WO2002054108A1 - Procédé de détection d'objets inanimés - Google Patents

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Description

明 細 書 スキヤン式レーダの静止物検知方法 技術分野
本発明は、 スキャン式レーダにおいて、 前方上方ゃ路側に存在す る撟ゃ標識、 看板等の静止物を検出する方法に関する。 背景技術
車間距離制御においては、 自車両の前方にレーダビームを発射し 、 先行車両等の物体を検出する車载用レーダ装置が用いられている 。 レーダ装置'としてはミ リ波等の電波を用いるもの、 あるいはレー ザ光を用いるものがある。 これらレーダ装置を用いて先行車両まで の距離、 先行車両との相対速度、 先行車両の正確な位置を検出し、 車間距離制御を行っている。
スキャ ン式レーダは一定の時間内に微小なステップ角度でレーダ を左から右に、 又は右から左にビームを回転させてスキャ ンを行つ ている。 そして、 各ステップの角度において前方の車両に自車から ビームを発射し、 前方車両からの反射波を受信してこれを処理し、 前方車両の存在を検知し、 さらに前方車両との距離や相対速度を検 出している。
しかし、 従来のスキャ ン式レーダ、 例えば F M— C Wレーダの場 合、 レーダ信号を送信するアンテナの垂直方向のビーム幅は約 4 . 0 ° ある。 そのため、 自車から遠方に存在する案内標識や道路上に 架かっている橋等を検出してしまい、 前方にある静止車両あるいは 道路上に置かれた工事用構造物等と区別できず、 車間距離制御等に おいて制御対象のターゲッ ト となってしまう ことがあった。 発明の開示
本発明の目的は、 標識、 看板、 あるいは道路上の橋等の道路上又 は路側にある静止物を自車の前方の車両と区別する方法を提供する ことである。
本発明スキャン式レーダの静止物検出方法によれば、 ターゲッ ト から反射されたレーダ信号に基づいて生成されたピークのうちピー ク周波数がほぼ同じピークをまとめる。 ターゲッ トが橋や標識の場 合には自車との距離がある程度離れていないと検出されないことか ら、 該まとめられたピークの周波数が所定値以上、 即ち、 ターゲッ ト との距離が所定値以上であるかどうか判定する。 そして、 所定値 以上の場合、 前記まとめられたピークの本数が所定値以上であるか どうか判定する。 橋や標識等の場合、 通常横に長く広がった構造で あるため、 ピークは広く分布し本数は多くなる。 従って、 ピークの 本数が所定値以上である場合前記ターゲッ トがォ一パーブリ ッジ候 補又はオーバープリ ッジ、 即ち前方上方あるいは前方側路の橋や、 標識、 看板等、 であると判定する。
そして、 前記オーバープリ ッジ候補のターゲッ トのピーク信号に 対してペアリ ング処理を行い、 該ターゲッ ト との相対速度を検出し 、 相対速度がほぼ自車速度である場合オーバープリ ッジであると判 定する。
また、 前記オーバープリ ッジ候補とされたターゲッ トが、 所定の 距離以下となっても検出される場合、 オーバーブリ ッジかどうかの 判定を解除する。
なお、 本発明方法においては、 前記オーバーブリ ッジ候補である 旨のフラグを含めて、 過去のデータを引き継ぐ段階を有している。 発明の効果 本発明によれば、 前方に存在するターゲッ トが静止物体である場 合、 それが前方に停止している車両である力、、 オーバーブリ ッジ、 即ち前方上方あるいは前方路側の橋や標識、 看板であるか識別でき るため、 車間距離制御等において制御対象とするかどうかを判定で きるので、 的確な車両の制御をすることができる。
そして、 オーバープリ ッジであるかどうかの判断は、 本発明方法 によれば、 同じ周波数を持ったピークの広がりや検出位置が所定距 離離れた場合であるか等の簡単な方法で識別できる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 スキヤン式レーダを用いた車間距離制御装置の構成の概 要を示した図である。
