(57)【要約】【課題】パルスの未検出が高い頻度で生ずる場合においても高精度かつ短時間で物体を検出又は物体までの距離を測定する。【解決手段】空間に観測用信号を繰り返し送信し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された観測用信号を検出することにより、測定対象物を検出する物体検出装置であって、観測用信号の受信率を求める受信率判定部２２を含み、受信率判定部２２において求められた受信率により処理を制御する物体検出装置。【選択図】図１
2005207840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に観測用信号を繰り返し送信し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された前記観測用信号を検出することにより、測定対象物を検出する物体検出装置であって、
前記観測用信号の受信率を求める受信率判定部を含み、
前記受信率判定部において求められた受信率を処理に供することを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物体検出装置において、
前記観測用信号の送信時刻と前記観測用信号の受信時刻との時間差がパルス幅に変調されたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号を平滑化し、測定対象物までの距離を示す距離信号として出力する低域通過フィルタと、
前記距離信号を受けて、前記距離信号をディジタル化して処理する処理部と、を含み、
前記受信率が所定の閾値以下の場合に前記処理部への入力を制限することを特徴とする物体検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の物体検出装置において、
前記観測用信号の送信時刻と前記観測用信号の受信時刻との時間差がパルス幅に変調されたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号を平滑化し、測定対象物までの距離を示す距離信号として出力する低域通過フィルタと、
前記距離信号を受けて、前記距離信号をディジタル化して処理する処理部と、を含み、
前記受信率が所定の閾値以下の場合に前記処理部からの出力を制限することを特徴とする物体検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の物体検出装置において、
前記観測用信号の受信時刻を示し一定のパルス振幅及びパルス幅を有する受信トリガ、を発生させる受信トリガ生成部を含み、
前記受信率判定部では、前記受信トリガを低域通過フィルタで平滑化することによって前記受信率を求めることを特徴とする物体検出装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の物体検出装置において、
前記受信信号から前記観測用信号が重畳された検波信号を抽出する観測用信号受信部を含み、
前記受信率判定部では、前記検波信号を低域通過フィルタで平滑化することによって前記受信率を求めることを特徴とする物体検出装置。
【請求項６】
請求項２又は３に記載の物体検出装置において、
前記受信率判定部では、前記ＰＷＭ信号を低域通過フィルタで平滑化した信号を前記距離信号に基づいて補正することによって前記受信率を求めることを特徴とする物体検出装置。
【請求項７】
空間に観測用信号を繰り返し送信し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された前記観測用信号を検出することにより、測定対象物を検出する物体検出装置であって、
前記観測用信号の受信率の変化を予測する受信率変化予測部を含み、
前記受信率判定部における予測結果を処理に供することを特徴とする物体検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の物体検出装置において、
前記観測用信号の送信時刻と前記観測用信号の受信時刻との時間差がパルス幅に変調されたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号を平滑化し、測定対象物までの距離を示す距離信号として出力する低域通過フィルタと、を含み、
前記受信率の変化が上昇傾向にある場合には前記受信率の変化が下降傾向にある場合よりも前記低域通過フィルタの時定数を大きく設定することを特徴とする物体検出装置。
【請求項９】
請求項７に記載の物体検出装置において、
前記観測用信号の送信時刻と前記観測用信号の受信時刻との時間差がパルス幅に変調されたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号を平滑化し、測定対象物までの距離を示す距離信号として出力する低域通過フィルタと、
前記距離信号を受けて、前記距離信号をディジタル化して処理する処理部と、を含み、
前記受信率の変化が下降傾向にある場合には前記受信率の変化が上昇傾向にある場合よりも前記処理部への入力を制限することを特徴とする物体検出装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の物体検出装置において、
前記観測用信号の送信時刻と前記観測用信号の受信時刻との時間差がパルス幅に変調されたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号を平滑化し、測定対象物までの距離を示す距離信号として出力する低域通過フィルタと、
前記距離信号を受けて、前記距離信号をディジタル化して処理する処理部と、を含み、
