JP2021113725A - 物体検知装置および物体検知プログラム - Google Patents

物体検知装置および物体検知プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】他車両から送信された超音波がノイズとして受信波に混入した場合に、これをノイズと判定することが可能な、装置構成およびプログラムを提供すること。【解決手段】受信判定部（５３）は、超音波である探査波を外部に向けて送信可能に設けられた送信部（２０Ａ）から送信された前記探査波の前記物体による反射波を含む受信波を受信可能に設けられた受信部（２０Ｂ）における前記受信波の受信結果に対応する受信信号に基づいて、当該受信波が前記探査波の前記物体による前記反射波であるか当該反射波とは異なるノイズであるかの判定であるノイズ判定を行う。具体的には、前記受信判定部は、前記受信波の伝播時間、伝播距離、または前記伝播距離の半値である測距距離に対応する物理量である伝播物理量と前記受信信号の振幅との関係に基づいて、前記ノイズ判定を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、移動体の周囲の物体を検知する、物体検知装置および物体検知プログラムに関する。
特許文献１に記載の超音波検知装置は、対象物に向かって超音波パルスを送波し、対象物からの反射信号を受波する。この反射信号には、電磁ノイズ、風切り音ノイズ、雨滴ノイズ、タイヤでの水切りノイズ、等のノイズ成分が含まれることが知られている。そこで、特許文献１に記載の超音波検知装置は、反射信号に混入したノイズをパルス時間幅で弁別する。
特許第５６３４４０４号公報
しかしながら、特許文献１に記載の超音波検知装置では、他車両から送信された超音波がノイズとして受信波に混入した場合、これをノイズと判定することができない。本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、例えば、他車両から送信された超音波がノイズとして受信波に混入した場合に、これをノイズと判定することが可能な、装置構成およびプログラムを提供する。
物体検知装置（１）は、移動体（Ｍ）に搭載されることで、当該移動体の周囲の物体（Ｂ）を検知するように構成されている。
請求項１に記載の物体検知装置は、
超音波である探査波を外部に向けて送信可能に設けられた送信部（２０Ａ）から送信された前記探査波の前記物体による反射波を含む受信波を受信可能に設けられた受信部（２０Ｂ）における前記受信波の受信結果に対応する受信信号に基づいて、当該受信波が前記探査波の前記物体による前記反射波であるか当該反射波とは異なるノイズであるかの判定であるノイズ判定を行う、受信判定部（５３）と、
前記ノイズ判定の結果に基づいて、前記物体を検知する、物体検知部（５４）と、
を備え、
前記受信判定部は、前記受信波の伝播時間、伝播距離、または、前記伝播距離の半値である測距距離に対応する物理量である伝播物理量と前記受信信号の振幅との関係に基づいて、前記ノイズ判定を行う。
物体検知プログラムは、移動体（Ｍ）に搭載されることで当該移動体の周囲の物体（Ｂ）を検知するように構成された物体検知装置（１）により実行されるプログラムである。
請求項９に記載の物体検知プログラムにおいて、前記物体検知装置により実行される処理は、
超音波である探査波を外部に向けて送信可能に設けられた送信部（２０Ａ）から送信された前記探査波の前記物体による反射波を含む受信波を受信可能に設けられた受信部（２０Ｂ）における前記受信波の受信結果に対応する受信信号に基づいて、当該受信波が前記探査波の前記物体による前記反射波であるか当該反射波とは異なるノイズであるかの判定であるノイズ判定を行う、受信判定処理と、
前記ノイズ判定の結果に基づいて、前記物体を検知する、物体検知処理と、
を含み、
前記受信判定処理は、前記受信波の伝播時間または伝播距離に対応する物理量である伝播物理量と前記受信信号の振幅との関係に基づいて、前記ノイズ判定を行う処理を含む。
なお、出願書類の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付される場合がある。しかしながら、かかる参照符号は、同要素と後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の単なる一例を示すものにすぎない。よって、本発明は、上記の参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。
第一実施形態に係る物体検知装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示された物体検知装置における動作原理を説明するためのグラフである。 図１に示された物体検知装置における動作原理を説明するためのタイムチャートである。 図１に示された物体検知装置における動作原理を説明するためのタイムチャートである。 図１に示された物体検知装置における動作原理を説明するためのタイムチャートである。 図１に示された物体検知装置における動作原理を説明するためのタイムチャートである。 図１に示された物体検知装置における動作原理を説明するためのタイムチャートである。 図１に示された物体検知装置における動作原理を説明するためのグラフである。 図１に示された物体検知装置の一動作例を示すフローチャートである。 第二実施形態に係る物体検知装置の概略構成を示すブロック図である。 図８に示された物体検知装置の一動作例を示すフローチャートである。 第三実施形態に係る物体検知装置における動作原理を説明するためのグラフである。 第三実施形態に係る物体検知装置の概略構成を示すブロック図である。
（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると、当該実施形態の理解が妨げられるおそれがある。このため、変形例は、実施形態の説明の後にまとめて記載する。
（第一実施形態：構成）
図１を参照すると、物体検知装置１は、移動体としての車両Ｃに搭載されることで、当該車両Ｃの周囲すなわち外部の物体Ｂを検知するように構成されている。本実施形態において、車両Ｃは、いわゆる自動車であって、外板部材Ｃ１によって箱状に形成された車体を備えている。外板部材Ｃ１は、例えば、バンパーまたはボディパネルであって、合成樹脂または金属製の板材によって形成されている。物体検知装置１が車両Ｃに搭載された状態を、以下「車載状態」と称する。また、本実施形態に係る物体検知装置１を搭載する車両Ｃを、以下「自車両」と称する。
物体検知装置１は、送受信器２と、駆動信号生成部３と、受信信号処理部４と、制御部５とを備えている。送受信器２、駆動信号生成部３、および受信信号処理部４は、超音波センサユニット６の不図示の筐体に収容されている。すなわち、超音波センサユニット６は、送受信器２、駆動信号生成部３、および受信信号処理部４を筐体により収容しつつ支持した構成を有している。
超音波センサユニット６は、いわゆるソナーと称されるセンサユニットであって、車載状態にて外板部材Ｃ１に固定されている。車両Ｃには、複数の超音波センサユニット６が搭載されている。複数の超音波センサユニット６の各々は、制御部５と、車載ネットワーク回線を介して情報通信可能に接続されている。なお、図１においては、図示の簡略化のため、複数の超音波センサユニット６のうちの１つのみが図示されているものとする。
送受信器２は、超音波である探査波を外部に向けて送信するとともに、探査波の物体Ｂによる反射波を受信するように構成されている。具体的には、送受信器２は、送信部２０Ａと受信部２０Ｂとを有している。送信部２０Ａは、探査波を外部に向けて送信可能に設けられている。受信部２０Ｂは、送信部２０Ａから送信された探査波の物体Ｂによる反射波を含む受信波を受信可能に設けられている。
本実施形態においては、超音波センサユニット６は、送受信一体型の構成を有している。すなわち、超音波センサユニット６は、１個の送受信器２を備えることで、当該送受信器２にて送受信機能を奏するように構成されている。
具体的には、送受信器２は、１個のトランスデューサ２１を有している。送信部２０Ａおよび受信部２０Ｂは、共通のトランスデューサ２１を用いて、送信機能および受信機能を実現するように構成されている。すなわち、トランスデューサ２１は、入力された電気信号である駆動信号の周波数に応じた周波数の探査波を発信するとともに、受信した超音波である受信波における強度および周波数に応じた電気信号である受信信号を出力するように構成されている。本実施形態においては、トランスデューサ２１は、略円筒形状のマイクロフォン筐体に圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子を内蔵した、共振型の超音波マイクロフォンとしての構成を有している。
