雷达装置的校准系统的制作方法

1.本公开涉及对搭载于移动体装置的雷达装置进行校准的雷达装置的校准系统和校准方法。


背景技术：

2.已知为了检测周围的障碍物等而具备雷达装置的移动体装置(例如，参照专利文献1)。雷达装置发送雷达波，接收被一些反射物反射的雷达波，基于接收到的雷达波，来推定反射物的距离和方向。雷达装置为了改变其主波束方向而具备例如包括多个天线元件的阵列天线装置。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2018-059846号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.但是，由于天线元件的制造误差、天线元件间的电磁互耦合、天线元件的间隔的偏差、电路元件的性能偏差等而有可能在所推定的距离和方向上产生误差。为了降低或消除这种误差，需要对雷达装置进行校准。
8.以往，雷达装置的校准仅在其出厂时进行。即使出厂后需要雷达装置的重新校准，也无法简单地进行重新校准。例如，在将雷达装置搭载于移动体装置的情况下，天线装置受到其附近的移动体装置的箱体的影响，有时雷达装置的特性会发生变化。另外，在将雷达装置搭载于移动体装置并长期使用的情况下，产生雷达装置的经年劣化(例如由划痕或凹痕导致的天线罩的变形)，有时雷达装置的特性会发生变化。另外，由于移动体装置的振动，雷达装置的位置发生偏移，雷达装置的箱体产生变形，有时雷达装置的特性会发生变化。根据这种雷达装置的特性的变化，需要雷达装置的重新校准。但是，在雷达装置出厂后，前往顾客的现场对雷达装置单独地进行重新校准在事实上是不可能的。
9.本公开的目的在于提供一种雷达装置的校准系统和校准方法，能够比以往更省力且容易地校准雷达装置。
10.用于解决问题的方面
11.根据本公开的方面所涉及的雷达装置的校准系统，具备：
12.移动体装置，具备所述雷达装置；以及
13.车站装置，具有用于所述移动体装置的预定的停止位置，
14.所述车站装置具备至少1个信号源，所述至少1个信号源设置在所述车站装置的预定的位置，向所述雷达装置发送无线信号，
15.所述雷达装置具备：
16.接收电路，当所述移动体装置在所述车站装置的停止位置停止时，从所述信号源
接收所述无线信号，输出接收信号；
17.信号处理电路，基于所述接收信号，推定以所述雷达装置的位置为基准的所述信号源的距离和方向；以及
18.控制电路，基于以在所述车站装置的停止位置已停止的所述移动体装置的所述雷达装置的位置为基准的所述信号源的已知的距离和方向来校准所述接收电路或所述信号处理电路，以使所述推定出的距离和所述已知的距离的误差最小化，并且使所述推定出的方向和所述已知的方向的误差最小化。
19.由此，能够通过将雷达装置的重新校准所需的构成要素组装到车站装置来比以往更省力且容易地校准雷达装置。
20.根据本公开的方面所涉及的校准系统，
21.所述信号源是反射器，
22.所述雷达装置还具备发送无线信号的发送电路，
23.所述接收电路当所述移动体装置在所述车站装置的停止位置停止时，接收从所述雷达装置发送并且被所述反射器反射的无线信号。
24.由此，能够向雷达装置容易地发送无线信号并校准雷达装置。
25.根据本公开的方面所涉及的校准系统，
26.所述信号源是产生无线信号的发送器，
27.所述雷达装置当所述移动体装置在所述车站装置的停止位置停止时，接收由所述发送器产生的无线信号。
28.由此，能够向雷达装置发送无线信号并校准雷达装置。
29.根据本公开的方面所涉及的校准系统，
30.所述信号源是接收第一无线信号并响应于所述第一无线信号来发送第二无线信号的发送接收器，
31.所述雷达装置还具备发送电路，所述发送电路当所述移动体装置在所述车站装置的停止位置停止时，发送所述第一无线信号，
32.所述接收电路接收响应于所述第一无线信号而从所述发送接收器接收到的所述第二无线信号。
33.由此，能够向雷达装置发送无线信号并校准雷达装置。
34.根据本公开的方面所涉及的校准系统，
35.所述移动体装置具备充电电池，
36.所述车站装置具备充电控制装置，所述充电控制装置当所述移动体装置在所述车站装置的停止位置停止时，为了能够充电而连接到所述移动体装置的充电电池。
37.由此，能够每当对移动体装置进行充电时比以往更省力且容易地校准雷达装置。
38.根据本公开的方面所涉及的校准系统，
39.所述雷达装置具备包括多个天线元件的阵列天线装置，
40.所述控制电路通过计算利用软件信号处理来校正所述各天线元件的接收信号的校正系数来校准所述信号处理电路，以使所述推定出的距离和所述已知的距离的误差最小化，并且使所述推定出的方向和所述已知的方向的误差最小化。
41.由此，当实际上要使用雷达装置来检测移动体装置周围的障碍物等时，能够降低
雷达装置的误差。
42.根据本公开的方面所涉及的校准系统，
43.所述雷达装置还具备包括多个天线元件的阵列天线装置，
44.所述接收电路具备：
45.多个放大器，将所述各天线元件的接收信号以可变的增益放大；以及
46.多个移相器，使所述各天线元件的接收信号的相位以可变的移相量变化，
47.所述控制电路通过计算校正所述各放大器的增益和所述各移相器的移相量的校正系数来校准所述接收电路，以使所述推定出的距离和所述已知的距离的误差最小化，并且使所述推定出的方向和所述已知的方向的误差最小化。
48.由此，当实际上要使用雷达装置来检测移动体装置周围的障碍物等时，能够降低雷达装置的误差。
49.根据本公开的方面所涉及的校准系统，
50.所述校准系统具备多个信号源，所述多个信号源为了以所述停止位置为基准位于相互不同的方向上而设置在所述车站装置的相互不同的多个位置，
51.所述控制电路基于以在所述车站装置的停止位置已停止的所述移动体装置的所述雷达装置的位置为基准的所述各信号源的已知的距离和方向，针对所述多个信号源中的每一信号源来计算校正所述接收信号的校正系数，以使所述推定出的距离和所述已知的距离的误差最小化，并且使所述推定出的方向和所述已知的方向的误差最小化，
52.所述雷达装置还具备与所述各信号源的方向相关联地保存所述校正系数的存储装置，
53.所述雷达装置还具备发送无线信号的发送电路，
54.所述接收电路接收从所述雷达装置发送并且被反射物反射的无线信号，输出接收信号，
55.所述控制电路将与所述多个信号源中的1个信号源相关联的校正系数从所述存储装置读出，使用所述读出的校正系数来校正所述接收信号，
56.所述信号处理电路基于所述校正后的接收信号，推定以所述雷达装置的位置为基准的所述反射物的距离和方向。
57.由此，通过使用多个信号源，能够以比使用1个信号源的情况更高的精度校准雷达装置。
58.根据本公开的方面所涉及的校准方法，是雷达装置的校准方法，包括如下步骤：
59.使具备所述雷达装置的移动体装置停止在用于车站装置的预定的停止位置；
60.从设置在所述车站装置的预定的位置的至少1个信号源向所述雷达装置发送无线信号；
61.通过所述雷达装置的接收电路接收所述无线信号，输出接收信号；
62.通过所述雷达装置的信号处理电路基于所述接收信号来推定以所述雷达装置的位置为基准的所述信号源的距离和方向；以及
63.基于以在所述车站装置的停止位置已停止的所述移动体装置的所述雷达装置的位置为基准的所述信号源的已知的距离和方向来校准所述接收电路或所述信号处理电路，以使所述推定出的距离和所述已知的距离的误差最小化，并且使所述推定出的方向和所述
已知的方向的误差最小化。
64.由此，能够通过将雷达装置的重新校准所需的构成要素组装到车站装置而比以往更省力且容易地校准雷达装置。
65.发明效果
66.根据本公开的方面所涉及的校准系统，能够比以往更省力且容易地校准雷达装置。
附图说明
67.图1是示出第一实施方式所涉及的校准系统的构成的侧视图。
68.图2是示出图1的移动体装置1的构成的框图。
69.图3是示出图2的雷达装置12的构成的框图。
70.图4是示出图2的雷达装置12的变形例的框图。
71.图5是示出图1的充电装置22的构成的框图。
72.图6是示出图1的反射器24的构成的立体图。
73.图7是示出图1的反射器24的第一变形例的立体图。
74.图8是示出图1的反射器24的第二变形例的立体图。
75.图9是示出包括图1的反射器24的第三变形例在内的校准系统的构成的侧视图。
76.图10是用于说明图2的雷达装置12的校准的图。
77.图11是示出由图1的雷达装置12执行的校准处理的流程图。
78.图12是示出在图3的雷达装置12中从天线元件32-1发送的雷达波与用天线元件33-1接收到的雷达波的频率的时间变化的图表。
79.图13是示出从用图3的天线元件33-1接收到的雷达波生成的i/q信号的频率的时间变化的图表。
80.图14是示出从用图3的天线元件33-1接收到的雷达波生成的i/q信号的频率特性的图表。
81.图15是示出由图1的雷达装置12执行的雷达探测处理的流程图。
82.图16是示出第一实施方式的第一变形例所涉及的校准系统的构成的顶视图。
