JP2011128119A - 物体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＭ−ＣＷ波を用いた物体検知装置は、車両の速度に応じたドップラ周波数を２倍した周波数オフセット量を算出する。
【解決手段】周波数上昇部におけるビート信号の周波数スペクトルを該周波数オフセット量だけ周波数増加方向にシフトして上昇オフセット周波数スペクトルを算出すると共に、周波数下降部におけるビート信号の周波数スペクトルを該周波数オフセット量だけ周波数減少方向にシフトして下降オフセット周波数スペクトルを算出する。周波数上昇部におけるビート信号の周波数スペクトルから、下降オフセット周波数スペクトルを減算することにより、上昇差分周波数スペクトルを算出すると共に、周波数下降部におけるビート信号の周波数スペクトルから上昇オフセット周波数スペクトルを減算することにより、下降差分周波数スペクトルを算出する。上昇差分および下降差分周波数スペクトルのレベルに基づいて移動物体および静止物体を判別する。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両に搭載されたレーダを用いて物体を検知する装置に関する。

従来より、ミリ波レーダとして、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダを車両に搭載し、車両周辺の物体を検知する様々な手法が提案されている。

下記の特許文献１の手法によると、周波数変調した搬送波の送受信を行い、そのビート信号の周波数上昇部分および周波数下降部分をそれぞれスペクトル分析する。周波数上昇部分のパワースペクトルと周波数下降部分のパワースペクトルの差分を算出することにより、相対的静止物体のスペクトルを除去し、残った相対的移動物体のスペクトルのピークから、該相対的移動物体の距離および相対速度を検出する。

また、下記の特許文献２の手法によると、周波数変調された信号を照射した物体からの受信信号について、自車両の速度に応じたドップラシフト量に基づく周波数オフセット量を、周波数上昇部の周波数スペクトルには加算して上昇オフセット周波数スペクトルとし、周波数下降部の周波数スペクトルからは減算して下降オフセット周波数スペクトルとする。両者のオフセット周波数スペクトルの差である差分周波数スペクトルを積分し、該積分周波数スペクトルにピークが存在しているか否かを判別することにより、移動物体を、静止物体とは切り分けて検出する。

特開平６−２１４０１７号公報 特開２００７−１５５３９６号公報

ＦＭ−ＣＷ方式のレーダの場合、物体を特定するためには、周波数が上昇する区間（上昇部）のビート信号の周波数スペクトルのピークと、周波数が下降する区間（下降部）のビート信号の周波数スペクトルのピークとを求め、両者を組み合わせる必要がある。

この点について、上記の特許文献１の技術では、周波数上昇部のパワースペクトルと周波数下降部のパワースペクトルの差分を算出することにより、相対的静止物体のスペクトルを除去しつつ、相対的移動物体のスペクトルのピークを検出している。しかしながら、レーダ装置を車両に搭載して物体を検知する場合、たとえば自車両とほぼ同じ速度で走行している先行車は、相対的静止物体に区別されてしまう。したがって、当該文献の技術では、先行車のような実際の移動物体を区別して検出することは困難である。

また、実際にはノイズ等の影響により、上昇部の周波数スペクトルと下降部の周波数スペクトルとの間に誤差が生じるので、当該文献のように差分周波数スペクトルを算出するだけでは、静止物体を完全に除去できないことが多い。そのため、上昇部のピークと下降部のピークの間違った組み合わせに至るおそれがある。

また、上記の特許文献２では、周波数オフセット量を、周波数上昇部の周波数スペクトルには加算し、周波数下降部の周波数スペクトルからは減算しているので、差分周波数スペクトルでは、自車両の速度が速いほど、該上昇部のピークの周波数と該下降部のピークの周波数とが離れてしまう。

ここで図１０を参照すると、（ａ）には、ＦＭ―ＣＷ方式のレーダから取得された信号の一例が示されている。符号５０１は、周波数が上昇する区間の周波数スペクトル（パワースペクトル）を実線で示し、符号５０２は、周波数が下降する区間の周波数スペクトルを点線で示す。（ｂ）の符号５０３は、当該文献の手法に示すように、自車両の速度に応じたドップラシフト量に基づく周波数オフセット量を、周波数上昇部の周波数スペクトル５０１に加算した結果を実線で示し、符号５０４は、該周波数オフセット量を、周波数下降部の周波数スペクトル５０２から減算した結果を点線で示す。

（ｃ）の符号５０５は、周波数スペクトル５０３と５０４の差分を示す差分周波数スペクトルを実線で示し、ここで、上昇部のピークの周波数と下降部のピークの周波数とが、差ｆｘで示されるように離れているのがわかる。当該文献の技術では、該差分周波数スペクトルを積分しており、これが、符号５０６により点線で示されている。両者のピーク周波数が近いときには、該積分周波数スペクトルにきれいなピークが出現することとなるが、このように両者のピーク周波数が離れていると、該積分周波数スペクトルでは、ピークとなる周波数範囲がｆｘにわたって広がることとなり、ピーク周波数として１つの周波数値を特定することができない。したがって、該積分周波数スペクトルから移動物体を直接特定することは困難である。また、積分操作により、ノイズ成分も累積してしまうため、ピークを判定することがさらに困難となるおそれがある。

