(57)【要約】【課題】道路上の静止物、特にオーバーブリッジを簡単に検知できるＦＭ−ＣＷレーダ装置を提供する。【解決手段】送信用アンテナとして進行波型アンテナを用い、進行波型アンテナから送信される送信波の合成ビームパターンの角度を上下方向に変化させる手段を備え、これによって合成ビームパターンの角度を上方向に変化させ、オーバーブリッジを検知する。また、送信又は受信される電波の位相を制御してビームパターンの角度を上下方向に変化させる移相器を、送信アンテナ又は受信アンテナのいずれか一方、又は送受信アンテナに設け、移相器を制御することにより、ビームパターンの角度を上方向に変化させ、オーバーブリッジを検知する。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用アンテナとして進行波型アンテナを用い、該進行波型アンテナから送信される送信波の合成ビームパターンの角度を上下方向に変化させる手段を備えたＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項２】
前記送信波の合成ビームパターンの角度を上下方向に変化させる手段は、送信波の周波数を変化させる手段である、請求項１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項３】
前記送信波の周波数を変化させる手段は、送信波を出力する電圧制御発振器に入力する変調電圧を変化させることにより周波数を変化させる、請求項２に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項４】
前記送信波の周波数を変化させる手段は、送信波を出力する電圧制御発振器に入力する変調電圧を切り替える手段を有し、該電圧を切り替えることにより送信波の周波数を上帯域と下帯域に切り替える、請求項２に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項５】
送信又は受信される電波の位相を制御してビームパターンの角度を上下方向に変化させる移相器を、送信アンテナ又は受信アンテナのいずれか一方に設けた、２アンテナ方式ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項６】
送信又は受信される電波の位相を制御してビームパターンの角度を上下方向に変化させる移相器を、送受信アンテナに設けた、１アンテナ方式ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続波（ＣＷ）を周波数変調（ＦＭ）した送信信号を用いるＦＭ−ＣＷレーダ装置であって、オーバーブリッジ、即ち、前方上方や路側に存在する橋や標識、看板等の静止物を検出できるＦＭ−ＣＷレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スキャン式レーダは一定の時間内に微小なステップ角度でレーダを左右に回転させてスキャンを行っている。そして、各ステップの角度において前方の車両に自車からビームを発射し、前方車両からの反射波を受信してこれを処理し、前方の車両の存在を検知し、さらに前方車両との距離や相対速度を検出している。
上記のように通常のレーダの場合はビームを横方向に振っているため、正確な高さ情報を得ることが困難である。そのため、オーバーブリッジ、即ち、道路上方に位置する橋等の構造物のを検知した場合、それがオーバ−ブリッジなのか、又は前方の車両なのかを明確に判別できないことがある。
【０００３】
オーバーブリッジ検知方法として、反射されたレーダ信号に基いて生成されたピーク周波数のうち、所定値以上の周波数のピークの本数が所定値以上である場合に、オーバーブリッジ候補であると判定する方法が開示されている（特許文献１）。
また、車幅方向と高さ方向の所定角度範囲にわたり送信波を照射し、その反射波に基いて反射体までの距離と車幅方向と高さ方向の２方向の角度を検出するレーダ装置が開示されている（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０２３６５号公報
【特許文献２】
特開平１１−３８１４１号公報
特開平１１−３８１４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、道路上の静止物、特にオーバーブリッジを簡単に検知できるＦＭ−ＣＷレーダ装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明ＦＭ−ＣＷレーダ装置によれば、送信用アンテナとして進行波型アンテナを用い、進行波型アンテナから送信される送信波の合成ビームパターンの角度を上下方向に変化させる手段を備えており、これによって合成ビームパターンの角度を上方向に変化させ、オーバーブリッジを検知することができる。
