JP2009041981A - 物体検出装置および方法、ならびに物体検出装置を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波によってその物体を検出した時点におけるその物体の移動速度および移動方向を求める。
【解決手段】電磁波を送信し物体から反射される電磁波を異なる位置で受信するレーダヘッド２０１，２０２と、レーダヘッド２０１，２０２から出力される受信信号より少なくとも物体の相対速度および方位を求めるレーダ信号処理部３１１，３１２とを有する複数のレーダ装置と、その複数のレーダ装置によって求められる物体の相対速度および方位を用いて、その物体の移動ベクトルを算出する移動ベクトル検出部４０２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ波を送信し対象物体から反射されるレーダ波を受信することによって物体の検出を行う物体検出技術およびこの物体検出技術を用いる乗用車等の車両に関するものである。

現在、レーダ装置を使った自動車ＩＴＳ(Intelligent Transportation Systems)として、障害物検知システムやＡＣＣ(Adaptive Cruise Control) システムなどが開発されている。これらのシステムは、レーダ装置（電波レーダ装置またはレーザレーダ装置）により前方の物体との距離、物体の方位、および物体の相対速度を検出して、前方の車両との適正な車間距離を維持し、前方の物体との衝突可能性などを判定するものである。これらのシステムは当初、自動車専用道路での使用が前提とされていたが、現在は市街地道路における適用も検討されている。

従来の車両用の障害物検知システムとしては、被検物体の距離情報と方位情報とから生成される２次元的な位置情報を記憶し、この検出履歴の情報から被検物体の移動軌跡、移動方向、移動速度を求め、これらの情報から接近の危険度を判定するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−２７０９８１号公報

一般にレーダ装置において検出される相対速度は、物体の移動速度の成分のうち、被検物体とレーダ装置とを結ぶ軸上における速度成分のみであり、被検物体とレーダ装置とを結ぶ軸に直交する速度成分は観測できない。このため、レーダ装置では、対向車両や追従車両などレーダの観測軸とほぼ平行に移動する物体については、その移動速度をある程度の誤差範囲内で検出できるが、横断歩行者などのレーダの観測軸とほぼ垂直に移動する物体は、その移動速度を検出できないという問題点があった。

本発明による物体検出装置は、レーダ部を備えている。このレーダ部には、レーダ波を送信し対象物体から反射されたレーダ波を受信する送受信ユニットが複数個含まれており、これら送受信ユニットの観測領域が互いに重複するよう、複数の異なった位置に搭載してある。また、複数の送受信ユニットに含まれている各受信回路からそれぞれ出力される受信信号に基づいて、各送受信ユニットに対する前記対象物体の相対速度を検出する相対速度検出手段を備えている。

さらに、送受信ユニットのそれぞれの搭載位置を基準として前記対象物体の方位を検出する方位検出手段を備えている。移動ベクトル算出手段は、相対速度検出手段により検出された各相対速度と方位検出手段により検出された各方位情報とを用いて、前記対象物体の移動ベクトルを算出する。

本発明による物体検出方法は、（１）複数の位置からレーダ波を送信し、対象物体から反射される各レーダ波を受信して得られる受信信号を用いて対象物体の相対速度を求めるステップと、（２）異なる２箇所に配置したレーダ装置の各位置を基準位置として対象物体の方位を求めるステップと、（３）対象物体の相対速度および方位を用いて、対象物体の移動ベクトルを算出するステップとを有する。

本発明によれば、レーダ波によってその物体を検出した時点におけるその物体の移動ベクトル情報（移動方向および移動速度の情報）を算出することができるため、横断歩行者などのレーダの観測軸とほぼ垂直に移動する物体についても、その移動速度を検出できる。

［第１の実施形態］
図１〜図９を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態は、乗用車等の車両に搭載された物体検出装置に本発明を適用したものである。
図１は、本実施形態に係る物体検出装置１００の構成を示すブロック図であり、図１に示すように、物体検出装置１００は、レーダヘッド２０１，２０２よりなるレーダヘッド部と、レーダ信号処理部３１１，３１２よりなるレーダ信号処理部と、物体認識部４００とを有している。また、物体検出装置１００には、物体認識部４００で得られた情報に基づいて車両の走行状態等の制御を行う車両制御装置５００が接続されている。

第１のレーダヘッド２０１および第１のレーダ信号処理部３１１から、物体までの距離、物体の相対速度、および物体の方位の情報を計測する第１のレーダ装置が構成され、第２のレーダヘッド２０２および第２のレーダ信号処理部３１２から、物体までの距離、物体の相対速度、および物体の方位の情報を計測する第２のレーダ装置が構成されている。その第１および第２のレーダ装置は異なる周波数帯域の電波を使用している。

