特開 2024-58388 物体推定装置、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024058388

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】物体推定装置、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/42 20060101AFI20240418BHJP

   G01S 13/931 20200101ALI20240418BHJP

   G01S 13/28 20060101ALI20240418BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20240418BHJP

   G01S 13/87 20060101ALI20240418BHJP

   G01S 13/91 20060101ALI20240418BHJP

   B61L 23/00 20060101ALN20240418BHJP

【ＦＩ】

G01S13/42

G01S13/931

G01S13/28 200

G01S7/02 216

G01S13/87

G01S13/91

B61L23/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022165719

(22)【出願日】2022-10-14

(71)【出願人】

【識別番号】000004651

【氏名又は名称】日本信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000752

【氏名又は名称】弁理士法人朝日特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清澤 大地

(72)【発明者】

【氏名】安藤 勝彦

【テーマコード（参考）】

5H161

5J070

【Ｆターム（参考）】

5H161AA01

5H161MM05

5H161MM14

5H161NN11

5J070AB08

5J070AC01

5J070AC04

5J070AD10

5J070AE01

5J070AE03

5J070AE09

5J070AF01

5J070AH35

5J070AK15

(57)【要約】

【課題】レーダ装置において、或る物体の影響によりその物体よりも反射強度の低い物体が検知されなくなることを防止する。
【解決手段】指示部１１１は、レーダ２に第１走査を指示する。取得部１１２は、第１走査によるＩＦ信号を取得する。適用部１１３は、ＩＦ信号に第１窓関数を適用する。変換部１１４は、第１窓関数が適用されたＩＦ信号に対して離散フーリエ変換をして周波数成分を抽出する。推定部１１５は、周波数成分に基づいて、高強度物体の方向を推定する。指示部１１１は、推定した高強度物体の方向を除外した領域に対する第２走査をレーダ２に指示する。取得部１１２は、第２走査によるＩＦ信号を取得する。適用部１１３は、ＩＦ信号に第２窓関数を適用する。変換部１１４は、第２窓関数が適用されたＩＦ信号に対して離散フーリエ変換をして周波数成分を抽出する。推定部１１５は、周波数成分に基づいて、低強度物体の方向を推定する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーダの受信信号に第１窓関数を適用して第１物体の方向を推定し、該方向を避けて再走査したレーダの再走査受信信号に前記第１窓関数よりも分解能が低い第２窓関数を適用して前記第１物体よりも反射強度の低い第２物体の方向を推定する物体推定装置。

【請求項2】

被走査領域の周囲の異なる位置に配置された２以上のフェーズドアレイレーダの受信信号を用いて、前記第１物体及び前記第２物体の方向を推定する請求項１に記載の物体推定装置。

【請求項3】

前記第１物体の方向を推定した後、前記第２物体の方向を推定する処理を複数回にわたって繰り返し、前記方向が連続して推定される回数が所定条件を満たさない場合に、推定を取り消す請求項１又は２に記載の物体推定装置。

【請求項4】

前記受信信号に前記第１窓関数を適用しフーリエ変換をすることにより前記第１物体までの距離を推定し、前記再走査受信信号に前記第２窓関数を適用しフーリエ変換をすることにより前記第２物体までの距離を推定する請求項１又は２に記載の物体推定装置。

【請求項5】

前記レーダはチャープ信号を発信し、発信した該チャープ信号と受信信号とを組合せた中間周波数信号にフーリエ変換をすることにより前記距離を推定する請求項４に記載の物体推定装置。

【請求項6】

前記第１窓関数はハミング窓関数であり、前記第２窓関数はブラックマン窓関数である請求項１又は２に記載の物体推定装置。

【請求項7】

コンピュータに、
レーダの受信信号に第１窓関数を適用して第１物体の方向を推定するステップと、
前記方向を避けて再走査したレーダの再走査受信信号に前記第１窓関数よりも分解能が低い第２窓関数を適用して前記第１物体よりも反射強度の低い第２物体の方向を推定するステップと、
を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体推定装置の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

レーダ装置による計測方式にＴＯＦ（Time of Flight）方式がある。ＴＯＦ方式は、送信した電磁波が対象物に当たって反射し戻ってくるまでの時間を用いてその対象物までの距離を計測する方式である。送信する電磁波はパルス波が用いられることもあるが、分解能を向上させるため、パルス波に周波数変調をかけたチャープ信号を用いるパルス圧縮と呼ばれる技術も多く用いられている。レーダ装置による物体の位置の推定は、例えば踏切内の支障物を検知すること等に適用されている。

【0003】

レーダ装置における信号処理については、様々な技術が開発されている。例えば、特許文献１は、チャープ信号を送信する合成開口レーダの受信信号をフーリエ変換して得られた周波数領域データから、外来干渉波を除去するための周波数マスクの周波数に対応する値を取り除きパルス圧縮して、そのデータに分解能劣化かサイドローブ増加のいずれが発生するかを判別して、複数の窓関数の中から判別結果に応じた１つの窓関数を選択して乗算し、逆フーリエ変換して時間領域信号を得る信号処理方法を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－６３７７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、レーダ装置を用いて、例えば踏切内を監視する場合、監視すべき領域は、車両同士が衝突する危険性のある領域（以下、危険領域ともいう）である。この危険領域は、例えば、列車が通過する軌道、及び／又は自動車が通過する車道に相当する領域等である。

