JP6619697B2 - レーダ装置 - Google Patents

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Description

本開示は、異なる方式を組み合わせて測定を行うレーダ装置に関する。
近距離の測定には距離分解能が高い方式を用い、遠距離の測定には処理負荷の小さい方式を用いる等、異なる方式を組み合わせて測定を行うレーダ装置が知られている。例えば、特許文献１には、近距離の測定を、広帯域レーダ（例えば、ＵＷＢ方式）を用いて行い、遠距離の測定を、狭帯域レーダ（例えば、ＦＭＣＷ方式）を用いて行うことが提案されている。なお、ＵＷＢはUltra Wide Bandであり、ＦＭＣＷはFrequency Modulated Continuous Waveである。
特開２００８−２４９３９９号公報
しかしながら、ＵＷＢ方式を用いる特許文献１に記載の従来技術では、他の無線システムとの干渉が発生し易いという問題や、極めて時間幅の狭いパルスを送受信するための高速な動作に対応するハードウェアが必要であるという問題があった。
これに対して、ＵＷＢ方式に代えて多周波ＣＷ方式を用いて近距離の測定を行うことも考えられる。但し、多周波ＣＷ方式では、反射波が入射方向に向かって反射する反射点（以下、ゼロ反射点）が存在する場合に、そのゼロ反射点からの反射波の信号強度が非常に強いことが知られている。このため、ゼロ反射点の近傍に位置する他の反射点（以下、近傍反射点）からの反射波が埋もれてしまい、これら近傍反射点の情報を利用することができなかった。しかもゼロ反射点では、検出される相対速度がゼロとなるため、ゼロ反射点が属する物標の移動状況を正しく把握することができないという問題もあった。
本開示は、広帯域レーダを用いることなく、近距離に位置する物標の移動状況を的確に検出する技術を提供する。
本開示のレーダ装置は、第１計測部（４：Ｓ１２０）と、第１抽出部（４：Ｓ１３０）と、範囲設定部（４：Ｓ１５０）と、除去部（４：Ｓ１７０）と、第２計測部（４：Ｓ１９０）と、第２抽出部（４：Ｓ１９０）と、算出部（４：Ｓ２００）と、推定部（４：Ｓ２１０）とを備える。第１計測部は、周波数変調連続波（以下、ＦＭＣＷ）を送受信することで得られるビート信号から、ＦＭＣＷを反射した反射点の位置および相対速度を求める。第１抽出部は、第１計測部での計測結果から相対速度がゼロとなる反射点であるゼロ反射点を抽出する。範囲設定部は、第１抽出部にて抽出されたゼロ反射点毎に、該ゼロ反射点を含んだ物標が存在すると推定される範囲である物標範囲を設定する。除去部は、多周波連続波（以下、多周波ＣＷ）を送受信することで得られるビート信号から直流成分を除去する。第２計測部は、除去部にて直流成分が除去されたビート信号から、多周波ＣＷを反射した反射点の位置および相対速度を求める。第２抽出部は、第２計測部での計測結果から、範囲設定部で設定された物標範囲に属する反射点である範囲内反射点を抽出する。算出部は、第２抽出部にて抽出された範囲内反射点のそれぞれについて、該範囲内反射点のクロスレンジ方向の速度であるクロス速度を算出する。推定部は、物標範囲毎に、算出部にて算出されたクロス速度を統計的に処理することで、該物標範囲に存在する物標のクロス速度の推定値を求める。
このような構成によれば、ＦＭＣＷ方式および多周波ＣＷ方式での計測結果に基づき、広帯域レーダを用いることなく、近距離に位置する物標のレンジ方向およびクロスレンジ方向への移動を的確に検出することができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
レーダ装置の構成を示すブロック図である。 近距離検出処理のフローチャートである。 ゼロ反射点、近傍反射点に関する説明図である。 ２ＣＷ方式を用いた場合のビート信号において、ゼロ反射点が近傍反射点に与える影響を示す説明図である。 フィルタリングの一例を示す説明図である。 近距離検出処理が使用される状況を例示する説明図である。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
