JP2003519386A - 対象の距離及び速度の測定方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
車両レーダシステムにおいて電磁波により対象の距離及び速度の測定方法であって,その場合に電磁波は送信され,かつ同時に受信され,その場合に送信される電磁波はランプ状に変調され,その場合に送信信号の少なくとも周波数の上昇と下降の間に受信信号が,各々送信信号と混合され,その場合に複数の中間周波数信号が形成され,かつその場合に中間周波数信号を用いて対象の距離及び速度が計算され,その場合に特徴的な中間周波数信号を用いて,車両の周囲における天候状態及び/又は車両レーダシステムのノイズが定められる。
Description
【0001】
本発明は,主請求項の上位概念に記載の対象の距離及び速度の測定方法に関す
る。対象の距離及び速度を測定するこの種の方法は,例えば車両の自動速度制御
の範囲内で,先行車両を検出するために使用される。この分野に基づくシステム
は,アダプティブクルーズコントロール(ACC)とも称される。
る。対象の距離及び速度を測定するこの種の方法は,例えば車両の自動速度制御
の範囲内で,先行車両を検出するために使用される。この分野に基づくシステム
は,アダプティブクルーズコントロール(ACC)とも称される。
【0002】
従来技術
電磁波を使用して距離を測定するために(レーダ),各種方法が既知である。
いわゆるFMCW−レーダにおいては,連続的に電磁波が送出され,その周波数
は2つの値の間で略ランプ形状に変調される。かかる公知の方法においては,受
信された反射波が同時に送出波と混合される。周波数変化の間(即ち変調信号の
ランプの間に),単純な混合によって得られた中間周波数から,簡単な方法で進
行時間とそれに伴って対象の距離を推定することができる。
いわゆるFMCW−レーダにおいては,連続的に電磁波が送出され,その周波数
は2つの値の間で略ランプ形状に変調される。かかる公知の方法においては,受
信された反射波が同時に送出波と混合される。周波数変化の間(即ち変調信号の
ランプの間に),単純な混合によって得られた中間周波数から,簡単な方法で進
行時間とそれに伴って対象の距離を推定することができる。
【0003】
反射対象が測定場所に対して相対的に移動すると,反射信号はドップラシフト
を受ける。これは,DE4040572A1により既知の距離及び速度の測定方
法においては,送出周波数の上昇の間と下降の間の周波数差が測定され,周波数
差の差から速度が,及び周波数差の平均値から距離が計算されることにより,利
用される。この公知の方法の実施例においては,対象からの反射波あるいはそれ
から導出された中間周波数信号が評価される。
を受ける。これは,DE4040572A1により既知の距離及び速度の測定方
法においては,送出周波数の上昇の間と下降の間の周波数差が測定され,周波数
差の差から速度が,及び周波数差の平均値から距離が計算されることにより,利
用される。この公知の方法の実施例においては,対象からの反射波あるいはそれ
から導出された中間周波数信号が評価される。
【0004】
DE4242700A1からは,対象の距離及び速度の測定方法が既知であり
,同方法は送信信号と受信信号の混合により生じる中間周波数信号をスペクトル
分析して,スペクトルラインの周波数から少なくとも1つの対象の距離及び速度
を計算する。
,同方法は送信信号と受信信号の混合により生じる中間周波数信号をスペクトル
分析して,スペクトルラインの周波数から少なくとも1つの対象の距離及び速度
を計算する。
【0005】
本発明にかかる対象の距離及び速度の測定方法は,従来技術に対して,車両レ
ーダシステムにおいて電磁波を用いて対象の距離及び速度の測定方法であって,
その場合に電磁波が送信され,かつ同時に受信され,その場合に送信される電磁
波がランプ状に変調され,その場合に送信される信号の少なくとも上昇の間と下
降の間に受信信号が,各々送信信号と混合され,その場合に複数の中間周波数信
号が形成され,かつその場合に中間周波数信号を用いて対象の距離及び速度が計
算され,特徴的な中間周波数信号を用いて車両の周囲における天候状態及び/又
