JP7309062B2 - レーダ装置 - Google Patents

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Description

本願は、レーダ装置に関するものである。
周波数が連続的に増加又は減少するチャープ信号をレーダ波として使用し、送信信号及び受信信号から生成されたビート信号に対して2回の周波数解析を行うことにより、検出物体の距離及び相対速度を検出するFCM(Fast Chirp Modulation)方式のレーダ装置が知られている。例えば、特許文献1から3を参照。
例えば、特許文献2の技術では、相対速度の折り返しを解くため、相対速度の検出範囲が互いに異なる2種類のチャープ信号を送信し、各種類のチャープ信号について、周波数解析を行って、検出物体のそれぞれの距離及び相対速度を算出し、検出物体の相対速度を、異なるチャープ信号の種類間で組み合わせて、折り返しの無い相対速度を算出するように構成されている。
例えば、レーダ装置が車両に搭載されている場合は、自車両の前方に存在する車両等の移動物の相対速度、及び車道の路側物、建物等の静止物の相対速度が検出される。
米国特許第7639171号公報 特開2017-58291号公報 特開2017-90066号公報
しかしながら、各種類の周波数変調信号により検出された相対速度を、複数種類間で組み合わせて、折り返しの無い実際の相対速度を算出するように構成したとしても、実際の相対速度の速度算出範囲を広くすると、組み合わせが一巡して、実際の相対速度の算出値が2以上生じ、実際の相対速度が一意に決まらなくなる。
そこで、本願は、各種類の周波数変調信号により検出された相対速度を、複数種類間で組み合わせて折り返しの無い実際の相対速度を算出する際に、組み合わせが一巡して、実際の相対速度の算出値が2以上生じることを防止し、実際の相対速度を一意に決定することができるレーダ装置を提供することを目的とする。
本願に係るレーダ装置は、
相対速度の検出範囲が互いに異なる複数種類の周波数変調信号を送信アンテナから送信する送信部と、
単数又は複数の物体に反射された前記複数種類の周波数変調信号を受信アンテナにより受信し、前記周波数変調信号の各種類について、送信した前記周波数変調信号と受信した前記周波数変調信号とを混合してビート信号を生成する受信部と、
前記周波数変調信号の各種類について、前記ビート信号の周波数解析を行って、前記物体のそれぞれについて、自装置との距離及び仮の相対速度を算出する周波数解析部と、
速度算出範囲を設定する速度範囲設定部と、
前記物体の距離及び仮の相対速度を、それぞれ、異なる前記周波数変調信号の種類の間で組み合わせて、前記物体のそれぞれについて、前記速度算出範囲内で、前記相対速度の検出範囲による折り返しの無い実際の相対速度を算出する相対速度算出部と、を備え、
前記速度範囲設定部は、前記速度算出範囲の速度幅を、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定し、
前記実際の相対速度を一意に算出できる速度幅は、前記複数種類の周波数変調信号の前記仮の相対速度の値に、それぞれ、判定速度幅以上近い値が再び生じる前記実際の相対速度の幅であって、前記複数種類の周波数変調信号の前記相対速度の検出範囲の最小公倍数よりも小さい値であるものである。

本願に係るレーダ装置によれば、速度算出範囲が、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定されるので、組み合わせに対応する実際の相対速度が2つ以上算出されないようにでき、実際の相対速度を一意に算出することができる。
実施の形態1に係るレーダ装置の概略構成図である。 実施の形態1に係る送信信号、受信信号、及びビート信号を説明するタイムチャートである。 実施の形態1に係る制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態1に係るレーダ装置の処理を説明するフローチャートである。 実施の形態1に係る1回目の周波数解析結果を説明するための図である。 実施の形態1に係る2回目の周波数解析結果を説明するための図である。 実施の形態1に係る仮の相対速度の折り返しを説明するための図である。 実施の形態1に係る組み合わせの一巡を説明するための図である。 実施の形態1に係る組み合わせの一巡を説明するための図である。 実施の形態1に係る自装置の速度に応じた速度算出範囲の設定を説明するための図である。 実施の形態2に係るレーダ装置の概略構成図である。 実施の形態2に係る速度算出範囲の設定を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2に係る道路の制限速度及び自装置の速度に応じた速度算出範囲の設定を説明するための図である。 実施の形態2に係る道路の制限速度及び自装置の速度に応じた速度算出範囲の設定を説明するための図である。
1.実施の形態1
実施の形態1に係るレーダ装置1について図面を参照して説明する。図1は、レーダ装置1の概略構成を示す図である。本実施の形態では、レーダ装置1は車両に搭載される。レーダ装置1は、他の車両、標識、ガードレール、歩行者等の車両の周囲に存在する物体の位置情報及び速度情報を検知する。レーダ装置1は、検出した物体の情報を、車両の制御を行う車両制御装置95等に伝達する。なお、レーダ装置1は、車両以外の装置(例えば、航空機、監視装置等)に搭載されてもよい。
レーダ装置1は、相対速度の検出範囲が互いに異なる複数種類の周波数変調信号を送信アンテナ7から送信する送信部20と、単数又は複数の物体に反射された複数種類の周波数変調信号を受信し、周波数変調信号の各種類について、送信した周波数変調信号と受信した周波数変調信号とを混合してビート信号を生成する受信部21と、周波数変調信号の各種類のビート信号を処理する制御装置30と、を備えている。本実施の形態では、送信部20は、第1の周波数変調信号と第2の周波数変調信号との2種類の周波数変調信号を送信するように構成されている。
