JP6993136B2 - Radar device and target detection method - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、レーダ装置および物標検知方法に関する。 The disclosed embodiments relate to radar devices and target detection methods.
従来、検知した物標を追跡するためにフィルタ処理を行うレーダ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a radar device that performs filtering processing to track a detected target is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記レーダ装置では、物標の種類、例えば、行動パターンが異なる車や、自転車や、歩行者を追跡することは考慮されていない。 However, the radar device does not consider tracking a vehicle, a bicycle, or a pedestrian having a different type of target, for example, a behavior pattern.
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、種類が異なる物標を追跡可能なレーダ装置および物標検知方法を提供することを目的とする。 One aspect of the embodiment is made in view of the above, and an object thereof is to provide a radar device and a target detection method capable of tracking different types of targets.
実施形態の一態様に係るレーダ装置は、識別部と、設定部と、生成部とを備える。識別部は、物標の種類を識別する。設定部は、時系列フィルタリングによって物標に関する物標データを生成するフィルタ処理が物標の種類に応じて異なるように、フィルタの種類およびフィルタのパラメータ値の少なくともいずれかが異なるフィルタを設定する。生成部は、設定されたフィルタを用いて物標に関する物標データを生成する。 The radar device according to one embodiment includes an identification unit, a setting unit, and a generation unit. The identification unit identifies the type of target. The setting unit sets a filter in which at least one of the filter type and the parameter value of the filter is different so that the filtering process for generating the target data related to the target by the time series filtering differs depending on the type of the target. The generation unit generates target data related to the target using the set filter.
実施形態の一態様によれば種類が異なる物標を追跡することができる。 According to one aspect of the embodiment, different types of targets can be tracked.
以下、添付図面を参照して、本願の開示するレーダ装置および物標検知方法を説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the radar device and the target detection method disclosed in the present application will be described with reference to the attached drawings. The present invention is not limited to the embodiments shown below.
以下では、レーダ装置1がFM-CW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式である場合を例に挙げて説明するが、レーダ装置1は、例えばFCM(Fast-Chirp Modulation)方式といった他の方式であってもよい。
Hereinafter, the case where the
まず、レーダ装置1による物標検知方法について図1を参照し説明する。図1は、実施形態に係る物標検知方法を説明する図である。
First, the target detection method by the
レーダ装置1は、例えば、車両のフロントグリル内等に搭載され、自車両MCの進行方向に存在する物標(例えば、他車両(車)や、自転車や、歩行者(人)等)を検出する。なお、レーダ装置1の搭載箇所は、例えばフロントガラスやリアグリル、左右の側部(例えば、左右のドアミラー)等他の箇所に搭載されてもよい。
The
レーダ装置1は、物標に向けて送信された送信波と、物標による送信波の反射波とに基づいて観測値を検出する(S1)。
The
次に、レーダ装置1は、観測値に基づいて物標の種類を識別する(S2)。レーダ装置1は、教師あり機械学習による識別処理を用いて物標の種類を識別する。なお、機械学習については、後述する。レーダ装置1は、機械学習による識別処理により、物標の種類を識別する。具体的には、レーダ装置1は、「他車両」、「自転車」、「歩行者」の物標を識別する。
Next, the
次に、レーダ装置1は、識別した物標の種類に対応するフィルタを設定する(S3)。レーダ装置1は、物標の種類ごとにフィルタ処理で用いるフィルタを設定する。具体的には、レーダ装置1は、物標が「他車両」、「自転車」、「歩行者」であるかによって、用いるフィルタを設定する。すなわち、レーダ装置1は、行動パターンが異なる物標ごとに、フィルタ処理で用いるフィルタを設定する。
Next, the
用いられるフィルタは、例えば、線形フィルタである線形カルマンフィルタや、非線形フィルタである拡張カルマンフィルタや、非線形フィルタであるパーティクルフィルタである。 The filter used is, for example, a linear Kalman filter which is a linear filter, an extended Kalman filter which is a non-linear filter, and a particle filter which is a non-linear filter.
カルマンフィルタは、誤差を含む最新の観測値と、誤差を含む前回の状態データとに基づいて双方の誤差が最小となる最適カルマンゲインを算出し、最適カルマンゲインを用いて前回の状態データから最新の状態データを予測するものである。 The Kalman filter calculates the optimum Kalman gain that minimizes both errors based on the latest observation value including the error and the previous state data including the error, and uses the optimum Kalman gain to calculate the latest state data from the previous state data. It predicts state data.
実施形態に係る線形カルマンフィルタは、得られた最新の観測値および前回の物標データ双方に誤差が含まれると仮定して、前回の物標データを運動モデル(等速直線モデル)に従って移動させた場合に、誤差が最小となる最適カルマンゲインを算出する。そして、線形カルマンフィルタは、運動モデルと最適カルマンゲインを用いて、前回の物標データに基づく今回の予測値および最新の観測値から今回の物標データを生成する。線形カルマンフィルタは、例えばパーティクルフィルタに比べて処理負荷が小さく、短い時間当たりの移動変動、具体的には進行方向の変動が小さい物標を追跡する際に好適である。例えば、他車両の場合は、短い時間(例えば、1秒の間)に進行方向が直進方向から後退方向に切り替わる可能性は低いが、歩行者の場合は、短い時間に進行方向が変化する可能性が高い。そのため、後述のように他車両の場合は、線形カルマンフィルタが用いられる。 The linear Kalman filter according to the embodiment moves the previous target data according to a motion model (constant velocity linear model), assuming that both the obtained latest observation value and the previous target data contain an error. In this case, the optimum Kalman gain that minimizes the error is calculated. Then, the linear Kalman filter uses the motion model and the optimum Kalman gain to generate the current target data from the current predicted value and the latest observed value based on the previous target data. The linear Kalman filter is suitable for tracking a target having a smaller processing load than, for example, a particle filter, and a movement fluctuation per short time, specifically, a movement fluctuation in a traveling direction is small. For example, in the case of another vehicle, it is unlikely that the traveling direction will switch from the straight direction to the backward direction in a short time (for example, for 1 second), but in the case of a pedestrian, the traveling direction may change in a short time. Highly sex. Therefore, in the case of other vehicles as described later, a linear Kalman filter is used.
