(57)【要約】【課題】  自身が動作中に電磁波を送出していることを自己診断可能なレーダ装置を提供すること。【解決手段】  レーダ装置は、高周波信号を外部に送出する送信用アンテナ８と、送信用アンテナ８の近傍に設置され、送信用アンテナ８から送出された高周波信号が通過するレドーム９と、レドーム９を高周波信号が通過している間、その旨を示す肯定信号を生成する信号生成回路１１と、信号生成回路１１で生成された肯定信号に基づいて、送信用アンテナ８から高周波信号が送出されているか否かを判断する信号処理系１とを備える。【選択図】  図１
2006098301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身が送出した高周波信号の反射波を受信し処理することで、周囲の物体の情報を取得するレーダ装置であって、
前記高周波信号を外部に送出する送信用アンテナと、
前記送信用アンテナの近傍に設置され、前記送信用アンテナから送出された高周波信号が通過するレドームと、
前記レドームを高周波信号が通過している間、その旨を示す肯定信号を生成する信号生成回路と、
前記信号生成回路で生成された肯定信号に基づいて、前記送信用アンテナから前記高周波信号が送出されているか否かを判断する信号処理系とを備える、レーダ装置。
【請求項２】
前記信号処理系の判断結果を表示する表示器をさらに備える、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記レドームの内部又は表面に形成されており、前記送信用アンテナが送出した高周波信号が通過するコイルをさらに備え、
前記信号生成回路は、前記コイルの両端に発生する誘起起電力に応じて肯定信号を生成する、請求項１に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に関し、より特定的には、自身が送出した電磁波の反射波を受信し処理して、周囲の物体に関する情報を取得するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、自身が送出した電磁波の反射波を受信し処理して、周囲の物体に関する情報を取得する。ここで、取得される情報としては、レーダ装置から物体までの距離、レーダ装置からみた物体の相対速度、及びレーダ装置からみた物体の方位が典型的である。
【０００３】
また、以上のようなレーダ装置の中には、自身が正常に動作しているか否かを判断する自己診断機能を備えるもの（以下、従来のレーダ装置と称する）がある。従来のレーダ装置の第１例は、自身の構成する逓倍器に生じるドレイン電圧を検出し、検出された電圧をモニタリングすることによって、自身の故障を検知する（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、第２例は、予め近距離に障害物があるという前提条件の下で、その障害物からの反射波の大きさの変化に基づいて、自身の故障を検知する（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−３４１０３２号公報
【特許文献２】特開平５−２９７１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のようなレーダ装置では、送出された電磁波の反射波が正しく受信されていることを判断することが重要となる。さもなければ、レーダ装置は正しい情報を取得することができない。
【０００６】
しかしながら、上述の第１例では、単に逓倍器のドレイン電圧をモニタリングしているだけであるから、たとえレーダ装置が電磁波を送出していなくとも、例えば他のレーダ装置から送出された電磁波そのもの又はその反射波が受信された場合、レーダ装置が故障していないと判断される可能性がある。従って、第１例では、レーダ装置が電磁波を送出しているか否かを正しく判断できない場合があるという問題点がある。
【０００７】
また、電磁波が正しく送出されているか否かについては、レーダ装置が実際に動作している間にも検出される必要がある。しかしながら、上述の第２例では、近くに障害物があるという前提条件が必要となるので、レーダ装置は、実際の動作中に自己診断を行えないことが多いという問題点がある。特に、レーダ装置が車両に搭載される場合、車両は一般的に周囲の物体を避けながら移動するので、上述の第２例では、車両が走行中にレーダ装置が自己診断を実行することはさらに難しい。
