JP2016102739A - レーダ装置、および、信号処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】時間的に連続する各処理において、1つの物体に属するペアデータが複数存在する場合や、1つの物体に属するペアデータの数が変化する場合であっても、正確な物標情報を導出する技術を提供する。【解決手段】レーダ装置は、アップ区間の角度ピークと、ダウン区間の角度ピークとを対応づけたペアデータを生成する。そしてレーダ装置は、角度方向の互いの位置が近接しており、角度方向に交差する距離方向の位置および相対速度が略同一となる複数の特定ペアデータに基づき、1つの代表ペアデータを導出する。1つの代表ペアデータの導出は、同一の処理タイミングにおける連続性判定手段による連続性の判定が実行される前に行われる。これによりレーダ装置は、同一物標に対応する前回処理の代表ペアデータと今回処理の代表ペアデータとを確実に判定でき、物標の正確な物標情報を導出できる。【選択図】図2

Description

本発明は、物標の導出処理に関する。
レーダ装置は、送信信号に基づく送信波を車両外部に送信し、物標(例えば、先行車の反射点)からの反射波を受信して周波数ピークを抽出する。周波数ピークは、送信信号の周波数が上昇するアップ区間と、周波数が下降するダウン区間とのそれぞれの区間で抽出される。
レーダ装置は、各区間の周波数ピークに関する物標の角度を示す角度ピークを算出し、それぞれの区間の角度ピークを所定の条件に基づき対応づけたペアデータを生成する。ペアデータは物標の物標情報を有するデータである。物標情報は、レーダ装置からみた物標の縦距離、横距離、および、相対速度等の情報である。縦距離は、物標の位置から反射波がレーダ装置に到達するまでの距離である。横距離は、車両の車幅方向におけるレーダ装置の位置から物標の位置までの距離である。
レーダ装置は、ペアデータの物標情報を用いて、異なる処理タイミングで生成された各ペアデータが、同一物標のペアデータか否かを判定する。異なる処理タイミングは、例えば、前回の物標の導出処理(以下、「前回処理」という。)のタイミングと、今回の物標の導出処理(以下、「今回処理」という。)のタイミングである。前回処理と今回処理とは時間的に連続した処理である。このようにレーダ装置は、異なる処理タイミングにおいて生成されたペアデータ同士が同一物標のペアデータか否かを判定する。言い換えると、レーダ装置は、前回処理のペアデータと今回処理のペアデータとが時間的に連続するペアデータか否かを判定する。そしてレーダ装置は、複数回の処理において所定回数の連続性を有するペアデータの物標情報を車両制御装置に出力する。また、本発明と関連する技術を説明する資料としては特許文献1がある。
特開2003−149337号公報
ところでレーダ装置は、1回の物標の導出処理(例えば、前回処理)で、例えば1台の先行車の複数の反射点から反射波を受信することがある。すなわちレーダ装置は、1回の物標の導出処理で1台の先行車に属する複数のペアデータを生成することがある。
レーダ装置は、前回処理と時間的に連続する今回処理でも1台の先行車に属する複数のペアデータを生成することがある。これに対してレーダ装置は、前回処理で1台の先行車に属する複数のペアデータを生成した場合でも、今回処理で1台の先行車に属する1つのペアデータのみを生成することがある。先行車の移動等により、各処理のタイミングにおける車両と先行車との位置関係が変化する。そのため、同一の反射点であっても反射波の反射角度や反射レベルが異なる場合がある。その結果、前回処理と今回処理とで1台の先行車に相当する1つの物体に属するペアデータの数が変化することがある。
このように各処理において、1つの物体に属するペアデータの数が複数存在する場合や、1つの物体に属するペアデータの数が変化する場合、レーダ装置は誤った連続性の判定を行うことがある。すなわちレーダ装置は、連続性の判定処理において、本来は連続性を有さない前回処理のペアデータと今回処理のペアデータとを、誤って連続性を有するペアデータであると判定することがある。レーダ装置は、前回処理と今回処理とで、例えば先行車の後部バンパーの略中央の反射点に対応するペアデータと、同一の先行車の後部パンパー右側の反射点に対応するペアデータとを連続性を有するペアデータと判定することがある。後部バンパーの反射点の位置は、車幅方向の位置である。その結果レーダ装置は、正確な物標情報を導出できず、車両制御装置はレーダ装置から取得した物標情報に基づき、車両に対する適正な制御を実行できない可能性がある。
本発明は、時間的に連続する各処理において、1つの物体に属するペアデータが複数存在する場合や、1つの物体に属するペアデータの数が変化する場合であっても、正確な物標情報を導出すること目的とする。
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標からの反射波を受信した受信信号との差分周波数を示す周波数ピークを、前記送信信号の周波数が上昇するアップ区間と、周波数が下降するダウン区間とのそれぞれの区間で抽出するピーク抽出手段と、前記周波数ピークに関する前記物標の角度を示す角度ピークを算出する角度算出手段と、前記アップ区間の前記角度ピークと、前記ダウン区間の前記角度ピークとを対応づけたペアデータを生成するペアリング手段と、角度方向の互いの位置が近接しており、前記角度方向に交差する距離方向の位置および相対速度が略同一となる複数の特定ペアデータに基づき、1つの代表ペアデータを導出する第1代表導出手段と、過去の処理で導出された1つの前記代表ペアデータと、今回の処理で導出された1つの前記代表ペアデータとが異なる処理タイミングにおける同一物標に属するデータか否かを判定する連続性判定手段と、を備え、前記第1代表導出手段は、同一の処理タイミングにおける前記連続性判定手段による連続性の判定が実行される前に、1つの前記代表ペアデータを導出する。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載のレーダ装置において、前記第1導出手段は、前記過去の処理で複数の前記特定ペアデータが存在しない場合は、前記過去の処理での前記代表ペアデータの導出を中止し、前記連続性判定手段は、前記過去の処理で生成された1つの前記ペアデータと、前記今回の処理で導出された1つの前記代表ペアデータとが異なる処理タイミングにおける同一物標に属するデータか否かを判定する。
また、請求3の発明は、請求項1または2に記載のレーダ装置において、前記第1導出手段は、前記今回の処理で複数の前記特定ペアデータが存在しない場合は、前記今回の処理での前記代表ペアデータの導出を中止し、前記連続性判定手段は、前記過去の処理で導出された1つの前記代表ペアデータと、前記今回の処理で生成された1つの前記ペアデータとが異なる処理タイミングにおける同一物標に属するデータか否かを判定する。
また、請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載のレーダ装置において、前記第1代表導出手段は、複数の前記特定ペアデータのうち、全ての該複数の特定ペアデータが自装置を有する車両の走行する自車線の範囲内に存在する場合に、前記代表ペアデータを導出する。
また、請求項5の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載のレーダ装置において、前記連続性の判定が実行された後に、前記連続性を有すると判定された前記今回の処理における過去対応ペアデータのうち、前記距離方向の所定範囲内に存在する複数の前記過去対応ペアデータに基づき、1つの代表過去対応ペアデータを導出する第2代表導出手段をさらに備える。
また、請求項6の発明は、請求項5に記載のレーダ装置において、前記過去対応ペアデータから予測した予測値に基づき、該過去対応ペアデータと同一物標に属する履歴ピークを、次回の処理における前記アップ区間と前記ダウン区間とのそれぞれの区間で抽出する履歴ピーク抽出手段と、前記アップ区間の履歴ピークと、前記ダウン区間の履歴ピークとを対応づけた履歴ペアデータを生成する履歴ペアリング手段と、をさらに備え、前記第1代表導出手段は、複数の前記特定ペアデータのうち、全ての該特定ペアデータが前記履歴ペアデータの場合に、前記代表ペアデータの導出を中止する。
また、請求項7の発明は、請求項5または6に記載のレーダ装置において、前記第1代表導出手段は、複数の前記特定ペアデータが2つ以上の前記履歴ペアデータと、前記履歴ペアデータ以外の1つの新規ペアデータとを含むデータの場合、前記新規ペアデータと、前記角度方向において前記新規ペアデータに最も近接した位置の前記履歴ペアデータとに基づいて、前記代表ペアデータを導出する。
また、請求項8の発明は、(a)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標からの反射波を受信した受信信号との差分周波数を示す周波数ピークを、前記送信信号の周波数が上昇するアップ区間と、周波数が下降するダウン区間とのそれぞれの区間で抽出する工程と、(b)前記周波数ピークに関する前記物標の角度を示す角度ピークを算出する工程と、(c)前記アップ区間の前記角度ピークと、前記ダウン区間の前記角度ピークとを対応づけたペアデータを生成する工程と、(d)角度方向の互いの位置が近接しており、前記角度方向に交差する距離方向の位置および相対速度が略同一となる複数の特定ペアデータに基づき、1つの代表ペアデータを導出する工程と、(e)過去の処理で導出された1つの前記代表ペアデータと、今回の処理で導出された1つの前記代表ペアデータとが異なる処理タイミングにおける同一物標に属するデータか否かを判定する工程と、を備え、前記工程(d)は、同一の処理タイミングにおける前記連続性判定手段による連続性の判定が実行される前に、1つの前記代表ペアデータを導出する。
