JP2009210380A - レーダシステム - Google Patents

Abstract

【課題】レーダシステム起動時でも早期に物体検出を行う。
【解決手段】。パルスレーダ１は、外部へ送信パルスを送信し、ターゲットで反射された送信パルスを受信波形として受信する。記憶部２は、レーダシステム１０の近傍に物体が存在しないとみなせる状態において、パルスレーダ１が受信した基準波形を記憶する。入力部３は、レーダシステム１０の起動時において、パルスレーダ１が受信した入力波形を取得する。比較部４は、記憶部２に記憶された基準波形と、入力部３で取得された入力波形との比較結果に応じて、レーダシステム１０の起動時における物体の有無を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダシステムに係り、特に、外部へパルスを送信し、このうちターゲットで反射されたパルスを受信するパルスレーダに関する。

一般的なパルスレーダでは、送信されたパルス信号が測拒対象となるターゲットで反射し受信されるまでの往復伝播時間に基づいて距離が算出される。特許文献１には、パルスを広帯域で外部へ送信し、広帯域で受信した受信波形を広帯域のサンプリングパルスでサンプリングする等価時間サンプリングパルスレーダが開示されている。

特表平１０−５１１１８２号公報

ところで、物体検出は、ターゲットが存在する状態において受信された受信波形と、ターゲットが存在しない状態において受信された受信波形（基準波形）との差異に基づいて行われる。そのため、測距開始時にシステムが起動するようなレーダシステム（例えば、バックセンサーのようなもの）の起動時当初は、その基準波形が存在せず、上記の方法では物体検出が正常に行えない可能性がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーダシステム起動時であっても、早期に物体検出を行うことである。

かかる課題を解決するために、本発明は、レーダシステムを提供する。このレーダシステムは、パルスレーダと、記憶部と、入力部と、比較部とを有する。パルスレーダは、外部へパルスを送信し、このうちターゲットで反射されたパルスを受信波形として受信する。記憶部は、レーダシステムの近傍に物体が存在しないとみなせる状態において、パルスレーダが受信したパルスを基準波形として記憶する。入力部は、レーダシステムの起動時において、パルスレーダが受信したパルスを入力波形として取得する。比較部は、記憶部に記憶された基準波形と、入力部で取得された入力波形との比較結果に応じて、レーダシステムの起動時における物体の有無を検出する。

ここで、本発明において、記憶部に記憶される基準波形は、レーダシステムが終了するタイミングにおいて、パルスレーダが受信した受信波形であることが好ましい。もしくは、レーダシステムが起動するタイミング毎に、パルスレーダが受信した複数の受信波形の平均波形であってもよい。

また、本発明において、比較部は、基準波形および入力波形を、フレーム全体で比較してもよく、所定のタイミングにおける特徴点に基づいて比較してもよい。

本発明によれば、レーダシステムの近傍に物体が存在しないとみなせる状態でパルスレーダが受信した基準波形を記憶部に記憶している。そのため、比較部は、レーダシステムの起動時で取得した入力波形と、予め記憶部に記憶された基準波形との比較が早期に行え、レーダシステム１０の起動時であっても物体検出も早期に行うことができる。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかるレーダシステム１０の構成図である。このレーダシステム１０は、自動車等の車輌に搭載されることを想定しており、バック走行時における車輌周辺の物体を検出する。レーダシステム１０は、パルスレーダ１と、記憶部２と、入力部３と、比較部４とを有する。

なお、本実施形態のレーダシステム１０には、距離に応じた警報を行うためのスピーカ（図示せず）も設けられているが、本発明とは直接関係しないため、これ以上の説明を省略する。スピーカに限らず、レーダシステム１０での結果をドライバーに伝える出力回路があれば足りるので、このような音声ユニットに限定されず、ディスプレイ等の映像ユニットであってもよい。また、バック走行時における車輌周辺の物体を検出するシステムであるため、レーダシステム１０は、バック走行するためのスイッチ（図示せず）にも接続しており、逐次このスイッチのオン／オフを検出する。

パルスレーダ１は、外部へパルスを送信し、ターゲットで反射されたパルスを受信する。パルスレーダ１は、一般的な等価時間サンプリングパルスレーダであり、送信されたパルス信号が測拒対象となるターゲットで反射し受信されるまでの往復伝播時間に基づいて距離が算出する。そのため、パルスレーダ１は、外部へパルスを送信するための送信アンテナ１ａと、外部からパルスを受信するための受信アンテナ１ｂとを主体に構成される。

