JP7125785B2 - 速度計測装置、速度計測プログラム、記録媒体および速度計測方法 - Google Patents
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Description
Tp≧λ/0.556
Tpはデータ取得期間〔単位:秒〕であり、λは、前記送信信号の波長〔単位:メートル〕である。
上記速度計測装置において、前記信号処理手段は、前記送信信号の繰返し周期毎に計測データを取得してもよく、各計測データから前記複数の画像面中の一つの画像面を生成してもよい。前記送信信号の繰返し周期は、λ/(2Vmax)未満でもよく、Vmaxは前記速度計測装置で計測可能な最高速度〔単位:メートル/秒〕でもよい。
前記速度計測装置は、道路上方に、道路の路肩に、または道路の中央分離帯に静的に設置されてもよく、または静的に設置される予定でもよく、道路を走行する車両の速度を計測してもよい。
上記速度計測装置において、前記信号処理手段は、速度が0であり静止している対象を非計測対象と判断してもよく、非計測対象の速度の算出を省略してもよい。
Tp≧λ/0.556
Tpはデータ取得期間〔単位:秒〕であり、λは、前記送信信号の波長〔単位:メートル〕である。
前記コンピュータは、前記送信信号の繰返し周期毎に計測データを取得してもよく、各計測データから前記複数の画像面中の一つの画像面を生成してもよい。前記送信信号の繰返し周期は、λ/(2Vmax)未満でもよく、Vmaxは計測可能な最高速度〔単位:メートル/秒〕でもよい。
Tp≧λ/0.556
Tpはデータ取得期間〔単位:秒〕であり、λは、前記送信信号の波長〔単位:メートル〕である。
上記速度計測方法において、前記複数の画像面は、前記送信信号の繰返し周期毎に計測データを取得するとともに各計測データから前記複数の画像面中の一つの画像面を生成することにより取得されてもよい。前記送信信号の繰返し周期は、λ/(2Vmax)未満でもよく、Vmaxは計測可能な最高速度〔単位:メートル/秒〕でもよい。
実施の形態
反射波Rwの信号強度を視覚で認識することができ、計測対象16に関するこれらの情報を容易に認識することができる。
〔変形例〕
Network)で接続される。速度計測装置2-1は、FMCW信号方式を使用し、たとえばFMCWレーダ方式と同様に送信信号fTの周波数を線形FM信号として広帯域に走査してレンジ分解能を向上させている。
送信信号fTの周波数が最初にFCとなる時刻t0におけるtおよびNの値をいずれも0とする。FMCW信号の繰返し周期PRTごとにNの値に1が足され、Nの値を、1、2、3・・・nで増加させる。nは整数である。繰返し周期PRTの値をPRTとし、送信信号fTの周波数の変化率(チャープ率)をk とする。送信信号fT(t)は式(4)のように表され、受信信号fR(t)は式(5)のように表される。
PRF=1/PRT>Fd=2V/λ ・・・・(7)
PRF>2×300/(3.6×0.0125)=13.3[kHz]
・・・・(9)
ΔV=ΔFd・λ/2 ・・・・(10)
また、データ取得期間Tpの最低期間Tmは、たとえば式(11)により表され、データ取得期間TpはTm以上の値に設定される。
Tm=1/ΔFd ・・・・(11)
ΔFd=2・ΔV/λ=44.45[Hz] ・・・・(12)
式(11)および式(12)より、データ取得期間Tpは、たとえば式(13)により表される値、つまり22.5ミリ秒以上の値に設定される。
Tp≧Tm=1/ΔFd=1/44.45=0.0225[s]
・・・・(13)
つまり、速度計測装置2-1は、22.5ミリ秒以上の時間、たとえば実施の形態で既述した22.5ミリ秒から50ミリ秒の間のデータ取得期間Tpにおいて、繰返し周波数PRFを有するFMCW信号を用いて速度を計測する。データ取得期間Tpが22.5ミリ秒から50ミリ秒の間の値に設定されると、毎秒20回以上の速度計測が実行可能である。
ΔR=c/(2・B)=0.75[m] ・・・・(14)
0.75メートルという距離分解能は、複数の車両を分離し、別々に認識するために十分な分解能である。したがって、速度計測装置2-1は、24ギガヘルツ帯のFMCW信号を用いて各車両の速度を計測することができる。
Fdmax=2・Vmax/λ ・・・・(15)
したがって、繰返し周波数PRFは、Fdmax以上の値に設定される。最高速度Vmaxで移動する計測対象16を計測するためには、Fdmax以上の値の繰返し周波数PRFを有するFMCW信号を用いて、データ取得期間Tpの間に、既述の画像面22-1、22-2・・・22-nを生成する。たとえば、24ギガヘルツで時速200キロメートルの車両を計測する場合、式(15)よりドップラ周波数Fdmaxは、式(16)により表される。
Fdmax=2×200000/(3600×0.0125)
=8889[Hz] ・・・・(16)
データ取得期間Tpが22.5ミリ秒であるとき、このデータ取得期間Tpの間に取得される画像面22の数Nは、式(17)により表される。
N=Tp・Fdmax=200[枚] ・・・・(17)
計測対象16の速度を計測するため、約200枚の画像面22に記録された車両の位相データからドップラ周波数を計測すればよい。
Rn=RT+RRn ・・・・(18)
