JP2018165654A

JP2018165654A - 走行路情報推定装置および走行路情報推定方法

Info

Publication number: JP2018165654A
Application number: JP2017062719A
Authority: JP
Inventors: 美智代松井; Michiyo Matsui; 前野　蔵人; Kurato Maeno; 蔵人前野; 素子加賀谷; Motoko Kagaya
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-10-25

Abstract

【課題】走行路の状態をより高精度に推定することを可能とする技術が提供されることが望まれる。【解決手段】走行路に存在する物体によって反射されてセンサによって受信された受信波から得られるビート信号に基づいて、前記物体と前記センサとの距離および前記物体からの反射波の前記センサにおける受信強度の少なくともいずれか一方と前記物体の速度とを含む検知結果を得る取得部と、前記検知結果と複数の物体それぞれの追跡データとに基づいて、前記検知結果と前記複数の物体のいずれかとの対応付けを行って前記複数の物体それぞれの過去の検知結果または前記追跡データを更新する追跡部と、更新後の前記追跡データまたは更新後の前記過去の検知結果に基づいて、前記走行路の状態を判定する判定部と、を備える、走行路情報推定装置が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、走行路情報推定装置および走行路情報推定方法に関する。

近年、物標（例えば、動体）の位置や物標の走行状況を推定する技術が存在する。物標に電波を照射し、センサと物標との距離や物標の速度を計測するときに、物標の近くに電波を反射する非物標（例えば、静止物）があると、センサによって物標からの反射波に加え、当該非物標（以下、反射体と称する）からの反射波も受信される。一般的な技術として、受信波を周波数分析することによって、静止物の反射波（速度が０［ｍ／ｈ］の信号）を除去することで、地面からの直接的な反射波の影響を抑制し、計測精度を高める技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、センサを用いて受信した受信波の周波数スペクトルから車両の速度を検知し、検知した車両の速度に基づいて、渋滞の発生の有無を検知する装置に関する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。また、センサが設置されている位置および方位を、センサによる距離および方位の検知結果から推定する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００８−１４８３７号公報特開２０１０−２３７７２７号公報特開２００６−７９４０号公報

しかしながら、走行路の状態をより高精度に推定することを可能とする技術が提供されることが望まれる。

上記問題を解決するために、本発明のある観点によれば、走行路に存在する物体によって反射されてセンサによって受信された受信波から得られるビート信号に基づいて、前記物体と前記センサとの距離および前記物体からの反射波の前記センサにおける受信強度の少なくともいずれか一方と前記物体の速度とを含む検知結果を得る取得部と、前記検知結果と複数の物体それぞれの追跡データとに基づいて、前記検知結果と前記複数の物体のいずれかとの対応付けを行って前記複数の物体それぞれの過去の検知結果または前記追跡データを更新する追跡部と、更新後の前記追跡データまたは更新後の前記過去の検知結果に基づいて、前記走行路の状態を判定する判定部と、を備える、走行路情報推定装置が提供される。

前記追跡部は、前記追跡データを更新し、前記判定部は、前記更新後の追跡データに基づいて、前記複数の物体それぞれから反射した受信波に多重反射波が存在するか否かを前記走行路の状態として判定してもよい。

前記判定部は、前記更新後の追跡データの中に、相関値がしきい値を超える組み合わせが存在する場合、前記組み合わせのいずれかを前記センサに前記多重反射波を入射する反射体であると判定してもよい。

前記判定部は、前記受信強度がより大きい反射波を前記センサに入射する前記物体を前記反射体であると判定してもよい。

前記追跡部は、前記過去の検知結果を更新し、前記判定部は、前記更新後の過去の検知結果に基づいて、前記複数の物体それぞれから反射した受信波に多重反射波が存在するか否かを前記走行路の状態として判定してもよい。

前記判定部は、前記更新後の過去の検知結果に基づいて、前記センサと前記走行路との位置関係を判定し、前記位置関係に応じて算出された反射体の存在確度に基づいて、前記多重反射波が存在するか否かを判定してもよい。

前記判定部は、前記存在確度が閾値を超える位置が存在する場合、当該位置に前記反射体が存在すると判定してもよい。

前記追跡部は、前記過去の検知結果を更新し、前記判定部は、前記更新後の過去の検知結果に基づいて、前記センサと前記走行路との位置関係を前記走行路の状態として判定してもよい。

また、本発明の別の観点によれば、走行路に存在する物体によって反射されてセンサによって受信された受信波から得られるビート信号に基づいて、前記物体と前記センサとの距離および前記物体からの反射波の前記センサにおける受信強度の少なくともいずれか一方と前記物体の速度とを含む検知結果を得ることと、前記検知結果と複数の物体それぞれの追跡データとに基づいて、前記検知結果と前記複数の物体のいずれかとの対応付けを行って前記複数の物体それぞれの過去の検知結果または前記追跡データを更新することと、更新後の前記追跡データまたは更新後の前記過去の検知結果に基づいて、前記走行路の状態を判定することと、を備える、走行路情報推定方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、走行路の状態をより高精度に推定することを可能とする技術が提供される。

