JP3102224B2 - 車載レーダ装置 - Google Patents
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Description
特にFM−CWレーダを用いて車両前方に存在する複数
の障害物に対して距離及び相対速度を検出するに際し、
静止物を除外した障害物に対する距離及び相対速度を検
出するのに好適な車載レーダ装置に関する。
置として、従来よりFM−CW(Frequency Modulation
-Continuous Wave)レーダを用いた測定装置が知られて
いる。この装置は、周期的に所定の変調幅で周波数が上
昇・下降を繰り返す変調波を発信し、この変調波の反射
波を受信し、発信波の周波数と受信波の周波数との差
(ビート信号)を検出して物体間の距離及び相対速度を
測定するものである。
の物体が存在すれば、個々の障害物に対応した反射波が
発生することになり、これをスペクトル解析して個々の
物体に対する周波数差を検出することとすれば、複数の
物体について距離及び相対速度を検出することが可能で
ある。
Wレーダを用いた車載レーダ装置が考案されている。こ
のような車載レーダ装置によれば、車両前方を走行する
複数の四輪車、又は二輪車について個々に距離及び相対
速度を検出することが可能となり、車載レーダ装置とし
て高い機能を確保することができるからである。
装置として用いる場合は、その監視範囲との関係で、路
側に設けられたガードレール等の存在が問題となる。高
い監視能力を確保するためには、車載レーダ装置の監視
範囲を広く確保する必要があるのに対して、かかる設定
を施した場合は、本来監視すべき先行車両等に加えて車
両の走行には何ら障害とならないガードレール等が障害
物として検出されることになるからである。
害を除去すべく、車両前方に存在する障害物からガード
レール等の静止体を除いたものだけについて距離及び相
対速度を検出する装置を開示している。
静止体については、自車の車速と同一の相対速度が検出
されることに着目したものであり、車載レーダ装置の検
出した個々の障害物から、自車の車速と均一の相対速度
を以て検出されたものを静止体として除外するものであ
る。
視範囲を広く設定しても、監視範囲内に検出される静止
体を除外した状態で、すなわち監視範囲内に存在する移
動体のみを障害物として捕らえることが可能となり、実
用的な車載レーダ装置が実現されることになる。
置は、監視範囲内に検出された静止体については、その
種類に関係なく全て障害物から除外するものである。こ
のため、自車の進行方向上に停止車両が存在するような
場合にも、その停車車両は単なる静止体として認識さ
れ、障害物としては認識されないという問題を有してい
た。
であり、FM−CWレーダの出力信号をスペクトル解析
して個々の障害物に対するビートスペクトルを求め、そ
のスペクトルに基づいて静止体を障害物から除外するに
あたり、スペクトル強度が所定レベルを越えて継続する
ものについては進行方向上に存在する静止障害物として
認識することとして上記の課題を解決する車載レーダ装
置を提供することを目的とする。
成する車載レーダ装置の原理構成図を示す。すなわち上
記の目的は、図1に示すように所定の変調幅で周期的に
周波数が上昇・下降を繰り返す変調波を発信すると共
に、該変調波が前方に存在する障害物で反射することに
より発生する反射波を受信して、発信波の周波数と受信
波の周波数との差をビートスペクトルとして検出し、当
該ビートスペクトルに基づいて前記障害物との距離及び
相対速度を検出するFM−CWレーダ1を備えてなる車
載レーダ装置において、当該車載レーダ装置の搭載され
る車両の車速を検出する車速センサ2と、前記FM−C
Wレーダ1が検出したビートスペクトルのピークのう
ち、前記車速センサ2の検出する車速と同一の相対速度
に相当するものを、前記FM−CWレーダ1の監視範囲
内に存在する静止体のスペクトルとして検出する静止体
スペクトル検出手段3と、該静止体スペクトル検出手段
3の検出したスペクトルピークの強度レベルを測定する
