(57)【要約】【課題】広い角度範囲での対象物検知に対して高速の信号処理が可能な車載用レーダを提供すること。【解決手段】車載用レーダは、電磁波を放射する送信アンテナ１と、対象物によって反射された上記電磁波を受信する２個の受信アンテナ２ａ，２ｂと、送信アンテナと２個の受信アンテナとが面上に配置されたアンテナ板３とを備える。更に、２個の受信アンテナが並ぶ方向を方位方向としたときに、方位方向にアンテナ板を回転することによって２個の受信アンテナにより形成される検知角を走査する駆動部４を備える。駆動部は、走査と走査の間に回転を停止する静止時間を設ける。車載用レーダは、更に、２個の受信アンテナから出力される受信信号と静止中のアンテナ板の回転角とから、静止時間において対象物の基準方向に対する方位角を検出する信号処理部１３を備える。【選択図】図１
2006201013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を放射する送信アンテナと、
対象物によって反射された上記電磁波を受信する少なくとも２個の受信アンテナと、
上記送信アンテナと上記少なくとも２個の受信アンテナとが配置されたアンテナ板と、
上記少なくとも２個の受信アンテナが並ぶ方向を方位方向としたときに、上記方位方向に上記アンテナ板を回転することによって上記少なくとも２個の受信アンテナにより形成される検知角を走査する駆動部であって、走査と走査の間に回転を停止する静止時間を設ける駆動部と、
上記少なくとも２個の受信アンテナから出力される受信信号と静止中の上記アンテナ板の回転角とから、上記静止時間において基準方向に対する対象物の方位角を検出する信号処理部とを具備して成ることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項２】
請求項１において、
上記少なくとも２個の受信アンテナから出力される受信信号の振幅差又は位相差を比較して上記方位角を検出することを特徴とする車載用レーダ。
【請求項３】
請求項１において、
上記少なくとも２個の受信アンテナが送信アンテナを兼ねていることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項４】
請求項１において、
上記検知角を有して検知範囲が形成され、静止中の上記検知範囲とそれに続く次の走査の後の静止中の検知範囲とが互いに重複している部分を有していることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項５】
請求項１において、
上記駆動部は、上記走査の範囲を異なる範囲に切り替えることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項６】
請求項１において、
上記送信アンテナと上記少なくとも２個の受信アンテナとを覆うレドームを更に具備し、上記レドームは誘電体を含んで成り、上記レドームの上面が走査方向に湾曲していることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項７】
請求項１において、
静止中の回転角に応じて、上記送信アンテナから発射される電磁波の強度が変化することを特徴とする車載用レーダ。
【請求項８】
請求項１において、
上記信号処理部は、静止中の回転角に応じて、上記受信信号のレベルを変えて上記方位角を検出することを特徴とする車載用レーダ。
【請求項９】
電磁波を放射する送信アンテナと、
対象物によって反射された上記電磁波を受信する少なくとも２個の受信アンテナと、
上記送信アンテナと上記少なくとも２個の受信アンテナとが配置されたアンテナ板と、
上記少なくとも２個の受信アンテナが並ぶ方向を方位方向としたときに、上記方位方向とは垂直の仰角方向に上記アンテナ板を回転することによって上記少なくとも２個の受信アンテナにより形成される検知角を仰角方向に走査する駆動部であって、走査と走査の間に回転を停止する静止時間を設ける駆動部と、
上記少なくとも２個の受信アンテナから出力される受信信号から、上記静止時間において、対象物の基準方向に対する、静止中の仰角方向における方位角を検出する信号処理部とを具備して成ることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項１０】
請求項９において、
上記駆動部は、上記少なくとも２個の受信アンテナが並ぶ方向を方位方向としたときに、上記方位方向に上記アンテナ板を回転して上記少なくとも２個の受信アンテナによる検知角を方位方向に走査し、上記静止時間に方位方向の走査を停止することを特徴とする車載用レーダ。
【請求項１１】
請求項１０において、
上記少なくとも２個の受信アンテナから出力される受信信号の振幅差又は位相差を比較して上記方位角を検出することを特徴とする車載用レーダ。
【請求項１２】
請求項１０において、
上記少なくとも２個の受信アンテナが送信アンテナを兼ねていることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項１３】
請求項１０において、
上記検知角を有して検知範囲が形成され、静止中の上記検知範囲と、それに続く次の仰角方向及び方位方向の走査の後の静止中の検知範囲とが互いに重複している部分を有していることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項１４】
