JP3630077B2

JP3630077B2 - 車両用レーダの中心軸検出方法および装置

Info

Publication number: JP3630077B2
Application number: JP2000173002A
Authority: JP
Inventors: 仁城所; 武史内海
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: JP2001349946A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は距離の異なる複数の物体を認識することが可能なレーダの中心軸を検出する技術に関し、中心軸の調整時に利用される技術である。なお、本発明はレーザレーダのような光レーダにも電波レーダにも適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光軸検出装置としては、特開平８−２９５３６号公報に開示されているものがある。これは、レーダヘッドの前方の所定の位置にリフレクタを配置し、レーダヘッドからレーザ光を２次元スキャンし、路面からの反射を検出することで垂直方向の光軸ずれを、上記リフレクタからの反射を検出することで水平方向の光軸ずれを、それぞれ判定するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例においては、レーザ光を２次元にスキャンすることで垂直方向と水平方向の両方向の光軸ずれを判定するようになっているので、水平方向にのみレーザ光をスキャンするタイプのレーダヘッドを使用する場合には、水平方向の光軸ずれは検出できるが、垂直方向の光軸ずれは検出できないという問題があった。また、レーダの方位分解能が悪い場合には、上記従来例の方法では十分な精度が得られないという問題もある。さらに、スキャニングを行わないブロードビームのレーダにおいては上記の従来例の方法は適用することができない、という問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、スキャニングを行わずにレーダの中心軸（光軸や電波ビームの中心軸）を検出することのできる車両用レーダの中心軸検出方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するように構成している。すなわち、請求項１に記載の発明においては、直線上に相互に間隔をおいて一列に配置された複数の反射ターゲットからなる反射ターゲットの列を、車両に搭載されたレーダから所定距離を隔てた位置に、前記列が前記車両幅の中心線に対して所定の角度を持つように設置し、前記レーダで前記反射ターゲットまでの距離を計測した場合に、前記複数の反射ターゲットのうちで前記レーダのビーム内に存在するものとして検出された複数の距離のうちで最も遠い距離の反射ターゲットと前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度と、最も近い距離の反射ターゲットと前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度との中間の角度を前記レーダの中心軸角度とするように構成している。この構成は例えば後記図２に示す実施例に相当する。
【０００６】
また、請求項２においては、レーダビームの幅が既知のレーダに適用できる方法であり、複数の反射ターゲットのうちでレーダのビーム内に存在するものとして検出された複数の距離のうちで最も遠い距離または最も近い距離の反射ターゲットと前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度と、前記レーダのビーム照射角度の幅とに基づいて前記レーダの中心軸角度を求めるものである。この構成は例えば後記図１の実施例に相当する。
【０００７】
また、請求項３は、予め設定した所定距離とそれを計測したレーダの計測値との差を誤差として他の反射ターゲットの測定距離を補正することにより、距離測定の誤差をなくす方法である。この構成は例えば後記第３の実施例に相当する。
【０００８】
また、請求項４は、複数の反射ターゲットを等間隔で設置して予め距離が判るようにしておき、レーダが反射ターゲットの存在を認識した際に、その距離は予め用意された表を用いて算出する方法である。この構成は例えば後記図３に示す実施例に相当する。
【０００９】
また、請求項５は、複数の反射ターゲットの代わりに、直線形状の反射ターゲットを用いたものであり、前記請求項１に対応する。この構成は例えば後記図６の実施例に相当する。
【００１０】
また、請求項６も直線形状の反射ターゲットを用いたものであり、前記請求項２に対応する。
【００１１】
