JP5341296B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置において物標の位置を算出する技術に関するものである。

レーダ装置の技術としては、レーダを用いて複数回計測した物標の位置（レーダ装置に対する角度や距離）を平均化した値を、当該物標の位置として用いることにより、物標の位置の算出精度を向上する技術が知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２）。
特開2003-344534号公報 特開2004-226120号公報

前記レーダ装置で複数回計測した物標の位置を平均化した値を、当該物標の位置として用いる技術によれば、物標の位置の算出に、レーダによる物標の複数回の計測が必要となるため、応答性の優れた物標の位置の算出を行うことができない。
そこで、本発明は、応答性を劣化を抑制しつつ精度良く物標位置の算出を行うことのできるレーダ装置を提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、レーダ装置を、レーダを用いて物標の位置を計測位置として計測するレーダ測位手段と、前記レーダ測位手段が前記計測位置を計測した物標を追尾する追尾手段と、前記追尾手段が追尾している物標の位置を、当該物標の過去の位置に基づいて予測位置として予測する予測手段と、前記レーダ測位手段が計測した計測位置と前記予測手段が予測した予測位置との間の位置に、物標の位置を算出する物標位置算出手段とを含めて構成したものである。

そして、前記物標位置算出手段において、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標までの距離が小さいほど、当該計測位置よりの位置となるように、当該物標の位置を算出するようにしたものである。
または、前記物標位置算出手段において、前記追尾手段が物標を追尾した回数が大きいほど、前記予測位置よりの位置となるように、当該物標の位置を算出するようにしたものである。
または、前記物標位置算出手段において、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標の方向と前記予測手段が予測した予測位置が示す当該物標の方向との差の絶対値の、現在までの平均値が大きいほど、前記予測位置よりの位置となるように、当該物標の位置を算出するようにしたものである。

ここで、以上のように本発明に係るレーダ装置では、レーダ測位手段が計測した計測位置を、前記予測手段が予測した予測位置を考慮して補正した位置を物標の位置として算出する。
そして、このような補正を、前記物標位置算出手段において、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標までの距離が小さいほど、当該計測位置よりの位置となるように、当該物標の位置を算出することにより行えば、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標までの距離が小さいほど、前記レーダ測位手段が計測した計測位置の信頼性が高いため、予測位置を考慮した適正な計測位置の補正が可能となる。また、このような補正を、前記物標位置算出手段において、前記追尾手段が物標を追尾した回数が大きいほど、前記予測位置よりの位置となるように、当該物標の位置を算出することにより行えば、前記追尾手段が物標を追尾した回数が大きいほど、過去の物標の位置に基づいて行われる予測位置の予測の精度は高い蓋然性が大きいため、予測位置を考慮した適正な計測位置の補正が可能となる。また、このような補正を、前記物標位置算出手段において、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標の方向と前記予測手段が予測した予測位置が示す当該物標の方向との差の絶対値の、現在までの平均値が大きいほど、前記予測位置よりの位置となるように、当該物標の位置を算出することにより行えば、前記平均値が小さい場合には、予測位置の精度が高い蓋然性が大きいため、予測位置を考慮した適正な計測位置の補正が可能となる。

そして、このようにレーダ測位手段が計測した計測位置の、前記予測手段が予測した予測位置を考慮した適正な補正が行えるので、レーダ測位手段において、１回もしくは少数回計測した物標の位置を平均化した値を計測位置とするようにしても、適正な物標の位置の算出が可能となる。よって、応答性の劣化を抑制しつつ、精度良く物標の位置を算出することが可能となる。

なお、前記物標位置算出手段は、前記レーダ測位手段が計測した計測位置と前記予測手段が予測した予測位置とを結ぶ線分上の位置に、物標の位置を算出するようにしても良いし、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標の距離と同じ距離を有し、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標の方向と前記予測手段が予測した予測位置が示す物標の方向との間の方向を有する位置に、物標の位置を算出するようにしてもよい。また、以上のレーダ装置は、自動車に搭載され、自動車周辺の物標の位置を算出する車載のレーダ装置であってよい。

以上のように、本発明によれば、応答性を劣化を抑制しつつ精度良く物標位置の算出を行うことのできるレーダ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、自動車に搭載されるレーダシステムへの適用を例にとり説明する。
図１に、本実施形態に係るレーダシステムの構成を示す。
図示するようにレーダシステムは、レーダ測位部１、物標検出部２、物標情報出力装置３、ＥＣＵ４と含んで構成される。そして、レーダ測位部１は、アンテナ１１と送受信機１２とレーダ計測信号処理部１３とよりなる。また、物標検出部２は、物標追尾部２１、物標管理メモリ２２、物標位置予測部２３、物標位置補正部２４とを含んで構成される。

