JP4064528B2 - スキャン式レーダの信号処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前方の車両との距離及び相対速度等を検出するために車両に搭載されるスキャン式レーダの信号処理装置に関し、特に上記距離及び相対速度のデータ更新を検出と同時に行うことができる信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スキャン式レーダの信号処理装置においては、一定の時間内に一定の微小なステップ角度で左から右に、又は右から左にビームを回転させてスキャンを行っている。そして、各ステップの角度において前方の車両に自車からビームを発射し、前方車両からの反射波を受信してこれを処理し、前方車両との車間距離及び相対速度を検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスキャン式レーダの信号処理装置においては、一定の微小なステップ角度でビームを左から右に、又は右から左に回転させて１回スキャンする毎に前方車両との車間距離及び相対速度を検出している。このやり方では少なくとも片側１スキャンが終了するまで上記検出データの更新をすることができない。しかし、片側１スキャンを終了するまでには一定の時間がかかり、自車と前方車両との間に相対速度を有する場合、ビームにより検出された車間距離及び相対速度が更新された時点においては実際の車間距離及び相対速度とは異なってしまい、更新された車間距離と実際の車間距離との間に差が生じてしまう。車間距離制御装置は検出された車間距離と相対速度に応じて加速又は減速等を行って車間距離制御を行うものであり、上記のように検出され更新された車間距離と実際の車間距離との間に差が生じてしまうと正確な制御ができなくなる恐れが生じる。
【０００４】
従って、本発明は上記更新された車間距離等のデータが、実際の車間距離及び相対速度と差を生じないスキャン式レーダの信号処理装置を提供することを目的とするものである。
一方、車間距離制御装置においては、検出された物体が自車線内にあると判断された場合、その物体を車間距離制御の対象に選定している。しかし、従来は検出された物体が自車線内のものかどうか判断する場合、１回のスキャンで最大１度しか判断するための材料を与えられなかった。そのため、検出された物体が自車線内のものかどうか判断するまでに時間を要している。
【０００５】
従って、本発明は検出された物体が自車線内のものかどうか判断するまでの時間を短くすることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明では、レーダのビームをスキャンする複数のステップの個々の角度においてターゲットを検出して車間距離及び相対速度のデータを得る毎に、これらのデータの更新を行うようにしたものである。そして、個々のスキャン角度においてターゲットを検出する毎にデータを更新することにより、リアルタイムでデータを得て、車間距離制御等を正確に行えるようにするものである。
【０００７】
また、車間距離及び相対速度を検出すると同時に、これらを検出したビームの角度も検出する。そして、ある角度のビームでターゲットが検出され、検出されたターゲットがその時点において自車線内であると判断できる角度のビームで検出されたものである場合、その回数をカウントすることにより、そのターゲットが自車線内であるかどうか判断するようにした。このように、１スキャン単位ではなく１ビーム単位で判断材料を得て、検出されたターゲットが自車線内であると判断すための時間を短くするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明に係るスキャン式レーダ装置を用いた車間距離制御装置の構成の概要を示した図である。図１において、レーダセンサ部はレーダアンテナ１、走査機構２、及び信号処理回路３を備えている。車間距離制御ＥＣＵ７は、ステアリングセンサ４、ヨーレートセンサ５、車速センサ６、及びレーダセンサ部の信号処理回路３からの信号を受け、警報機８、ブレーキ９、スロットル１０等を制御する。また、車間距離制御ＥＣＵ７はレーダセンサ部の信号処理回路３にも信号を送る。
【０００９】
