JP2010286245A - 物体検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーダー装置により至近距離の物体を確実に検知できる物体検知方法を提供する。
【解決手段】 検知されたターゲットと同方向で距離が２倍の位置にダミーターゲットを設定し、ダミーターゲットの位置を含む所定範囲に倍波ターゲット検知範囲を設定し、倍波ターゲット検知範囲に検知されたターゲットを倍波ターゲットとして判定し、倍波ターゲットと同方向で距離が２分の１の位置に補間ターゲットを設定し、補間ターゲットの位置を含む所定範囲に基本波ターゲット検知領域を設定し、基本波ターゲット検知領域に基本波ターゲットが検知されない場合に補間ターゲットを基本波ターゲットとして出力する。このように、検知すべき基本波ターゲットが至近距離において非検知状態になっても、依然として検知されている倍波ターゲットから算出した補間ターゲットにより基本波ターゲットのデータを推定して出力することで、基本波ターゲットを継続的に検知し続けることができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、送受信手段により自車の進行方向に設定された所定領域に向けて電磁波を送信するとともに該電磁波がターゲットにより反射されて生じる反射波を受信し、受信された反射波に基づいて少なくともターゲットの方向および距離を検知する物体検知方法に関する。

ＦＭ・ＣＷ型レーダー装置において、近距離にある物体の上昇側ピーク信号および下降側ピーク信号の一方が欠落した場合にＦＭ・ＣＷ波およびＣＷ波を交互に送信し、ＦＭ・ＣＷ波による非欠落側のピーク周波数とＣＷ波によるピーク周波数とに基づいて物体の距離および相対速度を算出するものが、下記特許文献１により公知である。

またＦＭ・ＣＷ型レーダー装置において、物体の上昇側ピーク信号および下降側ピーク信号の一方が低周波ノイズに埋もれてしまった場合に、上昇側ピーク信号および下降側ピーク信号の他方から一方を補間して物体の距離および相対速度を算出するものが、下記特許文献２により公知である。

特開２００６−３００５３６号公報 特開２００４−２０５２７９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明は、ＦＭ・ＣＷ型レーダー装置にＣＷ波を送信する機能を付加しなければならないため、コストアップの要因となる問題がある。また上記特許文献２に記載された発明は、物体の上昇側ピーク信号および下降側ピーク信号の両方が低周波ノイズに埋もれてしまった場合に（物体が近距離で相対速度が小さいとき）、機能を発揮しないという問題がある。

ところで、車両用レーダー装置で先行車のようなターゲットを検知するには、送信した電磁波がターゲットで反射された反射波の受信ピーク強度が、ノイズレベルよりも大きく設定した閾値を超える必要がある。その閾値は、電磁波の減衰に合わせて近距離で高く設定されて遠距離で低く設定されており、遠距離で反射波の受信ピーク強度が閾値に埋もれてしまうところが遠距離側の検知限界距離となる。一方、至近距離ではレーダー装置に内在するフロアノイズがターゲットとして誤検知されないように、フロアノイズを超える更に大きい閾値が設定されており、この閾値が近距離側の検知限界距離を規定する。

至近距離では、電磁波がターゲットを照射する面積が小さくなって電磁波の反射面が成す三次元曲面の方向の影響を受け易くなるため、照射位置によって反射波の受信ピーク強度が低くなる事象が発生する。このような理由から、図１２（Ａ）に示すように、至近距離であっても反射波の受信ピーク強度が閾値に埋もれてターゲットを検知できなくなる場合がある。

このような問題に対する一つ目の解決策として、図１２（Ｂ）に示すように、至近距離における閾値を下げることで受信ピーク強度が閾値に埋もれないようにすることが考えられるが、この場合にはレーダー装置に内在するフロアノイズが閾値を超えて誤検知が発生する問題がある。

また二つ目の解決策として、レーダー装置に内在するフロアノイズを低くして閾値を超えないようにすることが考えられるが、そのためにはレーダー装置の大幅な改修が必要となってコスト面で不利になる問題がある。