【０００８】
それ故に、本発明の目的は、自身が動作中に電磁波を送出していることを自己診断可能なレーダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、自身が送出した高周波信号の反射波を受信し処理することで、周囲の物体の情報を取得するレーダ装置であって、高周波信号を外部に送出する送信用アンテナと、送信用アンテナの近傍に設置され、送信用アンテナから送出された高周波信号が通過するレドームと、レドームを高周波信号が通過している間、その旨を示す肯定信号を生成する信号生成回路と、信号生成回路で生成された肯定信号に基づいて、送信用アンテナから高周波信号が送出されているか否かを判断する信号処理系とを備える。
【００１０】
レーダ装置は好ましくは、信号処理系の判断結果を表示する表示器をさらに備える。
【００１１】
レーダ装置は好ましくは、レドームの内部又は表面に形成されており、送信用アンテナが送出した高周波信号が通過するコイルをさらに備える。ここで、信号生成回路は、コイルの両端に発生する誘起起電力に応じて肯定信号を生成する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本局面によれば、レーダ装置は、レドームを高周波信号が通過している間、検出回路から肯定信号が出力される。信号処理系は、検出回路からの肯定信号が到着すれば、レーダ装置が正常に動作していると判断する。このように、本局面によれば、たとえ自身が動作中であっても、正しく電磁波が送出されていることを自己診断可能なレーダ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置の全体構成を示す模式図である。図１において、レーダ装置は、信号処理系１と、パルス発生器２と、発振器３と、送信側ミキサ４と、高域通過回路（以下、ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）と称する）５と、送信側アンプ６と、送信用アンテナ８と、レドーム９と、コイル１０と、信号生成回路１１と、受信用アンテナ１２と、受信側アンプ１３と、合波器１４と、受信側ミキサ１５と、低域通過回路（以下、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）と称する）１６と、表示器１７とを備える。
【００１４】
信号処理系１は、本レーダ装置の構成各部を制御する。本信号処理系１の典型的な処理としては、パルス発生器２へパルスの出力を命令する。また、信号処理系１は、後述するＬＰＦ１６の出力信号から、レーダ装置の周囲の物体に関する情報を取得する。取得される情報としては、レーダ装置から物体までの距離、レーダ装置からみた物体の相対速度、及びレーダ装置からみた物体の方位が典型的である。また、信号処理系１は、ＬＰＦ１６の出力信号から、送信用アンテナ８から電磁波が送出されているか否かを判断する。なお、本実施形態では、送信用アンテナ８から電磁波が送出されていることを、本レーダ装置が正常であると称し、そうでないことを異常と称する。
【００１５】
パルス発生器２は、信号処理系１からの命令に従って、ベースバンド帯（周波数ｆ１帯）でパルス幅がＴｗのパルス信号を生成して、送信側ミキサ４に出力する。
【００１６】
発振器３は、予め定められた周波数ｆ２の搬送波を生成し、送信側ミキサ４に出力する。ここで、ｆ２は、ｆ１よりも大きい。
【００１７】
送信側ミキサ４は、入力された搬送波とパルス信号とを周波数混合して変調信号を生成し、生成した変調信号をＨＰＦ５に出力する。ここで、変調信号は、｜ｆ２＋ｆ１｜周辺の周波数帯と、｜ｆ２−ｆ１｜周辺の周波数帯とを占有する。
【００１８】
ＨＰＦ５は、入力変調信号のうち、｜ｆ２＋ｆ１｜周辺の高周波成分だけ通過させ、高周波信号を送信側アンプ６に出力する。
【００１９】
以上のような高周波信号、つまり電磁波は、送信側アンプ６により増幅された後、送信用アンテナ８から送出される。
【００２０】