したがって、上昇部のピーク周波数と下降部のピーク周波数の組み合わせを、より容易かつ的確に行うことができるように、実際の移動物体と静止物体を判別することができる手法が望まれている。また、自車両の速度如何にかかわらず、より的確に物体を特定することができるような手法が望まれている。

この発明の一つの側面によると、車両に搭載された物体検知装置であって、ＦＭ−ＣＷ波を送信波として送信して、該ＦＭ−ＣＷ波の物体からの反射波を受信波として受信する送受信手段と、前記送信波と前記受信波を混合して、ビート信号を生成する手段と、前記車両の速度を検出する手段と、前記検出された車両の速度に基づいて、該車両の速度に応じたドップラ周波数を算出する手段と、前記送信波の周波数上昇部における前記ビート信号の周波数スペクトルを、前記ドップラ周波数を２倍した周波数オフセット量だけ、周波数が増加する方向にシフトして、上昇オフセット周波数スペクトルを算出する手段と、前記送信信号の周波数下降部における前記ビート信号の周波数スペクトルを、前記ドップラ周波数を２倍した周波数オフセット量だけ、周波数が減少する方向にシフトして、下降オフセット周波数スペクトルを算出する手段と、前記送信波の周波数上昇部における前記ビート信号の周波数スペクトルから、前記下降オフセット周波数スペクトルを減算することにより、上昇差分周波数スペクトルを算出する手段と、前記送信波の周波数下降部における前記ビート信号の周波数スペクトルから、前記上昇オフセット周波数スペクトルを減算することにより、下降差分周波数スペクトルを算出する手段と、前記上昇差分周波数スペクトルのレベルおよび前記下降差分周波数スペクトルのレベルに基づいて、前記物体が移動物体なのか静止物体なのかを判定する手段と、を備える。

静止物体の場合、上昇部の周波数スペクトルのピークと下降部の周波数スペクトルのピークは、自車両の速度に応じたドップラ周波数の２倍に応じた量だけ周波数がシフトされた（すなわち、周波数がずれた）状態で得られる。したがって、本発明の上記のような信号処理により、静止物体については上昇部と下降部との間で打ち消しあいが生じ、よって、上昇差分周波数スペクトルと下降差分周波数スペクトルのレベルは小さくなる。それに対し、移動物体の場合、このような打ち消しあいは生じないため、上昇差分周波数スペクトルと下降差分周波数スペクトルのレベルは、もとの周波数スペクトルのレベルをほぼ維持した状態となる。したがって、静止物体と移動物体を、比較的簡単な演算で、的確に判別することができる。結果として、処理負荷を低減しつつ、ピークの間違った組み合わせを低減することができる。

また、もとの周波数スペクトルにおいて移動物体を表すピーク部分は、上昇差分および下降差分周波数スペクトルでは大きなレベルのまま残る。静止物体を表すピーク部分は、ノイズ等の影響で上記のような打ち消しあいが生じても完全に除去されることはなく、上昇部分および下降差分周波数スペクトルにおいて小さなレベルで残る。移動物体と静止物体の間でこのようなレベル差は生じるものの、移動物体を表すピーク部分の周波数位置および静止物体を表すピーク部分の周波数位置は、上昇差分および下降差分周波数スペクトルにおいても変化していない。したがって、上昇差分および下降差分周波数スペクトルから、直接、移動物体および静止物体の周波数位置を特定して、該物体を特定することができる。また、このような周波数位置の不変により、前述したような、自車両の速度に依存してピークが離れてしまうことに起因する物体特定の困難性という問題は生じない。

この発明の一実施形態によると、前記上昇差分周波数スペクトルのレベルおよび前記下降差分周波数スペクトルのレベルが、所定のしきい値より小さいときには、該所定のしきい値より小さいレベルを持つ該上昇差分周波数スペクトルおよび該下降差分周波数スペクトルのピークが、静止物体を表すピークであると判定する。また、この発明の一実施形態によると、前記上昇差分周波数スペクトルのレベルおよび前記下降差分周波数スペクトルのレベルが、所定のしきい値より大きいときには、該所定のしきい値より大きいレベルを持つ該上昇差分周波数スペクトルおよび該下降差分周波数スペクトルのピークが、移動物体を表すピークであると判定する。こうして、信号処理の結果として取得された上昇差分および下降差分周波数スペクトルから、直接、移動物体および静止物体のピークを、それぞれ比較的容易に見極めることができ、ピークの間違った組み合わせを低減することができる。

