JP2013217799A - 物体検知装置、物体検知方法、物体検知プログラム、及び動作制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】距離や相対速度の検出を制約しない物体検知装置、物体検知方法、物体検知プログラム及び動作制御システムを提供する。
【解決手段】信号送受信部は、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号と受信信号に基づいて中間周波数信号を生成し、検出部は、前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて物体までの距離を算出し、判定部は、前記検出部が算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する。
【選択図】図2
【解決手段】信号送受信部は、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号と受信信号に基づいて中間周波数信号を生成し、検出部は、前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて物体までの距離を算出し、判定部は、前記検出部が算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する。
【選択図】図2
Description
本発明は、物体検知装置、物体検知方法、物体検知プログラム及び動作制御システムに関する。
レーダ装置は、送信信号として電波(例えばミリ波)を放射して、物体から反射された受信信号に基づいて、その物体を検知する。レーダ装置には、周波数変調した送信信号を用い、受信信号との周波数差(ビート周波数)を用いて物体までの距離や相対速度を算出する周波数変調連続波(FMCW;Frequency Modulation Continuous Wave)レーダがある。
FMCWレーダには、直流・直流変換器(DC−DCコンバータ[Direct Current−Direct Current Converter])やクロック発生器など、一定の周波数の信号をノイズとして発生させるデバイスを備えているものがある。このデバイスのようにノイズ源が発生させたノイズは、ノイズの周波数と送信信号の変調周波数との関係によっては、実在しない物体の距離や相対速度が検出されるという問題を生じていた。
FMCWレーダには、直流・直流変換器(DC−DCコンバータ[Direct Current−Direct Current Converter])やクロック発生器など、一定の周波数の信号をノイズとして発生させるデバイスを備えているものがある。このデバイスのようにノイズ源が発生させたノイズは、ノイズの周波数と送信信号の変調周波数との関係によっては、実在しない物体の距離や相対速度が検出されるという問題を生じていた。
例えば特許文献1に記載の雑音周波数配分設定方法では、ノイズ源からのノイズによって生成されるゴーストターゲットまでの測定距離が実在するターゲットまでの測定距離よりも小さくなるゴースト領域信号周波数を、測定可能な信号通過帯域周波数よりも高く設定する。
しかしながら、特許文献1に記載の雑音周波数配分設定方法では、既知の周波数以外のノイズを低減することができず、ノイズを低減する周波数成分を用いて物体の距離や相対速度を検知することができなくなる。従って、距離や相対速度を検知できる周波数の範囲が制約される。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、距離や相対速度の検知を制約しない物体検知装置、物体検知方法、物体検知プログラム及び動作制御システムを提供する。
(1)本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号とその反射波である受信信号に基づいて中間周波数信号を生成する信号送受信部と、前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて距離を算出する距離検出部と、前記距離検出部が算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する判定部とを備えることを特徴とする物体検知装置である。
(2)本発明のその他の態様は、上述の物体検知装置であって、前記判定部は、前記複数の変調周期間で等しいと判定した距離については実像に基づく距離と判定し、等しくないと判定した距離については実像に基づかない距離として、その距離を採用しないことを特徴とする。
(3)本発明のその他の態様は、上述の物体検知装置であって、前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する受信強度算出部を備えることを特徴とする。
(4)本発明のその他の態様は、上述の物体検知装置であって、前記受信強度算出部は、前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数が前記複数の変調周期間で等しいと判定したピーク周波数については、ノイズに基づくピーク周波数として、そのピーク周波数を採用しないことを特徴とする。
(5)本発明のその他の態様は、上述の物体検知装置であって、前記信号送受信部は、前記送信信号の変調周期を、前記複数の変調周期のいずれかに予め定めた時間間隔で切り替えることを特徴とする。
(6)本発明のその他の態様は、上述の物体検知装置であって、前記信号送受信部は、前記複数の変調周期の各々について前記送信信号を送信する送信部と、前記反射波を受信する受信部と、を備えることを特徴とする。
(7)本発明のその他の態様は、物体検知装置における物体検知方法において、物体検知装置における物体検知方法において、前記物体検知装置は、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号とその反射波である受信信号に基づいて中間周波数信号を生成する第1の過程と、前記物体検知装置は、前記生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて距離を算出する第2の過程と、前記物体検知装置は、前記算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する第3の過程とを有することを特徴とする物体検知方法である。
(8)本発明のその他の態様は、物体検知装置のコンピュータに、物体検知装置のコンピュータに、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号とその反射波である受信信号に基づいて中間周波数信号を生成する手順、前記生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて距離を算出する手順、前記算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する手順を実行させることを特徴とする物体検知プログラムである。
(9)本発明のその他の態様は、物体検知装置と前記物体検知装置から入力された物体の距離又は速度に基づいて動作を制御する動作制御部を備える動作制御システムであって、前記物体検知装置は、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号とその反射波である受信信号に基づいて中間周波数信号を生成する信号送受信部と、前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて距離を算出する距離検出部と、前記距離検出部が算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とする動作制御システムである。
本発明によれば、距離や相対速度の検知を制約しない。
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る動作制御システム1の構成を表す概略図である。
動作制御システム1は、n個(nは1よりも大きい整数)の受信アンテナ101−1〜101−n、送信アンテナ102、物体検知装置11、制御指示部13、及び運転支援制御部14を含んで構成される。動作制御システム1は、例えば、車両の動作機構や当該車両を運転する運転者への情報の提示を制御する。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る動作制御システム1の構成を表す概略図である。
動作制御システム1は、n個(nは1よりも大きい整数)の受信アンテナ101−1〜101−n、送信アンテナ102、物体検知装置11、制御指示部13、及び運転支援制御部14を含んで構成される。動作制御システム1は、例えば、車両の動作機構や当該車両を運転する運転者への情報の提示を制御する。
