JP7075925B2 - 速度計測装置及び速度計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、速度計測装置及び速度計測方法に関し、車両の速度を計測する速度計測装置及び速度計測方法に適用して好適なものである。

自動車や鉄道の列車等の車両の対地速度（以下の説明では、特段の記載がない限り「速度」と表記する）を計測する方法として、車両の車輪の回転数を計測して速度を求める方法が一般的である。しかし、この方法では、車輪のスリップ時には速度を計測できないこと、また、人や荷物の積載状況やタイヤからの空気の抜け等によって車輪の径が変化することによって計測誤差が生じることが知られている。

一方で、レーダ速度計を用いて車両の速度を計測する方法も知られている（例えば、特許文献１）。このような速度計測方法において、レーダ速度計はミリ波帯やマイクロ波帯のレーダモジュールを備えた速度計測装置であって、レーダモジュールから電磁波を走行路に向けて連続的に放射してその反射波を受信し、ドップラ効果による反射波の周波数の変化量を計測することによって速度を算出する。そしてこのような速度計測方法は、車輪のスリップ時でも速度が計測可能であり、車輪の径の変化による計測誤差も生じないという利点を有している。

特開２００６－１８４１４４号公報

しかし、特許文献１に記載された速度計測方法では、走行路の状態によっては、レーダ速度計が受信する反射波の強度が弱くなる場合があり、このような場合には速度の算出が困難になるという課題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、レーダモジュールから放射された放射波に対する反射波の強度が弱い場合でも速度を算出することができる速度計測装置及び速度計測方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、搭載されたシステムの速度を計測する速度計測装置であって、電磁波または音波による放射波を生成し、地面に放射する放射部と、前記放射部から放射された放射波の前記地面からの反射波を受信する受信部と、前記放射部で生成された放射波と前記受信部で受信された反射波との周波数差を表す周波数差信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部で生成された周波数差信号の強度が所定値以上である場合に前記信号生成部で生成された周波数差信号の周波数差から前記地面を基準とする計測速度を算出する速度算出部と、停止状態の振幅閾値を走行状態の振幅閾値より大きな値として、前記所定値を、前記速度算出部によって算出された計測速度が所定速度以上である場合に前記走行状態の振幅閾値とし、前記速度算出部によって算出された計測速度が所定速度未満である場合に前記停止状態の振幅閾値とする閾値変更部と、を備えることを特徴とする速度計測装置が提供される。

また、かかる課題を解決するため本発明においては、搭載されたシステムの速度を計測する速度計測装置による速度計測方法において、電磁波または音波による放射波を生成し、地面に放射する放射ステップと、前記放射ステップで放射された放射波の前記地面からの反射波を受信する受信ステップと、前記放射ステップで生成された放射波と前記受信ステップで受信された反射波との周波数差を表す周波数差信号を生成する信号生成ステップと、前記信号生成ステップで生成された周波数差信号の強度が所定値以上である場合に前記信号生成ステップで生成された周波数差信号の周波数差から前記地面を基準とする計測速度を算出する速度算出ステップと、停止状態の振幅閾値を走行状態の振幅閾値より大きな値として、前記所定値を、前記速度算出ステップによって算出された計測速度が所定速度以上である場合に前記走行状態の閾値振幅とし、前記速度算出ステップによって算出された計測速度が所定速度未満である場合に前記停止状態の閾値振幅とする閾値変更ステップと、を含むことを特徴とする速度計測方法が提供される。

本発明によれば、レーダモジュールから放射された放射波に対する反射波の強度が弱い場合でも、速度を算出することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置を搭載した車両の一例を示す図である。 図１に示した速度計測装置の構成例を示す図である。 速度計測装置における計測速度の算出処理の手順例を示すフローチャートである。 車両が「停止状態」にあるときの振幅スペクトルの一例を説明するための図である。 車両が「走行状態」にあるときの振幅スペクトルの一例を説明するための図である。 車両が「走行状態」にあって、走行路の状態によって反射波の強度が弱い場合の振幅スペクトルの一例を説明するための図である。 境界速度と振幅閾値との関係を説明するための図（その１）である。 境界速度と振幅閾値との関係を説明するための図（その２）である。 第２の実施の形態における振幅閾値の決定処理の手順例を示すフローチャートである。 速度計測装置から放射された電磁波の照射範囲を説明するための図である。 ＦＦＴ処理後の振幅スペクトルの一例を示す図である。 走行状態でジッタがある場合の振幅スペクトルの一例を説明するための図である。 停止状態でジッタの強度が強い場合の振幅スペクトルの一例を説明するための図である。 走行状態でジッタの強度が強い場合の振幅スペクトルの一例を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る速度計測装置の構成例を示す図（その１）である。 第４の実施の形態に係る車両の一例を示す図（その１）である。 第４の実施の形態に係る車両の一例を示す図（その２）である。 第４の実施の形態に係る速度計測装置の構成例を示す図（その２）である。 第４の実施の形態に係る車両の一例を示す図（その３）である。 ピッチングの角度とドップラ周波数変化量との関係例を示した図である。 計測タイミングが不一致の場合における計測速度の算出値の関係を説明するための図である。 計測タイミングを一致させた場合における計測速度の算出値の関係を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る車両の一例を示す図（その４）である。

以下、図面を参照して、本発明の各実施の形態に係る速度計測装置及び速度計測方法を説明する。

なお、以下の説明では、速度計測装置が搭載される車両の例として自動車や鉄道の列車などを取り上げる。車両が自動車の場合には、例えばアスファルト路面などの地面を走行路とすることができ、車両が鉄道の列車の場合には、例えば線路を走行路とすることができる。また、速度計測装置の例としてミリ波帯やマイクロ波帯におけるドップラ効果を利用した装置を取り上げて説明するが、本発明に係る速度計測装置は、超音波などの音波を利用したドップラ効果を利用した速度計測装置であってもよい。さらに、これらの速度計測装置は、路上に設置され、走行路を通過する車両の速度を計測する手段に用いてもよい。

（１）第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置を搭載した車両の一例を示す図である。図１には、走行路である地面Ｇを走行する車両１が示されている。車両１は、車両１の速度を算出する速度計測装置１０、車両１における上位の制御システムである外部装置１１、及び速度計測装置１０と外部装置１１との間を接続して信号通信が可能な通信路１２を備えている。なお、図１では、車両１について速度計測装置１０に関する構成を概略的に示しており、車両１のすべての構成を示しているわけではない。また、図１において、速度計測装置１０は、放射する電磁波Ｒ１がｘｚ平面内を伝播し、かつ地面Ｇに対して角度θで入射するように、車両１に配置されている。

速度計測装置１０は、電磁波Ｒ１を走行路に向けて放射するとともにその反射波を受信し、周波数の変化量に基づいて車両１の速度を算出する。速度計測装置１０で算出した速度を示す信号は、通信路１２を経由して外部装置１１に送信される。そして、外部装置１１は、速度計測装置１０から得られた速度情報に基づいて、車両１における所定の制御を実行することができる。外部装置１１としては例えば、自動速度制御装置を想定することができる。

図２は、図１に示した速度計測装置の構成例を示す図である。図２に示したように、速度計測装置１０は、ミリ波レーダモジュール１１０、レンズ１２０、ＩＦ信号用増幅器１３０、及び演算回路１４０を主に備えている。

なお、本実施の形態では、速度計測装置１０に搭載されるレーダモジュールの一例として、７７ＧＨｚ帯の電磁波（ミリ波）を放射するミリ波レーダモジュール１１０を使って説明を行う。但し、本発明に係る速度計測装置１０で利用可能なレーダモジュールは、ミリ波レーダモジュール１１０に限定されるものではなく、例えば、準ミリ波帯、ミリ波帯、またはマイクロ波帯の少なくとも何れかの電磁波を放射するレーダモジュールを用いることができる。

図２によれば、ミリ波レーダモジュール１１０は、放射電磁波用の高周波信号の生成や反射電磁波（反射波）の信号処理等を行うＩＣチップ１１１と、電磁波の放射及び反射電磁波の受信を行うアンテナ１１２とを備え、アンテナ１１２とＩＣチップ１１１（ポート１１３）との間が給電線１１４によって接続されている。より詳しい構成を示すと、ＩＣチップ１１１は、ポート１１３のほかに、発振器１１５、送信用増幅器１１６、アイソレータ１１７、受信用増幅器１１８、及び混合器１１９を含んで構成される。

