(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的に広帯域を占有できる無線信号を利用し、少なくとも、車車間距離測定機能を付加した安全運転支援装置を、安価な追加コストで、単一の無線装置を提供する。【解決手段】比較的に広帯域を占有できるミリ波帯の無線信号を利用することによって、障害物検知のためのミリ波レーダに、少なくとも、車車間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。【選択図】図１
2014059284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的に広帯域を占有できるミリ波帯の無線信号を用いた安全運転支援システムにおいて、
第１送受信手段が、前記無線信号をバースト信号として間欠送信するための第１送信手段と、前記無線信号を周波数分割あるいは時分割のタイミングで受信するための第１受信手段と、前記第１送信手段、第１受信手段、あるいはこれらの両方に局発信号を供給するための第１局発手段と、前記第１送信手段と第１受信手段とを制御するための第１制御手段と、前記第１送信手段と第１受信手段とで、アンテナを個別に備え、アンテナを時分割で切替え、あるいはアンテナを共有するための、第１アンテナおよび第１アンテナ切替手段とから構成され、
第２送受信手段が、前記無線信号をバースト信号として間欠送信するための第２送信手段と、前記無線信号を周波数分割あるいは時分割のタイミングで受信するための第２受信手段と、前記第２送信手段、第２受信手段、あるいはこれらの両方に局発信号を供給するための第２局発手段と、前記第２送信手段と第２受信手段とを制御するための第２制御手段と、前記第２送信手段と第２受信手段とで、アンテナを個別に備え、アンテナを時分割で切替え、あるいはアンテナを共有するための、第２アンテナおよび第２アンテナ切替手段とから構成され、
前記第１送受信手段と第２送受信手段との間で相互間通信を行う場合には、
前記無線信号が、少なくとも、同期信号、マックレイヤ、付加デジタル信号、あるいはこれらを組合せたデジタル信号を含み、
前記制御手段が、外部から入力されるデジタル信号をシフトレジスタを介して前記送信手段に向けて出力し、
前記送信手段が、前記制御手段から入力されたデジタル信号によって任意の変調方式で変調し、前記局発手段によって生成された局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、無線信号として前記アンテナから空間に向けて放射し、
前記受信手段が、前記アンテナによって受信した無線信号から、直接、あるいは前記局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、前記デジタル信号を任意の復調方式で復調し、前記復調したデジタル信号を制御手段に向けて出力し、
前記制御手段が、前記受信手段から入力されるデジタル信号をシフトレジスタを介して外部に向けて出力し、
前記第１送受信手段と第２送受信手段との間で相互間距離測定を行う場合には、
前記無線信号が、少なくとも、同期信号、マックレイヤ、パルス信号、あるいはこれらを組合せたデジタル信号を含み、
前記第１制御手段が、少なくとも、基準発振器に同期した起点信号を生成して、前記第１送信手段に向けて出力し、
前記第１送信手段が、少なくとも、前記第１制御手段から入力された起点信号によってパルス変調方式で変調し、前記第１局発手段によって生成された第１局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、無線信号として前記第１アンテナから空間に向けて放射し、
前記第２受信手段が、少なくとも、前記第２アンテナによって受信した無線信号から、直接、あるいは前記第２局発手段によって生成された第２局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、前記パルス変調された起点信号を振幅検波して復調し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した起点信号を前記第２制御手段に向けて出力し、
前記第２制御手段が、少なくとも、前記第２受信手段から出力された起点信号と瞬時に同期を確立しかつ前記起点信号が消滅した後も同期を保持して距離測定信号を生成し、前記生成した距離測定信号を前記第２送信手段に向けて出力し、
前記第２送信手段が、少なくとも、前記第２制御手段から出力された距離測定信号によってパルス変調方式で変調し、前記第２局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、周波数分割あるいは時分割のタイミングで、無線信号として前記第２アンテナから空間に向けて放射し、
前記第１受信手段が、少なくとも、前記第１アンテナによって受信した無線信号から、直接、あるいは前記第１局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、前記パルス変調された距離測定信号を振幅検波して復調し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した距離測定信号を前記第１制御手段に向けて出力し、
前記第１制御手段が、少なくとも、自局で生成し時分割の期間中も継続して保持している起点信号を基準として、前記第１受信手段によって復調された距離測定信号との伝搬遅延位相差、伝搬遅延時間差、あるいはこれらの両方を検出して、前記第１送受信手段と第２送受信手段との間の距離の測定を行い、
前記第１送受信手段、第２送受信手段、あるいはこれらの両方が、障害物検知を行う場合には、
前記無線信号が、少なくとも、同期信号、マックレイヤ、パルス信号、あるいはこれらを組合せたデジタル信号を含み、
前記制御手段が、少なくとも、基準送振器に同期した障害物検知信号を生成して、前記生成した障害物検知信号を送信手段に向けて出力し、かつ別に生成した変調信号を局発手段に向けて出力し、
前記送信手段が、少なくとも、前記制御手段から入力された障害物検知信号によってパルス変調方式で変調し、前記局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、無線信号として前記アンテナから空間に向けて放射し、
前記受信手段が、前記アンテナから放射された無線信号が障害物によって反射され、前記アンテナによって受信された無線信号から、直接、あるいは前記局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、前記パルス変調された障害物検知信号を振幅検波して復調し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した障害物検知信号を前記第１制御手段に向けて出力し、
前記制御手段が、自局で生成した前記障害物検知信号を基準として、周波数差、伝搬遅延位相差、伝搬遅延時間差、あるいはこれらの組合せを検出して、障害物の検知を行う
ことを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項２】
前記請求項第１項において、前記無線信号をバースト信号として送信する際には、少なくとも、先頭に同期信号を含めて送信し、相互間通信を行うために必要な情報をマックレイヤとして含めて送信し、相互間距離測定と障害物検知とを行うために必要なパルス信号を含めて送信し、あるいはこれらの組合せを送信することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項３】
前記請求項第１項において、前記局発手段によって生成される局発信号が、無変調の高周波信号であり、前記パルス信号と同期して生成される、ＦＭ信号であり、ＦＨ信号であり、ＳＳ信号であり、あるいはこれらの組合せであることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項４】
前記請求項第３項において、前記局発手段によって生成されるＳＳ信号が、前記パルス信号と同一の符号長であり、かつ自己相関関数がインパルス状である符号系列、あるいは自己直交符号系列の繰返しで構成されることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項５】
