JP5221698B2 - 車載用レーダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、自車の前方に電波を送信し、自車の前方に存在する反射物体から反射して来る電波を検出することにより、自車と反射物体との相対距離、相対速度、水平方向角度、反射波強度などを測定する車載用レーダ装置に関するもので、特に反射物体の高さ情報を算出し、自車が跨いで走行可能な高さにある物体であるか否かを識別可能な車載用レーダ装置に関するものである。

従来から、車載用レーダ装置によって測定される、自車と反射物体との相対距離、相対速度、水平方向角度、反射波強度などの測定結果は、自車が前方の障害物に衝突した際の被害を軽減する衝突被害軽減ブレーキシステムや、前方の車両に追従するアダプティブクルーズコントロールシステムなど、車両の安全性や快適性を向上するための車両用アプリケーションで活用されている。

このようなアプリケーションで使用される車載用レーダ装置には、反射物体の水平方向の角度は測定するが、垂直方向の角度を測定しないレーダ装置が存在する。
このような車載用レーダ装置は、垂直方向の角度を測定するためのアンテナやビームの方向を切り替える機構などが不要なため、垂直方向の角度も測定するレーダ装置と比較して、構成を簡単化でき、コストも抑えることができるという特長を持つ。

しかしながら、上記したような車載用レーダ装置は、反射物体の垂直方向の角度を測定しないため、反射物体の高さの情報を得ることができない。これにより、自車が跨いで走行可能な空き缶やキャッツアイなどの低位置物体と、自車が跨いで走行不可能な車両などの非低位置物体とを識別することができず、低位置物体に対しても上記アプリケーションが作動し、運転者に違和感を与えかねないという問題があった。

このような課題に対する従来技術として特開２０１０−１６２９７５号公報（特許文献１）がある。この従来技術は、探索空間の一部を含む撮影画像から目標物体画像を検出する目標物体画像検出手段と、受信信号のレベルが基準レベルを上回り、かつ目標物体画像が探索空間の下部領域以外の撮影画像から検出されたときに、検出された距離に基づいて車両のアクチュエータの動作を制御する制御手段とを備えたもので、車載用レーダ装置で検知した物体の反射波強度が閾値より強い場合であっても、画像センサによって反射物体の画像の大きさが基準値以上であるか否かを判定し、その反射物体を車両制御アプリケーションの制御対象とするか否かを判定している。

また、別の従来技術としてとして、特許第３９６６６７３号公報（特許文献２）がある。この従来技術は、車載用レーダ装置で検知した物体の中から静止物を抽出し、その中から自車の予想進路上にある物体を抽出し、その中から反射波強度のばらつきが第１閾値以下の物体を抽出し、その中から近距離での反射波強度の減少率が第２閾値以下でありかつ反射波強度が第３閾値以下である場合に低位置物体であると識別し、低位置物体に対しては、車両に搭載された衝突被害軽減ブレーキシステムなどの車両制御アプリケーションの作動を中止している。

特開２０１０−１６２９７５号公報 特許第３９６６６７３号公報

特許文献１の方法では、反射波強度そのものの強弱を判定の指標の一つとしているが、元来、車載用レーダ装置で測定される反射波強度は反射物体の材質や形状によって異なるため、反射波強度そのものの強弱のみを判定の指標とすることは望ましくない。
例えば、低位置物体の中でもマンホール蓋やキャッツアイなどの金属製の反射物体は反射波強度が強いため、車両などの非低位置物体と同等の反射波強度になる場合があり、一方で、非低位置物体の中でも人やバイクなどの反射物体は反射波強度が弱いため、空き缶などの低位置物体と同等の反射波強度になる場合がある。

また、反射波強度は路面マルチパスによっても変化しうる。路面マルチパスはレーダ装置から送信され、直接反射物体に当たってレーダ装置で受信される電波と、一度路面に反射してからレーダ装置で受信される電波の干渉によって生じる現象であり、路面マルチパスにより、レーダ装置と反射物体の相対距離が変化すれば、反射波強度が大きく変化する。
一般に、反射物体の高さが高いほどレーダ装置で送信した電波が一度路面に反射してからレーダ装置で受信されやすいため、反射物体の高さが高いほど路面マルチパスによる影響が大きく、一方で、反射物体の高さが低いほど路面マルチパスによる影響は小さい。
このため、車両等の反射物体の高さが高い反射物体の方が反射波強度が大きく変動しやすく、反射物体の相対距離によっては、車両などの非低位置物体の反射波強度の方が、空き缶などの低位置物体の反射波強度よりも弱くなる場合もある。
さらに言えば、レーダ装置の個体差などによっても反射波強度は変化しうる。

このように反射波強度そのものの強弱は変化しうるので、特許文献１の方法では、反射波強度そのものの強弱だけでなく、画像センサと組み合わせることによって反射物体の大きさも判定し、該反射物体を車両制御アプリケーションの制御対象とするか否かを判定しているが、この方法ではレーダ装置と画像センサを組み合わせた複雑な構成とする必要があった。

一方で、特許文献２の方法では、反射波強度そのものではなく、高さの高い反射物体が路面マルチパスによる影響を受けて反射波強度が大きく変動する点に着目して、反射波強度のばらつきという反射波強度の相対的な特徴から低位置物体であるか非低位置物体であるかを識別しているため、レーダ装置単体で得られる反射物体の測定結果のみから低位置物体であるか非低位置物体であるか識別することができるものの、反射波強度のばらつきを算出するためには、レーダ装置で検出された各々の反射物体に対して過去の信号処理周期の測定結果を十分に蓄積する必要があり、メモリなどの記憶領域を圧迫するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、レーダ装置単体で得られる反射物体の測定結果のうち、今回の信号処理周期と直近の過去数回までの信号処理周期の反射波強度の関係性から反射物体が低位置物体であるか非低位置物体であるかを識別するようにした車載用レーダ装置を提供することを目的とする。