電磁波を放射する送信アンテナと、
対象物によって反射された上記電磁波を受信する少なくとも４個の受信アンテナであって、それらの各々が互いに水平方向及び垂直方向で隣接して配置されている少なくとも４個の受信アンテナと、
上記送信アンテナと上記少なくとも４個の受信アンテナとが配置されたアンテナ板と、
上記水平方向を方位方向としたときに、上記方位方向と上記方位方向に対して垂直の仰角方向とに上記アンテナ板を回転し、上記少なくとも４個の受信アンテナによって形成される検知角を方位方向及び仰角方向に走査する駆動部であって、走査と走査の間に回転を停止する静止時間を設ける駆動部と、
上記少なくとも４個の受信アンテナから出力される受信信号と、静止中の上記アンテナ板の方位方向及び仰角方向の回転角とから、上記静止時間において基準方向に対する対象物の方位角及び仰角を検出する信号処理部とを具備して成ることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項１５】
請求項１４において、
上記少なくとも４個の受信アンテナにおける水平方向に並んだ受信アンテナから出力される受信信号の振幅差又は位相差を比較して上記方位角を検出し、上記少なくとも４個の受信アンテナにおける垂直方向に並んだ受信アンテナから出力される受信信号の振幅差又は位相差を比較して上記仰角を検出することを特徴とする車載用レーダ。
【請求項１６】
請求項１５において、
上記少なくとも４個の受信アンテナが送信アンテナを兼ねていることを特徴とする車載用レーダ。
【請求項１７】
請求項１５において、
上記検知角を有して検知範囲が形成され、静止中の上記検知範囲と、それに続く次の仰角方向及び方位方向の走査の後の静止中の検知範囲とが互いに重複している部分を有していることを特徴とする車載用レーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等の移動体に搭載され、障害物等の対象物の方位、移動体との相対距離、相対速度等を検出する車載用レーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波レーダの広角化の手法として、非特許文献１において、方位検出にモノパルス方式を用い、アンテナ素子数を意図的に少なくして検知範囲を広角化することが論じられている。モノパルス方式は、複数の受信アンテナを用い、各々の受信信号間の振幅差又は位相差により障害物の方位を検出するものである（例えば、非特許文献２或いは特許文献１参照）。また、特許文献２においては、誘電体レンズアンテナの１次放射器を焦点に対して可動にすることでビームを走査する機械走査方式が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６,２４３,０５２号明細書
【特許文献２】特開２０００−２２４２３号公報
【非特許文献１】２００１年電子情報通信学会総合大会講演論文集（基礎・境界）、論文番号Ａ−１７−１０、第３９１頁
【非特許文献２】サミュエル  エム・シャーマン（Samuel M. Sherman）著、「モノパルス・プリンシプルス・アンド・テクニックス（Monopulse Principles and Techniques）」、（米国）、第１版、アーテックハウス（ArtechHouse）社、１９８４年２月１日、第８頁〜第１９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ミリ波を用いた車載用レーダは、超音波レーダやレーザレーダと比較して、雨、霧、雪などの気象条件や、埃、騒音の影響を受けにくいため、自動車の衝突防止や追従走行などの目的に使用して好適なセンサとして有望である。現在製品化されているミリ波レーダは主に高速道路での使用を前提としており、検知範囲は方位角（道路面に平行な方向の角度）１６度、距離１５０ｍ程度となっている。更に最近では、エアバッグやブレーキと連動させる衝突感知センサや、車両側面に取り付けるサイドセンサ等を対象に、検知範囲を方位角８０度以上に広角化するレーダの開発が活発に行なわれている。
【０００５】
広角化の１手法であるモノパルス方式は、複数の受信アンテナを用い、各々の受信信号間の振幅差又は位相差により障害物等の対象物（以下単に「対象物」という）の方位を検出するものである。例えば、図１４のように、ターゲット車両１９から反射波３３が２つの受信アンテナ３４で受信され、まず、ハイブリッド回路３５にて和信号３６と差信号３７が生成される。図１５は和信号の方位角特性３８、差信号の方位角特性３９を示し、図１６は和信号と差信号の比の方位角特性４０を示す。図１６において、和信号と差信号の比４０は方位角について単調減少関数になるので、和信号と差信号の比４０から一義的に方位角を決定することができる。また、対象物を特定できる方位範囲であれば、広範囲に渡る複数ターゲットも同時に高精度検知することができるので、システムの応答性に優れている。
【０００６】
モノパルス方式以外の方位検出方式には、単体では方位特定が不可であるビームを用い、同ビームを方向毎に複数用意し、それら複数のビームを切り替えるビームスイッチ方式がある。その他に、１本の同ビームをモータによって機械的に振る機械走査方式がある。ビームスイッチ方式はビーム数拡大による大型化、高コスト化の問題があるため、検知範囲の広角化には不向きである。また、両者ともビームの鋭さで方位分解能が決まると共に、ビームを鋭くするほどアンテナ面積が大になるため、高い分解能を実現するにはアンテナ面積の大型化は避けられない。