前記請求項第１項において、前記送信手段における変調方式が、ＡＳＫ変調方式であり、ＯＯＫ変調方式であり、方形波変調方式であり、定振幅変調方式であり、あるいはこれらの組合せであることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項６】
前記請求項第１項から第５項までのいずれかにおいて、前記無線信号に含まれるパルス信号が、モノパルス信号、ＦＭパルス信号、ＦＨパルス信号、ＳＳパルス信号、あるいはこれらの組合せであることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項７】
前記請求項第１項から第６項までのいずれかにおいて、前記無線信号をバースト信号として送信する際に、障害物検知のためにパルス変調された無線信号と、前記相互間距離測定のためにパルス変調された無線信号とが共用されることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項８】
前記請求項第１項において、前記送信手段からの出力信号を、前記受信手段への入力信号として直接折返して距離測定を行うことによって、前記送受信手段、受信手段、あるいはこれらの両方に内在する、伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間の定数部分と変数部分との一部あるいは全部を測定し、前記測定結果を用いて前記送受信手段相互間の距離測定結果を補正することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項９】
前記請求項第１項において、前記アンテナが、指向性アンテナであり、指向性のビーム幅が目的に応じて選択されあるいは切替えられ、主として相互間通信あるいは相互間距離測定に用いる場合には比較的に広ビーム幅であり、移動体の後方に向けて設置され、主として障害物検知を行う場合には比較的に狭ビーム幅であり、移動体の進行方向に向けて設置され、あるいはこれらの組合せであることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１０】
前記請求項第９項において、前記第２送受信手段が、自局の第２アンテナの指向性を後方に向けて設置し、周波数分割あるいは時分割のタイミングで、前記距離測定信号を含む無線信号を前記第１送受信手段に向けて放射する際に、前記第２送受信手段が、前記第２アンテナから放射され、障害物によって反射された無線信号を、前記第２アンテナで受信して、障害物の検知を行うことを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１１】
前記請求項第１項において、前記受信手段の中間周波フィルタがパッシブ回路で構成され、かつ等価帯域幅が１００ＭＨｚ以上の広帯域であり、前記受信手段の復調・増幅手段の等価帯域幅が２００ＭＨｚ以上の広帯域であることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１２】
前記請求項第１項において、前記受信手段が、少なくとも、複数組の、低雑音増幅器、ミキサ、中間周波フイルタあるいはバースバンドフイルタ、および復調・増幅手段を有し、各組の入力端子をアンテナ切替手段を介して少なくとも上下方向に配置した複数のアンテナに接続し、かつ各組の復調・増幅手段の出力端子をＯＲ回路を介して合成して前記制御手段に向けて出力し、最短距離で到達した無線信号を検出することによって、ダイバーシテイ効果を実現することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１３】
前記請求項第１項において、前記受信手段が、前記パルス変調された無線信号を、直接あるいは所定の周波数に変換した後に整流検波し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅した後に、前記同期確立・保持手段が、立上がり点、あるいはゼロ交差点を高精度で検出し、所定の周波数のクロック信号によって駈動される、単一もしくは複数組の信号生成カウンタをセットしあるいはリセットして瞬時に同期を確立し、かつ前記パルス信号が消滅した後も高精度で同期を保持することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１４】
前記請求項第１項から第１３項までのいずれかにおいて、前記受信手段が、前記無線信号に含まれるＳＳパルス信号から自己相関関数のピーク値を高精度で検出し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅した後に、前記同期確立・保持手段が、前記受信手段が検出したピーク値のタイミングで、単一もしくは複数組の有限長系列の符号生成手段をセットしあるいはリセットすることによって同期を確立し、前記パルス信号が消滅した後も同期を保持することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１５】
前記請求項第１項から第１４項までのいずれかにおいて、前記無線信号をバースト信号として空間に放射する際に、前記バースト信号に一定の間隔で繰返して生成される複数組のパルス信号が含まれ、前記無線信号を受信した受信手段が、各個別のパルス信号毎に、前記距離測定信号、あるいは障害物検知信号を復調して制御手段に向けて出力し、前記制御手段が、前記送信手段が生成した各個別のパルス信号を基準とし、かつ前記パルス信号と同じ長さあるいは幅を１ステップとし、前記受信手段によって復調された復調出力を、１ステップ毎に、高速のＡＤコンバータによって複数ビットのデータに変換し、前記変換された複数ビットのデータを、前記ステップ毎のタイミングで、複数ビットの多段加算器に順次加算処理し、前記処理を複数組のパルス信号に対し順次繰り返して行い、前記多段加算器の各段ごとの加算処理の結果から、少なくとも前記伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間を検出することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１６】
前記請求項第１５項において、前記制御手段が、前記送信手段が生成した複数組のパルス信号を基準とし、かつ前記パルス信号と同じ長さあるいは幅を１ステップとし、各個別のパルス信号毎に、遅延時間が１ステップだけ増加する遅延手段のタイミングによって、書込みと読出し制御される単一あるいは複数のサンプルホールド手段に、前記受信手段によって復調された信号出力を書込み、、前記単一あるいは複数のサンプルホールド手段からの出力信号を、比較的に低速のＡＤコンバータによって複数ビットのデータとして読出して前記多段加算器に加算処理を行い、前記処理を複数組のパルス信号に対し順次繰り返して行い、前記多段加算器の各段ごとの加算結果から、少なくとも前記伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間を検出することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１７】
前記請求項第１５項において、前記制御手段が、少なくとも容量が８×８＝６４区画のＣＭＯＳアナログ加算器を有し、前記送信手段が生成した各個別のパルス信号を基準とし、かつ前記パルス信号と同じ長さあるいは幅を１ステップとし、前記受信手段によって復調された復調出力を、前記ステップ毎のタイミングで、前記ＣＭＯＳアナログ加算器の６４区画に順次書込み処理を行い、前記処理を複数組のパルス信号について行い、前記復調出力を積算し、前記複数組のパルス信号を送信完了後に、前記ＣＭＯＳアナログ加算器の各区画ごとにＡＤコンバータを用いて前記積算値の読出し処理を行い、前記読出し完了後に前記ＣＭＯＳアナログ加算器の各区画をリセットすることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１８】
