レーダ装置、及び物標検出方法
【課題】物標のＸ座標の変位量が大きい場合があっても、高い確度で物標の位置の連続性が維持されるように物標の位置の推定を行う。
【解決手段】物標の位置が検出されないスキャンでは、当該物標の過去の軌跡がＹ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前回の位置のＸ座標から、前記軌跡より推測されるＸ座標に第１の変位量さらに変位したＸ座標を有する位置を推定位置とし、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前回の位置のＸ座標から、前記軌跡より推測されるＸ座標に第１の変位量より大きい第２の変位量さらに変位したＸ座標を有する位置を推定位置とする。
【解決手段】物標の位置が検出されないスキャンでは、当該物標の過去の軌跡がＹ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前回の位置のＸ座標から、前記軌跡より推測されるＸ座標に第１の変位量さらに変位したＸ座標を有する位置を推定位置とし、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前回の位置のＸ座標から、前記軌跡より推測されるＸ座標に第１の変位量より大きい第２の変位量さらに変位したＸ座標を有する位置を推定位置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の基準方向を中心とする所定の角度範囲をスキャンするレーダ装置及びその物標位置検出方法に関し、特に、前記スキャンごとに、前記基準方向をＹ軸、前記基準方向と直角方向をＸ軸とするＸＹ座標平面内での前記角度範囲内の物標の位置を検出する物標位置検出手段と、前記物標の位置が検出されないスキャンでは、過去に検出された第１の位置と前記第１の位置の後に検出された第２の位置から当該スキャンで検出される位置を推定する物標位置推定手段とを有するレーダ装置及びその物標検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行中の車両前方を車載レーダ装置によりスキャンし、先行車両との衝突を予測して、車両の加減速や安全装置の作動といった衝突対応制御を行う車両制御システムが知られている。
【０００３】
かかる車両システムにおける車載レーダ装置は、メカニカルスキャン式や電子スキャン式のスキャン方法により、レーダ装置正面の基準方向を中心とする所定の角度範囲に対し周波数変調されたレーダ信号の送受信を行う。そして、車載レーダ装置に備えられるマイクロコンピュータなどの情報処理装置によって送受信信号が解析され、物標の相対速度、相対距離、方位角、及びスキャン平面内における位置が検出される。すると、これらの検出結果に基づいて、車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）が衝突を予測し、車両の各種アクチュエータを制御する。
【０００４】
車載レーダ装置によるスキャンにおいては、物標もレーダ装置もそれぞれ高速で移動している。よって、レーダ信号に対する物標の反射面の角度は刻一刻変化するので、受信信号の強度にばらつきが生じ、常に信頼性の高い検出結果が得られるとは限らない。このため、車載レーダ装置は、各スキャンでの検出結果の信頼性を担保すべく、検出結果の連続性の有無を判定する。
【０００５】
図１は、車載レーダ装置による連続性判定処理を説明する図である。図１（Ａ）、（Ｂ）において、車両１に搭載されるレーダ装置１０は、車両前方正面を基準方向Ｆとして、その基準方向Ｆを中心とする所定の角度（α）範囲内をスキャンする。図１（Ａ）、（Ｂ）では、黒塗りの円Ｐ−１、Ｐ−２、…、Ｐ−ｎは１回のスキャンで検出される物標の位置（ｎはスキャンの回数）を示し、実線の矢印は物標の位置の変位を示す。
【０００６】
レーダ装置１０は、連続するスキャンで順次検出される物標の位置を情報処理装置内のメモリに記憶しておき、スキャンごとに、前回のスキャンでの物標の位置と、今回のスキャンでの物標の位置の変位量から連続性の有無を判定する。このとき、変位量が所定範囲内であるときは、連続性有りと判断される。そして、レーダ装置１０は、所定回数（例えば３回）連続性有りと判断した場合、最新の物標の位置を相対速度等の情報とともに車両１のＥＣＵに出力する。
【０００７】
例えば、図１（Ａ）において、物標の位置Ｐ−１とＰ−２、Ｐ−２とＰ−３、Ｐ−３とＰ−４の連続性が３回続けて確認されると、最新の物標の位置Ｐ−４が出力される。以下、同様にして連続性が確認されるごとに、物標の位置Ｐ−５、Ｐ−６、Ｐ−７、…が順次出力される。
【０００８】
ここで、上記処理においては、十分な強度の受信信号が得られずに、物標の位置が検出されない（物標をロストする）場合がある。図１（Ｂ）は、かかる例として、３回目のスキャンで物標をロストした場合を示す。すると、位置Ｐ−１、Ｐ−２と続いていた連続性判定回数のカウントはリセットされ、４回目のスキャンで位置Ｐ−４が検出された時点から再開される。すると、出力に必要な判定回数である３回連続性が確認されるのは、早くても位置Ｐ−７である。すると、その分、衝突対応制御の開始が遅れる。そして、図１（Ｂ）に示すように物標が次第に接近する軌跡を描く場合には、制御の遅れに伴い衝突の危険性が増大する。
【０００９】
よって、車載レーダ装置は、物標をロストしたスキャンではその位置を推定することにより、再び物標の位置が検出されたときに、推定した位置と新たに検出された位置との連続性を維持する。そうすることで、連続性判定回数のカウントが途切れることにより物標の位置の出力が遅れることを防ぐ。特許文献１には、かかる推定を行う車載レーダ装置の例が記載されている。
【００１０】
図２は、物標の位置推定方法を説明する図である。図２は、検出された物標の位置Ｐ−１、Ｐ−２の連続性が確認された後、３回目のスキャンで物標をロストし、当該スキャンでの物標の位置Ｐ−３を推定する場合を示す。図２では、車両１の前方である基準方向ＦをＹ軸、その直角方向をＸ軸、レーダ装置１０の位置を原点とするＸＹ平面上において、物標の位置が示される。
【００１１】
まず、レーダ装置１０は、物標の位置Ｐ−１とＰ−２のＸ座標の変位量Δｘ１と、Ｙ座標の変位量Δｙ１を求める。
【００１２】
ここで、前方監視用レーダの場合、監視対象の物標は先行車両である。よって、相対速度の加減などにより、物標のＹ座標は比較的大きく変位する。しかし、Ｘ軸方向の物標の移動はせいぜい大きくても車線変更程度であるので、Ｘ座標の変位量は比較的小さい。すると、たまたま車線変更などによりＸ座標が大きく変位したときの変位量がΔｘ１だとすると、物標の位置Ｐ−２を起点としてＸ軸方向にΔｘ１、Ｙ軸方向にΔｙ１変位した位置Ｐｄは、実際の物標の位置より大きくＸ軸方向に変位している可能性が大きい。
【００１３】
また、仮に位置Ｐｄを位置Ｐ−３として推定した後、次の４回目のスキャンでも物標をロストしてその位置を推定し（位置Ｐｄ２）、その次の５回目のスキャンで位置Ｐ−５が検出されたとする。すると、推定を重ねて得られた物標の位置Ｐｄ２と、検出された物標の位置Ｐ−５が大きく乖離する。すると、位置Ｐｄ２とＰ−５とでは連続性有りと判断されず、物標の位置を推定する意味が損なわれる。
【００１４】
よって、前方監視用のレーダ装置１０は、上記の例で位置Ｐ−３を推定する際、位置Ｐ−２のＸ座標から、変位量Δｘ１の０．３倍の変位量変位したＸ座標と、位置Ｐ−２のＹ座標から変位量Δｙ１変位させたＹ座標とを有する位置を位置Ｐ−３として推定する。そして、レーダ装置１０は、位置Ｐ−４を推定するときにも、位置Ｐ−２からＰ−３へのＸ座標の変位量ΔＸ１１を用いて同様の方法で推定する。そうすることで、推定される位置のＸ軸方向の変位量が抑えられるので、実際の物標の位置に近似した位置を推定でき、位置Ｐ−５が検出されたときに推定された位置Ｐ−４と高い確度で連続性が維持される。
【特許文献１】特開２００４−２３３０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、近年、自車両の進行方向と直角方向に進行する他車両と自車両とが十字路に同時に進入することで発生する、いわゆる出会い頭衝突を防止するような車両制御システムへの要望が高まっている。しかし、メカニカルスキャン式や電子スキャン式のレーダ装置は検出可能な角度範囲に限界があるので、前方監視用レーダ装置だけで自車両の進行方向と直角方向に進行する他車両の位置を検出するのは困難である。このため、車両の前側方を監視できるように、車載レーダ装置を車両の斜め前方を基準方向として設置する方法が提案されている。
【００１６】
しかしながら、その場合、図３に示すように、例えば車両前方に向かって右斜め前方の基準方向ＦｄをＹ軸、これと直角方向をＸ軸としたときの、物標のＸ座標の変位量ΔＸ３１は前方監視の場合より大きい。よって、物標の位置をロストした場合に次のような問題が生じる。
【００１７】