物体検知装置11は、信号送受信部110及び位置情報生成部120を含んで構成される。
信号送受信部110は、送信信号を生成し、生成した送信信号を電波で放射する送信アンテナ102に出力する。信号送受信部110は、物体が反射した電波を受信信号として受信する受信アンテナ101−1〜101−nから入力された受信信号と前述の送信信号に基づいて中間周波数(IF;Intermediate Frequency)信号を生成する。ここで、信号送受信部110は、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号を生成する。信号送受信部110は、入力された受信信号と生成したIF信号を位置情報生成部120に出力する。信号送受信部110の構成については後述する。
信号送受信部110は、送信信号を生成し、生成した送信信号を電波で放射する送信アンテナ102に出力する。信号送受信部110は、物体が反射した電波を受信信号として受信する受信アンテナ101−1〜101−nから入力された受信信号と前述の送信信号に基づいて中間周波数(IF;Intermediate Frequency)信号を生成する。ここで、信号送受信部110は、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号を生成する。信号送受信部110は、入力された受信信号と生成したIF信号を位置情報生成部120に出力する。信号送受信部110の構成については後述する。
位置情報生成部120は、信号送受信部110から入力されたIF信号に基づいて物標(target)毎の距離、方位及び相対速度を算出する。物標とは、検出した物体を表す情報である。位置情報生成部120は、物標毎に、算出した距離、方位及び算出した相対速度を表す位置情報を生成する。
位置情報生成部120は、算出した距離が複数の変調周期間で等しいか否かを判定し、複数の変調周期間で等しいと判定した物標に対して、位置情報を制御指示部13に出力する。位置情報生成部120の構成については後述する。
位置情報生成部120は、算出した距離が複数の変調周期間で等しいか否かを判定し、複数の変調周期間で等しいと判定した物標に対して、位置情報を制御指示部13に出力する。位置情報生成部120の構成については後述する。
制御指示部13は、位置情報生成部120から入力された物標毎の位置情報に基づいて運転支援制御部14の動作を制御する制御信号を生成する。制御指示部13は、例えば、入力された位置情報が表す距離が予め定めた第1の閾値よりも小さい物標が含まれる場合、に制御信号を生成する。制御指示部13は、生成した制御信号を運転支援制御部14に出力する。
運転支援制御部14は、制御指示部13から入力された制御信号に基づいて車両の運転を支援する機能を制御する。運転支援制御部14は、例えば、警報音制御部141、ブレーキ制御部142及びアクセル制御部143を含んで構成される。警報音制御部141は、制御信号が入力されたとき、物体が接近したことを運転者に警告する警告音を提示する。ブレーキ制御部142は、制御信号が入力され、かつブレーキ動作が行われていないとき、ブレーキ動作を開始させて車両を減速させる。アクセル制御部143は、制御信号が入力され、かつアクセル動作が行われているときアクセル動作を停止させて車両の加速を停止させる。
次に、信号送受信部110の構成について説明する。
図2は、本実施形態に係る物体検知装置11の構成を表す概略図である。
信号送受信部110は、VCO(Voltage Controlled Oscillator、電圧制御発振器)111、n個のミキサ112−1〜112−n、分配器114、n個のフィルタ115−1〜115−n、SW(スイッチ)116、ADC(A/D[Analog−to−Digital、アナログディジタル]コンバータ、受信波取得部)117、制御部118、及び三角波生成部119を備える。
図2は、本実施形態に係る物体検知装置11の構成を表す概略図である。
信号送受信部110は、VCO(Voltage Controlled Oscillator、電圧制御発振器)111、n個のミキサ112−1〜112−n、分配器114、n個のフィルタ115−1〜115−n、SW(スイッチ)116、ADC(A/D[Analog−to−Digital、アナログディジタル]コンバータ、受信波取得部)117、制御部118、及び三角波生成部119を備える。
VCO111は、予め定めた周波数の信号を発生させ、発生させた信号を三角波生成部119から入力された三角波信号に基づいて周波数変調して送信信号を生成する。VCO111は、生成した送信信号を分配器114に出力する。VCO111が生成する送信信号は、予め定めた中心周波数f0を中心に周波数変調幅Δfで三角波信号の変調周期で周波数変調する。従って、送信信号には、時間経過に伴って周波数が高くなる上昇部分、周波数が低くなる下降部分がある。
ミキサ112−1〜112−nは、受信アンテナ101−1〜101−nから入力された受信信号を、分配器114から入力された送信信号とそれぞれ混合して、IF信号を生成する。IF信号は、ビート信号と呼ばれることがある。受信アンテナ101−1〜101−nにそれぞれ対応するチャネルをCH−1〜CH−nと呼ぶことがある。IF信号の周波数は、対応する受信信号の周波数と送信信号の周波数の差(ビート周波数)である。ミキサ112−1〜112−nは、生成したCH−1〜CH−nのIF信号をそれぞれフィルタ115−1〜115−nに出力する。
分配器114は、VCO111から入力された送信信号を送信アンテナ102及びミキサ112−1〜112−nに出力する。
分配器114は、VCO111から入力された送信信号を送信アンテナ102及びミキサ112−1〜112−nに出力する。
フィルタ115−1〜115−nは、ミキサ112−1〜112−nから入力されたCH−1〜CH−nのIF信号をそれぞれ帯域制限して、帯域制限したIF信号をSW116に出力する。
SW116は、フィルタ115−1〜115−nから入力されたCH−1〜CH−nのIF信号を、制御部118から入力されたサンプリング信号に同期してチャネルを順次切り替えてADC117に出力する。
ADC117は、SW116から入力されたチャネルが順次切り替えられたアナログのIF信号を、予め定めたサンプリング周波数でA/D変換してディジタルのIF信号に変換し、変換したIF信号を位置情報生成部120の記憶部121に順次記憶させる。
制御部118は、物体検知装置11の各部の動作を制御する。制御部118は、例えば、CPU(Central Processing Unit、中央演算装置)である。制御部118は、予め定めたサンプリング周期のサンプリング信号を生成し、生成したサンプリング信号をSW116、ADC117及び三角波生成部119に出力する。
SW116は、フィルタ115−1〜115−nから入力されたCH−1〜CH−nのIF信号を、制御部118から入力されたサンプリング信号に同期してチャネルを順次切り替えてADC117に出力する。
ADC117は、SW116から入力されたチャネルが順次切り替えられたアナログのIF信号を、予め定めたサンプリング周波数でA/D変換してディジタルのIF信号に変換し、変換したIF信号を位置情報生成部120の記憶部121に順次記憶させる。
制御部118は、物体検知装置11の各部の動作を制御する。制御部118は、例えば、CPU(Central Processing Unit、中央演算装置)である。制御部118は、予め定めたサンプリング周期のサンプリング信号を生成し、生成したサンプリング信号をSW116、ADC117及び三角波生成部119に出力する。
三角波生成部119は、予め定めた複数の変調周期のうちいずれか1つの変調周期の三角波信号を生成し、生成した三角波信号をVCO111に出力する。
三角波は、ある変調周期において、振幅が予め定めた最小値から最大値まで線形に増加し、振幅が最大値に達した後、最大値から最小値まで線形に減少する波形である。三角波生成部119は、生成する三角波信号の変調周期を、例えば、2つの変調周期Ta、Tb(Tb>Ta)のうちいずれかに交互に切り替える。これにより、三角波生成部119は、VCO111が生成する、送信信号の変調周期をTa、Tbのいずれかに交互に切り替える。なお、以下の説明では、変調周期がTaである区間の送信信号を変調波aと呼ぶ。変調周期がTbである区間の送信信号を変調波bと呼ぶ。なお、変調周期を切り替える周期を切替周期Tabと呼ぶ。
三角波は、ある変調周期において、振幅が予め定めた最小値から最大値まで線形に増加し、振幅が最大値に達した後、最大値から最小値まで線形に減少する波形である。三角波生成部119は、生成する三角波信号の変調周期を、例えば、2つの変調周期Ta、Tb(Tb>Ta)のうちいずれかに交互に切り替える。これにより、三角波生成部119は、VCO111が生成する、送信信号の変調周期をTa、Tbのいずれかに交互に切り替える。なお、以下の説明では、変調周期がTaである区間の送信信号を変調波aと呼ぶ。変調周期がTbである区間の送信信号を変調波bと呼ぶ。なお、変調周期を切り替える周期を切替周期Tabと呼ぶ。
