WO2022249948A1

WO2022249948A1 - レーザレーダ装置

Info

Publication number: WO2022249948A1
Application number: PCT/JP2022/020654
Authority: WO
Inventors: 直輝吉元; 智博守口
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2022-12-01
Also published as: US20240094361A1; JP2022182660A; JP7405118B2

Abstract

レーザレーダ装置（１）の微小区間設定部（Ｓ３０）は、ビート信号のビート信号振幅の時間変化を示すビート信号波形について、ビート信号波形の時間範囲内に複数の微小区間を設定する。微小区間抽出部（Ｓ４０～Ｓ７０，Ｓ７５，Ｓ３１０）は、設定された複数の微小区間の中から、微小区間におけるビート信号振幅が大きいことを示す予め設定された抽出条件を満たす少なくとも１つの微小区間を抽出する。ピーク検出部（Ｓ８０，Ｓ９０，Ｓ３２０～Ｓ３４０）は、抽出された微小区間におけるビート信号を周波数解析することにより、微小区間周波数スペクトラムを算出し、微小区間周波数スペクトラムにおいてピークとなるピーク周波数を検出する。

Description

レーザレーダ装置

関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０２１年５月２８日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０２１－０９０３４７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２０２１－０９０３４７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、レーザレーダ装置に関する。

　特許文献１には、ＦＭＣＷ方式のレーザレーダ装置において、時間が経過するにつれて周波数が漸増する上り変調区間と、時間が経過するにつれて周波数が漸減する下り変調区間とを含む変調区間を、上り変調区間および下り変調区間より短い複数の区間に分割して処理した後に平均化することが記載されている。ＦＭＣＷは、Frequency Modulated Continuous Waveの略である。

米国特許出願公開第２０２０／０２４１１３９号明細書

　発明者の詳細な検討の結果、ＦＭＣＷ方式のレーザレーダ装置において、レーザ光を反射する物体の表面の粗さに起因したレーザ光の干渉によって生ずるスペックルの影響でビート信号の振幅が変動し、ビート信号を周波数解析することによって算出される周波数スペクトルの信号対雑音比が低下してしまうという課題が見出された。この信号対雑音比の低下によって、レーザレーダ装置の検出精度が低下する。

　本開示は、レーザレーダ装置の検出精度を向上させる。

　本開示の一態様は、送信部と、受信部と、微小区間設定部と、微小区間抽出部と、ピーク検出部と、距離算出部とを備えるレーザレーダ装置である。

　送信部は、予め設定された変調周期内に、時間が経過するにつれて周波数が漸増する上り変調区間と、時間が経過するにつれて周波数が漸減する下り変調区間とが含まれるように、周波数変調したレーザ光を送信するように構成される。

　受信部は、送信部から送信されて物体で反射したレーザ光を受信し、受信したレーザ光と、送信部が送信するレーザ光とを混合してビート信号を生成するように構成される。

　微小区間設定部は、ビート信号の振幅をビート信号振幅として、上り変調区間におけるビート信号である上りビート信号のビート信号振幅の時間変化を示す上りビート信号波形と、下り変調区間におけるビート信号である下りビート信号のビート信号振幅の時間変化を示す下りビート信号波形とのそれぞれについて、上りビート信号波形および下りビート信号波形の時間範囲内に複数の微小区間を設定するように構成される。

　微小区間抽出部は、上りビート信号波形および下りビート信号波形のそれぞれについて、設定された複数の微小区間の中から、微小区間におけるビート信号振幅が大きいことを示す予め設定された抽出条件を満たす少なくとも１つの微小区間を抽出するように構成される。

　ピーク検出部は、上りビート信号波形および下りビート信号波形のそれぞれについて、抽出された微小区間におけるビート信号を周波数解析することにより、微小区間における周波数スペクトラムである微小区間周波数スペクトラムを算出し、微小区間周波数スペクトラムにおいてピークとなるピーク周波数を検出するように構成される。

　距離算出部は、ピーク検出部で検出されたピーク周波数に基づいて、物体までの距離を算出するように構成される。

　このように構成された本開示のレーザレーダ装置は、ビート信号波形においてビート信号振幅が大きい微小区間のみに対して周波数解析を実行してピーク周波数を検出する。これにより、本開示のレーザレーダ装置は、周波数解析によって算出される周波数スペクトルの信号対雑音比を向上させることができ、レーザレーダ装置の検出精度を向上させることができる。

レーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態の測距処理を示すフローチャートである。第１実施形態においてピーク周波数を検出する方法を説明する図である。第２実施形態の測距処理を示すフローチャートである。第２実施形態においてピーク周波数を検出する方法を説明する図である。第３実施形態の測距処理を示すフローチャートである。第２，３，４微小区間の上り抽出周波数スペクトルおよび上り平均周波数スペクトルを示す図である。第４実施形態の微小区間を示す図である。第５実施形態の測距処理を示すフローチャートである。第５実施形態の振幅変動確認区間を示す図である。

　［第１実施形態］
　以下に本開示の第１実施形態を図面とともに説明する。

　本実施形態のレーザレーダ装置１は、周知のＦＭＣＷ方式を採用しており、図１に示すように、レーザ駆動回路２と、レーザダイオード３と、分波器４と、光フェーズドアレイ（以下、ＯＰＡ）５と、移相器６と、拡散レンズ７と、集光レンズ８と、光受信部９と、合波器１０と、フォトダイオード１１と、トランスインピーダンスアンプ（以下、ＴＩＡ）１２と、信号処理部１３とを備える。ＦＭＣＷは、Frequency Modulated Continuous Waveの略である。

　レーザ駆動回路２は、周波数が掃引されたレーザ光を生成する駆動信号をレーザダイオード３へ出力する。

　レーザダイオード３は、レーザ駆動回路２から出力された駆動信号に基づいて、周波数が掃引されたレーザ光（以下、送信光）を繰り返し照射する。具体的には、レーザダイオード３は、時間に対して周波数が直線的に増加する上り変調区間と、時間に対して周波数が直線的に減少する下り変調区間とを有するように変調された送信光を、予め設定された変調周期Ｔｍで生成して照射する。

　分波器４は、例えば光導波路が分岐するカプラによって構成されており、レーザダイオード３から照射された送信光が入力される。分波器４は、分波器４に入力された送信光の一部を、ＯＰＡ５へ照射し、残りの部分を合波器１０へ照射する。

　分波器４からＯＰＡ５へ向けて照射された送信光は、複数の光導波路に分岐してＯＰＡ５に入射する。移相器６は、複数の光導波路のそれぞれに設けられており、図示しない制御回路から入力される電気信号に応じて、各光導波路を通る送信光の位相を変化させる。これにより、各光導波路から出射される送信光の指向性が変化し、送信光が水平方向に走査される。

　なお、ＯＰＡ５および移相器６の代わりに、ミラーおよびミラー駆動回路を備えてもよい。この場合には、分波器４からミラーへ向けて照射された送信光は、ミラーで反射される。そして、ミラーがミラー駆動回路によって回転することにより、ミラーで反射された送信光は、水平方向に走査される。

　拡散レンズ７は、照射された送信光を拡散してラインビームを形成する。

　集光レンズ８は、送信光が物体により反射されて生じた反射光を集光して、光受信部９へ照射する。

　光受信部９は、集光レンズ８から照射された反射光を受信光として受信する。

　合波器１０は、分波器４から入力された送信光と、光受信部９から入力された受信光とを混合し、ビート信号を生成する。

　フォトダイオード１１は、合波器１０から入力されたビート信号を電流信号に変換して出力する。

　ＴＩＡ１２は、フォトダイオード１１から入力された電流信号を電圧信号に変換して出力する。

　信号処理部１３は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２およびＲＡＭ２３等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成された電子制御装置である。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵ２１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、ＲＯＭ２２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、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、ＣＰＵ２１が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。また、信号処理部１３を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。

　信号処理部１３は、ＡＤ変換回路および高速フーリエ変換回路等を備えている。信号処理部１３は、ＴＩＡ１２から順次入力される電圧信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号が示す値をビート信号の振幅として、時系列でＲＡＭ２３に記憶することにより、ビート信号の振幅の時間変化を示すビート信号波形データを生成する。そして信号処理部１３は、ビート信号波形データを周波数解析して、物体の距離および速度を算出する。また信号処理部１３は、送信光の走査方向に基づいて、物体の角度を算出する。

　ＦＭＣＷ方式では、ビート信号として、上りビート信号および下りビート信号が生成される。上りビート信号は、上り変調区間のレーダ波が送信されている期間において送信光と受信光とを混合することにより生成される。同様に下りビート信号は、下り変調区間のレーダ波が送信されている期間において送信光と受信光とを混合することにより生成される。

　そして、上りビート信号の周波数ｆｂｕおよび下りビート信号の周波数ｆｂｄと、物体までの距離Ｌ（以下、物体距離Ｌという）および相対速度ｖ（以下、物体相対速度ｖという）との間には、下式（１），（２）の関係が成立する。なお、式（１），（２）において、ｃは光速、Δｆは送信光の周波数変動幅、ｆ０は送信光の中心周波数である。

