CN111433629B - 雷达信号处理装置、雷达装置及雷达信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
碰撞判定部(404)在车辆(1000)与物体(1001)之间的多普勒速度分量变化了第1基准值为止时、或车辆(1000)移动至与第1基准值对应的距离(R)时，判定车辆(1000)是否相对于物体(1001)发生碰撞。
Description
技术领域
本发明涉及雷达信号处理装置、以及使用了该雷达信号处理装置的雷达装置和雷达信号处理方法。
背景技术
现有的车载用雷达的高度方向的测角精度较低，因此，有时将位于与车高相比足够高的位置(4.5m以上)的上方构造物(例如，标识、高架桥、路旁树木等)误检测为车道上的物体。对此，例如在专利文献1所记载的雷达装置中，以天线的指向性图案的第1零点为基准来判定上方构造物。第1零点是在天线的主瓣与第1副瓣之间天线的接收灵敏度为0的仰角。专利文献1所记载的雷达装置利用如下情况来推定检测对象的物体的高度，即：从车辆起到在天线的指向性图案中产生第1零点为止的距离与检测对象的物体的高度存在比例关系。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：
日本专利特开2012－18058号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1所记载的雷达装置中，需要接近检测对象的物体直到在天线的指向性图案中产生第1零点，因此存在如下问题：判定检测对象的物体是否是上方构造物较花费时间。
例如，在检测对象的物体的高度较低的情况下，若雷达装置不足够接近物体，则天线的指向性图案中不产生第1零点。因此，直到在天线的指向性图案中产生第1零点为止，专利文献1所记载的雷达装置无法推定物体的高度。
此外，专利文献1所记载的雷达装置通过假设为检测对象的物体为1个的仿真来决定第1零点。
然而，在实际环境下，从多个物体反射来的信号波的波形产生重叠，因此，有时难以准确地求出第1零点。
该情况下，专利文献1所记载的雷达装置中的上方构造物的高度的推定精度变差。
本发明解决上述问题，其目的在于获得一种雷达信号处理装置、雷达装置和雷达信号处理方法，能准确且迅速地进行车辆与上方所存在的物体之间的碰撞判定。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的雷达信号处理装置包括傅里叶变换部、峰值检测部、方位检测部、物体位置判定部和第1碰撞判定部。傅里叶变换部对发送至车辆的周边并从物体反射来的电波的接收信号进行傅里叶变换，由此来生成将接收信号的信号强度电平与车辆和物体之间的相对距离及相对速度关联起来而得到的FR映射。峰值检测部基于傅里叶变换部所生成的FR映射来检测信号强度电平的峰值。方位检测部基于峰值检测部所检测出的信号电平的峰值的检测信息，来检测物体的方位。物体位置判定部基于方位检测部所检测出的方位的检测信息，来判定物体是否存在于车辆的移动方向的位置。第1碰撞判定部基于车辆相对于在与车辆的移动方向垂直的方向上远离的位置上存在的物体的多普勒速度分量的变化量达到第1基准值时、或车辆移动至与第1基准值相对应的距离时的、表示车辆的移动车速与在垂直于车辆的移动方向的方向上远离的位置上所存在的物体和车辆之间的相对距离的对应关系的数据，来判定车辆是否相对于由物体位置判定部判定为存在于车辆的移动方向的位置的物体发生碰撞。
发明效果
根据本发明，雷达信号处理装置在车辆与物体之间的多普勒速度分量变化了第1基准值为止时或车辆移动至与第1基准值对应的距离时，判定车辆是否相对于物体发生碰撞。由此，雷达信号处理装置中，能准确且迅速地进行车辆与上方所存在的物体之间的碰撞判定。
附图说明
图1是示出本发明实施方式1所涉及的雷达装置的结构的框图。
图2A是示出实现实施方式1所涉及的雷达信号处理装置的功能的硬件结构的框图。图2B是示出执行实现实施方式1所涉及的雷达信号处理装置的功能的软件的硬件结构的框图。
图3是示出实施方式1所涉及的雷达信号处理方法的流程图。
图4是示出搭载有实施方式1所涉及的雷达装置的车辆与物体之间的位置关系的图。
图5A是示出搭载有实施方式1所涉及的雷达装置的车辆、与上述车辆的行进方向上方所存在的物体之间的位置关系的图。图5B是示出搭载有实施方式1所涉及的雷达装置的车辆、与上述车辆的行进方向侧方所存在的物体之间的位置关系的图。
图6是示出搭载有实施方式1所涉及的雷达装置的车辆的车速、与上述车辆和物体之间的相对距离的对应关系的曲线图。
图7是示出搭载有实施方式1所涉及的雷达装置的车辆的位置、与位于距上述车辆所能通行的水平面的下限距离的上述车辆的行进方向上方的位置之间的关系的图。
图8是示出实施方式1中的碰撞判定处理的流程图。
图9是示出搭载有实施方式1所涉及的雷达装置的车辆、与在比距上述车辆所能通行的水平面的下限距离的位置要高的上述车辆的行进方向上方的位置所存在的物体之间的位置关系的图。
图10是示出搭载有实施方式1所涉及的雷达装置的车辆相对于物体的多普勒速度分量的变化量的基准值为不同值时的、上述车辆的车速与上述车辆和物体之间的相对距离的对应关系的曲线图。
图11是示出搭载有实施方式1所涉及的雷达装置的车辆的车速、与上述车辆和物体之间的相对距离的对应关系的曲线图。
图12是示出本发明实施方式2所涉及的雷达装置的结构的框图。
图13是示出搭载有实施方式2所涉及的雷达装置的车辆、上述车辆的行进方向上方所存在的物体、以及上述车辆的前方车辆之间的位置关系的图。
图14是示出实施方式2中的碰撞判定处理的流程图。
图15是示出搭载有实施方式2所涉及的雷达装置的车辆的车速、相对于物体的多普勒速度、以及上述车辆和前方车辆之间的相对速度的对应关系的曲线图。
图16是示出本发明实施方式3所涉及的雷达装置的结构的框图。
图17是示出搭载有实施方式3所涉及的雷达装置的车辆、上述车辆的行进方向上方所存在的物体、以及上述车辆的前方车辆之间的位置关系的图。
图18是示出搭载有实施方式3所涉及的雷达装置的车辆的车速、上述车辆相对于上述车辆的行进方向上方所存在的物体的多普勒速度分量、以及上述车辆和前方车辆之间的相对速度的对应关系的图。
图19是示出实施方式3中的碰撞判定处理的流程图。
图20是示出假设为搭载有实施方式3所涉及的雷达装置的车辆的车速为恒定的情况下的、上述车辆和上述车辆的行进方向上方所存在的物体之间的相对距离、上述车辆和前方车辆之间的相对距离、以及时间的对应关系的曲线图。
具体实施方式
下面，为了更详细地说明本发明，根据附图，对用于实施本发明的方式进行说明。
实施方式1.
