WO2022185393A1 - レーダ信号処理装置 - Google Patents

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WO2022185393A1
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angle value
altitude
provisional
signal processing
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洋 酒巻
啓 諏訪
哲朗 古田
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三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a radar signal processing device mounted on a vehicle.
  • a driving support system that recognizes the surrounding situation based on information from a radar device installed in a vehicle and supports driving, collisions with other vehicles, pedestrians, obstacles, etc. on the route can be prevented.
  • Functions that automatically perform braking control for avoidance are known.
  • a target that can be passed over is referred to as a "lower object”
  • a target that can be passed under is referred to as an "upper object”
  • a target in front of the vehicle at a height that collides with the vehicle is referred to as a "frontal object”.
  • the lower object, the upper object, and the front object are collectively referred to as "type of target”.
  • the conventional device when using the reception intensity information, null points occur when the combination of the radar mounting position and altitude, road surface conditions, target shape and material, etc. changes. Since the patterns are also different, there is a problem that a huge database and arithmetic processing covering all combinations thereof are required in order to perform a highly accurate determination.
  • the angle measurement performance depends on the number of antenna elements and the element spacing. Therefore, it is not possible to obtain highly accurate angle measurement values.
  • smoothing processing is generally performed, but it takes time to measure a large amount of data. was difficult.
  • An object of the disclosed technology is to solve the above-described problems and to obtain a radar signal processing device capable of highly accurate up/down determination even when angle measurement accuracy is degraded.
  • a radar signal processing device is a radar signal processing device that processes a distance measurement value (a) and an angle measurement value (b) sent from a radar device, and includes an upper object, which is a target type, an altitude setting unit for setting a representative altitude (H) corresponding to a lower object and a front object; a provisional angle value calculation unit that calculates the value (B); a determination parameter calculation unit that calculates a value (PV) of at least one of the range content rate (P2) and the root mean square of the tentative angle value (P3); and an up/down determination unit for determining
  • the radar signal processing device has the above-described configuration, it is possible to quickly perform vertical determination even when the elevation angle measurement accuracy is degraded.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a radar signal processing device according to Embodiment 1;
  • FIG. 3 is a flowchart of the radar signal processing device according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between distances, elevation angles, etc. at the time of observation for each type of target.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of angle measurement value curves representing distance versus angle measurement values at the time of observation for each type of target.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a temporary measured angle value curve, a temporary measured angle value upper limit curve, and a temporary measured angle value lower limit curve of an upper object;
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing angle measurement values when observing an upper object and angle measurement value existence distributions when observing an upper object, a lower object, and a front object;
  • FIG. 9A is an example plot of a typical upper observatory angle value.
  • FIG. 9B is a typical example of the frequency distribution of upper observatory angle values.
  • FIG. 9C is a typical example of frequency distribution of downward observatory angle values.
  • FIG. 9D is a typical example of the frequency distribution of front object angle values.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a radar signal processing device 1 of a vehicle-mounted radar device according to Embodiment 1. As shown in FIG. The radar signal processing device 1 shown in FIG. A description of general radar systems such as FMCW, FMICW, and pulse Doppler systems is omitted here. Furthermore, descriptions of parts that perform overall control and other general vehicle-mounted radars are also omitted here.
  • the radar signal processing device 1 receives a measured range value (a) and a measured angle value (b) of a target from a radar device for each predetermined observation period (hereinafter referred to as "frame").
  • the radar device assumed here is a compact and low-cost vehicle-mounted radar device. The accuracy of the angle measurement value (b) from the radar device is not always sufficient.
  • the altitude setting unit 2 sets and outputs respective altitudes corresponding to an upper object, a lower object, and a front object and their upper and lower limits. More strictly speaking, the altitude setting unit 2 sets and outputs at least the lower limit value of the altitude of an upper object and the upper limit value of the altitude of a lower object.
  • the altitude of the front object is greater than the upper limit of the altitude of the lower object and smaller than the lower limit of the altitude of the upper object.
  • the provisional angle value calculator 3 Based on the measured distance value (a) and the altitude value obtained from the altitude setting unit 2, the provisional angle value calculator 3 calculates an elevation angle value (hereinafter referred to as "provisional angle value"), an upper object, a lower object, and so on. , and the upper and lower limits of the tentative angle values of each front object are calculated and output.
  • the determination parameter calculation unit 4 uses the latest angle measurement value (b) input, the past angle measurement value (b) input from the determination parameter storage unit 5, and the tentative angle measurement value calculation unit 3. A determination parameter is calculated based on the measured angle value and the upper and lower limits of the tentative measured angle value.
  • the determination parameter calculated here is at least one of the tentative angle value content rate, the tentative angle value upper and lower range content rate, and the tentative angle value root mean square.
  • the determination parameter calculation unit 4 also outputs determination parameters for a predetermined number of frames updated to the latest angle measurement value (b) to the determination parameter storage unit 5 .
  • the provisional angle value content rate is the rate at which the measured angle value (b) is included in the upper limit and lower limit values of the provisional angle value within a predetermined frame.
  • the temporary measured angle value upper and lower range content ratio is the ratio of the number of frames in which the measured angle value (b) is larger than the temporary measured angle value to the number of frames in which the measured angle value (b) is smaller than the temporary measured angle value.
  • the tentative measured angle value root mean square is the root mean square of the measured angle value (b) and the tentative measured angle value within a predetermined frame.
  • a determination threshold value setting unit 6 sets and outputs a threshold value for each determination parameter.
