(57)【要約】【課題】方向検出技術を簡便かつ精度よく実現できるようにする。【解決手段】速度距離センサ１は、目標物３と自身の間の直線距離を距離Ｒ１として検出し、自身の位置における目標物３の相対速度を速度Ｖ１として検出する。速度センサ２は、自身の位置における目標物３の相対速度を速度Ｖ２として検出する。かかる速度距離センサ１と速度センサ２とを搭載した検出装置は、距離Ｒ１、速度Ｖ１、および速度Ｖ２をパラメータ値として利用して、距離Ｒ、距離ＲＲ、角度θ３を演算し、角度θ３を目標物の方向として出力し、距離Ｒまたは距離ＲＲを目標物の距離として出力する。本発明は、レーザレーダによる方向検出技術に適用可能である。【選択図】図１
2009031078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物を検出する検出装置において、
第１の位置における前記目標物の相対速度を第１の速度として検出する第１の速度検出手段と、
第２の位置における前記目標物の相対速度を第２の速度として検出する第２の速度検出手段と、
前記第１の位置と前記目標物との間の距離を検出する距離検出手段と、
前記第１の速度検出手段により検出された前記第１の速度、前記第２の速度検出手段により検出された前記第２の速度、および、前記距離検出手段により検出された前記距離をパラメータ値として利用して、三角法あるいは三角関数に基づいて前記検出装置に対する前記目標物の方向を検出する方向検出手段と
を備える検出装置。
【請求項２】
前記方向検出手段は、前記第１の位置と前記第２の位置とを結んだ第１の線分と、前記目標物と前記第１の線分の中点とを結んだ第２の線分とがなす角度を、前記目標物の方向として検出する
請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記方向検出手段は、さらに、前記目標物から前記第１の線分に対して下ろした垂線の長さ、または、前記第２の線分の長さを、前記検出装置と前記目標物との間の距離として検出する
請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記第１の速度検出手段と前記距離検出手段とは、１のレーダセンサで構成され、
前記第２の速度検出手段は、別のレーダセンサで構成される
請求項１に記載の検出装置。
【請求項５】
目標物を検出する検出装置の検出方法において、
第１の位置における前記目標物の相対速度を第１の速度として検出し、
第２の位置における前記目標物の相対速度を第２の速度として検出し、
前記第１の位置と前記目標物との間の距離を検出し、
検出された前記第１の速度、検出された前記第２の速度、および、検出された前記距離をパラメータ値として利用して、三角法あるいは三角関数に基づいて前記検出装置に対する前記目標物の方向を検出する
ステップを含む検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置および方法に関し、特に、目標物の方向を検出する検出装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
前方の目標物を検出する検出装置として、従来、レーダセンサが知られている。このレーダセンサは、目標物までの距離や速度を検出することができる。
【０００３】
さらに、近年、レーダセンサを用いて目標物の方向を検出する技術（以下、方向検出技術と称する）が研究、開発され続けている。
【０００４】
例えば、電磁波の送出方向や受信方向、あるいはその双方の方向を機械的や電子的な方法により可変し、目標物からの反射信号が大きくなったときのレーダセンサの放射方向や受信方向から目標物の方向を検出する技術がある。
【０００５】
また例えば、フェーズドアレイ技術により指向方向を電子的に可変することで目標物の方向を検出する、といった方向検出技術がある。即ち、レーダセンサの出力を分配し、それぞれの入出力位相を可変して、複数のアンテナから送受信することによって、位相が一致した方向の目標物を見つける、といった方向検出技術がある。
【０００６】
また例えば、特許文献１には、距離検出機能を有するレーダセンサを２台組み合わせて、それらの２台によりそれぞれ検出された各距離に基づいて目標物の方向を検出する、といった方向検出技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１２５９４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年、方向検出技術を簡便かつ精度よく実現させることが要望されているが、前記のような従来の方向検出技術では、かかる要望に十分に応えることは困難である。
【０００８】
例えば、送出方向や受信方向を変化させる方向検出技術では、長時間運転によって可動部に磨耗や変形が生じ、故障を招く恐れがあった。また、機構部品が必要となるため装置が大型化する傾向があった。
【０００９】
また例えば、フェーズドアレイ技術を用いた方向検出技術では、移相回路部分が必要となることや、複数のアンテナを一定の間隔を開けて等間隔に配置せねばならない等の事情から回路が大規模になり、取り付け表面積が大きくならざるを得なかった。
【００１０】
