JPWO2020066497A1 - 電子機器、電子機器の制御方法、及び電子機器の制御プログラム - Google Patents

電子機器、電子機器の制御方法、及び電子機器の制御プログラム Download PDF

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Abstract

電子機器は、送信アンテナから送信波として送信される送信信号、及び、送信波が反射された反射波として受信アンテナから受信される受信信号に基づいて、送信波を反射する対象物を検出する。電子機器は、送信信号及び受信信号に基づいて生成されるビート信号にフーリエ変換処理を行った結果におけるピークが所定の閾値以上となる場合に、対象物を検出したと判定する。電子機器は、所定の閾値を、物体検出確率に基づいて設定する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年9月26日に日本国に特許出願された特願2018−180775の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
本開示は、電子機器、電子機器の制御方法、及び電子機器の制御プログラムに関する。
例えば自動車に関連する産業などの分野において、自車両と対象物との間の距離などを測定する技術が重要視されている。特に、近年、ミリ波のような電波を送信し、障害物などの対象物に反射した反射波を受信することで、対象物との間の距離などを測定するレーダ(RADAR(Radio Detecting and Ranging))の技術が、種々研究されている。このような距離などを測定する技術の重要性は、運転者の運転をアシストする技術、及び、運転の一部又は全部を自動化する自動運転に関連する技術の発展に伴い、今後ますます高まると予想される。
また、送信された電波が所定の物体に反射した反射波を受信することで、当該物体の存在を検出する技術について、種々の提案がされている。例えば特許文献1は、障害物候補が誤検出されても安全システムが作動し難くすることにより、車両の安全性を向上させる技術を開示している。また、例えば特許文献2は、歩行者のような弱反射物体であっても、レーダによって検出され易くする技術を開示している。また、例えば特許文献3は、ミリ波レーダが障害物でない物体を検出してしまうことによる不都合を抑制する技術を開示している。
特開2008−217078号公報 特開2009−174900号公報 特開2011−95989号公報
一実施形態に係る電子機器は、送信アンテナから送信波として送信される送信信号、及び、当該送信波が反射された反射波として受信アンテナから受信される受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象物を検出する。
前記電子機器は、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて生成されるビート信号にフーリエ変換処理を行った結果におけるピークが所定の閾値以上となる場合に、前記対象物を検出したと判定する。
前記電子機器は、前記所定の閾値を、物体検出確率に基づいて設定する。
一実施形態に係る電子機器の制御方法は、以下のステップを含む。
(1)送信アンテナから送信信号を送信波として送信するステップ
(2)当該送信波が反射された反射波として受信アンテナから受信信号を受信するステップ
(3)前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象物を検出するステップ
(4)前記送信信号及び前記受信信号に基づいて生成されるビート信号にフーリエ変換処理を行った結果におけるピークが所定の閾値以上となる場合に、前記対象物を検出したと判定するステップ
(5)前記所定の閾値を、物体検出確率に基づいて設定するステップ
一実施形態に係る電子機器の制御プログラムは、コンピュータに、上記のステップ(1)乃至(5)を実行させる。
一実施形態に係る電子機器の使用態様を説明する図である。 一実施形態に係る電子機器の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 一実施形態に係る電子機器の制御部の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 一実施形態に係る送信信号の構成を説明する図である。 一実施形態に係る電子機器の動作を説明するフローチャートである。 一実施形態に係る電子機器の判定処理に用いる閾値の例を示す図である。 一実施形態に係る電子機器の動作を説明するフローチャートである。 一実施形態において設定される閾値を説明する図である。 一実施形態に係る電子機器の動作を説明するフローチャートである。 一実施形態に係る電子機器の動作を説明するフローチャートである。
送信された送信波が所定の物体(対象物)に反射した反射波を受信することにより、当該物体の存在を検出する技術において、検出の精度を向上させることが望ましい。本開示の目的は、送信波を反射した対象物を精度良く検出する電子機器、電子機器の制御方法、及び電子機器の制御プログラムを提供することにある。一実施形態によれば、送信波を反射した物体を精度良く検出する電子機器、電子機器の制御方法、及び電子機器の制御プログラムを提供することができる。以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
一実施形態に係る電子機器は、例えば自動車などのような乗り物(移動体)に搭載されることで、当該移動体の周囲に存在する所定の対象物を検出することができる。このために、一実施形態に係る電子機器は、移動体に設置した送信アンテナから、移動体の周囲に送信波を送信することができる。また、一実施形態に係る電子機器は、移動体に設置した受信アンテナから、送信波が反射された反射波を受信することができる。送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方は、例えば移動体に設置されたレーダセンサ等に備えられてもよい。
以下、典型的な例として、一実施形態に係る電子機器が、移動体の例として乗用車のような自動車に搭載される構成について説明する。しかしながら、一実施形態に係る電子機器が搭載されるのは、自動車に限定されない。一実施形態に係る電子機器は、バス、トラック、オートバイ、自転車、船舶、航空機、トラクターなどの農作業車、消防車、救急車、警察車両、除雪車、道路を清掃する清掃車、ドローンなど、種々の移動体、又は歩行者などに搭載されてよい。また、一実施形態に係る電子機器が搭載されるのは、必ずしも自らの動力で移動する移動体にも限定されない。例えば、一実施形態に係る電子機器が搭載される移動体は、トラクターにけん引されるトレーラー部分などとしてもよい。
まず、一実施形態に係る電子機器による物体の検出の例を説明する。
図1は、一実施形態に係る電子機器の使用態様を説明する図である。図1は、一実施形態に係る送信アンテナ及び受信アンテナを備えるセンサを、移動体に設置した例を示している。
図1に示す移動体100には、一実施形態に係る送信アンテナ及び受信アンテナを備えるセンサ5が設置されている。また、図1に示す移動体100は、一実施形態に係る電子機器1を搭載(例えば内蔵)しているものとする。電子機器1の具体的な構成については後述する。センサ5は、例えば送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方を備えるものとしてよい。また、センサ5は、電子機器1に含まれる制御部10(図2又は図3)の少なくとも一部など、他の機能部の少なくともいずれかを、適宜含んでもよい。図1に示す移動体100は、乗用車のような自動車の車両としてよいが、任意のタイプの移動体としてよい。図1において、移動体100は、例えば図に示すY軸正方向(進行方向)に移動(走行又は徐行)していてもよいし、他の方向に移動していてもよいし、また移動せずに静止していてもよい。
図1に示すように、移動体100には、複数の送信アンテナを備えるセンサ5が設置されている。図1に示す例において、送信アンテナ及び受信アンテナを備えるセンサ5は、移動体100の前方に1つだけ設置されている。ここで、センサ5が移動体100に設置される位置は、図1に示す位置に限定されるものではなく、適宜、他の位置としてもよい。例えば、図1に示すようなセンサ5を、移動体100の左側、右側、及び/又は、後方などに設置してもよい。また、このようなセンサ5の個数は、移動体100における測定の範囲及び/又は精度など各種の条件(又は要求)に応じて、1つ以上の任意の数としてよい。
センサ5は、送信アンテナから送信波として電磁波を送信する。例えば移動体100の周囲に所定の対象物(例えば図1に示す対象物200)が存在する場合、センサ5から送信された送信波の少なくとも一部は、当該対象物によって反射されて反射波となる。そして、このような反射波を例えばセンサ5の受信アンテナによって受信することにより、移動体100に搭載された電子機器1は、当該対象物を検出することができる。