レーダヘッド２０１，２０２は、それぞれ車両の前方空間に電磁波の送信信号１，２を送信する送信部１と、前方の物体で反射された電磁波よりなる受信信号１，２，３，４（反射信号）を受信する２つの受信部２ａ，２ｂとを有する。レーダヘッド２０１，２０２は、三角波（または鋸歯状波等でもよい）で周波数変調された送信信号を用いるＦＭ−ＣＷ方式（Frequency Modlated-Continuous Wave Method)（周波数変調連続波レーダ方式）のレーダヘッドである。距離計測方法としては、三角波で周波数変調した送信信号を用いて、計時時間に応じて周波数上昇変調と周波数下降変調とを行い、周波数上昇変調時の送信信号と受信信号との周波数差と、周波数下降変調時の送信信号と受信信号との周波数差の平均値から距離を算出する。さらに、その差分値から相対速度を計測する。

図２（ａ）に示すように、レーダヘッド２０１，２０２は本実施形態の車両ＭＢに対して車幅方向に所定間隔で配置され、車両ＭＢの前方で互いに重なるように設定されている観測領域内の移動ベクトルＶ0 を持つ反射物体（対象物体）６００に送信信号を送る。レーダヘッド２０１，２０２は、一例として図２（ｂ）に示すように、車両ＭＢのフロントバンパーＦＢの近傍にほぼ対称に設置されている。

図１に戻り、第１のレーダヘッド２０１の送信部１は、電圧制御発振器であるＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator)１３と、電力分配器１２と、送信アンテナ１１とを有している。ＶＣＯ１３は、レーダ信号処理部３１１の三角波発生部３０１から送られてきた三角波信号（変調信号１）に応じて周波数変調した送信信号を生成する。電力分配器１２は、ＶＣＯ１３で生成した送信信号を所定の電力比で２つの信号に電力分配し、一方を送信信号１として送信アンテナ１１から送信し、他方を２つの受信部２ａ，２ｂのミキサ回路２２ａ，２２ｂに入力するローカル信号とする。送信アンテナ１１は送信信号１を前方空間に送信する。

レーダヘッド２０１の２つの受信部２ａ，２ｂは、それぞれ受信アンテナ２１ａ，２１ｂと、ミキサ回路２２ａ，２２ｂと、増幅回路２３ａ，２３ｂとを有する。受信アンテナ２１ａ，２１ｂは、送信アンテナ１１から送出された送信信号が前方の物体で反射して戻ってきた受信信号１，２（反射信号）を受信する。ミキサ回路２２ａ，２２ｂは、電力分配器１２で分岐された送信信号１の一部と受信信号１，２とをミキシングして送信信号周波数と受信信号周波数との差分周波数のＩＦ(Intermediate Frequency)信号１，２を生成する。増幅回路２３ａ，２３ｂは、ミキサ回路２２ａ，２２ｂで生成されたＩＦ信号１，２を増幅してレーダ信号処理部３１１のＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部３０２ａ，３０２ｂへ出力する。

図３にＦＭ−ＣＷ方式のレーダヘッド２０１における送受信信号例を示す。図３（ａ）〜（ｄ）の横軸は時間ｔ、図３（ａ）の縦軸は信号強度、図３（ｂ）〜（ｄ）の縦軸は周波数ｆである。まず、図３（ａ）の三角波変調信号（図１の三角波発生部３０１から出力される）に応じて、図３（ｂ）に示すように送信信号が周波数変調される。前方の物体からの反射信号（受信信号）の周波数は、図３（ｃ）に示すように、点線の送信信号と比して空間伝搬分だけ時間遅延して観測される。図１のミキサ回路２２ａ，２２ｂから出力されるＩＦ信号の周波数は、図３（ｄ）に示されるように、三角波の周波数上昇区間と周波数下降区間とで異なる周波数ｆ１，ｆ２を示す。この２つの周波数ｆ１，ｆ２の平均値が空間伝搬遅延時間に比例することから物体までの距離が算出できる。また、周波数差Δｆ（＝ｆ２−ｆ１）がドップラ周波数に比例することから物体の相対速度を算出することができる。

図１に戻り、レーダヘッド２０１に方位検出機能を備える場合、送受信アンテナを１次元的に機械的に走査する機械式スキャン方式、受信系を２つ設けて各々で受信する反射信号の強度差から方位を算出するモノパルス方式、または２つの反射信号の位相差から方位を算出する位相差方式などがある。本実施形態では、モノパルス方式を用いた方法について、被検物体を反射物体として説明する。

レーダヘッド２０１の送信部１の送信アンテナ１１のアンテナゲインを受信部２ａ，２ｂの受信アンテナ２１ａ，２１ｂのアンテナゲインの２分の１とし、受信アンテナ２１ａ，２１ｂの半値角で重なるように受信方位を異ならせている。一例として、図４に示すように、受信アンテナ２１ａ，２１ｂの半値幅が３０度である場合には、受信アンテナ２１ａ，２１ｂの受信感度方向を各々＋１５度、−１５度とし、送信アンテナ１１は半値幅６０度、送信方位０度とする。なお、図４の横軸は、受信アンテナ２１ａ，２１ｂに対する反射物体の方位（ここでは、車両の前方方向に対して路面に平行な方向に沿ってなす角度）θ(deg) である。

