(57)【要約】【課題】信頼性が高く、かつ、コストアップに繋がらない、アンテナのスキャンと送受信部の双方の診断を行い得るレーダ装置と、その診断方法を提供すること。【解決手段】ＣＷモードのとき、送受信アンテナ１１から突起１６に対して中心周波数で固定された送信波が送信される。送信波の一部が突起１６で反射する。送受信アンテナ１１はその反射波を受信し、ダイアグ信号（ドップラ信号）検出用ＢＰＦ２６でダイアグ信号が検出される。信号処理回路２９は、ダイアグ信号から、送受信アンテナ１１のメカニカルなスキャンと送受信部（変調器２１から信号処理回路２９）とが正常に動作しているか否かを診断する。【選択図】図２
2008064560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波に対する送信信号を生成するとともに反射波から目標物の距離、速度を検出する送受信部を備え、
前記送受信部には、送受信アンテナの往復運動により生じるドップラ信号を検出することで、送受信アンテナの前記往復運動が正常に動作しているか否かを診断するともに前記送受信部が正常に動作しているか否かを診断する診断部を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
更に、前記送信波の一部が反射する反射部を備え、
前記診断部は、前記反射部からの反射波により前記ドップラ信号を検出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記診断部は、前記往復運動が正常に動作し、かつ、前記送受信部が正常に動作しているときに検出した第１のドップラ信号と、前記送受信アンテナからの前記反射波により検出した第２のドップラ信号とが略一致しているときに前記往復運動が正常に動作し、かつ、前記送受信部が正常に動作していると診断することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記送受信部は、ＦＭＣＷモードのとき中心周波数を中心に一定周期の三角波が前記送受信アンテナから送信させ、ＣＷモードのとき前記中心周波数で固定された送信波を前記送受信アンテナから送信させ、
前記診断部は前記ＣＷモードのときに受信した前記反射波により前記診断を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項５】
送信波に対する送信信号を生成するとともに反射波から目標物の距離、速度を検出する送受信部を備えたレーダ装置に対する診断方法において、
送受信アンテナの往復運動により生じるドップラ信号を検出することで、前記送受信アンテナの前記往復運動が正常に動作しているか否かを診断するともに前記送受信部が正常に動作しているか否かを診断する、
ことを特徴とするレーダ装置に対する診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置、及びレーダ装置における診断方法に関する。詳しくは、送受信機能とスキャン動作を診断できるようにしたメカスキャン方式のレーダ装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、機械的にアンテナを往復運動（スキャン）させ、目標に対する反射波を受信して目標の位置、速度等を検出するようにしたメカスキャン方式のレーダ装置がある。例えば車両に搭載されて、車両の障害物への衝突回避等に用いられる。
【０００３】
このようなレーダ装置は、アンテナが正常にスキャンし、目標に対する送信波や反射波が正常に送受信されていることが重要である。そのため、これらの機能が正常に動作しているかを診断することが求められていた。
【０００４】
そこで、従来は、監視している目標の受信レベルの変化からアンテナが正常にスキャンしているか否かを診断する方法がある。しかし、かかる方法は、常に前方に反射物が存在し受信レベルの検出が可能なことを前提としている。従って、周囲に建造物（建物やガードレール等）、先行車両等が存在しない道路を走行する場合、正確なスキャン動作の診断を行うことができない。
【０００５】
これを改善するため、路面からの反射レベルを監視する方法もある。しかし、前方を監視する場合に、前方と路面の双方を監視する必要があるため、高感度の受信機か、又は垂直ビーム幅の十分広いアンテナが必要となる。従って、かかる方法ではレーダ装置全体のコストアップに繋がる。また、路面が冠水すると反射レベルが下がるため路面状況に左右される。
【０００６】
更に別の方法として、診断専用に受信信号検出用センサを設けるようにしたものもある（例えば、以下の特許文献１）。投光器の走査角度範囲を広げ、その広げた領域内に専用の検出センサである受光素子を設けて投光器の状態を診断している。
