WO2018056441A1 - 軸ずれ推定装置 - Google Patents

Abstract

取得部（Ｓ１１０）は、レーダ装置により検出された反射点のそれぞれについて、水平角度、垂直角度、及び相対速度を含んだ反射点情報を取得する。変換部（Ｓ１２０）は、反射点のそれぞれを三次元座標に変換する。抽出部（Ｓ１３０）は、反射点の中から静止反射点を抽出する。推定部（Ｓ１５０）は、移動体の進行方向ベクトルおよび移動速度を含む未知パラメータと、静止反射点の三次元座標と、静止反射点の相対速度との間に成立する関係式を用いて未知パラメータを推定する。演算部（Ｓ１６０）は、推定された未知パラメータから軸ずれ角度を求める。

Description

軸ずれ推定装置 関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０１６年９月２６日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１６－１８６８９３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１６－１８６８９３号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

　本開示は、物標の方位や相対速度を検出するレーダ装置の軸ずれ角度を推定する技術に関する。

　車載レーダ装置では、何等かの原因で設置状態が変化することで、レーダビームの中心軸がずれるいわゆる軸ずれが生じると、検出誤差が大きくなり物体の位置等を誤検出するおそれがある。このような軸ずれを検出する方法の一つとして、下記特許文献１には、複数反射点について観測された相対速度および方位角度の分布に基づいてレーダ装置の水平方向の軸ずれ角度を推定する技術が開示されている。

特許第４６６５９０３号公報

　しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来装置では、垂直方向の軸ずれを推定することができないという課題が見出された。なお、水平軸ずれ用の装置と垂直軸ずれ用の装置とを用意することも考えられるが、この場合、両軸の軸ずれが個別に推定されるため、精度のよい推定を行なうことができない。

　本開示の１つの局面は、水平方向および垂直方向の軸ずれ角の推定精度を向上させる技術を提供することが望ましい。
　本開示の１つの局面による軸ずれ推定装置は、移動体に搭載されたレーダ装置の軸ずれ角度を推定する。この軸ずれ推定装置は、取得部と、変換部と、抽出部と、推定部と、演算部とを備える。

　取得部は、レーダ装置により検出された反射点のそれぞれについて、レーダ装置のレーダビームの中心軸に沿った方向であるビーム方向を基準として求められた水平角度および垂直角度と、移動体に対する反射点の相対速度とを含んだ反射点情報を取得する。変換部は、取得部にて取得された反射点情報に基づき、反射点のそれぞれについて、反射点までの距離を１として、水平角度および垂直角度から求めたビーム方向に直交する平面上での水平距離および垂直距離、並びにビーム方向の距離を表す三次元座標に変換する。抽出部は、反射点の中から、静止物であると推定される静止反射点を抽出する。推定部は、移動体の進行方向を表す進行方向ベクトルおよび移動体の移動速度を未知パラメータとして、未知パラメータと、変換部により変換された静止反射点についての三次元座標と、取得部にて取得された静止反射点についての相対速度との間に成立する関係式を用いて未知パラメータを推定する。演算部は、推定部で推定された未知パラメータのうち進行方向ベクトルに基づいて、水平方向および垂直方向の軸ずれ角度を求める。

　つまり、反射点までの距離を１として正規化した三次元座標は、反射点が存在する方位を表す単位ベクトル（以下、反射点ベクトル）を表す。関係式は、その反射点ベクトルと進行方向ベクトルとが異なることによって、静止反射点について検出される相対速度の大きさが移動体の移動速度の大きさから変化することを示す。そして、この関係式に、検出された静止反射点についての三次元座標および相対速度を当てはめることで生成される連立方程式を解くことで、未知パラメータを推定することができ、ひいては、水平方向および垂直方向の軸ずれ角度を同時に推定することができる。

　なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

車両制御システムの構成を示すブロック図である。 軸ずれ推定処理のフローチャートである。 レーダ装置のビーム方向と、レーダ装置を搭載する車両の移動方向と、レーダ装置によって検出される反射点が存在する方向との関係を示す説明図である。 反射点ベクトルが取り得る値、および静止反射点の観測値、三次元座標のｗ軸座標と反射点の相対速度の関係を示す説明図である。

