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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radarvorrichtung zum
Erfassen eines Objekts unter Verwendung elektromagnetischer Wellen
und auf ein mobiles Objekt, das die Radarvorrichtung umfasst.
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Hintergrund der Technik
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Wie
in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, schätzen einige
existierende Such- und Verfolgungs-Unterstützungsvorrichtungen
eine zweidimensionale Bewegungsgeschwindigkeit eines Erfassungsobjekts,
das ein Verfolgungsziel ist, unter Verwendung von Bildinformationen,
die von einer Radarvorrichtung erhalten werden, und erfassen eine
Zeit, zu der das Verfolgungszielerfassungsobjekt an seinem Punkt
größter Annäherung ist, und die Position
des Objekts zu dieser Zeit, aus der zweidimensionalen Bewegungsgeschwindigkeit
des Verfolgungszielerfassungsobjekts und der zweidimensionalen Bewegungsgeschwindigkeit
der Vorrichtung selbst.
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Solche
Vorrichtungen können die Distanz größter
Annäherung des Erfassungsobjekts unter Verwendung der zweidimensionalen
Bewegungsgeschwindigkeit des Erfassungsobjekts und der zweidimensionalen Bewegungsgeschwindigkeit
derselben berechnen (die Distanz größter Annäherung
= „0" bei diesen vorliegenden Vorrichtungen).
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Zusätzlich
dazu bewegen bestehende Radarvorrichtungen für ein Motorfahrzeug
einen Strahl abtastend in einer Azimutrichtung und betrachten die
Azimutrichtung, in der die Reflexionsintensität von dem
Ziel maximiert ist, als die Azimutrichtung des Ziels. Bei diesem
Verfahren jedoch, sogar wenn das Ziel oben in der Vorderrichtung
angeordnet ist und daher das Ziel und das Fahrzeug einander passieren
können, bestimmt die Radarvorrichtung, dass das Ziel ein
Hindernis für das Fahrzeug ist. Somit kann das Fahrzeug
eine fehlerhafte Warnung oder ein fehlerhaftes Bremssignal empfangen,
wenn es unter eine Überführung oder ein Verkehrszeichen
fährt.
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Andererseits
beschreiben Patentdokumente 2 bis 6 Radarvorrichtungen, die bestimmen
können, ob ein Motorfahrzeug und ein Ziel einander passieren
können, durch Erwerben der Höheninformationen über
das Ziel.
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Patentdokument
2 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Höhe eines
Ziels, das stationär ist, durch Bestimmen, ob der Effekt
eines Mehrwegs in Erscheinung tritt.
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Patentdokument
3 beschreibt eine Konfiguration, bei der ein Strahl abtastend durch
mechanisches Bewegen einer Antenne in der horizontalen Richtung
bewegt wird, und der Strahl in der vertikalen Richtung durch Verwenden
einer Phasenarrayantenne abtastend bewegt wird.
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Patentdokument
4 beschreibt eine Konfiguration, bei der eine Wanderwellenantenne
verwendet wird, die die Einstrahlungsrichtung gemäß der
Frequenz ändert, und der Höhenwinkel, an dem ein
Objekt angeordnet ist, wird unter Verwendung der Intensität
eines Pulses bestimmt, während zuerst die Frequenz verändert wird.
Nachfolgend wird eine FM-CW-Modulation ausgeführt, hauptsächlich
für die Frequenz, die dem Höhenwinkel entspricht.
Durch Schalten eines elektronischen Schalters und Ausführen
eines horizontalen Abtastens kann eine Erfassung effektiv sogar
für eine schräge Straße ausgeführt
werden.
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Patentdokument
5 beschreibt eine Konfiguration, bei der eine Wanderwellenantenne
eingesetzt wird, und ein Strahl wird in einer vertikalen Richtung
unter Verwendung eines Frequenzschaltens oder unter Verwendung eines
Phasenschiebers abtastend bewegt.
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Patentdokument
6 beschreibt eine Konfiguration, bei der eine Erfassung ausgeführt
wird, durch Durchführen eines elektronischen Abtastens
in einer horizontalen Richtung und Ausführen eines Abtastens
in einer vertikalen Richtung unter Verwendung eines Phasenmonopulsverfahrens.
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- [Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung
Veröffentlichungsnr. 2001-330664
- [Patentdokument 2] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung
Veröffentlichungsnr. 2001-153946
- [Patentdokument 3] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung
Veröffentlichungsnr. 2003-207559
- [Patentdokument 4] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung
Veröffentlichungsnr. 2004-101347
- [Patentdokument 5] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung
Veröffentlichungsnr. 2004-226158
- [Patentdokument 6] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung
Veröffentlichungsnr. 11-287857
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Probleme,
die durch die Erfindung gelöst werden sollen Die Vorrichtung,
die in Patentdokument 1 beschrieben ist, kann erfassen, in welcher
Azimutrichtung ein Erfassungsobjekt positioniert ist, und in welcher Richtung
sich das Objekt im Hinblick auf die Vorrichtung bewegt, und kann
somit sehr genau die Distanz zu dem Objekt messen. Es ist jedoch
schwierig, die Richtung (die Azimutrichtung) sehr genau zu erfassen.
Daher wird die Genauigkeit der Azimutrichtungserfassung verringert.
Wie oben beschrieben wurde, da die zweidimensionale Bewegungsgeschwindigkeit
unter Verwendung der berechneten Azimutrichtung mit geringer Genauigkeit
berechnet wird, umfasst die geschätzte berechnete Distanz
der größten Näherung zu einem gewissen
Maße einen Fehler. Wenn, wie in dem Patentdokument 1 beschrieben
ist, die Verfolgung unter Verwendung einer Bildausgabe aus einer
Radarvorrichtung ausgeführt wird, ist ein solcher Fehler
akzeptabel. Für eine Radarvorrichtung jedoch, die in einem
Motorfahrzeug befestigt ist, die ein anderes Fahrzeug erfasst, das
aus der Vorderrichtung kommt, ist ein solcher Fehler nicht akzeptabel,
um eine Kollision zu verhindern.
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Zusätzlich
dazu, um die Distanz der nächsten Annäherung sehr
genau zu berechnen, benötigt die Vorrichtung, die in Patentdokument
1 beschrieben ist, eine große Anzahl von Abtastpunkten,
und daher wird die Rechenzeit für die Distanz der nächsten
Annäherung erhöht. Für eine Radarvorrichtung
jedoch, die in einem Motorfahrzeug befestigt ist, ist die relative
Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem entgegenkommenden
Fahrzeug sehr hoch. Dementsprechend werden in diesem Fall die Erfassung
und die nachfolgende Kollisionsverhinderungsoperation über
eine kurze Distanz im Vergleich zu dem Fall von z. B. einem Boot
ausgeführt. Folglich muss die Distanz der nächsten
Annäherung in einer kurzen Zeit berechnet werden.
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Andererseits
wird in Patentdokument 2 die Höhe unter Verwendung einer
Distanz erhalten, in der der Mehrwegeffekt erscheint. In der Praxis
jedoch ist es schwierig, die Höhe eines Ziels in einem
Bereich zu erfassen, in dem der Empfangspegel sehr niedrig ist,
da andere Faktoren als der Mehrweg, der die Erfassungsausgabe der
Radarvorrichtung abändert, wie z. B. Erschütterung
des sich bewegenden Fahrzeugs, gegeben sind.
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Zusätzlich
dazu wird in den Patentdokumenten 3 bis 6 die Höhe eines
Ziels durch abtastendes Bewegen eines Strahls nicht nur in einer
horizontalen Richtung (einer Azimutrichtung), sondern auch in einer
vertikalen Richtung (einer Höhenwinkelrichtung) erhalten.
Dementsprechend braucht die Strahlabtastbewegungsoperation Zeit
und das Verarbeitungssystem wird kompliziert. Somit wird die gesamte
Vorrichtung nachteilhaft vergrößert.
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Dementsprechend
schafft die vorliegende Erfindung eine Radarvorrichtung, die in
der Lage ist, die Distanz der nächsten Annäherung
sehr genau bei hoher Geschwindigkeit zu berechnen, und ein mobiles
Objekt, das die Radarvorrichtung umfasst und das eine Kollision
genau verhindern kann.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner eine Radarvorrichtung und ein
mobiles Objekt, das in der Lage ist, eine Kollision sehr genau zu
vermeiden, durch Erhalten einer dreidimensionalen relativen Positionsbeziehung
zwischen einem Objekt und der Radarvorrichtung, ohne abtastendes
Bewegen in der Höhenwinkelrichtung.