【0006】

一方、踏切内において、これらの危険領域に属しない安全な領域（以下、安全領域ともいう）には、例えば、中央分離帯、及び軌道間のスペース等が上げられる。安全領域には、例えば、配電盤、電柱、植樹帯、広告・看板等の物体が設置されていることがある。

【0007】

これら安全領域に、比較的、反射強度の高い物体（以下、高強度物体、又は第１物体ともいう）が設置されていると、この高強度物体によって反射された電磁波が他の物体から反射された電磁波と干渉し、他の物体の検知を妨げることがある。

【0008】

例えば、レーダ装置によって送信された電磁波のメインローブの方向に比較的、反射強度の低い物体（以下、低強度物体、又は第２物体ともいう）が侵入していたとしても、安全領域に設置された高強度物体が、その電磁波のサイドローブの方向で検知されると、その影響によって、この低強度物体は見落とされてしまうことがある。

【0009】

この場合、特許文献１に示すように窓関数を用いることで分解能を向上させることが考えられる。しかし、レーダの信号処理において、サイドローブの低減と分解能の向上とはトレードオフの関係にある。そのため、分解能の向上には、サイドローブの許容条件に応じた限界が存在する。また、特許文献１に示す技術は、単に選択された一つの窓関数を適用するに過ぎないため、決められた範囲へ侵入した物体を検知する場合、その範囲内に元から存在している高強度物体の影響を排除することが困難である。

【0010】

また、安全領域に設置された物体は、工事等で移動することがあり、移動することがなくても季節、天候、時間帯等に応じて反射強度が変わることもある。

【0011】

さらに、危険領域内に高強度物体と低強度物体とが共存している場合にも、低強度物体は、高強度物体の影響で検知されなくなることがある。ここで、危険領域内に高強度物体のみが検知されたときと、高強度物体、及び低強度物体の双方が検知されたときとで警報の種類を変えなければならない場合、後者を前者と区別して検知することは困難である。

【0012】

本発明の目的の一つは、レーダ装置において、或る物体の影響によりその物体よりも反射強度の低い物体が検知されなくなることを防止することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、レーダの受信信号に第１窓関数を適用して第１物体の方向を推定し、該方向を避けて再走査したレーダの再走査受信信号に前記第１窓関数よりも分解能が低い第２窓関数を適用して前記第１物体よりも反射強度の低い第２物体の方向を推定する物体推定装置、を第１の態様として提供する。

【0014】

第１の態様の物体推定装置によれば、或る物体の影響によりその物体よりも反射強度の低い物体が検知されなくなることを防止することができる。

【0015】

第１の態様の物体推定装置において、被走査領域の周囲の異なる位置に配置された２以上のフェーズドアレイレーダの受信信号を用いて、前記第１物体及び前記第２物体の方向を推定する、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

【0016】

第２の態様の物体推定装置によれば、１つのフェーズドアレイレーダの受信信号を用いる場合に比べて、被走査領域の死角が縮小される。

【0017】

第１又は第２の態様の物体推定装置において、前記第１物体の方向を推定した後、前記第２物体の方向を推定する処理を複数回にわたって繰り返し、前記方向が連続して推定される回数が所定条件を満たさない場合に、推定を取り消す、という構成が第３の態様として採用されてもよい。

【0018】

第３の態様の物体推定装置によれば、再走査受信信号で第２物体が誤検知されることが防止される。

【0019】

第１又は第２の態様の物体推定装置において、前記受信信号に前記第１窓関数を適用しフーリエ変換をすることにより前記第１物体までの距離を推定し、前記再走査受信信号に前記第２窓関数を適用しフーリエ変換をすることにより前記第２物体までの距離を推定する、という構成が第４の態様として採用されてもよい。

【0020】

第４の態様の物体推定装置によれば、時間領域で窓関数が適用された受信信号をフーリエ変換することによって得られた周波数領域の成分に基づいて、物体までの距離が推定される。

【0021】

第４の態様の物体推定装置において、前記レーダはチャープ信号を発信し、発信した該チャープ信号と受信信号とを組合せた中間周波数信号にフーリエ変換をすることにより前記距離を推定する、という構成が第５の態様として採用されてもよい。

【0022】

第５の態様の物体推定装置によれば、チャープ信号を用いない場合に比べて分解能が向上する。

【0023】

第１又は第２の態様の物体推定装置において、前記第１窓関数はハミング窓関数であり、前記第２窓関数はブラックマン窓関数である、という構成が第６の態様として採用されてもよい。

