JP5757595B2 - Other moving body position detecting device and other moving body position detecting method - Google Patents
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Description
本発明は、雑音の影響を低減して自移動体に対する他移動体の位置を検出する他移動体位置検出装置及び他移動体位置検出方法に関する。 The present invention relates to an other moving body position detecting device and an other moving body position detecting method for detecting the position of another moving body with respect to the own moving body by reducing the influence of noise.
1つの波源から到来する波に対して、観測点における波面を表現した数式を用いて、観測点における波面から波源の方向等を検出する手法として、時空間勾配法と呼ばれる手法が提案されている(非特許文献1参照)。時空間勾配法では、点音源から放射された音波を観測したとき、その観測点の任意の時間における音圧(振幅)、音圧の時間微分、音圧の空間微分を用いて、観測点から波源への方向及び観測点と波源との間の距離を算出するものである。 A method called the spatio-temporal gradient method has been proposed as a method for detecting the direction of the wave source from the wavefront at the observation point using a mathematical expression expressing the wavefront at the observation point for a wave coming from one wave source. (Refer nonpatent literature 1). In the spatiotemporal gradient method, when a sound wave radiated from a point sound source is observed, the sound pressure (amplitude) of the observation point at an arbitrary time, the temporal differentiation of the sound pressure, and the spatial differentiation of the sound pressure are used. The direction to the wave source and the distance between the observation point and the wave source are calculated.
音波は外乱の影響に弱く、外乱がある場合、任意の時間周波数区間に含まれる所望の波源の位置情報の多くが算出困難である。このような外乱として、波源の方向を検出する装置を搭載した移動体が発する波動や、他の物体において反射した波動に代表される加法性の雑音が挙げられる。例えば、非特許文献1に記載されるように、雑音が含まれる周波数帯域における波源の位置検出結果は、所望の方向に定位せず、波源の方向の検出精度が低下する。
A sound wave is weak in the influence of disturbance, and when there is disturbance, it is difficult to calculate much position information of a desired wave source included in an arbitrary time frequency section. Examples of such disturbances include additive noise typified by waves generated by a moving body equipped with a device for detecting the direction of the wave source and waves reflected by other objects. For example, as described in
本発明は、上記問題点を鑑み、雑音の影響を低減して自移動体に対する他移動体の位置を検出できる他移動体位置検出装置及び他移動体位置検出方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an other moving body position detecting device and an other moving body position detecting method capable of detecting the position of another moving body with respect to the own moving body by reducing the influence of noise. .
本発明の第1の態様に係る移動体位置検出装置は、自移動体に搭載された他移動体位置検出装置であって、走行状態検出部と、音波入力部と、定常判定部と、共分散処理部と、対象パラメータ算出部と、方向検出部とを備えることを要旨とする。走行状態検出部は、自移動体の走行状態を検出する。音波入力部は、定常的な雑音及び周囲に存在する他移動体の走行により発生する他移動体発生音を含む音波を入力する。定常判定部は、音波入力部が入力した音波が定常状態であるか否かを判定する。共分散処理部は、音波の音圧、音圧の時間微分、音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を、定常判定部が定常状態でないと判定した音波について第1パラメータ、定常判定部が定常状態であると判定した音波について第2パラメータとして計算する。対象パラメータ算出部は、第1パラメータから走行状態検出部が検出した走行状態に応じた第2パラメータを減算することで、他移動体発生音の音圧、音圧の時間微分、音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を第3パラメータとして計算する。方向検出部は、第3パラメータから他移動体の自移動体に対する方向を検出する。 A mobile body position detection device according to a first aspect of the present invention is another mobile body position detection device mounted on a mobile body, and includes a traveling state detection unit, a sound wave input unit, a steady state determination unit, The gist is to include a distributed processing unit, a target parameter calculation unit, and a direction detection unit. The traveling state detection unit detects the traveling state of the mobile body. The sound wave input unit inputs a sound wave including stationary noise and other moving body generated sound generated by the traveling of another moving body existing around. The steady state determination unit determines whether or not the sound wave input by the sound wave input unit is in a steady state. The covariance processing unit uses the sound pressure of the sound wave, the temporal differentiation of the sound pressure, and the element of the covariance matrix based on the spatial differentiation of the sound pressure as the first parameter for the sound wave that the steady state determination unit has determined to be not in the steady state. Is calculated as the second parameter for the sound wave determined to be in the steady state. The target parameter calculation unit subtracts the second parameter corresponding to the traveling state detected by the traveling state detection unit from the first parameter, so that the sound pressure of the other moving body generated sound, the time differentiation of the sound pressure, the space of the sound pressure The element of the covariance matrix based on the differentiation is calculated as the third parameter. The direction detection unit detects the direction of the other moving body relative to the own moving body from the third parameter.
本発明の第2の態様に係る他移動体位置検出方法は、自移動体に対する他移動体の位置を検出する他移動体位置検出方法であって、自移動体の走行状態を検出する検出し、定常的な雑音及び周囲に存在する前記他移動体の走行により発生する他移動体発生音を含む音波を入力し、入力された音波が定常状態であるか否かを判定し、前記音波の音圧、音圧の時間微分、音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を、定常状態でないと判定した前記音波について第1パラメータ、定常状態であると判定した前記音波について第2パラメータとして計算し、前記第1パラメータから前記走行状態に応じた前記第2パラメータを減算することで、前記他移動体発生音の音圧、音圧の時間微分、音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を第3パラメータとして計算し、前記第3パラメータから前記他移動体の前記自移動体に対する方向を検出することを要旨とする。 The other moving body position detecting method according to the second aspect of the present invention is an other moving body position detecting method for detecting the position of the other moving body with respect to the own moving body, and detects the traveling state of the own moving body. , Inputting sound waves including stationary noise and other moving body generated sound generated by the traveling of the other moving objects existing in the surroundings, determining whether or not the input sound waves are in a steady state, The elements of the covariance matrix based on the sound pressure, the temporal differentiation of the sound pressure, and the spatial differentiation of the sound pressure are the first parameter for the sound wave determined not to be in the steady state and the second parameter for the sound wave determined to be in the steady state. The covariance matrix based on the sound pressure of the other mobile body generated sound, the temporal differentiation of the sound pressure, and the spatial differentiation of the sound pressure by calculating and subtracting the second parameter corresponding to the running state from the first parameter The third parameter Calculated as, and summarized in that to detect the direction with respect to the own mobile body of said other mobile from said third parameter.