本発明のその他の特徴及び利点については、以下の詳細な説明から明らかである。

この発明の一実施例に従う、物体検知装置のブロック図。 この発明の一実施例に従う、ＦＭ−ＣＷレーダの送信波、受信波、およびビート信号の一例を示す図。 車両が静止物体に接近している場合の、送信波、受信波、ビート信号、およびビート信号のパワースペクトルの一例を示す図。 車両が、ほぼ同じ速度の移動物体に追従している場合の、送信波、受信波、ビート信号、およびビート信号のパワースペクトルの一例を示す図。 この発明の一実施例に従う、（ａ）周波数上昇部および下降部のビート信号の周波数スペクトル、（ｂ）上昇オフセット周波数スペクトルおよび下降オフセット周波数スペクトル、（ｃ）上昇差分周波数スペクトルおよび下降差分周波数スペクトル、の一例を示す図。 この発明の一実施例に従う、物体検知プロセスのフローチャート。 この発明の一実施例に従う、物体検知プロセスのフローチャート。 この発明の他の実施例に従う、物体検知プロセスのフローチャート。 この発明の他の実施例に従う、物体検知プロセスのフローチャート。 （ａ）周波数上昇部および下降部のビート信号のパワースペクトル、（ｂ）ドップラシフトに応じた周波数オフセット量だけオフセットした上昇および下降オフセット周波数スペクトル、（ｃ）上昇および下降オフセット周波数スペクトルの差分周波数スペクトルおよび積分周波数スペクトル、の一例を示す図。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。

図１は、この発明の一実施形態に従う、車両に搭載される、ＦＭ−ＣＷ波を用いて車両の周辺の物体を検知するための装置１０のブロック図である。

該装置１０は、タイミング信号生成回路１１、ＦＭ変調制御回路１２、発振器（ＶＣＯ：Voltage-controlled Oscillator）１３、方向性結合器１４、送信アンテナ１５、受信アンテナ１６、ミキシング回路１７、増幅回路１８、およびＡ／Ｄ変換器１９を備え、これらは、ＦＭ−ＣＷ（周波数変調連続波：Frequency-Modulated Continuous Wave）方式のレーダ装置を構成している。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置は、周波数を時間とともに三角波状に増減させたＦＭ−ＣＷ波を送信することによって、物体を検知するものである。

タイミング信号生成回路１１から入力されるタイミング信号に基づいて、発振器１３の発振振動が、ＦＭ変調制御回路１２により変調制御される。これにより、図２の（ａ）の実線１０１で示すように、周波数が三角波状に変調されて、送信波が生成される。この送信波は、送信アンテナ１５から送信される。送信波は、車両の周辺の物体に当たって反射され、反射波が、受信アンテナ１６で受信される。この受信波は、たとえば、図２の（ａ）の点線１０３で示すようになり、送信波よりも時間的に遅れて出現する（ｔｄにより時間遅れが示されている）。

受信波と、方向性結合器１４を介して入力された送信波の一部とがミキシング回路１７で混合され、図２の（ｂ）の符号１０５で示されるような、送信波と受信波の周波数差を示すビート信号１０５が生成される。図では、（ａ）の三角波の上昇部（上り区間）におけるビート信号１０５の周波数がｆｕｐで示されており、（ａ）の三角波の下降部（下り区間）におけるビート信号１０５の周波数がｆｄｎで示されている。ビート信号１０５は、増幅回路１８で必要なレベルの振幅に増幅され、Ａ／Ｄ変換器１９により、所定のサンプリングタイム毎にＡ／Ｄ変換される。

レーダ装置には、中央処理装置（ＣＰＵ）およびメモリを備えるコンピュータに実現される信号処理装置２０が接続されている。Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータは、該装置２０の、メモリを備えるデータ保持部２１に、時系列に記憶保持される。データ保持部２１には、タイミング信号生成回路１１からの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、周波数が増加する上昇部および周波数が減少する下降部のビート信号のデータを別個に記憶保持することができる。

周波数解析部２２は、データ保持部２１に記憶された、上昇部のビート信号のデータと、下降部のビート信号のデータとを、それぞれ周波数解析してスペクトル分布を求める。周波数解析の手法として、たとえばＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いることができる。

ここで、周波数解析された結果を用いた具体的な信号処理内容を説明するに先立ち、図３および図４を参照して本発明の原理について説明する。

図３は、上記のようなレーダ装置を車両に搭載し、車両が、静止物体に接近している場合の、（ａ）送信波１０１および受信波１０３の変調周波数、（ｂ）ビート信号１０５の周波数、および、（ｃ）ビート信号１０５を周波数解析した周波数スペクトルのデータから検出した、所定値以上のレベルで極大値となるスペクトル（ピーク信号）、の一例を示す。図４は、上記のようなレーダ装置を車両に搭載し、車両が、該車両の速度とほぼ同じ速度で走行している先行車を追従している場合の、（ａ）送信波１０１および受信波１０３の変調周波数、（ｂ）ビート信号１０５の周波数、および、（ｃ）ビート信号を周波数解析した周波数スペクトルのデータから検出した、所定値以上のレベルで極大値となるスペクトル（ピーク信号）、の一例を示す。なお、図４の（ａ）および（ｂ）は、図２に一例として示したものと同じである。

