JP2021510824A - 物体の角度位置を評価する方法および装置、ならびに運転者支援システム - Google Patents

Abstract

本発明は、レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法であって、レーダデータがレーダ装置（５）によって決定される方法において、レーダ装置（５）の固有速度（ｖ＿ｅｇｏ）を決定する決定ステップ（Ｓ１）と、決定したレーダデータを使用して、レーダ装置（５）に対する検出された物体（７）の相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を決定する決定ステップ（Ｓ２）と、決定した固有速度（ｖ＿ｅｇｏ）および決定した相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を使用して少なくとも１つの角度検査範囲（α，β）を決定する決定ステップ（Ｓ３）であって、少なくとも１つの角度検査範囲（α，β）が、決定した相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）に実質的に対応する相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を有する可能な不動の物体（７）に対応している決定ステップ（Ｓ３）と、検出した物体（７）の方位角が、決定された角度検査範囲（α，β）内にあるかどうかをさらに決定する決定ステップ（Ｓ４）と、を含む方法に関する。

Description

本発明は、レーダデータに基づいて検出された物体の角度位置を評価する方法および対応する装置に関する。本発明は、さらに車両の運転者支援システムに関する。

距離および相対速度の計算に加えて、物体の方位角および仰角もレーダデータに基づいて決定することができる。これらの測定値は、特定の車両機能を制御するための運転者支援システムによって評価することができる。仰角に基づいて、物体の上方を走行できるか、物体とすれ違うことができるか、または物体の下方を走行できるかをさらに検出することができる。特に物体の車線割当てのために、物体の角度を正確に決定する必要がある。

従来のレーダ装置に加えて、多数の送信アンテナおよび受信アンテナを有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）レーダ装置が知られている。アレイ全体の拡大された仮想アパーチャおよびより多数の測定により、追加のチャネルおよびボード上のスペースのコストを同時に節約することができる。

直交する送信信号を得るために、符号分割多重方式、周波数分割多重方式、または時分割多重方式を使用することができる。

ＭＩＭＯレーダセンサは、米国特許出願公開第２０１７／１３１３９２号明細書から知られており、ＦＭＣＷ変調方式では周波数ランプがネスト型で送信され、反射が受信される。レーダセンサは、物体の角度位置の決定をより容易にする。

しかしながら、特に、より弱いターゲットの検出をも可能にする大きな角度範囲および高い物体分解能の場合には、角度推定のための計算コストは重要な場合がある。したがって、角度推定のためのより効率的な方法が必要とされている。

米国特許出願公開第２０１７／１３１３９２号明細書

本発明は、請求項１の特徴を有するレーダデータに基づいて検出された物体の角度位置を評価する方法、および請求項９の特徴を有するレーダデータに基づいて検出された物体の角度位置を評価する装置に関する。

したがって、第１の態様によれば、本発明は、レーダデータに基づいて検出された物体の角度位置を評価する方法に関し、レーダデータはレーダ装置によって決定される。レーダ装置の固有速度が決定される。さらに、決定されたレーダデータを使用して、レーダ装置に対する検出された物体の相対速度が決定される。少なくとも１つの角度検査範囲は、決定された固有速度および決定された相対速度を使用して決定され、少なくとも１つの角度検査範囲は、決定された相対速度に実施的に対応する相対速度を有する可能な不動の物体に対応する。検出された物体の方位角が、決定された角度検査範囲内にあるかどうかがさらに決定される。

したがって、第２の態様によれば、本発明は、レーダデータに基づいて検出された物体の角度位置を評価するための装置に関する。この装置は、レーダ装置によって決定されたレーダデータおよびレーダ装置の固有速度に関する情報を受信するインタフェースを有する。装置は、決定されたレーダデータを使用してレーダ装置に関連して検出された物体の相対速度を決定する計算装置をさらに備える。計算装置は、決定された固有速度および受信された相対速度を使用して、少なくとも１つの角度検査範囲を決定する。少なくとも１つの角度検査範囲は、決定された相対速度に実質的に対応する相対速度を有する可能な不動の物体に対応する。計算装置は、検出された物体の方位角が、決定された角度試験範囲内にあるかどうかをさらに決定する。

