JP2004239744A

JP2004239744A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2004239744A
Application number: JP2003028983A
Authority: JP
Inventors: Takashi Haku; 傑白
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】自車線に本来検出すべき車両ピークデータから、路面反射などのゴーストデータを確実に識別して削除する機能を備えることにある。
【解決手段】レーダ検知した受信電力強度と距離などの情報を用いて前記被測定物の大きさを算出する被測定物の大きさ算出手段と、レーダ検出範囲内において、前記被測定物の方位角度に応じて、レーダ検出する被測定物の大きさのしきい値を予め設定する被測定物選別手段と、前記被測定物の大きさ算出手段と被測定物選別手段から選別した被測定物の検知データを、レーダ外部へ出力するレーダ検知データ出力手段とを備える。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置に係り、特には、車間距離自動制御と警報や追突防止（軽減）システムなどに用いるに好適な車載レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検知したエコー信号に対してＲＣＳ値を求め、このＲＣＳ値を用いて被検知物の種類を推定する手法があり、例えば特許文献１に記載されているように、ＲＣＳ値を用いて先行車両の車種推定を行う装置である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２７１４４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方式のミリ波レーダは、レーザレーダに比べて全天候など種々の利点を有するが、次のような問題点があった。
【０００５】
車載用ミリ波レーダの電波ビームはレーザレーダのような狭いビームを持って無いため、乗用車のような大きさの先行車両に照射する際、車両の所在方位の変動によって、車両からの電波反射中心位置が常に車体上に移動変化し、また、車両からの電波反射電力強度と距離で定義するレーダ反射断面積（ＲＣＳ）は、この車両の所在方位角度によって大きく変化する現象がある。
【０００６】
レーダは検知対象と目的によって、検知したエコー信号に対して一定のＲＣＳしきい値を用いて、そのＲＣＳしきい値以下のピーク信号をすべてカットする。このように不要な信号とノイズデータを排除し、後工程での先行車両認識と追跡処理の負荷を減らす手法がある。
【０００７】
このため、レーダ検知範囲内において、方位角度が大きい、且つ、レーダ反射断面積（ＲＣＳ）が小さい先行車両をカットしないために、ＲＣＳしきい値は十分小さな値に設定する。
【０００８】
しかし、電波ビーム中心軸方向の路面反射などのゴーストのＲＣＳ値は、自車両の両サイドにある人、または停止車両のＲＣＳ値より大きくなることがある。このため、通常設定している小さいなＲＣＳしきい値では、路面反射などのゴーストを完全に削除することができない場合がある。そして、これらのゴーストデータを自車両の前方にある静止物として誤検知する現象が生じてしまう。
【０００９】
本発明の目的は、自車線に本来検出すべき車両ピークデータから、路面反射などのゴーストデータを確実に識別して削除する機能を備えるミリ波レーダ装置及びシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は被測定物との縦距離，横位置または方位角度を検出できる自動車用レーダ装置において、レーダ検知した受信電力強度と距離などの情報を用いて前記被測定物の大きさを算出する被測定物の大きさ算出手段と、レーダ検出範囲内において、前記被測定物の方位角度に応じて、レーダ検出する被測定物の大きさのしきい値を予め設定する被測定物選別手段と、前記被測定物の大きさ算出手段と被測定物選別手段から選別した被測定物の検知データを、レーダ外部へ出力するレーダ検知データ出力手段とを備えることにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図１から図８までを用いて詳細に説明する。
【００１２】
