WO2024029100A1 - レーダ装置 - Google Patents

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WO2024029100A1
WO2024029100A1 PCT/JP2022/042948 JP2022042948W WO2024029100A1 WO 2024029100 A1 WO2024029100 A1 WO 2024029100A1 JP 2022042948 W JP2022042948 W JP 2022042948W WO 2024029100 A1 WO2024029100 A1 WO 2024029100A1
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WO
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target
target object
distance
determination
altitude
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/042948
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English (en)
French (fr)
Inventor
尚平 塚本
京史 原
啓成 王
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Publication of WO2024029100A1 publication Critical patent/WO2024029100A1/ja

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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
    • 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section

Definitions

  • This application relates to a radar device.
  • a radar device that is mounted on a vehicle or the like, receives a reflected wave that is reflected by a transmission wave transmitted from the vehicle hitting a target object, and detects the target object based on the obtained received signal.
  • the radar device of Patent Document 1 has a plurality of receiving antennas arranged in the horizontal direction and a plurality of transmitting antennas arranged in the vertical direction, and is capable of estimating the existence of a target object based on a received signal with respect to a transmitted wave. The height is estimated. In this way, objects such as road signs and billboards located above objects on the road such as preceding vehicles are detected.
  • the radar device of Patent Document 1 estimates the moving average value of the maximum value of a certain period at the elevation/depression angle, which is the angle in the vertical direction at which the object is estimated to exist, as the height of the object, and determines whether the object is an upward object. I'm guessing.
  • the direct reflected wave from the object above interferes with the reflected wave from the object above that has passed through the road surface, etc., and so-called multipath occurs.
  • the radar device of Patent Document 1 mounted on a vehicle cannot accurately measure the angle of elevation and depression, and may make an erroneous determination. Further, for example, when the road changes from a horizontal road to a slope, it may be difficult to distinguish an object above based on the height of the target.
  • the technology disclosed in this specification aims to accurately determine an overhead object located higher than a vehicle on a road surface.
  • An example radar device disclosed in this specification includes a transmitter that periodically transmits a transmitter signal from a transmitter antenna, a receiver that receives the transmitter signal reflected by an object using a receiver antenna, and a receiver that receives the transmitter signal that is reflected by an object.
  • the distance between the target object, which is an object, and the own device that can move on the road surface, and the elevation/depression angle that calculates the elevation/depression angle between the target object and the own device based on a reference plane that is parallel to the road surface and passes through the receiving section or the transmitting section.
  • the device includes a calculation section and a target object determination section that determines that the target object is an overhead object when the position of the target object with respect to the road surface is higher than the own device.
  • the target object determination section includes an altitude calculation section that periodically calculates the altitude from the elevation/depression angle and distance of the target object, and a maximum difference that is the difference between the maximum value and the minimum value at the altitude for a predetermined number of cycles. and a condition determining unit that determines that the target object is an overhead object when a determination target calculation value based on the maximum difference is equal to or greater than a predetermined determination value.
  • An example radar device disclosed in the present specification calculates the distance and elevation/depression angle between the target object and its own device, and calculates the maximum difference in altitude for a predetermined number of cycles calculated from the elevation/depression angle and distance of the target object. Since it is determined whether the target is an overhead object based on the above, it is possible to accurately determine whether the target is an overhead object located at a higher position than the vehicle on the road surface.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a radar device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an elevation/depression angle calculating section in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a target object determination section in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing targets detected by the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the elevation/depression angle, distance, and altitude of a target according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an azimuth according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a transmitting antenna and a receiving antenna in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating processing of the radar device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a radar device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an elevation/depression angle calculating section in FIG. 1.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the target object determination process of FIG. 8.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of calculating the elevation and depression angle of a target object by the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of calculating the altitude of a target object by the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing maximum and minimum altitude values of a target object obtained by the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of calculation of the maximum difference in altitude of a target object by the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of calculation of the cumulative average value of the maximum difference in altitude of a target object by the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration that implements the functions of the control device in FIG. 1.
  • the radar device 1 is mounted on a vehicle, and the radar device 1 detects targets that are objects around the vehicle, such as other vehicles, signs, guardrails, pedestrians, and objects installed on the road surface. An example will be described in which it is determined whether the position is above or below the reference plane of the radar device 1 parallel to the road surface.
  • the radar device 1 transmits information about a target, which is an object that reflects the transmitted transmission wave (transmission signal), to a vehicle control device or the like that controls the vehicle.
  • the radar device 1 operates periodically, and periodically performs signal processing based on transmitted waves and reflected waves from targets.
  • the radar device 1 may be mounted on a device other than a vehicle (for example, a mobile object such as an aircraft, a monitoring device, etc.). In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a radar device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the elevation/depression angle calculation section in FIG. 1
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the target object determination section in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing targets detected by the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the elevation/depression angle, distance, and altitude of a target according to the first embodiment
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the azimuth angle according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the transmitting antenna and receiving antenna of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating the processing of the radar device according to the first embodiment, and FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the target object determination process of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of calculation of the elevation/depression angle of a target by the radar device according to the first embodiment
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of calculation of the altitude of the target by the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing the maximum and minimum values of the altitude of a target object by the radar device according to the first embodiment
  • FIG. 13 is an example of calculation of the maximum difference in the altitude of the target object by the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of calculation of the cumulative average value of the maximum difference in altitude of a target object by the radar device according to the first embodiment.
  • the radar device 1 shown in FIG. 1 is, for example, a radar device using an FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave) method using the Doppler effect.
  • FMCW Frequency Modulation Continuous Wave
  • the radar device 1 includes a transmitter 10 that transmits a plurality of different types of frequency modulated signals from a transmitting antenna 5, and a transmitter 10 that receives a plurality of types of frequency modulated signals reflected by one or more objects, and , a receiving unit 11 that mixes a transmitted frequency modulated signal and a received frequency modulated signal to generate a beat signal sig1, and a control device 20 that processes each type of frequency modulated beat signal.
  • the transmitter 10 starts modulating the control voltage generator 2 by using the analog signal converted by the D/A converter 23 from the digital signal generated by the transmit signal generator 22 based on the command from the controller 20.
  • the command is output.
  • Control voltage generator 2 generates a control voltage based on the modulation start command.
  • Control voltages in multiple modulation sections (for example, triangular rise/fall (hereinafter referred to as UP/DOWN)) are applied from the control voltage generator 2 to the oscillator circuit 3 .
  • the oscillator circuit 3 includes an oscillator (VCO: Voltage Controlled Oscillator).
  • VCO Voltage Controlled Oscillator
  • This transmission signal is distributed to the transmission antenna 5 and the mixer 7 of the reception section 11 via the distributor 4, and is emitted from the transmission antenna 5 toward the object that is the target, that is, the target TG.
  • the transmission signal is periodically transmitted from the transmission antenna 5.
  • the receiving unit 11 receives the transmitted signal reflected by the object using the receiving antenna 6.
  • the receiving unit 11 generates a beat signal sig1 by mixing the received reception signal, that is, the transmission signal reflected by the object and the transmitted transmission signal.
  • the control device 20 determines the distance Dt between the target TG, which is the object that reflected the transmission signal, and the own device (for example, the own vehicle MC) that can move on the road surface 100, and the distance Dt between the target object TG, which is the object that reflected the transmission signal, and the own device (for example, the own vehicle MC) that can move on the road surface 100, and the distance Dt between the target object TG, which is the object that reflected the transmission signal, and the distance Dt between the target object TG, which is the object that reflected the transmission signal, and the own device (for example, the own vehicle MC) that can move on the road surface 100, and the distance Dt between the target object TG, which is the object that reflected the transmission signal, and the own device (for example, the own vehicle MC) that can move on the road surface 100, and the distance Dt between the target object TG, which is the object that reflected the transmission signal, and the own device (for example, the own vehicle MC) that can move on the road
  • An elevation/depression angle calculation unit 31 that calculates the elevation/depression angle ⁇ between the target TG and the own device with respect to the passing reference plane 101;
  • the target object determining unit 33 determines that the target TG is an overhead object, and the output circuit 34 outputs the determination result by the target determining unit 33 to a vehicle control device or the like that controls the vehicle.
  • the target object determining unit 33 determines that the target object TG is a downward object when the position of the target object TG with respect to the road surface 100 is lower than that of the own device, that is, when the target object TG is at a position closer to the road surface 100 than the reference plane 101. judge.
