(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載され、周波数変調された送信信号を送信する送信手段と、当該送信手段が送信する送信信号が物体に反射して生じた反射信号を受信信号として受信する受信手段とを備え、前記送信信号と受信信号とから得た受信ＩＦ信号に基づいて物体を検出するＦＭ−ＣＷレーダ方式の物体検出装置であって、
前記移動体の速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段により検出された前記移動体の速度情報に応じたドップラシフト量に基づく周波数のオフセット量を算出する周波数オフセット量算出手段と、
前記送信信号と受信信号とから得た受信ＩＦ信号を取得し、前記送信信号の周波数上昇部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルに前記周波数オフセット量算出手段により算出された周波数オフセット量を加えて上昇オフセット周波数スペクトルを求めるとともに、前記送信信号の周波数下降部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルから前記周波数オフセット量算出手段により算出された周波数オフセット量を差し引いて下降オフセット周波数スペクトルを求める周波数オフセット手段と、
前記周波数オフセット手段により求められた上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルとを加算して静止物体からの反射信号の信号レベルを強調させた加算周波数スペクトルを求める加算手段と、
前記加算手段により求められた加算周波数スペクトルに基づいて静止物体の検出を行う静止物体検出手段と、を有する物体検出装置。
【請求項２】
前記周波数オフセット手段により求められた上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルの差分を算出して移動物体からの反射信号の信号レベルを強調させた差分周波数スペクトルを求める差分算出手段と、
前記差分算出手段により算出された差分周波数スペクトルに基づいて移動物体の検出を行う移動物体検出手段と、をさらに備えた請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記加算手段は、前記周波数オフセット手段により求められた上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルとを加算し、この加算結果から前記差分算出手段により求められた差分周波数スペクトルの周波数絶対値を差し引いて加算周波数スペクトルを求め、
前記静止物体検出手段は、前記加算手段により求められた加算周波数スペクトルに基づいて静止物体の検出を行うことを特徴とする請求項２に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記移動体の挙動を示す挙動情報を取得する挙動情報取得手段をさらに備え、
前記送信手段は、前記移動体の置載面と略水平方向に沿って往復回動しながら複数の送出方向に向けて送信信号を送信する送信アンテナを有し、
前記周波数オフセット量算出手段は、前記速度検出手段により検出された前記移動体の速度情報と前記挙動情報取得手段により取得された移動体の挙動情報とに基づいて、前記送信アンテナが送信信号を送信する送出方向ごとの前記移動体の速度成分を算出し、前記送出方向ごとの移動体の速度成分に基づいて前記周波数のオフセット量を算出する請求項１〜３のいずれかに記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記静止物体検出手段は、前記加算手段により求められた加算周波数スペクトルから静止物体に対応するスペクトルを抽出し、前記抽出された静止物体のスペクトル情報を前記送信信号の送信方向または前記受信信号の受信方向に基づいて所定の投影面に投影した二次元マップを編集する編集機能を備え、当該編集された二次元マップに基づいて静止物体の形状の検出を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記静止物体検出手段は、前記加算手段により求められた加算周波数スペクトルから静止物体に対応するスペクトル及びその強度を抽出し、前記送信信号の送信方向または前記受信信号の受信方向と静止物体に対応するスペクトルの強度に基づいて、前記抽出された静止物体のスペクトルの三次元マップを編集する編集機能を備え、当該編集された三次元マップに基づいて静止物体の形状の検出を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の物体検出装置。
【請求項７】
移動体に搭載され、周波数変調された送信信号を送信するとともに、当該送信信号が物体に反射して生じた反射信号を受信信号として受信し、前記送信信号と受信信号とから得た受信ＩＦ信号に基づいて物体を検出するＦＭ−ＣＷレーダ方式の物体検出方法であって、
前記移動体の速度を検出するステップと、
前記検出された前記移動体の速度情報に応じたドップラシフト量に基づく周波数のオフセット量を算出するステップと、
前記送信信号と受信信号とから得た受信ＩＦ信号を取得し、前記送信信号の周波数上昇部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルに前記周波数オフセット量を加えて上昇オフセット周波数スペクトルを求めるとともに、前記送信信号の周波数下降部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルから前記周波数オフセット量を差し引いて下降オフセット周波数スペクトルを求めるステップと、