83.图17是示出第二实施方式所涉及的校准系统的构成的顶视图。
84.图18是示出由图17的雷达装置12执行的校准处理的流程图。
85.图19是示出由图17的雷达装置12执行的雷达探测处理的流程图。
86.图20是示出由图17的雷达装置12执行的校准处理的变形例的流程图。
87.图21是示出第三实施方式所涉及的校准系统的雷达装置12b的构成的框图。
88.图22是示出由图21的雷达装置12b执行的校准处理的流程图。
89.图23是示出由图21的雷达装置12b执行的雷达探测处理的流程图。
90.图24是示出第四实施方式所涉及的校准系统的构成的侧视图。
91.图25是示出由图24的雷达装置12执行的校准处理的流程图。
92.图26是示出第五实施方式所涉及的校准系统的构成的侧视图。
93.图27是示出由图26的雷达装置12执行的校准处理的流程图。
94.图28是示出第六实施方式所涉及的校准系统的构成的侧视图。
具体实施方式
95.[应用例]
[0096]
图1是示出第一实施方式所涉及的校准系统的构成的侧视图。图1的校准系统具备移动体装置1和车站装置2。
[0097]
移动体装置1例如是被称为agv(automatic guided vehicle：自动导引车)或aiv(autonomous intelligent vehicle：自主智能车)等的自动搬运车。移动体装置1具备雷达装置12。移动体装置1使用雷达装置12来检测其周围的障碍物等。
[0098]
车站装置2具有用于移动体装置1的预定的停止位置。车站装置2为了移动体装置1准确地停止在停止位置而具有例如根据移动体装置1的箱体的形状形成的引导件。车站装置2例如可以包括充电装置22。在这种情况下，车站装置2的停止位置为了能从充电装置22向移动体装置1传送电力而设定在移动体装置1与充电装置22连结的位置。
[0099]
车站装置2具备至少1个反射器24，所述反射器24设置在车站装置2的预定的位置，向雷达装置12发送无线信号。当移动体装置1在车站装置2的停止位置停止时，反射器24从雷达装置12观看时位于预定的位置。
[0100]
反射器24是向雷达装置12发送无线信号的信号源的一个例子。如后所述，校准系统也可以代替具备反射器24而具备发送器或发送接收器作为信号源。
[0101]
例如如图3所示，雷达装置12至少具备接收电路70、信号处理电路39以及控制电路41。接收电路70当移动体装置1在车站装置2的停止位置停止时，从信号源接收无线信号并输出接收信号。信号处理电路39基于接收信号来推定以雷达装置12的位置为基准的信号源的距离和方向。控制电路41基于以在车站装置2的停止位置已停止的移动体装置1的雷达装置12的位置为基准的信号源的已知的距离和方向，来校准信号处理电路39，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。
[0102]
另外，例如如图21所示，在雷达装置12b的接收电路70b具备具有可变的增益和可变的移相量中的至少一方的射频电路80的情况下，控制电路41b也可以代替校准信号处理电路39b而校准接收电路70b。
[0103]
在本说明书中，“方向”示出方位角和仰角中的至少一方。
[0104]
如前所述，在雷达装置出厂后，有时需要进行雷达装置12的重新校准。根据本公开的实施方式所涉及的校准系统，能够通过将雷达装置12的重新校准所需的构成要素组装到车站装置2来比以往更省力且容易地校准雷达装置12。根据本公开的实施方式所涉及的校准系统，例如，能够每当对移动体装置1进行充电时比以往更省力且容易地校准雷达装置12。
[0105]
[第一实施方式]
[0106]
[第一实施方式的构成]
[0107]
如前所述，图1的校准系统具备移动体装置1和车站装置2。
[0108]
图2是示出图1的移动体装置1的构成的框图。移动体装置1具备控制装置11、雷达装置12、连接器13、充电电池14以及驱动装置15。控制装置11控制移动体装置1整体的动作。雷达装置12检测移动体装置1周围的障碍物等。连接器13如后所述连接到充电装置22的连接器。充电电池14存储经由连接器13从充电装置22供给的电力。驱动装置15通过充电电池14的电力来驱动移动体装置1。
[0109]
图3是示出图2的雷达装置12的构成的框图。雷达装置12具备振荡器31、天线元件32、天线元件33-1～33-n、移相器34-1～34-n、混合器35-1-1～35-n-2、放大器36-1-1～36-n-2、滤波器37-1-1～37-n-2、模拟/数字转换器(adc)38-1-1～38-n-2、信号处理电路39、存储装置40以及控制电路41。
[0110]
振荡器31是产生具有规定频率的射频信号并将发生的射频信号发送到天线元件32的发送电路。振荡器31例如产生具有在时间上逐渐增大或减少的频率的调频信号。振荡器31将产生的射频信号还发送到移相器34-1～34-n。
[0111]
天线元件32将射频信号作为雷达波进行放射。天线元件33-1～33-n接收从天线元件32放射并被一些反射物反射的雷达波。
[0112]
由天线元件33-1接收到的射频信号输入到混合器35-1-1、35-1-2。对混合器35-1-1还输入由振荡器31产生的射频信号。另外，对混合器35-1-2还输入由振荡器31产生并具有由移相器34-1改变了90度的相位的射频信号。由此，混合器35-1-1、35-1-2分别产生中间频率的i信号和q信号。放大器36-1-1将i信号放大。滤波器37-1-1阻止i信号的不必要的频带。模拟/数字转换器38-1-1将模拟的i信号转换为数字信号。放大器36-1-2将q信号放大。滤波器37-1-2阻止q信号的不需要的频带。模拟/数字转换器38-1-2将模拟的q信号转换为数字信号。由此，从模拟/数字转换器38-1输出的i/q信号作为天线元件33-1的接收信号发送到信号处理电路39。
[0113]
与由天线元件33-1接收到的射频信号同样地，由天线元件33-2～33-n接收到的射频信号由混合器35-1-2～35-n-2、移相器34-2～34-n、放大器36-1-2～36-n-2、滤波器37-1-2～37-n-2以及模拟/数字转换器38-1-2～38-n-2处理。由此，从模拟/数字转换器38-2～38-n输出的i/q信号作为天线元件33-2～33-n的接收信号分别发送到信号处理电路39。
[0114]
移相器34-1～34-n、混合器35-1-1～35-n-2、放大器36-1-1～36-n-2、滤波器37-1-1～37-n-2以及模拟/数字转换器38-1-1～38-n-2构成接收电路70。
[0115]
信号处理电路39基于从模拟/数字转换器38-1-1～38-n-2输出的i/q信号来推定反射物的距离和方向，将其通知给移动体装置1的控制装置11。
[0116]
控制电路41控制雷达装置12整体的动作。另外，控制电路41基于从模拟/数字转换器38-1-1～38-n-2输出的i/q信号来计算校准雷达装置12的校正系数，将校正系数保存到存储装置40。校正系数例如包括：校准矩阵c，校正包括天线元件33-1～33-n的阵列天线装置的模式向量(也称为“导向向量”)；以及距离校正系数b，校正从雷达装置12到反射物的推定出的距离。校准矩阵c等价地校正接收信号的振幅和相位。另外，控制电路41将校正系数从存储装置40读出并设定到信号处理电路39。
[0117]
信号处理电路39当由控制电路41设定了校正系数时，通过该电路的软件信号处理来校正接收信号和推定出的距离。
[0118]
图4是示出图2的雷达装置12的变形例的框图。图4的雷达装置12a代替具备图3的控制电路41而具备控制电路41a，还具备数字/模拟转换器(dac)42-1、42-2、滤波器43-1、43-2、移相器44以及混合器45-1、45-2。数字/模拟转换器42-1、42-2在控制电路41a的控制下分别产生规定的基带信号。滤波器43-1、43-2分别阻止基带信号的不需要的频带，经过了滤波器43-1、43-2的基带信号分别输入到混合器45-1、45-2。对混合器45-1进一步输入由振荡器31产生的射频信号。另外，对混合器45-2进一步输入由振荡器31产生并具有由移相器
44改变了90度的相位的射频信号。由此，混合器45-1、45-2分别产生无线频率的i信号和q信号。由此，图4的雷达装置12a对由振荡器31产生的射频信号进行i/q调制后放射。数字/模拟转换器42-1、42-2、滤波器43-1、43-2、移相器44以及混合器45-1、45-2构成发送电路60。
[0119]
参照图1，车站装置2具备台板21、充电装置22、支柱23以及反射器24。充电装置22和支柱23固定于台板21的预定的位置。充电装置22对移动体装置1的充电电池14供给电力。反射器24固定于支柱23。因而，当移动体装置1在车站装置2的停止位置处于停止时，从反射器24到雷达装置12的距离l1是已知的，以雷达装置12为基准的反射器24的方向θ1是已知的。这些已知的距离l1和方向θ1预先保存到雷达装置12的存储装置40。
