(57)【要約】【課題】ＲＦ信号検波器を設けることなく、低コストで、ＲＦ部ゲインコントロール（ＧＣ）機能の故障判定を行うことができるレーダ装置を提供する。【解決手段】送信信号と受信信号とを混合して得られるビート信号をデータ収集区間ごとに周波数分析することにより、目標物までの距離及び目標物の相対速度を検出するレーダ装置が、送信信号及び／又は受信信号のゲインをコントロールする高周波部ゲインコントロール手段と、データ収集区間において、前記ゲインコントロール手段によるゲインコントロール機能を一定周期でＯＮ／ＯＦＦするスイッチング制御を実行し、該スイッチング制御中にビート信号に発生するサイドバンド成分を観測し、該サイドバンド成分に基づいて前記高周波部ゲインコントロール手段における故障の有無を判定する故障判定手段と、を具備する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号をデータ収集区間ごとに周波数分析することにより、目標物を検出して目標物までの距離及び目標物の相対速度を検出するレーダ装置であって、
送信信号及び／又は受信信号のゲインをコントロールする高周波部ゲインコントロール手段と、
データ収集区間において、前記ゲインコントロール手段によるゲインコントロール機能を一定周期でＯＮ／ＯＦＦするスイッチング制御を実行し、該スイッチング制御中に信号に発生するサイドバンド成分を観測し、該サイドバンド成分に基づいて前記高周波部ゲインコントロール手段における故障の有無を判定する故障判定手段と、
を具備するレーダ装置。
【請求項２】
前記スイッチング制御におけるＯＮ／ＯＦＦの周期は、データ収集区間の１／２以下である、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記故障判定手段は、目標物の検出レベルが所定レベル以上のときに判定処理を行う、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記故障判定手段は、目標物の周囲に別の目標物が存在しないときに判定処理を行う、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記故障判定手段は、前記ＯＮ／ＯＦＦの周期に関連するサイドバンド成分のピーク値と目標物に関連するピーク値との比を検出し、前記比に基づいて判定処理を行う、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記故障判定手段は、前記比が予め設定された値より小さいことが一定の期間連続して検出される場合に故障有りと判定する、請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記故障判定手段は、前記比が予め設定された値より小さいことが一定の頻度以上の頻度で検出される場合に故障有りと判定する、請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記故障判定手段によって検出される前記比に基づいてゲインコントロール量を推定し、該推定されたゲインコントロール量が所望のゲインコントロール量から外れている場合に補正を行うゲインコントロール量補正手段、を更に具備する、請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記故障判定手段は、前記ＯＮ／ＯＦＦの周期を可変とする、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記故障判定手段は、目標物の距離が遠い場合に前記ＯＮ／ＯＦＦの周期を小さくする、請求項９に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記故障判定手段は、通常制御時におけるゲインコントロール量よりも大きいゲインコントロール量を設定して判定処理を行う、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
前記故障判定手段は、目標物が小さい場合に前記ＯＮ／ＯＦＦによるゲインコントロール量の変化量を大きくして判定処理を行う、請求項１に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置に関し、特に、衝突防止、オートクルーズコントロール、自動運転等を目的として使用される車載用として好適なレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自車両と目標物体との間の距離や自車両に対する目標物体の相対速度を計測するレーダ装置には、ＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ−Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）、パルスドプラ等の各種レーダ方式が採用されている。その中でも、特に、ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、その回路構成が比較的小型・低廉であって移動体間の車間距離及び相対速度が同時に求まるという利点を有しているため、現在、多くの車両で採用されている。
【０００３】