本発明によれば、レーダ装置は、同一物標に対応する前回処理の代表ペアデータと今回処理の代表ペアデータとを確実に判定でき、物標の正確な物標情報を導出できる。
また本発明によれば、レーダ装置は、前回処理のペアデータが1つのみ存在し、今回処理のペアデータが複数存在する場合であっても、前回処理のペアデータと今回処理の代表ペアデータとにより、物標の正確な物標情報を導出できる。
また本発明によれば、レーダ装置は、前回処理のペアデータが複数存在し、前回処理のペアデータが1つのみ存在する場合であっても、前回処理の代表ペアデータと今回処理のペアデータとにより、物標の正確な物標情報を導出できる。
また本発明によれば、レーダ装置は、自車線の範囲内に存在する物標の正確な物標情報を導出できる。
また本発明によれば、レーダ装置は、距離方向の異なる位置に存在する複数のフィルタデータのうち、1つの物体に属する複数のフィルタデータを1つの代表フィルタデータとして導出でき、物標の正確な物標情報を導出できる。
また本発明によれば、レーダ装置は、異なる物体に属するペアデータに基づく1つの代表ペアデータの導出を回避でき、物標の誤った物標情報の導出を防止できる。
また本発明によれば、レーダ装置は、2つの履歴ペアデータが存在する場合でも、新規ペアデータと同一物体に属する履歴ペアデータを確実に選択でき、物標の正確な物標情報を導出できる。
図1は、車両制御システムの構成を示す図である。 図2は、第1の実施の形態のレーダ装置の構成を示す図である。 図3は、送信波と反射波との関係を示す図である。 図4は、ペアデータの一例を示す図である。 図5は、連続性の判定を説明する図である。 図6は、第2代表導出部による代表フィルタデータの導出を説明する図である。 図7は、第1の実施の形態における物標の導出処理のフローチャートである。 図8は、第1の実施の形態における物標の導出処理のフローチャートである。 図9は、ピーク抽出を説明する図である。 図10は、角度ピーク算出を説明する図である。 図11は、アップ区間の角度ピークとダウン区間の角度ピークとのペアリングを説明する図である。 図12は、第1の実施の形態における代表ペアデータの導出処理のフローチャートである。 図13は、前回処理および今回処理において、第1代表導出部が代表ペアデータを導出していない状態を示す図である。 図14は、今回処理において、第1代表導出部が代表ペアデータを導出していない状態を示す図である。 図15は、第1代表導出部が代表ペアデータを導出した状態と,導出していない状態とを説明する図である。 図16は、第2の実施の形態のレーダ装置の構成を示す図である。 図17は、第2の実施の形態における物標の導出処理のフローチャートである。 図18は、第2の実施の形態における物標の導出処理のフローチャートである。 図19は、第2の実施の形態における代表ペアデータの導出処理のフローチャートである。 図20は、第2の実施の形態における代表ペアデータの導出処理のフローチャートである。 図21は、第3の実施の形態における物標の導出処理のフローチャートである。 図22は、第3の実施の形態における物標の導出処理のフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
<第1の実施の形態>
<1.システムブロック図>
図1は、第1の実施形態に係る車両制御システム10の構成を示す図である。車両制御システム10は、例えば自動車などの車両に設けられている。車両は前方とその逆方向の後方とを進行方向として移動する。図に示すように、車両制御システム10は、レーダ装置1と、車両制御装置2と、車速センサ3とを主に備えている。
本実施の形態のレーダ装置1は、例えば周波数変調した連続波であるFM−CW(Frequency Modulated Continuous Wave)を用いて、車両の周辺に存在する移動物標と静止物標とを含む物標を導出する。移動物標とは、ある速度で移動し、車両の速度とは異なる相対速度を有する物標である。移動物標は、例えばレーダ装置1を搭載した車両が走行する自車線内の前方を、車両と同一方向に走行する先行車である。また静止物標とは、車両の速度と略同一の相対速度を有する物標である。静止物標は、例えば自車線の左右側方
の少なくともいずれか一側方に設けられたガードレールである。
またレーダ装置1は物標情報を導出する。物標情報は物標の縦距離、横距離、および、相対速度等の情報である。縦距離(m)は、物標から反射した反射波がレーダ装置1の受信アンテナに受信されるまでの距離を示す値である。相対速度(km/h)は、車両に対する物標の速度を示す値である。横距離(m)は、車両の左右方向(車幅方向)におけるレーダ装置1の位置から物標の位置までの距離を示す値である。横距離は、後述する物標の角度に基づき導出される距離である。レーダ装置1は、物標情報を車両制御装置2に出力する。
車両制御装置2は、車両のブレーキおよびスロットル等に接続され、レーダ装置1から出力された物標情報を取得して車両の挙動を制御する。そのため車両制御装置2は、物標情報を使用するデータ使用装置であるともいえる。例えば車両制御装置2は、レーダ装置1から取得した物標情報を使用し、先行車との車間距離を一定距離に保ちながら、先行車に追従する。これにより本実施の形態の車両制御システム10は、先行車追従システムとして機能する。
また例えば車両制御装置2は、レーダ装置1から取得した物標情報を使用し、車両を減速させることで車両と車両の進行方向に存在する路上障害物との衝突を回避し、車両の乗員を保護する。これにより本実施の形態の車両制御システム10は、衝突回避システムとして機能する。
車速センサ3は、車両の車軸の回転数に基づき自車両の速度に応じた信号を車両制御装置2に出力する。車両制御装置2は、車速センサ3からの信号に基づき現時点の車両の速度を検出する。
<2.レーダ装置ブロック図>
図2は、第1の実施の形態のレーダ装置1の構成を示す図である。レーダ装置1は、例えば車両のフロントグリル内に設けられ、車両外部に送信波を出力し物標からの反射波を受信する。またレーダ装置1は、送信部4と、受信部5と、信号処理部6とを主に備える。
送信部4は信号生成部41と、発振器42と、スイッチ43とを備えている。信号生成部41は三角波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発振器42に供給する。発振器42は、信号生成部41で生成された変調信号に基づいて連続波の信号を周波数変調し、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号を生成し、送信アンテナTXに出力する。
スイッチ43は、送信アンテナTX1〜TX4のいずれかと、発振器42とを接続する。スイッチ43は後述する送信制御部61の制御により所定のタイミング(例えば、5msecごと)に切り替えられる。その結果、送信波を出力する送信アンテナTXが、スイッチ43によって切り替えられる。
送信アンテナTXは、送信信号に基づき送信波TWを車両の外部に出力するアンテナである。送信アンテナ40は4本の送信アンテナTX1〜TX4で構成されている。送信アンテナTX1〜TX4は送信波TW1〜TW4を出力し、スイッチ43のスイッチングにより所定周期で切り替えられる。このように送信波TWは、4本の送信アンテナのうちのいずれか1本の送信アンテナから出力され、スイッチ43によるスイッチングにより順次出力される。
4本の送信アンテナTXは、それぞれ異なる方向に送信波TWを出力する。例えば、レーダ装置1を搭載した車両の車幅方向(左右方向)と、車両の高さ方向(上下方向)との2軸を用いてあらわすと、送信アンテナTX1は、右斜め上方向に送信波TW1を出力し、送信アンテナTX2は、左斜め上方向に送信波TW2を出力する。また送信アンテナTX3は、右斜め下方向に送信波TW3を出力し、送信アンテナTX4は、左斜め下方向に送信波TW4を出力する。
受信部5は、アレーアンテナを形成する4本の受信アンテナRXと、4本の受信アンテナRXのそれぞれに接続された個別受信部52とを備えている。各受信アンテナ51は物標からの反射波RWを受信し、各個別受信部52は対応する受信アンテナRXで得られた受信信号を処理する。
各個別受信部52は、ミキサ53と、A/D変換器54とを備えている。受信アンテナRXで受信された反射波RWから得られる受信信号は、ローノイズアンプ(図示省略)で増幅された後にミキサ53に送られる。ミキサ53には送信部4の発振器42からの送信信号が入力され、ミキサ53において送信信号と受信信号とがそれぞれミキシングされる。
これにより送信信号の周波数と、受信信号の周波数との差分周波数であるビート周波数を示すビート信号が生成される。ミキサ53で生成されたビート信号は、A/D変換器54でデジタルの信号に変換された後に信号処理部6に出力される。
信号処理部6は、CPUおよびメモリ63などを含むマイクロコンピュータを備えている。信号処理部6は、演算の対象とする各種のデータや、データ処理部7が導出する物標情報等を、記憶装置であるメモリ63に記憶する。メモリ63は例えば、EPROM(Erasable Programmable Read Only memory)やフラッシュメモリ等である。
