JP2020020607A - レーダ装置および軸ずれ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送信波の軸ずれを迅速に検出すること。【解決手段】実施形態に係るレーダ装置は、生成部と、算出部と、検出部とを備える。生成部は、規定の方向に向けて設置されたレーダ装置において、送信波が物標で反射する複数の反射点それぞれについて、物標の自車両への向きの相対速度を含む瞬時データを生成する。算出部は、生成部によって生成された複数の瞬時データにおける相対速度に基づき、当該複数の瞬時データそれぞれに対応する自車両への向きのベクトルにおける起点を揃え、当該ベクトルに対する垂線の交点を算出する。検出部は、算出部によって算出された交点と、自車両の実際の移動向きとに基づいて規定の方向からの軸ずれを検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、レーダ装置および軸ずれ検出方法に関する。

従来、車両に搭載され、車両から送信した送信波が物標で反射した反射波に基づいて物標を検出するレーダ装置がある。かかるレーダ装置は用途に応じて定められる規定の方向を向けて設置されるが、経年や衝撃などで向いている方向がずれることがあり、このいわゆるレーダ装置の軸ずれ検知は長らくの課題であって、種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２４８０５６号公報

しかしながら、従来技術では、レーダで検出した物標の時間的な連続性を評価する必要があり、軸ずれを検出するまでに数スキャンの処理を行う必要があり、軸ずれの検出を速やかに行うことができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーダ装置の軸ずれを迅速に、特に１スキャンで検出することができるレーダ装置および軸ずれ検出方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係るレーダ装置は、生成部と、算出部と、検出部とを備える。前記生成部は、規定の方法に向けて設置されたレーダ装置において、送信波が物標で反射する複数の反射点それぞれについて、前記物標の自車両への向きの相対速度を含む瞬時データを生成する。前記算出部は、前記生成部によって生成された複数の前記瞬時データにおける前記相対速度に基づき、当該複数の瞬時データそれぞれに対応する前記自車両への向きのベクトルにおける起点を揃え、当該ベクトルに対する垂線の交点を算出する。前記検出部は、前記算出部によって算出された前記交点と、前記自車両の実際の移動向きとに基づいて前記規定の方向からの軸ずれを検出する。

本発明によれば、軸ずれを迅速に検出することができる。

図１Ａは、レーダ装置の搭載例を示す図である。 図１Ｂは、軸ずれ検出方法の概要を示す図である。 図２は、レーダ装置のブロック図である。 図３は、信号処理部の前段処理から信号処理部におけるピーク抽出処理までの処理説明図である。 図４Ａは、角度推定処理の処理説明図である。 図４Ｂは、ペアリング処理の処理説明図（その１）である。 図４Ｃは、ペアリング処理の処理説明図（その２）である。 図５は、算出部のブロック図である。 図６Ａは、算出部の処理内容を示す図（その１）である。 図６Ｂは、算出部の処理内容を示す図（その２）である。 図７Ａは、検出部による処理の具体例を示す図である。 図７Ｂは、軸ずれ角に基づく補正処理の具体例を示す図である。 図８は、フィルタ処理部のブロック図である。 図９は、レーダ装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。 図１０は、他車両に基づく軸ずれの検出の具体例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るレーダ装置および軸ずれ検出方法について詳細に説明する。なお、本実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下では、レーダ装置がＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式である場合を例に挙げて説明するが、レーダ装置は、例えばＦＣＭ（Fast-Chirp Modulation）方式といった他の方式であってもよい。

まず、図１Ａおよび図１Ｂを用いて、実施形態に係る軸ずれ検出方法の概要について説明する。図１Ａは、レーダ装置の搭載例を示す図である。図１Ｂは、実施形態に係る軸ずれ検出方法の概要を示す図である。図１Ａでは、実施形態に係るレーダ装置１を搭載した自車両ＭＣを示す。

図１Ａに示すように、レーダ装置１は、例えば自車両ＭＣのフロントグリル内等に、規定の方向、例えば自車両ＭＣの進行方向や、左右前側方、後方などを向けて搭載され、計測範囲（ＦＯＶ：field of view）内に存在する物標を検出する。なお、レーダ装置１の搭載箇所は、例えばフロントガラスやリアグリル、左右の側部（例えば、左右のドアミラー）等他の箇所に搭載されてもよい。

また、図１Ａに示すように、レーダ装置１は、自車両ＭＣの周囲に送信した送信波が物標で反射した複数の反射点それぞれについて、瞬時データ１００を生成する。瞬時データ１００には、例えば、自車両ＭＣへの向きの相対速度（ベクトルＲＶ）等が含まれる。

以下、概要説明のため特に静止物由来の反射点について説明する。具体的には、図１Ａに示す瞬時データ１００は、それぞれ静止物、例えば路面に由来するものであり、各瞬時データ１００から得られる路面のベクトルＲＶは、自車両ＭＣの移動速度および移動方向に依存する。

ところで、従来技術において、レーダ装置の軸ずれを検出する技術がある。かかる従来技術において、レーダ装置の軸ずれを検出するために、ガードレール等の路側物を連続して検出する必要があり、軸ずれの検出に数スキャンの処理が必要であった。また、周囲に路側物が存在する限られた環境下で軸ずれを検出する必要があった。

そこで、実施形態に係る軸ずれ検出方法では、１スキャンで軸ずれを検出可能とし、かつ、路側物が存在しない環境下において軸ずれの検出を可能とした。

具体的には、実施形態に係る軸ずれ検出方法では、複数の瞬時データ１００における相対速度に基づき、複数の瞬時データ１００それぞれに対応する自車両ＭＣへの向きのベクトルＲＶにおける起点を揃え、ベクトルＲＶに対する垂線ＶＬの交点ＣＰから自車両ＭＣの移動向きを推定する。そして、実施形態に係る軸ずれ検出方法では、交点ＣＰに基づき推定される自車両ＭＣの移動向きと、実際の自車両ＭＣの移動向きとを比較することで、送信波の軸ずれを検出する。

