JP3230362B2 - 障害物検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は障害物検知装置に関し、
特にＦＭ−ＣＷ波を前方物体に発射して該前方物体との
距離及び相対速度を計測し反射物体が防音壁やガードレ
ール等（以下、路肩防護体と総称することがある）か車
両かを検知して適宜警報を発生するための障害物検知装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６はＦＭ−ＣＷレーダ波を用いた従来
より良く知られている障害物検知装置を概略的に示した
もので、電波発信装置２１より送信されたＦＭ−ＣＷ波
は、例えば前方車両２０が存在する時にはその前方車両
２０で反射して来て電波受信装置２２で受信される。

【０００３】そして、ミキサー（図示せず）でミキシン
グすることにより発射波と受信波のビート周波数を求め
て前方車両２０との車間距離（及び相対速度）を計測
し、この結果に応じて警報部２３がドライバー２４に警
報を与えるものである。

【０００４】図７には、車両がカーブ路を走行するとき
の曲率半径と電波発信装置２１のレーダビーム幅との関
係が示されており、高速道路等のカーブ路における曲率
半径Ｒは、例えば道路の上り線と下り線が同一平面上に
無い分離断面での２車線道路の場合は、各車線の区分線
（点線）の中心までと定義されている。

【０００５】そこで、上記のようなカーブ路において、
電波発信装置２１のビーム幅が図８に示すようにθ[ra
d](片側θ／２[rad])であるレーダを車両に搭載し、路
肩防護体としての防音壁Ｗに囲まれている場合のレーダ
有効距離について考察する。

【０００６】今、右カーブ路で曲率半径ｐ[m] である２
車線道路の左車線を走行している際の、防音壁Ｗの曲率
半径をｒ[m] とした幾何学的な関係が図９に示されてお
り、この場合、車両の中心位置Ｃはｙ軸上の座標（０，
ｐ）とし、またビーム幅をθ／２[rad] として、このビ
ームと防音壁Ｗとの交点座標を、（Ｓ，ｙ₁ ）及び
（Ｌ，ｙ₂ ）（但し、Ｓ＜Ｌ）とする。

【０００７】このような幾何学的関係では、次式が得ら
れる。

【０００８】

【数１】

【０００９】従って、ビームと防音壁Ｗとの交点座標を
与える値Ｓ及びＬは次式のように表される。

【００１０】

【数２】

【００１１】もし、自車両の前方に障害物が無ければ、
上記の座標値Ｓ〜Ｌまでは防音壁Ｗにレーダが照射され
ることになる。

【００１２】図１０は前方物体、例えば前方車両２０で
レーダ波が反射して来たとき、電波受信装置２２で得ら
れる発射波と受信波のミキシング波形の時間変化を示し
たもので、同図（ａ）の実線は発射波（三角形状に周波
数変調された電磁波）を示しており、車両等の電波反射
物体により反射し且つその物体が移動物体であるならば
ドップラー効果により点線で示すような周波数が遷移し
た受信波となる。

【００１３】これらの波をミキシングすると同図（ｂ）
に示すようにビート周波数の波形が得られる。このビー
ト信号周波数ｆ_b は下記の原理式（３）により電波反射
物体の距離と速度にそれぞれ相当する距離周波数ｆ_r と
速度周波数ｆ_d の和又は差で表される。

【００１４】

【数３】 ｆ_b ＝（４△ｆ・ｆ_m／Ｃ）Ｒ±（２ｆ_o／Ｃ）Ｖ 式（３） 但し、Ｖ：レーダーセンサに対する反射物体の相対速度
〔m/sec〕 Ｒ：レーダーセンサから反射物体までの距離〔m〕 Ｃ：光速〔m/sec〕 △ｆ：周波数変調幅〔Hz〕 ｆ_m ：変調周波数〔Hz〕 ｆ_o ：レーダー搬送波周波数〔Hz〕

【００１５】ここで、変調波周波数上昇側のビート周波
数をｆ_up、同下降側ビート周波数をｆ_dnとすると、

【００１６】

【数４】 ｆ_r＝０．５（ｆ_up＋ｆ_dn），ｆ_d＝０．５（ｆ_up−ｆ_dn） 式（４） となり、式（３）と（４）により、

【００１７】

【数５】 Ｖ＝（Ｃ／２ｆ_o ）ｆ_d，Ｒ＝（Ｃ／４△ｆ・ｆ_m）ｆ_r 式（５） となり、この式（５）により電波反射物体までの距離Ｒ
と相対速度Ｖが求められることになる。

