CN117716258A - 车辆用雷达装置 - Google Patents

Abstract

车辆用雷达装置具备频率分析部(84)、峰值信息获取部(87)、降雨判定部(88)。频率分析部对差拍信号进行二维高速傅立叶转换，峰值信息获取部从通过二维高速傅立叶转换而得到的功率谱的峰值中，提取预先设定为降水粒子条件的规定的距离及速度范围内的峰值，获取峰值的信息。降雨判定部基于由峰值信息获取部获取到的峰值的信息，判定周围环境是否为降雨。

Description

车辆用雷达装置

相关申请的交叉引用

本国际申请基于在2021年7月30日在日本专利局申请的日本专利申请第2021-125547号来主张优先权，通过参照将日本专利申请第2021-125547号的全部内容引用到本国际申请。

技术领域

本公开涉及能够判定降雨的车辆用雷达装置。

背景技术

在专利文献1中公开如下的技术：FMCW方式的雷达装置通过将频率逐渐增减为三角波状的发送信号作为雷达波发送，并接收由物标反射的雷达波来检测物标，在该FMCW方式的雷达装置中检测物标为路面或者雨滴。其中，FMCW是Frequency ModulatedContinuous Wave(调频连续波)的缩写。

在该雷达装置中，针对发送信号与接收信号的频率的差信号(以下，差拍信号)进行频率解析，提取发送信号的频率上升的上升部以及频率下降的下降部中的峰值频率。而且，在提取出的该上升部峰值频率以及下降部峰值频率均未达到规定的强度时，判定为物标为路面或者雨滴。

专利文献1：日本特开2004-233277号公报

然而，专利文献1所记载的技术是在FMCW方式的雷达装置中检测物标为路面或者雨滴的技术，因此无法应用于发送信号的调制方式不同的FCM方式的雷达装置。此外，FCM是Fast Chirp Modulation(快速线性调制)的缩写。

即，在FCM方式的雷达装置中，调制发送信号的频率以从开始频率渐增或者渐减直至到达结束频率为止，并阶段性地反复该调制，因此无法应用上述技术来进行降雨判定。因此，在搭载有FCM方式的雷达装置的车辆中，为了检测降雨，需要另外设置雨滴传感器等降雨检测装置。

发明内容

本公开的一个技术方案的目的在于，在FCM方式的车辆用雷达装置中，在不利用雨滴传感器等降雨检测装置的情况下能够进行降雨判定。

本公开的一个技术方案的车辆用雷达装置是一种FCM方式的雷达装置，通过发送利用FCM调制方式进行了频率调制后的雷达波，并接收由物标反射的雷达波，来检测物标。

本公开的车辆用雷达装置具备频率分析部、峰值信息获取部、降雨判定部。

频率分析部构成为，对雷达波的发送信号与接收信号的频率的差信号亦即差拍信号进行二维高速傅立叶转换。

峰值信息获取部构成为从通过频率分析部中的二维高速傅立叶转换而得到的功率谱的峰值中，提取预先设定为降水粒子条件的规定的距离及速度范围内的峰值，获取提取出的该峰值的信息

降雨判定部构成为基于由峰值信息获取部获取到的峰值的信息，判定周围环境是否为降雨。

即，在FCM方式的雷达装置中，如上所述，调制发送信号的频率以从开始频率渐增或者渐减直至到达结束频率为止，并阶段性地反复该调制。

因此，在FCM方式的雷达装置中设置有进行二维高速傅立叶转换的频率分析部。此外，按照以下的顺序执行二维高速傅立叶转换，通过按照频率渐增或者渐减的线性调频进行高速傅立叶转换来对距离频率进行分析，进一步地，通过在线性调频连续的方向上对该距离频率进行高速傅立叶转换来对速度频率进行分析。

因此，在频率分析部中，得到在距离以及速度的坐标系中产生功率谱的峰值的分析结果。而且，该峰值与降水粒子等物标对应。

因此，在本公开的车辆用雷达装置中，峰值信息获取部从该分析结果中，提取被预先设定为降水粒子条件的规定的距离及速度范围内的峰值，获取提取出的该峰值的信息。而且，降雨判定部基于该获取到的峰值的信息，判定周围环境是否为降雨。

因此，根据本公开的车辆用雷达装置，在搭载了FCM方式的雷达装置的车辆中，能够在不另外设置雨滴传感器等降雨检测装置的情况下检测降雨。另外，通过使降雨的检测结果输出到与车辆用雷达装置连接的车载装置、例如驾驶辅助装置，能够更适当地执行降雨时的驾驶辅助。

