JP2001124848A - ミリ波レーダ装置 - Google Patents

ミリ波レーダ装置

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JP2001124848A JP30255999A JP30255999A JP2001124848A JP 2001124848 A JP2001124848 A JP 2001124848A JP 30255999 A JP30255999 A JP 30255999A JP 30255999 A JP30255999 A JP 30255999A JP 2001124848 A JP2001124848 A JP 2001124848A
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杰 白
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 前方に複数の静止物が存在しても(例えば停
止車両等のように相対速度が同じ物体が複数並んで存在
する場合)確実にこれらを分離し、特に自車が走行する
自車線上の前方静止物等の有無を精度良く検知できるミ
リ波レーダ装置を提供する。 【解決手段】 自車と前方静止物との相対速度、距離及
び方位角度を計測するFSKモノパルスレーダにおい
て、前方静止物の横方向位置を計測データ(方位角度と
距離)から求め、その横方向位置データに関する変動特
性(パターン)をとらえて、その変動パターンに基づき
前方静止物が自車線にあるか否か判定する。前方静止物
が複数静止物である場合には、それらを分離して所属車
線を判定を行う。静止物が自車線にあり、一定距離以下
になったときに、警報を発する。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、車間距離警報やAC
C(Adaptive Cruise Control)に使用されるミリ波レー
ダ装置に関する。

【0002】

【従来の技術】車間距離警報装置は、例えば特開平11−
66496号公報に述べられているように、先行車両や前方
障害物との車間距離を何らかの距離計測用センサにより
検知して、接近し過ぎたときに警報音などを発してドラ
イバーに注意を促す装置である。

【0003】また、ACC(Adaptive Cruise Control)
は、例えば特開平11−39586号公報に述べられているよ
うに、設定した先行車との車間距離が維持されるよう
に、自動的に車速を調整しつつ追従走行を行う装置であ
る。

【0004】これらの装置に用いる距離計測用センサの
公知技術としては、レーザレーダを用いるものとミリ波
レーダを用いるものが一般的に知られている。

【0005】このうち、ミリ波レーダは、雨や霧の状態
でも安定してターゲット(ここでは、レーダでとらえた
反射物をターゲットと称することもある)を捉えること
ができ、全天候型のセンサとして期待されている。

【0006】一般に、日本国内電波法に適合する自動車
用のミリ波には、60−61GHzないし76−77GHzの周波数帯
域の電波が用いられることになっている。このミリ波レ
ーダは、送信アンテナから上記周波数帯域の電波を送出
し、車両などのターゲットからの反射波を受信して、送
信波に対する受信波のドプラー変調特性を検出してター
ゲットとの距離、相対速度を検出するものである。

【0007】ミリ波レーダの変調方式は、FMCW方式やFS
K(Frequency Shift Keying)方式など、いくつか提案
されている。

【0008】このなかで、FSK方式は、比較的近接する
2個の周波数を切り替えて送信し、これらの受信波の変
調度合いを利用してターゲットに対する距離,相対速度
等を検知するものであり、発振周波数が2個で済むこと
から発振器などの回路構成が簡単で済むなどの利点があ
る。

【0009】また、FSK方式において、受信アンテナを
左/右に2分割して、左右アンテナの受信信号(左右受
信信号と称することもある)の和・減電力比や左右受信
信号の位相差からレーダビームに対する前方ターゲット
の存在角度(方位角度)を検知する方式があり、この方
式は、一般にモノパルス方式と呼ばれている。

【0010】このモノパルス方式により、方向検知のた
めのスキャン機構を必要とせずに1個のワイドビームに
よりターゲットの存在角度を検知でき、アンテナサイズ
がビーム幅に反比例することからアンテナ自体を小型化
できるなど、数多くの利点を有している。

【0011】

【発明が解決しようとする課題】このようなFSKモノパ
ルス方式ミリ波レーダは、種々の利点を有する反面、次
のような改善すべき点があった。

【0012】(1)この方式は、図5に示すように、受
信されるドプラー変調信号波形(反射波)をFFT(高
速フーリエ変換)により周波数スペクトル解析を行う技
術を採用すれば、各相対速度のターゲットに対応したス
ペクトルピークが表れるため、前方にターゲットが複数
存在する場合であっても、ターゲットを分離できるが、
相対速度が完全に等しい2個以上のターゲットが前方に
存在する場合には、一つのスペクトルでみてしまうこと
になるため、これらを分離することができない。

【0013】(2)原理的には、完全に相対速度の等し
い2個のターゲットをミリ波レーダによって同時に捕捉
した場合、両ターゲットの車両進行方向を基準にして左
右方向(横方向)の位置は、その両ターゲットからの反
射電力の強さ(反射強度)の比で決まる位置(ここで
は、この位置を反射重心位置あるいは反射中心位置と称
することもある)にターゲットがあるように検知され
る。

【0014】そのため、例えば、図8(5)に示すよう
にレーダ車の走行車線(自車線)に対し、その左右の車線
に車両が横方向に並んで前方停止しており、ミリ波レー
ダがそれらの車両を同時に捉えた場合、両者の反射電力
強度の比(重心)は左右の車両間のほゞ中心にくるの
で、あたかも自車線上に停止車両が存在するかのように
捉えられてしまうことがあり得る。この場合、停止車両
が存在しないにもかかわらず、停止車両が存在すると判
断され、何らの対処がなければ誤警報が発生してしま
う。