図４は、前方監視用のレーダ装置を車両の前側方監視に用いた場合の、物標の位置推定方法を説明する図である。図中、Ｙ軸は車両右斜め前方の基準方向Ｆｄに対応する。図４は、検出された物標の位置Ｐ−１、Ｐ−２の連続性が確認された後の３回目のスキャンで物標をロストし、位置Ｐ−３を推定する場合を示す。ここで、図２に示した前方監視の場合と同じ方法で位置Ｐ−３を推定すると、Ｘ座標の変位量が抑えられて推定される。しかし、前側方監視の場合物標の位置はＸ軸方向に大きく変動するので、位置Ｐ−１からＰ−２へのＸ座標の変位量Δｘ２は図２のＸ座標の変位量Δｘ１より大きい。よって、推定された位置Ｐ−３と実際の位置とがＸ軸方向に大きく乖離する可能性が大きい。すると、直後のスキャンで物標の位置Ｐ−４が検出された場合であっても、推定された物標の位置Ｐ−３と検出された物標の位置Ｐ−４との乖離が大きく、連続性がとれなくなる可能性が大きくなる。すると、検出結果の出力が遅れてしまう。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、物標のＸ座標の変位量が大きい場合があっても、高い確度で物標の位置の連続性が維持されるように物標の位置の推定を行う、レーダ装置及びその物標位置検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、所定の基準方向を中心とする所定の角度範囲をスキャンするレーダ装置であって、前記スキャンごとに、前記基準方向をＹ軸、前記基準方向と直角方向をＸ軸とするＸＹ座標平面内での前記角度範囲内の物標の位置を検出する物標位置検出手段と、前記物標の位置が検出されないスキャンでは、過去に検出された当該物標の第１の位置と前記第１の位置の後に検出された第２の位置から当該物標の軌跡を求め、当該軌跡が前記Ｙ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前記第２の位置のＸ座標から第１の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定し、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前記第２の位置のＸ座標から前記第１の変位量より大きい第２の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定する物標位置推定手段とを有することを特徴とする。
【００２０】
上記側面の好ましい実施態様では、前記物標位置推定手段は、過去に検出または推定された位置を前記第１または第２の位置として前記推定を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
上記側面によれば、前記物標位置推定手段は、物標の軌跡が前記Ｙ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前記第２の位置のＸ座標から第１の変位量さらに変位したＸ座標を有する位置、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前記第１の変位量より大きい第２の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定するので、物標のＸ座標の変位量が小さいときは変位量を抑えて位置を推定でき、変位量が大きいときは変位量を大きくして位置を推定できる。
【００２２】
すなわち、前側方監視の場合、出会い頭衝突の蓋然性が大きい物標の軌跡には、自車両と他車両との速度と移動距離の組み合わせに応じて、基準方向であるＹ軸付近においてＹ軸に沿って物標が接近するパターンと、基準方向から離れた方位角から物標が接近するパターンとがある。そして、前者の場合は、Ｘ座標の変位量が小さいので、物標をロストしたときに位置を推定する際、Ｘ座標の変位量を抑えることにより、再び物標が検出された場合の連続性を維持することができる。一方、後者の場合は、Ｘ座標の変位量が大きいので、Ｘ座標の変位量を大きくして物標の位置を推定することにより、再び物標が検出された場合の連続性を維持することができる。よって、いずれの場合であっても、高い確度で物標の位置の連続性を維持することができる。そして、出会い頭衝突の蓋然性が大きい場合に、物標の位置の出力が遅れることなく、迅速に衝突対応制御を行うことができる。
【００２３】
上記の好ましい実施態様によれば、前記物標位置推定手段は、過去に検出または推定された位置を前記第１または第２の位置として推定を行うので、物標の位置がロストされるスキャンが複数回連続しても連続性を維持することができる。よって、再び物標が検出されたときに連続性が途切れる可能性を小さくすることができ、検出結果の出力が遅れることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００２５】
図５は、本実施形態におけるレーダ装置が車両に搭載される例を示す。レーダ装置１０１（１０２）は、車両１前面のバンパー右端（左端）近傍に備えられ、レドームを透過して車両１の前方Ｆに対し右（または左）４５度方向Ｆ１（またはＦ２）を中心として、所定の角度（約２０度）範囲においてレーダ信号の送信と、反射信号の受信を行う。なお、以下の説明では、レーダ装置１０１を例とするが、レーダ装置１０２も左右方向を反転させることで同様の説明が適用される。
【００２６】
本実施形態では、図６に示すように、基準方向Ｆ１をＹ軸、その直角方向をＸ軸、レーダ装置１０１を原点とするＸＹ座標平面において、物標のＹ軸（０度）に対する角度θを方位角、Ｘ座標、Ｙ座標により定まるＸＹ平面上の位置を物標の位置とする。このとき、物標のＸ座標ｘ６とＹ座標ｙ６は、物標の相対距離Ｒ６と方位角θから、ｘ６＝Ｒ６・ｓｉｎθ、ｙ６＝Ｒ６・ｃｏｓθとして算出される。
【００２７】
図７は、本実施形態におけるレーダ装置１０１の構成例を示す。レーダ装置１０１は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）方式により周波数変調したレーダ信号を送信し、物標により反射される反射波を複数のアンテナで受信することにより、角度αの範囲内をスキャンする電子スキャン式のレーダ装置である。レーダ装置１０１は、送信回路３０、アンテナ切替部２０、アンテナ１１、１２、１３、受信回路４０からなるスキャン手段と、スキャンの結果得られるデータを処理する情報処理装置５０からなる情報処理手段とを有する。
【００２８】
送信回路３０は、上昇区間と下降区間が交互に繰返される三角波に従って周波数変調されたレーダ信号を生成する。このレーダ信号の周波数と時間との関係を図８に示すと、レーダ信号の周波数は、上昇区間ＵＰ１、ＵＰ２、…では直線的に漸増し、下降区間ＤＮ１、ＤＮ２、…では直線的に漸減する。そして、上昇区間ＵＰ１〜下降区間ＤＮ３までが、繰返される。このようなレーダ信号の一部分は分岐されて受信回路４０に入力され、他の部分はアンテナ切替部２０に入力される。
【００２９】
アンテナ切替部２０は、アンテナ１１にレーダ信号の送信と受信とを時分割で実行させながら、３本のアンテナ１１、１２、１３のうち２本のアンテナからなる３通りのアンテナ対を順次電気的に切替えて、各アンテナ対に反射信号を受信させる。具体的には、図８で示したレーダ信号の一対の上昇区間と下降区間で、１つのアンテナ対が対応するように、上昇区間の開始ごとに切替えが行われる。すなわち、上昇区間ＵＰ１と下降区間ＤＮ１でアンテナ１１、１２からなるアンテナ対、上昇区間ＵＰ２と下降区間ＤＮ２でアンテナ１１、１３からなるアンテナ対、そして、上昇区間ＵＰ３と下降区間ＤＮ３でアンテナ１２、１３からなるアンテナ対が対応し、以後の区間でも同様にアンテナ対の切替が繰返される。そして、それぞれのアンテナ対は、各区間において物標により反射されたレーダ信号を受信信号として受信する。ここで、アンテナ１１、１２、１３はアンテナ相互の間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３が全て異なるように配置されている。よって、各アンテナ対ではそのアンテナ間隔に応じた受信波の位相差が生じる。この位相差は、後述の処理で物標の方位角算出に用いられる。
【００３０】
ここで、３とおりのアンテナ対で受信波を受信する１サイクル、つまり図８の例では上昇区間ＵＰ１から下降区間ＤＮ３までの１サイクルを１スキャンという。そして、アンテナ切替部２０は、１スキャンごとに各アンテナ対による受信信号を受信回路４０に入力する。
【００３１】
受信回路４０は、１スキャンごとに、アンテナ切替部２０から入力される受信信号と、送信回路３０から入力されたレーダ信号、つまり送信波の一部をミキシングする。ここで、受信信号は、物標の相対距離に起因する時間的遅れと、相対速度に起因するドップラシフトを受けるので、送信信号との周波数差が生じる。すると、ミキシングの結果、送受信信号の周波数差に対応する周波数差信号が生成される。受信回路４０は、この周波数差信号を情報処理装置５０に入力する。この周波数差信号の周波数は、後述の処理で物標の相対距離、相対速度の算出に用いられる。
