JP7039323B2 - Road surface condition determination device, road surface condition determination method and road surface condition determination program - Google Patents

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Description

本発明は、路面上に存在する物体を判別する路面状態判別装置、路面状態判別方法および路面状態判別プログラムに関する。 The present invention relates to a road surface condition discriminating device for discriminating an object existing on the road surface, a road surface condition discriminating method, and a road surface condition discriminating program.

従来、送信波が路面にて反射した反射波を受信アンテナで受信し、当該反射波の反射量に基づいて路面の凍結を判断する技術が知られている(特許文献1、参照)。特許文献1において、路面と受信アンテナとの距離(A点と路面までの距離)を固定し、当該受信アンテナが出力する電圧が変化した場合に、路面における反射率が変化し、乾燥状態から湿潤状態へと変化したと判断することが開示されている(図2,段落0019)。 Conventionally, there is known a technique of receiving a reflected wave reflected on a road surface by a receiving antenna and determining freezing of the road surface based on the reflected amount of the reflected wave (see Patent Document 1). In Patent Document 1, the distance between the road surface and the receiving antenna (distance between the point A and the road surface) is fixed, and when the voltage output by the receiving antenna changes, the reflectance on the road surface changes and becomes wet from a dry state. It is disclosed that it is determined that the state has changed (Fig. 2, paragraph 0019).

特開2001-235555号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-235555

特許文献1のような計測形態においては、送信波と反射波の合成電界を計測することになる。計測される合成電界は、路面状態に応じて、反射波の振幅変化だけではなく定在波の位相変化の影響を同時に受ける。そのため、特許文献1のような固定されたセンサによる離散的な計測では、反射波の振幅変化と定在波の位相変化の影響を切り分けられないため、高精度に路面状態を判別できない。 In the measurement mode as in Patent Document 1, the combined electric field of the transmitted wave and the reflected wave is measured. The measured combined electric field is simultaneously affected by not only the amplitude change of the reflected wave but also the phase change of the standing wave according to the road surface condition. Therefore, in the discrete measurement by the fixed sensor as in Patent Document 1, the influence of the amplitude change of the reflected wave and the phase change of the standing wave cannot be separated, so that the road surface state cannot be discriminated with high accuracy.

本発明は、前記の問題を解決せんとするもので、未知の路面状態を高精度に判別できる技術を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to provide a technique capable of discriminating an unknown road surface condition with high accuracy.

前記の目的を達成するため、本発明の路面状態判別装置は、路面に電波を送信し、かつ路面からの電波の反射により生じる反射波を受信する送受信共用のアンテナと、予め決められた移動区間内において、路面に対するアンテナの高さが変化するようにアンテナを移動させる移動部と、移動区間を移動する際にアンテナが受信した反射波の振幅に基づいて路面状態を判別する判別部と、を備える。 In order to achieve the above object, the road surface condition determination device of the present invention has a transmission / reception shared antenna that transmits radio waves to the road surface and receives reflected waves generated by reflection of radio waves from the road surface, and a predetermined moving section. Within, a moving unit that moves the antenna so that the height of the antenna with respect to the road surface changes, and a discriminant unit that determines the road surface state based on the amplitude of the reflected wave received by the antenna when moving in the moving section. Be prepared.

前記の構成において、アンテナが送受信共用で、サーキュレータが送受信信号を分離する機能を持っているが、送受信間の分離は完全でなく、送信波が受信回路に回り込む成分が存在する。そのため、反射波を受信すると回り込み信号と合成され、その合成電界の振幅は反射波の振幅変化だけではなく、電波の伝搬方向軸上の位置(定在波の位相)によって増減する。このような状況において、路面状態が未知である場合でも、移動区間内においてアンテナを移動させて連続した計測を行うことで、反射波と回り込み信号の合成電界の振幅の最大値と最小値を得ることができる。さらに、この合成電界の振幅の最大値と最小値の差の変化は、反射波の振幅変化に比例しており、定在波の位相による振幅変化に依存しない(空間定在波法)。すなわち、反射波と回り込み信号の合成電界の振幅の最大値と最小値の差の増減から、反射波の振幅変化を計測することができるため、未知の路面状態を高精度に判別できる。 In the above configuration, the antenna is shared for transmission and reception, and the circulator has a function of separating the transmission and reception signals, but the separation between transmission and reception is not perfect, and there is a component in which the transmission wave wraps around the reception circuit. Therefore, when the reflected wave is received, it is combined with the wraparound signal, and the amplitude of the combined electric field increases or decreases not only by the amplitude change of the reflected wave but also by the position on the propagation direction axis of the radio wave (phase of the standing wave). In such a situation, even if the road surface condition is unknown, the maximum and minimum amplitudes of the combined electric field of the reflected wave and the wraparound signal can be obtained by moving the antenna within the moving section and performing continuous measurement. be able to. Further, the change in the difference between the maximum value and the minimum value of the amplitude of the combined electric field is proportional to the change in the amplitude of the reflected wave and does not depend on the change in the amplitude due to the phase of the standing wave (spatial standing wave method). That is, since the change in the amplitude of the reflected wave can be measured from the increase / decrease in the difference between the maximum value and the minimum value of the amplitude of the combined electric field of the reflected wave and the wraparound signal, the unknown road surface condition can be discriminated with high accuracy.

移動区間の長さは、アンテナが送信した電波の波長の1/2以上であればよい。ここで、反射波と回り込み信号の合成電界の振幅の最大値が連続する空間周期、最小値が連続する空間周期は、アンテナが送信した電波の波長の1/2となり、最大値と最小値が交互に連続する空間周期は電波の波長の1/4となる。そのため、移動区間の長さをアンテナが送信した電波の波長の1/2以上とすることにより、合成電界の振幅が最大値となる位置と最小値となる位置とを、アンテナが少なくとも1回ずつは通過するようにすることができる。 The length of the moving section may be ½ or more of the wavelength of the radio wave transmitted by the antenna. Here, the spatial period in which the maximum value of the amplitude of the combined electric field of the reflected wave and the wraparound signal is continuous and the spatial period in which the minimum value is continuous are 1/2 of the wavelength of the radio wave transmitted by the antenna, and the maximum value and the minimum value are The alternating continuous spatial period is 1/4 of the wavelength of the radio wave. Therefore, by setting the length of the moving section to 1/2 or more of the wavelength of the radio wave transmitted by the antenna, the antenna makes the position where the amplitude of the combined electric field becomes the maximum value and the position where the amplitude becomes the minimum value at least once. Can be made to pass.

また、移動区間の長さは、アンテナが送信した電波の波長の1/2であってもよい。これにより、反射波と回り込み信号の合成電界の振幅が最大値となる位置と最小値となる位置とを、アンテナが1回ずつ通過し、かつ、移動区間の長さを最小限に留めることができる。従って、路面状態を判別するのに要する所要期間を抑制することができる。 Further, the length of the moving section may be 1/2 of the wavelength of the radio wave transmitted by the antenna. As a result, the antenna can pass through the position where the amplitude of the combined electric field of the reflected wave and the wraparound signal becomes the maximum value and the position where the amplitude becomes the minimum value once, and the length of the moving section can be kept to a minimum. can. Therefore, it is possible to suppress the required period for determining the road surface condition.