ここで、レーダシステムは、当該レーダシステムが搭載された自動車周辺または前方に設定したスキャン範囲内に存在する他車両を物標として検出するものである。
このような構成において、ＥＣＵ４は、自動車の各状態の監視と制御を行う。レーダ計測信号処理部１３は、送受信機１２を介してアンテナ１１を駆動し、定期的に、スキャン範囲内に存在する物標（他車両等）をスキャンし、スキャンの各回毎に、スキャンによって検出された各物標のレーダシステムに対する相対位置（相対距離、相対方向角）と相対速度を、計測相対位置と計測相対速度として計測し物標検出部２に出力する。ただし、レーダ計測信号処理部１３は、複数回のスキャンの各回で計測された各物標のレーダシステムに対する相対位置と相対速度を平均した値を、各回の計測相対位置と計測相対速度として出力してもよい。

一方、レーダ計測信号処理部１３が行うスキャンの各回毎に、物標検出部２は、レーダ計測信号処理部１３から入力する各物標の計測相対位置と計測相対速度に基づいて、スキャン範囲内に存在する各物標の追尾と、スキャン範囲内に存在する各物標の自車に対する相対位置や相対速度の算出とを行い、算出した各物標の相対位置や相対速度等を物標情報出力装置３に出力する。物標情報出力装置３は、物標検出部２から通知された各物標の相対位置を表示したり、物標検出部２から通知された各物標の位置に応じた警報（たとえば、接近警報）を出力したり、物標検出部２から通知された各物標の位置に応じたＥＣＵ４の制御（たとえば、自動制動）などを行う。

ここで、図２に、物標検出部２の物標管理メモリ２２に保持する物標管理テーブルを示す。
図示するように、物標管理テーブルは、レーダシステムが追尾している物標である追尾中物標毎に設けたエントリ（図の各行）を有する。そして、各エントリには、追尾中物標の識別子であるラベルが登録される。また、各エントリには、最終回のスキャン（ｔ）から、ｎ回前のスキャン（ｔ-ｎ）までの、各回のスキャンのそれぞれについて設けられたスキャン算出情報が登録される。そして、各スキャン算出情報には、当該回ｊのスキャンに対して算出された追尾中物標の相対位置Ｐ（ｊ）と、当該回のスキャンに対して算出された追尾中物標の相対速度Ｖ（ｊ）と、当該回のスキャンに対して後述するように物標位置予測部２３が予測した追尾中物標の予測相対位置が示す相対方向角と当該回のスキャンにおいてレーダ計測信号処理部１３から入力した物標の計測相対位置が示す相対方向角の差分ｄθが登録される。

さて、物標検出部２における物標の追尾と位置の算出は以下のように行われる。
スキャンの各回毎に、物標位置予測部２３は、物標管理テーブルにエントリが登録されている各追尾中物標について、当該エントリに登録されている過去の回のスキャン算出情報に登録されている相対位置Ｐ（ｊ）、相対速度Ｖ（ｊ）より、今回の追尾中物標の相対位置と相対速度を予測相対位置と予測相対速度として予測する。

また、物標追尾部２１は、以下の物標追尾処理を行う。
すなわち、物標追尾部２１は、物標追尾処理において、レーダ計測信号処理部１３から計測相対位置と計測相対速度が入力された各物標について、計測相対位置と近似する予測相対位置が物標位置予測部２３によって予測されている追尾中物標を探索し、探索が成功した場合には、この物標は探索した追尾中物標と同一の物標であるとして、物標管理テーブルの探索した追尾中物標のエントリに今回ｔのスキャン算出情報の相対位置Ｐ（ｔ）、相対速度Ｖ（ｔ）として、レーダ計測信号処理部１３から入力された計測相対位置と計測相対速度を仮登録する。また、物標追尾部２１は、物標位置予測部２３が予測した予測物標装置位置が示す方向角と、レーダ計測信号処理部１３から入力した計測相対位置が示す方向角の差分ｄθを求め、追尾中物標のエントリの今回ｔのスキャン算出情報に登録する。

