JP2016038319A - 降水判定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーダ装置は、周波数が漸増する上り区間及び漸減する下り区間を、一回の測定サイクルが有するように周波数変調したレーダ波を送信する送信部と、上り区間及び下り区間のそれぞれのビート信号を導出する受信部と、ビート信号を解析した結果に基づく降水判定処理を実行する信号処理部とを備える。降水判定処理では、ビート信号を周波数解析した結果、レーダ波の送信範囲内に物体が非存在である場合(S350:NO)、上り区間及び下り区間のそれぞれの周波数スペクトルと降水基準スペクトルとのスペクトル一致度が、予め規定された規定閾値以上であるか否かを判定し、その判定の結果、スペクトル一致度が規定閾値以上であれば、降水があるものと判定する(S360〜S380)。
【選択図】図3
Description
そこで、本発明は、降水の有無を判定する技術において、降水の有無の判定精度を向上させることを目的とする。
第1発明の降水判定装置は、送信手段(32,33,34,36)と、受信手段(40,42,43)と、解析手段(50,84,S140)と、降水判定手段(50,84,S340〜S390)とを備えている。
降水判定手段は、解析手段での周波数解析の結果、レーダ波の送信範囲内に物体が非存在である場合、スペクトル一致度が、予め規定された規定閾値以上であるか否かを判定し、その判定の結果、スペクトル一致度が規定閾値以上であれば、降水があるものと判定する。なお、ここで言うスペクトル一致度とは、解析手段にて生成した上り区間及び下り区間のそれぞれの周波数スペクトルと、到来波の発生元までの距離が遠いほど周波数強度が小さく、発生元までの距離が近いほど周波数強度が大きい降水基準スペクトルとの一致度を表すものである。
このため、第1発明の降水判定装置によれば、本来の天候は悪天候である(降水がある)にもかかわらず、天候が良好であるものと誤判定してしまうことを低減できる。
すなわち、第1発明の降水判定装置では、物体が存在しない状況下での到来波だけから導出した周波数スペクトルを用いて、降水の有無の判定を実行している。
これらのことから、第1発明の降水判定装置によれば、降水の有無の判定精度が低下することを防止でき、ひいては、降水の有無の判定精度を向上させることができる。
この場合、第1発明の降水判定手段は、上り区間での強度最高ピークと下り区間での強度最高ピークとの差分が、予め規定された規定範囲内であり、かつ、上り区間での周波数スペクトルと下り区間での周波数スペクトルとが、到来波の発生元までの距離が遠いほど周波数強度が小さいことを表し、強度最高ピークを対称軸とした線対称であれば、スペクトル一致度が規定閾値以上であるものと判定しても良い。
上記目的を達成するためになされた第2発明は、移動体に搭載される降水判定装置に関する。
降水判定手段は、方位導出手段で測定サイクルごとに導出した方位情報の相関値を算出し、その算出した相関値が、予め設定された設定閾値以下であれば、降水があるものと判定する。
<車載システム>
図1に示す車載システム1は、レーダ装置10と、運転支援ECU100とを備え、四輪自動車などの移動体に搭載される。
レーダ装置10は、発振器32と、増幅器33と、分配器34と、送信アンテナ36とを備えている。
ミキサ43は、増幅器44にて増幅された受信信号Srにローカル信号Lsを混合して、送信信号Ssと受信信号Srとの周波数の差を表すビート信号BTを生成する。増幅器44は、ミキサ43から供給されるビート信号BTを増幅する。フィルタ45は、ミキサ43が生成したビート信号BTから不要な信号成分を除去する。A/D変換器46は、フィルタ45の出力をサンプリングしデジタルデータに変換する。
これと共に、信号処理部50は、ビート信号BTのサンプリングデータを用いて、レーダ波を反射した物標の位置を検出して、その物標についての情報(以下、物標情報と称す)を生成すると共に、降水の有無を判定する物標検出処理を実行する。さらに、信号処理部50は、物標検出処理に必要な情報(例えば、車速等)及びその物標検出処理の結果として得られる物標情報を運転支援ECU100との間で送受信する情報通信処理を実行する。
