JP2011047806A - 信号処理装置、レーダ装置、車両制御システム、信号処理方法、および、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】物体情報を正確に検出できるレーダ装置を提供する。
【解決手段】過去の物体検出処理において検出された物体情報の周波数を整数倍した周波数に基づいて、所定周波数範囲を設定して、アップ区間とダウン区間のそれぞれでピーク信号が所定周波数範囲内にある場合に、ピーク信号を特定ピーク信号として設定する。そして、アップ区間とダウン区間との特定ピーク信号同士をペアリングする。これにより、物体情報を正確に検出できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、送信波と受信波の情報に基づいて、物体を検出する技術に関する。

レーダ装置を用いて物体を検出する場合、送信波から得られる送信信号と、受信波から得られる受信信号とをミキシングして両者の周波数差により検出されるピーク信号から物体の相対距離と相対速度を検出する。

ピーク信号から物体の相対距離と相対速度を検出するには、送信信号と受信信号とをミキシングすることにより生じるビート信号をＡ／Ｄ変換器（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によりＡ／Ｄ変換して、マイクロコンピュータなどの信号処理装置に取り込み、信号処理装置によりビート信号にＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ 高速フーリエ変換）処理を施して周波数スペクトルを検出する。

一般的に物体の周波数スペクトルは、相対的にノイズなどの周波数スペクトルよりもパワーレベルが大きいので、所定のパワーレベルに設けられている閾値を超えた周波数スペクトルをピーク信号として検出する。そして検出されたピーク信号に基づいて、物体の相対距離、および、相対速度を検出する。

物体の相対距離、および、相対速度を検出する際に、送信信号のレベルを一定とした場合、受信信号のパワーレベルには物体の反射断面積やレーダ装置から物体までの距離、レーダ装置を搭載した車両と物体との相対速度に応じてばらつきが生じる。特に相対距離が近い物体の受信信号のパワーレベルは相対距離が遠い物体の受信信号のパワーレベルと比べて大きくなる。受信信号のパワーレベルが大きくなることにより、ミキサやＡ／Ｄ変換器を含む受信回路の飽和レベルを超えると、ビート信号は略矩形波としてサンプリングされる。

そして、略矩形波としてサンプリングされたビート信号をＦＦＴ処理すると、これに対応する周波数スペクトルが検出される。

ここで、略矩形波のビート信号から生成される周波数スペクトルには、ある実在する物体に係る周波数スペクトルとともに、その物体に係る周波数の整数倍の周波数スペクトルとが含まれている。そして、略矩形波のビート信号から生成される周波数スペクトルのパワーレベルはＡ／Ｄ変換器を含む受信回路の飽和レベルに対応して、他の周波数スペクトルのレベルよりも大きいので、ピーク信号として検出するための閾値を超える。その結果、実在しない物体の相対距離、相対速度が誤検出されて、車両制御に支障をきたすおそれがある。

また、物体との相対距離が近い場合、送信波の一部が物体に対して多重反射して、物体からの複数回の反射により検出されるビート信号とが発生する。その結果、物体からの１回の反射により検出されるビート信号に対応する周波数スペクトルと、物体からの複数回の反射により検出されるビート信号に対応する周波数スペクトルがピーク信号を検出するための閾値を超えると、物体として実在しないピーク信号が検出される。その結果、実在しない物体の相対距離、相対速度が誤検出され、車両制御に支障をきたすおそれがある。

以上のような問題に対して、従来は送信信号のレベルを予め低下させることで、受信信号のレベルを低下させる方法が提案されている。

また、飽和レベルが大きい受信回路を用いることで、整数倍した周波数スペクトルがピーク信号として検出されることを回避する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−１３３１４４号公報

しかしながら、車両との相対距離の近い物体の周波数スペクトルのパワーを検出する閾値は、相対距離の近い物体のピーク信号を整数倍した周波数スペクトルのパワーを検出する閾値と比較して大きい値に設定されている。これは、送信波や受信波を周波数変調させることにより生じるノイズや、ハード機器から生じるノイズなどの影響により発生する周波数スペクトルが、低い周波数帯に多く発生することに伴い、このようなノイズを誤って物体のピーク信号として検出することを防止するためである。

したがって、受信信号のレベルを低下させることにより、相対距離の近い物体の周波数スペクトルは、周波数スペクトルのパワーを検出する閾値の値が大きいため閾値を下回ってピーク信号として検出されず、相対距離の近い物体のピーク信号の整数倍の周波数スペクトルは、閾値の値が小さいため閾値を上回りピーク信号として検出される。そのため、物体を検出するために送受信における所定の区間のピーク信号同士をペアリングして物体情報を検出するペアリング処理において、実在しない物体に係るピーク信号と、実在する物体に係るピーク信号との誤ったペアリングが行われる可能性がある。その結果、誤った車両制御につながるおそれがある。さらに、特許文献１に記載されているような飽和レベルが大きい受信回路を用いることはレーダ装置のコスト高につながるので望ましくない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ミスペアリングをなくすことで物体情報を正確に検出できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、所定周期で周波数が変わる送信信号と該送信信号に基づく送信波の物体での反射波を受信した受信信号との差分周波数を示すピーク信号を、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間と周波数が下降する第２期間とで導出し、前記第１期間及び前記第２期間のピーク信号をペアリングすることで当該ピーク信号に係る物体情報を検出する物体検出処理を行う信号処理装置であって、前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、過去の物体検出処理において検出された前記物体情報に係る前記ピーク信号の整数倍の周波数に基づいて、所定周波数範囲を設定する範囲設定手段と、前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、前記ピーク信号が前記所定周波数範囲内にある場合に、前記ピーク信号を特定ピーク信号として設定する信号設定手段と、前記第１期間及び前記第２期間の特定ピーク信号同士をペアリングするペアリング手段と、を備えている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の信号処理装置において、前記特定ピーク信号同士をペアリングした場合に、当該特定ピーク信号に係る物体情報を特定物体情報として設定する手段と、連続する複数回の物体検出処理において、前記特定物体情報が連続して検出されているかを判定する手段と、をさらに備えている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の信号処理装置において、前記信号処理装置は車両に搭載されるものであり、前記車両の速度を取得する手段、をさらに備え、前記信号設定手段は、前記車両の速度が所定の速度よりも小さい場合にのみ、特定ピーク信号を設定することを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の信号処理装置と、前記送信波を出力し、前記反射波を受信する手段と、前記物体検出処理で検出した物体情報を、該物体情報を利用する電子制御装置に出力する手段と、を備えている。