附图说明

图1是表示实施方式的雷达装置的结构的框图。

图2是表示雷达装置朝向车辆的配置以及来自路面的雷达波的反射的说明图。

图3是对从雷达装置发送的发送信号的调制方式进行说明的说明图。

图4是表示处理单元的功能结构的框图。

图5是表示通过二维高速傅立叶转换而得到的频谱的峰值的说明图。

图6是表示由处理单元执行的降雨判定处理的流程图。

图7是表示根据路面速度从峰值提取中去掉的区域的说明图。

图8是表示根据路侧物而从峰值提取中去掉的区域的说明图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对本公开的实施方式进行说明。

[结构]

如图2所示，本实施方式的雷达装置10是配置在车辆2的前表面中央部分、例如前保险杠的里侧的车辆用雷达装置。该雷达装置10用于通过向车辆2的前方辐射雷达波并接收从物标反射来的反射波，来检测存在于车辆2的前方的物标。

如图1所示，雷达装置10具备发送电路20、分配器30、发送天线40、接收天线50、接收电路60、处理单元70、输出单元90。

发送电路20是用于向发送天线40供给发送信号Ss的电路。发送电路20将毫米波段的高频信号输入到位于发送天线40的上游的分配器30。

具体而言，如图2所示，发送电路20以高频信号的频率从最低的开始频率渐增到最高的结束频率的方式进行调制，并阶段性地反复该调制，由此生成FCW调制后的高频信号，并输入到分配器30。

分配器30将从发送电路20输入的高频信号功率分配给发送信号Ss和本地信号L。

发送天线40基于从分配器30供给的发送信号Ss，辐射与发送信号Ss对应的频率的雷达波。

接收天线50是用于接收由物标反射的雷达波亦即反射波的天线。该接收天线50构成为多个天线元件51配置成一列的线性阵列天线。由各天线元件51产生的反射波的接收信号Sr被输入到接收电路60。

接收电路60对从构成接收天线50的各天线元件51输入的接收信号Sr进行处理，生成并输出每个天线元件51的差拍信号BT。具体而言，接收电路60按每个天线元件51，使用混频器61将从该天线元件51输入的接收信号Sr和从分配器30输入的本地信号L混合，由此生成并输出每个天线元件51的差拍信号BT。

其中，在直到输出差拍信号BT为止的过程中，包含对接收信号Sr进行放大的过程、以及从差拍信号BT去掉不必要的信号成分的过程。

这样，由接收电路60生成并输出的每个天线元件51的差拍信号BT被输入处理单元70。

处理单元70具备微型计算机，该微型计算机具有CPU71、例如RAM或者ROM等半导体存储器(以下，存储器72)。另外，处理单元70也可以具备执行高速傅立叶转换(以下，FFT)处理等的协处理器。

处理单元70执行如下的物标检测处理，通过对每个天线元件51的差拍信号BT进行解析，从而按反射了雷达波的每个物标，计算直到物标为止的距离R、物标的速度V、物标的方位θ。

此外，物标的速度V为与车辆2的相对速度，在反射了雷达波的物标为降水粒子、路面的情况下，大致为“-1×车速”。另外，物标的方位θ是将来自雷达装置10的雷达波的辐射方向中心轴作为0度而计算的。

另外，处理单元70执行降雨判定处理，降雨判定处理是根据每个天线元件51的差拍信号BT的解析结果判定是否正在降雨的处理。

然后，处理单元70对物标的检测结果、降雨的判定结果被从输出单元90输出到车辆2的驾驶辅助ECU100。其中，ECU是Electronic Control Unit(电子控制单元)的缩写。

驾驶辅助ECU100基于从雷达装置10输入的物标的检测结果，执行用于辅助驾驶员对车辆2的驾驶的各种处理。在与驾驶辅助相关的处理中，例如也可以包含向驾驶员发出存在接近物的警报的处理、为了避免与接近物的碰撞而控制车辆2的制动装置、转向装置的处理。另外，为了使车辆2追随先行车辆，也可以包含控制车辆的驱动系统、制动系统、操作系统的处理。

[处理单元70的功能]

接下来，作为功能结构，如图4所示，处理单元70具备A/D转换部82、频率分析部84、物标检测部86、峰值信息获取部87以及降雨判定部88。

A/D转换部82是将从接收电路60输入到每个天线元件51的差拍信号BT进行A/D转换为数字数据的功能。

另外，频率分析部84是通过对从A/D转换部82输入的差拍信号BT的数字数据进行高速傅立叶转换(以下，FFT)，从而搜索存在于雷达波的辐射方向的物标的功能。

具体而言，频率分析部84按照以下的顺序进行二维FFT处理：通过按图3所示的发送信号的每个线性调频，对差拍信号BT进行FFT处理从而对距离频率进行分析，进一步地，通过在线性调频方向上对该距离频率进行FFT处理来对速度频率进行分析。

