JP2008076095A - 方位検出方法、方位検出装置、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を大型化することなく、虚像による方位の誤検出を防止可能な方位検出方法、方位検出装置、及びプログラムを提供する。
【解決手段】探査波の半波長以上の間隔で配置された一対の送受信素子からなる素子アレーにより、周波数の異なる２種類の探査波を送受信して、各探査波毎に受信信号の位相差φ１、φ２を求め（Ｓ２１０〜Ｓ２４０，Ｓ２７０）、更に、これら位相差φ１，φ２の差からなる方位指標Δφｒを求め（Ｓ２５０）、この方位指標Δφｒに基づいて、探査波を反射した対象物体が存在する方位θを決定する（Ｓ２６０）。
【選択図】図３

Description

本発明は、探査波を送信し、探査波を反射した目標物体からの反射波を受信して、目標物体が存在する方位を検出する方位検出方法、その方法を適用した方位検出装置、及びプログラムに関する。

従来より、超音波等からなる探査波を送信して、その探査波を反射した目標物体からの反射波を、一定間隔で一列に受信素子を配置した素子アレーで受信し、各受信素子から得られる受信信号の位相差から目標物体が存在する方位を検出する、いわゆる位相モノパルス方式を採用した方位検出装置が知られている。

この種の方位検出装置では、探査波の波長をλとして、受信素子の素子間隔をλ／２より小さくすることが望ましい。これは、素子間隔がλ／２以上に設定されていると、方位の虚像が発生して方位を一意に特定することができないためである。

即ち、図１３に示すように、受信素子の素子間隔をｄ、受信素子の正面方向に対する反射波の到来方向の角度をθ₀ とすると、その到来方向から推定される推定方位の方位角θは（１）式で求められ、この（１）式を変形すると（２）式が得られる。

つまり、ｄ≧λ／２であれば、（２）式の右辺の値が−１〜１を取るようなｎが複数存在することにより、複数の方位角θ（推定方位）が求められることになる。しかも、ｄが大きくなるほど、求められる方位角θの数も多くなる。

例えば、ｄ＝１．０λ、θ₀ ＝６０°として（２）式からθを求めた場合、到来方向である６０°以外に、虚像となる−７．７°が算出されることになる。
しかし、実際には、受信素子の直径がλ／２以上のものしかなく、受信素子の素子間隔をλ／２より小さくすることが困難であった。

これに対して、使用周波数の異なる複数の素子アレーを用い、その使用周波数によって素子アレーのサイドビームの方向が異なることを利用して、全ての素子アレー受信される反射波を実像、一部の素子アレーで受信される反射波を虚像として認識する方法がしられている（例えば、特許文献１参照）。

また、素子間隔が異なる二組の素子アレーを用い、それぞれにて虚像を含めた方位検出を行い、両者の間で検出結果が一致するものを実像、一致しないものを虚像として認識する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−３０５２２２号公報 特開平１１−２４８８２１号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、虚像の除去を可能とするためには、サイドビームのビーム幅が互いに重なり合うことのないように、ビーム幅を絞り込む必要があり、そのためには、素子アレーを構成する素子数を多くする必要があり、また、特許文献２に記載の方法では、一方向の方位検出に対して二組の素子アレーが必要であるため、いずれにしても装置が大型化してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、装置構成を大型化することなく、虚像による方位の誤検出を防止可能な方位検出方法、方位検出装置、及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の方位検出方法では、第１周波数を有する第１探査波及び前記第１周波数より高い第２周波数を有する第２探査波を送信し、第１及び第２探査波を反射した目標物体からの反射波を、第２探査波の半波長以上の間隔で一列に配置された複数の受信素子からなる素子アレーにより受信し、その受信信号に基づいて目標物体が存在する方位を検出する。

具体的には、第１ステップでは、受信素子のそれぞれから得られる受信信号の位相差を、第１及び第２探査波のそれぞれについて算出する。続く第２ステップでは、第１ステップにて算出される第１探査波での位相差と、第２探査波での位相差との差を方位指標として算出する。最後に第３ステップでは、第２ステップにて算出された方位指標に基づいて、第１及び第２探査波を反射した物体の方位を検出する。

即ち、第２探査波の半波長以上の間隔で受信素子が配置されている場合、第１ステップで得られる位相差と方位との間には、図５（ａ）に示すような対応関係があり、方位±９０°の変化に対して位相差は１周（３６０°）以上してしまうため、位相差から方位を一意に特定することができない。これは、周波数を変化させても同じである。但し、周波数を変化させた場合、特性にずれが生じ、そのずれ（即ち、位相差の差）は方位が０°から離れるほど、大きなものとなる。

つまり、第２ステップで算出される方位指標（位相差の差）と方位との間には、図５（ｂ）に示すような対応関係があり、方位±９０°の変化に対して方位指標は単調増加するため、方位指標から方位を一意に特定することが可能となる。

このように本発明の方位検出方法では、探査波の周波数を変えることにより得られる二つの位相差から方位指標（位相差の差）を求め、その方位指標と方位との対応関係を利用して、探査波を反射した対象物体が存在する方位を求めるようにされている。

従って、本発明の方位検出方法によれば、従来装置のように、素子間隔の異なる複数組の素子アレーを用いたり、素子アレーの指向性を絞るために素子数を増やしたりする必要がないため、必要最小限（一対の受信素子）の受信素子により装置を構成することができ、その結果、装置を大型化することなく、虚像による誤検出の防止を実現することができる。