図 2は、 図 1 の信号処理回路 3の構成を示したものである。
図 3は、 道路上方に存在する構造物が道路案内標識の場合、 これ をレーダで検出する場合を示した図である。
図 4は、 道路上方に存在する構造物が橋の場合、 これをレーダで 検出する場合を示した図である。
図 5 A—図 5 Cは、 ターゲッ ト との相対速度が 0の場合の F M— C W レーダの原理を説明するための図である。
図 6 A—図 6 Cは、 ターゲッ ト との相対速度が Vの場合の F M— C W レーダの原理を説明するための図である。
図 7は、 2アンテナ方式の F M— C Wレーダの構成を示した図で ある。
図 8は、 検出されたピークの角度と周波数を表した角度である。 図 9は、 本発明の実施例を示すフローチャー トである。
図 1 0は、 ピーク周波数のグループ化を説明するためのグラフで める。 発明の詳細な説明
図 1は、 本発明方法が用いられるスキャ ン式レーダを用いた車間 距離制御装置の構成の概要を示した図である。 レーダセンサ部は F M— C Wレーダであり、 レーダアンテナ 1、 走査機構 2、 及び信号 処理回路 3を備えている。 車間距離制御 E C U 7は、 ステア リ ング センサ 4、 ョーレートセンサ 5、 車速センサ 6、 及びレーダセンサ 部の信号処理回路 3からの信号を受け、 警報機 8、 ブレーキ 9、 ス ロ ッ トル 1 0等を制御する。 また、 車間距離制御 E C U 7は、 レー ダセンサ部の信号処理回路 3にも信号を送る。
図 2は、 図 1の信号処理回路 3の構成を示したものである。 信号 処理回路 3は、 走査角制御部 1 1、 レーダ信号処理部 1 2、 制御対 象認識部 1 3を備えている。 レーダ信号処理部 1 2はレーダアンテ ナ 1からの反射信号を F F T処理し、 パワースぺク トルを検出し、 ターゲッ ト との距離及び相対速度を算出し、 制御対象認識部 1 3に そのデータを送信する。 制御対象認識部 1 3は、 レーダ信号処理部 1 2から受信したターゲッ ト との距離、 相対速度、 及び車間距離制 御 E C U 7から受信したステアリ ングセンサ 4、 ョーレートセンサ 5、 車速センサ 6等から得られた車両情報に基づいて走査角制御部 1 1 に走査角を指示すると共に、 制御対象となるターゲッ トを判別 して車間距離制御 E C Uに送信する。 走査角制御部 1 1 は、 固定型 レーダの場合はカーブ走行時の走査角等を制御し、 スキャン型レー ダの場合はスキヤ ン走査角を制御するものである。 走査機構 2は走 查制御部 1 1からの制御信号を受けて所定の角度で順次ビームを発 射してスキャ ンを行う。
図 3は道路上方に存在する構造物と して、 例えば道路案内標識の 場合、 これをレーダで検出する場合の図を示したものである。 図に おいて 2 1は自車であり、 2 2は自車から発せられるレーダのビー ムであり、 2 3は前方に存在する上方構造物としての道路案内標識 である。 図 3に示すように、 レーダ信号を送信するアンテナの垂直 方向のビーム幅は約 4 . 0 ° あり、 自車の前方に存在する道路案内 標識 2 3を検出してしまう。
図 4は道路上方に存在する構造物が橋の場合、 これをレーダで検 出する場合の図を示したものである。 図において 2 1は自車であり 、 2 2は自車から発せられるレーダのビームであり、 2 4は前方に 存在する上方構造物としての橋である。 図 4に示すよ うに、 レーダ は自車の前方に存在する橋 2 4を検出してしまい、 前方において例 えば渋滞で停車している車両 2 5 と区別できない。 一方、 図 4に示 されているグラフは、 橋 2 4から自車 2 1 までの距離に対する反射 されたレーダ信号の受信レベルの変化を表したものである。 グラフ に示すよ うに、 橋が近づく に従ってビームが橋に当たらなく なるた め受信レベルは減少する。 一方、 図には示していないが、 橋からの 距離が遠くなった場合も受信レベルは減少する。
