JP6169221B1 - レーダ装置および路側雪壁検出方法 - Google Patents

レーダ装置および路側雪壁検出方法 Download PDF

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【課題】路側物体が雪に埋もれていた場合においても、路側の雪壁の有無を判定することができ、自車両の前方の道路形状を推定可能とするレーダ装置を得る。【解決手段】自車両の前方へ電波を送信信号として送信し、反射物からの反射信号を受信する送受信部(11)と、送信信号と反射信号とのビート信号を周波数解析する周波数解析部(12)と、解析結果から得られたスペクトル信号のうち、第1スレッショルド以上の信号強度を有するビンが連続する連続ビン数を算出し、連続ビン数が判定ビン数以上である場合には、路側雪壁候補が存在すると判定する路側雪壁候補判定部(14)と、連続ビン数に含まれる各ビンの信号強度の標準偏差を算出する標準偏差算出部(15)と、標準偏差が判定標準偏差値以下であれば、路側雪壁候補が路側雪壁であると判定する路側雪壁判定部(16)とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、レーダ装置に関し、特に、車両に搭載され、自車両の前方の道路形状を検出するレーダ装置および路側雪壁検出方法に関するものである。
自車両の周辺に電波を照射し、目標物体からの反射信号を受信し、受信した信号から自車両の前方の物体を検出し、検出した物体の中から静止物体情報を抽出し、抽出した静止物体情報に基づいて、道路形状を推定するレーダ装置が、従来技術として知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許第4637690号公報
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献1の場合には、路側にある静止物体の位置などを検出し、その位置情報などに基づいて道路形状を推定している。
しかしながら、路側に雪壁が存在する場合には、路側物体にある静止物などは、雪に埋もれることになる。従って、雪壁の影響で、路側静止物体が検出されない。このため、特許文献1のような従来技術では、道路形状を推定するために必要な路側物体の数や位置情報を得ることができず、道路形状を推定することができないという課題がある。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、カードレール、木、標識の支柱などの路側物体が雪に埋もれていた場合においても、路側の雪壁の有無を判定することができ、自車両の前方の道路形状を推定可能とするレーダ装置および路側雪壁検出方法を得ることを目的とする。
本発明に係るレーダ装置は、車両に搭載され、自車両の前方へ送信信号として電波を送信し、自車両の前方の反射物から送信信号が反射した電波を反射信号として受信する送受信部と、送信信号と反射信号とのビート信号を周波数解析する周波数解析部と、周波数解析部の解析結果から得られたスペクトル信号のうち、あらかじめ定められた第1スレッショルド以上の信号強度を有するビンが連続している数を連続ビン数として算出し、連続ビン数があらかじめ定めた判定ビン数以上である場合には、反射物の中に路側雪壁候補が存在すると判定する路側雪壁候補判定部と、路側雪壁候補判定部で路側雪壁候補が存在すると判定された場合には、連続ビン数に含まれる各ビンの信号強度の標準偏差を算出する標準偏差算出部と、標準偏差算出部で算出された標準偏差があらかじめ定めた判定標準偏差値以下であれば、路側雪壁候補が路側雪壁であると判定する路側雪壁判定部とを備えるものである。
また、本発明に係る路側雪壁検出方法は、本発明のレーダ装置において実行される路側雪壁検出方法であって、自車両の前方に送信した電波である送信信号と、送信信号が自車両の前方に存在する反射物で反射することで得られた反射信号とのビート信号を周波数解析する第1ステップと、第1ステップによる周波数解析結果から得られたスペクトル信号のうち、あらかじめ定められた第1スレッショルド以上の信号強度を有するビンが連続している数を連続ビン数として算出する第2ステップと、連続ビン数があらかじめ定めた判定ビン数以上である場合には、反射物の中に路側雪壁候補が存在すると判定する第3ステップと、第3ステップで路側雪壁候補が存在すると判定された場合には、連続ビン数に含まれる各ビンの信号強度の標準偏差を算出する第4ステップと、第4ステップで算出された標準偏差があらかじめ定めた判定標準偏差値以下であれば、路側雪壁候補が路側雪壁であると判定する第5ステップとを有するものである。