また、本実施形態においては、送受信器２は、複数の周波数すなわち第一周波数ｆ１およびこれとは異なる第二周波数ｆ２を有する探査波を送信可能に構成されている。具体的には、送受信器２は、例えば、広帯域の特性を有している。あるいは、例えば、送受信器２は、複数の共振周波数を有する、いわゆる複共振マイクロフォンとしての構成を有している。すなわち、送受信器２は、第一周波数ｆ１に対応する第一共振周波数ｆｒ１と、第二周波数ｆ２に対応する第二共振周波数ｆｒ２とを有している。
車載状態にて、トランスデューサ２１は、自車両の外表面に面する位置に配置されることで、探査波を自車両の外部に送信可能および反射波を自車両の外部から受信可能に設けられている。具体的には、トランスデューサ２１は、車載状態にて、自車両における外板部材Ｃ１に形成された貫通孔である装着孔Ｃ２から送受信面２１ａが自車両の外部空間に露出するように、外板部材Ｃ１に装着されている。送受信面２１ａは、トランスデューサ２１におけるマイクロフォン筐体の外表面であって、探査波の送信面および受信波の受信面として機能するように設けられている。
送受信器２は、トランスデューサ２１と、送信回路２２と、受信回路２３とを備えている。トランスデューサ２１は、送信回路２２および受信回路２３と電気接続されている。送信部２０Ａは、トランスデューサ２１と送信回路２２とによって構成されている。また、受信部２０Ｂは、トランスデューサ２１と受信回路２３とによって構成されている。
送信回路２２は、入力された駆動信号に基づいてトランスデューサ２１を駆動することで、トランスデューサ２１にて駆動信号の周波数に対応する周波数の探査波を発信させるように構成されている。駆動信号の周波数を、以下「駆動周波数」と称する。また、探査波の周波数を、以下「送信周波数」と称する。なお、説明の簡略化のため、本実施形態においては、駆動周波数は、送信周波数と略一致するものとする。
具体的には、送信回路２２は、デジタル／アナログ変換回路等を有している。すなわち、送信回路２２は、駆動信号生成部３から出力された駆動信号に対してデジタル／アナログ変換等の信号処理を施すことで、素子入力信号を生成するように構成されている。素子入力信号は、トランスデューサ２１を駆動するための交流電圧信号である。そして、送信回路２２は、生成した素子入力信号をトランスデューサ２１に印加してトランスデューサ２１における電気−機械エネルギー変換素子を駆動することで、送受信面２１ａを励振して探査波を外部に送信するように構成されている。
受信回路２３は、トランスデューサ２１による受信波の受信結果に対応する受信信号を生成して受信信号処理部４に出力するように構成されている。具体的には、受信回路２３は、増幅回路およびアナログ／デジタル変換回路等を有している。すなわち、受信回路２３は、トランスデューサ２１が出力した素子出力信号に対して、増幅およびアナログ／デジタル変換等の信号処理を施すことで、受信信号を生成するように構成されている。素子出力信号は、受信波の受信により送受信面２１ａが励振された際に、トランスデューサ２１に設けられた電気−機械エネルギー変換素子にて発生する、交流電圧信号である。また、受信回路２３は、受信波すなわち素子出力信号の振幅および周波数に関する情報が含まれる、生成した受信信号を、受信信号処理部４に出力するように構成されている。受信波の周波数を、以下「受信周波数」と称する。
このように、送受信器２は、トランスデューサ２１により、探査波を送信するとともに物体Ｂからの反射波を受信波として受信することで、トランスデューサ２１と物体Ｂとの距離および受信周波数に応じた受信信号を生成するように構成されている。送受信器２が、自身の送信した探査波の反射波を受信した場合の受信波を、以下「正規波」と称する。これに対し、他装置からの探査波に起因する受信波を、以下「非正規波」と称する。「他装置」には、自車両とは異なる他車両に搭載された、他の送受信器２も含まれる。
駆動信号生成部３は、制御部５から受信した制御信号に基づいて、駆動信号を生成して送受信器２すなわち送信回路２２に向けて出力するように設けられている。駆動信号は、送受信器２すなわち送信部２０Ａを駆動して、トランスデューサ２１から探査波を送信させるための信号である。制御信号は、駆動信号生成部３から送受信器２への駆動信号の出力を制御するための信号である。
受信信号処理部４は、受信信号に対して各種の信号処理を施すことで制御部５における物体検知動作に必要な情報あるいは信号を生成して、かかる信号を制御部５に出力するように設けられている。具体的には、受信信号処理部４は、振幅生成部４０と、距離算出部４１と、バンドパスフィルタ４２と、振幅生成部４３とを有している。
振幅生成部４０は、送受信器２から出力された受信信号における振幅を取得するように設けられている。距離算出部４１は、ＴＯＦ、および、振幅生成部４０にて取得した振幅に基づいて、測距距離を算出するように設けられている。ＴＯＦは、Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔの略であり、探査波の送信から反射波の受信までの所要時間である。ＴＯＦは、伝播時間とも称され得る。測距距離は、受信波が物体Ｂによる探査波の反射波であると仮定した場合に、伝播時間の半分に音速を乗算することで算出される、探査波を送信したトランスデューサ２１から当該物体Ｂまでの距離である。測距距離は、伝播距離の半分である。伝播距離は、探査波がトランスデューサ２１から物体Ｂに到達して当該物体Ｂにて反射され、当該物体Ｂによる反射波がトランスデューサ２１に到達するまでの、超音波の伝播経路における距離である。具体的には、距離算出部４１は、受信信号における振幅が所定の閾値を超える場合に、ＴＯＦに基づいて測距距離を算出するようになっている。また、距離算出部４１は、算出した測距距離を、制御部５に出力するようになっている。
バンドパスフィルタ４２は、特定の周波数帯域の信号を選択的に通過させるように設けられている。受信信号処理部４には、探査波が複数の送信周波数を有することに対応して、複数のバンドパスフィルタ４２が設けられている。具体的には、本実施形態においては、受信信号処理部４は、第一周波数ｆ１に対応するバンドパスフィルタ４２と、第二周波数ｆ２に対応するバンドパスフィルタ４２とを有している。第一周波数ｆ１に対応するバンドパスフィルタ４２は、第一周波数ｆ１を中心とした所定帯域幅の信号を通過させるようになっている。同様に、第二周波数ｆ２に対応するバンドパスフィルタ４２は、第二周波数ｆ２を中心とした所定帯域幅の信号を通過させるようになっている。
振幅生成部４３は、バンドパスフィルタ４２を通過した信号に対して各種信号処理を施すことで、振幅信号を生成するように設けられている。振幅信号は、受信信号の振幅に対応する信号である。受信信号処理部４には、複数のバンドパスフィルタ４２が設けられていることに対応して、複数の振幅生成部４３が設けられている。具体的には、本実施形態においては、受信信号処理部４は、第一周波数ｆ１に対応するバンドパスフィルタ４２を通過した信号に基づいて振幅信号を生成する振幅生成部４３と、第二周波数ｆ２に対応するバンドパスフィルタ４２を通過した信号に基づいて振幅信号を生成する振幅生成部４３とを有している。振幅生成部４３は、生成した振幅信号を、制御部５に出力するようになっている。
制御部５は、物体検知装置１の全体の動作を制御する、いわゆるソナーＥＣＵであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、不揮発性リライタブルメモリ、ＲＡＭ、入出力インタフェース、等を備えた車載マイクロコンピュータとしての構成を有している。ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である。ＣＰＵはCentral Processing Unitの略である。ＲＯＭはRead Only Memoryの略である。不揮発性リライタブルメモリは、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、磁気記録媒体、等である。ＥＰＲＯＭはErasable Programmable Read Only Memoryの略である。ＥＥＰＲＯＭはElectrically Erasable Programmable Read Only Memoryの略である。ＲＡＭはRandom access memoryの略である。ＲＯＭ、不揮発性リライタブルメモリ、およびＲＡＭは、非遷移的実体的記憶媒体である。ＲＯＭおよび／または不揮発性リライタブルメモリは、本実施形態に係る物体検知プログラムを記憶する、非遷移的実体的記憶媒体に相当するものである。
