WO2023008471A1 - 車両用レーダ装置 - Google Patents

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泰寛 黒野
卓也 ▲高▼山
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Definitions

  • the present disclosure relates to a vehicle radar device capable of determining rainfall.
  • Patent Document 1 discloses an FMCW radar apparatus that detects a target by transmitting a transmission signal whose frequency gradually increases and decreases in a triangular wave shape as a radar wave and receiving the radar wave reflected by the target. Techniques for detecting whether a marker is a road surface or raindrops are disclosed. FMCW is an abbreviation for Frequency Modulated Continuous Wave.
  • frequency analysis is performed on the difference signal between the frequencies of the transmission signal and the reception signal (hereinafter referred to as the beat signal), and the peak frequency at the rising portion where the frequency of the transmission signal rises and the falling portion where the frequency falls is determined. Extract. Then, when both of the extracted ascending portion peak frequency and descending portion peak frequency do not reach a predetermined intensity, it is determined that the target is the road surface or raindrops.
  • Patent Document 1 is a technique for detecting that a target is a road surface or raindrops in an FMCW radar apparatus, it can be applied to an FCM radar apparatus that uses a different transmission signal modulation method. you can't.
  • FCM is an abbreviation for FastCharpModulation.
  • the frequency of the transmission signal is modulated from the start frequency to the end frequency by gradually increasing or decreasing, and the modulation is repeated stepwise. No judgment can be made. For this reason, in order to detect rainfall, it is necessary to separately provide a rainfall detection device such as a raindrop sensor in a vehicle equipped with an FCM radar device.
  • An object of one aspect of the present disclosure is to make it possible to determine rainfall without using a rainfall detection device such as a raindrop sensor in an FCM vehicle radar device.
  • a vehicle radar device is an FCM radar device that detects a target by transmitting a radar wave frequency-modulated by the FCM modulation method and receiving a radar wave reflected by the target. is.
  • a vehicle radar device of the present disclosure includes a frequency analysis unit, a peak information acquisition unit, and a rain determination unit.
  • the frequency analysis unit is configured to perform a two-dimensional fast Fourier transform on a beat signal, which is a frequency difference signal between a radar wave transmission signal and a reception signal.
  • the peak information acquisition unit extracts peaks within a predetermined distance and speed range preset as raindrop conditions from among the peaks of the power spectrum obtained by the two-dimensional fast Fourier transform in the frequency analysis unit, and extracts the peaks. configured to obtain peak information;
  • the rain determination unit is configured to determine whether it is raining in the surrounding environment based on the peak information acquired by the peak information acquisition unit.
  • the frequency of the transmission signal is modulated by gradually increasing or decreasing from the start frequency to the end frequency, and the modulation is repeated stepwise.
  • the FCM radar device is provided with a frequency analysis unit that performs a two-dimensional fast Fourier transform.
  • the distance frequency is analyzed by fast Fourier transforming each chirp whose frequency gradually increases or decreases.
  • a procedure such as analyzing the frequency is performed.
  • the frequency analysis unit obtains an analysis result in which a power spectrum peak occurs in the coordinate system of distance and velocity. This peak corresponds to a target such as raindrops.
  • the peak information acquisition unit extracts peaks within a predetermined distance and speed range preset as raindrop conditions from the analysis results, and Get information. Then, the rain determination unit determines whether the surrounding environment is rain based on the acquired peak information.
  • the vehicle radar device of the present disclosure it is possible to detect rainfall without separately providing a rainfall detection device such as a raindrop sensor in a vehicle equipped with an FCM radar device. Further, by outputting the detection result of rainfall to an in-vehicle device connected to the vehicle radar device, for example, a driving support device, it is possible to more appropriately execute driving support during rainfall.
  • a rainfall detection device such as a raindrop sensor in a vehicle equipped with an FCM radar device.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement of a radar device on a vehicle and the reflection of radar waves from a road surface
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a modulation scheme of a transmission signal transmitted from a radar device; It is a block diagram showing the functional composition of a processing unit.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing spectrum peaks obtained by a two-dimensional fast Fourier transform; It is a flowchart showing the rain determination process performed by a processing unit.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing regions excluded from peak extraction according to road surface speed;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a region excluded from peak extraction due to roadside objects;
  • the radar device 10 of this embodiment is a vehicle radar device that is arranged in the front central portion of the vehicle 2, for example, behind the front bumper.
  • the radar device 10 is used to detect a target existing in front of the vehicle 2 by emitting radar waves in front of the vehicle 2 and receiving reflected waves reflected from the target.
  • the radar device 10 includes a transmission circuit 20, a distributor 30, a transmission antenna 40, a reception antenna 50, a reception circuit 60, a processing unit 70, and an output unit 90.
  • the transmission circuit 20 is a circuit for supplying the transmission signal Ss to the transmission antenna 40 .
  • the transmission circuit 20 inputs a millimeter-wave band high-frequency signal to the distributor 30 located upstream of the transmission antenna 40 .
  • the transmission circuit 20 modulates the frequency of the high-frequency signal so that it gradually increases from the lowest start frequency to the highest end frequency, and repeats the modulation in a stepwise manner.
