JP7205009B2 - 物体検知装置、レーダ装置および物体検知方法 - Google Patents

物体検知装置、レーダ装置および物体検知方法 Download PDF

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Description

本開示は、物体検知装置、レーダ装置および物体検知方法に関する。
車載レーダ装置は、例えばミリ波の電波を車両外部に照射し、車両外部に存在する目標によって反射された電波の反射波を受信して、当該受信電波を用いて生成した受信信号を解析することによって、目標と車載レーダ装置との相対距離および相対速度を算出する。車載レーダ装置によって観測される物体には、歩行者などの移動物体のみならず、ガードレールなどの静止物体も存在する。車載レーダ装置は、観測した物体が、路側帯から車両側へ飛び出し得る歩行者などの移動物体であるか否かを事前に判定する必要がある。
車載レーダ装置には、観測した物体が静止物体または移動物体であるかを判定する物体検知装置および物体検知方法が用いられる。例えば、特許文献１には、レーダ装置から照射され、物体で反射された電波の受信信号を、静止物体で反射された電波の反射波のパスを示すマルチパス環境モデルと、マルチパス環境下ではない反射波のパスを示す非マルチパス環境モデルとについて解析することにより、受信信号が静止物体からのものであるか否かを判定する物体検知装置および物体検知方法が記載されている。
特開２０１９－２０１５８号公報
特許文献１に記載された物体検知装置は、目標との相対距離と、目標で反射された電波の入射角度とが、移動物体と静止物体との間で異なることに基づいて、目標が静止物体であるか否かを判定している。このため、従来の物体検知装置は、相対距離および入射角度が等しい移動物体と静止物体が目標に含まれる場合、目標が静止物体であるか否かを正確に判定できないという課題があった。
本開示は上記課題を解決するものであり、相対距離および入射角度が等しい移動物体と静止物体が目標に含まれる場合であっても、目標が静止物体であるか否かを判定することができる物体検知装置、レーダ装置および物体検知方法を得ることを目的とする。
本開示に係る物体検知装置は、速度分解能が移動物体の平均移動速度よりも小さくなる観測時間でレーダ装置によって目標が観測されて得られた波動データを取得する波動データ取得部と、レーダ装置の移動速度を取得する速度取得部と、波動データを用いて、レーダ装置と目標との相対距離、レーダ装置から照射されて目標において反射した信号が当該レーダ装置に入射する入射角度およびレーダ装置と目標との第１の相対速度を推定する目標データ推定部と、速度取得部によって取得された移動速度と目標データ推定部によって推定された相対距離および入射角度とに基づいて、目標が静止物体である場合における当該目標とレーダ装置との第２の相対速度を推定し、第１の相対速度と第２の相対速度とを比較することにより、目標が静止物体であるか否かを判定する静止物体判定部を備える。
本開示によれば、速度分解能が移動物体の平均移動速度よりも小さくなる観測時間で、レーダ装置によって目標が観測されて得られた波動データを用いることで、レーダ装置の移動速度、レーダ装置と目標との相対距離およびレーダ装置から照射されて目標において反射した信号が当該レーダ装置に入射する入射角度に基づいて、目標が静止物体である場合における第２の相対速度の推定が可能となる。これにより、本開示に係る物体検知装置は、レーダ装置が観測している目標に相対距離および入射角度が等しい移動物体と静止物体が含まれる場合であっても、目標が静止物体であるか否かを判定することができる。
実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る物体検知装置の動作を示すフローチャートである。 図１のステップＳＴ２の詳細な処理を示すフローチャートである。 図１のステップＳＴ３の詳細な処理を示すフローチャートである。 レーダ装置と移動物体との関係を示す概要図である。 レーダ装置と静止物体との関係を示す概要図である。 図１のステップＳＴ４の詳細な処理を示すフローチャートである。 レーダ装置に目標が衝突する可能性がない場合の両者の位置関係を示す概要図である。 レーダ装置に目標が衝突する可能性がある場合の両者の位置関係を示す概要図である。 ２次元曲線の予想線およびレーダ装置の位置関係を示す概要図である。 図１１Ａは、実施の形態１に係る物体検知装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図であり、図１１Ｂは、実施の形態１に係る物体検知装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、例えば、移動体に搭載されており、移動体の外部へ電磁波を照射し、電磁波が目標において反射した反射波を受信し、反射波の受信信号に基づいて目標を観測する。以下の説明では、移動体は車両であるものとする。図１に示すように、レーダ装置１は、アンテナ２、送受切替器３、送信機４、受信機５、Ａ／Ｄ変換器６、速度計７および物体検知装置８を備える。
アンテナ２は、送受切替器３と接続され、電磁波である送信ＲＦ信号を送信し、目標からの反射波である受信ＲＦ信号を受信する送受信アンテナである。アンテナ２の種類は、例えば、レーダ装置１が使用される環境に応じて選択される。アンテナ２の種類には、例えば、パッチアンテナまたはホーンアンテナがある。また、アンテナ２は、複数の素子アンテナにより構成されたアレイアンテナであってもよい。以下の説明では、アンテナ２は、アレイアンテナであるものとする。送受切替器３は、アンテナ２に送信ＲＦ信号を出力する送信タイミングと、目標において反射された反射波をアンテナ２が受信する受信タイミングとを時系列に切り替える。
送信機４は、送信ＲＦ信号をパルス変調し、パルス変調した送信ＲＦ信号を、送受切替器３およびＡ／Ｄ変換器６に出力する。送受切替器３が送信側に切り替えられた状態で、送信ＲＦ信号は、アンテナ２によって空間に照射される。受信機５は、送受切替器３が受信側に切り替えられた状態で、目標において送信ＲＦ信号が反射した反射信号を含んだ信号を受信ＲＦ信号として受信する。
送信機４および受信機５は、レーダ装置１の速度分解能が移動物体の平均移動速度よりも小さくなる観測時間で、目標を観測するように設定されている。例えば、移動物体として歩行者が想定されている場合、送信機４および受信機５には、レーダ装置１の速度分解能が歩行者の平均移動速度よりも小さくなる観測時間が設定される。なお、レーダ装置１を搭載する移動体が車両である場合、想定される移動物体は、歩行者の他に、車両、自転車または動物などが挙げられる。移動物体の平均移動速度は、例えば、移動物体の移動に関する統計データに基づいて算出され、レーダ装置１に予め設定される。