本実施の形態では、送信部20は、送信アンテナ7、発振回路8、及び信号生成回路9を備えている。また、受信部21は、複数の受信アンテナ3(本例では、第1チャンネルCH1から第4チャンネルCH4の4つ)、及び各受信アンテナ3に接続された複数のミキサ4(本例では、4つ)を備えている。制御装置30は、各ミキサ4から出力された信号をA/D変換器92(本例では、4つ)によりA/D変換し、A/D変換されたデジタル信号を処理する。
レーダ装置1は、FCM(Fast Chirp Modulation)方式を用いる。送信アンテナ7が送信する周波数変調信号ST(以下、送信信号STとも称す)は、所定の周波数変調幅及び周波数変調周期Tmで、周波数が増加又は減少するチャープ信号ST(以下、送信チャープ信号STとも称す)とされている。また、送信信号STは、周波数変調を連続的に行う周波数変調周期Tmの数M(以下、チャープ数Mと称す)が設定されている。
複数種類の送信信号STは、種類間で少なくとも周波数変調周期Tmが互いに異なっている複数種類のチャープ信号とされている。なお、周波数変調幅、及びチャープ数は、距離の検出範囲、距離の検出分解能、及び相対速度の検出分解能に応じて設定され、送信信号STの種類間で互いに異なる値に設定されてもよいし、同じ値に設定されてもよい。
本実施の形態では、図2の上段グラフに示すように、各種類の送信チャープ信号STは、周波数変調周期Tmの間に、周波数が最小周波数fminから最大周波数fmaxまで一定の傾きで増加した後、ステップ的に最小周波数fminまで低下する、のこぎり波とされている。なお、各種類の送信チャープ信号STは、周波数変調周期Tmの間に、周波数が最大周波数fmaxから最小周波数fminまで一定の傾きで減少した後、ステップ的に最大周波数fmaxまで増加する、逆のこぎり波とされてもよい。各種類の送信信号STの相対速度の検出範囲、及び相対速度の検出分解能に応じて、周波数変調幅、及び周波数変調周期Tm、チャープ数Mが予め設定されている。
信号生成回路9は、制御装置30から伝達された周波数変調信号の指令値(例えば、周波数変調幅(最小周波数fmin、最大周波数fmax)、周波数変調周期Tm、及びチャープ数M)に基づいて、図2の上段グラフに示すような、各時点における送信チャープ信号STの周波数を算出し、周波数を表す電気信号を発振回路8に伝達する。発振回路8は、伝達された周波数を有する電波(例えば、正弦波)を発生する電気信号を生成し、送信アンテナ7に伝達する。送信アンテナ7は、伝達された電気信号を電波に変換し、空間に送信する。
本実施の形態では、送信部20は、各種類の送信信号STを送信アンテナ7から順番に送信する。具体的には、送信部20は、第1の送信信号用に予め設定された第1の周波数変調幅、第1の周波数変調周期、及び第1のチャープ数を有する第1の送信信号を送信した後、第2の送信信号用に予め設定された第2の周波数変調幅(第2の最小周波数、第2の最大周波数)、第2の周波数変調周期、及び第2のチャープ数を有する第2の送信信号を送信する。送信部20は、第1の送信信号及び第2の送信信号の送信を繰り返し行う。
各受信アンテナ3は、受信した電波(周波数変調信号)を、周波数を表す電気信号に変換し、各ミキサ4に伝達する。図2の下段グラフに示すように、各ミキサ4は、送信信号STと受信した周波数変調信号SR(以下、受信信号SRと称す)を混合し、ビート信号SBを出力する。ビート信号SBは、周波数変調周期Tm毎に生成される。
次に、制御装置30について説明する。制御装置30は、周波数解析部31、速度範囲設定部32、相対速度算出部33、方位算出部34、及び送信信号生成部35等の処理部を備えている。制御装置30の各制御部31~35等は、制御装置30が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置30は、図3に示すように、処理回路として、DSP(Digital Signal Processor)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りをする記憶装置91、演算処理装置90にビート信号SBを入力するA/D変換器92、演算処理装置90から外部に周波数変調信号の指令値を出力するD/A変換器93、及び通信回路94等を備えている。
演算処理装置90として、CPU(Central Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置90として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)、及び演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。通信回路94は、車両制御装置95等の外部の制御装置と、通信線を介して接続され、CAN(Controller Area Network)等の通信プロトコルに基づいて有線通信を行う。通信回路94から車両制御装置95等へは検知した物体の位置速度情報など送信し車両制御装置95等から通信回路94へは自車両の速度情報等を送信する。
そして、制御装置30が備える各制御部31~35等の各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、A/D変換器92、D/A変換器93、及び通信回路94等の制御装置30の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部31~35等が用いる設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。
<送信信号生成部35>