【0015】その他に、ミリ波レーダには、次のような
固有の現象が生じる。

【0016】受信アンテナで受信されるミリ波には、送
信アンテナからのビームが直接ターゲットに到達して、
そのまま反射されて受信アンテナに戻ってくる「直接
波」以外に、往復のいずれかの経路で路面に1回反射し
てから受信アンテナに至る「反射波」が含まれている。
このために、経路長の差による位相差から強め合ったり
弱めあったりするマルチパス干渉(マルチパス反射特
性)が存在している。そして、ある距離においては、完
全に打ち消し合う関係(逆位相)になる受信電力の極小
点(受信電力値の谷点となるところで最小点と称するこ
ともある)が存在する。このような受信電力が極小(最
小)になる距離では、ターゲットを捉えることが難しく
なる。この場合には、先行車両や静止物がそこに存在し
ているにもかかわらず、ターゲットなしと判定されてし
まうおそれがある。

【0017】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は、前方に複数の静止物が存在しても(例えば停止車
両等のように相対速度が同じ物体が複数並んで存在する
場合)確実にこれらを分離し、特に自車が走行する自車
線上の前方静止物等の有無を精度良く検知できるミリ波
レーダ装置を提供することにある。

【0018】さらに、前記マルチパス干渉により受信電
力が一時的に減少してもこれに左右されず、精度よくか
つ安定的にターゲットを検知できるミリ波レーダ装置を
提供することにある。

【0019】

【課題を解決するための手段】例えば、FSKモノパル
ス方式におけるミリ波レーダ装置においては、既述した
ように、左右アンテナの受信信号(左右受信信号)の和
・減電力比や左右受信信号の位相差からレーダビームに
対する前方ターゲットの方位角度を検知する。

【0020】方位角度は、車線進行方向に対する自車中
心とターゲットの横方向の反射重心点(横方向反射位
置)を結ぶ線の交わる角度である。

【0021】左右受信信号は、レーダビーム幅のエリア
にあるターゲットの複数点からの反射波をそれぞれ合成
したものであり、静止物のように相対速度が等しいター
ゲットが複数ある場合には、それらのターゲットからの
反射波の強度比により車両進行方向に対する横方向の反
射強度の重心(横方向反射中心位置)が決定される。上
記した反射強度の重心は、マルチパス干渉による受信電
力変動の影響を受けて、左右に変動する傾向がある。こ
の変動は、車両前方の静止物の配列により種々のパター
ンとして表れる。上記した受信電力の変動は、間接的に
は反射強度の重心の変動として表れ、さらには、前方静
止物の方位角度の変動ひいては車両進行方向に対する前
方静止物の横位置(横位置=距離×方位角度)の変動と
して表れる。

【0022】本発明は、以上の知見の基になされたもの
であり、基本的には、前方車両等の反射物との距離,相
対速度及び方位角度の少なくとも1つを計測する車両用
ミリ波レーダ装置において、路面との反射によって生じ
るマルチパス干渉による受信電力変動或いはマルチパス
反射特性に基づく反射重心位置の左右方向変動を用いて
反射物の存在位置を推定する手段を備えたことを特徴と
する。

【0023】ここで、マルチパス干渉による受信電力変
動や、マルチパス反射特性に基づく反射重心位置の左右
方向変動を用いる形態としては、代表的なものとして、
上記した前方静止物の方位角度の変動、車両進行方向に
対する前方静止物の横位置(横位置=距離×方位角度)
の変動等があり、これらの変動には、静止物の配列や位
置に応じた定型パターンが確認されている。したがっ
て、このパターンをとらえることで、前方静止物等の存
在位置を推定したり、複数の前方静止物を分離してとら
えたり、前記静止物が自車線上にあるか否か推定するこ
とが可能になる。

【0024】また、路面との反射によって生じるマルチ
パス干渉による受信電力変動における極小点に関するデ
ータに基づきレーダビームでとらえた反射物の高さを推
定することも可能になる。

【0025】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に示し
た実施例に基づいて説明する。

【0026】図1は、本発明の適用対象システムを例示
したものであり、ミリ波レーダ装置の応用例として車間
距離警報システム1を示しており、自車2から先行車3
に向けてアンテナユニット4からミリ波レーダ信号を発
し、接近時警報を行う場合のシステムを構成している。
符号の5,10〜15は警報システム1の中枢を構成す
る演算ユニットの各手段(機能)を構成するものであ
る。

【0027】ここでミリ波レーダは、FSKモノパルスレ
ーダ方式を前提にしている。ミリ波レーダのアンテナユ
ニット4によって反射波を受信し、先行車3との車間距
離・相対速度・方位角度計測5を実行する。

【0028】また、ジャイロセンサ6により角速度計測
8を行い、ステアリングセンサ7により舵角計測9を行
う。計測された角速度および舵角により自車位置の車線
判断10を行う。