図１Ｂに示す例では、３つの瞬時データ１００に対応する３つのベクトルＲＶの起点を原点に揃えた２次元平面を示している。なお、図１Ｂにおいて、縦軸は、自車両ＭＣに対して左右方向への相対速度成分（ＶＹ）を示し、横軸は、自車両ＭＣに対して前後方向への相対速度成分（ＶＸ）を示す。

図１Ｂに示すように、実施形態に係る物標検出方法では、まず、ベクトルＲＶの終点を通る垂線ＶＬを３つのベクトルＲＶそれぞれに対して引き、３つの垂線ＶＬの交点ＣＰを算出する。

図１Ｂに示す例では、交点ＣＰが１つである場合、すなわち、全ての垂線ＶＬが交点ＣＰを通過する場合を示す。ベクトルＲＶは相対速度、すなわち本来の速度を自車方向に対して投影したベクトルであるため、本来の速度の終点は、ＲＶの終点を通る垂線上に存在する。ここで３つのＲＶは全て静止物由来、すなわち本来の速度は逆方向に向いた自車速度であり、また全て同一の速度である。したがって、理想的には全ての垂線は交点ＣＰで交わり、交点ＣＰがすなわち本来の速度の終点となる。しかしながら、実際には測定誤差や種々のノイズなどの影響により、交点ＣＰが複数存在する場合が主であるが、かかる点については後述する。

ここで、ベクトルＲＶの起点、すなわち２次元座標の原点を始点とし、交点ＣＰを終点とする瞬時ベクトルＶは、路面を基準とする自車両ＭＣの移動ベクトルを示す。すなわち、軸ずれがない場合、瞬時ベクトルＶと移動ベクトルとは、互いに逆向きとなる。

一方、軸ずれが発生している場合について、図１Ａならびに図１Ｂにおける軸ずれ角θの場合にて示す。このように軸ずれが発生してレーダ装置で認識する座標軸は図１Ａ：Ｘ‘−Ｙ’軸と、同様に図１Ｂ：ＶＸ‘−ＶＹ’となる。例えば軸ずれ角θにおいて自車進行方向向かって左方向にずれた場合、左に２個、右に１個反射点があるはずであるが、レーダ装置上では左に１個、正面に１個、右に１個と、全体に右方向に角度θだけ反射点がずれて認識される。したがって交点ＣＰも図１Ｂにおいて示すようにＶＸ‘軸上には現れず、瞬時ベクトルＶと移動ベクトルとが互いに逆向きとならない。この時のＶＸ’軸と瞬時ベクトルＶとのずれ角はθであり、軸ずれ角に応じて瞬時ベクトルＶと移動ベクトルがずれることになる。

つまり、実施形態に係る軸ずれ検出方法では、交点ＣＰに基づき、自車両ＭＣの移動向きを推定し、かかる移動向きと、自車両ＭＣの実際の移動向きとに基づいて送信波の軸ずれを検出する。

また、実施形態に係る軸ずれ検出方法では、交点ＣＰを１スキャンの処理で算出することが可能である。これにより、実施形態に係る軸ずれ検出方法によれば、軸ずれを迅速に検出することが可能となる。

また、実施形態に係る軸ずれ検出方法では、上述の路面に基づいて交点ＣＰを算出することが可能である。すなわち、軸ずれの検出を行うにあたり、ガードレール等の路側物を必要としない。これにより、従来の環境的制約を撤廃することが可能となり、多様な環境においても軸ずれを検出することが可能となる。

次に、図２を参照して、実施形態に係るレーダ装置１の構成について詳細に説明する。図２は、実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素を中心に機能ブロックで表しており、一般的な構成要素については記載を省略しているものもある。

図２に示すように、レーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、処理部３０とを備える。また、レーダ装置１は、自車両ＭＣの挙動を制御する車両制御装置２に接続される。

車両制御装置２は、レーダ装置１による物標の検出結果に基づいて、ＰＣＳ（Pre-crash Safety System）やＡＥＢ(Advanced Emergency Braking System)などの車両制御を行う。

送信部１０は、信号生成部１１と、発振器１２と、送信アンテナ１３とを備える。信号生成部１１は、後述する送受信制御部３１の制御により、三角波で周波数変調されたミリ波を送信するための変調信号を生成する。発振器１２は、かかる信号生成部１１によって生成された変調信号に基づいて送信信号を生成し、送信アンテナ１３へ出力する。なお、図２に示すように、発振器１２によって生成された送信信号は、後述するミキサ２２に対しても分配される。

送信アンテナ１３は、発振器１２からの送信信号を送信波へ変換し、かかる送信波を自車両ＭＣの外部へ出力する。送信アンテナ１３が出力する送信波は、三角波で周波数変調された連続波である。送信アンテナ１３から自車両ＭＣの外部、例えば前方へ送信された送信波は、他車両ＬＣ等の物標で反射されて反射波となる。

受信部２０は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ２１と、複数のミキサ２２と、複数のＡ／Ｄ変換部２３とを備える。ミキサ２２およびＡ／Ｄ変換部２３は、受信アンテナ２１ごとに設けられる。

各受信アンテナ２１は、物標からの反射波を受信波として受信し、かかる受信波を受信信号へ変換してミキサ２２へ出力する。なお、図２に示す受信アンテナ２１の数は４つであるが、３つ以下または５つ以上であってもよい。

受信アンテナ２１から出力された受信信号は、図示略の増幅器（例えば、ローノイズアンプ）で増幅された後にミキサ２２へ入力される。ミキサ２２は、分配された送信信号と、受信アンテナ２１から入力される受信信号との一部をミキシングし不要な信号成分を除去してビート信号を生成し、Ａ／Ｄ変換部２３へ出力する。

ビート信号は、送信信号の周波数（以下、「送信周波数」と記載する）と受信信号の周波数（以下、「受信周波数」と記載する）との差となるビート周波数を有する。ミキサ２２で生成されたビート信号は、図示しない同期部によって受信アンテナ同士でタイミングを合わせた上でＡ／Ｄ変換部２３でデジタル信号に変換された後に、処理部３０へ出力される。

