JP6358076B2 - 方位誤差検出方法および装置、車載レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波を利用して方位を検出する技術に関する。

従来、電磁波を送受信することによって車両周囲に存在する障害物を検出するレーダ装置のアンテナやアンテナと一体化されたレーダ装置を、バンパ内に設置することが行われている（特許文献１参照）。

特開２００９−１０３４５６号公報

しかしながら、レーダ装置のアンテナをバンパ内に設置した場合、電磁波がパンパにより多重反射することによって、図８および図９に示すように、アンテナの放射特性が乱れ、物体が存在する方位の検出性能を劣化させてしまうという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、アンテナの放射特性の乱れに基づく方位誤差を検出する技術、更には、方位の検出性能を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明の法誤差検出方法は、車両のバンパ内に設置され、連続波を用いて物体が存在する方位を少なくとも検出する車載レーダ装置に適用され、第１のステップから第４のステップにより構成されている。

第１のステップでは、連続波を送受信することで得られた信号を周波数解析することによって、連続波を反射した物体との相対速度を求める。第２のステップでは、第１のステップでの周波数解析によって物体の存在が認められた周波数ビン毎に、物体が位置する方位の推定値である推定方位を求める。第３のステップでは、自車両に対する停止物の相対速度と該停止物が位置する方位との関係を表す理論曲線を算出する。第４のステップでは、停止物について求められた推定方位を用いて、理論曲線に対する推定方位の誤差である方位誤差を求める。

また、本発明の方位誤差検出装置は、上述した第１のステップの処理を実行する相対速度算出部と、上述した第２のステップの処理を実行する方位推定部と、上述した第３のステップの処理を実行する理論曲線算出部と、上述の第４のステップの処理を実行する誤差算出部とを備える。

つまり、本発明では、自車両と停止物との相対速度と方位の関係を表す理論曲線を求めると共に、連続波からなるレーダ波を反射した停止物との相対速度および反射波の到来方向を求め、この両者を比較することによって方位誤差を求めている。このような構成によれば、既存のＣＷレーダにより得られる情報を処理することにより、バンパの影響によって生じる方位の検出誤差を求めることができる。しかも、新たな構造物を付加する必要がないため、既存の装置にも簡単に適用することができる。

更に、本発明の車載レーダ装置は、上述の方位誤差検出装置と、補正値算出部と、方位補正部とを備える。補正値算出部は、誤差算出部にて求められた方位誤差に対して統計的な処理を施すことにより周波数ビン毎に誤差補正値を求める。方位補正部は、方位推定部にて推定された方位を、誤差補正値を用いて補正する。

このように構成された本発明によれば、アンテナの放射特性の乱れなどに基づく方位の検出誤差が抑制されるため、方位の検出精度を向上させることができる。
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

車載レーダ装置の構成を示すブロック図である。 メイン処理のフローチャートである。 方位誤差学習処理のフローチャートである。 側方停止物体の相対速度および方位の検出され方を示す説明図である。 理論曲線が自車速に応じて変化する様子を示す説明図である。 検出される相対速度と方位の関係の理論値を示す理論曲線と方位誤差を示す説明図である。 方位誤差の測定結果を実際の方位に対応付けてプロットしたグラフである。 （ａ）がアンテナ本来の指向性、（ｂ）がバンパによって乱された指向性を例示する模式図である。 アンテナ本来の放射特性およびバンパによって乱された放射特性を示すグラフである。

以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［構成］
図１に示す車載レーダ装置１は、アンテナ部２と送受信部３と信号処理部４とを備え、電磁波を透過する材料で構成されたバンパ内に設置して使用される。ここでは、車両の後側に設置されたバンパの進行方向に向かって右端付近に設置され、かつ、車両の側方を探査範囲に含むような向きに設置されている（図４参照）。また、車載レーダ装置１は、図示しない車載ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介して、他の車載装置と通信可能に接続されている。

アンテナ部２は、水平方向に一列に配置された複数のアンテナを備え、レーダ波として電磁波を送受信する。
送受信部３は、多周波ＣＷ（連続波）からなるレーダ波を、アンテナ部２を介して一定時間間隔で周期的に送受信すると共に、アンテナ部２を構成する各アンテナで受信される受信信号毎に、受信信号と送信信号との差の周波数成分からなるビート信号を生成し、これをＡ／Ｄ変換した受信データを信号処理部４に供給する周知のものである。なお、多周波ＣＷは、１ＭＨｚ程度ずつ周波数が異なるＧＨｚオーダの複数の連続波からなる。

