(57)【要約】  物体検出装置（１０）は、移動体（１００）に搭載される。放射部（１３１）は、移動体（１００）に搭載された音響信号出力装置（２１）により周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される音響信号を放射する。受付部（１３２）は、移動体（１００）に搭載された放射部（１３１）によって放射された音響信号が物体で反射した反射波の信号を受け付ける。検出部（１１６）は、受付部（１３２）によって受け付けられた反射波の信号を受信信号として、受信信号と参照信号との相関値を計算することにより、移動体（１００）の周囲に存在する物体を検出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される音響信号であって移動体から放射された音響信号が物体で反射することによって生じる反射波の信号を受け付ける、受付部と、
前記受付部によって受け付けられた前記反射波の信号を受信信号として、前記受信信号と参照信号との相関値を計算することにより、前記物体を検出する検出部と
を備える物体検出装置。
【請求項２】
前記音響信号は、周波数が等比数列に従い増加する複数の波を重ね合わせた信号である
請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記音響信号は、周波数毎に初期位相が異なる複数の波を重ね合わせた信号である
請求項１又は２に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記音響信号は、音波と低周波超音波とのいずれかの周波数帯域内の周波数の複数の波を重ね合わせた信号である
請求項１から３までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記音響信号は、第１信号と、前記第１信号を反転させた第２信号とを含む信号である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記受信信号と、前記参照信号である参照信号Ｕ（ｔ）及び参照信号Ｖ（ｔ）それぞれとの相関値を計算することにより、前記移動体と前記物体との距離と、前記移動体と前記物体との相対速度との少なくともいずれかを推定する
請求項１から５までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記受信信号と前記参照信号Ｕ（ｔ）との相関値のピーク位置の基準位置に対するシフト量ΔｔＵと、前記受信信号と前記参照信号Ｖ（ｔ）との相関値のピーク位置の基準位置に対するシフト量ΔｔＶとの和（ΔｔＵ＋ΔｔＶ）により相対距離に対応する時間遅延量Δｔ−を計算し、計算された前記時間遅延量Δｔ−から前記移動体と前記物体との距離を推定する
請求項６に記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記検出部は、前記受信信号と前記参照信号Ｕ（ｔ）との相関値のピーク位置の基準位置に対するシフト量ΔｔＵと、前記受信信号と前記参照信号Ｖ（ｔ）との相関値のピーク位置の基準位置に対するシフト量ΔｔＶとの差（ΔｔＶ−ΔｔＵ）によりドップラーシフト量ｓを計算し、計算されたドップラーシフト量ｓから前記移動体と前記物体との相対速度を推定する
請求項６に記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記物体検出装置は、前記受付部として、前記移動体の異なる位置で受信された前記反射波の信号を受け付ける受付部Ａ及び受付部Ｂを備え、
前記検出部は、前記受付部Ａによって受け付けられた反射波の信号を受信信号Ａとして、前記受信信号Ａに基づく前記移動体と前記物体との距離ｄ１と、前記受付部Ｂによって受け付けられた反射波の信号を受信信号Ｂとして、前記受信信号Ｂに基づく前記移動体と前記物体との距離ｄ２とを計算するとともに、前記受信信号Ａと前記受信信号Ｂとの少なくともいずれかに基づくドップラーシフト量ｓを計算して、前記受付部Ａと前記受付部Ｂとの間の距離ｄ１２と前記距離ｄ１と前記距離ｄ２と前記ドップラーシフト量ｓとから、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する
請求項６に記載の物体検出装置。
【請求項１０】
前記検出部は、前記ドップラーシフト量ｓとして、前記受信信号Ａに基づくドップラーシフト量ｓ１と、前記受信信号Ｂに基づくドップラーシフト量ｓ２とを計算して、前記受付部Ａと前記受付部Ｂとの間の距離ｄ１２と前記距離ｄ１と前記距離ｄ２と前記ドップラーシフト量ｓ１とから相対速度Δｖ１を計算し、前記受付部Ａと前記受付部Ｂとの間の距離ｄ１２と前記距離ｄ１と前記距離ｄ２と前記ドップラーシフト量ｓ２とから相対速度Δｖ２を計算し、前記相対速度Δｖ１と前記相対速度Δｖ２とから、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する
請求項９に記載の物体検出装置。
【請求項１１】
前記物体検出装置は、さらに、
前記音響信号として音響信号Ａを放射する放射部Ａと、前記音響信号として前記音響信号Ａと異なる音響信号Ｂを放射する放射部Ｂとを備え、
前記検出部は、前記音響信号Ａ用の前記参照信号と、前記音響信号Ｂ用の前記参照信号とのそれぞれについて、前記移動体と前記物体との相対距離と、前記移動体と前記物体との相対速度との少なくともいずれかを推定する
請求項９又は１０に記載の物体検出装置。
【請求項１２】
前記検出部は、前記移動体の速度を用いて、前記移動体と前記物体との距離と、前記移動体と前記物体との相対速度との少なくともいずれかを推定する
請求項６から１１までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１３】
前記検出部は、前記移動体の外部の環境についての外部環境情報から、前記音響信号の速度である音速を計算して、計算された音速を用いて、前記移動体と前記物体との距離と、前記移動体と前記物体との相対速度との少なくともいずれかを推定する
請求項６から１２までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１４】
移動体に設けられた受付部が、周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される音響信号であって、前記移動体から放射された音響信号が物体で反射した反射波の信号を受け付け、
プロセッサが、前記受付部によって受け付けられた反射波の信号を受信信号として、前記受信信号と参照信号との相関値を計算することにより、前記物体を検出する物体検出方法。
【請求項１５】
周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される音響信号であって移動体から放射された音響信号が物体で反射することによって生じる反射波の信号を受け付けると、
前記受付処理によって受け付けられた反射波の信号を受信信号として、前記受信信号と参照信号との相関値を計算することにより、前記物体を検出する検出処理と
をコンピュータに実行させる物体検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、移動体の周囲に存在する物体を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体の周囲に存在する物体を検出する技術として、例えば車両の周囲に存在する周辺車両を検出する技術がある。移動体の周囲にある物体を検出することにより、検出された物体との衝突を避けるように移動体を制御するといったことが可能になる。【０００３】
特許文献１には、超音波センサを用いて物体を検出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１３−５１８３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波センサを用いる場合のように、音響信号を用いて物体を検出する場合、移動体と物体との少なくともいずれかが移動していると、ドップラーシフトと呼ばれる周波数偏移が生じ、物体の検出精度が落ちてしまう。
この発明は、ドップラーシフトが生じる場合にも、音響信号を用いて精度よく物体を検出可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る物体検出装置は、
周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される音響信号であって移動体から放射された音響信号が物体で反射することによって生じる反射波の信号を受け付ける受付部と、
前記受付部によって受け付けられた前記反射波の信号を受信信号として、前記受信信号と参照信号との相関値を計算することにより、前記物体を検出する検出部と
を備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される音響信号を用いて物体を検出する。これにより、ドップラーシフトが生じた場合であっても精度よく物体を検出可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る物体検出装置１０が移動体に搭載された場合の構成図。
【図２】実施の形態１に係る移動体１００と、移動体１００の周囲に存在する物体２００との状況の説明図。
【図３】実施の形態１に係る物体検出装置１０の全体的な動作を示すフローチャート。
【図４】実施の形態１に係るステップＳＴ１の動作を示すフローチャート。
【図５】実施の形態１に係る送信信号を生成方法の説明図。
【図６】実施の形態１に係る送信信号を生成方法の説明図。
【図７】実施の形態１に係るステップＳＴ２の動作を示すフローチャート。
【図８】実施の形態１に係るステップＳＴ３の動作を示すフローチャート。
【図９】実施の形態１に係る相対距離ｄ及びドップラーシフト量の説明図。
【図１０】実施の形態１に係る相対距離ｄ及びドップラーシフト量の説明図。
【図１１】実施の形態１に係る相互相関関数の説明図。
【図１２】変形例１に係る物体検出装置１０の構成図。
【図１３】変形例２に係る物体検出装置１０の構成図。
【図１４】実施の形態２に係る物体検出装置１０の構成図。
【図１５】実施の形態２に係る移動体１００と、移動体１００の周囲に存在する物体２００との状況の説明図。
【図１６】実施の形態２に係るステップＳＴ２の動作を示すフローチャート。
【図１７】実施の形態２に係るステップＳＴ３の動作を示すフローチャート。
【図１８】実施の形態３に係る物体検出装置１０の構成図。
【図１９】実施の形態３に係る移動体１００と、移動体１００の周囲に存在する物体２００との状況の説明図。
【図２０】実施の形態３に係るステップＳＴ１の動作を示すフローチャート。
【図２１】実施の形態３に係るステップＳＴ３の動作を示すフローチャート。
【図２２】実施の形態４に係る物体検出装置１０の構成図。
【図２３】実施の形態４に係る物体検出装置１０の全体的な動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を参照して、実施の形態１に係る物体検出装置１０が移動体に搭載された場合の例を説明する。
物体検出装置１０は、移動体１００に搭載されるコンピュータである。実施の形態１では、移動体１００は車両であるものとして説明する。しかし、移動体１００は、船といった他の種類であってもよい。また、物体検出装置１０の搭載の実装形態としては、移動体１００または図示した他の構成要素と、一体化してまたは分離不可能な形態で実装しても、取り外し可能または分離可能な形態で実装してもよい。
