(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の種類の周波数変調を施した電磁波を送信する送信手段と、
目標物体で反射された受信電磁波を受信する受信手段と、
上記送信手段の送信信号と上記受信手段の受信信号に基づいて上記目標物体までの相対距離と相対速度及び受信強度を算出すると共に、受信強度から上記目標物体の方向を算出する信号処理手段と、
上記信号処理手段からの出力に基づいて上記送信手段の送信方向及び上記受信手段の受信方向を変更する走査手段と
を備え、
上記信号処理手段は、複数方向における各周波数変調フェーズそれぞれの受信信号の振幅レベルの組み合わせから測角処理を行うことを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車載用レーダ装置において、
上記信号処理手段は、複数方向における各周波数変調フェーズそれぞれの受信強度の組み合わせから測角処理を行い、それぞれの測角値を平均したものを測角結果とすることを特徴とする車載用レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用車間距離測定装置として用いて好適な車載用レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のレーダ装置としては、送受共用アンテナを用いることで小型化し自動車への搭載性を向上させたＦＭＣＷ（：Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ装置が知られている。
図５は、従来のＦＭＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
図５において、１は発振器、２はパワーデバイダ、３は送信アンプ、４はサーキュレータ、５はホーンアンテナ５１と反射鏡アンテナ５２を有する送受共用アンテナ、６は目標物体、７は受信アンプ、８はミクサ、９はフィルタ、１０はＡＧＣ（：Automatic Gain Control）アンプ、１１はＡＤ（：Analog-to-Digital）変換器、１２は信号処理装置、１３は信号処理装置１２からの出力に基づいて送受共用アンテナ５の送信方向及び受信方向を変更するためのアンテナスキャン用モータ、１４はハンドル角センサである。
【０００３】
次に、上記構成に係る従来の車載用レーダ装置の動作を説明する。
信号処理装置１２は、線形の周波数変調用電圧信号を出力する。その周波数変調用電圧信号により、発振器１が周波数変調された電磁波を発生する。その電磁波をパワーデバイダ２により２つに分け、一方はミクサ８に入力される。もう一方は送信アンプ３で増幅された後、サーキュレータ４を経由し、送受共用アンテナ５から電磁波が空間に出力される。
【０００４】
送受共用アンテナ５から空間に出力された電磁波は目標物体６で反射され、送信電磁波に対して遅延時間Ｔｄをもって送受共用アンテナ５に入力される。さらに、目標物体６が相対速度を持つ場合には、受信電磁波は送信電磁波に対してドップラシフトＦｄをもって送受共用アンテナ５に入力される。送受共用アンテナ５で受信した電磁波は、受信アンプ７で増幅された後、ミクサ８により上記送信電磁波とミキシングされ、上記遅延時間ＴｄとドップラシフトＦｄに対応したビート信号を出力する。得られたビート信号は、フィルタ９を通過し、ＡＧＣアンプ１０により増幅されてＡＤ変換器１１に入力される。そのビート信号から信号処理装置１２は目標物体６までの相対距離と相対速度を算出する。
【０００５】
次に、信号処理装置１２により目標物体６までの相対距離と相対速度を算出する方法を説明する。
図６は、上記車載用レーダ装置を用いた相対距離と相対速度を算出する一例を示す説明図である。
図６において、送信信号は、周波数掃引帯域幅Ｂ、変調周期Ｔｍで周波数変調されている。受信信号は、送信信号が例えば距離Ｒに存在する目標物体６で反射されて送受共用アンテナ５に入力されるまでの遅延時間Ｔｄを持っている。また、目標物体６が相対速度を持つとき、受信信号は、送信信号に対して周波数ｆｄだけドップラシフトする。
【０００６】
このとき、周波数上昇時における送信信号と受信信号の周波数差Ｆbuと周波数下降時における送信信号と受信信号の周波数差Ｆbdがビート信号としてミクサ８により出力される。信号処理器１２は、そのビート信号をＡ／Ｄ変換器１１を介してデータとして取り込み、ＦＦＴ（：Fast Fourier Transformation）処理することにより、上記周波数差Ｆbu、Ｆbdとその受信強度Ｍｕ、Ｍｄを求める。周波数差Ｆbu、Ｆbdの受信強度Ｍｕ、Ｍｄは、一般的には同じであるので、その平均値Ｍは、Ｍ＝Ｍｕ＝Ｍｄとなる。