【００３２】
情報処理装置５０は、各種処理プログラムに従い演算処理を行うＣＰＵと、そのプログラムを格納するＲＯＭ、及び作業領域用のＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータにより構成される。次に説明する情報処理装置５０の各部は、それぞれの動作に対応する処理プログラムと、これに従い動作するＣＰＵにより実現される。
【００３３】
送信制御部５１は、送信回路３０に周波数変調されたレーダ信号の生成を指示するとともに、レーダ信号の変調区間に対応したタイミングでのアンテナ対の切替えを、送信回路３０を介してアンテナ切替部２０に実行させる。また、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部５２は、受信回路４０から入力される周波数差信号をＡＤ変換し、これにより得られたデータをＦＦＴ処理して、周波数差信号の周波数と、上記のアンテナ対ごとの受信波の位相差を解析する。そして、物標検出部５３は、ＦＦＴ処理結果に基づき、後述の手順に従ってスキャンごとの物標の相対距離、相対速度、方位角、及び位置を検出し、検出結果の連続性を確認した後に、検出結果を車両１のＥＣＵ６０に出力する。
【００３４】
図９は、物標検出部５３の処理手順を説明するフローチャート図である。図９に示す手順は、１スキャンごとに実行される。
【００３５】
物標検出部５３は、ＦＦＴ処理結果から、レーダ信号の周波数の上昇区間、下降区間それぞれで周波数差信号の周波数スペクトルを検出し、そのレベルピーク群を検出する（Ｓ１０）。そして、物標検出部５３は、検出された上昇区間、下降区間のレベルピーク群の極大値同士を互いにペアリング（対応付け）する（Ｓ１２）。このペアリングによって、物標の相対距離、相対速度の算出に必要な、上昇区間、下降区間それぞれにおける周波数差信号の周波数が対応づけられる。そして、１対のペアリング結果が１つの物標に対応する。
【００３６】
ペアリングが終了すると、物標検出部５３は、各ペアリング結果について、３通りのアンテナ対での受信波の位相差に基づき、物標の方位角を算出する（Ｓ１４）。このとき、各アンテナ対の受信波の位相差に対応して、複数の方位角の候補が算出される。よって、物標検出部５３は、各候補から最も近似する複数の候補を抽出して、それらの代表値、例えば平均を、検出された方位角として採用する。
【００３７】
また、物標検出部５３は、各ペアリング結果においてレーダ信号の上昇区間と下降区間それぞれで極大値を示す周波数に基づいて、物標の相対距離、相対速度を算出する（Ｓ１６）。
【００３８】
そして、物標検出部は、物標の方位角、相対距離から図６に示したように物標の位置を算出し、情報装置５０内のＲＡＭに格納する（Ｓ１７）。よって、かかる手順Ｓ１７を行う物標検出部５３が、「物標位置検出手段」に対応する。
【００３９】
次に、物標検出部５３は、前回のスキャンで検出された物標の位置と、今回のスキャンで検出された物標の位置との連続性の有無を判定する（Ｓ１８）。よって、かかる手順Ｓ１８を行う物標検出部５３が、「連続性判定手段」に対応する。また、このとき、物標検出部５３は、物標をロストした場合に、後述するサブルーチンの手順に従ってその位置を推定する。よって、かかる手順を行う物標検出部５３が、「物標位置推定手段」に対応する。
【００４０】
そして、物標検出部５３は、単一の物標から複数の検出結果が得られた場合に、これらを結合させて単一の物標の検出結果を生成するグループ化処理を行う（Ｓ２０）。そして、物標検出部５３は、連続性の履歴に基づいて、所定回数以上連続性有りと判定された物標の位置、方位角、相対速度、相対距離等の検出結果を、出力可能と判断し（Ｓ２２）、その検出結果を車両１のＥＣＵ６０に出力する（Ｓ２４）。
【００４１】
図１０は、物標検出部５３による連続性判定手順を説明するフローチャート図である。図１０の手順は、図９の手順Ｓ１８に対応する。
【００４２】
物標検出部５３は、前回のスキャンでの物標の位置と今回のスキャンでの物標の位置とを比較して連続性を判断し、物標ごとのカウンタ変数である連続性カウンタの値を更新する（Ｓ３０）。このとき、２つの位置の変位量が所定範囲内であれば、連続性有りと判定される。そして、連続性カウンタは、連続性有りの場合はインクリメントし、連続性無しの場合はデクリメントする。そして、連続性有りと判定された回数つまり連続性カウンタのカウント値が、情報処理装置５０のＲＡＭに記憶される。
【００４３】
次に、物標検出部５３は、過去に連続性が確認されていない新規の物標位置をＲＡＭに格納し、その物標についての連続性カウンタのカウントを開始する（Ｓ３２）。
【００４４】
そして、物標検出部５３は、送信信号の周波数の上昇区間、下降区間のいずれかのみで周波数差信号のレベルピークが検出された場合は、相対速度や位置が検出できないので、連続性カウンタを更新せずに、その結果をＲＡＭに格納する（Ｓ３４）。また、物標検出部５３は、良好なＳＮ比が得られない受信信号に基づいて物標の位置が検出された場合は、検出結果の信頼性が不十分なので連続性カウンタを更新せずに、その結果をＲＡＭに格納する（Ｓ３６）。
【００４５】
そして、物標検出部５３は、送信信号の周波数の上昇区間、下降区間の両方で物標の位置が検出されない場合には、物標をロストしたと判断し、物標位置推定手順を実行する（Ｓ３８）。
【００４６】
ここで、本実施形態における物標位置推定手順について説明する。本実施形態においては、レーダ装置１０１は、車両１の進行方向と直角の方向に進行する他車両を監視し、その物標の位置を検出して車両１のＥＣＵに出力する。そして、ＥＣＵ６０が出会い頭衝突の蓋然性を判断し、適宜衝突対応制御を行う。よって、本実施形態におけるレーダ装置１０１の物標検出部５３は、次の手順でロストされた物標の位置を推定することにより、出会い頭衝突の蓋然性が大きい場合において特に、物標の位置の連続性が途切れないようにする。そうすることで、検出結果の出力が遅れないようにでき、迅速な衝突対応制御を可能にするという効果を有する。
【００４７】
ここで、具体的に、出会い頭衝突する場合の自車両と他車両の動きを図１１（Ａ）に示し、その場合に検出される物標の位置を図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ａ）に示すように、自車両１と、その進行方向と直角方向に進行する他車両２がともに十字路Ｃに進入する場合において、自車両１の速度Ｖ１１と他車両２の速度Ｖ２１がほぼ等しく、自車両１の移動距離Ｒ１１と他車両２の移動距離Ｒ２１とがほぼ等しいときは、他車両２の位置の変位は図１１（Ｂ）の軌跡Ｄ１１のように、自車両１の前方右４５度の基準方向Ｆ１、つまりＹ軸にほぼ沿って接近してくる軌跡を描く。よって、軌跡Ｄ１１では、Ｘ座標の変位量Δｘ１１は比較的小さい。よって、この場合は、物標をロストした場合に、前方監視の場合のようにＸ座標を抑えた推定を行うことにより、推定された位置と再び検出される位置との連続性を維持できる。
【００４８】
また、自車両の速度Ｖ１１より他車両の速度Ｖ２２が大きく、かつ自車両１の移動距離Ｒ１１より他車両２の移動距離Ｒ２２が大きい場合には、他車両２の位置の変位は正の方位角の方向から接近する軌跡Ｄ２１を描く。このとき、軌跡Ｄ２１のＸ座標の変位量Δｘ２１は、軌跡Ｄ１１のときの変位量Δｘ１１より大きい。
【００４９】
また、自車両の速度Ｖ１１より他車両の速度Ｖ２３が小さく、かつ自車両１の移動距離Ｒ１１より他車両２の移動距離Ｒ２３が小さい場合には、他車両２の位置の変位は負の方位角の方向から接近する軌跡Ｄ３１を描く。このとき、軌跡Ｄ３１のＸ座標の変位量Δｘ３１は、軌跡Ｄ１１のときの変位量Δｘ１１より大きい。
【００５０】
よって、車両２の位置の変位が軌跡Ｄ２１やＤ３１のような軌跡を描くときに、軌跡Ｄ２１のときのようなＸ座標の変位量を抑えた推定を行うと、図３で示したように、物標が再び検出されたときに新たな位置と推定位置がＸ軸方向に大きく乖離して、連続性が途切れるおそれがある。
【００５１】
そこで、本実施形態においては、レーダ装置１０１は、Ｙ軸付近の所定領域、例えば、±３度の角度範囲内で軌跡Ｄ１１のような軌跡が観測されるときは、前方監視用と同様のＸ座標の変位量を抑えた位置の推定を行い、それ以外の領域、つまり±３度以上の方位角方向から接近する軌跡Ｄ２１やＤ３１のような軌跡が観測されるときは、Ｘ座標の変位量を大きくする位置の推定を行う。
【００５２】
図１２は、物標検出部５３による物標位置推定手順を説明するフローチャート図である。図１２の手順は、図１０の手順Ｓ３８に対応する。
【００５３】
物標検出部５３は、前回のスキャンで検出されたにもかかわらず今回のスキャンでロストされた物標のすべてについて（Ｓ５０、Ｓ６０）、次の処理を行う。物標検出部５３は、前回のスキャンでの物標の位置と、前々回のスキャンでの物標の位置から、物標の軌跡を算出する（Ｓ５２）。このとき、物標の軌跡は、前回の物標の位置と前々回の物標の位置とのＸ座標の変位量とＹ座標の変位量により表される。
