JP5677275B2 - Radar device and vehicle - Google Patents

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本発明の実施形態は、車両や構造物に設置され、他車両や路面等の固定物を観測するレーダ装置及び車両に関する。   Embodiments described herein relate generally to a radar apparatus and a vehicle that are installed in a vehicle or a structure and observe a fixed object such as another vehicle or a road surface.

車載レーダ装置の場合、高い周波数のミリ波が用いられるのが一般的であり、高い利得を安価に得るためには、アンテナ構成や送受信器を簡易にし、単一または複数の送受信ビームで水平方向に移動する車両を観測するために、水平面にカバレッジ(覆域)面を設定することが行われている。   In the case of an on-vehicle radar device, it is common to use a high-frequency millimeter wave, and in order to obtain a high gain at low cost, the antenna configuration and transmitter / receiver are simplified, and a single or multiple transmit / receive beams are used in the horizontal direction In order to observe a vehicle that moves in a horizontal direction, a coverage surface is set on a horizontal plane.

ここで、車両にレーダ装置を装着する際の一例として、例えばフロントガラスの内側のような路面から高い位置にレーダ装置を設置する場合を考える。この場合、カバレッジ面を水平に設定すると、一般に高利得アンテナの場合、垂直面のビーム幅は狭いため、特に近距離下方や近距離広角の他車両等の目標反射点の振幅が小さくなり、目標を検出できない場合が発生する。また、路面を観測して自速度を検出するために、カバレッジ面を下方に向ける場合、降雪等の影響により路面での反射が小さくなると、測速が困難になる場合がある。   Here, as an example of mounting the radar device on the vehicle, consider the case where the radar device is installed at a high position from the road surface, for example, inside the windshield. In this case, if the coverage plane is set to be horizontal, the beam width of the vertical plane is generally narrow in the case of a high gain antenna. May not be detected. Further, when the coverage surface is directed downward in order to detect the own speed by observing the road surface, speed measurement may be difficult if reflection on the road surface becomes small due to the influence of snowfall or the like.

また、高さ方向に反射点の幅を持つ目標をクロスレンジ方向に観測する際に、カバレッジ面を水平にすると、反射が大きい点を観測できず、非検出になる場合がある。また、高さの高い構造物にレーダ装置を固定して設置すると、真下付近を観測できず、設置場所の限られた構造物に制約が生じる。この対策のためにカバレッジ面を鉛直にすると、車線内の狭い範囲しか観測できない。さらには、カバレッジ面を水平にすると、目標の高さを観測できず、例えば車種識別等ができない。   Further, when observing a target having a width of a reflection point in the height direction in the cross range direction, if the coverage surface is leveled, a point with a large reflection cannot be observed and may not be detected. In addition, if the radar device is fixed and installed on a structure having a high height, it is not possible to observe the vicinity immediately below, and the structure having a limited installation location is restricted. If the coverage plane is vertical for this measure, only a narrow area in the lane can be observed. Furthermore, if the coverage plane is horizontal, the target height cannot be observed, and for example, vehicle type identification or the like cannot be performed.

特開2010−271115号公報JP 2010-271115 A 特開2011−149898号公報JP2011-149898A

従来のレーダ装置では、上述したように、次の問題がある。すなわち、
(1)レーダ装置の設置位置が高い場合は、近距離の下方付近が観測困難になる。
As described above, the conventional radar apparatus has the following problems. That is,
(1) When the installation position of the radar apparatus is high, it is difficult to observe the vicinity near the short distance.

(2)速度検出等のために路面(真下付近)を観測すると、別方向の高い位置の同時観測が困難になる。 (2) When observing the road surface (near directly below) for speed detection or the like, simultaneous observation of high positions in different directions becomes difficult.

(3)高さ方向に反射点の幅を持つ目標をクロスレンジ方向に観測する際に、カバレッジ面を水平にすると、反射が大きい点を観測できず、この対策のためにカバレッジ面を鉛直にするとクロスレンジ方向に横切る瞬時しか観測できず、非検出になる場合がある。 (3) When observing a target with a reflection point width in the height direction in the cross-range direction, if the coverage surface is leveled, a point with a large reflection cannot be observed. Then, only the moment of crossing in the cross range direction can be observed, and there may be no detection.

(4)レーダ装置を高所に固定して設置すると、真下付近を観測できず、カバレッジ面を鉛直にすると、車線内の狭い範囲しか観測できない。 (4) If the radar device is fixed at a high place, it cannot be observed near the bottom, and if the coverage plane is vertical, only a narrow range in the lane can be observed.

(5)カバレッジ面を水平にすると、目標の高さが観測できず、車種識別等ができない等の問題がある。 (5) When the coverage surface is horizontal, there is a problem that the target height cannot be observed and the vehicle type cannot be identified.

本発明が解決しようとする課題は、設置位置が高い場合であっても、必要な目標物を必要な観測範囲で検出および追尾できるレーダ装置及び車両を提供する。   The problem to be solved by the present invention is to provide a radar apparatus and a vehicle that can detect and track a required target in a required observation range even when the installation position is high.

実施形態に係るレーダ装置によれば、単一または複数の送受信ビームによる広角のカバレッジ面および該カバレッジ面に直交する狭角のカバレッジ面を有し、送受信器および信号処理器を備えている。送受信器は、広角のカバレッジ面を少なくともロール方向に回転させて送信する。信号処理器は、送受信器からの送信に応答して該送受信器で受信された信号を処理することにより前方および回転により広角のカバレッジ面が接する側の路面を観測する。信号処理器は、送受信器からの送信に応答して該送受信器で受信された信号に基づいて広角のカバレッジ面における測距および測角により得られた極座標の信号を直交座標の信号に変換する座標変換部と、座標変換部において得られた直交座標の信号をロール方向の回転に応じて補正する座標補正部とを備える。   The radar apparatus according to the embodiment has a wide-angle coverage surface by a single or a plurality of transmission / reception beams and a narrow-angle coverage surface orthogonal to the coverage surface, and includes a transceiver and a signal processor. The transceiver transmits the wide-angle coverage surface at least in the roll direction. The signal processor processes a signal received by the transceiver in response to transmission from the transceiver, thereby observing the road surface on the side where the wide-angle coverage surface contacts by forward and rotation. The signal processor converts polar coordinate signals obtained by distance measurement and angle measurement in a wide-angle coverage plane into rectangular coordinate signals based on signals received by the transceiver in response to transmission from the transceiver. A coordinate conversion unit; and a coordinate correction unit that corrects the orthogonal coordinate signal obtained by the coordinate conversion unit according to the rotation in the roll direction.