レーダで道路上の橋や案内標識等を検出した場合の特徴と して以 下の 3点があげられる。
1 . 広い角度で検出される （車両よ り幅が広く道路上方に横に広 がっているため）
2 . 相対速度は自車速度と同じ （静止物であるため）
3 . 自車からある程度の距離が離れていないと検出されない （例 えば、 自車が橋の下にく るとビームは橋から反射しない位置 に発射される）
F M— C W方式レーダは、 例えば三角波状の周波数変調された連 続の送信波を出力してターゲッ トである前方の車両との距離を求め ている。 即ち、 レーダからの送信波が前方の車両で反射され、 反射 波の受信信号と送信信号とをミ キシングして得られるビート信号 （ レーダ信号） を得る。 このビート信号を高速フーリエ変換して周波 数分析を行う。 周波数分析されたビート信号はターゲッ トに対して パワーが大きくなるピークが生じるが、 このピークに対応する周波 数をピーク周波数と呼ぶ。 ピーク周波数は距離に関する情報を有し 、 前方車両との相対速度による ドッブラ効果のために、 前記三角波 形状の FM— CW波の上昇時と下降時とではこのピーク周波数は異 なる。 そして、 この上昇時と下降時のピーク周波数から前方の車両 との距離及び相対速度が得られる。 また、 前方の車両が複数存在す る場合は各車両に対して一対の上昇時と下降時のピーク周波数が生 じる。 この上昇時と下降時の一対のピーク周波数を形成することを ペアリ ングという。
図 5 A—図 5 Cは、 ターゲッ トとの相対速度が 0の場合の FM— CWレーダの原理を説明するための図である。 送信波は三角波で図 5 Aの実線に示す様に周波.数が変化する。 送信波の送信中心周波数 は f 。 、 FM変調幅は A f 、 繰り返し周期は Tmである。 この送信 波はターグッ トで反射されてァンテナで受信され、 図 5 Aの破線で 示す受信波となる。 ターゲッ トとの間の往復時間 Tは、 ターゲッ ト との間の距離を r と し、 電波の伝播速度を Cとすると、 T = 2 r / Cとなる。
この受信波はレーダとターゲッ ト間の距離に応じて、 送信信号と の周波数のずれ （ビー ト） を起こす。
このビー ト周波数成分 f b は次の式で表すことができる。 なお、 f r は距離周波数である。
f b = f r = ( 4 - A f /C - Tm ) r
一方、 図 6 A—図 6 Cはターゲッ トとの相対速度が Vの場合の F M— CWレーダの原理を説明するための図である。 送信波は図 6 A の実線に示す様に周波数が変化する。 この送信波はターゲッ トで反 射されてアンテナで受信され、 図 6 Aの破線で示す受信波となる。 この受信波はレーダとターゲッ ト間の距離に応じて、 送信信号との 周波数のずれ （ビート） を起こす。 この場合、 ターゲッ ト との間に 相対速度 Vを有するので ドップラーシフ ト となり、 ビート周波数成 分 f b は次の式で表すことができる。 なお、 f r は距離周波数、 f d は速度周波数である。
f b = f r 士 f d
= ( 4 · Δ f / C · T m ) r 土 ( 2 · f 。 / C ) v 図 7は、 F M _ C Wレーダの一例と して、 2アンテナ方式の F M _ C Wレーダの構成を示した図である。 図に示すように、 電圧制御 発振器 3 2に変調信号発生器 3 1から変調用信号を加えて F M変調 し、 F M変調波を送信アンテナ A Tを介して外部に送信すると共に 、 送信信号の一部を分岐してミキサのような周波数変換器 3 3に加 える。 一方、 先行車両等のターゲッ トで反射された反射信号を受信 アンテナ A Rを介して受信し、 周波数変換器で電圧制御発振器 3 2 の出力信号と ミキシングしてビー ト信号を生成する。 このビー ト信 号はベースパンドフィルタ 3 4を経て A Z D変換器 3 5で A / D変 換され、 C P U 3 6で高速フーリェ変換等によ り信号処理がされて 距離および相対速度が求められる。