  • An FCW-modulated high-frequency signal is generated and input to the distributor 30 .
  • the distributor 30 power-divides the high-frequency signal input from the transmission circuit 20 into the transmission signal Ss and the local signal L.
  • the transmission antenna 40 Based on the transmission signal Ss supplied from the distributor 30, the transmission antenna 40 radiates a radar wave with a frequency corresponding to the transmission signal Ss.
  • the receiving antenna 50 is an antenna for receiving reflected waves, which are radar waves reflected by the target.
  • the receiving antenna 50 is configured as a linear array antenna in which a plurality of antenna elements 51 are arranged in a line.
  • a reception signal Sr of a reflected wave from each antenna element 51 is input to the reception circuit 60 .
  • the receiving circuit 60 processes the received signal Sr input from each antenna element 51 constituting the receiving antenna 50, generates a beat signal BT for each antenna element 51, and outputs the beat signal BT. Specifically, for each antenna element 51, the receiving circuit 60 uses the mixer 61 to mix the received signal Sr input from the antenna element 51 and the local signal L input from the distributor 30, A beat signal BT for each antenna element 51 is generated and output.
  • the process up to the output of the beat signal BT includes the process of amplifying the received signal Sr and the process of removing unnecessary signal components from the beat signal BT.
  • the beat signal BT for each antenna element 51 generated and output by the receiving circuit 60 is input to the processing unit 70 .
  • the processing unit 70 includes a microcomputer having a CPU 71 and a semiconductor memory such as RAM or ROM (hereinafter referred to as memory 72).
  • the processing unit 70 may also include a coprocessor that performs fast Fourier transform (FFT) processing and the like.
  • FFT fast Fourier transform
  • the processing unit 70 calculates the distance R to the target, the speed V of the target, and the azimuth ⁇ of the target for each target that reflected the radar wave. , execute target detection processing.
  • the speed V of the target is the speed relative to the vehicle 2, and when the target reflecting the radar wave is raindrops or the road surface, it is approximately "-1 x vehicle speed".
  • the azimuth ⁇ of the target is calculated with the central axis of the radar wave from the radar device 10 being 0 degrees.
  • the processing unit 70 executes rain determination processing for determining whether or not it is raining from the analysis result of the beat signal BT for each antenna element 51 .
  • ECU is an abbreviation for Electronic Control Unit.
  • the driving assistance ECU 100 executes various processes for assisting the driver in driving the vehicle 2 based on the target detection results input from the radar device 10 .
  • the processing related to driving assistance includes, for example, processing to issue a warning to the driver that there is an approaching object, and processing to control the braking device and steering device of the vehicle 2 to avoid collision with the approaching object. good too. Further, processing for controlling the drive system, braking system, and operation system of the vehicle may be included in order to cause the vehicle 2 to follow the preceding vehicle.
  • the processing unit 70 includes an A/D conversion unit 82, a frequency analysis unit 84, a target detection unit 86, a peak information acquisition unit 87, a rain determination unit 88, Prepare.
  • the A/D converter 82 has a function of A/D converting the beat signal BT input from the receiving circuit 60 to each antenna element 51 into digital data.
  • the frequency analysis unit 84 performs a fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT) on the digital data of the beat signal BT input from the A/D conversion unit 82, thereby searching for a target existing in the radiation direction of the radar wave. is.
  • FFT fast Fourier transform
  • the frequency analysis unit 84 analyzes the distance frequency by performing FFT processing on the beat signal BT for each chirp of the transmission signal shown in FIG. 3, and further performs FFT processing on the distance frequency in the chirp direction. Two-dimensional FFT processing is performed in such a procedure as to analyze the velocity frequency with .
  • the frequency analysis unit 84 obtains an analysis result in which a power spectrum peak occurs in the coordinate system of distance and velocity. Then, the target detection unit 86 identifies a target existing in the radiation direction of the radar wave from the analysis result, and obtains the distance R to the target and the speed V of the target. In addition, in FIG. 5, the peaks of the power spectrum are indicated by small circles.
  • the frequency analysis unit 84 performs processing to obtain the azimuth ⁇ of the target from the phase difference of the beat signals BT obtained from each antenna element 51 . Then, the target detection unit 86 identifies the position of each target based on the distance R, velocity V, and direction ⁇ obtained for each target, and outputs the position to the driving support ECU 100 .
  • the peak information acquisition unit 87 and rain determination unit 88 are functions provided to the processing unit 70 to determine whether the surrounding environment is rain.
  • the peak information acquisition unit 87 extracts power spectrum peaks within a predetermined distance/velocity range preset as raindrop conditions from the analysis results obtained by the two-dimensional FFT processing in the frequency analysis unit 84 .
  • the distance and speed range of the raindrop condition is set so that the relative speed is approximately "-1 x vehicle speed" at short distances.
  • the reason why the distance range of the raindrop condition is set to a short distance is that raindrops have a low reflection level and can be detected only at a short distance.