信号処理部４は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３を中心に構成された周知のマイクロコンピュータからなり、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、レーダ波を反射した物体を検出し、その物体に関する情報を生成するメイン処理を少なくとも実行する。なお、ＲＡＭ４３の一部は、車載レーダ装置１の電源をオフしてもメモリの内容が保持される不揮発性メモリで構成されており、この不揮発性メモリには、物体との相対速度（ここでは周波数解析により得られる周波数ビン）と、その相対速度での方位誤差との対応関係を表す方位補正テーブルが記憶されている。

［処理］
次に、信号処理部４のＣＰＵ４１が実行するメイン処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。本処理は、レーダ波を送受信する測定サイクル毎に起動する。

信号処理部４を構成するＣＰＵ４１は、本処理が起動すると、Ｓ１１０にて、送受信部３がレーダ波を送受信することで得られる一測定サイクル分のビート信号のサンプリングデータを取得する。なお、一測定サイクルには、多周波ＣＷの全ての送信周波数に関するサンプリングデータが含まれている。

Ｓ１２０では、サンプリングデータを周波数解析することにより、多周波ＣＷの送信周波数毎かつアンテナ部２を構成するアンテナ毎に周波数スペクトルを算出する。ここでは、周波数解析として高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いる。これにより得られる周波数スペクトルの周波数ビンは、レーダ波を反射した物体との相対速度を表す。

Ｓ１３０では、Ｓ１２０にて求められた周波数スペクトルに基づき、アンテナ毎に平均周波数スペクトルを算出する。
Ｓ１４０では、平均周波数スペクトルから、受信強度が予め設定された閾値以上となるピーク値が検出される周波数ビンを抽出し、その周波数ビン毎に、方位推定処理を実行する。方位推定処理は、ＭＵＳＩＣ等の高分解能な推定処理が望ましいが、ビームフォーミング等を用いてもよい。

Ｓ１５０では、Ｓ１４０で推定された方位（以下「推定方位」という）を、ＲＡＭ４３に記憶されている方位補正テーブルを用いて補正する。具体的には、方位推定の対象となった周波数ビンをインデックスとして方位補正テーブルから方位誤差を取得し、推定方位に、その取得した方位誤差を加算することで補正する。

Ｓ１６０では、平均周波数スペクトルにピークを発生させた各物体について、その物体との相対速度、その物体が存在する方位を少なくとも含んだ物体情報を生成し、車載ＬＡＮを介して、物体情報を利用する各車載装置に提供する。

Ｓ１７０では、先のＳ１３０およびＳ１４０での処理結果を用いて、方位誤差を学習し、方位補正テーブルを更新する方位誤差学習処理を実行して本処理を終了する。
次に、方位誤差学習処理の詳細を、図３のフローチャートを用いて説明する。

信号処理部４を構成するＣＰＵ４１は、本処理が起動すると、Ｓ２１０にて、車載ＬＡＮを介して自車速を取得し、その自車速が予め設定された速度閾値より大きいか否かを判断する。速度閾値は、Ｓ１４０で算出される推定方位と、レーダ波を反射した物体との相対速度との関係を表すグラフ（図６参照）が十分に大きな傾きを有するような値に設定される。

自車速が速度閾値以下より大きければ（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、Ｓ２２０に進み、自車速が速度閾値以下であれば（Ｓ２１０：ＮＯ）、効果的な学習を期待できないものとして本処理を終了する。

Ｓ２２０では、Ｓ１３０，Ｓ１４０での処理結果に基づき、自車両とレーダ波を反射した物体との相対速度および推定方位からなる二次元データの分布Ｐを作成する。
Ｓ２３０では、自車速Ｖselfに応じて、停止物について検出される相対速度ｙと方位ｘとの関係を表す理論曲線Ｃを（１）式を用いて算出する。但し、θinstを車載レーダ装置１の取付角度、Ａを定数、Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮをＦＦＴポイント数（例えば２５６）とする。