は車両レーダシステムのノイズが定められることによって,展開されている。
ーダシステムにおいて電磁波を用いて対象の距離及び速度の測定方法であって,
その場合に電磁波が送信され,かつ同時に受信され,その場合に送信される電磁
波がランプ状に変調され,その場合に送信される信号の少なくとも上昇の間と下
降の間に受信信号が,各々送信信号と混合され,その場合に複数の中間周波数信
号が形成され,かつその場合に中間周波数信号を用いて対象の距離及び速度が計
算され,特徴的な中間周波数信号を用いて車両の周囲における天候状態及び/又
は車両レーダシステムのノイズが定められることによって,展開されている。
【0006】
従来技術から既知の方法を本発明に基づいて展開することによって,簡単かつ
確実な方法で車両レーダシステムの周囲条件及び駆動状態に関する説明を得るこ
とができる。特に天候状態,乾燥と悪天候,を区別することができ,かつ車両レ
ーダシステムのカバーの汚れを定めることができる。特徴的な中間周波数信号は
,本発明によれば,中間周波数信号が互いにほぼ等しい大きさを有することによ
って,定められる。
確実な方法で車両レーダシステムの周囲条件及び駆動状態に関する説明を得るこ
とができる。特に天候状態,乾燥と悪天候,を区別することができ,かつ車両レ
ーダシステムのカバーの汚れを定めることができる。特徴的な中間周波数信号は
,本発明によれば,中間周波数信号が互いにほぼ等しい大きさを有することによ
って,定められる。
【0007】
本発明にかかる方法の好ましい展開においては,定められた天候状態及び/又
はノイズを用いて,車両レーダシステムの実際の到達距離及び/又は実際のシス
テムパフォーマンスの決定が実施される。そのために,好ましくは車両レーダシ
ステムのメモリに,少なくとも特徴的な中間周波数信号を有する実際の到達距離
及び/又は実際のシステムパフォーマンスを定めるためのマップが格納される。
定められたシステムパフォーマンスに基づいて,好ましくは車両の運転者に推奨
速度が信号出力され,それによって運転者は速度を外的な周囲条件に適合させる
ことができる。
はノイズを用いて,車両レーダシステムの実際の到達距離及び/又は実際のシス
テムパフォーマンスの決定が実施される。そのために,好ましくは車両レーダシ
ステムのメモリに,少なくとも特徴的な中間周波数信号を有する実際の到達距離
及び/又は実際のシステムパフォーマンスを定めるためのマップが格納される。
定められたシステムパフォーマンスに基づいて,好ましくは車両の運転者に推奨
速度が信号出力され,それによって運転者は速度を外的な周囲条件に適合させる
ことができる。
【0008】
レーダ信号は,雨により非常に減衰され,かつ降雪は,降雪の密度と雪の形状
に依存する到達距離損失をもたらす。どちらの場合にもレーダ反射が形成され,
そのレーダ反射は天候状態にとって特徴的であり,かつその振幅は提供されるレ
ーダ到達距離の尺度となる。雨滴又は雪片によって,送信された電磁波の一部が
散乱されて受信機へ戻る。そこでこの散乱エコーが本発明により検出されて,評
価される。雨あるいは雪の反射は,それらが車両の直前の極端に短い距離で発生
し,かつ略車両固有速度に相当する相対速度で測定される(略静止している対象
),という特徴的な特性を有している。
に依存する到達距離損失をもたらす。どちらの場合にもレーダ反射が形成され,
そのレーダ反射は天候状態にとって特徴的であり,かつその振幅は提供されるレ
ーダ到達距離の尺度となる。雨滴又は雪片によって,送信された電磁波の一部が
散乱されて受信機へ戻る。そこでこの散乱エコーが本発明により検出されて,評
価される。雨あるいは雪の反射は,それらが車両の直前の極端に短い距離で発生
し,かつ略車両固有速度に相当する相対速度で測定される(略静止している対象
),という特徴的な特性を有している。
【0009】
実施例の説明
(本実施例においては4つのランプを含む)測定サイクル内で,送信信号10
は,第1のランプ(時間T1)の間上昇し,第2のランプ(時間T2)の間に再
び下降し,第3のランプ(時間T3)の間に再び上昇し,それによって第4のラ
ンプ(時間T4)の間に再び下降する。最後の2つのランプの間,周波数は,最