レベル測定手段4と、該レベル測定手段4に測定された
強度レベルが所定のレベルを越えた状態で継続する時間
に基づいて、測定対象とされたスペクトルピークに対応
する静止体が車両の進行方向に存在するか否かを判定す
る静止体判定手段5とを有する車載レーダ装置により達
成される。
M−CWレーダには、車両前方に存在する個々の障害物
に対応した反射波が到達する。この場合、反射波の強度
は、その障害物の形状、存在位置等の影響を受け、前記
FM−CWレーダと対向する車両進行方向上に存在する
障害物については、比較的強度の大きい反射波が形成さ
れる。
る場合、前記FM−CWレーダ1では、その障害物に対
応して形成された比較的強度レベルの高いピークを有す
るビートスペクトルが検出されることになる。また、こ
の場合は車両と障害物とが常に対向する関係を維持する
ため、これに対応するピークの強度は、継続的に大きく
維持される。
車速センサ2の検出する自車の車速に基づいて、前記F
M−CWレーダ1の検出するビートスペクトル中から静
止体に起因するピークを抽出する。この場合、車両進行
方向上に静止障害物が存在すると、その静止障害物につ
いては比較的高い強度レベルを継続的に維持するピーク
が静止体スペクトルとして抽出されることになる。
上の静止障害物に起因する反射波を受信する場合、前記
静止体スペクトル検出手段3は、その反射波に対応する
ピークをも静止体スペクトルとして抽出する。この場
合、車両と路側帯上の障害物とは対向していないため、
前記FM−CWレーダ1が受ける反射波の強度は車両の
進行に伴って変動し、この障害物に対応するピークが継
続的に高い強度レベルを維持することはない。
レベル測定手段4によって継続的に高い強度レベルが検
出されるピークについては車両進行方向上に存在する障
害物に対応するものであり、また、高いピークレベルが
継続しないピークについては車両進行方向上にない静止
体に対応するものであるとの判定を行うことが可能であ
る。
装置のブロック構成図を示す。同図に示すように、本実
施例の車載レーダ装置は、スペクトル処理回路10、車
速センサ20、及びFM−CWレーダ30から構成され
る。
ペクトル検出手段3、レベル測定手段4、及び静止体判
定手段5を実現する本実施例の車載レータ装置の要部で
あり、車速センサ20は、当該車載レーダ装置が搭載さ
れる車両の車速を検出してスペクトル処理回路にその検
出結果を供給するセンサである。また、FM−CWレー
ダ30は、車両前方に向けて所定の変調波を発信し、車
両前方に存在する個々の障害物に対する距離及び相対速
度を検出する公知の装置である。
FM−CWレーダ30による距離及び相対速度の検出原
理について説明する。
数変調回路32、変調電圧発生回路33、サーキュレー
タ34、及び送信アンテナ35は、FM−CWレーダ3
0の送信側回路を構成する。
三角形状に変化する三角波が出力され、変調波として周
波数変調回路32に供給される。これにより搬送波発生
回路31からの搬送波は周波数変調され、図5(A)に
おいて実線で示されるように時間経過に伴って所定の変
動幅Δf,変調周波数fm(=1/T)で周波数が三角
形状に変調する変調波信号が出力される。
タ34を介して送信アンテナ35に供給されて被検出物
たる障害物へ向けて発信されると共に、後述する受信側
回路のミキサ37に供給される。
幅回路38、アンチエリアシングフィルタ39、及び高
速フーリエ変換処理回路(FFT信号処理回路)40
は、FM−CWレーダ40の受信回路を構成している。
された変調波がFM−CWレーダ30の監視範囲内に存
在する障害物で反射した場合に、受信アンテナ36はそ
の反射波を受信してミキサ37に供給する。そして、ミ
キサ37以降の回路により、反射波の解析を行うもので
ある。
形は、受信アンテナ36が受信した反射波の周波数変動
の様子を表している。ミキサ37では、かかる反射波の
状態を表す信号とサーキュレータ34から供給される発
信波の状態を表す信号とが差分演算により結合され、両
者の周波数差に応じた周波数で変動するビート信号が生