制御部５は、ＲＯＭまたは不揮発性リライタブルメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することで、自車両における物体検知動作およびこれに伴う報知等の各種動作を実行可能に構成されている。具体的には、制御部５は、送受信器２における探査波の送信を制御するとともに、送受信器２にて受信された受信波に基づいて物体Ｂを検知するようになっている。本実施形態においては、制御部５は、マイクロコンピュータ上にて実現される機能構成として、温度取得部５１と、駆動制御部５２と、受信判定部５３と、物体検知部５４とを有している。
温度取得部５１は、環境温度を取得するように設けられている。「環境温度」は、物体検知装置１すなわち送受信器２が搭載された、自車両の周囲の温度である。具体的には、温度取得部５１は、車両Ｃに搭載された不図示の外気温センサによる外気温の検出値を、不図示の車載ネットワーク経由で受信するようになっている。
駆動制御部５２は、駆動信号生成部３に制御信号を出力することで、送受信器２からの探査波の発信状態を制御するように設けられている。具体的には、駆動制御部５２は、駆動信号生成部３にて生成および出力される駆動信号における、駆動周波数、波形パターン、および出力タイミング等を、制御信号により設定するようになっている。すなわち、駆動制御部５２は、探査波の送信タイミングおよび送信波形を制御するようになっている。
受信判定部５３は、受信部２０Ｂにおける受信波の受信結果に対応する受信信号に基づいて、ノイズ判定を行うように設けられている。ノイズ判定は、送受信器２における受信部２０Ｂが受信した受信波が、同じ送受信器２における送信部２０Ａから送信された探査波の物体Ｂによる反射波であるか、これとは異なるノイズであるかの判定である。「ノイズ」には、非正規波も含まれる。すなわち、ノイズ判定は、受信波が正規波であるか否かの判定である。ノイズ判定およびこれに対応する受信判定部５３の機能構成の詳細については後述する。
物体検知部５４は、受信信号処理部４から取得した情報あるいは信号と、受信判定部５３によるノイズ判定の結果とに基づいて、物体Ｂを検知するように設けられている。具体的には、物体検知部５４は、受信波が正規波である場合に、距離算出部４１から取得した測距距離に基づいて、物体Ｂの存在およびトランスデューサ２１と物体Ｂとの距離を検知するようになっている。
（ノイズ判定）
以下、本実施形態におけるノイズ判定の原理、および、これに対応する受信判定部５３の機能構成の詳細について説明する。
ここで、或るトランスデューサ２１から距離Ｘを隔てた位置に存在する物体Ｂによる、当該トランスデューサ２１から送信された探査波の反射波を、当該トランスデューサ２１にて受信する例を想定する。かかる想定例における、受信波の電力である受信電力Ｐｒは、下記式（１）により示される。受信電力Ｐｒは、受信信号の振幅と所定の対応関係を有することで、当該振幅とほぼ同視することが可能な値である。
Figure 2021113725
上記式（１）において、第１項「ＰｔＧｓ／４πＸ２」は、探査波のトランスデューサ２１からの放射の際の拡散損失を示す。第２項「ｅ−ｍＸ」は、探査波がトランスデューサ２１から物体Ｂに向かう往路における、空気による吸収損失を示す。第３項「σ」は、物体Ｂにおける反射率である。第４項「ｅ−ｍＸ」は、反射波が物体Ｂからトランスデューサ２１に向かう復路における、空気による吸収損失を示す。第５項「Ａｓ／４πＸ２」は、反射波の物体Ｂにおける反射すなわち再放射の際の拡散損失を示す。Ｐｔは探査波の送信電力であり、Ｇｓは送信時の指向性利得であり、ｍは吸収損失を示す吸収係数であり、Ａｓはトランスデューサ２１における開口面の有効面積と受信時の指向利得とで決まる受信感度特性である。
吸収係数ｍは、下記式（２）により示される。下記式（２）において、ｔは温度であり、ｆは周波数であり、Ｍは所定の定数である。
Figure 2021113725
上記式（２）におけるｋは、下記式（３）により示される。下記式（３）において、Ｐ０は飽和蒸気圧であり、Ｐは気圧であり、ｈは相対湿度である。
Figure 2021113725
上記式（１）から明らかなように、探査波がトランスデューサ２１から物体Ｂまで伝播し、物体Ｂにて反射し、物体Ｂからトランスデューサ２１まで伝播する間に、超音波の電力が減衰する。また、上記式（１）〜式（３）から明らかなように、かかる減衰には周波数依存性がある。すなわち、伝播経路が完全に一致していても、送信周波数が第一周波数ｆ１の場合と第二周波数ｆ２とで、減衰の度合いが異なる。
具体的には、送信周波数が第一周波数ｆ１の場合の受信電力ＰｒをＰｒ（ｆ１）とし、送信周波数が第二周波数ｆ２の場合の受信電力ＰｒをＰｒ（ｆ２）とすると、第一周波数ｆ１＜第二周波数ｆ２の場合、Ｐｒ（ｆ１）＞Ｐｒ（ｆ２）となる。図２は、ｆ１＝４０ｋＨｚ、ｆ２＝６０ｋＨｚの場合の、距離Ｘの増加に伴う受信振幅Ａｍの低下の様子を示す。図２において、受信振幅Ａｍは、受信信号における振幅をデシベル表示したものである。また、実線はｆ１＝４０ｋＨｚの場合を示し、破線はｆ２＝６０ｋＨｚの場合を示す。
例えば、図３に示された周波数特性を有する探査波を送信した場合を想定する。図３において、横軸Ｔは時間あるいは時刻を示し、縦軸ｆは送信周波数を示す。具体的には、この場合、探査波の送信開始タイミングＴＳから周波数遷移タイミングＴＴまでの期間Ｔ１において、送信周波数が第一周波数ｆ１に設定される。周波数遷移タイミングＴＴにて、送信周波数が第二周波数ｆ２にステップ状に変化する。周波数遷移タイミングＴＴから送信終了タイミングＴＥまでの期間Ｔ２において、送信周波数が第二周波数ｆ２に維持される。なお、後述するように、本発明は、かかる周波数特性には限定されない。
図４は、図３に示された周波数特性を有する探査波を送信した場合の、受信振幅Ａｍの変化の様子を示す。図４において、縦軸は受信振幅Ａｍを電圧表示したものであり、横軸は時間Ｔである。なお、図４においては、図示の簡略化、および、説明の便宜のため、距離Ｘ＝３ｍの場合と、距離Ｘ＝５ｍの場合とが、横並びで示されている。
図４において、実線は、第一周波数ｆ１に対応する受信振幅Ａｍを示す。これは、第一周波数ｆ１に対応するバンドパスフィルタ４２を通過した信号に基づいて振幅生成部４３にて生成された振幅信号に相当するものである。点線は、第二周波数ｆ２に対応する受信振幅Ａｍを示す。これは、第二周波数ｆ２に対応するバンドパスフィルタ４２を通過した信号に基づいて振幅生成部４３にて生成された振幅信号に相当するものである。
図４に示された結果から明らかなように、ｆ１＝４０ｋＨｚの場合よりも、ｆ２＝６０ｋＨｚの場合の方が、距離Ｘの増加による減衰がより顕著になる。なお、時刻Ｔｕは、受信信号において、ｆ１＝４０ｋＨｚからｆ２＝６０ｋＨｚへの切り替えが検出された時点である。ｆ１＝４０ｋＨｚからｆ２＝６０ｋＨｚへの切り替えは、探査波および受信波における符号に相当し得る。よって、時刻Ｔｕは、符号検出タイミングとも称され得る。
図５Ａ〜図５Ｃは、受信波が正規波である場合と、非正規波すなわちノイズである場合とにおける、受信電圧Ｖの周波数特性を、模式的に示す。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、横軸Ｔは時間を示す。
受信波が正規波である場合、図５Ａに示されているように、受信電圧Ｖの波形は、第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への遷移を含む。また、第一周波数ｆ１における受信電圧Ｖ１と、第二周波数ｆ２における受信電圧Ｖ２との間には、測距距離に応じた所定の大小関係が成立する。測距距離は、例えば、受信電圧Ｖにおける、第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への切り替えの検出時点（すなわち図４における時刻Ｔｕ）の、送信開始タイミングからの経過時間に基づいて算出され得る。
図５Ｂは、一定の送信周波数ｆ０を有する、他車両からの送信波を、ノイズとして受信した場合を示す。この場合、受信電圧Ｖの波形は、第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への遷移を含まない。したがって、この場合、受信波が、図３に示された周波数特性を有する探査波の反射波ではないことが明らかである。
一方、図５Ｃは、自車両に搭載されたものと同一構成の物体検知装置１を搭載した他車両からの送信波を、ノイズとして受信した場合を示す。この場合、受信電圧Ｖの波形は、図５Ａに示された正規波と同様に、受信電圧Ｖの波形は、第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への遷移を含む。よって、第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への遷移を含むか否かという波形的特徴だけでは、ノイズと正規波との峻別は困難である。
