JP4827956B2 - 車載用レーダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーダを車両に搭載して、自車周辺に存在する物体（以下、ターゲットと表記する）を検出して、その位置や速度を測定する車載用レーダ装置に関し、特に、レーダ測定座標系の基準軸ずれ角度（以下、軸ずれ角度と略記する）の推定と補正が可能な車載用レーダ装置に関する。

車載用レーダを車両に搭載した場合、種々の要因により、図３に示すように、理想状態に対し、軸ずれ例ＩまたはＩＩのように、車両進行方向と、レーダによる測定座標系の基準軸にずれが生じることがある。このずれによって、走行中の自車に対する周辺ターゲットの相対位置が適正に得られなくなる。

車載用レーダの軸ずれ角度の検知方法として、ターゲットについて測定される方位角度θと相対ドップラー速度Ｖｓ、さらに自車の走行速度Ｖｈ、相対ドップラー速度Ｖｓと自車の走行速度Ｖｈに含まれる速度誤差比Ａ、および軸ずれ角度ψについて成立する下記原理式（１）を利用する従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２２８７４９号公報

しかしながら、従来技術は、軸ずれ角度ψだけでなく、速度誤差比Ａも推定しなければならず、推定処理のために多くの演算資源を必要とし、例えば装置サイズが増大するという課題がある。

この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、軸ずれ角度の推定処理に必要な演算資源量を減らし、装置サイズを小さくすることができる車載用レーダ装置を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するため、この発明に係る車載用レーダ装置は、ターゲット情報としてターゲットの方位角度と相対ドップラー速度を測定する測定手段と、自車の走行速度を検知する走行速度検知手段と、自車の旋回速度を検知する角速度検知手段と、ターゲットの相対ドップラー速度と自車の走行速度及び自車の旋回速度に関する条件を満足するターゲット情報を抽出し、新たなターゲット情報として、抽出されたターゲット情報のうち、前記方位角度と、前記相対ドップラー速度を前記自車の走行速度で除算した速度比とを蓄積する抽出蓄積手段と、前記抽出蓄積手段に蓄積されたターゲット情報を読み出して、レーダによる測定座標系の軸ずれ角度をターゲットの方位角度の２次多項式でなる近似式に基づいて推定する軸ずれ角度推定手段とを備えを備え、前記軸ずれ角度推定手段は、ターゲットの方位角度をθとし、前記相対ドップラー速度を前記自車の走行速度で除算した速度比をγとし、前記相対ドップラー速度と前記自車の走行速度に含まれる速度誤差比が１である場合に、レーダによる測定座標系の基準軸ずれ角度ψにおいて成立する式
γ＝ｃｏｓ（θ＋ψ）
について右辺をターゲットの方位角度θの２次多項式で近似した近似式
γ＝ｃｏｓ（θ＋ψ）≒−ａ（θ） ^２ ＋ｂ（θ）＋ｃ
ここで、ａ，ｂ，ｃは係数
を得て、当該近似式に基づいて軸ずれ角度を推定する。

この発明によれば、軸ずれ角について成立する原理式の代わりに近似式を用いて、軸ずれ角度のみを簡易な演算で推定するので、軸ずれ角度の推定処理に必要な演算資源量を減らし、装置サイズを小さくする効果を奏する。

この発明の実施の形態に係る車載用レーダ装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に係る軸ずれ角度推定の原理説明図である。 レーダによる測定座標系の軸ずれの説明図である。

以下、この発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態に係る車載用レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１に示す車載用レーダ装置１は、車載用レーダ装置１の各構成を制御する制御部１１と、送信信号を生成すると共に、受波された電磁波を受信信号に変換する送受信部１２と、送受信部１２で生成された送信信号を送信電磁波として空間に放射すると共に、ターゲットなどで反射した電磁波を受波する送受波部１３と、ターゲット情報としてターゲットの方位角度と相対ドップラー速度を測定する測定部１４と、ターゲットの相対ドップラー速度と走行速度センサ２により検知される自車の走行速度Ｖｈ及び角速度センサ３により検知される自車の旋回速度に関する条件を満足するターゲット情報を抽出し、新たなターゲット情報として、抽出されたターゲット情報のうち、方位角度と、相対ドップラー速度を自車の走行速度で除算した速度比とを蓄積する抽出蓄積部１５と、抽出蓄積部１５に蓄積されたターゲット情報を読み出して、レーダによる測定座標系の軸ずれ角度をターゲットの方位角度の２次多項式に基づいて推定する軸ずれ角度推定部１６とを備える。

ここで、制御部１１は、例えば、専用のロジック回路や、所定のプログラムを内蔵する汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、あるいは両者の組み合わせで構成され、以下で述べる車載用レーダ装置１の各構成要素の動作タイミングなど制御する。

送受信部１２と送受波部１３では、制御部１１の制御に基づいて送受信部１２で生成された送信信号を、送受波部１３で送信電磁波として空間に放射し、ターゲットなどで反射した電磁波を送受波部１３が受波し、送受信部１２により受信信号に変換する。測定部１４は、受信信号に対して必要な処理を行い、少なくとも、ターゲットの方位角度と、相対ドップラー速度を測定する。また、ターゲットまでの距離を測定してもよい。

