JP2015525873A - 車両用レーダセンサのミスアライメント処理 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両（１）外部の物体を検出するための車両用レーダシステム（２）に関する。レーダシステム（２）は、レーダ検出器（３）と処理装置（４）とを含む。処理装置（４）は、レーダ検出器（３）で検出された各物体（１０ａ’、１０ｂ’、１０ｃ’、１０ｄ’、１０ｅ’)について検出されたターゲット角度(θｅｒｒ)および検出されたターゲットドップラ速度（Ｖｄ）の値を一定時間獲得するものである。検出されたターゲットドップラ速度（Ｖｄ）の推移を検出されたターゲット角度（θｅｒｒ）の関数として記述する関数（１２）を微分して得られる導関数（１３）にゼロクロッシング（１４）がある場合、処理装置（４）は、当該ゼロクロッシング（１４）を検出する。このゼロクロッシング（１４）は、レーダシステムのミスアライメント（θｍ）を表すものである。また本発明は、対応する方法に関する。【選択図】図２

Description

本発明は、レーダ検知器および処理装置を含み、車両外部にある物体を検出する車両用レーダシステムに関する。処理装置は、レーダ検知器の値を一定時間獲得するものである。

また本発明は、車両外部にある物体を検知する車両用レーダシステムのミスアライメントを推定する方法に関する。本方法は検知された各物体についてのターゲット角度およびターゲットドップラ速度を一定時間検知する工程を含む。

今日、レーダ装置が車両に搭載されることがあり、走行方向に存在する物体からの反射を検知し、スピード制御機能および衝突防止機能を実行する。このようなレーダ装置には、ターゲット方位角の形式のアジマス角度、物体までの距離、および車両と物体との間の相対速度を得ることが要求される。

大多数の車両用レーダ・アプリケーションにとって、ターゲット方位角を高い精度で測定することが重要である。レーダシステムの角度の正確さは、変調技術、部品公差、組立精度、設置状況などの根本的なパラメータに依存する。さらに、機械的ストレスまたは悪天候などの様々な周辺状況の影響などによっても角度測定性能は悪くなる。これらの誤差原因は不規則な統計的分布を示すものもあるが、一定の角度オフセットをもつものもある。この一定のオフセットは、いわゆるミスアライメント角度と呼ばれる。車両アプリケーションにおいて、ミスアライメント角度をモニタリングすることは、しばしば必須要件である。

車両の動的情報、例えば車両速度、ヨーレート、またはステアリング角を用いて、地上に静止しているターゲットの軌道を検証するいくつかの公知のやり方がある。障害物の予測経路を、レーダ測定による実際の推移と比較することにより、一般的な方位の偏りを予測し得る。これらの技術の成功は、車両の動的データの正確性に大きく依存する。

上記の問題に鑑み、米国特許第７４４３３３５公報に、相対速度および反射に基づいて車両用レーダの角度誤差を推定することが開示されている。しかし、要求される精度は追加コストへの影響なくしては得られないため、厳密な車両のデータを必要としない別のアルゴリズムを得ることが望ましい。

このように、厳密な車両データを必要としない車両用レーダのための角度誤差推定装置および方法が求められている。

この目的を、レーダ検出器および処理装置を含み、車両外部の物体を検出する車両レーダシステムにより達成する。処理装置は、レーダ検出器によって検出された各物体についての検出されたターゲット角度および検出されたターゲットドップラ速度の値を一定時間獲得するものである。検出されたターゲットドップラ速度の推移を、検出されたターゲット角度の関数で記述する関数を微分して得られる導関数にゼロクロッシングがある場合、処理装置は、当該ゼロクロッシングを検出するものである。当該ゼロクロッシングは、レーダシステムのミスアライメントを表す。

また前述の目的を、車両外部の物体を検出するものである車両用レーダシステムのミスアライメントを推定する方法によって達成する。当該方法は、検出された各物体のターゲット角度およびターゲットドップラ速度を一定時間検出する工程を含む。当該方法はさらに、
検出されたターゲットドップラ速度の推移を、検出されたターゲット角度の関数として記述する関数を計算する工程と、
当該計算中の関数を微分する工程と、
微分して得られた導関数にゼロクロッシングがある場合に当該ゼロクロッシングを検出する工程と、
ゼロクロッシングを車両用レーダシステムのミスアライメントを推定するものとして用いる工程とを含む。