図１の送信部１から送信された送信信号１は、前方の反射物体から反射されて受信部２ａ，２ｂで受信される。ここで受信アンテナ２１ａおよび２１ｂで観測される反射信号を受信信号１および２とし、受信信号１の信号強度をＡ１、受信信号２の受信強度をＡ２とすると、信号強度Ａ１およびＡ２（感度）は図４の曲線Ｒ+ およびＲ- で表される。また、次式から信号強度の規格化された差分ΔＡを算出し、図４の感度差／感度和を示す規格化された曲線ＲＡ（＝（Ｒ+ −Ｒ-）／（Ｒ+ ＋Ｒ-））と比較することで、反射物体の方位θを求めることができる。

ΔＡ＝（Ａ１−Ａ２）／（Ａ１＋Ａ２）
図１の第２のレーダヘッド２０２についても、レーダヘッド２０１と同様に送信部１から送信信号２を出力し、受信部２ａ，２ｂで受信信号３，４を受信し、これらの受信信号３，４を処理して得られるＩＦ信号３，４を第２のレーダ信号処理部３１２のＦＦＴ処理部３０２ａ，３０２ｂに出力する。

第１のレーダ信号処理部３１１は、三角波発生部３０１と、レーダヘッド２０１から供給されるＩＦ信号１，２の周波数解析を行うＦＦＴ処理部３０２ａ，３０２ｂと、ＩＦ信号１，２の周波数平均値、周波数差、およびＩＦ信号１，２の規格化された強度差（＝強度差／強度和）から、反射物体までの距離、相対速度、および方位を算出する物体情報検出部３０３とを有する。

同様に、第２のレーダ信号処理部３１１は、三角波発生部３０１と、ＦＦＴ処理部３０２ａ，３０２ｂと、物体情報検出部３０３とを有し、レーダヘッド２０２から出力されるＩＦ信号３，４を用いて、反射物体までの距離、相対速度、および方位を算出する。
物体認識部４００は、レーダ信号処理部３１１および３１２から出力された反射物体の距離情報および方位情報を用いて反射物体の同定を行う検出物体同定判定部４０１と、レーダ信号処理部３１１および３１２から出力された反射物体の相対速度（これをＶ2，Ｖ1とする）および方位（これをθ2，θ1とする）を用いて反射物体の移動ベクトルを算出する移動ベクトル検出部４０２と、反射物体との衝突危険性を判定する衝突危険性判定部４０３とを有する。特に限定されてないが、本実施形態の物体認識部４００は、記憶手段を有することが好ましい。

以下、物体認識部４００の各部の動作について説明する。検出物体同定判定部４０１は、２台のレーダ装置のレーダ信号処理部３１１，３１２で検出された反射物体の距離情報および方位情報から反射物体の２次元的な位置情報を検出し、検出結果を車両制御装置５００に出力するとともに、２台のレーダ装置で観測される反射物体の情報を抽出して移動ベクトル検出部４０２に出力する。移動ベクトル検出部４０２では、検出物体同定判定部４０１で２台のレーダ装置（本実施形態では２台のレーダ装置を用いているが、２台以上であることが好ましい。）で検出されていると判定された反射物体の相対速度Ｖ1，Ｖ2と方位θ1，θ2とを下記の式（１）および式（２）に代入して、例えば図６に示す反射物体６００の相対移動方向θref および相対移動速度Ｖref を算出する。

図１の衝突危険性判定部４０３では、検出物体同定判定部４０１で検出された反射物体の２次元的な位置情報と、移動ベクトル検出部４０２で検出された反射物体の移動ベクトルと、自車両寸法とをパラメータとして、その反射物体と自車両との衝突の危険度を判定し、衝突危険度を車両制御装置５００に出力する。

以下、移動ベクトル検出演算について説明する。まず、自車両の速度が０である場合について説明する。図５に示すように、移動ベクトルＶ0 （移動速度｜Ｖ0 ｜、移動方向θ0 ）を持つ反射物体６００について、異なる位置に搭載された２つのレーダヘッド２０１，２０２で計測した場合、２つのレーダヘッド２０２，２０１で計測された相対速度Ｖ1，Ｖ2は、各々検出された方位（θ1，θ2）の速度成分のみで、その方位に直交する速度成分Ｖ1P，Ｖ2Pは不明である。検出された方位（θ1，θ2）の情報から、図６に示すように、検出された方位と直交する直線（図６中の方位θ1P，θ2Pで表される直線）上に移動ベクトルＶ0 が存在することが推定され、その２つの直線の交点の位置が反射物体６００の移動ベクトルＶ0 の終点を示すことがわかる。反射物体６００の位置（方位θ1，θ2で表される２直線の交点）から、方位θ1P，θ2Pで表される２直線の交点までの方位（相対移動方向θref)と絶対値（相対移動速度Ｖref の絶対値）とを算出するのが、上記式（１）、式（２）である。