図２は、図１の信号処理回路３の構成を示したものである。信号処理回路３は、走査角制御部１１、レーダ信号処理部１２、制御対象認識部１３を備えている。レーダ信号処理部１２はレーダアンテナ１からの反射信号をＦＦＴ処理し、パワースペクトルを検出し、ターゲットとの距離及び相対速度を算出し、制御対象認識部１３にそのデータを送信する。制御対象認識部１３は、レーダ信号処理部１２から受信したターゲットとの距離、相対速度、及び車間距離制御ＥＣＵ７から受信したステアリングセンサ４、ヨーレートセンサ５、車速センサ６等から得られた車両情報に基づいて走査角制御部１１に走査角を指示すると共に、制御対象となるターゲットを判別して車間距離制御ＥＣＵ７に送信する。走査角制御部１１はスキャン走査角を制御する。
【００１０】
スキャン式レーダにおいて、スキャンは例えば１０本のビームを±５°の範囲で１°刻みで左右に振ることにより行う。図３は従来のスキャン式レーダの信号処理装置において、どのように検出データを更新しているかを説明するための図である。図３において、Ａは自車でＢは前方車両であり、自車Ａのスキャン式レーダから複数のビームを前方に発射してスキャンしている。そして、左から右に、又は右から左に片側１スキャン終了する毎に、即ち、図の▲１▼及び▲２▼の時点において前方車両との車間距離ｒ及び相対速度ｖのデータを更新している。
【００１１】
図３に示されているように、前方車両との車間距離等の検出は複数のビームにより行われている。説明のため、これら複数のビームの内スキャン角度０°のビームｂ₀ により前方車両の検出が行われるとし、このビームｂ₀ により１回目に検出された車間距離ｒ及び相対速度ｖのデータが、
ｒ＝５０ｍ
ｖ＝３０km/h
とする。また、片側１スキャンする時間が約５００msであるとする。この場合、１回目のスキャンを終了し、ビームｂ₀₁時点でデータを検出した後時点▲１▼でこのデータを得、２回目のスキャンにおいてビームｂ₀₂時点で検出したデータを、２回目のスキャンが終了後時点▲２▼で更新データとして得るまで約７５０msの時間が経過することになる。そして、上記のように時点▲１▼で得た、ビームｂ₀₁で検出した車間距離ｒが５０ｍ、相対速度ｖが３０km/hであり、この状態が継続しているとすると、２回目のスキャンを終了して時点▲２▼でビームｂ₀₂で検出した更新データを得た時点では、実際の車間距離ｒは、

となっている。
【００１２】
しかし、時点▲２▼で得た更新されたデータは、２回目のスキャンの時にビームｂ₀₂時点で検出したものであり、ビームｂ₀₁で検出した時点から５００ms経過後に検出したデータであるため、車間距離ｒは上記計算で得られたｒ＝５６．２５ｍよりも小さくなる。にもかかわらず、時点▲２▼での車間距離として検出されるため、実際の車間距離との間に差が生じてしまい、車間距離を制御する際に正確な制御ができなくなる恐れがある。なお、上記説明では車間距離の場合を説明したが、相対速度においても更新された時点のデータと実際のデータの間に差を有する場合が生ずる。
【００１３】
図４は従来のスキャン式レーダの信号処理装置における信号処理のための制御のフローチャートを示す図である。なお、このフローチャートに示された制御及び動作は図２のレーダ信号処理部１２で行われる。
図４において、レーダのスキャンが開始されると（Ｓ１）、ビームの移動が行われる（Ｓ２）。ビームの移動は、例えば、図３に示されているように、１０本のビームを±５°の範囲で１°刻みで左右に振ることにより行う。そして、前方車両からの反射波を受信して各ビーム毎に車間距離と相対速度を算出する（Ｓ３）。その際、車間距離と相対速度を検出したビームの角度も検出される。次にビームが±５°の位置であるかどうか、即ち、ビームが図３の▲１▼又は▲２▼に示す端に位置しているか判断される（Ｓ４）。端に位置していれば（Ｙｅｓ）、検出したターゲットである前方車両の位置を算出する（Ｓ５）。ターゲットの位置は該ターゲットから反射したビームから得た信号に基づいてすでに算出されている車間距離と、１スキャンを終了してそのターゲットを検出した複数のビームの広がりの角度（ターゲット位置検出角度）から算出できる。なお、Ｓ４においてビームが端に位置していないと判断された場合（Ｎｏ）、物体の位置は算出されずにＳ２に戻り、次のステップのビーム角度から検出した距離及び相対速度を算出する。