レーダ装置の装着位置の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the mounting position of a radar apparatus. 一般的な測距および測速方式が採用されたレーダ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radar apparatus by which the general ranging and speed-measuring system was employ | adopted. 図2に示したレーダ装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the radar apparatus shown in FIG. 図2に示したレーダ装置における送受信のスイープ信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the transmission / reception sweep signal in the radar apparatus shown in FIG. 図2に示したレーダ装置における送受信のスイープ信号の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the sweep signal of transmission / reception in the radar apparatus shown in FIG. 図2に示したレーダ装置において振幅がピーク値をもつ周波数を抽出する様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mode that the frequency which an amplitude has a peak value in the radar apparatus shown in FIG. 2 is extracted. 図2に示したレーダ装置の測角において使用される位相モノパルス方式を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the phase monopulse system used in the angle measurement of the radar apparatus shown in FIG. 図2に示したレーダ装置で行われる相関追尾を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correlation tracking performed with the radar apparatus shown in FIG. 図2に示したレーダ装置で行われる座標系の回転を説明するための図である。It is a figure for demonstrating rotation of the coordinate system performed with the radar apparatus shown in FIG. 図2に示したレーダ装置において同一車線の近距離下方と隣接車線の2車線を観測する状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the radar apparatus illustrated in FIG. 2 observes two lanes, a short distance below the same lane and an adjacent lane. 第1の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radar apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the radar apparatus which concerns on 1st Embodiment. 一般的なレーダ装置で路面を観測する状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state which observes a road surface with a common radar apparatus. 第2の実施形態に係るレーダ装置においてカバレッジ面をロールさせて一方を観測する路面に向け、他方を高所の固定構造物に向けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which rolled the coverage surface in the radar apparatus which concerns on 2nd Embodiment, and turned to the road surface which observes one, and turned the other to the fixed structure of a high place. 第2の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radar apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 一般的なレーダ装置で高さ方向に反射点の幅を持つ目標をクロスレンジ方向に観測する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which observes the target which has the width | variety of a reflective point in a height direction with a common radar apparatus in a cross range direction. 一般的なレーダ装置でカバレッジ面を垂直にして、クロスレンジ方向に横切る目標を観測する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which observes the target which makes a coverage surface perpendicular | vertical with a common radar apparatus, and crosses in a cross range direction. 第3の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面のロール角により、クロスレンジ方向に移動する目標を測角する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which angle-measures the target which moves to a cross-range direction with the roll angle of a coverage surface with the radar apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 一般的なレーダ装置を高所に設置して目標を観測する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which installs a common radar apparatus in a high place and observes a target. 第4の実施形態に係るレーダ装置でレンジ−クロスレンジを観測する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which observes a range-cross range with the radar apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面において測角し、測距値(レンジ)と測角値により目標の高さを算出する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which measures the angle in a coverage surface with the radar apparatus which concerns on 5th Embodiment, and calculates the target height by a distance value (range) and an angle value. 第1の実施形態〜第5の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面を斜めに設定する特殊な例を示す図である。It is a figure which shows the special example which sets a coverage surface diagonally with the radar apparatus which concerns on 1st Embodiment-5th Embodiment. 第1の実施形態〜第5の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面を斜めに設定する他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example which sets a coverage surface diagonally with the radar apparatus which concerns on 1st Embodiment-5th Embodiment. 第3の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面を斜めにクロスする場合の応用例を示す図である。It is a figure which shows the application example in the case of crossing a coverage surface diagonally with the radar apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

以下、本発明のレーダ装置及び車両の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Embodiments of a radar apparatus and a vehicle according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
以下に説明する第1の実施形態の理解を容易にするために、まず、レーダ装置1を、例えば車両のフロントガラスの内側等といった路面から高い位置に装着する場合を考える。この場合、図1に示すように、単一または複数の送受信ビームによる広角のカバレッジ面2が水平であるとすれば、高利得アンテナの場合は一般に垂直面(広角のカバレッジ面に直交する狭角のカバレッジ面2a)のビーム幅は狭い。このため、特に近距離下方に形成される非検出領域ndや近距離広角(レーダ装置1の左右)の位置に存在する他車両等の目標の反射点の振幅が小さくなり、非検出になる場合がある。なお、図1(a)は立体図、図1(b)は上面図および図1(c)は側面図である。
(First embodiment)
In order to facilitate understanding of the first embodiment described below, first, consider a case where the radar apparatus 1 is mounted at a high position from the road surface such as the inside of a windshield of a vehicle. In this case, as shown in FIG. 1, if the wide-angle coverage plane 2 formed by a single or a plurality of transmission / reception beams is horizontal, the high-gain antenna generally has a vertical plane (a narrow angle orthogonal to the wide-angle coverage plane). The beam width of the coverage surface 2a) is narrow. For this reason, the amplitude of a reflection point of a target such as another vehicle existing in a non-detection region nd or a short-distance wide-angle (left and right of the radar device 1) formed below a short distance becomes small and is not detected. There is. 1A is a three-dimensional view, FIG. 1B is a top view, and FIG. 1C is a side view.

この対策として、測距、測速および測角の各方式については、広角のカバレッジ面2で観測できれば、特に方法を限定する必要はないが、カバレッジ面2の多数の反射点に対して効果的な方法としては、例えば、特許文献1および特許文献2(MRAV:Measurement Range after measurement Velocity)に開示されている技術がある。   As a countermeasure for this, each method of ranging, speed measurement, and angle measurement is not particularly limited as long as it can be observed on the wide-angle coverage surface 2, but it is effective for a large number of reflection points on the coverage surface 2. As a method, for example, there are techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 (MRAV: Measurement Range after Measurement Velocity).

ここでは、まず、一般的な測距および測速方式について、図面を参照しながら説明する。なお、測距および測速方式については、例えば『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.274-275(1996)』に説明されている。   Here, first, a general distance measurement and speed measurement method will be described with reference to the drawings. The ranging and speed measurement methods are described in, for example, “Supervised by Takashi Yoshida,“ Revised Radar Technology ”, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, pp.274-275 (1996)”.

図2は、一般的な測距および測速方式が採用されたレーダ装置の構成を示すブロック図であり、図3は、その動作を示すフローチャートである。このレーダ装置は、アンテナ10、送受信器20および信号処理器30を備えている。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus employing a general distance measurement and speed measurement method, and FIG. 3 is a flowchart showing its operation. The radar apparatus includes an antenna 10, a transceiver 20 and a signal processor 30.

アンテナ10は、アンテナ送信素子11と複数のアンテナ受信素子12とから構成されている。アンテナ送信素子11は、送受信器20から電気信号として送られてくる送信信号を電波に変換して外部に送出する。複数のアンテナ受信素子12は、外部からの電波を受信して電気信号に変換し、受信信号として送受信器20に送る。   The antenna 10 includes an antenna transmitting element 11 and a plurality of antenna receiving elements 12. The antenna transmission element 11 converts a transmission signal sent as an electrical signal from the transceiver 20 into a radio wave and sends it out. The plurality of antenna receiving elements 12 receive external radio waves, convert them into electrical signals, and send them to the transceiver 20 as received signals.

送受信器20は、送信器21と複数のミキサ22を備えており、複数のミキサ22は、複数のアンテナ受信素子12にそれぞれ対応して設けられている。送信器21は、信号処理器30から送られてくる送信制御信号に応じて送信信号を生成し、アンテナ送信素子11および複数のミキサ22に送る。複数のミキサ22は、複数のアンテナ受信素子12からそれぞれ受け取った受信信号を、送信器21からの信号に応じて周波数変換し、信号処理器30に送る。   The transceiver 20 includes a transmitter 21 and a plurality of mixers 22, and the plurality of mixers 22 are provided corresponding to the plurality of antenna receiving elements 12, respectively. The transmitter 21 generates a transmission signal in accordance with the transmission control signal sent from the signal processor 30 and sends it to the antenna transmission element 11 and the plurality of mixers 22. The plurality of mixers 22 frequency-convert the received signals received from the plurality of antenna receiving elements 12 in accordance with the signals from the transmitter 21 and send the signals to the signal processor 30.

信号処理器30は、AD変換器31、アップ系列ダウン系列抽出部32、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)部33、DBF(Digital Beam Forming:デジタルビーム形成)部34、ペアリング部35、測距・測速部36、測角部37、座標変換部38および相関追尾部39を備えている。   The signal processor 30 includes an AD converter 31, an up sequence down sequence extraction unit 32, an FFT (Fast Fourier Transform) unit 33, a DBF (Digital Beam Forming) unit 34, a pairing unit 35, A distance measurement / speed measurement unit 36, an angle measurement unit 37, a coordinate conversion unit 38, and a correlation tracking unit 39 are provided.