また三つ目の解決策として、図１２（Ｃ）に示すように、レーダー装置の電磁波の送信出力を増加させることが考えられるが、電磁波の送信出力の上限値は法規によって規制されているだけでなく、強い電磁波によって本来の先行車のようなターゲット以外の路面の落下物等をターゲットとして誤検知してしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、至近距離の物体を確実に検知できる物体検知方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、送受信手段により自車の進行方向に設定された所定領域に向けて電磁波を送信するとともに該電磁波がターゲットにより反射されて生じる反射波を受信し、受信された反射波に基づいて少なくともターゲットの方向および距離を検知する物体検知方法において、検知されたターゲットと同方向で距離が２倍の位置にダミーターゲットを設定する第１工程と、前記ダミーターゲットの位置を含む所定範囲に倍波ターゲット検知範囲を設定する第２工程と、前記倍波ターゲット検知範囲に検知されたターゲットを倍波ターゲットとして判定する第３工程と、前記倍波ターゲットと同方向で距離が２分の１の位置に補間ターゲットを設定する第４工程と、前記補間ターゲットの位置を含む所定範囲に基本波ターゲット検知領域を設定する第５工程と、前記基本波ターゲット検知領域に基本波ターゲットが検知されない場合に前記補間ターゲットを基本波ターゲットとして出力する第６工程とを含むことを特徴とする物体検知方法が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１工程において検知されるターゲットは、距離が所定距離未満のターゲットであることを特徴とする物体検知方法が提案される。

尚、実施の形態の先行車Ｖｂは本発明のターゲットに対応する。

請求項１の構成によれば、第１工程で、検知されたターゲットと同方向で距離が２倍の位置にダミーターゲットを設定し、第２工程で、ダミーターゲットの位置を含む所定範囲に倍波ターゲット検知範囲を設定し、第３工程で、倍波ターゲット検知範囲に検知されたターゲットを倍波ターゲットとして判定し、第４工程で、倍波ターゲットと同方向で距離が２分の１の位置に補間ターゲットを設定し、第５工程で、補間ターゲットの位置を含む所定範囲に基本波ターゲット検知領域を設定し、第６工程で、基本波ターゲット検知領域に基本波ターゲットが検知されない場合に補間ターゲットを基本波ターゲットとして出力する。このように、検知すべき基本波ターゲットが至近距離において非検知状態になっても、依然として検知されている倍波ターゲットから算出した補間ターゲットにより基本波ターゲットのデータを推定して出力することで、基本波ターゲットを継続的に検知し続けることができる。しかもターゲットの検知閾値を低くしたり、電磁波の送信強度を高くしたりする必要がないため、ノイズや本来検知する必要のない物体が誤検知されるのを防止することができる。

また請求項２の構成によれば、第１工程において検知されるターゲットを距離が所定距離未満のターゲットとしたので、ターゲットが至近距離にあって倍波ターゲットが検知される可能性がある場合に限って本制御を実行することができ、これにより無駄な制御が行われるのを防止することができる。

ミリ波レーダー装置の構造を示す図。 送受信手段に対して物体が接近移動しているときの送受信波の波形およびピーク周波数を示すグラフ。 図２に対応するピーク信号を示すグラフ。 本発明の原理の説明図。 実施の形態の作用説明図（Ｔｉｍｅ１）。 実施の形態の作用説明図（Ｔｉｍｅ２）。 実施の形態の作用説明図（Ｔｉｍｅ３）。 メインルーチンのフローチャート。 ステップＳ８のサブルーチンのフローチャート。 ステップＳ９のサブルーチンのフローチャート。 ステップＳ１０のサブルーチンのフローチャート。 従来例の問題点の説明図。

以下、図１〜図１１に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

先ず、図１〜図３に基づいて、ＦＭ・ＣＷ型レーダー装置Ｒの構造を説明する。

図１に示すように、レーダー装置Ｒの送受信手段Ｍは、タイミング信号生成回路１、ＦＭ変調制御回路２、発振器３、アンプ４、サーキュレータ５および送受信アンテナ６で構成される。タイミング信号生成回路１から入力されるタイミング信号に基づいて、ＦＭ変調制御回路２により発振器３の発振作動が変調制御され、図２（Ａ）に実線で示すように周波数が三角波状に変調され、発振器３からの変調された送波信号がアンプ４およびサーキュレータ５を介して送受信アンテナ６に入力され、送受信アンテナ６からＦＭ・ＣＷ波が送信される。送受信アンテナ６の前方に先行車等の物体が存在すると、該物体で反射された反射波が送受信アンテナ６で受信される。この反射波は、例えば、前方の物体が接近してくる場合には、図２（Ａ）に破線で示すように出現するものであり、送信波が直線的に増加する上昇側では送信波よりも低い周波数で送信波から遅れて出現し、また送信波が直線的に減少する下降側では送信波よりも高い周波数で送信波から遅れて出現する。