また、請求項５記載の発明は、請求項４に記載のレーダ装置と、前記レーダ装置から出力された物体情報に基づいて車両を制御する手段と、を備えている。

また、請求項６記載の発明は、所定周期で周波数が変わる送信信号と該送信信号に基づく送信波の物体での反射波を受信した受信信号との差分周波数を示すピーク信号を、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間と周波数が下降する第２期間とで導出し、前記第１期間及び前記第２期間のピーク信号をペアリングすることで当該ピーク信号に係る物体情報を検出する物体検出処理を行う信号処理方法であって、前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、過去の物体検出処理において検出された前記物体情報に係る前記ピーク信号の整数倍の周波数に基づいて、所定周波数範囲を設定する範囲設定工程と、前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、前記ピーク信号が前記所定周波数範囲内にある場合に、前記ピーク信号を特定ピーク信号として設定する信号設定工程と、前記第１期間及び前記第２期間の特定ピーク信号同士をペアリングするペアリング工程と、を備えている。

また、請求項７記載の発明は、所定周期で周波数が変わる送信信号と該送信信号に基づく送信波の物体での反射波を受信した受信信号との差分周波数を示すピーク信号を、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間と周波数が下降する第２期間とで導出し、前記第１期間及び前記第２期間のピーク信号をペアリングすることで当該ピーク信号に係る物体情報を検出する物体検出処理を行う信号処理装置に含まれるコンピュータによって実行可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータに、前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、過去の物体検出処理において検出された前記物体情報に係る前記ピーク信号の整数倍の周波数に基づいて、所定周波数範囲を設定する範囲設定工程と、前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、前記ピーク信号が前記所定周波数範囲内にある場合に、前記ピーク信号を特定ピーク信号として設定する信号設定工程と、前記第１期間及び前記第２期間の特定ピーク信号同士をペアリングするペアリング工程と、を実行させることを特徴としている。

請求項１ないし７の発明によれば、過去に検出された物体情報に係るピーク信号の整数倍の周波数に基づいて、実在しない物体の可能性が高いピーク信号を特定ピーク信号として設定し、第１期間及び前記第２期間の特定ピーク信号同士をペアリングする。このため、実在しない物体に係るピーク信号と、実在する物体に係るピーク信号との誤ったペアリングが行われる可能性が無くなり、物体情報を正確に検出できる。

また、特に請求項２の発明によれば、複数回の連続する物体検出処理ごとに検出された物体の連続性を判定して、物体の状況にあわせて車両を制御する場合に、実在しない物体の可能性が高い特定物体情報同士で連続性を判定する。これにより、実在しない物体に係る物体情報と、実在する物体に係る物体情報とで誤って連続性の判定を行うことを防止できる。

また、特に請求項３の発明によれば、車両が低速で走行している場合は、車両の近距離に検出される物体が多く存在している。そのため、車両が低速走行している場合は倍波が発生する可能性が大きいことから、その場合に特定ピーク信号を設定することで物体情報を正確に検出できる。

また、特に請求項４の発明によれば、正確なペアリングに基づいて、連続性判定が行われた物体情報を電子制御装置に出力できる。

また、特に請求項５の発明によれば、レーダ装置によって検出された正確な物体情報に基づいて、車両制御を行うことによりユーザに対して安全性の高い車両制御を提供できる。

図１は、車両１の全体図である。 図２は、物体検出システムブロック図である。 図３は、ＦＭ−ＣＷ信号とビート信号を示す図である。 図４は、倍波グループ検出処理を示す図である。 図５は、ペアリング処理を示す図である。 図６は、連続する複数回の物体検出処理を示す図である。 図７は、物体検出処理のフローチャートである。 図８は、基本波物体情報設定処理を示す図である。 図９は、基本波物体情報設定処理のフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

＜１．構成＞
図１は、車両１の全体図である。車両１は、本実施形態の物体検出システムが備える要素であるレーダ装置２と、電子制御装置３とを備えている。レーダ装置２は車両前方のフロント部分に設けられている。レーダ装置２は検出範囲Ｒ１の範囲を走査して、車両１と物体との相対距離、および、相対速度を算出するとともに、車両１からみた物体の角度を算出する。なお、レーダ装置２の搭載位置は車両前方のフロント部分に限らず、車両１の後方や側方でもよい。

電子制御装置３は、レーダ装置２の物体の検出結果に応じて、車両１の車両制御を行う。車両制御の例としては、前方の車両に追従して走行する場合のアクセル制御やブレーキ制御、衝突防止のブレーキ制御がある。また、衝突時にシートベルト４を矢印方向に移動させて、乗員を座席に固定して衝撃に備えたり、衝突時にヘッドレスト５を矢印方向に移動させて乗員の身体へのダメージを軽減する。