AD変換器31は、送受信器20から送られてくるアナログ信号をディジタル信号に変換し、素子信号としてアップ系列ダウン系列抽出部32に送る。アップ系列ダウン系列抽出部32は、AD変換器31から送られてきた素子信号からアップチャープ系列の信号とダウンチャープ系列の信号を抽出し、FFT部33に送る。   The AD converter 31 converts the analog signal sent from the transceiver 20 into a digital signal and sends it as an element signal to the up sequence down sequence extraction unit 32. The up-sequence / down-sequence extraction unit 32 extracts an up-chirp sequence signal and a down-chirp sequence signal from the element signal transmitted from the AD converter 31, and sends the extracted signal to the FFT unit 33.

FFT部33は、アップ系列ダウン系列抽出部32から送られてくる信号を高速フーリエ変換により周波数軸上の信号に変換し、DBF部34に送る。DBF部34は、FFT部33から送られてくる周波数軸上の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。DBF部34で形成されたΣビーム(アップ系列とダウン系列)はペアリング部35に送られ、Δビームは測角部37に送られる。   The FFT unit 33 converts the signal sent from the up sequence down sequence extraction unit 32 into a signal on the frequency axis by fast Fourier transform, and sends the signal to the DBF unit 34. The DBF unit 34 uses the signals on the frequency axis sent from the FFT unit 33 to form a Σ beam and a Δ beam. The Σ beam (up sequence and down sequence) formed by the DBF unit 34 is sent to the pairing unit 35, and the Δ beam is sent to the angle measuring unit 37.

ペアリング部35は、DBF部34から送られてくるΣ0ビームのアップチャープ系列の信号とダウンチャープ系列の信号から、振幅がピークを有する周波数を抽出し、周波数ペアを作成する。ペアリング部35で作成された周波数ペアを示す信号は、測距・測速部36に送られる。測距・測速部36は、ペアリング部35から送られてきた信号(Σビーム)に基づき測距および測速を行い、これにより得られた距離および速度を示す信号を、測角部37および座標変換部38に送る。   The pairing unit 35 extracts a frequency having a peak in amplitude from the up-chirp sequence signal and the down-chirp sequence signal of the Σ0 beam sent from the DBF unit 34, and creates a frequency pair. A signal indicating the frequency pair created by the pairing unit 35 is sent to the distance measurement / speed measurement unit 36. The distance measurement / speed measurement unit 36 performs distance measurement and speed measurement based on the signal (Σ beam) sent from the pairing unit 35, and outputs a signal indicating the distance and speed obtained thereby to the angle measurement unit 37 and the coordinates. The data is sent to the conversion unit 38.

測角部37は、測距・測速部36から送られてくる信号(Σビーム)およびDBF部34から送られてくるΔビームに基づき測角を行う。測角部37における測角により得られた角度を示す信号は、座標変換部38に送られる。   The angle measurement unit 37 performs angle measurement based on the signal (Σ beam) sent from the distance measurement / speed measurement unit 36 and the Δ beam sent from the DBF unit 34. A signal indicating the angle obtained by the angle measurement in the angle measurement unit 37 is sent to the coordinate conversion unit 38.

座標変換部38は、測距・測速部36から送られてくる距離および速度を示す極座標の信号および測角部37から送られてくる角度を示す極座標の信号を直交座標の信号に変換する座標変換を行い、相関追尾部39に送る。相関追尾部39は、相関追尾処理を行って目標の位置および速度を算出し、外部に出力する。   The coordinate conversion unit 38 is a coordinate for converting a polar coordinate signal indicating the distance and speed sent from the distance measurement / speed measurement unit 36 and a polar coordinate signal indicating the angle sent from the angle measurement unit 37 into a rectangular coordinate signal. The conversion is performed and sent to the correlation tracking unit 39. The correlation tracking unit 39 performs a correlation tracking process to calculate the target position and speed and outputs the target position and speed to the outside.

次に、上記のように構成されるレーダ装置の概略の動作を、図3に示すフローチャートを参照しながら説明する。   Next, the schematic operation of the radar apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

レーダ装置が起動されると、まず、送受信データの入力が行われる(ステップS11)。これにより、送受信器20の内部の送信器21でスイープされた信号は、アンテナ送信素子11から送信される。一方、複数のアンテナ受信素子12で受信された信号は、複数のミキサ22によりそれぞれ周波数変換されて、信号処理器30に送られる。図4および図5は、送受信のスイープ信号の例を示す。信号処理器30では、送受信器20から送られてきた信号がAD変換器31でディジタル信号に変換され、素子信号としてアップ系列ダウン系列抽出部32に送られる。   When the radar apparatus is activated, first, transmission / reception data is input (step S11). As a result, the signal swept by the transmitter 21 inside the transceiver 20 is transmitted from the antenna transmission element 11. On the other hand, the signals received by the plurality of antenna receiving elements 12 are frequency-converted by the plurality of mixers 22 and sent to the signal processor 30. 4 and 5 show examples of transmission / reception sweep signals. In the signal processor 30, the signal sent from the transmitter / receiver 20 is converted into a digital signal by the AD converter 31, and sent to the up sequence down sequence extraction unit 32 as an element signal.

次に、アップチャープ系列とダウンチャープ系列の分離が行われる(ステップS12)。すなわち、アップ系列ダウン系列抽出部32は、AD変換器31から送られてくる素子信号(ディジタル信号)から、アップチャープ信号とダウンチャープ信号を分離し、FFT部33に送る。   Next, the up-chirp sequence and the down-chirp sequence are separated (step S12). That is, the up-sequence down-sequence extraction unit 32 separates the up-chirp signal and the down-chirp signal from the element signal (digital signal) transmitted from the AD converter 31, and sends it to the FFT unit 33.

次に、アップ系列/ダウン系列のFFTおよびDBFが行われる(ステップS13)。すなわち、FFT部33は、アップ系列ダウン系列抽出部32から送られてくるアップチャープ信号とダウンチャープ信号を高速フーリエ変換により周波数軸上の信号に変換し、DBF部34に送る。DBF部34は、FFT部33から送られてくる周波数軸の信号を用いて、周波数毎にΣビーム(アップ系列およびダウン系列)とΔビームを形成する。このDBF部34で形成されたΣビームはペアリング部35に送られ、Δビームは測角部37に送られる。   Next, up series / down series FFT and DBF are performed (step S13). That is, the FFT unit 33 converts the up-chirp signal and the down-chirp signal sent from the up-sequence down-sequence extraction unit 32 into a signal on the frequency axis by fast Fourier transform, and sends the signal to the DBF unit 34. The DBF unit 34 forms a Σ beam (up sequence and down sequence) and a Δ beam for each frequency using the signal on the frequency axis sent from the FFT unit 33. The Σ beam formed by the DBF unit 34 is sent to the pairing unit 35, and the Δ beam is sent to the angle measuring unit 37.

次に、アップ系列/ダウン系列の周波数ピークが抽出される(ステップS14)。すなわち、ペアリング部35は、DBF部34から送られてくるΣビームのアップ系列とダウン系列の信号から、図6に示すような、振幅がピーク値を有する周波数を抽出する。   Next, up series / down series frequency peaks are extracted (step S14). That is, the pairing unit 35 extracts a frequency having a peak value in amplitude as shown in FIG. 6 from the up-sequence and down-sequence signals of the Σ beam sent from the DBF unit 34.

次に、アップ系列/ダウン系列のペアリングが行われる(ステップS15)。すなわち、ペアリング部35は、ダウンチャープ系列とアップチャープ系列のピーク周波数が異なるので、ステップS14で抽出された周波数を対応させ、周波数ペアを生成する。このペアリング部35で生成された周波数ペアを示す信号は、測距・測速部36に送られる。   Next, up-sequence / down-sequence pairing is performed (step S15). That is, since the peak frequencies of the down chirp sequence and the up chirp sequence are different, the pairing unit 35 associates the frequencies extracted in step S14 and generates a frequency pair. A signal indicating the frequency pair generated by the pairing unit 35 is sent to the distance measurement / speed measurement unit 36.

