JP2004271262A

JP2004271262A - Ｆｍ−ｃｗレーダ装置

Info

Publication number: JP2004271262A
Application number: JP2003059772A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yoshinaga; 秀雄吉永
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】同一監視領域のビーム内に近接する２つの目標物がある場合、あるいはガードレールなどの周辺環境によりノイズレベルが等価的に上昇してしまう場合に、ＣＦＡＲなどの手段にて第１の目標物を検出する際、第２の目標物からの受信強度によって周辺のノイズレベルが上昇し、第一の目標物がスレッショルドレベルに埋もれて検出できないという課題があった。
【解決手段】目標物周辺の周波数領域における受信強度レベル分布において、目標物周辺の大きい受信強度レベルをスレッショルド算出処理における入力値から削除することにより、目標物周辺のノイズレベルの上昇を抑えると共に、周辺環境に即したダイナミックなスレッショルドを設定することが可能となり、目標物を精度よく検出することができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車載レーダ装置、特に、前方に存在する車両やバイク等の障害物の位置情報から危険度を判別することにより、事故を未然に防止するなどの安全走行に応用する走査式のＦＭ−ＣＷレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＦＭ−ＣＷレーダ装置は、目標物に対して電磁波を送信し、目標物からの反射波を受信する空中線と、空中線に対して所定の周波数を送信し、目標物からの反射波から目標物の情報を検波する送受信機と、送受信機にて検波した受信信号によりノイズレベルを算出するためのノイズレベル算出部と、ノイズレベル算出部の出力信号からスレッショルドを算出するスレッショルド算出部と、送受信機からの受信信号とスレッショルド算出部出力とにより目標を検出する目標検出部と、目標検出部出力を表示する表示部と、表示部からの指令にて、スレッショルド値を変化させることができる係数切替装置とを設けている（例えば、特許文献１参照）。
また、ＦＭ−ＣＷレーダ装置の原理は、広く公知とされている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２３００２８号公報（段落番号［００１２］から［００１５］、図１）
【非特許文献１】
吉田孝監修「レーダ技術」、コロナ社、Ｐ２８７〜Ｐ２８９、ＦＭ−ＣＷレーダ
【０００４】
従来、前方に存在する車両やバイク等の目標物の受信強度を検出する際に、ガードレールや地面反射などの不要信号によりノイズレベルが等価的に上昇した場合、目標物とノイズレベルとを区別するためのスレッショルドレベルが高くなり、正しく目標検出を行えなくなるという場合が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置は、以上のように構成されているので、同一監視領域のビーム内に近接する２つの目標物がいる場合や、ガードレールなどの周辺環境によりノイズレベルが等価的に上昇してしまう場合に、ＣＦＡＲ（ＣｏｎｓｔａｎｔＦａｌｓｅＡｌａｒｍＲａｔｉｏ）などの手段にて、第１の目標物を検出する方法もある。しかしながら、この方法を用いても、第２の目標物からの受信強度によって周辺のノイズレベルが上昇し、第一の目標物がスレッショルドレベルに埋もれて検出できないことがあるという課題があった。
【０００６】
特に、ＦＭ−ＣＷレーダ装置においては、異なる変調区間にてそれぞれ目標物として検出しなければ、目標物の距離と相対速度とを算出することができない。