測定装置および方法
【課題】高速対象物の距離測定の高速応答を図る。
【解決手段】FFT方式演算部51は、A/D変換部23から提供される2周波のドップラ信号に基づいて、対象物の距離を算出する。ハイパスフィルタ部52は、A/D変換部23から提供される2周波のドップラ信号に対してハイパスフィルタ処理を施す。タイムインターバル方式演算部53は、このハイパスフィルタ処理の結果得られる信号に基づいて、対象物の距離を算出する。演算結果統合部54は、タイムインターバル方式演算部53による算出距離と、FFT方式演算部51による算出距離とを統合した距離を、演算結果出力部55を介して外部に出力する。本発明は、プリクラッシュシステム等の高応答システムに適用可能である。
【解決手段】FFT方式演算部51は、A/D変換部23から提供される2周波のドップラ信号に基づいて、対象物の距離を算出する。ハイパスフィルタ部52は、A/D変換部23から提供される2周波のドップラ信号に対してハイパスフィルタ処理を施す。タイムインターバル方式演算部53は、このハイパスフィルタ処理の結果得られる信号に基づいて、対象物の距離を算出する。演算結果統合部54は、タイムインターバル方式演算部53による算出距離と、FFT方式演算部51による算出距離とを統合した距離を、演算結果出力部55を介して外部に出力する。本発明は、プリクラッシュシステム等の高応答システムに適用可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、対象物との距離または相対速度を測定する測定装置および方法に関する。特に、対象物が高速で近づいてきたときでも、高速応答の距離測定または/および相対速度の測定ができるようになった測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自車と他車との間の相対速度や距離を測定するセンサとして、2周波CW(Continuous Wave)方式のレーダ(以下、2周波CWレーダと称する)が知られている(例えば特許文献1,2参照)。即ち、この2周波CWレーダは、送信信号の対象物での反射信号についてのドップラ信号の周波数(以下、ドップラ周波数と称する)や位相を検出し、その検出結果を用いて他車の相対速度や距離を測定する。
【0003】
自動車(自車)には、このような2周波CWレーダ等のセンサを用いて先行車(他車)との車間距離を一定に保ちながら自動追従できるACC(アダプティブ・クルーズ・コントロール)システムが搭載されている。また、近年では、このような2周波CWレーダ等のセンサを用いて自車と他車に衝突しそうであること(プリクラッシュ)を検知して衝突時に衝撃を軽減するためのプリクラッシュシステムが搭載されてきた。
【0004】
このように、自動車にはセンサからの信号を利用した用途の異なるシステムが複数搭載されるようになってきている。
【0005】
このようなシステムでは、他車が高速であればある程短時間で自車に接近してくるので、その性質上、高速で近づいてくる他車の距離測定については、その精度を維持しつつも高速応答であることが要求される。
【特許文献1】特許第3203600号公報
【特許文献2】特開2004−69693号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来の2周波CWレーダでは、かかる要望に応えられる程、応答速度が十分でない。
【0007】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、対象物が高速で近づいてきたときでも、高速応答の距離測定ができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の測定装置は、所定の周波数にて送信された送信信号と前記送信信号が対象物から反射された反射信号とから生成される混合信号を利用して、前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を測定する測定装置であって、前記混合信号から所定値以下の周波数成分が除去された抽出信号を生成するハイパスフィルタ部と、前記抽出信号からタイムインターバル方式を利用して前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第1の演算部と、前記タイムインターバル方式とは別方式を利用して、前記混合信号から前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第2の演算部とを備える。
【0009】
これにより、一対象物が高速で近づいてきたときでも、高速応答の距離や速度の測定ができるようになる。
【0010】
つまり、第1の演算部は、例えば、連続波を用いるレーダが一般的に用いている第2の演算部としてのFFT解析処理よりも高速に距離または相対速度を測定できる。さらに、ハイパスフィルタ処理を行うことにより、混合信号に複数の対象物による周波数成分が含まれていても、所定値以上の高周波成分のみが抽出される。このことは、相対速度の一番大きい対象物に対する情報を抽出できることを意味している。つまり、複数の対象物が存在していても、そのうちの、相対速度の一番大きい対象物との距離または相対速度を測定できることを意味している。
【0011】
各部は、例えば、マイクロコンピュータにより、或いは、演算制御回路により、またはそれらの組合せにより構成される。換言すると、各部は、1つの単位(例えば回路基板等の単位)で構成する必要もなく、幾つかの単位に分割し構成するようにしてもよい。また、各部は個別に構成する必要もなく、複数の部を組み合わせて、即ち、複数の部を1つの単位として構成するしてもよい。
【0012】
前記混合信号はドップラ信号であり、前記第1の演算部は、前記抽出信号から周波数を検出して、その周波数を利用して前記対象物との相対速度を算出する。
【0013】
前記送信信号は、第1の周波数を有する第1の送信信号と第2の周波数を有する第2の送信信号を含み、前記混合信号は、前記第1の送信信号を基に生成された第1のドップラ信号と前記第2の送信信号を基に生成された第2のドップラ信号を含み、前記ハイパスフィルタ部は、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号との各々から所定値以下の周波数成分が除去された前記抽出信号を生成し、前記第1の演算部は、前記抽出信号から前記タイムインターバル方式を利用して、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号とから生成された各々の前記抽出信号の位相差を検出して、その位相差を利用して前記対象物の距離を算出する。
【0014】
これにより、例えば、測定装置として、2周波CW(Continuous Wave)レーダを採用することが容易にできるようになる。この場合、異なる周波数の2種類の連続波を送信信号として送信されるので、混合信号は各々の周波数について生成されるので2種類生成される。ひとつの混合信号を用いれば、そこに含まれるドップラ周波数から対象物との相対速度が測定される。2種類の混合信号を利用すれば、それらの位相差が求まるので、この位相差により対象物との距離が測定できる。
【0015】
前記別方式は、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号とに対してFFT(Fast Fourier Transform)解析処理を施すことで、前記第1のドップラ信号の周波数、前記第2のドップラ信号の周波数、または、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号の位相差のうち少なくとも1つを検出するFFT方式である。
【0016】
これにより、対象物が複数の場合であっても、複数の対象物のそれぞれの距離を算出できるようになる。
【0017】
さらに、前記第2の演算部からの前記FFT方式による算出距離と、前記第1の演算部からの前記タイムインターバル方式による算出距離とに基づいて、出力対象の距離を算出する第3の演算部を備える。
【0018】
これにより、より一段と精度のよい算出結果を出力できるようになる。さらなる精度を出力すべく、次のようにすることもできる。
【0019】
さらに、前記FFT解析処理の結果に基づいて、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号が、1つの対象物での反射信号に基づく第1の信号であるのか、複数の対象物の各反射信号の合成信号に基づく第2の信号であるのかを判定する判定部を備え、前記第3の演算部は、さらに、前記判定部が前記第1の信号であると判定した場合、前記出力対象の距離の算出要素として、前記タイムインターバル方式による算出距離を含め、前記判定部が前記第2の信号であると判定した場合、前記出力対象の距離の算出要素として前記タイムインターバル方式による算出距離を除外するか、または、前記第1の演算部についての前記タイムインターバル方式による距離の算出を禁止する。
【0020】
これにより、より一段と精度のよい算出結果を出力できるようになる。さらなる精度を出力すべく、次のようにすることもできる。
【0021】
本発明の一側面の測定方法は、上述した本発明の一側面の測定装置に対応する方法である。
【発明の効果】
【0022】
以上のごとく、本発明によれば、ドップラ方式による距離測定が実行できる。特に、対象物が高速で近づいてきたときでも、高速応答の距離測定ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
ここで、本発明の理解を容易なものとするため、本発明の実施の形態を説明する前に、[発明が解決しようとする課題]の欄で述べた課題について、詳しく説明する。
【0024】
図1は、従来の測定装置としての2周波CWレーダ1の構成例を示している。
【0025】
従来の2周波CWレーダ1は、その名称の如く、2周波CW方式による測定を行うことができる。
【0026】
ここで、2周波CW方式による測定の概略について説明する。
【0027】
2周波CWレーダ1は、周波数f1のCW(Continuous Wave)と、周波数f2のCWとを時分割で切り替えた結果得られる信号(以下、2周波CWと称する)を生成し、その2周波CWを送信信号Ssとして出力する。
【0028】
この送信信号Ssは測定対象物2において反射し、その反射信号が受信信号Srとして2周波CWレーダ1に受信される。
【0029】
このとき、2周波CWレーダ1と測定対象物2との間に相対速度vが存在すれば、送信信号Ssの周波数f1,f2のそれぞれに対してドップラ周波数△f1,△f2のそれぞれが発生し、その結果、受信信号Srの周波数は、周波数f1+△f1,f2+△f2となる。換言すると、2つの周波数f1+△f1,f2+△f2を有する2周波CWが、受信信号Srと等価な信号となる。
【0030】
そこで、2周波CWレーダ1は、この受信信号Srからドップラ周波数△f1または△f2を検出して、次の式(1)または式(2)の演算を行うことで、2周波CWレーダ1に対する測定対象物2の相対速度vを求めることができる。
【0031】
v = c * △f1 / (2*f1) ・・・(1)
v = c * △f2 / (2*f2) ・・・(2)
なお、cは光速を表している。
【0032】
また、2周波CWレーダ1は、ドップラ周波数△f1であるドップラ信号の位相φ1と、ドップラ周波数△f2であるドップラ信号の位相φ2とを、受信信号Srから検出して、次の式(3)の演算を行うことで、2周波CWレーダ1と測定対象物2との間の距離Lを求めることができる。
【0033】
L = c * (φ1 − φ2) / 4π * (f1 − f2) ・・・(3)
【0034】
このような一連の処理により行われる測定が、2周波CW方式による測定である。
【0035】
図1の従来の2周波CWレーダ1は、このような2周波CW方式による測定を行うべく、
発振部11乃至FFT方式演算部24を含むように構成されている。
【0036】
発振部11は、FFT方式演算部24の制御に基づいて、周波数f1のCWと周波数f2のCWとを交互に切り替えて発振する。即ち、周波数f1,f2を有する2周波CWが発振部11から出力され、増幅部12に提供される。
【0037】
増幅部12は、この2周波CWに対して増幅処理等の各種処理を適宜施して、分岐部13に提供する。
【0038】
分岐部13は、増幅部12からの2周波CW、即ち、周波数f1,f2を有する2周波CWを、増幅部14と混合部18とのそれぞれに提供する。
【0039】
増幅部14は、分岐部13からの2周波CW、即ち、周波数f1,f2を有する2周波CWを、増幅処理等の各種処理を適宜施し、その結果得られる信号を出力信号としてアンテナ部15に提供する。この増幅部14の出力信号が送信信号Ssとして、電波の形態でアンテナ部15から出力される。
【0040】
なお、2周波CWは、必要に応じて、所定の変調方式により変調された上で、送信信号Ssとして、アンテナ部15から出力される。この変調処理は、例えば増幅部14において実行されるとする。
【0041】
送信信号Ssは測定対象物2で反射し、その反射信号が受信信号Srとしてアンテナ部16に受信される。
【0042】
なお、図1の例では、送信用のアンテナ部15と受信用のアンテナ部16とが別個に設けられているが、送信用と受信用とを併用する1つのアンテナ部を設けるようにしてもよい。
【0043】
増幅部17は、アンテナ部16に受信された受信信号Srに対して、増幅処理等の各種処理を適宜施し、その結果得られる2周波CWを出力信号として混合部18に提供する。なお、増幅部14が変調処理を実行している場合には、増幅部17は、さらに、上述した2周波CWを得るために、その変調処理に対応する復調処理を実行する。
【0044】
この増幅部17から出力される2周波CW、即ち、受信信号Srから得られた2周波CWは、上述したように、周波数f1+△f1と、周波数f2+△f2とを有する。即ち、増幅部17からは、あたかも、周波数f1+△f1のCWと、周波数f2+△f2のCWとが時分割で交互に切り替えられて順次出力されることになる。
【0045】
混合部18は、この増幅部17から出力される2周波CW(周波数f1+△f1,f2+△f2を有する2周波CW)と、分岐部13から出力される2周波CW(周波数f1,f2を有する2周波CW)とを混合し、その結果得られる混合信号Smix、具体的には例えば図2に示される波形を有する混合信号Smixを、スイッチ部20に出力する。
【0046】
スイッチ部20は、切り替えタイミング部19の制御に基づいて、その出力先を、増幅部21−1と増幅部21−2とのうちの一方から他方へ切り替える。即ち、切り替えタイミング部19は、FFT方式演算部24による発振部11の発振周波数f1,f2の切り替えタイミングを監視し、周波数がf2からf1に切り替えられるタイミングで、スイッチ部20の出力先を増幅部21−1側に切り替え、また、周波数がf1からf2に切り替えられるタイミングで、スイッチ部20の出力先を増幅部21−2側に切り替える。
【0047】
即ち、混合信号Smixのうちの、発振部11が周波数f1のCWを発振している間に混合部18から出力された信号は、スイッチ部20を介して増幅部21−1に提供されて増幅処理等の各種処理が適宜施され、さらに、ローパスフィルタ部22−1により高域成分(ノイズ等)が除去された上で、信号S△f1としてA/D変換部23に提供される。この信号S△f1が、ドップラ周波数△f1を有するドップラ信号である。
【0048】
一方、混合信号Smixのうちの、発振部11が周波数f2のCWを発振している間に混合部18から出力された信号は、スイッチ部20を介して増幅部21−2に提供されて増幅処理等の各種処理が適宜施され、さらに、ローパスフィルタ部22−2により高域成分(ノイズ等)が除去された上で、信号S△f2としてA/D変換部23に提供される。この信号S△f2が、ドップラ周波数△f2を有するドップラ信号である。
【0049】
即ち、図2に示されるように、混合部18から出力された混合信号Smixは、切り替えタイミング部19乃至ローパスフィルタ部22−2により、ドップラ周波数△f1を有するドップラ信号S△f1と、ドップラ周波数△f2を有するドップラ信号S△f2とのそれぞれに分離されて、A/D変換部23にそれぞれ提供される。
【0050】
A/D変換部23は、ドップラ周波数△f1を有するドップラ信号S△f1と、ドップラ周波数△f2を有するドップラ信号S△f2とのそれぞれに対して、A/D変換(Analog to Digital変換)処理を施し、その結果得られるデジタルのドップラ信号S△f1とドップラ信号S△f2とのそれぞれをFFT方式演算部24に提供する。