第１の実施形態に係る走行路情報推定装置の構成例を示す図である。第１の実施形態に係る走行路情報推定装置の動作例を示すフローチャートである。送信波の周波数と受信波の周波数との時間的変化を示す図である。掃引インデックスごとのレンジＦＦＴデータの例を示す図である。レンジ−ドップラーＦＦＴデータの例を示す図である。追跡処理を示す詳細なフローチャートである。多重反射波および直接反射波について説明するための図である。各物体の速度成分を示す図である。各物体の平均値が減じられた後の速度成分を示す図である。第２の実施形態に係る走行路情報推定装置の構成例を示す図である。センサと走行路との位置関係を示す図である。第３の実施形態に係る走行路情報推定装置の構成例を示す図である。本発明の実施形態に係る走行路情報推定装置のハードウェア構成を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なる数字を付して区別する場合がある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素等の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。また、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、異なる実施形態の類似する構成要素等の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。

（０．概略）
本実施形態に係る走行路情報判定装置は、取得部と追跡部と判定部とを備える走行路情報推定装置が提供される。かかる構成によれば、走行路の状態をより高精度に推定することが可能となる。

ここで、取得部は、走行路に存在する物体によって反射されてセンサによって受信された受信波から得られるビート信号に基づいて、物体と前記センサとの距離および前記物体からの反射波の前記センサにおける受信強度の少なくともいずれか一方と前記物体の速度とを含む検知結果を得る。ここで、「センサ」は、第１の実施形態に係る「ＦＭＣＷレーダー１０」に該当し、第２の実施形態および第３の実施形態に係る「ＲＦ部１００」に該当し得る。また、「取得部」は、第１の実施形態に係る「レンジ・ドップラー検出器３０」に該当し、第２の実施形態に係る「位置推定部１２０」に該当し得る。

また、追跡部は、前記検知結果と複数の物体それぞれの追跡データとに基づいて、前記検知結果と前記複数の物体のいずれかとの対応付けを行って前記複数の物体それぞれの過去の検知結果または前記追跡データを更新する。ここで、「追跡データ」は、第１の実施形態に係る「追跡データ」に該当し、第２の実施形態および第３の実施形態に係る「推定値」に該当し得る。また、「追跡部」は、第１の実施形態に係る「追跡部４０」に該当し、第２の実施形態に係る「マッチング部１３０」に該当し得る。

また、判定部は、更新後の前記追跡データまたは更新後の前記過去の検知結果に基づいて、前記走行路の状態を判定する。ここで、「判定部」は、第１の実施形態に係る「多重反射検出器５０」に該当し、第２の実施形態および第３の実施形態に係る「走行路判定部１５０」に該当し、第３の実施形態に係る「反射判定部１８０」に該当し得る。

（１．第１の実施形態）
まず、第１の実施形態の概要について説明する。

（１．１．概要）
まず、第１の実施形態の概要について説明する。近日、物標（例えば、動体）が通過する走行路の状態を推定する技術が存在する。物標に電波を照射し、センサと物標との距離や物標の速度を計測するときに、物標の近くに非物標である反射体（例えば、静止物）があると、センサによって物標からの反射波に加え、反射体からの反射波も受信される。一般的な技術として、受信波を周波数分析することによって、速度が０［ｍ／ｈ］の信号を除去することで、地面からの直接的な反射波の影響を抑制し、計測精度を高める技術がある（例えば、上記の特許文献１参照。）。

しかしながら、かかる一般的な技術では、物標から反射した電波の一部が反射体に入射したり、反射体からの反射波の一部が物標に入射したりすることによる二次的な反射波（多重反射波）が受信波に混合される。そのため、反射体からの直接波を除去するだけでは、多重反射による偽像を誤検知してしまうため、距離や速度の計測結果に劣化が生じてしまう可能性がある。また、走行路に並行して反射体（ガードレールなどの静止物からなる構造物など）が存在する場合などには、反射体による電波の反射の影響で発生する偽像により、推定した走行路が実際の走行路よりも増えてしまう可能性がある。

電波を反射する構造物の影響で発生する偽像は、偽像単体で見ると通常の走行路上の物標なのか偽像なのかの判断が難しい。第１の実施形態においては、それらの共起関係により偽像とその要因となった反射体の位置を推定する。より具体的に、第１の実施形態においては、多重反射波が含まれている受信波から得られる検出物の速度成分を時間的に解析することによって、偽像を識別および除去し、距離や速度の計測精度を向上させる技術を主に説明する。

（１．２．構成）
続いて、第１の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ａの構成例について説明する。

図１は、第１の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ａの構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ａは、ＦＭＣＷ方式の電波を送受信するＦＭＣＷレーダー１０と、受信波からビート信号（アナログ信号）を検出して、アナログ信号をデジタル信号（ＩＦデジタル信号）に変換するＩＦ信号検出器２０と、ＩＦデジタル信号を蓄積するＩＦデータ蓄積部８０と、を備える。

また、第１の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ａは、ＩＦデータ蓄積部８０によって蓄積されたＩＦデジタル信号に２次元ＦＦＴをかけて受信強度のピーク値探索により物体のレンジ（ＦＭＣＷレーダー１０と物体との距離）とドップラー周波数（物体の速度）を検出するレンジ・ドップラー検出器３０と、過去および現在それぞれの物体の情報（受信強度と距離と速度）を対応づけることにより、時系列の物体の情報（追跡データ）を生成する追跡部４０と、追跡データを蓄積する追跡データ蓄積部９０と、を備える。