　したがって、物体距離Ｌと物体相対速度ｖは、下式（３），（４）により算出される。

　このように構成されたレーザレーダ装置１において、信号処理部１３は、測距処理を実行する。測距処理は、信号処理部１３の動作中において変調周期Ｔｍが経過する毎に実行される処理である。

　測距処理が実行されると、信号処理部１３のＣＰＵ２１は、図２に示すように、まずＳ１０にて、ＲＡＭ２３に設けられた区間指示値ｉを０に設定する。

　そしてＣＰＵ２１は、Ｓ２０にて、直近の上り変調区間で生成されたビート信号波形データ（以下、上りビート信号波形データ）と、直近の下り変調区間で生成されたビート信号波形データ（以下、下りビート信号波形データ）とをＲＡＭ２３から取得する。

　図３のグラフＧ１は、上り変調区間における送信光と受信光の周波数の時間変化を示す。直線Ｌ１は送信光の周波数の時間変化を示し、直線Ｌ２は受信光の周波数の時間変化を示す。

　次にＣＰＵ２１は、図２に示すように、Ｓ３０にて、まず、上りビート信号波形データおよび下りビート信号波形データのそれぞれについて、上りビート信号波形データおよび下りビート信号波形データの時間範囲内に、所定分割数Ｎの互いに重複しない微小区間を設定する。所定分割数Ｎは２以上の整数である。以下、所定分割数Ｎの微小区間をそれぞれ、時刻が早い順に第１微小区間ＳＳ１、第２微小区間ＳＳ２、・・・、第Ｎ微小区間ＳＳＮという。

　図３のグラフＧ２は、上り変調区間のビート信号波形を分割する第１微小区間ＳＳ１、第２微小区間ＳＳ２、第３微小区間ＳＳ３および第４微小区間ＳＳ４を示す。

　さらにＣＰＵ２１は、図２に示すように、Ｓ４０にて、区間指示値ｉをインクリメント（すなわち、１加算）する。

　そしてＣＰＵ２１は、Ｓ５０にて、上りビート信号波形データおよび下りビート信号波形データのそれぞれについて、第ｉ微小区間ＳＳｉにおけるビート信号の振幅値を算出する。本実施形態では、振幅値として実効値を採用している。なお、振幅値は、微小区間内の信号の大きさを示す指標であればよく、例えば、絶対値の平均値を採用してもよい。

　次にＣＰＵ２１は、Ｓ６０にて、区間指示値ｉが所定分割数Ｎ以上であるか否かを判断する。ここで、区間指示値ｉが所定分割数Ｎ未満である場合には、ＣＰＵ２１は、Ｓ４０に移行する。一方、区間指示値ｉが所定分割数Ｎ以上である場合には、ＣＰＵ２１は、Ｓ７０にて、上りビート信号波形データおよび下りビート信号波形データのそれぞれについて、振幅値が最大の微小区間を抽出する。以下、上りビート信号波形データで抽出された微小区間を上り抽出微小区間、下りビート信号波形データで抽出された微小区間を下り抽出微小区間という。

　そしてＣＰＵ２１は、Ｓ８０にて、まず、上り抽出微小区間の上りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行して、上りビート信号の周波数スペクトル（以下、上り抽出周波数スペクトル）を算出する。周波数スペクトルは、ビート信号に含まれる周波数と、各周波数における振幅とを表す。本実施形態では、上記の周波数解析処理は高速フーリエ変換である。

　さらにＣＰＵ２１は、下り抽出微小区間の下りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行して、下りビート信号の周波数スペクトル（以下、下り抽出周波数スペクトル）を算出する。

　図３のグラフＧ３は、上り変調区間における全区間の上りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行することによって算出された周波数スペクトルを示す。

　図３のグラフＧ４は、上り変調区間内における第３微小区間ＳＳ３の上りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行することによって算出された周波数スペクトルを示す。

　グラフＧ３とグラフＧ４とを比較すると、グラフＧ４の方がグラフＧ３よりも信号対雑音比が大きい。一方、グラフＧ３の方がグラフＧ４よりも時間分解能が高い。

　次にＣＰＵ２１は、図２に示すように、Ｓ９０にて、Ｓ８０で算出された上り抽出周波数スペクトル上に存在する周波数ピークを周波数ｆｂｕとして検出し、Ｓ８０で算出された下り抽出周波数スペクトル上に存在する周波数ピークを周波数ｆｂｄとして検出する。