したがって、第３の態様によれば、本発明は、レーダデータを決定し、レーダデータに基づいて物体を検出するレーダ装置を有する車両の運転者支援システムに関する。運転者支援システムは、検出された物体の角度位置を評価するための装置をさらに備える。

好ましい実施形態は、それぞれの引用形式請求項の対象である。

本発明は、車両のレーダ装置によって検出された物体の大部分が静止しているか、または不動であるという認識に基づいている。したがって、本発明によれば、受信されたレーダ信号がそのような静止ターゲットに対応するかどうかが最初に検査される。このような予備探索は、比較的狭い角度範囲のみを探索すればよいで、計算コストを著しく低減することができる。この予備探索が成功しなかった場合にのみ、追加のさらなる角度範囲で物体を探索することができる。したがって、本発明は、低減された計算コストおよびこれにより低減されたエネルギー消費によって、物体の一般的に著しく速い検出を可能にする。

この方法の好ましい構成によれば、レーダデータを使用して角度品質が計算され、角度品質が所定の閾値を超える場合には、検出された物体の方位角が、決定された角度検査範囲内にあることが決定される。角度推定自体は、例えば、決定論的最尤（ＤＭＬ）法を用いて行うことができる。次に、角度品質は、以下の方程式、

によって定義することができる。この場合、ＤＭＬは、信号ベクトルとアンテナ線図ベクトルとの相互相関

の絶対値の２乗である。さらに、

は、測定されたＤＭＬ値が完全に相関した信号およびアンテナ線図ベクトルに属する確率を示す。さらに、

は、ネスト型の変調シーケンスにわたるコヒーレント積分後の平均信号対雑音比を示し、ｍは、角度推定に使用されるレーダ装置のアンテナの数を示す。

予備探索時の角度品質が既に十分に良好である場合、すなわち、所定のしきい値を超えている場合には、レーダデータが静止している物体に割り当てられていることが検出され、さらなるグローバル探索を実行することができる。予備探索後には角度推定を中断することができる。

角度品質が所定のしきい値未満となった場合には、方法の好ましい構成にしたがって、検出された物体の方位角が、決定された角度検査範囲内にはないことを決定することができる。この場合、角度検査範囲外の方位角の決定が行われる。予備探索が成功しなかった場合には、引き続きグローバル探索を行うことができる。このことは、レーダデータが静止ターゲットに対応せず、むしろ可動ターゲットに対応する場合に当てはまる。

方法の好ましいさらなる構成によれば、少なくとも１つの角度検査範囲は、レーダ装置の取付角度に基づいて決定される。取付角度は、レーダ装置の主放射方向と車両の長手方向軸線もしくは車両の走行方向との間の道路平面において測定される角度であると理解することができる。

方法の好ましいさらなる構成によれば、少なくとも１つの角度検査範囲が、さらに決定された固有速度の正確性および／または決定された相対速度の正確性を考慮して決定される。静止ターゲットは、一般に、相対速度と物体角度との正確な関係を有する。しかしながら、車両の固有速度または相対速度が正確に知られていない場合には、対応する許容範囲が生じ、角度検査範囲はある程度の幅を有する。しかしながら、角度検査範囲自体は、一般に、レーダ装置の検出範囲全体よりも著しく小さい。

方法の好ましい構成によれば、決定された相対速度に等しい相対速度を有する可能な不動の物体に対応する少なくとも１つの中心角度が計算される。決定された固有速度および決定された相対速度を正確性の範囲内で変化させることによって、中心角度の周辺のそれぞれの角度検査範囲が決定される。したがって、中心角度は、測定された相対速度で正確に移動する物体に対応する角度であり、車両は同様に正確に固有速度で移動する。固有速度および相対速度の不正確さに基づいて、それぞれの角度検査範囲への拡大が生じる。