送信アンテナを備えるセンサ5は、典型的には、電波を送受信するレーダ(RADAR(Radio Detecting and Ranging))センサとしてよい。しかしながら、センサ5は、レーダセンサに限定されない。一実施形態に係るセンサ5は、例えば光波によるLIDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)の技術に基づくセンサとしてもよい。また、一実施形態に係るセンサ5は、例えば音波によるSONAR(Sound Navigation and Ranging)の技術に基づくセンサとしてもよい。これらのようなセンサは、例えばパッチアンテナなどを含んで構成することができる。RADAR、LIDAR、及びSONARのような技術は既に知られているため、詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略することがある。
図1に示す移動体100に搭載された電子機器1は、センサ5の送信アンテナから送信された送信波の反射波を受信アンテナから受信する。このようにして、電子機器1は、移動体100から所定の距離内に存在する所定の対象物200を検出することができる。例えば、図1に示すように、電子機器1は、自車両である移動体100と所定の対象物200との間の距離Lを測定することができる。また、電子機器1は、自車両である移動体100と所定の対象物200との相対速度も測定することができる。さらに、電子機器1は、所定の対象物200からの反射波が、自車両である移動体100に到来する方向(到来角θ)も測定することができる。
ここで、対象物200とは、例えば移動体100に隣接する車線を走行する対向車、移動体100に並走する自動車、及び移動体100と同じ車線を走行する前後の自動車などの少なくともいずれかとしてよい。また、対象物200とは、オートバイ、自転車、ベビーカー、歩行者、ガードレール、中央分離帯、道路標識、歩道の段差、壁、障害物、マンホールなど、移動体100の周囲に存在する任意の物体としてよい。さらに、対象物200は、移動していてもよいし、停止していてもよい。例えば、対象物200は、移動体100の周囲に駐車又は停車している自動車などとしてもよい。本開示において、センサ5が検出する対象物には、無生物の他に、人や動物などの生物も含む。
図1において、センサ5の大きさと、移動体100の大きさとの比率は、必ずしも実際の比率を示すものではない。また、図1において、センサ5は、移動体100の外部に設置した状態を示してある。しかしながら、一実施形態において、センサ5は、移動体100の各種の位置に設置してよい。例えば、一実施形態において、センサ5は、移動体100のバンパーの内部に設置して、移動体100の外観に現れないようにしてもよい。また、センサ5が移動体100に設置される位置は、移動体100の外部及び内部のいずれでもよい。移動体100の内部とは、例えば、移動体100のボディの内側、バンパーの内側、ヘッドライトの内部、車内の空間内、又はこれらの任意の組み合わせでよい。
以下、典型的な例として、センサ5の送信アンテナは、ミリ波(30GHz以上)又は準ミリ波(例えば20GHz〜30GHz付近)などのような周波数帯の電波を送信するものとして説明する。例えば、センサ5の送信アンテナは、77GHz〜81GHzのように、4GHzの周波数帯域幅を有する電波を送信してもよい。
図2は、一実施形態に係る電子機器1の構成例を概略的に示す機能ブロック図である。以下、一実施形態に係る電子機器1の構成の一例について説明する。
ミリ波方式のレーダによって距離などを測定する際、周波数変調連続波レーダ(以下、FMCWレーダ(Frequency Modulated Continuous Wave radar)と記す)が用いられることが多い。FMCWレーダは、送信する電波の周波数を掃引して送信信号が生成される。したがって、例えば79GHzの周波数帯の電波を用いるミリ波方式のFMCWレーダにおいて、使用する電波の周波数は、例えば77GHz〜81GHzのように、4GHzの周波数帯域幅を持つものとなる。79GHzの周波数帯のレーダは、例えば24GHz、60GHz、76GHzの周波数帯などの他のミリ波/準ミリ波レーダよりも、使用可能な周波数帯域幅が広いという特徴がある。以下、このような実施形態について説明する。本開示で利用されるFMCWレーダレーダ方式は、通常より短い周期でチャープ信号を送信するFCM方式(Fast-Chirp Modulation)を含むとしてもよい。信号生成部21が生成する信号はFM−CW方式の信号に限定されない。信号生成部21が生成する信号はFM−CW方式以外の各種の方式の信号としてもよい。記憶部に記憶される送信信号列は、これら各種の方式によって異なるものとしてよい。例えば、上述のFM−CW方式のレーダ信号の場合、時間サンプルごとに周波数が増加する信号及び減少する信号を使用してよい。上述の各種の方式は、公知の技術を適宜適用することができるため、より詳細な説明は省略する。
図2に示すように、一実施形態に係る電子機器1は、センサ5及び制御部10を備えている。また、センサ5は、送信部20、及び、受信部30A〜30Dを含んでよい。図2に示すように、電子機器1は、受信部30A〜30Dのように、複数の受信部を備えてよい。以下、受信部30Aと、受信部30Bと、受信部30Cと、受信部30Dとを区別しない場合、単に「受信部30」と記す。
図2に示す例においては、センサ5と制御部10とは別個の機能部として示してあるが、センサ5に制御部10の一部又は全部が含まれても良い。また、センサ5に含まれる部材は図2に示される例に限定されず、図2に示す部材のうちの任意の部材をセンサ5から外してもよい。図2において、例えば、送信アンテナ25、受信アンテナ31、及び増幅器24は、センサ5として1つの筐体に収められてもよい。また、例えば、センサ5は、送信アンテナ25及び受信アンテナ31の少なくとも一方を含むものとしてもよい。
図2に示す制御部10は、図3により詳細に示すように、距離FFT処理部12、速度FFT処理部14、到来角推定部16、判定処理部18、記憶部40、クラスタリング処理部42、トラッキング処理部44、及び更新処理部46を備えてよい。制御部10に含まれるこれらの機能部については、さらに後述する。
送信部20は、図2に示すように、信号生成部21、シンセサイザ22、位相制御部23A及び23B、増幅器24A及び24B、並びに送信アンテナ25A及び25Bを備えてよい。以下、送信アンテナ25Aと送信アンテナ25Bとを区別しない場合、単に「送信アンテナ25」と記す。また、送信部20における他の機能部についても、例えば位相制御部23A及び23Bのように、同種の複数の機能部を特に区別しない場合、A及びBのような記号を省略することにより、当該機能部を総称することがある。
受信部30は、図2に示すように、複数の受信部30にそれぞれ対応する受信アンテナ31A〜31Dを備えてよい。以下、受信アンテナ31Aと、受信アンテナ31Bと、受信アンテナ31Cと、受信アンテナ31Dとを区別しない場合、単に「受信アンテナ31」と記す。また、複数の受信部30は、それぞれ、図2に示すように、LNA32、ミキサ33、IF部34、及びAD変換部35を備えてよい。受信部30A〜30Dは、それぞれ同様の構成としてよい。図2においては、代表例として、受信部30Aのみの構成を概略的に示してある。
図2に示すように、センサ5は、例えば送信アンテナ25及び受信アンテナ31を備えるものとしてよい。また、上述のように、センサ5は、制御部10又は制御部10の少なくとも一部など、他の機能部の少なくともいずれかを適宜含んでもよい。
一実施形態に係る電子機器1が備える制御部10は、電子機器1を構成する各機能部の制御をはじめとして、電子機器1全体の動作の制御を行うことができる。制御部10は、種々の機能を実行するための制御及び処理能力を提供するために、例えばCPU(Central Processing Unit)のような、少なくとも1つのプロセッサを含んでよい。制御部10は、まとめて1つのプロセッサで実現してもよいし、いくつかのプロセッサで実現してもよいし、それぞれ個別のプロセッサで実現してもよい。プロセッサは、単一の集積回路として実現されてよい。集積回路は、IC(Integrated Circuit)ともいう。プロセッサは、複数の通信可能に接続された集積回路及びディスクリート回路として実現されてよい。プロセッサは、他の種々の既知の技術に基づいて実現されてよい。一実施形態において、制御部10は、例えばCPU及び当該CPUで実行されるプログラムとして構成してよい。制御部10は、制御部10の動作に必要なメモリを適宜含んでもよい。
図3に示すように、制御部10は、記憶部40を備えている。記憶部40は、制御部10において実行されるプログラム、及び、制御部10において実行された処理の結果などを記憶してよい。また、記憶部40は、制御部10のワークメモリとして機能してよい。記憶部40は、例えば半導体メモリ又は磁気ディスク等により構成することができるが、これらに限定されず、任意の記憶装置とすることができる。また、例えば、記憶部40は、本実施形態に係る電子機器1に挿入されたメモリカードのような記憶媒体としてもよい。また、記憶部40は、上述のように、制御部10として用いられるCPUの内部メモリであってもよい。
一実施形態に係る電子機器1において、制御部10は、送信部20及び受信部30の少なくとも一方を制御することができる。この場合、制御部10は、記憶部40に記憶された各種情報に基づいて、送信部20及び受信部30の少なくとも一方を制御してよい。また、一実施形態に係る電子機器1において、制御部10は、信号生成部21に信号の生成を指示したり、信号生成部21が信号を生成するように制御したりしてもよい。
図2に示す信号生成部21は、制御部10の制御により、送信アンテナ25から送信波Tとして送信される信号(送信信号)を生成する。信号生成部21は、送信信号を生成する際に、例えば制御部10による制御に基づいて、送信信号の周波数を割り当ててよい。例えば、信号生成部21は、制御部10から周波数情報を受け取ることにより、例えば77〜81GHzのような周波数帯域の所定の周波数の信号を生成する。信号生成部21は、例えば電圧制御発振器(VCO)のような機能部を含んで構成してよい。
