JP2016156725A - 搭載角度誤差検出方法および装置、車載レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載レーダ装置の搭載角度の誤差を短時間で検出する技術、更には、その検出結果を用いて物体が存在する方位の検出性能を向上させる技術を提供する。【解決手段】第１のステップ（Ｓ１２０）では、連続波を送受信することで得られた信号を周波数解析して、連続波を反射した物体との相対速度を求める。第２のステップ（Ｓ１３０〜Ｓ１４０）では、物体の存在が認められた周波数ビン毎に、物体の推定方位を求める。第３のステップ（Ｓ２２０〜Ｓ２３０）では、第１および第２のステップでの算出結果から、自車両に対する停止物の相対速度と該停止物が位置する方位との関係を表す近似直線を算出する。第４のステップ（Ｓ２４０〜Ｓ２６０）では、近似直線から特定される相対速度がゼロとなる方位角と、所望の搭載角度で設置した場合に、相対速度がゼロとなる方位角との差を搭載角度誤差として求める。【選択図】図３

Description

本発明は、電磁波を利用して方位を検出する技術に関する。

車載レーダ装置の設置状態が、何等かの原因（例えば経年変化等）で所定の搭載角度からずれが生じている場合、物体の位置を誤検出するおそれがある。このような搭載角度のずれを検出する方法の一つとして、車載レーダ装置によって検出された観測データのうち、相対速度が０であるものを壁候補として抽出し、その抽出された蓄積されたデータから相対速度が０となる方向を求め、更に、その方向は、車両の前後方向に対して９０°の方向にあることに基づいて、車載レーダ装置の搭載角度を推定する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１５３２５６号公報

しかしながら、従来技術では、相対速度が０となる観測点がある程度蓄積されるまで、精度のよい推定結果を得ることができず、必要な精度の推定結果が得られるまでに時間を要するという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、車載レーダ装置の搭載角度の誤差を短時間で検出する技術、更には、その検出結果を用いて物体が存在する方位の検出性能を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明の搭載角度誤差検出方法は、車両の前後方向に対して９０°の方向を検知範囲に含むように設置され、連続波を用いて物体が存在する方位を少なくとも検出する車載レーダ装置に適用され、第１のステップから第４のステップにより構成されている。

第１のステップでは、連続波を送受信することで得られた信号を周波数解析することによって、連続波を反射した物体との相対速度を求める。第２のステップでは、第１のステップでの周波数解析によって物体の存在が認められた周波数ビン毎に、物体が位置する方位の推定値である推定方位を求める。第３のステップでは、第１のステップおよび第２のステップでの算出結果から、自車両に対する停止物の相対速度と該停止物が位置する方位との関係を表す近似直線を算出する。第４のステップでは、近似曲線から特定される相対速度がゼロとなる方位角と、所望の搭載角度で設置した場合に、相対速度がゼロとなる方位角との差を搭載角度誤差として求める。

また、本発明の搭載角度誤差検出装置は、上述した第１のステップの処理を実行する相対速度算出部と、上述した第２のステップの処理を実行する方位推定部と、上述した第３のステップの処理を実行する近似直線算出部と、上述の第４のステップの処理を実行する角度誤差算出部とを備える。

つまり、本発明では、相対速度が０の付近では、自車両に対する停止物の相対速度と該停止物が位置する方位との関係を示すグラフを直線で近似できることに着目し、測定結果から得られる近似直線上から特定される相対速度が０となる方位角と、論理値から得られる相対速度が０となる方位角とを比較することで、搭載角度誤差を求めている。

このような構成によれば、搭載角度誤差の算出に、相対速度が０以外の観測データも利用することができるため、算出に必要な量の観測データが得られるまでに要する時間を短縮することができる。つまり、必要な精度の搭載角度誤差を短時間で得ることができる。