Ｓ２４０では、周知の統計的な手法を用いて、分布Ｐと曲線Ｃの近似度を算出する。

Ｓ２５０では、Ｓ２４０で求めた近似度が、予め設定された近似閾値以上であるか否かを判断する。近似度が近似閾値より大きければ（Ｓ２５０：ＹＥＳ）Ｓ２６０に進み、近似度が近似閾値以下であれば（Ｓ２５０：ＮＯ）、レーダ波を反射した物体は停止物ではないものとして、本処理を終了する。

Ｓ２６０では、分布Ｐを構成するデータを周波数ビン毎に方位誤差を算出する。
Ｓ２７０では、Ｓ２６０で求めた方位誤差を用いて、方位補正テーブルを更新して、本処理を終了する。具体的には、例えば、今回求められた方位誤差と方位補正テーブルの記憶内容とを重み付け加算した結果によって更新することが考えられる。

［原理］
なお、方位補正テーブルの生成には、レーダ波を反射した物体が停止物である場合、側方停止物の相対速度と、停止物が存在する方位との間に対応関係があることを利用している。

即ち、車両の側方に壁面などの停止物が存在する場合、壁面のさまざまな箇所から反射波が得られる。そして、壁面の反射点が存在する方位と、その反射点について検出される相対速度とは、図５に示す関係を有する。即ち、車載レーダ装置１が取り付けられた位置の真横（車両の進行方向に対して９０°の位置）が反射点である場合、その反射点の相対速度は０となる。この真横の反射点より車両の進行方向側に位置する反射点の相対速度は、自車両に接近してくることを表すプラスの値となる。また、真横の反射点より車両の進行方向とは反対側に位置する反射点の相対速度は、自車両から離れていくことを表すマイナスの値となる。いずれの場合も、その絶対値は、真横の位置から離れるほど大きな値となる。また、グラフは、自車両の真後ろ方向に対して線対称な形状となる。

更に、車載レーダ装置１が０〜１８０［ｄｅｇ］を探査範囲とし、しかも、探査範囲の０［ｄｅｇ］の方向が、車両の後方向に対し、車両の上方から見て右回りにθinst［ｄｅｇ］傾くように車両に取り付けられている場合、車両の真横方向は、９０＋θinst［ｄｅｇ］となる。図では、θinst＝５０［ｄｅｇ］の場合を示す。

図４の取付状態を前提として、（１）式を用いて求めた理論曲線Ｃを図５に示す。図示されているように、理論曲線Ｃは自車速Ｖselfが遅いほど変化が小さく、自車速Ｖselfが早いほど、方向に対する相対速度（周波数ビン）の変化が大きくなる。なお、相対速度を表す周波数ビンは、０〜Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ［ｂｉｎ］で表され、その中心のＮ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ／２［ｂｉｎ］を、相対速度がゼロの場合としている。この場合、Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ／２〜Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ［ｂｉｎ］は、停止物が自車両に接近してくるように観測される物標接近領域、０〜Ｎ＿ＦＦＴ＿ＢＩＮ／２［ｂｉｎ］は、停止物が自車両から離れていくように観測される物標離脱領域となる。

図６は、点線が理論曲線Ｃであり、実線が実データの分布Ｐを、周知の統計的な手法を用いて曲線で表したものである。即ち、この理論曲線Ｃと分布Ｐに基づく曲線との方位軸方向（図中の左右方向）における差がバンパ等の影響による方位誤差となる。

図７は、真の方向に対する方位誤差の測定値を、探査範囲内の各方向についてプロットしたものであり、ほぼ方位誤差０を中心に分布していることがわかる。なお、１４０［ｄｅｇ］付近の測定値は、測定精度が低いため、これを取り除いて示している。即ち、ＣＷレーダでは、理論上、相対速度がゼロの物体を測定することができず、また相対速度がゼロの近辺の測定精度も低いためである。

［効果］
以上、説明したように、車載レーダ装置１では、停止物の相対速度と方位の関係を示す理論曲線Ｃを自車速Ｖselfから求めると共に、連続波からなるレーダ波を反射した物体との相対速度および物体が存在する方向（反射波の到来方向）を表す分布Ｐを求め、この両者を比較することによってバンパの影響によって生じる方位誤差を算出し、その結果に基づいて、検出された方位の補正に使用する方位補正テーブルを生成するようにされている。