初の2つのランプの間の変化速度よりも小さい変化速度で上昇あるいは下降する
。好適な変化速度あるいはランプ上昇の選択は,ドップラ効果の影響が進行時間
の影響よりも小さいように選択されるのが好ましい。さらに,ランプの上昇は解
像度に対して,比較的ランプ上昇が小さい場合にはドップラ効果の影響がより大
きいことによって速度のより大きい解像度が得られ,ランプが急峻な場合にはド
ップラ効果はより小さい影響を有しかつそれによってその距離による対象のより
容易な識別が可能である,というように影響を与える。本実施例において行われ
るランプ上昇の交代によって,検出される目標対象の速度も距離も良好な解像度
で求めることができる。
は,第1のランプ(時間T1)の間上昇し,第2のランプ(時間T2)の間に再
び下降し,第3のランプ(時間T3)の間に再び上昇し,それによって第4のラ
ンプ(時間T4)の間に再び下降する。最後の2つのランプの間,周波数は,最
初の2つのランプの間の変化速度よりも小さい変化速度で上昇あるいは下降する
。好適な変化速度あるいはランプ上昇の選択は,ドップラ効果の影響が進行時間
の影響よりも小さいように選択されるのが好ましい。さらに,ランプの上昇は解
像度に対して,比較的ランプ上昇が小さい場合にはドップラ効果の影響がより大
きいことによって速度のより大きい解像度が得られ,ランプが急峻な場合にはド
ップラ効果はより小さい影響を有しかつそれによってその距離による対象のより
容易な識別が可能である,というように影響を与える。本実施例において行われ
るランプ上昇の交代によって,検出される目標対象の速度も距離も良好な解像度
で求めることができる。
【0010】
送信信号10の周波数の推移は,各々キャリア周波数fTから第1又は第2の
周波数シフトfH1/H2だけ上昇し,それによってその後再びキャリア周波数
fTに下降することができる。ランプ期間T(本実施例においてはT1=T2=
T3=T4=Tが選択されており,それは本発明の制限を意味するものではない
)は,道路交通において測定すべき距離及び速度においては,好ましくは約1m
sである。
周波数シフトfH1/H2だけ上昇し,それによってその後再びキャリア周波数
fTに下降することができる。ランプ期間T(本実施例においてはT1=T2=
T3=T4=Tが選択されており,それは本発明の制限を意味するものではない
)は,道路交通において測定すべき距離及び速度においては,好ましくは約1m
sである。
【0011】
周波数上昇12,13,14及び15はドップラ効果によって,対象が相対的
に測定場所(レーダシステムを搭載した自己車両)の方向へ移動する場合には,
受信信号の周波数は増大され,かつ対象が遠ざかる場合には減少されるように得
られる。図1に示す推移においてこの種の対象の検出は,受信信号11の推移が
,送信信号10の推移よりも高い最大値を有していることで識別できる。ドップ
ラ効果に基づく周波数上昇12,13,14及び15は,一般にfD=2・fT
・Vr/cとして得られ,その場合にVrは,自己車両と検出された対象との間
の(符号を有する)相対速度であり,cは光速である。その場合に,一般に,ド
ップラ効果に基づく周波数上昇12,13,14及び15は,各ランプ内で,各
々同じ対象が検出されたのか,他の対象が検出されたのかに従って,様々な高さ
を有することができる。従ってキャリア周波数fTが一定である場合には,ドッ
プラ効果fDに基づく周波数上昇12,13,14及び15は,相対速度Vrに
比例する。静止している対象(例えば道路端に)が検出される,特殊な場合には
,相対速度Vrは車両の固有速度Veに相当する。本発明によれば,この関係は
,検出された雨滴,霧,霰又は雪を,特に検出された対象の相対速度Vrが車両
の固有速度Veにほぼ相当することで,識別するために利用される:Vr≒Ve
に測定場所(レーダシステムを搭載した自己車両)の方向へ移動する場合には,
受信信号の周波数は増大され,かつ対象が遠ざかる場合には減少されるように得
られる。図1に示す推移においてこの種の対象の検出は,受信信号11の推移が
,送信信号10の推移よりも高い最大値を有していることで識別できる。ドップ