【0024】

第６の態様の物体推定装置によれば、ハミング窓関数の適用により第１物体までの距離が推定され、ブラックマン窓関数の適用により第２物体までの距離が推定される。

【0025】

本発明は、コンピュータに、レーダの受信信号に第１窓関数を適用して第１物体の方向を推定するステップと、前記方向を避けて再走査したレーダの再走査受信信号に前記第１窓関数よりも分解能が低い第２窓関数を適用して前記第１物体よりも反射強度の低い第２物体の方向を推定するステップと、を実行させるためのプログラム、を第７の態様として提供する。

【0026】

第７の態様のプログラムによれば、或る物体の影響によりその物体よりも反射強度の低い物体が検知されなくなることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の実施形態に係る物体推定システム９の構成の例を示すブロック図。

【図2】踏切におけるレーダ２の配置の例を示す図。

【図3】２つのレーダ２のそれぞれが監視する領域の例を示す図。

【図4】物体推定装置１の構成の例を示す図。

【図5】レーダ２の構成の例を示す図。

【図6】物体推定装置１の機能的構成の例を示す図。

【図7】第１走査の動作の流れの例を示すフロー図。

【図8】第２走査の動作の流れの例を示すフロー図。

【図9】第１走査及び第２走査のそれぞれにおける被走査領域Ｒの例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0028】

＜実施形態＞
＜物体推定システムの構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る物体推定システム９の構成の例を示すブロック図である。図１に示す物体推定システム９は、物体推定装置１、通信回線３、及び管理装置４を有する。また、この物体推定システム９は、物体推定装置１に接続されたレーダ２ａ及びレーダ２ｂ（以下、これらを区別しない場合、単に「レーダ２」という）を有する。また、この物体推定システム９は、管理装置４に接続された遮断機５ａ及び遮断機５ｂ（以下、これらを区別しない場合、単に「遮断機５」という）を有する。なお、これらの構成は、物体推定システム９において、いずれも複数であってもよいし、１つであってもよい。

【0029】

物体推定装置１は、決められた空間を監視するレーダ２を制御して、このレーダ２が受信した信号（以下、受信信号ともいう）に対して信号処理を行うことにより、空間内における物体の方向、及びその物体までの距離を推定する装置である。物体推定装置１は、例えばコンピュータである。

【0030】

レーダ２は、電磁波を送受信してＴＯＦ方式により物体までの距離と方向に応じた信号を出力する装置である。図１に示すレーダ２は、決められた位置に配列された複数のアンテナ素子を有するフェーズドアレイレーダである。フェーズドアレイレーダは、各アンテナから送信する電磁波の位相を制御することによりビーム走査をすることができるため、機械的走査に比べて走査が速いという特徴がある。

【0031】

通信回線３は、有線又は無線により物体推定装置１と管理装置４とを通信可能に接続する回線である。通信回線３は、例えばＬＡＮ（Local Area Network）のほか、ＷＡＮ（Wide Area Network）であってもよいし、インターネットであってもよいし、これらの組合せであってもよい。また、通信回線３は、公衆交換通信網（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Networks）、サービス統合デジタル網（ＩＳＤＮ：Integrated Services Digital Network）等を含むものでもよい。

【0032】

遮断機５は、鉄道と道路とが平面交差する踏切の領域において、軌道に列車が侵入するときに車道を遮断する機器である。遮断機５は、管理装置４により制御される。

【0033】

管理装置４は、踏切に設置された遮断機５、及び遮断機５に付随する警報機等を制御・管理する装置である。管理装置４は、軌道における列車の位置を把握し、その位置に応じて、遮断機５を制御する。列車の位置の把握は、例えば、軌道に沿って設けられたセンサ、列車に設けられた測位装置等により行われる。この管理装置４は、例えば、踏切ごとに、又は駅ごとに設置されてもよい。また、この管理装置４は、複数の踏切に設置された各遮断機５を一括して管理する中央管理装置であってもよい。

【0034】

また、図１に示す管理装置４は、物体推定装置１と通信回線３経由で通信可能に接続される。この管理装置４は、踏切に列車が侵入する前にその踏切に設置された遮断機５を作動させ車道を遮断するとともに、その旨を物体推定装置１に通知する。物体推定装置１は、管理装置４から通信回線３経由で上述した通知を受取ると、レーダ２を作動させ、踏切内に侵入した支障物の有無を判断する。なお、物体推定装置１は、この通知を受取らなくてもよい。この場合、物体推定装置１は、常時、レーダ２を作動させ、踏切内を監視してもよい。

【0035】

図２は、踏切におけるレーダ２の配置の例を示す図である。図２に示すレーダ２は、被走査領域Ｒの周囲の異なる位置にそれぞれ配置されたレーダ２ａ、及びレーダ２ｂである。ここで被走査領域Ｒは、レーダ２によって走査される領域である。被走査領域Ｒは、軌道と車道とが平面交差する踏切の領域を含む。遮断機５ａ、及び遮断機５ｂは、列車が踏切の領域に侵入する前から自動車Ｃが被走査領域Ｒに入り込まないようにそれぞれ車道を遮断する。そして、遮断機５ａ、及び遮断機５ｂは、列車が踏切の領域から脱出した後に車道の遮断を中止する。