次に、位置情報生成部120の構成について説明する。
位置情報生成部120は、記憶部121、受信強度算出部122、DBF(Digital Beam Forming、ディジタルビームフォーミング)処理部123、距離検出部124、速度検出部125、方位検出部126、実像判定部127、物標引継ぎ処理部128及び物標出力処理部129を含んで構成される。
位置情報生成部120は、記憶部121、受信強度算出部122、DBF(Digital Beam Forming、ディジタルビームフォーミング)処理部123、距離検出部124、速度検出部125、方位検出部126、実像判定部127、物標引継ぎ処理部128及び物標出力処理部129を含んで構成される。
受信強度算出部122は、記憶部121からチャネル毎のIF信号を読み出し、読み出したIF信号を、例えばフーリエ変換して周波数領域の複素数データを算出する。受信強度算出部122は、算出したチャネル毎の複素数データをDBF処理部123に出力する。
受信強度算出部122は、全チャネルの複素数データを加算した加算値に基づいてスペクトルを算出する。なお、受信強度算出部122は、いずれかのチャネルの複素数データに基づいてスペクトルを算出してもよいが、加算値に基づいてスペクトルを算出することでノイズ成分が平均化されてS/N(Signal to Noise)比が向上する。
受信強度算出部122は、算出したスペクトルから、予め定めたレベルの閾値を越え、レベルが極大になる部分を、上述の上昇部分及び下降部分それぞれについて信号レベルのピークとして検出する(ピーク検出)。受信強度算出部122は、このピーク検出を、切替周期Tab毎に、変調周期Ta、Tbそれぞれについて行う。受信強度算出部122は、変調周期Ta、Tbそれぞれについて検出したピークの周波数を表すピーク周波数情報を生成する。受信強度算出部122は、生成したピーク周波数情報を距離検出部124及び速度検出部125に出力する。
受信強度算出部122は、全チャネルの複素数データを加算した加算値に基づいてスペクトルを算出する。なお、受信強度算出部122は、いずれかのチャネルの複素数データに基づいてスペクトルを算出してもよいが、加算値に基づいてスペクトルを算出することでノイズ成分が平均化されてS/N(Signal to Noise)比が向上する。
受信強度算出部122は、算出したスペクトルから、予め定めたレベルの閾値を越え、レベルが極大になる部分を、上述の上昇部分及び下降部分それぞれについて信号レベルのピークとして検出する(ピーク検出)。受信強度算出部122は、このピーク検出を、切替周期Tab毎に、変調周期Ta、Tbそれぞれについて行う。受信強度算出部122は、変調周期Ta、Tbそれぞれについて検出したピークの周波数を表すピーク周波数情報を生成する。受信強度算出部122は、生成したピーク周波数情報を距離検出部124及び速度検出部125に出力する。
なお、受信強度算出部122は、変調周期Taについてのピーク周波数と、変調周期Tbについてのピーク周波数が等しいか否かを判断してもよい。ここで、受信強度算出部122は、例えば、変調周期Taについてのピーク周波数と、変調周期Tbについてのピーク周波数の差分の絶対値が、予め定めた当該差分の閾値よりも小さいと判断した場合、両者が等しいと判断する。受信強度算出部122は、両者が等しいと判断されたピーク周波数を表すピーク周波数情報を消去し、その他のピーク周波数を表すピーク周波数情報を距離検出部124及び速度検出部125に出力するようにしてもよい。これにより、変調周期Ta、Tbに関わらず同一の周波数成分を含むノイズによる影響を除去することができる。
受信強度算出部122は、ピークを検出できなかった場合には、物標が検出できなかったことを表す位置情報を生成し、生成した位置情報を物標出力処理部129に出力する。
受信強度算出部122は、ピークを検出できなかった場合には、物標が検出できなかったことを表す位置情報を生成し、生成した位置情報を物標出力処理部129に出力する。
DBF処理部123は、受信強度算出部122から入力されたチャネル毎の複素数データをアンテナの配列方向(チャネル方向)にさらにフーリエ変換(空間軸フーリエ変換)して空間周波数領域の複素数データを生成する。DBF処理部123は、生成した複素数データから、予め定めた角度分解能の角度チャネル毎にスペクトルの強度である受信強度を算出し、算出した受信強度を示す受信強度情報を生成する。DBF処理部123は、生成した受信強度情報を方位検出部126に出力する。
距離検出部124は、受信強度算出部122から入力されたピーク周波数情報が表す上昇部分の周波数fuと下降部分の周波数fdに基づいて各物標が表す物体までの距離を、変調周期Ta、Tbそれぞれについて算出する。距離検出部124は、例えば、式(1)を用いて距離Rを算出する。
式(1)において、cは光速度、Tは変調周期をそれぞれ表す。即ち、式(1)は、上昇部分又は下降部分の経過時間T/2内に光が進行する距離c・T/2を、上昇部分の周波数fuと下降部分の周波数fdを物標毎に平均した平均値の変調周波数Δfに対する比を乗じて距離Rが与えられることを示す。距離検出部124は、変調周期Ta、Tbそれぞれの各物標が表す物体までの距離を表す距離情報を実像判定部127に出力する。
速度検出部125は、受信強度算出部122から入力されたピーク周波数が表す上昇部分の周波数fuと下降部分の周波数fdに基づいて各物標が表す物体の相対速度を、変調周期Ta、Tbそれぞれについて算出する。速度検出部125は、例えば、式(2)を用いて速度Vを算出する。
即ち、式(2)は、光速度cを、上昇部分の周波数fuと下降部分の周波数fdの差分との中心周波数f0に対する比を乗じて相対速度Vが与えられることを示す。速度検出部125は、変調周期Ta、Tbそれぞれの各物標の相対速度Vを表す速度情報を実像判定部127に出力する。
方位検出部126は、DBF処理部123から入力された受信強度情報が示す受信強度が最大となる角度φを物標が表す物体の方位として検出し、検出した方位を表す方位情報を生成する。方位検出部126は、生成した方位情報を物標引継ぎ処理部128に出力する。
実像判定部127には、距離検出部124から距離情報が入力される。実像判定部127は、入力された距離情報が表す各物標の変調周期Taについての距離と、当該各物標の変調周期Tbについての距離が等しいか否か判断する。ここで、実像判定部127は、例えば、距離情報が表す各物標の変調周期Taについての距離と、当該各物標の変調周期Tbについての距離との差分の絶対値が、予め定めた当該差分の閾値よりも小さいと判断された場合、両者の距離が等しいと判断する。実像判定部127は、両者の距離が等しいと判断された物標の距離情報を実像の距離情報として保持する。実像とは、物体からの反射波に基づくIF信号の周波数特性のピークを示す物標である。実像判定部127は、距離が等しくないと判断された物標の距離情報を、虚像の距離情報として消去して採用しない。虚像とは、実像以外の周波数成分のピーク、例えば、IF信号に混入したノイズ成分や、IF信号とノイズ成分との差周波成分を示す物標である。なお、以下の説明では、単に2つの値が等しいという場合には、2つの値が厳密に等しい場合の他、両者の差分の絶対値が予め定めた閾値よりも小さい場合も含んでもよい。これにより、観測誤差のために2つの値に誤差等、微小な差異が生じた場合でも、両者が等しいとみなされる。
実像判定部127には、速度検出部125から速度情報が入力される。実像判定部127は、保持した距離情報に係る物標の速度情報を実像の速度情報として保持する。実像判定部127は、距離が等しくないと判断された物標の速度情報を、虚像の速度情報として消去して採用しない。
実像判定部127は、実像の距離情報として保持した距離情報と、その速度情報を物標引継ぎ処理部128に出力する。
実像判定部127には、速度検出部125から速度情報が入力される。実像判定部127は、保持した距離情報に係る物標の速度情報を実像の速度情報として保持する。実像判定部127は、距離が等しくないと判断された物標の速度情報を、虚像の速度情報として消去して採用しない。
実像判定部127は、実像の距離情報として保持した距離情報と、その速度情報を物標引継ぎ処理部128に出力する。
