CN117295965A - 雷达装置 - Google Patents

Abstract

在雷达装置中安装角度发生偏差时，在短时间内自动检测偏差并进行自动修正。根据作为雷达装置的测量定位结果的距离和相对速度，通过函数拟合处理部(112)的函数拟合处理，提取与行驶方向平行的侧壁。接着，根据函数拟合时计算出的本车速度和到侧壁的距离，由计算处理部(114)计算作为侧壁而提取的各点的角度方位(β)。由比较处理部(115)对计算出的角度方位(β)和作为测量定位结果的角度方位(θ)进行比较，从而检测出雷达装置的安装角度偏差，并由修正处理部(116)进行修正。

Description

雷达装置

技术领域

本发明涉及一种雷达装置，特别是涉及安装在车辆上的车载雷达装置的安装中的角度偏差的修正的技术。

背景技术

近年来，面向车辆的自动驾驶，目标物位置检测的高精度化的重要度在增加。自动驾驶中使用的毫米波雷达装置一般大多设置在保险杠内部，由于安装保险杠时产生的安装误差、安装后的振动或冲击，有时会偏离本来瞄准的毫米波雷达装置的安装角度。

由于毫米波雷达的安装角度偏离，例如在检测前方车辆时误将在本车道行驶的车辆检测为相邻车道的情况下，有可能发生警报、自动制动器的启动延迟。另外，在与照相机这样的其他传感器合成位置信息时存在安装角度偏差的情况下，有可能同一目标物的合成不顺利而判断为其他目标物，或者漏掉目标物。即使在安装角度偏差比较小的情况下，也需要在进行目标物的追踪时，考虑安装角度偏差来扩大用于捕捉目标物的门范围。如果扩大门范围，则会增加拾取杂波这样的杂音的频率，因此，进行错误追踪的概率会增加，作为结果，漏掉目标物的可能性会增大。

作为修正车辆的毫米波雷达的安装角度的技术，例如已知有专利文献1。在专利文献1中，通过使用车辆周围识别传感器对车辆整体进行感测来计算车轴，根据设置在车辆前方的目标、计算出的车轴和由传感器检测出的目标的角度方位的关系，计算出传感器的安装角度的偏差量。虽然能够计算出正确的车轴，但由于需要专用的***，因此对于出厂后的车辆，需要将车辆带入配备有***的专用设施。

在专利文献2中，在本车辆直行行驶的条件下检测出相对速度为零的目标物并利用相对速度为零的目标物相对于行驶方向为90度这一点来计算安装角度的偏差量。在该方法的情况下，虽然不需要将车辆带入专用设施，但需要积累相对速度为零的目标物。特别是在设置于车辆正面的前端雷达中，由于几乎不能检测出正侧面(相对于行驶方向为90度)的角度方位的目标物，因此需要在即使安装角度偏离的情况下，也检测不出角度偏差的状态下长时间行驶。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2019-74398号公报

专利文献2：日本专利特开2014-153256号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的课题在于，实现一种在雷达装置中安装角度产生偏差时在短时间内自动检测偏差并进行自动修正的雷达装置。

本发明的上述以及其他目的和新颖特征将根据本说明书的记载和附图而变得明确。

用于解决课题的手段

若对在本申请中公开的发明中的代表性发明进行简单说明，则如下所述。

根据作为雷达装置的测量定位结果的距离和相对速度，通过函数拟合处理部(112)的函数拟合处理，提取与行驶方向平行的侧壁。接着，根据函数拟合时计算出的本车速度和到侧壁的距离，由计算处理部(114)计算作为侧壁而提取的各点的角度方位β。由比较处理部(115)对计算出的角度方位β和作为测量定位结果的角度方位θ进行比较，从而检测雷达装置的安装角度偏差，由修正处理部(116)进行修正。