Ａ／Ｄ変換器６は、送信機４によって生成された送信ＲＦ信号および受信機５によって受信された受信ＲＦ信号をそれぞれＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された信号を物体検知装置８に出力する。速度計７は、レーダ装置１の移動速度を計測する。例えば、レーダ装置１が車両に搭載されている場合、速度計７は、車両の移動速度に基づいたレーダ装置１の絶対速度を計測する。
物体検知装置８は、レーダ装置１が観測している目標が静止物体であるか否かを判定する装置であり、データ格納部８１、データ取得部８２、信号処理部８３および出力データ格納部８４を備える。データ格納部８１は、物体検知装置８が備える記憶装置に構成される。データ格納部８１には、Ａ／Ｄ変換器６から出力された受信ＲＦ信号が波動データとして格納され、速度計７によって計測されたレーダ装置１の移動速度が速度データとして格納される。なお、データ格納部８１は、物体検知装置８とは別に設けられた記憶装置に構成されてもよい。
データ取得部８２は、データ格納部８１に格納されているデータのうち、レーダ装置１が観測した目標が静止物体であるか否かの判定に使用する波動データおよび速度データを取得する。例えば、データ格納部８１が、物体検知装置８とは別に設けられた記憶装置に構成されている場合、データ取得部８２は、有線または無線の通信経路を通じて上記記憶装置から波動データおよび移動速度データを取得する。図１に示すように、データ取得部８２は、波動データ取得部８２１および速度取得部８２２を備える。
波動データ取得部８２１は、データ格納部８１に格納されたデータから、波動データを取得する。波動データは、レーダ装置１によって速度分解能が移動物体の平均移動速度よりも小さくなる観測時間で目標が観測されて得られたデータであり、送信機４および受信機５による複数のヒットにより得られた、目標からの反射信号の受信ＲＦ信号を含んだ複素数のデータである。速度取得部８２２は、データ格納部８１に格納されたデータから、レーダ装置１の移動速度を示す速度データを取得する。
信号処理部８３は、データ取得部８２によって取得された波動データおよび速度データを用いた信号処理を行うことによって、レーダ装置１が観測した目標が静止物体であるか否かを判定し、目標が移動物体である場合、レーダ装置１を搭載する車両と目標とが衝突する可能性を判定する。また、出力データ格納部８４は、物体検知装置８が備える記憶装置に構成される。信号処理部８３による信号処理で得られたデータは、出力データとして出力データ格納部８４に格納される。なお、出力データ格納部８４は、物体検知装置８とは別に設けられた記憶装置に構成されてもよい。
図１に示す信号処理部８３は、目標データ推定部８３１、静止物体判定部８３２および最終判定部８３３を備えている。目標データ推定部８３１は、波動データ取得部８２１によって取得された波動データを用いて、レーダ装置１と目標との相対距離、受信ＲＦ信号の入射角度およびレーダ装置１と目標との相対速度を推定する。
レーダ装置１と目標との相対距離は、車両とともに移動するレーダ装置１とレーダ装置１によって観測された目標との間における相対的な距離である。受信ＲＦ信号の入射角度は、レーダ装置１から照射されて目標において反射した信号がレーダ装置１に入射する際の入射角度であり、例えば、レーダ装置１の移動方向と目標からの反射信号の受信方向とがなす角度である。また、レーダ装置１と目標との相対速度は、レーダ装置１と目標との間の相対的な速度を示す第１の相対速度である。
静止物体判定部８３２は、速度取得部８２２によって取得された速度データと目標データ推定部８３１によって推定された相対距離および入射角度とに基づいて、目標が静止物体である場合における目標とレーダ装置１との相対速度を推定する。静止物体判定部８３２は、推定した相対速度と目標データ推定部８３１が推定した相対速度とを比較することで、目標が静止物体であるか否かを判定する。なお、目標が静止物体である場合における目標とレーダ装置１との相対速度は、静止物体である目標に対するレーダ装置１の相対的な速度であり、第２の相対速度である。
最終判定部８３３は、目標がレーダ装置１に衝突する可能性を判定する。例えば、波動データ取得部８２１、速度取得部８２２、目標データ推定部８３１および静止物体判定部８３２は、それぞれの処理を複数のサイクル数で繰り返し行う。最終判定部８３３は、静止物体判定部８３２による複数のサイクル数の判定で得られた目標の速度ベクトルを用いて目標の移動方向を推定し、推定した目標の移動方向に基づいて、目標がレーダ装置１に衝突する可能性を判定する。最終判定部８３３による判定結果は、出力データ格納部８４に格納される。
出力データ格納部８４が、物体検知装置８とは別に設けられた記憶装置に構成される場合、最終判定部８３３は、有線または無線の通信経路を通じて判定結果を示すデータを、記憶装置に出力する。また、物体検知装置８が、レーダ装置１が観測している目標が静止物体であるか否かの判定のみを行う場合、最終判定部８３３は、物体検知装置８の構成要素から省略される。
実施の形態１に係る物体検知装置８の動作は、以下の通りである。
図２は、物体検知装置８の動作を示すフローチャートである。図２におけるステップＳＴ１からステップＳＴ３までの処理が、実施の形態１に係る物体検知方法を示している。
データ取得部８２は、データ格納部８１に格納されているデータから波動データおよび速度データを取得する（ステップＳＴ１）。例えば、波動データ取得部８２１は、データ格納部８１から、複数のヒット数分の波動データを取得する。さらに、速度取得部８２２は、データ格納部８１から、波動データ取得部８２１が取得した波動データの観測時刻と同じ時刻におけるレーダ装置１の速度データを取得する。速度取得部８２２によって取得された速度データは、静止物体判定部８３２に出力される。
波動データ取得部８２１が取得する波動データのヒット数は、下記式（１）で表される速度分解能Δｖｒｅｓｏが、移動物体の平均移動速度よりも小さくなる観測時間となるヒット数であってもよい。下記式（１）において、λは、送信機４および受信機５によって１ヒットあたりに送受信される電磁波の波長である。Ｔｏｂｓは、レーダ装置１による目標の観測時間である。観測時間Ｔｏｂｓは、１ヒットあたりの目標の観測時間を数ヒット分で合計した時間であってもよい。例えば、移動物体として歩行者が想定され、歩行者の平均的な歩行速度がｖｐｅｄである場合、波動データ取得部８２１は、速度分解能Δｖｒｅｓｏが速度ｖｐｅｄよりも小さくなる観測時間Ｔｏｂｓの波動データを取得する。波動データ取得部８２１によって取得された波動データは、目標データ推定部８３１に出力される。