前記受信率の変化が下降傾向にある場合には前記受信率の変化が上昇傾向にある場合よりも前記処理部からの出力を制限することを特徴とする物体検出装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１つに記載の物体検出装置において、
前記観測用信号の受信時刻を示し一定のパルス振幅及びパルス幅を有する受信トリガ、を発生させる受信トリガ生成部を含み、
前記受信率変化予測部は、異なる応答時間を有する複数の低域通過フィルタを含み、当該低域通過フィルタを用いて前記受信トリガを平滑化し、その差分を算出することによって受信率の変化を予測することを特徴とする物体検出装置。
【請求項１２】
請求項７〜１０のいずれか１つに記載の物体検出装置において、
前記受信信号から観測用信号が重畳された検波信号を抽出する観測用信号受信部を含み、
前記受信率変化予測部は、異なる応答時間を有する複数の低域通過フィルタを含み、当該低域通過フィルタを用いて前記検波信号を平滑化し、その差分を算出することによって受信率の変化を予測することを特徴とする物体検出装置。
【請求項１３】
請求項８〜１０のいずれか１つに記載の物体検出装置において、
前記受信率変化予測部は、異なる応答時間を有する複数の低域通過フィルタを含み、当該低域通過フィルタを用いて前記ＰＷＭ信号を平滑化し、その差分を算出することによって受信率の変化を予測することを特徴とする物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観測用信号の反射を利用して対象物を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、電車又は船等の移動体に搭載され、移動体の前方、後方、側方等の周辺にある障害物等までの距離を測定する物体検出装置が広く用いられている。物体検出装置は、移動体から周辺にある障害物を発見し、その距離を運転者に知らせたり、移動体を自動回避したり、移動体を自動停止させたりして、移動体を安全に走行させるために用いられている。物体検出装置としては、パルスを送信し、対象物によって反射されたそのパルスを受信することによって対象物までの距離を測定するパルスレーダが挙げられる。例えば、パルス幅モジュレーション回路（ＰＷＭ回路）を用い、対象物までの距離に比例したパルス幅を有するパルス幅モジュレーション信号（ＰＷＭ信号）を出力し、その出力に基づいて測定対象物までの距離を求める物体検出装置が知られている（特開２００３−６６１３６号公報、特開２００３−２７０３３２号公報等）。パルス状の電磁波が送出された時刻、すなわち送信パルスの送出時刻と受信した電磁波から対象物で反射されたパルスが検出された時刻、すなわち受信パルスの検出時刻との時間差に相当するパルス幅を有するＰＷＭ信号を発生させ、このＰＷＭ信号のパルス幅を低域通過フィルタに通して直流電圧に変換することで、その電圧値から対象物までの距離を求めることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４１５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＰＷＭ回路を用いた物体検出装置では、受信された電磁波の中からパルスが検出できなかった場合に測定対象物までの距離を正しく反映したパルス幅を有するＰＷＭ信号が正しく発生できず、対象物が検出できなかったり、測定対象物までの距離が測定できなくなったりする問題がある。例えば、図１３に示すように、パルス電磁波の送出時刻を示す送信トリガに対応してＰＷＭ信号を立ち上げ、受信信号からのパルスの検出時刻を示す受信トリガに対応してＰＷＭ信号を立ち下げる。従って、受信パルスが検出できなかった場合にはＰＷＭ信号を立ち下げるタイミングが取れなくなり、送信パルスが送信されてから次に受信パルスが受信されるまでの間、本来対象物までの距離に応じて出力されるべきパルス幅よりも大きなパルス幅を有したＰＷＭ信号が出力されてしまう。
【０００５】
物体検出装置では、ＰＷＭ信号のパルス幅に比例する電圧値を平均化し、ＰＷＭ信号のパルス幅に比例する電圧を得ることで、装置から測定対象物までの距離を計測するため、ＰＷＭ信号のパルス幅が本来の対象物までの距離を示す値よりも非常に大きくなることは距離測定の誤差を大きくする原因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、受信パルスの欠落が生ずるような状況下においても高精度で測定対象物を検出することができる物体検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、空間に観測用信号を繰り返し送信し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された前記観測用信号を検出することにより、測定対象物を検出する物体検出装置であって、前記観測用信号の受信率を求める受信率判定部を含み、前記受信率判定部において求められた受信率を処理に供することを特徴とする。
【０００８】
具体的には、前記観測用信号の送信時刻と前記観測用信号の受信時刻との時間差がパルス幅に変調されたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記ＰＷＭ信号を平滑化し、測定対象物までの距離を示す距離信号として出力する低域通過フィルタと、前記距離信号を受けて、前記距離信号をディジタル化して処理する処理部と、を含み、前記受信率が所定の閾値以下の場合に前記処理部への入力を制限したり、前記受信率が所定の閾値以下の場合に前記処理部からの出力を制限したりする。
【０００９】