【００１８】このようなＦＭ−ＣＷ方式の障害物検知装
置では、発射波と受信波のビート信号に対して周波数解
析を行う。この周波数解析とは、図１１に示すように、
周波数変調パターンにおける周波数が上昇する部分と周
波数が下降する部分とで、各々ＦＦＴ（高速フーリェ変
換）等を用いて周波数の解析を行うことを示し、車両な
どの電波反射物体の速度と距離に相当する周波数ピーク
の存在位置を解析する。その後、変調波の上昇／下降両
側でピークの組合せを見出し、上記の原理式（３）〜
（５）より電波反射物体の距離と相対速度を算出してい
る。

【００１９】但し、電磁波の性質上、車両以外の電波反
射物体が存在するときは、その物体からの反射波を車両
からの反射波と区別できず車両と判断し、誤情報を発し
てしてしまい、ドライバーへの警報も誤警報出力となら
ざるを得ない。

【００２０】ここで、防音壁やガードレール等の路肩防
護体を例にとると、これらは停止物であり、上記の式
（５）における自車速度と等しい。また、式（１）の値
Ｓ〜Ｌに渡ってレーダ波が照射されるので、式（５）の
値Ｒのｆ_r は、図中１２に示すように値Ｓ〜Ｌに相当す
る周波数帯域幅を有していると考えられる。

【００２１】従って、従来技術（例えば特開平4-315083
号) においては、そのようなスペクトラム形状を、図１
２に示すような周波数帯域幅として検出することにより
車両と路肩防護体とを区別しようとしている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
スペクトラム形状は図１３に示す如く、その周波数帯域
内において複数のスペクトラムピークが存在し、また周
波数全域に渡って路面等のクラッターノイズスペクトラ
ムが存在する。

【００２３】ここで、図１３に示すようにスペクトラム
ピークが複数存在する理由は次のように考えられる。

【００２４】路肩防護体は、図１４に示すように、曲
率半径Ｒに沿った理想的な弧にはなっておらず、このた
めにレーダが照射される範囲での（レーダの反射レベル
に大きく影響する）散乱断面積が異なるためである。

【００２５】路肩防護体同士の接続部分や街灯の支柱
は、図１５に示すように、レーダ照射範囲内に幾つも存
在し、それらが路肩防護体そのものと明らかに散乱断面
積が異なるためである。

【００２６】従って、このように複数のスペクトラムピ
ークが存在し且つそれらが接近していると、標準的反射
体の一つのスペクトラムピーク形状の場合には図１６に
示すようになり、図１３のような波形となるわけであ
る。

【００２７】このように、従来の如く実際の路肩防護体
の周波数帯域幅を解析して検出することは実用的でない
という問題点があった。

【００２８】従って、本発明は、ＦＭ−ＣＷ波を発射波
として送信し、反射物体で反射した受信波を該発射波と
混合してビート信号を生成し、該ビート信号を周波数分
析して該反射物体との相対速度及び距離を計測すること
により障害物を検知する装置において、周波数帯域幅を
求めずに車両と路肩防護体とを正確に区別できるように
することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る障害物検知装置は、発射波と受信波と
で得られるビート信号の周波数分析の結果を受けて、ピ
ーク周波数を求めると共に該ピーク周波数と隣接するピ
ーク周波数との偏差を求め、隣接するピーク周波数との
間の最低レベルを求めて該偏差と該最低レベルの相関を
取ることにより該障害物を路肩防護体か又は車両と認識
する判定部を備えたことを特徴とするものである。

【００３０】上記の判定部は、該偏差の内の少なくとも
一方が一定値以下であり且つ該最低レベルと該ピーク周
波数との比の内の少なくとも一方が一定値以上であれば
該偏差と該最低レベルとの間に相関があると判定して該
障害物を路肩防護体と認識することができる。