処理部３０は、送受信制御部３１と、信号処理部３２と、記憶部３７とを備える。信号処理部３２は、生成部３３と、算出部３４と、検出部３５と、フィルタ処理部３６とを備える。

記憶部３７は、履歴データ３７ａおよび軸ずれデータ３７ｂを記憶する。履歴データ３３ａは、信号処理部３２が実行する一連の信号処理における物標データの履歴や、瞬時データ１００の履歴を含む情報である。

軸ずれデータ３７ｂは、検出部３５によって検出される送信波の送信軸の軸ずれに関する情報である。例えば、信号処理部３２は、軸ずれデータ３７ｂに基づき、送信波の送信軸に関するパラメータを補正することとなる。

処理部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部３７に対応するＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ、その他の入出力ポートなどを含むマイクロコンピュータであり、レーダ装置１全体を制御する。

かかるマイクロコンピュータのＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、送受信制御部３１および信号処理部３２として機能する。なお、送受信制御部３１および信号処理部３２は全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアで構成することもできる。

送受信制御部３１は、信号生成部１１を含む送信部１０および受信部２０を制御する。信号処理部３２は、一連の信号処理を周期的に実行する。続いて、信号処理部３２の各構成要素について説明する。

生成部３３は、瞬時データ１００を生成する。具体的には、生成部３３は、周波数解析処理と、ピーク抽出処理と、瞬時データ生成処理とを行うことで、瞬時データ１００を生成する。

周波数解析処理では、各Ａ／Ｄ変換部２３から入力されるビート信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理（以下、「ＦＦＴ処理」と記載する）を行う。かかるＦＦＴ処理の結果は、ビート信号の周波数スペクトルであり、ビート信号の周波数ごと（周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごと）のパワー値（信号レベル）である。

ピーク抽出処理では、周波数解析処理によるＦＦＴ処理の結果においてピークとなるピーク周波数を抽出する。なお、ピーク抽出処理では、後述するビート信号の「ＵＰ区間」および「ＤＮ区間」のそれぞれについてピーク周波数を抽出する。

瞬時データ生成処理では、ピーク抽出処理において抽出されたピーク周波数のそれぞれに対応する反射波の到来角度とそのパワー値を算出する角度推定処理を実行する。なお、角度推定処理の実行時点で、到来角度は、物標が存在すると推定される角度であることから、以下では「推定角度」と記載する場合がある。

また、瞬時データ生成処理では、算出した推定角度とパワー値との算出結果に基づいて「ＵＰ区間」および「ＤＮ区間」それぞれのピーク周波数の正しい組み合わせを判定するペアリング処理を実行する。

また、瞬時データ生成処理では、判定した組み合わせ結果から各物標の自車両ＭＣに対する距離および自車両ＭＣへの向きの相対速度を算出する。また、瞬時データ処理では、算出した各物標の推定角度、距離および相対速度を、最新周期（最新スキャン）分の瞬時データ１００としてフィルタ処理部３６へ出力するとともに、記憶部３７に履歴データ３７ａとして記憶する。

説明を分かりやすくするために、信号処理部３２の前段処理から信号処理部３２におけるここまでの処理の流れを図３〜図４Ｃに示す。図３は、信号処理部３２の前段処理から生成部３３におけるピーク抽出処理までの処理説明図である。

また、図４Ａは、角度推定処理の処理説明図である。また、図４Ｂおよび図４Ｃは、ペアリング処理の処理説明図である。なお、図３は、２つの太い下向きの白色矢印で３つの領域に区切られている。以下では、かかる各領域を順に、上段、中段、下段と記載する。

図３の上段に示すように、送信信号ｆｓ（ｔ）は、送信アンテナ１３から送信波として送出された後、物標において反射されて反射波として到来し、受信アンテナ２１において受信信号ｆｒ（ｔ）として受信される。

このとき、図３の上段に示すように、受信信号ｆｒ（ｔ）は、自車両ＭＣと物標との距離に応じて、送信信号ｆｓ（ｔ）に対して時間差Ｔだけ遅延している。この時間差Ｔと、自車両ＭＣおよび物標の相対速度に基づくドップラー効果とにより、ビート信号は、周波数が上昇する「ＵＰ区間」の周波数ｆｕｐと、周波数が下降する「ＤＮ区間」の周波数ｆｄｎとが繰り返される信号として得られる（図３の中段参照）。

図３の下段には、かかるビート信号を周波数解析処理においてＦＦＴ処理した結果を、「ＵＰ区間」側および「ＤＮ区間」側のそれぞれについて模式的に示している。

図３の下段に示すように、ＦＦＴ処理後には、「ＵＰ区間」側および「ＤＮ区間」側のそれぞれの周波数領域における波形が得られる。ピーク抽出処理では、かかる波形においてピークとなるピーク周波数を抽出する。

例えば、図３の下段に示した例の場合、ピーク抽出閾値が用いられ、「ＵＰ区間」側においては、ピークＰｕ１〜Ｐｕ３がそれぞれピークとして判定され、ピーク周波数ｆｕ１〜ｆｕ３がそれぞれ抽出される。

また、「ＤＮ区間」側においては、同じくピーク抽出閾値により、ピークＰｄ１〜Ｐｄ３がそれぞれピークとして判定され、ピーク周波数ｆｄ１〜ｆｄ３がそれぞれ抽出される。

ここで、ピーク抽出処理により抽出した各ピーク周波数の周波数成分には、複数の物標からの反射波が混成している場合がある。そこで、瞬時データ生成処理では、各ピーク周波数のそれぞれについて方位演算する角度推定処理を行い、ピーク周波数ごとに対応する物標の存在を解析する。

なお、瞬時データ生成処理における方位演算は、例えばＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）などの公知の到来方向推定手法を用いて行うことができる。