図３の場合、静止物体に対しては、自車両の速度に等しい相対速度が発生している。したがって、（ａ）に示すように、送信波１０１と受信波１０３の間には、ドップラ効果（ドップラシフト）により、矢印１１１に示すような、相対速度すなわち自車両の速度に応じた周波数差が生じる。そのため、（ｂ）に示すように、周波数の上昇部のビート信号１０５の周波数ｆｕｐと周波数の下降部のビート信号１０５の周波数ｆｄｎとは、異なっている。（ｃ）に示されるビート信号１０５の周波数スペクトルでは、上昇部のビート信号１０５を解析した結果として得られる上昇側ピーク信号１０７と、下降部のビート信号１０５を解析した結果として得られる下降側ピーク信号１０９とは、静止物体との相対速度がゼロであるときのピーク信号１１０の周波数位置（ビート周波数とも呼ばれる）ｆｒを中心に、対称的に検知される。上昇側ピーク信号１０７および下降側ピーク信号１０９の、相対速度がゼロの時のピーク信号１１０に対する周波数差（ドップラ周波数と呼ばれる）ｆｄは、相対速度に比例している。

他方、図４の場合、先行車に対する相対速度はほぼゼロに等しい。したがって、（ａ）に示すように、送信波１０１と受信波１０３の間には、図３に示すような周波数差１１１は生じない。（ｂ）に示すように、ビート信号１０５の上昇側の周波数ｆｕｐと下降側の周波数ｆｄｎは同じである。（ｃ）に示すように、ビート信号１０５の周波数スペクトルでは、上昇部のビート信号１０５を解析した結果として得られる上昇側ピーク信号と、下降部のビート信号１０５を解析した結果として得られる下降側ピーク信号とは、重なりあい、符号１１５に示すように、同じ周波数位置ｆｒに検知される。

このように、静止物体については、車両の速度に応じたドップラ周波数ｆｄが生じる。したがって、静止物体の場合、上昇側ピーク信号１０７を、該ドップラ周波数ｆｄを２倍にした分（ｆｄ×２）だけ、周波数が増加する方向にシフトし（ずらし）、該シフトした信号を、もとの下降側ピーク信号１０９から差し引く（減算する）ことにより、該下降側ピーク信号１０９を打ち消すことができる。同様に、下降側ピーク信号１０９を、該ドップラ周波数ｆｄを２倍にした分（ｆｄ×２）だけ、周波数が減少する方向にシフトし、該シフトした信号を、上昇側ピーク信号１０７から差し引くことにより、該上昇側ピーク信号１０７を打ち消すことができる。

他方、移動物体について同様のことを行うと、このような打ち消しは生じない。したがって、下降側ピーク信号１０９は、打ち消されずにそのまま残る。同様に、上昇側ピーク信号１０７も、打ち消されずにそのまま残る。

図３および図４には、ピーク信号が理想的な形状で示されているが、実際には、ノイズ等の影響により、上記のような演算を行っても、静止物体についてのピーク信号を完全に打ち消すことは困難である。しかしながら、このような演算により、移動物体については、レベル（大きさ）の大きいピーク信号が残り、静止物体については、レベルの小さいピーク信号となるので、所定のしきい値を設けることにより、移動物体か静止物体かの判別を行うことができる。

次に、図１に戻り、信号処理装置２０による、上記の演算の具体的な手法を、図５のシミュレーション結果の一例を参照しながら説明する。

上記のように周波数解析部２２による周波数解析により得た結果の一例が、図５の（ａ）に示されており、上昇部のビート信号の周波数スペクトル（上昇側周波数スペクトル）２０１が実線で示され、下降部のビート信号の周波数スペクトル（下降側周波数スペクトル）２０３が点線で示されている。

オフセット量算出部２３は、自車両に設けられた車速検出手段３１から、自車両の速度を受け取る。ここで、車速検出手段３１は、任意の手法で実現されることができ、たとえば、自車両の駆動輪の回転速度（車輪速）を検出する車輪速センサや、自車両の速度を検出する車速センサや、車体に作用する加速度を検知する加速度センサにより実現されることができる。

オフセット量算出部２３は、自車両の速度に基づいて、自車両の速度に応じたドップラシフト周波数ｆｄを求め、これを２倍にすることにより、周波数オフセット量Δｆを求める。自車両の速度をＶとし、光速をｃとすると、これらは、以下の式（１）および（２）のように算出されることができる。ここで、ｆ０は、図２に示されるように、送信波（変調波）の中心周波数である。
ｆｄ＝（（２・Ｖ）／ｃ）×ｆ０ （１）
Δｆ＝ｆｄ×２ （２）