これらの技術では、システムや装置が複雑化したり高価格化していた。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、簡便な方向検出技術を実現できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面の検出装置は、第１の位置における前記目標物の相対速度を第１の速度として検出する第１の速度検出手段と、第２の位置における前記目標物の相対速度を第２の速度として検出する第２の速度検出手段と、前記第１の位置と前記目標物との間の距離を検出する距離検出手段と、前記第１の速度検出手段により検出された前記第１の速度、前記第２の速度検出手段により検出された前記第２の速度、および、前記距離検出手段により検出された前記距離をパラメータ値として利用して、三角法あるいは三角関数に基づいて前記検出装置に対する前記目標物の方向を検出する方向検出手段とを備える。
【００１３】
これにより、簡便でいて精度がよい方向検出技術を実現するようになる。
【００１４】
第１の速度検出手段と第２の速度検出手段とのそれぞれは、例えば速度検出機能を有する別々のレーダセンサにより構成される。距離検出手段は、例えば、第１の速度検出手段と同一のレーダセンサ、即ち、速度検出機能と距離検出機能を有するレーダセンサにより構成される。または、距離検出手段は、第１の速度検出手段と第２の速度検出手段とは別のレーダセンサ、即ち、距離検出機能を有するレーダセンサにより構成される。
【００１５】
方向検出手段は、信号処理を行う回路や、ソフトウエアとしての信号処理を実行するコンピュータ等で構成される。
【００１６】
三角法あるいは三角関数に基づく方向の検出とは、第１の位置、第２の位置、および目標物の位置によって形成される三角形に対して、三角法、三角関数や幾何学などの定理や公式を適用することによって、目標物の角度、方位を算出することによって、目標物の方向を検出することをいう。
【００１７】
前記方向検出手段は、前記第１の位置と前記第２の位置とを結んだ第１の線分と、前記目標物と前記第１の線分の中点とを結んだ第２の線分とがなす角度を、前記目標物の方向として検出することができる。
【００１８】
これにより、より一段と簡単な計算手法を用いて目標物の方向の検出が可能になる。即ち、方向検出手段が回路で構成されている場合には、その回路規模を縮小できる。また、ソフトウエアを実行するコンピュータで方向検出手段が構成されている場合には、そのソフトウエアの規模を縮小できる。
【００１９】
前記方向検出手段は、さらに、前記目標物から前記第１の線分に対して下ろした垂線の長さ、または、前記第２の線分の長さを、前記検出装置と前記目標物との間の距離として検出することができる。
【００２０】
これにより、目標物の方向のみならず、その距離も外部に出力することが可能になる。
【００２１】
前記第１の速度検出手段と前記距離検出手段とは、１のレーダセンサで構成され、前記第２の速度検出手段は、別のレーダセンサで構成されることができる。
【００２２】
これにより、検出装置全体を、より簡素な構成で実現できる。
【００２３】
本発明の一側面の検出方法は、目標物を検出する検出装置の検出方法であって、第１の位置における前記目標物の相対速度を第１の速度として検出し、第２の位置における前記目標物の相対速度を第２の速度として検出し、前記第１の位置と前記目標物との間の距離を検出し、検出された前記第１の速度、検出された前記第２の速度、および、検出された前記距離をパラメータ値として利用して、三角法あるいは三角関数に基づいて前記検出装置に対する前記目標物の方向を検出するステップを含む。
【発明の効果】
【００２４】
以上のごとく、本発明によれば、前方の目標物の方向を検出する方向検出技術を提供できる。さらに、かかる方向検出技術を、簡便に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
はじめに、図１を参照して、本発明が適用される手法（以下、単に本発明の手法と称する）について説明する。
【００２６】
本発明の手法では、例えば図１に示されるように、目標物３の方向を検出すべく、距離Ｌの間隔でそれぞれ配置されたセンサ１とセンサ２とが利用される。なお、「例えば」と記述したのは、その他の場合にも、例えば後述する図１２に示される場合にも本発明の手法が適用可能だからである。
【００２７】
センサ１とセンサ２とは、例えば、自動車等のフロントバンパーの左右に設置されて、前方に存在する自動車や静止物体を目標物３として、その目標物３の方位、距離、相対速度などを検出することができる。このような検出情報に基づいて、衝突防止や定車間追従走行などの車両制御が行われる。なお、右の内容はあくまでも例示であり、センサ１、センサ２の設置場所は特に限定されない。また、車両制御も右の内容に特に限定されない。
【００２８】
センサ１は、自身と目標物３との間の直線距離を距離Ｒ１として検出し、自身の位置における目標物３の相対速度を速度Ｖ１として検出する。即ち、センサ１は、距離検出機能と速度検出機能とを少なくとも有していれば足り、その構成は特に限定されない。なお、センサ１の具体的構成例は、図３を参照して後述する。
【００２９】
一方、センサ２は、自身の位置における目標物３の相対速度を速度Ｖ２として検出する。即ち、センサ２は、距離検出機能は特に必須でなく、速度検出機能を少なくとも有していれば足り、その構成は特に限定されない。なお、センサ２の具体的構成例は、図４を参照して後述する。
【００３０】
なお、以下、個々の特徴を強調すべく、センサ１を特に速度距離センサ１と称し、センサ２を特に速度センサ２と称する。
【００３１】
ここで、目標物３が、速度距離センサ１と速度センサ２とを結んだ線分Ｄ、即ち長さＬの線分Ｄに対して垂直方向の速度成分Ｖ（以下、接近速度Ｖと称する）を持っているとする。
【００３２】