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Einrichtung zum Lösen
der Probleme
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- (1) Die vorliegende Erfindung bezieht sich
auf eine Radarvorrichtung, die eine Sende- und Empfangseinrichtung
zum Senden eines Sendesignals, Empfangen eines Reflexionssignals
des Sendesignals und Ausgeben eines Erfassungssignals und eine Objekterfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Distanz eines Objekts von der Radarvorrichtung
und einer relativen Geschwindigkeit des Objekts auf der Basis des
Erfassungssignals umfasst. Gemäß der vorliegenden
Erfindung berechnet die Objekterfassungseinrichtung der Radarvorrichtung
eine Distanz der nächsten Annäherung des Objekts
auf der Basis einer Änderung bei der Distanz des Objekts
von der Radarvorrichtung und einer Änderung bei der relativen
Geschwindigkeit des Objekts, die aus dem Erfassungssignal erworben
wird.
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Bei
einer solchen Konfiguration sendet die Sende- und Empfangseinrichtung
ein Sendesignal eines vorbestimmten Signalformats und empfängt
reflektierte Wellen von einem Objekt, das innerhalb eines Erfassungsbereichs
angeordnet ist und sich der Radarvorrichtung mit einer konstanten
Geschwindigkeit nähert. Die Sende- und Empfangseinrichtung
erzeugt dann ein Erfassungssignal auf der Basis des Reflexionssignals
und gibt das Erfassungssignal zu der Objekterfassungseinrichtung
aus. Die Objekterfassungseinrichtung berechnet die Distanzen und
Komponenten der relativen Geschwindigkeiten in der Radarvorrichtungsrichtung
an einer Mehrzahl von Zeitgebungspunkten auf der Basis des erworbenen
Erfassungssignals. Nachfolgend berechnet die Objekterfassungseinrichtung
eine Distanz der nächsten Annäherung des Erfassungsobjekts
zu der Radarvorrichtung auf der Basis von Zeitvariationen im Hinblick
auf die Distanz und Komponente der relativen Geschwindigkeit in
der Radarvorrichtungsrichtung.
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Genauer
gesagt wird die Distanz der nächsten Annäherung
r wie folgt berechnet. 5 ist ein Diagramm, das ein
Verfahren zum Berechnen der Distanz r der nächsten Annäherung
darstellt. Ein Bezugszeichen 101 bezeichnet ein Fahrzeug,
das die Radarvorrichtung umfasst. Ein Bezugszeichen 102 bezeichnet
ein entgegenkommendes Fahrzeug, das erfasst werden soll, das sich
dem Fahrzeug 101 mit konstanter Geschwindigkeit nähert.
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L1
sei eine Distanz, die an einem ersten Zeitgebungspunkt erfasst wird,
Vmod1 sei eine Komponente der relativen Geschwindigkeit in der Radarvorrichtungsrichtung
an diesem Zeitgebungspunkt. L2 sei eine Distanz, die an einem zweiten
Zeitgebungspunkt nahe dem ersten Zeitgebungspunkt erfasst wird,
und Vmod2 sei eine Komponente der relativen Geschwindigkeit in der
Radarvorrichtungsrichtung an diesem Zeitgebungspunkt.
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Zusätzlich
dazu sei V1 die relative Geschwindigkeit (die relative Geschwindigkeit
in der Bewegungsrichtung) des entgegenkommenden Fahrzeugs 102 an
dem ersten Zeitgebungspunkt, x1 sei die Distanz in der Bewegungsrichtung
und θ1 der Azimutwinkel. Dann wird Gleichung (1) erhalten: V mod 1 = V1·cosθ1 = V1·x1L1 (1)
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Auf ähnliche
Weise sei V2 die relative Geschwindigkeit (die relative Geschwindigkeit
in der Bewegungsrichtung) von dem entgegenkommenden Fahrzeug 102 an
dem zweiten Zeitgebungspunkt, und θ2 sei der Azimutwinkel
an diesem Zeitgebungspunkt. Dann wird Gleichung (2) erhalten: V mod 2 = V2·cosθ2 = V2·x2L2 (2)
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Hier,
wie oben beschrieben wurde, da die relative Geschwindigkeit konstant
ist, sind die relativen Geschwindigkeiten, die an den zwei Zeitgebungspunkten
erhalten werden, die zeitlich sehr nahe beieinander sind, dieselben
(V1 = V2). Unter Verwendung der Gleichungen (1) und (2) wird die
folgende Gleichung erhalten:
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Unter
Verwendung der Lehre von Pythagoras werden folgende Gleichungen
an jedem der Zeitgebungspunkte erhalten: L12 = x12 + r2 (4A) L22 = x22 +
r2 (4B)
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Unter
Verwendung von Gleichungen (3), (4A) und (4B) kann die folgende
Gleichung erhalten werden:
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Gleichung
(5) kann im Hinblick auf die Distanz r der nächsten Annäherung
wie folgt umgestellt werden:
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Dies
zeigt an, dass eine Distanz der nächsten Annäherung
ausschließlich aus der Distanz und einer Komponente der
relativen Geschwindigkeit des Erfassungsobjekts in der Radarvorrichtungsrichtung
berechnet werden kann. Zusätzlich dazu kann durch Erfassen
der Distanz und der Komponente der relativen Geschwindigkeit des
Erfassungsobjekts in der Radarvorrichtungsrichtung an zumindest
zwei Zeitgebungspunkten eine Distanz der nächsten Annäherung
berechnet werden.
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- (2) Zusätzlich dazu kann gemäß der
vorliegenden Erfindung die Sende- und Empfangseinrichtung der Radarvorrichtung
ein Überlagerungssignal erzeugen, das aus dem Sendesignal
und dem Reflexionssignal als das Erfassungssignal erhalten wird,
und die Objekterfassungseinrichtung kann die Distanz und die relative Geschwindigkeit
des Objekts unter Verwendung einer Frequenz des Überlagerungssignals
berechnen.
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Bei
einer solchen Konfiguration erzeugt die Sende- und Empfangseinrichtung
durch Mischen des Sendesignals und des Empfangssignals ein Überlagerungssignal.
Für eine bekannte Radarvorrichtung, die ein FMCW-Verfahren
verwendet, wird die Frequenz des Überlagerungssignals durch
Addieren einer Frequenz, die proportional zu der Distanz ist, mit
einer Dopplerfrequenz, oder Subtrahieren einer Frequenz, die proportional zu
der Distanz ist, von einer Dopplerfrequenz, erhalten. Durch Anwenden
des Verfahrens zum Berechnen der Distanz und der relativen Geschwindigkeit
auf der Basis der Überlagerungssignalfrequenz kann die
Objekterfassungseinrichtung die Distanz und die Komponente der relativen
Geschwindigkeit des Erfassungsobjekts in der Radarvorrichtungsrichtung
berechnen.
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- (3) Zusätzlich dazu kann gemäß der
vorliegenden Erfindung die Objekterfassungseinrichtung der Radarvorrichtung
die relative Geschwindigkeit (eine Radar-Vorrichtung-Richtung-Komponente
der relativen Geschwindigkeit) auf der Basis von Zeitvariationen
in einer Mehrzahl von erfassten Distanzen berechnen.
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Bei
dieser Konfiguration kann die relative Geschwindigkeit unter Verwendung
einer Änderung bei einer Distanz von der Radarvorrichtung
zu dem Objekt berechnet werden, ohne die oben beschriebene Dopplerverschiebungsfrequenz
zu verwenden. Hier erfasst die Objekterfassungseinrichtung durch
Verwendung einer Bedingung, dass sich das Erfassungsobjekt in einer
konstanten Geschwindigkeit annähert, die relative Geschwindigkeit
unter Verwendung der Mehrzahl von erfassten Distanzen.
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- (4) Zusätzlich dazu, gemäß der
vorliegenden Erfindung, wenn eine Bewegungsgeschwindigkeit eines
mobilen Objekts, das die Radarvorrichtung umfasst, größer
oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist, kann die Objekterfassungseinrichtung
der Radarvorrichtung einen Azimutwinkel zu einer Zeit des Messens
einer Distanz auf der Basis der berechneten Distanz und der berechneten
Distanz der nächsten Annäherung berechnen.