物体検出装置１０は、プロセッサ１１と、記憶装置１２と、オーディオインタフェース１３と、車載インタフェース１４とのハードウェアを備える。プロセッサ１１は、システムバスを介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
【００１０】
プロセッサ１１は、プロセッシングを行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ１１は、具体例としては、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。
【００１１】
記憶装置１２は、メモリ１２１と、ストレージ１２２とを備える。メモリ１２１は、具体例としては、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。ストレージ１２２は、具体例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）である。また、ストレージ１２２は、ＳＤ（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ）メモリカード、ＣＦ（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ）、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬記憶媒体であってもよい。
【００１２】
オーディオインタフェース１３は、移動体１００に搭載された音響信号出力装置２１及び音響信号入力装置２２をオーディオバスを介してシステムバスに接続するための装置である。オーディオインタフェース１３は、具体例としては、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）、ＩＥＥＥ１３９４、ＨＤＭＩ（登録商標、Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の端子である。
音響信号出力装置２１は、音響信号を出力する装置である。音響信号出力装置２１は、具体例としては、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器と、信号増幅器と、放射装置とを備える装置である。Ｄ／Ａ変換器は、オーディオバスを介してオーディオインタフェース１３から送信された送信信号波形情報を含むデジタル信号を、電気信号であるアナログ信号に変換する装置である。信号増幅器は、Ｄ／Ａ変換器によってアナログ信号に変換された送信信号を増幅する装置である。放射装置は、信号増幅器で増幅されたアナログ信号である送信信号を、音響信号として放射する装置である。放射装置は、具体例としてはスピーカである。なお、放射装置は、スピーカではなく、周波数のピークが複数存在するアナログ信号を放射できる装置であればよく、例えば、共振周波数が異なる超音波センサを複数個集合させた装置でもよい。
音響信号入力装置２２は、音響信号出力装置２１から放射された音響信号が物体で反射した反射波を含む音響信号を収集する装置である。音響信号入力装置２２は、具体例としては、収集装置と、信号増幅器と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器とを備える装置である。収集装置は、装置外部からの音響信号を、電気信号であるアナログ信号に変換して収集する装置である。信号増幅器は、収集装置で収集されたアナログ信号を増幅する装置である。Ａ／Ｄ変換器は、信号増幅器で増幅されたアナログ信号を、受信信号波形情報を含むデジタル信号に変換して、オーディオバスを介してオーディオインタフェース１３に送信する装置である。収集装置は、具体例としてはマイクロホンである。なお、収集装置は、マイクロホンではなく、周波数のピークが複数存在する音響信号を収集できる装置であればよく、例えば、共振周波数が異なる超音波センサを複数個集合させた装置でもよい。
【００１３】
車載インタフェース１４は、移動体１００に搭載された車両情報ＥＣＵ２３及びセンサＥＣＵ２４を車載バスを介してシステムバスに接続するための装置である。車載インタフェース１４は、具体例としては、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＨＤＭＩ（登録商標）の端子である。車載バスは、具体例としては、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）である。
車両情報ＥＣＵ２３は、時刻と、移動体１００の速度といった情報を取得する装置である。
センサＥＣＵ２４は、気温、風速といった移動体１００の外部の環境についての情報である外部環境情報を、取得する装置である。外部環境情報は、音速Ｖｓを補正するために利用される。そのため、外部環境情報としては気温、風速に限らず、湿度、気圧、比熱、密度といった音速Ｖｓの補正に利用可能なパラメータであればよい。
【００１４】
物体検出装置１０は、機能構成要素として、時刻同期部１１１と、送信信号生成部１１２と、受信信号生成部１１３と、車両信号生成部１１４と、環境信号生成部１１５と、検出部１１６と、放射部１３１と、受付部１３２と、時刻取得部１４１と、車両情報取得部１４２と、環境情報取得部１４３とを備える。
時刻同期部１１１と、送信信号生成部１１２と、受信信号生成部１１３と、車両信号生成部１１４と、環境信号生成部１１５と、検出部１１６との各部の機能は、ソフトウェアにより実現される。記憶装置１２のストレージ１２２には、ソフトウェアによって実現される各部の機能を実現するプログラムが記憶されている。このプログラムは、プロセッサ１１によりメモリ１２１に読み込まれ、プロセッサ１１によって実行される。
放射部１３１と、受付部１３２との各部の機能は、オーディオインタフェース１３によって実現される。
時刻取得部１４１と、車両情報取得部１４２と、環境情報取得部１４３との機能は、車載インタフェース１４によって実現される。
【００１５】
物体検出装置１０の各部の機能の処理の結果を示す情報とデータと信号値と変数値は、メモリ１２１、又は、プロセッサ１１内のレジスタ又はキャッシュメモリに記憶される。以下の説明では、物体検出装置１０の各部の機能の処理の結果を示す情報とデータと信号値と変数値は、メモリ１２１に記憶されるものとする。
【００１６】
ソフトウェアによって実現される各機能を実現するプログラムは、記憶装置１２に記憶されているとした。しかし、このプログラムは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬記憶媒体に記憶されてもよい。
【００１７】
図１では、プロセッサ１１は、１つだけ示されていた。しかし、プロセッサ１１は、複数であってもよく、複数のプロセッサ１１が、各機能を実現するプログラムを連携して実行してもよい。
【００１８】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図２から図１０を参照して、実施の形態１に係る物体検出装置１０の動作を説明する。
実施の形態１に係る物体検出装置１０の動作は、実施の形態１に係る物体検出方法に相当する。また、実施の形態１に係る物体検出装置１０の動作は、実施の形態１に係る物体検出プログラムの処理に相当する。
【００１９】
図２を参照して、実施の形態１に係る移動体１００と、移動体１００の周囲に存在する物体２００との状況を説明する。実施の形態１では、物体２００は、移動体１００の前方を走行する車両とする。
図２には、音響信号出力装置２１及び音響信号入力装置２２が設置された移動体１００と、物体２００とが示されている。図２では、音響信号出力装置２１と音響信号入力装置２２とが移動体１００の前側の近接した位置に配置されている。
この状況では、音響信号出力装置２１から物体２００までの最短経路長と、反射波の発生源から音響信号入力装置２２までの最短経路長とは、いずれもほぼ等しく距離ｄとなる。反射波の発生源は、音響信号出力装置２１から出力された送信信号が物体２００に最短で到達する位置である。
また、図２に示すように、移動体１００は速度ｖｓで走行し、物体２００は速度ｖｏで走行する。この状況において、物体検出装置１０は、物体２００を検出するとともに、相対距離ｄ及び相対速度Δｖ＝ｖｏ―ｖｓの推定を行う。
【００２０】
＊＊全体的な動作＊＊
図３を用いて、実施の形態１に係る物体検出装置の全体的な動作を説明する。
図３に示す処理の前提として、図１に示すように、時刻同期部１１１は、時刻取得部１４１が車両情報ＥＣＵ２３から取得した時刻に基づき、同期信号を生成し、送信信号生成部１１２と受信信号生成部１１３と車両信号生成部１１４と環境信号生成部１１５とに送信している。
【００２１】
ステップＳＴ１の放射処理では、送信信号生成部１１２は、時刻同期部１１１によって送信された同期信号に基づき、一定時間Ｔ秒毎に送信信号を放射部１３１に送信する。放射部１３１は、送信信号生成部１１２から送信信号が送信されると、受信した送信信号を音響信号出力装置２１に送信する。音響信号出力装置２１は、受信した送信信号を音響信号として放射する。
【００２２】
ステップＳＴ２の受付処理では、受付部１３２は、音響信号入力装置２２によりデジタル信号に変換された音響信号である受信信号を受け付ける。受付部１３２によって受け付けられる受信信号には、移動体１００の周囲に物体２００がある場合には、ステップＳＴ１で音響信号出力装置２１により放射された音響信号（送信信号）が物体２００で反射することによって生じる反射波に対応した、信号成分が含まれる。また、受信信号には、反射波に対応した信号成分以外にもノイズが含まれる場合がある。
受信信号生成部１１３は、受付部１３２によって受け付けられた最新Ｔ秒間の受信信号を検出部１１６に、一定時間Ｔ１秒毎に送信する。ここで、時間Ｔ１は、時間Ｔ以下である。
また、車両信号生成部１１４は、車両情報取得部１４２を介して移動体１００の速度を取得して、検出部１１６に送信する。
また、環境信号生成部１１５は、環境情報取得部１４３を介して外部環境情報を取得して、検出部１１６に送信する。
なお、受信信号生成部１１３と車両信号生成部１１４と環境信号生成部１１５とは、時刻同期部１１１によって送信された同期信号に基づき、ステップＳＴ１で送信信号の送信が開始されたタイミングと同期して動作する。
【００２３】
ステップＳＴ３の検出処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ２で受信信号生成部１１３によって送信された受信信号に基づき、移動体１００の周囲に存在する物体２００を検出する。
また、検出部１１６は、物体２００が検出された場合には、受信信号とともに、ステップＳＴ２で車両信号生成部１１４によって送信された速度と、環境信号生成部１１５によって送信された外部環境情報とに基づき、物体２００の相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定する。
【００２４】
＊＊ステップＳＴ１の詳細動作＊＊
図４を参照して、実施の形態１に係るステップＳＴ１の動作を詳細に説明する。
ステップＳＴ１１の経過時間判定処理では、送信信号生成部１１２は、時刻同期部１１１によって送信された同期信号に基づき、前回送信信号を送信した送信時刻からの経過時間を計測する。
送信信号生成部１１２は、送信時刻からＴ秒経過した場合には、処理をステップＳＴ１２に進め、送信時刻からＴ秒経過していない場合には、再びステップＳＴ１１を実行する。
【００２５】
ステップＳＴ１２の送信処理では、送信信号生成部１１２は、予めメモリ１２１に記憶しておいた信号波形を読み出し、読み出された信号波形を送信信号として放射部１３１に送信する。そして、放射部１３１は、音響信号出力装置２１を介して、送信信号を音響信号として放射する。
【００２６】