かかるレーダ装置では、信頼性を確保するために、装置の故障を迅速に検出する必要がある。例えば、下記特許文献１は、混合器の中間周波（ＩＦ）出力に正常時には常時振幅変調キャリアが現れるように、受信アンテナと混合器との間に振幅変調手段を設け、分岐手段により混合器のＩＦ出力を分岐し、故障検出手段によりＩＦ出力レベルと設定レベルとを比較し、比較結果に基づいて装置の故障を検出するＦＭ−ＣＷレーダ装置を開示している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５２０５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高周波（ＲＦ）部のゲインコントロール（利得制御）機能における故障を判定する方法としては、一般に、ＲＦ信号用の検波器を設けて、検出される出力レベルを、ゲインコントロールを実行しているときと実行していないときとで比較するのが一般的である。
【０００６】
しかし、ＲＦ信号用の検波器を設けることは、コストの上昇を招くとともに、その検波器自体が故障する場合をも考慮する必要がある。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＲＦ信号検波器を設けることなく、低コストで、ＲＦ部ゲインコントロール（ＧＣ）機能の故障判定を行うことができるレーダ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第一の面によれば、信号をデータ収集区間ごとに周波数分析することにより、目標物を検出して目標物までの距離及び目標物の相対速度を検出するレーダ装置であって、送信信号及び／又は受信信号のゲインをコントロールする高周波部ゲインコントロール手段と、データ収集区間において、前記ゲインコントロール手段によるゲインコントロール機能を一定周期でＯＮ／ＯＦＦするスイッチング制御を実行し、該スイッチング制御中に信号に発生するサイドバンド成分を観測し、該サイドバンド成分に基づいて前記高周波部ゲインコントロール手段における故障の有無を判定する故障判定手段と、を具備するレーダ装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の第二の面によれば、前記第一の面によるレーダ装置において、前記スイッチング制御におけるＯＮ／ＯＦＦの周期は、データ収集区間の１／２以下である。
【００１０】
また、本発明の第三の面によれば、前記第一の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段は、目標物の検出レベルが所定レベル以上のときに判定処理を行う。
【００１１】
また、本発明の第四の面によれば、前記第一の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段は、目標物の周囲に別の目標物が存在しないときに判定処理を行う。
【００１２】
また、本発明の第五の面によれば、前記第一の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段は、前記ＯＮ／ＯＦＦの周期に関連するサイドバンド成分のピーク値と目標物に関連するピーク値との比を検出し、前記比に基づいて判定処理を行う。
【００１３】
また、本発明の第六の面によれば、前記第五の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段は、前記比が予め設定された値より小さいことが一定の期間連続して検出される場合に故障有りと判定する。
【００１４】
また、本発明の第七の面によれば、前記第五の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段は、前記比が予め設定された値より小さいことが一定の頻度以上の頻度で検出される場合に故障有りと判定する。
【００１５】
また、本発明の第八の面によれば、前記第五の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段によって検出される前記比に基づいてゲインコントロール量を推定し、該推定されたゲインコントロール量が所望のゲインコントロール量から外れている場合に補正を行うゲインコントロール量補正手段、が更に具備される。
【００１６】
また、本発明の第九の面によれば、前記第一の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段は、前記ＯＮ／ＯＦＦの周期を可変とする。
【００１７】
また、本発明の第十の面によれば、前記第九の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段は、目標物の距離が遠い場合に前記ＯＮ／ＯＦＦの周期を小さくする。
【００１８】
また、本発明の第十一の面によれば、前記第一の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段は、通常制御時におけるゲインコントロール量よりも大きいゲインコントロール量を設定して判定処理を行う。
【００１９】
また、本発明の第十二の面によれば、前記第一の面によるレーダ装置において、前記故障判定手段は、目標物が小さい場合に前記ＯＮ／ＯＦＦによるゲインコントロール量の変化量を大きくして判定処理を行う。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明をＦＭ−ＣＷレーダ装置に適用した場合の実施形態について説明する。
【００２１】