次に、図面を参照して、本発明の第1及び第2の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、下記の実施の形態に例示した装置や方法に特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Next, first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is an apparatus exemplified in the following embodiment. It is not specific to the method. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置は、例えば、車両等の移動体(自移動体)に搭載され、移動体の周囲に存在する対象から発生する対象(他移動体)発生音に基づいて、対象の相対位置を検出する。検出される対象は移動体であり、例えば、移動体に接近する車両等である。(First embodiment)
The other moving body position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention is mounted on a moving body (self-moving body) such as a vehicle, and is generated from a target existing around the moving body (other movement). Body) Based on the generated sound, the relative position of the object is detected. The object to be detected is a moving body, for example, a vehicle approaching the moving body.
第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置は、図1に示すように、周囲の音波を入力し、入力した音波を離散信号に変換して出力する音波入力部10と、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置が行う種々の演算を処理する処理部20と、プログラムファイル等を含む種々のデータを記憶する記憶部30と、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置が搭載される移動体の状態(走行状態)を検出する走行状態検出部40とを備える。
As shown in FIG. 1, the other moving body position detection device according to the first exemplary embodiment inputs a surrounding sound wave, converts the input sound wave into a discrete signal, and outputs the sound
音波入力部10は、図2に示すように、音波を検出するセンサ部11-1,11-n(n:正の整数)と、センサ部11-1,11-nが検出した音波を示す信号を増幅する増幅器12と、増幅器12が増幅した信号をA/D変換して離散化するAD変換器13とを備える。センサ部11-1,11-nは、例えば、マイクロフォン、ハイドロフォン等の音響デバイスから構成される。センサ部11-1,11-nは、図3に示すように、検出する音波の音圧の勾配(音圧の空間微分)を得るため、複数設けられる。図3に示すように音源の方向を示す方位角θを考えると、方位角θは、θ=sin−1(nx)と表すことができる。信号処理により音圧の勾配を得ることができれば、センサ部11-1,11-nの数は、複数である必要はなく、単数であって構わない。As shown in FIG. 2, the sound
音波入力部10が入力する音波は、定常的な雑音及び周囲に存在する対象から発生する対象発生音を含む。音波入力部10は、入力した音波を示す電気信号である音波信号を処理部20に出力する。
The sound wave input by the sound
処理部20は、音波入力部10から出力された音波信号を処理する音波信号処理部21と、音波信号処理部21により処理された音波信号に基づいて、音波入力部10が入力した音波が定常状態であるか否かを判定する定常判定部22と、音波入力部10が入力した音波の音圧、音圧の時間微分、音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を、定常判定部22が定常状態でないと判定した音波について第1パラメータ、定常判定部22が定常状態であると判定した音波について第2パラメータとして計算する共分散処理部23と、第1パラメータから第2パラメータを減算することで、対象発生音の音圧、音圧の時間微分、音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を第3パラメータとして計算する対象パラメータ算出部24と、第3パラメータから対象の方向を検出する方向検出部25と、記憶処理部26と、読出処理部27を備える。処理部20は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)等の演算処理装置からなる。
The
共分散処理部23が算出する第1パラメータは、移動体自身から発生する音等の定常的な雑音と、非定常的な対象発生音とを含む音波に基づくパラメータとなる。第2パラメータは、移動体自身から発生する音等の定常的な雑音に基づくパラメータとなる。
The first parameter calculated by the
記憶部30は、共分散処理部23が計算した第2パラメータを記憶する共分散行列記憶部31と、移動体が車両の場合におけるタイヤの情報等、移動体に関する情報を記憶する移動体情報記憶部32と、地図上の現在位置に応じた環境を記憶する地図情報記憶部33とを備える。記憶部30は、例えば、半導体メモリ、ハードディスク装置等の記憶装置から構成される。
The
走行状態検出部40は、移動体の移動状態を検出する移動状態検出部41と、移動体の周囲の環境を検出する移動環境検出部42と、移動体の位置を検出する位置検出部43とを備える。移動状態検出部41は、例えば、CAN(Controller Area Network)等に接続され、例えば移動体が自動車の場合、速度、エンジンの回転数、ギヤ比等、移動体の移動状態を示す情報を検出する。移動環境検出部42は、移動体の周囲にある壁、高架等、環境を示す情報を検出する。位置検出部43は、例えば全地球測位システム(GPS)受信器等から構成される。移動環境検出部42は、例えば、位置検出部32が検出した移動体の現在位置情報を用いて、地図情報記憶部33を参照することにより、移動体の周囲の環境に関する情報を検出する。
The traveling
処理部20の記憶処理部26は、共分散処理部23が計算した第2パラメータを共分散行列記憶部31に記憶させる。共分散記憶部31が記憶する第2パラメータは、移動体の移動中に随時計算、記憶されるようにしても良く、予め、移動体の状態に応じた複数の種類の第2パラメータを記憶するようにしても良い。読出処理部27は、共分散行列記憶部31に記憶された第2パラメータを読み出す。対象パラメータ算出部24は、読出処理部27が共分散行列記憶部31から読み出した第2パラメータを用いて第3パラメータを計算する。
The
図1に示す処理部20、記憶部30、走行状態検出部40は、それぞれ論理構造としての表示であり、処理部20、記憶部30、走行状態検出部40それぞれを構成する各部は、同一のハードウェアである演算処理装置により構成されて良く、別個のハードウェアにより構成されても構わない。
The
<時空間勾配法の原理>
音圧をf(t)、音圧の時間微分をft(t)とすると、音圧の空間微分fx(t),fy(t),fz(t)は、以下の式(1)〜(3)のように表される。<The principle of the spatiotemporal gradient method>
Assuming that the sound pressure is f (t) and the time derivative of the sound pressure is f t (t), the spatial differentials f x (t), f y (t), and f z (t) of the sound pressure are expressed by the following equations ( It is expressed as 1) to (3).