【０００７】
上記周波数差Ｆbu、Ｆbd、周波数掃引帯域幅Ｂ、変調周期Ｔｍと光速Ｃ（＝３.０×１０８ｍ／ｓ）、搬送波の波長λ（搬送波の基本周波数がＦ0＝７７ＧＨｚならば、λ＝４.０×１０−３ｍ）により目標物体６の相対距離Ｒと相対速度Ｖは下式（１）により求められる。
【０００８】
【数１】
0003720662.tif 000002
【０００９】
また、目標物体６が複数存在する場合、周波数上昇時における送信信号と受信信号の複数の周波数差Ｆbuと周波数下降時における送信信号と受信信号の複数の周波数差Ｆbdから同一物体の周波数差ＦbuとＦbdを選び、式（１）から相対距離Ｒと相対速度Ｖを求める。
【００１０】
次に、信号処理装置１２により受信強度Ｍから目標物体６の方向を演算する方法を述べる。
従来、方向を演算する方法として、例えば日本国特公平７−２００１６号公報に、モノパルス方式、シーケンシャルロービング方式、コニカルスキャン方式など代表的な方式が開示されている。ここでは、そのうちのシーケンシャルロービング方式について説明する。
【００１１】
信号処理装置１２は、相対距離、相対速度及び受信強度Ｍ１を所定の方向θ１で測定した後、アンテナスキャンモータ１３を動作させ、次の方向θ２に移動し、同様にして相対距離、相対速度及び受信強度Ｍ２を測定する。これら複数方向の検出データにおいて、同一の相対距離、相対速度のデータを選び出し、基本的に受信強度Ｍ１と受信強度Ｍ２の大小関係により測角することができる。
【００１２】
具体的には、所定の２方向θ１とθ２におけるアンテナビームパターンＢ１（θ）とＢ２（θ）から和パターンＳ（θ）と差パターンＤ（θ）を下式（２）、（３）より求める。
Ｓ（θ）＝Ｂ１（θ）＋Ｂ２（θ）    ・・・（２）
Ｄ（θ）＝Ｂ１（θ）−Ｂ２（θ）    ・・・（３）
【００１３】
次に、和パターンＳ（θ）で規格化した次式（４）に示すディスクリミネータＤＳ（θ）を求める。
ＤＳ（θ）＝Ｄ（θ）／Ｓ（θ）      ・・・（４）
次に、和パターンＳ（θ）の半値幅θｓ内では測角値θに対してディスクリミネータＤＳ（θ）が単調増加あるいは単調減少の関係になる。
所定の２方向θ１とθ２の中心を角度θｏ、Ｓ（θ）の半値幅をθｓとし、半値幅θｓで規格化した角度θｎ、及びθｎ＝０付近のディスクリミネータＤＳ（θ）の傾きｋを次式（５）、（６）で求める。
θｎ＝（θ−θｏ）／θｓ            ・・・（５）
ｋ＝ＤＳ（θ）／θｎ                ・・・（６）
【００１４】
また、受信強度Ｍ１と受信強度Ｍ２から観測で得られるディスクリミネータＤＳを次式（７）から求める。
ＤＳ＝（Ｍ１−Ｍ２）／（Ｍ１＋Ｍ２）・・・（７）
よって、あらかじめ計算できる半値幅θｓ、傾きｋ、角度θｏと観測で得られたディスクリミネータＤＳから、次式（８）により測角値θを求めることができる。
θ＝θｓ／ｋ・ＤＳ＋θｏ            ・・・（８）
【００１５】
上記より測定した目標物体６までの相対距離、相対速度、角度とハンドル角センサ１４から道路の曲率を求めた結果より、目標物体６が自車両と同一レーン上を走行する先行車かどうかが判定され、車間距離警報や、安全車間距離を保つ追従走行などが行われる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車載用レーダ装置において、相対距離と相対速度を算出する際、図６での周波数変調の直線性（以後リニアリティと称す）が悪化すると、ビート周波数Ｆbu、Ｆbdの受信強度Ｍは、リニアリティの影響を受け周波数により誤差を持つことになり、異なった値Ｍｕ、Ｍｄとなる。その結果、測角値も誤差を持ち、正しく先行車や障害物などを認識できなくなるというシステムの運用上の問題があった。
リニアリティを向上させれば誤差は小さくなるが、リニアリティを向上させるには、ハードウエアの規模や信号処理の負荷を増大させることが必要であり、価格面や自動車の運用条件下で不可能である。
【００１７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであって、ハードウエアの規模や信号処理の負荷を増大させることなく、リニアリティが悪化しても正しく測角でき、高性能で安価な車載用レーダ装置を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車載用レーダ装置は、複数の種類の周波数変調を施した電磁波を送信する送信手段と、目標物体で反射された受信電磁波を受信する受信手段と、上記送信手段の送信信号と上記受信手段の受信信号に基づいて上記目標物体までの相対距離と相対速度及び受信強度を算出すると共に、受信強度から上記目標物体の方向を算出する信号処理手段と、上記信号処理手段からの出力に基づいて上記送信手段の送信方向及び上記受信手段の受信方向を変更する走査手段とを備え、上記信号処理手段は、複数方向における各周波数変調フェーズそれぞれの受信信号の振幅レベルの組み合わせから測角処理を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