更に、本発明の車載レーダ装置は、上述の搭載角度誤差検出装置と、補正値算出部と、方位補正部とを備える。補正値算出部は、角度誤差算出部にて求められた搭載角度誤差に対して統計的な処理を施すことにより方位補正値を求める。方位補正部は、方位推定部にて推定された方位を、方位補正値を用いて補正する。

このような構成によれば、搭載角度のずれに基づく方位の検出誤差が抑制されるため、方位の検出精度を向上させることができる。
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

車載レーダ装置の構成を示すブロック図である。 メイン処理のフローチャートである。 補正値学習処理のフローチャートである。 車載レーダ装置の取付状態、および車載レーダ装置での側方停止物体の相対速度や方位の検出され方を示す説明図である。 理論曲線と近似直線の関係、および理論曲線が自車速に応じて変化することを示す説明図である。 近似直線を用いて搭載角度誤差を求める方法を示す説明図である。

以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［構成］
図１に示す車載レーダ装置１は、アンテナ部２と送受信部３と信号処理部４とを備え、電磁波を透過する材料で構成されたバンパ内に設置して使用される。ここでは、車両の後側に設置されたバンパの進行方向に向かって右端付近に設置され、かつ、車両の側方（車両の前後方向に対して９０°の方向）を探査範囲に含むような向きに設置されている（図４参照）。また、車載レーダ装置１は、図示しない車載ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介して、他の車載装置と通信可能に接続されている。

アンテナ部２は、水平方向に一列に配置された複数のアンテナを備え、レーダ波として電磁波を送受信する。
送受信部３は、多周波ＣＷ（連続波）からなるレーダ波を、アンテナ部２を介して一定時間間隔で周期的に送受信すると共に、アンテナ部２を構成する各アンテナで受信される受信信号毎に、受信信号と送信信号との差の周波数成分からなるビート信号を生成し、これをＡ／Ｄ変換した受信データを信号処理部４に供給する周知のものである。なお、多周波ＣＷは、１ＭＨｚ程度ずつ周波数が異なるＧＨｚオーダの複数の連続波からなる。

信号処理部４は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３を中心に構成された周知のマイクロコンピュータからなり、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、レーダ波を反射した物体を検出し、その物体に関する情報を生成するメイン処理を少なくとも実行する。なお、ＲＡＭ４３の一部は、車載レーダ装置１の電源をオフしてもメモリの内容が保持される不揮発性メモリで構成されており、この不揮発性メモリには、測定サイクル毎に求められる車載レーダ装置１の搭載角度誤差Δθおよび搭載角度誤差Δθから求めた方位補正値が記憶される。

［処理］
次に、信号処理部４のＣＰＵ４１が実行するメイン処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。本処理は、レーダ波を送受信する測定サイクル毎に起動する。

信号処理部４を構成するＣＰＵ４１は、本処理が起動すると、Ｓ１１０にて、送受信部３がレーダ波を送受信することで得られる一測定サイクル分のビート信号のサンプリングデータを取得する。なお、一測定サイクルには、多周波ＣＷの全ての送信周波数に関するサンプリングデータが含まれている。

Ｓ１２０では、サンプリングデータを周波数解析することにより、多周波ＣＷの送信周波数毎かつアンテナ部２を構成するアンテナ毎に周波数スペクトルを算出する。ここでは、周波数解析として高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いる。これにより得られる周波数スペクトルの周波数ビンは、レーダ波を反射した物体との相対速度を表す。

Ｓ１３０では、Ｓ１２０にて求められた周波数スペクトルに基づき、アンテナ毎に平均周波数スペクトルを算出する。
Ｓ１４０では、平均周波数スペクトルから、受信強度が予め設定された閾値以上となるピーク値が検出される周波数ビンを抽出し、その周波数ビン毎に、方位推定処理を実行する。方位推定処理は、ＭＵＳＩＣ，Ｃａｐｏｎ等の高分解能な推定処理が望ましいが、デジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）等を用いてもよい。

Ｓ１５０では、Ｓ１４０で推定された方位（以下「推定方位」という）に、過去の測定サイクルのＳ２７０（後述する）で算出されＲＡＭ４３に記憶されている方位補正値を加算することで、推定方位を補正する。

