CN111033311B - 雷达装置及目标检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供雷达装置，该雷达装置能够单独高精度地识别特定的目标的类别(尤其是两轮车)。雷达装置具备：发送部，将基于发送信号的发送波向目标发送；接收部，接收发送波由目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及目标检测部，基于发送信号及接收信号来获取与目标有关的信息。目标检测部计算同一目标内的多个检测点的相对速度，并基于相对速度的分布来判断目标的类别。

Description

雷达装置及目标检测方法
技术领域
本发明涉及对周边的目标(目标对象)进行检测的雷达装置及目标检测方法，尤其涉及对特定的目标的类别进行识别的技术。
背景技术
以往，利用信息通信技术来实现解决道路交通方面的问题的智能交通系统(ITS：Intelligent Transport Systems)的开发已在推进中。在该领域中，例如，通过传感器来检测车辆的周围环境(例如，周围的车辆、行人、障碍物等)，基于检测结果来进行用于避免或减轻危险的安全辅助动作(例如警告、制动控制等)的技术被实用化。
作为该传感器之一，已知有使用波长为1～10mm(频率：30～300GHz)的毫米波的雷达装置(所谓的“毫米波雷达”)。毫米波雷达使用电波，因此具有即使在雨天或雾天等恶劣天气下也能够确保恒定的灵敏度这种优点。近年来，使用了宽带的79GHz频段(77～81GHz)的毫米波的高分辨率的毫米波雷达被实用化。
在车载用的雷达装置中广泛使用FMCW(Frequency Modulated-Continuous Wave，调频连续波)方式。在FMCW方式中，发送经调频的连续波(毫米波)，接收由目标物体(以下，称作“目标”)反射回来的反射波。然后，基于发送信号与接收信号间的频率差，检测目标的位置(距离及方位)和相对速度。
另外，能够利用由雷达装置得到的信息，来进行静止物的判断、雷达装置的安装角度的检测、目标(例如，前行车辆)的移动方向的检测、或目标的类别的判断等(例如，专利文献1～5)。在专利文献5中公开了，利用摄像机的拍摄图像和由雷达装置得到的信息来进行两轮车的判别。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4992367号公报
专利文献2：日本特开2014-153256号公报
专利文献3：日本特开2009-211212号公报
专利文献4：日本特开2007-139650号公报
专利文献5：日本专利第5959581号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，雷达装置难以单独高精度地识别目标的类别，因此在通过以往的方法来进行两轮车的判别的情况下，是以利用摄像机拍摄的图像为前提的。
本发明的目的在于，提供能够由雷达装置单独高精度地识别特定的目标的类别(尤其是两轮车)的雷达装置及目标检测方法。
解决问题的方案
本发明的一个形态的雷达装置具备：
发送部，将基于发送信号的发送波向目标发送；
接收部，接收所述发送波由所述目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及
目标检测部，基于所述发送信号及所述接收信号来获取与目标有关的信息，
所述目标检测部计算同一目标内的多个检测点的相对速度，并基于所述相对速度的分布来判断所述目标的类别。
本发明的一个方式的目标检测方法是使用雷达装置来检测目标的目标检测方法，其特征在于，具备：
第一工序，将基于发送信号的发送波向目标发送；
第二工序，接收所述发送波由所述目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及
第三工序，基于所述发送信号及所述接收信号来获取与目标有关的信息，
所述第三工序中，计算同一目标内的多个检测点的相对速度，并基于所述相对速度的分布来判断所述目标的类别。
发明效果
根据本发明，能够由雷达装置单独高精度地识别特定的目标的类别。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的雷达装置的结构的图。
图2是表示信号处理部中的目标检测处理的一例的流程图。