例えば、前記観測用信号の受信時刻を示し一定のパルス振幅及びパルス幅を有する受信トリガを発生させる受信トリガ生成部を含み、前記受信率判定部では、前記受信トリガを低域通過フィルタで平滑化することによって前記受信率を求めることができる。また、前記受信信号から観測用信号が重畳された検波信号を抽出する観測用信号受信部を含み、前記受信率判定部では、前記検波信号を低域通過フィルタで平滑化することによって前記受信率を求めることができる。また、前記受信率判定部では、前記ＰＷＭ信号を低域通過フィルタで平滑化した信号を前記ＰＷＭ信号のパルス幅に基づいて求められた測定対象物までの距離を示す距離信号を用いて補正することによって前記受信率を求めることができる。
【００１０】
本発明の別の態様は、空間に観測用信号を繰り返し送信し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された前記観測用信号を検出することにより、測定対象物を検出する物体検出装置であって、前記観測用信号の受信率の変化を予測する受信率変化予測部を含み、前記受信率判定部における予測結果を処理に供することを特徴とする。
【００１１】
具体的には、前記観測用信号の送信時刻と前記観測用信号の受信時刻との時間差がパルス幅に変調されたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記ＰＷＭ信号を平滑化し、測定対象物までの距離を示す距離信号として出力する低域通過フィルタと、を含み、前記受信率の変化が上昇傾向にある場合には前記受信率の変化が下降傾向にある場合よりも前記低域通過フィルタの時定数を大きく設定する。また、前記距離信号を受けて、前記距離信号をディジタル化して処理する処理部を含み、前記受信率の変化が下降傾向にある場合には前記受信率の変化が上昇傾向にある場合よりも前記処理部への入力を制限したり、前記受信率の変化が下降傾向にある場合には前記受信率の変化が上昇傾向にある場合よりも前記処理部からの出力を制限したりする。
【００１２】
例えば、前記観測用信号の受信時刻を示し一定のパルス振幅及びパルス幅を有する受信トリガを発生させる受信トリガ生成部を含み、前記受信率変化予測部は、異なる応答時間を有する複数の低域通過フィルタを含み、当該低域通過フィルタを用いて前記受信トリガを平滑化し、その差分を算出することによって受信率の変化を予測することができる。また、前記受信信号から観測用信号が重畳された検波信号を抽出する観測用信号受信部を含み、前記受信率変化予測部は、異なる応答時間を有する複数の低域通過フィルタを含み、当該低域通過フィルタを用いて前記検波信号を平滑化し、その差分を算出することによって受信率の変化を予測することができる。また、前記受信率変化予測部は、異なる応答時間を有する複数の低域通過フィルタを含み、当該低域通過フィルタを用いて前記ＰＷＭ信号を平滑化し、その差分を算出することによって受信率の変化を予測することができる。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明のいずれかによって、パルスの未検出が高い頻度で生ずる場合においても高精度かつ短時間で物体を検出し、又は、物体までの距離を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態における物体検出装置１００は、図１に示すように、送信トリガ生成部１０、観測用信号送信部１２、観測用信号受信部１４、受信トリガ生成部１６、距離信号生成部１８、ディジタル信号処理部２０及び受信率判定部２２を含んで構成される。物体検出装置１００は、例えば車両等の移動体に搭載され、障害物の検出や車両と障害物との距離を測定するために用いられる。
【００１５】
以下、図２のタイミングチャートを用いて本実施の形態における物体検出装置１００の信号処理について説明する。
【００１６】
送信トリガ生成部１０は、図２（ａ）のように、一定のパルス振幅の送信トリガを発生させ、観測用信号送信部１２及び距離信号生成部１８へ出力する。観測用信号送信部１２は、送信トリガ生成部１０からの送信トリガを受けて、図２（ｂ）のように、送信トリガのパルス幅に対応したパルス電磁波を送出アンテナから空間に出力させる。このパルス電磁波が観測用信号となる。例えば、物体検出装置１００に必要な測定範囲が数ｍから数１０ｍである場合には、送信トリガ生成部１０におけるパルスの周期は１００ｎ秒から１μ秒程度に設定される。なお、観測用信号はパルス電磁波に限定されるものではなく、測定対象物において反射され得る信号であれば音波等の他の信号であっても構わない。
【００１７】
パルス電磁波の送出方向に障害物等の測定対象物が存在すると、パルス電磁波が測定対象物に当たり反射される。
【００１８】
受信アンテナは、空間から物体検出装置１００へ到達する電磁波を受信する。受信信号は観測用信号受信部１４へ送られ、検波された検波信号として受信トリガ生成部１６へ出力される。受信トリガ生成部１６は、所定の検出条件に基いて、検波信号の最初の立ち上がり時刻に対応する受信トリガを生成する。
【００１９】
受信アンテナで受信される電磁波には、図２（ｃ）のように、測定対象物によって反射されたパルス電磁波と物体検出装置の外部空間から到達するノイズ等が重畳する。観測用信号受信部１４は、受信アンテナからの受信信号を受けて、受信信号を包絡線検波する。受信トリガ生成部１６は、検波された包絡線を電圧比較器において基準電圧と比較し、図２（ｄ）に示すように、包絡線の値が基準電圧よりも高くなった時刻から一定の時間だけパルスを立ち上げて、一定の電圧値および一定のパルス幅の受信トリガを出力する。この受信トリガによりパルス電磁波の送出方向にある測定対象物を検出することができる。ここでは、受信トリガは、距離信号生成部１８及び受信率判定部２２へ出力される。
【００２０】
距離信号生成部１８は、送信トリガ生成部１０及び受信トリガ生成部１６からそれぞれ送信トリガ及び受信トリガを受けて、物体検出装置１００と測定対象物の距離に対応した距離電圧信号を出力する。距離信号生成部１８は、図１に示すように、ＰＷＭ信号生成部１８ａと低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１８ｂを含んで構成することができる。
