(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な方式で精度の高い距離の算出が可能なレーダー装置を提供する。【解決手段】レーダー装置は、電波を送出する送出回路と、送出回路から送出される前記電波の送出角度を調整する調整回路と、調整回路の調整に従って前記送出回路から送出された電波にそれぞれ対応して対象物から反射した複数の受信信号を受信する受信回路と、複数の受信信号を信号処理して前記対象物に対する距離を算出する信号処理回路とを備える。信号処理回路は、送出角度にそれぞれ対応する前記受信回路で受信した前記複数の受信信号の信号強度データをそれぞれ格納するバッファ２２と、バッファに格納された前記複数の受信信号の信号強度データの等距離成分に対して補正処理する補正回路２３とを含む。【選択図】図５
2019196995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送出する送出回路と、
前記送出回路から送出される前記電波の送出角度を調整する調整回路と、
前記調整回路の調整に従って前記送出回路から送出された電波にそれぞれ対応して対象物から反射した複数の受信信号を受信する受信回路と、
前記複数の受信信号を信号処理して前記対象物に対する距離を算出する信号処理回路とを備え、
前記信号処理回路は、
前記送出角度にそれぞれ対応する前記受信回路で受信した前記複数の受信信号の信号強度データをそれぞれ格納するバッファと、
前記バッファに格納された前記複数の受信信号の信号強度データの等距離成分に対して補正処理する補正回路とを含む、レーダー装置。
【請求項２】
前記補正回路は、
前記バッファに格納された前記複数の受信信号の信号強度データのうち等距離毎の信号強度データをそれぞれ抽出し、
抽出された信号強度データの平均値を算出し、
算出結果に基づいて前記バッファに格納された前記複数の受信信号の信号強度データのオフセット処理を実行する、請求項１記載のレーダー装置。
【請求項３】
前記補正回路は、
前記バッファに格納された前記複数の受信信号の信号強度データのうち等距離毎の所定の値以下の信号強度データをそれぞれ抽出し、
抽出された信号強度データの平均値を算出し、
算出結果に基づいて前記バッファに格納された前記複数の受信信号の信号強度データのオフセット処理を実行する、請求項１記載のレーダー装置。
【請求項４】
前記調整回路は、第１の方向に対する第１走査範囲および前記第１の方向と直交する第２の方向に対する第２走査範囲に対して前記送出回路から前記電波が送出されるように送出角度を調整する、請求項１記載のレーダー装置。
【請求項５】
電波を送出するステップと、
送出される前記電波の送出角度を調整するステップと、
調整に従って送出された電波にそれぞれ対応して対象物から反射した複数の受信信号を受信するステップと、
前記複数の受信信号を信号処理して前記対象物に対する距離を算出するステップとを備え、
前記距離を算出するステップは、
前記送出角度にそれぞれ対応する受信した前記複数の受信信号の信号強度データをそれぞれ格納するステップと、
格納された前記複数の受信信号の信号強度データの等距離成分に対して補正処理するステップとを含む、レーダー装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、対象物からの反射波に基づいて距離を検出するレーダー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にレーダー装置は種々の目的で利用されている。例えば、近年では、衝突防止やオートクルーズを目的として車両にレーダー装置が搭載されている。
【０００３】
このようなレーダー装置は、対象物までの往復距離が、パルス送信波を送出してから対象物からの反射波を受信する迄の時間に光速を積算することにより求められる。
【０００４】
具体的には、パルス送信波を送出してから対象物からの反射波を受信する迄の時間を測定し、対象物までの距離を算出する。
【０００５】
一方で、反射波の信号強度は時間の経過と共に低下する可能性がある。
したがって、特許文献１では、時間の経過とともに受信回路の増幅度を上げることにより受信波の信号強度の平滑化を図る方式が提案されている。
【０００６】
しかしながら、反射波の信号強度は距離のみならず対象物の大きさや反射率などにも大きく影響される場合がある。
【０００７】
したがって、特許文献１の方式に従って、時間の経過とともに一律に受信回路の増幅度を上げた場合、対象物の大きさや反射率による影響でノイズも大きくなる可能性があり精度の高い距離の算出が難しくなる可能性がある。
【０００８】