[0120]
图5是示出图1的充电装置22的构成的框图。充电装置22具备电源装置51、充电控制装置52以及连接器53。电源装置51例如包括商用交流电源设备。充电控制装置52控制从充电装置22向移动体装置1的电力供给。连接器53连接到移动体装置1的连接器13。
[0121]
图6是示出图1的反射器24的构成的立体图。反射器24例如可以构成为包括相互正交的3个反射板。由此，当雷达波从雷达装置12入射到反射器24时，能够将雷达波准确地朝向雷达装置12反射。
[0122]
图7是示出图1的反射器24的第一变形例的立体图。图8是示出图1的反射器24的第二变形例的立体图。图9是示出包括图1的反射器24的第三变形例在内的校准系统的构成的侧视图。图7的反射器24a代替包括图6的四边形的反射板而包括三角形的反射板。图8的反射器24b包括相互正交的2个反射板。图9的反射器24c是球体。并不限于图6～图9所示的反射器，也可以使用其它任意的反射器。
[0123]
[第一实施方式的动作]
[0124]
图10是用于说明图2的雷达装置12的校准的图。天线元件33-1～33-n例如可以构成为以动作波长的1/2的间隔配置的线阵天线装置。在图10中，为了图示的简化，仅示出天线元件33-1～33-4。
[0125]
在图10中，θ1示出当移动体装置1在车站装置2的停止位置处于停止时以雷达装置12为基准的反射器24的方向。在这种情况下，从反射器24入射到雷达装置12的雷达波具有到来方向θ1。在图10的例子中，方向θ1设定为以阵列天线装置的宽侧方向(图10的 y方向)为0度。如前所述，当移动体装置1在车站装置2的停止位置处于停止时，方向θ1是已知的。
[0126]
相对于阵列天线装置的开口面积，从雷达装置12到反射器24的距离设定得足够大。例如，在使用79ghz频带的雷达波的情况下，从雷达装置12到反射器24的距离可以设定为几十cm～几m。由此，从反射器24入射到雷达装置12的雷达波能够视为平面波。当反射器24配置在阵列天线装置的宽侧方向、即θ1＝0的位置时，从反射器24到各天线元件33-1～33-4的距离相互相等，另外，对各天线元件33-1～33-4分别入射同相的雷达波。当反射器24’配置于θ1≠0的位置时，从反射器24’到各天线元件33-1～33-4的距离相互不同，另外，对各天线元件33-1～33-4分别入射具有根据各天线元件33-1～33-4的间隔和方向θ1而不同的相位的雷达波。
[0127]
图11是示出由图1的雷达装置12执行的校准处理的流程图。
[0128]
在步骤s1中，控制电路41检测出移动体装置1在车站装置2的停止位置已停止。控制电路41例如可以当移动体装置1的连接器13和充电装置22的连接器53被相互连接时，判断为移动体装置1在车站装置2的停止位置已停止。在这种情况下，移动体装置1的控制装置
11将移动体装置1的连接器13和充电装置22的连接器53已被相互连接通知给雷达装置12的控制电路41。
[0129]
在步骤s2中，雷达装置12向反射器24发送雷达波，接收被反射器24反射的雷达波。雷达装置12以预定的次数或时间期间发送雷达波，之后停止发送。由此，信号处理电路39分别获取各天线元件33-1～33-n的接收信号。
[0130]
天线元件33-1～33-n的接收信号例如如下所示被模型化。
[0131]
[数学式1]
[0132]
z(t)＝a(θ)
·
y(t) n(t)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0133]
在此，z(t)示出包括各天线元件33-1～33-n的接收信号z1(t)、z2(t)、
…
、zn(t)的接收信号向量。各接收信号z1(t)、
…
、zn(t)具有复数值。a(θ)示出包括天线元件33-1～33-n的阵列天线装置的模式向量。在此，θ示出向雷达装置12入射的雷达波的到来方向。另外，y(t)示出到来波的复振幅。n(t)示出包括各天线元件33-1～33-n的附加高斯噪声的n维噪声向量。
[0134]
[数学式2]
[0135]
z(t)＝[z1(t)，z2(t)，
…
，zn(t)]
t
ꢀꢀꢀ
(2)
[0136]
[数学式3]
[0137][0138]
[数学式4]
[0139]
n(t)＝[n1(t)，n2(t)，
…
，nn(t)]
t
ꢀꢀꢀ
(4)
[0140]
在此，λ示出射频信号的波长。x1、x2、
…
、xn示出各天线元件33-1～33-n的位置(x坐标)。上标t示出向量(或矩阵)的转置。
[0141]
式(3)的模式向量a(θ)基于包括天线元件33-1～33-n的阵列天线装置的设计值被预先计算并被保存到存储装置40。
[0142]
信号处理电路39可以对各天线元件33-1～33-n的接收信号z1(t)、
…
、zn(t)应用汉明窗或布莱克曼(blackman)窗等窗函数。
[0143]
接着，在步骤s3～s5中，雷达装置12作为校准雷达装置12的校正系数，计算校正从雷达装置12到反射物的推定出的距离的距离校正系数b。
[0144]
在步骤s3中，信号处理电路39对各天线元件33-1～33-n的接收信号z1(t)、
…
、zn(t)分别执行fft(fast fourier transform：快速傅里叶变换)，获取频率区域的接收信号z1(f)、
…
、zn(f)。频率区域的接收信号z1(f)、
…
、zn(f)具有复数值，表示频率f中的各接收信号的振幅和相位。在步骤s3中，信号处理电路39还分别提取各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f1)、
…
、zn(fn)。在此，频率区域的接收信号z1(f)的振幅在频率f1时成为最大，频率区域的接收信号z2(f)的振幅在频率f2时成为最大，以下同样地，频率区域的接收信号zn(f)的振幅在频率fn时成为最大。频率区域的接收信号的峰值z1(f1)表示频率f1中的接收信号的振幅和相位。频率区域的其它接收信号的峰值z2(f2)、
…
、zn(fn)也同样地分别表示频率f2、
…
、fn中的各接收信号的振幅和相位。
[0145]
在步骤s4中，信号处理电路39基于已发送的雷达波的频率和接收到的雷达波的频
率之差来推定从雷达装置12到反射器24的距离。
[0146]
图12是在图3的雷达装置12中示出从天线元件32-1发送的雷达波与用天线元件33-1接收到的雷达波的频率的时间变化的图表。在图12的例子中，对振荡器31产生具有从频率f1到f2在时间上线性增大的频率的调频信号的情况进行说明。接收到的雷达波的频率相对于已发送的雷达波的频率具有与从雷达装置12到反射器24的距离相应的延迟时间并变化。因而，已发送的雷达波的频率和接收到的雷达波的频率之差fd根据从雷达装置12到反射器24的距离而变化。当距离增大时，频率之差fd也增大，当距离减少时，频率之差fd也减少。另外，在时刻t2～t3的时间区间，频率之差fd是固定的。
[0147]
图13是示出从用图3的天线元件33-1接收到的雷达波生成的i/q信号的频率的时间变化的图表。已发送的射频信号和接收到的射频信号由混合器35-1-1～35-1-2混合，因此，i/q信号具有固定的频率fd。
[0148]
图14是示出从用图3的天线元件33-1接收到的雷达波生成的i/q信号的频率特性的图表。图14示出信号处理电路39对i/q信号执行fft后的结果。如参照图12所说明的，频率fd根据从雷达装置12到反射器24的距离而变化。因而，能够通过检测在频率区域中表示的i/q信号的信号电平成为最大时的频率来推定从雷达装置12到反射器24的距离。
[0149]
信号处理电路39单独地处理各天线元件33-1～33-n的接收信号。因而，信号处理电路39可以单独地推定从反射器24到各天线元件33-1～33-n的距离。另外，信号处理电路39也可以将按每一天线元件33-1～33-n推定出的n个距离的平均值计算为从雷达装置12到反射器24的推定出的距离。
[0150]
在图2的步骤s5中，控制电路41基于从雷达装置12到反射器24的推定出的距离l
1a
和已知的距离l1来计算距离校正系数b。如前所述，当移动体装置1在车站装置2的停止位置处于停止时，从反射器24到雷达装置12的距离l1是已知的。因而，控制电路41将推定出的距离l
1a
与已知的距离l1之差计算为距离校正系数b。
[0151]
控制电路41可以单独地计算从反射器24到各天线元件33-1～33-n的距离校正系数。在这种情况下，存储装置40预先保存有从反射器24到各天线元件33-1～33-n的已知的距离。
[0152]
接着，在步骤s6～s8中，雷达装置12作为校准雷达装置12的校正系数而计算模式向量的校准矩阵c。
[0153]
式(3)示出理想的模式向量，但在实际上，由于各天线元件33-1～33-n的机械误差和电误差，模式向量具有与式(3)不同的特性。在此，通过下式示出实际的模式向量a
actual
(θ)。
[0154]
[数学式5]
