JP4817069B2 - 間隔測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車により連行されるか又は連行可能な間隔センサと物体との間の間隔を、電磁波信号を送信しかつ物体により反射される信号を受信しかつ続いて信号伝搬時間を求めることにより測定する方法に関する。更に本発明は、この方法を実施するのに適しかつ設けられる装置に関する。

欧州特許第０３１２５２４号明細書から、光パルス信号の処理による間隔測定の試みが公知である。この試みは、受信される信号の信号強度を適当に高めて、申し分のない信号処理従って求める間隔範囲にわたる間隔測定を十分な信頼性で可能にすることである。そのため、受信した信号を量子化された形で加算することが提案される。周期的に送信されるパルス列の適当な標本化時点に関する標本値のこの加算は、評価される受信信号の増幅を行い、それにより上昇に寄与する装置全体の感度の所望の上昇に寄与する。

ここで本発明は別の方策をとる。即ち本発明の目的は、受信される信号をできるだけよく再構成して、適格な基礎に立って受信される信号と送信される信号との対応を可能にすることである。換言すれば、本発明の課題は、一方では小さくかつ場合によっては暗い物体を検知できる十分に高い感度により、他方では非常に小さい間隔まで反射する障害物でも確実な測定値を供給する大きいダイナミックレンジによりすぐれている方法を提示することである。

課題を解決するための課題

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴によって解決される。そのため特に自動車により連行される間隔センサと物体との間の間隔を、電磁波信号を送信しかつ物体により反射される信号を受信することにより測定する方法において、物体により反射される信号が連続するパルスの列を含み、標本パルスを得るため、受信される信号が量子化され、標本パルスが加算され、受信される信号が、量子化及び加算の前に連続的に上昇する変調信号を重畳される。

本発明は、各測定サイクルにおいて複数のパルス（パルス列）を含む信号を送信するセンサが使用され、反射される信号が更に処理のため標本化されて、受信される各パルスに対して、標本パルス従って標本パルスの列を得る、という考察から出発している。

更に本発明は、アナログ雑音の振幅が量子化雑音より小さいと仮定して、複数のパルスの積分、例えば加算及びそれに続く平均値形成によっても、信号対雑音比（ＳＮ比）があまり改善されない、という認識に基いている。

個々の標本パルスを加算するために、各標本パルスのうちそれぞれ第１の標本値が加算されて、結果として得られる総和パルスの第１の支点を得る。それから、結果として得られる総和パルスの第２の支点を得るために、各標本パルスのうちそれぞれ第２の標本値が加算され、以下同じことを繰り返す。平均値を形成するために、結果として得られる総和パルスの個々の支点の値が、標本パルスの数により除算される。従って量子化に伴う情報損失にもかかわらず受信されるパルスの可能な限り良好な近似が、結果として生じる信号として得られる。

標本化すべき信号即ち受信されるパルス列の目的にかなったオフセット変調のために、受信されるパルスが、別のアナログ信号と重畳される。なお受信されるパルスは、なるべく量子化、加算及び平均値形成の前に、アナログ信号と重畳される。

本発明の利点は、予め規定されるか又は規定可能で大抵は等間隔の量子化レベルに加えて、予め規定されるか又は規定可能な量子化レベルの間に、仮想量子化レベルが生じることである。これらの仮想量子化レベルにより、所定の量子化レベルと比較して、受信される信号を更によく詳細に表示することができる。

従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に向けられている。

以下信号と称される重畳される信号は、測定サイクルにわたって（即ち予め測定されるか又は規定可能な数の積分又は加算されるパルスの間）、一定の振幅分布を持つ、既知の例えば推計学的に分布してない信号である。

変調信号に関して、以下の所定の個々の特徴又は組合わせが、特に有利な変調方法として使用される。

即ち受信されるパルスの組をなす列の間に一定な所定の振幅分布を持つ変調信号がなるべく使用される。

変調信号が均一に分布しており、その振幅が、受信されるパルスの量子化の際の量子化レベル又はこのような量子化レベルの整数倍に相当する場合も、有利であることがわかった。

更に標本化されかつ組をなすパルスの数と変調信号が通過する量子化レベルの数が、公約数を持たないと有利である。平均値のない変調信号が有利に使用される。

これらの全ての特徴を兼ね備えかつ振幅に関して容易に所望の関係に設定可能で全体として僅かな費用で発生可能な特に好ましいすべての変調信号として、のこぎり波状信号が使用される。

