JP2014126498A - 車載レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で位相折り返しに起因する誤検出を抑制できる車載レーダ装置を提供する。
【解決手段】各チャンネルにて受信される受信信号間の位相差に基づいて電波を反射した物標の方位を、前記位相差がα₁からα₂の方位角度領域Ａにおいて検出する第１の方位検出手段４、６、８、１０と、撮像手段により撮像された画像に基づき物標の方位を検出する第２の方位検出手段１６と、前記方位角度領域のうち、前記位相差がβ₁からβ₂の方位角度領域においては、少なくとも前記第１の方位検出手段を用いて物標の方位を特定するとともに、前記方位角度領域Ａのうち、前記方位角度領域を除く方位角度領域では、前記第１の方位検出手段及び前記第２の方位検出手段を用いて物標の方位を特定する方位特定手段１６と、を備えることを特徴とする車載レーダ装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ間の位相差からレーダ波を反射した物標の方位を求める車載レーダ装置に関する。

従来、複数のアンテナ素子を用いて受信した各受信信号間の位相差から、電波を反射した物標の方位を検出する方位検出方法として、モノパルス、フェーズドアレイ、デジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）等の方法が知られている。

これらの方位検出方法では、アンテナ素子の組み合わせ（以下「チャンネル」ともいう）によって、物標との間を往復する電波の経路差ΔＬが異なることにより、各チャンネルで受信される受信信号間に生じる位相差Δθ［ｒａｄ］に基づいて、電波を反射した物標の方位αを求めている。

ただし、この場合、位相の周期性からΔθ＝θｏ（｜θｏ｜＜π）と、Δθ＝θｏ±２ｎπ（ｎ＝１、２，…）とを区別できない（いわゆる位相折返しが発生する）。
このため、位相差Δθが−π〜＋π［ｒａｄ］となる範囲に対応する方位角度領域Ａ₀に物標が存在すれば、その物標の方位を正しく検出できるが、方位角度領域Ａ₀外、すなわち、位相差Δθが（２ｍ−１）π〜（２ｍ＋１）π［ｒａｄ］（ｍ≠０の整数）となる範囲に対応する方位角度領域Ａ_mに物標が存在すると、その物標の方位を、方位角度領域Ａ₀内にあるものとして誤検出してしまう。

そこで、電波の送受信により得られるデータと、カメラでの撮像により得られるデータとを照合することで物標が存在する方位角度領域を特定する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特許第４０８２４４２号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、物標の方位を特定する全ての方位角度領域において、電波の送受信により得られるデータと、カメラでの撮像により得られるデータとを照合する必要があるので、構成及び処理が複雑になってしまう。本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、簡易な構成で位相折り返しに起因する誤検出を抑制できる車載レーダ装置を提供することを目的とする。

本発明の車載レーダ装置は、送信アンテナ及び受信アンテナのうち少なくとも一方を複数備え、送信アンテナ及び受信アンテナを組み合わせてなるチャンネル毎に電波を送受信し、各チャンネルにて受信される受信信号間の位相差に基づいて電波を反射した物標の方位を、位相差がα₁からα₂の方位角度領域Ａにおいて検出する第１の方位検出手段と、車両の周囲を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された画像に基づき物標の方位を検出する第２の方位検出手段とを備える。

そして、本発明の車載レーダ装置は、方位角度領域Ａのうち、位相差がβ₁からβ₂の方位角度領域Ｂにおいては、少なくとも第１方位検出手段を用いて物標の方位を特定するとともに、方位角度領域Ａのうち、方位角度領域Ｂを除く方位角度領域Ｃでは、第１の方位検出手段及び第２の方位検出手段を用いて物標の方位を特定する。

ここで、前記α₁、α₂、β₁、及びβ₂について下記式（１）〜（４）が成立する。
式（１） α₁＜β₁＜β₂＜α₂
式（２） β₂―β₁＜２π
式（３） α₂−β₁＜２π
式（４） β₂−α₁＜２π
本発明の車載レーダ装置は、位相折り返しが発生しない方位角度領域Ｂにおいては、例えば、第１の方位検出手段により物標の方位を検出する。また、位相折り返しが発生する可能性がある方位角度領Ｃでは、第１の方位検出手段と第２の方位検出手段とを併用して、位相折り返しに起因する誤検出を抑制する。

すなわち、本発明の車載レーダ装置によれば、位相折り返しに起因する誤検出を抑制できるとともに、必ずしも、方位角度領域Ａの全体にわたって第１の方位検出手段と第２の方位検出手段とを併用する必要が無いので、車載レーダ装置の構成及び実行する処理を簡易化できる。

