JP6212860B2 - 車載レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ波の送受信により物標を検出可能な車載レーダ装置に関する。

従来、レーダ波を自車両の前方（走行方向）に送信し、そのレーダ波に対する物標からの反射波を受信することで物標を検出する車載レーダ装置が知られている（特許文献１参照）。この車載レーダ装置が自車両の前方に物標を検出した場合、衝突防止処理（例えば、自車両にブレーキをかける処理、操舵により自車両の進行方向を変える処理等）を実行することができる。

特許第３７６１８８８号公報

車載レーダ装置は、自車両の前方に存在する、道路上方の看板、橋脚等、自車両がその下を潜り抜け可能な物標を検出することがある。これらの物標に対しては、衝突防止処理を実行する必要はない。

しかしながら、従来の車載レーダ装置は、上述した、自車両がその下を潜り抜け可能な物標と、自車両に衝突する可能性がある物標と判別することができないため、何らかの物標を検出した場合、一律に物標衝突防止処理を実行してしまう。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、物標の道路面からの高さを判定可能な車載レーダ装置を提供することを目的とする。

本発明の車載レーダ装置は、レーダ波を自車両の前方に送信し、レーダ波に対する物標からの反射波を受信する送受信手段と、反射波の受信強度を検出する受信強度検出手段と、自車両から物標までの距離を検出する距離検出手段と、受信強度検出手段により繰り返し検出した受信強度と、距離検出手段により繰り返し検出した距離とから、距離を変数として受信強度を表す近似式を算出する近似式算出手段とを備えており、自車両から物標までの距離と反射波の受信強度との相関関係を表す近似式を算出することができる。

道路の上方に存在する物標の場合、自車両から物標までの距離が小さくなるほど、反射波の受信強度が減少し、近似式における係数の値は、その場合に特有の値となる。よって、本発明の車載レーダ装置は、近似式における係数の値に基づき、物標の道路面からの高さを判定することができる。

車載レーダ装置１の構成を表すブロック図である。 車載レーダ装置１が実行する道路上方物判定処理を表すフローチャートである。 Ａは物標が道路上方物ではない場合における距離ｘと受信強度ｙとの関係を表す説明図であり、Ｂは物標が道路上方物である場合における距離ｘと受信強度ｙとの関係を表す説明図である。 Ａは自車両１０３と道路上方物ではない物標１０１とを表す説明図であり、Ｂは自車両１０３と道路上方物である物標１０１とを表す説明図である。 車載レーダ装置１が実行する道路上方物判定処理を表すフローチャートである。 道路上方物ではない物標に関する距離ｘと受信強度ｙとの相関関係の一例を表す説明図である。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．車載レーダ装置１の構成
車載レーダ装置１の構成を図１に基づき説明する。車載レーダ装置１は、送信アンテナＡＳを介してミリ波帯のレーダ波を自車両（車載レーダ装置１を搭載した車両）の前方に送信する送信器４と、送信器４から送出され先行車両や路側物等といった物標に反射したレーダ波（以下、反射波という）を、一列に等間隔で配置されたＮ個の受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＮにて受信し、後述するＮ個のビート信号Ｂ１〜ＢＮを生成するＮチャネルの受信器６と、受信器６が生成するビート信号Ｂ１〜ＢＮを、それぞれサンプリングしてデジタルデータＤ１〜ＤＮに変換するＮ個のＡＤ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ/ＤＮからなるＡ／Ｄ変換部８と、ＡＤ変換器Ａ／Ｄ１〜ＡＤ／Ｎを介して取り込んだデジタルデータＤ１〜ＤＮに基づいて各種信号処理を行う信号処理部１０とを備えている。

このうち送信器４は、時間に対して周波数が直線的に漸増、漸減を繰り返すよう変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する高周波発振器１２と、高周波発振器１２の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１４とを備えており、送信信号Ｓｓを送信アンテナＡＳへ供給し、ローカル信号Ｌを受信器６へ供給するように構成されている。