成される。
変動状況を示しており、三角変調波の周波数上昇区間の
周波数をfup、周波数下降区間の周波数をfdownとし
て、図5(A)に示す反射波に対応するビート信号を破
線及び一点鎖線で表したものである。この場合fupは、
変調波が周波数上昇区間にある間の発信波の周波数と受
信波の周波数との差に相当し、またfdownは、変調波が
周波数下降区間にある間の発信波の周波数と受信波の周
波数との差に相当している。
38で増幅され、アンチエリアシングフィルタ39に供
給される。アンチエリアシングフィルタ39に供給され
たビート信号は、ここで上昇区間のビート信号、及び下
降区間のビート信号に分離された後、それぞれFFT信
号処理回路40に供給される。そして、FFT信号処理
回路40は、各区間のビート信号についてFFT処理を
施し、fup及びfdownについてのビートスペクトルを算
出する。
る場合におけるFFT信号処理回路40のビートスペク
トルを、上昇区間(図6(A))と下降区間(図6
(B))とに分けて表したものである。
る場合、受信アンテナ36には個々の障害物についての
反射波が受信される。このため、発信波と受信波の周波
数差を表すビート信号は個々の障害物に対応した数だけ
形成され、この結果FFT信号処理回路40において
は、2つのピークを有するビートスペクトルが検出され
ることになる。
求めた場合、個々のピークの大きさは、そのピークを発
生させた反射波の強度に対応したものとなる。従って、
車両前方に存在する障害物により、強度の大きな反射波
が形成された場合は、その障害物に対応するピークはビ
ートスペクトル中に大きな強度をもって検出され、また
強度の小さな反射波を形成する障害物については、ビー
トスペクトル中においても強度レベルの低いピークを形
成することになる。
速度がないとすると、送信アンテナ35から発信された
変調波は、変調波が障害物に達し、その後反射して戻っ
てくるのに要する時間が経過した後に受信アンテナ36
に到達する。この場合、反射波の周波数にドップラシフ
トが重畳されることはなく、反射波の周波数変動を表す
波形は、図5(A)中に一点鎖線で示す如く発信波を単
に時間的に平行移動した波形となるはずである。
波数をfup、下降区間におけるビート信号の周波数をf
downとすると、図5(B)中に一点鎖線で示すように、
fup=fdownが成立することになる。そして、fup=f
downの大きさは、車両と障害物との距離に応じた値を示
すことになる。
存在する場合、反射波には相対速度に応じたドップラシ
フトが重畳される。そして、例えば両者が接近する傾向
にあるとすれば、反射波の周波数は全体的に高周波側へ
シフトし、反射波の周波数変動を表す波形は、図5
(A)中に破線で示す如く、距離に応じて時間的に平行
移動した波形(図中、一点指鎖線で示す波形)を更に高
周波側へ平行移動した波形となる。
比べてfupは小さく、またfdownは大きく、それぞれ相
対速度vに応じて変化することになる。このため、 fr =(fup+fdown)/2 ・・・(1) なる概念を導入すれば、fup及びfdownに重畳されてい
たドップラシフト成分が互いに相殺されて、その値は車
両と前方障害物との距離を表す特性値となり、 fd =(fdown−fup)/2 ・・・(2) なる概念を導入すれば、fup及びfdownに重畳されたい
た距離成分が互いに相殺されてドップラシフト成分のみ
が残り、その値は車両と前方障害物との相対速度を表す
ことになる。
数がfm,変調幅がΔf,相対速度がv,距離がLであ
るとすれば、光速cに対してfr 及びfd の理論値は次
式のようになる。
られた場合においては、FMu1とFMd1とをペアとし、
またFMu2とFMd2とをペアとし、例えば、fr =(F
Mu1+FMd1)/2,fd =(FMd1−FMu1)/2な
る演算を行えば、前者のペアのスペクトルピークを生ぜ
しめた障害物との距離L及び相対速度vが得られ、後者
のペアについても同様の処理を施すことにより、そのス
ペクトルピークを生ぜしめた距離L及び相対速度vが得