　以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
　［１．構成］
　図１に示す車両制御システム１は、レーダ装置２と、車載センサ群３と、信号処理部４と、支援実行部５とを備える。以下では、車両制御システム１を搭載する車両を自車という。また、車両の車幅方向を水平方向、車両の車高方向を垂直方向という。

　レーダ装置２は、所定角度範囲内にレーダ波を照射し、その反射波を受信することで、レーダ波を反射した反射点に関する反射点情報を生成する。なお、レーダ装置２は、レーダ波としてミリ波帯の電磁波を使用するいわゆるミリ波レーダであってもよいし、レーダ波としてレーザー光を用いるレーザレーダであってもよいし、レーダ波として音波を用いるソナーであってもよい。いずれにしても、レーダ波を送受信するアンテナ部は、水平方向および垂直方向のいずれについても反射波の到来方向を検出できるように構成されている。

　レーダ装置２は、照射するレーダビームの中心軸方向に沿った方向であるビーム方向が、自車の進行方向と一致するように取り付けられる。レーダ装置２は、自車の前方に存在する各種物標を検出するために用いられる。また、レーダ装置２が生成する反射点情報には、反射点が存在する水平方向の角度および垂直方向の角度、反射点との相対速度が少なくとも含まれている。なお、水平方向の角度および垂直方向の角度は、ビーム方向を基準として求められる。

　車載センサ群３は、車両の状態等を検出するために車両に搭載される複数のセンサである。ここでは、車載センサ群３を構成するセンサには、車輪の回転に基づいて車速を検出する車速センサが少なくとも含まれる。

　信号処理部４は、ＣＰＵ４１と、ＲＡＭまたはＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ４２）と、を有するマイクロコンピュータを備える。信号処理部４の各機能は、ＣＰＵ４１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ４２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、信号処理部４は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。また、信号処理部４が有する各機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能が、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路はデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。

　信号処理部４は、物標認識処理および軸ずれ推定処理が少なくとも実行する。このうち、物標認識処理は、レーダ装置２から得られる反射点情報及び車載センサ群３から得られる各情報に基づいて、自車が走行する車線、自車と同一車線を走行する先行車両、その他の車両、及び障害物等のうち少なくとも一つを検出する。この物標認識処理での処理結果は、支援実行部５等に提供される。一方、軸ずれ推定処理は、車両の進行方向に対するレーダ装置２のビーム方向の軸ずれ角度を検出する。軸ずれ推定処理の詳細については後述する。なお、この軸ずれ推定処理を実行する信号処理部４が、軸ずれ推定装置に相当する。

　支援実行部５は、信号処理部４が実行する物標認識処理での処理結果に基づき、様々な車載機器を制御して、所定の運転支援を実行する。制御対象となる車載機器には、様々な画像を表示するモニタ、警報音及び案内音声を出力する音響機器が含まれる。また、制御対象となる車載機器には、自車の内燃機関、パワートレイン機構、及びブレーキ機構のうち少なくとも一つを制御する制御装置が含まれていてもよい。

　［２．処理］
　次に、信号処理部４が実行する軸ずれ推定処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。本処理は、レーダ波を送受信する測定サイクル毎に起動される。

　信号処理部４は、本処理が起動されると、Ｓ１１０にて、レーダ装置２から反射点情報を取得すると共に、車載センサ群３から自車速Ｃｍを取得する。以下では、反射点情報から特定される反射点を、取得反射点という。

　信号処理部４は、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて取得した反射点情報に基づき、取得反射点のそれぞれについて座標変換を実行する。具体的には、信号処理部４は、図３に示すように、反射点情報に含まれる水平角度をＨｏｒ、垂直角度をＶｅｒとして、（１）～（３）式を用いて三次元座標（ｕ，ｖ，ｗ）を求める。

　この三次元座標（ｕ，ｖ，ｗ）は、反射点までの距離を１として、ビーム方向に直交する平面上での水平距離ｕおよび垂直距離ｖ、ビーム方向の距離ｗを表しており、レーダ装置２からみて反射点が存在する方向を表す単位ベクトル（以下、反射点ベクトル）と言える。特に、ｗは、自車と反射点とが同じ方向に移動している場合のビーム方向の相対速度を１として、レーダ装置２にて実際に検出される、反射点ベクトルが示す方向の相対速度の大きさを表している。以下では、ｗをドップラ減衰率ともいう。