一方、受信器６は、各受信アンテナＡＲｉ（ｉ＝１〜Ｎ）毎に、その受信信号Ｓriにローカル信号Ｌを混合し、これら信号の差の周波数成分であるビート信号Ｂｉを生成する高周波用ミキサＭＸｉと、ビート信号Ｂｉを増幅する増幅器ＡＭＰｉと備えている。なお、増幅器ＡＭＰｉは、ビート信号Ｂｉから不要な高周波成分を取り除くフィルタ機能も有している。

以下では、各受信アンテナＡＲｉに対応して受信信号ＳriからデジタルデータＤｉを生成するための構成ＭＸｉ、ＡＭＰｉ、ＡＤｉを、一括して受信チャネルｃｈｉと呼ぶ。
なお、本実施形態では、アンテナの半値角は２０°（自車両の正面方向を０°として−１０〜＋１０°）に設定されている。また、受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＮは水平に配置され、それらの配置間隔は７．２ｍｍに設定されると共に、高周波発振器１２は、波長が３．９ｍｍ（約７７ＧＨｚ）の電波を生成するように設定されている。

このように構成された車載レーダ装置１では、周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ）からなるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信され、その反射波が各受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＮにて受信される。

すると、各受信チャネルｃｈｉでは、受信アンテナＡＲｉからの受信信号Ｓriを、ミキサＭＸｉにて送信器４からのローカル信号Ｌと混合することにより、これら受信信号Ｓriとローカル信号Ｌとの差の周波数成分であるビート信号Ｂｉを生成する。このビート信号Ｂｉを増幅器ＡＭＰｉにて増幅すると共に不要な高周波成分を除去した後、ＡＤ変換器ＡＤｉにて繰り返しサンプリングしてデジタルデータＤｉに変換する。

次に、信号処理部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、Ａ／Ｄ変換部８からデータを入力する入力ポートや高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を備えている。

そして、信号処理部１０では、送信信号Ｓｓの周波数が増加する上り変調、及び周波数が減少する下り変調からなる測定期間が終了する毎に、その測定期間の間にＡ／Ｄ変換部８にてサンプリングされたデジタルデータＤｉに基づいて物標を検出し、その検出した物標との距離や相対速度、方位を算出する物標検出処理を実行する。

上記の物標検出処理では、デジタルデータＤｉをチャンネル毎にＦＦＴ処理する等して物標からの反射波に基づく周波数成分を特定することで物標の検出を行い、その検出した物標のそれぞれについて、ＦＭＣＷレーダにおける周知の方法を用いて、自車両から物標までの距離ｘや、自車両に対する物標の相対速度を算出する。

これと共に、検出した物標のそれぞれについて、同一物標に基づく周波数成分の各チャンネル間における位相差Δθの情報に基づいて物標の方位を算出する。なお、具体的な方位の算出方法は、位相差Δθの情報を用いるものであればよく、例えば、ＤＢＦやＥＳＰＲＩＴなどの信号処理を用いることができる。

また、信号処理部１０は、反射波の受信強度ｙを検出する。この受信強度ｙとは、上述した電力の強度を意味する。
なお、送信器４、受信器６、及びＡ／Ｄ変換部８は送受信手段の一実施形態である。また、信号処理部１０は、受信強度検出手段、距離検出手段、近似式算出手段、及び判定手段の一実施形態である。

２．車載レーダ装置１が実行する処理
自車両の走行中に、車載レーダ装置１が所定時間ごとに繰り返し実行する処理を図２〜図４に基づき説明する。図２のステップ１において、自車両の前方に存在する物標までの距離ｘと、その物標からの反射波の受信強度ｙとを算出し、記憶する。