　そしてＣＰＵ２１は、Ｓ１００にて、Ｓ９０で検出された周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを用いて物体距離Ｌを算出し、測距処理を終了する。

　このように構成されたレーザレーダ装置１は、レーザ駆動回路２およびレーザダイオード３と、光受信部９および合波器１０と、信号処理部１３とを備える。

　レーザ駆動回路２およびレーザダイオード３は、予め設定された変調周期Ｔｍ内に、時間が経過するにつれて周波数が漸増する上り変調区間と、時間が経過するにつれて周波数が漸減する下り変調区間とが含まれるように、周波数変調したレーザ光を送信する。

　光受信部９および合波器１０は、レーザダイオード３から送信されて物体で反射したレーザ光を受信し、受信したレーザ光と、レーザダイオード３が送信するレーザ光とを混合してビート信号を生成する。

　信号処理部１３は、上りビート信号のビート信号振幅の時間変化を示す上りビート信号波形と、下りビート信号のビート信号振幅の時間変化を示す下りビート信号波形とのそれぞれについて、上りビート信号波形および下りビート信号波形の時間範囲内に所定分割数Ｎの微小区間を設定する。

　信号処理部１３は、上りビート信号波形および下りビート信号波形のそれぞれについて、設定された所定分割数Ｎの微小区間の中から、微小区間におけるビート信号振幅が大きいことを示す予め設定された抽出条件を満たす少なくとも１つの微小区間を抽出する。本実施形態の抽出条件は、ビート信号振幅が最大であることである。

　信号処理部１３は、上りビート信号波形および下りビート信号波形のそれぞれについて、抽出された微小区間におけるビート信号を周波数解析することにより、上り抽出周波数スペクトルおよび下り抽出周波数スペクトルを算出し、上り抽出周波数スペクトルおよび下り抽出周波数スペクトルにおいてピークとなる周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを検出する。

　信号処理部１３は、検出された周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄに基づいて、物体距離Ｌを算出する。

　このようなレーザレーダ装置１は、ビート信号波形においてビート信号振幅が大きい微小区間のみに対して周波数解析を実行して周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを検出する。これにより、レーザレーダ装置１は、周波数解析によって算出される周波数スペクトルの信号対雑音比を向上させることができ、レーザレーダ装置１の検出精度を向上させることができる。

　以上説明した実施形態において、レーザ駆動回路２およびレーザダイオード３は送信部に相当し、光受信部９および合波器１０は受信部に相当する。

　また、Ｓ３０は微小区間設定部としての処理に相当し、Ｓ４０～Ｓ７０は微小区間抽出部としての処理に相当し、Ｓ８０，Ｓ９０はピーク検出部としての処理に相当し、Ｓ１００は距離算出部としての処理に相当する。

　また、上り抽出周波数スペクトルおよび下り抽出周波数スペクトルは微小区間周波数スペクトラムに相当し、周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄはピーク周波数に相当する。

　［第２実施形態］
　以下に本開示の第２実施形態を図面とともに説明する。なお第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。

　第２実施形態のレーザレーダ装置１は、測距処理が変更された点が第１実施形態と異なる。

　第２実施形態の測距処理は、図４に示すように、Ｓ１００の処理が省略されてＳ２１０～Ｓ２４０の処理が追加された点が第１実施形態と異なる。

　すなわち、Ｓ９０の処理が終了すると、ＣＰＵ２１は、Ｓ２１０にて、Ｓ９０で検出された周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを用いて、上り探索区間Ｓｕおよび下り探索区間Ｓｄを設定する。図５に示すように、上り探索区間Ｓｕは、探索周波数幅をａとして、ｆｂｕ－（ａ／２）からｆｂｕ＋（ａ／２）までの周波数範囲である。また下り探索区間Ｓｄは、ｆｂｄ－（ａ／２）からｆｂｄ＋（ａ／２）までの周波数範囲である。なお、下り探索区間Ｓｄは図５に示されていない。

　そしてＣＰＵ２１は、図４に示すように、Ｓ２２０にて、まず、上り変調区間の上りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行して、上りビート信号の周波数スペクトル（以下、上り全区間周波数スペクトル）を算出する。さらにＣＰＵ２１は、下り変調区間の下りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行して、下りビート信号の周波数スペクトル（以下、下り全区間周波数スペクトル）を算出する。

　次にＣＰＵ２１は、Ｓ２３０にて、Ｓ２２０で算出された上り全区間周波数スペクトルにおいて上り探索区間Ｓｕ内に存在する周波数ピークを周波数ｆｂｕとして検出する。またＣＰＵ２１は、Ｓ２２０で算出された下り全区間周波数スペクトルにおいて下り探索区間Ｓｄ内に存在する周波数ピークを周波数ｆｂｄとして検出する。