【0029】本システムは、先行するターゲットが自車
線内にあり、かつ設定された車間距離より接近した場合
には、計測された車間距離・相対速度・方位角度と車線
判断により先行車判定11および自車前方の静止物判定
12を行う。静止物判定については、後で詳述する。

【0030】これらの判定に基づき、警報判定アルゴリ
ズム13、および車速信号、ブレーキ信号26を使用し
て、警報判断14を行う。警報判断に基づいて警報指示
15を作り、警報信号16を発してドライバディスプレ
イ17において警報音発生、点灯及び表示を行う。ここ
で、ターゲットが移動車両もしくは停止車両であるかの
判断は、ターゲットとの検知相対速度と車速信号による
車両速度を比較して行うことができる。

【0031】図2も、本発明の適用対象システムを例示
したものであり、ミリ波レーダ装置の応用例としてAC
Cシステム(先行車と一定の車間距離を保ちつつ追従走
行を行うシステム)21を示す。

【0032】本システムも、図1のシステム同様にミリ
波レーダ、ジャイロセンサ6及びステアリングセンサ7
を使用し、自車2から走行車3に向けてアンテナユニッ
ト4からミリ波レーダ信号を発し、上記同様に計測され
た車間距離・相対速度・方位角度と車線判断により先行
車判定22および静止物判定23を行う。これらの判定
に基づき、車間距離制御アルゴリズム24を使用し、か
つ車速信号、ブレーキ信号26を使用して加減速判断2
5を行う。その判断結果に基づいて車速維持、加速減速
信号27を発しスロットル制御29、A/Tシステム制
御30、ブレーキ制御31からなる車間距離制御28を
行っている。

【0033】なお、図1、図2のシステム、すなわち警
報システムとACCシステムは、必ずしも別個のシステ
ムとしてのみ存在するのではなく、両者の機能を合わせ
て有するシステム構成を取ることもできる。

【0034】図3(a),(b)は、前述のようなシス
テムに使用されるミリ波レーダのなかで、FSK方式に
よる距離と相対速度の検知(測定)原理、図4はそのブ
ロック図を示している。

【0035】図3(a),(b)に示すように、FSK
方式では、中心周波数f0(60−61ないし76−7
7GHz)を中心に上下数百kHz程度の周波数差の2
つの周波数f1、f2で切り替えて送信信号を生成す
る。ターゲット51より反射されて戻ってきた受信信号
には、2つの周波数成分f1,f2に対応するドプラー
シフト周波数分fd1,fd2だけ周波数がシフトす
る。このとき、ターゲットとの距離d及び相対速度v
は、両受信信号の位相差φすなわち(f1+fd1)−
(f2+fd2)及び片方のドプラーシフト周波数fd
1を用いて、次式で求められる。

【0036】

【数1】d=c・φ/4πΔf v=c・fd1/2f1 ここで、c;光速、φ;位相、fd1,fd2;ドプラ
ーシフト周波数 図4は、このFSK方式に基づくミリ波レーダの回路ブ
ロック一般的な構成を示している。発振器53は、変調
信号発生部52からの変調信号を受けて、2つの周波数
f1,f2の信号を切り替えて生成し、このf1,f2
のミリ波が送信アンテナ54より送信される。ターゲッ
ト51より反射されて戻ってきた反射波は、受信アンテ
ナ55で受信される。受信信号は送信信号とミキサ56
によりミキシングされる。

【0037】ミキシング信号は、各変調信号に同期して
動作するスイッチ回路57でスイッチされ、各々LPF
(ローパスフィルタ)58を介して位相検波器59に送
られ、位相検波器59で上記した位相差φが検出され、
これから前述した数1式に基づき距離dが算出される。

【0038】実際には、ミリ波レーダの回路は、図4に
示したアナログ回路のみではなく、DSP(デジタルシ
グナルプロセッサ)等を用いたデジタル回路による信号
処理演算をも用いて実現されている。特に、相対速度の
異なる先行車が複数あれば、ミキシング信号には、これ
らに対応した様々なドプラーシフト周波数成分が含まれ
ている〔図5(a)参照〕。これらは、図5に示すよう
に、FFTにより周波数スペクトル解析を行うと、各相
対速度のターゲットに対応したスペクトルピークデータ
が得られ、各相対速度Vに対応したターゲットを分離す
ることができる。

【0039】そして、各スペクトルピークの実部・虚部
の比から位相差φを求めることができ、この場合にも上
記(1)式から各ターゲットとの距離を得ることができ
る。また、静止物は、相対速度が自車速度に最も近く図
5(b)に示すようにドプラーシフト周波数の位置のタ
ーゲットピークから情報を得ることができる。

【0040】次に、受信アンテナを左右2個有するモノ
パルス方式を図6を用いて説明する。

【0041】モノパルス方式は、左右の受信アンテナで
受信した2個の受信信号の和,差信号を生成し、両者の
信号強度比からターゲットの存在角度(方位角度)を求
める。すなわち、1個の送信アンテナに対し左右2つの
受信アンテナでターゲット(物標)からの反射電波を受
信する。2つの受信信号の加算・減算信号を作り、この
加算信号と減算信号の信号強度比をもとに、図6に示し
た加算パターン,減算パターンのテーブルを用いること
で、ターゲットの方位角度θもしくは横位置(車両進行
方向を基準にして左右方向の位置で、距離と方位角度か
ら求められる。横位置をXとし、方位角度をθとした場
合、θは小なので、X=R・sinθ≒R・θとなる)
を求めることができる。なお、上記の加算信号と減算信
号の比は、複数の反射点から反射する反射強度の重心
(反射中心位置)に相当し、この反射重心と自車の中心
線を結ぶ角度が方位角度となる。