アイソレータ１１７にはポート１１３が接続されており、ポート１１３からアンテナ１１２を介して電磁波が放射され、レンズ１２０に入射される。また、混合器１１９では、アンテナ１１２によって受信された反射電磁波の信号と発振器１１５から出力された高周波信号とを混合することによってＩＦ（Intermediate Frequency）信号が生成され、生成されたＩＦ信号はＩＦ信号用増幅器１３０に入射される。

レンズ１２０は、ミリ波レーダモジュール１１０のアンテナ１１２から放射された電磁波を集束して、電磁波Ｒ１として地面Ｇに入射させる役割のほか、地面Ｇで反射した電磁波（反射電磁波、反射波）を集束してアンテナ１１２に入射させる役割を持つ。

ＩＦ信号用増幅器１３０は、ミリ波レーダモジュール１１０の混合器１１９から入射されるＩＦ信号を増幅し、演算回路１４０に入力する。

演算回路１４０は、ＩＦ信号用増幅器１３０から入力されたアナログのＩＦ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器（ＡＤＣ：Analog to Digital Converter）１４１と、ＡＤＣ１４１によってデジタル信号に変換されたＩＦ信号をサンプリングしたものに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理及び計測速度の算出処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１４２とを備える。また、図２には不図示であるが、演算回路１４０は、ＡＤＣ１４１やＣＰＵ１４２による処理で用いられるプログラムや各種データ（例えば、後述する数式（１）に則った演算を行うためのプログラムや、振幅閾値など）を保持するための記憶手段を備える。なお、このような記憶手段は、速度計測装置１０に接続された外部装置１１に少なくとも一部が備えられる構成であってもよい。

図２に示した速度計測装置１０は、以下のようにして速度の大きさｖ（以後、「計測速度ｖ」と表す）を算出する。

まず、発振器１１５が、７７ＧＨｚ帯の高周波信号を生成する。発振器１１５で生成された高周波信号は、送信用増幅器１１６で増幅された後、アイソレータ１１７及びポート１１３を介してアンテナ１１２に伝搬され、アンテナ１１２から空間へ電磁波として放射される（放射電磁波）。この放射電磁波は、レンズ１２０によって集束され、地面Ｇに入射して反射する。図１を参照して説明したように、車両１に搭載された速度計測装置１０から放射された電磁波は電磁波Ｒ１であり、電磁波Ｒ１は、ｘｚ平面内を伝播し、かつ走行路である地面Ｇに対して角度θで入射する。

そして、地面Ｇに放射電磁波（電磁波Ｒ１）が入射すると、地面Ｇで反射し、反射した電磁波（反射電磁波）は、レンズ１２０によって集束された後、アンテナ１１２に入射する。ここで、反射電磁波は、一般に知られたドップラ効果によって、地面Ｇに対する車両１の速度に比例して周波数が変化している。

次いで、アンテナ１１２によって受信された反射電磁波の信号は、ポート１１３からアイソレータ１１７を介して受信用増幅器１１８に伝搬され、受信用増幅器１１８によって増幅された後、混合器１１９に入力される。なお、図２の回路構成にも示すように、混合器１１９には、発振器１１５から出力された７７ＧＨｚ帯の高周波信号も入力される。そして混合器１１９は、入力される両信号を混合することによって、ＩＦ信号を生成する。

ここで、混合器１１９で生成されるＩＦ信号について詳しく説明する。このＩＦ信号は、受信用増幅器１１８により増幅された信号（地面Ｇで反射した電磁波の信号）の周波数と、発振器１１５から出力された信号（地面Ｇに放射した電磁波の信号）の周波数との差を表す信号である。すなわち、ＩＦ信号の周波数は、ドップラ効果による周波数の変化量の絶対値である。

そして、ドップラ効果による周波数の変化量の大きさ、すなわち混合器１１９によって生成されるＩＦ信号のピーク周波数（周波数ｆ_ｄ）は、以下の数式（１）で示されることが知られている。

なお、数式（１）において、ｃは光速、ｆ_０は発振器１１５から出力される信号の周波数、θは電磁波Ｒ１が地面Ｇへの入射時になす角度（図１を参照）、そしてｖ_ｘは図１に示すｘ方向の速度成分（図１では、ｘ軸方向に車両１が走行すると仮定している）を表している。

数式（１）によれば、周波数ｆ_０と角度θとを一意に定めることができれば、数式（１）の右辺の分数項（（２ｆ_０・ｃｏｓθ）／ｃ）は定数となるため、周波数ｆ_ｄは速度ｖ_ｘに比例する関係を有することが示される。

次に、混合器１１９で生成されたＩＦ信号は、ミリ波レーダモジュール１１０に接続するＩＦ信号用増幅器１３０に送られて増幅された後、演算回路１４０に入力される。演算回路１４０では、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）１４１が、ＩＦ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、ＣＰＵ１４２が、変換後のデジタル信号を用いて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理及び計測速度（計測速度ｖ）の算出処理を行う。

図３は、速度計測装置における計測速度の算出処理の手順例を示すフローチャートである。速度計測装置１０では、演算回路１４０のＣＰＵ１４２が、例えば図３に示す処理を一定の時間ごとに行うことによって計測速度ｖを算出する。

まず、演算回路１４０のＣＰＵ１４２は、ＡＤＣ１４１によってデジタル信号に変換されたＩＦ信号を一定周期でサンプリングし、所定時間分の波形を得る（ステップＳ１０１）。次に、ＣＰＵ１４２は、ステップＳ１０１で得られた波形に対し高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行って、ＩＦ信号の振幅スペクトルを求める（ステップＳ１０２）。

次いで、ＣＰＵ１４２は、ステップＳ１０２で求めた振幅スペクトルのピーク値を与える周波数を、ＩＦ信号の周波数ｆ_ｄとして求める（ステップＳ１０３）。そして、ステップＳ１０４では、ＣＰＵ１４２は、振幅スペクトルのピーク値が所定の振幅閾値以上であるか否かを判断する。

ステップＳ１０４において振幅スペクトルのピーク値が所定の振幅閾値以上であると判断した場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、ＣＰＵ１４２は、数式（１）を逆算して周波数ｆ_ｄから計測速度ｖを算出し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。一方、ステップＳ１０４において振幅スペクトルのピーク値が所定の振幅閾値未満であると判断した場合（ステップＳ１０４のＮＯ）、ＣＰＵ１４２は、計測速度ｖを「０」として（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

以上、ステップＳ１０１～Ｓ１０６の処理を行うことによって、ＣＰＵ１４２は計測速度ｖを算出するが、本実施の形態に係る速度計測装置１０は、上記の処理手順の派生例として、以下に例示する処理を行うようにしてもよい。

例えば、ステップＳ１０４においてＣＰＵ１４２が振幅スペクトルのピーク値と振幅閾値とを比較したとき、振幅スペクトルのピーク値のほうが大きい場合（ピーク値が振幅閾値以上の場合としてもよい）に、ステップＳ１０５に示した手順で計測速度ｖを算出するとともに、算出した計測速度ｖを速度計測装置１０の外部（例えば外部装置１１）に出力するようにしてもよい。

また例えば、速度計測装置１０（より詳細には演算回路１４０やＣＰＵ１４２）が、ステップＳ１０５やステップＳ１０６でＣＰＵ１４２が算出した計測速度ｖとともに、振幅スペクトルのピーク値などの情報を外部装置１１に送信するようにしてもよい。さらに、外部装置１１が、振幅閾値を記憶するとともに、車両１の速度に基づいた情報（例えば走行／停止状態など）を判断して振幅閾値を変更する手段を備えるようにして、状況に適応した振幅閾値が設定されるようにしてもよい。また、このような構成を備えるときに、速度計測装置１０（例えばＣＰＵ１４２）が、ステップＳ１０４に例示したように振幅スペクトルのピーク値と振幅閾値とを比較し、振幅スペクトルのピーク値のほうが大きい場合（ピーク値が振幅閾値以上の場合としてもよい）に計測速度ｖを採用し、振幅スペクトルのピーク値が振幅閾値以下の場合（振幅閾値よりも小さい場合としてもよい）には計測速度を「０」とするようにしてもよい。

ところで、図３のフローチャートでは、計測速度ｖを算出するにあたって、ステップＳ１０４の比較判断において振幅スペクトルのピーク値が振幅閾値以上であることを条件としているが、このような場合、考慮すべき以下の課題がある。

［第１の課題］
走行路（地面Ｇ）の状態によって反射波の強度が弱い場合には、振幅スペクトルのピーク値が低下して所定の振幅閾値未満となるケースが想定され、このような状況でステップＳ１０４の比較判定が行われると、ステップＳ１０６の処理に進み、計測速度ｖが「０」と判断されてしまう。