図4のステップS01で、送信信号生成部35は、相対速度の検出範囲が互いに異なる複数種類の送信信号の指令値を算出し、D/A変換器93を介して送信部20(信号生成回路9)に伝達する。本実施の形態では、送信信号生成部35は、相対速度の検出範囲が互いに異なるように予め設定された複数種類の送信信号の設定値(本例では、周波数変調幅(最小周波数fmin、最大周波数fmax)、周波数変調周期Tm、及びチャープ数M)を、順番に繰り返し算出し、送信部20に伝達する。
本実施の形態では、上述したように、第1の送信信号と第2の送信信号との2種類の送信信号を送信するように構成されている。送信信号生成部35は、第1の相対速度の検出範囲になるように予め設定された第1の送信信号の設定値(本例では、第1の周波数変調幅、第1の周波数変調周期、及び第1のチャープ数)と、第1の相対速度の検出範囲とは異なる第2の相対速度の検出範囲になるように予め設定された第2の送信信号の設定値(本例では、第2の周波数変調幅、第2の周波数変調周期、及び第1のチャープ数)と、を算出する。
第1の周波数変調周期と第2の周波数変調周期とは互いに異なる値に設定されている。なお、周波数変調幅、及びチャープ数は、第1の送信信号と第2の送信信号との間で互いに異なる値に設定されてもよいし、同じ値に設定されてもよい。
<A/D変換>
図4のステップS02で、各A/D変換器92(CH1からCH4)は、各ミキサ4(CH1からCH4)から出力されたビート信号SBを所定の周波数でサンプリングしてデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換されたビート信号SBは、RAM等の記憶装置91に記憶される。
以下で説明する周波数解析部31、速度範囲設定部32、及び相対速度算出部33の処理はチャンネル毎に実行され、検出物体の距離及び折り返し無しの実際の相対速度が算出される。なお、複数のチャンネルの信号を積分する等により、チャンネルの信号をまとめて処理してもよい。
<周波数解析部31>
図4のステップS03で、周波数解析部31は、周波数変調信号の各種類について、A/D変換されたビート信号SBの周波数解析を行って、物体のそれぞれについて、レーダ装置1との距離及び相対速度を算出する。この周波数解析結果によって得られる相対速度には、相対速度の検出範囲による折り返しが生じている可能性があり、以下では、仮の相対速度と称す。
まず、距離及び仮の相対速度の算出方法について説明する。送信信号STを送信してから、受信信号SRを受信するまでの遅延時間は、物体とレーダ装置1との距離に比例して増減するため、ビート信号SBの周波数は、物体とレーダ装置1との距離に比例する。そのため、各周期のビート信号SBに対して高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier transform)等の周波数解析を行うと、距離に対応する周波数の位置にピークが出現する。なお、高速フーリエ変換では、所定の周波数間隔を空けて設定された周波数ポイント(以下、距離ビンとも称す)毎に、受信レベル及び位相情報が抽出されるため、距離に対応する周波数ポイント(距離ビン)にピークが出現する。従って、ピークが生じた周波数ポイント(距離ビン)から距離が求められる。
仮の相対速度の算出について説明する。FCM方式では、物体とレーダ装置1との間に相対速度が生じている場合は、各周期のビート信号間にドップラ周波数に応じた位相の変化が現れる。具体的には、相対速度が0であれば、受信信号SRにドップラ成分が生じていないため、送信信号STに対する受信信号SRの位相は、各周期のビート信号間で全て同じになる。ところが、相対速度が0でない場合は、送信信号STに対する受信信号SRの位相は、各周期のビート信号間で変化する。
各周期のビート信号の周波数解析結果には、この位相情報が含まれている。そのため、各周期のビート信号の周波数解析結果を時系列に並べて、2回目の高速フーリエ変換等の周波数解析を行うと、ドップラ周波数の位置にピークが出現する。なお、高速フーリエ変換では、相対速度の検出分解能に応じて、所定の周波数間隔を空けて設定された周波数ポイント(以下、相対速度ビンとも称す)毎に、位相情報が抽出されるため、相対速度に対応する周波数ポイント(相対速度ビン)にピークが出現する。従って、ピークが生じた周波数ポイント(相対速度ビン)から仮の相対速度が求められる。
周波数解析部31は、各周期のビート信号SBに対して高速フーリエ変換を行って、距離ビン毎に処理結果を得る。チャープ数の周期があるので、処理結果を、横軸を距離ビンに設定し、縦軸を周期番号(チャープ番号)に設定して並べると、図5に示すようなマトリックス状になる。そして、周波数解析部31は、各距離ビンの列の処理結果に対して高速フーリエ変換を行って、相対速度ビン毎に処理結果を得る。処理結果を、横軸を距離ビンに設定し、縦軸を相対速度ビンに設定して並べると、図6に示すようなマトリックス状になる。そして、周波数解析部31は、2回目の処理結果が大きくなる距離ビン及び相対速度ビンのポイントが、物体に対応していると判定し、物体の距離ビン及び相対速度ビンを算出する。複数のピークがある場合は、複数の物体が検出される。周波数解析部31は、各受信アンテナ3のビート信号SBについて、周波数解析を行って、物体の距離及び仮の相対速度を算出する。
<実際の相対速度の折り返し>
FCM方式では、各周期の受信信号SR(ビート信号SB)の間の位相変化を、周波数解析を行って仮の相対速度を検出する。サンプリング定理より、周波数変調周期Tmの2倍が、折り返し無く検出できるドップラ周期(ドップラ周波数の逆数)の下限値、すなわち、折り返し無く検出できる相対速度の上限値になる。よって、ドップラ周期が、周波数変調周期Tmの2倍未満になると、ドップラ周波数が正しくサンプリングされず、折り返し信号(エイリアシング)として検出される。