また、判別部は、アンテナが送信した電波と、反射波と回り込み信号の合成電界との乗算によって得られる差周波数成分(低周波数成分)に基づいて路面状態を判別してもよい(ヘテロダイン検波方式)。特に、送信した電波と反射波に周波数変化がない状況では、合成電界の振幅を直流電圧として取り出すことができる。また、周波数変化がある状況では、路面状態だけでなく、ドップラー効果により路面上における車両を検知でき、路面状態判別装置が車両検知装置を兼ねるようにすることができる。そのため、一般的な車両検知装置に使用されるドップラセンサを路面状態判別装置に流用できる。 Further, the discriminator may discriminate the road surface state based on the difference frequency component (low frequency component) obtained by multiplying the radio wave transmitted by the antenna and the combined electric field of the reflected wave and the wraparound signal (heterodyne detection method). ). In particular, when there is no frequency change between the transmitted radio wave and the reflected wave, the amplitude of the combined electric field can be taken out as a DC voltage. Further, in a situation where there is a frequency change, not only the road surface condition but also the vehicle on the road surface can be detected by the Doppler effect, and the road surface condition discriminating device can also serve as the vehicle detection device. Therefore, the Doppler sensor used in a general vehicle detection device can be diverted to the road surface condition determination device.

定在波の発生に関する説明図である。It is explanatory drawing about the generation of a standing wave. 路面状態判別装置のブロック図である。It is a block diagram of a road surface condition discriminator. ドップラセンサの模式図である。It is a schematic diagram of a Doppler sensor. 図4A~図4Cはドップラセンサの出力電圧のグラフである。4A to 4C are graphs of the output voltage of the Doppler sensor. 路面状態判別処理のフローチャートである。It is a flowchart of a road surface condition determination process. 図6A~図6Cはドップラセンサの出力電圧のグラフである。6A to 6C are graphs of the output voltage of the Doppler sensor.

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
(1)定在波の発生に関する説明:
(2)路面状態判別装置の構成:
(3)路面状態判別処理:
(4)車両検知:
Here, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) Explanation of the generation of standing waves:
(2) Configuration of road surface condition determination device:
(3) Road surface condition determination process:
(4) Vehicle detection:

(1)定在波の発生に関する説明:
はじめに、送信アンテナ1と受信アンテナ2の高さLと定在波との関係について説明する。図1のように送信波(電界)と反射波(電界)をそれぞれEi,Erと表し、路面Rの反射係数をΓと表し、高さ方向における送信波の波長をλと表す。k0は送信波の波数を表し、k0=2π/λである。送信アンテナ1と受信アンテナ2の位置を原点とした高さ方向の任意の位置Zにおける送信波Eiと反射波Erの合成電界Eは下記の(1)式のように任意の位置Zの関数で表すことができる。

Figure 0007039323000001
(1) Explanation of the generation of standing waves:
First, the relationship between the height L of the transmitting antenna 1 and the receiving antenna 2 and the standing wave will be described. As shown in FIG. 1, the transmitted wave (electric field) and the reflected wave (electric field) are represented by E i and Er , respectively, the reflection coefficient of the road surface R is represented by Γ, and the wavelength of the transmitted wave in the height direction is represented by λ. k 0 represents the wave number of the transmitted wave, and k 0 = 2π / λ. The combined electric field E of the transmitted wave E i and the reflected wave E r at an arbitrary position Z in the height direction with the positions of the transmitting antenna 1 and the receiving antenna 2 as the origin is at an arbitrary position Z as shown in the following equation (1). It can be represented by a function.
Figure 0007039323000001

前記の(1)式により、送信波Eiと反射波Erの合成電界Eの受信アンテナ2の位置(Z=0)における振幅(絶対値)は下記の(2)式によって表すことができる。φは初期位相を表す。

Figure 0007039323000002
前記の(2)式に示すように、送信波Eiと反射波Erの合成電界Eの振幅は高さL方向において波長λの1/2の長さの空間周期を持つこととなる。すなわち、送信波Eiと反射波Erの合成電界Eの振幅が最大値となる位置の間隔は送信波の波長λの1/2となり、最小値となる位置の間隔も送信波の波長λの1/2となる。また、最大値となる位置と最小値となる位置との間隔は、送信波の波長λの1/4となる。このことから、送信波Eiと反射波Erの合成電界Eは定在波であることが分かる。 According to the above equation (1), the amplitude (absolute value) of the combined electric field E of the transmitted wave E i and the reflected wave Er at the position (Z = 0) of the receiving antenna 2 can be expressed by the following equation (2). .. φ represents the initial phase.
Figure 0007039323000002
As shown in the above equation (2), the amplitude of the combined electric field E of the transmitted wave E i and the reflected wave E r has a spatial period having a length of 1/2 of the wavelength λ in the height L direction. That is, the distance between the positions where the amplitude of the combined electric field E of the transmitted wave E i and the reflected wave E r becomes the maximum value is 1/2 of the wavelength λ of the transmitted wave, and the distance between the positions where the amplitude becomes the minimum value is also the wavelength λ of the transmitted wave. It becomes 1/2 of. Further, the distance between the position where the maximum value is reached and the position where the minimum value is reached is 1/4 of the wavelength λ of the transmitted wave. From this, it can be seen that the combined electric field E of the transmitted wave E i and the reflected wave E r is a standing wave.

(2)路面状態判別装置の構成:
図2は、本実施形態にかかる路面状態判別装置10の概略構成を示している。同図において、路面状態判別装置10は、制御部20と記録媒体30と駆動装置40とドップラセンサ50と通信部60と支持部70とを備えている。
(2) Configuration of road surface condition determination device:
FIG. 2 shows a schematic configuration of the road surface condition discriminating device 10 according to the present embodiment. In the figure, the road surface condition determination device 10 includes a control unit 20, a recording medium 30, a drive device 40, a Doppler sensor 50, a communication unit 60, and a support unit 70.

支持部70は、路面R上に駆動装置40とドップラセンサ50とを支持するための構造体である。支持部70は、車両が走行する走行車線上に駆動装置40とドップラセンサ50とを支持する。駆動装置40は、支持部70とドップラセンサ50との間に介在し、ドップラセンサ50を鉛直方向上下に移動させる。駆動装置40がドップラセンサ50を移動させるための機構は特に限定されない。通信部60は、外部のサーバ等と通信を行うための通信回路である。例えば、通信部60は、制御部20が判別した路面状態を示すデータ等を、道路情報を管理するサーバに送信する。 The support portion 70 is a structure for supporting the drive device 40 and the Doppler sensor 50 on the road surface R. The support portion 70 supports the drive device 40 and the Doppler sensor 50 on the traveling lane in which the vehicle travels. The drive device 40 is interposed between the support portion 70 and the Doppler sensor 50, and moves the Doppler sensor 50 up and down in the vertical direction. The mechanism for the drive device 40 to move the Doppler sensor 50 is not particularly limited. The communication unit 60 is a communication circuit for communicating with an external server or the like. For example, the communication unit 60 transmits data or the like indicating the road surface condition determined by the control unit 20 to a server that manages road information.

