(57)【要約】　　　（修正有）【課題】天候の影響から保護するシールド（レード−ム）を備えたレ−ダシステムの性能を監視するための方法および同装置を提供する。【解決手段】送信されたレーダ信号の一部は、補正され、モニタ信号として受信システムに送られる。モニタ信号は、レードーム２上の減衰または反射コーティング５の影響により変わる。これらの変化を分析することによって、コーティング５に起因するレーダ信号の減衰または反射コーティングについての変化を検出することが可能となる。【選択図】図１
2004028989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダシステムの監視方法であって、レーダシステムによって送信された電磁放射線の一部を補正し、レードーム上のコーティングと相互作用させた後にモニタ信号として該レーダシステムの受信器に送り、該モニタ信号を評価して、レードーム上のパワー低減コーティングを検出する、方法。
【請求項２】
上記レーダシステムによって送信された電磁放射線の一部は、時間遅延によって補正される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記レーダシステムによって送信された電磁放射線の一部は、周波数変位によって補正される、請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
上記レーダシステムによって送信された電磁放射線の一部は、変調によって補正される、請求項１，２または３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
上記電磁放射線は、周波数の周波数変調によって補正される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記レーダシステムによって送信された電磁放射線の一部は、共振構造体に送られることによって補正される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
上記モニタ信号の強度の変化が評価される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
上記モニタ信号のスペクトル変化が評価される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
上記個々のモニタ信号の時間分布の変化が評価される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
基準化モニタ信号に関する格納データが上記モニタ信号を評価するために使用される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
上記モニタ信号は、レーダシステムの機能的検査を行うために使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
レードームを備えるレーダシステム装置であって、送信されるレーダ放射線の一部を補正して、これを該レーダシステムの受信装置に送信する１つまたは複数の要素を有し、該それぞれの要素は、上記レードームに存在するコーティングが補正された放射線に影響を及ぼすように配置され、上記受信装置で受信される信号を評価して、上記レードーム上のパワー低減コーティングを検出する、装置。
【請求項１３】
上記要素は、遅延ラインである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
上記要素は、送信されたレーダ放射線の共振構造体である、請求項１２あるいは１３に記載の装置。
【請求項１５】
上記要素は、レードームに搭載、または内蔵される、請求項１２、１３または１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
上記要素は、周波数、位相、又は振幅の変調器である、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
上記変調器は、上記レードームまたはその上に位置するコーティングで反射する発信されたレーダ放射線の一部を補正するように配置される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
自動車レーダシステムのパワーをモニターするための請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーダ技術の分野に関する。特に、本発明は、送信または受信アンテナをアタッチメントによって天候の影響から保護するレーダシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
動き、距離および速度を検出するレーダシステムは、様々な分野に応用されている。レーダセンサのアンテナは、通常、保護カバー（レードーム）の背面に直に配置される。この保護カバーはまた、使用される電磁波のビーム路に影響を与える（例えば、ビーム路を集束させる）誘電体のレンズとして組み入れられる。例えば、埃、泥、氷、またはみぞれによってこのカバーが汚れると、信号の伝播が妨げられる原因となり、センサの検出能力に悪影響を及ぼす。
【０００３】
