JP6690593B2 - 周辺監視レーダ装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両の周辺を監視するレーダ装置に関する。

車両に搭載され、車両の周辺に存在する他車両や停止物などのターゲットを検知するレーダ装置は、他車両に搭載されたレーダ装置などとの間で、電波干渉を起こす場合がある。ＦＭＣＷレーダや多周波ＣＷレーダなどのように、ビート信号の周波数解析波形を利用して各種情報を抽出する場合、電波干渉を受けると、周波数解析波形のノイズフロアが上昇する。すると、ターゲットからの反射波に基づくピークが、ノイズフロアに埋もれてしまうため、ターゲットの検出が困難になる。

そこで、電波干渉の発生時には、干渉除去処理を実施する必要がある。干渉除去処理を実施するためには、電波干渉の発生を精度良く検出する必要がある。特許文献１には、ノイズレベルと固定値である閾値とを比較し、ノイズレベルが閾値以上の場合に、電波干渉の発生を検出する技術が開示されている。

特開２００８−２３２８３３号公報

しかしながら、ノイズフロアは、レーダ装置の状態や周辺環境によって変動する。特に、レーダ装置が車両に搭載されている場合、レーダ装置の状態や周辺環境の変化に伴い、ノイズフロアが変動しやすい。そのため、閾値を固定値とすると、ノイズフロアが比較的高くなる状況下で、電波干渉の発生を誤検出する可能性がある。電波干渉の発生を誤検出して干渉対策を実施すると、物標からの反射波に基づくピークも一部除去され、物標の検出精度を劣化させてしまうという問題がある。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、精度良く電波干渉を検出する技術を提供することを目的とする。

本開示は、車両に搭載され、レーダ波を繰り返し送受信して前記車両の周辺の物標を監視する周辺監視レーダ装置（２０ａ，２０ｂ）であって、信号生成部（２１）と、スペクトラム生成部（２１）と、周期設定部（２１）と、学習部（２１，Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ９０）と、更新部（２１，Ｓ６０）と、を備える。信号生成部は、送信信号と受信信号との周波数差信号を生成する。スペクトラム生成部は、信号生成部により生成された周波数差信号を周波数解析して周波数スペクトラムを生成する。周期設定部は、電波干渉の有無の判定に用いる判定基準値を更新する周期である更新周期を設定する。学習部は、周期設定部により設定された更新周期で決まる判定基準値の更新タイミングまでの、予め設定された期間である学習期間において、判定基準値の学習を実行する。更新部は、更新タイミングにおいて、判定基準値を、学習部により算出された判定基準値の学習値に更新する。そして、学習部は、学習期間の開始タイミングにおいて、学習値に初期値を設定し、学習期間中に、学習値とスペクトラム生成部により生成された周波数スペクトラムのノイズフロアの値とを逐次比較して、学習値よりもノイズフロアの値が小さい場合に、学習値をノイズフロアの値に更新する。

本開示によれば、更新タイミングまでの学習期間において、判定基準値の学習値が、学習期間における最低のノイズフロアの値とされ、更新タイミングにおいて、判定基準値が学習値に更新される。よって、ノイズフロアが変動した場合でも、ノイズフロアの変動に応じた判定基準値を設定することができる。ひいては、精度良く電波干渉を検出することができる。

なお、この欄及び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、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

本実施形態に係る車載システム１００の構成を示すブロック図である。 電波干渉非発生時のビート信号の時間波形を示す図である。 電波干渉非発生時のビート信号のスペクトラム波形を示す図である。 電波干渉発生時のビート信号の時間波形を示す図である。 電波干渉発生時のビート信号のスペクトラム波形を示す図である。 判定基準値の算出期間と判定基準値の更新タイミングを説明する図である。 基準値の初期値、今回の処理サイクルのノイズフロア、及び過去の処理サイクルの最低ノイズフロアを示す図である。 判定基準値を更新する処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態を説明する。
［１．構成］
まず、本実施形態に係る車載システム１００について、図１を参照して説明する。車載システム１００は、レーダシステム１０と、運転支援ＥＣＵ３０と、警報装置４０と、他の制御ＥＣＵ群５０と、を備える。車載システム１００は、車両に搭載されたシステムを想定している。