この場合、速度距離センサ１の検出速度Ｖ１、速度センサ２の検出速度Ｖ２、および、接近速度Ｖの関係は、式（１）に示される通りとなる。
【００３３】
Ｖ１／ＳＩＮθ１ ＝ Ｖ２／ＳＩＮθ２ ＝ Ｖ      ・・・（１）
【００３４】
なお、式（１）において、θ１は、速度距離センサ１と目標物３とを結ぶ線分、即ち、図１中距離Ｒ１の線分と、線分Ｄとのなす角度を示している。θ２は、速度センサ２と目標物３とを結ぶ線分、即ち、図１中距離Ｒ２の線分と、線分Ｄとのなす角度を示している。
【００３５】
式（１）の関係から、速度距離センサ１の検出速度Ｖ１と、速度センサ２の検出速度Ｖ２とのそれぞれは、次の式（２），（３）のそれぞれのように表せる。
【００３６】
Ｖ１＝Ｖ×ＳＩＮθ１  ・・・（２）
Ｖ２＝Ｖ×ＳＩＮθ２  ・・・（３）
【００３７】
さらに、式（２），（３）から、次の式（４）の関係が導き出せる。
Ｖ１：Ｖ２  ＝  ＳＩＮθ１：ＳＩＮθ２  ・・・（４）
【００３８】
また、図１に示されるように、目標物３から線分Ｄに下ろした垂線の長さ（距離）をＲと記述し、目標物３と速度センサ２との直線距離をＲ２と記述すると、次の式（５），（６）の関係が成り立つ。
【００３９】
ＳＩＮθ１＝Ｒ／Ｒ１  ・・・（５）
ＳＩＮθ２＝Ｒ／Ｒ２  ・・・（６）
【００４０】
さらに、式（５），（６）から、次の式（７）の関係が導き出される。
【００４１】
（１／Ｒ１）：（１／Ｒ２） ＝ＳＩＮθ１：ＳＩＮθ２  ・・・（７）
【００４２】
従って、式（４），（７）から、次の式（８）の関係があることがわかる。
【００４３】
Ｖ１：Ｖ２  ＝  （１／Ｒ１）：（１／Ｒ２）   ・・・（８）
【００４４】
式（８）は、次の式（９）のように変形することができる。
Ｖ１／Ｖ２  ＝（１／Ｒ１）／（１／Ｒ２）＝  Ｒ２／Ｒ１
∴  Ｒ２ ＝ Ｒ１×（Ｖ１／Ｖ２）  ・・・（９）
【００４５】
式（９）は、速度センサ２に距離Ｒ２を検出する距離検出機能が無くとも、速度Ｖ２を検出する速度検出機能さえあれば、速度距離センサ１の検出距離Ｒ１と検出速度Ｖ１を組み合わせることによって、距離Ｒ２を求めることができる、ということを意味している。
【００４６】
このようにして距離Ｒ１と距離Ｒ２とが得られれば、後は次のような手法により、目標物３の方向を求めることができる。
【００４７】
即ち、例えば図１に示されるように、目標物３から線分Ｄに下ろした垂線と、線分Ｄとの交点をＰと記述し、速度距離センサ１から点Ｐまでの距離をＸ１と記述し、速度センサ２から点Ｐまでの距離をＸ２と記述するとする。
【００４８】
この場合、３平方の定理などから、次の式（１０）乃至（１３）が導き出せる。
【００４９】
Ｒ１2＝Ｒ2＋Ｘ１2                ・・・  （１０）
Ｒ２2＝Ｒ2＋Ｘ２2                ・・・  （１１）
Ｌ  ＝Ｘ１＋Ｘ２                  ・・・  （１２）
Ｘ１＝Ｌ−Ｘ２                    ・・・  （１３）
【００５０】
これらの式（１０）乃至（１３）を整理すると、次の式（１４），（１５）のように表される。
【００５１】
Ｘ２＝（−Ｒ１2＋Ｒ２2＋Ｌ2）／２Ｌ      ・・・（１４）
Ｘ１＝（  Ｒ１2−Ｒ２2＋Ｌ2）／２Ｌ      ・・・（１５）
【００５２】
ここで、例えば図１に示されるように、線分Ｄの中点をＮと記述し、目標物３から中点Ｎまでの距離をＲＲと記述し、この目標物３と中点Ｎとを結ぶ線分、即ち、長さＲＲの線分と線分Ｄとのなす角度をθ３と記述し、点Ｎから点Ｐまでの距離をＸと記述するとする。
【００５３】
この場合、距離Ｘは、次の式（１６）のように表される。
【００５４】
Ｘ＝Ｘ１−Ｌ／２      ・・・（１６）
【００５５】
ただし、式（１６）においては、中点Ｎを原点とし、図１中左方向をマイナスとしている。
【００５６】
この場合、角度θ３は、次の式（１７）のように表される。
【００５７】
θ３＝ＴＡＮ-1（Ｒ／Ｘ）      ・・・（１７）
【００５８】
式（１７）において、Ｒは、目標物３から線分Ｄに下ろした垂線の長さを示しており、三平方の定理から、次の式（１８）または（１９）のように表される。
【００５９】
Ｒ＝√（Ｒ１2−Ｘ１2）        ・・・（１８）
Ｒ＝√（Ｒ２2−Ｘ２2）        ・・・（１９）
【００６０】
以上のことから、速度距離センサ１の検出速度Ｖ１および検出距離Ｒ１、並びに、速度センサ２の検出速度Ｖ２が得られれば、これら３つの値をパラメータ値として利用して上述した式（９）および（１５）乃至（１９）を演算することで、角度θ３を求めること、即ち、この角度θ３を目標物３の方向として検出することが可能になる。
【００６１】
また、速度距離センサ１と速度センサ２とが車両横方向に対して対称となるように自動車のフロントバンパーに設置された場合には、自動車の中央部からの角度としてθ３が算出できるので、自動車の制御に用いるデータとしては適している場合がある。
【００６２】
さらに言えば、上述した式（１）乃至（１９）による角度θ３を求める手法は単なる例示であり、速度距離センサ１の検出速度Ｖ１および検出距離Ｒ１、並びに、速度センサ２の検出速度Ｖ２が得られれば、これらの３つの検出値をパラメータ値として利用する別の手法によって、角度θ３を求めてもよい。
【００６３】
また、式（９）で求めた算出距離Ｒ２と計測した計測距離Ｒ１およびセンサ間隔である距離Ｌに余弦定理を用いて、角度θ１や角度θ２を求めるようにしてもよい。
【００６４】