图1是示出本发明实施方式1所涉及的雷达装置1的结构的框图。雷达装置1是车载用雷达，对车辆的周边所存在的物体与车辆之间的位置关系进行检测。如图1所示，雷达装置1包括输入部2、ADC(模拟-数字转换器)部3、雷达信号处理装置4及输出部5。
输入部2接收发送至车辆的周边且从物体反射来的电波。例如，输入部2能由接收从发送天线发送至车辆的周边、被物体反射并到达雷达装置1的电波的接收天线来实现。
ADC部3利用事先设定的采样频率对输入部2所接收到的电波的模拟信号进行采样，由此来转换为数字信号。
雷达信号处理装置4基于对从ADC部3输入的数字信号进行信号处理后得到的结果，来判定车辆是否相对于车辆周边的物体发生碰撞。作为其结构要素，包括信号处理部40和存储部41。信号处理部40构成为包括傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403和碰撞判定部404。
输出部5输出由雷达信号处理装置4得出的车辆相对于物体是否发生碰撞的判定结果。例如，车辆有可能与物体发生碰撞的判定结果被输出至控制车辆的行驶速度的车速控制装置。车速控制装置基于从输出部5输入的上述判定结果来控制车速，以使得车辆不与物体发生碰撞。
雷达信号处理装置4中的信号处理部40是如下结构要素：基于对从ADC部3输入的数字信号进行信号处理后得到的结果，来判定车辆是否相对于车辆周边的物体发生碰撞。存储部41是对由ADC部3转换为数字信号后的接收信号进行存储的存储部。此外，存储部41中存储有表示相对距离(以下，记载为距离)与车辆的车速之间的对应关系的表格数据，该相对距离是车辆与在垂直于该车辆的行进方向的方向上远离的位置上所存在的物体之间的相对距离。
傅里叶变换部400在距离方向与多普勒速度方向上对从ADC部3输入的接收信号进行傅里叶变换，由此来生成频率-距离映射(以下，记载为FR映射)。此外，FR映射是将接收信号的信号强度电平(以下，记载为信号电平)与车辆和物体之间的相对距离以及相对速度关联起来后得到的二维映射。
峰值检测部401基于傅里叶变换部400所生成的FR映射，来检测信号电平的峰值。例如，峰值检测部401使用恒定虚警率(CFAR)，来检测FR映射中超过阈值的信号电平。超过阈值的信号电平的峰值表示在车辆周边存在物体。
峰值检测部401所检测出的信号电平的峰值的检测信息被输出至方位检测部402。
方位检测部402基于峰值检测部401所检测出的信号电平的峰值的检测信息，来检测物体的方位。
例如，方位检测部402基于信号电平的峰值的检测信息，进行使用了接收信号的相关矩阵和固有矢量的到来方向推定处理，以计算相关矩阵的固有值。方位检测部402也可以基于比热噪声的功率要大的固有值的数量来推定到来波数，并基于推定出的到来波数来检测物体的方位。物体方位的推定也可以使用MUSIC法或ESPRIT法。
与方位检测部402所检测出的物体的方位有关的信息被输出至物体位置判定部403，并进一步存储于存储部41。
物体位置判定部403基于方位检测部402所检测出的物体的方位的检测信息，来判定物体是否存在于车辆的移动方向的位置。
例如，物体位置判定部403将存在于车辆周边的物体中、与车辆的行进方向之间的距离在固定值以内的位置处所存在的物体判定为是存在于有可能与车辆发生碰撞的位置的物体。
碰撞判定部404是第1碰撞判定部，其判定车辆是否相对于由物体位置判定部403判定为存在于车辆的移动方向的位置的物体发生碰撞。例如，碰撞判定部404基于车辆相对于在与车辆的行进方向垂直的方向上远离的位置上存在的物体的多普勒速度分量的变化量达到第1基准值时、或车辆移动至与第1基准值相对应的距离时的、表示车辆的车速与物体和车辆之间的距离的对应关系的数据，来判定车辆是否相对于物体发生碰撞。第1基准值是车辆相对于上述物体的多普勒速度分量的变化量的基准值。若多普勒速度分量变化了该第1基准值，则能决定与此时的车辆的车速相对应的距离。
图2A是示出实现雷达信号处理装置4的功能的硬件结构的框图。图2B是示出执行实现雷达信号处理装置4的功能的软件的硬件结构的框图。图1所示的存储部41由图2A和图2B所示的存储装置101实现。
雷达信号处理装置4中的傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403和碰撞判定部404各自的功能由处理电路实现。即，雷达信号处理装置4具备用于分别执行后述的图3所示的流程图中的多个处理的处理电路。
处理电路可以是专用的硬件，也可以是执行存储器中所存储的程序的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)。
在处理电路是图2A所示的专用硬件的情况下，处理电路100例如相当于单一电路、复合电路、程序化处理器、并列程序化处理器、ASIC(Appl ication Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、FPGA(Field－Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或它们的组合。
若处理电路是图2B所示的处理器102，则雷达信号处理装置4中的傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403和碰撞判定部404各自的功能由软件、固件或软件和固件的组合来实现。软件或固件以程序的形式来表述，并存储于存储器103。
