JP7196744B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
[1.第1実施形態]
[1-1.構成]
車載システム1は、図1に示すように、レーダ装置10と運転支援ECU100とを備える。ECUは、Electronic Control Unitの略である。この車載システム1は、移動体である四輪自動車等の車両に搭載される。レーダ装置10は、例えば、車両の後端かつ左右端のそれぞれに取り付けられ、レーダ装置10の検知範囲内に車両の直進方向に沿った後方向、及び直進方向に直交する横方向が含まれるように配置される。レーダ装置10が搭載された車両を自車ともいう。
送信回路20は、送信アンテナ40に送信信号Ssを供給するための回路である。送信回路20は、ミリ波帯の高周波信号を、送信アンテナ40の上流に位置する分配器30に入力する。具体的に、送信回路20は、図2に示すように、予め設定された処理サイクルごとに、周波数が三角波状に増加、減少するように周波数変調された高周波信号を生成する第1変調期間と、周波数が交互に切り替わる高周波信号を生成する第2変調期間とを交互に繰り返し、生成された高周波信号を分配器30に入力する。なお、処理サイクルは、第1変調期間と第2変調期間との合計期間より長く設定されており、第2変調期間の終了後、次の処理サイクルの第1変調期間が始まるまでの期間を処理期間という。
送信アンテナ40は、分配器30から供給される送信信号Ssに基づいて、送信信号Ssに対応する周波数のレーダ波を発射する。
[1-2-1.物標検出処理]
処理ユニット70が実行する物標検出処理を、図3のフローチャートを用いて説明する。
本処理が起動すると、処理ユニット70は、S110にて、第1変調期間が終了したか否か、即ち、第1変調データの取得が終了したか否かを判定する。処理ユニット70は、第1変調データの取得が終了していなければ、同ステップを繰り返すことで待機し、第1変調データの取得が終了していれば、処理をS120に移行する。
方位演算では、各チャネルの同一周波数ビンで検出されるピークの位相が、チャネル毎に異なることを利用して方位展開する。この方位演算により、周波数ビン及び方位を座標軸とする2次元スペクトラムを生成する。方位演算にはMUSIC等の高分解アルゴリズムを用いてもよい。MUSICは、Multiple Signal Classificationの略である。これに限らず、ビームフォーミング等を用いてもよい。また、方位演算は、少なくとも、先のS120にてFFTスペクトラム上でピークが検出された全ての周波数ビンについて実行する。以下では、アップチャープの2次元スペクトラムをUPスペクトラム、ダウンチャープの2次元スペクトラムをDNスペクトラムという。
そして、MFピークに対応するUPピーク及びDNピークがいずれも抽出された場合の瞬時値を(MF,UP,DN)で表し、MFピークに対応するUPピークのみが抽出された場合の瞬時値を(MF,UP)で表し、MFピークに対応するDNピークのみが抽出された場合の瞬時値を(MF,DN)で表す。
S230では、処理ユニット70は、S190でのトラッキングによって検出された物標に関する推定値(x,y.Vx.Vy)を生成し、出力ユニット80を介して運転支援ECU100に出力して、処理を終了する。推定値には、虚像フラグFが含まれてもよい。
処理ユニット70が、先のS220で実行する虚像判定処理について説明する前に、虚像判定に使用する特徴量、実像分布、虚像分布、及び虚像出現確率について説明する。
第1特徴量D1は、以下の事実を利用した判定を実現するための特徴量である。すなわち、瞬時値により特定されるピーク対応点が実像であれば、方位展開後のピークレベルPddは、方位展開前のピークレベルPfu以下となる確率が高い。これに対して、ピーク対応点が虚像であれば、その大小関係に逆転が生じる確率が実像に比べて高いという事実である。
第2特徴量D2は、(2)式に示すように、UPピークに対応するUP-FFTピークのピークレベルであるPfuを第2特徴量D2とする。
第3特徴量D3は、(3)式に示すように、DNピークに対応するDN-FFTピークのピークレベルであるPfdを第3特徴量D3とする。
つまり、第2特徴量D2及び第3特徴量D3は、UP-FFTピーク及びDN-FFTピークのピークレベルは、ピーク対応点が実像である場合の方が虚像である場合より大きい傾向があるという事実を利用した判定を実現するための特徴量である。