即ち、本発明の手法とは、速度距離センサ１の検出速度Ｖ１および検出距離Ｒ１、並びに、速度センサ２の検出速度Ｖ２をパラメータ値として利用する所定の演算により目標物の方向を検出する、といった手法である。この場合、所定の演算は、検出速度Ｖ１、検出距離Ｒ１、および、検出速度Ｖ２をパラメータ値として利用するものであれば特に限定されず、そのうちの一例が上述した式（１）乃至（１９）による演算であり、その結果、角度θ３が目標物の方向として演算されるのである。
【００６５】
上述した演算を技術思想的に言えば次のようになる。
【００６６】
センサ１とセンサ２と目標物３とを頂点とする三角形を考える。三角法や三角関数の定理や公式および導出される式を用いて表現される上述した三角形の角度と辺の長さの関係式、並びに、検出情報、即ち検出速度Ｖ１、検出速度Ｖ２、および検出距離Ｒ１を利用して、距離Ｒ２が算出される。
【００６７】
検出距離Ｒ１および算出距離Ｒ２、並びに、上述した三角形の角度と辺の長さとを表す関係式を利用して、目標物３と線分Ｄの中点とを結ぶ線分と、線分Ｄとのなす角度θ３が、目標物３の方向として算出される。なお、目標物３の方向の表現形態や算出に使用する要素は、上述した例に特に限定されない。例えば、三角形の各角度を採用してもよいし、その三角形に補助線を引くことによって生まれた新たな角度や辺を採用してもよい。
【００６８】
また、距離ＲＲは、次の式（２０）のように表される。
【００６９】
ＲＲ＝√（Ｒ2＋Ｘ2）      ・・・（２０）
【００７０】
従って、速度距離センサ１の検出速度Ｖ１および検出距離Ｒ１、並びに、速度センサ２の検出速度Ｖ２といった３つのパラメータ値が得られれば、上述した式（２０）を利用することで距離ＲＲが求められ、また上述した式（１８）または（１９）を利用することで距離Ｒが求められることになる。この場合、距離Ｒまたは距離ＲＲを、目標物２の距離として出力することも可能になる。
【００７１】
以上図１を用いて説明した本発明の手法が適用された検出装置の一実施の形態が図２に示されている。即ち、図２は、本発明が適用される検出装置の構成例を示すブロック図である。
【００７２】
図２の例の検出装置１１は、上述した速度距離センサ１と速度センサ２とに加えて、演算部２１を含むように構成されている。
【００７３】
図３乃至図５のそれぞれは、速度距離センサ１、速度センサ２、および、演算部２１のそれぞれの詳細な構成例を示すブロック図である。
【００７４】
図３の例の速度距離センサ１は、発振部３１乃至速度出力部４０を含むように構成されている。
【００７５】
発振部３１の出力信号は分配部３２に提供される。分配部３２の出力信号ａ（図６参照）は変調部３３と混合部３７とのそれぞれに提供される。変調部３３の出力信号ｃ（図８参照）は送信部３４に提供される。パルス発振部３５の出力信号ｂ（図７参照）は変調部３３と時間差計測部３８とにそれぞれ提供される。受信部３６の出力信号ｄ（図９参照）は混合部３７に提供される。詳細については後述するが、受信部３６の出力信号dと分配部３２の出力信号ａとが混合部３７において混合されて、その結果得られる混合信号e（図９や図１０参照）が時間差計測部３８に提供される。さらに、混合部３７において、その混合信号eから低周波成分が抽出され、その結果得られる信号ｅｌ（図１０参照）が速度出力部４０に提供される。速度出力部４０は検出速度Ｖ１を出力する。一方、距離出力部３９は検出距離Ｒ１を出力する。
【００７６】
なお、発振部３１乃至速度出力部４０の詳細については、例えば各機能等については、後述する速度距離センサ１の動作の説明の際に併せて説明する。
【００７７】
図４の例の速度センサ２は、発振部５１乃至速度出力部５６を含むように構成されている。
【００７８】
発振部５１の出力信号は分配部５２に提供される。分配部５２の出力信号は送信部５３と混合部５５とのそれぞれに提供される。受信部５４の出力信号は混合部５５に提供される。混合部５５の出力信号は速度出力部５６に提供される。速度出力部５６は検出速度Ｖ２を出力する。
【００７９】
なお、発振部５１乃至速度出力部５６の詳細については、例えば各機能等については、後述する速度センサ２の動作の説明の際に併せて説明する。
【００８０】
図５の例の演算部２１は、パーソナルコンピュータとして構成されている。
【００８１】
図５において、CPU（Central Processing Unit）１０１は、ROM（Read Only Memory）１０２に記録されているプログラム、または記憶部１０８からRAM（Random Access Memory）１０３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM１０３にはまた、CPU１０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【００８２】
CPU１０１、ROM１０２、およびRAM１０３は、バス１０４を介して相互に接続されている。このバス１０４にはまた、入出力インタフェース１０５も接続されている。
【００８３】
入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウスなどよりなる入力部１０６、ディスプレイなどよりなる出力部１０７、ハードディスクなどより構成される記憶部１０８、および、モデム、ターミナルアダプタなどより構成される通信部１０９が接続されている。
【００８４】
例えば、例えば通信部１０９は、本実施の形態では、速度距離センサ１の検出速度Ｖ１および検出距離Ｒ１、並びに速度センサ２の検出速度Ｖ２を受信し、CPU１０１等に提供する。
