JP2001515601A - レーダ信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 反射面の上に配置されているレーダ装置に関して、反射面上の物体の高さを推定するために、レーダアンテナが精細な角度分解能をもたなくてもうまく動作し、それをもっぱら信号処理のみに基づいて行えるようにする方法を提供する。本発明によれば、一般に不利であると思われているレーダアンテナビームフィールドの干渉パターンの発生が利用される。この場合、監視領域内で半径方向にレーダ装置に向かって運動する物体からの受信信号の強度変調を評価し、車道上の物体の高さに関する値を推定するために測定された物体までの距離と組み合わせて利用する。

Description

【発明の詳細な説明】 レーダ信号処理方法 本発明は、反射面上の物体の高さを推定するためのレーダ信号処理方法に関す る。 ターゲット距離の測定に関して、レーダ装置において監視領域内における状況 の評価を向上させるため、物体を方位角および仰角ないしは高さについて特定す るのが望ましいことが多い。この目的で一連の実現形態が知られている。一般に この種の周知の実現形態によれば、ビーム出力の集束を生じさせるアンテナ装置 のアパーチャの拡張が伴う。このようにすることで、監視領域全体の一部分を所 期のように捕捉できるようになる。この場合、監視領域は複数の空間角度部分に 分割され、これによって物体の位置に関するいっそう精確な情報が得られるよう になる。この開口を実際に設けることもできるし、あるいは合成的に行ってもよ い（ＳＡＲ方式）。しかしこのような構成は部分的に、殊に自動車のフロント領 域などにおけるアンテナ装置の組み込みのために利用可能なスペースと両立させ るのが難しい。 さらに、レーダ装置における指向性分解能のために振幅モノパルス動作方式ま たは位相モノパルス動作方式も知られており、この方式によれば小さいアンテナ サイズが可能である。この場合、アンテナは、互いにオーバラップした少なくと も２つの異なる固有ダイアグラムが必要である。 このように、監視領域内の物体を位置特定するための周知の解決策は、必要と される仕様の点で一般に煩雑であるし、その仕様のためのコストおよび／または 所要スペースの点で、殊に自動車において使用する場合に不利である。 したがって本発明の課題は、レーダ信号処理方法において、複雑でなくかつ所 要スペースの抑えられたレーダ装置を使用しても、物体の位置特定たとえば反射 面上の物体の高さの推定を行えるようにすることである。 請求項１には本発明による方法が記載されている。従属請求項には本発明の有 利な実施形態が示されている。 本発明による方法によれば、もっぱら信号処理の段階で物体の位置特定が実行 され、コストがかからず寸法の点で小さいレーダ装置を使用でき、しかも指向性 分解能をもたないか粗い指向性分解能しかもたないアンテナ装置を有するレーダ 装置を使用できるようになる。殊に、アンテナダイアグラムにおけるマルチビー ム性能や旋回は不要である。 本発明による方法は、次のような状況において使用するために意図されたもの である。すなわち、レーダ 装置と被測定物体が実質的に平坦な面の上に存在しており、その平坦な面は、レ ーダ装置の送信信号および／または物体から後方散乱したエコー信号に対し反射 性の特性を有している。このようにして本発明による方法は上述の面の特性を利 用しており、これは利用しないとすればたいていは障害作用を成すもの思われて いるものである。この場合、面における信号の完全な反射は前提とされず、受信 信号全体のうち面での反射に帰することのできる物体エコーの成分だけが、測定 可能な範囲内の総和に作用を及ぼせばよい。このような特性を満たす面はレーダ 信号の周波数範囲や反射時の入射角に従って、たとえばアスファルト舗装または コンクリート打ちされた車道や水面であるし、あるいは地表でもある。面におい て許容される凹凸または許容非平坦性は第１に、レーダ装置の動作波長と入射角 に依存する。 本発明は、この種の反射性平面の上に存在するレーダ装置において、ダイレク トな信号経路と反射した信号経路との重畳により、監視領域内におけるレーダの 感度が干渉パターンをもつ、という状況を利用している。本発明によれば、その 際に発生する弱め合う干渉の発生位置によって物体検出時の信号が弱められてし まう、という作用が所期のように利用され、これによればエコー信号の強度の時 間経過特性が検出されて評価される。 さらに本発明によれば以下のようなことを利用している。すなわち、レーダ装 置の典型的な適用事例であると、たとえば自動車用レーダ装置の場合には、物体 とレーダ装置との間の相対速度の主要な成分をもつ物体が第１に対象となり、そ のような物体はそれとレーダ装置との間隔が狭まることからわかるものであって 、つまりレーダ装置に対して相対的に運動している物体である。これはたとえば 対向車両であるかもしれないし、あるいは位置の固定した物体の可能性もある。 交通状況におけるそのような物体の重要性の評価のために、車道からの物体の高 さを基本的な判定基準とすることができる。 