拡張カルマンフィルタは、非線形モデルに対し、線形近似を行うことで上記した線形カルマンフィルタの手法を適用するフィルタである。拡張カルマンフィルタは、線形カルマンフィルタよりも、短い時間当たりの移動変動が大きい物標を追跡する際に好適である。例えば、自転車の場合は、短い時間に進行方向が変化する可能性が、他車両よりも高く、また歩行者よりも低い。そのため、後述のように自転車の場合は、拡張カルマンフィルタが用いられる。 The extended Kalman filter is a filter that applies the above-mentioned linear Kalman filter method by performing linear approximation to a nonlinear model. The extended Kalman filter is more suitable for tracking targets with large movement fluctuations per short time than the linear Kalman filter. For example, in the case of a bicycle, the possibility that the traveling direction changes in a short time is higher than that of other vehicles and lower than that of a pedestrian. Therefore, in the case of a bicycle as described later, an extended Kalman filter is used.
パーティクルフィルタは、所定数の粒子データと観測値とを所定の状態空間にプロットするとともに、状態空間における位置関係を解析することによって、物標データを推定し、生成する。 The particle filter estimates and generates target data by plotting a predetermined number of particle data and observed values in a predetermined state space and analyzing the positional relationship in the state space.
具体的には、パーティクルフィルタでは、「予測」、「割り当て」、「重み付け」、「リサンプリング」および「データ生成」の処理が行われることで、観測値から物標データが生成される。 Specifically, in the particle filter, target data is generated from the observed values by performing the processes of "prediction", "allocation", "weighting", "resampling", and "data generation".
「予測」は、最新の周期で用いる粒子データの状態空間での分布状態を予測する処理である。具体的には、「予測」は、1つ前の周期である前回の粒子データにおける分布状態から最新の周期である今回の粒子データにおける分布状態を予測する予測処理である。 "Prediction" is a process of predicting the distribution state of particle data used in the latest cycle in the state space. Specifically, "prediction" is a prediction process for predicting the distribution state in the current particle data, which is the latest cycle, from the distribution state in the previous particle data, which is the previous cycle.
「割り当て」は、最新の周期である今回の観測値を予測した今回の粒子データへ割り当てる処理である。「割り当て」では、例えば、前回の物標データから所定の割り当て範囲に存在する観測値を今回の粒子データへ割り当てる。 "Assignment" is a process of allocating the observed value of this time, which is the latest cycle, to the predicted particle data of this time. In "assignment", for example, observation values existing in a predetermined allocation range from the previous target data are assigned to the current particle data.
「重み付け」は、割り当てられた今回の観測値に基づいて今回の粒子データそれぞれに対して重み付けする処理である。 "Weighting" is a process of weighting each of the current particle data based on the assigned current observation value.
「リサンプリング」は、「重み付け」による今回の粒子データそれぞれの重みに基づいて今回の粒子データそれぞれを再配置(リサンプリング)する処理である。 "Resampling" is a process of rearranging (resampling) each of the current particle data based on the weight of each of the current particle data by "weighting".
「データ生成」は、リサンプリングされた今回の粒子データに基づいて今回の観測値から今回の物標データを生成する処理である。 "Data generation" is a process of generating the target data of this time from the observed value of this time based on the resampled particle data of this time.
パーティクルフィルタは、粒子データの数が多く必要となり、線形カルマンフィルタや、拡張カルマンフィルタよりも処理負荷が大きいが、短い時間当たりの移動変動が大きい物標を追跡する際に好適である。 The particle filter requires a large number of particle data and has a larger processing load than the linear Kalman filter and the extended Kalman filter, but is suitable for tracking a target having a large movement fluctuation per short time.
レーダ装置1は、物標の種類が「他車両」である場合には、上述のように移動変動が小さいと判定し、フィルタ処理で用いるフィルタを線形カルマンフィルタに設定する。
When the type of the target is "another vehicle", the
また、レーダ装置1は、物標の種類が「自転車」である場合には、上述のように移動変動が「他車両」よりも大きいと判定し、フィルタ処理で用いるフィルタを拡張カルマンフィルタに設定する。
Further, when the type of the target is "bicycle", the
さらに、レーダ装置1は、物標の種類が「歩行者」である場合には、移動変動が「他車両」および「自転車」よりも大きいと判定し、フィルタ処理で用いるフィルタをパーティクルフィルタに設定する。
Further, when the target type is "pedestrian", the
このように、レーダ装置1は、物標の現在までの動作(例えば、進行方向や速度)と、次の動作との変化(移動変動)が大きく異なる可能性が高い物標については、物標の動作の変化に対して追従性の高いパーティクルフィルタを採用する。またレーダ装置1は、物標の移動変動が大きく異なる可能性が低い物標については、物標の動作の変化に対する追従性はパーティクルフィルタよりも低いが、処理負荷が軽減される線形カルマンフィルタや拡張カルマンフィルタを適用する。
In this way, the
なお、移動変動が大きく異なるとは、例えば、短い時間(例えば、1秒)で速度差が、20km/h以上異なる場合をいい、具体的には、走っている人が急に止まる場合である。その他に移動変動が大きく異なるとは、進行方向が逆方向になる場合をいい、具体的には、歩行者が一方の歩道側から車道に設けられた横断歩道上を他方の歩道側に向けて移動中に、進行方向を逆方向に変更して一方の歩道側に戻る場合である。また、移動変動が低いとは、例えば、短い時間で速度差が20km/h未満となる車両の加減速等である。 The large difference in movement fluctuation means, for example, a case where the speed difference differs by 20 km / h or more in a short time (for example, 1 second), specifically, a case where a running person suddenly stops. .. In addition, a large difference in movement fluctuation means that the direction of travel is opposite. Specifically, a pedestrian turns from one sidewalk side to the pedestrian crossing provided on the roadway toward the other sidewalk side. This is the case when the direction of travel is changed in the opposite direction and the vehicle returns to one sidewalk while moving. Further, the low movement fluctuation means, for example, acceleration / deceleration of a vehicle whose speed difference is less than 20 km / h in a short time.