处理器102读取并执行存储器103中所存储的程序，由此来实现雷达信号处理装置4中的傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403和碰撞判定部404各自的功能。即，雷达信号处理装置4具备存储器103，该存储器103用于存储在由处理器102执行时最终执行图3所示的一系列处理的程序。这些程序是使计算机执行傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403和碰撞判定部404的步骤或方法的程序。
存储器103例如相当于RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)、闪存、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory：可擦可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically－EPROM：电可擦可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器、以及磁盘、软盘、光盘、压缩光盘、迷你光盘或DVD等。
关于傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403和碰撞判定部404各自的功能，可以用专用的硬件来实现一部分，也可以用软件或固件来实现一部分。
例如，关于傅里叶变换部400、峰值检测部401和方位检测部402，用作为专用的硬件的处理电路100来实现其功能。关于物体位置判定部403和碰撞判定部404，通过处理器102执行存储于存储器103的程序来实现其功能。
由此，处理电路能利用硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述各种功能。
接着对动作进行说明。
图3是示出实施方式1所涉及的雷达信号处理方法的流程图。
傅里叶变换部400对由ADC部3转换为数字信号的接收信号进行傅里叶变换，由此来生成FR映射(步骤ST1)。接着，峰值检测部401基于从傅里叶变换部400输入的FR映射，来检测信号电平的峰值(步骤ST2)。方位检测部402基于峰值检测部401所检测出的信号电平的峰值的检测信息，来检测物体的方位(步骤ST3)。
物体位置判定部403基于方位检测部402所检测出的物体的方位的检测信息，来判定物体是否存在于车辆的行进方向的位置(步骤ST4)。图4是示出搭载有雷达装置1的车辆1000与物体1001之间的位置关系的图。在图4中，车辆1000的行进方向是Y轴方向，与车辆1000的行进方向正交的方向是X轴方向。
车辆1000的行进方向与从车辆1000朝向物体1001的方向所成的角为方位角θ。此外，距离R是正在行驶的车辆1000与物体1001之间的相对距离。物体位置判定部403将存在于车辆1000的周边的物体中、存在于X坐标h＝Rsinθ为固定值以内的位置的物体1001判定为存在于有可能与车辆1000发生碰撞的位置的物体。
例如，在位置判定中，以物体1001的X坐标h＝Rsinθ为基准，但例如也可以将车宽或车道宽度设为基准。
碰撞判定部404基于车辆1000相对于在与车辆1000的行进方向垂直的方向上远离的位置上存在的物体1001的多普勒速度分量的变化，来判定车辆1000是否与物体1001发生碰撞(步骤ST5)。
图5A是示出搭载有雷达装置1的车辆1000与存在于车辆1000的行进方向上方的物体1001之间的位置关系的图。图5B是示出搭载有雷达装置1的车辆1000与存在于车辆1000的行进方向侧方的物体1001之间的位置关系的图。在图5A和图5B中，设为车辆1000以车速V行驶，物体1001静止。
图5A和图5B所示的物体1001双方在与车辆1000的行进方向垂直的方向上远离的距离h相同，因此存在如下关系：车辆1000相对于物体1001的多普勒速度分量Vcosθ相等。图5B所示的物体1001的X坐标h＝Rsinθ超过了固定值，且偏离了车辆1000的行进方向，因此，物体位置判定部403判定为位于不可能与车辆1000发生碰撞的位置。另一方面，图5A所示的物体1001的X坐标h＝Rsinθ在固定值以内，因此，物体位置判定部403判定为有可能与车辆1000发生碰撞。因此，碰撞判定部404判定是否会因车辆1000行驶而导致车辆1000相对于图5A所示的物体1001发生碰撞。
图6是示出车辆1000的车速V、与车辆1000和物体1001之间的距离R的对应关系的曲线图。图6所示的曲线数据a是示出车辆1000相对于物体1001的多普勒速度分量的变化量达到第1基准值时的、车辆1000的车速V与车辆1000和物体1001之间的距离R的对应关系的数据。能根据曲线数据a来求出上述多普勒速度分量变化了第1基准值时的、与车辆1000的车速V相对应的距离R。
例如，在将车辆1000相对于物体1001的多普勒速度的分辨率作为第1基准值来设定的情况下，得到曲线数据a，该曲线数据a示出车辆1000的车速V根据距离R而增加的关系。在多普勒速度分量变化了第1基准值的情况下，物体1001存在于在与车辆1000的行进方向垂直的方向上远离的位置。曲线数据a所示的距离R与车速V的对应关系根据车辆1000相对于物体1001的多普勒速度的分辨率以及物体1001的垂直方向的距离h(高度)而变化。
