(57)【要約】【課題】車載レーダ装置を搭載する車両の直進方向に沿った前方または後方の正面方向についての方位誤差を求める。【解決手段】Ｓ２２０では、観測された反射点のうち静止していると推定される静止点を抽出する。Ｓ２３０では、車両に対するＦＭＣＷレーダの設置状態から求められる正面方向を基準方向として、抽出された静止点のうち、基準方向を中心として設定された正面範囲内に位置する正面点を抽出する。Ｓ２４０〜Ｓ２５０では、抽出された正面点のうち、高位閾値より高い位置に存在すると推定される高位点を抽出する。Ｓ２７０では、抽出された高位点の分布から求められる正面方向を計測方向として、基準方向に対する計測方向のずれを、正面方向での方位誤差として求める。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知範囲に車両の直進方向に沿った前方または後方の正面方向を含むように前記車両に搭載されたＦＭＣＷレーダにて観測された反射点を取得し、前記反射点のうち静止していると推定される静止点を抽出する第１のステップ（Ｓ２２０）と、
前記車両に対する前記ＦＭＣＷレーダの設置状態から求められる前記正面方向を基準方向として、前記第１のステップにて抽出された静止点のうち、前記基準方向を中心として設定された正面範囲内に位置する正面点を抽出する第２のステップ（Ｓ２３０）と、
前記第２のステップにて抽出された正面点のうち、予め設定された高位閾値より高い位置に存在すると推定される高位点を抽出する第３のステップ（Ｓ２４０〜Ｓ２５０）と、
前記第３のステップにて抽出された高位点の分布から求められる前記正面方向を計測方向として、前記基準方向に対する前記計測方向のずれを、前記正面方向での方位誤差として求める第４のステップ（Ｓ２７０）と、
を備える方位誤差検出方法。
【請求項２】
検知範囲に車両の直進方向に沿った前方または後方の正面方向を含むように前記車両に搭載されたＦＭＣＷレーダにて観測された反射点を取得し、前記反射点のうち静止していると推定される静止点を抽出するように構成された静止抽出部（Ｓ２２０）と、
前記車両に対する前記ＦＭＣＷレーダの設置状態から求められる前記正面方向を基準方向として、前記静止抽出部にて抽出された静止点のうち、前記基準方向を中心として設定された正面範囲内に位置する正面点を抽出するように構成された正面抽出部（Ｓ２３０）と、
前記正面抽出部にて抽出された正面点のうち、予め設定された高位閾値より高い位置に存在すると推定される高位点を抽出するように構成された高位抽出部（Ｓ２４０〜Ｓ２５０）と、
前記高位抽出部にて抽出された高位点の分布から求められる前記正面方向を計測方向として、前記基準方向に対する前記計測方向のずれを、前記正面方向での方位誤差として求めるように構成された誤差算出部（Ｓ２７０）と、
を備える方位誤差検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の方位誤差検出装置であって、
前記高位抽出部は、前記正面点をトラッキングすることで前記車両と前記正面点との距離および前記正面点からの反射強度の関係を示したハイトパターンを生成し、前記ハイトパターンを用いて、前記正面点が前記高位点であるか否かを判断するように構成された、
方位誤差検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の方位誤差検出装置であって、
前記高位抽出部は、前記高位点であるか否かの判断に、前記車両との距離が予め設定された下限距離より遠い領域について求められた前記ハイトパターンを用いるように構成された、
方位誤差検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の方位誤差検出装置であって、
前記下限距離は、前記車両が乗り越え可能な高さを有する静止物について求められる理想的な前記ハイトパターンに存在する、前記ＦＭＣＷレーダの検知範囲内で最も遠方のヌル点までの距離より大きな値に設定されている、
方位誤差検出装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の方位誤差検出装置であって、
前記高位閾値は、道路の上方に設置される看板の路面からの高さの下限値以上に設定されている、
方位誤差検出装置。
【請求項７】
請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の方位誤差検出装置であって、
前記誤差算出部は、方位をパラメータとして、前記高位点を累積した累積分布関数を用いて、前記計測方向を求めるように構成された、