車載レーダ装置１の構成を表すブロック図である。 車載レーダ装置１が実行する処理を表すフローチャートである。 方位角度領域Ａ、Ｂ、Ｃ₁、Ｃ₂を表す説明図である。 閾値Ｔの設定を表す説明図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
１．車載レーダ装置１の構成
車載レーダ装置１の構成を図１に基づき説明する。車載レーダ装置１は、送信アンテナＡＳを介してミリ波帯のレーダ波を自車両（車載レーダ装置１を搭載した車両）の前方に送信する送信器４と、送信器４から送出され先行車両や路側物等といった物標に反射したレーダ波（以下、反射波という）を、一列に等間隔で配置されたＮ個の受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＮにて受信し、後述するＮ個のビート信号Ｂ１〜ＢＮを生成するＮチャネルの受信器６と、受信器６が生成するビート信号Ｂ１〜ＢＮを、それぞれサンプリングしてデジタルデータＤ１〜ＤＮに変換するＮ個のＡＤ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ/ＤＮからなるＡ／Ｄ変換部８と、ＡＤ変換器Ａ／Ｄ１〜ＡＤ／Ｎを介して取り込んだデジタルデータＤ１〜ＤＮに基づいて各種信号処理を行う信号処理部１０と、総合判断処理部１６と、カメラ１８とを備えている。

このうち送信器４は、時間に対して周波数が直線的に漸増、漸減を繰り返すよう変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する高周波発振器１２と、高周波発振器１２の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１４とを備えており、送信信号Ｓｓを送信アンテナＡＳへ供給し、ローカル信号Ｌを受信器６へ供給するように構成されている。

一方、受信器６は、各受信アンテナＡＲｉ（ｉ＝１〜Ｎ）毎に、その受信信号Ｓriにローカル信号Ｌを混合し、これら信号の差の周波数成分であるビート信号Ｂｉを生成する高周波用ミキサＭＸｉと、ビート信号Ｂｉを増幅する増幅器ＡＭＰｉと備えている。なお、増幅器ＡＭＰｉは、ビート信号Ｂｉから不要な高周波成分を取り除くフィルタ機能も有している。

以下では、各受信アンテナＡＲｉに対応して受信信号ＳriからデジタルデータＤｉを生成するための構成ＭＸｉ、ＡＭＰｉ、ＡＤｉを、一括して受信チャネルｃｈｉと呼ぶ。
なお、本実施形態では、アンテナの半値角は２０°（自車両の正面方向Ｆを０°として−１０〜＋１０°）に設定されている。また、受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＮは水平方向に一列に配置され、それらの配置間隔は７．２ｍｍに設定される（すなわち等間隔に配置される）とともに、高周波発振器１２は、波長が３．９ｍｍ（約７７ＧＨｚ）の電波を生成するように設定されている。

このように構成された車載レーダ装置１では、周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ）からなるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信され、その反射波が各受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＮにて受信される。

すると、各受信チャネルｃｈｉでは、受信アンテナＡＲｉからの受信信号Ｓriを、ミキサＭＸｉにて送信器４からのローカル信号Ｌと混合することにより、これら受信信号Ｓriとローカル信号Ｌとの差の周波数成分であるビート信号Ｂｉを生成する。このビート信号Ｂｉを増幅器ＡＭＰｉにて増幅すると共に不要な高周波成分を除去した後、ＡＤ変換器ＡＤｉにて繰り返しサンプリングしてデジタルデータＤｉに変換する。

次に、信号処理部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、Ａ／Ｄ変換部８からデータを入力する入力ポートや高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を備えている。

そして、信号処理部１０では、送信信号Ｓｓの周波数が増加する上り変調、及び周波数が減少する下り変調からなる測定期間が終了する毎に、その測定期間の間にＡ／Ｄ変換部８にてサンプリングされたデジタルデータＤｉに基づいて物標を検出し、その検出した物標との距離や相対速度、方位を算出する物標検出処理を実行する。

上記の物標検出処理では、デジタルデータＤｉをチャンネル毎にＦＦＴ処理する等して物標からの反射波に基づく周波数成分を特定することで物標の検出を行い、その検出した物標のそれぞれについて、ＦＭＣＷレーダにおける周知の方法を用いて、自車両から物標までの距離や、自車両に対する物標の相対速度を算出する。

これとともに、検出した物標のそれぞれについて、同一物標に基づく周波数成分の各チャンネル間における位相差Δθの情報に基づいて物標の方位を算出する。なお、具体的な方位の算出方法は、位相差Δθの情報を用いるものであればよく、例えば、ＤＢＦやＥＳＰＲＩＴなどの信号処理を用いることができる。以下では、上記の物標検出を、レーダ波を利用した物標検出とする。