  • the up/down determination unit 7 performs target type determination based on determination parameters input from the determination parameter calculation unit 4 and determination threshold values input from the determination threshold value setting unit 6, and outputs determination results. Specifically, target type determination is performed by threshold processing.
  • FIG. 2 is a flow chart of the radar signal processing device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between distances, elevation angles, etc. at the time of observation for each type of target.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of angle measurement value curves representing the distance versus angle measurement value at the time of observation for each type of target.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of a temporary angle value curve, a temporary angle value upper limit curve, and a temporary angle value lower limit curve of an upper object.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the angle measurement value when observing an upper object and angle measurement value existence distribution when observing an upper object, a lower object, and a front object.
  • a step (ST01) of setting altitudes for upper objects, lower objects, and front objects is executed in the altitude setting unit 2 .
  • the altitude value to be set a typical altitude value corresponding to the type of target may be adopted.
  • lower object height h l 0.01 [m]
  • front object height h c 0.6 [m]
  • radar The mounting height h 0 may be set as 0.6 [m].
  • the provisional angle value range is a range defined by the upper limit value of the provisional angle value and the lower limit value of the provisional angle value.
  • h0 is the radar mounting height.
  • the lower object tentative angle value ⁇ l is obtained by the following formula.
  • h0 is the radar mounting height.
  • the lower object tentative angle value ⁇ l also takes a negative value. That is, the tentative angle is defined as a positive angle above the horizontal and a negative angle below the horizontal.
  • the front object provisional angle value ⁇ c is obtained by the following formula.
  • hc - h0 which is the numerator in the parenthesis on the right side of Equation (3), can take any positive or negative value. Therefore, the front object provisional angle value ⁇ c can also take a positive or negative value.
  • the range of the provisional angle values can be calculated using the upper and lower limits of the altitude set in advance for each type of object.
  • the provisional angle value calculator 3 may provide an upper limit altitude and a lower limit altitude for the altitude value, and calculate the upper limit value and the lower limit value of the provisional angle value. For example, when the upper limit of the altitude of the upper object is h h +1.0 [m], h h is set to h h +1.0 in the above formula, and the lower limit of the altitude is h h ⁇ 1.0 [m]. , it can be calculated by setting h h to h h ⁇ 1.0 in the above equation.
  • the tentative angle value range between the lower object and the front object can be similarly calculated.
  • the upper object angle value curve and the lower object angle value curve in FIG. It is represented by a value curve and a front observatory angle value curve.
  • the upper and lower limits of the provisional angle value are represented by the provisional angle value curve, the provisional angle value upper limit curve, and the provisional angle value lower limit curve in FIG.
  • each curve for only the upper object is shown, but the lower object and the front object can also be represented in the same way.
  • the provisional angle value range in paragraph [0016] is calculated based on the altitude, it is not limited to this.
  • Another possible method for setting the tentative angle measurement value range is to use the standard deviation representing the angle measurement accuracy of the radar.
  • a method may be adopted in which preset upper and lower measured angle values are used as the upper limit (curve) and lower limit (curve) of the provisional measured angle value, respectively.
  • the provisional angle value calculation unit 3 provides an upper limit angle value and a lower limit angle value for the provisional angle value, and calculates the upper limit value of the provisional angle value and the lower limit value of the provisional angle value. can be calculated.
  • the determination parameter includes at least one of the tentative angle value range content rate, the tentative angle value upper and lower range content rate, and the tentative angle value root mean square. These parameters may be rates, such as percentages, as well as numbers, such as count values.
  • the determination parameter for the latest frame is calculated using the determination parameters for several past frames stored in the determination parameter storage unit 5 . The reason for this is that, as described above, the measured elevation angle value (b) generally varies greatly, so that the influence of the variation is reduced, ie, smoothed, by using the determination parameters of several past frames.
  • FIG. 9A is an example plot of a typical upper observatory angle value.
  • FIG. 9B is a typical example of the frequency distribution of upper observatory angle values.
  • FIG. 9C is a typical example of frequency distribution of downward observatory angle values.
  • FIG. 9D is a typical example of the frequency distribution of front object angle values.
  • plots of a typical downward observatory angle and a typical frontal object are not shown, but can be drawn similar to FIG. 9A.
  • the frequency distribution diagram 9B shows that the peak shifts to positive elevation angles and that the frequencies are distributed symmetrically about the peak. This suggests that it is possible to grasp the tendency of target types by examining multiple points.
  • the above-described method of grasping the tendency of types of targets can be similarly applied to lower objects and front objects.
  • the tentative angle value range content rate, the tentative angle value upper and lower range content rate, and the tentative angle value root mean square each show the tendency of the frequency distribution in FIGS. 9B to 9D.
  • the curve for the tentative angle values in FIG. 9A may be interpreted as a line through which the peak value or average of the frequency distribution of the plot indicated by ⁇ passes.
  • the tentative angle value range content rate indicates a high-frequency region including the peak of the frequency distribution
  • the height of the tentative angle value range content rate indicates the height for the type.
  • the tentative measured angle value upper and lower range content rate indicates the ratio of the frequency of the elevation angle lower than the elevation angle that becomes the peak of the frequency distribution and the frequency of the elevation angle higher than that, and the value asymptotically approaching 1 is shown in FIGS. 9B to 9D. shows the symmetric features of the frequency distribution of
  • the root mean square value of the provisional angle measurement indicates the standard deviation based on the peak of the frequency distribution.
  • the determination parameters and measured angle values (b) of the oldest frame are replaced with the latest determination parameters and measured angle values (b) and output to the determination parameter storage unit 5 .