【００３１】

【作用】本発明に係る障害物検知装置の作用を図１及び
図２を用いて説明すると、従来技術と同様にしてＦＭ−
ＣＷ波を発射波として送信すると、前方に反射物体が存
在するとこの反射物体で反射した受信波を入力する。

【００３２】そして、発射波と受信波とをミキシング
（混合）することによりビート信号を生成し且つ該ビー
ト信号の周波数解析が行われ、この結果、図１に示すよ
うな路肩防護体のスペクトラム形状が得られる。

【００３３】このようなスペクトラム形状には、図９に
関して上述した値Ｓ〜Ｌに相当する周波数帯に接近して
複数のピークが存在している。

【００３４】従って、このようなスペクトラム形状のデ
ータを受けた判定部では、この内の中心となるピーク周
波数Ｆ_p をまず検出すると共に、この中心のピーク周波
数Ｆ _p に隣接したピーク周波数Ｆ_p-1 とＦ_p+1 を検出す
る。

【００３５】このとき、ピーク周波数Ｆ_p-1 ，Ｆ_p ，Ｆ
_p+1 のレベルは、それぞれＬ_p-1 ，Ｌ_p ，Ｌ_p+1 とし、
ピーク周波数Ｆ_p-1 とＦ_p との間の最低レベルをＬ
Ｌ_p ，ピーク周波数Ｆ_p とＦ_p+1 との間の最低レベルを
ＬＬ_p+1 とする。

【００３６】また、判定部は、上記のピーク周波数Ｆ
_p-1 ，Ｆ_p ，Ｆ_p+1 の内の隣接する同士の周波数偏差を
求め、これらの偏差と、上記のピーク周波数間の最低レ
ベルとの相関を取ることにより前方障害物が車両か路肩
防護体かを判別することができる。

【００３７】この場合の相関とは、例えば、該偏差の内
の少なくとも一方が一定値以下であり且つ該最低レベル
と該ピーク周波数との比の内の少なくとも一方が一定値
以上であることであり、図２に示すスペクトラム形状の
例では、対象とするピーク周波数に隣接するピーク周波
数との偏差は小さいが、隣接するピーク周波数との間の
最低レベルは対象とするピーク周波数との比が小さく防
音壁やガードレール等の路肩防護体のスペクトラム形状
ではなく車両のスペクトラム形状と判定することができ
る。

【００３８】このようにして、前方障害物が車両か路肩
防護体かが判定された後は、通常の如くに求められる該
前方障害物との距離に応じて警報を発生する。

【００３９】

【実施例】図３は、本発明に係る障害物検知装置の実施
例をブロック図で示したものであり、図中、１は送信ア
ンテナ、２は送信回路、３はＶＣＯ（電圧制御発振器）
を含む変調回路、４は受信アンテナ、５は受信回路、そ
して、６はミキサーを示しており、送信回路２と変調回
路３とで図６に示した電波発信装置２１に対応してお
り、受信回路５は同じく電波受信装置２２に対応してい
る。

【００４０】また、変調回路３に与える信号は信号生成
回路８によって生成され、この信号生成回路８は同期信
号生成回路９からのクロック信号を常に受けており、更
にＲＯＭ又はＲＡＭから成る変調パターン記憶部１１に
記憶されている三角形状と直線部から成る変調パターン
を受けて図１０に示したような変調波を生成している。

【００４１】また、ミキサー６の出力信号は、復調回路
７に与えられる様になっており、この復調回路７の出力
信号は復調信号分離回路１２に与えられて信号分離され
更にディジタル信号として周波数解析・信号処理部１３
に送られ、その周波数解析結果が本発明の特徴部分であ
る判定部としてのＣＰＵ１０に与えられて判定信号を出
力するものである。

【００４２】尚、復調信号分離回路１２も同期信号生成
回路９からの同期信号を受ける様に構成されている。

【００４３】更に１４は計測されたデータ及びＣＰＵ１
０によって予測計算（後述）されたデータを格納してお
く記憶部であり、１５は実車速を検出する車速センサで
ある。

【００４４】この障害物検知装置の従来技術と共通の動
作を概略的に説明すると、まずＣＰＵ１０が変調パター
ン記憶部１１に対して変調パターンの出力を指示すると
記憶部１１からは図１０に示すような変調信号のデータ
を信号生成回路８に出力する。