この発明の車載用レーダ装置は、車両に搭載され、周辺に存在する複数の反射物体に関する情報として少なくとも相対距離と相対速度と水平方向角度と反射波強度を出力するレーダ装置において、一定の時間周期で複数の反射物体の相対距離と相対速度と水平方向角度と反射波強度に関わる情報を測定する測定部と、測定部で測定された複数の反射物体の相対距離と相対速度と水平方向角度に関わる情報を複数の周期に渡って入力し、時系列で相関がある反射物体を同一の物体であると見做す時系列相関部と、反射物体の高さとして複数種類の高さを想定し、時系列相関部で同一の反射物体と見做された物体について、想定した複数種類の想定高さ毎に、過去の信号処理周期の反射波強度を基準として、今回の信号処理周期の反射波強度を予測して高さ毎反射波強度予測値を算出する高さ毎反射波強度予測部と、測定部で測定された実際の反射波強度と高さ毎反射波強度予測部で算出された高さ毎反射波強度予測値から、毎回の信号処理周期で想定高さ毎に高さ毎一致度を算出して、この高さ毎一致度から反射物体の高さを推定する物体高さ推定部とを備えたものである。

この発明は、反射波強度そのものではなく、反射波強度の時間的な変化を指標としているため、マンホール蓋やキャッツアイなどの金属製の低位置物体は車両やガードレールなどのような非低位置物体の反射波強度が同等になる場合があるものの、特許文献１に記載の方法のように画像センサなどと組み合わせることなく、レーダ装置単体でこれらの反射物体が低位置物体であると確実に識別することができる。

さらに、この発明によれば、毎回の信号処理周期で、今回の信号処理周期と直近の過去数回（最大でも５回程度）までの信号処理周期の反射波強度のみから低位置物体であるか非低位置物体であるかを識別しているため、特許文献２に記載の方法と比較して、レーダ装置で検出された各々の反射物体に対して過去の信号処理周期の測定結果を十分に蓄積する必要が無く、メモリなどの記憶領域を節約できる。

この発明の実施形態１における車載用レーダ装置のブロック図である。 この発明の実施形態１の車載用レーダ装置における垂直方向の角度とビームパターンによる反射波強度係数の関係を表すグラフである。 この発明の実施形態１の車載用レーダ装置における相対距離とビームパターンによる反射波強度係数の関係を表すグラフである。 この発明の実施形態１の車載用レーダ装置における物体高さ推定部の処理内容を表すフローチャートである。 この発明の実施形態１の車載用レーダ装置における相対距離と反射波強度の関係を表すグラフである。 この発明の実施形態１の車載用レーダ装置において、反射物体が低位置物体の場合における相対距離と高さ毎一致度の関係を表すグラフである。 この発明の実施形態１の車載用レーダ装置において、反射物体が車両の場合における相対距離と高さ毎一致度の関係を表すグラフである。 この発明の実施形態１の車載用レーダ装置における全体の処理内容を表すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における車載用レーダ装置を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施形態である車載用レーダ装置のブロック図である。
図１において、車載用レーダ装置１は、車両に搭載され、自車の前方に電波を送信して自車の前方に存在する反射物体から反射して来る電波を検出することにより、周辺に存在する複数の反射物体に関する情報として、少なくとも相対距離と相対速度と水平方向角度と反射波強度を出力する。反射物体に関する情報は、衝突被害軽減ブレーキシステムや前方の車両に追従するアダプティブクルーズコントロールシステムなどの車両制御部３に信号として出力している。また、この車載用レーダ装置１は、レーダ装置を搭載した車両の走行速度を検出している走行速度センサ２からの信号を入力して、反射物体に関する情報を検出する際の付加情報としている。

車載用レーダ装置１は、制御部１０１、送受信部１０２、送受波部１０３、測定部１０４、記憶部１０５、時系列相関部１０６、静止物判定部１０７、高さ毎反射波強度予測部１１１、物体高さ推定部１１２を備えている。以下、これらの構成要素について詳しく説明する。

制御部１０１は、例えば、専用のロジック回路や、汎用のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）内のプログラム、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を制御する。
送受信部１０２と送受波部１０３では、制御部１０１の制御により、送受信部１０２で生成された送信信号が、送受波部１０３から自車の前方に送信電磁波として空間に放射され、周辺にある反射物体などで反射した電磁波を送受波部１０３が受波し、送受信部１０２が受信信号に変換する。

受信信号の入力や測定結果の出力タイミングが制御部１０１で制御される測定部１０４では、専用のロジック回路や、汎用のＣＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）内のプログラム、あるいはこれらの組み合わせで構成され、使用するレーダ方式や測角方式に対応する測定用信号処理を実施して、各々の反射物体ついて、少なくとも、
極座標系相対距離：Ｄｓｔ
極座標系半径方向相対速度：Ｖｌｃ
極座標系水平方向角度：Ａｎｇ
反射波強度：Ａｍｐ
を測定する。

これらの測定結果は、制御部１０１の制御により記憶部１０５へ出力され、記憶部１０５は制御部１０１の制御により所定の記憶領域にこれらを記憶する。
なお、相対距離Ｄｓｔ、相対速度Ｖｌｃ、反射波強度Ａｍｐ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）方式や、パルスドップラー方式などが実現できるよう送受信部１０２は構成され、送受信のタイミングは制御部１０１で制御される。