【0051】
FFT方式演算部24は、2周波CWレーダ1全体の制御、例えば上述したように、発振部11が発振するCWの周波数をf1とf2のうちの一方から他方へ切り替える制御等を行う。
【0052】
また、FFT方式演算部24は、A/D変換部23からデジタルデータの形態で順次提供されてくるドップラ信号S△f1,S△f2とから、ドップラ周波数△f1,△f2の検出や、それらの位相差φ1−φ2の検出を行う。そして、FFT方式演算部24は、それらの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、測定対象物2の相対速度vや、2周波CWレーダ1と測定対象物2との間の距離Lを求めて、外部に出力する。
【0053】
このように、FFT方式演算部24は、ドップラ周波数△f1,△f2の検出や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う必要がある。
【0054】
この検出方式としては、従来、ドップラ信号S△f1,S△f2に対して周波数解析処理、例えばFFT(Fast Fourier Transform)解析処理(以下、単にFFTと称する)を施すことで、ドップラ周波数△f1,△f2の検出や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う方式が広く利用されており、FFT方式演算部24にも適用されていた。以下、かかる方式を、FFT方式と称する。
【0055】
即ち、従来のFFT方式演算部24は、このようなFFT方式を利用した処理として、図3に示されるような一連の処理を実行することで、測定対象物2の相対速度vや、2周波CWレーダ1と測定対象物2との間の距離Lを求めて、外部に出力していた。
【0056】
詳細には、ステップSafにおいて、FFT方式演算部24は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2の波形を取得する。
【0057】
ステップSbfにおいて、FFT方式演算部24は、ステップSafの処理で取得した各波形を利用して、FFT方式によるドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う。
【0058】
ステップScfにおいて、FFT方式演算部24は、ステップSbfの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、距離Lや相対速度vを算出する。
【0059】
ここで、従来の2周波CWレーダ1をACCシステムやプリクラッシュシステムに搭載させる場合等について考える。この場合、上述したように、他車が高速であればある程短時間で自車に接近してくるので、その性質上、高速で近づいてくる他車の距離測定については、その精度を維持しつつも高速応答であることが要求される。
【0060】
しかしながら、上述したように、従来の2周波CWレーダ1では、かかる要望に応えられる程には応答速度が十分でない、という問題点がある。この問題点のため、上述した要望に十分に応えられない状況である。この問題点の発生要因は、次の通りである。
【0061】
上述したように、従来の2周波CWレーダ1は、FFT方式を利用していた。このFFT方式では、一般的に演算対象となる信号の最大周波数(ここではドップラ周波数△f1,△f2)の波が、10波分に相当する時間の信号サンプリングが少なくとも必要であるといわれており、これ以下の時間では演算精度の低下が生じる。すなわち、FFT方式の応答速度は、このサンプリング時間と、ドップラ周波数△f1,△f2や位相差φ1−φ2の検出に要する時間(いわゆる演算時間)との加算時間であることを考慮すると、サンプリング時間によって制約を受けることが容易にわかる。このような制約を受けるFFT方式では、サンプリング時間を確保する必要がある以上、必要な距離精度を維持しつつ応答速度を上げることは困難である。これが、上述した問題点の発生要因である。
【0062】
そこで、本発明人は、かかる問題点を解決すべく、次のような手法を発明した。
【0063】
即ち、FFT方式を利用して距離Lや相対速度vを算出するのと並行して、後述するタイムインターバル方式を利用して距離Lや相対速度vを算出する、という手法を本発明人は発明した。以下、かかる手法を、並行距離演算手法と称する。
【0064】
図4は、かかる本発明の並行距離演算手法が適用された測定装置の一実施の形態を示している。
【0065】
図4において、図1と対応する箇所については、対応する符号を付してあり、それらの説明は適宜省略する。
【0066】
図4の例の測定装置は、2周波CWレーダ25として構成されている。
【0067】
2周波CWレーダ25は、その名称の如く、2周波CW方式による測定を行うことができる。
【0068】
図4の例の2周波CWレーダ25は、従来と同様の発振部11乃至A/D変換部23を含み、従来のFFT方式演算部24の代わりに、本発明の並行距離演算手法が適用された演算制御部26を含むように構成されている。
【0069】
図4の例の演算制御部26は、2周波CWレーダ25全体の制御、例えば従来のFFT方式演算部24と同様に、発振部11が発振するCWの周波数をf1とf2のうちの一方から他方へ切り替える制御等を行う。
【0070】
ただし、次の点が、従来のFFT方式演算部24とは異なる。即ち、図4の例の演算制御部26は、FFT方式を利用して距離Lや相対速度vを算出するのみならず、そのFFT方式の算出処理と並行して、後述するタイムインターバル方式を利用して距離Lや相対速度vも算出することができる。
【0071】
ここで、タイムインターバル方式について、説明する。
【0072】
タイムインターバル方式とは、ドップラ信号S△f1,S△f2の立ち上がり時間と立ち下がり時間を観察することで、ドップラ周波数△f1,△f2の検出や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う方式をいう。
【0073】
なお、ここでいう立ち上がり時間や立ち下り時間とは、信号電圧が変化するのに要する時間を意味するのではない。即ち、ドップラ信号S△f1,S△f2の波形が所定電圧値(例えば0V)を横切るタイミング(時刻)のうち、電圧値の変化状態が所定電圧値を境に上昇している状態のタイミングを、立ち上がり時間と称し、所定電圧値(例えば0V)を横切るタイミング(時刻)のうち、電圧値の変化状態が所定電圧値を境に下降している状態のタイミングを、立ち下り時間と称している。
【0074】
また、立ち上がり時間や立ち下り時間(位置)を正確に観察するため、ドップラ信号S△f1,S△f2自体を利用するのではなく、それをさらに増幅させた信号、例えば、図5のステップSbi内に描画されているように、パルス信号SD△f1,SD△f2等を利用すると好適である。
【0075】
図6の例では、パルス信号SD△f1,SD△f2の立ち上がりの時間差から位相差φ1−φ2が検出され、パルス信号SD△f1,SD△f2の各立ち上がりの繰り返し時間からドップラ周波数△f1,△f2が検出される。
【0076】
なお、ドップラ周波数△f1,△f2は、図5の例では説明を容易なものとするため、パルス信号SD△f1,SD△f2の各立ち上がりの繰り返し時間から検出されるとしたが、パルス信号SD△f1,SD△f2の各立ち上がりと次の各立ち下がりとの間の時間、または、パルス信号SD△f1,SD△f2の各立ち下がりと次の各立ち上がりとの間の時間から検出されるようにしてもよい。
【0077】
また、図5の例では、タイムインターバル方式の理解を容易なものとするため、ドップラ信号S△f1,S△f2の増幅信号の一例として、パルス信号SD△f1,SD△f2が利用されているが、上述したように、増幅の趣旨は、各立ち上がり時間や立ち下り時間の計測の精度向上のためであり、タイムインターバル方式にパルス信号を利用することは必須ではない。
【0078】
例えば、図6に示されるように、ドップラ信号S△f1,S△f2それ自体またはその増幅信号が利用されてもよい。
【0079】
この場合、図6に示されるように、ドップラ信号S△f1,S△f2(増幅後の信号含む)の両信号が所定電圧値を横切る時間差、即ち、立ち上がりの時間差から位相差φ1−φ2が検出される。また、ドップラ信号S△f1,S△f2(増幅後の信号含む)のそれぞれが所定電圧値を横切る各時間間隔、即ち、各立ち上がりの繰り返し時間からドップラ周波数△f1,△f2が検出される。
【0080】
以下、図3を用いたFFT方式の説明と比較できるように、図5を参照して、タイムインターバル方式について再度説明する。
【0081】
図5のステップSaiにおいて、演算制御部26は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2の波形を取得する。
【0082】
なお、実際には、後述する図9に示されるように、ステップSaiで取得される波形は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2そのものの波形ではなく、ハイパスフィルタ処理後の波形である。ただし、ここでは、図3のFFT方式との比較を容易にすべく、ステップSaiで取得される波形は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2であると仮定して、以下話を進める。
【0083】
図5や図6のステップSbiにおいて、演算制御部26は、ステップSaiの処理で取得した各波形を利用して、タイムインターバル方式によるドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う。
【0084】
図5のステップSciにおいて、演算制御部26は、ステップSbiの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、距離Lや相対速度vを算出する。
【0085】
図3と図5とを比較するに、両方式の相違点は基本的に、図3のステップSbfと図5のステップSbiにおける位相差φ1−φ2等の検出処理が異なる点だけである。ところが、図3のステップSbfでは、上述したように、この検出処理のためには、FFTを行うためのデータの採取時間、即ち、サンプリング時間が必要になり、その分だけ処理時間が必要となる。これに対して、図5のステップSbiでは、検出対象のドップラ信号S△f1,S△f2(増幅後の信号含む)が所定電圧値を横切る時間さえ正確に測定できればよいため、データの採取時間、即ち、サンプリング時間は不要であり、その分だけ、図3のステップSbfよりも短時間で処理が終了する。その結果、距離算出までの全体の応答速度としては、タイムインターバル方式の方が、FFT方式よりも高速であることがわかる。
【0086】
従って、測定対象物2の距離測定については、FFT方式と、タイムインターバル方式との両者を効果的に利用することで、即ち、本発明の並行距離演算手法を適用することで、上述した問題点を解決できるようになる。
【0087】
ただし、タイムインターバル方式は、単一周波数が支配的な信号にしか用いることができないため、2周波CWレーダ25に適用する場合には、それぞれ異なる相対速度vの測定対象物2が複数存在するときには原則として用いることができない、という点について留意すべきである。
【0088】
例えば、図7に示されるように、自車31の前方に2周波CWレーダ25が搭載されており、その自車31の前方には、他車としての測定対象物2a,2bが存在したとする。この場合には、受信信号Srは、測定対象物2aでの反射信号Sraと、測定対象物2bでの反射信号Srbとの合成信号となる。
【0089】
ここで例えば、測定対象物2aの相対速度vaが,測定対象物2bの相対速度vbよりも低速であるする。この場合には、図8の左方に示されるように、測定対象物2aでの反射信号Sraについてのドップラ信号S△faのドップラ周波数△fa(実際には2周波のドップラ周波数△fa1,△fa2が存在するが、説明の簡略上1つにまとめて表現する)は、測定対象物2bでの反射信号Srbについてのドップラ信号S△fbのドップラ周波数△fb(実際には2周波のドップラ周波数△fb1,△fb2が存在するが、説明の簡略上1つにまとめて表現する)と比較して低周波となる。
【0090】
従って、図7の状態の場合には、測定対象物2aでの反射信号Sraと、測定対象物2bでの反射信号Srbとの合成信号である受信信号Srが2周波CWレーダ25で受信され、その受信信号Srから抽出されるドップラ信号S△f(実際には2周波のドップラ周波数△f1,△f2が存在するが、説明の簡略上1つにまとめて表現する)は、図8の右方に示されるような波形の信号となってしまう。即ち、図8の左方に示されるドップラ信号S△fa,S△fbの合成信号が、ドップラ信号S△fとなる。
【0091】
このような波形のドップラ信号S△fが、上述した図5のステップSaiで取得された場合には、図5または図6のステップSbiの検出結果、即ち、タイムインターバル方式によるドップラ周波数△f1,△f2と位相差φ1−φ2は、測定対象物2a,2bのいずれについてのものではなく全く関係の無い値となってしまう。即ち、そのようなドップラ周波数△f1,△f2や位相差φ1−φ2から算出される相対速度vや距離Lは、測定対象物2a,2bの何れのものでもない。
【0092】
このように、タイムインターバル方式は、2周波CWレーダ25に適用する場合には、それぞれ相対速度vが異なる測定対象物2が複数存在するときには原則として用いることができない点に留意すべきである。
【0093】
そこで、本発明人は、並行距離演算手法の適用の際、それぞれ相対速度vが異なる測定対象物2が複数存在する場合であっても、タイムインターバル方式を効果的に用いることができるように、次のような手法を発明した。
【0094】
即ち、ドップラ信号S△f1,S△f2そのものではなく、ドップラ信号S△f1,S△f2に対してハイパスフィルタ処理を施すことによって得られた各信号を、タイムインターバルに利用する、という手法を本発明人は発明した。以下、かかる手法をハイパスフィルタ手法と称する。
【0095】
以下、ハイパスフィルタ手法についてさらに詳しく説明する。
【0096】
例えば、2周波CWレーダ25がACCシステムやプリクラッシュシステムに搭載される場合等において要求されることは、高速で接近してくる他車(測定対象物2)をいち早く検出すること、即ち、高速で接近してくる測定対象物2の距離測定を高速に行うことである。FFT方式では高速応答が望めず、かかる要求に応えることができない。そこで、かかる要求に応えることを目的の1つとして、並行距離演算手法を適用することとした、即ち、FFT方式と並行して、高速応答が望めるタイムインターバル方式を利用するようにしたものである。
【0097】
従って、かかる目的で並行距離演算手法を適用する場合に限っては、基本的に、高速で接近してくる測定対象物2の距離測定に対してのみ、タイムインターバル方式を利用すればよいことになる。低速で接近してくる測定対象物2の距離測定については、FFT方式で十分に対応できるからである。
【0098】
ここで、ドップラ信号S△f1,S△f2の各ドップラ周波数△f1,△f2は、上述した式(1),(2)から明らかなように、測定対象物2の相対速度vに比例する。従って、測定対象物2の相対速度vが速くなるほど、ドップラ周波数△f1,△f2は高くなる。
【0099】
また、図8の例から明らかなように、測定対象物2が複数存在する場合には、複数の測定対象物2での各反射信号の合成信号が、受信信号Srになる。即ち、受信信号Srについてのドップラ信号S△f(S△f1,S△f2をまとめたもの)とは、複数の測定対象物2での各反射信号についての各ドップラ信号(それぞれの相対速度vに応じたドップラ周波数をそれぞれ有する各ドップラ信号)の合成信号である。
【0100】
従って、このような受信信号Srについてのドップラ信号S△fに対してハイパスフィルタ処理を施すことで、複数の測定対象物2での各反射信号についての各ドップラ信号のうちの、ハイパスフィルタのカットオフ周波数よりも高周波のドップラ信号、即ち、相対速度vが所定値である高速の測定対象物2についてのドップラ信号のみを抽出することができる。
【0101】
具体的には例えば、図9に示されるように、2周波CWレーダ25(図9では図示せず)が搭載された自車31が絶対速度V1で移動しており、その前方には、自車31と同方向に絶対速度V2で移動している他車42と、自車31と逆方向に絶対速度V3で移動している他車43と、絶対速度V4=0である(停止している)電柱44とが存在するとする。ここで、絶対速度とは、地上を座標系とした場合の速度をいう。