すなわち、レーダ装置10が、特許請求の範囲に記載した降水判定装置として機能する。
レーダ装置10では、信号処理部50からの指令に従って発振器32が振動すると、その発振器32で生成され、増幅器33で増幅した高周波信号を、分配器34が電力分配することにより、送信信号Ss及びローカル信号Lsを生成する。さらに、レーダ装置10では、これらの信号のうちの送信信号Ssを、送信アンテナ36を介してレーダ波として送信する。
<物標検出処理>
次に、レーダ装置10の信号処理部50が実行する物標検出処理について説明する。
この物標検出処理は、起動されると、図2に示すように、まず、発振器32を起動してレーダ波の送信を開始する(S110)。続いて、A/D変換器46を介してビート信号BTのサンプリング値を取得し(S120)、必要なだけサンプリング値を取得すると、発振器32を停止することにより、レーダ波の送信を停止する(S130)。
さらに、物標検出処理では、S160にて認識された確定物標それぞれの物標情報(LZ,VZ,θZ)及び詳しくは後述する降水情報を、運転支援ECU100に出力する(S180)。
<降水判定処理>
次に、レーダ装置10の信号処理部50が実行する降水判定処理について説明する。
続いて、上り区間及び下り区間のそれぞれにおける強度最高ピークの受信強度が、予め規定された強度閾値以上であるか否かを判定する(S340)。強度最高ピークとは、周波数ピークfbu1〜fbum,fbd1〜fbdmそれぞれの中で周波数強度(即ち、受信強度)が最も大きい周波数ピークである。
具体的には、傾き比RRuは、下記(1)式に従って導出し、傾き比RRdは、下記(2)式に従って導出する。
そして、降水判定処理では、降水物速度を算出する(S410)。さらに、S410では、降水量推定処理で推定した降水量と、算出した降水物速度とを含む降水情報を記憶する。なお、S410における降水物速度の算出は、降水物それぞれと自車との相対速度を算出し、各降水物と自車との相対速度を自車の車速から減算することで実行すれば良い。なお、降水物それぞれと自車との相対速度を算出する手法は、FMCWレーダに周知の手法を用いれば良い。
以上説明したように、降水判定処理では、次の2つの条件を満たす場合に、気象状況が降水のある降水状況であるものと判定する。
すなわち、気象状況が降水時に降水物からの到来波をI検波にて受信した場合の降水基準スペクトルは、図4(B)に示すように、上り区間における強度最高ピークと下り区間における強度最高ピークとが一致する。また、上り区間における強度最高ピークの周波数強度と下り区間における強度最高ピークの周波数強度とも一致する。
本実施形態の降水判定処理では、自己相関行列正規化誤差DDが閾値以上であれば(S390:YES)、方位スペクトルの相関値が閾値以下であるものと判定している。
次に、降水量推定処理について説明する。
この降水量推定処理は、降水判定処理のS400にて起動されると、図8に示すように、まず、強度最高ピークの受信強度(以下、ピーク電力と称す)が、予め規定された第1閾値以上であるか否かを判定する(S510)。
[実施形態の効果]
以上説明したように、本実施形態の降水判定処理では、上り区間と下り区間との強度最高ピークの周波数成分及び周波数強度が一致し、かつ、傾き比RRu及び傾き比RRdの両方が判定閾値以上である場合に、スペクトル一致度が、予め規定された規定閾値以上であるものと判定する(条件1)。また、降水判定処理では、自己相関行列正規化誤差DDが設定閾値以上であれば、方位スペクトルの相関値が閾値以下であるものと判定する(条件2)。
このようなレーダ装置10によれば、従来技術とは異なり、レーダ波の反射地点が停止物体であるか否か、及び停止物体である反射地点の個数にかかわらず、降水の有無を判定できる。
しかも、降水判定処理では、降水の有無の判定を、レーダ波の送信範囲内に物標が非存在である場合に実行している。
したがって、レーダ装置10によれば、降水物からの到来波が物標からの到来波に埋もれた状況下で、降水の有無が判定されることを防止できる。
ところで、到来波の発生元が車両や路側物などであれば、それらの物体が存在する存在位置の変化量は小さいため、物体が存在する方位の時間推移は、相関値が高くなる。一方、到来波の発生元が雨滴や雪などの降水物であれば、降水物の存在位置はランダムに変化する。そして、降水物の存在位置の変化量も大きいため、降水物が存在する方位の時間推移は、相関値が低くなる。