また、水平方向角度Ａｎｇを測定するため、送受波部１０３は、公知であるモノパルス測角方式用に極座標系方位方向について送受電磁波の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方式用に複数の送波、受波素子を備え、制御部１０１が、送受電磁波の向きの制御や、複数素子での送波や受波のタイミングなどを制御する。

時系列相関部１０６は、制御部１０１の制御により測定部１０４が記憶部１０５への出力を終えた後で、記憶部１０５から複数の反射物体の相対距離と相対速度と水平方向角度に関わる情報を複数の周期に渡って入力し、時系列で相関がある反射物体を同一の物体であると見做し同定する。即ち、前回信号処理周期と今回信号処理周期で同じ反射物体であると考えられるものを同定する。この同定を毎回の信号処理周期（例えば１００ｍｓｅｃ毎）に実施し、同じ反射物体であると考えられるものを同定し続ける。

具体的には、測定部１０４の今回信号処理周期の各々の反射物体の測定結果から、次回信号処理周期の極座標系相対距離、極座標系相対速度、水平方向角度などを予測した予測値を算出し、次回信号処理周期では、測定部１０４の各々の反射物体の実際の測定結果と、前記予測値を比較し、予測値に最も近い反射物体を同一の反射物体であると判断し、同一の反射物体であると判断されたものには、毎回の信号処理周期で同じ反射物体番号：ＩＤが割り当てられる。同じ反射物体であると同定されたＩＤは記憶部１０５に記憶される。
なお、時系列相関部１０６で実施される処理は、同じ反射物体を毎回の信号処理周期で同定できる方法であれば、他の方法でも良い。

静止物判定部１０７では、制御部１０１の制御により時系列相関部１０６の処理を終えた後で、走行速度センサ２で得られたレーダ搭載車両の走行速度：Ｖselfと、測定部１０４で測定された相対速度Ｖｌｃなどから、反射物体が移動物であるか静止物であるかを判定する。具体的には走行速度Ｖselfと相対速度Ｖｌｃから反射物体の対地速度：Ｖearthを算出し、対地速度Ｖearthの絶対値が閾値以下の物体を静止物として抽出する。
制御部１０１は、静止物判定部１０７の処理を終えた後で、高さ毎反射波強度予測部１１１、物体高さ推定部１１２を順に制御し、反射物体の高さを推定する。

高さ毎反射波強度予測部１１１では、同じＩＤの割り当てられた反射物体のうち、静止物として抽出された反射物体について、反射波強度が反射物体との相対距離の二乗に反比例すること、ならびにレーダ装置のビームパターンに比例することを利用して、反射物体の高さを複数種類だけ想定して、過去の信号処理周期で得られた反射波強度から今回信号処理周期で観測される反射波強度を、想定高さ毎に予測した高さ毎反射波強度予測値を算出する。

まず、高さ毎反射波強度予測部１１１の動作原理を説明する。
今、垂直方向の角度０ｄｅｇを基準とした、他の垂直方向の角度における反射波強度が、図２のビームパターンで表されるレーダ装置を想定する。なお、垂直方向の角度０ｄｅｇを基準としたほかの角度の強度を、垂直方向のビームパターンによる反射波強度係数と呼ぶこととする。

反射物体とレーダ装置との垂直方向の角度は、レーダ装置の搭載高さと反射物体の高さと反射物体との相対距離によって変化する。レーダ装置の搭載高さを固定とすると、ビームパターンによる反射波強度係数は、反射物体の高さと反射物体との相対距離によって変化する。
例えば、レーダ装置の搭載高さを乗用車のフロントグリル周辺と仮定して６００ｍｍとし、反射物体の想定高さを０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍとした場合について、横軸を反射物体の相対距離、縦軸をビームパターンによる反射波強度係数として表すと、図３のようになる。

図３より明らかなように、反射物体の高さによって、相対距離に対する垂直方向のビームパターンによる反射波強度係数の変化が異なるため、高さ毎反射波強度予測部１１１の処理によって、想定高さ毎に異なる高さ毎反射波強度予測値が得られる。
想定高さを０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍの３種類とした場合について、高さ毎反射波強度予測部１１１の処理概要を説明する。

高さ毎反射波強度予測部１１１では、測定部１０４で測定され、記憶部１０５へ出力されている反射物体のうち、前回信号処理周期と今回信号処理周期で同じＩＤの割り当てられた反射物体を抽出し、さらに、静止物として抽出された反射物体について、
前回信号処理周期における測定反射波強度：Amp_pre、
今回信号処理周期における測定相対距離：Dst_now、
前回信号処理周期における測定相対距離：Dst_preから、
想定高さ０ｍｍの場合の高さ毎反射波強度予測値：Amp_est0mm
想定高さ１００ｍｍの場合の高さ毎反射波強度予測値：Amp_est100mm
想定高さ２００ｍｍの場合の高さ毎反射波強度予測値：Amp_est200mm
の３種類の高さ毎反射波強度予測値を算出する。

高さ毎反射波強度予測値は、ノイズなどの影響が十分に小さいものと仮定すると、反射波強度が相対距離の二乗に反比例すること、ならびに垂直方向のビームパターンに比例することから次式で表される。
Amp_est0mm =
Amp_pre/(Beam0mm[Dst_pre]/Dst_pre^2)*(Beam0mm[Dst_now]/Dst_now^2)
Amp_est100mm =
Amp_pre/(Beam100mm[Dst_pre]/Dst_pre^2)*(Beam100mm[Dst_now]/Dst_now^2)
Amp_est200mm =
Amp_pre/(Beam200mm[Dst_pre]/Dst_pre^2)*(Beam200mm[Dst_now]/Dst_now^2)