【００８５】
また、図示はしないが、通信部１０９は、インターネットを含むネットワークを介して他の装置との間で行う通信を制御することもできる。即ち、演算部２１の検出結果である角度θ３等は、出力部１０７から出力されてもよいし、通信部１０９から出力されてもよい。
【００８６】
入出力インタフェース１０５にはまた、必要に応じてドライブ１１０が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどよりなるリムーバブル記録媒体１１１が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部１０８にインストールされる。
【００８７】
なお、演算部２１は、図５の例ではパーソナルコンピュータにより構成されたが、図５の例に限定されず、例えば検出装置１１が自動車等に登載される場合には小型化を目的として、マイクロコンピュータや専用のハードウエア回路等により構成してもよい。
【００８８】
次に、かかる図２乃至図５の構成の検出装置１１の動作例について説明する。
【００８９】
図２において、速度距離センサ１は、検出速度Ｖ１と検出距離Ｒ１とを演算部２１に提供する。一方、速度センサ２は、検出速度Ｖ２を演算部２１に提供する。
【００９０】
すると、演算部２１は、速度距離センサ１の検出速度Ｖ１および検出距離Ｒ１、並びに、速度センサ２の検出速度Ｖ２をパラメータ値として利用する所定の演算を行い、角度θ３を求め、また、距離Ｒまたは距離ＲＲを求める。そして、演算部２１は、三角法あるいは三角関数に基づいて角度θ３を目標物３の方向として出力し、また、距離Ｒまたは距離ＲＲを目標物３の距離として出力する。
【００９１】
より具体的には例えば、演算部２１は、検出速度Ｖ１、検出距離Ｒ１、および、検出速度Ｖ２をパラメータ値として上述した式（９）に代入して演算することで、距離Ｒ２を求める。
【００９２】
次に、演算部２１は、求められた距離Ｒ２と検出距離Ｒ１とを式（１４），式（１５），式（１８）等にそれぞれ代入して演算することで、距離Ｘ１，Ｘ２，距離Ｒのそれぞれを求める。
【００９３】
そして、演算部２１は、距離Ｘ１を式（１６）に代入して演算することで距離Ｘを求め、その距離Ｘと上述した距離Ｒとを式（１７），（２０）にそれぞれ代入して演算することで角度θ３，距離ＲＲのそれぞれを求める。
【００９４】
さらに以下、速度センサ２と速度距離センサ１の動作例の詳細についてその順番で説明していく。
【００９５】
はじめに、図４の速度センサ２の動作例の詳細について説明する。
【００９６】
発振部５１は、例えば、次の式（２１）で示される信号Ｅtを発振し、分配部５２に提供する。
【００９７】
Ｅt＝ｅt・Ｃｏｓ（２πｆｔ＋φ0）      ・・・（２１）
【００９８】
式（２１）において、etは振幅を示し、ｆは搬送波周波数を示し、φ0は所定の位相を示している。
【００９９】
この信号Ｅtは、分配部５２により分配され、送信部５３と混合部５５とにそれぞれ提供される。送信部５３に提供された信号Ｅtは電波として放射され、図１の目標物３で反射される。この反射信号は、受信部５４に受信されて混合部５５に提供される。
【０１００】
ここで、受信部５４における受信信号をＥrと記述すると、受信信号Ｅrは式（２２）のように表される。
【０１０１】
Ｅr＝ｅr・Ｃｏｓ（２π（ｆ＋ｆｄ）ｔ＋φ1）      ・・・（２２）
【０１０２】
式（２２）において、erは振幅を示し、ｆdはドップラ周波数を示し、φ１は所定の位相を示している。
【０１０３】
ドップラ周波数fdは、次の式（２３）のように表される。
【０１０４】
ｆｄ＝２×ｆ×（v／Ｃ）      ・・・（２３）
【０１０５】
式（２３）において、Ｃは電磁波の伝播速度であって、光速である。また、vは、目標物３の速度である。なお、図１の接近速度Ｖと区別するために、式（２３）では小文字のvを使用している。
【０１０６】
例えば、速度センサ２が電波を利用している場合であって、搬送波周波数ｆが３０ＧＨｚであり、移動速度vが秒速１ｍであった場合には、ドプラ周波数ｆｄは、次の式（２４）に示されるように２００Ｈｚとなる。
【０１０７】
ｆｄ＝２×３０×１０9×（１／（３×１０8））＝２００Ｈｚ    ・・・（２４）
【０１０８】
混合部５５は、受信部５４からの受信信号Ｅｒと、分配部５２からの信号Ｅt、即ち送信信号Ｅtとを混合し、その結果得られる混合信号を速度出力部５６に提供する。
【０１０９】
ここで、混合部５５が、入出力特性が２乗特性になった回路で構成されているとし、混合信号をＥｍｉｘと記述すると、混合信号Ｅｍｉｘは次の式（２５）のように表される。
【０１１０】
Ｅmix＝（Ｅt＋Ｅr）2
＝(1/2)(et2＋er2+etcos2(2πft+φ0)+ercos2(2π(f+fd)t+φ1)+
eter(cos(2πfdt+Δφ)-sin(2πft+φ0)sin(2π(f+fd)t+φ1))      ・・・（２５）
【０１１１】
さらに、混合部５５が上述した式（２５）の低周波成分を抜き出すフィルタ等を設けている場合には、そのフィルタにより低周波成分が抜き出された混合信号Ｅｍｉｘ、具体的には次の式（２６）で示される混合信号Ｅｍｉｘが出力される。
【０１１２】
Ｅmix＝(1/2)(et2+er2)+etercos(2πfdt+Δφ)      ・・・（２６）
【０１１３】
式（２６）から明らかなように、低周波成分が抜き出された混合信号Ｅｍｉｘは、ドップラ周波数ｆｄに一致した周波数を有する電気信号となっている。
【０１１４】