信号生成部21は、当該機能を有するハードウェアとして構成してもよいし、例えばマイコンなどで構成してもよいし、例えばCPUのようなプロセッサ及び当該プロセッサで実行されるプログラムなどとして構成してもよい。以下説明する各機能部も、当該機能を有するハードウェアとして構成してもよいし、可能な場合には、例えばマイコンなどで構成してもよいし、例えばCPUのようなプロセッサ及び当該プロセッサで実行されるプログラムなどとして構成してもよい。
一実施形態に係る電子機器1において、信号生成部21は、例えばチャープ信号のような送信信号(送信チャープ信号)を生成してよい。特に、信号生成部21は、周波数が周期的に線形に変化する信号(線形チャープ信号)を生成してもよい。例えば、信号生成部21は、周波数が時間の経過に伴って77GHzから81GHzまで周期的に線形に増大するチャープ信号としてもよい。また、例えば、信号生成部21は、周波数が時間の経過に伴って77GHzから81GHzまで線形の増大(アップチャープ)及び減少(ダウンチャープ)を周期的に繰り返す信号を生成してもよい。信号生成部21が生成する信号は、例えば制御部10において予め設定されていてもよい。また、信号生成部21が生成する信号は、例えば記憶部40などに予め記憶されていてもよい。レーダのような技術分野で用いられるチャープ信号は既知であるため、より詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略する。信号生成部21によって生成された信号は、シンセサイザ22に供給される。
図4は、信号生成部21が生成するチャープ信号の例を説明する図である。
図4において、横軸は経過する時間を表し、縦軸は周波数を表す。図4に示す例において、信号生成部21は、周波数が周期的に線形に変化する線形チャープ信号を生成する。図4においては、各チャープ信号を、c1,c2,…,c8のように示してある。図4に示すように、それぞれのチャープ信号において、時間の経過に伴って周波数が線形に増大する。
図4に示す例において、c1,c2,…,c8のように8つのチャープ信号を含めて、1つのサブフレームとしている。すなわち、図4に示すサブフレーム1及びサブフレーム2などは、それぞれc1,c2,…,c8のように8つのチャープ信号を含んで構成されている。また、図4に示す例において、サブフレーム1〜サブフレーム16のように16のサブフレームを含めて、1つのフレームとしている。すなわち、図4に示すフレーム1及びフレーム2など、それぞれ16のサブフレームを含んで構成されている。また、図4に示すように、フレーム同士の間には、所定の長さのフレームインターバルを含めてもよい。
図4において、フレーム2以降も同様の構成としてよい。また、図4において、フレーム3以降も同様の構成としてよい。一実施形態に係る電子機器1において、信号生成部21は、任意の数のフレームとして送信信号を生成してよい。また、図4においては、一部のチャープ信号は省略して示している。このように、信号生成部21が生成する送信信号の時間と周波数との関係は、例えば記憶部40などに記憶しておいてよい。
このように、一実施形態に係る電子機器1は、複数のチャープ信号を含むサブフレームから構成される送信信号を送信してよい。また、一実施形態に係る電子機器1は、サブフレームを所定数含むフレームから構成される送信信号を送信してよい。
以下、電子機器1は、図4に示すようなフレーム構造の送信信号を送信するものとして説明する。しかしながら、図4に示すようなフレーム構造は一例であり、例えば1つのサブフレームに含まれるチャープ信号は8つに限定されない。一実施形態において、信号生成部21は、任意の数(例えば任意の複数)のチャープ信号を含むサブフレームを生成してよい。また、図4に示すようなサブフレーム構造も一例であり、例えば1つのフレームに含まれるサブフレームは16に限定されない。一実施形態において、信号生成部21は、任意の数(例えば任意の複数)のサブフレームを含むフレームを生成してよい。
図2に示すシンセサイザ22は、信号生成部21が生成した信号の周波数を、所定の周波数帯の周波数まで上昇させる。シンセサイザ22は、送信アンテナ25から送信する送信波Tの周波数として選択された周波数まで、信号生成部21が生成した信号の周波数を上昇させてよい。送信アンテナ25から送信する送信波Tの周波数として選択される周波数は、例えば制御部10によって設定されてもよい。また、送信アンテナ25から送信する送信波Tの周波数として選択される周波数は、例えば記憶部40に記憶されていてもよい。シンセサイザ22によって周波数が上昇された信号は、位相制御部23及びミキサ33に供給される。受信部30が複数の場合、シンセサイザ22によって周波数が上昇された信号は、複数の受信部30におけるそれぞれのミキサ33に供給されてよい。
位相制御部23は、シンセサイザ22から供給された送信信号の位相を制御する。具体的には、位相制御部23は、例えば制御部10による制御に基づいて、シンセサイザ22から供給された信号の位相を適宜早めたり遅らせたりすることにより、送信信号の位相を調整してよい。この場合、位相制御部23は、複数の送信アンテナ25から送信されるそれぞれの送信波Tの経路差に基づいて、それぞれの送信信号の位相を調整してもよい。位相制御部23がそれぞれの送信信号の位相を適宜調整することにより、複数の送信アンテナ25から送信される送信波Tは、所定の方向において強め合ってビームを形成する(ビームフォーミング)。この場合、ビームフォーミングの方向と、複数の送信アンテナ25がそれぞれ送信する送信信号の制御すべき位相量との相関関係は、例えば記憶部40に記憶しておいてよい。位相制御部23によって位相制御された送信信号は、増幅器24に供給される。
増幅器24は、位相制御部23から供給された送信信号のパワー(電力)を、例えば制御部10による制御に基づいて増幅させる。送信信号のパワーを増幅させる技術自体は既に知られているため、より詳細な説明は省略する。増幅器24は、送信アンテナ25に接続される。
送信アンテナ25は、増幅器24によって増幅された送信信号を、送信波Tとして出力(送信)する。上述のように、センサ5は、例えば送信アンテナ25A及び送信アンテナ25Bのように、複数の送信アンテナを含んで構成してよい。送信アンテナ25は、既知のレーダ技術に用いられる送信アンテナと同様に構成することができるため、より詳細な説明は省略する。
このようにして、一実施形態に係る電子機器1は、送信アンテナ25から送信波Tとして送信信号(例えば送信チャープ信号)を送信することができる。ここで、電子機器1を構成する各機能部のうちの少なくとも1つは、1つの筐体に収められてもよく、この場合、1つの筐体は容易に開けることができない構造としてもよい。例えば送信アンテナ25、受信アンテナ31、及び増幅器24が1つの筐体に収められて、かつ、この筐体が容易に開けられない構造にしてもよい。
また、センサ5が自動車のような移動体100に設置される場合、送信アンテナ25は、例えばレーダカバーのような部材を介して、移動体100の外部に送信波Tを送信してもよい。この場合、レーダカバーは、例えば合成樹脂又はゴムのような、電磁波を通過させる物質で構成してよい。このレーダカバーは、例えばセンサ5のハウジングとしてもよい。レーダカバーのような部材で送信アンテナ25を覆うことにより、送信アンテナ25が外部との接触により破損したり不具合が発生したりするリスクを低減することができる。また、上記レーダカバー及びハウジングは、レドームとも呼ばれることがある(以下、同じ)。
図2に示す電子機器1は、送信アンテナ25A及び送信アンテナ25Bのように2つの送信アンテナ25を備え、この2つの送信アンテナ25によって送信波Tを送信する。したがって、図2に示す電子機器1は、2つの送信アンテナ25から送信波Tを送信するのに必要な機能部も、それぞれ2つずつ含んで構成される。具体的には、電子機器1は、位相制御部23A及び位相制御部23Bのように2つの位相制御部23を含んで構成される。また、図2に示す電子機器1は、増幅器24A及び増幅器24Bのように2つの増幅器24を含んで構成される。
図2に示す電子機器1は、2つの送信アンテナ25を備えているが、一実施形態に係る電子機器1が備える送信アンテナ25の数は、例えば3つ以上のように、任意の複数としてよい。この場合、一実施形態に係る電子機器1は、複数の送信アンテナ25と同じ数の増幅器24を備えてよい。また、この場合、一実施形態に係る電子機器1は、複数の送信アンテナ25と同じ数の位相制御部23を備えてよい。
受信アンテナ31は、反射波Rを受信する。反射波Rは、送信波Tが所定の対象物200に反射したものである。受信アンテナ31は、例えば受信アンテナ31A〜受信アンテナ31Dのように、複数のアンテナを含んで構成してよい。受信アンテナ31は、既知のレーダ技術に用いられる受信アンテナと同様に構成することができるため、より詳細な説明は省略する。受信アンテナ31は、LNA32に接続される。受信アンテナ31によって受信された反射波Rに基づく受信信号は、LNA32に供給される。