ここでBeam0mm[Dst_pre]、Beam100mm[Dst_pre]、Beam200mm[Dst_pre]、Beam0mm[Dst_now]、Beam100mm[Dst_now]、Beam200mm[Dst_now]は、それぞれ想定高さ０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍの反射物体の相対距離Dst_pre、Dst_now における垂直方向のビームパターンによる反射波強度係数であり、この値は、図３で示したグラフの値に相当するものである。
この値は、相対距離に対する垂直方向のビームパターンによる反射波強度係数を想定高さ毎にテーブルとしてレーダ装置で保持しておいても良いし、図２で示した垂直方向の角度に対する垂直方向のビームパターンによる反射波強度係数を二次方程式で近似するなどして、近似式をレーダ装置で保持しておき、各々の信号処理周期で、レーダ装置の搭載高さ、反射物体の相対距離、反射物体の想定高さから、反射物体の垂直方向の角度を算出し、垂直方向のビームパターンによる反射波強度係数を前記近似式から算出するようにしても良い。

なお、ここでは反射波強度が相対距離の二乗に反比例すること、ならびにレーダ装置の垂直方向のビームパターンに比例することを利用して高さ毎反射波強度予測値を算出したが、これに加えて、レーダ装置で測定された水平方向角度を利用して、反射波強度が水平方向のビームパターンに比例することを活用しても良い。
これにより、水平方向のビーム幅が狭い場合であっても、精度良く高さ毎反射波強度予測値を算出できる。

次に、物体高さ推定部１１２では、実際に測定部１０４で測定された反射波強度と、高さ毎反射波強度予測部１１１で予測された高さ毎反射波強度予測値から、毎回の信号処理周期で想定された高さ毎に高さ毎一致度を算出して、この高さ毎一致度から最も尤もらしい反射物体の高さを推定する。

まず、物体高さ推定部１１２の動作原理を説明する。
反射波強度は、ａ）垂直方向のビームパターンによる反射波強度係数に比例する現象、ｂ）反射物体の相対距離の二乗に反比例する現象、ｃ）ノイズの影響、ｄ）路面マルチパスによる影響、などを複合したものとして得られる。
これに対し、高さ毎反射波強度予測値は、ａ）垂直方向のビームパターンによる反射波強度係数に比例する現象と、ｂ）反射物体の相対距離の二乗に反比例する現象のみを考慮している。
このため、測定部１０４で測定された実際の反射波強度と、高さ毎反射波強度予測部１１１で予測された高さ毎反射波強度予測値との間には誤差が生じる。

反射物体の実際の高さと想定高さが近ければ近いほど、実際に測定部１０４で測定された反射波強度と、高さ毎反射波強度予測部１１１で予測された高さ毎反射波強度予測値との間に生じる誤差は小さい。 しかしながら、上記した誤差はノイズの影響と路面マルチパスの影響が複合されており、そのままでは誤差が大きすぎて反射物体の高さの推定が困難である。
そこでこの発明では、毎回の信号処理周期での誤差を累積した累積誤差を想定高さ毎に算出し、その結果得られる想定高さ毎の累積誤差間の関係から、反射物体の実際の高さを推定する。

想定高さを０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍの３種類とした場合について、高さ毎反射波強度予測部１１１の処理概要を説明する。
まず、実際に測定部１０４で測定された反射波強度と、高さ毎反射波強度予測部１１１で予測された高さ毎反射波強度予測値との間の誤差を下記計算式によって算出する。
ΔAmp0mm＝Amp_est0mm-Amp
ΔAmp100mm＝Amp_est100mm-Amp
ΔAmp200mm＝Amp_est200mm-Amp
この誤差を高さ毎瞬時誤差と定義する。

次に、高さ毎瞬時誤差の算出を毎回の信号処理周期で実施し、各々の反射波強度予測値に対する毎回の信号処理周期における高さ毎瞬時誤差の累積値である、
高さ毎累積誤差Σ(ΔAmp0mm)、Σ(ΔAmp100mm)、Σ(ΔAmp200mm)を算出し、ノイズの影響などを平滑化する。

高さ毎累積誤差は、反射物体の実際の高さと想定高さが近ければ近いほどゼロに近い値となる。
このため、高さ毎累積誤差を毎回の信号処理周期で二乗し、その和を計算したものもまた、反射物体の実際の高さと想定高さが近ければ近いほどゼロに近い値となる。
この高さ毎累積誤差を毎回の信号処理周期で二乗し、その和を計算したものを、この実施形態では高さ毎一致度と定義する。

すなわち、高さ毎一致度は、以下の式で表される。
一致度0mm＝Σ( (Σ(ΔAmp0mm))^2 )
一致度100mm＝Σ( (Σ(ΔAmp100mm))^2 )
一致度200mm＝Σ( (Σ(ΔAmp200mm))^2 )

なお、反射物体の相対距離が遠い場合など、信号対雑音電力比が小さいほどノイズの影響は大きくなるため、高さ毎一致度に含まれるノイズの影響の低減を目的として、反射物体の信号対雑音電力比（Ｓ／Ｎ比）が所定のＳＮ比閾値Ｔ０１以上となった相対距離より近距離で高さ毎一致度の算出（高さの推定）を開始する構成としても良い。逆に、上記ＳＮ比閾値Ｔ０１以上となった相対距離より遠距離では高さ毎一致度の算出（高さの推定）を実施しないようにする。
なお、高さ毎一致度の算出（高さの推定）に加えて、信号対雑音電力比（Ｓ／Ｎ比）が所定のＳＮ比閾値Ｔ０１以上となった相対距離から高さ毎反射波強度予測部１１１による高さ毎反射波強度予測値の算出を開始し、上記ＳＮ比閾値Ｔ０１より遠い相対距離では高さ毎反射波強度予測値の算出を実施しないようにしてもよい。

