(57)【要約】【課題】スペクトル信号の組み合わせ数を削減して演算処理時間を短縮化し、所望する先行車両への正確な距離や速度を算出することにより、比較的低価格で低速な演算処理器の利用を可能とするレーザ装置を得る。【解決手段】受信部２００により生成された先行する車両に道路環境を含む第１のスペクトル信号２６０と、地図情報処理部３００により生成されたナビゲーション装置３１０からの道路環境の情報に基づいた第２のスペクトル信号３３０との差分を、信号処理部４００により取り第３のスペクトル信号４３０を生成する。  又、距離速度演算部５００において、信号処理部４００により生成された第３のスペクトル信号４３０のピーク検出を行い、組み合わせ処理を行って先行する車両の相対距離及び相対速度を演算する。【選択図】図１
2014238326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設置され、所定の周波数変調を施した送信信号を送信アンテナから電波にして放射する送信部と、
先行する車両や道路環境から反射した前記電波を受信アンテナで受信し、該受信信号と前記送信信号との差分の周波数を取りビート信号とし、該ビート信号をＡＤサンプリング及びＦＦＴ処理して第１のスペクトル信号を生成する受信部と、
ナビゲーション装置からの道路環境の情報に基づいてインタフェース回路にて第２のスペクトル信号を生成する地図情報処理部と、
前記受信部により生成された第１のスペクトル信号と前記地図情報処理部により生成された第２のスペクトル信号との差分を取り第３のスペクトル信号を生成する信号処理部と、
前記信号処理部により生成された第３のスペクトル信号のピーク検出を行い、組み合わせ処理を行って前記先行する車両との相対距離及び相対速度を演算する距離速度演算部とを備えたレーダ装置。
【請求項２】
前記インタフェース回路は、
前記先行する車両以外の物体との相対距離、及び相対速度に応じて第２のスペクトル信号を生成することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記インタフェース回路は、
前記送信部により施される周波数変調の周波数変調帯域幅、及び変調周期に応じて第２のスペクトル信号を生成することを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記送信部が放射する電波の周波数は、
２４ＧＨｚ帯、２６ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯、７６ＧＨｚ帯、及び７９ＧＨｚ帯のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記送信部が放射する電波は、
垂直偏波、水平偏波、及び円偏波のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項６】
車両に設置された送信アンテナから所定の周波数変調を施した送信信号を電波にして放射し、先行する車両や道路環境から反射した電波を受信アンテナで受信し、該受信信号と該送信信号との差分の周波数を取りビート信号とし、該ビート信号をＡＤサンプリング及びＦＦＴ処理して第１のスペクトル信号を生成する第１のスペクトル信号生成工程と、
ナビゲーション装置からの道路環境の情報に基づいて第２のスペクトル信号を生成する第２のスペクトル信号生成工程と、
前記第１のスペクトル信号生成工程により生成された第１のスペクトル信号と前記第２のスペクトル信号生成工程により生成された第２のスペクトル信号との差分を取り第３のスペクトル信号を生成する第３のスペクトル信号生成工程と、
前記第３のスペクトル信号生成工程により生成された第３のスペクトル信号のピーク検出を行い、組み合わせ処理を行って前記先行する車両との相対距離及び相対速度を演算する距離速度演算工程とを備えたレーダ信号処理方法。
【請求項７】
前記第２のスペクトル信号生成工程は、
前記先行する車両以外の物体との相対距離、及び相対速度に応じて第２のスペクトル信号を生成することを特徴とする請求項６記載のレーダ信号処理方法。
【請求項８】
前記第２のスペクトル信号生成工程は、
前記第１のスペクトル信号生成工程において施される周波数変調の周波数変調帯域幅、及び変調周期に応じて第２のスペクトル信号を生成することを特徴とする請求項７記載のレーダ信号処理方法。