【００２１】
ＰＷＭ信号生成部１８ａは、パルス幅モジュレーション回路（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ回路）である。ＰＷＭ信号生成部１８ａは、送信トリガ生成部１０からの送信トリガと受信トリガ生成部１６からの受信トリガとを受けて、図２（ｅ）に示すように、送信トリガを受けた時刻と受信トリガを受けた時刻との時間差に相当するパルス幅を有する定電圧のＰＷＭ信号を発生させる。
【００２２】
このとき、図２に示すように、送信トリガを受けた時刻に一定のパルス振幅を有するパルスを立ち上げ、受信トリガを受けた時刻にパルスを立ち下げることによって、ＰＷＭ信号を発生させることができる。逆に、送信トリガを受けた時刻にパルスを立ち下げ、受信トリガを受けた時刻にパルスを立ち上げることによって、ＰＷＭ信号を発生させても良い。
【００２３】
このＰＷＭ信号のパルス幅は、観測用信号であるパルス電磁波が送出アンテナから送信され、測定対象物で反射されて受信アンテナで受信されるまでの時刻に対応している。従って、ＰＷＭ信号のパルス幅に基づいて物体検出装置１００から測定対象物までの距離を求めることができる。
【００２４】
従来技術において説明したように、対象物での反射が弱いなどの原因により受信信号からパルス電磁波が検出できなかった場合、ＰＷＭ信号は次に受信信号からパルス電磁波が検出されるまで続くパルス幅を有するものとなる。すなわち、ＰＷＭ信号のパルス幅は物体検出装置１００から測定対象物までの距離よりも大きくなり、距離測定の結果に大きな誤差を生ずる原因となる。本実施の形態では、受信率判定部２２においてパルス電磁波の受信率を求め、受信率に応じて処理を制御することによって測定誤差を低減する。受信率判定部２２の作用については後述する。
【００２５】
ＬＰＦ１８ｂは、ＰＷＭ信号のパルス幅に対応した信号強度を有する距離信号を出力するために用いられる。ＬＰＦ１８ｂは、例えば、抵抗とコンデンサとの組み合わせからなるＬ型のローパスフィルタ（ＬＰＦ）によって構成することができる。ＬＰＦ１８ｂは、ＰＷＭ信号を受けて、フィルタの時定数で定まる応答時間だけＰＷＭ信号を平均化させてディジタル信号処理部２０へ出力する。フィルタの応答時間は、抵抗値とコンデンサの容量値の組み合わせで定まる。
【００２６】
なお、低域通過フィルタがＲＣ型の場合、その時定数はＲＣで定義される。これは、フィルタに電圧が印加された場合に出力が１／ｅ倍（ｅは自然対数の底）になるまでの時間をいう。また、低域通過フィルタの応答時間は、時定数に応じて定まり、フィルタに電圧が印加された場合に入力信号と出力信号との差が十分に小さくなるまでに要する時間をいう。例えば、出力信号が入力信号の９９％に収束するまでの時間や時定数τの１０倍の時間で定義される。
【００２７】
距離の分解能は低域通過フィルタの出力電圧の検出精度によって決定される。不要波の影響を回避するため測定したい距離の１０倍程度まで観測していることを考慮すると、最終的な検出の精度はダイナミックレンジに対して０．１％〜１％程度に設定することが好ましい。１％の精度で検出した場合、観測範囲が５０ｍであるとすると分解能は５０ｍ÷１００＝５０ｃｍとなる（０．１％とした場合は５ｃｍ）。一般的には、検出の精度を上げていけば、距離の分解能も上がっていくが、信号のノイズレベル等を考慮すると過剰に分解能を高めることは好ましくない。８ビットのアナログ／デジタルコンバータを用いて、低域通過フィルタ出力を観測した場合、５０ｍ÷２５６＝約２０ｃｍの分解能となる。通常、直流化を目的とした低域通過フィルタを設計する場合には、出力に検出の限界を超えるような変動が残らないように時定数を設定する。一般的には、検出の限界を超えるような変動が残っているとすると、距離を一意に定めることができなくなってしまうからである。
【００２８】
例えば、ＬＰＦ１８ｂの応答時間を観測用信号の送出周期よりも短く設定すると、ＰＷＭ信号生成部１８ａから出力されるＰＷＭ信号を十分に平滑化することができず、観測用信号の送出周期内においてＬＰＦ１８ｂの出力値が不必要に大きく変動することとなる。そこで、ＬＰＦ１８ｂの応答時間は観測用信号の送出周期よりも長く設定することが好適である。これによって、ＬＰＦ１８ｂの出力値が不必要に大きく変動することを避けることができる。
【００２９】
また、ＬＰＦ１８ｂの応答時間をディジタル信号処理部２０におけるサンプリング周期よりも短く設定することが好適である。応答時間をサンプリング周期よりも長く設定すると、欠落が発生した場合に欠落状態からの復帰が遅くなり、次のサンプリング時刻においても欠落の影響を受けることとなる。その結果、距離測定の誤差が大きくなるからである。
【００３０】
一方、観測用信号の検出の欠落が高い頻度で起きる場合、ＬＰＦ１８ｂの応答時間は観測用信号の検出が低い頻度で欠落する時間よりも短く設定することが好適である。これによって、パルスの検出の欠落が長時間続いた場合の誤差を小さくすることができる。
【００３１】
このように、ＬＰＦ１８ｂを用いて装置と測定対象物までの距離を示すパルス幅を有するＰＷＭ信号の強度を平均化することによって、測定対象物からの反射が小さい場合や外部環境からのノイズが大きい場合等において受信信号から観測用信号が検出できなかった場合の距離の計測への影響を小さくすることができる。
【００３２】
ディジタル信号処理部２０は、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２０ａ、ゲート回路２０ｂ及び誤差軽減処理部２０ｃを含んで構成される。Ａ／Ｄ変換器２０ａは、距離信号生成部１８から距離信号を受けて、アナログ信号である距離信号をサンプリングしてディジタル信号に変換し、ゲート回路２０ｂへ出力する。ゲート回路２０ｂは、受信率判定部２２から判定信号を受けて、判定信号に応じてＡ／Ｄ変換器２０ａから入力された距離信号を誤差軽減処理部２０ｃへ出力するか否かを制御する。