信号処理部6は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部61、フーリエ変換部62、および、データ処理部7を備えている。送信制御部61は送信部4の信号生成部41を制御し、スイッチ43のスイッチングを制御する。
フーリエ変換部62は、複数の個別受信部52のそれぞれから出力されるビート信号を対象に、高速フーリエ変換(FFT)を実行する。これによりフーリエ変換部62は、複数の受信アンテナ51のそれぞれの受信信号に係るビート信号を、周波数領域のデータである周波数スペクトラムに変換する。フーリエ変換部62で得られた周波数スペクトラムは、データ処理部7に出力される。
データ処理部7は、ピーク抽出部70、角度算出部71、ペアリング部72、第1代表導出部73、連続性判定部74、フィルタ部75、第2代表導出部76、および、情報出力部77を主に備える。
ピーク抽出部70は、フーリエ変換部62で得られた周波数スペクトラムにおいて、所定の信号レベルを超える周波数ピークを、送信信号の周波数が上昇するアップ区間と、周波数が下降するダウン区間とのそれぞれの区間で抽出する。周波数ピークは、主に周波数と信号レベル(周波数パワー)とを有する信号であり、所定の周波数パワーを超える信号である。
角度算出部71は、所定の角度推定方式を用いて、周波数ピークに関する物標の角度を示す角度ピークを、アップ区間とダウン区間とのそれぞれの区間で算出する。角度ピークは、主に角度と信号レベル(角度パワー)とのパラメータを有する信号であり、所定の角度パワーを超える信号である。所定の角度推定方式は、例えばESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)を用いた方式である。
なお、角度算出部71は、ESPRITの方式を用いた場合、1つの周波数ピークに関して最大3つの角度ピークを算出する。すなわち角度算出部71は、1つの区間(例えば、アップ区間)の周波数ピークが示す周波数において、同一周波数で角度が異なる角度ピークを最大3つまで算出できる。なお、周波数を別の単位で表した場合、BIN(ビン)となる。1BINは、約468Hzとなる。
ペアリング部72は、アップ区間の角度ピークと、ダウン区間の角度ピークとを対応づけたペアデータを生成する。アップ区間の角度ピークと、ダウン区間の角度ピークとの対応づけは、例えばマハラノビス距離を用いて行われる。
ペアリング部72は、角度差を示すθdと、信号レベル差を示すθpと、係数aおよびbとを用い、数1でマハラノビス距離MDを算出する。角度差θdは、アップ区間の角度ピークとダウン区間の角度ピークとの角度差である。信号レベル差θpは、アップ区間の角度ピークとダウン区間の角度ピークとの信号レベル差である。
Figure 2016102739
ペアリング部72は、マハラノビス距離が最小値となるアップ区間の角度ピークとダウン区間の角度ピークとを対応づけて、ペアデータを生成する。そしてペアリング部72は、ペアデータから物標情報を導出する。
ここで、ペアリング部72が実行する物標情報の導出処理について、図3を用いて具体的に説明する。図3は、送信波TWと反射波RWとの関係を示す図である。説明を簡単にするため、図3に示す反射波RWは1つの物標からの理想的な反射波としている。送信波TWを実線で示し、反射波RWを破線で示す。
図3の上部において、縦軸は周波数[GHz]横軸は時間[msec]を示している。また、図3では右上方向に出力される送信波TW1と、右下方向に出力される送信波TW3の2種類の送信波を例に説明する。送信波TW1は、時間t1〜t2の区間で出力され、送信波TW3は、時間t2〜t3の区間で出力されるものと仮定して説明する。
図に示すように、送信波TWは、所定の周波数を中心として所定の周期で周波数が上下する連続波となっている。送信波TWの周波数は、時間に対して線形的に変化する。送信波TWの中心周波数をf0、送信波TWの周波数の変位幅をΔF、送信波TWの周波数が上下する一周期の逆数をfmとする。
反射波RWは、送信波TWが物標で反射したものであるため、送信波TWと同様に、所定の周波数を中心として所定の周期で周波数が上下する連続波となる。ただし反射波RWには、送信波TWに対して時間遅延が生じる。この遅延する時間Tは、車両に対する物標の縦距離Rに応じたものとなる。
また、反射波RWには、車両に対する物標の相対速度Vに応じたドップラー効果により、送信波TWに対して周波数fdの周波数偏移が生じる。
このように、反射波RWには、送信波TWに対して、縦距離に応じた時間遅延とともに相対速度に応じた周波数偏移が生じる。このため図3の下部に示すように、ミキサ53で生成されるビート信号のビート周波数は、アップ区間とダウン区間とで異なる値となる。ビート周波数は、送信波TWの周波数と反射波RWの周波数との差の周波数である。以下、アップ区間のビート周波数をfup、ダウン区間のビート周波数をfdnとする。なお、図3の下部では、縦軸は周波数[kHz]、横軸は時間[msec]を示している。
ここで、物標の相対速度が0(ゼロ)km/hの場合(ドップラー効果による周波数偏移がない場合)のビート周波数をfrとすると、この周波数frは次の数2で表される。
Figure 2016102739
この周波数frは上述の遅延する時間Tに応じた値となる。したがって、ペアリング部72は、周波数frを用い、次の数3で物標の縦距離Rを求める。
Figure 2016102739
また、ドップラー効果により偏移する周波数fdは、次の数4で表される。
Figure 2016102739
したがって、ペアリング部72は、周波数fdを用い、次の数5で物標の相対速度Vを求める。
Figure 2016102739
また、ペアリング部72は、アップ区間の角度ピークの角度θupと、ダウン区間の角度ピークの角度θdnとを用い、次の数6でペアデータの角度θを求める。なおこれらの角度ピークは、ペアデータを生成する場合に対応づけられる角度ピークである。
Figure 2016102739
そしてペアリング部72は、ペアデータの角度θと縦距離Rとに基づいて、三角関数を用いた演算によりペアデータの横距離を算出する。
以上の説明では、1つの物標の縦距離、相対速度、および角度(横距離)を求めたが、実際には、レーダ装置1は、複数の物標からの反射波RWを同時に受信する。このためフーリエ変換部62が、受信信号から得たビート信号をFFT処理した周波数スペクトラムには、それら複数の物標に関する情報が含まれている。
図2の説明に戻り、第1代表導出部73は、後述する連続性判定部74が連続性の判定を実行する前に、所定条件を満たす2つのペアデータに基づき、1つの代表ペアデータを導出する。図4を用いて代表ペアデータの導出例を説明する。図4(a)は所定条件を満たす2つのペアデータの一例を示す図である。図4(b)は、1つの代表ペアデータの一例を示す図である。
ペアリング部72は、アップ区間のペアデータとダウン区間のペアデータとを対応づける。これによりペアリング部72は、図4(a)に示すような先行車T1の異なる反射点に対応するペアデータP1とペアデータP2とをそれぞれ生成する。ペアデータP1は、例えば先行車T1の後部バンパーの車幅方向における略中央の反射点に対応するペアデータである。ペアデータP2は、例えば先行車T1の後部パンバーの車幅方向における右側の反射点に対応するペアデータである。
第1代表導出部73は、ペアデータP1とペアデータP2とが所定条件を満たす場合に、これらのペアデータに基づき、図4(b)に示すように1つの代表ペアデータMP1を導出する。
ここで所定条件とは、例えば以下の(a1)〜(a5)の条件である。第1代表導出部73は、2つのペアデータが以下の(a1)〜(a5)の条件を満たすか否かを判定する。第1代表導出部73は、例えばペアデータP1とペアデータP2とが以下の条件を満たすか否かを判定する。
(a1)P1のアップ区間の周波数≒P2のアップ区間の周波数
(a2)P1のダウン区間の周波数≒P2のダウン区間の周波数
(a3)|P1の横距離|≦1.8m
(a4)|P2の横距離|≦1.8m
(a5)|P1の横距離−P2の横距離|≦1.5m
(a1)および(a2)の条件により、ペアデータP1とペアデータP2とは、縦距離および相対速度が略同一のペアデータであることが判定される。すなわち、2つのペアデータの角度方向に交差する距離方向の位置が略同一となり、相対速度が略同一となることが判定される。
ペアデータP1を構成する角度ピークや、ペアデータP2を構成する角度ピークは、周波数ピークから導出されたものである。そのため、ペアデータP1およびP2は、周波数ピークに関する周波数の情報を有する。
(a3)および(a4)の条件により、ペアデータP1とペアデータP2とは、自車線の範囲内に存在するペアデータであることが判定される。自車線は、レーダ装置1を有する車両が走行する車線である。
(a5)の条件により、ペアデータP1とペアデータP2とは、車幅方向において比較的近い位置に存在するペアデータであることが判定される。すなわち(a5)の条件により、2つのペアデータの角度方向の互いの位置が比較的近接した位置であることが判定される。
第1代表導出部73は、ペアデータP1とペアデータP2とが(a1)〜(a5)の全ての条件を満足する場合は、代表ペアデータMP1を導出する。ここで、第1代表導出部73は、代表ペアデータMP1の各パラメータを、ペアデータP1およびペアデータP2が有するパラメータに基づき設定する。