また、パルス方式のレーダー装置にしか当該方式を適用できないという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−６４６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な方式で精度の高い距離の算出が可能なレーダー装置およびレーダー装置の制御方法を提供する。
【００１１】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示のある局面に従うレーダー装置は、電波を送出する送出回路と、送出回路から送出される前記電波の送出角度を調整する調整回路と、調整回路の調整に従って前記送出回路から送出された電波にそれぞれ対応して対象物から反射した複数の受信信号を受信する受信回路と、複数の受信信号を信号処理して前記対象物に対する距離を算出する信号処理回路とを備える。信号処理回路は、送出角度にそれぞれ対応する前記受信回路で受信した前記複数の受信信号の信号強度データをそれぞれ格納するバッファと、バッファに格納された前記複数の受信信号の信号強度データの等距離成分に対して補正処理する補正回路とを含む。
【発明の効果】
【００１３】
一実施例によれば、本開示のレーダー装置およびその制御方法は、簡易な方式で精度の高い距離の算出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に従うレーダー装置の空間測定の概要を説明する図である。
【図２】実施形態１に従うレーダー装置による空間測定の方式を説明する図である。
【図３】実施形態１に従うレーダー装置１により空間測定した場合の測距例を説明する図である。
【図４】実施形態１に従うレーダー装置１の構成を説明する概略ブロック図である。
【図５】実施形態１に基づく信号処理部１２の構成について説明する図である。
【図６】実施形態１に従うＦＦＴ２１からの出力について説明する図である。
【図７】実施形態１に従うあるビーム指向角に対する信号波形を説明する図である。
【図８】実施形態１に従うレーダー装置１における補正処理の方式を説明する図である。
【図９】実施形態１に従うレーダー装置１の走査範囲における等距離成分のデータ測定値を説明する図である。
【図１０】実施形態１に従う信号補正回路２３におけるオフセット処理後のデータを説明する図である。
【図１１】実施形態１に従うレーダー装置１の補正処理について説明するフロー図である。
【図１２】実施形態２に従う２次元の測距結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１６】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に従うレーダー装置１の空間測定の概要を説明する図である。
【００１７】
図２は、実施形態１に従うレーダー装置１による空間測定の方式を説明する図である。
図１および図２に示されるように、一例として、実施形態１に従うレーダー装置１は、部屋の天井に配置される。
【００１８】
なお、一例として天井に配置される場合について説明するが、特に当該位置に限られず、位置が特定されていれば種々の位置に配置することが可能である。
【００１９】
レーダー装置１は、測定対象となる方向に走査制御する。レーダーの送信波あるいは受信波の指向性を制御することによって実現可能である。本例においては、ある一方向に走査する場合が示されている。
【００２０】
実施形態１に従うレーダー装置１は、一定の角度ごとに送信波を照射し、受信波を測定することでその方向におけるレーダー装置１と物体との距離を測定する。
【００２１】
指向性の制御方法は、機械的に行なうことも可能であるし、フェーズドアレイを用いて電子的に制御することも可能である。レーダー装置１は、送信波あるいは受信波の指向性を制御する(以下「ビームを振る」とも称する)ことにより、ビームを向けた方向にある物体の距離を測定することが可能である。
【００２２】
測距方式は、ＦＣＭ(Fast Chirp Modulation)方式や、パルス波を用いた方式あるいはＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）を用いた方式など多数あるが、種々の方式を適用可能である。
【００２３】
測定空間内の各方向に対して送信波を照射して、受信波を測定することにより、レーダー装置１からの各方位への距離を測定することが可能である。
【００２４】
レーダー装置１の位置は特定されているため、これにより測定対象となる空間の物体の配置や形状を特定することが可能となる。
【００２５】
図３は、実施形態１に従うレーダー装置１により空間測定した場合の測距例を説明する図である。
【００２６】
図３に示されるように、ここでは、ある空間測定を実行した場合におけるビーム角度に対する距離が示されている。極座標系で距離を捉えるため、例えば、床や壁などの平面は緩やかな曲線として表される。人が居たりテーブルがあるところは不連続に距離が短くなる特性を有する。