次に、距離および速度が算出される(ステップS16)。すなわち、測距・測速部36は、ペアリング部35から送られてきた信号(Σビーム)に基づき測距および測速を行い、これにより得られた距離および速度を示す信号を、測角部37および座標変換部38に送る。   Next, the distance and speed are calculated (step S16). That is, the distance measurement / speed measurement unit 36 performs distance measurement and speed measurement based on the signal (Σ beam) sent from the pairing unit 35, and sends a signal indicating the distance and speed obtained thereby to the angle measurement unit 37. And to the coordinate conversion unit 38.

ここで、アップ系列/ダウン系列の周波数ピーク抽出(ステップS14)から距離および速度の算出(ステップS16)までの関係式を次に示す。

Figure 0005677275
Here, the relational expression from the frequency peak extraction of the up series / down series (step S14) to the calculation of the distance and speed (step S16) is shown below.
Figure 0005677275

ここで、
Δf1;ダウンチャープ信号の観測周波数
Δf2;アップチャープ信号の観測周波数
fd ;ドップラ周波数
fr ;距離による周波数
上述した距離による周波数frと目標速度によるドップラ周波数fdは、次式で表される。
here,
Δf1; Observation frequency of down-chirp signal Δf2; Observation frequency of up-chirp signal fd; Doppler frequency fr;

一方、距離による周波数frと目標速度によるドップラー周波数fdは、次式となる。

Figure 0005677275
On the other hand, the frequency fr depending on the distance and the Doppler frequency fd depending on the target speed are as follows.
Figure 0005677275

ここで、
B;周波数帯域
R;目標距離
T;スイープ時間
c;光速
V;目標速度
λ;波長
(3)式を距離Rと速度Vで展開し、(2)式を代入すると、次式となる。これにより、距離Rと速度Vを算出できる。

Figure 0005677275
here,
B: Frequency band R; Target distance T; Sweep time c; Light speed V; Target speed λ; Wavelength When the formula (3) is developed with the distance R and the speed V, and the formula (2) is substituted, the following formula is obtained. Thereby, the distance R and the speed V can be calculated.
Figure 0005677275

次に、角度が算出される(ステップS17)。すなわち、測角部37は、測距・測速部36から送られてくるΣビームの信号およびDBF部34から送られてくるΔビームの信号に基づき測角を行う。この測角には、例えば位相モノパルス方式を用いることができる。なお、位相モノパルス方式については、例えば『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.262-264(1996)』に説明されている。   Next, an angle is calculated (step S17). That is, the angle measuring unit 37 performs angle measurement based on the Σ beam signal sent from the distance measuring / speed measuring unit 36 and the Δ beam signal sent from the DBF unit 34. For this angle measurement, for example, a phase monopulse method can be used. The phase monopulse system is described in, for example, “Supervised by Takashi Yoshida,“ Revised Radar Technology ”, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, pp.262-264 (1996)”.

この位相モノパルス方式では、図7(a)に示すように、Σビームの信号とΔビームの信号を用いて、次式で示される誤差電圧が観測される。

Figure 0005677275
In this phase monopulse method, as shown in FIG. 7A, an error voltage represented by the following equation is observed using a Σ beam signal and a Δ beam signal.
Figure 0005677275

ここで、
Σ ;和ビーム
Δ ;差ビーム
* ;複素共役
Re;実数部
そして、図7(b)に示すような、(5)式で示される誤差電圧とあらかじめ保存されている角度−誤差電圧のテーブルを用いて、角度が算出される。この算出された角度を示す信号は、座標変換部38に送られる。以上の測距、測速および測角の各方式により、カバレッジ面の距離、速度および角度が算出される。
here,
Σ; sum beam Δ; difference beam *; complex conjugate Re; real part And, as shown in FIG. 7B, a table of error voltage represented by equation (5) and angle-error voltage stored in advance is shown. Use to calculate the angle. A signal indicating the calculated angle is sent to the coordinate conversion unit 38. The distance, speed, and angle of the coverage surface are calculated by the distance measurement, speed measurement, and angle measurement methods described above.

次に、座標変換が行われる(ステップS18)。すなわち、座標変換部38は、測距・測速部36から送られてくる距離および速度を示す信号および測角部37から送られてくる角度を示す信号に対して座標変換を行い、相関追尾部39に送る。より詳しくは、座標変換部38は、クロスレンジ−レンジの(X,Y)軸に変換するために、次式の極座標−直交座標変換を行い、変換結果を相関追尾部39に送る。

Figure 0005677275
Next, coordinate conversion is performed (step S18). That is, the coordinate conversion unit 38 performs coordinate conversion on the signal indicating the distance and speed sent from the distance measuring / speed measuring unit 36 and the signal showing the angle sent from the angle measuring unit 37, and the correlation tracking unit Send to 39. More specifically, the coordinate conversion unit 38 performs polar coordinate-orthogonal coordinate conversion of the following equation in order to convert the cross range to the (X, Y) axis, and sends the conversion result to the correlation tracking unit 39.
Figure 0005677275

ここで、
R :測距値
V :測速値(ラジアル方向)
Θ :測角値(レーダ正面を0度)
(X,Y) :クロスレンジ、レンジの位置
(Vx,Vy):クロスレンジ、レンジの速度
相関追尾部39は、相関追尾処理により、平滑位置および平滑速度を算出する。図8は、一般的な相関追尾(NN相関、α−β追尾方式)を説明するための図である。なお、相関追尾については、例えば『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.264-267(1996)』に説明されている。
here,
R: Distance measurement value V: Speed measurement value (radial direction)
Θ: Angle measurement value (0 degree in front of radar)
(X, Y): Cross range, range position (Vx, Vy): Cross range, range speed The correlation tracking unit 39 calculates a smooth position and a smooth speed by correlation tracking processing. FIG. 8 is a diagram for explaining general correlation tracking (NN correlation, α-β tracking method). The correlation tracking is described in, for example, “Supervised by Takashi Yoshida,“ Revised Radar Technology ”, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, pp.264-267 (1996)”.

ここでは、説明を簡単にするために、1次元(X軸またはY軸のみ)で表現する。観測(位置)ベクトルをy、平滑ベクトルをxs、予測ベクトルをxpとし、

Figure 0005677275
Here, in order to simplify the description, it is expressed in one dimension (X-axis or Y-axis only). The observation (position) vector is y, the smooth vector is xs, the prediction vector is xp,
Figure 0005677275

とすると、平滑位置および平滑速度は次式で表現できる。

Figure 0005677275
Then, the smooth position and smoothing speed can be expressed by the following equations.
Figure 0005677275

ここで、
yr(k,j);観測k回目、観測(位置)ベクトルj個目の残差ベクトル
y(k,j) ;観測k回目のj個目の観測(位置)ベクトル
yr(k) ;観測k回目の2乗誤差が最小となる残差ベクトル
xs(k) ;観測k回目の平滑ベクトル
xp(k) ;観測k回目の予測ベクトル(k−1回目までのデータを使用)
H ;観測マトリクス
H=[1 0]

Figure 0005677275
とする。 here,
yr (k, j); observation kth, observation (position) vector jth residual vector y (k, j); observation kth jth observation (position) vector yr (k); observation k Residual vector xs (k) that minimizes the second square error; k-th smoothing vector xp (k); k-th predicted vector (using data up to k−1)
H: Observation matrix
H = [1 0]
Figure 0005677275
And

以上、一般的な観測値として相関追尾による平滑値を得る方法について説明したが、平滑値については、サイクル間の相関追尾を実施しなくても、サイクル内の同一の反射点付近の複数の観測値の平均等をとる処理によって得ることもできる。   The method for obtaining a smooth value by correlation tracking as a general observation value has been described above. However, for smooth values, multiple observations in the vicinity of the same reflection point in a cycle can be performed without performing correlation tracking between cycles. It can also be obtained by a process of taking the average of the values.