  • the threshold value for each determination parameter may be high with respect to the provisional angular value range content rate.
  • the threshold value may be set to, for example, 0.5 or more and 1.0 or less.
  • the content ratio of the upper and lower ranges of the tentative angle value may be required to be close to 1 in some cases.
  • the threshold value may be set to, for example, 0.8 or more and 1.2 or less.
  • the condition may be that the root-mean-square value of the tentative angle be small.
  • the threshold may be set to 1.0 or less, for example.
  • the threshold value processing result of each determination parameter may be set to 1 when the conditions are met and 0 when the conditions are not met.
  • the upper/lower determination unit 7 determines the type of the target from the result obtained by multiplying the threshold processing result by a coefficient corresponding to the degree of importance of the determination parameter set in advance and adding the result. For example, assume that the coefficient of the tentative angle value range content rate is W1, the coefficient of the tentative angle value upper and lower range content rate is W2, and the coefficient of the tentative angle value root mean square is W3.
  • the individual threshold processing results of the tentative angle value range content rate, the tentative angle value upper and lower range content rate, and the tentative angle value root mean square value are 1, 1, and 1, respectively, 1 ⁇ W1+1 ⁇ W2+1 ⁇ W3 is Addition value. Determination parameter calculation and threshold processing are performed for each of the upper object, the lower object, and the front object, and the type with the highest addition value is the type to which the target belongs.
  • an index representing the reliability of the type to which the target belongs may be output based on the added value.
  • the added value for upper objects is represented by S1
  • the added value for lower objects is represented by S2
  • the added value for frontal objects is represented by S3.
  • the reliability of the upper object is S1/(S1+S2+S3)
  • the reliability of the lower object is S2/(S1+S2+S3)
  • the reliability of the front object is S3/(S1+S2+S3).
  • the up/down determination unit 7 not only outputs the determination result and its reliability for each frame in the up/down determination, but also outputs the final determination result and its reliability using the determination results of a plurality of past frames. good.
  • the stability of the determination result can be improved by using the determination result of a plurality of past frames.
  • the type with the highest frequency among the determination results of multiple frames may be adopted.
  • the radar signal processing device 1 according to Embodiment 1 since the radar signal processing device 1 according to Embodiment 1 has the above-described configuration, it is possible to make an early and highly accurate determination.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a radar signal processing device 1 of a vehicle-mounted radar device according to Embodiment 2. As shown in FIG. The radar signal processing device 1 shown in FIG. 8. Only the altitude determination unit 8 is different from FIG. 1 of Embodiment 1, and duplicate description will be omitted hereinafter.
  • the altitude determination unit 8 in Embodiment 2 determines whether or not the value of the tentative angle value upper and lower range content rate among the determination parameters input from the determination parameter calculation unit 4 is within a predetermined range. If the value is within the predetermined range, the determination parameter is sent to the up/down determination unit 7 . If the value is not within the predetermined range, an altitude reset signal is output to altitude setting section 2 .
  • FIG. 4 is a flow chart of the radar signal processing device 1 according to the second embodiment.
  • ST06 is the only difference from FIG. 2 which is a flowchart of the radar signal processing according to the first embodiment.
  • the operations from ST01 to ST03 are the same as those in the first embodiment.
  • the altitude determination unit 8 determines whether or not the value of the tentative angle value upper and lower range content rate is in the range of 1 ⁇ , where ⁇ is a preset minute value. If the value is within the range of 1 ⁇ , it is interpreted that the altitude set by the altitude setting unit 2 is in the center (middle) of the frequency distribution of angle measurement values and that the correct altitude is set.
  • the determination parameter is output to the vertical determination section 7 . If the value is not within the range of 1 ⁇ , it is interpreted that the set altitude is not in the center (middle) of the frequency distribution and is not appropriate. In this case, the altitude reset signal is output to the altitude setting section 2 . That is, step (ST06) is executed here. At this time, the altitude setting unit 2 performs a step of setting a different altitude value (ST01), and a step of calculating a tentative angle value and a tentative angle value range (ST02) until the conditions of the altitude determination unit 8 are satisfied. , Through the above processing, an appropriate altitude value that matches the target is estimated.
  • the radar signal processing device 1 adjusts the altitude setting value so that the set altitude matches the target.
  • the accuracy of determination is improved, and the altitude of the target can also be estimated.
  • Embodiment 3 A configuration diagram showing the radar signal processing device 1 of the vehicle-mounted radar device according to the third embodiment has the configuration of FIG. 3, as in the second embodiment.
  • the altitude determination unit 8 in the third embodiment determines that, among the determination parameters input from the determination parameter calculation unit 4, the value of the tentative angle value upper and lower range content rate is within a predetermined range. It is determined whether or not there is If the value is within the predetermined range, the determination parameter is output to the vertical determination section 7 . If the value is not within the predetermined range, an altitude reset signal is output to altitude setting section 2 .
  • FIG. 5 is a flow chart of the radar signal processing device 1 according to the third embodiment.
  • ST06 in FIG. 4 which is the flowchart of the radar signal processing according to the second embodiment, is replaced with ST07. There is no difference between FIG. 4 and FIG. 5 other than this point.
  • the altitude determination unit 8 determines whether or not the value of the root mean square value of the tentative angle value is equal to or less than ⁇ , where ⁇ is a minute preset value. If the condition is satisfied, that is, if the altitude set by the altitude setting unit 2 is at the center (center) of the frequency distribution of angle measurement values and the correct altitude is set, the determination parameter is output to the up/down determination unit 7.