各受信部38-1、38-2・・・38-6が出力する受信信号fRの位相は、総距離Rnにより互いに異なる。式(18)において、nは、受信アンテナ14-1、14-2・・・14-6に付した1から6までのアンテナ番号である。
D=5×d+d ・・・・(19)
θRES=λ/D ・・・・(20)
θ0=d0/λ ・・・・(21)
R=f・C/(2k) ・・・・(24)
ただし、fは高速フーリエ変換の出力周波数であり、kはFMCW信号の傾きである。S204における到来方向の特定およびS205における距離の特定により、送信信号fTを反射した計測対象16または非計測対象の位置が特定される。
〔実施の形態または実施例の変形例〕
4 送信手段
6 受信手段
8 信号処理手段
10 画像表示手段
12 送信アンテナ
14 受信アンテナ
16 計測対象
18 計測領域
20 道路
22、22-1、22-2・・・22-n 画像面
24 画像
24-1 監視画面
24-2 信号強度指標
24-3 速度表示欄
36 送信部
38 受信部群
40 信号処理部
46 画像表示部
48 プロセッサ
50 メモリ部
52 基準信号生成部
54 インターフェース部
56 出力部
58 信号生成部
60 電力増幅部
62 方向性結合器
64 分配回路
66 低雑音増幅器(LNA)
68、68-1、68-2 周波数混合器(MIXER)
70、86 移相器
72、72-1、72-2 低域通過フィルタ(LPF)
74、74-1、74-2 中間周波増幅部
76、76-1、76-2 アナログ・デジタル変換器(A/D)
78 前処理部
80 チャープ信号生成部
82 キャリア信号生成部
84-1、84-2 MIXER
88 電力増幅部
Claims (18)
- 計測対象に向けて送信アンテナにより送信信号を送信する送信手段と、
前記計測対象からの反射波を複数の受信アンテナで受け、受信アンテナ毎に受信信号を生成する受信手段と、
前記受信信号間の位相差から前記複数の受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向を特定し、前記反射波の伝搬遅延時間から計測対象までの距離を求め、前記反射波の位相変動を算出して前記位相変動から前記計測対象の速度を算出する信号処理手段と、
を備え、
前記信号処理手段は、データ取得期間に得られた前記計測対象までの距離を表す複数の画像面に関するデータを高速フーリエ変換して、前記計測対象の速度を算出し、
前記データ取得期間は、以下の式で表され、
Tp≧λ/0.556
Tpはデータ取得期間〔単位:秒〕であり、
λは、前記送信信号の波長〔単位:メートル〕であることを特徴とする、速度計測装置。 - 前記信号処理手段は、前記送信信号の繰返し周期毎に計測データを取得し、各計測データから前記複数の画像面中の一つの画像面を生成し、
前記送信信号の繰返し周期は、λ/(2Vmax)未満であって、Vmaxは前記速度計測装置で計測可能な最高速度〔単位:メートル/秒〕であることを特徴とする請求項1に記載の速度計測装置。 - 前記速度計測装置は、道路上方に、道路の路肩に、または道路の中央分離帯に静的に設置され、または静的に設置される予定であり、道路を走行する車両の速度を計測することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の速度計測装置。
- 前記信号処理手段は、速度が0であり静止している対象を非計測対象と判断し、非計測対象の速度の算出を省略することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の速度計測装置。
- さらに、前記反射波の到来方向、前記計測対象までの距離および前記計測対象の速度から、前記計測対象の位置と速度を表す画像を表示する表示手段を備えることを特徴とする、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の速度計測装置。
- さらに、前記送信手段の前記送信信号、前記受信手段の前記受信信号、前記信号処理手段の信号処理を同期させる基準信号を発生する信号発生手段と、
を備えることを特徴とする、請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の速度計測装置。 - 前記送信手段は、前記計測対象、または該計測対象までの距離を検出するためのパルス信号、またはパルス圧縮のためにチャープ変調されたパルス信号を出力し、
前記受信手段は、基準信号と位相同期して前記受信信号をパルス圧縮し、前記距離で前記計測対象を分離することを特徴とする、請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の速度計測装置。 - 前記送信手段は、前記計測対象、または該計測対象までの距離を検出するためのFMCW信号を出力し、
前記送信手段は、前記送信信号の一部を分岐してローカル信号を生成し、
前記受信手段は、前記ローカル信号を用いて中間周波信号を生成し、基準信号と位相同期して前記中間周波信号を解析し、前記距離で各計測対象を分離することを特徴とする、請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の速度計測装置。 - 前記複数の受信アンテナは、一次元上に配列され、
前記受信手段または前記信号処理手段は、前記受信信号の位相差により前記計測対象の方位を特定することを特徴とする、請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の速度計測装置。 - コンピュータに計測対象の速度を計測させるための速度計測プログラムであって、
