JP2003167047A - Fm−cwレーダのミスペアリング判定及び信号処理方法 - Google Patents
Fm−cwレーダのミスペアリング判定及び信号処理方法Info
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Abstract
ングである場合、ミスペアリングによって得られたデー
タを除去してこれを使用しないようにする。 【解決手段】 新規ターゲットを検出したとき、新規検
出ターゲットと既検出ターゲットとの距離差が所定の範
囲内であると判定された場合、新規検出ターゲットの相
対速度と既検出ターゲットの相対速度との差を求め、差
が所定値Δva以上かどうか判定し、所定値以上である
場合、前記新規ターゲットはミスペアリングにより得ら
れたターゲットであると判定する。また、新規検出ター
ゲットの相対速度と既検出ターゲットの相対速度との差
が前記所定値Δva以上の場合、新規検出ターゲットの
所定時間の距離微分値と既検出ターゲットの相対速度と
の差を求め、差が前記所定値Δvaより小さい所定値Δ
vb以上であった場合、前記新規ターゲットはミスペア
リングにより得られたターゲットであると判定する。
Description
の信号処理方法に関し、ターゲットからの反射点が複数
存在する場合にペアリングを行う際、ミスペアリングか
どうか判定する方法に関する。また、ミスペアリングで
あると判定された場合の信号処理方法に関する。
数変調された連続の送信波を出力してターゲットである
前方の車両との距離を求めている。即ち、レーダからの
送信波のビームが前方の車両で反射され、反射波の受信
信号と送信信号とのビート信号(レーダ信号)を得る。
このビート信号を高速フーリエ変換して周波数分析を行
う。周波数分析されたビート信号はターゲットに対して
パワーが大きくなるピークが生じるが、このピークに対
応する周波数をピーク周波数と呼ぶ。ピーク周波数は距
離に関する情報を有し、前方車両との相対速度によるド
ップラ効果のために、前記三角波形状のFM−CW波の
上昇時と下降時とではこのピーク周波数は異なる。そし
て、この上昇時と下降時のピーク周波数から前方の車両
との距離及び相対速度が得られる。また、前方の車両が
複数存在する場合は各車両に対して一対の上昇時と下降
時のピーク周波数が生じる。この上昇時と下降時の一対
のピーク周波数を形成することをペアリングという。
車両からは複数のビームが反射され、同じ車両であって
も反射点までの距離は異なっている。このような場合、
同じ反射点から反射されたビームによるピークに基づい
て上昇区間及び下降区間の信号をペアリングし、各反射
点毎に距離と相対速度を検出しなければならない。
じ反射点からのピークの上昇信号と下降信号を組み合わ
せず、例えば、ある反射点からのピークの上昇区間の信
号と、その反射点の近くの別の反射点からのピークの下
降区間の信号を誤ってペアリングをしてしまう、即ちミ
スペアリングをしてしまうことがある。従って、本発明
の目的は、ミスペアリングかどうか正確に判定する方法
を提供することであり、ミスペアリングであると判定し
たときは、ミスペアリングによって得られたデータを除
去してこれを使用しないようにすることである。
め、本発明FM−CWレーダのミスペアリング判定方法
によれば、新規ターゲットを検出したとき、新規検出タ
ーゲットと既検出ターゲットとの距離差が所定の範囲内
かどうか判定し、所定の範囲内であると判定された場
合、新規検出ターゲットの相対速度と既検出ターゲット
の相対速度との差を求め、差が所定値Δva以上かどう
か判定し、該所定値以上である場合、前記新規ターゲッ
トはミスペアリングにより得られたターゲットであると
判定する。
検出ターゲットの相対速度との差が前記所定値Δva以
上の場合、新規検出ターゲットの所定時間の距離微分値
と既検出ターゲットの相対速度との差を求め、差が前記
所定値Δvaより小さい所定値Δvb以上であった場合、
前記新規ターゲットはミスペアリングにより得られたタ
ーゲットであると判定する。
既検出ターゲットとの距離差が所定の範囲内であるかど
うか判定したが、距離に加えて横位置差も所定の範囲内
かどうか判定する。
ゲットの相対速度に基づいて相対距離が所定の値だけ変
化するために要する時間tを求め、前記新規ターゲット
が検出された時点から前記時間tの間に、該新規ターゲ
ットとの相対距離が実際にどれだけ変化したかを求め、
該相対距離の変化分に基づいて求める。
相対速度から相対加速度を求めて所定時間後の相対速度
を予測し、相対速度の時間変化分の要素を加えて補正す
ることもできる。