反射性平面上のアンテナの高さが与えられることで干渉パターンそれ自体は定 まり、それを計算によって求めたり、シミュレートしたり、あるいは測定したり することができる。ほぼ平坦な反射面であれば通常、たいていの状況において考 慮の対象となる距離範囲について満たされる。 アンテナ装置のビームフィールドにおける干渉パターン内での物体の相対運動 によって、その物体に対応づけることのできる受信信号の強度変調が生じる。強 度変調のパターンは、物体とレーダ装置との距離と、反射面からの物体の高さと 、相対運動の値および方向に依存しており、これらのパラメータの値のいずれの 組み合わせに関しても特徴づけられるものである。し たがってビームフィールドの所定の干渉パターンにおいて、上述のターゲットパ ラメータのうちの１つを、他のパラメータが既知であれば受信信号の強度変調か ら求めることができる。 車道上を移動する自動車に組み込む本発明による方法の典型的な適用事例であ ると、第１の実例について以下のようなことを付加的に想定している。すなわち 、評価時間中は反射面からの物体の高さは実質的に変化せず、物体とレーダ装置 との間の相対運動は単純に放射方向ないしは半径方向に行われているものとして いる。このような想定は、自動車レーダ装置が関係するターゲットにとって正当 なものであって、つまり一般的に対象とする距離範囲および角度範囲内における 位置固定された障害物や周囲の物体、先行車両あるいは対向車両などである。タ ーゲットまでの距離ならびにその時間的な変化は、物体を連続的に距離測定する レーダの能力によって得られる。物体の高さが未知の値であれば、強度変調のパ ターンの測定ならびに所定の干渉パターンおよび測定された物体相対速度との結 合によって、少なくとも概略的に推定可能である。一般に、物体の重要性を評価 するためには、殊にそれを複数の物体グループの１つへグループ分けするのであ れば、物体の高さの概略的な推定値で十分である。 物体の高さの推定値を得るためにたとえば次のような計算規則を設けることが できる。すなわち、たとえ ば物体までの距離、強度変調の周期長、ならびに１周期中に物体が辿った経路区 間が入力量として用いられ、それらから出力値として物体の高さに対する推定値 が供給される。択一的に物体の高さの推定を、表を利用した割り当て規則の形で 行うこともできる。さらに、明示的な量としての物体の高さの推定を省き、測定 量をターゲット分類器へ入力して、たとえば先行車両、対向車両、車道上の障害 物、トラックの構造、車道に架かる橋など複数のターゲット分類のうちの１つへ 、物体をダイレクトにグループ分けすることも可能である。 また、レーダアンテナ装置の付加的な測定構成たとえば複数の角度範囲による 粗い指向性分解能、殊に監視領域を複数の部分角度領域へ方位に関して分割する ことなどによって、物体の位置特定をいっそう精密に行えるようになるとともに 、本発明による信号処理に対してなされる想定の検証が可能になるし、および／ またはそのような想定からの逸脱を補正量として取り込むことも可能となる。 自動車のレーダ装置において使用する本発明による方法の既述の有利な用途の ほかに、所定の境界条件のもとで少なくとも近似的に平坦とみなせる平面をレー ダ装置の監視領域内に有する適用事例も適切なやり方で可能であるし有利であっ て、たとえば航空交通、海上や国内の船舶交通、空港滑走路、鉄道交通などであ る。 次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳細に説明する。 図１は、自動車レーダ監視領域内の干渉フィールドを示す図である。 図２は、第１の対象物体の高さに対する強度変調を示す図である。 図３は、第２の対象物体の高さに対する強度変調である。 図１に描かれている変調の場合、自動車Ｋは実質的に平坦な車道Ｆの上を移動 している。自動車のフロント領域Ｋに配置されていて走行方向を指す監視領域を もつアンテナ装置Ａは、車道から所定の高さｈに配置されていて、垂直方向のビ ーム角Ｗをもつアンテナダイアグラムを有しており、これには監視領域のダイレ クトな照射のほかに車道の照射も含まれている。レーダ装置へのダイレクトな信 号経路をとる信号成分と、路面における反射を介した信号経路をもつ信号成分と が重畳されることによって、グレートーンで段階づけられた干渉パターンＩＭが 生じる。車両前方方向で車道に沿って距離スケールが書き込まれている。これに 対し垂直に、対象物体の高さｈ_Rに関するスケールが記入されている。ここで干 渉パターンにおいて暗い個所は、ダイレクトな信号成分と反射信号成分の強め合 う干渉であり、明るい個所はそれらの弱め合う干渉で ある。車道Ｆの上のレーダ監視領域内においてレーダ装置に対し相対的な一定の 高さの対象物体の運動は、干渉パターンＩＭ中の車道表面Ｆに対し平行な交線に 相応する。他方、このような交線に沿った運動は、レーダ装置内で重畳されて受 信されるエコー信号の強度変調に対応する。すぐわかるように、進んだ経路区間 に関する強度変調のパターンは、車道からの物体ｈ_Rの高さにもアンテナ装置か らの物体までの距離Ｒにも依存しており、これら両方の大きさの組み合わせに特 徴的なものである。 