特許 7351624 物標検知装置、システム、プログラム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-19

(45)【発行日】2023-09-27

(54)【発明の名称】物標検知装置、システム、プログラム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/34 20060101AFI20230920BHJP

   G01S 13/931 20200101ALI20230920BHJP

【ＦＩ】

G01S13/34

G01S13/931

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019044268

(22)【出願日】2019-03-11

(65)【公開番号】P2020148509

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2022-02-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000191238

【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 優

(72)【発明者】

【氏名】笹原 俊彦

【審査官】安井 英己

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１１５４５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０１３３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２３９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９７６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２６５８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２９８３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０８２９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６５５６３２７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０５６０８５１４（ＵＳ，Ａ）

【文献】特表平０８－５０８３８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２，

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得部と、
異なる送受信周期の前記ビート信号間の差分信号を算出するにあたり、前記異なる送受信周期の前記ビート信号間において、直流近傍以外の周波数成分の振幅を異ならせることにより、前記直流近傍の周波数成分を除去し前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と静止物標との間の距離に対応する周波数成分を維持する差分信号算出部と、
前記差分信号を時間領域から周波数領域へと周波数変換し、前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と前記静止物標との間の距離を計測する物標距離計測部と、
を備えることを特徴とする物標検知装置。

【請求項2】

前記差分信号算出部は、前記差分信号を算出するにあたり、前記異なる送受信周期の前記ビート信号間において、受信開始時刻に対応する時刻をそれぞれ０及びｔ（≠０）とすることにより、前記直流近傍の周波数成分を除去し前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と前記静止物標との間の距離に対応する周波数成分を維持する
ことを特徴とする、請求項１に記載の物標検知装置。

【請求項3】

前記物標距離計測部は、前記差分信号に対するサンプリング周波数及び前記差分信号に対する変調周波数を調整し、前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と前記静止物標との間の距離に対する計測分解能及び計測範囲を調整する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の物標検知装置。

【請求項4】

前記物標距離計測部は、所定距離範囲内に含まれない前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と前記静止物標との間の距離を破棄し出力せず、前記所定距離範囲内に含まれる前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と前記静止物標との間の距離を採用し出力する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の物標検知装置。

【請求項5】

前記物標距離計測部は、前記静止物標の車両の有無を検知する
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の物標検知装置。

【請求項6】

前記ビート信号取得部は、前記ＦＭＣＷレーダの中心周波数に対応する中心波長より短い距離を隔てた複数の前記ＦＭＣＷレーダの前記ビート信号を取得する
ことを特徴とする、請求項５に記載の物標検知装置。

【請求項7】

前記物標距離計測部は、前記静止物標の車両が存在しないときでの前記ビート信号又は前記差分信号の強度を予め記憶し、前記静止物標の車両の有無を検知するときでの前記ビート信号又は前記差分信号の強度と比較し、前記静止物標の車両の有無を検知する
ことを特徴とする、請求項５又は６に記載の物標検知装置。

【請求項8】

前記物標距離計測部は、前記静止物標の車両が存在しないときでの前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と車両以外の前記静止物標との間の距離を予め記憶し、前記静止物標の車両の有無を検知するときでの前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と車両又は車両以外の前記静止物標との間の距離と比較し、前記静止物標の車両の有無を検知する
ことを特徴とする、請求項５から７のいずれかに記載の物標検知装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれかに記載の物標検知装置と、前記ＦＭＣＷレーダのレーダ送受信装置と、を備えることを特徴とする物標検知システム。

【請求項10】

ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得ステップと、
異なる送受信周期の前記ビート信号間の差分信号を算出するにあたり、前記異なる送受信周期の前記ビート信号間において、直流近傍以外の周波数成分の振幅を異ならせることにより、前記直流近傍の周波数成分を除去し前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と静止物標との間の距離に対応する周波数成分を維持する差分信号算出ステップと、
前記差分信号を時間領域から周波数領域へと周波数変換し、前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と前記静止物標との間の距離を計測する物標距離計測ステップと、
を順にコンピュータに実行させるための物標検知プログラム。

【請求項11】

ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得ステップと、
異なる送受信周期の前記ビート信号間の差分信号を算出するにあたり、前記異なる送受信周期の前記ビート信号間において、直流近傍以外の周波数成分の振幅を異ならせることにより、前記直流近傍の周波数成分を除去し前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と静止物標との間の距離に対応する周波数成分を維持する差分信号算出ステップと、
前記差分信号を時間領域から周波数領域へと周波数変換し、前記ＦＭＣＷレーダの送受信装置と前記静止物標との間の距離を計測する物標距離計測ステップと、
を順に備えることを特徴とする物標検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ＦＭＣＷレーダを利用して、静止物標を検知する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ＦＭＣＷレーダを利用して、物標を検知する技術が、特許文献１等に開示されている。ＦＭＣＷレーダ及び超音波センサをそれぞれ利用して、駐車場内の中距離及び近距離の車両をそれぞれ検知する技術が、特許文献２等に開示されている。ＦＭＣＷレーダを利用するにあたり、周波数掃引された送信信号と、物標から反射された受信信号と、の間のビート信号の周波数が低く／高く計測されるほど、物標距離が短く／長く計測される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１２７５２９号公報