スペアリングと判定された場合、ミスペアリングと判定
されたターゲットから得られたパラメータを除去し、結
合処理に使用しないようにする。
とすることもできる。
レーダを用いた車間距離制御装置の構成の概要を示した
図である。レーダセンサ部はFM−CWレーダであり、
レーダアンテナ1、走査機構2、及び信号処理回路3を
備えている。車間距離制御ECU7は、ステアリングセ
ンサ4、ヨーレートセンサ5、車速センサ6、及びレー
ダセンサ部の信号処理回路3からの信号を受け、警報機
8、ブレーキ9、スロットル10等を制御する。また、
車間距離制御ECU7は、レーダセンサ部の信号処理回
路3にも信号を送る。
したものである。信号処理回路3は、走査角制御部1
1、レーダ信号処理部12、制御対象認識部13を備え
ている。レーダ信号処理部12はレーダアンテナ1から
の反射信号をFFT処理し、パワースペクトルを検出
し、ターゲットとの距離及び相対速度を算出し、制御対
象認識部13にそのデータを送信する。制御対象認識部
13は、レーダ信号処理部12から受信したターゲット
との距離、相対速度、及び車間距離制御ECU7から受
信したステアリングセンサ4、ヨーレートセンサ5、車
速センサ6等から得られた車両情報に基づいて走査角制
御部11に走査角を指示すると共に、制御対象となるタ
ーゲットを判別して車間距離制御ECUに送信する。走
査角制御部11は、固定型レーダの場合はカーブ走行時
の走査角等を制御し、スキャン型レーダの場合はスキャ
ン走査角を制御するものである。走査機構2は走査制御
部11からの制御信号を受けて所定の角度で順次ビーム
を発射してスキャンを行う。
周波数変調された連続の送信波を出力してターゲットで
ある前方の車両との距離を求めている。即ち、レーダか
らの送信波が前方の車両で反射され、反射波の受信信号
と送信信号をミキシングして得られるビート信号(レー
ダ信号)を得る。このビート信号を高速フーリエ変換し
て周波数分析を行う。周波数分析されたビート信号はタ
ーゲットに対してパワーが大きくなるピークが生じる
が、このピークに対する周波数をピーク周波数と呼ぶ。
ピーク周波数は距離に関する情報を有し、前方車両との
相対速度によるドップラ効果のために、前記三角波形状
のFM−CW波の上昇時と下降時とではこのピーク周波
数は異なる。そして、この上昇時と下降時のピーク周波
数から前方の車両との距離及び相対速度が得られる。ま
た、前方の車両が複数存在する場合は各車両に対して一
対の上昇時と下降時のピーク周波数が生じる。この上昇
時と下降時の一対のピーク周波数を形成することをペア
リングという。
る場合のFM−CWレーダの原理を説明するための図で
ある。送信波は三角波で図3の(a)の実線に示す様に
周波数が変化する。送信波の送信中心周波数fo 、FM
変調幅はΔf、繰り返し周期はTm である。この送信波
はターゲットで反射されてアンテナで受信され、図3の
(a)の破線で示す受信波となる。ターゲットとの間の
往復時間Tは、ターゲットとの間の距離をrとし、電波
の伝播速度をCとすると、T=2r/Cとなる。
に応じて、送信信号との周波数のずれ(ビート)を起こ
す。
すことができる。なお、fr は距離周波数である。
FM−CWレーダの原理を説明するための図である。送
信波は図4の(a)の実線に示す様に周波数が変化す
る。この送信波はターゲットで反射されてアンテナで受
信され、図4の(a)の破線で示す受信波となる。この
受信波はレーダとターゲット間の距離に応じて、送信信
号との周波数のずれ(ビート)を起こす。この場合、タ
ーゲットとの間に相対速度vを有するのでドップラーシ
フトとなり、ビート周波数成分fbは次の式で表すこと
ができる。なお、fr は距離周波数、fd は速度周波数
である。
r±(2・fo/C)v 図5は、FM−CWレーダの構成の例を示したものであ
る。図に示す様に、電圧制御発振器22に変調信号発生
器21から変調信号を加えてFM変調し、FM変調波を
送信アンテナATを介して外部に送信すると共に、送信
信号の一部を分岐してミキサのような周波数変換器23
に加える。一方、先行車両等のターゲットで反射された
反射信号を受信アンテナARを介して受信し、周波数変
換器23で電圧制御発振器22の出力信号とミキシング
してビート信号を生成する。このビート信号はベースバ
ンドフィルタ24を介してA/D変換器25でA/D変
換され、CPU26で高速フーリエ変換等により信号処
理がされて距離および相対速度が求められる。
ムが反射され、同じ車両であっても反射点までの距離は
図6に示すように異なっている。図6に示すように、自
車Aから発せられたビームは前方の大型車両Bの位置P