nx,ny,nzは、観測点となるセンサ部11の中心から音源となる対象方向の単位ベクトルの要素である。Rは観測点から音源までの距離、Cは温度の関数である音速を示す。式(1)〜式(3)は、音源が1つの点音源であれば、音圧と、音圧の時間微分及び音圧の空間微分とは、従属関係にある。以下、式(1)〜式(3)を「波源拘束偏微分方程式」という。n x , n y , and n z are elements of a unit vector in the target direction that becomes a sound source from the center of the
観測点の任意の時間における音圧、音圧の時間微分、音圧の空間微分を取得し、波源拘束偏微分方程式を適用することで、音源となる対象の位置を算出することができる。例えば、入力された時間領域の音波信号を、適当な時間間隔の窓関数を適用してフレームに分解する。その後、短時間フーリエ変換によって、周波数領域に変換した音波信号を用いて、音源の方向を推定する。 By acquiring the sound pressure at the observation point at an arbitrary time, the time differential of the sound pressure, and the spatial differential of the sound pressure, and applying the wave source constrained partial differential equation, the position of the target as the sound source can be calculated. For example, an input time-domain sound wave signal is decomposed into frames by applying a window function with an appropriate time interval. Thereafter, the direction of the sound source is estimated using a sound wave signal converted into the frequency domain by short-time Fourier transform.
任意の周波数における音圧をF(ω)、音圧の時間微分をFt(ω)とすると、音圧の空間微分Fx(ω),Fy(ω),Fz(ω)は、以下の式(4)〜式(6)のように表される。If the sound pressure at an arbitrary frequency is F (ω) and the time derivative of sound pressure is F t (ω), the spatial differentials of sound pressure F x (ω), F y (ω), and F z (ω) are It is expressed as the following formulas (4) to (6).
式(4)〜式(6)について、方向毎に独立して最小二乗法を適用することで、ベクトルの3軸方向の要素を得ることができる。ここで、対象の水平面の位置を除外すれば、ベクトルnの要素であるnx,ny,nxのいずれか1つが求まればよい。
以下、nxの解法を例として説明する。式(4)を変形して、式(7)の二乗誤差が最小となるようなnx及び距離Rを求める。About Formula (4)-Formula (6), the element of the three-axis direction of a vector can be obtained by applying the least squares method independently for every direction. Here, if excluding the position of the horizontal plane of the target, it may be n x is an element of the vector n, n y, any one of the n x Motomare.
Hereinafter will be described a solution of n x as an example. Equation (4) is modified to obtain nx and distance R that minimize the square error of equation (7).
なお、式(8)〜式(13)は、短時間フーリエ変換によって、得られたすべての周波数帯域について総和を計算しており、任意の時間区間に対し唯一の方向推定結果を計算している。式(14)、式(15)の結果は、式(8)〜式(13)を総和でなく周波数毎に計算することで、周波数毎に方位推定結果を得ることも可能である。 In Expressions (8) to (13), the sum is calculated for all the obtained frequency bands by the short-time Fourier transform, and the only direction estimation result is calculated for an arbitrary time interval. . As for the results of Expression (14) and Expression (15), it is possible to obtain the direction estimation result for each frequency by calculating Expression (8) to Expression (13) for each frequency instead of the sum.
<他移動体位置検出装置の基本原理>
以下、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置の基本原理を説明する。第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置は、短時間フレームについて時空間勾配法の処理を行う過程で、加法性の雑音を取り除くアルゴリズムを用いる。
式(7)について、窓関数を用いた短時間フーリエ変換の時間周波数フレームについて計算した結果は、式(16)のように表すことができる。<Basic principle of other moving body position detection device>
Hereinafter, the basic principle of the other moving body position detection apparatus according to the first embodiment will be described. The other mobile object position detection apparatus according to the first embodiment uses an algorithm for removing additive noise in the process of performing the spatiotemporal gradient method for a short time frame.
With respect to Expression (7), the result calculated for the time-frequency frame of the short-time Fourier transform using the window function can be expressed as Expression (16).
式(16)は、周波数ωの関数であるだけでなく積分を行う時間区間にも依存する。すなわち、波源拘束偏微分方程式の時間周波数領域での表現と見ることができる。同様に、式(8)〜式(13)によって計算されるパラメータS,Stt,Sxx,St,Sx,Sxtは、任意の区間に設定されたフレームτについて、式(17)〜式(22)のように表すことができる。Expression (16) is not only a function of the frequency ω but also depends on the time interval in which the integration is performed. That is, it can be regarded as an expression in the time-frequency domain of the wave source-constrained partial differential equation. Similarly, the parameters S, S tt , S xx , S t , S x , S xt calculated by the equations (8) to (13) are expressed by the equation (17) for the frame τ set in an arbitrary section. -It can represent like Formula (22).
このとき、和は近接した局所的な時間周波数領域内でとられるものとする。パラメータS,Stt,Sxx,St,Sx,Sxtは、周波数毎(即ちフーリエ変換に用いるFFT長の半分の周波数ビン毎)に求めることができる。また、パラメータS,Stt,Sxx,St,Sx,Sxtは、更に短く分割した時間を設定し、短時間フレーム毎に求めても良く、また、短時間フレームの時間周波数全体に対して1つの値を平均値として計算しても良い。
ここで、音圧、音圧の時間微分、音圧の空間微分は、以下のようなベクトルで表現することができる。At this time, it is assumed that the sum is taken within a close local time frequency region. The parameters S, S tt , S xx , S t , S x , and S xt can be obtained for each frequency (that is, for each frequency bin that is half the FFT length used for Fourier transform). The parameter S, S tt, S xx, S t, S x, S xt sets further shortened divided time may be short time obtained for each frame and, in the overall time-frequency short time frame On the other hand, one value may be calculated as an average value.