多くの用途、特に安全性に関わるものは、所定の最小センサ感度があり、センサ感度がこれらの最小値を下回るか否かを判断する永久且つ確実な監視が不可欠となる。このために、レーダの捕捉範囲内にある基準化反射対象物（キャリブレータ）を使用することができる。さらに、登録した反射信号の強度および周波数についての統計をとり、それらの偏差からセンサ感度の変化を類推することもできる。但し、用途分野によっては、これらの方法は実用的でなく、あまりにもその実施に時間がかかるか、不正確である。
【０００４】
例えば、自動車の用途では、快適性に関連する機能だけでなく、安全性に関連する機能も、レーダセンサシステムに基づきますます利用可能になってきている。特定の環境や設置位置が原因で、容易に、レードーム上の汚れ、氷または雪が、センサの機能的性能に悪影響を及ぼす。
【０００５】
多数の検知対象物が不規則に変わる、このような用途が大きく変わる分野では、統計的手法は、不適当であるか、少なくとも問題がある、なぜなら、検出対象物の距離および速度、並びにそれぞれの反射特性のような機能検査が異なるからである。キャリブレータは、基本的に静止動作モードに対して（既知反射特性を有する所定距離の定められたものを目標物として）のみ使用されるため移動用途では使用できない。
【０００６】
特許文献１には、誘電体製のアタッチメントがアンテナシステムの前に搭載され、このアタッチメントがレンズまたはレードームの機能を有する自動車用レーダシステムが記載されている。汚れまたはコーティングを検出するために、天候に曝されるレードームの外部表面に、互いに電気的に絶縁されている２つ、またはそれ以上の構成要素から造られた導電性構造を取り付けることが提案されている。物質（埃、氷など）が付着することによってもたらされる導電性構造の分離された構成要素間の電気抵抗や静電容量の変化を測定し、これらから計算されるいわゆる損失角に対する影響によって、コーティングの減衰特性に関する結論を最終的に導き出せるようにする。
【０００７】
【特許文献１】
ＤＥ　１９６　４４　１６４　明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この装置では、導電性構造、例えば、金属製の導電性トラックは永久的に天候の影響に曝される。機能的理由で、導電性トラックは絶縁されてはならない（抵抗測定のため）ので、化学的要因（空気中の酸素、湿度、道路舗装材料等）や、物理的要因（紫外線放射、投石など）が集中的に導電性構造に作用する。このため、導電体の腐蝕だけでなく、下にある誘電体表面が剥がれてしまうか、または導電体トラックが機械的に破損し（投石）、その構造が修復できないほどの損傷を受けることもあり得る。さらに、その構造は、例えば、局所導電性ブリッジ（昆虫類、塩水噴霧、煤煙粒子など）が分散層へ表面抵抗として誤って追加されてしまうような、多数の影響因子によって偽らわされる導電性トラック間の抵抗値および静電容量値に関する情報しか供給しない。
【０００９】
従って、これらの測定変数を基礎とした、コーティングの減衰特性についての間接的な計算は、大きな誤差を含むものとなる。
【００１０】
レーダシステムそれ自体の性能の低下または故障（例えば、送信／受信電子構成の欠陥のためによるもの）は、提案された構造では検出困難である。特許文献１による付加的測定装置がこのために必要となる。
【００１１】
本発明は、特許文献１に記載の従来技術を基礎にしている。本発明の目的は、レードームを備えるレーダシステムのパワーの監視（レーダシステムの性能に関するモニタリング）について、改良した新規な方法および装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的は、特許請求の範囲の独立請求項に記載の方法、および装置によって達成される。本発明による様々な改良の詳細や利点は、従属請求項の特徴から明らかとなる。
【００１３】
本発明によって、レーダセンサまたはレードームに対して改良を行うことにより、レードーム上の信号減衰または反射層と相互作用するレーダの受信信号の成分は、それらが識別されるレーダ受信範囲の領域内で一時的、またはスペクトル的に置き換えられ、起こる変化が確実に分析されるようにする。
【００１４】
本発明による方法、およびその方法を実施するために好ましい装置を、図面および使用された参照符号を参照し、以下、詳細に説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明では、レードーム上の破壊層（氷、雪、汚れなど）がレードームの素材と異なる電磁特性を有することを利用する。これらの特性は、複素誘電率で本質的に説明され、アンテナにより照射されたレーダ信号に、特定の反射および減衰をもたらす。
【００１６】
例えば、頻繁に機能的故障につながる湿った雪は、高誘電率を有すると同時に、対応的に高反射および減衰効果を使用される高周波信号にもたらす高損率を有する。但し、レードーム上の層が、反射対象物を検出できないか、または制限された程度までしか検出できないほどレーダの直ぐ近くにあるとき、その層とのこの相互作用を直接感知することは容易ではない。これは、送信器と受信器との間の直接結合に起因する。
【００１７】