【００２７】
図４は、実施形態１に従うレーダー装置１の構成を説明する概略ブロック図である。
図４を参照して、レーダー装置１は、送信アンテナ２と、受信アンテナ３と、送信器４と、受信器５と、ミキサ６，７と、ＶＣＯ８（Voltage-controlled oscillator）と、ベースバンド部９と、ＡＤＣ１０と、ビーム方向制御部１１と、信号処理部１２とを含む。
【００２８】
なお、本例においては、アンテナは６本設けられている構成が示されているが、特に当該本数に限定されず任意の値に設定することが可能である。
【００２９】
レーダー装置１は、ベースバンド部９でＣＷ、ＦＭＣＷ、パルス波等のベースバンド信号を生成する。
【００３０】
ミキサ６で、ＶＣＯ８からのキャリア信号とベースバンド信号とを掛け合わせ送信信号を生成する。
【００３１】
送信器４は、送信信号に対し、ビーム方向制御部１１から指示された方向にビーム出力されように各送信アンテナ２に送信信号を分配する。送信信号は各送信アンテナ２から出力され、物標に当たって反射し、各受信アンテナ３により受信される。
【００３２】
受信器５は、各受信アンテナ３から受信された信号を増幅し、ビーム方向制御部１１により各受信アンテナ３で受信された信号にビームフォーミング処理を行う。なお、信号処理部１２でビームフォーミング処理を行う場合は、受信器５ではビームフォーミング処理を行わないようにしてもよい。
【００３３】
受信器５により受信された信号は、ミキサ７でＶＣＯ８からのキャリア信号と掛け合わせベースバンド受信信号となる。
【００３４】
ベースバンド受信信号は、ＡＤＣ１０によりデジタル信号に変換される。
信号処理部１２は、デジタル信号に対し所定の処理を施し、距離情報を抽出して出力する。距離情報はビーム方向制御部１１からのビーム指向角情報と関連付けられる。
【００３５】
図５は、実施形態１に基づく信号処理部１２の構成について説明する図である。
図５に示されるように、信号処理部１２は、受信ビームフォーミング部２０と、ＦＦＴ２１と、バッファ２２と、信号補正回路２３と、距離抽出部２４とを含む。
【００３６】
受信ビームフォーミング部２０は、ＡＤＣ１０から出力された受信信号に対し、ビーム指向角に応じた指向性を付与する。
【００３７】
ＦＦＴ２１は、受信ビームフォーミング部２０からの出力に対しＦＦＴ処理を行う。
バッファ２２は、ＦＦＴ２１からの出力を格納する。
【００３８】
バッファ２２は、ビーム方向制御部１１から出力されるビーム指向角とＦＦＴからの出力とを関連付けて格納する。具体的には、バッファ２２は、ビーム方向制御部１１からビーム出力された送信信号にそれぞれ対応して対象物から反射した受信信号の信号強度データを格納する。
【００３９】
信号補正回路２３は、バッファ２２に格納されたＦＦＴ２１からの出力値に基づいて補正処理を実行する。具体的には、信号補正回路２３は、バッファ２２に格納された複数の受信信号の信号強度データの等距離成分に対して補正処理を実行する。
【００４０】
距離抽出部２４は、信号補正回路２３によって補正された補正値から距離情報を抽出する。
【００４１】
図６は、実施形態１に従うレーダー装置１を用いて空間測定した場合のシミュレーション例を説明する図である。
【００４２】
当該シミュレーション例は、図１で説明した空間内にテーブルのみ配置した場合であり、人はいない状況であるものとする。
【００４３】
図６には、バッファ２２に格納されたビーム角度にそれぞれ対する信号強度データの状態が示されている。
【００４４】
信号強度の状態がグレースケールで示されており、白に近くなるほど受信信号の信号強度が高く、黒に近くなるほど信号強度が低い場合を示している。信号強度が高い位置から、物体からの高い反射波を受けていると考えられる。したがって、信号強度が高い位置に物体があると推定される。
【００４５】
図７は、所定のビーム指向角でビーム出力した送信信号に対する受信信号の信号強度データの波形を説明する図である。
【００４６】
図７には、具体的には図６のビーム指向角（−６０°）付近の信号強度データを抽出したものである。
【００４７】
当該図に示されるように距離２ｍ付近において信号強度が高い状態が示されており、距離４ｍ付近にも信号強度が高い状態が示されている。
【００４８】
期待値としては、壁に相当する距離（４ｍ付近）に高い信号強度が表れるはずであるが、テーブルの反射に起因する偽信号（ノイズ）が現れており、こちらの方が信号強度が高い場合が示されている。
【００４９】
再び、図６を再び参照すると、ビームの走査範囲の全範囲において同じ距離（２ｍ付近）において偽信号が表れており、単純に信号強度データのピーク値から距離を判断すると偽信号に対しても物体があると誤認識する可能性がある。
【００５０】