［第２の課題］
混合器１１９に入力される信号成分には、発振器１１５で生成された周波数信号が混合器１１９に直接入力される経路による信号成分と、アイソレータ１１７を経由してアンテナ１１２の不整合によって反射して再度アイソレータ１１７を経由して混合器１１９に入力される経路による信号成分とがあるが、この２つの信号成分が入力されるまでの経路は長さに差があるため、２つの信号成分が混合器１１９に入力される時間（タイミング）に差異が生じるおそれがある。発振器１１５で生成された周波数信号にはジッタ（時間軸方向に発生する変動成分）があるため、上記２つの信号成分の入力タイミングの時間差によって、混合器１１９に入力される信号成分の周波数は厳密には同一とならないことから、この２つの信号成分の差、つまりジッタの成分が混合器１１９から出力される。そしてこのようなジッタの成分がＦＦＴ処理後の振幅スペクトル上に現れ、振幅スペクトルのピーク値が所定の振幅閾値以上となってしまうことがある。このような場合でも、図３によればステップＳ１０４からステップＳ１０５の処理が行われるため、計測速度ｖが誤って算出されてしまう。

［第３の課題］
例えばＩＦ信号用増幅器１３０に外来電磁波のノイズが入射されることがあり、ＦＦＴ処理後において、このノイズ成分が振幅スペクトル上に現れ、振幅スペクトルのピーク値が所定の振幅閾値以上となってしまうことがある。このような場合でも、図３によればステップＳ１０４からステップＳ１０５の処理が行われるため、計測速度ｖが誤って算出されてしまう。

そこで、上記の課題に対応するため、本実施の形態に係る速度計測装置１０では、車両１の走行状態や走行路（地面Ｇ）の状態に応じて振幅閾値を変動させることにより、適切な計測速度ｖを算出可能にする。以下では、演算回路１４０においてＣＰＵ１４２がＦＦＴ処理を行うことによって求められるＩＦ信号の振幅スペクトル（図３のステップＳ１０２参照）の一例を図４～図６に示し、これらの図を参照しながら振幅閾値の変動を伴う計測速度ｖの算出方法について具体的に説明する。

図４は、車両が「停止状態」にあるときの振幅スペクトルの一例を説明するための図である。図４において、横軸には周波数が示され、縦軸には各周波数に対応する振幅値が示されている。なお、図４の横軸において、振幅スペクトルのピーク値を与える周波数はＩＦ信号の周波数ｆ_ｄであることから、数式（１）を参照すれば、横軸は計測速度の軸と等価とみなすこともできる。このような図の表示方法は、後述する同様の図（例えば図５や図６等）にも適用されるが、以後は説明を省略する。

図４によれば、振幅スペクトルは周波数ｆ_ｄにおいてピーク値Ａ_ｄとなっており、車両１が「停止状態」にあるときの振幅閾値として振幅閾値Ａ_１（停止状態の振幅閾値Ａ_１）が示されている。ここで、車両１の走行状態に関して「停止状態」とは、車両１が完全に停止している状態（速度０ｋｍ／ｈ）だけでなく、所定の境界速度（具体的には例えば２ｋｍ／ｈ）以下のごく低速な状態を含むものとする。したがって、完全に停止していた車両１が走行を開始した直後は「停止状態」とみなされる。なお、車両１が「停止状態」にあるときにノイズの混入等によって計測速度ｖが誤って算出されることは特に好ましくないため、停止状態の振幅閾値Ａ_１は後述する他の振幅閾値よりも大きめの値が設定されることが好ましい。

また、図４に示された周波数ｆ_１は、上記所定の境界速度に由来する周波数であり、具体的には例えば、数式（１）においてｖ_ｘを当該境界速度とすることで算出できる。以後、このような境界速度に由来する周波数を「境界速度に相当する周波数」と呼ぶ。そして、図４の振幅スペクトルの場合、ピーク値Ａ_ｄを与える周波数ｆ_ｄは境界速度に相当する周波数ｆ_１よりも小さいことから、車両１の速度が境界速度よりも低速の停止状態であることが示される。

そして図４の場合、振幅スペクトルのピーク値Ａ_ｄは停止状態の振幅閾値Ａ_１以上であることから、ＣＰＵ１４２は、図３のステップＳ１０５で説明したように数式（１）を用いて、ピーク値Ａ_ｄを与える周波数ｆ_ｄから計測速度ｖを算出する。

図５は、車両が「走行状態」にあるときの振幅スペクトルの一例を説明するための図である。なお、車両１に関して「走行状態」とは、車両１が、図４に例示した「停止状態（走行開始直後を含む）」の後、加速してその速度が所定の境界速度（例えば２ｋｍ／ｈ）を超えた状況を意味する。図５に例示した振幅スペクトルの場合、ピーク値Ａ_ｄを与える周波数ｆ_ｄは境界速度に相当する周波数ｆ_１よりも大きいことから、車両１の速度が境界速度を超えた走行状態であると推測される。

図５の場合、振幅スペクトルのピーク値Ａ_ｄは停止状態の振幅閾値Ａ_１以上であることから、まずＣＰＵ１４２は、図３のステップＳ１０５で説明したように数式（１）を用いて計測速度ｖを算出する。

さらに、図５の場合、ＣＰＵ１４２によって算出された計測速度ｖが境界速度以上であると判定されることによって、次回の速度計測タイミングにおける振幅閾値を変更する。具体的には、図５に例示したように「停止状態の振幅閾値Ａ_１」から「走行状態の振幅閾値Ａ_２」に変更し、このとき振幅閾値は小さくなる。また逆に、車両１が走行状態であるとして「走行状態の振幅閾値Ａ_２」が選択されているときに、ＣＰＵ１４２が算出した計測速度ｖが境界速度未満であると判定された場合には、車両１は停止状態に移行したと推測されるため、ＣＰＵ１４２は次回の速度計測タイミングにおける振幅閾値を「走行状態の振幅閾値Ａ_２」から「停止状態の振幅閾値Ａ_１」に変更すればよく、このとき振幅閾値は大きくなる。

図６は、車両が「走行状態」にあって、走行路の状態によって反射波の強度が弱い場合の振幅スペクトルの一例を説明するための図である。走行路（地面Ｇ）の状態が悪い場合、速度計測装置１０から放射した電磁波Ｒ１の反射波の強度が通常よりも弱くなる場合があり、図６はそのような場合に得られるＩＦ信号の振幅スペクトルの一例が示されている。

図６に例示した振幅スペクトルによれば、振幅スペクトルのピーク値Ａ_ｄは、図５に例示した振幅スペクトルのピーク値Ａ_ｄよりも小さくなっているが、走行状態の振幅閾値Ａ_２よりは大きい値となっている。

ここで、図３のステップＳ１０４における比較判断において、図５のように振幅スペクトルのピーク値Ａ_ｄと停止状態の振幅閾値Ａ_１とが比較されてしまうとすれば、計測速度ｖは「０」となってしまい、適切な速度算出ができないおそれがある。しかし図５を参照して上述した通り、走行状態で計測速度ｖが算出された後のタイミングであれば、振幅閾値は走行状態の振幅閾値Ａ_２に変更されるので、ＣＰＵ１４２は、ピーク値Ａ_ｄを与える周波数ｆ_ｄから計測速度ｖを算出することができる。

以上のように、本実施の形態に係る速度計測装置１０は、ジッタや外来電磁波ノイズの影響による計測速度ｖの誤検出を防ぎつつ、走行路の状態やシステム（速度計測装置１０が搭載された車両１）の状態によって反射波の強度が弱い場合でも、計測速度ｖを算出することができる。なお、走行路の状態が悪い場合は、走行路の状態に起因してシステムで検出される反射波の強度が弱くなり、速度計測装置１０による計測速度の算出可能性等が悪くなることから、広義の「システムの状態」には「走行路の状態」を含まれると解釈できる。また、車両１の走行中に速度計測装置１０が測定を開始した場合（例えば、走行中に速度計測装置１０に電源が供給された場合）、ジッタや外来電磁波ノイズの影響による計測速度ｖの誤検出を除去して、適切な計測速度ｖを算出することができる。

なお、上述の説明において、速度計測装置１０は、計測速度ｖが境界速度よりも高くなった場合に次回の速度計測タイミングにおける振幅閾値を変更するとしたが（図５参照）、本実施の形態に係る速度計測装置１０は、車両１が走行状態から停止状態に移行する場合、すなわち計測速度ｖが境界速度よりも低くなった場合に、次回の速度計測タイミングにおける振幅閾値を変更するようにしてもよく（具体的には例えば、走行状態の振幅閾値Ａ_２から停止状態の振幅閾値Ａ_１に変更する）、さらにこれらを組み合わせて実装してもよい。