ラ効果に基づく周波数上昇12,13,14及び15は,一般にfD=2・fT
・Vr/cとして得られ,その場合にVrは,自己車両と検出された対象との間
の(符号を有する)相対速度であり,cは光速である。その場合に,一般に,ド
ップラ効果に基づく周波数上昇12,13,14及び15は,各ランプ内で,各
々同じ対象が検出されたのか,他の対象が検出されたのかに従って,様々な高さ
を有することができる。従ってキャリア周波数fTが一定である場合には,ドッ
プラ効果fDに基づく周波数上昇12,13,14及び15は,相対速度Vrに
比例する。静止している対象(例えば道路端に)が検出される,特殊な場合には
,相対速度Vrは車両の固有速度Veに相当する。本発明によれば,この関係は
,検出された雨滴,霧,霰又は雪を,特に検出された対象の相対速度Vrが車両
の固有速度Veにほぼ相当することで,識別するために利用される:Vr≒Ve
【0012】
送信信号10の周波数の推移に対する受信信号11の周波数の推移の付加的な
シフトは,電磁波の信号進行時間によって生じる。受信信号11の周波数の推移
は,進行時間tL=2・d/cだけシフトされ,その場合にdは反射対象の距離
である。送信信号10の周波数は,この進行時間tLの間値Δf=(fH/T)
・tL=2・d・fH/(T・c)だけ増大される。その場合にfH/Tは,周
波数の上昇速度である。図1に示す実施例においては,進行時間tLが略0であ
る,特殊な場合が図示されている。かかる進行時間は,目標対象あるいは反射対
象が車両レーダシステムの直前にある場合に生じる。本発明によれば,この関係
は,検出された雨滴,霧,霰又は雪を特に,検出された対象の距離dが略0であ
ることで,識別するために利用される。その場合に,反射対象の距離d≒0が成
立する。このように簡略化する場合に,雨,霧,霰又は雪の場合には反射対象は
車両レーダシステムの直前にあると仮定される。
シフトは,電磁波の信号進行時間によって生じる。受信信号11の周波数の推移
は,進行時間tL=2・d/cだけシフトされ,その場合にdは反射対象の距離
である。送信信号10の周波数は,この進行時間tLの間値Δf=(fH/T)
・tL=2・d・fH/(T・c)だけ増大される。その場合にfH/Tは,周
波数の上昇速度である。図1に示す実施例においては,進行時間tLが略0であ
る,特殊な場合が図示されている。かかる進行時間は,目標対象あるいは反射対
象が車両レーダシステムの直前にある場合に生じる。本発明によれば,この関係
は,検出された雨滴,霧,霰又は雪を特に,検出された対象の距離dが略0であ
ることで,識別するために利用される。その場合に,反射対象の距離d≒0が成
立する。このように簡略化する場合に,雨,霧,霰又は雪の場合には反射対象は
車両レーダシステムの直前にあると仮定される。
【0013】
従って一般に,受信信号の実際の周波数値は,ドップラ効果に基づく周波数上
昇と電磁波の信号進行時間に基づく周波数上昇の合計から得られる。従って周波
数上昇は,一般に,反射対象の距離dと反射対象の相対速度Vrに依存する。評
価する場合に,2つの周波数ランプの間の少なくとも依存性が利用される場合に
は,2つの未知数dとVrを定めるために少なくとも2つの式が提供される。本
発明にかかる方法の実際的な実施形態においては,受信信号11は送信信号10
と混合されるので,周波数増大12,13,14及び15も含む中間周波数信号
が得られる。それに続いて中間周波数の後処理,特にスペクトル分析を行うこと
ができる。スペクトル分析は,例えばスキャン,デジタル化及びそれに続くフー
リエ変換によって行うことができる。
昇と電磁波の信号進行時間に基づく周波数上昇の合計から得られる。従って周波
数上昇は,一般に,反射対象の距離dと反射対象の相対速度Vrに依存する。評
価する場合に,2つの周波数ランプの間の少なくとも依存性が利用される場合に
は,2つの未知数dとVrを定めるために少なくとも2つの式が提供される。本
発明にかかる方法の実際的な実施形態においては,受信信号11は送信信号10
と混合されるので,周波数増大12,13,14及び15も含む中間周波数信号
が得られる。それに続いて中間周波数の後処理,特にスペクトル分析を行うこと