実像出現確率P(R)は、全ての物標等の中で実像が出現する確率であり、虚像出現確率P(I)は、全ての物標等の中で虚像が出現する確率である。
学習では、まず、トンネル内及びトンネル外を走行しながら、レーダ装置10を作動させることで得られる測定結果から瞬時値を生成すると共に、生成された瞬時値を用いたトラッキングによって物標等を生成する。そして、生成された瞬時値や物標等から推定される各FFTピークのピークパワーのそれぞれについて各特徴量D1~D3を求める。更に、それら瞬時値や物標等から推定される各FFTピークのピークパワーとの履歴接続を有する物標等が実像であるか虚像であるかの正解を表す教師データ付きの特徴量D1~D3を蓄積する。また、生成された物標等のそれぞれについて特徴量D4,D5を求め、それら物標等が実像であるか虚像であるかの正解を表す教師データ付きの特徴量D4,D5を蓄積する。
処理ユニット70が実行する虚像判定処理を、図12のフローチャートを用いて説明する。
P(D|I)=P(D1|I)×P(D2|I)×P(D3|I)×P(D4|I) ×P(D5|I) (5)
P(D|R)=P(D1|R)×P(D2|R)×P(D3|R)×P(D4|R)×P(D5|R) (6)
(5)式は、全ての特徴量についての虚像確率を合成した合成虚像確率を表し、(6)式は、全ての特徴量について実像確率を合成した合成実像確率を表す。但し、(5)式及び(6)式の代わりに、(7)式及び(8)式を用いることで、演算量を削減すると共に、ソフトウェア上の桁落ちを抑制してもよい。
log P(D|I)=log P(D1|I)+log P(D2|I)+log P(D3|I)+log P(D4|I) +log P(D5|I)
(7)
P(D|R)=exp(log P(D|R))
log P(D|R)=log P(D1|R)+log P(D2|R)+log P(D3|R)+log P(D4|R) +log P(D5|R)
(8)
続くS400では、処理ユニット70は、S390にて算出された選択物標等の統合虚像確率PGが、予め設定された閾値THより大きいか否かを判定する。統合虚像確率PGが閾値THより大きければ、処理をS410に移行し、統合虚像確率PGが閾値TH以下であれば、処理をS420に移行する。
S420では、処理ユニット70は、先のS310にて、全ての物標等が選択済みであるか否かを判定する。選択済みではない物標等が存在する場合は、S310に処理を移行し、全ての物標等が選択済みであれば、処理を終了する。
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)レーダ装置10は、FMCW方式のアップチャープ及びダウンチャープ、並びに2FCW方式の受信信号から、距離及び方位について展開した2次元スペクトラムをそれぞれ生成し、これら複数の2次元スペクトラム上のピークを、マッチングすることで瞬時値を生成する。更に、瞬時値を用いたトラッキングによって物標等を生成し、生成された物標等が虚像であるか否かを、統合虚像確率PGを用いて判定する。なお、統合虚像確率PGは、瞬時値からから抽出される特徴量D1~D3、及び物標等から抽出される特徴量D4,D5のそれぞれについて、実像確率(Di|R)及び虚像確率P(Di|I)を算出し、これらを統合することで算出される値である。このため、レーダ装置10によれば、瞬時値を生成する際のピークのミスマッチング等による物標の誤検出を抑制でき、その結果、誤検出に基づく運転支援制御の誤作動を抑制できる。
[2-1.第1実施形態との相違点]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
処理ユニット70が、図12に示した第1実施形態の虚像判定処理に代えて実行する第2実施形態の虚像判定処理について、図13のフローチャートを用いて説明する。なお、S310~S380及びS410~S420の処理は、第1実施形態での処理と同様であるため、説明を省略する。
TH=log P(I)-log P(R)+A (10)
(10)式におけるAは、実験的に設定される定数であり、0であってもよい。THは、閾値であり、LBが正値であれば虚像、LBが負値であれば実像と判定できるように設定される。
続くS402では、処理ユニット70は、S394にて算出された選択物標等のログベイズ比LBfが0より大きいか否かを判定する。ログベイズ比LBfが0より大きければ、選択物標等は虚像であるとして、処理をS410に移行し、ログベイズ比LBfが0以下であれば、選択物標等は実像であるとして、処理をS420に移行する。