Here, the sound pressure, the temporal differentiation of the sound pressure, and the spatial differentiation of the sound pressure can be expressed by the following vectors.
式(23)を用いると、時空間勾配に関するパラメータS,Stt,Sxx,St,Sx,Sxtは、式(24)のように、共分散行列の各要素として表すことができる。Using Expression (23), the parameters S, S tt , S xx , S t , S x , and S xt related to the spatiotemporal gradient can be expressed as elements of the covariance matrix as shown in Expression (24). .
なお、文字右上の添え字に関して、hはエルミート転置、*は共役転置であることを示している。パラメータの上に「〜」が付いているものは複素数、付いていないものはパラメータ中の複素共役積の実数部だけを用いる。 Regarding the subscript on the upper right of the character, h indicates Hermitian transposition and * indicates conjugate transposition. Those with "~" above the parameter are complex numbers, and those without are used only the real part of the complex conjugate product in the parameters.
移動体に接近する対象から発生する波動(音波)を検出するとき、対象から輻射される音波と、自移動体等から発生する定常的な音波とが加算された信号として検出される。このとき検出される信号は、対象から到来する音圧成分F(τ,ω)と雑音成分U(τ,ω)とが加算された信号となっている。このときの短時間相関は、式(25)のように表すことができる。 When detecting a wave (sound wave) generated from a target approaching the moving body, the detection is performed as a signal obtained by adding a sound wave radiated from the target and a steady sound wave generated from the own moving body or the like. The signal detected at this time is a signal obtained by adding the sound pressure component F (τ, ω) coming from the target and the noise component U (τ, ω). The short-time correlation at this time can be expressed as shown in Equation (25).
同様に他の時空間勾配に関するパラメータの結果を示すと、対象からの信号と雑音信号との相関項は、すべて近似的に0に見なせることから、式(28)〜式(32)を得る。 Similarly, when the results of parameters relating to other spatiotemporal gradients are shown, since all the correlation terms of the signal from the object and the noise signal can be regarded as approximately 0, Expressions (28) to (32) are obtained.
第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置は、式(27)〜式(32)に示すパラメータを第1パラメータS,Stt,Sxx,St,Sx,Sxtとして用いる。第1パラメータS,Stt,Sxx,St,Sx,Sxtは、時空間勾配共分散領域において、対象から発生する音波に基づく信号と定常的な雑音に基づく信号とが加法的に重畳していることを意味する。The other moving body position detection apparatus according to the first embodiment uses the parameters shown in the equations (27) to (32) as the first parameters S, S tt , S xx , S t , S x , S xt. . The first parameters S, S tt , S xx , S t , S x , and S xt are additively obtained by a signal based on sound waves generated from the object and a signal based on stationary noise in the spatiotemporal gradient covariance region. It means that they are superimposed.
定常的な雑音の第2パラメータを既知と仮定すると、第2パラメータN,Ntt,Nxx,Nt,Nx,Nxtは、式(33)〜式(38)のように表すことができる。Assuming that the second parameter of stationary noise is known, the second parameters N, N tt , N xx , N t , N x , and N xt can be expressed as in Expression (33) to Expression (38). it can.
雑音が定常的であれば、雑音信号に基づく第2パラメータは、ほぼ一定の値をとると考えられるので、予め移動状態毎に雑音信号を推定しておくことにより、位置が時間により変化する音源に対して、時間区間毎に得られる共分散行列から、音源の方向、距離を検出することができる。或いは、第1パラメータを計算するフレームτより1つ前のフレームτ−1で、かつ、主として雑音だけが観測できる時間において計算された第2パラメータを用いて第3パラメータを算出するようにしても良い。 If the noise is stationary, the second parameter based on the noise signal is considered to have a substantially constant value. Therefore, by estimating the noise signal for each moving state in advance, the sound source whose position changes with time. On the other hand, the direction and distance of the sound source can be detected from the covariance matrix obtained for each time interval. Alternatively, the third parameter may be calculated by using the second parameter calculated in the frame τ−1 immediately before the frame τ in which the first parameter is calculated and in which only noise can be observed. good.
第1の実施の形態に係る他移動体位置検出方法の基本原理となるこれら一連の雑音成分除去のアルゴリズムを共分散サブトラクション法と呼ぶ。この手法においては、雑音信号は定常的でさえあれば良く、必ずしも波源拘束偏微分方程式を満たす必要はない。即ち、拡散雑音や大面積領域から生じるような点音源でない雑音に対しても有効な場合がある。 A series of these noise component removal algorithms as the basic principle of the other mobile object position detection method according to the first embodiment is called a covariance subtraction method. In this method, the noise signal only needs to be stationary and does not necessarily satisfy the source-constrained partial differential equation. In other words, it may be effective against diffuse noise or noise that is not a point source such as that generated from a large area.
<他移動体位置検出方法>
図4のフローチャートを用いて、本発明の第1の実施の形態に係る他移動体位置検出方法の一例について説明する。<Other moving body position detection method>
With reference to the flowchart of FIG. 4, an example of the other moving body position detection method according to the first embodiment of the present invention will be described.