发明效果

能够在短时间内高精度地自动检测向车辆安装雷达的角度。另外，能够与安装角度同时高精度地检测本车速度。

上述以外的课题、结构及效果通过用于实施以下发明的方式的说明而明确。

附图说明

图1是说明本发明的实施方式的雷达装置的功能块结构的图。

图2是表示与本车速度向量平行的侧壁和相对速度的关系的示意图。

图3是用距离R和相对速度V的二维平面表示与本车速度向量平行的侧壁的曲线的示意图和曲线的公式。

图4是表示在距离R和相对速度V的二维平面中，作为目标而检测的点群的结果和提取的曲线拟合的结果的图。

图5是将作为侧壁而提取的点群表示为横轴为角度方位θ、纵轴为角度方位β的结果以及线性近似的结果。

图6是输出到存储器的数据结构的例子。

图7A是具有相对于车辆弯曲成凸状的侧壁时的距离R和相对速度V的二维平面中的曲线的示意图。

图7B是具有相对于车辆弯曲成凹状的侧壁时的距离R和相对速度V的二维平面中的曲线的示意图。

图8A是在相对于本车速度Vr向量接近的方向上存在倾斜的侧壁时的距离R和相对速度V的二维平面中的曲线的示意图。

图8B是在相对于本车速度Vr向量远离的方向上存在倾斜的侧壁时的距离R和相对速度V的二维平面中的曲线的示意图。

图9是说明本发明的实施方式的雷达装置的功能块结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。实施方式或实施例是用于说明本发明的例示，为了说明的明确化，适当地进行了省略和简化。本发明也可以以其他各种方式实施。只要不特别限定，各构成要素可以是单数也可以是复数。

为了容易理解发明，附图中所示的各构成要素的位置、大小、形状、范围等有时不表示实际的位置、大小、形状、范围等。因此，本发明不限定于附图中公开的位置、大小、形状、范围等。

在具有相同或同样功能的构成要素有多个的情况下，有时对相同的符号附加不同的下标进行说明。另外，在不需要区别这些多个构成要素的情况下，有时省略下标进行说明。

实施例1

使用附图对本申请中公开的发明的代表性实施方式进行说明。图1是说明实施方式的雷达装置的功能块结构的图。图2是表示与本车速度向量平行的侧壁和相对速度的关系的示意图。图3是用距离R和相对速度V的二维平面表示与本车速度向量平行的侧壁的曲线的示意图和曲线的公式。

本发明的代表性实施方式的雷达装置(201)是安装在汽车的左右前方的角部的车载毫米波雷达装置，如图1所示，由模拟处理部(101)、测量定位处理部(102)、角度偏差检测部(103)构成。

在模拟处理部(101)中，从发送天线(104)输出毫米波雷达作为发送信号1。这里，发送信号1使用合成器(105)的输出信号，经常使用使频率在时间上线性迁移的线性调频信号。从合成器(105)输出的输出信号被发送放大器3放大并从发送天线(104)发送。

所发送的发送信号1由作为目标的目标物反射，其反射波的一部分返回到接收阵列天线(106)，作为接收信号2被接收。接收阵列天线(106)具有接收毫米波雷达的反射波的多个接收天线。由接收阵列天线(106)的多个接收天线接收到的接收信号2分别由多个接收放大器4放大，分别输入到作为频率转换器的多个混频器(107)，由多个混频器(107)进行下变频。此时，使用合成器(105)的输出信号作为混频器(107)的本地信号。由此，从多个混频器(107)输出与发送信号和接收信号的时间差、即与作为目标的目标物的距离对应的频率作为多个模拟输出信号。混频器(107)的多个模拟输出信号由多个滤波器5进行滤波处理后，分别输入到多个A/D转换器(模拟数字转换电路)(108)，转换为多个数字信号，并作为多个数字输出信号传送到测量定位处理部(102)。在这里，目标物包括汽车和人等在移动的物体、墙壁和电线杆等在地面上静止的物体等。