一方、探索が失敗した場合には、この物標は新たなに検出されるようになった物標であるとして、物標管理テーブルに新たなエントリを生成し、生成したエントリに一意なラベルを生成して登録すると共に、生成したエントリに今回ｔのスキャン算出情報の相対位置Ｐ（ｔ）、相対速度Ｖ（ｔ）として、レーダ計測信号処理部１３から入力された計測相対位置と計測相対速度を仮登録する。また、物標追尾部２１は、物標位置予測部２３が予測した予測物標装置位置が示す方向角と、レーダ計測信号処理部１３から入力した計測相対位置が示す方向角の差分ｄθを求め、追尾中物標のエントリの今回ｔのスキャン算出情報に登録する。

次に、物標位置算出部が行う物標位置補正処理について説明する。
図３に、この物標位置補正処理の手順を示す。
図示するように、この処理では、レーダ測位部１のスキャンが終了し、今回のスキャンについての物標追尾部２１の物標追尾処理が終了したならば（ステップ３０２）、各追尾中物標、すなわち物標管理テーブルの対応するエントリの今回のスキャン算出情報に相対位置Ｐ（ｔ）、相対速度Ｖ（ｔ）が仮登録されている各物標について（ステップ３０４、３２２、３２４）、以下の処理を行う。

すなわち、まず、物標管理テーブルの対応するエントリの今回ｔのスキャン算出情報に相対位置Ｐ（ｔ）として仮登録されている追尾中物標の計測相対位置Ｐｏを取得する（ステップ３０６）。次に、その追尾中物標の今回のスキャン時の位置として物標位置予測部２３が予測した予測相対位置Ｐｆを取得する（ステップ３０８）。ただし、その追尾中物標が今回のスキャンで初めて物標管理テーブルに登録されたものである場合には、予測相対位置Ｐｆとして、計測相対位置Ｐｏを用いる。

次に、計測相対位置Ｐｏが示す追尾中物標までの距離Ｑを算出する（ステップ３１０）。また、その追尾中物標が、過去一定期間に追尾された回数Ｒを取得する（ステップ３１２）。この回数Ｒは、物標管理テーブルの、当該追尾物標のラベルが登録されているエントリのスキャン情報のうちから、より後に登録したものより一定数抽出したスキャン算出情報のうちの、相対位置Ｐ（ｊ）と相対速度Ｖ（ｊ）とが設定されているスキャン算出情報の数として求められる。

次に、追尾中物標について求められた過去一定期間に行われたスキャンの各回において物標追尾で求められた物標位置予測部２３が予測した予測物標装置位置が示す方向角とレーダ計測信号処理部１３から入力した計測相対位置が示す方向角との差分ｄθの絶対値の平均値Φを算出する（ステップ３１４）。このΦは、物標管理テーブルの、当該追尾物標のラベルが登録されているエントリのスキャン情報のうちから、より後に登録したものより一定数抽出したスキャン算出情報に登録されている各ｄθの絶対値の平均値として求まる。

そして、今回ｔの追尾中物標の相対位置Ｐ（ｔ）を、ステップ３０６で取得した計測相対位置Ｐｏと、ステップ３０６で取得した予測相対位置Ｐｆと、ステップ３１０で取得した距離Ｑとステップ３１２で取得した回数Ｒとステップ３１４で取得した平均Φとに基づいて算出する（ステップ３１６）。

ここで、相対位置Ｐ（ｔ）は、位置または方向に関して測相対位置Ｐｏと予測相対位置Ｐｆの間の位置として算出する。また、距離Ｑが小さいほど計測相対位置Ｐｏよりの位置となり、回数Ｒが多いほど予測相対位置Ｐｆよりの位置となり、平均Φが小さいほど予測相対位置Ｐｆよりの位置となるように算出する。これは、距離Ｑが小さいほど、レーダ計測信号処理部１３で計測された物標の方向角の精度が高く、従って、計測相対位置Ｐｏの信頼性が高いと考えられるからである。また、追尾中物標を今までに追尾した回数Ｒが多いほど、予測相対位置Ｐｆの予測精度は高い水準で推移していると考えられるからである。また、平均Φが小さいほど、計測相対位置Ｐｏと予測相対位置Ｐｆの誤差が小さいので、予測相対位置Ｐｆの精度が高いと考えられるからである。

より具体的には、相対位置Ｐ（ｔ）は、たとえば、
｛(aQ + bR)Pf+(cΦ)PO}/(aq + bR + cΦ）
などとして、計測相対位置Ｐｏと予測相対位置Ｐｆとを結ぶ線分上の位置として、求めることができる。ここで、a,b,cは、チューニングのための係数である。