レーダ装置１は、車両の前端および後端に設置されたバンパの車幅方向両端にそれぞれ設置される。前端のバンパに設置される二つのレーダ装置１は、車両の前方と右側方または左側方とを探査範囲に含むような向きに配置され、後端のバンパに設置される二つのレーダ装置１は、車両の後方と右側方または左側方とを探査範囲に含むような向きに配置されている。これら四つのレーダ装置１は、いずれも同様の構成を有する。例えば、図３は、車両の右後方端に設置されたレーダ装置１を示す。
図１に示すように、レーダ装置１は、アンテナ部２と送受信部３と信号処理部４とを備える。車載レーダ装置１は、図示しない車載ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介して、他の車載装置と通信可能に接続されている。
アンテナ部２は、水平方向に一列に配置された複数のアンテナを備え、レーダ波としてミリ波帯の電磁波を送受信する。
送受信部３は、レーダ波として、周波数変調連続波（以下、ＦＭＣＷ）または２周波連続波（以下、２ＣＷ）を、アンテナ部２を介して一定時間間隔で交互に送受信する。つまり、ＵＷＢ等の広帯域レーダではなく、帯域幅が数百ＭＨｚ以下の狭帯域レーダを用いる。更に、送受信部３は、アンテナ部２を構成する各アンテナで受信される受信信号毎に、受信信号と送信信号との差の周波数成分からなるビート信号を生成し、これをＡ／Ｄ変換した受信データを信号処理部４に供給する周知のものである。
信号処理部４は、ＣＰＵ４１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ４２）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。信号処理部４の各種機能は、ＣＰＵ４１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ４２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、信号処理部４を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。
信号処理部４は、ＣＰＵ４１がプログラムを実行することで、送受信部３から得られるビート信号に基づき、近距離に存在する物標を検出する近距離検出処理を少なくとも実行する。なお、信号処理部４が上記処理を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。
［２．処理］
次に、信号処理部４が実行する近距離検出処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。なお、本処理は、一定の観測サイクル（例えば、８０ｍｓ）毎に繰り返し起動する。
本処理が起動すると、信号処理部４は、Ｓ１１０にて、ＦＭＣＷを送受信することで生成されたビート信号を送受信部３から取得する。
Ｓ１２０では、Ｓ１１０で取得したビート信号を周波数解析する等、ＦＭＣＷレーダにおける周知の方法を用いて、ＦＭＣＷを反射した反射点の情報を求める。反射点の情報として、具体的には、自車両に対する反射点の相対速度Ｖｒ、距離Ｒ、方位φを求める。なお、このとき検出される相対速度Ｖｒは、自車両と反射点とを結ぶ直線に沿った方向であるレンジ方向の相対速度である。以下では、レンジ方向の相対速度を、レンジ速度Ｖｒという。なお、図３に示すように、自車両の車幅方向に移動する同一物標上の反射点であっても、レンジ速度Ｖｒは、レーダ装置１と反射点との位置関係に応じて異なった値となる。なお、図３では、レンジ速度がｄＲで示されている。特に、レンジ方向が反射面と直交する地点ではレンジ速度はＶｒ＝０となり、その地点を境として、Ｖｒ＝０の地点に向かう方向に移動する側ではプラス、Ｖｒ＝０の地点から離れる方向に移動する側ではマイナスのレンジ速度Ｖｒが検出される。