一実施形態に係る電子機器1は、複数の受信アンテナ31から、例えばチャープ信号のような送信信号(送信チャープ信号)として送信された送信波Tが所定の対象物200によって反射された反射波Rを受信することができる。このように、送信波Tとして送信チャープ信号を送信する場合、受信した反射波Rに基づく受信信号は、受信チャープ信号と記す。すなわち、電子機器1は、受信アンテナ31から反射波Rとして受信信号(例えば受信チャープ信号)を受信する。ここで、電子機器1を構成する例えば複数の受信アンテナ31のような機能部の少なくとも1つは、1つの筐体に収められてもよく、この場合、1つの筐体は容易に開けることができない構造としてもよい。
また、センサ5が自動車のような移動体100に設置される場合、受信アンテナ31は、例えばレーダカバーのような部材を介して、移動体100の外部から反射波Rを受信してもよい。この場合、レーダカバーは、例えば合成樹脂又はゴムのような、電磁波を通過させる物質で構成してよい。このレーダカバーは、例えばセンサ5のハウジングとしてもよい。レーダカバーのような部材で受信アンテナ31を覆うことにより、受信アンテナ31が外部との接触により破損又は不具合が発生するリスクを低減することができる。
また、センサ5には、例えば全ての送信アンテナ25及び全ての受信アンテナ31を含めてよい。さらに、受信アンテナ31が送信アンテナ25の近くに設置される場合、これらをまとめて1つのセンサ5に含めて構成してもよい。すなわち、1つのセンサ5には、例えば少なくとも1つの送信アンテナ25及び少なくとも1つの受信アンテナ31を含めてもよい。例えば、1つのセンサ5は、複数の送信アンテナ25及び複数の受信アンテナ31を含んでもよい。このような場合、例えば1つのレーダカバーのような部材で、1つのレーダセンサを覆うようにしてもよい。
LNA32は、受信アンテナ31によって受信された反射波Rに基づく受信信号を低ノイズで増幅する。LNA32は、低雑音増幅器(Low Noise Amplifier)としてよく、受信アンテナ31から供給された受信信号を低雑音で増幅する。LNA32によって増幅された受信信号は、ミキサ33に供給される。
ミキサ33は、LNA32から供給されるRF周波数の受信信号を、シンセサイザ22から供給される送信信号に混合する(掛け合わせる)ことにより、ビート信号を生成する。ミキサ33によって混合されたビート信号は、IF部34に供給される。
IF部34は、ミキサ33から供給されるビート信号に周波数変換を行うことにより、ビート信号の周波数を中間周波数(IF(Intermediate Frequency)周波数)まで低下させる。IF部34によって周波数を低下させたビート信号は、AD変換部35に供給される。
AD変換部35は、IF部34から供給されたアナログのビート信号をデジタル化する。AD変換部35は、任意のアナログ−デジタル変換回路(Analog to Digital Converter(ADC))で構成してよい。図2に示すAD変換部35によってデジタル化されたビート信号は、図3に示すように、制御部10の距離FFT処理部12に供給される。受信部30が複数の場合、複数のAD変換部35によってデジタル化されたそれぞれのビート信号は、距離FFT処理部12に供給されてよい。
図3に示す距離FFT処理部12は、AD変換部35から供給されたビート信号に基づいて、電子機器1を搭載した移動体100と、対象物200との間の距離を推定することができる。距離FFT処理部12は、例えば高速フーリエ変換を行う処理部を含んでよい。この場合、距離FFT処理部12は、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform(FFT))処理を行う任意の回路又はチップなどで構成してよい。距離FFT処理部12は、高速フーリエ変換以外のフーリエ変換を行うとしてもよい。たとえば、距離FFT処理部12は、離散フーリエ変換などを利用するとしてもよい。
距離FFT処理部12は、AD変換部35によってデジタル化されたビート信号に対してFFT処理を行う(以下、適宜「第1のFFT処理」と記す)。例えば、距離FFT処理部12は、AD変換部35から供給された複素信号にFFT処理を行ってよい。AD変換部35によってデジタル化されたビート信号は、信号強度(電力)の時間変化として表すことができる。距離FFT処理部12は、このようなビート信号にFFT処理を行うことにより、各周波数に対応する信号強度(電力)として表すことができる。距離FFT処理部12は、第1のFFT処理によって得られた結果においてピークが所定の閾値以上である場合、そのピークに対応する距離に、所定の対象物200があると判断してもよい。例えば、定誤差確率(CFAR(Constant False Alarm Rate))検出処理のように、外乱信号の平均電力又は振幅から閾値以上のピーク値が検出された場合、送信波を反射する対象物(反射物体)が存在するものと判断する方法が知られている。
このように、一実施形態に係る電子機器1は、送信アンテナ25から送信波Tとして送信される送信信号、及び、送信波Tが反射された反射波Rとして受信アンテナ31から受信される受信信号に基づいて、送信波Tを反射する対象物200を検出する。また、一実施形態に係る電子機器1は、送信信号及び受信信号に基づいて生成されるビート信号にFFT処理を行った結果におけるピークが所定の閾値以上となる場合に、対象物200を検出したと判定してよい。
距離FFT処理部12は、1つのチャープ信号(例えば図4に示すc1)に基づいて、所定の対象物との間の距離を推定することができる。すなわち、電子機器1は、第1のFFT処理を行うことにより、図1に示した距離Lを測定(推定)することができる。ビート信号にFFT処理を行うことにより、所定の物体との間の距離を測定(推定)する技術自体は公知のため、より詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略する。距離FFT処理部12によって第1のFFT処理が行われた結果は、速度FFT処理部14に供給されてよい。
速度FFT処理部14は、距離FFT処理部12によって第1のFFT処理が行われたビート信号に基づいて、電子機器1を搭載した移動体100と、対象物200との相対速度を推定する。速度FFT処理部14は、例えば高速フーリエ変換を行う処理部を含んでよい。この場合、速度FFT処理部14は、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform(FFT))処理を行う任意の回路又はチップなどで構成してよい。速度FFT処理部14は、高速フーリエ変換以外のフーリエ変換を行うとしてもよい。
速度FFT処理部14は、距離FFT処理部12によって第1のFFT処理が行われたビート信号に対してさらにFFT処理を行う(以下、適宜「第2のFFT処理」と記す)。例えば、速度FFT処理部14は、距離FFT処理部12から供給された複素信号にFFT処理を行ってよい。速度FFT処理部14は、チャープ信号のサブフレーム(例えば図4に示すサブフレーム1)に基づいて、所定の対象物との相対速度を推定することができる。上述のようにビート信号に第1のFFT処理を行うと、複数のベクトルを生成することができる。これら複数のベクトルに対して第2のFFT処理を行った結果におけるピークの位相を求めることにより、所定の物体との相対速度を推定することができる。すなわち、電子機器1は、第2のFFT処理を行うことにより、図1に示した移動体100と所定の対象物200との相対速度を測定(推定)することができる。距離のFFT処理を行った結果に対して速度のFFT処理を行うことにより、所定の物体との相対速度を測定(推定)する技術自体は公知のため、より詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略する。速度FFT処理部14によって第2のFFT処理が行われた結果は、到来角推定部16に供給されてよい。
到来角推定部16は、速度FFT処理部14によってFFT処理が行われた結果に基づいて、所定の対象物200から反射波Rが到来する方向を推定する。到来角推定部16は、複数の受信アンテナ31から反射波Rを受信することで、反射波Rが到来する方向を推定することができる。例えば、複数の受信アンテナ31は、所定の間隔で配置されているものとする。この場合、送信アンテナ25から送信された送信波Tが所定の対象物200に反射されて反射波Rとなり、所定の間隔で配置された複数の受信アンテナ31はそれぞれ反射波Rを受信する。そして、到来角推定部16は、複数の受信アンテナ31がそれぞれ受信した反射波Rの位相、及びそれぞれの反射波Rの経路差に基づいて、反射波Rが受信アンテナ31に到来する方向を推定することができる。すなわち、電子機器1は、第2のFFT処理が行われた結果に基づいて、図1に示した到来角θを測定(推定)することができる。
速度のFFT処理が行われた結果に基づいて、反射波Rが到来する方向を推定する技術は各種提案されている。例えば、既知の到来方向推定のアルゴリズムとしては、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)、及びESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique)などが知られている。したがって、公知の技術についてのより詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略する。到来角推定部16によって推定された到来角θの情報(角度情報)は、クラスタリング処理部42に出力されてよい。また、上述した距離FFT処理部12から出力された情報及び速度FFT処理部14から出力された情報も、クラスタリング処理部42に出力されてよい。