【請求項９】
前記第１のスペクトル信号生成工程において放射する電波の周波数は、
２４ＧＨｚ帯、２６ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯、７６ＧＨｚ帯、及び７９ＧＨｚ帯のうちのいずれかであることを特徴とする請求項６から請求項８のうちのいずれか１項記載のレーダ信号処理方法。
【請求項１０】
前記第１のスペクトル信号生成工程において放射する電波は、
垂直偏波、水平偏波、及び円偏波のうちのいずれかであることを特徴とする請求項６から請求項９のうちのいずれか１項記載のレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路環境から先行車両を識別して衝突を回避するために、ナビゲーション装置からの地図情報を用いたレーダ装置及びレーダ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に関する装置としては、例えば、下記特許文献１に示される装置がある。
この特許文献１に示される装置は、ナビゲーション装置、路側監視装置、レーダ、カメラ、及びハンドル角等の走行状態検出センサからのデータを取り込んで、これらの全てのデータを用いて危険箇所を設定し、リスク最小軌跡を算出する危険状況警報装置である。
【０００３】
又、従来技術に関する装置としては、例えば、下記特許文献２に示す装置がある。
この特許文献２に示される装置は、周波数固定時と周波数変調アップ時及び周波数変調ダウン時に検出されるスペクトル信号のピークレベルが近いもの同士で組み合わせ（ペアリング）処理を行って、距離や速度を算出するＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ：周波数変調した連続波）レーダ装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５４９６７号公報
【特許文献２】特開平７−７７５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示された装置では、多品種で独立したセンサ装置が用いられ、例えば、レーダ装置のレーダ信号処理には、予め他のセンサからの情報は利用されておらず、それぞれのセンサ装置からのデータは互いに独立した関係のままであり、これらの独立した全てのデータを取り込んで統合的に判断するリスク最小軌跡の算出部や判定部には、高額で高速の演算処理器が必要となってしまうという課題があった。
【０００６】
又、特許文献２に示された装置では、所望する先行車両からの反射信号だけでなく、道路環境からの反射が含まれるために、スペクトル信号のピークレベルが近いもの同士による組み合わせ（ペアリング）処理では、組み合わせ数が増えてしまうために、演算処理時間の増大や正確な距離や速度の算出ができなくなるという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、スペクトル信号の組み合わせ数を削減して演算処理時間を短縮化し、所望する先行車両への正確な距離や速度を算出することにより、比較的低価格で低速な演算処理器の利用を可能とするレーダ装置及びレーダ信号処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のレーダ装置は、車両に設置され、所定の周波数変調を施した送信信号を送信アンテナから電波にして放射する送信部と、先行する車両や道路環境から反射した電波を受信アンテナで受信し、受信信号と送信信号との差分の周波数を取りビート信号とし、ビート信号をＡＤサンプリング及びＦＦＴ処理して第１のスペクトル信号を生成する受信部と、ナビゲーション装置からの道路環境の情報に基づいてインタフェース回路にて第２のスペクトル信号を生成する地図情報処理部と、受信部により生成された第１のスペクトル信号と地図情報処理部により生成された第２のスペクトル信号との差分を取り第３のスペクトル信号を生成する信号処理部と、信号処理部により生成された第３のスペクトル信号のピーク検出を行い、組み合わせ処理を行って先行する車両との相対距離及び相対速度を演算する距離速度演算部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、受信部により生成された先行する車両に道路環境を含む第１のスペクトル信号と、地図情報処理部により生成されたナビゲーション装置からの道路環境の情報に基づいた第２のスペクトル信号との差分を、信号処理部により取り第３のスペクトル信号を生成する。
