JP4197033B2

JP4197033B2 - レーダ

Info

Publication number: JP4197033B2
Application number: JP2006531293A
Authority: JP
Inventors: 基中西; 徹石井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: US7425917B2; DE112005001563T5; US20070109176A1; WO2006016445A1; JPWO2006016445A1

Description

この発明は電波の送受信により、物標の速度情報を含む探知情報を取得するレーダに関するものである。

従来、車載用レーダは自車前方の探知範囲を探知して、その探知範囲内に存在する他車等の物標の位置と速度を計測する。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダでは、周波数が次第に上昇する上り変調区間と周波数が次第に下降する下り変調区間とを繰り返す送信信号を送信し、物標からの反射信号を含む受信信号を受信して、送信信号と受信信号との周波数差の信号であるビート信号の周波数スペクトルに基づいて、自車に対する物標の位置と速度を求める。

このようなＦＭ−ＣＷ方式のレーダでは、相対速度としてドップラ効果による、周波数スペクトル上に現れるビート信号の周波数遷移によって求まる速度（以下「ドップラ速度」という。）と、所定計測周期のタイミング毎に物標の位置を求め、その位置変化によって求められる物標の移動速度（以下「微分速度」という。）を求めることができる。この２つの方法により求められるそれぞれの速度情報には、一長一短があり、片方だけを用いて速度情報とすると問題が生じる場合がある。

例えば特許文献１では、ドップラ速度データの有効性を微分速度データにより判断し、ドップラ速度データが異常な値と見なしたとき、微分速度データで補正するようにしている。具体的には、ドップラ速度と微分速度の差が大きいときは微分速度、差が小さいときはドップラ速度をそれぞれ物標の相対速度として利用する。または、ドップラ速度と微分速度の差が大きいときは前回の相対速度、差が小さいときはドップラ速度をそれぞれ物標の相対速度として利用する。

また、特許文献２では、ドップラシフト周波数から得た速度を微分速度で補正することによって相対速度の精度を高めるようにしている。
特許第２６９５０８６号公報特開平０７−１４６３５８号公報

ところが、前方を走行する他車等の反射体内での反射点が急激に変化した場合は、微分速度はドップラ速度より精度が低下する。特許文献１の方法では、ドップラ速度と微分速度の差が大きいときに微分速度の方を選択するので、このような場合に大きな誤差が生じることになる。また、ドップラ速度と微分速度の差が大きいときに、前回に出力した相対速度を選択する場合、物標の加減速が大きいと、微分速度はドップラ速度より精度が低下するので、このようなときに大きな誤差が生じることになる。

また、特許文献２のレーダにおいては、ガードレール等の反射体が連続して存在する領域の近傍を物標が移動するような場合、ドップラ速度（場合によっては微分速度にも）に大きな誤差が生じるため、正確な速度情報が得られない。

そこで、この発明の目的は、前述の問題を解消して、より高精度な物標の相対速度を求められるようにしたレーダを提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明のレーダは次のように構成する。
（１）所定探知範囲に対する電磁波の送受信を所定の計測周期のタイミング毎に繰り返し行って、前記探知範囲内の物標の位置を計測するとともに、前記物標で反射した電磁波のドップラシフト量から該物標のドップラ速度を計測する物標計測手段と、
前記物標計測手段により求められた前記物標の前記計測周期間での位置の変化量から物標の微分速度を求める微分速度算出手段と、
前記計測周期のタイミングで、前記ドップラ速度、前記微分速度、および前回の統合速度を加重平均して今回の統合速度を求める統合速度決定手段と、を備える。

（２）前記統合速度決定手段は、前記前回の統合速度に対する前記ドップラ速度の差と、前記前回の統合速度に対する前記微分速度の差とによって前記ドップラ速度および前記微分速度に対する重み係数を設定するものとする。

（３）前記統合速度決定手段は、前記ドップラ速度と前記微分速度のうち、前回の統合速度との差が小さい方の速度に対する重み係数を、前記前回の統合速度との差が大きい方の速度に対する重み係数に比べて大きく設定するものとする。

（４）前記統合速度決定手段は、前記ドップラ速度、前記微分速度、および前回の統合速度のうち、値が近似する２つの速度に対する重み係数を、残りの速度に対する重み係数に比べて大きく設定するものとする。

（５）（１）〜（４）において、前記電磁波の送受信による測距とは別の手段により物標までの距離を測定する測距手段を設け、前記微分速度算出手段を、前記測距手段により求められた前記計測周期間での前記物標の位置の変化量から当該物標の微分速度を求めるものとする。

（６）（１）〜（５）において、前記統合速度決定手段は、前記計測周期毎の前々回から前回への統合速度の変化から加速度を求め、当該加速度に基づいて今回の計測タイミングでの速度を推測し、当該推測速度を前記前回の統合速度とするものとする。