【特許文献１】特開平１０−３１０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、診断専用の検出センサを設ける方法では、別途センサを設ける必要があるためレーダ装置全体のコストアップに繋がる。また、送信波の走査範囲内に専用センサを配置して受信信号が検出できたか否かにより診断しているため、アンテナのスキャンは診断できても、レーダ装置内の送受信部は診断できない。
【０００８】
また、上述した受信レベルの変化を検出する方法や、路面からの反射レベルを検出する方法では、周囲の反射物や路面等の周囲の状況に影響を受けてしまう。そのため、観測時間を長くして診断の信頼性を向上させることも考えられる。しかし、故障と診断するまでの時間が長くなると、運転手に対して故障時の対応が遅れる問題点もある。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、信頼性が高く、かつ、コストアップに繋がらない、アンテナのスキャンと送受信部の双方の診断を行い得るレーダ装置と、その診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一実施態様によれば、送信波に対する送信信号を生成するとともに反射波から目標物の距離、速度を検出する送受信部を備え、前記送受信部には、送受信アンテナの往復運動により生じるドップラ信号を検出することで、送受信アンテナの前記往復運動が正常に動作しているか否かを診断するともに前記送受信部が正常に動作しているか否かを診断する診断部を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の実施態様によれば、前記レーダ装置において、更に前記送信波の一部が反射する反射部を備え、前記診断部は前記反射部からの反射波により前記ドップラ信号を検出することを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の他の実施態様によれば、前記レーダ装置において、前記診断部は、前記往復運動が正常に動作し、かつ、前記送受信部が正常に動作しているときに検出した第１のドップラ信号と、前記送受信アンテナからの前記反射波により検出した第２のドップラ信号とが略一致しているときに前記往復運動が正常に動作し、かつ、前記送受信部が正常に動作していると診断することを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明の他の実施態様によれば、前記レーダ装置において、前記送受信部は、ＦＭＣＷモードのとき中心周波数を中心に一定周期の三角波が前記送受信アンテナから送信させ、ＣＷモードのとき前記中心周波数で固定された送信波を前記送受信アンテナから送信させ、前記診断部は前記ＣＷモードのときに受信した前記反射波により前記診断を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の他の実施態様によれば、送信波に対する送信信号を生成するとともに反射波から目標物の距離、速度を検出する送受信部を備えたレーダ装置に対する診断方法において、送受信アンテナの往復運動により生じるドップラ信号を検出することで、前記送受信アンテナの前記往復運動が正常に動作しているか否かを診断するともに前記送受信部が正常に動作しているか否かを診断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、信頼性が高く、かつ、コストアップに繋がらない、アンテナのスキャンと送受信部の双方の診断を行い得るレーダ装置と、その診断方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態について、以下図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明が適用されるメカスキャン方式によるレーダ装置の構成例を示す図である。レーダ装置１０は、送受信アンテナ１１と、スキャン機構１２と、送受信回路（高周波回路）１３とを備え、筐体１４内に配置される。
【００１８】
送受信アンテナ１１は、スキャン機構１２により、軸Ｏを中心に図の実線矢印に示すようにスキャンする。そして、送受信アンテナ１１は図の点線矢印で示すように目標に対して送信波を送信する。送信波は、筐体１４に設けられたレドーム１５を透過して送信される。
【００１９】
送受信回路１３は、アンテナ１１から送信波を送信するための信号の生成や、受信波から目標物の速度や位置等を検出する。
【００２０】
更に、本実施例では、筐体１４の一部に突起１６を設けている。送受信アンテナ１１から送信される送信波の一部が、この突起１６で反射して再び送受信アンテナ１１で受信される。送受信アンテナ１１は、突起１６により、送受信アンテナ１１自身の往復運動により生じるドップラ信号を検出する。本実施例では、このドップラ信号を検出することで、送受信アンテナ１１のスキャンと送受信回路１３の双方が正常に動作しているかを診断する。