そこで、速度出力部５６は、この低周波成分が抜き出された混合信号Ｅｍｉｘの周波数を計測することでドップラ周波数ｆｄを検出し、そのドップラ周波数ｆｄを上述した式（２３）に代入して逆算することで速度vを求め、その速度vを検出速度Ｖ２として出力する。
【０１１５】
なお、速度出力部５６における混合信号Ｅｍｉｘの周波数の計測手法は、特に限定されず、例えば、一定時間に振幅の変化が何回あったかを計数する手法や、信号周期を計測してその逆数を周波数とする手法等を採用できる。
【０１１６】
以上、図４の速度センサ２の動作例の詳細について説明した。次に、図３の速度距離センサ１の動作例の詳細について説明する。
【０１１７】
例えば本実施の形態では、発振部３１は、マイクロ波を発振するとする。
【０１１８】
このマイクロ波は、分配部３２により分配され、例えば図６の形態の出力信号ａとして、変調部３３と混合部３７とに提供される。
【０１１９】
また、パルス発振部３５は、例えば図７の形態のパルス信号を発振しそれを出力信号ｂとして、変調部３３と時間差計測部３８に提供する。
【０１２０】
変調部３３は、分配部３２の出力信号ａをパルス発振部３５の出力信号ｂにより変調し、その結果得られる変調信号、例えば図８に示されるような振幅が変調された変調信号を出力信号ｃとして送信部３４に提供する。この変調部３３の出力信号ｃは、送信部３４において電波として放射される。そこで、以下、変調部３３の出力信号ｃを送信信号ｃと称する。送信信号ｃは、図１の目標物３で反射され、その反射信号は、受信部３６に受信されて受信信号ｄとして混合部３７に提供される。
【０１２１】
この場合、送信信号ａが、速度距離センサ１から送信されて、目標物３で反射されて、反射信号として速度距離センサ１に受信されるまでの経過時間をＴと記述した場合、電波の伝播速度は光速度Ｃであるので、経過時間Ｔは次の式（２７）で示される。
【０１２２】
Ｔ＝２Ｒ１／Ｃ      ・・・（２７）
【０１２３】
即ち、速度距離センサ１に受信される反射信号、即ち、受信部３６からの受信信号ｄは、現在の時刻より経過時間Ｔだけ以前に発射された信号と等価な信号である。具体的には例えば、受信信号ｄの形態は図９に示されるようになる。
【０１２４】
この場合、混合部３７は、受信部３６からの受信信号ｄと、分配部３２からの送信信号aとを混合し、その結果得られる図９の形態の混合信号を出力信号eとして、時間差計測部３８に提供する。
【０１２５】
時間差計測部３８は、図９に示されるように、パルス発振部３５の出力信号ｂの各パルスと、混合部３７の出力信号ｅの各パルスとを比較することで、それらの時間差Ｔ，即ち、式（２７）でいう経過時間Ｔを計測し、その計測結果を距離出力部３９に通知する。
【０１２６】
距離出力部３９は、時間差計測部３８から通知された時間Ｔを、式（２７）に代入して逆算することで、即ち次の式（２８）に代入して演算することで、検出距離Ｒ１を求めて出力する。
【０１２７】
Ｒ１＝（Ｃ×Ｔ）／２      ・・・（２８）
【０１２８】
また、目標物３が速度を持っていた場合、受信信号ｄは速度に応じたドップラシフトを受けている。このドップラ成分は、送信信号aと受信信号dとの混合信号ｅ、即ち、混合部３７から時間差計測部３８に提供される混合信号ｅの低周波成分として出現する。このことは、図４の速度センサ２の混合部５５の動作として説明した原理と同原理である。
【０１２９】
従って、混合部３７が混合信号ｅの低周波成分を抜き出すフィルタ等を設けている場合には、そのフィルタにより低周波成分が抜き出された混合信号el、具体的には例えば図１０の形態の混合信号elが出力される。即ち、混合信号elは、ドップラ周波数ｆｄに一致した周波数を有する電気信号となっている。
【０１３０】
そこで、図３の速度出力部４０は、図４の速度出力部５０と同様に、この混合信号elの周波数を計測することでドップラ周波数ｆｄを検出し、そのドップラ周波数ｆｄを上述した式（２３）に代入して逆算することで速度vを求め、その速度vを検出速度Ｖ１として出力する。
【０１３１】
以上、図４の速度センサ２と図３の速度距離センサ１との各動作例の詳細について説明した。
【０１３２】
ここで、本発明が適用される図２の検出装置１１（以下、単に本発明の検出装置１１と称する）と、上述した特許文献１の従来の検出装置（以下、単に従来の検出装置と称する）との比較を行う。
【０１３３】
図１１は、従来の検出装置による方向検出手法を説明する図である。図１１に示されるように、従来の検出装置は、送受信回路１−１，１−２を有しており、送受信回路１−１と目標物３との検出距離Ｒ１と送受信回路１−２と目標物３の検出距離Ｒ２とを利用して角度を演算し、目標物３の方向として求めるものである。換言すると、距離センサとして機能する２つの送受信回路１−１，１−２を用いて、各距離センサで検出した目標物３との距離Ｒ１，Ｒ２に基づいて角度を算出する手法が、従来の検出装置による方向検出手法である。
【０１３４】
このように、従来の検出装置は、２つの距離センサを含むように構成されているのに対して、本発明の検出装置１１は、１つの速度距離センサ１と１つの速度センサ２とを含むように構成されている点が、異なる点のひとつである。即ち、本発明の検出装置１１は、従来の検出装置で必要であった距離Ｒ２の検出機能は不要であるため、距離センサの代わりに速度センサ２を搭載すればよい点が、異なる点のひとつである。
【０１３５】
一般的に距離センサは速度センサよりも構成が複雑であり、コストが高いという特徴がある。従って、本発明の検出装置１１は、従来の検出装置と比較して、距離センサとして機能する送受信回路１−２の代わりに速度センサ２を搭載することができる分、安価で簡素に構成できる。