なお、送受信部１２は、相対ドップラー速度を測定するため、レーダ方式として公知である、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式、パルスドップラー方式などが実現できるよう構成され、送受信のタイミングは制御部１１により制御される。また、方位角度を測定するため、送受波部１３は、公知であるモノパルス測角用に方位方向について向きが変えられる機構や、公知であるアレー信号処理測角用に複数の送波、受波素子を備え、向きの制御や、複数素子での送波や受波のタイミング制御などは制御部１１で制御される。

受信信号の入力や測定結果の出力タイミングが制御部１１で制御される測定部１４では、相対ドップラー速度と方位角度を測定するための信号処理を実行するため、専用のロジック回路や、所定のプログラムを内蔵する汎用のＣＰＵおよび／またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）、あるいはこれらの組み合わせで構成される。

測定部１４によって測定されたターゲットの方位角度や、相対ドップラー速度は、例えば、車両に搭載されたＥＣＵ（Engine Control Unit）などに送られ、自車の追従対象選定や、自車の運動制御などに利用される。測定部１４は，測定されたターゲットの方位角度や、相対ドップラー速度を抽出蓄積部１５へも出力する。

抽出蓄積部１５は、自車の走行速度センサ２と、角速度センサ３の出力も入力し、以下の条件［１］及び［２］を満足するターゲット情報（方位角度と相対ドップラー速度）を抽出する。
［１］走行速度センサ２と角速度センサ３から算出した自車の走行時旋回半径の大きさ（絶対値）が直進走行とみなせるあらかじめ設定した値より大きい
［２］走行速度センサ２と相対ドップラー速度から算出したターゲットの対地速度が静止物とみなせるあらかじめ設定した範囲内である

抽出蓄積部１５は、抽出されたターゲット情報のうち、方位角度はそのまま、相対ドップラー速度は自車の走行速度で除算した速度比γとして、蓄積する。

また、抽出蓄積部１５は、ターゲット情報（方位角度と速度比）の個数があらかじめ設定された値になったら、制御部１１へ蓄積完了を意味する信号を送る。

制御部１１は、抽出蓄積部１５から蓄積完了を意味する信号を受け取った後、軸ずれ角度推定部１６に、推定処理開始を意味する信号を送る。

軸ずれ角度推定部１６は、制御部１１から、推定処理開始を意味する信号を受け取った後、抽出蓄積部１５に蓄積されたターゲット情報（方位角度と速度比）を読み出して、軸ずれ角度を推定する。

以下、軸ずれ角度推定部１６における軸ずれ角度の推定方法について詳細に述べる。ターゲットの角度θとターゲットについて観測される相対ドップラー速度Ｖｓ、自車の走行速度Ｖｈ、相対ドップラー速度Ｖｓと自車の走行速度Ｖｈに含まれる速度誤差比Ａ、および測定座標系基準軸ずれ角度ψにおいて成立する関係は、前述した式（１）に示した通りである。式（１）において、Ｖｓ／Ｖｈをγとし、Ａ＝１の場合、式（２）となる。

式（２）について右辺を式（３）のようにθの２次多項式で近似すると、式（３）を得る。

このとき、θの２次項係数ａを不変な固定値と仮定しても、図２に示すように、残りの係数ｂ，ｃによって、ｃｏｓ（θ＋ψ）は２次多項式で近似可能となる。

ここで、式（３）を式（４）の様に変形すると、もとの原理式（１）における軸ずれ角度ψを方位角度θ軸上の平行移動分ｂ／（２ａ）として近似できる。

抽出蓄積部１５に蓄積されたｎ個のターゲット情報として、方位角度をθｋ｛ｋ＝１〜ｎ｝、速度比をγｋ｛ｋ＝１〜ｎ｝とし、式（５）の成立を仮定する。

この式（５）に関して、例えば最小二乗法の直接解を求めるべく、行列Ｘの擬似逆行列を両辺の左から乗じれば、係数ｂのみを求めることができる。

この係数ｂと、不変な固定値ａから、ｂ／（２×ａ）により、軸ずれ角度ψが算出できる。なお、式（５）について最小二乗解を求める際に、別の算法を用いてもよい。

また、もとの原理式（１）において、速度誤差比Ａは、図２のように方位角度−速度比の平面上にあるターゲット情報に関し、速度比（縦）軸方向に変化を与えるものである。このため、式（４）から分かるように、その影響は係数ｃの変化として表れ易く、係数ｂが受ける影響は小さい。さらに、レーダ装置１と走行速度センサ２が通常動作中であれば、速度誤差比Ａの値が極端に１と異なることはなく、数パーセント程度の誤差であることを踏まえると、上記方法で係数ｂのみから軸ずれ角度ψを得ても問題はない。