図２は物体検出システムブロック図である。物体検出システム１０は、レーダ装置２と電子制御装置３とが電気的に接続して構成されている。また、物体検出システム１０の電子制御部３は、車速センサ３０、ステアリングセンサ３１、および、ヨーレートセンサ３２などの車両１に設けられる各種センサと電気的に接続されている。さらに、電子制御部３はブレーキ４０、スロットル４１、および、警報器４２などの車両１に設けられる車両制御装置と電気的に接続されている。

レーダ装置２は、信号処理部１１、変調部１２、ＶＣＯＶｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）１３、方向性結合器１４、平面アンテナ１５、ミキサ１６、フィルタ１７、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１８、モータ駆動回路１９、モータ２０、および、エンコーダ２１を備える。なお、平面アンテナ１５は送信アンテナ１５ａ、および、受信アンテナ１５ｂより構成されている。また、以下に述べる実施の形態では、レーダ装置２のアンテナ走査方式をメカスキャン方式として説明を行なうが、物体の方向推定にＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇなどの方式を採用するアンテナ固定の電子スキャン方式についても本発明は適用できる。

レーダ装置２による物体検出は、信号処理部１１からの信号に基づき、変調部１２が予め定められた周波数帯の変調信号を生成する。この変調信号はＶＣＯ１３により送信信号に変換され、方向性結合器１４を介して送信波として送信アンテナ１５aの平面アンテナ１５から出力される。

平面アンテナ１５から出力された送信波は物体にあたって反射し、反射波として平面アンテナ１５に受信される。この受信された反射波と発振信号は方向性結合器１４を介して、ミキサ１６でミキシングされる。

送信信号とミキシングされた受信信号は、物体からの相対距離や相対速度の情報を含むビート信号であり、フィルタ１７によりフィルタリングされ、レーダ装置２を備えた車両１から物体までの相対距離や相対速度の情報を含む帯域のビート信号が検出される。

フィルタ１７により所定の周波数帯にフィルタリングされたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器１８によりアナログ信号からデジタル信号に変換された後、信号処理部１１に入力される。

また、レーダ装置２は平面アンテナ１５を所定の角度範囲で走査させる。平面アンテナ１５の角度は、レーダ装置２を車両１の前方のバンパー部分に備え、前方車両が車両１の真正面に位置している場合に、平面アンテナ１５が前方車両と垂直の状態にある場合を０度とする。例えば、平面アンテナ１５は０度の状態から左右にそれぞれ１５度ずつ走査する。この平面アンテナ１５の走査はモータ駆動部１９とモータ２０を用いて行われ、平面アンテナ１５の走査に伴うエンコーダ２１の図示しないスリットの通過数と通過方向の情報を信号処理部１１へ出力する。

信号処理部１１にはレーダ装置２の各部の制御と、電子制御部３とのデータの送受信を行う場合に情報処理を行うＣＰＵ１１ａと、ＣＰＵ１１ａの処理に用いられるプログラムが格納されているメモリ１１ｂが備えられている。ＣＰＵ１１ａの各種の機能は、このプログラムを実行することで実現される。Ａ／Ｄ変換部１８から出力された信号に基づいて、車両１からの物体の相対距離や相対速度を検出する。また、エンコーダ２１から出力される情報により車両１からみた物体の角度を検出する。このようにそれぞれ物体情報のパラメータ値として検出する。

本実施の形態では、レーダ装置２で検出される物体の情報を物体情報といい、この物体情報のパラメータ値として、相対距離、相対速度、および、角度などが存在している。物体情報のパラメータ値のうち、相対距離及び相対速度は、距離に関するものであるため、距離パラメータ値であるともいえる。

また、信号処理部１１のメモリ１１ｂには物体検出処理により検出された物体情報などの複数のデータが格納されている。

信号処理部１１と電気的に接続されている電子制御部３はＣＰＵ３ａとメモリ３ｂを備えており、ＣＰＵ３ａは車両１の各部の制御と、信号処理部１１とのデータの送受信を行う際に情報処理を行う。また、メモリ３ｂはＣＰＵ３ａの処理に用いられるプログラムが格納されており、さらに、信号処理部１１から送信された物体情報のデータも格納されている。またＣＰＵ３ａの各種機能は、このプログラムを実行することで実現される。

この電子制御装置３にはブレーキ４０、スロットル４１、および、警報器４２が電気的に接続されており、物体情報に応じてこれらを制御することで、車両１の動作が制御される。例えば、警報器４２は車両１と物体との距離が接近している場合に警報を発してドライバーに異常を報知する。また、車両１と物体とが衝突する可能性がある場合は、ブレーキ４０を作動させて車両１の速度を低下させたり、スロットル４１を絞って、エンジンの回転数を低下させる。

さらに、電子制御部３には車両１の速度を検出する車速センサ３０、ステアリングホイールの操舵角を検出するステアリングセンサ３１、および、車両１の旋回速度を検出するヨーレートセンサ３２が接続されている。なお、ステアリングセンサ３１とヨーレートセンサ３２の両方を使用することで、ステアリング操作に応じた車両１の旋回方向、および、車両１の旋回速度を検出することが可能となる。そのため、両方のセンサを備えていることが好ましいが、ステアリングセンサ２９またはヨーレートセンサ３０のどちらか一方でも車両１の旋回方向を検出することは可能である。

また、平面アンテナ１５にて送受信される送信波および受信波は、電波、レーザ、または、超音波などの信号であり、平面アンテナ１５から送信され、物体にあたってはね返り、反射波として受信することで、物体情報を検出できるものであればよい。