本発明によれば、一般的な路側物体が雪壁に埋もれて、レーダ装置で検出できない状況においても、雪壁からの反射情報を基に信号処理を行うことで、雪壁の有無を判断可能にするとともに、雪壁の情報を活用して自車両の前方の道路形状を簡易的な方法により検出可能とする構成を備えている。この結果、カードレール、木、標識の支柱などの路側物体が雪に埋もれていた場合においても、路側の雪壁の有無を判定することができ、自車両の前方の道路形状を推定可能とするレーダ装置および路側雪壁検出方法を得ることができる。
本発明の実施の形態1におけるレーダ装置の構造図である。 本発明の実施の形態1におけるレーダ装置により実行される一連処理を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態1において、周波数解析部で周波数解析された結果を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。 本発明の実施の形態1において、雪壁の横を自車両が走行している際に、前方に他車両が複数台存在する場合を示した説明図である。 本発明の実施の形態1において、図4の状態でステップS104による距離補正を行った結果を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。 本発明の実施の形態1において、雪壁の横を自車両が走行している際に、前方に他車両が少ない場合を示した説明図である。 本発明の実施の形態1において、図6の状態でステップS104による距離補正を行った結果を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。 本発明の実施の形態1において、図7の結果に基づいて標準偏差を算出する場合を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。 本発明の実施の形態1において、路側に雪壁がない一般的な道路を走行している際の反射点の状態を説明するための図である。 本発明の実施の形態1において、図9の状態で標準偏差を算出する場合を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。 本発明の実施の形態1において、路側に雪壁がある道路を走行している際の反射点の状態を説明するための図である。 本発明の実施の形態1において、図11の状態で標準偏差を算出する場合を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。 本発明の実施の形態1において、カーブ路判定部で実行される判定条件3の判定処理を説明するための図である。
以下、本発明のレーダ装置および路側雪壁検出方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるレーダ装置の構造図である。図1に示す本実施の形態1におけるレーダ装置1は、送受信部11、周波数解析部12、物体算出部13、路側雪壁候補判定部14、標準偏差算出部15、および路側雪壁判定部16を備えて構成されている。また、路側雪壁判定部16は、直線路判定部16aおよびカーブ路判定部16bを含んでいる。
レーダ装置1は、送受信部11から送信信号を電磁波として放射する。さらに、送受信部11は、自車両の前方にある障害物、ガードレールなどの路側物体、路側の雪壁などで反射した電磁波を、反射信号として受信する。
周波数解析部12は、送信信号および反射信号をA/D変換し、デジタルデータに変換されたビート信号をFFT(Fast Fourier Transform)などにより周波数解析する。そして、周波数解析部12により周波数解析された信号は、物体算出部13および路側雪壁候補判定部14へ送信される。
物体算出部13は、周波数解析部12により周波数解析された信号に基づいて、障害物や路側物体までの位置、相対速度を算出する。また、路側雪壁候補判定部14は、周波数解析部12により周波数解析された信号に基づいて、路側雪壁候補の有無を判定する。
標準偏差算出部15は、路側雪壁候補判定部14で選択された路側の雪壁候補が存在する周波数ビンの標準偏差を算出し、算出した標準偏差値を路側雪壁判定部16へ送信する。