また、第１の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ａは、追跡データ蓄積部９０によって蓄積されている追跡データに基づいて、多重反射信号と直接反射信号とを判定する多重反射検出器５０と、追跡データ蓄積部９０によって蓄積されている追跡データから、多重反射信号と判定された追跡データを削除する多重反射除去器６０と、削除後に残った追跡データ（追跡中のデータ）を表示する検出結果表示部７０と、を備える。

（１．３．動作）
続いて、第１の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ａの動作例について説明する。

図２は、第１の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ａの動作例を示すフローチャートである。なお、以下の説明に登場するＡ１〜Ａ２０は、図２に示したＡ１〜Ａ２０に対応する。

Ａ１．レンジ・ドップラー検出器３０は、掃引インデックスｎを初期化し（ｎ＝０）、追跡部４０は、追跡インデックスｍを初期化する（ｍ＝０）。

Ａ３．ＦＭＣＷレーダー１０は、送信機によって１掃引分のＦＭＣＷ電波（送信波）を送信する。

図３は、送信波の周波数と受信波の周波数との時間的変化を示す図である。図３に示した例において、実線は、ＦＭＣＷレーダー１０から送信されるＦＭＣＷ電波の周波数（送信周波数）を示しており、破線は、ＦＭＣＷレーダー１０によって受信される受信波の周波数（受信周波数）を示している。例えば、送信波は、以下の（数式１）に示すように表される。

Ａ４．ＦＭＣＷレーダー１０は、受信機によって反射波を含んだ受信波を受信する。例えば、受信波は、以下の（数式２）に示すように表される。

図４は、掃引インデックスごとのレンジＦＦＴデータの例を示す図である。図４を参照すると、掃引インデックスごとのレンジＦＦＴデータの例が示されている。なお、ＦＦＴについての詳細は、以下の参考文献を参照することができる。

参考文献：
Andrzej
Wojtkiewicz,et.al,”Two-dimensional signal processing in FMCW radar”

Ａ９．レンジ・ドップラー検出器３０は、掃引インデックスｎをインクリメントする。

Ａ１０．掃引インデックスｎがＮ（例えば、６４）になるまで、Ａ３〜Ａ９が繰り返し実行される。これによって、Ｎ個のレンジＦＦＴデータが生成される。

図５は、レンジ−ドップラーＦＦＴデータの例を示す図である。図５を参照すると、レンジ−ドップラーＦＦＴデータの例が示されている。なお、ＦＦＴについての詳細は、上記の参考文献を参照することができる。

Ｂ３．追跡部４０は、第１掃引目の場合はＢ４に進む。一方、追跡部４０は、第２掃引目以降の場合はＢ５に進む。

Ｂ７．追跡部４０は、追跡物体番号をインクリメントする。

Ａ１４．追跡部４０は、現在の追跡データを追跡データ蓄積部９０に保存する。
Ａ１５．追跡部４０は、追跡インデックスｍをインクリメントする。
Ａ１６．追跡部４０は、追跡インデックスｍがＭ未満の場合は、Ａ３に戻る。一方、追跡部４０は、追跡インデックスｍがＭ以上の場合は、Ａ．１７に進む。
Ａ１７．多重反射検出器５０は、各物体から反射された受信波が多重反射波および直接反射波のいずれであるのかを識別するために、追跡データの相関処理を行う。

図７は、多重反射波および直接反射波について説明するための図である。図７に示すように、物標から反射されてＦＭＣＷレーダー１０に到達する直接波が実線矢印によって示されている。一方、物標から反射体に入射して反射体から反射されてＦＭＣＷレーダー１０に到達する多重反射波が破線矢印によって示されている。

より詳細には、多重反射検出器５０は、各物体の速度成分の相関値を計算する。このとき、多重反射検出器５０は、各物体の速度成分同士の相関値を、それぞれ平均値を減じた後の速度成分同士の相関値によって計算するのがよい。図８は、各物体の速度成分を示す図である。また、図９は、各物体の平均値が減じられた後の速度成分を示す図である。より詳細には、多重反射検出器５０は、（数式１２）に基づいて、各物体の速度成分の相関値を計算する。

Ａ１８．多重反射検出器５０は、相関しきい値Ｔｃにより、多重反射波をレーダーに入射させた物体（反射体）の追跡データがあるか否かを判定する。より具体的には、多重反射検出器５０は、（数式１３）に示すように、相関値が相関しきい値Ｔｃより大きい場合に、多重反射波をレーダーに入射させた物体（反射体）の追跡データがあると判定する。

Ａ１９．多重反射除去器６０は、多重反射波をレーダーに入射させた反射体の追跡データがあると判定された場合、相関値を計算した二つの追跡データのうち、受信強度がより小さい追跡データを除去する。

Ａ２０．検知結果表示部７０は、追跡データを表示する。より詳細には、検知結果表示部７０は、除去後に残された追跡データを表示する。ここで、検知結果表示部７０によって表示される追跡データには、追跡対象の物体のＩＤ、ＦＭＣＷレーダー１０から物体までの距離、物体の速度、および、物体からの反射波の受信強度などが含まれてよい。