前記上昇オフセット周波数スペクトルと前記下降オフセット周波数スペクトルとを加算して静止物体からの反射信号の信号レベルを強調させた加算周波数スペクトルを求めるステップと、
前記上昇オフセット周波数スペクトルと前記下降オフセット周波数スペクトルの差分を算出して移動物体からの反射信号の信号レベルを強調させた差分周波数スペクトルを求めるステップと、
前加算周波数スペクトルに基づいて静止物体の検出を行うステップと、
前記差分周波数スペクトルに基づいて移動物体の検出を行うステップと、
を有する物体検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＭ−ＣＷ方式を用いた物体検出装置及び物体検出方法に関し、特に、静止物体を検出する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の発明に関し、ＦＭ−ＣＷレーダの周波数上昇変調部分から得られる周波数スペクトルと周波数下降変調部分から得られる周波数スペクトルの差分演算を行い、静止物体からの反射信号を除去して移動物体のみを検出する周波数変調レーダ装置が知られている（特許文献１参照）。この装置によれば、レーダビーム内に静止物体、移動物体が混在しても、移動物体のみを抽出し、移動物体間の距離及び移動速度を検出することができるため、自動車専用道路等では他の車両との位置関係における危険判定等を行うことができる。
【０００３】
しかしながら、この装置では相対的に静止している静止物体の周波数スペクトルを消滅させて移動体の周波数スペクトルを残すことにより、移動体の検出を行うため、静止物体の検出を行うことができないという問題があった。特に、市街地等などのように、走行車両などの移動物体とともに駐車車両、渋滞末尾の停止車両といった相対的に静止状態にある静止物体が多く混在する状況では、静止物体を検出できる物体検出装置が求められていた。
【特許文献１】特開平６−２１４０１７号公報
【発明の開示】
【０００４】
本発明は上述の課題を鑑みてなされたものであり、静止物体を検出することができるＦＭ−ＣＷレーダ方式の物体検出装置及び物体検出方法を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明によれば、移動体に搭載され、周波数変調された送信信号を送信する送信手段と、当該送信手段が送信する送信信号が物体に反射して生じた反射信号を受信信号として受信する受信手段とを備え、送信信号と受信信号とから得た受信ＩＦ信号に基づいて物体を検出するＦＭ−ＣＷレーダ方式の物体検出装置であって、移動体の速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段により検出された移動体の速度情報に応じたドップラシフト量に基づく周波数のオフセット量を算出する周波数オフセット量算出手段と、送信信号と受信信号とから得た受信ＩＦ信号を取得し、送信信号の周波数上昇部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルに周波数オフセット量を加えて上昇オフセット周波数スペクトルを求めるとともに、送信信号の周波数下降部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルから周波数オフセット量を差し引いて下降オフセット周波数スペクトルを求める周波数オフセット手段と、周波数オフセット手段により求められた上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルとを加算して加算周波数スペクトルを求める加算手段と、加算手段により求められた加算周波数スペクトルに基づいて静止物体の検出を行う静止物体検出手段と、を有する物体検出装置が提供される。
【０００６】
これにより、ＦＭ−ＣＷレーダ方式の物体検出装置において、加算周波数スペクトルに基づく静止物体の検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面に基づいて、第１実施形態〜第３実施形態の物体検出装置１００を説明する。物体検出装置１００は、ユーザが搭乗する車両（移動体）に搭載され、車両周囲の物標の存在、物標の存在方向、車両からの距離、物標の特性（移動体であるか静止物であるか）を検出する。
【０００８】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る物体検出装置１００ブロック構成図である。図１に示すように、物体検出装置１００は、レーダヘッド２００と、信号処理装置３００とを有している。
【０００９】
レーダヘッド２００は、前方空間に送信信号を送信する送信手段１と前方物標からの反射信号を受信する受信手段２を少なくとも有し、三角波やのこぎり波を周波数変調させるＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulate Continuous Wave：周波数変調連続波レーダ方式）のレーダ装置である。ＦＭ−ＣＷ方式とは、電波レーダとして三角波変調した送信信号を用い、周波数上昇変調時の反射信号周波数と周波数下降変調時の反射信号周波数との格差より反射物体の距離と相対速度を検出する方式である。
【００１０】
送信手段１は、送信アンテナ１１と、電力分配器１２と、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）１３とを有している。ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）１３は、信号処理装置３００側の三角波発生手段３０１から送られてきた三角波信号で変調した送信信号を生成する。電力分配器１２は、ＶＣＯ１３で生成した送信信号を所定の電力比で２分岐に電力分配する。一方を送信信号として送信アンテナ１１から送信し、一方を基準信号とする。送信アンテナ１１は送信信号を前方空間に送出する。
