(57)【要約】【課題】ターゲットの鉛直方向の角度を算出できる自動車用ミリ波レーダ。【解決手段】送信波を空間に送信する送信アンテナと、前記空間において物体に反射された前記送信波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、前記送信波と前記反射波を混合してビート信号を出力するミキサと、前記ビート信号を解析し、レーダ装置から前記物体までの方位を検出する信号処理回路と、を備えるレーダ装置において、前記複数の受信アンテナは、鉛直方向に異なる２以上の位置にずらして配置され、前記各位置における受信アンテナ群は互いに同形状であり、前記各位置における前記受信アンテナ群の各合成中心が、鉛直方向に一列に並ぶように受信アンテナが配置され、前記信号処理回路が鉛直方向のビート信号を合成してターゲットの鉛直方向角度を算出する。【選択図】図５
2010175471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を空間に送信する送信アンテナと、
前記空間において物体に反射された前記送信波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記送信波と前記反射波を混合してビート信号を出力するミキサと、
前記ビート信号を解析し、レーダ装置から前記物体までの方位を検出する信号処理回路と、
を備えるレーダ装置において、
前記複数の受信アンテナは、鉛直方向に異なる２以上の位置にずらして配置され、
前記各位置における受信アンテナ群は互いに同形状であり、
前記各位置における前記受信アンテナ群の各合成中心が、鉛直方向に一列に並ぶように受信アンテナが配置され、
前記信号処理回路が鉛直方向のビート信号を合成してターゲットの鉛直方向角度を算出する、自動車用ミリ波レーダ装置。
【請求項２】
送信波を空間に送信する送信アンテナと、
前記空間において物体に反射された前記送信波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記送信波と前記反射波を混合してビート信号を出力するミキサと、
前記ビート信号を解析し、レーダ装置から前記物体までの方位を検出する信号処理回路と、
を備えるレーダ装置において、
前記複数の受信アンテナは、鉛直方向に異なる２以上の位置にずらして配置され、
前記受信アンテナの中から選択して２群の受信アンテナ群を構成し、
前記２群の各合成中心が、鉛直方向に一列に並ぶように受信アンテナが配置され、
前記信号処理回路が鉛直方向のビート信号を合成してターゲットの鉛直方向角度を算出する、自動車用ミリ波レーダ装置。
【請求項３】
請求項２に記載されたレーダ装置において、
前記２群の受信アンテナ群の一方が２つのアンテナであり、他方が１つのアンテナであり、前記２つのアンテナが前記１つのアンテナの左右対称な位置に配置されていることを特徴とする自動車用ミリ波レーダ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの請求項に記載されたレーダ装置において、
鉛直方向の前記合成中心のずれ量が送信電波の波長の半分以下であるモノパルス方式により、前記ターゲットの鉛直方向角度が算出されることを特徴とする自動車用ミリ波レーダ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの請求項に記載されたレーダ装置において、
受信アンテナの合成中心が鉛直方向に一列に並ぶ前記受信アンテナを用いて、モノパルス又はデジタルビームフォーミングにより、ターゲットの水平方向角度を算出することを特徴とする自動車用ミリ波レーダ装置。
【請求項６】
送信波を空間に送信する送信アンテナと、
前記空間において物体に反射された前記送信波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記送信波と前記反射波を混合してビート信号を出力するミキサと、
前記ビート信号を解析し、レーダ装置から前記物体までの方位を検出する信号処理回路と、
を備えるレーダ装置において、
前記複数の受信アンテナの最大ゲインを得る方位を鉛直方向の上下方向にずらし、
前記受信アンテナの信号強度の差分を計測することにより、反射波の到来方向の鉛直方位を算出することを特徴とする自動車用ミリ波レーダ装置。
【請求項７】
送信波を空間に送信する送信アンテナと、
前記空間において物体に反射された前記送信波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記送信波と前記反射波を混合してビート信号を出力するミキサと、
前記ビート信号を解析し、レーダ装置から前記物体までの方位を検出する信号処理回路と、
を備えるレーダ装置において、