方法の好ましいさらなる構成によれば、オーバーラップする角度検査範囲が組み合わされて、全体的な角度検査範囲を形成する。

方法の好ましいさらなる構成によれば、検出された物体の方位角が、決定された角度検査範囲内にあるかどうかについての決定を最尤法に基づいて行う。

本発明の一実施形態による角度位置を評価するための装置の概略ブロック図である。 測定された相対速度の関数として、レーダ装置と可能な物体との第１の可能な相対位置を示す図である。 測定された相対速度の関数として、レーダ装置と可能な物体との第２の可能な相対位置を示す図である。 対応する角度検査範囲を示す図である。 本発明の一実施形態による運転者支援システムを示す概略ブロック図である。 本発明の一実施形態による物体の角度位置を評価するための方法を示すフロー図である。

全ての図において、同じまたは機能的に同じ要素および装置には同じ参照符号が付されている。

図１は、レーダデータに基づいて検出された物体の角度位置を評価するための装置１の概略ブロック図を示す。装置１はインタフェース２を備え、このインタフェースは車両のレーダ装置５に結合されており、レーダ装置５からレーダデータを受信する。レーダ装置５は、好ましくは、ＭＩＭＯレーダ装置として構成されている。特に、レーダ装置は、例えば、米国特許出願公開第２０１７／１３１３９２号明細書に開示されている方法にしたがって、時分割多重方式で異なる周波数ランプを送信することができる。変調方式を賢明に選択することによって、数サイクルにわたる追跡を必要とすることなしに物体の距離および相対速度を明確に決定することができる。

インタフェース２はさらに、車両の固有速度を測定するように構成された車両のセンサ装置８に結合されている。測定された固有速度はインタフェース２を介して装置１に伝送される。

装置１は、インタフェース２を介して受信されたデータをさらに評価する計算装置３を有する。物体は、レーダ装置５によって、または計算装置３によってレーダデータに基づいて検出することができる。特に、周波数スペクトルのピークがこの目的のために評価される。計算装置３は、レーダデータに基づいて車両もしくはレーダ装置５に対する検出された物体の相対速度を決定する。相対速度は、ドップラー効果を考慮して、公知の方法を用いて計算することができる。

計算装置３は、レーダ装置５の取付け角度の知識も有し、取付角度は、例えば、装置１のメモリに所定の値として記憶することができる。

計算装置３は、検出された物体がターゲットであるかどうかをチェックするように構成されている。

取付け角度、車両の固有速度、および物体の相対速度の値が固定して設定されている場合には、車両と物体との間の相対位置について２つの可能な角度コンステレーションが生じる。

第１の可能な位置が図２に示されている。レーダ装置５は車両６に搭載されており、レーダ装置５の主放射方向Ｙと車両軸もしくは車両６の長手方向軸線Ｘとは、取付角度θ＿ｍｏｕｎｔをなしている。車両６は、車両軸線Ｘに沿って固有速度ｖ＿ｅｇｏで移動する。物体７は定置のターゲットなので、車両６の座標系では負の固有速度＿ｖｅｇｏで移動する。レーダ装置５と物体７との間の第１の接続線Ｚ＿ａ上への投影は、相対速度ｖ＿ｒｅｌに対応する。主出射方向Ｙと第１の接続線Ｚ＿ａとは第１の方位角θ＿ａをなし、物体７は、主出射方向Ｙの、軸線Ｘに向いていない方の側に位置する。このように、第１の接続線Ｚ＿ａと車両軸線Ｘとの間の物体７の第１の物体角度Ψ＿ａは、取付角度θ＿ｍｏｕｎｔと第１の方位角θ＿ａの和として与えられている。幾何学的考察は、以下の式にしたがって第１の方位角θ＿ａを計算できることを示す。