【００２１】
図２は、レーダ装置１０の詳細な構成例を示す図である。
【００２２】
レーダ装置１０は、送受信アンテナ１１と、モータ（スキャン機構）１２と、突起１６と、変調器２１と、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）２２と、コントローラ２３と、ミキサ２４と、距離・速度信号検出用バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２５と、ダイアグ信号検出用ＢＰＦ２６と、マルチプレクサ２７と、Ａ／Ｄ（Analog Digital）変換器２８と、信号処理回路２９、及びタイミング信号発生回路３０を備える。
【００２３】
尚、図１の送受信回路１３は、変調器２１、ＶＣＯ２２、ミキサ２４、２つのＢＰＦ２５，２６、マルチプレクサ２７、Ａ／Ｄ変換器２８、及び信号処理回路２９に対応する。
【００２４】
変調器２１は、タイミング信号発生回路３０からのタイミング信号に応じて、所定の中心周波数を有する変調信号を出力する。
【００２５】
ＶＣＯ２２は、変調信号に基づいて、一定の周波数を有する発振信号（送信信号）を出力する。送受信アンテナ１１はこの発振信号により所定の中心周波数の送信波（三角波）を送信する。
【００２６】
また、送受信アンテナ１１は、目標物（本例では車両５０）からの送信波に対する反射波（受信波）を受信する。更に、送受信アンテナ１１は突起１６からの送信波に対する反射波（受信波）も受信する。
【００２７】
尚、モータ１２はコントローラ２３の制御により動作し、そのモータ１２の動作に応じて、送受信アンテナ１１は機械的にスキャン（メカスキャン）する。コントローラ２３はタイミング信号発生回路３０からのタイミング信号に応じてモータ１２に対する制御を行う。
【００２８】
ミキサ２４は、送受信アンテナ１１からの受信信号と、変調器２１からＶＣＯ２２を介した送信信号とをミキシングして、ミキシングされた受信信号を出力する。
【００２９】
距離・速度信号検出用ＢＰＦ２５は、ミキシングされた受信信号に含まれる距離・速度信号（車両５０からの反射波に対応する受信信号）周辺の周波数帯域をフィルタリングすることで、受信信号から距離・速度信号を取り出し、受信信号に含まれるダイアグ信号（突起１６からの反射波に対応する受信信号）をカットする。
【００３０】
ダイアグ信号検出用ＢＰＦ２６は、ダイアグ信号周辺の周波数帯域をフィルタリングすることで受信信号からダイアグ信号を取り出し、距離・速度信号をカットする。
【００３１】
マルチプレクサ２７は、アナログスイッチであり、距離・速度信号検出用ＢＰＦ２５から出力される距離・速度信号と、ダイアグ信号検出用ＢＰＦ２６から出力されるダイアグ信号のいずれか一つを選択して出力する。選択は、タイミング信号発生回路３０からのタイミング信号に基づいて行われる。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器２８は、マルチプレクサ２７から出力される、距離・速度信号又はダイアグ信号をデジタル信号に変換する。
【００３３】
信号処理回路２９は、デジタル信号に変換された、距離・速度信号又はダイアグ信号から、送受信アンテナ１１のスキャンと送受信回路１３とが正常に動作しているか否かの診断等を行う。
【００３４】
尚、信号処理回路２９は、タイミング信号発生回路３０からのタイミング信号に基づいて診断等を行う。
【００３５】
次に、図３乃至図６を参照してレーダ装置１０の動作について説明する。
【００３６】
図３は、送受信アンテナ１１から送信される三角波の例を示す図である。同図に示すように、送受信アンテナ１１から中心周波数ｆ０の三角波が送信される（ＦＭＣＷモード）。本実施例では、ある一定の期間、中心周波数ｆ０で固定された送信波を出力するようにする（ＣＷモード）。このＣＷモードの期間に診断を行う。
【００３７】
ＣＷモードは、タイミング信号発生回路３０からのタイミング信号により、変調器２１から一定周波数（中心周波数ｆ０）で固定された変調信号を出力することで行う。
【００３８】
ＣＷモードの期間で診断を行うと、受信波も中心周波数ｆ０で固定されているため、容易にダイアグ信号を検出できる。
【００３９】
そして、このＣＷモードのタイミングで送受信アンテナ１１を最も突起１６に近づけるよう（送受信アンテナ１１のスキャンが最大に振れたときに突起１６に近づけるよう）にスキャンさせる。例えば、図１において、ＣＷモードのとき送受信アンテナ１１の軸Ｏに対する一方の側が最も突起１６に近づかせるようにする。
【００４０】