（７）（１）〜（６）において、前記電磁波の送受信を行う移動体の速度または加速度を計測する手段を設け、前記統合速度決定手段は、前記計測周期毎の前記移動体の加速度に基づいて、前回の計測タイミングから今回の計測タイミングまでの前記移動体の速度変化分だけ前回の統合速度を補正するものとする。

（８）（１）〜（７）において、前記統合速度決定手段は、前記ドップラ速度、前記微分速度、前記統合速度の各速度間のそれぞれの差分が所定値を超えるとき、前回の統合速度を今回の統合速度として出力するものとする。

（１）ドップラ速度、微分速度、および前回の統合速度、というそれぞれ性質の異なった３つの速度情報を基に今回の統合速度を決定することによってノイズ等によるランダムに発生する誤差の成分を抑制でき、物標の相対速度の計測精度が高まる。

（２）前回の統合速度に対するドップラ速度の差と、前回の統合速度に対する微分速度の差とに応じてドップラ速度および微分速度に対する重み係数を設定することによって、３つの速度情報のうち、より信頼のおける速度情報に大きな重み係数をかけることができ、その結果相対速度の計測精度が高まる。

（３）ドップラ速度と微分速度のうち、前回の統合速度との差が小さい方の速度に対する重み係数を大きく設定することによって、信頼性の高いものと予想できる速度情報に対する重み係数が大きくなって、相対速度の計測精度が高まる。

（４）ドップラ速度、微分速度、および前回の統合速度のうち、値が近似する２つの速度に対する重み係数を大きく設定することによって、信頼性の低いものと予想される速度情報によって計測精度が低下することなく、結果的に相対速度の計測精度が高まる。

（５）前記電磁波の送受信による測距とは別の手段により求められた計測周期間での物標の位置変化から物標の微分速度を求めることによって、反射体の同一個所（たとえば前方を走行する他車のリフレクタ等）を用いて測距を行うので、微分速度の時間的なばらつきが小さくなり、相対速度の計測精度を高めることができる。

（６）統合速度の加速度に基づいて今回の計測タイミングでの速度を推測し、その推測速度を「前回の統合速度」とすることにより、すなわち「前回の統合速度」を統合速度の加速度を考慮して補正することにより、物標が加速度をもって移動している場合にも、より高い計測精度で物標の相対速度を求めることができる。

（７）計測周期毎の移動体（自車）の加速度に基づいて、前回の計測タイミングから今回の計測タイミングまでの移動体の速度変化分だけ「前回の統合速度」を補正することによって、移動体（自車）が加速度をもって移動している場合でも高い計測精度で物標の相対速度を求めることができる。

（８）ドップラ速度、微分速度、統合速度の各速度間のそれぞれの差分が所定値を超えるとき、「前回の統合速度」を「今回の統合速度」として出力することによりドップラ速度と微分速度が共に比較的大きな誤差をもっている時でも、その影響を受けずに安定した相対速度を得ることができる。

第１〜第７の実施形態に係るレーダについて図１〜図４を基に説明する。
図１は車載用レーダおよびそれに接続される各種ユニットなどを含むシステム全体の構成を示すブロック図である。図１において２０で示す部分がレーダフロントエンドであり、制御回路１、ミリ波回路２、スキャンユニット３、アンテナ４などから構成している。ここでミリ波回路２は、後述するように制御回路１から与えられる変調信号で発振周波数を変調し、スキャンユニット３を経由して送信信号をアンテナ４へ出力する。また、受信信号を中間周波信号（ＩＦ信号）として制御回路１へ与える。スキャンユニット３は例えば機械的往復運動により、アンテナ４のビームの向きを所定範囲に亘って走査する。

制御回路１はミリ波回路２に対して変調信号を与えるとともに、ミリ波回路２からのＩＦ信号に基づいて物標の距離と速度を求める。また、制御回路１はスキャンユニット３に対して制御信号を出力して、アンテナ４のビームを所定方位へ向けることによって探知範囲の方位方向の走査を行い、物標の方位を求める。

認識処理制御部３０は、車速センサ１０や、その他の各種センサ１１からの信号を入力して、自車の車両状況や自車が走行する道路の環境を検知する。そして、目標物標の情報をＡＣＣコントローラ１５へ与える。

ＡＣＣコントローラ１５は、制御回路１から与えられた物標の位置および速度の情報と車速センサ１１の求めた自車速に基づいて自動クルーズ制御を行う。例えば先行車両との車間距離を常に一定に保つようにエンジンコントロールユニット１６およびブレーキコントロールユニット１７に対して制御データを与える。また、先行車両等の前方の物標との衝突回避のための制御データを与える。

エンジンコントロールユニット１６およびブレーキコントロールユニット１７は、ＡＣＣコントローラ１５から与えられた制御データに基づいてエンジンの制御およびブレーキの制御を行う。