しかしながら、通常、正規波とこのようなノイズとで、探査波の送信時刻と伝播距離とが一致することはない。すなわち、このようなノイズは、通常、正規波とは異なる送信時刻にて送信されており、正規波とは伝播距離あるいは伝播時間が異なる。多くの場合、ノイズの方が正規波よりも伝播距離が長くなる。また、例えば、自車両と他車両との対面走行中の混信ノイズは、通常、物体反射を介さず、自車両のトランスデューサ２１に直接到達する。このため、混信ノイズにおいては、物体反射における反射率および再放射相当分、減衰が小さくなる。よって、混信ノイズは、遠くからのものでも、振幅が大きく検出できてしまう。
このため、ノイズにおいては、第一周波数ｆ１における受信電圧Ｖ１と、第二周波数ｆ２における受信電圧Ｖ２との間の大小関係が、測距距離に応じた所定の大小関係から大きくずれる。具体的には、例えば、ノイズの場合、図５Ｃに示されているように、図５Ａに示された正規波の場合よりも、第二周波数ｆ２における受信電圧Ｖ２の低下度合いが大きくなる。
送信周波数が第一周波数ｆ１の場合の吸収係数ｍをｍ１とし、送信周波数が第二周波数ｆ２の場合の吸収係数ｍをｍ２とする。また、送信周波数が第一周波数ｆ１の場合の、送信電力ＰｔをＰｔ１、送信指向性ＧｓをＧｓ１、反射率σをσ１、受信感度特性ＡｓをＡｓ１とする。同様に、送信周波数が第二周波数ｆ２の場合の、送信電力ＰｔをＰｔ２、反射率σをσ２、受信感度特性ＡｓをＡＳ２とする。これらの数値は、周波数が一定であれば定数となる。よって、Ｐｔ１／Ｐｔ２、Ｇｓ１／Ｇｓ２、σ１／σ２、ＡＳ１／ＡＳ２は、それぞれ定数となる。
したがって、上記式（１）より、
Figure 2021113725
 となる。Ｌは上記のＰｔ１／Ｐｔ２等をまとめた定数である。
この式の両辺をそれぞれデシベル変換すると、
Figure 2021113725
 となる。α＝２０・ｌｏｇ１０ｅ、β＝１０・ｌｏｇ１０Ｌである。このように、送信周波数が第一周波数ｆ１の場合と第二周波数ｆ２の場合との受信信号の振幅の比をデシベル変換した値と、距離Ｘとの間には、線形関係が成立する。
図６は、正規波とノイズとの峻別を行うためのマップを模式化して示したものである。図６において、縦軸の受信振幅比ＲＡは、受信電圧Ｖ１と受信電圧Ｖ２との比すなわちＰｒ（ｆ１）／Ｐｒ（ｆ２）を、対数すなわちデシベルで表示したものである。
図６に示されているように、正規波である場合、受信振幅比ＲＡは、上記式（５）に相当する実線の直線状プロットを中心とした、所定範囲内に収まる。下側閾値ＲＡｔｈ１は、かかる所定範囲における下限を示し、上側閾値ＲＡｔｈ２は、かかる所定範囲における上限を示す。
すなわち、測距距離Ｘが取得された場合に、かかる測距距離Ｘに対応する下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２との間に受信振幅比ＲＡが収まっていれば、受信波が正規波であることとなる。これに対し、かかる測距距離Ｘに対応する下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２との間に受信振幅比ＲＡが収まっていなければ、受信波がノイズであることとなる。
以上の検討結果に基づき、受信判定部５３は、第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への遷移を含むか否かという波形的特徴に基づいて、ノイズ判定を行うように構成されている。また、受信判定部５３は、受信波の伝播時間または伝播距離に対応する物理量である伝播物理量と、受信信号の振幅との関係に基づいて、ノイズ判定を行うように構成されている。具体的には、受信判定部５３は、距離取得部５３１と、振幅関係取得部５３２と、ノイズ判定部５３３とを有している。
伝播物理量取得部としての距離取得部５３１は、測距距離Ｘを取得するように設けられている。具体的には、距離取得部５３１は、距離算出部４１にて算出された測距距離Ｘを、距離算出部４１から取得するようになっている。伝播物理量としての測距距離Ｘは、伝播距離の半値であって、送信部２０Ａおよび受信部２０Ｂから物体Ｂまでの距離である。
振幅関係取得部５３２は、振幅関係を取得するように設けられている。振幅関係は、距離取得部５３１にて取得された測距距離Ｘと、振幅信号との関係である。具体的には、本実施形態においては、振幅関係は、第一振幅Ｖ１と第二振幅Ｖ２との比に基づいて取得すなわち算出される、上述の受信振幅比ＲＡである。すなわち、受信振幅比ＲＡは、受信信号における、第一周波数ｆ１に対応する第一部分の振幅である第一振幅Ｖ１と、第二周波数ｆ２に対応する第二部分の振幅である第二振幅Ｖ２との関係である。また、振幅関係取得部５３２は、振幅関係を取得するにあたって、温度取得部５１にて取得した環境温度により補正した、受信信号の振幅を用いるようになっている。
ノイズ判定部５３３は、受信波がノイズであるか探査波の物体Ｂによる反射波としての正規波であるかのノイズ判定を行うように設けられている。本実施形態においては、ノイズ判定部５３３は、受信波における所定の周波数遷移に対応する符号の検出結果に基づいて、ノイズ判定を行うようになっている。具体的には、ノイズ判定部５３３は、受信波が第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への遷移という波形的特徴を含まない場合、当該受信波がノイズであると判定するようになっている。また、ノイズ判定部５３３は、伝播物理量と振幅関係とに基づいて、受信波が正規波であるかノイズであるかを判定するようになっている。具体的には、ノイズ判定部５３３は、距離取得部５３１にて取得された測距距離Ｘに基づいて、下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２とを取得するようになっている。また、ノイズ判定部５３３は、振幅関係取得部５３２にて取得された受信振幅比ＲＡが下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２との間に収まっているか否かに応じて、受信波が正規波であるかノイズであるかを判定するようになっている。
ここで、上記のように、振幅関係取得部５３２により取得された振幅関係すなわち受信振幅比ＲＡは、温度取得部５１にて取得した環境温度により補正した振幅に基づいて取得されたものである。したがって、受信判定部５３すなわちノイズ判定部５３３は、温度取得部５１にて取得した環境温度により補正した振幅に基づいて、ノイズ判定を行うようになっている。
（動作概要）
本実施形態に係る物体検知装置１、ならびに、これにより実行される処理および当該処理を実現するためのコンピュータ指令を含む物体検知プログラムを、以下単に「本実施形態」と称する。以下、本実施形態による動作の概要について、本実施形態により奏される効果とともに、各図面を参照しつつ説明する。
所定の物体検知条件が成立すると、物体検知装置１は、物体検知動作を開始する。物体検知条件は、例えば、自車両の走行速度が所定範囲内であること、自車両のシフトポジションが後退を含む走行ポジションであること、等を含む。物体検知条件が不成立となると、物体検知装置１は、物体検知動作を終了する。
物体検知動作中、駆動制御部５２は、所定周期で送信開始タイミングＴＳの到来を判定する。所定周期は、例えば、数百ミリ秒周期である。送信開始タイミングＴＳの到来判定は、制御部５に設けられたタイマ等の計時手段を用いて実行される。
送信開始タイミングＴＳが到来すると、駆動制御部５２は、制御信号を駆動信号生成部３に向けて出力する。これにより、送信処理が実行される。駆動信号生成部３は、制御信号が入力されると、駆動信号を生成して送受信器２すなわち送信部２０Ａに向けて出力する。すると、送信部２０Ａは、超音波である探査波を、自車両の外部の空間に向けて送信する。
具体的には、送信回路２２は、入力された駆動信号に基づいて、トランスデューサ２１を駆動する。すると、トランスデューサ２１は、駆動周波数に対応する周波数の超音波である探査波を送信する。このようにして、物体検知装置１は、物体検知動作中、探査波を所定周期で繰り返し送信する。このため、上記の所定周期は「送信周期」とも称される。
駆動信号の周波数である駆動周波数は、送信開始タイミングＴＳから周波数遷移タイミングＴＴまでの期間Ｔ１にて第一周波数ｆ１であり、周波数遷移タイミングＴＴにて第二周波数ｆ２にステップ状に変化し、周波数遷移タイミングＴＴから送信終了タイミングＴＥまでの期間Ｔ２にて第二周波数ｆ２である。本実施形態においては、送信処理において、物体検知装置１すなわち制御部５は、第一周波数ｆ１に対応する第一共振周波数ｆｒ１と第二周波数ｆ２に対応する第二共振周波数ｆｒ２とを有する送信部２０Ａを用いて、探査波を送信する。
送信終了タイミングＴＥが到来した後、所定の残響発生期間が経過すると、送受信器２は、交流電圧信号である受信信号を出力可能となる。物体検知動作中における所定の受信可能期間にて、送受信器２は、受信動作を実行する。受信可能期間は、送受信一体型である本実施形態の構成においては、今回の送信処理における送信終了タイミングＴＥとその次の回の送信処理における送信開始タイミングＴＳとの間の期間のうち、残響等の影響による不感帯を除いた期間である。
