CN106019270A - 车辆移动估计装置和车辆移动估计方法 - Google Patents

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Abstract

车辆移动估计装置包括：配置在车辆中，发送雷达波和接收反射波的雷达单元；基于接收到的反射波，估计雷达单元的雷达移动速度和雷达移动方向的雷达移动估计单元；估计车辆的旋转角速度的角速度估计单元；以及基于估计出的雷达移动速度和雷达移动方向、估计出的旋转角速度、以及雷达单元和规定部分之间的位置关系，估计车辆的规定部分的移动速度及移动方向的车辆移动估计单元。

Description

车辆移动估计装置和车辆移动估计方法
技术领域
本发明涉及估计车辆的移动速度及移动方向的车辆移动估计装置和车辆移动估计方法。
背景技术
从提高行驶安全性等的观点来说，要求高精度地估计车辆的移动速度及移动方向。
为此，提出了估计车辆的移动速度及移动方向的技术(例如参照专利文献1)。专利文献1中记载的技术(以下称为“现有技术”)，通过获取车辆的车轮旋转数据，估计车辆的移动速度，并将用车辆上装载的陀螺仪依次测量出的偏航率(旋转角速度)的结果进行积分，估计车辆的移动方向。
先行技术文献
专利文献
专利文献1日本特表2004-508627号公报
然而，在现有技术中，在车辆打滑的情况下，难以从车轮的旋转速度估计车辆的移动速度。此外，陀螺仪因温度等的影响而产生漂移误差，所以随着时间推移，测量出的角速度的精度劣化。而且，在路面有倾斜、凹凸不平的情况下，精度也劣化。即，在现有技术中，难以稳健地估计车辆的移动速度及移动方向。
发明内容
本发明的非限定性的实施例，提供能够更稳健并且高精度地估计车辆的移动速度及移动方向的车辆移动估计装置和车辆移动估计方法。
本发明的一方案是车辆移动估计装置，包括：雷达单元，配置在车辆中，发送雷达波和接收反射波；雷达移动估计单元，基于所述反射波，估计所述雷达单元的雷达移动速度和雷达移动方向；角速度估计单元，估计所述车辆的旋转角速度；以及车辆移动估计单元，基于所述雷达移动速度、所述雷达移动方向、所述旋转角速度、以及所述雷达单元和所述规定部分之间的位置关系，估计所述车辆的规定部分的移动速度及移动方向。
本发明的一方案是车辆移动估计方法，包括以下步骤：在配置于车辆上的雷达单元中，发送雷达波和接收反射波的步骤；基于所述反射波，估计所述雷达单元的雷达移动速度和雷达移动方向的步骤；估计所述车辆的旋转角速度的步骤；以及基于所述雷达移动速度、所述雷达移动方向、所述旋转角速度、以及所述雷达单元和所述规定部分之间的位置关系，估计所述车辆的规定部分的移动速度及移动方向的步骤。
再有，这些概括性的或具体的方式，可以由***、方法、集成电路、计算机程序、或记录介质来实现，也可以通过***、装置、方法、集成电路、计算机程序和记录介质的任意的组合来实现。
根据本发明，能够更稳健并且高精度地估计车辆的移动速度及移动方向。
从说明书和附图中将清楚本发明的一方案中的更多的优点和效果。这些优点和/或效果可以由几个实施方式和说明书及附图所记载的特征来分别提供，不需要为了获得一个或一个以上的特征而提供全部。
附图说明
图1表示本发明的实施方式1的车辆移动估计装置的结构的一例子。
图2表示本实施方式1中的雷达单元和雷达移动估计单元的结构的一例子。
图3表示本实施方式1中的雷达状态估计单元的结构的一例子。
图4表示本实施方式1中的雷达视野角方位和多普勒速度的一例子。
图5A表示本实施方式1中的雷达视野角方位和多普勒速度之间的关系。
图5B表示本实施方式1中的雷达视野角方位、车辆的行进方向和静止物(100a、200a)的位置之间的关系。
图6A表示本实施方式1中的雷达视野角方位和多普勒速度之间的关系。
图6B表示本实施方式1中的雷达视野角方位、车辆的行进方向和静止物(100b、200b)的位置之间的关系。
图7A表示本实施方式1中的雷达视野角方位和多普勒速度之间的关系。
图7B表示本实施方式1中的雷达视野角方位、车辆的行进方向和转弯中心之间的关系。
图8表示本实施方式1的车辆移动估计装置的动作的一例子。
图9表示本实施方式1中的雷达设备的设置状态的一例子。
图10表示本实施方式1中的多个样本的雷达移动方向候选和雷达移动速度候选之间的关系的一例子。
图11表示本实施方式1中的投票处理的一例子。
图12表示本实施方式1中的投票箱的概念的一例子。
图13表示对与本实施方式1中的各样本重叠的状态候选的评价值积分反射强度的投票处理的一例子。
图14A表示本实施方式1中的不打滑时的车辆的移动的情况的一例子。
图14B表示本实施方式1中的打滑时的车辆的移动的情况的一例子。
图15说明本实施方式1中的车辆的移动状态的估计方法。
图16表示本发明的实施方式2中的两个雷达设备的配置的一例子。
图17表示本实施方式2的车辆移动估计装置的结构的一例子。
图18说明本实施方式2中的各种参数。
图19表示本实施方式2中的第1雷达设备和第2雷达设备之间的旋转运动的一例子。
图20表示本实施方式2中的车辆进行旋转的情况的一例子。
图21表示本实施方式2中的车辆进行旋转的情况的一例子。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的各实施方式。
(实施方式1)
本发明的实施方式1估计在车辆上设置的雷达设备的移动速度及移动方向。而且，本实施方式中，用这样的估计结果、雷达设备的车辆中的设置位置(车辆原点为后轮中央)、以及雷达设备的车辆中的设置方位，估计车辆的规定部分(以下称为“车辆基准点”)的移动速度及移动方向。
更具体地说，本实施方式中，还估计车辆的旋转角速度，并基于估计出的雷达设备的移动速度及移动方向、估计出的旋转角速度、雷达设备和车辆基准点之间的位置关系，估计车辆基准点的移动速度及移动方向。
再有，这里所谓的车辆，如上所述，是除了沿行进方向直行或拐弯(转弯)以外，还有可能在路面上打滑的移动体。此外，车辆基准点，例如是车辆的左后轮和右后轮之间的中点。此外，以下，将穿过车辆基准点、与路面平行的面称为路面平行面。
<车辆移动估计装置的结构>
下面说明本实施方式的车辆移动估计装置的结构。首先，说明装置的概略结构，接着说明装置各部的详细的结构。
图1是表示本实施方式的车辆移动估计装置的结构的一例子的框图。
在图1中，车辆移动估计装置400具有雷达单元410、雷达移动估计单元420、信息存储单元430、角速度估计单元440、以及车辆移动估计单元450。
雷达单元410配置在车辆中，发送雷达波(雷达发送信号)和接收反射波(反射波信号)，对接收到的信号(以下称为“接收信号”)进行信号处理。这样的信号处理包括计算反射波的方位(到来方向)、距反射波表示的物体的距离、该物体的多普勒速度、以及反射强度等的反射波信息的处理。而且，雷达单元410将表示信号处理的结果的反射波信息输出到雷达移动估计单元420。
再有，雷达单元410具有发送雷达波、接收对该雷达波的反射波的雷达设备(未图示)。雷达单元410可以具有一个雷达设备，也可以具有在车辆的不同位置上设置的两个雷达设备(未图示)。在具有两个雷达设备的情况下，雷达单元410对每个雷达设备输出反射波信息。此外，这样的两个雷达设备至少被设置在路面平行面中不同的位置上。
雷达移动估计单元420基于输出的反射波信息，估计雷达单元410(或雷达设备)的路面平行面中的移动速度、以及相对各雷达设备的设置方向(以下称为“雷达正面方向”)的移动方向，将表示估计出的雷达单元410的移动速度及移动方向的雷达移动信息输出到车辆移动估计单元450。
再有，在雷达单元410具有两个雷达设备的情况下，雷达移动估计单元420也可以估计各雷达设备的移动速度和相对雷达正面方向的移动方向(以下称为“雷达移动方向”)，同时还将表示两个雷达设备的移动速度的雷达移动信息输出到角速度估计单元440。
图2是表示雷达单元410和雷达移动估计单元420的结构的一例子的框图。