在测量定位处理部(102)中，将来自模拟处理部(101)的多个数字输出信号作为接收信号而接收，对于各接收信号，由多个时间/频率FFT处理电路(109)进行FFT(FFT：快速傅里叶变换、fast Fourier transform)处理。FFT处理包括频率FFT和时间FFT。通过进行频率FFT，能够掌握距离R，通过进行时间FFT，能够掌握相对速度V。如果决定了作为目标的距离R和相对速度V，则能够从FFT处理的结果中提取各接收信号的复信号，在角度方位处理部(110)中，根据各接收信号的复信号的规则性，使用空间FFT处理、数字波束形成处理、MUSIC(Multiple Signal Classification，多信号分类)处理这样的角度方位处理，计算目标物的角度方位θ(角度方位1)。作为测量定位处理部(102)的输出，作为具有与目标数对应的距离R、相对速度V、角度方位θ的信息的点群(111)来输出。

在此，由时间/频率FFT处理电路(109)计算出的相对速度V相当于以毫米波雷达装置(201)为中心的同心圆状的距离的每单位时间的变化量，如图2所示，相对于在本车速度Vr向量(202)的方向上行驶的车辆210的行驶方向在角度β方向(角度方位2)静止的目标物(203)的相对速度V为本车速度Vr乘以余弦β的项后的值(V＝Vr·cosβ)。在图2所示的车辆210中，示出了在左前方角部也设置有毫米波雷达装置(201)的例子。

另外，如果用距离R和相对速度V的二维平面表示图2所示的与本车速度Vr向量(202)平行的地物的侧壁(204)，则描绘出图3那样的特定的曲线(301)。该曲线(301)是在相对速度V成为零时通过接近距离X(205)、当距离R变大时逐渐接近于本车速度Vr的曲线，如侧壁(204)的曲线(301)的公式(302)所示，是由本车速度Vr和接近距离X唯一地决定的曲线。在这里，地物是如墙壁、电线杆等在地面上静止的物体。

在角度偏差检测部(103)中，通过由函数拟合处理部(112)根据点群(111)的距离R、相对速度V、角度方位θ中的距离R和相对速度V的点群信息进行函数拟合处理，提取与本车速度Vr向量(202)平行的侧壁(204)。在函数拟合处理中，具体而言，进行使本车速度Vr和接近距离X扫过来决定最拟合点群的图3的曲线(301)的处理。在拟合时，对于与曲线(301)分离的点，不视为侧壁(204)，在与拟合相应的点数比规定的阈值多的情况下，作为侧壁(204)进行检测。在检测出侧壁(204)的情况下，计算本车速度Vr和侧壁距离X作为信息(113)。这些信息(113)可以用作从车速传感器(118)输出的本车速度Vr0的修正部(119)、自动驾驶信息。在通过比较部(120)比较基于函数拟合处理部(112)的本车速度Vr和基于车速传感器(118)的本车速度Vr0时，在比规定的误差大的情况下，作为传感器异常而从传感器异常警报部(121)发出警报，由此，也能够将车速传感器(118)的故障、精度劣化作为声音或显示通知给车辆210的驾驶员等。另外，也可以将由函数拟合处理部(112)进行了函数拟合处理后的点群和函数的误差用作侧壁(204)的检测精度的准确度信息。也可以将比较部(120)和修正部(119)统称为基于车速传感器(118)的本车速度Vr0的修正功能。

图4表示检测出的目标的点群(111)和由函数拟合处理部(112)提取出的曲线(301)。可知，通过函数拟合处理部(112)检测出本车速度93km/h、距离8.5m的右侧壁和距离4.8m的左侧壁。

通过函数拟合处理部(112)的计算，本车速度Vr或侧壁距离X为已知的，从而能够由角度方位β计算部(114)使用曲线的公式(302)求出点群的各点的角度方位β。由此，在作为侧壁(204)而提取的点群的各点中，能够具有由角度方位β计算处理部(114)计算出的角度方位β和预先由角度方位处理部(110)计算出的角度方位θ这两种角度方位信息。由于角度方位β以本车速度Vr向量(202)为基准，角度方位θ以毫米波雷达装置(201)的安装方向即安装轴206为基准，所以通过由角度比较处理部(115)比较这两个角度(β、θ)，能够计算毫米波雷达装置(201)的安装角度。毫米波雷达装置201的安装角度意味着本车速度Vr向量(车辆的车轴方向或前后方向)与安装轴206之间的角度。在比较这两个角度(β、θ)时，作为例子，可以在角度方位θ和角度方位β的二维平面上形成点群，对点群进行线性近似。

