JP4697072B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
[問題1]
図23(a)は、積算信号(以下、受信信号積算結果)に含まれる規則性あるノイズ成分とバックグラウンドノイズとのレベルが一致している場合を示している。この図23(a)の場合には、上記差分処理により、ピーク波形が適切に抽出できる。一方、図23(b)は、受信信号積算結果に含まれる規則性あるノイズ成分とバックグラウンドノイズとのレベルにずれが生じている場合を示しているが、この図23(b)の場合には、差分処理によりピーク波形を適切に抽出することができない。
[問題2]
図24は、2個のピークが引っ付いた受信信号積算結果とバックグラウンドノイズを示している。このような受信信号積算結果は、レーザビームが照射される範囲に2つの反射物が照射方向に並んで存在する場合に得られることがある。このような受信信号積算結果からバックグラウンドノイズを差し引いた場合、図25に示すように、2個のピークが引っ付いた、元の形状のままのピーク波形となる。なお、図25は、差分処理において、受信信号積算結果がバックグラウンドノイズより小さくなっている箇所は負の値でなくゼロにしたものである。
[問題3]
一般的なレーダ装置では、受光素子とAD変換回路との間はコンデンサでACカップリングされ、受信信号の変動量(交流成分)がAD変換回路に入力される構成になっている。これは、受光素子の出力レベルのままAD変換回路に入力すると、AD変換の入力範囲を超える場合があるため、直流成分をカットしてピーク信号がAD変換範囲に収まるようにするためである。
受信信号の一定時間毎の信号成分を示す各ポイントが、当該受信信号の波形の形状において、ピーク探索中、立上り開始、立上り中、立下り中、及び立上りチェックのうち、どの状態にあるかを、判定対象の1個のポイントと、その1個のポイントに対して時間的に前後する少なくとも2個のポイントとの信号成分の差分値の符号及びその差分値の大きさから判定する状態判定手段と、
状態判定手段の判定したポイントのうち、特定の状態遷移をたどる複数のポイントからなるポイント系列を、反射物からの反射波を受信したことを示すピーク波形を形成するグループであると判定するグループ判定手段と、
レーダ手段の出力する受信信号から、グループ判定手段の判定したピーク波形を形成するグループに属するポイント系列の受信信号を抽出する抽出手段と、
抽出手段の抽出したポイント系列の受信信号に基づいて反射物を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする。
(ア)”立上り開始”→”立下り中_1”→”ピーク探索”
(イ)”立上り開始”→”立下り中_4”→”ピーク探索”
(ウ)”立上り開始”→”立上りチェック”→”ピーク探索”
(エ)”立上り開始”→”立上りチェック”→”立上り開始”
(オ)”立上り開始”→”立上り中_3”→”立上り開始”
請求項2に記載のレーダ装置は、ピーク波形を形成するグループに属するポイント系列の受信信号を記録するとともに、グループに属さないポイントの信号成分の大きさをゼロに変更する処理を実行する処理手段を備えることを特徴とする。これにより、抽出手段は、レーダ手段の出力する受信信号から、ピーク波形を形成するグループに属するポイント系列の受信信号のみを抽出することができる。
ピーク波形を形成するグループに属するポイント系列のうち、状態判定手段が立上り開始状態にあると判定したポイントの信号成分をオフセット分として記録するオフセット記録手段と、ピーク波形を形成するグループに属する各ポイントの信号成分から、オフセット分を除去するオフセット除去手段と、を備えることを特徴とする。
抽出対象のグループに付与されたグループ情報を指定するグループ指定手段を備え、
グループ指定手段の指定したグループ情報と一致するグループ情報が付与されたポイント系列の受信信号を抽出するとよい。
レーダ手段から隣接して照射される所定個数の送信波に基づいて出力される所定個数の受信信号を積算して、積算信号を出力する積算手段を備え、
状態判定手段は、積算信号の一定時間毎の信号成分を示す各ポイントが、当該積算信号の波形の形状においてどの状態にあるかを判定し、