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Bei
dieser Konfiguration, wenn die Geschwindigkeit der Radarvorrichtung
(des mobilen Objekts, das die Radarvorrichtung umfasst) größer
oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist, kann die Bewegungsrichtung
der Radarvorrichtung (des mobilen Objekts, das die Radarvorrichtung
umfasst) als parallel zu der Bewegungsrichtung des Erfassungsobjekts
betrachtet werden. Dementsprechend ist die Richtung, in der die
Distanz an jedem der Zeitgebungspunkte erfasst wurde, senkrecht
zu der Richtung der Distanz der größten Annäherung,
die unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens berechnet
wurde. Unter Verwendung dieser Bedingung kann die Objekterfassungseinrichtung
die Bewegungsrichtung der Radarvorrichtung und einen Winkel zwischen
der Radarvorrichtung und dem Objekt (einen Objektwinkel Φ)
an jedem der Distanzerfassungszeitgebungspunkte unter Verwendung
der erfassten Distanz und der berechneten Distanz der nächsten
Annäherung berechnen.
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- (5) Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Radarvorrichtung ferner eine Azimutwinkelerfassungseinrichtung
zum Erfassen eines Azimutwinkels (θ) des Objekts durch
abtastendes Bewegen einer optischen Achse des Sendesignals und des
Reflexionssignals z. B. in der Azimutrichtung umfassen, oder ohne
eine Abtastoperation, wie bei Monopulsradargeräten, und
eine Optikachsenkorrektureinrichtung zum Korrigieren einer Abweichung
der optischen Achse im Hinblick auf den Azimutwinkel (θ),
die durch die Azimutwinkelerfassungseinrichtung auf der Basis des
Azimutwinkels (θ) und des Objektwinkels (Φ) erfasst
wird, wenn das Objekt und das mobile Objekt derart betrachtet werden,
dass sie in derselben horizontalen Ebene angeordnet sind.
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Bei
dieser Konfiguration verwendet die Radarvorrichtung zusätzlich
zu dem oben beschriebenen Verfahren zum Berechnen eines Azimutwinkels
gleichzeitig ein Verfahren zum Erfassen eines Azimutwinkels aus der
Signalintensität durch mechanisches oder elektrisches abtastendes
Bewegen eines Empfangsstrahls. Hier, wenn ein Azimutwinkel durch
abtastendes Bewegen eines Strahls erfasst wird, umfasst das Ergebnis
einen Erfassungsfehler des Azimutwinkels aufgrund der Abweichung
der optischen Achse. Bei dem oben beschriebenen Rechenverfahren
jedoch tritt ein Fehler aufgrund einer Abweichung der optischen
Achse nicht auf, da ein Azimutwinkel unter Verwendung der Distanz
und der relativen Geschwindigkeit berechnet wird. Dementsprechend
kann durch Vergleichen der zwei Azimutwinkel, die an demselben Zeitgebungspunkt
erhalten werden, ein Korrekturbetrag zum Korrigieren des Azimutwinkels,
der einen Fehler aufgrund der Abweichung der optischen Achse umfasst,
berechnet werden.
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- (6) Zusätzlich dazu kann die Radarvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung ferner eine Einrichtung zum
Berechnen eines Azimutwinkels (θ) des Objekts und eine
Objekthöhenberechnungseinrichtung zum Berechnen einer Höhe
(h) des Objekts auf der Basis des Azimutwinkels (θ) umfassen,
berechnet durch die Einrichtung, den Objektwinkel (Φ),
die Distanz (R) und die Distanz (r) der nächsten Annäherung.
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Genauer
gesagt wird die Höhe h des Objekts wie folgt berechnet. 6 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen der Höhe
h des Objekts darstellt. Bei diesem Beispiel dient das Verkehrszeichen
als ein Objekt 200. Die Position der Radarvorrichtung 100 wird
durch „O" dargestellt. Die Position des Objekts 200 wird
durch „T" dargestellt. Der Punkt, an dem eine Position
T des Objekts auf eine horizontale Ebene projiziert wird, ist durch „S" dargestellt.
Eine Position der Radarvorrichtung, wenn die Radarvorrichtung 100 und
das Objekt in ihrer Distanz der nächsten Annäherung
sind, ist durch „F" dargestellt.
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Die
Positionsbeziehung zwischen der Radarvorrichtung und dem Objekt
wird Bezug nehmend auf einen Tetraeder beschrieben, der aus vier
rechtwinkligen Dreiecken A, B, C und D gebildet ist. Alle Seitenlängen von
jedem der rechtwinkligen Dreiecke A, B, C und D können
aus einer Distanz R von der Radarvorrichtung zu dem Objekt, einer
Distanz r der nächsten Annäherung und aus einem
Azimutwinkel θ hergeleitet werden. Hier hat das rechtwinklige
Dreieck A Scheitelpunkte O, F und T. Das rechtwinklige Dreieck B
hat Scheitelpunkte O, F und S. Das rechtwinklige Dreieck C hat Scheitelpunkte
F, S und T. Das rechtwinklige Dreieck D hat Scheitelpunkte O, S
und T.
- (A) Zuerst, da die Distanz r der nächsten
Annäherung und die Distanz R des Objekts von der Radarvorrichtung
bekannt sind, kann die Distanz der verbleibenden Seite des rechtwinkligen
Dreiecks A (die Länge einer Linie O-F) durch den nachfolgenden
Ausdruck unter Verwendung des Satzes von Pythagoras gegeben werden:
- (B) Da der Azimutwinkel θ und die Länge der
Linie O-F erhalten wurden, ist die Distanz der Hypotenuse des rechtwinkligen
Dreiecks B (die Länge einer Linie O-S): Zusätzlich dazu
ist die Distanz der anderen Seite (die Länge einer Linie
F-S), die der Distanz in der lateralen Richtung entspricht:
- (C) Da die Distanz R der Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks
C und die Distanz der anderen Seite (die Länge einer Linie
O-S) gegeben sind, kann die Distanz der verbleibenden Seite des
rechtwinkligen Dreiecks C (die Höhe h) (die Länge
einer Linie S-T) unter Verwendung des Satzes von Pythagoras wie
folgt erhalten werden:
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Auf
diese Weise kann die Höhe h des Objekts ohne abtastendes
Bewegen eines Strahls in der Höhenwinkelrichtung berechnet
werden.
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- (7) Zusätzlich dazu kann die Radarvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung ferner eine Kollisionsbestimmungseinrichtung
zum Bestimmen, ob ein Risiko einer Kollision mit dem Erfassungsobjekt
besteht, auf der Basis der Distanz der nächsten Annäherung
umfassen.
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Bei
dieser Konfiguration bestimmt, nachdem die Distanz r der nächsten
Annäherung berechnet ist, die Kollisionserfassungseinrichtung,
ob z. B. (A) die Distanz eine solche Distanz ist, dass eine Kollision
auftritt, (B) die Distanz eine solche Distanz ist, dass sich das
Objekt sehr nah an der Radarvorrichtung vorbeibewegt und das Kollisionsrisiko
hoch ist, oder (C) die Distanz eine vorbestimmte Distanz ist, um
die das Objekt von der Radarvorrichtung entfernt ist und das Kollisionsrisiko
niedrig ist.
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- (8) Zusätzlich dazu umfasst gemäß der
vorliegenden Erfindung ein mobiles Objekt die oben beschriebene Radarvorrichtung
und eine Kollisionsverhinderungseinrichtung zum Ausführen
einer Kollisionsverhinderungsoperation auf der Basis von Kollisionsschätzungsinformationen,
die durch die Kollisionserfassungseinrichtung erhalten werden.
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Wenn
das mobile Objekt bei dieser Konfiguration Kollisionsschätzungsinformationen
von der Radarvorrichtung erwerben kann, führt das mobile
Objekt eine Kollisionsverhinderungsoperation unter Verwendung der
Kollisionsverhinderungseinrichtung aus.
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Vorteile
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- (1) Da die Distanz zu einem Erfassungsobjekt
und die relative Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung
genau durch die Radarvorrichtung erfasst werden können,
kann eine Distanz der nächsten Annäherung ausschließlich
unter Verwendung einer Änderung bei der Distanz zu einem
Erfassungsobjekt und einem Änderungsbetrag einer Komponente
der relativen Geschwindigkeit in der Radarvorrichtungsrichtung berechnet
werden. Dementsprechend kann eine genaue Distanz der nächsten
Annäherung des Erfassungsobjekts zu der Radarvorrichtung
bei hoher Geschwindigkeit erhalten werden.