【０００７】
図１７は従来の広角レーダの説明図である。図１７に示すように、ミリ波広角レーダ４１は、移動体１８前面に設置され、アンテナからメインローブｂｂによって送信信号がターゲット車両１９に向かって放射される。ターゲット車両１９で反射した信号を、メインローブｂｂとほぼ同じ範囲の検知角を持つ受信アンテナが受信し、送信信号との周波数差、位相差、時間差などからターゲット車両１９までの速度と距離が求められる。
【０００８】
このようなミリ波広角レーダは、移動体１８が停止しているときはノイズが小さく、良好な検知性能を持つ。しかし、移動体１８が走行しているとき、例えば、矢印方向に移動速度Ｖｍで走行しているとき、近傍にあるガードレール等の路側物体２０が相対速度を持つため、反射信号は位置Ａから位置Ｂの大きな散乱断面積を持つ障害物からの信号として受信される。モノパルス方式では、メインローブｂｂによってターゲット車両１９と路側物体２０からの信号が同時に受信されるため、ターゲット車両１９の信号が路側物体２０の信号に埋もれ、検知距離劣化や誤検知等の問題を引き起こしていた。
【０００９】
図１７の走行状況において、上記路側物体によるミリ波広角レーダ受信信号のＳＮ比劣化について説明する。位置Ａ及び位置Ｂの、移動体１８に搭載したレーダ４１から見た位置Ａ，Ｂ方向（それぞれ角度θ２ａ、角度θ２ｂ）のそれぞれの相対速度成分Ｖ２ａ，Ｖ２ｂは、次の式(１)及び式(２)
Ｖ２ａ＝Ｖｍｃｏｓθ２ａ  ・・・（１）
Ｖ２ｂ＝Ｖｍｃｏｓθ２ｂ  ・・・（２）
となる。
【００１０】
一方、ターゲット車両１９の、レーダ４１から見たターゲット方向（角度θ１）の相対速度成分Ｖｔｃは、ターゲット車両１９の速度がＶｔであるとして、次の式(３)
Ｖｔｃ=（Ｖｔ−Ｖｍ）ｃｏｓθ１  ・・・（３）
で表される。
【００１１】
図１８はモノパルス方式における、レーダで受信されたドップラー信号のスペクトル図である。横軸は反射波を介したターゲットの相対速度成分で、縦軸は受信信号強度である。レーダ搭載車が停止している場合のノイズレベルはＮｓで、レーダの電子回路部で発生するノイズ２２によって決まっている。相対速度成分Ｖｔｃのターゲットからの受信信号２１のレベルはＳｔであるので、レーダ搭載車が停止している場合のＳＮ比は（Ｓｔ−Ｎｓ）で表される。一方、レーダ搭載車が走行している場合は、相対速度成分Ｖ２ａからＶ２ｂの範囲で路側物体からの信号２３が急激に上昇する。これは、レーダ搭載車走行中は路側物体が相対速度を持つため、反射波を信号として受信してしまうからである。また、広角ビーム化は、メインローブより外側のサイドローブの上昇が不可避であるため、サイドローブによって相対速度成分０からＶ２ａの範囲のノイズ４２が上昇するという悪影響も存在する。従って、レーダ搭載車が走行している場合のＳＮ比は（Ｓｔ−Ｎｒ）で表され、停止時に比べてＳＮ比は劣化し、検知距離の減少や誤検知等の問題が起こる。
【００１２】
モノパルス方式は、方位分解能に優れ、比較的小型での実現が可能である。しかし、上述のように、検知可能な方位範囲を拡大するにはアンテナビーム幅を広げる必要があり、検知可能な距離範囲が狭く、方位分解能も劣化してしまうという問題があった。
【００１３】
また、モノパルス方式以外の方位検出方式である機械走査方式は、ビーム方向を走査するので、時間的に対象物を分離することが可能である。しかし、走査範囲を広角化した場合には、システムに要求される応答時間を実現するために、モータ駆動部を高速化する必要があった。
【００１４】
特許文献２に記載された機械走査方式では、上記したように１次放射器を焦点に対して可動にすることにより、モノパルス方式の比較的狭い１個のビームを走査するので、全体として広角化され、装置の大型化を防ぐことができる。しかし、方向毎にビームの形状が変わるので、走査の都度補正が必要になり、更に、走査が連続して行なわれるので、走査途中の反射信号を用いて検出せざるを得なく、従って連続的に補正が必要になる。そのため、検出の信号処理の負荷が大きくなって信号処理が低速化し、広角化に必要不可欠なシステムの応答性に課題がある。
【００１５】
方向毎にビームの形状が変わらないように、方向毎にモノパルス方式のアンテナを用意し、これら複数のアンテナを切り替えることにより、検知範囲を広角化する構造が本発明に先立ち考察された。この構成では、方向でビームの形状が変わらず、しかも静止しているアンテナを用いて検出が行なわれるので、信号処理に上記のような負荷が掛からず、信号処理が高速化される。また、上述の単体では方位特定が不可であるビームを切り替える方式に比べて、モノパルス方式のビームでは検知範囲内での方位特定が可能になるので、アンテナ数を格段に少なくすることができる。しかし、アンテナを複数用意する分、全体が大型になるのは避けられない。
【００１６】