前記請求項第１項から第１７項のいずれかにおいて、前記バースト信号を少なくとも２回連続しあるいは複数回連続して送信し、前記２回あるいは複数回の送信によって検出した伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間から、前記送受信手段の間の相対速度を算出し、あるいは障害物との相対速度を算出することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項１９】
前記請求項第１項において、前記相互間距離測定機能によって距離を測定した結果と、障害物検知レ−ダによって距離を測定した結果とを比較し、両者の内距離の測定結果が比較的に距離が短いものを選択し、あるいは両者の測定結果を平均しあるいは加重平均することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項２０】
前記請求項第１項において、前記受信手段の内部の伝搬遅延時間が２０ナノ秒以下であり、前記中間周波フィルタあるいはベースバンドフイルタの伝搬遅延時間が１０ナノ秒以下であり、前記復調・増幅手段の伝搬遅延時間が５００ピコ秒以下であり、前記複数の送受信手段の間隔の変化による前記復調・増幅手段の伝搬遅延時間の変化が５０ピコ秒以下であることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項２１】
前記請求項第１項において、前記第２送受信手段が、前記第１送受信手段から送信された起点信号と自局の識別信号とを含む無線信号を受信すると、前記受信した起点信号と高精度で同期した距離測定信号と相手先および自局の識別信号とを含む無線信号を前記第１送受信手段に向けて、複数の周波数スロットあるいはタイムスロットからランダムに選択された周波数分割あるいは時分割のタイミングで折返して送信することを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項２２】
前記請求項第１項において、前記無線信号が、１００ＭＨｚ以上の帯域幅を占有できる周波数帯、あるいは準ミリ波帯、あるいはミリ波帯の電磁波信号であり、あるいは光信号であることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項２３】
前記請求項第１項〜第２２項のいずれかにおいて、前記送受信手段が、移動体間の相互通信、移動体間の距離測定、移動体と基地局間の相互通信、移動体と基地局間の距離測定、移動体の周辺の障害物検知、基地局周辺の障害物検知、あるいはこれらの組合せに用いられることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項２４】
前記請求項第１項〜第２３項のいずれかにおいて、前記送受信手段が、車車間の相互通信、路車間の相互通信、車車間の距離測定、路車間の距離測定、車両周辺の障害物検知、路側帯あるいは横断歩道上の歩行者あるいは障害物の検知、あるいはこれらの組合せに用いられることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項２５】
前記請求項第１項〜第２４項のいずれかにおいて、前記パルス変調手段に振幅変調方式を採用し、広帯域復調・低伝搬遅延増手段に振幅検波方式を採用し、前記ミキサに直交ミキサを採用し、あるいはこれらの組合せによって、中間周波信号を用いることなく、あるいは中間周波信号に変換することなく、直接広帯域変調を行い、直接広帯域復調を行い、あるいはこれらの両方を行うことを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項２６】
前記請求項第１項〜第２５項のいずれかにおいて、前記送受信手段が、レーダのトランスポンダとして用いられ、レーダ信号に反応して応答信号を送信し、交通弱者によって携帯され、前記交通弱者が利用する移動手段に搭載され、仮設の信号装置として用いられ、交通規制の信号装置として用いられ、追突防止装置として用いられ、あるいはこれらの組合せに用いられることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【請求項２７】
前記請求項第１項〜第２６項のいずれかにおいて、前記送受信手段が、アクテイブな反射板であり、レーダ信号のレピ−タとして用いられ、レーダ信号に反応してレーダ信号の伝搬ルートを転換し、レーダ信号に反応してレーダ信号の到達距離を延長し、レーダ信号に反応して障害物の存在を意図的に報知し、あるいはこれらの組合せであることを特徴とする相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、比較的に広帯域を占有できる無線信号を利用し、相互間通信機能、相互間距離測定機能、あるいはこれらの両方を障害物検知レーダに統合し、安価な単一の装置として実現するための、相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の無線通信機の間で相互通信を行うことによって相互間の距離測定を行うとともに、周辺の障害物検知を行うための装置あるいはシステムが提案されている。（例えば、特許文献１〜３、非特許文献１参照）
【特許文献１】特願２００７−２２５４１０号公報
【特許文献２】特願２０００−０４６９３６号公報
【特許文献３】特願２０１１−０３９０２０号公報
【非特許文献１】大久保聡編  「ミリ波レーダが通信端末に化ける日はくるか」２００６０４０５／１１５７６３、日経エレクトロニクス
【０００３】
図１０は、特許文献１に記載されている従来の「パルスレーダ式障害物検知装置」の実施例であり、漏れ電波、及びパルス制御部の送信タイミング時間の揺らぎがある環境においても、対象物の距離を測定できるパルスレーダ式障害物検知装置を提供する。パルスレーダ式障害物検知装置１にパルス状の電波を送信する送信部２と、この送信部２を制御するパルス制御部３と、反射波を受信する受信部４と、出力信号を記憶する記憶装置５と、相関度を算出して演算した相関度が最も高い時間遅延情報を出力する相関演算部８と、時間遅延を加えて比較器６に出力する遅延処理部９と、出力信号と記憶装置５の信号とを差分処理する比較器６と、対象物までの距離を算出する距離測定部７とを設けているが、相互間通信機能あるいは相互間距離測定機能をパルスレーダに付加したものではない。
【０００４】
また、特許文献２に記載されている従来の「ＦＭパルスドップラレーダ」の実施例では、特許文献１と同様に、相互間通信によって距離を測定する機能を付加するものではない。
一方、特許文献３に記載されている従来の「距離測定装置」の実施例では、相互間の通信によって距離を測定するものであるが、障害物検知装置へ距離測定機能を付加するものではない。
また、非特許文献１に記載されている従来の「ミリ波レーダが通信端末に化ける日はくるか」には、ミリ波レーダが通信端末を兼ねること、すなわち、障害物検知装置と相互間通信装置とが単一の装置として実現されることが期待されると記述されているが、現実には実現されていない。
前記のように、従来から、ミリ波レーダに車車間通信機能を統合し、単一の無線設備で実現することについての提案がされているが、まだアイデアの段階であり、更に、ミリ波パルスレーダに車車間距離測定機能を付加する点についてはアイデアも示されていないなどの問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、比較的に広帯域を占有できる無線信号を利用し、相互間通信機能、相互間距離測定機能、あるいはこれらの両方を障害物検知レーダに統合することによって、相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置を、安価な単一の無線装置として実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる安全運転支援装置では、第１送受信手段が、比較的に広帯域を占有できる無線信号を利用し、起点信号を含む無線信号をバースト信号として、第２送受信手段に向けて間欠送信し、前記第２送受信手段が、前記第１送受信手段から送信された起点信号を含む無線信号を受信すると、前記受信した起点信号と高精度で同期した距離測定信号を含む無線信号を前記第１送受信手段に向けて、複数のタイムスロットからランダムに選択された周波数分割あるいは時分割のタイミングで折返して送信し、前記第１送受信手段において、前記第２送受信手段から送信された無線信号を受信して前記距離測定信号を復調し、前記自局で生成し保持された起点信号を基準として前記復調した距離測定信号の伝搬遅延位相差もしくは伝搬遅延時間差を測定して、前記第１送受信手段と第２送受信手段との間の距離を高精度で測定するよう構成する。