  • the peak information acquisition unit 87 acquires the number, power, speed, and height of peaks of the power spectrum extracted according to the raindrop condition as peak information. These pieces of information correspond to the number of raindrops, the power of waves reflected from the raindrops, the speed of the raindrops relative to the vehicle 2, and the height of the raindrops from the road surface.
  • the rain determination unit 88 updates the rain determination parameter based on the peak information acquired by the peak information acquisition unit 87, and determines whether the surrounding environment is rain based on the updated rain determination parameter. determine whether
  • the rain determination unit 88 determines that the surrounding environment is raining, the radar wave is attenuated by the rain and the searchable range of the target becomes narrower. output a command to
  • the driving support ECU 100 performs control to cause the vehicle 2 to follow the preceding vehicle
  • the search range for the preceding vehicle is narrowed, and the preceding vehicle is erroneously detected due to rainfall, resulting in unstable follow-up control. You will be able to prevent it from becoming
  • This rainfall determination process is a process executed by the CPU 71 executing a program stored in the memory 72 .
  • the peak extracted in S110 is a peak whose power is greater than or equal to a preset threshold.
  • the raindrop condition is set so as to exclude the peaks at which the relative speed is equivalent to that of the road surface, as shown in FIG. 7, from among the peaks within the distance/speed range described above.
  • the relative speed of the reflection point is roughly "-1 x vehicle speed", just like raindrops, and the distance to the reflection point overlaps the range of the raindrops.
  • the road surface speed Vr which is the relative speed between the vehicle 2 and the road surface
  • Vr ⁇ 1 ⁇ vehicle speed xcos ⁇
  • the road surface speed Vr changes according to the distance, but Vr ⁇ A [m/s] can be set as the speed range excluding the peak of the power spectrum. Therefore, in this embodiment, the raindrop condition is set so as not to extract the peak of the power spectrum in this speed range.
  • S110 when the peak of the power spectrum that satisfies the raindrop condition described above is extracted, the process proceeds to S120, and information on the extracted peak is calculated.
  • the peak information the number, power, speed, and height of the peaks of the power spectrum extracted in S110 are calculated as described above. However, it is not always necessary to calculate all of these parameters, and for example, one or some of these parameters may be calculated.
  • the process proceeds to S130, and the rain determination parameter is updated based on the calculated peak information.
  • a rainfall counter, rainfall power, raindrop speed variation, and raindrop height variation are set as rainfall determination parameters.
  • the rainfall counter is a counter of the number of raindrops.
  • the number of peaks calculated in S120 is used as the current number of raindrops, and is updated based on the following equation.
  • Rainfall counter previous rainfall counter + (number of raindrops this time - 2)
  • the rainfall power is a moving average value of the power of raindrops. For example, among the peaks extracted this time, the power of the peak with the maximum power is updated based on the following formula as the maximum rainfall power of the raindrops this time. be.
  • Rainfall power (0.995 x previous rainfall power) + (0.005 x maximum rainfall power of raindrops this time)
  • the rain power may be updated using, for example, the average power of the peak extracted this time, instead of the current maximum rain power.
  • rain is determined when the rain counter, rain power, speed variation, and height variation are each greater than a preset threshold value.
  • rain is determined when the rain counter, rain power, speed variation, and height variation are all large. For example, rain is determined when the rain counter and rain power are large. good too. That is, it may be determined that it is raining when one or a part of the rain determination parameters is large.
  • S150 it is determined whether or not it was determined to be raining in S140. If not, the process proceeds to S160, and if it is determined to be raining, the process proceeds to S170.
  • rainfall determination is performed using the two-dimensional FFT processing performed by the frequency analysis unit 84 in the FCM radar device 10 .
  • this rainfall determination from the power spectrum of the distance and speed coordinate system obtained by the two-dimensional FFT processing, the peak in the area where raindrops are detected by the radar device 10 is extracted as a raindrop. Based on the information, rainfall judgment is performed.
  • the number of peaks and the power of the peaks are obtained as information about the peaks used for rainfall determination, and these parameters are used as the number of raindrops or the power of raindrops for rainfall determination, so rainfall determination can be performed extremely accurately. be able to.
  • the region for extracting peaks from the power spectrum of the coordinate system of distance and speed is limited. can be performed more accurately.
  • the method of determining rainfall by the processing unit 70 described in the present disclosure is provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. It may be realized by Alternatively, the rain determination techniques by the processing unit 70 described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the method of rain determination by the processing unit 70 described in this disclosure may be a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. may be implemented by one or more dedicated computers configured by a combination of The computer programs executed in the processing unit 70 may also be stored as computer-executed instructions on a computer-readable non-transitional tangible storage medium. The method of realizing the function of each part included in the processing unit 70 does not necessarily include software, and all the functions may be realized using one or a plurality of pieces of hardware.
  • a plurality of functions possessed by one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or a function possessed by one component may be realized by a plurality of components. Also, a plurality of functions possessed by a plurality of components may be realized by a single component, or a function realized by a plurality of components may be realized by a single component. Also, part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Moreover, at least part of the configuration of the above embodiment may be added or replaced with respect to the configuration of the other above embodiment.