Ｓ１６０では、平均周波数スペクトルにピークを発生させた各物体について、その物体との相対速度、その物体が存在する方位を少なくとも含んだ物体情報を生成し、車載ＬＡＮを介して、物体情報を利用する各車載装置に提供する。

Ｓ１７０では、先のＳ１３０およびＳ１４０での処理結果を用いて、方位補正値を学習する補正値学習処理を実行して本処理を終了する。
次に、補正値学習処理の詳細を、図３のフローチャートを用いて説明する。

信号処理部４を構成するＣＰＵ４１は、本処理が起動すると、Ｓ２１０にて、車載ＬＡＮを介して自車速を取得し、その自車速が予め設定された速度閾値より大きいか否かを判断する。速度閾値は、Ｓ１４０で算出される推定方位と、レーダ波を反射した物体との相対速度との関係を表すグラフ（図５参照）が十分に大きな傾きを有するような値に設定される。

自車速が速度閾値以下より大きければ（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、Ｓ２２０に進み、自車速が速度閾値以下であれば（Ｓ２１０：ＮＯ）、効果的な学習を期待できないものとして本処理を終了する。

Ｓ２２０では、Ｓ１３０，Ｓ１４０での処理結果に基づき、自車両とレーダ波を反射した物体との相対速度および推定方位からなる二次元の観測データの分布Ｐを作成する。

Ｓ２３０では、相対速度の絶対値が予め設定された上限値以内となる観測データに基づき、停止物について検出される相対速度ｙと方位ｘとの関係を表す近似直線Ｃを（１）式を用いて算出する。但し、θinstを車載レーダ装置１の取付角度、Ａを定数、Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮをＦＦＴポイント数（例えば２５６）とする。なお、Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ／２が、物体との相対速度がゼロに相当するように設定されている。

Ｓ２４０では、Ｓ２３０で求めた近似直線Ｃに対する近似直線Ｃの算出に用いた観測データの分布Ｐの最小二乗和Ｗを算出する。この最初二乗和Ｗは、観測データのばらつき度を表し、ばらつきが大きいほど大きな値となる。

Ｓ２５０では、Ｓ２４０で求めた最小二乗和Ｗが、予め設定された近似閾値より小さいか否かを判断する。最小二乗和Ｗ近似度が近似閾値より小さければ（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、レーダ波を反射した物体は停止物であるものとして、Ｓ２６０に進み、近似度が近似閾値以上であれば（Ｓ２５０：ＮＯ）、レーダ波を反射した物体は停止物ではないものとして、本処理を終了する。

Ｓ２６０では、図６に示すように、近似直線Ｃ上で相対速度が０となる方位角である検出方位角θｖを求め、所望の搭載角度で取り付けた場合に、相対速度が０となる観測データが検出される方位角（車両の前後方向に対して９０°の方向）を理論方位角θｏとして、検出方位角θｖから理論方位角θｏを減算することで搭載角度誤差Δθ（＝θｖ−θｏ）を算出する。

Ｓ２７０では、Ｓ２６０で求めた搭載角度誤差Δθに対して統計的な処理を施すことによって、方位補正値を算出しＲＡＭ４３に格納されている値を更新して、本処理を終了する。方位補正値は、具体的には、例えば、今サイクルを含む所定サイクル前までに求められた搭載角度誤差の移動平均によって求めることが考えられる。

［原理］
搭載角度誤差Δθの算出には、レーダ波を反射した物体が停止物である場合、側方停止物の相対速度と、停止物が存在する方位との間に対応関係があることを利用している。