（１．４．効果）
第１の実施形態によれば、レーダーで検出された物体間の速度変化の相関を取り、速度相関の高い物体群で最も反射強度が高いもの以外を多重反射として検知物体から除去することで、誤検知を低下させ、計測精度を向上させることが期待できる。

（１．５．変形例）
上記においては、Ｎ掃引分のレンジＦＦＴデータ全体に２次元目のＦＦＴ（ドップラーＦＦＴ）をかけた後にピーク検出を行う例を示した。しかし、１掃引分のレンジＦＦＴ上でピーク値を求めた後に、そのピーク値の周波数ビンに関するレンジＦＦＴだけをＮ掃引分集めて２次元目のＦＦＴをかけてからドップラー周波数（速度）ピーク値を検出してもよい。

また、上記においては、ＦＭＣＷレーダー１０を利用した例を説明したが、ＦＳＫ変調レーダーを利用することも可能である。

以上、第１の実施形態について説明した。

（２．第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。

（２．１．概要）
まず、第２の実施形態の概要について説明する。近年、センサを用いて受信した受信波の周波数スペクトルから車両の速度を検知し、検知した車両の速度に基づいて、渋滞の発生の有無を検知する装置に関する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、かかる文献においては、レーダーを走行路に対してどのように設置するかについて言及はなく、かかる技術によっては、レーダーの設置状況をセンサ側の信号に基づいて推定することはできない。

また、センサが設置されている位置および方位を、センサによる距離および方位の検知結果から推定する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。かかる技術においては、走行路が単数の場合は検知結果の最小二乗法を用い、走行路が複数の場合はハフ変換を用いている。しかし、かかる技術においては、最小二乗法では単一の走行路としての仮定が必要となってしまう。また、かかる技術においては、処理量が大きいハフ変換を利用しなくてはならない。また、かかる技術においては、軌跡からのみ車線を推定しているため、その車線が偽像として現れている場合が考慮されていない。

上記のセンサとして利用可能な技術には、音波や電波を用いたレーダー／ソナー技術や光を用いたパターンコーディング技術やレーザーを用いたＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）技術などが上げられる。レーダー／ソナー技術における距離の測定方式には、例えばパルス方式や多周波ＣＷ（Continuous wave）方式、ＦＳＫ（frequency shift keying）方式、ＦＭＣＷ（frequency modulated continuous wave）方式、それらの複合や派生の方式等がある。

パルス方式は送信器から送信されたパルス波が物標で反射して受信器で受信するまでの伝搬遅延から距離を求める方式である。ＦＳＫ方式は複数の周波数が異なる電波を発信し、それぞれ物標での反射波によるドップラー信号の位相に基づき距離を算出する方式である。またＦＭＣＷ方式は送信波の周波数を連続的に変化させ、物標での反射による伝搬遅延に基づき生じる周波数差を検知して距離を算出する方式である。

速度の測定方式には、ドップラー効果による周波数から速度を求めるものや、距離変化から求めるもの等がある。また方位を求める方式は、複数のアンテナ間の位相差やパワー差から演算により求める方式や、音波/電磁波の主要な指向性であるビームを形成し、それを電子的もしくは機械的に動かして検知するものがある。演算で求めるものでは、簡単なものではモノパルス測角法、演算量の多いものではＭＵＳＩＣ法など多数の方式があり、それらの複合方式などもある。これらの方式を用いることで、物標の位置や動きを遠隔のセンサから把握することができる。

遠隔のセンサから物標を検知する場合、その物標が走行路と比較してどのような動きになっているかを知ることは重要である。たとえば、車を想定した場合に、危険な逆走状態の検知や避走の検知等では、走行路に対する物標の動きがどうなのかが重要である。また一般に、物標の走行の障害とならないよう、走行路上にセンサを置くことが困難な場合が多く、走行路上の物標と接触しない場所に設置することが一般的である。また、設置前に走行路とセンサの位置関係を厳密に測定し厳密に配置することも設置コスト等の問題がある。一方で、センサ自体がある種の計測手段であることから、これらを利活用することで走行路を把握できると利便性が高くなる。このような課題は、上記の特許文献３に記載されているような方式が提案されてきている背景にある。

このように、走行路との位置関係や走行路数を求める技術が提案されてきた。しかし、走行路数を単数に限定するものや、走行路数を限定しないものは処理量に課題があった。そこで、第２の実施形態においては、走行路数を限定せず、より少ない処理量で良好に走行路とセンサの位置関係（走行路との距離・走行路に対する角度）と走行路数を推定する。そのために、センサで計測する物標毎の軌跡を統計的に分離・集約し、物標毎の走行路を推定する。そして、複数の物標の走行路の推定結果に基づき、より精度の改善した走行路の推定を行い、そこからセンサと走行路の関係を抽出する。

なお、第２の実施形態では、電磁波に基づく多周波ＣＷ／ＦＳＫ方式を想定した推定手法について述べる。これ以外にもパルスレーダーやＦＭＣＷレーダー、それらの派生方式やレーザー・超音波などを用いた方式にも適用が可能である。

（２．１．構成）
まず、第２の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ｂの構成例について説明する。