レードーム上の層と相互作用する送信されたレーダ信号の成分を、これらの信号成分が確実に検知され、他の受信信号から区別されるように補正（変更）し、レーダシステムの受信部分に送り返す、本発明の方法によってこれらの問題は回避される。このため、これらの信号成分は、所定量だけ一時的に置き換えられ、および／または周波数スケールに置き換えられるか変調され、ゆえにレーダシステムの受信スペクトル内の所定のモニタ信号として利用できる。変化に関してこれらのモニタ信号を評価すると、レードーム上の減衰または閉塞信号の存在を速やかに且つ確実に検出するだけでなく、レードーム上の層での減衰または反射の程度についての確定的な情報も提供できるようになる。
【００１８】
図１は、本発明の方法に従って信号成分を補正するための第１の実施形態を示す。送信および受信機能を実現する１つのアンテナ（１）を備えたモノスタティックレーダシステムを示す。レードーム（２）は、アンテナの前から比較的短距離の位置に送信方向に設置される。送信信号の一部は、例えば、空間を節約するためにらせん形状に巻かれ、ここで表されている誘電性遅延ライン（３）に送られる。遅延ラインを通過後に、その信号はラインの端部でアンテナに送り返される（モノスタティックレーダシステムでは、遅延ラインは一端で反射するように交互に終端される）。ラインの遅延は、このように補正される信号がレーダの選択可能な領域内にある、すなわち、許容距離範囲内で検出された目標物の信号に相当するように有利に選択されるべきである。レードーム上のコーティングの影響なしに、例えば、キャリブレータによって供給されるような、一定の強度および時間差を有する所定のエコー信号が受信される。稼働中、この信号は、その変化が容易に検出される継続的に発生するモニタ信号の機能を果たす。
【００１９】
図２は、送信アンテナ（１）および受信アンテナ（４）が個別に配置されるバイスタティックレーダシステムの実施形態と同原理を示す。
【００２０】
図１および２で表されるように、遅延ライン（３）の一部は、レードーム表面の直ぐ下に設けられる。これは、この領域（６）内でレードーム（２）上のコーティング（５）が、その誘電特性のため、遅延ライン上の伝播特性に影響を及ぼすことを意味する。遅延ライン（３）上の高周波信号との、この相互作用は、必然的にモニタ信号を変化させる。変化したモニタ信号の評価が変化の詳細（例えば、強度、パルス伝播、時間オフセットなどに関する）をも含む場合、影響の程度（例えば、コーティングの減衰強度または厚み及びタイプ）についての確定的な情報が、例えば、格納された基準値との比較によって得られる。
【００２１】
レードーム上の減衰、反射層の許容可能な検知に加えて、この装置は、絶対的に、送信部分または受信部分のいずれかに関係なく、レーダシステムの構成要素の故障がモニタ信号の完全な損失につながるので、余分な費用をかけることなく、レーダシステム自体の機能を監視することとなる。
【００２２】
レードーム上の減衰層によって補正される信号成分を送り返す代替方法は、個々のまたは結合された共振構造体（７）（例えば、空洞共振器、平面リング共振器またはパッチ、λ／２ダイポール）をレードーム（２）内に配置することであり、前記共振構造体（７）の共振周波数は、レーダの動作周波数に等しい。これらの構造体は、パルス送信信号を介しての励起下で、振動の減衰がレーダシステムの感応時間範囲内で起こるような期間で、減衰されないとそれらがポスト振動をするように構成される。レードーム上の減衰層は、例えば、これらの信号成分の低下をもたらすゆえに検出される。レードーム上の無損失層でさえ、埋め込み構造体の共振周波数に取って代わり、より短いポスト振動につながるので、検出可能である。
【００２３】
図３は、レードーム（２）内に埋め込まれる２つのλ／２ダイポール（７）を有し、それらの間隔はレードームがコーティング無しであるときの定常波（８）がそれらの間に生成されるように選択される、この原理に従うバイスタティックレーダシステムの実施形態を示す。
【００２４】
このようにして、２つのダイポールは、送信信号が発生するときにはいつでもその固有振動数で振動するように励振される共振器を形成する。この固有振動数は、受信アンテナ（４）によって受信され、モニタ信号として変化に関して評価される。
【００２５】
図４は減衰無し（コーティングしていない、すなわち、コーティング無しのレードーム）、およびレードーム（２）上の減衰層（５）の影響下での共振振動の減衰状態の略図である。この場合も、モニタ信号の分析には、様々な変数（振幅、共振周波数、質、減衰時間など）を考慮でき、現在の層の特性についての確定情報が、レードーム上の基準化コーティングでの測定を基礎にした格納値との比較によって前記変数から得られる。
【００２６】
共振構造体を介しての信号成分の送り返しを実行することは、モノスタティックレーダシステムに対する制限もなく利用され、上述の遅延ラインを備えた装置と同じように、レーダシステムそれ自体の継続的機能検査を可能とする。
【００２７】
本発明の方法に従って層を検出する他の方法は、レードームそれ自体（および恐らくその上に位置する層）で反射したレーダ層信号を変調し、この信号成分を他の信号または周波数スペクトル内の直接結合からスペクトル分離することである。
【００２８】