また、降水判定処理では、降水の有無の判定を、上り区間及び下り区間のそれぞれにおける強度最高ピークの受信強度が強度閾値以上である場合に実行している。
さらに、降水判定処理では、降水の有無を判定するために用いる周波数スペクトルの範囲を、探索周波数範囲に限定している。
なお、本実施形態の降水判定処理によれば、レーダ装置10の設置軸が車高方向に軸ズレして路面からの到来波を受信する場合であっても、その路面からの到来波を、降水物からの到来波と誤判定することを低減できる。
この降水物速度を、車載システム1からの情報を収集するサーバにて収集して解析すれば、自動車が存在する地域におけるより広い範囲の気象状況を判定できる。
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
位相シフト回路78は、信号の位相をシフトさせる周知の回路であり、分配器34からの出力(即ち、ローカル信号L)の位相を90°(π/2[rad])シフトさせる。ミキサ76は、増幅器44にて増幅された受信信号Srに、位相シフト回路78にて位相がシフトされたシフトローカル信号LSを混合して、ビート信号の虚数成分であるQ信号BTQを生成する。
図10(A)は、IQ検波を実行した場合において気象状況が降水時の上り区間での周波数スペクトルを示す図であり、図10(B)は、IQ検波を実行した場合において気象状況が降水時の下り区間での周波数スペクトルを示す図である。
ところで、上記実施形態の降水判定処理では、S390を実行していたが、本発明においては、S390が実行されていなくとも良い。すなわち、降水判定処理において、S390が省略されていても良い。
Claims (13)
- 移動体に搭載される降水判定装置(10)であって、
時間軸に沿って周波数が漸増する上り区間、及び時間軸に沿って周波数が漸減する下り区間を、一回の測定サイクルが有するように周波数変調したレーダ波を送信する送信手段(32,33,34,36)と、
前記送信手段から送信されたレーダ波の反射波である到来波を受信し、その受信した到来波に前記送信手段で送信したレーダ波を混合することで、前記上り区間及び前記下り区間のそれぞれのビート信号を導出する受信手段(40,42,43)と、
前記受信手段にて生成したビート信号の周波数解析を実行し、前記上り区間及び前記下り区間のそれぞれについて、前記ビート信号の周波数スペクトルを導出する解析手段(50,84,S140)と、
前記解析手段での周波数解析の結果、前記レーダ波の送信範囲内に物体が非存在である場合、前記解析手段にて生成した前記上り区間及び前記下り区間のそれぞれの周波数スペクトルと、到来波の発生元までの距離が遠いほど周波数強度が小さく、前記発生元までの距離が近いほど周波数強度が大きい降水基準スペクトルとの一致度を表すスペクトル一致度が、予め規定された規定閾値以上であるか否かを判定し、その判定の結果、前記スペクトル一致度が前記規定閾値以上であれば、降水があるものと判定する降水判定手段(50,84,S350〜S380)と
を備えることを特徴とする降水判定装置。 - 前記受信手段は、前記到来波をI検波にて受信する
ことを特徴とする請求項1に記載の降水判定装置。 - 前記降水判定手段は、
前記解析手段にて導出した周波数スペクトルにおいて極大となる周波数成分それぞれを周波数ピークとし、前記周波数ピークの中で周波数強度が最も大きい周波数ピークの周波数成分を強度最高ピークとし、
前記上り区間での強度最高ピークと前記下り区間での強度最高ピークとの差分が、予め規定された規定範囲内であり、かつ、前記上り区間での周波数スペクトルと前記下り区間での周波数スペクトルとが、前記到来波の発生元までの距離が遠いほど周波数強度が小さいことを表し、前記強度最高ピークを対称軸とした線対称であれば、前記スペクトル一致度が規定閾値以上であるものと判定する
ことを特徴とする請求項2に記載の降水判定装置。 - 前記受信手段は、前記到来波をIQ検波にて受信する
ことを特徴とする請求項1に記載の降水判定装置。 - 前記降水判定手段は、