在图2中，雷达单元410具有雷达设备411。再有，这里，表示雷达单元410具有一个雷达设备411的情况。
雷达设备411具有基准信号生成单元11、雷达发送单元12、发送天线15、接收天线16、以及雷达接收单元17。此外，雷达移动估计单元420具有雷达状态估计单元20。
再有，基准信号生成单元11、雷达发送单元12、发送天线15、接收天线16、以及雷达接收单元17，例如构成一个雷达设备411。雷达设备411的发送天线15和接收天线16，至少在使用时被固定在车辆511上。
如上所述，雷达单元410可以具有一个雷达设备411，也可以具有两个雷达设备411。或者，也可以各自包括由发送天线15和接收天线16的对构成的多个对，多个对用切换开关共享一组的基准信号生成单元11、雷达发送单元12、雷达接收单元17，构成雷达设备411。但是，多个对被固定在车辆的不同位置上。这里，雷达单元410具有一个雷达移动估计单元420，并图示了发送天线15和接收天线16的对为一个的雷达设备411和雷达状态估计单元20。
基准信号生成单元11连接到雷达发送单元12以及雷达接收单元17。基准信号生成单元11将作为基准信号的参考信号供给到雷达发送单元12以及雷达接收单元17，使雷达发送单元12以及雷达接收单元17的处理同步。
雷达发送单元12生成高频的雷达发送信号(雷达波)，输出到发送天线15。雷达发送单元12具有发送信号生成单元13和无线发送单元14。
发送信号生成单元13基于基准信号生成单元11生成的参考信号，生成将参考信号增倍到规定倍的发送基准时钟信号。发送信号生成单元13基于发送基准时钟信号进行动作。
发送信号生成单元13中生成的基带的发送信号，例如是编码脉冲信号，或是线性调频脉冲信号，是根据规定的发送周期反复发送的信号。
无线发送单元14通过将发送信号生成单元13生成的发送信号进行上变频，生成载波频带(例如毫米波频带)的雷达发送信号。
发送天线15将无线发送单元14生成的雷达发送信号发射到空间。
接收天线16例如为阵列结构，由多个天线构成。接收天线16将雷达发送单元12发送的雷达发送信号之中的、由物体(未图示)反射的雷达发送信号作为反射波信号(反射波)接收。接收天线16接收到的高频的雷达接收信号(反射波信号)被输入到雷达接收单元17。接收天线16例如设置在车辆的侧面，将车辆的侧面方向作为雷达的视野角。再有，车辆的侧面包括车辆的保险杠和反射镜。
雷达接收单元17对接收天线16接收到的反射波信号进行信号处理。这样的信号处理包括计算反射波的方位(到来方向)、距反射波所示的物体的距离、该物体的多普勒速度、以及反射强度等的反射波信息的处理。雷达接收单元17具有无线接收单元18和信号处理单元19。
无线接收单元18用在车辆的侧面设置的接收天线16，接收雷达发送信号被物体反射的反射波信号。无线接收单元18将接收天线16接收到的雷达接收信号(反射波信号)进行下变频，生成基带的接收信号。
信号处理单元19对雷达发送信号的每个发送周期，运算从无线接收单元18输入的接收信号和雷达发送单元12发送的雷达发送信号之间的相关，测量反射波信号的接收延迟时间，即，从雷达发送信号的发送开始时起的延迟时间。
此外，对于每个接收延迟时间的相关运算结果，信号处理单元19进行相干加法运算(多普勒频率分析)。由此，信号处理单元19对每个接收延迟时间得到多个多普勒频率分量的相干加法运算结果。
再有，在反射了雷达发送信号的物体和雷达设备411之间存在距离方向的相对运动的情况下，多普勒频率分量是通过多普勒效应在反射波信号中产生的频率变动信息。即，多普勒频率分量是以反射的物体作为基准的、表示对雷达设备411的距离方向的相对速度的频率分量。
此外，信号处理单元19用多个多普勒频率分量的相干加法运算结果，求反射波信号中的每个距离、每个方位角和每个多普勒频率分量的功率分布(反射强度)。再有，在多普勒频率分量的相干加法运算结果为超过噪声电平的阈值以上的情况下，信号处理单元19也可以求功率分布。
此外，信号处理单元19用功率分布估计反射波信号的到来方向，求物体对雷达设备411的相对速度(多普勒速度)。
例如，信号处理单元19将多普勒频率分量变换为多普勒速度分量。信号处理单元19用反射波信号，测量在雷达单元410的视野角内存在的多个物体的方位(雷达视野角中的方位)、距离、与车辆之间的多普勒速度、以及反射强度(功率)。然后，信号处理单元19将表示测量出的方位、距离、多普勒速度、以及反射强度的反射波信息输出到雷达移动估计单元420的雷达状态估计单元20。
雷达状态估计单元20基于输出的反射波信息，估计包含接收天线16的雷达设备411的移动速度(以下称为“雷达移动速度”)及移动方向(以下称为“雷达移动方向”)。
图3是表示雷达状态估计单元20的结构的一例子的框图。
在图3中，雷达状态估计单元20具有雷达速度候选计算单元201、投票单元202、以及确定单元203。
雷达速度候选计算单元201用各反射波的雷达视野角方位θ和多普勒速度V，对雷达设备411的每个雷达移动方向候选θs，计算雷达移动速度候选Vs。然后，雷达速度候选计算单元201将每个算出的雷达移动方向候选θs的雷达移动速度候选Vs输出到投票单元202。
这里，雷达视野角方位θ是雷达视野角中的反射波的到来方向(方位)。雷达移动方向候选θs是作为雷达设备411的移动方向可获得的多个移动方向的候选。雷达移动速度候选Vs是雷达移动速度的候选。
再有，雷达移动方向候选θs和雷达移动速度候选Vs具有规定的关系。有关雷达移动方向候选θs和雷达移动速度候选Vs之间的关系，将后述。
对于将雷达移动方向轴和雷达移动速度轴进行了量化的二维的投票箱，投票单元202将与雷达移动方向候选θs对应的雷达移动速度候选Vs作为1票，对投票箱投票。然后，投票单元202将投票的结果输出到确定单元203。
确定单元203基于输出的投票的结果，确定雷达设备411的雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd(雷达设备411的当前的移动状态)。然后，将表示确定出的雷达设备411的雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd的雷达移动信息输出到车辆移动估计单元450(以及角速度估计单元440)。
图1的信息存储单元430预先存储表示包含了发送天线15和接收天线16的雷达单元410与上述车辆基准点之间的相对位置的配置信息。更具体地说，配置信息包含了表示以车辆基准点作为基准的雷达设备411的设置位置的设置位置信息、以及表示以车辆前方作为基准的雷达设备411的设置方向的设置朝向信息。
再有，上述配置信息也可以包含定义路面平行面中的车辆基准点的位置的信息。此外，在雷达单元410具有两个雷达设备的情况下，上述配置信息也可以是表示该两个雷达各自的与车辆基准点之间的相对位置的信息。
角速度估计单元440基于输出的雷达移动信息，估计上述车辆的路面平行面中的旋转角速度(即，偏航方向的角速度)，将表示估计结果的旋转角速度信息输出到车辆移动估计单元450。
再有，在从雷达移动估计单元420输出一个雷达设备的雷达移动信息的情况下，角速度估计单元440也可以具有陀螺仪等的角速度传感器。
此外，在从雷达移动估计单元420输出有关两个雷达设备的雷达移动速度的情况下，角速度估计单元440基于这样的两个雷达移动速度、两个雷达移动方向、以及两个雷达设备之间的距离(以下称为“雷达间的距离”)，也可以估计车辆的旋转角速度。例如，角速度估计单元440基于信息存储单元430中存储的配置信息获取这样的雷达间的距离。
车辆移动估计单元450基于输出的雷达移动信息和旋转角速度信息、雷达单元410和上述车辆基准点之间的位置关系，估计上述车辆的车辆基准点的移动速度(以下称为“车辆移动速度”)及移动方向(以下称为“车辆移动方向”)。然后，车辆移动估计单元450将表示估计结果的车辆移动信息输出到车辆的驾驶控制***等。例如，车辆移动估计单元450基于信息存储单元430中存储的配置信息获取雷达单元410和上述车辆基准点之间的位置关系。