【００１１】
受信手段２は、受信アンテナ２１と、ミキサ回路２２と、増幅回路２３とを有する。受信アンテナ２１は、送信アンテナ１１から送出された送信信号が前方物標で反射して戻ってきた反射信号を受信する。ミキサ回路２２は、電力分配器１２で分岐された送信信号の一部と受信信号とをミキシングして受信ＩＦ信号(ＩＦ：Intermediate Frequency：中間周波数)を生成する。増幅回路２３は、ミキサ回路２２で生成された受信ＩＦ信号を増幅して信号処理装置３００側のＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理手段３０２へ向けて出力する。
【００１２】
本実施形態のレーダヘッド２００は、送受信方位走査手段３を備える。送受信方位走査手段３は、異なる方位における信号の送受信ができるように、送信アンテナ１１と受信アンテナ２１を機械的に車両の走行面に対して水平方向に沿って回頭させることにより、異なる方位へ向けて送信信号を送出するとともに異なる方向から受信信号を受信させる。送信アンテナ１１及び受信アンテナ２１の回頭方向（角度）は、送信信号の送信方位情報又は受信信号の受信方位情報として、周波数オフセット量算出手段４に向けて送出される。
【００１３】
なお、方位検出型のＦＭ−ＣＷレーダヘッドとしては、レーダヘッド２００を機械的に回頭させて送受信方位軸を変更するものに限定されず、送信アンテナ１１を単独で回頭させる機構を有するものであってもよいし、サーキュレータを追加して信号の送信と受信を一つの送受信アンテナで行い、この送受信アンテナを横方向に回頭させて送受信方位を変更する機構を有するものであってもよい。また、送受信アンテナをアレイアンテナ構造とし、アレイ毎に位相器を用いてビーム方位を制御するフェイズドアレイアンテナを用いてもよい。
【００１４】
信号処理装置３００は、一般的なＦＭ−ＣＷレーダの物体検出機能を備える。本例の信号処理装置１００は、受信信号と送信信号（基準信号）とを掛け合わせＬＰＦ（low pass filter）を通す等を行って受信ＩＦ信号を抽出し、受信ＩＦ信号をフーリエ変換することにより得られる、スペクトルのピークから受信ＩＦ信号に含まれる反射信号の周波数を得る。受信ＩＦ信号には物標までの距離に比例する周波数成分とレーダ装置と物標間の相対的速度により生じるドップラ周波数偏移が含まれるため、周波数上昇時の受信ＩＦ信号と周波数下降時の受信ＩＦ信号の周波数差からこれらを求め、これに基づいて目標物体までの距離と相対速度を求めることができる。
【００１５】
本実施形態の信号処理装置３００は、速度検出手段１０と、周波数オフセット量算出手段４と、周波数オフセット手段５と、加算手段６と、静止物体検出手段７とを少なくとも有する。特に限定されないが、差分算出手段８と、移動物体検出手段９とを有することが好ましい。さらに、本実施形態の信号処理装置３００は、記憶手段１５と、編集手段１６とを有することが好ましい。なお、信号処理装置３００は、三角波を発生する三角波発生部３０１と、増幅回路２３から出力される受信ＩＦ信号の周波数解析を行うＦＦＴ処理手段３０２とを備えることが好ましい。
【００１６】
具体的に、信号処理装置３００は、静止物体を検出するプログラム、および移動物体を検出するプログラムを格納したＲＯＭ(Read Only Memory)等と、このＲＯＭ等に格納されたプログラムを実行することで、周波数オフセット手段５、加算手段６、静止物体検出手段７、差分算出手段８、移動物体検出手段９、編集手段１６として機能するＣＰＵ（Central Processing Unit）等と、アクセス可能な記憶手段として機能するＲＡＭ(Random Access Memory)等（メモリ５０）とを備える。本実施形態では、説明の便宜のため、加算手段６、差分算出手段８、静止物体検出手段７、移動物体検出手段を別の構成として説明するが、これらは加算機能、差分算出機能、静止物体検出機能、移動物体検出機能、編集機能を有する１又は２以上の演算装置（ＣＰＵ等）として構成してもよい。
【００１７】
以下、信号処理装置３００の各手段について説明する。
【００１８】
速度検出手段１０は、自車両（移動体）の速度を検出する。車両に搭載された速度計を利用してもよい。
【００１９】
周波数オフセット量算出手段４は、速度検出手段１０により検出された自車両の速度に応じたドップラシフト量に基づく周波数オフセット量を算出する。
【００２０】
周波数オフセット手段５は、周波数オフセット量算出手段４により算出された周波数オフセット量を用いて、上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルとを算出する。具体的に、周波数オフセット手段５は、送信信号と受信信号とから得た受信ＩＦ信号を取得し、送信信号の周波数上昇部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルに、周波数オフセット量算出手段４により算出された周波数オフセット量を加えて上昇オフセット周波数スペクトルを求めるとともに、送信信号の周波数下降部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルから周波数オフセット量算出手段により算出された周波数オフセット量を差し引いて下降オフセット周波数スペクトルを求める。
【００２１】