　信号処理部４は、Ｓ１３０では、取得反射点のうち、静止物に由来する静止反射点を抽出する。具体的には、信号処理部４は、Ｓ１１０にて取得した自車速Ｃｍを用い、反射点情報に含まれる相対速度をｑ、予め設定された閾値をεとして、（４）式を満たす取得反射点を静止反射点として抽出する。即ち、相対速度ｑに対する自車速Ｃｍの比とドップラ減衰率ｗとの加算値の絶対値が閾値εより小さくなる取得反射点が静止反射点となる。このとき抽出された静止反射点の個数をＫとする。

　つまり、静止反射点の反射点ベクトル（ｕ，ｖ，ｗ）が示す方向とビーム方向（０，０，１）とが一致している場合、即ち、ｗ＝１である場合は、その自車速Ｃｍと反射点の相対速度ｑは同じ大きさとなり、かつ相対速度ｑの向きは自車速Ｃｍとは反対であるため、ｑ／Ｃｍ＝－１となる。また、静止反射点の反射点ベクトルが示す方向とビーム方向とが不一致である場合、即ち、ｗ≠１である場合、ｑはドップラ減衰率ｗに応じた割合で減少するため、ｑ／Ｃｍ＝－ｗとなる。

　つまり、いずれの場合も、（４）式の左辺が０となる反射点は静止反射点であると考えられる。但し、車載センサ群３から取得される自車速Ｃｍは、車輪のスリップ等によって実際の車速とは必ずしも一致しない。また、ビーム方向と自車の進行方向とがずれているときには、そのずれに応じてレーダ装置２にて検出される相対速度ｑも変化する。従って、静止反射点であったとしても、（４）式の左辺は必ずしも０になるとは限らない場合がある。このため、閾値εは、これらの影響を考慮して適宜設定されたものが用いられる。

　信号処理部４は、Ｓ１４０では、静止反射点の抽出個数Ｋが３以上であるか否かを判断する。Ｋが３以上であればＳ１５０に移行し、Ｋが３より小さければ、そのまま本処理を一旦終了する。

　信号処理部４は、Ｓ１５０では、自車の実際の進行方向を表す単位ベクトル（以下、進行方向ベクトル）ｅｐ、および実際の自車速Ｃｐを、（５）式を用いて推定する。なお、Ｃｐはスカラーである。Ｑは、Ｋ個の静止反射点の相対速度ｑを順番に並べた列ベクトルであり、（６）式で表される。Ｅは、行ベクトルで表されたＫ個の静止反射点の反射点ベクトルを列方向に順番に並べた行列であり、（７）式で表される。ｅｐは、水平方向成分ｕｐ、垂直方向成分ｖｐ、ビーム方向成分ｗｐを並べた列ベクトルであり、（８）式で表される。但し、｜ｅｐ｜＝１である。

　つまり、（５）式は、Ｃｐの成分およびｅｐの成分を未知パラメータとしたＫ個の連立方程式を表す。この連立方程式を解くことでＣｐおよびｅｐが求められる。なお、ｅｐは３つの成分で構成されるが、いずれか二つから他の一つを導出することができる。このため、実際に求めるべき未知パラメータの数は、Ｃｐを含めて合計３個である。従って、（５）式を解くためには、３個以上の静止反射点が必要となる。また、連立方程式の具体的な解法について、ここでは説明を省略する。一例として、最小２乗法等を用いることができるが、これに限定されるものではない。

　ここで図４は、反射点ベクトル（ｕ，ｖ，ｗ）が存在する範囲（即ち、図中の半球面上）を示すグラフである。但し、ｗ軸については、相対速度ｑを表すようにスケールが変換されている。具体的には、自車速Ｃｍがｗ＝１となるように変換されている。そして、図４が示す座標系に静止反射点のｕ，ｖ，ｑをプロットした場合、レーダ装置２に軸ずれがなく、ビーム方向と進行方向とが一致していれば、静止反射点は、半球上にプロットされる。上記連立方程式を解くことは、全ての静止反射点が半球上にプロットされるような、進行方向ベクトルおよび自車速を求めることに相当する。