  • the target object determination section 33 determines that the target object TG is an object directly in front of the road surface 100.
  • the target object determination unit 33 determines that the target object TG is a front object. Note that details of the upper object, lower object, and front object will be described later.
  • FIGS. 1 to 6 An outline of the target object determination method performed by the target object determination section 33 will be explained. Thereafter, a radar device 1 to which the method for determining a target TG according to the first embodiment is applied will be explained using FIGS. 1 to 6. In the following, a case where the radar device 1 is of the FM-CW (Frequency Modulated Continuous Wave) system and the radar device 1 is mounted on the own vehicle MC will be described as an example.
  • FM-CW Frequency Modulated Continuous Wave
  • the radar device 1 includes a vertical antenna (hereinafter referred to as a "vertical antenna") in which a plurality of antennas or a plurality of element antennas are arranged in the vertical direction. That is, the transmitting antenna 5 is a vertical antenna.
  • the transmitted wave W0 transmitted from the vertical antenna hits the target TG and receives the reflected wave, and the vertical angle of the target TG (hereinafter referred to as "elevation/depression angle”) is obtained based on the received signal.
  • the receiving antenna 6 is a water direction antenna in which a plurality of antennas or a plurality of elementary antennas are arranged in the water direction in order to measure the azimuth angle, which will be described later.
  • the horizontal direction is parallel to the reference plane 101 and perpendicular to the vertical direction.
  • the transmitting antenna 5 does not require all of the plurality of antennas or elementary antennas to be lined up in the vertical direction
  • the receiving antenna 6 does not need all of the plurality of antennas or elementary antennas to be lined up in the horizontal direction.
  • the transmitting antenna 5 and the receiving antenna 6 shown in FIG. 7 each include three transmitting element antennas 62 and four receiving element antennas 61, and an example is shown in which they are mounted on an antenna board 63.
  • the radar device 1 when the target TG is an overhead object, so-called multipath occurs, and the radar device 1 receives a reflected wave W1 (hereinafter referred to as a "direct wave”) that comes directly from the target TG. W1”) and a reflected wave W2 (hereinafter referred to as "transit wave W2”) arriving from the target TG via the road surface 100. Therefore, the radar device 1 needs to calculate the elevation/depression angle ⁇ of the target TG from the composite wave of the direct wave W1 and the transit wave W2.
  • the elevation and depression angle of the virtual image G of the target TG corresponding to the transit wave W2 can be obtained, and the SN (Signal-Noise) ratio based on the distance Dt between the radar device 1 mounted on the own vehicle MC and the target TG can be obtained. Due to the influence of deterioration, the calculation result of the elevation/depression angle ⁇ becomes unstable as shown in FIG. In FIG. 10, the horizontal axis is the distance (m) between the radar device 1 and the target TG, and the vertical axis is the elevation and depression angle (deg (°)) between the radar device 1 and the target TG. In FIG.
  • the upper object is a guide sign board located above the expressway, and when the own vehicle MC is traveling on the expressway, the radar device 1 equipped with the transmitting antenna 5 and the receiving antenna 6 shown in FIG. It is a graph of data of distance Dt and elevation/depression angle ⁇ acquired from an object above.
  • the own vehicle MC is traveling toward an object above, and the data is obtained from the far side of the distance Dt, from around 140 m to around 20 m.
  • the elevation/depression angle ⁇ is the angle between the target TG and the host vehicle MC, which is parallel to the road surface 100 and is based on the reference plane 101 of the radar device 1.
  • FIG. 5 shows a target TG1 that is above, a target TG2 that is below, and TG3 that is directly ahead.
  • the upper object is a target TG located at a high position that does not affect the movement of the own vehicle MC due to a collision or the like when it moves on the road surface 100.
  • the overhead object is, for example, a crosswalk, a guide sign board, or the like.
  • the lower object is a target object TG located at a low position that does not affect the movement of the own vehicle MC due to a collision or the like when it moves on the road surface 100.
  • the objects below are, for example, manholes, pebbles, etc.
  • the frontal object is a target object TG located at the same position as the own vehicle MC, which affects the movement of the own vehicle MC due to a collision or the like when the own vehicle MC moves on the road surface 100.
  • the object in front is, for example, another vehicle or a pedestrian.
  • the frontal object TG3 shown in FIG. 5 is, for example, a preceding vehicle and overlaps with the reference plane 101.
  • the reference line 104 is a reference in the front direction of the reference plane 101.
  • the front direction is, for example, the traveling direction when the own vehicle MC is traveling straight.
  • FIG. 5 shows an example in which the target angle measurement point Pt of the target TG1 for which the elevation/depression angle ⁇ is calculated from the angle measurement starting point Ps of the radar device 1 on the reference line 104 is above the reference line 104.
  • this is an example in which a point mapped perpendicularly to the reference plane 101 of the target object angle measurement point Pt is on the reference line 104. Therefore, the elevation/depression angle ⁇ of the target TG1 is the angle between the reference line 104 on the reference plane 101 and the target angle measurement line 102 from the angle measurement starting point Ps to the target angle measurement point Pt.
  • the distance Dt between the own vehicle MC and the target object TG1 is the distance between the angle measurement starting point Ps and the target object angle measurement point Pt, and is defined by a broken line 41 passing through the angle measurement starting point Ps and a broken line passing through the target object angle measurement point Pt. 42.
  • the altitude Ht of the target TG1 is the distance between the reference plane 101 and the broken line 43 passing through the target angle measurement point Pt and parallel to the reference plane 101.
  • the elevation/depression angle ⁇ and altitude Ht are also the same for the target TG2 of the object below.
  • FIG. 6 shows the azimuth angle ⁇ of the target TG.
  • FIG. 6 shows a case where the target TG is located at a position away from a plane that includes the reference line 104 and is perpendicular to the reference plane 101 (reference vertical plane).
  • the target angle measurement point Pta of the target TG is a point on the reference plane 101 or a point mapped perpendicularly to the reference plane 101.
  • the azimuth angle ⁇ of the target TG is the angle between the reference line 104 on the reference plane 101 and the target angle measurement line 105 from the angle measurement starting point Ps to the target angle measurement point Pta.
  • the elevation/depression angle ⁇ of the target TG is the target angle measurement line 102 passing through the target angle measurement point Pt and the angle measurement starting point Ps, and a line obtained by mapping this target angle measurement line 102 onto the reference plane 101. It is also the angle with the target angle measurement line 105.
  • a conventionally known method can be used to calculate the distance Dt and the elevation/depression angle ⁇ between the host vehicle MC and the target TG.
  • the angle measurement processing method described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-8366 can be used to calculate the elevation/depression angle.
  • the target determination section 33 includes an altitude calculation section 51, a difference calculation section 52, and a condition determination section 53.
  • the altitude calculation unit 51 periodically calculates the altitude Ht from the elevation/depression angle ⁇ and the distance Dt of the target TG.
  • the difference calculation unit 52 calculates the maximum difference Hd, which is the difference between the maximum value Hh and the minimum value Hl at the altitude Ht for a predetermined number of cycles n.
  • the condition determination unit 53 determines that the target object is an overhead object when the determination target calculation value based on the maximum difference Hd is equal to or greater than a predetermined determination value TH1.
  • condition determination unit 53 determines that the target object TG is a downward object when the determination target calculation value based on the maximum difference Hd is less than or equal to a predetermined determination value TH3, which is smaller than the determination value TH1 for determining that the target object is an upper object. It is determined that there is. Further, the condition determination unit 53 determines whether the calculation value to be determined based on the maximum difference Hd is larger than the determination value TH3 and smaller than the determination value TH1, or the calculation value to be determined based on the maximum difference Hd is smaller than the determination value TH1. , when the distance Dt is larger than a predetermined determination value TH2, the target TG is determined to be an object directly ahead.
  • step S1 it is determined whether the data of the distance Dt and the elevation/depression angle ⁇ output from the elevation/depression angle calculating section 31 are valid. If it is valid, the process proceeds to step S2; if it is not valid, the process proceeds to step S11.
  • the data validity determination in step S1 is performed, for example, by the altitude calculation unit 51 as follows. If there is a temporary loss of data in the moving speed of the radar device 1, the ground speed of the target TG, the signal-to-noise ratio (SNR) for the reflected intensity signal, the tracking results of the tracking process, etc., it may not be valid. judge. If it is not valid, the calculation in step S2 is not performed.