図２は、物標の距離と速度に起因する、送信信号と受信信号の周波数変化のずれの例を示している。送信信号ＴＸの周波数上昇時における送信信号ＴＸと受信信号ＲＸとの周波数差がアップビートの周波数ｆ_BUであり、送信信号ＴＸの周波数下降時における送信信号ＴＸと受信信号ＲＸとの周波数差がダウンビートの周波数ｆ_BDである。Δｆは周波数偏位幅である。この送信信号ＴＸと受信信号ＲＸの三角波の時間軸上のずれ（時間差ＤＴ）が、アンテナから物標までの電波の往復時間に相当する。また、送信信号ＴＸと受信信号ＲＸの周波数軸上のずれがドップラシフト量ＤＳであり、これはアンテナに対する物標の相対速度に起因して生じる。この時間差ＤＴとドップラシフト量ＤＳとによってアップビートの周波数ｆ_BUとダウンビートの周波数ｆ_BDの値が変化する。したがって、このアップビートとダウンビートの周波数を検出することによって、レーダから物標までの距離およびレーダに対する物標の相対速度を算出する。

図３は、図１に示したレーダフロントエンド２０の制御回路１の処理手順を示すフローチャートである。まずスキャンユニット３の制御によって、ビームを初期方位に向ける（Ｓ１）。その状態でミリ波回路２により求められたビート信号のディジタルデータを所定のサンプリング数だけ取得し、それについてＦＦＴ処理する（Ｓ２→Ｓ３）。

続いて、周波数スペクトルの信号強度が鋭い山形に突出する部分を検出し、そのピーク周波数およびピーク周波数における信号強度を抽出する（Ｓ４）。

その後、前回の隣接するビーム方位において抽出したピーク周波数およびその信号強度を参照して、今回のビーム方位におけるピーク周波数と、その信号強度をどのグループに入れるかを判定する（Ｓ５）。すなわち、ピーク周波数の周波数差が一定周波数以内であるものをグルーピングする。

その後、ビーム方位をビーム１本分変位させ、同様の処理を行う（Ｓ６→Ｓ７→Ｓ２→・・・）。

以上の処理を最終ビームまで繰り返し行うことによって、方位方向に所定幅広がる探知範囲について、上り変調区間と下り変調区間についてのビーム方位毎の周波数スペクトルを求める。

続いて、各グループの信号強度と周波数を求める（Ｓ８）。例えばビーム方位方向と周波数軸方向に広がるグループの中心方位を代表方位とし、その方位における周波数軸上に広がる周波数範囲の中心を代表ピーク周波数とし、且つその代表ピーク周波数における信号強度をそのグループの信号強度とする。

その後、アップビート信号とダウンビート信号についてそれぞれ求められた各グループのピーク周波数と信号強度に基づいて、同一反射体に起因して生じたものとみなされるグループ同士をペアリングする（Ｓ９）。

そして、ペアを成すアップビート信号とダウンビート信号のピーク周波数の和と差によって各物標の距離と速度を求める（Ｓ１０）。この速度がドップラ速度Ｖdopである。また、ビーム方位と物標の距離によって表される極座標で物標の位置を求める。または、その極座標をｘ−ｙの直角座標に変換して物標の位置を求める。

ここで、「ドップラ速度」、「微分速度」、「統合速度」について説明する。
〈ドップラ速度〉
まず、ドップラ速度Ｖdopは次のようにして求める。

Ｖdop＝ｃ・ｆｄ／２ｆｏ …（１）
但し、
ｃ：光速
ｆｄ：ドップラシフト周波数
ｆｏ：送信周波数
である。

〈微分速度〉
微分速度Ｖdiffは次のようにして求める。

Ｖdiff＝（ｄｎ−ｄｂ）／Ｔ …（２）
但し、
ｄｎ：今回計測された物標までの距離
ｄｂ：前回計測された物標までの距離
Ｔ：計測周期であり、図３に示したステップＳ１〜Ｓ１０の手順の繰り返し周期、すなわちビームを探知範囲の方位方向に１回分走査する周期
〈統合速度〉
前回の計測タイミングで求めた（出力した）相対速度と上記ドップラ速度および微分速度を基にして今回求めた相対速度が統合速度である。

《第１の実施形態》
先ず、第１の実施形態に係るレーダについて、図４を基に説明する。
この第１の実施形態ではドップラ速度、微分速度、前回の統合速度のそれぞれの値に対して所定の比率で重み付けして加重平均する。

図４はその手順を示すフローチャートである。まず、各物標について微分速度Ｖdiffを求める（Ｓ１１）。そして、前回の統合速度Vｂに対する重み係数をＷ１、ドップラ速度Ｖdopに対する重み係数をＷ２、微分速度Ｖdiffに対する重み係数をＷ３として加重平均した結果を平滑化速度Ｖｓとして求める（Ｓ１２）。ここでＷ１＋Ｗ２＋Ｗ３＝１である。