第1代表導出部73は、代表ペアデータMP1の縦距離および相対速度を2つのペアデータのいずれか一方(例えば、ペアデータP1)の縦距離および相対速度と同じ値に設定する。また第1代表導出部73は、代表ペアデータMP1の角度、または、横距離を2つのペアデータの平均値と同じ値に設定する。さらに第1代表導出部73は、代表ペアデータMP1の角度パワーを2つのペアデータのうち角度パワーの大きい方のペアデータの角度パワーと同じ値に設定する。
このようにして第1代表導出部73は、縦距離と相対速度が略同一となる2つのペアデータに基づき、1つの代表ペアデータを導出する。これによりレーダ装置1は、自車線の範囲内に存在する1つの物体に属する物標の正確な物標情報を導出できる。そして車両制御装置2は、レーダ装置1から取得した物標情報に基づき、車両に対する適正な制御を実行できる。
次に連続性判定部74は、前回処理のペアデータと今回処理のペアデータとの時間的な連続性の有無を判定する。すなわち、連続性判定部74は、前回の物標の導出処理で生成されたペアデータと時間的な連続性を有するペアデータが、今回の物標の導出処理で生成されたペアデータの中に存在するか否かを判定する。図5は、連続性の判定を説明する図である。図5(a)に示すように第1代表導出部73は、前回処理において代表ペアデータMPaを導出する。連続性判定部74は、前回処理の代表ペアデータMPaの縦距離、横距離、および、相対速度等の物標情報に基づき、予測ペアデータを生成する。予測ペアデータは、前回処理の代表ペアデータMPaと時間的な連続性を有する今回処理のペアデータの予測データである。
図5(b)に示すように連続性判定部74は、予測ペアデータに基づき、予測範囲prを設定する。予測範囲prの範囲内には今回処理で導出された代表ペアデータMP1が存在する。したがって、連続性判定部74は、前回処理の代表ペアデータMPaと今回処理の代表ペアデータMP1とは時間的な連続性を有する代表ペアデータであると判定する。すなわち連続性判定部74は、代表ペアデータMPaと代表ペアデータMP1とが異なる処理タイミングにおける同一物標(先行車T1の同じ位置の反射点)に対応するデータであると判定する。これによりレーダ装置1は、同一物標に対応する前回処理の代表ペアデータと今回処理の代表ペアデータとを確実に判定でき、物標の正確な物標情報を導出できる。
なお連続性判定部74は、予測範囲prの範囲内に今回処理で導出された代表ペアデータが存在しない場合は、外挿処理を行う。外挿処理は、予測範囲prの範囲内に代表ペアデータが存在しない場合、予測ペアデータを前回処理の代表ペアデータMPaと連続性を有するデータと仮定する処理である。データ処理部7は、複数回の物標の導出処理で、外挿処理が所定回数以上となる場合は、外挿処理の対象の物標は送信波TWの送信範囲内には存在しないとして、その代表ペアデータの物標情報をメモリ63から削除する。
フィルタ部75は、複数回の処理における連続性判定の結果、代表ペアデータが所定回数(例えば、3回)以上の連続性を有するデータであると判定された場合、その代表ペアデータのフィルタの処理を行う。フィルタの処理は、前回処理で導出された代表ペアデータと、今回処理で導出された代表ペアデータとの2つの代表ペアデータの物標情報を時間軸方向に平滑化する処理である。
フィルタの処理後のデータは、瞬時値を表す代表ペアデータに対して「フィルタデータ」と呼ばれる。1つの代表ペアデータは、1回の物標の導出処理(例えば、今回処理)で導出されたデータである。これに対してフィルタデータは、前回処理で導出された1つの代表ペアデータの物標情報と、今回処理で導出された1つの代表ペアデータの物標情報とをそれぞれ所定の割合で足し合わしたデータである。
第2代表導出部76は、連続性判定部74が連続性の判定を実行した後に、今回処理で導出された1つの物体(例えば、先行車T1)に属する複数のフィルタデータに基づいて、代表フィルタデータを導出する。図6は、第2代表導出部76による代表フィルタデータの導出を説明する図である。第2代表導出部76は、縦距離が最も小さいフィルタデータF1を基準データとする。このフィルタデータF1は、フィルタ部75が前回処理の代表ペアデータMPaと、今回処理の代表ペアデータMP1との物標情報を時間方向に平滑化して生成したデータである。
図6(a)に示すように、第2代表導出部76は、フィルタデータF1の位置に基づき結合範囲peを設定する。結合範囲peは、範囲内に存在するフィルタデータに基づき、代表フィルタデータを導出する範囲である。結合範囲peは、例えばフィルタデータF1の位置を縦距離±0m、おおよび、横距離±0mの位置とした場合、縦距離+3m、横距離±1.0mとなる範囲である。
図6(b)に示すように、第2代表導出部76は、結合範囲peの範囲内に存在するフィルタデータF1と、フィルタデータF2とに基づき、代表フィルタデータMFを導出する。フィルタデータF2は前回処理の代表ペアデータMPa以外の代表ペアデータと、今回処理の代表ペアデータMP1以外の代表ペアデータとにより生成されたデータである。代表フィルタデータMFの物標情報は、縦距離がフィルタデータF1と同じ値となり、横距離および相対速度がフィルタデータF1とフィルタデータF2との平均値となる。また代表フィルタデータMFの角度パワーは、フィルタデータF1とフィルタデータF2とのうち角度パワーが大きいほうのフィルタデータと同じ値となる。
これによりレーダ装置1は、距離(縦距離)方向の異なる位置に存在する複数のフィルタデータのうち、1つの物体に属する複数のフィルタデータを1つの代表フィルタデータとして導出でき、物標の正確な物標情報を導出できる。
情報出力部77は、代表フィルタデータMFの物標情報を車両制御装置2に出力する。これにより、レーダ装置1は物標の正確な物標情報を導出できる。車両制御装置2は、レーダ装置1から取得した物標情報に基づき、車両に対して適切な制御を行える。
<3.処理フローチャート>
次に、信号処理部6が実行する物標の導出処理の全体的な流れについて説明する。図7および図8は、第1の実施の形態における物標の導出処理のフローチャートである。信号処理部6は、物標の導出処理を一定時間(例えば、1/20秒)ごとに周期的に繰り返す。フーリエ変換部62は、物標の導出処理の開始時点では4つの受信アンテナ51全てのアップ区間、および、ダウン区間双方の周波数スペクトラムをデータ処理部7に出力する。
フーリエ変換部62は、複数の個別受信部52のそれぞれから出力されるビート信号を対象に、高速フーリエ変換(FFT)を実行する(ステップS11)。これによりフーリエ変換部62は、複数の受信アンテナ51のそれぞれの受信信号に係るビート信号を、周波数領域のデータである周波数スペクトラムに変換する。フーリエ変換部62で得られた周波数スペクトラムは、データ処理部7に出力される。
ピーク抽出部70は、フーリエ変換部62で得られた周波数スペクトラムにおいて、所定の信号レベルを超える周波数ピークを、アップ区間とダウン区間とのそれぞれの区間で抽出する(ステップS12)。
角度算出部71は、所定の角度推定方式を用いて、周波数ピークに関する物標の角度を示す角度ピークを、アップ区間とダウン区間とのそれぞれの区間で算出する(ステップS13)。
ペアリング部72は、アップ区間の角度ピークと、ダウン区間の角度ピークとを対応づけたペアデータを生成する(ステップS14)。
<4.ピーク抽出、角度ピーク算出、ペアリングの具体例>
ここで、図9を用いてピーク抽出の具体例、図10を用いて角度ピーク算出の具体例、図11を用いてペアリングの処理を具体的を順に説明する。
図9(a)はアップ区間のピーク抽出を説明する図である。図9(b)はダウン区間のピーク抽出を説明する図である。各図の縦軸は信号パワー[dB]を示す。横軸は周波数[kHz]を示す。ピーク抽出部70は、アップ区間において所定の信号パワーpw1を超える周波数ピークPu1と、周波数ピークPu2とを抽出する。周波数ピークPu1の周波数はfup1であり、周波数ピークPu2の周波数はfup2である。
またピーク抽出部70は、ダウン区間において所定の信号パワーpw1を超える周波数ピークPd1と、周波数ピークPd2とを抽出する。周波数ピークPd1の周波数はfdn1であり、周波数ピークPd2の周波数はfdn2である。
図10(a)はアップ区間の角度ピーク算出を説明する図である。図10(b)はダウン区間の角度ピーク算出を説明する図である。各図の縦軸は信号パワー[dB]を示す。横軸は角度[°]を示す。角度算出部71は、ESPRITを用いてアップ区間における所定の信号パワーpw2を超える角度ピークPu1aと、角度ピークPu1bとを算出する。これらの角度ピークは、例えば周波数ピークPu1に関する2つの物標のそれぞれの角度を示すピークである。すなわち角度ピークPu1aと角度ピークPu1bとは同一の周波数ピークPu1に対応する角度ピークである。角度ピークPu1aの角度は、角度d1(±0°)である。角度ピークPu1bの角度は、±0°よりも+側の角度の角度d2である。
また角度算出部71は、ESPRITを用いてダウン区間における所定の信号パワーpw2を超える角度ピークPd2aと、角度ピークPd2bとを算出する。これらの角度ピークは、例えば周波数ピークPd2に関する2つの物標のそれぞれの角度を示すピークである。すなわち角度ピークPd2aと角度ピークPd2bとは同一の周波数ピークPd2に対応する角度ピークである。角度ピークPd2aの角度は、±0°よりも−側の角度の角度d3である。角度ピークPd2bの角度は、±0°よりも+側の角度の角度d4である。