さて、以上のようにして、今回ｔの追尾中物標の相対位置Ｐ（ｔ）を求めたならば、物標管理テーブルの、追尾中物標に対応するエントリの今回ｔのスキャン算出情報に仮登録されている相対位置Ｐ（ｔ）を、ステップ３１６で求めた相対位置Ｐ（ｔ）に書き換える（ステップ３１８）。また、このとき、対応するエントリの今回ｔのスキャン算出情報に仮登録されている相対速度Ｖ（ｔ）も、ステップ３１６で求めた相対位置Ｐ（ｔ）と前回ｔ-１のスキャン算出情報に登録されている相対位置Ｐ（ｔ-１）間の移動距離より求まる相対速度に書き換えるようにしてもよい。

そして、追尾中物標のエントリに今回ｔのスキャン算出情報に登録した相対位置Ｐ（ｔ）と相対速度Ｖ（ｔ）を、物標情報出力装置３に出力する（ステップ３２０）。
以上、物標位置補正部２４が行う物標位置補正処理について説明した。
ここで、図４に、このような物標位置補正処理による追尾中物標の相対位置Ｐ（ｔ）の算出例を示す。
いま、前々回の物標位置補正処理によって相対位置Ｐt-2が、前回の物標位置補正処理によって相対位置Ｐt-1が算出されているものとする。この場合、この相対位置Ｐt-2、相対位置Ｐt-1に基づいて、物標位置予測部２３によって今回の予測相対位置Ｐｆtが予測される。このような状態において、今回のレーダ計測信号処理部１３によって今回の計測相対位置として図中のＰＯtが算出されると、物標位置補正処理によって、今回の相対位置Ｐｔとしては、計測相対位置ＰＯtと予測相対位置Ｐｆtとを結ぶ線分上の位置が算出される。ここで、この今回の相対位置Ｐｔと計測相対位置ＰＯtとの距離をＤ１とし、今回の相対位置Ｐｔと予測相対位置Ｐftとの距離Ｄ２とすると、前述のように、計測相対位置ＰＯtまでの距離Ｑが小さいほどＤ１が小さくＤ２が大きくなるように、すなわち、計測相対位置ＰＯtよりの位置となるように相対位置Ｐｔは算出される。また、この物標の今までの追尾回数Ｒが多いほど、Ｄ１が大きくＤ２が小さくなるように、すなわち、予測相対位置Ｐｆtよりの位置となるように相対位置Ｐｔは算出される。また、図中に示した計測相対位置ＰＯtの方向角と予測相対位置Ｐｆtの方向角の差ｄθの絶対値の今までの平均値が小さいほど、Ｄ１が大きくＤ２が小さくなるように、すなわち、予測相対位置Ｐftよりの位置となるように相対位置Ｐｔは算出される。

ただし、このような物標位置補正処理による追尾中物標の相対位置Ｐ（ｔ）の算出は、計測相対位置Ｐotの示す物標の方向角に比べ計測相対位置Ｐotの示す物標の距離は信頼性が高いことを考慮して、次のように行うようにしてもよい。
すなわち、追尾中物標の相対位置Ｐ（ｔ）までの距離は、計測相対位置ＰＯtまでの距離と同じ距離とする。そして、相対位置Ｐ（ｔ）の方向角を、計測相対位置ＰＯtの方向角と、予測相対位置Ｐｆtの方向角の間の方向角とする。また、この相対位置Ｐ（ｔ）の方向角と計測相対位置ＰＯtの方向角との差分ψ１と、相対位置Ｐ（ｔ）の方向角と予測相対位置Ｐｆtの方向角との差分ψ２は、計測相対位置Ｐotまでの距離Ｑが小さいほどψ１が小さくψ２が大きくなるように、すなわち、計測相対位置ＰＯtよりの方向となるように相対位置Ｐｔを算出する。また、この物標の今までの追尾回数Ｒが多いほど、ψ１が大きくψ２が小さくなるように、すなわち、予測相対位置Ｐftよりの方向となるように相対位置Ｐｔを算出する。また、図中に示した計測相対位置Ｐotの方向角と予測相対位置Ｐｆtの方向角の差ｄθの絶対値の今までの平均値φが小さいほど、ψ１が大きくψ２が小さくなるように、すなわち、予測相対位置Ｐｆtよりの方向となるように相対位置Ｐｔを算出する。