次に、請求項２に記載の方位検出装置では、送信手段が、第１周波数を有する第１の探査波及び第１周波数より高い第２周波数を有する第２探査波を送信し、受信手段が、第２探査波の半波長以上の間隔で配置された複数の受信素子からなる素子アレーを介して、第１及び第２探査波を反射した対象物体からの反射波を受信する。

そして、位相差算出手段が、受信素子のそれぞれから得られる受信信号の位相差を、前記第１及び第２探査波のそれぞれについて算出し、指標算出手段が、この位相差算出手段にて算出される第１探査波での位相差と、第２探査波での位相差との差を方位指標として算出する。

すると、方位決定手段が、指標算出手段にて算出された方位指標に基づいて、第１及び第２探査波を反射した物体の方位を検出する。
つまり、請求項２に記載の方位検出装置は、請求項１に記載の方位検出方法を実現する装置であり、従って、請求項２に記載の方位検出装置によれば、請求項１に記載の方位検出方法による効果と同様の効果を得ることができる。

ところで、本発明の方位検出装置において、方位決定手段は、請求項３に記載のように、予め設定された方位指標と方位との対応関係に基づき、指標算出手段にて算出された方位指標に対応する方位を決定方位とする方位算出手段により構成してもよい。

即ち、方位指標と方位との対応関係は、上述したように１対１となるため、方位指標から方位を求めることができる。
この場合、方位決定手段は、請求項４に記載のように、予め設定された位相差と方位との対応関係に基づき、位相差算出手段にて算出された位相差に対応する方位を判定基準方位として抽出する判定基準抽出手段と、方位算出手段で求められた方位と判定基準抽出手段で抽出された判定基準方位との方位差が、いずれも、予め設定された許容値より大きい場合に、方位算出手段にて求められた決定方位を無効にして方位未検出とする無効化手段とを備えていてもよい。

このように構成された本発明の方位検出装置によれば、方位の誤検出を防止することができる。
即ち、第１探査波と第２探査波との送受信を同じアンテナを用いて行うなど、第１周波数と第２周波数との差を大きく異ならせることができない場合、第１探査波での位相差の特性と第２探査波での位相差の特性の差、ひいては方位指標がとる値は小さなものとなる。この場合、指標算出手段にて算出される方位指標は、ノイズの影響を受けやすくなり、方位指標から求めた方位は比較的大きな誤差を含んだものとなる。

そこで、位相差から方位を一意に特定することはできないものの、位相差からも方位を検出することが可能であることを利用し、方位指標から求めた方位が、位相差から求めた方位のいずれとも大きく異なっている場合には、決定方位は、ノイズなどの影響を受けて誤検出されている可能性が高いものとして、これを破棄し方位未検出としているのである。

なお、上述したように、位相差からは方位を一意に特定できないものの、方位に対する位相差の変化率は、方位に対する方位指標の変化率より大きいため（図５（ａ）（ｂ）参照）、位相差算出手段や指標算出手段で算出される位相差や方位指標に含まれる誤差の大きさが同程度であれば、方位指標から求めた方位より、位相差から求めた方位の方が方位誤差は小さくなり、換言すれば、精度の高い方位検出を行うことができる。

そこで方位決定手段は、方位指標から求められる方位をそのまま用いるのではなく、位相差から求められる方位候補の一つを、方位指標に基づいて選択し、その選択した方位候補を決定方位とするように構成してもよい。

具体的には、請求項５に記載のように、方位決定手段は、予め設定された位相差と方位との対応関係に基づき、位相差算出手段にて算出された位相差に対応する方位を方位候補として抽出する方位候補抽出手段と、予め設定された方位指標と方位との対応関係に基づき、方位候補抽出手段にて抽出された方位候補のそれぞれについて、その方位候補に対応する方位指標を指標候補として抽出する指標候補抽出手段と、指標算出手段にて算出された方位指標を判定基準指標とし、この判定基準指標と候補指標抽出手段にて抽出された指標候補とに基づいて、方位候補抽出手段にて抽出された方位候補の中の一つを決定方位として選択する選択手段とを備えていてもよい。

このように構成された本発明の方位検出装置によれば、位相差から求めた方位を決定方位としているため、方位指標から求めた方位を決定方位とする場合と比較して、方位の検出精度を向上させることができる。

なお、選択手段は、具体的には、請求項６に記載のように、判定基準指標と符号が同一である指標候補に対応する方位候補を、決定方位として選択するように構成してもよいし、請求項７に記載のように、判定基準指標との差が最も小さい指標候補に対応する方位候補を、決定方位として選択するように構成してもよい。

また、方位決定手段は、請求項８に記載のように、予め設定された位相差と方位との対応関係に基づき、位相差算出手段にて算出された位相差に対応する方位を方位候補として抽出する方位候補抽出手段と、予め設定された方位指標と方位との対応関係に基づき、指標算出手段にて算出された方位指標に対応する方位を判定基準方位として抽出する判定基準抽出手段と、判定基準方位との差が最も小さい方位候補を決定方位として選択する選択手段とを備えていてもよい。

このように構成された本発明の方位検出装置によれば、位相差から求めた方位を方位検出結果としているため方位の検出精度を向上させることができるだけでなく、方位指標に基づく方位候補の選択をより簡易なものとすることができる。