  • a system having the vehicle radar device as a component, a program for causing a computer to function as the vehicle radar device, a non-transitional actual record such as a semiconductor memory in which the program is recorded can also be implemented in various forms such as a medium, a rainfall determination method in a vehicle radar device, and the like.

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Abstract

車両用レーダ装置は、周波数分析部８４と、ピーク情報取得部８７と、降雨判定部８８を備える。周波数分析部は、ビート信号を２次元高速フーリエ変換し、ピーク情報取得部は、２次元高速フーリエ変換により得られるパワースペクトラムのピークの中から、雨粒条件として予め設定された所定の距離・速度範囲内のピークを抽出し、ピークの情報を取得する。降雨判定部は、ピーク情報取得部にて取得されたピークの情報に基づき、周囲環境が降雨であるか否かを判定する。

Description

車両用レーダ装置 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０２１年７月３０日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０２１－１２５５４７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２０２１－１２５５４７号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
　本開示は、降雨を判定可能な車両用レーダ装置に関する。
　特許文献１には、周波数が三角波状に漸次増減する送信信号をレーダ波として送信し、物標にて反射されたレーダ波を受信することで物標を検出するＦＭＣＷ方式のレーダ装置において、物標が路面又は雨滴であることを検出する技術が開示されている。なお、ＦＭＣＷは、Frequency Modulated Continuous Wave の略である。
　このレーダ装置においては、送信信号と受信信号との周波数の差信号（以下、ビート信号）に対し周波数解析を行い、送信信号の周波数が上昇する上昇部及び周波数が下降する下降部におけるピーク周波数を抽出する。そして、その抽出した上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数がともに所定の強度に達していないときに、物標が路面又は雨滴であると判定する。
特開２００４－２３３２７７号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の技術は、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置において、物標が路面又は雨滴であることを検出する技術であるため、送信信号の変調方式が異なる、ＦＣＭ方式のレーダ装置に適用することはできない。なお、ＦＣＭは、Fast Charp Modulation の略である。
　つまり、ＦＣＭ方式のレーダ装置では、送信信号の周波数が、スタート周波数から漸増又は漸減してエンド周波数に至るまで変調され、その変調がステップ的に繰り返されることから、上記技術を適用して、降雨判定を行うことはできない。このため、ＦＣＭ方式のレーダ装置を搭載した車両において、降雨を検出するには、雨滴センサ等の降雨検出装置を別途設ける必要があった。
　本開示の一局面は、ＦＣＭ方式の車両用レーダ装置において、雨滴センサ等の降雨検出装置を利用することなく、降雨判定を行うことができるようにすることを目的とする。
　本開示の一局面の車両用レーダ装置は、ＦＣＭ変調方式により周波数変調されたレーダ波を送信し、物標にて反射したレーダ波を受信することで物標を検出する、ＦＣＭ方式のレーダ装置である。
　本開示の車両用レーダ装置は、周波数分析部と、ピーク情報取得部と、降雨判定部とを備える。
　周波数分析部は、レーダ波の送信信号と受信信号との周波数の差信号であるビート信号を２次元高速フーリエ変換するよう構成される。
　ピーク情報取得部は、周波数分析部での２次元高速フーリエ変換により得られるパワースペクトラムのピークの中から、雨粒条件として予め設定された所定の距離・速度範囲内のピークを抽出し、その抽出したピークの情報を取得するよう構成される。
　降雨判定部は、ピーク情報取得部にて取得されたピークの情報に基づき、周囲環境が降雨であるか否かを判定するよう構成される。
　つまり、ＦＣＭ方式のレーダ装置においては、上述したように、送信信号の周波数が、スタート周波数から漸増又は漸減してエンド周波数に至るまで変調され、その変調がステップ的に繰り返される。
　このため、ＦＣＭ方式のレーダ装置には、２次元高速フーリエ変換を行う周波数分析部が設けられている。なお、２次元高速フーリエ変換は、周波数が漸増又は漸減されるチャープ毎に高速フーリエ変換することで距離周波数を分析し、更に、その距離周波数をチャープが連続する方向に高速フーリエ変換することで速度周波数を分析するといった手順で、実行される。