[0155]aactual
(θ)＝ca(θ)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0156]
在此，c是用下式表示的校准矩阵。
[0157]
[数学式6]
[0158]
[0159]
在第一实施方式中，对校准矩阵c用下式表示的情况进行说明。
[0160]
[数学式7]
[0161][0162]
在此，分别示出天线元件33-1～33-n的相位误差。
[0163]
在步骤s6中，信号处理电路39基于各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f1)、
…
、zn(fn)并使用下式来计算相关矩阵r。
[0164]
[数学式8]
[0165]
r＝zzhꢀꢀꢀ
(8)
[0166]
在此，z示出包括各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f1)、
…
、zn(fn)在内的向量。
[0167]
[数学式9]
[0168]
z＝[z1(f1)，z2(f2)，
…
，zn(fn)]
t
ꢀꢀꢀ
(9)
[0169]
另外，上标h示出向量(或矩阵)的复共轭转置。
[0170]
在将雷达波发送多次的情况下，可以计算针对这些雷达波计算出的多个相关矩阵r的平均值，在之后的步骤中使用该平均后的相关矩阵r
ave
。能够通过使用平均后的相关矩阵r
ave
来提高信噪比。
[0171]
在步骤s7中，信号处理电路39如下式这样执行相关矩阵r的固有值分解，提取第一固有向量u1。
[0172]
[数学式10]
[0173]
r＝uλuhꢀꢀꢀ
(10)
[0174]
[数学式11]
[0175]
u＝[u1，u2，
…
，un]
ꢀꢀꢀ
(11)
[0176]
[数学式12]
[0177]
λ＝diag[λ1，λ2，
…
，λn]
ꢀꢀꢀ
(12)
[0178]
在此，u1、
…
、un示出固有向量，λ1、
…
、λn示出固有向量。第一固有向量u1(即，与最大的固有值λ1对应的固有向量)与从雷达装置12发送并且被反射器24反射的雷达波对应。另外，其它固有向量u2、
…
、un与噪声对应。
[0179]
在步骤s8中，控制电路41基于第一固有向量u1和模式向量a(θ1)，计算模式向量的校准矩阵c。
[0180]
各天线元件33-1～33-n的接收信号包含雷达装置12的前端的误差，因此，第一固有向量u1用下式表示。
[0181]
[数学式13]
[0182]
u1＝ca(θ1)
ꢀꢀꢀ
(13)
[0183]
在此，如前所述，θ1当移动体装置1在车站装置2的停止位置处于停止时，示出以雷达装置12的位置为基准的反射器24的方向。
[0184]
因而，校准矩阵c的要素c
pq
(1≤p、q≤n)是基于第一固有向量u1和模式向量a(θ1)用下式表示的。
[0185]
[数学式14]
[0186][0187]
在此，u
p1
(1≤p≤n)示出第一固有向量u1的要素。
[0188]
在步骤s9中，控制电路41将在步骤s5中计算出的距离校正系数b和在步骤s8中计算出的校准矩阵c保存到存储装置40。
[0189]
雷达装置12能够通过执行图11的校准处理来校准信号处理电路39，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。
[0190]
实际上当要使用雷达装置12来检测移动体装置1周围的障碍物等时，雷达装置12执行图15的雷达探测处理。
[0191]
图15是示出由图1的雷达装置12执行的雷达探测处理的流程图。
[0192]
在步骤s11中，雷达装置12发送雷达波，接收被反射物反射的雷达波。
[0193]
在步骤s12中，控制电路41将距离校正系数b和校准矩阵c从存储装置40读出并设定到信号处理电路39。
[0194]
在步骤s13中，信号处理电路39对各天线元件33-1～33-n的接收信号分别执行fft，进而分别提取各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f1)、
…
、zn(fn)。
[0195]
在步骤s14中，信号处理电路39基于已发送的雷达波的频率和接收到的雷达波的频率之差来推定从雷达装置12到反射物的距离。在步骤s15中，信号处理电路39使用距离校正系数b来校正推定出的距离。
[0196]
在步骤s16中，信号处理电路39基于各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f1)、
…
、zn(fn)，使用式(8)来计算相关矩阵r。
[0197]
在步骤s17中，信号处理电路39基于相关矩阵r、模式向量a(θ)以及校准矩阵c来计算评价函数p(θ)。
[0198]
评价函数p(θ)例如是用下式给出的。
[0199]
[数学式15]
[0200][0201]
式(15)示出取决于到来方向θ的入射波的电力。例如，根据被称为波束成形法的到来方向推定法，能够将式(15)作为评价函数使用，使式(15)的变量θ变化，将使评价函数p(θ)最大化时的变量θ的值推定为入射波的到来方向。
[0202]
在步骤s18中，信号处理电路39使用在步骤s17中计算出的评价函数p(θ)来推定以雷达装置12为基准的反射物的方向(方向搜索)。例如，信号处理电路39使变量θ从规定的初始值以预定的步进宽度增加，将使式(15)的评价函数p(θ)最大化时的变量θ的值推定为反射物的方向。
[0203]
之后，信号处理电路39将推定出的距离和方向通知给移动体装置1的控制装置11。
[0204]
步骤s11、s13、s14以及s16与图11的步骤s2、s3、s4以及s6相同。
[0205]
雷达装置12能够通过执行图15的雷达探测处理来准确地检测反射物的距离和方向，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。
[0206]
式(14)的校准矩阵c是在从反射器24向雷达装置12入射的雷达波具有到来方向θ1的情况下计算的。因而，基于式(14)的校准矩阵c计算出的评价函数特别是在方向θ1的附近能够高精度地推定反射物的方向。同样地另外，距离校正系数b也能够特别是在方向θ1的附近高精度地推定反射物的距离。
[0207]
式(7)示出校准矩阵c仅校正接收信号的相位的情况，但校准矩阵也可以构成为校正接收信号的振幅和相位。
[0208]
图16是示出第一实施方式的第一变形例所涉及的校准系统的构成的顶视图。图16的校准系统具备多个移动体装置1-1、1-2和车站装置2a。车站装置2a具备多个充电装置22-1、22-2，能够收纳多个移动体装置1-1、1-2。为了校准这些移动体装置1-1、1-2的雷达装置12-1、12-2，也可以共享1个反射器24。
[0209]
[第一实施方式的效果]
[0210]
根据第一实施方式所涉及的校准系统，能够通过将雷达装置12的重新校准所需的构成要素组装到车站装置2而比以往更省力且容易地校准雷达装置12的信号处理电路39。
[0211]
当移动体装置1在车站装置2的停止位置处于停止时，从反射器24到雷达装置12的距离是已知的，另外，以雷达装置12为基准的反射器24的方向也是另外已知的。根据第一实施方式所涉及的校准系统，能够准确并且容易地再现校准的条件。
[0212]
通过充电电池14的电力进行驱动的移动体装置1当需要充电时返回至车站装置2。因而，根据第一实施方式所涉及的校准系统，例如，每当对移动体装置1进行充电时，能够比以往更省力且容易地校准雷达装置12。在这种情况下，由于在移动体装置1的充电中雷达装置12被校准，因此不会在校准中电力不足且电源被关闭。
[0213]
根据第一实施方式所涉及的校准系统，能够通过反复进行雷达装置12的校准来降低推定出的距离和方向的误差，在顾客的现场也能够维持出厂时的雷达装置12的性能。
[0214]
[第二实施方式]
[0215]
[第二实施方式的构成]
[0216]
图17是示出第二实施方式所涉及的校准系统的构成的顶视图。图17的校准系统具备移动体装置1和车站装置2b。车站装置2b为了校准1个移动体装置1的雷达装置12而具备多个反射器24-1～24-3。反射器24-1～24-3分别固定到支柱23-1～23-3。
[0217]
当移动体装置1在车站装置2b的停止位置处于停止时，从反射器24-1～24-3到雷达装置12的距离分别是已知的。当移动体装置1在车站装置2b的停止位置处于停止时，以雷达装置12为基准的反射器24-1～24-3的方向分别是已知的。
[0218]
反射器24-1～24-3以从车站装置2的停止位置观看时位于相互不同的方向的方式(即，当移动体装置1在停止位置处于停止时，以从雷达装置12观看时位于相互不同的方向的方式)设置在车站装置2的相互不同的多个位置。
[0219]
另外，从反射器24-1～24-3到停止位置的距离(即，当移动体装置1在停止位置处于停止时，从反射器24-1～24-3到雷达装置12的距离)设定为相互不同。