【文献】特開２０１７－１３４０１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、近距離の物標を検知するために、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分を除去し、近距離に対応する周波数成分を維持する。ここで、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号は、特許文献１の数６の理論式により表される。よって、直流近傍の周波数成分の電圧値が理想値であるときには、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分を除去することができ、近距離の物標を検知することができる。しかし、物標距離の変化、機器の経年変化又は機器の温度変化等により、直流近傍の周波数成分の電圧値が変動値であるときには、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分をリアルタイムに除去することができず、近距離の物標をリアルタイムに検知することができない。そもそも、周波数掃引幅が電波法で規制されるため、最短計測距離が長めに規制されてしまい、近距離の物標を検知することは困難であると一般的には考えられている。

【0005】

特許文献２では、駐車場内の近距離の車両を検知するために、超音波センサを利用する。公知技術では、駐車場内の近距離の車両を検知するために、埋設型ループコイル又は画像監視カメラを利用する。しかし、超音波センサ、埋設型ループコイル又は画像監視カメラは、設置場所を選ぶため設置が困難である。一方で、ＦＭＣＷレーダは、設置場所を選ばないため設置が容易である。しかし、上述したように、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分をリアルタイムに除去することができず、近距離の物標をリアルタイムに検知することができない。そもそも、上述したように、周波数掃引幅が電波法で規制されるため、最短計測距離が長めに規制されてしまい、近距離の物標を検知することは困難であると一般的には考えられている。

【0006】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、（１）ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分をリアルタイムに除去し、近距離の物標をリアルタイムに検知し、（２）駐車場内の近距離の車両を検知するために、設置場所を選ばないため設置が容易であるＦＭＣＷレーダを利用することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するために、異なる送受信周期のビート信号間の差分信号を算出し、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分をリアルタイムに除去し、近距離の物標をリアルタイムに検知することとした。ここで、移動物標については、異なる送受信周期のビート信号が時間変化するため、単純に差分信号を算出するのみでも、近距離の物標をリアルタイムに検知することができる。しかし、静止物標については、異なる送受信周期のビート信号が時間変化しないため、単純に差分信号を算出するのみでは、近距離の物標をリアルタイムに検知することができない。

【0008】

そこで、異なる送受信周期のビート信号間の差分信号を算出するにあたり、直流近傍の周波数成分を除去し、静止物標距離に対応する周波数成分を維持することとした。例えば、異なる送受信周期のビート信号間において、受信開始時刻に対応する時間原点を異ならせたうえで、差分信号を算出してもよい。或いは、異なる送受信周期のビート信号間において、直流近傍以外の周波数成分の振幅を異ならせたうえで、差分信号を算出してもよい。すると、静止物標についても、近距離の物標をリアルタイムに検知することができる。むろん、移動物標についても、近距離の物標をリアルタイムに検知することができる。

【0009】

具体的には、本開示は、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得部と、異なる送受信周期の前記ビート信号間の差分信号を算出するにあたり、直流近傍の周波数成分を除去し静止物標までの距離である静止物標距離に対応する周波数成分を維持する差分信号算出部と、前記差分信号を周波数変換し、前記静止物標距離を計測する物標距離計測部と、を備えることを特徴とする物標検知装置である。

【0010】

また、本開示は、以上に記載の物標検知装置と、前記ＦＭＣＷレーダのレーダ送受信装置と、を備えることを特徴とする物標検知システムである。

【0011】

また、本開示は、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得ステップと、異なる送受信周期の前記ビート信号間の差分信号を算出するにあたり、直流近傍の周波数成分を除去し静止物標までの距離である静止物標距離に対応する周波数成分を維持する差分信号算出ステップと、前記差分信号を周波数変換し、前記静止物標距離を計測する物標距離計測ステップと、を順にコンピュータに実行させるための物標検知プログラムである。

【0012】

また、本開示は、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号を取得するビート信号取得ステップと、異なる送受信周期の前記ビート信号間の差分信号を算出するにあたり、直流近傍の周波数成分を除去し静止物標までの距離である静止物標距離に対応する周波数成分を維持する差分信号算出ステップと、前記差分信号を周波数変換し、前記静止物標距離を計測する物標距離計測ステップと、を順に備えることを特徴とする物標検知方法である。

【0013】

これらの構成によれば、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分をリアルタイムに除去することができ、近距離の静止物標をリアルタイムに検知することができ、近距離の移動物標もリアルタイムに検知することができる。

【0014】

また、本開示は、前記差分信号算出部は、前記異なる送受信周期の前記ビート信号間において、受信開始時刻に対応する時間原点を異ならせたうえで、前記差分信号を算出することを特徴とする物標検知装置である。

【0015】

この構成によれば、異なる送受信周期のビート信号間の差分信号を算出するにあたり、異なる送受信周期のビート信号間で位相を異ならせることにより、直流近傍の周波数成分を除去することができ、静止物標距離に対応する周波数成分を維持することができる。

【0016】

また、本開示は、前記差分信号算出部は、前記異なる送受信周期の前記ビート信号間において、前記直流近傍以外の周波数成分の振幅を異ならせたうえで、前記差分信号を算出することを特徴とする物標検知装置である。

【0017】

この構成によれば、異なる送受信周期のビート信号間の差分信号を算出するにあたり、異なる送受信周期のビート信号間で振幅を異ならせることにより、直流近傍の周波数成分を除去することができ、静止物標距離に対応する周波数成分を維持することができる。

【0018】

また、本開示は、前記物標距離計測部は、前記差分信号に対するサンプリング周波数及び変調周波数を調整し、前記静止物標距離に対する計測分解能及び計測範囲を調整することを特徴とする物標検知装置である。