また、到来角推定部16によって推定された到来角θの情報(角度情報)は、例えば制御部10からECU(Electronic Control Unit)などに出力されてよい。この場合、移動体100が自動車である場合、例えばCAN(Controller Area Network)のような通信インタフェースを用いて通信を行ってもよい。
判定処理部18は、演算処理に用いる各値が、所定の閾値以上であるか否かを判定する処理を行う。例えば、判定処理部18は、距離FFT処理部12及び速度FFT処理部14において処理が行われた結果におけるピークが、それぞれ所定の閾値以上であるか否かを判定してよい。
例えば、判定処理部18は、距離FFT処理部12によって第1のFFT処理が行われた結果におけるピークが、第1閾値以上になるか否かを判定してもよい。すなわち、判定処理部18は、送信信号及び受信信号に基づいて生成されたビート信号について第1のFFT処理を行った結果におけるピークが、第1閾値以上になるか否かを判定してもよい。第1閾値の設定については、さらに後述する。このようにして、ビート信号について第1のFFT処理を行った結果におけるピークが第1閾値以上であると判定される場合、当該ビート信号を「第1サンプル」としてカウントしてもよい。
また、例えば、判定処理部18は、速度FFT処理部14によって第2のFFT処理が行われた結果におけるピークが、第2閾値以上になるか否かを判定してもよい。すなわち、判定処理部18は、上述の第1サンプルについて第2のFFT処理を行った結果におけるピークが、第2閾値以上になるか否かを判定してもよい。第2閾値の設定については、さらに後述する。このようにして、第1サンプルについて第2のFFT処理を行った結果におけるピークが第2閾値以上であると判定される場合、当該第1サンプルを「第2サンプル」としてカウントしてもよい。
上述のように、到来角推定部16は、速度FFT処理部14によってFFT処理が行われた結果に基づいて、所定の対象物200から反射波Rが到来する方向を推定する。また、速度FFT処理部14は、距離FFT処理部12によって第1のFFT処理が行われたビート信号に対して第2のFFT処理を行う。この場合、距離FFT処理部12は、送信信号及び受信信号に基づいて生成されたビート信号に第1のFFT処理を行った結果に基づいて、判定処理部18による判定処理に従って、第1サンプルを生成してよい。また、速度FFT処理部14は、第1サンプルに第2のFFT処理を行った結果に基づいて、判定処理部18による判定処理に従って、第2サンプルを生成してよい。そして、到来角推定部16は、生成された第2サンプルに基づいて、反射波Rの到来方向(到来角θ)を推定してもよい。例えば、電子機器1は、第2サンプルから求める共分散行列に基づいて、反射波Rの到来方向(到来角θ)を推定してもよい。
図2に示す電子機器1は、2つの送信アンテナ25及び4つの受信アンテナ31を備えている。このように複数の送信アンテナ25及び複数の受信アンテナ31を備えることにより、電子機器1は、これらのアンテナを例えば8本の仮想アンテナアレイとしてよい。このように、電子機器1は、仮想8本のアンテナを用いることにより、図4に示す16のサブフレームの反射波Rを送受信してよい。
クラスタリング処理部42は、距離FFT処理部12、速度FFT処理部14、及び到来角推定部16の少なくともいずれかからの出力に基づいて、クラスタリング処理を行う。データをクラスタリングする際に用いるアルゴリズムとして、例えばDBSCAN(Density-based spatial clustering of applications with noise)などが知られている。クラスタリング処理部42によってクラスタリングされた情報は、トラッキング処理部44に出力されてよい。
トラッキング処理部44は、クラスタリング処理部42からの出力に基づいて、トラッキング処理を行う。トラッキングを行う方法として、例えばカルマン(Kalman)フィルタのような手法が知られている。トラッキング処理部44によってトラッキングされた結果は、更新処理部46に供給される。
また、トラッキング処理部44によってトラッキングされた結果の情報は、例えば制御部10からECU(Electronic Control Unit)などに出力されてよい。この場合、移動体100が自動車である場合、例えばCAN(Controller Area Network)のような通信インタフェースを用いて通信を行ってもよい。
更新処理部46は、トラッキング処理部44から出力された結果の情報に基づいて、判定処理部18において行われる判定処理に関連する各値を更新する。判定処理部18は、上述したように、距離FFT処理部12及び速度FFT処理部14において行われるFFT処理が行われた結果におけるピークが所定の閾値以上であるか否かを判定する。更新処理部46は、そのような判定処理に関連する各値を更新してよい。判定処理部18が行う判定処理に関連する各値を更新処理部46が更新する処理については、上述の閾値とともに、さらに後述する。
図5〜図10は、一実施形態に係る電子機器1の動作の例を説明する図である。以下、一実施形態に係る電子機器1の動作の例を説明する。以下、電子機器1は、ミリ波方式のFMCWレーダとして構成される例について説明する。
図5は、一実施形態に係る電子機器1の動作を説明するフローチャートである。図5に示す動作は、例えば電子機器1が、移動体100の周囲に存在する所定の対象物200を検出する際に開始してよい。
図5に示す動作が開始すると、電子機器1の制御部10は、まず、判定処理部18が判定処理を行う際に用いる閾値を設定する(ステップS0)。
図6は、判定処理部18が判定処理に用いる閾値の例を示す図である。図6に示す各閾値は、例えば判定処理部18又は記憶部40に記憶しておいてよい。図6に示すように、判定処理部18は、判定処理を行うための各閾値を設定することができる。図6においては、判定処理を行うための閾値Sthの例として、9dBから15dBの閾値を示している。閾値Sthは、上述のように、距離FFT処理部12によって第1のFFT処理が行われた結果におけるピークとの大小関係が判定される第1閾値としてよい。また、閾値Sthは、上述のように、速度FFT処理部14によって第2のFFT処理が行われた結果におけるピークとの大小関係が判定される第2閾値としてよい。すなわち、図6に示す閾値Sthは、詳述の第1閾値及び第2閾値の少なくとも一方としてよい。また、第1閾値と第2閾値とは、図6に示す閾値Sthとして同じ閾値を用いてもよいし、また異なる閾値を用いてもよい。
図6に示すように、閾値Sthの各値は、それぞれ物体検出確率が対応している。この物体検出確率は、当該閾値Sthを用いた際に、判定処理部18による判定処理において、物体が検出されたか否かの判定に基づいて、当該閾値Sthに対応付けられる値である。例えば、図6に示す物体検出確率P(15)は、閾値Sthが15dBとした場合の物体検出確率[%]を示している。この物体検出確率は、図6に示すように、当該閾値Sthを用いた際に、物体の検出が成功したか失敗したかに応じて決定されるものとしてよい。例えば、図6に示す成功回数OK(15)は、閾値Sthが15dBとした場合に、物体が検出されたと判定された回数を示している。同様に、図6に示す失敗回数NG(15)は、閾値Sthが15dBとした場合に、物体が検出されなかったと判定された回数を示している。
ステップS0において、制御部10は、第1閾値及び第2閾値として図6に示す複数の閾値候補の中から閾値Sthを設定する際に、各閾値候補に対応付けられた物体検出確率が最も高いものから優先的に選択してよい。すなわち、一実施形態に係る電子機器1において、所定の閾値Sthは、複数の閾値候補のうち、当該複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率P[%]が高いものから優先的に選択されてもよい。
このため、判定処理部18は、例えば物体検出確率が高い閾値Sthを優先的に選択するスケジューラを使用してよい。各閾値Sthに物体検出確率が対応付けられる処理については、さらに後述する。
ステップS0において閾値が設定されたら、制御部10は、送信部20の送信アンテナ25からチャープ信号を送信するように制御する(ステップS1)。具体的には、制御部10は、信号生成部21に送信信号(チャープ信号)の生成を指示する。そして、制御部10は、チャープ信号が、シンセサイザ22、位相制御部23、及び増幅器24を得て、送信アンテナ25から送信波Tとして送信されるように制御する。
ステップS1においてチャープ信号が送信されると、制御部10は、受信部30の受信アンテナ31からチャープ信号を受信するように制御する(ステップS2)。ステップS2においてチャープ信号が受信されると、制御部10は、送信チャープ信号と受信チャープ信号を掛け合わせることにより、ビート信号を生成するように受信部30を制御する(ステップS3)。具体的には、制御部10は、受信アンテナ31から受信されたチャープ信号が、LNA32により増幅され、ミキサ33によって送信チャープ信号と掛け合わされるように制御する。ステップS1からステップS3までの処理は、例えば既知のミリ波方式のFMCWレーダの技術を採用することで行ってよい。
ステップS3においてビート信号が生成されると、制御部10は、生成された各チャープ信号から、上述の第1サンプルを生成する(ステップS4)。
以下、ステップS4の処理について、さらに説明する。図7は、図5におけるステップS4の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