本発明の目的は、広い角度範囲での対象物検知に対して高速の信号処理が可能な車載用レーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための車載用レーダは、電磁波を放射する送信アンテナと、対象物によって反射された上記電磁波を受信する少なくとも２個の受信アンテナと、上記送信アンテナと上記少なくとも２個の受信アンテナとが配置されたアンテナ板と、上記少なくとも２個の受信アンテナが並ぶ方向を方位方向としたときに、上記方位方向に上記アンテナ板を回転することによって上記少なくとも２個の受信アンテナにより形成される検知角を走査する駆動部であって、走査と走査の間に回転を停止する静止時間を設ける駆動部と、上記少なくとも２個の受信アンテナから出力される受信信号と静止中の上記アンテナ板の回転角とから、上記静止時間において対象物の基準方向に対する方位角を検出する信号処理部とを具備して成ることを特徴とする。
【００１８】
上記構成の本発明の車載用レーダは、狭い検知角を走査して広角度の検知を行なう。それにより、検知角外からの信号を排除することができ、例えば、左右路側物体と道路上ターゲットを時間的に分離することができる。その際、送受信アンテナを搭載した一台のアンテナを回転させるので、方向によってビーム形状は変わらず、かつ、走査の途中に静止時間が設けられ、その静止時間に信号処理が行なわれるため、信号処理の際の補正が不要となる。従って、広い角度範囲での対象物検知に対して高速の信号処理が可能になる。また、アンテナは、上記のように１組の送受信アンテナを搭載した１台で良いので、装置の大型化が避けられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、狭い検知角を走査して広角度検知を行なう際に、一台のアンテナ回転で走査が行なわれ、かつ、走査の途中に静止時間が設けられるので、信号処理の際の補正が不要となり、従って、広い角度範囲での対象物検知に対して高速の信号処理が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る車載用レーダを図面に示した幾つかの実施形態を参照して更に詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の符号は、同一物又は類似物を表示するものとする。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す構成図である。送信アレイアンテナ（送信アンテナ）１及び受信アレイアンテナ（受信アンテナ）２ａ，２ｂは、アンテナプレート（アンテナ板）３上に配置される。発振器７で生成されたミリ波信号は、電力増幅器６を経て送信アレイアンテナ１に供給される。送信アレイアンテナ１から電磁波として放射された送信信号は、対象物（図示せず）で反射され、受信アレイアンテナ２ａ及び受信アレイアンテナ２ｂで受信され、それぞれから受信信号Ｌ，Ｒが出力される。受信信号Ｌ，Ｒは、それぞれミキサ８ａ，８ｂに加えられ、発振器７の出力信号と混合され、中間周波信号に変換される。中間周波信号は、低雑音増幅器９ａ，９ｂで増幅され、信号処理回路（ＤＴＭ）１３に入力される。
【００２２】
方位角モータ４は、アンテナプレート３を方位角モータ４の位置を軸に方位方向に、所定の角度範囲（図１では約８０度）内で回転させ、モノパルス方式によって対象物方位を特定するアンテナの検知角がｎａ→ｎｂ→ｎｃ→ｎｂ→ｎａ→ｎｄ→ｎｅ→ｎｄ→ｎａとなるように検知角を走査する。図１において、レーダ検知角はθｒ、アンテナ検知角はθｍと示される。
【００２３】
モータドライバ（ＤＲＡ）１１は、方位角モータ４を制御し、アンテナプレート３を検知角ｎａ〜ｎｅのそれぞれの位置で一時的に静止させる。この静止時間は信号処理回路１３の処理能力によって定められる。アンテナ角度モニタ（ＭＲＡ）１２は、アンテナプレート３の回転角、即ち方位角情報をモニタし、信号処理回路１３へ出力する。方位角情報は、基準方向（図１において、検知角ｎａの方向、レーダを移動体に搭載したときは、移動体の走行方向）からの回転の角度である。
【００２４】
アンテナプレート３が静止している状態において、信号処理回路１３は、受信信号の周波数変換された信号と、アンテナプレート３の方位角情報を用いて対象物の方位角を検出する。また、同時に対象物のレーダ搭載車との相対的な速度、距離などを検出する。これらの検出結果は必要に応じて、表示装置（ＤＰＬ）１４などの出力装置に適した信号に変換され、出力装置に出力される。また、電力増幅器６、発振器７、ミキサ８ａ，８ｂ、低雑音増幅器９ａ，９ｂ、モータドライバ１１、アンテナ角度モニタ１２及び信号処理回路１３を含んで送受信装置１０が構成される。
【００２５】
また、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ、２ｂはドーム形状をした、誘電体から成るレドーム５に覆われている。レドーム５は、回転せず固定しており、前面と送受信アンテナとの距離が走査が行なわれたときにほぼ一定となるように、前面が湾曲している。この形状により、走査によってビーム形状が殆ど変化せず、ビーム形状をほぼ一定に維持することができる。なお、レドームを、送受信アンテナの全面に同じ厚さで形成することが可能である。アンテナプレート３にレドームが固定される分、回転部の重量が増すが、ビーム形状はどの走査位置でも同一となる。
【００２６】
図２は本実施形態に用いるアンテナの上方図である。複数のパッチ素子１５と給電配線１６が誘電体基板上に構成され、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ，２ｂをそれぞれ成している。各アレイアンテナは、アンテナプレート３上に配置される。本実施形態のアンテナは平面型であるため、レーダの薄型化を実現することができる。
【００２７】