以下、物体が自車両(レーダ装置1)に向かってくる方向の相対速度が正の値であるものとして説明する。図7に、相対速度の検出範囲が40km/hである場合の、相対速度の折り返しを説明する図を示す。横軸に、折り返し無しの実際の相対速度を示し、縦軸に、周波数解析により検出される仮の相対速度を示す。折り返し無しの相対速度が0から40km/hである場合は、周波数解析により検出される仮の相対速度も0から40km/hになる。しかし、折り返し無しの相対速度が40km/h以上または0km/h未満になると、周波数解析により検出される仮の相対速度は0から40km/hの間を繰り返し折り返す。よって、周波数解析により検出される仮の相対速度の情報だけでは、折り返し数が分からず、実際の相対速度が分からない。
折り返し無しの実際の相対速度Vrは、折り返し数Na、相対速度の検出範囲ΔV、周波数解析により検出された仮の相対速度Vfから、次式により算出できる。
Vr=Vf+Na×ΔV ・・・(1)
ここで、折り返し数Naは、整数(・・・、-2、-1、0、1、2、・・・)のいずれかであり、実際の相対速度Vrは、・・・、Vf-2×ΔV、Vf-ΔV、Vf、Vf+ΔV、Vf+2×ΔV、・・・のいずれかになる。
そこで、相対速度の検出範囲が互いに異なる複数種類の送信信号による仮の相対速度の検出結果を組み合わせることによって、折り返しの無い実際の相対速度Vrを特定することができる。例えば、次式に示すように、第1の送信信号による仮の相対速度の検出値Vf1、第1の相対速度の検出範囲ΔV1に基づいて、折り返し数Naを0から1つずつ増加させると共に0から1つずつ減少させて、可能性のある複数の第1の仮の相対速度ΣVf1を算出する。同様に、第2の送信信号による仮の相対速度の検出値Vf2、第2の相対速度の検出範囲ΔV2に基づいて、折り返し数Naを0から1つずつ増加させると共に0から1つずつ減少させて、可能性のある複数の第2の仮の相対速度ΣVf2を算出する。そして、可能性のある複数の第1の仮の相対速度ΣVf1と、可能性のある複数の第2の仮の相対速度ΣVf2との間で、一致する相対速度を、折り返しの無い実際の相対速度Vrとして算出する。
ΣVf1=・・・、Vf1-2×ΔV1、Vf1-ΔV2、Vf1、Vf1+ΔV1、Vf1+2×ΔV1、・・・
ΣVf2=・・・、Vf2-2×ΔV2、Vf2-ΔV2、Vf2、Vf2+ΔV2、Vf2+2×ΔV2、・・・
Vr=ΣVf1∩ΣVf2 ・・・(2)
例えば、ΔV1=40、Vf1=0、ΔV2=48、Vf2=32とし、実際の相対速度Vrを算出する範囲を仮に-150~150とした場合、次式に示すように、ΣVf1とΣVf2との間で、80が同じになり、折り返しの無い実際の相対速度Vrとして算出される。
ΣVf1=-120、-80、-40、0、40、80、120
ΣVf2=-112、-64、-16、32、80、128
Vr=80 ・・・(3)
<実際の相対速度Vrの折り返し>
しかし、検出される物体の相対速度Vrの算出範囲が大きい場合、ΣVf1とΣVf2との間で一致する相対速度が複数現れる。例えば、ΔV1=40、Vf1=30、ΔV2=48、Vf2=14である場合は、次式に示すように、ΣVf1とΣVf2との間で、110と-130が同じになり、どちらが正しい実際の相対速度Vrであるか判別がつかない。
ΣVf1=-130、-90、-50、-10、30、70、110、150
ΣVf2=-130、-82、-34、14、62、110
Vr=-130、110 ・・・(4)
図8に、実際の相対速度Vrを-130から110まで1ごとに変化させた場合の第1の仮の相対速度Vf1及び第2の仮の相対速度Vf2の関係を示し、図9に、実際の相対速度Vrを-120から120まで1ごとに変化させた場合の第1の仮の相対速度Vf1及び第2の仮の相対速度Vf2の関係を示す。これらの図より、実際の相対速度Vrの変化幅が240になると、第1の仮の相対速度Vf1と第2の仮の相対速度Vf2との組み合わせが一巡する。よって、実際の相対速度の変化幅が240以上になると、同じ第1及び第2の仮の相対速度Vf1、Vf2の組み合わせに対応する実際の相対速度Vrが2つ以上生じ、実際の相対速度Vrが一意に決まらない、すなわち、実際の相対速度Vrにも折り返しが生じる。この折り返しが生じる実際の相対速度の変化幅は、第1の相対速度の検出範囲ΔV1と第2の相対速度の検出範囲ΔV2との最小公倍数Lcmになる。図8及び図9の例では、一巡する速度幅ΔVrは、ΔV1=40とΔV2=48との最小公倍数である240になっている。
なお、ΔV1=41であり、ΔV2=48である場合は、最小公倍数は1968になる。しかし、実際の相対速度Vrが240変化するごとに、検出分解能よりも近い値の第1の仮の相対速度Vf1及び第2の仮の相対速度Vf2が生じる。よって、ある値の第1の仮の相対速度Vf1及び第2の仮の相対速度Vf2に対して、240ずつ異なる複数の実際の相対速度が、正しい実際の相対速度に該当することになり、実際の相対速度が一意に決まらなくなる。よって、実際の相対速度Vrの算出範囲を、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定する必要がある。
<速度範囲設定部32>
図4のステップS04で、速度範囲設定部32は、速度算出範囲を設定する。速度範囲設定部32は、速度算出範囲の速度幅ΔVrを、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定する。
この構成によれば、速度算出範囲が、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定されるので、組み合わせに対応する実際の相対速度Vrが2つ以上算出されないようにでき、実際の相対速度Vrを一意に算出することができる。
速度範囲設定部32は、速度算出範囲の速度幅ΔVrを、複数種類の送信信号の仮の相対速度の値に、それぞれ、判定速度幅以上近い値が再び生じる実際の相対速度の幅未満に設定する。