若车辆1000的车速V与距离R的值是以图6所示的曲线数据a为边界的A区域的值，则多普勒速度分量的变化量在较大的距离R处达到第1基准值(分辨率值)。A区域中的车辆1000的车速V与距离R的值是多普勒速度的分辨率值较小、即为高分辨率，且物体1001的垂直方向的距离h较大时的值。
由此，在第1基准值为车辆1000相对于物体1001的多普勒速度的分辨率值的情况下，多普勒速度的分辨率越为高分辨率，或物体1001的垂直方向的距离h越大(距水平面越高)，则多普勒速度分量的变化量在较大的距离R处达到第1基准值。
另外，距离R越大，则物体1001存在于车辆1000越后方的位置。
另一方面，若车辆1000的车速V与距离R的值是以图6所示的曲线数据a为边界的B区域的值，则多普勒速度分量的变化量在较小的距离R处达到第1基准值。B区域中的车辆1000的车速V与距离R的值是多普勒速度的分辨率值较大、即为低分辨率，且物体1001的垂直方向的距离h较小时的值。
在第1基准值为车辆1000相对于物体1001的多普勒速度的分辨率值的情况下，多普勒速度的分辨率越为低分辨率，或物体1001的垂直方向的距离h越小(距水平面越低)，则多普勒速度分量的变化量在较小的距离R处达到第1基准值。
另外，距离R越小，若车辆1000不越接近物体1001，则多普勒速度分量无法变化第1基准值。
图7是示出搭载有雷达装置1的车辆1000的位置、与位于距车辆1000所能通行的水平面的下限距离h的车辆1000的行进方向上方的位置之间的关系的图。得到图7所示的车辆1000的多普勒速度分量Vcosθ产生了固定值(第1基准值)的变化时的车辆1000的车速V与距离R，以作为图6所示的曲线数据a。碰撞判定部404能基于图6所示的曲线数据a，来判定处于正在行驶的车辆1000的行进方向上方的物体是否位于距车辆1000所能通过的水平面的距离h。
另外，示出车速V与距离R的对应关系的曲线数据a也可以是将通过实验等事先计算出的数据存储于存储部41。
接着，说明碰撞判定处理的详细内容。
图8是示出实施方式1中的碰撞判定处理的流程图，示出了图3的步骤ST5的处理的详细内容。此外，图9是示出车辆1000、与在比位于距车辆1000所能通行的水平面的下限距离h的位置要高的、车辆1000的行进方向上方的位置所存在的物体1001之间的位置关系的图。
碰撞判定部404测定测量时刻下的图9所示的车辆1000相对于物体1001的多普勒速度分量Vcosθ(步骤ST1a)。
碰撞判定部404判定步骤ST1a中测定出的多普勒速度分量Vcosθ是否变化了第1基准值以上(步骤ST2a)。
第1基准值例如可以是车辆1000相对于物体1001的多普勒速度分辨率的整数倍(1以上的整数)。
这里，在判定为多普勒速度分量Vcosθ的变化量在第1基准值以上的情况下(步骤ST2a；是)，碰撞判定部404获取多普勒速度分量Vcosθ的变化量达到第1基准值时的车辆1000的车速V和距离R(步骤ST3a)。例如，碰撞判定部404从搭载于车辆1000的未图示的车辆控制部获取车速V，并从物体位置判定部403获取距离R。即使车速V随时间变化，碰撞判定部404也获取多普勒速度分量Vcosθ的变化量达到第1基准值的时刻的车速V。
接着，碰撞判定部404确认步骤ST3a中获取到的车速V和距离R是否是以图6所示的曲线数据a为边界的A区域的值(步骤ST4a)。另外，关于多普勒速度分量的变化量，通过设置不同的多个第1基准值，从而得到成为碰撞判定的基准的多个曲线数据。
图10是示出关于车辆1000相对于物体1001的多普勒速度分量的变化量的第1基准值为不同值时的、车辆1000的车速V与距离R之间的对应关系的曲线图。在图10中，曲线数据a1和曲线数据a2分别示出了设定不同的多普勒速度分辨率值来作为第1基准值时的车速V与距离R之间的对应关系。存储部41存储有与测量时刻下的第1基准值相对应的曲线数据a。
步骤ST4a中，碰撞判定部404从存储部41读取与测量时刻下的第1基准值相对应的曲线数据a，并确认步骤ST3a中获取到的车速V和距离R是否是以所读取出的曲线数据a为边界的A区域的值。这里，在车速V和距离R是以曲线数据a为边界的A区域的值的情况下(步骤ST4a；是)，碰撞判定部404判定为车辆1000相对于物体1001不发生碰撞(步骤ST5a)。
图11示出了将属于A区域的车速V和距离R绘制到表示车辆1000的车速V与距离R之间的对应关系的曲线的情况。如图11所示，在车速V和距离R的标绘d是以曲线数据a为边界的A区域的值的情况下，物体1001所存在的位置的垂直方向的距离h比车速V和距离R达到第1基准值时的距离h要大(要高)。由此，碰撞判定部404能判定为车辆1000相对于物体1001不发生碰撞。因此，车辆1000能在物体1001的正下方通行。
另一方面，在车速V和距离R是以曲线数据a为边界的B区域的值的情况下(步骤ST4a；否)，碰撞判定部404判定为车辆1000相对于物体1001发生碰撞(步骤ST6a)。在车速V和距离R是以曲线数据a为边界的B区域的值的情况下，物体1001所存在的位置的垂直方向的距离h比车速V和距离R达到基准值时的距离h要小(要低)。由此，碰撞判定部404能判定为车辆1000相对于物体1001发生碰撞。因此，车辆1000不能在物体1001的正下方通行。