本実施形態において、送信アンテナ１ａおよび受信アンテナ１ｂは、それぞれ別体として設けられているが、本発明は、パルスレーダ１が受送信できれば足りる。そのため、送信アンテナ１ａおよび受信アンテナ１ｂは、一体形成されたアンテナであってもよい。その場合、パルスレーダ１は、送信時のパルスと受信時のパルスとを、時間的ないし周波数的に分離する構成となる。

記憶部２は、レーダシステム１０の近傍に物体が存在しないとみなせる状態において、パルスレーダ１が受信したパルスを基準波形として記憶する。レーダシステム１０の近傍とは、このレーダシステム１０を搭載する車輌周辺をいう。物体が存在しないとみなせる状態とは、車輌周辺にターゲットが存在しない状態（例えば、路上が平坦な状態）もしくは、車輌周辺にターゲットが存在しても走行に支障がない状態（路上に小石等がある状態）をいう。本実施形態では、記憶部２の一例として、不揮発性メモリを採用している。その理由は、システム終了（電源電圧低下）後も基準波形を保持する必要があるからである。

入力部３は、レーダシステム１０の起動時において、パルスレーダ１が受信したパルスを入力波形として取得する。レーダシステム１０の起動とは、レーダシステム１０に電源を投入すること、もしくは、既に電源が投入され、物体検出機能をオン状態にすることをいう。

比較部４は、記憶部２に記憶された基準波形と、入力部３で取得された入力波形との比較結果に応じて、レーダシステム１０の起動時における物体の有無を検出する。比較部４が行う両波形の比較は、例えば、一方の波形（例えば、入力波形）からもう一方の波形（基準波形）を減算し、この減算によって算出された波形の振幅・位相等を判定することで行われる。比較結果は、物体の有無として比較部４から出力され、その他外部の装置によって適切に処理される。

図２，３は、本実施形態に係る処理のフローチャートである。具体的には、図２は、システム終了時におけるフローチャート、図３は、システム起動時におけるフローチャートである。図２に示す一連の処理が終了した後に、図３に示す一連の処理が開始される。

図２に示すシステム終了時における処理は、ステップ１１から１７までの一連の処理によって構成されている。まず、ステップ１１において、パルスレーダ１は、パルスを外部へ送信し、ターゲットによって反射されたパルスを取得する。なお、パルスレーダ１は、必要に応じてチェックサム等を行い、受信したパルスの信頼性を評価、パルスを再取得してもよい。ステップ１１に続くステップ１２において、パルスレーダ１は、ステップ１１で取得したパルスに基づいて、ターゲットまでの距離を算出する。ステップ１３では、ステップ１２での測距結果に応じてスピーカ１ｃから警報を発生させる。発生させる警報は、例えば、距離が近いほど、周期が短くかつ音量が大きい電子音となり、距離が遠いほど、周期が長くかつ音量が小さい電子音となる。

ステップ１４では、レーダシステム１０の電源電圧が低下となっているか否かが判定され、ステップ１５では、バックスイッチがオフになっているか否かが判定される。これらのステップ１，１５の順序を逆にしてもよい。レーダシステム１０の電源電圧が低下せず、かつ、バックスイッチがオンである場合、すなわちシステム終了時でないと判定された場合、ステップ１１に処理を戻す。一方、レーダシステム１０の電源電圧が低下している場合、または、バックスイッチがオフである場合には、システム終了時であると判定して、ステップ１６に処理を進める。ステップ１６では、システム起動時における処理（図３）のために、ステップ１１で取得したパルスが基準波形として記憶部２に記憶されるとともに、ステップ１２で算出された測距結果が記憶部２に記憶される。その後、レーダシステム１０が正常に終了する（ステップ１７）。

図３に示すシステム終了時における処理は、ステップ２１から２６までの一連の処理によって構成されている。まず、レーダシステム１０が正常に起動すると（ステップ２１）、パルスレーダ１がパルスを外部へ送信し、ターゲットによって反射されたパルスを入力波形として受信する（ステップ２２）。そして、比較部４は、入力部３からの入力波形と、記憶部２からの基準波形とを比較し（ステップ２３）、両波形が近似するか否かを判定する（ステップ２４）。なお、本実施形態のステップ２４における比較は、両波形全体（具体的には１フレーム分）を対象として行われる。