図14及び図15は、上側のグラフが(4)式によって算出されるゴースト確率PG、下側のグラフは、(9)式によって算出されるフィルタ処理前のログベイズ比LB、及び(11)式によって算出されるフィルタ処理後のログベイズ比LBfを、処理サイクル毎にプロットした結果を示す。なお、図14は、処理の対象となる物標等が実像である場合、図15は、処理の対象となる物標等が虚像である場合を示す。
以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)(1b)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
(2c)ログベイズ比LBの演算に、閾値THが組み込まれており、閾値THの調整も簡易に行うことができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(3d)上記実施形態では、第1変調としてFMCWを用いたが、本開示は、これに限定されるものではなく、少なくとも第2変調と異なっていれば、第1変調として、どのようなレーダ方式用いてもよい。また、上記実施形態では、2種類のレーダ方式を組み合わせた場合について説明したが、3種類以上のレーダ方式を組み合わせてもよい。
Claims (14)
- 2種類以上の変調方式を用い、予め設定された処理サイクル毎に、各変調方式による変調波をレーダ波として送受信することで得られる信号を解析することで、周波数を座標軸とする1次元スペクトラム及び周波数及び方位を座標軸とする2次元スペクトラムのうち少なくとも一方を、前記変調方式毎に生成するように構成されたスペクトラム生成部(70:S110~S160)と、
前記スペクトラム生成部にて生成される複数のスペクトラムから同一物標に基づくと推定されるピークの組み合わせを一つ以上抽出し、抽出された前記ピークの組み合わせ毎に、該ピークが有する情報から算出される距離及び方位を含む瞬時値を生成するように構成された瞬時値生成部(70:S170~S180)と、
前回の処理サイクルまでに生成された物標及び物標候補と前記瞬時値生成部にて生成された前記瞬時値との履歴接続の有無を判定することで、前記物標及び前記物標候補を生成及び消滅させるように構成された接続判定部(70:S190)と、
前記接続判定部にて前記物標及び前記物標候補である物標等との履歴接続が確認された前記瞬時値である接続瞬時値のそれぞれについて、前記接続瞬時値に対応づけられる情報、及び前記接続判定部にて前記接続瞬時値との履歴接続が確認された前記物標及び前記物標候補である物標等に対応づけられる情報のうち少なくとも一方を用いて、予め決められた一種類以上の特徴量を抽出するように構成された特徴量抽出部(70:S330~S380)と、
前記特徴量毎に予め生成された虚像分布及び実像分布が記憶される分布記憶部(72)と、
前記接続判定部にて生成される前記物標等毎に、該物標等に関する前記特徴量抽出部での抽出結果を用いて、前記虚像分布から虚像確率と前記実像分布から実像確率とをそれぞれ算出し、算出された前記虚像確率と前記実像確率とを統合した結果に従って、前記物標等が虚像であるか否かを判定するように構成された虚像判定部(70:S390~S410)と、
を備え、
前記虚像分布は、前記特徴量が与えられたときに、該特徴量の抽出元が虚像である確率を表す分布であり、
前記実像分布は、前記特徴量が与えられたときに、該特徴量の抽出元が実像である確率を表す分布であり、
前記虚像は、アンビギュイティにより実際より近い位置で検出される瞬時値であり、
前記実像は、実際の位置で検出される瞬時値であり、
前記特徴量は、前記虚像分布と前記実像分布とが異なった分布形状を有するものが用いられる、
レーダ装置。 - 請求項1に記載のレーダ装置であって、
前記変調方式には、FMCW変調が少なくとも含まれ、
前記スペクトラム生成部は、前記FMCW変調におけるアップチャープ及びダウンチャープを異なる変調方式として、それぞれについて前記2次元スペクトラムを生成する
レーダ装置。 - 請求項2に記載のレーダ装置であって、