られることになる。
前方に存在する個々の物体についてそれぞれfup及びf
downをスペクトルピークとして検出し、個々の物体の対
する距離L及び相対速度vを検出するものである。従っ
て、車両走行時において、FM−CWレーダ30により
車両前方を監視することとすれば、その監視範囲内に存
在する物体の挙動を確実に検出することができ、例えば
自動ブレーキシステムへの応用等により高度な車両制御
を実現することが可能となる。
かかる車載レーダ装置を実現しようとする場合には、車
両が走行するうえで障害となる物体と、車両の走行には
何ら障害とならない物体とを区分する必要があることは
前記した通りである。
うに路側帯にガードレールポスト等の物体(イ)が存在
する道路を、四輪車(ロ)、及び二輪車(ハ)に後続し
てFM−CWレーダ30を搭載する車両(ニ)が走行し
ている状況においては、四輪車(ロ)及び二輪車(ハ)
のみを障害物として検出すべきであり、ガードレールポ
スト(イ)については、何らかの手法を用いて障害物か
ら除外することが必要である。
あるため、物体(イ)に対する車両(ニ)の相対速度v
は、常に車両(ニ)の車速に等しい。従って、上記図6
(A),(B)に示す如く検出されたビートスペクトル
のピーク内に車両(ニ)の車速に等しい相対速度を示す
ものが存在すれば、そのピークが物体(イ)についての
ピークであると判断でき、これを除外して考えれば結果
的に物体(イ)を除く四輪車(ロ)及び二輪車(ハ)に
ついてのみ障害物として認識されることになる。
は、あくまでも四輪車(ロ)及び二輪車(ハ)が停止し
ていないことが前提であり、単に上記の手法を用いて静
止体を障害物から除外する構成では、四輪車(ロ)また
は二輪車(ハ)が路上で停車している場合にそれらをも
障害物から除外される弊害が生ずる。
を除去すべく、車両(ニ)の走行には何ら障害とならな
い路側帯上の物体(イ)と、路上に停車した四輪車
(ロ)または二輪車(ハ)等とを区別して認識する点に
特徴を有するものである。
Wレーダ30が検出したビートスペクトル及び車速セン
サ20の検出する車速に基づいてスペクトル処理回路1
0が実行する処理の内容について、図3及び図4を参照
して説明する。
実行するスペクトル処理ルーチンのフローチャートを示
し、図4は、図3に示す処理の進行に伴って適宜変換さ
れるビートスペクトルの状態を時系列的に表示したもの
である。尚、図4(A)〜((E)に示すスペクトルに
ついては、以下スペクトルA〜スペクトルEと称す。
0は、先ずFFT信号処理回路40の検出したビートス
ペクトルの読み込み処理を実行する(ステップ10
0)。すなわち、FFT信号処理回路40の検出したビ
ートスペクトルのうち図4(A)に示す上昇区間スペク
トルをスペクトルAとして、また図4(B)に示す下降
区間スペクトルをスペクトルBとして読み込む。
のスペクトルピークから静止体に係るピークスペクトル
を識別すべく、以下ステップ102〜106の処理を実
行する。
ダ30が、その監視範囲内に存在する静止物体について
スペクトルピークを検出する場合、そのスペクトルピー
クからは自車の車速と等しい相対速度vが検出されるは
ずである。
たスペクトルA及びスペクトルBから相対速度を演算す
る場合は、上記(2)式に従って、“fd =(fdown−
fup)/2”なる演算を行い、その結果と上記(4)式
“fd =2v・f0 /c”の関係より相対速度vを求め
ることになる。
等しいとすれば、 fd =2V・f0 /c ・・・(5) が成立するはずであり、従って2V・f0 /c=(fdo
wn−fup)/2、すなわち fdown−fup=4V・f0 /c ・・・(6) が成立するはずである。
に、上記(6)式“fdown−fup=4V・f0 /c”の
関係を満たすスペクトルピークのペアが存在すれば、そ
のスペクトルピークは静止体に係るものであると判断す
ることができる。
静止体のスペクトルピークを検出するにあたって先ず車
速センサ20より自車の車速Vを検出し、その車速Vに