なお、送信波（送信信号）の送出方位が、水平面上で自車両の走行方向に対して角度θを有している場合には、Ｖ×ｃｏｓθを、上記のＶに適用すればよい。

周波数シフト部２４は、図５の（ａ）に示すような上昇側周波数スペクトル２０１に、上記のように算出された周波数オフセット量Δｆを加算することにより、上昇側周波数スペクトル２０１を、周波数が増加する方向にシフトし（移動し）、（ｂ）に示すような上昇側オフセット周波数スペクトル２１１を算出する。同様に、周波数シフト部２４は、（ａ）に示すような下降側周波数スペクトル２０３から、上記のように算出された周波数オフセット量Δｆを減算することにより、下降側周波数スペクトル２０３を、周波数が減少する方向にシフトし、（ｂ）に示すような下降側オフセット周波数スペクトル２１３を算出する。

差分算出部２５は、（ａ）に示す上昇側周波数スペクトル２０１から、（ｂ）に示す下降側オフセット周波数スペクトル２１３を減算して、（ｃ）に示すような上昇側差分周波数スペクトル２２１を算出すると共に、（ａ）に示す下降側周波数スペクトル２０３から、（ｂ）に示す上昇側オフセット周波数スペクトル２１１を減算して、（ｃ）に示すような下降側差分周波数スペクトル２２３を算出する。当該スペクトルの減算は、互いの周波数位置を合わせた上で実行される。なお、図の（ｃ）では、上記のような減算の結果、−６０ｄＢより低い値となった部分については、省略されている。このように、所定値以下の部分は、後続の理に不要であるので、切り取ってもよい。

この図の例では、（ａ）における上昇側周波数スペクトル２０１のピーク３０１と下降側周波数スペクトル２０３のピーク３０３は、移動物体を表している。（ｃ）を参照すると、上昇側ピーク３０１が、上昇側差分周波数スペクトル２２１のピーク信号３１１として現れていると共に、下降側ピーク３０３が、下降側差分周波数スペクトル２２３のピーク信号３１３として現れている。上昇側ピーク３０１は、上記の演算で打ち消されないので、対応するピーク信号３１１は、上昇側ピーク３０１のレベル（大きさ）をほぼ維持したまま現れている。同様に、下降側ピーク３０３は、上記の演算で打ち消されないので、対応するピーク信号３１３は、下降側ピーク３０３のレベルをほぼ維持したまま現れている。さらに、上昇側ピーク３０１の周波数位置は、ピーク信号３１１の周波数位置と同じであり、下降側ピーク３０３の周波数位置は、ピーク信号３１３の周波数位置と同じである。したがって、演算の結果としての差分周波数スペクトルでは、ピークの周波数位置は維持されたままとなっている。

他方、（ａ）における上昇側周波数スペクトル２０１のピーク３２１と下降側周波数スペクトル２０３のピーク３２３は、静止物体を表している。（ｃ）を参照すると、上昇側ピーク３２１が、上昇側差分周波数スペクトル２２１のピーク信号３３１として現れていると共に、下降側ピーク３２３が、下降側差分周波数スペクトル２２３のピーク信号３３３として現れている。静止物体の場合、前述したように、上記の演算で打ち消されるため、ピーク信号３３１のレベルは、対応する上昇側ピーク３２１のレベルに比べて低い。同様に、ピーク信号３３３のレベルは、対応する下降側ピーク３２３のレベルに比べて低い。しかしながら、上昇側ピーク３２１の周波数位置は、ピーク信号３３１の周波数位置と同じであり、下降側ピーク３２３の周波数位置は、ピーク信号３３３の周波数位置と同じである。したがって、演算の結果としての差分周波数スペクトルでは、ピークの周波数位置は維持されたままとなっている。

このように、上昇および下降側差分周波数スペクトルにおいては、移動物体については、そのレベルが大きい信号として現れ、静止物体は、そのレベルが小さい信号として現れる。したがって、（ｃ）に示すように、所定のしきい値Ｔｈを設定することにより、移動物体と静止物体を判別することができる。また、移動物体および静止物体のいずれについても、ピークの周波数位置は維持される。

したがって、一実施形態において、図１の物体検知部２６は、上昇および下降側差分周波数スペクトルから、ピーク（極大値）を検出し、所定のしきい値Ｔｈを超えているピークについては、そのピークは移動物体に対応すると判断し、該所定のしきい値Ｔｈ以下のピークについては、そのピークは静止物体に対応すると判断する。移動物体を検知する場合には、移動物体と判別されたピークを対象に、上昇側のピークと下降側のピークとの組み合わせ処理（ペアリング）を行う。静止物体を検知する場合には、静止物体と判別されたピークを対象に、上昇側のピークと下降側のピークとの組み合わせ処理を行う。組み合わせ処理の手法には、様々なものがあり、任意の適切な手法を用いることができる。組み合わされた上昇側のピークの周波数と下降側のピークの周波数に基づいて、物体の距離および速度を算出する。