方位誤差検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車載レーダ装置の方位誤差を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載レーダ装置をバンパ内に設置した場合、送信したレーダ波がパンパ内で多重反射することによって生じるアンテナの放射特性の乱れにより、物体が存在する方位の検出性能が劣化することが知られている。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、レーダ波を反射した静止物との相対速度および反射波の到来方向の分布を求め、これを、自車両と静止物との相対速度と方位の関係を表す理論曲線と比較することによって方位誤差を求める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１２１８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の従来技術では、方位に対応づけられた周波数ビン毎に、収集されたデータと理論曲線との誤差を求める。このため統計的な処理を実施したときに有意な結果が得られる程度のデータを、全ての周波数ビンについて収集する必要がある。従って、必要な精度の誤差が全方位に渡って求められるまでに多大な時間を要する。これに対して、発明者は、観測値を、最尤法を用いて実方位と方位誤差に分離し、その分離した実方位と方位誤差との関係を表す点の分布から、両者の関係を表す回帰関数を求めることで、全方位範囲に渡る方位誤差を一括して短時間で求めることを考えた。
【０００６】
しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、レーダの検知範囲が、自車両の直進方向に沿った方向、即ち、真正面方向または真後ろ方向を含む場合、これらの方向の誤差を推定することができないという課題を見出した。即ち、これらの方向に位置する物体については、最尤法で使用するパラメータの一つである誤差の分散の下限が無限大となり、計算不能となるからである。
【０００７】
本開示は、車載レーダ装置を搭載する車両の直進方向に沿った前方または後方の正面方向についての方位誤差を求める技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様による方位誤差検出方法は、第１のステップと、第２のステップと、第３のステップと、第４のステップと、を有する。
第１のステップでは、検知範囲に車両の直進方向に沿った前方または後方の正面方向を含むように前記車両に搭載されたＦＭＣＷレーダにて観測された反射点を取得し、前記反射点のうち静止していると推定される静止点を抽出する。
【０００９】
第２のステップでは、車両に対するＦＭＣＷレーダの設置状態から求められる正面方向を基準方向として、第１のステップにて抽出された静止点のうち、基準方向を中心として設定された正面範囲内に位置する正面点を抽出する。
【００１０】
第３のステップでは、第２のステップにて抽出された正面点のうち、予め設定された高位閾値より高い位置に存在すると推定される高位点を抽出する。
第４のステップでは、第３のステップにて抽出された高位点の分布から求められる正面方向を計測方向として、基準方向に対する計測方向のずれを、正面方向での方位誤差として求める。
【００１１】
このような方法によれば、道路の上方に設置された看板等の上部構造物上の反射点、即ち、車両の正面方向に存在する物体上の反射点が、高位点として抽出される。従って、抽出された高位点に基づいて正面方向での方位誤差を、短時間で精度よく求めることができる。
【００１２】
本開示の別の態様による方位誤差検出装置は、静止抽出部と、正面抽出部と、高位抽出部と、誤差算出部と、を備える。なお、静止抽出部は、上述した第１のステップの処理を実現し、正面抽出部は、上述した第２のステップの処理を実現し、高位抽出部は、上述した第３のステップの処理を実現し、誤差算出部は、上述した第４のステップの処理を実現する。
【００１３】
このような構成によれば、上述の方位誤差検出方法を実施することで得られる効果と同様の効果を得ることができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】車載レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】車載レーダの取り付け状態や観測モデルに関する説明図である。
【図３】メイン処理のフローチャートである。
【図４】第２学習処理のフローチャートである。
【図５】静止点の抽出方法を示す説明図である。
【図６】正面点の抽出方法を示す説明図である。
【図７】高位点をトラッキングすることで得られるハイトパターンの理論値および実測値を示すグラフである。
【図８】非高位点をトラッキングすることで得られるハイトパターンの理論値および実測値を示すグラフである。
【図９】高位点の分布図および分布図に基づく累積分布図を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