ところで、送信手段及び受信手段は、第１探査波及び第２探査波を、交互に送信するように構成してもよいし、請求項９に記載のように、両探査波を同時に送受信するように構成してもよい。

このように構成された本発明の方位検出装置によれば、１度の探査で方位を求めることができる。
また、受信手段は、請求項１０に記載のように、受信素子の配列方向が一致するように配置された複数の素子アレーを備え、位相差算出手段は、素子アレーのそれぞれについて得られる受信信号の位相差の平均値を算出するように構成されていてもよい。

このように構成された本発明の方位検出装置によれば、平均化によって位相差の算出精度を向上させることができ、その結果、この位相差に基づいて求められる方位の精度も向上させることができる。

なお、送信手段により送信される探査波としては、例えば請求項９に記載のように、超音波を用いることができる。但し、探査波は、超音波に限るものではなく、電磁波等であってもよい。

また、送信手段は、請求項１０に記載のように、受信手段を構成する受信素子のうち少なくとも一つを送信素子として共用するように構成されていてもよい。
この場合、装置の部品点数を削減することができる。また、複数の受信素子を送信素子として共用する場合には、送信出力が増大するため、検知範囲を広げることができる。

ところで、請求項１に記載の方位検出方法を実現する各ステップは、コンピュータに実行させるためのプログラムとして構成されていてもよい。
この場合、そのプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記憶させ、その記憶させたプログラムを必要に応じてコンピュータシステムにロードして起動することにより用いることができる。なお、記録媒体は、持ち運び可能なものであってもよいし、コンピュータシステムに予め組み込まれたものであってもよい。また、プログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステムにロードされるものであってもよい。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された物体検出装置１の全体構成を示すブロック図である。この物体検出装置１は、超音波パルスを送信して、その超音波パルスを反射した目標物体からの反射波を受信することにより、その受信信号から目標物体の二次元位置（水平方向，奥行き方向）を示す位置データを生成するものである。
＜全体構成＞
図１に示すように、物体検出装置１は、超音波を送受信する一対の送受信素子Ｅ１，Ｅ２からなる素子アレー３と、素子アレー３にパルス状の超音波（以下「超音波パルス」という）からなる探査波を送信させる送信部５と、素子アレー３を構成する各送受信素子Ｅ１，Ｅ２からの受信信号、及び送信部５からのタイミング信号，切換信号に基づいて、探査波を反射した目標物体の二次元位置を示す位置データを生成する受信部７とを備えている。

このうち、送信部５は、探査波の送出タイミングを示すタイミング信号を発生させる送信タイミング制御部１１と、タイミング信号に従って、所定パルス幅（本実施形態では各周波数において１０パルス）の探査波を素子アレー３に送信させるための送信信号を生成する送信信号生成部１５と、送信タイミング制御部１１からのタイミング信号が入力される毎に、送信信号生成部１５が生成する送信信号の周波数を、第１周波数ｆ１（本実施形態では３８ＫＨｚ）と第２周波数ｆ２（本実施形態では４２ＫＨｚ）との間で交互に切り替える送信周波数制御部１３とからなる。

つまり、送信部５は、タイミング信号が示すタイミング毎に、第１周波数ｆ１で所定パルス幅の第１探査波と、第２周波数ｆ２で所定パルス幅の第２探査波を、素子アレー３から交互に送信させるように構成されている。

また、素子アレー３を構成する一対の送受信素子Ｅ１，Ｅ２は、水平方向に沿って、第２探査波の半波長以上の間隔ｄ（本実施形態では、第１探査波の半波長と第２探査波の半波長との平均）で配置されている。なお、送受信素子Ｅ１，Ｅ２は、第１周波数ｆ１，第２周波数ｆ２のいずれであっても十分なゲインが得られるものが用いられている。
＜受信部の構成＞
次に、受信部７は、送受信素子Ｅ１，Ｅ２のそれぞれに対して一つずつ設けられ、送受信素子Ｅｉ（ｉ＝１，２）からの受信信号を直交復調してＩ信号，Ｑ信号からなる復調信号Ｒｉを生成する復調部２１，２２と、各復調部２１，２２からの復調信号Ｒ１，Ｒ２に基づいて、目標物体までの距離Ｌを算出する距離算出部２３と、各復調部２１，２２からの復調信号Ｒ１，Ｒ２に基づいて、目標物体が存在する方位θを算出する方位算出部２４と、距離算出部２３にて算出された距離Ｌ、及び方位算出部２４にて算出された方位（水平方位）θに基づき、当該装置１の位置を原点とする直交座標系で表された目標物体の位置を表す位置データ（ｘ，ｙ）を生成する位置変換部２５とを備えている。

なお、復調部２１，２２は、受信信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器、直交復調を実行する直交復調器、直交復調器にて復調された信号から高周波成分を除去するＬＰＦなどで構成された周知のものである。また、復調部２１，２２では、送信周波数と同一の周波数を用いて直交変調を行うために、素子アレー３に供給される送信信号と同じ周波数を有するローカル信号が、送信信号生成部１５から供給されるように構成されている。