一方、図７は、自車両が速度Ｖm で直進している場合を示し、図７において、自車両が速度Ｖm で直進するため、相対的に反射物体６００の移動速度に速度Ｖm が重畳する形で観測される。速度Ｖm の方位θ1，θ2方向の速度成分をＶm1，Ｖm2として、速度成分Ｖm1，Ｖm2は、レーダヘッド２０２，２０１で計測される反射物体６００の相対速度Ｖ1，Ｖ2に重畳して検出されている。この場合にも、図６と同様に、検出された方位と直交する２直線（図７中の方位θ1P，θ2Pで表される直線）の交点を求めることで、相対的な移動ベクトルＶref を求めることができる。この移動ベクトルＶref で反射物体６００が相対的に移動することがわかり、自車両幅などのパラメータから自車両との衝突の可能性を判定できる。図７の例では、移動ベクトルＶref の方向は、レーダヘッド２０１，２０２の幅（ほぼ自車両の幅に等しい）から大きく外れているため、衝突の危険度は低いと判定できる。

図８は、自車両が速度Ｖm 、移動方向θm （これを移動ベクトルＶm で表す）で移動している場合を示し、図８の場合にも、図７と同様に、相対速度Ｖ1，Ｖ2に自車両の移動ベクトルＶmの成分Ｖm1，Ｖm2が重畳して検出される。図８の場合には、算出された移動ベクトルＶref の方向は、自車方向を向いていることから（すなわち、レーダヘッド２０１，２０２の幅の範囲内に入っていることから）、衝突の危険度は高いと判定できる。

次に、図９のフローチャートを参照して、本実施形態の図１の物体検出装置１００の物体検出動作の一例につき説明する。動作を開始すると、図９のステップＳ１にて、図１のレーダヘッド２０１，２０２（図９ではレーダ２０１，２０２として表されている）で測距動作を開始し、レーダ信号処理部３１１，３１２において反射物体までの距離、相対速度、および方位を計測し、物体認識部４００に出力する。次のステップＳ２では、検出物体同定判定部４０１にて、レーダヘッド２０１，２０２で検出された物体の距離情報および方位情報から同一物体が重複して観測されているか否かを判定し、同一物体が重複して観測されている場合は、ステップＳ３に進み、重複して観測されていない場合は、ステップＳ７に進む。

なお、レーダヘッド２０１，２０２では、例えば図５に示すように、それぞれ反射物体６００までの距離および方位θ2，θ1が検出でき、それによって反射物体６００の車両の幅方向および進行方向の位置（２次元的な位置）が特定できる。したがって、レーダヘッド２０１，２０２で観測される物体の２次元的な位置が所定の許容幅で合致する場合には、その物体は同一物体であると判定できる。

図９のステップＳ３では、図１の移動ベクトル検出部４０２において、重複して観測されている物体の相対速度情報と方位情報とから、その物体の相対的な移動ベクトルを算出し、衝突危険性判定部４０３に出力する。次のステップＳ４において、衝突危険性判定部４０３は、物体の移動ベクトル情報と車両寸法情報とから衝突危険度の算出を行い、次のステップＳ５で衝突危険度が高いと判定された場合は、ステップＳ６に進み、衝突危険フラグの付いた検出物体情報を車両制御装置５００（車両ＣＰＵ）に出力して終了する。また、ステップＳ５において、衝突危険度が低いと判定された場合は、ステップＳ７に進み、衝突危険性判定部４０３は検出物体情報のみを車両制御装置５００に出力して終了する。

なお、例えば図７において、相対的な移動ベクトルＶref ではなく、反射物体６００の絶対的な移動ベクトルＶ0 （移動速度｜Ｖ0 ｜、移動方向θ0 ）を算出することも可能である。この場合には、自車両の移動速度Ｖm 、移動方向θm （例えば自車両の操舵角およびヨーレートから求めることができる）と、レーダヘッド２０２，２０１で計測される相対速度Ｖ1，Ｖ2および方位θ1，θ2とを用いて、移動ベクトル検出部４０２では、次の式（３）、式（４）から絶対的な移動ベクトルＶ0 （移動速度｜Ｖ0 ｜、移動方向θ0 ）を算出できる。

本実施形態の物体検出装置１００によれば、以下の作用効果を有する。
（１）物体検出装置１００は、それぞれ電磁波（レーダ波）を送信し物体から反射される電磁波を異なる位置で受信するレーダヘッド２０１，２０２と、レーダヘッド２０１，２０２から出力される受信信号より少なくともその物体の相対速度Ｖ2，Ｖ1を求めるレーダ信号処理部３１１，３１２と、異なる２箇所の位置（図５のレーダヘッド２０１，２０２の位置）に対するその物体の方位θ2，θ1を求めるレーダ信号処理部３１１，３１２と、その物体の相対速度Ｖ2，Ｖ1、およびその物体の方位θ2，θ1の情報を用いて、その物体の移動ベクトルＶref を算出する移動ベクトル検出部４０２とを備えている。