  • step (ST07) is executed here.
  • the altitude setting unit 2 performs the steps of setting a different altitude value (ST01), and the step of calculating the tentative angle value/temporary angle value range until the condition of the altitude determination unit 8 is satisfied (ST02). and run Through the above processing, an appropriate altitude value that matches the target is estimated.
  • the altitude determination unit 8 may use the angle measurement accuracy of the radar device in addition to the determination using the minute value ⁇ .
  • the altitude setting value is an appropriate altitude value that matches the target
  • the root mean square value of the tentative angle measurement value asymptotically approaches the angle measurement accuracy (standard deviation) of the radar device.
  • the radar signal processing device 1 adjusts the altitude setting value so that the set altitude matches the target.
  • the accuracy of determination is improved, and the altitude of the target can also be estimated.
  • the disclosed technology can be freely combined with each embodiment, modified any component of each embodiment, or changed any component of each embodiment. It can be omitted.
  • the radar signal processing apparatus 1 that determines the top and bottom (front) of the target using the measured elevation angle values has been described.
  • the radar signal processing device 1 is configured to determine the type of target (upper object, lower object, frontal object) using the measured distance value (a) and the measured angle value (b). For example, it can be applied to a vehicle-mounted radar device.
  • the disclosed technology has industrial applicability.
  • 1 radar signal processing device 2 altitude setting unit, 3 provisional angle value calculation unit, 4 determination parameter calculation unit, 5 determination parameter storage unit, 6 determination threshold value setting unit, 7 up/down determination unit, 8 altitude determination unit.

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Abstract

本開示技術に係るレーダ信号処理装置（１）は、レーダ装置から送られる測距値（ａ）と測角値（ｂ）とを処理するレーダ信号処理装置（１）であって、物標の種別である上方物、下方物、正面物に対応する代表的な高度（Ｈ）を設定する高度設定部（２）と、前記測距値（ａ）及び前記高度（Ｈ）に基づいて、前記物標の種別ごとの仮測角値（Ｂ）を算出する仮測角値算出部（３）と、前記仮測角値（Ｂ）と測角値（ｂ）とに基づいて、仮測角値含有率（Ｐ１）、仮測角値上下範囲含有率（Ｐ２）、仮測角値二乗平均平方根（Ｐ３）のうち少なくとも一種の値（ＰＶ）を算出する判定パラメータ算出部（４）と、前記値（ＰＶ）に基づいて、前記物標の種別の判定を行う上下判定部（７）と、を含む。

Description

レーダ信号処理装置
　本開示技術は、車両に搭載されるレーダ信号処理装置に関する。
　従来から、車両に搭載したレーダ装置からの情報に基づいて周囲の状況を認識し運転を支援する運転支援システムの一機能として、進路上の他の車両や歩行者、障害物等との衝突を回避するために自動的に制動制御を行う機能が知られている。
　車両に対して自動的に行われる制動制御においては、物標が車両及び歩行者の場合、車両を制動すべき場面がある。一方で物標がマンホール、グレーチング、標識、横断歩道橋などのように上を通過若しくは下を通過できる場合、必ずしも車両の制動は必要がない。このように車両の制動制御には、上下判定を自動で行うことが求められている。以降では、上を通過可能な物標を「下方物」、下を通過可能な物標を「上方物」、車両に衝突する高さの正面の物標を「正面物」と称す。また、下方物、上方物、正面物はまとめて「物標の種別」と称す。