しかし、周辺の影響により異なる変調区間のいずれでも目標を検出できなければ、目標物までの距離と相対速度とを求めることができないという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、目標物を周辺の状況に影響されにくく、精度よく検出するＦＭ−ＣＷレーダ装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置は、目標物に対して周波数を時間的に上昇或いは下降させて異なる変調を施した電波を送信し、目標物からの反射波を受信して目標物までの距離と相対速度に対応したビート信号を周波数解析し目標物までの距離と相対速度とを求めるＦＭ−ＣＷレーダ装置において、変調をかけた電波を送信し、その反射波を受信する空中線と、送信電波の周波数を上限値と下限値の間で周期的かつ直線的に変調し送信信号を発信し、受信波と送信波の差分を検波して増幅する送受信機と、この送受信機出力を高速フーリエ変換等の手段を用いて目標物に相当する離散的な周波数と受信強度に分離する周波数解析手段と、この周波数解析手段より得られた監視領域における送受信機出力の離散的な周波数と受信強度とから、目標物周辺のレベルの平均値であるノイズレベル平均値Ｎを算出するノイズレベル算出部と、このノイズレベル平均値Ｎにおいて、受信強度が最も大きい受信データ関連部分を削除して平均化して、補正後のノイズレベル平均値Ｎ’を算出するノイズレベル補正手段と、この補正後のノイズレベル平均値Ｎ’と予め保持する所定の係数Ｋとからスレッショルド値である（Ｎ’×Ｋ）を算出するスレッショルド算出部と、このスレッショルド値（Ｎ’×Ｋ）から、目標物の受信強度値Ｓが上記スレッショルド値（Ｎ’×Ｋ）よりも大きい場合に、目標物からの受信強度と識別するＣＦＡＲなどの目標検出手段と、この目標検出手段より得られた異なる変調区間の目標物の離散的な周波数と受信強度とから、目標物までの距離と相対速度とを算出する距離・相対速度演算器と、距離・相対速度演算器出力を表示する表示部とを備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の運用形態を示す概念図である。図において、道路において自車両１に搭載されたＦＭ−ＣＷレーダ装置２にて進行方向を監視中に、ラインＬ１上を走行中の第１の前方車両３とラインＬ２上を走行中の第２の前方車両４とを車線マーカ６をはさんで、監視中のビーム５にて第１の前方車両と第２の前方車両とに電磁波を送信し、それぞれから反射波を受信した様子を示している。
【００１０】
図２（ａ）（ｂ）は、この発明の実施の形態１によるＦＭ−ＣＷレーダ装置において、目標を検出するための原理を説明するための図であり、以下のように動作する。
まず、図において、送信する周波数を時間に対して上昇させた送信波７と周波数を時間に対して下降させた送信波８をそれぞれ目標物に対して送信する。
次に、目標物までの距離による時間遅延と目標物の速度による周波数のドップラーシフトにより、点線で示すような送信波７に対する受信波９と送信波８に対する受信波１０を得る。
次に、ＦＭ−ＣＷレーダ装置において、送信波７と受信波９との差分信号１１、および送信波８と受信波１０との差分信号１２を検波する。差分信号１１および差分信号１２は、時間に対してビート信号１３のような周波数変移をとる。
【００１１】
また、時間に対して周波数を上昇させたときに得た差分信号１１の周波数をｆｕｐ、時間に対して周波数を下降させたときに得た差分信号１２の周波数をｆｄｏｗｎとすると、目標物までの距離による時間遅延により差分信号に現れる周波数ｆｒ、および目標物の速度による周波数のドップラーシフトにより差分信号に現れる周波数ｆｖにより、それぞれｆｕｐ＝ｆｒ＋ｆｖ、ｆｄｏｗｎ＝ｆｒ−ｆｖと現すことができる。
従って、ｆｕｐおよびｆｄｏｗｎをそれぞれ高速フーリエ変換などの周波数解析手段を用いて検出し、上記の組合せ式を解くことにより目標物の距離と速度とを得ることができる。ここでは、簡便的に目標物が１つである場合について詳述したが、目標物が２つ以上の場合には、差分信号が合成波形になるだけであり原理は同じである。
【００１２】
図３は、この発明の実施の形態１によるＦＭ−ＣＷレーダ装置を示す詳細構成図である。図において、ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、目標物に対して電磁波を送信し、目標物からの反射波を受信する空中線１４と、空中線に対して所定の周波数を送信し、目標物からの反射波から目標物の情報を検波する送受信機１５と、送受信機にて検波した受信信号により高速フーリエ変換などの周波数解析手段を用いて受信信号の周波数領域の受信強度分布を算出する周波数解析手段１６と、周波数解析手段出力から目標物のみの周波数成分と受信強度とを検出する目標信号検出手段１７と、タイミング制御回路２２と、相対距離・相対速度演算部２３と、表示部２４を備える。