送受信器２における受信部２０Ｂすなわちトランスデューサ２１は、受信波を受信する。受信波が正規波である場合、かかる受信波は、当該送受信器２における送信部２０Ａから送信された探査波の物体Ｂによる反射波を含む。受信回路２３は、受信可能期間にて、受信波の振幅および周波数に応じた交流電圧信号である受信信号を出力する。受信信号処理部４は、受信信号に対して各種の信号処理を施すことで制御部５における物体検知動作に必要な情報あるいは信号を生成して、かかる信号を制御部５に出力する。
具体的には、振幅生成部４０は、送受信器２から出力された受信信号における振幅を取得する。距離算出部４１は、ＴＯＦ、および、振幅生成部４０にて取得した振幅に基づいて、測距距離Ｘを算出する。具体的には、例えば、振幅生成部４０は、送受信器２から出力された受信信号から振幅信号を生成する。距離取得部４１は、振幅のピーク検出により波高値およびＴＯＦを取得し、取得した波高値およびＴＯＦに基づいて測距距離Ｘを算出する。なお、測距距離Ｘの算出方法は、上記の具体例に限定されない。距離算出部４１にて算出された測距距離Ｘは、制御部５に送信される。
また、受信信号は、バンドパスフィルタ４２および振幅生成部４３における処理を経て、制御部５に送信される。具体的には、第一周波数ｆ１に対応するバンドパスフィルタ４２は、受信信号における、第一周波数ｆ１近辺の周波数帯域の信号を選択的に通過させる。第一周波数ｆ１に対応する振幅生成部４３は、第一周波数ｆ１に対応するバンドパスフィルタ４２を通過した信号に基づいて振幅信号を生成する。第二周波数ｆ２に対応するバンドパスフィルタ４２は、受信信号における、第二周波数ｆ２近辺の周波数帯域の信号を選択的に通過させる。第二周波数ｆ２に対応する振幅生成部４３は、第二周波数ｆ２に対応するバンドパスフィルタ４２を通過した信号に基づいて振幅信号を生成する。振幅生成部４３にて生成された振幅信号は、制御部５に送信される。
制御部５において、受信判定部５３は、受信判定処理を実行する。受信判定処理は、ノイズ判定処理を含む。ノイズ判定は、受信部２０Ｂにおける受信波の受信結果に対応する受信信号に基づいて、当該受信波が正規波であるかノイズであるかを判定する処理である。また、受信判定処理は、ノイズ判定処理に加えて、温度取得処理と、伝播物理量取得処理と、温度補正処理と、振幅関係取得処理とを含む。
温度取得処理にて、温度取得部５１は、環境温度を取得する。伝播物理量取得処理にて、距離取得部５３１は、距離算出部４１にて算出された伝播物理量としての測距距離Ｘを、距離算出部４１から取得する。振幅関係取得部５３２は、振幅生成部４３にて生成された振幅信号を、振幅生成部４３から取得する。
温度補正処理にて、振幅関係取得部５３２は、取得した振幅信号を、温度取得部５１にて取得した環境温度により補正する。具体的には、例えば、取得した環境温度をパラメータとする計算式、ルックアップテーブル、またはマップを用いて取得される補正値を用いて、振幅信号を補正することが可能である。これらの計算式、ルックアップテーブル、またはマップは、上記式（１）〜式（３）に基づいて、算出あるいは適合試験により作成され得る。
振幅関係取得処理にて、振幅関係取得部５３２は、距離取得部５３１にて取得された測距距離Ｘと振幅信号との関係である、振幅関係を取得する。具体的には、振幅関係取得部５３２は、受信信号における、第一周波数ｆ１に対応する第一部分の振幅である第一振幅Ｖ１と第二周波数ｆ２に対応する第二部分の振幅である第二振幅Ｖ２との関係である、受信振幅比ＲＡを取得する。
ノイズ判定処理にて、ノイズ判定部５３３は、第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への遷移の検出タイミングである符号検出タイミングＴｕの有無と、伝播物理量としての測距距離Ｘと、振幅関係としての受信振幅比ＲＡとに基づいて、受信波が正規波であるかノイズであるかを判定する。なお、上記の通り、振幅関係取得処理において、振幅信号には温度補正処理がなされている。したがって、ノイズ判定部５３３は、温度取得処理にて取得した環境温度により補正した、受信信号の振幅に基づいて、ノイズ判定処理を行う。
具体的には、ノイズ判定部５３３は、受信波が第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への遷移という波形的特徴すなわち符号を含まない場合、当該受信波がノイズであると判定する。また、ノイズ判定部５３３は、測距距離Ｘに基づいて、下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２とを、計算式、ルックアップテーブル、またはマップから取得する。これらは、上式（１）〜（３）に基づいて、算出あるいは適合試験により作成され得る。図６に下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２とを示す。また、ノイズ判定部５３３は、受信振幅比ＲＡが下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２との間に収まっているか否かに応じて、受信波が正規波であるかノイズであるかを判定する。
物体検知部５４は、ノイズ判定の結果に基づいて、物体Ｂを検知する。すなわち、物体検知部５４は、受信波が正規波である場合、受信波の受信結果に関する情報（例えば測距距離Ｘ等）を、物体Ｂに対応する情報として、所定の記憶領域（例えばＲＡＭ）に時系列で記憶する。一方、物体検知部５４は、受信波がノイズである場合、所定のノイズ処理を実行する。具体的には、例えば、受信波の受信結果に関する情報を、ノイズフラグを付与しつつ、上記の記憶領域に時系列で記憶する。あるいは、例えば、受信波の受信結果に関する情報を、上記の記憶領域には記憶せず消去する。
このように、本実施形態においては、受信判定部５３は、複数の送信周波数を用いた場合の各周波数における伝播距離に対する振幅減衰度合いの相違を用いて、正規波とノイズとを峻別する。したがって、本実施形態によれば、他車両から送信された超音波がノイズとして受信波に混入した場合に、これをノイズと精度よく判定することが可能となる。また、ノイズ判定において、受信波における所定の周波数遷移に対応する符号の検出結果と、複数の送信周波数を用いた場合の各周波数における伝播距離に対する振幅減衰度合いの相違との双方が考慮される。すなわち、例えば、ノイズ判定部５３３は、受信波が第一周波数ｆ１から第二周波数ｆ２への遷移という波形的特徴を含まない場合、当該受信波がノイズであると判定することができる。また、ノイズ判定部５３３は、受信波が所定の周波数遷移という波形的特徴を含む場合に、伝播物理量と振幅関係とに基づいて、当該受信波が正規波であるかノイズであるかを判定することができる。したがって、より確実な正規波の判定が可能となる。
本実施形態のように、複数の送信周波数を用いる場合、広帯域の特性を有するトランスデューサ２１を用いることが一般的である。この点、複数の共振周波数を有する複共振マイクロフォンとしての構成を有するトランスデューサ２１を用いると、第一周波数ｆ１と第二周波数ｆ２との差を可能な限り大きくすることで判定性能を向上させることが可能となる。
上記式（１）〜式（３）から明らかなように、反射波の振幅は、温度ｔの影響を受ける。そこで、本実施形態においては、環境温度により補正した、受信信号の振幅に基づいて、ノイズ判定を行う。したがって、本実施形態によれば、良好なノイズ判定精度が実現され得る。
（動作例）
以下、本実施形態における具体的な動作あるいは処理の一例について、図７に示されたフローチャートを用いて説明する。なお、図面中において、「ステップ」を単に「Ｓ」と略記する。
物体検知装置１、すなわち、制御部５におけるＣＰＵは、所定以上の強度すなわち振幅の受信波の受信を検知すると、図７に示された一連の処理を開始する。ステップ７０１にて、ＣＰＵは、距離算出部４１から測距距離Ｘを取得する。ステップ７０２にて、ＣＰＵは、振幅生成部４３から振幅信号を取得する。ステップ７０３にて、ＣＰＵは、取得した振幅信号に対して温度補正を行うとともに、かかる補正結果を用いて振幅関係すなわち受信振幅比ＲＡを取得する。
ステップ７０４にて、ＣＰＵは、ノイズ判定処理を実行する。すなわち、ＣＰＵは、受信振幅比ＲＡが下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２との間に収まっている場合、受信波が正規波であると判定する。一方、ＣＰＵは、受信振幅比ＲＡが下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２との間に収まっていない場合、受信波がノイズであると判定する。