【0019】

この構成によれば、差分信号のサンプリング周波数を低周波数に設定することにより、周波数変換の次数を増大させなくても、計測分解能を近距離及び遠距離で向上させることができる。そして、差分信号の変調周波数を低周波数／高周波数に設定することにより、つまり、計測範囲の下限を近距離／遠距離に設定することにより、周波数変換の次数を増大させなくても、計測分解能を近距離／遠距離で向上させることができる。

【0020】

また、本開示は、前記物標距離計測部は、所定距離範囲内に含まれない前記静止物標距離を破棄し出力せず、前記所定距離範囲内に含まれる前記静止物標距離を採用し出力することを特徴とする物標検知装置である。

【0021】

この構成によれば、近距離／遠距離のみを検知対象とするときに、又は、遠距離／近距離に雑音源があるときに、近距離／遠距離のみを採用し出力することができる。

【0022】

また、本開示は、前記物標距離計測部は、前記静止物標の車両の有無を検知することを特徴とする物標検知装置である。

【0023】

この構成によれば、駐車場内の近距離の車両を検知するために、設置場所を選ばないため設置が容易であるＦＭＣＷレーダを利用することができる。

【0024】

また、本開示は、前記ビート信号取得部は、前記ＦＭＣＷレーダの中心周波数に対応する中心波長より短い距離を隔てた複数の前記ＦＭＣＷレーダの前記ビート信号を取得することを特徴とする物標検知装置である。

【0025】

この構成によれば、あるＦＭＣＷレーダにおいてはハイトパターンのヌル点が生じるときであっても、他のＦＭＣＷレーダにおいてはハイトパターンのヌル点が生じることがないため、駐車場内の近距離の車両を確実に検知することができる。

【0026】

また、本開示は、前記物標距離計測部は、前記静止物標の車両が存在しないときでの前記ビート信号又は前記差分信号の強度を予め記憶し、前記静止物標の車両の有無を検知するときでの前記ビート信号又は前記差分信号の強度と比較し、前記静止物標の車両の有無を検知することを特徴とする物標検知装置である。

【0027】

この構成によれば、背景（空間、天井又は地面等）の信号強度と、車両の信号強度と、の相違を認識するため、駐車場内の近距離の車両を確実に検知することができる。

【0028】

また、本開示は、前記物標距離計測部は、前記静止物標の車両が存在しないときでの車両以外の前記静止物標距離を予め記憶し、前記静止物標の車両の有無を検知するときでの車両又は車両以外の前記静止物標距離と比較し、前記静止物標の車両の有無を検知することを特徴とする物標検知装置である。

【0029】

この構成によれば、背景（空間、天井又は地面等）の物標距離と、車両の物標距離と、の相違を認識するため、駐車場内の近距離の車両を確実に検知することができる。

【発明の効果】

【0030】

このように、本開示は、（１）ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分をリアルタイムに除去し、近距離の物標をリアルタイムに検知し、（２）駐車場内の近距離の車両を検知するために、設置場所を選ばないため設置が容易であるＦＭＣＷレーダを利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本開示の物標検知システムの構成を示す図である。

【図2】本開示の物標検知処理の手順を示す図である。

【図3】本開示の物標検知処理の具体例を示す図である。

【図4】本開示の物標検知処理の具体例を示す図である。

【図5】本開示の物標距離計測部の構成を示す図である。

【図6】本開示の静止物標距離の出力を示す図である。

【図7】本開示の物標検知処理の結果を示す図である。

【図8】本開示の車両検知システムの構成を示す図である。

【図9】本開示の車両検知処理の手順を示す図である。

【図10】本開示の車両検知処理の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0033】

本開示の物標検知システムの構成を図１に示す。物標検知システムＳは、物標検知装置１及びＦＭＣＷレーダ送受信装置２から構成される。物標検知装置１は、ビート信号取得部１１、差分信号算出部１２及び物標距離計測部１３から構成され、図２及び図９に示す物標検出プログラムをインストールされる。ＦＭＣＷレーダ送受信装置２は、ＰＬＬ回路２１、発振器２２、分配器２３、増幅器２４、ローパスフィルタ２５、送信アンテナ２６、受信アンテナ２７、増幅器２８、増幅器２９、ミキサ回路３０、キャリブレータ３１Ｉ、３１Ｑ、Ａ／Ｄ変換器３２及び位相変調器３３から構成される。

【0034】

ＰＬＬ回路２１は、物標検知装置１の制御信号により、発振器２２を制御する。発振器２２は、ＰＬＬ回路２１の制御信号により、周波数掃引された送信信号を生成する。分配器２３は、増幅器２４及び増幅器２９に対して、周波数掃引された送信信号を分配する。増幅器２４は、周波数掃引された送信信号を増幅する。ローパスフィルタ２５は、周波数掃引された送信信号から、必要な低周波数成分のみを通過させ、不要な高周波数成分を除去する。送信アンテナ２６は、周波数掃引された送信信号を照射する。