本実施形態の効果について図３〜図６を用いて説明する。図３では、本レーダ１７が移動体１８の前面に設置され、ある時間においてアンテナの検知角ｎｄでターゲット車両１９を検知している。図４はこの状態におけるドップラー信号のスペクトル図である。相対速度成分Ｖｔｃのターゲット１９からの受信信号２１のレベルはＳｔである。また、路側物体２０からの信号は検知されないので、ノイズレベルＮｒはレーダの電子回路部で発生するノイズ２２によって決まる。従って、ＳＮ比は（Ｓｔ−Ｎｒ）で表される。
【００２８】
一方、図５では、ある時間においてアンテナの検知角ｎｃで路側物体２０を検知している。図６はこの状態におけるドップラー信号のスペクトル図である。路側物体からの受信信号２３は相対速度成分Ｖ２ａからＶ２ｂの範囲で広がりを持っており、信号レベルはＳｅである。また、狭いアンテナ検知角を用いているので、メインローブより外側のサイドローブを低減することができ、相対速度成分０からＶ２ａの範囲のノイズ上昇を防止することができる。ターゲット車両１９からの信号は検知されないので、ノイズレベルＮｒはレーダの電子回路部で発生するノイズ２２によって決まる。従って、ＳＮ比は（Ｓｅ−Ｎｒ）で表される。
【００２９】
以上により、本実施形態の車載レーダは、狭い検知角を走査して広角度の検知を行なう。それにより、検知角外からの信号を排除することができ、例えば、左右路側物体と道路上ターゲットを時間的に分離することができる。その際、送受信アンテナを搭載した一台のアンテナを回転させるので、方向によってビーム形状は変わらず、かつ、走査の途中に静止時間が設けられ、その静止時間に信号処理が行なわれるため、信号処理の際の補正が不要となる。従って、広い角度範囲での対象物検知に対して高速の信号処理が可能になる。また、アンテナは、上記のように１組の送受信アンテナを搭載した１台で良いので、装置の大型化が避けられる。なお、走査の対象が、対象物方位をモノパルス方式で特定するアンテナ検知角であるため、従来の機械走査方式の一例である、方位特定が不可である１つのビームを走査する例と比較すると、より走査範囲を狭くすることができ、応答性の向上が可能になる。更に、従来の広い検知角にして走査を行なわない例と比べると、受信アンテナ単体は狭い検知角で足りるので、距離精度、方位精度を改善することができる。
【００３０】
本実施形態ではパッチアンテナを用いているが、スロットアンテナやトリプレートアンテナのような、同様の平面アンテナを用いることが可能であり、同じようにレーダの薄型化を実現することができる。また、サーキュレータを用いて送信アンテナと受信アンテナを共用にすることが可能である。それにより、レーダの省面積化が可能になる。更に、送受信装置１０のうち、ミリ波信号を取り扱う部品である電力増幅器６、発振器７、ミキサ８ａ，８ｂ、低雑音増幅器９ａ，９ｂをアンテナプレート３裏面に配置すればミリ波信号を低損失で伝送することができる。また、逆に受信アレイアンテナ２ａ、２ｂのみを回転させることで、方位角モータ４が低トルクであっても高速走査することが可能になる。
【００３１】
レーダ検知角θｒを維持しつつ、アンテナ検知角θｍを大きくすれば、アンテナプレート３の全回転角を小さくできるので、高速走査が可能になる。逆にアンテナ検知角θｍを小さくすれば、更に距離精度、方位精度を向上することができる。また、アンテナの検知角同士が重複するように、アンテナ検知角θｍ及び静止位置を選択すれば、対象物情報の精度が上がり、誤検知を防止することが可能になる。
【００３２】
また、本実施形態はレーダ搭載車の速度、対象物との相対速度、車間距離等の走行環境に応じて、機械走査範囲を切り替えることにより、運転者が必要としている最適な情報を提供することができる。具体的には、例えばレーダ搭載車の速度が速いときには前方の対象物の検出が特に重要となり、移動体近傍からの不要な反射波等の防止を行なう必要があるため、機械走査範囲を狭めることが有効である。若しくは、レーダ搭載車正面のアンテナ検知角同士のピッチを狭くする等、レーダ搭載車正面を重点的に走査することが有効である。一方、移動体の速度が遅いときには移動体近傍の対象物の検出を行なう必要があるため、機械走査範囲を広くすることが有効である。若しくは、レーダ搭載車正面のアンテナ検知角同士のピッチを広げる等、広範囲に走査することが有効である。レーダ搭載車と対象物との相対速度や車間距離についても同様である。更にレーダ搭載車のハンドル等と連動させて機械走査範囲を切り替えることもできる。
【００３３】
図７Ａは本発明の第２の実施形態を示す構成図である。本実施形態では、アンテナの検知角ｎａのときの検知距離を制御する検知距離制御部（ＣＮＴ）２４が第１の実施形態に追加して備えられる。送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ、２ｂはアンテナプレート３上に配置される。発振器７で生成されたミリ波信号は可変利得増幅器２５を経て送信アレイアンテナ１に加えられる。送信アレイアンテナ１から放射された送信信号は、対象物で反射され、受信アレイアンテナ２ａ及び受信アレイアンテナ２ｂで受信される。受信信号Ｌ、Ｒは、それぞれミキサ８ａ及び８ｂに加えられ発振器７の出力信号と混合され、中間周波信号に変換され、低雑音可変利得増幅器２６ａ及び２６ｂで増幅され、信号処理回路１３に入力される。方位角モータ４は、アンテナプレート３を回転させ、モノパルス方式によって対象物方位を特定するアンテナの検知角をｎａ→ｎｂ→ｎｃ→ｎｂ→ｎａ→ｎｄ→ｎｅ→ｎｄ→ｎａと走査することができる。モータドライバ１１は、方位角モータ４を制御し、アンテナプレート３を検知角ｎａ〜ｎｅのそれぞれで一時的に静止させる。この静止時間は信号処理回路の処理能力による。アンテナ角度モニタ１２は、アンテナプレート３の回転角、即ち方位角情報をモニタし、信号処理回路１３へ出力する。