また、図３から明らかなように、相対距離が遠距離であるほど、想定高さ毎のビームパターンによる反射波強度係数の差は小さいため、演算量の削減を目的として、反射物体との相対距離が所定の閾値以下となった相対距離から高さ毎一致度の算出（高さの推定）を開始する構成としても良い。逆に、上記閾値より遠い相対距離では高さ毎一致度の算出（高さの推定）を実施しないようにする。
なお、高さ毎一致度の算出（高さの推定）に加えて、相対距離が所定の閾値以下となった相対距離から高さ毎反射波強度予測部１１１による高さ毎反射波強度予測値の算出を開始し、上記閾値より遠い相対距離では高さ毎反射波強度予測値の算出を実施しないようにしてもよい。

このようにして導出された高さ毎一致度は前述の通り、反射物体の実際の高さと想定高さが近ければ近いほどゼロに近づき、反射物体の実際の高さと想定高さが遠ければ遠いほど大きな値となる。
言い換えると、
一致度0mmが最も小さい場合は反射物体の実際の高さ０ｍｍ付近であり、
一致度100mmが最も小さい場合は反射物体の実際の高さは１００ｍｍ付近であり、
一致度200mmが最も小さい場合は反射物体の実際の高さは２００ｍｍ付近または２００ｍｍ以上であるということとなり、
複数種類の想定された高さのうち、高さ毎一致度からいずれか一つの想定高さに最も近いと推定することにより、反射物体の実際の高さを推定することができる。

逆に、一致度0mmが他の高さ毎一致度と比較して大きい場合は反射物体の実際の高さは少なくとも０ｍｍ付近ではないと推定することもできる。すなわち、複数種類の想定された高さのうち、少なくとも一つ以上の想定高さではないと推定することができる。
ここでは、想定高さを０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍの３種類としたが、この発明において、想定高さの種類の数は、この３種類に限定するものではなく、また、想定高さの間隔を１００ｍｍ間隔に限定するものでもない。
例えば、想定高さの間隔を狭くし、想定高さの種類の数を多くすれば、それだけ高さの推定精度を向上できる。

一方で、想定高さの種類の数が多ければ多いほど、演算量は増加する。演算量を削減するためには想定高さの種類の数を少なくする必要があるが、単に想定高さの種類の数を少なくしたのでは、高さの推定精度が劣化してしまう。
そこで、想定高さの種類の数をある程度少なくする場合は、高さの推定精度を確保できるように、以下に示す３つの工夫を施すことが望ましい。

１つ目は、他の高さ毎一致度との関係性を利用するよう、高さを推定する際の条件を工夫する方法である。
例えば、一致度0mmの次に一致度100mmが小さく、かつ、一致度0mmが所定の閾値より小さく、かつ、一致度100mmが所定の閾値より大きい場合、実際の高さは０ｍｍ〜２５ｍｍ付近であるというように、想定高さの種類の数が少なくても高さを推定する際の条件を工夫することで高さの推定精度を向上することができる。
このように複数種類の想定された高さのうち、二つの想定高さの間に存在すると推定することもできる。

２つ目は、用意する想定高さを等間隔にするのではなく、例えば、高さ０ｍｍ、１００ｍｍ、１１０ｍｍ、１２０ｍｍ、２００ｍｍのように設定する方法である。
この方法では、高さの推定精度を向上したい高さの範囲では想定高さの間隔を狭く、それ以外の高さの範囲では想定高さの間隔を広く設定することで、全体の演算量の増加を抑えつつ、想定高さの間隔を狭くした部分でのみ反射物体の高さの推定精度を向上することができる。
この方法は、例えば、低位置物体であるか非低位置物体であるかを識別する高さの境界付近での高さの推定精度を向上したい場合などに有効な方法である。

３つ目は、図３から明らかなように、反射物体との相対距離が遠距離であるほど、想定高さ毎のビームパターンによる反射波強度係数の差は小さいため、反射物体との相対距離が遠いほど用意する想定高さの種類の数を少なくし、反射物体との相対距離が近づくほど用意する想定高さの種類の数を多くする方法である。
この方法により、遠距離では演算量を削減でき、近距離では高さの推定精度を向上できるので、高さ毎反射波強度予測部１１１や物体高さ推定部１１２の全体の演算量を削減しつつ、近距離では高い高さの推定精度を得ることができる。
これら３つの方法は、必ずしもすべてを用いる必要は無く、必要に応じて適宜組み合わせて使用すればよい。

なお、図２に示す垂直方向のビームパターンは、上下対象であるため、例えば、レーダ装置の搭載高さを６００ｍｍとし、反射物体の高さが２００ｍｍの場合、レーダ装置の搭載高さを基準として上下反転した、一致度200mmと一致度1000mmは完全に同じ値となる。
同様に、反射物体の高さが１０００ｍｍの場合も、一致度200mmと、一致度1000mmは完全に同じ値となる。
このままでは、反射物体の高さが２００ｍｍであるか１０００ｍｍであるか識別できないため、この実施形態では上下対象対策処理を実施する。

一般に、高さの高い物体ほど路面マルチパスによる影響が大きいため、高さ毎一致度も高さの高い物体ほど大きくなる関係がある。
そこで、上下対象対策処理では、高さ毎一致度が所定の上下対象対策閾値以上の場合は反射物体の実際の高さがレーダ装置の搭載高さより高いと推定し、高さ毎一致度が上記上下対象対策閾値未満の場合は反射物体の実際の高さがレーダ装置の搭載高さよりも低いと判断する。
具体的には、
一致度200mm＝一致度1000mm＜上下対象対策閾値であれば反射物体の高さがレーダ装置の搭載高さである６００ｍｍより高さの低い２００ｍｍであると判定し、
一致度200mm＝一致度1000mm≧上下対象対策閾値であれば反射物体の高さがレーダ装置の搭載高さである６００ｍｍより高さの高い１０００ｍｍと判定する。