図3は、ドップラセンサ50の模式図である。ドップラセンサ50は、発振器51と分配器52とサーキュレータ53と送受信共用のアンテナ54(以下、単にアンテナ54と呼ぶ。)と乗算器55と増幅器56とを備える。発振器51は、予め決められた周波数で周期振動する送信波Eiを生成するオシレータである。本実施形態において、発振器51は、24.15GHzの送信波Eiを生成する。分配器52は、送信波Eiをアンテナ54と乗算器55に分配する。サーキュレータ53は、アンテナ54から電波の送信と受信の切替えを行う。アンテナ54は、路面Rに対して垂直に送信波Eiを送信し、路面Rにて反射した反射波Erを受信する。乗算器55は分配器52から分配された送信波Eiとアンテナ54にて受信した反射波Erとを乗算し、それらの差周波数信号を出力する。増幅器56は、乗算器55の出力を増幅するとともに、高周波数信号成分をフィルタする役割を持つ。これにより、増幅器56からは乗算器55が出力した差周波数信号成分のうち、低周波信号成分が出力されることとなる。この時、反射対象である路面が静止しており送信波Eiと反射波Erに周波数変化がない場合は、反射波Erの振幅が直流信号成分として出力される。 FIG. 3 is a schematic diagram of the Doppler sensor 50. The Doppler sensor 50 includes an oscillator 51, a distributor 52, a circulator 53, a transmission / reception shared antenna 54 (hereinafter, simply referred to as an antenna 54), a multiplier 55, and an amplifier 56. The oscillator 51 is an oscillator that generates a transmitted wave E i that periodically vibrates at a predetermined frequency. In this embodiment, the oscillator 51 generates a transmitted wave E i of 24.15 GHz. The distributor 52 distributes the transmitted wave E i to the antenna 54 and the multiplier 55. The circulator 53 switches between transmission and reception of radio waves from the antenna 54. The antenna 54 transmits the transmitted wave E i perpendicularly to the road surface R, and receives the reflected wave E r reflected by the road surface R. The multiplier 55 multiplies the transmitted wave E i distributed from the distributor 52 and the reflected wave E r received by the antenna 54, and outputs a difference frequency signal between them. The amplifier 56 has a role of amplifying the output of the multiplier 55 and filtering high frequency signal components. As a result, among the difference frequency signal components output by the multiplier 55, the low frequency signal component is output from the amplifier 56. At this time, if the road surface to be reflected is stationary and there is no frequency change between the transmitted wave E i and the reflected wave E r , the amplitude of the reflected wave E r is output as a DC signal component.

本実施形態において、サーキュレータ53が送受信信号を分離する機能を持っているが、送受信信号の分離は完全でなく、送信波Eiが受信回路に回り込む成分(回り込み信号Ec)が存在する。すなわち、実施形態のドップラセンサ50の乗算器55には反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emが入力されるため、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅が乗算器55から出力される。 In the present embodiment, the circulator 53 has a function of separating the transmitted / received signals, but the separated of the transmitted / received signals is not perfect, and there is a component (wrap-around signal E c ) in which the transmitted wave E i wraps around the receiving circuit. That is, since the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c is input to the multiplier 55 of the Doppler sensor 50 of the embodiment, the amplitude of the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c . Is output from the multiplier 55.

次に、反射波Erと回り込み信号Ecとの合成によって得られる反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emについて説明する。ヘテロダイン方式のドップラセンサ50で得られるアンテナ位置(L=0)における反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emは、図1のように送信アンテナ1と受信アンテナ2とが独立して備えられる場合の上記の送信波Eiと反射波Erとの合成電界Eと異なり、アンテナ54に反射波Erが入力されると回り込み信号Ecと合成され、E=Ec+Erの反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emが計測されることとなる。そこで、アンテナ54の位置(L=0)における反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emは次の式によって表される。

Figure 0007039323000003
また、前記の(3)式により、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅(絶対値)は、次の式によって求めることができる。
Figure 0007039323000004
よって、(4)式のように、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅は、送信波Eiと反射波Erの合成電界Eと同様の空間周期を持つ関数で表すことができる。このことから、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emは定在波の性質を持つことが分かる。 Next, the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c obtained by synthesizing the reflected wave E r and the wraparound signal E c will be described. As shown in FIG. 1, the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c at the antenna position (L = 0) obtained by the heterodyne type Doppler sensor 50 is such that the transmitting antenna 1 and the receiving antenna 2 are independent. Unlike the combined electric field E of the transmitted wave E i and the reflected wave E r when the antenna 54 is provided, when the reflected wave E r is input to the antenna 54, it is combined with the wraparound signal E c , and Em = E c + Er. The combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c will be measured. Therefore, the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c at the position of the antenna 54 (L = 0) is expressed by the following equation.
Figure 0007039323000003
Further, the amplitude (absolute value) of the combined electric field E m of the reflected wave Er and the wraparound signal E c can be obtained by the above equation (3) by the following equation.
Figure 0007039323000004
Therefore, as shown in Eq. (4), the amplitude of the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c is a function having the same spatial period as the combined electric field E of the transmitted wave E i and the reflected wave E r . Can be represented. From this, it can be seen that the combined electric field E m of the reflected wave Er and the wraparound signal E c has the property of a standing wave.

図3に示すように、駆動装置40がドップラセンサ50を移動させることにより、アンテナ54の路面Rに対する高さLが可変となっている。駆動装置40は、下限高さL2から上限高さL1までの間の区間である移動区間W内にて高さLが変化するように、アンテナ54を移動させる。上限高さL1となるときのドップラセンサ50を実線で示し、下限高さL2となるときのドップラセンサ50を破線で示している。移動区間Wの長さMは、上限高さL1から下限高さL2を減算した長さである。上限高さL1からの下降量mによって、アンテナ54の高さLを表すこととする。 As shown in FIG. 3, the height L of the antenna 54 with respect to the road surface R is variable by moving the Doppler sensor 50 by the drive device 40. The drive device 40 moves the antenna 54 so that the height L changes within the moving section W, which is a section between the lower limit height L2 and the upper limit height L1. The Doppler sensor 50 when the upper limit height L1 is reached is shown by a solid line, and the Doppler sensor 50 when the lower limit height L2 is reached is shown by a broken line. The length M of the moving section W is the length obtained by subtracting the lower limit height L2 from the upper limit height L1. The height L of the antenna 54 is represented by the amount of descent m from the upper limit height L1.

図2に示す制御部20は、図示しないCPUやROMやRAMで構成されるコンピュータであり、記録媒体30に記録された各種情報を用いて路面状態の判別に必要な処理を実行する。図2に示すように、制御部20は、路面状態判別プログラム21を実行する。路面状態判別プログラム21のソフトウェア構成については後述する。制御部20は、ドップラセンサ50と駆動装置40と接続されている。 The control unit 20 shown in FIG. 2 is a computer composed of a CPU, ROM, and RAM (not shown), and executes processing necessary for determining the road surface state using various information recorded on the recording medium 30. As shown in FIG. 2, the control unit 20 executes the road surface condition determination program 21. The software configuration of the road surface condition determination program 21 will be described later. The control unit 20 is connected to the Doppler sensor 50 and the drive device 40.

記録媒体30は、計測データ30aと閾値データ30bとを記録する。計測データ30aは、制御部20が計測した値を一時的に記録したデータである。閾値データ30bは、路面状態を判別するための判別閾値を示すデータである。 The recording medium 30 records the measurement data 30a and the threshold data 30b. The measurement data 30a is data in which the values measured by the control unit 20 are temporarily recorded. The threshold value data 30b is data indicating a discrimination threshold value for discriminating the road surface state.

路面状態判別プログラム21は、移動モジュール21aと判別モジュール21bとを含む。移動モジュール21aと判別モジュール21bとを実行する制御部20は、本発明の移動部と判別部とを構成する。 The road surface condition determination program 21 includes a movement module 21a and a determination module 21b. The control unit 20 that executes the moving module 21a and the discriminating module 21b constitutes the moving unit and the discriminating unit of the present invention.