レーダシステム１０は、２つのレーダ装置２０ａ，２０ｂを備える。レーダ装置２０ａは、車両の後部右側面に設置された右後側のレーダ装置である。また、レーダ装置２０ｂは、車両の後部左側面に設置された左後側のレーダ装置である。レーダ装置２０ａとレーダ装置２０ｂの構成及び機能は、基本的に同じである。以下では、レーダ装置２０ａ及びレーダ装置２０ｂをまとめてレーダ装置２０と称する。なお、レーダシステム１０は、少なくとも１つのレーダ装置２０を備えていればよく、レーダシステム１０が備えるレーダ装置２０の個数は１つでもよいし、３つ以上でもよい。本実施形態では、レーダ装置２０が周辺監視レーダ装置に相当する。

レーダ装置２０は、レーダ波を繰り返し送受信して自車両の周辺を監視するミリ波レーダである。レーダ装置２０の変調方式は、ＦＭＣＷ方式、２周波ＣＷ方式など、どのような方式でもよい。レーダ装置２０は、信号処理部２１、送信アンテナ部２２、及び受信アンテナ部２３を備える。

信号処理部２１は、送信信号を生成し、生成した送信信号に基づいて、レーダ波である送信波を送信アンテナ部２２から放射させる。受信アンテナ部２３は、送信波を反射した物標から返ってきた反射波を受信する。そして、信号処理部２１は、受信アンテナ部２３にて受信された反射波から受信信号を生成し、送信信号と受信信号との周波数差を周波数とする周波数差信号であるビート信号を生成する。

さらに、信号処理部２１は、生成したビート信号に対してＦＦＴなどの周波数解析処理を実行して、周波数スペクトラムを生成し、生成した周波数スペクトラムのピークから物標を抽出する。その際、電波干渉が発生していない場合は、図２及び図３に示すように、ビート信号の時間波形に重畳したノイズが小さく、ビート信号の周波数スペクトラム波形においてノイズフロアのレベルが低い。そのため、物標を問題なく抽出することができる。しかしながら、電波干渉が発生している場合は、電波干渉が発生していない場合と比べて、図４及び図５に示すように、ビート信号の時間波形に重畳したノイズが大きく、ビート信号の周波数スペクトラム波形のノイズフロアのレベルが上昇する。そのため、電波干渉が発生すると、物標を示すピークが埋もれて抽出できなくなる可能性がある。そこで、信号処理部２１は、電波干渉が発生しているか否か判定し、電波干渉が発生している場合には、干渉対策をした後、周波数スペクトラムのピークから物標を抽出する。干渉対策としては、例えば、ビート信号にメディアンフィルタを適用することが挙げられる。

そして、信号処理部２１は、周波数スペクトラムに基づいて物標情報を生成し、生成した物標情報を運転支援ＥＣＵ３０へ出力する。物標情報は、例えば、自車両から物標までの距離、自車両に対する物標の相対速度、自車両に対する物標の方位である。なお、本実施形態では、信号処理部２１が、信号生成部、スペクトラム生成部、周期設定部、学習部、及び更新部の機能を実現する。

制御ＥＣＵ群５０は、運転支援ＥＣＵ３０以外の自車両に搭載された複数のＥＣＵであり、ネットワーク６に接続されている。
運転支援ＥＣＵ３０は、各レーダ装置２０から各レーダ装置２０にて検知された物標の物標情報を取得するとともに、ネットワーク６を介して、制御ＥＣＵ群５０とデータのやり取りを行う。そして、運転支援ＥＣＵ３０は、自車両の周辺に、自車両と衝突する可能性がある物標が存在する場合に、警報装置４０へ警報出力指令を出力する。

警報装置４０は、ドアミラーや車室内に設けられたインジケータや、車室内のスピーカ、車室内のディスプレイなどである。警報装置４０は、運転支援ＥＣＵ３０からの警報出力指令に応じて、警告音や注意を促す音声を出力したり、警告を表示したりする。