  • the tracking calculation unit 40 of the elevation/depression angle calculation unit 31 calculates a tracking result for tracking the position of the target object TG, and outputs a tracking result signal sig2 including the tracking result.
  • the distance and speed calculation unit 38 of the elevation/depression angle calculation unit 31 calculates and outputs the distance Dt, and also calculates the moving speed of the own vehicle MC or the moving speed of the target TG, and calculates the moving speed of the own vehicle MC or the moving speed of the target TG.
  • a speed signal sig3 including the moving speed of the target TG is output.
  • the angle measurement calculation section 39 of the elevation/depression angle calculation section 31 calculates and outputs the elevation/depression angle ⁇ , and also calculates and outputs the azimuth angle ⁇ between the vehicle MC and the target TG.
  • the peak detection unit 37 of the elevation/depression angle calculation unit 31 calculates the signal-to-noise ratio based on the intensity of the transmission signal transmitted to the target TG and the reflected signal reflected by the target TG, and calculates the signal-to-noise ratio. outputs a signal-to-noise ratio signal sig4 containing the signal-to-noise ratio signal sig4.
  • step S2 the altitude calculation unit 51 calculates the altitude Ht of the target TG from the elevation/depression angle ⁇ and the distance Dt of the target TG that has been determined to be valid, for example, as shown in equation (1).
  • Ht Dt ⁇ sin ⁇ ...(1)
  • the altitude Ht of the target TG is expressed as the object altitude Ht
  • the distance Dt is expressed as the target distance Dt.
  • step S3 the altitude calculation unit 51 determines whether the altitude Ht has been calculated for a predetermined number of cycles n, that is, for n cycles. If the altitude Ht for n periods has been calculated, the process advances to step S4; if the altitude Ht for n periods has not been calculated, the process returns to step S1.
  • the number of periodic signal processing performed by the radar device 1 is the period number.
  • step S4 the difference calculation unit 52 holds the altitude Ht for n cycles.
  • the number of cycles n is, for example, five.
  • step S5 the difference calculation unit 52 extracts the maximum value Hh from the altitude Ht for n periods held. Similarly, the minimum value Hl is extracted from the altitudes Ht for n cycles held in the same way.
  • step S6 the difference calculation unit 52 calculates the maximum difference Hd, which is the difference between the maximum value Hh and the minimum value Hl at the altitude Ht for n cycles, as shown in equation (2).
  • Hd Hh-Hl...(2)
  • step S7 the difference calculation unit 52 uses the maximum difference Hd calculated this time to determine whether to continue calculating the cumulative average value from the previous time, that is, whether to reset the cumulative average value (reset determination process).
  • step S7 if the reset condition THr is satisfied, the process proceeds to step S8, and if the reset condition THr is not satisfied, the process proceeds to step S9.
  • the reset condition THr is, for example, that the difference between the previous cycle and the current cycle or the ratio between the previous cycle and the current cycle in the maximum difference Hd is greater than or equal to a certain value.
  • the reset condition THr is not limited to the data of two cycles, the previous cycle and the current cycle, and may use three or more data. In this case, for example, the average value may be used for data other than the current cycle.
  • step S8 the difference calculation unit 52 returns the counter value k of the cumulative counter used to calculate the cumulative average value to 1 in order to reset the cumulative average value of the maximum difference Hd.
  • step S9 the difference calculation unit 52 increases the counter value k of the cumulative counter by adding 1 to the cumulative average value of the maximum difference Hd.
  • step S10 the difference calculation unit 52 calculates the cumulative average value Hdavk of the maximum difference Hd as shown in equation (3).
  • Hdav k (Hd/k+Hdav k-1 ⁇ (k-1)/k) ... (3)
  • the cumulative average value Hdav k is the value calculated this time
  • Hdav k-1 is the value calculated last time.
  • step S13 the condition determining section 53 executes a target object determining step.
  • steps S11 and S12 will be explained.
  • step S1 it is determined whether the data of the distance Dt and the elevation/depression angle ⁇ outputted from the elevation/depression angle calculating section 31 are valid, and if they are not valid, the process proceeds to step S11.
  • step S11 the difference calculation unit 52 determines whether the step S10 has been executed, that is, whether the previous cumulative average value Hdav k-1 has been stored in a buffer or the like.
  • step S11 if the process of step S10 is being executed, the process advances to step S12, and if the process of step S10 is not being executed, the process ends.
  • step S12 the difference calculation unit 52 holds the cumulative average value Hdav k-1 of the previous maximum difference Hd. Therefore, when the difference calculation unit 52 calculates the cumulative average value Hdav k based on the valid input data that has passed step S1, it outputs this cumulative average value Hdav k to the condition determination unit 53, and calculates the cumulative average value Hdav k based on the valid input data that has passed step S1. In the cycle in which Hdav k-1 is input, the previous cumulative average value Hdav k-1 is output to the condition determination unit 53.
  • step S21 the condition determining unit 53 determines whether the cumulative average value Hdav k or the cumulative average value Hdav k-1 output from the difference calculating unit 52 is greater than or equal to a predetermined determination value TH1 (condition 1). Note that in the target object determination process, the cumulatively averaged current value and previous value are not distinguished, so only the cumulative average value Hdavk is shown in FIG.
  • step S21 if condition 1 is satisfied, the process proceeds to step S22, and if condition 1 is not satisfied, the process proceeds to step S23.
  • step S22 the condition determination unit 53 determines that the target object TG is an overhead object because condition 1 is satisfied, and ends the target object determination step of step S13. When the target object determination process of step S13 ends, the target object determination process of the target object determination section 33 ends. If condition 1 is not satisfied, the process proceeds to the step of determining whether the target TG is a downward object or a front object.
  • step S23 the condition determination unit 53 determines whether the distance Dt is less than or equal to a predetermined determination value TH2 (condition 2). In step S23, if condition 2 is satisfied, the process proceeds to step S24, and if condition 2 is not satisfied, the process proceeds to step S26. Note that step S23 is a step of determining whether or not the downward object determination process is necessary.
  • step S24 the condition determining unit 53 determines whether the cumulative average value Hdav k or the cumulative average value Hdav k ⁇ 1 output from the difference calculating unit 52 is equal to or less than a predetermined determination value TH3, which is smaller than the determination value TH1 (condition 3). ) is determined. In step S24, if condition 3 is satisfied, the process proceeds to step S25, and if condition 3 is not satisfied, the process proceeds to step S26.
  • step S25 the condition determination unit 53 determines that the target object TG is a downward object since condition 3 is satisfied, and ends the target object determination step of step S13.
  • step S26 if condition 2 is not satisfied or condition 3 is not satisfied, the condition determining unit 53 determines that the target TG is a frontal object, and ends the target determining process in step S13.
  • the target object determination process of step S13 ends, the target object determination process of the target object determination section 33 ends.
  • a downward object located at a long distance has a small reflection angle (elevation/depression angle ⁇ ) with respect to the radar device 1, and there is a low possibility of receiving a reflected signal from this downward object. Further, by performing the distance determination in step S23, it is possible to prevent erroneous determination when multipath does not occur in the front object for n cycles, for example, 5 cycles.
  • steps S7 to S9 may be omitted if necessary. Further, only step S7 and step S8 may be omitted. The distance determination in step S23 may be omitted if necessary.
  • FIG. 11 shows an example of the altitude Ht calculated by equation (1) from each value of the elevation/depression angle ⁇ and each value of the distance Dt described in FIG. 10.
  • FIG. 12 shows the results of executing the process of step S5. That is, the results of extracting the maximum value Hh and minimum value Hl for a plurality of periods, that is, n periods from each value of the altitude Ht of the target TG1 in FIG. 10 are shown. Here, the number of cycles n is five.
  • the maximum value Hh is indicated by a black circle
  • the minimum value Hl is indicated by an unfilled circle.
  • FIG. 13 shows the results of executing the process of step S6.
  • FIG. 14 shows the results of executing the process of step S10. That is, the results of calculating the cumulative average value of the maximum difference Hd of altitude Ht at each distance Dt in FIG. 13 are shown.
  • the horizontal axis is the distance (m) between the radar device 1 and the target TG.
