JP5741508B2 - Distance and speed measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、パルス状の送信波を送信し、その反射波を受信することで、送信波を反射した物標との距離や速度を測定する距離,速度測定装置に関する。   The present invention relates to a distance / velocity measuring device that transmits a pulsed transmission wave and receives the reflected wave to measure the distance and speed of a target reflecting the transmission wave.

パルス状の送信波を送信し、その反射波を受信し、送信波の送信タイミングから反射波の受信タイミングまでの時間差を計測することで、送信波を反射した物標との距離を求める装置が知られている。   An apparatus for transmitting a pulsed transmission wave, receiving the reflected wave, and measuring the time difference from the transmission timing of the transmission wave to the reception timing of the reflected wave to determine the distance from the target reflecting the transmission wave Are known.

この種の装置において、送信タイミングから受信タイミング(受信信号が最大電圧に達するタイミング)までの時間差を計測する手法の一つとして、受信信号が所定の閾値より大きくなるタイミングを前タイミング、その後、所定の閾値より小さくなるタイミングを後タイミングとして、送信タイミングから前タイミングまでの時間差、および送信タイミングから後タイミングまでの時間差をタイマ等で個別に計測し、これら両時間差の計測結果から、送信タイミングから受信タイミングまでの時間差を推定するものがある(例えば、特許文献1参照)。   In this type of device, as one of the methods for measuring the time difference from the transmission timing to the reception timing (the timing at which the received signal reaches the maximum voltage), the timing at which the received signal becomes larger than a predetermined threshold is set to the previous timing, and then to the predetermined timing. The time difference from the transmission timing to the previous timing and the time difference from the transmission timing to the subsequent timing are individually measured with a timer, etc. Some estimate the time difference to the timing (see, for example, Patent Document 1).

また、送信波を送信する毎に、所定期間の間、受信信号を所定間隔でサンプリングし、複数の送信波について同様のサンプリングを行った結果に基づき、送信波の送信タイミングを基準とした同一時間にサンプリングされたサンプリング値同士を加算(積分)することで、複数の受信信号を積分した積分信号(受信信号のノイズ分が抑制される)のサンプリング値に相当する積分サンプリング値を求め、その積分サンプリング値から受信タイミングを求めるものもある(例えば、特許文献2参照)。   Also, every time a transmission wave is transmitted, the received signal is sampled at a predetermined interval for a predetermined period, and based on the result of performing similar sampling for a plurality of transmission waves, the same time with reference to the transmission timing of the transmission wave By adding (integrating) the sampled values sampled at the same time, an integrated sampling value corresponding to the sampling value of the integrated signal (which reduces the noise of the received signal) obtained by integrating multiple received signals is obtained, and the integration is performed. There is also one that obtains reception timing from a sampling value (see, for example, Patent Document 2).

以下では、前者を一発測距方式、後者を積分測距方式と称する。
更に、受光信号を、背景光の強度に応じて設定される閾値を用いて2値化し、この2値化した信号を、2種類の手法(レベルサンプリング,エッジサンプリング)でサンプリングし、受信信号のS/Nに関係するパラメータに応じて使用する手法を切り換え、いずれか一方のサンプリング結果に従って、送信から受信までの時間差、ひいては送信波を反射した物体までの距離を求めることが記載されている(特許文献3参照)。
Hereinafter, the former is referred to as a one-shot ranging method, and the latter is referred to as an integral ranging method.
Further, the received light signal is binarized using a threshold value set in accordance with the intensity of the background light, and the binarized signal is sampled by two kinds of methods (level sampling and edge sampling) to obtain the received signal. It is described that a method to be used is switched according to a parameter related to S / N, and a time difference from transmission to reception is obtained in accordance with one of the sampling results, and thus a distance to an object reflecting the transmission wave is obtained ( (See Patent Document 3).

なおS/Nに関係するパラメータとして、具体的には、送信から経過時間(近距離はS/Nが大)や、実際の測距を行う前にプリ測距を行い、そのプリ測距で検出される信号レベル(信号レベルが高ければS/Nが大)等を用いることが提案されている。   As parameters related to S / N, specifically, an elapsed time from transmission (S / N is large for a short distance) or pre-range measurement before actual distance measurement is performed. It has been proposed to use a detected signal level (S / N is large if the signal level is high) or the like.

特開平9−236661号公報JP-A-9-236661 特開2005−257405号公報JP 2005-257405 A 特表2007−4606号公報Special table 2007-4606

ところで、一発測距方式では、送信タイミングから前タイミングや後タイミングまでの時間差を計測するタイマの動作クロックによって時間分解能(ひいては距離分解能)が決まるため、高速の動作クロックを用いることで精度の高い測定が可能である。しかし、物標からの反射強度が弱く、所定の閾値より低い受信信号(ノイズレベルと同程度の受信信号)しか得られない場合には、測定結果を得ることができないという問題がある。   By the way, in the one-shot ranging method, the time resolution (and distance resolution) is determined by the operation clock of the timer that measures the time difference from the transmission timing to the previous timing and the subsequent timing. Therefore, high accuracy is achieved by using a high-speed operation clock. Measurement is possible. However, there is a problem that the measurement result cannot be obtained when the reflection intensity from the target is weak and only a reception signal lower than a predetermined threshold (a reception signal of the same level as the noise level) can be obtained.

一方、積分測距方式では、積分効果によって受信信号のS/Nを向上させることができるため、ノイズに埋もれるような所定閾値より低い受信信号であっても測定結果を得ることが可能である。しかし、受信信号のサンプリング間隔によって時間分解能(ひいては距離分解能)が決まり、サンプリング間隔は動作クロックのように高速にはできないため、一発測距方式と比較して検出精度が劣ってしまうという問題がある。仮に、積分測距方式にて、一発測距方式と同様の検出精度が実現できたとしても、その場合には、サンプリングしたデータ量が膨大なものとなり、データを記憶するための装置規模や、データの処理量が増大してしまうという問題があった。   On the other hand, since the S / N of the received signal can be improved by the integration effect in the integral ranging method, the measurement result can be obtained even for a received signal lower than a predetermined threshold that is buried in noise. However, the time resolution (and hence the distance resolution) is determined by the sampling interval of the received signal, and the sampling interval cannot be made as high as the operation clock, so that there is a problem that the detection accuracy is inferior compared to the one-shot ranging method. is there. Even if the integration ranging method can achieve the same detection accuracy as the one-shot ranging method, in that case, the amount of sampled data becomes enormous, and the scale of the device for storing the data There is a problem that the amount of data processing increases.

また、上述の装置を、例えば、車両の衝突防止(PCS)用のセンサとして使用する場合、物標との距離だけでなく、物標の速度(相対速度)も検出する必要があり、そのためには、一定時間間隔毎に物標との距離が確実に求められることが望ましく、更には、安全に関わる制御に用いられるため、できるだけ高い精度で検出結果が得られることが望ましい。   In addition, when the above-described device is used as, for example, a vehicle collision prevention (PCS) sensor, it is necessary to detect not only the distance to the target but also the speed (relative speed) of the target. It is desirable that the distance from the target is reliably obtained at regular time intervals, and further, since it is used for safety-related control, it is desirable that the detection result be obtained with the highest possible accuracy.

また、特許文献3に記載の考え方を適用して、上記2種類の測距方式を切り換えて使用することも考えられる。しかし、例えば、車載レーダ装置では、静止物から移動物まで、様々な種類の対象物を検出する必要があり、対象物毎に反射特性が様々に異なっているだけでなく、同じ対象物であっても、反射位置によって反射強度は様々に変化する。しかも、対象物との相対的な位置関係も短時間で大きく変化し、これに伴って対象物上での反射位置も頻繁に変化する。   It is also conceivable to apply the idea described in Patent Document 3 by switching between the two types of distance measuring methods. However, for example, in-vehicle radar devices need to detect various types of objects from stationary objects to moving objects, and not only the reflection characteristics differ from object to object but also the same object. However, the reflection intensity varies depending on the reflection position. In addition, the relative positional relationship with the object changes greatly in a short time, and the reflection position on the object frequently changes accordingly.

つまり、送信からの経過時間によって切り換える手法では、実際の反射強度が全く考慮されておらず、また、プリ測距の結果によって切り換える手法では、プリ測距時と実際の測距時とで状況が変化している可能性がある。従って、いずれの手法も的確な測距方式を選択することができない場合があり、距離や速度の計測結果の精度を低下させてしまうという問題があった。   In other words, in the method of switching according to the elapsed time from transmission, the actual reflection intensity is not considered at all, and in the method of switching according to the result of the pre-ranging, the situation is different between the pre-ranging and the actual ranging. It may have changed. Therefore, there is a case in which neither method can select an accurate distance measurement method, and there is a problem in that the accuracy of the measurement result of distance and speed is lowered.

更に、特許文献3に記載の技術は、受信信号を2値化した信号に対して異なったサンプリングを実行するものであるのに対して、一発測距方式及び積分測距方式は、いずれも、受信信号を2値化することなくそのままサンプリングした結果を用いて処理を実行するものである。従って、一発測距方式及び積分測距方式を切り換えて使用する装置は、特許文献3に記載の技術を単純には適用するだけでは実現することができないという問題もあった。   Furthermore, while the technique described in Patent Document 3 performs different sampling on a signal obtained by binarizing a received signal, both the one-shot ranging method and the integral ranging method are both The processing is executed using the result of sampling the received signal as it is without binarizing. Therefore, there has been a problem that an apparatus that switches between the one-shot distance measurement method and the integral distance measurement method cannot be realized simply by applying the technique described in Patent Document 3.