【００１４】
前方車両であるターゲットの位置が算出されると、前回と同じターゲットかどうか判断される（Ｓ６）。同じターゲットであるかどうかは、車間距離、相対速度及びターゲット位置検出角度がほぼ等しいかどうかによって判断する。これらのデータ値がほぼ等しい場合同じターゲットであると判断され、車間距離、相対速度、及びターゲット位置検出角度のデータが更新される（Ｓ７）。同一ターゲットであると判断されなかった場合（Ｎｏ）、新規ターゲットであると判断される（Ｓ８）。新規ターゲットであると判断されると、別のターゲットとして既存のターゲットに加えて記憶される。ここではビームはすでにスキャンの一方の端に来ており、例えば図３の▲１▼に示す位置に来ていれば、反対方向にスキャンするためモータを反転させ（Ｓ９）、ビームを▲２▼に示す位置に向けて移動させる。
【００１５】
しかし、前述のような信号処理装置においては片側１スキャンが終了するまでデータを更新することができない。そのため、更新された時点においては検出された車間距離及び相対速度が実際の車間距離及び相対速度とは異なってしまい、車間距離制御を正確に行えなくなる恐れがある。
そこで、本願発明は、車間距離制御を正確に行うために、複数のビームのステップの個々の角度においてターゲットを検出する毎にデータ更新を行うようにして、更新された時点のデータと実際のデータの間に差が生じないように車間距離及び相対速度を検出するものである。
【００１６】
図５は本願発明によるスキャン式レーダの信号処理装置の実施例において、どのように検出データを更新するかを説明するための図である。図において、Ａは自車でＢは前方車両であり、自車Ａのスキャン式レーダからビームを前方に発射してスキャンしている。そして、左から右に、又は右から左にビームでスキャンし、車間距離等を検出している。このスキャンにおいて、第１回のスキャンｓ1 において前方車両はビームｂ₀₁によりスキャン開始から半分の時点で検出される。この時検出された車間距離ｒ、相対速度ｖ，及び検出角度αをそれぞれ、
ｒ＝ｒ1
ｖ＝ｖ1
α＝α1
とする。
【００１７】
そして、第２回目のスキャンｓ2 において、同じく前方車両はビームｂ₀₂によりスキャン開始から半分の時点で検出される。この時検出された車間距離ｒ、相対速度ｖ，及び検出角度αをそれぞれ、
ｒ＝ｒ2
ｖ＝ｖ2
α＝α2
とする。
【００１８】
従来はビームがスキャンの角度の端に至った時点でこれらのデータを更新していたが、本発明ではこれらのデータを検出した時点で直ちにこれらのデータを更新するものである。即ち、第２回目のスキャンｓ2 においてビームｂ₀₂により検出した時点で、
ｒ：ｒ1 →ｒ2
ｖ：ｖ1 →ｖ2
α：α1 →α2
に更新するものである。
【００１９】
図６は本発明を更に詳しく説明するための図である。多くの場合１つの物体は３つのビームにより捕らえている。図６は前方車両Ｂを３つのビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ で捕らえている状態を示している。第１回のスキャンｓ1 において、それぞれ時点ａ₀₁、ｂ₀₁、ｃ₀₁において、車間距離ｒ、相対速度ｖ、及び検出角度αが検出される。次に、第２回のスキャンｓ2 において、それぞれ時点ｃ₀₂、ｂ₀₂、ａ₀₂において、車間距離ｒ、相対速度ｖ、及び検出角度αが検出される。以下同様に第３回以降のスキャンが行われて、車間距離ｒ、相対速度ｖ、及び検出角度αが検出される。
【００２０】
図７はそれぞれ時点ａ₀₁、ｂ₀₁、ｃ₀₁、及び時点ｃ₀₂、ｂ₀₂、ａ₀₂において検出されたデータを示したものである。本発明では、上記それぞれの時点で検出したデータを、その時点で順次更新するようにしたものである。図８は、図７に示した検出されたデータを順次どのように更新するかを示したものである。図８に示すように、時点ａ₀₁、ｂ₀₁、ｃ₀₁、ｃ₀₂、ｂ₀₂、ａ₀₂において検出されたデータ、車間距離の場合はｒa1、ｒb1、ｒc1、ｒc2、ｒb2、ｒa2を、検出された各時点において、ｒa1→ｒb1→ｒc1→ｒc2→ｒb2→ｒa2と更新してゆく。相対速度ｖ及び検出角度αについても同様に更新してゆく。
【００２１】