　従来の装置は、方位角方向の測角機能は有するものの、仰角方向の測角機能は無いか若しくは測角精度が前述の判定には不十分であるため、受信強度すなわち電力の情報のみを利用して物標の高度方向の存在位置を判定している。例えば、特許文献１では、物標の電力分布から得られるマルチパスによるヌルポイントの発生パターンを利用して物標の路面からの高さを推定し、制動対象であるか否かを判定している。
特開２０１１－０１７６３４号公報
　従来の装置は上述のように構成されているので、受信強度情報を利用する場合には、レーダ取付位置と高度、路面の状況、物標の形状・材質等の組み合わせが変わるとヌルポイントの発生パターンも異なるため、高精度な判定を行うためにはそれらの組み合わせを網羅した膨大なデータベース及び演算処理が必要となる課題がある。
　一方、仰角情報については、測角性能はアンテナ素子数及び素子間隔に依存するが、一般に車載用レーダ装置には小型化・低コスト化等が求められているためアンテナ素子数を増やすことができず高精度な測角値を得ることができない。また、精度の劣化したデータの利用には一般に平滑化処理が行われるが、多くのデータ数を計測する時間が要されることから、より迅速な判定が要求される車載用レーダ装置での利用は困難であった。
　本開示技術は上述のような課題を解消し、測角精度が劣化した場合でも精度の高い上下判定が可能なレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
　本開示技術に係るレーダ信号処理装置は、レーダ装置から送られる測距値（ａ）と測角値（ｂ）とを処理するレーダ信号処理装置であって、物標の種別である上方物、下方物、正面物に対応する代表的な高度（Ｈ）を設定する高度設定部と、前記測距値（ａ）及び前記高度（Ｈ）に基づいて、前記物標の種別ごとの仮測角値（Ｂ）を算出する仮測角値算出部と、前記仮測角値（Ｂ）と測角値（ｂ）とに基づいて、仮測角値含有率（Ｐ１）、仮測角値上下範囲含有率（Ｐ２）、仮測角値二乗平均平方根（Ｐ３）のうち少なくとも一種の値（ＰＶ）を算出する判定パラメータ算出部と、前記値（ＰＶ）に基づいて、前記物標の種別の判定を行う上下判定部と、を含む
　本開示技術に係るレーダ信号処理装置は上述の構成を備えるため、仰角測角精度が劣化した場合でも早期に上下判定を行うことができる。
実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の構成例を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ信号処理装置のフローチャートである。 実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の構成例を示す図である。 実施の形態２に係るレーダ信号処理装置のフローチャートである。 実施の形態３に係るレーダ信号処理装置のフローチャートである。 物標の種別ごとの観測時の距離、仰角等の関係を示す模式図である。 物標の種別ごとの観測時の距離対測角値を表した測角値曲線の概念図である。 上方物の仮測角値曲線、仮測角値上限曲線、仮測角値下限曲線の概念図である。 上方物の観測時の測角値及び上方物、下方物、正面物観測時の測角値存在分布を示す模式図である。図９Ａは典型的な上方物測角値のプロット例である。図９Ｂは上方物測角値の頻度分布の典型例である。図９Ｃは下方物測角値の頻度分布の典型例である。図９Ｄは正面物測角値の頻度分布の典型例である。
　本開示技術に係るレーダ信号処理装置１は、以下の実施の形態ごとの図面に沿った詳細な説明により明らかになる。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る車載用レーダ装置のレーダ信号処理装置１を示す構成図である。
　図１に示すレーダ信号処理装置１は、高度設定部２、仮測角値算出部３、判定パラメータ算出部４、判定パラメータ格納部５、判定閾値設定部６、上下判定部７を備える。
　なお、ＦＭＣＷ、ＦＭＩＣＷ、パルスドップラ方式等のレーダの一般的な方式に関する説明は、ここでは省略される。さらに、全体の制御を行う部分、その他の一般的な車載用レーダに関する説明も、ここでは省略される。
　レーダ信号処理装置１には、レーダ装置から所定の観測周期（以降、「フレーム」と称す）毎に物標の測距値（ａ）及び測角値（ｂ）が入力される。ここで想定されるレーダ装置は小型化かつ低コスト化された車載用である。レーダ装置からの測角値（ｂ）の精度は、十分なものとは限らない。
　高度設定部２は、上方物、下方物、正面物に対応するそれぞれの高度及びその上限下限値を設定し出力する。より厳密に言えば高度設定部２は、少なくとも上方物の高度の下限値と、下方物の高度の上限値と、を設定し出力する。また正面物の高度は、下方物の高度の上限値よりも大きく、上方物の高度の下限値よりも小さい。
　仮測角値算出部３は、測距値（ａ）及び高度設定部２から得られる高度値に基づいて、仰角値（以降、「仮測角値」と称す）と、上方物、下方物、正面物それぞれの仮測角値の上限下限値と、を算出し出力する。
　判定パラメータ算出部４は、入力される最新の測角値（ｂ）と、判定パラメータ格納部５から入力される過去の測角値（ｂ）と、仮測角値算出部３から得られる仮測角値及び仮測角値上限下限値とに基づいて、判定パラメータを算出する。ここで算出される判定パラメータは、仮測角値含有率、仮測角値上下範囲含有率、及び仮測角値二乗平均平方根のうち少なくとも一種である。
　また判定パラメータ算出部４は、判定パラメータ格納部５へ最新の測角値（ｂ）に更新した所定フレーム数分の判定パラメータを出力する。仮測角値含有率は、所定フレーム内において測角値（ｂ）が仮測角値上限値及び下限値内に含まれる割合である。仮測角値上下範囲含有率は、所定フレーム内において測角値（ｂ）が仮測角値よりも大きい場合のフレーム数と仮測角値よりも小さい場合のフレーム数との比である。仮測角値二乗平均平方根は、所定フレーム内において測角値（ｂ）と仮測角値の二乗平均平方根である。