受信される信号を変調信号と重畳する代わりに、上記のような変調信号に応じて、量子化レベルのシフトも考えられる。同様に上記のような変調信号に応じて、受信されるパルスのスケーリングも行われる。その代わりに又はそれに加えて、上記のような変調信号に応じて、受信されるパルスの移相が行われる。なお別の好ましい実施形態として、上記のような変調信号に応じて送信されるパルス信号の時間的位置及び／又は信号伝搬時間が変化される。

装置に関して前記の課題は、本発明によれば、次の特徴により解決される。この装置は、特に自動車により連行可能で送信機及び受信機を持つ間隔センサを備え、送信機は電磁波信号を送信し、受信機は物体の所で反射される信号を連続するパルスの列の形で受信するようになっている。更に装置は、受信されるパルスと変調信号とを重畳する変調手段を備え、標本パルスを得るため各パルスを量子化する量子化手段例えば公知のアナログ−ディジタル変換器（単にＡＤ変換器という）を備え、互いに走査されるパルスを加算する処理手段、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ等を備えている。

本発明およびその実施形態の利点は特に、非常に簡単で従って安価な低い振幅解像度のＡＤ変操器を広いダイナミックレンジで使用できることである。

本発明の実施例が図面により以下に詳細に説明される。すべての図において、互いに一致する部分は同じ符号を付けられている。

図１は、物体２へ向かって動く自動車１を概略図で示している。車両は、以下まとめて衝突検知システムＫＳ又は単に衝突検知と称される衝突検知システム、衝突警報システム又は衝突回避システムを持っている。衝突検知システムＫＳは少なくとも送信機３、受信機４を含んでいる。送信機３と受信機４は、評価電子装置ＡＥと共に、以下単に間隔センサ５と称される間隔及び／又は速度センサ５を形成している。

送信機３は、測定サイクル中に電磁波信号６を送信し、即ち送信機３は、測定サイクル中に、以下単に信号６とも称される個別信号の列を送信する。信号６が物体２に当たると、この物体２によって反射される。その結果生じる反射信号７は受信機４に達するので、公知のように送信される信号６及び反射される信号７により、物体２と車両１との間隔ａが求められる。車両１の既知の速度ｖにより、物体２との起こりうる衝突までの時間を求め、それに応じて衝突の回避又は衝突の影響を最小にする適当な手段、例えば運転者への警告、車両のかじ取り及び／又は制動システムへの自動的な介入等を行う。

物体２自身が動く場合、例えば別の車両例えば対向車両の場合、物体２への距離だけでなく、距離又は間隔ａの時間的変化から、車両１自身の現在の速度を同時に考慮して、物体２の速度を求め、物体２の距離及び速度と車両自身の速度から、起こりうる衝突の危険及び起こりうる衝突までの時間を求めることができる。

図２は、時間軸１１に関して、反射される信号７を、受信されるパルス１０の列として示している。そのため送信機３は、各測定サイクル中に、信号６としてパルスの列を送信し、このパルス列は、物体２における反射後受信機４により、反射される信号７及び受信されるパルス１０の列として受信される。図示されている受信パルス１０の列は受信機４に現われる。これは、従来技術において公知である。

同様に従来の技術でも、図３に示す受信されるパルス１０の標本化又は量子化も公知である。そのため時間軸１１に沿って等間隔の標本化時点１２に、予め規定されるか又は規定可能な等間隔の量子化レベル１３に対する各受信パルス１０の現在の値が求められる。この標本化により、受信される各パルス１０に対して、標本パルス１４が得られる。

図４に、同様に従来の技術において公知であるとして示すように、評価される受信信号従って受信されるパルス１０を増大するために、標本パルス１４が総和パルス１５に加算される。しかし受信される信号のダイナミックレンジの増大はそれによっては行われない。なぜならば、総和パルス１５の各支点は、依然として等間隔の量子化レベル１３にあるからである。従って信号が単に伸ばされるだけである。即ち受信されるパルス１０の列をほぼ同時に考察するため、付加的な情報内容は利用されない。わかり易くするため、図４は、図２及び３に対して９０°だけ回され、即ち時間軸１１が垂直に延びている。