【0036】

図３は、２つのレーダ２のそれぞれが監視する領域の例を示す図である。図３に示すレーダ２ａは、電磁波のビームを走査させることにより監視領域Ｒａを監視する。レーダ２ｂは、監視領域Ｒｂを監視する。監視領域Ｒａ、及び監視領域Ｒｂは、いずれもレーダ２ａ、レーダ２ｂをそれぞれ中心とする所定角度、及び所定半径内の扇状の領域である。被走査領域Ｒは、監視領域Ｒａ、及び監視領域Ｒｂの和集合によって網羅される。

【0037】

レーダ２ａとレーダ２ｂとは異なる位置に配置されているため、相互に死角を補うことができる。また、監視領域Ｒａと監視領域Ｒｂとが重複する領域は、一方において高強度物体の影響により低強度物体の検出が困難となっても、他方において受信方向が異なるため、その低強度物体の検出が可能になる場合がある。

【0038】

このように、２以上のレーダ２を被走査領域Ｒの周囲の異なる位置に配置することで、物体推定装置１は、いずれかのレーダ２にとって監視できない領域・物体の監視を他のレーダ２により行う。特にレーダ２がフェーズドアレイレーダである場合、この２以上のレーダ２を制御する物体推定装置１は、被走査領域の周囲の異なる位置に配置された２以上のフェーズドアレイレーダの受信信号を用いて、第１物体及び第２物体の方向を推定する物体推定装置の例である。

【0039】

＜物体推定装置の構成＞
図４は、物体推定装置１の構成の例を示す図である。物体推定装置１は、プロセッサ１１、メモリ１２、及び通信部１３を有する。これらは、バスにより相互に通信可能に接続されている。

【0040】

メモリ１２は、プロセッサ１１に読み込まれるオペレーティングシステム、各種のコンピュータプログラム（以下、単にプログラムという）、データ等を記憶する記憶手段である。メモリ１２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を有する。なお、メモリ１２は、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブ等を有してもよい。

【0041】

プロセッサ１１は、メモリ１２からプログラムを読出して実行することにより物体推定装置１を制御する。プロセッサ１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。また、プロセッサ１１は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）であってもよいし、ＦＰＧＡを含んでもよい。また、このプロセッサは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、又は他のプログラマブル論理デバイスを有し、これらによって制御を行ってもよい。

【0042】

通信部１３は、有線又は無線により物体推定装置１を、レーダ２に通信可能に接続する通信回路である。また、通信部１３は、有線又は無線により通信回線３経由で管理装置４に通信可能に接続する通信回路である。この通信部１３は、これらの他に各種の外部装置を物体推定装置１に接続してもよい。

【0043】

＜レーダの構成＞
図５は、レーダ２の構成の例を示す図である。レーダ２は、アレイアンテナ２０、発振器２１、変調部２２、送信部２３、切替部２４、受信部２５、増幅部２６、復調部２７、及び通信部２８を有する。

【0044】

アレイアンテナ２０は、決められた位置にそれぞれ配列された複数のアンテナ素子（放射素子）により構成されるアンテナである。複数のアンテナ素子の配列方法は、例えば直線状、円形状、格子状等である。

【0045】

発振器２１は、コヒーレントな電磁波を発振するデバイスである。発振器２１により発振される電磁波は、例えば、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波等である。

【0046】

変調部２２は、発振器２１により発振される電磁波を周波数変調して、チャープ信号を得る機器である。このチャープ信号は、時間に対して周波数が決められた割合で増加・減少する線形チャープ信号でもよいが、非線形チャープ信号でもよい。変調部２２には、例えば、電気信号を超音波振動に変換して遅延特性を持たせる表面音響波（ＳＡＷ；Surface Acoustic Wave）デバイス等が用いられる。

【0047】

送信部２３は、物体推定装置１の指示に基づいてアレイアンテナ２０を制御して、変調部２２により生成されたチャープ信号を被走査領域Ｒに向けて送信する。物体推定装置１は、アレイアンテナ２０を構成する各アンテナ素子に、それぞれビームの走査方向に応じた位相のチャープ信号を送信させる。これにより、アレイアンテナ２０は、決められた方向にチャープ信号を示す電磁波を送信する。

【0048】

切替部２４は、例えばサーキュレータであり、アレイアンテナ２０による送信・受信機能を時分割で切替える。受信部２５は、物体に当たって反射した電磁波を受信したアレイアンテナ２０からその電磁波を示す受信信号を取得する。増幅部２６は、受信部２５が受信した受信信号を増幅する。