図5に示すステップS4の処理が開始すると、距離FFT処理部12は、図7に示すように、ステップS3で生成されたビート信号に第1のFFT処理を行う(ステップS11)。上述のように、ステップS11の処理が行われると、各周波数に対応する信号強度(電力)が得られる。ステップS11において、距離FFT処理部12は、AD変換部35から供給されるデジタルのビート信号に、第1のFFT処理を行ってよい。
ステップS11においてビート信号に第1のFFT処理が行われたら、判定処理部18は、生成されたビート信号のうち、第1のFFT処理が行われた結果におけるピークが第1閾値以上になるか否かを判定する(ステップS12)。ここで、第1閾値とは、上述のように、ステップS0において判定処理部18か判定処理を行う際に用いるのに設定された閾値Sthである。
ここで、第1閾値の設定について説明する。図8は、第1閾値の設定の一例について説明する図である。
図8は、例えばステップS11においてビート信号に第1のFFT処理を行った結果の一例を示す図である。図8において、横軸は周波数fを示し、縦軸は信号強度(電力)Sを示している。図8に示す例において、周波数がfr1の領域及び周波数がfr2の領域にあるとき、信号強度はSaに近い値を示している。また、図8に示す例において、周波数がf1のとき、信号強度はピークの値S(f1)を示している。
一実施形態において、判定処理部18は、例えば電力のピーク値S(f1)を検出することができるように、電力の閾値Sthを設定する。ここで、閾値Sthは、例えば電力がピークの値S(f1)になるときの周波数f1を含む周辺領域以外の領域fr1及び/又は領域fr2のときの電力の平均値に基づいて設定してよい。例えば、図8において、周波数が領域fr1及び/又は領域fr2のとき、信号強度の平均はほぼSaに近い値を示している。そこで、電力がピークの値S(f1)になるときの周波数f1を含む周辺領域以外の領域fr1及び/又は領域fr2のときの電力の平均値を例えばSaとする。この場合、電力の平均値Saに所定の値を加えたものを、電力の閾値Sthとして設定することにより、電子機器1は、所定の対象物200のような物体を検出することができる。また、電力の閾値Sthを設定する際には、電力がピークの値S(f1)になるときの周波数f1を含む周辺領域において、ガードバンドを除くようにしてもよい。
このように、電力の閾値Sthを設定することにより、判定処理部18は、ビート信号について第1のFFT処理を行った結果におけるピークが第1閾値以上であるか否かを判定することができる。
図7に示すステップS12においては、ビート信号について第1のFFT処理を行った結果におけるピークが第1閾値以上であるか否かが判定される。ステップS12においてピークが第1閾値以上であると判定される場合、判定処理部18は、ステップS13における動作を行って、図7に示す処理を終了する。一方、ステップS12においてピークが第1閾値未満であると判定される場合、判定処理部18は、ステップS13における動作を行わずに、図7に示す処理を終了する。
ステップS13において、判定処理部18は、第1のFFT処理を行った結果におけるピークが第1閾値以上であると判定されたビート信号を、第1サンプルとしてカウントする。例えば、ステップS13において、判定処理部18は、後の処理のため、第1サンプルを、記憶部40又は制御部10の内部メモリなどに記憶してもよい。ステップS11において、第1のFFT処理が行われるビート信号は、例えば1つのチャープ信号(例えば図3に示すc1など)を単位としてよい。したがって、ステップS13において、第1サンプルとしてカウントされるのは、1つのチャープ信号を単位としてよい。
以上のようにして、距離FFT処理部12は、図5に示すステップS4において、1つのチャープ信号から、第1サンプルを生成してよい。
ステップS4において第1サンプルが生成されたら、判定処理部18は、1つのサブフレームに含まれるチャープ信号の全てに対してステップS4の処理が行われたか否かを判定する(ステップS5)。ステップS5において、判定処理部18は、例えば1つのサブフレーム(例えば図3に示すサブフレーム1)に含まれる8つのチャープ信号(例えば図3に示すc1〜c8)に対してステップS4の処理が行われたか否かを判定してよい。
ステップS5において1つのサブフレームに含まれるチャープ信号のうち未だステップS4の処理が行われていないものがあると判定される場合、制御部10は、ステップS1に戻って処理を続行する。
一方、ステップS5において1つのサブフレームにおけるチャープ信号が全てに対してステップS4の処理が行われたと判定される場合、制御部10は、ステップS6の処理を行う。ステップS6に進む場合とは、例えば図3に示すサブフレーム1に含まれる8つのチャープ信号(c1〜c8)の全てに対して第1のFFT処理が行われたことを意味する。そして、ステップS6に進む場合、前述の8つのチャープ信号(c1〜c8)のうち、第1のFFT処理が行われた結果におけるピークが第1閾値以上となるものが、第1サンプルとしてカウントされる。
ステップS5において1つのサブフレームに含まれるチャープ信号の全てに対してステップS4の処理が行われたと判定される場合、制御部10は、生成された第1サンプルから、上述の第2サンプルを生成する(ステップS6)。
以下、ステップS6の処理について、さらに説明する。図9は、図5におけるステップS6の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
図5に示すステップS6の処理が開始すると、速度FFT処理部14は、図9に示すように、ステップS4において生成された第1サンプルに第2のFFT処理を行う(ステップS21)。ステップS21において、速度FFT処理部14は、距離FFT処理部12によって第1のFFT処理が行われた結果に、第2のFFT処理を行ってよい。
ステップS21において第2のFFT処理が行われたら、判定処理部18は、第2のFFT処理が行われた第1サンプルのうち、第2のFFT処理が行われた結果におけるピークが第2閾値以上になるか否かを判定する(ステップS22)。ここで、第2閾値とは、上述のように、ステップS0において判定処理部18か判定処理を行う際に用いるのに設定された閾値Sthである。
ここで、第2閾値の設定についても、第1閾値と同様に行うことができる。すなわち、一実施形態において、判定処理部18は、例えば電力のピーク値S’(f1)を検出することができるように、電力の閾値S’thを設定してよい。第1閾値と同様に、電力の閾値S’thを設定することにより、判定処理部18は、第1サンプルについて第2のFFT処理を行った結果におけるピークが第2閾値以上であるか否かを判定することができる。
図9に示すステップS22においては、第1サンプルについて第2のFFT処理を行った結果におけるピークが第2閾値以上であるか否かが判定される。ステップS22においてピークが第2閾値以上であると判定される場合、判定処理部18は、ステップS23における動作を行って、図9に示す処理を終了する。一方、ステップS22においてピークが第2閾値未満であると判定される場合、判定処理部18は、ステップS23における動作を行わずに、図9に示す処理を終了する。
ステップS23において、判定処理部18は、第2のFFT処理を行った結果におけるピークが第2閾値以上であると判定された第1サンプルを、第2サンプルとしてカウントする。例えば、ステップS23において、判定処理部18は、後の処理のため、第2サンプルを、記憶部40又は制御部10の内部メモリなどに記憶してもよい。ステップS21において、第2のFFT処理が行われる第1サンプルは、例えば1つのサブフレームに含まれるチャープ信号(例えば図3に示すc1〜c8)を単位としてよい。したがって、ステップS23において、第2サンプルとしてカウントされるのは、1つのサブフレームに含まれるチャープ信号を単位としてよい。
以上のようにして、速度FFT処理部14は、図5に示すステップS6において、1つのサブフレームに含まれるチャープ信号から、第2サンプルを生成する。
ステップS6において第2サンプルが生成されたら、判定処理部18は、1つのフレームに含まれる全てのサブフレームのチャープ信号に対してステップS6の処理が行われたか否かを判定する(ステップS7)。ステップS7において、判定処理部18は、1つのフレーム(例えば図3に示すフレーム1)に含まれる16のサブフレーム(図3に示すサブフレーム1〜サブフレーム16)のチャープ信号の全てに対してステップS6の処理が行われたか否かを判定してよい。
ステップS7において1つのフレームに含まれるチャープ信号のうち未だステップS6の処理を行っていないものがあると判定される場合、制御部10は、ステップS1に戻って処理を続行する。
一方、ステップS7において1つのフレームに含まれる全てのサブフレームのチャープ信号に対してステップS6の処理が行われたと判定される場合、制御部10は、ステップS8の処理を行う。ステップS8に進む場合とは、例えば図3に示すフレーム1に含まれる16のサブフレーム(サブフレーム1〜サブフレーム16)について第2のFFT処理が行われたことを意味する。そして、ステップS8に進む場合、前述の16のサブフレームに含まれる第1サンプルのうち、第2のFFT処理が行われた結果におけるピークが第2閾値以上となるものが、第2サンプルとしてカウントされる。