物標引継ぎ処理部128は、実像判定部127から距離情報及び速度情報が、方位検出部126から方位情報がそれぞれ入力される。物標引継ぎ処理部128は、記憶部121から前回の切替周期に係る距離情報、速度情報及び方位情報を読み出す。物標引継ぎ処理部128は、現在の切替周期で算出した距離、相対距離、方位と、前回の切替周期で算出した距離、相対距離、方位とのそれぞれの差分値が、それぞれの差分値毎に予め定められた閾値よりも小さいか否か判断する。全ての差分値について予め定められた閾値よりも小さいと判断された場合、物標引継ぎ処理部128は、現在の切替周期に係る物標と前回の切替周期に係る物標が同一であると判定する。その場合、物標引継ぎ処理部128は、その物標の物標引継ぎ回数を1だけ増加させ、その物標と、現在の切替周期に係る距離情報、速度情報及び方位情報を対応付けて記憶部121に記憶する。また、物標引継ぎ処理部128は、その物標と現在の切替周期に係る距離情報、速度情報及び方位情報を対応付けて物標出力処理部129に出力する。
現在の変調周期に係る物標と前回の変調周期に係る物標が同一でないと判定された場合、物標引継ぎ処理部128は、新たな物体を検知したと判定する。物標引継ぎ処理部128は、新たな物体を表す物標(識別番号)を生成し、生成した物標と現在の変調周期に係る距離情報、速度情報及び方位情報を対応付けて記憶部121に記憶する。また、物標引継ぎ処理部128は、その物標と現在の変調周期に係る距離情報、速度情報及び方位情報を対応付けて物標出力処理部129に出力する。以下、距離情報、速度情報及び方位情報を位置情報と総称することがある。
物標出力処理部129は、受信強度算出部122又は物標引継ぎ処理部128から入力された位置情報を制御指示部13に出力する。
(距離、相対速度の検出)
次に、位置情報生成部120が距離及び相対速度を検出する原理について説明する。
図3は、本実施形態に係る送信信号と受信信号の一例を表す図である。
図3において、横軸は時刻を表し、縦軸は周波数を表す。図3に示す例では、送信信号の変調周期はTである。
図3の上段は、送信信号の周波数を実線で表し、受信信号の周波数を破線で表す。送信信号は、中心周波数f0を中心に変調幅Δfで周波数変調している。図3に示す例では、受信信号は、ΔTだけ遅延しδfだけ周波数が偏移する。遅延ΔTは、送信信号を送信してから、物体からの反射波が受信されるまでの遅延を表す。偏移δfは、物体との相対速度Vが生じることによるドップラー効果によるものである。従って、物体までの距離Rが大きくなるほど、遅延時間ΔTが大きくなり、物体との相対速度が大きくなるほど周波数偏移δfが大きくなる。
次に、位置情報生成部120が距離及び相対速度を検出する原理について説明する。
図3は、本実施形態に係る送信信号と受信信号の一例を表す図である。
図3において、横軸は時刻を表し、縦軸は周波数を表す。図3に示す例では、送信信号の変調周期はTである。
図3の上段は、送信信号の周波数を実線で表し、受信信号の周波数を破線で表す。送信信号は、中心周波数f0を中心に変調幅Δfで周波数変調している。図3に示す例では、受信信号は、ΔTだけ遅延しδfだけ周波数が偏移する。遅延ΔTは、送信信号を送信してから、物体からの反射波が受信されるまでの遅延を表す。偏移δfは、物体との相対速度Vが生じることによるドップラー効果によるものである。従って、物体までの距離Rが大きくなるほど、遅延時間ΔTが大きくなり、物体との相対速度が大きくなるほど周波数偏移δfが大きくなる。
図3の下段は、IF信号の周波数を実線で表す。IF信号の周波数は、受信信号の周波数と送信信号の差分の絶対値になる。図3の下段に示すIF信号の周波数は、受信強度算出部122が検出するピークの周波数である。上り部分では、IF信号の周波数はfuである。上り部分とは、送信信号、受信信号ともに周波数が時間経過とともに高くなる区間である。図3では時刻ΔTからT/2である。下り部分では、IF信号の周波数はfdである。下り部分とは、送信信号、受信信号ともに周波数が時間経過とともに低くなる区間である。図3では時刻T/2+ΔTからΔTである。上述の変調幅Δf、周波数偏移δfは、上り部分の周波数fu及び下り部分の周波数fdによって定められる。従って、本実施形態では、受信強度算出部122が検出した上り部分の周波数fu及び下り部分の周波数fdに基づいて距離R、相対速度Vを算出することができる。
図4は、IF信号のレベル周波数特性の一例を表す図である。
図4において、横軸は周波数を表し、縦軸はレベルを表す。
図4の上段は、上り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、上り部分において周波数fuにおいてピークを有する。図4の下段は、下り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、下り部分において周波数fdにおいてピークを有する。
受信強度算出部122は、複数の物標にそれぞれ対応したピークの周波数を検出することがある。その場合には、受信強度算出部122は、上り部分、下り部分それぞれについて、周波数が小さい順に共通の物標と対応付けてピーク周波数情報を生成し、生成したピーク周波数情報を距離検出部124、速度検出部125に出力する。
図4において、横軸は周波数を表し、縦軸はレベルを表す。
図4の上段は、上り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、上り部分において周波数fuにおいてピークを有する。図4の下段は、下り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、下り部分において周波数fdにおいてピークを有する。
受信強度算出部122は、複数の物標にそれぞれ対応したピークの周波数を検出することがある。その場合には、受信強度算出部122は、上り部分、下り部分それぞれについて、周波数が小さい順に共通の物標と対応付けてピーク周波数情報を生成し、生成したピーク周波数情報を距離検出部124、速度検出部125に出力する。
(変調周期の切替え)
次に、VCO111が生成する送信信号の周波数変調について説明する。
図5は、送信信号の周波数特性の一例を表す図である。
図5において、横軸は時刻を表し、縦軸は周波数を表す。送信信号は、中心周波数f0を中心に、変調幅Δfで周波数変調する。但し、送信信号の変調周期は、予め定めた切替周期Tabで、変調周期TaとTbが切り替わる。変調周期Taの変調波aと変調周期Tbの変調波bの間には、周波数が一定の非変調区間が挿入されている。非変調区間の長さを、非変調間隔δTと呼ぶ。図5は、時刻0からTaの間に、変調周期Taの変調波aを表し、時刻Ta+δTからTa+Tb+δTの間に、変調周期Tbの変調波bを示す。図5は、時刻TaからTa+δTの間、及びTa+Tb+δTからTabの間に、非変調間隔δTの非偏変調区間を表す。図5の例では、切替周期Tabは、Ta+Tb+2・δTである。従って、受信強度算出部122は、変調波a、bのそれぞれに基づくIF信号の上り部分、下り部分それぞれについてピーク周波数を検出する。
次に、VCO111が生成する送信信号の周波数変調について説明する。
図5は、送信信号の周波数特性の一例を表す図である。
図5において、横軸は時刻を表し、縦軸は周波数を表す。送信信号は、中心周波数f0を中心に、変調幅Δfで周波数変調する。但し、送信信号の変調周期は、予め定めた切替周期Tabで、変調周期TaとTbが切り替わる。変調周期Taの変調波aと変調周期Tbの変調波bの間には、周波数が一定の非変調区間が挿入されている。非変調区間の長さを、非変調間隔δTと呼ぶ。図5は、時刻0からTaの間に、変調周期Taの変調波aを表し、時刻Ta+δTからTa+Tb+δTの間に、変調周期Tbの変調波bを示す。図5は、時刻TaからTa+δTの間、及びTa+Tb+δTからTabの間に、非変調間隔δTの非偏変調区間を表す。図5の例では、切替周期Tabは、Ta+Tb+2・δTである。従って、受信強度算出部122は、変調波a、bのそれぞれに基づくIF信号の上り部分、下り部分それぞれについてピーク周波数を検出する。
ここで、変調周期が切り替わる送信信号に基づくIF信号のレベル周波数特性について説明する。
図6は、IF信号のレベル周波数特性の他の例を表す図である。
図6において、横軸は周波数を表し、縦軸はレベルを表す。
図6の上段は、変調波aの上り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、周波数fc、fa、fnにおいてピークを有する。周波数faは、1つの物体から反射した反射波を受信信号とした場合のIF信号のピーク周波数である。周波数fnは、ノイズのピーク周波数である。周波数fcは、反射波に基づくIF信号と、ノイズとの差周波成分のピーク周波数である。従って、周波数fcは、周波数fnから周波数faの差に等しい。
図6は、IF信号のレベル周波数特性の他の例を表す図である。
図6において、横軸は周波数を表し、縦軸はレベルを表す。