移動モジュール21aの機能により制御部20は、予め決められた移動区間W内において、路面Rに対するアンテナ54の高さLが変化するようにアンテナ54を移動させる。具体的に、移動モジュール21aの機能により制御部20は、アンテナ54の上限高さL1からの下降量mが微少量Δmずつ増加するように駆動装置40を制御する。そして、制御部20は、アンテナ54の上限高さL1からの下降量mが移動区間Wの長さMと等しくなった場合に、ドップラセンサ50の移動を終了する。 By the function of the movement module 21a, the control unit 20 moves the antenna 54 so that the height L of the antenna 54 with respect to the road surface R changes within the predetermined movement section W. Specifically, the control unit 20 controls the drive device 40 so that the amount of descent m from the upper limit height L1 of the antenna 54 increases by a minute amount Δm by the function of the mobile module 21a. Then, the control unit 20 ends the movement of the Doppler sensor 50 when the amount of descent m from the upper limit height L1 of the antenna 54 becomes equal to the length M of the movement section W.

次に、ドップラセンサ50の出力電圧Edについて考察する。上述したように、ドップラセンサ50は、乗算器55と増幅器56とを備えるヘテロダイン方式の検波器であり、増幅器56からは乗算器55が出力した差周波数信号成分のうち、低周波信号成分が出力されることとなる。この時、反射対象である路面が静止しており送信波Eiと反射波Erに周波数変化がない場合は、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅を増幅した直流電圧が出力電圧Edとして出力される。従って、ドップラセンサ50の出力電圧Edを計測することで、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅を計測することが可能である。 Next, the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 will be considered. As described above, the Doppler sensor 50 is a heterodyne type detector including a multiplier 55 and an amplifier 56, and a low frequency signal component is output from the amplifier 56 among the difference frequency signal components output by the multiplier 55. Will be done. At this time, if the road surface to be reflected is stationary and there is no frequency change between the transmitted wave E i and the reflected wave E r , the amplitude of the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c is amplified. The voltage is output as the output voltage Ed . Therefore, by measuring the output voltage E d of the Doppler sensor 50, it is possible to measure the amplitude of the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c .

図4A~図4Cは、任意の高さLにおけるドップラセンサ50の出力電圧Edを示すグラフである。図4A~図4Cにおいて横軸は高さLを示し、縦軸はドップラセンサ50の出力電圧Edを示す。図4A~図4Cに示すように、ドップラセンサ50の出力電圧Edは高さLの周期関数となり、その空間周期は送信波Eiの波長λの1/2となる。図4A~図4Cは、実験的に、上限高さL1よりも高い位置において出力電圧Edを調査した結果をプロットしたものである。 4A to 4C are graphs showing the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 at an arbitrary height L. In FIGS . 4A to 4C, the horizontal axis indicates the height L, and the vertical axis indicates the output voltage Ed of the Doppler sensor 50. As shown in FIGS . 4A to 4C, the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 is a periodic function of height L, and its spatial period is 1/2 of the wavelength λ of the transmitted wave E i . 4A to 4C are plots of the results of experimentally investigating the output voltage Ed at a position higher than the upper limit height L1.

次に、図4A~図4Cを比較する。図4A~図4Cにおいて、厚さ2mmの金属板(黒実線)と水膜(グレー実線)と氷膜(黒破線)のそれぞれに対して送信波Eiを送信した場合のドップラセンサ50の出力電圧Edを示す。図4Aは、下方に金属板が敷かれたアクリル容器上における金属板と水膜と氷膜のそれぞれに対して送信波Eiを送信した場合のドップラセンサ50の出力電圧Edを示す。図4Bは、下方に金属板が敷かれていないアクリル容器上における金属板と水膜と氷膜のそれぞれに対して送信波Eiを送信した場合のドップラセンサ50の出力電圧Edを示す。図4Cは、下方に金属板が敷かれていないアスファルト片上における金属板と水膜と氷膜のそれぞれに対して送信波Eiを送信した場合のドップラセンサ50の出力電圧Edを示す。なお、図4Cが実際の路面Rに最も近い状況での出力電圧Edを示す。 Next, FIGS. 4A to 4C are compared. In FIGS. 4A to 4C, the output of the Doppler sensor 50 when the transmitted wave E i is transmitted to each of the metal plate (black solid line), the water film (gray solid line), and the ice film (black broken line) having a thickness of 2 mm. The voltage Ed is shown. FIG. 4A shows the output voltage E d of the Doppler sensor 50 when the transmitted wave E i is transmitted to each of the metal plate, the water film, and the ice film on the acrylic container on which the metal plate is laid below. FIG. 4B shows the output voltage E d of the Doppler sensor 50 when the transmitted wave E i is transmitted to each of the metal plate, the water film, and the ice film on the acrylic container on which the metal plate is not laid below. FIG. 4C shows the output voltage E d of the Doppler sensor 50 when the transmitted wave E i is transmitted to each of the metal plate, the water film, and the ice film on the asphalt piece on which the metal plate is not laid below. Note that FIG. 4C shows the output voltage Ed in the situation closest to the actual road surface R.

図4A~図4Cから、反射係数Γに応じて、出力電圧Edは最大値と最小値の大きさだけでなく、それらの位置(位相)もずれていることが分かる。しかし、出力電圧Edの空間周期は反射係数Γに依存せず、送信波Eiの波長λの1/2ごとに、出力電圧Edの最大値と最小値とがそれぞれ出現することには変わりはない。 From FIGS . 4A to 4C, it can be seen that the output voltage Ed is deviated not only from the magnitudes of the maximum value and the minimum value but also from their positions (phases) according to the reflection coefficient Γ. However, the spatial period of the output voltage E d does not depend on the reflection coefficient Γ, and the maximum and minimum values of the output voltage E d appear for every 1/2 of the wavelength λ of the transmitted wave E i . There is no change.

本実施形態において、移動区間Wの長さMを、送信波Eiの波長λの1/2の長さとしている。つまり、移動区間Wの長さMは、ドップラセンサ50の出力電圧Edとしての反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの空間周期と同じ長さとなっている。本実施形態のように、送信波Eiの周波数が24.15GHzである場合、移動区間Wの長さMは約6.2mmとなる。 In the present embodiment, the length M of the moving section W is ½ of the wavelength λ of the transmitted wave E i . That is, the length M of the moving section W has the same length as the spatial period of the combined electric field E m of the reflected wave E r as the output voltage E d of the Doppler sensor 50 and the wraparound signal E c . When the frequency of the transmitted wave E i is 24.15 GHz as in the present embodiment, the length M of the moving section W is about 6.2 mm.

上述したように、ドップラセンサ50の出力電圧Edの空間周期は反射係数Γに依存しないため、路面Rの反射係数Γが未知であっても移動区間Wの長さMを設定できる。なお、図4A~図4Cに示された高さLのうち、高さLが最も低い区間が移動区間Wとして設定されており、ドップラセンサ50の出力電圧Edが最も減衰していない区間が移動区間Wとして設定されている。移動区間Wは、路面Rに近いほど望ましいが、路面R上を走行し得る車両の最大車高よりも高い位置に設けられる。 As described above, since the spatial period of the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 does not depend on the reflection coefficient Γ, the length M of the moving section W can be set even if the reflection coefficient Γ of the road surface R is unknown. Of the heights L shown in FIGS . 4A to 4C, the section having the lowest height L is set as the moving section W, and the section where the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 is the least attenuated is set. It is set as a moving section W. The moving section W is preferably closer to the road surface R, but is provided at a position higher than the maximum vehicle height of a vehicle that can travel on the road surface R.