本例においては、一例として、ＦＣＭを用いたが、パルス波やＦＭＣＷ等、様々な手法で同様の結果を得ることができる。
【００５１】
具体的な距離値への落とし込みは、ピーク検出やＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)等の手法を用いて行うことが可能である。
【００５２】
実施形態１においては、全走査範囲に対してレーダー装置１よりそれぞれ送出した電波に対する複数の受信信号の信号強度データをバッファ２２に格納する。そして、バッファ２２に格納された複数の信号強度データに対して所定の補正処理を実行する。
【００５３】
具体的には、バッファ２２に格納された複数の信号強度データの等距離成分に対して補正処理を実行する。
【００５４】
図８は、実施形態１に従うレーダー装置１における補正処理の方式を説明する図である。
【００５５】
図８には、バッファ２２に格納されたビーム角度にそれぞれ対する信号強度データの状態が示されている。図６で説明したのと同じものである。
【００５６】
ここで、矢印で示されるように、複数の信号強度データの等距離成分に対して補正処理を実行する。
【００５７】
図９は、複数の信号強度データの等距離成分のデータを抽出した場合を説明する図である。
【００５８】
図９を参照して、ここでは、矢印で示される水平方向の領域、一例として複数の信号強度データのうち同じ距離（２ｍ付近）の信号強度データを抽出した場合が示されている。
【００５９】
ここで、等距離成分の信号強度データは、同一物体に基づく可能性が高い。
当該図に示されるように、ビーム角度（−２０°〜２０°）の走査範囲に対して信号強度が高い場合が示されており、それ以外の走査範囲に対して信号強度は低い場合が示されている。
【００６０】
したがって、実施形態１に従うレーダー装置１における補正処理としては、複数の信号強度データの等距離成分に対して低い信号強度はノイズと判断する。
【００６１】
なお、レーダー装置１から等距離のところに円弧状ないし球形状の物体は存在しないことを前提とする。
【００６２】
具体的な補正方式としては、等距離成分の信号強度データのノイズをキャンセルするためのオフセット処理を実行する。
【００６３】
一例として、ここではノイズレベルの平均が５０ｄＢ付近であるとする。
なお、ノイズレベルの計算としては種々の方式があり、等距離成分の信号強度データの平均値を算出し、算出した結果をノイズレベルとしても良い。また、平均値を算出する以外にも、中央値、Ｎ番目の値、最頻値などを用いることも可能である。
【００６４】
あるいは、所定の値以下の信号強度データについてのみ平均値を算出してもよい。すなわち、ノイズの可能性の高いデータのみに基づいてノイズレベルを算出しても良い。当該方式により測距の精度をさらに向上させることが可能である。
【００６５】
この場合、ノイズをキャンセルするために等距離成分の信号強度データに対して５０ｄＢを減算する処理を実行する。
【００６６】
これにより当該距離におけるノイズをキャンセルすることが可能である。
ここでは、例えば２ｍ付近の等距離成分の信号強度データに対して補正処理を実行したが全範囲においても上記と同様の処理を実行する。
【００６７】
具体的には、距離として０ｍ〜５ｍの各等距離成分の信号強度データを抽出して、ノイズレベルを算出し、当該算出されたノイズ分を信号強度データから減算するオフセット処理を実行する。
【００６８】
図１０は、実施形態１に従うレーダー装置１における信号補正回路２３における補正前および補正後のデータを説明する図である。
【００６９】
図１０（Ａ）は、図６で説明したのと同じものである。
図１０（Ｂ）に示されるように、上述した信号補正回路２３におけるオフセット処理によりノイズとして生じていた偽信号の信号強度が抑制（軽減）されている場合が示されている。
【００７０】
距離抽出部２４は、信号補正回路２３から偽信号の信号強度が抑制されたビームの走査範囲に対する信号強度データを取得する。距離抽出部２４は、補正された補正データに基づいて距離情報を抽出する。具体的な距離値への落とし込みは、上記したようにピーク検出やＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)等の手法を用いて行うことが可能である。
【００７１】
当該処理により、実施形態１に従うレーダー装置１は、簡易な方式で精度の高い距離の算出が可能となる。
【００７２】
図１１は、実施形態１に従うレーダー装置１の処理について説明するフロー図である。
図１１を参照して、レーダー装置１の送信器４は電波を対象物に対して送出する（ステップＳ２）。
【００７３】
次に、レーダー装置１の受信器５は、対象物に対して反射した受信信号を受信する（ステップＳ４）。受信信号は、ＡＤＣ１０によりデジタルデータに変換されて信号処理部１２に入力される。