【0042】以上の方法によりFSKモノパルスレーダ
を用いてターゲットの距離,相対速度及び方位角度(も
しくは横位置=距離×方位角度)を測定できることにな
るが、実際に使用する場合、S/N比等の問題から毎回
の測定値にはある程度のバラツキがある。警報判定用や
ACC車間距離制御用のデータとして用いるには、これ
らのバラツキをスムージング化してなめらかな連続曲線
にすることが必要である。

【0043】このため、図7に示すようにカルマンフィ
ルタをベースにしたターゲットトラッキング用のフィル
タを用いる。このトラッキングフィルタは、測定値〔距
離d、相対速度v及び方位角度θ(もしくは横位置=距
離×方位角度)〕を入力として、次回測定時のデータを
予測し、予測値と実際の観測値から毎回の更新出力(最
適値)を決定していくことで測定値のスムージング化を
図るものである。本システムは、この更新モデルを用い
て連続的なトラッキングデータを得ることができる。数
式で書くと次式のように表わされる。

【0044】

【数2】・トラッキングフィルタ更新式 rn+1=rn+K(rMn+1−rPn+1) ・予測方程式 rPn+1=rn+(∂rP/∂t)・Δt ただし、rは距離、相対速度、方位角度もしくは横位置
のトラッキング値、rMはその毎回の観測値、rPはそ
の予測値、Kは各フィルタゲイン(いずれもベクトル表
現)である。

【0045】次に、停止車両を含む静止物が前方に存在
する場合の静止物判定及びその警報システムについて述
べる。警報システムは、停止車両(静止物)であれ移動
物であれ自車線上にあると判断された場合には、一定の
距離以下に接近した時点で、そのターゲットと自車間の
相対速度v及び距離dを考慮して警報を発する。

【0046】図8は、ターゲットとして前方停止車両
(静止物)が次の(1)〜(5)の態様にあることを示
している。

【0047】(1)車両が自車線に1台停止している場
合 (2)車両が左車線に1台停止している場合 (3)車両が自車線及び左車線に各1台並列に停止して
いる場合 (4)車両が3台で各車線に1台づつ停止している場合 (5)車両が自車線上になく自車線の左右に1台づつ停
止している場合 なお、右車線1台の場合と、自車線・右車線各1台の場
合は、上記した(2),(3)の場合と同様であるた
め、図示省略する。

【0048】図において、自車線前方に停止車両がある
として警報が必要な場合は、図8の(1),(3),
(4)の場合であり、(2),(5)は警報必要無しと
判断されねばならない。

【0049】前述したように、左右2個の受信アンテナ
を備えるFSKモノパルスレーダにおいては、完全に相
対速度の等しい反射物から反射電波を受信した場合に
は、左右アンテナで受信した受信電力強度の比(反射強
度の重心位置)の方位角度θを検出する。各停止車両
(各反射箇所)からの反射強度がもし一定であれば、散
乱断面積(Radar Cross Section:
以下RCSと呼ぶ)の中心位置の角度に、車両が存在す
るように検知する。この原理は、図6に示されており、
反射物は1台の車両の複数の反射箇所であってもよく、
また、複数台の車両であってもよい。

【0050】このようにして、方位角度θ或るいは横位
置(横位置=距離×方位角度)を検出する場合には、既
述したように、例えば、図8(5)に示す場合には、両
者の反射強度の比(重心)は左右の車両間のほゞ中心に
くるので、あたかも自車線上に停止車両が存在するかの
ように捉えられてしまうことがあり得る。本発明では、
この問題について、次のように対処する。

【0051】送信されるミリ波ビームには、左右方向の
みならず上下方向にも一定幅の広がりがあり、その一部
は路面に到達して路面反射してからターゲットに到達す
る。あるいは、ターゲットから反射した反射波が路面に
到達し、一回路面に反射後に受信アンテナで受信され
る。このような場合、路面反射との関係から生じるマル
チパスの影響を考慮する必要がある。理論的には、ター
ゲットからの直接反射波と路面を経由した反射波の経路
長が異なることから、両者の位相干渉により強め合った
り弱めあったりする場所が存在する。この現象をマルチ
パス干渉による受信電力変動と称する。

【0052】今、検知特性をわかりやすく説明するた
め、ターゲットを1点にRCSが集中するコーナ型リフ
レクタとして考える。このとき、図9に示すように、ア
ンテナの設置地上高hに対するターゲットの反射中心高
さH、及び両者の距離Rによって路面反射位置が決ま
り、幾何学的な関係式からレーダの受信電力Pは次式で
表わされる。