次に本願発明の別の実施例について以下に説明する。
レーダでターゲットを検出した場合、そのターゲットが自車線内であるかどうか判断し、自車線内であると判断された場合、車間距離制御の対象として選定している。そして、自車線内であるかどうか判断するために確率を用いている。
図９は上記確率を従来どのように求めていたかを説明するための図である。図９はおいて、Ａは自車でＢは前方車両であり、自車Ａのスキャン式レーダからビームを発射してスキャンしている。例えば、これらスキャンされた複数のステップのビームの内中心部のビームである、ａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ の内少なくとも１つでターゲットを捕らえたなら、その物体は自車線内であると判断し、一定の割合（％）の確率を与えるようにしている。まず、１回目のスキャンｓ1 でビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ の内少なくとも１つでターゲットを捕らえたなら、上記確率を与える。そして、２回目のスキャンｓ2 で同じくビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ の内少なくとも１つでターゲットを捕らえたなら、上記確率を加える。この様にして何回かスキャンをして確率を加えてゆき、例えば、確率が７０％以上になった場合、捕らえたターゲットが自車線内であると判断する。
【００２２】
なお、上記説明では中心部の３つのビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ の内少なくとも１つでもターゲットを捕らえた場合に、そのターゲットを自車線内のターゲットであると判断しているが、どのビームで捕らえたならそのターゲットが自車線内であるかどうかは、車間距離あるいは道路の形状により変化する。
図１０は上記ビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ の内少なくとも１つでターゲットを捕らえた回数と、確率の関係を示したものである。この図では、ターゲットを捕らえた回数が４回以上の場合に確率が７０％を超えるようにしてある。即ち連続して４回以上ビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ の内少なくとも１つでターゲットを捕らえた場合に、そのターゲットは自車線内にあると判断している。
【００２３】
しかし、従来においては図９に示したように、１回のスキャンにおいて１回だけ、即ち、図の時点▲１▼、▲２▼、▲３▼においてデータを更新し、この時点でターゲットを捕らえたことがわかるので、７０％の確率に至るまでは時間を要した。
本発明では上記７０％の確率に至るまでの時間をより短くしようとするものである。図１１は上記確率を得るまでの時間を短くした本発明による実施例を説明するための図である。図６において説明したように、本発明においては、スキャンされた複数のビームのステップの個々の角度においてターゲットを検出する毎にデータの更新を行うようにしたので、１回のスキャンでビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ がそれぞれターゲットを捕らえたなら３回分の確率が加えられる。図１１では１回目のスキャンｓ1 において、ビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ がそれぞれ時点ａ₀₁、ｂ₀₁、ｃ₀₁においてターゲットを捕らえ、２回目のスキャンｓ2 においてそれぞれ時点ａ₀₂、ｂ₀₂、ｃ₀₂においてターゲットを捕らえ、３回目のスキャンｓ3 においてそれぞれ時点ａ₀₃、ｂ₀₃、ｃ₀₃においてターゲットを捕らえたとすれば、２回目のスキャンにおいて確率が７０％を超えることとなり、そのターゲットが自車線内にあると判断するまでの時間が短くなる。
【００２４】
なお、この場合も前述のように、どのビームで捕らえたならそのターゲットが自車線内であるかどうかは、車間距離あるいは道路形状により変化する。従って、これらに応じて上記ビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ に相当するビームを変える手段を備えている。