図 8は横軸が検出角度であり、 縦軸がピーク周波数を表したダラ フである。 上記ピークを同じピーク周波数毎にまとめ、 それらの検 出角度がどのように分布しているかを示したものである。 図 8のグ ラフにおいて、 橋のように前方上方に横に広がっている場合、 ピー ク周波数が f aの場合に見られるようにピークの数は多く、 しかも 検出角度は大きい広がり を持っている。 一方、 通常の車両の場合、 ピーク周波数が f b、 f cの場合に見られるよ うにピークの数は少な く、 検出角度の広がりは小さい。 このよ う にピーク周波数の検出角 度がターゲッ トによって大きく異なってく るので、 検知したターゲ ッ トが車両かあるいは橋等の上方構造物かが判断できる。
図 9は、 本発明方法の実施例を示すフローチャートである。 図の フローチヤ一トにおいて、 各ステップにおける判定は図 1の信号処 理回路 3によ り行われる。
まず、 S 1 において同じ周波数を持ったピークのグループ化処理 を行う。 例えば、 図 1 0に示すように、 同じ周波数を持ったピーク のうち最も高いピークを中心にグループ化を行う。 図 1 0において は同一の周波数 f a を持ったピークのうち、 ピーク P 1 を持ったグ ループ g l、 ピーク P 2を持ったグループ g 2、 ピーク； P 3を持つ たグループ g 3にグループ化している。 なお、 ピーク周波数は正確 に同一でなくても、 ほぼ同一の周波数であればよい。 なぜなら、 例 えば同じ橋であっても、 自車との距離は橋の部分によって多少異な つてく るからである。
次に S 2において、 前記周波数 f a が所定値以上であるかどうか 、 即ち、 そのピークのターゲッ トの距離がある距離以上であるかど うか判定する。 なぜなら、 前方に存在する橋等の場合、 図 4に示す ようにある距離以上でないとビームは反射されず、 従って検出され ないからである。 Y e sであれば、 S 3において同一周波数のピー クを持つグループを検索し、 即ち、 g l、 g 2、 g 3を検索して合 計のピーク本数を確定する。 上記処理は、 図 5及び図 6で示した三 角波形状の F M— C W波の上昇時と下降時のそれぞれにおけるピー クについて行う。
そして、 S 4において、 上記確定したピーク本数が所定の本数以 上であるかどうか判定する。 先に述べたよ うに、 レーダで橋や案内 標識を検出した場合、 広い角度で検出される。 即ち、 反射されるビ ームの数が多く なり、 ピークの本数が多くなる。 従って、 ピーク本 数が多く、 所定の本数以上、 例えば 1 0本以上である場合 （Y e s ) 、 S 5においてオーバーブリ ッジ候補である旨のフラグを立てる 。 即ち、 前方上方の橋や標識あるいは看板等の候補である旨のフラ グを立てる。 この場合、 例えば前方路側の標識等も検出されるが、 上記条件に合致する場合には同様にフラグが立てられる。 従って、 本発明においてオーバープリ ッジとは、 前方上方及び路側の橋ゃ標 識、 看板等の静止物体を意味するものとする。
なお、 S 4において、 確定したピーク本数が所定の本数以上であ る場合 （Y e s ) 、 ターゲッ トはオーバーブリ ッジであると判定す ることもできる。
次に S 6に進みペアリ ング処理がなされる。 S 2及び S 4で N o の場合もペアリ ング処理に進む。
S 6のペアリ ング処理においては、 三角波の上昇時のピーク周波 数と下降時のピーク周波数から、 オーバープリ ッジ候補のターゲッ トまでの距離、 自車との相対速度、 検出角度が算出される。