【００５４】
そして、それぞれの軌跡について、Ｙ軸付近の所定の角度範囲（±３度）に含まれるかの判断を行う。すると、図１１（Ｂ）の例では、軌跡Ｄ１１は含まれるが、軌跡Ｄ２１、Ｄ３１は含まれない。そこで、物標検出部５３は、軌跡Ｄ１１については手順Ｓ５６で図１３に示すＸ座標推定処理を行う。
【００５５】
図１３においては、前々回の物標の位置Ｐ−１１と前回の物標の位置Ｐ−１２との連続性が確認され、今回スキャンでロストした物標の位置Ｐ−１３を推定する例が示される。まず、物標検出部５３は、位置Ｐ−１１と位置Ｐ−１２とのＸ座標の変位量Δｘ５１と、Ｙ座標の変位量Δｙ５１を求める。このとき、位置Ｐ−１１から位置Ｐ−１２への軌跡がＤ１１に対応する。そして、物標検出部５３は、物標の位置Ｐ−１２のＸ座標から変位量Δｘ５１の０．３倍の変位量変位したＸ座標と、位置Ｐ−１２のＹ座標を変位量Δｙ５１変位させたＹ座標とを有する位置を位置Ｐ−１３として推定する。
【００５６】
そして、物標検出部５３は、その次のスキャンでロストした位置Ｐ−１４を推定するときにも、位置Ｐ−１２からＰ−１３へのＸ座標の変位量ΔＸ５２を用いて同様の方法で推定を行う。そうすることで、推定される位置のＸ軸方向の変位量が抑えられるので、実際の物標の位置に近似した位置を推定でき、次のスキャンで位置Ｐ−１５が検出されたときに推定された位置Ｐ−１４と高い確度で連続性が維持される。
【００５７】
一方、物標検出部５３は、軌跡Ｄ２１またはＤ３１については、手順Ｓ５８で、図１４に示すＸ座標推定処理を行う。
【００５８】
図１４においては、前々回の物標の位置Ｐ−２１と前回の物標の位置Ｐ−２２との連続性が確認され、今回スキャンでロストされた物標の位置Ｐ−２３を推定する例が示される。まず、物標検出部５３は、位置Ｐ−２１と位置Ｐ−２２とのＸ座標の変位量Δｘ６１と、Ｙ座標の変位量Δｙ６１を求める。このとき、位置Ｐ−２１から位置Ｐ−２２への軌跡がＤ２１またはＤ３１に対応する。
【００５９】
そして、物標検出部５３は、物標の位置Ｐ−２２のＸ座標から変位量Δｘ６１の０．９倍の変位量変位したＸ座標と、位置Ｐ−２２のＹ座標を変位量Δｙ６１変位させたＹ座標とを有する位置を位置Ｐ−２３として推定する。そうすることで、推定される位置のＸ軸方向の変位量を大きくすることができ、実際の物標の位置に近似した位置を推定できる。よって、次のスキャンで位置Ｐ−２４が検出されたときに推定された位置Ｐ−２３と高い確度で連続性が維持される。
【００６０】
このように、Ｙ軸付近の所定領域で軌跡が観測されるときには、前方監視用と同様のＸ座標の変位量を抑えた位置の推定を行い、それ以外の領域で軌跡が観測されるときには、Ｘ座標の変位量を大きくする位置の推定を行う。そうすることにより、再び物標が検出されたときに、高い確度で連続性をとることができる。
【００６１】
なお、軌跡に対応するＸ座標の変位量に乗ずる係数は上記に限られず、Ｙ軸付近の軌跡のときＸ座標の変位量より、Ｙ軸から離れた軌跡のときのＸ座標の変位量の方が大きくなるような係数であればよい。あるいは、図１５に示すように、軌跡が含まれる角度範囲に応じて、係数を動的に求めてもよい。
【００６２】
このようにして物標検出部５３は、ロストした物標の位置を推定し、その位置が次のスキャンでは前回スキャンで検出された位置として連続性が判断される。そうすることにより、連続したスキャンで物標をロストしても、前回スキャンでの推定結果に基づいて今回スキャンでの位置を推定できるので、連続性を維持できる。そして、再び物標が検出されたときに、高い確度で連続性をとることができる。
【００６３】
なお、物標検出部５３は、上述した手順において連続性を判断するときに、位置の変位量のほかに相対距離の変位量を判断基準としてもよい。その場合、上記のようにして推定した物標の位置のＸ座標とＹ座標とから、ロストした物標の位置に加え物標の相対距離を推定してもよい。例えば、三平方の定理を用い、推定されたＸ座標の２乗と推定されたＹ座標の２乗の和の平方根を相対距離として算出することが可能である。
【００６４】
なお、上述においては、自動車に搭載されるレーダ装置を例として説明したが、自動車以外の移動体に搭載されるレーダ装置であっても、本実施形態は適用できる。また、レーダ装置は電子スキャン式に限られず、メカニカルスキャン式であっても、本実施形態は適用できる。
【００６５】
以上、説明したように、本実施形態におけるレーダ装置１０１によれば、物標のＸ座標の変位量が大きい場合があっても、高い確度で物標の位置の連続性が維持されるように物標の位置の推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】車載レーダ装置による連続性判定処理を説明する図である。
【図２】物標の位置推定方法を説明する図である。
【図３】前側方監視の場合の物標の変位を説明する図である。
【図４】前方監視用のレーダ装置を車両の前側方監視に用いた場合の、物標の位置推定方法を説明する図である。
【図５】本実施形態におけるレーダ装置が車両に搭載される例を示す。
【図６】本実施形態における座標平面を説明する図である。
【図７】本実施形態におけるレーダ装置１０１の構成例を示す図である。
【図８】レーダ装置１０１の送信信号の周波数変調を説明する図である。
【図９】物標検出部５３の処理手順を説明するフローチャート図である。
【図１０】物標検出部５３による連続性判定手順を説明するフローチャート図である。
【図１１】出会い頭に衝突する場合の物標の軌跡を説明する図である。
【図１２】物標検出部５３による物標位置推定手順を説明するフローチャート図である。
【図１３】Ｘ座標の変位量が小さい物標位置推定処理について説明する図である。
【図１４】Ｘ座標の変位量が大きい物標位置推定処理について説明する図である。
【図１５】推定位置のＸ座標を求める係数と、軌跡が含まれる方位角との関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１：レーダ装置、５０：情報処理装置、５３：物標認識部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の基準方向を中心とする所定の角度範囲をスキャンするレーダ装置及びその物標位置検出方法に関し、特に、前記スキャンごとに、前記基準方向をＹ軸、前記基準方向と直角方向をＸ軸とするＸＹ座標平面内での前記角度範囲内の物標の位置を検出する物標位置検出手段と、前記物標の位置が検出されないスキャンでは、過去に検出された第１の位置と前記第１の位置の後に検出された第２の位置から当該スキャンで検出される位置を推定する物標位置推定手段とを有するレーダ装置及びその物標検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行中の車両前方を車載レーダ装置によりスキャンし、先行車両との衝突を予測して、車両の加減速や安全装置の作動といった衝突対応制御を行う車両制御システムが知られている。
【０００３】
かかる車両システムにおける車載レーダ装置は、メカニカルスキャン式や電子スキャン式のスキャン方法により、レーダ装置正面の基準方向を中心とする所定の角度範囲に対し周波数変調されたレーダ信号の送受信を行う。そして、車載レーダ装置に備えられるマイクロコンピュータなどの情報処理装置によって送受信信号が解析され、物標の相対速度、相対距離、方位角、及びスキャン平面内における位置が検出される。すると、これらの検出結果に基づいて、車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）が衝突を予測し、車両の各種アクチュエータを制御する。
【０００４】
車載レーダ装置によるスキャンにおいては、物標もレーダ装置もそれぞれ高速で移動している。よって、レーダ信号に対する物標の反射面の角度は刻一刻変化するので、受信信号の強度にばらつきが生じ、常に信頼性の高い検出結果が得られるとは限らない。このため、車載レーダ装置は、各スキャンでの検出結果の信頼性を担保すべく、検出結果の連続性の有無を判定する。
【０００５】
図１は、車載レーダ装置による連続性判定処理を説明する図である。図１（Ａ）、（Ｂ）において、車両１に搭載されるレーダ装置１０は、車両前方正面を基準方向Ｆとして、その基準方向Ｆを中心とする所定の角度（α）範囲内をスキャンする。図１（Ａ）、（Ｂ）では、黒塗りの円Ｐ−１、Ｐ−２、…、Ｐ−ｎは１回のスキャンで検出される物標の位置（ｎはスキャンの回数）を示し、実線の矢印は物標の位置の変位を示す。
【０００６】
レーダ装置１０は、連続するスキャンで順次検出される物標の位置を情報処理装置内のメモリに記憶しておき、スキャンごとに、前回のスキャンでの物標の位置と、今回のスキャンでの物標の位置の変位量から連続性の有無を判定する。このとき、変位量が所定範囲内であるときは、連続性有りと判断される。そして、レーダ装置１０は、所定回数（例えば３回）連続性有りと判断した場合、最新の物標の位置を相対速度等の情報とともに車両１のＥＣＵに出力する。