そして、平滑化された相対速度Ｖｓを今回の統合速度として出力し、それを次回の計測に備えて「前回の統合速度Ｖｂ」として記憶する（Ｓ１３→Ｓ１４）。以上の処理を繰り返す。

このようにして３つの速度データを併用することによって、特にドップラ速度と微分速度にノイズ等の影響によってランダムに発生する誤差成分を抑えることができ、相対速度の計測精度が高まる。

《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態に係るレーダについて、図５・図６を基に説明する。
この第２の実施形態では、「ドップラ速度」、「微分速度」、「前回の統合速度」のそれぞれの値に応じた比率で加重平均する。まず各物標について微分速度Ｖdiffを求める（Ｓ２１）。そしてドップラ速度Ｖdopと前回の統合速度Ｖｂとの差をΔＶbdo、微分速度Ｖdiffと前回の統合速度Ｖｂとの差をΔＶbdiとし、次の関係で表される重み係数Ｗdiffを微分速度Ｖdiffに対する重み係数として求める。同様に重み係数Ｗdopを微分速度Ｖdopに対する重み係数として求める（Ｓ２２→Ｓ２３）。

そして、微分速度Ｖdiffとドップラ速度Ｖdopとの加重平均値Ｖｎを今回計測された相対速度の仮データとして求める（Ｓ２４）。

続いてこのＶｎと前回の統合速度Ｖｂとの加重平均により、平滑化した相対速度Ｖｓを求める（Ｓ２５）。そしてこの平滑化した相対速度Ｖｓを今回の計測結果として出力し、ＶｓをＶｂとして記憶する（Ｓ２６→Ｓ２７）。以上の処理を繰り返す。

図６は別の処理手順を示すフローチャートである。まず、各物標について微分速度Ｖdiffを求める（Ｓ３１）。続いてドップラ速度Ｖdopと前回の統合速度Ｖｂとの差分ΔＶbdo、微分速度Ｖdiffと前回の統合速度Ｖｂとの差分ΔＶbdi、ドップラ速度Ｖdopと微分速度Ｖdiffとの差分ΔＶdodiを用いて、次の関係で表される重み係数Ｗｂ,Ｗdop,Ｗdiffを求める（Ｓ３２→Ｓ３３）。

そして、前回の統合速度Ｖｂ、ドップラ速度Ｖdop、および微分速度Ｖdiffに対してそれぞれ上記重み係数をかけて加重平均により相対速度Ｖｓを求める（Ｓ３４）。この相対速度Ｖｓを出力し、Ｖｂとして記憶する（Ｓ３５→Ｓ３６）。この処理を繰り返す。

このようにして３種類の速度データのうち、より信頼のおけるデータに対してより重い重み係数を付けて加重平均されることになり、相対速度の計測精度を高めることができる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態ではドップラ速度と微分速度のうち前回の統合速度との差が小さい方の速度データと前回の統合速度とを加重平均することによって今回の統合速度を求める。

図７はそのための処理手順を示すフローチャートである。
まず各物標について、計測周期での移動距離と計測周期とによって微分速度Ｖdiffを求める（Ｓ４１）。

続いて、微分速度Ｖdiffと前回の統合速度Ｖｂとの差ΔＶbdiと、ドップラ速度Ｖdopと前回の統合速度Ｖｂとの差ΔＶbdoをそれぞれ求める（Ｓ４２）。そしてΔＶbdiとΔＶbdoの絶対値の大小比較を行い、ΔＶbdoの絶対値よりΔＶbdiの絶対値が大きければ、前回の統合速度Ｖｂとドップラ速度Ｖdopとの加重平均によって平滑化した統合速度Ｖｓを求める（Ｓ４３→Ｓ４４）。またΔＶbdiの絶対値よりΔＶbdoの絶対値が大きければ、前回の統合速度Ｖｂと微分速度Ｖdiffとの加重平均により平滑化速度Ｖｓを求める（Ｓ４３→Ｓ４５）。

ステップＳ４４で示した式は、
Ｖｓ＝（１−β１）Ｖｂ＋β１Ｖdop …（３）
として表されるので、結局前回の統合速度Ｖｂに対して（１−β１）の重み係数が掛けられ、ドップラ速度Ｖdopに対してβ１の重み係数が掛けられて加重平均されることになる。

同様に、ステップＳ４５に示した式は、
Ｖｓ＝（１−β２）Ｖｂ＋β２Ｖdiff …（４）
として表されるので、結局前回の統合速度Ｖｂに対して（１−β２）の重み係数が掛けられ、微分速度Ｖdiffに対してβ２の重み係数が掛けられて加重平均されることになる。