【0049】

復調部２７は、例えば増幅部２６により増幅された受信信号を検波、復調する。この復調は、変調部２２による周波数変調に対応する復調である。復調部２７は、例えばミキサ等を有し、送信部２３により送信された信号（送信信号という）を用いて受信信号を中間周波数信号（以下、ＩＦ信号ともいう）に変換する。受信信号はＩＦ信号に変換されることにより、パルス圧縮が行われる。

【0050】

通信部２８は、復調部２７により変換されたＩＦ信号を物体推定装置１に送信する。また、通信部２８は、物体推定装置１からレーダ２を制御するための制御信号を受信する。

【0051】

＜物体推定装置の機能的構成＞
図６は、物体推定装置１の機能的構成の例を示す図である。物体推定装置１のプロセッサ１１は、メモリ１２に記憶されたプログラムを読み込んで実行することにより、指示部１１１、取得部１１２、適用部１１３、変換部１１４、及び推定部１１５として機能する。

【0052】

指示部１１１は、通信部１３を介してレーダ２に被走査領域Ｒの全体に対する走査（以下、第１走査ともいう）をするよう指示する。レーダ２は、この指示を受けてこの第１走査を行い、受信信号からＩＦ信号を生成する。

【0053】

取得部１１２は、通信部１３を介してレーダ２から第１走査によるＩＦ信号を取得する。適用部１１３は、取得部１１２が取得したＩＦ信号が第１走査により得られたものであるとき、このＩＦ信号に第１の窓関数（以下、第１窓関数ともいう）を適用する。第１窓関数は、ダイナミックレンジよりも周波数分解能を優先した窓関数である。

【0054】

窓関数は、例えば、以下の例が挙げられる。矩形窓は、時間領域の原信号を或る区間にわたって切り出すとともに、その区間以外の値を０とする窓である。矩形窓を表した窓関数を矩形窓関数という。矩形窓関数は、区間を［０，１］としたときに次の式（１）で表される。

【0055】

【数1】

【0056】

ハミング窓は、比較的、周波数分解能が高い反面、ダイナミックレンジが狭い窓の一つである。ハミング窓は分解能が良いため、物体の位置推定を正確に推定できるが、ダイナミックレンジが狭いため、反射強度が低い低強度物体を検知し難くなる。ハミング窓を表した窓関数（ハミング窓関数という）は、区間を［０，１］としたときに次の式（２）で表される。

【0057】

【数2】

【0058】

ブラックマン窓は、ハミング窓に比べて周波数分解能が低いが、ダイナミックレンジが広い窓の一つである。ブラックマン窓はダイナミックレンジが広いため、低強度物体でも検知できるが、分解能が悪いので、位置推定の精度が低くなる。ブラックマン窓を表した窓関数（ブラックマン窓関数という）は、区間を［０，１］としたときに次の式（３）で表される。

【0059】

【数3】

【0060】

矩形窓は反射強度が約１３ｄＢ差の物体を検知することができるのに対し、ハミング窓は約４０ｄＢ差、ブラックマン窓は約６０ｄＢ差の物体を検知することができる。矩形窓の分解能を１とすると、ハミング窓の分解能は約１．５であり、ブラックマン窓の分解能は約１．９３である。

【0061】

第１走査により得られたＩＦ信号に対して適用部１１３が適用する第１窓関数は、ダイナミックレンジの広さよりも周波数分解能の高さを優先するため、例えば、ハミング窓関数である。

【0062】

変換部１１４は、第１窓関数が適用されたＩＦ信号に対して離散フーリエ変換をして周波数成分を抽出する。離散フーリエ変換には、例えば、高速フーリエ変換が用いられる。

【0063】

推定部１１５は、変換部１１４により得られた周波数成分に基づいて、検知された物体の方向と、この物体までの距離とを推定する。第１走査により得られて第１窓関数が適用されたＩＦ信号から抽出された周波数成分は、第１窓関数のダイナミックレンジが比較的狭いため、高強度物体の方向と距離とを示している。推定部１１５は、推定した高強度物体の方向・距離をメモリ１２に記憶する。また、推定部１１５は、推定した高強度物体の方向・距離を指示部１１１に伝える。

【0064】

指示部１１１は、推定部１１５から高強度物体の方向を伝えられると、被走査領域Ｒの全体からこの方向を除外した領域に対する再走査（以下、第２走査ともいう）をするよう指示する。レーダ２は、この指示を受けてこの第２走査を行い、受信信号からＩＦ信号を生成する。

【0065】

取得部１１２は、通信部１３を介してレーダ２から第２走査によるＩＦ信号を取得する。適用部１１３は、取得部１１２が取得したＩＦ信号が第２走査により得られたものであるとき、このＩＦ信号に第２の窓関数（以下、第２窓関数ともいう）を適用する。第２窓関数は、第１窓関数と比較して、ダイナミックレンジが広く、周波数分解能が低い窓関数である。第２走査により得られたＩＦ信号に対して適用部１１３が適用する第２窓関数は、例えば、ブラックマン窓関数である。