　従って、周波数分析部では、距離及び速度の座標系でパワースペクトラムのピークが発生する分析結果が得られる。そして、このピークは雨粒等の物標に対応する。
　そこで、本開示の車両用レーダ装置においては、ピーク情報取得部が、その分析結果の中から、雨粒条件として予め設定された所定の距離・速度範囲内のピークを抽出し、その抽出したピークの情報を取得するのである。そして、降雨判定部が、その取得したピークの情報に基づき、周囲環境が降雨であるか否かを判定する。
　従って、本開示の車両用レーダ装置によれば、ＦＣＭ方式のレーダ装置を搭載した車両において、雨滴センサ等の降雨検出装置を別途設けることなく、降雨を検出することができる。また、降雨の検出結果は、車両用レーダ装置に接続される車載装置、例えば、運転支援装置に出力することで、降雨時の運転支援をより適切に実行させることができる。
実施形態のレーダ装置の構成を表すブロック図である。 レーダ装置の車両への配置及び路面からのレーダ波の反射を表す説明図である。 レーダ装置から送信される送信信号の変調方式を説明する説明図である。 処理ユニットの機能構成を表すブロック図である。 ２次元高速フーリエ変換により得られるスペクトラムのピークを表す説明図である。 処理ユニットにて実行される降雨判定処理を表すフローチャートである。 路面速度に応じてピーク抽出から除外される領域を表す説明図である。 路側物によりピーク抽出から除外される領域を表す説明図である。
　以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
　［構成］
　本実施形態のレーダ装置１０は、図２に示すように、車両２の前面中央部分、例えば、フロントバンパーの裏側、に配置される、車両用レーダ装置である。このレーダ装置１０は、車両２の前方にレーダ波を放射し、物標から反射してくる反射波を受信することで、車両２の前方に存在する物標を検出するのに利用される。
　図１に示すように、レーダ装置１０は、送信回路２０と、分配器３０と、送信アンテナ４０と、受信アンテナ５０と、受信回路６０と、処理ユニット７０と、出力ユニット９０とを備える。
　送信回路２０は、送信アンテナ４０に送信信号Ｓｓを供給するための回路である。送信回路２０は、ミリ波帯の高周波信号を、送信アンテナ４０の上流に位置する分配器３０に入力する。
　送信回路２０は、具体的には、図２に示すように、高周波信号の周波数が、最も低いスタート周波数から最も高いエンド周波数まで漸増するように変調し、その変調をステップ的に繰り返すことで、ＦＣＷ変調された高周波信号を生成し、分配器３０に入力する。
　分配器３０は、送信回路２０から入力される高周波信号を、送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する。
　送信アンテナ４０は、分配器３０から供給される送信信号Ｓｓに基づいて、送信信号Ｓｓに対応する周波数のレーダ波を放射する。
　受信アンテナ５０は、物標にて反射されたレーダ波である反射波を受信するためのアンテナである。この受信アンテナ５０は、複数のアンテナ素子５１が一列に配置されたリニアアレーアンテナとして構成される。各アンテナ素子５１による反射波の受信信号Ｓｒは、受信回路６０に入力される。
　受信回路６０は、受信アンテナ５０を構成する各アンテナ素子５１から入力される受信信号Ｓｒを処理して、アンテナ素子５１毎のビート信号ＢＴを生成し出力する。具体的には、受信回路６０は、アンテナ素子５１毎に、当該アンテナ素子５１から入力される受信信号Ｓｒと分配器３０から入力されるローカル信号Ｌとをミキサ６１を用いて混合することにより、アンテナ素子５１毎のビート信号ＢＴを生成して出力する。
　但し、ビート信号ＢＴを出力するまでの過程には、受信信号Ｓｒを増幅する過程、及び、ビート信号ＢＴから不要な信号成分を除去する過程が含まれる。
　このように、受信回路６０にて生成されて出力される、アンテナ素子５１毎のビート信号ＢＴは、処理ユニット７０に入力される。
　処理ユニット７０は、ＣＰＵ７１と、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ７２）と、を有するマイクロコンピュータを備える。また、処理ユニット７０は、高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ）処理等を実行するコプロセッサを備えてもよい。
　処理ユニット７０は、アンテナ素子５１毎のビート信号ＢＴを解析することにより、レーダ波を反射した物標毎に、物標までの距離Ｒ、物標の速度Ｖ、物標の方位θを算出する、物標検出処理を実行する。
　なお、物標の速度Ｖは、車両２との相対速度であり、レーダ波を反射した物標が雨粒や路面である場合には、概ね「－１×車速」となる。また物標の方位θは、レーダ装置１０からのレーダ波の放射方向中心軸を０度として算出される。
　また、処理ユニット７０は、アンテナ素子５１毎のビート信号ＢＴの解析結果から、雨が降っているか否かを判定する、降雨判定処理を実行する。
　そして、処理ユニット７０による物標の検出結果や降雨の判定結果は、出力ユニット９０から、車両２の運転支援ＥＣＵ１００に出力される。なお、ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略である。
　運転支援ＥＣＵ１００は、レーダ装置１０から入力される物標の検出結果に基づいて、運転者による車両２の運転を支援するための各種処理を実行する。運転支援に関する処理には、例えば、接近物があることを運転者に警報を発する処理、接近物との衝突を回避するために車両２のブレーキ装置やステアリング装置を制御する処理、が含まれてもよい。また、車両２を先行車両に追従させるために、車両の駆動系、制動系、操作系を制御する処理が含まれてもよい。