【００３３】
受信率判定部２２は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２２ａ及び閾値判定処理部２２ｂを含んで構成される。受信率判定部２２は、受信トリガ生成部１６から受信トリガを受けて、受信トリガの入力頻度に基づいてパルス電磁波の受信率を求めるために用いられる。ここで、受信率とは、所定の期間内における観測用信号であるパルス電磁波の送信の頻度に対する受信信号からパルス電磁波が検出された頻度の比を云う。パルス電磁波は一定の周期で送信されるので、所定の基準時間内に受信トリガ生成部１６から出力される受信トリガの数に基づいて受信率を求めることができる。
【００３４】
具体的には、図３に示すように、ＬＰＦ２２ａは受信トリガを受けて、所定の時定数で受信トリガを平滑化する。ＬＰＦ２２ａの出力は、単位時間当りの受信トリガの入力頻度が高くなるほど大きくなる。このＬＰＦ２２ａの出力が受信率に対応する。ＬＰＦ２２ａは、ＲＣ型等の簡易な構成のフィルタを用いることができる。例えば、ＬＰＦ２２ａがＲＣ型の場合には時定数はＲＣで定義され、抵抗値又は容量値を変更することによって基準時間を容易に設定及び変更することができる利点を有する。
【００３５】
閾値判定処理部２２ｂは、ＬＰＦ２２ａの出力が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。もし、ＬＰＦ２２ａの出力が閾値以上の場合には「許可」の判定信号を出力し、ＬＰＦ２２ａの出力が閾値よりも小さい場合には「禁止」の判定信号を出力する。閾値判定処理部２２ｂは、例えば差動増幅回路により構成することができる。この場合、一定の基準電圧を閾値電圧としてＬＰＦ２２ａの出力と比較することによって、例えば、「許可」はＨレベル、「禁止」はＬレベルの出力とすることができる。
【００３６】
ゲート回路２０ｂは、判定信号が「許可」の場合、すなわちＬＰＦ２２ａの出力が閾値以上の場合には、パルス電磁波の受信率が高いので距離信号を誤差軽減処理部２０ｃへ出力させる。一方、判定信号が「禁止」の場合、すなわちＬＰＦ２２ａの出力が閾値より小さい場合には、パルス電磁波の受信率が低いので距離信号を誤差軽減処理部２０ｃへ出力させない。
【００３７】
このように、パルス電磁波の受信率に応じて距離信号に対するゲート処理を行うことによって、受信状態が時々刻々と変化するようなシステムにおいて受信状況に応じた適応的なリアルタイム信号処理が可能となる。特に、本実施の形態のようにＰＷＭ信号のパルス幅に応じて測定対象物までの距離を測定するシステムにおいて、ゲート回路２０ｂ以降においてパルス電磁波の受信の欠落に伴う誤差を含んだ信号が処理されることを防止することができる利点がある。このとき、Ａ／Ｄ変換器２０ａにおけるサンプリングの周期Ｔ１に合わせて、ＬＰＦ２２ａの応答時間が周期Ｔ１に相当するようにＬＰＦ２２ａの時定数を設定することが好ましい。例えば、Ａ／Ｄ変換器２０ａのサンプリングの周期Ｔ１が５０μｓであった場合、ＬＰＦ２２ａの応答時間も５０μｓに近い値とすることが好ましい。
【００３８】
誤差軽減処理部２０ｃでは、距離信号に含まれる誤差を軽減するための処理が行われる。例えば、自動車に搭載された物体検出装置１００では、所定時間内にサンプリングされた複数のサンプリング値から最小値を選択して出力させることが好適である。これによって、パルス電磁波の反射が弱い場合や外部環境からのノイズが大きい場合でも自動車の近傍にある障害物までの距離を比較的高い精度で求めることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、ゲート回路２０ｂをＡ／Ｄ変換器２０ａと誤差軽減処理部２０ｃとの間に設けたが、図４に示す物体検出装置１０２のように、誤差軽減処理部２０ｃの出力側に設けても良い。受信率判定部２２からの判定信号に応じて、誤差軽減処理部２０ｃからの最終出力に対してゲート処理を行うことによって、パルス電磁波の受信の欠落に伴う誤差を含んだ信号が出力されることを防止することができる。このとき、誤差軽減処理部２０ｃにおけるサンプリングの周期Ｔ２に合わせて、ＬＰＦ２２ａの応答時間が周期Ｔ２に相当するようにＬＰＦ２２ａの時定数を設定することが好ましい。例えば、誤差軽減処理部２０ｃのサンプリングの周期Ｔ２が１ｍｓであった場合、ＬＰＦ２２ａの応答時間も１ｍｓに近い値とすることが好ましい。
【００４０】
なお、受信率判定部２２に２種類のフィルタを設け、Ａ／Ｄ変換器２０ａ及び誤差軽減処理部２０ｃの出力に対してそれぞれゲート回路を設ける構成としても良い。このように、ゲート回路を複数設けることによって、パルス電磁波の受信の欠落に伴う誤差をより低減することができる。
【００４１】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、受信トリガ生成部１６からの受信トリガを用いて受信率を判定した。観測用信号受信部１４における検波信号を２値化したものが受信トリガであることから、受信トリガと似た性質を有する検波信号を用いて受信率を得ることができる。
【００４２】
第２の実施の形態における物体検出装置１０４は、図５に示すように、第１の実施の形態における物体検出装置１００と同様の構成を有するが、受信率判定部２２に対して観測用信号受信部１４から検波信号が入力されている点において異なっている。
【００４３】