先ず、ステップS10において、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置は初期化され、ステップS20において、音波信号処理部21は、音波入力部10が入力した音波を離散的な音波信号として音波入力部10から入力し、信号処理する。
First, in step S10, the other moving body position detection apparatus according to the first embodiment is initialized, and in step S20, the sound wave
ステップS20における信号処理として、音波信号処理部21は、例えば、図5のステップS110-1,S110-nに示すように、音波入力部10が備えるセンサ部11-1,11-nにおいてそれぞれ検出された音波について信号処理を行う。音波信号処理部21は、例えば、音波信号にハン窓等の窓関数を適用することにより短時間毎に分解したフレームに対し、短時間フーリエ変換を行い、フレーム毎に周波数領域の信号(全体として時間周波数領域の信号)に変換する。
As the signal processing in step S20, the sound wave
次に、図4のステップS311において、定常判定部22は、音波入力部10が入力した音波が定常状態か否かを判定する。定常判定部22は、例えば、音波入力部10が入力する音波の音圧、音圧の勾配、周波数毎の音圧、周波数勾配等を取得し、それらの分散に対して所定の閾値を設定することにより定常性を測定し、定常状態か否かを判定するようにすればよい。
Next, in step S <b> 311 of FIG. 4, the steady
また、定常判定部22は、方向検出部25による方向検出結果の分散の大きさに対して所定の閾値を設定することで接近車の有無を推定し、定常状態か否かを判定するようにしても良い。或いは、方向検出結果の加算平均に対して閾値を設定し、定常状態か否かを判定するようにしても良い。
In addition, the steady
ステップS311において定常判定部22が定常状態であると判定する場合、ステップS312において、共分散処理部23は、式(33)〜式(38)に示すように、定常的な雑音に基づく第2パラメータN,Ntt,Nxx,Nt,Nx,Nxtを計算する。When it is determined in step S311 that the
ステップS313において、記憶処理部26は、共分散処理部23が計算した第2パラメータを共分散行列記憶部31に記憶させる。記憶処理部26は、例えば、演算する1つ前のフレームから計算した第2パラメータを保存する。
In step S <b> 313, the
また、記憶処理部26は、信号が定常的な雑音である(周囲に接近する対象がない)時間フレームτを用いて計算した第2パラメータを保存するようにしても良い。その他、記憶処理部26は、速度、ギヤ比、タイヤ情報、移動環境等の移動体の状態に対応する雑音のパターンすべてに対応して第2パラメータを保存しておくようにしても良い。或いは、地図情報として、予め壁、高架等の位置を地図情報記憶部33に記憶しておき、記憶された壁にあった環境で測定した自車走行雑音及び反射音を含む雑音信号を元に計算された第2パラメータを保存しておくようにしても良い。このとき、ラベルとしてGPS等により一意に定まる地図位置を用いることが有効である。
Further, the
ステップS311において定常判定部22が定常状態でないと判定する場合、ステップS314において、共分散処理部23は、式(27)〜式(32)に示すように、定常的な雑音と、非定常的な対象発生音とからなる音波に基づく第1パラメータS,Stt,Sxx,St,Sx,Sxtを計算する。When the
共分散処理部23による第1パラメータ及び第2パラメータの算出は、図5のステップS120に示すように、音波信号処理部21により処理された音波信号から、音圧(ステップS121)、音圧の時間微分(ステップS122)、音圧の空間微分(ステップS123)を算出してから行われる。
The calculation of the first parameter and the second parameter by the
次に、図4のステップS315において、読出処理部27は、共分散行列記憶部31から、第2パラメータを読み出す。
Next, in step S <b> 315 of FIG. 4, the
また、読出処理部27は、走行状態検出部40が検出した移動体の状態に応じて共分散行列記憶部31に記憶された第2パラメータを読み出すようにしても良い。
The
次に、ステップS40において、対象パラメータ算出部24は、共分散処理部23が計算した第1及び第2パラメータから、式(39)〜式(44)に示すように、対象発生音に基づく第3パラメータSC,SC tt,SC xx,SC t,SC x,SC xtを計算する。Next, in step S40, the target
次に、ステップS50において、方向検出部25は、対象パラメータ算出部24が算出した第3パラメータを、式(14)、式(15)に代入して算出ことにより、対象の方向と対象までの距離が検出される。
Next, in step S50, the
<方向検出結果検証>
他移動体位置検出装置が搭載されたデモンストレーション車の公道走行中に測定したデータに対して、上述の共分散サブトラクション法を適用した。センサ部となるマイクロフォンの間隔は2cmである。サンプリング周波数は、44.1kHz、フーリエ変換のフレーム長は48点、フレームシフトは24点とし、共分散行列に関するパラメータ(第1パラメータ及び第3パラメータ)は、隣接する50フレームについて平均して求めた。また、車内から同時にビデオカメラで周囲を撮影することにより、収録時の他の走行車の環境を確認した。<Verification of direction detection results>
The above-mentioned covariance subtraction method was applied to data measured while driving on a public road of a demonstration vehicle equipped with another moving body position detection device. The distance between the microphones serving as the sensor units is 2 cm. The sampling frequency is 44.1 kHz, the frame length of the Fourier transform is 48 points, the frame shift is 24 points, and the parameters related to the covariance matrix (the first parameter and the third parameter) are obtained by averaging over 50 adjacent frames. . In addition, the surrounding environment of other vehicles during recording was confirmed by photographing the surroundings with a video camera at the same time.
図6〜図11は、それぞれ、2〜7kHz周波数毎の、通常の時空間勾配法を適用した場合の方向検出結果を示す。図12〜図17は、共分散サブトラクション法による処理を追加した場合の方向検出結果を示す。縦軸のnxは、音源方向の単位ベクトルのx成分を示し、1が後方、−1が前方を示す。横軸はデータを測定した時間を示す。プロットの後方から前方への推移は、隣接車線を他の車が追い越していったことを表している。6 to 11 show direction detection results when a normal spatiotemporal gradient method is applied for each frequency of 2 to 7 kHz. 12 to 17 show direction detection results when processing by the covariance subtraction method is added. N x the vertical axis represents the x component of the unit vector in the sound source direction, showing 1 backward, -1 forward. The horizontal axis indicates the time when data was measured. The transition from the rear to the front of the plot indicates that another vehicle overtakes the adjacent lane.