【０００７】
なお、前記相互間距離測定のためのバースト信号として間欠送信される無線信号を、障害物検知のためのパルス信号と共用することで、障害物検知レーダに安価なコストで相互間距離測定機能を付加することができる。
また、前記バースト信号に、少なくとも、同期信号、マックレイヤ、およびパルス信号を含めて送信し、特に、相互間通信を行うために必要な情報を、前記マックレイヤに含めて送信し、距離測定機能と障害物検知レーダとに必要なパルス信号を付加して共用することで、相互間通信機能および相互間距離測定機能を障害物検知レーダに付加した安全運転支援装置を実現する。
【０００８】
また、前記相互間距離測定機能を障害物検知レーダに付加した安全運転支援装置を、安価な単一の無線装置として実現するためには、前記第１送受信手段、第２送受信手段、あるいはこれらの両方の伝搬遅延時間の合計が２０ナノ秒以下であり、前記第１送受信手段、第２送受信手段、あるいはこれらの両方の受信手段を構成する、中間周波フィルタの伝搬遅延時間が１０ナノ秒以下であり、かつ広帯域復調・低伝搬遅延増幅手段の伝搬遅延時間が５ナノ秒以下であり、前記受信手段への受信信号強度が変動するのに対応して、前記広帯域復調・低伝搬遅延増幅手段の伝搬遅延時間の変動が５００ピコ秒以下である必要がある。
また、前記伝搬遅延時間の変動が比較的に少ない定数部分、あるいは前記伝搬遅延時間の定数部分と変数部分との一部あるいは全部とについて距離補正を行うことで、高精度の距離測定、障害物検知、あるいはこれらの両方を実現する。
【発明の効果】
【０００９】
前述のように、本発明の相互間距離測定機能を付加した安全運転支援装置を、比較的に広帯域を占有できる無線信号を利用し、第１送受信手段と第２送受信手段との間での相互間通信機能と相互間距離測定機能とを、前記第１送受信手段、第２送受信手段、あるいはこれらの両方の周辺に存在する障害物の検知を行うための、ミリ波レーダに付加することによって、安価な追加コストによって、単一の無線装置として実現できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による安全運転支援システムの構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態による無線信号の構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態による無線信号のレベル配分図
【図４】本発明の第１の実施の形態による安全運転支援装置の構成図
【図５】本発明の第１の実施の形態による相互間距離測定のためのタイミングチャート
【図６】本発明の第１の実施の形態による同期確立・保持手段の構成図
【図７】本発明の第１の実施の形態による相互間通信のための制御フローチャート
【図８】本発明の第１の実施の形態による相互間距離測定のための制御フローチャート
【図９】本発明の第１の実施の形態による障害物検知のための制御フローチャート
【図１０】従来の実施例を示す構成図
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるシステム構成図である。図１において、１０１ａは第１送受信手段、１０１ｂは第２送受信手段、１１ａ、１１ｂは制御手段、１２ａ、１２ｂは送信手段、１３ａ、１３ｂは受信手段、１４ａ、１４ｂは局発手段、１５ａ、１５ｂはアンテナ切替手段、１６ａ、１６ｂはアンテナ、１７ａ、１７ｂは無線信号の伝搬路である。
【００１２】
一方、図２は、本発明の第１の実施の形態による無線信号の構成図であり、８０ａは第１送受信手段において生成され、変調されるデジタル信号であり、８１ａは同期信号、８２ａはマックレイヤ、８３ａはパルス信号で構成され、８４は前記第２の送受信手段で復調され、同期を確立し、生成されて折返されるデジタル信号であり、８１ｂは同期信号、８２ｂはマックレイヤ、８３ｂはパルス信号で構成され、８０ｂは第１送受信手段において復調されるデジタル信号である。
【００１３】
図１および請求項１に示すように、比較的に広帯域を占有できるミリ波帯の無線信号を用いた安全運転支援システムにおいて、第１送受信手段１０１ａが、前記無線信号をバースト信号として間欠送信するための第１送信手段１２ａと、前記無線信号を周波数分割あるいは時分割のタイミングで受信するための第１受信手段１３ａと、前記第１送信手段、第１受信手段、あるいはこれらの両方に局発信号を供給するための第１局発手段１４ａと、前記第１送信手段と第１受信手段とを制御するための第１制御手段１１ａと、前記第１送信手段と第１受信手段とで、アンテナを個別に備え、アンテナを時分割で切替え、あるいはアンテナを共有するための、第１アンテナ１６ａおよび第１アンテナ切替手段１７ａとから構成される。
【００１４】
一方、第２送受信手段１０１ｂが、前記無線信号をバースト信号として間欠送信するための第２送信手段１２ｂと、前記無線信号を周波数分割あるいは時分割のタイミングで受信するための第２受信手段１３ｂと、前記第２送信手段、第２受信手段、あるいはこれらの両方に局発信号を供給するための第２局発手段１４ｂと、前記第２送信手段と第２受信手段とを制御するための第２制御手段１１ｂと、前記第２送信手段と第２受信手段とで、アンテナを個別に備え、アンテナを時分割で切替え、あるいはアンテナを共有するための、第２アンテナ１６ｂおよび第２アンテナ切替手段１７ｂとから構成される。
【００１５】
また、図１、図２、および請求項１に示すように、前記第１送受信手段と第２送受信手段との間で相互間通信を行う場合には、前記無線信号が、少なくとも、同期信号、マックレイヤ、付加デジタル信号、あるいはこれらを組合せたデジタル信号を含み、前記制御手段が、外部から入力されるデジタル信号をシフトレジスタを介して前記送信手段に向けて出力し、前記送信手段が、前記制御手段から入力されたデジタル信号によって任意の変調方式で変調し、前記局発手段によって生成された局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、無線信号として前記アンテナから空間に向けて放射し、前記受信手段が、前記アンテナによって受信した無線信号を、直接、あるいは前記局発信号とをミキシングして所定の周波数（中間周波数あるいはベースバンド周波数）に変換し、前記デジタル信号を任意の復調方式で復調し、前記復調したデジタル信号を制御手段に向けて出力し、前記制御手段が、前記受信手段から入力されるデジタル信号をシフトレジスタを介して外部に向けて出力する。
【００１６】
また、前記第１送受信手段と第２送受信手段との間で相互間距離測定を行う場合には、前記無線信号が、少なくとも、同期信号、マックレイヤ、パルス信号、あるいはこれらを組合せたデジタル信号を含み、前記第１制御手段が、少なくとも、基準発振器に同期した起点信号を生成して、前記第１送信手段に向けて出力し、前記第１送信手段が、少なくとも、前記第１制御手段から入力された起点信号によってパルス変調方式で変調し、前記第１局発手段によって生成された第１局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、無線信号として前記第１アンテナから空間に向けて放射し、前記第２受信手段が、少なくとも、前記第２アンテナによって受信した無線信号を、直接、あるいは前記第２局発手段によって生成された第２局発信号とミキシングして所定の周波数（中間周波数あるいはベースバンド周波数）に変換し、前記パルス変調された起点信号を振幅検波して復調し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した起点信号を前記第２制御手段に向けて出力し、前記第２制御手段が、少なくとも、前記第２受信手段から出力された起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も同期を保持して距離測定信号を生成し、前記生成した距離測定信号を前記第２送信手段に向けて出力する。