以上のステップS18の処理が終了すると、次に、サイクルが終了したかどうかが調べられる(ステップS20)。ステップS20において、サイクルが終了していないことが判断されると、次のサイクルの処理に移す処理が行われる(ステップS21)。その後、ステップS11に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップS20において、サイクルが終了したことが判断されると、このレーダ装置の処理は終了する。   When the process of step S18 is completed, it is next checked whether or not the cycle is completed (step S20). If it is determined in step S20 that the cycle has not ended, a process for moving to the process of the next cycle is performed (step S21). Then, it returns to step S11 and the process mentioned above is repeated. On the other hand, if it is determined in step S20 that the cycle has ended, the processing of this radar apparatus ends.

次に、第1の実施形態に係るレーダ装置について詳細に説明する。車載レーダ装置等の場合は、レーダ装置の設置位置が比較的高いため、図1を参照して既に説明したように、カバレッジ面2を水平にすると近距離下方の目標の検出が困難になる。この対策として、図9(b)に示すように、カバレッジ面2をロール方向に回転させる。カバレッジ面2の回転は、送受信器20からアンテナ10を介して送信される送受信ビームを制御することにより行われる。   Next, the radar apparatus according to the first embodiment will be described in detail. In the case of an in-vehicle radar device or the like, since the installation position of the radar device is relatively high, as already described with reference to FIG. 1, when the coverage surface 2 is leveled, it becomes difficult to detect a target below a short distance. As a countermeasure, the coverage surface 2 is rotated in the roll direction as shown in FIG. The rotation of the coverage plane 2 is performed by controlling a transmission / reception beam transmitted from the transceiver 20 via the antenna 10.

また、回転角は、観測範囲に応じて設定されるが、例えば同一車線と隣接車線を観測するためには、カバレッジ面2が隣接車線付近を向く(カバレッジ面2の一端部分が隣接車線に接する)ように設定される。これにより、図10に示すように、同一車線の近距離下方と隣接車線の2車線を観測することができる。なお、図10(a)は立体図であり、図10(b)は上面図である。   The rotation angle is set according to the observation range. For example, in order to observe the same lane and the adjacent lane, the coverage surface 2 faces the vicinity of the adjacent lane (one end portion of the coverage surface 2 is in contact with the adjacent lane). ) Is set as follows. Thereby, as shown in FIG. 10, it is possible to observe two lanes, a short distance below the same lane and an adjacent lane. 10A is a three-dimensional view, and FIG. 10B is a top view.

これを定式化するために、図9を参照して、座標系の回転について説明する。座標を(X,Y,Z)として、X軸を中心にして角度αだけ回転した場合の変換後の座標(X’,Y’,Z’)は、

Figure 0005677275
In order to formulate this, the rotation of the coordinate system will be described with reference to FIG. The coordinates (X ′, Y ′, Z ′) after conversion when the coordinates are (X, Y, Z) and rotated by an angle α around the X axis are as follows:
Figure 0005677275

ここで、
(X,Y,Z) :元の座標
(X’,Y’,Z’):変換後の座標
α :ピッチ角
となる。
here,
(X, Y, Z): Original coordinates (X ′, Y ′, Z ′): Coordinates after conversion α: Pitch angle.

また、Y軸を中心にして角度βだけ回転した場合は、
となる。また、Y軸を中心にして角度β回転した場合は、

Figure 0005677275
Also, when rotated by an angle β around the Y axis,
It becomes. If the angle β is rotated around the Y axis,
Figure 0005677275

ここで、
(X,Y,Z) :元の座標
(X’,Y’,Z’):変換後の座標
β :ロール角
となる。
here,
(X, Y, Z): Original coordinates (X ′, Y ′, Z ′): Coordinates after conversion β: Roll angle.

また、Z軸を中心にして角度γだけ回転した場合は、

Figure 0005677275
Also, when rotated by an angle γ around the Z axis,
Figure 0005677275

ここで、
(X,Y,Z) :元の座標
(X’,Y’,Z’):変換後の座標
γ :ヨー角
となる。
here,
(X, Y, Z): Original coordinates (X ′, Y ′, Z ′): Coordinates after conversion γ: Yaw angle.

したがって、座標回転として角度α、β、γを順に組み合わせた後の座標を(X’,Y’,Z’)とすると、

Figure 0005677275
Therefore, if the coordinates after sequentially combining the angles α, β, and γ as coordinate rotation are (X ′, Y ′, Z ′),
Figure 0005677275

となる。 It becomes.

これより、逆行列を用いて

Figure 0005677275
From this, using the inverse matrix
Figure 0005677275

逆行列を変換すると次式となる。

Figure 0005677275
When the inverse matrix is converted, the following equation is obtained.
Figure 0005677275

ここで、
(X,Y,Z) :元の座標
(X’,Y’,Z’):変換後の座標
α、β、γ :ピッチ、ロール、ヨー角
以上の(11)式〜(13)式により、観測値(X’、Y’,Z’)から元の座標(X,Y,Z)に変換することができる。
here,
(X, Y, Z): Original coordinates (X ′, Y ′, Z ′): Coordinates after conversion α, β, γ: Pitch, roll, yaw angle By the above equations (11) to (13) The observed values (X ′, Y ′, Z ′) can be converted into the original coordinates (X, Y, Z).

以上の点を踏まえて、例えばロール角βのみ(α=γ=0)回転した場合には、カバレッジ面がロール角により傾くため、実空間(水平面)での座標は、観測値(X’,Y’,Z’)を元に、後述する座標補正処理において、次式を用いて補正する。   Based on the above points, for example, when only the roll angle β is rotated (α = γ = 0), the coverage surface is tilted by the roll angle, so the coordinates in the real space (horizontal plane) are the observed values (X ′, Based on Y ′, Z ′), correction is performed using the following equation in the coordinate correction processing described later.

(9)式の逆行列演算より、

Figure 0005677275
From the inverse matrix operation of equation (9),
Figure 0005677275

となり、高さZを無視すると

Figure 0005677275
If we ignore the height Z
Figure 0005677275

ここで、
(X’,Y’,Z’):観測カバレッジ面における座標
(X,Y,Z) :実空間における座標
β :カバレッジ面のロール角
と定式化できる。他の回転を加えた場合には、(13)式を用いることができる。
here,
(X ′, Y ′, Z ′): Coordinates on observation coverage plane (X, Y, Z): Coordinates in real space β: Formulated as roll angle of coverage plane. When other rotations are added, equation (13) can be used.

図11は、第1の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、図2に示したレーダ装置の信号処理器30に、座標補正部40が追加されて構成されている。座標補正部40は、座標変換部38から送られてきた直交座標を示す信号に対して上述した座標補正処理を施し、相関追尾部39に送る。   FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the radar apparatus according to the first embodiment. This radar apparatus is configured by adding a coordinate correction unit 40 to the signal processor 30 of the radar apparatus shown in FIG. The coordinate correction unit 40 performs the above-described coordinate correction processing on the signal indicating the orthogonal coordinates sent from the coordinate conversion unit 38 and sends the signal to the correlation tracking unit 39.

次に、上記のように構成される第1の実施形態に係るレーダ装置の概略の動作を、図12に示すフローチャートを参照しながら説明する。このフローチャートは、図3に示したフローチャートに、座標補正処理を行うステップS19が追加されて構成されている。すなわち、ステップS19では、座標補正部40は、座標変換部38から送られてきた座標を示す信号に対して上述した補正を施し、相関追尾部39に送る。   Next, the schematic operation of the radar apparatus according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This flowchart is configured by adding step S19 for performing coordinate correction processing to the flowchart shown in FIG. That is, in step S <b> 19, the coordinate correction unit 40 performs the above-described correction on the signal indicating the coordinates sent from the coordinate conversion unit 38 and sends the signal to the correlation tracking unit 39.