【００４５】これを受けて信号生成回路８では変調信号
データをアナログ信号ａに変換し、変調回路（ＶＣＯ）
３へ送り、その三角形状の周波数変調を受けた信号ｂと
して送信回路２及び送信アンテナ１を介して送信する。
尚、これらの変調パターンはＣＰＵ等によりプログラム
型可変データとしてもよい。

【００４６】受信アンテナ４で受信された受信波は、受
信回路５により電磁波が電気信号に変換されミキサー６
で、発射波とその受信波の混合が行われる。この混合さ
れた信号は復調回路７へ送られ、そこでビート信号ｃに
変換される。

【００４７】このビート信号ｃは復調信号分離回路１２
において、同期信号生成回路９からの同期信号に基づき
復調信号を分離し、その情報を周波数解析・信号処理部
１３へ送る。

【００４８】この周波数解析・信号処理部１３では、復
調信号の上昇側及び下降側部分とに対してＦＦＴ演算を
行うことより、上述の如く前方障害物との距離及び相対
速度に応じた周波数にスペクトラムのピークが存在する
（図１１参照）。

【００４９】次に、このような周波数解析結果を用いる
本発明の特徴であるＣＰＵ１０の処理動作を図４に示し
たフローチャートを参照して以下に説明する。尚、車両
３０は、図５に示したようなカーブ路を走行していると
し、上記の発射波によってセンシングされる前方に路肩
防護体としてのガードレールＧＬが存在すると仮定す
る。

【００５０】ステップＳ１：このような状態で得られる
周波数解析結果を受けて、ＣＰＵ１０はピーク周波数の
解析を行う。これは、例えば図１に示したピーク周波数
Ｆ_p-1,Ｆ_p,Ｆ_p+1 を検出することに相当し、各ピーク周
波数が以下の判定の対象となる。

【００５１】ステップＳ２：今、ピーク周波数Ｆ_p を対
象とするピーク周波数とすると、このピーク周波数Ｆ_p
とその隣接したピーク周波数Ｆ_p-1 とＦ_p+1 との周波数
偏差を次式のように求める。

【００５２】

【数６】 ΔＦ_L ＝Ｆ_p −Ｆ_p-1 ，ΔＦ_H ＝Ｆ_p+1 −Ｆ_p 式（６）

【００５３】ステップＳ３：次に、上記の各ピーク周波
数Ｆ_p-1,Ｆ_p,Ｆ_p+1 のレベルを求める。図１の例では、
Ｌ_p-1,Ｌ_p,Ｌ_p+1 である。

【００５４】ステップＳ４：次に、対象とするピーク周
波数Ｆ_p と隣接するピーク周波数Ｆ_p-1 及びＦ_p+1との
それぞれの間における最低レベル（谷部分）を図１に示
したように求め、ＬＬ_p,ＬＬ_p+1 とする。

【００５５】ステップＳ５：対象とするピーク周波数Ｆ
_p のレベルＬ_p とステップＳ４で求めた最低レベルとの
比を次式のように求める。

【００５６】

【数７】

【００５７】ステップＳ６：ステップＳ２で求めた周波
数偏差ΔＦ_L 及びΔＦ_H が一定値αより小さいか否かを
判定する。この場合、ΔＦ_L ≧α又はΔＦ_H ≧αであれ
ば、対象とするピーク周波数Ｆ_p と隣接するピーク周波
数とが離れていることとなり、図２に示したようにガー
ドレール（図５）等の路肩防護体とは見なされず、車両
と見なすことができる（ステップＳ９）。

【００５８】ステップＳ７：ステップＳ６で、ΔＦ_L ＜
α又はΔＦ_H ＜αであることが分かったときには、ステ
ップＳ５で求めた比Ｒ_L 及びＲ_H が一定値βより大きい
か否かを判定する。この場合、Ｒ_L ＞β又はＲ_H ＞βで
あれば、対象とするピーク周波数Ｆ_p の両側は図１のよ
うに大きく窪んでおりガードレール等の路肩防護体と見
なされ（ステップＳ８）、そうでない場合には車両と判
定される（ステップＳ９）。