【0035】

受信アンテナ２７は、物標Ｔから反射された反射信号を受信する。増幅器２８は、物標Ｔから反射された反射信号を増幅する。増幅器２９は、周波数掃引された送信信号を増幅する。ミキサ回路３０は、周波数掃引された送信信号ＬＯと、物標Ｔから反射された反射信号ＲＦと、の間のビート信号のＩ、Ｑ成分ＩＦ Ｉ、ＩＦ Ｑを出力する。キャリブレータ３１Ｉ、３１Ｑは、物標検知装置１の制御信号ＤＣ ＣＡＬにより、ビート信号のＩ、Ｑ成分ＩＦ Ｉ、ＩＦ Ｑから直流近傍の周波数成分をある程度除去し、ビート信号のＩ、Ｑ成分ＣＡＬ Ｉ、ＣＡＬ Ｑをダイナミックレンジ内に収める。Ａ／Ｄ変換器３２は、ビート信号のＩ、Ｑ成分ＣＡＬ Ｉ、ＣＡＬ ＱをＡ／Ｄ変換し、ビート信号のＩ、Ｑ成分Ａ／Ｄ Ｉ、Ａ／Ｄ Ｑを出力する。位相変調器３３は、物標検知装置１の制御信号ＤＣ ＣＡＬにより、周波数掃引された送信信号及び物標Ｔから反射された反射信号の位相を変調し、ビート信号のＩ、Ｑ成分ＩＦ Ｉ、ＩＦ Ｑから直流近傍の周波数成分をある程度除去し、ビート信号のＩ、Ｑ成分ＣＡＬ Ｉ、ＣＡＬ Ｑをダイナミックレンジ内に収める。ただし、キャリブレータ３１Ｉ、３１Ｑ及び位相変調器３３は、ビート信号のＩ、Ｑ成分ＣＡＬ Ｉ、ＣＡＬ Ｑをダイナミックレンジ内に収めるのみであり、ビート信号のＩ、Ｑ成分ＩＦ Ｉ、ＩＦ Ｑから直流近傍の周波数成分を完全に除去するわけではない。むしろ、後述するように、差分信号算出部１２が、ビート信号のＩ、Ｑ成分ＩＦ Ｉ、ＩＦ Ｑから直流近傍の周波数成分を完全に除去するのである。

【0036】

本開示の物標検知処理の手順を図２に示す。本開示の物標検知処理の具体例を図３及び図４に示す。ビート信号取得部１１は、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号のＩ、Ｑ成分Ａ／Ｄ Ｉ、Ａ／Ｄ Ｑを取得する（ステップＳ１）。

【0037】

差分信号算出部１２は、異なる送受信周期のビート信号のＩ、Ｑ成分Ａ／Ｄ Ｉ、Ａ／Ｄ Ｑ間の差分信号のＩ、Ｑ成分ＳＵＢ Ｉ、ＳＵＢ Ｑを算出するにあたり、直流近傍の周波数成分を除去し、静止物標距離に対応する周波数成分を維持する（ステップＳ２）。物標距離計測部１３は、差分信号のＩ、Ｑ成分ＳＵＢ Ｉ、ＳＵＢ Ｑを周波数変換し、静止物標距離を計測する（ステップＳ４）。ステップＳ２、Ｓ４については、図３及び図４を用いて説明する。ステップＳ３については、図５を用いて後述する。

【0038】

図３では、差分信号算出部１２は、異なる送受信周期のビート信号のＩ、Ｑ成分Ａ／Ｄ Ｉ、Ａ／Ｄ Ｑ間において、受信開始時刻に対応する時間原点を異ならせたうえで、差分信号のＩ、Ｑ成分ＳＵＢ Ｉ、ＳＵＢ Ｑを算出する（ステップＳ２－１）。

【0039】

具体的には、ビート信号取得部１１は、第１送受信周期の受信開始時刻ｔ_Ｒ１から送信終了時刻ｔ_Ｔ１までのビート信号を取得する。そして、ビート信号取得部１１は、直後の第２送受信周期の受信開始時刻ｔ_Ｒ２から送信終了時刻ｔ_Ｔ２までのビート信号を取得する。ここで、静止物標については、第１、２送受信周期のビート信号は、時間変化しない。そして、第１、２送受信周期のビート信号は、直流近傍のトレンド成分を含む。

【0040】

図３の中段では、差分信号算出部１２は、第１送受信周期のビート信号について、受信開始時刻ｔ_Ｒ１に対応する時刻を０とし、送信終了時刻ｔ_Ｔ１に対応する時刻をｔ_Ｂとする。そして、差分信号算出部１２は、直後の第２送受信周期のビート信号について、受信開始時刻ｔ_Ｒ２に対応する時刻を０とし、送信終了時刻ｔ_Ｔ２に対応する時刻をｔ_Ｂとする。さらに、差分信号算出部１２は、以上のように受信開始時刻ｔ_Ｒ１、ｔ_Ｒ２に対応する時間原点を同一にしたうえで、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を算出する。

【0041】

すると、差分信号算出部１２は、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号において、直流近傍の周波数成分を除去しているとともに、静止物標距離に対応する周波数成分も除去している。よって、物標距離計測部１３は、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を周波数変換しても、静止物標距離を計測することができない。

【0042】

図３の下段では、差分信号算出部１２は、第１送受信周期のビート信号について、受信開始時刻ｔ_Ｒ１に対応する時刻を０とし、送信終了時刻ｔ_Ｔ１に対応する時刻をｔ_Ｂとする。そして、差分信号算出部１２は、直後の第２送受信周期のビート信号について、受信開始時刻ｔ_Ｒ２に対応する時刻をｔ_Ｄとし、送信終了時刻ｔ_Ｔ２に対応する時刻をｔ_Ｂ＋ｔ_Ｄとする。さらに、差分信号算出部１２は、以上のように受信開始時刻ｔ_Ｒ１、ｔ_Ｒ２に対応する時間原点を異ならせたうえで、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を算出する。