　そしてＣＰＵ２１は、Ｓ２４０にて、Ｓ２３０で検出された周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを用いて物体距離Ｌを算出し、測距処理を終了する。

　このように構成されたレーザレーダ装置１では、信号処理部１３は、上りビート信号および下りビート信号のそれぞれについて、検出された周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを含む上り探索区間Ｓｕおよび下り探索区間Ｓｄを設定する。

　また信号処理部１３は、上りビート信号波形および下りビート信号波形のそれぞれについて、時間範囲の全区間におけるビート信号を周波数解析することにより、上り全区間周波数スペクトルおよび下り全区間周波数スペクトルを算出する。

　そして信号処理部１３は、上り全区間周波数スペクトルおよび下り全区間周波数スペクトルにおける上り探索区間Ｓｕおよび下り探索区間Ｓｄ内で周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを検出することによって、物体距離Ｌを算出する。

　このようなレーザレーダ装置１は、上り抽出周波数スペクトルおよび下り抽出周波数スペクトルよりも周波数分解能が高い上り全区間周波数スペクトルおよび下り全区間周波数スペクトルを用いて最終的な周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを検出する。このため、レーザレーダ装置１は、周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄの検出精度を向上させることができ、レーザレーダ装置１の検出精度を更に向上させることができる。

　以上説明した実施形態において、Ｓ２１０は探索区間設定部としての処理に相当し、Ｓ２２０はスペクトラム算出部としての処理に相当し、Ｓ２３０～Ｓ２４０は距離算出部としての処理に相当し、上り全区間周波数スペクトルおよび下り全区間周波数スペクトルは全区間周波数スペクトラムに相当する。

　［第３実施形態］
　以下に本開示の第３実施形態を図面とともに説明する。なお第３実施形態では、第２実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。

　第３実施形態のレーザレーダ装置１は、測距処理が変更された点が第２実施形態と異なる。

　第３実施形態の測距処理は、図６に示すように、Ｓ７０，Ｓ８０，Ｓ９０，Ｓ２１０～Ｓ２４０の処理が省略されてＳ３１０～Ｓ３８０の処理が追加された点が第２実施形態と異なる。

　すなわち、Ｓ６０にて区間指示値ｉが所定分割数Ｎ以上である場合に、ＣＰＵ２１は、Ｓ３１０にて、上りビート信号波形データおよび下りビート信号波形データのそれぞれについて、振幅値が大きい順に抽出区間数Ｋの微小区間を抽出する。抽出区間数Ｋは、２以上でＮ未満の整数である。

　そしてＣＰＵ２１は、Ｓ３２０にて、まず、抽出区間数Ｋの上り抽出微小区間の上りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行して、抽出区間数Ｋの上り抽出周波数スペクトルを算出する。

　図７のグラフＧ５は、図２のグラフＧ２で示す第２微小区間ＳＳ２の上りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行して算出された上り抽出周波数スペクトルを示す。

　図７のグラフＧ６は、図２のグラフＧ２で示す第３微小区間ＳＳ３の上りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行して算出された上り抽出周波数スペクトルを示す。

　図７のグラフＧ７は、図２のグラフＧ２で示す第４微小区間ＳＳ４の上りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行して算出された上り抽出周波数スペクトルを示す。

　さらにＣＰＵ２１は、図６に示すように、Ｓ３２０にて、下り抽出微小区間の下りビート信号波形データについて周波数解析処理を実行して、抽出区間数Ｋの下り抽出周波数スペクトルを算出する。

　次にＣＰＵ２１は、Ｓ３３０にて、Ｓ３２０で算出された抽出区間数Ｋの上り抽出周波数スペクトルの振幅を平均した上り平均周波数スペクトルと、Ｓ３２０で算出された抽出区間数Ｋの下り抽出周波数スペクトルの振幅を平均した下り平均周波数スペクトルとを算出する。

　図７のグラフＧ８は、図７のグラフＧ５，Ｇ６，Ｇ７で示す第２，３，４微小区間ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４の上り抽出周波数スペクトルの振幅を平均した上り平均周波数スペクトルを示す。

　そしてＣＰＵ２１は、図６に示すように、Ｓ３４０にて、Ｓ３３０で算出された上り平均周波数スペクトル上に存在する周波数ピークを周波数ｆｂｕとして検出し、Ｓ３３０で算出された下り平均周波数スペクトル上に存在する周波数ピークを周波数ｆｂｄとして検出する。