  • the vertical axis is the altitude Ht (m) between the radar device 1 and the target TG.
  • the vertical axis is the maximum difference Hd (m) in altitude Ht.
  • the vertical axis is the cumulative average value (m) of the maximum difference Hd in altitude Ht.
  • the A/D converter 35, FFT calculation unit 36, peak detection unit 37, and distance and speed calculation unit 38 of the elevation/depression angle calculation unit 31 will be explained.
  • the A/D converter 35 converts the beat signal sig1, which is output from the mixer 7 and includes signals for a plurality of channels, into digital data.
  • the digital data generated by the A/D converter 35 is subjected to frequency analysis using FFT (Fast Fourier Transform) by an FFT calculation unit 36.
  • the peak detection unit 37 detects a peak frequency from the frequency analysis result (beat frequency spectrum for a plurality of channels) of the beat signal sig1 from the FFT calculation unit 36.
  • the distance and speed calculating section 38 calculates the distance Dt of the target object to the radar device 1, the moving speed of the radar device 1, and the ground speed of the target TG based on the peak frequency. At this time, the impossible distance Dt and the calculated value of the ground speed of the target TG are not considered as object information and are excluded.
  • the radar device 1 of the first embodiment differs from the radar device of Patent Document 1 in that the maximum value Hh and the minimum value Hl of the altitude Ht calculated without estimating the height of the target TG are calculated for multiple cycles, that is, for n cycles. Based on this, it can be determined whether the object is an upper object.
  • the radar device 1 of Embodiment 1 differs from the radar device of Patent Document 1 in that it does not estimate the height of the target TG, so that the calculation load can be reduced.
  • the radar device 1 of the first embodiment determines whether the target object is an overhead object based on the maximum difference Hd, which is the difference between the maximum value Hh and the minimum value Hl for a plurality of cycles of the altitude Ht. Since the determination is not made from the absolute position, that is, the altitude Ht, there is an effect that it is less affected by the ups and downs of the road condition.
  • the functions of the functional blocks other than the A/D converter 35 and the output circuit 34 in the control device 20 of the radar device 1 may be realized by the processor 98 and memory 99 shown in FIG.
  • the FFT calculation section 36, the peak detection section 37, the distance and speed calculation section 38, the angle measurement calculation section 39, the tracking calculation section 40, and the target object determination section 33 are configured so that the processor 98 executes the program stored in the memory 99. This is achieved by doing this.
  • multiple processors 98 and multiple memories 99 may cooperate to execute each function.
  • the functions of the transmission signal generation section 22 of the transmission section 10 may also be realized by the processor 98 and the memory 99.
  • the radar device 1 of the first embodiment includes the transmitter 10 that periodically transmits a transmit signal (transmit wave W0) from the transmit antenna 5, and the receiver antenna 6 that receives the transmit signal reflected by an object.
  • the elevation/depression angle calculation section 31 calculates the elevation/depression angle ⁇ between the target TG and the own device (own vehicle MC) with respect to the reference plane 101 passing through the transmitter 10, and the The target object determining section 33 determines that the target object TG is an upper object when the target object TG is located at a higher position than the device (host vehicle MC).
  • the target determination unit 33 includes an altitude calculation unit 51 that periodically calculates the altitude Ht from the elevation/depression angle ⁇ and the distance Dt of the target TG, and a maximum value Hh and a minimum value at the altitude Ht for a predetermined number of cycles n.