【0066】

変換部１１４は、第２窓関数が適用されたＩＦ信号に対して離散フーリエ変換をして周波数成分を抽出する。推定部１１５は、変換部１１４により得られた周波数成分に基づいて、検知された物体の方向と、この物体までの距離とを推定する。第２窓関数が適用されたＩＦ信号から抽出された周波数成分は、第２走査により予め高強度物体の方向が避けられているため、低強度物体の方向と距離とを示している。推定部１１５は、推定した低強度物体の方向・距離をメモリ１２に記憶する。

【0067】

つまり、これらの機能を実現する物体推定装置１は、レーダの受信信号に第１窓関数を適用して第１物体の方向を推定し、この方向を避けて再走査したレーダの再走査受信信号に第１窓関数よりも分解能が低い第２窓関数を適用して前記第１物体よりも反射強度の低い第２物体の方向を推定する物体推定装置の例である。そして、この物体推定装置１において用いられる第１窓関数はハミング窓関数であり、第２窓関数はブラックマン窓関数である。

【0068】

また、この物体推定装置１は、受信信号に第１窓関数を適用しフーリエ変換をすることにより第１物体までの距離を推定し、再走査受信信号に第２窓関数を適用しフーリエ変換をすることにより第２物体までの距離を推定する物体推定装置の例である。

【0069】

また、この物体推定装置１は、レーダがチャープ信号を発信し、発信したこのチャープ信号と受信信号とを組合せた中間周波数信号にフーリエ変換をすることにより距離を推定する物体推定装置の例である。

【0070】

＜距離画像センサの動作＞
＜全体の処理＞
物体推定装置１のプロセッサ１１は、被走査領域Ｒの全体を走査する第１走査をステップＳ１００として行い、続いて、被走査領域Ｒのうち、第１走査で推定された高強度物体の方向を避けた領域を再走査する第２走査をステップＳ２００として行う。

【0071】

＜第１走査の処理＞
図７は、第１走査の動作の流れの例を示すフロー図である。この第１走査の処理は、上述したステップＳ１００である。物体推定装置１のプロセッサ１１は、被走査領域Ｒのうち走査されていない方向を決定し（ステップＳ１０１）、この方向に向けてレーダ２により電磁波を送信する（ステップＳ１０２）。そして、プロセッサ１１は、レーダ２により電磁波を受信する（ステップＳ１０３）。受信した電磁波には、送信した電磁波が物体に当たって反射した反射波が含まれる。

【0072】

プロセッサ１１は、送信した電磁波が示す送信信号を組合せることによって、受信信号をＩＦ信号に変換する（ステップＳ１０４）。受信信号がＩＦ信号に変換されると、プロセッサ１１は、このＩＦ信号のピークが閾値以上であるか否か判断する（ステップＳ１０５）。

【0073】

プロセッサ１１がＩＦ信号のピークと比較する閾値は、例えば、レーダ２の送信する電磁波の出力に約３０ｄＢ（デシベル）を加算した値である。つまり、レーダ２の送信する電磁波の出力が約５０ｄＢである場合、ピークと比較される閾値は約８０ｄＢである。

【0074】

物体推定装置１は、踏切内に侵入した人間を検知する必要がある。送信した電磁波に対して人間により反射された反射波の強度の比、すなわち反射損失は、約－１０ｄＢである。一方、第１窓関数であるハミング窓関数を適用すると、物体推定装置１は、約４０ｄＢ差までの反射波までしか検知できない。したがって受信信号のピークが約＋３０ｄＢ以上の高強度物体が検知されると、物体推定装置１は、ハミング窓関数を適用した受信信号から人間を検知することができなくなる。

【0075】

ＩＦ信号のピークが閾値以上である、と判断する場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、プロセッサ１１は、ＩＦ信号に対して第１窓関数を適用し（ステップＳ１０６）、フーリエ変換を施して、これを周波数領域へ変換する（ステップＳ１０７）。

【0076】

そして、プロセッサ１１は、周波数領域に変換された信号に基づいて、高強度物体（つまり、第１物体）までの距離と方向とを推定し、メモリ１２に記憶する（ステップＳ１０８）。

【0077】

一方、ステップＳ１０５において、ＩＦ信号のピークが閾値以上でない、と判断する場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、プロセッサ１１は、ＩＦ信号に対して第１窓関数よりも周波数分解能が低い第２窓関数を適用し（ステップＳ１０９）、フーリエ変換を施して、これを周波数領域へ変換する（ステップＳ１１０）。

【0078】

そして、プロセッサ１１は、周波数領域に変換された信号に基づいて、低強度物体（つまり、第２物体）までの距離と方向とを推定し、メモリ１２に記憶する（ステップＳ１１１）。

【0079】

ステップＳ１０８、及びステップＳ１１１の処理がそれぞれ終了すると、プロセッサ１１は、走査が一巡したか否かを判断する（ステップＳ１１２）。走査が一巡していない、と判断する場合（ステップＳ１１２；ＮＯ）、プロセッサ１１は、処理をステップＳ１０１に戻す。