【００１７】
前記第２送信手段が、少なくとも、前記第２制御手段から出力された距離測定信号によってパルス変調方式で変調し、前記第２局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、周波数分割あるいは時分割のタイミングで、無線信号として前記第２アンテナから空間に向けて放射し、前記第１受信手段が、少なくとも、前記第１アンテナによって受信した無線信号を、直接、あるいは前記第１局発信号とミキシングして所定の周波数（中間周波数あるいはベースバンド周波数）に変換し、前記距離測定信号を振幅検波して復調し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した距離測定信号を前記第１制御手段に向けて出力し、前記第１制御手段が、少なくとも、自局で生成し時分割の期間中も継続して保持している起点信号を基準として、前記第１受信手段によって復調された距離測定信号との伝搬遅延位相差、伝搬遅延時間差、あるいはこれらの両方を検出して、前記第１送受信手段と第２送受信手段との間の距離の測定を行う。
【００１８】
また、前記第１送受信手段、第２送受信手段、あるいはこれらの両方が、障害物検知を行う場合には、前記無線信号が、少なくとも、同期信号、マックレイヤ、パルス信号、あるいはこれらを組合せたデジタル信号を含み、前記制御手段が、少なくとも、基準送振器に同期した障害物検知信号を生成し、前記生成した障害物検知信号を送信手段に向けて出力し、かつ別に生成した変調信号を局発手段に向けて出力して変調し、前記送信手段が、少なくとも、前記制御手段から入力された起点信号によってパルス変調方式で変調し、前記局発信号とミキシングして所定の周波数に変換し、無線信号として前記第１アンテナから空間に向けて放射し、前記受信手段が、前記アンテナから放射された無線信号が障害物によって反射されて反射波となり、前記アンテナによって受信された無線信号を、直接、あるいは前記局発信号とをミキシングして所定の周波数（中間周波数あるいはベースバンド周波数）に変換し、前記障害物検知信号を振幅検波して復調し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した障害物検知信号を前記第１制御手段に向けて出力し、前記第１制御手段が、自局で生成した前記障害物検知信号を基準として、周波数差、伝搬遅延位相差、伝搬遅延時間差、あるいはこれらの組合せを測定して障害物の検知を行う。
【００１９】
また、図１、図２、および請求項２に示すように、前記無線信号をバースト信号として送信する際には、少なくとも、先頭に同期信号を含めて送信し、相互間通信を行うために必要な情報をマックレイヤとして含めて送信し、相互間距離測定と障害物検知とを行うために必要なパルス信号を含めて送信し、あるいはこれらの組合せを送信する。
また、図１、図２、および請求項３に示すように、前記局発手段によって生成される局発信号が、無変調の高周波信号であり、前記パルス信号と同期して生成される、ＦＭ（Frequency Modulation）信号であり、ＦＨ(Frequency Hopping)信号であり、ＳＳ(Spread Spectrum)信号であり、あるいはこれらの組合せである。
【００２０】
また、図１、図２、および請求項４に示すように、前記局発手段によって生成されるＳＳ信号が、前記パルス信号と同一の符号長であり、かつ自己相関関数がインパルス状である符号系列、あるいは自己直交符号系列の繰返しで構成される。
また、図１、図２、および請求項５に示すように、前記送信手段におけるパルス変調方式が、ＡＳＫ変調方式であり、ＯＯＫ変調方式であり、方形波変調方式であり、定振幅変調方式であり、あるいはこれらの組合せである。
また、図１、図２、および請求項６に示すように、前記無線信号に含まれるパルス信号が、モノパルス信号、ＦＭパルス信号、ＦＨパルス信号、ＳＳパルス信号、あるいはこれらの組合せである。
【００２１】
また、図１、図２、および請求項７に示すように、前記無線信号をバースト信号として送信する際に、障害物検知のためにパルス変調された無線信号と、前記相互間距離測定のためにパルス変調された無線信号とが共用される。
また、図１、図２、および請求項８に示すように、前記送信手段からの出力信号を、前記受信手段への入力信号として直接折返して距離測定を行うことによって、前記送受信手段、受信手段、あるいはこれらの両方に内在する、伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間の定数部分と変数部分との一部あるいは全部を測定し、前記測定結果を用いて前記送受信手段相互間の距離測定結果を補正する。
【００２２】
図３は、本発明の第１の実施の形態による無線信号のレベル配分図であり、２０１ａは前記第１送受信手段を進行方向に向けて設置した第１車両、２０１ｂは前記第２送受信手段を後方に向けて設置した第２車両、２０２ａは比較的に狭いビーム幅のアンテナ指向性、２０２ｂは比較的に広いビーム幅のアンテナ指向性である。
図３において、前記第１送受信手段および第２送受信手段が、７９ＧＨｚ帯を用いる障害物検知用のミリ波パルスレーダであり、相互間通信機能と相互間距離測定機能とを付加したものと仮定すると、前記第１送受信手段側の送信手段の変調方式をパルス変調とし、キャリアＯＮ時の送信出力を０．０１Ｗ、アンテナ利得を４０ｄＢとすると、アンテナから放射される等価等方輻射電力は２０ｄＢＷ（１００Ｗ）となり、前記第２送受信手段側の受信手段への入力は、アンテナ利得を２４ｄＢとすると、距離５０ｍの地点において−６０．４ｄＢＷとなる。
逆に、前記第２送受信手段側の送信手段から０．０１Ｗで送信した場合も、前記第１送受信手段側で受信手段への入力は、距離５０ｍの地点において−６０．４ｄＢＷとなる。
【００２３】
一方、前記第２受信手段の帯域幅を４ＧＨｚとし、雑音指数を１０ｄＢとすると、前記第２受信手段への等価雑音入力は−８０ｄＢＷとなるので、前記第２受信手段への入力電力に対して２０ｄＢ程度のＣ／Ｎが確保できることから、前記パルス信号の復調には整流検波方式を採用できると考えるが、実現の段階でその他の復調方式との比較検討を要する。
また、前記第１車両側に高利得であり、狭ビーム幅のアンテナを前方に向けて設置し、指向性ピームを左右に振りながらパルス信号を放射し、前記第２車両側に低利得であり、広ビーム幅のアンテナを後方に向けて設置し、指向性ビームを固定することで、障害物検知用レーダとしての要求と、相互間距離測定機能としての要求との両方を満足させることが可能となる。
また、障害物検知用のミリ波パルスレーダに相互間距離測定機能を付加することによって、広帯域で高出力の無線信号が活用できることから、前記受信手段内部の伝搬遅延時間の変動に起因する相互間距離測定誤差を削減することが可能となる。
【００２４】
また、図３および請求項９に示すように、前記アンテナが、指向性アンテナであり、指向性のビーム幅が目的に応じて選択されあるいは切替えられ、主として相互間通信あるいは相互間距離測定に用いる場合には比較的に広ビーム幅であり、移動体の後方に向けて設置され、主として障害物検知を行う場合には比較的に狭ビーム幅であり、移動体の進行方向に向けて設置され、あるいはこれらの組合せである。
また、図３および請求項１０に示すように、前記第２送受信手段が、自局の第２アンテナの指向性を後方に向けて設置し、周波数分割あるいは時分割のタイミングで、前記距離測定信号を含む無線信号を前記第１送受信手段に向けて放射する際に、前記第２送受信手段が、前記第２アンテナから放射され、障害物によって反射された無線信号を、前記第２アンテナで受信して、障害物の検知を行う。
【００２５】
図４は本発明の第１の実施の形態によるの安全運転支援装置の構成図である。図４において、１０１ａ、１０１ｂは第１送受信手段および第２送受信手段、１１は制御手段、１２は送信手段、１３は受信手段、１４は局発手段、１５はアンテナ切替手段、１６ａ、１６ｂはアンテナ、４０ａ、４０ｂはアンテナ切替手段の入出力端子、４１ａ４１ｂは受信手段への入力端子、４２ａ、４２ｂは低雑音増幅器、４３ａ、４３ｂはミキサ、４４ａは局発信号生成手段、４４ｂは局発信号切替スイッチ、４５ａ、４５ｂは中間周波フィルタまたはベースバンドフイルタ、４６ａ、４６ｂは広帯域復調・低伝搬遅延増幅手段、４７はＯＲ回路、４８はシフトレジスタ（デジタル信号出力手段）、４９は障害物検知手段、５０は同期確立・保持手段、５１は距離測定手段、５２は信号生成手段、５３はシフトレジスタ（デジタル信号入力手段）、５４は広帯域変調・増幅手段、５５はロールオフフィルタ、５６はミキサ、５７は電力増幅器、５８は送信手段の出力端子、５９ａ〜５９ｃは接続端子、６０ａ〜６０ｄは信号入出力端子である。