图5是作为侧壁而提取的点群表示为横轴为角度方位θ、纵轴为角度方位β的结果以及线性近似的结果。图5中的虚线(501)是表示点群的线性近似的直线。考虑到θ和β是同一尺度的角度方位，可以理解直线的斜率为1。在斜率从1大幅偏离的情况下，作为数据能够判断为异常，因此能够进行废弃数据等处理。图5中的线性近似式(502：y＝0.9988x+0.4285)的斜率(0.9988)接近1，因此作为数据可以判断为正常。相当于线性近似式(502)的y截距的0.4285表示角度方位β和角度方位θ的角度偏差，该y截距的值为毫米波雷达装置(201)的安装角度偏差。通过统计性地累积该y截距的值，能够计算出正确的毫米波雷达装置(201)的安装角度偏差。

图6是输出到存储器的数据结构的例子，表示统计性地累积数据时的数据结构的例子。经过时间(601)表示实施角度偏差的修正或警报的发出后的经过时间，在以0.5秒间隔计算线性近似式(502)的情况下，以0.5秒为单位累积数据。拟合的点数(602)表示在函数拟合处理部(112)中对曲线(301)进行函数拟合时提取的点群的点数。使用越多的点数越能改善角度偏差的检测精度，因此通过将该点数(602)作为加权使用，从而能够改善数据的利用精度。安装角度(603)是相当于线性近似式(502)的y截距的数值(安装角度偏差)。侧壁距离(604)和本车速度(605)是由函数拟合处理部(112)算出的值，相当于图1中的本车速度Vr、侧壁距离X的信息(113)。

作为安装角度偏差的计算，作为例子可以举出以相对于安装角度(603)拟合的点数(602)进行加权平均来计算的方法。在此，在拟合的点数(602)的累积值超过规定的阈值的情况下，通过设置计算前面记载的加权平均值的机制，能够以所希望的误差精度检测安装角度偏差值。

关于检测出的安装角度偏差，通过由修正处理部(116)进行从由角度方位处理部(110)计算出的角度方位θ中减去角度偏差(603)的简单修正处理，能够计算出没有安装角度误差的修正后的角度方位θ’，输出与修正后的点群相关的测量定位结果(117)。另外，也可以通过设置在检测出的安装角度偏差值(603)超过规定的阈值的情况下作为传感器的异常而发出警报的机制(图1的传感器异常警报部121)，来进行保证天线设计中的波束宽度和作为***设计的视野角这样的使用方法。

在这里，作为担心，可以预想在检测出的侧壁较大地弯曲的情况或为倾斜方向的情况下计算出的角度方位β的误差变大的情况。图7A、图7B和图8A、图8B是表示这些情况偏离由函数拟合处理部(112)提取出的曲线(301)的图。

图7A示出了相对于车辆弯曲成凸状的侧壁(701)的距离R和相对速度V的二维平面中的曲线(702)。图7B示出了相对于车辆弯曲成凹状的侧壁(703)的距离R和相对速度V的二维平面中的曲线(704)。这些曲线(702)、(704)是与平行于本车速度Vr向量(202)的侧壁(204)的二维平面中的曲线(301)不同的曲线，因此在函数拟合处理部(112)进行函数拟合处理时被省略的可能性高。即，由于未被检测为侧壁(204)，因此不会作为角度方位β的误差产生影响。

图8A、图8B是存在相对于本车速度Vr向量(202)倾斜的侧壁情况。图8A是在相对于本车接近的方向上存在倾斜的侧壁(801)的情况下的距离R和相对速度V的二维平面中的曲线(802)。图8B是在远离的方向上存在倾斜的侧壁(803)的情况下的距离R和相对速度V的二维平面中的曲线(804)。这些曲线(802)、(804)的特征在于，在相对速度V的正侧和负侧成为非对称的曲线，由于成为与虚线所示的与本车速度Vr向量(202)平行的侧壁(204)的二维平面中的曲线(301)不同的曲线，所以与弯曲的侧壁(701)、(703)的情况相同地，在由函数拟合处理部(112)进行函数拟合处理时被省略的可能性高。