この構成によれば、複数種類の送信信号の仮の相対速度の値に、近い値が再び生じる、組み合わせの一巡が生じないようにでき、実際の相対速度Vrを一意に算出することができる。ここで、判定速度幅は、後述する、相対速度算出部33で用いられる判定速度幅と同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。
ΔV1=41であり、ΔV2=48である場合は、最小公倍数は1968であるが、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅は、1968よりも小さい240に設定される。すなわち、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅が、複数種類の送信信号の相対速度の検出範囲の最小公倍数よりも小さい値である。
この構成によれば、最小公倍数に依存せず、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅を適切に設定することができる。
一方、ΔV1=40であり、ΔV2=48である場合は、最小公倍数は240であり、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅は、240に設定される。すなわち、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅が、複数種類の送信信号の相対速度の検出範囲の最小公倍数になる。
また、速度範囲設定部32は、自装置の速度Vsに応じて速度算出範囲を相対速度の増加側又は減少側に変化させる。
自装置の速度Vsに応じて、レーダ装置1により検出される物体の相対速度の取り得る範囲、及び検出が必要な相対速度の範囲が変化する。上記のように、自装置の速度Vsに応じて速度算出範囲を変化させるので、自装置の速度Vsに応じて、速度算出範囲を適切化させることができる。
本実施の形態では、上述したように、第1の相対速度の検出範囲ΔV1=40であり、第2の相対速度の検出範囲ΔV2=48であり、実際の相対速度Vrを一意に算出することができる速度幅は、240であるので、速度算出範囲の速度幅ΔVrは、240未満の値(例えば、239)に設定される。
速度範囲設定部32は、速度算出範囲の上限値Vrmaxと、速度算出範囲の下限値Vrminを設定し、上限値Vrmaxと下限値Vrminとの間の速度幅ΔVrを、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定する。また、速度範囲設定部32は、自装置の速度Vsに応じて上限値Vrmaxと下限値Vrminとを変化させる。
本実施の形態では、速度範囲設定部32は、自装置の速度Vsとして、車両制御装置95からレーダ装置1が搭載された車両の速度情報を取得する。或いは、レーダ装置1は、加速度センサを備えており、加速度センサにより検出した加速度を積分して、自装置の速度Vsを算出してもよい。
速度範囲設定部32は、自装置の速度Vsが増加するに従って、速度算出範囲を相対速度の増加側に変化させる。なお、物体が自装置に向かってくる方向の相対速度が正の値としている。自装置の速度Vsが増加するに従って、静止物体及び低速物体、対向車両、自車両よりも遅い同じ方向の走行車両等の検出する必要がある物体の相対速度が増加する。静止物体には停車車両及び路側物等が含まれる。低速物体には、歩行者、自転車等が含まれる。よって、自装置の速度Vsが増加するに従って、速度算出範囲を増加側に変化させて、検出する必要がある物体の相対速度を精度よく検出することができる。
また、速度範囲設定部32は、速度算出範囲を、0が含まれるように設定する。相対速度が0である物体は、自車両と同じ速度で、同じ方向に走行する前方車両等が含まれる。自車両の安全な走行のためには、相対速度が0に近い物体の相対速度を検出する必要がある。よって、速度算出範囲を、0が含まれるように設定することで、自車両に近い速度で、同じ方向に走行する前方車両の相対速度を検出することができ、自車両の走行に用いることができる。
例えば、次式及び図10に示すように、速度範囲設定部32は、自装置の速度Vsに1より大きい係数(本例では、2)を乗算した値と、速度幅ΔVrから予め設定された最大下限値の絶対値αを減算した値と、のいずれか小さいほうの値を、速度算出範囲の上限値Vrmaxに設定し、上限値Vrmaxから速度幅ΔVrを減算した値を、速度算出範囲の下限値Vrminに設定する。ここで、MIN(A、B)は、A及びBのいずれか小さい方を出力する関数である。
ΔVr<Lcm
Vrmax=MIN(Vs×2、ΔVr-α)
Vrmin=Vrmax-ΔVr ・・・(5)
この構成によれば、自装置の速度Vsが低い場合、上限値Vrmaxに自装置の速度Vsに1より大きい係数を乗算した値が設定されるので、静止物体、低速物体、及び対向車両の相対速度を検出することができる。静止物体には停車車両及び路側物等が含まれる。低速物体には、歩行者、自転車等が含まれる。
係数が、2以上の値に設定されると、対向車線を自車両と同じ速度、又は自車両よりも高い速度で走行している対向車両の相対速度を検出することができる。通常、対向車線を走行している対向車両の速度は、自車両の速度Vsに近いと仮定できるため、自車両の速度Vsに基づいて、上限値Vrmaxを設定し、対向車両の相対速度を検出することができる。
また、自車両の速度Vsが高くなった場合でも、下限値Vrminが、-αに設定され、0よりも大きくならないので、自車両に近い速度で、同じ方向に走行する前方車両の相対速度を検出することができ、自車両の走行に用いることができる。
<相対速度算出部33>