在判定为多普勒速度分量Vcosθ的变化量小于基准值的情况下(步骤ST2a；否)，碰撞判定部404确认是否以当前的车辆1000的车速V达到曲线数据a上的距离R(步骤ST7a)。
图10所示的直线b示出了车速V的时间变化。直线b与曲线数据a1的交点c1是多普勒速度分量Vcosθ的变化量达到曲线数据a1所对应的基准值的时刻下的车速V和距离R的值。同样地，直线b与曲线数据a2的交点c2是多普勒速度分量Vcosθ的变化量达到曲线数据a2所对应的基准值的时刻下的车速V和距离R的值。
在以实施了步骤ST7a时的车辆1000的车速V达到了曲线数据a上的距离R、即直线b与曲线数据a相交的情况下(步骤ST7a；是)，考虑从实施了步骤ST1a的测量时刻起多普勒速度分量Vcosθ几乎不发生变化。该情况下，碰撞判定部404判定为物体1001所存在的位置的垂直方向的距离h比车速V和距离R达到基准值时的距离h要小(要低)，并判定为车辆1000与物体1001发生碰撞(步骤ST6a)。
在并未以实施了步骤ST7a时的车辆1000的车速V达到曲线数据a上的距离R、即直线b不与曲线数据a相交的情况下(步骤ST7a；否)，碰撞判定部404在下一个测量时刻返回步骤ST1a的处理。
曲线数据a上的距离R相当于与第1基准值对应的距离。以车辆1000的车速V达到曲线数据a上的距离R意味着以车速V行驶的车辆1000达到了与第1基准值对应的距离。
由此，若在步骤ST2a中多普勒速度分量Vcosθ的变化小于第1基准值，则碰撞判定部404判定为当车辆1000达到曲线数据a上的距离R时车辆1000与物体1001发生碰撞。另一方面，在实施了步骤ST2a的判定后车速V发生变化且距离R变大的情况下，碰撞判定部404返回步骤ST1a，并实施该车速V下的碰撞判定。
如上所述，在实施方式1所涉及的雷达信号处理装置4中，碰撞判定部404在车辆1000与物体1000之间的多普勒速度分量变化了第1基准值为止时、或车辆1000移动至与第1基准值对应的距离R时，对车辆1000是否相对于物体1001发生碰撞进行判定。例如，第1基准值是车辆1000相对于物体1001的多普勒速度的分辨率值。多普勒速度分辨率越高、或车辆1000的行进方向上方所存在的物体1001的位置越高，则与第1基准值对应的距离R越长。
此外，碰撞判定部404在多普勒速度分量的变化量达到第1基准值、且车辆1000并未移动至与第1基准值对应的距离R的情况下，判定为车辆1000相对于物体1001不发生碰撞。另一方面，碰撞判定部404在多普勒速度分量的变化量未达到第1基准值、且车辆1000移动至与第1基准值对应的距离R的情况下，判定为车辆1000相对于物体1001发生碰撞。由此，雷达信号处理装置4中，能准确且迅速地进行车辆1000与上方所存在的物体1001之间的碰撞判定。
实施方式2.
图12是示出本发明实施方式2所涉及的雷达装置1A的结构的框图。在图12中，对与图1相同的结构要素标注相同标号，并省略说明。
雷达装置1A是车载用雷达，对车辆的周边所存在的物体与车辆之间的位置关系进行检测。如图12所示，雷达装置1A包括输入部2、ADC部3、雷达信号处理装置4A及输出部5。
雷达信号处理装置4A基于对从ADC部3输入的数字信号进行信号处理后得到的结果，来判定车辆是否相对于车辆周边的物体发生碰撞。作为其结构要素，包括信号处理部40A、存储部41和物体信息管理部42。信号处理部40A构成为包括傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403和碰撞判定部404A。碰撞判定部404A是第1碰撞判定部。
物体信息管理部42对每个接收信号的信号电平的峰值检测信息分配管理编号，并按管理编号来管理与车辆的状态和车辆周边所存在的物体之间的关系相关联的参数、以及车辆所存在的场所的属性数据。峰值检测信息是包含用于确定接收信号的信号电平的峰值位置的数据在内的信息，例如，包含信号电平的峰值产生时的、车辆与物体之间的距离及多普勒速度。此外，按管理编号来管理的上述参数中包含车辆与物体之间的距离、相对速度、物体所存在的方位等。属性数据例如是表示车辆存在于道路上的情况的数据。
发送至车辆周边的电波被多个物体反射并被输入部2所接收，由此，即使峰值检测部401检测接收信号的信号电平的多个峰值，物体信息管理部42也设为物体存在于每个峰值点，并管理上述各种信息。
各种信息(参数和属性数据)存储于存储部41。
图13是示出搭载有雷达装置1A的车辆1000、存在于车辆1000的行进方向上方的物体1001、以及车辆1000的前方车辆1002之间的位置关系的图。车辆1000以车速V行驶，前方车辆1002以车速V2行驶。碰撞判定部404A在车辆1000的周边除物体1001外所存在的物体(前方车辆1002)和车辆1000之间的相对速度V-V2、与多普勒速度分量Vcosθ之间产生了差异的情况下，判定车辆1000是否相对于物体1001发生碰撞。
雷达信号处理装置4A中的傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403和碰撞判定部404A各自的功能由处理电路实现。即，雷达信号处理装置4A具备用于执行使用图14在后文中阐述的步骤ST1b至步骤ST8b的处理的处理电路。处理电路可以是专用硬件，也可以是执行存储器中所存储的程序的处理器。
接着对动作进行说明。
图14是示出实施方式2中的碰撞判定处理的流程图，示出了图3的步骤ST5的处理的详细内容。图14的步骤ST3b至步骤ST8b与图8的步骤ST2a至步骤ST7a的处理相同，因此省略说明。