受信波が正規波である場合（すなわちステップ７０４＝ＮＯ）、ＣＰＵは、ステップ７０５にて物体検知処理を実行する。これに対し、受信波がノイズである場合（すなわちステップ７０４＝ＹＥＳ）、ＣＰＵは、ステップ７０６にてノイズ処理を実行する。
（第二実施形態）
以下、第二実施形態について、図８を参照しつつ説明する。なお、以下の第二実施形態の説明においては、主として、上記第一実施形態と異なる部分について説明する。また、第一実施形態と第二実施形態とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の第二実施形態の説明において、第一実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記第一実施形態における説明が適宜援用され得る。後述の第三実施形態においても同様である。
本実施形態においては、受信判定部５３は、方位取得部５３４をさらに備えている。方位取得部５３４は、自車両における搭載位置が互いに異なる複数の受信部２０Ｂにおける受信結果に基づいて、受信波の受信方位を取得するように設けられている。そして、受信判定部５３は、方位取得部５３４にて取得した受信方位により補正した、受信信号の振幅に基づいて、ノイズ判定処理を行うようになっている。
上記式（１）〜式（３）から明らかなように、反射波の振幅は、指向性の影響を受ける。具体的には、指向性は周波数に応じて異なるため、送信周波数が第一周波数ｆ１の場合の指向性利得をＧｓ１とし、送信周波数が第二周波数ｆ２の場合の指向性利得をＧｓ２とする。
また、送信周波数が第一周波数ｆ１の場合の受信感度特性をＡｓ１とし、送信周波数が第二周波数ｆ２の場合の受信感度特性をＡｓ２とする。また、送信周波数が第一周波数ｆ１の場合の、受信電力ＰｔをＰｔ１、反射率σをσ１とする。同様に、送信周波数が第二周波数ｆ２の受信電力ＰｔをＰｔ２、反射率σをσ２とする。これらの数値は、周波数が一定であれば定数となる。よって、Ｐｔ１／Ｐｔ２、σ１／σ２、は、それぞれ定数となる。
すると、上記式（１）より、
Figure 2021113725
 となる。
上記式（６）において、Ｍは、上記のＰｔ１／Ｐｔ２等をまとめた定数である。
この式の両辺をそれぞれデシベル変換すると、
Figure 2021113725
 となる。上記式（７）において、α＝２０・ｌｏｇ１０ｅ、β＝１０・ｌｏｇ１０Ｍである。すなわち、図６に示されている、実線のプロット、および、上側閾値ＲＡｔｈ２と上側閾値ＲＡｔｈ２とによって囲まれた判定窓が、方位に因って図中上下にオフセットする。
そこで、本実施形態においては、自車両における搭載位置が互いに異なる複数の受信部２０Ｂにおける受信結果に基づいて、受信波の受信方位を取得する。具体的には、受信方位は、例えば、車幅方向に隣接する一対の超音波センサユニット６すなわち送受信器２における受信波を用いた三角測量により、取得すなわち算出可能である。
また、本実施形態においては、かかる方位取得処理にて取得した送信および受信方位により補正した、受信信号の振幅に基づいて、ノイズ判定を行う。具体的には、例えば、取得した受信方位をパラメータとする計算式、ルックアップテーブル、またはマップを用いて取得される補正値を用いて、振幅信号を補正することが可能である。これらの計算式、ルックアップテーブル、またはマップは、上記式（１）〜式（３）に基づいて、算出あるいは適合試験により作成され得る。したがって、本実施形態によれば、良好なノイズ判定精度が実現され得る。
（動作例）
以下、本実施形態における具体的な動作あるいは処理の一例について、図９に示されたフローチャートを用いて説明する。物体検知装置１、すなわち、制御部５におけるＣＰＵは、所定以上の強度すなわち振幅の受信波の受信を検知すると、図９に示された一連の処理を開始する。
ステップ９０１にて、ＣＰＵは、複数の超音波センサユニット６の各々における距離算出部４１から、測距距離Ｘを取得する。ステップ９０２にて、ＣＰＵは、取得した測距距離Ｘと、複数の超音波センサユニット６の各々における位置関係とに基づき、三角測量により受信方位を取得する。ステップ９０３にて、ＣＰＵは、複数の超音波センサユニット６の各々における振幅生成部４３から、振幅信号を取得する。
ステップ９０４にて、ＣＰＵは、取得した振幅信号を、受信方位により補正する。なお、このとき、ＣＰＵは、温度補正もあわせて行う。ステップ９０５にて、ＣＰＵは、温度補正および方位補正の結果を用いて、振幅関係すなわち受信振幅比ＲＡを取得する。
ステップ９０６にて、ＣＰＵは、ノイズ判定処理を実行する。受信波が正規波である場合（すなわちステップ９０６＝ＮＯ）、ＣＰＵは、ステップ９０７にて物体検知処理を実行する。これに対し、受信波がノイズである場合（すなわちステップ９０６＝ＹＥＳ）、ＣＰＵは、ステップ９０８にてノイズ処理を実行する。
（第三実施形態）
以下、第三実施形態について、図１０および図１１を参照しつつ説明する。
他車両からの送信波をノイズとして受信する場合、かかるノイズは、物体Ｂによる反射を介さない直接伝播波であるのが通常である。したがって、上記式（１）との対比のため、かかる直接伝播波の伝播距離を２Ｘとすると、かかる直接伝播波の電力である受信電力Ｐｒは、下記式（８）により示される。
Figure 2021113725
上記式（１）と式（８）との対比から明らかなように、距離に対する減衰度合いは、正規波と直接伝播波ノイズとで異なる。具体的には、正規波の場合、受信電力Ｐｒすなわち受信振幅は、「距離Ｘの４乗とｅ２ｍＸとの積」に反比例する。これに対し、直接伝播波ノイズの場合、受信電力Ｐｒすなわち受信振幅は、「距離Ｘの２乗とｅ２ｍＸとの積」に反比例する。図１０は、正規波および直接伝播波ノイズにおける、距離Ｘの増加に伴う受信振幅Ａｍの低下の様子を示す。図１０において、破線は直接伝播波ノイズの場合を示し、実線は正規波の場合を示す。
図１１は、本実施形態に係る物体検知装置１の概略構成を示す。本実施形態においては、探査波は、単一周波数でもよい。この場合、図１１に示されているように、受信信号処理部４において、図１等に示されているバンドパスフィルタ４２は、省略され得る。また、受信信号処理部４には、距離算出部４１と、受信信号に基づいて振幅信号を生成する振幅生成部４３とが設けられている。
本実施形態においては、受信判定部５３は、伝播距離の半値である測距距離Ｘと、受信信号の振幅とが、所定の関係を満たしているか否かに基づいて、ノイズ判定を行うように設けられている。具体的には、振幅関係取得部５３２は、測距距離Ｘとこれに対応する振幅信号との関係が、図１０にて実線で示した関係、すなわち、上記式（１）のような「距離Ｘの４乗とｅ２ｍＸとの積」に反比例する関係を満たすか否かを検定するようになっている。そして、ノイズ判定部５３３は、かかる検定結果に基づいて、ノイズ判定処理を実行するようになっている。
本実施形態においては、測距距離Ｘと受信信号の振幅とが所定の関係を満たしている場合に、当該受信信号が正規波であると判定する。一方、測距距離Ｘと受信信号の振幅とが所定の関係を満たしていない場合に、当該受信信号がノイズであると判定する。したがって、本実施形態によれば、良好なノイズ判定精度が実現され得る。
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態との相違点を主として説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。
本発明は、上記実施形態にて示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、物体検知装置１は、車載構成、すなわち、車両Ｃに搭載される構成に限定されない。よって、具体的には、例えば、物体検知装置１は、船舶あるいは飛行体にも搭載され得る。
送受信器２は、いわゆる送受信一体型に限定されない。すなわち、送受信器２は、送信部２０Ａを備えた送信器と、受信部２０Ｂを備えた受信器とが互いに別体として設けられた構成を有していてもよい。この場合、測距距離Ｘは、送信部２０Ａまたは受信部２０Ｂから物体Ｂまでの距離である。
トランスデューサ２１に備えられる電気−機械エネルギー変換素子は、圧電素子に限定されない。すなわち、例えば、かかる電気−機械エネルギー変換素子として、容量型素子が用いられ得る。
受信信号処理部４において、受信信号の高速フーリエ変換により得られる周波数スペクトラムから、第一周波数ｆ１および第二周波数ｆ２に対応する振幅を取得してもよい。この場合、バンドパスフィルタ４２は省略される。すなわち、受信信号における、複数の周波数のそれぞれに対応する振幅の生成は、バンドパスフィルタ４２とこれに対応する振幅生成部４３との組み合わせによるものに限定されない。