Figure 0007205009000001
続いて、目標データ推定部８３１は、波動データ取得部８２１によって取得された波動データを用いて、レーダ装置１が観測した目標との相対距離、相対速度および入射角度を示す目標データを推定する（ステップＳＴ２）。図３は、図１のステップＳＴ２の詳細な処理を示すフローチャートであり、目標データ推定部８３１による目標データの推定処理を示している。目標データ推定部８３１は、波動データを距離方向に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することにより、レーダ装置１と目標との相対距離γ’ｔｇｔを算出する（ステップＳＴ１ａ）。なお、目標データ推定部８３１は、ＦＦＴの代わりに、波動データを距離方向にデジタルフーリエ変換（ＤＦＴ）を行って相対距離γ’ｔｇｔを算出してもよい。
続いて、目標データ推定部８３１は、波動データをヒット方向にＦＦＴして、レーダ装置１の移動速度と目標の視線方向の速度との相対速度ｖ’ｔｇｔを算出する（ステップＳＴ２ａ）。なお、目標データ推定部８３１は、ＦＦＴの代わりに、波動データをヒット方向にＤＦＴして相対速度ｖ’ｔｇｔを算出してもよい。目標の視線方向とは、目標が移動物体である場合、移動物体が移動する方向である。
目標データ推定部８３１は、波動データに含まれる、アンテナ２を構成する複数の素子アンテナごとの受信信号をコヒーレント積分する（ステップＳＴ３ａ）。目標データ推定部８３１は、例えば一定誤警報確率（ＣＦＡＲ）処理を用いることで、コヒーレント積分後の信号の受信強度に基づいて、受信ＲＦ信号の入射角度方向における目標を検出する。この処理において、目標データ推定部８３１は、ステップＳＴ１ａにおいて推定した目標との相対距離γ’ｔｇｔと目標の付近の物体との相対距離を用いてもよいし、ステップＳＴ２ａにおいて推定した目標との相対速度ｖ’ｔｇｔと目標の付近の物体との相対速度のみを用いてもよい。
続いて、目標データ推定部８３１は、ステップＳＴ３ａで検出した目標に関するデータに対してモノパルス測角処理を行うことにより、目標からの反射信号の入射角度θｔｇｔを推定する（ステップＳＴ４ａ）。なお、目標データ推定部８３１は、モノパルス測角処理の代わりに、例えば、多重信号分類（ＭＵＳＩＣ）といった測角処理を用いて、入射角度θｔｇｔを推定してもよい。目標データ推定部８３１によって推定された、レーダ装置１と目標との相対距離γ’ｔｇｔ、レーダ装置１と目標との相対速度ｖ’ｔｇｔおよび目標からの反射信号の入射角度θｔｇｔは、静止物体判定部８３２に出力される。
図２において、静止物体判定部８３２は、レーダ装置１の速度Ｖ０、相対距離γ’ｔｇｔおよび入射角度θｔｇｔに基づいて、目標が静止物体である場合における当該目標とレーダ装置１との相対速度Ｖ’２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎを推定し、推定した相対速度Ｖ’２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎと相対速度ｖ’ｔｇｔとを比較することにより、目標が静止物体であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。図４は、図１のステップＳＴ３の詳細な処理を示すフローチャートであり、静止物体判定部８３２による静止物体判定処理を示している。
静止物体判定部８３２は、レーダ装置１の速度Ｖ０、目標との相対距離γ’ｔｇｔおよび目標からの反射信号の入射角度θｔｇｔを用いて、目標が静止物体である場合におけるレーダ装置１と目標との相対速度Ｖ’２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎを推定する（ステップＳＴ１ｂ）。図５はレーダ装置１と移動物体９Ａとの関係を示す概要図である。例えば、図５に示すように、レーダ装置１が速度Ｖ０で移動し、目標がレーダ装置１の進行方向（ｙ方向）に対し垂直な方向（ｘ方向）に移動する移動物体９Ａである場合、レーダ装置１と移動物体９Ａとの相対速度Ｖ’１（ｔ）は、移動物体９Ａの横断速度Ｖ１と、移動物体からレーダ装置１への反射信号の入射角度θ１とを用いて、下記式（２）によって算出することができる。