判別モジュール21bの機能により制御部20は、移動区間Wを移動する際にアンテナ54が受信した定在波Eの強度の最大値と最小値に基づいて路面状態を判別する。以下、判別モジュール21bの機能を、路面状態判別処理のフローチャートを用いて説明する。 By the function of the discrimination module 21b, the control unit 20 discriminates the road surface state based on the maximum value and the minimum value of the intensity of the standing wave Em received by the antenna 54 when moving in the moving section W. Hereinafter, the function of the discrimination module 21b will be described with reference to the flowchart of the road surface condition discrimination process.

(3)路面状態判別処理:
図5は、路面状態判別処理のフローチャートである。まず、移動モジュール21aの機能により制御部20は、下降量mを0にリセットする(ステップS100)。すなわち、図3にて実線で示すように、制御部20は、アンテナ54の高さLが上限高さL1となるように下降量mをリセットする。次に、移動モジュール21aの機能により制御部20は、ドップラセンサ50を移動させる(ステップS105)。すなわち、制御部20は、アンテナ54の高さLが下降量mに対応する高さとなるように、駆動装置40を駆動させる。制御部20は、アンテナ54の高さLが下降量mに対応する高さとなると、ドップラセンサ50の移動を停止させる。
(3) Road surface condition determination process:
FIG. 5 is a flowchart of the road surface condition determination process. First, the control unit 20 resets the descending amount m to 0 by the function of the moving module 21a (step S100). That is, as shown by the solid line in FIG. 3, the control unit 20 resets the descending amount m so that the height L of the antenna 54 becomes the upper limit height L1. Next, the control unit 20 moves the Doppler sensor 50 by the function of the movement module 21a (step S105). That is, the control unit 20 drives the drive device 40 so that the height L of the antenna 54 becomes a height corresponding to the descending amount m. The control unit 20 stops the movement of the Doppler sensor 50 when the height L of the antenna 54 reaches a height corresponding to the descending amount m.

次に、判別モジュール21bの機能により制御部20は、送信波Eiの送信を開始する(ステップS110)。すなわち、制御部20は、路面Rに対して送信波Eiを送信するようにドップラセンサ50を制御する。次に、判別モジュール21bの機能により制御部20は、反射波Erを受信する(ステップS120)。すなわち、制御部20は、ドップラセンサ50のアンテナ54にて反射波Erを受信させる。それにより、送信波Eiと、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emとを乗算して得られた差周波数信号成分のうち、低周波信号成分を増幅したものがドップラセンサ50の出力電圧Edとして出力される。 Next, the control unit 20 starts transmitting the transmission wave E i by the function of the discrimination module 21b (step S110). That is, the control unit 20 controls the Doppler sensor 50 so as to transmit the transmission wave E i to the road surface R. Next, the control unit 20 receives the reflected wave Er by the function of the discrimination module 21b (step S120). That is, the control unit 20 receives the reflected wave Er at the antenna 54 of the Doppler sensor 50. As a result, among the difference frequency signal components obtained by multiplying the transmitted wave E i , the reflected wave E r , and the combined electric field E m of the wraparound signal E c , the amplified low frequency signal component is the Doppler sensor 50. It is output as the output voltage Ed of.

次に、判別モジュール21bの機能により制御部20は、ドップラセンサ50の出力電圧Edを取得する(ステップS130)。上述したように、反射対象である路面が静止しており送信波Eiと反射波Erに周波数変化がない場合は、ドップラセンサ50の出力電圧Edは、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅に比例した大きさの直流電圧である。 Next, the control unit 20 acquires the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 by the function of the discrimination module 21b (step S130). As described above, when the road surface to be reflected is stationary and there is no frequency change between the transmitted wave E i and the reflected wave E r , the output voltage E d of the Doppler sensor 50 is the reflected wave E r and the wraparound signal E r. It is a DC voltage having a magnitude proportional to the amplitude of the combined electric field E m of c .

次に、判別モジュール21bの機能により制御部20は、ドップラセンサ50の出力電圧Edを記録する(ステップS140)。すなわち、制御部20は、ドップラセンサ50の出力電圧Edを記録媒体30の計測データ30aに記録する。 Next, the control unit 20 records the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 by the function of the discrimination module 21b (step S140). That is, the control unit 20 records the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 in the measurement data 30a of the recording medium 30.

次に、移動モジュール21aの機能により制御部20は、下降量mが移動区間Wの長さMと等しいか否かを判定する(ステップS150)。すなわち、制御部20は、アンテナ54の高さLが下限高さL2まで下降したか否かを判定する。 Next, the control unit 20 determines whether or not the descending amount m is equal to the length M of the moving section W by the function of the moving module 21a (step S150). That is, the control unit 20 determines whether or not the height L of the antenna 54 has dropped to the lower limit height L2.

下降量mが移動区間Wの長さMと等しいと判定しなかった場合(ステップS150:N)、移動モジュール21aの機能により制御部20は、下降量mに微少量Δmを加算する(ステップS160)。ここで、微少量Δmは、移動区間Wの長さMを予め決められた自然数(例えば10~20)で除算した長さである。 When it is not determined that the descending amount m is equal to the length M of the moving section W (step S150: N), the control unit 20 adds a small amount Δm to the descending amount m by the function of the moving module 21a (step S160). ). Here, the minute amount Δm is the length obtained by dividing the length M of the moving section W by a predetermined natural number (for example, 10 to 20).

次に、制御部20は、ステップS105に戻る。以上のループ処理(ステップS105~S160)を行うことにより、移動区間W内における微少量Δmごとの位置のそれぞれにて得られた反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅を計測データ30aに蓄積していくことができる。 Next, the control unit 20 returns to step S105. By performing the above loop processing (steps S105 to S160), the amplitude of the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c obtained at each position of each minute amount Δm in the moving section W can be obtained. It can be accumulated in the measurement data 30a.

図6A~図6Cは、移動区間Wにおけるドップラセンサ50の出力電圧Edを示すグラフである。図6A~図6Cにおいて横軸は高さLを示し、縦軸はドップラセンサ50の出力電圧Edを示す。計測データ30aには、図6A~図6Cに示すドップラセンサ50の出力電圧Edが記録されている。図6A~図6Cは、それぞれ図4A~図4Cと同じ条件におけるドップラセンサ50の出力電圧Edを示す。 6A to 6C are graphs showing the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 in the moving section W. In FIGS . 6A to 6C, the horizontal axis indicates the height L, and the vertical axis indicates the output voltage Ed of the Doppler sensor 50. In the measurement data 30a, the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 shown in FIGS . 6A to 6C is recorded. 6A to 6C show the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 under the same conditions as those of FIGS . 4A to 4C, respectively.

しかし、移動区間Wの長さMを送信波Eiの波長λの1/2の長さとすることにより、ドップラセンサ50の出力電圧Edの最大値と最小値を計測データ30aに記録することができる。つまり、計測データ30aに記録されている出力電圧Edの最大値・最小値が計測された際に、アンテナ54はそれぞれの位置に存在していたことになる。路面状態が未知であるため、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅が最大値・最小値になる位置は未知であるが、移動区間Wの長さMだけアンテナ54を移動させることにより、出力電圧Edの最大値・最小値とそれらの位置を得ることができる。 However, by setting the length M of the moving section W to ½ of the wavelength λ of the transmitted wave E i , the maximum and minimum values of the output voltage E d of the Doppler sensor 50 are recorded in the measurement data 30a. Can be done. That is, when the maximum and minimum values of the output voltage Ed recorded in the measurement data 30a are measured, the antenna 54 is present at each position. Since the road surface condition is unknown, the position where the amplitude of the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c becomes the maximum and minimum values is unknown, but the antenna 54 is used only for the length M of the moving section W. By moving it, the maximum and minimum values of the output voltage Ed and their positions can be obtained.