次に、レーダ装置1は、物標の種類に対応して設定した各フィルタを用いて、物標ごとにフィルタ処理を行い、物標の観測値に対応する物標データを生成する(S4)。すなわち、レーダ装置1は、種類が異なる物標ごとに設定されたフィルタを用いて、物標ごとに物標データを生成する。このように、レーダ装置1は、種類が異なる物標を、異なるフィルタを用いて追跡する。
Next, the
レーダ装置1は、物標の種類に適したフィルタを用いて物標データを生成することで、種類が異なる物標の追跡性を向上させることができる。
The
次に、実施形態に係るレーダ装置1の構成について図2を参照し説明する。図2は、実施形態に係るレーダ装置1の構成を示すブロック図である。
Next, the configuration of the
レーダ装置1は、送信部10と、受信部20と、処理部30とを備える。レーダ装置1は、自車両MCの挙動を制御する車両制御装置2と接続される。
The
車両制御装置2は、レーダ装置1による物標の検出結果に基づいて、PCS(Pre-crash Safety System)やAEB(Advanced Emergency Braking System)などの車両制御を行う。
The vehicle control device 2 controls a vehicle such as a PCS (Pre-crash Safety System) or an AEB (Advanced Emergency Braking System) based on the detection result of a target by the
送信部10は、信号生成部11と、発振器12と、送信アンテナ13とを備える。信号生成部11は、後述する送受信制御部31の制御により、三角波で周波数変調されたミリ波を送信するための変調信号を生成する。発振器12は、信号生成部11によって生成された変調信号に基づいて送信信号を生成し、送信アンテナ13へ出力する。なお、図2に示すように、発振器12によって生成された送信信号は、後述するミキサ22に対しても分配される。
The
送信アンテナ13は、発振器12からの送信信号を送信波へ変換し、送信波を自車両MCの外部へ出力する。送信アンテナ13が出力する送信波は、三角波で周波数変調された連続波である。送信アンテナ13から自車両MCの外部、例えば前方へ送信された送信波は、先行車LCなどの物標で反射されて反射波となる。
The transmitting antenna 13 converts the transmitted signal from the
受信部20は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ21と、複数のミキサ22と、複数のA/D変換部23とを備える。ミキサ22およびA/D変換部23は、受信アンテナ21ごとに設けられる。
The receiving
各受信アンテナ21は、物標からの反射波を受信波として受信し、受信波を受信信号へ変換してミキサ22へ出力する。なお、図2に示す受信アンテナ21の数は4つであるが、3つ以下または5つ以上であってもよい。
Each receiving
受信アンテナ21から出力された受信信号は、図示略の増幅器(例えば、ローノイズアンプ)で増幅された後にミキサ22へ入力される。ミキサ22は、分配された送信信号と、受信アンテナ21から入力される受信信号との一部をミキシングし不要な信号成分を除去してビート信号を生成し、A/D変換部23へ出力する。
The received signal output from the receiving
ビート信号は、送信波と反射波との差分波であって、送信信号の周波数(以下、「送信周波数」と記載する)と受信信号の周波数(以下、「受信周波数」と記載する)との差となるビート周波数を有する。ミキサ22で生成されたビート信号は、A/D変換部23でデジタル信号に変換された後に、処理部30へ出力される。
The beat signal is a difference wave between the transmitted wave and the reflected wave, and is the frequency of the transmitted signal (hereinafter referred to as “transmission frequency”) and the frequency of the received signal (hereinafter referred to as “reception frequency”). It has a different beat frequency. The beat signal generated by the
処理部30は、送受信制御部31と、信号処理部32と、記憶部33とを備える。
The
送受信制御部31は、信号生成部11を含む送信部10、および、受信部20を制御する。信号処理部32は、一連の信号処理を周期的に実行する。
The transmission /
記憶部33は、履歴データ33aを記憶する。履歴データ33aは、信号処理部32が実行する一連の信号処理における物標データの履歴を含む情報である。
The
処理部30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、記憶部33に対応するROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、レジスタ、その他の入出力ポートなどを含むマイクロコンピュータであり、レーダ装置1全体を制御する。
The
マイクロコンピュータのCPUがROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、送受信制御部31および信号処理部32として機能する。なお、送受信制御部31および信号処理部32は全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのハードウェアで構成することもできる。
By reading and executing the program stored in the ROM, the CPU of the microcomputer functions as the transmission /
信号処理部32は、周波数解析部32aと、ピーク抽出部32bと、観測値生成部32cと、識別部32dと、フィルタ設定部32eと、フィルタ処理部32fとを備える。
The
周波数解析部32aは、各A/D変換部23から入力されるビート信号に対して高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理(以下、「FFT処理」と記載する)を行い、結果をピーク抽出部32bへ出力する。FFT処理の結果は、ビート信号の周波数スペクトルであり、ビート信号の周波数ごと(周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごと)のパワー値(信号レベル)である。
The
ピーク抽出部32bは、周波数解析部32aによるFFT処理の結果においてピークとなるピーク周波数を抽出して、抽出結果を観測値生成部32cへ出力する。なお、ピーク抽出部32bは、後述するビート信号の「UP区間」および「DN区間」のそれぞれについてピーク周波数を抽出する。
The
観測値生成部32cは、ピーク抽出部32bにおいて抽出されたピーク周波数のそれぞれに対応する反射波の到来角度とそのパワー値を算出する角度推定処理を実行する。なお、角度推定処理の実行時点で、到来角度は、物標が存在すると推定される角度であることから、以下では「推定角度」と記載する場合がある。
The observation
また、観測値生成部32cは、算出した推定角度とパワー値との算出結果に基づいて「UP区間」および「DN区間」それぞれのピーク周波数の正しい組み合わせを判定するペアリング処理を実行する。
Further, the observation
また、観測値生成部32cは、判定した組み合わせ結果から各物標に対応する観測値の自車両MCに対する距離および相対速度を算出する。
Further, the observation
説明を分かりやすくするために、信号処理部32の前段処理から信号処理部32におけるここまでの処理の流れを図3~図4Cに示す。図3は、信号処理部32の前段処理から信号処理部32におけるピーク抽出処理までの処理説明図である。
In order to make the explanation easy to understand, FIGS. 3 to 4C show the flow of processing from the previous stage processing of the
また、図4Aは、角度推定処理の処理説明図である。また、図4Bおよび図4Cは、ペアリング処理の処理説明図(その1)および(その2)である。なお、図3は、2つの太い下向きの白色矢印で3つの領域に区切られている。以下では、各領域を順に、上段、中段、下段と記載する。 Further, FIG. 4A is a processing explanatory diagram of the angle estimation process. Further, FIGS. 4B and 4C are processing explanatory views (No. 1) and (No. 2) of the pairing process. Note that FIG. 3 is divided into three regions by two thick downward white arrows. In the following, each area will be described as an upper row, a middle row, and a lower row in order.