【0102】
この場合、自車31に接近してくる方向、即ち、自車31の移動方向と逆方向を正とすると、自車31に対する各相対速度vは次の通りとなる。即ち、他車42の相対速度v2は、−V2−(−V1)であり、電柱44の相対速度v4は、−V4―(―V1)=V1であり、測定対象物2の相対速度v3は、V3−(−V1)=V3+V1である。従って、絶対速度V2と絶対速度V1とがほぼ等しいとすれば、自車31に高速で近づいてきている順番は、高速の順に、相対速度v3の他車43、相対速度v4の電柱44、相対速度v2の他車41といった順番となる。
【0103】
従って、図9の例では、衝突の可能性が高い対象物として相対速度vが一番高い他車43の距離を、タイムインターバル方式で算出するものとする。
【0104】
しかしながら、自車31に搭載された2周波CWレーダ25の受信信号Srは、他車43の反射信号SrHのみならず、電柱44の反射信号SrMと、他車42の反射信号SrLとが合成された合成信号である。従って、受信信号Srについてのドップラ信号S△fをそのままタイムインターバル方式を利用しても、他車43の距離Lは正確に測定できない。
【0105】
そこで、各ドップラ周波数が相対速度vに応じて高くなることに考慮して、即ち、他車43、電柱44、他車41の順にドップラ周波数が高くなることを考慮して、受信信号Srについてのドップラ信号S△fに対して、電柱44のドップラ周波数よりも高いカットオフ周波数を用いて、ハイパスフィルタ処理を施せば、相対速度v3の他車43での反射信号SrHについてのドップラ信号のみを抽出することができる。そして、このようにして抽出されたドップラ信号をタイムインターバル方式に用いることにより、タイムインターバル方式にとっての測定対象物2が他車43のみとなったことと等価となり、他車43の距離Lが正確に算出されるようになるのである。
【0106】
ただし、ハイパスフィルタのカットオフ周波数よりも高いドップラ周波数を有する測定対象物2が複数存在する場合、即ち、2周波CWレーダ25から見て高速移動している測定対象物2が複数存在する場合には、ハイパスフィルタ処理により抽出されたドップラ信号であっても、それらの複数の測定対象物の各ドップラ信号が依然として混合されているので、タイムインターバル方式を利用することができない。
【0107】
そこで、このような課題を解決するための実施態様としては、例えば、FFT方式の検出結果のうちの、複数の測定対象物2についてのそれぞれのドップラ周波数の中に、ハイパスフィルタのカットオフ周波数よりも高いドップラ周波数が幾つ含まれているのか等に基づいて、高速移動している測定対象物2の数を判定し、判定された数が1つの場合にのみタイムインターバル方式を利用する、という手法を採用すればよい。かかる手法も、本発明人により発明された手法であって、以下、高速移動体数判定手法と称する。
【0108】
或いはまた、例えば、ハイパスフィルタのカットオフ周波数が動的に変更できるようにして、FFT方式の検出結果から、複数の測定対象物2についてのそれぞれのドップラ周波数を取得して、これらのうちの最高のドップラ周波数と2番目に高いドップラ周波数との間の周波数帯域でカットオフ周波数を設定する、という手法を採用することができる。かかる手法も、本発明人により発明された手法であって、以下、カットオフ可変手法と称する。このカットオフ可変手法によって設定されたカットオフ周波数にて、上述したハイパスフィルタ処理が施されると、最高のドップラ周波数のドップラ信号、即ち、相対速度vが最高速度の測定対象物2についてのドップラ信号のみが抽出され、その相対速度vが最高速度の測定対象物2の距離Lが正確に算出されるようになるのである。
【0109】
このように、並行距離演算手法を採用し、FFT方式による算出結果のみならず、高速応答が可能なタイムインターバル方式による算出結果も効果的に使用することで、測定対象物2が高速で近づいてきたときでも、精度を維持しつつも高速応答の距離測定ができるようになる。
【0110】
また、さらに精度を高めたい場合には、上述したハイパスフィルタ手法を採用すればよく、さらには、高速移動体数判定手法やカットオフ可変手法も組み合わせると好適である。
【0111】
次に、図4の2周波CWレーダ25の動作例について説明する。
【0112】
ただし、発振部11乃至A/D変換部23までが実行する動作については、従来の動作と基本的に同様であり、また、上述した発振部11乃至A/D変換部23の構成の説明を参照することで容易に理解可能であるため、ここではその説明については省略する。
【0113】
そこで、以下、図10を参照して、2周波CWレーダ25のうちの演算制御部26の動作(処理)例について説明する。
【0114】
ただし、図10は、上述した並行距離演算手法、ハイパスフィルタ手法、および高速移動体数判定手法を組み合せた手法が演算制御部26に適用されている場合の処理例を示している。
【0115】
ステップSafにおいて、演算制御部26は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2の波形を取得する。
【0116】
なお、図10のステップSafのブロック内には、図8のドップラ信号S△f(S△f1,S△f2をまとめたもの)が描画されている。
【0117】
ステップSbfにおいて、演算制御部26は、ステップSafの処理で取得した各波形を利用して、FFT方式によるドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う。
【0118】
即ち、ここまでの処理は、図3を用いて説明した通りである。
【0119】
これらのステップSaf,Sbfの処理と並行して、ステップShにおいて、演算制御部26は、ステップSafの処理で取得した各波形、即ち、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2に対してハイパスフィルタ処理を施す。これにより、カットオフ周波数を超えたドップラ周波数を有するドップラ信号が抽出されることになる。
【0120】
そして、ステップSaiにおいて、演算制御部26は、ステップShのハイパスフィルタ処理によって抽出された各ドップラ信号の波形を取得する。
【0121】
なお、図10のステップSaiのブロック内には、図8の左方のドップラ信号S△fbが描画されている。これは、ステップSafのブロック内にも描画されている図8の右方のドップラ信号S△fとは、図8の左方のドップラ信号S△fa,S△fbの合成信号であるので、そのドップラ信号S△fに対してハイパスフィルタ処理を施せば、高周波数のドップラ周波数△fbを有するドップラ信号S△fbのみが抽出される、ということを明示的に描画したものである。
【0122】
ステップSbiにおいて、演算制御部26は、ステップSaiの処理で取得した各波形を利用して、タイムインターバル方式によるドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う。
【0123】
このように、図10の例では、ハイパスフィルタ手法に対応する処理がステップShの処理とされており、それゆえ、ステップSaiの処理で取得される波形は、図5の場合と異なり、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2そのものではなく、それに対してハイパスフィルタ処理が施された結果得られる信号、即ち、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を超えたドップラ周波数を有する各ドップラ信号の波形となる。
【0124】
ステップScfiにおいて、演算制御部26は、ステップSbfの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、FFT方式による距離Lや相対速度vを算出する。また、演算制御部26は、ステップSbiの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、タイムインターバル方式による距離Lや相対速度vを算出する。そして、演算制御部26は、FFT方式による算出結果とタイムインターバル方式による算出結果とに基づいて、統合的な距離Lと相対速度vとを算出し、外部に出力する。
【0125】
ここで、統合的な距離Lと相対速度vとの算出手法は、特に限定されない。
【0126】
例えば、FFT方式による算出結果とタイムインターバル方式による算出結果とのうちの何れか一方を所定の規則に従って選抜し、選抜した算出結果を統合的な距離Lと相対速度vとする、といった算出手法を採用できる。
【0127】
また例えば、タイムインターバル方式による演算結果をFFT方式による演算結果の補完用途に用いて、その補完後の演算結果を統合的な距離Lと相対速度vとする、といった算出手法を採用できる。
【0128】
また例えば、タイムインターバル方式による演算結果とFFT方式による演算結果との両者を利用した所定の演算を行い、その演算結果を統合的な距離Lと相対速度vとする、といった算出手法を採用できる。
【0129】
ここで、ステップSbfの処理では、FFT方式が採用されているので、それぞれ異なる相対速度vの複数の測定対象物2が存在する場合には、複数の測定対象物2のそれぞれについて、ドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2が個々に検出されることになる。
【0130】
そこで、ステップSgにおいて、演算制御部26は、ステップSbfの検出結果、即ち、FFT方式による検出結果を利用して、ステップShで用いられるハイパスフィルタのカットオフ周波数よりも高いドップラ周波数が幾つ含まれているのか等に基づいて、高速移動している測定対象物2の数を判定する。
【0131】
このステップSgの処理によって、高速移動している測定対象物2が1つのみであると判定された場合には、タイムインターバル方式が利用できるので、ステップSbiの検出結果により演算された距離Lや相対速度v、即ち、タイムインターバル方式による算出結果を含めて、ステップScfiにおける統合的な距離Lと相対速度vの算出処理を行うことができる。
【0132】
これに対して、このステップSgの処理によって、高速移動している測定対象物2が複数であると判定された場合には、タイムインターバル方式は利用できないので、ステップSbiの検出結果、即ち、タイムインターバル方式の検出結果は含めずに、ステップScfiにおける統合的な距離Lと相対速度vの算出処理を行う必要がある。
【0133】
換言すると、この場合には、ステップSbfの検出結果により演算された距離Lと相対速度v、即ち、FFT方式による算出結果が、統合的な距離Lと相対速度vとして外部に出力される。
【0134】
このことを考慮すると、このステップSgの処理によって、高速移動している測定対象物2が複数であると判定された場合には、ステップSbiの処理自体を禁止するようにしてもよい。
【0135】
また、図示はしないが、高速移動体数判定手法の代わりに、カットオフ可変手法を採用する場合には、ステップSgの処理の代わりに、カットオフ可変手法に対応する処理を設ければよい。この場合、かかる処理の結果、即ち、設定すべきカットオフ周波数を示す情報等は、ステップShの処理に利用されることになる。
【0136】
また、本発明の並行距離演算手法の適用先は、2周波CWレーダ25に限定されないが、その他の適用先については後述する。また、その他の適用先を説明する際にあわせて、より一般化したタイムインターバル方式の定義について説明する。
【0137】
図11は、図10の例の処理を実行可能な演算制御部26の詳細な機能的構成例を示す機能ブロック図である。
【0138】
即ち、図11における各機能ブロックは、演算制御部26が有する機能のうちの、図10の例の処理を実現するための所定機能を有する機能ブロックである。換言すると、演算制御部26が有するその他の機能、例えば、発振部11が発振するCWの周波数をf1とf2のうちの一方から他方へ切り替える制御を行う機能ブロックについては、図11には描画されていない。
【0139】
図11における各機能ブロックは、ハードウエア単体で構成してもよいし、ソフトウエア単体で構成してもよいし、或いはそれらの組合せで構成してもよい。また、複数の機能ブロックを1つの機能ブロックにまとめても構わないし、或いは、1つの機能ブロックをさらに小単位の機能ブロックに分割してもよい。換言すると、図11における各機能ブロックは、必ずしも演算制御部26内に設ける必要は無く、2周波CWレーダ25内であれば、演算制御部26の外部に設けるようにしてもよい。
【0140】
図11の例では、演算制御部26は、FFT方式演算部51乃至演算結果出力部55を含むように構成されている。
【0141】
FFT方式演算部51は、A/D変換部23から提供された信号波形を用いて、FFT方式による距離Lおよび相対速度vの算出を行い、その算出結果を演算結果統合部54に提供する。即ち、FFT方式演算部51は、図10のステップSaf,Sbfの処理、ステップScfiの処理の一部の実行時に動作する。
【0142】
ハイパスフィルタ部52は、A/D変換部23から提供された信号波形に対してハイパスフィルタ処理を施し、その結果得られる信号波形をタイムインターバル方式演算部53に提供する。即ち、ハイパスフィルタ部52は、図10のステップShの処理実行時に動作する。
【0143】
タイムインターバル方式演算部53は、ハイパスフィルタ部52から提供された信号波形、即ち、ハイパスフィルタ処理後の信号波形を用いて、タイムインターバル方式による距離Lおよび相対速度vの算出を行い、その算出結果を演算結果統合部54に提供する。即ち、タイムインターバル方式演算部53は、図10のステップSai,Sbiの処理,ステップScfiの一部の処理実行時に動作する。
【0144】
なお、タイムインターバル方式演算部53は、演算結果統合部54から演算実施の禁止が通知された場合、その動作を停止することもある。即ち、ステップSgの処理が後述する演算結果統合部54により実行され、高速移動している測定対象物2が複数存在すると判定され、その旨の通知がなされた場合、タイムインターバル方式による距離Lおよび相対速度vの算出は行われない。
【0145】
演算結果統合部54は、FFT方式演算部51による演算結果(距離Lおよび相対速度v)と、タイムインターバル方式演算部53による演算結果(距離Lおよび相対速度v)とに基づいて、統合的な距離Lと相対速度vとを算出し、演算結果出力部55に提供する。演算結果出力部55は、演算結果統合部54から提供された統合的な距離Lと相対速度vとを出力する。即ち、演算結果統合部54と演算結果出力部55は、図10のステップScfiの一部の処理実行時に動作する。
【0146】
また、演算結果統合部54は、高速移動している測定対象物2の数を判定する処理、即ち、図10のステップSgの処理も実行する。
【0147】
以上、本発明の並行距離演算手法が適用された測定装置の一例として、2周波CWレーダ25について説明した。ただし、本発明の並行距離演算手法は、図4の構成の2周波CWレーダ25のみならず、様々な構成の装置やシステムに適用可能である。なお、ここに、システムとは、複数の処理装置や処理部により構成される装置全体を表すものである。
【0148】
例えば、図12は、本発明の並行距離演算手法が適用された測定装置の一例であって、図4の2周波CWレーダ25とは異なる構成の測定装置の構成例を示している。即ち、図12の例の測定装置は、2周波CWレーダ100として構成されている。
【0149】
なお、図12の2周波CWレーダ100において、図4の2周波CWレーダ25と対応する箇所には対応する符号を付しており、これらの箇所の説明については適宜省略する。
【0150】
図12の2周波CWレーダ100のうちの、発振部11乃至A/D変換部23までの構成については、図4の2周波CWレーダ25と同様である。
【0151】
図12の2周波CWレーダ100の演算制御部124は、図4の演算制御部26と基本的に同様の機能を有している。即ち、演算制御部124は、2周波CWレーダ100全体の制御、例えば、発振部11が発振するCWの周波数をf1とf2のうちの一方から他方へ切り替える制御等を行う。
【0152】
ただし、図12の例では、図11の例との比較を容易にすべく、図10の例の処理を実現するために必要な機能ブロックのみが図示されている。即ち、図12における各機能ブロックは、演算制御部124が有する機能のうちの、図10の例の処理を実現するための所定機能を有する機能ブロックである。