路側雪壁判定部16は、標準偏差値から路側に雪壁があるか否かの判定を行う。さらに、路側雪壁判定部16は、直線路判定部16aとカーブ路判定部16bにより、物体算出部13の算出結果を必要に応じて参照し、走行路の前方が直線路であるか、カーブ路であるかを簡易的に判定する。そして、路側雪壁判定部16は、判定した結果を外部へ出力する。
次に、本実施の形態1におけるレーダ装置1により実行される路側雪壁判定処理、および走行路前方の道路形状判定処理について、具体的に説明する。図2は、本発明の実施の形態1におけるレーダ装置1により実行される一連処理を示したフローチャートである。
まず、ステップS100において、レーダ装置1は、前回周期での判定結果がカーブ路であったか否かを判断する。そして、レーダ装置1は、前回周期においてカーブ路であると判定していた場合には、ステップS115に進む。ステップS115以降の動作については、後述する。
一方、レーダ装置1は、前回周期においてカーブ路でないと判定していた場合には、ステップS101に進む。そして、ステップS101において、レーダ装置1内の送受信部11は、送信信号を電磁波として放射し、自車両の前方の路側にある雪壁から、反射した電磁波を反射信号として受信する。さらに、送受信部11は、受信した反射信号を周波数解析部12へ送信する。
次に、ステップS102において、周波数解析部12は、送信されてきた反射信号の周波数解析を行う。次に、ステップS103において、路側雪壁候補判定部14は、周波数解析部12で周波数解析された信号を受信し、路側の雪壁候補の有無を判定する。
ここで、ステップS103における路側の雪壁候補の有無判定処理について、図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態1において、周波数解析部12で周波数解析された結果を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。
路側雪壁候補判定部14は、図3に示す通り、反射信号の信号強度が第1スレッショルド以上であるビンが連続する幅を算出する。さらに、路側雪壁候補判定部14は、算出した幅が、あらかじめ定めた連続するビンの幅以上であるか否かを判定する。
例えば、FMCW方式のレーダの場合、相対距離に対する1ビンは、C/(2・ΔF)から算出される。周波数が600MHzの場合には、1ビンが0.25m相当となる。ここで、cは光速、ΔFは変調幅である。
あらかじめ定めた連続するビンの幅を200ビンとした場合、距離の換算では約50mとなる。なお、図3では、説明を簡単化のために、相対速度成分を取り除いたビンを表記している。
路側雪壁候補判定部14は、ステップS103において、第1スレッショルド以上のビンが連続する幅が、あらかじめ定めた連続するビンの幅未満であれば、路側雪壁候補はないと判定し、一連処理を終了する。一方、路側雪壁候補判定部14は、ステップS103において、第1スレッショルド以上のビンが連続する幅が、あらかじめ定めた連続するビンの幅以上であれば、路側雪壁候補があると判定し、ステップS104へ進む。
そして、ステップS104において、路側雪壁候補判定部14は、第1スレッショルド以上の連続するビンの各信号強度に関して、距離による変化量を補正する。
一般的に、レーダの反射信号の信号強度は、レーダ方程式から、距離の4乗分の1で低下することが知られている。そこで、路側雪壁候補判定部14は、あらかじめ定めた補正量を記憶しておき、距離による信号変化を差し引いた各信号強度を算出し、ステップS105へ進む。
次に、ステップS105において、路側雪壁候補判定部14は、各信号強度の距離の補正を行った各ビンの信号強度が、第2スレッショルド以上となるビンの数を算出する。
ここで、ステップS105における動作について、図4〜図7を用いて説明する。図4は、本発明の実施の形態1において、雪壁の横を自車両が走行している際に、前方に他車両が複数台存在する場合を示した説明図である。また、図5は、本発明の実施の形態1において、図4の状態でステップS104による距離補正を行った結果を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。
例えば、図4のように、自車両が雪壁の横であっても、自車両の前方に他車両が複数ある場合には、図5に示すように、第2スレッショルド以上となるピークのビンが複数存在する。