加算手段６は、周波数オフセット手段５により求められた上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルとを加算して加算周波数スペクトルを求める。静止物体検出手段７は、加算手段６により求められた加算周波数スペクトルに基づいて静止物体の検出を行う。具体的には加算周波数スペクトルにおいて特徴的なピークを示すスペクトルは静止物体からの反射信号であるとして、静止物体の存在を検出し、その信号の受信方向から静止物体の存在方向を、ピークの存在する周波数値から距離を求めることができる。
【００２２】
本実施形態の物体検出装置１００は、差分算出手段８と移動物体検出手段９をさらに備える。差分算出手段８は、周波数オフセット手段５により求められた上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルの差分を算出して差分周波数スペクトルを求める。移動物体検出手段９は、差分算出手段により算出された差分周波数スペクトルに基づいて移動物体の検出を行う。具体的には差分周波数スペクトルにおいて特徴的な正負一対のピークを示すスペクトルは移動物体からの反射信号であるとして、移動物体の存在を検出し、その信号の受信方向から移動物体の存在方向を、受信ＩＦ信号の正負ピークの中央周波数値及び隔差から距離及び移動速度を求めることができる。
【００２３】
特に限定されないが、本実施形態の物体検出装置１００は、静止物体検出手段７の検出結果および／または移動物体検出手段９の検出結果を記憶する記憶手段１５と、記憶手段１５に記憶された検出結果に基づいて物体の検出情報を編集する編集手段１６とを有する。編集手段１６は、静止物体検出手段７又は移動物体検出手段９に組み込んで構成することが好ましいが、説明の便宜のため、本例では編集手段を静止物体検出手段７および移動物体検出手段９とは独立させて構成した。編集手段１６は、加算手段６により求められた加算周波数スペクトルから静止物体に対応するスペクトルを抽出し、送信信号の送信方向または受信信号の受信方向に基づいて、抽出された静止物体のスペクトル情報を所定の投影面に投影した二次元マップを編集する。静止物体検出手段７は、編集された二次元マップに基づいて静止物体の二次元的形状の検出を行う。
【００２４】
さらに、編集手段１６は、加算手段６により求められた加算周波数スペクトルから静止物体に対応するスペクトル及びその強度を抽出し、送信信号の送信方向または受信信号の受信方向と静止物体に対応するスペクトルの強度に基づいて、抽出された静止物体のスペクトルの三次元マップを編集する。静止物体検出手段７は、編集された二次元マップに基づいて静止物体の形状を検出する。
【００２５】
次に、本実施形態の物体検出装置１００の動作を図２〜図１２に基づいて説明する。図２は本実施形態の物体検出装置１００の制御手順を示すフローチャートである。  
本実施形態の物体検出装置１００は一般的なＦＭ−ＣＷレーダ機能を備え、物体の有無、物体までの距離及び物体の速度を検出する。
【００２６】
まず、送信手段１は送信アンテナ１１を介して送信信号を送出する（Ｓ１）。受信手段２は送信手段１が送信した送信信号が物体に反射して生じた反射信号を受信信号として受信する（Ｓ２）。周波数オフセット手段５は、送信信号と受信信号とから得た受信ＩＦ信号を取得する。ちなみに、周波数オフセット手段５が取得する受信ＩＦ信号は、電力分配器１２で分岐された送信信号の一部と受信信号とがミキサ回路２２によりミキシングされ、増幅回路２３により増幅され、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理手段３０２によりフーリエ変換された情報である。
【００２７】
図３に相対速度が零乃至零近傍の物体からの反射信号を観測した場合の信号例を示す。図３（１）は三角波発生部３０１により生成された三角波信号を示し、図３（２）は三角波信号で周波数変換されてＶＣＯ１３から出力された送信信号を示し、図３（３）は前方物標で反射された受信信号（反射信号）及び送信信号（点線で示した）、図３（４）は送信信号と受信信号をミキシングして得た受信ＩＦ信号を示す。周波数変調の傾きが分かっているため図３(４)に示す周波数ｆ０を検出することにより、距離に応じた時間遅延を算出することができ前方にある物体までの距離を検出できる。
【００２８】
図４に相対速度を有する（相対速度がゼロではない）物体からの反射信号を観測した信号例を示す。図４の（１）から（４）のグラフのタイトルは、図３のそれと共通する。図４(３)に示すように、相対速度を有する前方物体から反射された受信信号には、距離に応じた時間遅延と相対速度によるドップラ効果による周波数シフトが発生している。図４（４）に示すように周波数上昇変調時の受信ＩＦ信号の周波数はｆ１と観測され、周波数下降変調時の受信ＩＦ信号の周波数はｆ２と観測される。二つの周波数ｆ１、ｆ２の平均値に基づいて時間遅延量を検出し前方物体までの距離を検出できる。また、二つの周波数ｆ１、ｆ２の周波数差よりドップラ周波数を算出し、相対速度を検出できる。
【００２９】
Ｓ１からＳ３までの処理と並行して、速度検出手段１０は自車両（移動体）の速度を検出する（Ｓ２１）。周波数オフセット量算出手段４は、速度検出手段１０により検出された自車両の速度に基づいてドップラシフト量を求め（Ｓ２２）、ドップラシフト量に基づく周波数のオフセット量を算出する（Ｓ２３）。具体的に、周波数オフセット量算出手段４は、速度検出手段１０により検出された自車両の速度Ｖと送受信方位走査手段３から取得した送信信号の送出方位θとに基づいて、静止物体の相対速度（＝Ｖ・cosθ）を算出し、該相対速度に応じたドップラシフト量に基づく周波数オフセット量Δｆを以下の式１より算出し、周波数オフセット手段４に向けて出力する。
【００３０】
Δｆ＝Ｆ・Ｖ・cosθ／Ｃ ・・・（１），（但し、Ｆは送信信号の周波数、Ｃは光速）