又、距離速度演算部において、信号処理部により生成された第３のスペクトル信号のピーク検出を行い、組み合わせ処理を行って先行する車両の相対距離及び相対速度を演算する。
よって、スペクトル信号の組み合わせ数を削減して演算処理時間を短縮化し、所望する先行車両への正確な距離や速度を算出することにより、比較的低価格で低速な演算処理器の利用を可能とする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１によるＦＭＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるレーダ装置の周波数変調帯域幅や変調周期と相対距離や相対速度との関係を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるレーダ装置における、複数の先行する車両からのスペクトル信号の様子を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるレーダ装置における、２台の先行する車両と交差点からのスペクトル信号の様子を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１によるレーダ装置における、先行する車両の相対距離及び相対速度を求めるための一連の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるＦＭＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
レーダ装置は、図１に示すように、送信部１００と、受信部２００と、地図情報処理部３００と、信号処理部４００と、距離速度演算部５００とを備えている。
【００１２】
送信部１００は、発振器１１０と、方向性結合器１２０と、送信アンテナ１３０とを備えている。
受信部２００は、受信アンテナ２１０と、ミキサ部２２０と、ＡＤサンプリング部２３０と、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理部２４０とを備えている。
地図情報処理部３００は、ナビゲーション装置３１０と、インタフェース回路３２０とを備えている。
信号処理部４００は、制御器４１０と、混合器４２０とを備えている。
距離速度演算部５００は、ピーク検出器５１０と、ペアリング処理器５２０とを備えている。
【００１３】
次に動作について説明する。
送信部１００は、発振器１１０から所定の周波数と振幅及び位相とを持った送信信号を方向性結合器１２０へ入力する。
方向性結合器１２０では、送信信号を送信アンテナ１３０へ入力し、送信信号は電波として空間に放射される。
【００１４】
周波数帯としては、例えば、電波法令に認許された周波数への適応として、特定小電力無線局の２４ＧＨｚから２９ＧＨｚの帯域や６０ＧＨｚ帯、７６ＧＨｚから７９ＧＨｚを用いたりすれば良い。
【００１５】
受信部２００は、電波を受信アンテナ２１０から受信する。
ミキサ部２２０にて、受信信号と方向性結合器１２０からの送信信号との差分の周波数を有するビート信号２５０を得る。
ビート信号２５０は、ＡＤサンプリング部２３０でサンプルされ、ＦＦＴ処理部２４０で周波数分析がなされて、第１のスペクトル信号２６０を得る。
第1のスペクトル信号２６０には、先行する車両の他に道路環境からの受信信号が含まれている。
【００１６】
送信アンテナ１３０及び受信アンテナ２１０は、指向性アンテナ、アレイアンテナ、ホーンアンテナ、又はパッチアンテナ等、いかなるアンテナを用いてもよい。
又、放射及び受信する電波は、垂直偏波、水平偏波、又は円偏波等、いかなる電波を放射及び受信してもよい。
【００１７】
地図情報処理部３００は、ナビゲーション装置３１０からの道路環境の情報に基づいて、インタフェース回路３２０にて道路環境に応じた第２のスペクトル信号３３０を得る。
第２のスペクトル信号３３０は、道路環境を想定して構築された受信信号である。
ナビゲーション装置３１０は、自車速度の情報を有しているが、車速センサ単体から直接、自車速度の情報を得てもよい。