但是，对于平缓的弯曲的侧壁或平缓的倾斜的侧壁，由于在某种程度上与由函数拟合处理部(112)提取出的曲线(301)一致，所以有被检测为与行驶方向平行的侧壁的可能性。此时，将由函数拟合处理部(112)进行了函数拟合的点群和函数的曲线(301)的误差作为侧壁的检测精度的准确度信息进行加权累积平均，从而能够抑制安装角度偏差的检测精度的劣化。作为其他方法，如果使用转向角传感器，在超过规定的转向角范围的情况下不进行侧壁的检测，则能够更完全地省略弯曲或倾斜的侧壁的检测，因此能够改善安装角度偏差的检测精度。例如，只要限定在转向角+/-5度以内的转向角范围内进行侧壁提取即可。在这种情况下，在转向角+/-5度以外的转向角范围不进行侧壁提取。

作为其他的安装角度偏差的精度劣化的担心，在相对速度V比规定的速度快的情况下，输出在时间/频率FFT处理电路(109)的运算时因FFT的折返产生的比实际慢的相对速度V。因此，在由函数拟合处理部(112)进行函数拟合处理时有可能失败，成为安装角度偏差的检测精度的劣化原因。关于该相对速度的折返，在重复配置了距离R和相对速度V的二维平面之后，通过由函数拟合处理部(112)进行函数拟合处理，能够抑制安装角度偏差的检测精度的劣化。进而，如果使用速度传感器仅在规定的行驶速度下进行侧壁提取，则能够进一步抑制安装角度偏差的检测精度的劣化。例如，如果相对速度的折返速度为70km/h，则只要将基于速度传感器的速度检测输出的检测速度限定在从时速5km/h到时速70km/h的规定速度范围内来进行侧壁提取即可。在这种情况下，在时速5km/h到时速70km/h的范围以外，不进行侧壁提取。也就是说，可以将上述规定的转向角范围或上述规定的速度范围设为角度偏差检测部(103)或函数拟合处理部(112)的启动条件。

图9是说明本发明的实施方式的雷达装置的功能块结构的图。图9与图1的不同点在于，在图9的雷达装置201A中，转向角传感器130的转向角检测输出和基于速度传感器的速度检测输出的速度检测被输入到角度偏差检测部103内的函数拟合处理部(112)。雷达装置201A的其他结构和动作与图1的雷达装置201相同，省略重复的说明。

由此，如上所述，函数拟合处理部(112)以如下方式控制其动作：在转向角传感器130的转向角检测输出为转向角+/-5度以内的规定的转向角范围内提取侧壁，另外，在基于速度传感器的速度检测输出的检测速度为时速5km/h到时速70km/h的规定的速度范围内提取侧壁。当然也可以以在转向角+/-5度以内的转向角范围内且限定在时速5km/h到时速70km/h的速度范围内进行侧壁提取的方式进行函数拟合处理部(112)的侧壁提取的动作而进行控制。

能够将上述规定的转向角范围或上述规定的速度范围作为角度偏差检测部(103)或函数拟合处理部(112)的启动条件。由此，在雷达装置中安装角度产生偏差时，能够在短时间内自动检测偏差并进行自动修正。另外，能够改善安装角度偏差的检测精度。进而，能够抑制安装角度偏差的检测精度的劣化。

在图1、图9中，测量定位处理部102、角度偏差检测部103、角度方位θ的修正处理部116、本车速度Vr0的修正部119、本车速度比较部120、传感器异常警报部121等可以分别由专用的硬件电路构成，或者也可以由软件构成。在由软件构成的情况下，使用具备中央处理装置CPU、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM等的微型计算机或微处理器构成***，用CPU执行存储在ROM中的软件，将该执行结果等存储到RAM中。由此，能够在短时间内高精度地自动检测出向车辆安装雷达的角度。