上述した抽出蓄積部１５と軸ずれ角度推定部１６は、専用のロジック回路や、メモリ、汎用のＣＰＵ、プログラムを内蔵したＤＳＰ、あるいはこれらの組み合わせで構成される。

軸ずれ角度推定部１６により推定された軸ずれ角度ψは、例えば、制御部１１に送られ、その値があらかじめ設定された範囲内であれば、軸ずれ角度ψの値を制御部１１が測定部１４に送り、測定部１４がターゲットの方位角度を軸ずれ角度ψの分補正してから車両に搭載されたＥＣＵなどに出力する。

また、例えば、制御部１１に送られた推定軸ずれ角度の値が、あらかじめ設定された範囲外となった場合、車両に搭載されたＥＣＵなどを経由して運転者にレーダ装置出力結果の異常を知らせたりする。

この発明は、車載用レーダ装置において、レーダを車両に搭載した後、種々の要因により測定座標系基準軸がずれ生じた場合でも、そのずれ角度を補正して正しいターゲット情報を出力することに利用することができる。

１ レーダ装置、２ 走行速度センサ、３ 角速度センサ、１１ 制御部、１２ 送受信部、１３ 送受波部、１４ 測定部、１５ 抽出蓄積部、１６ 軸ずれ角度推定部。

Claims (6)

1. ターゲット情報としてターゲットの方位角度と相対ドップラー速度を測定する測定手段と、
   自車の走行速度を検知する走行速度検知手段と、
   自車の旋回速度を検知する角速度検知手段と、
   ターゲットの相対ドップラー速度と自車の走行速度及び自車の旋回速度に関する条件を満足するターゲット情報を抽出し、新たなターゲット情報として、抽出されたターゲット情報のうち、前記方位角度と、前記相対ドップラー速度を前記自車の走行速度で除算した速度比とを蓄積する抽出蓄積手段と、
   前記抽出蓄積手段に蓄積されたターゲット情報を読み出して、レーダによる測定座標系の軸ずれ角度をターゲットの方位角度の２次多項式でなる近似式に基づいて推定する軸ずれ角度推定手段と
   を備え、
   前記軸ずれ角度推定手段は、
   ターゲットの方位角度をθとし、前記相対ドップラー速度を前記自車の走行速度で除算した速度比をγとし、前記相対ドップラー速度と前記自車の走行速度に含まれる速度誤差比が１である場合に、レーダによる測定座標系の基準軸ずれ角度ψにおいて成立する式
   γ＝ｃｏｓ（θ＋ψ）
   について右辺をターゲットの方位角度θの２次多項式で近似した近似式
   γ＝ｃｏｓ（θ＋ψ）≒−ａ（θ） ^２ ＋ｂ（θ）＋ｃ
   ここで、ａ，ｂ，ｃは係数
   を得て、当該近似式に基づいて軸ずれ角度を推定する
   ことを特徴とする車載用レーダ装置。
2. 請求項１に記載の車載用レーダ装置において、
   前記軸ずれ角度推定手段は、
   前記近似式において、２次項係数ａを不変な固定値で近似して、１次項係数ｂのみを求め、推定する軸ずれ角度を
   ｂ／２ａ
   で算出する
   ことを特徴とする車載用レーダ装置。
3. 請求項１または２に記載の車載用レーダ装置において、
   前記抽出蓄積手段は、抽出条件を満たすターゲット情報として、前記走行速度検知手段からの自車の走行速度と前記角速度検知手段からの自車の旋回速度から算出した自車の走行時旋回半径が直線走行とみなせる予め設定した範囲内にあり、かつ前記走行速度検知手段からの自車の走行速度と前記測定手段からの前記相対ドップラー速度から算出したターゲットの対地速度が静止物とみなせる予め設定した範囲内にあるターゲット情報を抽出する
   ことを特徴とする車載用レーダ装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の車載レーダ装置において、
   前記抽出蓄積手段は、新たなターゲット情報として、前記方位角度と前記速度比とをあらかじめ設定された個数分蓄積し、
   前記軸ずれ角度推定手段は、前記抽出蓄積手段からの新たなターゲット情報である前記方位角度と前記速度比とを複数読み出して、レーダによる測定座標系の軸ずれ角度を推定する
   ことを特徴とする車載用レーダ装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の車載レーダ装置において、
   前記測定手段は、前記軸ずれ角度推定手段により推定した軸ずれ角度を用いて、レーダで測定されたターゲット情報の方位角度を補正する
   ことを特徴とする車載用レーダ装置。
6. 請求項５に記載の車載レーダ装置において、
   前記軸ずれ角度推定手段により推定した軸ずれ角度があらかじめ設定された範囲内であれば、前記軸ずれ角度推定手段により推定した軸ずれ角度を前記測定手段に送り、レーダで測定されたターゲット情報の方位角度を補正すべく制御し、推定した軸ずれ角度があらかじめ設定された範囲外であれば、運転者にレーダ装置の出力結果の異常を知らせる制御手段をさらに備えた
   ことを特徴とする車載用レーダ装置。

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