　さらにＣＰＵ２１は、Ｓ３５０にて、Ｓ２１０と同様にして、Ｓ３４０で検出された周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを用いて、上り探索区間Ｓｕおよび下り探索区間Ｓｄを設定する。

　次にＣＰＵ２１は、Ｓ３６０にて、Ｓ２２０と同様にして、上り変調区間の上りビート信号波形データと下り変調区間の下りビート信号波形データとについて周波数解析処理を実行して、それぞれ上り全区間周波数スペクトルと下り全区間周波数スペクトルとを算出する。

　そしてＣＰＵ２１は、Ｓ３７０にて、Ｓ２３０と同様にして、Ｓ３６０で算出された上り全区間周波数スペクトルにおいて上り探索区間Ｓｕ内に存在する周波数ピークを周波数ｆｂｕとして検出する。またＣＰＵ２１は、Ｓ３６０で算出された下り全区間周波数スペクトルにおいて下り探索区間Ｓｄ内に存在する周波数ピークを周波数ｆｂｄとして検出する。

　そしてＣＰＵ２１は、Ｓ３８０にて、Ｓ２４０と同様にして、Ｓ３７０で検出された周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを用いて物体距離Ｌを算出し、測距処理を終了する。

　このように構成されたレーザレーダ装置１では、抽出条件は、ビート信号振幅が大きい順に、複数となるように予め設定された抽出区間数Ｋの微小区間を抽出することである。そして信号処理部１３は、抽出された抽出区間数Ｋの微小区間におけるビート信号を周波数解析することにより、抽出区間数Ｋの微小区間それぞれの上り抽出周波数スペクトルおよび下り抽出周波数スペクトルを算出する。さらに信号処理部１３は、抽出区間数Ｋの上り抽出周波数スペクトルおよび下り抽出周波数スペクトルの振幅を平均した上り平均周波数スペクトルおよび下り平均周波数スペクトルを算出し、算出した上り平均周波数スペクトルおよび下り平均周波数スペクトルにおいて周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄを検出する。

　このようなレーザレーダ装置１は、抽出区間数Ｋの上り抽出周波数スペクトルおよび下り抽出周波数スペクトルの振幅を平均することにより、信号対雑音比が向上した上り平均周波数スペクトルおよび下り平均周波数スペクトルを得ることができる。このため、レーザレーダ装置１は、周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄの検出精度を向上させることができ、レーザレーダ装置１の検出精度を更に向上させることができる。

　以上説明した実施形態において、Ｓ３１０は微小区間抽出部としての処理に相当し、Ｓ３２０～Ｓ３４０はピーク検出部としての処理に相当し、上り平均周波数スペクトルおよび下り平均周波数スペクトルは平均周波数スペクトルする。

　また、Ｓ３５０は探索区間設定部としての処理に相当し、Ｓ３６０はスペクトラム算出部としての処理に相当し、Ｓ３７０～Ｓ３８０は距離算出部としての処理に相当する。

　［第４実施形態］
　以下に本開示の第４実施形態を図面とともに説明する。なお第４実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。

　第４実施形態のレーザレーダ装置１は、測距処理におけるＳ３０が変更された点が第１実施形態と異なる。

　第４実施形態における測距処理のＳ３０では、ＣＰＵ２１は、図８に示すように、上りビート信号波形データおよび下りビート信号波形データのそれぞれについて、上りビート信号波形データおよび下りビート信号波形データの時間範囲内において、少なくとも隣接する微小区間と重複するようにして所定分割数Ｎの微小区間を設定する。図８は、所定分割数Ｎが７であるときにおける微小区間の設定を示す。

　このように構成されたレーザレーダ装置１では、信号処理部１３は、複数の微小区間のそれぞれについて、微小区間の一部が他の少なくとも１つの微小区間と重複するように微小区間を設定する。これにより、レーザレーダ装置１は、信号対雑音比がより高い微小区間を抽出することが可能となる。このため、レーザレーダ装置１は、周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄの検出精度を更に向上させることができ、レーザレーダ装置１の検出精度を更に向上させることができる。

　［第５実施形態］
　以下に本開示の第５実施形態を図面とともに説明する。なお第５実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。