図４Ａは、瞬時データ生成処理の方位演算結果を模式的に示すものである。瞬時データ生成処理では、かかる方位演算結果の各ピークＰｕ１〜Ｐｕ３から、これらピークＰｕ１〜Ｐｕ３にそれぞれ対応する各物標（各反射点）の推定角度を算出する。また、各ピークＰｕ１〜Ｐｕ３の大きさがパワー値となる。瞬時データ生成処理では、図４Ｂに示すように、かかる角度推定処理を「ＵＰ区間」側および「ＤＮ区間」側のそれぞれについて行う。

そして、瞬時データ生成処理では、方位演算結果において、推定角度およびパワー値の近い各ピークを組み合わせるペアリング処理を行う。また、その組み合わせ結果から、瞬時データ生成処理では、各ピークの組み合わせに対応する各物標（各反射点）の距離および自車両ＭＣへの向きの相対速度を算出する。

距離は、「距離∝（ｆｕｐ＋ｆｄｎ）」の関係に基づいて算出することができる。相対速度は、「速度∝（ｆｕｐ−ｆｄｎ）」の関係に基づいて算出することができる。その結果、図４Ｃに示すように、自車両ＭＣに対する、各反射点ＲＰの推定角度、距離および相対速度の瞬時データ１００を示すペアリング処理結果が得られる。

図２の説明に戻り、算出部３４について説明する。算出部３４は、生成部３３によって生成された複数の瞬時データ１００における相対速度に基づき、当該複数の瞬時データ１００それぞれに対応する自車両への向きのベクトルＲＶにおける起点を揃え、当該ベクトルＲＶに対する垂線ＶＬの交点ＣＰを算出する。

図５は、算出部３４のブロック図である。図５に示すように、算出部３４は、選択部３４ａと、バッファリング部３４ｂと、垂線作成部３４ｃと、交点作成部３４ｄと、内心作成部３４ｅと、ベクトル作成部３４ｆとを備える。

選択部３４ａは、瞬時データ１００のうち、例えば、静止物に対応する瞬時データ１００を選択し、バッファリング部３４ｂへ格納する。なお、ここでの静止物とは、路面に限られず、壁、ガードレール、静止車両等、レーダ装置１が検出可能な全ての静止物を含む。

選択部３４ａは、瞬時データ１００のうち、相対速度−自車速ｃｏｓ（水平角度）≒０となる瞬時データ１００を静止物に対応する瞬時データ１００として選択する。つまり、実際検出された相対速度と、自車速と反射点の方向から算出する理想的な相対速度が近しい場合に静止物と判断し、選択する。なお、自車速とは、自車両ＭＣの実際の走行速度であり、水平角度とは、自車両ＭＣに対する瞬時データ１００の向きを示す。

すなわち、実施形態に係るレーダ装置１では、複数の静止物を１つの物標として捉える。これにより、１つの静止物から十分数の瞬時データ１００が得られない場合であっても、複数の静止物の瞬時データ１００を用いて軸ずれを検出することが可能となる。

つまり、実施形態に係るレーダ装置１では、複数の静止物の瞬時データ１００を用いて軸ずれを検出することで、あらゆる環境下において、軸ずれを検出することが可能となる。

この際、選択部３４ａは、例えば、静止物に対応する瞬時データ１００のうち、所定値以上の高さを持つ瞬時データ１００を除外してバッファリング部３４ｂへ格納することにしてもよい。

かかる場合に、選択部３４ａは、例えば、瞬時データ１００の角度パワーが所定値以下であるものを所定値以上の高さを持つ静止物に対応する瞬時データ１００として除外することが可能である。

また、選択部３４ａは、所定期間において、いずれの静止物に対応する瞬時データ１００を選択できなかった場合、警告を行うことにしてもよい。このような場合は例えば送信軸が極端にずれていることが想定される。例えば、送信波の送信軸が車幅方向を向いている場合などである。かかる場合に、自車両ＭＣが走行すると、静止物の瞬時データ１００は、自車速と反射点の方向から算出する理想的な相対速度とは大きく異なる相対速度となるため、移動物として検出されることになる。

この場合、選択部３４ａは、警告を行うとともに、軸ずれ角θに対応するパラメータを可変させていく。そして、静止物に対応する瞬時データ１００を検出した場合に、かかる瞬時データ１００を後段の処理に回すことにしてもよい。

これにより、送信軸が極端にずれるような場合であっても、軸ずれを検出することが可能となる。

バッファリング部３４ｂは、選択部３４ａによって選択された瞬時データ１００をバッファリングする。すなわち、瞬時データ１００をバッファリングすることで、複数スキャンの瞬時データ１００を用いて瞬時ベクトルＶを算出することが可能となる。これにより、瞬時データ１００の数が不足することで瞬時ベクトルＶの推定精度が低下することを抑えることができる。

垂線作成部３４ｃは、選択部３４ａによって選択された瞬時データ１００の自車両ＭＣへの向きの相対速度を示すベクトルＲＶに対する垂線ＶＬを作成する。

具体的には、垂線作成部３４ｃは、複数の瞬時データ１００それぞれに対応するベクトルＲＶの起点を揃えた場合に、ベクトルＲＶの終点を通る垂線ＶＬを作成する。

例えば、垂線作成部３４ｃは、自車両ＭＣの左右方向への相対速度成分（ＶＹ軸）と、自車両ＭＣに対して前後方向への相対速度成分（ＶＸ軸）とで表される平面の原点にベクトルＲＶの起点を揃えたとする。

かかる場合、垂線ＶＬの直線式は、ＶＹ＝ａ×ＶＸ＋ｂで表される。具体的には、ベクトルＲＶのＶＸ軸を基準とする角度θと、ベクトルＲＶの大きさである相対速度Ｔａとした場合、係数ａは、ａ＝ｔａｎ（θ＋π／２）で表わされ、係数ｂは、ｂ＝Ｔａ／ｓｉｎ（θ）で表される。なお、θ＝０または±２πの場合、係数ａが発散するため、以降の処理においては、Ｖｘ＝Ｖとして例外処理を行う。