【０００７】
例えば、図１（Ａ）において、物標の位置Ｐ−１とＰ−２、Ｐ−２とＰ−３、Ｐ−３とＰ−４の連続性が３回続けて確認されると、最新の物標の位置Ｐ−４が出力される。以下、同様にして連続性が確認されるごとに、物標の位置Ｐ−５、Ｐ−６、Ｐ−７、…が順次出力される。
【０００８】
ここで、上記処理においては、十分な強度の受信信号が得られずに、物標の位置が検出されない（物標をロストする）場合がある。図１（Ｂ）は、かかる例として、３回目のスキャンで物標をロストした場合を示す。すると、位置Ｐ−１、Ｐ−２と続いていた連続性判定回数のカウントはリセットされ、４回目のスキャンで位置Ｐ−４が検出された時点から再開される。すると、出力に必要な判定回数である３回連続性が確認されるのは、早くても位置Ｐ−７である。すると、その分、衝突対応制御の開始が遅れる。そして、図１（Ｂ）に示すように物標が次第に接近する軌跡を描く場合には、制御の遅れに伴い衝突の危険性が増大する。
【０００９】
よって、車載レーダ装置は、物標をロストしたスキャンではその位置を推定することにより、再び物標の位置が検出されたときに、推定した位置と新たに検出された位置との連続性を維持する。そうすることで、連続性判定回数のカウントが途切れることにより物標の位置の出力が遅れることを防ぐ。特許文献１には、かかる推定を行う車載レーダ装置の例が記載されている。
【００１０】
図２は、物標の位置推定方法を説明する図である。図２は、検出された物標の位置Ｐ−１、Ｐ−２の連続性が確認された後、３回目のスキャンで物標をロストし、当該スキャンでの物標の位置Ｐ−３を推定する場合を示す。図２では、車両１の前方である基準方向ＦをＹ軸、その直角方向をＸ軸、レーダ装置１０の位置を原点とするＸＹ平面上において、物標の位置が示される。
【００１１】
まず、レーダ装置１０は、物標の位置Ｐ−１とＰ−２のＸ座標の変位量Δｘ１と、Ｙ座標の変位量Δｙ１を求める。
【００１２】
ここで、前方監視用レーダの場合、監視対象の物標は先行車両である。よって、相対速度の加減などにより、物標のＹ座標は比較的大きく変位する。しかし、Ｘ軸方向の物標の移動はせいぜい大きくても車線変更程度であるので、Ｘ座標の変位量は比較的小さい。すると、たまたま車線変更などによりＸ座標が大きく変位したときの変位量がΔｘ１だとすると、物標の位置Ｐ−２を起点としてＸ軸方向にΔｘ１、Ｙ軸方向にΔｙ１変位した位置Ｐｄは、実際の物標の位置より大きくＸ軸方向に変位している可能性が大きい。
【００１３】
また、仮に位置Ｐｄを位置Ｐ−３として推定した後、次の４回目のスキャンでも物標をロストしてその位置を推定し（位置Ｐｄ２）、その次の５回目のスキャンで位置Ｐ−５が検出されたとする。すると、推定を重ねて得られた物標の位置Ｐｄ２と、検出された物標の位置Ｐ−５が大きく乖離する。すると、位置Ｐｄ２とＰ−５とでは連続性有りと判断されず、物標の位置を推定する意味が損なわれる。
【００１４】
よって、前方監視用のレーダ装置１０は、上記の例で位置Ｐ−３を推定する際、位置Ｐ−２のＸ座標から、変位量Δｘ１の０．３倍の変位量変位したＸ座標と、位置Ｐ−２のＹ座標から変位量Δｙ１変位させたＹ座標とを有する位置を位置Ｐ−３として推定する。そして、レーダ装置１０は、位置Ｐ−４を推定するときにも、位置Ｐ−２からＰ−３へのＸ座標の変位量ΔＸ１１を用いて同様の方法で推定する。そうすることで、推定される位置のＸ軸方向の変位量が抑えられるので、実際の物標の位置に近似した位置を推定でき、位置Ｐ−５が検出されたときに推定された位置Ｐ−４と高い確度で連続性が維持される。
【特許文献１】特開２００４−２３３０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、近年、自車両の進行方向と直角方向に進行する他車両と自車両とが十字路に同時に進入することで発生する、いわゆる出会い頭衝突を防止するような車両制御システムへの要望が高まっている。しかし、メカニカルスキャン式や電子スキャン式のレーダ装置は検出可能な角度範囲に限界があるので、前方監視用レーダ装置だけで自車両の進行方向と直角方向に進行する他車両の位置を検出するのは困難である。このため、車両の前側方を監視できるように、車載レーダ装置を車両の斜め前方を基準方向として設置する方法が提案されている。
【００１６】
しかしながら、その場合、図３に示すように、例えば車両前方に向かって右斜め前方の基準方向ＦｄをＹ軸、これと直角方向をＸ軸としたときの、物標のＸ座標の変位量ΔＸ３１は前方監視の場合より大きい。よって、物標の位置をロストした場合に次のような問題が生じる。
【００１７】
図４は、前方監視用のレーダ装置を車両の前側方監視に用いた場合の、物標の位置推定方法を説明する図である。図中、Ｙ軸は車両右斜め前方の基準方向Ｆｄに対応する。図４は、検出された物標の位置Ｐ−１、Ｐ−２の連続性が確認された後の３回目のスキャンで物標をロストし、位置Ｐ−３を推定する場合を示す。ここで、図２に示した前方監視の場合と同じ方法で位置Ｐ−３を推定すると、Ｘ座標の変位量が抑えられて推定される。しかし、前側方監視の場合物標の位置はＸ軸方向に大きく変動するので、位置Ｐ−１からＰ−２へのＸ座標の変位量Δｘ２は図２のＸ座標の変位量Δｘ１より大きい。よって、推定された位置Ｐ−３と実際の位置とがＸ軸方向に大きく乖離する可能性が大きい。すると、直後のスキャンで物標の位置Ｐ−４が検出された場合であっても、推定された物標の位置Ｐ−３と検出された物標の位置Ｐ−４との乖離が大きく、連続性がとれなくなる可能性が大きくなる。すると、検出結果の出力が遅れてしまう。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、物標のＸ座標の変位量が大きい場合があっても、高い確度で物標の位置の連続性が維持されるように物標の位置の推定を行う、レーダ装置及びその物標位置検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、所定の基準方向を中心とする所定の角度範囲をスキャンするレーダ装置であって、前記スキャンごとに、前記基準方向をＹ軸、前記基準方向と直角方向をＸ軸とするＸＹ座標平面内での前記角度範囲内の物標の位置を検出する物標位置検出手段と、前記物標の位置が検出されないスキャンでは、過去に検出された当該物標の第１の位置と前記第１の位置の後に検出された第２の位置から当該物標の軌跡を求め、当該軌跡が前記Ｙ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前記第２の位置のＸ座標から第１の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定し、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前記第２の位置のＸ座標から前記第１の変位量より大きい第２の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定する物標位置推定手段とを有することを特徴とする。
【００２０】
上記側面の好ましい実施態様では、前記物標位置推定手段は、過去に検出または推定された位置を前記第１または第２の位置として前記推定を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
上記側面によれば、前記物標位置推定手段は、物標の軌跡が前記Ｙ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前記第２の位置のＸ座標から第１の変位量さらに変位したＸ座標を有する位置、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前記第１の変位量より大きい第２の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定するので、物標のＸ座標の変位量が小さいときは変位量を抑えて位置を推定でき、変位量が大きいときは変位量を大きくして位置を推定できる。
【００２２】
すなわち、前側方監視の場合、出会い頭衝突の蓋然性が大きい物標の軌跡には、自車両と他車両との速度と移動距離の組み合わせに応じて、基準方向であるＹ軸付近においてＹ軸に沿って物標が接近するパターンと、基準方向から離れた方位角から物標が接近するパターンとがある。そして、前者の場合は、Ｘ座標の変位量が小さいので、物標をロストしたときに位置を推定する際、Ｘ座標の変位量を抑えることにより、再び物標が検出された場合の連続性を維持することができる。一方、後者の場合は、Ｘ座標の変位量が大きいので、Ｘ座標の変位量を大きくして物標の位置を推定することにより、再び物標が検出された場合の連続性を維持することができる。よって、いずれの場合であっても、高い確度で物標の位置の連続性を維持することができる。そして、出会い頭衝突の蓋然性が大きい場合に、物標の位置の出力が遅れることなく、迅速に衝突対応制御を行うことができる。