ステップS8において、到来角推定部16は、生成された第2サンプルに基づいて、反射波Rの到来方向(到来角θ)を推定する(ステップS8)。ステップS8において、到来角推定部16は、例えば第2サンプルから求める共分散行列に基づいて、反射波Rの到来方向を推定してもよい。すなわち、ステップS8において、到来角推定部16は、速度の閾値(第2閾値)を満たす複数アンテナのピークの複素信号から、所定の対象物200によって反射される反射波Rの到来方向(到来角θ)を推定してよい。例えば、上述した送信信号の1フレーム(16サブフレーム)において第2のFFT処理が行われた結果におけるピークが第2閾値以上となる第2サンプルのピークの複素信号を使って、到来方向(到来角θ)を推定するための共分散行列を求めてよい。
ステップ8において到来方向(到来角θ)が推定されたら、制御部10は、更新処理を行う(ステップS9)。
ここで、一実施形態に係る更新処理について説明する。図10は、図5におけるステップS9の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
図5に示すステップS9の処理が開始すると、クラスタリング処理部42は、図10に示すように、データのクラスタリング処理を行う(ステップS31)。ステップS31において、クラスタリング処理部42は、所定の対象物200との間の距離の情報、対象物200との相対速度の情報、及び所定の対象物200によって反射される反射波Rの到来方向(到来角θ)の情報に基づいて、クラスタリング処理を行ってよい。ステップS31において、クラスタリング処理部42は、上述したように、例えばDBSCANのようなアルゴリズムを用いてクラスタリング処理を行ってよい。
ステップS31においてクラスタリング処理が行われたら、トラッキング処理部44は、クラスタリング処理の結果に基づいて、トラッキング処理を行う(ステップS32)。ステップS32において、トラッキング処理部44は、上述のように、例えばカルマンフィルタにより、フレーム間のトラッキング処理を行ってよい。
ステップS32においてトラッキング処理が行われたら、トラッキング処理部44は、トラッキング処理の結果、所定の対象物200のクラスタを検出できているか否かを判定する(ステップS33)。ステップS33において、トラッキング処理部44は、対象物200のクラスタを検出できていれば、検出成功(ステップS34)と判定する。具体的には、トラッキング処理部44は、カルマンフィルタの計算をすることで、nフレーム目までのクラスタリング結果とnフレーム目のカルマンフィルタの予測結果からn+1フレーム目の結果を予測する。トラッキング処理部44は、n+1フレーム目が未検知の場合、この予測結果を使用する。ステップS34において検出成功と判定された結果は、更新処理部46に供給されてよい。一方、ステップS33において、トラッキング処理部44は、対象物200のクラスタを検出できていなれば、検出失敗(ステップS35)と判定する。ステップS35において検出失敗と判定された結果の情報は、更新処理部46に供給されてよい。
ステップS34又はステップS35において検出成功又は失敗の結果の情報が供給されると、更新処理部46は、図6に示した物体検出確率を更新する(ステップS36)。例えば、更新処理部46は、ステップS0において閾値Sthが10dBに設定されていて、ステップS33においてクラスタの検出が成功した場合(ステップS34)、ステップS36において、図6に示す成功回数OK(10)の回数を1加算する。また、更新処理部46は、ステップS0において閾値Sthが12dBに設定されていて、ステップS33においてクラスタの検出が失敗した場合(ステップS35)、ステップS36において、図6に示す失敗回数NG(12)の回数を1加算する。そして、更新処理部46は、各閾値における成功又は失敗のインクリメントに基づいて、当該閾値における物体検出確率を更新する。
以下、例えば閾値Sthとして14[dB]が選択された場合において、対象物200の検出が成功した場合において、その閾値Sth(14dB)に対応する対象物検出確率を更新する処理を具体例に説明する。
対象物200の検出が成功する確率をP(OK)と記し、閾値Sthとして14[dB]が選択された場合において対象物200の検出が成功する条件付き確率をP(OK|14)と記す。この場合、条件付き確率P(OK|14)は、ベイズ(Bayes)の定理によって、次の式(1)のように表すことができる。
Figure 2020066497
このようにして求めた条件付き確率P(OK|14)の値を、閾値Sthが14[dB]である場合の対象物検出確率P(14)の値として更新する。すなわち、次に閾値Sthとして14[dB]を選択するか否かの判定は、この対象物検出確率P(14)に基づいて行われる。
閾値SthとしてX[dB]が選択された場合において対象物200の検出が成功する条件付き確率P(OK|X)についても、同様に求めることができる。このようにして、各閾値Sthごとに対応する対象物検出確率P(X)を更新する。このような条件付き確率として対象物検出確率を更新する場合、いずれかの閾値Sthにおける物体検出確率が更新されると、成功回数又は失敗回数の母数が変更されることにより、他の閾値Sthにおける物体検出確率も変更され得る。
このように、一実施形態に係る電子機器1において、所定の閾値Sthが設定された際に対象物の検出が成功したか否かの判定に基づいて、複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率を更新してもよい。
ステップS36において物体検出確率が更新されると、図10に示す処理は終了するとともに、図5に示すステップS9における処理も終了する。図5に示す処理が終了すると、電子機器1は、図5に示す処理を再び開始してよい。図5に示す処理が再び開始すると、制御部10は、判定処理部18が判定処理を行う際に用いる閾値を設定する。ステップS0において、制御部10は、図6に示した各値のうちステップS9において更新された物体検出確率に基づいて、上述の第1閾値及び第2閾値を設定する。ここでも、判定処理部18は、例えば物体検出確率が高い閾値Sthを優先的に選択するスケジューラを使用してよい。電子機器1は、このように選択した閾値Sthを使用して、上述の動作と同様に、FFT処理の結果におけるピークと閾値との比較を行うことにより、閾値以上となるピークの距離及び速度を算出してよい。このような動作により、電子機器1は、FFT処理の結果におけるピークと比較される閾値を、動的に更新することができる。
以上説明したように、一実施形態に係る電子機器1は、所定の閾値Sthを、物体検出確率に基づいて設定する。ここで、所定の閾値Sthは、図6に示したように、複数の閾値候補から選択され、当該複数の閾値候補にはそれぞれ物体検出確率が対応付けられてもよい。また、所定の閾値Sthは、複数の閾値候補のうち、当該複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率P[%]が高いものから優先的に選択されてもよい。また、一実施形態に係る電子機器1において、複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率が更新されると、当該更新された物体検出確率に基づいて、所定の閾値Sthを設定してよい。
また、一実施形態に係る電子機器1は、上述のビート信号に高速フーリエ変換処理を行った結果にクラスタリング処理を行った結果に基づいて、対象物200の検出が成功したか否かの判定を行ってもよい。ここで、一実施形態に係る電子機器1は、クラスタリング処理を行った結果において対象物200が存在すると判定される場合、対象物200の検出が成功した判定してもよい。一方、一実施形態に係る電子機器1は、クラスタリング処理を行った結果にトラッキング処理を行った結果において対象物200が存在すると推定される場合、対象物200の検出が成功しなかったと判定してもよい。
一実施形態に係る電子機器1によれば、物体を検出したと判断する例えば定誤警報確率(Constant False Alarm Rate(CFAR))の閾値を設定する際に、物体検出確率の高い閾値から優先して選択されるようにすることができる。また、一実施形態に係る電子機器1によれば、所定の対象物を検出する際のクラスタリング処理及びトラッキング処理の結果に基づいて、上記閾値に対応する例えば定誤警報確率を更新することができる。
一般的に、レーダのような技術において、外乱信号は周囲の物体に依存するため、当該物体の検出に用いる閾値が固定されていると、当該物体を検出できない場合も想定される。一実施形態に係る電子機器は、統計的に検出に成功した確率が最も高い閾値に動的に制御することができる。このため、一実施形態に係る電子機器によれば、周辺環境の変化に対応することができ、物体が検出されなくなる確率を低減することができる。
このように、一実施形態に係る電子機器1によれば、送信波を反射した対象物を精度良く検出することができる。
本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能である。複数の機能部等は、1つに組み合わせられたり、分割されたりしてよい。上述した本開示に係る各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施され得る。つまり、本開示の内容は、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことができる。したがって、これらの変形および修正は本開示の範囲に含まれる。例えば、各実施形態において、各機能部、各手段、各ステップなどは論理的に矛盾しないように他の実施形態に追加し、若しくは、他の実施形態の各機能部、各手段、各ステップなどと置き換えることが可能である。また、各実施形態において、複数の各機能部、各手段、各ステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本開示の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。