【００１８】
信号処理部４００は、制御器４１０により発振器１１０への周波数変調帯域幅や変調周期を制御し、これらの情報をＦＦＴ処理部２４０及びインタフェース回路３２０へも供給している。
又、混合器４２０は、ＦＦＴ処理部２４０からの第１のスペクトル信号２６０とインタフェース回路３２０からの第２のスペクトル信号３３０との差分の第３のスペクトル信号４３０を得る。
第３のスペクトル信号は、第１のスペクトル信号に含まれる道路環境からの受信信号を除いたものである。
【００１９】
距離速度演算部５００は、第３のスペクトル信号４３０からピーク検出器５１０にて、周波数変調時のアップ時とダウン時のピーク信号を検出し、それぞれのピーク信号からペアリング処理器５２０にて組み合わせ（ペアリング）処理を行って、先行する車両の相対距離及び相対速度の情報を得る。
【００２０】
図２は本発明の実施の形態１によるレーダ装置の周波数変調帯域幅や変調周期と相対距離や相対速度との関係を示す説明図である。
周波数変調帯域幅をＦｍ、変調周期を２Ｔｍ、電波の伝搬速度をＣ、周波数無変調時の周波数をｆ0、相対距離をＲ、送受信の遅延時間をＴｄとすると、Ｔｄは次の式（１）によって表わされる。
2014238326.tif 000003
【００２１】
又、相対速度をＶ、周波数ｆ0時の波長をλ、ドップラ周波数をｆｄとすると、ｆｄは次の式（２）によって表される。
2014238326.tif 000004
【００２２】
更に、周波数変調時のアップ時のビート信号をＦＦＴ処理して得られるスペクトル信号の周波数をＢｕ、周波数変調時のダウン時のビート信号をＦＦＴ処理して得られるスペクトル信号の周波数をＢｄとすれば、Ｂｕ及びＢｄは、次の式（３）及び式（４）によって表される。
2014238326.tif 000005
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【００２３】
又、これらの式（３）及び式（４）により、相対距離Ｒ及び相対速度Ｖは、次の式（５）及び式（６）で表される。
2014238326.tif 000007
2014238326.tif 000008
【００２４】
従って、スペクトル信号のＢｕ及びＢｄの情報と、相対距離Ｒ及び相対速度Ｖの情報は、どちらかが判れば、もう一方側を求めることができ、又、逆についても求めることができる。
【００２５】
図３は本発明の実施の形態１によるレーダ装置における複数の先行する車両からのスペクトル信号の様子を示す説明図である。
先行する３台の車両の相対距離及び相対速度を、それぞれＲ１及びＶ１、Ｒ２及びＶ２、Ｒ３及びＶ３とすると、それぞれのスペクトル信号は、それぞれＢｄ１及びＢｕ１、Ｂｄ２及びＢｕ２、Ｂｄ３及びＢｕ３となる。
従って、複数の先行する車両が存在する場合には、それぞれの車両からの周波数変調時のアップ時とダウン時のそれぞれ２つのスペクトル信号が存在する。
【００２６】
図４は本発明の実施の形態１によるレーダ装置における２台の先行する車両と交差点からのスペクトル信号の様子を示す説明図である。
先行する２台の車両の相対距離及び相対速度をそれぞれＲ２及びＶ２、Ｒ３及びＶ３、交差点のコーナまでの相対距離及び相対速度をそれぞれＲ１及びＶ１、Ｒ４及びＶ４とすると、それぞれのスペクトル信号は、それぞれＢｄ２及びＢｕ２、Ｂｄ３及びＢｕ３、Ｂｄ１及びＢｕ１、Ｂｄ４及びＢｕ４となる。
【００２７】
従って、先行する２台の車両と交差点においては、それぞれの周波数変調時のアップ時とダウン時のそれぞれ２つのスペクトル信号が存在する。
又、交差点のような道路環境からは、複数のスペクトル信号が発生する場合もある。
車両や交差点コーナにおけるスペクトル信号の強度は、有効反射面積や相対距離との関係でほぼ等しくなる場合があり、信号強度による組み合わせ方法では、組み合わせ数が増えてしまうために、演算処理時間の増大や正確な相対距離や相対速度の算出ができなくなる。
【００２８】
図５は本発明の実施の形態１によるレーダ装置における、先行する車両の相対距離及び相対速度を求めるための一連の手順を示したフローチャートである。
まず、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ：所定の周波数の連続波）モードにより、送信部１００の発振器１１０から所定の周波数の連続波を発生し、受信部２００のＦＦＴ処理部２４０において、ドップラ周波数（ｆｄ）の計測を行う（ステップＳＴ１）。