図3の上段に示すように、送信信号fs(t)は、送信アンテナ13から送信波として送出された後、物標において反射されて反射波として到来し、受信アンテナ21において受信信号fr(t)として受信される。 As shown in the upper part of FIG. 3, the transmission signal fs (t) is transmitted from the transmission antenna 13 as a transmission wave, then reflected by the target and arrives as a reflected wave, and the reception signal fr (t) is transmitted by the reception antenna 21. ) Is received.
このとき、図3の上段に示すように、受信信号fr(t)は、自車両MCと物標との距離に応じて、送信信号fs(t)に対して時間差Tだけ遅延している。この時間差Tと、自車両MCおよび物標の相対速度に基づくドップラー効果とにより、ビート信号は、周波数が上昇する「UP区間」の周波数fupと、周波数が下降する「DN区間」の周波数fdnとが繰り返される信号として得られる(図3の中段参照)。 At this time, as shown in the upper part of FIG. 3, the received signal fr (t) is delayed by a time difference T with respect to the transmitted signal fs (t) according to the distance between the own vehicle MC and the target. Due to this time difference T and the Doppler effect based on the relative speed of the own vehicle MC and the target, the beat signal has the frequency up in the "UP section" where the frequency rises and the frequency fdn in the "DN section" where the frequency falls. Is obtained as a signal in which is repeated (see the middle stage of FIG. 3).
図3の下段には、ビート信号を周波数解析部32aにおいてFFT処理した結果を、「UP区間」側および「DN区間」側のそれぞれについて模式的に示している。
The lower part of FIG. 3 schematically shows the result of FFT processing of the beat signal in the
図3の下段に示すように、FFT処理後には、「UP区間」側および「DN区間」側のそれぞれの周波数領域における波形が得られる。ピーク抽出部32bは、波形においてピークとなるピーク周波数を抽出する。
As shown in the lower part of FIG. 3, after the FFT processing, waveforms in the respective frequency domains on the “UP section” side and the “DN section” side are obtained. The
例えば、図3の下段に示した例の場合、ピーク抽出閾値が用いられ、「UP区間」側においては、ピークPu1~Pu3がそれぞれピークとして判定され、ピーク周波数fu1~fu3がそれぞれ抽出される。 For example, in the case of the example shown in the lower part of FIG. 3, the peak extraction threshold value is used, and on the “UP section” side, the peaks Pu1 to Pu3 are determined as peaks, and the peak frequencies fu1 to fu3 are extracted, respectively.
また、「DN区間」側においては、同じくピーク抽出閾値により、ピークPd1~Pd3がそれぞれピークとして判定され、ピーク周波数fd1~fd3がそれぞれ抽出される。 Further, on the "DN section" side, the peaks Pd1 to Pd3 are determined as peaks, respectively, and the peak frequencies fd1 to fd3 are extracted, respectively, by the peak extraction threshold value.
ここで、ピーク抽出部32bが抽出した各ピーク周波数の周波数成分には、複数の物標からの反射波が混成している場合がある。そこで、観測値生成部32cは、各ピーク周波数のそれぞれについて方位演算する角度推定処理を行い、ピーク周波数ごとに対応する物標の存在を解析する。
Here, the frequency component of each peak frequency extracted by the
なお、観測値生成部32cにおける方位演算は、例えばESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)などの公知の到来方向推定手法を用いて行うことができる。
The directional calculation in the observation
図4Aは、観測値生成部32cの方位演算結果を模式的に示すものである。観測値生成部32cは、方位演算結果の各ピークPu1~Pu3から、これらピークPu1~Pu3にそれぞれ対応する各物標(各反射点)の推定角度を算出する。また、各ピークPu1~Pu3の大きさがパワー値となる。観測値生成部32cは、図4Bに示すように、角度推定処理を「UP区間」側および「DN区間」側のそれぞれについて行う。
FIG. 4A schematically shows the orientation calculation result of the observation
そして、観測値生成部32cは、方位演算結果において、推定角度およびパワー値の近い各ピークを組み合わせるペアリング処理を行う。また、その組み合わせ結果から、観測値生成部32cは、各ピークの組み合わせに対応する各物標(各反射点)の距離および相対速度を算出する。
Then, the observed
距離は、「距離∝(fup+fdn)」の関係に基づいて算出することができる。相対速度は、「速度∝(fup-fdn)」の関係に基づいて算出することができる。その結果、図4Cに示すように、自車両MCに対する、各反射点RPの推定角度、距離および相対速度の瞬時値を示すペアリング処理結果が得られる。 The distance can be calculated based on the relationship of "distance ∝ (fup + fdn)". The relative velocity can be calculated based on the relationship of "velocity ∝ (fup-fdn)". As a result, as shown in FIG. 4C, a pairing processing result showing the instantaneous values of the estimated angle, distance and relative speed of each reflection point RP with respect to the own vehicle MC is obtained.