再有，车辆基准点也可以是任意的位置。即，车辆移动估计单元450也可以从用户接受输入车辆基准点的位置(坐标值)。
再有，虽未图示，车辆移动估计装置400例如具有CPU(Central Processing Unit；中央处理器)、存储了控制程序的ROM(Read Only Memory；只读存储器)的存储介质、以及RAM(Random Access Memory；随机存取存储器)的工作存储器。这种情况下，上述各单元的功能，例如，通过CPU执行控制程序来实现。
但是，车辆移动估计装置400的硬件结构不限定于这样的例子。例如，车辆移动估计装置400的各功能单元也可以作为集成电路即IC(Integrated Circuit)来实现。各功能单元既可以被单独地集成为单芯片，也可以包含一部分或全部地被集成为单芯片。
具有这样的结构的车辆移动估计装置400能够估计车辆上配置的雷达设备411的雷达移动速度和雷达移动方向、车辆的旋转角速度。而且，车辆移动估计装置400能够基于雷达设备411和车辆基准点之间的位置关系、估计出的雷达设备411的雷达移动速度和雷达移动方向及车辆的旋转角速度，估计车辆移动速度和车辆移动方向。
<存在多个静止物的情况下的多普勒速度>
这里，说明在雷达设备411的视野角中存在多个静止物的情况下的、雷达视野角方位θ和多普勒速度V之间的关系。
在车辆的周围，道路的墙面和护栏等的静止的物体、或静止的人等能够看成静止的物体(以下称为“静止物”)大量存在。这里，说明在周围存在大量的静止物的情况下的、雷达视野角方位和多普勒速度之间的关系。
图4是表示从功率分布求得的、雷达视野角方位θ和多普勒速度V的一例子(以下，称为方位-多普勒图)的图。在图中，横轴表示雷达视野角方位θ，纵轴表示多普勒速度V。此外，图4所示的白图表示具有阈值以上的强度的反射波信号，包含静止物和移动物。此外，图4所示的白圈的大小(面积)表示来自物体的反射的强度。此外，这里，图示了从多个静止物的各个静止物的、反射波到来的情况。
此外，图5～图7是用于说明对图4所示的每个方位的多普勒速度V，每个静止物的、雷达视野角方位θ和通过来自静止物的反射波得到的相对速度(多普勒速度)之间的关系的图。
图5A和图6A是表示在车辆511为直行状态、将雷达设备411设置在车辆511的左侧侧面的情况下所估计的多普勒速度和雷达视野角方位θ(方位角)之间的关系的图。图5B和图6B是表示直行状态的车辆511中设置的雷达设备411的雷达视野角方位θ、车辆511的行进方向和来自静止物100a、200a的反射波信号的位置之间的关系的图。
再有，车辆511的行进方向是对应于车轮的驱动的移动方向，在车辆为不打滑的状态中，与车辆移动方向相同。
在图5B和图6B中，表示设置了雷达视野角方位θ＝0°的方向为车辆左侧的正侧面方向(与车辆511的前方方向正交的方向)的雷达设备411的例子(即，图9所示的β＝-90°)。此外，雷达视野角方位θ的范围是-45°～+45°。
雷达视野角方位θ＝0°的方向是车辆左侧的正侧面方向(β＝-90°)，在车辆正面存在静止物的情况下，来自静止物的多普勒速度为最大。为此，在图5B和图6B中，θ＝+45°(对雷达设备411来说最靠近车辆前方方向的方向)中的多普勒速度V为最大值。
此外，图5B所示的静止物100a位于从雷达设备411离开的方向，所以在图5A中静止物100a存在的方向中的多普勒速度为负的值。另一方面，图5B所示的静止物200a位于靠近雷达设备411的方向，所以在图5A中静止物200a存在的方向中的多普勒速度为正的值。
此外，在图6B中静止物100b、200b位于靠近雷达设备411的方向上，所以在图6A中静止物100b、200b存在的方向(雷达视野角方位)中的多普勒速度为正的值。但是，在图6A中，方位角(雷达视野角方位θ的绝对值)越增加，多普勒速度越更大地受到车辆511的速度分量的影响。在图6B中，相对于静止物100b位于的雷达视野角方位θ1，静止物200b位于的雷达视野角方位θ2较大(|θ1|＜|θ2|)。为此，对静止物200b的多普勒速度(绝对值)大于对静止物100b的多普勒速度(绝对值)。
图7A及图7B表示车辆511左转弯时的状态和数据。在图7A及图7B中，将雷达设备411设置在车辆511的左前轮的正上方，雷达设备411的雷达移动方向为前轮方向，所以转弯中心为垂直方向。
图7A是表示车辆511为左转弯中的多普勒速度和方位角(雷达视野角方位θ)之间的关系(方位-多普勒图)的图。图7B是表示在左转弯中的车辆511中设置的雷达设备411的雷达视野角方位、车辆511的行进方向θv和车辆转弯的中心方向之间的关系的图。
在图7B中，与图5B和图6B同样，表示设置了雷达视野角方位θ＝0°的方向为车辆左侧的正侧面方向(与车辆511的前方方向正交的方向)的雷达设备411的例子(图9所示的β＝-90°)。此外，雷达视野角方位θ的范围是-45°～+45°。
在图7B中，雷达视野角方位θ＝0°的方向是车辆左侧的正侧面方向(β＝-90°)，所以车辆511的行进方向为多普勒速度的最大值。
为此，在左转弯中的车辆511中，在图7A中，θ＝+45°(对雷达设备411来说最靠近车辆511的行进方向的方向)中的多普勒速度为最大值。此外，多普勒速度为“0”的方向成为车辆转弯的中心方向。在图7B中，从车辆转弯的中心方向起90°前方为车辆511的行进方向(图5B、图6B中也是同样)。
再有，从来自静止物的反射波得到的多普勒速度不依赖于与静止物之间的距离。
<不打滑情况下的雷达设备的移动和车辆基准点的移动之间的关系>
这里，说明不打滑情况下的、雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd以及车辆移动速度V’和车辆移动方向α’之间的关系。
在不转动方向盘的直行状态的情况下，车辆511内的全部的位置的移动速度及移动方向是一定的。另一方面，在转动了方向盘的转弯状态的情况下，车辆511内的每个位置的移动速度及移动方向不同。
在普通的汽车中，转向轮为前轮，后轮被固定，所以在转弯状态的车辆511中，如图7B那样，在连结左右后轮的延长线上存在车辆转弯的中心。这里，车辆511整体在连结左右后轮的线上设置转弯中心进行转弯，所以车辆511的左右后轮的移动方向是要转弯的圆的切线方向，是车辆511的前后方向。
但是，在车辆511的左右前轮中，前轮因转向而在面向的方向上移动，所以左右前轮的移动方向与左右后轮不同。而且，转弯半径因车辆内的位置而不同，所以车辆内的各位置的速度不同。
为此，常见的车速被定义为相对车辆转弯不变动的左右后轮的中央的位置(车辆基准点)的速度。
根据以上，车辆移动速度V’和车辆移动方向α’能够使用车辆雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd、设置位置信息和设置朝向信息来计算。
在车辆511不打滑的情况下，车辆移动估计单元450基于雷达设备411的设置位置的雷达移动方向，能够将垂直于该雷达移动方向的方向和左右后轮的延长线相交的位置作为车辆转弯的中心来计算(图7B)。为此，车辆移动估计单元450使用从转弯中心至雷达设备411的设置位置的距离、设置位置的雷达移动速度，能够计算车辆转弯时的旋转角速度。而且，车辆移动估计单元450能够计算转弯状态的车辆511的运动，能够计算包含车辆基准点的、在车辆511的任意的位置中的移动速度及移动方向。
<出现打滑情况下的雷达设备的移动和车辆基准点的移动之间的关系>
再有，在车辆511出现打滑的情况下，车辆511的旋转运动的转弯中心不一定在连结左右后轮的延长线上存在，两个后轮的移动方向为前方的假定不成立的可能性高。因此，车辆移动估计单元450从一个雷达移动速度Vsd、雷达移动方向θsd、以及配置信息中，难以估计车辆移动速度V’和车辆移动方向α’。因此，车辆移动估计单元450进一步估计车辆511的旋转角速度ω，使用估计出的旋转角速度ω。有关使用了车辆511的旋转角速度ω的车辆移动速度V’和车辆移动方向α’的估计的细节，将后述。