レドーム９は、少なくとも送信用アンテナ８を外部環境から保護するために覆う誘電体のハウジングである。なお、レドーム９は、受信用アンテナ１２を覆っていても良い。
【００２１】
コイル１０は、レドーム９の内部又は表面に形成される。具体的には、図２に示すように、送信用アンテナ８から送出される電磁波（ビーム）がコイル１０を横切るように、コイル１０は配置される。ただし、受信用アンテナ１２により受信される反射波がコイル１０を横切らないように、コイル１０はレドーム９に配置されることが好ましい。
【００２２】
信号生成回路１１は、電磁波がコイル１０を横切った時にコイル１０の両端に発生する起電力に応答して、起電力が発生していることを示す肯定信号を生成し、合波器１４に出力する。ここで、起電力は、送信用アンテナ８が電磁波を送出していないときには発生しないので、肯定信号は、送信用アンテナ８が電磁波を送出していることを示す。
【００２３】
ここで、図３を参照して、信号生成回路１１の具体的な構成の一例について説明する。図３において、コイル１０は、内部抵抗ｒを有する直径Ｄのループコイルであると仮定する。信号生成回路１１は例示的に、コイル１０の２端子からみて互いに並列に接続された負荷抵抗ＲＬと容量Ｃとを含む。ここで、ＲＬ＞＞ｒである。
【００２４】
例えば、レーダ装置の送信電力をＰ＝０．１Ｗ、送信用アンテナ８のゲインをＧｘ＝１０ｄＢｉ、高周波信号の周波数をｆ＝２４ＧＨz（波長λ＝ｃ／ｆ＝０．０１２５ｍ：ｃは光速）、送信用アンテナ８の地表からの高さをｈ＝１ｍ、さらに送信用アンテナ８からコイル１０までの距離をｄ＝０．０１ｍと仮定する。この仮定下では、電界Ｅは、近似式Ｅ≒｛８８×ｈ2 ×√（Ｇ・Ｐ）｝/（λ×ｄ2 )より、Ｅ＝７０４０Ｖ／ｍ＝９８．５ｄＢｍとなる。次に、この時の磁界Ｈは、近似式Ｈ≒Ｅ−５１．５ｄＢより、Ｈ≒９８．５−５１．５＝４７ｄＢｍ＝約０．０５Ａ／ｍとなる。さらに、この時の磁束密度Ｂは、Ｂ＝μ0 ×μr ×Ｈ（真空の透磁率μ0 ＝４π×10-7、空気中の比透磁率μr ＝１）より、Ｂ＝４π×10-7×1×０．０５＝０．６２８×10-7Ｗｂ／m2 となる。
【００２５】
次に、この時の磁束Φは、Φ＝Ａ×Ｂ（Ａは磁束が横切る面積であり、実質的にループコイルの断面積である。）である。また、角速度ωで磁束が変化する時、Φ＝Ｂ×Ａｃｏｓωｔ0 となる。従って、磁束によりループコイルの両端に発生する起電力Ｖは、Ｖ＝−ｄΦ／ｄｔ＝ω×Ｂ×Ａｓｉｎωｔより、起電力Ｖの実効値はω×Ｂ×Ａとなる。ここで、信号生成回路１１から出力が期待される電圧Ｖを０．１Ｖとすると、０．１=ω×Ｂ×Ａ（ただし、ω＝２πｆ）より、必要となるループコイルの面積Ａ＝約１０ｍｍ2 と算出される。また、ループコイルのインダクタンスＬは、ループの外径に比べ、コイル線自身の径ｄが十分小さい時、近似式Ｌ≒ｎ2 ×μ0 ×（Ｄ／２）×ｌｎ（Ｄ／ｄ）で表現される。ここでＤ＝１０ｍｍ、ｄ＝１μｍ、コイルの巻き数ｎ＝1とすると、Ｌ＝０．０５７μＨと算出できる。
【００２６】
また、磁束から電圧への変換効率を向上させたい場合、図３に示すように、検知回路１１に容量Ｃを負荷抵抗ＲＬに対して並列に接続して、容量ＣとコイルのインダクタンスＬとの間で共振を発生させてもよい。共振周波数を周波数ｆ（＝２４ＧＨｚ）と実質的に同じ値にしたとき、共振周波数ｆ＝１／｛２π×√（Ｌ×Ｃ）｝より、Ｃは、７．７×１０-16 Ｆと算出できる。このように、周波数ｆを２４ＧＨｚのように高周波数にすればするほど、Ｃの容量値は小さくなるので、容量Ｃは信号生成回路１１に必須の要素ではない。
【００２７】
また、レーダ装置の検知エリアに物体が存在する場合、送信用アンテナ８から送出された高周波信号は、その物体に当たって反射する。このようにして生成される反射波は、受信用アンテナ１２により受信された後、受信側アンプ１３により増幅された後、合波器１４に与えられる。
【００２８】