ステップ２４において、両波形が近似すると判定された場合、すなわち前回のシステム終了時と車輌周辺の状態が一致する場合、ステップ２５に処理を進める。ステップ２５では、スピーカから距離に応じて警報を発生し、ステップ２６へ処理を進める。なお、このとき用いられる距離は、システム終了時の（図２）のステップ１６で記憶部２に記憶された測距結果を利用する。一方、両波形が近似しないと判定された場合、すなわち前回のシステム終了時と車輌周辺の状態が一致しない場合、ステップ２６に処理を進め、通常の測距処理へ移行する。

このように、本実施形態によれば、レーダシステム１０の近傍に物体が存在しないとみなせる状態でパルスレーダ１が受信した基準波形を記憶部２に記憶している。そのため、比較部４は、レーダシステム１０の起動時で取得した入力波形と、予め記憶部２に記憶された基準波形との比較が早期に行え、レーダシステム１０の起動時であっても物体検出も早期に行うことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、比較部４による基準波形と入力波形との比較は、両波形全体（具体的には１フレーム分）を対象として行われている。そのため、システム終了時（図２）のステップ１６では、取得された波形全体を記憶部２に記憶しなければならず、多くの書き込み時間が必要となる。さらに、システム起動時（図３）のステップ２３では、波形全体の比較のために多くの時間を要し、早期に物体検出が行えない場合がある。

図４は、本実施形態における基準波形と入力波形の比較に関する説明図である。なお、本実施形態のレーダシステムの構成は、第１の実施形態（図１）のそれと同様であるので説明を省略する。本実施形態では、記憶部２は、基準波形の全体を記録せず、基準波形中の所定のタイミングにおける複数の特徴点のみを記録する（本実施形態では、２点以上を想定している）。そして、比較部４は、この所定のタイミングにおける複数の特徴点のみに基づいて、次回のシステム起動時（図３）の物体検出を行う。なお、特徴点の周期間隔は、両波形の特徴が顕著に現れる１／４πまたは３／４πが好ましい。

本実施形態によれば、記憶部２へ書き込まれるデータ量を削減できるので、第１の実施形態と比べて、ステップ１６における書き込み時間を短縮できる。また、本実施形態によれば、比較部４が比較する箇所を削減できるので、第１の実施形態と比べて、ステップ２３の比較時間を短縮でき、早期に警報発生（ステップ２５）や通常の測距処理（ステップ２６）が行える。

（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、システム終了時に受信したパルスを基本波形として記憶部２に記憶する。そのため、システム終了時に記憶部２へデータを書き込むために、電源延命回路（バックアップコンデンサ等）が必要となり、レーダシステム１０の大型化が懸念される。そこで、本実施形態は、車輌周辺に物体が存在しないとみなせる状態の波形を記録しておき、システム起動時に、この波形とシステム起動時の入力波形の差異が大きい場合、車輌周辺に物体があると推定する。なお、本実施形態のレーダシステムの構成は、第１の実施形態（図１）のそれと同様である。

図５は、本実施形態に係る処理のフローチャートである。具体的には、システム起動時のフローチャートである。本実施形態は、第１および第２の実施形態と比べて、システム終了時にはレーダシステム１０は特には動作しないことに留意する。同図に示すシステム起動時における処理は、ステップ３１〜３７まで有する。

まず、レーダシステム１０が正常に起動すると（ステップ３１）、パルスレーダ１がパルスを外部へ送信し、ターゲットによって反射されたパルスを入力波形として受信する（ステップ３２）。そして、比較部４は、入力部３からの入力波形と、記憶部２からの基準波形とを比較し（ステップ３３）、両波形が近似するか否かを判定する（ステップ３４）。

なお、本実施形態のステップ３４における比較は、両波形全体（具体的には１フレーム分）を対象として行われる。ステップ３４において、両波形が近似すると判定された場合、すなわち前回のシステム終了時と車輌周辺の状態が似ている場合、ステップ３５に処理を進める。ステップ２５では、直近に物体が存在すると推定し、必要に応じてスピーカから距離に応じて警報を発生し、ステップ３６へ処理を進める。一方、両波形が近似しないと判定された場合、すなわち前回のシステム終了時と車輌周辺の状態が似ていない場合、ステップ３６に処理を進める。ステップ３６では、ステップ３２で取得したパルス（入力波形）を、基準波形として記憶し、通常の測距処理へ移行する（ステップ３７）。