<车辆移动估计装置的动作>
接下来，说明车辆移动估计装置400的动作。
图8是表示车辆移动估计装置400的动作的一例子的流程图。
在步骤(以下表示为“ST”)1000中，雷达单元410在一个或多个雷达设备411的各个雷达设备中，发送雷达发送信号，接收该雷达发送信号的反射波信号。
在ST2000中，在一个或多个信号处理单元19的各个信号处理单元中，雷达单元410对反射波信号的每帧获取(计算)多普勒速度和方位。即，雷达单元410获取方位-多普勒图。
在ST3000中，在一个或多个雷达状态估计单元20的各个雷达状态估计单元中，雷达移动估计单元420用方位-多普勒图，估计雷达设备411的移动速度及移动方向(雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd)。
具体地说，雷达状态估计单元20从输入的反射波信号(即，图4所示的方位-多普勒图)之中，选择规定数的静止物样本。对选择出的规定数的静止物样本的各个样本，雷达状态估计单元20用该样本的方位(雷达视野角方位)θ、多普勒速度V和反射强度，进行投票处理。然后，雷达状态估计单元20基于投票结果，确定雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd。有关这样的投票处理的细节，将后述。
在ST4000中，角速度估计单元440基于一个或多个雷达设备411各自的雷达移动速度Vsd、或陀螺仪的测量值等，估计车辆的旋转角速度ω。
在ST5000中，车辆移动估计单元450基于估计出的雷达移动速度Vsd、雷达移动方向θsd、以及车辆的旋转角速度ω和配置信息，估计车辆基准点的移动速度及移动方向(车辆移动速度V’和车辆移动方向α’)。有关使用了旋转角速度ω的车辆移动速度V’和车辆移动方向α’的估计的细节，将后述。
然后，在ST6000中，车辆移动估计单元450输出表示估计结果的车辆移动信息。
<雷达移动方向θs和雷达移动速度Vs之间的关系>
这里，说明雷达移动方向候选θs和雷达移动速度候选Vs之间的关系。
图9是表示车辆中的雷达设备411的设置状态的一例子的图(从上方观察的俯视图)。
如图9所示，雷达设备411的位置(以下称为“雷达位置”)501例如是车辆511的左前轮附近。而且，雷达设备411的雷达视野角512朝向车辆511的前左侧。雷达设备的雷达视野角的中央方向即雷达正面方向514和车辆的前后(纵向)方向之间的角度为β。
车辆移动估计装置400例如使用车辆坐标系和雷达坐标系两种坐标系。
如图9所示，车辆坐标系是以车辆511的左右后轮的中央为原点，与路面平行的二维的坐标系。车辆坐标系例如由对应于车辆511的前后方向的X轴和对应于车辆511的宽度方向的Y轴构成。此外，车辆坐标系是以车辆511的正面方向为0度、右旋转为正方向的坐标系。
另一方面，如图9所示，雷达坐标系是以雷达位置501为原点、雷达正面方向514为0度、右旋转为正方向的坐标系。再有，雷达位置501和雷达正面方向514由车辆坐标系来定义。在图9中，车辆坐标系中的雷达位置501的位置是(X0，Y0)，设置方位(角度)是β，这里β是负的值。
首先，雷达状态估计单元20从信号处理单元19输入图4所示的雷达坐标系中的方位-多普勒图信息。如图5～图7所示，在所述方位-多普勒图中，多个静止物的反射信号为一条曲线。
在图9中，在雷达坐标系中，假设雷达移动速度为Vs，雷达移动方向为θs，物体515为静止物。这种情况下，对于从物体515得到的多普勒速度V和雷达视野角方位θ(以下称为“方位θ”)、所述雷达移动速度Vs和雷达移动方向θs，以下的式(1)所示的关系成立。再有，雷达移动方向候选θs相当于不打滑的情况下的方向盘的转向角。
V＝Vs×cos(θs-θ)…(1)
式(1)能够如以下的式(2)那样变形。
Vs＝V/cos(θs-θ)…(2)
即，在反射波信号是静止物的反射的情况下，通过设定雷达设备411的雷达移动方向候选θs，基于反射波信号的多普勒速度V和方位θ，可计算雷达的移动速度Vs。
换句话说，通过使雷达移动方向候选θs改变，能够得到与反射波的方位θ和多普勒速度V没有矛盾的雷达移动方向θs和雷达移动速度Vs之间的关系。而且，在静止物的物体存在多个的情况下，即，从多个(θ，V)对，得到多个这样的关系。此外，雷达移动方向θs是已知的，在雷达坐标系中的规定的方位θ和多普勒速度V的静止物体存在的情况下，基于式(2)，能够计算雷达移动速度Vs。再有，式(2)对于具有不同的方位θ和多普勒速度V的所有静止物成立。即，对于全部的静止物，满足雷达移动方向的真值θsd和移动速度的真值Vsd的式(2)成立。
因此，雷达状态估计单元20通过后述的投票处理，搜索有关多个静止物得到的多个静止物样本(以(θ，V)对表示)之中的、适合最多的静止物样本的(即，式(2)成立)雷达移动方向候选θs和雷达移动速度候选Vs。然后，雷达状态估计单元20将搜索结果作为雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd。
具体地说，首先，雷达状态估计单元20(雷达速度候选计算单元201)对于反射波信号的静止物体的每一个，使用式(2)、多普勒速度V和方位θ设定多个雷达移动方向θs。然后，对每个设定的雷达移动方向θs，雷达状态估计单元20计算雷达移动速度候选Vs。例如，能够用曲线表示与反射波的方位θ和多普勒速度V没有矛盾的雷达移动方向候选θs和雷达移动速度候选Vs之间的关系。
图10是用四条曲线表示了对来自四个样本(静止物)的方位θ和多普勒速度V得到的、雷达移动方向候选θs和雷达移动速度候选Vs之间的关系的一例子的图。在图10中，横轴表示雷达移动方向候选θs，纵轴表示雷达移动速度候选Vs。
如图10所示，例如，在存在对四个样本的反射信号的情况下，基于各个反射信号的多普勒速度V和方位θ，得到根据式(2)的四条曲线521～524。
曲线521～524穿过的点525适合于四个样本(4组多普勒速度V和方位θ)的每一个。因此，这样的点525的雷达移动方向候选θs1和雷达移动速度候选Vs1是雷达的真正的移动速度Vsd和真正的移动方向θsd的可能性较高。因此，雷达状态估计单元20通过投票，搜索这样的点525。
<投票处理的细节>
下面，说明雷达状态估计单元20中的投票处理的细节。
图11是表示雷达状态估计单元20中的投票处理(图8的ST3000)的一例子的流程图。
雷达速度候选计算单元201从信号处理单元19中算出的反射波的信号(例如，图4所示的方位-多普勒图)之中，预先选择规定数的样本(静止物)。再有，各样本至少具有多普勒速度V、方位θ、以及反射强度的信息。
在ST3001中，雷达速度候选计算单元201将规定数的样本之中一个样本确定作为投票处理的对象。在对于对象的一个样本的所有的雷达移动方向候选的投票处理结束后(后述的ST3005：“是”)，雷达速度候选计算单元201将其他样本依次确定作为新的投票处理的对象，直至规定数的样本被全部选择为止(后述的ST3006：直至“是”为止)。
在ST3002中，雷达速度候选计算单元201从多个雷达移动方向候选θs设定投票处理的对象即投票用的雷达移动方向候选θs。例如，雷达速度候选计算单元201将其他投票用的雷达移动方向候选θs依次设定作为新的投票处理的对象，直至全部的雷达移动方向候选θs被设定为止(后述的ST3005：直至“是”为止)。
具体地说，配合由投票单元202准备的投票箱的状态候选，雷达速度候选计算单元201设定投票用的雷达移动方向候选θs。投票箱是预先设定了多个雷达移动方向候选θs、作为雷达设备411的速度可取的值的范围内的多个雷达移动速度候选Vs的矩阵状的状态空间。