合波器１４は、信号生成回路１１から出力された肯定信号と、受信側アンプ１３から出力された反射波とを合波して、合波信号を受信側ミキサ１５に出力する。ここで、高周波信号は、パルス幅Ｔｗに相当する時間帯にしか送出されず、また、反射波は、高周波信号の送出後、送信用アンテナ８から物体の位置までの距離の実質的に２倍に相当する時間経過しないと受信側アンテナ８により受信されない。また、上述のように、反射波はコイル１０を横切らないので、反射波を受信している間、信号生成回路１１は肯定信号を送出しない。上述のように、肯定信号の出力時間帯と反射波の到来時間帯の差から、合波信号において、肯定信号の成分と、反射波の成分とは時間軸上で重複しない。また、反射波がコイル１０を横切ったとしても、反射波自身のエネルギーは、高周波信号のそれと比較して微小であることから、コイル１０は、識別可能な振幅レベルを有する肯定信号を、反射波に応答して出力することはほぼない。それゆえ、コイル１０が反射波を横切ることが可能に形成されていたとしても、合波信号において、肯定信号の成分と、反射波の成分とは時間軸上で重複しない。
【００２９】
受信側ミキサ１５は、入力された合波信号と、発振器３からの搬送波とを周波数混合して中間信号を生成し、生成した中間信号をＬＰＦ１６に出力する。ここで、中間信号は、｜ｆ１｜周辺の周波数帯と、｜ｆ１＋２×ｆ２｜周辺の周波数帯とを占有する。
【００３０】
ＬＰＦ１６は、入力中間信号のうち、｜ｆ１｜周辺の低周波成分だけを通過させ、その結果生成されるベースバンド信号を信号処理系１に出力する。信号処理系１は、ベースバンド信号における反射波の成分から、周知のようにして、周囲の物体に関する情報を取得する。また、信号処理系１は、ベースバンド信号に肯定信号の成分が存在する場合に、レーダ装置が正常に動作していると判断する。
【００３１】
表示器１７は主として、信号処理系１で取得された物体に関する情報を表示する。また、表示器１７は特徴的には、本レーダ装置が正常か異常かを、信号処理系１の判断に従って表示する。
【００３２】
次に、図４のフローチャートを参照して、図１に示すレーダ装置の動作を説明する。図４において、信号処理系１は、パルス発生器２に対してパルスを送出するよう命令する。さらに、信号処理系１は、時間カウントを行うタイマを初期値に設定した後、タイマを能動化する（ステップＳＴ１）。
【００３３】
信号処理系１からの命令に応答して、パルス発生器２は、前述のように、パルス幅Ｔｗのパルス信号を生成する。また、発振器３は搬送波を生成する。送信側ミキサ４は、入力された搬送波とパルス信号とから変調信号を生成する。このような変調信号のうち高周波成分はＨＰＦ５により選択され、高周波信号として、送信側アンプ６により増幅された後、送信用アンテナ８から送出される。さらに、高周波信号は、コイル１０を横切ってレーダ装置の外部に送出される。
【００３４】
このように高周波信号がコイル１０を通過して送出された場合、信号生成回路１１は、肯定信号を生成する。合波器１４は、入力肯定信号と、受信側アンプ１３側からの信号とから合波信号を生成する。このような合波信号から、受信側ミキサ１５は中間信号を生成する。さらに、このような中間信号から、ＬＰＦ１６はベースバンド信号を生成し信号処理系１に出力する。
【００３５】
信号処理系１は、タイマを能動化した後、時間Δαだけ、肯定信号の成分が到着することを待機する。ここで、Δαは、パルス発生器２に命令を発生してから、肯定信号が信号処理系１に到着しているとみなせる時間余裕である。このようなΔαは、パルス発生器２、送信用アンテナ８、コイル１０、信号生成回路１１、ＬＰＦ１６及び信号処理系１で構成される伝搬経路の長さに基づいて定められる。
【００３６】
信号処理系１は、タイマの能動化後時間Δαが経過するまでに、予め定められた値以上の電圧を検出した場合（ステップＳＴ２でＹｅｓ）、肯定信号が到着したとみなして、レーダ装置が現在正常に動作していると判断する（ステップＳＴ３）。この場合、表示器１７は、レーダ装置が現在正常に動作していることを表示する。また、信号処理系１は、このような判断の後、ベースバンド信号に含まれる反射波の成分を使って、レーダ装置の周囲の物体に関する情報を取得する。
【００３７】
逆に、ステップＳＴ２でＮｏと判断した場合、レーダ装置が現在正常に動作していないと判断する（ステップＳＴ４）。この場合、表示器１７は、レーダ装置が現在正常に動作していないことを表示する。また、信号処理系１は、このような判断の後、好ましくは、動作を終了する。
【００３８】