周波数オフセット手段５は、送信周波数の上昇部分の受信ＩＦ信号を取得し（Ｓ４）、送信周波数の下降部分の受信ＩＦ信号を取得する（Ｓ５）。周波数オフセット手段５は、送信周波数の上昇部分の受信ＩＦ信号に、周波数オフセット量算出手段４により算出された周波数オフセット量を加えて上昇オフセット周波数スペクトルを求めるとともに、送信信号の周波数下降部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルから周波数オフセット量算出手段４により算出された周波数オフセット量を差し引いて下降オフセット周波数スペクトルを求める（Ｓ６）。
【００３１】
図５は、自車両が走行しているときに、前方物標から反射された反射信号を受信した場合の上昇周波数スペクトルＡと下降周波数スペクトルＢとを示す。周波数Ｘ１近傍に２つのピークＰ１及びＰ２が観測され、周波数Ｘ２近傍に２つのピークＱ１及びＱ２が観測されている。
【００３２】
図６は、周波数オフセット手段５により周波数オフセット量だけオフセットされた上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルである。図６に示すように、オフセット処理後におけるピークＰ１とＰ２の周波数はほぼ一致しており、ピークＰ１及びＰ２は静止物体からの反射信号に対応することが推測できる。一方、ピークＱ１及びＱ２の周波数は異なっており、移動物体からの反射信号に対応することが推測できる。
【００３３】
周波数オフセット手段５は、オフセットした上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルを加算手段６および／または差分算出手段８に向けて出力する。
【００３４】
加算手段６は、周波数オフセット手段５により求められた、上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルとを加算して加算周波数スペクトルを求める（Ｓ７）。図７は、周波数オフセット手段５が求めた上昇オフセット周波数スペクトルと下降周波数スペクトルとを加算した加算周波数スペクトルである。図５及び図６で観測された遠距離の移動物体からの反射信号Ｑ１，Ｑ２のピークは目立たなくなっているが、近距離の静止物体からの反射信号Ｐ１，Ｐ２のピークはほぼ２倍のピークＰ３となっており、静止物体の信号レベルを強調させた周波数スペクトルを得ることができる。加算手段６は、求めた加算周波数スペクトルを静止物体検出手段７に向けて出力する。
【００３５】
静止物体検出手段７は、図７に示したような加算周波数スペクトルのピークＰに基づいて静止物体を検出し（Ｓ８）、検出結果を記憶装置１１に記憶する（Ｓ１１）。加算周波数スペクトルでは移動物体のピーク（たとえばＱ１，Ｑ２）が強調されないため、静止物体を移動物体から区別して検出することができる。静止物体検出手段７は、静止物体を検出するとともに、静止物体までの距離を算出し、その結果を記憶手段１５に記憶し、または車両の走行を制御する車両制御装置へ向けて送出する。
【００３６】
差分算出手段８は、周波数オフセット手段５により求められた、上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルの差分を算出して差分周波数スペクトルを求める（Ｓ９）。図８は、周波数オフセット手段５が求めた上昇オフセット周波数スペクトルと下降周波数スペクトルの差分を算出した差分周波数スペクトルである。図５及び図６で観測された近距離の静止物体からの反射信号Ｐ１，Ｐ２のピークは相互に打ち消されてピークは目立たなくなっているが、遠距離の移動物体からの反射信号Ｑ１，Ｑ２のピークは残存し、移動物体の信号レベルを強調させた周波数スペクトルを得ることができる。差分算出手段８は、求めた差分周波数スペクトルを移動物体検出手段７に向けて出力する。
【００３７】
このように、周波数オフセット量に応じてオフセットされた上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルに基づいて、加算周波数スペクトルおよび／または差分周波数スペクトルを求めることにより、静止物体からの反射波を強調させ、又は移動物体からの反射波を正確に強調させることがきる。
【００３８】
前方物体が単一で存在する場合には問題はないが、前方物体が複数存在し、複数の物体が同時に観測された場合、周波数上昇変調、周波数下降変調の反射信号には複数の周波数成分が混在するため、正確な距離測定を行う為には周波数上昇および周波数下降の各変調時に受信される周波数成分を適切にペアリングする必要がある。特に市街地など静止物体からの反射信号が多く観測される場面においては、ペアリングミスによって誤検出や未検出が多く発生してしまうため、正確なペアリング処理に対する要請が高い。本実施形態は、上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルを求めるオフセット処理と、これらから加算周波数スペクトルと差分周波数スペクトルを求める加算処理及び差分処理を行うことにより、静止物体と移動物体を区別して検出することができる。つまり、相対速度を有する先行走行車両の検出のみならず、駐停車車両および走行しているが渋滞等によって相対速度がゼロとなる先行車両を検出することができる。加えて、前方物体が複数存在する場合において発生する受信信号のペアリングミスを抑制することができる。
【００３９】
移動物体検出手段７は、図８に示したような差分周波数スペクトルのピークＱ１，Ｑ２に基づいて移動物体を検出し（Ｓ１０）、少なくとも一時的に記憶手段１５に記憶する（Ｓ１１）。差分周波数スペクトルでは静止物体のピーク（たとえばＰ１，Ｐ２）がキャンセルされるため、移動物体を静止物体から区別して検出することができる。移動物体検出手段９は、移動物体を検出するとともに、移動物体までの距離及び移動速度を算出し、その結果を記憶手段１５に記憶し、または車両の走行を制御する図外の車両制御装置へ向けて送出する。