駆動信号生成部３および受信信号処理部４のうちの、全部または一部は、制御部５に設けられていてもよい。すなわち、例えば、超音波センサユニット６は、送受信器２のみを備えていてもよい。あるいは、制御部５のうちの全部または一部は、超音波センサユニット６に設けられていてもよい。
本実施形態においては、上記の各機能構成および方法は、専用コンピュータにより実現されている。かかる専用コンピュータは、コンピュータプログラムにより具体化された一つあるいは複数の機能を実行するようにプログラムされた、プロセッサおよびメモリを構成することによって提供される。しかしながら、本発明は、かかる態様に限定されない。すなわち、制御部５は、ＣＰＵ等を備えた周知のマイクロコンピュータに限定されない。
具体的には、例えば、上記の各機能構成および方法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、上記の各機能構成および方法は、一つあるいは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。すなわち、制御部５の全部または一部は、上記のような機能を実現可能に構成されたデジタル回路、例えばゲートアレイ等のＡＳＩＣあるいはＦＰＧＡであってもよい。ＡＳＩＣはApplication Specific Integrated Circuitの略である。ＦＰＧＡはField Programmable Gate Arrayの略である。
また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移的実体的記憶媒体に記憶されていてもよい。すなわち、本発明に係る装置あるいは方法は、上記の各機能あるいは方法を実現するための手順を含むコンピュータプログラム、あるいは、当該プログラムを記憶した非遷移的実体的記憶媒体としても表現可能である。
上記実施形態において、制御部５には、本発明の特徴を構成する機能構成要素が設けられている。このため、本発明に係る装置は、物体検知制御装置としての制御部５であるものと評価することが可能である。しかしながら、本発明は、かかる態様に限定されない。すなわち、例えば、本発明に係る装置は、送受信器２等を含んだ物体検知装置１であるものと評価することも可能である。
第一実施形態および／または第二実施形態と、第三実施形態とは、併用され得る。すなわち、例えば、第一実施形態および／または第二実施形態における振幅関係取得部５３２は、複数の振幅生成部４３のうちの少なくともいずれか１つの出力に基づく、受信信号の振幅が測距距離Ｘの４乗に反比例しているか否かの検定も、併せて行ってもよい。
この場合、ノイズ判定部５３３は、受信振幅比ＲＡが下側閾値ＲＡｔｈ１と上側閾値ＲＡｔｈ２との間に収まっているか否かの第一判定結果と、測距距離Ｘと受信信号の振幅とが所定の関係を満たしているか否かの第二判定結果とを用いて、ノイズ判定処理を実行する。
具体的には、例えば、第一判定結果が「正規波」であり、第二判定結果が「正規波」である場合、ノイズ判定部５３３は、受信波が正規波であると判定する。同様に、第一判定結果が「ノイズ」であり、第二判定結果が「ノイズ」である場合、ノイズ判定部５３３は、受信波が正規波であると判定する。
これに対し、第一判定結果と第二判定結果とが一致しない場合、ノイズ判定部５３３は、例えば、第一判定結果の信頼度Ｐ１と第二判定結果の信頼度Ｐ２とに基づいて、受信波が正規波であるかノイズであるかを判定する。すなわち、ノイズ判定部５３３は、第一判定結果の信頼度Ｐ１と第二判定結果の信頼度Ｐ２とを、算出あるいは決定する。そして、ノイズ判定部５３３は、第一判定結果と、第一判定結果の信頼度Ｐ１と、第二判定結果と、第二判定結果の信頼度Ｐ２とに基づいて、受信波が正規波であるかノイズであるかを判定する。
具体的には、例えば、ノイズ判定部５３３は、第一判定結果の信頼度Ｐ１と第二判定結果の信頼度Ｐ２とを、ともに最低値０％〜最高値１００％として、算出あるいは決定する。そして、ノイズ判定部５３３は、第一判定結果の信頼度Ｐ１と第二判定結果の信頼度Ｐ２とうちの、信頼度が高い方の判定結果を採用する。なお、第一判定結果の信頼度Ｐ１と第二判定結果の信頼度Ｐ２とに基づくノイズ判定は、上記の具体例に限定されない。
第一判定結果の信頼度Ｐ１は、例えば、受信波における強度および／またはＳＮ比等の受信特性に基づいて算出することが可能である。第二判定結果の信頼度Ｐ２は、例えば、上記式（１）に示された関係からの誤差の大きさに基づいて算出することが可能である。あるいは、第二判定結果の信頼度Ｐ２は、例えば、第一周波数ｆ１の場合と第二周波数ｆ２とのうちの少なくともいずれか一方にて、受信信号の振幅が測距距離Ｘの４乗に反比例する関係が成立するか否かに基づいて決定され得る。なお、第一判定結果の信頼度Ｐ１、および、第二判定結果の信頼度Ｐ２の、算出あるいは決定の方法も、上記の具体例に限定されない。具体的には、例えば、第一判定結果の信頼度Ｐ１は、上記式（５）の関係からの誤差の大きさに基づいて算出することも可能である。
本発明は、上記実施形態にて示された具体的な動作態様および処理態様に限定されない。具体的には、例えば、探査波の周波数特性は、図３に示された具体例に限定されない。すなわち、例えば、第一周波数ｆ１＞第二周波数ｆ２であってもよいし、第一周波数ｆ１＜第二周波数ｆ２であってもよい。また、探査波は、第一周波数ｆ１〜第Ｎ周波数ｆＮを有していてもよい。Ｎは３以上の整数である。さらに、第Ｋ周波数ｆＫと第（Ｋ＋１）周波数ｆＫ＋１との切り替え部分は、図３に示されているようなステップ状に限定されない。Ｋは１以上の整数である。
周知の通り、「比」は、対数の差と数学的に等価である。また、条件によっては、「比」と「偏差」との間で、結果に顕著な差が生じないこともあり得る。このため、本発明における「振幅関係」は、振幅比に限定されない。
図６における横軸は、測距距離Ｘに代えて、ＴＯＦ／２あるいはＴＯＦであってもよい。すなわち、本発明における「伝播物理量」は、距離であってもよいし、時間であってもよい。また、取得した温度に基づいて算出した音速の変化によりＴＯＦを補正することで、ノイズ判定の精度がよりいっそう向上する。
受信判定部５３すなわちノイズ判定部５３３は、受信波の振幅が閾値を超えた時間、受信波の振幅のピーク時間、および、受信波における周波数遷移に対応する符号の検出時間のいずれか１つを伝播時間とし、伝播時間を基準とした規定の時間範囲内での伝播物理量と受信信号の振幅とに基づいて、ノイズ判定を行ってもよい。すなわち、例えば、ノイズ判定部５３３は、振幅のピーク検出時刻を基準とした所定の時間範囲内にて、ノイズ判定を行ってもよい。あるいは、例えば、ノイズ判定部５３３は、受信信号における周波数遷移部である符号検出タイミングＴｕを検出し、検出した符号検出タイミングＴｕを基準とした所定の時間範囲内にて、ノイズ判定を行ってもよい。これにより、ノイズ判定の精度が向上する。
上記第三実施形態に関し、正規波に対応する式（１）と、直接伝播波ノイズに対応する式（８）とで、伝播距離「２Ｘ」による吸収損失ｅ−２ｍＸは共通である。よって、かかる吸収損失ｅ−２ｍＸの影響を除外できれば、正規波と直接伝播波ノイズとの違いは、強度あるいは振幅が測距距離Ｘの４乗に反比例するか測距距離Ｘの２乗に反比例するかの違いとなる。すなわち、測距距離Ｘと受信信号の振幅とが所定の関係を満たすか否かに基づくノイズ判定における「所定の関係」として、「測距距離をＸとした場合に振幅が「Ｘの４乗とｅ２ｍＸとの積」に反比例する関係」に代えて、「振幅を吸収損失ｅ−２ｍＸで補正した値が測距距離Ｘの４乗に反比例する関係」を用いてもよい。
このような観点から、上記第三実施形態は、以下のように変容され得る。すなわち、振幅生成部４３または振幅関係取得部５３２は、伝播距離に対応する吸収損失を補償する補正値で振幅信号を補正した、補正後振幅信号を生成する。また、振幅関係取得部５３２は、補正後振幅信号と測距距離Ｘとの関係が、測距距離Ｘの４乗に反比例する関係であるか否かを検定する。そして、ノイズ判定部５３３は、かかる検定結果に基づいて、ノイズ判定処理を実行する。かかる態様によっても、上記第三実施形態と同様の効果が奏され得る。
「取得」、「検出」、「算出」、「演算」、「推定」等の、互いに概念が類似する表現同士は、技術的矛盾が生じない限り、互いに入れ替え可能である。また、各判定処理における不等号は、等号付きであってもよいし、等号無しであってもよい。すなわち、例えば、「閾値以上」は、「閾値を超える」に変更され得る。同様に、「閾値以下」は、「閾値未満」に変更され得る。
上記実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に本発明が限定されることはない。同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本発明が限定されることはない。