図6の上段は、変調波aの上り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、周波数fc、fa、fnにおいてピークを有する。周波数faは、1つの物体から反射した反射波を受信信号とした場合のIF信号のピーク周波数である。周波数fnは、ノイズのピーク周波数である。周波数fcは、反射波に基づくIF信号と、ノイズとの差周波成分のピーク周波数である。従って、周波数fcは、周波数fnから周波数faの差に等しい。
図6の下段は、変調波bの上り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、周波数fb、fc’、fn’においてピークを有する。周波数fbは、上述の物体から反射した反射波を受信信号とした場合のIF信号のピーク周波数である。従って、周波数fbは、変調周期Tbに反比例する。即ち、Ta<Tbの場合、fb<faとなる。
周波数fn’は、ノイズのピーク周波数であり、周波数fnと等しい。周波数fc’は、ノイズと反射波に基づくIF信号との差周波成分のピーク周波数である。従って、周波数fc’は、周波数fnから周波数fbの差に等しい。即ち、Ta<Tbの場合、fc’>fcとなる。
従って、受信強度算出部122は、上述のように、変調波aについてのピーク周波数と、変調波bについてのピーク周波数が等しいと判断したとき、これらのピーク周波数を表すピーク周波数情報を消去することでノイズによる影響を除去することができる。ここで、受信強度算出部122は、周波数fn’、fnを消去して採用しない。
周波数fn’は、ノイズのピーク周波数であり、周波数fnと等しい。周波数fc’は、ノイズと反射波に基づくIF信号との差周波成分のピーク周波数である。従って、周波数fc’は、周波数fnから周波数fbの差に等しい。即ち、Ta<Tbの場合、fc’>fcとなる。
従って、受信強度算出部122は、上述のように、変調波aについてのピーク周波数と、変調波bについてのピーク周波数が等しいと判断したとき、これらのピーク周波数を表すピーク周波数情報を消去することでノイズによる影響を除去することができる。ここで、受信強度算出部122は、周波数fn’、fnを消去して採用しない。
次に、上述のIF信号のレベル周波数特性について、横軸の周波数を距離に換算して得られたレベル距離特性について説明する。但し、次に示す例では、説明を簡単にするために、各変調波の上り部分と下り部分のピーク周波数の分布が相似であると仮定した。
図7は、IF信号のレベル距離特性の一例を表す図である。
図7において、横軸は距離を表し、縦軸はレベルを表す。図7の横軸の距離は、図6の上段、下段各々の横軸の周波数に、それぞれc・Ta/(2・Δf)、c・Tb/(2・Δf)を乗じて換算した値である。
図7の上段は、変調波aの上り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、距離rc、ra、rnにおいてピークを有する。距離rc、ra、rnは、各々ピーク周波数fc、fa、fnに対応する。
図7は、IF信号のレベル距離特性の一例を表す図である。
図7において、横軸は距離を表し、縦軸はレベルを表す。図7の横軸の距離は、図6の上段、下段各々の横軸の周波数に、それぞれc・Ta/(2・Δf)、c・Tb/(2・Δf)を乗じて換算した値である。
図7の上段は、変調波aの上り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、距離rc、ra、rnにおいてピークを有する。距離rc、ra、rnは、各々ピーク周波数fc、fa、fnに対応する。
図7の下段は、変調波bの上り部分におけるIF信号のレベルを表す。IF信号のレベルは、距離rb、rc’、rn’においてピークを有する。距離rb、rc’、rn’は、各々ピーク周波数fb、fc’、fn’に対応する。距離rbは、距離raと等しい。他方、距離rc’、rn’は、距離rc、rnとそれぞれ異なる。
ここで、実像判定部127は、距離情報が示す各物標について、変調周期Taについての距離と変調周期Tbについての距離がそれぞれ等しいと判断された物標の距離情報を、実像の距離情報として保持する。また、実像判定部127は、距離情報が示す各物標について、変調周期Taについての距離と変調周期Tbについての距離が等しくないと判断された物標の距離情報を、虚像の距離情報として消去して採用しない。これにより、ノイズ、及びノイズとの差周波成分の影響を除去することができる。
ここで、実像判定部127は、距離情報が示す各物標について、変調周期Taについての距離と変調周期Tbについての距離がそれぞれ等しいと判断された物標の距離情報を、実像の距離情報として保持する。また、実像判定部127は、距離情報が示す各物標について、変調周期Taについての距離と変調周期Tbについての距離が等しくないと判断された物標の距離情報を、虚像の距離情報として消去して採用しない。これにより、ノイズ、及びノイズとの差周波成分の影響を除去することができる。
(方位の検出)
次に、方位検出部126が物体の方位を検出する原理について説明する。
図8は、本実施形態に係る受信アンテナ101−1〜101−nの配置を表す概念図である。
受信アンテナ101−2〜101−nは、基準となる受信アンテナ、例えば受信アンテナ101−1から、それぞれ間隔d1〜dn−1だけ離れた位置に配列されている。受信アンテナ101−1〜101−nの配列面に対して方位φに所在する物体からの受信信号が到来すると、受信アンテナ間で位相差が生じる。方位φは、配列面に垂直な軸を基準にした角度である。例えば、受信アンテナ101−1と101−nの間の位相差は、2πf(dn−1・sinφ/C)である。
DBF処理部123は、上述の処理により、チャネル毎の受信信号に対して各方位φに対する位相差が補償されるように、各方位に対応した角度チャネル毎のスペクトル強度である受信強度を算出する。従って、方位検出部126では、DBF処理部123が算出した受信強度が最大になる方位φを、物標が表す物体の方位と推定することができる。
次に、方位検出部126が物体の方位を検出する原理について説明する。
図8は、本実施形態に係る受信アンテナ101−1〜101−nの配置を表す概念図である。
受信アンテナ101−2〜101−nは、基準となる受信アンテナ、例えば受信アンテナ101−1から、それぞれ間隔d1〜dn−1だけ離れた位置に配列されている。受信アンテナ101−1〜101−nの配列面に対して方位φに所在する物体からの受信信号が到来すると、受信アンテナ間で位相差が生じる。方位φは、配列面に垂直な軸を基準にした角度である。例えば、受信アンテナ101−1と101−nの間の位相差は、2πf(dn−1・sinφ/C)である。
DBF処理部123は、上述の処理により、チャネル毎の受信信号に対して各方位φに対する位相差が補償されるように、各方位に対応した角度チャネル毎のスペクトル強度である受信強度を算出する。従って、方位検出部126では、DBF処理部123が算出した受信強度が最大になる方位φを、物標が表す物体の方位と推定することができる。
(物体検知処理)
次に本実施形態に係る物体検知処理について説明する。
図9は、本実施形態に係る物体検知処理を表すフローチャートである。
(ステップS101)VCO111は、切替周期Tab毎に、変調周期をTa、Tbのいずれかに交互に切り替えて、変調幅Δfで中心周波数f0を中心に周波数変調した送信信号を生成する。ADC117は、受信信号と送信信号をミキシングして生成されたアナログIF信号を、ディジタルのIF信号に変換し、変換したIF信号を位置情報生成部120の記憶部121に順次記憶させる(データ格納)。その後、ステップS102に進む。
(ステップS102)受信強度算出部122は、記憶部121からチャネル毎のIF信号を、フーリエ変換して周波数領域の複素数データを算出する。受信強度算出部122は、算出したチャネル毎の複素数データをDBF処理部123に出力する。その後、ステップS103に進む。
(ステップS103)DBF処理部123は、受信強度算出部122から入力されたチャネル毎の複素数データをアンテナの配列方向にさらにフーリエ変換して空間周波数領域の複素数データを生成する。DBF処理部123は、生成した複素数データに基づいて、予め定めた角度チャネル毎に受信強度を算出し、算出した受信強度を示す受信強度情報を生成する。DBF処理部123は、生成した受信強度情報を方位検出部126に出力する。その後、ステップS104に進む。
次に本実施形態に係る物体検知処理について説明する。
図9は、本実施形態に係る物体検知処理を表すフローチャートである。
(ステップS101)VCO111は、切替周期Tab毎に、変調周期をTa、Tbのいずれかに交互に切り替えて、変調幅Δfで中心周波数f0を中心に周波数変調した送信信号を生成する。ADC117は、受信信号と送信信号をミキシングして生成されたアナログIF信号を、ディジタルのIF信号に変換し、変換したIF信号を位置情報生成部120の記憶部121に順次記憶させる(データ格納)。その後、ステップS102に進む。