送信波の合成ビームパターンの角度を上下方向に変化させる手段は、送信波の周波数を変化させる手段であり、送信波の周波数を変化させる手段は、送信波を出力する電圧制御発振器に入力する変調電圧を変化させることにより周波数を変化させる。また、送信波の周波数を変化させる手段は、送信波を出力する電圧制御発振器に入力する変調電圧を切り替える手段を有し、変調電圧を切り替えることにより送信波の周波数を上帯域と下帯域に切り替えて、ビームパターンの角度を上下方向に変化させる。
また、本発明によれば、送信又は受信される電波の位相を制御してビームパターンの角度を上下方向に変化させる移相器を、送信アンテナ又は受信アンテナのいずれか一方、又は送受信アンテナに設け、移相器を制御することにより、ビームパターンの角度を上方向に変化させ、オーバーブリッジを検知することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明によるレーダ装置について説明する前に、ＦＭ−ＣＷレーダの原理について説明する。
ＦＭ−ＣＷレーダは、例えば三角波形状の周波数変調された連続の送信波を出力してターゲットである前方の車両との距離を求めている。即ち、レーダからの送信波が前方の車両で反射され、反射波の受信信号と送信信号をミキシングして得られるビート信号（レーダ信号）を得る。このビート信号を高速フーリエ変換して周波数分析を行う。周波数分析されたビート信号はターゲットに対してパワーが大きくなるピークが生じるが、このピークに対する周波数をピーク周波数と呼ぶ。ピーク周波数は距離に関する情報を有し、前方車両との相対速度によるドップラ効果のために、前記三角波形状のＦＭ−ＣＷ波の上昇時と下降時とではこのピーク周波数は異なる。そして、この上昇時と下降時のピーク周波数から前方の車両との距離及び相対速度が得られる。また、前方の車両が複数存在する場合は各車両に対して一対の上昇時と下降時のピーク周波数が生じる。この上昇時と下降時の一対のピーク周波数を形成することをペアリングという。
【０００８】
図１は、ターゲットとの相対速度が０である場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。送信波は三角波で図１の（ａ）の実線に示す様に周波数が変化する。送信波の送信中心周波数はｆｏ  、ＦＭ変調幅はΔｆ、繰り返し周期はＴｍ  である。この送信波はターゲットで反射されてアンテナで受信され、図１の（ａ）の破線で示す受信波となる。ターゲットとの間の往復時間Ｔは、ターゲットとの間の距離をｒとし、電波の伝播速度をＣとすると、Ｔ＝２ｒ／Ｃとなる。
【０００９】
この受信波はレーダとターゲット間の距離に応じて、送信信号との周波数のずれ（ビート）を起こす。
ビート信号の周波数成分ｆｂ  は次の式で表すことができる。なお、ｆｒ  は距離周波数である。
ｆｂ＝ｆｒ＝（４・Δｆ／Ｃ・Ｔｍ）ｒ
【００１０】
一方、図２はターゲットとの相対速度がｖである場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。送信波は図２の（ａ）の実線に示す様に周波数が変化する。この送信波はターゲットで反射されてアンテナで受信され、図２の（ａ）の破線で示す受信波となる。この受信波はレーダとターゲット間の距離に応じて、送信信号との周波数のずれ（ビート）を起こす。この場合、ターゲットとの間に相対速度ｖを有するのでドップラーシフトとなり、ビート周波数成分ｆｂは次の式で表すことができる。なお、ｆｒ  は距離周波数、ｆｄ  は速度周波数である。
ｆｂ＝ｆｒ±ｆｄ＝（４・Δｆ／Ｃ・Ｔｍ）ｒ±（２・ｆｏ／Ｃ）ｖ
【００１１】
上記式において、各記号は以下を意味する。
ｆｂ：送信ビート周波数
ｆｒ：距離周波数
ｆｄ：速度周波数
ｆ０  ：送信波の中心周波数
Δｆ：ＦＭ変調幅
Ｔｍ  ：変調波の周期
Ｃ：光速（電波の速度）
Ｔ：物体までの電波の往復時間
ｒ：物体までの距離
ｖ：物体との相対速度
【００１２】
図３は、２アンテナ方式のＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示したものである。図に示す様に、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２に変調信号発生器（ＭＯＤ）１から変調信号を加えてＦＭ変調し、変調されたＦＭ変調波は方向性結合器３を経由して送信アンテナ（ＡＴ）から外部に送信されると共に、送信信号の一部は方向性結合器３で分岐されミキサ４に加えられる。一方、物体から反射された反射信号は受信アンテナ（ＡＲ）を介して受信され、ミキサ４で電圧制御発振器（ＶＣＯ）２の出力信号とミキシングされてビート信号が生成される。このビート信号はフィルタ（Ｆ）５を介してＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６でＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）７で高速フーリエ変換等により信号処理がされて距離および相対速度が求められる。