なお、レーダ波を利用した物標検出においては、その物標に起因する信号の強度（すなわち反射波の強度）が所定の閾値Ｔを越えていることを条件として、物標の検出を行う。その閾値Ｔの値は、物標の方位に応じて変更される。詳しくは後述する。

総合判断処理部１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。総合判断処理部１６は、カメラ１８を用いて撮像された、自車両の周囲（特に前方）の画像を取得し、その画像に基づき、周知の画像認識技術により物標及びその方位を検出する。以下では、これを、カメラを利用した物標検出とする。

さらに、総合判断処理部１６は、カメラを利用した物標検出の情報と、レーダ波を利用した物標検出の情報とのうちの少なくとも一方を用いて、総合的に物標及びその方位を検出する。詳しくは後述する。

なお、送信器４、受信器６、Ａ／Ｄ変換部８、及び信号処理部１０は、第１の方位検出手段の一実施形態であり、カメラ１８は、撮像手段の一実施形態であり、総合判断処理部１６は第２の方位検出手段及び方位特定手段の一実施形態である。

２．車載レーダ装置１が実行する処理
車載レーダ装置１が所定時間ごとに繰り返し実行する処理を図２〜図４に基づいて説明する。図２のステップ１では、カメラ１８を利用可能な状態であるか否かを判断する。利用可能な状態とは、自車両の外部における明るさが所定の範囲内であり、カメラ１８で撮像した画像において物標を認識可能な状態を意味する。利用可能でない状態としては、例えば、夜間、直射日光がカメラ１８のレンズに当たっている状態等が挙げられる。カメラ１８を利用可能な状態であるか否かは、例えば、自車両の外部における明るさを測定する照度計の測定値に基づき判断できる。カメラ１８が利用可能な状態である場合はステップ２に進み、利用可能な状態でない場合はステップ８に進む。

ステップ２では、レーダ波を用いて物標を検出する範囲を、図３に示す方位角度領域Ａとする。この方位角度領域は、自車両１０１を基準とし、位相差がα₁（ｒａｄ）からα₂（ｒａｄ）までの角度領域である。ここで、位相差は以下のように定義する。すなわち、図３に示すように、鉛直上方から自車両１０１を見たとき、自車両１０１の正面方向Ｆを位相差０（ｒａｄ）とし、時計回りに進むほど、位相差が大きくなるとする。α₁、α₂と、後述するβ₁、β₂とについて、下記式（１）〜（４）が成立する。

式（１） α₁＜β₁＜β₂＜α₂
式（２） β₂―β₁＜２π
式（３） α₂−β₁＜２π
式（４） β₂−α₁＜２π
また、α₁、β₁は負の値であり、α₂、β₂は正の値である。さらに、α₁とα₂の絶対値は同じであり、β₁とβ₂の絶対値も同じである。

また、本ステップでは、レーダ波を用いた物標の検出に関する閾値Ｔを、図４に示すように設定する。すなわち、方位角度領域Ａのうち、位相差がβ₁からβ₂の領域（以下、方位角度領域Ｂとする）では、大きい閾値Ｔ₁を設定するとともに、位相差がα₁からβ₁の領域（以下、方位角度領域Ｃ₁とする）、及び位相差がβ₂〜α₂の領域（以下、方位角度領域Ｃ₂とする）では、閾値Ｔ₁よりも小さい閾値Ｔ₂を設定する。

ここで、方位角度領域Ｂは、上記式（２）から明らかなように、位相折り返しが生じない領域である。それに対し、方位角度領域Ｃ₁、Ｃ₂は、位相折り返しが生じる可能性がある領域である。

ステップ３では、方位角度領域Ａにおいて、レーダ波を利用した物標検出を行う。このときの閾値Ｔの設定は、前記ステップ２で設定したものである。
ステップ４では、方位角度領域Ｃ₁、Ｃ₂において、カメラを利用した物標検出を行う。

ステップ５では、前記ステップ３のレーダ波を利用した物標検出により検出された物標について、前記ステップ４のカメラを利用した物標検出により検出された物標と方位が重なる（一致する）か否かを判断する。方位が重なる場合はステップ６に進み、重ならない場合はステップ７に進む。

ステップ６では、前記ステップ３で検出した物標を登録する。登録とは、検出した物標の情報（方位を含む）を最終的に特定し、総合判断処理部１６に記憶することを意味する。登録した物標の情報は、後に、必要に応じて、周知の衝突防止処理等に使用することができる。

ステップ７では、前記ステップ５において方位が重ならないと判断した物標は方位角度領域Ｂ内にあるか否かを判断する。方位角度領域Ｂ内にある場合はステップ６に進み、方位角度領域Ｂ外である場合は本処理を終了する。