ここで、音響信号として放射される送信信号は、周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される信号である。送信信号は、周波数が等比数列に従い増加する複数の波を重ね合わせた信号であることが望ましい。送信信号は、周波数毎に初期位相が異なる複数の波を重ね合わせた信号であることが望ましい。
また、送信信号の構成要素である各々の波の周波数は、いずれも音波あるいは低周波超音波の周波数帯域内、具体的には１６ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲内にあることが望ましい。つまり、送信信号である音響信号は、音波と低周波超音波とのいずれかの周波数帯域内の周波数の複数の波を重ね合わせた信号であることが望ましい。
【００２７】
また、ステップＳＴ３で物体２００を検出するだけでなく、移動体１００と物体２００との相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定する場合には、送信信号は、第１信号と、第１信号の位相を反転させた第２信号とを含む信号である。
【００２８】
具体的には、送信信号としては、ｑ（≧２）種類の周波数成分を含み、かつ、その周波数が等比級数で増加し、かつ、周波数と初期位相とが１対１で対応するような信号が利用できる。すなわち、具体例としては、送信信号として、数１に示す信号ｕ（ｔ，Ｔ０）を用いることができる。
【数１】
2017141370.tif 000003
ここで、ｐ（＞０）は帯域幅に対応する定数である。ｆ０（＞０）は、最低周波数を表す定数である。Ｔ０（＞０）は、初期位相に関する定数である。ａｋは各周波数の振幅に対応する定数である。
この信号は、周波数がｆ０，ｐ１／ｑｆ０，ｐ２／ｑｆ０，．．．，ｐ（ｑ−１）／ｑｆ０とｐ１／ｑ倍ずつ増加している。また、この信号は、各整数ｋについての周波数（ｐｋ／ｑｆ０）における初期位相は２πＴ０・ｐｋ／ｑｆ０となり、周波数と初期位相とが１対１で対応している。
【００２９】
また、送信信号としては、ある帯域幅内で周波数が連続的に分布する信号も利用できる。これは、信号ｕ（ｔ，Ｔ０）において、周波数振幅特性上で各周波数のピークが区別できなくなるまで周波数の増加率ｐ１／ｑを小さくすることに対応している。
【００３０】
また、送信信号としては信号ｕ（ｔ，Ｔ０）の一部区間を窓関数で切り出した信号、切り出した信号同士の重ねあわせ等、元の信号ｕ（ｔ，Ｔ０）と同等の周波数特性を有する信号も利用できる。具体例としては、区間ｔ１≦ｔ≦ｔ２を切り出す矩形窓をｒｅｃｔ［ｔ１，ｔ２］とすると、数２に示す２つの信号と、数２に示す２つの信号を重ねあわせた数３に示す信号ｗ（ｔ）とも送信信号として利用できる。
【数２】
2017141370.tif 000004
【数３】
2017141370.tif 000005
【００３１】
上記説明では、送信信号生成部１１２は、メモリ１２１から読み出した信号波形を送信信号として用いた。しかし、ステップＳＴ１２で送信信号生成部１１２は、信号波形を生成して送信信号としてもよい。
具体例としては、信号ｕ（ｔ，Ｔ０）を用いる場合には、図５に示すように、物体検出装置１０は、送信信号の構成要素となる複数の周波数の正弦波波形をメモリ１２１に記憶しておく。そして、ステップＳＴ１２で送信信号生成部１１２は、メモリ１２１から複数の周波数の正弦波波形を読み出し、読み出された複数の周波数の正弦波波形を足し合わせることにより、送信信号となる信号波形を生成する。なお、図５では、ｋ＝０，．．．，ｑ−１の各整数ｋについて、ｆｋ＝ｐｋ／ｑｆ０であり、φｋ＝２πｆｋＴ０である。
また、周波数が連続的に分布する信号を送信信号として用いる場合には、図６に示すように、物体検出装置１０は、ホワイトノイズやピンクノイズといった信号波形を基準波形としてメモリ１２１に記憶しておく。そして、ステップＳＴ１２で送信信号生成部１１２は、メモリ１２１から基準波形を読み出し、読み出された基準波形に基準帯域幅を通過帯域とするバンドパスフィルタを通すことにより、送信信号となる信号波形を生成する。通過帯域ｆは、例えば、ｆ０≦ｆ≦ｆｑ−１である。この場合、送信信号生成部１１２は、必要に応じて、通過後の信号波形にオールパスフィルタを通して周波数位相特性を変更するといった、その他種々の信号処理を施してもよい。なお、物体検出装置１０は、基準波形に代えて、基準波形の生成に必要となる乱数のシードといった情報をメモリ１２１に記憶しておき、ステップＳＴ１２で送信信号生成部１１２がメモリ１２１に記憶された情報から基準波形を生成してもよい。
【００３２】
＊＊ステップＳＴ２の詳細動作＊＊
図７を参照して、実施の形態１に係るステップＳＴ２の動作を詳細に説明する。
ステップＳＴ２１の受付処理では、受付部１３２は、時刻同期部１１１によって送信された同期信号に基づき、音響信号入力装置２２によって常時収集される受信信号のうち、最新Ｔ秒間分の受信信号をメモリ１２１に記憶しておく。具体的には、受付部１３２は、音響信号入力装置２２によって収集された受信信号をメモリ１２１に書き込み、収集されてからＴ秒経過した受信信号をメモリ１２１から消去する。
【００３３】
ステップＳＴ２２の経過時間判定処理では、受信信号生成部１１３は、時刻同期部１１１によって送信された同期信号に基づき、前回受信信号を送信した送信時刻からの経過時間を計測する。
受信信号生成部１１３は、送信時刻からＴ１秒経過した場合には、処理をステップＳＴ２３に進め、送信時刻からＴ１秒経過していない場合には、処理をステップＳＴ２１に戻す。
【００３４】
ステップＳＴ２３の送信処理では、受信信号生成部１１３は、メモリ１２１に記憶された最新Ｔ秒間分の受信信号を読み出し、読み出された受信信号を検出部１１６に送信する。
また、この際、車両信号生成部１１４は、車両情報取得部１４２を介して移動体１００の速度を取得して、検出部１１６に送信する。
また 、環境信号生成部１１５は、環境情報取得部１４３を介して外部環境情報を取得して、検出部１１６に送信する。
【００３５】
＊＊ステップＳＴ３の詳細動作＊＊＊
図８を参照して、実施の形態１に係るステップＳＴ３の動作を詳細に説明する。
ステップＳＴ３１の相関処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ２で受信信号生成部１１３によって送信された受信信号と、少なくとも２種類の参照信号それぞれとについて、相互相関関数を計算する。
実施の形態１では、２種類の参照信号１，２がメモリ１２１に記憶されているとする。そして、検出部１１６は、２種類の参照信号１，２をメモリ１２１から読み出して、受信信号と参照信号１，２それぞれとについて、相互相関関数を計算する。検出部１１６は、計算された各相互相関関数をメモリ１２１に書き込む。
【００３６】
参照信号は、受信信号との相互相関関数にピークが立つような信号であればよい。具体例としては、参照信号として送信信号が利用できる。このとき、ドップラーシフトが生じない場合の理想的な受信信号は、送信信号が相対距離に起因する時間だけ遅延した信号と相似の信号波形となる。そのため、参照信号と受信信号との相互相関関数は、送信信号の自己相関関数が遅延時間だけシフトしたものになり、ピークが生じる。また、ドップラーシフトが生じる場合は、それに応じてさらにピーク位置がシフトする。
参照信号は、送信信号に限らず、送信信号と同等の周波数特性を有する信号も利用できる。具体例としては、送信信号を数３に示す信号ｗ（ｔ）としたとき、送信信号である信号ｗ（ｔ）以外にも、信号ｕ（ｔ，Ｔ０）、数４に示す信号Ｕ（ｔ）、数４に示す信号Ｖ（ｔ）を参照信号として利用できる。
【数４】
2017141370.tif 000006
【００３７】
ステップＳＴ３２のピーク判定処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ３１で計算された各相互相関関数にピークが存在するか否かを判定する。
具体的には、検出部１１６は、ステップＳＴ３１で計算された各相互相関関数をメモリ１２１から読み出す。そして、検出部１１６は、各相互相関関数について、周囲よりも値が基準値以上高くなる時刻をピークとして特定する。検出部１１６は、ピークとして特定された時刻がある場合には、ピークが存在すると判定し、ピークとして特定された時刻がない場合には、ピークが存在しないと判定する。
検出部１１６は、ピークが存在する場合には、処理をステップＳＴ３４に進め、ピークが存在しない場合には、処理をステップＳＴ３５に進める。
【００３８】
なお、検出部１１６は、ステップＳＴ３１で相互相関関数を計算して、ピークの存在判定をし、判定結果をメモリ１２１に書き込み、ステップＳＴ３２で判定結果をメモリから読み出して相関ピークが存在するか否かを判定してもよい。ここで、判定結果は、ピークが存在する場合はそのピーク位置であり、ピークがしない場合はピークが存在しない、つまり物体不検出であることを表すフラグ等である。このようにすることで、メモリ１２１の使用量を減らすことができる。
【００３９】
ステップＳＴ３３の音速計算処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ３１及びステップＳＴ３２と並行して、音速を計算する。
具体的には、１気圧の乾燥空気の音速Ｖｓ（ｍ（メートル）／ｓ（秒））は、Ｖｓ＝３３１．５＋０．６１Ｔｐと近似できる。ここで、Ｔｐは摂氏温度である。そこで、検出部１１６は、外部環境情報が示す気温を、上記近似式に代入することにより、音速を計算する。また、風が吹いている場合には、風速が音速に加算あるいは減算される。そこで、検出部１１６は、外部環境情報が示す風速を用いて、音速を計算する。
なお、検出部１１６は、音速を３４０ｍ／ｓのように定数としてもよい。また、検出部１１６は、センサ等によって音速Ｖｓを測定してもよい。
【００４０】
ステップＳＴ３４の第１計算処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ３２でピークが存在したため、移動体１００の周囲に物体２００が検出されたとして、移動体１００と検出された物体２００との相対距離ｄを推定する。また、検出部１１６は、ドップラーシフト率ρを推定する。
検出部１１６は、相対距離ｄ及びドップラーシフト率ρを、受信信号と参照信号との相互相関関数の最大ピーク位置が基準のピーク位置からどれだけシフトしたかを求めることで推定する。検出部１１６は、相対距離ｄ及びドップラーシフト率ρの推定値をメモリ１２１に書き込む。
【００４１】
相対距離ｄの推定方法を説明する。
具体例として、数３に示す信号ｗ（ｔ）を送信信号とし、数４に示す信号Ｕ（ｔ）を参照信号として利用した場合を考える。
このとき、図９に示すように、もしドップラーシフトが生じなければ、つまりρ＝１であれば、受信信号ｙ（ｔ）は相対距離に対応する時間（ｄ＋ｄ）／Ｖｓだけ遅延が生じる。ここで、図２の状況において、送信信号が受信されるまでの伝送経路は、音響信号出力装置２１→物体２００（反射波の発生源）→音響信号入力装置２２となる。そのため、経路長はｄ＋ｄとなる。
ところが、図９の最下段に示すように、ドップラーシフトが生じている場合には信号が伸縮する。図９ではρ＞１の場合を示している。そのため、図１０に示すように、受信信号ｙ（ｔ）と参照信号Ｕ（ｔ）との相互相関関数の最大ピーク位置ｔｙ，Ｕは、送信信号ｗ（ｔ）と参照信号Ｕ（ｔ）との相互相関関数の最大ピーク位置ｔｗ，Ｕを基準として、相対距離に対応する時間遅延の分とドップラーシフトの分との合算だけシフトする。そのため、シフト量ΔｔＵは数５によって表される。
【数５】
2017141370.tif 000007
