本發(fā)明涉及一種使用毫米波的雷達模塊、搭載了雷達模塊的輸送設備以及物體識別方法。

背景技術：

以往，利用信息通信技術來實現(xiàn)解決道路交通上的問題的智能交通系統(tǒng)(ITS：Intelligent Transport Systems)的開發(fā)在不斷進行。在該領域中，例如，使用傳感器來檢測汽車周圍環(huán)境(例如周圍的汽車、行人、障礙物等)，根據(jù)檢測結果來進行用于避免或減輕危險的安全輔助動作(例如警告、制動控制等)的技術被實用化。

作為該傳感器之一，已知一種使用波長為1～10mm(頻率：30～300GHz)的毫米波的雷達(所謂毫米波雷達)。毫米波雷達使用電波，因此具有即使在雨、霧等惡劣天氣下也能夠確保固定的靈敏度這種優(yōu)點。毫米波雷達將發(fā)送信號(電波)向汽車周圍發(fā)送，接收并解析由檢測對象的物體(以下“目標物體”)反射的反射信號(反射波)，由此能夠獲取與周圍環(huán)境有關的信息(目標物體的位置(距離、方位)、相對速度等)。

以避免車禍為目的，毫米波傳感器主要用于車輛檢測而普及。并且，近年來，為了分離地檢測汽車等人工制品與行人(人)，使用了寬頻帶的79GHz頻帶(77～81GHz)的毫米波的高分辨率的毫米波雷達不斷實用化。例如在專利文獻1、2中公開了使用反射信號的接收功率的偏差(分散、標準偏差等)來判斷是否為人的技術。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2013-167554號公報

專利文獻2：日本特開2013-96915號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在專利文獻1、2中，如果反射信號的接收功率的偏差(例如分散值)與基準值相比更大則判斷為目標物體為人。然而，接收功率的偏差因信號量與噪聲量的比(SNR：信噪比)的不同而發(fā)生變化。例如即使目標物體為人工制品，在低SNR環(huán)境下接收功率的偏差也變大。因此，基準值的適當?shù)脑O定變得困難，盡管目標物體為人工制品，也有可能錯誤地檢測為人。

本發(fā)明的目的在于，提供一種即使在低SNR環(huán)境下也能夠高精度地識別目標物體是否為人的雷達模塊、輸送設備以及物體識別方法。

用于解決課題的手段

本發(fā)明所涉及的雷達模塊的特征在于，具備：

發(fā)送天線；

接收天線；

信號源，其生成發(fā)送信號；

發(fā)送部，其經(jīng)由上述發(fā)送天線將上述發(fā)送信號向目標物體發(fā)送；

接收部，其經(jīng)由上述接收天線來接收上述發(fā)送信號被目標物體反射而產(chǎn)生的反射信號；

信號處理部，其根據(jù)從上述接收部輸出的接收信號來進行信號處理；以及

外部接口，其輸出由上述信號處理部得到的信息，

上述信號處理部計算上述接收信號的接收功率的平均值和分散值，使用計算出的平均值和分散值來識別上述目標物體。

本發(fā)明所涉及的輸送設備的特征在于，具備：

上述雷達模塊；以及

安全運轉輔助動作部，其根據(jù)從上述雷達模塊輸出的信息，進行用于避免或減輕危險的動作。

本發(fā)明所涉及的物體識別方法是，發(fā)送預定的發(fā)送信號并接收上述發(fā)送信號由目標物體反射而產(chǎn)生的反射信號的雷達裝置中的物體識別方法，其特征在于，具備：

第一步驟，取得基于上述反射信號的接收功率；

第二步驟，計算上述接收功率的平均值；

第三步驟，計算上述接收功率的分散值；以及

第四步驟，使用上述平均值和上述分散值來識別上述目標物體。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，利用人的RCS成為指數(shù)分布這一情況，使用反射波的接收功率的平均值和分散值來識別目標物體，因此即使在低SNR環(huán)境下也能夠高精度地識別目標物體是否為人。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個實施方式所涉及的汽車的與安全運轉輔助有關的控制系統(tǒng)的框圖。

圖2是表示雷達模塊的檢測范圍的圖。

圖3是搭載于汽車的雷達模塊的框圖。

圖4是表示人判斷部中的物體識別處理的一例的流程圖。

圖5是表示目標物體為人的情況下和目標物體為人工制品的情況下的判斷指標的變化的圖。

圖6是表示目標物體為人的情況下和目標物體為人工制品的情況下的接收功率的測定結果(分布狀態(tài))的直方圖。

具體實施方式

以下，根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。在本實施方式中，作為本發(fā)明所涉及的輸送設備而舉例說明汽車。