また、観測値生成部32cは、判定した組み合わせ結果からクラスタリングし、例えば、検出位置が近い、および相対速度が近いといった所定の条件を満たす観測値を1つの物標に対応する観測値として検出する。すなわち、観測値生成部32cは、観測値をグループ化する。
Further, the observation
また、観測値生成部32cは、物標の推定角度、距離および相対速度を、最新周期(最新スキャン)分の観測値として識別部32dへ出力する。
Further, the observation
図2に戻り、識別部32dは、グループ化した観測値の種類、すなわち物標の種類を識別する。識別部32dは、教師あり機械学習による識別処理を用いて物標の種類を識別する。識別部32dは、例えば、SVM(Support Vector Machine)によって物標の種類を識別する。
Returning to FIG. 2, the
機械学習では、事前に行われる学習処理によって、教師データを入力とし、物標の種類を分離する分離線を生成する。分離線の情報は、記憶部33に記憶されている。識別部32dは、物標の特徴量を抽出し、記憶された分離線および抽出した物標の特徴量に基づいて物標の識別を行う。
In machine learning, teacher data is input by a learning process performed in advance, and a separation line that separates the types of targets is generated. The information on the separation line is stored in the
物標の特徴量は、レンジ広がり、最大強度、強度広がりおよび速度広がりである。 The features of the target are range spread, maximum intensity, strength spread and velocity spread.
レンジ広がりは、各ピーク周波数が抽出される波形において、ピーク抽出閾値となる2つの値の周波数差(距離)である。 The range spread is the frequency difference (distance) between two values that serve as the peak extraction threshold in the waveform from which each peak frequency is extracted.
レンジ広がりは、図5に示すように、物標が「他車両」である場合には、物標が「歩行者」である場合よりも大きくなる。図5は、歩行者および他車両におけるパワー値を示す図である。図5では、自車両MCからの距離が近い位置に他車両が検出され、他車両よりも遠い位置に歩行者が検出された場合のパワー値を示している。レンジ広がりは、物標が大きくなると大きくなり、「歩行者」、「自転車」、「他車両」の順に大きくなる。 As shown in FIG. 5, the range expansion becomes larger when the target is "another vehicle" than when the target is "pedestrian". FIG. 5 is a diagram showing power values in pedestrians and other vehicles. FIG. 5 shows the power value when another vehicle is detected at a position close to the own vehicle MC and a pedestrian is detected at a position farther than the other vehicle. The range expansion increases as the target becomes larger, and increases in the order of "pedestrian", "bicycle", and "other vehicle".
最大強度および強度広がりは、物標における反射強度を示している。最大強度は、ピーク周波数におけるパワー値である。強度広がりは、ピーク周波数におけるパワー値と、ピーク抽出閾値との差である。 The maximum intensity and intensity spread indicate the reflection intensity at the target. The maximum intensity is the power value at the peak frequency. The intensity spread is the difference between the power value at the peak frequency and the peak extraction threshold.
図5に示すように、物標が「他車両」の場合には、物標が「歩行者」である場合よりも、最大強度および強度広がりが大きくなる。最大強度および強度広がりは、「歩行者」、「自転車」、「他車両」の順に大きくなる。 As shown in FIG. 5, when the target is "another vehicle", the maximum intensity and the intensity spread are larger than when the target is "pedestrian". The maximum strength and strength spread increase in the order of "pedestrian", "bicycle", and "other vehicle".
速度広がりは、物標に含まれる観測値の速度のバラツキであり、図6において、点で示すように、物標が「歩行者」の場合には大きくなり、物標が「他車両」の場合には、直線で示すように小さくなる。図6は、歩行者および他車両における速度広がりを示す図である。なお、図6では、他車両の車速が一定の場合を示している。物標が「歩行者」の場合には、送信波が、手や足など動きが多い箇所からも反射され、観測値の速度のバラツキが大きくなり、速度広がりが大きくなる。また、物標が「他車両」の場合には、観測値の速度のバラツキが小さいため、速度広がりは小さくなる。このように、速度広がりは、物標における動きが多い場合には、大きくなり、「他車両」、「自転車」、「歩行者」の順に大きくなる。 The speed spread is a variation in the speed of the observed value included in the target, and as shown by the dots in FIG. 6, it becomes large when the target is a "pedestrian" and the target is "another vehicle". In some cases, it becomes smaller as shown by a straight line. FIG. 6 is a diagram showing speed spread in pedestrians and other vehicles. Note that FIG. 6 shows a case where the vehicle speed of another vehicle is constant. When the target is a "pedestrian", the transmitted wave is reflected from places with a lot of movement such as hands and feet, and the speed variation of the observed value becomes large, and the speed spread becomes large. Further, when the target is "another vehicle", the speed variation of the observed value is small, so that the speed spread is small. In this way, the speed spread increases in the order of "other vehicle", "bicycle", and "pedestrian" when there is a lot of movement in the target.
なお、上記した特徴量は、距離変化による影響を受け、特に、強度広がり、最大強度については、反射波の受信強度が距離の4乗で減衰するため、距離変化による影響が大きくなる。 It should be noted that the above-mentioned feature amount is affected by the change in distance, and in particular, the intensity spread and the maximum intensity are greatly affected by the change in distance because the received intensity of the reflected wave is attenuated by the fourth power of the distance.
例えば、図7に示すように、自車両MCから物標までの距離が長くなるにつれて、最大強度および強度広がりは小さくなる。図7は、物標までの距離と最大強度および強度広がりとの関係を示す図である。図7では、最大強度の変化を実線で示し、強度広がりの変化を破線で示す。 For example, as shown in FIG. 7, as the distance from the own vehicle MC to the target increases, the maximum intensity and the intensity spread decrease. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the distance to the target and the maximum intensity and the intensity spread. In FIG. 7, the change in maximum intensity is shown by a solid line, and the change in intensity spread is shown by a broken line.
そのため、例えば、物標までの距離に応じて複数のレンジグループに区分し、レンジグループ毎に機械学習を行い、分離線を生成してもよい。例えば、図7に示すように、3つのレンジグループ(Aグループ、Bグループ、Cグループ)に区分し、グループ毎に分離線を生成してもよい。 Therefore, for example, it may be divided into a plurality of range groups according to the distance to the target, machine learning may be performed for each range group, and a separation line may be generated. For example, as shown in FIG. 7, the group may be divided into three range groups (A group, B group, and C group), and a separation line may be generated for each group.