図１０は、第２の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ｂの構成例を示す図である。図１０に示すように、第２の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ｂは、電磁波を送受信するＲＦ部１００（センサを含む）と、ＲＦ部１００の出力から物標の反応を抽出する検知部１１０と、検知部１１０の出力から位置を推定する位置推定部１２０と、位置推定部１２０の出力と過去の履歴から物標毎の検知結果をまとめるマッチング部１３０と、物標毎に検知結果を履歴として保持する履歴管理部１４０と、履歴管理部１４０の保持する履歴情報から走行路とセンサの配置関係を推定する走行路推定部１５０と、推定した配置関係を保持する配置記憶部１６０と、配置関係から位置推定部１２０の出力を補正する位置補正部１７０と、を備える。

（２．２．動作）
第２の実施形態に係る走行路情報推定装置２Ａの動作例について説明する。

ＲＦ部１００は、２以上の複数の周波数の送信波を送出し、物標による反射波を含む波を受信し、そこからビート信号を抽出する機能を有する。複数の周波数を同時に出力する方法（多周波ＣＷ）や、周波数を時分割で切り替えながら発信する方法（ＦＳＫ変調方式）がある。物標の移動に伴い反射波の位相が変化するため、ＦＳＫ変調方式等の場合は、物標の動きを近似や推定などが可能な範囲にとどめておいたほうがよい。また受信素子は複数あって良く、それぞれの受信素子で複数の送信波による反射波を受信できる。

送信波は、物標以外にも環境中の多様なものにあたり反射時に減衰など繰り返しながら、その一部がＲＦ部１００の受信機に戻る。物標がＲＦ部１００に対して動いている場合、受信波には動きによりドップラー効果の生じた成分が含まれ得る。この受信波を送信波とミキサーにかけ、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を経てビート信号を生成する。

ＲＦ部１００は、ビート信号を出力し検知部１１０に渡す。ビート信号の振幅A_b (t)は時間変化を生じ、それ自身多様な周波数成分を含み得るが、信号の有する周波数成分に基づく位相変化と比較し十分に小さいと仮定することで、複素成分から位相を抽出し、その微分により周波数Δf_iを抽出でき、そこから物標の速度を検出できる。ビート信号の角速度ω_b,iは、以下の式で計算できる。

一般に物標の速度も時間で変化するが、その変化は送受信波の位相の変化よりも十分に小さいと仮定すると、（数式２４）は、以下のように表現することができる。

また一般に受信波は、環境中の多様な物体や複数の物標からの反射波を含み得る合成波となっている。したがって、ＲＦ部１００から出力するビート信号は、それぞれの反射波成分をミキサー処理しＬＰＦを通った信号の合成波として得られる。これらは、物標の速度が異なる場合は周波数が異なるため、周波数変換を経て分離が可能である。また、複数のアンテナ素子を有する場合、ビームフォーミングなどの指向性を制御することにより、向きが異なる同速物体は分離ができる。このほか、パルスレーダーやその派生方式では往復伝播時間の差により、同じ方位・同じ速度の物標の分離が可能である。

上記は、送信周波数と受信素子を１対１の関係で記述したが、受信素子を複数とした場合は1対多の関係となる。

ここでは詳細は記載しないが、発信側を多素子とし、送信波をビームフォーミングする場合や、両方とも多素子とする場合も存在する。いずれにしても、多素子とするほどより高精度な方位推定や検知物標数の増加などに寄与できる。

検知部１１０は、ＲＦ部１００より得られるビート信号から、物標の反応とそれ以外のノイズやクラッター等の反応を分離する。これには多様な方式があるが、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）等の方式で分離が可能である。ここではその方法の一例を示す。

ただし、（数式２７）はナイキスト周波数までであり、ナイキスト周波数を越える部分は、負の周波数の折り返し成分であるため、それに適した式を用いる必要がある。（数式２８）は、センサに向かって接近する方向を正とする速度を周波数から求める式であり、パラメータαは搬送波60GHzの場合におよそα=0.009となる（搬送波の周波数に依存）。

ＤＦＴを行う際に用いる窓関数についても、工夫が必要となる。窓関数により周波数スペクトルのピークの太り方と周辺（ピークに対するサイドローブ）のノイズレベルのトレードオフがある。そのため、サイドローブを抑える窓関数で処理し大まかなピーク位置を把握したのち、周波数を細かく求めるためにピークのシャープな窓関数で再度処理をする方法をとっても良い。

ドップラー効果によるビート信号は、通常、面積をもつ物標の形状に依存して振幅と位相が変化する。これは、電磁波が物標表面で反射する際に、多様な反射点毎にセンサとの距離と反射量が異なり、反射波はそれらの合成波となるためである。物標が十分な剛体で全点が同じ速度で移動するとの仮定においても、同周波数・異位相の反射波の合成となり干渉が生じる。干渉の影響はセンサとの距離・物標の形状や向きなどの変化に合わせて時々刻々と変化するため、位相と振幅にばらつきを生じる。また方位の算出においては、受信素子毎に物理的な配置が異なるため、受信される反射波の合成比率が異なる。そのため、本位置推定部１２０で推定できる距離や方位には、速度と比べて大きなばらつきを生じる結果となる。上記はパルスドップラー方式を用いた測距・測角においても同様である。速度はドップラー効果による周波数から安定して把握可能だが、パルスの振幅の立ち上がりと位相は干渉の影響をうけ不安定となり、距離精度や方位精度にばらつきが生じる。