以上，基于实施方式具体说明了由本发明者完成的发明，但本发明并不限于上述实施方式，当然可以进行各种变更。

符号说明

101…模拟处理部，102…测量定位处理部，103…角度偏差检测部，104…发送天线，105…合成器，106…接收阵列天线，107…混频器，108…A/D转换器，109…时间/频率FFT处理电路，110…角度方位处理部，111…检测到的目标的点群，112…函数拟合处理部，113…到侧壁的距离(X)，114…角度方位(β)计算处理部，115…角度方位比较部，116…角度方位(θ)的修正处理部，117…没有安装角度误差的测量定位结果，118…速度传感器，119…速度传感器检测速度修正部，120…本车速度比较部，121…传感器异常警报部，130…转向角传感器，201…毫米波雷达装置，202…本车速度向量(Vr)，203…角度β方向的静止目标，204…与本车速度向量平行的侧壁，205…接近距离(X)，206…安装轴，301…与本车速度向量平行的侧壁的距离-相对速度的平面中的曲线，302…与本车速度向量平行的侧壁的曲线的公式，501…表示线性近似的直线，502…线性近似式，601…经过时间，602…拟合的点数(检测结果)，603…安装角度(检测结果)，604…侧壁距离(检测结果)，605…本车速度(检测结果)，701…弯曲的侧壁，702…弯曲的侧壁的距离-相对速度的平面中的曲线，703…弯曲的侧壁，704…弯曲的侧壁的距离-相对速度的平面中的曲线，801…倾斜的侧壁，802…倾斜的侧壁的距离-相对速度的平面中的曲线，803…倾斜的侧壁，804…倾斜的侧壁的距离-相对速度的平面中的曲线。

Claims (9)

1.一种雷达装置，其是能够通过多个接收天线对目标物的角度方位1、到所述目标物的距离和相对速度进行测量定位的车载的雷达装置，所述雷达装置的特征在于，具备：

函数拟合处理部，其根据所述距离和所述相对速度的信息，通过函数拟合提取包含与车辆的行驶方向平行的侧壁的地物；

处理部，其根据所述函数拟合的结果计算所述地物的角度方位2；以及

处理部，其通过比较所述角度方位1和所述角度方位2，计算所述雷达装置的安装轴的角度偏差。

2.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，

具有根据所述角度偏差的计算结果修正安装轴的角度偏差的处理部。

3.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，

具有根据所述角度偏差的计算结果，在超过规定的角度偏差的情况下发出警报的功能。

4.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，

所述函数拟合处理部构成为，在进行所述函数拟合时，根据到所述地物的所述距离和所述相对速度的信息计算本车速度。

5.根据权利要求4所述的雷达装置，其特征在于，

具有根据所述本车速度的结果修正速度传感器的误差的修正功能。

6.根据权利要求5所述的雷达装置，其特征在于，

所述函数拟合处理部在来自所述速度传感器的速度检测输出为规定的速度范围内进行所述函数拟合。

7.根据权利要求5所述的雷达装置，其特征在于，

所述函数拟合处理部在来自转向角传感器的转向角检测输出为规定的转向角范围内进行所述函数拟合。

8.根据权利要求7所述的雷达装置，其特征在于，

所述函数拟合处理部在所述转向角检测输出为所述规定的转向角范围、且来自所述速度传感器的速度检测输出为规定的速度范围时，进行所述函数拟合。

9.一种雷达装置，其安装在车辆上，所述雷达装置的特征在于，

根据作为所述雷达装置的测量定位结果的距离和所述车辆的相对速度，通过函数拟合来提取与所述车辆的行驶方向平行的侧壁，

根据所述函数拟合时计算出的所述车辆的本车速度和到所述侧壁的距离，计算出作为所述侧壁而提取的各点的角度方位β，

通过比较所述计算出的角度方位β和作为所述测量定位结果的角度方位θ，检测所述雷达装置的安装角度偏差，修正安装角度偏差。