在步骤ST1b中，碰撞判定部404A测定测量时刻下的车辆1000相对于物体1001的多普勒速度分量Vcosθ、以及车辆1000与前方车辆1002之间的相对速度V-V2。这些测定信息由物体信息管理部42来管理。
碰撞判定部404基于物体信息管理部42所管理的上述信息，来判定与在步骤ST1b的测量时刻检测出的多个峰值点分别相关的多个物体中、是否存在多普勒速度分量与相对速度相一致的物体(步骤ST2b)。在判定为多普勒速度分量与相对速度相一致的情况下(步骤ST2b；是)，碰撞判定部404A在下一个测量时刻返回步骤ST1b。
另一方面，在多普勒速度分量与相对速度不一致、即判定为两者有差异的情况下(步骤ST2b；否)，碰撞判定部404A前进至步骤ST3b的处理，并执行图8的步骤ST2a至步骤ST7a的处理。
图15是示出车辆1000的车速V、相对于物体1001的多普勒速度、以及车辆1000和前方车辆1002之间的相对速度V-V2的对应关系的曲线图。在图15中，数据b1表示车辆1000的车速V的时间变化，是车辆1000缓慢减速时的速度变化。此外，数据e是示出车辆1000相对于物体1001的多普勒速度分量Vcosθ的时间变化的数据。数据f是示出车辆1000与前方车辆1002之间的相对速度V-V2的时间变化的数据。
在数据e与数据f的交点g处，车辆1000相对于物体1001的多普勒速度分量Vcosθ、与车辆1000和前方车辆1002之间的相对速度V-V2相一致。此时，在多普勒速度箱中存在物体1001与前方车辆1002，因此，碰撞判定部404A难以对两者进行分离。
即，无法区分距离X是与物体1001之间的距离、还是与前方车辆1002之间的距离。因此，若多普勒速度分量与相对速度一致，则碰撞判定部404A不实施碰撞判定。
另外，虽然在实际环境下多普勒速度分量与相对速度有可能暂时一致，但在车辆1000的车速V为固定值以上的情况下，随着时间经过两者相一致的关系崩塌的可能性较高。该情况下，如图14所示，在下一个测量时刻进行碰撞判定即可。
如上所述，在实施方式2所涉及的雷达信号处理装置4A中，碰撞判定部404A在车辆1000的周边除物体1001外所存在的物体(前方车辆1002)和车辆1000之间的相对速度V-V2、与多普勒速度分量Vcosθ之间产生了差异的情况下，判定车辆1000是否相对于物体1001发生碰撞。
由此，雷达信号处理装置4A中，即使除物体1001以外在车辆1000的周边还存在前方车辆1002等物体，也能准确且迅速地进行车辆1000与物体1001之间的碰撞判定。
实施方式3.
图16是示出本发明实施方式3所涉及的雷达装置1B的结构的框图。在图16中，对与图1和图12相同的结构要素标注相同标号，并省略说明。雷达装置1B是车载用雷达，对车辆的周边所存在的物体与车辆之间的位置关系进行检测。如图16所示，雷达装置1B包括输入部2、ADC部3、雷达信号处理装置4B及输出部5。
雷达信号处理装置4B基于对从ADC部3输入的数字信号进行信号处理后得到的结果，来判定车辆是否相对于车辆周边的物体发生碰撞。作为其结构要素，包括信号处理部40B、存储部41和物体信息管理部42。信号处理部40B构成为包括傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403、碰撞判定部404B-1和碰撞判定部404B-2。碰撞判定部404B-1是第1碰撞判定部，碰撞判定部404B-2是第2碰撞判定部。
图17是示出搭载有雷达装置1B的车辆1000、存在于车辆1000的行进方向上方的物体1001、以及车辆1000的前方车辆1002之间的位置关系的图。与实施方式2同样地，碰撞判定部404B-1在车辆1000的周边除物体1001外所存在的物体(前方车辆1002)和车辆1000之间的相对速度V-V2、与多普勒速度分量Vcosθ之间产生了差异的情况下，判定车辆1000是否相对于物体1001发生碰撞。
图18是示出搭载有雷达装置1B的车辆1000的车速V、车辆1000相对于车辆1000的行进方向上方所存在的物体1001的多普勒速度分量、以及车辆1000和前方车辆1002之间的相对速度V-V2的对应关系的图。在图18中，数据b2是示出车辆1000的车速V的时间变化的数据，数据e1是示出车辆1000相对于物体1001的多普勒速度分量Vcosθ的时间变化的数据。数据f1是示出车辆1000与前方车辆1002之间的相对速度V-V2的时间变化的数据。
图18中，由数据b2清楚可知，车辆1000以能立刻停止的程度的较低车速(以下，记载为低速)行驶。若车辆1000为低速，则由数据e1和数据f1清楚可知，成为多普勒速度分量Vcosθ与相对速度V-V2之间几乎不产生差的状况。该情况下，无法进行实施方式1和实施方式2所示那样的基于多普勒速度分量的变化的碰撞判定。
碰撞判定部404B-2根据与在车辆1000的周边检测出的物体之间的距离的变化，来判断能否进行碰撞判定。
具体而言，若随着时间经过,车辆1000与前方车辆1002之间的距离R的变化量单调减少、且距离R的减少量在第2基准值以上，则碰撞判定部404B-2判定为车辆1000相对于物体1001发生碰撞。
此外，在距离R的变化量并非单调减少、或距离R的减少量小于第2基准值的情况下，碰撞判定部404B-2判定为车辆1000相对于物体1001不发生碰撞。