また、上記信号処理手段は、複数方向における各周波数変調フェーズそれぞれの受信強度の組み合わせから測角処理を行い、それぞれの測角値を平均したものを測角結果とすることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る車載用レーダ装置の構成を示すブロック図である。
図１において、図５に示す従来例の構成と同一部分は同一符号を付して示す。すなわち、１は発振器、２はパワーデバイダ、３は送信アンプ、４はサーキュレータ、５はホーンアンテナ５１と反射鏡アンテナ５２を有する送受共用アンテナ、６は目標物体、７は受信アンプ、８はミクサ、９はフィルタ、１０はＡＧＣ（：Automatic Gain Control）アンプ、１１はＡＤ（：Analog-to-Digital）変換器、１３は送受共用アンテナ５の送信方向及び受信方向を変更するための走査手段となるアンテナスキャン用モータ、１４はハンドル角センサである。
【００２１】
また、新たな符号として、１２Ａは本実施の形態１に係る信号処理装置を示し、この信号処理装置１２Ａは、図５に示す従来例の信号処理装置１２と同様にして相対距離と相対速度及び受信強度Ｍを算出するが、複数方向における各周波数変調フェーズそれぞれの受信強度の組み合わせから測角処理を行う点が異なる。さらに、それぞれの測角値を平均したものを測角結果として出力するようになされている。
【００２２】
次に、この発明における測角処理の原理について説明する。
相対距離と相対速度を算出する際、図６での周波数変調の直線性、つまりリニアリティが良好な場合、ＦＦＴ（：Fast Fourier Transformation）処理して求めるビート周波数Ｆbu、Ｆbdの受信強度Ｍｕ、Ｍｄは、図２（Ａ）と図２（Ｂ）に示すように、同じレベルとなる。しかしながら、リニアリティが悪化した場合、ＦＦＴ処理して求めるビート周波数Ｆbu、Ｆbdの受信強度Ｍｕ、Ｍｄは、図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示すように、誤差を持ち異なるレベルとなる。その結果、従来の測角処理方法では、原理上測角値に誤差を生じさせてしまう。
【００２３】
これについて、さらに具体的に説明する。
まず、リニアリティの定義を行う。送信周波数を示す関数ｆを２次式として定義し次式（９）に示す。
ｆ＝ｆ０＋（Ｍ−αＴ）ｔ＋αｔ２    ・・・（９）
ここで、ｆ０：変調開始周波数、Ｔ：周波数変調時間、ｔ：時間、
α：定数、Ｍ：理想的な周波数変化率リニアリティを示す。
関数ｆは５１２点のサンプリングするとして次式のように決める。
【００２４】
【数２】
0003720662.tif 000003
【００２５】
上記に定義したリニアリティを用いて各リニアリティに対する各ビンでの受信強度Ｍの劣化量（ｄＢ）を下記表にまとめる。ここでいうビンとは、ビート周波数（つまり相対距離及び相対速度）の最小分解能であり、変調周波数が１５０ＭＨｚで周波数変調時間が７．１ｍｓの場合、１ビンは１ｍあるいは１ｋｍ／ｈと同じである。
【００２６】
【表１】
0003720662.tif 000004
【００２７】
このようにリニアリティが悪化している場合、ビート周波数が大きくなればなるほど受信強度も劣化する。
【００２８】
また、図６をみても理解されるように、一般に、検出目標物体が相対距離と相対速度を持つ場合、ビート周波数ＦbuとＦbdは周波数の絶対値が異なる。この場合、上記表１からビート周波数ＦbuとＦbdは周波数が異なるため、リニアリティの影響を受ける程度が異なり、図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示すように、受信強度が目標物体の反射強度と同一にも関わらず強度に誤差を生じ、異なった値となる。この状態では、従来の測角方法での各方向での受信強度Ｍから測角する方法は、原理上、測角値に誤差を生じさせてしまうことになる。
【００２９】
また、前述したように、リニアリティを向上させれば測角誤差は小さくなるが、リニアリティを向上させるにはハードウエア規模や信号処理の負荷を増大させることが必要であり、価格面や自動車の運用条件下で不可能である。