まず、ＦＭ−ＣＷレーダによる距離及び相対速度の測定原理について、図１及び図２に基づき説明する。ＦＭ−ＣＷレーダは、周波数変調（ＦＭ）を施しつつ連続波（ＣＷ）を送信し、その覆域内の対象（目標物、ターゲット）からのエコー（反射波）を受信するレーダである。
【００２２】
ここで、その周波数変調（ＦＭ）を三角波（周波数ｆ０を中心として±Δｆ／２の範囲で変化する）を用いて制御するとすれば、送信信号の周波数と時間との関係は、図１（Ａ）における実線のようになる。
【００２３】
そして、距離Ｒだけ離隔した場所に存在する対象からの反射信号の周波数と時間との関係は、その対象とレーダとの相対速度が０であるとすれば、図１（Ａ）の破線のようになる。したがって、送信信号と受信信号（即ち、反射信号）とが混合（ミキシング）せしめられて得られるビート信号の周波数（ビート周波数）ｆｒは、図１（Ｂ）のようになる。
【００２４】
ここで、変調三角波の繰り返し周波数をｆｍ、光速をｃとすれば、
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の関係が成立し、ビート周波数ｆｒを測定すれば、距離Ｒを算出することができる。
【００２５】
対象とレーダとの相対速度が０でない場合には、ドプラ効果が起こるため、送受信信号は図２（Ａ）のようになる。したがって、送信信号の周波数が上昇していく区間のビート周波数ｆｕｐ及び送信信号の周波数が下降していく区間のビート周波数ｆｄｏｗｎは、図２（Ｂ）に示すようになる。
【００２６】
すなわち、ｆｕｐ及びｆｄｏｗｎは、相対速度が０の場合のビート周波数ｆｒにドプラ周波数ｆｄを重畳したものとなり、
ｆｕｐ  ＝ｆｒ−ｆｄ
ｆｄｏｗｎ＝ｆｒ＋ｆｄ
と表される。
【００２７】
なお、周知のように、ターゲットが速度ｖｒの相対運動をするときには、レーダが受信する反射波の周波数は、送信波の周波数ｆ０に対して、
ｆｄ＝２・ｖｒ・ｆ０／ｃ
によって表されるドプラ周波数だけずれる。ただし、ｃ＝３×１０８〔ｍ／ｓ〕である。
【００２８】
したがって、送信信号の周波数が上昇していく区間及び送信信号の周波数が下降していく区間をそれぞれ一つのデータ収集区間とし、データ収集区間に応じてｆｕｐ又はｆｄｏｗｎを別々に測定し、測定されたｆｕｐ及びｆｄｏｗｎに基づいてｆｒ及びｆｄを算出すれば、これらよりレーダから対象までの距離Ｒとレーダに対する対象の相対速度ｖｒとを求めることができる。
【００２９】
図３は、本発明の一実施形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。同図において、変調信号発生器１０は、変調信号として三角波信号を発生させる装置である。そして、電圧制御型発振器（ｖｏｌｔａｇｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１２は、その三角波信号に基づく周波数変調（ＦＭ）を施された送信信号を発生させる。その送信信号は、増幅器１４にてゲインコントロール（利得制御）された後、送信アンテナ１６から送信波（電波）として放射される。
【００３０】
受信アンテナ１８は、かかる送信波に対する目標物からの反射波を受信するものであり、その受信信号は、増幅器２０にてゲインコントロール（利得制御）された後、混合器（ｍｉｘｅｒ）２２に導かれる。混合器２２は、その受信信号と送信信号とを混合して前述のビート信号を生成する。生成されたビート信号は、フィルタ２４を介してＡＤ変換器（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２６に入力される。ＡＤ変換器２６は、入力信号をサンプリングしてＡＤ変換を行い、ディジタルデータを出力する。
【００３１】
そして、ＡＤ変換器２６の出力データは、処理器２８へと導かれる。処理器２８は、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等から構成され、データ収集区間ごとに、ビート信号を表すディジタルデータ列に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を施して周波数解析を行い、前述した測定原理に従って対象までの距離及び対象の相対速度を算出する。また、処理器２８は、増幅器１４による送信信号のゲインコントロール及び増幅器２０による受信信号のゲインコントロールを制御する。
【００３２】
ところで、前述のように、増幅器１４、増幅器２０等の高周波（ＲＦ）部のゲインコントロール機能の故障を検出するために、ＲＦ信号用の検波器を設けることは、コストの上昇を招く。そこで、本発明では、一つのデータ収集区間において、ゲインコントロール機能を一定周期でＯＮ／ＯＦＦするスイッチング制御を実行し、そのスイッチング制御中にビート信号に発生するサイドバンド成分を観測し、そのサイドバンド成分に基づいてゲインコントロール機能の故障の有無を判定するようにしている。
【００３３】
すなわち、処理器２８は、図４に示されるように、増幅器１４及び／又は増幅器２０によるゲインコントロール機能を周期Ｔすなわち周波数ｆ（＝１／Ｔ）でＯＮ／ＯＦＦさせる。このようにゲインを変化させることは、信号に振幅変調（ＡＭ）を施すことに結果する。
【００３４】
そのため、振幅変調実施前の周波数スペクトルが、図５（Ａ）に示されるように、目標物に対応するビート信号の周波数ｆｂでピークを有していた場合、振幅変調実施中には、図５（Ｂ）に示されるように、周波数ｆｂ＋ｆ及びｆｂ−ｆのところにサイドバンド（ｓｉｄｅ  ｂａｎｄ、側波帯）成分すなわち第一サイドローブが発生することとなる。したがって、処理器２８は、ゲインコントロール機能をＯＮ／ＯＦＦさせているにもかかわらず、このサイドバンド成分が観測されない場合には、ゲインコントロール機能に故障があると判定することができる。