まず、図１，図２を参照して、本発明が適用された実施の形態における車載レーダ衝突警報と自動回避装置と、車載レーダの概要を説明する。
【００１３】
図１は、ミリ波レーダの応用例としてレーダ衝突警報と自動回避の機能説明図である。
【００１４】
図１において、レーダ搭載車１のミリ波レーダ装置３から先行車両２に向けてミリ波信号を発し、先行車両２との相対速度，方位角度，車間距離４などを検知する。そして、ミリ波レーダ装置３は、警報・制御判定ロジック５を用いて自車両が位置する車線内における障害物の有無及び衝突危険性を判定し、衝突危険がある場合には、左右隣接車線内の障害物の有無を判定する。
【００１５】
さらに、ブレーキやパワートレイン及び操舵系などのアクチュエータ６を用いて加・減速制御を行うことにより、先行車両２との車間距離４を自動制御する。そして、追突の恐れがある場合には、警報発生、または操舵回避制御を行う。
【００１６】
本発明の一実施形態では、ミリ波レーダ装置３により先行車両２との車間距離・相対速度・方位角度の計測を行う。警報・制御判定ロジック５は、これら車間距離・相対速度・方位角度であるレーダ検知データとヨーレート情報とを用いて、先行車両所在車線の車線判断を行う。
【００１７】
先行車両２が自車線上にあると判断した場合、検知した車間距離・相対速度・方位角度、または設定された車間距離しきい値を用いて自車の加・減速度を判定する。
【００１８】
また、自車進行に障害になる先行車両２がある場合、衝突を回避するために移動する隣接車線に障害物が存在するか否かの判定も行う。
【００１９】
これらの判定に基づき、ブレーキやパワートレイン及び操舵系などから構成するアクチュエータ６を加・減速制御して、先行車両２との車間距離４を自動調整する。また、急減速制御しても先行車両２との追突が避けならない場合には警報装置７によりドライバに警報を発するか、操舵系の操舵制御で安全側の隣接車線へ自車両を移動し、衝突を回避する。
【００２０】
次に、上述したレーダ衝突警報と自動回避装置に使用されるミリ波レーダ装置３について、図２を参照して説明する。
【００２１】
ミリ波レーダでの方位角度の検出にはいくつかの方式があるが、例として二つのアンテナを用いるモノパルス方式について説明する。
【００２２】
図２の（ａ）は１個の送信アンテナ１１と、互いの左右位置に配置された２個の受信アンテナ（左）１２および受信アンテナ（右）１３により構成される２周波ＣＷ方式レーダのアンテナ構造を示す。また、図２の（ｂ）はレーダ信号処理ブロックの構成を示している。
【００２３】
ミリ波レーダ装置３は、例えば図２の（ｂ）に示すように、送信アンテナ１１に接続され、レーダ送信波を照射する発信器１８と、この発信器１８に供給する信号を変調する変調器１７と、受信アンテナ１２及び１３に接続され、先行車両２等から反射されたレーダ波を受信するミキサ１４と、アナログ回路部１５と、Ａ／Ｄデータ変換部１６と、信号処理部１００とを備える。
【００２４】
信号処理部１００は、タイムフレーム毎に受信信号をＦＦＴ処理して先行車両までの距離・相対速度・方位角度などをレーダ原理に基づいて算出するＦＦＴ波形解析部２０と、装置内の各部の動作を制御するタイミング制御部１９と、ＦＦＴ波形解析部２０の検知データを入力として測定ノイズを除いたレーダ測定データを求めるノイズ除去部２１を備える。さらに、トラッカ演算部２２とは、ノイズ除去部２１を通したレーダ測定データ、いわゆる生検知データをそのまま検知結果として出力に用いるのではなく、測定上のバラツキと応答性を考慮し、時間軸上で生データに対して何らかのフィルタをかけて数学的な平滑化処理と、さらに、マルチ−先行車両の検知と追跡などのフィルタ処理を行い、先行車両のスムーズな動きを反映するような推定値を出力するフィルタを指すものとする。
【００２５】
ＦＦＴ波形解析部２０と、トラッカ演算部２２とは、自車速，ヨーレート，ブレーキ状態等の車両運動状態検出部２５からのレーダ情報が入力される。
【００２６】
ここでは、本発明の一実施形態に関わる測定上のノイズデータ除去に直接影響するレーダ反射断面積（ＲＣＳ）しきい値を用いたノイズ除去部２１を説明する。
【００２７】
ノイズ除去部２１において、一般的なノイズデータの除去処理は、レーダ電波照射距離範囲の距離しきい値を除去条件とした除去手段である。ここで、本発明の一実施形態では、レーダ反射断面積（ＲＣＳ）値をレーダ検知すべき被検知物の最小または最大ＲＣＳ値をしきい値とし、このＲＣＳしきい値の除去条件を満足しなかったデータをノイズデータとしてカットするノイズデータの除去処理手段である。