一方、図6は、本発明の実施の形態1において、雪壁の横を自車両が走行している際に、前方にいる他車両が少ない場合を示した説明図であり、図6では、他車両が1台である場合を例示している。また、図7は、本発明の実施の形態1において、図6の状態でステップS104による距離補正を行った結果を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。
例えば、図6のように、自車両が雪壁の横であっても、自車両の前方にいる他車両が少ない場合には、図7に示すように、第2スレッショルド以上となるピークのビンが少なくなる。
そこで、路側雪壁候補判定部14は、雪壁から反射される電磁波を受信できない場合には、路側にある雪壁の有無が判定できないと判断するために、ステップS105において、第2スレッショルド以上のピークのビン数を算出する。
次に、ステップS106において、路側雪壁候補判定部14は、以下の判定条件1が成立するか否かを判定する。
[判定条件1]第2スレッショルド以上のビンの数と、連続して第1のスレッショルド以上となったビンの数との比率が、あらかじめ定めた第1比率以上であるか否かを判定。
例えば、第1比率を0.25とした場合、路側雪壁候補判定部14は、判定条件1として算出した比率が0.25以上であるとする判定条件1が成立するか否かを判定する。そして、路側雪壁候補判定部14は、判定条件1が成立する場合には、雪壁の有無判定が不可であるとして、一連処理を終了する。一方、路側雪壁候補判定部14は、判定条件1が成立しない場合には、後述する標準偏差の算出に影響がないと判断し、ステップS107に進む。
なお、上述したステップS104〜ステップS106は、路側雪壁候補判定部14の代わりに標準偏差算出部15で実行することも可能である。
そして、ステップS107において、標準偏差算出部15は、第2スレッショルド以上のビンと、第2スレッショルド以上のビンに隣り合う±nビンの信号を取り除いた各ビンの信号強度の標準偏差を算出し、ステップS108へ進む。
図8は、本発明の実施の形態1において、図7の結果に基づいて標準偏差を算出する場合を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。より具体的には、この図8の場合には、標準偏差算出部15は、n=1として、点線で図示された5本分のビンの信号を取り除いた残りの各ビンの信号強度の標準偏差を算出することとなる。
次に、ステップS108において、標準偏差算出部15は、ステップS107で算出した標準偏差があらかじめ定めた値以下であるか否かを判定することで、路側に雪壁があるか否かを判定する。その概念について、図9〜12を用いて説明する。
図9は、本発明の実施の形態1において、路側に雪壁がない一般的な道路を走行している際の反射点の状態を説明するための図である。また、図10は、本発明の実施の形態1において、図9の状態で標準偏差を算出する場合を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。
図9に示すように、路側に雪壁がない一般的な道路を走行している場合には、路側物体からの反射を、ある程度間隔が広く離れた状態で受信する。従って、図10に示す通り、路側物体から反射する距離に相当するビンの信号強度が大きくなる。また、路側物体は、ガードレール、木、縁石、標識の支柱など様々な物体が存在するため、反射信号の信号強度の変動幅も大きくなる。
一方、図11は、本発明の実施の形態1において、路側に雪壁がある道路を走行している際の反射点の状態を説明するための図である。また、図12は、本発明の実施の形態1において、図11の状態で標準偏差を算出する場合を、横軸を周波数ビン、縦軸を反射信号の信号強度として示した図である。
図11に示すように、路側に雪壁が存在する場合には、一般的な道路に存在するガードレール等が雪壁の中に埋もれることで、路側から反射して送受信部11で受信される反射信号は、路側の雪壁からの信号が支配的になる。
ここで、路側の雪壁は、しまり雪やざらめ雪などの圧密の雪や圧密の氷の塊である。従って、図11に示す通り、無数の反射点が存在し、その反射信号を周波数解析すると、図10の一般的な路側物体からの反射とは異なり、図12のように信号強度の変動が小さくなる。
このため、標準偏差算出部15は、ステップS108において、ステップS107で算出した標準偏差が、あらかじめ定めた値以下である場合には、図11,図12で説明したような雪壁がある状態と判断し、ステップS109へ進む。
一方、標準偏差算出部15は、ステップS108において、ステップS107で算出した標準偏差が、あらかじめ定めた値を超える場合には、図9、図10で説明したような雪壁がない状態と判断し、一連処理を終了する。