また、数４に示す信号Ｖ（ｔ）を参照信号として利用すれば、受信信号ｙ（ｔ）と参照信号Ｖ（ｔ）との相互相関関数の最大ピーク位置ｔｙ，Ｖは、送信信号ｗ（ｔ）と参照信号Ｖ（ｔ）との相互相関関数の最大ピーク位置ｔｗ，Ｖを基準として、最大ピーク位置ｔｙ，Ｕと同様にシフトする。但し、図９の最下段に示すように、信号の伸縮は信号中心に対して左右に等距離で生じるため、ドップラーシフトに起因するピークシフトはＵ（ｔ）を参照信号とした場合と距離が等しく逆向きになる。従って、シフト量ΔｔＶは数６によって表される。
【数６】
2017141370.tif 000008
そのため、ドップラーシフトに起因するピークシフトは、数７に示すように各々のピークシフト量の平均をとることで相殺でき、相対距離に対応する時間遅延量Δｔ−が得られる。
【数７】
2017141370.tif 000009
そこで、検出部１１６は、相対距離ｄを数８により推定する。
【数８】
2017141370.tif 000010
【００４２】
ドップラーシフト率の推定方法を説明する。
引き続き、具体例として、数３に示す信号ｗ（ｔ）を送信信号とし、数４に示す信号Ｕ（ｔ）及び信号Ｖ（ｔ）を参照信号として利用した場合を考える。
上述したようにドップラーシフトに起因するピークシフトは距離が等しく逆向きになり、相対距離に起因するピークシフトは参照信号によらず距離が等しく同じ向きになる。そのため、ドップラーシフト以外の要因に起因するピークシフトは、各々のピークシフト量の差をとることで相殺できる。
従って、最大ピーク位置ｔｙ，Ｕと最大ピーク位置ｔｙ，Ｖとの間の距離は、数９によって表される。ここで、図１０に示すように、ｔｗ，Ｖ−ｔｗ，Ｕ＝２Ｔｉである。
【数９】
2017141370.tif 000011
従って、これをドップラーシフト率ρについて解くと、数１０となる。検出部１１６は、ドップラーシフト率ρを数１０により推定する。
【数１０】
2017141370.tif 000012
【００４３】
なお、上述した具体例では、波形が対称な２種類の信号Ｕ（ｔ）及び信号Ｖ（ｔ）を参照信号とした。また、信号Ｕ（ｔ）及び信号Ｖ（ｔ）を原点から等距離の位置に配置した信号ｗ（ｔ）を送信信号とした。そして、これらの参照信号及び送信信号を用いることにより、ドップラーシフト、あるいは、相対距離ｄに対応する時間遅延に起因するピークシフトを相殺した。
しかし、送信信号は、第１信号と、第１信号を反転させた第２信号とを含む信号であればよい。この場合、参照信号は、第１信号の成分を含む信号と、第２信号を含む信号とにすればよい。このような送信信号及び参照信号を用いれば、ドップラーシフト、あるいは、相対距離ｄに対応する時間遅延に起因するピークシフトを相殺できる。
但し、送信信号のうち、参照信号に含まれる成分以外の成分は、相互相関のピーク検出時の妨げにならないような信号であることが望ましい。相互相関のピーク検出時の妨げにならないような信号とは、例えば、各参照信号と互いに無相関な信号である。
具体例としては、２種類の参照信号である信号Ｕ（ｔ）及び信号Ｖ（ｔ）を、時間軸原点を中心に既知の異なる時間だけ離した信号も、送信信号として利用できる。また、信号ｗ（ｔ）以外の信号が含まれた信号も、送信信号として利用できる。
【００４４】
ステップＳＴ３５の不検出処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ３２でピークが存在しなかったため、移動体１００の周囲に物体２００が検出されなかったとする。検出部１１６は、物体２００が検出されなかったことを示すフラグをメモリ１２１に書き込む、あるいは、相対距離ｄ及び相対速度Δｖの推定値として、物体２００が検出されなかった場合の特別な値をメモリ１２１に書き込む。
【００４５】
ステップＳＴ３６の第２計算処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ３４で推定されたドップラーシフト率ρの推定値から移動体１００と物体２００との相対速度Δｖを推定する。検出部１１６は、相対速度Δｖの推定値をメモリ１２１に書き込む。
【００４６】
相対速度Δｖの推定方法を説明する。
図２に示す状況において、ドップラーシフト率ρは、数１１によって表される。
【数１１】
2017141370.tif 000013
数１１を速度ｖｏについて解くと、相対速度Δｖ＝ｖｏ―ｖｓは、数１２となる。
【数１２】
2017141370.tif 000014
そこで、検出部１１６は、数１２に移動体１００の速度ｖｓ及び音速Ｖｓの値を代入して相対速度Δｖを推定する。
【００４７】
ここで、検出部１１６は、ステップＳＴ２で車両信号生成部１１４によって送信された速度ｖｓと、ステップＳＴ３３で計算された音速Ｖｓとを用いて、相対速度Δｖを計算する。
なお、移動体１００の速度ｖｓと音速Ｖｓの間にＶｓ＞＞ｖｓの関係が成り立つ場合は、相対速度Δｖを数１３のように近似することも可能である。しかし、ステップＳＴ２で車両信号生成部１１４によって送信された速度ｖｓを用いることで、より高精度に相対速度Δｖを推定することができる。
【数１３】
2017141370.tif 000015
【００４８】
ステップＳＴ３８の出力処理では、検出部１１６は、物体２００が検出された場合には、ステップＳＴ３４で推定された相対距離ｄの推定値と、ステップＳＴ３６で推定された相対速度Δｖの推定値とをメモリ１２１から読み出す。そして、検出部１１６は、読み出された相対距離ｄ及び相対速度Δｖの推定値を出力する。
一方、検出部１１６は、物体２００が検出されなかった場合には、ステップＳＴ３５でメモリ１２１に書き込まれたフラグ、あるいは、相対距離ｄ及び相対速度Δｖの推定値を読み出す。そして、検出部１１６は、読み出されたフラグ、あるいは、相対距離ｄ及び相対速度Δｖの推定値を出力する。
【００４９】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態１に係る物体検出装置１０は、周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される信号を送信信号として用いる。これにより、相関処理におけるＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上できるため、遠距離の物体２００を検出できる。また、移動体１００と物体２００との相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定することができる。
【００５０】
周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される信号を送信信号として用いることの効果を説明する。
音波を用いて物体２００を検出する装置としては、超音波センサが知られており、近距離の障害物を検出することを目的として、移動体に搭載されている場合がある。ここで、超音波センサは、４０ｋＨｚといった単一の周波数成分を有する信号を送受信する。より正確には、超音波センサは、単一の周波数を中心周波数として、中心周波数の前後数％の周波数成分を含む信号を送受信する。そのため、送信信号として利用できる信号は、単一周波数によるパルス信号か、あるいは特定の符号によって振幅、位相、周波数等を変調させた信号（振幅変調信号、位相変調信号、周波数変調信号）となる。
送信信号としてパルス信号を用いる場合には、例えば受信信号の振幅がある閾値を超えた時刻を受信時刻とみなして、送受信に要した時間と音速から障害物までの相対距離を推定する方式が用いられる。この方式は複雑な信号処理が不要である一方で、雑音に弱いという欠点がある。
【００５１】
また、送信信号として変調信号（Ｍ系列（ｍａｘｉｍａｌ  ｌｅｎｇｔｈ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ））等の符号パターンに対して、異なる周波数、振幅、位相等を割り当てた信号）を用いる場合がある。この場合には、図１１に示すように、受け付けられた受信信号と送信信号との数１４に示す相互相関関数を計算し、その最大ピーク位置のずれから送受信に要した時間を求め、相対距離を推定する方式が用いられる。図１１では、送信信号として周波数変調信号を用いた場合を示している。
【数１４】
2017141370.tif 000016
この方式は、相関処理によりＳ／Ｎ比を向上することができる一方で、符号長に応じてＳ／Ｎ比が向上するために、遠距離を測定するためには信号長が長くなるという欠点がある。さらに、移動体１００と物体２００との少なくともいずれかが移動している場合には、ドップラー効果による周波数偏移（以下、ドップラーシフトと呼ぶ）が生じるため、周波数変調信号は相関処理に適さない。
【００５２】
これに対して、周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される信号を送信信号として用いると、信号長が同一でも、単一周波数の信号を用いるよりもＳ／Ｎ比を向上できる。つまり、信号長の増加を抑えつつ、遠距離の物体２００を検出できる。また、相互相関関数の最大ピーク位置から受信時刻を求め、相対距離ｄを推定できるとともに、ピーク位置のずれ量からドップラーシフト量を推定することもできる。
【００５３】
また、実施の形態１に係る物体検出装置１０は、周波数が等比数列に従い増加する複数の波を重ね合わせた信号を送信信号として用いる。これにより、より精度よく遠距離の物体２００を検出できる。また、より精度よく移動体１００と物体２００との相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定することができる。
【００５４】
周波数が等比数列に従い増加する複数の波を重ね合わせた信号を送信信号として用いることの効果を説明する。
ドップラーシフトは乗法的に作用する。つまり、全ての周波数成分が等しい倍率で増減する。そのため、理想的な受信信号は、空気による減衰率α（＜１）と、ドップラーシフト率ρと、移動体１００と物体２００との相対距離ｄと、音速Ｖｓとを用いてα・ｕ（ρ（ｔ−２ｄ）／Ｖｓ）によって表される。
そのため、各周波数が等比級数で増加するような信号を用いることで、ドップラーシフトが生じた場合にも、送信信号と受信信号の周波数振幅特性の重なりが大きくなる。したがって、送信信号と受信信号との相互相関関数に大きなピークが立ちやすくなる。その結果、精度よく物体２００を検出することができるとともに、精度よく移動体１００と物体２００との相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定することができる。
【００５５】
実施の形態１に係る物体検出装置１０は、周波数毎に初期位相が異なる複数の波を重ね合わせた信号を送信信号として用いる。これにより、より精度よく遠距離の物体２００を検出できる。また、より精度よく移動体１００と物体２００との相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定することができる。
【００５６】
周波数毎に初期位相が異なる複数の波を重ね合わせた信号を送信信号として用いることの効果を説明する。
ドップラーシフトが生じているとき、周波数と初期位相とが１対１で対応していると、送信信号と受信信号とに同じ周波数成分が含まれる場合に、その周波数に対応する位相が両者で一致する。そのため、各周波数に対応する相互相関関数のピーク位置が一致し、大きなピークが立ちやすくなる。その結果、精度よく物体２００を検出することができるとともに、精度よく移動体１００と物体２００との相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定することができる。
【００５７】
実施の形態１に係る物体検出装置１０は、音波と低周波超音波とのいずれかの周波数帯域内の周波数の複数の波を重ね合わせた信号を送信信号として用いる。これにより、より精度よく遠距離の物体２００を検出できる。また、より精度よく移動体１００と物体２００との相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定することができる。