例えば、最も実際の路面Rの状況に近い図6Cにおいて、グレー実線で示す水膜でのドップラセンサ50の出力電圧Edの位相と、黒破線で示す氷膜でのドップラセンサ50の出力電圧Edの位相とがずれている。しかし、移動区間Wの長さMを送信波Eiの波長λの1/2の長さだけ確保することにより、水膜でのドップラセンサ50の出力電圧Edの最大値(白四角)と最小値(黒四角)とを得ることができる。また、水膜が凍結して氷膜に変化したとしても、氷膜でのドップラセンサ50の出力電圧Edの最大値(白三角)と最小値(黒三角)とを得ることができる。 For example, in FIG. 6C, which is the closest to the actual road surface R situation, the phase of the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 in the water film shown by the gray solid line and the output voltage E of the Doppler sensor 50 in the ice film shown by the black dashed line. It is out of phase with d . However, by securing the length M of the moving section W by half the length of the wavelength λ of the transmitted wave E i , the maximum value (white square) of the output voltage E d of the Doppler sensor 50 in the water film can be obtained. The minimum value (black square) can be obtained. Further, even if the water film freezes and changes to an ice film, the maximum value (white triangle) and the minimum value (black triangle) of the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 on the ice film can be obtained.

下降量mが移動区間Wの長さMと等しいと判定した場合(ステップS150:Y)、移動モジュール21aの機能により制御部20は、ドップラセンサ50の出力電圧Edの最大値と最小値との差分Edifを算出する(ステップS170)。 When it is determined that the amount of descent m is equal to the length M of the moving section W (step S150: Y), the control unit 20 uses the function of the moving module 21a to set the maximum and minimum values of the output voltage Ed of the Doppler sensor 50. The difference E dif of is calculated (step S170).

前記の(2)式から差分Edifを導出すると、差分Edifは下記の(5)式で表すことができる。なお、前記の(2)式において、cos(2k0L-φ)が1となるときに、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅が最大値となり、ドップラセンサ50の出力電圧Edが最大値となる。一方、cos(2k0L-φ)が-1となるときに、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅が最小値となり、ドップラセンサ50の出力電圧Edが最小値となる。また、αは増幅器56による増幅率を表す係数である。

Figure 0007039323000005
前記の(5)式に示すように、差分Edifは、反射係数Γに比例した値となっている。 When the difference E dif is derived from the above equation (2), the difference E dif can be expressed by the following equation (5). In the above equation (2), when cos (2k 0 L−φ) becomes 1, the amplitude of the combined electric field E m of the reflected wave Er and the wraparound signal E c becomes the maximum value, and the Doppler sensor 50 has a maximum value. The output voltage E d becomes the maximum value. On the other hand, when cos (2k 0 L−φ) becomes -1, the amplitude of the combined electric field E m of the reflected wave Er and the wraparound signal E c becomes the minimum value, and the output voltage E d of the Doppler sensor 50 becomes the minimum value. It becomes. Further, α is a coefficient representing the amplification factor by the amplifier 56.
Figure 0007039323000005
As shown in the above equation (5), the difference E dif is a value proportional to the reflection coefficient Γ.

次に、判別モジュール21bの機能により制御部20は、差分Edifが判別閾値以上であるか否かを判定する(ステップS180)。そして、差分Edifが判別閾値以上であると判定した場合(ステップS180:Y)、判別モジュール21bの機能により制御部20は、路面R上に水膜が存在すると判別する(ステップS190)。一方、差分Edifが判別閾値以上であると判定しなかった場合(ステップS180:N)、判別モジュール21bの機能により制御部20は、路面R上に氷膜が存在すると判別する(ステップS200)。なお、判別閾値は、予め実験等によって水膜と氷膜とが存在する状況での差分Edifを測定することにより設定しておくことができる。また、差分Edifを閾値判定することで、実質的に反射係数Γを閾値判定することができる。 Next, the control unit 20 determines whether or not the difference E dif is equal to or greater than the discrimination threshold value by the function of the discrimination module 21b (step S180). Then, when it is determined that the difference E dif is equal to or greater than the discrimination threshold value (step S180: Y), the control unit 20 determines that the water film exists on the road surface R by the function of the discrimination module 21b (step S190). On the other hand, when it is not determined that the difference E dif is equal to or greater than the discrimination threshold value (step S180: N), the control unit 20 determines that the ice film exists on the road surface R by the function of the discrimination module 21b (step S200). .. The discrimination threshold can be set in advance by measuring the difference E dif in the situation where the water film and the ice film exist by an experiment or the like. Further, by determining the threshold value of the difference E dif , the reflection coefficient Γ can be substantially determined as the threshold value.

(3)車両検知:
次に、車両検知について説明する。判別モジュール21bの機能により制御部20は、出力電圧Edの周波数に基づいて路面R上における車両を検知する。具体的に、判別モジュール21bの機能により制御部20は、ドップラセンサ50を一定の高さLに固定した状態で、ドップラセンサ50の出力電圧Edを一定期間取得し、その期間内において出力電圧Edが変動したか否かを判定する。送信波Eiが移動体としての車両に反射した場合、ドップラー効果によって反射波Erの周波数が送信波Eiの周波数から変化し、乗算器55の出力が直流ではなく、送信波Eiと反射波Erとの差周波数成分(低周波数成分)となる。つまり、出力電圧Edは、増幅器56のフィルタでは除去できない周波数成分を有することとなる。
(3) Vehicle detection:
Next, vehicle detection will be described. By the function of the discrimination module 21b, the control unit 20 detects the vehicle on the road surface R based on the frequency of the output voltage Ed . Specifically, the control unit 20 acquires the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 for a certain period of time in a state where the Doppler sensor 50 is fixed at a constant height L by the function of the discrimination module 21b, and the output voltage is within that period. Determine if Ed has fluctuated. When the transmitted wave E i is reflected by the vehicle as a moving object, the frequency of the reflected wave E r changes from the frequency of the transmitted wave E i due to the Doppler effect, and the output of the multiplier 55 is not DC but the transmitted wave E i . It becomes a difference frequency component (low frequency component) from the reflected wave Er . That is, the output voltage Ed has a frequency component that cannot be removed by the filter of the amplifier 56.

そのため、制御部20は、ドップラセンサ50の出力電圧Edが変動していることをもって、路面R上を移動する車両を検知できる。なお、図5に示す路面状態判別処理のステップS140にて取得したドップラセンサ50の出力電圧Edが変動している場合、車両の通過が完了し、ドップラセンサ50の出力電圧Edが一定となるまで待機してもよい。 Therefore, the control unit 20 can detect a vehicle moving on the road surface R by the fact that the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 fluctuates. When the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 acquired in step S140 of the road surface condition determination process shown in FIG. 5 fluctuates, the passage of the vehicle is completed and the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 is constant. You may wait until it becomes.

以上説明した本実施形態において、路面状態が未知であり、ドップラセンサ50の出力電圧Edの最大値と最小値となる位置が未知である状況においても、移動区間内においてアンテナ54を移動させて連続した計測を行うことで、出力電圧Edの最大値と最小値を得ることができる。出力電圧Edの最大値と最小値の差は、反射波Erの振幅変化に比例しており、定在波の位相の影響を受けない。すなわち、出力電圧Edの最大値と最小値の差の増減から、反射波Erの振幅の増減を検知できるため、未知の路面状態を高精度に判別できる。 In the present embodiment described above, even in a situation where the road surface condition is unknown and the positions where the maximum and minimum values of the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 are unknown are unknown, the antenna 54 is moved within the moving section. By performing continuous measurement, the maximum and minimum values of the output voltage Ed can be obtained. The difference between the maximum value and the minimum value of the output voltage E d is proportional to the amplitude change of the reflected wave E r , and is not affected by the phase of the standing wave. That is, since the increase / decrease in the amplitude of the reflected wave Er can be detected from the increase / decrease in the difference between the maximum value and the minimum value of the output voltage E d , the unknown road surface condition can be discriminated with high accuracy.