このように車載レーダ装置１によれば、バンパの影響によって生じる方位の検出誤差を抑制すること、ひいては、方位の検出精度を向上させることができる。しかも、このような効果を、新たな構造物を付加することなく、既存のＣＷレーダから得られる情報を処理することによって実現しているため、既存の装置にも簡単に適用することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明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ことなく、種々の形態を採り得る。

（１）上記実施形態では、車載レーダ装置１は、学習により方位補正テーブルを随時更新するように構成されているが、予め作成された方位補正テーブルを更新することなくそのまま使用するように構成されていてもよい。

（２）上記実施形態では、分布Ｐが停止物に基づくものであるか否かを、分布Ｐと理論曲線Ｃとの近似度から判断しているが、車載カメラの画像から得られる情報や地図データ等を用いて判断するようにしてもよい。

（３）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（４）本発明は、方位誤差検出方法および方位誤差検出装置の他、当該方位誤差検出装置を構成要素とする車載レーダ装置等のシステム、方位誤差検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体など、種々の形態で実現することもできる。

１…車載レーダ装置 ２…アンテナ部 ３…送受信部 ４…信号処理部

Claims (5)

1. 車両のバンパ内に設置され、連続波を用いて物体が存在する方位を少なくとも検出する車載レーダ装置において、前記バンパの影響によって生じる方位誤差を検出する方位誤差検出方法であって、
   前記連続波を送受信することで得られた信号を周波数解析することによって、前記連続波を反射した物体との相対速度を求める第１のステップ（Ｓ１２０）と、
   前記第１のステップでの周波数解析によって前記物体の存在が認められた周波数ビン毎に、前記物体が位置する方位の推定値である推定方位を求める第２のステップ（Ｓ１３０〜Ｓ１４０）と、
   自車両に対する停止物の相対速度と該停止物が位置する方位との関係を表す理論曲線を算出する第３のステップ（Ｓ２３０）と、
   前記停止物について求められた前記推定方位を用いて、前記理論曲線に対する前記推定方位の誤差である方位誤差を求める第４のステップ（Ｓ２４０〜Ｓ２６０）と、
   を備えることを特徴とする方位誤差検出方法。
2. 車両のバンパ内に設置され、連続波を用いて物体が存在する方位を少なくとも検出する車載レーダ装置において、前記バンパの影響による方位誤差を検出する方位誤差検出装置であって、
   前記連続波を送受信することで得られた信号を周波数解析することによって、前記連続波を反射した物体との相対速度を求める相対速度算出部（４：Ｓ１２０）と、
   前記相対速度算出部での周波数解析によって物体の存在が認められた周波数ビン毎に、反射波の到来方向の推定値である推定方位を求める方位推定部（４：Ｓ１３０〜Ｓ１４０）と、
   自車両に対する停止物の相対速度と該停止物が位置する方位との関係を表す理論曲線を算出する理論曲線算出部（４：Ｓ２３０）と、
   前記停止物について求められた前記方位推定部での推定方位を用いて、前記理論曲線に対する前記推定方位の誤差を求める誤差算出部（４：Ｓ２４０〜Ｓ２６０）と、
   を備えることを特徴とする方位誤差検出装置。
3. 前記連続波として多周波連続波を使用し、
   前記方位推定部は、前記連続波の周波数毎に実施された周波数解析結果の平均値を用いて処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の方位誤差検出装置。
4. 前記誤差算出部は、前記方位推定部で求められた推定方位の分布と、前記理論曲線算出部で求められた理論曲線との類似度を求め、該類似度が予め設定された近似閾値より大きい場合に、前記分布に属する推定方位を、前記停止物について求められたものであると判断することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の方位誤差検出装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の方位誤差検出装置と、
   前記誤差算出部にて求められた方位誤差に対して統計的な処理を施すことにより前記周波数ビン毎に誤差補正値を求める補正値算出部（４：Ｓ２７０）と、
   前記方位推定部にて推定された方位を、前記誤差補正値を用いて補正する方位補正部（４：Ｓ１５０）と、
   を備えることを特徴とする車載レーダ装置。