前記複数の受信アンテナのサイドローブを鉛直方向の上下方向にずらし、前記受信アンテナの信号強度の差分を計測することにより、反射波の到来方向の鉛直方位を算出することを特徴とする自動車用ミリ波レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的な電波を用いて障害物を検知する車載型レーダ装置、特に、検知物の鉛直方向の角度を計測するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、電波を放射し、障害物や車両等の物体からの反射波を受信し、受信した反射波の強弱、周波数のドップラーシフト、電波の発射から反射波の受信までの伝搬時間等を検出し、その結果から物体までの距離や相対速度を計測する装置である。近年では、ミリ波を利用した自動車用のレーダ装置が開発され、このようなレーダ装置を自動車に搭載して、走行時に障害物や前方走行車までの距離を計測し、その結果に基づいて車両の運転を制御する定速走行装置、車間距離制御装置、ブレーキ制御を行う衝突被害軽減装置等の各種の自動車用制御装置が開発され実用化されている。
【０００３】
衝突被害軽減装置においては、高い減速度のブレーキを制御するため、静止障害物に対するレーダ装置の誤検知や不検知がないことの要求が強く、一層の性能向上が必要である。特に、制御対象であるか否かを判断するのが難しい重要なシーンとしては、路面上の空き缶等の本来ブレーキ制御が不要ではあるが電波の反射が大きい障害物と、実際の静止車両でブレーキ制御が必要な障害物とを切り分けることである。
【０００４】
特許文献１では、鉛直方向においても角度を計測できる信号処理の検討がなされており、その鉛直方向の角度検知方法について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【０００５】
図１１は、アンテナの構成を示している。受信アンテナ20は、水平方向に配列された８列の受信アンテナ（素子アンテナ）＃１〜＃８で構成され、各アンテナ＃１〜＃８は、それぞれ複数のパッチアンテナを有し、その中心点は、交互に上下方向にずらして配置されている。すなわち、受信アンテナ（素子アンテナ）＃１、３、５、７は、上側アンテナ群を構成し、受信アンテナ（素子アンテナ）＃２、４、６、８は、下側アンテナ群を構成している。そして、上側アンテナ群と下側アンテナ群とは、上下方向にΔｙの長さだけずれて配置されている。
【０００６】
図１２は、信号の処理手順を示すフローチャートである。各アンテナからの信号については、上側アンテナ群の信号を利用してＤＢＦ合成(DBF（A）)を行い、下側アンテナ群の信号を利用してＤＢＦ合成（DBF(B)）を行い、DBF(A)とDBF(B)の結果から、検出された目標物の上下の角度を位相モノパルス方式で演算する信号処理フローである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８７８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の公知の鉛直方向の角度検知方法については、次に説明する問題点がある。
【０００９】
第一の問題点は、図１１において、DBF（A）を算出したときの上側アンテナ群の合成中心Hと、DBF（B）を算出したときの下側アンテナ群の合成中心Lが、アンテナ面内で斜めとなるために、モノパルス方式で演算した結果が、この２点を含むアンテナ面と法線方向の面内における角度となる結果、正確に上下の角度を演算できないことである。
【００１０】
第二の問題点は、角度の演算値が２つ以上となるので、レーダ装置の誤検知が増えることである。これを、図１１のアンテナを横から見た図１３を用いて説明しよう。アンテナ面の法線に対し角度θの方向から受信波が来ると、受信波の光路差はΔｙ・sinθとなり、θが-90°〜+90°の検知範囲において、光路差が-Δｙ〜Δｙとなり、この範囲が送信電波の波長λ以下でないと、検知範囲内での受信信号の位相角（2πΔｙ・sinθ/λ）と受信波の到来方向（θ）との一義性が保たれないからである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために、本発明の自動車用ミリ波レーダ装置は、送信波を空間に送信する送信アンテナと、前記空間において物体に反射された前記送信波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、前記送信波と前記反射波を混合してビート信号を出力するミキサと、前記ビート信号を解析し、レーダ装置から前記物体までの方位を検出する信号処理回路と、を備えるレーダ装置において、前記複数の受信アンテナは、鉛直方向に異なる２以上の位置にずらして配置され、前記各位置における受信アンテナ群は互いに同形状であり、前記各位置における前記受信アンテナ群の各合成中心が、鉛直方向に一列に並ぶように受信アンテナが配置され、前記信号処理回路が鉛直方向のビート信号を合成してターゲットの鉛直方向角度を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、衝突被害軽減装置等の各種の自動車制御装置において、重要な制御対象であるか否かの判断をする際に、例えば実際の静止車両と電波の反射が大きい空き缶等の障害物とを高い精度で切り分けることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係るレーダのアンテナ配置を示した説明図。
【図２】実施例１に係るレーダのアンテナを含むシステムブロックを示した説明図。