本発明は、上記問題点を解決するために、測定周期毎に、送信波を反射した物標との距離(ひいては速度)を可能な限り精度良く求めることができる距離,速度測定装置を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a distance and speed measuring device capable of obtaining the distance (and thus the speed) from the target reflecting the transmitted wave with the highest possible accuracy for each measurement period. For the purpose.

本発明の距離,速度測定装置では、送受信手段が、予め設定された測定周期毎に、パルス状の送信波を複数回照射し、その送信波の反射波を受信して該反射波の強度を表す受信信号を生成する。   In the distance / velocity measuring device of the present invention, the transmitting / receiving means irradiates the pulsed transmission wave a plurality of times for each preset measurement period, receives the reflected wave of the transmission wave, and determines the intensity of the reflected wave. A received signal is generated.

但し、送信波の送信間隔Twは、当該装置で規定される最大検知距離を送信波が往復するのに要する時間以上に設定され、送信波の数をN個、測定周期をTcyclとすると、Tcycl>N×Twとなるように設定されている(図2参照)。   However, the transmission interval Tw of the transmission wave is set to be equal to or longer than the time required for the transmission wave to reciprocate the maximum detection distance specified by the device, and the number of transmission waves is N and the measurement cycle is Tcycl. > N × Tw is set (see FIG. 2).

すると、第1測距手段が、複数の送信波のいずれか一つについて、送信波の送信タイミングから、その送信波に対応する受信信号が予め設定された検出閾値を横切るタイミングまでの経過時間を計測した結果に基づいて、送信波を反射した物標である反射物標までの距離を表す第1測距値を測定周期毎に求める。なお、検出閾値を横切るタイミングには、検出閾値以下の信号レベルから検出閾値より大きい信号レベルに変化するタイミングと、検出閾値より大きい信号レベルから検出閾値以下の信号レベルに変化するタイミングとがある。   Then, the first ranging means calculates the elapsed time from the transmission timing of the transmission wave to the timing at which the reception signal corresponding to the transmission wave crosses a preset detection threshold for any one of the plurality of transmission waves. Based on the measurement result, a first distance measurement value representing a distance to a reflection target that is a target reflecting the transmission wave is obtained for each measurement period. Note that the timing of crossing the detection threshold includes a timing of changing from a signal level equal to or lower than the detection threshold to a signal level higher than the detection threshold, and a timing of changing from a signal level higher than the detection threshold to a signal level equal to or lower than the detection threshold.

また、第2測距手段が、複数の送信波のそれぞれについて、送信波の送信タイミングから、予め設定された最大検知距離を送信波が往復するのに要する時間以上に設定された最大計測期間の間、予め設定されたサンプリング間隔で受信信号をサンプリングし、各送信波の送信タイミングを基準として同一時間にサンプリングされたサンプリング値同士を加算することで求めた積分サンプリング値に基づいて、反射物標までの距離を表す第2測距値を測定周期毎に求める。   In addition, the second ranging means has, for each of the plurality of transmission waves, a maximum measurement period set to be equal to or longer than a time required for the transmission wave to reciprocate a preset maximum detection distance from the transmission timing of the transmission wave. During this period, the received signal is sampled at a preset sampling interval, and the reflection target is calculated based on the integrated sampling value obtained by adding the sampling values sampled at the same time with reference to the transmission timing of each transmission wave. A second distance value representing the distance up to is obtained for each measurement period.

つまり、積分サンプリング値は、複数の受信信号を、送信タイミングを基準として同じタイミングで足し合わせた積分信号のサンプリング値に相当する。なお、積分信号は、元の受信信号と比較して、ノイズが抑制されS/Nが向上したものとなる。   That is, the integrated sampling value corresponds to a sampling value of an integrated signal obtained by adding a plurality of received signals at the same timing with reference to the transmission timing. Note that the integrated signal has a reduced noise and an improved S / N compared to the original received signal.

そして、距離算出手段が、記第1測距値および第2測距値のうち、少なくとも一方を用いて、測定周期毎に、反射物標との距離を表す物標距離を算出し、更に、速度算出手段が、距離算出手段にて算出された距離に基づき、測定周期毎に、反射物標の速度を算出する。   Then, the distance calculation means calculates a target distance representing a distance from the reflective target for each measurement cycle using at least one of the first distance value and the second distance value, The speed calculation means calculates the speed of the reflective target for each measurement period based on the distance calculated by the distance calculation means.

このように構成された本発明の距離,速度測定装置によれば、第1測距手段は、受信信号が検出閾値より大きい場合は、第1測距手段による精度の良い第1測距値を得ることができ、また、受信信号が検出閾値以下である場合は、第1測距値よりは精度は劣るが、第2測距手段による第2測距値を得ることができる。このため、第1測距値および第2測距値を適宜選択することによって、測定周期毎に可能な限り高い精度で物標距離を求めることができ、更には、その物標距離に基づいて可能な限り高い精度で物標の速度を求めることができる。   According to the distance / velocity measuring apparatus of the present invention configured as described above, the first distance measuring means obtains the first distance value with high accuracy by the first distance measuring means when the received signal is larger than the detection threshold. If the received signal is below the detection threshold, the second distance value by the second distance measuring means can be obtained, although the accuracy is inferior to the first distance value. For this reason, by appropriately selecting the first distance value and the second distance value, the target distance can be obtained with the highest possible accuracy for each measurement cycle, and further, based on the target distance. The speed of the target can be determined with the highest possible accuracy.

また、本発明の距離,速度測定装置によれば、第1測距手段は、複数の送信波(但し、いずれか一つ)を使用し、第2測距手段は、第1測距手段のものと同じ複数の送信波(但し、全て)を使用して処理を実行するため、同じ測定周期内でほぼ同時に得られる受信信号を用いて求められた第1測距値及び第2測距値を用いて、物標距離や速度を求めることができる。このため、検出対象となる周囲の状況(対象物との相対的な位置関係)が短時間で変化するような場合でも、精度のよい検出結果を得ることができる。   Further, according to the distance and speed measuring apparatus of the present invention, the first distance measuring means uses a plurality of transmission waves (however, any one), and the second distance measuring means is the first distance measuring means. Since the processing is executed using the same plurality of transmission waves (but all), the first distance value and the second distance value obtained using the received signals obtained almost simultaneously within the same measurement period Can be used to determine the target distance and speed. For this reason, even when the surrounding situation (relative positional relationship with the object) to be detected changes in a short time, an accurate detection result can be obtained.

ところで、第1測距手段は、検出閾値として、受信信号のノイズレベルより大きな値に設定された下閾値と、この下閾値より大きな値に設定された上閾値とを有し、受信信号が上閾値を越える場合は、上閾値を検出閾値とし、受信信号が上閾値以下である場合は、下閾値を検出閾値として第1測距値を求めるように構成されていてもよい。なお、上閾値は、第1測距値の精度が第2測距値の精度より確実に高くなるような値であることが望ましい。   Incidentally, the first distance measuring means has, as detection threshold values, a lower threshold value set to a value larger than the noise level of the received signal and an upper threshold value set to a value larger than the lower threshold value. If the threshold value is exceeded, the first threshold value may be determined by using the upper threshold value as the detection threshold value, and if the received signal is equal to or lower than the upper threshold value, the lower threshold value may be used as the detection threshold value. The upper threshold value is desirably a value that ensures that the accuracy of the first distance measurement value is higher than the accuracy of the second distance measurement value.

この場合、距離算出手段は、例えば、受信信号が上閾値より大きい場合は第1測距値、受信信号が下閾値より小さい場合は第2測距値、受信信号が下閾値以上かつ上閾値以下の場合は第1測距値と第2測距値との平均値を、物標距離として求めることが考えられる。   In this case, the distance calculation means, for example, the first distance value when the received signal is larger than the upper threshold value, the second distance value when the received signal is smaller than the lower threshold value, and the received signal is greater than or equal to the lower threshold value and smaller than or equal to the upper threshold value. In this case, it is conceivable to obtain an average value of the first distance value and the second distance value as the target distance.

このように第1測距値と第2測距値との平均値を用いることにより、物標距離の算出に使用される測距手段が切り替わる時に、物標距離の値が急激に変化すること、即ち、距離とびの発生を抑制することができる。   By using the average value of the first distance value and the second distance value in this way, the target distance value changes rapidly when the distance measuring means used for calculating the target distance is switched. That is, the occurrence of distance jumps can be suppressed.

ここで、第1測距値と第2測距値との平均値は、単純平均値でもよいし、加重平均値であってもよい。加重平均値を使用する場合、第1測距値の精度と第2測距値の精度とに従って、より精度の高い方の重みが大きくなるように設定してもよい。   Here, the average value of the first distance value and the second distance value may be a simple average value or a weighted average value. When the weighted average value is used, the higher weight may be set so as to increase in accordance with the accuracy of the first distance value and the accuracy of the second distance value.