【００３５】
なお、以上の説明から明らかなように、かかるスイッチング制御におけるＯＮ／ＯＦＦの周期は、データ収集区間の１／２以下である必要がある。また、このような故障判定は、実際に目標物が捕捉されていてビート周波数が観測されている状態で行われる必要があるため、本実施形態では、処理器２８は、目標物の検出レベルが所定レベル以上のときに判定処理を行うようにしている。
【００３６】
また、目標物の周囲に別の目標物が存在するときには、当該別の目標物により発生する周波数成分とサイドバンド成分との識別が困難となる。そこで、本実施形態においては、処理器２８は、目標物の周囲に別の目標物が存在しないときに判定処理を行うようにしている。
【００３７】
なお、処理器２８は、具体的な故障判定処理として、図５（Ｂ）に示されるように、ゲインコントロール機能のＯＮ／ＯＦＦの周期に関連するサイドバンド成分のピーク値Ｌ１と目標物に関連するピーク値Ｌ０との比Ｌ１／Ｌ０（デシベル表示では差）を検出し、この比が所定の基準値以下の場合に故障有りと判定する。なお、サイドバンド成分の大きさ（レベル、振幅）は、変調度すなわちゲインコントロール機能がＯＮのときのゲイン（図４におけるＧｖ）に依存するため、かかる基準値も、ゲインに応じて決定されることとなる。
【００３８】
また、本発明の好ましい実施形態において、処理器２８は、誤検出を防止するため、比Ｌ１／Ｌ０が予め設定された値より小さいことが一定の期間連続して検出されるか、あるいは一定の頻度以上の頻度で検出される場合に故障有りと判定する。
【００３９】
さらに、本発明の好ましい実施形態においては、処理器２８は、検出される比Ｌ１／Ｌ０に基づいてゲインコントロール量を推定し、その推定されたゲインコントロール量が所望のゲインコントロール量から外れている場合にゲインコントロール量の補正を行う。
【００４０】
また、本発明の好ましい実施形態においては、処理器２８は、ゲインコントロール機能のＯＮ／ＯＦＦの周期Ｔ（＝１／ｆ）（図４）を可変とする。すなわち、周波数ｆを変化させることにより、サイドバンド成分の周波数ｆｂ＋ｆ及びｆｂ−ｆを変化させることができるところ、処理器２８は、周波数ｆを変化させているにもかかわらず、そのようなサイドバンド成分の周波数変化が検出されない場合に、異常があると判定することができる。
【００４１】
ところで、目標物の距離が遠い場合には、ビート信号成分とサイドバンド成分との間に各種成分が現れることが経験的に知られているため、ＯＮ／ＯＦＦの周期Ｔ（図４）を小さく、すなわち周波数ｆを大きくして、ビート信号成分とサイドバンド成分との間の周波数差を大きくすることにより、サイドバンド成分の識別を容易にすることも可能である。
【００４２】
また、本発明の好ましい実施形態においては、処理器２８は、故障判定処理を実施する際、通常制御時におけるゲインコントロール量よりも大きいゲインコントロール量を設定することにより、ＯＮ／ＯＦＦによる振幅変調度を大きくしてサイドバンド成分を検出しやすくする。
【００４３】
同様に、目標物が小さい場合、すなわち目標物の検出レベルが低い場合においても、ＯＮ／ＯＦＦによるゲインコントロール量の変化量を大きくするようにすれば、変調度が増大してサイドバンド成分が検出されやすくなるため、故障判定の実行が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーダ装置において、ＲＦ信号検波器を特に設けることなく、低コストで、ＲＦ部ゲインコントロール（ＧＣ）機能の故障判定を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＦＭ−ＣＷレーダにおいて相対速度が０である場合の、送受信信号の周波数と時間との関係及びビート周波数と時間との関係をそれぞれ示す特性図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＦＭ−ＣＷレーダにおいて相対速度が０でない場合の、送受信信号の周波数と時間との関係及びビート周波数と時間との関係をそれぞれ示す特性図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】ゲインコントロール機能を一定周期でＯＮ／ＯＦＦするスイッチング制御について説明するためのタイムチャートである。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、振幅変調を実施しない場合と実施する場合とにおける周波数スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１０…変調信号発生器
１２…電圧制御型発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）
１４…増幅器
１６…送信アンテナ
１８…受信アンテナ
２０…増幅器
２２…混合器（ｍｉｘｅｒ）
２４…フィルタ
２６…ＡＤ変換器（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）
２８…処理器
【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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