また、図４～図６では境界速度を１つとしたが、本実施の形態に係る速度計測装置１０では、複数の境界速度を設けたり、連続的な境界速度を設けたりして、計測速度ｖの算出に用いるようにしてもよい。このようにすることで、図３のステップＳ１０４における比較判断において、走行路の状態等に応じた、より細かい判断を行うことが可能となり、適切な計測速度ｖの算出に期待することができる。以下、図７，図８を参照しながら、このような境界速度の設定例について具体的に説明する。

図７は、境界速度と振幅閾値との関係を説明するための図（その１）である。図７には、２つの境界速度（境界速度Ｖ_１，Ｖ_２）が設けられる場合の一関係例が示されている。

具体的には図７によれば、車両１の速度がゼロから境界速度Ｖ_１の間であれば、次回の速度計測タイミングにおける振幅閾値として「停止状態の振幅閾値Ａ_１」を採用する。そして、車両１の速度が境界速度Ｖ_１から境界速度Ｖ_２の間であれば、次回の速度計測タイミングにおける振幅閾値として「低速状態の振幅閾値Ａ_３」を採用する。また、車両１の速度が境界速度Ｖ_２以上であれば、次回の速度計測タイミングにおける振幅閾値として「高速状態の振幅閾値Ａ_４」を採用する。このようにすることで、車両１の速度の増加に伴って振幅閾値を多段階で小さくして計測速度ｖを算出することができる。

図８は、境界速度と振幅閾値との関係を説明するための図（その２）である。図８には、連続的な境界速度が設けられる場合の一関係例が示されている。

具体的には図８によれば、車両１の速度がゼロから境界速度Ｖ_２までの間は、次回の速度タイミングにおける振幅閾値として「停止状態の振幅閾値Ａ_１」から「高速状態の振幅閾値Ａ_４」の間を連続的に低減する値を採用する。ただし、車両１の速度が境界速度Ｖ_２以上であれば、次回の速度計測タイミングにおける振幅閾値として「高速状態の振幅閾値Ａ_４」を採用する。このようにすることで、車両１の速度が所定の水準（ゼロから境界速度Ｖ_２まで）に達するまでの間、次第に小さくなる動的な振幅閾値を採用して計測速度ｖを算出できるとともに、車両１の速度が所定の水準に達した以降は、静的な振幅閾値Ａ_４を採用することで、最終的に振幅閾値が「０」になってしまうことを回避しながら計測速度ｖを算出することができる。

以上、振幅閾値の変更基準となる境界速度を２以上設けた場合、本実施の形態に係る速度計測装置１０は、図４～図６で説明した方法よりも細やかに、車両１の速度に応じて適切に、ジッタや外来電磁波ノイズの影響による計測速度の誤検出を除去して、計測速度ｖを算出することができる。

また、本実施の形態に係る速度計測装置１０は、以下の派生構成を備えるようにしてもよい。この派生構成を備える場合も、速度計測装置１０は、上記と同様の効果を得ることができる。

［派生構成１］
速度計測装置１０は、ＩＦ信号の振幅と振幅閾値とを比較し計測速度を算出するかどうか判断し、かつ、車両１の走行状態／停止状態などの速度に基づいた状態を判断して振幅閾値を変更する手段を備える。

［派生構成２］
速度計測装置１０は、振幅閾値を変更する処理に替えて、ミリ波の送信から受信、または波形処理のいずれかの過程において、車両１の走行状態／停止状態などの速度に基づいた係数、例えば、上記した振幅閾値の逆数に相当する係数を乗じる手段を備える。

上記手段をより具体的に例示すると、第１例として、発振器１１５で生成した信号の放射強度を変更する手段が考えられる。これは例えば、図２に示した送信用増幅器１１６の増幅率を変更することによって実現できる。

また第２例として、地面Ｇからの反射波の信号の増幅率を変更する手段が考えられる。これは例えば、図２に示した受信用増幅器１１８の増幅率を変更することによって実現できる。

また第３例として、ＩＦ信号の増幅率を変更する手段が考えられる。これは例えば、ＩＦ信号用増幅器１３０の増幅率を変更することによっても実現できるし、演算回路１４０のＣＰＵ１４２においてデジタル信号に変換されたＩＦ信号をサンプリングして得られた波形や、その波形に対しＦＦＴ処理を行なって得られた振幅スペクトルに対し係数を乗じること等によっても実現できる。

（２）第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態に係る速度計測装置について説明する。

第２の実施の形態に係る速度計測装置は、ＩＦ信号の振幅スペクトルのピーク値との大小の比較判定で用いられる振幅閾値について、第１の実施の形態の速度計測装置とは異なる決定処理（振幅閾値の決定処理）を行うことを特徴とする。したがって振幅閾値の決定処理以外の処理（具体的には、図３に示した計測速度ｖの算出処理）については、第１の実施の形態と同様に実行されるものとして、詳細な説明を省略する。また、第２の実施の形態に係る速度計測装置の物理的構成は第１の実施の形態で用いた速度計測装置１０を流用可能であるため、速度計測装置１０を使って第２の実施の形態を説明する。

図９は、第２の実施の形態における振幅閾値の決定処理の手順例を示すフローチャートである。図９に示す一連の処理はＣＰＵ１４２によって実行される処理であって、図３に示した計測速度ｖの算出処理の処理完了後に毎回実行される。

図９において、Ｎ_Ｒ，Ｎ_ＳはステップＳ２０１の判定処理（詳細は後述する）における判定結果ごとの繰り返し数を示すための変数であって、ともに初期値は「０」とする。より具体的には、Ｎ_Ｒは、計測速度ｖが境界速度以上であった場合の繰り返し数と境界速度未満であった場合の繰り返し数を示し、Ｎ_Ｓは、計測速度ｖが境界速度未満であった場合の繰り返し数を示す。

また、図９に示す処理の初回開始時に与えられる初期条件の計測速度ｖは、計測速度の算出処理（図３）によって算出されるが、当該算出処理のステップＳ１０４では、ＩＦ信号の振幅スペクトルのピーク値Ａ_ｄと「停止状態の振幅閾値（例えば図４に例示した振幅閾値Ａ_１に相当）」との大小が比較されたとする。したがって、図９に示す処理の初回開始時に選択されている振幅閾値は停止状態の振幅閾値Ａ_１とする。そして、図９に示す処理を経て振幅閾値が変更された場合は、当該変更された振幅閾値を用いて、次回の計測速度の算出処理（図３）が行われる。

図９に例示した振幅閾値の決定処理を詳しく説明すると、まず、ＣＰＵ１４２は、計測速度の算出処理を経て算出された計測速度ｖが境界速度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。この計測速度ｖが境界速度以上であると判定した場合は（ステップＳ２０１のＹＥＳ）、ステップＳ２０２の処理に進み、この計測速度ｖが境界速度未満であると判定した場合は（ステップＳ２０１のＮＯ）、ステップＳ２０５の処理に進む。なお、本例では境界速度を１つの所定値として説明するが、第１の実施の形態で説明したように変更可能な多段階の境界速度が用意されている場合には、当該時点で選択されている境界速度を用いればよい。

ステップＳ２０１からステップＳ２０２の処理に進んだ場合、ＣＰＵ１４２は、Ｎ_Ｒを「１」加算し、Ｎ_Ｓをゼロクリアする。次いで、ＣＰＵ１４２は、ステップＳ２０２で加算されたＮ_Ｒが所定値に達したか否か、すなわち所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０３においてＮ_Ｒが所定値以上であると判定した場合（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、ＣＰＵ１４２は、振幅閾値を「走行状態の振幅閾値（例えば図５に例示した振幅閾値Ａ_２に相当）」に変更し（ステップＳ２０４）、処理を終了する。ステップＳ２０３においてＮ_Ｒが所定値未満であると判定した場合（ステップＳ２０３のＮＯ）、ＣＰＵ１４２はそのまま処理を終了する。

一方、ステップＳ２０１からステップＳ２０５の処理に進んだ場合、ＣＰＵ１４２は、Ｎ_Ｓを「１」加算し、Ｎ_Ｒをゼロクリアする。次いで、ＣＰＵ１４２は、ステップＳ２０５で加算されたＮ_Ｓが所定値に達したか否か、すなわち所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０６においてＮ_Ｓが所定値以上であると判定した場合（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、ＣＰＵ１４２は、振幅閾値を「停止状態の振幅閾値（例えば振幅閾値Ａ_１）」に変更し（ステップＳ２０７）、処理を終了する。ステップＳ２０６においてＮ_Ｓが所定値未満であると判定した場合（ステップＳ２０６のＮＯ）、ＣＰＵ１４２はそのまま処理を終了する。