圖1是本發(fā)明的一個實施方式所涉及的汽車1的與安全運轉輔助有關的控制系統(tǒng)的框圖。如圖1所示，汽車1具備雷達模塊10和安全運轉輔助動作部20。

雷達模塊10例如為使用79GHz帶(頻帶)的毫米波的FMCW(調頻連續(xù)波)方式的毫米波雷達。例如圖2所示，雷達模塊10配置于汽車的前保險杠、后保險杠。在圖2中示出在前保險杠的車寬方向中央部和后保險杠的車寬方向兩側部上配置了雷達模塊10的情況下的檢測范圍。由此，能夠檢測存在于駕駛員的盲區(qū)的目標物體。

雷達模塊10檢測汽車1的周圍環(huán)境(例如周圍的汽車、行人、障礙物等)，并將與周圍環(huán)境有關的信息輸出到安全運轉輔助動作部20。在與周圍環(huán)境有關的信息中包含目標物體的有無、到目標物體為止的距離以及目標物體的識別結果(是否為人)。

安全運轉輔助動作部20根據(jù)從雷達模塊10輸出的與周圍環(huán)境有關的信息，來進行用于避免或減輕危險的安全運轉輔助動作。在后文中說明具體的安全運轉輔助動作。

圖3是搭載于汽車1中的雷達模塊10的框圖。如圖3所示，雷達模塊10具備：信號源11、發(fā)送部12、發(fā)送天線13、接收天線14、接收部15、信號處理部16以及外部接口17等。

在雷達模塊10中，能夠應用將信號源11、發(fā)送部12、接收部15、信號處理部16、和I/O端口(省略圖示)配置在一塊基板上而得的單片IC。發(fā)送天線13和接收天線14例如由形成于印刷電路板上的銅箔圖案而構成。在具有發(fā)送天線13和接收天線14的印刷電路板上安裝有具有信號源11等的單片IC、IC外置部件以及外部接口17等。而且，該印刷電路板由屏蔽罩覆蓋，由此構成雷達模塊10。

信號源11通過對電壓控制振蕩器(VCO：壓控振蕩器)的控制電壓附加三角波的調制信號，由此生成頻率調制(FM：調頻)過的發(fā)送信號。

發(fā)送部12包括定向耦合器，該定向耦合器例如將發(fā)送信號輸出到發(fā)送天線13并且將發(fā)送信號的一部分分配至接收部15。

發(fā)送天線13將發(fā)送信號作為發(fā)送波在汽車1的周圍發(fā)射。當?shù)竭_目標物體時，發(fā)送波對應于目標物體的反射率進行反射。

接收天線14接收由目標物體反射而生成的反射信號，并輸出到接收部15。

接收部15包括混頻器(mixer)，該混頻器例如將從接收天線14輸出的反射信號與從發(fā)送部12(定向耦合器)輸出的發(fā)送信號進行混合而生成拍頻(beat)信號(接收信號)。接收部15將所生成的拍頻信號輸出到信號處理部16。

信號處理部16具有頻率解析部161、物體檢測部162以及人判斷部163。

頻率解析部161對通過AD轉換器(省略圖示)而數(shù)字化的拍頻信號執(zhí)行快速傅里葉變換(FFT：快速傅里葉變換)等處理而進行頻率解析。

物體檢測部162根據(jù)通過頻率解析部161計算出的拍頻信號的頻率分布(拍頻的峰)來檢測目標物體，并且計算出直到檢測出的目標物體為止的距離以及與目標物體之間的相對速度。

人判斷部163根據(jù)檢測出目標物體的拍頻信號的接收功率(接收電力)來判斷檢測出的目標物體是否為人。在后文中說明人判斷部163中的物體識別處理。

通過信號處理部16生成的與周圍環(huán)境有關的信息經(jīng)由外部接口17被輸出到安全運轉輔助動作部20。

圖4是表示人判斷部163中的物體識別處理的一例的流程圖。圖4示出的物體識別處理隨著例如在物體檢測部162中新檢測出目標物體而開始。此外，被輸入到信號處理部16中的拍頻信號在規(guī)定期間被存儲到存儲部(省略圖示)。

在步驟S101中，人判斷部163取得多個檢測出目標物體的拍頻信號的接收功率Pr。為了得到接收功率Pr的穩(wěn)定的分布，優(yōu)選取得數(shù)據(jù)數(shù)為7個以上。