車載レーダ装置１は、電磁波を透過する材料で構成されたバンパ内に設置して使用される。具体的には、図２に示すように、車載レーダ装置１は、車両の後側に設置されたバンパに、車両の進行方向に向かって右端付近に設置される。また、車載レーダ装置１は、水平面内における検知範囲の中心軸方向が、車両の直進方向に沿った後向きの方向（以下、正面方向）に対して所定角度φinstだけ傾いた状態で設置される。以下では、この設置状態に基づき、車載レーダ装置１で検出される正面方向を基準方向とよび、車載レーダ装置１の光軸方向を基準として表現される基準方向の角度を基準角度−φinstという。
【００１６】
車載レーダ装置１は、図１に示すように、アンテナ部２と送受信部３と信号処理部４とを備える。
アンテナ部２は、水平方向に一列に配置された複数のアンテナを備え、レーダ波として電磁波を送受信する。
【００１７】
送受信部３は、レーダ波として周波数変調連続波（以下、ＦＭＣＷ）を、アンテナ部２を介して一定時間間隔で周期的に送受信する。つまり、車載レーダ装置１として、ＦＭＣＷレーダが用いられている。送受信部３は、アンテナ部２を構成する各アンテナで受信される受信信号毎に、受信信号と送信信号との差の周波数成分からなるビート信号を生成する。送受信部３は、ビート信号をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換の結果として得られる受信データを信号処理部４に供給する。なお、ＦＭＣＷは、中心周波数がＧＨｚオーダであるミリ波が用いられ、変調幅が数十ＭＨｚ程度に設定されている。
【００１８】
信号処理部４は、ＣＰＵ４１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ４２）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。また、信号処理部４は、図示しない車載ローカルエリアネットワーク（以下、車載ＬＡＮ）を介して、他の車載装置と通信可能に接続されている。
【００１９】
信号処理部４の各種機能は、ＣＰＵ４１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ４２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、信号処理部４を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。
【００２０】
信号処理部４は、ＣＰＵ４１がプログラムを実行することでレーダ波を反射した物体を検出し、その物体に関する情報を生成するメイン処理を少なくとも実行する。信号処理部４の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。
【００２１】
メモリ４２の一部は、車載レーダ装置１の電源をオフしてもメモリの内容が保持される不揮発性メモリで構成されている。この不揮発性メモリには、ビート信号を周波数解析することで得られる物体の方位である計測方位と、その計測方位での方位誤差との対応関係を表す方位補正テーブルが記憶されている。
【００２２】
［２．処理］
［２−１．メイン処理］
次に、信号処理部４が実行するメイン処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。本処理は、レーダ波を送受信する測定サイクル毎に起動する。
【００２３】
信号処理部４は、本処理が起動すると、Ｓ１１０にて、送受信部３がレーダ波を送受信することで得られるビート信号のサンプリングデータを取得する。
Ｓ１２０では、サンプリングデータを周波数解析することにより、ＦＭＣＷの上り変調および下り変調の変調毎かつアンテナ部２を構成するアンテナ毎に周波数スペクトルを算出する。ここでは、周波数解析として高速フーリエ変換を用いる。
【００２４】
Ｓ１３０では、Ｓ１２０にて求められた周波数スペクトルに基づき、上り変調および下り変調のそれぞれについて平均周波数スペクトルを算出する。
Ｓ１４０では、各平均周波数スペクトルから、受信強度が予め設定された閾値以上となるピーク値が検出される周波数ビンを抽出し、その周波数ビン毎に、方位推定処理を実行する。方位推定処理は、ＭＵＳＩＣ等の高分解能な推定処理が望ましいが、ビームフォーミング等を用いてもよい。
【００２５】
Ｓ１５０では、Ｓ１４０で推定された方位（以下、推定方位）を、メモリ４２に記憶されている方位補正テーブルを用いて補正する。具体的には、推定方位をインデックスとして方位補正テーブルから方位誤差を取得し、推定方位に、その取得した方位誤差を加算することで補正する。以下では、補正結果を検出方位という。
【００２６】
Ｓ１６０では、平均周波数スペクトルにピークを発生させた各物体について、物体情報を生成する。物体情報には、Ｓ１５０で求めた補正された方位の他、物体との相対距離および相対速度が含まれる。物体との相対距離および相対速度は、各平均周波数スペクトルから検出されたピークから、ＦＭＣＷレーダにおける公知の手法を用いて求められる。生成した物体情報は、車載ＬＡＮを介して、物体情報を利用する各車載装置に提供される。