【００２６】
前記送受信手段１０１ａ、１０１ｂにおいて、前記制御手段１１の信号生成手段５２が間欠的に起動され、信号生成手段５２で生成されたパルス信号と、シフトレジスタ５３に入力されたデジタル信号とを組合わせて、少なくとも同期信号とマックレイヤとパルス信号とを生成し、前記変調・増幅手段５４に入力し、直接、あるいは別に生成した中間周波信号をデジタル変調した後規定の出力に増幅して出力し、ロールオフフィルタ５５によって帯域を制限し、ミキサ５６によって局部発振器４５の出力と混合して規定の周波数帯に変換し、電力増幅器５７によって規定の電力まで増幅し、アンテナ切替手段１４によって、アンテナ１６ａ、１６ｂに切替えられ無線信号として空間に放射する。
【００２７】
一方、アンテナ１６ａ、１６ｂにより受信された無線信号は、アンテナ切替手段１４によって接続端子４１ａ、４１ｂに切替えられて受信手段１３に入力され、複数組の、低雑音増幅器４２ａ、４２ｂ、ミキサ４３ａ、４３ｂ、中間周波フイルタあるいはバースバンドフイルタ４５ａ、４５ｂ、および復調・増幅手段４６ａ、４６ｂによって方形波信号に変換され、ＯＲ回路４７によって選択しあるいは合成し、同期信号、マックレイヤ、パルス信号を検出して制御手段１１に入力し、マックレイヤの一部はシフトレジスタを介して外部に出力し、パルス信号は障害物検知手段４９によって、障害物、障害物からの距離、相対速度などを検知し、更に、前記パルス信号は同期確立・保持手段５０にも入力されて同期信号を検出し、信号生成手段５２によって前記同期信号に同期したパルス信号が生成される。
【００２８】
あるいは、前記ミキサ４３ａ、４３ｂが直交ミキサであり、前記低雑音増幅器４２ａ、４２ｂによって増幅した無線信号を、同期検波して復調し、中間周波フィルタの代わりにベースバンドフィルタ４５ａ、４５ｂによって帯域を制限した後に、低伝搬遅延増幅手段によって増幅しても同様な効果が得られる。
また、前記無線信号の伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間は、伝搬路１７ａ、１７ｂを経由して伝搬した際の他に、受信手段１３の内部においても伝搬遅延を生じ、その主な要因は、中間周波フィルタ４５ａ、４５ｂと、復調・増幅手段４６ａ、４６ｂによるものなどである。
前記中間周波フィルタ４５ａ、４５ｂによって生じる伝搬遅延は帯域幅によって決まり、通常固定値であるが、前記復調・増幅手段４６ａ、４６ｂでは受信信号強度（ＲＳＳＩ）の変動によって８搬遅延が大きく変動するので、広帯域化することで伝搬遅延時間が無視できる程度に削減する必要がある。
【００２９】
また、前記復調・増幅手段に、超高速差動増幅器、超高速オペアンプ、広帯域コンパレータ、あるいはこれらの組合せを用いると、等価帯域幅として１０ＧＨｚ以上が実現できる、伝搬遅延時間の絶対値が１００ピコ秒以下であり、受信信号強度の変動に対して１０ピコ秒程度の小さな変動となり、距離測定誤差を±数ｃｍ程度に抑えることができる。
また、変調・増幅手段５４にパルス変調方式を採用し、復調・増幅手段に整流検波方式を採用することで、中間周波信号に変換することなく、広帯域変調を行いあるいは広帯域復調を行うことも可能である。
【００３０】
また、図４および請求項１１において、前記受信手段１３の中間周波フィルタまたはベースバンドフィルタ４５ａ、４５ｂがパッシブ回路で構成され、かつ等価帯域幅が１００ＭＨｚ以上の広帯域であり、前記受信手段の復調・増幅手段４６ａ、４６ｂの等価帯域幅が２００ＭＨｚ以上の広帯域である。
また、図４および請求項１２において、前記受信手段１３が、少なくとも、複数組の、低雑音増幅器４２ａ、４２ｂ、ミキサ４３ａ、４３ｂ、中間周波フイルタあるいはバースバンドフイルタ４５ａ、４５ｂ、および復調・増幅手段４６ａ、４６ｂを有し、各組の入力端子４１ａ、４１ｂをアンテナ切替手段１５を介して少なくとも上下方向に配置した複数のアンテナ１６ａ、１６ｂに接続し、かつ各組の復調・増幅手段の出力端子（図示せず）をＯＲ回路４７によって合成しあるいは選択して前記制御手段１１に向けて出力し、最短距離で到達した無線信号を検出することによって、ダイバーシテイ効果を実現する。
【００３１】
また、図４および請求項１３において、前記受信手段が、前記パルス変調された無線信号を、直接あるいは所定の周波数に変換した後に整流検波し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅した後に、前記同期確立・保持手段が、立上がり点、あるいはゼロ交差点を高精度で検出し、所定の周波数のクロック信号によって駈動される、単一もしくは複数組の信号生成カウンタをセットしあるいはリセットして瞬時に同期を確立し、かつ前記パルス信号が消滅した後も高精度で同期を保持する。
また、図４および請求項１４において、前記受信手段が、前記無線信号に含まれるＳＳパルス信号から自己相関関数のピーク値を高精度で検出し、低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅した後に、前記同期確立・保持手段が、前記受信手段が検出したピーク値のタイミングで、単一もしくは複数組の有限長系列の符号生成手段をセットしあるいはリセットすることによって同期を確立し、前記パルス信号が消滅した後も同期を保持する。
【００３２】
また、図４および請求項１５において、前記無線信号をバースト信号として空間に放射する際に、前記バースト信号に一定の間隔で繰返して生成される複数組のパルス信号が含まれ、前記無線信号を受信した受信手段が、各個別のパルス信号毎に、前記距離測定信号、あるいは障害物検知信号を復調して制御手段に向けて出力し、前記制御手段が、前記送信手段が生成した各個別のパルス信号を基準とし、かつ前記パルス信号と同じ長さあるいは幅を１ステップとし、前記受信手段によって復調された復調出力を、１ステップ毎に、高速のＡＤコンバータによって複数ビットのデータに変換し、前記変換された複数ビットのデータを、前記ステップ毎のタイミングで、複数ビットの多段加算器に順次加算処理し、前記処理を複数組のパルス信号に対し順次繰り返して行い、前記多段加算器の各段ごとの加算処理の結果から、少なくとも前記伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間を検出する。
【００３３】
また、図４および請求項１６において、前記制御手段が、前記送信手段が生成した複数組のパルス信号を基準とし、かつ前記パルス信号と同じ長さあるいは幅を１ステップとし、各個別のパルス信号毎に、遅延時間が１ステップだけ増加する遅延手段のタイミングによって、書込みと読出し制御される単一あるいは複数のサンプルホールド手段に、前記受信手段によって復調された信号出力を書込み、、前記単一あるいは複数のサンプルホールド手段からの出力信号を、比較的に低速のＡＤコンバータによって複数ビットのデータとして読出して前記多段加算器に加算処理を行い、前記処理を複数組のパルス信号に対し順次繰り返して行い、前記多段加算器の各段ごとの加算結果から、少なくとも前記伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間を検出する。
【００３４】
また、請求項１７に示すように、前記制御手段が、少なくとも容量が８×８＝６４区画のＣＭＯＳアナログ加算器を有し、前記送信手段が生成した各個別のパルス信号を基準とし、かつ前記パルス信号と同じ長さあるいは幅を１ステップとし、前記受信手段によって復調された復調出力を、前記ステップ毎のタイミングで、前記ＣＭＯＳアナログ加算器の６４区画に順次書込み処理を行い、前記処理を複数組のパルス信号について行い、前記復調出力を積算し、前記複数組のパルス信号を送信完了後に、前記ＣＭＯＳアナログ加算器の各区画ごとにＡＤコンバータを用いて前記積算値の読出し処理を行い、前記読出し完了後に前記ＣＭＯＳアナログ加算器の各区画をリセットする。