(ステップS102)受信強度算出部122は、記憶部121からチャネル毎のIF信号を、フーリエ変換して周波数領域の複素数データを算出する。受信強度算出部122は、算出したチャネル毎の複素数データをDBF処理部123に出力する。その後、ステップS103に進む。
(ステップS103)DBF処理部123は、受信強度算出部122から入力されたチャネル毎の複素数データをアンテナの配列方向にさらにフーリエ変換して空間周波数領域の複素数データを生成する。DBF処理部123は、生成した複素数データに基づいて、予め定めた角度チャネル毎に受信強度を算出し、算出した受信強度を示す受信強度情報を生成する。DBF処理部123は、生成した受信強度情報を方位検出部126に出力する。その後、ステップS104に進む。
(ステップS104)受信強度算出部122は、全チャネルの複素数データを加算した加算値に基づいてスペクトルを算出する。受信強度算出部122は、算出したスペクトルから、予め定めたレベルの閾値を越え、レベルが極大になる部分を、変調周期Ta、Tb毎に上昇部分及び下降部分それぞれについて信号レベルのピークとして検出する。受信強度算出部122は、検出したピークの周波数を表すピーク周波数情報を生成し、生成したピーク周波数情報を距離検出部124及び速度検出部125に出力する。
なお、受信強度算出部122は、変調周期Taについてのピーク周波数と、変調周期Tbについてのピーク周波数が等しいか否かを判断し、両者が等しいと判断したピーク周波数を表すピーク周波数情報を消去し、出力対象から除外してもよい。その後、ステップS105に進む。
なお、受信強度算出部122は、変調周期Taについてのピーク周波数と、変調周期Tbについてのピーク周波数が等しいか否かを判断し、両者が等しいと判断したピーク周波数を表すピーク周波数情報を消去し、出力対象から除外してもよい。その後、ステップS105に進む。
(ステップS105)距離検出部124は、受信強度算出部122から入力されたピーク周波数が表す上昇部分の周波数fuと下降部分の周波数fdに基づいて各物標が表す物体までの距離Rを、変調周期Ta、Tb毎に、例えば、式(1)を用いて算出する。距離検出部124は、算出した物標毎の距離Rを表す距離情報を実像判定部127に出力する。
速度検出部125は、受信強度算出部122から入力されたピーク周波数が表す上昇部分の周波数fuと下降部分の周波数fdに基づいて各物標が表す物体の相対速度Vを、変調周期Ta、Tb毎に、例えば、式(2)を用いて算出する。速度検出部125は、算出した物標毎の相対速度Vを表す速度情報を実像判定部127に出力する。その後、ステップS106に進む。
速度検出部125は、受信強度算出部122から入力されたピーク周波数が表す上昇部分の周波数fuと下降部分の周波数fdに基づいて各物標が表す物体の相対速度Vを、変調周期Ta、Tb毎に、例えば、式(2)を用いて算出する。速度検出部125は、算出した物標毎の相対速度Vを表す速度情報を実像判定部127に出力する。その後、ステップS106に進む。
(ステップS106)実像判定部127は、距離検出部124から距離情報が入力された距離情報が表す各物標の変調周期Taについての距離と、当該物標の変調周期Tbについての距離が等しいか否か判断する。実像判定部127は、距離が等しいと判断された物標の距離情報を実像の距離情報として保持する。ここで、実像判定部127は、変調周期Taについての距離、変調周期Tbについての距離のうち何れか一方、又は両者の平均値を表す距離情報を保持する。
実像判定部127は、速度検出部125から速度情報が入力され、保持した距離情報に係る物標の速度情報を実像の速度情報として保持する。実像判定部127は、実像の距離情報として保持した距離情報と速度情報を物標引継ぎ処理部128に出力する。その後、ステップS107に進む。
実像判定部127は、速度検出部125から速度情報が入力され、保持した距離情報に係る物標の速度情報を実像の速度情報として保持する。実像判定部127は、実像の距離情報として保持した距離情報と速度情報を物標引継ぎ処理部128に出力する。その後、ステップS107に進む。
(ステップS107)方位検出部126は、DBF処理部123から入力された受信強度情報が示す受信強度が最大となる角度φを物標が表す物体の方位として検出し、検出した方位を表す方位情報を生成する。方位検出部126は、生成した方位情報を物標引継ぎ処理部128に出力する。その後、ステップS108に進む。
(ステップS108)物標引継ぎ処理部128は、位置情報として、実像判定部127から距離情報及び速度情報が、方位検出部126から方位情報がそれぞれ入力される。物標引継ぎ処理部128は、記憶部121から前回の変調周期に係る位置情報を読み出す。現在の変調周期で算出した位置情報と、前回の変調周期で算出した位置情報との差分値が、予め定められた閾値よりも小さい場合、物標引継ぎ処理部128は、現在の変調周期に係る物体と前回の変調周期に係る物標が同一であると判定する。その場合、物体引継ぎ処理部128は、その物標と現在の変調周期に係る位置情報を対応付けて記憶部121に記憶し、物標出力処理部129に出力する。
現在の変調周期に係る物標と前回の変調周期に係る物標が同一でないと判定した場合、物標引継ぎ処理部128は、新たな物標を生成し、生成した物標と今回の変調周期に係る位置情報を対応付けて記憶部121に記憶し、物標出力処理部129に出力する。その後、ステップS109に進む。
(ステップS109)物標出力処理部129は、物標引継ぎ処理部128から入力された位置情報を制御指示部13に出力する。その後、処理を終了する。
現在の変調周期に係る物標と前回の変調周期に係る物標が同一でないと判定した場合、物標引継ぎ処理部128は、新たな物標を生成し、生成した物標と今回の変調周期に係る位置情報を対応付けて記憶部121に記憶し、物標出力処理部129に出力する。その後、ステップS109に進む。
(ステップS109)物標出力処理部129は、物標引継ぎ処理部128から入力された位置情報を制御指示部13に出力する。その後、処理を終了する。
次に、実像判定部127が行う実像判定処理について説明する。
図10は、本実施形態に係る実像判定処理を表すフローチャートである。
(ステップS201)実像判定部127には、距離検出部124から変調周期Ta(変調波a)に係る距離情報が入力される。その後、ステップS202に進む。
(ステップS202)実像判定部127には、距離検出部124から変調周期Tb(変調波b)に係る距離情報が入力される。その後、ステップS203に進む。
(ステップS203)変調周期Ta(変調波a)に係る距離情報が示す物標(物標aと呼ぶ)毎にステップS204−208を実行する。
(ステップS204)変調周期Tb(変調波b)に係る距離情報が示す物標(物標bと呼ぶ)毎にステップS205−207を実行する。
図10は、本実施形態に係る実像判定処理を表すフローチャートである。
(ステップS201)実像判定部127には、距離検出部124から変調周期Ta(変調波a)に係る距離情報が入力される。その後、ステップS202に進む。
(ステップS202)実像判定部127には、距離検出部124から変調周期Tb(変調波b)に係る距離情報が入力される。その後、ステップS203に進む。
(ステップS203)変調周期Ta(変調波a)に係る距離情報が示す物標(物標aと呼ぶ)毎にステップS204−208を実行する。
(ステップS204)変調周期Tb(変調波b)に係る距離情報が示す物標(物標bと呼ぶ)毎にステップS205−207を実行する。
(ステップS205)実像判定部127は、変調周期Ta(変調波a)に係る距離情報が表す物標aの距離と、変調周期Tb(変調波b)に係る距離情報が示す物標bの距離が等しいか否か判断する。距離が等しいと判断された場合(ステップS205 Y)、ステップS206に進む。距離が等しくないと判断された場合(ステップS205 N)、ステップS207に進む。
(ステップS206)実像判定部127は、距離が等しいと判断された物標1又は2の距離情報を実像の距離情報と判断し、変調周期Taに係る物標aについての距離情報又は変調周期Tbに係る物標bについての距離情報を保持する。その後、ステップS208に進む。
(ステップS207)実像判定部127は、距離が等しくないと判断された物標aの距離情報と物標bの距離情報を虚像の距離情報と判断し、その距離情報を消去する。その後、ステップS208に進む。
(ステップS206)実像判定部127は、距離が等しいと判断された物標1又は2の距離情報を実像の距離情報と判断し、変調周期Taに係る物標aについての距離情報又は変調周期Tbに係る物標bについての距離情報を保持する。その後、ステップS208に進む。
(ステップS207)実像判定部127は、距離が等しくないと判断された物標aの距離情報と物標bの距離情報を虚像の距離情報と判断し、その距離情報を消去する。その後、ステップS208に進む。