以上、図９に示した振幅閾値の決定処理を行うことによって、本実施の形態に係る速度計測装置１０は、振幅閾値の変更に対しヒステリシス特性を持たせることができる。かくして、このような速度計測装置１０によれば、車両１の停止時に強度の高いジッタや外来電磁波ノイズの影響によってＩＦ信号の振幅スペクトルのピーク値が振幅閾値よりも高くなって計測速度ｖの誤検出が発生したとしても、その直後に振幅閾値を小さく変更されないように抑制するため（図９においてステップＳ２０１のＹＥＳからＳ２０３のＮＯに至るまでの処理を参照）、連続して誤検出が発生する可能性を低くすることができる。また、車両１の停止直前の境界速度以下の条件において振幅閾値を即座に高く変更することはしないため（図９においてステップＳ２０１のＮＯからステップ２０６のＮＯに至るまでの処理を参照）、停止直前に計測速度ｖを算出できる可能性を高めることができる。

（３）第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態に係る速度計測装置について説明する。

第３の実施の形態に係る速度計測装置は、ジッタ成分の混入や速度計測装置（または速度計測装置が搭載された車両など）の走行速度を考慮して、ＩＦ信号の振幅スペクトルのピーク値との大小の比較判定で用いられる振幅閾値を変更することを特徴とする。第３の実施の形態に係る速度計測装置の物理的構成は第１の実施の形態で用いた速度計測装置１０を流用可能であるため、速度計測装置１０を使って第３の実施の形態を説明する。

速度計測装置１０において、演算回路１４０のＡＤＣ１４１によるＦＦＴ処理を経て得られるＩＦ信号の振幅スペクトルは、速度計測装置１０の走行速度（すなわち、速度計測装置１０が搭載された車両１の走行速度）が速くなると、周波数軸上に広がり、ピーク値が下がるという性質がある。まずはこのような性質となる背景について説明する。

図１０は、速度計測装置から放射された電磁波の照射範囲を説明するための図である。図１０では、速度計測装置１０から放射される電磁波（図１における電磁波Ｒ１）について、地面Ｇに対して角度θで入射する中心軸方向の電磁波成分を電磁波Ｒ１ａとしている。ここで、図１０に例示したように、速度計測装置１０から放射される電磁波による地面Ｇの照射範囲には幅があり、中心軸方向からのずれ角度の最大値をΦとすると、地面Ｇに対して入射角（θ－Φ）から入射角（θ＋Φ）の間が照射範囲となる。入射角（θ－Φ）で地面Ｇに入射する電磁波成分を電磁波Ｒ１ｂとし、入射角（θ＋Φ）で地面Ｇに入射する電磁波成分を電磁波Ｒ１ｃとする。

速度計測装置１０から放射される電磁波Ｒ１の強度は、中心軸方向（電磁波Ｒ１ａ）が最も強くなり、中心軸方向から離れていくにしたがって低くなる（電磁波Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃ）。そして、電磁波Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃについて混合器１１９によって生成されるＩＦ信号のピーク周波数（周波数ｆ_ｄ ^θ－Φ，周波数ｆ_ｄ ^θ＋Φ）は、数式（１）の入射角を置き換えることによって、以下の数式（２），（３）で示される。

すなわち、電磁波Ｒ１の放射について、ＦＦＴ処理後の振幅スペクトルは、周波数ｆ_ｄ ^θ（上付き文字は角度θ方向のＩＦ信号の周波数であることを意味する）を中心に、周波数ｆ_ｄ ^θ－Φから周波数ｆ_ｄ ^θ＋Φの範囲に広がることになる。

ここで、地面Ｇからの電磁波Ｒ１の反射強度が場所（走行路の状態）や場所によらず一定とすると、振幅スペクトルのエネルギーの総和（つまり面積）は速度によらず一定となる。すなわち、速度が速いと振幅スペクトルは周波数軸上に広がり、ピーク値が下がることになる。

図１１は、ＦＦＴ処理後の振幅スペクトルの一例を示す図である。図１１には、異なる計測速度ｖ_１，ｖ_２，ｖ_３（ｖ_１＜ｖ_２＜ｖ_３）について、ＦＦＴ処理後の振幅スペクトルが例示されており、前段落で述べたように、計測速度ｖが速くなるほど、振幅スペクトルのピーク値を与える周波数ｆ_ｄ ^θが（及び周波数ｆ_ｄ ^θ－Φ，ｆ_ｄ ^θ＋Φ）が高くなるとともに、ピーク値が下がることが示されている。

図１２は、走行状態でジッタがある場合の振幅スペクトルの一例を説明するための図である。図１２にはジッタ成分を含む振幅スペクトルが例示されている。ジッタは低周波成分が多く含まれ、ジッタに由来する振幅スペクトルは時間により変動する傾向があるため、図１２に示したようにジッタに由来する振幅スペクトルのピーク値が、速度に由来するドップラ信号の振幅スペクトルのピーク値よりも高くなることがある。

上記の場合、計測速度ｖを算出するための振幅スペクトルのピーク値としてジッタに由来する振幅スペクトルのピーク値が採用されると、適切な速度が算出されないおそれがある。したがって、図１２の例では、所定の境界周波数を設け、境界周波数の低周波側では振幅閾値を比較的高くする（例えば振幅閾値Ａ_５）一方で、境界周波数の高周波側では振幅閾値を比較的低くする（例えば振幅閾値Ａ_２）ようにしている。

そして本実施形態に係る速度計測装置１０は、図１２のように振幅閾値を境界周波数で変更することによって、特に車両１の速度が高い場合において、速度の成分に由来する振幅スペクトルのピーク値のみが振幅閾値以上と判断することができ、計測速度ｖを適切に算出することが可能となる。

次に、図１３は、停止状態でジッタの強度が強い場合の振幅スペクトルの一例を説明するための図である。図１３には複数の振幅スペクトルが例示されているが、これらは、時間によって変動するジッタ成分の変動を模したものである。また、図１３には、走行状態における振幅閾値として、高周波時の振幅閾値Ａ_２と低周波時の振幅閾値Ａ_５とが示されているが、これらは図１２で説明した通りである。

そして図１３では、走行状態における２種類の振幅閾値に加えて、停止状態における２種類の振幅閾値（振幅閾値Ａ_１，振幅閾値Ａ_６）が示されている。振幅閾値Ａ_１は停止状態において所定の境界周波数の高周波側での振幅閾値であり、振幅閾値Ａ_６は停止状態において所定の境界周波数の低周波側での振幅閾値である。

図１３において最もピーク値が高い振幅スペクトルをみると、そのピーク値を与える周波数は境界周波数の低周波側にあるが、そのピーク値は走行状態における低周波側の振幅閾値Ａ_５よりも高くなっている。このような場合、境界周波数に基づいて変更可能な振幅閾値が走行状態向けにしか用意されていなければ、ジッタ成分の影響によってピーク値が嵩上げされた周波数に基づいて計測速度ｖが算出されてしまうことになり、適切な速度算出とならないおそれがある。そこで、図１３に示したように、境界周波数に基づいて変更可能な振幅閾値を停止状態向けにも用意することによって、ジッタを速度として誤って算出することを防止できる。具体的には図１３の場合、振幅スペクトルのピーク値は、停止状態における低周波側の振幅閾値Ａ_６を超えておらず、このとき、計測速度ｖは「０」と決定される（図３のステップＳ１０６参照）。

次に、図１４は、走行状態でジッタの強度が強い場合の振幅スペクトルの一例を説明するための図である。図１４には、図１２で説明したのと同様に、走行状態において境界周波数に基づいて変更可能な振幅閾値（振幅閾値Ａ_２，振幅閾値Ａ_５）が示されている。図１４に例示した振幅スペクトルの場合、ジッタ成分のピーク値と速度に由来するドップラ信号のピーク値の双方が、それぞれ対応する振幅閾値よりも大きくなっている。このような場合、計測速度ｖの算出処理のための比較判断にいずれのピーク値を用いるかは、ＣＰＵ１４２によって判定するようしてよい。具体的には、ＣＰＵ１４２は、高周波成分をピーク値として選択し、当該採用したピーク値を与える周波数を用いて計測速度ｖを算出することが好ましい。ＣＰＵ１４２が高周波成分のピーク値を選択することによって、ジッタ成分のピーク値に基づいて誤った速度が算出されることを防止することができる。