【００３４】
アンテナプレート３が静止している状態において、信号処理回路１３は、受信信号の周波数変換された信号と、アンテナプレート３の方位角情報を用いて対象物の方位角を検出する。同時に、対象物のレーダ搭載車との相対的な速度、距離などを検出する。これらの検出結果は必要に応じて、表示装置１４などの出力装置に適した信号に変換され、出力装置に出力される。
【００３５】
また、検知距離制御部（ＣＮＴ）２４は、アンテナ角度モニタ１２から命令信号を受け、検知角ｎａのときは、検知角ｎｂ〜ｎｅのときに比べ、可変利得増幅器２５又は低雑音可変利得増幅器２６ａ，２６ｂの少なくとも一方の利得を大きくする。これにより、遠距離対象物の検知が可能になる。また、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ、２ｂはドーム形状をした、誘電体から成るレドーム５に覆われている。
【００３６】
本実施形態では、正面の検知角ｎａにおいて、他の検知角ｎｂ〜ｎｅと比べ、遠距離対象物の検知が可能となるので、狭角／長距離、広角／近距離の二つの機能を統合した一個のレーダを低コストで実現することができる。また、第１の実施形態の場合と同様に、本実施形態の車載レーダは、狭い検知角を走査して広角度の検知を行なう。それにより、検知角外からの信号を排除することができ、例えば、左右路側物体と道路上ターゲットを時間的に分離することができる。その際、送受信アンテナを搭載した一台のアンテナを回転させるので、方向によってビーム形状は変わらず、かつ、走査の途中に静止時間が設けられ、その静止時間に信号処理が行なわれるため、信号処理の際の補正が不要となる。従って、広い角度範囲での対象物検知に対して高速の信号処理が可能になる。また、アンテナは、上記のように１組の送受信アンテナを搭載した１台で良いので、装置の大型化が避けられる。なお、走査の対象が、対象物方位をモノパルス方式で特定するアンテナ検知角であるため、従来の機械走査方式の一例である、方位特定が不可である１つのビームを走査する例と比較すると、より走査範囲を狭くすることができ、応答性の向上が可能になる。更に、従来の広い検知角にして走査を行なわない例と比べると、受信アンテナ単体は狭い検知角で足りるので、距離精度、方位精度を改善することができる。
【００３７】
なお、図７Ｂに本実施形態でサーキュレータを用いて送信アンテナと受信アンテナを共用にする場合の構成を示す。図７Ｂにおいて、１０１ａ，１０１ｂは送受信共用アンテナ、１０２ａ，１０２ｂは共用アンテナ１０１ａ，１０１ｂのそれぞれに接続されたサーキュレータである。サーキュレータ１０２ａ，１０２ｂによって送受信の切替が行なわれる。このようにアンテナを共用にすることにより、レーダの省面積化が可能になる。送受信アンテナ共用の構成は、他の実施形態でも同様である。
【００３８】
図８は本実施形態の応用についての説明図である。自動車の一層の安全性向上のため、１台の車両に複数のレーダを搭載することが将来的に考えられる。一般的な構想では、車両正面にはＡＣＣ（自動追従）用の狭角／長距離レーダ、衝突感知用の広角／近距離レーダは車両正面、側面及び後方に搭載されると考えられている。しかし、この複数レーダ搭載は高価となるので、低コスト化のため、狭角／長距離、広角／近距離の機能を統合したレーダが望まれる。図８に示した応用はこのような観点から成されたものである。本レーダ２７は移動体１８前面に設置され、移動体正面は長距離で、斜め方向は近距離の検知範囲となっている。また、従来の広角レーダであるサイドセンサ２８ａ，２８ｂが移動体１８側面に設置され、広角／近距離の検知範囲ｂｘ、ｂｙを有している。更に、移動体１８後方にはリアセンサ２９が設置されており、同様に広い広角／近距離の検知範囲ｂｚを有している。以上により、必要最小限のレーダ個数で移動体周辺を３６０度検知することができ、安全性に優れたレーダシステムを低コストで実現することができる。
【００３９】
図９は本発明の第３の実施形態を表す構成図である。本実施形態では、アンテナを仰角（道路面に垂直な方向の角度）方向に回転する仰角モータ３０が第１の実施形態に追加して備えられる。送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ、２ｂはアンテナプレート３上に配置される。発振器７で生成されたミリ波信号は電力増幅器６を経て送信アレイアンテナ１に加えられる。送信アレイアンテナ１から放射された送信信号は、対象物で反射され、受信アレイアンテナ２ａ及び受信アレイアンテナ２ｂで受信される。受信信号Ｌ、Ｒはそれぞれミキサ８ａ及び８ｂに加えられ発振器７の出力信号と混合され、中間周波信号に変換され、低雑音増幅器９ａ及び９ｂで増幅され、信号処理回路１３に入力される。方位角モータ４は、アンテナプレート３を回転させ、モノパルス方式によって対象物方位を特定するアンテナの検知角をｎａ→ｎｂ→ｎｃ→ｎｂ→ｎａ→ｎｄ→ｎｅ→ｎｄ→ｎａと走査することができる。
【００４０】