- (2) Zusätzlich dazu kann gemäß der
vorliegenden Erfindung durch Verwenden einer Dopplerfrequenz, die aus
einem Überlagerungssignal erworben wird, die Komponente
der relativen Geschwindigkeit in der Radarvorrichtungsrichtung genauer
erworben werden.
- (3) Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung,
da die Komponente der relativen Geschwindigkeit in der Radarvorrichtungsrichtung
aus den erfassten Distanzen ohne die Verwendung der Dopplerfrequenz
erfasst werden kann, sogar eine Radarvorrichtung, die eine Distanz
unter Verwendung eines verbreitet verwendeten Verfahrens misst,
eine Distanz der nächsten Annäherung erwerben.
- (4) Wiederum weiterhin kann die Radarvorrichtung (ein mobiles
Objekts, das die Radarvorrichtung umfasst) gemäß der
vorliegenden Erfindung, wenn sie sich mit hoher Geschwindigkeit
bewegt, den Azimutwinkel des Erfassungsobjekts ohne ein abtastendes
Bewegen eines Empfangsstrahls in der horizontalen Richtung erwerben.
- (5) Wiederum weiterhin kann gemäß der vorliegenden
Erfindung, da der Azimutwinkel ohne abtastendes Bewegen eines Optikachsenstrahls
des Sende- und Empfangssignals erworben werden kann, eine Optikachsenkorrektur
für den Azimutwinkel, die durch abtastendes Bewegen der
Optikachse erhalten wird, ohne weiteres ausgeführt werden.
- (6) Wiederum weiterhin wird gemäß der vorliegenden
Erfindung, da der Höhenwinkel (die Höhe) ohne
abtastendes Bewegen des Optikachsenstrahls des Sende- und Empfangssignals
in der Höhenwinkelrichtung erworben werden kann, der Bedarf
nach der Zeit zum abtastenden Bewegen eines Strahls in der Höhenwinkelrichtung
beseitigt. Daher wird das Verarbeitungssystem nicht komplizierter
und die Größe der Vorrichtung wird nicht erhöht.
Somit kann eine kompakte, leichte und kostengünstige Radarvorrichtung
und ein mobiles Objekt erreicht werden.
- (7) Wiederum weiterhin kann gemäß der vorliegenden
Erfindung, da die Möglichkeit einer Kollision auf der Basis
einer Distanz der nächsten Annäherung bestimmt
wird, das Ergebnis der Bestimmung im Hinblick auf die Kollision
zu einem Operator des mobilen Objekts oder einem Kollisionsverhinderungssteuerungssystem des
mobilen Objekts geliefert werden.
- (8) Wiederum weiterhin kann durch Bereitstellen einer Kollisionsverhinderungseinrichtung
für das mobile Objekt eine Kollisionsverhinderungsoperation
einfach und genau ausgeführt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt ein Blockdiagramm einer Hauptkonfiguration
einer Radarvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
dar und ein Diagramm, das ein Konzept eines Verfahrens zum Berechnen
einer Distanz einer nächsten Annäherung eines
entgegenkommenden Fahrzeugs 102 darstellt, ausgeführt
durch ein Fahrzeug 101, das eine Radarvorrichtung 100 umfasst.
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2 stellt
das Rechenergebnis einer Distanz der nächsten Annäherung,
ausgegeben aus der Radarvorrichtung, gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel, und ein Rechenergebnis einer
Distanz der nächsten Annäherung, das durch Verwenden
eines bestehenden Verfahrens basierend auf einer zweidimensionalen
Geschwindigkeit erhalten wird, dar.
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3 ist
ein Diagramm, das ein Prinzip der Berechnung eines Azimutwinkels
darstellt.
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4 stellt
die Art und Weise dar, wie eine Spurbeibehaltung eines mobilen Objekts
gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
erreicht wird.
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5 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen einer Distanz r der
nächsten Annäherung darstellt.
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6 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen einer Distanz R zu
einem Objekt, der Distanz r der nächsten Annäherung
des Objekts und einer Höhe h des Objekts darstellt.
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7 ist
ein Diagramm, das ein mobiles Objekt gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel dar stellt und ferner
eine dreidimensionale Position eines Objekts darstellt.
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BESTE AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Eine
Radarvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird eine Radarvorrichtung, die ein FMCW-Verfahren einsetzt, das
ein Sendesignal verwendet, das in einer Dreieckswellenform frequenzmoduliert
ist, als ein Beispiel beschrieben.
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1(A) ist ein Blockdiagramm einer Hauptkonfiguration
der Radarvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 1(B) stellt ein Konzept eines Verfahrens
zum Berechnen einer Distanz der nächsten Annäherung
eines entgegenkommenden Fahrzeugs 102 zu einem Fahrzeug 101 dar,
das eine darin befestigte Radarvorrichtung 100 umfasst.
Es wird darauf hingewiesen, dass in 1(B) das
Fahrzeug 101 stationär ist. 1(B) stellt
jedoch eine vereinfachte Situation für eine einfachere
Beschreibung dar. Bei diesem Beispiel ist das entgegenkommende Fahrzeug 102 ein
Erfassungsobjekt und das Fahrzeug 101 und das entgegenkommende
Fahrzeug 102 sind in derselben horizontalen Ebene angeordnet
(d. h. die Höhe des entgegenkommenden Fahrzeugs 102 relativ
zu dem Fahrzeug 101 ist 0). Sogar wenn sich das Fahrzeug 101 in
der Vorderrichtung bewegt, d. h. in einer Richtung parallel zu dem
entgegenkommenden Fahrzeug 102, mit einer konstanten Geschwindigkeit,
kann das nachfolgende Verfahren angewendet werden. Zusätzlich
dazu, sogar wenn sich das Fahrzeug 101 und das entgegenkommende
Fahrzeug 102 in entgegengesetzten Richtungen mit einer konstanten
Geschwindigkeit bewegen, kann das folgende Verfahren angewendet
werden.
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Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Radarvorrichtung 100 eine
Signalverarbeitungsschaltung 1, einen VCO 2, eine
Verzweigungsschaltung 3, eine Sendeanten ne 4,
eine Empfangsantenne 5, einen LNA 6, einen Mischer 7 und
einen IF-Verstärker 8. Die Radarvorrichtung 100 ist
an der vorderen Mitte des Fahrzeugs 101 angeordnet, das
ein Automobil ist.
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Die
Signalverarbeitungsschaltung 1 erzeugt ein Steuerspannungssignal,
das für eine Frequenzmodulation eines Sendesignals verwendet
wird, und liefert das erzeugte Signal zu dem VCO 2. Zusätzlich
dazu berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 1 eine
Komponente Vmod der relativen Geschwindigkeit eines Objekts in einer
Radarvorrichtungsrichtung (hierin nachfolgenden bezeichnet als eine „Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeit")
und eine Distanz L (eine horizontale Distanz) zu dem Objekt auf
der Basis eines IF-Überlagerungssignals eines Eingangsempfangssignals
unter Verwendung eines nachfolgend beschriebenen Verfahrens. Die
Signalverarbeitungsschaltung 1 berechnet ferner eine Distanz
r der nächsten Annäherung des Erfassungsobjekts.
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Der
VCO 2 erzeugt ein Dreieckswellenmodulationssendesignal
mit einer Frequenz, die in einer Dreieckswellenform über
der Zeit auf der Basis eines Steuerspannungssignals variiert. Dabei
wird der Modulationszyklus des Sendesignals gemäß dem
Zyklus des Steuerspannungssignals bestimmt.
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Die
Verzweigungsschaltung 3 liefert das Sendesignal, das aus
dem VCO 2 ausgegeben wird, zu der Sendeantenne 4,
und liefert einen Teil des Sendesignals in der Form eines lokalen
Signals zu dem Mischer 7.
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Die
Sendeantenne 4 ist z. B. aus einer Mikrostreifenantenne
gebildet. Die Sendeantenne 4 ist so angeordnet, dass die
Vorderrichtung der Antenne mit der Vorderrichtung des Fahrzeugs 101 zusammenfällt,
das die Radarvorrichtung 100 umfasst. Die Sendeantenne 4 sendet
Sendewellen zu dem gesamten erwünschten Erfassungsbereich,
so dass die Vorder richtung die Mitte des Strahlungsrichtwirkungsmusters
der Sendewellen ist.