ただし、本実施形態では、高さ毎一致度は相対距離が近づくほど大きくなるような値であるため、上下対象対策閾値は相対距離が近づくほど大きな値になるよう設定する。
また、本実施形態では、高さ毎累積誤差を算出する際に何回の信号処理周期分の高さ毎瞬時誤差を加算済かに依存して高さ毎一致度は増加するため、上下対象対策閾値はこの回数に応じて設定する必要がある。

以上、高さ毎一致度から物体の高さを推定する方法を示したが、高さ毎一致度から物体の高さを推定するには、以下に示すいくつかの条件が必要である。
以降では、図４のフローチャートを用いて高さ毎一致度から物体の高さを推定するまでの条件を説明する。
まず、ステップＳ２０１では、高さ毎瞬時誤差の加算回数が所定の誤差加算回数閾値以上の場合のみステップＳ２０２に進む。誤差加算回数が少ないと、誤差の影響が大きく、高さの推定精度が十分に得られないため、ステップＳ２０１は高さの推定精度を確保するために必要な条件である。

ステップＳ２０２では、あるＩＤの反射物体について、高さ毎瞬時誤差をはじめて計算した信号処理周期から自車の移動距離が所定の自車移動距離閾値以上移動した場合のみステップＳ２０３に進む。自車の移動した距離が十分でない場合は、反射波強度の相対距離に対する変化を十分に測定できず、判定を誤る恐れがあるため、ステップＳ２０２はこのような判定誤りを防ぐために必要な判定条件である。
なお、自車の移動した距離は、走行速度センサ２で得られたレーダ搭載車両の走行速度と、高さ毎瞬時誤差をはじめて計算した信号処理周期からの経過時間によって計算される。

ステップＳ２０３では、反射物体の相対距離が高さの推定を開始する際の所定の相対距離閾値（高さ推定距離閾値）以下の場合のみステップ２０４へ進む。これは、図３から明らかなように、相対距離が遠く、高さ毎一致度の差があまりにも小さい場合に、高さ毎一致度は想定高さによらずほぼ同じ値になり、高さ毎一致度から反射物体の実際の高さを推定することが困難であるためである。そのため反射物体の相対距離が所定の閾値以下の場合に高さの推定を開始するようにする。

また、ステップＳ２０３の高さの推定を開始する所定の相対距離閾値（高さ推定距離閾値）は、ノイズによる影響が大きければ大きいほど、また、路面マルチパスによる影響が大きければ大きいほど、近距離に設定することが望ましい。これは、ノイズによる影響や路面マルチパスによる影響が大きいと、高さ毎一致度の判定精度が劣化し、高さ毎一致度から反射物体の実際の高さを推定することが困難であるためである。
この実施形態では、ノイズによる影響が大きければ大きいほど、また、路面マルチパスによる影響が大きければ大きいほど、高さ毎一致度が大きくなることを考慮し、高さ毎一致度が大きいほど高さ推定距離閾値を小さく（高さ推定開始の相対距離を近距離に）設定する。

なお、図４のフローチャートには記載していないが、ノイズによる影響が大きければ反射物体の信号対雑音電力比（Ｓ／Ｎ比）が小さいため、反射物体の信号対雑音電力比がＳＮ比閾値Ｔ０２以下の場合にはステップＳ２０４へ進まないようにすることも反射物体の高さの推定精度を向上するために有効な手段である。
ここで、ＳＮ比閾値Ｔ０２は、前述のＳＮ比閾値Ｔ０１以上に設定される閾値である。

最後に、ステップ２０４では、前述の方法によって高さ毎一致度から反射物体の高さを推定する。ステップ２０４では、ある信号処理周期において、高さ推定距離閾値以下の相対距離で、反射物体の高さが１００ｍｍ付近と推定されたとしても、次の信号処理周期で０ｍｍ付近と推定されなおしたり、２００ｍｍ付近または２００ｍｍ以上と推定されなおしたりしても良い。

なお、この実施形態では、反射物体の相対距離が高さ推定距離閾値より遠距離である場合、反射物体の信号対雑音電力比がＳＮ比閾値Ｔ０２以下の場合、ならびに、反射物体の相対距離が高さ推定距離閾値より近距離であるものの、反射物体の高さの推定値が大きく変動してしまうような場合などでは、ノイズによる影響や路面マルチパスによる影響が大きいと判断し、反射物体の高さは推定不能として、高さの推定値を算出しない。

また、この実施形態で挙げた、上下対象対策閾値、誤差加算回数閾値、自車移動距離閾値、高さ推定距離閾値、ＳＮ比閾値Ｔ０１、ＳＮ比閾値Ｔ０２などの各種閾値はそれぞれ、レーダ装置の検知性能などをもとに適宜設定される値である。
具体的に、レーダ搭載車両の走行速度を３６ｋｍ／ｈ（１０ｍ／ｓｅｃ）、信号処理周期を１００ｍｓｅｃとした場合の処理例を示す。
図５にレーダ装置の搭載高さを６００ｍｍとし、空き缶程度の高さを想定した場合と
車両などの高さの高い物体を想定した場合のそれぞれの場合について、相対距離に対する反射波強度の変化を示す。
この処理例では、空き缶は高さ１００ｍｍの反射物体で路面マルチパスによる影響がないものと仮定し、車両は高さ６００ｍｍの反射物体で路面マルチパスの影響があるものと仮定し、高さ方向の反射点の広がりや反射点の変化は無視した簡単なモデルで説明する。