【００２８】
ここで、反射物のレーダ反射断面積（ＲＣＳ）値の算出は、物体からの電波反射電力強度と、物体までの距離などパラメータを用いて、車両からの電波反射強度というレーダ反射断面積（ＲＣＳ）を算出することができる。その算出式は以下のレーダ方程式（Ｂ１）から導出することが一般のレーダ教科書に知られている。
【００２９】
Ｐｒ＝｛（Ｇｒ・Ｇｔ・λ^２）σ・Ｐｔ｝／｛４π^３・Ｒ^４｝（Ｂ１）
ただし、
Ｐｒ：受信電力，Ｐｔ：送信電力， σ：ＲＣＳ，Ｒ：距離
Ｇｔ：送信アンテナゲイン，Ｇｒ：受信アンテナゲイン， λ：波長
式（Ｂ１）の両辺の対数（１０ｌｏｇ）を取ると
１０ｌｏｇσ＝［１０ｌｏｇ（Ｐｒ／Ｐｔ）＋４０ｌｏｇ（Ｒ）］−［１０ｌｏｇ（Ｇｒ・Ｇｔ・λ^２）−３０ｌｏｇ（４π）］（Ｂ２）
となる。
【００３０】
ここで、１０ｌｏｇσはｄＢ単位のレーダ反射断面積（ＲＣＳ）の値となる。
【００３１】
ただし、実際には、送・受信アンテナの入出力安定性，伝送系損失の変動などにより、見かけ上のＲＣＳ値は変動する。このため、校正用基準リフレクタを用いた実測試験を行い、見かけ上のＲＣＳ値から真値に換算するための補正値を予め求める。レーダは予め記憶した補正値でのソフトウエア補正計算したＲＣＳ値を真値とする。
【００３２】
校正用基準リフレクタについては、例えば文献“（財）自動車走行電子技術会の『ミリ波レーダ性能評価用標準ターゲットに関する調査研究報告書』、平成１０年３月”に記載のコーナ型リフレクタを用いて校正試験を行う。図９はコーナ型リフレクタのＲＣＳ値σの計算式を示す。
【００３３】

【００３４】
ただし、ａはリフレクタ１辺の長さ、λはミリ波レーダのミリ波波長である
（図９参照）。
【００３５】
代表的な反射物のレーダ反射断面積（ＲＣＳ）について、▲１▼教科書“ＲａｄａｒＨａｎｄｂｏｏｋ，Ｓｋｏｌｎｉｋ，ＭｅｒｒｉｌｌＩｖａｎ，１９８９”、▲２▼“（財）自動車走行電子技術会の『ミリ波レーダ性能評価用標準ターゲットに関する調査研究報告書』、平成１０年３月”などの文献から鳥，から飛行機までの代表的な反射物のレーダ反射断面積（ＲＣＳ）値が知られている。乗用車のＲＣＳ値は約１５ｄＢ、人は約０ｄＢ、鳥は約−２０ｄＢにある。
【００３６】
しかし、車載用ミリ波レーダの電波ビームはレーザレーダのような狭いビームを持って無いため、乗用車のような大きさの先行車両に照射する際、車両の所在方位の変動によって、ＲＣＳ値が急激に変化する。
【００３７】
実施例図３は、先行車両２の所在位置が自車線、または隣接車線にあるレーダ検知実験例を示す。同図（ａ）は先行車両２が自車線にあり、同図（ｂ）では先行車両２′が隣接車線にある。
【００３８】
実施例図４は、実施例図３のレーダ検知実験例において、車両の所在方位とＲＣＳ値の関係を示している。同図から、隣接車線の先行車両２′のＲＣＳ値Ｂは自車線の先行車両２のＡより急激に小さくなることがわかる。
【００３９】
レーダは検知対象と目的によって、検知したエコー信号に対して一定のＲＣＳしきい値でのカットが行え、不要な信号とノイズデータを排除し、後工程での先行車両認識と追跡処理の負荷を減らす手法は知られている。車載ミリ波レーダにおいては、人のＲＣＳより小さいな不要反射信号とノイズデータを排除するために、通常ＲＣＳしきい値を図５に示すようなしきい値ｂ（６０）で設定している。
【００４０】
車載ミリ波レーダにおいて、このＲＣＳしきい値ｂ（６０）の設定は、人のＲＣＳより小さいな不要反射信号を排除するために、ＲＣＳしきい値ｂ（６０）を０で設定する。
【００４１】
また、人検知用レーダセンサにおいては、このＲＣＳしきい値ｂ（６０）を鳥，犬猫など小動物のＲＣＳ値（約−１５［ｄｂ］）より大きく設定する。
【００４２】
以下では、上述のレーダ測定において、車両の所在方位によって、ノイズデータカットにとって重要な指標であるＲＣＳ値が急激に変化することを考慮し、連続的に変化するＲＣＳしきい値を設定し、路面反射など自車線のノイズデータのカットと、真の先行車両の検知を両立できる本発明の実施例について説明する。
実施例図６には、従来図５のＲＣＳカット用しきい値を中間突起があるような連続曲線で設定する実施例を示している。
【００４３】
同図に示すようなＲＣＳカットしきい値ｄ（６１）から、方位角度が０の先行車両に対するＲＣＳカットしきい値ｄ（６１）がＣ［ｄＢ］で設定し、｜方位角｜＞｜θ｜の先行車両に対するＲＣＳカットしきい値ｄ（６１）がｂ［ｄＢ］で設定し、また、｜方位角｜が０から｜θ｜の先行車両に対するＲＣＳカットしきい値ｄ（６１）がＣからｂへ減少していることがわかる。