そして、ステップS109に進んだ場合には、標準偏差算出部15は、標準偏差の算出を行う。なお、このステップS109において算出する標準偏差は、1周期以上の観測時間の平均された信号強度の標準偏差値とすることができる。このような平均化を行うことで、路側の雪壁の有無をより判定しやすくすることができる。
次に、ステップS110において、路側雪壁判定部16内の直線路判定部16aは、以下の判定条件2が成立するか否かを判定する。
[判定条件2]第1スレッショルド以上のビンが連続するビン数における信号強度の最大値と最小値の差分が、あらかじめ定めた判定値以上であるか否かを判定。
そして、直線路判定部16aは、判定条件2が成立すると判定した場合には、ステップS111に進み、自車両の前方の道路形状は直線路であると判定し、道路形状が直線路であると記憶して、一連処理を終了する。例えば、あらかじめ定めた判定値を400ビン以上とした場合には、100m以上で直線路とみなすことに相当する。
一方、直線路判定部16aは、判定条件2が成立しないと判定した場合には、ステップS112に進む。そして、ステップS112において、路側雪壁判定部16内のカーブ路判定部16bは、以下の判定条件3が成立するか否かを判定することで、自車両の前方の道路形状はカーブ路であるかを判定する。
[判定条件3]第1スレッショルド以上のビンが連続するビンの最大ビンに相当する距離以上の距離に、物体算出部13で静止物が算出されていないかを判定
ここで、判定条件3により自車両の前方の道路形状がカーブ路であることを判定する概念を、図13を用いて説明する。図13は、本発明の実施の形態1において、カーブ路判定部16bで実行される判定条件3の判定処理を説明するための図である。
自車両の前方の道路形状が雪壁によるカーブ路である場合には、雪壁よりも先に何か物体があったとしても、雪壁で遮られることとなる。従って、この場合には、物体からの反射信号を受信できず、物体を検知することはないため、判定条件3が成立することとなる。
従って、カーブ路判定部16bは、上述した判定条件3が成立する場合にはステップS114へ進み、自車両の前方の道路形状がカーブ路であると判定し、一連処理を終了する。一方、ステップS112において、カーブ路でないと判定された場合にはステップS113へ進み、判定不能として、一連処理を終了する。
次に、先のステップS100でYesと判定された場合の、ステップS115以降の処理について説明する。ステップS100において、前回周期においてカーブ路であったと判定された場合は、ステップS115において、カーブ路判定部16bは、以下の判定条件4が成立するか否かを判定することで、自車両の前方の道路形状がカーブ路であるかを判定する。
[判定条件4]最大ビンに相当する距離から前回周期からの移動距離を差し引いた第1距離が、あらかじめ定めた距離以上であり、かつ、第1距離以上の距離に物体算出部13で静止物が算出されていないかを判定
このようにして、カーブ路判定部16bは、判定条件4が成立する場合には、ステップS116に進み、カーブ路が継続していると判断し、一連処理を終了する。一方、カーブ路判定部16bは、判定条件4が成立しない場合には、ステップS117に進み、判定不能とし、一連処理を終了する。
なお、前回周期からの移動距離は、例えば、前回周期と今回周期の自車速の平均値に1周期の時間を乗算することで、算出する。
以上のように、実施の形態1によれば、一般的な路側物体が雪壁に埋もれて、レーダ装置で検出できない状況においても、雪壁からの反射情報を基に信号処理を行うことで、雪壁の有無を判断可能にするとともに、雪壁の情報を活用して自車両の前方の道路形状を簡易的な方法により検出可能とする構成を備えている。この結果、カードレール、木、標識の支柱などの路側物体が雪に埋もれていた場合においても、路側の雪壁の有無を判定することができ、自車両の前方の道路形状を推定可能とするレーダ装置を実現できる。
1 レーダ装置、11 送受信部、12 周波数解析部、13 物体算出部、14 路側雪壁候補判定部、15 標準偏差算出部、16 路側雪壁判定部、16a 直線路判定部、16b カーブ路判定部。

Claims (9)

  1. 車両に搭載され、自車両の前方へ送信信号として電波を送信し、前記自車両の前方の反射物から前記送信信号が反射した電波を反射信号として受信する送受信部と、