なお、物標位置補正処理による追尾中物標の相対位置Ｐ（ｔ）の算出は、以上示したアルゴリズム以外のアルゴリズムによって行うようにしてもよい。ただし、計測相対位置ＰＯtまでの距離Ｑが小さいほど、計測相対位置ＰＯtよりの位置または方向となるように相対位置Ｐｔは算出する。また、この物標の今までの追尾回数Ｒが多いほど、予測相対位置Ｐｆtよりの位置または方向となるように相対位置Ｐｔは算出する。また、計測相対位置ＰＯtの方向角と予測相対位置Ｐftの方向角の差ｄθの絶対値の今までの平均値φが小さいほど、予測相対位置Ｐｆtよりの位置または方向となるように相対位置Ｐｔは算出する。

以上、本発明の実施形態について説明した。
以上のように本実施形態によれば、レーダ計測信号処理部１３が計測した計測相対位置を、物標位置予測部２３が予測した予測相対位置を考慮して、物標位置補正部２４で補正した位置を物標の位置として算出する。
そして、このような補正を、計測相対位置が示す物標までの距離や、物標追尾手段が物標を追尾した回数や、計測相対位置と予測相対位置の方向角との差の絶対値の現在までの平均値を考慮して、計測相対位置と予測相対位置の信頼性の比を定め、定めた信頼性の比に応じた計測相対位置と予測相対位置の間の位置に、物標の位置を算出することにより行う。したがって、本実施形態によれば、計測相対位置の、予測相対位置を考慮した適正な計測位置の補正が可能となる。そして、このように適正な補正が行えるので、レーダ計測信号処理部１３において、１回もしくは少数回計測した物標の相対位置を平均化した値を計測相対位置とするようにしても、適正な物標の位置の算出が可能となる。よって、応答性の劣化を抑制しつつ、精度良く物標の位置を算出することが可能となる。
なお、本実施形態は、自動車に搭載する車載のレーダシステム以外の任意のレーダシステムに同様に適用可能である。

本発明の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る物標管理メモリに格納する物標管理テーブルを示す図である。 本発明の実施形態に係る物標位置補正部が行う物標位置補正処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る物標位置補正処理の処理例を示す図である。

符号の説明

１…レーダ測位部、２…物標検出部、３…物標情報出力装置、４…ＥＣＵ、１１…アンテナ、１２…送受信機、１３…レーダ計測信号処理部、２１…物標追尾部、２２…物標管理メモリ、２３…物標位置予測部、２４…物標位置補正部。

Claims (6)

1. レーダを用いて物標の位置を計測位置として計測するレーダ測位手段と、
   前記レーダ測位手段が前記計測位置を計測した物標を追尾する追尾手段と、
   前記追尾手段が追尾している物標の位置を、当該物標の過去の位置に基づいて予測位置として予測する予測手段と、
   前記レーダ測位手段が計測した計測位置と前記予測手段が予測した予測位置との間の位置に、物標の位置を算出する物標位置算出手段とを有し、
   前記物標位置算出手段は、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標の方向と前記予測手段が予測した予測位置が示す当該物標の方向との差の絶対値の、現在までの平均値が小さいほど、前記予測位置よりの位置となるように、当該物標の位置を算出することを特徴とするレーダ装置。
2. 請求項１記載のレーダ装置であって、
   前記物標位置算出手段は、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標までの距離が小さいほど、当該計測位置よりの位置となるように、当該物標の位置を算出することを特徴とするレーダ装置。
3. 請求項１または２記載のレーダ装置であって、
   前記物標位置算出手段は、前記追尾手段が物標を追尾した回数が大きいほど、前記予測位置よりの位置となるように、当該物標の位置を算出することを特徴とするレーダ装置。
4. 請求項１、２または３記載のレーダ装置であって、
   前記物標位置算出手段は、前記レーダ測位手段が計測した計測位置と前記予測手段が予測した予測位置とを結ぶ線分上の位置に、物標の位置を算出することを特徴とするレーダ装置。
5. 請求項１、２または３記載のレーダ装置であって、
   前記物標位置算出手段は、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標の距離と同じ距離を有し、前記レーダ測位手段が計測した計測位置が示す物標の方向と前記予測手段が予測した予測位置が示す物標の方向との間の方向を有する位置に、物標の位置を算出することを特徴とするレーダ装置。
6. 請求項１、２、３、４または５記載のレーダ装置であって、
   当該レーダ装置は、自動車に搭載され、自動車周辺の物標の位置を算出する車載のレーダ装置であることを特徴とするレーダ装置。