このように、本発明の上記の手法によれば、図５の（ａ）に示されるようにノイズ等の影響によって上昇側周波数スペクトルと下降側周波数スペクトルの間に誤差があっても、比較的簡単な演算で、移動物体と静止物体を区別することができる。自車両と同じ速度で走行する先行車のような相対的な静止物についても、移動物体として判別することができる。また、本発明では、積分操作を行わないので、前述したような、ピークの判別が困難になる問題やノイズが累積するという問題は生じない。さらに、結果として得られる差分周波数スペクトルのピークの周波数位置は、もとの周波数スペクトル（図５の（ａ））におけるピークの周波数位置と同じである。したがって、差分周波数スペクトルから、直接、物体を特定することができる。

上記のしきい値は、実験やシミュレーション等を介して予め設定しておいてもよい。代替的に、スペクトルのレベルは、ノイズや物体までの距離に依存して変動が生じうるので、車両の周辺の状況等に応じて変更するようにしてもよい。

上の実施形態では、上昇および下降差分周波数スペクトルのピークを検出した上で、移動物体および静止物体の判別を行っている。代替の実施形態では、ピークを検出することなく、上昇および下降差分周波数スペクトルのレベルに基づいて、移動物体および静止物体を切り分けてもよい。図５の（ｃ）に示すように、移動物体については、演算によって打ち消されないため、そのレベルが、静止物体に比べて比較的大きい信号として出現する。したがって、移動物体を検出する際には、上昇および下降差分周波数スペクトルから、レベルが所定のしきい値より大きい部分を抽出する。この抽出において、すべての周波数範囲を対象としなくてもよい。たとえば、所定の周波数位置や所定の周波数範囲を選択してもよい。抽出された部分の信号の周波数位置もしくはその近傍に、移動物体が存在していると考えられるため、該抽出された部分の信号の周波数位置もしくはその近傍のピークを検出して、上昇側ピークと下降側ピークの組み合わせを行ってもよい。他方、静止物体を検出する際には、上昇および下降差分周波数スペクトルから、レベルが所定のしきい値以下の部分を抽出する。この抽出においても、前述したように、すべての周波数範囲を対象としなくてもよい。抽出された部分の信号の周波数位置もしくはその近傍に、静止物体が存在していると考えられるため、該抽出された信号の周波数位置もしくはその近傍のピークを検出して、上昇側ピークと下降側ピークの組み合わせを行う。

図６は、この発明の一実施形態に従う、信号処理装置２０によって実行されるプロセスのフローチャートである。このプロセスは、所定の時間間隔で実行されることができる。また、このプロセスでは、前述した、ピークの検出を行う形態に基づいている。

ステップＳ１１において、レーダ装置によるＦＭ−ＣＷ波の送受信により前述したように得られたビート信号をメモリから読み出し、周波数上昇部のビート信号および周波数下降部のビート信号をそれぞれ周波数解析して、図５の（ａ）のような上昇側周波数スペクトルおよび下降側周波数スペクトルを算出する。

ステップＳ１２において、自車両の速度を取得し、図５の（ｂ）を参照して説明したように、上昇側周波数スペクトルを、自車両の速度に応じたドップラシフト周波数ｆｄを２倍した周波数オフセット量だけ、周波数が増加する方向にシフトして、上昇側オフセット周波数スペクトルを算出すると共に、下降側周波数スペクトルを、自車両の速度に応じたドップラシフト周波数ｆｄを２倍した周波数オフセット量だけ、周波数が減少する方向にシフトして、下降側オフセット周波数スペクトルを算出する。

ステップＳ１３において、図５の（ｃ）を参照して説明したように、上昇側周波数スペクトルから、下降側オフセット周波数スペクトルを減算して、上昇側差分周波数スペクトルを算出すると共に、下降側周波数スペクトルから、上昇側オフセット周波数スペクトルを減算して、下降側差分周波数スペクトルを算出する。

ステップＳ１４において、上昇側差分周波数スペクトルからピーク（極大値）を検出すると共に、下降側差分周波数スペクトルからピークを検出する。ピークの検出手法は、任意の手法で行うことができる。たとえば、微分を用いて、ピークを検出することができる。

ステップＳ１５において、上昇側差分周波数スペクトルにおいて検出されたピークのそれぞれについて、そのレベルが所定のしきい値Ｔｈより大きいかどうかを判断すると共に、下降側差分周波数スペクトルにおいて検出されたピークのそれぞれについて、そのレベルが該所定のしきい値Ｔｈより大きいかどうかを判断する。しきい値Ｔｈより大きければ、そのピークについて、移動物フラグを設定する。こうして、上昇側および下降側差分周波数スペクトルにおいて検出されたピークのうち、しきい値Ｔｈより大きいレベルを持つピークについては、移動物フラグが設定される。