【００５９】ステップＳ１０：この後、ＦＦＴ解析され
た変調部の上昇側ビート周波数ｆ_upと下降側ビート周波
数ｆ_dnを組合せて上記の式（４）に代入して、距離周波
数ｆ_r及び相対速度周波数ｆ_dを算出し、更に車速センサ
１５の出力信号を用いて式（３）と（４）により電波反
射物体の相対速度Ｖ及び距離Ｒが求められ、記憶部１４
に記憶する。

【００６０】そして、これらの相対速度Ｖ及び距離Ｒに
より従来と同様に前方の路肩防護体又は車両との関係が
安全であるか否かを判定して、警報信号等を出力する。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る障害
物検知装置によれば、発射波と受信波とを混合してビー
ト信号を生成し、該ビート信号の周波数分析の結果を受
けて、ピーク周波数を求めると共に該ピーク周波数と隣
接するピーク周波数との偏差を求め、隣接するピーク周
波数との間の最低レベルを求めて該偏差と該最低レベル
の相関を取ることにより該障害物を路肩防護体か又は車
両として認識するように構成したので、周波数帯域幅を
解析して路肩防護体か車両かを判定する場合に比べて特
にカーブ走行時にノイズに強い障害物検知を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る障害物検知装置の原理を説明する
ために路肩防護体のスペクトラム形状の一例を示した波
形図である。

【図２】本発明に係る障害物検知装置の原理を説明する
ために車両のスペクトラム形状の一例を示した波形図で
ある。

【図３】本発明に係る障害物検知装置の実施例を示した
ブロック図である。

【図４】本発明に係る障害物検知装置に用いる判定部と
してのＣＰＵに格納され且つ実行される障害物検知処理
のフローチャート図である。

【図５】本発明に係る障害物検知装置の動作においてガ
ードレールのコーナー内の自車の向きと計測の様子を示
した図である。

【図６】従来から一般的に知られたＦＭ−ＣＷ波を用い
た障害物検知装置を概略的に示したブロック図である。

【図７】車両が走行するカーブ路の曲率半径を説明する
ための図である。

【図８】レーダ搭載車両のカーブ路内の様子を示した図
である。

【図９】レーダのビーム幅と曲率半径との幾何学的関係
を示した図である。

【図１０】本発明及び従来例に共通な送受信波形図であ
る。

【図１１】本発明及び従来例に共通な変調周波数のスペ
クトラムを示した波形図である。

【図１２】防音壁等の理想的な周波数スペクトラム図で
ある。

【図１３】実際の周波数スペクトラム形状を示した波形
図である。

【図１４】ガードレール又は防音壁の想像弧に対する実
際の状態を示した図である。

【図１５】カーブ内での道路構造を示した図である。

【図１６】カーブ路での周波数スペクトラム形状例を示
した波形図である。

【符号の説明】

１ 送信アンテナ ２ 送信回路 ３ 変調回路 ４ 受信アンテナ ５ 受信回路 ６ ミキサー ７ 復調回路 ８ 信号生成回路 ９ 同期信号生成回路 １０ ＣＰＵ（判定部） １１ 変調パターン記憶部 １２ 復調信号分離回路 １３ 周波数解析・信号処理部 １４ データ記憶部 １５ 車速センサ 図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−313090（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−232214（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−87914（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−297121（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−315083（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95 B60R 21/00 621

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＦＭ−ＣＷ波を発射波として送信し、反
   射物体で反射した受信波を該発射波と混合してビート信
   号を生成し、該ビート信号を周波数分析して該反射物体
   との相対速度及び距離を計測することにより障害物を検
   知する装置において、 該ビート信号の周波数分析の結果を受けて、ピーク周波
   数を求めると共に該ピーク周波数と隣接するピーク周波
   数との偏差を求め、隣接するピーク周波数との間の最低
   レベルを求めて該偏差と該最低レベルの相関を取ること
   により該障害物を路肩防護体か又は車両と認識する判定
   部を備えたことを特徴とする障害物検知装置。
2. 【請求項２】 該判定部は、該偏差の内の少なくとも一
   方が一定値以下であり且つ該最低レベルと該ピーク周波
   数との比の内の少なくとも一方が一定値以上であれば該
   偏差と該最低レベルとの間に相関があると判定して該障
   害物を路肩防護体と認識することを特徴とした請求項１
   に記載の障害物検知装置。