また、移動区間Wの長さMは、送信波Eiの波長λの1/2である。これにより、出力電圧Edの最大値となる位置と最小値になる位置を、アンテナ54が1回通過し、かつ、移動区間Wの長さMを最小限に留めることができる。従って、路面状態を判別するのに要する所要期間を抑制することができる。 Further, the length M of the moving section W is ½ of the wavelength λ of the transmitted wave E i . As a result, the antenna 54 can pass through the position where the output voltage Ed becomes the maximum value and the position where the output voltage becomes the minimum value once, and the length M of the moving section W can be kept to a minimum. Therefore, it is possible to suppress the required period for determining the road surface condition.

また、制御部20は、ドップラセンサ50の出力電圧Edから求めた差分Edifに基づいて路面状態を判別するとともに、出力電圧Edの周波数に基づいて路面R上における車両を検知している。これにより、路面状態だけでなく、路面R上における車両を検知でき、路面状態判別装置10が車両検知装置を兼ねるようにすることができる。また、一般的な車両検知装置に使用されるドップラセンサ50を路面状態判別装置10に流用できる。 Further, the control unit 20 determines the road surface state based on the difference E dif obtained from the output voltage Ed of the Doppler sensor 50, and detects the vehicle on the road surface R based on the frequency of the output voltage Ed . .. As a result, not only the road surface condition but also the vehicle on the road surface R can be detected, and the road surface condition determination device 10 can also serve as the vehicle detection device. Further, the Doppler sensor 50 used in a general vehicle detection device can be diverted to the road surface condition determination device 10.

(4)他の実施形態:
前記実施形態において、ドップラセンサ50の出力電圧Edから求めた差分Edifに基づいて路面状態を判別したが、前記の(5)式に基づいて反射係数Γを算出してもよい。そして、制御部20は、算出した反射係数Γを閾値判定することにより路面状態を判別してもよい。さらに、制御部20は、水膜か氷膜かを判別するに留まらず、乾燥状態を判別してもよい。むろん、路面状態判別装置10は、上述した実施形態の構成のみを備るものに限定されず、例えば赤外光によって乾燥状態であるか否かを判別するための構成が追加されてもよい。
(4) Other embodiments:
In the above embodiment, the road surface condition is determined based on the difference E dif obtained from the output voltage Ed of the Doppler sensor 50, but the reflection coefficient Γ may be calculated based on the above equation (5). Then, the control unit 20 may determine the road surface state by determining the calculated reflection coefficient Γ as a threshold value. Further, the control unit 20 may determine not only the water film or the ice film but also the dry state. Of course, the road surface condition determination device 10 is not limited to the one provided only with the configuration of the above-described embodiment, and for example, a configuration for determining whether or not the road surface condition is dry by infrared light may be added.

また、必ずしも移動区間Wの長さMは送信波Eiの波長λの1/2でなくてもよく、駆動装置40の位置制御の誤差を考慮して波長λの1/2よりも長く確保されてもよい。また、必ずしもドップラセンサ50を用いて車両を検知しなくてもよく、路面状態判別装置10は、路面状態を判別する機能のみを有してもよい。さらに、路面状態判別装置10は、ドップラセンサ50を用いて車両の有無を検知するだけでなく、ドップラセンサ50の出力電圧Edの周波数に基づいて車両の速度も検知してもよい。また、車両の速度を検知する際に、送信波Eiの送信方向が水平方向に近くなるようにドップラセンサ50が回転可能に構成されてもよい。 Further, the length M of the moving section W does not necessarily have to be 1/2 of the wavelength λ of the transmitted wave E i , and is secured longer than 1/2 of the wavelength λ in consideration of the error of the position control of the drive device 40. May be done. Further, it is not always necessary to detect the vehicle by using the Doppler sensor 50, and the road surface condition discriminating device 10 may have only a function of discriminating the road surface condition. Further, the road surface condition determination device 10 may not only detect the presence or absence of a vehicle by using the Doppler sensor 50, but also detect the speed of the vehicle based on the frequency of the output voltage Ed of the Doppler sensor 50. Further, when detecting the speed of the vehicle, the Doppler sensor 50 may be configured to be rotatable so that the transmission direction of the transmission wave E i is close to the horizontal direction.

前記実施形態では、ステップS140にてドップラセンサ50の出力電圧Edを記録したが、出力電圧Edと、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emの振幅は比例の関係にあるために、反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界Emを記録してもよい。 In the above embodiment, the output voltage E d of the Doppler sensor 50 is recorded in step S140, but the amplitude of the output voltage E d and the combined electric field E m of the reflected wave E r and the wraparound signal E c are in a proportional relationship. Therefore, the combined electric field E m of the reflected wave Er and the wraparound signal E c may be recorded.

送信波Eiの周波数は、必ずしも24.15GHzでなくてもよく、76.5GHzや79.5GHz等の他のミリ波の周波数を採用してもよい。さらに、送信波Eiの周波数は、必ずしもミリ波の周波数でなくてもよい。なお、送信波Eiの周波数に応じて移動区間Wの長さMを設定すればよく、例えば駆動装置40の位置制御の分解能(最小移動距離)に応じて送信波Eiの周波数が選択されてもよい。また、判別対象の路面R上の物質の誘電率に応じて反射係数Γが大きく変化する送信波Eiの周波数が選択されてもよい。 The frequency of the transmitted wave E i does not necessarily have to be 24.15 GHz, and other millimeter wave frequencies such as 76.5 GHz and 79.5 GHz may be adopted. Further, the frequency of the transmitted wave E i does not necessarily have to be the frequency of the millimeter wave. The length M of the moving section W may be set according to the frequency of the transmitted wave E i . For example, the frequency of the transmitted wave E i is selected according to the resolution (minimum moving distance) of the position control of the drive device 40. You may. Further, the frequency of the transmitted wave E i in which the reflection coefficient Γ changes greatly according to the dielectric constant of the substance on the road surface R to be discriminated may be selected.

制御部20は、必ずしも高さLが順に低くなるようにアンテナ54を移動させなくてもよく、高さLが順に高くなるようにアンテナ54を移動させてもよい。また、制御部20は、必ずしも移動区間Wの全体にわたってアンテナ54を移動させなくてもよく、ドップラセンサ50の出力電圧Edが減少から増加に転じることと、ドップラセンサ50の出力電圧Edが増加から減少に転じること、とが双方とも生じた時点でアンテナ54の移動を終了させてもよい。従って、必ずしも移動区間Wの全体にわたってアンテナ54を移動させなくても、路面状態を高精度に判別できる。 The control unit 20 does not necessarily have to move the antenna 54 so that the height L becomes lower in order, and may move the antenna 54 so that the height L becomes higher in order. Further, the control unit 20 does not necessarily have to move the antenna 54 over the entire movement section W, and the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 changes from decreasing to increasing, and the output voltage Ed of the Doppler sensor 50 changes. The movement of the antenna 54 may be terminated when both the increase and the decrease occur. Therefore, the road surface condition can be discriminated with high accuracy without necessarily moving the antenna 54 over the entire moving section W.