このような点に鑑み、この発明の実施の形態１では、リニアリティが悪化していてもその影響を最小限に押さえる測角方法を提供する。
【００３０】
図４は、本実施の形態１に係る信号処理装置１２Ａによる測角処理の内容を示すフローチャートである。
以下、このフローチャートを参照して本実施の形態１における測角処理を具体的に説明する。
まず、周波数上昇時と下降時の２フェーズのビート信号をＡＤ変換器１１を介してサンプリングし３方向分取得する（ステップＳ１〜Ｓ５）。ここでは、例として３方向（ｉ＝３）としているが何方向でもよい。また、周波数上昇及び下降フェーズ数は測距、測速度方式によって異なるが、ここでは、１方向２フェーズとする。
【００３１】
次に、３方向６フェーズのビート信号をＦＦＴ処理し（ステップＳ６）、ＦＦＴ処理したすべてのフェーズにおいてノイズフロアーの４倍程度のスレショルドを設定する（ステップＳ７）。ここでは、４倍程度のスレショルドとしたが、レーダの仕様に応じてこの値は変化するものである。また、ＣＦＡＲ（：Constant False Alarm Rate）処理を施してスレショルドを決定しても良い。
【００３２】
次に、スレショルドより大きい受信強度のスペクトルの周波数とピーク値を抽出することでノイズ成分を除去し、各方向でのビート周波数Ｆbu、Ｆbd、受信強度Ｍｕ、Ｍｄを求める（ステップＳ８）。そして、３方向それぞれでビート周波数Ｆbu、Ｆbdから従来例と同様に相対距離Ｒ、相対速度Ｖを求める（ステップＳ９）。
【００３３】
次に、３方向の相対距離Ｒと相対速度Ｖの組み合わせから同じものを選択し（同じ目標物体からの信号を選択し）、各方向の同じフェーズでの受信強度Ｍｕの組み合わせから測角演算する。さらに、同様に、各方向の同じフェーズでの受信強度Ｍｄの組み合わせから測角演算する。さらに、それぞれでの測角値を平均したものを測角結果とする（ステップＳ１０）。
【００３４】
このように、各周波数変調フェーズそれぞれの受信強度の組み合わせで測角処理すれば、同じ目標物体であれば、各方向で検出されるビート周波数Ｆbu及びＦbdはそれぞれ同じ周波数であり、同じ周波数であればリニアリティが悪化しても、前述のように、各方向のビート周波数Ｆbu及びＦbdはそれぞれ同じ比で受信強度が劣化するため、測角処理に必要な各方向での受信強度の比は損なわれない。これにより、リニアリティが悪化しても正しく測角できる。
【００３５】
さらに、それぞれでの測角値を平均したものを測角結果とすれば、さらにノイズの影響を除去でき、精度が増す。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、各周波数変調フェーズそれぞれの受信強度の組み合わせで測角処理することにより、リニアリティが悪化しても正しく測角でき、特別なハードウエアを付加することや演算負荷が増大することがなく安価である。
【００３７】
また、それぞれの測角値を平均したものを測角結果とすることにより、ノイズの影響を除去でき、精度が増す。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る車載用レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  リニアリティが理想的な場合の２フェーズの受信強度の関係を示した説明図である。
【図３】  この発明の実施の形態１におけるリニアリティが悪化した場合の２フェーズの受信強度の関係を示した説明図である。
【図４】  図１の信号処理装置１２Ａの測角処理を示すフローチャートである。
【図５】  従来例に係る車載用レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】  従来例に係る車載用レーダ装置の相対距離と相対速度を算出する方法を示した説明図である。
【符号の説明】
１  発振器、２  パワーデバイダ、３  送信アンプ、４  サーキュレータ、５送受共用アンテナ、５１  ホーンアンテナ、５２  反射鏡アンテナ、６  目標物体、７  受信アンプ、８  ミクサ、９  フィルタ、１０  ＡＧＣアンプ、１１ＡＤ変換器、１２Ａ  信号処理装置、１３  アンテナスキャンモータ、１４  ハンドル角センサ。
【図１】
0003720662.tif 000005
【図２】
0003720662.tif 000006
【図３】
0003720662.tif 000007
【図４】
0003720662.tif 000008
【図５】
0003720662.tif 000009
【図６】
0003720662.tif 000010