起因して生ずる周波数差(4V・f0 /c)分だけスペ
クトルBを低周波側へシフトし、シフト後のスペクトル
をスペクトルCとして記憶する処理を行う(ステップ1
02)。
ら、このスペクトルCを減算する処理を行い、その結果
残存したスペクトルピークからなるスペクトルを、スペ
クトルDとして記憶する(ステップ104)。
ピーク(イ),(ロ)が、静止体に係るスペクトルピー
クである場合、スペクトルBを車速相当分だけ低周波側
にシフトしてなるスペクトルC中のスペクトルピーク
(イ),(ロ)は、上昇区間スペクトルとして検出され
たスペクトルA中のスペクトルピーク(イ),(ロ)と
同一のピーク波形を示すこととなり、上記ステップ10
4の処理を施してなるスペクトルD中には、FM−CW
レーダ30の監視範囲内に存在する移動体に起因して形
成されたスペクトルピーク(ハ)のみが正負対象に残存
するのみとなる。
からスペクトルDの正部分のスペクトルピークを減算
し、その結果をスペクトルEとして記憶する処理を行う
(ステップ106)。この場合、上記したようにスペク
トルD中に残存するスペクトルピーク(ハ)は、移動体
に係るものであることが保証されたものであり、これを
スペクトルAから減じれば、その結果得られるスペクト
ルEは、FM−CWレーダ30の監視範囲内に存在する
静止体に係るスペクトルピークのみからなることが保証
されることとなる。
のようにして静止体に係るスペクトルピークと、移動体
に係るスペクトルピークとを判定するものである。この
意味で、上記ステップ100〜106の処理は、前記し
た静止体スペクトル検出手段3を実現するステップであ
る。
るビートスペクトルの各スペクトルピークの大きさは、
反射波の強度に対応したものであることは前記した通り
である。従って、スペクトルE内のスペクトルピークの
大きさも、そのスペクトルピークの発生源である静止体
の形状、位置等の影響を受けることになる。
四輪車(ロ)が車両(ニ)の進行方向上で停車している
ような状況においては、FM−CWレーダ30が四輪車
(ロ)に正面から対向することとなり、反射波の強度が
定常的に大きく確保されることから、スペクトルE内に
も四輪車(ロ)に対応して比較的大きなスペクトルピー
クが形成されることになる。
(イ)については、車両(ニ)との位置関係で反射波の
強度が変動し、一概には判断することはできないが、路
側帯に存在する物体(イ)の中には、反射板等の如くそ
の機能に基づいて大きな強度を有する反射波を形成する
ものがあることから、これらに起因してスペクトルE中
に大きなスペクトルピークが形成される場合もある。
車両(ニ)の進行方向上に存在する四輪車(ロ)とを、
単にスペクトルE中におけるスペクトルピークの大きさ
だけを基準として判別することはできない。一方、車両
(ニ)が走行している限り、路側帯上に静止している物
体(イ)と車両(ニ)との位置関係は、常時変化するこ
とになり、個々の物体(イ)についてスペクトルピーク
を監視すれば、そのピーク値が定常的に大きな値となる
ことはない。
記ステップ106において求めたスペクトルEを形成す
る個々のスペクトルピークを、継続的に監視し、所定時
間継続して高いレベルが維持されたスペクトルピークに
ついては進行方向上に存在する静止体、すなわち真に走
行上障害となる静止障害物に起因するものとして、また
それ以外のものについては本来走行の障害とはならない
静止物であるとして認識することとした。
ップ106の処理を終えたら、次にスペクトルE中に、
予め設定した判定レベルを以上の値を有するスペクトル
ピークが存在するかを判別し(ステップ108)、存在
することが判別された場合は更にその状態が所定時間継
続しているかの判別を行う(ステップ110)。
続したスペクトルピークが存在した場合に限り、そのス
ペクトルピークを、進行方向上の障害物として判定し
て、その障害物に対する距離を演算する(ステップ11
2)。尚、この場合、障害物に対する相対速度について
は、自車の車速Vと同一であるとして判明しているため
距離のみを演算すれば足りる。
止体についての距離を演算したら、次に移動体について