図５は、例示的実施形態を示す。送信アンテナ（１）によって送信された信号は、レードーム（２）またはその上に位置するコーティング（５）によって部分的に反射し、変調器（９）に衝突する。この変調器は、図５で示されるように、例えば、圧電要素として、機械的な形で実施されても良い。衝突信号成分は、例えば、周波数変調（ＦＭ）によって、変調器（９）で変更され、レードームの方向に反射する。このように発生されるモニタ信号は受信アンテナ（４）に到達する。変調範囲は、変調周波数においてスペクトルラインを有する狭帯域ＦＭが生成され、その周波数の大きさは反射信号の振幅に正比例するようにうまく選択される。このモニタ信号は、スペクトル分析、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって分離され、量的に評価される。図６に示されるように、反射層（５）内の場合、対応するスペクトル成分が受信スペクトル（ＣＷモード）においてより高い振幅を有する。ここでも、レードーム上のコーティングの減衰特性および反射特性についての広範囲な確定情報が、モニタ信号の変化に関する様々な変数の定質および定量分析によって得られる。
【００２９】
図５による構成は、パルスセンサやＦＭＣＷレーダセンサと同じように適している。その方法は、モノスタティックレーダシステムにも応用され、その変調器はアンテナ開口部の領域内にまたはその側に配置される。原則として、機械的変調器を電気的変調器と置き換えることもできる。
【００３０】
提案された方法や、記載された例示的実施形態は、パワーの確実な継続的監視を可能にし、ゆえに、レードーム付きレーダシステムをいつでも作動可能にする。レーダ信号へのレードーム上のコーティングの直接的影響は、照射されたレーダ信号の一部を補正し、モニタ信号としてそれらを送り返すことによって検出される。このようにして、間接的に決定された測定変数によって起こるような誤差の影響は、おおむね除外される。
【００３１】
モニタ信号の変化に関する様々な変数も、質的および量的に評価されるので、複数の測定データ項目が典型的に並行して利用可能であり、比較的正確に（一定の状況においてはまた余分に）特定時間におけるレードーム上のコーティングの影響を決定することも可能である。その評価にはその分析において既知層（例えば、基準化層）の影響について格納された比較値を検討することが好ましい。
【００３２】
提案された装置は容易に組み合わせることができるので、様々な方法を使用してコーティングの影響に関する情報を得ることができる。例えば、図２による装置（遅延ラインを備えたもの）は、図５による装置（圧電変調器を備えた）と組み合わせることができる。このような構成は、本質的にコーティングの減衰効果を再生する第１のタイムシフトモニタ信号と、コーティングの反射特性によってその振幅が本質的に変わる第２の周波数変調モニタ信号とを供給する。
【００３３】
本発明による方法を実現するために示された装置は、レードーム面積の一部のコーティングの影響を継続的に検知する。表面領域の対応する構成を仮定すれば、微小面積にのみ限定されるレードームの局所汚損（昆虫、噴霧液など）は、モニタ信号に何の影響も及ぼさないか、または非常に小さな影響しかない。
【００３４】
記載した装置の全ては、アンテナシステムとレードームとの間の内部領域に容易に配置されるので、パワーを監視するための本発明の構成要素の全てが天候の影響から守られる（包囲または密閉されたシステムとなる）。
【００３５】
一般に、本発明による方法は、既知の大きさおよび周波数を有するモニタ信号が常に動作可能状態でなければならないので、レーダシステムそれ自体の機能に関して継続的監視をさらに提供することになる。
【００３６】
上述の利点により、提案した方法および対応する装置は、静止レーダシステムに適しているだけでなく、移動レーダシステム（自動車用レーダシステムなど）で使用するのにも適している。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によって、天候の影響から保護するシールド（レード−ム）を備えたレ−ダシステムの性能を監視、評価するための方法、およびこれを実現する装置が提供される。本発明では、送信されたレーダ信号の一部が補正（変更）され、レードーム上に存在するコーティングとの相互作用後に、モニタ信号として受信システムに送られる。このモニタ信号の変化を分析することによって、コーティングに起因するレーダ信号の減衰、反射に関する変化を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】モノスタティックレーダシステムの遅延ラインにレーダ信号を送る装置を示す図である。
【図２】バイスタティックレーダシステムの同装置を示す図である。
【図３】共振器としてレードーム内にダイポールアンテナを備えた代替装置を示す図である。
【図４】図３による装置の典型的評価信号を表す図である。
【図５】反射レーダ信号を変調する代替装置を示す図である。
【図６】図５による装置に受信スペクトルを表す図である。
【符号の説明】
１　送信アンテナ
２　シールド（レードーム）
３　遅延ライン
４　受信アンテナ
５　コーティング
６　領域
【図１】
2004028989.tif 000003
【図２】
2004028989.tif 000004
【図３】
2004028989.tif 000005
【図４】
2004028989.tif 000006
【図５】
2004028989.tif 000007
【図６】
2004028989.tif 000008