【0080】

一方、走査が一巡した、と判断する場合（ステップＳ１１２；ＹＥＳ）、プロセッサ１１は、この第１走査の処理を終了する。

【0081】

＜第２走査の処理＞
図８は、第２走査の動作の流れの例を示すフロー図である。この第２走査の処理は、上述したステップＳ２００である。物体推定装置１のプロセッサ１１は、被走査領域Ｒのうち走査されていない方向を決定し（ステップＳ２０１）、この方向が第１走査で推定された第１物体の方向であるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。決定した方向が第１物体の方向である、と判断する場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、プロセッサ１１は、処理をステップＳ２０９に進める。

【0082】

このとき、プロセッサ１１は、ステップＳ２０３からステップＳ２０８までの処理を行わないため、第１走査において推定された第１物体の方向は第２走査において避けられ、この方向から届く電磁波は解析されない。

【0083】

一方、決定した方向が第１物体の方向でない、と判断する場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）、プロセッサ１１は、この方向に向けてレーダ２により電磁波を送信し（ステップＳ２０３）、レーダ２により電磁波を受信する（ステップＳ２０４）。

【0084】

そして、プロセッサ１１は、送信した電磁波が示す送信信号を組合せることによって、受信信号をＩＦ信号に変換する（ステップＳ２０５）。受信信号がＩＦ信号に変換されると、プロセッサ１１は、このＩＦ信号に対して第２窓関数を適用し（ステップＳ２０６）、フーリエ変換を施して、これを周波数領域へ変換する（ステップＳ２０７）。

【0085】

そして、プロセッサ１１は、周波数領域に変換された信号に基づいて、検知された物体までの距離と方向とを推定し、メモリ１２に記憶する（ステップＳ２０８）。このとき検知される物体は、高強度物体の方向を避けた再走査において検知されているので、高強度物体よりも反射強度の低い低強度物体（つまり、第２物体）である。

【0086】

図９は、第１走査及び第２走査のそれぞれにおける被走査領域Ｒの例を示す図である。レーダ２ａは、第１走査を行うに際して、例えば図９の（ａ）に示すように監視領域Ｒａを走査していき、方向Ｌ１を走査したときに高強度物体Ｊ１を検知する。この高強度物体Ｊ１は、列車等と衝突する危険性のない安全領域Ｒｓに予め設置されている物体であり、例えば配電盤である。第１走査では、受信信号に周波数分解能の比較的高い第１窓関数が適用されるため、高強度物体Ｊ１の位置は比較的正確に把握される。一方、第１窓関数の適用により受信信号のダイナミックレンジは狭められるため、高強度物体Ｊ１の反射波の影響によって、例えば図９の（ａ）に示す低強度物体Ｊ２は検知されなくなる。この低強度物体Ｊ２は、列車等と衝突する危険性のある危険領域Ｒｃに存在しており、警報を発する必要がある。

【0087】

第２走査において、レーダ２ａは、例えば図９の（ｂ）に示すように物体推定装置１の制御の下、先に第１走査で検知された高強度物体Ｊ１の存在する方向Ｌ１を含む領域Ｒｐを避けて監視領域Ｒａを再走査する。その結果、上述した低強度物体Ｊ２は、高強度物体Ｊ１の反射波の影響を受けることない。また、第２走査においては受信信号にダイナミックレンジの比較的広い第２窓関数が適用されるため、この低強度物体Ｊ２は、比較的反射強度が低くても検知される。

【0088】

次に、プロセッサ１１は、図８に示す通り、走査が一巡したか否かを判断する（ステップＳ２０９）。走査が一巡していない、と判断する場合（ステップＳ２０９；ＮＯ）、プロセッサ１１は、処理をステップＳ２０１に戻す。

【0089】

一方、走査が一巡した、と判断する場合（ステップＳ２０９；ＹＥＳ）、プロセッサ１１は、この第２走査の処理を終了する。

【0090】

以上、説明した処理を実行することにより、物体推定装置１は、レーダ２を制御して第１走査を行い、取得した受信信号にハミング窓関数を適用することで高強度物体の位置を検知する。そして、その後、物体推定装置１は、高強度物体の無い場所を再走査する第２走査を行い、再走査の結果をブラックマン窓関数等の第２窓関数で処理するため、第１走査で検知できなかった低強度物体も検知する。

【0091】

また、この物体推定装置１は、第１走査により取得した受信信号のピークを閾値と比較して、閾値以上のピークがないと判断した場合に、走査している方向に高強度物体がないと見做して、ダイナミックレンジが広く低強度物体の検知に適した第２窓関数を受信信号に適用する。

【0092】

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさ及び配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。したがって、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

【0093】

＜変形例＞
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例は組み合わされてもよい。

【0094】

＜１＞
上述した実施形態において、プロセッサ１１は、第１走査の後、第２走査を一回だけ行っているが、第２走査を複数回にわたって繰り返し行ってもよい。この場合、低強度物体の方向が連続して推定される回数が決められた条件を満たさないとき、物体推定装置１は、低強度物体の方向の推定を取り消してもよい。