图12是表示由投票单元202准备的投票箱的概念的一例子的图。在图12中，横轴表示雷达移动方向候选θs，纵轴表示雷达移动速度候选Vs。
图12所示，投票箱540由将作为雷达设备411的雷达移动方向θsd可取的值的范围分割为M个，将作为雷达设备411的雷达移动速度Vsd可取的值的范围分割为N个的、(M×N)个的状态候选构成。
即，投票箱540能够设定基于雷达移动方向候选θs和雷达移动速度候选Vs的二维区域即状态候选的评价值。雷达速度候选计算单元201将M个的雷达移动方向候选θs依次设定作为投票用的雷达移动方向候选θs。
再有，M和N也可以根据对于车辆的移动速度及移动方向所要求的估计精度来设定。例如，对于更高的估计精度的要求，投票单元202使M和N更大。此外，各状态候选具有评价值，并初始化为“0”。
而且，在图11的ST3003中，雷达速度候选计算单元201使用在对样本的多普勒速度V、方位θ、以及ST3002中设定的投票用的雷达移动方向候选θs，根据式(2)，计算雷达移动速度候选Vs。雷达速度候选计算单元201将算出的雷达移动速度候选Vs设为投票用的雷达移动速度候选Vs，与投票用的雷达移动方向候选θs一起输出到投票单元202。
在ST3004中，投票单元202向与ST3003中算出的投票用的雷达移动速度候选Vs和投票用的雷达移动方向候选θs对应的箱(状态候选)投票。
由此，对于反射波的信号的各静止物样本，投票单元202投票给多个状态候选，设定各状态候选的评价值。要设定评价值，可以将1样本作为1票相加原来的评价值，也可以将所述样本的反射强度作为权重来对原来的评价值附加权重。但是，在以相同的样本投票时，对于不同的状态候选，投票单元202以相同的值投票。
图13是表示各样本在状态候选θsd、Vsd中重叠，在其评价值中积分反射强度的投票处理的一例子的图。
如上所述，投票单元202使用各样本中的投票用的雷达移动方向候选θs和投票用的雷达移动速度候选的Vs，将用于投票的状态候选预先设定作为投票箱。
例如，投票用的雷达移动方向候选θs在-45°～+45°的范围中通过1°间隔来设定，可取的值是M＝91个。此外，投票用的雷达移动速度候选Vs将可取的值的范围对每个规定的间隔(例如，0.5km/h)区分为N＝100个。状态候选被设定9100(M×N＝91×100)个候选。再有，投票区域的设定不限定于上述，投票单元202能够根据所要求的估计精度而适当地设定。
对于与ST3002中设定的投票用的雷达移动方向候选θs和ST3003中算出的投票用的雷达移动速度候选Vs相对应的状态候选，对每次投票，投票单元202相加(积分)各投票样本的反射强度，作为状态候选的评价值。
对各样本，雷达状态估计单元20对于投票用的雷达移动方向候选θs可取的全部的方位进行ST3002～ST3004的处理。此外，雷达状态估计单元20对于规定数的样本进行ST3002～ST3005的处理。
再有，规定数的样本之中的、反射强度越大的样本，在投票中的影响越大。即，在投票单元202中的投票处理中，各样本的反射强度被用作权重系数。
再有，使用了反射强度作为投票的一票的权重，但可以将权重作为1，单纯地相加样本数，也可以使用其他权重。
在结束了对全部的样本的全部的方位的投票处理后(ST3005、ST3006：“是”)，雷达状态估计单元20进至ST3007的处理。
在ST3007中，确定单元203从多个状态候选之中，提取评价值(反射强度的合计值)为最大的状态候选。然后，确定单元203将与提取出的状态候选对应的雷达移动速度候选Vs和雷达移动方向候选θs，确定作为真正的当前的雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd(真正的当前的雷达设备411的移动状态)。
即，具有图13中的最大值的状态候选，满足许多静止物的反射波信号的方位θ、多普勒速度V、雷达移动方向候选θs及雷达移动速度候选Vs之间的关系(式(2))。为此，在多个反射波信号的大部分信号是来自静止物的反射波信号的情况下，车辆移动估计装置400能够计算真正的雷达移动方向θsd和真正的雷达移动速度Vsd。
在图13中可知，在相当于实际的移动方向和速度的状态候选(最大值的状态候选：雷达移动方向θsd和雷达移动速度Vsd)的附近，各样本的分布集中。另一方面，若从相当于实际的移动方向和速度的状态候选离开，则各样本的分布分散。
即，雷达状态估计单元20中的多个样本(反射波信号)产生的投票(plot：绘图)的结果，对于与实际的移动方向和速度的附近的值对应的状态候选(雷达移动方向θsd和雷达移动速度Vsd)，被赋予更多的样本的反射强度(投票)。
因此，越近似实际的车辆的雷达移动方向θsd和雷达移动速度Vsd的状态候选，被赋予的反射强度的合计值越大。由此，雷达状态估计单元20将从多个状态候选之中的、被赋予的反射强度的合计值为最大的候选确定作为真正的当前的雷达的雷达移动方向θsd和真正的雷达移动速度Vsd。
如上述，在图13中，在实际的雷达移动方向θsd中，多个样本中算出的雷达移动速度候选Vs为相同大小，但若从实际的雷达移动方向θsd离开，则在算出的雷达移动速度候选Vs的值中对每个样本产生偏差。为此，在从单一的样本求车辆的雷达移动方向θsd和雷达移动速度Vsd的情况下，难以进行车辆的状态估计。
这样，车辆移动估计装置400能够分析来自多个静止物的反射波信号，高精度地估计一个或多个雷达设备411各自的雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd。
<有关使用了旋转角速度的车辆的移动的估计>
车辆出现打滑的情况下，如上所述，从一个雷达移动速度Vsd、雷达移动方向θsd、以及配置信息中，难以估计车辆移动速度V’和车辆移动方向α’。
图14A及图14B是表示车辆不打滑的情况和车辆出现打滑的情况下的车辆的移动的情况的不同的一例子的图。图14A表示车辆不打滑时的状态的一例子，图14B表示车辆因路面的结冰等而出现了打滑时的状态的一例子。
如图14A所示，假设车辆511在时刻T0将前轮向左，接着在时刻T1将前轮向右。不打滑的情况下，如图14A所示，车辆的移动方向(这里以雷达设备411的位置的移动方向表示)在前轮面向的方向上转弯。图14A的情况下，基于式(2)在投票处理中得到的雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd分别与车辆的移动速度V’和车辆移动方向θ’一致。
另一方面，例如，在时刻T0之后发生了打滑的情况下，如图14B所示，车辆511的移动方向在从时刻T0至T1之间，因前轮朝向左时的惯性，车辆511出现左旋转，向时刻T0时的移动方向移动。图14B的情况下，基于式(2)在投票处理中得到的雷达移动速度Vsd和雷达移动方向θsd分别与车辆的真正的移动速度V’和车辆移动方向θ’不一致。车辆移动估计装置400考虑这样旋转的角速度，进一步估计车辆移动速度V’和车辆移动方向α’。
图15是用于说明使用车辆511的旋转角速度ω估计车辆移动速度V’和车辆移动方向α’的方法的图。
如图15所示，将车辆基准点502和雷达位置501之间的间隔表示为D’，将车辆基准点502的旋转运动产生的速度表示为ΔV’。
车辆511的旋转角速度ω在包含车辆基准点502的车辆511的任意的点上相同。因此，例如，能够根据以下的式(3)计算旋转速度ΔV’。
ΔV’＝ω×D’…(3)
再有，用式(3)求旋转速度ΔV’所需要的旋转角速度ω，也可以用陀螺仪获取。旋转角速度ω，基于路面平行面中车辆511的不同位置上设置的两个雷达设备411各自的雷达移动速度和方向、以及这两个雷达设备411的设置信息，计算车辆的旋转角速度ω。有关详细的计算方法，将后述。
此外，图15所示，车辆基准点502的位移移动产生的速度矢量与雷达设备411的移动速度矢量相同，表示为Vsd。而且，车辆基准点502的位移移动的速度矢量Vsd和旋转移动的速度矢量ΔV’之间的角度表示为α0。