一実施例では、検出されたターゲットドップラ速度の推移を、検出されたターゲット角度の関数として記述する関数が、放物線のような推移を有するように数値で定められる。

別の実施例では、検出されたターゲットドップラ速度の推移を、検出されたターゲット角度の関数として記述する関数を、以下のように定める。

他の実施例は、従属クレームで開示する。

本発明により多くの利点を得る。主として、厳密な車両データを必要としない車両用レーダの角度誤差を推定する装置および方法を提供する。

添付の図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
レーダシステムを備えた車両の概略上面図である。 レーダシステムを備え、道路を走行中である車両の概略上面図である。 検出されたフェンスの支柱の概略上面図である。 検出されたターゲットドップラ速度の推移を、検出されたターゲット角度の関数として記述する関数である。 図４の関数の導関数である。 本発明による方法のフローチャートである。

詳細な説明

図１を参照する。車両１はレーダシステム２を含み、これは順にレーダ検出器３と処理装置４とを含む。車両１は一定の車両速度Ｖ_ｈで移動し、車両の進路上に物体５が存在している。この物体は、レーダ検出器３により検出される。しかし、ミスアライメント・エラーなどの誤差により、実際の物体５とは異なって検出された物体６が存在する。よって実際の物体５についての真のターゲット角度θ_ｒｅｆと、検出された物体６についての検出されたターゲット角度θ_ｅｒｒとがある。これらの角度は、車両１からこの走行方向前方に向かって伸びる線、すなわち図では車両の速度Ｖ_ｈに沿って伸びて例示されている線７に対して計測される。この線を、レーダ検出器６のボアサイトにおいて伸びていると考えてよい。またレーダ検出器３は、検出された物体６のターゲットドップラ速度Ｖ_ｄを検出する。

上記の角度を参照すると、ミスアライメントの角度θ_ｍは、以下のように定められる。

上記の定義をした上で、次に図２を参照する。図２では、車両１は、フェンス支柱１０を順に含むフェンス９のある道路８を走行している。レーダシステム２は、ある一定の視野１１を有する。図２の例では、車両走行中のある一瞬を例示していて、５本のフェンス支柱がレーダ検出器３により検出されるが、ミスアライメント・エラーを伴っている。実在の５本のフェンス支柱は、第１実在フェンス支柱１０ａ、第２実在フェンス支柱１０ｂ、第３実在フェンス支柱１０ｃ、第４実在フェンス支柱１０ｄ、および第５実在フェンス支柱１０ｅで構成されている。

車両は、ゼロより大きい速度Ｖ_ｈで移動していて、本実施例では、２０ｍ／ｓに設定されている。実在フェンス支柱１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅの絶対速度をゼロとする。さらに実在フェンス支柱１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅは、レーダ検出器に多数の反射をもたらし、それぞれのターゲット角度θ_{ｅｒｒ＿ａ}、θ_{ｅｒｒ＿ｂ}、θ_{ｅｒｒ＿ｃ}、θ_{ｅｒｒ＿ｄ}、θ_{ｅｒｒ＿ｅ}、およびそれぞれの目標ドップラ速度Ｖ_ｄ＿ａ、Ｖ_ｄ＿ｂ、Ｖ_ｄ＿ｃ、Ｖ_ｄ＿ｄ、Ｖ_ｄ＿ｅの双方が同一視野内で検出される。これらのデータは、ほぼ同時に入手可能である。

本実施例では、−２°の角度オフセットを採用する。図３に、対応する検出されたフェンス支柱１０ａ’、１０ｂ’、１０ｃ’、１０ｄ’、１０ｅ’を概略的に例示する。図３では、５番目に検出されたフェンス支柱１０ｅ’の検出されたターゲット角度θ_{ｅｒｒ＿ｅ}および検出されたターゲットドップラ速度Ｖ_ｄ＿ｅが例示してある。すべての検出されたフェンス支柱１０ａ’、１０ｂ’、１０ｃ’、１０ｄ’、１０ｅ’について対応する検出されたターゲット角度および検出されたターゲットドップラ速度が存在するが、明瞭にするために図３には例示していない。