図５は、本発明による方法の１例を示す。それによれば受信されるパルス１０の列において、受信される各パルス１０は、変調信号１８のそのつど現在の値だけ増大される。変調信号１８として、のこぎり波状信号が示されている。各パルス１０の増大は、受信されるパルス１０と変調信号１８との加算によって行われる。加算のため、図示され即ち周期的に連続して上昇する形の変調信号１８、又はは受信される各パルス１０に対して、受信パルス１０の始めにおける変調信号１８の値が使用される。後者の場合、のこぎり波状変調信号１８は、段階状の周期的な変調信号（図示せず）にされる。

図示されているように連続的に上昇する変調信号１８の使用は、個々の受信されるパルス１０の線形歪みを生じるであろう。なぜならば、受信パルス１０に加えられるそれぞれの加数は、パルス１０の持続時間の増大と共に大きくなるからである。全く望ましいこの線形歪みは、連続的に上昇する変調信号１８の代わりに変調信号の段階状の変化を使用することによって、特に簡単に回避される。その際、パルス１０の開始毎に、変調信号１８の現在の値が求められ、受信されるパルス１０が、その完全な期間中この（一定の）値を加えられる。なお図５には、受信されるパルス１０が変調信号１８に応じて一定の値を加えられる状況が示されている。

図６は、変調信号１８を加えられる受信パルス１０も標本化されるので、各受信パルス１０に対して標本パルス１４が生じることを示している。個々の標本パルス１４は再び加算され、こうして生じる総和パルス（図示せず）から、結果として生じる信号１６を得るために平均値が形成される。

図７は、受信されるパルス１０の加算及び変調信号との重畳後に生じる信号１６の図を示している。ここでは、結果として生じる信号１６は、等間隔の量子化レベル１３の間にあってもよい支点から生じる。換言すれば、有利なように「仮想量子化レベル」１７が等間隔の量子化レベル１３の間に生じる。これは、そのつど考察されるパルス列内のパルス１０の数の増大と共に零へ近づく非常に微細な量子化幅を持つパルス１０の列の標本化にほぼ相当する。その結果、これにより、受信されるパルス１０のコピーとして生じる信号１６の一層高度の量子化により、受信される信号１０の著しく高い解像度が得られる。生じる信号１６が、各標本パルス１４よりもっと正確に、受信されるパルス１０を模擬することが、直ちにわかる。

図８に示すように、受信されるパルス１０が変調信号１８のそのつど現在の値によって有利にスケーリングされる場合、同様の結果が得られる。これにより、受信されるパルス１０の振幅変調が簡単な形で可能になる。スケーリングされる受信パルス１０は再び（図示されないが）量子化レベル１３に従って標本化されるので、標本パルス１４が生じる。これらのパルスが加算される。その場合得られる信号（別には図示せず）は、図７に示す信号１６のように仮想量子化レベル１７上の支点を含んでいる。

受信されるパルス１０への変調信号１８の加算印加は、図６に示すように、「オフセット変調」とも称することもできる。受信されるパルス１０への変調信号１８の乗算印加は、図８に示すように、「振幅変調」とも称される。

振幅変調では、所望の効果が近似的に得られる。なぜならば、効果は変調信号１８の振幅に関係しているからである。しかし、変調が十分大きいスケーリング範囲にわたって行われると、本発明のこの例に従っても付加的な仮想量子化レベル１７が得られる。振幅変調は、特にパルス中央（いわゆるピーク）の範囲で効果を発揮する。

変形例では、受信されるパルス１０ではなく、受信されるパルス１０の基礎となっているパルス又は信号６が、図８に示すようにスケーリングされる。

別の変形例では、受信されるパルス１０の代わりに、量子化レベル１３が変調信号１８に応じてスケーリング又はシフトされる。
変調信号１８に応じて量子化レベル１３のスケーリングが、図９に概略的に示されている。受信されるパルス１０は、受信されるパルス１０の列中ではもはや等間隔でない量子化レベル１３によって標本化されるのが好ましい。それによりそれぞれの標本パルスの異なる形状が得られる（もはや別には図示せず）。−般的に、連続する受信パルス１０の列内で最後に受信されるパルス１０は、次第に粗く標本化されるということができる。標本パルスのそれぞれ異なる形状のため加算及び重畳変調により、再び多くの仮想量子化レベル１７が得られる。