図11は、アップ区間の角度ピークとダウン区間の角度ピークとのペアリングを説明する図である。ペアリング部72は、例えば角度ピークPu1aに対してマハラノビス距離が最小値となる角度ピークPd2aをペアリングの対象とする。すなわちペアリング部72は、角度ピークPu1aと角度ピークPd2aとを対応づけて、図4(a)で説明したペアデータP1を生成する。
またペアリング部72は、例えば角度ピークPu1bに対してマハラノビス距離が最小値となる角度ピークPd2bをペアリングの対象とする。すなわちペアリング部72は、角度ピークPu1bと角度ピークPd2bとを対応づけて、図4(a)で説明したペアデータP2を生成する。
図7に戻り、ペアリングの処理の後、第1代表導出部73は、一連の物標の導出処理のなかの連続性の判定処理が実行される前に、2つのペアデータに基づき代表ペアデータを導出する(ステップS15)。すなわち、第1代表導出部73は、同一の処理タイミングにおける連続性の判定処理が実行される前に、2つのペアデータに基づき代表ペアデータを導出する。
<5.代表ペアデータの導出処理>
以下、代表ペアデータの導出処理について説明する。図12は、第1の実施の形態における代表ペアデータの導出処理のフローチャートである。第1代表導出部73は、1つのペアデータと同一周波数となる他のペアデータが存在するか否かを判定する(ステップS21)。すなわち第1代表導出部73は、(a1)および(a2)の条件に基づき、2つのペアデータのアップ区間の周波数ピークの周波数が略同一周波数か否かを判定し、2つのペアデータのダウン区間の周波数ピークの周波数が略同一周波数か否かを判定する。
例えば、ペアデータP1およびペアデータP2のアップ区間の周波数ピークは、周波数ピークPu1(周波数fup1)である。そのため双方のペアデータのアップ区間における周波数ピークの周波数は同一となる。またペアデータP1およびペアデータP2のダウン区間の周波数ピークは、周波数ピークPd2(周波数fdn2)である。そのため双方のペアデータのダウン区間における周波数ピークの周波数は同一となる。これにより、ペアデータP1とペアデータP2とは(a1)および(a2)の条件を満たす(ステップS22でYes)し、第1代表導出部73は次の処理を行う。
なお第1代表導出部73は、2つのペアデータが(a1)および(a2)の少なくともいずれかの条件を満たさない場合(ステップS22でNo)は、処理を終了する。
次に、第1代表導出部73は、2つのペアデータが自車線の範囲内に存在するか否かを判定する(ステップS23)。すなわち第1代表導出部73は、(a3)および(a4)の条件に基づき、(a1)および(a2)の条件を満たした2つのペアデータが、自車線の範囲内に存在するか否かを判定する。
例えば、ペアデータP1およびペアデータP2の横距離が±1.8m以内の場合、ペアデータP1とペアデータP2とは(a3)および(a4)の条件を満たし(ステップS24でYes)、第1代表導出部73は次の処理を行う。なお第1代表導出部73は、2つのペアデータが(a3)および(a4)の少なくともいずれかの条件を満たさない場合(ステップS24でNo)は、処理を終了する。
次に、第1代表導出部73は、2つのペアデータの角度方向における互いの位置が近接した位置か否かを判定する(ステップS25)。すなわち第1代表導出部73は、(a5)の条件に基づき、(a3)および(a4)の条件を満たした2つのペアデータが、角度方向において互いに近接した位置に存在するか否かを判定する。
例えば、ペアデータP1の位置とペアデータP2の位置との車幅方向における間隔が、±1.5m以内の場合、第1代表導出部73は、ペアデータP1とペアデータP2とは(a5)の条件を満たす(ステップS26でYes)として、ペアデータP1とペアデータP2とに基づき、代表ペアデータMP1を導出する(ステップS27)。
第1代表導出部73は、代表ペアデータMP1の各パラメータをペアデータP1とペアデータP2とが有するパラメータに基づき設定する。
なお、第1代表導出部73は、2つのペアデータが(a5)の条件を満たさない場合(ステップS26でNo)は、処理を終了する。これによりレーダ装置1は、自車線の範囲内に存在する物標の正確な物標情報を導出できる。そして車両制御装置2は、レーダ装置1から取得した物標情報に基づき、車両に対する適正な制御を実行できる。
図7に戻り、連続性判定部74は、前回処理で導出された代表ペアデータと、今回処理で導出された代表ペアデータとの時間的な連続性の有無を判定する(ステップS16)。
複数回の物標の導出処理において、代表ペアデータの連続性を有する回数が、所定回数(例えば、3回)以上の場合(図8に示すステップS17でYes)、フィルタ部75は、前回処理で導出された代表ペアデータと、今回処理で導出された代表ペアデータとの2つの代表ペアデータを時間軸方向に平滑化(フィルタ)する。なお、信号処理部6は複数回の物標の導出処理において、代表ペアデータの連続性を有する回数が所定回数未満の場合(ステップS17でNo)、処理を終了する。
<6.連続性の判定とフィルタの処理の具体例>
ここで、連続性の判定処理とフィルタの処理とについて、3つの具体例を用いて詳細に説明する。これらの具体例により、特に
代表ペアデータを導出する場合と、代表ペアデータを導出しない場合との違いについて説明する。
1つ目の具体例について図13を用いて説明する。図13(a)は、前回処理および今回処理において、第1代表導出部73が代表ペアデータMP1を導出した状態を示す図である。図13(b)は、前回処理および今回処理において、第1代表導出部73が代表ペアデータMP1を導出していない状態を示す図である。
図13(a)では、第1代表導出部73が、前回処理における先行車T1aの代表ペアデータMP1aを導出し、今回処理における先行車T1bの代表ペアデータMP1bを導出する。先行車T1は、前回処理から今回処理の間までに矢印A1に示す方向(右斜め前方)に移動している。連続性判定部74は、代表ペアデータMP1aと代表ペアデータMP1bとが連続性を有するデータであると判定する。その結果、フィルタ部75は、代表ペアデータMP1aとMP1bとのフィルタの処理を行う。これによりレーダ装置1は、先行車T1の反射点の正確な物標情報を導出できる。
これに対し、第1代表導出部73が代表ペアデータMP1bを導出しない場合は、図13(b)に示すように、前回処理では先行車T1aのペアデータP1aとペアデータP2aとの2つのペアデータが存在する。また、今回処理では先行車T1bのペアデータP1bとペアデータP2bとの2つのペアデータが存在する。このように各処理で略同一の縦距離、および、略同一の相対速度を有するペアデータが2つ存在する場合、連続性判定部74は、誤った連続性の判定を行うことがある。
ここで正しい連続性の判定は、前回処理のペアデータP1aと今回処理のペアデータP1bとが連続性を有するとする判定であり、前回処理のペアデータP2aと今回処理のペアデータP2bとが連続性を有するとする判定である。これに対して、連続性判定部74は、前回処理のペアデータP2aと、今回処理のペアデータP1bとが連続性を有するデータであると、誤った判定をする可能性がある。
その結果、フィルタ部75はペアデータP2aとペアデータP1bとに基づきフィルタの処理を行うことで、先行車T1の物標の位置が実際の位置よりも左方向に移動した位置として導出される場合がある。このように、第1代表導出部73が代表ペアデータを導出しない場合は、レーダ装置1が物標の正確な物標情報を導出できないことがある。
2つ目の具体例について図14を用いて説明する。図14(a)は、今回処理において、第1代表導出部73が代表ペアデータMP1bを導出した状態を示す図である。図14(b)は、今回処理において、第1代表導出部73が代表ペアデータ(例えば、代表ペアデータMP1a)を導出していない状態を示す図である。なお、図14(a)および図14(b)の前回処理では、2つのペアデータが存在せず、代表ペアデータが導出されていない。すなわち、ペアリング部72が1つのペアデータのみを生成した状態となっている。
図14(a)では、ペアリング部72が、前回処理における先行車T1aのペアデータP1aを生成する。そして第1代表導出部73が、今回処理における先行車T1bの代表ペアデータMP1bを導出する。先行車T1は、前回処理から今回処理の間までに矢印A2に示す方向(後方)に移動している。連続性判定部74は、ペアデータP1aと代表ペアデータMP1bとが連続性を有するデータであると判定する。
その結果、フィルタ部75は、ペアデータP1aと代表ペアデータMP1bとのフィルタの処理を行う。これによりレーダ装置1は、前回処理のペアデータが1つのみ存在し、今回処理のペアデータが2つ存在する場合であっても、前回処理のペアデータP1aと今回処理の代表ペアデータMP1bとにより、先行車T1の物標の正確な物標情報を導出できる。
これに対し、今回処理において、第1代表導出部73が代表ペアデータMP1bを導出しない場合は、図14(b)に示すように、今回処理では先行車T1bのペアデータP1bとペアデータP2bとの2つのペアデータが存在することとなる。このように各処理で略同一の縦距離、および、略同一の相対速度を有するペアデータが2つ存在する場合、連続性判定部74は、誤った連続性の判定を行うことがある。ここで正しい連続性は、前回処理のペアデータP1aと今回処理のペアデータP1bとが連続性を有するとする判定である。