前記上り区間での周波数スペクトルと前記下り区間での周波数スペクトルとが、前記到来波の発生元までの距離が遠いほど周波数強度が小さいことを表し、かつ、相似であれば、前記スペクトル一致度が規定閾値以上であるものと判定する
ことを特徴とする請求項4に記載の降水判定装置。 - 前記降水判定手段にて降水があるものと判定された場合、その降水物が当該降水判定装置へと向かう方向への速度である降水物速度を算出する速度算出手段(50,84,S410)
を備えることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の降水判定装置。 - 前記降水判定手段は、
前記解析手段にて生成した前記上り区間及び前記下り区間のそれぞれの周波数スペクトルにおいて、規定された周波数範囲を対象範囲として決定する範囲決定手段(50,84,S330)を備え、
前記範囲決定手段にて決定した対象範囲を前記周波数スペクトルとして、前記スペクトル一致度が前記規定閾値以上であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の降水判定装置。 - 前記降水判定手段にて降水があるものと判定された場合、その降水物が当該降水判定装置へと向かう方向への速度である降水物速度を算出する速度算出手段(50,84,S410)
を備えることを特徴とする請求項7に記載の降水判定装置。 - 前記移動体の移動速度を取得する速度取得手段(50,84,S320)を備え、
前記範囲決定手段は、
前記解析手段にて生成した前記上り区間及び前記下り区間のそれぞれの周波数スペクトルにおいて、前記速度取得手段で取得した移動速度を前記速度算出手段で算出された降水物速度にて補正した速度に対応する周波数を中心として規定された周波数の範囲を、前記対象範囲として決定する
ことを特徴とする請求項8に記載の降水判定装置。 - 前記受信手段は、前記到来波を受信する受信アンテナを少なくとも2つ以上有し、
前記受信手段で受信した到来波に基づいて、前記到来波の発生元それぞれが存在する方位を表す方位情報を、前記測定サイクルごとに繰り返し導出する方位導出手段(50,84,S150)を備え、
前記降水判定手段は、
前記方位導出手段で測定サイクルごとに導出した前記方位情報の相関値を算出し、その算出した相関値が、予め設定された設定閾値以下であれば、前記降水があるものと判定する
ことを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の降水判定装置。 - 前記降水判定手段は、
前記周波数ピークの中で周波数強度が最も大きい周波数ピークの周波数成分を強度最高ピークとし、
前記上り区間での強度最高ピークの受信電力と、前記下り区間での強度最高ピークの受信電力との差分が、予め規定された強度範囲内であることを、前記スペクトル一致度が前記規定閾値以上であるものと判定することの条件の1つとする
ことを特徴とする請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載の降水判定装置。 - 前記降水判定手段は、
自車の車速が、予め規定された速度閾値以上であれば、前記スペクトル一致度が前記規定閾値以上であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載の降水判定装置。 - 移動体に搭載される降水判定装置(10)であって、
レーダ波を、予め規定された測定サイクルで繰り返し送信する送信手段(32,33,34,36)と、
前記送信手段で送信されたレーダの反射波である到来波を、少なくとも2つ以上の受信アンテナで受信する受信手段(40,42,43)と、
前記受信手段で受信した到来波に基づいて、前記到来波の発生元それぞれが存在する方位を表す方位情報を、前記測定サイクルごとに繰り返し導出する方位導出手段(50,84,S150)と、
前記方位導出手段で測定サイクルごとに導出した前記方位情報の相関値を算出し、その算出した相関値が、予め設定された設定閾値以下であれば、前記降水があるものと判定する降水判定手段(50,84,S390)と
を備えることを特徴とする降水判定装置。
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