図１２は本発明におけるビームａ₀ 、ｂ₀ 、ｃ₀ が物体を捕らえた回数と、確率の関係を示したものである。この図でも図１０と同様に物体を捕らえた回数が４回以上の場合に確率が７０％を超えるようにしてある。しかし、この場合は１回のスキャンにおいて最大３回物体を捕らえたことを認識できるので、短時間で７０％の確率を超えることとなり、その物体が自車線内にあると判断するまでの時間を短くすることができる。
【００２５】
図１３は本願発明のスキャン式レーダの信号処理装置における信号処理のための制御及び動作のフローチャートを示す図である。なお、このフローチャートに示された制御及び動作は図２のレーダ信号処理部１２により行われる。
図１３において、レーダのスキャンが開始されると（Ｓ１）、ビームの移動が行われる（Ｓ２）。ビームの移動は、例えば、図６に示されているように、１０本のビームを±５°の範囲で１°刻みで左右に振ることにより行う。そして、ビームの角度１°毎に前方車両からの反射波を受信して車間距離と相対速度を算出する（Ｓ３）。その際、各車間距離と相対速度を検出したビームの角度も検出される。そして、算出されたデータに基づき現在のビーム位置に前回と同一のターゲットがあるかどうか判断される（Ｓ４）。前回と同一ターゲットがあれば（Ｙｅｓ）車間距離及び相対速度のデータは更新される（Ｓ５）が、そうでなければ（Ｎｏ）データは更新されない。同じターゲットであるかどうかは、距離、相対速度及びターゲット検出角度がほぼ等しいかどうかによって判断する。これらのデータ値がほぼ等しい場合同じターゲットであると判断される。次にビームが±５°の位置であるかどうか、即ち、ビームが図６のビームの端部ｔに位置しているかどうか判断される（Ｓ６）。端部ｔに位置していれば（Ｙｅｓ）、検出したターゲットである前方車両の位置を算出する（Ｓ７）。ターゲットの位置はすでに更新されている車間距離と、１スキャンを終了してその物体を検出した複数のビームの広がりの角度（ターゲット位置検出角度）から算出できる。なお、Ｓ６においてビームがまだ端部ｔに至っていないと判断された場合（Ｎｏ）、ターゲットの位置は算出されずにＳ２に戻り、ビームは角度１°づつ移動して端部に来るまで角度１°毎に車間距離及び相対速度を検出してデータを更新する。
【００２６】
前方車両であるターゲット位置が算出されると（Ｓ７）、前回と同じターゲットかどうか判断される（Ｓ８）。同じターゲットであるかどうかは、上記のように距離、相対速度及びターゲット位置検出角度がほぼ等しいかどうかによって判断する。同じターゲットであると判断された場合（Ｙｅｓ）、ターゲット位置検出角度のデータが更新される（Ｓ９）。同一ターゲットであると判断されなかった場合（Ｎｏ）、新規ターゲットであると判断される（Ｓ１０）。前述のように新規ターゲットであると判断されると、別のターゲットとして既存のターゲットに加えて記憶される。ここではビームはすでに一方の端に来ており、例えば図６のｔに示す位置に来ていれば、反対方向にスキャンするためモータを反転させ（Ｓ１１）、ビームを反対方向に向けて移動させる。
【００２７】
また、Ｓ５において車間距離及び相対速度のデータが更新されるが、同時に、検出されたターゲットが複数のステップの角度のビームの内自車線内であると判断できる角度のビームで捕らえられたかどうかもわかる。従って、上記ビームにより検出された回数をカウントし、図１２に示されているようにターゲットが自車線内であるかどうか判断するまでの時間を短くできる。
【００２８】
なおこの場合、ターゲットが自車線内であると判断できる角度のビームは、ターゲットまでの距離、道路形状等により１回のスキャンで３本の場合、または１本の場合、あるいは一時的に０となることもある。しかし、これらのビームにより検出された回数は、その物体がターゲットとして認識されなくなるまでカウントされ、検出されたターゲット物体が自車線内のものかどうか判断するためのデータとして用いられる。
【００２９】