また、目標信号検出手段１７には、周波数解析手段１６出力からノイズレベルを算出するためのノイズレベル算出部１８と、ノイズレベル算出部１８にて周波数領域における受信強度の平均レベルを算出する過程において、受信強度が大きいものを削除して平均化することによりノイズレベルの上昇を防ぐノイズレベル補正手段１９と、ノイズレベル補正手段１９の出力信号からスレッショルドを算出するスレッショルド算出部２０と、周波数解析手段１６からの出力とスレッショルド算出部出力２０とにより目標を検出する目標検出部２１を備える。
また、タイミング制御回路２２は、上昇変調区間と下降変調区間とを切り替える。相対距離・相対速度演算部２３は、上昇変調区間と下降変調区間とにおいて、それぞれの目標検出部出力により目標物の相対距離と相対速度とを算出し、表示部２４は、相対距離・相対速度演算器出力を表示する。
【００１３】
図４は、この発明の実施の形態１によるＦＭ−ＣＷレーダ装置において、目標物の周辺に存在する大きい受信強度によりノイズレベルが上昇することを防ぐ動作を説明するための図であり、まず、周波数解析手段からの出力により第１の目標物２５と第２の目標物２６の存在する周波数領域における離散的な強度分布を得ることができる。
次に、ＣＦＡＲなどの手段により目標物として検出しない確率（誤警報確率）が一定となるようにスレッショルドを決定する場合、第１の目標物２５の周辺レベルから、例えば、離散的な周波数分布において周波数の低い方の４つの領域２７と、周波数の高い方の４つの領域２８とにおける平均レベルをノイズレベルＮとして算出する。
この時、周波数の高い方の４つの領域２８の中に第２の目標物２６による受信強度が存在することにより、ノイズレベルＮが等価的に上昇することとなり、目標物を検出するためのスレッショルドを所定の係数をＫとして、Ｋ×Ｎとすれば、同じように上昇することとなる。このように、ノイズレベル算出を離散的な周波数毎に受信強度分布により繰り返すと、スレッショルドＫ×Ｎは、スレッショルドＡ２９のようなり、第１の目標物２５はスレッショルドＡ２９に埋もれてしまい検出できないことになる。
例えば、第１の目標物２５の周辺レベルとして、目標物２５の受信強度を示す離散的な周波数から低い周波数の受信強度データの範囲２７と、目標物２５の受信強度を示す離散的な周波数から高い周波数の受信強度データの範囲２８との中で受信強度の最も大きい方から降順に並べ替える。この時、第２の目標物２６の受信強度が受信強度データの範囲２８に入っている。従って、受信強度の最も大きい第２の目標物２６の受信強度を削除して平均レベルを求めることにより、ノイズレベルＮ‘を再度算出するノイズレベル補正手段により、スレッショルド値Ｋ×Ｎ’はスレッショルドＢ３０のようになり、第１の目標物２５を正確に検出することができる。
【００１４】
この実施の形態１によれば、目標物周辺の大きい受信強度レベルをスレッショルド算出処理における入力値から排除することにより、目標物周辺のノイズレベルの上昇を抑えるとともに、周辺環境に即したダイナミックなスレッショルドを設定することができるため、目標物を精度よく検出することができる効果を奏する。
【００１５】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２によるＦＭ−ＣＷレーダ装置を示す詳細構成図であり、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
カウンタ３１は、ノイズレベル算出部１８において、離散的な周波数毎にノイズレベルを算出する順番をカウントするカウンタである。
【００１６】
次に、動作について説明する。
カウンタ３１は、ノイズレベル算出部１８において離散的な周波数の数を昇順にカウントする。例えば、図４において、第１の目標物２５の周辺レベルとして、目標物２５の受信強度を示す離散的な周波数から低い周波数の受信強度データの範囲２７が、ＤＣ付近の受信強度の高い部分（図４において、離散的周波数の０から５付近までの範囲）にあると、ノイズレベルＮを上昇させてしまう。
従って、カウンタ３１は、ノイズレベル算出部１８において離散的な周波数の数をカウントしていき、ＤＣ付近の受信強度が大きい領域の間にカウント値がある場合には信号をノイズレベル算出部１８に出力する。ノイズレベル算出部１８は、カウンタ３１からの信号がある場合には、目標物の周波数よりも高い周波数の受信強度データの範囲について使用し、目標物の周波数よりも低い周波数の受信強度データの範囲はノイズレベル算出に使用しないこととする。
【００１７】