仰角モータ３０は、アンテナプレート３を仰角方向に回転させる。モータドライバ１１は、方位角モータ４、仰角モータ３０を制御し、アンテナプレート３の方位方向及び仰角方向の回転を一時停止させる。この静止時間は、信号処理回路の処理能力によって設定され、方位方向と仰角方向の走査の両者が停止しているときに信号処理が行なわれる。
【００４１】
アンテナ角度モニタ１２は、アンテナプレート３の方位角及び仰角をモニタし、信号処理回路１３へ出力する。アンテナプレート３が静止している状態において、信号処理回路１３は、受信信号の周波数変換された信号と、アンテナプレート３の方位角、仰角情報を用いて対象物の位置を検出する。また、同時に対象物のレーダ搭載車との相対的な速度、距離などを検出する。これらの検出結果は必要に応じて、表示装置１４などの出力装置に適した信号に変換され、出力装置に出力される。また、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ、２ｂはドーム形状をした、誘電体を含んで成るレドーム５に覆われている。
【００４２】
図１０は本実施形態の仰角方向の走査についての説明図である。本レーダ３１は移動体１８前面に設置される。仰角モータ３０はアンテナプレート３を回転させ、モノパルス方式によって対象物方位を特定するアンテナの検知角をｅａ→ｅｂ→ｅｃ→ｅｂ→ｅａ→ｅｄ→ｅａと走査する。
【００４３】
従って、本実施形態によれば、高さ方向の対象物の簡単な分離が可能になり、トンネルや鉄橋などを認識することができる。また、起伏の激しい道路を走行しているときでも対象物を見落とさずに検出することができる。
【００４４】
第１の実施形態の場合と同様に、本実施形態の車載レーダは、狭い検知角を走査して広角度の検知を行なう。それにより、検知角外からの信号を排除することができ、例えば、左右路側物体と道路上ターゲットを時間的に分離することができる。その際、送受信アンテナを搭載した一台のアンテナを回転させるので、方向によってビーム形状は変わらず、かつ、走査の途中に静止時間が設けられ、その静止時間に信号処理が行なわれるため、信号処理の際の補正が不要となる。従って、広い角度範囲での対象物検知に対して高速の信号処理が可能になる。また、アンテナは、上記のように１組の送受信アンテナを搭載した１台で良いので、装置の大型化が避けられる。なお、走査の対象が、対象物方位をモノパルス方式で特定するアンテナ検知角であるため、従来の機械走査方式の一例である、方位特定が不可である１つのビームを走査する例と比較すると、より走査範囲を狭くすることができ、応答性の向上が可能になる。更に、従来の広い検知角にして走査を行なわない例と比べると、受信アンテナ単体は狭い検知角で足りるので、距離精度、方位精度を改善することができる。
【００４５】
なお、車載用レーダの使用目的によっては、仰角方向の検知を重視し、方位方向の走査が可能となる場合がある。そのような目的のための車載用レーダでは、方位角モータ４が省略される。
【００４６】
図１１は本発明の第４の実施形態を示す構成図である。本実施形態では、受信アレイアンテナ２ｃ，２ｄとそれらに接続される諸回路が第３の実施形態に追加して備えられる。送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ〜２ｄは、アンテナプレート３上に配置される。発振器７で生成されたミリ波信号は電力増幅器６を経て送信アレイアンテナ１に加えられる。送信アレイアンテナ１から放射された送信信号は、対象物で反射され、受信アレイアンテナ２ａ〜２ｄで受信される。受信アレイアンテナ２ａ〜２ｄから受信信号ＴＬ，ＴＲ，ＢＬ，ＢＲがそれぞれ出力される。受信信号ＴＬ，ＴＲ，ＢＬ，ＢＲは、それぞれミキサ８ａ〜８ｄに加えられ、発振器７の出力信号と混合され、中間周波信号に変換され、低雑音増幅器９ａ〜９ｄで増幅され、信号処理回路１３に入力される。
【００４７】
ここで、図１２に本実施形態に用いるアンテナの上方図を示す。複数のパッチ素子１５と給電配線１６が誘電体基板上に構成され、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ〜２ｄをそれぞれ成している。４個の受信アンテナ２ａ〜２ｄの各々は、互いに水平方向及び垂直方向で隣接して配置されている。更に、各種アレイアンテナはアンテナプレート３上に配置される。本実施形態のアンテナは平面型であるため、レーダの薄型化を実現することができる。
【００４８】
アンテナプレート３の正面の方向を基準とした対象物の方位角は、図１２において横方向になるアンテナ２ａ，２ｂからの受信信号ＴＬ，ＴＲの振幅差又は位相差によって特定することができる。もちろん、受信信号ＢＬ，ＢＲの比較、或いは受信信号の和（ＴＬ＋ＢＬ），（ＴＲ＋ＢＲ）の比較でも対象物の方位角を特定することが可能である。また、アンテナプレート３の正面の方向を基準とした対象物の仰角は、図１２において縦方向になるアンテナ２ａ，２ｃからの受信信号ＴＬ，ＢＬの振幅差又は位相差によって特定することができる。同様に、受信信号ＴＲ，ＢＲの比較、或いは受信信号の和（ＴＬ＋ＴＲ），（ＢＬ＋ＢＲ）の比較でも対象物の仰角を特定することが可能である。
【００４９】