さらに、本実施の形態ではアンテナを平面アンテナ１５としているが、送信波を出力し、送信波の物体からの反射波を受信可能なアンテナであれば、平面アンテナ１５以外にレンズアンテナ、または、反射鏡アンテナ等であってもよい。また、送信アンテナ１５ａと受信アンテナ１５ｂとを別々の構成として述べているが、１本のアンテナで送信、および、受信の両方を行なうことができる送受信兼用のアンテナを用いてもよい。

次に、物体検出処理において用いられる信号処理の一例としてＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）のレーダ方式について説明する。なお、下記に記載の式や図３に示すＦＭ−ＣＷ信号とビート信号についての各記号は以下に示すものである。ｆ_ｂ：ビート周波数、ｆｓ：周波数、ｆ_ｒ：距離周波数、ｆ_ｄ：速度周波数、ｆ_ｏ：送信波の中心周波数、△ｆ：周波数偏移幅、ｆ_ｍ：変調波の繰り返し周波数、Ｃ：光速（電波の速度）、Ｔ：物体までの電波の往復時間、Ｒ：物体までの距離、ｖ：物体との相対速度。

図３上図はＦＭ−ＣＷの送信信号および受信信号の信号波形を示す図である。また、図３下図は送信信号と受信信号との差分周波数により生じるビート周波数を示す図である。送信波と受信波との関係は、レーダ装置２を備えた車両１と物体との間の距離、および、相対速度によるドップラーシフトに応じてずれを生じる。

図３上図は横軸を時間とし、縦軸を周波数を示している。図中、実線で示す送信信号は、所定周期で周波数が変わる性質を有しており、周波数が上昇するアップ区間と、送信波が所定の周波数まで上昇した後に所定の周波数まで下降するダウン区間がある。そして、送信信号は、所定の周波数まで下降した後に再度所定の周波数まで上昇をするように一定の変化を繰り返す。また、送信信号は物体にあたって反射した後に受信され、同図の破線で示すような受信波となる。受信信号についても送信信号とおなじようにアップ区間とダウン区間が存在する。なお、本実施形態で用いられる周波数帯の例としては７６Ｇｈｚ帯の周波数があげられる。

また、車両１と物体との距離に応じて、送信信号に比べて受信信号に時間的な遅れ（Ｔ＝２Ｒ／Ｃ）が生じる。さらに、車両１と物体との間に速度差を有する場合は、送信信号に比べて受信信号が周波数ｆｓの軸に平行にシフトする。このドップラーシフト分がｆｄとなる。

図３下図は横軸を時間、縦軸をビート周波数として、式（１）に基づいてビート周波数を算出するものである。
ｆ_ｂ＝ｆ_ｒ±ｆ_ｄ＝（４・△ｆ・ｆ_ｍ／Ｃ）Ｒ＋（２・ｆ_０／Ｃ）ｖ ・・・（１）
なお、式（１）に示されるビート信号を後述するＦＦＴ処理することで、周波数スペクトルを検出する。この検出された周波数スペクトルの中から所定の閾値を超えた周波数スペクトルをピーク信号として検出し、車両１と物体との相対距離、および、相対速度を算出する。

ＦＦＴ処理により検出されたピーク信号のうち同じ物体のピーク信号を１つのグループとする処理をグルーピングという。このグルーピングがなされたピーク信号のグループのうち基準となるグループの周波数を略整数倍した範囲にあるグループを検出する倍波グループを検出する処理を図４に示す。

図４にはＦＦＴ処理後のピーク抽出処理により抽出されたピーク信号が、横軸Ｘ軸を角度（単位ｄｅｇ）、縦軸Ｙ軸を周波数（単位ｋｈｚ）とする領域に示されている。また、横軸は前方車両が車両１の真正面に位置している場合に、平面アンテナ１５が前方車両と垂直の状態にある場合を０度とし、左側をマイナスの角度、右側をプラスの角度とする。縦軸は車両１からの距離が離れるほど高い周波数を示す。また、各ピーク信号はグルーピングされており、アップ区間、ダウン区間それぞれにグルーピングされたピーク信号が示されている。

なお、ピーク信号をグルーピングする処理はその信号の強度（パワー）、角度、周波数から関連する複数のピーク信号をひとつの物体の情報としてまとめてグルーピングする。図４に示すアップ区間ではピーク信号がグルーピングされたグループＡ１、Ｂ１、Ｃ１、および、Ｄ１が示され、ダウン区間では同じくピーク信号がグルーピングされたグループＡ２、Ｂ２、Ｃ２、および、Ｄ２が示されている。

そして、アップ区間では、最も低い周波数の値であるグループＡ１を基本波グループとして、倍波グループ範囲αを設定する。ここで、倍波とは所定の周波数に基づいて、整数倍された周波数の値に周波数スペクトルが発生して、その周波数スペクトルが所定の閾値を超えてピーク信号として検出された場合に発生するものであり、本来であれば物体として存在しないにもかかわらずピーク信号として検出されるものである。

なお、本実施形態では基本波グループのグループＡ１は他のグループを検出したのと同じ物体検出処理としているが、この基本波グループは過去の物体検出処理において検出された物体情報に係るピーク信号のグループとしてもよい。

本実施形態の倍波グループ範囲αは、Ｙ軸方向にグループＡ１の周波数ｆ１から２倍した周波数（ｆ１×２）で、その周波数よりも高い周波数に約２．０ｋｈｚ、低い周波数に約１．０ｋｈｚの幅を設けている。また、Ｘ軸方向には前方車両が車両１の真正面に位置している場合に、平面アンテナ１５が前方車両と垂直の状態にある場合を０ｄｅｇとすると、左右に例えば±４ｄｅｇの合計８ｄｅｇの範囲を倍波グループ範囲αとするものである。