Figure 0007205009000002
図６はレーダ装置１と静止物体９Ｂとの関係を示す概要図である。図６において、レーダ装置１は、図５と同様に速度Ｖ０でｙ方向に移動し、目標は静止物体９Ｂである。この場合、静止物体９Ｂには、速度Ｖ２が生じない。このため、レーダ装置１と静止物体９Ｂとの相対速度Ｖ’２（ｔ）は、静止物体９Ｂからレーダ装置１への反射信号の入射角度θ２を用いて、下記式（３）によって算出することができる。

Figure 0007205009000003
上記式（２）を用いて、レーダ装置１と移動物体９Ａとの相対速度Ｖ’２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎを算出する場合、移動物体９Ａの横断速度Ｖ１が必要である。一方、目標が静止物体９Ｂである場合、上記式（３）から明らかなように、レーダ装置１と静止物体９Ｂとの相対速度Ｖ’２（ｔ）は、レーダ装置１の速度Ｖ０および入射角度θ２を用いれば算出することができる。
目標からレーダ装置１への反射信号の入射角度θｔｇｔ（ｔ）は、レーダ装置１と目標との位置関係によって、例えば下記式（４）に従って時々刻々と変化する。下記式（４）において、ｘ（ｔ）は、レーダ装置１の進行方向に対して垂直な方向の目標までの距離である。ｙ（ｔ）は、レーダ装置１の進行方向に対して水平な方向の目標までの距離である。例えば、図５において、ｘ（ｔ）はＷ０であり、ｙ（ｔ）はＬ０である。

Figure 0007205009000004
ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）は、レーダ装置１または目標の進行方向または進行速度によって、下記式（５）に示すように、時刻ｔに応じて変化する。下記式（５）において、Ｗ０は、レーダ装置１の進行方向に対して垂直な方向の目標までの初期距離である。Ｌ０は、レーダ装置１の進行方向に対して水平な方向の目標までの初期距離である。Ｖｔｇｔは、目標の横断速度であり、目標が静止物体である場合は、０ｍ／ｓとなる。