識別部32dは、分離線の情報および抽出した特徴量に基づいて物標の種類を識別する。なお、識別部32dは、上記識別方法に限られることはなく、例えば、ディープラーニングにより物標の種類を識別してもよい。また、特徴量は、上記特徴量に限られることはなく、他の特徴量が用いられてもよい。
The
フィルタ設定部32eは、識別部32dによって識別された物標の種類に対応するフィルタを設定する。すなわち、フィルタ設定部32eは、物標の種類に応じてフィルタ処理が異なるように、フィルタの種類が異なるフィルタを設定する。
The
フィルタ設定部32eは、物標の種類が「他車両」である場合には、フィルタを線形フィルタである線形カルマンフィルタに設定する。なお、フィルタは、線形フィルタであるαβフィルタまたはαβγフィルタであってもよい。
When the type of the target is "another vehicle", the
フィルタ設定部32eは、物標の種類が「自転車」である場合には、フィルタを非線形フィルタである拡張カルマンフィルタに設定する。なお、フィルタは、非線形フィルタである無香カルマンフィルタであってもよい。
When the target type is "bicycle", the
フィルタ設定部32eは、物標の種類が「歩行者」である場合には、フィルタを非線形フィルタであるパーティクルフィルタに設定する。なお、フィルタは、非線形フィルタである無香パーティクルフィルタであってもよい。
When the target type is "pedestrian", the
フィルタ処理部32fは、設定されたフィルタを用いて物標ごとにフィルタ処理を行い、物標ごとに物標データを生成する。フィルタ処理部32fは、物標ごとの観測値に対し、設定されたフィルタを用いて時系列フィルタリングを行い、フィルタ値としての物標データを生成する。 The filter processing unit 32f performs filter processing for each target using the set filter, and generates target data for each target. The filter processing unit 32f performs time-series filtering on the observed value for each target using the set filter, and generates target data as the filter value.
フィルタ処理部32fは、「他車両」であると識別された物標の観測値に線形カルマンフィルタを用いたフィルタ処理を行い、「他車両」であると識別された物標についての物標データを生成する。 The filter processing unit 32f performs filter processing using a linear Kalman filter on the observed value of the target identified as "another vehicle", and obtains the target data for the target identified as "another vehicle". Generate.
また、フィルタ処理部32fは、「自転車」であると識別された物標の観測値に拡張カルマンフィルタを用いたフィルタ処理を行い、「自転車」であると識別された物標についての物標データを生成する。 Further, the filter processing unit 32f performs filter processing using the extended Kalman filter on the observed value of the target identified as "bicycle", and obtains the target data for the target identified as "bicycle". Generate.
さらに、フィルタ処理部32fは、「歩行者」であると識別された物標の観測値にパーティクルフィルタを用いたフィルタ処理を行い、「歩行者」であると識別された物標についての物標データを生成する。 Further, the filter processing unit 32f performs a filter process using a particle filter on the observed value of the target identified as a “pedestrian”, and the target for the target identified as a “pedestrian”. Generate data.
次に、実施形態に係る物標データ生成処理について図8のフローチャートを用いて説明する。図8は、実施形態に係る物標データ生成処理を説明するフローチャートである。 Next, the target data generation process according to the embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 8 is a flowchart illustrating a target data generation process according to the embodiment.
レーダ装置1は、周波数変調された送信波と物標による送信波の反射波とに基づいて物標に対応する観測値を検出する(S10)。
The
レーダ装置1は、観測値をグループ化し(S11)、グループ化した観測値、すなわち物標の種類を識別する(S12)。
The
レーダ装置1は、識別した物標の種類に対応するフィルタを設定する(S13)。そして、レーダ装置1は、設定したフィルタを用いて物標の種類に応じたフィルタ処理を行い、物標データを生成する(S14)。
The
次に、実施形態に係るレーダ装置1の効果について説明する。
Next, the effect of the
レーダ装置1は、物標の種類を識別し、識別した物標の種類に応じたフィルタを設定する。そして、レーダ装置1は、設定したフィルタを用いてフィルタ処理を行い、物標データを生成する。これにより、種類が異なる物標を追跡することができる。また、動作の変化(行動パターン)が異なる物標に対する追跡性を向上させることができる。
The
また、レーダ装置1は、識別した物標の種類ごとにフィルタを設定し、物標データを生成することで、物標を追跡する際の処理負荷を小さくすることができる。例えば、「他車両」の物標を追跡し、「他車両」の物標データを生成する場合には、「他車両」の観測値の近くの「歩行者」の観測値は、物標の種類が異なるので、考慮されない。すなわち、或る種類の物標を追跡する際に、他の種類の物標の情報を排除することができる。そのため、物標を追跡するための処理負荷を低減することができる。また、他の種類の物標の情報を排除することができるため、物標の追跡性を向上させることができる。
Further, the
レーダ装置1は、物標が「他車両」である場合には、フィルタ処理で用いるフィルタを線形フィルタに設定し、物標が「自転車」または「歩行者」である場合には、フィルタ処理で用いるフィルタを非線形フィルタに設定する。これにより、移動変動が「他車両」よりも大きい「自転車」および「歩行者」に対する追跡性を向上させることができる。
When the target is "another vehicle", the
レーダ装置1は、物標が「他車両」である場合には、フィルタ処理で用いるフィルタを線形フィルタである線形カルマンフィルタに設定する。これにより、「他車両」を追跡する際の処理負荷を小さくすることができる。
When the target is "another vehicle", the
レーダ装置1は、物標が「自転車」である場合には、フィルタ処理で用いるフィルタを非線形フィルタである拡張カルマンフィルタに設定する。これにより、「他車両」よりも移動変動が大きい「自転車」の追跡性を向上させることができる。
When the target is a "bicycle", the
レーダ装置1は、物標が「歩行者」である場合には、フィルタ処理で用いるフィルタを非線形フィルタであるパーティクルフィルタに設定する。これにより、「他車両」および「自転車」よりも移動変動が大きい「歩行者」の追跡性を向上させることができる。
When the target is a "pedestrian", the
次に、上記実施形態に係るレーダ装置1の変形例について説明する。
Next, a modification of the
上記実施形態では、物標の種類ごとにフィルタ処理で用いるフィルタを設定したが、これに限られることはない。変形例に係るレーダ装置1は、複数種類の物標で同じフィルタを設定してもよい。例えば、変形例に係るレーダ装置1は、物標が「他車両」である場合に、フィルタ処理で用いるフィルタを線形カルマンフィルタに設定し、物標が「自転車」および「歩行者」である場合に、フィルタ処理で用いるフィルタをパーティクルフィルタに設定してもよい。