【0043】

すると、差分信号算出部１２は、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号において、直流近傍の周波数成分を除去しているものの、静止物標距離に対応する周波数成分を除去していない。よって、物標距離計測部１３は、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を周波数変換すれば、静止物標距離ｄ_Ｓを計測することができる。

【0044】

ここで、受信開始時刻ｔ_Ｒ１、ｔ_Ｒ２に対応する時間原点を異ならせるためには、以下のようにすればよい。つまり、時間ずれｔ_Ｄを小さくし過ぎれば、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号の振幅が小さくなるため、静止物標距離ｄ_Ｓの計測精度が低くなる。一方で、時間ずれｔ_Ｄを大きくし過ぎれば、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号の時間幅が短くなるとともに、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号の交流成分が部分的に除去されるため、静止物標距離ｄ_Ｓの計測精度が低くなる。そこで、時間ずれｔ_Ｄを小さくし過ぎないようにかつ大きくし過ぎないように設定すればよい。

【0045】

なお、移動物標については、第１、２送受信周期のビート信号は、時間変化する。よって、受信開始時刻ｔ_Ｒ１、ｔ_Ｒ２に対応する時間原点を同一にしたうえで、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を算出しても、移動物標距離を計測することができる。むろん、受信開始時刻ｔ_Ｒ１、ｔ_Ｒ２に対応する時間原点を異ならせたうえで、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を算出しても、移動物標距離を計測することができる。

【0046】

このように、図３では、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分をリアルタイムに除去することができ、近距離の静止物標をリアルタイムに検知することができ、近距離の移動物標もリアルタイムに検知することができる。そして、図３では、異なる送受信周期のビート信号間の差分信号を算出するにあたり、異なる送受信周期のビート信号間で位相を異ならせることにより、直流近傍の周波数成分を除去することができ、静止物標距離に対応する周波数成分を維持することができる。

【0047】

図４では、差分信号算出部１２は、異なる送受信周期のビート信号のＩ、Ｑ成分Ａ／Ｄ Ｉ、Ａ／Ｄ Ｑ間において、直流近傍以外の周波数成分の振幅を異ならせたうえで、差分信号のＩ、Ｑ成分ＳＵＢ Ｉ、ＳＵＢ Ｑを算出する（ステップＳ２－２）。

【0048】

具体的には、ビート信号取得部１１は、第１送受信周期の受信開始時刻ｔ_Ｒ１から送信終了時刻ｔ_Ｔ１までのビート信号を取得する。そして、ビート信号取得部１１は、直後の第２送受信周期の受信開始時刻ｔ_Ｒ２から送信終了時刻ｔ_Ｔ２までのビート信号を取得する。ここで、静止物標については、第１、２送受信周期のビート信号は、時間変化しない。そして、第１、２送受信周期のビート信号は、直流近傍のトレンド成分を含む。

【0049】

図４の中段では、差分信号算出部１２は、第１送受信周期のビート信号について、受信開始時刻ｔ_Ｒ１に対応する時刻を０とし、送信終了時刻ｔ_Ｔ１に対応する時刻をｔ_Ｂとする。そして、差分信号算出部１２は、直後の第２送受信周期のビート信号について、受信開始時刻ｔ_Ｒ２に対応する時刻を０とし、送信終了時刻ｔ_Ｔ２に対応する時刻をｔ_Ｂとする。さらに、差分信号算出部１２は、後述のように直流近傍以外の周波数成分の振幅を同一にしたうえで、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を算出する。

【0050】

すると、差分信号算出部１２は、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号において、直流近傍の周波数成分を除去しているとともに、静止物標距離に対応する周波数成分も除去している。よって、物標距離計測部１３は、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を周波数変換しても、静止物標距離を計測することができない。

【0051】

図４の下段では、差分信号算出部１２は、第１送受信周期のビート信号について、受信開始時刻ｔ_Ｒ１に対応する時刻を０とし、送信終了時刻ｔ_Ｔ１に対応する時刻をｔ_Ｂとする。そして、差分信号算出部１２は、直後の第２送受信周期のビート信号について、受信開始時刻ｔ_Ｒ２に対応する時刻を０とし、送信終了時刻ｔ_Ｔ２に対応する時刻をｔ_Ｂとする。さらに、差分信号算出部１２は、後述のように直流近傍以外の周波数成分の振幅を異ならせたうえで、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を算出する。

【0052】

すると、差分信号算出部１２は、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号において、直流近傍の周波数成分を除去しているものの、静止物標距離に対応する周波数成分を除去していない。よって、物標距離計測部１３は、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を周波数変換すれば、静止物標距離ｄ_Ｓを計測することができる。

【0053】

ここで、直流近傍以外の周波数成分の振幅を異ならせるためには、以下のようにすればよい。つまり、第１、２送受信周期のビート信号のうちのいずれかについて、直流近傍の周波数成分をハイパスフィルタ等により一旦粗く除去し、直流近傍以外の周波数成分に１以外の定数を乗算し、ハイパスフィルタ等により一旦粗く除去された直流近傍の周波数成分と、１以外の定数を乗算された直流近傍以外の周波数成分と、を加算すればよい。