図２には、物体までの距離Ｒに関する強度変調の第１の実例が示されており、 ここでダイアグラムの縦軸として相対的なレーダレベルがｄＢで書き込まれてい る。この実例の場合、ターゲットの高さを高さｈ_R＝ ４０ｍという測定初期距離に関して約１４ｍの強度変調周期長を測定することが でき、そのことから所定の計算規則に基づきまたはテーブルを使用した割り当て 規則に基づき、５ｍという推定目標高さを求めることができる。物体の初期測定 距離Ｒ₀がこれとは異なる場合、物体の高さが等しくても別の周期長が発生する が、初期距離と周期長の組み合わせから常に一義的にターゲットの高さを得るこ とができる。この場合、物体とレーダ装置との間の相対速度が一定である必要は ない。初期のターゲット距離と周期長の値を、周期時 間と平均速度により相応の換算によって高さ推定のための入力量として置き換え ることができる。 図３に示されている実例の場合には図２と基本的に異なり、ｈ_R＝１ｍという 著しく低い物体高さを採用している。その結果として得られた強度変調において 、初期物体距離が同じときに約５０ｍというかなり大きい周期長が生じており、 したがって明らかに周期長は物体高さにかなり依存しており、物体高さを測定す るための測定量として適していることがわかる。 たとえばマンホールカバーや継ぎ目など車道に存在する反射性の物体について 、干渉の発生する状況にはならない。したがってこの種の物体のエコーによって も、それらの物体に対する車両の相対運動に際して周期的な強度変調を生じさせ ない。そのためこの種の物体を、それらが基本的に一定のエコー信号強度である ことから、車道に属するものとして識別することができ、それ相応に評価するこ とができる。一般に交通状況の評価には無関係の車道上の背の低い反射性物体は 、干渉パターンＩＭの車道近傍領域において感度が最小であることから、受信信 号にはほとんど現れず、それゆえ有利には他の物体検出に障害を及ぼす重畳作用 として最初から排除される。 本発明は既述の実施例に限定されるものではなく、当業者であれば多数の変形 が可能である。たとえば、本発明による信号処理を他の信号処理方式と組み合わ せて、レーダ監視領域内における状況の評価をいっそう向上させることができる 。さらにたとえば、既述のようにレーダの付加的な方位角分解能を利用できる。 また、バイスタティックなアンテナコンフィグレーションの利用も考慮すること ができ、その場合、垂直方向にバイスタティックな装置において複合的な干渉パ ターンが発生する。

【手続補正書】 【提出日】平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） 【補正内容】 請求の範囲 １．反射面の上の物体を分類するためのレーダ信号処理方法において、 物体までの距離に対する強度変調経過特性または該経過特性から導出された 値を、物体分類の入力量として使用することを特徴とする、 反射面の上の物体を分類するためのレーダ信号処理方法。２ ．物体までの距離に対する強度変調経過特性のパラメータとして強度変調の周 期長を求める、請求項１項記載の方法。３ ．物体までの距離に対する強度変調経過特性またはそれから導出された値を、 物体とレーダ装置との間におけるダイレクトな信号経路と平坦な面で反射し た信号経路の信号成分との干渉に基づく変調パターンと結合する、請求項１ または２記載の方法。４ ．明示的な高さを求めるのではなく、クリティカルな最小高さよりも低いこと またはクリティカルな最大高さよりも高いことの情報だけを導出する、請求 項１〜３のいずれか記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．反射面上の物体の高さを推定するためのレーダ信号処理方法において、 ａ）物体とレーダ装置との距離の時間的変化を求め、 ｂ）受信信号の強度変調を測定し、 ｃ）物体までの距離に対する強度変調の経過特性から、反射面上における物体 の高さについての情報を導出することを特徴とする、 レーダ信号処理方法。 ２．計算規則に従って物体の高さを推定する、請求項１記載の方法。 ３．記憶されているアロケーションテーブルに従って物体の高さを推定する、請 求項１記載の方法。 ４．物体までの距離に対する強度変調経過特性のパラメータとして強度変調の周 期長を求める、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。 ５．物体までの距離に対する強度変調経過特性またはそれから導出された値を、 物体分類のための入力量として使用する、請求項１〜４のいずれか１項記載の方 法。 ６．物体までの距離に対する強度変調経過特性またはそれから導出された値を、 物体とレーダ装置との間におけるダイレクトな信号経路と平坦な面で反射し た信号経路の信号成分との干渉に基づく変調パターンと結合する、請求項１〜５ のいずれか１項記載の方法。 ７．明示的な高さを求めるのではなく、クリティカルな最小高さよりも低いこと またはクリティカルな最大高さよりも高いことの情報だけを導出する、請求項１ 記載の方法。