また、請求項７は、反射ターゲットを車両幅の中心線に対して垂直方向で所定の角度を持つように設置することにより、レーダの垂直方向の中心軸角度を検出する方法である。この構成は例えば後記図１〜図４の実施例に相当する。
【００１２】
また、請求項８は、反射ターゲットを車両幅の中心線に対して水平方向で所定の角度を持つように設置することにより、レーダの水平方向の中心軸角度を検出する方法である。この構成は例えば後記図５の実施例に相当する。
【００１３】
また、請求項９は、装置の発明であり、複数の反射ターゲットからなる反射ターゲットの列を設置した反射ターゲット支持部材と、レーダの中心軸角度を演算する演算手段と、演算結果を表示する報知手段と、を備えた車両用レーダの中心軸検出装置である。
【００１４】
また、請求項１０も装置の発明であり、直線形状の反射ターゲットが垂直方向または水平方向に所定角度になるように設置された反射ターゲット支持部材を用いた構成を示す。
【００１５】
【発明の効果】
本発明においては、スキャニングを行わずに反射ターゲットまでの距離を計測するだけで、レーダの中心軸（光軸や電波ビームの中心軸）を検出することができるので、レーダの方位分解能が悪い場合でも十分な精度が得られ、また、スキャニングを行わないブロードビームのレーダにも適用することができる、という効果が得られる。
【００１６】
また、請求項１においては、レーダビームの幅が不明なレーダでも適用可能である。また、請求項３、請求項４においては、距離計測の誤差を補正することができるので、より精密な中心軸検出が可能になる。また、請求項５、請求項６においては、複数の反射ターゲットの代わりに、直線形状の反射ターゲットを用いて同様の効果を得ることができる。また、請求項７ではレーダの垂直方向の中心軸角度を検出することができる。また、請求項８ではレーダの水平方向の中心軸角度を検出することができる。また、請求項９、請求項１０では、レーダの水平方向の中心軸角度を演算して表示することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
まず、本発明をレーザレーダの垂直方向の中心軸検出に適用した例を説明する。なお、反射ターゲット（リフレクタ）を電波反射器とすることで、同様な手法で電波レーダにも適用できる。
図１は本発明の第１の実施例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はレーザレーダの出力波形図、（ｄ）は幾何学的関係を示す図である。図１に示すように、反射ターゲット支持部材１は垂直方向に角度θ（水平方向からの角度）で傾斜した斜面の上に所定間隔で複数の反射ターゲット２（車両に近い方からＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３とする）が配置されたものである。各反射ターゲットの面自体は正面（レーダ方向）に向かって設置されている。この反射ターゲット支持部材１を車両３の前方正面に設置する。従って、この場合には反射ターゲットの列が車両の中心線に対して垂直方向に所定角度θを持つように設置されている。この際、最も車両３に近い位置に設置された反射ターゲットＴ０はレーザレーダ４と同じ高さであり、かつレーザレーダ４からの距離はＬｓに設定するものとする。
【００１８】
このように配置された反射ターゲット２をレーザレーダ４で計測すると、図１（ｃ）に示すごとき信号が得られる。すなわち、反射ターゲットＴ０、Ｔ１、Ｔ２の３個がレーザビーム５内に入り、反射ターゲットＴ０により反射されたレーザ光がレーダレーダ４で受光され、所定のしきい値ＳＬを超えた時間ｔ０、反射ターゲットＴ１により反射されたレーザ光が所定のしきい値をＳＬを超えた時間ｔ１、反射ターゲットＴ２により反射されたレーザ光が所定のしきい値をＳＬを超えた時間ｔ２が測定される。そして光の速度にｔ０／２、ｔ１／２、ｔ２／２を乗じた値が、反射ターゲットまでの距離Ｌ０（前記Ｌｓに相当する値）、Ｌ１、Ｌ２となる。ここで、捕捉されたなかで、最も距離の遠いターゲットＴ２までの距離Ｌ２と最も近いターゲットまでの距離Ｌ０を用いると、図１（ｄ）に示す幾何学的関係より、レーザビームの上端の地面からの角度φ１を下記（数１）式から求めることができる。
ｓｉｎ（θ−φ１）＝ｓｉｎ（θ）・Ｌ０／Ｌ２ …（数１）
レーザビーム５のビーム幅が既知の場合は、これよりレーザビームの中心の中心軸の地面からの角度を得ることができる。すなわち、ビーム幅の角度をβとすれば、レーザビームの中心軸の地面からの角度αは下記（数２）式で示される。
α＝φ１−（β／２） …（数２）。
【００１９】
（実施例２）