次に、 S 7において過去のデータの引継ぎ処理が行われる。 即ち 、 検出したターゲッ ト との距離、 相対速度等前回オーバーブリ ッジ 候補であるとされたターゲッ トのデータを引き継いでおく。 例えば 、 前回オーバーブリ ッジ候補が検出されたが、 今回検出されたター ゲッ トは必ずしもォーパーブリ ッジ候補の条件を満たしていない場 合がある。 このよ うな場合に備えて、 例えば今回検出されたターグ ッ トの距離と前回検出されたオーバープリ ッジ候補の距離が近い場 合、 前回のオーバープリ ッジ候補を引き継ぐようにする。
次に S 8において、 前記ォーパーブリ ツジ候補が静止物体である かどうか判定する。 この判定は例えば次のよ うに行う。 まず、 自車 が走行しているという前提で、 例えば時速 3 0 k m以上であると し 、 相対速度がほぼ自車の速度と同じである場合、 静止物体であると 判断する。 具体的には、 例えば自車の速度が 8 0 kmZhである場 合、 ターゲッ トが静止している場合の相対速度は一 8 0 k m/ hで あるから、 I (相対速度） 一 （自車速度） l ≤ 1 0 k m/hであれ ば静止物体であると判定する。 ここで 「 0 k m/ h」 とせず、 「 1 0 k m/ h以下」 としたのは、 誤差等を考慮したものである。 この 段階で、 前記ォーパーブリ ッジ候補をオーバープリ ッジであると判 定してもよい。
S 8において Y e sであれば、 S 9においてターゲッ トまでの距 離が所定値以上であるかどうか判定する。 先にも述べたように、 ォ 一バープリ ッジの場合、 自車から所定の距離だけ離れていなければ ビームが当たらず、 従って所定距離以下のターゲッ トはォーパーブ リ ッジではないと判定できる。 例えば、 ォーパ一プリ ッジ候補とさ れたターゲッ トまでの距離が 5 0 m以上の場合、 所定の距離だけ離 れていると判定する。 しかし、 所定の距離以下になっても検出し続 けるターゲッ トである場合、 前方に停止している車両等であると考 えられるので、 S 1 2においてオーバーブリ ッジ判定を解除する。 次に S 1 0に進み、 S 5でオーバーブリ ッジ候補フラグが立てら れているかどうか判定する。 そして Y e sであれば、 S 1 1 におい てオーバーブリ ッジであると判定する。 なお、 S 8及び S 1 0で N o と判断された場合はフローを終了する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . レーダビーム発射方向のスキャンを行うスキャ ン式レーダの 静止物検出方法であって、 ターゲッ トから反射されたレーダ信号に 基づいて生成されたピークのうちピーク周波数がほぼ同じピークを まとめ、 該まとめられたピークの周波数が所定値以上であるかどう か判定し、 該ピーク周波数が所定値以上の場合、 前記まとめられた ピークの本数が所定値以上であるかどうか判定し、 該ピークの本数 が所定値以上である場合、 前記ターゲッ トがオーバープリ ッジ候補 又はォーパーブリ ッジであると判定する、 スキヤン式レーダの静止 物検知方法。
2 . 前記オーバーブリ ッジ候補のターゲッ トのピーク信号に対し てペアリ ング処理を行い、 該ターゲッ トとの相対速度を検出し、 相 対速度がほぼ自車速度である場合オーバープリ ッジである と判定す る、 請求項 1 に記載のスキャ ン式レーダの静止物検知方法。
3 . 前記オーバーブリ ッジ候補とされたターゲッ トが、 所定の距 離以下となっても検出される場合、 オーバープリ ッジかどうかの判 定を解除する、 請求項 1又は 2に記載のスキヤン式レーダの静止物 検知方法。
4 . 前記オーバーブリ ッジ候補である旨のフラグを含めて、 過去 のデータを引き継ぐ段階を有する、 請求項 1又は 2に記載のスキヤ ン式レーダの静止物検知方法。
5 . 前記オーバープリ ッジは、 上方及び路側の橋や標識、 看板等 の静止物体である、 請求項 1又は 2に記載のスキャン式レーダの静 止物検知方法。
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