第２の可能な状況が図３に示されている。この場合、物体７をレーダ装置５に接続する第２の接続線Ｚ＿ｂが、主放射方向Ｙと車両軸線Ｘとの間に存在する。主放射方向Ｙと第２の接続線Ｚ＿ｂとの間の第２の方位角θ＿ｂは、取付角度θ＿ｍｏｕｎｔと第２の物体角度Ψ＿ｂとの間の差として、すなわち次の式、

によって与えられている。

一実施形態によれば、計算装置３は、まず、レーダデータに基づいて検出された物体７の実際の方位角が、第１の方位角θ＿ａまたは第２の方位角θ＿ｂに対応するかどうかをチェックする。

より一般的にいえば、車両６の相対速度ｖ＿ｒｅｌおよび固有速度ｖ＿ｅｇｏには誤差が伴う。したがって、さらなる実施形態によれば、計算装置３は、レーダデータに基づいて検出された物体７の実際の方位角が、第１の角度範囲αまたは第２の角度範囲β内にあるかどうかをチェックする。

図４は２つの角度範囲を示している。第１の角度範囲αは、第１の接続線Ｚ＿ａの周囲の第１の軸線Ｚ＿ａ１と第２の軸線Ｚ＿ａ２との間に延在する。主放射方向Ｙに対する対応する方位角は、第１の値、

と第２の値、

との間にある。

この場合、σ＿ｒｅｌは相対速度ｖ＿ｒｅｌの不確実性を示し、σ＿ｅｇｏは車両６の固有速度ｖ＿ｅｇｏの不確実性を示す。

これに対応して、第２の角度範囲βは、第２の接続線Ｚ＿ｂの周囲の第３の軸線Ｚ＿ｂ１と第４の軸線Ｚ＿ｂ２との間に延在する。主放射方向Ｙに対して対応する方位角は、第１の値、

と第２の値、

との間にある。

特定のコンステレーションについては、２つの角度範囲α、sは重なり合うことができる。この場合、２つの角度範囲α，βが組み合わされて全角度範囲を形成する。

計算装置３は、それぞれ角度品質、すなわち、物体７が実際にそれぞれの角度範囲α，β内にあるかどうかを示す大きさを決定する。角度品質が所定の値を超える場合、計算装置３は、物体７が静止ターゲットであると確定する。

そうでなければ、計算装置３は、物体７が静止ターゲットではないと認識し、２つの角度範囲α，β外の角度を推定する。

したがって、角度位置の評価とは、一方では、静止している物体の角度位置であるかどうかがチェックされることであると理解することができる。他方では、正確な方位角を計算することもできる。

図５は、本発明の一実施形態による運転者支援システム４の概略ブロック図を示す。運転者支援システム４は、車両６に搭載されたレーダ装置５を有している。レーダ装置５は、レーダデータを伝送し、レーダデータに基づいて物体７を検出する。運転者支援システム４は、レーダデータに基づいて角度位置を評価する装置１をさらに有する。

図６は、物体７の角度位置を評価する方法のフロー図を示す。

方法ステップＳ１において、レーダ装置５の固有速度ｖ＿ｅｇｏが決定される。特に、レーダ装置５は車両６に組み込むことができ、車両６の固有速度ｖ＿ｅｇｏは、車両６の速度センサによって計算される。

方法ステップＳ２において、検出された物体７のレーダ装置５に対する相対速度ｖ＿ｒｅｌが、決定されたレーダデータを使用して決定される。

さらなるステップＳ３において、少なくとも１つの角度検査範囲α，βが、固有速度ｖ＿ｅｇｏ、相対速度ｖ＿ｒｅｌ、および、必要に応じてレーダ装置５の取付角度θ＿ｍｏｕｎｔの関数として決定される。角度検査範囲α，βは、可能性のある不動の物体７に対応し、固有速度ｖ＿ｅｇｏおよび相対速度ｖ＿ｒｅｌの不正確さは、上述の手順にしたがって考慮することができる。