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Die
Empfangsantenne 5 empfängt reflektierte Wellen,
die von dem Objekt reflektiert werden, das in dem Erfassungsbereich
der Sendewellen angeordnet ist, die zu dem Bereich übertragen
werden. Die Empfangsantenne 5 weist eine Struktur auf,
die die reflektierten Wellen von allen Richtungen in dem Richtungsbereich
empfangen kann. So wie die Sendeantenne 4 ist die Empfangsantenne 5 z.
B. aus einer Mikrostreifenantenne gebildet. Zusätzlich
dazu wandelt die Empfangsantenne 5 die empfangenen, reflektierten
Wellen in ein elektrisches Signal um und gibt das Signal als ein
Erfassungssignal aus.
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Der
LNA 6 verstärkt das Erfassungssignal, das aus
der Empfangsantenne 5 ausgegeben wird, und gibt das Erfassungssignal
zu dem Mischer 7 aus. Der Mischer 7 mischt das
Empfangssignal, das aus dem LNA 6 ausgegeben wird, und
das lokale Signal, das aus der Verzweigungsschaltung 3 ausgegeben
wird, um ein IF-Überlagerungssignal zu erzeugen. Der IF-Verstärker 8 verstärkt
das IF-Überlagerungssignal (IF = intermediate frequency;
Zwischenfrequenz) und gibt das IF-Überlagerungssignal zu
der Signalverarbeitungsschaltung 1 aus.
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Die
Signalverarbeitungsschaltung 1 berechnet die Distanz L
und die Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeit Vmod des
Erfassungsobjekts aus einem bekannten FMCW-Verfahren unter Verwendung von
zumindest einem Zyklus des erworbenen IF-Überlagerungssignals.
Die Signalverarbeitungsschaltung 1 führt die Berechnung
der Distanz L und der Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeit
Vmod an vorbestimmten Zeitgebungspunkten aus. Zum Beispiel führt
die Signalverarbeitungsschaltung 1 die Berechnung jedes
Mal aus, wenn das IF-Überlagerungssignal für einen
Zyklus erworben wird, und speichert die Berechnungsergebnisse in
einem Speicher (nicht gezeigt). Dabei werden die Distanz L, die
Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeit Vmod und die erworbene
Zeit einander zugeordnet und werden gespeichert.
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Die
Signalverarbeitungsschaltung 1 bezieht sich auf die erworbenen
Zeitgebungspunkte. An den vorbestimmten Zeitintervallen berechnet
die Signalverarbeitungsschaltung 1 eine Distanz r der nächsten
Annäherung unter Verwendung der berechneten Distanzen L1
und L2 und Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeiten Vmod1
und Vmod2 und unter Verwendung der oben beschriebenen Gleichung
(7).
-
Auf
diese Weise, durch Einsetzen der Struktur gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel, kann die Distanz der
nächsten Annäherung des Erfassungsobjekts einfach
und schnell berechnet werden, ausschließlich unter Verwendung
der Distanz und der Relativgeschwindigkeit, ohne den Azimutwinkel
zu berechnen. Zusätzlich dazu, durch Verwenden einer Dopplerfrequenz,
wie in dem FMCW-Verfahren gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kann die genaue Relativgeschwindigkeit
sowie eine Distanz berechnet werden. Dementsprechend kann die Distanz
der nächsten Annäherung genau berechnet werden.
-
2 stellt
das Berechnungsergebnis der Distanz der nächsten Annäherung
dar, ausgeführt durch die Radarvorrichtung gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel, und das Berechnungsergebnis
der Distanz der nächsten Annäherung, ausgeführt
durch die existierende Radarvorrichtung unter Verwendung der zweidimensionalen
Geschwindigkeit. Die Abszisse stellt eine Distanz zwischen dem Fahrzeug 101 und
dem entgegenkommenden Fahrzeug 102 in der Bewegungsrichtung
dar, während die Ordinate die berechnete Distanz der nächsten
Annäherung an jedem Punkt darstellt. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel zeigt die durchgezogene Linie Werte
für das vorliegende Ausführungsbeispiel an. Die
gestrichelte Linie zeigt die Werte in dem Fall an, in dem davon
ausgegangen wird, dass ein Erfassungsobjekt durch eine Erweiterungslinie
einer Linie zwischen zwei Messpunkten passiert.
-
Wie
in 2 gezeigt ist, kann die bestehende Vorrichtung
die Distanz der nächsten Annäherung ohne Variationen
nur bis zu einer Distanz von ungefähr 5 bis 6 m berechnen.
Durch Verwenden der Radarvorrichtung gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch kann die Distanz
der nächsten Annäherung höchst genau
bis zu einer Distanz von ungefähr 10–11 m berechnet
werden.
-
Die
Distanz der nächsten Annäherung, die auf diese
Weise erhalten wird, kann wie folgt verwendet werden.
-
Die
Signalverarbeitungsschaltung 1 berechnet eine Distanz x
zu dem entgegenkommenden Fahrzeug 102, das ein Erfassungsobjekt
ist, in der Bewegungsrichtung, und eine relative Geschwindigkeit
V des entgegenkommenden Fahrzeugs 102 in der Bewegungsrichtung,
unter Verwendung der berechneten Distanz r der nächsten
Annäherung, der Distanz L und der Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeit
Vmod.
-
Nachfolgend
berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 1 die Möglichkeit
einer Kollision und die Zeit vor der Kollision oder der nächsten
Annäherung (die Zeit der nächsten Annäherung).
-
Die
Signalverarbeitungsschaltung 1 bezieht sich auf die erhaltene
Zeit der nächsten Annäherung und erwirbt eine
Distanz r der nächsten Annäherung des Objekts
mit einer Zeit der nächsten Annäherung innerhalb eines
vorbestimmten Schwellenwerts. Während die Breite des Fahrzeugs
berücksichtigt wird, gibt die Signalverarbeitungsschaltung 1 Kollisionsverhinderungsdaten
gemäß der Distanz der nächsten Annäherung
aus.
-
Die
Daten einer Distanz r der nächsten Annäherung
und die Kollisionsverhinderungsdaten werden einander zugeordnet
und vorab gespeichert. Wenn z. B. die Distanz r der nächsten
Annäherung innerhalb von 1 m ist, werden Kollisionsinformationen
zu einer Antriebssteuerungseinheit 110 des Fahrzeugs 101 geliefert. Nach
dem Empfang der Kollisionsinformationen führt die Antriebssteuerungseinheit 110 eine
automatische Kollisionsverhinderungssteuerung aus, wie z. B. eine
automatische Bremssteuerung und eine automatische Lenkverhinderungssteuerung.
Alternativ führt die Antriebssteuerungseinheit 110 eine
Gefahrpräventionshilfssteuerung aus, wie z. B. das Einstellen
eines Spiels eines Bremspedals hin zu Null, Starten einer Antiblockierfunktion,
um ein abruptes Lenken zu regulieren. Zusätzlich dazu,
wenn die Distanz r der nächsten Annäherung innerhalb
von 2 m ist, wird ein Warnton erzeugt. Wenn die Distanz r der nächsten
Annäherung innerhalb von 3 m ist, wird eine Warnmeldung
angezeigt. Diese Schwellenwerte können gemäß einer
gewünschten Spezifikation eingestellt werden.
-
Durch
eine solche Verarbeitung und Steuerung kann das Risiko einer Kollision
einem Fahrer genau mitgeteilt werden. Zusätzlich dazu kann,
wenn es wahrscheinlich ist, dass eine Kollision auftritt, eine Kollisionsverhinderungssteuerung
zuverlässig ausgeführt werden.
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Nachdem
die Geschwindigkeit der Radarvorrichtung 100 eine bestimmte
Geschwindigkeit überschreitet, betrachtet die Radarvorrichtung 100 die
Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, das die Radarvorrichtung 100 umfasst,
als parallel zu der Bewegungsrichtung eines entgegenkommenden Fahrzeugs.
Das heißt, wenn sich das Fahrzeug auf einer geraden Straße
bewegt, z. B. mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 50
bis 60 km/h, wird davon ausgegangen, dass sich das Fahrzeug 101 in
einer Richtung parallel zu der des entgegenkommenden Fahrzeugs 102 bewegt.
-
Dementsprechend,
wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 101 größer
oder gleich einem Schwellenwert ist, berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 1 einen
Azimut winkel θ unter Verwendung der berechneten Distanz
r der nächsten Annäherung und der berechneten
Distanz L (der horizontalen Distanz) auf der Basis eines Prinzips,
das in 3 dargestellt ist. 3 ist ein
Diagramm, das das Prinzip der Berechnung des Azimutwinkels darstellt.