【００４０】
ちなみに、Ｓ７及びＳ８とＳ９及びＳ１０とは並行して処理されてもよいし、独立に処理されてもよい。
【００４１】
このように、静止物体からの反射受信信号が強調された加算周波数スペクトルに基づいて静止物体を検出し、移動物体からの反射受信信号が強調された（静止物体からの反射信号が除去された）差分周波数スペクトルに基づいて移動物体を検出することにより、静止物体及び移動物体の双方を同時に検出することができ、又はいずれか一方を単独検出することができる。
【００４２】
送信アンテナ１１と受信アンテナ２１の走査が全方位について終了したか否かを判断する（Ｓ１３）。終了していない場合は、終了するまでＳ１からＳ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３を繰り返す。
【００４３】
次に、編集手段１６は、二次元マップの編集を実行する（Ｓ１４）。二次元マップは、抽出された静止物体のスペクトル情報を所定の投影面に投影した二次元のスペクトル強度分布である。二次元マップは、加算手段６により求められた加算周波数スペクトルから静止物体に対応するスペクトルを抽出し、この抽出された静止物体のスペクトル情報を送信信号の送信方向または受信信号の受信方向に基づいて所定の投影面に投影して作成する。二次元マップには、移動物体のスペクトル情報を含ませてもよい。つまり、差分算出手段８により求められた差分周波数スペクトルから移動物体に対応するスペクトルを抽出し、この抽出された移動物体のスペクトル情報を送信信号の送信方向または受信信号の受信方向に基づいて所定の投影面に投影した情報を二次元マップに含ませてもよい。
【００４４】
二次元マップの例を図９〜図１１に基づいて説明する。図９（Ａ）は周波数オフセット手段５が算出した上昇オフセット周波数スペクトルを送受信方位毎に基づいて定義された二次元座標上に並べた検出画像である。図９（Ｂ）は周波数オフセット手段５が算出した下降オフセット周波数スペクトルを送受信方位毎に基づいて定義された二次元座標上に並べた検出画像である。検出された周波数スペクトルの強度を背景の濃度を基準とした濃淡で示した。背景の濃度との相対的な濃度差が大きい領域は反射強度が高く、比較的近い位置に存在する物体である。また所定の濃度差（絶対値）を示す領域については輪郭の切り出しを行い、物体の境界を明確に示した。図１０は、上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数の差分演算処理結果、すなわち差分算出手段８により算出された差分周波数スペクトルを図９と同じ二次元座標上に示す。図１０に示すように、左及び右に存在していた矩形の物体の画像が消えている。これは差分算出手段８の処理により静止物体に対応するスペクトルが除去されたからである。
【００４５】
図１１は、編集手段１６により編集された二次元マップの一例である。図１１は上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数の加算演算処理結果、すなわち加算手段６により算出された加算周波数スペクトルを、図９と同じ二次元座標上に示す。加算処理に伴いスペクトルの強度を１／２にして示した。図１１に示すように、左及び右に存在していた矩形の物体の画像が強調され、中央の円形の物体の画像が目立たなくなっている。これは加算算出手段８の処理により静止物体に対応するスペクトルが他のスペクトルに比べて強調されたからである。これにより方位に基づいて定義された二次元座標上における物体の位置を検出することができる（Ｓ１６）。座標系が定義された二次元マップに基づいて、前方物体を視覚的に認識できる画像データを編集してもよい。
【００４６】
さらに、編集手段は、必要に応じて三次元マップを編集する（Ｓ１５）。図１２は、編集手段１６により編集された三次元マップの一例である。この三次元マップは、送受信方位に基づく二次元座標にスペクトル強度を第３の座標軸として加えた三次元座標上に加算周波数スペクトルを示したものである。図１２に示した三次元マップは、図１１に示した二次元マップの情報に基づいて編集されたものである。強度の変化は色彩（波長）の変化により表現する。反射強度が大きい方を赤、反射強度が低い方を紫となるように、赤から紫までの波長を反射強度の値に対応させた。この三次元マップによれば、反射スペクトルの発生位置（物体の存在位置）とスペクトルの反射強度を表現できるため、物標の位置及び形状を視覚的に表現することができる。反射強度が座標上において連続的に検出することができれば、物体の面が連続している状態を予測することができ、同値の反射強度が連続する点の軌跡に基づいて物体の表面形状を予測することができる。つまり、走行経路上にガードレール等の静止物体が存在する場合、ガードレールにより反射された受信信号に基づいて加算周波数スペクトルが得られた場合、同値の反射強度が連続する点の軌跡に基づいて、走行路の左右端に延説されたガードレールの延在状態が推測でき、ガードレールの延在状態から走行路の擬似的な立体地図を生成して表示することができる。これにより方位と反射強度に基づいて定義された三次元座標上において物体の位置および形状を検出することができる。
【００４７】
検出結果は車両制御装置４００へ向けて出力される（Ｓ１７）。
【００４８】
天候（霧、雨）や時間帯（夜間）によっては視界が悪い場合、山道などを走行するような場合には、ＣＣＤ等では良質の撮像映像が得られない場合があるが、本実施形態によれば、路側の静止物体（ガードレールや側壁など）からの反射信号（受信信号）に基づいて、静止物体（及び／又は移動物体）を検出することができるため、このような状況においても走行路を正確に認識することができ、自車両の走行経路の情報を提供し、走行車線はみ出し防止制御を行うことができる。