交点作成部３４ｄは、垂線作成部３４ｃによって作成された垂線ＶＬの交点ＣＰを作成する。具体的には、交点作成部３４ｄは、交点ＣＰを求める２つの垂線ＶＬをｎ１およびｎ２とし、ｎ１の係数ａをａ［ｎ１］、係数ｂをｂ［ｎ１］と表した場合、交点ＣＰの座標ＶＸは、ＶＸ＝（ｂ［ｎ２］−ｂ［ｎ１］）／（ａ［ｎ１］−ａ［ｎ２］）により算出され、座標ＶＹは、ＶＹ＝ａ×ＶＸ＋ｂに上記のＶＸを代入することで算出される。

次に、内心作成部３４ｅは、交点作成部３４ｄによって作成された交点ＣＰが３つ以上であった場合、かかる３つの交点ＣＰにより形成される三角形の内心ＩＰ（図６Ａ参照）を作成する。なお、内心作成部３４ｅによる内心ＩＰの作成方法については、図６Ａで後述する。

次に、ベクトル作成部３４ｆは、交点作成部３４ｄによって作成された交点ＣＰに基づいて物標の瞬時ベクトルＶを作成する。例えば、ベクトル作成部３４ｆは、交点作成部３４ｄによって作成された交点ＣＰが１つであった場合、ベクトルＲＶの起点（ＶＹ軸およびＶＸ軸の原点）を瞬時ベクトルＶの起点とし、交点ＣＰを瞬時ベクトルＶの終点として作成する。

つまり、算出部３４は、ベクトル作成部３４ｆによって作成された瞬時ベクトルＶに基づいて、ベクトルＲＶにおける起点から交点ＣＰへの向きを自車両ＭＣの移動向きであると推定し、ベクトルＲＶにおける起点および交点ＣＰの距離が自車両ＭＣの移動向きへの相対速度であると推定する。

また、ベクトル作成部３４ｆは、交点作成部３４ｄによって作成された交点ＣＰが２つ以上であった場合、複数の交点ＣＰを代表とする代表点を生成し、生成した代表点から瞬時ベクトルＶを作成する。

前述のように静止物の場合、理想的には１つの交点ＣＰで垂線ＶＬは交わるため、代表点の生成は複数の交点ＣＰから、理想的な交点を求める処理である。これは例えばシンプルに交点ＣＰの平均、つまり重心を代表点とすることや、統計的な手法やクラスタ分離の手法など、既知の外れ値除去手法などを併用して代表点の精度を上げることもできる。代表点は１つである必要はなく、複数でもよい。その場合代表点からベクトルを複数生成した後に集約して、最終的な瞬時ベクトルＶを生成してもよいし、代表点をさらにまとめて１つに代表させてもよい。

また特に、交点ＣＰが３つ以上であった場合、代表点として内心作成部３４ｅによって作成された内心ＩＰを用い、瞬時ベクトルＶを作成する。ここで、図６Ａおよび図６Ｂを用いて、交点ＣＰが３つ以上の場合における瞬時ベクトルＶの作成方法について説明する。

図６Ａおよび図６Ｂは、算出部３４による処理内容を示す図である。図６Ａは、交点ＣＰが３つの場合における瞬時ベクトルＶの作成方法を示す。図６Ｂは、交点ＣＰが６つの場合における瞬時ベクトルＶの作成方法を示す。まず、図６Ａを用いて、交点ＣＰが３つの場合における瞬時ベクトルＶの作成方法について説明する。

まず、内心作成部３４ｅは、３つの交点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３の内心ＩＰを作成する。具体的には、内心ＩＰは、３つの交点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３に形成される三角形の内接円の中心である。

より具体的には、内心作成部３４ｅは、上記したＶＹ軸およびＶＸ軸の平面における原点を起点として、各交点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３を終点とする算出用ベクトルＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３を作成する。

そして、内心作成部３４ｅは、算出用ベクトルＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３と、各交点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３の対辺に基づいて内心ＩＰを作成する。具体的には、内心作成部３４ｅは、交点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３の対辺をＣＰ１ａ，ＣＰ２ａ，ＣＰ３ａと表した場合、原点から内心ＩＰへのベクトル（図６Ａでは、瞬時ベクトルＶ）は、Ｖ＝（ＣＰ１ａ×ＣＶ１＋ＣＰ２ａ×ＣＶ２＋ＣＰ３ａ×ＣＶ３）／（ＣＰ１ａ＋ＣＰ２ａ＋ＣＰ３ａ）で算出される。

なお、内心作成部３４ｅは、三角形を形成する３つの交点ＣＰのバラつきが所定値以上の場合には、内心ＩＰの算出処理から除外する。具体的には、内心作成部３４ｅは、３つの交点ＣＰの不偏分散が所定値以上の場合には、内心ＩＰの算出処理から除外する。

そして、ベクトル作成部３４ｆは、内心ＩＰが１つの場合、原点から内心ＩＰへのベクトルを瞬時ベクトルＶとして作成する。このように、内心ＩＰを算出して瞬時ベクトルＶを作成することで、交点ＣＰが複数の場合であっても、瞬時ベクトルＶの推定精度が低下することを防止できる。

なお、ベクトル作成部３４ｆは、算出用ベクトルＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３のうち、いずれか２つの算出用ベクトルＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３の誤差が所定値以上であることが明らかである場合等には、残りの算出用ベクトルＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３を瞬時ベクトルＶとしてもよい。

次に、図６Ｂを用いて、交点ＣＰが６つの場合における瞬時ベクトルＶの作成方法について説明する。図６Ｂに示すように、交点ＣＰ３〜ＣＰ８が６つの場合、かかる交点ＣＰ３〜ＣＰ８によって形成される三角形が複数となり、従って内心ＩＰ１〜ＩＰ４も複数となる。なお、図６Ｂに示す例では、３つの交点ＣＰ（例えば、交点ＣＰ３，ＣＰ５，ＣＰ８）により三角形が形成されない組み合わせもあり、かかる交点ＣＰの組み合わせについては内心ＩＰの作成から除外する。