Der Azimutwinkel θ kann unter Verwendung der folgenden
Gleichung erhalten werden: θ =
sin–1(r/L) (12)
-
Auf
diese Weise kann durch Verwenden der Konfiguration gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel der Azimutwinkel θ einfach
ohne abtastendes Bewegen eines Empfangsstrahls berechnet werden.
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Während
das vorliegende Ausführungsbeispiel Bezug nehmend auf ein
mobiles Objekt in der Form eines Automobils beschrieben wurde, kann
das vorliegende Ausführungsbeispiel auf ein anderes mobiles
Objekt angewendet werden, wie z. B. ein Motorrad oder ein Flugzeug.
-
Zweites Ausführungsbeispiel
-
Eine
Radarvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
wird als Nächstes beschrieben. Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Radarvorrichtung
eine Konfiguration gleich zu der des ersten Ausführungsbeispiels
auf. Zum Beispiel überträgt die Radarvorrichtung
Pulse elektromagnetisch Wellen oder Licht und misst eine Distanz
auf der Basis einer Zeit, wann die Pulse, die durch ein Objekt reflektiert
werden, zurück zu der Radarvorrichtung gesendet werden.
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Eine
solche Radarvorrichtung kann die oben beschriebene Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeit
Vmod nicht berechnen. Die Radarvorrichtung kann jedoch die Distanz
L berechnen. In diesem Fall ist z. B. ein vorbestimmtes Kurzzeitintervall Δt
eingestellt. Durch Verwenden einer Distanz L11 an einem Anfangszeitpunkt
des Kurzzeitintervalls Δt und einer Distanz L12 an einem
Endzeitpunkt des Kurzzeitintervalls Δt, kann die Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeit
Vmod1 unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (13) berechnet
werden: Vmod1 = (L11 – L12)/Δt (13)
-
Auf
solche Weise kann durch Berechnen der Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeit Vmod1
und der Radarvorrichtungsrichtung-Relativgeschwindigkeit Vmod2 an
unterschiedlichen Zeitpunkten die Distanz r der nächsten
Annäherung berechnet werden, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Somit kann sogar eine Radarvorrichtung, die die Relativgeschwindigkeit
nicht berechnen kann, oder die einen großen Fehler einer
erfassten Relativgeschwindigkeit aufweist, ohne weiteres die Distanz
der nächsten Annäherung bei hoher Geschwindigkeit
berechnen.
-
Drittes Ausführungsbeispiel
-
Eine
Radarvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
wird als Nächstes beschrieben. Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Radarvorrichtung
eine Konfiguration auf, bei der die Empfangsantenne 5 eine
Abtastoperation in einer vorbestimmten Richtung des Erfassungsbereichs
ausführen kann. Die anderen Konfigurationen sind ähnlich
zu denen der Radarvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels.
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Die
Empfangsantenne 5 umfasst eine Mehrzahl von Antennen entlang
einer Azimutrichtung (in diesem Fall einer horizontalen Richtung).
Die Empfangsantenne 5 umfasst ferner einen Schalter zum
sequentiellen Schalten der Antennen. Alternativ umfasst die Empfangsantenne 5 einen
Mechanismus zum abtastenden Bewegen einer Antenne in der Azimutrichtung.
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Bei
einer solchen Konfiguration sind Erfassungssignale, die sequentiell
in die Signalverarbeitungsschaltung 1 eingegeben werden,
Zeitreihensignale, die aus unterschiedlichen Azimutrichtungen erhalten
werden. Die Signalverarbeitungsschaltung 1 erwirbt sequentiell
ein Erfassungssignal für einen Abtastzyklus und speichert
das erworbene Erfassungssignal zusammen mit Informationen über
die Azimutrichtung. Die Signalverarbeitungsschaltung 1 vergleicht
dann die Signalintensitäten der Erfassungssignale. Dabei,
da das Erfassungssignal, das der Azimutrichtung hin zu dem Erfassungsobjekt
entspricht, das stärkste ist, erfasst die Signalverarbeitungsschaltung 1 das
Erfassungssignal mit der höchsten Signalintensität,
um die Azimutrichtung zu erfassen, die dem Erfassungssignal entspricht.
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Gleichzeitig
berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 1 den Azimutwinkel
unter Verwendung des Verfahrens, das in dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben ist, die Distanz r der nächsten Annäherung, die
an vorbestimmten Intervallen berechnet wird, und die erfasste Distanz
L. Der berechnete Azimutwinkel wird nicht durch eine Abweichung
zwischen der optischen Achse der Radarvorrichtung und der Vorderrichtung
der Empfangsantenne beeinflusst. Der berechnete Azimutwinkel ist
ein Wert, wann eine Richtung der optischen Achse gleich einer Vorderreferenzrichtung
ist. Im Gegensatz dazu umfasst der Azimutwinkel, der aus der oben beschriebenen
Signalintensität erfasst wird, eine Abweichung zwischen
der optischen Achse und der Vorderrichtung.
-
Unter
Verwendung dieser Charakteristik vergleicht die Signalverarbeitungsschaltung 1 in
vorbestimmten Intervallen den Azimutwinkel basierend auf der Distanz
der nächsten Annäherung mit dem Azimutwinkel basierend
auf der Signalintensität, um einen Differenzwinkel zwischen
diesen Azimutwinkeln zu berechnen. Somit berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 1 einen
Differenzwinkel zwischen den Azimutwinkeln. Nachfolgend betrachtet
die Signalverarbeitungs schaltung 1 den Differenzwinkel
als einen Korrekturwert und subtrahiert den Differenzwinkel von
dem Azimutwinkel, der aus der Signalintensität berechnet
wurde. Durch Verwenden eines solchen Verfahrens kann der Azimutwinkel,
der aus der Signalintensität berechnet wird, korrigiert
werden. Ein existierendes Verfahren, das eine Optikachsenkorrektur
verwendet, kann nur verwendet werden, wenn ein Motorfahrzeug gestoppt
wird. Diese Verarbeitung kann jedoch sogar angewendet werden, wenn
sich ein Motorfahrzeug bewegt. Dementsprechend, sogar wenn sich
ein Motorfahrzeug bewegt, kann der Azimutwinkel, der aus der Signalintensität
berechnet wird, nach Bedarf korrigiert werden. Daher kann ein korrekter
Azimutwinkel nach Bedarf erworben werden.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass bei diesem Verfahren einige Variationen
bei den berechneten Werten des Azimutwinkels basierend auf der Distanz
der nächsten Annäherung gegeben sind. Dementsprechend kann
die Signalverarbeitungsschaltung 1 einen Korrekturwert
unter Verwendung des nachfolgenden Verfahrens berechnen. Das heißt,
die Signalverarbeitungsschaltung 1 erwirbt eine Mehrzahl
von Korrekturwerten, die aus den Azimutwinkeln erhalten werden,
unter Verwendung der zwei Verfahren (des Verfahrens basierend auf der
Signalintensität und des Verfahrens basierend auf der Distanz
der nächsten Annäherung), und speichert diese
Korrekturwerte. Dabei kann die Mehrzahl von Korrekturwerten Korrekturwerte
sein, die aus einer Mehrzahl von Erfassungsobjekten erhalten werden,
die gleichzeitig beobachtet werden, oder Korrekturwerte, die durch
Beobachten eines Erfassungsobjekts im Lauf der Zeit erhalten werden.
Ferner kann die Mehrzahl von Korrekturwerten Korrekturwerte sein,
die durch Beobachten einer Mehrzahl von Erfassungsobjekten über
der Zeit erhalten werden.
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Wenn
die erworbenen Korrekturwerte gespeichert werden, ordnet die Signalverarbeitungsschaltung 1 jedem
der Korrekturwerte die Distanz L zu, die für ein Erfassungsobjekt
erfasst wird. Nachfolgend gewichtet die Signalverarbei tungsschaltung 1 die
Mehrzahl der Korrekturwerte z. B. unter Verwendung des Inversen
der erfassten Distanz L und berechnet einen Mittelwert dieser Werte.
Das heißt, die Signalverarbeitungsschaltung 1 führt
ein Gewichten auf der Basis des Kehrwerts der Distanz von der Radarvorrichtung 100 aus.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Gewichtungsverfahren nicht
auf ein Gewichtungsverfahren zum einfachen Zuweisen eines Gewichts
umgekehrt proportional zu der Erfassungsdistanz ist. Zum Beispiel
kann jedes Gewichtungsverfahren zum Zuweisen eines höheren
Gewichts zu einer Distanz näher an der Radarvorrichtung 100 eingesetzt
werden. Die Signalverarbeitungsschaltung 1 gibt den berechneten
Durchschnittswert als einen Korrekturwert für die Abweichung
von der optischen Achse aus.