【００４９】
ちなみに、Ｓ８において検出された静止物体の検出情報、Ｓ９において検出された移動物体の検出情報は編集処理を経ないで車両制御装置４００へ向けて出力してもよい。また編集された二次元マップは、物体検出のために移動物体検出手段９および／または静止物体検出手段７へ出力してもよいし、そのまま出力してもよい。
【００５０】
以上のとおり、本実施形態によれば、三角波で周波数変調した電磁波を送受信して物標検出を行うＦＭ−ＣＷレーダにおいて、周波数上昇部分における受信ＩＦ信号の周波数スペクトルを自車両の速度情報から得られる周波数オフセット量に基づいてオフセット（シフト）させることにより静止物体（自車両の速度に等しい相対速度を持つ物体）からの反射信号によって生じる周波数上昇部分と周波数下降部分のＩＦ信号の周波数成分を等しい周波数にすることができ、この二つの周波数スペクトルに加算処理を行うことにより、移動物体からの反射信号を抑制した加算周波数スペクトルを得ることができ、移動物体とは区別して静止物体のみを検出することができる。また、並行して差分算出処理を行うことにより、静止物体からの反射信号を抑制した差分周波数スペクトルを得ることができ、静止物体とともの移動物体の検出を一の測定で同時にすることができる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
図１３及び図１４に基づいて第２実施形態を説明する。図１３に本実施形態の物体検出装置１０１のブロック構成を示した。図１３に示すように、本実施形態は、差分算出手段８が絶対値算出部８１を備える点、第１実施形態とは異なる処理を行う加算手段６１とを有する点で第１実施形態と異なる。これらの点以外は第１実施形態と基本的に共通するので、ここでは異なる点を中心に説明し、重複する部分については省略する。
【００５２】
差分算出手段８は、差分周波数スペクトルの周波数絶対値を求める。この機能は、加算手段６１が備えてもよい。すなわち加算手段６が差分周波数スペクトルに基いて周波数絶対値を算出してもよい。
【００５３】
加算手段６１は、周波数オフセット手段５により求められた、上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルとを加算するとともに、差分算出手段８により求められた差分周波数スペクトルの周波数絶対値を差し引いた加算周波数スペクトルを求める。本実施形態の加算手段６１は、上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルとを加算する処理に加えて、差分周波数スペクトルの周波数絶対値を加算周波数スペクトルから控除する処理を行う。差分周波数スペクトルは、静止物体に対応する周波数スペクトルが除去され、移動物体に対応する周波数スペクトルが残存したものである。一方、加算周波数スペクトルは、静止物体に対応する周波数スペクトルが強調されているが、図７に示すピークＱ１及びＱ２のように移動物体を示す周波数スペクトルが弱いピークではあるが残存している。本実施形態では、この加算周波数スペクトルから移動物体に対応するスペクトルを控除する。差分周波数スペクトルは図８に示すように、正のスペクトルピークと負のスペクトルピークとして出現するため、本例ではその周波数絶対値を加算周波数スペクトルから控除する。
【００５４】
図１４は本実施形態の制御手順を示すフローチャートである。図２に示した第１実施形態の制御手順と基本的に共通するので、ここでは異なる処理（Ｓ７１及びＳ７２）について説明する。Ｓ７１において、加算手段６は、差分算出手段８が算出した差分周波数スペクトルの差分絶対値を取得する。Ｓ７２において、加算手段６は、Ｓ７において算出した加算周波数スペクトルから差分絶対値を差し引く（控除する）。Ｓ７２において得られたものが本実施形態の加算周波数スペクトルとなる。
【００５５】
特に限定されないが、加算手段６は、差分周波数スペクトルの絶対値に基づく、全周波数で信号強度を２分の１に変換した絶対値スペクトルを取得し、加算周波数スペクトルから差し引くことが好ましい。このように、絶対値スペクトルを控除（差分処理）することにより、強調された静止物体の反射信号の特徴を損なうことなく、移動物体の反射信号を除去することができ、より正確に静止物体の検出を行うことができる。
【００５６】
＜第３実施形態＞  
図１５及び図１６に基づいて第３実施形態を説明する。本実施形態では、自車両の走行速度と操舵角等の挙動情報から自車両の移動ベクトルを求め、送信信号の送出方位にベクトル分解して得られる速度成分からドップラシフト量および周波数オフセット量を算出する点を特徴とする。
【００５７】
図１５に本実施形態の物体検出装置１０１のブロック構成を示した。図１５に示すように、本実施形態は、移動体（自車両）の挙動を検出する挙動情報取得手段２０を有する点、およびオフセット量算出手段４が移動ベクトル算出部４１を備える点で第１実施形態と異なる。これらの点以外は第１実施形態と基本的に共通するので、ここでは異なる点を中心に説明し、重複する部分については省略する。
【００５８】
本実施形態の送信手段１は、移動体の走行面と略水平方向に沿って往復回動しながら複数の送出方向に向けて送信信号を送信する走査型の送信アンテナ１１を有する。
【００５９】
挙動情報取得手段２０は、送出方向ごとの移動体の速度成分に影響を与える、操舵角情報、左右車輪速差などの移動体の挙動に関する挙動情報を取得する。
【００６０】