ができる。スペクトル分析は,例えばスキャン,デジタル化及びそれに続くフー
リエ変換によって行うことができる。
【0014】
反射対象として雨,霧,霰又は雪が検出される特殊な場合について,かつ近似
値d≒0及びVr≒Veを考慮して,次のような周波数上昇12,13,14及
び15が得られる: fD12=fD13=fD14=fD15=2・fT・Ve/c 従って全ての変調ランプにおいて,変調シフトに関係なく同一の周波数上昇が得
られ,「通常の」目標対象(例えば他の車両)は,変調シフトに依存する周波数
上昇を有する。好適な周波数環境を,全ての変調ランプにおいて好適なフィルタ
によって弱い検出について調べることができる。複数の測定の全てのランプにわ
たって得られた周波数上昇の相関によって,検出を保証することができる。検出
の振幅は,レーダビームの雰囲気的な散乱の尺度であり,あるいは雨または雪の
密度の尺度である。 この関係あるいは特徴的な中間周波数信号は,本発明によれば,周波数上昇12
,13,14及び15の分析に基づいて車両の周囲における天候状態「悪天候」
を定めるために利用される。天候状態「乾燥」は,上述の関係が満たされない場
合に生じる。
値d≒0及びVr≒Veを考慮して,次のような周波数上昇12,13,14及
び15が得られる: fD12=fD13=fD14=fD15=2・fT・Ve/c 従って全ての変調ランプにおいて,変調シフトに関係なく同一の周波数上昇が得
られ,「通常の」目標対象(例えば他の車両)は,変調シフトに依存する周波数
上昇を有する。好適な周波数環境を,全ての変調ランプにおいて好適なフィルタ
によって弱い検出について調べることができる。複数の測定の全てのランプにわ
たって得られた周波数上昇の相関によって,検出を保証することができる。検出
の振幅は,レーダビームの雰囲気的な散乱の尺度であり,あるいは雨または雪の
密度の尺度である。 この関係あるいは特徴的な中間周波数信号は,本発明によれば,周波数上昇12
,13,14及び15の分析に基づいて車両の周囲における天候状態「悪天候」
を定めるために利用される。天候状態「乾燥」は,上述の関係が満たされない場
合に生じる。
【0015】
車両レーダシステムのすぐ上にある反射対象,例えばシステムのカバー上の汚
れは,本発明によれば,反射対象の距離がd≒0であって,検出された対象の相
対速度がVr≒0であることを特徴としている。換言すると:送信信号10の周
波数の推移と一致する受信信号11の周波数の推移が得られた場合には,汚れに
よるノイズあるいは一般的に車両レーダシステムの「被覆」と推定することがで
きる。その場合に特徴的な中間周波数信号は,実際には0である: fD12=fD13=fD14=fD15=0
れは,本発明によれば,反射対象の距離がd≒0であって,検出された対象の相
対速度がVr≒0であることを特徴としている。換言すると:送信信号10の周
波数の推移と一致する受信信号11の周波数の推移が得られた場合には,汚れに
よるノイズあるいは一般的に車両レーダシステムの「被覆」と推定することがで
きる。その場合に特徴的な中間周波数信号は,実際には0である: fD12=fD13=fD14=fD15=0
【0016】
従って本発明によれば,全体として,特徴的な中間周波数信号(fD12=f
D13=fD14=fD15)を用いて,車両の周囲における天候状態及び/又
は車両レーダシステムのノイズが定められる。
D13=fD14=fD15)を用いて,車両の周囲における天候状態及び/又
は車両レーダシステムのノイズが定められる。
【0017】
従って検出された雨/霧/雪又は霰の滴の頻度又は数は,車両レーダシステム
の実際の到達距離及び/又は実際のシステムパフォーマンスの推定を許す。その
ために例えば,車両レーダシステムのメモリ内に,実際の到達距離及び/又は実
際のシステムパフォーマンスを定めるためのマップを格納することができ,その
マップは少なくとも特徴的な中間周波数信号(fD12=fD13=fD14=
fD15)とそれに対応づけられた到達距離及び/又はシステムパフォーマンス
の値を有している。定められた到達距離あるいは定められたシステムパフォーマ
ンスに基づいて,車両の運転者に推奨速度を信号出力することができる。