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Durch
Ausführen einer solchen Verarbeitung kann eine Auswirkung
von Variationen bei den Azimutwinkeln, die durch jedes der Verfahren
erhalten werden, auf die Korrekturwerte reduziert werden und daher können
genauere Korrekturwerte für die Azimutwinkel berechnet
werden.
-
Viertes Ausführungsbeispiel
-
Die
Konfiguration eines mobilen Objekts gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel wird als Nächstes Bezug
nehmend auf 4 beschrieben.
-
4 stellt
die Art und Weise dar, wie ein in der Spur halten des mobilen Objekts
gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel
erreicht wird. In der Zeichnung bewegt sich das mobile Objekt auf
einer Schnellstraße mit einem Mittelstreifen.
-
Das
Fahrzeug 101 umfasst eine Radarvorrichtung 100 und
eine Antriebssteuerungseinheit 110 ähnlich zu
jenen, die in den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschrieben
wurden. Die Radarvorrichtung 100 umfasst eine Abtastfunktion ähnlich
zu der des dritten Ausführungsbeispiels. Um ein Objekt
zu erfassen, tastet die Radarvorrichtung 100 horizontal
einen Radarvorrichtungserfassungsbereichs 400 ab, wie in 4 gezeigt ist.
-
Die
Radarvorrichtung 100 bewegt einen Empfangsstrahl abtastend
innerhalb des Radarvorrichtungserfassungsbereichs 400,
um ein Objekt zu erfassen. Bei einem Beispiel, das in 4 gezeigt
ist, werden durch diese Operation ein unterschiedliches Fahrzeug 103,
eine stationäre Seitenstreifenobjektgruppe 301 und
eine stationäre Mittelstreifenobjektgruppe 302 erfasst.
Somit können die Distanzen, die relativen Geschwindigkeiten
und die Azimutwinkel derselben erworben werden. Zusätzlich
erwirbt die Radarvorrichtung 100 die Bewegungsgeschwindigkeit
des Fahrzeugs 101 z. B. aus der Antriebssteuerungseinheit 110.
-
Die
Radarvorrichtung 100 vergleicht die Bewegungsgeschwindigkeit
des Fahrzeugs 101 über eine vorbestimmte Zeitperiode
hinweg mit jeder der Bewegungsgeschwindigkeiten des anderen Fahrzeugs 103, der
stationären Seitenstreifenobjektgruppe 301 und
der stationären Mittelstreifenobjektgruppe 302.
Wenn die Radarvorrichtung 100 erfasst, dass der absolute
Wert der Bewegungsgeschwindigkeit der stationären Seitenstreifenobjektgruppe 301 im
Wesentlichen der gleiche ist wie der der stationären Mittelstreifenobjektgruppe 302 und
die Bewegungsrichtungen derselben entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung
des Fahrzeugs 101 sind, bestimmt die Radarvorrichtung 100,
dass die stationäre Seitenstreifenobjektgruppe 301 und
die stationäre Mittelstreifenobjektgruppe 302 stationäre
Objekte sind. Zusätzlich dazu, da die Radarvorrichtung 100 einen Bewegungsmechanismus
umfasst, erfasst die Radarvorrichtung 100, dass die stationäre
Seitenstreifenobjektgruppe 301 auf der linken Seite des
Fahrzeugs 101 in der Bewegungsrichtung angeordnet ist und
die stationäre Mittelstreifenobjektgruppe 302 auf
der rechten Seite des Fahrzeugs 101 in der Bewegungsrichtung
angeordnet ist. Ferner berechnet die Radarvorrichtung 100 eine
Distanz R1 der nächsten Annäherung der stationären
Seitenstreifenobjektgruppe 301 und eine Distanz R2 der
nächsten Annäherung der stationären Mittelstreifenobjektgruppe 302 unter
Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens. Nachfolgend gibt die
Radarvorrichtung 100 nach Bedarf die relativen Geschwindigkeiten,
die Distanzen, die Azimutwinkel, die Distanzen der nächsten
Annäherung der erfassten Objekte und Informationen darüber
aus, ob jedes der Objekte ein bewegliches Objekt oder ein stationäres
Objekt ist.
-
Die
Antriebssteuerungseinheit 110 führt eine Antriebssteuerung
auf der Basis der Informationen aus, die von der Radarvorrichtung 100 erhalten
werden, so dass die Distanzen R1 und R2 der nächsten Annäherung
der stationären Seitenstreifenobjektgruppe 301 und
der stationären Mittelstreifenobjektgruppe 302,
die als stationäre Objekte bestimmt sind, über
eine vorbestimmte Zeitperiode konstant sind. Auf diese Weise kann sich
das Fahrzeug 101 bewegen, während die Distanz
zu der stationären Seitenstreifenobjektgruppe 301 und der
stationären Mittelstreifenobjektgruppe 302 konstant
bleiben. Das heißt, eine Spurhalte-Bewegungssteuerung des
Fahrzeugs 101 kann erreicht werden.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass es bei einer solchen Spurhalte-Bewegungssteuerung
nicht notwendig ist, auf die stationäre Seitenstreifenobjektgruppe 301 und
die stationäre Mittelstreifenobjektgruppe 302 gleichzeitig
Bezug zu nehmen. Stattdessen kann nur auf die stationäre
Mittelstreifenobjektgruppe 302 Bezug genommen werden. Genauer
gesagt kann in Ländern, in denen wie in Japan Motorfahrzeuge
auf der linken Spur fahren, die Antriebssteuerungseinheit 110 auf
ein stationäres Objekt Bezug nehmen, das auf der rechten Seite
erfasst wird. Im Gegensatz dazu kann in Ländern, in denen
sich Motorfahrzeuge auf der rechten Spur bewegen, die Antriebssteuerungseinheit 110 auf
ein stationäres Objekt Bezug nehmen, das auf der linken
Seite erfasst wird. Der Grund dafür ist, dass, da eine
Abzweigung, wie z. B. eine Einfahrt einer Anschlussstelle, normalerweise
auf der Seitenstreifenseite angeordnet ist und die Umgehungsstraße
z. B. für eine Bushaltestelle ebenfalls auf der Seitenstreifenseite
angeordnet ist, die stationäre Seitenstreifenobjektgruppe 301 nicht immer
parallel zu der Fahrspur des Fahrzeugs 101 angeordnet ist.
Auf diese Weise kann eine genauere Spurhalte-Bewegungssteuerung
ausgeführt werden.
-
Wie
oben erwähnt wurde, kann durch Verwenden der Konfiguration
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine genaue Spurhalte-Bewegungssteuerung ausgeführt werden,
ohne eine Erfassung der weißen Linie mit einer Kamera auszuführen.
Das heißt, eine genaue Spurhalte-Bewegungssteuerung kann
unter Verwendung einer einfachen Konfiguration ausgeführt
werden.
-
Das
vorangehende Ausführungsbeispiel wurde Bezug nehmend auf
den Fall beschrieben, in dem ein Erfassungsobjekt, wie z. B. ein
entgegenkommendes Fahrzeug, parallel zu der Bewegungsrichtung des
Fahrzeugs angeordnet ist und sich dem Fahrzeug mit einer konstanten
Geschwindigkeit nähert. Sogar wenn ein Erfassungsobjekt,
wie z. B. ein entgegenkommendes Fahrzeug, nicht parallel zu dem
Fahrzeug angeordnet ist, kann die oben beschriebene Konfiguration
angewendet werden, wenn sich das Objekt dem Fahrzeug mit einer konstanten
Geschwindigkeit nähert.
-
Fünftes Ausführungsbeispiel
-
Die
Konfiguration eines mobilen Objekts gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel wird als Nächstes Bezug
nehmend auf 7 beschrieben.
-
Bei
dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel sei angenommen,
dass ein Erfassungsobjekt ein entgegenkommendes Fahrzeug ist und
das Fahrzeug und das entgegenkommende Fahrzeug in derselben Ebene angeordnet
sind. Bei dem fünften Ausfüh rungsbeispiel jedoch
ist das Erfassungsobjekt, wie z. B. ein Verkehrszeichen, an einer
höheren Position als der des Fahrzeugs angeordnet. Bei
dem fünften Ausführungsbeispiel wird ein Beispielprozess
zum Berechnen einer Höhe h und eines Azimutwinkels θ beschrieben.