距離及び相対速度の演算を行うべくステップ114〜1
18の処理を実行する。
に係るスペクトルピークからなることが保証されたもの
である。そして、その正部分は上昇区間スペクトルとし
て検出したスペクトルA中のスペクトルピークであり、
またその負部分は、下降区間スペクトルとして検出した
スペクトルBを車速V分低周波側にシフトしたものであ
る。
速度を演算するにあたっては、先ずスペクトルDの負部
分を抜き出し、それを車速V相当分(4V・f0 /c)
だけ高周波側へ戻したスペクトルをスペクトルD(下
降)として(ステップ114)、またスペクトルDの正
部分を抜き出してなるスペクトルをスペクトルD(上
昇)として記憶する(ステップ116)。
CWレーダ30の監視範囲内に存在する移動体の上昇区
間スペクトルに、またスペクトルD(下降)は、その移
動体についての下降区間スペクトルに相当することとな
り、これらに基づいて上記(2)式、及び(4)式に従
った演算を行えば、移動体についての距離L及び相対速
度vが演算できることとなる(ステップ118)。
よれば、FM−CWレーダ30の監視範囲内に存在する
物体を、移動体と静止体とに区分して認識できることに
加えて、静止体については更に、自車の進行方向上に存
在するものであるか否かを区分して認識することができ
る。このため、路側帯に存在する静止体を監視範囲内に
含めることについて何ら弊害が生じることがなく、FM
−CWレーダ30の監視範囲を広く設定できることと併
せて、実用的な車載レーダ装置が実現できることとな
る。
Wレーダが検出するビートスペクトルから静止体に係る
ピークを抽出し、移動体と静止体とを区別して検出する
ことができることに加え、ピーク値の強度レベルに基づ
いて、静止体と認識した障害物を更に車両の進行方向上
に存在する障害物と進行方向上でない位置に存在する障
害物とに区分することができる。
路側帯上の静止物については障害物から除外しつつ、従
来より認識可能であった移動体に加えて、進行方向上に
存在する停止車両等の静止物についても障害物として認
識することが可能となる。
は、監視範囲内に存在する複数の物体から、真に自車の
走行に影響のある物体だけを障害物として認識すること
ができるという特長を有するものであり、何らの弊害な
く広い監視範囲の確保が可能となることと併せて、従来
の装置に比べて市場における実用性を大幅に改善するも
のである。
る。
ック構成図である。
トル処理回路が実行する処理の内容を表すフローチャー
トである。
トル処理回路が実行する処理の内容を説明するための図
である。
出原理を説明するための図である。
の一例である。
を説明するための図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 所定の変調幅で周期的に周波数が上昇・
下降を繰り返す変調波を発信すると共に、該変調波が前
方に存在する障害物で反射することにより発生する反射
波を受信して、発信波の周波数と受信波の周波数との差
をビートスペクトルとして検出し、当該ビートスペクト
ルに基づいて前記障害物との距離及び相対速度を検出す
るFM−CWレーダを備えてなる車載レーダ装置におい
て、 当該車載レーダ装置の搭載される車両の車速を検出する
車速センサと、 前記FM−CWレーダが検出したビートスペクトルのピ
ークのうち、前記車速センサの検出する車速と同一の相
対速度に相当するものを、前記FM−CWレーダの監視
範囲内に存在する静止体のスペクトルとして検出する静
止体スペクトル検出手段と、 該静止体スペクトル検出手段の検出したスペクトルピー
クの強度レベルを測定するレベル測定手段と、 該レベル測定手段に測定された強度レベルが所定のレベ
ルを越えた状態で継続する時間に基づいて、測定対象と
されたスペクトルピークに対応する静止体が車両の進行
方向に存在するか否かを判定する静止体判定手段とを有
することを特徴とする車載レーダ装置。
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