【0054】

なお、移動物標については、第１、２送受信周期のビート信号は、時間変化する。よって、直流近傍以外の周波数成分の振幅に１以外の定数を乗算しないで、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を算出しても、移動物標距離を計測することができる。むろん、直流近傍以外の周波数成分の振幅に１以外の定数を乗算したうえで、第１、２送受信周期のビート信号間の差分信号を算出しても、移動物標距離を計測することができる。

【0055】

このように、図４では、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号から、直流近傍の周波数成分をリアルタイムに除去することができ、近距離の静止物標をリアルタイムに検知することができ、近距離の移動物標もリアルタイムに検知することができる。そして、図４では、異なる送受信周期のビート信号間の差分信号を算出するにあたり、異なる送受信周期のビート信号間で振幅を異ならせることにより、直流近傍の周波数成分を除去することができ、静止物標距離に対応する周波数成分を維持することができる。

【0056】

なお、図３及び図４に示した処理のうち、いずれか一方を実行してもよく、両方ともに実行してもよい。ここで、図３及び図４に示した処理のうち、両方ともに実行するときには、一方の処理で物標を検知できなくても、他方の処理で物標を検知する可能性が高い。

【0057】

本開示の物標距離計測部の構成を図５に示す。物標距離計測部１３は、差分信号のＩ、Ｑ成分ＳＵＢ Ｉ、ＳＵＢ Ｑに対するサンプリング周波数及び変調周波数を調整し、静止物標距離に対する計測分解能及び計測範囲を調整する（ステップＳ３）。

【0058】

具体的には、物標距離計測部１３は、ミキサ回路１３１Ｉ、１３１Ｑ、ローパスフィルタ１３２Ｉ、１３２Ｑ、デシメータ／インタポレータ１３３Ｉ、１３３Ｑ及び周波数変換器１３４から構成される。ミキサ回路１３１Ｉ、１３１Ｑは、差分信号のＩ、Ｑ成分ＳＵＢ Ｉ、ＳＵＢ Ｑを所望の変調周波数で変調する。ローパスフィルタ１３２Ｉ、１３２Ｑは、差分信号のＩ、Ｑ成分ＭＯＤ Ｉ、ＭＯＤ Ｑから、必要な低周波数成分のみを通過させる。デシメータ／インタポレータ１３３Ｉ、１３３Ｑは、差分信号のＩ、Ｑ成分ＬＰＦ Ｉ、ＬＰＦ Ｑを所望のサンプリング周波数でサンプリングする。周波数変換器１３４は、差分信号のＩ、Ｑ成分ＳＡＭ Ｉ、ＳＡＭ Ｑを周波数変換する。

【0059】

ここで、周波数計測分解能は、Ｆ_Ｓ／ＦＦＴである（Ｆ_Ｓはサンプリング周波数、ＦＦＴは周波数変換の次数。）。よって、距離計測分解能は、（（Ｆ_Ｓ／ＦＦＴ）×Ｓ_Ｔ×ｃ_０）／（２×Ｆ_Ｗ）である（Ｓ_Ｔは掃引時間幅、ｃ_０は光速、Ｆ_Ｗは掃引周波数幅。）。また、最長計測距離は、（（Ｆ_Ｓ／２）×Ｓ_Ｔ×ｃ_０）／（２×Ｆ_Ｗ）である。なお、最短計測距離は、一般的にｃ_０／（２×Ｆ_Ｗ）であるが、本開示は実質的に０である（図７及び図１０を参照。）。

【0060】

よって、計測範囲を近距離に限定するならば、最長計測距離の数式中のサンプリング周波数Ｆ_Ｓを小さくすればよく、距離計測分解能を向上させることができる。しかし、計測範囲を遠距離に拡張するならば、最長計測距離の数式中のサンプリング周波数Ｆ_Ｓを大きくすればよいが、距離計測分解能を向上させることができない。そこで、計測範囲を遠距離に拡張するときに、距離計測分解能を向上させるために、計測範囲の下限を０から有限値へと変更したうえで、（計測範囲の下限からの）最長計測距離の数式中のサンプリング周波数Ｆ_Ｓを大きくし過ぎなければよい。そして、計測範囲の下限を０から有限値へと変更するために、ミキサ回路１３１Ｉ、１３１Ｑは、差分信号のＩ、Ｑ成分ＳＵＢ Ｉ、ＳＵＢ Ｑを所望の変調周波数で変調し、ローパスフィルタ１３２Ｉ、１３２Ｑは、差分信号のＩ、Ｑ成分ＭＯＤ Ｉ、ＭＯＤ Ｑから、必要な低周波数成分のみを通過させる。

【0061】

このように、差分信号のサンプリング周波数を低周波数に設定することにより、周波数変換の次数を増大させなくても、計測分解能を近距離及び遠距離で向上させることができる。そして、差分信号の変調周波数を低周波数／高周波数に設定することにより、つまり、計測範囲の下限を近距離／遠距離に設定することにより、周波数変換の次数を増大させなくても、計測分解能を近距離／遠距離で向上させることができる。

【0062】

本開示の静止物標距離の出力を図６に示す。物標距離計測部１３は、所定距離範囲内に含まれない静止物標距離を破棄し出力しない（ステップＳ５においてＮＯ及びステップＳ６）。一方で、物標距離計測部１３は、所定距離範囲内に含まれる静止物標距離を採用し出力する（ステップＳ５においてＹＥＳ及びステップＳ７）。