図4のステップS05で、相対速度算出部33は、物体の距離及び仮の相対速度を、それぞれ、異なる周波数変調信号の種類の間で組み合わせて、物体のそれぞれについて、速度範囲設定部32により設定された速度算出範囲内で、相対速度の検出範囲による折り返しの無い実際の相対速度Vrを算出する。
相対速度算出部33は、複数の物体が検出されている場合は、各種類の送信信号により検出された物体の距離が、互いに対応している各種類の送信信号の物体の組合せを判定する。例えば、相対速度算出部33は、第1の送信信号により検出された物体の距離と、第2の送信信号により検出された物体の距離とが、予め設定した判定距離範囲内になる第1の送信信号の物体と第2の送信信号の物体との組み合わせを判定する。
そして、式(1)及び式(2)に示したように、相対速度算出部33は、物体の距離が互いに対応している各組み合わせについて、速度算出範囲内で、折り返し数を0から1つずつ増加させると共に0から1つずつ減少させて算出した第1の送信信号に係る複数の仮の相対速度と、折り返し数を0から1つずつ増加させて算出した第2の送信信号に係る複数の仮の相対速度との間で、互いに判定速度幅以上近くなる仮の相対速度が存在するか否を判定する。そして、相対速度算出部33は、互いに判定速度幅以上近くなる仮の相対速度が存在すると判定した場合は、互いに判定速度幅以上近くなった仮の相対速度を、折り返しの無い実際の相対速度として算出する。判定速度幅は、速度の検出分解能、検出ばらつき幅を考慮して設定される。
例えば、速度算出範囲の上限値Vrmaxが、200km/hに設定され、速度算出範囲の下限値Vrminが、-39km/hに設定されている場合は、式(4)の例において、次式に示すように、第1の仮の相対速度ΣVf1及び第2の仮の相対速度ΣVf2は、上限値Vrmaxから下限値Vrminの範囲内で算出される。よって、実際の相対速度Vrには折り返しが生じず、一意に算出される。
Vrmax=200、Vrmin=-39
Vrmin≦ΣVf1≦Vrmax
Vrmin≦ΣVf2≦Vrmax
ΣVf1=-10、30、70、110、150、190
ΣVf2=-34、14、62、110、158
Vr=110 ・・・(6)
<方位算出部34>
図4のステップS06で、方位算出部34は、チャンネル毎に算出された単数又は複数の検出物体の距離及び折り返しの無い実際の相対速度を、チャンネル間で統合して、各検出物体の方位を判定する。方位算出部34は、チャンネル間で、距離及び実際の相対速度が対応する検出物体同士を統合して、方位を算出する。そして、各検出物体の距離、折り返しの無い実際の相対速度、及び方位の情報は、通信回路94を介して、車両制御装置95等に伝達される。
2.実施の形態2
次に、実施の形態2に係るレーダ装置1について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係るレーダ装置1の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、速度算出範囲が道路の制限速度Vlmtを考慮して設定される点が実施の形態1と異なる。図11は、本実施の形態に係るレーダ装置1の概略構成を示す図である。
実施の形態1と同様に、速度範囲設定部32は、速度算出範囲の速度幅ΔVrを、実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定する。そして、速度範囲設定部32は、自装置の速度Vsに応じて速度算出範囲を相対速度の増加側又は減少側に変化させる。
実施の形態1と同様に、速度範囲設定部32は、自装置の速度Vsが増加するに従って、速度算出範囲を相対速度の増加側に変化させる。また、速度範囲設定部32は、速度算出範囲を、0が含まれるように設定する。
実施の形態1とは異なり、制御装置30は、道路情報取得部36を備えている。道路情報取得部36は、車両に搭載された自装置が位置する道路の制限速度Vlmtの情報を取得する。通信回路94は、ナビゲーション装置96と通信する。ナビゲーション装置96は、自車両の経路案内を行う装置である。ナビゲーション装置96は、道路地図データを有しており、自車両が位置する道路の制限速度Vlmtの情報を有している。制限速度Vlmtは、法令で定められた道路の最高速度であり、例えば、道路の種別毎に設定されている。そして、道路情報取得部36は、通信回路94を介して、ナビゲーション装置96から道路の制限速度Vlmtの情報を取得する。道路情報取得部36は、道路に制限速度Vlmtが設定されていない等、何らかの理由で道路の制限速度Vlmtの情報を取得できない場合がある。
図12に本実施の形態に係る速度範囲設定部32の処理のフローチャートを示す。ステップS11で、速度範囲設定部32は、道路情報取得部36により道路の制限速度Vlmtの情報が取得されているか否かを判定し、取得されている場合は、ステップS12に進み、取得されていない場合は、ステップS13に進む。
道路の制限速度Vlmtの情報が取得されていない場合は、ステップS13で、速度範囲設定部32は、実施の形態1と同様に、自装置の速度Vsに応じて、速度算出範囲を相対速度の増加側又は減少側に変化させる。例えば、速度範囲設定部32は、式(5)を用いて説明したように、速度算出範囲を設定する。
一方、道路の制限速度Vlmtの情報が取得されている場合は、ステップS12で、速度範囲設定部32は、速度算出範囲を、道路の制限速度Vlmtに1以上の係数(本例では1)を乗算した値に、自装置の速度Vsを加算した値が含まれるように設定する。
この構成によれば、対向車線を制限速度Vlmtに準じて走行している対向車両の相対速度を検出することができる。よって、取得した制限速度Vlmtに基づいて、対向車両の相対速度を検出することができる速度算出範囲を精度よく設定することができる。