なお、前回処理においてペアデータP2bと連続性を有するペアデータは生成されていない。このため、ペアデータP2bは今回処理で初めて生成されたペアデータ(以下、「新規ペアデータ」という)となる。このような場合に連続性判定部74は、前回処理のペアデータP1aと、今回処理のペアデータP2bとが連続性を有するペアデータであると、誤った判定する可能性がある。その結果、フィルタ部75はペアデータP1aとペアデータP2bとに基づきフィルタの処理を行うことで、先行車T1の物標の位置が実際の位置よりも右方向に移動した位置として導出される場合がある。このように、第1代表導出部73が代表ペアデータを導出しない場合は、レーダ装置1が物標の正確な物標情報を導出できないことがある。
3つ目の具体例について図15を用いて説明する。図15(a)は、前回処理において、第1代表導出部73が代表ペアデータMP1aを導出した状態を示す図である。図15(b)は、今回処理において、第1代表導出部73が代表ペアデータ(例えば、代表ペアデータMP1b)を導出していない状態を示す図である。なお、図15(a)および図15(b)の今回処理では、2つのペアデータが存在せず、代表ペアデータが導出されていない。すなわち、ペアリング部72が1つのペアデータのみを生成した状態となっている。
図15(a)では、第1代表導出部73が、前回処理における先行車T1aの代表ペアデータMP1aを導出する。そしてペアリング部72が、今回処理における先行車T1bのペアデータP1bを生成する。先行車T1は、前回処理から今回処理の間までに矢印A2に示す方向(後方)に移動している。連続性判定部74は、代表ペアデータMP1aとペアデータP1bとが連続性を有するデータであると判定する。
その結果、フィルタ部75は、代表ペアデータMP1aとペアデータP1bとのフィルタの処理を行う。これによりレーダ装置1は、前回処理のペアデータが2つ存在し、前回処理のペアデータが1つのみ存在する場合であっても、前回処理の代表ペアデータMP1aと今回処理のペアデータP1bとにより、先行車T1の物標の正確な物標情報を導出できる。
また、後述するように前回処理で2つのペアデータが存在する場合、一方のペアデータが今回処理のペアデータと連続性を有するペアデータと判定され、他方のペアデータが連続性を有すると判定されなかったとき、他方のペアデータは外挿処理の対象となる。しかし第1代表導出部73が、前回処理で代表ペアデータを導出することで、このようにペアデータが外挿処理の対象となることを防止できる。
これに対し、前回処理において、第1代表導出部73が代表ペアデータMP1aを導出しない場合は、図15(b)に示すように、前回処理では先行車T1aのペアデータP1aとペアデータP2aとの2つのペアデータが存在することとなる。このように各処理で略同一の縦距離、および、略同一の相対速度を有するペアデータが2つ存在する場合、連続性判定部74は、誤った連続性の判定を行うことがある。ここで正しい連続性は、前回処理のペアデータP1aと今回処理のペアデータP1bとが連続性を有するとする判定である。
なお、今回処理においてペアデータP2aと連続性を有するペアデータは生成されていない。このためペアデータP2aは、本来は今回処理で外挿処理の対象となる。このような場合に連続性判定部74は、前回処理のペアデータP2aと、今回処理のペアデータP1bとが連続性を有するペアデータであると、誤った判定する可能性がある。
その結果、フィルタ部75はペアデータP2aとペアデータP1bとに基づきフィルタの処理を行うことで、先行車T1の物標の位置が実際の位置よりも右方向に移動した位置として導出される場合がある。このように、第1代表導出部73が代表ペアデータを導出しない場合は、レーダ装置1が物標の正確な物標情報を導出できないことがある。また、このように代表ペアデータを導出しない場合、前回処理の一方のペアデータは連続性を有するデータと判定されても、他方のペアデータは外挿処理の対象となる。そしてこの外挿処理の対象となったペアデータが車両制御装置2に出力された場合、車両制御装置2は車両に対する適正な制御を行えない可能性がある。
<7.まとめ>
以上のように、本実施の形態のレーダ装置1は、連続性の判定が実行される前に2つのペアデータから1つの代表ペアデータを導出する。これにより、1つの物体の異なる位置の反射点に対応するペアデータ同士を、連続性を有する組み合わせとすることを防止できる。
すなわち、第1代表導出部73は、角度方向の互いの位置が近接しており、角度方向に交差する距離方向の位置および相対速度が略同一となる2つのペアデータに基づき、1つの代表ペアデータを導出する。
連続性判定部74は、前回処理で導出された1つの代表ペアデータと、今回処理で導出された1つの代表ペアデータとが所定の判定条件を満たすか否かを判定する。所定の判定条件は、前回処理の代表ペアデータと今回処理の代表ペアデータとが異なる処理タイミングにおける同一物標に対応するデータか否かを判定する条件である。
連続性判定部74は、今回処理の代表ペアデータが所定の判定条件を満たす場合に、今回処理との代表ペアデータが前回処理の代表ペアデータと時間的な連続性を有するデータであると判定する。これによりレーダ装置1は、同一物標に対応する前回処理の代表ペアデータと、今回処理の代表ペアデータとを確実に判定でき、物標の正確な物標情報を導出できる。
<第2の実施の形態>
次に、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態のレーダ装置1aのデータ処理部7は、第1の実施の形態のレーダ装置1の処理に加えて履歴ペアデータを導出する処理を実行する。履歴ペアデータは、アップ区間の履歴ピークと、ダウン区間の履歴ピークとを対応づけたペアデータである。履歴ピークは、今回処理の角度ピークである。この角度ピークは、前回処理のフィルタデータから予測した予測値に基づき抽出される。
レーダ装置1aの第1代表導出部73は、処理対象となる2つのペアデータのうち、全てのペアデータが履歴ペアデータの場合、代表ペアデータの導出を中止する。
第2の実施の形態のレーダ装置1aの構成および処理は、第1の実施の形態とほぼ同様であるが、履歴ペアデータに関する処理で、第1の実施の形態とは一部の処理が異なる。以下、図16〜図20を用いて相違点を中心に説明する。
<8.レーダ装置ブロック図>
図16は、第2の実施の形態のレーダ装置1aの構成を示す図である。レーダ装置1aのデータ処理部7は、次回予測部78、履歴ピーク抽出部79、履歴ペアリング部80を備える。次回予測部78は、フィルタ部75が導出した今回処理のフィルタデータに基づき、次回の物標の導出処理(以下、「次回処理」という。)で、このフィルタデータと時間的な連続性を有する履歴ペアデータに関する予測値を算出する。この予測値は、次回処理において履歴ピーク抽出部79が履歴ピークを抽出する際に用いられる。
履歴ピーク抽出部79は、信号パワーpw1を超える複数の周波数ピークの中から予測値に基づき履歴ピークに関する周波数ピークを、アップ区間およびダウン区間のそれぞれの区間で抽出する。具体的には、履歴ピーク抽出部79は、予測値の周波数を基準周波数とし、その基準周波数に対して+側および−側の所定の周波数範囲(例えば、±3BIN)内に存在する周波数ピークを抽出する。
そして、角度算出部71は、履歴ピーク抽出部79により抽出された周波数ピークに基づき、角度ピークを算出する。
履歴ピーク抽出部79は、予測値に基づき履歴ピークとなる角度ピークを、アップ区間およびダウン区間のそれぞれの区間で抽出する。具体的には、履歴ピーク抽出部79は、予測値の角度を基準角度とし、その基準角度に対して+側および−側の所定の角度範囲(例えば、±4°)内に存在する角度ピークを履歴ピークとして抽出する。
履歴ペアリング部80は、アップ区間で抽出された履歴ピークと、ダウン区間で抽出された履歴ピークとを対応づけて、履歴ペアデータを生成する。
ここで、第1の実施の形態の第1代表導出部73は、ペアデータP1とペアデータP2とが(a1)〜(a5)の全ての条件を満足する場合は、代表ペアデータMP1を導出する。
これに対して、第2の実施の形態の第1代表導出部73は、2つのペアデータが(a1)〜(a5)の条件を満たすか否かを判定するとともに、(a1)〜(a5)の全ての条件を満足した2つのペアデータが(a6)の条件を満たすか否かを判定する。
(a6)P1およびP2=履歴ペアデータ
(a6)の条件により、ペアデータP1とペアデータP2との双方が、履歴ペアデータの場合、それぞれが異なる物体に属するペアデータであることが判定される。例えば、ペアデータP1が自車線の範囲内に存在する先行車に属するペアデータで、ペアデータP2が隣接車線の範囲内に存在する隣接車に属するペアデータの場合である。このような場合に、隣接車が隣接車線の自車線側近傍を走行し、隣接車の一部分(例えば、ドアミラー等)が自車線の範囲内に存在する場合、本来は別々の物体に属する2つのペアデータが(a1)〜(a5)の条件を満たし、1つの物体に属するペアデータとして誤った判定が行われる可能性がある。その結果、レーダ装置1aは物標の正確な物標情報が導出できないこととなる。(a6)の条件はこのような誤った判定を防止すべく設けられた条件である。
<9.処理フローチャート>
図17および図18は、第2の実施の形態における物標の導出処理のフローチャートである。フーリエ変換部62は、複数の個別受信部52のそれぞれから出力されるビート信号を対象に、高速フーリエ変換(FFT)を実行する(ステップS11)。
履歴ピーク抽出部79は、信号パワーpw1を超える複数の周波数ピークの中から予測値に基づき履歴ピークに関する周波数ピークを、アップ区間およびダウン区間のそれぞれの区間で抽出する(ステップS101)。