【0063】

図６の左欄では、近距離のみを検知対象（図８の車両Ｖ等。）とするとき、又は、遠距離に雑音源（図８の空間、地面Ｇ又は天井Ｒ等。）があるときを示す。ここで、物標距離計測部１３は、物標距離閾値ｄ_Ｔｈより短距離の所定距離範囲内に含まれない静止物標距離ｄ_Ｓ２を破棄し出力しない。一方で、物標距離計測部１３は、物標距離閾値ｄ_Ｔｈより短距離の所定距離範囲内に含まれる静止物標距離ｄ_Ｓ１を採用し出力する。

【0064】

図６の右欄では、遠距離のみを検知対象（図８の車両Ｖ等。）とするとき、又は、近距離に雑音源（図８の空間、地面Ｇ又は天井Ｒ等。）があるときを示す。ここで、物標距離計測部１３は、物標距離閾値ｄ_Ｔｈより遠距離の所定距離範囲内に含まれない静止物標距離ｄ_Ｓ１を破棄し出力しない。一方で、物標距離計測部１３は、物標距離閾値ｄ_Ｔｈより遠距離の所定距離範囲内に含まれる静止物標距離ｄ_Ｓ２を採用し出力する。

【0065】

このように、近距離／遠距離のみを検知対象とするときに、又は、遠距離／近距離に雑音源があるときに、近距離／遠距離のみを採用し出力することができる。

【0066】

本開示の物標検知処理の結果を図７に示す。物標Ｔは、初期段階では送信アンテナ２６及び受信アンテナ２７のアンテナ面近傍に存在し、中期段階では物標検知システムＳから徐々に離れ、終期段階では物標検知システムＳへと急速に近づく。

【0067】

すると、物標距離計測部１３が計測した物標距離は、物標Ｔの上述の動作を再現している。特に、物標距離計測部１３が計測した物標距離は、物標Ｔの距離０を再現している。これは、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号において、直流近傍の周波数成分が除去された後に、交流の周波数成分が残留していないからである。

【0068】

本開示の車両検知システムの構成を図８に示す。物標距離計測部１３は、静止物標の車両Ｖの有無を検知する。ビート信号取得部１１は、ＦＭＣＷレーダの中心周波数に対応する中心波長λ_Ｃより短い距離ｄを隔てた複数のＦＭＣＷレーダのビート信号を取得する。

【0069】

図８の第１段では、複数の物標検知システムＳ－１、Ｓ－２は、駐車場の地面Ｇに埋め込まれる。車両Ｖの駐車前では、送信信号は、空間に照射され、物標距離は、０となる（反射信号が反射されないため。）。車両Ｖの駐車時では、送信信号は、車両Ｖの底面に照射され、物標距離は、駐車場の地面Ｇから車両Ｖの底面までの距離となる。

【0070】

図８の第２段では、複数の物標検知システムＳ－１、Ｓ－２は、駐車場の天井Ｒに埋め込まれる。車両Ｖの駐車前では、送信信号は、駐車場の地面Ｇに照射され、物標距離は、駐車場の天井Ｒから地面Ｇまでの距離となる。車両Ｖの駐車時では、送信信号は、車両Ｖの上面に照射され、物標距離は、駐車場の天井Ｒから車両Ｖの上面までの距離となる。

【0071】

図８の第３段では、複数の物標検知システムＳ－１、Ｓ－２は、駐車場の車止めＣに埋め込まれる。車両Ｖの駐車前では、送信信号は、空間に照射され、物標距離は、０となる（反射信号が反射されないため。）。車両Ｖの駐車時では、送信信号は、車両Ｖのタイヤに照射され、物標距離は、駐車場の車止めＣから車両Ｖのタイヤまでの距離となる。

【0072】

図８の第４段では、複数の物標検知システムＳ－１、Ｓ－２は、ドライブスルーの販売窓Ｗに埋め込まれる。車両Ｖの進入前では、送信信号は、空間に照射され、物標距離は、０となる（反射信号が反射されないため。）。車両Ｖの進入時では、送信信号は、車両Ｖの側面に照射され、物標距離は、販売窓Ｗから車両Ｖの側面までの距離となる。

【0073】

このように、図８では、物標距離は、かなり短距離である。しかも、車両Ｖの各部の材質は、鉄及び／又はアルミ等である。よって、反射強度は、かなり高強度である。すると、ハイトパターンのヌル点が生じやすく、車両Ｖの存在の失報が生じやすい。

【0074】

そこで、複数の物標検知システムＳ－１、Ｓ－２が、ＦＭＣＷレーダの中心周波数に対応する中心波長λ_Ｃより短い距離ｄを隔てて設置される。複数の物標検知システムＳ－１、Ｓ－２のうち、あるシステムにおいてはハイトパターンのヌル点が生じるときであっても、他のシステムにおいてはハイトパターンのヌル点が生じることがない。

【0075】

このように、駐車場内の近距離の車両Ｖを検知するために、設置場所を選ばないため設置が容易であるＦＭＣＷレーダを利用することができる。そして、ハイトパターンのヌル点を回避することができ、駐車場内の近距離の車両Ｖを確実に検知することができる。

【0076】

本開示の車両検知処理の手順を図９に示す。まず、物標距離計測部１３は、静止物標の車両Ｖが存在しないときでのビート信号又は差分信号の強度を予め記憶しておく（ステップＳ１１）。次に、物標距離計測部１３は、静止物標の車両Ｖが存在しないときでの車両Ｖ以外の静止物標距離を予め記憶しておく（ステップＳ１２）。