以上、ジッタ成分の混入や速度計測装置（または速度計測装置が搭載された車両など）の走行速度を考慮して振幅閾値を変更するという第３の実施の形態の特徴について、周波数に基づいて振幅閾値を変更する方法を図１０～図１４を参照しながら説明したが、本実施の形態に係る速度計測装置１０は、振幅閾値を周波数に基づいて変更することに代えて、演算回路１４０に入力される前にＩＦ信号に対して高域通過フィルタを適用する方法や、振幅スペクトルで得られる各周波数に対する振幅の各々に対し係数を乗じる（具体的には例えば振幅閾値の逆数に相当する係数を乗じる等、低周波成分に対し高周波成分と比較して小さな係数を乗じる）方法を採用してもよい。このようにＩＦ信号の波形自体を補正することによっても、振幅閾値を変更する方法と同様の効果を得ることができる。

また、図１０において地面Ｇへの電磁波Ｒ１の照射範囲（照射面積）を広くするためには、角度φを大きくするか、角度θを小さくすればよい。ただし、図１１を参照すればわかるように、φを大きくすると振幅スペクトルが周波数軸方向に広がってピーク値が小さくなるため、地面Ｇへの電磁波Ｒ１の照射範囲（照射面積）を広くしようとするときは、角度θを小さくするほうが好ましい。ただし、角度θを過剰に小さくすると、電磁波の伝搬距離が長くなる（例えばθ＝０の場合は、伝搬距離は無限大となってしまう）ことを考慮すると、角度θの下限値は３０度程度にすることが好ましい。

（４）第４の実施の形態
本発明の第４の実施の形態について説明する。以下の説明において、第１の実施の形態に係る速度計測装置１０と同一または共通する要素については、その符号を流用し説明を省略する。

上述の第１～第３の実施の形態では、振幅閾値を変更する判定に用いられる条件は、１台の速度計測装置１０が算出した計測速度ｖを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。

第４の実施の形態では、振幅閾値を変更する判定に用いられる条件としての計測速度について、複数の速度測定手段によって算出または検出された計測速度を用いることを特徴としており、以下にいくつかの実施例を具体的に示して説明する。なお、特段の記載がある場合を除き、振幅閾値の変更に関する以外の処理（例えば図３に示した計測速度の算出処理など）は、上述の実施の形態における処理を流用するものとする。

［第１の実施例］
図１５は、第４の実施の形態に係る速度計測装置の構成例を示す図（その１）である。図１５に示した速度計測装置２１は、図２に示した速度計測装置１０の各構成に、加速度検出手段（具体的には加速度センサ２２）が追加された構成となっている。加速度センサ２２は、速度計測装置２１の加速度を計測する装置であって、一般的な加速度センサを利用することができる。加速度センサ２２が計測した加速度は、演算回路１４０に入力される。

速度計測装置２１では、例えば速度計測装置２１が搭載された車両が停止状態であると判断されているとき、加速度センサ２２が計測した加速度に変化がある場合には、ＣＰＵ１４２は、速度計測装置２１が搭載された車両が走行を開始したと判断し、振幅閾値を走行状態用の振幅閾値に変更する。このような加速度センサ２２（加速度検出手段）を備えることによって、速度計測装置２１が搭載された車両の走行状態をより確実に把握して、速度計測装置２１は車両の走行状態に基づいた適切な速度計測を行うことができる。

［第２の実施例］
図１６は、第４の実施の形態に係る車両の一例を示す図（その１）である。図１６に示した車両２３は、図１に示した車両１の各構成に加えて、車両２３のタイヤの回転速度を検出する回転速度検出手段（例えば回転速度検出センサ２４）が追加されている。回転速度検出センサ２４と速度計測装置１０との間は通信路２５で接続されており、回転速度検出センサ２４が検出した回転速度を表す信号が通信路２５を介して速度計測装置１０に伝達される。

このような車両２３において、速度計測装置１０のＣＰＵ１４２が、回転速度検出センサ２４（回転速度検出手段）によって検出された速度に基づいて振幅閾値を変更するようにすることで、速度計測装置１０は車両の走行状態に基づいた適切な速度計測を行うことができる。

［第３の実施例］
図１７は、第４の実施の形態に係る車両の一例を示す図（その２）である。図１７に示した車両２６の構成は、図１６に示した車両２３と比較すると、回転速度検出センサ２４と外部装置１１との間が通信路２５で接続され、回転速度検出センサ２４が検出した回転速度を表す信号が通信路２５を介して外部装置１１に伝達される点で異なっている。

車両２６では例えば次のような処理が行われる。まず、回転速度検出センサ２４で検出された車両２６のタイヤの回転速度を表す信号を受信すると、外部装置１１が、当該回転速度（または、当該回転速度から導かれる車両２６の速度）に基づいて、車両２６が走行状態か停止状態かを判断する。次いで、外部装置１１は、当該判断の結果を通信路１２を介して速度計測装置１０に送信する。そして、速度計測装置１０では、外部装置１１による車両２６の走行状態に関する判断の結果に基づいて、ＣＰＵ１４２が振幅閾値を変更する。

このような車両２６によれば、回転速度検出センサ２４（回転速度検出手段）によって検出された速度に基づいて外部装置１１が車両２６の走行状態を判断し、当該判断に従って速度計測装置１０のＣＰＵ１４２が振幅閾値を変更することで、速度計測装置１０が車両の走行状態に基づいた適切な速度計測を行うことができる。

［第４の実施例］
図１８は、第４の実施の形態に係る速度計測装置の構成例を示す図（その２）である。図１８に示した速度計測装置３０は、図２に示したミリ波レーダモジュール１１０、レンズ１２０及びＩＦ信号用増幅器１３０を２個ずつ備えている点を特徴とする。

具体的には、速度計測装置３０は、ミリ波レーダモジュール３１０Ａ，３１０Ｂと、ミリ波レーダモジュール３１０Ａ，３１０Ｂにそれぞれ対応するレンズ３２０Ａ，３２０Ｂと、ミリ波レーダモジュール３１０Ａ，３１０Ｂで生成されたＩＦ信号を増幅するＩＦ信号用増幅器３３０Ａ，３３０Ｂと、ＩＦ信号用増幅器３３０Ａ，３３０Ｂで増幅されたＩＦ信号が入力される演算回路３４０とを備えている。なお、ミリ波レーダモジュール３１０Ａ，３１０Ｂの構成（例えば図１８に示すＩＣチップ３１１Ａ，３１１Ｂ、アンテナ３１２Ａ，３１２Ｂ）及び機能は、図２に示したミリ波レーダモジュール１１０と共通する部品である。同様に、レンズ３２０Ａ，３２０Ｂは図２に示したレンズ１２０と共通する部品であり、ＩＦ信号用増幅器３３０Ａ，３３０Ｂは図２に示したＩＦ信号用増幅器１３０と共通する部品である。したがってこれらの構成については再度の説明を省略する。

速度計測装置３０において、演算回路３４０は、ミリ波レーダモジュール３１０Ａ，３１０ＢのそれぞれからＩＦ信号用増幅器３３０Ａ，３３０Ｂを経由して出力されるＩＦ信号を処理できるように、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）３４１Ａ，３４１ＢとＣＰＵ３４２とを備えている。ＡＤ変換器（ＡＤＣ）３４１Ａ，３４１Ｂはそれぞれに入力されたアナログのＩＦ信号をデジタル信号に変換するもので、図２に示したＡＤＣ１４１と共通する部品を用いることができる。ＣＰＵ３４２は、２つのＡＤＣ３４１Ａ，３４１Ｂでデジタル信号に変換されたそれぞれのＩＦ信号をサンプリングしたものに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行った後に、ＦＦＴ処理後のＩＦ信号の振幅スペクトルを用いて計測速度の算出処理を行う。

このように構成された速度計測装置３０では、ミリ波レーダモジュール３１０Ａ及びミリ波レーダモジュール３１０Ｂがそれぞれ放射する電磁波の地面Ｇに対する照射位置の違いにより、反射波の強度に差が生じることがあり、そのような場合に、ミリ波レーダモジュール３１０Ａ，３１０Ｂのいずれかが得たＩＦ信号のみから計測速度が算出されることがある。

具体的には例えば、ミリ波レーダモジュール３１０ＡのＩＦ信号からＣＰＵ３４２が計測速度ｖ_１を算出できた一方で、ミリ波レーダモジュール３１０ＢのＩＦ信号は地面Ｇからの反射波の強度が弱かったためにＣＰＵ３４２が計測速度ｖ_２を算出できなかった（計測速度ｖ_２が「０」とされた）場合を仮定する。