【0053】

【数3】

【0054】ただし、K;定数、Pt;送信電力、G
t;送信アンテナゲイン、Gr;受信アンテナゲイン、
ρ;路面反射率、σ;RCS、λ;波長、RAB;AB間
経路長、RBCA;BCA(ACB)間経路長、(RBCA
ACB=RAC+RCB)、φ;経路長差による位相差。φ
については、上記の式に次のように関係する。

【0055】

【数4】φ=(RAB−RBCA)・2π/λ 図10は、自車(レーダ車)の受信アンテナ高さhを固
定して、リフレクタ高さHを変えたときの、アンテナ・
リフレクタ間を結ぶ距離(図9の距離R)に対する受信
電力の変化特性〔マルチパス干渉により生じる受信電力
の最小点(谷点)の変化特性〕を示している。ここで受
信電力の最小点の発生間隔(以下、周期とする)は、リ
フレクタ高さHが高くなるほど(換言すれば図9に示す
ように直線の反射経路aと路面反射経路b+cとの差が
大きくなるほど)短くなる。これから、反射波の受信電
力の大きさはターゲットの反射強さで一意的に決まるも
のではなく、距離すなわち経路長によって大きく変動す
ることがわかる。

【0056】図11は、自車前方にリフレクタ(ターゲ
ット)として静止物が左右2個存在する場合の、受信電
力の状況を示している。この場合、ミリ波の伝達経路は
4通り存在する。

【0057】すなわち、 左側リフレクタ〜アンテナ間直接 左側リフレクタ〜アンテナ間路面反射 右側リフレクタ〜アンテナ間直接 右側リフレクタ〜アンテナ間路面反射 受信アンテナには、これらの経路長の異なる反射波がす
べて合成されて入力されている。このような複数静止物
からの反射を含む場合にも、マルチパス干渉による受信
電力の変動(最小点の周期の変動)が生じており、その
変動は左右の経路長に応じて異なる。すなわち、左右の
リフレクタ位置が完全に等しくなければ、各干渉が発生
する距離は左右で異なってくる。

【0058】既述したように、複数のリフレクタ(ター
ゲット)同士の相対速度が同じで(ここでは複数静止
物)左右に並んでいる場合、モノパルス方式では、それ
らのターゲットを一つのものとしてみてしまい、左右リ
フレクタの受信電力P1,P2の強度比(反射重心)を
反射中心位置(図11の検知位置)とみる。この反射中
心位置は、マルチパス反射特性の影響により左右に変動
する傾向がみられる。

【0059】図12は、これを裏付ける試験データであ
り、左右リフレクタの経路長を変えるために、左右リフ
レクタの高さを変えて、その時のモノパルス方式により
求めた反射重心(横方向反射中心)の左右変動を表わし
ている。すなわち、左右一定距離離れた位置に前記コー
ナ型リフレクタを5cm高さを変えて置いた場合の距離
に対する横方向反射中心の変化を理論計算により算出し
た結果を示している。このように、距離に応じて横方向
反射中心は左右に大きく変動していることがわかる。し
たがって、このように複数静止物が左右に並んでいる場
合には、前方静止物の反射重心の左右変動により方位角
度,横位置についても左右変動する。

【0060】図13〜図15は、図12の知見の下に、
実際に前方車両の種々の停車形態を設定して、そのとき
の横位置計測値をミリ波レーダにより求め、その横位置
計測値の左右方向の変動パターンを、自車と前方停止車
両の車間距離との関係で示したものである。ただし、距
離データは測定値を前述のトラッキングフィルタを介し
てスムージングした値である。

【0061】このうち、図13は、図8の(1)のよう
に前方停止車両が自車線1台の場合の変動特性、図14
は、図8の(5)のように前方停止車両が自車線の左右
に2台ある場合の変動特性、図15は、図8の(4)の
ように前方停止車両が自車線と左右車線に3台並んでい
る場合の変動特性である。

【0062】図13〜15から次のことが分かる。

【0063】・自車線上に停止車両がある場合、横位置
変動は距離が短くなる(前方停止車両に近づく)につれ
て収束傾向にある。

【0064】・左右に車両があり自車線上に無い場合、
距離が短くなっても横位置変動は収束しない。

【0065】したがって、このような横位置変動特性を
考慮すれば、複数の停止車両を含む静止物を分離した
り、さらには、最終的に、複数の停止車両のうち自車線
上にあるものが存在するか否か判定できる。

【0066】図16、17及び図18〜19は、上記横
位置変動特性を用いてレーダでキャッチされた複数ター
ゲットを分離して停止車両存在パターンを推定するアル
ゴリズムのフローチャートを示している。

【0067】図16は、第一の方法で、前述のトラッキ
ングフィルタを左右及び自車線の各車線に対して各々用
意して予測し、多くの測定値が観測される車線上のみト
ラッキングフィルタを維持し観測されない車線上のトラ
ッキングフィルタはオフする方法である。

【0068】まず、ステップ101において、測定値
(距離、相対速度、方位角度)を入力する。ターゲット
データのなかで静止物が観測されると、ステップ102
からステップ103に移り距離データのみトラッキング
される。次に、距離×方位角度=横位置を計算し(10
4)、左右車線及び自車線に対する横位置トラッキング
フィルタを走らせる(105)。