最後に、変調信号１８に応じて標本化時点１２の間隔をスケーリングすることによって、本発明の変形例が得られる。この変形例は、原理的に、変調信号１８に応じて量子化レベル１７の間隔がスケーリングされる図９の変形例に相当している。従って標本化時点１２の間隔のスケーリングは、別に図示されていない。この変形例でも、受信される各パルス１０は、標本パルス１４を得るために、それぞれ生じる標本化時点１２に標本化される。これらのパルスは再び加算されるので、平均値形成後付加的な仮想量子化レベル１７を持つ信号が得られる。この変形例でも、所望の結果が近似的に得られる。なぜならば、効果は、それぞれの標本化時点１２における変調信号１８の時間的勾配に関係しているからである。

スケーリングが十分に大きい範囲にわたって行われると、この変形例によっても、付加的な仮想量子化レベル１７が示される。この変形例は、特にパルスの側辺に影響を及ぼす。更にこの変形例は、前述の変形例と区別するため、「位相変調」と称される。

標本化時点１２の代わりに、送信される信号６のパルスの時間的位置又は信号伝搬時間が変化されると、付加的な変形例が得られる。

前述の変形例の個々又は複数の有意義な組合わせにより、別の変形例が得られる。振幅変調により受信されるパルス１０の中央が、また位相変調により受信されるパルス１０の側辺が、一層精密に解像されるので、例えばそれぞれ個別の変調信号１８による振幅変調及び位相変調の組合わせなどが好ましい。

従って、本発明は以下のように短く説明される。特に自動車により連行される間隔センサと物体との間の間隔測定を電磁波の送信及び物体により反射される信号の受信、及び信号伝搬時間の検出により行う方法と、この方法の実施に適した装置が提示され、物体における反射後受信されるパルスが量子化され、かつ加算され、方法の実施形態において、受信されるパルスが変調信号を印加されるか、又はこれと重ねられる。

物体の方向へ動きかつ物体を検出する装置を持つ車両を示す。 時間軸に関して物体における反射後受信されるパルスの列を示す。 受信パルスの公知の標本化又は量子化を示す。 標本パルスの公知の加算の結果としての総和パルスを示す。 変調信号を用いる本発明による方法の実施例を示す。 変調信号を印加される受信パルスの走査を示す。 パルスの加算及び平均の形成後に生じる信号の図を示す。 変調信号による受信パルスのスケーリングを示す。 変調信号に応じた量子化レベルのスケーリングを示す。

１ 車両
２ 物体
３ 送信機
４ 受信機
５ 間隔センサ
６ 送信される信号
７ 反射されて受信される信号
１０ パルス
１１ 時間軸
１２ 標本化時点
１３ 量子化レベル
１４ 標本パルス
１５ 総和パルス
１６ 結果として生じる信号
１７ 仮想量子化レベル
１８ 変調信号
ａ 間隔
ＡＥ 評価電子装置
ＫＳ 衝突検知システム
ｖ 車両１の速度

Claims (3)

1. 間隔センサ（５）と物体（２）との間の間隔を、電磁波信号（６）を送信しかつ物体（２）により反射される信号（７）を受信することにより測定する方法であって、物体（２）により反射される信号（７）が連続するパルス（１０）の列を含み、標本パルス（１４）を得るため受信される信号（７）が量子化され、標本パルス（１４）が加算されるものにおいて、受信される信号（７）が、量子化及び加算の前に、時間と共に連続的に上昇する変調信号（１８）と重畳されることを特徴とする、間隔測定方法。
2. 変調信号（１８）がのこぎり波状信号即ち時間的にのこぎり波形の変化をする信号である、請求項１に記載の方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法を実施するための装置であって、送信機（３）及び受信機（４）を持つ間隔センサ（５）を備え、送信機（３）は電磁波信号を送信し、受信機（４）は物体（２）の所で反射される信号（７）を連続するパルス（１０）の列の形で受信するようになっており、受信される信号（７）と時間と共に連続的に上昇する変調信号（１８）とを重畳する変調手段を備え、標本パルス（１４）を得るため受信される信号（７）を量子化する量子化手段を備え、標本パルス（１４）を加算する処理手段を備えている装置。

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