また、距離算出部２６は、タイミング信号から特定される送信タイミングから、復調信号Ｒ１，Ｒ２から特定される受信タイミングまでの時間と、超音波の伝搬速度とに基づいて距離を算出するように構成されている。具体的には、復調信号Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについて、Ｉ信号，Ｑ信号をベクトル加算した振幅を求め、その振幅が予め設定された閾値を最初に超えたタイミングを受信タイミングとするようにされている。
＜送信側処理＞
ここで、送信周波数制御部１３が実行する送信側処理を、図２に示すフローチャートに沿って説明する。

本処理は当該装置１の起動とともに開始される。
本処理が開始されると、まずＳ１１０では、搬送波の送信周波数を第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２のいずれかに初期設定する。本実施形態では、第１周波数ｆ１に設定するものとする。

続くＳ１２０では、送信タイミング制御部１１からのタイミング信号を監視することにより、送信タイミングとなるまで待機し、送信タイミングになると、Ｓ１３０に進み、送信信号生成部１５に、設定されている送信周波数で探査波（超音波パルス）を送信させる。

続くＳ１４０では、送信周波数の設定を、現在設定されているものとは異なるものに変更すると共に、切換信号の信号レベルも切り換えて、Ｓ１２０に戻る。
本処理により、送信タイミング毎に、第１周波数ｆ１の探査波と第２周波数ｆ２の探査波とが、交互に送信されることになる。
＜方位算出処理＞
次に、方位算出部２４が実行する方位算出処理を、図３，４に示すフローチャートに沿って説明する。

本処理は、送信側処理と同様に、当該装置１の起動と共に開始される。
本処理が開始されると、まず、Ｓ２１０では、素子アレー３にて反射波が受信されるタイミング（送信タイミングに同期して設定される）まで待機し、素子アレー３にて反射波が受信されるタイミングになると、Ｓ２２０に進み、距離算出部２３からの受信タイミングにおいて、復調部２１，２２から供給される復調信号Ｒ１，Ｒ２に基づいて、両復調信号Ｒ１，Ｒ２の位相差φ１を算出して、記憶する。以下では、この位相差φ１を前回取得値φ１ともいう。

続くＳ２３０では、再び、素子アレー３にて反射波が受信されるタイミングまで待機し、素子アレー３にて反射波が受信されるタイミングになると、Ｓ２４０に進み、復調部２１，２２から供給される復調信号Ｒ１，Ｒ２に基づいて、両復調信号Ｒ１，Ｒ２の位相差φ２を算出して、Ｓ２５０に進む。以下では、この位相差φ２を今回取得値φ２ともいう。

Ｓ２５０では、今回取得値φ２と前回取得値φ１との差からなる方位指標Δφｒ（＝φ２−φ１）を算出する。但し、方位指標Δφｒは、今回取得値φ２が第１周波数ｆ１の探査波に基づく場合には、Δφｒ＝φ１−φ２にて算出し、今回取得値φ２が第２周波数ｆ２の探査波に基づく場合には、Δφｒ＝φ２−φ１にて算出する。つまり、常に第２周波数ｆ２での位相差から第１周波数ｆ１での位相差を減じるようにされている。

続くＳ２６０では、この方位指標Δφｒに基づいて、探査波を反射した目標物体が存在する方位を決定する方位決定処理を実行し、続くＳ２７０では、今回取得値φ２を前回取得値φ１として、Ｓ２３０に戻る。

なお、本処理において、Ｓ２２０，Ｓ２４０が第１ステップ及び位相差算出手段（請求項２）、Ｓ２５０が第２ステップ及び指標算出手段（請求項２）、Ｓ２６０が第３ステップ及び方位決定手段（請求項２）に相当する。
＜方位決定処理＞
次に、Ｓ２６０にて実行する方位決定処理の詳細を、図４に示すフローチャートに沿って説明する。

本処理では、まず、Ｓ３１０にて、探査波の周波数ｆ１，ｆ２及び送受信素子Ｅ１，Ｅ２の配置間隔ｄに従って求められた方位指標Δφと方位θとの対応関係（図５（ｂ）参照）に基づき、先のＳ２５０にて算出された方位指標Δφｒに対応する方位θを求める。

続くＳ３２０では、同じく探査波の周波数ｆ１，ｆ２及び送受信素子Ｅ１，Ｅ２の配置間隔ｄに従って求められた位相差φと方位θとの対応関係（図５（ａ）参照）及び探査波の周波数ｆ１又はｆ２に基づき、先のＳ２４０にて求められた今回取得値φ２に対応する方位を、判定基準方位θｒ１，θｒ２として抽出する。

Ｓ３３０では、方位θと判定基準方位θｒ１との差の絶対値、又は方位θと判定基準方位θｒ２との差の絶対値のいずれかが、予め設定された判定閾値ＴＨより小さいか否かを判定し、肯定判定された場合は、Ｓ３４０に進み、Ｓ３１０にて求めた方位θを検出方位として、本処理を終了する。

一方、Ｓ３３０にて否定判定された場合は、Ｓ３５０に進み、Ｓ３１０にて求めた方位θを破棄し方位未検出として本処理を終了する。
なお、本処理において、Ｓ３１０が方位算出手段（請求項３）、Ｓ３２０が判定基準抽出手段（請求項４）、Ｓ３３０，Ｓ３５０が無効化手段（請求項４）に相当する。
＜効果＞
以上説明したように、物体検出装置１では、第２探査波（周波数ｆ２＞ｆ１）の半波長以上の間隔で配置された一対の送受信素子Ｅ１，Ｅ２からなる素子アレー３により、周波数の異なる２種類の探査波を送受信し、各探査波毎に求められる位相差φ１、φ２の差からなる方位指標Δφｒに基づいて、探査波を反射した対象物体が存在する方位θを求めるようにされている。