【００７４】
次に、レーダー装置１のバッファ２２は、信号処理部１２に入力されたデジタルデータに対してＦＦＴ２１においてＦＦＴ処理した信号強度データを格納する（ステップＳ４）。バッファ２２は、ビーム方向制御部１１から出力されるビーム指向角と信号強度データとを関連付けて格納する。
【００７５】
次に、ビーム方向制御部１１は、全走査範囲に対するビーム走査を完了したかどうかを判断する（ステップＳ８）。
【００７６】
ステップＳ８において、ビーム方向制御部１１は、全走査範囲に対するビーム走査を完了していないと判断した場合（ステップＳ８においてＮＯ）には、指向角を調整する（ステップＳ１０）。
【００７７】
そして、ステップＳ２に戻る。ビーム方向制御部１１は、全走査範囲に対するビーム走査が完了するまで当該処理を繰り返す。
【００７８】
一方で、ステップＳ８において、ビーム方向制御部１１は、全走査範囲に対するビーム走査を完了したと判断した場合（ステップＳ８においてＹＥＳ）には、信号補正回路２３は、バッファ２２に格納された複数の信号強度データのうち等距離成分の信号強度データを抽出する（ステップＳ１２）。
【００７９】
次に、信号補正回路２３は、ノイズをキャンセルするためのオフセット量を算出する（ステップＳ１４）。
【００８０】
そして、信号補正回路２３は、算出されたオフセット量に従ってオフセット処理を実行する（ステップＳ１６）。具体的には、信号強度データからオフセット量を減算する処理を実行する。
【００８１】
次に、信号補正回路２３は、全範囲に対して等距離成分の補正を完了したか否かを判断する（ステップＳ１８）。
【００８２】
ステップＳ１８において、信号補正回路２３は、全範囲に対して等距離成分の補正を完了していないと判断した場合（ステップＳ１８においてＮＯ）には、ステップＳ１４に戻り等距離成分のデータを変更して上記処理を繰り返す。
【００８３】
一方、ステップＳ１８において、信号補正回路２３は、全範囲に対して等距離成分の補正を完了したと判断した場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）には、距離抽出部２４は、当該補正されたデータに従って距離情報を抽出する（ステップＳ２０）。
【００８４】
そして、終了する（エンド）。
本方式により、簡易な方式でノイズを抑制して対象物に対する測距精度を向上させることが可能である。
【００８５】
従来では、ある方向に向けて測距を行い、その情報のみからその方向の距離を判断する方式であった。
【００８６】
一方、本実施形態１に従う方式では、レーダー装置１の全走査範囲内において受信した信号強度データをバッファ２２に格納する。そして、バッファ２２に格納された等距離成分の信号強度データに対してオフセット処理する補正処理を実行する。そして、補正した補正データに基づいて距離情報を抽出する。
【００８７】
当該構成により、簡易な方式で対象物に対するノイズを除去して測距の精度を向上させることが可能である。
【００８８】
（実施形態２）
実施形態１では、走査範囲として１次元の測距結果からノイズレベルを算出していたが、空間測定においては、走査範囲として２次元の測定を行っても良い。
【００８９】
具体的には、一例としてＸ方向に対して走査するとともに、Ｘ方向と直交するＹ方向に対しても走査してもよい。
【００９０】
当該方式による等距離成分は、実施形態１で説明した線ではなく、２次元の平面で取得することが可能である。
【００９１】
図１２は、実施形態２に従う２次元の測距結果を説明する図である。
図１２に示されるように、Ｘ方向およびＹ方向のビーム指向角に対する信号強度が示されている。
【００９２】
２次元の平面に対しても実施形態１で説明したのと同様に、オフセット処理によりノイズとして生じていた偽信号の信号強度を抑制する。
【００９３】
取得した面に対して実施形態１で説明したのと同様のオフセット処理することにより測距の精度を向上させることが可能である。
【００９４】
以上、本開示を実施形態に基づき具体的に説明したが、本開示は、実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９５】
１  レーダー装置、２  送信アンテナ、３  受信アンテナ、４  送信器、５  受信器、６，７  ミキサ、８  ＶＣＯ、９  ベースバンド部、１０  ＡＤＣ、１１  ビーム方向制御部、１２  信号処理部、２０  受信ビームフォーミング部、２１  ＦＦＴ、２２  バッファ、２３  信号補正回路、２４  距離抽出部。
【図１】
2019196995.tif 000003
【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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