【0069】次に、毎回の横位置データの値からその横
位置データがどの車線に存在するか、いわゆる左右自車
線のヒット判定を行う(106−109)。次に、各車
線のヒット回数から各車線の横位置トラッキングフィル
タの更新維持もしくはオフの判定を行う(110)。こ
れにより、ターゲット分離が行われ、その中から静止物
のトラッキングは、自車が静止物に所定距離R0に近づ
くまで行われ(111;この所定距離は自車の車速に応
じて変わる)、その結果、自車線上に静止物有りと判定
された場合には(112)、警報が発せられる(11
3)。

【0070】図17は第2の方法であり、横変動(横位
置測定値の変動)の包絡線を取る方法を示している。す
なわち時々刻々得られている横位置測定値Yの変動の折
り返し点、すなわち(∂Y/∂t)=0なる点をプロッ
トしていけば変動曲線の極値、すなわち包絡線上を取る
ことになる。

【0071】図13及び図15でみたように自車線上に
車両が存在する場合、いずれ横変動は収束に向かう。し
たがって、包絡線が自車線上に入ってくると自車線上に
車両があると判定できる。

【0072】具体的には、横位置データをYとしてステ
ップ121でまず入力し、その微分値(∂Y/∂t)を
計算し(122)、これがある値δより小さい位置を折
り返し点として判定する(123)。ステップ123で
折り返し点として判定されたデータのなかから、左車線
折り返しYLと右車線折り返しYRを探索し更新する(1
24)。

【0073】この折り返し点の幅ΔY=|YR−YL|
を計算する(125)。ここで、自車が静止物に所定距
離R0よりも近づくとΔYの収束性の判断を行う(12
6,127)。収束したと判断した場合は自車線上に静
止物ありと判定し、収束していないと判断したときには
自車線上になしと判定する。自車線有りの場合には、警
報が発せられる。

【0074】図18〜19は第3の方法である。この手
法は、前方静止物に対する所定間隔(各区間)ごとの距
離に対する横位置変動データを統計的に評価し、その評
価結果において、前方静止物が自車線上に有るか否かを
判定するもので、例えば、図14と図15の判別のよう
に車両3台各車線に存在する場合と、左右に存在し自車
線上にいない場合を区別するために実行する場合に効果
的な用い方である。

【0075】まず、図18は、図13〜15の横位置変
動の中心(=0)から左右にずれた変動のずれ量の二乗
値を累計値及び10mごとの累計値で比較したものであ
る。この図から、図14のように前方車両が左右に2台
ある場合には、横位置二乗値が大きく、特に90〜70
mにおいてその傾向が顕著であることが分かる。このこ
とを利用して、図19は評価を開始すべき距離〔前方反
射物と自車との距離〕と評価を終了すべき距離を設け、
この区間での例えば分散値を評価し、評価結果があるし
きい値を超えるか否かで判定するフローチャートを構成
する。

【0076】まず静止物が検知され、評価開始距離以下
になったら評価を開始する(130〜131)。時々刻
々横位置変動の分散を求め、評価終了距離においてしき
い値と比較する(132〜135)。

【0077】そして、しきい値以下であれば自車線上に
静止物ありと判定され、しきい値以上であれば自車線上
に静止物なしと判定される(136〜137)。

【0078】判断に用いる評価指標には、分散以外にも
例えば各車線ヒット数など考えられる。

【0079】ここで、図1に示した警報システムにおい
て、上記の判断結果に基づき2段階で警報を行うことが
できる。

【0080】すなわち、最初に静止物が前方の比較的離
れたある距離で検知され、まだ車線が確定しない状態で
は第1警報が発せられる。この警報は危険度は低くドラ
イバに軽い注意を促す意味合いのものである。

【0081】つぎに、自車が前方静止物に対して所定距
離まで近づき、車線が確定し、かつその静止物が自車線
上にあると判断された場合、ブレーキによる減速/停止
もしくはステアリング動作による回避動作が必要であ
る。このため、システムは第2の警報、衝突警報を発し
ドライバに強く危険を知らせるように設定される。

【0082】同様にして、図2に示したACCシステム
においても2段階の制御を行うことができる。すなわ
ち、最初に前方静止物を比較的離れた距離で検知した時
点では、加速禁止もしくはゆるやかな減速モードに切り
替えるがまだブレーキ動作には至らない。しかしなが
ら、前方静止物に対して所定距離まで近づき、車線が確
定し、かつその静止物が自車線上にあると判断された場
合、自動ブレーキにより強めの減速モードに切り替わ
る。あるいは、それだけでは減速度が足りない場合に
は、警報により、ドライバに回避動作の指示を与えるこ
となどができる。

【0083】さて、前述したように路面反射によるマル
チパス特性の影響により、ターゲットまでの距離に応じ
て受信電力は大きく変動する。ここで、単純なリフレク
タに対しては式(3)を用いて路面マルチパス干渉によ
り受信電力最小点を計算することができた。図10はこ
のときのリフレクタの高さをH=0.8、3.0、5.
5mで変化させた場合であった。この図から、リフレク
タ高さHが高いほど、受信電力(干渉発生点)が多く、
かつその周期が短いことがわかる。