従って、物体検出装置１によれば、従来装置のように、素子間隔の異なる複数組の素子アレーを用いたり、素子アレーの指向性を絞るために素子数を増やしたりする必要がなく、必要最小限（２個）の送受信素子Ｅ１，Ｅ２で素子アレー３を構成することができ、その結果、装置を大型化することなく、虚像による誤検出の防止を実現することができる。

また、物体検出装置１では、方位指標Δφｒから求めた方位θが、方位差φ１，φ２から求めた判定基準方位θｒ１，θｒ２のいずれとも判定閾値ＴＨ以上離れている場合には、方位θを破棄して方位未検出とするようにされているため、方位θの誤検出を防止でき装置の信頼性を向上させることができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

本実施形態では、方位決定処理の内容が第１実施形態とは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
＜方位決定処理＞
図６は、本実施形態における方位決定処理の内容を表すフローチャートである。

図６に示すように、本処理が開始されると、まず、Ｓ４１０では、位相差φと方位θとの対応関係（図５（ａ）参照）に基づき、先のＳ２４０で算出された今回取得値φ２に対応する方位を、方位候補θ１，θ２として抽出する（図７参照）。

続くＳ４２０では、方位指標Δφと方位θとの対応関係（図５（ｂ）参照）に基づき、各方位候補θ１，θ２に対応する方位指標（位相差の差）を、指標候補Δφｓ１，Δφｓ２として抽出する。

続くＳ４３０では、指標候補Δφｓ１，Δφｓ２のうち、その符号が先のＳ２５０にて算出された方位指標Δφｒの符号と一致するものを抽出し、その抽出した指標候補Δφｓｉ（ｉ＝１or２）に対応する方位候補θｉを検出方位として、本処理を終了する。

なお、本処理において、Ｓ４１０が方位候補抽出手段（請求項５）、Ｓ４２０が指標候補抽出手段（請求項５）、Ｓ４３０が選択手段（請求項５）に相当する。
＜効果＞
このように構成された物体検出装置１によれば、今回取得値（方位差）φ２から求めた方位候補θ１，θ２のいずれかを検出方位としているため、方位指標Δφｒから求めた方位θを検出方位とする場合と比較して、方位の検出精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、送受信素子Ｅ１，Ｅ２の素子間隔ｄを、第２探査波（周波数ｆ２）の波長λ未満に設定することが望ましい。これは、ｄ≧λとすると、Ｓ４２０にて同じ符号を有する方位候補θｉが抽出される場合があり、符号によって、指標候補Δφｓｉ（ひいては方位候補θｉ）を一つに特定することができない場合があるためである。

但し、送受信素子Ｅ１，Ｅ２のビーム幅（半値角）が、そのビーム幅内では、同一符号の指標候補Δφｓｉが現れないように設定されている場合、ビーム幅外の方位候補θｉに対応する指標候補Δφｓｉを予め排除するように構成すれば、ｄ≧λであっても問題なく使用することができる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

本実施形態では、方位決定処理の内容が第１，第２実施形態とは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
＜方位決定処理＞
図８は、本実施形態における方位決定処理の内容を表すフローチャートである。

図８に示すように、Ｓ５１０，Ｓ５２０では、先のＳ４１０，Ｓ４２０と同様に、今回取得値φ２に対応する方位候補θ１，θ２を抽出し、各方位候補θ１，θ２に対応する指標候補Δφｓ１，Δφｓ２を抽出する。

続くＳ５３０では、指標候補Δφｓ１，Δφｓ２のそれぞれについて、Ｓ２５０にて算出された方位指標Δφｒとの近さを表す指標Ｄ１（＝｜Δφ−Δφｓ１｜），Ｄ２（＝｜Δφ−Δφｓ２｜）を算出する。つまり、指標Ｄｉの値が小さい指標候補Δφｓｉほど、方位指標Δφｒに近いことになる。

そして、Ｓ５４０では、指標Ｄ１，Ｄ２を比較して、指標Ｄ１の方が指標Ｄ２より小さければ、Ｓ５５０に進み、指標Ｄ１に対応する方位候補θ１を検出方位θとして本処理を終了する。また、Ｓ５４０にて、指標Ｄ１より指標Ｄ２の方が小さいと判定された場合は、Ｓ５６０に進み、指標Ｄ２に対応する方位候補θ２を検出方位θとして本処理を終了する。

また、指標Ｄ１と指標Ｄ２とは等しいと判定された場合は、Ｓ５７０に進み、方位未検出として本処理を終了する。
なお、本処理において、Ｓ５１０が方位候補抽出手段（請求項５）、Ｓ５２０が指標候補抽出手段（請求項５）、Ｓ５３０〜Ｓ５７０が選択手段（請求項５）に相当する。
＜効果＞
このように構成された物体検出装置１によれば、第２実施形態の場合と同様に、今回取得値（方位差）φ２から求めた方位候補θ１，θ２のいずれかを検出方位としているため、方位指標Δφｒから求めた方位θを検出方位とする場合と比較して、方位の検出精度を向上させることができる。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。