図６Ｂに示すように、ベクトル作成部３４ｆは、例えば、内心ＩＰ１〜ＩＰ４の平均値となる平均点ＩＰＡを算出し、原点から平均点ＩＰＡへのベクトルを瞬時ベクトルＶとして算出する。

このように、内心ＩＰが複数作成された場合に、平均点ＩＰＡによる瞬時ベクトルＶを作成することにより、内心ＩＰのバラつきによる瞬時ベクトルＶの推定誤差を最小限に抑えることができる。

なお、ベクトル作成部３４ｆは、複数の内心ＩＰのバラつきが所定値以上の場合には、瞬時ベクトルＶの作成処理から除外する。具体的には、ベクトル作成部３４ｆは、複数の内心ＩＰのうち、不偏分散が所定値以上の内心ＩＰについては、瞬時ベクトルＶの作成処理から除外する。

図２の説明に戻り、検出部３５について説明する。検出部３５は、算出部３４によって算出された交点ＣＰと、自車両ＭＣの実際の移動向きとに基づいて送信波の軸ずれを検出する。

検出部３５は、まず、自車両ＭＣの実際の走行速度および舵角等に基づいて自車両ＭＣの実際の移動量および移動向きを示す移動ベクトルＶｒを算出する。

続いて、検出部３５は、瞬時ベクトルＶと移動ベクトルＶｒとを比較することで、送信波の軸ずれを検出する。図７Ａは、検出部３５による処理の具体例を示す図である。

図７Ａでは、２つの瞬時ベクトルＶ１、Ｖ２および移動ベクトルＶｒを示す。送信波の軸ずれがない場合において、瞬時ベクトルＶと移動ベクトルＶｒとは、互いに逆向きとなり、かつ、大きさが等しくなる。

すなわち、図７Ａに示す瞬時ベクトルＶ１と移動ベクトルＶｒとの関係のように、互いに逆向きであり、かつ、大きさが等しい場合、送信波の軸ずれがないことを示す。

一方、図７Ａに示す瞬時ベクトルＶ２のように、移動ベクトルＶｒと互いに逆向きとならない場合、送信波の軸ずれが発生していることとなる。かかる場合に、瞬時ベクトルＶ１と瞬時ベクトルＶ２との軸ずれ角θだけ、送信波の軸ずれが発生していることとなる。

検出部３５は、軸ずれ角θを検出すると、軸ずれ角θを図２に示す軸ずれデータ３７ｂとして記憶部３７に記憶させる。これにより、後述するフィルタ処理部３６は、軸ずれ角θに基づき、角度のパラメータを補正したうえで、物標データを生成する。

このとき、検出部３５は、なまし処理を行ったうえで、軸ずれ角θを検出することで軸ずれ角θに含まれるノイズの影響を低減することにしてもよい。例えば、検出部３５は、まず、所定数（例えば、１００個）の交点ＣＰの平均値から算出された瞬時ベクトルＶに基づいて暫定的な軸ずれ角θを算出する。

その後、検出部３５は、今回の軸ずれ角θ＝前回までの軸ずれ角θ×Ｃ＋暫定的な軸ずれ角θ（１−Ｃ）のように、指数平均を用いてさらに平滑化する。なお、Ｃは、０≦Ｃ≦１を満たす所定の係数である。

このように、検出部３５は、検出した軸ずれ角θをそのまま検出結果とするのではなく、なまし処理を行うことで、軸ずれ角θに含まれるノイズの影響を低減することが可能となる。なお、なまし処理は、上記の例に限られず、その他のフィルタ処理を行うことにしてもよい。

また、検出部３５は、自車両ＭＣの走行速度が所定値以上である場合、すなわち、移動ベクトルＶｒの大きさが所定値以上である場合にのみ、軸ずれの検出処理を行うことしてもよい。

これは、移動ベクトルＶｒが小さい場合には、移動ベクトルＶｒが大きい場合に比べて、移動ベクトルＶｒに含まれる誤差が大きくなるためである。つまり、検出部３５は、自車両ＭＣの走行速度が所定値以上である場合に、軸ずれの検出を実施することで、精度よく軸ずれを検出することが可能となる。

また、この際、検出部３５は、自車両ＭＣの加速度が０、すなわち、自車両ＭＣが等速運動を行っている場合にのみ、軸ずれを検出することにしてもよい。これにより、加速度の変化に伴う移動ベクトルＶｒの誤差を抑えることが可能となり、結果として、軸ずれを精度よく検出することが可能となる。

また、検出部３５は、上述の内心ＩＰに基づく瞬時ベクトルＶに基づいて軸ずれを検出することも可能である。内心ＩＰに基づく瞬時ベクトルＶは、交点ＣＰに基づく瞬時ベクトルＶよりも自車両ＭＣの移動成分を精度よく反映している。

このため、検出部３５は、内心ＩＰに基づく瞬時ベクトルＶを用いて軸ずれを検出することで、軸ずれを精度よく検出することが可能となる。

図７Ｂは、軸ずれ角θに基づく補正処理の具体例を示す図である。図７Ｂに示すように、検出部３５によって軸ずれ角θが検出された場合、生成部３３によって生成された瞬時データ１００は、軸ずれ角θに応じて実際の位置からずれることとなる。

このため、例えば、瞬時データ１００を軸ずれ角θに応じて回転させることで、送信波の軸ずれを補正した瞬時データ１００を得ることが可能となる。

つまり、軸ずれが発生している場合、実際には、瞬時データ１００ａとして生成されるはずの瞬時データ１００が瞬時データ１００ａから軸ずれ角θずれて生成されることとなる。

そこで、瞬時データ１００を軸ずれ角θだけ回転させることで、真の瞬時データ１００ａを得ることが可能となる。このように、検出部３５によって検出された軸ずれ角θに基づいて瞬時データ１００を補正することで、正確な瞬時データ１００を得ることが可能となる。

図２の説明に戻り、フィルタ処理部３６について説明する。フィルタ処理部３６は、生成部３３によって生成された瞬時データ１００に対して自毛列フィルタリング処理を施すことによって瞬時データ１００に対応する物標データを生成する。