ステップＳ１６において、上昇側差分周波数スペクトルで移動物フラグが設定されたピークと、下降側差分周波数スペクトルで移動物フラグが設定されたピークとの組み合わせ処理を行う。組み合わせ処理については、前述したように、任意の適切な手法を用いることができる。

ステップＳ１７において、組み合わされた上昇側差分周波数スペクトルのピークと下降側差分周波数スペクトルのピークに基づいて、移動物体の距離ｒおよび相対速度ｖを算出する。距離ｒおよび速度ｖは、以下の式によって算出されることができる。
ｒ＝（ｃ・Ｔｍ）・（ｆｕｐ＋ｆｄｎ）／（８・Δｆｍ）
ｖ＝ｃ・（ｆｕｐ―ｆｄｎ）／（４・ｆ０）

ここで、ｆｕｐは、上記の上昇側差分周波数スペクトルのピークが位置する周波数であり、ｆｄｎは、下降側差分周波数スペクトルのピークが位置する周波数である。ｃは、光速である。Ｔｍは、図２に示すような送信波（変調波）の繰り返し周期（送信波の周波数ｆｍの逆数）であり、Δｆｍは、変調幅を示す。ｆ０は、前述したように、送信波（変調波）の中心周波数を示す。相対速度ｖは、物体が自車両に近づく場合は負値を取り、離れる場合には正値を取るよう算出される。

この例では、移動物フラグが設定された上昇側ピークと下降側ピークとで組み合わせを行うことにより、移動物体の距離および相対速度を算出しているが、代替的に、ステップＳ１５で移動物フラグが設定されなかった（すなわち、しきい値以下のレベルを持つ）上昇側ピークと下降側ピークとの組み合わせを行うことにより、静止物体の距離および相対速度を算出するようにしてもよい。

なお、移動物フラグを設定することに代えて、静止物フラグを設定するようにしてもよく、このプロセスが、図７に示されている。ステップＳ１１〜Ｓ１４は図６のものと同じなので、説明を省略する。

ステップＳ２１において、上昇側差分周波数スペクトルにおいて検出されたピークのそれぞれについて、そのレベルが所定のしきい値Ｔｈ以下かどうかを判断すると共に、下降側差分周波数スペクトルにおいて検出されたピークのそれぞれについて、そのレベルが該所定のしきい値Ｔｈ以下かどうかを判断する。しきい値Ｔｈ以下であれば、そのピークについて、静止物フラグを設定する。こうして、上昇側および下降側差分周波数スペクトルにおいて検出されたピークのうち、しきい値Ｔｈ以下のレベルを持つピークについては、静止物フラグが設定される。

ステップＳ２２において、上昇側差分周波数スペクトルで静止物フラグが設定されたピークと、下降側差分周波数スペクトルで静止物フラグが設定されたピークとの組み合わせ処理を行う。組み合わされたピークに基づいて静止物体の距離および速度を算出することは、図６のステップＳ１７と同様である。

この例では、静止物フラグが設定された上昇側ピークと下降側ピークとで組み合わせを行うことにより、移動物体の距離および相対速度を算出しているが、代替的に、ステップＳ２１で静止物フラグが設定されなかった（すなわち、しきい値より大きいレベルを持つ）上昇側ピークと下降側ピークとの組み合わせを行うことにより、移動物体の距離および相対速度を算出するようにしてもよい。

図８は、この発明の他の実施形態に従う、信号処理装置２０によって実行されるプロセスのフローチャートである。このプロセスは、所定の時間間隔で実行されることができる。このプロセスは、代替形態として前述した、ピークを検出することなく、差分周波数スペクトルのレベルに基づいて移動物体および静止物体の判別を行うものである。

ステップＳ１１〜Ｓ１３は、図６のものと同じである。ステップＳ３１において、上昇側差分周波数スペクトルから、しきい値Ｔｈより大きい信号部分を抽出し、その部分に対し、移動物フラグを設定する。これは、前述したように、所定の周波数位置毎に行ってもよいし、所定の周波数範囲に対して行ってもよい。こうして、しきい値Ｔｈより大きいレベルを持つ信号部分が抽出される。

ステップＳ３２において、上昇側差分周波数スペクトルおよび下降側差分周波数スペクトルにおいて、移動物フラグが設定された信号部分の周波数位置または該周波数位置近傍のピークを検出する。これは、ピークの組み合わせ処理を行うためである。ここで、「周波数位置近傍」と述べているのは、上記のように、所定の周波数位置ないし範囲についてのみ信号を抽出した場合には、抽出した信号部分にピークが含まれないこともあるからである。しかしながら、抽出した信号部分のレベルは大きいので、該レベルの大きい信号の周波数位置近傍（たとえば、所定の周波数範囲）でピークを検出することができる。なお、信号の抽出部分に制限を設けない場合には、抽出された信号部分からピークを検出すればよい。