　［処理ユニット７０の機能］
　次に、処理ユニット７０は、機能構成として、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換部８２、周波数分析部８４、物標検出部８６、ピーク情報取得部８７、及び、降雨判定部８８、を備える。
　Ａ／Ｄ変換部８２は、受信回路６０から、アンテナ素子５１毎に入力されるビート信号ＢＴをデジタルデータにＡ／Ｄ変換する機能である。
　また周波数分析部８４は、Ａ／Ｄ変換部８２から入力されるビート信号ＢＴのデジタルデータを高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ）することで、レーダ波の放射方向に存在する物標を探索する機能である。
　具体的には、周波数分析部８４は、図３に示す送信信号のチャープ毎に、ビート信号ＢＴをＦＦＴ処理することで距離周波数を分析し、更に、その距離周波数をチャープ方向にＦＦＴ処理することで速度周波数を分析する、といった手順で２次元ＦＦＴ処理を行う。
　この結果、周波数分析部８４では、図５に示すように、距離及び速度の座標系でパワースペクトラムのピークが発生する分析結果が得られる。そして、物標検出部８６は、その分析結果から、レーダ波の放射方向に存在する物標を特定し、その物標までの距離Ｒ及び物標の速度Ｖを求める。なお、図５において、パワースペクトラムのピークは、それぞれ、小さい円で示されている。
　また、周波数分析部８４は、各アンテナ素子５１から得られるビート信号ＢＴの位相差から物標の方位θを求める処理を行う。そして、物標検出部８６は、物標毎に求めた距離Ｒ、速度Ｖ、方位θから各物標の位置を特定し、運転支援ＥＣＵ１００に出力する。
　なお、ＦＣＷ方式のレーダ装置における２次元ＦＦＴや位相差に基づく方位検出については、周知技術であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
　次に、ピーク情報取得部８７及び降雨判定部８８は、周囲環境が降雨であるか否かを判定するために、処理ユニット７０に付与された機能である。
　このうち、ピーク情報取得部８７は、周波数分析部８４での２次元ＦＦＴ処理により得られる分析結果から、雨粒条件として予め設定された所定の距離・速度範囲内のパワースペクトラムのピークを抽出する。
　雨粒条件の距離・速度範囲は、図５に点線で示すように、近距離で、相対速度が概ね「－１×車速」となるように設定されている。雨粒条件の距離範囲が近距離に設定されるのは、雨粒は、反射レベルが小さく、近距離でしか検出できないためである。
　そして、ピーク情報取得部８７は、雨粒条件に従い抽出したパワースペクトラムのピークの数、パワー、速度、及び高さを、ピークの情報として取得する。なお、これらの情報は、雨粒の数、雨粒からの反射波のパワー、雨粒の車両２との相対速度、及び雨粒の路面からの高さ、に対応する。
　また、降雨判定部８８は、ピーク情報取得部８７にて取得されたピークの情報に基づき、降雨判定用パラメータを更新し、その更新した降雨判定用パラメータに基づき、周囲環境が降雨であるか否かを判定する。
　そして、降雨判定部８８は、周囲環境が降雨であると判定すると、降雨によりレーダ波が減衰し、物標の探索可能範囲が狭くなるので、運転支援ＥＣＵ１００に、運転支援ＥＣＵ１００による制御範囲を縮小させる指令を出力する。
　この結果、例えば、運転支援ＥＣＵ１００が、車両２を先行車両へ追従させる制御を行う際に、先行車両の探索範囲を狭くして、降雨により先行車両が誤検出されて、追従制御が不安定になるのを抑制できるようになる。
　［降雨判定処理］
　次に、処理ユニット７０のＣＰＵ７１において、ピーク情報取得部８７及び降雨判定部８８としての機能を実現するために実行される、降雨判定処理について説明する。
　この降雨判定処理は、ＣＰＵ７１がメモリ７２に記憶されたプログラムを実行することにより実施される処理である。
　図６に示すように、降雨判定処理が開始されると、Ｓ１１０にて、上述した２次元ＦＦＴ処理による分析結果である、距離及び速度の座標系でのパワースペクトラムの中から、雨粒条件に適合した距離・速度範囲内のピークを抽出する。
　なお、Ｓ１１０にて抽出されるピークは、パワーが予め設定された閾値以上となるピークである。そして、雨粒条件は、上述した距離・速度範囲内のピークの中から、図７に示すように、相対速度が路面相当の速度となるピークを除外するように設定される。
　つまり、路面からレーダ波が反射された場合、その反射点の相対速度は雨粒と同様、概ね「－１×車速」となり、反射点までの距離も雨粒の距離範囲と重複する。
　従って、２次元ＦＦＴ処理により得られたパワースペクトラムのピークの中から、雨粒に対応するピークを抽出するには、路面からの反射波に対応するパワースペクトラムのピークを除外することが望ましい。
　一方、車両２と路面との相対速度である路面速度Ｖｒは、図２に示すように、レーダ装置１０から路面の反射点Ｐ１を見た路面角度をαとすると、「Ｖｒ＝－１×車速×ｃｏｓα」となる。また、路面角度αは、「α＝ａｒｃｓｉｎ（レーダ装置１０の路面からの高さ／レーダ装置１０にて計測される路面距離）」として求めることができる。
　図７に示すように、路面速度Ｖｒは距離に応じて変化するが、パワースペクトラムのピークを除外する速度範囲としては、Ｖｒ±Ａ［ｍ／ｓ］を設定することができる。そこで、本実施形態では、この速度範囲でパワースペクトラムのピークを抽出しないように、雨粒条件が設定される。