[0220]
以下，在第二实施方式中，对校准系统具备k个反射器24-1～24-k的情况进行说明。当移动体装置1在车站装置2b的停止位置处于停止时，从反射器24-k(1≤k≤k)到雷达装置12的距离lk是已知的，以雷达装置12为基准的反射器24-k的方向θk是已知的。这些已知的距离lk和方向θk预先保存到雷达装置12的存储装置40。
[0221]
图17的移动体装置1与图1的移动体装置1同样地构成。另外，图17的雷达装置12除了执行图18的校准处理和图19的雷达探测处理之外，与图1的雷达装置12同样地构成。另外，图17的充电装置22与图1的充电装置22同样地构成。
[0222]
[第二实施方式的动作]
[0223]
图18是示出由图17的雷达装置12执行的校准处理的流程图。
[0224]
在步骤s21中，控制电路41检测出移动体装置1在车站装置2的停止位置已停止。
[0225]
在步骤s22中，控制电路41雷达装置12向反射器24-1～24-k发送雷达波，接收由反射器24-1～24-k反射的雷达波。
[0226]
在步骤s23中，信号处理电路39对各天线元件33-1～33-n的接收信号分别执行fft，获取频率区域的接收信号z1(f)、
…
、zn(f)。而且，在步骤s23中，信号处理电路39提取天线元件33-1的频率区域的接收信号的峰值z1(f
1，1
)、z1(f
1，2
)、
…
、z1(f
1，k
)。在此，频率区域的接收信号z1(f)的振幅在频率f
1、1
、
…
、f
1、k
时成为极大。另外，在步骤s23中，信号处理电路39提取天线元件33-2的频率区域的接收信号的峰值z2(f
2，1
)、z2(f
2，2
)、
…
、z2(f
2，k
)。在此，频率区域的接收信号z2(f)的振幅在频率f
2、1
、
…
、f
2，k
时成为极大。以下同样地，在步骤s23中，信号处理电路39提取天线元件33-n的频率区域的接收信号的峰值zn(f
n，1
)、zn(f
n，2
)、
…
、zn(f
n，k
)。在此，频率区域的接收信号zn(f)的振幅在频率f
n、1
、
…
、f
n、k
时成为极大。
[0227]
如参照图12～图14所说明的，已发送的雷达波的频率和接收到的雷达波的频率之差fd根据从雷达装置12到反射器24的距离l1～lk而变化。另外，如前所述，当移动体装置1在停止位置处于停止时，从反射器24-1～24-k到雷达装置12的距离l1～lk设定为相互不同。其结果是，关于各反射器24-1～24-k，已发送的雷达波的频率和接收到的雷达波的频率之差相互不同。因而，各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号分别具有相互不同的k个峰值。
[0228]
在步骤s24中，信号处理电路39基于已发送的雷达波的频率和接收到的雷达波的频率之差分别推定从雷达装置12到各反射器24-1～24-k的距离l1～lk。信号处理电路39能够通过提取频率区域的接收信号的k个峰值来同时推定从雷达装置12到各反射器24-1～24-k的距离l1～lk。另外，从雷达装置12到反射器24-k的推定出的距离相对于已知的距离lk有可能具有误差。信号处理电路39将推定出的k个距离中的、具有最接近于反射器24-k的已知的距离lk的值的推定出的距离视为反射器24-k的推定出的距离。以下，将从雷达装置12到各反射器24-1～24-k的推定出的距离通过附图标记l
1a
～l
ka
示出。
[0229]
在步骤s25中，控制电路41选择1个反射器24-k。在以下的步骤中，控制电路41按每一反射器24-k计算距离校正系数bk和校准矩阵ck。
[0230]
在步骤s26中，控制电路41基于从雷达装置12到所选择的反射器24-k的推定出的距离l
ka
和已知的距离lk来计算距离校正系数bk。
[0231]
在步骤s27中，信号处理电路39基于从雷达装置12到所选择的反射器24-k的推定出的距离lk，来选择与由所选择的反射器24-k反射的雷达波对应的频率区域的接收信号的
峰值z1(f
1，k
)、
…
、zn(f
n，k
)。接收信号包括被多个反射器24-1～24-k反射的雷达波。因而，在步骤s27中，控制电路41将与被选择的反射器24-k以外的反射器反射的雷达波对应的部分除去。
[0232]
在步骤s28中，信号处理电路39基于各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f
1，k
)、
…
、zn(f
n，k
)并使用式(8)来计算相关矩阵r。在此，式(8)的向量z包括各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f
1，k
)、
…
、zn(f
n，k
)。
[0233]
在步骤s29中，信号处理电路39执行相关矩阵r的固有值分解，提取第一固有向量u1。
[0234]
在步骤s30中，控制电路41基于第一固有向量u1和模式向量a(θk)，计算与所选择的反射器24-k对应的模式向量的校准矩阵ck。校准矩阵ck的要素c
pq
(1≤p，q≤n)是基于第一固有向量u1和模式向量a(θk)用下式表示的。
[0235]
[数学式16]
[0236][0237]
在步骤s31中，控制电路41与所选择的反射器24-k的已知的方向θk相关联地将在步骤s26中计算出的距离校正系数bk和在步骤s30中计算出的校准矩阵ck保存到存储装置40。
[0238]
在步骤s32中，控制电路41判断是否关于全部反射器24-1～24-k计算了距离校正系数bk和校准矩阵ck，当为“是”时将处理结束，当为“否”时返回至步骤s25，选择其它反射器反复进行步骤s26～s32。
[0239]
步骤s21～s23与图11的步骤s1～s3相同。步骤s24除了推定与反射器24-1～24-k对应的多个距离之外与图11的步骤s4相同。步骤s26、s28、s29以及s30除了关于多个反射器24-1～24-k反复进行之外，与图11的步骤s5～s8相同。
[0240]
由此，雷达装置12关于反射器24-1～24-k中的每一反射器计算校正系数。雷达装置12与从雷达装置12观看时的反射器24-1～24-k的方向相关联地将校正系数保存到存储装置40。
[0241]
图19是示出由图17的雷达装置12执行的雷达探测处理的流程图。
[0242]
在步骤s41中，雷达装置12发送雷达波，接收被反射物反射的雷达波。
[0243]
在步骤s42中，信号处理电路39对各天线元件33-1～33-n的接收信号分别执行fft，进而分别提取各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f1)、
…
、zn(fn)。
[0244]
在步骤s43中，信号处理电路39基于已发送的雷达波的频率和接收到的雷达波的频率之差，推定从雷达装置12到反射物的距离。
[0245]
在步骤s44中，信号处理电路39基于各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f1)、
…
、zn(fn)并使用式(8)来计算相关矩阵r。
[0246]
在步骤s45中，控制电路41设定方向θ的初始值。
[0247]
在步骤s46中，控制电路41将与最接近于当前的方向θ的方向对应的校准矩阵ck从存储装置40读出并设定到信号处理电路39。
[0248]
在步骤s47中，信号处理电路39基于相关矩阵r、模式向量a(θ)以及校准矩阵ck并使用下式来计算评价函数pk(θ)。
[0249]
[数学式17]
[0250][0251]
计算出的评价函数pk(θ)将与式(17)的校准矩阵ck相关联的反射器24-k的已知的方向θk相关联地保存到存储装置40。
[0252]
在步骤s48中，控制电路41关于全部方向θ判断是否计算出评价函数pk(θ)，当为“是”时前进至步骤s50，当为“否”时前进至步骤s49。在步骤s49中，控制电路41将方向θ按预定的步进宽度增加来设定下一个方向θ，反复进行步骤s46～s48。由此，得到基于根据方向θ而不同的校准矩阵ck计算出的多个评价函数pk(θ)。
[0253]
在步骤s50中，信号处理电路39使用在步骤s46～s49中计算出的评价函数pk(θ)来推定以雷达装置12为基准的反射物的方向。例如，信号处理电路39将变量θ从规定的初始值按预定的步进宽度增加，选择与最接近于当前的变量θ的方向θk相关联的评价函数pk(θ)，将使该评价函数pk(θ)最大化时的变量θ的值推定为反射物的方向。
[0254]
在步骤s51中，控制电路41将与最接近于在步骤s50中推定出的方向的方向对应的距离校正系数bk从存储装置40读出并设定到信号处理电路39。
[0255]
在步骤s52中，信号处理电路39使用距离校正系数bk来校正推定出的距离。
[0256]
步骤s41～s44和s52与图15的步骤s11、s13、s14、s16以及s15相同。
[0257]