この倍波グループ範囲αにはグループＢ１とグループＣ１とが含まれている。これらのグループを特定ピーク信号グループとして設定する。設定の例としては倍波グループフラグをオン状態とすることがあげられる。これにより、本来物体としては存在しない倍波の特定ピーク信号のグループと、物体のピーク信号のグループとの判別が容易となる。

また、ダウン区間においても最も低い周波数の値であるグループＡ２のピーク信号のグループを基本波グループとして、倍波グループ範囲βを設定する。なおアップ区間とダウン区間で倍波グループ範囲の周波数が異なるのは、アップ区間とダウン区間の時間差によるピーク信号の移動に伴うものである。他の範囲設定条件はアップ区間と同じである。なお、本実施例では、アップ区間とダウン区間の基本波グループを１つとしたが、基本波グループを２つ以上として倍波グループを検出することも可能である。

さらに、グルーピング処理を行わずにＦＦＴ処理によりピーク信号を抽出した後に以下に述べるペアリング処理を行う場合は、ペアリング処理時に基本波と倍波に相当するピーク情報を上記の倍波グループ範囲を設定する方法と同様の方法で設定し、所定の範囲内にあるピーク信号を特定ピーク信号として設定する。

次に、図５は図４で述べたアップ区間の各グループとダウン区間の各グループとをペアリングする処理を示している。Ｙ軸とＸ軸の内容は上述の図４での説明と同じである。ペアリング処理については、アップ区間のグループＡ１はダウン区間のグループＡ２とペアリングされ、アップ区間のグループＤ１はダウン区間のグループＤ２とペアリングされる。ペアリングは、アップ区間とダウン区間にある各グループの周波数、角度、特定ピーク信号グループの設定状態（倍波グループフラグがオン状態か否か）などの条件に基づいて行われる。アップ区間のグループＢ１とダウン区間のグループＢ２とは倍波グループフラグがオン状態であることから、周波数、および、角度などのその他のペアリングの条件を満たせば、ペアリングが実施される。このペアリングがされたグループのデータは、物体情報として信号処理部１１のメモリ１１ｂに記憶される。ペアリングされなかったグループのデータはメモリ１１ｂには保存されない。特に、倍波グループフラグがオン状態のグループ同士でペアリングされたもののデータは、特定物体情報として信号処理部１１のメモリ１１ｂに記憶される。この場合は、記録される物体情報のフラグである倍波ペアフラグがオン状態とされ、特定物体情報であることが示される。

アップ区間のグループＣ１とダウン区間のグループＣ２とは、グループＣ１のみ倍波グループフラグがオン状態でグループＣ２は倍波グループフラグがオン状態ではないためペアリングは実施されない。

図６は、連続する複数回の物体検出処理において、継続的に同一物体が検出されているかを判定する処理を示した図である。なお、上記図４、および、図５ではアップ区間とダウン区間の検出範囲をそれぞれ示したが、図６ではアップ区間とダウン区間のそれぞれのデータがペアリングの処理により物体情報、または、特定物体情報としてメモリ１１ｂに記憶された後のデータが表示されており、物体情報、および、特定物体情報のデータが連続する複数回の物体検出処理ごとに検出されていることを示すものである。

メモリ１１ｂに記憶されているデータのうち、前回検出データには物体情報Ａ３、特定物体情報Ｂ３、および、物体情報Ｄ３がある。また、今回検出データには物体情報Ａ４、特定物体情報Ｂ４、および、物体情報Ｄ４がある。

そして、前回検出データの物体情報Ａ３と今回検出データの物体情報Ａ４、前回検出データの特定物体情報Ｂ３と今回検出データの特定物体情報Ｂ４、および、前回検出データの物体情報Ｄ３と今回検出データの物体情報Ｄ４とが、連続する複数回の物体検出処理において、継続的に検出されている同一物体である。その中でも、特定物体情報Ｂ３と特定物体情報Ｂ４はそれぞれ倍波ペアフラグがオン状態となっていることから、連続性を有する今回検出データの特定物体情報Ｂ４の倍波判定フラグオン状態がなり、メモリ１１ｂに記憶される。

なお、今回検出データ内に前回検出データにはない新規の物体情報、または、特定物体情報が検出された場合は、それらの物体情報をメモリ１１ｂに記憶しておき、次回以降の検出データと比較して継続的に同一物体が検出されているかの判定を行う。

このように連続する複数回の物体検出処理において、継続的に同一物体が検出された場合は、レーダ装置２から電子制御装置３に物体情報、または、特定物体情報が送信され、電子制御装置３により各部の車両制御を行うためのデータとして使用される。これにより、物体の誤検出を防止することができ、レーダ装置２によって検出された正確な物体情報に基づいて、車両制御を行うことによりユーザに対して安全性の高い車両制御を提供できる。

＜２．動作＞
次に、物体検出処理について図７のフローチャートを用いて説明する。

レーダ装置２の平面アンテナ１５から送信された送信波が物体にあたってはねかえり、受信した受信波をアップ区間およびダウン区間ごとにＦＦＴ処理することで周波数スペクトルが検出される（ステップＳ１０１）。

検出された周波数スペクトルをノイズと区別するために所定の値の閾値（例えば、１３ｋｈｚ以上をピーク信号とする閾値）を設けて、閾値を超えた周波数スペクトルをピーク信号として抽出する（ステップＳ１０２）。

そして、抽出されたピーク信号をその周波数や信号のパワーに応じて、１つの物体からの情報のグループとしてグルーピングを行う（ステップＳ１０３）。具体的には図４に示すピーク信号をグルーピングしたものがこれにあたる。