［２．判定基準値］
次に、信号処理部２１が電波干渉の有無の判定で用いる判定基準値について説明する。信号処理部２１は、周波数スペクトラムのノイズフロアと判定閾値とを比較し、ノイズフロアが判定閾値を超えている場合に、電波干渉ありと判定する。判定閾値は、周波数スペクトラムのノイズフロアに基づいて算出した基準値に、一定のオフセット量を加算した値である。本実施形態において、ノイズフロアは、周波数スペクトラムにおける電力最低値としている。

ただし、ノイズフロアは、レーダ装置２０の状態や周辺環境によって変動する。例えば、レーダ装置２０の温度が高くなれば、ノイズフロアは上昇するし、レーダ装置２０が経年劣化すれば、ノイズフロアは上昇する。また、自車両が市街地の道路から高速道路へ移動したり、自車両が都市内から砂漠へ移動したりした場合には、ノイズフロアは下降する。そのため、判定基準値ひいては判定閾値を一定値とすると、信号処理部２１は、電波干渉の発生を誤検出する可能性がある。

そこで、信号処理部２１は、一定の学習期間Ｔｓにて判定基準値を学習し、設定された更新周期Ｔｕごとに、判定基準値を学習値に更新する。詳しくは、図６に示すように、時点Ｔａ１で自車両のイグニッションをオンすると、学習値に初期値が設定される。そして、判定基準値の学習が開始され、学習期間Ｔｓの間、学習が続けられる。イグニッションをオンにした後の最初の学習期間Ｔｓの間は、判定基準値として初期値が使用される。最初の学習期間Ｔｓが終了した時点Ｔｂ１にて、判定基準値の更新タイミングとなり、判定基準値が学習期間Ｔｓにて算出された学習値に更新される。時点Ｔｂ１にて更新された判定基準値ＮＦ１は、時点Ｔｂ１から更新周期Ｔｕの間、継続して使用される。

そして、時点Ｔｂ１から更新周期Ｔｕが経過した時点Ｔｂ２が、次の判定基準値の更新タイミングとなる。また、時点Ｔｂ２よりも前の時点Ｔａ２から時点Ｔｂ２までが、２回目の学習期間Ｔｓになる。つまり、更新周期Ｔｕは学習期間Ｔｓよりも長い期間であり、判定基準値の更新タイミングまでの一定期間が、学習期間Ｔｓとなる。時点Ｔａ２では、再び、学習値に初期値が設定され、判定基準値の学習が開始される。そして、時点Ｔｂ２では、判定基準値が、ＮＦ１から２回目の学習期間Ｔｓにて算出された学習値に更新される。時点Ｔｂ２にて更新された判定基準値ＮＦ２は、時点Ｔｂ２から更新周期Ｔｕの間、継続して使用される。以後、同様に、判定基準値の学習と更新が繰り返し実行される。

ここで、判定基準値の初期値は、図７に示すように、電波干渉がない場合の標準的なノイズフロアよりも高く、電波干渉がある場合の標準的なノイズフロアよりも低い値となっている。

また、信号処理部２１は、更新周期Ｔｕを設定する。信号処理部２１は、更新周期Ｔｕを一定の期間に設定してもよい。また、信号処理部２１は、レーダ装置２０の状態の変化に応じて、更新周期Ｔｕを変化させて設定してもよい。レーダ装置２０の状態とは、レーダ装置２０の温度や、劣化状態などである。詳しくは、信号処理部２１は、レーダ装置２０の状態が比較的大きく変化した変化時に、更新周期Ｔｕを比較的短く設定し、レーダ装置２０の状態の変化が比較的小さい安定時に、更新周期Ｔｕを比較的長く設定する。これにより、ノイズフロアが大きく変化した場合に、判定基準値を速やかに変化させることができる。

あるいは、信号処理部２１は、自車両の周辺環境の変化に応じて、更新周期Ｔｕを変化させて設定してもよい。自車両の周辺環境とは、一般道路や高速道路というような自車両が走行中の道路の属性、都市部や砂漠というような走行地域の特性、気温や雨、晴というような天候の特性などである。信号処理部２１は、自車両の周辺環境が大きく変換した変化時に、更新周期Ｔｕを比較的短く設定し、レーダ装置２０の状態の変化が比較的小さい安定時に、更新周期Ｔｕを比較的長く設定する。