レーダー装置Ｒは、更にミキサ７、アンプ８、アンプ９、Ａ／Ｄコンバータ１０、メモリ１１および演算処理装置１２を備える。

送受信アンテナ６で受信した受信波はサーキュレータ５を介してミキサ７に入力される。ミキサ７には、サーキュレータ５からの受信波の他に発振器３から出力される送信波から分配された送信波がアンプ８を介して入力されており、ミキサ７で送信波および受信波が混合されることにより、図２（Ｂ）に示すように、送信波の周波数が直線的に増加する上昇側でピーク周波数Ｆｕｐを有し、送信波の周波数が直線的に減少する下降側でピーク周波数Ｆｄｎを有するビート信号が生成される。

ミキサ７で得られたビート信号はアンプ９で必要なレベルの振幅に増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１０によりサンプリングタイム毎にＡ／Ｄ変換され、デジタル化されたデータがメモリ１１に時系列的に記憶保持される。このメモリ１１には、タイミング信号生成回路１からタイミング信号が入力されており、そのタイミング信号に応じてメモリ１１は、送受信波の周波数が増加する上昇側および前記周波数が減少する下降側毎にデータを記憶保持することになる。

前記メモリ１１に記憶されたデータに基づいて、演算処理装置１２は、後述するように自車を基準とする物体の方向（検知角度）、距離および相対速度を算出するとともに、電子制御ユニットＵに通信する。電子制御ユニットＵで構成される車両制御手段は、演算処理装置１２からの信号を受けて、先行車との衝突を回避すべく、あるいは衝突時の被害を軽減すべく、自車を自動制動するためのブレーキアクチュエータＡａや、運転者に自発的な制動操作を促すためのブザーやランプのような警報手段Ａｂの作動を制御する。

尚、レーダー装置Ｒによるターゲットの検知は、例えば１００ｍｓｅｃのサイクルで行われる。

演算処理装置１２は、メモリ１１に記憶されたビート信号のデータをＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分析してスペクトル分布を求め、そのスペクトルデータを基に検知レベルが所定の閾値以上で極大値となるスペクトル（ピーク信号）を検出する。図３（Ａ）に示す上昇側のピーク信号と図３（Ｂ）に示す下降側のピーク信号とは、物体との相対速度が「０」であるときのピーク位置を挟んで対称的に検知される。そして上昇側のピーク周波数Ｆｕｐおよび下降側のピーク周波数Ｆｄｎに基づいて、物体の距離および相対速度を算出する。具体的には、両ピーク周波数Ｆｕｐ，Ｆｄｎの和に基づいて物体までの距離を算出し、両ピーク周波数Ｆｕｐ，Ｆｄｎの差に基づいて物体との相対速度を算出する。また物体が検知されたときの送信波の送信方向に基づいて物体の方向（検知角度）を算出する。

次に、図４に基づいて本発明の基本原理を説明する。

自車Ｖａに対して先行車Ｖｂが至近距離に存在するとき、自車Ｖａのレーダー装置Ｒから送信した電磁波は先行車Ｖｂに反射されて受信されることで、距離ａに先行車Ｖｂが検知される。この場合の先行車Ｖｂを基本波ターゲットという。一方、自車Ｖａのレーダー装置Ｒから送信した電磁波は先行車Ｖｂに反射された後に、自車Ｖａの前面で反射して前方に向かい、先行車Ｖｂに再び反射されて受信されることで、距離２ａに実際には存在しない先行車Ｖｂを検知する場合がある。この場合の先行車Ｖｂを倍波ターゲットという。この倍波ターゲットは、基本波ターゲットに対して同方向に検知されて距離が２倍になるだけでなく、相対速度も２倍になる。よって、基本波ターゲットが至近距離において非検知になったとき、倍波ターゲットと同方向であって位置および相対速度が２分の１の補間ターゲットを算出し、この補間ターゲットで非検知になった基本波ターゲットを補うことができる。