また、検出閾値としては、上閾値または下閾値のいずれか一方だけを用いて、受信信号が検出閾値を越える場合は、第1測距値、受信信号が検出閾値以下である場合は、第2測距値を物標距離とするようにしてもよい。   As the detection threshold, only one of the upper threshold and the lower threshold is used. When the received signal exceeds the detection threshold, the first distance measurement value is used. When the received signal is less than the detection threshold, the second threshold is used. The distance measurement value may be the target distance.

また、本発明の距離,速度測定装置において、速度算出手段は、時系列フィルタを用いて速度を算出するように構成されていてもよい。ここで、距離算出手段に求められた物標距離が、第1測距値である場合を第1状態、第1測距値と第2測距値との平均値である場合を第2状態、第2測距値である場合を第3状態とする。   In the distance / speed measuring apparatus of the present invention, the speed calculating means may be configured to calculate the speed using a time series filter. Here, the case where the target distance obtained by the distance calculation means is the first distance value is the first state, and the case where the target distance is the average value of the first distance value and the second distance value is the second state. The case of the second distance measurement value is set as the third state.

この場合、第2状態を経過することなく、第1状態から第3状態に又は第3状態から第1状態に直接遷移した時に、距離算出手段にて求められた物標距離は信頼度が低いものとして速度を算出するように構成されていてもよい。 In this case, the target distance obtained by the distance calculating means when the transition from the first state to the third state or from the third state to the first state is made without passing through the second state has low reliability. It may be configured to calculate the speed as a thing.

これにより、物標距離が第1測距値から第2測距値に、又は第2測距値から第1測距離に切り替わった時に、物標距離の検出結果が大きく変化した場合でも、速度の算出結果が不自然に大きく変化してしまうことを抑制することができる。その結果、速度の算出結果を使用する各種制御の安定性を向上させることができる。   Thus, even when the detection result of the target distance changes greatly when the target distance is switched from the first distance value to the second distance value or from the second distance value to the first distance value, It is possible to prevent the calculation result of from changing significantly unnaturally. As a result, the stability of various controls using the speed calculation result can be improved.

更に、時系列フィルタがカルマンフィルタである場合、カルマンゲインを増減することによって、物標距離の信頼度を調整するように構成されていてもよい。この場合、カルマンゲインを減少させるほど、観測値(新たに算出された物標距離)の信頼度は低いものとして、速度が算出されることになる。   Furthermore, when the time series filter is a Kalman filter, the reliability of the target distance may be adjusted by increasing or decreasing the Kalman gain. In this case, the speed is calculated on the assumption that the reliability of the observed value (the newly calculated target distance) is lower as the Kalman gain is decreased.

なお、第1測距手段が経過時間の計測を行う際の単位時間は、第2測距手段がサンプリングを行う際のサンプリング間隔より短いことが望ましい   The unit time when the first distance measuring unit measures the elapsed time is preferably shorter than the sampling interval when the second distance measuring unit performs sampling.

距離,速度測定装置の全体構成を示すブロック図。The block diagram which shows the whole structure of a distance and speed measuring apparatus. 送信タイミング信号や装置各部の動作タイミングを示すタイミング図。FIG. 4 is a timing chart showing transmission timing signals and operation timings of respective units of the apparatus. 一つのパルス信号に対する受信信号の波形、および一発測距回路や積分測距回路の動作を理解するための説明図。Explanatory drawing for understanding the waveform of the received signal with respect to one pulse signal and the operation of the one-shot distance measuring circuit and the integral distance measuring circuit. 受信信号の信号レベル(反射強度)と、一発測距や積分測距の有効領域、および一発測距回路や積分測距回路によって求められる距離の精度との関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the signal level (reflection intensity) of a received signal, the effective area | region of one-shot ranging and integral ranging, and the precision of the distance calculated | required by one-shot ranging circuit or integral ranging circuit. 物標距離の算出状態に関する状態遷移図である。It is a state transition diagram regarding the calculation state of a target distance. 物標検出処理の内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the content of the target detection process. 測距データの取得状況およびその取得状況に応じた距離データの算出方法を測定周期毎に例示した説明図。Explanatory drawing which illustrated the acquisition method of distance measurement data, and the calculation method of distance data according to the acquisition state for every measurement period.

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
<全体構成>
本発明が適用された距離,速度測定装置1は、車両に搭載され、車両の前方に存在する各種物標を検出し、その検出した物標に関する情報(距離,相対速度等)を生成する装置である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<Overall configuration>
The distance and speed measuring device 1 to which the present invention is applied is mounted on a vehicle, detects various targets existing in front of the vehicle, and generates information (distance, relative speed, etc.) on the detected target. It is.

図1に示すように、距離,速度測定装置1は、送信タイミング信号STに従ってパルス状のレーザ光(送信波)を、車両前方の照射領域に向けて照射する発光部10と、レーザ光を反射した物標からの反射光(反射波)を受光して受光強度に応じた電気信号(受信信号)R1〜R4に変換する受光部20と、発光部10に供給する送信タイミング信号STを生成すると共に、受光部20から供給される受信信号R1〜R4に基づいて、レーザ光を反射した物標(反射物標)との距離を測定する測距部30と、測距部30での測定結果から、照射領域に存在する物標を検出し、その物標に関する情報(距離,速度等)を生成する信号処理部40を備えている。   As shown in FIG. 1, the distance / speed measuring device 1 reflects a laser beam and a light emitting unit 10 that irradiates a pulsed laser beam (transmitted wave) toward an irradiation area in front of the vehicle according to a transmission timing signal ST. The light receiving unit 20 that receives the reflected light (reflected wave) from the target and converts it into electrical signals (reception signals) R1 to R4 corresponding to the received light intensity, and the transmission timing signal ST supplied to the light emitting unit 10 are generated. At the same time, based on the received signals R1 to R4 supplied from the light receiving unit 20, the distance measuring unit 30 that measures the distance from the target (reflecting target) that reflects the laser beam, and the measurement result of the distance measuring unit 30 And a signal processing unit 40 for detecting a target existing in the irradiation region and generating information (distance, speed, etc.) regarding the target.

<発光部>
発光部10は、送信タイミング信号STに従って、レーザ光を発生させるレーザダイオード等からなる発光素子11、レーザ光が上記照射領域に照射されるように発光素子11から放射されたレーザ光の照射範囲を調整するコリメートレンズ12等で構成されている。
<Light emitting part>
In accordance with the transmission timing signal ST, the light emitting unit 10 has a light emitting element 11 composed of a laser diode or the like that generates laser light, and an irradiation range of the laser light emitted from the light emitting element 11 so that the laser light is irradiated onto the irradiation region. It consists of a collimating lens 12 to be adjusted.

<受光部>
受光部20は、照射領域から到来する反射光を集光する集光レンズ21、集光レンズ21を介して受光した反射光の強度に応じた電圧値を有する電気信号を発生させる複数(本実施形態では4個)の受光素子からなる受光素子群22、受光素子群22を構成する各受光素子の受光信号を個別に増幅するために、受光素子毎に設けられた複数の増幅回路からなる増幅回路群23等で構成されている。
<Light receiver>
The light receiving unit 20 condenses the reflected light coming from the irradiation region, and generates a plurality of electric signals having a voltage value corresponding to the intensity of the reflected light received through the condensing lens 21 (this embodiment). In order to amplify the light receiving signal of each light receiving element constituting the light receiving element group 22 individually, an amplification composed of a plurality of amplifier circuits provided for each light receiving element. It consists of a circuit group 23 and the like.

なお、受光素子群22を構成する受光素子は、車幅方向(水平方向)に沿って一列に配置され、それぞれが、照射範囲における水平面内で異なった方向から到来する反射光を受光するように配置されている。   The light receiving elements constituting the light receiving element group 22 are arranged in a line along the vehicle width direction (horizontal direction) so that each receives reflected light coming from different directions in the horizontal plane in the irradiation range. Has been placed.

以下では、受光素子,増幅回路からなる組みを受光チャンネルCH1〜CH4と称する。つまり、各受光チャンネルCHi(i=1〜4)から出力される増幅された信号が受信信号Riとなる。   Hereinafter, the combination of the light receiving element and the amplifier circuit is referred to as light receiving channels CH1 to CH4. That is, the amplified signal output from each light receiving channel CHi (i = 1 to 4) becomes the reception signal Ri.

<測距部>
測距部30は、送信タイミング信号STを発生させる制御回路31と、受信信号R1〜R4毎に設けられ、各受信信号Riおよび送信タイミング信号STに基づいて、2種類の測距方式で求めた測距値をそれぞれが生成する複数の測距回路32a〜32dを備えている。但し、測距回路32a〜32dはいずれも同様の構成をしているため、以下では、特に区別する必要がない場合は、測距回路32と記す。
<Ranging unit>
The distance measuring unit 30 is provided for each of the received signals R1 to R4 and the control circuit 31 that generates the transmission timing signal ST, and is obtained by two types of distance measuring methods based on each received signal Ri and the transmission timing signal ST. A plurality of distance measuring circuits 32a to 32d, each generating a distance measurement value, are provided. However, since the distance measuring circuits 32a to 32d have the same configuration, the distance measuring circuit 32 will be referred to as a distance measuring circuit 32 in the following unless it is necessary to distinguish them.