ここまでのＲＦ部１００から位置推定部１２０までの処理としては、多周波ＣＷ／ＦＳＫ変調を主に例示したが、他のどのような方法をとっても良い。

マッチング部１３０は、位置推定部１２０から得られる検知結果を物標毎にグループ分けを行い、履歴記憶部１４０へ保存する機能を有する。物標は検知可能な範囲に入ってくるとＲＦ部１００・検知部１１０・位置推定部１２０を経て検知情報として得られる。履歴記憶部１４０に記憶されている物標毎に区分けされた情報を履歴情報と呼び、検知情報はマッチング部１３０により物標ＩＤを付与され、履歴情報として履歴管理部に保存される。上記に例示した処理では、得られる検知情報は、物標の速度・距離・角度となる。またそれらを求めるにあたって複数の候補数値から合成・選択を得たときに得られる指標や、信号の振幅なども検知情報に含み得る。

物標が検知可能なエリア内に存在する場合、時間経過等により複数回検知され位置推定部１２０からそれらの検知情報が得られる。マッチング部１３０では、この検知情報を過去から最新のものまで物標単位にグルーピングする。グルーピングの結果は、同一の物標のグループに同一かつグループ間ではユニークな物標ＩＤを割り当てる。実際は、履歴情報に基づき、新たに得られた検知情報が同一物標のものかどうかを判断（マッチング）し、同一のものと判断できる履歴情報と同じ物標ＩＤを割り当て該当する履歴情報の一部として、履歴管理部１４０に保存する処理の繰り返しとなる。こうして更新される履歴情報は以降のマッチング時の予測に用いる。記憶する量は、予測や走行路の推定に用いる新しいものだけあればよく、予測に用いないふるいデータは不要である。履歴管理部１４０のデータ保存様式はどのような形式でも良いが、速度・距離・方位を、物標ＩＤと検知時刻に紐付けて記録する必要がある。検知時刻をt, 物標ＩＤをidとすると、履歴管理部１４０の保存するデータのまとまりは、以下で表現できる。

前記位置推定部１２０までの例では、速度がもっとも精度が高い情報であるため、速度の一致性に基づきグルーピングをすることが可能である。また速度と距離と角度を含めたカルマンフィルタやパーティクルフィルタなどに基づく手法をとることも出来るが、以下では線形予測に基づく例を示す。

以上を、以下の（数式３６）および（数式３７）で評価し、２式を共に満たす場合に、物標ＩＤがidの履歴情報に属すると判断し、物標ＩＤにidを付与して保存する。

ここで（数式３６）の左辺は距離の推定値と推定した距離の誤差、右辺は過去の履歴に基づく距離誤差のばらつきに重みβを掛けた数値である。また（数式３７）の左辺は履歴の速度との誤差、右辺は履歴に基づく速度のばらつきに重みγを掛けた数値である。重みβ・γはいくつでも良いが０．５〜３．０程度の範囲で使うことが多い。ただし、履歴管理部１４０に十分な履歴がない場合は、（数式３６）および（数式３７）ともに右辺の下限値を決めておき、それを下回る場合は下限値で代替するなどの処理を行う。また、いずれの物標ＩＤにも属すると判定されなかった検知情報は、新規な物標として新しいユニークな物標ＩＤを付与し履歴管理部１４０へ保存する。

インデックスiの検知情報が、物標ＩＤがidの履歴情報となる場合、以下の履歴の形式にて履歴管理部１４０へ保存する。

以上の処理により、線形予測に基づき同じ物標と推定されるものに同じＩＤを割り当て分類し、履歴管理部１４０への保存が実現できる。上記の条件式は距離と速度の２つを評価しマッチングを行ったが、距離もしくは速度のみでマッチングしても良いし、さらに角度を組み合わせてマッチングを行っても良い。

以上の処理は、時刻tにおいて同一ＩＤをもつ検知情報は一つであるように記載しているが、同一時刻の検知情報を複数記憶しても良い。その場合は、レコードの属性にインデックス等を設けることで対応できる。

走行路推定部１５０は、履歴管理部１４０の保持する履歴情報に基づき、走行路の位置を推定する。複数の物標が複数の走行路を移動する状況では、複数の物標の反応が混ざり合うが、マッチング部１３０までの処理により物標毎の反応に分離し、履歴情報として履歴管理部１４０で保持している。これを用い、一つの物標は同一の走行路を移動し続けることが多いと仮定することで、複数の走行路がある場合にも走行路間の反応を分離して推定が可能である。仮に物標の反応にばらつきが多く、走行路をはみ出る検知結果を多く有する場合においても、走行路幅方向での検知結果の分布がN(μ,σ²)に近いと仮定すると、走行路の中心をμとした推定が可能である。

一つの物標ＩＤに基づく履歴情報は、単一の物標の移動履歴を示している。これを単一の直線の走行路上の移動と仮定すると、角度と距離から推定される２次元平面上の点の分布は、直線近似できる。距離の精度は高く方位の精度が低いと想定すればより良い近似手法が考えられるが、ここでは単純に以下の２次元平面における直線近似を行う。各物標ＩＤ毎の履歴情報に複数の要素が存在するが、それを以下のように定義する。