ここでβ１,β２はいずれもフィルタ係数であり（０＜β１＜１，０＜β２＜１）である。β１が大きいほど、今回の計測によるドップラ速度が大きく反映され、平滑化速度Ｖｓの応答性が高まることを意味している。同様にβ２が大きくなるほど、今回の計測による微分速度が大きく反映され、平滑化速度Ｖｓの応答性が高まることを意味している。

なお、この実施形態においては、ΔbdoとΔbdiの小さい方に関係しない速度についての重み係数を０としている。

この平滑化速度Ｖｓを今回の統合速度として出力し（Ｓ４６）、次回の計測タイミングに備えてＶｓの値をＶｂとして記憶する（Ｓ４７）。
以上の処理を計測周期毎に繰り返す。

ここで、「ドップラ速度」と「微分速度」のそれぞれについて精度低下要因の例を示す。

(1)路側物の多い環境下（前方を走行する他車がガードレールの脇を走行しているような状況）では、路側物からの反射信号の影響で物標（他車）から得られるビート信号のスペクトル形状が変形し、そのピーク周波数が変動する。このため正確なドップラシフト周波数が得られない場合がある。しかもこのような状況では距離にも誤差が生じるため、ドップラ速度、微分速度ともに誤差が生じて、速度の計測精度が悪化する。

ここで、変調周波数を高く（変調周期を短く）すれば、また周波数変位幅を大きくすれば、それらに比例してビート周波数の距離に応じた成分が高くなる（距離変化に対するビート周波数変化が大きくなる）が、ドップラシフト周波数は変化しない。よってドップラ速度への影響が微分速度への影響に比べて大きくなる。そのため、上記変調周波数と周波数変位幅の設定により、ピーク周波数の変動の影響度が、ドップラ速度＞微分速度の関係であるとき、上記路側物の多い環境下でドップラ速度の計測誤差が大きくなる。

(2)自動車などのある程度の大きさを持った反射体の場合、自車に対する他車の相対運動によって反射の中心位置が変動する場合がある。この場合、距離が時間的に不連続となって微分速度では正確な相対速度が得られない。

そこで、この第１の実施形態では、図７に示したように、前回の最終的な計測結果である統合速度に対する変化が大きな速度データは大きな誤差を含んでいるものとみなして、ドップラ速度と微分速度の２つのデータのうち、前回の統合速度に近い値を示すデータを採用して今回の統合速度を推測により求める。

このようにしてドップラ速度と微分速度のいずれかが上記(1)または(2)の例で挙げた原因などによって誤差が生じても、結果的に相対速度の計測精度を高めることができる。

《第４の実施形態》
次に、第４の実施形態に係るレーダの相対速度を求めるための手順を、図８を基に説明する。
図８は図１に示した制御回路１の処理内容を示すフローチャートである。この第２の実施形態では、「ドップラ速度」、「微分速度」、「前回の統合速度」の３つの速度データのうち、値が近似する２つの速度データに対する重み係数を、残りの速度データに対する重み係数に比べて大きく設定して加重平均を行うものである。

まず各物標について計測周期での移動距離から微分速度Ｖdiffを求める（Ｓ５１）。続いて図７のステップＳ４２の場合と同様にして、ΔＶbdiとΔＶbdoを求める。さらに、微分速度Ｖdiffとドップラ速度Ｖdopとの差ΔＶdodiを求める（Ｓ５２）。そして、ΔＶbdiの絶対値とΔＶbdoの絶対値とを比較し、また、ΔＶdodiの絶対値とΔＶbdoの絶対値とを比較し、３つの速度データの３つの差分のうちドップラ速度Ｖdopと前回の統合速度Ｖｂとの差ΔＶbdoが最も小さければ、そのドップラ速度Ｖdopと前回の統合速度Ｖｂとを用いて加重平均により平滑化速度Ｖｓを求める（Ｓ５３→Ｓ５４→Ｓ５５）。同様に、微分速度Ｖdiffと前回の統合速度Ｖｂとの差ΔＶbdiが最も小さければ、その微分速度Ｖdiffと前回の統合速度Ｖｂとで加重平均する（Ｓ５６→Ｓ５７）。さらに同様に、微分速度Ｖdiffとドップラ速度Ｖdopとの差ΔＶdodiが最も小さければ、その微分速度Ｖdiffとドップラ速度Ｖdopとで加重平均する（Ｓ５８）。

なお、この実施形態においては、各速度間の差が最も小さいものに関係しない速度についての重み係数を０としている。

このようにして求めた平滑化速度Ｖｓを今回の統合速度として出力し、次回の計測タイミングに備えてＶｓを「前回の統合速度」Ｖｂとして記憶する（Ｓ５９→Ｓ６０）。

このようにして、信頼性の高い速度データとみなせる２つの速度データを基に加重平均することによって、信頼性の低いデータを利用しないことになるので、大きな誤差の影響を受けることなく、相対速度の計測精度が高まる。