【0153】
図12における各機能ブロックも、図11におけるものと同様に、ハードウエア単体で構成してもよいし、ソフトウエア単体で構成してもよいし、或いはそれらの組合せで構成してもよい。また、複数の機能ブロックを1つの機能ブロックにまとめても構わないし、或いは、1つの機能ブロックをさらに小単位の機能ブロックに分割してもよい。換言すると、図12における各機能ブロックは、必ずしも演算制御部124内に設ける必要は無く、2周波CWレーダ100内であれば、演算制御部124の外部に設けるようにしてもよい。例えば、演算制御部124をマイクロコンピュータ等で構成するような場合には、後述するハイパスフィルタ部131−1,131−2や増幅部132―1,132−2等についてはマイクロコンピュータ等とは別に、即ち、演算制御部124の外部に設けてもよい。
【0154】
図12の2周波CWレーダ100の演算制御部124のうちの、FFT方式演算部51乃至演算結果出力部55(ハイパスフィルタ部52除く)は、図4の2周波CWレーダ1の演算制御部26についての図11の各構成要素と基本的に同様である。
【0155】
ただし、図11のタイムインターバル方式演算部53には、A/D変換部23からのデジタル信号波形に対してハイパスフィルタ部52によってハイパスフィルタ処理が施された結果得られる信号波形が入力されていた。
【0156】
これに対して、図12の例のタイムインターバル方式演算部53には、A/D変換部23からのデジタル信号波形ではなく、増幅部21−1,21−2からのアナログのドップラ信号S△f1,S△f2に対してハイパスフィルタ処理が施され、その結果得られるアナログのドップラ信号がさらにデジタル化され、そのデジタル信号波形が入力される。
【0157】
このため、図12の演算制御部124には、アナログ回路としてのハイパスフィルタ部131−1,131−2,増幅部132−1,132−2、およびデジタル入力部133が設けられている。
【0158】
ハイパスフィルタ部131−1,131−2のそれぞれは、増幅部21−1,21−2からのアナログのドップラ信号S△f1,S△f2のそれぞれに対してハイパスフィルタ処理を施す。
【0159】
増幅部132−1,132−2のそれぞれは、ハイパスフィルタ部131−1,131−2の各出力信号、即ち、アナログのハイパスフィルタ処理後のドップラ信号S△f1,S△f2を大きな増幅率で増幅させ、飽和させることで、それぞれパルス信号(例えば図5のパルス信号SD△f1,SD△f2)を生成して、デジタル入力部133を介して、タイムインターバル方式演算部53に入力させる。
【0160】
なお、図4の例と対応させるため、デジタル入力部133からタイムインターバル方式演算部53に入力される信号は、パルス信号(例えば図5のパルス信号SD△f1,SD△f2)そのものであると説明した。即ち、この説明の場合、タイムインターバル方式演算部53が、このパルス信号から立ち上がり時間や立ち下り時間を計測することになる。ただし、デジタル入力部133が、このパルス信号から立ち上がり時間や立ち下り時間を計測し、その計測結果をタイムインターバル方式演算部53に提供するようにしてもよい。
【0161】
また、ドップラ信号S△f1,S△f2については、その立ち上がり時間や立ち下り時間を明確にすることを目的として、即ち、図6でいう所定電圧値であって、例えば0Vを横切る時間を明確にすることを目的として、増幅されてパルス信号化される。従って、この目的を達成できるのであれば、図4や図12の構成例に特に限定されず、例えば、増幅部132−1,132−2の代わりにコンパレータ等を採用して、パルス信号化させるようにしてもよい。
【0162】
さらにまた、本発明の並行距離演算手法は、2周波CW方式のみならず、その他の方式、例えばCW方式や、FMCW方式の測定装置にも採用可能である。
【0163】
より一般的にいえば例えば、本発明の距離切替手法は、所定の周波数にて送信された送信信号とその送信信号が対象物から反射された反射信号とから生成される混合信号を利用して、対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を測定する測定装置に適用可能である。
【0164】
例えば、そのような測定装置のうちの、本発明の並行距離演算手法は、第1の周波数の送信信号の測定対象物での反射信号についての第1のドップラ信号と、第2の周波数の送信信号の測定対象物での反射信号についての第2のドップラ信号との位相差を利用して、対象物との間の距離を測定する測定装置にも本発明の距離切替手法が適用可能である。
【0165】
そして、かかる測定装置は、その距離測定に必要な位相差を検出する方式として、タイムインターバル方式と、FFT方式とを少なくとも利用できるとする。ここでいう「別方式」とは、当然ながら上述したFFT方式も含むが、FFT方式に限定されないことを意味する。ただし、高速移動体数判定手法やカットオフ可変手法も組み合わせて適用する場合には、「別方式」はFFT方式であると好適である。
【0166】
この場合、並行距離演算手法とは次のような手法となる。即ち、上述した測定装置が、FFT方式等の「別方式」を利用して位相差を検出して、その位相差を用いて距離を算出するのと並行して、タイムインターバル方式を利用して位相差を検出して、その位相差を用いて距離を算出する、という手法が、一般化された並行距離演算手法である。
【0167】
ここで、一般化された並行距離演算手法に適するように、タイムインターバル方式を表現しなおすと、次のようになる。即ち、第1のドップラ信号に基づく第1の信号と、第2のドップラ信号に基づく第2の信号との両信号が所定電圧値を横切る時間差、即ち、上述した立ち上がりの時間差に基づいて、第1のドップラ信号と第2のドップラ信号との位相差を検出し、また、第1の信号と第2の信号のそれぞれが所定電圧値を横切る各時間間隔、即ち、上述した各立ち上がりの繰り返し時間に基づいて、第1のドップラ信号と第2のドップラ信号とのそれぞれのドップラ周波数を検出する、という方式がタイムインターバル方式である。
【0168】
さらに、測定装置は、「別方式」またはタイムインターバル方式を利用して、第1のドップラ信号のドップラ周波数と、第2のドップラ信号のドップラ周波数とのうちの少なくとも一方を検出し、検出したドップラ周波数を用いて、対象物の相対速度を算出するようにしてもよい。
【0169】
以上説明したように、本発明の並行距離演算手法を適用することで、FFT方式等の「別方式」のみならず、高速応答可能なタイムインターバル方式を利用して距離が算出されるので、測定対象物が高速で接近してきている場合であっても、必要な距離精度を維持しつつ応答速度を上げることが可能になる。
【0170】
また、応答速度が高速になるということは、平均化の回数を増やすことができることも意味し、その結果、距離の算出結果の精度を向上させることにもつなげられる。
【0171】
さらに一段と精度を高めたい場合、即ち、タイムインターバル方式の精度を高めたい場合、本発明のハイパスフィルタ手法、本発明の高速移動体数判定手法、本発明のカットオフ可変手法等を適宜組み合わせればよい。
【0172】
ところで、上述した一連の処理(或いはそのうちの一部分の処理)は、ハードウエアにより実行させることもできるが、ソフトウエアにより実行させることもできる。
【0173】
この場合、その一連の処理を実行する装置(上述した定義のシステム)またはその一部分は、例えば、図13に示されるようなコンピュータで構成することができる。
【0174】
図13において、CPU(Central Processing Unit)201は、ROM(Read Only Memory)202に記録されているプログラム、または記憶部208からRAM(Random Access Memory)203にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM203にはまた、CPU201が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【0175】
CPU201、ROM202、およびRAM203は、バス204を介して相互に接続されている。このバス204にはまた、入出力インタフェース205も接続されている。
【0176】
入出力インタフェース205には、キーボード、マウスなどよりなる入力部206、ディスプレイなどよりなる出力部207、ハードディスクなどより構成される記憶部208、および、モデム、ターミナルアダプタなどより構成される通信部209が接続されている。通信部209は、インターネットを含むネットワークを介して他の装置との通信処理を行う。さらにまた、通信部209は、必要に応じて、図4等でいう測定対象物2を測定するための送信信号Ssや受信信号Srの送受信処理も行う。
【0177】
入出力インタフェース205にはまた、必要に応じてドライブ210が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア211が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部208にインストールされる。
【0178】
一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【0179】
このようなプログラムを含む記録媒体は、図13に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク(フロッピディスクを含む)、光ディスク(CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む)、光磁気ディスク(MD(Mini-Disk)を含む)、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア(パッケージメディア)211により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM202や、記憶部208に含まれるハードディスクなどで構成される。
【0180】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【0181】
【図1】従来の2周波CWレーダの構成例を示すブロック図である。
【図2】2つのドップラ周波数△f1,△f2を有するドップラ信号の分離手法の一例を説明する図である。
【図3】FFT方式を説明する図である。
【図4】本発明が適用される測定装置としての2周波CWレーダの構成例を示すブロック図である。
【図5】タイムインターバル方式を説明する図である。
【図6】タイムインターバル方式を説明する図である。
【図7】タイムインターバル方式の特徴を説明する図である。
【図8】タイムインターバル方式の特徴を説明する図である。
【図9】タイムインターバル方式の特徴を考慮した本発明の手法を説明する図である。
【図10】図4の演算制御部の処理例を説明する図である。
【図11】図4の演算制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図12】本発明が適用される測定装置としての2周波CWレーダの構成例であって、図4とは異なる例を示すブロック図である。
【図13】本発明が適用される測定装置の全部または一部分の構成の別の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【0182】
1 2周波CWレーダ
2,2a,2b 測定対象物
11 発振部
12 増幅部
13 分岐部
14 増幅部
15 アンテナ部
16 アンテナ部
17 増幅部
18 混合部
19 切り替えタイミング
20 スイッチ部
21−1,21−2 増幅部
22−1,22−2 ローパスフィルタ
23 A/D変換部
24 FFT方式演算部
25 2周波CWレーダ
26 演算制御部
31 自車
42 他車
43 他車
44 電柱
51 FFT方式演算部
52 ハイパスフィルタ部
53 タイムインターバル方式演算部
54 演算結果選択部
55 演算結果出力部
100 2周波CWレーダ
124 演算制御部
131−1,132−2 ハイパスフィルタ部
132−1,132−2 増幅部
133 デジタル入力部
201 CPU
202 ROM
203 RAM
204 バス
205 入出力インタフェース
206 入力部
207 出力部
208 記憶部
209 通信部
210 ドライブ
211 リムーバブルメディア
【技術分野】
【0001】
本発明は、対象物との距離または相対速度を測定する測定装置および方法に関する。特に、対象物が高速で近づいてきたときでも、高速応答の距離測定または/および相対速度の測定ができるようになった測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自車と他車との間の相対速度や距離を測定するセンサとして、2周波CW(Continuous Wave)方式のレーダ(以下、2周波CWレーダと称する)が知られている(例えば特許文献1,2参照)。即ち、この2周波CWレーダは、送信信号の対象物での反射信号についてのドップラ信号の周波数(以下、ドップラ周波数と称する)や位相を検出し、その検出結果を用いて他車の相対速度や距離を測定する。
【0003】
自動車(自車)には、このような2周波CWレーダ等のセンサを用いて先行車(他車)との車間距離を一定に保ちながら自動追従できるACC(アダプティブ・クルーズ・コントロール)システムが搭載されている。また、近年では、このような2周波CWレーダ等のセンサを用いて自車と他車に衝突しそうであること(プリクラッシュ)を検知して衝突時に衝撃を軽減するためのプリクラッシュシステムが搭載されてきた。
【0004】
このように、自動車にはセンサからの信号を利用した用途の異なるシステムが複数搭載されるようになってきている。
【0005】
このようなシステムでは、他車が高速であればある程短時間で自車に接近してくるので、その性質上、高速で近づいてくる他車の距離測定については、その精度を維持しつつも高速応答であることが要求される。
【特許文献1】特許第3203600号公報
【特許文献2】特開2004−69693号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来の2周波CWレーダでは、かかる要望に応えられる程、応答速度が十分でない。
【0007】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、対象物が高速で近づいてきたときでも、高速応答の距離測定ができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の測定装置は、所定の周波数にて送信された送信信号と前記送信信号が対象物から反射された反射信号とから生成される混合信号を利用して、前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を測定する測定装置であって、前記混合信号から所定値以下の周波数成分が除去された抽出信号を生成するハイパスフィルタ部と、前記抽出信号からタイムインターバル方式を利用して前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第1の演算部と、前記タイムインターバル方式とは別方式を利用して、前記混合信号から前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第2の演算部とを備える。
【0009】
これにより、一対象物が高速で近づいてきたときでも、高速応答の距離や速度の測定ができるようになる。
【0010】
つまり、第1の演算部は、例えば、連続波を用いるレーダが一般的に用いている第2の演算部としてのFFT解析処理よりも高速に距離または相対速度を測定できる。さらに、ハイパスフィルタ処理を行うことにより、混合信号に複数の対象物による周波数成分が含まれていても、所定値以上の高周波成分のみが抽出される。このことは、相対速度の一番大きい対象物に対する情報を抽出できることを意味している。つまり、複数の対象物が存在していても、そのうちの、相対速度の一番大きい対象物との距離または相対速度を測定できることを意味している。
【0011】
各部は、例えば、マイクロコンピュータにより、或いは、演算制御回路により、またはそれらの組合せにより構成される。換言すると、各部は、1つの単位(例えば回路基板等の単位)で構成する必要もなく、幾つかの単位に分割し構成するようにしてもよい。また、各部は個別に構成する必要もなく、複数の部を組み合わせて、即ち、複数の部を1つの単位として構成するしてもよい。