の実際の到達距離及び/又は実際のシステムパフォーマンスの推定を許す。その
ために例えば,車両レーダシステムのメモリ内に,実際の到達距離及び/又は実
際のシステムパフォーマンスを定めるためのマップを格納することができ,その
マップは少なくとも特徴的な中間周波数信号(fD12=fD13=fD14=
fD15)とそれに対応づけられた到達距離及び/又はシステムパフォーマンス
の値を有している。定められた到達距離あるいは定められたシステムパフォーマ
ンスに基づいて,車両の運転者に推奨速度を信号出力することができる。
次に,本発明にかかる対象の距離及び速度を測定する方法の実施例を,図面を
用いて説明する。
用いて説明する。
【図1】
図1は,FMCW−方法に従って作動する車両レーダシステムの送信信号10
と受信信号11の周波数の時間的推移を示す。図示の座標システムにおいては,
水平線上に時間tそして垂直線上に周波数fが記入されている。受信信号11は
,対象により反射された電磁波である。
と受信信号11の周波数の時間的推移を示す。図示の座標システムにおいては,
水平線上に時間tそして垂直線上に周波数fが記入されている。受信信号11は
,対象により反射された電磁波である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ラウクスマン、ラルフ
ドイツ連邦共和国 70825 コルンタール
−ミュンヒンゲン テーオドール−シュト
ルム−シュトラーセ 25
(72)発明者 イリオン、アルブレヒト
ドイツ連邦共和国 70563 シュトゥット
ガルト シェードゥレヴェーク 2
Fターム(参考) 5H180 AA01 CC14 FF27 LL01 LL04
5J070 AB19 AC02 AC06 AE01 AF03
AK22
Claims (7)
- 【請求項1】 車両レーダシステムにおいて電磁波を用いた対象の距離及び
速度の測定方法であって,その場合に電磁波は送信され,かつ同時に受信され,
その場合に送信される電磁波はランプ状に変調され,その場合に送信信号の周波
数の少なくとも上昇の間及び下降の間に受信信号が,各々送信信号と混合され,
その場合に複数の中間周波数信号が形成され,かつその場合に中間周波数信号を
用いて対象の距離及び速度が計算され, 特徴的な中間周波数信号を用いて,車両の周囲の天候状態及び/又は車両レー
ダシステムのノイズが定められる,ことを特徴とする対象の距離及び速度の測定
方法。 - 【請求項2】 前記特徴的な中間周波数信号は,中間周波数信号が互いにほ
ぼ等しい大きさを有することによって定められる,ことを特徴とする請求項1に
記載の方法。 - 【請求項3】 天候状態として,乾燥と悪天候が認識される,ことを特徴と
する請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 車両レーダシステムのカバーの汚れが,車両レーダシステム
のノイズとして定められる,ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 所定の天候状態及び/又はノイズを用いて,車両レーダシス
テムの実際の到達距離及び/又は実際のシステムパフォーマンスの決定が実施さ
れる,ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 車両レーダシステムのメモリに,少なくとも特徴的な中間周
波数信号を有する,実際の到達距離及び/又は実際のシステムパフォーマンスを
定めるためのマップが格納されている,ことを特徴とする請求項5に記載の方法
。 - 【請求項7】 定められたシステムパフォーマンスを用いて,車両の運転者
に推奨速度が信号出力される,ことを特徴とする請求項5に記載の方法。
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- 2000-11-14 JP JP2001550048A patent/JP2003519386A/ja not_active Withdrawn
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