(ステップS208)処理対象の物標bを、変調周期Tb(変調波b)に係る距離情報が示す未処理の他の物標に変更してステップS204に進む。かかる物標がない場合には、ステップS209に進む。
(ステップS209)処理対象の物標aを、変調周期Ta(変調波a)に係る距離情報が示す未処理の他の物標に変更してステップS203に進む。かかる物標がない場合には、ステップS210に進む。
(ステップS210)実像判定部127には、速度検出部125から速度情報が入力される。実像判定部127は、保持した距離情報に係る物標の速度情報を実像の速度情報として保持する。実像判定部127は、距離が等しくないと判断された物標の速度情報を消去する。実像判定部127は、実像の距離情報として保持した距離情報と速度情報を物標引継ぎ処理部128に出力する。その後、処理を終了する。
(ステップS209)処理対象の物標aを、変調周期Ta(変調波a)に係る距離情報が示す未処理の他の物標に変更してステップS203に進む。かかる物標がない場合には、ステップS210に進む。
(ステップS210)実像判定部127には、速度検出部125から速度情報が入力される。実像判定部127は、保持した距離情報に係る物標の速度情報を実像の速度情報として保持する。実像判定部127は、距離が等しくないと判断された物標の速度情報を消去する。実像判定部127は、実像の距離情報として保持した距離情報と速度情報を物標引継ぎ処理部128に出力する。その後、処理を終了する。
このように、本実施形態によれば、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号と受信信号に基づいてIF信号を生成し、生成したIF信号のピーク周波数に基づいて各物標が表す物体までの距離を算出する。また、本実施形態によれば、算出した物標毎の距離が変調周期Ta、Tb間で等しいか否かを判定する。これにより、物体から反射した受信信号に基づいて算出された距離と、未知のノイズ等により算出された距離を判別できるため、距離や相対速度を検出できる周波数の範囲を制約しない。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態と共通する構成又は処理については同一の番号を付し、主に第1の実施形態との差異点について説明する。
本実施形態に係る動作制御システム2は、動作制御システム1(図1)において物体検知装置11の代わりに物体検知装置21を備え、さらに受信アンテナ101−2−1〜101−2−nを備える。
本実施形態に係る物体検知装置21は、物体検知装置11(図2)とは異なり、それぞれ異なる変調周期Ta、Tbで周波数変調する送信信号を同時に送信する。次に物体検知装置21の構成について説明する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態と共通する構成又は処理については同一の番号を付し、主に第1の実施形態との差異点について説明する。
本実施形態に係る動作制御システム2は、動作制御システム1(図1)において物体検知装置11の代わりに物体検知装置21を備え、さらに受信アンテナ101−2−1〜101−2−nを備える。
本実施形態に係る物体検知装置21は、物体検知装置11(図2)とは異なり、それぞれ異なる変調周期Ta、Tbで周波数変調する送信信号を同時に送信する。次に物体検知装置21の構成について説明する。
図11は、本実施形態に係る物体検知装置21の構成を示す概略図である。
物体検知装置21は、信号送受信部210及び位置情報生成部120を含んで構成される。
信号送受信部210は、VCO111−1、111−2、2・n個のミキサ112−1−1〜112−1−n、112−2−1〜112−2−n、2個の分配器114−1、114−2、2・n個のフィルタ115−1−1〜115−1−n、115−2−1〜115−2−n、SW116、ADC117、制御部118、及び三角波生成部119−1、119−2を備える。
物体検知装置21は、信号送受信部210及び位置情報生成部120を含んで構成される。
信号送受信部210は、VCO111−1、111−2、2・n個のミキサ112−1−1〜112−1−n、112−2−1〜112−2−n、2個の分配器114−1、114−2、2・n個のフィルタ115−1−1〜115−1−n、115−2−1〜115−2−n、SW116、ADC117、制御部118、及び三角波生成部119−1、119−2を備える。
三角波生成部119−1、119−2は、それぞれ変調周期Ta、Tbの三角波信号を生成し、生成した三角波信号をそれぞれVCO111−1、111−2に出力する。
VCO111−1、111−2は、三角波生成部119−1、119−2からそれぞれ入力された三角波信号に基づいて、送信信号を生成する。但し、三角波生成部119−1、119−2が生成する送信信号の周波数帯域は、例えば[f0−Δf/2 f0+Δf/2]、[f1−Δf/2 f1+Δf/2](但し、f1>f0+2Δf)とそれぞれ異なる。両送信信号の周波数帯域を違えることで、両者の混信を回避する。VCO111−1、111−2は、生成した送信信号を送信アンテナ102−1、102−2へそれぞれ出力する。VCO111−1、111−2は、生成した送信信号を、ミキサ112−1−1〜112−1−n、112−2−1〜112−2−nへそれぞれ出力する。
VCO111−1、111−2は、三角波生成部119−1、119−2からそれぞれ入力された三角波信号に基づいて、送信信号を生成する。但し、三角波生成部119−1、119−2が生成する送信信号の周波数帯域は、例えば[f0−Δf/2 f0+Δf/2]、[f1−Δf/2 f1+Δf/2](但し、f1>f0+2Δf)とそれぞれ異なる。両送信信号の周波数帯域を違えることで、両者の混信を回避する。VCO111−1、111−2は、生成した送信信号を送信アンテナ102−1、102−2へそれぞれ出力する。VCO111−1、111−2は、生成した送信信号を、ミキサ112−1−1〜112−1−n、112−2−1〜112−2−nへそれぞれ出力する。
ミキサ112−1−1〜112−1−nは、分配器114−1から入力された送信信号に受信アンテナ101−1−1〜101−1−nから入力された受信信号をそれぞれミキシングしてチャネルCH−1−1〜CH−1−nのIF信号を生成する。ミキサ112−1−1〜112−1−nは、生成したチャネルCH−1−1〜CH−1−nのIF信号をそれぞれフィルタ115−1−1〜115−1−nに出力する。
ミキサ112−2−1〜112−2−nは、分配器114−1から入力された送信信号に受信アンテナ101−2−1〜101−2−nから入力された受信信号をそれぞれミキシングしてチャネルCH−2−1〜CH−2−nのIF信号を生成する。ミキサ112−1−1〜112−1−nは、生成したチャネルCH−2−1〜CH−2−nのIF信号をそれぞれフィルタ115−2−1〜115−2−nに出力する。
ミキサ112−2−1〜112−2−nは、分配器114−1から入力された送信信号に受信アンテナ101−2−1〜101−2−nから入力された受信信号をそれぞれミキシングしてチャネルCH−2−1〜CH−2−nのIF信号を生成する。ミキサ112−1−1〜112−1−nは、生成したチャネルCH−2−1〜CH−2−nのIF信号をそれぞれフィルタ115−2−1〜115−2−nに出力する。
フィルタ115−1−1〜115−1−nは、ミキサ112−1−1〜112−1−nから入力されたCH−1−1〜CH−1−nのIF信号をそれぞれ帯域制限して、帯域制限した変調周期Ta(変調波a)のIF信号をSW116に出力する。
フィルタ115−2−1〜115−2−nは、ミキサ112−2−1〜112−2−nから入力されたCH−2−1〜CH−2−nのIF信号をそれぞれ帯域制限して、帯域制限した変調周期Tb(変調波b)のIF信号をSW116に出力する。
SW116は、フィルタ115−1−1〜115−1−n、115−2−1〜115−2−n、から入力されたCH−1−1〜CH−1−n、CH−2−1〜CH−2−nのIF信号を、制御部118から入力されたサンプリング信号に同期してチャネルを順次切り替えてADC117に出力する。
フィルタ115−2−1〜115−2−nは、ミキサ112−2−1〜112−2−nから入力されたCH−2−1〜CH−2−nのIF信号をそれぞれ帯域制限して、帯域制限した変調周期Tb(変調波b)のIF信号をSW116に出力する。
SW116は、フィルタ115−1−1〜115−1−n、115−2−1〜115−2−n、から入力されたCH−1−1〜CH−1−n、CH−2−1〜CH−2−nのIF信号を、制御部118から入力されたサンプリング信号に同期してチャネルを順次切り替えてADC117に出力する。