このとき、速度計測装置３０では、ＣＰＵ３４２が、ミリ波レーダモジュール３１０ＡのＩＦ信号から計測速度ｖ_１が算出できたという情報を得ることで、速度計測装置３０が搭載された車両が走行中であることを推定できるので、ミリ波レーダモジュール３１０ＢのＩＦ信号に基づく計測速度ｖ_２の算出処理に用いる振幅閾値をより小さいものに変更する。そして、このように振幅閾値を小さく変更した後でＣＰＵ３４２がミリ波レーダモジュール３１０ＢのＩＦ信号に基づく計測速度ｖ_２の算出処理を行うようにすれば、ＩＦ信号の振幅スペクトルのピーク値と振幅閾値との比較判断（図３のステップＳ１０４）において、当該ピーク値が変更後の振幅閾値以上となる可能性が高まり、計測速度ｖ_２も算出可能となることに期待できる。

なお、ＣＰＵ３４２が片方のＩＦ信号から計測速度を算出できた情報に基づいて他方のＩＦ信号による計測速度の算出処理で用いる振幅閾値を変更するとき、当該変更された振幅閾値を用いた計測速度の算出処理が行われるタイミングは特に限定されない。例えば上記例のようにミリ波レーダモジュール３１０ＡのＩＦ信号から計測速度ｖ_１が算出できた一方でミリ波レーダモジュール３１０ＢのＩＦ信号からは計測速度ｖ_２が算出できなかった場合に、振幅閾値を小さく変更した後で計測速度ｖ_２の算出処理を再実行するようにしてもよいし、次回の計測速度ｖ_２の算出処理から小さくした振幅閾値を用いるようにしてもよい。

また、本例の速度計測装置３０は、３個以上のミリ波レーダモジュールと各々のミリ波レーダモジュールに対応する構成とを備えるようにしてもよい。このように構成される場合、ＣＰＵ３４２が、各々のミリ波レーダモジュールで得られるＩＦ信号から計測速度を算出できたか否か（「０」以外の計測速度が得られたか否か）に関する情報に基づいて、各々のミリ波レーダモジュールのＩＦ信号を用いた計測速度の算出処理で用いる振幅閾値を適宜変更すればよい。

いずれにしても、以上のような速度計測装置３０によれば、複数のミリ波レーダモジュールでそれぞれ得られたＩＦ信号に基づいて計測速度を算出するとともに、反射波の強度が弱いという理由で計測速度を算出できないＩＦ信号が一部に存在した場合には、当該ＩＦ信号による計測速度の算出処理で用いる振幅閾値を小さく変更するという特徴を備えることにより、複数のミリ波レーダモジュールで得られたＩＦ信号のそれぞれから計測速度を算出できる可能性を高めることができる。かくして、本例の速度計測装置３０によれば、複数のミリ波レーダモジュールによる計測速度が算出できることによって、算出された計測速度の総合的な信頼度を高める効果に期待できる。

［第５の実施例］
図１９は、第４の実施の形態に係る車両の一例を示す図（その３）である。図１９に示す車両４は、走行路である地面Ｇを走行する車両であって、外部装置４１と電磁波の透過窓４４を有する外装筐体４５とを備えている。外装筐体４５は車両４の床面Ｆに固定され、外装筐体４５の内部では、速度計測装置４０Ａ，４０Ｂがそれぞれ固定金具４３Ａ，４３Ｂによって固定され、速度計測装置４０Ａ，４０Ｂと外部装置４１との間は通信路４２を介して接続される。なお、速度計測装置４０Ａ，４０Ｂのそれぞれの内部構成は、図２に例示した速度計測装置１０と同様の構成と考えてよく、説明を省略する。

図１９に示すように、車両４では、速度計測装置４０Ａから電磁波Ｒ１が放射され、速度計測装置４０Ｂから電磁波Ｒ２が放射されるが、それぞれの電磁波による走行路（地面Ｇ）の放射位置が異なることを特徴としている。

このように速度計測装置４０Ａ，４０Ｂから放射される電磁波Ｒ１，Ｒ２による走行路の放射位置が異なる場合、各々の放射波に対する反射波の強度に差が生じることが想定され、このとき、いずれかの速度計測装置で得られたＩＦ信号からしか計測速度ｖが算出されない（何れかの速度計測装置ではＩＦ信号から計測速度ｖが「０」と算出される）ことがある。

具体的には例えば、速度計測装置４０Ａでは得られたＩＦ信号から計測速度ｖ_１を算出できた一方で、速度計測装置４０Ｂでは地面Ｇからの反射波の強度が弱かったために、得られたＩＦ信号から計測速度ｖ_２を算出できなかった（計測速度ｖ_２が「０」とされた）場合を仮定する。

このとき、速度計測装置４０Ｂは、通信路４２を介して、速度計測装置４０Ａで計測速度ｖ_１が算出できたという情報を得ることで、車両４が走行中であることを推定できるので、速度計測装置４０Ｂにおける計測速度の算出処理で用いられる振幅閾値をより小さいものに変更してもよい。これは、前述した第４の実施例における処理と類似する処理であり、速度計測装置４０Ｂ側の振幅閾値を小さく変更したことによって、計測速度ｖ_２も算出可能となることに期待できる。

また、車両４では、外部装置４１が、速度計測装置４０Ａ，４０Ｂのそれぞれにおいて計測速度ｖ_１，ｖ_２を算出できたか否かの情報を集める構成であってもよい。このような構成下では、上記例のように計測速度ｖ_１が算出できて計測速度ｖ_２が算出できなかった場合に、外部装置４１が速度計測装置４０Ｂに、速度計測装置４０Ａで計測速度ｖ_１が算出できたという情報を伝達し、当該情報に基づいて速度計測装置４０Ｂが振幅閾値を小さく変更するようにしてもよい。なお、この場合、速度計測装置４０Ａと外部装置４１の間と、速度計測装置４０Ｂと外部装置４１の間とを、それぞれ別の通信路４２で接続して、１対１接続となるような構成にしてもよい。

なお、図１９に例示した車両４では、放射した電磁波Ｒ１と電磁波Ｒ２とが交差するように速度計測装置４０Ａ，４０Ｂを配置するとともに、電磁波Ｒ１，Ｒ２が交差する箇所に電磁波の透過窓４４を配置している。このような配置にすることで、電磁波Ｒ１を透過させるための透過窓と電磁波Ｒ２を透過させるための透過窓とを透過窓４４で共通化することができるため、外装筐体４５のｘ方向の長さを短くすることができ、外装筐体４５の省サイズ化に貢献することができる。

ところで、図１９では、地面Ｇと外装筐体４５との間にピッチングが発生して、地面Ｇと車両４の床面Ｆ（外装筐体４５の底面）とが平行ではない様子が示されている。図１９に示したように、ピッチングの仰角をδとしたとき、電磁波Ｒ１の地面Ｇへの入射角はθ＋δで表され、電磁波Ｒ２の地面Ｇへの入射角はθ－δで表される。ピッチングの発生によって電磁波の地面Ｇへの入射角がθでなくなることにより、ドップラ効果による周波数（ドップラ周波数）の変化が生じる。具体的には、数式（１）において入射角θが（θ＋δ）や（θ－δ）となることによって、ＩＦ信号のピーク周波数ｆ_ｄに変化が生じるものであり、以下、この変化量をドップラ周波数変化量と呼ぶ。

図２０は、ピッチングの角度とドップラ周波数変化量との関係例を示した図である。図２０は、入射角θを４５°とした場合のピッチングの仰角δと当該仰角によるドップラ周波数変化量との関係を示している。図２０によれば、角度θの近傍においてピッチングの変化に対するドップラ周波数の変化が比例関係にあるとみなせる。したがって、図１９に示したように電磁波Ｒ１，Ｒ２を互いに逆方向の角度θで放射することによって、ピッチングによるドップラ周波数変化量を相殺することができ、ピッチングによる計測速度の算出値の誤さを低減（ほぼ「０」にする）ことができる。

但し、上述したようなピッチングの発生によるドップラ周波数の変化量の相殺は、速度計測装置４０Ａ，４０Ｂによる計測タイミングが一致する場合に限り適用できるものであり、計測タイミングが不一致の場合は、ピッチングによる誤差を低減できない可能性が残されている。