方位角モータ４は、アンテナプレート３を回転させ、モノパルス方式によって対象物方位を特定するアンテナの検知角をｎａ→ｎｂ→ｎｃ→ｎｂ→ｎａ→ｎｄ→ｎｅ→ｎｄ→ｎａと走査する。また、仰角モータ３０は、アンテナプレート３を仰角方向に回転させる。モータドライバ１１は、方位角モータ４及び仰角モータ３０を制御し、アンテナプレート３をそれぞれのアンテナ方位角で一時的に静止させる。この静止時間は信号処理回路の処理能力による。
【００５０】
アンテナ角度モニタ１２は、アンテナプレート３の方位角、仰角をモニタし、信号処理回路１３へ出力する。アンテナプレート３が静止している状態において、信号処理回路１３は受信信号の周波数変換された信号と、アンテナプレート３の方位角、仰角情報を用いて対象物の位置を検出する。また、同時に対象物のレーダ搭載車との相対的な速度、距離などを検出する。これらの検出結果は必要に応じて、表示装置１４などの出力装置に適した信号に変換され、出力装置に出力される。また、送信アレイアンテナ１、受信アレイアンテナ２ａ、２ｂはドーム形状をした、誘電体から成るレドーム５に覆われている。
【００５１】
図１３は本実施形態の仰角方向の走査についての説明図である。本レーダ３２は移動体１８前面に設置される。仰角モータはアンテナプレートを回転させ、モノパルス方式によって対象物の方位角と仰角を特定するアンテナの検知角をｆａ→ｆｂ→ｆｃ→ｆｂ→ｆａ→ｆｄ→ｆａと走査する。従って、本実施形態によれば、高さ方向の対象物を正確に分離することが可能になり、トンネルや鉄橋などを認識することができる。また、起伏の激しい道路を走行しているときでも対象物を見落とさずに検出することができる。
【００５２】
本実施形態の車載レーダは、第３の実施形態の場合と同様に、狭い検知角を走査して広角度の検知を行なう。それにより、検知角外からの信号を排除することができ、例えば、左右路側物体と道路上ターゲットを時間的に分離することができる。その際、送受信アンテナを搭載した一台のアンテナを回転させるので、方向によってビーム形状は変わらず、かつ、走査の途中に静止時間が設けられ、その静止時間に信号処理が行なわれるため、信号処理の際の補正が不要となる。従って、広い角度範囲での対象物検知に対して高速の信号処理が可能になる。また、アンテナは、上記のように１組の送受信アンテナを搭載した１台で良いので、装置の大型化が避けられる。なお、走査の対象が、対象物方位をモノパルス方式で特定するアンテナ検知角であるため、従来の機械走査方式の一例である、方位特定が不可である１つのビームを走査する例と比較すると、より走査範囲を狭くすることができ、応答性の向上が可能になる。更に、従来の広い検知角にして走査を行なわない例と比べると、受信アンテナ単体は狭い検知角で足りるので、距離精度、方位精度を改善することができる。
【００５３】
なお、本実施形態ではパッチアンテナを用いているが、スロットアンテナやトリプレートアンテナのような、同じ平面アンテナを用いることが可能であり、同様にレーダの薄型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る車載用レーダの第１の実施形態を説明するための構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態に用いるアンテナを説明するための平面図。
【図３】本発明の第１の実施形態の効果を説明するための第１の図。
【図４】本発明の第１の実施形態の効果を説明するための第２の図。
【図５】本発明の第１の実施形態の効果を説明するための第３の図。
【図６】本発明の第１の実施形態の効果を説明するための第４の図。
【図７Ａ】本発明の第２の実施形態を説明するための構成図。
【図７Ｂ】本発明の第２の実施形態を説明するための別の構成図。
【図８】本発明の第２の実施形態の応用について説明するための図。
【図９】本発明の第３の実施形態を説明するための構成図。
【図１０】本発明の第３の実施形態の仰角方向の走査について説明するための図。
【図１１】本発明の第４の実施形態を説明するための構成図。
【図１２】本発明の第４の実施形態に用いるアンテナを説明するための平面図。
【図１３】本発明の第４の実施形態の仰角方向の走査について説明するための図。
【図１４】モノパルス方式を説明するための図。
【図１５】モノパルス方式の和信号と差信号を示す曲線図。
【図１６】モノパルス方式の和信号と差信号の比を示す曲線図。
【図１７】従来の車載用レーダを説明するための図。
【図１８】従来の車載用レーダを説明するための別の図。
【符号の説明】
【００５５】
１…送信アレイアンテナ、２…受信アレイアンテナ、３…アンテナプレート、４…方位角モータ、５…レドーム、６…電力増幅器、７…発振器、８…ミキサ、９…低雑音増幅器、１０…送受信装置、１１…モータドライバ、１２…アンテナ角度モニタ、１３…信号処理回路、１４…表示装置、１５…パッチ素子、１６…給電配線、１７，２７，３１，３２…本発明の車載用レーダ、１８…移動体、１９…ターゲット車両、２０…路側物体、２４…検知距離制御部、２５…可変利得増幅器、２６…低雑音可変利得増幅器、３０…仰角モータ。
【図１】
2006201013.tif 000003
【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７Ａ】
2006201013.tif 000009
【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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