これにより、信号送受信部210は、変調周期Ta、Tbで周波数変調する送信信号に基づくIF信号を生成し、そのIF信号を位置情報生成部120に出力する。これらのIF信号は、例えば同時に位置情報生成部120に出力される。本実施形態では、位置情報生成部120は、入力されたIF信号のピーク周波数に基づいて各物標が表す物体の距離を算出し、物標毎の距離が変調周期Ta、Tb間で等しいか否かを判定する。これにより、本実施形態では、変調周期Ta、Tbを所定の時間間隔で切り替えることなく物標が表す物体から反射した受信信号に基づいて算出された距離と、未知のノイズにより算出された距離を判別できる。
なお、上述では、変調周期が2つの場合について説明したが、上述した実施形態では、変調周期が2つよりも多くてもよい。
上述では、運転支援制御部14が警報音制御部141、ブレーキ制御部142及びアクセル制御部143を含んで構成される場合について説明したが、上述した実施形態では、これには限られない。運転支援制御部14は、検知した物体の位置情報に基づいて動作の可否を制御する構成、例えば、車間距離制御部を備えていればよい。
上述では、運転支援制御部14が警報音制御部141、ブレーキ制御部142及びアクセル制御部143を含んで構成される場合について説明したが、上述した実施形態では、これには限られない。運転支援制御部14は、検知した物体の位置情報に基づいて動作の可否を制御する構成、例えば、車間距離制御部を備えていればよい。
なお、上述した実施形態における物体検知装置11、21の一部、例えば、制御部118、受信強度算出部122、DBF処理部123、距離検出部124、速度検出部125、方位検出部126、実像判定部127、物標引継ぎ処理部128及び物標出力処理部129をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、物体検知装置11、21に内蔵されたコンピュータシステムであって、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、上述した実施形態における物体検知装置11、21の一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現しても良い。物体検知装置11、21の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。
また、上述した実施形態における物体検知装置11、21の一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現しても良い。物体検知装置11、21の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
1…動作制御システム、
101(101−1〜101−n、101−1−1〜101−1−n、101−2−1〜101−2−n)…受信アンテナ、
102、102−1、102−2…送信アンテナ、
11、21…物体検知装置、110、210…信号送受信部、
111、111−1、111−2…VCO、
112(112−1〜112−n、112−1−1〜112−1−n、112−2−1〜112−2−n)…ミキサ、
114、114−1、114−2…分配器、
115(115−1〜115−n、115−1−1〜115−1−n、115−2−1〜115−2−n)…フィルタ、116…SW、117…ADC、118…制御部、
119、119−1、119−2…三角波生成部、
120…位置情報生成部、121…記憶部、122…受信強度算出部、
123…DBF処理部、124…距離検出部、125…速度検出部、126…方位検出部、
127…実像判定部、128…物標引継ぎ処理部、129…物標出力処理部、
13…制御指示部、
14…運転支援制御部、141…警報音制御部、142…ブレーキ制御部、
143…アクセル制御部
101(101−1〜101−n、101−1−1〜101−1−n、101−2−1〜101−2−n)…受信アンテナ、
102、102−1、102−2…送信アンテナ、
11、21…物体検知装置、110、210…信号送受信部、
111、111−1、111−2…VCO、
112(112−1〜112−n、112−1−1〜112−1−n、112−2−1〜112−2−n)…ミキサ、
114、114−1、114−2…分配器、
115(115−1〜115−n、115−1−1〜115−1−n、115−2−1〜115−2−n)…フィルタ、116…SW、117…ADC、118…制御部、
119、119−1、119−2…三角波生成部、
120…位置情報生成部、121…記憶部、122…受信強度算出部、
123…DBF処理部、124…距離検出部、125…速度検出部、126…方位検出部、
127…実像判定部、128…物標引継ぎ処理部、129…物標出力処理部、
13…制御指示部、
14…運転支援制御部、141…警報音制御部、142…ブレーキ制御部、
143…アクセル制御部
Claims (9)
- 複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号とその反射波である受信信号に基づいて中間周波数信号を生成する信号送受信部と、
前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて距離を算出する距離検出部と、
前記距離検出部が算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する判定部と
を備えることを特徴とする物体検知装置。 - 前記判定部は、前記複数の変調周期間で等しいと判定した距離については実像に基づく距離と判定し、等しくないと判定した距離については実像に基づかない距離として、その距離を採用しないことを特徴とする請求項1に記載の物体検知装置。
- 前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する受信強度算出部
を備えることを特徴とする請求項1に記載の物体検知装置。 - 前記受信強度算出部は、前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数が前記複数の変調周期間で等しいと判定したピーク周波数については、ノイズに基づくピーク周波数として、そのピーク周波数を採用しないことを特徴とする請求項3に記載の物体検知装置。
- 前記信号送受信部は、前記送信信号の変調周期を、前記複数の変調周期のいずれかに予め定めた時間間隔で切り替えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の物体検知装置。
- 前記信号送受信部は、前記複数の変調周期の各々について前記送信信号を送信する送信部と、前記反射波を受信する受信部と、
を備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の物体検知装置。 - 物体検知装置における物体検知方法において、
前記物体検知装置は、複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号とその反射波である受信信号に基づいて中間周波数信号を生成する第1の過程と、
前記物体検知装置は、前記生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて距離を算出する第2の過程と、
前記物体検知装置は、前記算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する第3の過程と
を有することを特徴とする物体検知方法。 - 物体検知装置のコンピュータに、
複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号とその反射波である受信信号に基づいて中間周波数信号を生成する手順、
前記生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて距離を算出する手順、
前記算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する手順
を実行させることを特徴とする物体検知プログラム。 - 物体検知装置と前記物体検知装置から入力された物体の距離又は速度に基づいて動作を制御する動作制御部を備える動作制御システムであって、
前記物体検知装置は、
複数の変調周期で各々周波数が変調した送信信号とその反射波である受信信号に基づいて中間周波数信号を生成する信号送受信部と、
前記信号送受信部が生成した中間周波数信号のピーク周波数に基づいて距離を算出する距離検出部と、
前記距離検出部が算出した前記距離が前記複数の変調周期間で等しいか否かを判定する判定部と、
を備えることを特徴とする動作制御システム。
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