【００２３】
上記の好ましい実施態様によれば、前記物標位置推定手段は、過去に検出または推定された位置を前記第１または第２の位置として推定を行うので、物標の位置がロストされるスキャンが複数回連続しても連続性を維持することができる。よって、再び物標が検出されたときに連続性が途切れる可能性を小さくすることができ、検出結果の出力が遅れることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００２５】
図５は、本実施形態におけるレーダ装置が車両に搭載される例を示す。レーダ装置１０１（１０２）は、車両１前面のバンパー右端（左端）近傍に備えられ、レドームを透過して車両１の前方Ｆに対し右（または左）４５度方向Ｆ１（またはＦ２）を中心として、所定の角度（約２０度）範囲においてレーダ信号の送信と、反射信号の受信を行う。なお、以下の説明では、レーダ装置１０１を例とするが、レーダ装置１０２も左右方向を反転させることで同様の説明が適用される。
【００２６】
本実施形態では、図６に示すように、基準方向Ｆ１をＹ軸、その直角方向をＸ軸、レーダ装置１０１を原点とするＸＹ座標平面において、物標のＹ軸（０度）に対する角度θを方位角、Ｘ座標、Ｙ座標により定まるＸＹ平面上の位置を物標の位置とする。このとき、物標のＸ座標ｘ６とＹ座標ｙ６は、物標の相対距離Ｒ６と方位角θから、ｘ６＝Ｒ６・ｓｉｎθ、ｙ６＝Ｒ６・ｃｏｓθとして算出される。
【００２７】
図７は、本実施形態におけるレーダ装置１０１の構成例を示す。レーダ装置１０１は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）方式により周波数変調したレーダ信号を送信し、物標により反射される反射波を複数のアンテナで受信することにより、角度αの範囲内をスキャンする電子スキャン式のレーダ装置である。レーダ装置１０１は、送信回路３０、アンテナ切替部２０、アンテナ１１、１２、１３、受信回路４０からなるスキャン手段と、スキャンの結果得られるデータを処理する情報処理装置５０からなる情報処理手段とを有する。
【００２８】
送信回路３０は、上昇区間と下降区間が交互に繰返される三角波に従って周波数変調されたレーダ信号を生成する。このレーダ信号の周波数と時間との関係を図８に示すと、レーダ信号の周波数は、上昇区間ＵＰ１、ＵＰ２、…では直線的に漸増し、下降区間ＤＮ１、ＤＮ２、…では直線的に漸減する。そして、上昇区間ＵＰ１〜下降区間ＤＮ３までが、繰返される。このようなレーダ信号の一部分は分岐されて受信回路４０に入力され、他の部分はアンテナ切替部２０に入力される。
【００２９】
アンテナ切替部２０は、アンテナ１１にレーダ信号の送信と受信とを時分割で実行させながら、３本のアンテナ１１、１２、１３のうち２本のアンテナからなる３通りのアンテナ対を順次電気的に切替えて、各アンテナ対に反射信号を受信させる。具体的には、図８で示したレーダ信号の一対の上昇区間と下降区間で、１つのアンテナ対が対応するように、上昇区間の開始ごとに切替えが行われる。すなわち、上昇区間ＵＰ１と下降区間ＤＮ１でアンテナ１１、１２からなるアンテナ対、上昇区間ＵＰ２と下降区間ＤＮ２でアンテナ１１、１３からなるアンテナ対、そして、上昇区間ＵＰ３と下降区間ＤＮ３でアンテナ１２、１３からなるアンテナ対が対応し、以後の区間でも同様にアンテナ対の切替が繰返される。そして、それぞれのアンテナ対は、各区間において物標により反射されたレーダ信号を受信信号として受信する。ここで、アンテナ１１、１２、１３はアンテナ相互の間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３が全て異なるように配置されている。よって、各アンテナ対ではそのアンテナ間隔に応じた受信波の位相差が生じる。この位相差は、後述の処理で物標の方位角算出に用いられる。
【００３０】
ここで、３とおりのアンテナ対で受信波を受信する１サイクル、つまり図８の例では上昇区間ＵＰ１から下降区間ＤＮ３までの１サイクルを１スキャンという。そして、アンテナ切替部２０は、１スキャンごとに各アンテナ対による受信信号を受信回路４０に入力する。
【００３１】
受信回路４０は、１スキャンごとに、アンテナ切替部２０から入力される受信信号と、送信回路３０から入力されたレーダ信号、つまり送信波の一部をミキシングする。ここで、受信信号は、物標の相対距離に起因する時間的遅れと、相対速度に起因するドップラシフトを受けるので、送信信号との周波数差が生じる。すると、ミキシングの結果、送受信信号の周波数差に対応する周波数差信号が生成される。受信回路４０は、この周波数差信号を情報処理装置５０に入力する。この周波数差信号の周波数は、後述の処理で物標の相対距離、相対速度の算出に用いられる。
【００３２】
情報処理装置５０は、各種処理プログラムに従い演算処理を行うＣＰＵと、そのプログラムを格納するＲＯＭ、及び作業領域用のＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータにより構成される。次に説明する情報処理装置５０の各部は、それぞれの動作に対応する処理プログラムと、これに従い動作するＣＰＵにより実現される。
【００３３】
送信制御部５１は、送信回路３０に周波数変調されたレーダ信号の生成を指示するとともに、レーダ信号の変調区間に対応したタイミングでのアンテナ対の切替えを、送信回路３０を介してアンテナ切替部２０に実行させる。また、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部５２は、受信回路４０から入力される周波数差信号をＡＤ変換し、これにより得られたデータをＦＦＴ処理して、周波数差信号の周波数と、上記のアンテナ対ごとの受信波の位相差を解析する。そして、物標検出部５３は、ＦＦＴ処理結果に基づき、後述の手順に従ってスキャンごとの物標の相対距離、相対速度、方位角、及び位置を検出し、検出結果の連続性を確認した後に、検出結果を車両１のＥＣＵ６０に出力する。
【００３４】
図９は、物標検出部５３の処理手順を説明するフローチャート図である。図９に示す手順は、１スキャンごとに実行される。
【００３５】
物標検出部５３は、ＦＦＴ処理結果から、レーダ信号の周波数の上昇区間、下降区間それぞれで周波数差信号の周波数スペクトルを検出し、そのレベルピーク群を検出する（Ｓ１０）。そして、物標検出部５３は、検出された上昇区間、下降区間のレベルピーク群の極大値同士を互いにペアリング（対応付け）する（Ｓ１２）。このペアリングによって、物標の相対距離、相対速度の算出に必要な、上昇区間、下降区間それぞれにおける周波数差信号の周波数が対応づけられる。そして、１対のペアリング結果が１つの物標に対応する。
【００３６】
ペアリングが終了すると、物標検出部５３は、各ペアリング結果について、３通りのアンテナ対での受信波の位相差に基づき、物標の方位角を算出する（Ｓ１４）。このとき、各アンテナ対の受信波の位相差に対応して、複数の方位角の候補が算出される。よって、物標検出部５３は、各候補から最も近似する複数の候補を抽出して、それらの代表値、例えば平均を、検出された方位角として採用する。
【００３７】
また、物標検出部５３は、各ペアリング結果においてレーダ信号の上昇区間と下降区間それぞれで極大値を示す周波数に基づいて、物標の相対距離、相対速度を算出する（Ｓ１６）。
【００３８】
そして、物標検出部は、物標の方位角、相対距離から図６に示したように物標の位置を算出し、情報装置５０内のＲＡＭに格納する（Ｓ１７）。よって、かかる手順Ｓ１７を行う物標検出部５３が、「物標位置検出手段」に対応する。
【００３９】
次に、物標検出部５３は、前回のスキャンで検出された物標の位置と、今回のスキャンで検出された物標の位置との連続性の有無を判定する（Ｓ１８）。よって、かかる手順Ｓ１８を行う物標検出部５３が、「連続性判定手段」に対応する。また、このとき、物標検出部５３は、物標をロストした場合に、後述するサブルーチンの手順に従ってその位置を推定する。よって、かかる手順を行う物標検出部５３が、「物標位置推定手段」に対応する。
【００４０】
そして、物標検出部５３は、単一の物標から複数の検出結果が得られた場合に、これらを結合させて単一の物標の検出結果を生成するグループ化処理を行う（Ｓ２０）。そして、物標検出部５３は、連続性の履歴に基づいて、所定回数以上連続性有りと判定された物標の位置、方位角、相対速度、相対距離等の検出結果を、出力可能と判断し（Ｓ２２）、その検出結果を車両１のＥＣＵ６０に出力する（Ｓ２４）。
【００４１】
図１０は、物標検出部５３による連続性判定手順を説明するフローチャート図である。図１０の手順は、図９の手順Ｓ１８に対応する。
【００４２】
物標検出部５３は、前回のスキャンでの物標の位置と今回のスキャンでの物標の位置とを比較して連続性を判断し、物標ごとのカウンタ変数である連続性カウンタの値を更新する（Ｓ３０）。このとき、２つの位置の変位量が所定範囲内であれば、連続性有りと判定される。そして、連続性カウンタは、連続性有りの場合はインクリメントし、連続性無しの場合はデクリメントする。そして、連続性有りと判定された回数つまり連続性カウンタのカウント値が、情報処理装置５０のＲＡＭに記憶される。