周波数オフセット量算出手段４は、挙動情報取得手段２０により取得された移動体の挙動情報に基づいて、送信アンテナ１１が送信信号を送信する送出方向ごとの移動体の速度成分を算出し、送出方向ごとの移動体の速度成分に基づいて周波数のオフセット量を算出する。移動ベクトル算出部４１は、自車両の速度情報と自車両の挙動情報とに基づいて移動体の挙動に応じて変化する自車両の進行方向の情報を含んだ移動ベクトルを算出する機能を有する。
【００６１】
例えば、自車両の走行速度Ｖ、移動方向φとして検出された場合、送信信号の送出方位θにおけるドップラシフト量に応じた周波数オフセット量Δｆは以下の式で表される。
【００６２】
Δｆ＝Ｆ・Ｖ・cos（θ−φ）／Ｃ    ・・・（２）（但し、Ｆは送信信号周波数、Ｃは光速）
図１６は本実施形態の制御手順を示すフローチャートである。図２に示した第１実施形態の制御手順と基本的に共通するので、ここでは異なる処理（Ｓ２０１乃至Ｓ２０３）について説明する。Ｓ２０１において、挙動情報取得手段２０は、自車両の操舵角等の挙動情報を取得する。Ｓ２０２において、移動ベクトル算出部４１は、自車両の速度情報と自車両の挙動情報とに基づいて自車両の進行方向の情報を含んだ移動ベクトルを算出する。
【００６３】
Ｓ２０３において、周波数オフセット量算出手段４は、移動体の速度情報と移動体の挙動情報とから算出された送信アンテナ１１が送信信号を送信する送出方向ごとの移動ベクトルに基づいて周波数のオフセット量を算出する。
【００６４】
このように、自車両の走行速度と挙動情報から送信信号の送出方位にベクトル分解して得られる速度成分からドップラシフト量および周波数オフセット量を算出するので、自車両が直進しない場合でも送信信号の送出方位毎の自車両の速度成分を正確に算出することができる。静止物体と自車両の正確な相対速度に基づいて、正確な周波数オフセット量、差分周波数スペクトル、加算周波数スペクトルを算出することができ、曲線路などで自車両が転舵動作であるときでも静止物体および／または移動物体の反射信号を正確に分別することができる。
【００６５】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態の物体検出装置のブロック構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る物体検出装置の制御手順を示す図である。
【図３】（１）〜（４）は静止物体へ向けて送出した信号の各状態を説明するための図である。
【図４】（１）〜（４）は移動物体へ向けて送出した信号の各状態を説明するための図である。
【図５】自車両が走行しているときに、前方物標から反射された反射信号を受信した場合の上昇周波数スペクトルＡと下降周波数スペクトルＢとを示す図である。
【図６】周波数オフセット手段５により周波数オフセット量だけオフセットされた上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数スペクトルである。
【図７】周波数オフセット手段５が求めた上昇オフセット周波数スペクトルと下降周波数スペクトルとを加算した加算周波数スペクトルである。
【図８】周波数オフセット手段５が求めた上昇オフセット周波数スペクトルと下降周波数スペクトルの差分を算出した差分周波数スペクトルである。
【図９】図９（Ａ）は周波数オフセット手段５が算出した上昇オフセット周波数スペクトルを送受信方位毎に基づいて定義された二次元座標上に並べた検出画像である。図９（Ｂ）は周波数オフセット手段５が算出した下降オフセット周波数スペクトルを送受信方位毎に基づいて定義された二次元座標上に並べた検出画像である。
【図１０】上昇オフセット周波数スペクトルと下降オフセット周波数の差分演算処理結果を示す図である。
【図１１】編集手段１６により編集された二次元マップの一例を示す図である。
【図１２】編集手段１６により編集された三次元マップの一例である。
【図１３】第２実施形態の物体検出装置１０１のブロック構成を示す図である。
【図１４】第２実施形態に係る物体検出装置の制御手順を示す図である。
【図１５】第３実施形態の物体検出装置１０２のブロック構成を示す図である。
【図１６】第３実施形態に係る物体検出装置の制御手順を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００…物体検出装置
２００…レーダヘッド
１…送信手段
１１…送信アンテナ
１２…電力分配器
１３…ＶＯＣ
２…受信手段
２１…受信アンテナ
２２…ミキサ回路
２３…増幅回路
３…送受信方位走査手段
３００…
３０１…三角波発生部
３０２…ＦＦＴ処理部
４・・・周波数オフセット量算出手段
５・・・周波数オフセット手段
６・・・加算手段
７・・・静止物体検出手段
８・・・差分算出手段
９・・・移動物体検出手段
１０・・・速度検出手段
１５・・・記憶手段
１６・・・編集手段
４００・・・車両制御装置
【図１】
0004613711.tif 000002
【図２】
0004613711.tif 000003
【図３】
0004613711.tif 000004
【図４】
0004613711.tif 000005
【図５】
0004613711.tif 000006
【図６】
0004613711.tif 000007
【図７】
0004613711.tif 000008
【図８】
0004613711.tif 000009
【図１３】
0004613711.tif 000010
【図１４】
0004613711.tif 000011
【図１５】
0004613711.tif 000012
【図１６】
0004613711.tif 000013
【図９】
0004613711.tif 000014
【図１０】
0004613711.tif 000015
【図１１】
0004613711.tif 000016
【図１２】
0004613711.tif 000017