以下に、本実施例にて処理されるターゲット・リストを表で例示する。

本ターゲット・リストは、角度によって分類され、角度がすべて異なっている。方位角が小さいほど、各ターゲットの検出された絶対的なドップラ速度が高くなる。このことは、検出されたターゲットドップラ速度の最高値が、レーダ検出器３のボアサイトに、すなわちライン７に沿うものになることを意味する。これは、一定の車両速度Ｖ_ｈを仮定し、単一のレーダ視野で検出されたターゲットの場合にいえる。

本発明では、検出されたターゲットドップラ速度の推移を、検出されたターゲット角度の関数として表す関数を微分して得られた導関数にゼロクロッシングがある場合、処理装置４が、当該ゼロクロッシングを検出する。ゼロクロッシングは、レーダシステムのミスアライメントを表すものであり、本実施例においては−２°である。

これを得るために、検出されたターゲットドップラ速度の推移を、検出されたターゲット角度の関数として記述する適切な関数を求めることが必要である。この関数のパラメータを処理し、存在するのであればその関数の極小値を決定しなければならない。本発明の最終結果としてこのような極小値のみを求めるため、本発明は、車両速度Ｖ_ｈの精度の許容誤差に対してロバストなものとなる。

図３から明らかなように、検出されたターゲットドップラ速度Ｖ_ｄは、各検出にて検出されたターゲット角度θ_ｅｒｒの関数として以下のように記述されよう。

コサイン関数のテイラー展開により以下のように記されよう。

数式（３）によると、より小さい角度に適した概算は、以下の２次方程式による。

数式（２）および数式（４）を組み合わせると以下のようになる。

数式（５）は、放物線のような推移を有し、これを図４に、上述の表で示した本実施例におけるターゲット・リストのための第１グラフ１２で例示する。第１のグラフ１２の導関数を、図５に第２グラフ１３で例示する。導関数は直線である。１次関数のパラメータの推定に有用な計算方法がいくつかある。以下に一例を説明する。

第２グラフ１３で例示される導関数は、２つの一連のデータ点のドップラ速度において差異を構成する。すべてのデルタ値を、検出されたターゲット角度の差異を用いて標準化しなければならない。

ここで、nはデータ点の数である。

上記の数式（６ａ）により計算されたＹデータは、２つのデータ点の中間における放物線の傾きを表す。それゆえ、次に例示するように、縦座標Ｘを同様に修正しなければならない。

以下の式、すなわち、

による線形回帰を実行して、直線のパラメータｍおよびｂを推定する。ミスアライメント・エラーθ_ｍは、第２グラフ１３のゼロクロッシング１４に該当し、次のように計算できる。

この場合のゼロクロッシング１４から導き得るように、ミスアライメント・エラーθ_ｍは、前述の−２°と等しい。

図６を参照する。本発明はまた、車両用レーダシステムのミスアライメントθ_ｍを推定する方法に関する。車両用レーダシステム２は、車両１の外部の物体を検出するためのものである。本方法は、以下の工程を含む。すなわち、
工程１５：検出された各物体１０ａ’、１０ｂ’、１０ｃ’、１０ｄ’、１０ｅ’についてのターゲット角度θ_ｅｒｒおよびターゲットドップラ速度Ｖ_ｄを一定時間検出する工程と、
工程１６：検出されたターゲットドップラ速度Ｖ_ｄの推移を、検出されたターゲット角度θ_ｅｒｒの関数として記述する関数１２を計算する工程と、
工程１７：当該関数１２を微分する工程と、
工程１８：微分して得られた導関数１３にゼロクロッシング１４がある場合にゼロクロッシング１４を検出する工程と、
工程１９：ゼロクロッシング１４を車両用レーダシステムのミスアライメントθ_ｍの推定として用いる工程とを含む。

本発明は、上記実施例に限定されず、添付の請求の範囲内において自由に変更してよい。たとえば、検出されたターゲットドップラ速度の推移を、検出されたターゲット角度の関数として記述する関数の導関数のゼロクロッシングを計算するための上述の線形回帰以外の他の方法があり得る。たとえば、いわゆる堅調なメッドフィット技法である。