　信号処理部４は、Ｓ１６０では、Ｓ１５０にて推定された進行方向ベクトルｅｐに基づき（９）（１０）式を用いて、自車の進行方向に対するレーダ装置２のビーム方向の軸ずれ角度ΔＨおよびΔＶを算出して、本処理を一旦終了する。なお、ｕｐは進行方向ベクトルｅｐの水平方向成分であり、ｖｐは進行方向ベクトルｅｐの垂直方向成分である。また、ΔＨは水平方向の軸ずれ角度であり、ΔＶは垂直方向の軸ずれ角度である。

　なお、Ｓ１６０にて求められた軸ずれ角度ΔＨおよびΔＶは、例えば、レーダ装置２から取得する反射点情報の補正に用いられる。また、軸ずれ角度ΔＨおよびΔＶの少なくとも一方が、予め設定された上限閾値を超えた場合に、支援実行部５を介して警報などを発生させるようにしてもよい。

　［３．効果］
　以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
　（１ａ）本実施形態によれば、水平方向および垂直方向の軸ずれ角度ΔＨおよびΔＶを同時に推定することができるため、推定精度を向上させることができる。

　（１ｂ）本実施形態によれば、（４）式を用いて静止反射点を抽出しているため、静止反射点の抽出精度を向上させることができ、ひいては、軸ずれ角度ΔＨおよびΔＶの推定精度を更に向上させることができる。

　［４．他の実施形態］
　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。

　（３ａ）上記実施形態では、静止反射点の抽出に（４）式を用いているが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、画像や地図等から得られる情報等を利用して抽出されるようにしてもよい。

　（３ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

　（３ｃ）上述した軸ずれ推定装置の他、当該軸ずれ推定装置を構成要素とするシステム、当該軸ずれ推定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、軸ずれ推定方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims (4)

1. 　移動体に搭載されたレーダ装置の軸ずれ角度を推定する軸ずれ推定装置であって、
   　前記レーダ装置により検出された反射点のそれぞれについて、前記レーダ装置のレーダビームの中心軸に沿った方向であるビーム方向を基準として求められた水平角度および垂直角度と、前記移動体に対する前記反射点の相対速度とを含んだ反射点情報を取得するように構成された取得部（４：Ｓ１１０）と、
   　前記取得部にて取得された前記反射点情報に基づき、前記反射点のそれぞれについて、前記反射点までの距離を１として前記水平角度および前記垂直角度から求めた前記ビーム方向に直交する平面上での水平距離および垂直距離、並びに前記ビーム方向の距離を表す三次元座標に変換するように構成された変換部（４：Ｓ１２０）と、
   　前記反射点の中から、静止物であると推定される静止反射点を抽出するように構成された抽出部（４：Ｓ１３０）と、
   　前記移動体の進行方向を表す進行方向ベクトルおよび前記移動体の移動速度を未知パラメータとして、前記未知パラメータと、前記変換部により変換された前記静止反射点についての前記三次元座標と、前記取得部にて取得された前記静止反射点についての相対速度との間に成立する関係式を用いて前記未知パラメータを推定するように構成された推定部（４：Ｓ１５０）と、
   　前記推定部で推定された前記未知パラメータのうち前記進行方向ベクトルに基づいて、水平方向および垂直方向の軸ずれ角度を求めるように構成された演算部（４：Ｓ１６０）と、
   　を備える軸ずれ推定装置。
2. 　請求項１に記載の軸ずれ推定装置であって、
   　前記抽出部は、前記変換部によって変換された前記ビーム方向の距離をドップラ減衰率として、前記相対速度に対する前記移動体の移動速度の比と前記ドップラ減衰率との加算値の絶対値が予め設定された閾値より小さくなる前記反射点を、前記静止反射点として抽出するように構成された、
   　軸ずれ推定装置。
3. 　請求項１または請求項２に記載の軸ずれ推定装置であって、
   　前記推定部は、前記抽出部にて前記静止反射点が三つ以上検出された場合に、前記未知パラメータの推定を行うように構成された、
   　軸ずれ推定装置。
4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の軸ずれ推定装置であって、
   　前記演算部は、最小２乗法を用いて前記未知パラメータを推定するように構成された、
   　軸ずれ推定装置。

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