一方、前記ステップ１で否定判断をした場合はステップ８に進み、方位角度領域Ｂにおいてレーダ波を利用した物標検出を実行する。なお、本ステップにおいて閾値Ｔの値はＴ₁である。

ステップ９では、前記ステップ８で検出した物標を登録する。
３．車載レーダ装置１が奏する効果
（１）車載レーダ装置１は、位相折り返しが生じる可能性がある方位角度領域Ｃ₁、Ｃ₂において、レーダ波を利用して検出した物標については、カメラを利用して検出した物標の方位と重なることを条件として登録する。そのことにより、位相折り返しに起因する誤検出を抑制することができる。

（２）車載レーダ装置１は、位相折り返しが生じない方位角度領域Ｂにおいては、カメラを利用した物標検出を行わず、レーダ波を利用して検出した物標を登録する。そのため、方位角度領域Ｂを含めてカメラを利用した物標検出を実行し、レーダ波を利用した物標検出の結果と照合する方法に比べて、処理を簡易化することができる。

（３）車載レーダ装置１は、方位角度領域Ｃ₁、Ｃ₂においては、閾値Ｔを低く設定する。そのことにより、反射波が弱い方位角度領域Ｃ₁、Ｃ₂においても、レーダ波を利用した物標検出が容易になる。

尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、車載レーダ装置１は、送信アンテナを複数備え、単一の受信アンテナを備えるものであってもよいし、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを備えるものであってもよい。

また、方位角度領域Ａ、Ｂは、正面方向Ｆに関して非対称であってもよい。
また、前記ステップ４において、方位角度領域Ａの全体でカメラを利用した物標検出を行ってもよい。この場合、カメラを利用した物標検出の結果のうち、方位角度領域Ｃ₁、Ｃ₂における結果を用いて、前記ステップ５の判断を行うことができる。

また、車載レーダ装置１は、自車両の後方、又は側方の物標を検出するものであってもよい。
また、閾値Ｔの値は、方位角度領域Ａのいずれにおいても一定であってもよい。

１…車載レーダ装置、４…送信器、６…受信器、
８…Ａ／Ｄ変換部、１０…信号処理部、１２…高周波発振器、
１４…分配器、１６…総合判断処理部、１８・・・カメラ、
１０１・・・自車両、１０３・・・正面方向、
Ａ／Ｄ１〜Ａ／ＤＮ…変換器、ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮ…増幅器、
ＡＲ１〜ＡＲＮ…受信アンテナ、ＡＳ…送信アンテナ、
ＭＸ１〜ＭＸＮ…高周波用ミキサ

Claims (5)

1. 送信アンテナ（ＡＳ）及び受信アンテナ（ＡＲ１〜ＡＲＮ）のうち少なくとも一方を複数備え、前記送信及び受信アンテナを組み合わせてなるチャンネル毎に電波を送受信し、各チャンネルにて受信される受信信号間の位相差に基づいて前記電波を反射した物標の方位を、前記位相差がα₁からα₂の方位角度領域Ａにおいて検出する第１の方位検出手段（４、６、８、１０）と、
   車両の周囲を撮像する撮像手段（１８）と、
   前記撮像手段により撮像された画像に基づき物標の方位を検出する第２の方位検出手段（１６）と、
   前記方位角度領域Ａのうち、前記位相差がβ₁からβ₂の方位角度領域Ｂにおいては、少なくとも前記第１の方位検出手段を用いて物標の方位を特定するとともに、前記方位角度領域Ａのうち、前記方位角度領域Ｂを除く方位角度領域Ｃでは、前記第１の方位検出手段及び前記第２の方位検出手段を用いて物標の方位を特定する方位特定手段（１６）と、
   を備え、
   前記α₁、α₂、β₁、及びβ₂について下記式（１）〜（４）が成立することを特徴とする車載レーダ装置（１）。
   式（１） α₁＜β₁＜β₂＜α₂
   式（２） β₂―β₁＜２π
   式（３） α₂−β₁＜２π
   式（４） β₂−α₁＜２π
2. 前記方位特定手段は、前記方位角度領域Ｃにおいて、前記第１の方位検出手段により検出した方位と、前記第２の方位検出手段により検出した方位とが一致することを条件として、その方位を物標の方位として特定することを特徴とする請求項１記載の車載レーダ装置。
3. 前記第１の方位検出手段における電波の受信に関する閾値は、前記方位角度領域Ｃにおいて、前記方位角度領域Ｂよりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の車載レーダ装置。
4. 前記チャンネルは、一つの前記送信アンテナと複数の前記受信アンテナとで構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載レーダ装置。
5. 複数の前記受信アンテナは、一列かつ等間隔に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の車載レーダ装置。

Images