图3是表示目标的检测点的图。
图4是表示检测点的位置的图。
图5是表示基于速度矢量进行修正后的检测点的位置的图。
图6是表示检测点的相对速度的图。
图7是表示相对速度的分布(distribution)的图。
图8是表示两轮车内的检测点的相对速度的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在本实施方式中，作为本发明的雷达装置，以搭载于车辆的车载用的雷达装置为例进行说明。
图1是表示本发明的一实施方式的雷达装置1的结构的图。
雷达装置1例如是利用79GHz频段的毫米波的FMCW方式的毫米波雷达。雷达装置1例如配置于车辆的前保险杠或后保险杠。
雷达装置1检测车辆的周围环境(例如，周围的车辆、行人、障碍物等)，并将与周围环境有关的信息例如输出到车辆的电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)。ECU基于从雷达装置1输出的与周围环境有关的信息，例如进行用于避免或减轻危险的驾驶辅助动作。与周围环境有关的信息包括目标的位置(距离及方位)以及相对速度。
如图1所示，雷达装置1具备发送部10、接收部20及信号处理部30等。作为雷达装置1，可以适用将发送部10、接收部20及信号处理部30配置在一块基板上而成的单片IC。
发送部10包括：信号源11、定向耦合器12及发送天线13。发送部10将基于发送信号的发送波向目标发送。
信号源11通过对电压控制振荡器(VCO：Voltage Controlled Oscillator)的控制电压附加三角波的调制信号，来生成调频(FM：frequency modulation)后的发送信号。
定向耦合器12将发送信号输出到发送天线13，并且将发送信号的一部分分配至混频器22。
发送天线13将发送信号作为发送波向车辆的周围发射。发送波若到达目标，则与目标的反射率相应地进行反射。
接收部20包括：接收天线21及混频器22。接收部20接收发送波由目标反射而产生反射波，并生成接收信号。
接收天线21接收由目标反射回来的反射波，并将其作为接收信号输出。
混频器22将从接收天线21输出的接收信号和从定向耦合器12输出的发送信号混合，生成差频信号(beat signal)。混频器22将接收信号及差频信号输出到信号处理部30。
信号处理部30包括目标检测部31。目标检测部31对接收信号及差频信号执行快速傅里叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)等处理以进行频率分析，由此检测与目标有关的信息。目标检测部31例如能够基于接收信号及差频信号的频率分布，来检测目标的存在，并且对检测出的目标的位置(距离及方位)及相对速度进行检测。由目标检测部31检测出的与目标有关的信息经由外部接口(省略图示)，例如输出到作为驾驶辅助装置而发挥功能的车辆的ECU。
近年来，雷达装置的高分辨率化正在推进，已经可以对同一目标内的多个检测点的特征分别地进行检测。在本实施方式中，雷达装置1具有在对车辆(包括自行车)等目标进行检测的情况下，在同一目标内包含多个检测点那样的距离分辨率及方位分辨率。
图2是表示信号处理部30(目标检测部31)中的目标检测处理的一例的流程图。例如，随着雷达装置1的电源接通，信号处理部30的CPU执行规定的目标检测程序，从而开始图2所示的目标检测处理。
在此，如图3所示，对判断以相对速度A移动的目标T的类别，具体而言是判断目标T是否为两轮车的情况进行说明。如图3所示，当在雷达装置1的观测范围中存在车辆等目标T的情况下，针对多个检测点P来检测特征。另外，在目标T是两轮车的情况下，由于在目标内存在产生速度分量的旋转体，因此根据目标内的检测点的不同，观测到的相对速度V有差异。在本实施方式中，利用检测点间的相对速度的差异(以下，称作“相对速度的分布”)，来判断目标T是否为两轮车。
在图2的步骤S101中，信号处理部30(目标检测部31)接收从接收部20输出的接收信号及差频信号。
在步骤S102中，信号处理部30计算检测点P的位置(距离及方位)。能够通过差频信号及接收信号的频率分析，来求得检测点P的距离及方位。
在步骤S103中，信号处理部30按每个检测点P计算相对速度。此外，在步骤S102及步骤S103中的检测点P的位置及相对速度的运算中，可以适用以往的雷达装置进行的公知的方法，因此省略详细的说明。