図２１は、計測タイミングが不一致の場合における計測速度の算出値の関係を説明するための図である。ピッチングが発生している場合には、速度計測装置４０Ａ，４０Ｂにおける計測タイミング（例えば反射波の入射タイミング等）が一致しないことから、算出された計測速度が異なる可能性がある。より詳しくは、計測タイミングが異なると、ピッチングによって各電磁波Ｒ１，Ｒ２の地面Ｇに対する入射角が異なってしまうおそれがあり、その結果、各速度計測装置４０Ａ，４０Ｂで得られるＩＦ信号の振幅スペクトルのピーク値ｆ_ｄの値が異なるものとなり（数式（１）参照）、計測速度の算出値も異なるものとなる。そして、図２１にも例示したように、異なるタイミングで算出された計測速度の平均をとったとしても、ピッチングによる影響を除去した適切な速度（図２１における「真の速度」）が得られるとは言い難い。

このような課題に対して、車両４に搭載された速度計測装置４０Ａ，４０Ｂは、互いの計測タイミングを一致させ、各自が算出した計測速度の平均値を計算することで、ピッチングによる誤差を相殺して「真の速度」を得ることができる。具体的なイメージを図２２に示す。

図２２は、計測タイミングを一致させた場合における計測速度の算出値の関係を説明するための図である。図２２によれば、速度計測装置４０Ａ，４０Ｂの計測タイミングを一致させることによって、ピッチングによる誤差は絶対値が同じで符号が逆のものとなることが分かる。したがって、速度計測装置４０Ａ，４０Ｂで算出した計測速度の平均値を計算することによって、ピッチングによる影響を除去した真の速度を得ることができる。

なお、上記のように計測タイミングを一致させるための方法としては、例えば、一方の速度計測装置（例えば速度計測装置４０Ａ）から送信された信号を他方の速度計測装置（速度計測装置４０Ｂ）が受信することによって、速度計測装置４０Ｂによる速度計測の開始タイミングを速度計測装置４０Ａと同期させる方法が挙げられる。また例えば、外部装置４１から送信された信号を速度計測装置４０Ａ，４０Ｂが同時受信することによって、速度計測の開始タイミングを当該信号に同期させる方法等で実現してもよい。

［第６の実施例］
図２３は、第４の実施の形態に係る車両の一例を示す図（その４）である。図２３は車両５を上方から見た概略図であり、車両５は、２つの速度計測装置５０Ａ，５０Ｂが通信路５２を介して外部装置５１に接続された構成となっている。速度計測装置５０Ａ，５０Ｂのそれぞれの内部構成は、図２に例示した速度計測装置１０と同様の構成と考えてよく、説明を省略する。

ここで、図２３に示す車両５と図１９に示した車両４とを比較すると、外部装置に接続された２つの速度計測装置を備える点では類似しているが、以下の点で異なる。すなわち、図１９に示した車両４では、速度計測装置４０Ａから放射される電磁波Ｒ１と速度計測装置４０Ｂから放射される電磁波Ｒ２とが走行路である地面Ｇ上の同一経路をとるのに対して、図２３に示した車両５では、速度計測装置５０Ａから放射される電磁波Ｒ１と速度計測装置５０Ｂから放射される電磁波Ｒ２とが異なる経路をとる。

ここで、走行路の状態等を原因として、経路によって反射波の強度に差が生じることがある。このような場合に電磁波が放射される経路が１通りであると、十分に計測速度を算出できない事態が起こり得る。これに対して車両５は、図２３に示したように、異なる経路に電磁波Ｒ１，Ｒ２を放射することによって、経路によって地面Ｇからの電磁波の反射率に差が生じるような場合であっても、いずれか一方の速度計測装置が計測速度を算出できたという情報を、他方の速度計測装置に送信することで、他方の速度計測装置における計測速度の算出処理に用いる振幅閾値を変更することができる。かくして、車両５では、両方の速度計測装置で計測速度が算出可能となりやすくすることができる。

なお、速度計測装置５０Ａと速度計測装置５０Ｂとが直接情報をやり取りするのではなく、外部装置５１が情報を中継または集積して、速度計測装置５０Ａ，５０Ｂに現状を伝達するようにしてもよい。

また、車両５に搭載する速度計測装置は３台以上であってもよい。例えば３台の速度計測装置を搭載する場合、２台の速度計測装置で計測速度を算出できたときには、計測速度を算出できなかった（計測速度が「０」とされた）残りの１台の速度計測装置は、振幅閾値を小さく変更するように構成してもよい。また、２台の速度計測装置が計測速度を算出できなかったときには、計測速度を算出できた残りの１台の速度計測装置は、振幅閾値を大きく変更するように構成してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明してきたが、本発明に係る速度計測装置（または速度計測装置を搭載した車両）では、上述してきた具体例の他にも、様々な「システムの状態」を用いて振幅閾値を変更する判定が可能である。例えば自動車においては、エンジン回転数などの車両の状態を示す情報や、アクセルやブレーキ等の車両の操作状態を示す情報を「システムの状態」としてよく、鉄道車両においては、速度発電機で計測した速度情報等を「システムの状態」としてよく、あるいは、路上設置の速度計測装置においては、走行路を走行する車両の検知情報等を「システムの状態」としてよい。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。

また、各図面において、制御線や信号線は説明上必要と考えられるものを記載しており、必ずしも製品として必要な全ての制御線や信号線を記載しているとは限らない。

さらに、図２に記載した構成による速度計測装置１０は、発振器１１５によって生成される周波数を変調し、受信波を信号処理することによって、目標物との距離計測が可能となる。したがって上記した各実施の形態は、目標物との距離を計測する装置においても、目標物の検出／未検出の条件によって振幅閾値を変更する構成に適用することができる。

１ 車両
１０ 速度計測装置
１１ 外部装置
１２ 通信路
１１０ ミリ波レーダモジュール
１１１ ＩＣチップ
１１２ アンテナ
１１３ ポート
１１４ 給電線
１１５ 発振器
１１６ 送信用増幅器
１１７ アイソレータ
１１８ 受信用増幅器
１１９ 混合器
１２０ レンズ
１３０ ＩＦ信号用増幅器
１４０ 演算回路
１４１ ＡＤＣ
１４２ ＣＰＵ
２１ 速度計測装置
２２ 加速度センサ
２３，２６ 車両
２４ 回転速度検出センサ
３１０Ａ，３１０Ｂ ミリ波レーダモジュール
３１１Ａ，３１１Ｂ ＩＣチップ
３１２Ａ，３１２Ｂ アンテナ
３２０Ａ，３２０Ｂ レンズ
３３０Ａ，３３０Ｂ ＩＦ信号用増幅器
３４０ 演算回路
３４１Ａ，３４１Ｂ ＡＤＣ
３４２ ＣＰＵ
４ 車両
４０Ａ，４０Ｂ 速度計測装置
４１ 外部装置
４２ 通信路
４３Ａ，４３Ｂ 固定金具
４４ 透過窓
４５ 外装筐体

Claims (3)

1. 搭載されたシステムの速度を計測する速度計測装置であって、
   電磁波または音波による放射波を生成し、地面に放射する放射部と、
   前記放射部から放射された放射波の前記地面からの反射波を受信する受信部と、
   前記放射部で生成された放射波と前記受信部で受信された反射波との周波数差を表す周波数差信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部で生成された周波数差信号の強度が所定値以上である場合に前記信号生成部で生成された周波数差信号の周波数差から前記地面を基準とする計測速度を算出する速度算出部と、
   停止状態の振幅閾値を走行状態の振幅閾値より大きな値として、
   前記所定値を、前記速度算出部によって算出された計測速度が所定速度以上である場合に前記走行状態の振幅閾値とし、前記速度算出部によって算出された計測速度が所定速度未満である場合に前記停止状態の振幅閾値とする閾値変更部と、を備えることを特徴とする速度計測装置。
2. 前記システムは車両であることを特徴とする請求項１に記載の速度計測装置。
3. 搭載されたシステムの速度を計測する速度計測装置による速度計測方法において、
   電磁波または音波による放射波を生成し、地面に放射する放射ステップと、
   前記放射ステップで放射された放射波の前記地面からの反射波を受信する受信ステップと、
   前記放射ステップで生成された放射波と前記受信ステップで受信された反射波との周波数差を表す周波数差信号を生成する信号生成ステップと、
   前記信号生成ステップで生成された周波数差信号の強度が所定値以上である場合に前記信号生成ステップで生成された周波数差信号の周波数差から前記地面を基準とする計測速度を算出する速度算出ステップと、
   停止状態の振幅閾値を走行状態の振幅閾値より大きな値として、
   前記所定値を、前記速度算出ステップによって算出された計測速度が所定速度以上である場合に前記走行状態の閾値振幅とし、前記速度算出ステップによって算出された計測速度が所定速度未満である場合に前記停止状態の閾値振幅とする閾値変更ステップと、
   を含むことを特徴とする速度計測方法。

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