したがって、２つのレーダ装置により得られた物体の相対速度情報およびそれらのレーダ装置により得られた物体の方位情報から、その物体のこれまでの検出履歴を用いることなく、かつ電磁波によってその物体を検出した時点におけるその物体の移動ベクトル（移動方向および移動速度）の情報が算出される。その移動ベクトルの情報を用いることによって、歩行者の飛び出しなど検出履歴を使った場合に危険判断に遅れが発生するような場面においても、時間遅れの無い危険度の判定が可能になり、被検物体の急な移動方向の変更などにも対応することができるようなり、迅速で正確な危険度の判定が行えるようになる。

また、通常レーダ装置において不得手である横方向に移動する物体の移動ベクトルが計測できるようになり、市街地など様々な移動物体が存在する場面においても、安定した障害物回避動作を行うことができるようになる。
（２）本実施形態では、例えば車両に対する搭載位置の異なる２台のレーダ装置により得られた物体までの距離情報および方位情報を用いて、２台のレーダ装置によって同一物体が重複して観測されていると判定される場合にのみ（図９のステップＳ２〜Ｓ３）、移動ベクトル検出部４０２による移動ベクトル情報の算出を行っている。これによって、２台のレーダ装置によって異なる物体を検出している場合に、誤って１つの物体と誤認して移動ベクトルを算出することを防止できる。

（３）移動ベクトル検出部４０２よって算出された物体の移動ベクトル情報と、物体検出装置１００が搭載されている車両（構造体）の寸法等の形状情報とを用いて、その物体と車両との衝突危険度を判定する衝突危険性判定部４０３をさらに備えている。したがって、その物体の検出履歴等を用いることなく、その物体と自車両との衝突危険度の判定を行うことができ、この判定結果に基づいて迅速に回避動作等を行うことができる。

（４）図１の２台のレーダ装置（２０１，３１１および２０２，３１２）は、それぞれ物体までの距離情報、相対速度情報、および方位情報を求めることができる。したがって、２台のレーダ装置を用いるのみの簡単な構成で、別途方位計測用の装置を設けることなく、物体の移動ベクトルを求めることができる。
（５）本実施形態の２台のレーダ装置は、互いに異なる周波数帯域の電磁波を使用している。したがって、互いの信号が干渉することで発生する誤検出を防止することができ、安定した物体観測および移動ベクトルの算出が行えるようになる。また、複数のレーダ装置が使用する周波数帯域を異ならせることで、１回の計測で移動ベクトルを算出することができ、迅速で正確な物体との衝突危険度の判定が行えるようになる。

（６）本実施形態の車両は、物体検出装置１００を備えており、移動ベクトル検出部４０２は、自車両の移動速度および移動方向（例えば自車両の操舵角およびヨーレートから求めることができる）から自車両の移動ベクトルを算出し、この自車両の移動ベクトルの情報を用いて、物体の絶対移動ベクトルを算出できる。
これによって、自車両の移動状態に関係なく、被検物体の実際の移動速度および移動方向を求めることができ、この情報を衝突回避等に利用できる。

［第２の実施形態］
図１０〜図１４を参照して本発明の第２の実施形態につき説明する。図１０において図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図１０は、本実施形態の物体検出装置１００Ａのブロック図を示し、この図１０において、物体検出装置１００Ａは、中央に距離検出機能と相対速度検出機能と方位検出機能とを有するレーダヘッド２０１を配置し、左右両側には距離検出機能と相対速度検出機能とを有するレーダヘッド２１０，２１１を配置した点が、第１の実施形態の物体検出装置１００と異なっている。すなわち、物体検出装置１００Ａは、第１の実施形態においても使用されていたレーダヘッド２０１およびレーダ信号処理部３１１よりなる第１のレーダ装置と、レーダヘッド２１０，２１１およびレーダ信号処理部３２０，３２１よりなる第２および第３のレーダ装置とを含む複数のレーダ装置を備えている。以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

図１１に示すように、第１のレーダ装置のレーダヘッド２０１が車両ＭＢの前部中央に設置され、それを車幅方向に挟むように第２および第３のレーダ装置のレーダヘッド２１０，２１１が設置され、レーダヘッド２０１，２１０，２１１から車両前方の重複する観測領域内の反射物体６００に互いに異なる周波数帯域の電波よりなる送信信号が出力される。

図１０に戻り、中央のレーダヘッド２０１はレーダ信号処理部３１１からの変調信号３を受けて送信信号３を出力し、物体からの受信信号３，４を受信して、ＩＦ信号３，４をレーダ信号処理部３１１に供給し、レーダ信号処理部３１１では物体までの距離、相対速度、方位を求める。一方、レーダヘッド２０１を挟む左右のレーダヘッド２１０，２１１は、レーダヘッド２０１と比べて、送信部１および１つの受信部２ａ（受信アンテナ２１、ミキサ回路２２、および増幅器２３から構成されている）を持つのみであるため、構成は単純であるが、方位計測機能はない。すなわち、レーダヘッド２１０，２１１は、レーダ信号処理部３２０，３２１からの変調信号１，２を受けて送信信号１，２を出力し、物体からの受信信号１，２を受信して、ＩＦ信号１，２をレーダ信号処理部３２０，３２１内のＦＦＴ処理部３０２に供給し、レーダ信号処理部３２０，３２１の物体情報検出部３０３Ａでは物体までの距離および相対速度を求める。