このようにして求めた直線に対し、各要素を直線に垂直な射影に変換する。直線上への射影は次式で表現できる。

また簡易的に存在確度D(r)のかわりにヒストグラムを用いることも出来る。

これら走行路への距離・個数・角度を、走行路推定部１５０は出力する。

配置記憶部１６０は、走行路推定部１５０の出力した距離・個数・角度を設置情報として記憶し、位置補正部１７０へ渡す。

（２．４．効果）
第２の実施形態によれば、ハフ変換を用いることなく、走行路を推定できる。
また、第２の実施形態によれば、センサと走行路の関係を事前に設定する必要なく、センサから見た走行路の位置・角度・走行路数を推定できるため、センサ設置の際のキャリブレーションを大幅に簡素化できる。
また、第２の実施形態によれば、走行路の数を限定する必要はなく、複数の走行路上を複数の物標が移動する場合においても、それぞれの物標毎に移動軌跡を分離し、それぞれで近似を行ってから統合するため、物標の検知結果のばらつきが走行路幅よりも大きくても、それらに左右されずに走行路を推定できる。
また、第２の実施形態によれば、物体の分離はドップラー効果に基づいて行えるため高精度に分離が可能であり、その結果、走行路の推定精度を改善できる。

以上、第２の実施形態について説明した。

（３．第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、物標と偽像との共起関係により偽像とその要因となった反射体の位置を推定する。より具体的に、第３の実施形態においては、統計的に偽像単独で出現せず、常に特定のレーンとのペアで出現している場合（共起関係）は偽像と判定し、さらに偽像の要因となった反射体の位置を推定する。

（３．１．構成）
まず、第３の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ｃの構成例について説明する。

図１２は、第３の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ｃの構成例を示す図である。図１２に示すように、第３の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ｃは、第２の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ｂが備える各構成に追加して、反射判定部１８０および偽像除去部１９０をさらに備える。

（３．２．動作）
続いて、第３の実施形態に係る走行路情報推定装置１Ｃの動作例について説明する。

２台が同速で走行している場合、ＦＳＫレーダーでは速度に差異が少なく分離が困難な場合がある。そのような場合でも、異なる時間での検知結果や速度が微妙に異なる隣接する検知結果において、片側を推定値で補完することで、平行走行と推定できるペアを構築できる。

また、レーダーに十分接近した段階では速度差が生じ、偽像の速度成分は実際の物標の反応よりも遅い速度として検出可能となる。そのような十分近接した中で同時走行する物標の存在があれば、電波反射体の存在を判断できる。

走行路と垂直な位置wに反射体が存在する確度p(w)とすると、以上の数値を用い次式で表すことができる。

複数反射体が存在する場合など、閾値に基づき複数のピークを抽出しても良い。

偽像除去部１９０は、反射判定部１８０が検出した反射体の位置に基づき、偽像を除去する。

以上により偽像による物標の検知結果を除去し、偽像と判定されなかったものだけを出力するフィルタ処理を実現する。

（３．４．効果）
電波の計測では、偽像を産み出す反射体をあらかじめ設定することが困難な場合があるが、第３の実施形態によれば、そのような場合でも自動的に反射体位置を推定し、偽像を除去することができる。
第３の実施形態によれば、反射体の位置を測量などに基づき設定する手間を省くことができ、設置の自由度が大幅に向上する。
第３の実施形態によれば、検知したデータに基づき推定して除去するため、あらかじめ予測できなかった反射体などの存在にも堅牢な偽像除去を行える。

以上、第３の実施形態について説明した。

（４．ハードウェア構成例）
続いて、本発明の実施形態に係る走行路情報推定装置１０（第１の実施形態に係る走行路情報推定装置１０Ａ、第２の実施形態に係る走行路情報推定装置１０Ｂ、第３の実施形態に係る走行路情報推定装置１０Ｃ）のハードウェア構成例について説明する。

図１３は、本発明の実施形態に係る走行路情報推定装置１０のハードウェア構成を示す図である。走行路情報推定装置１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）９０１と、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）９０２と、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）９０３と、ホストバス９０４と、ブリッジ９０５と、外部バス９０６と、インタフェース９０７と、入力装置９０８と、出力装置９０９と、ストレージ装置９１０と、通信装置９１１と、を備える。

ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って走行路情報推定装置１０内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ９０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ９０２は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０３は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはＣＰＵバス等から構成されるホストバス９０４により相互に接続されている。

ホストバス９０４は、ブリッジ９０５を介して、ＰＣＩ（ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バス等の外部バス９０６に接続されている。なお、必ずしもホストバス９０４、ブリッジ９０５および外部バス９０６を分離構成する必要はなく、１つのバスにこれらの機能を実装してもよい。

入力装置９０８は、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチおよびレバー等ユーザが情報を入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路等から構成されている。走行路情報推定装置１０を操作するユーザは、この入力装置９０８を操作することにより、走行路情報推定装置１０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。

出力装置９０９は、例えば、ＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置、ＯＬＥＤ（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）装置、ランプ等の表示装置およびスピーカ等の音声出力装置を含む。

ストレージ装置９１０は、データ格納用の装置である。ストレージ装置９１０は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置等を含んでもよい。ストレージ装置９１０は、例えば、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）で構成される。このストレージ装置９１０は、ハードディスクを駆動し、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データを格納する。