尚、電磁波が自車Ｖａおよび先行車Ｖｂ間で更に一往復反射して３倍波ターゲットが検知されることが考えられるが、実際には反射回数が多いと電磁波の減衰量が大きいため、３倍波以上のターゲットは殆ど検知されることはない。また先行車Ｖｂの距離が遠い場合には電磁波の減衰量が大きいため、倍波ターゲットが検知されるのは先行車Ｖｂの距離が至近距離（例えば、１０ｍ以下）の場合に限られる。

次に、図５〜図７に基づいて本発明の具体的なロジックを説明する。

図５（Ｔｉｍｅ１）に示すように、自車Ｖａに近い距離ａの位置に先行車Ｖｂのターゲット（基本波ターゲット）を検知した場合、その基本波ターゲットと同方向で距離が２倍の２ａの位置にダミーターゲットを設定するとともに、ダミーターゲットを中心とする所定の大きさの倍波ターゲット検索範囲を設定する。倍波ターゲット検索範囲の前後方向（自車Ｖａの進行方向）の幅は、ダミーターゲットの位置に対して±α（αは例えば１ｍ）であり、倍波ターゲット検索範囲の左右方向（自車Ｖａの進行方向に直交する方向）の幅は、ダミーターゲットの位置に対して角度が±β（βは例えば３ｄｅｇ）である。

図６（Ｔｉｍｅ２）に示すように、前記倍波ターゲット検索範囲にターゲットが検知されていれば、そのターゲットは基本波ターゲットに対応する倍波ターゲットであると判定され、その倍波ターゲットに倍波ターゲットフラグが付与される。

図７（Ｔｉｍｅ３）に示すように、前回の処理で倍波ターゲットが検知されると、その距離ｂの２分の１の距離ｂ／２の位置に補間ターゲットを設定するとともに、その補間ターゲットを中心とする所定の大きさの基本波ターゲット検索範囲を設定する。基本波ターゲット検索範囲の前後方向の幅は、補間ターゲットの位置に対して±α（αは例えば１ｍ）であり、基本波ターゲット検索範囲の左右方向の幅は、補間ターゲットの位置に対して角度が±β（βは例えば３ｄｅｇ）である。もちろん、基本波ターゲット検索範囲の位置は、自車Ｖａおよび先行車Ｖｂの位置関係の変化に応じてループ毎に更新される。

基本波ターゲット（実ターゲット）が検知されている間は、その基本波ターゲットは基本波ターゲット検索範囲に存在する筈であるが、自車Ｖａに接近することで先行車Ｖｂが非検知になると、非検知になった基本波ターゲットを補間ターゲットで置き替える。これにより、自車Ｖａおよび先行車Ｖｂの距離が小さくなって基本波ターゲットが非検知になっても、補間ターゲットを基本波ターゲットとして使用することで車両制御を支障なく継続することが可能となる。

またターゲットの検知閾値を低く設定したり、レーダー装置Ｒの出力を増加させたりする必要がないため、レーダー装置Ｒのフロアノイズを誤検知したり、路面の落下物を誤検知したりする不具合が発生することもない。しかもレーダー装置Ｒのハードウエアを変更することなく、ソフトウエアの変更のみで実現することができるので低コストである。

上記作用を図８〜図１１のフローチャートに基づいて更に詳細に説明する。

先ず図８のステップＳ１でレーダー装置Ｒの受信信号を演算処理装置１２に入力し、ステップＳ２で受信信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分析してスペクトル分布を求め、ステップＳ３でスペクトルデータを基に受信強度が所定の閾値以上で極大値となるスペクトル（ピーク信号）を検出する。続くステップＳ４で複数のピーク信号のうちの同一ターゲットに起因するものを一纏めにするグルーピング処理を行ってグルーピングデータを取得し、ステップＳ５で上昇側のグルーピングデータと下降側のグルーピングデータとのうちの同一ターゲットに起因するものをペアリングすることで、ステップＳ６でターゲットの距離および相対速度を算出する。そして前記ステップＳ６で検知したターゲットを、ステップＳ７で仮ターゲットとして決定する。

続くステップＳ８で仮ターゲットに対応する距離および相対速度が２倍の倍波ターゲットが存在するか否かを判定し、続くステップＳ９で倍波ターゲットから逆算した距離および相対速度が２分の１の補間ターゲットで基本波ターゲットを補間する。そしてステップＳ１０で最終的な出力ターゲットを決定する。