Ｓ１３０では、Ｓ１２０で抽出した反射点のうち、レンジ速度Ｖｒがゼロであるものをゼロ反射点として抽出する。但し、ゼロ反射点には、連続観測回数をカウントするカウンタがそれぞれ用意される。このカウンタのカウント値は、前回の観測サイクルで同一位置（即ち、同一方向かつ同一距離）にてゼロ反射点が観測されている場合は、その前回の観測サイクルで観測されたゼロ反射点が有するカウンタの値をインクリメント（即ち、１増加）した値に設定される。一方、前回の観測サイクルで同一位置にてゼロ反射点が観測されていない場合は、初期値である１に設定される。
Ｓ１４０では、予め設定された検出条件を満たすゼロ反射点が存在するか否かを判断する。ここでは検出条件として、自車からの距離が予め設定された上限距離以内であり、且つ連続観測回数を表すカウント値が所定値Ｎ（例えば、Ｎ＝４）以上であることを用いる。検出条件を満たすゼロ反射点が存在しなければ、本処理を一旦終了する。検出条件を満たすゼロ反射点が一つでも存在すればＳ１５０に進む。
Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて検出条件を満たすと判定されたゼロ反射点のそれぞれについて、そのゼロ反射点を含み、且つ一般的な車両の長さを考慮した物標範囲を設定する。なお、物標範囲は、ゼロ反射点が属する物標が存在すると推定される方位角度の範囲を表す。
Ｓ１６０では、２ＣＷを送受信することで得られたビート信号を送受信部３から取得する。このビート信号は、Ｓ１１０にて取得したＦＭＣＷのビート信号と、同時と見なせるタイミングで取得したものを用いる。
Ｓ１７０では、Ｓ１６０で取得したビート信号から直流成分を除去する。つまり、Ｓ１３０で検出されるゼロ反射点の影響で発生する信号成分を除去する。これにより、図４に示すように、ゼロ反射点からの反射波に基づく信号成分に埋もれていた、ゼロ反射点の近傍に位置する反射点である近傍反射点からの反射波に基づく信号成分が、検出可能な状態となる。
Ｓ１８０では、Ｓ１５０にて設定された物標範囲の一つを対象範囲として選択する。
Ｓ１９０では、Ｓ１７０で直流成分が除去されたビート信号を周波数解析する等、２ＣＷレーダにおける周知の方法を用いて２ＣＷを反射した反射点の情報を求めることで、Ｓ１８０で選択された対象範囲内に存在する反射点である範囲内反射点を抽出する。ここでは、範囲内反射点の情報として、自車に対する反射点のレンジ速度ｄＲおよび方位θを少なくとも求める。但し、方位θは、対象範囲に対応するゼロ反射点が検出された方位を基準とする角度で表される。
Ｓ２００では、Ｓ１９０での算出結果に基づき、（１）式を用いて、範囲内反射点毎に、その範囲内反射点のクロスレンジ方向の速度（以下、クロス速度）Ｖｃを算出する。ここでいうクロスレンジ方向とは、水平面内において、対象範囲内のゼロ反射点でのレンジ方向に対して直行する方向、即ち、ＦＭＣＷや２ＣＷを反射した反射面に沿った方向のことをいう。
Ｖｃ＝ｄＲ／ｃｏｓθ （１）
Ｓ２１０では、Ｓ２００にて求めた範囲内反射点毎のクロス速度Ｖｃに対してフィルタリングを行うことによって、推定クロス速度Ｖｏを算出する。具体的には、フィルタリングによって、検出された全ての範囲内反射点のクロス速度Ｖｃの平均値や中央値を求め、これを推定クロス速度Ｖｏとする。これに限らず、図５に示すように、クロス速度Ｖｃの分布についての密度関数を、カーネル関数を用いて求め、その密度関数における最頻値を、推定クロス速度Ｖｏとするように構成してもよい。
Ｓ２２０では、Ｓ１５０にて設定された全ての物標範囲を対象範囲として選択したか否かを判断する。対象範囲として選択されていない物標範囲があれば、Ｓ１８０に戻って、Ｓ１８０〜Ｓ２１０の処理を繰り返す。一方、全ての物標範囲を対象範囲として選択済であれば、Ｓ２３０に進む。
Ｓ２３０では、物標範囲毎に求められた推定クロス推定Ｖｏを、を、その物標範囲に存在する物標のクロスレンジ方向の速度として出力して、本処理を終了する。
［３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（３ａ）レーダ装置１では、ＦＭＣＷ方式で得られるビート信号を処理することで、ゼロ反射点が存在する方向を特定する。また、その特定された方向について、２ＣＷ方式で得られるビート信号の直流成分、即ち、ゼロ反射点からの反射波に基づく信号成分を除去することにより、ゼロ反射点近傍の多数の反射点（即ち、近傍反射点）を抽出する。これら近傍反射点は、レンジ速度が非ゼロとなるため、これを分解することでクロスレンジ方向の速度を求めることが可能となる。このように、レーダ装置１によれば、広帯域レーダを用いることなく、近距離に位置する物標のクロスレンジ方向の移動速度を的確に検出することができる。