角度算出部71は、所定の角度推定方式を用いて、周波数ピークに関する物標の角度を示す角度ピークを、アップ区間とダウン区間とのそれぞれの区間で算出する(ステップS13)。
履歴ピーク抽出部79は、ステップS13の処理で算出された角度ピークの内から、予測値に基づき履歴ピークとなる角度ピークを、アップ区間およびダウン区間のそれぞれの区間で抽出する。
ペアリング部72は、アップ区間の角度ピークと、ダウン区間の角度ピークとを対応づけたペアデータを生成する(ステップS14)。
履歴ペアリング部80は、ステップS14の処理で、アップ区間で抽出された履歴ピークと、ダウン区間で抽出された履歴ピークとを対応づけて、履歴ペアデータを生成する。
第1代表導出部73は、(a1)〜(a5)の条件の判定とともに、(a6)の条件の判定を行う。すなわち、第1代表導出部73は、2つのペアデータが履歴ペアデータか否かを判定する(ステップS15)。
そして、連続性判定部74の連続性の判定(ステップS16、S17)の後、フィルタ部75はフィルタデータを導出する(ステップS18)。
その後、次回予測部78は、履歴ペアデータに関する予測値を算出する。すなわち次回予測部78は、フィルタ部75が導出した今回処理のフィルタデータに基づき、次回処理で、このフィルタデータと時間的な連続性を有する履歴ペアデータに関する予測値を算出する。
<10.代表ペアデータの導出処理>
図19および図20は、第2の実施の形態における代表ペアデータの導出処理のフローチャートである。
第1代表導出部73は、2つのペアデータの角度方向における互いの位置が近接した位置か否かを判定する(ステップS25)。そして第1代表導出部73は、ペアデータP1の位置とペアデータP2の位置との車幅方向における間隔が、±1.5m以内の場合、ペアデータP1とペアデータP2とは(a5)の条件を満たす(ステップS26でYes)として、(a6)の条件に基づき、ペアデータP1およびペアデータP2が履歴ペアデータか否かを判定する(ステップS201)。
第1代表導出部73は、ペアデータP1とペアデータP2との双方が履歴ペアデータの場合(ステップS202でYes)、代表ペアデータの導出処理を中止する。なお、第1代表導出部73は、ペアデータP1とペアデータP2との双方が履歴ペアデータではない場合、これらの2つのペアデータに基づいて代表ペアデータを導出する(ステップS27)。双方が履歴ペアデータではない場合とは、ペアデータP1とペアデータP1のいずれか一方のみが履歴ペアデータの場合、または、ペアデータP1とペアデータP2の両方が新規ペアデータの場合である。これによりレーダ装置1aは、異なる物体に属するペアデータに基づく1つの代表ペアデータの導出を回避でき、物標の誤った物標情報の導出を防止できる。異なる物体は例えば、上述のような先行車と隣接車との2つの物体である。
<第3の実施の形態>
次に、第3の実施の形態について説明する。第3の実施の形態のレーダ装置1aのデータ処理部7の第1代表導出部73は、ペアデータが3つの場合に、その3つのペアデータのうちの履歴ペアデータの数に応じた処理を行う。
第3の実施の形態のレーダ装置1aの構成および処理は、第2の実施の形態とほぼ同様であるが、履歴ペアデータに関する処理で、第2の実施の形態とは一部の処理が異なる。以下、図21〜図22を用いて相違点を中心に説明する。
<11.代表ペアデータの導出処理>
図21および図22は、第3の実施の形態における物標の導出処理のフローチャートである。ここで、第1および第2の実施の形態では、複数のペアデータの例として2つのペアデータP1とP2とを例に説明したが、第3の実施の形態ではペアデータが3つの場合について説明する。3つのペアデータは、例えば、ペアデータP1、ペアデータP2、および、ペアデータP3とする。ペアデータP3は、例えば先行車T1の後部パンバーの車幅方向における左側の反射点に対応するペアデータである。
第1代表導出部73は、(a1)および(a2)の条件に基づき、ペアデータP3を含む3つのペアデータのアップ区間およびダウン区間のそれぞれの区間の周波数が、略同一か否かを判定する(ステップS21)。また第1代表導出部73は、(a3)および(a4)の条件に基づき、ペアデータP3を含む3つのペアデータが自車線の範囲内に存在するか否かを判定する(ステップS23)。さらに第1代表導出部73は、(a5)の条件に基づき、ペアデータP3を含む3つのペアデータが、車幅方向において比較的近い位置に存在するペアデータであるか否かを判定する(ステップS25)。第1代表導出部73は、ペアデータP3を含む3つのペアデータが全ての条件を満足した場合(ステップS22、S24、および、S26でYes)、以下の(a7)および(a8)の条件に基づき、ペアデータP1およびペアデータP2が履歴ペアデータか否かを判定する(ステップS301)。
(a7)P1、P2、および、P3の全てが履歴ペアデータ
(a8)P1、P2、およびP3の2つが履歴ペアデータ
(a7)の条件により、ペアデータP1、ペアデータP2、および、ペアデータP3の3つのペアデータが履歴ペアデータか否かが判定される。3つのペアデータが履歴ペアデータの場合、代表ペアデータの導出は中止される。
(a8)の条件により、ペアデータP1、ペアデータP2、および、ペアデータP3の3つのペアデータのうち、2つのペアデータが履歴ペアデータか否かが判定される。2つのペアデータが履歴ペアデータの場合、残りの1つのペアデータを新規ペアデータとなる。第1代表導出部73は、この新規ペアデータと同一物体に属する履歴ペアデータを、2つの履歴ペアデータの内から選択し、新規ペアデータと、選択された履歴ペアデータとに基づき代表ペアデータを導出する。
図22の処理において、第1代表導出部73は、3つのペアデータのうち履歴ペアデータが3つの場合(ステップS302でYes)、代表ペアデータの導出処理を中止する。これによりレーダ装置1aは、異なる物体に属するペアデータに基づく1つの代表ペアデータの導出を回避でき、物標の誤った物標情報の導出を防止できる。
第1代表導出部73は履歴ペアデータが3つ以外の場合(ステップS302でNo)、3つのペアデータのうち履歴ペアデータは2つか否かを判定する(ステップS303)。
第1代表導出部73は、3つのペアデータのうち履歴ペアデータが2つ存在する場合(ステップS303でYes)、2つの履歴ペアデータのうち、新規ペアデータに対して横距離が最も小さい履歴ペアデータ(以下、「最小履歴ペアデータ」という。)を選択する(ステップS304)。
そして第1代表導出部73は、新規ペアデータと最小履歴ペアデータとに基づき、代表ペアデータを導出する(ステップS27)。これによりレーダ装置1aは、2つの履歴ペアデータが存在する場合でも、新規ペアデータと同一物体に属する履歴ペアデータを確実に選択でき、物標の正確な物標情報を導出できる。
なお第1代表導出部73は、新規ペアデータとの横距離が最小履歴ペアデータよりも大きいペアデータ(以下「他の履歴ペアデータ」という。)は、代表ペアデータの導出には利用しない。他の履歴ペアデータは、新規ペアデータと最小履歴ペアデータとが属する物体(例えば、先行車)とは異なる物体(例えば、隣接車)に属する履歴ペアデータである可能性が比較的高いためである。
第1代表導出部73は、3つのペアデータのうち履歴ペアデータが2つ以外の場合(ステップS303でNo)、3つのペアデータのうち履歴ペアデータが1つまたは0(ゼロ)となる。そのため第1代表導出部73は3つのペアデータが全て同一物体に属するペアデータとして、3つのペアデータに基づき代表ペアデータを導出する(ステップS27)。
<変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、このような変形例について説明する。上記実施の形態及び以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜に組み合わせ可能である。
上記第1の実施の形態では、2つのペアデータP1とP2とを例に説明したが、ペアデータは3つ以上でもよい。例えば3つ目のペアデータをP3とした場合、ペアデータP3は、例えば先行車T1の後部パンバー左側の反射点に対応するペアデータである。このように第1代表導出部73は、3つ以上のペアデータにより1つの代表ペアデータを導出してもよい。
具体例として、ペアデータが3つの場合、第1代表導出部73は、(a1)および(a2)の条件に基づき、上述の(a1)および(a2)の判定に加えて、ペアデータP3のアップ区間の周波数およびダウン区間の周波数が、他のペアデータのアップ区間およびダウン区間のそれぞれの区間の周波数と略同一か否かを判定する。また第1代表導出部73は、(a3)および(a4)の条件に基づき、上述の(a3)および(a4)の判定に加えて、ペアデータP3が自車線の範囲内に存在するか否かを判定する。さらに第1代表導出部73は、(a5)の条件に基づき、上述の(a5)の判定に加えて、ペアデータP3と、他のペアデータのうちの少なくとも1つのペアデータ(例えば、ペアデータP1)とが、車幅方向において比較的近い位置に存在するペアデータであることが判定する。第1代表導出部73は、ペアデータP3を含む3つのペアデータが全ての条件を満足した場合、代表ペアデータを導出して代表ペアデータのパラメータを設定する。
また上記第3の実施の形態では、3つのペアデータP1、P2、および、P3を例に説明したが、第3の実施の形態の処理の対象となるペアデータは4つ以上であってもよい。
また上記実施の形態では、連続性判定部74は、前回処理の代表ペアデータと今回処理の代表ペアデータとが連続性を有するか否かを判定した。これに対して、連続性判定部74は、連続性の判定を行う前回処理に関し、前回処理よりも以前の過去処理としてもよい。