図８は、フィルタ処理部３６のブロック図である。図８に示すように、フィルタ処理部３６は、予測部３６ａと、割当部３６ｂと、重み付け部３６ｃと、リサンプリング部３６ｄと、物標データ生成部３６ｅとを備える。

本実施形態において、フィルタ処理部３６は、生成部３３によって生成された瞬時データ１００に対して所定数の粒子の分布を用いて解析を行うパーティクルフィルタを施すことによって、瞬時データ１００に対応する物標データを生成する。

パーティクルフィルタでは、物標の真の状態に対して複数の仮説を立てて解析を行う。仮説とは例えば位置や速度などの物標の状態に対する１つの仮定値である。例えば、位置空間では、仮説は所定の分布で散布され、移動していく１つの粒子のように見えるため、ここでは仮説を粒子という。

また、所定数の粒子をまとめて１つの仮説とした粒子群データを併せて用いる。例えば、粒子群データは粒子の状態の平均値などであり、所定数の粒子の分布において最もあり得る１つの仮説ともいえる。

予測部３６ａは、粒子群データならびに粒子の予測処理を行う。具体的には、予測部３６ａは、最新の周期を時刻ｔとし、時刻ｔにおける粒子ならびに粒子群データの状態を、前回の周期の時刻ｔ−１の粒子ならびに粒子群データを基に予測する。例えば、速度、位置といった粒子並びに粒子群データの状態を基に、運動モデルと、測定周期ΔＴによって予測する手法などがある。

具体的には、予測部３６ａは、予測処理において、時刻ｔ−１の粒子ならびに粒子群データに対して測定周期ΔＴにおける移動ベクトルＶｒの情報を与えることで、時刻ｔ−１の粒子データから時刻ｔにおける粒子ならびに粒子群データを生成する。移動ベクトルＶｒは、例えば位置の差であり、速度の差でもあったりする。予測には速度、加速度と測定周期ΔＴを用いるいわゆるニュートンの運動方程式に従う運動モデルを用いる手法がある。

続いて、割当部３６ｂについて説明する。割当部３６ｂは、最新の周期における瞬時データ１００を、予測部３６ａの予測結果である最新の粒子群データへ割り当てる処理を行う。なお、割当部３６ｂは、いずれの物標データに対しても割り当てられなかった瞬時データ１００があった場合には、かかる瞬時データ１００を新規の物標として扱う。

新規の物標は所定の処理を行った後、粒子群データが生成され、同時に粒子も付与される。所定の処理は測定周期をまたぐことも可能であり、例えば新規の物標に対して、簡易的に数周期の間連続性を評価して、ノイズなどで単発的に発生したものでないと確認した後に粒子群データを生成し、粒子を付与することもできる。

重み付け部３６ｃは、割当部３６ｂによる割り当て関係にある今回の瞬時データ１００に基づき、粒子それぞれについて重みを付ける。

例えば、重み付け部３６ｃは、今回の粒子のうち、今回の瞬時データ１００に類似する粒子の重みを大きくし、今回の瞬時データ１００から類似しない粒子の重みを小さくする。なお、ここでいう類似の度合は、例えば位置差や速度差などを基に記述されるコスト関数の評価値などを指す。

リサンプリング部３６ｄは、今回の粒子それぞれの重みに基づいて粒子を再配置（リサンプリング）する。具体的には、リサンプリング部３６ｄは、重みが小さい粒子を瞬時データ１００の近く（重みが大きい）へ移動させる。

より具体的には、リサンプリング部３６ｄは、重みが所定の閾値未満の粒子を重みが所定の閾値以上の粒子へ再配置する。これにより、予測によって生成した今回の粒子群データを、より真値に近い可能性がある瞬時データによって補正できる。これにより、後述の物標データ生成部３６ｅによって生成される物標データを、より高精度にすることができる。

物標データ生成部３６ｅは、リサンプリング部３６ｄによって再配置された今回の粒子に基づいて物標データを生成する。例えば、物標データ生成部３６ｅは、粒子の分布から確率密度関数を生成し、その重心に基づいて物標データを生成したり、例えば、シンプルに粒子同士の平均に基づいて物標データを生成してもよい。なお、物標データによって、粒子群データが更新される。

また、物標データ生成部３６ｅは、粒子が割り当てられなかった瞬時データ１００を新規の物標として扱い、そのまま物標データとして出力する。すなわち、物標データ生成部３６ｅは、新規の物標の場合、瞬時データ１００＝物標データとして出力する。

続いて、図９を用いて実施形態に係るレーダ装置１が実行する処理手順について説明する。図９は、レーダ装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、図９では、レーダ装置１の信号処理部３２が軸ずれを検出する処理フローを示す。

図９に示すように、信号処理部３２は、まず、送信波が物標で反射した反射波に基づいて物標に対応する瞬時データ１００を生成する（ステップＳ１０１）。続いて、信号処理部３２は、静止物に対応する瞬時データ１００の選択処理を行う（ステップＳ１０２）。

続いて、信号処理部３２は、選択した瞬時データ１００のバッファリング処理を行い（ステップＳ１０３）、バッファリングされた瞬時データ１００に基づいて垂線作成処理を行う（ステップＳ１０４）。

続いて、信号処理部３２は、垂線ＶＬの交点ＣＰ１が１つか否かを判定し（ステップＳ１０５）、交点ＣＰが１つである場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、かかる交点ＣＰに基づいて瞬時ベクトル作成処理を行う（ステップＳ１０６）。

一方、信号処理部３２は、交点ＣＰが複数であった場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、内心作成処理を行い（ステップＳ１０９）、内心ＩＰに基づき、瞬時ベクトル作成処理を行う（ステップＳ１０６）。

その後、信号処理部３２は、瞬時ベクトルＶと移動ベクトルＶｒとに基づき、軸ずれ角θ≠０か否かを判定し（ステップＳ１０７）、軸ずれ角θ≠０である場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、送信波の軸ずれを検出し（ステップＳ１０８）、処理を終了する。

また、信号処理部３２は、軸ずれ角θ≒０である場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、軸ずれとは検出せず、そのまま処理を終了する。