変形例も、上記の例示に限定されない。また、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。更に、上記実施形態の全部または一部と、変形例の全部または一部とが、互いに組み合わされ得る。
１ 物体検知装置
２０Ａ 送信部
２０Ｂ 受信部
５１ 温度取得部
５３ 受信判定部
５３１ 距離取得部（伝播物理量取得部）
５３２ 振幅関係取得部
５３３ ノイズ判定部
５３４ 方位取得部
５４ 物体検知部

Claims (22)

  1. 移動体（Ｍ）に搭載されることで当該移動体の周囲の物体（Ｂ）を検知するように構成された、物体検知装置（１）であって、
    超音波である探査波を外部に向けて送信可能に設けられた送信部（２０Ａ）から送信された前記探査波の前記物体による反射波を含む受信波を受信可能に設けられた受信部（２０Ｂ）における前記受信波の受信結果に対応する受信信号に基づいて、当該受信波が前記探査波の前記物体による前記反射波であるか当該反射波とは異なるノイズであるかの判定であるノイズ判定を行う、受信判定部（５３）と、
    前記ノイズ判定の結果に基づいて、前記物体を検知する、物体検知部（５４）と、
    を備え、
    前記受信判定部は、前記受信波の伝播時間、伝播距離、または前記伝播距離の半値である測距距離に対応する物理量である伝播物理量と前記受信信号の振幅との関係に基づいて、前記ノイズ判定を行う、
    物体検知装置。
  2. 前記探査波は、第一周波数と、当該第一周波数とは異なる第二周波数とを含み、
    前記受信判定部は、
    前記伝播物理量を取得する、伝播物理量取得部（５３１）と、
    前記受信信号における、前記第一周波数に対応する第一部分の振幅である第一振幅と前記第二周波数に対応する第二部分の振幅である第二振幅との関係である、振幅関係を取得する、振幅関係取得部（５３２）と、
    前記伝播物理量と前記振幅関係とに基づいて、前記受信波が前記探査波の前記物体による前記反射波であるか前記ノイズであるかを判定する、ノイズ判定部（５３３）と、
    を備えた、
    請求項１に記載の物体検知装置。
  3. 前記伝播物理量は、前記伝播距離の半値である、前記送信部および／または前記受信部から前記物体までの距離である、
    請求項２に記載の物体検知装置。
  4. 前記振幅関係は、前記第一振幅と前記第二振幅との比に基づいて取得される、
    請求項２または３に記載の物体検知装置。
  5. 前記第一周波数に対応する第一共振周波数と前記第二周波数に対応する第二共振周波数とを有する前記送信部をさらに備えた、
    請求項２〜４のいずれか１つに記載の物体検知装置。
  6. 前記ノイズ判定部は、前記第一周波数と前記第二周波数との間の遷移に対応する符号の検出結果に基づいて、前記ノイズ判定を行う、
    請求項１〜５のいずれか１つに記載の物体検知装置。
  7. 前記受信判定部は、前記受信波の振幅が閾値を超えた時間、前記受信波の振幅のピーク時間、前記受信波における前記第一周波数と前記第二周波数との間の遷移に対応する符号の検出時間のいずれか１つを前記伝播時間とし、前記伝播時間を基準とした規定の時間範囲内での前記伝播物理量と前記受信信号の振幅とに基づいて、前記ノイズ判定を行う、
    請求項１〜６のいずれか１つに記載の物体検知装置。
  8. 前記受信判定部は、前記探査波が前記物体にて反射して前記反射波が前記受信部にて受信されるまでの前記伝播物理量に応じた、前記受信信号の振幅の減衰特性に基づいて、前記ノイズ判定を行う、
    請求項１〜７のいずれか１つに記載の物体検知装置。
  9. 前記受信判定部は、前記測距距離と前記受信信号の振幅とが所定の関係を満たすか否かに基づいて、前記ノイズ判定を行う、
    請求項１〜８のいずれか１つに記載の物体検知装置。
  10. 前記移動体における搭載位置が互いに異なる複数の前記受信部における前記受信結果に基づいて、前記受信波の受信方位を取得する、方位取得部（５３４）をさらに備え、
    前記受信判定部は、前記方位取得部にて取得した前記受信方位により補正した前記受信信号の振幅に基づいて、前記ノイズ判定を行う、
    請求項１〜９のいずれか１つに記載の物体検知装置。
  11. 環境温度を取得する、温度取得部（５１）をさらに備え、
    前記受信判定部は、前記温度取得部にて取得した前記環境温度により補正した前記受信信号の振幅に基づいて、前記ノイズ判定を行う、
    請求項１〜１０のいずれか１つに記載の物体検知装置。
  12. 移動体（Ｍ）に搭載されることで当該移動体の周囲の物体（Ｂ）を検知するように構成された物体検知装置（１）により実行される、物体検知プログラムであって、
    前記物体検知装置により実行される処理は、
    超音波である探査波を外部に向けて送信可能に設けられた送信部（２０Ａ）から送信された前記探査波の前記物体による反射波を含む受信波を受信可能に設けられた受信部（２０Ｂ）における前記受信波の受信結果に対応する受信信号に基づいて、当該受信波が前記探査波の前記物体による前記反射波であるか当該反射波とは異なるノイズであるかの判定であるノイズ判定を行う、受信判定処理と、
    前記ノイズ判定の結果に基づいて、前記物体を検知する、物体検知処理と、
    を含み、
    前記受信判定処理は、前記受信波の伝播時間、伝播距離、または前記伝播距離の半値である測距距離に対応する物理量である伝播物理量と前記受信信号の振幅との関係に基づいて、前記ノイズ判定を行う処理を含む、
    物体検知プログラム。
  13. 前記探査波は、第一周波数と、当該第一周波数とは異なる第二周波数とを含み、
    前記受信判定処理は、
    前記伝播物理量を取得する、伝播物理量取得処理と、
    前記受信信号における、前記第一周波数に対応する第一部分の振幅である第一振幅と前記第二周波数に対応する第二部分の振幅である第二振幅との関係である、振幅関係を取得する、振幅関係取得処理と、
    前記伝播物理量と前記振幅関係とに基づいて、前記受信波が前記探査波の前記物体による前記反射波であるか前記ノイズであるかを判定する、ノイズ判定処理と、
    を含む、
    請求項１２に記載の物体検知プログラム。
  14. 前記伝播物理量は、前記伝播距離の半値である、前記送信部および／または前記受信部から前記物体までの距離である、
    請求項１３に記載の物体検知プログラム。
  15. 前記振幅関係は、前記第一振幅と前記第二振幅との比に基づいて取得する、
    請求項１３または１４に記載の物体検知プログラム。
  16. 前記物体検知装置により実行される処理は、前記第一周波数に対応する第一共振周波数と前記第二周波数に対応する第二共振周波数とを有する前記送信部を用いて、前記探査波を送信する送信処理をさらに含む、
    請求項１３〜１５のいずれか１つに記載の物体検知プログラム。
  17. 前記第一周波数と前記第二周波数との間の遷移に対応する符号の検出結果に基づいて、前記ノイズ判定処理を行う、
    請求項１２〜１６のいずれか１つに記載の物体検知プログラム。
  18. 前記受信波の振幅が閾値を超えた時間、前記受信波の振幅のピーク時間、前記受信波における前記第一周波数と前記第二周波数との間の遷移に対応する符号の検出時間のいずれか１つを前記伝播時間とし、前記伝播時間を基準とした規定の時間範囲内での前記伝播物理量と前記受信信号の振幅とに基づいて、前記ノイズ判定処理を行う、
    請求項１２〜１７のいずれか１つに記載の物体検知プログラム。
  19. 前記探査波が前記物体にて反射して前記反射波が前記受信部にて受信されるまでの前記伝播物理量に応じた、前記受信信号の振幅の減衰特性に基づいて、前記ノイズ判定処理を行う、
    請求項１２〜１８のいずれか１つに記載の物体検知プログラム。
  20. 前記測距距離と前記受信信号の振幅とが所定の関係を満たすか否かに基づいて、前記ノイズ判定処理を行う、
    請求項１２〜１９のいずれか１つに記載の物体検知プログラム。
  21. 前記物体検知装置により実行される処理は、前記移動体における搭載位置が互いに異なる複数の前記受信部における前記受信結果に基づいて、前記受信波の受信方位を取得する、方位取得処理をさらに含み、
    前記受信判定処理は、前記方位取得処理にて取得した前記受信方位により補正した前記受信信号の振幅に基づいて、前記ノイズ判定を行う処理を含む、
    請求項１２〜２０のいずれか１つに記載の物体検知プログラム。
  22. 前記物体検知装置により実行される処理は、環境温度を取得する、温度取得処理をさらに含み、
    前記受信判定処理は、前記温度取得処理にて取得した前記環境温度により補正した前記受信信号の振幅に基づいて、前記ノイズ判定を行う処理を含む、
    請求項１２〜２１のいずれか１つに記載の物体検知プログラム。
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