【0012】
前記混合信号はドップラ信号であり、前記第1の演算部は、前記抽出信号から周波数を検出して、その周波数を利用して前記対象物との相対速度を算出する。
【0013】
前記送信信号は、第1の周波数を有する第1の送信信号と第2の周波数を有する第2の送信信号を含み、前記混合信号は、前記第1の送信信号を基に生成された第1のドップラ信号と前記第2の送信信号を基に生成された第2のドップラ信号を含み、前記ハイパスフィルタ部は、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号との各々から所定値以下の周波数成分が除去された前記抽出信号を生成し、前記第1の演算部は、前記抽出信号から前記タイムインターバル方式を利用して、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号とから生成された各々の前記抽出信号の位相差を検出して、その位相差を利用して前記対象物の距離を算出する。
【0014】
これにより、例えば、測定装置として、2周波CW(Continuous Wave)レーダを採用することが容易にできるようになる。この場合、異なる周波数の2種類の連続波を送信信号として送信されるので、混合信号は各々の周波数について生成されるので2種類生成される。ひとつの混合信号を用いれば、そこに含まれるドップラ周波数から対象物との相対速度が測定される。2種類の混合信号を利用すれば、それらの位相差が求まるので、この位相差により対象物との距離が測定できる。
【0015】
前記別方式は、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号とに対してFFT(Fast Fourier Transform)解析処理を施すことで、前記第1のドップラ信号の周波数、前記第2のドップラ信号の周波数、または、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号の位相差のうち少なくとも1つを検出するFFT方式である。
【0016】
これにより、対象物が複数の場合であっても、複数の対象物のそれぞれの距離を算出できるようになる。
【0017】
さらに、前記第2の演算部からの前記FFT方式による算出距離と、前記第1の演算部からの前記タイムインターバル方式による算出距離とに基づいて、出力対象の距離を算出する第3の演算部を備える。
【0018】
これにより、より一段と精度のよい算出結果を出力できるようになる。さらなる精度を出力すべく、次のようにすることもできる。
【0019】
さらに、前記FFT解析処理の結果に基づいて、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号が、1つの対象物での反射信号に基づく第1の信号であるのか、複数の対象物の各反射信号の合成信号に基づく第2の信号であるのかを判定する判定部を備え、前記第3の演算部は、さらに、前記判定部が前記第1の信号であると判定した場合、前記出力対象の距離の算出要素として、前記タイムインターバル方式による算出距離を含め、前記判定部が前記第2の信号であると判定した場合、前記出力対象の距離の算出要素として前記タイムインターバル方式による算出距離を除外するか、または、前記第1の演算部についての前記タイムインターバル方式による距離の算出を禁止する。
【0020】
これにより、より一段と精度のよい算出結果を出力できるようになる。さらなる精度を出力すべく、次のようにすることもできる。
【0021】
本発明の一側面の測定方法は、上述した本発明の一側面の測定装置に対応する方法である。
【発明の効果】
【0022】
以上のごとく、本発明によれば、ドップラ方式による距離測定が実行できる。特に、対象物が高速で近づいてきたときでも、高速応答の距離測定ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
ここで、本発明の理解を容易なものとするため、本発明の実施の形態を説明する前に、[発明が解決しようとする課題]の欄で述べた課題について、詳しく説明する。
【0024】
図1は、従来の測定装置としての2周波CWレーダ1の構成例を示している。
【0025】
従来の2周波CWレーダ1は、その名称の如く、2周波CW方式による測定を行うことができる。
【0026】
ここで、2周波CW方式による測定の概略について説明する。
【0027】
2周波CWレーダ1は、周波数f1のCW(Continuous Wave)と、周波数f2のCWとを時分割で切り替えた結果得られる信号(以下、2周波CWと称する)を生成し、その2周波CWを送信信号Ssとして出力する。
【0028】
この送信信号Ssは測定対象物2において反射し、その反射信号が受信信号Srとして2周波CWレーダ1に受信される。
【0029】
このとき、2周波CWレーダ1と測定対象物2との間に相対速度vが存在すれば、送信信号Ssの周波数f1,f2のそれぞれに対してドップラ周波数△f1,△f2のそれぞれが発生し、その結果、受信信号Srの周波数は、周波数f1+△f1,f2+△f2となる。換言すると、2つの周波数f1+△f1,f2+△f2を有する2周波CWが、受信信号Srと等価な信号となる。
【0030】
そこで、2周波CWレーダ1は、この受信信号Srからドップラ周波数△f1または△f2を検出して、次の式(1)または式(2)の演算を行うことで、2周波CWレーダ1に対する測定対象物2の相対速度vを求めることができる。
【0031】
v = c * △f1 / (2*f1) ・・・(1)
v = c * △f2 / (2*f2) ・・・(2)
なお、cは光速を表している。
【0032】
また、2周波CWレーダ1は、ドップラ周波数△f1であるドップラ信号の位相φ1と、ドップラ周波数△f2であるドップラ信号の位相φ2とを、受信信号Srから検出して、次の式(3)の演算を行うことで、2周波CWレーダ1と測定対象物2との間の距離Lを求めることができる。
【0033】
L = c * (φ1 − φ2) / 4π * (f1 − f2) ・・・(3)
【0034】
このような一連の処理により行われる測定が、2周波CW方式による測定である。
【0035】
図1の従来の2周波CWレーダ1は、このような2周波CW方式による測定を行うべく、
発振部11乃至FFT方式演算部24を含むように構成されている。
【0036】
発振部11は、FFT方式演算部24の制御に基づいて、周波数f1のCWと周波数f2のCWとを交互に切り替えて発振する。即ち、周波数f1,f2を有する2周波CWが発振部11から出力され、増幅部12に提供される。
【0037】
増幅部12は、この2周波CWに対して増幅処理等の各種処理を適宜施して、分岐部13に提供する。
【0038】
分岐部13は、増幅部12からの2周波CW、即ち、周波数f1,f2を有する2周波CWを、増幅部14と混合部18とのそれぞれに提供する。
【0039】
増幅部14は、分岐部13からの2周波CW、即ち、周波数f1,f2を有する2周波CWを、増幅処理等の各種処理を適宜施し、その結果得られる信号を出力信号としてアンテナ部15に提供する。この増幅部14の出力信号が送信信号Ssとして、電波の形態でアンテナ部15から出力される。
【0040】
なお、2周波CWは、必要に応じて、所定の変調方式により変調された上で、送信信号Ssとして、アンテナ部15から出力される。この変調処理は、例えば増幅部14において実行されるとする。
【0041】
送信信号Ssは測定対象物2で反射し、その反射信号が受信信号Srとしてアンテナ部16に受信される。
【0042】
なお、図1の例では、送信用のアンテナ部15と受信用のアンテナ部16とが別個に設けられているが、送信用と受信用とを併用する1つのアンテナ部を設けるようにしてもよい。
【0043】
増幅部17は、アンテナ部16に受信された受信信号Srに対して、増幅処理等の各種処理を適宜施し、その結果得られる2周波CWを出力信号として混合部18に提供する。なお、増幅部14が変調処理を実行している場合には、増幅部17は、さらに、上述した2周波CWを得るために、その変調処理に対応する復調処理を実行する。
【0044】
この増幅部17から出力される2周波CW、即ち、受信信号Srから得られた2周波CWは、上述したように、周波数f1+△f1と、周波数f2+△f2とを有する。即ち、増幅部17からは、あたかも、周波数f1+△f1のCWと、周波数f2+△f2のCWとが時分割で交互に切り替えられて順次出力されることになる。
【0045】
混合部18は、この増幅部17から出力される2周波CW(周波数f1+△f1,f2+△f2を有する2周波CW)と、分岐部13から出力される2周波CW(周波数f1,f2を有する2周波CW)とを混合し、その結果得られる混合信号Smix、具体的には例えば図2に示される波形を有する混合信号Smixを、スイッチ部20に出力する。
【0046】
スイッチ部20は、切り替えタイミング部19の制御に基づいて、その出力先を、増幅部21−1と増幅部21−2とのうちの一方から他方へ切り替える。即ち、切り替えタイミング部19は、FFT方式演算部24による発振部11の発振周波数f1,f2の切り替えタイミングを監視し、周波数がf2からf1に切り替えられるタイミングで、スイッチ部20の出力先を増幅部21−1側に切り替え、また、周波数がf1からf2に切り替えられるタイミングで、スイッチ部20の出力先を増幅部21−2側に切り替える。
【0047】
即ち、混合信号Smixのうちの、発振部11が周波数f1のCWを発振している間に混合部18から出力された信号は、スイッチ部20を介して増幅部21−1に提供されて増幅処理等の各種処理が適宜施され、さらに、ローパスフィルタ部22−1により高域成分(ノイズ等)が除去された上で、信号S△f1としてA/D変換部23に提供される。この信号S△f1が、ドップラ周波数△f1を有するドップラ信号である。
【0048】
一方、混合信号Smixのうちの、発振部11が周波数f2のCWを発振している間に混合部18から出力された信号は、スイッチ部20を介して増幅部21−2に提供されて増幅処理等の各種処理が適宜施され、さらに、ローパスフィルタ部22−2により高域成分(ノイズ等)が除去された上で、信号S△f2としてA/D変換部23に提供される。この信号S△f2が、ドップラ周波数△f2を有するドップラ信号である。
【0049】
即ち、図2に示されるように、混合部18から出力された混合信号Smixは、切り替えタイミング部19乃至ローパスフィルタ部22−2により、ドップラ周波数△f1を有するドップラ信号S△f1と、ドップラ周波数△f2を有するドップラ信号S△f2とのそれぞれに分離されて、A/D変換部23にそれぞれ提供される。
【0050】
A/D変換部23は、ドップラ周波数△f1を有するドップラ信号S△f1と、ドップラ周波数△f2を有するドップラ信号S△f2とのそれぞれに対して、A/D変換(Analog to Digital変換)処理を施し、その結果得られるデジタルのドップラ信号S△f1とドップラ信号S△f2とのそれぞれをFFT方式演算部24に提供する。
【0051】
FFT方式演算部24は、2周波CWレーダ1全体の制御、例えば上述したように、発振部11が発振するCWの周波数をf1とf2のうちの一方から他方へ切り替える制御等を行う。
【0052】
また、FFT方式演算部24は、A/D変換部23からデジタルデータの形態で順次提供されてくるドップラ信号S△f1,S△f2とから、ドップラ周波数△f1,△f2の検出や、それらの位相差φ1−φ2の検出を行う。そして、FFT方式演算部24は、それらの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、測定対象物2の相対速度vや、2周波CWレーダ1と測定対象物2との間の距離Lを求めて、外部に出力する。
【0053】
このように、FFT方式演算部24は、ドップラ周波数△f1,△f2の検出や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う必要がある。
【0054】
この検出方式としては、従来、ドップラ信号S△f1,S△f2に対して周波数解析処理、例えばFFT(Fast Fourier Transform)解析処理(以下、単にFFTと称する)を施すことで、ドップラ周波数△f1,△f2の検出や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う方式が広く利用されており、FFT方式演算部24にも適用されていた。以下、かかる方式を、FFT方式と称する。
【0055】
即ち、従来のFFT方式演算部24は、このようなFFT方式を利用した処理として、図3に示されるような一連の処理を実行することで、測定対象物2の相対速度vや、2周波CWレーダ1と測定対象物2との間の距離Lを求めて、外部に出力していた。
【0056】
詳細には、ステップSafにおいて、FFT方式演算部24は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2の波形を取得する。
【0057】
ステップSbfにおいて、FFT方式演算部24は、ステップSafの処理で取得した各波形を利用して、FFT方式によるドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う。
【0058】
ステップScfにおいて、FFT方式演算部24は、ステップSbfの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、距離Lや相対速度vを算出する。
【0059】
ここで、従来の2周波CWレーダ1をACCシステムやプリクラッシュシステムに搭載させる場合等について考える。この場合、上述したように、他車が高速であればある程短時間で自車に接近してくるので、その性質上、高速で近づいてくる他車の距離測定については、その精度を維持しつつも高速応答であることが要求される。
【0060】
しかしながら、上述したように、従来の2周波CWレーダ1では、かかる要望に応えられる程には応答速度が十分でない、という問題点がある。この問題点のため、上述した要望に十分に応えられない状況である。この問題点の発生要因は、次の通りである。
【0061】
上述したように、従来の2周波CWレーダ1は、FFT方式を利用していた。このFFT方式では、一般的に演算対象となる信号の最大周波数(ここではドップラ周波数△f1,△f2)の波が、10波分に相当する時間の信号サンプリングが少なくとも必要であるといわれており、これ以下の時間では演算精度の低下が生じる。すなわち、FFT方式の応答速度は、このサンプリング時間と、ドップラ周波数△f1,△f2や位相差φ1−φ2の検出に要する時間(いわゆる演算時間)との加算時間であることを考慮すると、サンプリング時間によって制約を受けることが容易にわかる。このような制約を受けるFFT方式では、サンプリング時間を確保する必要がある以上、必要な距離精度を維持しつつ応答速度を上げることは困難である。これが、上述した問題点の発生要因である。
【0062】
そこで、本発明人は、かかる問題点を解決すべく、次のような手法を発明した。
【0063】
即ち、FFT方式を利用して距離Lや相対速度vを算出するのと並行して、後述するタイムインターバル方式を利用して距離Lや相対速度vを算出する、という手法を本発明人は発明した。以下、かかる手法を、並行距離演算手法と称する。
【0064】
図4は、かかる本発明の並行距離演算手法が適用された測定装置の一実施の形態を示している。
【0065】
図4において、図1と対応する箇所については、対応する符号を付してあり、それらの説明は適宜省略する。
【0066】
図4の例の測定装置は、2周波CWレーダ25として構成されている。
【0067】
2周波CWレーダ25は、その名称の如く、2周波CW方式による測定を行うことができる。
【0068】
図4の例の2周波CWレーダ25は、従来と同様の発振部11乃至A/D変換部23を含み、従来のFFT方式演算部24の代わりに、本発明の並行距離演算手法が適用された演算制御部26を含むように構成されている。
【0069】
図4の例の演算制御部26は、2周波CWレーダ25全体の制御、例えば従来のFFT方式演算部24と同様に、発振部11が発振するCWの周波数をf1とf2のうちの一方から他方へ切り替える制御等を行う。
【0070】
ただし、次の点が、従来のFFT方式演算部24とは異なる。即ち、図4の例の演算制御部26は、FFT方式を利用して距離Lや相対速度vを算出するのみならず、そのFFT方式の算出処理と並行して、後述するタイムインターバル方式を利用して距離Lや相対速度vも算出することができる。