在步驟S102中，人判斷部163計算接收功率Pr的平均值E。

在步驟S103中，人判斷部163計算接收功率Pr的分散值V。

在步驟S104中，人判斷部163將平均值E的平方與分散值V進行比較。在將平均值E的平方除以分散值V而得到的判斷指標E²/V小于第一基準值S1的情況下，處理轉移到步驟S105。在判斷指標E²/V為第一基準值S1以上的情況下，處理轉移到步驟S106?！暗谝换鶞手礢1”是用于根據(jù)判斷指標E²/V來識別目標物體的值，設定為1左右。

在步驟S105中，人判斷部163判斷為檢測出的目標物體為“人”。

在步驟S106中，人判斷部163判斷為檢測出的目標物體為“人工制品”。

另外，用以下式(1)表示自由空間中的雷達的接收功率Pr。

[式1]

$P_r=\frac{P_t{G}^2{\mathrm{\λ}}^2\mathrm{\σ}}{{\left(4n\right)}^3{R}^4}...\left(1\right)$

P_t：發(fā)送功率

G：天線增益

λ：波長

σ：雷達截面積(RCS：Radar Cross Section)

R：到目標物的距離

在式(1)中，雷達截面積(雷達反射截面積)(RCS)σ以外的項被考慮為固定值，因此接收功率Pr與RCS成正比。在目標物體為人的情況下，人的表面進行振動，因此RCS不會成為固定值而發(fā)生變動。當假設為RCS遵從于指數(shù)分布時，接收功率Pr也遵從于指數(shù)分布。此外，目標物體為人的情況下的接收功率Pr接近指數(shù)分布這一情況，通過實驗來確認。

圖6是表示目標物體為人的情況下和為人工制品(在此為反射器)的情況下的接收功率的測量結果(分布狀態(tài))的直方圖。根據(jù)圖6可知，反射器的測定數(shù)據(jù)的分布接近于萊斯分布、且人的測定數(shù)據(jù)的分布接近于瑞利分布。由此，也可以考慮為目標物體為人的情況下的接收功率Pr遵從于指數(shù)分布。

因而，在目標物體為人的情況下，理想地，接收功率Pr的平均值E的平方與分散值V相等，成為E²/V＝1。如圖5所示，該關系不論SNR如何均為固定。

另一方面，在目標物體為人以外的人工制品(車輛等)的情況下，考慮為RCS成為固定值。在該情況下，接收功率Pr的偏差與SNR對應地發(fā)生變動，接收功率Pr的平均值E的平方明顯大于分散值V，成為E²/V>1(參照圖5)。

由此，通過將接收功率Pr的平均值E的平方與分散值V的比E²/V用作判斷指標，能夠高精度地判斷目標物體是人還是人以外的人工制品。另外，如圖5所示，在目標物體為人的情況下的判斷指標E²/V以及目標物體為人工制品的情況下的判斷指標E²/V較大地偏離，因此能夠容易地設定適當?shù)牡谝换鶞手礢1。

這樣，雷達模塊10具備：發(fā)送天線13；接收天線14；信號源11，其生成發(fā)送信號；發(fā)送部12，其經(jīng)由發(fā)送天線13將發(fā)送信號向目標物體發(fā)送；接收部15，其經(jīng)由接收天線14接收發(fā)送信號被目標物體反射而產(chǎn)生的反射信號；信號處理部16，其根據(jù)從接收部15輸出的接收信號(拍頻信號)來進行信號處理；以及外部接口17，其輸出由信號處理部16得到的信息。信號處理部16(人判斷部163)計算接收信號的接收功率Pr的平均值E和分散值V，并使用計算出的平均值E和分散值V來識別目標物體。

具體地說，信號處理部16(人判斷部163)將接收功率Pr的平均值E的平方與分散值V進行比較，在將平均值E的平方除以分散值V而得到的判斷指標E²/V小于設定為1左右的第一基準值S1的情況下，判斷為目標物體為人。

根據(jù)雷達模塊10，利用人的RCS成為指數(shù)分布這一情況，使用接收信號的接收功率Pr的平均值E和分散值V來識別目標物體，因此即使在低SNR環(huán)境下也能夠高精度地識別目標物體是否為人。

將由雷達模塊10的人判斷部163得到的目標物體的識別結果連同目標物體的有無、到目標物體的距離等一起，作為與周圍環(huán)境有關的信息而輸出到安全運轉輔助部20。安全運轉輔助動作部20根據(jù)與周圍環(huán)境有關的信息來進行用于避免或減輕危險的安全運轉輔助動作。

如圖1所示，安全運轉輔助動作部20具有停止動作部21、運轉動作部22以及警告部23。

停止動作部21根據(jù)與周圍環(huán)境有關的信息來輔助汽車1的停止動作。具體地說，在停止控制部211的控制下，制動器212進行動作，使汽車1自動地減速或停止。由此，能夠迅速地避免危險。