　また、図８に示すように、車両２の左右に路側物がある場合には、路側物からの反射波が雨粒として抽出されることも考えられる。そこで、本実施形態では、図８に示すように、車両２の幅方向で路側物があるものとして設定された、左右の境界線Ｐｌ，Ｐｒよりも外の領域に位置するパワースペクトラムのピークは、抽出しないように、雨粒条件が設定される。
　この結果、路面や路側物からのレーダ波の反射点が、雨粒として抽出されるのを抑制することができる。
　次に、Ｓ１１０にて、上述した雨粒条件を満たすパワースペクトラムのピークが抽出されると、Ｓ１２０に移行して、その抽出されたピークの情報を算出する。Ｓ１２０では、上述したように、ピークの情報として、Ｓ１１０にて抽出したパワースペクトラムのピークの数、パワー、速度、及び高さを算出する。ただし、これらのパラメータは必ずしも全て算出する必要はなく、例えば、これらのパラメータの１つ、若しくは、一部を算出するようにしてもよい。
　Ｓ１２０にて、ピークの情報が算出されると、Ｓ１３０に移行し、その算出されたピークの情報に基づき、降雨判定パラメータを更新する。
　本実施形態では、降雨判定パラメータとして、降雨カウンタ、降雨パワー、雨粒の速度ばらつき、及び、雨粒の高さばらつき、が設定されている。
　このうち、降雨カウンタは、雨粒数をカウンタ化したものであり、例えば、Ｓ１２０にて算出されたピークの数を、今回雨粒数として、次式に基づき更新される。
　降雨カウンタ＝前回降雨カウンタ＋（今回雨粒数－２）
　また、降雨パワーは、雨粒のパワーの移動平均値であり、例えば、今回抽出したピークの中で、パワーが最大値となるピークのパワーを、今回雨粒最大降雨パワーとして、次式に基づき更新される。
　降雨パワー＝（０．９９５×前回降雨パワー）
　　　　　　　＋（０．００５×今回雨粒最大降雨パワー）
　なお、今回雨粒最大降雨パワーに代えて、例えば、今回抽出したピークのパワーの平均値を用いて、降雨パワーを更新するようにしてもよい。
　また、雨粒の速度ばらつきは、例えば、今回抽出したピークに対応する雨粒全てで、次式を用いて速度平均値を求め、
　速度平均値＝（０．９５×前回速度平均値）＋（０．０５×今回雨粒速度）
　その速度平均値に基づき、次式を用いて、所謂標準偏差を求めることで算出される。
　速度ばらつき＝（０．９５×前回速度ばらつき）
　　　　　　　＋（０．９５×０．０５×（今回雨粒速度－速度平均値）＾２）
　また、雨粒の高さばらつきは、例えば、今回抽出したピークに対応する雨粒全てで、次式を用いて高さ平均値を求め、
　高さ平均値＝（０．９５×前回高さ平均値）＋（０．０５×今回雨粒高さ）
　その高さ平均値に基づき、次式を用いて、所謂標準偏差を求めることで算出される。
　高さばらつき＝（０．９５×前回高さばらつき）
　　　　　　　＋（０．９５×０．０５×（今回雨粒高さ－高さ平均値）＾２）
　なお、上記式に記載の数値は一例であり、適宜変更できる。また、「＾２」は二乗を表す。
　次に、Ｓ１４０では、Ｓ１３０にて求めた降雨判定パラメータを利用して、降雨判定を行う。
　すなわち、降雨カウンタが大きいときには、雨粒が多いので降雨と判定できる。また、降雨パワーが大きいときには、雨粒による電波の減衰が大きいと判定できる。また、雨粒の速度ばらつきや、高さばらつきが小さいときには、路面等、雨粒とは異なるピークが抽出されている可能性がある。
　そこで、Ｓ１４０では、降雨カウンタ、降雨パワー、速度ばらつき、及び高さばらつきが、それぞれ、予め設定された閾値よりも大きいときに、降雨と判定する。
　なお、本実施形態では、降雨カウンタ、降雨パワー、速度ばらつき、及び高さばらつきが全て大きいときに、降雨と判定するが、例えば、降雨カウンタや降雨パワーが大きいときに降雨と判定するようにしてもよい。つまり、降雨判定パラメータの１つ若しくは一部が大きいときに降雨と判定するようにしてもよい。
　また、降雨判定パラメータとして、降雨カウンタ、降雨パワー、速度ばらつき、及び高さばらつきを算出するようにしているが、これらパラメータの１つ若しくは一部を、降雨判定パラメータとして求め、降雨判定を行うようにしてもよい。
　次に、Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて降雨と判定されたか否かを判定し、降雨と判定されていない場合には、Ｓ１６０に移行し、降雨と判定されている場合には、Ｓ１７０に移行する。
　Ｓ１６０では、降雨と判定されておらず、運転支援ＥＣＵ１００は、降雨の影響を受けることなく制御を実施できることから、運転支援ＥＣＵ１００に対し、降雨の判定結果と共に、制御範囲を通常に設定する指令を出力し、降雨判定処理を終了する。
　一方、Ｓ１７０では、降雨と判定されており、運転支援ＥＣＵ１００の制御は、降雨の影響を受けることから、運転支援ＥＣＵ１００に対し、降雨の判定結果と共に、制御範囲を縮小するように指令を出力し、降雨判定処理を終了する。
　なお、降雨判定処理を終了した後は、再度Ｓ１１０に移行することで、所定期間、上記処理を繰り返し実行する。
　図６に示すフローチャートにおいて、Ｓ１１０及びＳ１２０の処理は、図４に示すピーク情報取得部８７として機能し、Ｓ１３０～Ｓ１７０の処理は、図４に示す降雨判定部８８として機能する。
　［効果］