前記ステップＳ１〜ステップＳ７の処理は従来のレーダー装置における処理と実質的に同じであり、前記のステップＳ８〜ステップＳ１０が新規な部分となる。

次に前記ステップＳ８（倍波ターゲット予測処理）のサブルーチンを、図９のフローチャートに基づいて説明する。

先ずステップＳ１１で全仮ターゲットのチェックが完了していれば本ルーチンを終了し、完了していなければ、ステップＳ１２で仮ターゲットの距離が所定値（例えば、１０ｍ）未満であるか否かを判断する。前記所定値は、それ未満の距離で倍波ターゲットが検知される可能性がある値として設定される。前記ステップＳ１２で仮ターゲットの距離が所定値未満であれば、ステップＳ１３で倍波ターゲット検索範囲（図５参照）を設定する。続くステップＳ１４で倍波ターゲット検索範囲に他の仮ターゲットが存在すれば、その仮ターゲットを倍波ターゲットであると判定して倍波ターゲットフラグ（図６参照）を付与する。

次に前記ステップＳ９（基本波ターゲット補間処理）のサブルーチンを、図１０のフローチャートに基づいて説明する。

先ずステップＳ２１で全仮ターゲットのチェックが完了していれば本ルーチンを終了し、完了していなければ、ステップＳ２２で前回ループで仮ターゲットに倍波ターゲットフラグが付与されたか否かを判断する。前記ステップＳ２２で仮ターゲットに倍波ターゲットフラグが付与されていれば、ステップＳ２３で基本波ターゲット検索範囲（図７参照）を設定する。続くステップＳ２４で基本波ターゲット検索範囲に他の仮ターゲットが存在しなければ、ステップＳ２５で倍波ターゲットの距離および相対速度を２分の１にした補間ターゲット（図７参照）を算出する。

次に前記ステップＳ１０（出力ターゲット決定処理）のサブルーチンを、図１１のフローチャートに基づいて説明する。

先ずステップＳ３１で補間ターゲットフラグを付与された補間ターゲットが設定されていれば、ステップＳ３２で仮ターゲットおよび補間ターゲットを車両制御のための出力ターゲットとして出力し、前記ステップＳ３１で補間ターゲットが設定されていなければ、ステップＳ３３で仮ターゲットを車両制御のための出力ターゲットとして出力する。

以上のように、自車Ｖａおよび先行車Ｖｂの距離が接近して先行車Ｖｂに対応する基本波ターゲットがロストしたとき、倍波ターゲットの距離および相対距離を２分の１にした補間ターゲットでロストした基本波ターゲットを補うので、基本波ターゲットがロストしても車両制御を支障なく継続することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、倍波ターゲット検索範囲および基本波ターゲット検索範囲の広さは実施の形態に限定されず、適宜変更可能である。

また本発明のターゲットは実施の形態の先行車Ｖｂに限定されるものではない。

Ｍ 送受信手段
Ｖａ 自車
Ｖｂ 先行車（ターゲット）

Claims (2)

1. 送受信手段（Ｍ）により自車（Ｖａ）の進行方向に設定された所定領域に向けて電磁波を送信するとともに該電磁波がターゲット（Ｖｂ）により反射されて生じる反射波を受信し、受信された反射波に基づいて少なくともターゲット（Ｖｂ）の方向および距離を検知する物体検知方法において、
   検知されたターゲット（Ｖｂ）と同方向で距離が２倍の位置にダミーターゲットを設定する第１工程と、
   前記ダミーターゲットの位置を含む所定範囲に倍波ターゲット検知範囲を設定する第２工程と、
   前記倍波ターゲット検知範囲に検知されたターゲット（Ｖｂ）を倍波ターゲットとして判定する第３工程と、
   前記倍波ターゲットと同方向で距離が２分の１の位置に補間ターゲットを設定する第４工程と、
   前記補間ターゲットの位置を含む所定範囲に基本波ターゲット検知領域を設定する第５工程と、
   前記基本波ターゲット検知領域に基本波ターゲットが検知されない場合に前記補間ターゲットを基本波ターゲットとして出力する第６工程と、
   を含むことを特徴とする物体検知方法。
2. 前記第１工程において検知されるターゲット（Ｖｂ）は、距離が所定距離未満のターゲット（Ｖｂ）であることを特徴とする、請求項１に記載の物体検知方法。

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