    前記送信信号と前記反射信号とのビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
    前記周波数解析部の解析結果から得られたスペクトル信号のうち、あらかじめ定められた第1スレッショルド以上の信号強度を有するビンが連続している数を連続ビン数として算出し、前記連続ビン数があらかじめ定めた判定ビン数以上である場合には、前記反射物の中に路側雪壁候補が存在すると判定する路側雪壁候補判定部と、
    前記路側雪壁候補判定部で路側雪壁候補が存在すると判定された場合には、前記連続ビン数に含まれる各ビンの信号強度の標準偏差を算出する標準偏差算出部と、
    前記標準偏差算出部で算出された前記標準偏差があらかじめ定めた判定標準偏差値以下であれば、前記路側雪壁候補が路側雪壁であると判定する路側雪壁判定部と
    を備えるレーダ装置。
  2. 前記標準偏差算出部は、前記連続ビン数に含まれる各ビンの信号強度について、距離による信号強度の変化を補正した後に、前記信号強度の標準偏差を算出する
    請求項1に記載のレーダ装置。
  3. 前記標準偏差算出部は、前記連続ビン数に含まれる各ビンの信号強度の中から、あらかじめ定められた第2スレッショルド以上の信号強度と、前記第2スレッショルド以上の信号強度と隣り合う±nビンの信号強度を取り除いた上で、前記信号強度の標準偏差を算出する
    請求項1または2に記載のレーダ装置。
  4. 前記路側雪壁候補判定部は、前記第2スレッショルド以上の信号強度を有するビン数と、前記連続ビン数との比率があらかじめ定めた第1比率以上である場合には、路側雪壁の有無を判定しない
    請求項3に記載のレーダ装置。
  5. 前記標準偏差算出部は、1周期以上の観測時間の平均値として前記信号強度の標準偏差を算出する
    請求項1から4のいずれか1項に記載のレーダ装置。
  6. 前記路側雪壁判定部は、前記路側雪壁候補が路側雪壁であると判定した際に、前記連続ビン数に含まれる各ビンの信号強度の最大値と最小値の差分値が、あらかじめ定めた判定値以上であれば、前記自車両の前方の道路形状が直線であると判定する直線路判定部を含む
    請求項1から5のいずれか1項に記載のレーダ装置。
  7. 前記周波数解析部の解析結果に基づいて前記自車両の前方の前記反射物までの位置、速度、数を算出し、静止物、移動物の有無を検出する物体算出部
    をさらに備え、
    前記路側雪壁判定部は、前記路側雪壁候補が路側雪壁であると判定した際に、前記連続ビン数に含まれる各ビンの信号強度の最大値と最小値の差分値が、あらかじめ定めた判定値未満であり、かつ、前記連続ビン数に含まれる最大ビンに相当する距離以上の距離において、前記物体算出部で静止物が検出されない場合には、前記自車両の前方の道路形状がカーブ路であると判定するカーブ路判定部を含む
    請求項1から6のいずれか1項に記載のレーダ装置。
  8. 前記カーブ路判定部は、前回周期でカーブ路であると判定し、かつ、前回周期からの移動距離を前記最大ビンに相当する距離から差し引いた距離以上の距離において、前記物体算出部で静止物が検出されない場合には、前記自車両の前方の道路形状がカーブ路であると判定する
    請求項7に記載のレーダ装置。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載のレーダ装置において実行される路側雪壁検出方法であって、
    自車両の前方に送信した電波である送信信号と、前記送信信号が前記自車両の前方に存在する反射物で反射することで得られた反射信号とのビート信号を周波数解析する第1ステップと、
    前記第1ステップによる周波数解析結果から得られたスペクトル信号のうち、あらかじめ定められた第1スレッショルド以上の信号強度を有するビンが連続している数を連続ビン数として算出する第2ステップと、
    前記連続ビン数があらかじめ定めた判定ビン数以上である場合には、前記反射物の中に路側雪壁候補が存在すると判定する第3ステップと、
    前記第3ステップで路側雪壁候補が存在すると判定された場合には、前記連続ビン数に含まれる各ビンの信号強度の標準偏差を算出する第4ステップと、
    前記第4ステップで算出された前記標準偏差があらかじめ定めた判定標準偏差値以下であれば、前記路側雪壁候補が路側雪壁であると判定する第5ステップと
    を有する路側雪壁検出方法。
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