　以上説明したように、本実施形態では、ＦＣＭ方式のレーダ装置１０において、周波数分析部８４にて実施される２次元ＦＦＴ処理を利用して、降雨判定を行う。そして、この降雨判定では、２次元ＦＦＴ処理により得られる、距離及び速度の座標系のパワースペクトラムの中から、レーダ装置１０により雨粒が検出される領域内のピークを雨粒として抽出し、そのピークの情報に基づき、降雨判定を行う。
　また、降雨判定に用いるピークの情報として、ピークの数やピークのパワーを取得し、これらのパラメータを雨粒の数或いは雨粒のパワーとして、降雨判定に利用することから、降雨判定を極めて正確に行うことができる。
　また、本実施形態では、路面や路側物からの反射波が雨粒として認識されることのないよう、距離及び速度の座標系のパワースペクトラムからピークを抽出する領域が制限されることから、降雨判定をより精度よく実施することができる。
　また、仮に、路面や路側物からの反射波が雨粒として認識されたとしても、降雨判定には、雨粒の速度ばらつき、及び、雨粒の高さばらつきが用いられることから、降雨の判定精度が低下するのを抑制できる。
　［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。
　本開示に記載の処理ユニット７０による降雨判定の手法は、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及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、本開示に記載の処理ユニット７０による降雨判定の手法は、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、本開示に記載の処理ユニット７０による降雨判定の手法は、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及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、処理ユニット７０において実行される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。処理ユニット７０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又は置換してもよい。
　上述した車両用レーダ装置の他、当該車両用レーダ装置を構成要素とするシステム、当該車両用レーダ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、車両用レーダ装置における降雨判定方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims (7)

  1. 　ＦＣＭ変調方式により周波数変調されたレーダ波を送信し、物標にて反射したレーダ波を受信することで物標を検出する、車両用レーダ装置であって、
    　前記レーダ波の送信信号と受信信号との周波数の差信号であるビート信号を２次元高速フーリエ変換するよう構成された周波数分析部（８４）と、
    　前記周波数分析部での前記２次元高速フーリエ変換により得られるパワースペクトラムのピークの中から、雨粒条件として予め設定された所定の距離・速度範囲内のピークを抽出し、該抽出したピークの情報を取得するよう構成されたピーク情報取得部（８７）と、
    　前記ピーク情報取得部にて取得された前記ピークの情報に基づき、周囲環境が降雨であるか否かを判定するよう構成された降雨判定部（８８）と、
    　を備えている、車両用レーダ装置。
  2. 　請求項１に記載の車両用レーダ装置であって、
    　前記ピーク情報取得部は、前記ピークの情報として、前記抽出したピークの数を取得するよう構成され、
    　前記降雨判定部は、前記ピークの数が多いときに降雨と判定するよう構成されている、車両用レーダ装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の車両用レーダ装置であって、
    　前記ピーク情報取得部は、前記ピークの情報として、前記抽出したピークのパワーを取得するよう構成され、
    　前記降雨判定部は、前記ピークのパワーが大きいときに降雨と判定するよう構成されている、車両用レーダ装置。
  4. 　請求項１～請求項３の何れか１項に記載の車両用レーダ装置であって、
    　前記ピーク情報取得部は、前記ピークの情報として、前記抽出したピークの速度ばらつきを取得するよう構成され、
    　前記降雨判定部は、前記ピークの速度ばらつきが大きいときに降雨と判定するよう構成されている、車両用レーダ装置。
  5. 　請求項１～請求項４の何れか１項に記載の車両用レーダ装置であって、
    　前記ピーク情報取得部は、前記ピークの情報として、前記抽出したピークの高さのばらつきを取得するよう構成され、
    　前記降雨判定部は、前記ピークの高さのばらつきが大きいときに降雨と判定するよう構成されている、車両用レーダ装置。
  6. 　請求項１～請求項５の何れか１項に記載の車両用レーダ装置であって、
    　前記ピーク情報取得部は、前記所定の距離・速度範囲内のピークを抽出する際、路面相当の速度を有するピークを除外するように構成されている、車両用レーダ装置。
  7. 　請求項１～請求項６の何れか１項に記載の車両用レーダ装置であって、
    　前記ピーク情報取得部は、前記所定の距離・速度範囲内のピークを抽出する際、車両の幅方向で路側物があるものとして設定された領域に位置するピークを除外するように構成されている、車両用レーダ装置。
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