観測用信号受信部１４における検波信号は、図２（ｃ）に示すように、測定対象物で反射されたパルス電磁波が重畳された信号である。受信率判定部２２のＬＰＦ２２ａは、図６に示すように、観測用信号受信部１４から検波信号を受けて、所定の時定数で検波信号を平滑化する。このＬＰＦ２２ａの出力はパルス電磁波の平均電力に対応するが、受信トリガがこの検波出力を２値化したものであることから、平均受信電力をもって受信率に代用することができる。ＬＰＦ２２ａは、第１の実施の形態と同様に、ＲＣ型等の簡易な構成のフィルタを用いることができる。例えば、ＬＰＦ２２ａがＲＣ型の場合には時定数はＲＣで定義され、抵抗値又は容量値を変更することによって基準時間を容易に設定及び変更することができる利点を有する。このとき、ＬＰＦ２２ａの応答時間は、ディジタル信号処理部２０のゲート回路２０ｂのサンプリング周期に合わせて設定することが好ましい。閾値判定処理部２２ｂは、ＬＰＦ２２ａの出力が所定の閾値よりも大きいか否かを判定し、判定結果に応じて判定信号を出力する。ディジタル信号処理部２０のゲート回路２０ｂでは、この判定信号を用いてＡ／Ｄ変換器２０ａからの出力に対するゲート処理を行う。
【００４４】
以上のように、観測用信号受信部１４から出力される検波信号を用いて受信率を判定することによって、パルス電磁波の受信の欠落に伴う誤差を含んだ距離信号が処理されることを防止することができる。なお、ゲート回路２０ｂを誤差軽減処理部２０ｃの出力側に設けても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
＜第３の実施の形態＞
検波信号以外に受信トリガと性質が良く似た信号としてＰＷＭ信号がある。そこで、ＰＷＭ信号を用いてパルス電磁波の受信率を得ることができる。
【００４６】
第３の実施の形態における物体検出装置１０６は、図７に示すように、第１及び第２の実施の形態と同様の構成を有するが、受信率判定部２２に距離信号生成部１８から距離信号が入力され、距離バイアス補正部２２ｃを備えている点で異なる。
【００４７】
距離信号生成部１８のＰＷＭ信号生成部１８ａから出力されたＰＷＭ信号は、図２（ｅ）のように、受信トリガと同様にパルス振幅が一定であるが、測定対象物までの距離に応じてパルス幅が変調されている。受信率判定部２２のＬＰＦ２２ａでは、ＰＷＭ信号を受けて、所定の時定数でＰＷＭ信号を平滑化する。しかしながら、図８に示すように、ＰＷＭ信号を平滑化しただけでは測定対象物までの距離に応じてＬＰＦ２２ａの出力値は変化することとなり、受信率を推定することができない。そこで、受信率判定部２２に距離バイアス補正部２２ｃを設け、ディジタル信号処理部２０から出力される距離出力をフィードバックすることによってＬＰＦ２２ａの出力を補正する。測定対象物が距離ｘにある場合のＬＰＦ２２ａの出力がｄｘ、測定対象物が存在しない場合のＬＰＦ２２ａの出力がｄ０であったとすると、数式（１）を用いてＬＰＦ２２ａの出力Ｌ（ｔ）を補正することによって受信率Ｐを算出することができる。ここで、測定対象物が距離ｘにある場合のＬＰＦ２２ａの出力ｄｘはディジタル信号処理部２０から出力される距離出力から求めることができる。
【００４８】
【数１】
2005207840.tif 000003
【００４９】
距離バイアス補正部２２ｃで補正された受信率Ｐは、図９に示すように、測定対象物までの距離に無関係な値となる。閾値判定処理部２２ｂは、距離バイアス補正部２２ｃの出力が所定の閾値よりも大きいか否かを判定し、判定結果に応じて判定信号を出力する。ディジタル信号処理部２０のゲート回路２０ｂでは、この判定信号を用いてＡ／Ｄ変換器２０ａからの出力に対するゲート処理を行う。
【００５０】
以上のように、距離信号生成部１８から出力されるＰＷＭ信号を用いて受信率を判定することによって、パルス電磁波の受信の欠落に伴う誤差を含んだ距離信号が処理されることを防止することができる。なお、ゲート回路２０ｂを誤差軽減処理部２０ｃの出力側に設けても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
＜第４の実施の形態＞
第１〜第３の実施の形態における物体検出装置では、現時点の受信率に応じて出力に対するゲート処理を行った。以下の実施の形態では、過去から現在にいたるまでの受信率の変化に基づいて将来の受信率の変化を予測してゲート処理を行う。
【００５２】
第４の実施の形態における物体検出装置１０８は、図１０に示すように、第１〜第３の実施の形態と同様の構成を有するが、受信率判定部２２に代えて受信率変化予測部２４を備える点で異なる。
【００５３】
受信率変化予測部２４は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２４ａ，２４ｂ及び受信率変化判定処理部２４ｃを含んで構成される。受信率変化予測部２４は、受信トリガ生成部１６から受信トリガを受けて、パルス電磁波の受信率の変化を予測するために用いられる。
【００５４】
ＬＰＦ２４ａ，２４ｂには、受信トリガ生成部１６から受信トリガが入力され、それぞれ異なる時定数τ１，τ２で受信トリガを平滑化する。ここでは、時定数τ１＜時定数τ２であるとする。パルス電磁波の受信率が低下した場合、時定数が小さいＬＰＦ２４ａの出力は急激に低下するが、時定数が大きいＬＰＦ２４ｂの出力はＬＰＦ２４ａの出力よりもゆるやかに低下する。逆に、パルス電磁波の受信率が低い状態から受信率が上昇した場合、時定数が小さいＬＰＦ２２ａの出力は急激に上昇するが、時定数の大きいＬＰＦ２４ｂの出力はＬＰＦ２４ａの出力よりもゆるやかに上昇する。
【００５５】
受信率変化判定処理部２４ｃでは、ＬＰＦ２４ａ，２４ｂからの出力を受けて、受信率が上昇傾向にあるか減少傾向にあるかを判定し、距離信号生成部１８のＬＰＦ１８ｂ、ディジタル信号処理部２０のＡ／Ｄ変換器２０ａ及び誤差軽減処理部２０ｃの制御を行う。受信率変化判定処理部２４ｃでは、（時定数が小さいＬＰＦ２２ａの出力）−（時定数の大きいＬＰＦ２２ｂの出力）＞０である場合には受信率は上昇傾向にあり、（時定数が小さいＬＰＦ２２ａの出力）−（時定数の大きいＬＰＦ２２ｂの出力）＜０である場合には受信率は減少傾向にあると判定する。この判定結果に応じて各部の制御を行う。