【００４３】
次に、物標検出部５３は、過去に連続性が確認されていない新規の物標位置をＲＡＭに格納し、その物標についての連続性カウンタのカウントを開始する（Ｓ３２）。
【００４４】
そして、物標検出部５３は、送信信号の周波数の上昇区間、下降区間のいずれかのみで周波数差信号のレベルピークが検出された場合は、相対速度や位置が検出できないので、連続性カウンタを更新せずに、その結果をＲＡＭに格納する（Ｓ３４）。また、物標検出部５３は、良好なＳＮ比が得られない受信信号に基づいて物標の位置が検出された場合は、検出結果の信頼性が不十分なので連続性カウンタを更新せずに、その結果をＲＡＭに格納する（Ｓ３６）。
【００４５】
そして、物標検出部５３は、送信信号の周波数の上昇区間、下降区間の両方で物標の位置が検出されない場合には、物標をロストしたと判断し、物標位置推定手順を実行する（Ｓ３８）。
【００４６】
ここで、本実施形態における物標位置推定手順について説明する。本実施形態においては、レーダ装置１０１は、車両１の進行方向と直角の方向に進行する他車両を監視し、その物標の位置を検出して車両１のＥＣＵに出力する。そして、ＥＣＵ６０が出会い頭衝突の蓋然性を判断し、適宜衝突対応制御を行う。よって、本実施形態におけるレーダ装置１０１の物標検出部５３は、次の手順でロストされた物標の位置を推定することにより、出会い頭衝突の蓋然性が大きい場合において特に、物標の位置の連続性が途切れないようにする。そうすることで、検出結果の出力が遅れないようにでき、迅速な衝突対応制御を可能にするという効果を有する。
【００４７】
ここで、具体的に、出会い頭衝突する場合の自車両と他車両の動きを図１１（Ａ）に示し、その場合に検出される物標の位置を図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ａ）に示すように、自車両１と、その進行方向と直角方向に進行する他車両２がともに十字路Ｃに進入する場合において、自車両１の速度Ｖ１１と他車両２の速度Ｖ２１がほぼ等しく、自車両１の移動距離Ｒ１１と他車両２の移動距離Ｒ２１とがほぼ等しいときは、他車両２の位置の変位は図１１（Ｂ）の軌跡Ｄ１１のように、自車両１の前方右４５度の基準方向Ｆ１、つまりＹ軸にほぼ沿って接近してくる軌跡を描く。よって、軌跡Ｄ１１では、Ｘ座標の変位量Δｘ１１は比較的小さい。よって、この場合は、物標をロストした場合に、前方監視の場合のようにＸ座標を抑えた推定を行うことにより、推定された位置と再び検出される位置との連続性を維持できる。
【００４８】
また、自車両の速度Ｖ１１より他車両の速度Ｖ２２が大きく、かつ自車両１の移動距離Ｒ１１より他車両２の移動距離Ｒ２２が大きい場合には、他車両２の位置の変位は正の方位角の方向から接近する軌跡Ｄ２１を描く。このとき、軌跡Ｄ２１のＸ座標の変位量Δｘ２１は、軌跡Ｄ１１のときの変位量Δｘ１１より大きい。
【００４９】
また、自車両の速度Ｖ１１より他車両の速度Ｖ２３が小さく、かつ自車両１の移動距離Ｒ１１より他車両２の移動距離Ｒ２３が小さい場合には、他車両２の位置の変位は負の方位角の方向から接近する軌跡Ｄ３１を描く。このとき、軌跡Ｄ３１のＸ座標の変位量Δｘ３１は、軌跡Ｄ１１のときの変位量Δｘ１１より大きい。
【００５０】
よって、車両２の位置の変位が軌跡Ｄ２１やＤ３１のような軌跡を描くときに、軌跡Ｄ２１のときのようなＸ座標の変位量を抑えた推定を行うと、図３で示したように、物標が再び検出されたときに新たな位置と推定位置がＸ軸方向に大きく乖離して、連続性が途切れるおそれがある。
【００５１】
そこで、本実施形態においては、レーダ装置１０１は、Ｙ軸付近の所定領域、例えば、±３度の角度範囲内で軌跡Ｄ１１のような軌跡が観測されるときは、前方監視用と同様のＸ座標の変位量を抑えた位置の推定を行い、それ以外の領域、つまり±３度以上の方位角方向から接近する軌跡Ｄ２１やＤ３１のような軌跡が観測されるときは、Ｘ座標の変位量を大きくする位置の推定を行う。
【００５２】
図１２は、物標検出部５３による物標位置推定手順を説明するフローチャート図である。図１２の手順は、図１０の手順Ｓ３８に対応する。
【００５３】
物標検出部５３は、前回のスキャンで検出されたにもかかわらず今回のスキャンでロストされた物標のすべてについて（Ｓ５０、Ｓ６０）、次の処理を行う。物標検出部５３は、前回のスキャンでの物標の位置と、前々回のスキャンでの物標の位置から、物標の軌跡を算出する（Ｓ５２）。このとき、物標の軌跡は、前回の物標の位置と前々回の物標の位置とのＸ座標の変位量とＹ座標の変位量により表される。
【００５４】
そして、それぞれの軌跡について、Ｙ軸付近の所定の角度範囲（±３度）に含まれるかの判断を行う。すると、図１１（Ｂ）の例では、軌跡Ｄ１１は含まれるが、軌跡Ｄ２１、Ｄ３１は含まれない。そこで、物標検出部５３は、軌跡Ｄ１１については手順Ｓ５６で図１３に示すＸ座標推定処理を行う。
【００５５】
図１３においては、前々回の物標の位置Ｐ−１１と前回の物標の位置Ｐ−１２との連続性が確認され、今回スキャンでロストした物標の位置Ｐ−１３を推定する例が示される。まず、物標検出部５３は、位置Ｐ−１１と位置Ｐ−１２とのＸ座標の変位量Δｘ５１と、Ｙ座標の変位量Δｙ５１を求める。このとき、位置Ｐ−１１から位置Ｐ−１２への軌跡がＤ１１に対応する。そして、物標検出部５３は、物標の位置Ｐ−１２のＸ座標から変位量Δｘ５１の０．３倍の変位量変位したＸ座標と、位置Ｐ−１２のＹ座標を変位量Δｙ５１変位させたＹ座標とを有する位置を位置Ｐ−１３として推定する。
【００５６】
そして、物標検出部５３は、その次のスキャンでロストした位置Ｐ−１４を推定するときにも、位置Ｐ−１２からＰ−１３へのＸ座標の変位量ΔＸ５２を用いて同様の方法で推定を行う。そうすることで、推定される位置のＸ軸方向の変位量が抑えられるので、実際の物標の位置に近似した位置を推定でき、次のスキャンで位置Ｐ−１５が検出されたときに推定された位置Ｐ−１４と高い確度で連続性が維持される。
【００５７】
一方、物標検出部５３は、軌跡Ｄ２１またはＤ３１については、手順Ｓ５８で、図１４に示すＸ座標推定処理を行う。
【００５８】
図１４においては、前々回の物標の位置Ｐ−２１と前回の物標の位置Ｐ−２２との連続性が確認され、今回スキャンでロストされた物標の位置Ｐ−２３を推定する例が示される。まず、物標検出部５３は、位置Ｐ−２１と位置Ｐ−２２とのＸ座標の変位量Δｘ６１と、Ｙ座標の変位量Δｙ６１を求める。このとき、位置Ｐ−２１から位置Ｐ−２２への軌跡がＤ２１またはＤ３１に対応する。
【００５９】
そして、物標検出部５３は、物標の位置Ｐ−２２のＸ座標から変位量Δｘ６１の０．９倍の変位量変位したＸ座標と、位置Ｐ−２２のＹ座標を変位量Δｙ６１変位させたＹ座標とを有する位置を位置Ｐ−２３として推定する。そうすることで、推定される位置のＸ軸方向の変位量を大きくすることができ、実際の物標の位置に近似した位置を推定できる。よって、次のスキャンで位置Ｐ−２４が検出されたときに推定された位置Ｐ−２３と高い確度で連続性が維持される。
【００６０】
このように、Ｙ軸付近の所定領域で軌跡が観測されるときには、前方監視用と同様のＸ座標の変位量を抑えた位置の推定を行い、それ以外の領域で軌跡が観測されるときには、Ｘ座標の変位量を大きくする位置の推定を行う。そうすることにより、再び物標が検出されたときに、高い確度で連続性をとることができる。
【００６１】
なお、軌跡に対応するＸ座標の変位量に乗ずる係数は上記に限られず、Ｙ軸付近の軌跡のときＸ座標の変位量より、Ｙ軸から離れた軌跡のときのＸ座標の変位量の方が大きくなるような係数であればよい。あるいは、図１５に示すように、軌跡が含まれる角度範囲に応じて、係数を動的に求めてもよい。
【００６２】
このようにして物標検出部５３は、ロストした物標の位置を推定し、その位置が次のスキャンでは前回スキャンで検出された位置として連続性が判断される。そうすることにより、連続したスキャンで物標をロストしても、前回スキャンでの推定結果に基づいて今回スキャンでの位置を推定できるので、連続性を維持できる。そして、再び物標が検出されたときに、高い確度で連続性をとることができる。
【００６３】
なお、物標検出部５３は、上述した手順において連続性を判断するときに、位置の変位量のほかに相対距離の変位量を判断基準としてもよい。その場合、上記のようにして推定した物標の位置のＸ座標とＹ座標とから、ロストした物標の位置に加え物標の相対距離を推定してもよい。例えば、三平方の定理を用い、推定されたＸ座標の２乗と推定されたＹ座標の２乗の和の平方根を相対距離として算出することが可能である。
【００６４】
なお、上述においては、自動車に搭載されるレーダ装置を例として説明したが、自動車以外の移動体に搭載されるレーダ装置であっても、本実施形態は適用できる。また、レーダ装置は電子スキャン式に限られず、メカニカルスキャン式であっても、本実施形態は適用できる。