式(16)的校准矩阵ck是关于从反射器24-k向雷达装置12入射的雷达波具有到来方向θk的情况计算的。因而，基于式(16)的校准矩阵ck计算出的评价函数特别是在方向θk的附近能够高精度地推定反射物的方向。同样地，距离校正系数bk另外也特别是在方向θk的附近能够高精度地推定反射物的距离。根据图19的雷达探测处理，通过根据雷达波的到来方向选择性地使用多组校正系数，从而能够在比使用1组校正系数的情况宽的角度幅度内高精度地推定反射物的方向和距离。
[0258]
另外，根据图19的雷达探测处理，当从接收到的雷达波检测出被认为位于相互不同的方向的多个反射物时，控制电路41可以将根据反射物所位于的方向而不同的校正系数从存储装置40读出。雷达装置12在关于全部反射物校正推定出的距离和方向之前反复进行处理。
[0259]
在校准系统具备多个反射器的情况下，如图18和图19所示，也可以代替计算并使用按每一反射器24-k而不同的距离校正系数bk和校准矩阵ck而计算并使用1个距离校正系数b和1个校准矩阵c0。以下，对第二实施方式的变形例所涉及的校准处理进行说明。
[0260]
图20是示出由图17的雷达装置12执行的校准处理的变形例的流程图。
[0261]
在步骤s61中，控制电路41检测出移动体装置1在车站装置2的停止位置已停止。
[0262]
在步骤s62中，控制电路41雷达装置12向反射器24-1～24-k发送雷达波，接收由反射器24-1～24-k反射的雷达波。
[0263]
在步骤s63中，信号处理电路39对各天线元件33-1～33-n的接收信号分别执行fft，而且，分别提取各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f
1，1
)、
…
、z1(f
1，k
)、
…
、zn(f
n，1
)、
…
、zn(f
n，k
)。
[0264]
在步骤s64中，信号处理电路39基于已发送的雷达波的频率和接收到的雷达波的频率之差，分别推定从雷达装置12到各反射器24-1～24-k的距离l1～lk。以下，将从雷达装置12到各反射器24-1～24-k的推定出的距离用附图标记l
1a
～l
ka
示出。
[0265]
在步骤s65中，控制电路41基于从雷达装置12到反射器24-1～24-k中的1个反射器的推定出的距离和已知的距离来计算距离校正系数b。即使从雷达装置12到反射物的距离变化，也能够视为距离的误差大致没有变化。因而，在图20的变形例中，控制电路41仅计算1个距离校正系数b。控制电路41也可以代替关于反射器24-1～24-k中的1个反射器计算距离校正系数b而与图19的校准处理同样地按每一反射器24-k来计算距离校正系数bk，将这些距离校正系数b1、
…
、bk的平均值计算为距离校正系数b。
[0266]
在步骤s66中，控制电路41选择1个反射器24-k。
[0267]
在步骤s67中，信号处理电路39基于从雷达装置12到所选择的反射器24-k的推定出的距离lk，选择与被已选择的反射器24-k反射的雷达波对应的频率区域的接收信号的峰值z1(f
1，k
)、
…
、zn(f
n，k
)。
[0268]
在步骤s68中，信号处理电路39基于各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值z1(f
1，k
)、
…
、zn(f
n，k
)并使用式(8)来计算相关矩阵r。
[0269]
在步骤s69中，信号处理电路39执行相关矩阵r的固有值分解，提取与所选择的反射器24-k对应的第一固有向量u
1、k
以外的固有向量u
2、k
、
…
、u
n、k
。
[0270]
在步骤s70中，控制电路41判断是否关于全部反射器24-1～24-k计算了固有向量u
2、k
、
…
、u
n、k
，当为“是”时前进至步骤s71，当为“否”时返回至步骤s66，选择其它反射器并反复进行步骤s67～s70。
[0271]
在步骤s71中，控制电路41解答包括关于各反射器24-1～24-k提取到的固有向量u
2、k
、
…
、u
n、k
、模式向量a(θ)以及校准矩阵c0的要素在内的联立方程式，计算模式向量的校准矩阵c0。
[0272]
如前所述，固有向量u
2、k
、
…
、u
n、k
与噪声对应，因此通过信号部分空间与噪声部分空间的正交性，下式成立。
[0273]
[数学式18]
[0274][0275]
在此，固有向量u
i、k
的参数i和k分别满足2≤i≤n、1≤k≤k。
[0276]
将校准矩阵c0的要素与式(6)同样地定义。定义包括该校准矩阵c0的要素在内的下式的向量d。
[0277]
[数学式19]
[0278]
[0279]
[数学式20]
[0280]cp
＝(c
p1
，c
p2
，
…
，c
pn
)
ꢀꢀꢀ
(20)
[0281]
在此，c
p
(1≤p≤n)是包括校准矩阵c0的第p行的要素的向量。
[0282]
当使用向量d将式(18)变形时，可以得到下式。
[0283]
[数学式21]
[0284][0285]
在此，矩阵uk包括固有向量u
2、k
、
…
、u
n、k
的要素。
[0286]
如前所述，关于k个反射器24-1～24-k中的每一反射器计算了固有向量u
2、k
、
…
、u
n、k
，因此关于包括校准矩阵c0的要素的向量d，可以得到下式的联立方程式。
[0287]
[数学式22]
[0288][0289]
在此，矩阵v包括矩阵uk和模式向量a(θk)的要素。
[0290]
即使将校准矩阵c0乘以常量，也不会影响到来方向的推定精度，因此可以将向量d的要素中的1个要素归一化。在本说明书的例子中，将与校准矩阵c0的要素c
11
对应的向量d的要素设定为“1”，将向量d的剩余的要素用d’表示。另外，将矩阵v的第一列用v表示，将包括矩阵v的剩余的要素在内的部分矩阵用v’表示。在这种情况下，可以从式(22)得到下式。
[0291]
[数学式23]
[0292][0293]
因而，包括校准矩阵c0的要素的向量d’使用下式来计算。
[0294]
[数学式24]
[0295]d′
＝-(v
′
hv′
)-1v′hv
ꢀꢀꢀ
(24)
[0296]
控制电路41能够使用式(19)和式(24)来计算校准矩阵c0。为了针对校准矩阵c0的要素解答式(19)和式(24)，由于方程式的未知数的个数的制约，所以需要设置比天线元件33-1～33-n的个数多的反射器24-1～24-k。
[0297]
在步骤s72中，控制电路41将在步骤s65中计算出的距离校正系数b和在步骤s71中计算出的校准矩阵c0保存到存储装置40。
[0298]
步骤s61～s64、s67～s68与图18的s21～s24、s27～s28相同。
[0299]
当实际上要使用雷达装置12来检测移动体装置1周围的障碍物等时，雷达装置12使用在图20的校准处理中获取的距离校正系数b和校准矩阵c0来执行图15的雷达探测处
理。
[0300]
根据式(18)～式(24)，校准矩阵c0是基于从相互不同的方向上配置的多个反射器24-1～24-k向雷达装置12入射的全部雷达波来计算的。因而，根据图21的雷达探测处理，能够使用1个校准矩阵c0并且在大的角度幅度内高精度地推定反射物的方向和距离。另外，当执行雷达探测处理时，能够通过不使用多个校准矩阵c1、
…
、ck而使用1个校准矩阵c0来比图19的情况更加简化处理。
[0301]
[第二实施方式的效果]
[0302]
根据图17的校准系统，能够通过使用多个反射器24-1～24-k来计算多组校正系数，比使用1个反射器24的情况更高精度地校准雷达装置12，另外，能够高精度地检测反射物。
[0303]
[第三实施方式]
[0304]
[第三实施方式的构成]
[0305]
在第一～第二实施方式中，对校准信号处理电路39的情况进行了说明，但在第三实施方式中，对校准雷达装置的其它电路部分的情况进行说明。
[0306]
图21是示出第三实施方式所涉及的校准系统的雷达装置12b的构成的框图。第三实施方式所涉及的校准系统除了图1的移动体装置1代替具备雷达装置12而具备图21的雷达装置12b之外，与图1的校准系统同样地构成。
[0307]
雷达装置12b具备振荡器31、发送电路60b、天线元件32-1～32-m、天线元件33-1～33-n、接收电路70b、信号处理电路39b、存储装置40以及控制电路41b。
[0308]
发送电路60b包括移相器61-1～61-m和放大器62-1～62-m。移相器61-1～61-m在控制电路41b的控制下使射频信号的相位变化。放大器62-1～62-m具有可变的增益，在控制电路41b的控制下使射频信号的振幅变化。天线元件32-1～32-m放射具有变化后的相位和振幅的射频信号。由此，雷达装置12b使主波束朝向所希望的方向来发送雷达波。
[0309]
发送雷达波的天线元件32-1～32-m例如可以构成为以动作波长的1/2的间隔配置的线阵天线装置。
[0310]