Figure 0007205009000005
静止物体判定部８３２は、上記式（３）、上記式（４）および上記式（５）を用いて、レーダ装置１と静止物体との相対速度Ｖ’２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎを推定する。例えば、静止物体判定部８３２は、下記式（６）に示すように、レーダ装置１の進行方向に対して垂直な方向の目標までの距離を任意の値とし、レーダ装置１の進行方向に対して水平な方向の目標までの距離を任意の値とし、これらの距離についての任意の間隔の複数の設定値を要素とした行列Ｗおよび行列Ｌを用いて、レーダ装置１と静止物体との相対速度の推定値を算出する。下記式（６）において、強調文字のＬは行列Ｌであり、行列Ｌの設定値はＮ個である。強調文字のＷは行列Ｗであり、行列Ｗの設定値はＭ個である。ΔＬおよびΔＷは、それぞれの設定値についての任意の間隔である。例えば、ΔＬおよびΔＷを１０ｃｍとした場合、レーダ装置１と静止物体との相対速度の推定値を、１０ｃｍ精度で算出することが可能である。

Figure 0007205009000006
上記式（６）に示した行列Ｌおよび行列Ｗを用いることにより、静止物体判定部８３２は、レーダ装置１と静止物体との相対距離Ｒ’を、下記式（７）を用いて算出することができる。下記式（７）において、相対距離Ｒ’は、行列Ｌおよび行列Ｗを含む行列で表される。

Figure 0007205009000007
続いて、静止物体判定部８３２は、静止物体からレーダ装置１への反射信号の入射角度θ２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（ｔ）についての時間に応じた変化の推定値を、上記式（４）から上記式（７）を用いて、下記式（８）に従い算出する。下記式（８）において、強調文字のＲは、相対距離Ｒ’の設定値を要素とした行列である。

Figure 0007205009000008
静止物体判定部８３２は、入射角度θ２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（ｔ）を用いて、目標が静止物体である場合における目標とレーダ装置１との相対速度Ｖ’２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎの推定値を、下記式（９）に従って算出する。

Figure 0007205009000009
図４において、静止物体判定部８３２は、静止物体の相対速度Ｖ’２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎと、目標データ推定部８３１によって推定されたレーダ装置１と目標との相対速度ｖ’ｔｇｔとを比較することにより、目標が静止物体であるか否かを判定する（ステップＳＴ２ｂ）。静止物体判定部８３２は、下記式（１０）に従って、相対速度Ｖ’２，ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（ｔ）と相対速度ｖ’ｔｇｔとを比較することにより、目標が静止物体であるか否かを判定する。下記式（１０）において、γｏｂｊは、判定を示す値である。Ｖｍａｒｇｉｎは、相対速度のマージンである。相対速度マージンＶｍａｒｇｉｎには、判定のあいまいさが回避される任意の値が設定される。