また上記第1の実施の形態では、フィルタ部75がフィルタデータを導出し、第2代表導出部76が、複数のフィルタデータに基づき代表フィルタデータを導出する処理について説明した。これに対して、フィルタ部75がフィルタデータを導出することなく、第2代表導出部76が、今回処理の複数の代表ペアデータに基づき代表フィルタデータに相当するデータを導出するようにしてもよい。つまり第2代表導出部76が複数
の過去対応ペアデータに基づき代表過去ペアデータを導出するようにしてもよい。過去対応ペアデータは、フィルタデータや連続性を有する今回処理の代表ペアデータの少なくともいずれかを含むデータである。
また上記第1の実施の形態では、2つのペアデータの横距離の条件を(a3)および(a4)により自車線の範囲内としていた。これに対して2つのペアデータの横距離の条件を自車線の範囲よりも広い範囲としてもよい。例えば自車線の隣の車線の隣接車線を含む範囲としてもよい。具体的には、(a3)の条件を|P1の横距離|≦5.4m、(a4)の条件を|P2の横距離|≦5.4mとしてもよい。また自車線の範囲よりも狭い範囲としてもよい。例えば自車線の中央近傍の範囲(例えば±0.9mの範囲)としてもよい。具体的には、(a3)の条件を|P1の横距離|≦0.9m、(a4)の条件を|P2の横距離|≦0.9mとしてもよい。また、このような横距離に関する判定条件は、物標が移動物か静止物かの物標の種類に応じて変更するようにしてもよい。
また上記各実施の形態では、レーダ装置1の送信アンテナTXの本数は4本、受信アンテナRXの本数は4本として説明した。このようなレーダ装置1の送信アンテナTXおよび受信アンテナRXの本数は一例であり、複数の物標を導出できれば他の本数であってもよい。
また上記各実施の形態では、レーダ装置の角度推定方式は、ESPRITを例に説明したが、ESPRIT以外に、DBF(Digital Beam Forming)、PRISM(Propagator method based on an Improved Spatial-smoothing Matrix)、および、MUSIC(Multiple Signal Classification)等の角度推定方式を用いてもよい。
また上記各実施の形態では、レーダ装置は車両の前部(例えばフロントバンパー内)に設けられると説明した。これに対してレーダ装置1は、車両外部に送信波を出力できる箇所であれば、車両の後部(例えばリアバンパー)、左側部(例えば、左ドアミラー)、および、右側部(例えば、右ドアミラー)の少なくともいずれか1ヶ所に設けてもよい。
また上記各実施の形態では、送信アンテナからの出力は、電波、超音波、光、および、レーザ等の物標情報を検出できる方法であればいずれを用いてもよい。
また上記各実施の形態では、レーダ装置は車両以外に用いられてもよい。例えばレーダ装置は、航空機および船舶等に用いられてもよい。
また上記各実施の形態では、プログラムに従ったCPUの演算処理によってソフトウェア的に各種の機能が実現されると説明したが、これら機能のうちの一部は電気的なハードウェア回路により実現されてもよい。また逆に、ハードウェア回路によって実現されるとした機能のうちの一部は、ソフトウェア的に実現されてもよい。
1 レーダ装置
2 車両制御装置
3 車速センサ
10 車両制御システム
41 信号生成部
42 発振器
51 受信アンテナ
52 個別受信部
53 ミキサ
54 AD変換部
61 送信制御部
62 フーリエ変換部
63 メモリ

Claims (8)

  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標からの反射波を受信した受信信号との差分周波数を示す周波数ピークを、前記送信信号の周波数が上昇するアップ区間と、周波数が下降するダウン区間とのそれぞれの区間で抽出するピーク抽出手段と、
    前記周波数ピークに関する前記物標の角度を示す角度ピークを算出する角度算出手段と、
    前記アップ区間の前記角度ピークと、前記ダウン区間の前記角度ピークとを対応づけたペアデータを生成するペアリング手段と、
    角度方向の互いの位置が近接しており、前記角度方向に交差する距離方向の位置および相対速度が略同一となる複数の特定ペアデータに基づき、1つの代表ペアデータを導出する第1代表導出手段と、
    過去の処理で導出された1つの前記代表ペアデータと、今回の処理で導出された1つの前記代表ペアデータとが異なる処理タイミングにおける同一物標に属するデータか否かを判定する連続性判定手段と、
    を備え、
    前記第1代表導出手段は、同一の処理タイミングにおける前記連続性判定手段による連続性の判定が実行される前に、1つの前記代表ペアデータを導出すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  2. 請求項1に記載のレーダ装置において、
    前記第1導出手段は、前記過去の処理で複数の前記特定ペアデータが存在しない場合は、前記過去の処理での前記代表ペアデータの導出を中止し、
    前記連続性判定手段は、前記過去の処理で生成された1つの前記ペアデータと、前記今回の処理で導出された1つの前記代表ペアデータとが異なる処理タイミングにおける同一物標に属するデータか否かを判定すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  3. 請求項1または2に記載のレーダ装置において、
    前記第1導出手段は、前記今回の処理で複数の前記特定ペアデータが存在しない場合は、前記今回の処理での前記代表ペアデータの導出を中止し、
    前記連続性判定手段は、前記過去の処理で導出された1つの前記代表ペアデータと、前記今回の処理で生成された1つの前記ペアデータとが異なる処理タイミングにおける同一物標に属するデータか否かを判定すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載のレーダ装置において、
    前記第1代表導出手段は、複数の前記特定ペアデータのうち、全ての該複数の特定ペアデータが自装置を有する車両の走行する自車線の範囲内に存在する場合に、前記代表ペアデータを導出すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載のレーダ装置において、
    前記連続性の判定が実行された後に、前記連続性を有すると判定された前記今回の処理における過去対応ペアデータのうち、前記距離方向の所定範囲内に存在する複数の前記過去対応ペアデータに基づき、1つの代表過去対応ペアデータを導出する第2代表導出手段をさらに備えること、
    を特徴とするレーダ装置。
  6. 請求項5に記載のレーダ装置において、
    前記過去対応ペアデータから予測した予測値に基づき、該過去対応ペアデータと同一物標に属する履歴ピークを、次回の処理における前記アップ区間と前記ダウン区間とのそれぞれの区間で抽出する履歴ピーク抽出手段と、
    前記アップ区間の履歴ピークと、前記ダウン区間の履歴ピークとを対応づけた履歴ペアデータを生成する履歴ペアリング手段と、
    をさらに備え、
    前記第1代表導出手段は、複数の前記特定ペアデータのうち、全ての該特定ペアデータが前記履歴ペアデータの場合に、前記代表ペアデータの導出を中止すること、
    を特徴とするレーダ装置。
    (効果)
    レーダ装置は、異なる物体に属するペアデータに基づく1つの代表ペアデータの導出を回避でき、物標の誤った物標情報の導出を防止できる。
  7. 請求項5または6に記載のレーダ装置において、
    前記第1代表導出手段は、複数の前記特定ペアデータが2つ以上の前記履歴ペアデータと、前記履歴ペアデータ以外の1つの新規ペアデータとを含むデータの場合、前記新規ペアデータと、前記角度方向において前記新規ペアデータに最も近接した位置の前記履歴ペアデータとに基づいて、前記代表ペアデータを導出すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  8. (a)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標からの反射波を受信した受信信号との差分周波数を示す周波数ピークを、前記送信信号の周波数が上昇するアップ区間と、周波数が下降するダウン区間とのそれぞれの区間で抽出する工程と、
    (b)前記周波数ピークに関する前記物標の角度を示す角度ピークを算出する工程と、
    (c)前記アップ区間の前記角度ピークと、前記ダウン区間の前記角度ピークとを対応づけたペアデータを生成する工程と、
    (d)角度方向の互いの位置が近接しており、前記角度方向に交差する距離方向の位置および相対速度が略同一となる複数の特定ペアデータに基づき、1つの代表ペアデータを導出する工程と、
    (e)過去の処理で導出された1つの前記代表ペアデータと、今回の処理で導出された1つの前記代表ペアデータとが異なる処理タイミングにおける同一物標に属するデータか否かを判定する工程と、
    を備え、
    前記工程(d)は、同一の処理タイミングにおける前記連続性判定手段による連続性の判定が実行される前に、1つの前記代表ペアデータを導出すること、
    を特徴とする信号処理方法。
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