制御回路31は、図2に示すように、測定周期Tcycl(本実施形態ではTcycl=33ms)を表す周期信号を発生させ、この周期信号に同期して送信タイミング信号STを発生させる。送信タイミング信号STは、具体的には、測定周期Tcycl毎に出力されるN(本実施形態ではN=100)個のパルス信号からなる。また、パルス信号は、当該装置1の最大検知距離(本実施形態では50m)をレーザ光が往復するに要する最大計測期間(本実施形態では0.33μs)より十分に長い時間間隔Tw(本実施形態ではTw=18μs)で出力される。但し、Tcycl,N,Twは、例示した値に限るものではなく、最低限、Tcycl>N×Twを満たすように設定されていればよい。   As shown in FIG. 2, the control circuit 31 generates a periodic signal representing a measurement cycle Tcycl (Tcycl = 33 ms in the present embodiment), and generates a transmission timing signal ST in synchronization with this periodic signal. Specifically, the transmission timing signal ST includes N (N = 100 in the present embodiment) pulse signals that are output every measurement cycle Tcycl. In addition, the pulse signal has a time interval Tw (this embodiment) sufficiently longer than the maximum measurement period (0.33 μs in this embodiment) required for the laser beam to reciprocate the maximum detection distance (50 m in this embodiment) of the apparatus 1. In the form, Tw = 18 μs). However, Tcycl, N, and Tw are not limited to the exemplified values, and may be set to satisfy Tcycl> N × Tw at a minimum.

図1に戻り、測距回路32は、測定周期Tcycl毎に照射されるN個のパルス信号のうち、任意の一つ(例えば50番目)を使用して測距し、第1測距値を生成する一発測距回路321と、N個のパルス信号を全て使用して測距し、第2測距値を生成する積分測距回路322とを備えている。そして、測距回路32は、これら一発測距回路321及び積分測距回路322をいずれも常時動作させることで、測定周期Tcycl毎に第1測距値及び第2測距値の両方を出力するように構成されている。   Returning to FIG. 1, the distance measuring circuit 32 measures the distance using an arbitrary one (for example, the 50th) of the N pulse signals irradiated every measurement cycle Tcycl, and obtains the first distance value. A one-shot distance measuring circuit 321 to be generated and an integral distance measuring circuit 322 for measuring a distance by using all the N pulse signals and generating a second distance value are provided. The distance measuring circuit 32 outputs both the first distance value and the second distance value at every measurement cycle Tcycl by always operating both the one-shot distance measuring circuit 321 and the integral distance measuring circuit 322. Is configured to do.

<一発測距回路>
一発測距回路321では、図3に示すように、受信信号Riが検出閾値を越えた(即ち、横切った)タイミングを前タイミング、その後、受信信号Riが検出閾値を下回った(即ち、横切った)タイミングを後タイミングとして、送信タイミングから前タイミングまでの経過時間Tf、および送信タイミングから後タイミングまでの経過時間Tbをタイマで計測し、前タイミングと後タイミングとの中間のタイミングを受信タイミング(受信信号Riがピークとなるタイミング)として、両経過時間Tf,Tbの平均値を、送信タイミングから受信タイミングまでの経過時間Tr(={Tf+Tb}/2)として算出する。更に、その経過時間Trを距離に換算した値を第1測距値として出力する。
<One-shot ranging circuit>
As shown in FIG. 3, in the one-range ranging circuit 321, the timing when the reception signal Ri exceeds the detection threshold (that is, crosses) is the previous timing, and then the reception signal Ri falls below the detection threshold (that is, crosses) The timing is the later timing, the elapsed time Tf from the transmission timing to the previous timing, and the elapsed time Tb from the transmission timing to the subsequent timing are measured by a timer, and the intermediate timing between the previous timing and the subsequent timing is received timing ( The average value of both elapsed times Tf and Tb is calculated as the elapsed time Tr (= {Tf + Tb} / 2) from the transmission timing to the reception timing. Further, a value obtained by converting the elapsed time Tr into a distance is output as a first distance measurement value.

但し、一発測距回路321では、検出閾値として、大小2種類の閾値が用意されており、大きい方を上閾値、小さい方を下閾値と称する。
つまり、一発測距回路321は、使用するパルス信号の送信タイミング(送信タイミング信号STの立ち上がりエッジ)で計時を開始する4個のタイマ(第1〜第4タイマ)を備えている。但し、第1〜第4タイマのLSB(単位時間)は、タイマを動作させる動作クロックの周期と一致し、本実施形態では0.125nsに設定されている。
However, in the one-shot distance measuring circuit 321, two types of threshold values are prepared as detection threshold values, and the larger one is referred to as an upper threshold value and the smaller one is referred to as a lower threshold value.
In other words, the one-shot distance measuring circuit 321 includes four timers (first to fourth timers) that start timing at the transmission timing of the pulse signal to be used (rising edge of the transmission timing signal ST). However, the LSB (unit time) of the first to fourth timers coincides with the cycle of the operation clock for operating the timer, and is set to 0.125 ns in this embodiment.

このうち、第1タイマは、下閾値より小さい受信信号Riが下閾値を越えたタイミングで計時を停止し、第2カウンタは、上閾値より小さい受信信号Riが上閾値を越えたタイミングで計時を停止し、第3カウンタは、上閾値より大きい受信信号Riが上閾値を下回ったタイミングで計時を停止し、第4カウンタは、下閾値より大きい受信信号Riが下閾値を下回ったタイミングで計時を停止するように構成されている。   Among these, the first timer stops timing when the received signal Ri smaller than the lower threshold exceeds the lower threshold, and the second counter measures time when the received signal Ri smaller than the upper threshold exceeds the upper threshold. The third counter stops timing when the received signal Ri greater than the upper threshold falls below the upper threshold, and the fourth counter counts timing when the received signal Ri greater than the lower threshold falls below the lower threshold. Is configured to stop.

そして、受信信号Riが上閾値を越えている場合は、第2タイマの計時値(経過時間Tf)と第3タイマの計時値(経過時間Tb)を用いて第1測距値が求められ、受信信号Riが下閾値を越えており且つ上閾値以下である場合は、第1タイマの計時値(経過時間Tf)、第4タイマの計時値(経過時間Tb)を用いて第1測距値が求められ、受信信号Riが下閾値以下である場合は、第1測距値は「データなし」となる。   When the received signal Ri exceeds the upper threshold, the first distance value is obtained using the time value (elapsed time Tf) of the second timer and the time value (elapsed time Tb) of the third timer, When the received signal Ri exceeds the lower threshold and is equal to or lower than the upper threshold, the first distance value is obtained using the time value (elapsed time Tf) of the first timer and the time value (elapsed time Tb) of the fourth timer. When the received signal Ri is equal to or lower than the lower threshold value, the first distance measurement value is “no data”.

なお、第1測距値への換算前の経過時間Trは、増幅回路が飽和した場合に受信信号Riに生じる歪みを考慮して、例えば、受信信号Riが検出閾値を越えている期間(Tb−Tf)の長さによって、補正するように構成してもよい。   Note that the elapsed time Tr before conversion into the first distance measurement value is, for example, a period during which the reception signal Ri exceeds the detection threshold (Tb) in consideration of distortion generated in the reception signal Ri when the amplifier circuit is saturated. The correction may be made according to the length of -Tf).

このような一発測距方式を実現する装置は、例えば、特開平9−236661号公報等に詳述されているため、ここではこれ以上の説明を省略する。
<積分測距回路>
一方、積分測距回路322では、次のような処理を実行する。
An apparatus for realizing such a one-shot distance measurement method is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-236661, and the description thereof is omitted here.
<Integral distance measuring circuit>
On the other hand, the integral distance measuring circuit 322 executes the following processing.

まず、N個のパルス信号のそれぞれについて、送信タイミングから最大検知距離をレーザ光が往復するに要する時間が経過するまでの間、所定のサンプリング間隔Tsmpl(本実施形態ではTsmpl=25ns)で、受信信号Riをサンプリングする。   First, for each of the N pulse signals, reception is performed at a predetermined sampling interval Tsmpl (Tsmpl = 25 ns in the present embodiment) until the time required for the laser beam to reciprocate the maximum detection distance from the transmission timing elapses. The signal Ri is sampled.

そのサンプリング値を、送信タイミングを基準として同一時間にサンプリングされたもの同士を加算することで積分サンプリング値を求める。
そして、積分サンプリング値のピーク値に予め設定された0より大且つ1より小の係数(本実施形態では0.5)を乗じた値を検出閾値(50%閾値)として設定し、その設定された検出閾値を用いて一発測距の場合と同様の前タイミング,後タイミングを検出し、その前タイミング,後タイミングに対応するサンプリング値が送信タイミングから何番目(前タイミングをMf番目,後タイミングをMb番目とする)のサンプリング値かを特定し、送信タイミングから前タイミングまでの経過時間Tf、送信タイミングから後タイミングまでの経過時間Tbを、(1)(2)式を使って算出する。
An integrated sampling value is obtained by adding the sampling values sampled at the same time with reference to the transmission timing.
Then, a value obtained by multiplying the peak value of the integrated sampling value by a coefficient (0.5 in this embodiment) that is larger than 0 and smaller than 1 is set as a detection threshold (50% threshold), and is set. The same timing as in the case of one-range ranging is detected using the detected threshold, and the sampling value corresponding to the previous timing and the subsequent timing is the number from the transmission timing (the previous timing is the Mfth and subsequent timing). And the elapsed time Tf from the transmission timing to the previous timing and the elapsed time Tb from the transmission timing to the subsequent timing are calculated using the equations (1) and (2).