即ち、車両の側方に壁面などの停止物が存在する場合、壁面のさまざまな箇所から反射波が得られる。そして、壁面の反射点が存在する方位と、その反射点について検出される相対速度とは、図５に示す関係を有する。即ち、車載レーダ装置１が取り付けられた位置の真横（車両の進行方向に対して９０°の方向：壁面方向ともいう）に反射点がある場合、その反射点の相対速度は０となる。この真横の反射点より車両の進行方向側に位置する反射点の相対速度は、自車両に接近してくることを表すプラスの値となる。また、真横の反射点より車両の進行方向とは反対側に位置する反射点の相対速度は、自車両から離れていくことを表すマイナスの値となる（図４参照）。いずれの場合も、その絶対値は、真横の位置から離れるほど大きな値となる。また、グラフは、自車後方に対して線対称な形状となる。

更に、車載レーダ装置１が０〜１８０［ｄｅｇ］を探査範囲とし、しかも、探査範囲の９０［ｄｅｇ］の方向、即ち、車載レーダ装置１の正面方向が、車両の後方向に対し、車両の上方から見て右回りにθinst［ｄｅｇ］傾くように車両に取り付けられているものとする。但し方位角ｘは、左回りをプラス、右回りをマイナスで表すものとする。この場合、車両の壁面方位の方位角ｘはθｖ（＝１８０−θinst）［ｄｅｇ］となる。図５のグラフは、θinst＝−４０［ｄｅｇ］である場合を示す。つまり、壁面方位の方位角がｘ（＝θｖ）＝１４０［ｄｅｇ］であり、自車後方の方位角がｘ＝５０［ｄｅｇ］である。

この状態を前提として、求めた理論曲線を図中実線（高速時）および一点鎖線（低速時）で示し、実線の理論曲線について、（１）式を用いて求めた近似直線Ｃを破線で示す。

図示されているように、理論曲線は自車速Ｖselfが遅いほど変化が小さく、自車速Ｖselfが早いほど、方向に対する相対速度（周波数ビン）の変化が大きくなる。なお、相対速度を表す周波数ビンは、０〜Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ［ｂｉｎ］で表され、その中心のＮ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ／２［ｂｉｎ］を、相対速度がゼロの場合としている。この場合、Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ／２〜Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ［ｂｉｎ］は、停止物が自車両に接近してくるように観測される物標接近領域、０〜Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ／２［ｂｉｎ］は、停止物が自車両から離れていくように観測される物標離脱領域となる。

図６は、破線がが理論曲線に対する近似直線（理論近似直線）であり、実線が実データの分布Ｐから求めた近似直線（観測近似直線）Ｃである。即ち、この理論近似直線と観測近似直線Ｃとの方位軸方向（図中のｘ軸方向）における差が搭載角度誤差Δθとなる。

［効果］
以上、説明したように、車載レーダ装置１では、連続波からなるレーダ波を反射した物体との相対速度および物体が存在する方向（反射波の到来方向）を表す観測データの分布Ｐから、停止物の相対速度と方位の関係を示す近似直線Ｃを求め、近似直線Ｃから特定される相対速度が０となる方位角θｖと、所望の搭載角度を実現した場合に相対速度が０となる停止物が検出される方位角θｏとを比較することで、搭載角度誤差Δθを求め、その搭載角度誤差Δθを統計的に処理することによって方位補正値を求めている。

従って、車載レーダ装置１によれば、搭載角度誤差Δθ（ひいては方位補正値）の算出に、相対速度が０以外の観測データも利用することができるため、１回の測定サイクルで算出に必要な数の観測データを得ることが可能となる。その結果、必要な精度の搭載角度誤差Δθを短時間で得ることができる。

また、車載レーダ装置１によれば、搭載角度のずれによって生じる方位の検出誤差を抑制すること、ひいては、方位の検出精度を向上させることができる。しかも、このような効果を、新たな構造物を付加することなく、既存のＣＷレーダから得られる情報を処理することによって実現しているため、既存の装置にも簡単に適用することができる。

［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ことなく、種々の形態を採り得る。

（１）上記実施形態では、分布Ｐが停止物に基づくものであるか否かを、近似直線Ｃに対する分布Ｐのばらつき度から判断しているが、車載カメラの画像から得られる情報や地図データ等を用いて判断するようにしてもよい。