例えば、次式及び図13に示すように、速度範囲設定部32は、道路の制限速度Vlmtに1以上の係数(本例では、1)を乗算した値に自装置の速度Vsを加算した値と、自装置の速度Vsに2以上の係数(本例では、2)を乗算した値と、のいずれか大きいほうの値を選択し、選択値と、速度幅ΔVrから予め設定された最大下限値の絶対値αを減算した値と、のいずれか小さいほうの値を、速度算出範囲の上限値Vrmaxに設定し、上限値Vrmaxから速度幅ΔVrを減算した値を、速度算出範囲の下限値Vrminに設定する。ここで、MAX(A、B)は、A及びBのいずれか大きい方を出力する関数である。
ΔVr<Lcm
Vrmax=MIN(MAX(Vlmt+Vs、Vs×2)、ΔVr-α)
Vrmin=Vrmax-ΔVr ・・・(7)
この構成によれば、自車両の速度Vsが、制限速度Vlmtよりも低い場合は、Vlmt+Vsが選択され、対向車線を制限速度Vlmtに準じて走行している対向車両の相対速度を検出できる。一方、自車両の速度Vsが、制限速度Vlmtよりも高い場合は、Vs×2が選択され、対向車線を自車両の速度以上の速度で走行している対向車両の相対速度を検出できる。従って、いずれの場合も、対向車線を制限速度Vlmtで走行している対向車両の相対速度を検出することができる。
上限値Vrmaxに自装置の速度Vsよりも大きい値が設定されるので、静止物体、低速物体、及び対向車両の相対速度を検出することができる。静止物体には停車車両及び路側物等が含まれる。低速物体には、歩行者、自転車等が含まれる。
また、自車両の速度Vsが高くなった場合でも、下限値Vrminが、-αに設定され、0よりも大きくならないので、自車両に近い速度で、同じ方向に走行する前方車両の相対速度を検出することができ、自車両の走行に用いることができる。
或いは、次式及び図14に示すように、速度範囲設定部32は、道路の制限速度Vlmtに1以上の係数(本例では、1)を乗算した値に自装置の速度Vsを加算した値と、速度幅ΔVrから予め設定された最大下限値の絶対値αを減算した値と、のいずれか小さいほうの値を、速度算出範囲の上限値Vrmaxに設定し、上限値Vrmaxから速度幅ΔVrを減算した値を、速度算出範囲の下限値Vrminに設定してもよい。
ΔVr<Lcm
Vrmax=MIN(Vlmt+Vs、ΔVr-α)
Vrmin=Vrmax-ΔVr ・・・(8)
この構成によれば、対向車線を制限速度Vlmtに準じて走行している対向車両の相対速度を検出できる。
本願は、複数の実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1 レーダ装置、3 受信アンテナ、7 送信アンテナ、20 送信部、21 受信部、31 周波数解析部、32 速度範囲設定部、33 相対速度算出部、34 方位算出部、35 送信信号生成部、36 道路情報取得部、SR 受信した周波数変調信号(受信信号)、ST 送信した周波数変調信号(送信信号)、Vlmt 道路の制限速度、Vr 実際の相対速度、Vrmax 速度算出範囲の上限値、Vrmin 速度算出範囲の下限値、Vs 自装置の速度

Claims (10)

  1. 相対速度の検出範囲が互いに異なる複数種類の周波数変調信号を送信アンテナから送信する送信部と、
    単数又は複数の物体に反射された前記複数種類の周波数変調信号を受信アンテナにより受信し、前記周波数変調信号の各種類について、送信した前記周波数変調信号と受信した前記周波数変調信号とを混合してビート信号を生成する受信部と、
    前記周波数変調信号の各種類について、前記ビート信号の周波数解析を行って、前記物体のそれぞれについて、自装置との距離及び仮の相対速度を算出する周波数解析部と、
    速度算出範囲を設定する速度範囲設定部と、
    前記物体の距離及び仮の相対速度を、それぞれ、異なる前記周波数変調信号の種類の間で組み合わせて、前記物体のそれぞれについて、前記速度算出範囲内で、前記相対速度の検出範囲による折り返しの無い実際の相対速度を算出する相対速度算出部と、を備え、
    前記速度範囲設定部は、前記速度算出範囲の速度幅を、前記実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定し、
    前記実際の相対速度を一意に算出できる速度幅は、前記複数種類の周波数変調信号の前記仮の相対速度の値に、それぞれ、判定速度幅以上近い値が再び生じる前記実際の相対速度の幅であって、前記複数種類の周波数変調信号の前記相対速度の検出範囲の最小公倍数よりも小さい値であるレーダ装置。
  2. 前記相対速度算出部は、前記速度算出範囲内において、異なる前記周波数変調信号の種類の間で互いに前記判定速度幅以上近くなる前記仮の相対速度が存在すると判定した場合は、互いに前記判定速度幅以上近くなった前記仮の相対速度を、前記実際の相対速度として算出する請求項1に記載のレーダ装置。
  3. 相対速度の検出範囲が互いに異なる複数種類の周波数変調信号を送信アンテナから送信する送信部と、
    単数又は複数の物体に反射された前記複数種類の周波数変調信号を受信アンテナにより受信し、前記周波数変調信号の各種類について、送信した前記周波数変調信号と受信した前記周波数変調信号とを混合してビート信号を生成する受信部と、
    前記周波数変調信号の各種類について、前記ビート信号の周波数解析を行って、前記物体のそれぞれについて、自装置との距離及び仮の相対速度を算出する周波数解析部と、
    速度算出範囲を設定する速度範囲設定部と、
    前記物体の距離及び仮の相対速度を、それぞれ、異なる前記周波数変調信号の種類の間で組み合わせて、前記物体のそれぞれについて、前記速度算出範囲内で、前記相対速度の検出範囲による折り返しの無い実際の相対速度を算出する相対速度算出部と、を備え、
    前記速度範囲設定部は、前記速度算出範囲の速度幅を、前記実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定し、