以上説明したように、レーダ装置において、誘電体で構成されるレドーム９に、送出すべき電磁波が横切るようにコイル１０が形成される。さらに、レーダ装置は、コイル１０の両端に発生する起電力を検出可能な信号生成回路１１を備える。信号処理系１は、パルス発生器２がパルスを発生し始めた後、時間Δαが経過するまでに、信号生成回路１１からの肯定信号が到着すれば、レーダ装置が正常に動作していると判断する。このように、レドーム９に設置されたコイル１０を横切る電磁波を信号生成回路１１で検出することにより、たとえ自身が動作中であっても、正しく電磁波が送出されていることを自己診断可能なレーダ装置を提供することが可能となる。
【００３９】
また、レドーム９にコイル１０が設置されることにより、付加的な技術的効果として、外観を損ねることなく、レーダ装置は自己診断を行うことが可能となる。
【００４０】
なお、以上の説明では、レーダ装置は、レドーム９を備えるとして説明した。しかし、これに限らず、レーダ装置は、パルス発生器２と、発振器３と、送信側ミキサ４と、ＨＰＦ５と、送信側アンプ６と、送信用アンテナ８と、コイル１０と、信号生成回路１１と、受信用アンテナ１２と、受信側アンプ１３と、合波器１４と、受信側ミキサ１５と、ＬＰＦ１６と、表示器１７とを備えるだけでも構わない。この場合、パルス発生器２と、発振器３と、送信側ミキサ４と、ＨＰＦ５と、送信側アンプ６と、送信用アンテナ８と、信号生成回路１１と、受信用アンテナ１２と、受信側アンプ１３と、合波器１４と、受信側ミキサ１５と、ＬＰＦ１６と、表示器１７とは、例えば車両のバンパのように誘電体材料の背後に設置される。また、コイル１０は誘電体材料内又は表面に形成される。
【００４１】
また、以上の説明では、レーダ装置は、コイル１０に現れる誘起起電力により、電磁波が正しく送出されているか否かを判断していた。しかし、これに限らず、レドーム９のような誘電体の内部又は表面において、電磁波が通過する箇所に磁気センサ、電界センサ又は電磁波センサを設置するようにしても構わない。
【００４２】
また、以上の説明では、信号生成回路１１から出力される肯定信号が高周波数であるため、受信側ミキサ１５及びＬＰＦ１６で肯定信号の周波数はダウンコンバートされていた。しかし、これに限らず、肯定信号が低周波数であれば、信号生成回路１１からの肯定信号は信号処理系１に直接与えられても構わない。また、信号生成回路１１からの肯定信号を信号処理系１に直接与えることが可能な構成の場合、レーダ装置は、パルス発生器２の代わりに連続波発生器を備えるようにしても構わない。ただし、送信側ミキサ４で、連続波発生器から出力された連続波をアップコンバートする場合には、信号生成回路１１から出力された肯定信号はダウンコンバートされる必要がある。
【００４３】
また、以上の説明では、信号処理系１は、Δαの時間内に肯定信号の成分が到達するか否かを判断していた。しかし、反射波の電圧とは逆の極性の起電力をコイル１０が誘起するのであれば、反射波の成分と肯定信号の成分とを信号処理系１は正しく識別することが可能となる。従って、このような状況下では、信号処理系１は常時肯定信号の成分をモニタしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係るレーダ装置は、自身が動作中に電磁波を送出していることを自己診断可能な車載用途等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーダ装置の全体構成を示す模式図
【図２】図１に示すコイル１０の配置例を示す模式図
【図３】図１に示す信号生成回路１１の構成例を示す模式図
【図４】図１に示す信号処理系１の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００４６】
１  信号処理系
２  パルス発生器
３  発振器
４  送信側ミキサ
５  高域通過回路
６  送信側アンプ
８  送信用アンテナ
９  レドーム
１０  コイル
１１  信号生成回路
１２  受信用アンテナ
１３  受信用アンプ
１４  合波器
１５  受信用ミキサ
１６  低域通過回路
１７  表示器
【図１】
2006098301.tif 000003
【図２】
2006098301.tif 000004
【図３】
2006098301.tif 000005
【図４】
2006098301.tif 000006