【００２９】
続いて、ＦＭＣＷモードにより、送信部１００の発振器１１０から所定の周波数変調を施した連続波を発生し、受信部２００のＦＦＴ処理部２４０において、周波数変調のアップ時とダウン時のビート信号２５０の周波数計測を行って、第１のスペクトル信号２６０を生成する（ステップＳＴ２）。
【００３０】
次に、ナビゲーション装置３１０から道路環境の情報として交差点までの相対距離と自車との相対速度の関係から、インタフェース回路３２０において、第２のスペクトル信号３３０を構築する（ステップＳＴ３）。
なお、道路環境に応じて、第２のスペクトル信号３３０は、複数を構築する場合もある。
第２のスペクトル信号３３０の算出は、式（３）及び式（４）から求める。
即ち、周波数変調帯域幅Ｆｍ、変調周期の半周期Ｔｍ、電波の伝搬速度Ｃ、周波数無変調時の周波数ｆ0、相対距離Ｒ、相対速度Ｖから求める。
周波数変調帯域幅Ｆｍ、変調周期の半周期Ｔｍ、及び周波数無変調時の周波数ｆ0は、制御器４１０より得られる。
電波の伝搬速度Ｃは、規定値である。
相対距離Ｒ、及び相対速度Ｖは、ナビゲーション装置３１０からの道路環境の情報に含まれている。又は、道路環境の情報に基づいて算出する。
【００３１】
混合器４２０においては、先行する車両と交差点からのスペクトル信号が混在する第１のスペクトル信号２６０と、交差点に関する第２のスペクトル信号３３０との差分を取り、第３のスペクトル信号４３０を得る（ステップＳＴ４）。
【００３２】
第３のスペクトル信号４３０を用いて、ピーク検出器５１０及びペアリング処理器５２０において、先行する車両の相対距離及び相対速度の情報を求める。
組み合わせにおいては、ステップＳＴ１で予め計測したドップラ周波数（ｆｄ）の値を用いて、周波数変調時のアップ時とダウン時のそれぞれのスペクトル信号であるＢｕ及びＢｄの周波数の差がドップラ周波数（ｆｄ）の２倍になっているかを判定する。
又、それぞれのスペクトル信号であるＢｕ及びＢｄの強度が、ほぼ同じであるかを判定する。
両判定を最も満たすＢｕ及びＢｄを、一組に組み合わせ処理する（ステップＳＴ５）。
【００３３】
組み合わされたそれぞれのスペクトル信号であるＢｕ及びＢｄから、先行する車両との相対距離Ｒ及び相対速度Ｖの算出を式（５）及び式（６）から求める（ステップＳＴ６）。
【００３４】
以上のように、本実施の形態１によれば、受信部２００により生成された先行する車両に道路環境を含む第１のスペクトル信号２６０と、地図情報処理部３００により生成されたナビゲーション装置３１０からの道路環境の情報に基づいた第２のスペクトル信号３３０との差分を、信号処理部４００により取り第３のスペクトル信号４３０を生成する。
又、距離速度演算部５００において、信号処理部４００により生成された第３のスペクトル信号４３０のピーク検出を行い、組み合わせ処理を行って先行する車両の相対距離及び相対速度を演算する。
よって、スペクトル信号の組み合わせ数を削減して演算処理時間を短縮化し、所望する先行車両への正確な距離や速度を算出することにより、比較的低価格で低速な演算処理器の利用を可能とする効果がある。
【００３５】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  送信部、１１０  発振器、１２０  方向性結合器、１３０  送信アンテナ、２００  受信部、２１０  受信アンテナ、２２０  ミキサ部、２３０  ＡＤサンプリング部、２４０  ＦＦＴ処理部、２５０  ビート信号、２６０  第１のスペクトル信号、３００  地図情報処理部、３１０  ナビゲーション装置、３２０  インタフェース回路、３３０  第２のスペクトル信号、４００  信号処理部、４１０  制御器、４２０  混合器、４３０  第３のスペクトル信号、５００距離速度演算部、５１０  ピーク検出器、５２０  ペアリング処理器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014238326.tif 000011
【図４】
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【図５】
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