Figure 0007205009000010
上記式（１０）を用いた判定において、目標が静止物体である場合、判定結果γｏｂｊは「１」となり、目標が移動物体である場合には、判定結果γｏｂｊは「０」となる。図２のステップＳＴ１からステップＳＴ３までの一連の処理が実施の形態１に係る物体検知方法である。なお、静止物体判定部８３２による静止物体の判定が困難である場合、物体検知装置８は、静止物体の判定が困難である旨を装置外部に通知してから、最終判定部８３３の処理へ進んでもよい。また、判定が困難であれば、物体検知装置８は、図２のステップＳＴ１の処理まで戻り、ステップＳＴ３における静止物体の判定を再度実施してもよい。
静止物体判定部８３２による判定結果は、最終判定部８３３に出力される。図２において、最終判定部８３３は、静止物体判定部８３２による判定結果を用いて、目標がレーダ装置１に衝突する可能性を判定する（ステップＳＴ４）。図２のステップＳＴ１からステップＳＴ３までの一連の処理は複数のサイクル数で繰り返し行われる。例えば、波動データ取得部８２１、速度取得部８２２、目標データ推定部８３１および静止物体判定部８３２が、それぞれの処理である、ステップＳＴ１からステップＳＴ３までの一連の処理を、例えば、２回以上のサイクルで実施すると、異なる時刻における目標の位置が得られる。
静止物体判定部８３２は、判定結果に加え、異なる時刻における目標の位置を最終判定部８３３へ出力する。最終判定部８３３は、異なる時刻における目標の位置を用いて目標の速度ベクトルを算出し、目標の速度ベクトルを用いて目標の移動方向を推定することにより、推定した目標の移動方向に基づいて、目標がレーダ装置１に衝突する可能性を判定する。目標とレーダ装置１の衝突は、レーダ装置１を搭載する車両と目標との衝突を意味する。
ステップＳＴ１からステップＳＴ３までの一連の処理が３回以上のサイクルで実施された場合、異なる時刻における目標の位置を用いて、目標の加速度を算出することが可能である。この場合、最終判定部８３３は、目標の加速度を用いて当該目標がレーダ装置１に衝突する可能性を判定することができる。
図７は、図１のステップＳＴ４の詳細な処理を示すフローチャートであり、最終判定部８３３による判定処理を示している。図７において、図２のステップＳＴ１からステップＳＴ３までの一連の処理が２回以上のサイクルで実施され、最終判定部８３３には、静止物体判定部８３２から、判定結果を示すデータとして、γｏｂｊおよび異なる時刻における目標の位置を示すデータが出力されているものとする。また、図８は、レーダ装置１に目標が衝突する可能性がない場合の両者の位置関係を示す概要図である。図９は、レーダ装置１に目標が衝突する可能性がある場合の両者の位置関係を示す概要図である。
図８および図９において、目標は移動物体９Ａである。時刻ｔｋの静止物体判定が行われた移動物体９Ａの位置をｐ（ｔｋ）とした場合、次の時刻ｔｋ＋１の静止物体判定が行われた移動物体９Ａの位置は、ｐ（ｔｋ＋１）と表される。最終判定部８３３は、位置ｐ（ｔｋ）およびｐ（ｔｋ＋１）を用いて、移動物体９Ａの速度ベクトルＰｋを、移動物体９Ａの移動方向として推定する（ステップＳＴ１ｃ）。最終判定部８３３は、図８および図９に示すように、速度ベクトルＰｋを任意の時間ｔＫまで延長したベクトルを、移動物体９Ａの移動の予想線ＰＫとして求める。
続いて、最終判定部８３３は、レーダ装置１の位置を中心とし、距離閾値Ｐｔｈｒｅｓｈを半径とする衝突予想域Ａを設定する（ステップＳＴ２ｃ）。例えば、距離閾値Ｐｔｈｒｅｓｈは、レーダ装置１の移動速度または加速度、レーダ装置１から目標までの間の相対距離といった複数のパラメータおよび観測条件に応じて設定される。
最終判定部８３３は、予想線ＰＫが衝突予想域Ａに交わるか否かに基づいて、移動物体９Ａがレーダ装置１に衝突する可能性を判定する（ステップＳＴ３ｃ）。例えば、図８に示すように、予想線ＰＫが衝突予想域Ａから外れている場合、最終判定部８３３は、移動物体９Ａがレーダ装置１に衝突する可能性がないと判定する。図９に示すように、予想線ＰＫが衝突予想域Ａと交わっている場合、最終判定部８３３は、移動物体９Ａがレーダ装置１に衝突する可能性があると判定する。
図８および図９では、目標の速度ベクトルを任意の時刻ｔＫまで延長したベクトルを、予想線ＰＫとしたが、予想線は、多次元の曲線で表されてよい。図１０は、２次元曲線の予想線およびレーダ装置１の位置関係を示す概要図である。予想線は、図１０に示すように、２次曲線で定義されてもよい。
例えば、最終判定部８３３は、静止物体判定部８３２から出力された任意の時刻ｔｋの目標の位置Ｐ（ｔｋ）、次の時刻ｔｋ＋１の目標の位置Ｐ（ｔｋ＋１）および次の時刻ｔｋ＋２の目標の位置Ｐ（ｔｋ＋２）を用いて、目標が２次曲線の軌道で移動していると予想すると、任意の時間ｔＫまで延長した２次曲線の予想線ＰＫを算出する。最終判定部８３３は、１次元ベクトルの予想線と同様に、予想線ＰＫが衝突予想域Ａに交わるか否かに基づいて目標がレーダ装置１に衝突する可能性を判定する。
次に、最終判定部８３３は、目標の衝突可能性の判定結果および静止物体判定結果を、出力データとして出力データ格納部８４に出力する。出力データ格納部８４に格納された出力データは、例えば車両に搭載された表示装置に出力される。これにより、車両の乗員は、表示装置に表示された出力データに基づいて、レーダ装置１が観測した目標が移動物体であるか否かを認識でき、目標が車両に衝突する可能性を認識することができる。
なお、物体検知装置８は、レーダ装置１とは別に設けられた装置であってもよい。この場合、物体検知装置８は、有線または無線の通信経路を通じて、レーダ装置１から波動データおよび速度データを取得する。また、レーダ装置１を搭載する移動体は、車両に限定されず、鉄道、船舶または航空機であってもよい。
また、アンテナ２は、レーダ装置１の移動方向に対して平行な方向または垂直な方向に少なくとも２つ以上の送信アンテナおよび受信アンテナであってもよい。送信機４および受信機５は、送信アンテナと受信アンテナによって送受信される信号を用いて多重入力多重出力処理（ＭＩＭＯ処理）を行う。これにより、２つ以上の送信アンテナおよび受信アンテナによってアンテナ２の開口径が仮想的に拡大するので、レーダ装置１は、目標からレーダ装置１への反射信号の入射角度の角度分解能が向上する。
物体検知装置８の機能を実現するハードウェア構成は、以下の通りである。
物体検知装置８が備える波動データ取得部８２１、速度取得部８２２、目標データ推定部８３１、静止物体判定部８３２および最終判定部８３３の機能は、処理回路により実現される。すなわち、物体検知装置８は、図２に示したステップＳＴ１からステップＳＴ４までの処理を実行する処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。