図6〜図11と、図12〜図17とを比較すると、時空間勾配法を用いた測定結果によれば、25−28秒付近に、nx=0のあたりにプロットが集中している。これらの表示は、周囲に車両が存在しなかったことから自車の雑音の影響と考えられる。一方、共分散サブトラクション法を用いた推定結果によれば、同じ時間帯の方位推定結果の分散が大きく雑音の影響が除去されていることが分かる。このことから、共分散サブトラクション法により自車ノイズのような加法性の定常的な雑音の影響が低減されていることが明らかになった。Comparing FIGS. 6 to 11 with FIGS. 12 to 17, according to the measurement results using the spatiotemporal gradient method, the plots are concentrated around n x = 0 in the vicinity of 25 to 28 seconds. . These displays are considered to be the influence of the noise of the own vehicle because there is no vehicle around. On the other hand, according to the estimation result using the covariance subtraction method, it can be seen that the azimuth estimation result in the same time zone has a large variance and the influence of noise is removed. From this, it became clear that the influence of stationary additive noise such as own vehicle noise is reduced by the covariance subtraction method.
このように、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出方法位置検出方法は、方向検出結果の分散の大きさを観測し、分散が所定の閾値より大きければ周囲に車両が存在しないと見なす、周囲の接近する対象の存在判定に利用できる。よって、定常判定部22による定常状態か否かの判定に方向検出部25による方向検出結果を用いても良い。
As described above, the position detection method according to the first embodiment observes the magnitude of the variance of the direction detection result, and if the variance is larger than the predetermined threshold, there is no vehicle around. It can be used to determine the existence of nearby objects that are considered. Therefore, the direction detection result by the
また、方向検出可能な角度(単位ベクトルの要素)の範囲についても、時空間勾配法のみを用いた検出結果より、共分散サブトラクション法を用いた検出結果の方が広い範囲であることが分かる。よって、共分散サブトラクション法を用いることにより、加法性雑音の影響が低減され、検出のダイナミックレンジが向上し、結果として方向検出可能な角度が増大することが分かる。 In addition, regarding the range of angles (element vector elements) that can be detected, the detection result using the covariance subtraction method is wider than the detection result using only the spatiotemporal gradient method. Therefore, it can be seen that by using the covariance subtraction method, the influence of additive noise is reduced, the dynamic range of detection is improved, and as a result, the angle at which direction detection is possible increases.
第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置は、加法性雑音を共分散行列の領域において減算することにより、雑音の影響を低減して対象の位置を高精度に検出できる。 The other mobile object position detection apparatus according to the first embodiment can detect the position of the target with high accuracy by reducing the influence of noise by subtracting additive noise in the region of the covariance matrix.
また、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、走行状態検出部40を備えることにより、移動体の状態に応じて適切に雑音の影響を低減できる。
Moreover, according to the other moving body position detection apparatus which concerns on 1st Embodiment, the influence of noise can be reduced appropriately according to the state of a moving body by providing the driving
また、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、移動状態検出部41を備えることにより、移動体の移動有情体に応じて適切に雑音の影響を低減できる。
Moreover, according to the other moving body position detection apparatus which concerns on 1st Embodiment, the influence of noise can be reduced appropriately according to the moving affective body of a moving body by providing the moving
また、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、移動環境検出部42を備えることにより、移動体の周囲の環境に応じて適切に雑音の影響を低減できる。
Moreover, according to the other mobile body position detection apparatus which concerns on 1st Embodiment, the influence of noise can be reduced appropriately according to the environment around a mobile body by providing the mobile
また、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、位置検出部43を備えることにより、移動体の位置に応じて適切に雑音の影響を低減できる。
Moreover, according to the other moving body position detection apparatus which concerns on 1st Embodiment, by providing the
また、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、音波信号処理部21が音波信号を周波数領域に変換することにより、音波信号の信号処理の方法を変更することができる。
Moreover, according to the other moving body position detection apparatus which concerns on 1st Embodiment, the sound wave
また、第1の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、第1パラメータの算出に用いられた音波信号より前の時間に入力された音波信号により算出された第2パラメータを用いて第3パラメータを算出することにより、予め記憶された第2パラメータを用いて第3パラメータを算出することができる。 Further, according to the other moving body position detecting apparatus according to the first embodiment, the second parameter calculated by the sound wave signal input at a time before the sound wave signal used for calculating the first parameter is used. By calculating the third parameter, the third parameter can be calculated using the second parameter stored in advance.