雷达信号处理装置4B中的傅里叶变换部400、峰值检测部401、方位检测部402、物体位置判定部403和碰撞判定部404B-1和碰撞判定部404B-2各自的功能由处理电路实现。
即，雷达信号处理装置4B具备用于执行使用图19在后文中阐述的步骤ST1c至步骤ST5c的处理的处理电路。
处理电路可以是专用硬件，也可以是执行存储器中所存储的程序的处理器。
接着对动作进行说明。
图19是示出实施方式3中的碰撞判定处理的流程图，示出了图3的步骤ST5的处理的详细内容。图19所示的碰撞判定处理在由碰撞判定部404B-1所进行的碰撞判定中判定为车辆1000相对于物体1001不发生碰撞的情况下实施。
碰撞判定部404B-2测定相当于多个周期的车辆1000的周边所检测出的物体与车辆1000之间的距离(步骤ST1c)。例如，将到发送至车辆1000的周边、并由存在于车辆1000周边的物体所反射的电波被接收为止的时间间隔设为1周期。碰撞判定部404B-2对于车辆1000周边所检测出的多个物体分别测定相当于多个周期的距离。
图20是示出假设为搭载有雷达装置1B的车辆1000的车速V为恒定的情况下的、车辆1000和物体1001之间的距离、车辆1000和前方车辆1002之间的距离、以及时间的对应关系的曲线图。在图20中，数据h是示出车辆1000与物体1001之间的距离的时间变化的数据，数据i是示出车辆1000与前方车辆1002之间的距离的时间变化的数据。
在车辆1000以固定的低速行驶的情况下，由数据h清楚可知，车辆1000与物体1001之间的距离随着时间经过单调减少。
另一方面，由数据i清楚可知，车辆1000与前方车辆1002之间的距离不规则地重复增减。
碰撞判定部404B-2利用上述那样的距离的时间变化的特性，根据距离的变化量来区分物体1001与前方车辆1002。
碰撞判定部404B-2确认步骤ST1c中测定出的距离的时间变化是否为单调减少(步骤ST2c)。在距离的时间变化为单调减少的情况下(步骤ST2c；是)，能判断为该距离是与物体1001之间的距离。该情况下，碰撞判定部404B-2确认单调减少量是否在第2基准值以上(步骤ST3c)。
第2基准值可以使用实施方式1和实施方式2所示的多普勒速度分量的变化量来决定。例如，若将距物体1001的水平面的高度(距离h)设为图7所示的车辆1000所能通行的下限距离，则得到图20所示的数据h。即，数据h示出了距离的变化量为第2基准值时的距离的时间变化。因此，利用实验等事先求出数据h所示的距离与时间的对应关系并存储于存储部41。
在单调减少量在第2基准值以上的情况下(步骤ST3c；是)，碰撞判定部404B-2判定为车辆1000相对于物体1001发生碰撞(步骤ST4c)。若单调减少量在第2基准值以上，则在图20的测量结束时间实际测得的距离意味着是以数据h为边界的下侧的区域的值。该情况下，物体1001存在于比车辆1000所能通行的下限距离更小(更低)的位置。因此，碰撞判定部404B-2判定为车辆1000相对于物体1001发生碰撞。
在距离的时间变化并非单调减少的情况下(步骤ST2c；否)，能判断为该距离是与前方车辆1002之间的距离。该情况下，碰撞判定部404B-2采用碰撞判定部404B-1的判定结果，判定为车辆1000相对于物体1001不发生碰撞(步骤ST5c)。
在单调减少量小于第2基准值的情况下(步骤ST3c；否)，在图20的测量结束时间实际测得的距离是以数据h为边界的上侧的区域的值。该情况下，物体1001存在于比车辆1000所能通行的下限距离更大(更高)的位置。因此，碰撞判定部404B-2判定为车辆1000相对于物体1001不发生碰撞。
如上所述，实施方式3所涉及的雷达信号处理装置4B具备碰撞判定部404B-2。实施方式3中，以如下情况为前提：车辆1000为低速且车辆1000和前方车辆1002之间的相对速度V-V2与多普勒速度分量之差小于阈值。该情况下，若随着时间经过，车辆1000与前方车辆1002之间的距离R的变化量单调减少、且距离R的减少量在第2基准值以上，则碰撞判定部404B-2判定为车辆1000相对于物体1001发生碰撞。此外，在距离R的变化量并非单调减少、或距离R的减少量小于第2基准值的情况下，碰撞判定部404B-2判定为车辆1000相对于物体1001不发生碰撞。通过具有该结构，从而在车辆1000为低速且车辆1000和前方车辆1002之间的相对速度V-V2与多普勒速度分量之差小于阈值的情况下，雷达信号处理装置4B也能准确且迅速地进行车辆1000与物体1001之间的碰撞判定。
另外，本发明并不局限于上述实施方式，在本发明的范围内，能对各实施方式进行自由组合，或能对各实施方式的任意结构要素进行变形，或能在各实施方式中省略任意结构要素。
工业上的实用性
本发明所涉及的雷达信号处理装置能准确且迅速地进行车辆与上方所存在的物体之间的碰撞判定，因此，例如能用于搭载于各种车辆的车载用雷达。
标号说明
1、1A、1B雷达装置，
2输入部，
3ADC部，
4、4A、4B雷达信号处理装置，
5输出部，
40、40A、40B信号处理部，
41存储部，
42物体信息管理部，
100处理电路，
101存储装置，
102处理器，
103存储器，
400傅里叶变换部，
401峰值检测部，
402方位检测部，
403物体位置判定部，
404、404A、404B-1、404B-2碰撞判定部，
1000车辆，
1001物体，
1002前方车辆。