【００５８】
音波と低周波超音波とのいずれかの周波数帯域を用いることの効果を説明する。
空気中に放射された音波は、空気の粘性の影響で次第にエネルギーが減衰する。このとき、空気の減衰定数α、音波の伝搬距離ｚとすると、エネルギー密度はｅｘｐ（−２αｚ）に比例する。文献（吉久光一，“屋外の音の伝搬における空気吸収の計算（ＩＳＯ  ９６１３−１について）”，騒音制御，Ｖｏｌ．  ２１，Ｎｏ．  ３，ｐｐ．  １３０−１３５  （１９９７））によると、減衰定数αは、周波数の２乗に概ね比例するため、周波数が高くなるほど減衰が大きくなる。そのため、超音波センサ等の、音波を用いた物体検出装置でよく用いられる周波数である４０ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、４００ｋＨｚといった高周波帯域の信号は遠距離の物体検出には不向きである。物体検出装置１０は、これよりも低い周波数帯域の音波を送信信号として用いることで、エネルギーの減衰を抑え、遠距離の物体２００の検出が可能である。
【００５９】
但し、１６ｋＨｚ未満の周波数帯域の信号は一般に人間の可聴域内である。そのため、健康面及び騒音問題といった観点から、１６ｋＨｚ未満の周波数帯域は用いないことが望ましい。
【００６０】
また、数ｍ程度以下の近距離の場合には、１６ｋＨｚから４０ｋＨｚの範囲内に限らず、より高周波帯域の信号を用いても物体２００の検出は可能である。従って、物体検出装置１０は、１６ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲内の音波あるいは低周波超音波を使用する。
【００６１】
また、実施の形態１に係る物体検出装置１０は、環境情報取得部１４３を介して取得された外部環境情報により音速Ｖｓを計算する。これにより、精度よく移動体１００と物体２００との相対速度Δｖを計算できる。
【００６２】
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
実施の形態１では、物体２００の検出精度をより高くするとともに、移動体１００と物体２００との相対距離ｄ及び相対速度Δｖの推定精度をより高くするために、物体検出装置１０は多くの機能構成要素を備えた。しかし、変形例１として、実施の形態１に比べ、多少の精度低下が起こる可能性はあるものの、機能構成要素を簡略化してもよい。この変形例１について、実施の形態１と異なる点を説明する。
【００６３】
図１２を参照して、変形例１に係る物体検出装置１０の構成を説明する。
物体検出装置１０は、プロセッサ１１と、記憶装置１２と、オーディオインタフェース１３とのハードウェアを備える。
物体検出装置１０は、機能構成要素として、時刻同期部１１１と、検出部１１６と、受付部１３２とを備える。受付部１３２は、移動体１００に搭載された音響信号出力装置２１から出力された音響信号が物体で反射した反射波を含む受信信号を、移動体１００に搭載された音響信号入力装置２２を介して受け付ける。時刻同期部１１１は、音響信号出力装置２１と音響信号入力装置２２との動作を同期させ、音響信号出力装置２１から放射された音波が音響信号入力装置２２により受け付けられるまでの時間計測を可能とする。検出部１１６は、受付部１３２によって受け付けられた受信信号に基づき、物体２００を検出するとともに、移動体１００と物体２００との相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定する。
【００６４】
なお、物体検出装置１０は、図１２に示す構成に、図１に示す一部のハードウェアと機能とを追加されてもよい。
【００６５】
＜変形例２＞
実施の形態１では、時刻同期部１１１と、送信信号生成部１１２と、受信信号生成部１１３と、車両信号生成部１１４と、環境信号生成部１１５と、検出部１１６との各部の機能がソフトウェアで実現された。しかし、変形例２として、これらの各部の機能はハードウェアで実現されてもよい。この変形例２について、実施の形態１と異なる点を説明する。
【００６６】
図１３を参照して、変形例２に係る物体検出装置１０の構成を説明する。
各部の機能がハードウェアで実現される場合、物体検出装置１０は、プロセッサ１１と記憶装置１２とに代えて、処理回路１５を備える。処理回路１５は、物体検出装置１０の各部の機能及び記憶装置１２の機能を実現する専用の電子回路である。
【００６７】
処理回路１５は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ（Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）が想定される。
各部の機能を１つの処理回路１５で実現してもよいし、各部の機能を複数の処理回路１５に分散させて実現してもよい。
【００６８】
＜変形例３＞
変形例３として、時刻同期部１１１と、送信信号生成部１１２と、受信信号生成部１１３と、車両信号生成部１１４と、環境信号生成部１１５と、検出部１１６との一部の機能がハードウェアで実現され、他の機能がソフトウェアで実現されてもよい。つまり、物体検出装置１０の各部のうち、一部の機能がハードウェアで実現され、他の機能がソフトウェアで実現されてもよい。
【００６９】
プロセッサ１１と記憶装置１２とオーディオインタフェース１３と車載インタフェース１４と処理回路１５とを、総称して「プロセッシングサーキットリー」という。つまり、各部の機能は、プロセッシングサーキットリーにより実現される。
【００７０】
＜変形例４＞
実施の形態１では、図２に示すように、音響信号出力装置２１と音響信号入力装置２２を移動体１００の前側の近接した位置に配置し、移動体１００の前方を走行する車両である物体２００を検出する例を説明した。しかし、これに限られず、音響信号出力装置２１と音響信号入力装置２２を移動体１００の後側の近接した位置に配置して、移動体１００の後方を走行する車両である物体２００を検出することもできる。また、音響信号出力装置２１と音響信号入力装置２２を移動体１００の前方側と後方側との両方に配置し、前方及び後方を走行する車両である物体２００を検出するようにしてもよい。
また、物体２００は、車両に限らず、歩行者、建物のような構造物といった移動速度が音速以下の他の種類であってもよい。
【００７１】
また、音響信号出力装置２１と音響信号入力装置２２とは近接していなくても、音響信号入力装置２２は音響信号出力装置２１から放射した出力信号が物体２００に反射して発生する反射波を収集できる位置に配置されていればよい。
また、図２に示す状況では、音響信号入力装置２２は移動体１００の前側に１個配置されていた。しかし、音響信号入力装置２２の個数は１個に限られず、２個以上配置されてもよい。音響信号入力装置２２が複数個配置された場合、検出部１１６は、音響信号入力装置２２それぞれで収集された受信信号に対する推定結果を総合する。
推定結果を総合するとは、具体例としては、それぞれの推定値の平均をとるといったことである。これにより、推定精度を向上されることができる。
【００７２】
実施の形態２．
物体２００が移動体１００の斜め側方に位置する場合、１個の音響信号入力装置２２による受信信号から推定される相対速度Δｖは、物体２００の相対速度Δｖの斜め方向成分になってしまう。
実施の形態２は、少なくとも２つの音響信号入力装置２２を利用して物体２００を検出する点が実施の形態１と異なる。これにより、実施の形態２では、物体２００が移動体１００の斜め側方に位置する場合にも、相対速度Δｖを推定可能になる。実施の形態２では、この異なる点を説明する。
【００７３】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１４を参照して、実施の形態２に係る物体検出装置１０の構成を説明する。
物体検出装置１０は、少なくとも２つの音響信号入力装置２２を備える。実施の形態２では、物体検出装置１０は、音響信号入力装置２２Ａと、音響信号入力装置２２Ｂとを備える。
また、物体検出装置１０は、各音響信号入力装置２２に対応する受付部１３２を備える。実施の形態２では、物体検出装置１０は、音響信号入力装置２２Ａに対応する受付部１３２Ａと、音響信号入力装置２２Ｂに対応する受付部１３２Ｂとを備える。
【００７４】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１５から図１７を参照して、実施の形態２に係る物体検出装置１０の動作を説明する。
実施の形態２に係る物体検出装置１０の動作は、実施の形態２に係る物体検出方法に相当する。また、実施の形態２に係る物体検出装置１０の動作は、実施の形態２に係る物体検出プログラムの処理に相当する。
【００７５】
図１５を参照して、実施の形態２に係る移動体１００と、移動体１００の周囲に存在する物体２００との状況を説明する。実施の形態２では、物体２００は、移動体１００の左側方を走行する車両とする。
図１５には、音響信号出力装置２１及び２つの音響信号入力装置２２が左側方に設置された移動体１００と、物体２００とが示されている。図１５では、音響信号入力装置２２Ａは音響信号出力装置２１と近接した位置に配置され、音響信号入力装置２２Ｂは音響信号出力装置２１と離れた位置に配置されている。
この状況では、音響信号出力装置２１及び音響信号入力装置２２Ａと、音響信号入力装置２２Ｂとの間は、距離ｄ１２である。また、音響信号出力装置２１から物体２００までの最短経路長と、反射波の発生源から音響信号入力装置２２Ａまでの最短経路長は、いずれもほぼ等しく距離ｄ１となる。反射波の発生源は、音響信号出力装置２１から出力された送信信号が物体２００に最短で到達する位置である。さらに、反射波の発生源から音響信号入力装置２２Ｂまでの最短経路長は、距離ｄ２となる。
また、音響信号出力装置２１及び音響信号入力装置２２Ａと、反射波の発生源とのなす角はいずれもほぼ等しくθ１となる。また、音響信号入力装置２２Ｂと反射波の発生源とのなす角はθ２となる。なお、角度は移動体１００の前方を０°、後方を１８０°として反時計回りに定義される。
また、図１５に示すように、移動体１００は速度ｖｓで走行し、物体２００は速度ｖｏで走行する。この状況において、相対距離ｄ１及び相対距離ｄ２と、相対速度Δｖ＝ｖｏ―ｖｓとの推定を行う。
【００７６】
全体的な動作と、ステップＳＴ１の詳細動作とは、実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。
【００７７】
＊＊ステップＳＴ２の詳細動作＊＊
図１６を参照して、実施の形態２に係るステップＳＴ２の動作を詳細に説明する。
ステップＳＴ２２の処理は、図７のステップＳＴ２２の処理と同じである。
【００７８】
ステップＳＴ２１Ｂの受付処理では、受付部１３２Ａは、音響信号入力装置２２Ａによって常時収集される受信信号１のうち、最新Ｔ秒間分の受信信号１をメモリ１２１に記憶しておく。同様に、受付部１３２Ｂは、音響信号入力装置２２Ｂによって常時収集される受信信号２のうち、最新Ｔ秒間分の受信信号２をメモリ１２１に記憶しておく。
【００７９】
ステップＳＴ２３Ｂの送信処理では、受信信号生成部１１３は、メモリ１２１に記憶された最新Ｔ秒間分の受信信号１，２を読み出し、読み出された受信信号１，２を検出部１１６に送信する。また、この際、車両信号生成部１１４は、車両情報取得部１４２を介して移動体１００の速度を取得して、検出部１１６に送信する。同様に、環境信号生成部１１５は、環境情報取得部１４３を介して外部環境情報を取得して、検出部１１６に送信する。
【００８０】
＊＊ステップＳＴ３の詳細動作＊＊
図１７を参照して、実施の形態２に係るステップＳＴ３の動作を詳細に説明する。