ステップ２では、同じ物標について、過去における複数回の前記ステップ１の処理により繰り返し記憶されていた、物標までの距離ｘ、及びその物標からの反射波の受信強度ｙの組を複数組読み出し、距離ｘを変数として反射波の受信強度ｙを表す１次近似式を算出する。この１次近似式は、以下の式１で表されるものである。
（式１） ｙ＝ａｘ+ｋ
ここで、ａは傾きを表す定数である。また、ｋはｙ切片を表す定数である。

なお、本ステップ２では、後述するマルチパスの影響による受信強度の周期的な変化周期よりも長い範囲（距離又は時間）において取得した受信強度ｙ及び距離ｘを用いて１次近似式を算出する。

ステップ３では、前記ステップ２で算出した１次近似式における傾きａが正の値（０より大きい値）であるか否かを判断する。正の値である場合はステップ４に進み、０又は負の値である場合は本処理を終了する。

なお、１次近似式において傾きａが負の値である場合の例を図３Ａに示し、傾きａの値が正の値である場合の例を図３Ｂに示す。図３Ａ及び図３Ｂには、受信強度ｙの算出値そのものの推移Ｐ₁と、１次近似式Ｐ₂とを示す。

推移Ｐ₁における受信強度ｙの周期的な変動は、マルチパスの影響により生じるものである。１次近似式は、上述したとおり、マルチパスの影響による受信強度の周期的な変化周期よりも充分長い範囲において取得した受信強度ｙ及び距離ｘを用いて算出されるので、マルチパスの影響を受け難い。

図３Ａに示す１次近似式は、物標が自車両の前方に存在し、道路面から物標の下端までの高さが小さい（物標の下端が自車両の上端より下方にあり、自車両が物標の下を潜り抜けできない）場合に特有の１次近似式である。

これは、図４Ａに示すように、物標１０１が自車両１０３の前方に存在し、道路面１０５から物標１０１の下端１０１ａまでの高さが小さい場合、自車両１０３と物標１０１との距離ｘが小さくなるほど、車載レーダ装置１が前方に送信したレーダ波１０７が物標１０１にて反射した反射波１０９の受信強度ｙは大きくなるためである。

また、図３Ｂに示す１次近似式は、道路面から、自車両の前方に存在する物標の下端までの高さが大きい（物標の下端が自車両の上端より上方にあり、自車両が物標の下を潜り抜けできる）場合に特有の１次近似式である。

これは、図４Ｂに示すように、道路面１０５から物標１０１の下端１０１ａまでの高さが大きい場合、自車両１０３と物標１０１との距離ｘが小さくなるほど、車載レーダ装置１が前方に送信したレーダ波１０７が物標１０１にて反射した反射波１０９の受信強度ｙは小さくなるためである。

すなわち、本ステップ３では、道路面から物標の下端までの高さが大きい（傾きａが正の値である）か、道路面から物標の下端までの高さが小さい（傾きａが負の値である）か否かを判断する。

ステップ４では、前記ステップ３で算出した１次近似式に対応する物標までの距離ｘ（最も直近に測定した値）が所定の閾値以内であるか否かを判定する。閾値以内である場合はステップ５に進み、閾値を越える場合は本処理を終了する。

ステップ５では、前記ステップ３で算出した１次近似式に対応する物標は、道路面から物標の下端までの高さが大きく、自車両が物標の下を潜り抜けできるもの（以下では道路上方物とする）であると判定する。

３．車載レーダ装置１が奏する効果
（１）車載レーダ装置１は、検出した物標が道路上方物であるか否かを判定することができる。そのため、例えば、車載レーダ装置１を用いて、検出した物標が道路上方物であるか否かを判定し、道路上方物である場合は、衝突防止処理を実行しないようにすれば、道路上方物に対する不必要な衝突防止処理を抑制することができる。

（２）車載レーダ装置１は、距離ｘを変数として反射波の受信強度ｙを表す近似式として、１次近似式を算出する。そのため、信号処理部１０の処理負担を軽減することができる。