【0084】一般の車両などでは形状にもよるが、反射
位置が分布しているため、ここまではっきりした影響は
出ないものの特定位置で反射が強くなる傾向は存在す
る。一方、高架橋や案内標識は高さ方向の反射位置があ
る程度定まっているため、かなりはっきりした傾向が出
る。

【0085】また、車両搭載のレーダのアンテナ高さh
は定まっているので、ターゲットの反射中心位置の地上
高Hと距離Rによりマルチパス干渉発生点及びその周期
は定まる。このことは、停止車両と高架橋などの路上物
を区別する上で重要な性質である。

【0086】高架橋は近くに接近すればミリ波レーダの
上下方向ビームから外れるので見えなくなるが、例え
ば、100m位離れた距離では上下ビーム内に入り検知
される可能性がある。一方、静止物との相対速度は大き
いので、高速走行においても静止物警報を発生させたい
としたなら、静止物が検知されたとき、それが案内標識
や高架橋のような走行の妨げとならないものであるか、
停止車両や落下物のように走行の障害物であり警報の対
象とすべきターゲットであるかを判定することが必要で
ある。

【0087】例えば、100mの距離で警報させたいの
ならば、例えば、受信電力最小点を100−150m位
の範囲内で計測し、その周期及び発生位置を求めれば、
前方静止物の反射中心高さHを推定することができる。

【0088】図20はこのような受信電力最小点の距離
と周期を検知して反射中心高さHを推定し、推定結果に
基づき警報発生判断を行うフローチャートを示してい
る。まず、十分遠い距離(R>RE)において静止物を
検知したとする(140)。次に、受信電力Pを時々刻
々測定し(141)、その受信電力が距離に対して最小
になる点(∂P/∂R)=0なる距離Rと、評価距離R
Eまでに受信電力が最小点になる回数をカウントする
(142)。評価距離RE以下となった時点で反射中心
高さHを推定する(143)。この推定はあらかじめ求
めておいたHと(∂P/∂R)=0の対応データより推
定できる(144)。

【0089】次に、推定したHをあるしきい値H0と比
較する。H0より小さいと判定されれば停止車両などの
静止物と判定され、H0より大きいと判断されれば高架
橋などの非障害物と判定される(145−147)。そ
して、もし前方自車線上に静止物が存在するならば警報
が発生され、高架橋と判定されれば警報は発生しない。

【0090】上記した実施例によれば、 1.複数静止物を捕捉した場合に生じる横位置変動の特
性から複数静止物の分離、車線判断を行うことができ
る。

【0091】2.マルチパス干渉により受信電力が一時
的に減少してもこれに左右されず、安定的にターゲット
を検知できる 3.受信電力が最小になる距離とその周期から反射中心
高さを推定し、高架橋などの非障害物と停止車両等障害
物を判別することにより、静止物の検知精度を高め、誤
警報・誤制御を低減し信頼性の高いシステムを構築する
ことができる。

【0092】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、前方に複
数の静止物が存在しても確実にこれらを分離し、特に自
車が走行する自車線上の前方静止物等の有無を精度良く
検知できるミリ波レーダ装置を提供することにある。

【0093】さらに、前記マルチパス干渉により受信電
力が一時的に減少してもこれに左右されず、精度よくか
つ安定的にターゲットを検知できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の適用対象となる静止物対応車間距離警
報システムの概略構成図。

【図2】本発明の適用対象となる静止物対応ACCシス
テムの概略構成図。

【図3】FSKモノパルスレーダの検知原理を示す図。

【図4】FSKモノパルスレーダの検知ブロック図。

【図5】FFTによるピークサーチを示す図。

【図6】モノパルスレーダの方位検知原理の説明図。

【図7】トラッキングフィルタによるターゲットトラッ
クを示す図。

【図8】停止車両の配列パターンを示す図。

【図9】レーダ、ターゲットと路面マルチパスの関係を
示す図。

【図10】ターゲットリフレクタの高さと受信電力変化
の関係を示す図。

【図11】リフレクタが左右2個の場合の検知位置を示
す説明図。

【図12】ターゲットの左右中心位置の変動パターンを
示す説明図。

【図13】停止車両1台の場合の横位置、距離と時間列
の関係を示す実測データ図。

【図14】停止車両左右2台の場合の横位置、距離と時
間列の関係を示す実測データ図。

【図15】停止車両3台の場合の横位置、距離と時間列
の関係を示す実測データ図。

【図16】静止物検知及びその分離及び所属車線の判定
方法を示すフローチャート。

【図17】静止物の横位置検知及びその所属車線の判定
方法を示すフローチャート。

【図18】図13−図15での横位置ずれ量の2乗変動
データを示す説明図。

【図19】静止物の横位置検知及びその所属車線の判定
方法を示すフローチャート。

【図20】受信電力最小点推定アルゴリズムにより反射
物の高さを推定する方法を示すフローチャート。

【符号の説明】

1…車間距離警報システム、2…自車、3…先行車、4
…アンテナユニット、5…車間距離・対向速度・角度計
測、6…ジャイロセンサ、7…ステアリングセンサ、8
…角速度、9…舵角、10…車線判断、11…先行車判
定、12…静止物判定、13…警報判定アルゴリズム、
14…警報判断、15…警報指示、21……ACCシス
テム、22…先行車検知、23…静止物検知、24…車
間距離制御アルゴリズム、25…加減速判断、26…車
速信号・ブレーキ信号、28…車間距離制御。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 浩司 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 道口 由博 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 白 杰 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 高野 和朗 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Fターム(参考) 5H180 AA01 CC03 CC12 CC14 LL01 LL04 LL07 LL08 LL09 5J070 AB08 AB17 AB24 AC02 AC06 AD02 AD06 AD07 AE01 AF03 AH25 AH35 AK07 AK22 BA01 BB01 BB15 BF01 BF12 BG01