ステップＳＴ３２からステップＳＴ３３の処理は、図８のステップＳＴ３２からステップＳＴ３３の処理と同じである。また、ステップＳＴ３５の処理は、図８のステップＳＴ３５の処理と同じである。
【００８１】
ステップＳＴ３１Ｂの相関処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ２で受信信号生成部１１３によって送信された受信信号１，２それぞれと、少なくとも２種類の参照信号１，２それぞれとについて、相互相関関数を計算する。
実施の形態２では、２種類の参照信号１，２がメモリ１２１に記憶されているとする。そして、検出部１１６は、２種類の参照信号１，２をメモリ１２１から読み出して、受信信号１，２それぞれと参照信号１，２それぞれとについて、相互相関関数を計算する。検出部１１６は、計算された各相互相関関数をメモリ１２１に書き込む。
【００８２】
ステップＳＴ３４Ｂの第１計算処理では、検出部１１６は、移動体１００と検出された物体２００との相対距離ｄ及びドップラーシフト率ρを推定する。検出部１１６は、相対距離ｄ及びドップラーシフト率ρの推定値をメモリ１２１に書き込む。
【００８３】
相対距離ｄの推定方法を説明する。
検出部１１６は、受信信号１，２それぞれについて、図８のステップＳＴ３４の処理と同じ処理により、数７に従いピークシフト量の平均を計算する。受信信号１について計算されたピークシフト量の平均Δｔ１−と、受信信号２について計算されたピークシフト量の平均Δｔ２−とを用いて、検出部１１６は、数１５により相対距離ｄ１，ｄ２を推定する。
【数１５】
2017141370.tif 000017
ここで、相対距離ｄ１に関しては、送信信号が受信されるまでの伝送経路は、音響信号出力装置２１→物体２００（反射波の発生源）→音響信号入力装置２２Ａとなる。そのため、経路長はｄ１＋ｄ１となる。したがって、相対距離ｄ１の推定値は、送受信に要する時間を距離に換算した値を１／２倍して計算される。
また、相対距離ｄ２に関しては、送信信号が受信されるまでの伝送経路は、音響信号出力装置２１→物体２００（反射波の発生源）→音響信号入力装置２２Ｂとなるため、経路長はｄ１＋ｄ２となる。そのため、相対距離ｄ２の推定値は、送受信に要する時間を距離に換算した値から相対距離ｄ１を減算して計算される。
【００８４】
ドップラーシフト率ρの推定方法を説明する。
検出部１１６は、受信信号１，２それぞれについて、図８のステップＳＴ３４の処理と同じ処理により、数１０に従いドップラーシフト率ρを推定する。図１５に示す状況において、音響信号入力装置２２Ａで収集された受信信号から計算されたドップラーシフト率ρの推定値をρ１とし、音響信号入力装置２２Ｂで収集された受信信号から計算されたドップラーシフト率ρの推定値をρ２とする。
【００８５】
ステップＳＴ３６Ｂの第２計算処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ３４Ｂで推定されたドップラーシフト率ρの推定値ρ１から相対速度Δｖ１を推定するとともに、推定値ρ２から相対速度Δｖ２を推定する。
【００８６】
相対速度Δｖの推定方法を説明する。
図１５に示す状況において、推定値ρ１，ρ２はそれぞれ数１６によって表される。
【数１６】
2017141370.tif 000018
ここで、ｃｏｓθ１及びｃｏｓθ２の値は、図１５における、３辺の長さがｄ１２、ｄ１、ｄ２の三角形から三辺測量の原理により計算することができる。距離ｄ１２は音響信号入力装置２２Ａと音響信号入力装置２２Ｂとの間の距離のため、既知の値である。また、相対距離ｄ１及び相対距離ｄ２は、ステップＳＴ３４Ｂで計算された相対距離の推定値を用いることができる。
そこで、検出部１１６は、距離ｄ１２と、相対距離ｄ１と、相対距離ｄ２との値から、ｃｏｓθ１及びｃｏｓθ２を数１７により計算する。
【数１７】
2017141370.tif 000019
検出部１１６は、移動体１００の速度ｖｓと、音速Ｖｓと、計算されたｃｏｓθ１及びｃｏｓθ２の値とを、数１６の推定値ρ１，ρ２それぞれの式に代入し、速度ｖｏについて解く。これにより、検出部１１６は、音響信号入力装置２２Ａ，２２Ｂそれぞれに対応した相対速度Δｖ＝ｖｏ―ｖｓの推定値Δｖ１，Δｖ２を得る。
【００８７】
ステップＳＴ３７Ｂの総合処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ３６Ｂで推定された音響信号入力装置２２Ａ，２２Ｂそれぞれに対応した推定値Δｖ１，Δｖ２を総合して、相対速度Δｖを推定する。
具体的には、実施の形態２では、検出部１１６は、推定値Δｖ１，Δｖ２の平均を計算することにより、相対速度Δｖを推定する。検出部１１６は、推定された相対速度Δｖをメモリ１２１に書き込む。
なお、検出部１１６は、推定値Δｖ１，Δｖ２の分布の最頻値を相対速度Δｖとする方法や、外れ値判定処理を行い、外れ値でない推定結果だけを用いて相対速度Δｖを計算するといった、他の方法により、相対速度Δｖを計算してもよい。
【００８８】
ステップＳＴ３８Ｂの出力処理では、検出部１１６は、物体２００が検出された場合には、ステップＳＴ３４Ｂで推定された相対距離ｄ１，ｄ２の推定値と、ステップＳＴ３７Ｂで推定された相対速度Δｖの推定値とをメモリ１２１から読み出す。そして、検出部１１６は、読み出された相対距離ｄ１，ｄ２及び相対速度Δｖの推定値を出力する。
一方、検出部１１６は、物体２００が検出されなかった場合には、ステップＳＴ３５でメモリ１２１に書き込まれたフラグ、あるいは、相対距離ｄ１，ｄ２及び相対速度Δｖの推定値を読み出す。そして、検出部１１６は、読み出されたフラグ、あるいは、相対距離ｄ１，ｄ２及び相対速度Δｖの推定値を出力する。
【００８９】
なお、ステップＳＴ３８Ｂでは、検出部１１６は、相対距離の推定値ｄ１，ｄ２及び既知の距離ｄ１２から、三辺測量の原理により物体２００の相対位置座標を計算し、出力してもよい。
【００９０】
＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態２に係る物体検出装置１０は、複数の受信信号から得た推定結果に三辺測量の原理を適用する。これにより、物体２００が移動体１００の側方に存在し、かつ、送信信号の伝送経路に角度が付いている場合にも、相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定することができる。
なお、物体２００が移動体１００の真横に存在する場合には、実施の形態１と同様に、音響信号入力装置２２を移動体１００の側方に１個配置することで相対距離ｄ及び相対速度Δｖの推定が可能である。
【００９１】
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例５＞
実施の形態２では、図１５に示すように、移動体１００の左側に２つの音響信号入力装置２２Ａ，２２Ｂが配置された。これにより、移動体１００の左側に存在する物体２００が検出された。変形例５として、移動体１００の右側に２つの音響信号入力装置２２を配置して、移動体１００の右側に存在する物体２００を検出してもよい。また、移動体１００の左右両側にそれぞれ２つの音響信号入力装置２２を配置して、移動体１００の左右両側に存在する物体２００を検出するようにしてもよい。
【００９２】
＜変形例６＞
実施の形態２では、２つの音響信号入力装置２２を配置するとした。しかし、変形例６として、３つ以上の音響信号入力装置２２が配置されてもよい。
３つ以上の音響信号入力装置２２が配置された場合には、ステップＳＴ３４Ｂで検出部１１６は、各音響信号入力装置２２についての相対距離ｄ及びドップラーシフト率ρを推定する。また、ステップＳＴ３６ＢからステップＳＴ３７Ｂで検出部１１６は、各音響信号入力装置２２に対応した相対速度Δｖを計算し、計算された相対速度Δｖを総合する。
３つ以上の音響信号入力装置２２を用いることにより、３辺測量を複数回行うことになり、相対速度Δｖと物体２００の相対位置座標との推定精度を高めることが可能になる。
【００９３】
実施の形態３．
物体２００で反射した反射波と、音響信号出力装置２１から送信され、物体２００で反射していない直接音とが重なる距離では、相互相関関数にピークが立たず、物体２００が検出されない場合がある。
実施の形態３は、少なくとも２つの音響信号出力装置２１を利用して物体２００を検出する点が実施の形態２と異なる。これにより、実施の形態３では、反射波と直接音とが重なる距離でも、相互相関関数にピークが立ち、物体２００を精度よく検出可能になる。実施の形態３では、この異なる点を説明する。
【００９４】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１８を参照して、実施の形態３に係る物体検出装置１０の構成を説明する。
物体検出装置１０は、少なくとも２つの音響信号出力装置２１を備える。実施の形態３では、物体検出装置１０は、音響信号出力装置２１Ａと、音響信号出力装置２１Ｂとを備える。
また、物体検出装置１０は、各音響信号出力装置２１に対応する放射部１３１を備える。実施の形態３では、物体検出装置１０は、音響信号出力装置２１Ａに対応する放射部１３１Ａと、音響信号出力装置２１Ｂに対応する放射部１３１Ｂとを備える。
【００９５】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１９から図２１を参照して、実施の形態３に係る物体検出装置１０の動作を説明する。
実施の形態３に係る物体検出装置１０の動作は、実施の形態３に係る物体検出方法に相当する。また、実施の形態３に係る物体検出装置１０の動作は、実施の形態３に係る物体検出プログラムの処理に相当する。
【００９６】
図１９を参照して、実施の形態３に係る移動体１００と、移動体１００の周囲に存在する物体２００との状況を説明する。実施の形態３では、物体２００は、移動体１００の左側方を走行する車両とする。
図１９には、２つの音響信号出力装置２１及び２つの音響信号入力装置２２が左側方に設置された移動体１００と、物体２００とが示されている。図１９では、音響信号入力装置２２Ａは音響信号出力装置２１Ａと近接した位置に配置され、音響信号入力装置２２Ｂは音響信号出力装置２１Ｂと近接した位置に配置されている。
この状況では、音響信号出力装置２１Ａ及び音響信号入力装置２２Ａと、音響信号出力装置２１Ｂ及び音響信号入力装置２２Ｂとの間は、距離ｄ１２である。また、音響信号出力装置２１Ａから物体２００までの最短経路長と、音響信号出力装置２１Ａから出力された送信信号の反射波の発生源から音響信号入力装置２２Ａまでの最短経路長は、いずれもほぼ等しく距離ｄＡ１となる。この反射波の発生源から音響信号入力装置２２Ｂまでの最短経路長は、距離ｄＡ２となる。また、音響信号出力装置２１Ｂから物体２００までの最短経路長と、音響信号出力装置２１Ｂから出力された送信信号の反射波の発生源から音響信号入力装置２２Ｂまでの最短経路長は、いずれもほぼ等しく距離ｄＢ１となる。この反射波の発生源から音響信号入力装置２２Ａまでの最短経路長は、距離ｄＢ２となる。
また、音響信号出力装置２１Ａ及び音響信号入力装置２２Ａと、音響信号出力装置２１Ａから出力された送信信号の反射波の発生源とのなす角はいずれもほぼ等しくθＡ１となる。音響信号入力装置２２Ｂとこの反射波の発生源とのなす角はθＡ２となる。また、音響信号出力装置２１Ｂ及び音響信号入力装置２２Ｂと、音響信号出力装置２１Ｂから出力された送信信号の反射波の発生源とのなす角はいずれもほぼ等しくθＢ１となる。音響信号入力装置２２Ａとこの反射波の発生源とのなす角はθＢ２となる。
また、図１９に示すように、移動体１００は速度ｖｓで走行し、物体２００は速度ｖｏで走行する。この状況において、相対距離ｄ１及び相対距離ｄ２と、相対速度Δｖ＝ｖｏ―ｖｓとの推定を行う。
【００９７】