Claims (8)
1.一种雷达信号处理装置，其特征在于，包括：
傅里叶变换部，该傅里叶变换部对发送至车辆的周边并从物体反射来的电波的接收信号进行傅里叶变换，由此来生成将所述接收信号的信号电平与所述车辆和所述物体之间的相对距离及相对速度关联起来而得到的FR映射；
峰值检测部，该峰值检测部基于所述傅里叶变换部所生成的所述FR映射来检测信号强度电平的峰值；
方位检测部，该方位检测部基于所述峰值检测部所检测出的信号强度电平的峰值的检测信息，来检测所述物体的方位；
物体位置判定部，该物体位置判定部基于所述方位检测部所检测出的方位的检测信息，来判定所述物体是否存在于所述车辆的移动方向的位置；以及
第1碰撞判定部，该第1碰撞判定部基于所述车辆相对于在与所述车辆的移动方向垂直的方向上远离的位置上存在的所述物体的多普勒速度分量的变化量达到第1基准值时、或所述车辆移动至与所述第1基准值相对应的距离时的、表示所述车辆的移动速度与在垂直于所述车辆的移动方向的方向上远离的位置上所存在的所述物体和所述车辆之间的相对距离的对应关系的数据，来判定所述车辆是否相对于由所述物体位置判定部判定为存在于所述车辆的移动方向的位置的所述物体发生碰撞，
所述第1基准值是所述车辆相对于所述物体的多普勒速度的分辨率值，
所述多普勒速度的分辨率越高、或所述车辆的移动方向上方所存在的所述物体的位置越高，与所述第1基准值对应的距离越长。
2.如权利要求1所述的雷达信号处理装置，其特征在于，
所述第1碰撞判定部在所述多普勒速度分量的变化量达到所述第1基准值、且所述车辆并未移动至与所述第1基准值对应的距离的情况下，判定为所述车辆相对于所述物体不发生碰撞，并在所述多普勒速度分量的变化量未达到所述第1基准值、且所述车辆移动至与所述第1基准值对应的距离的情况下，判定为所述车辆相对于所述物体发生碰撞。
3.如权利要求1所述的雷达信号处理装置，其特征在于，
所述第1碰撞判定部在除所述物体以外存在于所述车辆的周边的物体和所述车辆之间的相对速度、与所述多普勒速度分量之间产生了差异的情况下，判定所述车辆是否相对于在与所述车辆的移动方向垂直的方向上远离的位置上所存在的所述物体发生碰撞。
4.如权利要求3所述的雷达信号处理装置，其特征在于，
在所述车辆的移动速度较低、且所述车辆和所述物体之间的相对速度与所述多普勒速度分量之差小于阈值的情况下，若随着时间经过所述车辆与所述物体之间的相对距离的变化量单调减少、且相对距离的减少量在第2基准值以上，则判定为所述车辆相对于所述物体发生碰撞，若相对距离的变化量并非单调减少、或相对距离的减少量小于第2基准值，则判定为所述车辆相对于所述物体不发生碰撞。
5.一种雷达装置，其特征在于，包括：
输入部，该输入部接收被发送至所述车辆的周边并由所述物体所反射的电波；
ADC部，该ADC部将所述输入部所接收到的所述接收信号转换成数字信号；
权利要求1、3和4中任一项所述的雷达信号处理装置，该雷达信号处理装置输入有由所述ADC部转换成数字信号后的所述接收信号，并判定所述车辆是否相对于所述物体发生碰撞；以及
输出部，该输出部输出雷达信号处理装置所得出的判定结果。
6.一种雷达信号处理方法，其特征在于，包括：
傅里叶变换部对发送至车辆的周边并从物体反射来的电波的接收信号进行傅里叶变换，由此来生成将所述接收信号的信号强度电平与所述车辆和所述物体之间的相对距离及相对速度关联起来而得到的FR映射的步骤；
峰值检测部基于所述傅里叶变换部所生成的所述FR映射来检测信号强度电平的峰值的步骤；
方位检测部基于所述峰值检测部所检测出的信号强度电平的峰值的检测信息，来检测所述物体的方位的步骤；
物体位置判定部基于所述方位检测部所检测出的方位的检测信息，来判定所述物体是否存在于所述车辆的移动方向的位置的步骤；以及
第1碰撞判定部基于所述车辆相对于在与所述车辆的移动方向垂直的方向上远离的位置上存在的所述物体的多普勒速度分量的变化量达到第1基准值时、或所述车辆移动至与所述第1基准值相对应的距离时的、表示所述车辆的移动速度与在垂直于所述车辆的移动方向的方向上远离的位置上所存在的所述物体和所述车辆之间的相对距离的对应关系的数据，来判定所述车辆是否相对于由所述物体位置判定部判定为存在于所述车辆的移动方向的位置的所述物体发生碰撞的步骤，
所述第1基准值是所述车辆相对于所述物体的多普勒速度的分辨率值，
所述多普勒速度的分辨率越高、或所述车辆的移动方向上方所存在的所述物体的位置越高，与所述第1基准值对应的距离越长。
7.如权利要求6所述的雷达信号处理方法，其特征在于，
所述第1碰撞判定部在除所述物体以外存在于所述车辆的周边的物体和所述车辆之间的相对速度、与所述多普勒速度分量之间产生了差异的情况下，判定所述车辆是否相对于在与所述车辆的移动方向垂直的方向上远离的位置上所存在的所述物体发生碰撞。
8.如权利要求7所述的雷达信号处理方法，其特征在于，
在所述车辆的移动速度较低、且所述车辆和所述物体之间的相对速度与所述多普勒速度分量之差小于阈值的情况下，若随着时间经过所述车辆与所述物体之间的相对距离的变化量单调减少、且相对距离的减少量在第2基准值以上，则第2碰撞判定部判定为所述车辆相对于所述物体发生碰撞，若相对距离的变化量并非单调减少、或相对距离的减少量小于第2基准值，则第2碰撞判定部判定为所述车辆相对于所述物体不发生碰撞。
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