本実施形態では、方位決定処理の内容が第１〜３実施形態とは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
＜方位決定処理＞
図９は、本実施形態における方位決定処理の内容を表すフローチャートである。

図９に示すように、本処理が開始されると、まず、Ｓ６１０では、位相差φと方位θとの対応関係（図５（ａ）参照）に基づき、先のＳ２４０で算出された今回取得値φ２に対応する方位を、方位候補θ１，θ２として抽出する。

続くＳ６２０では、方位指標Δφと方位θとの対応関係（図５（ｂ）参照）に基づき、先のＳ２５０で算出された方位指標Δφｒに対応する方位を、判定基準方位θｒとして抽出する。

続くＳ６３０では、方位候補θ１，θ２のそれぞれについて、Ｓ６２０にて求めた判定基準方位θｒとの近さを表す指標Ｓ１（＝｜θｒ−θ１｜），Ｓ２（＝｜θｒ−θ２｜）を算出する。つまり、指標Ｓｉの値が小さい方位候補θｉほど、判定基準方位θｒに近いことになる。

そして、Ｓ６４０では、指標Ｓ１，Ｓ２を比較して、指標Ｓ１の方が指標Ｓ２より小さければ、Ｓ６５０に進み、指標Ｓ１に対応する方位候補θ１を検出方位θとして本処理を終了する。また、ＳＳ４０にて、指標Ｓ１より指標Ｓ２の方が小さいと判定された場合は、Ｓ６６０に進み、指標Ｓ２に対応する方位候補θ２を検出方位θとして本処理を終了する。

また、指標Ｓ１と指標Ｓ２とは等しいと判定された場合は、Ｓ６７０に進み、方位未検出として本処理を終了する。
なお、本処理において、Ｓ６１０が方位候補抽出手段（請求項８）、Ｓ６２０が判定基準抽出手段（請求項８）、Ｓ６３０〜Ｓ６７０が選択手段（請求項８）に相当する。
＜効果＞
このように構成された物体検出装置１によれば、第２実施形態の場合と同様に、今回取得値（方位差）φ２から求めた方位候補θ１，θ２のいずれかを検出方位としているため、方位指標Δφｒから求めた方位θを検出方位とする場合と比較して、方位の検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、方位候補θ１，θ２を、判定基準方位θｒを用いて直接比較することで、いずれかの方位候補を選択しているため、指標候補Δφｓｉを用いて間接的に比較する場合と比較して、処理を簡易なものとすることができる。
［第５実施形態］
次に第５実施形態について説明する。

本実施形態の物体検出装置１Ａは、上述の物体検出装置１とは構成が一部異なるだけであるため、物体検出装置１と同じ構成については同一符号を付して説明を省略し、これとは構成の相違する部分を中心に説明する。
＜全体構成＞
図１０に示すように、物体検出装置１Ａは、素子アレー３，送信部５を備えており、更に、素子アレー３と同様に構成され、送受信素子Ｅ１，Ｅ２の配列方向が、素子アレー３のものと平行になるように配置された素子アレー３Ａを備えている。なお、素子アレー３Ａは、素子アレー３と同様に、送受信の両方に用いられる。

また、物体検出装置１Ａの受信部７Ａは、復調部２１，２２、位置変換部２５に加えて、素子アレー３Ａに対して設けられ、復調部２１，２２と同様に構成された復調部２１Ａ，２２Ａと、復調部２１，２２，２１Ａ，２２Ａからの復調信号、及び送信タイミング制御部１１からのタイミング信号に従って、探査波を反射した目標物体までの距離を求める距離算出部２９と、復調部２１，２２，２１Ａ，２２Ａからの復調信号、及び送信周波数制御部１３からの切換信号に従って、探査波を反射した目標物体が存在する方位を求める方位算出部２６を備えている。

そして、距離算出部２９は、復調信号のそれぞれについて、Ｉ信号，Ｑ信号をベクトル加算した振幅を求め、その振幅が予め設定された閾値を最初に超えたタイミングを受信タイミングとして、この受信タイミングとタイミング信号から特定される送信タイミングとに基づいて距離を算出するように構成されている。

また、方位算出部２６は、距離算出部２９からの受信タイミングにおいて、復調部２１，２２からの復調信号に基づく位相差φ１，φ２と、復調部２１Ａ，２１Ｂからの復調信号に基づく位相差φ１，φ２を別々に求め、両者の平均値を、その後の処理で用いる以外は、第１実施形態のものと全く同様に構成されている。
＜効果＞
このように構成された物体検出装置１Ａによれば、平均化によって位相差φ１，φ２の算出精度を向上させることができ、その結果、この位相差φ１，φ２に基づいて求められる方位や位置の精度も向上させることができる。

なお、本実施形態では、方位算出部２６において、位相差φ１，φ２を平均化するように構成したが、それぞれ個別に方位θまで求め、その方位を平均化するように構成してもよい。
［第６実施形態］
次に第６実施形態について説明する。

本実施形態の物体検出装置１Ｂは、上述の物体検出装置１，１Ａとは構成が一部異なるだけであるため、物体検出装置１，１Ａと同じ構成については同一符号を付して説明を省略し、これらと構成の相違する部分を中心に説明する。
＜全体構成＞
図１１に示すように、物体検出装置１Ｂは、素子アレー３の他、送信部５Ｂ，受信部７Ｂを備えている。