グルーピングを行った後、メモリ１１ｂに記憶されている過去の物体情報から所定の条件に当てはまる物体情報を検索する。ここで所定の条件に当てはまる物体情報とは、例えば車両１から物体までの距離が１０ｍ以下で、かつ、車両１との距離が最も近い物体のように、車両１との距離が近く車両１の制御対象となり得る物体情報をいう。

所定の条件に当てはまる過去の物体情報がある場合（ステップＳ１０４がＹｅｓ）は、過去のデータの所定の条件に当てはまる物体情報から、その物体情報の略整数倍の距離パラメータ値を有する特定物体情報を検出するための処理を行う。具体的には、まず、特定ピーク信号グループにあたる倍波グループデータを検出するための倍波グループ範囲を設定する（ステップＳ１０５）。この倍波グループ範囲は図４に示したもので、アップ区間ではグループＡ１の周波数をＹ軸方向に整数倍（ｆ×２）した周波数で、その周波数よりも高い周波数に約２．０ｋｈｚ、低い周波数に約１．０ｋｈｚの幅を設けている。また、Ｘ軸方向には前方車両が車両１の真正面に位置している場合に、平面アンテナ１５が前方車両と垂直の状態にある場合を０度とし、左右４度ずつの合計８ｄｅｇを倍波グループ範囲とするものである。

設定した倍波グループ範囲内にグループが存在すれば（ステップＳ１０６がＹｅｓ）、対象のグループの倍波グループフラグをオン状態とする（ステップＳ１０７）。図４ではアップ区間の倍波グループ範囲αにはグループＢ１とグループＣ１が含まれており、ダウン区間の倍波グループ範囲βにはグループＢ２が含まれている。設定した倍波グループ範囲内にグループが存在しなければ（ステップＳ１０６がＮｏ）、対象グループがないためいずれのグループに対しても倍波グループフラグをオン状態とはしない。

倍波グループの有無の判定が終了後、図５に示したアップ区間の各グループとダウン区間の各グループとのペアリングを行う（ステップＳ１０８）。ペアリングの対象となるグループの中で一方の区間で倍波グループフラグがオン状態のグループは、他方の区間で倍波グループがオン状態のグループとのみペアリングを行う。これにより、物体として存在しているピーク信号と、物体として存在していないピーク信号とを誤ってペアリングすることを防止できる。

このように、倍波グループフラグがオン状態のグループがアップ区間とダウン区間のそれぞれに存在する場合（ステップＳ１０９がＹｅｓ）のみ、両者のペアリングを行って、倍波ペアフラグをオン状態とする（ステップＳ１１０）。なお、倍波グループフラグがオン状態ではない（オフ状態の）グループ同士のペアリングは周波数や角度の情報に基づいて行われる。

ペアリング処理において、アップ区間とダウン区間の両方に倍波グループフラグがオン状態のグループが存在しない場合（ステップＳ１０９がＮｏ）は、ペアリングしたグループに対して倍波ペアフラグをオン状態とはせずに、物体情報としてメモリ１１ｂにデータを記憶する。そして、メモリ１１ｂ内に複数回の物体検出処理データがある場合（ステップＳ１１１がＹｅｓ）は、物体の連続性判定を行う（ステップＳ１１２）。

ここで、物体の連続性判定とは、物体検出処理においてペアリングにより物体情報、または、特定物体情報としてメモリ１１ｂに記憶されたデータが、複数回の物体検出処理において同一物体に係る物体情報が連続的に検出されているかを判定する処理である。なお、連続性判定の処理の中で倍波グループを算出するもととなった基本波の物体情報を設定する処理については、後に詳述する。

これにより、倍波ペアフラグがオン状態の物体情報同士が複数回の物体検出処理において連続的に検出されているか否かを判定することができ、倍波ペアフラグがオン状態の物体情報と倍波ペアフラグがオフ状態の物体情報との誤った連続性判定を行うことを防止できる。なお、複数回の物体検出処理データがメモリ１１ｂに記憶されていない場合（ステップＳ１１１がＮｏ）は、新たな物体検出処理を初めから行う。

連続性判定により、倍波ペアフラグがオン状態の物体情報に連続性があれば（ステップＳ１１３がＹｅｓ）、連続性を有する対象に対して倍波判定フラグをオン状態とする（ステップＳ１１４）。また、倍波ペアフラグがオン状態の物体情報に連続性がなければ（ステップＳ１１３がＮｏ）、いずれの対象のデータに対しても倍波判定フラグをオン状態とはせずに次の処理へ進む。

そして、連続性が所定回数以上となれば（ステップＳ１１５がＹｅｓ）、メモリ１１ｂに記憶された複数の物体情報を組み合わせて一個の物体の情報とする物体結合を行い（ステップＳ１１６）、電子制御装置３へ物体情報を出力する（ステップＳ１１７）。ここで、連続性が所定回数以上とは、例えば２回または３回以上連続して同一物体に係る物体情報、または、特定物体情報が検出されている場合をいう。

これにより、物体に対する車両制御を正確に行うことができ、ユーザに対して安全性の高い車両制御を提供できる。

また、これまで述べた倍波グループに対する倍波グループフラグオン状態、倍波ペアに対する倍波ペアフラグオン状態、および、連続性を有する倍波グループペアに対する倍波判定フラグオン状態などの倍波判定処理を車両が低速走行中の場合にモードを通常物体情報検出のモードから倍波に係る特定物体情報検出のモードへの切替えを行うことも可能である。ここで、低速走行とは例えば車速センサ３０からの情報により、車両１が１０ｋｍ／ｈ以下で走行している場合をいい、このような場合に倍波に係る特定物体情報を検出するモードを作動させる。これにより、低速走行中で車両１から距離が近い位置に物体が多く存在する場合、言い換えれば倍波の出現する確率が高い場合に、このような処理を行うことにより、倍波グループと倍波ではない通常のグループとのペアリングの防止や、倍波ペアリングフラグがオン状態の物体情報と倍波ではない通常の物体情報との誤った連続性判定を防止することができる。また、これにより、物体検出システムの使用環境の拡大が図れ、ユーザに対して安全な車両制御を提供できる。