本実施形態によれば、基準波形の記憶部２への書き込みは、電源が十分に供給されるシステム起動時に行われる。そのため、システム終了時に記憶部２へデータを書き込むための電源延命回路（バックアップコンデンサ等）が不要となるので、レーダシステム１０の大型化を抑制できる。

なお、本実施形態では、基準波形の記憶部２への記憶がシステム起動時に行われるため、システム終了時における車輌周辺の状況は把握しにくい。そこで、本実施形態の記憶部２は、過去の複数回の基本波形を記憶できるようにし、システム起動時に不測の物体が存在しても、複数の基本波形との比較により物体検出できるようにする。この場合、比較部４がステップ３３の比較で用いる基準波形は、記憶部２に記憶された複数の基準波形の平均値である。

（第４の実施形態）
第３の実施形態では、比較部４による基準波形と入力波形との比較は、両波形全体（具体的には１フレーム分）を対象として行われている。そのため、システム起動時（図５）のステップ３６では、取得された波形全体を記憶部２に記憶しなければならず、多くの書き込み時間が必要となる。また、システム起動時（図４）のステップ３３では、波形全体の比較のために多くの時間を要し、早期に物体検出が行えない場合がある。

本実施形態のレーダシステムの構成は、第１の実施形態（図１）のそれと同様であるので説明を省略する。本実施形態では、第２の実施形態と同様に、記憶部２は、基準波形の全体を記録せず、基準波形中の所定のタイミングにおける複数の特徴点のみを記録する。そして、比較部４は、この所定のタイミングにおける複数の特徴点のみに基づいて、次回のシステム起動時（図４）の物体検出を行う。なお、特徴点の周期間隔は、両波形の特徴が顕著に現れる１／４πまたは３／４πが好ましい。

本実施形態によれば、記憶部２へ書き込まれるデータ量を削減できるので、第１の実施形態と比べて、ステップ３６における書き込み時間を短縮できる。また、本実施形態によれば、比較部４が比較する箇所を削減できるので、第１の実施形態と比べて、ステップ３３の比較時間を短縮でき、早期に物体の推定（ステップ３５）や通常の測距処理（ステップ３７）が行える。

第１の実施形態に係るレーダシステムの構成図 第１の実施形態に係る処理のフローチャート 第１の実施形態に係る処理のフローチャート 第２の実施形態に係る比較に関する説明図 第３の実施形態に係る処理のフローチャート

符号の説明

１ パルスレーダ
１ａ 送信アンテナ
１ｂ 受信アンテナ
２ 記憶部
３ 入力部
４ 比較部
１０ レーダシステム

Claims (5)

1. レーダシステムにおいて、
   外部へパルスを送信し、ターゲットで反射された前記パルスを受信するパルスレーダと、
   前記レーダシステムの近傍に物体が存在しないとみなせる状態において、前記パルスレーダが受信した前記パルスを基準波形として記憶する記憶部と、
   前記レーダシステムの起動時において、前記パルスレーダが受信した前記パルスを入力波形として取得する入力部と、
   前記記憶部に記憶された前記基準波形と、前記入力部で取得された前記入力波形との比較結果に応じて、前記レーダシステムの起動時における物体の有無を検出する比較部と
   を有することを特徴とするレーダシステム。
2. 前記記憶部に記憶される前記基準波形は、
   前記レーダシステムが終了するタイミングにおいて、前記パルスレーダが受信した受信波形であることを特徴とする請求項１に記載されたレーダシステム。
3. 前記記憶部に記憶される前記基準波形は、
   前記レーダシステムが起動するタイミング毎に、前記パルスレーダが受信した複数の受信波形の平均波形であることを特徴とする請求項１に記載されたレーダシステム。
4. 前記比較部は、
   前記基準波形および前記入力波形を、フレーム全体で比較することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたレーダシステム。
5. 前記比較部は、
   前記基準波形および前記入力波形を、所定のタイミングにおける特徴点に基づいて比較することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたレーダシステム。

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