　第５実施形態のレーザレーダ装置１は、測距処理が変更された点が第１実施形態と異なる。

　第５実施形態の測距処理は、Ｓ５０，Ｓ７０の代わりにＳ５５，Ｓ７５の処理を実行する点が第１実施形態と異なる。

　すなわち、図９に示すように、Ｓ４０の処理が終了すると、ＣＰＵ２１は、Ｓ５５にて、第ｉ微小区間ＳＳｉの最大変化量およびバラつきを算出する。具体的には、ＣＰＵ２１は、まず、第ｉ微小区間ＳＳｉの時間範囲内に、所定分割数Ｍの互いに重複しない振幅変動確認区間を設定する。所定分割数Ｍの振幅変動確認区間はそれぞれ、時刻が早い順に第１振幅変動確認区間ＣＳ１、第２振幅変動確認区間ＣＳ２、・・・、第Ｍ振幅変動確認区間ＣＳＭという。図１０は、第１微小区間ＳＳ１に設定された第１振幅変動確認区間ＣＳ１、第２振幅変動確認区間ＣＳ２、・・・、第８振幅変動確認区間ＣＳ８を示す。

　そしてＣＰＵ２１は、第１振幅変動確認区間ＣＳ１、第２振幅変動確認区間ＣＳ２、・・・、第Ｍ振幅変動確認区間ＣＳＭのそれぞれにおいて、振幅変動値を算出する。振幅変動値は、振幅変動確認区間のそれぞれについて、ピーク時における振幅値の絶対値の平均値である。図１０において、第１～８振幅変動確認区間ＣＳ１～ＣＳ８を示す横棒の高さが振幅値を表す。

　さらにＣＰＵ２１は、第１振幅変動確認区間ＣＳ１、第２振幅変動確認区間ＣＳ２、・・・、第Ｍ振幅変動確認区間ＣＳＭの振幅変動値の中から最も大きい振幅変動値を、第ｉ微小区間ＳＳｉの最大変化量とする。またＣＰＵ２１は、第１振幅変動確認区間ＣＳ１、第２振幅変動確認区間ＣＳ２、・・・、第Ｍ振幅変動確認区間ＣＳＭの振幅変動値の標準偏差を第ｉ微小区間ＳＳｉのバラつきとする。

　図９に示すように、Ｓ６０にて区間指示値ｉが所定分割数Ｎ以上である場合には、ＣＰＵ２１は、Ｓ７５にて、上りビート信号波形データおよび下りビート信号波形データのそれぞれについて、バラつきの値が予め設定された抽出閾値未満である微小区間の中から最大変化量が最も大きい微小区間を抽出する。

　そしてＳ７５の処理が終了すると、ＣＰＵ２１は、Ｓ８０に移行する。

　このように構成されたレーザレーダ装置１では、信号処理部１３は、複数の微小区間のそれぞれについて、微小区間を複数の振幅変動確認区間に分割し、複数の振幅変動確認区間毎にビート信号振幅を確認することによって、抽出条件を満たす微小区間を抽出する。

　このようなレーザレーダ装置１は、微小区間内で瞬間的にビート信号振幅が大きくなるノイズが発生したことに起因して、その微小区間が抽出されてしまう事態の発生を抑制し、微小空間全体でビート信号振幅が大きい微小空間を抽出することができる。これにより、レーザレーダ装置１は、信号対雑音比が低い微小区間を抽出される事態の発生を抑制することができる。このため、レーザレーダ装置１は、周波数ｆｂｕおよび周波数ｆｂｄの検出精度を更に向上させることができ、レーザレーダ装置１の検出精度を更に向上させることができる。

　以上説明した実施形態において、Ｓ４０，Ｓ５５，Ｓ６０，Ｓ７５は微小区間抽出部としての処理に相当する。

　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。

　本開示に記載の信号処理部１３およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の信号処理部１３およびその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の信号処理部１３およびその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されてもよい。信号処理部１３に含まれる各部の機能を実現する手法には、必ずしもソフトウェアが含まれている必要はなく、その全部の機能が、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。

　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または置換してもよい。

　上述したレーザレーダ装置１の他、当該レーザレーダ装置１を構成要素とするシステム、当該レーザレーダ装置１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体的記録媒体、測距方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims

　予め設定された変調周期内に、時間が経過するにつれて周波数が漸増する上り変調区間と、時間が経過するにつれて周波数が漸減する下り変調区間とが含まれるように、周波数変調したレーザ光を送信するように構成された送信部（２，３）と、
　前記送信部から送信されて物体で反射した前記レーザ光を受信し、受信した前記レーザ光と、前記送信部が送信する前記レーザ光とを混合してビート信号を生成するように構成された受信部（９，１０）と、
　前記ビート信号の振幅をビート信号振幅として、前記上り変調区間における前記ビート信号である上りビート信号の前記ビート信号振幅の時間変化を示す上りビート信号波形と、前記下り変調区間における前記ビート信号である下りビート信号の前記ビート信号振幅の時間変化を示す下りビート信号波形とのそれぞれについて、前記上りビート信号波形および前記下りビート信号波形の時間範囲内に複数の微小区間を設定するように構成された微小区間設定部（Ｓ３０）と、
　前記上りビート信号波形および前記下りビート信号波形のそれぞれについて、設定された複数の前記微小区間の中から、前記微小区間における前記ビート信号振幅が大きいことを示す予め設定された抽出条件を満たす少なくとも１つの前記微小区間を抽出するように構成された微小区間抽出部（Ｓ４０～Ｓ７０，Ｓ７５，Ｓ３１０）と、
　前記上りビート信号波形および前記下りビート信号波形のそれぞれについて、抽出された前記微小区間における前記ビート信号を周波数解析することにより、前記微小区間における周波数スペクトラムである微小区間周波数スペクトラムを算出し、前記微小区間周波数スペクトラムにおいてピークとなるピーク周波数を検出するように構成されたピーク検出部（Ｓ８０，Ｓ９０，Ｓ３２０～Ｓ３４０）と、
　前記ピーク検出部で検出された前記ピーク周波数に基づいて、前記物体までの距離を算出するように構成された距離算出部（Ｓ１００，Ｓ２３０～Ｓ２４０，Ｓ３７０～Ｓ３８０）と
　を備えるレーザレーダ装置（１）。
　請求項１に記載のレーザレーダ装置であって、
　前記抽出条件は、前記ビート信号振幅が最大であることであり、
　前記微小区間抽出部（Ｓ７０）は、前記上りビート信号波形および前記下りビート信号波形のそれぞれについて、前記抽出条件を満たす１つの前記微小区間を抽出するレーザレーダ装置。
　請求項１に記載のレーザレーダ装置であって、
　前記抽出条件は、前記振幅が最大であることであり、
　前記微小区間抽出部（Ｓ７０）は、前記上りビート信号波形および前記下りビート信号波形のそれぞれについて、前記抽出条件を満たす１つの前記微小区間を抽出し、
　前記上りビート信号および前記下りビート信号のそれぞれについて、前記ピーク検出部（Ｓ８０，Ｓ９０）により検出された前記ピーク周波数を含む周波数範囲である探索区間を設定するように構成された探索区間設定部（Ｓ２１０，Ｓ３５０）と、
　前記上りビート信号波形および前記下りビート信号波形のそれぞれについて、前記時間範囲の全区間における前記ビート信号を周波数解析することにより、前記全区間における前記周波数スペクトラムである全区間周波数スペクトラムを算出するように構成されたスペクトラム算出部（Ｓ２２０，Ｓ３６０）とを備え、
　前記距離算出部（Ｓ２３０～Ｓ２４０，Ｓ３７０～Ｓ３８０）は、前記上りビート信号および前記下りビート信号のそれぞれについて、前記全区間周波数スペクトラムにおける前記探索区間内で前記ピーク周波数を検出することによって、前記物体までの距離を算出するレーザレーダ装置。
　請求項１に記載のレーザレーダ装置であって、
　前記抽出条件は、前記ビート信号振幅が大きい順に、複数となるように予め設定された抽出区間数の前記微小区間を抽出することであり、
　前記ピーク検出部（Ｓ３２０～Ｓ３４０）は、前記上りビート信号波形および前記下りビート信号波形のそれぞれについて、抽出された前記抽出区間数の前記微小区間における前記ビート信号を周波数解析することにより、前記抽出区間数の前記微小区間それぞれの前記微小区間周波数スペクトラムを算出し、更に、前記抽出区間数の前記微小区間周波数スペクトラムの振幅を平均した平均周波数スペクトルを算出し、算出した前記平均周波数スペクトルにおいて前記ピーク周波数を検出するレーザレーダ装置。
　請求項１～請求項４の何れか１項に記載のレーザレーダ装置であって、
　前記微小区間設定部は、複数の前記微小区間のそれぞれについて、前記微小区間の一部が他の少なくとも１つの前記微小区間と重複するように前記微小区間を設定するレーザレーダ装置。
　請求項１～請求項５の何れか１項に記載のレーザレーダ装置であって、
　前記微小区間抽出部（Ｓ４０，Ｓ５５，Ｓ６０，Ｓ７５）は、複数の前記微小区間のそれぞれについて、前記微小区間を複数の振幅変動確認区間に分割し、複数の前記振幅変動確認区間毎に前記ビート信号振幅を確認することによって、前記抽出条件を満たす前記微小区間を抽出するレーザレーダ装置。