【００１３】
図４は、１アンテナ方式のＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示したものである。図に示す様に、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２に変調信号発生器（ＭＯＤ）１から変調信号を加えてＦＭ変調し、変調されたＦＭ変調波は方向性結合器３を経由して送受信アンテナ（ＡＴＲ）から外部に送信されると共に、送信信号の一部は方向性結合器３で分岐され第１のミキサ４−１に加えられる。一方、物体から反射された反射信号は送受信アンテナ（ＡＴＲ）を介して受信される。ＳＷ８は送受信切替スイッチであり、発振器で構成される送受信切替信号発生器（ＯＳＣ）９からの信号により送受信を切り替える。受信された信号は第１のミキサ４−１で電圧制御発振器（ＶＣＯ）２の出力信号とミキシングされてＩＦ信号が生成される。このＩＦ信号は第２のミキサ４−２で、ＯＳＣ９からの信号と混合されてダウンコンバートされ、ビート信号が生成される。このビート信号はフィルタ（Ｆ）５を介してＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６でＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）７で高速フーリエ変換等により信号処理がされて距離および相対速度が求められる。
【００１４】
図５は、レーダによりオーバーブリッジを検知する従来の方法を示したものである。図５において、（ａ）はレーダビームの通常のビームパターン（ＢＰ）であり、レーダセンサヘッド（ＲＳＨ）から水平方向にビームパターンが形成される。（ｂ）に示すようにＲＳＨを上に傾けると斜め上方向にビームパターンが形成され、オーバーブリッジを検知することができる。
【００１５】
図６は、レーダによりオーバーブリッジを検知する従来の別の方法を示したものである。この方法によれば、図６に示すように、レーダセンサヘッド（ＲＳＨ）を上に傾けるのでなく、アンテナを上に傾けて斜め上方向にビームパターンを形成し、オーバーブリッジを検知するものである。
【００１６】
〔実施例１〕
図７は、本発明レーダ装置によるレーダビームパターンの形成方法を示したものである。図に示されているように、本発明レーダ装置によれば、レーダセンサヘッド及びアンテナを傾けることなしに、ビームパターンを斜め上方向に形成できる。なお、本発明の場合、ビームパターンの角度を上方向だけでなく上下方向に変化させることができる。
【００１７】
図８は、本発明に用いる進行波型アンテナの構成を示したものである。本発明レーダ装置によれば、このアンテナを、例えば図３又は図４に示されたＦＭ−ＣＷレーダ装置の送信用アンテナとして用い、このアンテナから送信される合成ビームパターン（ＢＰ）のチルト角θを変化させることにより、レーダセンサヘッドの取付角度やアンテナの角度を変化させずに、レーダビームパターンの上下方向の角度を変化させることができる。
【００１８】
図８に示されたアンテナの場合、給電点は３か所あり物理的光路差をＬとする。合成ビームパターンのチルト角θは電気的位相によって変化する。アンテナから送信される送信波の波長をλｇとすると、電気的位相はＬ／λｇとなり、従って、チルト角θは送信波の波長、即ち、送信波の周波数を変えることにより変化させることができる。
【００１９】
図９は、図８に示したアンテナをレーダ装置に取り付けた場合と同じ配置で描いたものである。図９に示されているように、チルト角θを変化させることにより、アンテナから送信される合成ビームパターンの角度を上下に変化させることができる。
【００２０】
先に述べたように、チルト角θは送信波の周波数を変えることにより変化させることができる。図１０は、図３及び図４において、変調信号発生器（ＭＯＤ）１の変調電圧Ｖｍｏｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）２から出力されるＦＭ変調波の周波数ｆとの関係を示した図である。（ａ）に示すように、ＭＯＤ１の変調電圧Ｖｍｏｄが比較的低い電圧Ｖ１の場合、ＶＣＯ２から出力されるＦＭ変調波の周波数ｆ１も低くなる。
【００２１】
一方、（ｂ）に示すように、ＭＯＤ１の変調電圧Ｖｍｏｄが比較的高い電圧Ｖ２の場合、ＶＣＯ２から出力されるＦＭ変調波の周波数ｆ２も高くなる。
（ｃ）は上記の関係を表したものである。ＭＯＤ１の変調電圧ＶｍｏｄがＶ１からＶ２に変化し高くなると、ＶＣＯ２から出力されるＦＭ変調波の周波数ｆ１もｆ２に変化して高くなる。