そして、上記のターゲットが自車線内であるかどうか判断した結果は、車間距離制御の対象を選定するために用いる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明では、レーダのビームをスキャンする複数のステップの個々の角度においてターゲットを検出し、車間距離及び相対速度のデータを得る毎にこれらのデータの更新を行うようにしたので、リアルタイムで車間距離及び相対速度のデータを得ることができる。そのため、車間距離制御を正確に行うことができる。
【００３１】
また、車間距離及び相対速度を検出すると同時に、これらを検出したビームの角度も検出し、ある角度のビームでターゲットが検出され、検出されたターゲットがその時点において自車線内であると判断できる角度のビームで検出された場合、その回数をカウントしている。そのため、１スキャン単位ではなく１ビーム単位で判断材料を得ることができ、検出されたターゲットが自車線内であると判断すための時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスキャン式レーダ装置を用いた車間距離制御装置の構成の概要を示した図である。
【図２】図１の信号処理回路の構成を示した図である。
【図３】従来のスキャン式レーダの信号処理装置において、どのように検出データを更新しているかを説明するための図である。
【図４】従来のスキャン式レーダの信号処理装置における信号処理のための制御及び動作のフローチャートを示した図である。
【図５】本発明のスキャン式レーダの信号処理装置において、どのように検出データを更新するかを説明するための図である。
【図６】本発明のスキャン式レーダの信号処理装置において、どのように検出データを更新するかを説明するための別の図である。
【図７】図６の各時点において検出されたデータを示した図である。
【図８】図７に示した検出されたデータをどのように更新するか示した図である。
【図９】検出した物体が自車線内であるかどうか判断するための確率を、どのように求めているかを説明するための図である。
【図１０】ビームが物体を捕らえた回数と確率の関係を示した図である。
【図１１】ビームが物体を捕らえた回数と確率を得るまでの時間を短くした本発明の実施例を説明するための図である。
【図１２】本発明によるビームが物体を捕らえた回数と確率の関係を示した図である。
【図１３】本発明のスキャン式レーダの信号処理装置における信号処理のための制御及び動作のフローチャートを示した図である。
【符号の説明】
１…レーダアンテナ
２…走査機構
３…信号処理回路
４…ステアリングセンサ
５…ヨーレートセンサ
６…車速センサ
７…車間距離制御ＥＣＵ
８…警報機
９…ブレーキ
１０…スロットル
１１…走査角制御部
１２…レーダ信号処理部
１３…制御対象認識部

Claims (4)

1. 一定のステップ角度でビームを回転させてスキャンを行うスキャン式レーダの信号処理装置において、ビームをスキャンする複数のステップの個々の角度においてターゲットを検出した場合、該個々の角度毎に該ターゲットとの距離及び相対速度を得る手段、該ターゲットとの距離及び相対速度を該個々の角度毎に得られたターゲットとの距離及び相対速度に、該個々の角度毎に該ターゲットとの距離及び相対速度を得た時点で更新する手段を備えたスキャン式レーダの信号処理装置。
2. 前記ビームをスキャンする複数のステップの個々の角度においてターゲットを検出した場合、該個々の角度毎に該ターゲットとの距離及び相対速度を得る手段に加え、前記ビームがスキャン角度の端部に来たことを検出する手段、該ビームがスキャン角度の端部に来たことが検出されると１スキャンにおいて該ターゲットを検出した複数ビームのターゲット位置検出角度と更新されたターゲットとの距離から該ターゲットの位置を算出する手段を備えた、請求項１に記載のスキャン式レーダの信号処理装置。
3. 前記ビームをスキャンする複数のステップの個々の角度においてターゲットを検出した場合、検出された該ターゲットが自車線内であると判断できる所定の角度のビームで捕らえられた回数をカウントする手段、該カウント結果に基づいてターゲットが自車線内である確率を求める手段を備えた、請求項１に記載のスキャン式レーダの信号処理装置。
4. 前記検出されたターゲットが自車線内であると判断できる所定のビームの角度を、該ターゲットとの距離及び／又は道路の形状に従って設定する手段を有する、請求項３に記載のスキャン式レーダの信号処理装置。

Images