【0071】
ここで、タイムインターバル方式について、説明する。
【0072】
タイムインターバル方式とは、ドップラ信号S△f1,S△f2の立ち上がり時間と立ち下がり時間を観察することで、ドップラ周波数△f1,△f2の検出や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う方式をいう。
【0073】
なお、ここでいう立ち上がり時間や立ち下り時間とは、信号電圧が変化するのに要する時間を意味するのではない。即ち、ドップラ信号S△f1,S△f2の波形が所定電圧値(例えば0V)を横切るタイミング(時刻)のうち、電圧値の変化状態が所定電圧値を境に上昇している状態のタイミングを、立ち上がり時間と称し、所定電圧値(例えば0V)を横切るタイミング(時刻)のうち、電圧値の変化状態が所定電圧値を境に下降している状態のタイミングを、立ち下り時間と称している。
【0074】
また、立ち上がり時間や立ち下り時間(位置)を正確に観察するため、ドップラ信号S△f1,S△f2自体を利用するのではなく、それをさらに増幅させた信号、例えば、図5のステップSbi内に描画されているように、パルス信号SD△f1,SD△f2等を利用すると好適である。
【0075】
図6の例では、パルス信号SD△f1,SD△f2の立ち上がりの時間差から位相差φ1−φ2が検出され、パルス信号SD△f1,SD△f2の各立ち上がりの繰り返し時間からドップラ周波数△f1,△f2が検出される。
【0076】
なお、ドップラ周波数△f1,△f2は、図5の例では説明を容易なものとするため、パルス信号SD△f1,SD△f2の各立ち上がりの繰り返し時間から検出されるとしたが、パルス信号SD△f1,SD△f2の各立ち上がりと次の各立ち下がりとの間の時間、または、パルス信号SD△f1,SD△f2の各立ち下がりと次の各立ち上がりとの間の時間から検出されるようにしてもよい。
【0077】
また、図5の例では、タイムインターバル方式の理解を容易なものとするため、ドップラ信号S△f1,S△f2の増幅信号の一例として、パルス信号SD△f1,SD△f2が利用されているが、上述したように、増幅の趣旨は、各立ち上がり時間や立ち下り時間の計測の精度向上のためであり、タイムインターバル方式にパルス信号を利用することは必須ではない。
【0078】
例えば、図6に示されるように、ドップラ信号S△f1,S△f2それ自体またはその増幅信号が利用されてもよい。
【0079】
この場合、図6に示されるように、ドップラ信号S△f1,S△f2(増幅後の信号含む)の両信号が所定電圧値を横切る時間差、即ち、立ち上がりの時間差から位相差φ1−φ2が検出される。また、ドップラ信号S△f1,S△f2(増幅後の信号含む)のそれぞれが所定電圧値を横切る各時間間隔、即ち、各立ち上がりの繰り返し時間からドップラ周波数△f1,△f2が検出される。
【0080】
以下、図3を用いたFFT方式の説明と比較できるように、図5を参照して、タイムインターバル方式について再度説明する。
【0081】
図5のステップSaiにおいて、演算制御部26は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2の波形を取得する。
【0082】
なお、実際には、後述する図9に示されるように、ステップSaiで取得される波形は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2そのものの波形ではなく、ハイパスフィルタ処理後の波形である。ただし、ここでは、図3のFFT方式との比較を容易にすべく、ステップSaiで取得される波形は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2であると仮定して、以下話を進める。
【0083】
図5や図6のステップSbiにおいて、演算制御部26は、ステップSaiの処理で取得した各波形を利用して、タイムインターバル方式によるドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う。
【0084】
図5のステップSciにおいて、演算制御部26は、ステップSbiの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、距離Lや相対速度vを算出する。
【0085】
図3と図5とを比較するに、両方式の相違点は基本的に、図3のステップSbfと図5のステップSbiにおける位相差φ1−φ2等の検出処理が異なる点だけである。ところが、図3のステップSbfでは、上述したように、この検出処理のためには、FFTを行うためのデータの採取時間、即ち、サンプリング時間が必要になり、その分だけ処理時間が必要となる。これに対して、図5のステップSbiでは、検出対象のドップラ信号S△f1,S△f2(増幅後の信号含む)が所定電圧値を横切る時間さえ正確に測定できればよいため、データの採取時間、即ち、サンプリング時間は不要であり、その分だけ、図3のステップSbfよりも短時間で処理が終了する。その結果、距離算出までの全体の応答速度としては、タイムインターバル方式の方が、FFT方式よりも高速であることがわかる。
【0086】
従って、測定対象物2の距離測定については、FFT方式と、タイムインターバル方式との両者を効果的に利用することで、即ち、本発明の並行距離演算手法を適用することで、上述した問題点を解決できるようになる。
【0087】
ただし、タイムインターバル方式は、単一周波数が支配的な信号にしか用いることができないため、2周波CWレーダ25に適用する場合には、それぞれ異なる相対速度vの測定対象物2が複数存在するときには原則として用いることができない、という点について留意すべきである。
【0088】
例えば、図7に示されるように、自車31の前方に2周波CWレーダ25が搭載されており、その自車31の前方には、他車としての測定対象物2a,2bが存在したとする。この場合には、受信信号Srは、測定対象物2aでの反射信号Sraと、測定対象物2bでの反射信号Srbとの合成信号となる。
【0089】
ここで例えば、測定対象物2aの相対速度vaが,測定対象物2bの相対速度vbよりも低速であるする。この場合には、図8の左方に示されるように、測定対象物2aでの反射信号Sraについてのドップラ信号S△faのドップラ周波数△fa(実際には2周波のドップラ周波数△fa1,△fa2が存在するが、説明の簡略上1つにまとめて表現する)は、測定対象物2bでの反射信号Srbについてのドップラ信号S△fbのドップラ周波数△fb(実際には2周波のドップラ周波数△fb1,△fb2が存在するが、説明の簡略上1つにまとめて表現する)と比較して低周波となる。
【0090】
従って、図7の状態の場合には、測定対象物2aでの反射信号Sraと、測定対象物2bでの反射信号Srbとの合成信号である受信信号Srが2周波CWレーダ25で受信され、その受信信号Srから抽出されるドップラ信号S△f(実際には2周波のドップラ周波数△f1,△f2が存在するが、説明の簡略上1つにまとめて表現する)は、図8の右方に示されるような波形の信号となってしまう。即ち、図8の左方に示されるドップラ信号S△fa,S△fbの合成信号が、ドップラ信号S△fとなる。
【0091】
このような波形のドップラ信号S△fが、上述した図5のステップSaiで取得された場合には、図5または図6のステップSbiの検出結果、即ち、タイムインターバル方式によるドップラ周波数△f1,△f2と位相差φ1−φ2は、測定対象物2a,2bのいずれについてのものではなく全く関係の無い値となってしまう。即ち、そのようなドップラ周波数△f1,△f2や位相差φ1−φ2から算出される相対速度vや距離Lは、測定対象物2a,2bの何れのものでもない。
【0092】
このように、タイムインターバル方式は、2周波CWレーダ25に適用する場合には、それぞれ相対速度vが異なる測定対象物2が複数存在するときには原則として用いることができない点に留意すべきである。
【0093】
そこで、本発明人は、並行距離演算手法の適用の際、それぞれ相対速度vが異なる測定対象物2が複数存在する場合であっても、タイムインターバル方式を効果的に用いることができるように、次のような手法を発明した。
【0094】
即ち、ドップラ信号S△f1,S△f2そのものではなく、ドップラ信号S△f1,S△f2に対してハイパスフィルタ処理を施すことによって得られた各信号を、タイムインターバルに利用する、という手法を本発明人は発明した。以下、かかる手法をハイパスフィルタ手法と称する。
【0095】
以下、ハイパスフィルタ手法についてさらに詳しく説明する。
【0096】
例えば、2周波CWレーダ25がACCシステムやプリクラッシュシステムに搭載される場合等において要求されることは、高速で接近してくる他車(測定対象物2)をいち早く検出すること、即ち、高速で接近してくる測定対象物2の距離測定を高速に行うことである。FFT方式では高速応答が望めず、かかる要求に応えることができない。そこで、かかる要求に応えることを目的の1つとして、並行距離演算手法を適用することとした、即ち、FFT方式と並行して、高速応答が望めるタイムインターバル方式を利用するようにしたものである。
【0097】
従って、かかる目的で並行距離演算手法を適用する場合に限っては、基本的に、高速で接近してくる測定対象物2の距離測定に対してのみ、タイムインターバル方式を利用すればよいことになる。低速で接近してくる測定対象物2の距離測定については、FFT方式で十分に対応できるからである。
【0098】
ここで、ドップラ信号S△f1,S△f2の各ドップラ周波数△f1,△f2は、上述した式(1),(2)から明らかなように、測定対象物2の相対速度vに比例する。従って、測定対象物2の相対速度vが速くなるほど、ドップラ周波数△f1,△f2は高くなる。
【0099】
また、図8の例から明らかなように、測定対象物2が複数存在する場合には、複数の測定対象物2での各反射信号の合成信号が、受信信号Srになる。即ち、受信信号Srについてのドップラ信号S△f(S△f1,S△f2をまとめたもの)とは、複数の測定対象物2での各反射信号についての各ドップラ信号(それぞれの相対速度vに応じたドップラ周波数をそれぞれ有する各ドップラ信号)の合成信号である。
【0100】
従って、このような受信信号Srについてのドップラ信号S△fに対してハイパスフィルタ処理を施すことで、複数の測定対象物2での各反射信号についての各ドップラ信号のうちの、ハイパスフィルタのカットオフ周波数よりも高周波のドップラ信号、即ち、相対速度vが所定値である高速の測定対象物2についてのドップラ信号のみを抽出することができる。
【0101】
具体的には例えば、図9に示されるように、2周波CWレーダ25(図9では図示せず)が搭載された自車31が絶対速度V1で移動しており、その前方には、自車31と同方向に絶対速度V2で移動している他車42と、自車31と逆方向に絶対速度V3で移動している他車43と、絶対速度V4=0である(停止している)電柱44とが存在するとする。ここで、絶対速度とは、地上を座標系とした場合の速度をいう。
【0102】
この場合、自車31に接近してくる方向、即ち、自車31の移動方向と逆方向を正とすると、自車31に対する各相対速度vは次の通りとなる。即ち、他車42の相対速度v2は、−V2−(−V1)であり、電柱44の相対速度v4は、−V4―(―V1)=V1であり、測定対象物2の相対速度v3は、V3−(−V1)=V3+V1である。従って、絶対速度V2と絶対速度V1とがほぼ等しいとすれば、自車31に高速で近づいてきている順番は、高速の順に、相対速度v3の他車43、相対速度v4の電柱44、相対速度v2の他車41といった順番となる。
【0103】
従って、図9の例では、衝突の可能性が高い対象物として相対速度vが一番高い他車43の距離を、タイムインターバル方式で算出するものとする。
【0104】
しかしながら、自車31に搭載された2周波CWレーダ25の受信信号Srは、他車43の反射信号SrHのみならず、電柱44の反射信号SrMと、他車42の反射信号SrLとが合成された合成信号である。従って、受信信号Srについてのドップラ信号S△fをそのままタイムインターバル方式を利用しても、他車43の距離Lは正確に測定できない。
【0105】
そこで、各ドップラ周波数が相対速度vに応じて高くなることに考慮して、即ち、他車43、電柱44、他車41の順にドップラ周波数が高くなることを考慮して、受信信号Srについてのドップラ信号S△fに対して、電柱44のドップラ周波数よりも高いカットオフ周波数を用いて、ハイパスフィルタ処理を施せば、相対速度v3の他車43での反射信号SrHについてのドップラ信号のみを抽出することができる。そして、このようにして抽出されたドップラ信号をタイムインターバル方式に用いることにより、タイムインターバル方式にとっての測定対象物2が他車43のみとなったことと等価となり、他車43の距離Lが正確に算出されるようになるのである。
【0106】
ただし、ハイパスフィルタのカットオフ周波数よりも高いドップラ周波数を有する測定対象物2が複数存在する場合、即ち、2周波CWレーダ25から見て高速移動している測定対象物2が複数存在する場合には、ハイパスフィルタ処理により抽出されたドップラ信号であっても、それらの複数の測定対象物の各ドップラ信号が依然として混合されているので、タイムインターバル方式を利用することができない。
【0107】
そこで、このような課題を解決するための実施態様としては、例えば、FFT方式の検出結果のうちの、複数の測定対象物2についてのそれぞれのドップラ周波数の中に、ハイパスフィルタのカットオフ周波数よりも高いドップラ周波数が幾つ含まれているのか等に基づいて、高速移動している測定対象物2の数を判定し、判定された数が1つの場合にのみタイムインターバル方式を利用する、という手法を採用すればよい。かかる手法も、本発明人により発明された手法であって、以下、高速移動体数判定手法と称する。
【0108】
或いはまた、例えば、ハイパスフィルタのカットオフ周波数が動的に変更できるようにして、FFT方式の検出結果から、複数の測定対象物2についてのそれぞれのドップラ周波数を取得して、これらのうちの最高のドップラ周波数と2番目に高いドップラ周波数との間の周波数帯域でカットオフ周波数を設定する、という手法を採用することができる。かかる手法も、本発明人により発明された手法であって、以下、カットオフ可変手法と称する。このカットオフ可変手法によって設定されたカットオフ周波数にて、上述したハイパスフィルタ処理が施されると、最高のドップラ周波数のドップラ信号、即ち、相対速度vが最高速度の測定対象物2についてのドップラ信号のみが抽出され、その相対速度vが最高速度の測定対象物2の距離Lが正確に算出されるようになるのである。
【0109】
このように、並行距離演算手法を採用し、FFT方式による算出結果のみならず、高速応答が可能なタイムインターバル方式による算出結果も効果的に使用することで、測定対象物2が高速で近づいてきたときでも、精度を維持しつつも高速応答の距離測定ができるようになる。
【0110】
また、さらに精度を高めたい場合には、上述したハイパスフィルタ手法を採用すればよく、さらには、高速移動体数判定手法やカットオフ可変手法も組み合わせると好適である。
【0111】
次に、図4の2周波CWレーダ25の動作例について説明する。
【0112】
ただし、発振部11乃至A/D変換部23までが実行する動作については、従来の動作と基本的に同様であり、また、上述した発振部11乃至A/D変換部23の構成の説明を参照することで容易に理解可能であるため、ここではその説明については省略する。
【0113】
そこで、以下、図10を参照して、2周波CWレーダ25のうちの演算制御部26の動作(処理)例について説明する。
【0114】
ただし、図10は、上述した並行距離演算手法、ハイパスフィルタ手法、および高速移動体数判定手法を組み合せた手法が演算制御部26に適用されている場合の処理例を示している。
【0115】
ステップSafにおいて、演算制御部26は、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2の波形を取得する。
【0116】
なお、図10のステップSafのブロック内には、図8のドップラ信号S△f(S△f1,S△f2をまとめたもの)が描画されている。
【0117】
ステップSbfにおいて、演算制御部26は、ステップSafの処理で取得した各波形を利用して、FFT方式によるドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う。