４．変形例
（１）前記ステップ２において算出する近似式は、距離ｘを変数として反射波の受信強度ｙを表す２次近似式であってもよい。この２次近似式は、以下の式２で表されるものである。

（式２） ｙ＝α（ｘ−β）＾２+γ
ここで、α、β、γはそれぞれ定数である。
この場合、前記ステップ３では、α、β、γにより、２次近似式の対象である物標が道路上方物であるか否かを判断する。具体的には、車載レーダ装置１は、道路面から物標の下端までの高さが大きい場合のα、β、γと、小さい場合のα、β、γとを予め信号処理部１０のＲＯＭに記憶しておき、ステップ２で算出した２次近似式のα、β、γを、ＲＯＭに記憶しておいたα、β、γと対比して、道路面から物標の下端までの高さが大きいか否か（すなわち、物標が道路上方物であるか否か）を判断する。

この場合も、１次近似式を用いる場合と略同様の効果を奏することができる。
（２）前記ステップ２において算出する近似式は、距離ｘを変数として反射波の受信強度ｙを表す３次以上の近似式であってもよい。この場合も、前記ステップ３において、３次以上の近似式における係数により、道路面から物標の下端までの高さが大きいか否か（すなわち、物標が道路上方物であるか否か）を判断することができる。
＜第２の実施形態＞
１．車載レーダ装置１の構成
本実施形態の車載レーダ装置１は、前記第１の実施形態の場合と同様の構成を有する。

２．車載レーダ装置１が実行する処理
自車両の走行中に、車載レーダ装置１が所定時間ごとに繰り返し実行する処理を図５〜図６に基づき説明する。図５のステップ１１において、自車両の前方に存在する物標までの距離ｘと、その物標からの反射波の受信強度ｙとを算出し、記憶する。

ステップ１２では、同じ物標について、過去における複数回の前記ステップ１１の処理により繰り返し記憶されていた、物標までの距離ｘ、及び反射波の受信強度ｙの組を複数組読み出し、距離ｘを変数として反射波の受信強度ｙを表す１次近似式を算出する。この１次近似式は、前記式１で表されるものである。

なお、本ステップ１２では、マルチパスの影響による受信強度の周期的な変化周期よりも長い範囲において取得した受信強度ｙ及び距離ｘを用いて１次近似式を算出する。
ステップ１３では、前記ステップ１２で算出した１次近似式における傾きａが設定閾値Ｓ₁より大きいか否かを判断する。設定閾値Ｓ₁は正の値である。傾きａが設定閾値Ｓ１より大きい場合はステップ１４に進み、傾きａが設定閾値Ｓ₁以下である場合は本処理を終了する。

上述したように、傾きａが正の値である場合は、道路面から物標の下端までの高さが大きい場合であるから、傾きａが正の値である設定閾値Ｓ₁よりさらに大きい場合は、当然に、道路面から物標の下端までの高さが大きい場合に該当する。

よって、本ステップ１３では、傾きａが設定閾値Ｓ₁より大きいか否かにより、道路面から物標の下端までの高さが大きいことを判定できる。
ステップ１４では、前記ステップ２で算出した１次近似式において、距離ｘを所定の基準距離としたときの受信強度ｙ（以下、近似式切片とする）を算出し、その近似式切片が所定の設定閾値Ｓ₂より大きいか否かを判断する。近似式切片が設定閾値Ｓ₂より大きい場合はステップ１５に進み、設定閾値Ｓ₂以下である場合は本処理を終了する。尚、設定閾値Ｓ₂は可変閾値であり、設定閾値Ｓ₁によって決まる。

ステップ１５では、前記ステップ１３で算出した１次近似式に対応する物標まで距離（最も直近に測定した値）が所定の閾値以内であるか否かを判定する。閾値以内である場合はステップ１６に進み、閾値を越える場合は本処理を終了する。