  • the difference calculation unit 52 calculates the maximum difference Hd that is the difference from Hl, and when the judgment target calculation value (cumulative average value Hdav k ) based on the maximum difference Hd is equal to or greater than a predetermined judgment value TH1, the target TG and a condition determining unit 53 that determines that the object is an upper object.
  • the radar device 1 of the first embodiment calculates the distance Dt and the elevation/depression angle ⁇ between the target TG and the own device (the own vehicle MC), and calculates the elevation/depression angle ⁇ and the distance Dt of the target TG. Since it is determined whether the target TG is an overhead object based on the maximum difference Hd in altitude Ht for a predetermined number of cycles n, it is determined whether the target TG is an overhead object located higher than the vehicle (own vehicle MC) on the road surface 100. can be determined with high accuracy.

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Abstract

レーダ装置（１）は、送信部（１０）から周期的に送信された送信信号を反射した物標（ＴＧ）と自装置との距離（Ｄｔ）及び仰俯角（θ）を演算する仰俯角演算部（３１）と、路面（１００）に対する物標（ＴＧ）の位置が自装置よりも高い位置にある場合に当該物標（ＴＧ）を上方物であると判定する物標判定部（３３）と、を備えている。物標判定部（３３）は、物標（ＴＧ）の仰俯角（θ）及び距離（Ｄｔ）から高度（Ｈｔ）を周期的に演算する高度演算部（５１）と、予め定められた周期数（ｎ）分の高度（Ｈｔ）における最大値（Ｈｈ）と最小値（Ｈｌ）との差分である最大差分（Ｈｄ）を演算する差分演算部（５２）と、最大差分（Ｈｄ）に基づく判定対象演算値が予め定められた判定値（ＴＨ１）以上の場合に、物標（ＴＧ）を上方物であると判定する条件判定部（５３）と、を備えている。

Description

レーダ装置
　本願は、レーダ装置に関するものである。
　車両などに搭載され、かかる車両から送信した送信波が物標に当たって反射した反射波を受信し、得られた受信信号に基づいて物標を検出するレーダ装置が知られている。
　特許文献１のレーダ装置は、水平方向に配置された複数の受信アンテナと垂直方向に配設された複数の送信アンテナを有し、送信波に対する受信信号に基づいて、物標が存在すると推定される高さを推定している。これにより、先行する車両等の路面上の物体よりも高い位置にある道路標識、看板等の上方物を検出している。
特許第６９２４０４６号公報
　特許文献１のレーダ装置は、物体が存在すると推定される垂直方向の角度である仰俯角における一定周期の最大値の移動平均値を物体の高さとして推定し、物体が上方物であるかを推定している。しかしながら、車両に搭載されるレーダ装置は、上方物からの直接の反射波と上方物からさらに路面等を経由した反射波とが干渉して、いわゆるマルチパスが発生するので、その上方物に関しての本来の高度位置からの信号ではなく低位置からの信号のみになる可能性があり、仰俯角を精度よく測ることは困難である。したがって、車両に搭載される特許文献１のレーダ装置は、仰俯角を精度よく測ることができず、誤判定をする場合もある。また、例えば、道路の様に水平な道路から坂道で変化する場合は、物標の高さで上方物を見分けることが難しい場合がある。
　本願明細書に開示される技術は、路面上の車両よりも高い位置にある上方物を精度よく判定することを目的とする。
　本願明細書に開示される一例のレーダ装置は、送信信号を送信アンテナから周期的に送信する送信部と、物体に反射された送信信号を受信アンテナにより受信する受信部と、送信信号を反射した物体である物標と路面を移動可能な自装置との距離及び、路面に平行で受信部又は送信部を通過する基準面を基準にした物標と自装置との仰俯角を演算する仰俯角演算部と、路面に対する物標の位置が自装置よりも高い位置にある場合に当該物標を上方物であると判定する物標判定部と、を備えている。物標判定部は、物標の仰俯角及び距離から高度を周期的に演算する高度演算部と、予め定められた周期数分の高度における最大値と最小値との差分である最大差分を演算する差分演算部と、最大差分に基づく判定対象演算値が予め定められた判定値以上の場合に、物標を上方物であると判定する条件判定部と、を備えている。
　本願明細書に開示される一例のレーダ装置は、物標と自装置との距離及び仰俯角を演算し、物標の仰俯角及び距離から演算した予め定められた周期数分の高度の最大差分に基づいて物標が上方物であるかを判定するので、路面上の車両よりも高い位置にある上方物を精度よく判定することができる。
実施の形態１に係るレーダ装置の概略構成図である。 図１の仰俯角演算部の構成を示す図である。 図１の物標判定部の構成を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ装置が検出する物標を示す図である。 実施の形態１に係る物標の仰俯角、距離、高度を説明する図である。 実施の形態１に係る方位角を説明する図である。 図１の送信アンテナ及び受信アンテナの例を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ装置の処理を説明するフローチャートである。 図８の物標判定工程を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係るレーダ装置による物標の仰俯角の演算例を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ装置による物標の高度の演算例を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ装置による物標の高度の最大値及び最小値を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ装置による物標の高度における最大差分の演算例を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ装置による物標の高度における最大差分の累積平均値の演算例を示す図である。 図１の制御装置の機能を実現するハードウェア構成例を示す図である。
　以下、実施の形態について図を参照して説明する。本実施の形態では、レーダ装置１が車両に搭載されており、レーダ装置１が他の車両、標識、ガードレール、歩行者、路面の設置物等の車両の周囲に存在する物体である物標が、路面に平行なレーダ装置１の基準面に対して上方にあるか下方にあるかを判定する例について説明する。レーダ装置１は、送信した送信波（送信信号）を反射した物体である物標の情報を、車両の制御を行う車両制御装置等に伝達する。レーダ装置１は、周期的に動作しており、送信した送信波と物標による反射波とに基づいた信号処理を周期的に実行している。なお、レーダ装置１は、車両以外の装置（例えば、航空機などの移動体、監視装置等）に搭載されてもよい。各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るレーダ装置の概略構成図である。図２は図１の仰俯角演算部の構成を示す図であり、図３は図１の物標判定部の構成を示す図である。図４は、実施の形態１に係るレーダ装置が検出する物標を示す図である。図５は実施の形態１に係る物標の仰俯角、距離、高度を説明する図であり、図６は実施の形態１に係る方位角を説明する図である。図７は、図１の送信アンテナ及び受信アンテナの例を示す図である。図８は実施の形態１に係るレーダ装置の処理を説明するフローチャートであり、図９は図８の物標判定工程を説明するフローチャートである。図１０は実施の形態１に係るレーダ装置による物標の仰俯角の演算例を示す図であり、図１１は実施の形態１に係るレーダ装置による物標の高度の演算例を示す図である。図１２は実施の形態１に係るレーダ装置による物標の高度の最大値及び最小値を示す図であり、図１３は実施の形態１に係るレーダ装置による物標の高度における最大差分の演算例を示す図である。図１４は、実施の形態１に係るレーダ装置による物標の高度における最大差分の累積平均値の演算例を示す図である。図１５は、図１の制御装置の機能を実現するハードウェア構成例を示す図である。図１に示したレーダ装置１は、例えば、ドップラー効果を利用したＦＭＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）方式を用いたレーダ装置である。