Tf=Mf×Tsmpl (1)
Tb=Mb×Tsmpl (2)
以下は一発測距回路321の場合と同様に、経過時間Tf,Tbに基づいて送信タイミングから受信タイミングまでの経過時間Trを求め、その経過時間Trを距離に換算したものを第2測距値として出力する。このような積分測距方式を実現する装置は、例えば、特開2005−257405号公報等に詳述されているため、ここではこれ以上の説明を省略する。
Tf = Mf × Tsmpl (1)
Tb = Mb × Tsmpl (2)
In the following, as in the case of the one-shot distance measuring circuit 321, the elapsed time Tr from the transmission timing to the reception timing is obtained based on the elapsed times Tf and Tb, and the elapsed time Tr converted into the distance is the second distance measurement. Output as a value. An apparatus that realizes such an integral distance measuring method is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-257405, and the description thereof is omitted here.

但し、積分測距回路322は、上閾値を越える受信信号Riが入力された場合は、積分サンプリング値が当該回路322における計測電圧範囲を超えてしまい、第2測距値の精度が低下するため、処理を中止して、第2測距値を「データなし」とするように構成されている。   However, when the reception signal Ri exceeding the upper threshold value is input to the integral ranging circuit 322, the integral sampling value exceeds the measurement voltage range in the circuit 322, and the accuracy of the second ranging value is reduced. The processing is stopped and the second distance value is set to “no data”.

なお、図4に示すように、一発測距回路321は反射強度が下閾値以上の時に測距値が得られ、反射強度(受信信号Riの信号レベル)が大きいほど距離精度が良くなる。また、積分測距回路322は、増幅回路23が飽和する程度に反射強度が大きい場合や、ノイズの平均レベルに満たない程度に反射強度が小さい場合に、距離精度が劣化する。   As shown in FIG. 4, the one-shot distance measuring circuit 321 obtains a distance measurement value when the reflection intensity is equal to or higher than the lower threshold, and the greater the reflection intensity (the signal level of the reception signal Ri), the better the distance accuracy. In addition, the distance measurement accuracy of the integral distance measuring circuit 322 deteriorates when the reflection intensity is high enough to saturate the amplifier circuit 23 or when the reflection intensity is low enough to be less than the average level of noise.

また、一発測距回路321で使用される下閾値は、受信信号の平均的なノイズレベルに予め設定されたマージンを加えた値(本実施形態では100mV)に設定され、上閾値は、一発測距による測定結果(第1測距値)の精度が、積分測距による測定結果(第2測距値)の精度を上回るような値(本実施形態では500mV)に設定されている。   The lower threshold used in the one-shot distance measuring circuit 321 is set to a value obtained by adding a preset margin to the average noise level of the received signal (100 mV in this embodiment), and the upper threshold is set to one. The accuracy of the measurement result (first distance value) by the source distance measurement is set to a value (500 mV in the present embodiment) that exceeds the accuracy of the measurement result (second distance value) by the integral distance measurement.

以下では、反射強度が、平均的なノイズレベル以下となる領域を未検知領域、平均的なノイズレベルより大きく且つ上閾値より小さい領域を積分測距有効領域、下閾値より大きい領域を一発測距有効領域、積分測距領域と一発測距領域とが重なり合う領域を中間領域という。   In the following, areas where the reflection intensity is below the average noise level are undetected areas, areas above the average noise level and below the upper threshold are integrated ranging effective areas, and areas above the lower threshold are measured once. The effective distance area, the area where the integrated distance measurement area and the one-time distance measurement area overlap is referred to as an intermediate area.

つまり、未検知領域(図中の領域X)では、測距値を得ることができず、中間領域を除く積分測距有効領域(図中の領域A)では、一発測距回路321による測距が不可能なため、第2測距値しか得ることができない。また、中間領域を除く一発測距有効領域(図中の領域C)では、第1測距値の方が第2測距値より距離精度が高くなり、中間領域(図中の領域B)では、第2測距値の方が第1測距値より距離精度が高くなる。   That is, in the undetected area (area X in the figure), a distance measurement value cannot be obtained, and in the integrated distance measuring effective area (area A in the figure) excluding the intermediate area, measurement by the single distance measuring circuit 321 is performed. Since the distance is impossible, only the second distance value can be obtained. Further, in the one-shot distance measurement effective area (area C in the figure) excluding the intermediate area, the first distance measurement value has higher distance accuracy than the second distance measurement value, and the intermediate area (area B in the figure). Then, the second distance value has higher distance accuracy than the first distance value.

このため、受信信号Riの信号レベルが領域Aに属する場合、積分測距回路322によって生成される第2測距値が距離データとして使用される。この状態を「積分のみ」状態(本発明における第3状態の一例)という。また、受信信号Riの信号レベルが領域Cに属する場合、一発測距回路321によって生成される第1測距値(但し上閾値を使用)が距離データとして使用される。この状態を「一発のみ」状態(本発明における第1状態の一例)という。受信信号Riの信号レベルが領域Bに属する場合、両測距回路321,322によって生成される第1測距値(但し下閾値を使用)及び第2測距値から求めた値が距離データして使用される。この状態を「一発積分共存」状態(本発明における第2状態の一例)という。また、受信信号Riの信号レベルが領域Xにあり、距離データを求めることができない状態を「未検知」状態、受信信号Riの信号レベルが領域X以外にあり、距離データを求めることができる状態を「検知」状態という。   For this reason, when the signal level of the reception signal Ri belongs to the region A, the second distance value generated by the integral distance measuring circuit 322 is used as distance data. This state is referred to as an “integration only” state (an example of the third state in the present invention). Further, when the signal level of the reception signal Ri belongs to the region C, the first distance measurement value (however, the upper threshold value is used) generated by the one-shot distance measurement circuit 321 is used as the distance data. This state is referred to as a “one-shot” state (an example of the first state in the present invention). When the signal level of the reception signal Ri belongs to the area B, the value obtained from the first distance value (however, using the lower threshold) and the second distance value generated by the distance measuring circuits 321 and 322 is the distance data. Used. This state is referred to as a “one-shot integration coexistence” state (an example of a second state in the present invention). Further, the state where the signal level of the reception signal Ri is in the region X and the distance data cannot be obtained is the “undetected” state, and the signal level of the reception signal Ri is outside the region X and the distance data can be obtained. Is called “detected” state.

そして、受信信号Ri(反射強度)のレベル変化は連続的であるとは限らず、例えば、図5の状態遷移図中に点線で示すように、領域Aから領域Cに変化したり、領域Cから領域Aに変化したりする場合もあり、任意の状態間で遷移が生じる。   The level change of the reception signal Ri (reflection intensity) is not always continuous. For example, as shown by a dotted line in the state transition diagram of FIG. May change from region to region A, and a transition occurs between arbitrary states.

例えば、検出対象が車両である場合、反射位置がボディであるか、ボディに取り付けられたリフレクタであるかによって反射強度は大きく変化する。しかも、検出対象の車両と自車両との相対的な位置関係は、両者の挙動(相対速度,ステアリング操作,振動等)によって頻繁に変化し、その変化に伴って、車両上の反射位置も頻繁に変化するため、このような急激なレベルの変化が生じるのである。   For example, when the detection target is a vehicle, the reflection intensity varies greatly depending on whether the reflection position is a body or a reflector attached to the body. Moreover, the relative positional relationship between the vehicle to be detected and the host vehicle frequently changes depending on their behavior (relative speed, steering operation, vibration, etc.), and the reflection position on the vehicle also frequently changes. Such a sudden level change occurs.

<信号処理部>
図1に戻り、信号処理部40は、CPU,ROM,RAMを中心に構成された周知のマイクロコンピュータからなり、測距部30にて受光チャンネルCHi毎に供給される測距データ(第1測距値D1および第2測距値D2)に従って物標を検出し、その検出出した物標との距離や相対速度を求める物標検出処理を少なくとも実行する。
<Signal processing unit>
Returning to FIG. 1, the signal processing unit 40 includes a well-known microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, and a RAM, and ranging data (first measurement) supplied from the ranging unit 30 for each light receiving channel CHi. The target is detected according to the distance value D1 and the second distance value D2), and at least the target detection process for obtaining the distance and relative speed from the detected target is executed.

ここで、信号処理部40が実行する物標検出処理の詳細を、図6に示すフローチャートに沿って説明する。
本処理は、測距回路32にて測距データが算出される毎、即ち、測定周期Tcycl毎に起動する。
Here, the detail of the target detection process which the signal processing part 40 performs is demonstrated along the flowchart shown in FIG.
This process is started every time distance measurement data is calculated by the distance measurement circuit 32, that is, every measurement cycle Tcycl.