其结果为，在频率分析部84中，如图5所示，得到在距离以及速度的坐标系中产生功率谱的峰值的分析结果。而且，物标检测部86根据该分析结果，确定存在于雷达波的辐射方向上的物标，求出直到该物标为止的距离R以及物标的速度V。其中，在图5中，功率谱的峰值分别由较小的圆表示。

另外，频率分析部84进行如下的处理：根据从各天线元件51得到的差拍信号BT的相位差求出物标的方位θ。然后，物标检测部86根据按每个物标求出的距离R、速度V、方位θ确定各物标的位置，并输出到驾驶辅助ECU100。

此外，FCW方式的雷达装置中的基于二维FFT、相位差的方位检测为公知技术，因此，这里省略详细的说明。

接下来，峰值信息获取部87以及降雨判定部88是为了判定周围环境是否为降雨而赋予处理单元70的功能。

其中，峰值信息获取部87从通过频率分析部84中的二维FFT处理而得的分析结果，提取预先设定为降水粒子条件的规定的距离及速度范围内的功率谱的峰值。

如图5中虚线所示，降水粒子条件的距离及速度范围被设定为近距离且相对速度大致为“-1×车速”。降水粒子条件的距离范围被设定为近距离是因为降水粒子的反射电平较小，只能以近距离进行检测。

然后，峰值信息获取部87获取按照降水粒子条件而提取出的功率谱的峰值的数量、功率、速度以及高度来作为峰值的信息。此外，这些信息对应于降水粒子的数量、来自降水粒子的反射波的功率、降水粒子相对于车辆2的相对速度、以及降水粒子与路面相距的高度。

另外，降雨判定部88基于由峰值信息获取部87获取到的峰值的信息，更新降雨判定用参数，基于该更新后的降雨判定用参数，判定周围环境是否为降雨。

而且，降雨判定部88若判定为周围环境为降雨，则雷达波由于降雨而衰减，物标的可搜索范围变窄，因此向驾驶辅助ECU100输出使基于驾驶辅助ECU100的控制范围缩小的指令。

其结果为，例如，驾驶辅助ECU100在进行使车辆2追随先行车辆的控制时，使先行车辆的搜索范围变窄，能够抑制先行车辆由于降雨而被错误检测，追随控制变得不稳定的情况。

[降雨判定处理]

接下来，对在处理单元70的CPU71中为了实现作为峰值信息获取部87以及降雨判定部88的功能而执行的降雨判定处理进行说明。

该降雨判定处理是通过由CPU71执行存储于存储器72的程序而实施的处理。

如图6所示，若开始降雨判定处理，则在S110中，从基于上述的二维FFT处理的分析结果亦即距离以及速度的坐标系中的功率谱中，提取适合于降水粒子条件的距离及速度范围内的峰值。

此外，在S110中提取的峰值是功率成为预先设定的阈值以上的峰值。而且，降水粒子条件被设定为从上述的距离及速度范围内的峰值中，如图7所示那样去掉相对速度为路面相当的速度的峰值。

即，在从路面反射了雷达波的情况下，该反射点的相对速度与降水粒子同样，大致为“-1×车速”，直到反射点为止的距离也与降水粒子的距离范围重复。

因此，为了从通过二维FFT处理而得到的功率谱的峰值中提取与降水粒子对应的峰值，优选去掉与来自路面的反射波对应的功率谱的峰值。

另一方面，如图2所示，若将从雷达装置10观察路面的反射点P1的路面角度设为α，则车辆2与路面的相对速度亦即路面速度Vr为“Vr＝-1×车速×cosα”。另外，路面角度α能够作为“α＝arcsin(雷达装置10与路面相距的高度/由雷达装置10测量的路面距离)”而求出。

如图7所示，路面速度Vr根据距离而变化，但作为去掉功率谱的峰值的速度范围，能够设定Vr±A[m/s]。因此，在本实施方式中，设定降水粒子条件以在该速度范围中不提取功率谱的峰值。

另外，如图8所示，在车辆2的左右存在路侧物的情况下，还考虑来自路侧物的反射波被提取为降水粒子。因此，在本实施方式中，如图8所示，设定降水粒子条件，以使得不提取位于在车辆2的宽度方向上被设定为存在路侧物的、比左右的分界线Pl、Pr靠外的区域的功率谱的峰值。