　レーダ装置１は、異なる複数種類の周波数変調信号を送信アンテナ５から送信する送信部１０と、単数又は複数の物体に反射された複数種類の周波数変調信号を受信し、周波数変調信号の各種類について、送信した周波数変調信号と受信した周波数変調信号とを混合してビート信号ｓｉｇ１を生成する受信部１１と、周波数変調信号の各種類のビート信号を処理する制御装置２０と、を備えている。
　送信部１０では、制御装置２０からの指令に基づいて送信信号生成部２２で生成されたデジタル信号をＤ／Ａ変換器２３で変換されたアナログ信号により、制御電圧発生器２に対して変調開始命令が出力される。制御電圧発生器２は、変調開始命令に基づいて制御電圧を生成する。複数変調区間（例えば、三角状の上昇／下降（以下、ＵＰ／ＤＯＷＮと記す））の制御電圧が制御電圧発生器２から発振器回路３に印加される。発振器回路３は、発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）を備えている。発振器回路３からは、制御電圧にしたがってＵＰ区間／ＤＯＷＮ区間に周波数変調された送信信号である送信波Ｗ０が出力される。
　この送信信号は、分配器４を介して送信アンテナ５と受信部１１のミキサ７とに分配され、送信アンテナ５からターゲットである物体すなわち物標ＴＧに向けて出射される。送信信号は、送信アンテナ５から周期的に送信される。
　受信部１１は、物体に反射された送信信号を受信アンテナ６により受信する。受信部１１は、受信した受信信号すなわち物体に反射された送信信号と送信した送信信号とを混合してビート信号ｓｉｇ１を生成する。
　制御装置２０は、送信信号を反射した物体である物標ＴＧと路面１００を移動可能な自装置（例えば自車両ＭＣ）との距離Ｄｔ及び、路面１００に平行で受信部１１又は送信部１０を通過する基準面１０１を基準にした物標ＴＧと自装置との仰俯角θを演算する仰俯角演算部３１、路面１００に対する物標ＴＧの位置が自装置よりも高い位置にある場合に当該物標ＴＧを上方物であると判定する物標判定部３３、物標判定部３３による判定結果を車両の制御を行う車両制御装置等に出力する出力回路３４、を備えている。物標判定部３３は、路面１００に対する物標ＴＧの位置が自装置よりも低い位置にある場合すなわち基準面１０１よりも路面１００側の位置にある場合に当該物標ＴＧを下方物であると判定する。また、物標判定部３３は、物標ＴＧが路面１００に対する上方物の位置及び下方物の位置と異なる位置にある場合に、当該物標ＴＧを正面物である判定する。物標判定部３３は、物標ＴＧが基準面１０１と重なる場合には当該物標ＴＧを正面物である判定する。なお、上方物、下方物、正面物の詳細は後述する。
　物標判定部３３が行う物標判定方法について、概要を説明する。その後、実施形態１に係る物標ＴＧの物標判定方法を適用したレーダ装置１について、図１～図６を用いて説明することとする。以下では、レーダ装置１がＦＭ－ＣＷ（Frequency　Modulated　Continuous　Wave）方式であり、自車両ＭＣにレーダ装置１が搭載される場合を例に説明する。
　レーダ装置１は、複数のアンテナ或いは複数の素アンテナが垂直方向に配列された垂直方向アンテナ（以下、「垂直アンテナ」と言う）を備える。すなわち送信アンテナ５は垂直アンテナである。垂直アンテナから送信された送信波Ｗ０が物標ＴＧに当たって反射した反射波を受信し、得られた受信信号に基づいて物標ＴＧの垂直方向の角度（以下、「仰俯角」と言う）を得ることができる。受信アンテナ６は、後述する方位角を測定するために複数のアンテナ或いは複数の素アンテナが水方向に配列された水方向アンテナである。水平方向は基準面１０１に平行で、垂直方向に垂直な方向である。なお、送信アンテナ５は、複数のアンテナ或いは素アンテナがすべて垂直方向に並ぶ必要はなく、受信アンテナ６は、複数のアンテナ或いは素アンテナがすべて水平方向に並ぶ必要はない。図７に示した送信アンテナ５、受信アンテナ６は、それぞれ３個の送信素アンテナ６２、４個の受信素アンテナ６１を備えており、アンテナ基板６３に搭載されている例を示した。
　図４に示すように、物標ＴＧが上方物である場合、いわゆるマルチパスが発生し、レーダ装置１に対しては、物標ＴＧから直接到来してくる反射波Ｗ１（以下、「直接波Ｗ１」と言う）と、物標ＴＧから路面１００を経由して到来してくる反射波Ｗ２（以下、「経由波Ｗ２」と言う）との合成波が入射する。したがって、レーダ装置１は、直接波Ｗ１と経由波Ｗ２との合成波から物標ＴＧの仰俯角θを演算する必要がある。しかし、経由波Ｗ２に対応する物標ＴＧの虚像Ｇの仰俯角が得られたり、自車両ＭＣに搭載されたレーダ装置１と物標ＴＧとの距離Ｄｔに基づくＳＮ（Signal-Noise）比の悪化の影響を受けたりすることによって、図１０に示すように仰俯角θの演算結果が不安定となる。図１０において、横軸はレーダ装置１と物標ＴＧとの距離（ｍ）であり、縦軸はレーダ装置１と物標ＴＧとの仰俯角（ｄｅｇ（°））である。図１０は、上方物が高速道路の上方に位置する案内標示板であり、高速道路で自車両ＭＣが走行中に、図７に示した送信アンテナ５及び受信アンテナ６を備えたレーダ装置１により上方物から取得した距離Ｄｔ及び仰俯角θのデータをグラフ化した図である。自車両ＭＣが上方物へ近づくように走行をしており、データの取得は距離Ｄｔの遠い側の１４０ｍ付近から２０ｍ付近まで取得した結果である。
　仰俯角θは、路面１００に平行でレーダ装置１の基準面１０１を基準にした物標ＴＧと自車両ＭＣとの角度である。図５では上方物の物標ＴＧ１、下方物の物標ＴＧ２、正面物のＴＧ３を示した。上方物、下方物、正面物について説明する。上方物は、自車両ＭＣが路面１００を移動する場合において、衝突等で移動に影響を及ぼさない高い位置にある物標ＴＧである。上方物は、例えば、横断歩道、案内標示板等である。下方物は、自車両ＭＣが路面１００を移動する場合において、衝突等で移動に影響を及ぼさない低い位置にある物標ＴＧである。下方物は、例えば、マンホール、小石等である。正面物は、自車両ＭＣが路面１００を移動する場合において、衝突等で移動に影響を及ぼす自車両ＭＣと同等の位置にある物標ＴＧである。正面物は、例えば、他車両、歩行者等である。図５に示した正面物のＴＧ３は、例えば先行車であり、基準面１０１と重なっている例である。図５に示した上方物の物標ＴＧ１は路面１００に対する位置が自車両ＭＣよりも高い位置にあり、図５に示した下方物の物標ＴＧ２は路面１００に対する位置が自車両ＭＣよりも低い位置にある。基準線１０４は基準面１０１の正面方向の基準である。正面方向は、例えば自車両ＭＣが直進する場合の進行方向である。
　図５では、基準線１０４上のレーダ装置１の測角起点Ｐｓから仰俯角θを演算する物標ＴＧ１の物標測角点Ｐｔが基準線１０４の上方にある例を示した。すなわち物標測角点Ｐｔの基準面１０１への垂直に写像した点が基準線１０４にある例である。したがって、物標ＴＧ１の仰俯角θは基準面１０１上の基準線１０４と測角起点Ｐｓから物標測角点Ｐｔまでの物標測角線１０２との角度である。自車両ＭＣと物標ＴＧ１との距離Ｄｔは、測角起点Ｐｓと物標測角点Ｐｔとの間の距離であり、測角起点Ｐｓを通る破線４１と物標測角点Ｐｔを通る破線４２との間の距離である。物標ＴＧ１の高度Ｈｔは、物標測角点Ｐｔを通り基準面１０１に平行な破線４３と基準面１０１との間の距離である。下方物の物標ＴＧ２についても、仰俯角θ、高度Ｈｔは同様である。
　図６に物標ＴＧの方位角αを示した。図６では、物標ＴＧが基準線１０４を包含し基準面１０１に垂直な面（基準垂直面）から離れた位置に物標ＴＧがある場合を示した。物標ＴＧの物標測角点Ｐｔａは基準面１０１上の点又は基準面１０１への垂直に写像した点である。物標ＴＧの方位角αは基準面１０１上の基準線１０４と測角起点Ｐｓから物標測角点Ｐｔａまでの物標測角線１０５との角度である。図６に示した物標ＴＧが基準面１０１にない場合における仰俯角θは、物標測角点Ｐｔと測角起点Ｐｓとを通過する物標測角線１０２（図５参照）と基準面１０１との角度である。また、物標ＴＧの仰俯角θは、物標測角点Ｐｔと測角起点Ｐｓとを通過する物標測角線１０２とこの物標測角線１０２を基準面１０１に写像した線である物標測角線１０５との角度でもある。
　自車両ＭＣと物標ＴＧとの距離Ｄｔ及び仰俯角θの演算は、従来から知られた方法を用いることができる。例えば、特開２０２０－８３６６号公報に記載の測角処理方法を用いて仰俯角算出に応用することができる。
　物標判定部３３の動作について、図３、図８、図９を用いて説明する。物標判定部３３は、高度演算部５１、差分演算部５２、条件判定部５３を備えている。高度演算部５１は、物標ＴＧの仰俯角θ及び距離Ｄｔから高度Ｈｔを周期的に演算する。差分演算部５２は、予め定められた周期数ｎ分の高度Ｈｔにおける最大値Ｈｈと最小値Ｈｌとの差分である最大差分Ｈｄを演算する。条件判定部５３は、最大差分Ｈｄに基づく判定対象演算値が予め定められた判定値ＴＨ１以上の場合に、物標を上方物であると判定する。また、条件判定部５３は、最大差分Ｈｄに基づく判定対象演算値が上方物であると判定する判定値ＴＨ１よりも小さい予め定められた判定値ＴＨ３以下の場合に、物標ＴＧを下方物であると判定する。また、条件判定部５３は、最大差分Ｈｄに基づく判定対象演算値が判定値ＴＨ３よりも大きく、判定値ＴＨ１よりも小さい場合、又は最大差分Ｈｄに基づく判定対象演算値が判定値ＴＨ１よりも小さく、距離Ｄｔが予め定められた判定値ＴＨ２よりも大きい場合に物標ＴＧを正面物であると判定する。