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る他移動体位置検出装置は、図18に示すように、記憶部30が音波信号記憶部34を備え、記憶処理部26及び読出処理部27が、音波信号記憶部34に対する動作を行う点で、第1の実施の形態と異なる。第2の実施の形態において説明しない他の構成は、第1の実施の形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。(Second Embodiment)
As shown in FIG. 18, in the other moving body position detection device according to the second exemplary embodiment of the present invention, the
第1の実施の形態では、共分散処理部23により計算された第2パラメータを記憶処理部26が共分散行列記憶部31に記憶させ、第3パラメータ算出の為、読出処理部27が共分散行列記憶部31から第2パラメータを読み出す場合について説明した。以下、図19のフローチャートを用いて、第2の実施の形態に係る他移動体位置検出方法として、記憶処理部26が、定常的な雑音に基づく音波信号を音波信号記憶部34に対して記憶させ、読出処理部27が音波信号記憶部34から音波信号を読み出した後、共分散処理部23が第1及び第2パラメータを計算する場合について説明する。図19に示すステップS32以外の処理は、図4に示すステップS31以外の処理と実質的に同様であるので、重複する説明を省略する。
In the first embodiment, the
ステップS321において、定常判定部22は、音波入力部10が入力した音波が定常状態か否かを判定する。定常判定部22は、例えば、音波入力部10が入力する音波の音圧、音圧の勾配、周波数毎の音圧、周波数勾配等を取得し、それらの分散に対して所定の閾値を設定することにより定常性を測定し、定常状態か否かを判定するようにすればよい。
In step S321, the steady
また、方向検出部25による方向検出結果の分散の大きさに対して所定の閾値を設定することで接近車の有無を推定するようにしても良い。或いは、方向検出結果の加算平均を取るようにしても良い。
In addition, the presence or absence of an approaching vehicle may be estimated by setting a predetermined threshold for the magnitude of the variance of the direction detection result by the
ステップS321において定常判定部22が定常状態であると判定する場合、ステップS322において、記憶処理部26は、定常状態であると判定されたフレームの音波信号を音波信号記憶部34に記憶させる。
When it is determined in step S321 that the steady
また、記憶処理部26は、定常状態であると判定されたフレームの1つ前のフレームの音波信号を記憶させるようにしても良い。その他、記憶処理部26は、速度、ギヤ比、タイヤ情報、移動環境等の移動体の状態に対応する雑音のパターンすべてに対応した種類の音波信号を保存しておくようにしても良い。或いは、地図情報として、予め壁、高架等の位置を地図情報記憶部33に記憶しておき、記憶された壁にあった環境で測定した自車走行雑音及び反射音を示す音波信号を記憶しておくようにしても良い。このとき、ラベルとしてGPS等により一意に定まる地図位置を用いることが有効である。
The
ステップS321において定常判定部22が定常状態でないと判定する場合、ステップS323において、読出処理部27は、音波信号記憶部34から音波信号を読み出す。読出処理部27は、走行状態検出部40が検出した移動体の状態に応じて音波信号記憶部34に記憶された音波信号を読み出すようにしても良い。
When it is determined in step S321 that the steady
ステップS324において、共分散処理部23は、定常的な雑音と、非定常的な対象発生音とからなる音波に基づく第1パラメータS,Stt,Sxx,St,Sx,Sxtと計算する。また、共分散処理部23は、ステップS323において読出処理部27が読み出した音波信号に基づいて、第2パラメータN,Ntt,Nxx,Nt,Nx,Nxtを計算する。In step S324, the
第2の実施の形態に係る他移動体位置検出装置は、加法性雑音を共分散行列の領域において減算することにより、雑音の影響を低減して対象の位置を高精度に検出できる。 The other mobile object position detection apparatus according to the second embodiment can detect the target position with high accuracy by reducing the influence of noise by subtracting additive noise in the region of the covariance matrix.
また、第2の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、走行状態検出部40を備えることにより、移動体の状態に応じて適切に雑音の影響を低減できる。
Moreover, according to the other moving body position detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment, the influence of noise can be appropriately reduced according to the state of a moving body by providing the traveling
また、第2の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、移動状態検出部41を備えることにより、移動体の移動有情体に応じて適切に雑音の影響を低減できる。
Moreover, according to the other moving body position detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment, the influence of noise can be reduced appropriately according to the moving affective body of a moving body by providing the moving
また、第2の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、移動環境検出部42を備えることにより、移動体の周囲の環境に応じて適切に雑音の影響を低減できる。
Moreover, according to the other mobile body position detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment, the influence of noise can be reduced appropriately according to the environment around a mobile body by providing the mobile
また、第2の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、位置検出部43を備えることにより、移動体の位置に応じて適切に雑音の影響を低減できる。
Moreover, according to the other moving body position detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment, by providing the
また、第2の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、音波信号処理部21が音波信号を周波数領域に変換することにより、音波信号の信号処理の方法を変更することができる。
Moreover, according to the other moving body position detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment, the sound wave
また、第2の実施の形態に係る他移動体位置検出装置によれば、第1パラメータの算出に用いられた音波信号より前の時間に入力された音波信号により算出された第2パラメータを用いて第3パラメータを算出することにより、予め記憶された第2パラメータを用いて第3パラメータを算出することができる。 Further, according to the other moving body position detection apparatus according to the second embodiment, the second parameter calculated by the sound wave signal input at a time before the sound wave signal used for the calculation of the first parameter is used. By calculating the third parameter, the third parameter can be calculated using the second parameter stored in advance.
特願2011−248370号(出願日:2011年11月14日)の全内容は、ここに援用される。 The entire contents of Japanese Patent Application No. 2011-248370 (application date: November 14, 2011) are incorporated herein by reference.
(その他の実施の形態)
上記のように、第1及び第2の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。(Other embodiments)
As described above, the first and second embodiments have been described. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
既に述べた第1及び第2の実施の形態においては、他移動体位置検出装置が搭載される移動体は、車両に限るものでなく、ヘリコプター、船、潜水艦等にも適用可能である。 In the first and second embodiments already described, the moving body on which the other moving body position detecting device is mounted is not limited to the vehicle, but can be applied to a helicopter, a ship, a submarine, and the like.
また、既に述べた第1及び第2の実施の形態においては、共分散行列のパラメータを用いて対称の位置を検出する手法について説明したが、パラメータは、必ずしも行列式を用いて計算される必要はなく、方向検出結果が実質的に等価と見なせる程度に計算の省略等がされて良い。 In the first and second embodiments already described, the method of detecting a symmetric position using the parameters of the covariance matrix has been described. However, the parameters need not necessarily be calculated using a determinant. However, the calculation may be omitted to the extent that the direction detection result can be regarded as substantially equivalent.
また、既に述べた第1及び第2の実施の形態においては、移動環境検出部42は、方向検出部25の検出結果により、移動体の周囲にある壁、高架等、環境を示す情報を検出するようにしても良い。例えば、移動体の移動方向に平行に壁がある場合、方向検出部25による方向検出結果は、所定の範囲の方向(角度)に定位する。これらのデータを予め移動環境検出部42に設定することにより、方向検出部25による方向検出結果から、移動体の周囲の環境を示す情報を検出することができる。
In the first and second embodiments already described, the moving
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
本発明によれば、加法性雑音を共分散行列の領域において減算することにより、雑音の影響を低減して対象の位置を検出できる他移動体位置検出装置を提供することができる。よって、本発明は産業上の利用可能性を有する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the other mobile body position detection apparatus which can reduce the influence of noise and can detect a target position by subtracting additive noise in the area | region of a covariance matrix can be provided. Therefore, the present invention has industrial applicability.