【００５６】
ここで、２つのＬＰＦ２４ａ，２４ｂの応答時間の比をどのように設定すればよいかを考察する。時定数の小さいＬＰＦ２４ａの応答時間を時刻ｔ−Ｔから時刻ｔまでの時間Ｔとすると、ＬＰＦ２４ａ，２４ｂへの入力がｓ（τ）である場合のＬＰＦ２４ａの出力値Ｌ（ｔ，ｔ−Ｔ）は数式（２）で表される。
【００５７】
【数２】
2005207840.tif 000004
【００５８】
一方、時定数の大きいＬＰＦ２４ｂの応答時間がＬＰＦ２４ａのｋ倍である、すなわち時刻ｔ−ｋＴから時刻ｔまでの時間ｋＴとすると、ＬＰＦ２４ｂの出力値Ｌ（ｔ，ｔ−ｋＴ）は数式（３）で表される。
【００５９】
【数３】
2005207840.tif 000005
【００６０】
ＬＰＦ２４ａの出力値とＬＰＦ２４ｂの出力値の差は数式（４）で表される。
【００６１】
【数４】
2005207840.tif 000006
【００６２】
ここでｋを２とすると、数式（４）は数式（５）に変換される。数式（５）は、ちょうど時間Ｔの間隔で信号ｓ（τ）の平均値を求めて比較していることと等価である。従って、ＬＰＦ２４ｂの時定数をＬＰＦ２４ａの時定数の２倍程度に設定することが好適であるといえる。
【００６３】
【数５】
2005207840.tif 000007
【００６４】
例えば、距離信号生成部１８のＬＰＦ１８ｂを制御する場合、受信率が上昇傾向にあるときにはＬＰＦ１８ｂの時定数を大きくし、ＰＷＭ信号を長時間に亘って平均化することによって安定した出力を得ることができる。一方、受信率が下降傾向にあるときには、長時間に亘ってＰＷＭ信号を平滑化することは誤差の蓄積を招く原因となるので、ＬＰＦ１８ｂの時定数を小さくするように制御を行う。
【００６５】
また、ディジタル信号処理部２０を制御する場合、受信率が上昇傾向にあるときにはＡ／Ｄ変換器２０ａ又は誤差軽減処理部２０ｃのサンプリング周期を小さくし、単位時間当りに処理されるデータを増やすことができる。一方、受信率が下降傾向にあるときには、サンプリング周期を大きくし、距離信号に含まれる誤差ができるだけ処理に影響しないようにすることができる。また、サンプリング周期を大きくすることによって、より長い処理時間を必要とする高度な信号処理を施すことも可能となる。
【００６６】
このとき、受信トリガをカウントし、パルス電磁波の受信率を直接測定することによっても受信率の変化を得ることもできる。しかしながら、受信トリガは数百ｎｓ〜数μｓ程度の高速な周期で出力されるので、受信トリガをカウントして受信率の変化を予測する回路は非常に複雑かつ高価なものとなり、回路に対する処理負担も高くなる。また、低域通過フィルタの後段に微分器を設け、受信率の変化を測定することによって将来の受信率の予測を行うことも可能である。しかしながら、低域通過フィルタに入力される信号がパルス状であることを考慮すると、ノイズに対して敏感な微分器を用いることは好ましくない。従って、本実施の形態のように複数の低域通過フィルタからの出力の差を用いて受信率の変化を予測することがより好適である。
【００６７】
以上のように、本実施の形態によれば、パルス電磁波の受信率の変化に応じて距離信号に対する処理を制御することができる。これによって、受信状態が時々刻々と変化するようなシステムにおいて受信状況の変化を予測して適応的な信号処理を行うことができる。
【００６８】
＜第５の実施の形態＞
第４の実施の形態では、受信トリガ生成部１６からの受信トリガを用いて受信率の変化を判定した。正確に受信率の変化を求めるためには受信トリガを用いることが好ましいが、受信率のおおよその変化を捉えることにより処理を行うこともできる。本実施の形態では、受信トリガと似た性質を有する検波信号を用いて受信率の変化を判定する。
【００６９】
第５の実施の形態における物体検出装置１１０は、図１１に示すように、第４の実施の形態における物体検出装置１０８と同様の構成を有するが、受信率変化予測部２４に対して観測用信号受信部１４から検波信号が入力されている点において異なっている。
【００７０】
受信率変化予測部２４のＬＰＦ２４ａ，２４ｂは、観測用信号受信部１４から検波信号を受けて、それぞれ異なる時定数τ１，τ２で検波信号を平滑化する。時定数τ１＜時定数τ２であるとすると、パルス電磁波の受信率が低下した場合、時定数が小さいＬＰＦ２４ａの出力は急激に低下するが、時定数が大きいＬＰＦ２４ｂの出力はＬＰＦ２４ａの出力よりもゆるやかに低下する。逆に、パルス電磁波の受信率が低い状態から受信率が上昇した場合、時定数が小さいＬＰＦ２２ａの出力は急激に上昇するが、時定数の大きいＬＰＦ２４ｂの出力はＬＰＦ２４ａの出力よりもゆるやかに上昇する。従って、受信率変化判定処理部２４ｃにおいて（時定数が小さいＬＰＦ２２ａの出力）−（時定数の大きいＬＰＦ２２ｂの出力）＞０である場合には受信率は上昇傾向にあり、（時定数が小さいＬＰＦ２２ａの出力）−（時定数の大きいＬＰＦ２２ｂの出力）＜０である場合には受信率は減少傾向にあると判定することができる。このとき、第４の実施の形態と同様に、ＬＰＦ２４ｂの時定数をＬＰＦ２４ａの時定数の２倍程度に設定することが好適である。
【００７１】
以上のように、受信トリガの代わりに検波信号を用いて受信率の変化を判定することによって、距離信号生成部１８のＬＰＦ１８ｂ、ディジタル信号処理部２０のＡ／Ｄ変換器２０ａ及び誤差軽減処理部２０ｃの制御を行うことができる。
【００７２】
＜第６の実施の形態＞
本実施の形態では、受信トリガと性質が良く似た信号であるＰＷＭ信号を用いてパルス電磁波の受信率の変化を判定する。
【００７３】
第６の実施の形態における物体検出装置１１２は、図１２に示すように、第４及び第５の実施の形態における物体検出装置１０６，１０８と同様の構成を有するが、受信率変化予測部２４に対して距離信号生成部１８からＰＷＭ信号が入力されている点で異なる。