全体的な動作と、ステップＳＴ２の詳細動作とは、実施の形態２と同じであるため、説明を省略する。
【００９８】
＊＊ステップＳＴ１の詳細動作＊＊
図２０を参照して、実施の形態３に係るステップＳＴ１の動作を詳細に説明する。
ステップＳＴ１１の処理は、図４のステップＳＴ１１の処理と同じである。
【００９９】
ステップＳＴ１２Ｃの送信処理では、送信信号生成部１１２は、予めメモリ１２１に記憶しておいた信号波形を読み出し、読み出された信号波形を送信信号として放射部１３１Ａ，１３１Ｂに送信する。そして、放射部１３１Ａ，１３１Ｂは、音響信号出力装置２１を介して、送信信号を音響信号として放射する。ここでは、放射部１３１Ａが放射する送信信号を送信信号Ａとし、放射部１３１Ｂが放射する送信信号を送信信号Ｂとする。
ここで、音響信号出力装置２１Ａ，２１Ｂから送信される送信信号Ａ，Ｂは、異なる信号である。具体的には、送信信号Ａ，Ｂは互いに無相関である。つまり、送信信号Ａ，Ｂ同士の相互相関関数にピークが立たない。
【０１００】
＊＊ステップＳＴ３の詳細動作＊＊
図２１を参照して、実施の形態３に係るステップＳＴ３の動作を詳細に説明する。
ステップＳＴ３２からステップＳＴ３３の処理は、図１７のステップＳＴ３２からステップＳＴ３３の処理と同じである。また、ステップＳＴ３５の処理は、図１７のステップＳＴ３５の処理と同じである。
【０１０１】
ステップＳＴ３１Ｃの相関処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ２で受信信号生成部１１３によって送信された受信信号１，２のそれぞれと、少なくとも４種類の参照信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２それぞれとについて、相互相関関数を計算する。参照信号Ａ１，Ａ２は、送信信号Ａに対応した２種類の参照信号である。また、参照信号Ｂ１，Ｂ２は、送信信号Ｂに対応した２種類の参照信号である。
実施の形態３では、４種類の参照信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２がメモリ１２１に記憶されているとする。そして、検出部１１６は、４種類の参照信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２をメモリ１２１から読み出して、受信信号１，２それぞれと参照信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２それぞれとについて、相互相関関数を計算する。検出部１１６は、計算された各相互相関関数をメモリ１２１に書き込む。
つまり、検出部１１６は、音響信号出力装置２１の数（２個）×音響信号入力装置２２の数（２個）×２＝８個の相互相関関数を計算する。
【０１０２】
ここで、受信信号１及び受信信号２は、いずれにも送信信号Ａに対応した反射波と、送信信号Ｂに対応した反射波とが混合されている。このとき、送信信号Ａと送信信号Ｂとが互いに無相関であるので、受信信号１，２それぞれについて、参照信号Ａ１，Ａ２との相互相関関数を計算すると、送信信号Ａの反射波に対応した相関ピークのみが立つ。同様に、受信信号１，２それぞれについて、参照信号Ｂ１，Ｂ２との相互相関関数を計算すると、送信信号Ｂの反射波に対応した相関ピークのみが立つ。
そのため、送信信号Ａの直接音が送信信号Ｂの反射波と重なった場合、及び、送信信号Ｂの直接音が送信信号Ａの反射波と重なった場合でも、相互相関関数を計算することで、それぞれの反射波に対応するピークのみを抽出することができる。したがって、送信信号Ａ，Ｂそれぞれに対応した相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定することができる。
【０１０３】
ステップＳＴ３４Ｃの第１計算処理では、検出部１１６は、送信信号Ａ、Ｂそれぞれについて、図１７のステップＳＴ３４Ｂと同様の処理により、相対距離ｄ及びドップラーシフト率ρを推定する。検出部１１６は、相対距離ｄ及びドップラーシフト率ρの推定値をメモリ１２１に書き込む。
ここで、送信信号Ａに対応した、各音響信号入力装置２２から物体２００までの相対距離ｄの推定値をそれぞれ推定値ｄＡ１，ｄＡ２とし、ドップラーシフト率ρの推定値をそれぞれ推定値ρＡ１，ρＡ２とする。また、送信信号Ｂに対応した、各音響信号入力装置２２から物体２００までの相対距離ｄの推定値をそれぞれ推定値ｄＢ１，ｄＢ２とし、ドップラーシフト率ρの推定値をそれぞれ推定値ρＢ１，ρＢ２とする。
【０１０４】
ステップＳＴ３６Ｃの第２計算処理では、検出部１１６は、図１７のステップＳＴ３６Ｂと同様の処理により、ステップＳＴ３４Ｃで推定されたドップラーシフト率ρの推定値ρＡ１から相対速度ΔｖＡ１を推定し、推定値ρＡ２から相対速度ΔｖＡ２を推定し、推定値ρＢ１から相対速度ΔｖＢ１を推定し、推定値ρＢ２から相対速度ΔｖＢ２を推定する。
【０１０５】
相対速度Δｖの推定方法を説明する。
図１９に示す状況において、推定値ρＡ１，ρＡ２，ρＢ１，ρＢ２はそれぞれ数１８によって表される。
【数１８】
2017141370.tif 000020
検出部１１６は、図１７のステップＳＴ３６Ｂのｃｏｓθ１とｃｏｓθ２との値と同様に、三辺測量の原理に基づき、ｃｏｓθＡ１とｃｏｓθＡ２とｃｏｓθＢ１とｃｏｓθＢ２の値を数１９により計算する。
【数１９】
2017141370.tif 000021
検出部１１６は、移動体１００の速度ｖｓと、音速Ｖｓと、計算されたｃｏｓθＡ１とｃｏｓθＡ２とｃｏｓθＢ１とｃｏｓθＢ２の値とを、数１８の推定値ρＡ１，ρＡ２，ρＢ１，ρＢ２それぞれの式に代入し、速度ｖｏについて解く。これにより、検出部１１６は、送信信号Ａ，Ｂと音響信号入力装置２２Ａ，２２Ｂとの各組合せに対応した相対速度Δｖ＝ｖｏ―ｖｓの推定値ΔｖＡ１，ΔｖＡ２，ΔｖＢ１，ΔｖＢ２を得る。
【０１０６】
ステップＳＴ３７Ｃの総合処理では、検出部１１６は、ステップＳＴ３４Ｃで推定された推定値ｄＡ１，ｄＢ１を総合して相対距離ｄ１を推定するとともに、推定値ｄＡ２，ｄＢ２を総合して相対距離ｄ２を推定する。また、検出部１１６は、ステップＳＴ３６Ｃで推定された推定値ΔｖＡ１，ΔｖＡ２，ΔｖＢ１，ΔｖＢ２を総合して、相対速度Δｖを推定する。
具体的には、実施の形態３では、検出部１１６は、推定値ｄＡ１，ｄＢ２の平均を計算することにより、相対距離ｄ１を推定し、推定値ｄＡ２，ｄＢ２の平均を計算することにより、相対距離ｄ２を推定する。また、検出部１１６は、推定値ΔｖＡ１，ΔｖＡ２，ΔｖＢ１，ΔｖＢ２の平均を計算することにより、相対速度Δｖを推定する。検出部１１６は、推定された相対速度Δｖをメモリ１２１に書き込む。
なお、検出部１１６は、推定値ΔｖＡ１，ΔｖＡ２，ΔｖＢ１，ΔｖＢ２の分布の最頻値を相対速度Δｖとする方法や、外れ値判定処理を行い、外れ値でない推定結果だけを用いて相対速度Δｖを計算するといった、他の方法により、相対速度Δｖを計算してもよい。
【０１０７】
ステップＳＴ３８Ｃの出力処理では、検出部１１６は、物体２００が検出された場合には、ステップＳＴ３７Ｃで推定された相対距離ｄ１，ｄ２の推定値及び相対速度Δｖの推定値をメモリ１２１から読み出す。そして、検出部１１６は、読み出された相対距離ｄ１，ｄ２及び相対速度Δｖの推定値を出力する。
一方、検出部１１６は、物体２００が検出されなかった場合には、ステップＳＴ３５でメモリ１２１に書き込まれたフラグ、あるいは、相対距離ｄ１，ｄ２及び相対速度Δｖの推定値を読み出す。そして、検出部１１６は、読み出されたフラグ、あるいは、相対距離ｄ１，ｄ２及び相対速度Δｖの推定値を出力する。
【０１０８】
なお、ステップＳＴ３８Ｃでは、検出部１１６は、相対距離の推定値ｄ１，ｄ２及び既知の距離ｄ１２から、三辺測量の原理により物体２００の相対位置座標を計算し、出力してもよい。
【０１０９】
＊＊＊実施の形態３の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態３に係る物体検出装置１０は、複数の送信信号を用いて物体２００を検出する。これにより、反射波と直接音とが重なる距離でも、相互相関関数にピークが立ち、精度よく物体２００を検出することができる。
【０１１０】
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例７＞
実施の形態３では、図１９に示すように、移動体１００の左側に２つの音響信号出力装置２１Ａ，２１Ｂと、２つの音響信号入力装置２２Ａ，２２Ｂとが配置された。これにより、移動体１００の左側に存在する物体２００が検出された。変形例７として、移動体１００の右側に２つの音響信号出力装置２１と、２つの音響信号入力装置２２とを配置して、移動体１００の右側に存在する物体２００を検出してもよい。また、移動体１００の左右両側にそれぞれ２つの音響信号出力装置２１と、２つの音響信号入力装置２２とを配置して、移動体１００の左右両側に存在する物体２００を検出するようにしてもよい。
【０１１１】
＜変形例８＞
実施の形態３では、２つの音響信号出力装置２１を配置するとした。しかし、変形例８として、３つ以上の音響信号出力装置２１が配置されてもよい。
３つ以上の音響信号出力装置２１が配置された場合には、ステップＳＴ３４Ｃで検出部１１６は、各音響信号出力装置２１についての相対距離ｄ及びドップラーシフト率ρを推定する。また、ステップＳＴ３６Ｃで検出部１１６は、各音響信号出力装置２１に対応した相対速度Δｖを計算する。そして、ステップＳＴ３７Ｃで検出部１１６は、計算された相対距離ｄ及び相対速度Δｖを総合する。
【０１１２】
＜変形例９＞
実施の形態３では、異なる送信信号を放射する２つの音響信号出力装置２１を配置するとした。しかし、変形例９として、１つの音響信号出力装置２１から互いに無相関である信号を重ねあわせた送信信号を送信するようにしてもよい。これにより、実施の形態３と同様に、反射波と直接音とが重なる距離でも、相互相関関数にピークが立ち、精度よく物体２００を検出することが可能になる。
なお、無相関性の程度は必ずしも完全な無相関である必要はなく、物体検出装置１０に必要とされる検出精度または測定性能を満足する程度であればよい。
【０１１３】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、移動体１００の周囲に存在する物体２００を検出することを説明した。実施の形態４では、検出された結果に基づき、移動体１００を制御する点が実施の形態１〜３と異なる。実施の形態４では、この異なる点を説明する。
実施の形態４では、実施の形態１に機能追加した場合を説明する。しかし、実施の形態２，３に機能追加することも可能である。
【０１１４】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２２を参照して、実施の形態４に係る物体検出装置１０の構成を説明する。
図２２では、説明を分かりやすくするために、主に検出部１１６以外の機能構成要素については省略されている。
車載インタフェース１４は、車両制御ＥＣＵ２５に接続されている。車両制御ＥＣＵ２５は、ブレーキ、アクセル、ハンドルといった制御機器を制御する装置である。
【０１１５】
物体検出装置１０は、機能構成要素として、制御部１１７を備える。制御部１１７の機能は、検出部１１６等と同様に、ソフトウェアによって実現される。
【０１１６】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図２３を参照して、実施の形態４に係る物体検出装置１０の動作を説明する。
実施の形態４に係る物体検出装置１０の動作は、実施の形態４に係る物体検出方法に相当する。また、実施の形態４に係る物体検出装置１０の動作は、実施の形態４に係る物体検出プログラムの処理に相当する。