（３ｂ）レーダ装置１では、多くの近傍反射点から求められるクロス速度を統計的に処理することによって、これら近傍反射点が属する物標のクロス速度を推定している。このため、近傍反射点からの反射波に基づく信号強度の弱い信号成分を利用して処理を行っているにも関わらず、誤検出を抑制することができる。
（３ｃ）レーダ装置１では、例えば、図６に示すように、駐車場の駐車スペースから後退して通路に出ようとしている時に、自車の後方を横切ろうとする他車の進行方向の速度を、的確に検出することができる。
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
（４ａ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
（４ｂ）上述したレーダ装置の他、当該レーダ装置を構成要素とするシステム、当該レーダ装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、クロスレンジ方向の移動速度の検出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
１…レーダ装置、１…車載レーダ装置、２…アンテナ部、３…送受信部、４…信号処理部、４１…ＣＰＵ、４２…メモリ。

Claims (4)

  1. 周波数変調連続波を送受信することで得られるビート信号から、前記周波数変調連続波を反射した反射点の位置および相対速度を求めるように構成された第１計測部（４：Ｓ１２０）と、
    前記第１計測部での計測結果から相対速度がゼロとなる反射点であるゼロ反射点を抽出するように構成された第１抽出部（４：Ｓ１３０）と、
    前記第１抽出部にて抽出されたゼロ反射点毎に、該ゼロ反射点を含んだ物標が存在すると推定される範囲である物標範囲を設定するように構成された範囲設定部（４：Ｓ１５０）と、
    多周波連続波を送受信することで得られるビート信号から直流成分を除去するように構成された除去部（４：Ｓ１７０）と、
    前記除去部にて直流成分が除去されたビート信号から、前記多周波連続波を反射した反射点の位置および相対速度を求めるように構成された第２計測部（４：Ｓ１９０）と、
    前記第２計測部での計測結果から、前記範囲設定部で設定された物標範囲に属する反射点である範囲内反射点を抽出するように構成された第２抽出部（４：Ｓ１９０）と、
    前記第２抽出部にて抽出された範囲内反射点のそれぞれについて、該範囲内反射点のクロスレンジ方向の速度であるクロス速度を算出するように構成された算出部（４：Ｓ２００）と、
    前記物標範囲毎に、前記算出部にて算出されたクロス速度を統計的に処理することで、該物標範囲に存在する物標のクロス速度の推定値を求めるように構成された推定部（４：Ｓ２１０）と、
    を備えるレーダ装置。
  2. 前記範囲設定部は、前記第１抽出部にて抽出されたゼロ反射点のうち、予め設定された複数回の観測サイクルの間、同じ位置で連続して計測されたものについて前記物標範囲を設定する、請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 前記範囲設定部は、前記第１抽出部にて抽出されたゼロ反射点のうち、予め設定された上限距離以内に位置するものについて前記物標範囲を設定する、請求項１又は請求項２に記載のレーダ装置。
  4. 前記推定部は、カーネル関数を用いて密度関数を求め、該密度関数の最頻値を前記推定値とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
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