図２は、第２の実施例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はレーザレーダの出力波形図、（ｃ）は幾何学的関係を示す図である。
この実施例は、ビーム幅が不明の場合における計測方法を示す。図２（ａ）に示すように、反射ターゲットＴ０より手前に反射ターゲットＴｍ１を設置する。なお図２（ａ）ではＴｍ１しか記載していないが、実際にはＴｍ１、Ｔｍ２、…と連続して配置する。つまり、Ｔｍ１より手前の反射ターゲットは、レーザレーダ４よりも低い位置に設置されることになる。上記の配置において、図１と同様の計測を行うと、最も近い距離で捕捉された反射ターゲットをＴｍ１とすれば、そこまでの距離Ｌｍ１を用いることにより、図２（ｃ）に示す幾何学的関係から、レーザビームの下端の地面に対する角度φ２が求まる。レーザのビーム幅βはφ１＋φ２であるから、ビームの中心軸が地面となす角度αは、下記（数３）式で求められる。
α＝（φ１＋φ２）／２ …（数３）
上記（数３）式は、前記（数２）式のβに、β＝φ１＋φ２を代入したものと同じである。なお、図２において前記（数１）式に対応する数式は下記（数４）式のようになる。
ｓｉｎ（θ＋φ２）＝ｓｉｎ（θ）・Ｌ０／Ｌｍ１ …（数４）。
【００２０】
（実施例３）
レーダの距離測定精度が高い場合には、前記図１、図２に示した実施例によってレーザビームの中心軸角度を求めることができる。しかし、レーダの距離測定に一定の偏差が加わるような場合は、その偏差に対応した誤差が生じることになる。この実施例はそのような場合に対応したものである。
例えば前記図１の構成で偏差が予想される場合には次のような方法を用いる。すなわち、最も近い反射ターゲットＴ０までの実際の距離はＬｓであり、それに対する測定距離はＬ０であるから、予め判っている正確な値Ｌｓと測定値Ｌ０との差δを用いて、測定距離Ｌ２を補正すれば、より高精度な中心軸検出を行うことができる。すなわち、Ｌ０＝Ｌｓ＋δ（ただし、δは正負の値を取る）であり、Ｌｓ＝Ｌ０−δであるから、前記（数１）式から下記（数５）式が得られ、これからφ１を求めることができる。
ｓｉｎ（θ−φ１）＝ｓｉｎ（θ）・Ｌｓ／（Ｌ２−δ） …（数５）。
【００２１】
また、図２に示した構成の場合は、図３に示すように、反射ターゲットを予め一定の距離ａの等間隔に設置し、…、Ｌｍ１、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２…の値を予め用意しておき、レーザレーダで測定された距離と最も近いＬｍ１、Ｌ０、Ｌ２、…の値を使用することで、より高い精度で中心軸角度を得ることができる。
【００２２】
上記の場合におけるＬｍ１とＬ２の値は下記（数６）式、（数７）式に示すようになる。他の反射ターゲットについても同様に求められる。
Ｌｍ１＝√〔（Ｌ０−ａ）^２＋（ａ×ｔａｎθ）^２〕 …（数６）
Ｌ２＝√〔（Ｌ０−２ａ）^２＋（２ａ×ｔａｎθ）^２〕 …（数７）。
【００２３】
次に、図４は、上記第３の実施例における演算処理を示すフローチャートである。なお、この演算を行う演算手段については図示は省略しているが、演算手段は例えばマイクロコンピュータで構成することができ、報知手段としては例えば液晶やＣＲＴのディスプレイを用いることができる。また、ブザーや音声等を用いることも出来る。以下、図４の処理について説明する。
【００２４】
まず、ステップ１００では、図２の状態に配置された反射ターゲットの各距離を測定し、ステップ１０１で配列ｄとして距離データを記憶する。このとき測定された反射ターゲットの数を変数ｍとして記憶する。
次に、ステップ１０２からステップ１０９においては、予め距離データが設定された配列Ａのデータと上記の実際に計測した配列ｄのデータとを比較し、差異の絶対値が所定値以下の場合は、配列Ｌに配列Ａのデータを記憶収容する。これにより、距離データは実際に測定されたデータ配列ｄから、反射ターゲットの配置から求められた高精度の距離データ（予め設定した値）に変換され、配列Ｌに収容される。なお、ここで使用した定数ｎは、配列Ａに収容されているデータの数である。
次に、ステップ１１０では、軸角度φ１、φ２を算出するが、ここで使用するＬｓは、レーザレーダ４からレーザレーダと同じ高さに置かれた反射ターゲットＴ０までの実際の距離である。そしてステップ１１１では水平方向からの中心軸角度〔α＝（φ１＋φ２）／２〕を表示する。この値に基づいてレーザレーダ４の軸調整を行うことができる。
【００２５】
（実施例４）
図５は、本発明の第４の実施例を示す斜視図である。これまで説明した実施例においては、反射ターゲットの列を垂直方向に角度θだけ傾けて設置し、レーザレーダ中心軸の垂直方向の角度を検出する場合を説明したが、全く同様の考察により、水平方向の角度を検出することもできる。すなわち、図５に示すように、反射ターゲット支持部材６として、車両の中心線に対して水平方向で所定の角度θを持つように反射ターゲットを設置したものを用いれば、これまでの説明と同様の処理により、レーザレーダ４の水平方向の中心軸角度を検出することができる。図２、図３、図４で説明した方法も同様に適用できる。