或いは、送受信アンテナ１１が突起１６に最も近づいたときに、変調器２１からの変調信号が中心周波数ｆ０で固定されるよう（送受信アンテナ１１からの送信波が中心周波数ｆ０で固定されるよう）する。
【００４１】
いずれの場合も、タイミング信号発生回路３０からのタイミング信号によりＣＷモードに移行するように各部が制御されればよい。
【００４２】
図４（Ａ）及び同図（Ｂ）は、ダイアグ信号と距離・速度信号の各周波数とＢＰＦ２５，２６のフィルタ帯域の概念図である。
【００４３】
図４（Ａ）は、距離・速度信号検出用ＢＰＦ２５のフィルタリングする（通過させる）周波数帯域等を示す図である。同図に示すように、距離・速度信号検出用ＢＰＦ２５は、受信信号に含まれる距離・速度信号を通過させ、ダイアグ信号をカット（遮断）する。
【００４４】
図４（Ｂ）は、ダイアグ信号検出用ＢＰＦ２６のフィルタリングする周波数帯域等を示す図である。同図に示すように、ダイアグ信号検出用ＢＰＦ２６は、受信信号に含まれるダイアグ信号を通過させ、距離・速度信号をカットする。周波数帯域の低い領域を通過させるため、ローパスフィルタとして機能する。
【００４５】
本実施例では、ＦＭＣＷモードのときマルチプレクサ２７は、距離・速度信号検出用ＢＰＦ２５から出力される距離・速度信号を出力するようにスイッチングし、ＣＷモードのときダイアグ信号検出用ＢＰＦ２６から出力されるダイアグ信号を出力するようにスイッチする。
【００４６】
従って、信号処理回路２９では、ＦＭＣＷモードのとき距離・速度信号から目標物（車両５０）の位置、速度等を検出し、ＣＷモードのときダイアグ信号からレーダ装置１０の診断を行うことができる。
【００４７】
次に信号処理回路２９における具体的な処理の例について説明する。
【００４８】
図５は、送信波と受信波の関係を示す図である。同図に示すよう、レーダ装置１０では、送信波（実線）に対して時間的に遅れて受信波（点線）を得る。そして、送信波と受信波の周波数差（ビート周波数ｆｂ）から、目標物の距離や速度が求められる。
【００４９】
ビート周波数ｆｂは、送信波（又は受信波）の周波数の振幅をΔＦ、周期をｆｍとしたとき、
ｆｂ＝４ΔＦ・ｆｍ      ・・・（１）
により得る。この式（１）で得られるビート周波数ｆｂが、距離・速度信号の周波数となる。
【００５０】
一般に、目標物に対する距離が近いとビート周波数ｆｂは小さい値を取り、距離が遠いと大きな値を取り得る。また、振幅ΔＦと周期ｆｍは、変調のパラメータであり、その値を大きくすることもでき、それによりビート周波数ｆｂを検出し易いようにその値ｆｂを大きくとることもできる。
【００５１】
一方、送受信アンテナ１１の突起１６に対する相対運動により生じるドップラ周波数ｆｄは、
ｆｄ＝（２ｖ／ｃ）・ｆ０      ・・・（２）
により得る。ここで、「ｃ」は光速、「ｖ」は突起１６に対する送受信アンテナ１１の相対速度である。このドップラ周波数ｆｄが正常にダイアグ信号を得られたときのダイアグ信号の中心周波数となる。
【００５２】
式（２）に着目すると、相対速度ｖが「０」又は「０」に近いとき、ドップラ周波数ｆｄも「０」又は「０」に近づく。従って、何らかの原因により送受信アンテナ１１のスキャンが停止又は停止に近づくと、ドップラ周波数ｆｄは正常な値を取り得ない。
【００５３】
図６（Ａ）及び同図（Ｂ）は、信号処理回路２９で検出されるダイアグ信号の例を示す図である。
【００５４】
同図（Ａ）に示すように、信号処理回路２９は、送受信アンテナ１１が正常に動作しているときドップラ周波数ｆｄを中心に正常なダイアグ信号を得る。
【００５５】
一方、同図（Ｂ）に示すように、信号処理回路２９では送受信アンテナ１１が正常に動作していないとき、ドップラ周波数ｆｄを中心としないダイアグ信号を得る。例えば、送受信アンテナ１１が停止しているとき（ｖ＝０）、検出されるダイアグ信号はそのレベルが略「０」の信号を得る。また、アンテナ１１が停止に近づくと、ドップラ周波数ｆｄより小さい周波数を中心とするダイアグ信号を得る。
【００５６】
従って、信号処理回路２９はＣＷモードのときに得られるダイアグ信号に対して、正常に動作しているときのダイアグ信号と比較することで、送受信アンテナ１１が正常にスキャンしているか否かを診断できる。例えば、信号処理回路２９のメモリに正常なダイアグ信号を保持し、ＣＷモードで実際に得られるダイアグ信号と比較してスキャン動作の診断を行い得る。
【００５７】
一方で、信号処理回路２９はＣＷモードのときに得られるダイアグ信号に対して、正常に送受信アンテナ１１がスキャンしているにも拘わらず、図６（Ｂ）に示すような正常でないダイアグ信号を得ることも考えられる。
【００５８】