　判定閾値設定部６は、各判定パラメータに対する閾値を設定し出力する。上下判定部７は、判定パラメータ算出部４から入力される判定パラメータ及び判定閾値設定部６から入力される判定閾値に基づき、物標の種別判定を行い判定結果を出力する。具体的に物標の種別判定は、閾値処理により実施される。
　実施の形態１に係るレーダ信号処理装置１の動作は、以下の説明により明らかになる。
　図２は、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置１のフローチャートである。図６は、物標の種別ごとの観測時の距離、仰角等の関係を示す模式図である。図７は、物標の種別ごとの観測時の距離対測角値を表した測角値曲線の概念図である。図８は、上方物の仮測角値曲線、仮測角値上限曲線、仮測角値下限曲線の概念図である。図９は、上方物の物標観測時の測角値及び上方物、下方物、正面物観測時の測角値存在分布を示す模式図である。
　まず、高度設定部２において上方物、下方物、正面物のそれぞれに高度を設定するステップ（ＳＴ０１）が実行される。設定する高度値は、物標の種別に応じた典型的な高度値を採用すればよい。例えば設定する高度値は、上方物高さｈｈ＝５．０［ｍ］、下方物高さｈｌ＝０．０１［ｍ］、正面物高さｈｃ＝０．６［ｍ］、レーダ搭載高さｈ０＝０．６［ｍ］のように設定されてもよい。
　次に、仮測角値算出部３において当該フレームで観測される物標の種別毎に測距値（ａ）に対する仮測角値及び仮測角値範囲を算出するステップ（ＳＴ０２）が実行される。仮測角値範囲とは、仮測角値の上限値と、仮測角値の下限値と、により定義された範囲である。
　自車両のレーダと観測する物標が図６のような関係にあるとき、上方物仮測角値θｈは以下の数式により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
また、ｈ０はレーダ搭載高さである。
　同様に下方物仮測角値θｌは、以下の数式により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
また、ｈ０はレーダ搭載高さである。
ここで、数式（２）の右辺の括弧の中の分子であるｈｌ－ｈ０は負の値となるため、下方物仮測角値θｌも負の値となる。すなわち仮測角度は、水平より上を向く角度は正で定義され、水平よりも下を向く角度は負で定義される。
　さらに正面物仮測角値θｃは、以下の数式により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
ここで、数式（３）の右辺の括弧の中の分子であるｈｃ－ｈ０は、正負いずれの値も取り得る。よって正面物仮測角値θｃも、正負いずれの値も取り得る。
　仮測角値範囲すなわち仮測角値の上限と下限とは、物体の種別毎に予め設定した高度の上限及び下限値を用いて算出することができる。言い換えれば仮測角値算出部３は、高度値に対して上限高度と下限高度とを設け、仮測角値の上限値と、仮測角値の下限値と、を算出してもよい。例えば、上方物の高度の上限値がｈｈ＋１．０［ｍ］であるとき、前述の式においてｈｈをｈｈ＋１．０とし、高度の下限値がｈｈ－１．０［ｍ］であるとき、前述の式においてｈｈをｈｈ－１．０とすることで算出することができる。下方物と正面物との仮測角値範囲も、同様に算出できる。レンジに対する上方物、下方物、正面物それぞれ仮測角値は、それぞれの高さ（ｈｈ、ｈｌ、ｈｃ）を固定した場合、図７の上方物測角値曲線、下方物測角値曲線、正面物測角値曲線で表される。さらに仮測角値に対する上限及び下限は、図８の仮測角値曲線、仮測角値上限曲線、仮測角値下限曲線で表される。なお図８では上方物のみについての各曲線が示されているが、下方物と正面物とについても同様に表すことができる。
　段落［００１６］での仮測角値範囲は、高度に基づいて算出したものを示されていたが、これに限定するものではない。他の仮測角値範囲の設定の方法には、レーダの測角精度を表す標準偏差を用いるものが考えられる。また物標を類別するために、予め設定した上限・下限測角値をそれぞれ仮測角値上限（曲線）・仮測角値下限（曲線）として用いる手法が採用されてもよい。言い換えれば仮測角値算出部３は、仮測角値に対して上限測角値と下限測角値とを設け、仮測角値の上限値と、仮測角値の下限値と、を算出してもよい。
　段落［００１６］及び段落［００１７］では、高度若しくは測角値に対して一律同じ幅の上限及び下限を設けていることが示されていたが、これに限定するものではない。他の仮測角値範囲（上限下限）の設定の方法には、信号対雑音電力比や距離に応じて上限下限値を設定するものも考えられる。これは、一般にレーダの測角精度が、信号対雑音電力比が高いほど、また、物標との距離が近いほど高くなる、という性質を利用したものである。具体的には、信号対雑音電力比が低い遠方の場合、上限及び下限の値を大きくする。また、信号対雑音電力比が高い近傍の場合、上限及び下限の値を小さくする。このように設定することで、遠方での判定精度劣化を低減し、近傍での判定精度を向上させることができる。
　次に、判定パラメータ算出部４において当該フレームにおける判定パラメータを算出するステップ（ＳＴ０３）が実行される。判定パラメータは、仮測角値範囲含有率、仮測角値上下範囲含有率、仮測角値二乗平均平方根のうち少なくとも一種を含む。これらのパラメータは、割合などの率のほか、カウント値などの数であってもよい。最新フレームの判定パラメータは、判定パラメータ格納部５に格納された過去の数フレーム分の判定パラメータを用いて算出される。その理由は、上述の通り、仰角の測角値（ｂ）は一般にばらつきが大きいことから、過去の数フレームの判定パラメータを用いることでばらつきの影響を低減すなわち平滑化するためである。