【図３】実施例１に係るレーダの鉛直方向角度を計測するための信号処理部における処理の手順を示すフローチャート。
【図４】実施例１に係るアンテナの合成中心を示した説明図。
【図５】本発明の実施例２に係るレーダのアンテナ配置を示した説明図。
【図６】本発明の実施例３に係るレーダのアンテナ配置を示した説明図。
【図７】本発明の実施例４に係る受信アンテナの最大ゲインを得る方位を示した説明図。
【図８】実施例４に係る受信アンテナのアンテナゲインと鉛直方向角度との関係を示したグラフ。
【図９Ａ】実施例４に係るレーダとターゲット＃Ａとの相対距離を横軸に、信号強度を縦軸にしてグラフ。
【図９Ｂ】実施例４に係るレーダとターゲット＃Ｂとの相対距離を横軸に、信号強度を縦軸にしたグラフ。
【図１０】本発明の実施例５に係る鉛直方向角度と受信アンテナのアンテナゲインの関係を示したグラフ。
【図１１】従来例のレーダに係るアンテナの構成を示す説明図。
【図１２】従来例のレーダの信号の処理手順を示すフローチャート。
【図１３】図１１に示された従来例のレーダに係るアンテナを横から見た説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態であるいくつかの実施例について、図１から図１０と用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の実施形態である実施例１について、図１〜図４を用いて説明する。
【００１６】
図１は、実施例１に係るレーダのアンテナ配置を示した説明図である。送信波を空間に送信する送信アンテナ1と、物体に反射された送信波の反射波を受信する受信アンテナ2（＃１〜＃５）とを有する。
【００１７】
受信アンテナ＃１、＃３、＃５及び受信アンテナ２＃２、＃４は、同じゲインをもつアンテナである。また、受信アンテナ群＃１、＃３、＃５群と、受信アンテナ群＃２、＃４とは、鉛直方向でずれて設置されている。
【００１８】
また、受信アンテナ＃１と＃３は、受信アンテナ＃２に対して線対象の位置に設置されている。
【００１９】
図２は、レーダのアンテナを含むシステムブロックを示した説明図である。発振器3による信号と、受信アンテナ2＃１〜＃５それぞれで受信した反射波を混合してビート信号を出力するミキサ4と、増幅アンプを介してこのビート信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタル変換し、これらの信号を信号処理部5により解析し、レーダ装置から物体までの方位を検出する。
【００２０】
図３は、レーダの鉛直方向角度を計測するための信号処理部における処理の手順を示すフローチャート。
【００２１】
ステップ100において、まず、受信アンテナ＃１〜＃５それぞれのビート信号をＦＥＴ処理することにより、タイムドメイン信号を周波数変換する。
【００２２】
次にステップ101において、鉛直モノパルスに使用する受信チャンネルChを選択する。具体的には、受信アンテナ＃１〜＃３を選択する。
【００２３】
次に、ステップ102において、それぞれの鉛直方向位置におけるChの合成処理を行う。具体的には、受信アンテナ＃１及び受信アンテナ＃３の信号を合成する。Ch２は選択された受信アンテナのなかで同じ鉛直方向のアンテナが他にないので、ここでは合成しない。
【００２４】
上記の信号を合成した結果を、図４を用いて説明する。図４は、アンテナの合成中心7を示した説明図である。アンテナのパッチに配分される電力を重み付けとして給電部6からそれぞれのパッチまでの距離と電力の積和として、仮想のアンテナ合成中心を定義することができるが、この場合の受信アンテナ＃１〜＃３それぞれの合成中心は、合成中心＃１〜＃３となる。また、受信アンテナ＃１及び受信アンテナ＃３の信号を合成したときの合成中心は合成中心＃１０となる。受信アンテナ＃１及び＃３は、受信アンテナ＃２に対して線対称に配置されているので、合成中心＃２及び合成中心＃１０は、鉛直方向に一列に並ぶこととなる。
【００２５】
次に、図４の合成中心＃２及び合成中心＃１０の信号を用いてモノパルス原理により鉛直方向の角度を算出する。ここでは、複数の受信アンテナは、鉛直方向に２種類以上の位置にずらして配置し、それぞれの鉛直方向位置における受信アンテナ群は、それぞれの鉛直方向の同じ位置で同じ形状をとり、それぞれの鉛直方向位置でのアンテナの合成中心が、鉛直方向に一列に並ぶように、受信アンテナの配置と信号処理するビート信号を選択し、それぞれの鉛直方向位置でのビート信号を合成し、モノパルスにて鉛直方向角度を計測することが可能となり、非常に優れた自動車用ミリ波レーダ装置を提供することができる。
【００２６】
なお、実施例１においては、二つの受信アンテナ群が図１に示すような位置に配置されているが、要するに、選択される二つの受信アンテナ群のそれぞれの合成中心が鉛直方向にずれることが重要であり、その要件が満たされる限り、受信アンテナ＃１、＃３、＃５は、必ずしも同じゲインをもつ必要がなく、また鉛直方向位置も同じである必要はない。また、受信アンテナ＃２、＃４についても同様に、同じゲインをもつ必要がなく、また鉛直方向位置も同じである必要はない。
【実施例２】
【００２７】