1、P2、P3でそれぞれ反射される。これらの反射点
までの距離は図からもわかるようにそれぞれ異なってい
る。また、複数の車両が前方を走行している場合、各車
両からそれぞれ反射される場合があり、この場合も反射
点までの距離は異なる。そのため、同じ反射点から反射
されたビームに基づいて上昇区間及び下降区間の信号を
ペアリングしなければ正確に反射点毎の距離と相対速度
を検出することはできない。
いてAupとBupのピークがあり、下降区間においてAdn
のピークがあった場合、AupとAdnをペアリングしなけ
ればならないところをBupとAdnをペアリングしてしま
うと、実際のターゲットの位置、即ち、自車Aとの距離
はRAAであるのに、RBAと計測されてしまう。また、相
対速度も実際のものと異なった値に計測されてしまう。
あるAupとAdnの間隔vAAは自車とターゲットとの相対
速度を表している。一方、ミスペアリングされた場合、
相対速度はAupとAdnの間隔vBAとなる。
射された複数のピークから得られた複数の距離や相対速
度等のパラメータを結合し、結合した値から、例えばこ
れら複数の値の平均値等を求め、ターゲットとの距離や
相対速度、あるいは横位置等のパラメータを算出してい
る。しかし、ミスペアリングをした結果得られたパラメ
ータを用いると、結合して得られたターゲットのパラメ
ータが本来のターゲットのパラメータからずれてしまう
ことになる。例えば、ターゲットとの距離が実際の距離
とずれてしまうことになる。
スペアリングかどうかを判定するようにした。
除去する方法を示したフローチャートである。図のフロ
ーチャートにおいて、各ステップにおける制御及び判定
は図1の信号処理回路3によって行われる。
(S1)、この新規ターゲットの近傍に既に検出されて
いるターゲット、即ち、前回又は前々回のフローで検出
されたターゲットが存在するかどうか判定する(S
2)。Noの場合、既検出のターゲットと離れており、
ミスペアリングの恐れがないので正常にペアリングされ
たものと判定する。一方、S2でYesの場合、既に検
出されているターゲットまでの距離と新規検出ターゲッ
トまでの距離の差(距離差)と横位置の差(横位置差)
を求める(S3)。横位置とは、通常はターゲットの幅
の中心の位置を指す。
であるかどうか判定する(S4)。なお、この場合距離
差が所定の範囲内にあるかどうかのみで判定してもよ
い。所定の範囲は、例えば、距離差が「−5m〜+20
m」の範囲とする。これは、大型車両の場合は長さが約
15mあり、その前後5mの範囲、即ち、「−5m〜+
20m」の範囲内でなければ別のターゲットであると判
断できるからである。また、車両の横幅は多くの場合2
mであるので、横位置差は「−2m〜+2m」の範囲と
し、この範囲内でなければ別のターゲットであると判断
する。S4でNoであれば、既検出ターゲットから距離
及び横位置が離れているので、既検出ターゲットとは別
のターゲットと判定し、この新規検出ターゲットは正し
いペアリングがされたものと判定する。一方、S4でY
esであれば、ミスペアリングの疑いがあるので、既検
出ターゲットと新規検出ターゲットとの相対速度差を求
める(S5)。そして相対速度差が所定の値Δva以上
かどうか判定する(S6)。この場合、例えば相対速度
差が8.3km/h以上かどうか判定する。
よって得た相対速度vBAは本来のペアリングによって得
られた相対速度vAAとの間に差が生じる。従って、新規
検出ターゲットの相対速度を既検出ターゲットの相対速
度と比較することによって、ミスペアリングかどうかを
判断することができる。
上かどうか判定している。8.3km/hという数値
は、同じターゲットである場合に考えられる既検出(前
回又は前々回検出)の相対速度と新規検出(今回検出)
の相対速度との経験的に得られた最大の差を根拠として
いる。
新規検出ターゲットは既検出ターゲットと同じターゲッ
トであると考えられるので、正しくペアリングされたも
のと判定する。一方、Yesの場合、既検出ターゲット
と新規検出ターゲットとの相対速度差が大きいので、ミ
スペアリングの可能性有りと判定してS7に進み、さら
に詳細に判定する。
基づいて相対距離が所定の値(例えば、5m)だけ変化
するために要する時間tを求める。即ち、既検出ターゲ
ットと自車との相対速度において、例えば相対距離が5
m長くなる、又は短くなるために要する時間tを求め
る。時間tは、以下の式により得られる。
ターゲットとの相対速度) 次に、新規ターゲットが検出された時点(即ち、S1の
時点)から時間tの間に、新規ターゲットとの相対距離