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 前方車両等の反射物との距離,相対速度
    及び方位角度の少なくとも1つを計測する車両用ミリ波
    レーダ装置において、 路面との反射によって生じるマルチパス干渉による受信
    電力変動を用いて反射物の存在位置を推定する手段を備
    えたことを特徴とするミリ波レーダ装置。
  2. 【請求項2】 FSKモノパルス方式の車両用ミリ波レ
    ーダ装置において、 車両進行方向に対して前方に静止物が存在するか否かミ
    リ波レーダによる計測データに基づき推定する手段と、 路面との反射によって生じるマルチパス反射特性に基づ
    く反射重心位置の左右方向変動を用いて前記静止物が自
    車線上にあるか否か推定する手段と、を備えたことを特
    徴とするミリ波レーダ装置。
  3. 【請求項3】 FSKモノパルス方式の車両用ミリ波レ
    ーダ装置において、 車両進行方向に対して前方に静止物が存在するか否かミ
    リ波レーダによる計測データに基づき推定する手段と、 路面との反射によって生じるマルチパス反射特性に基づ
    く反射重心位置の左右方向変動を用いて、複数の前方静
    止物を分離してとらえる手段と、を備えたことを特徴と
    するミリ波レーダ装置。
  4. 【請求項4】 前方車両等の反射物との距離,相対速度
    及び方位角度の少なくとも1つを計測する車両用ミリ波
    レーダ装置において、 ミリ波レーダの計測データに基づき車両進行方向に対す
    る前方反射物の横位置を算出する手段と、 前方反射物が複数の静止物である場合に前記横位置デー
    タの変動パターンから該静止物が自車線上に存在するか
    否か判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするミ
    リ波レーダ装置。
  5. 【請求項5】 前記判定手段は、前記横位置データの変
    動が収束するパターンであるときに前記静止物が自車線
    上にあるものと判定する請求項4記載のミリ波レーダ装
    置。
  6. 【請求項6】 前記判定手段は、前記横位置データの変
    動パターンを統計的に評価して前記静止物が自車線上に
    あるか否か判定する請求項4記載のミリ波レーダ装置。
  7. 【請求項7】 少なくとも前記静止物が自車線上に有り
    との判定データと、前記静止物と自車間の距離データ,
    相対速度データとに基づいて、警報又は/及び減速指令
    の制御を行う制御手段を備えている請求項4ないし6の
    いずれか1項記載のミリ波レーダ装置。
  8. 【請求項8】 前方に1以上の静止物がある場合に、そ
    れらの静止物に対する自車の測定距離が第1段階の所定
    の距離にあるときには、車線を問わず前方に静止物あり
    と判定し、前記第1段階の距離よりも前記静止物に接近
    した第2段階の所定の距離にあるときに自車線上に静止
    物があるか否か判定するように設定されている請求項4
    ないし7のいずれか1項記載のミリ波リーダ装置。
  9. 【請求項9】 前記第1段階の距離で前方に静止物あり
    と判定した場合には、警報指令,減速指令,加速禁止指
    令の少なくとも一つを発生し、前記第2の段階で前記静
    止物が自車線上にあると判断されると、運転者にブレー
    キ操作もしくは静止物回避の操作を促すよう指示もしく
    は警報を発し又は/及びブレーキ減速制御指令を与える
    請求項8記載のミリ波レーダ装置。
  10. 【請求項10】 前方車両等の反射物との距離,相対速
    度及び方位角度の少なくとも1つを計測する車両用ミリ
    波レーダ装置において、 ミリ波レーダの計測データに基づき車両進行方向に対す
    る前方反射物の横位置を算出する手段と、 ミリ波レーダによる計測データに基づき前方反射物が静
    止物であるか否か判定する手段と、 前記横位置データの変動値から前方にある複数静止物を
    分離してとらえる手段と、を備えたことを特徴とするミ
    リ波レーダ装置。
  11. 【請求項11】 前方車両等の反射物との距離,相対速
    度及び方位角度の少なくとも1つを計測する車両用ミリ
    波レーダ装置において、 路面との反射によって生じるマルチパス干渉による受信
    電力変動における極小点に関するデータに基づき前記反
    射物の高さを推定する手段を備えたことを特徴とするミ
    リ波レーダ装置。
  12. 【請求項12】 前記反射物が静止物であり、その推定
    高さが所定値以上であると判定した場合には、車両走行
    の障害物とならない静止物であると判定する手段を備え
    た請求項11記載のミリ波レーダ装置。
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