計測対象に向けて送信アンテナにより送信信号を送信し、
複数の受信アンテナで受けた前記計測対象からの反射波から生成された受信信号間の位相差から、前記複数の受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向を特定し、前記反射波の伝搬遅延時間から前記計測対象までの距離を求め、前記反射波の位相変動を算出して前記位相変動から前記計測対象の速度を算出する、
処理を前記コンピュータに実行させ、
前記コンピュータは、データ取得期間に得られた前記計測対象までの距離を表す複数の画像面に関するデータを高速フーリエ変換して、前記計測対象の速度を算出し、
前記データ取得期間は、以下の式で表され、
Tp≧λ/0.556
Tpはデータ取得期間〔単位:秒〕であり、
λは、前記送信信号の波長〔単位:メートル〕であるための速度計測プログラム。 - 前記コンピュータは、前記送信信号の繰返し周期毎に計測データを取得し、各計測データから前記複数の画像面中の一つの画像面を生成し、
前記送信信号の繰返し周期は、λ/(2Vmax)未満であって、Vmaxは計測可能な最高速度〔単位:メートル/秒〕であるための請求項10に記載の速度計測プログラム。 - さらに、前記反射波の到来方向、前記計測対象までの距離および前記計測対象の速度から、前記計測対象の位置と速度を表す画像を表示する処理を前記コンピュータに実行させるための請求項10または請求項11に記載の速度計測プログラム。
- コンピュータに計測対象の速度を計測させるための速度計測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
計測対象に向けて送信アンテナにより送信信号を送信し、
複数の受信アンテナで受けた前記計測対象からの反射波から生成された受信信号間の位相差から、前記複数の受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向を特定し、前記反射波の伝搬遅延時間から前記計測対象までの距離を求め、前記反射波の位相変動を算出して前記位相変動から前記計測対象の速度を算出する、
処理を前記コンピュータに実行させ、
前記コンピュータは、データ取得期間に得られた前記計測対象までの距離を表す複数の画像面に関するデータを高速フーリエ変換して、前記計測対象の速度を算出し、
前記データ取得期間は、以下の式で表され、
Tp≧λ/0.556
Tpはデータ取得期間〔単位:秒〕であり、
λは、前記送信信号の波長〔単位:メートル〕であるための速度計測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記コンピュータは、前記送信信号の繰返し周期毎に計測データを取得し、各計測データから前記複数の画像面中の一つの画像面を生成し、
前記送信信号の繰返し周期は、λ/(2Vmax)未満であって、Vmaxは計測可能な最高速度〔単位:メートル/秒〕であるための請求項13に記載の速度計測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - さらに、前記反射波の到来方向、前記計測対象までの距離および前記計測対象の速度から、前記計測対象の位置と速度を表す画像を表示する処理を前記コンピュータに実行させるための前記速度計測プログラムを記録した請求項13または請求項14に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 計測対象に向けて送信アンテナにより送信信号を送信する工程と、
前記計測対象からの反射波を複数の受信アンテナで受け、受信アンテナ毎に受信信号を生成する工程と、
前記受信信号間の位相差から前記複数の受信アンテナのアンテナ面に対する前記反射波の位相面を求めて前記反射波の到来方向を特定し、前記反射波の伝搬遅延時間から計測対象までの距離を求め、前記反射波の位相変動を算出して前記位相変動から前記計測対象の速度を算出する工程と、
を含み、
前記反射波の位相変動を算出する工程は、データ取得期間に得られた前記計測対象までの距離を表す複数の画像面に関するデータを高速フーリエ変換して、前記計測対象の速度を算出する工程を含み、
前記データ取得期間は、以下の式で表され、
Tp≧λ/0.556
Tpはデータ取得期間〔単位:秒〕であり、
λは、前記送信信号の波長〔単位:メートル〕であることを特徴とする、速度計測方法。 - 前記複数の画像面は、前記送信信号の繰返し周期毎に計測データを取得するとともに各計測データから前記複数の画像面中の一つの画像面を生成することにより取得され、
前記送信信号の繰返し周期は、λ/(2Vmax)未満であって、Vmaxは計測可能な最高速度〔単位:メートル/秒〕であることを特徴とする請求項16に記載の速度計測方法。 - さらに、前記反射波の到来方向、前記計測対象までの距離および前記計測対象の速度から、前記計測対象の位置と速度を表す画像を表示する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項16または請求項17に記載の速度計測方法。
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