例えば、物標が加速度をもって移動しているときに連続して不検知が起こった場合、「前回の統合速度」の値は実際の速度から徐々に離れていくが、その場合には微分速度とドップラ速度との加重平均によって今回の統合速度が求められることになる。

《第５の実施形態》
次に、第５の実施形態に係るデータについて図９を基に説明する。
図９は図１に示した制御回路１の処理内容を示すフローチャートである。

この第５の実施形態では、計測周期毎の前々回から前回への統合速度の変化に基づいてその加速度を求め、その加速度に基づいて今回の計測タイミングでの統合速度を推測し、それを「前回の統合速度」として扱う。そして、この第５の実施形態では第３の実施形態の場合と同様に、前回ドップラ速度と微分速度について、前回の統合速度に近い方の速度データを採用して加重平均する。

図９に示すように、まず各物標について計測周期での移動距離から微分速度Ｖdiffを求める（Ｓ６１）。続いて、今回計測される相対速度の予測値Ｖｐを、
Ｖｐ＝Ｖｂ＋Ｔ・Ａｂ …（５）
により求める。

ここでＶｂは前回の統合速度、Ｔは計測周期、Ａｂは前回計測時の加速度である。

そして、微分速度Ｖdiffと、加速度を考慮した現在の相対速度の予測値Ｖｐとの差をΔＶｐｄｉとして求め、同様にドップラ速度ＶdopとＶｐとの差をΔＶｐｄｏとして求める（Ｓ６３）。

その後、ΔＶｐｄｉとΔＶｐｄｏの絶対値の大小比較を行い、ΔＶｐｄｏの絶対値よりΔＶｐｄｉの絶対値が大きければ、今回の相対速度の予測値Ｖｐとドップラ速度Ｖdopとの加重平均によって平滑化した統合速度Ｖｓを求める（Ｓ６４→Ｓ６５）。またΔＶｐｄｉの絶対値よりΔＶｐｄｏの絶対値が大きければ、今回の相対速度の予測値Ｖｐと微分速度Ｖdiffとの加重平均により平滑化速度Ｖｓを求める（Ｓ６４→Ｓ６６）。
このようにして求めた平滑化速度Ｖｓを今回の統合速度として出力する（Ｓ６７）。

そして、平滑化後の今回の計測による相対加速度Ａｓを、
Ａｓ＝Ａｂ＋γ（Ｖｓ−Ｖｐ）／Ｔ …（６）
で求める（Ｓ６８）。但し、γは平滑化用のフィルタ係数（０＜γ＜１）である。

その後、次回の計測に備えて、ＡｓをＡｂとして記憶し、ＶｓをＶｂとして記憶する（Ｓ６９）。以上の処理を繰り返す。

このようにして物標の相対運動が加速度をもっている場合でも相対速度の計測精度を高めることができる。

《第６の実施形態》
次に、第６の実施形態に係るデータについて図１０を基に説明する。
この第６の実施形態は、このレーダを搭載した移動体（自車）の加速度を考慮して、その加速度による誤差分の補正を行うものである。

図１０は図１に示した制御回路１の処理内容を示すフローチャートである。
まず各物標について微分速度Ｖdiffを求める（Ｓ７１）。そして車速パルスセンサなどの車速センサによって自車速Ｖmobを取りこむ（Ｓ７２）。さらに、今回の自車速Ｖmob（０）と前回の自車速Ｖmob（−１）との差をΔＶmopとして求める（Ｓ７３）。そして、前回の統合速度Ｖｂから、この自車速の変化分ΔＶmobを減じることによって、前回の統合速度Ｖｂに対して自車の加速度分の補正を行い、補正後の前回の統合速度Ｖｍを求める（Ｓ７４）。

その後、微分速度Ｖdiffと、補正後の前回の統合速度Ｖｍとの差をΔＶmdiとして求め、同様にドップラ速度ＶdopとＶｍとの差をΔＶmdoとして求める（Ｓ７５）。

続いて、ΔＶmdiとΔＶmdoの絶対値の大小比較を行い、ΔＶmdoの絶対値よりΔＶmdiの絶対値が大きければ、補正後の前回の統合速度Ｖｍとドップラ速度Ｖdopとの加重平均によって平滑化した統合速度Ｖｓを求める（Ｓ７６→Ｓ７７）。またΔＶmdiの絶対値よりΔＶmdoの絶対値が大きければ、補正後の前回の統合速度Ｖｍと微分速度Ｖdiffとの加重平均により平滑化速度Ｖｓを求める（Ｓ７６→Ｓ７８）。
このようにして求めた平滑化速度Ｖｓを今回の統合速度として出力する（Ｓ７９）。