このうち、送信部５Ｂは、送信タイミング制御部１１と、送信タイミング制御部１１からのタイミング信号に従って、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２とが混合され、且つ所定パルス幅（本実施形態では各周波数において１０パルス）を有する探査波を素子アレー３に送信させるための送信信号を生成する送信信号生成部１５Ｂとからなる。

一方、受信部７Ｂは、素子アレー３を構成する各送受信素子Ｅ１，Ｅ２からの受信信号から第１周波数ｆ１成分を抽出して、復調部２１，２２に供給すると共に、第２周波数ｆ２成分を抽出して、復調部２１Ａ，２２Ａに供給するフィルタ部９を備える点、復調部２１，２２には、送信信号生成部１５Ｂから第１周波数ｆ１と同じ周波数のローカル信号が供給され、復調信号２１Ａ，２２Ａには、送信信号生成部１５Ｂから第２周波数ｆ２と同じ周波数のローカル信号が供給される点、及び方位算出部２８の処理が一部異なる点以外は、第５実施形態における受信部７Ａと同様に構成されている。

そして、方位算出部２８では、同時に得られる２系統の位相差を平均化するのではなく、２系統の位相差は、それぞれ異なった周波数についてのものであるため、両位相差から直ちに方位指標Δφを求め、その方位指標Δφをその後の処理で用いる以外は、第１実施形態のものと全く同様に構成されている。
＜効果＞
このように構成された物体検出装置１Ｂによれば、第１周波数ｆ１での位相差および第２周波数ｆ２での位相差を、上述の実施形態の場合とは異なり、時間差なく同時に得ることができるため、この両者から求められる方位指標（位相差の差）Δφの算出精度を向上させることができ、その結果、この方位指標Δφに基づいて求められる方位や位置の精度も向上させることができる。
［第７実施形態］
次に第７実施形態について説明する。

本実施形態の物体検出装置１Ｃは、物体検出装置１，１Ａ，１Ｂとは構成が一部異なるだけであるため、物体検出装置１，１Ａ，１Ｂと同じ構成については同一符号を付して説明を省略し、これらとは構成が相違する部分を中心に説明する。
＜全体構成＞
図１２に示すように、物体検出装置１Ｃは、素子アレー３，送信部５の他、素子アレー３Ａ，受信部７Ｃを備えている。

このうち、素子アレー３Ａは、素子アレー３と同様に一対の送受信素子Ｅ１，Ｅ２からなり、その配列方向が、素子アレー３のものとは垂直に交わるように配置されている。
また、物体検出装置１Ｃの受信部７Ｃは、素子アレー３に対して設けられた復調部２１，２２、方位算出部２４に加えて、素子アレー３Ａに対して設けられ、復調部２１，２２、方位算出部２４と同様に構成された復調部２１Ａ，２２Ａ、方位算出部２４Ａ、復調部２１，２２，２１Ａ，２２Ａからの復調信号に基づいて目標物体までの距離を求める距離算出部２９を備えている。

更に、物体検出装置１Ｃは、位置変換部２５の代わりに、距離算出部２９にて算出された距離Ｌ、方位算出部２４にて算出された方位（水平方位）、方位算出部２４Ａにて算出された方位（垂直方位）に基づき、当該装置１の位置を原点とする直交座標系で表された目標物体の三次元位置を表す位置データ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成する位置変換部２７を備えている。
＜効果＞
このように構成された物体検出装置１Ｃによれば、三次元位置を検出することができる。
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、探査波として超音波を用いているが、音波や電磁波等を用いてもよい。
上記実施形態では、本発明を対象物体の二次元位置（水平方向，奥行き方向）や三次元位置（水平方向，垂直方向，奥行き方向）を検出する物体検出装置に適用したが、１次元方位（水平方位，垂直方位のいずれか）又は二次元方位（水平方位，垂直方位の両方）を検出する方位検出装置などに適用してもよい。

上記実施形態では、送受信素子Ｅ１，Ｅ２が探査波の送信，受信をいずれも行うように構成したが、探査波の送信，受信を、送信専用素子、受信専用素子によって別々に行うように構成してもよい。

上記実施形態において、送信タイミング制御部１１，送信周波数制御部１３，距離算出部２３，２９，方位算出部２４，２４Ａ，２６，２８，位置変換部２５，２７での処理は、論理回路の組合せによって実現されるように構成してもよいし、マイクロコンピュータが実行する処理によって実現されるように構成してもよい。

本発明が適用された物体検出装置の全体構成を示すブロック図。 送信側処理の内容を示すフローチャート。 方位算出処理の内容を示すフローチャート。 第１実施形態における方位決定処理の内容を示すフローチャート。 （ａ）が位相差と方位との対応関係を示すグラフ、（ｂ）が方位指標（位相差の差）と方位との対応関係を示すグラフ。 第２実施形態における方位決定処理の内容を示すフローチャート。 各パラメータの関係を示す説明図。 第３実施形態における方位決定処理の内容を示すフローチャート。 第４実施形態における方位決定処理の内容を示すフローチャート。 第５実施形態の物体検出装置の全体構成を示すブロック図。 第６実施形態の物体検出装置の全体構成を示すブロック図。 第７実施形態の物体検出装置の全体構成を示すブロック図。 方位検出の原理を示す説明図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…物体検出装置 ３，３Ａ…素子アレー ５，５Ｂ…送信部 ７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…受信部 １１…送信タイミング制御部 １３…送信周波数制御部 １５，１５Ｂ…送信信号生成部 ２１，２２，２１Ａ，２２Ａ…復調部 ２３，２９…距離算出部 ２４，２４Ａ，２６，２８…方位算出部 ２５，２７…位置変換部 Ｅ１，Ｅ２…送受信素子