　図９Ａは典型的な上方物測角値のプロット例である。図９Ｂは上方物測角値の頻度分布の典型例である。図９Ｃは下方物測角値の頻度分布の典型例である。図９Ｄは正面物測角値の頻度分布の典型例である。ここで、典型的な下方物測角値及び典型的な正面物のプロットは示されていないが、図９Ａと同様に描くことができる。図９Ａのように、１個又は少数の観測点のみではそれが上方物の測角値（ｂ）であることを判断することは困難であるように思われる。しかしその頻度分布図９Ｂは、ピークが正の仰角にシフトし、また、そのピークを中心として対称に頻度が分布していることを示している。このことは、複数点を調べることで物標の種別の傾向を把握することが可能であることを示唆している。物標の種別の傾向を把握する上述の手法は、下方物、正面物についても同様に適用できる。
　仮測角値範囲含有率、仮測角値上下範囲含有率、仮測角値二乗平均平方根はそれぞれ図９Ｂ～図９Ｄの頻度分布の傾向を示す。図９Ａの仮測角値についての曲線は、△で示したプロットの頻度分布のピーク値若しくは平均が通る線だと解釈してもよい。このとき、仮測角値範囲含有率は頻度分布のピークを含む高頻度の領域を示しており、仮測角値範囲含有率の高さは当該種別に対する高さを示している。また、仮測角値上下範囲含有率は頻度分布のピークとなる仰角よりも低い仰角の頻度と高い仰角の頻度の比を示しており、その値が１に漸近することは図９Ｂ～図９Ｄの頻度分布の対称的な特徴を示す。また、仮測角値二乗平均平方根は頻度分布のピークを基準とした標準偏差を示しており、その値が小さくなる若しくはレーダ装置の測角精度の標準偏差に漸近することは測角値（ｂ）が当該種別に属すことを意味している。以上のことから、仮測角値範囲含有率が高いこと、仮測角値上下範囲含有率が１に近いこと、仮測角値二乗平均平方根が小さいことはいずれも測角値（ｂ）が当該種別の特徴を示していることとなる。
判定パラメータ算出部４において判定パラメータ算出後は、最も古いフレームの判定パラメータ及び測角値（ｂ）を最新の判定パラメータ及び測角値（ｂ）に置き換え、判定パラメータ格納部５に出力する。
　次に、判定閾値設定部６において各判定パラメータに対する閾値を設定するステップ（ＳＴ０４）が実行される。その後、上下判定部７において判定パラメータ算出部４で算出した各判定パラメータに対して閾値処理を行った結果を統合して上下判定結果を出力するステップ（ＳＴ０５）が実行される。各判定パラメータに対する閾値としては、段落［００２０］に記載したとおり、仮測角値範囲含有率に対しては高いことが条件であることがある。この場合、閾値は例えば０．５以上かつ１．０以下と設定してよい。また、仮測角値上下範囲含有率に対しては１に近いことが条件であることがある。この場合、閾値は例えば０．８以上かつ１．２以下と設定してよい。また、仮測角値二乗平均平方根に対しては小さいことが条件であることがある。この場合、閾値は例えば１．０以下と設定してよい。
　各判定パラメータの閾値処理結果は、例えば条件を満たす場合を１、満たさない場合を０としてよい。上下判定部７は、閾値処理結果に予め設定した判定パラメータの重要度に応じた係数を乗じて加算した結果から、当該物標の種別を判定する。例えば、仮測角値範囲含有率の係数はＷ１で、仮測角値上下範囲含有率の係数はＷ２で、仮測角値二乗平均平方根の係数はＷ３で、それぞれ表されているとする。仮測角値範囲含有率、仮測角値上下範囲含有率、仮測角値二乗平均平方根の個別の閾値処理結果がそれぞれ１、１、１であるときは、１×Ｗ１＋１×Ｗ２＋１×Ｗ３が加算値となる。判定パラメータ算出及び閾値処理を上方物、下方物、正面物のそれぞれに対して行い、加算値が最も高い種別が当該物標が属する種別となる。
　また、上下判定においては、当該物標が属する種別の判定結果だけでなく、加算値に基づいて当該物標が属する種別の信頼性を表す指標を出力してもよい。例えば、上方物に対する加算値はＳ１で、下方物に対する加算値はＳ２で、正面物に対する加算値はＳ３で、それぞれ表されているとする。すると、上方物である信頼度はＳ１／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）、下方物である信頼度はＳ２／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）、正面物である信頼度はＳ３／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）となる。
　また上下判定部７は、上下判定においてフレーム毎に判定結果とその信頼度を出力するだけでなく、過去の複数フレームの判定結果を用いて最終的な判定結果とその信頼度を出力してもよい。過去の複数フレームの判定結果を用いることで判定結果の安定性を高めることができる。複数フレームの判定結果は、例えば、複数フレームの判定結果で最大頻度の種別が採用されてもよい。
　以上のように実施の形態１に係るレーダ信号処理装置１は上述の構成を備えるため、早期に精度の高い判定を行うことができる。
実施の形態２．
　図３は、実施の形態２による車載用レーダ装置のレーダ信号処理装置１を示す構成図である。
　図３に示すレーダ信号処理装置１は、高度設定部２、仮測角値算出部３、判定パラメータ算出部４、判定パラメータ格納部５、判定閾値設定部６、上下判定部７、高度判定部８を備える。実施の形態１の図１とは高度判定部８のみが異なり、以降、重複する説明は省略する。
　実施の形態２における高度判定部８は、判定パラメータ算出部４から入力された判定パラメータのうち、仮測角値上下範囲含有率の値が所定の範囲内にあるか否かを判定する。値が所定の範囲内にある場合、判定パラメータが上下判定部７へされる。値が所定の範囲内にない場合、高度再設定信号が高度設定部２へ出力される。
　実施の形態２に係るレーダ信号処理装置１の動作は、以下の説明により明らかになる。
　図４は、実施の形態２に係るレーダ信号処理装置１のフローチャートである。実施の形態１に係るレーダ信号処理のフローチャートである図２とはＳＴ０６のみが異なる。ＳＴ０１からＳＴ０３の動作は実施の形態１と同様である。
　高度判定部８は、αを予め設定した微小な値として、仮測角値上下範囲含有率の値が１±αの範囲にあるか否かを判定する。値が１±αの範囲内に有る場合、高度設定部２において設定した高度が測角値の頻度分布の中心（中央）にあり正しい高度を設定していると解釈される。この場合、判定パラメータが上下判定部７へ出力される。値が１±αの範囲内に無い場合、設定した高度が頻度分布の中心（中央）になく設定した高度が適切ではないと解釈される。この場合、高度再設定信号は高度設定部２へ出力される。すなわちここでステップ（ＳＴ０６）が実行される。