　ステップＳ１にて、仰俯角演算部３１から出力された距離Ｄｔ及び仰俯角θのデータが有効かを判定する。有効な場合はステップＳ２に進み、有効でない場合はステップＳ１１に進む。ステップＳ１のデータ有効性判定は、例えば高度演算部５１が次のように行う。レーダ装置１の移動速度、物標ＴＧの対地速度、反射強度信号に対する信号対雑音比（ＳＮＲ）、追尾処理の追尾結果等においてデータが一時的なロスが発生している場合は、有効でないと判定する。有効でない場合はステップＳ２の演算を行わない。
　仰俯角演算部３１の追尾演算部４０は、物標ＴＧの位置を追跡する追尾結果を演算し、追尾結果を含む追尾結果信号ｓｉｇ２を出力する。仰俯角演算部３１の距離及び速度演算部３８は、距離Ｄｔを演算して出力すると共に、自車両ＭＣの移動速度又は及物標ＴＧの移動速度を演算し、自車両ＭＣの移動速度又は及び物標ＴＧの移動速度を含む速度信号ｓｉｇ３を出力する。仰俯角演算部３１の測角演算部３９は、仰俯角θを演算して出力すると共に、自車両ＭＣと物標ＴＧとの方位角αを演算して出力する。仰俯角演算部３１のピーク検出部３７は、物標ＴＧに送信した送信信号の強度と物標ＴＧにて反射された反射信号とに基づいて信号対雑音比を算出し、信号対雑音比を含む信号対雑音比信号ｓｉｇ４を出力する。
　ステップＳ２にて、高度演算部５１は有効判定された物標ＴＧの仰俯角θ及び距離Ｄｔから物標ＴＧの高度Ｈｔを、例えば式（１）のように演算する。
　Ｈｔ＝Ｄｔ×ｓｉｎθ　　　・・・（１）
適宜、物標ＴＧの高度Ｈｔを物標高度Ｈｔと表現し、距離Ｄｔを物標距離Ｄｔと表現する。
　ステップＳ３にて、高度演算部５１は予め定められた周期数ｎ分すなわちｎ周期分の高度Ｈｔを演算したかを判定する。ｎ周期分の高度Ｈｔを演算した場合はステップＳ４に進み、ｎ周期分の高度Ｈｔを演算していない場合はステップＳ１に戻る。レーダ装置１による周期的な信号処理数が周期数である。
　ステップＳ４にて、差分演算部５２はｎ周期分の高度Ｈｔを保持する。ここでは、周期数ｎは例えば５である。ステップＳ５にて、差分演算部５２は、持されたｎ周期分の高度Ｈｔから最大値Ｈｈを抽出する。また同様に保持されたｎ周期分の高度Ｈｔから最小値Ｈｌを抽出する。
　ステップＳ６にて、差分演算部５２はｎ周期分の高度Ｈｔにおける最大値Ｈｈと最小値Ｈｌとの差分である最大差分Ｈｄを、式（２）のように演算する。
　Ｈｄ＝Ｈｈ－Ｈｌ　　　・・・（２）
　次に、最大差分Ｈｄの累積平均を演算する工程を実行する。ステップＳ７にて、差分演算部５２は今回演算された最大差分Ｈｄを用いて前回に継続して累積平均値を演算するか否かすなわち累積平均値をリセットするか否かを判定する（リセット判定工程）。ステップＳ７にて、リセット条件ＴＨｒを満たす場合はステップＳ８に進み、リセット条件ＴＨｒを満たさない場合はステップＳ９に進む。リセット条件ＴＨｒは、例えば最大差分Ｈｄにおける前回周期と今回周期との差又は前回周期と今回周期との割合が一定値以上であることである。リセット条件ＴＨｒは、前回周期、今回周期の２周期のデータに限定されず、３つ以上のデータを用いてもよい。この場合は、例えば今回周期以外のデータは平均値を用いればよい。
　ステップＳ８にて、差分演算部５２は最大差分Ｈｄの累積平均値をリセットするため、累積平均値を演算するために使用する累積カウンタのカウンタ値ｋを１に戻す。ステップＳ９にて、差分演算部５２は最大差分Ｈｄの累積平均値を更新するために累積カウンタのカウンタ値ｋに１を加えてカウンタ値ｋを増加させる。
　ステップＳ１０にて、差分演算部５２は最大差分Ｈｄの累積平均値Ｈｄａｖｋを式（３）のように演算する。
　Ｈｄａｖｋ＝（Ｈｄ／ｋ＋Ｈｄａｖｋ－１×（ｋ－１）／ｋ）　・・・（３）
ここで、累積平均値Ｈｄａｖｋは今回演算された値であり、Ｈｄａｖｋ－１は前回演算された値である。
　リセット判定工程を追加することにより、物標判定部３３が物標判定を行う際に用いる距離Ｄｔ、仰俯角θが上方物から正面物等に変更される場合等に誤判定を低減するができる。例えば、仰俯角演算部３１の追尾演算部４０にて物標情報が変化した場合、例えば、上方物の標識の仰俯角θから標識の支柱の仰俯角θなった場合、上方物判定から正面物判定にする必要があり、前回の累積平均値Ｈｄａｖｋ－１を使用せずに新たに累積平均値Ｈｄａｖｋを演算する必要がある。しかし、最大差分Ｈｄの累積平均を演算することで、今回のようにｎ周期分例えば５周期分でマルチパスが発生しない場合の誤判定を防止することができる。
　次に、ステップＳ１３にて条件判定部５３は物標判定工程を実行する。物標判定工程を説明する前にステップＳ１１、Ｓ１２を説明する。ステップＳ１にて、仰俯角演算部３１から出力された距離Ｄｔ及び仰俯角θのデータが有効かを判定し、有効でない場合はステップＳ１１に進む。ステップＳ１１にて差分演算部５２はステップＳ１０の工程が実行されているか、すなわち前回の累積平均値Ｈｄａｖｋ－１がバッファ等に保存されているかを判定する。ステップＳ１１にて、ステップＳ１０の工程が実行さている場合はステップＳ１２に進み、ステップＳ１０の工程が実行さていない場合は終了する。ステップＳ１１から終了する場合は、最大差分Ｈｄの累積平均を行うｎ周期分のデータが揃っていない場合である。ステップＳ１２にて、差分演算部５２は前回の最大差分Ｈｄの累積平均値Ｈｄａｖｋ－１を保持する。したがって、差分演算部５２は、ステップＳ１を通過した有効な入力データに基づいて累積平均値Ｈｄａｖｋを演算した場合は、この累積平均値Ｈｄａｖｋを条件判定部５３に出力し、有効でない入力データが入力された周期においては前回の累積平均値Ｈｄａｖｋ－１を条件判定部５３に出力する。
　物標判定工程について説明する。ステップＳ２１にて、条件判定部５３は差分演算部５２から出力された累積平均値Ｈｄａｖｋ又は累積平均値Ｈｄａｖｋ－１が予め定められた判定値ＴＨ１以上か（条件１）を判定する。なお、物標判定工程では累積平均した今回値と前回値を区別しないので、図２１では累積平均値Ｈｄａｖｋだけを記載している。ステップＳ２１にて、条件１を満たす場合はステップＳ２２に進み、条件１を満たさない場合はステップＳ２３に進む。ステップＳ２２にて、条件判定部５３は条件１を満たすので物標ＴＧを上方物であると判定し、ステップＳ１３の物標判定工程を終了する。ステップＳ１３の物標判定工程が終了すると、物標判定部３３の物標判定処理は終了する。条件１を満たさない場合は物標ＴＧが下方物か正面物かを判定する工程に進む。
　ステップＳ２３にて、条件判定部５３は距離Ｄｔが予め定められた判定値ＴＨ２以下か（条件２）を判定する。ステップＳ２３にて、条件２を満たす場合はステップＳ２４に進み、条件２を満たさない場合はステップＳ２６に進む。なお、ステップＳ２３は下方物判定の処理の要否を決める工程である。ステップＳ２４にて、条件判定部５３は差分演算部５２から出力された累積平均値Ｈｄａｖｋ又は累積平均値Ｈｄａｖｋ－１が判定値ＴＨ１よりも小さい予め定められた判定値ＴＨ３以下か（条件３）を判定する。ステップＳ２４にて、条件３を満たす場合はステップＳ２５に進み、条件３を満たさない場合はステップＳ２６に進む。
　ステップＳ２５にて、条件判定部５３は条件３を満たすので物標ＴＧを下方物であると判定し、ステップＳ１３の物標判定工程を終了する。ステップＳ２６にて、条件判定部５３は条件２を満たさない場合、条件３を満たさない場合に、物標ＴＧを正面物であると判定し、ステップＳ１３の物標判定工程を終了する。ステップＳ１３の物標判定工程が終了すると、物標判定部３３の物標判定処理は終了する。
　ステップＳ２３の距離判定を入れることにより、遠距離にある下方物はレーダ装置１との反射角度（仰俯角θ）が小さく、この下方物から反射信号を受信する可能性が低い。また、ステップＳ２３の距離判定を行うことで、正面物においてｎ周期分例えば５周期分でマルチパスが発生しない場合の誤判定を防止することができる。
　なお、ステップＳ７～ステップＳ９は必要に応じて省略する構成としても構わない。またステップＳ７、ステップＳ８のみを省略しても構わない。ステップＳ２３の距離判定は必要に応じて省略しても構わない。
　図１１に、図１０に記載された仰俯角θの各値及び距離Ｄｔの各値から式（１）により演算された高度Ｈｔの例を示した。図１２にステップＳ５の工程を実行した結果を示した。すなわち、図１０の物標ＴＧ１の高度Ｈｔの各値から複数周期すなわちｎ周期分の最大値Ｈｈ及び最小値Ｈｌを抽出した結果を示した。ここでは、周期数ｎは５である。図１２において、最大値Ｈｈは黒丸で示し、最小値Ｈｌは塗潰しのない丸で示した。図１３に、ステップＳ６の工程を実行した結果を示した。すなわち、図１２の各距離Ｄｔにおけるｎ周期分の最大値Ｈｈ及び最小値Ｈｌから最大差分Ｈｄを演算した結果を示した。図１４にステップＳ１０の工程を実行した結果を示した。すなわち、図１３の各距離Ｄｔにおける高度Ｈｔの最大差分Ｈｄの累積平均値を演算した結果を示した。図１１～図１４において、横軸はレーダ装置１と物標ＴＧとの距離（ｍ）である。図１１、図１２において、縦軸はレーダ装置１と物標ＴＧとの高度Ｈｔ（ｍ）である。図１３において、縦軸は高度Ｈｔの最大差分Ｈｄ（ｍ）である。図１４において、縦軸は高度Ｈｔの最大差分Ｈｄの累積平均値（ｍ）である。
　仰俯角演算部３１のＡ／Ｄ変換器３５、ＦＦＴ演算部３６、ピーク検出部３７、距離及び速度演算部３８について説明する。Ａ／Ｄ変換器３５は、ミキサ７から出力された複数チャネル分が含まれたビート信号ｓｉｇ１をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器３５にて生成されたデジタルデータは、ＦＦＴ演算部３６により、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）を用いた周波数解析が施される。ピーク検出部３７は、ＦＦＴ演算部３６からのビート信号ｓｉｇ１の周波数解析結果（複数チャネル分のビート周波数スペクトラム）からピーク周波数を検出する。距離及び速度演算部３８ではピーク周波数に基づいてターゲットである物体のレーダ装置１との距離Ｄｔ、レーダ装置１の移動速度、物標ＴＧの対地速度を演算する。このとき、ありえない距離Ｄｔ、物標ＴＧの対地速度の演算値は、物体の情報とは見なされずに除外される。