なお、この発明では、前回信号処理周期と今回信号処理周期の相対的な反射波強度の差のみから、反射物体の実際の高さを推定するため、図５では、相対距離５０ｍにおける反射波強度を１として正規化している。
また、この処理例では、高さ毎一致度を判定する想定高さを、０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍの７種類とした。

図６に、対象となる反射物体が空き缶の場合の高さ毎一致度の変化を示す。
なお、この処理例では、誤差加算回数閾値は１０回、自車移動距離閾値は１０ｍ、高さ推定距離閾値は２０ｍとする。
図６より、対象となる反射物体が空き缶の場合は、反射物体の相対距離２０ｍ以下の領域において、一致度100mmが最も小さいことがわかる。この結果、反射物体の高さは１００ｍｍ付近であると推定される。

一方で、図７に、対象となる反射物体が車両の場合の相対距離に対する高さ毎一致度の変化を示す。
なお、この処理例では、高さ推定距離閾値は１０ｍとし、距離１０ｍにおける上下対象対策閾値は１００とする。
図７では、高さ毎一致度の最小値が上下対象対策閾値より大きいので、一致度0mm、一
致度100mmなどの想定高さの低い高さ毎一致度は、一致度1200mm、一致度1100mmなどのレーダ装置の搭載高さを基準として上下反転した想定高さの高さ毎一致度であると置き換えて反射物体の高さを推定する。

図７より、対象となる反射物体が車両の場合は、反射物体の相対距離１０ｍでは、一致度600mmが最も小さいことがわかる。この結果、反射物体の高さは６００ｍｍ付近であると推定される。
なお、この処理例では一致度600mmが最も小さくなったが、ノイズなどの影響によっては一致度500mmとの関係が逆転することも考えられる。
このように高さ毎一致度間の差が小さい場合は、他の高さ毎一致度が大きいことを利用し、反射物体の高さは少なくとも０ｍｍ〜３００ｍｍではなく、９００ｍｍ〜１２００ｍｍでもないと推定し、反射物体の高さは４００ｍｍ〜８００ｍｍの間であると推定されるようにするなど、他の高さ毎一致度との関係性から反射物体の高さにある程度余裕を持たせるようにしても良い。

最後に、車両制御部３では、推定された反射物体の実際の高さ情報をもとに、検知された反射物体が低位置物体か非低位置物体かを識別し、反射物体が低位置物体であると識別されている場合に、自車が該物体との接触を回避するための警報や自動減速を中止するような処理を実施する。

ここまでのこの発明の実施形態をまとめたものが、図８のフローチャートである。
このフローチャートにおいて、まず、ステップＳ３０１では、送受信部１０２、送受波部１０３、測定部１０４の処理によって、今回信号処理周期の反射物体を測定する。
次に、ステップＳ３０２では、時系列相関部１０６の処理によって、前回信号処理周期と今回信号処理周期の反射物体の測定結果を比較し、時系列で相関（前回と今回で同一）があると考えられる反射物体に同一のＩＤを割り当てる。

次に、ステップＳ３０３では、静止物判定部１０７の処理によって、反射物体が静止物であるか否かを判定する。
次に、ステップＳ３０４で反射物体が静止物であると判定された場合、ステップＳ３０５では、高さ毎反射波強度予測部１１１の処理によって、反射物体の高さを複数種類想定し、前回と今回で同一ＩＤの反射物体の前回信号処理周期の反射波強度から、今回信号処理周期の高さ毎反射波強度予測値を算出する。

次に、ステップＳ３０６では、物体高さ推定部１１２の処理によって、今回信号処理周期で実際に測定部１０４で得られた反射波強度と、高さ毎反射波強度予測部１１１で予想された高さ毎反射波強度予測値を比較して高さ毎一致度を算出し、高さ毎一致度から反射物体の高さを推定する。
最後に、ステップＳ３０７で反射物体の高さ推定値から、反射物体は低位置物体であると識別された場合、ステップＳ３０８では、車両制御部３において、自車が反射物体との接触を回避するための車両制御アプリケーションの作動を中止するような処理を実施する。

以上、この発明の実施形態を説明したが、この発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を加えることができる。
例えば、上記した実施形態では、レーダ装置の搭載高さを６００ｍｍとしたが、この発明はレーダ装置の搭載高さをこの範囲に限定するものではなく、レーダ装置の搭載高さが既知であれば他の高さでもよい。

また、上記した実施形態では、図２に示すビームパターンのレーダ装置を対象としたが、ビームパターンを予めレーダ装置に記憶させることができれば、あらゆるビームパターンに対して適用が可能である。特に、ビームパターンを上下非対称な形状にした場合、上記した実施形態で示した上下対象対策処理を実施しなくても良い。
また、上記した実施形態では、測定した実際の反射波強度と高さ毎反射波強度予測値との間の誤差を累積した高さ毎累積誤差の二乗和を高さ毎一致度と定義したが、測定した実際の反射波強度と高さ毎反射波強度予測値が似通っているかどうかを判定できる方法であれば、例えば、測定した実際の反射波強度と高さ毎反射波強度予測値との間の誤差である高さ毎瞬時誤差の二乗和や二乗平均など、他の指標を高さ毎一致度と定義しても良い。

また、上記した実施形態では、前回信号処理周期の実際に測定した反射波強度から、今回信号処理周期の高さ毎反射波強度予測値を算出したが、前々回信号処理周期の反射波強度から高さ毎反射波強度予測値を算出しても良いし、メモリなどの記憶領域を圧迫しない程度に過去数回（好ましくは２〜４回、最大５回程度）前までの測定結果から高さ毎反射波強度予測値を算出しても良い。