-
7 stellt
eine Positionsbeziehung zwischen der Radarvorrichtung 100,
die in einem Fahrzeug befestigt ist, und einem Objekt (einem Verkehrszeichen) 200,
das vor dem Fahrzeug in einer diagonalen Aufwärtslinksrichtung
angeordnet ist, dar. O sei die Position der Radarvorrichtung 100 und
T sei die Mittelposition des Objekts 200. Dann ist die
Positionsbeziehung zwischen O und T dieselbe wie die, die in 6 gezeigt
ist. Die Höhe h des Objekts 200 kann durch Anwenden
des Azimutwinkels θ, der Distanz R, der Distanz r der nächsten
Annäherung, die unter Verwendung der Einrichtung erhalten
wird, die bei dem dritten Ausführungsbeispiel eingesetzt
wird, auf Gleichung (11) berechnet werden. Auf ähnliche
Weise wird eine Distanz in einer lateralen Richtung (die Länge
einer Linie zwischen F und S), wenn sich das Fahrzeug, das die Radarvorrichtung 100 umfasst,
an seinem nächsten Punkt zu dem Objekt 200 befindet,
unter Verwendung von Gleichung (10) nach Bedarf berechnet. Zusätzlich
dazu wird die Distanz in der Bewegungsrichtung (die Länge
einer Linie zwischen O und F) unter Verwendung von Gleichung (8)
erhalten. Es wird darauf hingewiesen, dass der Azimutwinkel θ unter
Verwendung anderer Mittel berechnet werden kann.
-
Ferner
wird darauf hingewiesen, dass Gleichung (11), die zum Erhalten der
Höhe h des Objekts verwendet wird, unabhängig
davon aufgestellt wird, ob das Objekt höher oder niedriger
ist als die Radarvorrichtung. Zum Beispiel kann ein auf die Straße
gefallenes Objekt von der Radarvorrichtung als die „Höhe"
erfasst werden. Da jedoch ein Objekt nicht unter der Oberfläche
der Straße vorhanden ist, wird ein Objekt, das als höher
als die Installationshöhe der Radarvorrichtung von der
Straßenoberfläche erfasst wird, als ein Objekt
betrachtet, das in einer höheren Position angeordnet ist
als die Radarvorrichtung. Genauer gesagt ist eine Radarvorrichtung
für ein Fahrzeug im Allgemeinen an einer niedrigeren Position
angeordnet als der Mitte der Höhe des Fahrzeugs, wie z.
B. in der Nähe einer Stoßstange oder vor dem Kühlergrill.
Dementsprechend kann aufgrund der oben beschriebenen Gründe
ein Objekt, das an einer höheren Position als der Fahrzeughöhe angeordnet
ist, erfasst werden.
-
Diese
Werte werden an eine Hostvorrichtung ausgegeben. Die Hostvorrichtung
zeigt dreidimensional die Positionsbeziehung zwischen dem Fahrzeug
und dem Objekt (Verkehrszeichen) 200 auf einer Anzeigeeinheit
auf der Basis dieser Werte an.
-
Sechstes Ausführungsbeispiel
-
Ein
sechstes Ausführungsbeispiel zeigt einen exemplarischen
Prozess der Hostvorrichtung dar.
-
Eine
Radarvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel
berechnet die Höhe eines Objekts einfach durch abtastendes
Bewegen eines Strahls in der Azimutrichtung unter Verwendung des
Verfahrens, das in dem fünften Ausführungsbeispiel
beschrieben ist. Die Radarvorrichtung extrahiert ein stationäres
Objekt aus all den erfassten Objekten auf der Basis der Bewegungsgeschwindigkeit
eines Fahrzeugs, das die Radarvorrichtung 100 enthält,
und den relativen Geschwindigkeiten der Objekte. Die Radarvorrichtung
berechnet dann die Distanzen (die Höhen) des stationären
Objekts in der vertikalen Richtung. Die Höhe eines sich
bewegenden Objekts wird nicht berechnet. Alternativ, sogar wenn
die Radarvorrichtung die Höhe eines sich bewegenden Objekts
berechnet, gibt die Radarvorrichtung die Höheninformationen
nicht aus.
-
Im
Gegensatz dazu bestimmt die Radarvorrichtung für das stationäre
Objekt, ob die Höhe des Objekts die Bewegung des Fahrzeugs
stört. Wenn die berechnete Distanz in der lateralen Richtung
(der Länge einer Linie zwischen F und S, gezeigt in 7)
geringer ist als ein vorbestimmter Wert und die Höhe h
kleiner ist als ein vordefinierter Wert, wird das Objekt 200 als
ein Hindernis betrachtet. Somit wird eine Steuerung so ausgeführt,
dass eine Warnmeldung ausgegeben wird oder die Bremse betätigt
wird.
-
Auf
diese Weise, sogar wenn ein Verkehrszeichen, eine Ampel, eine Kreuzung
oder ähnliches vor dem Fahrzeug in der Bewegungsrichtung
vorhanden ist, wird dieses Objekt nicht als ein Hindernis betrachtet.
-
Wenn
erforderlich ist, zu bestimmen, ob das Fahrzeug unter dem Objekt
passieren kann, kann das Objekt als ein stationärer Objekt
betrachtet werden. Dementsprechend ist es ausreichend, nur die Höhe
von dem stationären Objekt zu berechnen. Wie oben beschrieben
wurde, kann durch Einschränken der Objekte, für
die dreidimensionale relative Positionen berechnet werden, auf die
stationären Objekte, die Rechenlast reduziert werden. Zusätzlich
dazu werden, sogar wenn die Höhen von anderen Objekten
als den stationären Objekten berechnet werden, die Informationen
nicht zu der Hostvorrichtung gesendet. Daher kann die Last eines
Busses, der zum Austauschen von Daten zwischen der Hostvorrichtung
und einer überlegenen Vorrichtung verwendet wird, reduziert
werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Eine
Signalverarbeitungsschaltung (1) erfasst an einer Mehrzahl
von unterschiedlichen Zeitgebungspunkten Distanzen (L1) und (L2)
eines entgegenkommenden Fahrzeugs (102), das sich einem
Fahrzeug (101) nähert, das die Radarvorrichtung
(100) umfasst, und erfasst Komponenten (Vmod1) und (Vmod2)
einer relativen Geschwindigkeit des Fahrzeugs (101) in
der Radarvorrichtungsrichtung. Eine Distanz (r) der nächsten
Annäherung des entgegenkommenden Fahrzeugs (102)
zu dem Fahrzeug (101) erscheint, wenn das Fahrzeug (101)
und das entgegenkommende Fahrzeug (102) einander Seite
an Seite passieren. Nach dem Satz von Pythagoras und einer Bedingung,
dass die relative Geschwindigkeit konstant ist, berechnet die Signalverarbeitungsschaltung
(1) die Distanz (r) der nächsten Annäherung
auf der Basis einer Formel, die anzeigt, dass eine relative Geschwindigkeit,
gegeben durch die Distanz (L1), die Distanz (r) der nächsten
Annäherung und die Komponente (Vmod1) einer relativen Geschwindigkeit
in der Radarvorrichtungsrichtung gleich einer relativen Geschwindigkeit
ist, gegeben durch die Distanz (L2), die Distanz (r) der nächsten
Annäherung und die Komponente (Vmod2) einer relativen Geschwindigkeit
in der Radarvorrichtungsrichtung.
-
- 1
- Signalverarbeitungsschaltung
- 2
- VCO
- 3
- Verzweigungsschaltung
- 4
- Sendeantenne
- 5
- Empfangsantenne
- 6
- LNA
- 7
- Mischer
- 8
- IF-Verstärker
- 100
- Radarvorrichtung
- 101
- Fahrzeug
- 102
- entgegenkommendes
Fahrzeug
- 103
- unterschiedliches
Fahrzeug
- 110
- Antriebssteuerungseinheit
- 200
- Objekt
(Verkehrszeichen)
- 301
- stationäre
Seitenstreifenobjektgruppe
- 302
- stationäre
Mittelstreifenobjektgruppe
- θ
- Azimutwinkel
- Φ
- Objektwinkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2001-330664 [0010]
- - JP 2001-153946 [0010]
- - JP 2003-207559 [0010]
- - JP 2004-101347 [0010]
- - JP 2004-226158 [0010]
- - JP 11-287857 [0010]