【0118】
即ち、ここまでの処理は、図3を用いて説明した通りである。
【0119】
これらのステップSaf,Sbfの処理と並行して、ステップShにおいて、演算制御部26は、ステップSafの処理で取得した各波形、即ち、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2に対してハイパスフィルタ処理を施す。これにより、カットオフ周波数を超えたドップラ周波数を有するドップラ信号が抽出されることになる。
【0120】
そして、ステップSaiにおいて、演算制御部26は、ステップShのハイパスフィルタ処理によって抽出された各ドップラ信号の波形を取得する。
【0121】
なお、図10のステップSaiのブロック内には、図8の左方のドップラ信号S△fbが描画されている。これは、ステップSafのブロック内にも描画されている図8の右方のドップラ信号S△fとは、図8の左方のドップラ信号S△fa,S△fbの合成信号であるので、そのドップラ信号S△fに対してハイパスフィルタ処理を施せば、高周波数のドップラ周波数△fbを有するドップラ信号S△fbのみが抽出される、ということを明示的に描画したものである。
【0122】
ステップSbiにおいて、演算制御部26は、ステップSaiの処理で取得した各波形を利用して、タイムインターバル方式によるドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2の検出を行う。
【0123】
このように、図10の例では、ハイパスフィルタ手法に対応する処理がステップShの処理とされており、それゆえ、ステップSaiの処理で取得される波形は、図5の場合と異なり、A/D変換部23から提供されるドップラ信号S△f1,S△f2そのものではなく、それに対してハイパスフィルタ処理が施された結果得られる信号、即ち、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を超えたドップラ周波数を有する各ドップラ信号の波形となる。
【0124】
ステップScfiにおいて、演算制御部26は、ステップSbfの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、FFT方式による距離Lや相対速度vを算出する。また、演算制御部26は、ステップSbiの検出結果を上述した式(1)乃至(3)に代入して演算することで、タイムインターバル方式による距離Lや相対速度vを算出する。そして、演算制御部26は、FFT方式による算出結果とタイムインターバル方式による算出結果とに基づいて、統合的な距離Lと相対速度vとを算出し、外部に出力する。
【0125】
ここで、統合的な距離Lと相対速度vとの算出手法は、特に限定されない。
【0126】
例えば、FFT方式による算出結果とタイムインターバル方式による算出結果とのうちの何れか一方を所定の規則に従って選抜し、選抜した算出結果を統合的な距離Lと相対速度vとする、といった算出手法を採用できる。
【0127】
また例えば、タイムインターバル方式による演算結果をFFT方式による演算結果の補完用途に用いて、その補完後の演算結果を統合的な距離Lと相対速度vとする、といった算出手法を採用できる。
【0128】
また例えば、タイムインターバル方式による演算結果とFFT方式による演算結果との両者を利用した所定の演算を行い、その演算結果を統合的な距離Lと相対速度vとする、といった算出手法を採用できる。
【0129】
ここで、ステップSbfの処理では、FFT方式が採用されているので、それぞれ異なる相対速度vの複数の測定対象物2が存在する場合には、複数の測定対象物2のそれぞれについて、ドップラ周波数△f1,△f2や、それらに対応する位相差φ1−φ2が個々に検出されることになる。
【0130】
そこで、ステップSgにおいて、演算制御部26は、ステップSbfの検出結果、即ち、FFT方式による検出結果を利用して、ステップShで用いられるハイパスフィルタのカットオフ周波数よりも高いドップラ周波数が幾つ含まれているのか等に基づいて、高速移動している測定対象物2の数を判定する。
【0131】
このステップSgの処理によって、高速移動している測定対象物2が1つのみであると判定された場合には、タイムインターバル方式が利用できるので、ステップSbiの検出結果により演算された距離Lや相対速度v、即ち、タイムインターバル方式による算出結果を含めて、ステップScfiにおける統合的な距離Lと相対速度vの算出処理を行うことができる。
【0132】
これに対して、このステップSgの処理によって、高速移動している測定対象物2が複数であると判定された場合には、タイムインターバル方式は利用できないので、ステップSbiの検出結果、即ち、タイムインターバル方式の検出結果は含めずに、ステップScfiにおける統合的な距離Lと相対速度vの算出処理を行う必要がある。
【0133】
換言すると、この場合には、ステップSbfの検出結果により演算された距離Lと相対速度v、即ち、FFT方式による算出結果が、統合的な距離Lと相対速度vとして外部に出力される。
【0134】
このことを考慮すると、このステップSgの処理によって、高速移動している測定対象物2が複数であると判定された場合には、ステップSbiの処理自体を禁止するようにしてもよい。
【0135】
また、図示はしないが、高速移動体数判定手法の代わりに、カットオフ可変手法を採用する場合には、ステップSgの処理の代わりに、カットオフ可変手法に対応する処理を設ければよい。この場合、かかる処理の結果、即ち、設定すべきカットオフ周波数を示す情報等は、ステップShの処理に利用されることになる。
【0136】
また、本発明の並行距離演算手法の適用先は、2周波CWレーダ25に限定されないが、その他の適用先については後述する。また、その他の適用先を説明する際にあわせて、より一般化したタイムインターバル方式の定義について説明する。
【0137】
図11は、図10の例の処理を実行可能な演算制御部26の詳細な機能的構成例を示す機能ブロック図である。
【0138】
即ち、図11における各機能ブロックは、演算制御部26が有する機能のうちの、図10の例の処理を実現するための所定機能を有する機能ブロックである。換言すると、演算制御部26が有するその他の機能、例えば、発振部11が発振するCWの周波数をf1とf2のうちの一方から他方へ切り替える制御を行う機能ブロックについては、図11には描画されていない。
【0139】
図11における各機能ブロックは、ハードウエア単体で構成してもよいし、ソフトウエア単体で構成してもよいし、或いはそれらの組合せで構成してもよい。また、複数の機能ブロックを1つの機能ブロックにまとめても構わないし、或いは、1つの機能ブロックをさらに小単位の機能ブロックに分割してもよい。換言すると、図11における各機能ブロックは、必ずしも演算制御部26内に設ける必要は無く、2周波CWレーダ25内であれば、演算制御部26の外部に設けるようにしてもよい。
【0140】
図11の例では、演算制御部26は、FFT方式演算部51乃至演算結果出力部55を含むように構成されている。
【0141】
FFT方式演算部51は、A/D変換部23から提供された信号波形を用いて、FFT方式による距離Lおよび相対速度vの算出を行い、その算出結果を演算結果統合部54に提供する。即ち、FFT方式演算部51は、図10のステップSaf,Sbfの処理、ステップScfiの処理の一部の実行時に動作する。
【0142】
ハイパスフィルタ部52は、A/D変換部23から提供された信号波形に対してハイパスフィルタ処理を施し、その結果得られる信号波形をタイムインターバル方式演算部53に提供する。即ち、ハイパスフィルタ部52は、図10のステップShの処理実行時に動作する。
【0143】
タイムインターバル方式演算部53は、ハイパスフィルタ部52から提供された信号波形、即ち、ハイパスフィルタ処理後の信号波形を用いて、タイムインターバル方式による距離Lおよび相対速度vの算出を行い、その算出結果を演算結果統合部54に提供する。即ち、タイムインターバル方式演算部53は、図10のステップSai,Sbiの処理,ステップScfiの一部の処理実行時に動作する。
【0144】
なお、タイムインターバル方式演算部53は、演算結果統合部54から演算実施の禁止が通知された場合、その動作を停止することもある。即ち、ステップSgの処理が後述する演算結果統合部54により実行され、高速移動している測定対象物2が複数存在すると判定され、その旨の通知がなされた場合、タイムインターバル方式による距離Lおよび相対速度vの算出は行われない。
【0145】
演算結果統合部54は、FFT方式演算部51による演算結果(距離Lおよび相対速度v)と、タイムインターバル方式演算部53による演算結果(距離Lおよび相対速度v)とに基づいて、統合的な距離Lと相対速度vとを算出し、演算結果出力部55に提供する。演算結果出力部55は、演算結果統合部54から提供された統合的な距離Lと相対速度vとを出力する。即ち、演算結果統合部54と演算結果出力部55は、図10のステップScfiの一部の処理実行時に動作する。
【0146】
また、演算結果統合部54は、高速移動している測定対象物2の数を判定する処理、即ち、図10のステップSgの処理も実行する。
【0147】
以上、本発明の並行距離演算手法が適用された測定装置の一例として、2周波CWレーダ25について説明した。ただし、本発明の並行距離演算手法は、図4の構成の2周波CWレーダ25のみならず、様々な構成の装置やシステムに適用可能である。なお、ここに、システムとは、複数の処理装置や処理部により構成される装置全体を表すものである。
【0148】
例えば、図12は、本発明の並行距離演算手法が適用された測定装置の一例であって、図4の2周波CWレーダ25とは異なる構成の測定装置の構成例を示している。即ち、図12の例の測定装置は、2周波CWレーダ100として構成されている。
【0149】
なお、図12の2周波CWレーダ100において、図4の2周波CWレーダ25と対応する箇所には対応する符号を付しており、これらの箇所の説明については適宜省略する。
【0150】
図12の2周波CWレーダ100のうちの、発振部11乃至A/D変換部23までの構成については、図4の2周波CWレーダ25と同様である。
【0151】
図12の2周波CWレーダ100の演算制御部124は、図4の演算制御部26と基本的に同様の機能を有している。即ち、演算制御部124は、2周波CWレーダ100全体の制御、例えば、発振部11が発振するCWの周波数をf1とf2のうちの一方から他方へ切り替える制御等を行う。
【0152】
ただし、図12の例では、図11の例との比較を容易にすべく、図10の例の処理を実現するために必要な機能ブロックのみが図示されている。即ち、図12における各機能ブロックは、演算制御部124が有する機能のうちの、図10の例の処理を実現するための所定機能を有する機能ブロックである。
【0153】
図12における各機能ブロックも、図11におけるものと同様に、ハードウエア単体で構成してもよいし、ソフトウエア単体で構成してもよいし、或いはそれらの組合せで構成してもよい。また、複数の機能ブロックを1つの機能ブロックにまとめても構わないし、或いは、1つの機能ブロックをさらに小単位の機能ブロックに分割してもよい。換言すると、図12における各機能ブロックは、必ずしも演算制御部124内に設ける必要は無く、2周波CWレーダ100内であれば、演算制御部124の外部に設けるようにしてもよい。例えば、演算制御部124をマイクロコンピュータ等で構成するような場合には、後述するハイパスフィルタ部131−1,131−2や増幅部132―1,132−2等についてはマイクロコンピュータ等とは別に、即ち、演算制御部124の外部に設けてもよい。
【0154】
図12の2周波CWレーダ100の演算制御部124のうちの、FFT方式演算部51乃至演算結果出力部55(ハイパスフィルタ部52除く)は、図4の2周波CWレーダ1の演算制御部26についての図11の各構成要素と基本的に同様である。
【0155】
ただし、図11のタイムインターバル方式演算部53には、A/D変換部23からのデジタル信号波形に対してハイパスフィルタ部52によってハイパスフィルタ処理が施された結果得られる信号波形が入力されていた。
【0156】
これに対して、図12の例のタイムインターバル方式演算部53には、A/D変換部23からのデジタル信号波形ではなく、増幅部21−1,21−2からのアナログのドップラ信号S△f1,S△f2に対してハイパスフィルタ処理が施され、その結果得られるアナログのドップラ信号がさらにデジタル化され、そのデジタル信号波形が入力される。
【0157】
このため、図12の演算制御部124には、アナログ回路としてのハイパスフィルタ部131−1,131−2,増幅部132−1,132−2、およびデジタル入力部133が設けられている。
【0158】
ハイパスフィルタ部131−1,131−2のそれぞれは、増幅部21−1,21−2からのアナログのドップラ信号S△f1,S△f2のそれぞれに対してハイパスフィルタ処理を施す。
【0159】
増幅部132−1,132−2のそれぞれは、ハイパスフィルタ部131−1,131−2の各出力信号、即ち、アナログのハイパスフィルタ処理後のドップラ信号S△f1,S△f2を大きな増幅率で増幅させ、飽和させることで、それぞれパルス信号(例えば図5のパルス信号SD△f1,SD△f2)を生成して、デジタル入力部133を介して、タイムインターバル方式演算部53に入力させる。
【0160】
なお、図4の例と対応させるため、デジタル入力部133からタイムインターバル方式演算部53に入力される信号は、パルス信号(例えば図5のパルス信号SD△f1,SD△f2)そのものであると説明した。即ち、この説明の場合、タイムインターバル方式演算部53が、このパルス信号から立ち上がり時間や立ち下り時間を計測することになる。ただし、デジタル入力部133が、このパルス信号から立ち上がり時間や立ち下り時間を計測し、その計測結果をタイムインターバル方式演算部53に提供するようにしてもよい。
【0161】
また、ドップラ信号S△f1,S△f2については、その立ち上がり時間や立ち下り時間を明確にすることを目的として、即ち、図6でいう所定電圧値であって、例えば0Vを横切る時間を明確にすることを目的として、増幅されてパルス信号化される。従って、この目的を達成できるのであれば、図4や図12の構成例に特に限定されず、例えば、増幅部132−1,132−2の代わりにコンパレータ等を採用して、パルス信号化させるようにしてもよい。
【0162】
さらにまた、本発明の並行距離演算手法は、2周波CW方式のみならず、その他の方式、例えばCW方式や、FMCW方式の測定装置にも採用可能である。
【0163】
より一般的にいえば例えば、本発明の距離切替手法は、所定の周波数にて送信された送信信号とその送信信号が対象物から反射された反射信号とから生成される混合信号を利用して、対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を測定する測定装置に適用可能である。
【0164】
例えば、そのような測定装置のうちの、本発明の並行距離演算手法は、第1の周波数の送信信号の測定対象物での反射信号についての第1のドップラ信号と、第2の周波数の送信信号の測定対象物での反射信号についての第2のドップラ信号との位相差を利用して、対象物との間の距離を測定する測定装置にも本発明の距離切替手法が適用可能である。
【0165】
そして、かかる測定装置は、その距離測定に必要な位相差を検出する方式として、タイムインターバル方式と、FFT方式とを少なくとも利用できるとする。ここでいう「別方式」とは、当然ながら上述したFFT方式も含むが、FFT方式に限定されないことを意味する。ただし、高速移動体数判定手法やカットオフ可変手法も組み合わせて適用する場合には、「別方式」はFFT方式であると好適である。
【0166】
この場合、並行距離演算手法とは次のような手法となる。即ち、上述した測定装置が、FFT方式等の「別方式」を利用して位相差を検出して、その位相差を用いて距離を算出するのと並行して、タイムインターバル方式を利用して位相差を検出して、その位相差を用いて距離を算出する、という手法が、一般化された並行距離演算手法である。
【0167】