接收电路70b具备射频电路80、移相器34-1～34-n、混合器35-1-1～35-n-2、放大器36-1-1～36-n-2、滤波器37-1-1～37-n-2以及模拟/数字转换器(adc)38-1-1～38-n-2。射频电路80包括放大器81-1～81-n和移相器82-1～82-n。放大器81-1～81-n具有可变的增益，在控制电路41b的控制下使接收到的射频信号(雷达波)的振幅变化。移相器82-1～82-n在控制电路41b的控制下使射频信号的相位变化。由此，雷达装置12b接收使主波束朝向所希望的方向到来的雷达波。接收电路70b的其它构成要素与图3的接收电路70所对应的构成要素同样地构成。
[0311]
信号处理电路39b基于从模拟/数字转换器38-1-1～38-n-2输出的i/q信号来推定反射物的距离和方向，将其通知给移动体装置1的控制装置11。
[0312]
控制电路41b控制雷达装置12b整体的动作。另外，控制电路41b基于从模拟/数字转换器38-1-1～38-n-2输出的i/q信号来计算对雷达装置12b进行校准的校正系数，将校正系数保存到存储装置40。校正系数例如包括放大器81-1～81-n的增益和移相器82-1～82-n的移相量。另外，控制电路41b将校正系数从存储装置40读出并设定到信号处理电路39b。
[0313]
在第三实施方式中，为了校准雷达装置12b，代替通过信号处理电路39b的软件信
号处理来校正接收信号和推定出的距离，而校正接收电路70b的放大器81-1～81-n的增益和移相器82-1～82-n的移相量。
[0314]
[第三实施方式的动作]
[0315]
图22是示出由图21的雷达装置12b执行的校准处理的流程图。
[0316]
在步骤s91中，控制电路41b检测出移动体装置1在车站装置2的停止位置已停止。
[0317]
在步骤s92中，雷达装置12b向反射器24发送雷达波，接收由反射器24反射的雷达波。
[0318]
在步骤s93中，信号处理电路39b检测各天线元件33-1～33-n的接收信号之间的振幅之差和相位之差。
[0319]
在步骤s94中，控制电路41b以任意的天线元件的接收信号为基准来计算将振幅之差和相位之差最小化的校正系数。在步骤s95中，控制电路41b将校正系数保存到存储装置40。
[0320]
雷达装置12b能够通过执行图22的校准处理来校准接收电路70b的射频电路80，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。
[0321]
图23是示出由图21的雷达装置12b执行的雷达探测处理的流程图。
[0322]
在步骤s101中，控制电路41b将校正系数从存储装置40读出。在步骤s102中，控制电路41b通过校正系数来校正移相器82-1～82-n的移相量和放大器81-1～81-n的增益。
[0323]
在步骤s103中，雷达装置12b发送雷达波，接收被反射物反射的雷达波。
[0324]
在步骤s104中，信号处理电路39b信号处理电路39对各天线元件33-1～33-n的接收信号分别执行fft，进而分别提取各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值。
[0325]
在步骤s105中，信号处理电路39基于已发送的雷达波的频率与接收到的雷达波的频率之差来推定从雷达装置12到反射物的距离。
[0326]
在步骤s106中，信号处理电路39b信号处理电路39基于各天线元件33-1～33-n的频率区域的接收信号的峰值并使用式(8)来计算相关矩阵r。在步骤s107中，信号处理电路39b基于相关矩阵r和模式向量a(θ)来计算评价函数p(θ)。
[0327]
评价函数p(θ)例如是用下式给出的。
[0328]
[数学式25]
[0329][0330]
在步骤s108中，信号处理电路39b信号处理电路39使用在步骤s107中计算出的评价函数p(θ)来推定以雷达装置12为基准的反射物的方向。
[0331]
之后，信号处理电路39b将推定出的距离和方向通知给移动体装置1的控制装置11。
[0332]
雷达装置12b能够通过执行图23的雷达探测处理来准确地检测反射物的距离和方向，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。
[0333]
[第三实施方式的效果]
[0334]
根据第三实施方式所涉及的校准系统，能够通过将雷达装置12b的重新校准所需
的构成要素组装到车站装置2来比以往更省力且容易地校准雷达装置12b的接收电路70b。
[0335]
不过，在79ghz等高频带中难以高精度地控制放大器81-1～81-n和移相器82-1～82-n。另一方面，如第一和第二实施方式这样，通过信号处理电路39的软件信号处理来校正接收信号和推定出的距离，从而即使是高频带，也能够高精度地推定反射物的方向和距离。
[0336]
[第四实施方式]
[0337]
[第四实施方式的构成]
[0338]
图24是示出第四实施方式所涉及的校准系统的构成的侧视图。图24的校准系统具备移动体装置1b和车站装置2c。
[0339]
车站装置2c代替具备图1的充电装置22和反射器24而具备充电装置22c和发送器26。发送器26经由信号线25连接到充电装置22c，在充电装置22c或雷达装置12b的控制下产生无线信号。发送器26当移动体装置1b在车站装置2c的停止位置停止时，产生无线信号。因此，当移动体装置1b在车站装置2c的停止位置停止时，充电装置22c或雷达装置12b将控制信号经由信号线25发送到发送器26。由此，当校准雷达装置12b时，雷达装置12b和发送器26相互同步地动作。
[0340]
图24的移动体装置1b除了代替具备图1的雷达装置12而具备图21的雷达装置12b之外，与图1的移动体装置1同样地构成。另外，图24的雷达装置12b除了执行图25的校准处理之外，与图21的雷达装置12b同样地构成。
[0341]
[第四实施方式的动作]
[0342]
图25是示出由图24的雷达装置12b执行的校准处理的流程图。在图25的校准处理中，雷达装置12b代替执行图21的步骤s92而执行图25的步骤s92aa、s92ab。在步骤s92aa中，控制电路41将控制信号经由充电装置22c和信号线25发送到发送器26，发送器26响应于此而发送测试信号。在步骤s92ab中，雷达装置12b接收测试信号。雷达装置12b的信号处理电路39基于接收到的测试信号来执行以后的步骤。
[0343]
[第四实施方式的效果]
[0344]
根据第四实施方式所涉及的校准系统，能够通过将雷达装置12b的重新校准所需的构成要素组装到车站装置2c来与第一～第三实施方式同样地比以往更省力且容易地校准雷达装置12b。
[0345]
[第五实施方式]
[0346]
[第五实施方式的构成]
[0347]
图26是示出第五实施方式所涉及的校准系统的构成的侧视图。图26的校准系统具备移动体装置1b和车站装置2d。
[0348]
车站装置2d代替具备图1的反射器24而具备发送接收器27。发送接收器27当接收到请求信号(第一无线信号)时发送响应信号(第二无线信号)。由此，当校准雷达装置12b时，雷达装置12b和发送接收器27相互同步地动作。
[0349]
图26的移动体装置1b除了代替具备图1的雷达装置12而具备图21的雷达装置12b之外，与图1的移动体装置1同样地构成。另外，图26的雷达装置12b除了执行图27的校准处理之外，与图21的雷达装置12b同样地构成。
[0350]
[第五实施方式的动作]
[0351]
图27是示出由图26的雷达装置12b执行的校准处理的流程图。在图27的校准处理
中，雷达装置12b代替执行图21的步骤s92而执行图25的步骤s92ba、s92bb。在步骤s92ba中，雷达装置12b向发送接收器27发送请求信号。在步骤s92bb中，雷达装置12b接收由发送接收器27发送的响应信号。雷达装置12b的信号处理电路39基于接收到的响应信号来执行以后的步骤。
[0352]
[第五实施方式的效果]
[0353]
根据第五实施方式所涉及的校准系统，能够通过将雷达装置12b的重新校准所需的构成要素组装到车站装置2d来与第一～第四实施方式同样地比以往更省力且容易地校准雷达装置12b。
[0354]
[第六实施方式]
[0355]
图28是示出第六实施方式所涉及的校准系统的构成的侧视图。图27的校准系统具备2个移动体装置1b-1、1b-2和车站装置2e。
[0356]
车站装置2e具备台板21和2个充电装置22-1、22-2。充电装置22-1、22-2以移动体装置1b-1、1b-2的雷达装置12b-1、12b-2能够相互对置并相互发送接收雷达波的方式固定于台板21的预定的位置。
[0357]
图28的校准系统与代替具备图26的支柱23和反射器24而具备移动体装置1b和充电装置22的构成相同。图28的雷达装置12b-1、12b-2能够代替使用图26的发送接收器27而使用对置的雷达装置12b来执行图27的校准处理。
[0358]