本処理が起動すると、後述の処理(S120〜S160)が行われていない一つの受光チャンネルCHiを選択チャンネルとし、その選択チャンネルについての測距データを取得し(S110)、第1測距値D1が算出されているか(即ち「データなし」ではないか)否か(S120)、および第2測距値D2が算出されているか(即ち「データなし」ではないか)否か(S130,S135)を判断する。   When this processing is started, one light receiving channel CHi that has not been subjected to the processing (S120 to S160) described later is set as a selected channel, and distance measurement data for the selected channel is acquired (S110), and a first distance value D1 is obtained. Is calculated (that is, “no data”) (S120), and whether the second distance value D2 is calculated (that is, “no data”) (S130, S135). Judging.

そして、第1測距値D1は算出されているが、第2測距値D2は算出されていない(S120:YES且つS130:NO)場合、即ち測距データの算出状態が「一発のみ」状態である場合、第1測距値D1を、そのまま選択チャンネルの距離データD(=D1)とする(S140)。   When the first distance value D1 is calculated but the second distance value D2 is not calculated (S120: YES and S130: NO), that is, the calculation state of the distance measurement data is “only one shot”. In the state, the first distance value D1 is set as the distance data D (= D1) of the selected channel as it is (S140).

第1測距値D1,第2測距値D2がいずれも算出されている場合(S120:YES且つS130:YES)、即ち測距データの算出状態が「一発積分共存」状態である場合、(3)式に従って、選択チャンネルの距離データDを加重平均によって求める(S150)。   When both the first distance value D1 and the second distance value D2 are calculated (S120: YES and S130: YES), that is, when the distance measurement data calculation state is the “one-shot integration coexistence” state, According to the equation (3), the distance data D of the selected channel is obtained by a weighted average (S150).

D=(1−α)×D1+α×D2 (3)
但し、αは加重平均の重みであり、本実施形態では0.3を用いる。なお、αは、中間領域での第1測距値D1,第2測距値の距離精度に応じて、第1測距値D1の方の精度がよければ、0.5より小さな値に、第2測距値D2の方の精度がよければ、0.5より大きな値に設定すればよい。ここでは、第1測距値D1の方が第2測距値D2より2倍程度精度がよいものとして設定されている。
D = (1−α) × D1 + α × D2 (3)
However, α is a weighted average weight, and 0.3 is used in this embodiment. Α is smaller than 0.5 if the accuracy of the first distance value D1 is better according to the distance accuracy of the first distance value D1 and the second distance value in the intermediate area. If the accuracy of the second distance value D2 is better, a value larger than 0.5 may be set. Here, the first distance value D1 is set to be approximately twice as accurate as the second distance value D2.

第1測距値D1が算出されていない場合(S120:NO且つS135:YES)、即ち測距データの算出状態が「積分のみ」状態である場合、第2測距値D2を、そのまま選択チャンネルの距離データD(=D2)とする(S160)。   When the first distance value D1 has not been calculated (S120: NO and S135: YES), that is, when the distance measurement data calculation state is “integration only”, the second distance value D2 is directly selected as the selected channel. Distance data D (= D2) (S160).

つまり、距離データDは、第1測距値D1および第2測距値D2の少なくともいずれか一方に基づいて選択的に算出されることになる。
第1測距値D1,第2測距値D2がいずれもデータなしである場合、即ち測距データの算出状態が「未検知」状態である場合、距離データDの算出を行うことなく、即ちデータなしのまま次ステップに進む。
That is, the distance data D is selectively calculated based on at least one of the first distance value D1 and the second distance value D2.
If neither the first distance value D1 nor the second distance value D2 has data, that is, if the distance measurement data calculation state is “undetected”, the distance data D is not calculated. Proceed to the next step without data.

そして、S110〜S160の処理が終了すると、その処理結果に応じて、測距データの算出状態を記憶する(S170)。即ち、S140によって距離データDが算出された場合は「一発のみ」状態、S150によって距離データDが算出された場合は「一発積分共存」状態、S160によって距離データDが算出された場合は「積分のみ」状態、そのいずれでもない場合は「未検知」状態が記憶される。   When the processes of S110 to S160 are completed, the distance measurement data calculation state is stored according to the processing result (S170). That is, when the distance data D is calculated by S140, the state is “only one shot”, when the distance data D is calculated by S150, the “one-shot integration coexistence” state, and when the distance data D is calculated by S160. In the case of “Integration only” state, and “Non-detection” state in any case, “Undetected” state is stored.

そして、全ての受光チャンネルCH1〜CH4について、S120〜S170の処理を実行したか否かを判断し(S180)、未処理の受光チャンネルCHiがあれば(S180:NO)、S110に戻って未処理の受光チャンネルCHiを選択チャンネルにして、同様の処理を実行する。   Then, it is determined whether or not the processing of S120 to S170 has been executed for all the light receiving channels CH1 to CH4 (S180). If there is an unprocessed light receiving channel CHi (S180: NO), the processing returns to S110 and is not processed. The same processing is executed with the light receiving channel CHi as the selected channel.

一方、全ての受光チャンネルCH1〜CH4について、S120〜S170処理を実行済みであれば、各受光チャンネルCHiで算出された距離データDをクラスタ化し、各クラスタを物標として検出し、各物標について、その物標との距離、及び算出状態を設定する(S190)。   On the other hand, if the processing of S120 to S170 has been executed for all the light receiving channels CH1 to CH4, the distance data D calculated for each light receiving channel CHi is clustered, each cluster is detected as a target, and each target is detected. Then, the distance to the target and the calculation state are set (S190).

なお、物標が単一の受光チャンネルCHiで検出されている場合、その受光チャンネルCHiでの検出結果(距離データD及び算出状態)を、その物標との距離及び算出状態として継承する。一方、物標が複数の受光チャンネルCHiに跨って検出されている場合、最も距離精度の高い算出状態にて求められた距離データD及び算出状態を、その物標との距離及び算出状態として継承する。但し、各算出状態の距離精度は、「一発のみ」が最も高く、「積分のみ」が最も低いものとする。   When the target is detected by a single light receiving channel CHi, the detection result (distance data D and calculation state) in the light receiving channel CHi is inherited as the distance from the target and the calculation state. On the other hand, when the target is detected across a plurality of light receiving channels CHi, the distance data D and the calculation state obtained in the calculation state with the highest distance accuracy are inherited as the distance to the target and the calculation state. To do. However, the distance accuracy in each calculation state is assumed to be highest for “only one shot” and lowest for “only integration”.

次に、検出された物標毎に、同一物標について前回サイクルで設定された算出状態(前回状態)、及びS190の処理で設定された算出状態(今回状態)に基づき、前回状態から今回状態への状態遷移が、「一発のみ」から「積分のみ」への遷移、又は「積分のみ」から「一発のみ」への遷移(以下では総称して「特定遷移」という)であるか否かを判断し(S200)、特定遷移でなければ、S190の処理で設定された距離(以下では「観測値」ともいう)の信頼度は通常であるものとして相対速度を算出する処理を実行し(S210)、特定遷移であれば、観測値の信頼度は低いものとして相対速度を算出する処理を実行する(S220)。   Next, for each detected target, the current state is changed from the previous state based on the calculation state (previous state) set in the previous cycle for the same target and the calculation state (current state) set in the process of S190. Whether the state transition to is a transition from "only one" to "only integration", or a transition from "only integration" to "only one" (hereinafter collectively referred to as "specific transition") If it is not a specific transition, the process of calculating the relative speed is executed assuming that the reliability of the distance set in the process of S190 (hereinafter also referred to as “observed value”) is normal. (S210) If it is a specific transition, a process of calculating the relative speed is executed assuming that the reliability of the observed value is low (S220).

なお、S210,S220では、時系列フィルタ(例えば、カルマンフィルタ)を用いて、相対速度を算出する。そして、観測値の信頼度は、例えば、カルマンフィルタであればカルマンゲインを増減することで調整することができる。具体的には、カルマンゲインを減少させることが、観測値の信頼度を減少させることになる。   In S210 and S220, the relative speed is calculated using a time series filter (for example, Kalman filter). The reliability of the observed value can be adjusted by increasing or decreasing the Kalman gain in the case of a Kalman filter, for example. Specifically, reducing the Kalman gain reduces the reliability of the observed value.

最後に、各物標についてS190で設定された今回状態を、前回状態として記憶して(S230)、本処理を終了する。
<作用>
ここで、図7は、第1測距値(一発測距の測定結果)D1と第2測距値(積分測距の測定結果)D2とのデータの取得状況と、その取得状況に応じた距離データDの算出方法を、測定周期毎に例示した説明図である。
Finally, the current state set in S190 for each target is stored as the previous state (S230), and this process ends.
<Action>
Here, FIG. 7 shows the data acquisition status of the first distance measurement value (measurement result of one-shot distance measurement) D1 and the second distance measurement value (measurement result of integrated distance measurement) D2, and the data acquisition status. It is explanatory drawing which illustrated the calculation method of the obtained distance data D for every measurement period.

測距回路321,322のいずれかでデータ抜けが生じていても、補間処理等で補うことなく、測距回路32での測定結果に基づく距離データDが測定周期毎に得られていることがわかる。   Even if data omission occurs in any of the distance measurement circuits 321 and 322, the distance data D based on the measurement result in the distance measurement circuit 32 is obtained for each measurement period without being compensated by interpolation processing or the like. Recognize.