In the above embodiment, the filter used in the filter processing is set for each type of target, but the present invention is not limited to this. The
上記実施形態では、フィルタ処理が物標の種類に応じて異なるように、フィルタの種類が異なるフィルタを設定したが、これに限られることはない。変形例に係るレーダ装置1は、フィルタ処理が物標の種類に応じて異なるように、フィルタの設計パラメータ(パラメータ値)が異なるフィルタを設定してもよい。すなわち、変形例に係るレーダ装置1は、同一のフィルタであり、設計パラメータが異なるフィルタを物標の種類に応じて設定する。
In the above embodiment, filters having different types of filters are set so that the filter processing differs depending on the type of the target, but the present invention is not limited to this. The
例えば、物標の種類に関わらず、フィルタ処理で用いるフィルタを線形カルマンフィルタとした場合に、変形例に係るレーダ装置1は、駆動雑音共分散を、物標の種類に応じて変更する。線形カルマンフィルタでは、運動モデルのあいまいさを表す駆動雑音共分散が設定されている。線形カルマンフィルタは、駆動雑音共分散を変更することで、平滑性と追跡性を制御できることが知られている。この駆動雑音共分散を、物標の種類に応じて変更することで、線形カルマンフィルタを、物標の種類に対応したフィルタとして用いることができる。
For example, when the filter used in the filter processing is a linear Kalman filter regardless of the type of the target, the
例えば、駆動雑音共分散を小さくすると、物標の移動方向が急変した場合の追跡性が低くなるが、物標データのバラツキを小さくすることができる。また、駆動雑音共分散を大きくすると、物標データのバラツキが大きくなるが、物標の移動方向が急変した場合でも追跡性が高くなる。 For example, if the drive noise covariance is reduced, the traceability when the moving direction of the target is suddenly changed is lowered, but the variation in the target data can be reduced. Further, if the drive noise covariance is increased, the variation of the target data becomes large, but the traceability is improved even when the moving direction of the target changes suddenly.
そのため、移動変動が小さい「車」については、駆動雑音共分散を小さくし、移動変動が大きい「歩行者」については、駆動雑音共分散を大きくする。このように、フィルタの設計パラメータを物標に応じて設定することで、変形例に係るレーダ装置1は、同一のフィルタを用いて異なる種類の物標に対して物標データを生成することができる。すなわち、変形例に係るレーダ装置1は、同一のフィルタを用いて、種類の異なる物標を追跡することができる。
Therefore, the drive noise covariance is made small for "cars" with small movement fluctuations, and the drive noise covariance is made large for "pedestrians" with large movement fluctuations. In this way, by setting the filter design parameters according to the target, the
なお、線形カルマンフィルタの設計パラメータとしては、駆動雑音共分散の他に、誤差共分散行列の初期値があり、誤差共分散行列の初期値を物標の種類に対応して設定してもよい。 In addition to the drive noise covariance, the design parameters of the linear Kalman filter include the initial value of the error covariance matrix, and the initial value of the error covariance matrix may be set according to the type of the target.
また、例えば、線形カルマンフィルタを同一のフィルタとするフィルタ処理において設計パラメータを変更して実行する場合、歩行者の場合は、前回の処理で検出した結果に基づく今回の予測値の重み付けを、今回の処理で検出した結果である観測値よりも小さい重み付けにしてもよい。歩行者は移動変動が大きく、歩行者の動作は予測が困難な場合があるため、前回の処理で検出した結果に基づく今回の予測値の重み付けを大きくすると、歩行者が予測と異なる動作を行った場合に、誤った検出結果となる。そのため、変形例に係るレーダ装置1は、今回の処理で検出した結果である観測値の重み付けを、今回の予測値よりも大きくする(信頼度を大きくする)ことで、歩行者に関する物標について正確な検出結果を取得することができる。
Further, for example, when the design parameters are changed and executed in the filter processing in which the linear Kalman filter is the same filter, in the case of a pedestrian, the weighting of the predicted value of this time based on the result detected in the previous processing is performed this time. Weighting may be smaller than the observed value that is the result detected by the process. Since pedestrians have large movement fluctuations and it may be difficult to predict the movement of the pedestrian, if the weighting of the predicted value this time based on the result detected in the previous processing is increased, the pedestrian will perform a different movement from the prediction. If this is the case, an erroneous detection result will be obtained. Therefore, the
また、例えば、物標の種類に関わらず、パーティクルフィルタを同一のフィルタとしてフィルタ処理で用いる場合には、物標の種類に対応してパーティクル数や、パーティクルのばらつきを設定する。例えば、物標が「他車両」、「自転車」、「歩行者」となるにつれてパーティクル数を多くする。これにより、同一のフィルタを用いて、種類の異なる物標を追跡することができる。 Further, for example, when the particle filter is used as the same filter in the filter processing regardless of the type of the target, the number of particles and the variation of the particles are set according to the type of the target. For example, the number of particles is increased as the target becomes "another vehicle", "bicycle", or "pedestrian". This allows different types of targets to be tracked using the same filter.