根据第六实施方式的校准系统，能够与第一～第五实施方式同样地比以往更省力且容易地校准雷达装置12b。
[0359]
[变形例]
[0360]
在第一和第二实施方式中，信号处理电路39也可以代替将校准矩阵保存到存储装置40而将由校准矩阵校正后的模式向量a
actual
(θ)保存到存储装置40。
[0361]
在第四实施方式中，能够通过使发送器26与雷达装置12b在时间上同步来执行在第一和第二实施方式中说明的校准处理和雷达探测处理。同样地，在第五实施方式中，能够通过使发送接收器27与雷达装置12b在时间上同步来执行在第一和第二实施方式中说明的校准处理和雷达探测处理。同样地，在第六实施方式中，能够通过使雷达装置12b-1～12b-2在时间上同步来执行在第一和第二实施方式中说明的校准处理和雷达探测处理。
[0362]
移动体装置不限于具备充电装置的车站装置，能够与具有预定的停止位置的任意的车站装置一起使用。
[0363]
在图2和图5中，对移动体装置1和充电装置22构成为经由连接器被连接来传送电力的情况进行了说明，但移动体装置1和充电装置22也可以构成为通过非接触来传送电力。
[0364]
在图3和图4中，对单独地设置发送雷达波的天线元件32-1～32-m和接收雷达波的天线元件33-1～33-n的情况进行了说明，但也可以为了发送和接收雷达波而共享天线元件。
[0365]
在图4中，对雷达装置12为了雷达波的发送而具备1个天线元件32并产生1组i信号和q信号的情况进行了说明，但不限于此。实施方式所涉及的雷达装置也可以为了雷达波的发送而具备多个天线元件，与这些天线元件对应地具备相互独立的产生多组i信号和q信号的电路。
[0366]
在图21的雷达装置12b中，也可以代替具备发送电路60b和天线元件32-1～32-m而
与图3的雷达装置12同样地仅具备天线元件32，或者也可以与图4的雷达装置12a同样地具备发送电路60和天线元件32。
[0367]
雷达装置也可以测定发送接收的信号的信噪比，基于该测定值来检测雷达装置的故障。
[0368]
另外，为了提高信噪比，也可以反复发送雷达波，接收并积分被反射器或反射物反射的多个雷达波。
[0369]
[总结]
[0370]
本公开的各方面所涉及的校准系统和校准方法也可以如下面这样表现。
[0371]
本公开的第一方面所涉及的雷达装置12的校准系统具备：移动体装置1，具备雷达装置12；以及车站装置2，具有用于移动体装置1的预定的停止位置。车站装置2具备至少1个信号源，所述至少1个信号源设置在车站装置2的预定的位置，向雷达装置12发送无线信号。雷达装置12具备接收电路70、信号处理电路39以及控制电路41。接收电路70当移动体装置1在车站装置2的停止位置停止时，从信号源接收无线信号，输出接收信号。信号处理电路39基于接收信号来推定以雷达装置12的位置为基准的信号源的距离和方向。控制电路41基于以在车站装置2的停止位置已停止的移动体装置1的雷达装置12的位置为基准的信号源的已知的距离和方向来校准接收电路70或信号处理电路39，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。
[0372]
根据本公开的第二方面的校准系统，在第一方面所涉及的校准系统中，信号源是反射器24。另外，雷达装置12还具备发送无线信号的发送电路。另外，接收电路70当移动体装置1在车站装置2的停止位置停止时，接收从雷达装置12发送并且被反射器24反射的无线信号。
[0373]
根据本公开的第三方面所涉及的校准系统，在第一方面所涉及的校准系统中，信号源是产生无线信号的发送器26。另外，雷达装置12当移动体装置1在车站装置2的停止位置停止时，接收由发送器26产生的无线信号。
[0374]
根据本公开的第四方面所涉及的校准系统，在第一方面所涉及的校准系统中，信号源是接收第一无线信号并响应于第一无线信号而发送第二无线信号的发送接收器27。另外，雷达装置12还具备发送电路，所述发送电路当移动体装置1在车站装置2的停止位置停止时，发送第一无线信号。接收电路70响应于第一无线信号而接收从发送接收器27接收到的第二无线信号。
[0375]
根据本公开的第五方面所涉及的校准系统，在第一～第四中的一个方面所涉及的校准系统中，移动体装置1具备充电电池14。另外，车站装置2具备充电控制装置52，所述充电控制装置52当移动体装置1在车站装置2的停止位置停止时，为了能够充电而连接到移动体装置1的充电电池14。
[0376]
根据本公开的第六方面所涉及的校准系统，在第一～第五中的一个方面所涉及的校准系统中，雷达装置12具备包括多个天线元件33-1～33-n的阵列天线装置。另外，控制电路41通过计算利用软件信号处理来校正各天线元件33-1～33-n的接收信号的校正系数来校准信号处理电路39，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。
[0377]
根据本公开的第七方面所涉及的校准系统，在第一～第五中的一个方面所涉及的
校准系统中，雷达装置12还具备包括多个天线元件33-1～33-n的阵列天线装置。另外，接收电路70b具备：多个放大器81-1～81-n，将各天线元件33-1～33-n的接收信号以可变的增益放大；以及多个移相器82-1～82-n，使各天线元件33-1～33-n的接收信号的相位以可变的移相量变化。另外，控制电路41b通过计算校正各放大器81-1～81-n的增益和各移相器82-1～82-n的移相量的校正系数来校准接收电路70b，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。
[0378]
根据本公开的第八方面所涉及的校准系统，在第一～第五中的一个方面所涉及的校准系统中，校准系统具备多个信号源，所述多个信号源为了以停止位置为基准位于相互不同的方向上而设置在车站装置2b的相互不同的多个位置。另外，控制电路41基于以在车站装置2的停止位置已停止的移动体装置1的雷达装置12的位置为基准的各信号源的已知的距离和方向，针对多个信号源中的每一信号源来计算校正接收信号的校正系数，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。另外，雷达装置12还具备与各信号源的方向相关联地保存校正系数的存储装置40。另外，雷达装置12还具备发送无线信号的发送电路。接收电路70接收从雷达装置12发送并且被反射物反射的无线信号，输出接收信号。另外，控制电路41将与多个信号源中的1个信号源相关联的校正系数从存储装置40读出，使用读出的校正系数来校正接收信号。另外，信号处理电路39基于校正后的接收信号来推定以雷达装置12的位置为基准的反射物的距离和方向。
[0379]
根据本公开的第九方面所涉及的雷达装置12的校准方法，包括使具备雷达装置12的移动体装置1在用于车站装置2的预定的停止位置停止的步骤。另外，校准方法包括从设置在车站装置2的预定的位置的至少1个信号源向雷达装置12发送无线信号的步骤。另外，校准方法包括通过雷达装置12的接收电路70接收无线信号并输出接收信号的步骤。另外，校准方法包括通过雷达装置12的信号处理电路39并基于接收信号来推定以雷达装置12的位置为基准的信号源的距离和方向的步骤。另外，校准方法包括如下步骤：基于以在车站装置2的停止位置已停止的移动体装置1的雷达装置12的位置为基准的信号源的已知的距离和方向，来校准接收电路70或信号处理电路39，以使推定出的距离和已知的距离的误差最小化，并且使推定出的方向和已知的方向的误差最小化。
[0380]
工业上的可利用性
[0381]
本公开的校准系统例如能够应用于搭载于agv(automatic guided vehicle)或aiv(autonomous intelligent vehicle)等移动体装置的雷达装置。
[0382]
附图标记说明
[0383]
1：移动体装置；2、2a～2e：车站装置；11：控制装置；12、12a、12b：雷达装置；13：连接器；14：充电电池；15：驱动装置；21：台板；22、22c：充电装置；23：支柱；24、24a～24c：反射器；25：信号线；26：发送器；27：发送接收器；31：振荡器；32-1～32-m：天线元件；33-1～33-n：天线元件；35-1-1～35-n-2：混合器；34-1～34-n：移相器；36-1-1～36-n-2：放大器；37-1-1～37-n-2：滤波器；38-1-1～38-n-2：模拟/数字转换器(adc)；39：信号处理电路；40：存储装置；41、41a、41b：控制电路；42-1、42-2：数字/模拟转换器(dac)；43-1、43-2：滤波器；44：移相器；45-1、45-2：混合器；51：电源装置；52：充电控制装置；53：连接器；60、60b：发送电路；61-1～61-m：移相器；62-1～62-m：放大器；70、70b：接收电路；80：射频电路；81-1～
81-n：放大器；82-1～82-n：移相器。