また、「一発積分共存」状態を経由することなく、「一発のみ」状態から「積分のみ」状態に、又は「積分のみ」状態から「一発のみ」状態に直接遷移した場合(図中の一点鎖線で囲った部位を参照)、時系列フィルタを用いて相対速度を算出する際に観測値の信頼度を低下させた演算が行われる。   In addition, without going through the “one-shot integration coexistence” state, a transition is made directly from the “one-shot only” state to the “integration-only” state, or from the “integration-only” state to the “one-shot-only” state (in the figure). When the relative velocity is calculated using the time series filter, an operation that reduces the reliability of the observed value is performed.

<効果>
以上説明したように、距離,速度測定装置1では、一発測距回路321と積分測距回路322とを同時に並行して動作させ、受信信号Riが上閾値より大となる領域Cに属する時には第1測距値D1を、受信信号Riが下閾値以下となる領域Aに属するときには第2測距値D2を、受信信号Riが下閾値より大且つ上閾値以下となる領域Bに属する時には両測距値D1,D2の加重平均値を距離データDとして生成するようにされている。
<Effect>
As described above, in the distance / speed measuring apparatus 1, when the one-shot distance measuring circuit 321 and the integral distance measuring circuit 322 are operated simultaneously in parallel, and the received signal Ri belongs to the region C where it is larger than the upper threshold value, When the first ranging value D1 belongs to the region A where the received signal Ri is lower than the lower threshold, the second measured value D2 is both when the received signal Ri belongs to the region B larger than the lower threshold and lower than the upper threshold. A weighted average value of the distance measurement values D1 and D2 is generated as the distance data D.

従って、距離,速度測定装置1によれば、一発測距回路321が第1測距値D1を求めることができない時や、第1測距値D1の精度が低下した時でも、積分測距回路322にて求められた第2測距値D2を用いることによって、測定周期Tcycl毎に、可能な限り高い精度で距離データD(ひいては物標距離)を求めることができ、更には、その物標距離に基づいて可能な限り高い精度で物標との相対速度を求めることができる。   Therefore, according to the distance / speed measuring apparatus 1, even when the one-range distance measuring circuit 321 cannot obtain the first distance value D1, or when the accuracy of the first distance value D1 is lowered, the integral distance measurement is performed. By using the second distance value D2 obtained by the circuit 322, the distance data D (and hence the target distance) can be obtained with the highest possible accuracy for each measurement cycle Tcycl. Based on the target distance, the relative speed with the target can be obtained with the highest possible accuracy.

また、両測距値D1,D2の加重平均値を用いることにより、距離データDの算出に使用される測距回路321,322が切り替わる時に、距離データDが急激に変化すること、即ち、距離とびの発生を抑制することができる。   Further, by using the weighted average value of both distance measurement values D1 and D2, when the distance measurement circuits 321 and 322 used for calculating the distance data D are switched, the distance data D changes rapidly, that is, the distance The occurrence of jumps can be suppressed.

その結果、距離,速度測定装置1によって検出された物標との距離や相対速度に基づいて実行される各種車両制御の信頼性を向上させることができる。
また、距離,速度測定装置1によれば、算出状態の状態遷移の仕方に応じて相対速度を算出する際の観測値(距離データD)の信頼度を調整しているため、受信強度が急激に変化して、観測値が第1測距値D1から第2測距値D2、又は第2測距値D2から第1測距値D1にいきなり切り替わった場合でも、相対速度の算出結果が不自然に大きく変化してしまうことを抑制することができる。その結果、相対速度の算出結果を使用する各種制御の安定性を向上させることができる。
As a result, it is possible to improve the reliability of various vehicle controls executed based on the distance and relative speed with the target detected by the distance / speed measuring device 1.
In addition, according to the distance / speed measuring device 1, since the reliability of the observation value (distance data D) when calculating the relative speed is adjusted according to the state transition of the calculation state, the reception intensity is rapidly increased. Even if the observed value suddenly switches from the first distance value D1 to the second distance value D2 or from the second distance value D2 to the first distance value D1, the calculation result of the relative speed is not good. It can suppress that it changes naturally naturally. As a result, the stability of various controls that use the calculation result of the relative speed can be improved.

更に、距離,速度測定装置1によれば、測定周期毎に送信される複数の送信波のうち、一発測距回路321は一つを使用し、積分測距回路322は全てを使用して処理を実行するため、同じ測定周期内でほぼ同時に得られる受信信号に基づいて、第1測距値及び第2測距値が求められる。このため、検出対象となる周囲の状況(対象物との相対的な位置関係)が短時間で変化するような場合でも、精度のよい検出結果を得ることができる。   Further, according to the distance / speed measuring device 1, among the plurality of transmission waves transmitted for each measurement cycle, the one-shot distance measuring circuit 321 uses one and the integral distance measuring circuit 322 uses all. In order to execute the process, the first distance value and the second distance value are obtained based on the received signals obtained almost simultaneously within the same measurement period. For this reason, even when the surrounding situation (relative positional relationship with the object) to be detected changes in a short time, an accurate detection result can be obtained.

ところで、このような距離,速度測定装置1は、例えば、車両の衝突防止(PCS)用のセンサとして好適に用いることができる。
即ち、PCS用のセンサとして使用する場合、物標との距離だけでなく、物標の速度(相対速度)も検出する必要があり、そのためには、一定時間間隔毎に物標との距離が確実に求められることが望ましく、更には、安全に関わる制御に用いられるため、できるだけ高い精度で検出結果が得られることが望ましいからである。
By the way, such a distance and speed measuring device 1 can be suitably used as, for example, a vehicle collision prevention (PCS) sensor.
That is, when used as a sensor for PCS, it is necessary to detect not only the distance to the target but also the speed (relative speed) of the target. For this purpose, the distance from the target is set at regular time intervals. This is because it is desirable to reliably obtain the detection result, and furthermore, since it is used for safety-related control, it is desirable to obtain a detection result with the highest possible accuracy.

<他の実施形態>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施可能である。
<Other embodiments>
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement in various aspects.

例えば、上記実施形態では、第1測距値D1と第2測距値D2との加重平均によって距離データDを求める際に、重みαとして固定値が用いられているが、反射強度に応じて変化させてもよい。   For example, in the above embodiment, when the distance data D is obtained by the weighted average of the first distance value D1 and the second distance value D2, a fixed value is used as the weight α. It may be changed.

上記実施形態では、一発測距回路321で用いる検出閾値として2種類の閾値(上閾値,下閾値)を用いているが、3種類以上の閾値を用いたり、単一の閾値を用いたりしてもよい。   In the above embodiment, two types of threshold values (upper threshold value and lower threshold value) are used as detection threshold values used in the one-shot distance measuring circuit 321. However, three or more threshold values may be used, or a single threshold value may be used. May be.

上記実施形態では、物標が複数の受光チャンネルCHiに跨って検出されている場合、最も距離精度の高い算出状態にて求められた距離データD及びその算出状態を、物標の距離及び算出状態として採用しているがこれに限るものではない。例えば、複数の受信チャンネルCHiのうち、その中央に位置する受光チャンネルCHiの距離データD及び算出状態を採用してもよい。   In the above embodiment, when a target is detected across a plurality of light receiving channels CHi, the distance data D obtained in the calculation state with the highest distance accuracy and the calculation state are represented by the distance and calculation state of the target. However, it is not limited to this. For example, the distance data D and the calculation state of the light receiving channel CHi located at the center of the plurality of receiving channels CHi may be employed.

また、上記実施形態では、相対速度の算出に時系列フィルタを用いているが、距離データDの微分値をそのまま相対速度として採用してもよい。   In the above embodiment, the time series filter is used for calculating the relative speed. However, the differential value of the distance data D may be used as it is as the relative speed.

1…距離,速度測定装置 10…発光部 11…発光素子 12…コリメートレンズ 20…受光部 21…集光レンズ 22…受光素子群 23…増幅回路群 0…測距部 31…制御回路 32(32a〜32d)…測距回路 40…信号処理部 321…一発測距回路 322…積分測距回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Distance and speed measuring device 10 ... Light emitting part 11 ... Light emitting element 12 ... Collimating lens 20 ... Light receiving part 21 ... Condensing lens 22 ... Light receiving element group 23 ... Amplifier circuit group 0 ... Distance measuring part 31 ... Control circuit 32 (32a) ˜32d) Distance measuring circuit 40 Signal processing unit 321 Single shot distance measuring circuit 322 Integral distance measuring circuit

Claims (6)