（２）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（３）本発明は、搭載角度誤差検出方法および搭載角度誤差検出装置の他、当該搭載角度誤差検出装置を構成要素とする車載レーダ装置等のシステム、搭載角度誤差検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体など、種々の形態で実現することもできる。

１…車載レーダ装置 ２…アンテナ部 ３…送受信部 ４…信号処理部 ４１…ＣＰＵ ４２…ＲＯＭ ４３…ＲＡＭ

Claims (6)

1. 車両の前後方向に対して９０°の方向を検知範囲に含むように設置され、連続波を用いて物体が存在する方位を少なくとも検出する車載レーダ装置において、搭載角度の誤差を検出する搭載角度誤差検出方法であって、
   前記連続波を送受信することで得られた信号を周波数解析することによって、前記連続波を反射した物体との相対速度を求める第１のステップ（Ｓ１２０）と、
   前記第１のステップでの周波数解析によって前記物体の存在が認められた周波数ビン毎に、前記物体が位置する方位の推定値である推定方位を求める第２のステップ（Ｓ１３０〜Ｓ１４０）と、
   前記第１のステップおよび前記第２のステップでの算出結果から、自車両に対する停止物の相対速度と該停止物が位置する方位との関係を表す近似直線を算出する第３のステップ（Ｓ２２０〜Ｓ２３０）と、
   前記近似直線から特定される相対速度がゼロとなる方位角と、所望の搭載角度で設置した場合に、相対速度がゼロとなる方位角との差を搭載角度誤差として求める第４のステップ（Ｓ２４０〜Ｓ２６０）と、
   を備えることを特徴とする搭載角度誤差検出方法。
2. 車両の前後方向に対して９０°の方向を検知範囲に含むように設置され、連続波を用いて物体が存在する方位を少なくとも検出する車載レーダ装置において、搭載角度の誤差を検出する搭載角度誤差検出装置であって、
   前記連続波を送受信することで得られた信号を周波数解析することによって、前記連続波を反射した物体との相対速度を求める相対速度算出部（４：Ｓ１２０）と、
   前記相対速度算出部での周波数解析によって物体の存在が認められた周波数ビン毎に、反射波の到来方向の推定値である推定方位を求める方位推定部（４：Ｓ１３０〜Ｓ１４０）と、
   前記相対速度算出部および前記方位推定部での算出結果から、自車両に対する停止物の相対速度と該停止物が位置する方位との関係を表す近似直線を算出する近似直線算出部と、（４：Ｓ２２０〜Ｓ２３０）と、
   前記近似直線算出部にて算出された近似曲線から特定される相対速度がゼロとなる方位角と、所望の搭載角度で設置した場合に、相対速度がゼロとなる方位角との差を搭載角度誤差として求める角度誤差算出部（４：Ｓ２４０〜Ｓ２６０）と、
   を備えることを特徴とする搭載角度誤差検出装置。
3. 前記連続波として多周波連続波を使用し、
   前記方位推定部は、前記連続波の周波数毎に実施された周波数解析結果の平均値を用いて処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の搭載角度誤差検出装置。
4. 前記近似直線算出部は、前記相対速度算出部および前記方位推定部での算出結果のうち、相対速度の絶対値が予め設定された上限値以内のものを用いて前記近似直線を算出することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の搭載角度誤差検出装置。
5. 前記角度誤差算出部は、前記近似直線に対する該近似直線の算出に用いた分布のばらつき度が予め設定された近似閾値より小さい場合に、前記搭載角度誤差を算出することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の搭載角度誤差検出装置。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の搭載角度誤差検出装置と、
   前記角度誤差算出部にて求められた搭載角度誤差に対して統計的な処理を施すことにより方位補正値を算出する補正値算出部（４：Ｓ２７０）と、
   前記方位推定部にて推定された方位を、前記補正値算出部にて算出された方位補正値を用いて補正する方位補正部（４：Ｓ１５０）と、
   を備えることを特徴とする車載レーダ装置。