図１１Ａは、物体検知装置８の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１１Ｂは、物体検知装置８の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、入出力インタフェース１００は、例えばＡ／Ｄ変換器６からデータ格納部８１へのデータを中継し、出力データ格納部８４から不図示の表示装置へのデータを中継するインタフェースである。記憶装置１０１は、データ格納部８１および出力データ格納部８４として機能する記憶領域を有した記憶装置である。また、各構成要素は、信号線１０３によって互いに接続されている。
処理回路が図１１Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１０２である場合、処理回路１０２は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）またはこれらを組み合わせたものが該当する。物体検知装置８が備える波動データ取得部８２１、速度取得部８２２、目標データ推定部８３１、静止物体判定部８３２および最終判定部８３３の機能は、別々の処理回路で実現されてもよいし、これらの機能がまとめて１つの処理回路で実現されてもよい。
処理回路が図１１Ｂに示すプロセッサ１０４である場合、物体検知装置８が備える波動データ取得部８２１、速度取得部８２２、目標データ推定部８３１、静止物体判定部８３２および最終判定部８３３の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ１０５に記憶される。
プロセッサ１０４は、メモリ１０５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り、物体検知装置８が備える波動データ取得部８２１、速度取得部８２２、目標データ推定部８３１、静止物体判定部８３２および最終判定部８３３の機能を実現する。
例えば、物体検知装置８は、プロセッサ１０４によって実行されるときに、図２に示すフローチャートにおけるステップＳＴ１からステップＳＴ４の処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ１０５を備える。これらのプログラムは、波動データ取得部８２１、速度取得部８２２、目標データ推定部８３１、静止物体判定部８３２および最終判定部８３３の手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ１０５は、コンピュータを、波動データ取得部８２１、速度取得部８２２、目標データ推定部８３１、静止物体判定部８３２および最終判定部８３３として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
メモリ１０５は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
物体検知装置８が備える波動データ取得部８２１、速度取得部８２２、目標データ推定部８３１、静止物体判定部８３２および最終判定部８３３の機能の一部は専用ハードウェアによって実現され、一部はソフトウェアまたはファームウェアによって実現されてもよい。例えば、波動データ取得部８２１および速度取得部８２２は、専用のハードウェアである処理回路１０２によって機能が実現され、目標データ推定部８３１、静止物体判定部８３２および最終判定部８３３は、プロセッサ１０４がメモリ１０５に記憶されたプログラムを読み出し実行することにより、機能が実現される。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって上記機能を実現することができる。
以上のように、実施の形態１に係る物体検知装置８は、波動データを取得する波動データ取得部８２１と、レーダ装置１の移動速度を取得する速度取得部８２２と、波動データを用いて、レーダ装置１と目標との相対距離、目標からの反射信号の入射角度およびレーダ装置１と目標との第１の相対速度を推定する目標データ推定部８３１と、速度取得部８２２によって取得された移動速度と目標データ推定部８３１によって推定された相対距離および入射角度に基づいて、目標が静止物体である場合における目標とレーダ装置１との第２の相対速度を推定し、第１の相対速度と第２の相対速度とを比較することで、目標が静止物体であるか否かを判定する静止物体判定部８３２とを備える。波動データが、速度分解能が移動物体の平均移動速度よりも小さくなる観測時間でレーダ装置１が目標を観測して得られたデータであるので、レーダ装置１の移動速度、レーダ装置１と目標との相対距離および目標からの反射信号の入射角度を用いて、目標が静止物体である場合における第２の相対速度の推定が可能となる。これにより、物体検知装置８は、レーダ装置１が観測している目標に相対距離および入射角度が等しい移動物体と静止物体が含まれる場合であっても、目標が静止物体であるか否かを判定することができる。
また、実施の形態１に係る物体検知装置８は、目標がレーダ装置１に衝突する可能性を判定する最終判定部８３３を備える。これにより、物体検知装置８は、目標が静止物体であるか否かを判定でき、さらに、目標とレーダ装置１とが衝突する可能性を判定することができる。
さらに、実施の形態１に係るレーダ装置１は、空間に照射する送信信号を生成する送信機４と、空間に照射された送信信号が目標において反射した信号を受信する受信機５と、レーダ装置１の移動速度を計測する速度計７と、物体検知装置８を備える。これにより、レーダ装置１は、観測している目標に相対距離および入射角度が等しい移動物体と静止物体が含まれる場合であっても、目標が静止物体であるか否かを判定することができ、目標とレーダ装置１とが衝突する可能性を判定することができる。
なお、実施の形態の任意の構成要素の変形もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
本開示に係る物体検知装置は、例えば、車載レーダ装置に利用可能である。
１ レーダ装置、２ アンテナ、３ 送受切替器、４ 送信機、５ 受信機、６ Ａ／Ｄ変換器、７ 速度計、８ 物体検知装置、９Ａ 移動物体、９Ｂ 静止物体、８１ データ格納部、８２ データ取得部、８３ 信号処理部、８４ 出力データ格納部、８２１ 波動データ取得部、８２２ 速度取得部、８３１ 目標データ推定部、８３２ 静止物体判定部、８３３ 最終判定部。