抽出手段は、積算手段の出力する積算信号から、グループ判定手段の判定したピーク波形を形成するグループに属するポイント系列の積算信号を抽出し、
検出手段は、抽出手段の抽出したポイント系列の積算信号に基づいて反射物を検出することを特徴とする。
状態判定手段は、積算信号の一定時間毎の信号成分を示す各ポイントが、当該積算信号の波形の形状においてどの状態にあるかを判定し、
抽出手段は、積算手段の出力する積算信号から、グループ判定手段の判定したピーク波形を形成するグループに属するポイント系列の積算信号を抽出し、
検出手段は、抽出手段の抽出したポイント系列の積算信号に基づいて反射物を検出するようにしてもよい。
(判定1)
条件1:(c>b) AND (c−b)>閾値 AND (a>b)
条件2:(c>b) AND (c−b)>閾値 AND (c−b)>(|b−a|×2)
また、図17に示す判定6は、積算信号成分が小さいピークを示す場合の判定であり、判定1と同様に、以下に示す2つの条件のうち何れかが成立する場合に”立上り開始”と判定する。
(判定6)
条件1:(c>b) AND (c−b)>閾値/4 AND (c−b)>(|b−a|×3)
条件2:(c>b) AND (b>a) AND (c−b)+(b−a)>(閾値×0.625)
ここで、図11に示す状態遷移図において、“立上り開始“状態と判定されてから、以下に示す5つの特定の状態遷移の経路をたどる場合、その状態遷移をたどる複数のポイントからなるポイント系列は、反射物からの反射波を受信したことを示すピーク波形を形成するグループであると判定する。なお、以下の(ア)〜(オ)のそれぞれの状態遷移は、遷移過程の全ての状態を示すものではなく、”最初の状態”→”最後の状態”→”最後の次の状態”の3つの状態のみ記述したものであり、途中の状態の遷移過程の記述は省略している。また、2個のピークが引っ付いた波形の例のように、ピーク波形を形成するグループは1個とは限らない。
(ア)”立上り開始”→”立下り中_1”→”ピーク探索”
(イ)”立上り開始”→”立下り中_4”→”ピーク探索”
(ウ)”立上り開始”→”立上りチェック”→”ピーク探索”
(エ)”立上り開始”→”立上りチェック”→”立上り開始”
(オ)”立上り開始”→”立上り中_3”→”立上り開始”
図9に示すような一般的な形状のピーク波形の場合、そのピーク波形を形成する各ポイントは、”立上り開始ST2”→”立上り中ST3”→”立下り中ST4”→”ピーク探索中ST1”というように、特定の状態遷移をたどることがわかる。
(判定2)
条件:(c>b) AND (a<b)
この判定2の条件が成立しない場合、つまり、”立上り中”の状態でない場合には、その検証ポイントは”立下り中_1”の状態に移行する。この”立下り中_1”状態へ移行した場合には、同じ検証ポイントに対して、図15に示す判定4を実行する。図15に示す判定4は、積算信号成分の大きいピークを示す場合の判定であり、以下に示す2つの条件のうち何れかが成立する場合に、その検証ポイントを”ピーク探索中”状態のポイントと判定し、”ピーク探索中”状態に戻す。つまり、これは、1個のポイントだけがピーク頂点になった状態(三角形状態)の場合である(これを”場合3”とする。)。
(判定4)
条件1:(c>b) AND (b<a) AND (a−b)>閾値 AND (a−b)>(b−c)×4
条件2:|b−c|<閾値 AND b<a AND (a−b)>閾値 AND (a−b)>(b−c)×4
以上説明した状態遷移が(ア)”立上り開始”→”立下り中_1”→”ピーク探索”の状態遷移である。
(判定7)
条件:|b−c|<閾値 AND (b<a) AND not{(a−b)>閾値 AND (a−b)>(b−c)×4} AND c>b AND (c−b)<閾値
この“立上りチェック”状態と判定された検証ポイントの次のポイントに対して、図17に示した判定6を実行する。そして、判定6の条件が成立する場合は、“立上り開始“状態に移行するが、成立しない場合は”ピーク探索“状態に戻る。以上説明した状態遷移が(ウ)”立上り開始”→”立上りチェック”→”ピーク探索”の状態遷移である。
(判定3)
条件:(c<b) AND (a<b)