すなわち、信号処理器30は、送受信器20からの送信に応答して該送受信器20で受信された信号を処理する。これにより、前方および回転により広角のカバレッジ面2が接する側の路面を観測することができる。   That is, the signal processor 30 processes the signal received by the transceiver 20 in response to the transmission from the transceiver 20. Thereby, the road surface on the side where the wide-angle coverage surface 2 is in contact with the front and the rotation can be observed.

以上説明したように、第1の実施形態に係るレーダ装置によれば、カバレッジ面2をロール方向に回転させることにより、レーダ装置の高さが高い場合であっても、水平面の広角の反射点のフェージングによる影響を抑圧した上で、同一車線および隣接車線を観測することができる。   As described above, according to the radar device according to the first embodiment, by rotating the coverage surface 2 in the roll direction, even when the height of the radar device is high, a wide-angle reflection point on the horizontal plane. It is possible to observe the same lane and adjacent lanes while suppressing the effects of fading.

(第2の実施形態)
第2の実施形態に係るレーダ装置は、自動車や鉄道車両等において、車両の路面を観測して自速度を観測する。路面(真下付近)を観測する場合は、図13に示すようにカバレッジ面2を下方に向けるため、降雪等の影響で路面を観測できず、速度を検出できない場合がある。
(Second Embodiment)
The radar apparatus according to the second embodiment observes the speed of the vehicle by observing the road surface of the vehicle in an automobile, a railway vehicle, or the like. When observing the road surface (near directly below), the coverage surface 2 is directed downward as shown in FIG. 13, so the road surface may not be observed due to the influence of snowfall or the like, and the speed may not be detected.

また、路面を観測できたとしても、送受信ビームが路面を照射する面積が小さくて同一の反射点(路面反射点)を観測できる時間が短くなり、その結果、非検出になったり相関追尾できなかったりして、速度を精度よく観測できない場合がある。なお、図13(a)は立体図、図13(b)は上面図および図13(c)は側面図である。   Even if the road surface can be observed, the area where the transmitted and received beams irradiate the road surface is small, and the time for observing the same reflection point (road surface reflection point) is shortened. In some cases, the speed cannot be observed accurately. 13A is a three-dimensional view, FIG. 13B is a top view, and FIG. 13C is a side view.

この対策として、第2の実施形態に係るレーダ装置は、図14に示すように、カバレッジ面2のロール角により、カバレッジ面2の一方を観測する路面に向け、他方を高所の固定構造物に向ける。なお、図14(a)は立体図、図14(b)は上面図、図14(c)は前面図および図14(d)は側面図である。カバレッジ面2による測角により、路面側であるか構造物側であるかを判別できるため、各々の反射点を検出し、必要に応じて相関追尾することにより、自速度を算出することができる。この場合、異なる場所に基づく速度を算出できるため、降雪等の影響で一方が非検出であっても他方を検出でき、このような冗長性により安定して速度を得ることができる。また、路面を照射できる時間が進行方向に対して長いため、同一の反射点(路面反射点)を長く観測でき、非検出になりにくく、また相関追尾も簡易になる。   As a countermeasure against this, the radar apparatus according to the second embodiment has a fixed structure in which one of the coverage surfaces 2 is directed to the road surface to be observed by the roll angle of the coverage surface 2 as shown in FIG. Turn to. 14A is a three-dimensional view, FIG. 14B is a top view, FIG. 14C is a front view, and FIG. 14D is a side view. By measuring the angle with the coverage surface 2, it is possible to determine whether it is on the road surface side or on the structure side. Therefore, it is possible to calculate the own speed by detecting each reflection point and tracking the correlation as necessary. . In this case, since the speed based on different places can be calculated, even if one is not detected due to the influence of snowfall or the like, the other can be detected, and the speed can be stably obtained by such redundancy. In addition, since the time during which the road surface can be irradiated is long with respect to the traveling direction, the same reflection point (road surface reflection point) can be observed for a long time, it is difficult to detect non-detection, and the correlation tracking is also simplified.

以下、定式化を行う。観測カバレッジ面における観測値を(X’,Y’,Z’)とすると、高さを含めた実空間における座標は次式となる。

Figure 0005677275
The formulation is as follows. When the observed value on the observation coverage plane is (X ′, Y ′, Z ′), the coordinates in the real space including the height are as follows.
Figure 0005677275

ここで、
(X’,Y’,Z’):観測カバレッジ面における座標
(X,Y,Z) :実空間における座標
β :カバレッジ面のロール角
観測カバレッジ面においては、Z’=0とすると、

Figure 0005677275
here,
(X ′, Y ′, Z ′): coordinates in the observation coverage plane (X, Y, Z): coordinates in the real space β: roll angle of the coverage plane In the observation coverage plane, Z ′ = 0
Figure 0005677275

となる。 It becomes.

図15は、第2の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、第1の実施形態に係るレーダ装置に高さ判断部41が追加されて構成されている。高さ判断部41は、路面と高所構造物を抽出するためのスレショルドZth1とZth2を用いて、Zth1以下であれば路面と判断し、Zth2以上であれば高所構造物と判断する。それぞれ抽出した路面と高所構造物の反射点より、(4)式を用いて実空間(X,Y)軸での速度を抽出することができる。   FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration of a radar apparatus according to the second embodiment. This radar apparatus is configured by adding a height determination unit 41 to the radar apparatus according to the first embodiment. The height determining unit 41 uses the thresholds Zth1 and Zth2 for extracting the road surface and the height structure, and determines that the road surface is Zth1 or less, and determines the height structure if Zth2 or more. The velocity in the real space (X, Y) axis can be extracted from the extracted road surface and the reflection point of the height structure by using equation (4).

これにより、路面または高所構造物の少なくとも一方の反射点の速度を算出し、算出した速度と逆符号の自車速度を算出することができる。さらに、平滑速度を算出するには、反射点の位置(X,Y)を用いて、次のサイクルにおける(X,Y)との相関をとり、その観測値を元に追尾処理すればよい。相関追尾処理としては、上述した相関追尾(NN相関、α−β追尾方式)を用いることができ、これにより速度精度を向上させることができる。   Thereby, the speed of the reflection point of at least one of the road surface or the height structure can be calculated, and the vehicle speed of the opposite sign to the calculated speed can be calculated. Further, in order to calculate the smoothing speed, the position (X, Y) of the reflection point is used to correlate with (X, Y) in the next cycle, and the tracking process may be performed based on the observed value. As the correlation tracking process, the above-described correlation tracking (NN correlation, α-β tracking method) can be used, thereby improving the speed accuracy.

以上説明したように、第2の実施形態に係るレーダ装置によれば、カバレッジ面で検出される下部および上部の反射点を抽出することにより、他の反射点の影響を抑圧した上で、路面反射点と高所の構造物の反射点を抽出できるため、自車速度を高精度に検出できる。また、降雪の影響等で下部または上部の反射点のうち一方が検出できない場合であっても他方で補間することができるので、安定した速度抽出が可能になる。   As described above, according to the radar apparatus according to the second embodiment, by extracting the lower and upper reflection points detected on the coverage surface, the influence of other reflection points is suppressed, and then the road surface Since the reflection point and the reflection point of the structure at a high place can be extracted, the vehicle speed can be detected with high accuracy. Further, even if one of the lower or upper reflection points cannot be detected due to the influence of snowfall or the like, interpolation can be performed on the other, so that stable speed extraction can be performed.