【００４４】
このＲＣＳしきい値ｄ（６１）の設定により、｜方位角｜がθ以上の反射信号に対するノイズカット条件は従来実施例５と同等である。｜方位角｜がθ以内の反射信号に対するノイズカット条件が従来実施例図５より厳しくなり、｜方位角｜がθ以内のゴーストデータを低減することができる。
【００４５】
実施例図７には、実施例図６を用いたミリ波レーダ装置３の検知結果例を示している。この実施例は、ｂ＜ＲＣＳ値＜Ｃの先行車両７２は検知しないが（同図（ａ）を参照）、隣接車線でｂ＜ＲＣＳ値＜Ｃの先行車両７２′に対してミリ波レーダ装置３が検知することができる（同図（ｂ）を参照）例である。
【００４６】
この実施例により、自車線上のノイズデータカット条件が隣接車線より厳しく行い、自車線ノイズデータをカットしながら、隣接車線の小さい先行車両が検知できる利点があるレーダを提供することができる。
【００４７】
また、実施例図８は実施例６のＲＣＳカットしきい値ｄ（６１）を単純に２段階にわけて設定する実施例を示している。このようなＲＣＳカットしきい値ｅ（８１）も実施例図７とほぼ同様な効果が得られる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ミリ波レーダ装置に対してハードウエアの追加がなく、ＲＣＳノイズデータカットしきい値を用いてノイズカットフィルタを変更することにより、自車線に本来検出すべき先行車両を検出し、その他のゴーストが確実にカットできる自車線先行車両検出機能を備えるミリ波レーダ装置及びシステムを提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】車間距離自動制御と警報及び追突防止システムの構成を示す図。
【図２】ミリ波レーダの構造と信号処理ブロックを示す図。
【図３】先行車両方位角が０と大のレーダ検知状態を示す図。
【図４】先行車両方位角と検知したＲＣＳ値の実施例を示す図。
【図５】レーダノイズデータカット用ＲＣＳしきい値例を示す図。
【図６】レーダノイズデータカット用ＲＣＳしきい値変更した実施例を示す図。
【図７】ＲＣＳしきい値変更例でのレーダ検知結果の実施例を示す図。
【図８】図７のＲＣＳしきい値の簡略化した実施例を示す図。
【図９】コーナ型リフレクタを示す図。
【符号の説明】
１…レーダ搭載車、２…先行車両、３…ミリ波レーダ装置、４…車間距離、５…警報・制御判定ロジック、６…操舵アクチェータ系。

Claims

被測定物との縦距離，横位置または方位角度を検出できる自動車用レーダ装置において、
レーダ検知した受信電力強度と距離などの情報を用いて前記被測定物の大きさを算出する被測定物の大きさ算出手段と、
レーダ検出範囲内において、前記被測定物の方位角度に応じて、レーダ検出する被測定物の大きさのしきい値を予め設定する被測定物選別手段と、
前記被測定物の大きさ算出手段と被測定物選別手段から選別した被測定物の検知データを、レーダ外部へ出力するレーダ検知データ出力手段と、
を有することを特徴とするレーダ装置。
請求項１に記載のレーダ装置において、
レーダ検知した受信電力強度と距離情報などを用いて前記被測定物のレーダ反射断面積（以下「ＲＣＳ」と言う）を算出するレーダ反射断面積算出手段と、
前記ＲＣＳ算出値が予め設定したＲＣＳしきい値以下になると、該レーダ検知データを不要なデータとしてカットする被測定物選別手段と、
を有することを特徴とするレーダ装置。
請求項２に記載のレーダ装置において、
前記ＲＣＳしきい値は、レーダ検知データの方位角度に応じて、連続的に可変させるＲＣＳしきい値設定手段と
を有することを特徴とするレーダ装置。
請求項２に記載のレーダ装置において、
前記ＲＣＳしきい値は、前記被測定物の所在位置が自車の走行車線にいるか、自車の隣接車線にいるかに応じて、少なくとも２つ以上の値で設定するＲＣＳしきい値設定手段と
を有することを特徴とするレーダ装置。
請求項２に記載のレーダ装置において、
前記ＲＣＳしきい値の最小値は、０［ｄＢ］で設定するＲＣＳしきい値設定手段と
を有することを特徴とするレーダ装置。
請求項２に記載のレーダ装置を用いた人検知用センサにおいて、
前記ＲＣＳしきい値の最小値は、−１５［ｄＢ］で設定するＲＣＳしきい値設定手段と
を有することを特徴とするレーダ装置。