【0095】

例えば、物体推定装置１は、第１走査の後、第１走査で推定された高強度物体の方向を避けた第２走査を５回行う。そして物体推定装置１は、５回の第２走査のうち３回以上、連続して共通の方向に低強度物体が推定されない場合、つまり連続しても高々３回未満しか推定されなかった方向の情報を取り消す。これにより、物体推定装置１は、受信機器のゆらぎ等による誤検知を検知結果から除外することができる。

【0096】

この変形例における物体推定装置１は、第１物体の方向を推定した後、第２物体の方向を推定する処理を複数回にわたって繰り返し、方向が連続して推定される回数が所定条件を満たさない場合に、推定を取り消す物体推定装置の例である。

【0097】

＜２＞
上述した実施形態において、プロセッサ１１は、第２走査において高強度物体が検知されなかった場合に第２走査を一回のみで打ち切り、高強度物体が検知された場合に改めて高強度物体の方向を推定し直して、その方向を避けるように２回目の第２走査を行ってもよい。この場合、プロセッサ１１は、高強度物体の検知がなくなるまで第２走査を繰り返し行ってもよい。

【0098】

＜３＞
上述した実施形態において、プロセッサ１１は、第１窓関数にハミング窓関数を、第２窓関数にブラックマン窓関数を用いたが、これらの窓関数の選択はこの例に限らない。第１窓関数、及び第２窓関数に適用し得る他の窓関数としては、矩形窓、コサイン窓、ガウス窓、ハン窓、テューキー窓、カイザー窓、及びブラックマン－ハリス窓等をそれぞれ示す窓関数が例示される。

【0099】

＜４＞
上述した実施形態において、プロセッサ１１は、フーリエ変換前の時間領域で、受信信号（原信号）への乗算により窓関数を適用していたが、フーリエ変換後の周波数領域で、畳み込み積分により窓関数を適用してもよい。

【0100】

＜５＞
上述した実施形態において、被走査領域Ｒは方位を変化させる一次元走査によって走査されてもよいし、方位と仰角とを変化させる二次元走査によって走査されてもよい。二次元走査を行う場合、物体推定装置１は、機械駆動によってレーダ２を方位角方向、又は仰角方向のいずれかに回転させてもよい。また、レーダ２は、幅の広いファンビームによって電磁波を仰角方向に送信してもよい。また、レーダ２は、物体で反射された反射波を含む電磁波を受信する際にデジタル・ビームフォーミング（ＤＢＦ； Digital beam forming）を用いることで、指向方向が異なる複数の受信ビームを同時に形成してもよい。

【0101】

＜６＞
上述した実施形態において、プロセッサ１１は、ステップＳ１００で第１走査を、ステップＳ２００で第２走査を、それぞれ行っていたが、ステップＳ１００の中で第２走査を行ってもよい。この場合、プロセッサ１１は、例えば、ステップＳ１０８で第１物体の方向を推定した後、推定したこの第１物体の方向を避けた再走査である第２走査をレーダ２に行わせ、それにより得られた受信信号に対してステップＳ１０９からステップＳ１１１までの処理を行ってもよい。

【0102】

＜７＞
上述した実施形態において、プロセッサ１１の動作は、１つのプロセッサ１１によって成すのみでなく、物理的に離れた位置に存在する複数のプロセッサが協働して成すものであってもよい。また、プロセッサ１１の各動作の順序は上述した順序のみに限定されるものではなく、適宜変更されてもよい。

【0103】

＜８＞
上述した実施形態において、物体推定装置１のプロセッサ１１によって実行されるプログラムは、磁気テープ及び磁気ディスク等の磁気記録媒体、光ディスク等の光記録媒体、光磁気記録媒体、半導体メモリ等の、コンピュータ装置が読取り可能な記録媒体に記憶された状態で提供し得る。また、このプログラムは、インターネット等の通信回線経由でダウンロードされてもよい。

【0104】

上述したプロセッサ１１が実行するプログラムは、コンピュータに、レーダの受信信号に第１窓関数を適用して第１物体の方向を推定するステップと、推定したこの方向を避けて再走査したレーダの再走査受信信号に第１窓関数よりも分解能が低い第２窓関数を適用して第１物体よりも反射強度の低い第２物体の方向を推定するステップと、を実行させるためのプログラムの例である。

【符号の説明】

【0105】

１…物体推定装置、１１…プロセッサ、１１１…指示部、１１２…取得部、１１３…適用部、１１４…変換部、１１５…推定部、１２…メモリ、１３…通信部、２、２ａ、２ｂ…レーダ、２０…アレイアンテナ、２１…発振器、２２…変調部、２３…送信部、２４…切替部、２５…受信部、２６…増幅部、２７…復調部、２８…通信部、３…通信回線、４…管理装置、５、５ａ、５ｂ…遮断機、９…物体推定システム、Ｊ１…高強度物体、Ｊ２…低強度物体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】