【００２６】
（実施例５）
図６は、本発明の第５の実施例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は信号波形図を示す。
【００２７】
この実施例においては、反射ターゲットとして、直線状の反射ターゲット７を用いたものである。このように直線状の反射ターゲットを用いた場合には、図６（ｂ）に示すように、反射ターゲットのうちでレーザレーダのビーム内に存在する範囲に相当する幅の部分について反射信号が得られる。この信号について、しきい値ＳＬを超えた時点の時間から計測された距離をＬ０とし、ＳＬ以下となった時点の時間から計測された距離をＬ２とすることで、図１（ｄ）に示した幾何学関係により、中心軸角度φ１を求めることができる。なお、図６においては、前記図１に相当する場合を例示したが、前記図２のように構成することもできる。要はこれまで説明した複数の反射ターゲットの代わりに直線状の長い反射ターゲットを用い、検出された反射信号の両端の距離を、最も近い反射ターゲットと最も遠い反射ターゲットまでの距離として演算処理すればよい。また、この方法においても、前記図５と同様に、水平方向の中心軸角度を求めることもできる。
【００２８】
なお、これまで説明した実施例では、反射ターゲットの配置を、車両から遠ざかるに従って垂直方向上方に配置しているが、車両から遠ざかるに従って垂直方向下方に配置する、すなわち、Ｔ０の位置が最も高く、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３となるに従って低い位置になる（例えば図１で、手前が高く、遠くになるに従って低くなる傾斜板の下面に、手前から順にＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を設けた構成）ように構成しても同様の効果が得られることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はレーザレーダの出力波形図、（ｄ）は幾何学的関係を示す図。
【図２】第２の実施例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はレーザレーダの出力波形図、（ｃ）は幾何学的関係を示す図。
【図３】反射ターゲットを予め一定の距離ａの等間隔に設置した場合の幾何学的関係を示す図。
【図４】第３の実施例における演算処理を示すフローチャート。
【図５】本発明の第４の実施例を示す斜視図。
【図６】本発明の第５の実施例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は信号波形図。
【符号の説明】
１…反射ターゲット支持部材
２…反射ターゲット（車両に近い方からＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）
３…車両
４…レーザレーダ
５…レーザビーム
６…反射ターゲットの列を水平方向に傾けて支持する反射ターゲット支持部材
７…直線状の反射ターゲット

Claims

直線上に相互に間隔をおいて一列に配置された複数の反射ターゲットからなる反射ターゲットの列を、車両に搭載されたレーダから所定距離を隔てた位置に、前記列が前記車両幅の中心線に対して所定の角度を持つように設置し、前記レーダで前記反射ターゲットまでの距離を計測した場合に、前記複数の反射ターゲットのうちで前記レーダのビーム内に存在するものとして検出された複数の距離のうちで最も遠い距離の反射ターゲットと前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度と、最も近い距離の反射ターゲットと前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度との中間の角度を前記レーダの中心軸角度とすることを特徴とする車両用レーダの中心軸検出方法。
直線上に相互に間隔をおいて一列に配置された複数の反射ターゲットからなる反射ターゲットの列を、車両に搭載されたレーダから所定距離を隔てた位置に、前記列が前記車両幅の中心線に対して所定の角度を持つように設置し、前記レーダで前記反射ターゲットまでの距離を計測した場合に、前記複数の反射ターゲットのうちで前記レーダのビーム内に存在するものとして検出された複数の距離のうちで最も遠い距離または最も近い距離の反射ターゲットと前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度と、前記レーダのビーム照射角度の幅とに基づいて前記レーダの中心軸角度を求めることを特徴とする車両用レーダの中心軸検出方法。