这里，将雷达设备411和车辆基准点502之间的车宽度方向的距离表示为X0，将雷达设备411和车辆基准点502之间的车长度方向的距离表示为Y0。这种情况下，可以用相对雷达设备411的雷达正面方向514的车辆正面方向513的角度β、以及雷达移动方向θsd，例如，根据以下的式(4)计算角度α0。
&alpha; 0 = &pi; 2 + ( &theta; s d - &beta; ) + tan - 1 X 0 Y 0 ... ( 4 )
可以用雷达移动速度矢量的大小|Vsd|，根据以下的式(5)计算车辆基准点502的移动速度矢量V’的大小|V’|。
|V′|2＝|ΔV′|2+|Vsd|2-2*|ΔV′|*|Vsd|*cos(α0)…(5)
而且，车辆基准点502的移动方向α’(即车辆移动方向α’)，例如可以用以下的式(6)计算。
&alpha; &prime; = ( &theta; s d - &beta; ) + cos - 1 { | V &prime; | 2 + | V s d | 2 - | &Delta;V &prime; | 2 2 * | V &prime; | * | V s d | } ... ( 6 )
车辆移动估计单元450用这些式(3)～式(6)，从雷达移动速度的大小|Vsd|、雷达移动方向θsd、车辆511的旋转角速度ω、以及配置信息(D’、β、X0、Y0)，计算车辆移动速度的大小|V’|和车辆移动方向α’。
通过这样的动作，车辆移动估计装置400能够估计车辆上配置的雷达设备411的雷达移动速度和雷达移动方向、以及车辆的旋转角速度。而且，车辆移动估计装置400能够基于雷达设备411和车辆基准点之间的位置关系、估计出的雷达移动速度和雷达移动方向和旋转角速度，估计车辆移动速度和车辆移动方向。
<本实施方式的效果>
如以上那样，本实施方式的车辆移动估计装置400，在车辆上配置的雷达单元410中，进行雷达波的发送和反射波的接收，基于接收到的反射波，估计雷达单元410的雷达移动速度和雷达移动方向。而且，车辆移动估计装置400估计车辆的旋转角速度，基于估计出的雷达移动速度、雷达移动方向、旋转角速度、以及雷达单元410和规定部分之间的位置关系，估计车辆的规定部分的移动速度及移动方向。
由此，本实施方式的车辆移动估计装置400能够更稳健并且高精度地估计车辆的移动速度及移动方向。
在车辆打滑的情况下，难以从轮胎的旋转信息正确地计算车辆的移动速度。在这点上，由于本实施方式的车辆移动估计装置400不使用轮胎的旋转信息，所以在车辆打滑的情况中，能够更高精度地估计车辆移动速度。
而且，根据本实施方式，由于车辆移动估计装置400使用对雷达发送信号的反射波信号，所以例如抑制依赖于车辆的状况和车辆的行驶状况的车速传感器造成的测量误差的影响，能够估计车辆的移动速度及移动方向。
此外，根据本实施方式，车辆移动估计装置400即使在车辆直行和拐弯的其中一个中也能够高精度地估计车辆的速度及移动方向。
<本实施方式的变形例>
再有，雷达设备411的位置和朝向不限定于上述例子。例如，在使雷达设备411兼具周围监视等的其他功能的情况下，雷达设备411也可以配置在发挥该其他功能的位置和朝向上。
此外，发送天线15和接收天线16也可是共同的天线。即，雷达单元410也可以在雷达波的发送区间和反射波的接收区间中切换雷达发送单元12以及雷达接收单元17的对天线的连接状态。
(实施方式2)
本发明的实施方式2是，在实施方式1的车辆移动估计装置中，用两个雷达设备的雷达移动速度和雷达移动方位的估计结果，估计车辆的旋转角速度的情况下的具体例子。
<雷达设备的配置>
图16是表示两个雷达设备的配置的一例子的图，与实施方式1的图9对应。
如图16所示，本实施方式的车辆移动估计装置将第1雷达设备4111和第2雷达设备4112隔开距离(雷达间的距离)D来配置。
在车辆511的左前方车轮的附近的车辆侧面，雷达视野角5121朝向车辆511的左侧面来设置第1雷达设备4111。以下，将第1雷达设备4111的雷达位置5011称为“第1雷达位置”。
此外，在车辆511的右前方车轮的附近的车辆侧面，雷达视野角5122朝向车辆511的右侧来设置第2雷达设备4112。以下，将第2雷达设备4112的雷达位置5012称为“第2雷达位置”。
<车辆移动估计装置的结构>
图17是表示本实施方式的车辆移动估计装置的结构的一例子的框图，与实施方式1的图1对应。对与图1相同部分附加相同标号，省略有关这部分的说明。
如图17所示，本实施方式的车辆移动估计装置400a在雷达单元410a中具有第1雷达设备4111和第2雷达设备4112，在雷达移动估计单元420a中具有第1雷达状态估计单元201和第2雷达状态估计单元202。此外，车辆移动估计装置400a构成为具有角速度估计单元440a，第1雷达状态估计单元201和第2雷达状态估计单元202输出的信息输入到角速度估计单元440a。
第1雷达设备4111和第2雷达设备4112分别具有与实施方式1中说明的雷达设备411相同的结构。第1雷达状态估计单元201和第2雷达状态估计单元202分别具有与实施方式1中说明的雷达状态估计单元20相同的结构。
即，车辆移动估计装置400a通过第1雷达设备4111和第1雷达状态估计单元201，估计第1雷达位置5011的雷达移动速度和雷达移动方向。这样的雷达移动速度和雷达移动方向，在以下表示为“第1雷达移动速度”和“第1雷达移动方向”。
而且，车辆移动估计装置400a通过第2雷达设备4112和第2雷达状态估计单元202估计第2雷达位置5012的雷达移动速度和雷达移动方向。这样的雷达移动速度和第2雷达移动方向，在以下表示为“第2雷达移动速度”和“第2雷达移动方向”。
角速度估计单元440a基于第1雷达移动速度和第2雷达移动速度，估计车辆的旋转角速度ω。
<旋转角速度的估计方法>
以下，说明角速度估计单元440a的旋转角速度ω的估计方法。
图18是用于说明第1雷达移动速度、第1雷达移动方向、第2雷达移动速度、以及第2雷达移动方向的图。
如图18所示，第1雷达移动速度|Vsd1|是第1雷达设备4111(第1雷达位置5011)的移动速度。而且，第1雷达移动方向θsd1是第1雷达设备4111的、相对雷达正面方向(雷达视野角的中心的方向、车辆511的左方向)5141的移动方向的角度。再有，在以下的说明中，第1雷达设备4111的移动速度矢量(即，移动速度及移动方向)适当表示为“第1雷达移动速度矢量Vsd1”。
此外，第2雷达移动速度|Vsd2|是第2雷达设备4112(第2雷达位置5012)的移动速度。而且，第2雷达移动方向θsd2是第2雷达设备4112的、相对雷达正面方向(雷达视野角的中心的方向、车辆511的右方向)5142的移动方向的角度。此外，在以下的说明中，第2雷达设备4112的移动速度矢量适当表示为“第2雷达移动速度矢量Vsd2”。再有，雷达移动方向的角度以雷达坐标系表示，例如，在雷达正面方向的左侧取负的值，在雷达正面方向的右侧取正的值。例如，图18的情况下，θsd1为正的值，θsd2为负的值。
在雷达单元410a中，例如，通过实施方式1中说明的方法来获取这些第1雷达移动方向θsd1、第1雷达移动速度的大小|Vsd1|、第2雷达移动方向θsd2、和第2雷达移动速度的大小|Vsd2|。
在车辆511中不发生旋转运动时，第1雷达移动速度矢量Vsd1和第2雷达移动速度矢量Vsd2基本一致。然而，在车辆511中发生了旋转运动时(特别地因打滑而产生旋转时)，第1雷达移动速度矢量Vsd1和第2雷达移动速度矢量Vsd2不同。
这里，着眼于第1雷达设备4111和第2雷达设备4112之间的旋转运动。雷达设备411中这样的旋转运动是由于车辆511的旋转运动。
图19是表示因车辆511的旋转运动产生的、第1雷达设备4111和第2雷达设备4112之间的旋转运动的一例子的图。