ここで、一般化された並行距離演算手法に適するように、タイムインターバル方式を表現しなおすと、次のようになる。即ち、第1のドップラ信号に基づく第1の信号と、第2のドップラ信号に基づく第2の信号との両信号が所定電圧値を横切る時間差、即ち、上述した立ち上がりの時間差に基づいて、第1のドップラ信号と第2のドップラ信号との位相差を検出し、また、第1の信号と第2の信号のそれぞれが所定電圧値を横切る各時間間隔、即ち、上述した各立ち上がりの繰り返し時間に基づいて、第1のドップラ信号と第2のドップラ信号とのそれぞれのドップラ周波数を検出する、という方式がタイムインターバル方式である。
【0168】
さらに、測定装置は、「別方式」またはタイムインターバル方式を利用して、第1のドップラ信号のドップラ周波数と、第2のドップラ信号のドップラ周波数とのうちの少なくとも一方を検出し、検出したドップラ周波数を用いて、対象物の相対速度を算出するようにしてもよい。
【0169】
以上説明したように、本発明の並行距離演算手法を適用することで、FFT方式等の「別方式」のみならず、高速応答可能なタイムインターバル方式を利用して距離が算出されるので、測定対象物が高速で接近してきている場合であっても、必要な距離精度を維持しつつ応答速度を上げることが可能になる。
【0170】
また、応答速度が高速になるということは、平均化の回数を増やすことができることも意味し、その結果、距離の算出結果の精度を向上させることにもつなげられる。
【0171】
さらに一段と精度を高めたい場合、即ち、タイムインターバル方式の精度を高めたい場合、本発明のハイパスフィルタ手法、本発明の高速移動体数判定手法、本発明のカットオフ可変手法等を適宜組み合わせればよい。
【0172】
ところで、上述した一連の処理(或いはそのうちの一部分の処理)は、ハードウエアにより実行させることもできるが、ソフトウエアにより実行させることもできる。
【0173】
この場合、その一連の処理を実行する装置(上述した定義のシステム)またはその一部分は、例えば、図13に示されるようなコンピュータで構成することができる。
【0174】
図13において、CPU(Central Processing Unit)201は、ROM(Read Only Memory)202に記録されているプログラム、または記憶部208からRAM(Random Access Memory)203にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM203にはまた、CPU201が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【0175】
CPU201、ROM202、およびRAM203は、バス204を介して相互に接続されている。このバス204にはまた、入出力インタフェース205も接続されている。
【0176】
入出力インタフェース205には、キーボード、マウスなどよりなる入力部206、ディスプレイなどよりなる出力部207、ハードディスクなどより構成される記憶部208、および、モデム、ターミナルアダプタなどより構成される通信部209が接続されている。通信部209は、インターネットを含むネットワークを介して他の装置との通信処理を行う。さらにまた、通信部209は、必要に応じて、図4等でいう測定対象物2を測定するための送信信号Ssや受信信号Srの送受信処理も行う。
【0177】
入出力インタフェース205にはまた、必要に応じてドライブ210が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア211が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部208にインストールされる。
【0178】
一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【0179】
このようなプログラムを含む記録媒体は、図13に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク(フロッピディスクを含む)、光ディスク(CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む)、光磁気ディスク(MD(Mini-Disk)を含む)、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア(パッケージメディア)211により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM202や、記憶部208に含まれるハードディスクなどで構成される。
【0180】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【0181】
【図1】従来の2周波CWレーダの構成例を示すブロック図である。
【図2】2つのドップラ周波数△f1,△f2を有するドップラ信号の分離手法の一例を説明する図である。
【図3】FFT方式を説明する図である。
【図4】本発明が適用される測定装置としての2周波CWレーダの構成例を示すブロック図である。
【図5】タイムインターバル方式を説明する図である。
【図6】タイムインターバル方式を説明する図である。
【図7】タイムインターバル方式の特徴を説明する図である。
【図8】タイムインターバル方式の特徴を説明する図である。
【図9】タイムインターバル方式の特徴を考慮した本発明の手法を説明する図である。
【図10】図4の演算制御部の処理例を説明する図である。
【図11】図4の演算制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図12】本発明が適用される測定装置としての2周波CWレーダの構成例であって、図4とは異なる例を示すブロック図である。
【図13】本発明が適用される測定装置の全部または一部分の構成の別の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【0182】
1 2周波CWレーダ
2,2a,2b 測定対象物
11 発振部
12 増幅部
13 分岐部
14 増幅部
15 アンテナ部
16 アンテナ部
17 増幅部
18 混合部
19 切り替えタイミング
20 スイッチ部
21−1,21−2 増幅部
22−1,22−2 ローパスフィルタ
23 A/D変換部
24 FFT方式演算部
25 2周波CWレーダ
26 演算制御部
31 自車
42 他車
43 他車
44 電柱
51 FFT方式演算部
52 ハイパスフィルタ部
53 タイムインターバル方式演算部
54 演算結果選択部
55 演算結果出力部
100 2周波CWレーダ
124 演算制御部
131−1,132−2 ハイパスフィルタ部
132−1,132−2 増幅部
133 デジタル入力部
201 CPU
202 ROM
203 RAM
204 バス
205 入出力インタフェース
206 入力部
207 出力部
208 記憶部
209 通信部
210 ドライブ
211 リムーバブルメディア
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の周波数にて送信された送信信号と前記送信信号が対象物から反射された反射信号とから生成される混合信号を利用して、前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を測定する測定装置において、
前記混合信号から所定値以下の周波数成分が除去された抽出信号を生成するハイパスフィルタ部と、
前記抽出信号からタイムインターバル方式を利用して前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第1の演算部と、
前記タイムインターバル方式とは別方式を利用して、前記混合信号から前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第2の演算部と
を備える測定装置。
【請求項2】
前記混合信号はドップラ信号であり、
前記第1の演算部は、前記抽出信号から周波数を検出して、その周波数を利用して前記対象物との相対速度を算出する
請求項1に記載の測定装置。
【請求項3】
前記送信信号は、第1の周波数を有する第1の送信信号と第2の周波数を有する第2の送信信号を含み、
前記混合信号は、前記第1の送信信号を基に生成された第1のドップラ信号と前記第2の送信信号を基に生成された第2のドップラ信号を含み、
前記ハイパスフィルタ部は、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号との各々から所定値以下の周波数成分が除去された前記抽出信号を生成し、
前記第1の演算部は、前記抽出信号から前記タイムインターバル方式を利用して、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号とから生成された各々の前記抽出信号の位相差を検出して、その位相差を利用して前記対象物の距離を算出する
請求項1乃至2に記載の測定装置。
【請求項4】
前記別方式は、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号とに対してFFT(Fast Fourier Transform)解析処理を施すことで、前記第1のドップラ信号の周波数、前記第2のドップラ信号の周波数、または、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号の位相差のうち少なくとも1つを検出するFFT方式である
請求項2乃至3に記載の測定装置。
【請求項5】
さらに、前記第2の演算部からの前記FFT方式による算出距離と、前記第1の演算部からの前記タイムインターバル方式による算出距離とに基づいて、出力対象の距離を算出する第3の演算部を備える
請求項4に記載の測定装置。
【請求項6】
さらに、前記FFT解析処理の結果に基づいて、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号が、1つの対象物での反射信号に基づく第1の信号であるのか、複数の対象物の各反射信号の合成信号に基づく第2の信号であるのかを判定する判定部を備え、
前記第3の演算部は、さらに、前記判定部が前記第1の信号であると判定した場合、前記出力対象の距離の算出要素として、前記タイムインターバル方式による算出距離を含め、前記判定部が前記第2の信号であると判定した場合、前記出力対象の距離の算出要素として前記タイムインターバル方式による算出距離を除外するか、または、前記第1の演算部についての前記タイムインターバル方式による距離の算出を禁止する
請求項5に記載の測定装置。
【請求項7】
所定の周波数にて送信された送信信号と前記送信信号が対象物から反射された反射信号とから生成される混合信号を利用して、前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を測定する測定装置の測定方法において、
前記混合信号から所定値以下の周波数成分が除去された抽出信号を生成する第1のステップと、
前記第1のステップの処理により生成された前記抽出信号からタイムインターバル方式を利用して前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第2のステップと、
前記タイムインターバル方式とは別方式を利用して、前記混合信号から前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第3のステップと
を含む測定方法。
【請求項1】
所定の周波数にて送信された送信信号と前記送信信号が対象物から反射された反射信号とから生成される混合信号を利用して、前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を測定する測定装置において、
前記混合信号から所定値以下の周波数成分が除去された抽出信号を生成するハイパスフィルタ部と、
前記抽出信号からタイムインターバル方式を利用して前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第1の演算部と、
前記タイムインターバル方式とは別方式を利用して、前記混合信号から前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第2の演算部と
を備える測定装置。
【請求項2】
前記混合信号はドップラ信号であり、
前記第1の演算部は、前記抽出信号から周波数を検出して、その周波数を利用して前記対象物との相対速度を算出する
請求項1に記載の測定装置。
【請求項3】
前記送信信号は、第1の周波数を有する第1の送信信号と第2の周波数を有する第2の送信信号を含み、
前記混合信号は、前記第1の送信信号を基に生成された第1のドップラ信号と前記第2の送信信号を基に生成された第2のドップラ信号を含み、
前記ハイパスフィルタ部は、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号との各々から所定値以下の周波数成分が除去された前記抽出信号を生成し、
前記第1の演算部は、前記抽出信号から前記タイムインターバル方式を利用して、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号とから生成された各々の前記抽出信号の位相差を検出して、その位相差を利用して前記対象物の距離を算出する
請求項1乃至2に記載の測定装置。
【請求項4】
前記別方式は、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号とに対してFFT(Fast Fourier Transform)解析処理を施すことで、前記第1のドップラ信号の周波数、前記第2のドップラ信号の周波数、または、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号の位相差のうち少なくとも1つを検出するFFT方式である
請求項2乃至3に記載の測定装置。
【請求項5】
さらに、前記第2の演算部からの前記FFT方式による算出距離と、前記第1の演算部からの前記タイムインターバル方式による算出距離とに基づいて、出力対象の距離を算出する第3の演算部を備える
請求項4に記載の測定装置。
【請求項6】
さらに、前記FFT解析処理の結果に基づいて、前記第1のドップラ信号と前記第2のドップラ信号が、1つの対象物での反射信号に基づく第1の信号であるのか、複数の対象物の各反射信号の合成信号に基づく第2の信号であるのかを判定する判定部を備え、
前記第3の演算部は、さらに、前記判定部が前記第1の信号であると判定した場合、前記出力対象の距離の算出要素として、前記タイムインターバル方式による算出距離を含め、前記判定部が前記第2の信号であると判定した場合、前記出力対象の距離の算出要素として前記タイムインターバル方式による算出距離を除外するか、または、前記第1の演算部についての前記タイムインターバル方式による距離の算出を禁止する
請求項5に記載の測定装置。
【請求項7】
所定の周波数にて送信された送信信号と前記送信信号が対象物から反射された反射信号とから生成される混合信号を利用して、前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を測定する測定装置の測定方法において、
前記混合信号から所定値以下の周波数成分が除去された抽出信号を生成する第1のステップと、
前記第1のステップの処理により生成された前記抽出信号からタイムインターバル方式を利用して前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第2のステップと、
前記タイムインターバル方式とは別方式を利用して、前記混合信号から前記対象物との距離または相対速度の少なくとも一方を算出する第3のステップと
を含む測定方法。
【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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2008−190965(P2008−190965A)
【公開日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−24668(P2007−24668)
【出願日】平成19年2月2日(2007.2.2)
【出願人】(000002945)オムロン株式会社 (3,542)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年2月2日(2007.2.2)
【出願人】(000002945)オムロン株式会社 (3,542)
【Fターム(参考)】
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