【００６５】
以上、説明したように、本実施形態におけるレーダ装置１０１によれば、物標のＸ座標の変位量が大きい場合があっても、高い確度で物標の位置の連続性が維持されるように物標の位置の推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】車載レーダ装置による連続性判定処理を説明する図である。
【図２】物標の位置推定方法を説明する図である。
【図３】前側方監視の場合の物標の変位を説明する図である。
【図４】前方監視用のレーダ装置を車両の前側方監視に用いた場合の、物標の位置推定方法を説明する図である。
【図５】本実施形態におけるレーダ装置が車両に搭載される例を示す。
【図６】本実施形態における座標平面を説明する図である。
【図７】本実施形態におけるレーダ装置１０１の構成例を示す図である。
【図８】レーダ装置１０１の送信信号の周波数変調を説明する図である。
【図９】物標検出部５３の処理手順を説明するフローチャート図である。
【図１０】物標検出部５３による連続性判定手順を説明するフローチャート図である。
【図１１】出会い頭に衝突する場合の物標の軌跡を説明する図である。
【図１２】物標検出部５３による物標位置推定手順を説明するフローチャート図である。
【図１３】Ｘ座標の変位量が小さい物標位置推定処理について説明する図である。
【図１４】Ｘ座標の変位量が大きい物標位置推定処理について説明する図である。
【図１５】推定位置のＸ座標を求める係数と、軌跡が含まれる方位角との関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１：レーダ装置、５０：情報処理装置、５３：物標認識部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基準方向を中心とする所定の角度範囲をスキャンするレーダ装置であって、
前記スキャンごとに、前記基準方向をＹ軸、前記基準方向と直角方向をＸ軸とするＸＹ座標平面内での前記角度範囲内の物標の位置を検出する物標位置検出手段と、
前記物標の位置が検出されないスキャンでは、過去に検出された当該物標の第１の位置と前記第１の位置の後に検出された第２の位置から当該物標の軌跡を求め、当該軌跡が前記Ｙ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前記第２の位置のＸ座標から第１の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定し、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前記第２の位置のＸ座標から前記第１の変位量より大きい第２の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定する物標位置推定手段とを有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記物標位置推定手段は、過去に検出または推定された位置を前記第１または第２の位置として前記推定を行うことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１において、
過去に検出または推定された複数の位置の変位量が所定範囲内にある回数をカウントし、前記カウント値が規定値に達したときは、検出された位置を出力する連続性判定手段をさらに有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
移動体に搭載され、前記基準方向は前記移動体の進行方向に対し斜め前方であることを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
所定の基準方向を中心とする所定の角度範囲をスキャンするレーダ装置の物標検出方法であって、前記スキャンごとに、前記基準方向をＹ軸、前記基準方向と直角方向をＸ軸とするＸＹ座標平面内での前記角度範囲内の物標の位置を検出する物標位置検出工程と、
前記物標の位置が検出されないスキャンでは、過去に検出された当該物標の第１の位置と前記第１の位置の後に検出された第２の位置から当該物標の軌跡を求め、当該軌跡が前記Ｙ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前記第２の位置のＸ座標から第１の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定し、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前記第２の位置のＸ座標から前記第１の変位量より大きい第２の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定する物標位置推定工程とを有することを特徴とする物標検出方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記物標位置推定工程では、過去に検出または推定された位置を前記第１または第２の位置として前記推定を行うことを特徴とする物標検出方法。
【請求項１】
所定の基準方向を中心とする所定の角度範囲をスキャンするレーダ装置であって、
前記スキャンごとに、前記基準方向をＹ軸、前記基準方向と直角方向をＸ軸とするＸＹ座標平面内での前記角度範囲内の物標の位置を検出する物標位置検出手段と、
前記物標の位置が検出されないスキャンでは、過去に検出された当該物標の第１の位置と前記第１の位置の後に検出された第２の位置から当該物標の軌跡を求め、当該軌跡が前記Ｙ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前記第２の位置のＸ座標から第１の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定し、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前記第２の位置のＸ座標から前記第１の変位量より大きい第２の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定する物標位置推定手段とを有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記物標位置推定手段は、過去に検出または推定された位置を前記第１または第２の位置として前記推定を行うことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１において、
過去に検出または推定された複数の位置の変位量が所定範囲内にある回数をカウントし、前記カウント値が規定値に達したときは、検出された位置を出力する連続性判定手段をさらに有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
移動体に搭載され、前記基準方向は前記移動体の進行方向に対し斜め前方であることを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
所定の基準方向を中心とする所定の角度範囲をスキャンするレーダ装置の物標検出方法であって、前記スキャンごとに、前記基準方向をＹ軸、前記基準方向と直角方向をＸ軸とするＸＹ座標平面内での前記角度範囲内の物標の位置を検出する物標位置検出工程と、
前記物標の位置が検出されないスキャンでは、過去に検出された当該物標の第１の位置と前記第１の位置の後に検出された第２の位置から当該物標の軌跡を求め、当該軌跡が前記Ｙ軸付近の所定領域に含まれる場合は、前記第２の位置のＸ座標から第１の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定し、前記軌跡が前記所定領域に含まれない場合は、前記第２の位置のＸ座標から前記第１の変位量より大きい第２の変位量変位したＸ座標を有する位置を当該スキャンで検出される位置として推定する物標位置推定工程とを有することを特徴とする物標検出方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記物標位置推定工程では、過去に検出または推定された位置を前記第１または第２の位置として前記推定を行うことを特徴とする物標検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１８０５１５（Ｐ２００９−１８０５１５Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７１４７（Ｐ２００８−１７１４７）
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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