【０１３６】
また、特許文献１の検出装置のように電波をパルスとして送信して、そのパルスが目標物に反射して受信するまでの時間を計測することによって目標物との距離を計測する距離センサには、距離計測分解能をある程度細かくしないと、正しく目標物の方向を知ることができない場合がある、という問題点が存在する。以下、この問題点について、具体的数値例によって説明する。
【０１３７】
例えば、従来の検出装置の距離分解能は、図３のパルス発振部３５で発生されるパルス幅によって定まる。パルス幅が細くなれば距離分解能を向上させることができるが、一方で、送信部３４から発射される電波などの放射線が占有する帯域幅は広がってしまう。
【０１３８】
媒体として電波を使用する場合、帯域幅が広がった信号が放射されると、近隣の無線局に妨害を与えることがあるので、帯域幅は法令によって厳しく制限されている。帯域幅（ＢＷ）を法令数値の範囲内に抑えるため、パルス発振部で発生させる信号のパルス幅（ＰＷ）は概ね次の式（２９）によって制限される。
【０１３９】
ＰＷ ＞ １．２／ＢＷ  ・・・（２９）
【０１４０】
例えば、電波法施行規則第6条4項、および、平成元年1月27日  郵政省告示第42号
に規定される「移動体検知センサ」（主として移動する人又は物体の状況を把握するため、それに関する情報（対象物の存在、位置、動き、大きさ等）を高精度で取得するために使用するものであって、無線標定業務を行うものをいう。）の場合、占有周波数帯域幅は４０ＭＨｚないしは７６ＭＨｚに制限されている。
【０１４１】
例えば、７６ＭＨｚの規定を利用した場合は式（２９）から、ＰＷ  ＞  １．２／７６ＭＨｚ ≒ １５．８ｎｓとなる。
【０１４２】
また、従来の検出装置の距離分解能ΔＲとパルス幅ＰＷの関係は、次の式（３０）のように表される。なお、式（３０）においてＣは光速を示している。
【０１４３】
ΔＲ  ≧ ＰＷ ×Ｃ／２  ・・・（３０）
【０１４４】
従って、パルス幅ＰＷがおおよそ１５．８ｎｓであったので、距離分解能はおおよそΔＲ  ≧  ２．４ｍとなり、分解能は２．４ｍ以下に縮めることが出来ない制限を受けることになる。
【０１４５】
占有帯域幅の法令制限数値は国によって異なるものの、他の無線局に妨害を与えないために、あるいは電波の有効利用のために、占有帯域幅は狭いほど望ましいとされることについては普遍性がある。
【０１４６】
速度センサ２は、上述したようにドップラシフトから速度を検出するので、これまで説明してきた各数式から明らかなように、帯域幅による制約を何ら受けることが無く、即ち、狭い帯域幅の電波を使用しても、速度検出分解能を向上させることが可能である。
【０１４７】
例えば、速度センサ２が、搬送波周波数が３０ＧＨｚの電波を使用するレーダセンサで構成される場合、目標物３の移動速度ｖが秒速１ｍであれば、上述した式（２４）から、ドップラ周波数ｆｄは２００Ｈｚとなる。
【０１４８】
ここで仮に、目標物３の移動速度ｖが１％だけ速い、秒速１．０１ｍであれば、同様に上述した式（２３）を利用して計算すると、ドップラ周波数ｆｄは２０２Ｈｚとなる。
【０１４９】
上述したように、図４の速度出力部５６は、混合部５５の出力信号の周波数、即ち、ドップラ周波数ｆｄを計測することで速度Ｖ２を演算するが、この周波数の計測手法としては、一定時間に振幅の変化が何回あったかを計数する手法と、信号周期を計測してその逆数を周波数とする手法とのうちの何れか一方が採用されることが多い。
【０１５０】
例えば、ドップラ周波数ｆｄとして前出の２００Ｈｚと２０２Ｈｚを識別する場合は、幅変化を計数する手法が採用された速度出力部５６では、前者については１秒間に２００回、後者については２０２回の振幅変化が起こるので、これらの振幅変化をカウントすることによってそれぞれの周波数を計測することができる。
【０１５１】
また、周期を計測する手法が採用された速度出力部５６では、２００Ｈｚの場合は周期が５ｍｓであり、２０２Ｈｚの場合は周期が４．９５ｍｓであるので、周期計測分解能が０．０５ｍｓ以下となるような計測手法を執れば、両者を弁別するのに必要な分解能を得ることができる。具体的には、速度出力部５６は２０ｋＨｚ以上の周期分解能で計測することになる。具体的には例えば、速度出力部５６は、周波数を計測したい信号（図４の例では混合部５５の出力信号）の立ち上がりエッジをトリガに、２０ｋＨｚ以上の周波数で動作するカウンタを起動させ、次の立ち上がりエッジでカウンタを停止させる。そして、速度出力部５６は、このときのカウント値に、カウンタの動作周波数の逆数を乗じることで、披計測信号の周期を算出することができる。
【０１５２】
周波数分解能を高めるためには、振幅変化を計数する手法による場合は、計数時間を長くすればよい。一方、周期を計測する手法による場合は、周期分解能が細かい、即ち高速で動作する計時カウンタを用いればよい。
【０１５３】
従って、速度センサ２は、いずれの手法を採用する場合でも、送信部５３から発射する電波の帯域幅に影響を与えることなく、周波数分解能、すなわち速度分解能を向上させることができる。
【０１５４】
換言すると、帯域幅に影響を受けない速度センサ２を利用する本発明の検出装置１１を使用して方向検出を行うことは、分解能の面からも、簡便性の面からも好適である。即ち、厳しい占有帯域幅制限が存在しても、従来に比較し、簡便な構成の本発明の検出装置１１によって、目標物３の方向を容易に知ることが可能となる。
【０１５５】