レーダシステム２のマイクロ波の部品は、従来より周知のデザインのものであることを前提とする。レーダシステム２は、たとえばレーダ送信機などのように例示のものより多くの部品を含むが、レーダ受信機は、レーダ検出器３に含まれていることを前提する。レーダ検出器３は、受信アンテナアレーを含んでよい。さらにレーダシステム２は、多くの他の部品を含んでよく、たとえば、従来より周知のやり方で、車両１に含まれている警告装置および／または情報装置に接続されている。

もちろん、角度およびドップラ速度の値のような本実施例で挙げた詳細な事項は、すべて本発明の一例として列挙したにすぎず、決して限定するものとしてみなされるべきではない。

Claims (7)

1. レーダ検出器（３）と処理装置（４）とを含み車両（１）外部の物体を検出する車両用レーダシステム（２）であって、前記レーダ検出器（３）で検出された各物体（１０ａ’、１０ｂ’、１０ｃ’、１０ｄ’、１０ｅ’）についての検出されたターゲット角度（θ_ｅｒｒ）および検出されたターゲットドップラ速度（Ｖ_ｄ）の値を前記処理装置（４）が一定時間獲得する車両用レーダシステムにおいて、
   前記検出されたターゲットドップラ速度（Ｖ_ｄ）の推移を、検出されたターゲット角度（θ_ｅｒｒ）の関数として記述する関数（１２）の導関数（１３）にゼロクロッシング（１４）がある場合、前記処理装置（４）は該ゼロクロッシング（１４）を検出し、該ゼロクロッシング（１４）は、レーダシステムのミスアライメント（θ_ｍ）を表すものであることを特徴とする車両用レーダシステム。
2. 前記検出されたターゲットドップラ速度の推移を、検出されたターゲット角度の関数として記述する前記関数（１２）は、放物線状の推移を有するよう数値で定義されていることを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
3. 前記検出されたターゲットドップラ速度（Ｖ_ｄ）の推移を、検出されたターゲット角度（θ_ｅｒｒ）の関数として記述する前記関数（１２）は、
   

   

   と定義され、Ｖ_ｈは、車両の速度を表すことを特徴とする請求項２に記載の車両レーダシステム。
4. 車両（１）外部の物体を検出する車両用レーダシステムのミスアライメント（θ_ｍ）を推定する方法であって、
   検出された各物体（１０ａ’、１０ｂ’、１０ｃ’、１０ｄ’、１０ｅ’）についてのターゲット角度（θ_ｅｒｒ）およびターゲットドップラ速度（Ｖ_ｄ）を一定時間検出する工程（１５）を含む方法において、該方法はさらに、
   前記検出されたターゲットドップラ速度（Ｖ_ｄ）の推移を、検出されたターゲット角度（θ_ｅｒｒ）の関数として記述する関数（１２）を計算する工程（１６）と、
   前記関数（１２）を微分する工程（１７）と、
   前記微分して得られた導関数（１３）にゼロクロッシング（１４）がある場合に該ゼロクロッシング（１４）を検出する工程（１８）と、
   前記ゼロクロッシング（１４）を前記車両用レーダシステムのミスアライメント（θ_ｍ）の推定に用いる工程（１９）とを含むことを特徴とする方法。
5. 前記検出されたターゲットドップラ速度（Ｖ_ｄ）の推移を、検出されたターゲット角度（θ_ｅｒｒ）の関数として記述する前記関数（１２）が、放物線状の推移を有するように数値で定義されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記検出されたターゲットドップラ速度（Ｖ_ｄ）の推移を、検出されたターゲットの角度（θ_ｅｒｒ）の関数として記述する前記関数（１２）が、
   

   

   と定義され、Ｖ_ｈは、車両の速度を表すことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記ゼロクロッシング（１４）を検出する前記工程は、
   ２つのデータ点の中間における前記放物線（１２）の傾きを表すデータＹを、
   

   

   に従って計算する工程と、
   縦座標Ｘを、
   

   

   に従って修正する工程と、
   線形回帰を、
   

   

   に従って実行して、直線のパラメータｍおよびｂを推定する工程と、
   ミスアライメント・エラー（θ_ｍ）を、
   

   

   に従って計算する工程とを含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の方法。

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