ステップ１６では、前記ステップ１３で算出した１次近似式に対応する物標は道路上方物であると判定する。
３．車載レーダ装置１が奏する効果
（１）車載レーダ装置１は、前記第１の実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。

（２）本実施形態では、前記ステップ１３において肯定判断する条件を、前記第１の実施形態のステップ３における条件（正の値であること）よりも厳格化している。そのため、例えば図６に示すように、実際には道路上方物ではない物標について算出した１次近似式の傾きａがわずかに０より大きい場合でも、その物標を道路上方物であると誤判定してしまうことがない。

（３）本実施形態では、物標が道路上方物であると判断するための条件の一つとして、前記ステップ１４における肯定判断を含んでいる。そのため、例えば図６に示すように、全体的に受信強度ｙが低いため、１次近似式が不正確になり、実際には道路上方物ではない物標について算出した１次近似式において、傾きａが設定閾値Ｓ₁より大きくなっても（前記ステップ１３で肯定判断されても）、前記ステップ１４で否定判断されるため、その物標を道路上方物であると誤判定してしまうことがない。

４．変形例
（１）前記ステップ１２において算出する近似式は、距離ｘを変数として反射波の受信強度ｙを表す２次近似式であってもよい。この２次近似式は、前記式２で表されるものである。

この場合、前記ステップ１３では、α、β、γにより、２次近似式に対応する物標が道路上方物であるか否かを判断する。この場合も、１次近似式を用いる場合と略同様の効果を奏することができる。

（２）前記ステップ１２において算出する近似式は、距離ｘを変数として反射波の受信強度ｙを表す３次以上の近似式であってもよい。この場合も、前記ステップ１３において、３次以上の近似式における係数により、３次以上の近似式に対応する物標が道路上方物であるか否かを判断することができる。

尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

１…車載レーダ装置、４…送信器、６…受信器、
８…Ａ／Ｄ変換部、１０…信号処理部、１２…高周波発振器、
１４…分配器、１０１…物標、１０１ａ…下端、１０３…自車両、
１０５…道路面、１０７…レーダ波、１０９…反射波、
Ａ／Ｄ１〜Ａ／ＤＮ…変換器、ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮ…増幅器、
ＡＲ１〜ＡＲＮ…受信アンテナ、ＡＳ…送信アンテナ、
ＭＸ１〜ＭＸＮ…高周波用ミキサ

Claims (5)

1. レーダ波を自車両の前方に送信し、前記レーダ波に対する物標からの反射波を受信する送受信手段（４、６、８）と、
   前記反射波の受信強度を検出する受信強度検出手段（１０）と、
   自車両から前記物標までの距離を検出する距離検出手段（１０）と、
   前記受信強度検出手段により繰り返し検出した前記受信強度と、前記距離検出手段により繰り返し検出した前記距離とから、前記距離を変数として前記受信強度を表す近似式を算出する近似式算出手段（１０）と、
   前記近似式における係数の値に基づき、前記物標の道路面からの高さを判定する判定手段（１０）と、
   を備え、
   前記判定手段は、前記距離が所定の基準距離であるときの前記近似式における前記受信強度が所定の基準受信強度を超えることを条件として、前記判定を行うことを特徴とする車載レーダ装置（１）。
2. 前記近似式算出手段は、マルチパスの影響による前記受信強度の変化周期よりも長い範囲において取得した前記受信強度及び前記距離を用いて前記近似式を算出することを特徴とする請求項１に記載の車載レーダ装置。
3. 前記近似式が１次近似式であり、
   前記判定手段は、前記１次近似式における比例定数の値が所定の閾値より大きい場合、前記物標が自車両より上方にあると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の車載レーダ装置。
4. 前記近似式は二次近似式であり、
   前記判定手段は、前記二次近似式における１以上の係数の値に基づき、前記判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の車載レーダ装置。
5. 前記閾値に応じて前記基準受信強度を決める基準受信強度決定手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の車載レーダ装置。

Images