Claims (7)

  1. 速度分解能が移動物体の平均移動速度よりも小さくなる観測時間でレーダ装置によって目標が観測されて得られた波動データを取得する波動データ取得部と、
    前記レーダ装置の移動速度を取得する速度取得部と、
    前記波動データを用いて、前記レーダ装置と前記目標との相対距離、前記レーダ装置から照射されて前記目標において反射した信号が当該レーダ装置に入射する入射角度および前記レーダ装置と前記目標との第１の相対速度を推定する目標データ推定部と、
    前記速度取得部によって取得された前記移動速度と前記目標データ推定部によって推定された前記相対距離および前記入射角度とに基づいて、前記目標が静止物体である場合における当該目標と前記レーダ装置との第２の相対速度を推定し、前記第１の相対速度と前記第２の相対速度とを比較することにより、前記目標が静止物体であるか否かを判定する静止物体判定部と、
    を備えたことを特徴とする物体検知装置。
  2. 前記目標が前記レーダ装置に衝突する可能性を判定する最終判定部を備えたこと
    を特徴とする請求項１に記載の物体検知装置。
  3. 前記波動データ取得部、前記速度取得部、前記目標データ推定部および前記静止物体判定部は、それぞれの処理を複数のサイクル数で繰り返し行い、
    前記最終判定部は、前記静止物体判定部による複数の前記サイクル数の判定で得られた前記目標の速度ベクトルを用いて当該目標の移動方向を推定し、推定した前記目標の移動方向に基づいて当該目標が前記レーダ装置に衝突する可能性を判定すること
    を特徴とする請求項２に記載の物体検知装置。
  4. 前記波動データ取得部、前記速度取得部、前記目標データ推定部および前記静止物体判定部は、それぞれの処理を少なくとも２回以上のサイクル数で繰り返し行い、
    前記最終判定部は、前記静止物体判定部による複数の前記サイクル数の判定で得られた異なる時刻の前記目標の位置を用いて前記目標の速度ベクトルを算出し、前記目標の速度ベクトルを用いて推定した当該目標の移動の予想線に基づいて当該目標が前記レーダ装置に衝突する可能性を判定すること
    を特徴とする請求項２に記載の物体検知装置。
  5. 空間に照射する送信信号を生成する送信機と、
    空間に照射された前記送信信号が前記目標において反射した信号を受信する受信機と、
    前記レーダ装置の前記移動速度を計測する速度計と、
    前記受信機によって受信された信号から前記波動データを取得し、前記速度計から前記移動速度を取得する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の物体検知装置と、
    を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  6. 前記レーダ装置の移動方向に対して平行な方向または垂直な方向に少なくとも２つ以上の送信アンテナおよび受信アンテナを備え、
    前記送信機および前記受信機は、前記送信アンテナと前記受信アンテナによって送受信される信号を用いて多重入力多重出力処理を行うこと
    を特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
  7. 波動データ取得部が、速度分解能が移動物体の平均移動速度よりも小さくなる観測時間でレーダ装置によって目標が観測されて得られた波動データを取得するステップと、
    速度取得部が、前記レーダ装置の移動速度を取得するステップと、
    目標データ推定部が、前記波動データを用いて、前記レーダ装置と前記目標との相対距離、前記レーダ装置から照射されて前記目標において反射した信号が当該レーダ装置に入射する入射角度および前記レーダ装置と前記目標との第１の相対速度を推定するステップと、
    静止物体判定部が、前記速度取得部によって取得された前記移動速度と前記目標データ推定部によって推定された前記相対距離および前記入射角度とに基づいて、前記目標が静止物体である場合における当該目標と前記レーダ装置との第２の相対速度を推定し、前記第１の相対速度と前記第２の相対速度とを比較することにより、前記目標が静止物体であるか否かを判定するステップと、
    を備えたことを特徴とする物体検知方法。
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