さらに言えば、図１１の従来の検出装置との比較を容易にするため、図２の例の検出装置１１は、速度距離センサ１を有していた。しかしながら、本発明が適用される検出装置は、上述したように、図１において、目標物３の距離Ｒ１、目標物３の速度Ｖ１、および目標物３の速度Ｖ２を少なくとも検出し、これらの検出結果をパラメータ値として利用して目標物の方向を検出する装置であれば足り、その構成は特に限定されない。
【０１５６】
具体的には例えば、図１２に示されるように、図２の例の検出装置１１に対して、速度距離センサ１の代わりに、速度Ｖ１のみを検出する速度センサ１５１と、距離Ｒ１のみを検出する距離センサ１５２とを個別に搭載した検出装置もまた、本発明が適用される検出装置の一実施の形態である。この距離センサ１５２が電波を用いない方式、例えばレーザ光を用いた場合には、前述した占有帯域幅制限が無くなるため、より精度の高い角度・方位の検出が可能となる。
【０１５７】
さらに、目標物３の方向の検出範囲は図１や図１２の例では２次元平面上の範囲内であるが、速度センサ２と同様のセンサをさらに用意して、上述した２次元平面上以外の場所に１以上設置することで、その検出範囲を３次元に拡張することも可能になる。
【０１５８】
ところで、上述した一連の処理、例えば、演算部２１の処理は、ソフトウエアにより実行させることもできるし、ハードウエアにより実行させることができる。即ち、上述した例では、演算部２１は図５の構成のコンピュータで構成されるとしたため、その処理はソフトウエアにより実行される。ただし、演算部２１の構成は、上述したように、図５の例に限定されず、ソフトウエアにより実行させるべくマイクロコンピュータで構成してもよいし、或いは、ハードウエア回路で構成してもよい。
【０１５９】
また、上述した一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【０１６０】
このようなプログラムを含む記録媒体は、例えば図５に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フロッピディスクを含む）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disk-Read Only Memory),ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ（Mini-Disk）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア（パッケージメディア）１１１により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM１０２や、記憶部１０８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０１６１】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】本発明が適用される手法を説明する図である。
【図２】本発明が適用される検出装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の検出装置の速度距離センサの詳細な構成例を示すブロック図である。
【図４】図１の検出装置の速度センサの詳細な構成例を示すブロック図である。
【図５】図１の検出装置の演算部の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図６】図３の分配部の出力信号の例を示す図である。
【図７】図３のパルス発振部の出力信号の例を示す図である。
【図８】図３の変調部の出力信号の例を示す図である。
【図９】図３の速度距離センサの動作例を説明するタイミングチャートである。
【図１０】図３の混合部の出力信号の例を示す図である。
【図１１】従来の検出装置を説明する図である。
【図１２】本発明が適用される検出装置の別の実施の形態を説明する図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１  距離速度センサ
２  速度センサ
３  目標物
１１  検出装置
２１  演算部
３１  発振部
３２  分配部
３３  変調部
３４  送信部
３５  パルス発振部
３６  受信部
３７  混合部
３８  時間差計測部
３９  距離出力部
４０  速度出力部
５１  発振部
５２  分配部
５３  送信部
５４  受信部
５５  混合部
５６  速度出力部
１０１  ＣＰＵ
１０２  ＲＯＭ
１０３  ＲＡＭ
１０４  バス
１０５  入出力インタフェース
１０６  入力部
１０７  出力部
１０８  記憶部
１０９  通信部
１１０  ドライブ
１１１  リムーバブルメディア
１５１  速度センサ
１５２  距離センサ
【図１】
2009031078.tif 000003
【図２】
2009031078.tif 000004
【図３】
2009031078.tif 000005
【図４】
2009031078.tif 000006
【図５】
2009031078.tif 000007
【図６】
2009031078.tif 000008
【図７】
2009031078.tif 000009
【図８】
2009031078.tif 000010
【図９】
2009031078.tif 000011
【図１０】
2009031078.tif 000012
【図１１】
2009031078.tif 000013
【図１２】
2009031078.tif 000014