【０１１７】
ステップＳＴ４１の物体検出処理では、物体検出装置１０は、実施の形態１で説明した方法により、移動体１００の周囲に存在する物体２００を検出するとともに、相対距離ｄ及び相対速度Δｖを推定する。
【０１１８】
ステップＳＴ４２の制御処理では、制御部１１７は、ステップＳＴ４１で物体２００が検出された場合には、出力された相対距離ｄ及び相対速度Δｖに基づき移動体１００を制御する制御信号を、車載インタフェース１４を介して車両制御ＥＣＵ２５に送信する。これにより、制御部１１７は、移動体１００の動作を制御する。
具体例としては、移動体１００の前方に物体２００が検出され、相対距離ｄが基準距離以内であり、かつ、相対速度Δｖが基準速度以上である場合には、移動体１００が物体２００に衝突する恐れがあるとして、制御部１１７はブレーキを制御する制御信号を車両制御ＥＣＵ２５に送信する。これにより、ブレーキが制御され、移動体１００が減速して、移動体１００が物体２００に衝突することが防止される。
また、他の具体例としては、車線変更時、横方向の物体２００を検出し、移動予定先の場所に物体２００がなければ車線変更するようにハンドル等を制御し、物体２００があれば車線変更しないようにハンドル等を制御する。これにより、車線変更時に物体２００に衝突することが防止される。
【０１１９】
＜変形例１０＞
実施の形態２〜４では、実施の形態１と同じように、物体検出装置１０の各部の機能がソフトウェアで実現された。しかし、実施の形態１の変形例２と同じように、物体検出装置１０の各部の機能はハードウェアで実現されてもよい。また、実施の形態１の変形例３と同じように、物体検出装置１０は、一部の機能がハードウェアで実現され、他の機能がソフトウェアで実現されてもよい。
【０１２０】
以上、本発明の実施の形態について説明した。これらの実施の形態及び変形例のうち、いくつかを組み合わせて実施してもよい。また、いずれか１つ又はいくつかを部分的に実施してもよい。なお、本発明は、以上の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【０１２１】
具体例としては、実施の形態１では、移動体１００の前後方向に存在する物体２００を検出することを説明した。また、実施の形態２，３では、移動体１００の左右方向に存在する物体２００を検出することを説明した。これらを組み合わせて、移動体１００の前後左右方向に存在する物体２００を検出できるように構成してもよい。
また、音響信号出力装置２１及び音響信号入力装置２２を移動体１００の底側に配置して、移動体１００が走行する路面上に存在する物体２００を検出してもよい。また、音響信号出力装置２１及び音響信号入力装置２２を移動体１００の上側に配置して、移動体１００の上側に存在する物体２００を検出してもよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１０  物体検出装置、１１  プロセッサ、１２  記憶装置、１１１  時刻同期部、１１２  送信信号生成部、１１３  受信信号生成部、１１４  車両信号生成部、１１５  環境信号生成部、１１６  検出部、１２  記憶装置、１２１  メモリ、１２２  ストレージ、１３  オーディオインタフェース、１３１  放射部、１３２  受付部、１４  車載インタフェース、１４１  時刻取得部、１４２  車両情報取得部、１４３  環境情報取得部、１５  処理回路、２１  音響信号出力装置、２２  音響信号入力装置、２３  車両情報ＥＣＵ、２４  センサＥＣＵ、１００  移動体、２００  物体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月21日(2016.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成され、移動体から放射された音響信号が、物体で反射することによって生じる反射波の信号を受け付ける受付部であって、前記移動体の異なる位置で受信された前記反射波の信号を受け付ける受付部Ａ及び受付部Ｂを有する受付部と、
前記受付部Ａによって受け付けられた前記反射波の信号を受信信号Ａとし、前記受付部Ｂによって受け付けられた反射波の信号を受信信号Ｂとして、前記受信信号Ａと参照信号である参照信号Ｕ（ｔ）及び参照信号Ｖ（ｔ）との相関値を計算することにより、前記移動体と前記物体との距離ｄ１を計算し、前記受信信号Ｂと参照信号である参照信号Ｕ（ｔ）及び参照信号Ｖ（ｔ）との相関値を計算することにより、前記移動体と前記物体との距離ｄ２を計算し、前記受信信号Ａと前記受信信号Ｂとの少なくともいずれかに基づくドップラーシフト率ρを計算して、前記受信信号Ａが受信された位置と前記受信信号Ｂが受信された位置との間の距離ｄ１２と前記距離ｄ１と前記距離ｄ２と前記ドップラーシフト率ρとから、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する検出部と
を備える物体検出装置。
【請求項２】
前記音響信号は、周波数が等比数列に従い増加する複数の波を重ね合わせた信号である
請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記音響信号は、周波数毎に初期位相が異なる複数の波を重ね合わせた信号である
請求項１又は２に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記音響信号は、音波と低周波超音波とのいずれかの周波数帯域内の周波数の複数の波を重ね合わせた信号である
請求項１から３までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記音響信号は、第１信号と、前記第１信号を反転させた第２信号とを含む信号である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記受信信号Ａと前記受信信号Ｂとのそれぞれを対象の受信信号として、前記対象の受信信号と前記参照信号Ｕ（ｔ）との相関値のピーク位置の基準位置に対するシフト量ΔｔＵと、前記受信信号と前記参照信号Ｖ（ｔ）との相関値のピーク位置の基準位置に対するシフト量ΔｔＶとの和（ΔｔＵ＋ΔｔＶ）により距離に対応する時間遅延量Δｔ−を計算し、計算された前記時間遅延量Δｔ−から前記移動体と前記物体との距離を計算する
請求項１から５までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記ドップラーシフト率ρとして、前記受信信号Ａに基づくドップラーシフト率ρ１と、前記受信信号Ｂに基づくドップラーシフト率ρ２とを計算して、前記受付部Ａと前記受付部Ｂとの間の距離ｄ１２と前記距離ｄ１と前記距離ｄ２と前記ドップラーシフト率ρ１とから相対速度Δｖ１を計算し、前記受付部Ａと前記受付部Ｂとの間の距離ｄ１２と前記距離ｄ１と前記距離ｄ２と前記ドップラーシフト率ρ２とから相対速度Δｖ２を計算し、前記相対速度Δｖ１と前記相対速度Δｖ２とから、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する
請求項１から６までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記物体検出装置は、さらに、
前記音響信号を放射する１つの放射部を備え、
前記受付部Ａ及び前記受付部Ｂは、前記１つの放射部から放射された前記音響信号の前記反射波の信号であって、前記移動体の異なる位置で受信された前記反射波の信号を受け付ける
請求項１から７までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記物体検出装置は、さらに、
前記音響信号として音響信号Ａを放射する放射部Ａと、前記音響信号として前記音響信号Ａと異なる音響信号Ｂを放射する放射部Ｂとを備え、
前記検出部は、前記音響信号Ａ用の前記参照信号と、前記音響信号Ｂ用の前記参照信号とのそれぞれについて、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する
請求項１から７までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１０】
前記物体検出装置は、さらに、
前記音響信号として音響信号Ａと、前記音響信号Ａと無相関である音響信号Ｂとを重ね合わせて放射する放射部を備え、
前記検出部は、前記音響信号Ａ用の前記参照信号と、前記音響信号Ｂ用の前記参照信号とのそれぞれについて、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する
請求項１から７までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１１】
前記検出部は、前記移動体の速度を用いて、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１２】
前記検出部は、前記移動体の外部の環境についての外部環境情報から、前記音響信号の速度である音速を計算して、計算された音速を用いて、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１３】
移動体に設けられた受付部Ａが、周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成される音響信号であって、前記移動体から放射された音響信号が物体で反射した反射波の信号を受信信号Ａとして受け付け、
前記移動体に設けられた受付部Ｂが、前記受付部Ａによって受信された受信信号Ａとは前記移動体の異なる位置で受信された前記反射波の信号を受信信号Ｂとして受け付け、
プロセッサが、前記受信信号Ａと参照信号である参照信号Ｕ（ｔ）及び参照信号Ｖ（ｔ）との相関値を計算することにより、前記移動体と前記物体との距離ｄ１を計算し、前記受信信号Ｂと参照信号である参照信号Ｕ（ｔ）及び参照信号Ｖ（ｔ）との相関値を計算することにより、前記移動体と前記物体との距離ｄ２を計算し、前記受信信号Ａと前記受信信号Ｂとの少なくともいずれかに基づくドップラーシフト率ρを計算して、前記受信信号Ａが受信された位置と前記受信信号Ｂが受信された位置との間の距離ｄ１２と前記距離ｄ１と前記距離ｄ２と前記ドップラーシフト率ρとから、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する物体検出方法。
【請求項１４】
周波数の異なる複数の波の重ね合わせで構成され、移動体から放射された音響信号が物体で反射した反射波の信号であって、前記移動体の異なる位置で受信された２つの反射波の信号を受け付ける受付処理と、
前記受付処理によって受け付けられた一方の反射波の信号を受信信号Ａとし、他方の反射波の信号を受信信号Ｂとして、前記受信信号Ａと参照信号である参照信号Ｕ（ｔ）及び参照信号Ｖ（ｔ）との相関値を計算することにより、前記移動体と前記物体との距離ｄ１を計算し、前記受信信号Ｂと参照信号である参照信号Ｕ（ｔ）及び参照信号Ｖ（ｔ）との相関値を計算することにより、前記移動体と前記物体との距離ｄ２を計算し、前記受信信号Ａと前記受信信号Ｂとの少なくともいずれかに基づくドップラーシフト率ρを計算して、前記受信信号Ａが受信された位置と前記受信信号Ｂが受信された位置との間の距離ｄ１２と前記距離ｄ１と前記距離ｄ２と前記ドップラーシフト率ρとから、前記移動体と前記物体との相対速度を推定する検出処理と
をコンピュータに実行させる物体検出プログラム。
【国際調査報告】
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2017141370.tif 000046
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