が実際にどれだけ変化したかを求める(S8)。そして
新規検出ターゲットと自車との時間tの間における相対
距離の変化分に基づき、距離微分値を求める(S9)。
例えば、時間tの間に相対距離がrだけ変化したとする
と、距離微分値vt、即ち、時間tの間の相対距離の変
化分は以下の式によって求められる。
の新規ターゲットの相対速度の平均値を表す。なお、S
5でも新規ターゲットの相対速度を求めているが、この
とき求めたのはその時点での相対速度であり、相対速度
の平均値ではない。
は先にこのターゲットを検出した時点で測定されてい
る)と、S9で求めた新規検出ターゲットの時間tの間
の平均相対速度である距離微分値vtとの差を求める
(S10)。そして、その差が所定の値Δvb以上、例
えば、5.0km/h以上かどうか判定する(S1
1)。ΔvbはΔvaとより小さな値とする。5.0km
/hという値はS6の所定値Δva(例示では8.3k
m/h)より小さな値であり、より厳密にミスペアリン
グかどうか判定できるようにするための値としての例示
である。S11でYesであれば、新規検出ターゲット
の相対速度と既検出ターゲットとの相対速度の差が大き
いのでミスペアリングと判定する。図7で言えば、本来
のペアリングがされた結果得られたターゲット(既検出
ターゲットに相当)の相対速度vAAと新規検出ターゲッ
トの相対速度との差Δvが所定の値Δvbより大きい場
合には、新規検出ターゲットの相対速度がミスペアリン
グによって得られた相対速度(図7のvBAに相当)であ
ると判定される。
ので正しいペアリングであると判定する。そして、ミス
ペアリングであると判定されたものから得られた相対距
離、相対速度等のパラメータを除去し、結合処理に使用
しないようにする。
6において、相対速度の差が比較的大きい所定の値Δv
a(例えば、8.3km/h)以上かどうか判定し、所
定の値以上の場合、即ち差が大きい場合はミスペアリン
グの可能性有りとしてS7以下に進み、さらなる判定を
行う。そして、S11において新規検出ターゲットの平
均相対速度である距離微分値と既検出ターゲットの相対
速度との差を求め、その差がS6の所定の値より小さい
別の所定の値Δvb以上かどうか判定し、この差が所定
の値以上の場合はミスペアリングであると判定する。
除去する方法の変形を示したフローチャートである。図
のフローチャートにおいて、各ステップにおける制御及
び判定は図1の信号処理回路3によって行われる。
ローチャートと異なっている。図9のS6において、相
対速度の差が所定の値Δva以上の場合(Yes)、既
検出ターゲットと新規検出ターゲットとの相対速度差が
大きいので、ミスペアリングの可能性有りと判定してS
6−1に進み、さらに詳細に判定する。S6−1では既
検出ターゲットとの相対速度、できれば最新の相対速度
の微分値(相対加速度)を求める。次に、前記求めた既
検出ターゲットとの相対加速度から次の時点における既
検出ターゲットとの相対速度を予測する(S6−2)。
そして、予測した既検出ターゲットの相対速度に基づい
て相対距離が所定の値だけ変化するために要する時間t
を求める。即ち、既検出ターゲットと自車との相対速度
において、例えば相対距離が所定の値だけ長くなる、又
は短くなるために要する時間tを求める(S7′)。時
間tは、以下の式により得られる。
ターゲットとの相対速度) S8以降のフローは図8に示したものと同じである。こ
のように、相対速度についても相対加速度を用いて相対
速度の時間変化分の補正を行って判定を行う。
更に説明する。図8に示したフローチャートは、相対速
度が一定の場合を想定したものである。一方、図9に示
したフローチャートは、相対速度が変化する場合を想定
したものであり、相対速度の時間変化分を補正してミス
ペアリングの判定を行うものである。
場合をグラフで示したものである。図10において、既
検出ターゲットの当初の相対速度VA =10m/sであ
り、相対加速度が2m/s2の場合、100ms後の相
対速度VB は10.2m/sとなる。相対速度がVA か
らVB に変化した100msの間に、図10のグラフの
斜線で示した部分の面積で示す距離だけ相対距離が変化
する。相対速度が変化しない場合には、変化した相対距
離は斜線で示す部分のうち長方形の部分の面積に相当す
る距離となる。一方、相対速度が変化する場合には、変
化した相対距離は斜線で示す長方形の部分の面積に、交
差する斜線で示した三角形の部分の面積を加えた面積に
相当する距離となる。
と、S6−1で既検出ターゲットとの相対速度(VA )
の微分値(相対加速度)を求める。次に、前記求めた既