次に、上記で説明を行った連続性判定（ステップＳ１１２）の中の基本波物体情報設定処理について図８を用いて説明する。図８の前回検出データには、信号処理装置１１のメモリ１１ｂに記憶されている物体情報Ａ３、特定物体情報Ｂ３、物体情報Ｄ３が示されている。これらの物体情報は物体検出処理により検出された物体情報であり、その中で物体Ａ３は基本波判定フラグがオン状態となっており、特定物体情報Ｂ３は倍波判定フラグがオン状態となっている。ここで、基本波判定フラグは、上記倍波グループ、倍波グループペアなどの倍波に係るデータを検出する基準となった物体情報に対してオン状態となるものである。

そして、次の物体検出処理で倍波判定フラグがオン状態となっている物体情報と同じ角度で、距離パラメータ値である相対距離と相対速度の各々を半分（２分の１）とした位置で、その位置からＹ軸方向に前後約１メートルの幅を有し、上述の倍波グループ判定における角度と同じ、車両正面を０度とした±４度の範囲である予測基本波範囲γに基本波フラグオン状態の物体情報が存在するかを判定する。

予測基本波範囲γ内に基本波判定フラグがオン状態となっている物体情報が検出されていない場合、言い換えれば連続的な物体検出処理において、継続的に基本波に係る物体情報が検出されていない場合は、上述の倍波判定フラグがオン状態となっている物体情報の距離パラメータ値である相対距離と相対速度とを半分とした同一角度の位置に基本波判定フラグをオン状態とする物体情報Ａ４を仮想的に設定する。これにより、物体検出処理ごとの同一物体の継続的な判定処理を連続的に行うことができる。また、基本波とされた車両制御の必要性の高い物体情報が車両の周辺に存在しているにもかかわらず、車両制御の対象としないことを防止する。

さらに、物体検出処理により検出された物体情報を信号処理装置１１のメモリ１１ｂに記憶する処理において、複数回の物体検出処理で同一物体に係る物体情報が連続的に検出されなかった場合はメモリ１１ｂに記憶した物体情報を削除する。

しかし、車両１との相対距離が近い物体に係る周波数スペクトルは、距離に比例して低い周波数帯（例えば１３ｋｈｚ以下）にあり、このように低い周波数帯には送信波や受信波を周波数変調させることにより生じるノイズや、ハード機器から生じるノイズなどの影響により発生する周波数スペクトルが多く発生する。これにより、ピーク信号を検出するための閾値は高いパワーの値に設定されており、複数回の連続的な物体検出処理において、車両に近いピーク信号を継続的に検出できない場合がある。

そのため、複数回の連続的な物体検出処理において、継続的な検出ができない場合で、メモリ１１ｂに記憶している基本波判定フラグがオン状態となっている物体情報の削除処理を行う場合のみ、倍波判定フラグがオン状態となっている特定物体情報から予測基本波範囲γの範囲内に予測物体情報を仮想的に物体情報として設定することもできる。

これにより、物体として存在しているにもかかわらず、メモリ１１ｂから物体情報を消去してしまう不具合を防止し、ユーザに対して安全な車両制御を提供することができる。

次にこれまで述べた基本波物体情報設定処理を図９のフローチャートを用いて説明する。まず、連続判定処理においてメモリ１１ｂに記憶している過去の検出データに基本波判定フラグがオン状態かを判定し（ステップＳ２０１）、基本波判定フラグがオン状態の場合（ステップＳ２０１がＹｅｓ）は、次に、今回の物体検出処理で倍波判定フラグがオン状態が存在するかを判定する（ステップＳ２０２）。なお、過去の検出データに基本波判定フラグがオン状態のデータがない場合（ステップＳ２０１がＮｏ）は、処理を終了する。

倍波判定フラグがオン状態のデータがある場合（ステップＳ２０２がＹｅｓ）は、予測基本波範囲γを設定する（ステップＳ２０３）。この予測基本波範囲は上述のように倍波判定フラグがオン状態の物体情報の距離パラメータ値である相対距離と相対速度の各々を半分（２分の１）とする同一角度の位置でその位置からＹ軸方向に前後約１メートルの幅を有し、上述の倍波グループ判定における角度と同じ車両正面を０度とした±４度の範囲である。なお、倍波判定フラグがオン状態でない場合（ステップＳ２０２がＮｏ）は、処理を終了する。

予測基本波範囲γを設定後、基本波判定フラグがオン状態の物体情報の検出処理を行う（ステップＳ２０４）。この基本波検出処理により基本波判定フラグがオン状態となっている物体情報が検出されれば（ステップＳ２０５がＹｅｓ）、この基本波判定フラグがオン状態となっている物体情報を基本波物体情報として設定する。（ステップＳ２０６）。

基本波判定フラグがオン状態となっている物体情報が検出されない場合（ステップＳ２０５がＮｏ）は、予測基本波範囲γ内に倍波判定フラグがオン状態のデータに基づいて算出した予測基本波物体情報を、連続性判定の判定対象とする基本波物体情報として設定する（ステップＳ２０７）。これにより、基本波とされた車両制御の必要性の高い物体情報が車両の周辺に存在しているにもかかわらず信号処理装置１１のメモリ１１ｂから削除されるのを防止することができ、ユーザに対する安全な車両制御を提供することができる。