通信装置９１１は、例えば、ネットワークに接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。また、通信装置９１１は、無線通信または有線通信のどちらに対応してもよい。

以上において、本発明の実施形態の詳細について説明した。

（５．本実施形態の効果）
以上に説明したように、本実施形態によれば、走行路に存在する物体によって反射されてセンサによって受信された受信波から得られるビート信号に基づいて、前記物体と前記センサとの距離および前記物体からの反射波の前記センサにおける受信強度の少なくともいずれか一方と前記物体の速度とを含む検知結果を得る取得部と、前記検知結果と複数の物体それぞれの追跡データとに基づいて、前記検知結果と前記複数の物体のいずれかとの対応付けを行って前記複数の物体それぞれの過去の検知結果または前記追跡データを更新する追跡部と、更新後の前記追跡データまたは更新後の前記過去の検知結果に基づいて、前記走行路の状態を判定する判定部と、を備える、走行路情報推定装置が提供される。

かかる構成によれば、走行路の状態をより高精度に推定することが可能となる。

（６．変形例の説明）
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記の物標は、人・動物・船舶・車両・航空機などへ適用され得る。
また、センサは、電磁波を用いたレーダー、超音波や可聴音を用いたソナー、レーザーを用いたLiDARなど、遠隔から物標の位置を計測可能な技術に適用され得る。
また、反射体としては、道路と歩道の段差、ガードレール、側溝などの構造物、フェンス、防音壁、大型船舶や車両、堤防や土手、家や敷地の壁、中央分離帯、壁、岸壁、防波堤など、ありとあらゆるものが想定される。

１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）走行路情報推定装置
１０ＦＭＣＷレーダー（送受信部）
２０ＩＦ信号検出器（信号出力部）
３０レンジ・ドップラー検出器（取得部）
４０追跡部
５０多重反射検出器（判定部）
６０多重反射除去器
７０検知結果表示部
８０ＩＦデータ蓄積部
９０追跡データ蓄積部
１００ＲＦ部（送受信部）
１１０検知部（信号出力部）
１２０位置推定部（取得部）
１３０マッチング部（追跡部）
１４０履歴管理部
１５０走行路推定部（判定部）
１６０配置記憶部
１７０位置補正部
１８０反射判定部（判定部）
１９０偽像除去部

Claims

走行路に存在する物体によって反射されてセンサによって受信された受信波から得られるビート信号に基づいて、前記物体と前記センサとの距離および前記物体からの反射波の前記センサにおける受信強度の少なくともいずれか一方と前記物体の速度とを含む検知結果を得る取得部と、
前記検知結果と複数の物体それぞれの追跡データとに基づいて、前記検知結果と前記複数の物体のいずれかとの対応付けを行って前記複数の物体それぞれの過去の検知結果または前記追跡データを更新する追跡部と、
更新後の前記追跡データまたは更新後の前記過去の検知結果に基づいて、前記走行路の状態を判定する判定部と、
を備える、走行路情報推定装置。
前記追跡部は、前記追跡データを更新し、
前記判定部は、前記更新後の追跡データに基づいて、前記複数の物体それぞれから反射した受信波に多重反射波が存在するか否かを前記走行路の状態として判定する、
請求項１に記載の走行路情報推定装置。
前記判定部は、前記更新後の追跡データの中に、相関値がしきい値を超える組み合わせが存在する場合、前記組み合わせのいずれかを前記センサに前記多重反射波を入射する反射体であると判定する、
請求項２に記載の走行路情報推定装置。
前記判定部は、前記受信強度がより大きい反射波を前記センサに入射する前記物体を前記反射体であると判定する、
請求項３に記載の走行路情報推定装置。
前記追跡部は、前記過去の検知結果を更新し、
前記判定部は、前記更新後の過去の検知結果に基づいて、前記複数の物体それぞれから反射した受信波に多重反射波が存在するか否かを前記走行路の状態として判定する、
請求項１に記載の走行路情報推定装置。
前記判定部は、前記更新後の過去の検知結果に基づいて、前記センサと前記走行路との位置関係を判定し、前記位置関係に応じて算出された反射体の存在確度に基づいて、前記多重反射波が存在するか否かを判定する、
請求項３に記載の走行路情報推定装置。
前記判定部は、前記存在確度が閾値を超える位置が存在する場合、当該位置に前記反射体が存在すると判定する、
請求項６に記載の走行路情報推定装置。
前記追跡部は、前記過去の検知結果を更新し、
前記判定部は、前記更新後の過去の検知結果に基づいて、前記センサと前記走行路との位置関係を前記走行路の状態として判定する、
請求項１に記載の走行路情報推定装置。
走行路に存在する物体によって反射されてセンサによって受信された受信波から得られるビート信号に基づいて、前記物体と前記センサとの距離および前記物体からの反射波の前記センサにおける受信強度の少なくともいずれか一方と前記物体の速度とを含む検知結果を得ることと、
前記検知結果と複数の物体それぞれの追跡データとに基づいて、前記検知結果と前記複数の物体のいずれかとの対応付けを行って前記複数の物体それぞれの過去の検知結果または前記追跡データを更新することと、
更新後の前記追跡データまたは更新後の前記過去の検知結果に基づいて、前記走行路の状態を判定することと、
を備える、走行路情報推定方法。