予め設定された測定周期毎に、パルス状の送信波を複数回照射し、該送信波の反射波を受信して該反射波の強度を表す受信信号を生成する送受信手段(10,20)と、
前記複数の送信波のいずれか一つについて、前記送信波の送信タイミングから、該送信波に対応する前記受信信号が予め設定された検出閾値を横切るタイミングまでの経過時間を計測した結果に基づいて、前記送信波を反射した物標である反射物標までの距離を表す第1測距値を前記測定周期毎に求める第1測距手段(321)と、
前記複数の送信波のそれぞれについて、各送信波の送信タイミングから、予め設定された最大検知距離を前記送信波が往復するのに要する時間以上に設定された最大計測期間の間、予め設定されたサンプリング間隔で前記受信信号をサンプリングし、各送信波の送信タイミングを基準として同一時間にサンプリングされたサンプリング値同士を加算することで求めた積分サンプリング値に基づいて、前記反射物標までの距離を表す第2測距値を前記測定周期毎に求める第2測距手段(322)と、
前記第1測距値および前記第2測距値のうち、少なくとも一方を用いて、前記反射物標との距離を表す物標距離を前記測定周期毎に算出する距離算出手段(40,S120〜S160)と、
前記距離算出手段にて算出された距離に基づき、前記測定周期毎に、前記反射物標の速度を算出する速度算出手段(40,S190〜S220)と、
を備え
前記第1測距手段は、前記検出閾値として、ノイズレベルより大きな値に設定された下閾値と、該下閾値より大きな値に設定された上閾値とを有し、前記受信信号が前記上閾値を越える場合は、前記上閾値を前記検出閾値とし、前記受信信号が前記上閾値以下である場合は、前記下閾値を前記検出閾値として、前記第1測距値を求め、
前記距離算出手段は、前記受信信号が前記上閾値より大きい場合は前記第1測距値、前記受信信号が前記下閾値より小さい場合は前記第2測距値、前記受信信号が前記下閾値以上かつ前記上閾値以下の場合は前記第1測距値と前記第2測距値との平均値を、前記物標距離として求めることを特徴とする距離,速度測定装置。
Transmission / reception means (10, 20) for irradiating a pulsed transmission wave a plurality of times for each preset measurement period, receiving a reflected wave of the transmission wave, and generating a reception signal indicating the intensity of the reflected wave; ,
Based on the result of measuring the elapsed time from the transmission timing of the transmission wave to the timing at which the received signal corresponding to the transmission wave crosses a preset detection threshold for any one of the plurality of transmission waves First distance measuring means (321) for obtaining a first distance value representing a distance to a reflective target that is a target reflecting the transmission wave for each measurement period;
For each of the plurality of transmission waves, the transmission timing of each transmission wave is set in advance for a maximum measurement period that is set longer than the time required for the transmission wave to reciprocate a preset maximum detection distance. The received signal is sampled at a sampling interval, and the distance to the reflecting target is calculated based on the integrated sampling value obtained by adding the sampling values sampled at the same time with the transmission timing of each transmission wave as a reference. Second distance measuring means (322) for obtaining a second distance value to be expressed for each measurement period;
A distance calculation means (40, S120 to S120) that calculates a target distance representing a distance from the reflective target for each measurement period by using at least one of the first distance value and the second distance value. S160)
Based on the distance calculated by the distance calculating means, speed calculating means (40, S190 to S220) for calculating the speed of the reflecting target for each measurement period;
Equipped with a,
The first distance measuring means has, as the detection threshold, a lower threshold set to a value larger than a noise level, and an upper threshold set to a value larger than the lower threshold, and the received signal is the upper threshold If the threshold value exceeds the upper threshold value as the detection threshold value, and the received signal is equal to or lower than the upper threshold value, the lower threshold value is used as the detection threshold value to obtain the first distance measurement value.
The distance calculation means includes the first distance value when the received signal is larger than the upper threshold, the second distance value when the received signal is smaller than the lower threshold, and the received signal is equal to or larger than the lower threshold. A distance / velocity measuring apparatus characterized in that an average value of the first distance measurement value and the second distance measurement value is obtained as the target distance when it is equal to or less than the upper threshold .
前記距離算出手段に求められた前記物標距離が、前記第1測距値である場合を第1状態、前記第1測距値と前記第2測距値との平均値である場合を第2状態、前記第2測距値である場合を第3状態として、
前記速度算出手段は、時系列フィルタを用いて速度を算出し、前記第2状態を経過することなく、前記第1状態から前記第3状態に又は前記第3状態から前記第1状態に直接遷移した場合に、前記距離算出手段にて求められた前記物標距離は信頼度が低いものとして速度を算出することを特徴とする請求項1に記載の距離,速度測定装置。
A case where the target distance obtained by the distance calculating means is the first distance value is the first state, and a case where the target distance is an average value of the first distance value and the second distance value. 2 states, the case where the second distance measurement value is the third state,
The velocity calculation means, when calculating the velocity using the sequence filters, without the expiration of the second state, a direct transition the said third state or from the third state from the first state to the first state The distance / speed measuring apparatus according to claim 1 , wherein the speed is calculated assuming that the target distance obtained by the distance calculating means has low reliability.
前記時系列フィルタはカルマンフィルタであり、カルマンゲインを増減することによって、前記物標距離の信頼度を調整することを特徴とする請求項2に記載の距離,速度測定装置。 The distance / velocity measuring apparatus according to claim 2 , wherein the time series filter is a Kalman filter, and the reliability of the target distance is adjusted by increasing or decreasing a Kalman gain. 前記第1測距値と前記第2測距値の平均値は、加重平均で算出され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項に記載の距離,速度測定装置。 The distance / speed measuring device according to claim 1 , wherein an average value of the first distance measurement value and the second distance measurement value is calculated by a weighted average. 前記第1測距手段が経過時間の計測を行う際の単位時間は、前記第2測距手段がサンプリングを行う際のサンプリング間隔より短いことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の距離,速度測定装置。 Wherein the first distance measuring means unit time for performing the measurement of the elapsed time, any one of claims 1 to 4 wherein the second distance measuring means is equal to or shorter than the sampling interval of the time of performing sampling The distance and speed measuring device according to item 1. 予め設定された測定周期毎に、パルス状の送信波を複数回照射し、該送信波の反射波を
受信して該反射波の強度を表す受信信号を生成する送受信手段(10,20)と、
前記複数の送信波のいずれか一つについて、前記送信波の送信タイミングから、該送信波に対応する前記受信信号が予め設定された検出閾値を横切るタイミングまでの経過時間を計測した結果に基づいて、前記送信波を反射した物標である反射物標までの距離を表す第1測距値を前記測定周期毎に求める第1測距手段(321)と、
前記複数の送信波のそれぞれについて、各送信波の送信タイミングから、予め設定された最大検知距離を前記送信波が往復するのに要する時間以上に設定された最大計測期間の間、予め設定されたサンプリング間隔で前記受信信号をサンプリングし、各送信波の送信タイミングを基準として同一時間にサンプリングされたサンプリング値同士を加算することで求めた積分サンプリング値に基づいて、前記反射物標までの距離を表す第2測距値を前記測定周期毎に求める第2測距手段(322)と、
前記第1測距値および前記第2測距値の少なくとも一方に基づき、前記反射物標との距離を表す物標距離を選択的に算出する距離算出手段(40,S120〜S160)と、
前記距離算出手段にて算出された距離に基づき、前記測定周期毎に、前記反射物標の速度を算出する速度算出手段(40,S190〜S220)と、
を備え
前記第1測距手段は、前記検出閾値として、ノイズレベルより大きな値に設定された下閾値と、該下閾値より大きな値に設定された上閾値とを有し、前記受信信号が前記上閾値を越える場合は、前記上閾値を前記検出閾値とし、前記受信信号が前記上閾値以下である場合は、前記下閾値を前記検出閾値として、前記第1測距値を求め、
前記距離算出手段は、前記受信信号が前記上閾値より大きい場合は前記第1測距値、前記受信信号が前記下閾値より小さい場合は前記第2測距値、前記受信信号が前記下閾値以上かつ前記上閾値以下の場合は前記第1測距値と前記第2測距値との平均値を、前記物標距離として求めることを特徴とする距離,速度測定装置。
Transmission / reception means (10, 20) for irradiating a pulsed transmission wave a plurality of times for each preset measurement period, receiving a reflected wave of the transmission wave, and generating a reception signal indicating the intensity of the reflected wave; ,
Based on the result of measuring the elapsed time from the transmission timing of the transmission wave to the timing at which the received signal corresponding to the transmission wave crosses a preset detection threshold for any one of the plurality of transmission waves First distance measuring means (321) for obtaining a first distance value representing a distance to a reflective target that is a target reflecting the transmission wave for each measurement period;
For each of the plurality of transmission waves, the transmission timing of each transmission wave is set in advance for a maximum measurement period that is set longer than the time required for the transmission wave to reciprocate a preset maximum detection distance. The received signal is sampled at a sampling interval, and the distance to the reflecting target is calculated based on the integrated sampling value obtained by adding the sampling values sampled at the same time with the transmission timing of each transmission wave as a reference. Second distance measuring means (322) for obtaining a second distance value to be expressed for each measurement period;
Distance calculating means (40, S120 to S160) for selectively calculating a target distance representing a distance from the reflective target based on at least one of the first distance value and the second distance value;
Based on the distance calculated by the distance calculating means, speed calculating means (40, S190 to S220) for calculating the speed of the reflecting target for each measurement period;
Equipped with a,
The first distance measuring means has, as the detection threshold, a lower threshold set to a value larger than a noise level, and an upper threshold set to a value larger than the lower threshold, and the received signal is the upper threshold If the threshold value exceeds the upper threshold value as the detection threshold value, and the received signal is equal to or lower than the upper threshold value, the lower threshold value is used as the detection threshold value to obtain the first distance measurement value.
The distance calculation means includes the first distance value when the received signal is larger than the upper threshold, the second distance value when the received signal is smaller than the lower threshold, and the received signal is equal to or larger than the lower threshold. A distance / velocity measuring apparatus characterized in that an average value of the first distance measurement value and the second distance measurement value is obtained as the target distance when it is equal to or less than the upper threshold .
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