　このとき高度設定部２は、異なる高度値を設定するステップ（ＳＴ０１）と、高度判定部８の条件を満足するまで仮測角値・仮測角値範囲算出するステップ（ＳＴ０２）以降の処理と、を実行する。以上の処理により、物標に合致した適切な高度値が推定される。
　以上のように、実施の形態２によれば、レーダ信号処理装置１は、設定した高度が物標に合致する高度になるように高度設定値を調整するため、適切な高度が設定され、上下判定の精度が向上するとともに、物標の高度も推定することができる。
実施の形態３．
　実施の形態３による車載用レーダ装置のレーダ信号処理装置１を示す構成図は、実施の形態２と同様に図３の構成となる。
　また、実施の形態３における高度判定部８は、実施の形態２と同様に、判定パラメータ算出部４から入力された判定パラメータのうち、仮測角値上下範囲含有率の値が所定の範囲内にあるか否かを判定する。値が所定の範囲内に有る場合、判定パラメータが上下判定部７へ出力される。値が所定の範囲内に無い場合、高度再設定信号が高度設定部２へ出力される。
　実施の形態３に係るレーダ信号処理装置１の動作は、以下の説明により明らかになる。
　図５は、実施の形態３に係るレーダ信号処理装置１のフローチャートである。実施の形態２に係るレーダ信号処理のフローチャートである図４におけるＳＴ０６は、ＳＴ０７に置き換えられている。図４と図５との違いは、ここ以外に無い。高度判定部８は、βを予め設定した微小な値として、仮測角値二乗平均平方根の値がβ以下であるか否かを判定する。条件を満たす場合、すなわち、高度設定部２において設定した高度が測角値の頻度分布の中心（中央）にあり正しい高度を設定している場合は、判定パラメータが上下判定部７へ出力される。条件を満たさない場合、すなわち、設定した高度が頻度分布の中心（中央）になく設定した高度が適切ではない場合は、高度再設定信号が高度設定部２へ出力される。すなわちここでステップ（ＳＴ０７）が実行される。このとき、高度設定部２は、異なる高度値を設定するステップ（ＳＴ０１）と、高度判定部８の条件を満足するまで仮測角値・仮測角値範囲算出するステップ（ＳＴ０２）以降の処理と、を実行する。以上の処理により、物標に合致した適切な高度値が推定される。
　なお高度判定部８は、微小な値βを用いた判定の他に、レーダ装置の測角精度を用いてもよい。高度設定値が物標に合致した適切な高度値の場合には、仮測角値二乗平均平方根はレーダ装置の測角精度（標準偏差）に漸近する。この場合には、γを予め設定した微小な値として、仮測角値二乗平均平方根の値がレーダ装置の測角精度±γの範囲内にあるか否かを判定する。
　以上のように、実施の形態３によれば、レーダ信号処理装置１は、設定した高度が物標に合致する高度になるように高度設定値を調整するため、適切な高度が設定され、上下判定の精度が向上するとともに、物標の高度も推定することができる。
　また、本開示技術はその技術的思想の創作の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　また、以上では仰角測角値を用いて物標の上下（正面）判定を行うレーダ信号処理装置１について説明したが、方位角測角値を用いて物標の左右（正面）判定を行うこともできる。
　本開示技術に係るレーダ信号処理装置１は、測距値（ａ）及び測角値（ｂ）を用いて物標の種別（上方物、下方物、正面物）を判定するように構成しており、例えば、車載用のレーダ装置に適用することができる。本開示技術は、産業上の利用可能性を有する。
１　レーダ信号処理装置、２　高度設定部、３　仮測角値算出部、４　判定パラメータ算出部、５　判定パラメータ格納部、６　判定閾値設定部、７　上下判定部、８　高度判定部。

Claims (7)

  1. 　レーダ装置から送られる測距値（ａ）と測角値（ｂ）とを処理するレーダ信号処理装置であって、
    　物標の種別である上方物、下方物、正面物に対応する代表的な高度（Ｈ）を設定する高度設定部と、
    　前記測距値（ａ）及び前記高度（Ｈ）に基づいて、前記物標の種別ごとの仮測角値（Ｂ）を算出する仮測角値算出部と、
    　前記仮測角値（Ｂ）と測角値（ｂ）とに基づいて、仮測角値含有率（Ｐ１）、仮測角値上下範囲含有率（Ｐ２）、仮測角値二乗平均平方根（Ｐ３）のうち少なくとも一種の値（ＰＶ）を算出する判定パラメータ算出部と、
    　前記値（ＰＶ）に基づいて、前記物標の種別の判定を行う上下判定部と、
    　を含むレーダ信号処理装置。
  2. 　前記仮測角値上下範囲含有率（Ｐ２）が、所定の範囲内にあるか否かを判定する高度判定部、をさらに含む請求項１に記載のレーダ信号処理装置。
  3. 　前記仮測角値二乗平均平方根（Ｐ３）が、所定の値以下であるか否かを判定する高度判定部、をさらに含む請求項１に記載のレーダ信号処理装置。
  4. 　前記仮測角値算出部は、前記高度（Ｈ）に対して上限高度と下限高度とを設け、前記仮測角値（Ｂ）の上限値と、前記仮測角値（Ｂ）の下限値と、を算出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーダ信号処理装置。
  5. 　前記仮測角値算出部は、前記仮測角値（Ｂ）に対して上限測角値と下限測角値とを設け、前記仮測角値の上限値と、前記仮測角値の下限値と、を算出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーダ信号処理装置。
  6. 　前記仮測角値算出部は、距離又は信号対雑音電力比に応じて前記上限高度と前記下限高度とを算出する請求項４に記載のレーダ信号処理装置。
  7. 　前記仮測角値算出部は、距離又は信号対雑音電力比に応じて前記上限測角値と前記下限測角値とを算出する請求項５に記載のレーダ信号処理装置。
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