そして、次回の計測に備えて今回の自車速Ｖmob（０）を前回の自車速Ｖmob（−１）として記憶する（Ｓ８０）。

《第７の実施形態》
次に、第７の実施形態に係るレーダついて、図１１を基に説明する。
この第７の実施形態では、「ドップラ速度」、「微分速度」、「前回の統合速度」のうちの２つの値の差がどの組み合わせにおいても所定のしきい値を超える場合に、前回の統合速度をそのまま今回の計測結果として出力する。そして、上記しきい値を超えない場合には、第１の実施形態の場合と同様にして２つの速度データを加重平均して相対速度を求める。

図１１に示すように、まず各物標について計測周期での移動距離から微分速度Ｖdiffを求める（Ｓ８１）。続いて図７のステップＳ４２の場合と同様にして、ΔＶbdiとΔＶbdoを求める（Ｓ８２）。そして、ΔＶbdiの絶対値およびΔＶbdoの絶対値がいずれもしきい値ＴＨ１を超えるとき、前回の統合速度Ｖｂを平滑化速度Ｖｓすなわち今回の統合速度とする（Ｓ８３→Ｓ８４→Ｓ８８）。また、ΔＶbdiの絶対値およびΔＶbdoの絶対値のいずれもしきい値ＴＨ２を超えるとき、前回の統合速度Ｖｂを平滑化速度Ｖｓとする（Ｓ８３→Ｓ８６→Ｓ８８）。

ΔＶbdoの絶対値がΔＶbdiの絶対値以下で、且つしきい値ＴＨ１以下であれば、ドップラ速度Ｖdopと前回の統合速度Ｖｂとの加重平均によって平滑化速度Ｖｓを求める（Ｓ８５）。また、ΔＶbdiの絶対値がΔＶbdoの絶対値以下で、且つしきい値ＴＨ２以下であれば、微分速度Ｖdiffと前回の統合速度Ｖｂとの加重平均により平滑化速度Ｖｓを求める（Ｓ８７）。

このようにして求めた平滑化速度Ｖｓを出力し、次回の計測に備えてＶｓを「前回の統合速度Ｖｂ」として記憶する（Ｓ８９→Ｓ９０）。

このように「ドップラ速度」、「微分速度」、「前回の統合速度」のいずれもが他の２つと大きく異なる値を示している場合には、今回測定された微分速度およびドップラ速度は実際の値から大きく離れている可能性が高い。計測周期が充分に短かければ、その計測周期での物標の相対速度の変化量はあまり大きくない。例えば自動車用レーダにおいては、ＪＩＳＤ０８０２付属書ＡのA.3.2の測定結果によると、緊急ブレーキ時の減速度の最大値は７．９ｍ／ｓ²となっており、０．１ｓ周期で計測した場合に位置計測周期間の相対速度の変化量は最大でも０．７９ｍ／ｓ（＝２．８ｋｍ／ｈ）程度である。

また、路側物等の影響で周波数スペクトル上のピーク周波数が変化した場合に、ドップラ速度と微分速度が共に大きな誤差をもつことになる。このような場合には、前回の統合速度（または第５・第６の実施形態で示したように加速度を考慮して推測した今回の相対速度の予測値）が最も真の相対速度に近い値を示しているものと考えられるので、この値を今回の計測結果として出力することによって、今回および次回以降の計測精度を高く維持できることになる。

《第８の実施形態》
以上に示した各実施形態では、レーダの測距機能により求めた計測周期間の物標の位置変化から微分速度を求めるようにしたが、この第８の実施形態では、レーダ以外の測距手段で得た測距データを基に微分速度を求める。

ミリ波等の電波を用いるレーダでは、電波の反射の中心点が反射体（他車）の姿勢変化により時々刻々と変化する。そのため、その中心位置の変動に伴う速度検知誤差が微分速度に含まれることになる。

これに対して、例えば車載用レーダと組み合わせて用いる場合には赤外線レーダ、ステレオカメラ、超音波ソナー等を用いる。特に赤外線レーダを用いれば、前方を走行する他車のリフレクタ等の物標の高反射点を基にして測距するため、測距を行う反射体内の反射点の位置が常に一定となり、安定で精度の高い微分速度が得られる。また、ステレオカメラは、他車等の物標の形状を基にして測距するものであるが、物標の姿勢は急激には変化しないので、やはり安定で精度の高い微分速度が得られる。

但し、霧、雨、雪等の天候の影響や、太陽光線等の他の光源の影響、さらには物標の誤認識等の影響によって上記微分速度に誤差が生じたり、その計測が不能になることもある。また、ステレオカメラを用いた方式では、カメラの分解能の関係で、遠距離領域で微分速度を求めるのに充分な計測精度が得られない場合も生じる。このような場合には、上記レーダ以外の測距手段の微分速度より元々の電波式レーダの微分速度を採用する方が高精度な相対速度が得られる。従って、上記レーダ以外の測距手段による微分速度の信頼性低下要因を自動検知して、いずれの微分速度を採用するかを自動的に切り替えるようにしても良い。