在第1雷达设备4111(第1雷达位置5011)和第2雷达设备4112(第2雷达位置5012)之间的旋转运动中，存在其旋转中心(以下称为“雷达旋转中心”)531。这里，将车辆511的位移移动速度矢量(以下称为“位移移动速度矢量”)用Vshift表示。第1雷达设备4111和第2雷达设备4112的相对雷达旋转中心531的旋转速度矢量Vr1、Vr2分别用以下的式(7)、式(8)表示。
Vr1＝Vsd1-Vshift…(7)
Vr2＝Vsd2-Vshift…(8)
从雷达旋转中心531至第1雷达设备4111的距离|R1|和从雷达旋转中心531至第2雷达设备4112的距离|R2|之和与雷达间的距离D(参照图16)相等。再有，|R1|+|R2|＝|R1-R2|＝D。
第1雷达设备4111的旋转速度矢量Vr1的朝向和第2雷达设备4112的旋转速度矢量Vr2的朝向彼此相反。此外，在雷达旋转中心531不是第1雷达位置5011和第2雷达位置5012之间的中点的情况下，这些旋转速度矢量Vr1、Vr2的大小不同。
另一方面，第1雷达设备4111相对雷达旋转中心531的旋转角速度和第2雷达设备4112相对雷达旋转中心531的旋转角速度一致。
因此，第1雷达设备4111的旋转速度矢量Vr1和第2雷达设备4112的旋转速度矢量Vr2，例如，能够用以下的式(9)、式(10)表示。
|Vr1|＝|ω|×|R1|…(9)
|Vr2|＝|ω|×(D-|R1|)…(10)
而且，从式(9)、式(10)，以下的式(11)成立。
|Vr1|+|Vr2|＝ω×D…(11)
而且，第1雷达设备4111的旋转速度矢量Vr1和第2雷达设备4112的旋转速度矢量Vr2为相反方向，所以式(11)能够变形为以下的式(12)。
|ω|＝|Vr1|+|Vr2|/D＝|Vr1-Vr2|/D＝|(Vsd1-Vshift)-(Vsd2-Vshift)|/D＝|Vsd1-Vsd2|/D …(12)
第1雷达移动速度矢量Vsd1(即，移动速度及移动方向)和第2雷达移动速度矢量Vsd2(即，移动速度及移动方向)，如上述，由雷达移动估计单元420a来估计。此外，雷达间的距离D包含在信息存储单元430中存储的配置信息中。因此，角速度估计单元440a基于这些已知的信息，使用式(12)，计算第1雷达位置5011相对雷达旋转中心531的旋转角速度ω。
再有，车辆511是刚性体，第1雷达设备4111和第2雷达设备4112被固定在车辆511上。因此，即使将车辆511的哪个位置看作旋转中心，第1雷达位置5011的旋转角速度和第2雷达位置5012的旋转角速度都是相同的。
这样一来，角速度估计单元440a基于第1雷达移动速度矢量Vsd1和第2雷达移动速度矢量Vsd2，估计旋转角速度ω。
这里，列举车辆的移动状态的具体例子来说明。
图20和图21是表示车辆出现打滑及旋转的情况下的一例子的图。
如图20和图21所示，从时刻T0至时刻T1的车辆511的移动能够分解为位移和旋转两个移动。
再有，在图20中，以时刻T0中的第1雷达位置5011为基准来描绘车辆的旋转，在图21中，以时刻T1中的第1雷达位置5011为基准来描绘车辆的旋转。但是，图20和图21示出同一移动动作。
如上述，由雷达移动估计单元420a估计第1移动速度矢量Vsd1(第1雷达移动方向θsd1和第1移动速度矢量的大小|Vsd1|)、以及第2移动速度矢量Vsd2(第1雷达移动方向θsd2和第2移动速度矢量的大小|Vsd2|)。
雷达间的距离D是已知的。这里，在车辆坐标系中，将相对第1雷达设备4111的雷达正面方向5141(第1雷达设备4111的雷达坐标系θ1＝0°)的车辆正面方向513(参照图9)的角度设置为β1。而且，在车辆坐标系中，将相对第2雷达设备4112的中央(第2雷达设备4112的雷达坐标系θ2＝0°)的车辆正面方向513的角度设置为β2。
从图20和图21可知，由于在雷达设备4111的雷达正面方向的右侧，所以第1雷达移动方向θsd1为正的值，由于在雷达设备4112的雷达正面方向的左侧，所以第2雷达移动方向θsd2为负的值。此外，由于雷达设备4111的雷达正面方向在车辆正面方向的左侧，所以角度β1为负的值，由于雷达设备4112的雷达正面方向在车辆正面方向的右侧，所以角度β2为正的值。
从以上各角度的值，第1雷达移动速度矢量Vsd1和第2雷达移动速度矢量Vsd2形成的角度α，例如，用以下的式(13)表示。
α＝(θsd1+β1)-(θsd2+β2)＝(θsd1-θsd2)+(β1-β2)…(13)
此外，对于因车辆511的旋转产生的雷达设备4112的旋转造成的速度矢量成分ΔV，以下的式(14)成立。
Vsd1+ΔV＝Vsd2…(14)
再有，雷达设备4112的旋转造成的速度矢量成分ΔV，根据式(14)，能够用以下的式(15)表示。
ΔV＝Vsd2-Vsd1…(15)
然后，从式(12)、式(15)，导出以下的式(16)。
|ω|＝|Vsd1-Vsd2|/D＝|ΔV|/D…(16)
再有，根据余弦定理，通过以下的式(17)得到式(16)之中的|ΔV|。
|ΔV|＝|Vsd1|2+|Vsd2|2-2×|Vsd1|×|Vsd2|×cosα …(17)
再有，|Vsd1|＜|Vsd2|时，车辆的旋转运动为逆时针旋转，|Vsd1|＞|Vsd2|时，车辆的旋转运动为顺时针旋转。在|Vsd1|＝|Vsd2|，车辆位移移动，所以所有位置的旋转角速度为0。
上述的式(16)与上述的式(12)一致。
<本实施方式的效果>
这样，本实施方式的车辆移动估计装置400a有设置在车辆的不同位置的两个雷达设备411，对两个雷达设备411各自的雷达移动速度和雷达移动方向进行估计。而且，本实施方式的车辆移动估计装置400a基于在角速度估计单元440a中估计出的两个雷达设备411各自的雷达移动速度和雷达移动方向、这些雷达设备间的、与路面平行面上的距离D，估计车辆的旋转角速度ω。
由此，本实施方式的车辆移动估计装置400a能够不用陀螺仪等而高精度地估计车辆的旋转角速度ω。
在用陀螺仪，通过测量角速度估计车辆的移动方向的情况下，将测量出的角速度依次积分来计算移动方向。可是，在这样的积分处理中，在测量值中包含有陀螺漂移等的误差的情况下，这样的误差也被积分，旋转角速度的估计精度下降。此外，陀螺仪的测量值的误差根据经历时间、温度等而随机地变动，高精度地校正该测量误差十分麻烦。而且，在路面上有倾斜或凹凸不平时，对测量值产生较大的误差。
因此，与现有技术相比，本实施方式的车辆移动估计装置400a能够更高精度地估计车辆的旋转角速度ω，能够更高精度地估计车辆的移动速度及移动方向。特别地，在车辆出现打滑的状态、车辆因路面的凹凸不平而出现转弯的状态中，能够稳健、持续并且高精度地估计车辆的移动。
<本实施方式的变形例>
再有，两个雷达设备411的位置和朝向不限定于上述例子。例如，在左侧通行的国家(例如日本)中对于车辆的行进方向在道路的左侧存在很多静止物的情况下，两个雷达设备411双方也可以在车辆的左侧部分面向左方向地设置。此外，在右侧通行的国家(例如美国)中对于车辆的行进方向在道路的右侧存在很多静止物的情况下，两个雷达设备411双方也可以在车辆的右侧部分面向右方向地设置。此外，从提高旋转角速度ω的估计精度观点来说，雷达间的距离也可以更长。
此外，雷达设备411的数不限定于上述例子。例如，车辆移动估计装置400a也可以测量三个以上的雷达设备411各自的雷达移动速度和雷达移动方向θsd。而且，对从三个之中提取出两个的每个组合，车辆移动估计装置400a也可以将上述处理进行至中间或全部进行，将各组合得到的值进行平均等。
(各实施方式的变形例)
以上，一边参照附图一边说明了各种实施方式，但本发明不限定于这样的例子。只要是本领域技术人员，在权利要求所记载的范畴内，显然可设想各种变更例或修正例，并认可它们当然属于本发明的技术范围。此外，在不脱离发明的宗旨的范围中，也可以将上述实施方式中的各构成要素任意地组合。