なお、前記ＣＭＯＳアナログ加算器は、各区画毎に独立した充電用キャパシタンス素子を備え、かつ入出力マトリックスによって各区画ごとに切替え可能であり、前記受信手段からの振幅検波出力によって１ステップの期間内に充電して積算し、高い入力抵抗のADコンバータによって前記積算値を読み出すことができる。
【００３５】
また、請求項１８において、前記バースト信号を少なくとも２回連続しあるいは複数回連続して送信し、前記２回あるいは複数回の送信によって検出した伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間から、前記送受信手段の間の相対速度を算出し、あるいは障害物との相対速度を算出する。
また、請求項１９において、前記相互間距離測定機能によって距離を測定した結果と、障害物検知レ−ダによって距離を測定した結果とを比較し、両者の内距離の測定結果が比較的に距離が短いものを選択し、あるいは両者の測定結果を平均しあるいは加重平均する。
また、請求項２０において、前記受信手段の内部の伝搬遅延時間が２０ナノ秒以下であり、前記中間周波フィルタあるいはベースバンドフイルタの伝搬遅延時間が１０ナノ秒以下であり、かつ前記復調・増幅手段の伝搬遅延時間が５００ピコ秒以下である。
【００３６】
図５は、本発明の第１の実施の形態による相互間距離測定のためのタイミングチャートの例である。図５において、２１ａは第１送受信手段で生成され、時分割の期間中も継続して生成される起点信号、２２は起点信号を含む無線信号が１ｍｓのバースト信号として間欠送信され空間を伝搬する伝搬経路、２１ｂは第２送受信手段によって復調され同期を確立し保持される起点信号、２３ａは同期を確立し保持された起点信号に同期して生成される距離測定信号、２４は距離測定信号を含む無線信号が時分割の間隔２５後にバースト信号として折返され空間を伝搬する伝搬経路、２３ｂは第１送受信手段によって復調される距離測定信号、２６ａ、２６ｂは第１送受信手段で生成された起点信号と受信した距離測定信号との伝搬遅延時間差とする。
【００３７】
前記第１送受信手段から送信される起点信号２１ａを方形波信号ｈ（ｔ）で表すと、前記起点信号２１ａが距離Ｌ（ｍ）の空間の伝搬経路２２を伝搬し、前記第２送受信手段によって復調されると、復調された起点信号２１ｂは、光の速度をCとすると、ｈ（ｔ−Ｌ／Ｃ）となり、前記復調された起点信号２１ｂと同期誤差が０で同期した距離測定信号２３ａを生成し、前記時分割の間隔２５（＝ｔｄ）の後に前記第１送受信手段に向けて折返し送信され、再び、距離Ｌ（ｍ）の空間の伝搬経路２４を伝搬し、前記第１送受信手段で復調されると、復調された距離測定信号２３ｂはｈ（ｔ−２Ｌ／Ｃ−ｔｄ）となる。
【００３８】
一方、前記第１送受信手段で生成された起点信号２１ａは、時分割のタイミングｔｄ後には、ｈ（ｔ−ｔｄ）で表わされるので、前記ｔｄ後の起点信号２１ａを基準として、前記復調された距離測定信号２３ｂとの時間差２６ａおよび２６ｂを測定すると、δｔ＝２Ｌ／Ｃとなることから、Ｌ＝Ｃδｔ／２から、距離Ｌ（ｍ）が算出できる。
ここで、ｈ（ｔ）の繰り返し周期をＴとすると、Ｔ＞２Ｌ／Ｃを満足する必要があり、繰返し周期を１μsとすると、Ｌ＜１５０ｍから測定可能距離が求められる。
なお、算出された距離には、前記第１および第２送受信手段に内在する伝搬遅延時間が含まれるので、フィルタなどにより生じる固定値分については送受信手段を広帯域化することで可能な限り削減するとともに補正値を設けて補正し、受信信号強度の変化によって生じる変動値分については中間周波増幅器に超高速のコンパレータを採用し、低伝搬遅延増幅手段を採用することで無視できる程度にまで軽減することで対策が可能である。
【００３９】
また、従来のＴＯＡ（Time of Arrival)方式では単送のパルスにより遅延時間を測定しているのに対して、本発明ではパルスレーダとして伝搬遅延時間を必要なサイクル分２６ａ、２６ｂ、−−−だけ継続して測定する必要があるので、例えば０．１ｍｓのバースト期間中に１００回の測定を行い、平均値を求めることで測定精度を１０倍に高めることが統計理論上は可能となり、あるいは距離が比較的に短く測定されたものを直接波によるものと判定することと合わせれば更なる測定精度の改善が期待できる。
また、前記起点信号、距離測定信号、あるいはこれらの両方が、方形波信号の繰返し、正弦波信号の繰返し、パルス信号の繰返し、自己相関関数がインパルスである有限長系列の符号の繰返し、自己直交有限長系列の符号の繰返し、あるいはこれらの組合せで構成され、かつ、前記方形波信号あるいはパルス信号の同期点を高精度で検出し、有限長系列の符号あるいは自己直交有限長系列の符号の同期点を高精度で検出し、あるいはこれらの組合せで検出することができる。
【００４０】
図６は、本発明の第１の実施の形態による同期確立・保持手段の構成図であり、１０１ａは第１送受信手段、１０１ｂは第２送受信手段、１１ａ、１１ｂは制御手段の内の同期確立・保持手段に関連する部分、１２ａは送信手段、１３ｂは受信手段、１６ａ、１６ｂはアンテナ、７１ａ、７１ｂは基準送振器、７２ａ、７２ｂは位相同期送振器、７３ａ、７４ｂは信号生成手段、７５ａ、７５ｂ、７５ｃは接続端子である。
【００４１】
第１制御手段１１ａにおいて、基準送振器７１ａから例えば３２ＭＨｚの基準信号を送振し、位相同期送振器７２ａによって例えば５００ＭＨｚのクロック信号に変換し、信号生成手段７３ａによって例えば幅が２ナノ秒であり周期が１μ秒以上のパルス信号を生成し、送信手段１２ａによってパルス変調して増幅し、アンテナ１６ａから電波として空間に放射するものとする。
一方、前記放射された電波はアンテナ１６ｂによって受信し、受信手段１３ｂによって広帯域復調（例えば整流検波など）を行い、等価帯域幅が１０ＧＨｚ程度のコンパレータによって増幅して方形波に信号に変換し、パルス信号生成手段７３ｂを直接セットしあるいはリセットすることで瞬時に同期を確立し、受信入力が消滅した後も同期を高精度でいじできる。
【００４２】
図７は、本発明の第１の実施の形態による相互間通信のための制御フローチャートであり、３１ａはスタート、３２ａは第１送受信手段の制御ステップ、３３ａは第２送受信手段の制御ステップ、３４ａは第１送受信手段の制御ステップ、３５ａはＥＮＤである。
前記第１送受信手段の制御ステップ３２ａでは、制御手段のＦＩＦＯに、相手先識別番号とデジタル情報を入力し、送信手段を起動し、相手先識別番号とデジタル情報で変調した無線信号をアンテナから送信する。
【００４３】
前記第２送受信手段の制御ステップ３３ａでは、受信手段によって受信した無線信号から、相手先識別番号と送信元識別番号を検出し、相手先識別番号が自局向けであればデジタル情報をＦＩＦＯに記録するとともに、周波数分割あるいは時分割のタイミングで受信完了した旨、送信元に応答信号として無線信号を返す。
前記第１送受信手段の制御ステップ３４ａでは、前記応答信号を受信後、相互間通信を完了する。
なお、相互間通信を行う場合には、前記無線信号をバースト信号として送信する際には、先頭に同期信号を含めて送信し、相互間通信を行うために必要な情報を、前記無線信号にマックレイヤとして含めて送信し、あるいはこれらの両方を送信する。
【００４４】
図８は、本発明の第１の実施の形態による相互間距離測定のための制御フローチャートであり、３１ｂはスタート、３２ｂは第１送受信手段の制御ステップ、３３ｂは第２送受信手段の制御ステップ、３４ｂは第１送受信手段の制御ステップ、３５ｂはＥＮＤである。
前記第１送受信手段の制御ステップ３２ｂでは、制御手段で起点信号を生成し、少なくとも自局の識別番号と起点信号を含む無線信号をアンテナから間欠送信し、前記第２送受信手段の制御ステップ３３ｂでは、受信した無線信号から広帯域復調・低伝搬遅延増幅手段によって、相手先識別番号と起点信号とを復調し、同期確立・保持手段によって同期を検出・保持し、前記保持した起点信号と同期した距離測定信号と自局の識別番号とを生成し、前記識別信号と距離測定信号とを含む無線信号を時分割のタイミングでかつ複数のタイムスロットから選択したタイムスロットで、あるいは選択した周波数スロットで折返しアンテナから送信する。