また、変形例に係るレーダ装置1は、カメラによって取得した画像データに基づいて物標の種類を識別してもよい。
Further, the
また、変形例に係るレーダ装置1は、自車両MCの周辺環境に応じてフィルタ処理で用いるフィルタを設定してもよい。変形例に係るレーダ装置1は、例えば、カメラや、ナビゲーションシステムを用いて検出された周辺環境に応じてフィルタを設定する。周辺環境は、例えば、前方の横断歩道やトンネルの有無や、自車両MCが走行している道路の種類(一般道路、高速道路、スクールゾーンなど)である。
Further, the
変形例に係るレーダ装置1は、例えば、自車両MCが高速道路を走行している場合には、フィルタ処理で用いるフィルタを線形カルマンフィルタに設定する。また、変形例に係るレーダ装置1は、例えば、自車両MCが一般道路を走行している場合には、フィルタ処理で用いるフィルタを拡張カルマンフィルタに設定する。また、変形例に係るレーダ装置1は、例えば、自車両MCがスクールゾーンを走行している場合には、フィルタ処理で用いるフィルタをパーティクルフィルタに設定する。このように、自車両MCの周辺環境に応じてフィルタを設定することで、周辺環境に応じて物標を検出し、追跡することができる。
In the
なお、変形例に係るレーダ装置1は、自車両MCが走行している時間帯に応じて、フィルタ処理で用いるフィルタを設定してもよい。変形例に係るレーダ装置1は、例えば、自車両MCがスクールゾーンを走行しており、かつ登下校の時間帯には、フィルタ処理で用いるフィルタをパーティクルフィルタに設定し、それ以外の時間帯には、フィルタ処理で用いるフィルタを拡張カルマンフィルタに設定する。
The
また、変形例に係るレーダ装置1は、検出された物標の数に応じてフィルタ処理で用いるフィルタを変更してもよい。例えば、変形例に係るレーダ装置1は、検出された物標の数が少ない場合(例えば、所定閾値以下。)には、フィルタ処理で用いるフィルタをパーティクルフィルタに設定する。これにより、物標に対する追跡性を向上させることができる。
Further, the
また、変形例に係るレーダ装置1は、検出された物標の数が多い場合(例えば、所定閾値よりも多い。)には、フィルタ処理で用いるフィルタを線形カルマンフィルタに設定する。これにより、物標の数が多い場合に、処理負荷を小さくすることができる。
Further, in the
また、物標の種類は、「他車両」、「自転車」、「歩行者」に限られない。例えば、さらなる物標の種類として、「自動二輪車」が含まれ、「自動二輪車」に対応するフィルタを設定してもよい。 The types of targets are not limited to "other vehicles," "bicycles," and "pedestrians." For example, as a type of further target, "motorcycle" may be included, and a filter corresponding to "motorcycle" may be set.
なお、上記実施形態に係るレーダ装置1と変形例に係るレーダ装置1とを組み合わせて適用してもよい。すなわち、レーダ装置1は、フィルタ処理が物標の種類に応じて異なるように、フィルタの種類およびフィルタの設計パラメータの少なくともいずれかが異なるフィルタを設定し、設定したフィルタにより物標データを生成することで、種類が異なる物標を追跡することができる。
The
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。従って、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and variations can be easily derived by those skilled in the art. For this reason, the broader aspects of the invention are not limited to the particular details and representative embodiments described and described above. Thus, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general concept of the invention as defined by the appended claims and their equivalents.
1 レーダ装置
30 処理部
32 信号処理部
32d 識別部
32e フィルタ設定部(設定部)
32f フィルタ処理部(生成部)
MC 自車両
1
32f filter processing unit (generation unit)
MC own vehicle
Claims (3)
時系列フィルタリングによって前記物標に関する物標データを生成するフィルタ処理が前記物標の種類に応じて異なるように、フィルタの種類およびフィルタのパラメータ値の少なくともいずれかが異なるフィルタを設定する設定部と、
設定された前記フィルタを用いて前記物標データを生成する生成部と
を備え、
前記設定部は、
前記物標が車である場合に、前記フィルタを線形フィルタに設定し、
前記物標が自転車である場合に、前記フィルタを、非線形フィルタであるカルマンフィルタに設定し、
前記物標が人である場合に、前記フィルタをパーティクルフィルタに設定することを特徴とするレーダ装置。 An identification unit that identifies the type of target,
A setting unit that sets a filter in which at least one of the filter type and the parameter value of the filter is different so that the filter processing for generating the target data related to the target by time series filtering differs depending on the type of the target. ,
It is equipped with a generator that generates the target data using the set filter.
The setting unit is
If the target is a car, set the filter to a linear filter and
When the target is a bicycle, the filter is set to the Kalman filter, which is a non-linear filter .
A radar device characterized in that the filter is set to a particle filter when the target is a person.
自車両の周辺環境に応じて前記フィルタの種類および前記フィルタのパラメータ値の少なくともいずれかが異なる前記フィルタを設定する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 The setting unit is
The radar device according to claim 1, wherein the filter is set in which at least one of the type of the filter and the parameter value of the filter differs depending on the surrounding environment of the own vehicle.
時系列フィルタリングによって前記物標に関する物標データを生成するフィルタ処理が前記物標の種類に応じて異なるように、フィルタの種類およびフィルタのパラメータ値の少なくともいずれかが異なるフィルタが設定される設定工程と、
設定されたフィルタ処理を用いて前記物標に関する物標データが生成される生成工程と
を含み、
前記設定工程では、
前記物標が車である場合に、前記フィルタが線形フィルタに設定され、
前記物標が自転車である場合に、前記フィルタが非線形フィルタであるカルマンフィルタに設定され、
前記物標が人である場合に、前記フィルタがパーティクルフィルタに設定されることを特徴とする物標検知方法。 An identification process that identifies the type of target, and
A setting step in which a filter having at least one of a different type of filter and a parameter value of the filter is set so that the filtering process for generating target data related to the target by time series filtering differs depending on the type of the target. When,
Including a generation step in which target data related to the target is generated using the set filtering process.
In the setting process ,
If the target is a car, the filter is set to a linear filter and
When the target is a bicycle, the filter is set to the Kalman filter, which is a non-linear filter .
A target detection method, characterized in that the filter is set to a particle filter when the target is a person.
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