例如，作为用于估计车辆的某个位置的移动方向和移动速度的传感器，在上述各实施方式中例示了雷达设备，但不限定于此。例如，可以采用加速度传感器。
此外，作为用于不基于车辆的某两个位置的移动速度来估计车辆的旋转角速度的传感器，在上述各实施方式中例示了陀螺仪，但不限定于此。例如，可以采用光纤陀螺。
此外，对与路面平行的面(路面平行面)以外的面，车辆移动估计装置也可以估计雷达设备的移动速度及移动方向或车辆的旋转角速度。
此外，上述各实施方式的车辆移动估计装置估计移动速度及移动方向的对象不仅是摩托车、自行车、卡车其他各种车辆，也可以是自主行走式机器人等的车辆以外的移动体。
此外，在上述实施方式中，可以仅由硬件构成本发明，但也可以在与硬件的协同中通过软件实现本发明。
例如，用于上述实施方式的说明中的各功能块通常被作为集成电路的LSI来实现。集成电路控制上述实施方式的说明中使用的各功能块，也可以包括输入和输出。这些功能块既可以被单独地集成为单芯片，也可以包含一部分或全部地被集成为单芯片。虽然这里称为LSI，但根据集成程度，可以被称为IC、***LSI、超大LSI(Super LSI)、或特大LSI(Ultra LSI)。
此外，集成电路化的方法不限于LSI，也可使用专用电路或通用处理器来实现。也可以使用可在LSI制造后编程的FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)，或者使用可重构LSI内部的电路单元的连接、设定的可重构处理器(ReconfigurableProcessor)。
再者，随着半导体的技术进步或随之派生的其它技术的发生，如果出现能够替代LSI的集成电路化的技术，当然可利用该技术进行功能块的集成化。还存在着适用生物技术等的可能性。
<本发明的总结>
本发明的车辆移动估计装置，包括：雷达单元，配置在车辆中，发送雷达波和接收反射波；雷达移动估计单元，基于所述反射波，估计所述雷达单元的雷达移动速度和雷达移动方向；角速度估计单元，估计所述车辆的旋转角速度；以及车辆移动估计单元，基于所述雷达移动速度、所述雷达移动方向、所述旋转角速度、以及所述雷达单元和所述规定部分之间的位置关系，估计所述车辆的规定部分的移动速度及移动方向。
再有，在上述车辆移动估计装置中，所述雷达单元也可以具有被设置在车辆的不同位置的两个雷达设备，所述雷达移动估计单元基于由所述两个雷达设备各自接收到的所述反射波，估计所述两个雷达设备各自的所述雷达移动速度和所述雷达移动方向，所述角速度估计单元基于所述两个雷达设备各自的所述雷达移动速度及所述雷达移动方向、所述两个雷达设备之间的距离，估计所述旋转角速度。
此外，上述车辆移动估计装置，也可以具有存储了表示所述两个雷达设备和所述规定部分的相对位置的配置信息的信息存储单元。
此外，上述车辆移动估计装置，也可以所述两个雷达设备至少被设置在与路面平行的面中不同的位置，所述配置信息至少表示与所述路面平行的面中的所述相对位置，所述雷达移动估计单元估计与所述路面平行的面中的所述两个雷达设备各自的所述雷达移动速度和所述雷达移动方向，所述角速度估计单元估计与所述路面平行的面中的所述旋转角速度。
此外，在上述车辆移动估计装置中，所述规定部分也可以是在与所述路面平行的面中的、与所述车辆的左后轮和右后轮的中点一致的位置。
此外，在上述车辆移动估计装置中，所述两个雷达设备也可以包括第1雷达设备和第2雷达设备，所述第1雷达设备设置在所述车辆的左前方部分，在所述第1雷达设备的视野角中包含所述车辆的左侧的一部分，所述第2雷达设备设置在所述车辆的右前方部分，在所述第2雷达设备的视野角中包含所述车辆的右侧的一部分。
此外，在上述车辆移动估计装置中，所述两个雷达设备也可以设置在所述车辆的左侧部分，所述两个雷达设备的视野角包含所述车辆的左方向，或设置在所述车辆的右侧部分，所述两个雷达设备的视野角包含所述车辆的右方向。
此外，在上述车辆移动估计装置中，所述角速度估计单元也可以包括陀螺仪。
本发明的车辆移动估计方法，包括以下步骤：在配置于车辆上的雷达单元中，发送雷达波和接收反射波的步骤；基于所述反射波，估计所述雷达单元的雷达移动速度和雷达移动方向的步骤；估计所述车辆的旋转角速度的步骤；以及基于所述雷达移动速度、所述雷达移动方向、所述旋转角速度、以及所述雷达单元和所述规定部分之间的位置关系，估计所述车辆的规定部分的移动速度及移动方向的步骤。
工业实用性
即使在车辆发生打滑的情况下，本发明作为能够更稳健并且高精度地估计车辆的移动速度及移动方向的车辆移动估计装置和车辆移动估计方法也是有用的。
标号说明
11 基准信号生成单元
12 雷达发送单元
13 发送信号生成单元
14 无线发送单元
15 发送天线
16 接收天线
17 雷达接收单元
18 无线接收单元
19 信号处理单元
20 雷达状态估计单元
201 雷达速度候选计算单元
202 投票单元
203 确定单元
400、400a 车辆移动估计装置
410、410a 雷达单元
411 雷达设备
420、420a 雷达移动估计单元
430 信息存储单元
440、440a 角速度估计单元
450 车辆移动估计单元

Claims (9)

1.车辆移动估计装置，包括：
雷达单元，配置在车辆中，发送雷达波和接收反射波；
雷达移动估计单元，基于所述反射波，估计所述雷达单元的雷达移动速度和雷达移动方向；
角速度估计单元，估计所述车辆的旋转角速度；以及
车辆移动估计单元，基于所述雷达移动速度、所述雷达移动方向、所述旋转角速度、以及所述雷达单元和所述规定部分之间的位置关系，估计所述车辆的规定部分的移动速度及移动方向。
2.如权利要求1所述的车辆移动估计装置，
所述雷达单元具有被设置在车辆的不同位置的两个雷达设备，
所述雷达移动估计单元基于由所述两个雷达设备各自接收到的所述反射波，估计所述两个雷达设备各自的所述雷达移动速度和所述雷达移动方向，
所述角速度估计单元基于所述两个雷达设备各自的所述雷达移动速度及所述雷达移动方向、所述两个雷达设备之间的距离，估计所述旋转角速度。
3.如权利要求2所述的车辆移动估计装置，还包括：
信息存储单元，存储了表示所述两个雷达设备和所述规定部分的相对位置的配置信息。
4.如权利要求2所述的车辆移动估计装置，
所述两个雷达设备至少被设置在与路面平行的面中不同的位置，
所述配置信息至少表示与所述路面平行的面中的所述相对位置，
所述雷达移动估计单元估计与所述路面平行的面中的所述两个雷达设备各自的所述雷达移动速度和所述雷达移动方向，
所述角速度估计单元估计与所述路面平行的面中的所述旋转角速度。
5.如权利要求4所述的车辆移动估计装置，
所述规定部分是在与所述路面平行的面中的、与所述车辆的左后轮和右后轮的中点一致的位置。
6.如权利要求2所述的车辆移动估计装置，
所述两个雷达设备包括第1雷达设备和第2雷达设备，
所述第1雷达设备设置在所述车辆的左前方部分，在所述第1雷达设备的视野角中包含所述车辆的左侧的一部分，
所述第2雷达设备设置在所述车辆的右前方部分，在所述第2雷达设备的视野角中包含所述车辆的右侧的一部分。
7.如权利要求2所述的车辆移动估计装置，
所述两个雷达设备
设置在所述车辆的左侧部分，所述两个雷达设备的视野角包含所述车辆的左方向，
或设置在所述车辆的右侧部分，所述两个雷达设备的视野角包含所述车辆的右方向。
8.如权利要求1所述的车辆移动估计装置，
所述角速度估计单元包括陀螺仪。
9.车辆移动估计方法，包括以下步骤：
在配置于车辆上的雷达单元中，发送雷达波和接收反射波的步骤；
基于所述反射波，估计所述雷达单元的雷达移动速度和雷达移动方向的步骤；
估计所述车辆的旋转角速度的步骤；以及
基于所述雷达移动速度、所述雷达移动方向、所述旋转角速度、以及所述雷达单元和所述规定部分之间的位置关系，估计所述车辆的规定部分的移动速度及移动方向的步骤。
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