”場合2”の“立上り中”状態において、判定3の条件が成立する場合、次のポイントは“立下り中_1”状態に移行する。この“立下り中-1”状態に移行したポイントは、”場合3”及び”場合4”での説明と同じ状態遷移になる。
(判定5)
条件:(b<a)
この判定5の条件が成立した場合、このポイントの一つ前のポイントでピークは終了し、このポイントを“ピーク探索“状態に戻して、次の新しいピーク抽出のための状態判定に移る。以上の状態遷移が(イ)”立上り開始”→”立下り中_4”→”ピーク探索”である。この判定5が成立しない場合は、次のポイントは“立下り中_1”に移行し、状態遷移の移行を繰り返す。
上記実施形態によるピーク波形の抽出方法と、特開2005−257405号公報に記載のバックグラウンドノイズを用いたピーク波形の抽出方法とを併用する構成にしてもよい。その場合の検出回路85の構成を図22に示す。
上述した実施形態においては、X軸方向に走査される各走査ラインにおいて、隣接して照射される複数本のレーザ光に基づく受光信号を積算する例について説明した。しかしながら、一定角度に照射される送信波に基づいて出力される、一定時間内の所定個数の受光信号を積算するようにしてもよい。このようにした場合であっても、反射物からの反射波に対応する信号成分が増幅されるようになり、その一方で、種々の要因で、受光信号に重畳されるランダムなノイズ成分の増幅の程度は小さいため、積算信号においては、反射物からの反射波に対する受信信号成分のS/N比が向上する。
上記実施形態では、積算処理部88は、受光信号を1個分ずつずらしながら、積算する受光信号の範囲を移動させた。しかしながら、積算する受光信号の個数よりも少ない範囲で、複数個の受信信号分だけずらしながら、積算する受光信号の範囲を移動させても良い。このようにした場合であっても、少なくとも、受信信号を所定個数ごとに分けて、それぞれ積算信号を求めた場合に比較して、積算信号の検知分解能を向上することができる。
上述した実施形態においては、X軸方向に走査される各走査ラインにおいて、隣接して照射される複数本のレーザ光に基づく受光信号を積算する例について説明した。しかしながら、積算する受光信号は、X軸方向に隣接して照射されるレーザ光に限らず、Y軸方向に隣接して照射されるレーザ光によるものであっても良い。さらに、隣接して照射されるレーザ光の範囲は、X軸及びY軸の複数の走査ラインに及ぶものであっても良い。
上記実施形態では、レーザ光の2次元スキャンを行うために面倒れ角が異なるポリゴンミラー73を用いたが、例えば車幅方向にスキャン可能なガルバノミラーを用い、そのミラー面の倒れ角を変更可能な機構を用いても同様に実現できる。但し、ポリゴンミラー73の場合には、回転駆動だけで2次元スキャンが実現できるという利点がある。
上記実施形態では、レーザレーダセンサ5内部において、距離及び対応するスキャン角度θx,θyを極座標系からXYZ直交座標系に変換していたが、その処理を物体認識ブロック43において行っても良い。
上記実施形態では、レーザ光を用いたレーザレーダセンサ5を採用したが、ミリ波等の電波や超音波等を用いるものであってもよい。また、スキャン方式にこだわる必要はなく、距離以外に方位を測定できる方式であればよい。そして、例えばミリ波でFMCWレーダ又はドップラーレーダなどを用いた場合には、反射波(受信波)から先行車までの距離情報と先行車の相対速度情報が一度に得られるため、レーザ光を用いた場合のように、距離情報に基づいて相対速度を算出するという過程は不要となる。
上記実施形態では、レーザ光に対する反射強度が不十分な反射物も検知できるようにするために、複数の受光信号を積算した積算信号を算出した。しかしながら、反射物の検出は、個々の受光信号に基づいて行なうようにしても良い。
上述した実施形態においては、本発明によるレーダ装置を車両用レーダ装置として用いた場合について説明した。しかしながら、本発明によるレーダ装置は車両用に限らず、例えば所定のエリアに対する侵入者検出のために用いることも可能である。
上述した実施形態においては、図2に示すスキャン方式を使用した例について説明しているが、指定方向(一定角度)にレーザビームを固定して、一定時間内の反射信号を積分する方式に対しても同じように利用することが出来る。
Claims (7)
- 所定の角度範囲に渡って複数の送信波を照射し、各送信波に対する反射波を受信した際に、その反射波の強度に応じた受信信号を出力するレーダ手段と、