検出ターゲットとの相対加速度から次の時点における既
検出ターゲットとの相対速度(VB )を予測する(S6
−2)。そして、予測した既検出ターゲットの相対速度
(VB )に基づいて相対距離が所定の値(図10の斜線
の部分の面積に相当する距離)だけ変化するために要す
る時間tを求める。即ち、既検出ターゲットと自車との
相対速度が変化する場合において、相対距離が所定の値
だけ長くなる、又は短くなるために要する時間tを求め
る。時間tは、以下の式により得られる。
ターゲットとの相対速度) 上記式で、「変化する相対距離の値」は図10の斜線の
部分の面積に相当する距離であり、「既検出ターゲット
との相対速度」は予測した既検出ターゲットの相対速度
(VB )である。即ち、上記時間tは、前記既検出ター
ゲットの相対速度から相対加速度を求めて所定時間後の
相対速度を予測し、相対速度の時間変化分の要素を加え
て補正したものである。上記のように、図9のフローチ
ャートに示した変形例の場合、相対速度の変化を考慮に
入れて時間tを求めているので、より正確な判定を行う
ことができる。
CWレーダはスキャン式とすることもできる。
性がある場合に既検出ターゲットと新規検出ターゲット
との相対速度の差を求め、差が所定値以上の場合にはさ
らに新規検出ターゲットの相対速度の平均値を求め、こ
の値と既検出ターゲットの相対速度との差を求め、この
差が先の所定値より小さい所定の値以上であるかどうか
判定し、該所定の値以上であればミスペアリングである
と判定しているので、正確にミスペアリングかどうか判
定することができる。
はミスペアリングによって得られた相対距離、相対速度
等のパラメータを除去して結合処理に用いないようにし
たので、ターゲットに対する正確なデータを入手するこ
とができる。
の概要を示した図である。
る。
Wレーダの原理を説明するための図である。
Wレーダの原理を説明するための図である。
る。
を示した図である。
ングの方法を示すフローチャートである。
ングの方法の変形を示すフローチャートである。
るための図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 FM−CWレーダのミスペアリング判定
方法であって、新規ターゲットを検出したとき、該新規
検出ターゲットと既検出ターゲットとの距離差が所定の
範囲内かどうか判定し、所定の範囲内であると判定され
た場合、新規検出ターゲットの相対速度と既検出ターゲ
ットの相対速度との差を求め、該差が所定値Δva以上
かどうか判定し、所定値以上である場合、前記新規ター
ゲットはミスペアリングにより得られたターゲットであ
ると判定する、FM−CWレーダのミスペアリング判定
方法。 - 【請求項2】 前記新規検出ターゲットの相対速度と既
検出ターゲットの相対速度との差が所定値Δva以上の
場合、該新規検出ターゲットの所定時間の距離微分値と
既検出ターゲットの相対速度との差を求め、該差が前記
所定値Δvaより小さい所定値Δvb以上であった場合、
前記新規ターゲットはミスペアリングにより得られたタ
ーゲットであると判定する、請求項1に記載のFM−C
Wレーダのミスペアリング判定方法。 - 【請求項3】 前記新規検出ターゲットと既検出ターゲ
ットとの距離差に加え横位置差も所定の範囲内である場
合、該新規検出ターゲットの相対速度と既検出ターゲッ
トの相対速度との差が前記所定値Δva以上であるかど
うか判定する、請求項1又は2に記載のFM−CWレー
ダのミスペアリング判定方法。 - 【請求項4】 前記距離微分値は、前記既検出ターゲッ
トの相対速度に基づいて相対距離が所定の値だけ変化す
るために要する時間tを求め、前記新規ターゲットが検
出された時点から前記時間tの間に、該新規ターゲット
との相対距離が実際にどれだけ変化したかを求め、該相
対距離の変化分に基づいて求めたことを特徴とする、請
求項2に記載のFM−CWレーダのミスペアリング判定
方法。 - 【請求項5】 前記時間tは、前記既検出ターゲットの
相対速度から相対加速度を求めて所定時間後の相対速度
を予測し、相対速度の時間変化分の要素を加えて補正し
たものであることを特徴とする、請求項4に記載のFM
−CWレーダのミスペアリング判定方法。 - 【請求項6】 請求項1−4に記載のFM−CWレーダ
のミスペアリング判定方法によってミスペアリングと判
定された場合、ミスペアリングと判定されたターゲット
から得られたパラメータを除去し、結合処理あるいは制
御に用いないようにする、FM−CWレーダの信号処理
方法。
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