上記のように、ＭＯＤ１の出力電圧Ｖｍｏｄを変化させることにより、ＦＭ変調波の周波数を帯域内の上方域と下方域の間で切り替え、合成ビームパターンの角度を上下方向に切り替えることができる。
【００２２】
図１１は、ＦＭ変調波の周波数ｆとチルト角θとの関係を表したものである。（ａ）に示すように、ＦＭ変調波の周波数がｆ１からｆ２に変化し高くなると、チルト角θもθ１からθ２に変化して高くなる。（ｂ）はチルト角がθ１からθ２に変化したときの合成ビームパターンの変化の様子を示したものである。
図１１（ｂ）に示すように，レーダセンサヘッドの取付角度やアンテナの角度を変化させずに、レーダビームパターンの角度を上下方向に変化させることができる。
【００２３】
〔実施例２〕
図１２は、本発明による２アンテナ方式のＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示したものである。図３に示した構成と異なるのは、受信アンテナＡＲとミキサ４の間に移相器１０を設けた点である。なお、移相器は送信アンテナＡＴと方向性結合器３の間に設けてもよい。
図１２に示された２アンテナ方式のレーダ装置において、送信又は受信のどちらか一方に移相器ＰＳを設け、移相器によって送信又は受信される電波の位相を制御することによって、アンテナを固定したままビームパターンの角度を上下方向に変化させることができる。本発明によれば、アンテナを固定したままビームパターンの角度を上方向に変化させれば、オーバーブリッジを検知することができる。
【００２４】
図１３は、本発明による１アンテナ方式のＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示したものである。図４に示した構成と異なるのは、送受信アンテナＡＴＲと送受信切替スイッチの間に移相器１０を設けた点である。
図１３に示された１アンテナ方式のレーダ装置においても、送受信アンテナＡＴＲに移相器ＰＳを設けることによって、アンテナを固定したままビームパターンの角度を上下方向に変化させることができ、アンテナを固定したままビームパターンの角度を上方向に変化させれば、オーバーブリッジを検知することができる。
【００２５】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、ビームパターンの角度を上方向に変化させることができるので、レーダセンサヘッドやアンテナを上方向に向けることなく固定したままの状態で、オーバーブリッジを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターゲットとの相対速度が０である場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。
【図２】ターゲットとの相対速度がｖである場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。
【図３】２アンテナ方式ＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示した図である。
【図４】１アンテナ方式ＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示した図である。
【図５】レーダによりオーバーブリッジを検知する従来の方法を示した図である。
【図６】レーダによりオーバーブリッジを検知する従来の別の方法を示した図である。
【図７】本発明によるレーダビームパターンの形成方法を示した図である。
【図８】本発明に用いる進行波型送信アンテナの構成を示した図である。
【図９】図８に示したアンテナをレーダ装置に取り付けた場合と同じ配置で描いた図である。
【図１０】図３及び図４において、変調信号発生器（ＭＯＤ）１から出力される変調電圧Ｖｍｏｄと電圧制御発振器（ＶＣＯ）２から出力されるＦＭ変調波の周波数ｆとの関係を示した図である。
【図１１】ＦＭ変調波の周波数ｆとチルト角θとの関係を表した図である。
【図１２】本発明によるレーダ装置の実施例を示した図である。
【図１３】本発明によるレーダ装置の実施例を示した図である。
【符号の説明】
ＭＯＤ…変調信号発生器
ＶＣＯ…電圧制御発信器
ＡＴ…送信アンテナ
ＡＲ…受信アンテナ
ＡＴＲ…送受信アンテナ
４…ミキサ
５…フィルタ
６…Ａ／Ｄ変換器
７…ディジタル信号処理部
８…切替スイッチ
９…送受信切替信号発生器
１０…移相器
ＲＳＨ…レーダセンサヘッド
Ａｎｔ…アンテナ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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