　実施の形態１のレーダ装置１は、特許文献１のレーダ装置と異なり、物標ＴＧの高さを推定せずに演算した高度Ｈｔの複数周期分すなわちｎ周期分の最大値Ｈｈ及び最小値Ｈｌに基づいて上方物であるかを判定できる。実施の形態１のレーダ装置１は、特許文献１のレーダ装置と異なり、物標ＴＧの高さを推定しないので演算負荷が低減することができる。また、実施の形態１のレーダ装置１は、高度Ｈｔの複数周期分の最大値Ｈｈと最小値Ｈｌとの差分である最大差分Ｈｄに基づいて上方物であるかを判定するので、物標ＴＧの絶対位置すなわち高度Ｈｔから判定しないため、道路状況の起伏等の影響を受けにくい効果がある。
　なお、レーダ装置１の制御装置２０におけるＡ／Ｄ変換器３５、出力回路３４以外の機能ブロックは、図１５に示すプロセッサ９８、メモリ９９により機能が実現されてもよい。この場合、ＦＦＴ演算部３６、ピーク検出部３７、距離及び速度演算部３８、測角演算部３９、追尾演算部４０、物標判定部３３は、プロセッサ９８がメモリ９９に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサ９８および複数のメモリ９９が連携して各機能を実行してもよい。また、送信部１０の送信信号生成部２２もプロセッサ９８、メモリ９９により機能が実現されてもよい。
　以上のように、実施の形態１のレーダ装置１は、送信信号（送信波Ｗ０）を送信アンテナ５から周期的に送信する送信部１０と、物体に反射された送信信号を受信アンテナ６により受信する受信部１１と、送信信号（送信波Ｗ０）を反射した物体である物標ＴＧと路面１００を移動可能な自装置（自車両ＭＣ）との距離Ｄｔ及び、路面１００に平行で受信部１１又は送信部１０を通過する基準面１０１を基準にした物標ＴＧと自装置（自車両ＭＣ）との仰俯角θを演算する仰俯角演算部３１と、路面１００に対する物標ＴＧの位置が自装置（自車両ＭＣ）よりも高い位置にある場合に当該物標ＴＧを上方物であると判定する物標判定部３３と、を備えている。物標判定部３３は、物標ＴＧの仰俯角θ及び距離Ｄｔから高度Ｈｔを周期的に演算する高度演算部５１と、予め定められた周期数ｎ分の高度Ｈｔにおける最大値Ｈｈと最小値Ｈｌとの差分である最大差分Ｈｄを演算する差分演算部５２と、最大差分Ｈｄに基づく判定対象演算値（累積平均値Ｈｄａｖｋ）が予め定められた判定値ＴＨ１以上の場合に、物標ＴＧを上方物であると判定する条件判定部５３と、を備えている。実施の形態１のレーダ装置１は、この構成により、物標ＴＧと自装置（自車両ＭＣ）との距離Ｄｔ及び仰俯角θを演算し、物標ＴＧの仰俯角θ及び距離Ｄｔから演算した予め定められた周期数ｎ分の高度Ｈｔの最大差分Ｈｄに基づいて物標ＴＧが上方物であるかを判定するので、路面１００上の車両（自車両ＭＣ）よりも高い位置にある上方物を精度よく判定することができる。
　なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１…レーダ装置、５…送信アンテナ、６…受信アンテナ、１０…送信部、１１…受信部、３１…仰俯角演算部、３３…物標判定部、３７…ピーク検出部、３８…距離及び速度演算部、４０…追尾演算部、５１…高度演算部、５２…差分演算部、５３…条件判定部、１００…路面、１０１…基準面、Ｄｔ…距離、Ｈｔ…高度、Ｈｈ…最大値、Ｈｌ…最小値、Ｈｄ…最大差分、Ｈｄａｖｋ…累積平均値、Ｈｄａｖｋ－１…累積平均値、ＭＣ…自車両（自装置）、ｎ…周期数、ｓｉｇ２…追尾結果信号、ｓｉｇ３…速度信号、ｓｉｇ４…信号対雑音比信号、ＴＧ、ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３…物標、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３…判定値、ＴＨｒ…リセット条件、Ｗ０…送信波（送信信号）、θ…仰俯角、α…方位角

Claims (12)

  1. 　送信信号を送信アンテナから周期的に送信する送信部と、
    物体に反射された前記送信信号を受信アンテナにより受信する受信部と、
    前記送信信号を反射した前記物体である物標と路面を移動可能な自装置との距離及び、前記路面に平行で前記受信部又は送信部を通過する基準面を基準にした前記物標と前記自装置との仰俯角を演算する仰俯角演算部と、
    前記路面に対する前記物標の位置が前記自装置よりも高い位置にある場合に当該物標を上方物であると判定する物標判定部と、を備えたレーダ装置であって、
    前記物標判定部は、
    前記物標の前記仰俯角及び前記距離から高度を周期的に演算する高度演算部と、
    予め定められた周期数分の前記高度における最大値と最小値との差分である最大差分を演算する差分演算部と、
    前記最大差分に基づく判定対象演算値が予め定められた判定値以上の場合に、前記物標を前記上方物であると判定する条件判定部と、
    を備えたレーダ装置。
  2. 　前記物標判定部は、前記高度の前記最大差分を周期毎に累積平均した累積平均値を前記判定対象演算値とする、
    請求項１記載のレーダ装置。
  3. 　前記物標判定部は、前記累積平均値と前記高度の前記最大差分との差が予め定められた条件を満たす場合に、前記累積平均値を演算する処理をリセットする、
    請求項２記載のレーダ装置。
  4. 　前記物標の位置を追跡する追尾結果を演算する追尾演算部を備え、
    前記高度演算部は、前記追尾結果に基づいて前記物標の前記仰俯角と前記距離が有効であるかを判定し、有効と判定された前記物標の前記仰俯角と前記距離から前記高度を演算する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
  5. 　前記自装置の移動速度又は及び前記物標の移動速度を演算する速度演算部を備え、
    前記高度演算部は、前記自装置の前記移動速度又は及び前記物標の移動速度に基づいて前記物標の前記仰俯角と前記距離が有効であるかを判定し、有効と判定された前記物標の前記仰俯角と前記距離から前記高度を演算する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
  6. 　前記物標に送信した前記送信信号の強度と前記物標にて反射された反射信号とに基づいて信号対雑音比を算出するピーク検出部を備え、
    前記高度演算部は、前記自装置の前記信号対雑音比に基づいて前記物標の前記仰俯角と前記距離が有効であるかを判定し、有効と判定された前記物標の前記仰俯角と前記距離から前記高度を演算する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
  7. 　前記仰俯角演算部は、自装置と前記物標との方位角を算出し、
    前記高度演算部は、前記方位角と前記距離から演算した前記自装置から前記基準面内の前記物標の位置情報に基づいて前記物標の前記仰俯角と前記距離が有効であるかを判定し、有効と判定された前記物標の前記仰俯角と前記距離から前記高度を演算する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
  8. 　前記物標判定部は、
    前記最大差分に基づく判定対象演算値が、前記上方物であると判定する前記判定値よりも小さい予め定められた他の判定値以下の場合に、前記基準面よりも前記路面側の位置にある下方物であると前記物標を判定する、
    請求項１から７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
  9. 　前記物標判定部は、
    前記距離が予め定められた判定値以下になり、かつ
    前記最大差分に基づく判定対象演算値が、前記上方物であると判定する前記判定値よりも小さい予め定められた他の判定値以下の場合に、前記基準面よりも前記路面側の位置にある下方物であると前記物標を判定する、
    請求項１から７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
  10. 　前記物標判定部は、
    前記最大差分に基づく判定対象演算値が、前記上方物であると判定する前記判定値よりも小さく、前記下方物であると判定する前記他の判定値よりも大きい場合に、前記路面に対する前記上方物の位置及び前記下方物の位置と異なる位置にある正面物と前記物標を判定する、請求項８記載のレーダ装置。
  11. 　前記物標判定部は、
    前記距離が予め定められた判定値よりも大きくなり、かつ
    前記最大差分に基づく判定対象演算値が、前記上方物であると判定する前記判定値よりも小さく、前記下方物であると判定する前記他の判定値よりも大きい場合に、前記路面に対する前記上方物の位置及び前記下方物の位置と異なる位置にある正面物と前記物標を判定する、請求項９記載のレーダ装置。
  12. 　前記物標判定部は、前記高度の前記最大差分を周期毎に累積平均した累積平均値を前記判定対象演算値とする、
    請求項８から１１のいずれか１項に記載のレーダ装置。
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