【0077】

図８の第１段では、車両Ｖの駐車前では、信号強度は、ほぼ０であり、物標距離は、０となる。図８の第２段では、車両Ｖの駐車前では、信号強度は、車両Ｖの駐車時より低く、物標距離は、駐車場の天井Ｒから地面Ｇまでの距離となる。図８の第３段では、車両Ｖの駐車前では、信号強度は、ほぼ０であり、物標距離は、０となる。図８の第４段では、車両Ｖの進入前では、信号強度は、ほぼ０であり、物標距離は、０となる。

【0078】

そして、物標距離計測部１３は、静止物標の車両Ｖの有無を検知するときでのビート信号又は差分信号の強度を計測する（ステップＳ１３）。さらに、物標距離計測部１３は、静止物標の車両Ｖの有無を検知するときでの車両Ｖ又は車両Ｖ以外の静止物標距離を計測する（ステップＳ１４）。すると、物標距離計測部１３は、記憶強度と計測強度とを比較し（ステップＳ１５）、静止物標の車両Ｖの有無を検知することができる（ステップＳ１７、Ｓ１８）。さらに、物標距離計測部１３は、記憶距離と計測距離とを比較し（ステップＳ１６）、静止物標の車両Ｖの有無を検知することができる（ステップＳ１７、Ｓ１８）。

【0079】

図８の第１段では、車両Ｖの駐車時では、信号強度は、車両Ｖの駐車前より高く、物標距離は、駐車場の地面Ｇから車両Ｖの底面までの距離となる。図８の第２段では、車両Ｖの駐車時では、信号強度は、車両Ｖの駐車前より高く、物標距離は、駐車場の天井Ｒから車両Ｖの上面までの距離となる。図８の第３段では、車両Ｖの駐車時では、信号強度は、車両Ｖの駐車前より高く、物標距離は、駐車場の車止めＣから車両Ｖのタイヤまでの距離となる。図８の第４段では、車両Ｖの進入時では、信号強度は、車両Ｖの進入前より高く、物標距離は、販売窓Ｗから車両Ｖの側面までの距離となる。

【0080】

よって、車両Ｖの駐車時では、計測強度が記憶強度と低い相関を有し（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、計測距離が記憶距離と低い相関を有し（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、車両Ｖが存在することが検知される（ステップＳ１７）。一方で、車両Ｖの駐車前では、計測強度が記憶強度と高い相関を有し（ステップＳ１５においてＮＯ）、計測距離が記憶距離と高い相関を有し（ステップＳ１６においてＮＯ）、車両Ｖが存在しないことが検知される（ステップＳ１８）。なお、強度相関及び距離相関のうち、両方が高いときのみならず、一方のみが高いときであっても、車両Ｖが存在しないことが検知される。

【0081】

車両検知が続行されるときには（ステップＳ１９においてＹＥＳ）、ステップＳ１３～Ｓ１８の処理が実行される。車両検知が続行されないときには（ステップＳ１９においてＮＯ）、ステップＳ１３～Ｓ１８の処理が中止される。なお、背景強度及び背景距離が時間変化することを考慮して、記憶強度及び記憶距離を更新してもよい。また、ハイトパターンのヌル点が生じることを考慮して、強度相関及び距離相関を評価してもよい。

【0082】

このように、背景（空間、天井Ｒ又は地面Ｇ等）の信号強度と、車両Ｖの信号強度と、の相違を認識するため、駐車場内の近距離の車両Ｖを確実に検知することができる。そして、背景（空間、天井Ｒ又は地面Ｇ等）の物標距離と、車両Ｖの物標距離と、の相違を認識するため、駐車場内の近距離の車両Ｖを確実に検知することができる。

【0083】

本開示の車両検知処理の結果を図１０に示す。車両Ｖは、初期段階では駐車場に存在せず、中期段階では車止めＣに近づき、終期段階では車止めＣに触れる。

【0084】

すると、物標距離計測部１３が計測した車両距離は、車両Ｖの上述の動作を再現している。特に、物標距離計測部１３が計測した車両距離は、車両Ｖの距離０を再現している。これは、ＦＭＣＷレーダの送受信信号間のビート信号において、直流近傍の周波数成分が除去された後に、交流の周波数成分が残留していないからである。

【産業上の利用可能性】

【0085】

本開示の物標検知装置、システム、プログラム及び方法は、駐車場内の近距離の車両又は物流センタ内の近距離の荷物等を検知する用途において、適用することができる。

【符号の説明】

【0086】

Ｓ、Ｓ－１、Ｓ－２：物標検知システム
Ｔ：物標
Ｖ：車両
Ｃ：車止め
Ｇ：地面
Ｒ：天井
Ｗ：販売窓
１：物標検知装置
２：ＦＭＣＷレーダ送受信装置
１１：ビート信号取得部
１２：差分信号算出部
１３：物標距離計測部
２１：ＰＬＬ回路
２２：発振器
２３：分配器
２４：増幅器
２５：ローパスフィルタ
２６：送信アンテナ
２７：受信アンテナ
２８：増幅器
２９：増幅器
３０：ミキサ回路
３１Ｉ、３１Ｑ：キャリブレータ
３２：Ａ／Ｄ変換器
３３：位相変調器
１３１Ｉ、１３１Ｑ：ミキサ回路
１３２Ｉ、１３２Ｑ：ローパスフィルタ
１３３Ｉ、１３３Ｑ：デシメータ／インタポレータ
１３４：周波数変換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】