ステップＳ１６およびＳ１７は、図６と同様であり、検出されたピークを組み合わせて、移動物体の距離および速度を検出する。

この例では、移動物フラグが設定された信号部分の周波数位置または該周波数位置近傍からピークを検出することにより、移動物体の距離および相対速度を算出しているが、代替的に、ステップＳ３１で移動物フラグが設定されなかった（すなわち、しきい値以下のレベルを持つ）信号部分の周波数位置または該周波数位置近傍のピークを検出し、ステップＳ１６において、該検出されたピークの組み合わせを行うことにより、静止物体の距離および相対速度を算出するようにしてもよい。

なお、移動物フラグを設定することに代えて、静止物フラグを設定するようにしてもよく、このプロセスが、図９に示されている。ステップＳ１１〜Ｓ１３は、図６のものと同様である。ステップＳ４１において、上昇側差分周波数スペクトルから、しきい値Ｔｈ以下の信号部分を抽出し、その部分に対し、静止物フラグを設定する。これは、前述したように、所定の周波数位置毎に行ってもよいし、所定の周波数範囲に対して行ってもよい。こうして、しきい値Ｔｈ以下のレベルを持つ信号部分が抽出される。

ステップＳ４２において、上昇側差分周波数スペクトルおよび下降側差分周波数スペクトルにおいて、静止物フラグが設定された信号部分の周波数位置または該周波数位置近傍のピークを検出する。ステップＳ１６およびＳ１７は、図６と同様であり、検出されたピークを組み合わせて、静止物体の距離および速度を検出する。

なお、ステップＳ４１において、レベルがしきい値Ｔｈ以下の信号部分を抽出すると、そこには、しきい値Ｔｈを超えるピーク信号の一部も含まれてしまうおそれがある。したがって、ステップＳ４２において、所定の凸型のピークが検出されない部分は、組み合わせ処理の対象から外すことができる。また、このことは、図８のステップＳ３２で移動物フラグが設定されなかった信号部分に基づいてピークを検出する場合にも同様にあてはまる。

この例では、静止物フラグが設定された信号部分の周波数位置または該周波数位置近傍からピークを検出することにより、静止物体の距離および相対速度を算出しているが、代替的に、ステップＳ４１で静止物フラグが設定されなかった（すなわち、しきい値より大きいレベルを持つ）信号部分の周波数位置または該周波数位置近傍のピークを検出し、ステップＳ１６において、該検出されたピークの組み合わせを行うことにより、移動物体の距離よび相対速度を算出するようにしてもよい。

以上のように、この発明の特定の実施形態について説明したが、本願発明は、これら実施形態に限定されるものではない。

１０ 物体検知装置
２０ 信号処理装置
３１ 車速検出手段

Claims (3)

1. 車両に搭載された物体検知装置であって、
   ＦＭ−ＣＷ波を送信波として送信して、該ＦＭ−ＣＷ波の物体からの反射波を受信波として受信する送受信手段と、
   前記送信波と前記受信波を混合して、ビート信号を生成する手段と、
   前記車両の速度を検出する手段と、
   前記検出された車両の速度に基づいて、該車両の速度に応じたドップラ周波数を算出する手段と、
   前記送信波の周波数上昇部における前記ビート信号の周波数スペクトルを、前記ドップラ周波数を２倍した周波数オフセット量だけ、周波数が増加する方向にシフトして、上昇オフセット周波数スペクトルを算出する手段と、
   前記送信信号の周波数下降部における前記ビート信号の周波数スペクトルを、前記ドップラ周波数を２倍した周波数オフセット量だけ、周波数が減少する方向にシフトして、下降オフセット周波数スペクトルを算出する手段と、
   前記送信波の周波数上昇部における前記ビート信号の周波数スペクトルから、前記下降オフセット周波数スペクトルを減算することにより、上昇差分周波数スペクトルを算出する手段と、
   前記送信波の周波数下降部における前記ビート信号の周波数スペクトルから、前記上昇オフセット周波数スペクトルを減算することにより、下降差分周波数スペクトルを算出する手段と、
   前記上昇差分周波数スペクトルのレベルおよび前記下降差分周波数スペクトルのレベルに基づいて、前記物体が移動物体なのか静止物体なのかを判定する手段と、
   を備える、物体検知装置。
2. 前記上昇差分周波数スペクトルのレベルおよび前記下降差分周波数スペクトルのレベルが、所定のしきい値より小さいときには、該所定のしきい値より小さいレベルを持つ該上昇差分周波数スペクトルおよび該下降差分周波数スペクトルのピークが、静止物体を表すピークであると判定する、
   請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記上昇差分周波数スペクトルのレベルおよび前記下降差分周波数スペクトルのレベルが、所定のしきい値より大きいときには、該所定のしきい値より大きいレベルを持つ該上昇差分周波数スペクトルおよび該下降差分周波数スペクトルのピークが、移動物体を表すピークであると判定する、
   請求項１または２に記載の物体検知装置。

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