【００７４】
受信率変化予測部２４のＬＰＦ２４ａ，２４ｂは、観測用信号受信部１４から検波信号を受けて、それぞれ異なる時定数τ１，τ２で検波信号を平滑化する。ＰＷＭ信号は、受信トリガと同様にパルス振幅が一定であるが、測定対象物との距離に応じてパルス幅が変調されているため、ＬＰＦ２４ａ，２４ｂの出力値にも距離の情報が重畳されたものとなる。このとき、測定対象物と物体検出装置との相対速度に対してＬＰＦ２４ａ，２４ｂの応答時間が十分に長ければ、応答時間内では測定対象物と物体検出装置との距離はほとんど変化しない。例えば、測定対象物と物体検出装置との相対速度が１００ｋｍであり、測定対象物が１ｃｍだけ移動するために３６０μｓの時間が掛かるとすると、ＬＰＦ２４ａ，２４ｂの時定数は一般的に数ｍｓ以下に設定されるので、応答時間内の測定対象物の移動距離は数ｃｍとなる。そこで、２つのＬＰＦ２４ａ，２４ｂの出力の差分を算出して比較することによって、ＬＰＦ２４ａ，２４ｂの出力の直流成分を相殺し、受信率の変化の情報のみを抽出することができる。
【００７５】
従って、受信率変化判定処理部２４ｃにおいて（時定数が小さいＬＰＦ２２ａの出力）−（時定数の大きいＬＰＦ２２ｂの出力）＞０である場合には受信率は上昇傾向にあり、（時定数が小さいＬＰＦ２２ａの出力）−（時定数の大きいＬＰＦ２２ｂの出力）＜０である場合には受信率は減少傾向にあると判定することができる。このとき、第４及び第５の実施の形態と同様に、ＬＰＦ２４ｂの時定数をＬＰＦ２４ａの時定数の２倍程度に設定することが好適である。
【００７６】
以上のように、受信トリガの代わりに検波信号を用いて受信率の変化を判定することによって、距離信号生成部１８のＬＰＦ１８ｂ、ディジタル信号処理部２０のＡ／Ｄ変換器２０ａ及び誤差軽減処理部２０ｃの制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第１の実施の形態における物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態における物体検出装置における信号処理を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【図３】第１の実施の形態における受信率判定部での受信トリガの入力状況とＬＰＦの出力値との関係を示す図である。
【図４】第１の実施の形態における物体検出装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【図５】第２の実施の形態における物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第２の実施の形態における受信率判定部での検波信号の入力状況とＬＰＦの出力値との関係を示す図である。
【図７】第３の実施の形態における物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図８】フィードバック回路がない場合における受信率判定部でのＰＷＭ信号の入力状況とＬＰＦの出力値との関係を示す図である。
【図９】第３の実施の形態における受信率判定部でのＰＷＭ信号の入力状況とＬＰＦの出力値との関係を示す図である。
【図１０】第４の実施の形態における物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】第５の実施の形態における物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】第６の実施の形態における物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】従来の物体検出装置における信号処理を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  送信トリガ生成部、１２  観測用信号送信部、１４  観測用信号受信部、１６  受信トリガ生成部、１８  距離信号生成部、１８ａ  ＰＷＭ信号生成部、１８ｂ  低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、２０  ディジタル信号処理部、２０ａ  アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、２０ｂ  ゲート回路、２０ｃ  誤差軽減処理部、２２  受信率判定部、２２ａ  低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、２２ｂ  閾値判定処理部、２２ｃ  距離バイアス補正部、２４  受信率変化予測部、２４ａ，２４ｂ  低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、２４ｃ  受信率変化判定処理部、１００，１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２  物体検出装置。
【図１】
2005207840.tif 000008
【図２】
2005207840.tif 000009
【図３】
2005207840.tif 000010
【図４】
2005207840.tif 000011
【図５】
2005207840.tif 000012
【図６】
2005207840.tif 000013
【図７】
2005207840.tif 000014
【図８】
2005207840.tif 000015
【図９】
2005207840.tif 000016
【図１０】
2005207840.tif 000017
【図１１】
2005207840.tif 000018
【図１２】
2005207840.tif 000019
【図１３】
2005207840.tif 000020