Claims (13)

1. 第１周波数を有する第１探査波及び前記第１周波数より高い第２周波数を有する第２探査波を送信し、前記第１及び第２探査波を反射した目標物体からの反射波を、前記第２探査波の半波長以上の間隔で一列に配置された複数の受信素子からなる素子アレーにより受信し、その受信信号に基づいて前記目標物体が存在する方位を検出する方位検出方法であって、
   前記受信素子のそれぞれから得られる受信信号の位相差を、前記第１及び第２探査波のそれぞれについて算出する第１ステップと、
   前記第１ステップにて算出される前記第１探査波での位相差と、前記第２探査波での位相差との差を方位指標として算出する第２ステップと、
   前記第２ステップにて算出された方位指標に基づいて、前記第１及び第２探査波を反射した物体の方位を検出する第３ステップと、
   を備えることを特徴とする方位検出方法。
2. 第１周波数を有する第１の探査波及び前記第１周波数より高い第２周波数を有する第２探査波を送信する送信手段と、
   前記第２探査波の半波長以上の間隔で配置された複数の受信素子からなる素子アレーを介して、前記第１及び第２探査波を反射した対象物体からの反射波を受信する受信手段と、
   前記受信素子のそれぞれから得られる受信信号の位相差を、前記第１及び第２探査波のそれぞれについて算出する位相差算出手段と、
   前記位相差算出手段にて算出される前記第１探査波での位相差と、前記第２探査波での位相差との差を方位指標として算出する指標算出手段と、
   前記指標算出手段にて算出された方位指標に基づいて、前記第１及び第２探査波を反射した物体の方位を決定する方位決定手段と、
   を備えることを特徴とする方位検出装置。
3. 前記方位決定手段は、予め設定された方位指標と方位との対応関係に基づき、前記指標算出手段にて算出された方位指標に対応する方位を決定方位とする方位算出手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の方位検出装置。
4. 前記方位決定手段は、
   予め設定された位相差と方位との対応関係に基づき、前記位相差算出手段にて算出された位相差に対応する方位を判定基準方位として抽出する判定基準抽出手段と、
   前記方位算出手段で求められた方位と前記判定基準抽出手段で抽出された各判定基準方位との方位差が、いずれも、予め設定された許容値より大きい場合に、前記方位算出手段にて求められた決定方位を無効にして方位未検出とする無効化手段と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の方位検出装置。
5. 前記方位決定手段は、
   予め設定された位相差と方位との対応関係に基づき、前記位相差算出手段にて算出された位相差に対応する方位を方位候補として抽出する方位候補抽出手段と、
   予め設定された方位指標と方位との対応関係に基づき、前記方位候補抽出手段にて抽出された方位候補のそれぞれについて、該方位候補に対応する方位指標を指標候補として抽出する指標候補抽出手段と、
   前記指標算出手段にて算出された方位指標を判定基準指標とし、該判定基準指標と前記候補指標抽出手段にて抽出された指標候補とに基づいて、前記方位候補抽出手段にて抽出された方位候補の中の一つを決定方位として選択する選択手段と、
   からなることを特徴とする請求項２に記載の方位検出装置。
6. 前記選択手段は、
   前記判定基準指標と符号が同一である指標候補に対応する方位候補を、前記決定方位として選択することを特徴とする請求項５に記載の方位検出装置。
7. 前記選択手段は、
   前記判定基準指標との差が最も小さい指標候補に対応する方位候補を、前記決定方位として選択することを特徴とする請求項５に記載の方位検出装置。
8. 前記方位決定手段は、
   予め設定された位相差と方位との対応関係に基づき、前記位相差算出手段にて算出された位相差に対応する方位を方位候補として抽出する方位候補抽出手段と、
   予め設定された方位指標と方位との対応関係に基づき、前記指標算出手段にて算出された方位指標に対応する方位を判定基準方位として抽出する判定基準抽出手段と、
   前記判定基準方位との差が最も小さい方位候補を決定方位として選択する選択手段と、
   からなることを特徴とする請求項２に記載の方位検出装置。
9. 前記送信手段及び受信手段は、前記第１探査波及び第２探査波を同時に送受信することを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれかに記載の方位検出装置。
10. 前記受信手段は、前記受信素子の配列方向が一致するように配置された複数の前記素子アレーを備え、
    前記位相差算出手段は、前記素子アレーのそれぞれについて得られる受信信号の位相差の平均値を算出することを特徴とする請求項２乃至請求項９のいずれかに記載の方位検出装置。
11. 前記送信手段により送信される前記探査波が超音波であることを特徴とする請求項２乃至請求項１０のいずれかに記載の方位検出装置。
12. 前記送信手段は、前記受信手段を構成する受信素子のうち少なくとも一つを送信素子として共用することを特徴とする請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の方位検出装置。
13. 請求項１に記載の方位検出方法を構成する各ステップを、コンピュータに実行させるためのプログラム。

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