【００４５】
更に、前記第１送受信手段の制御ステップ３４ｂでは、受信手段により受信した無線信号から、広帯域復調・低伝搬遅延増幅手段によって相手側識別番号と距離測定信号を復調し、自局で生成し保持している起点信号を基準として、前記復調した距離測定信号の伝搬遅延位相もしくは遅延時間を測定し、距離測定手段によって受信手段に内在する伝搬遅延時間の固定値部分を補正して距離を算出する。
なお、相互間の距離を測定するためには、前記無線信号をバースト信号として送信する際には、先頭に同期信号を含めて送信し、相互間通信を行うために必要な情報を、前記無線信号にマックレイヤとして含めて送信し、あるいはこれらの両方を送信することで、無線信号の有効利用が実現できる。
【００４６】
図９は、本発明の第１の実施の形態による障害物検知のための制御フローチャートであり、３１ｃはスタート、３２ｃは第１送信手段の制御ステップ、３３ｃは第２送受信手段の制御ステップ、３４ｃは第１送受信手段の制御ステップ、３５ｃはＥＮＤである。
前記第１送受信手段の制御ステップ３２ｃでは、局部発振器に障害物検知に必要な変調信号を入力し、送信手段から障害物検知に必要な信号により変調された無線信号をアンテナから間欠送信する。
また、前記第２送受信手段の制御ステップ３３ｃでは、相互間通信あるいは相互間距離測定の要求ではないので無応答とする。
【００４７】
一方、前記第１送受信手段の制御ステップ３４ｃでは、第１送受信手段において、局部発振器には、障害物検知に必要な変調信号を継続して入力し、送信手段においてパルス変調した無線信号としてアンテナから空間へ放射し、受信手段において、障害物によって反射された反射波信号を受信し局発信号とミキシングし、制御手段の障害物検知手段により、ビート周波数、周波数差、時間差、位相差、あるいはこれらの組合せを測定して、障害物の有無と障害物からの距離、および走行速度などを検知する。
なお、障害物の検知を行う場合にも、前記無線信号をバースト信号として送信する際には、先頭に同期信号を含めて送信し、相互間通信を行うために必要な情報を、前記無線信号にマックレイヤとして含めて送信し、距離測定のための起点信号を含めて送信し、障害物検知信号を含めて送信し、あるいはこれらの組合せを送信することで、相互間通信機能と相互間距離測定機能とを障害物検知機能に付加することで、無線周波数の有効利用が実現できる。
【００４８】
以上の説明では、複数の送受信手段が、周波数帯域を比較的に広く占有できる無線信号を利用し、相互間通信機能と相互間距離測定機能とを、障害物検知用レーダに付加するための基盤技術について記述したが、前記基盤技術を安全運転支援装置に適用するためには下記の対応が必要である。
前記請求項２１に示すように、前記第２送受信手段が、前記第１送受信手段から送信された起点信号と自局の識別信号とを含む無線信号を受信すると、前記受信した起点信号と高精度で同期した距離測定信号と相手先および自局の識別信号とを含む無線信号を前記第１送受信手段に向けて、複数の周波数スロットあるいはタイムスロットからランダムに選択された周波数分割あるいは時分割のタイミングで折返して送信する必要がある。
【００４９】
また、請求項２２に示すように、前記無線信号が、１ＧＨｚ程度以上の帯域幅を占有できる周波数帯、あるいは４ＧＨｚ程度の帯域幅が占有できる、準ミリ波帯、あるいはミリ波帯の電磁波信号であり、あるいは光信号である必要がある。
また、請求項２３に示すように、前記送受信手段が、移動体間の相互通信、移動体間の距離測定、移動体と基地局間の相互通信、移動体と基地局間の距離測定、移動体の周辺の障害物検知、基地局周辺の障害物検知、あるいはこれらの組合せにより汎用的に用いられる。
また、請求項２４に示すように、前記複数の送受信手段が、車車間の相互通信、路車間の相互通信、車車間の距離測定、路車間の距離測定、車両周辺の障害物検知、路側帯あるいは横断歩道上の歩行者あるいは障害物の検知、あるいはこれらの組合せにより安全運転支援装置として用いられる。
【００５０】
また、請求項２５に示すように、前記パルス変調手段に振幅変調方式を採用し、広帯域復調・低伝搬遅延増手段に振幅検波方式を採用し、前記ミキサに直交ミキサを採用し、あるいはこれらの組合せによって、中間周波信号を用いることなく、あるいは中間周波信号に変換することなく、直接広帯域変調を行い、直接広帯域復調を行い、あるいはこれらの両方を行うことができる。
また、請求項２６に示すように、前記送受信手段が、レーダのトランスポンダとして用いられ、レーダ信号に反応して応答信号を折返して送信し、交差点あるいは歩道を通行中の交通弱者によって携帯され、前記交通弱者が利用する移動手段に搭載され、仮設の信号装置として用いられ、進入禁止、車線規制などの交通規制の信号装置として用いられ、ハザードランプと連動し追突防止装置として用いられ、あるいはこれらの組合せに用いられる。
【００５１】
また、請求項２７に示すように、前記送受信手段が、アクテイブな反射板であり、レーダ信号のレピ−タとして用いられ、レーダ信号に反応してレーダ信号の伝搬ルートを転換し、レーダ信号に反応してレーダ信号の到達距離を延長し、レーダ信号に反応して障害物の存在を意図的に報知し、あるいはこれらの組合せに適用できる。
また、前記第１、第２、あるいはこれらの両方の送受信手段において、前記送信手段からの出力信号を、前記受信手段への入力信号として折り返し、距離測定を行うことによって、前記送受信手段あるいは受信手段の伝搬遅延時間の定数部分と変数部分の一部あるいは全部とを測定し、前記測定結果を用い、前記複数の送受信手段相互間の距離測定結果を補正することができる。
【００５２】
また、前記送受信手段の回路構成の中でも、大きな伝搬遅延時間を有する中間周波フィルタ、ロールオフフィルタ、あるいはその他の電子部品あるいは電子回路の影響が大きいので、可能な限り等価通過帯域幅を広くして、送受信手段全体の伝搬遅延時間を小さく抑えることが必要である。
また、前記複数の車両間で相互間の距離を測定するとともに、相互間で高速データ通信を行うことで、先行車両のナンバープレートの番号、相互間の距離、先行車両の速度やブレーキ操作などの運転状況などがセットで確認できることから、信頼性の高い２重系の距離測定手段を持つことが可能となり、信頼性を向上できるメリットが得られる他に、いずれか一方が相互間通信機能を有さない場合で、あるいは停車中の場合、あるいは故障中の場合でも、少なくとも障害物検知機能によって、相手方の存在を検知し、距離を測定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、複数車両相互間で、高速のデータ通信を行い、車速やブレーキ操作などの情報を交換し、高精度の距離測定を行い、送受信手段周辺で障害物検知を行い、あるいはこれらの組合せを行う安全運転支援装置が、安価な単一の無線装置を用いて可能となる。
具体的には、前記送受信手段が、車車間あるいは路車間の相互通信装置であり、車車間あるいは路車間の距離測定装置であり、交差点あるいは車両周辺での障害物検知装置であり、あるいはこれらの組合せであり、協調運転あるいは衝突防止装置などの安全運転支援システムに応用でき、あるいは、歩行者を含めた交通安全支援システムに適用できる。
なお、本発明は基盤技術に関するものであり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
【符号の説明】
【００５４】
１０１ａ                第１送受信手段
１０１ｂ                第２送受信手段
１１ａ、１１ｂ          制御手段
１２ａ、１２ｂ          送信手段
１３ａ、１３ｂ          受信手段
１４ａ、１４ｂ          局発手段
１５ａ、１５ｂ          アンテナ切替手段
１６ａ、１６ｂ          アンテナ
１７ａ、１７ｂ          無線信号の伝搬経路
【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９】
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【図１０】
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