物体認識部４００の検出物体同定判定部４０１では、中央のレーダヘッド２０１で計測された物体の距離と方位の情報を用いて、左右のレーダヘッド２１０および２１１で距離が計測された物体が同一であるか否かを判定する。同一であると判定された場合に、移動ベクトル検出部４０２の第１計算部（図示せず）では、下記の式（５）、式（６）を用いて、図１２に示すように、中央のレーダヘッド２０１で計測された物体までの距離Ｒc と方位θc とから、左右のレーダヘッド２１１，２１０に対する物体の方位θ1，θ2（第１の実施例で説明した図５参照）を求める。ここで、Ｌは左右のレーダヘッド２１０，２１１の設置間隔である。

なお、同一物体であると判定された場合には、移動ベクトル検出部４０２の第１計算部（図示せず）では、図１３に示すように、レーダヘッド２１１，２１０で検出された反射物体６００までの距離Ｒ1，Ｒ2から、下記の式（７）、式（８）を用いて、左右のレーダヘッド２１１，２１０に対する物体の方位θ1，θ2（第１の実施形態で説明した図５参照）を算出することも可能である。

その後は、第１の実施形態と同様に、移動ベクトル検出部４０２の第２計算部（図示せず）では、図１０の左右のレーダヘッド２１１，２１０によって計測される物体の相対速度Ｖ1，Ｖ2、および上記の式（５）、（６）または式（７）、（８）によって計算される方位θ1，θ2を用いて、物体の移動ベクトルを検出し、この検出結果に基づいて衝突危険性判定部４０３が衝突危険度の判定を行う。

次に、図１４のフローチャートを参照して、本実施形態の物体検出装置１００Ａの物体検出動作の一例につき説明する。図１４において、第１の実施形態の図９と同じステップには同じ符号を付してその説明を省略する。動作を開始すると、図１４のステップＳ１１にて図１０のレーダヘッド２１０，２０１，２１１で測距動作を開始し、レーダ信号処理部３１１において反射物体までの距離、相対速度、および方位を計測し、レーダ信号処理部３２０，３２１において反射物体までの距離および相対速度を計測し、物体認識部４００に出力する。次のステップＳ１２では、検出物体同定判定部４０１にてレーダヘッド２１０，２１１で検出された物体の距離と、レーダヘッド２０１で検出された物体の距離および方位とから、レーダヘッド２１０，２１１によって同一物体が重複して観測されているか否かを判定し、同一物体が重複して観測されている場合は、ステップＳ１３に進み、重複して観測されていない場合は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ１３では、図１０の移動ベクトル検出部４０２において、レーダヘッド２０１で計測された物体の距離と方位から、レーダヘッド２１０，２１１で検出された物体の方位を演算する。次のステップＳ１４では、ステップＳ１３で演算された方位とレーダ部２１０，２１１から出力される物体の相対速度とから、式（１）、式（２）を用いて物体の相対的な移動ベクトルを算出し、衝突危険性判定部４０３に出力して、ステップＳ４に進む。ステップＳ４以降では、第１の実施形態と同様に、物体の移動ベクトルおよび車両寸法の情報から衝突危険度を算出し、衝突危険度が高いと判断された場合は、衝突危険度フラグの付いた検出物体情報を車両制御装置５００（車両ＣＰＵ）に出力する。

一方、ステップＳ１２で検出された物体が同一でない場合には、ステップＳ７に進んで物体の移動ベクトルの算出は行わない。
本実施形態の物体検出装置１００Ａによれば、物体までの距離、物体の相対速度、および物体の方位を求めるレーダヘッド２０１を持つ第１のレーダ装置と、そのレーダヘッド２０１を挟むように対称に配置されたレーダヘッド２１０，２１１を有し、それぞれ少なくとも物体の相対速度を求める第２および第３のレーダ装置とからなる３台の電波レーダ装置を備え、移動ベクトル検出部４０２の第１の計算部（図示せず：方位情報を取得する）は、その第１のレーダ装置によって求められる物体の方位を、そのレーダヘッド２１０，２１１に対する物体の方位に変換している。

したがって、方位計測機能を持つ１台のレーダ装置と、少なくとも相対速度を計測できる２台のレーダ装置とを用いるのみの比較的簡単な構成で、物体の検出履歴を用いることなく、その物体の移動ベクトルを求めることができる。
また、レーダヘッド２１０，２１１で検出される物体までの距離と、レーダヘッド２０１で計測される物体の方位とからレーダヘッド２１０，２１１で検出される物体が同一である場合にのみ（図９のステップＳ１２，Ｓ１３）、物体の移動ベクトルを求めている。したがって、異なる物体の計測データに基づいて誤った移動ベクトルを求めることがない。