方法ステップＳ４では、検出された物体７の方位角が、決定された角度検査範囲α，β内にあるかどうかが検査される。

Claims (10)

1. レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法であって、レーダデータがレーダ装置（５）によって決定される方法において、
   レーダ装置（５）の固有速度（ｖ＿ｅｇｏ）を決定する決定ステップ（Ｓ１）と、
   決定したレーダデータを使用して、レーダ装置（５）に対する検出された物体（７）の相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を決定する決定ステップ（Ｓ２）と、
   決定した固有速度（ｖ＿ｅｇｏ）および決定した相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を使用して少なくとも１つの角度検査範囲（α，β）を決定する決定ステップ（Ｓ３）であって、少なくとも１つの角度検査範囲（α，β）が、決定した相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）に実質的に対応する相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を有する可能な不動の物体（７）に対応する決定ステップ（Ｓ３）と、
   検出した物体（７）の方位角が、決定された角度検査範囲（α，β）内にあるかどうかをさらに決定する決定ステップ（Ｓ４）と、
   を含むレーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   検出した前記物体（７）の方位角が、決定された前記角度検査範囲（α，β）内にあるかどうかを決定する決定ステップが、レーダデータを使用して角度品質を計算する計算ステップを含み、角度品質が所定の閾値を超えた場合には、検出された物体（７）の方位角（φ）が、決定された角度検査範囲（α，β）内にあることを決定する、
   レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   角度品質が所定のしきい値未満となった場合に、検出された前記物体（７）の方位角が決定された前記角度検査範囲（α，β）内にはないことを決定し、角度検査範囲（α，β）外の方位角の決定を行う、
   レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法において、
   さらに前記レーダ装置（５）の取付角度（θ＿ｍｏｕｎｔ）に基づいて少なくとも１つの前記角度検査範囲（α，β）を決定する、
   レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法において、
   決定した前記固有速度（ｖ＿ｅｇｏ）の正確性および決定した前記相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）の正確性を考慮して、少なくとも１つの前記角度検査範囲（α，β）をさらに決定する、
   レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、
   決定した前記相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）に等しい相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を有する可能な不動の前記物体（７）に対応する少なくとも１つの中心角度を計算し、決定した固有速度（ｖ＿ｅｇｏ）および決定した相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を正確性の範囲内で変化させることによって、少なくとも１つの中心角度の周辺のそれぞれの前記角度検査範囲（ａ、β）を決定する、
   レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   オーバーラップする前記角度検査範囲（α，β）を組み合わせて全体的な角度検査範囲（α，β）を形成する、
   レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法において、
   検出した前記物体（７）の方位角が、決定した前記角度検査範囲（α，β）内にあるかどうかについての決定を最尤法に基づいて行う、
   レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価する方法。
9. レーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価するための装置（１）において、
   レーダ装置（５）によって決定されたレーダデータおよびレーダ装置（５）の固有速度（ｖ＿ｅｇｏ）に関する情報を受信するインタフェース（２）と、
   計算装置（３）であって、決定されたレーダデータを使用してレーダ装置（５）に関連して検出された物体（７）の相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を決定し、決定された固有速度（ｖ＿ｅｇｏ）および受信された相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を使用して、決定された相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）に実質的に対応する相対速度（ｖ＿ｒｅｌ）を有する可能な不動の物体（７）に対応する少なくとも１つの角度検査範囲（α，β）を決定し、検出された物体（７）の方位角が、決定された角度検査範囲（α，β）内にあるかどうかを決定するように構成された計算装置（３）と、
   を備えるレーダデータに基づいて検出された物体（７）の角度位置を評価するための装置（１）。
10. 車両（６）のための運転者支援システム（４）において、
    レーダデータを決定し、レーダデータに基づいて前記物体（７）を検出するように構成されたレーダ装置（５）と、
    請求項９に記載の検出された物体（７）の角度位置を評価するための装置（１）と、
    を備える運転者支援システム（４）。

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