    前記実際の相対速度を一意に算出できる速度幅は、前記複数種類の周波数変調信号の前記仮の相対速度の値に、それぞれ、判定速度幅以上近い値が再び生じる前記実際の相対速度の幅であり、
    前記相対速度算出部は、前記速度算出範囲内において、異なる前記周波数変調信号の種類の間で互いに前記判定速度幅以上近くなる前記仮の相対速度が存在すると判定した場合は、互いに前記判定速度幅以上近くなった前記仮の相対速度を、前記実際の相対速度として算出するレーダ装置。
  4. 前記判定速度幅は、相対速度の検出分解能及び相対速度の検出ばらつき幅に応じて設定された幅である請求項1から3のいずれか一項に記載のレーダ装置。
  5. 相対速度の検出範囲が互いに異なる複数種類の周波数変調信号を送信アンテナから送信する送信部と、
    単数又は複数の物体に反射された前記複数種類の周波数変調信号を受信アンテナにより受信し、前記周波数変調信号の各種類について、送信した前記周波数変調信号と受信した前記周波数変調信号とを混合してビート信号を生成する受信部と、
    前記周波数変調信号の各種類について、前記ビート信号の周波数解析を行って、前記物体のそれぞれについて、自装置との距離及び仮の相対速度を算出する周波数解析部と、
    速度算出範囲を設定する速度範囲設定部と、
    前記物体の距離及び仮の相対速度を、それぞれ、異なる前記周波数変調信号の種類の間で組み合わせて、前記物体のそれぞれについて、前記速度算出範囲内で、前記相対速度の検出範囲による折り返しの無い実際の相対速度を算出する相対速度算出部と、
    車両に搭載された自装置が位置する道路の制限速度の情報を取得する道路情報取得部と、を備え、
    前記速度範囲設定部は、前記速度算出範囲の速度幅を、前記実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定し、
    記物体が自装置に向かってくる方向の相対速度を正の値として、前記速度算出範囲を、前記道路の制限速度に1以上の係数を乗算した値に、自装置の速度を加算した値が含まれるように設定するレーダ装置。
  6. 相対速度の検出範囲が互いに異なる複数種類の周波数変調信号を送信アンテナから送信する送信部と、
    単数又は複数の物体に反射された前記複数種類の周波数変調信号を受信アンテナにより受信し、前記周波数変調信号の各種類について、送信した前記周波数変調信号と受信した前記周波数変調信号とを混合してビート信号を生成する受信部と、
    前記周波数変調信号の各種類について、前記ビート信号の周波数解析を行って、前記物体のそれぞれについて、自装置との距離及び仮の相対速度を算出する周波数解析部と、
    速度算出範囲を設定する速度範囲設定部と、
    前記物体の距離及び仮の相対速度を、それぞれ、異なる前記周波数変調信号の種類の間で組み合わせて、前記物体のそれぞれについて、前記速度算出範囲内で、前記相対速度の検出範囲による折り返しの無い実際の相対速度を算出する相対速度算出部と、
    車両に搭載された自装置が位置する道路の制限速度の情報を取得する道路情報取得部と、を備え、
    前記速度範囲設定部は、前記速度算出範囲の速度幅を、前記実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定し、
    前記道路の制限速度に1以上の係数を乗算した値に、自装置の速度を加算した値と、前記速度幅から予め設定された最大下限値の絶対値を減算した値と、のいずれか小さいほうの値を、前記速度算出範囲の上限値に設定し、前記上限値から前記速度幅を減算した値を、前記速度算出範囲の下限値に設定するレーダ装置。
  7. 相対速度の検出範囲が互いに異なる複数種類の周波数変調信号を送信アンテナから送信する送信部と、
    単数又は複数の物体に反射された前記複数種類の周波数変調信号を受信アンテナにより受信し、前記周波数変調信号の各種類について、送信した前記周波数変調信号と受信した前記周波数変調信号とを混合してビート信号を生成する受信部と、
    前記周波数変調信号の各種類について、前記ビート信号の周波数解析を行って、前記物体のそれぞれについて、自装置との距離及び仮の相対速度を算出する周波数解析部と、
    速度算出範囲を設定する速度範囲設定部と、
    前記物体の距離及び仮の相対速度を、それぞれ、異なる前記周波数変調信号の種類の間で組み合わせて、前記物体のそれぞれについて、前記速度算出範囲内で、前記相対速度の検出範囲による折り返しの無い実際の相対速度を算出する相対速度算出部と、
    車両に搭載された自装置が位置する道路の制限速度の情報を取得する道路情報取得部と、を備え、
    前記速度範囲設定部は、前記速度算出範囲の速度幅を、前記実際の相対速度を一意に算出できる速度幅未満に設定し、
    前記道路の制限速度に1以上の係数を乗算した値に、自装置の速度を加算した値と、自装置の速度に2以上の係数を乗算した値と、のいずれか大きいほうの値を選択し、選択値と、前記速度幅から予め設定された最大下限値の絶対値を減算した値と、のいずれか小さいほうの値を、前記速度算出範囲の上限値に設定し、前記上限値から前記速度幅を減算した値を、前記速度算出範囲の下限値に設定するレーダ装置。
  8. 前記速度範囲設定部は、自装置の速度に応じて前記速度算出範囲を相対速度の増加側又は減少側に変化させる請求項1から7のいずれか一項に記載のレーダ装置。
  9. 前記速度範囲設定部は、前記物体が自装置に向かってくる方向の相対速度が正の値として、自装置の速度が増加するに従って、前記速度算出範囲を相対速度の増加側に変化させる請求項1から8のいずれか一項に記載のレーダ装置。
  10. 前記速度範囲設定部は、前記速度算出範囲を、0が含まれるように設定する請求項1からのいずれか一項に記載のレーダ装置。
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