【００２７】
Ｓ１７０では、先のＳ１４０およびＳ１６０での処理結果を用いて、正面方向以外の方位誤差を学習し、方位補正テーブルを更新する第１学習処理を実行する。
Ｓ１８０では、先のＳ１４０およびＳ１６０での処理結果を用いて、正面方向の方位誤差を学習し、方位補正テーブルを更新する第２学習処理を実行して、本処理を終了する。
【００２８】
［２−２．学習処理］
先のＳ１７０で実行する第１学習処理について説明する。
第１学習処理は、Ｓ１４０で求められる方位の観測値を、最尤法を用いて実方位と方位誤差とに分離し、その分離した実方位と方位誤差との関係を表す点の分布から、両者の関係を表す回帰関数を求める。その詳細については、例えば、特願２０１７−に詳述されているため、ここでの説明は省略する。
【００２９】
但し、車載レーダ装置１では、レーダの検知範囲に正面方向が含まれている。この正面方向では、最尤法で使用するパラメータの一つである誤差の分散の下限が無限大となり、最尤法での計算が不能となるため、正面方向の方位誤差を求めることができない。このため、第１学習処理では、正面方向以外の方位について方位誤差を学習し、正面方向以外の方位について方位補正テーブルを更新する。
【００３０】
次に、先のＳ１８０で実行する第２学習処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。
信号処理部４は、本処理が起動すると、Ｓ２１０では、予め設定された直進条件を充足しているか否かを判断する。直進条件を充足してなければ、本処理を終了し、直進条件を充足していれば、Ｓ２２０に移行する。なお、直進条件とは、自車両が直進中であるか否かを判断する条件である。具体的には、自車両の挙動を表すステアリング角等の情報から、直進中とみなせる状態が所定時間以上継続していること、自車両の前後所定範囲内における走行路の道路形状が直線とみなせること等を、直進条件として用いる。なお、判断の対象となるステアリング角の検出値や道路形状を表す地図情報は、例えば、車載ＬＡＮを介して取得する。
【００３１】
Ｓ２２０では、Ｓ１３０およびＳ１４０にて検出されたレーダ波を反射した各反射点に関する情報に基づいて、静止物に関する反射点である静止点を抽出する。具体的には、図５に示された所定速度範囲（例えば、グラフ中の実線±５ｍ／ｓ）内に分布する反射点を静止点として抽出する。なお、図５のグラフ中の実線は、ノイズのない理想的な条件で観測される静止物の見かけ上の相対速度と静止点の方位φとの関係の理論値をグラフ化したものである。
【００３２】
Ｓ２３０では、Ｓ２２０にて抽出された静止点のうち、正面方向にあると推定される正面点を抽出する。具体的には、図６に示すように、基準角度−φinstを中心とした所定角度範囲を正面範囲として、正面範囲内に存在する静止点を、正面点とする。図中の右図は、静止点の位置ｓｉｎφと静止点までの距離Ｒの関係を示し、図中の左図は、静止点の反射強度Ｐと静止点までの距離Ｒの関係を示す。図では、−φinst±１０°を正面範囲としたときの正面点のみを示している。また、右図中に示された放物線状のグラフは、道路の脇にガードレールや防音壁等の壁状路測物が存在する場合に、その壁状路側物上の反射点についての理論値を表す。図示されている通り、壁状路側物上の反射点は、正面方向を求める際にはノイズとなるため、除去する必要があることがわかる。
【００３３】
Ｓ２４０では、Ｓ２３０にて抽出された正面点のそれぞれをトラッキングすることで、正面点毎に、自車両から正面点までの距離Ｒと、正面点からの反射強度Ｐとの関係を表すハイトパターンを作成する。
【００３４】
Ｓ２５０では、Ｓ２４０で生成されたハイトパターンに従って、正面点が予め設定された高位閾値より高い位置に存在する高位点であるか否かを判断する。ここで高位閾値は、道路の上方に設置される上位構造物（例えば、看板等）の高さの下限値以上の高さに設定される。正面点が高位点であると判断された場合、その高位点の情報をメモリに蓄積する。
【００３５】
ハイトパターンは、反射点の路面からの高さＨが高いほど、図７に示すように、ヌル点の間隔が狭くなり、反射点の路面からの高さＨが低いほど、図８に示すように、ヌル点の間隔が狭くなる。なお、ヌル点は、反射点からの直接波と反射点から路面に反射して到達する間接波とが干渉することによって生じる。但し、反射点の路面からの高さＨが、図７ではＨ＝６ｍの場合、図８ではＨ＝０．５ｍの場合を示した。図中には、ハイトパターンの理論値と計測値の一例とを示す。
【００３６】