信号処理部２１は、レーダ装置２０で検知された物標情報から自車両の周辺環境を取得してもよいし、図１に破線で示すように、自車両がナビゲーション装置６０を備えている場合には、ナビゲーション装置６０から自車両の周辺環境を取得してもよい。ナビゲーション装置６０は、地図情報が格納された記憶装置を備え、自車両の現在位置を取得して、地図上における自車両の位置を特定する。また、信号処理部２１は、レーダ装置２０の状態の変化及び自車両の周辺環境の変化の両方に応じて、更新周期Ｔｕを変化させて設定してもよい。

［３．処理］
次に、判定用閾値を更新する処理手順について、図８のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、信号処理部２１が、ビート信号の周波数スペクトラムを生成した都度実行する。また、信号処理部２１は、判定基準値の更新周期Ｔｕを予め設定している。

まず、Ｓ１０では、今回の処理サイクルが、判定基準値の学習期間Ｔｓに入っている否か判定する。具体的には、後述するカウンタの値から、今回の処理サイクルが学習期間Ｔｓ内か否か判定する。今回の処理サイクルが学習期間Ｔｓ内と判定した場合にはＳ２０へ進み、今回の処理サイクルが学習期間Ｔｓ外と判定した場合にはＳ５０へ進む。

Ｓ２０では、干渉対策をしているか否か判定する。干渉状況にもよるが、干渉対策を実行している場合には、ノイズフロアが非常に低くなる可能性があるため、干渉対策時のノイズフロアから基準値を算出すると、基準値が適切な値よりも小さくなることがある。ひいては、判定閾値が小さくなり、電波干渉を誤検出することがある。よって、Ｓ２０において、干渉対策をしていると判定した場合には、基準値の学習を中止してＳ８０へ進み、カウンタの値を１増加させて、今回の処理サイクルを終了する。一方、Ｓ２０において、干渉対策をしていないと判定した場合にはＳ３０へ進む。

Ｓ３０では、今回の処理サイクルでのノイズフロアの値が、現時点の学習値よりも小さいか否か判定する。Ｓ３０において、今回の処理サイクルでのノイズフロアの値が学習値以上と判定した場合には、Ｓ８０へ進み、カウンタの値を１増加させて、今回の処理サイクルを終了する。一方、Ｓ３０において、今回の処理サイクルでのノイズフロアの値が学習値よりも小さいと判定した場合には、Ｓ４０へ進み、学習値を今回の処理サイクルでのノイズフロアの値に更新する。その後、Ｓ８０へ進み、カウンタの値を１増加させて、今回の処理サイクルを終了する。これにより、学習値は、学習期間Ｔｓにおいて最低のノイズフロアの値となる。図７に示すように、今回の学習期間Ｔｓにおいて、今回の処理サイクルのノイズフロアの値よりも、過去の処理サイクルにおける最低ノイズフロアの値の方が小さい場合には、学習値は更新されない。

また、Ｓ５０では、学習期間Ｔｓが終了して、今回の処理サイクルが判定基準値の更新タイミングになったか否か、カウンタの値から判定する。Ｓ５０において、今回の処理サイクルが判定基準値の更新タイミングでないと判定した場合には、Ｓ７０へ進む。一方、Ｓ５０において、今回の処理サイクルが判定基準値の更新タイミングであると判定した場合には、Ｓ６０へ進み、判定基準値を現時点の学習値に更新する。その後、Ｓ８０へ進み、カウンタを１増加させて、今回の処理サイクルを終了する。

Ｓ７０では、判定基準値の更新が終了して、今回の処理サイクルが判定基準値の使用期間に入っているか否か、カウンタの値から判定する。Ｓ７０において、今回の処理サイクルが判定基準値の使用期間内と判定した場合には、Ｓ８０へ進み、カウンタを１増加させて、今回の処理サイクルを終了する。一方、Ｓ７０において、今回の処理サイクルが判定基準値の使用期間外と判定した場合には、Ｓ９０へ進む。すなわち、今回の処理サイクルが、学習期間Ｔｓ、判定基準値の更新タイミング、及び判定基準値の使用期間のいずれでもない、学習期間Ｔｓの開始直前の開始タイミングであると判定した場合には、Ｓ９０へ進む。Ｓ９０では、カウンタの値にゼロに設定して初期化するとともに、学習値に判定基準値の初期値を設定して初期化し、今回の処理サイクルを終了する。