これは、何らかの原因により、変調器２１からＡ／Ｄ変換器２８により構成される送受信回路１３が正常に動作していないためである。従って、信号処理回路２９では同図（Ｂ）に示すようなダイアグ信号を得たとき、レーダ装置１０の送受信部が正常に動作していないことも診断できる。
【００５９】
このように本実施例では、ＣＷモードのときに得られるダイアグ信号から、正常に得られたときのダイアグ信号と比較することで、正常に送受信アンテナ１１がメカスキャンを行っているか、レーダ装置１０の送受信回路１３が正常に動作しているか、を同時に診断できる。
【００６０】
つまり、受信したダイアグ信号が正常なダイアグ信号に略一致していれば、メカスキャンは正常に動作し、かつ、送受信回路１３は正常に動作していると診断できる。
【００６１】
一方、正常なダイアグ信号に一致していないとき、メカスキャンは正常に動作せず、或いは、送受信回路１３は正常に動作していないと診断できる。
【００６２】
また、診断に用いるドップラ信号（ダイアグ信号）のレベルはレーダ周囲の状況に関係なく安定、つまり、正常に動作しているときに得られるドップラ信号は必ず一定レベルを保持しているため、診断の信頼性が非常に高くなる。
【００６３】
更に、診断に用いるのは正常なドップラ信号との比較のみのため、診断の応答性が速い。
【００６４】
更に、レーダ受信器（送受信アンテナ１１と、ミキサ２４から信号処理回路２９）は、目標物の距離、速度の検出と、上記診断とを兼用しているため、専用のセンサは不要で、レーダ装置１０全体のコストアップに繋がらない。
【００６５】
更に、送信波の一部を利用してドップラ信号を検出するようにしているため、他のデバイス（送受信アンテナ１１や、レーダ受信器など）に対する診断の特別な制約や要求仕様もない。
【００６６】
上述した例において、送信波の一部を反射させる突起１６は筐体１４の一部により構成するものとして説明した。それ以外にも、レドーム１５の一部の形状を変えたり（厚みを変える）、金属テープを筐体１４の内面に添付するようにしてもよい。送信波の一部を利用してドップラ信号が得られるような反射部であればどのような形状や構成であっても本実施例は実施可能で同様の作用効果を得る。
【００６７】
また、突起１６はアンテナパターンへの影響を抑えるため、スキャン角が最大のときに反射信号が最大になるように突起１６の向き（θ）を決めればよい。
【００６８】
図７は、本レーダ装置１０が車両１００に搭載された例を示す図である。レーダ装置１０は車両１００前方に搭載され、その前方のバンパーやフロントグリル、ナンバープレート脇によりレドーム１５が構成され、前方に向けて送信波が送信される。受信波は前方から受信する。勿論、本レーダ装置１０は車両１００の前方のみならず、後方や側方に搭載されても上述した例と同様に実施可能で同様の作用効果を奏する。
【００６９】
尚、実施例では筐体にアンテナが内蔵された構成のレーダ装置について説明したが、アンテナと制御部が別体となったレーダ装置にも本発明を適用可能である。具体的には突起とアンテナを筐体内に備えたアンテナ部と、アンテナ部とは別にレーダ装置を制御する制御部とからなるレーダシステムにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】レーダ装置の構成例を示す図である。
【図２】レーダ装置の詳細な構成例を示す図である。
【図３】送信波の例を示す図である。
【図４】図４（Ａ）及び同図（Ｂ）は、ダイアグ信号、距離・速度信号の各周波数とフィルタ帯域の例を示す図である。
【図５】送信波と受信波の関係を示す図である。
【図６】図６（Ａ）及び同図（Ｂ）はダイアグ信号の例を示す図である。
【図７】レーダ装置が搭載された車両の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  レーダ装置、  １１  送受信アンテナ、  １２  スキャン機構（モータ）、  １３  送受信回路（高周波回路）、  １４  筐体、  １５  レドーム、  １６  突起、  ２１  変調器、  ２３  コントローラ、  ２５  距離・速度信号検出用ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、  ２６  ダイアグ信号検出用ＢＰＦ、  ２７  マルチプレクサ（アナログスイッチ）、  ２９  信号処理回路、  ３０  タイミング信号発生回路、  ｆ０  中心周波数、  ｆｂ  ビート周波数、  ｆｄ  ドップラ周波数
【図１】
2008064560.tif 000003
【図２】
2008064560.tif 000004
【図３】
2008064560.tif 000005
【図４】
2008064560.tif 000006
【図５】
2008064560.tif 000007
【図６】
2008064560.tif 000008
【図７】
2008064560.tif 000009