［第３の実施形態］
図１５を参照して本発明の第３の実施形態につき説明する。図１５において図１および図１０に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図１５は、本実施形態の物体検出装置１００Ｂのブロック図を示し、この図１５において、物体検出装置１００Ｂは、レーダヘッド２１０，２１１，２１２およびレーダ信号処理部３２０，３２１，３２２よりなり、物体までの距離と相対速度とを計測する３台のレーダ装置を備えている。これら３台のレーダ装置は異なる周波数帯域の電波を使用する。一例として、車両前部の中央にレーダヘッド２１１が配置され、これを左右に挟むようにレーダヘッド２１０，２１２が配置されているものとする。

この場合、レーダヘッド２１０，２１２，２１１はレーダ信号処理部３２０，３２２，３２１からの変調信号１，２，３を受けて送信信号１，２，３を出力し、物体からの受信信号１，２，３を受信して、ＩＦ信号１，２，３をレーダ信号処理部３２０，３２２，３２１のＦＦＴ処理部３０２に供給し、物体情報検出部３０３Ａでは、物体までの距離および物体の相対速度を求め、検出結果を物体認識部４００に出力する。

物体認識部４００内の検出物体同定判定部４０１では、３つのレーダヘッド２１０，２１１，２１２から得られる距離情報から、左右のレーダヘッド２１０，２１２で検出されている物体が同一物体であるか否かを判定する。その物体が同一物体である場合には、移動ベクトル検出部４０２の第１計算部（図示せず）において、左右のレーダヘッド２１０，２１２から出力される物体までの距離Ｒ2，Ｒ1を式（７）、式（８）に代入し（第２の実施形態について説明した図１３参照）、レーダヘッド２１２，２１０に対するその物体の方位θ1，θ2を計算する。次に、移動ベクトル検出部４０２の第２計算部（図示せず）において、その方位θ1，θ2およびレーダヘッド２１２，２１０で計測される相対速度Ｖ1，Ｖ2を式（１）、式（２）に代入することで、物体の移動ベクトルが算出できる。

本実施形態の物体検出装置１００Ｂによれば、それぞれ物体の距離情報および相対速度情報を求める少なくとも３台のレーダヘッド２１０，２１１，２１２を有するレーダ装置を備え、移動ベクトル検出部４０２の第１計算部（図示せず：方位情報を取得する）は、左右の２台のレーザ装置で求められる物体までの距離情報とこれら２台のレーザ装置の間隔（搭載位置情報）とからその物体の方位を求めている。

したがって、特に方位計測機能を有するレーダ装置を用いることなく、比較的簡単な装置構成で物体の移動ベクトルを求めることができる。
また、本実施形態においても、３台のレーダ装置で検出された距離情報から左右のレーダ装置で検出された物体が同一物体であると判定された場合にのみ、その物体の移動ベクトル算出を行っているため、移動ベクトルの誤計算が防止できる。

物体検出装置に使用するレーダ装置としては、電波レーダの他に赤外光等を用いるレーザレーダも使用できる。また、レーダ方式としては、ＦＭ−ＣＷ方式の他に、短時間のパルス信号を送信し、物体に反射して戻ってきたパルス信号を受信するまでの時間を測定して距離を算出するパルス方式や、振幅変調された連続波を送信し、受信信号の周波数変位や位相変位により反射物体までの距離を算出する方式等も使用できる。

本発明の物体検出装置は、車両のみならず、船舶、航空機等にも適用できるとともに、建物に備えられる監視装置等としても適用できる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

特許請求の範囲の構成要素と上述の実施形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、送受信ユニットはレーダヘッド２０１，２０２に、相対速度検出手段は物体情報検出部３０３に、方位検出手段は物体情報検出部３０３に、移動ベクトル算出手段は移動ベクトル検出部４０２にそれぞれ対応する。

以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項との対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明の第１の実施形態の物体検出装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は図１のレーダヘッド２０１，２０２の位置関係を示す図、（ｂ）は図１の物体検出装置を備えた車両を示す斜視図である。 ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置の変調信号、送信信号、反射信号、およびＩＦ信号の一例を示す図である。 モノパルス方式における２つの受信アンテナの感度曲線と、２つの信号の強度差を強度和で割って得られる方位検出用の曲線とを示す図である。 第１の実施形態において２つのレーダヘッドで観測される物体の相対速度と移動ベクトルとを示す図である。 第１の実施形態において２つのレーダヘッドで観測された物体の相対速度および方位から物体の移動ベクトルを算出する原理を説明するための図である。 第１の実施形態において自車両が速度Ｖm で直進する場合に物体の移動ベクトルを算出する原理を説明するための図である。 第１の実施形態において自車両が速度Ｖm で方向θm に進む場合に物体の移動ベクトルを算出する原理を説明するための図である。 第１の実施形態における物体検出装置の物体検出動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の物体検出装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の車両に対する３台のレーダヘッドの搭載位置と観測範囲とを示す図である。 第２の実施形態において、２台のレーダで観測された相対速度と、１台のレーダで観測された距離および方位とから物体の移動ベクトルを算出する原理を説明するための図である。 第２の実施形態において２台のレーダで観測された距離から物体の方位を算出する原理を説明するための図である。 第２の実施形態の物体検出装置による物体検出動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の物体検出装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００，１００Ａ，１００Ｂ 物体検出装置
２０１，２０２ レーダヘッド
２１０，２１１，２１２ レーダヘッド
１１ 送信アンテナ
１２ 電力分配器
２１，２１ａ，２１ｂ 受信アンテナ
２２，２２ａ，２２ｂ ミキサ回路
３１１，３１２ レーダ信号処理部
３２０，３２１，３２２ レーダ信号処理部
３０２，３０２ａ，３０２ｂ ＦＦＴ処理部
３０３，３０３Ａ 物体情報検出部
４００ 物体認識部
４０１ 検出物体同定判定部
４０２ 移動ベクトル検出部
４０３ 衝突危険性判定部
５００ 車両制御装置