其结果为，能够抑制来自路面、路侧物的雷达波的反射点被提取为降水粒子。

接下来，在S110中，若提取满足上述的降水粒子条件的功率谱的峰值，则转移到S120，计算提取出的该峰值的信息。在S120中，如上所述，作为峰值的信息，计算在S110中提取出的功率谱的峰值的数量、功率、速度以及高度。但是，这些参数未必需要全部计算，例如也可以计算这些参数中的一个或者一部分。

在S120中，若计算出峰值的信息，则转移到S130，基于该计算出的峰值的信息，更新降雨判定参数。

在本实施方式中，作为降雨判定参数，设定降雨计数、降雨功率、降水粒子的速度偏差以及降水粒子的高度偏差。

其中，降雨计数将降水粒子数计数化，例如，将在S120中计算出的峰值的数量作为本次降水粒子数，基于下式进行更新。

降雨计数＝前次降雨计数+(本次降水粒子数-2)

另外，降雨功率是降水粒子的功率的移动平均值，例如将在本次提取出的峰值中功率成为最大值的峰值的功率作为本次降水粒子最大降雨功率，基于下式进行更新。

降雨功率＝(0.995×前次降雨功率)+(0.005×本次降水粒子最大降雨功率)

此外，也可以取代本次降水粒子最大降雨功率，例如使用本次提取出的峰值的功率的平均值，更新降雨功率。

另外，降水粒子的速度偏差例如是与本次提取出的峰值对应的降水粒子全部，使用下式求出速度平均值，

速度平均值＝(0.95×前次速度平均值)+(0.05×本次降水粒子速度)

通过基于该速度平均值，使用下式求出所谓标准偏差来进行计算。

速度偏差＝(0.95×前次速度偏差)+(0.95×0.05×(本次降水粒子速度-速度平均值)＾2)

另外，降水粒子的高度偏差例如是与本次提取出的峰值对应的全部降水粒子，使用下式求出高度平均值，

高度平均值＝(0.95×前次高度平均值)+(0.05×本次降水粒子高度)

通过基于该高度平均值，使用下式求出所谓标准偏差，来进行计算。

高度偏差＝(0.95×前次高度偏差)+(0.95×0.05×(本次降水粒子高度-高度平均值)＾2)

其中，上述式中记载的数值是一例，能够适当地变更。另外，“＾2”表示平方。

接下来，在S140中，利用在S130中求出的降雨判定参数，进行降雨判定。

即，在降雨计数较大时，由于降水粒子较多，因此能够判定为降雨。另外，在降雨功率较大时，能够判定为由降水粒子引起的电波的衰减较大。另外，在降水粒子的速度偏差、高度偏差较小时，有可能提取出路面等与降水粒子不同的峰值。

因此，在S140中，在降雨计数、降雨功率、速度偏差以及高度偏差分别比预先设定的阈值大时，判定为降雨。

此外，在本实施方式中，在降雨计数、降雨功率、速度偏差以及高度偏差全部较大时，判定为降雨，但也可以是，例如在降雨计数、降雨功率较大时判定为降雨。即，也可以是在降雨判定参数中的一个或者一部分较大时判定为降雨。

另外，作为降雨判定参数，计算降雨计数、降雨功率、速度偏差以及高度偏差，但也可以将这些参数中的一个或者一部分作为降雨判定参数而求出，进行降雨判定。

接下来，在S150中，判定在S140中是否判定为降雨，在未判定为降雨的情况下，转移到S160，在判定为降雨的情况下，转移到S170。

在S160中，未判定为降雨，驾驶辅助ECU100能够不受降雨的影响地实施控制，因此针对驾驶辅助ECU100，与降雨的判定结果一同，输出通常设定控制范围的指令，结束降雨判定处理。

另一方面，在S170中，判定为降雨，驾驶辅助ECU100的控制受到降雨的影响，因此针对驾驶辅助ECU100，与降雨的判定结果一同，输出指令以缩小控制范围，结束降雨判定处理。

此外，在结束降雨判定处理之后，通过再次转移到S110，从而在规定期间反复执行上述处理。

在图6所示的流程图中，S110以及S120的处理作为图4所示的峰值信息获取部87发挥功能，S130～S170的处理作为图4所示的降雨判定部88发挥功能。

[效果]

如以上说明的那样，在本实施方式中，在FCM方式的雷达装置10中，利用由频率分析部84实施的二维FFT处理，进行降雨判定。而且，在该降雨判定中，从通过二维FFT处理而得到的距离以及速度的坐标系的功率谱中，将通过雷达装置10检测出降水粒子的区域内的峰值提取为降水粒子，基于该峰值的信息，进行降雨判定。