(第3の実施形態)
図16に示すように、高さ方向に反射点の幅を持つ目標(目標車両4または目標人物5)をクロスレンジ方向に観測する際に、カバレッジ面2を水平にすると、反射が大きい点を観測できず、非検出になる場合がある。なお、図16(a)は立体図ならびに図16(b)および図16(c)は側面図である。これを避けるために、図17に示すようにカバレッジ面2を垂直にして、クロスレンジ方向に横切る目標を観測する方法もあるが、観測時間が短くなるため、非検出になる場合がある。なお、図17(a)は立体図、図17(b)は側面図および図17(c)は上面図である。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 16, when observing a target (target vehicle 4 or target person 5) having a reflection point width in the height direction in the cross range direction, if the coverage surface 2 is leveled, a point having a large reflection is obtained. It may not be observable and may not be detected. 16A is a three-dimensional view, and FIGS. 16B and 16C are side views. In order to avoid this, there is a method of observing a target crossing in the cross range direction with the coverage surface 2 vertical as shown in FIG. 17, but there are cases where the detection time is not detected because the observation time is shortened. 17A is a three-dimensional view, FIG. 17B is a side view, and FIG. 17C is a top view.

この対策として、第3の実施形態に係るレーダ装置は、図18に示すように、カバレッジ面2のロール角により、クロスレンジ方向に移動する目標の低い部分から高い部分まで、カバレッジ面2を横切るようにし、カバレッジ面2において測角する。なお、図18(a)は立体図ならびに図18(b)および図18(c)は側面図である。この測角値、ロール角、レンジ値を用いて、次式によりクロスレンジ位置を算出できる。このクロスレンジ位置の算出は、例えば、相関追尾部39で行うことができる。

Figure 0005677275
As a countermeasure, the radar apparatus according to the third embodiment crosses the coverage surface 2 from a low part to a high part of the target moving in the cross range direction according to the roll angle of the coverage surface 2 as shown in FIG. Thus, the angle is measured on the coverage plane 2. 18A is a three-dimensional view, and FIGS. 18B and 18C are side views. Using this angle measurement value, roll angle, and range value, the cross range position can be calculated by the following equation. The calculation of the cross range position can be performed by the correlation tracking unit 39, for example.
Figure 0005677275

高さZを無視すると

Figure 0005677275
Ignoring the height Z
Figure 0005677275

ここで、
(X’,Y’,Z’) :観測カバレッジ面における座標
(X,Y,Z):実空間における座標
β :カバレッジ面のロール角
以上により、クロスレンジ方向の目標位置の検出とその位置を用いた相関追尾ができる。
here,
(X ′, Y ′, Z ′): Coordinates in the observation coverage plane (X, Y, Z): Coordinates in the real space β: Roll angle of the coverage plane By the above, detection of the target position in the cross-range direction and its position The correlation tracking used can be performed.

以上説明したように、第3の実施形態に係るレーダ装置によれば、クロスレンジ方向に移動する高さのある目標物を検出する際に、ある高さの反射点のみでなく、高さ全体にわたる反射点を検出して追尾することができるので、安定した追尾が可能となる。   As described above, according to the radar apparatus according to the third embodiment, when detecting a target having a height that moves in the cross-range direction, not only a reflection point having a certain height but also the entire height. Therefore, stable tracking can be achieved.

(第4の実施形態)
レーダ装置1を高所に設置すると、図19(a)の側面図に示すように、レーダ装置1の真下付近を観測できず、カバレッジ面2を鉛直にすると、図19(b)の上面図に示すように、車線内の狭い範囲しか観測できない。
(Fourth embodiment)
When the radar apparatus 1 is installed at a high place, as shown in the side view of FIG. 19A, the area directly below the radar apparatus 1 cannot be observed, and when the coverage surface 2 is vertical, the top view of FIG. As can be seen, only a narrow range in the lane can be observed.

この対策として、第4の実施形態に係るレーダ装置は、図20に示すようにカバレッジ面2を垂直にし、さらに、アジマス方向に角度を持たせて設定し、所定のレンジ−クロスレンジの観測範囲5の対角線上に斜めに向け、レンジ−クロスレンジを観測する。なお、図20(a)は側面図および図20(b)は上面図である。カバレッジ面2を下方に向けることを考慮すると、一般にはピッチ角α、ロール角βおよびヨー角γの全ての回転を伴うため、次式となる。

Figure 0005677275
As a countermeasure, the radar apparatus according to the fourth embodiment sets the coverage surface 2 to be vertical as shown in FIG. 20 and further sets an angle in the azimuth direction, so that an observation range of a predetermined range-cross range is set. Observe the range-cross range diagonally on the diagonal of 5. 20A is a side view and FIG. 20B is a top view. Considering that the coverage surface 2 is directed downward, generally, all the rotations of the pitch angle α, the roll angle β, and the yaw angle γ are involved.
Figure 0005677275

ここで、
(X,Y,Z) :元の座標
(X’,Y’,Z’):変換後の座標
α :ピッチ角
β :ロール角(90度)
γ :ヨー角
ピッチ角αは観測幅を覆うように下方に設定する。ロール角βは90度を基本とする。ヨー角γは1つの車線を覆うように設定する。観測値Z’は、一般に0であり、変換後も高さ情報を用いない場合はZ=Z’=0とする。これにより、クロスレンジ方向の目標位置の検出とその位置を用いた相関追尾を行うことができる。
here,
(X, Y, Z): Original coordinates (X ′, Y ′, Z ′): Coordinates after conversion α: Pitch angle β: Roll angle (90 degrees)
γ: Yaw angle The pitch angle α is set downward to cover the observation width. The roll angle β is basically 90 degrees. The yaw angle γ is set so as to cover one lane. The observed value Z ′ is generally 0, and Z = Z ′ = 0 when the height information is not used even after conversion. Thereby, detection of the target position in the cross range direction and correlation tracking using the position can be performed.

以上説明したように、第4の実施形態に係るレーダ装置によれば、カバレッジ面を所定のレンジ−クロスレンジの観測範囲5の対角線上に設定することにより、所定の幅以上の車両は、観測範囲5においてレンジ−クロスレンジの両者を近距離真下付近まで観測することができる。   As described above, according to the radar apparatus of the fourth embodiment, by setting the coverage plane on the diagonal line of the observation range 5 of the predetermined range-cross range, a vehicle having a predetermined width or more is observed. In range 5, both the range and the cross range can be observed up to near the short distance.

(第5の実施形態)
カバレッジ面を水平にすると、目標の高さを観測できず、車種等を識別できない。この対策として、第5の実施形態に係るレーダ装置は、図21(a)の側面図および図21(b)の上面図に示すように、カバレッジ面2において測角し、測距値(レンジ)と測角値により、次式により目標の高さZ’を算出する。

Figure 0005677275
(Fifth embodiment)
If the coverage plane is horizontal, the target height cannot be observed, and the vehicle type cannot be identified. As a countermeasure, the radar apparatus according to the fifth embodiment measures the angle on the coverage plane 2 as shown in the side view of FIG. 21A and the top view of FIG. ) And the measured angle value, the target height Z ′ is calculated by the following equation.
Figure 0005677275

ここで、
(X,Y,Z) :元の座標
(X’,Y’,Z’):変換後の座標
α :ピッチ角
β :ロール角(90度)
γ :ヨー角
ピッチ角αは観測幅を覆うように下方に設定する。ロール角βは90度を基本とする。ヨー角γは1つの車線を覆うように設定する。観測値Z’は、一般に0である。変換後の高さ情報Z’を用いて、普通車または大型車等の各々の高さに対応する所定のスレショルドZth(n)(n=1〜N、Nは識別する車両の種別)と比較することにより、目標の識別を行う。
here,
(X, Y, Z): Original coordinates (X ′, Y ′, Z ′): Coordinates after conversion α: Pitch angle β: Roll angle (90 degrees)
γ: Yaw angle The pitch angle α is set downward to cover the observation width. The roll angle β is basically 90 degrees. The yaw angle γ is set so as to cover one lane. The observed value Z ′ is generally zero. Using the converted height information Z ′, comparison is made with a predetermined threshold Zth (n) (n = 1 to N, N is the type of vehicle to be identified) corresponding to the height of each of a normal vehicle or a large vehicle, etc. By doing so, the target is identified.