図５は、本発明の実施例２に係るレーダのアンテナ配置を示した説明図である。先に説明した実施例１では、図３のフローチャートのステップ101において、一部のアンテナを選択することにより、合成したときの受信アンテナを構成する受信アンテナの合成中心点が鉛直方向に並ぶようにしたが、ここでは、選択をすることなく、全てのアンテナを用いて鉛直方向角度を計測できるようにしたものである。
【００２８】
実施例２においては、受信アンテナ＃１、＃３、＃５は、同じゲインをもち、鉛直方向位置も同じとする。また、受信アンテナ＃２、＃４は、同じゲインをもち鉛直方向位置も同じとする。受信アンテナ＃１、＃３、＃５の合成中心＃２０は、受信アンテナ＃２、＃４の合成中心＃３０と、鉛直方向に一列に並ぶように配置される。
【００２９】
実施例２においても、図３における信号処理フローを用いて、受信アンテナ群それぞれの合成処理を行い、鉛直方向に並んだ合成中心＃２０及び＃３０（図５参照）の信号を算出する。次に、合成中心＃２０及び合成中心＃３０の各信号を用いてモノパルス原理による鉛直方向の角度を算出する。
【００３０】
以上のようにして、実施例１と同じような効果を得ることができるが、実施例２では受信アンテナのすべてを用いるので、信号強度が上がり、安定性に優れた効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３１】
図６は、本発明の実施例３に係るレーダのアンテナ配置を示した説明図である。この実施例では、実施例２では５つあった受信アンテナを３つにしたものである。
【００３２】
アンテナ構成数を最小としたことで、実施例２と同じような効果を奏しつつ、装置の簡素化を実現したものである。
【００３３】
上記の実施例１〜３のいずれにおいても、個々のアンテナをモノパルス又はデジタルビームフォーミングすることにより、水平方向角度を算出することができるので、物体の鉛直方向と水平方向の両方の角度を、すなわちターゲットを２次元的に検出することも可能である。
【００３４】
鉛直方向のアンテナのずらし量については、モノパルスで角度を算出する上で制約がある。図６において、受信波の光路差はd・sinθとなる。θが-90°〜+90°の検知範囲においての光路差は-d〜dとなる。この範囲が送信電波の波長λ以下でないと、検知範囲内での受信信号の位相角(2πd・sinθ/λ)と受信波の到来方向(θ)との一義性が保たれないので、信号処理として問題が発生する。従って、d-(-d)＜λ⇔d<λ/2であることが必要である。
【実施例４】
【００３５】
図７〜９は、本発明の実施例４に係る説明図である。図７は、受信アンテナの最大ゲインを得る方位を示した説明図であり、ここでは、受信アンテナ＃１及び＃２の最大ゲインを得る方位が鉛直方向の上下方向にずれている。
【００３６】
図８は、アンテナゲインと鉛直方向角度との関係を示したグラフである。
【００３７】
図９Ａは、図７に示したレーダとターゲット＃Ａとの相対距離を横軸に、信号強度を縦軸にしたグラフを示す。図９Ｂは、同じくレーダとターゲット＃Ｂとの相対距離を横軸に、信号強度を縦軸にしたグラフを示す。
【００３８】
図７に示したターゲット＃Ａの場合は、レーダとターゲットとを結んだ線がレーダの受信アンテナの鉛直回転中心と一致するので、ターゲットが近づいてきてもアンテナゲインは、図８におけるＸ点で変わりがない。そのため、図９Ａに示したように、受信アンテナ＃１及び＃２の信号強度は、距離による減衰分が発生するだけで受信アンテナ＃１及び＃２の間の信号強度差は発生しないことがわかる。
【００３９】
これに対し、ターゲット＃Ｂの場合は、レーダとターゲットを結んだ線がレーダの受信アンテナの鉛直回転中心と異なるので、ターゲットが近づいてくるとアンテナゲインは、図８においてＹ点からＺ点に変わっていく。そのため、図９Ｂに示したように受信アンテナ＃１及び＃２の信号強度は、距離による減衰分に加えてアンテナ間のゲイン差が発生するので、受信アンテナ間の信号強度差が距離に応じて変わってくることがわかる。
【００４０】
この信号強度差は、ターゲットのレーダとの相対高さ及び相対距離によって変わるので、この信号強度差及び別途取得する距離情報を基にすることによって、レーダとの相対高さを算出することができる。
【実施例５】
【００４１】
図１０は、本発明の実施例５に係る鉛直方向角度と受信アンテナのアンテナゲインの関係を示したグラフである。サイドローブは、受信アンテナのパッチの配列と、パッチに給電する給電線の形状や、給電方向によってきまるので、例えば、受信アンテナ＃１及び＃２で、パッチに給電する給電線の引き回し方向をパッチの鉛直並び方向でそれぞれ逆の方向とすることによって、サイドローブの出る方向が鉛直方向で逆になる。これにより、他の処理を実施例４と同様にして、同様の効果を得ることができるので非常に優れているといえる。
【符号の説明】
【００４２】
1…送信アンテナ、2…受信アンテナ、3…発振器、4…ミキサ、5…信号処理部、6…給電部、7…合成中心、8…ターゲット、20…受信アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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