在步骤S104中，信号处理部30确定同一目标内的检测点P。例如，可以将检测点P的特征处于规定的范围内的一群检测点P，看作同一目标内的检测点。此外，检测点P的特征是包含检测点P的位置及相对速度的概念。
在步骤S105中，信号处理部30基于检测点P的特征，计算相对速度的分布(distribution)。
具体而言，将同一目标内的检测点P，基于检测点P的特征(位置)而进行聚类，并标绘在XY坐标上(参照图4)。在图4中，对目标T的本征矢量进行运算，求得聚类的倾斜度。然后，以使聚类的倾斜度为0的方式使所有点旋转(参照图5)。旋转后的X方向表示目标T的车长，Y方向表示目标T的车宽。
接下来，将横轴设为旋转后的X坐标，将纵轴设为检测点P的相对速度，来进行标绘(参照图6)。而且，将横轴方向分割为多个区间，求得各个区间内的相对速度的分布。当在雷达装置1中得到了图5所示那样的特征的情况下，相对速度的分布的形状为图7所示的形状。
在图2的步骤S106中，信号处理部30判断目标T的类别。具体而言，将步骤S105中所得到的相对速度的分布的形状、与对应于目标T的类别而预先准备的相对速度的分布的基准形状进行比较，来判断目标T的类别。
如图8所示，在目标T是两轮车的情况下，由于前轮及后轮在旋转，因此前轮及后轮的上部处的检测点的相对速度理论上是目标T的相对速度的2倍。另一方面，前轮及后轮的下部(触地点)处的检测点的相对速度理论上是0。另外，车架等前轮及后轮以外的部分处的检测点的相对速度、与目标T的相对速度相等。因此，在车长方向上，在与前轮及后轮对应的位置，相对速度的分布范围较大，在与车架等前轮及后轮以外的部分对应的位置，相对速度的分布范围较小(参照图6)。
由此，通过参照在车长方向上的与前轮及后轮对应的位置具有峰值的基准形状，能够判断目标T是否为两轮车。也可以与两轮车的大小和类型相应地，准备多个基准形状。在该情况下，根据将检测点标绘在二维平面上的形状来推定目标的特征(车轮直径、车轮间隔等)，由此能够选择最佳的基准形状。
这样，雷达装置1具备：发送部10，将基于发送信号的发送波向目标T发送；接收部20，接收发送波由目标T反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及目标检测部31(信号处理部30)，基于发送信号及接收信号来获取与目标T有关的信息。目标检测部31计算同一目标内的多个检测点P的相对速度，并基于相对速度的分布来判断目标的类别。
另外，雷达装置1中的目标检测方法具备：第一工序，将基于发送信号的发送波向目标T发送；第二工序，接收发送波由目标T反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及第三工序，基于发送信号及接收信号来获取与目标T有关的信息。第三工序中，计算同一目标内的多个检测点P的相对速度，并基于相对速度的分布来判断目标的类别。
根据雷达装置1，能够由雷达装置1单独高精度地识别特定的目标T的类别、具体而言是高精地识别目标T是否为两轮车。
作为一个例子，将雷达装置1所得到的目标T的类别和目标T的位置及相对速度一起，作为与周围环境有关的信息，输出到车辆的驾驶辅助装置(ECU)。驾驶辅助装置基于与周围环境有关的信息，进行用于避免或减轻危险的驾驶辅助动作。
在此，驾驶辅助动作包括：对车辆的制动动作进行控制，以使车辆自动地减速或停止的动作；对转向动作进行控制，以使车辆的行驶方向自动地改变的动作；以及对搭乘者或外部进行警告(例如，通过声音和/或信息显示进行警告)的动作。
在车辆中，基于与周围环境有关的信息来进行驾驶辅助动作，因此该车辆的安全性自不必说，其他车辆及行人的安全性也显著提高。在本实施方式中，能够掌握在车辆的周围有两轮车正在行驶的情况，因此例如也能够促使车辆的驾驶员引起注意。
以上，基于实施方式对由本发明人完成的发明进行了具体说明，但本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其要点的范围进行变更。
例如，优选除了相对速度的分布以外，还考虑根据相对速度的分布的形状推定出的目标T的特征(两轮车的车轮间隔等)或由雷达装置1检测出的目标T的特征(相对速度等)，来判断目标的类别。由此，目标T的类别的判断精度得到提高，还能够对自行车和摩托车进行判别。