上述した実施形態においては、図6に示す閾値Sthの複数の候補のそれぞれに対応付けられた物体検出確率を更新する例について説明した。また、上述した実施形態においては、このように更新された物体検出確率に基づいて、第1閾値及び/又は第2閾値を動的に変更する例について説明した。しかしながら、一実施形態に係る電子機器1において、上述のように更新された物体検出確率に基づいて、第1閾値及び/又は第2閾値を動的に変更しなくてもよい。例えば、一実施形態に係る電子機器1において、複数の閾値候補のうち、当該複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率P[%]が最も高い閾値を選択し、当該閾値を固定して用いてもよい。また、一実施形態に係る電子機器1において、第1閾値及び/又は第2閾値を一度設定した後、例えば環境の変化など所定の条件に基づいて、設定された閾値が変更されるようにしてもよい。この場合も、一実施形態に係る電子機器1において、複数の閾値候補のうち、当該複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率P[%]が最も高い閾値を選択してもよい。
また、図6に示したような複数の閾値候補は、例えば物体検出確率P[%]が最も高い閾値以外の閾値も選択されることにより、当該閾値に対応付けられた物体検出確率を更新することができる。したがって、一実施形態に係る電子機器1において、例えば試験運転時などのような所定の条件下において、あえて当該複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率P[%]が最も高い閾値を選択しないようにしてもよい。例えば、一実施形態に係る電子機器1は、複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率P[%]が2番目に高い閾値を用いたり、3番目に高い閾値を用いたり、又は最も低い閾値を用いたりしてもよい。すなわち、一実施形態に係る電子機器1は、所定の条件下において、上述の所定の閾値を、複数の閾値候補のうち、当該複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率が最も高いもの以外から選択してもよい。
上述した実施形態は、電子機器1としての実施のみに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態は、電子機器1のような機器の制御方法として実施してもよい。さらに、例えば、上述した実施形態は、電子機器1のような機器の制御プログラムとして実施してもよい。また、本開示の内容は、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことができる。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれる。例えば、各実施形態において、各機能部、各手段、各ステップなどは論理的に矛盾しないように他の実施形態に追加し、若しくは、他の実施形態の各機能部、各手段、各ステップなどと置き換えることが可能である。また、各実施形態において、複数の各機能部、各手段、各ステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本開示の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。
一実施形態に係る電子機器1は、最小の構成としては、例えば制御部10のみ又は制御部10を構成する要素の一部のみを備えるものとしてよい。一方、一実施形態に係る電子機器1は、制御部10の他に、図3に示すような、信号生成部21、シンセサイザ22、位相制御部23、増幅器24、及び送信アンテナ25の少なくともいずれかを、適宜含んで構成してもよい。また、一実施形態に係る電子機器1は、上述の機能部に代えて、又は上述の機能部とともに、受信アンテナ31、LNA32、ミキサ33、IF部34、AD変換部35の少なくともいずれかを、適宜含んで構成してもよい。さらに、一実施形態に係る電子機器1は、記憶部40などを適宜含んで構成してもよい。このように、一実施形態に係る電子機器1は、種々の構成態様を採ることができる。また、一実施形態に係る電子機器1が移動体100に搭載される場合、例えば上述の各機能部の少なくともいずれかは、移動体100内部などの適当な場所に設置されてよい。一方、一実施形態においては、例えば送信アンテナ25及び受信アンテナ31の少なくともいずれかは、移動体100の外部に設置されてもよい。
1 電子機器
5 センサ
10 制御部
12 距離FFT処理部
14 速度FFT処理部
16 到来角推定部
18 判定処理部
20 送信部
21 信号生成部
22 シンセサイザ
23 位相制御部
24 増幅器
25 送信アンテナ
30 受信部
31 受信アンテナ
32 LNA
33 ミキサ
34 IF部
35 AD変換部
40 記憶部
42 クラスタリング処理部
44 トラッキング処理部
46 更新処理部
100 移動体
200 対象物(物体)

Claims (11)

  1. 送信アンテナから送信波として送信される送信信号、及び、当該送信波が反射された反射波として受信アンテナから受信される受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象物を検出する電子機器であって、
    前記送信信号及び前記受信信号に基づいて生成されるビート信号にフーリエ変換処理を行った結果におけるピークが所定の閾値以上となる場合に、前記対象物を検出したと判定し、
    前記所定の閾値を、物体検出確率に基づいて設定する、電子機器。
  2. 前記ビート信号にフーリエ変換処理を行った結果にクラスタリング処理を行った結果に基づいて、前記対象物の検出が成功したか否を判定する、請求項1に記載の電子機器。
  3. 前記クラスタリング処理を行った結果において前記対象物が存在すると判定される場合、前記対象物の検出が成功したと判定する、請求項2に記載の電子機器。
  4. 前記クラスタリング処理を行った結果にトラッキング処理を行った結果において前記対象物が存在すると推定される場合、前記対象物の検出が成功しなかったと判定する、請求項2又は3に記載の電子機器。
  5. 前記所定の閾値は複数の閾値候補から選択され、当該複数の閾値候補にはそれぞれ物体検出確率が対応付けられる、請求項1から4のいずれかに記載の電子機器。
  6. 前記所定の閾値は、前記複数の閾値候補のうち、当該複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率が高いものから優先的に選択される、請求項5に記載の電子機器。
  7. 前記所定の閾値が設定された際に前記対象物の検出が成功したか否かの判定に基づいて、前記複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率を更新する、請求項5又は6に記載の電子機器。
  8. 前記複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率が更新されると、当該更新された物体検出確率に基づいて前記所定の閾値を設定する、請求項7に記載の電子機器。
  9. 所定の条件下において、前記所定の閾値は、前記複数の閾値候補のうち、当該複数の閾値候補にそれぞれ対応付けられた物体検出確率が最も高いもの以外から選択される、請求項5から8のいずれかに記載の電子機器。
  10. 送信アンテナから送信信号を送信波として送信するステップと、
    当該送信波が反射された反射波として受信アンテナから受信信号を受信するステップと、
    前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象物を検出するステップと、
    前記送信信号及び前記受信信号に基づいて生成されるビート信号にフーリエ変換処理を行った結果におけるピークが所定の閾値以上となる場合に、前記対象物を検出したと判定するステップと、
    前記所定の閾値を、物体検出確率に基づいて設定するステップと、
    を含む、電子機器の制御方法。
  11. コンピュータに
    送信アンテナから送信信号を送信波として送信するステップと、
    当該送信波が反射された反射波として受信アンテナから受信信号を受信するステップと、
    前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象物を検出するステップと、
    前記送信信号及び前記受信信号に基づいて生成されるビート信号にフーリエ変換処理を行った結果におけるピークが所定の閾値以上となる場合に、前記対象物を検出したと判定するステップと、
    前記所定の閾値を、物体検出確率に基づいて設定するステップと、
    を実行させる、電子機器の制御プログラム。
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