また、基本波フラグがオン状態となっている物体情報が検出されない場合に、予測基本波範囲γ内に倍波判定フラグがオン状態のデータに基づいて算出した予測基本波物体情報を基本波物体情報として設定する処理は、メモリ１１ｂに記憶されている物体情報が、複数回の連続する物体検出処理において継続的に検出されない場合で、メモリ１１ｂ物体情報を削除する処理を行う場合にのみ実行することが可能である。

これにより、車両制御対象の物体情報をメモリ１１ｂから誤って消去することを回避し、ユーザに対する安全な車両制御を提供できる。

また、基本波物体設定処理を低速走行中のみ行うことも可能である。ここで、低速走行とは例えば車両１が１０ｋｍ／ｈ以下で走行している場合をいう。これにより、車両１からの距離が近い位置にある物体の情報、つまり基本波のデータが複数回の連続する物体検出処理において継続的に検出されない場合は、倍波判定フラグがオン状態となっている物体情報から、予測基本波物体情報を算出して基本波物体情報として設定する。または、基本波判定フラグがオン状態の物体情報があれば、その物体情報を基本波物体情報として設定する基本波物体情報設定処理を行う。これにより、ユーザに対して安全な車両制御を提供できる。

なお、上記では、物体情報の距離パラメータ値として相対距離と相対速度との双方を用いていたが、いずれかのみであってもよい。また、物体情報の距離パラメータ値として、検出元となったピーク信号が示す周波数を用いてもよい。

１・・・・・車両
２・・・・・レーダ装置
３・・・・・電子制御部
４・・・・・シートベルト
５・・・・・ヘッドレスト
１０・・・・物体検出システム
１１・・・・信号処理部
１２・・・・変調部
１３・・・・ＶＣＯ
１４・・・・方向性結合器
１５・・・・平面アンテナ

Claims (7)

1. 所定周期で周波数が変わる送信信号と該送信信号に基づく送信波の物体での反射波を受信した受信信号との差分周波数を示すピーク信号を、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間と周波数が下降する第２期間とで導出し、前記第１期間及び前記第２期間のピーク信号をペアリングすることで当該ピーク信号に係る物体情報を検出する物体検出処理を行う信号処理装置であって、
   前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、過去の物体検出処理において検出された前記物体情報に係る前記ピーク信号の整数倍の周波数に基づいて、所定周波数範囲を設定する範囲設定手段と、
   前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、前記ピーク信号が前記所定周波数範囲内にある場合に、前記ピーク信号を特定ピーク信号として設定する信号設定手段と、
   前記第１期間及び前記第２期間の特定ピーク信号同士をペアリングするペアリング手段と、
   を備えることを特徴とする信号処理装置。
2. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   前記特定ピーク信号同士をペアリングした場合に、当該特定ピーク信号に係る物体情報を特定物体情報として設定する手段と、
   連続する複数回の物体検出処理において、前記特定物体情報が連続して検出されているかを判定する手段と、
   をさらに備えることを特徴とする信号処理装置。
3. 請求項１または２に記載の信号処理装置において、
   前記信号処理装置は車両に搭載されるものであり、
   前記車両の速度を取得する手段、
   をさらに備え、
   前記信号設定手段は、前記車両の速度が所定の速度よりも小さい場合にのみ、特定ピーク信号を設定することを特徴とする信号処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の信号処理装置と、
   前記送信波を出力し、前記反射波を受信する手段と、
   前記物体検出処理で検出した物体情報を、該物体情報を利用する電子制御装置に出力する手段と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
5. 請求項４に記載のレーダ装置と、
   前記レーダ装置から出力された物体情報に基づいて車両を制御する手段と、
   を備えることを特徴とする車両制御システム。
6. 所定周期で周波数が変わる送信信号と該送信信号に基づく送信波の物体での反射波を受信した受信信号との差分周波数を示すピーク信号を、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間と周波数が下降する第２期間とで導出し、前記第１期間及び前記第２期間のピーク信号をペアリングすることで当該ピーク信号に係る物体情報を検出する物体検出処理を行う信号処理方法であって、
   前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、過去の物体検出処理において検出された前記物体情報に係る前記ピーク信号の整数倍の周波数に基づいて、所定周波数範囲を設定する範囲設定工程と、
   前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、前記ピーク信号が前記所定周波数範囲内にある場合に、前記ピーク信号を特定ピーク信号として設定する信号設定工程と、
   前記第１期間及び前記第２期間の特定ピーク信号同士をペアリングするペアリング工程と、
   を備えることを特徴とする信号処理方法。
7. 所定周期で周波数が変わる送信信号と該送信信号に基づく送信波の物体での反射波を受信した受信信号との差分周波数を示すピーク信号を、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間と周波数が下降する第２期間とで導出し、前記第１期間及び前記第２期間のピーク信号をペアリングすることで当該ピーク信号に係る物体情報を検出する物体検出処理を行う信号処理装置に含まれるコンピュータによって実行可能なプログラムであって、前記プログラムの前記コンピュータによる実行は、前記コンピュータに、
   前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、過去の物体検出処理において検出された前記物体情報に係る前記ピーク信号の整数倍の周波数に基づいて、所定周波数範囲を設定する範囲設定工程と、
   前記第１期間及び前記第２期間のそれぞれにおいて、前記ピーク信号が前記所定周波数範囲内にある場合に、前記ピーク信号を特定ピーク信号として設定する信号設定工程と、
   前記第１期間及び前記第２期間の特定ピーク信号同士をペアリングするペアリング工程と、
   を実行させることを特徴とするプログラム。

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