前記複数の反射ターゲットの少なくとも一つは、前記レーダと地上高が同一の位置に前記レーダから予め設定した所定距離を隔て設置され、前記レーダが該反射ターゲットについて測定した距離と前記所定距離との差に基づいて他の反射ターゲットの測定距離を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用レーダの中心軸検出方法。
前記複数の反射ターゲットが等間隔で設置されており、前記レーダが前記反射ターゲットの存在を認識した際に、その距離は予め用意された表を用いて算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用レーダの中心軸検出方法。
直線形状の反射ターゲットを、車両に搭載されたレーダから所定距離を隔てた位置に、前記反射ターゲットが前記車両幅の中心線に対して所定の角度を持つように設置し、前記レーダで前記反射ターゲットまでの距離を計測した場合に、前記反射ターゲットのうちで前記レーダのビーム内に存在する範囲として検出された幅のある距離のうちで最も遠い距離に相当する位置の角度と最も近い距離に相当する位置の角度との中間の角度を前記レーダの中心軸角度とすることを特徴とする車両用レーダの中心軸検出方法。
直線形状の反射ターゲットを、車両に搭載されたレーダから所定距離を隔てた位置に、前記反射ターゲットが前記車両幅の中心線に対して所定の角度を持つように設置し、前記レーダで前記反射ターゲットまでの距離を計測した場合に、前記反射ターゲットのうちで前記レーダのビーム内に存在する範囲として検出された幅のある距離のうちで最も遠い距離または最も近い距離に相当する位置と前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度と、前記レーダのビーム照射角度の幅とに基づいて前記レーダの中心軸角度を求めることを特徴とする車両用レーダの中心軸検出方法。
前記反射ターゲットの列または前記直線形状の反射ターゲットは、前記車両幅の中心線に対して垂直方向で所定の角度を持つように設置され、前記レーダの垂直方向の中心軸角度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の車両用レーダの中心軸検出方法。
前記反射ターゲットの列または前記直線形状の反射ターゲットは、前記車両幅の中心線に対して水平方向で所定の角度を持つように設置され、前記レーダの水平方向の中心軸角度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の車両用レーダの中心軸検出方法。
直線上に間隔を置いて一列に配列された複数の反射ターゲットからなる反射ターゲットの列が垂直方向または水平方向に、前記車両幅の中心線に対して所定角度になるように配置された反射ターゲット支持部材と、
前記反射ターゲット支持部材を車両に搭載されたレーダから所定距離を隔てた位置で、前記車両幅の中心線の正面に設置し、前記レーダで前記反射ターゲットまでの距離を計測した場合に、前記複数の反射ターゲットのうちで前記レーダのビーム内に存在するものとして検出された複数の距離のうちで最も遠い距離の反射ターゲットと前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度と、最も近い距離の反射ターゲットと前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度との中間の角度を前記レーダの中心軸角度として演算する演算手段と、
前記の演算結果を報知する報知手段と、
を備えたことを特徴とする車両用レーダの中心軸検出装置。
直線形状の反射ターゲットが垂直方向または水平方向に所定角度になるように設置された反射ターゲット支持部材と、
前記反射ターゲット支持部材を車両に搭載されたレーダから所定距離を隔てた位置で、前記車両幅の中心線の正面に設置し、前記レーダで前記反射ターゲットまでの距離を計測した場合に、前記反射ターゲットのうちで前記レーダのビーム内に存在する範囲として検出された幅のある距離のうちで最も遠い距離に相当する位置と前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度と、最も近い距離に相当する位置と前記レーダとを結んだ線と前記車両幅の中心線との角度との中間の角度を前記レーダの中心軸角度として演算する演算手段と、
前記の演算結果を報知する報知手段と、
を備えたことを特徴とする車両用レーダの中心軸検出装置。