１：車載用レーダ装置、 ２：走行速度センサ、
３：車両制御部、
１０１：制御部、 １０２：送受信部、
１０３：送受波部、 １０４：測定部、
１０５：記憶部、 １０６：時系列相関部、
１０７：静止物判定部、 １１１：高さ毎反射波強度予測部、
１１２：物体高さ推定部。

Claims (16)

1. 車両に搭載され、周辺に存在する複数の反射物体に関する情報として少なくとも相対距離と相対速度と水平方向角度と反射波強度を出力するレーダ装置において、
   一定の時間周期で上記複数の反射物体の相対距離と相対速度と水平方向角度と反射波強度に関わる情報を測定する測定部と、
   上記測定部で測定された複数の反射物体の相対距離と相対速度と水平方向角度に関わる情報を複数の周期に渡って入力し、時系列で相関がある反射物体を同一の物体であると見做す時系列相関部と、
   上記反射物体の高さとして複数種類の高さを想定し、上記時系列相関部で同一の反射物体と見做された物体について、想定した複数種類の想定高さ毎に、過去の信号処理周期の反射波強度を基準として、今回の信号処理周期の反射波強度を予測して高さ毎反射波強度予測値を算出する高さ毎反射波強度予測部と、
   上記測定部で測定された実際の反射波強度と上記高さ毎反射波強度予測部で算出された高さ毎反射波強度予測値から、毎回の信号処理周期で想定高さ毎に高さ毎一致度を算出して、この高さ毎一致度から上記反射物体の高さを推定する物体高さ推定部と
   を備えることを特徴とする車載用レーダ装置。
2. レーダ装置を搭載した車両の走行速度と反射物体の相対速度から算出された対地速度から、上記反射物体が移動物であるか静止物であるかを判定する静止物判定手段を備え、上記静止物判定手段で静止物として判定された場合のみ、反射物体の高さを推定することを特徴とする請求項１に記載の車載用レーダ装置。
3. 上記高さ毎反射波強度予測部で算出される高さ毎反射波強度予測値は、反射波強度が反射物体までの相対距離の二乗に反比例し、レーダ装置の垂直方向のビームパターンに比例することを利用して算出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載用レーダ装置。
4. 上記高さ毎反射波強度予測部で算出される高さ毎反射波強度予測値は、反射波強度が反射物体までの相対距離の二乗に反比例し、レーダ装置の垂直方向のビームパターンおよび水平方向のビームパターンに比例することを利用して算出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載用レーダ装置。
5. 上記物体高さ推定部で算出される高さ毎一致度は、上記測定部で測定された実際の反射波強度と上記高さ毎反射波強度予測部で算出された高さ毎反射波強度予測値との間の誤差を高さ毎瞬時誤差とし、この高さ毎瞬時誤差を毎回の信号処理周期で算出して累積した高さ毎累積誤差を求め、この高さ毎累積誤差を毎回の信号処理周期で二乗し、その和を計算して求めるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の車載用レーダ装置。
6. 上記物体高さ推定部で推定される反射物体の高さは、上記複数種類の想定された高さのうち、いずれか一つの想定高さに最も近いと推定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車載用レーダ装置。
7. 上記物体高さ推定部で推定される反射物体の高さは、上記複数種類の想定された高さのうち、二つの想定高さの間に存在すると推定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車載用レーダ装置。
8. 上記物体高さ推定部で推定される反射物体の高さは、上記複数種類の想定された高さのうち、少なくとも一つ以上の想定高さではないと推定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車載用レーダ装置。
9. 上記高さ毎反射波強度予測部で想定される高さは、反射物体との相対距離が近づくほど想定高さの種類の数を多くすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の車載用レーダ装置。
10. 上記物体高さ推定部は、反射物体との相対距離が所定の閾値以下の場合に高さの推定を開始し、上記閾値より遠い相対距離では高さの推定を実施しないことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の車載用レーダ装置。
11. 上記高さ毎反射波強度予測部と物体高さ推定部は、反射物体との相対距離が所定の閾値以下の場合に高さ毎反射波強度予測値と高さ毎一致度の算出を開始し、上記閾値より遠い相対距離では高さ毎反射波強度予測値と高さ毎一致度の算出を実施しないことを特徴とする請求項１０に記載の車載用レーダ装置。
12. 上記物体高さ推定部は、反射物体からの信号対雑音電力比が所定の閾値以上となった相対距離より近距離で高さの推定を開始し、上記相対距離より遠距離では高さの推定を実施しないことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の車載用レーダ装置。
13. 上記高さ毎反射波強度予測部と物体高さ推定部は、反射物体からの信号対雑音電力比が所定の閾値以上となった相対距離より近距離で高さ毎反射波強度予測値と高さ毎一致度の算出を開始し、上記相対距離より遠距離では高さ毎反射波強度予測値と高さ毎一致度を算出しないことを特徴とする請求項１２に記載の車載用レーダ装置。
14. 上記物体高さ推定部は、想定高さと反射物体の実際の高さが近いほど高さ毎一致度が小さくなるように高さ毎一致度が算出され、高さ毎一致度が大きいほど高さを推定する際の反射物体の相対距離を近距離とすることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の車載用レーダ装置。
15. 上記物体高さ推定部は、想定高さと反射物体の実際の高さが近いほど高さ毎一致度が小さくなるように高さ毎一致度が算出され、高さ毎一致度が所定の閾値以上の場合は反射物体の実際の高さがレーダ装置の搭載高さより高いと推定し、高さ毎一致度が上記閾値未満の場合は反射物体の実際の高さがレーダ装置の搭載高さよりも低いと推定することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載車載用レーダ装置。
16. 上記レーダ装置の垂直方向のビームパターンが路面に対して上下非対称であることを特徴とした請求項１〜１５のいずれか１項に車載用レーダ装置。

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