［４．効果］
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）判定基準値の学習値が、学習期間Ｔｓにおける最低のノイズフロアの値とされ、判定基準値の更新タイミングにおいて、判定基準値が学習値に更新される。よって、ノイズフロアが変動した場合でも、ノイズフロアの変動に応じた判定基準値を設定することができる。ひいては、精度良く電波干渉を検出することができる。

（２）更新周期Ｔｕをレーダ装置２０の状態の変化に応じて変化させることで、レーダ装置２０の状態が変化してノイズフロアが変動した場合でも、速やかに判定基準値を変化させることができる。

（３）更新周期Ｔｕを車両の周辺環境の変化に応じて変化させることで、周辺環境が変化してノイズフロアが変動した場合でも、速やかに判定基準値を変化させることができる。
（４）更新周期Ｔｕを一定とすることで、信号処理部２１の演算処理負荷を低減することができる。

（５）干渉対策の実施中に判定基準値の学習値の更新を中止することにより、判定基準値が小さくなりすぎることを抑制することができる。ひいては、電波干渉の誤検出を抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（ａ）上記実施形態では、ノイズフロアを周波数スペクトラムにおける最低電力値としていたが、これに限るものではない。例えば、周波数ビンごとに求められる電力値を用いて、各電力値が現れる頻度を表すヒストグラムを作成し、最も頻度が高い電力値をノイズフロアとしてもよい。また、周波数スペクトラム波形のピーク周辺を除いた領域の電力値の平均値をノイズフロアとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。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又は置換してもよい。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開示の実施形態である。

（ｄ）上述した周辺監視レーダ装置の他、当該周辺レーダ監視装置を構成要素とするシステム、判定基準値学習装置、判定基準値学習装置として処理装置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半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、判定基準値の学習方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

２０ａ，２０ｂ…レーダ装置、２１…信号処理部。

Claims (5)

1. 車両に搭載され、レーダ波を繰り返し送受信して前記車両の周辺の物標を監視する周辺監視レーダ装置（２０ａ，２０ｂ）であって、
   送信信号と受信信号との周波数差信号を生成するように構成された信号生成部（２１）と、
   前記信号生成部により生成された前記周波数差信号を周波数解析して周波数スペクトラムを生成するように構成されたスペクトラム生成部（２１）と、
   電波干渉の有無の判定に用いる判定基準値を更新する周期である更新周期を設定するように構成された周期設定部（２１）と、
   前記周期設定部により設定された前記更新周期で決まる前記判定基準値の更新タイミングまでの、予め設定された期間である学習期間において、前記判定基準値の学習を実行するように構成された学習部（２１，Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ９０）と、
   前記更新タイミングにおいて、前記判定基準値を、前記学習部により算出された前記判定基準値の学習値に更新するように構成された更新部（２１，Ｓ６０）と、を備え、
   前記学習部は、前記学習期間の開始タイミングにおいて、前記学習値に初期値を設定し、前記学習期間中に、前記学習値と前記スペクトラム生成部により生成された前記周波数スペクトラムのノイズフロアの値とを逐次比較して、前記学習値よりも前記ノイズフロアの値が小さい場合に、前記学習値を前記ノイズフロアの値に更新するように構成されている、
   周辺監視レーダ装置。
2. 前記周期設定部は、前記周辺監視レーダ装置の状態の変化に応じて、前記更新周期を変化させるように構成されている、
   請求項１に記載の周辺監視レーダ装置。
3. 前記周期設定部は、前記車両の周辺環境の変化に応じて、前記更新周期を変化させるように構成されている、
   請求項１又は２に記載の周辺監視レーダ装置。
4. 前記周期設定部は、前記更新周期を一定の期間に設定にするように構成されている、
   請求項１に記載の周辺監視レーダ装置。
5. 前記学習部は、電波干渉に対する干渉対策を実施している場合には、前記学習値の更新を中止するように構成されている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の周辺監視レーダ装置。

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