そして、具体的には、ハイトパターンが高位条件を満たしている場合に、そのハイトパターンに属する全ての正面点を、高位点であると判断する。高位条件は、例えば、下限距離以上の距離領域で、所定距離以上に渡るハイトパターンが求められており、且つ、そのハイトパターンにおける反射強度の変動の度合いが変動閾値より大きいことを用いる。ここで、下限距離は、例えば、車両が乗り越え可能な高さを有する静止物について求められる理想的なハイトパターンに基づき、このハイトパターンに存在する、ＦＭＣＷレーダの検知範囲内で最も遠方のヌル点までの距離より大きな値に設定される。図８に基づいて設定するのであれば、下限距離は、例えば４５ｍ程度としてもよい。また、所定距離は、例えば５０ｍ以上としてもよい。反射強度の変動の度合いは、図７、図８に示す実測値を表すグラフの滑らかさの違いを表現できるパラメータであればよい。例えば、下限距離以上の距離範囲を小区間（例えば１０ｍ単位）に区切って、その小区間毎に求めた最大値と最小値との差の全小区間に渡る平均値等を用いてもよい。
【００３７】
Ｓ２６０では、方位誤差を求める算出条件が充足しているか否かを判断する。算出条件は、前回の算出時を起点として計測または検出される、経過時間、走行距離、検出された高位点の数等が、予め設定された閾値を超えたか否かで判断することが考えられる。算出条件は、これらの条件のいずれか一つであってもよいし、複数の条件のアンドまたはオアであってもよい。Ｓ２６０にて、算出条件を充足していると判断した場合は、Ｓ２７０に移行し、算出条件を充足していないと判断した場合は、そのまま本処理を終了する。
【００３８】
Ｓ２７０では、蓄積された高位点の分布に基づき、正面方向の方位誤差を算出する。具体的には、図９に示すように、高位点の分布から、高位点の検出方位（即ち、角度φ）に対する累積分布を求め、その中央値に対応する角度を計測値とする。そして、その計測値と、基準角度−φinstの差を、正面方向の方位誤差Δφｏとして求める。累積分布は、全ての距離範囲を対象として作成してもよいが、例えば下限距離以上の範囲（例えば、７０ｍ以上）のみを対象として作成してもよい。後者の場合、累積分布関数から方位誤差Δφｏを求める際の処理負荷を軽減することができる。
【００３９】
なお、メモリに蓄積された高位点は、方位誤差の算出を行う毎に削除してもよいし、蓄積可能な最大数まで蓄積されると、新たな高位点が抽出される毎に、古いものから順に削除してもよい。
【００４０】
Ｓ２８０では、Ｓ２７０にて得られた正面方向の方位誤差Δφｏに従って、メモリ４２に記憶されている方位補正テーブルを更新して本処理を終了する。
本実施形態において、Ｓ２２０が第１のステップおよび静止抽出部、Ｓ２３０が第２のステップおよび正面抽出部、Ｓ２４０〜Ｓ２５０が第３のステップおよび高位抽出部、Ｓ２７０が第４のステップおよび誤差算出部に相当する。また、信号処理部４が方位誤差検出装置に相当する。
【００４１】
［３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）車載レーダ装置１では、道路の上方に設置された看板等の上部構造物上の反射点、即ち、車両の正面方向に存在する物体上の反射点が高位点として抽出され、この抽出された高位点を用いて正面方向の方位誤差Δφｏを求めている。つまり、正面方向以外に存在する物体に基づく反射点（即ち、ノイズ）を多く含んだ低い位置からの反射点を用いることなく、正面方向の方位誤差Δφｏを求めるため、正面方向の方位誤差Δφｏを、短時間で精度よく求めることができる。
【００４２】
（２）車載レーダ装置１では、正面点のハイトパターンを用いて高位点であるか否かを判断していいるため、その判断のために、別途、物体の高さを検出する装置を用意する必要がなく、装置構成を簡略化することができる。
【００４３】
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００４４】
（ａ）上記実施形態では、車載レーダ装置１の検知範囲内に含まれる正面方向が、車両の直進方向に沿った後方である場合について説明したが、正面方向が、車両の直進方向に沿った前方である場合に、本開示の技術を適用してもよい。
【００４５】
（ｂ）上記実施形態では、第１学習処理として、最尤法を利用する手法を採用しているが、これに限定されるものではない。第１学習処理の手法としては、原理的に、正面方向の方位誤差を求めることができない、或いは正面方向の方位誤差の算出精度が低下するという特徴を有する他の手法を採用してもよい。
【００４６】
（ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００４７】
（ｄ）上述した信号処理部４により実現される方位誤差検出装置および方位誤差検出方法の他、当該方位誤差検出装置を構成要素とするシステム、当該方位誤差検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００４８】
１…車載レーダ装置、２…アンテナ部、３…送受信部、４…信号処理部、４１…ＣＰＵ、４２…メモリ。
【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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