另外，作为降雨判定所使用的峰值的信息，获取峰值的数量、峰值的功率，将这些参数设为降水粒子的数量或者降水粒子的功率而用于降雨判定，因此能够极其准确地进行降雨判定。

另外，在本实施方式中，由于从距离以及速度的坐标系的功率谱提取峰值的区域被限制，以使得不会将来自路面、路侧物的反射波识别为降水粒子，因此能够更精度良好地实施降雨判定。

另外，即使假设将来自路面、路侧物的反射波识别为降水粒子，由于在降雨判定中使用降水粒子的速度偏差、以及降水粒子的高度偏差，因此能够抑制降雨的判定精度降低。

[其他的实施方式]

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开不限于上述的实施方式，能够各种变形地实施。

本公开所记载的处理单元70的降雨判定的方法也可以由专用计算机实现，该专用计算机通过构成被编程为执行由计算机程序具体化的一个至多个功能的处理器以及存储器而被提供。或者，本公开所记载的处理单元70的降雨判定的方法也可以由专用计算机实现，该专用计算机通过由一个以上的专用硬件逻辑电路构成处理器而被提供。或者，本公开所记载的处理单元70的降雨判定的方法也可以由一个以上的专用计算机实现，该专用计算机通过被编程为执行一个至多个功能的处理器和存储器与由一个以上的硬件逻辑电路构成的处理器的组合而构成。另外，在处理单元70中执行的计算机程序也可以作为由计算机执行的指令，存储于计算机能够读取的非迁移有形记录介质。在实现处理单元70中包含的各部的功能的方法中不一定需要包含软件，其全部的功能也可以使用一个或多个硬件来实现。

也可以通过多个构成要素来实现上述实施方式中的一个构成要素所具有的多个功能，或者通过多个构成要素来实现一个构成要素所具有的一个功能。另外，也可以通过一个构成要素来实现多个构成要素所具有的多个功能，或者也可以通过一个构成要素来实现由多个构成要素实现的一个功能。另外，也可以省略上述实施方式的结构的一部分。另外，也可以针对其他的上述实施方式的结构附加或者置换上述实施方式的结构的至少一部分。

除了上述的车辆用雷达装置以外，也可以按下述各种方式实现本公开：将该车辆用雷达装置作为构成要素的系统、用于使计算机作为该车辆用雷达装置发挥功能的程序、记录了该程序的半导体存储器等非迁移实体记录介质、车辆用雷达装置中的降雨判定方法等。

Claims (7)

1.一种车辆用雷达装置，发送利用FCM调制方式调制了频率后的雷达波，并通过接收由物标反射的雷达波来检测物标，其中，该车辆用雷达装置具备：

频率分析部(84)，构成为对所述雷达波的发送信号与接收信号的频率的差信号亦即差拍信号进行二维高速傅立叶转换；

峰值信息获取部(87)，构成为从在所述频率分析部中通过所述二维高速傅立叶转换而得到的功率谱的峰值中，提取预先设定为降水粒子条件的规定的距离及速度范围内的峰值，获取提取出的所述峰值的信息；以及

降雨判定部(88)，构成为基于由所述峰值信息获取部获取到的所述峰值的信息，判定周围环境是否为降雨。

2.根据权利要求1所述的车辆用雷达装置，其中，

所述峰值信息获取部构成为，获取已提取出的所述峰值的数量作为所述峰值的信息，

所述降雨判定部构成为，在所述峰值的数量较多时判定为降雨。

3.根据权利要求1或2所述的车辆用雷达装置，其中，

所述峰值信息获取部构成为，获取已提取出的所述峰值的功率作为所述峰值的信息，

所述降雨判定部构成为，在所述峰值的功率较大时判定为降雨。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用雷达装置，其中，

所述峰值信息获取部构成为，获取已提取出的所述峰值的速度偏差作为所述峰值的信息，

所述降雨判定部构成为，在所述峰值的速度偏差大时判定为降雨。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆用雷达装置，其中，

所述峰值信息获取部构成为，获取已提取出的所述峰值的高度偏差作为所述峰值的信息，

所述降雨判定部构成为，在所述峰值的高度偏差大时判定为降雨。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的车辆用雷达装置，其中，

所述峰值信息获取部构成为，在提取所述规定的距离及速度范围内的峰值时，去掉具有路面相当的速度的峰值。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的车辆用雷达装置，其中，

所述峰值信息获取部构成为，在提取所述规定的距离及速度范围内的峰值时，去掉位于被设定为在车辆的宽度方向上存在路侧物的区域的峰值。