10…音波入力部
11…センサ部
12…増幅器
13…AD変換器
20…処理部
21…音波信号処理部
22…定常判定部
23…共分散処理部
24…対象パラメータ算出部
25…方向検出部
26…記憶処理部
27…読出処理部
30…記憶部
31…共分散行列記憶部
32…位置検出部
32…音波信号記憶部
33…移動体情報記憶部
34…地図情報記憶部
40…走行状態検出部
41…移動状態検出部
42…移動環境検出部
43…位置検出部DESCRIPTION OF
Claims (7)
雑音及び周囲に存在する他移動体の走行により発生する他移動体発生音を含む音波を入力する音波入力部と、
前記音波入力部が入力した音波が定常状態であるか否かを判定する定常判定部と、
前記音波の音圧及び前記音圧の時間微分及び前記音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を、前記定常判定部が定常状態でないと判定した前記音波について第1パラメータ、前記定常判定部が定常状態であると判定した前記音波について第2パラメータとして計算する共分散処理部と、
前記第1パラメータから前記第2パラメータを減算することで、前記他移動体発生音の音圧及び前記音圧の時間微分及び前記音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を第3パラメータとして計算する対象パラメータ算出部と、
前記第3パラメータから前記他移動体の前記自移動体の方向を検出する方向検出部と
を備えることを特徴とする他移動体位置検出装置。 Another mobile body position detection device mounted on the mobile body,
A sound wave input unit for inputting sound waves including noise and other moving body generated sound generated by running of other moving objects existing in the surroundings;
A steady state determination unit that determines whether or not the sound wave input by the sound wave input unit is in a steady state;
The sound pressure of the sound wave, the time differential of the sound pressure, and the element of the covariance matrix based on the spatial differential of the sound pressure are the first parameter and the steady state determination unit for the sound wave determined that the steady state determination unit is not in a steady state. A covariance processing unit that calculates a second parameter for the sound wave determined to be in a steady state;
By subtracting the second parameter from the first parameter, an element of a covariance matrix based on the sound pressure of the other moving body generated sound, the time derivative of the sound pressure, and the spatial derivative of the sound pressure is used as a third parameter. A target parameter calculation unit to calculate,
A direction detecting unit that detects a direction of the self-moving body of the other moving body from the third parameter.
前記定常判定部が定常状態であると判定した前記音波を、前記自移動体の走行状態に応じて記憶する記憶部と A storage unit that stores the sound wave determined by the steady state determination unit as being in a steady state according to a traveling state of the mobile body;
を更に備え、 Further comprising
前記共分散処理部は、前記走行状態検出部が検出した走行状態に応じて前記記憶部から読み出された前記音波について、前記共分散行列の要素を前記第2パラメータとして計算することを特徴とする請求項1に記載の他移動体位置検出装置。 The covariance processing unit calculates, as the second parameter, an element of the covariance matrix for the sound wave read from the storage unit according to the running state detected by the running state detection unit. The other moving body position detection apparatus of Claim 1 which does.
前記走行状態検出部は、前記自移動体の走行状態として、前記移動体の速度、エンジンの回転数、ギヤ比のいずれかを検出することを特徴とする請求項3に記載の他移動体位置検出装置。 The mobile body is a vehicle, and the other mobile body is a vehicle.
The other moving body position according to claim 3 , wherein the traveling state detection unit detects any one of a speed of the moving body, an engine speed, and a gear ratio as the traveling state of the own moving body. Detection device.
前記共分散処理部は、前記周波数毎の音圧及び前記音圧の時間微分及び前記音圧の空間微分に基づいて、前記第1パラメータ及び前記第2パラメータを計算することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の他移動体位置検出装置。 Sound wave signal processing for converting a time domain signal indicating a sound wave input by the sound wave input unit into a frequency domain, and obtaining a sound pressure for each frequency of the sound wave, a time derivative of the sound pressure, and a spatial derivative of the sound pressure Further comprising
The covariance processing unit calculates the first parameter and the second parameter based on a sound pressure for each frequency, a time derivative of the sound pressure, and a spatial derivative of the sound pressure. The other moving body position detection apparatus of any one of 1-4 .
雑音及び周囲に存在する前記他移動体の走行により発生する他移動体発生音を含む音波を入力し、
入力された音波が定常状態であるか否かを判定し、
前記音波の音圧及び前記音圧の時間微分及び前記音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を、定常状態でないと判定した前記音波について第1パラメータ、定常状態であると判定した前記音波について第2パラメータとして計算し、
前記第1パラメータから前記第2パラメータを減算することで、前記他移動体発生音の音圧及び前記音圧の時間微分及び前記音圧の空間微分に基づく共分散行列の要素を第3パラメータとして計算し、
前記第3パラメータから前記他移動体の前記自移動体に対する方向を検出する
ことを特徴とする他移動体位置検出方法。 An other moving body position detection method for detecting the position of another moving body with respect to the own moving body,
Input a sound wave including noise and other moving body generated sound generated by running of the other moving body existing in the surroundings,
Determine whether the input sound wave is in a steady state,
The sound pressure of the sound wave, the time differential of the sound pressure, and the element of the covariance matrix based on the spatial differential of the sound pressure are the first parameter for the sound wave determined to be not in the steady state, the sound wave determined to be in the steady state As a second parameter for
By subtracting the second parameter from the first parameter, an element of a covariance matrix based on the sound pressure of the other moving body generated sound, the time derivative of the sound pressure, and the spatial derivative of the sound pressure is used as a third parameter. Calculate
A method of detecting the position of another moving body, wherein a direction of the other moving body relative to the own moving body is detected from the third parameter.
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