以上説明したように、第5の実施形態に係るレーダ装置によれば、第4の実施形態に係るレーダ装置に加えて、カバレッジ面のレンジ−クロスレンジ値を元にした座標変換により、目標の高さを抽出し、所定のスレショルドと比較することにより小型車または大型車等を識別することができる。   As described above, according to the radar apparatus according to the fifth embodiment, in addition to the radar apparatus according to the fourth embodiment, target conversion is performed by coordinate conversion based on the range-cross range value of the coverage surface. A small car or a large car can be identified by extracting the height and comparing it with a predetermined threshold.

以上のように、第1の実施形態〜第5の実施形態に係るレーダ装置によれば、広角のカバレッジ面の3軸(ロール/ピッチ/ヨー)の設定角度により、レーダ装置を比較的高所に設置した場合であっても、近距離真下から遠距離までの所定の範囲の目標物の検出/追尾能力を高めることができる。また、カバレッジ面を目標物の進行方向に対して斜めに設定することにより、カバレッジ内の不要な反射点を抑圧し、必要な反射点に対して立体的に幅を持たせても観測できる時間を長くすることにより、検出/追尾能力を高めることができる。   As described above, according to the radar apparatus according to the first to fifth embodiments, the radar apparatus is relatively high in position by the set angles of the three axes (roll / pitch / yaw) of the wide-angle coverage surface. Even in the case of being installed in the vehicle, it is possible to improve the detection / tracking ability of a target in a predetermined range from a short distance to a long distance. In addition, by setting the coverage surface obliquely with respect to the direction of travel of the target, it is possible to observe even if the unnecessary reflection points in the coverage are suppressed and the required reflection points have a three-dimensional width. By increasing the length, detection / tracking capability can be increased.

なお、カバレッジ面2を斜めに設定する特殊な例として、図22に示すように、車載のレーダ装置でカバレッジ面2を鉛直にする場合があるが、これは第1の実施形態の内容に含まれる。なお、図22(a)は上面図、図22(b)は前面図および図22(c)は側面図である。また、第1の実施形態において、図23(a)の側面図および図23(b)の上面図に示すように、構造物の高所にレーダ装置1を固定して車線を観測する場合もある。   As a special example of setting the coverage surface 2 obliquely, as shown in FIG. 22, there is a case where the coverage surface 2 is made vertical by an in-vehicle radar device, which is included in the contents of the first embodiment. It is. 22A is a top view, FIG. 22B is a front view, and FIG. 22C is a side view. In the first embodiment, as shown in the side view of FIG. 23 (a) and the top view of FIG. 23 (b), the radar apparatus 1 may be fixed at the height of the structure to observe the lane. is there.

また、第3の実施形態で説明したカバレッジ面2を斜めにクロスさせる場合の応用例として、図24に示すように、目標の斜め前方から観測し、カバレッジ面2を真横にする場合に比べて、観測時間を長くして検出能力を高めることもできる。なお、図24(a)は立体図、図24(b)は側面図および図24(c)は上面図である。   Further, as an application example in the case where the coverage surface 2 described in the third embodiment is crossed obliquely, as shown in FIG. The detection time can be increased by extending the observation time. 24A is a three-dimensional view, FIG. 24B is a side view, and FIG. 24C is a top view.

以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10 アンテナ
11 アンテナ送信素子
12 アンテナ受信素子
20 送受信器
21 送信器
22 ミキサ
30 信号処理器
31 AD変換器
32 アップ系列ダウン系列抽出部
33 FFT部
34 DBF部
35 ペアリング部
36 測距・測速部
37 測角部
38 座標変換部
39 相関追尾部
40 座標補正部
41 高さ判断部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Antenna 11 Antenna transmission element 12 Antenna receiving element 20 Transmitter / receiver 21 Transmitter 22 Mixer 30 Signal processor 31 AD converter 32 Up series down series extraction part 33 FFT part 34 DBF part 35 Pairing part 36 Ranging and speed measurement part 37 Angle measurement unit 38 Coordinate conversion unit 39 Correlation tracking unit 40 Coordinate correction unit 41 Height determination unit

Claims (6)

単一または複数の送受信ビームによる広角のカバレッジ面および該カバレッジ面に直交する狭角のカバレッジ面を有するレーダ装置において、
前記広角のカバレッジ面を少なくともロール方向に回転させて送信する送受信器と、
前記送受信器からの送信に応答して該送受信器で受信された信号を処理することにより前方および前記回転により前記広角のカバレッジ面が接する側の路面を観測する信号処理器と、
を備え、
前記信号処理器は、
前記送受信器からの送信に応答して該送受信器で受信された信号に基づいて広角のカバレッジ面における測距および測角により得られた極座標の信号を直交座標の信号に変換する座標変換部と、
前記座標変換部において得られた直交座標の信号を前記ロール方向の回転に応じて補正する座標補正部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
In a radar apparatus having a wide-angle coverage surface by a single transmission / reception beam or a narrow-angle coverage surface orthogonal to the coverage surface,
A transmitter / receiver that rotates and transmits at least the wide-angle coverage surface in the roll direction;
A signal processor for observing the road surface in front of and in contact with the wide-angle coverage surface by the rotation by processing a signal received by the transceiver in response to transmission from the transceiver;
With
The signal processor is
A coordinate converter that converts a polar coordinate signal obtained by distance measurement and angle measurement on a wide-angle coverage surface based on a signal received by the transceiver in response to transmission from the transmitter / receiver into an orthogonal coordinate signal; ,
A coordinate correction unit that corrects a signal of orthogonal coordinates obtained in the coordinate conversion unit according to the rotation in the roll direction;
A radar apparatus comprising:
前記信号処理器は、
前記座標補正部で補正された信号に基づき送受信ビームの反射点の路面からの高さを算出して所定のスレショルドと比較することにより反射点が路面または高所の何れであるかを判断する高さ判断部を備え、前記高さ判断部の出力に基づき前記反射点の速度から自速度を算出することを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
The signal processor is
A height for judging whether the reflection point is a road surface or a high place by calculating the height of the reflection point of the transmission / reception beam from the road surface based on the signal corrected by the coordinate correction unit and comparing it with a predetermined threshold. The radar apparatus according to claim 1, further comprising a height determination unit, and calculating a self-speed from the speed of the reflection point based on an output of the height determination unit.
前記信号処理器は、
前記座標補正部で補正された信号に基づきクロスレンジ方向を算出し、算出したクロスレンジ方向の目標を検出して相関追尾を行う相関追尾部を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のレーダ装置。
The signal processor is
The correlation tracking part which calculates a cross-range direction based on the signal correct | amended by the said coordinate correction | amendment part, detects the target of the calculated cross-range direction, and performs a correlation tracking is provided, The correlation tracking part characterized by the above-mentioned. The radar apparatus described.
前記信号処理器は、
広角のカバレッジ面を、所定のレンジ−クロスレンジの観測範囲の対角線上に斜めに向けて設定し、レンジ−クロスレンジを観測することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のレーダ装置。
The signal processor is
4. The range-cross range is observed by setting a wide-angle coverage plane diagonally on a diagonal line of a predetermined range-cross range observation range. 5. The radar apparatus described.
前記信号処理器は、
前記座標補正部で補正された信号に基づき目標の高さを抽出し、抽出した目標を識別することを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。
The signal processor is
5. The radar apparatus according to claim 4, wherein a target height is extracted based on the signal corrected by the coordinate correction unit, and the extracted target is identified.
バレッジ面が、走行状態における水平面と非平行となるように請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレーダ装置が設置されていることを特徴とする車両。 Vehicle coverage surface, characterized in that the radar apparatus according to any one of claims 1 to 5 so as to be horizontal and non-parallel in the traveling state are installed.
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