Claims (9)

1. レーダ波を送信し対象物体から反射されたレーダ波を受信する送受信ユニットを複数備え、該送受信ユニットの観測領域が互いに重複するよう複数の異なった位置に該複数の送受信ユニットを搭載したレーダ部と、
   前記複数の送受信ユニットにそれぞれ含まれている各受信回路から出力される受信信号に基づいて、各送受信ユニットに対する前記対象物体の相対速度を検出する相対速度検出手段と、
   前記送受信ユニットのそれぞれの搭載位置を基準位置として、前記対象物体の方位を検出する方位検出手段と、
   前記相対速度検出手段により検出された相対速度と前記方位検出手段により検出された方位とを用いて、前記対象物体の移動ベクトルを算出する移動ベクトル算出手段と、
   を備えることを特徴とする物体検出装置。
2. 請求項１に記載の物体検出装置において、さらに加えて、
   前記複数の送受信ユニットに含まれている各受信回路からそれぞれ出力される受信信号に基づいて、前記複数の送受信ユニットから前記対象物体までの距離を検出する距離検出手段を備え、
   前記方位検出手段により検出された方位と前記距離検出手段により検出された距離とに基づいて同一対象物体が重複して観測されていると判定されたとき、前記移動ベクトル算出手段により前記移動ベクトルの算出を行うことを特徴とする物体検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の物体検出装置において、さらに加えて、
   前記移動ベクトル算出手段により算出された前記対象物体の移動ベクトルと、前記距離検出手段により検出された距離と、前記レーダ部が搭載されている車両の形状情報とを用いて、前記対象物体との衝突危険度を判定する衝突判定手段を備えることを特徴とする物体検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の物体検出装置において、
   前記レーダ部は、異なる２か所にそれぞれ配置した２台の送受信ユニットを有することを特徴とする物体検出装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の物体検出装置において、
   前記レーダ部は、
   前記対象物体までの距離、前記対象物体の相対速度、および前記対象物体の方位を検出するための第１の送受信ユニットと、
   前記第１の送受信ユニットを挟む位置に配置されており、少なくとも前記対象物体の相対速度を検出する第２の送受信ユニットおよび第３の送受信ユニットを備え、
   前記方位検出手段は、該第１の送受信ユニットを介して検出された距離および方位に基づいて、該第２の送受信ユニットおよび該第３の送受信ユニットを基準位置とした方位を算出することを特徴とする物体検出装置。
6. レーダ波を送信し対象物体から反射されたレーダ波を受信する送受信ユニットを少なくとも３基備え、少なくとも２基の送受信ユニットの観測領域内に前記対象物体が観測されるよう該送受信ユニットを異なった位置に搭載したレーダ部と、
   前記送受信ユニットに含まれている各受信回路からそれぞれ出力される受信信号に基づいて、各送受信ユニットに対する前記対象物体の相対速度を検出する相対速度検出手段と、
   前記送受信ユニットに含まれている各受信回路からそれぞれ出力される受信信号に基づいて、前記送受信ユニットから前記対象物体までの各距離を検出する距離検出手段と、
   前記相対速度検出手段により検出された相対速度と、前記距離検出手段により検出された距離と、前記レーダ部の搭載位置情報とを用いて、前記対象物体の移動ベクトルを算出する移動ベクトル算出手段と、
   を備えることを特徴とする物体検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の物体検出装置において、
   前記送受信ユニットは、互いに異なる周波数帯域の電磁波を使用することを特徴とする物体検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の物体検出装置を備えた車両において、
   自車両の移動速度と、操舵角情報およびヨーレート情報とに基づいて自車両の移動ベクトル情報を算出し、該自車両の移動ベクトル情報を用いて、前記対象物体の絶対移動ベクトル情報を算出する手段を備えることを特徴とする車両。
9. 複数の位置からレーダ波を送信し、対象物体から反射される各レーダ波を受信して得られる受信信号を用いて前記対象物体の相対速度を求める工程と、
   異なる２箇所に配置したレーダ装置の各位置を基準位置として前記対象物体の方位を求める工程と、
   前記対象物体の相対速度および前記対象物体の方位を用いて、前記対象物体の移動ベクトルを算出する工程と、
   を有することを特徴とする物体検出方法。