前記スペクトラム生成部は、前記アップチャープ及び前記ダウンチャープ毎にFFTを実行することで周波数ビンが距離及び相対速度に対応するスペクトラムであるUP-FFTスペクトラム及びDN-FFTスペクトラムを前記1次元スペクトラムとして生成し、前記UP-FFTスペクトラム及びDN-FFTスペクトラムをそれぞれ前記周波数ビン毎に方位展開することで、前記アップチャープの2次元スペクトラムであるUPスペクトラム及び前記ダウンチャープの2次元スペクトラムであるDNスペクトラムを生成するように構成された、
レーダ装置。 - 請求項3に記載のレーダ装置であって、
前記瞬時値生成部にて生成される前記瞬時値には、前記DNスペクトラム上のピークと、前記UPスペクトラム上のピークとが少なくとも含まれ、
前記特徴量抽出部は、前記DNスペクトラム上のピークの信号レベルから、前記UPスペクトラム上のピークに対応する前記UP-FFTスペクトラム上のピークの信号レベルを減算した値を、前記特徴量の一つとして抽出する
レーダ装置。 - 請求項3または請求項4に記載のレーダ装置であって、
前記瞬時値生成部にて生成される前記瞬時値には、前記U P スペクトラム上のピークが少なくとも含まれ、
前記特徴量抽出部は、前記UPスペクトラム上のピークの信号レベルを、前記特徴量の一つとして抽出する
レーダ装置。 - 請求項3から請求項5までのいずれか1項に記載のレーダ装置であって、 前記瞬時値生成部にて生成される瞬時値には、前記DNスペクトラム上のピークが少なくとも含まれ、
前記特徴量抽出部は、前記DNスペクトラム上のピークの信号レベルを、前記特徴量の一つとして抽出する
レーダ装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のレーダ装置であって、
当該レーダ装置は移動体に搭載され、前記移動体が直進する方向とは直交する方向における位置を横位置として、
前記特徴量抽出部は、前記物標等の横位置を、前記特徴量の一つとして抽出する
レーダ装置。 - 請求項7に記載のレーダ装置であって、
前記物標等の移動方向及び移動速度から推定される、前記物標等が前記移動体まで到達した時の横位置を到達横位置として、
前記特徴量抽出部は、前記物標等の到達横位置を、前記特徴量の一つとして抽出する
レーダ装置。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のレーダ装置であって、
前記特徴量が複数用いられ、
前記虚像判定部は、着目する前記物標等を着目物標等として、前記着目物標等に対応づけられた前記特徴量毎に算出される前記虚像確率及び前記実像確率を、ナイーブベイズにより統合した統合虚像確率を用いて、前記着目物標等が虚像であるか否かを判定するように構成された、
レーダ装置。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のレーダ装置であって、
前記特徴量が複数用いられ、
前記虚像判定部は、着目する前記物標等を着目物標等として、前記着目物標等に対応づけられたすべての前記特徴量についての前記虚像確率を合成した合成虚像確率と、前記着目物標等に対応づけられたすべての前記特徴量について前記実像確率を合成した合成実像確率との比であるベイズ比を用いて、前記着目物標等が虚像であるか否かを判定するように構成された、
レーダ装置。 - 請求項10に記載のレーダ装置であって、
前記虚像判定部は、前記ベイズ比に対して、値の急激な変化を抑制するフィルタ処理を施し、前記フィルタ処理後のベイズ比を用いて、前記着目物標等が虚像であるか否かを判定するように構成された、
レーダ装置。 - 請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載のレーダ装置であって、
前記分布記憶部には、前記物標等までの距離に対応づけて、前記特徴量毎に、複数種類の前記虚像分布及び前記実像分布が記憶され、
前記虚像判定部は、前記瞬時値から特定される前記物標等までの距離に応じて選択された前記虚像分布及び前記実像分布を用いて、前記虚像確率及び前記実像確率を算出するように構成された、
レーダ装置。 - 請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載のレーダ装置であって、
前記変調方式には、受信信号から、位相折返しによる曖昧さを有した情報が検出される変調が少なくとも含まれる
レーダ装置。 - 請求項13に記載のレーダ装置であって、
前記変調方式には、多周波CW変調又はFCM変調が少なくとも含まれる
レーダ装置。
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