10…路面状態判別装置、20…制御部、21…路面状態判別プログラム、21a…移動モジュール、21b…判別モジュール、30…記録媒体、30a…計測データ、30b…閾値データ、40…駆動装置、50…ドップラセンサ、51…発振器、52…分配器、53…サーキュレータ、54…アンテナ、55…乗算器、56…増幅器、60…通信部、70…支持部、Ei…送信波,Er…反射波,E…送信波Eiと反射波Erの合成電界、Ec…回り込み信号、Em…反射波Erと回り込み信号Ecの合成電界、Ed…出力電圧、Edif…差分、L…高さ、L1…上限高さ、L2…下限高さ、R…路面、W…移動区間、M…移動区間の長さ、Z…送信アンテナ1と受信アンテナ2(またはアンテナ54)を原点とした高さ方向の任意の位置、m…下降量、Γ…反射係数、Δm…微少量 10 ... Road surface condition discrimination device, 20 ... Control unit, 21 ... Road surface condition discrimination program, 21a ... Mobile module, 21b ... Discrimination module, 30 ... Recording medium, 30a ... Measurement data, 30b ... Threshold data, 40 ... Drive device, 50 ... Doppler sensor, 51 ... Oscillator, 52 ... Distributor, 53 ... Circulator, 54 ... Antenna, 55 ... Multiplier, 56 ... Amplifier, 60 ... Communication unit, 70 ... Support unit, E i ... Transmitted wave, Er ... Reflection Wave, E ... Combined electric field of transmitted wave E i and reflected wave E r , E c ... Wrap signal, E m ... Combined electric field of reflected wave E r and wraparound signal E c , Ed ... Output voltage, E dif ... Difference, L ... height, L1 ... upper limit height, L2 ... lower limit height, R ... road surface, W ... moving section, M ... moving section length, Z ... transmitting antenna 1 and receiving antenna 2 (or antenna 54) are the origins. Arbitrary position in the height direction, m ... descent amount, Γ ... reflection coefficient, Δm ... minute amount

Claims (6)

路面に電波を送信し前記路面からの前記電波の反射による反射波を受信する送受信共用のアンテナと、
予め決められた移動区間内において、前記路面に対する前記アンテナの高さが変化するように前記アンテナを移動させる移動部と、
前記移動区間を移動する際に前記アンテナが受信した前記反射波の振幅の最大値と最小値に基づいて路面状態を判別する判別部と、
を備える路面状態判別装置。
An antenna for both transmission and reception that transmits radio waves to the road surface and receives reflected waves due to the reflection of the radio waves from the road surface.
A moving unit that moves the antenna so that the height of the antenna with respect to the road surface changes within a predetermined moving section.
A discriminator that determines the road surface condition based on the maximum and minimum amplitudes of the reflected wave received by the antenna when moving in the moving section.
A road surface condition discriminating device.
前記移動区間の長さは、前記アンテナが送信した前記電波の波長の1/2以上である、
請求項1に記載の路面状態判別装置。
The length of the moving section is ½ or more of the wavelength of the radio wave transmitted by the antenna.
The road surface condition discriminating device according to claim 1.
前記移動区間の長さは、前記アンテナが送信した前記電波の波長の1/2である、
請求項1に記載の路面状態判別装置。
The length of the moving section is ½ of the wavelength of the radio wave transmitted by the antenna.
The road surface condition discriminating device according to claim 1.
前記判別部は、
前記アンテナが送信した前記電波の回り込み信号と前記反射波との合成電界と、前記アンテナが送信した前記電波とが乗算された差周波数成分(低周波数成分)を入力し、当該差周波数成分(低周波数成分)の最大値と最小値との差分に基づいて路面状態を判別するとともに、
前記差周波数成分(低周波数成分)の周波数に基づいて前記路面上における車両を検知する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の路面状態判別装置。
The discrimination unit is
A difference frequency component (low frequency component) obtained by multiplying the combined electric field of the wraparound signal of the radio wave transmitted by the antenna and the reflected wave and the radio wave transmitted by the antenna is input, and the difference frequency component (low frequency component) is input. The road surface condition is determined based on the difference between the maximum value and the minimum value of (frequency component), and the road surface condition is determined.
A vehicle on the road surface is detected based on the frequency of the difference frequency component (low frequency component).
The road surface condition discriminating device according to any one of claims 1 to 3.
路面に電波を送信し前記路面からの前記電波の反射による反射波を受信する送受信共用のアンテナを用いて路面状態を判別する路面状態判別方法であって、
予め決められた移動区間内において、前記路面に対する前記アンテナの高さが変化するように前記アンテナを移動させる移動工程と、
前記移動区間を移動する際に前記アンテナが受信した前記反射波の振幅の最大値と最小値に基づいて路面状態を判別する判別工程と、
を含む路面状態判別方法。
This is a road surface condition determination method for determining the road surface condition using a transmission / reception shared antenna that transmits radio waves to the road surface and receives reflected waves due to the reflection of the radio waves from the road surface.
A moving step of moving the antenna so that the height of the antenna with respect to the road surface changes within a predetermined moving section.
A discriminating step of discriminating the road surface condition based on the maximum and minimum values of the amplitude of the reflected wave received by the antenna when moving in the moving section, and a discrimination step.
Road surface condition determination method including.
路面に電波を送信し前記路面からの前記電波の反射による反射波を受信する送受信共用のアンテナを用いて路面状態を判別する機能をコンピュータに実現させる路面状態判別プログラムであって、
予め決められた移動区間内において、前記路面に対する前記アンテナの高さが変化するように前記アンテナを移動させる移動機能と、
前記移動区間を移動する際に前記アンテナが受信した前記反射波の振幅の最大値と最小値に基づいて路面状態を判別する判別機能と、
をコンピュータに実現させる路面状態判別プログラム。
A road surface condition determination program that enables a computer to determine the road surface condition using a transmission / reception shared antenna that transmits radio waves to the road surface and receives reflected waves due to the reflection of the radio waves from the road surface.
A movement function for moving the antenna so that the height of the antenna with respect to the road surface changes within a predetermined movement section.
A discriminating function for discriminating the road surface condition based on the maximum and minimum values of the amplitude of the reflected wave received by the antenna when moving in the moving section.
A road surface condition determination program that makes a computer realize.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000259981A (en) 1999-03-08 2000-09-22 Nec Corp Radio wave type road information detecting device
JP2001235555A (en) 2000-02-24 2001-08-31 Yokogawa Denshikiki Co Ltd Road surface monitor
JP2004077475A (en) 2002-08-01 2004-03-11 Nagoya Electric Works Co Ltd Road surface condition determination method and device
JP3190353U (en) 2014-02-14 2014-05-08 北海バネ株式会社 Snow cover monitoring device
JP2018013467A (en) 2016-11-14 2018-01-25 株式会社Cq−Sネット Device for detecting condition using standing wave radar

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09318766A (en) * 1996-05-27 1997-12-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Freeze sensing system
FI121250B (en) * 2008-09-11 2010-08-31 Valtion Teknillinen Procedure for identifying road conditions

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000259981A (en) 1999-03-08 2000-09-22 Nec Corp Radio wave type road information detecting device
JP2001235555A (en) 2000-02-24 2001-08-31 Yokogawa Denshikiki Co Ltd Road surface monitor
JP2004077475A (en) 2002-08-01 2004-03-11 Nagoya Electric Works Co Ltd Road surface condition determination method and device
JP3190353U (en) 2014-02-14 2014-05-08 北海バネ株式会社 Snow cover monitoring device
JP2018013467A (en) 2016-11-14 2018-01-25 株式会社Cq−Sネット Device for detecting condition using standing wave radar

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