前記受信信号の一定時間毎の信号成分を示す各ポイントが、当該受信信号の波形の形状において、ピーク探索中、立上り開始、立上り中、立下り中、及び立上りチェックのうち、どの状態にあるかを、判定対象の1個のポイントと、その1個のポイントに対して時間的に前後する少なくとも2個のポイントとの信号成分の差分値の符号及びその差分値の大きさから判定する状態判定手段と、
前記状態判定手段の判定したポイントのうち、特定の状態遷移をたどる複数のポイントからなるポイント系列を、反射物からの反射波を受信したことを示すピーク波形を形成するグループであると判定するグループ判定手段と、
前記レーダ手段の出力する受信信号から、前記グループ判定手段の判定したピーク波形を形成するグループに属するポイント系列の受信信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段の抽出したポイント系列の受信信号に基づいて反射物を検出する検出手段と、を備えることを特徴とするレーダ装置。 - 前記ピーク波形を形成するグループに属するポイント系列の受信信号を記録するとともに、前記グループに属さないポイントの信号成分の大きさをゼロに変更する処理を実行する処理手段を備えることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
- 前記ピーク波形を形成するグループに属するポイント系列のうち、前記状態判定手段が立上り開始状態にあると判定したポイントの信号成分をオフセット分として記録するオフセット記録手段と、
前記ピーク波形を形成するグループに属する各ポイントの信号成分から、前記オフセット分を除去するオフセット除去手段と、を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のレーダ装置。 - 前記ピーク波形を形成するグループが複数存在する場合、その各々のグループに属する全てのポイントに対して、各々のグループを区別するためのグループ情報を付与し、前記各々のグループに属するポイント系列の受信信号と前記グループ情報とを関連付けて記録するグループ情報記録手段を備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のレーダ装置。
- 前記抽出手段は、抽出対象のグループに付与されたグループ情報を指定するグループ指定手段を備え、前記グループ指定手段の指定したグループ情報と一致するグループ情報が付与されたポイント系列の受信信号を抽出することを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。
- 前記レーダ手段から隣接して照射される所定個数の送信波に基づいて出力される所定個数の受信信号を積算して、積算信号を出力する積算手段を備え、
前記状態判定手段は、前記積算信号の一定時間毎の信号成分を示す各ポイントが、当該積算信号の波形の形状においてどの状態にあるかを判定し、
前記抽出手段は、前記積算手段の出力する積算信号から、前記グループ判定手段の判定したピーク波形を形成するグループに属するポイント系列の積算信号を抽出し、
前記検出手段は、前記抽出手段の抽出したポイント系列の積算信号に基づいて反射物を検出することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 前記レーダ手段から一定角度に照射される送信波に基づいて出力される、一定時間内の所定個数の受信信号を積算して、積算信号を出力する積算手段を備え、
前記状態判定手段は、前記積算信号の一定時間毎の信号成分を示す各ポイントが、当該積算信号の波形の形状においてどの状態にあるかを判定し、
前記抽出手段は、前記積算手段の出力する積算信号から、前記グループ判定手段の判定したピーク波形を形成するグループに属するポイント系列の積算信号を抽出し、
前記検出手段は、前記抽出手段の抽出したポイント系列の積算信号に基づいて反射物を検出することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のレーダ装置。
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