この実施の形態２により、目標物の周辺レベルをノイズレベルとして算出する場合に、ＤＣ付近の漏れ込みによる大きな受信強度の領域を使用しないため、ノイズレベルを等価的に上昇させることを防ぐことができるため、目標物を精度よく検出できる効果を奏する。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、目標物周辺の大きい受信強度レベルをスレッショルド算出処理における入力値から削除することにより、目標物周辺のノイズレベルの上昇を抑えるとともに、周辺環境に即したダイナミックなスレッショルドを設定することができるため、目標物を精度よく検出することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の運用を示す概念図である。
【図２】この発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置の原理示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるＦＭ−ＣＷレーダ装置を示す詳細構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の処理内容を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるＦＭ−ＣＷレーダ装置を示す詳細構成図である。
【符号の説明】
１自車両、２ＦＭ−ＣＷレーダ装置、３第１の前方車両、４第２の前方車両、５レーンマーカ、６監視領域のビーム、７送信する周波数を時間に対して上昇させた送信波、８周波数を時間に対して下降させた送信波、９送信波７に対する受信波、１０送信波８に対する受信波、１１送信波７と受信波９との差分信号、１２送信波８と受信波１０との差分信号、１３ビート信号、１４空中線、１５送受信機、１６周波数解析手段、１７目標信号検出手段、１８ノイズレベル算出部、１９ノイズレベル補正手段、２０スレッショルド算出部、２１目標検出部、２２タイミング制御部、２３相対距離・相対速度演算部、２４表示部、２５第１の目標物、２６第２の目標物、２７周波数の低い方のノイズ算出領域、２８周波数の高い方のノイズ算出領域、２９スレッショルドＡ、３０スレッショルドＢ、３１カウンタ。

Claims

目標物に対して周波数を時間的に上昇或いは下降させて異なる変調を施した電波を送信し、目標物からの反射波を受信して目標物までの距離と相対速度に対応したビート信号を周波数解析し目標物までの距離と相対速度とを求めるＦＭ−ＣＷレーダ装置において、
変調をかけた電波を送信し、その反射波を受信する空中線と、
送信電波の周波数を上限値と下限値の間で周期的かつ直線的に変調し送信信号を発信し、受信波と送信波の差分を検波して増幅する送受信機と、
この送受信機出力を高速フーリエ変換等の手段を用いて目標物に相当する離散的な周波数と受信強度に分離する周波数解析手段と、
この周波数解析手段より得られた監視領域における送受信機出力の離散的な周波数と受信強度とから、目標物周辺のレベルの平均値であるノイズレベル平均値Ｎを算出するノイズレベル算出部と、
このノイズレベル平均値Ｎにおいて、受信強度が最も大きい受信データ関連部分を削除し平均化して補正後のノイズレベル平均値Ｎ’を算出するノイズレベル補正手段と、
この補正後のノイズレベル平均値Ｎ’と予め保持する所定の係数Ｋとからスレッショルド値である（Ｎ’×Ｋ）を算出するスレッショルド算出部と、
このスレッショルド値（Ｎ’×Ｋ）から、目標物の受信強度値Ｓが上記スレッショルド値（Ｎ’×Ｋ）よりも大きい場合に、目標物からの受信強度と識別するＣＦＡＲなどの目標検出手段と、
この目標検出手段より得られた異なる変調区間の目標物の離散的な周波数と受信強度とから、目標物までの距離と相対速度とを算出する距離・相対速度演算器と、
距離・相対速度演算器出力を表示する表示部と、
を備えたことを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
上記ノイズレベル算出部において、離散的な周波数を昇順にカウントするカウンタ部を備え、
上記ノイズレベル平均値Ｎを算出する際に、ＤＣ付近の受信強度が大きい部分の離散的な周波数をカウントして目標物が当該領域にある場合に、目標物よりも高い側にある周辺レベルをノイズレベルの算出に使用して、上記スレッショルド補正手段がＤＣ付近にある受信強度の大きい値の影響を受けない様にしたことを特徴とする請求項１記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。