并且，在自行车中，在前轮和后轮间配置有踏板，在该部分也产生通过踏板的旋转而形成的速度分量，相对于此，在摩托车中没有踏板。因此，可以将相对速度的分布的自行车用的基准形状和摩托车用的基准形状设为不同的形状，以对自行车和摩托车进行判别。具体而言，自行车用的基准形状中，在与前轮及后轮对应的峰值之间，具有与踏板对应的峰值。
另外，例如，雷达装置1也可以适用脉冲方式、FSK(Frequency Shift Keying，频移键控)等除了FMCW方式以外的方式。
另外，本发明的雷达装置1除了车辆以外，还能够搭载于铁路车辆、船舶、飞机等运输设备或设置于道路的路侧智能站。也可以将其他雷达装置(例如76GHz毫米波雷达)、立体摄像机等传感器进行组合而搭载在运输设备上。通过搭载多个传感器，能够更准确地掌握运输设备的周围环境。
另外，由目标检测部31执行的对目标T的类别进行判断的处理(图2的步骤S105、S106)，也可以通过使车辆的ECU执行目标检测程序来实现。即，本发明的目标检测方法不仅适用于雷达装置，还可以适用于对来自雷达装置的输出进行利用的ECU等外部装置。在该情况下，能够有效利用已设置的雷达装置。
应该认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示，而非用于限制。本发明的范围并非由上述说明表示，而是由权利要求书表示，并且还包括与权利要求书等同的含义及范围内的所有变更。
在2017年9月29日提出的日本专利申请特愿2017-191207中包含的说明书、附图及摘要的公开内容全部引用于本申请。
附图标记说明
1 雷达装置
10 发送部
11 信号源
12 定向耦合器
13 发送天线
20 接收部
21 接收天线
22 混频器
30 信号处理部
31 目标检测部

Claims (5)

1.一种雷达装置，其具备：
发送部，将基于发送信号的发送波向目标发送；
接收部，接收所述发送波由所述目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及
目标检测部，基于所述发送信号及所述接收信号，计算同一目标内的多个检测点的相对速度，并基于所述相对速度的分布来判断所述目标的类别，
所述雷达装置中，所述目标检测部进行以下处理：
在以X坐标为一个轴、以Y坐标为另一个轴的第一平面上，标绘所述多个检测点，并求出在所述第一平面中由所述多个检测点构成的聚类的倾斜度；
以使所述倾斜度为0的方式使所述多个检测点中的所有点旋转；以及
在以旋转后的X坐标为一个轴、以相对速度为与该一个轴正交的另一个轴的第二平面上，标绘所述多个检测点，并求出所述第二平面中的所述相对速度的分布。
2.如权利要求1所述的雷达装置，其中，
所述目标检测部除了基于所述相对速度的分布，还基于根据与所述目标有关的信息推定出的所述目标的特征，来判断所述目标的类别。
3.如权利要求1所述的雷达装置，其中，
所述目标检测部通过将对应于所述目标的类别而预先准备的相对速度的分布的基准形状、与计算出的所述相对速度的分布的形状进行比较，来判断所述目标的类别。
4.如权利要求3所述的雷达装置，其中，
所述基准形状是在车长方向上的与前轮及后轮对应的位置具有峰值的形状，
所述目标检测部判断所述目标是否为两轮车。
5.一种目标检测方法，是在雷达装置中实施的目标检测方法，其具备：
第一工序，将基于发送信号的发送波向目标发送；
第二工序，接收所述发送波由所述目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及
第三工序，基于所述发送信号及所述接收信号，计算同一目标内的多个检测点的相对速度，并基于所述相对速度的分布来判断所述目标的类别，
在所述第三工序中进行以下处理：
在以X坐标为一个轴、以Y坐标为另一个轴的第一平面上，标绘所述多个检测点，并求出在所述第一平面中由所述多个检测点构成的聚类的倾斜度；
以使所述倾斜度为0的方式使所述多个检测点中的所有点旋转；以及
在以旋转后的X坐标为一个轴、以相对速度为与该一个轴正交的另一个轴的第二平面上，标绘所述多个检测点，并求出所述第二平面中的所述相对速度的分布。
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