運轉動作部22根據(jù)與周圍環(huán)境有關的信息來輔助汽車1的運轉動作。具體地說，在運轉控制部221的控制下，方向盤(handle)222進行動作，自動地變更汽車1的行駛方向。由此，能夠迅速地避免危險。

警告部23根據(jù)與周圍環(huán)境有關的信息對搭乘人或外部進行警告。具體地說，在警告控制部231的控制下，自動地升起座椅安全帶232，對搭乘人施加刺激。搭乘人察覺由座椅安全帶232引起的觸覺變化，而能夠察知危險。

另外，在警告控制部231的控制下，座椅233振動，對搭乘人施加刺激。搭乘人通過察覺由座椅233引起的觸覺變化而能夠察知危險。

另外，在警告控制部231的控制下，通過顯示部234進行顯示來進行警告。作為顯示部234例如能夠應用車載導航系統(tǒng)等的液晶顯示器、前擋風玻璃、搭乘人所佩戴的眼鏡或平視顯示器、或后視監(jiān)控器等。

顯示部234例如將人所處的方向以2D方式顯示在顯示部234中或對應于到人為止的距離來變更顯示部234的顯示顏色(背景顏色等)(安全：藍→黃→紅：危險)，由此對搭乘人進行警告。搭乘人能夠通過視覺來察知危險。

另外，在警告控制部231的控制下，聲音輸出部(揚聲器)235通過聲音進行警告。搭乘人能夠通過聽覺來察知危險。

另外，在警告控制部231的控制下，無線通信部236對搭乘人或行人所攜帶的便攜式終端(例如智能手機)發(fā)送警告信息。在接收到警告信息的便攜式終端中通過顯示或聲音進行警告。搭乘人或行人根據(jù)來自自己攜帶的便攜式終端的傳遞信息而能夠察知危險。

另外，在警告控制部231的控制下，臭氣產(chǎn)生部237產(chǎn)生臭氣。搭乘人能夠通過嗅覺來察知危險。

并且，也可以通過前燈的駛過、喇叭來察知周圍的危險。另外，也可以與到目標物體為止的距離、目標物體所存在的方向對應地使前燈的照射方式發(fā)生變化。

在汽車1中，根據(jù)與周圍環(huán)境有關的信息，安全運轉輔助動作部20進行上述那樣的動作，因此本車的安全性自不必說，其它車和行人的安全性也顯著提高。

以上，根據(jù)實施方式具體地說明了由本發(fā)明人完成的發(fā)明，但是本發(fā)明并不限定于上述實施方式，能夠在不脫離其宗旨的范圍內進行變更。

例如，作為用于判斷為目標物體為人的判斷指標，還能夠使用將接收功率Pr的平均值E的平方減去分散值V而得到的值(E²-V)。在該情況下，在判斷指標(E²-V)小于設定為0左右的第二基準值的情況下，判斷為目標物體為人。

但是，目標物體為人的情況下的判斷指標(E²-V)與目標物體為人工制品的情況下的判斷指標(E²-V)的偏離幅度小于將E²/V設為判斷指標的情況，設定適當?shù)牡诙鶞手档淖兊美щy，因此作為判斷指標而優(yōu)選使用E²/V。

另外，在雷達模塊10中也可以應用脈沖方式、FSK(Frequency Shift Keying：頻移鍵控)等的除了FMCW方式以外的方式。

另外，本發(fā)明所涉及的雷達模塊除了汽車以外還能夠搭載于鐵路車輛、船舶、飛機等輸送設備或設置于道路上的路側機。在輸送設備上也可以將其它雷達模塊(例如76GHz毫米波雷達)、立體相機等的傳感器進行組合而搭載。通過搭載多個傳感器，能夠更準確地掌握輸送設備的周圍環(huán)境。

本次公開的實施方式所有方面僅是例示，應該考慮為并非具有限制。本發(fā)明的范圍通過權利要求的范圍示出而并非是上述說明，意味著包含與權利要求的范圍均等的意義和范圍內的所有變更。

2014年3月31日申請的特愿2014-072291的日本申請內包含的說明書、附圖以及摘要的公開內容全部被引用于本申請。

附圖標記說明

1：汽車(輸送設備)、

10：雷達模塊、

11：信號源、

12：發(fā)送部、

13：發(fā)送天線、

14：接收天線、

15：接收部、

16：信號處理部、

17：外部接口、

20：安全運轉輔助動作部、

161：頻率解析部、

162：物體檢測部、

163：人判斷部。