上述したように、実施形態に係るレーダ装置１は、生成部３３と、算出部３４と、検出部３５とを備える。生成部３３は、規定の方向に向けて設置されたレーダ装置１において、送信波が物標で反射した複数の反射点それぞれについて、物標の自車両ＭＣへの向きの相対速度を含む瞬時データ１００を生成する。

算出部３４は、生成部３３によって生成された複数の瞬時データ１００における相対速度に基づき、当該複数の瞬時データ１００それぞれに対応する自車両ＭＣへのベクトルにおける起点を揃え、当該ベクトルの垂線ＶＬの交点ＣＰを算出する。

検出部３５は、算出部３４によって算出された交点ＣＰと、自車両ＭＣの実際の移動向きとに基づいて規定の方向からの軸ずれを検出する。したがって、実施形態に係るレーダ装置１によれば、軸ずれを迅速に検出することができる。

ところで、上述した実施形態では、瞬時データ１００に基づいて静止物に対応する瞬時データ１００を選択し、かかる瞬時データ１００に基づいて交点ＣＰを算出する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

すなわち、高精度マップを組み合わせて交点ＣＰの算出に用いる瞬時データ１００を選択することにしてもよい。なお、高精度マップとは、絶対位置精度がセンチメートル級の３次元空間情報を有する地図である。

レーダ装置１は、かかる高精度マップを参照することで、路側物、建物等の正確な位置を把握することが可能である。このため、レーダ装置１は、高精度マップを参照し、路側物や建物が存在する座標の瞬時データ１００を優先的に選択し、交点ＣＰを算出することも可能である。

また、レーダ装置１は、かかる場合に、自車両ＭＣが自動運転を行っている場合において、軸ずれを検出することにしてもよい。これは、人が運転する場合に比べて、自動運転の方が外乱が発生しにくいためである。

また、上述した実施形態では、静止物に対応する瞬時データ１００に基づいて軸ずれを検出する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

先行車両や対向車両等の他車両ＬＣに対応する瞬時データ１００に基づいて軸ずれを検出することも可能である。図１０は、他車両ＬＣに基づく軸ずれの検出の具体例を示す図である。なお、図１０では、他車両ＬＣが対向車両である場合について説明するが、他車両ＬＣは、先行車両であってもよい。また、図１０では、自車両ＭＣおよび他車両ＬＣがそれぞれ等速直線運動を行っている場合を示す。

レーダ装置１は、他車両ＬＣに基づく瞬時データ１００に基づき、瞬時ベクトルＶを算出する。そして、レーダ装置１は、瞬時ベクトルＶおよび移動ベクトルＶｒがともに等速直線運動であることを確認したのちに、瞬時ベクトルＶおよび移動ベクトルＶｒの双方の向きを比較することで、軸ずれを検出することにしてもよい。

また、レーダ装置１は、かかる場合に、例えば、車車間通信を用いて他車両ＬＣの走行情報を取得することで、他車両ＬＣが等速直線運動であるか否かを判定することにしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ レーダ装置
３３ 生成部
３４ 算出部
３４ａ 選択部
３４ｂ バッファリング部
３４ｃ 垂線作成部
３４ｄ 交点作成部
３４ｅ 内心作成部
３４ｆ ベクトル作成部
３５ 検出部
３６ フィルタ処理部
１００ 瞬時データ
ＣＰ 交点
ＩＰ 内心
Ｖ 瞬時ベクトル
Ｖｒ 移動ベクトル
ＲＶ ベクトル
ＶＬ 垂線

Claims (8)

1. 規定の方向に向けて設置されたレーダ装置において、送信波が物標で反射する複数の反射点それぞれについて、前記物標の自車両への向きの相対速度を含む瞬時データを生成する生成部と、
   前記生成部によって生成された複数の前記瞬時データにおける前記相対速度に基づき、当該複数の瞬時データそれぞれに対応する前記自車両への向きのベクトルにおける起点を揃え、当該ベクトルに対する垂線の交点を算出する算出部と、
   前記算出部によって算出された前記交点と、前記自車両の実際の移動向きとに基づいて、前記規定の方向からの軸ずれを検出する検出部と
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 前記検出部は、
   前記揃えられたベクトルの起点を起点とし、前記交点を終点とする瞬時ベクトルに基づいて前記軸ずれを検出すること
   を特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記算出部は、
   静止物に対応する前記瞬時データを選択する選択部と
   前記選択部によって選択された前記瞬時データに基づき、前記交点を作成する交点作成部と
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
4. 前記算出部は、
   前記選択部によって選択された瞬時データをバファリングするバッファリング部を
   さらに備え、
   前記交点作成部は、
   前記バッファリング部にバッファリングされた前記瞬時データに基づいて交点を作成すること
   を特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
5. 前記算出部は、
   前記交点が２つ以上である場合、該複数の交点から代表となる代表点を算出し、
   前記検出部は、
   前記代表点に基づき、前記軸ずれを検出すること
   を特徴とする請求項３または４に記載のレーダ装置。
6. 前記算出部は、
   前記交点が３つ以上である場合、前記代表点として、該交点により形成される三角形の内心を算出する内心作成部を
   さらに備えること
   を特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
7. 前記検出部は、
   検出した軸ずれ角に対して時間的な平滑化処理を行うこと
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のレーダ装置。
8. 規定の方向に向けて設置されたレーダ装置において、送信波が物標で反射する複数の反射点それぞれについて、前記物標の自車両への向きの相対速度を含む瞬時データを生成する生成工程と、
   前記生成工程によって生成された複数の前記瞬時データにおける前記相対速度に基づき、当該複数の瞬時データそれぞれに対応する前記自車両への向きのベクトルにおける起点を揃え、当該ベクトルに対する垂線の交点を算出する算出工程と、
   前記算出工程によって算出された前記交点と、前記自車両の実際の移動向きとに基づいて前記規定の方向からの軸ずれを検出する検出工程と
   を含むことを特徴とする軸ずれ検出方法。

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