各実施形態に共通なレーダの構成を示すブロック図である。送信信号と受信信号の周波数変化およびアップビート信号とダウンビート信号の周波数変化の例を示す図である。各実施形態に共通な探知範囲内の各物標について、その位置とドップラ速度を求める手順を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る統合速度を求めるための手順を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る統合速度を求めるための手順を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る統合速度を求めるための別の手順を示すフローチャートである。第３の実施形態に係る統合速度を求めるための手順を示すフローチャートである。第４の実施形態に係る統合速度を求めるための手順を示すフローチャートである。第５の実施形態に係る統合速度を求めるための手順を示すフローチャートである。第６の実施形態に係る統合速度を求めるための手順を示すフローチャートである。第７の実施形態に係る統合速度を求めるための手順を示すフローチャートである。

符号の説明

４−アンテナ
２０‐レーダフロントエンド

Claims

所定探知範囲に対する電磁波の送受信を所定の計測周期のタイミング毎に繰り返し行って、前記探知範囲内の物標の位置を計測するとともに、前記物標で反射した電磁波のドップラシフト量から該物標のドップラ速度を計測する物標計測手段と、
前記物標計測手段により求められた前記物標の前記計測周期間での位置の変化量から物標の微分速度を求める微分速度算出手段と、
前記計測周期のタイミングで、前記ドップラ速度、前記微分速度、および前回の統合速度を加重平均して今回の統合速度を求める統合速度決定手段と、
を備え、
前記統合速度決定手段は、前記前回の統合速度に対する前記ドップラ速度の差と、前記前回の統合速度に対する前記微分速度の差とによって前記ドップラ速度および前記微分速度に対する重み係数を設定するものである、レーダ。
所定探知範囲に対する電磁波の送受信を所定の計測周期のタイミング毎に繰り返し行って、前記探知範囲内の物標の位置を計測するとともに、前記物標で反射した電磁波のドップラシフト量から該物標のドップラ速度を計測する物標計測手段と、
前記物標計測手段により求められた前記物標の前記計測周期間での位置の変化量から物標の微分速度を求める微分速度算出手段と、
前記計測周期のタイミングで、前記ドップラ速度、前記微分速度、および前回の統合速度を加重平均して今回の統合速度を求める統合速度決定手段と、
を備え、
前記統合速度決定手段は、前記ドップラ速度と前記微分速度のうち、前回の統合速度との差が小さい方の速度に対する重み係数を、前記前回の統合速度との差が大きい方の速度に対する重み係数に比べて大きく設定するものである、レーダ。
所定探知範囲に対する電磁波の送受信を所定の計測周期のタイミング毎に繰り返し行って、前記探知範囲内の物標の位置を計測するとともに、前記物標で反射した電磁波のドップラシフト量から該物標のドップラ速度を計測する物標計測手段と、
前記物標計測手段により求められた前記物標の前記計測周期間での位置の変化量から物標の微分速度を求める微分速度算出手段と、
前記計測周期のタイミングで、前記ドップラ速度、前記微分速度、および前回の統合速度を加重平均して今回の統合速度を求める統合速度決定手段と、
を備え、
前記統合速度決定手段は、前記ドップラ速度、前記微分速度、および前回の統合速度のうち、値が近似する２つの速度に対する重み係数を、残りの速度に対する重み係数に比べて大きく設定するものである、レーダ。
前記電磁波の送受信による測距とは別の手段により、物標までの距離を測定する測距手段を設け、
前記微分速度算出手段は、前記測距手段により求められた前記計測周期間での前記物標の位置の変化量から当該物標の微分速度を求めるものである、請求項１〜３のうちいずれかに記載のレーダ。
前記統合速度決定手段は、前記計測周期毎の前々回から前回への統合速度の変化から加速度を求め、当該加速度に基づいて今回の計測タイミングでの速度を推測し、当該推測速度を前記前回の統合速度とするものである請求項１〜４のうちいずれかに記載のレーダ。
前記電磁波の送受信を行う移動体の速度または加速度を計測する手段を設け、
前記統合速度決定手段は、前記計測周期毎の前記移動体の加速度に基づいて、前回の計測タイミングから今回の計測タイミングまでの前記移動体の速度変化分だけ前回の統合速度を補正するものである請求項１〜５のうちいずれかに記載のレーダ。
前記統合速度決定手段は、前記ドップラ速度、前記微分速度、前記統合速度の各速度間のそれぞれの差分が所定値を超えるとき、前回の統合速度を今回の統合速度として出力するものである請求項１〜６のうちいずれかに記載のレーダ。