(57)【要約】【課題】探知信号の送受信を行うとともに、所定走査角範囲に亘ってビーム方位を変化させるレーダにおいて、ビームの走査角範囲外で、該ビーム走査範囲に近接する物標の方位についても検知できるようにしたレーダを提供する。【解決手段】所定走査角範囲に亘るビーム方位の変化に伴って生じる、方位方向の受信信号強度変化（信号強度プロファイル）を求め、走査角範囲の最外角付近に現れる山形の一部をなす信号強度プロファイルからその信号強度プロファイルを生じさせた物標の方位を推定する。例えば最外角１０．０°での受信信号強度と、１本分内側の９．５°での受信信号強度との比から物標の方位を推定する。【選択図】　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
探知信号の送受信を行うとともに、所定走査角範囲に亘って探知用電波のビーム方位を変化させる走査手段と、前記ビーム方位の変化にともなう所定距離離れた位置における方位方向の受信信号強度の変化を信号強度プロファイルとして求める手段と、前記走査角範囲の最外角付近に現れる山形の一部をなす前記信号強度プロファイルから、該信号強度プロファイルを生じさせた物標の方位を推定する推定手段とを設けたレーダ。
【請求項２】
前記推定手段は、少なくとも２つのビーム方位における受信信号強度の比から、前記物標の方位を推定する請求項１に記載のレーダ。
【請求項３】
前記２つのビーム方位における受信信号強度の比と前記ビームを形成するアンテナの指向特性とに基づいて前記物標の反射強度を求める手段を設けた請求項２に記載のレーダ。
【請求項４】
前記推定手段は、前記最外角から、アンテナの利得が所定のしきい値以上となるビーム幅の１／２幅の方位範囲内で、受信信号強度が前記しきい値以上となるビームの本数と、その内の少なくとも１本の受信信号強度とから、前記物標の方位を推定する請求項１に記載のレーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所定の走査範囲に亘ってビームの走査を行うレーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ミリ波帯を用いた車載用レーダとして、ビームの方位を所定走査範囲に亘って変化させるようにしたものが開発されている。このようなレーダは、探知信号の送受信を行うとともにビームの走査を行って、受信信号強度の変化から物標の方位を検知するようにしている。例えば特開２０００−１８０５３２では、方位方向の受信信号強度の変化を求めた際、１つの山形の受信信号強度の変化パターンが現れた時、受信信号強度がピークとなる方位を物標の方位として検知するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなビームの走査によって生じる受信信号強度の変化（信号強度プロファイル）に現れる山形のパターンを基に物標の方位を検知する方法では、信号強度プロファイルに山形のピーク部分が現れない物標については、その方位が検知できない。例えば、ビームの走査角範囲の最も外側である最外角の方位に物標が存在するような場合、山形の片側だけの信号強度プロファイルが得られる。また、この最外角より外側に物標が存在していても、その方位がビームの幅で捉えられるほど最外角に近接しているような場合、山形の一部だけの信号強度プロファイルが得られる。しかし、いずれの場合も、走査角範囲より外側に存在する物標の陰が走査角範囲内に写り込むだけであり、信号強度プロファイルの山形のピーク位置を検知できないので、物標の方位を検知できない。
【０００４】
この発明の目的は、ビームの走査角範囲外で、該ビームの走査範囲に近接する物標の方位についても検知できるようにしたレーダを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
所定走査角範囲に近接する物標が存在するとき、その物標からの反射波によって、走査角範囲の最外角付近に山形の一部をなす信号強度プロファイルが得られる。この発明は、その山形の一部をなす信号強度プロファイルから、それに近似する物標の方位を推定することを特徴としている。このことにより、走査角範囲よりも広い範囲に亘って物標の方位を検知する。
【０００６】
またこの発明は、前記山形の一部をなす信号強度プロファイルのうち少なくとも２つのビーム方位における受信信号強度の比から物標の方位を推定することを特徴としている。このことにより、少ないデータ量から、且つ簡単な演算により、物標方位を推定する。
【０００７】
またこの発明は、前記２つのビーム方位における受信信号強度の比とアンテナの指向特性とに基づいて、物標の反射強度を求めることを特徴としている。このことにより、走査角範囲の最外角より外側で最外角に近接する物標について、その方位だけでなく概略の大きさを検知する。
【０００８】
また、この発明は、前記推定手段が、前記最外角から、アンテナの利得が所定のしきい値以上となるビーム幅の１　／２幅の方位範囲内で、受信信号強度が前記しきい値以上となるビームの本数と、その内の少なくとも１本の受信信号強度とから物標の方位を推定することを特徴としている。このことにより、簡単な処理で走査角範囲に近接する物標の方位を推定可能とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明の実施形態に係る車載用ミリ波レーダの構成を各図を参照して説明する。
図１はレーダの構成を示すブロック図である。図１において、１はＲＦブロック、２は信号処理ブロックである。ＲＦブロック１は、ミリ波の探知用電波を送受信し、送信波と受信波とのビート信号を信号処理ブロック２へ出力する。信号処理ブロック２の変調カウンタ１１は、ＤＡコンバータ１０から結果的に三角波信号を発生させるためのカウントを行い、その値をＤＡコンバータ１０へ出力する。ＤＡコンバータ１０は、それをアナログ電圧信号に変換してＲＦブロック１のＶＣＯ（電圧制御発振器）８へ与える。これにより送信波をＦＭ変調する。すなわち、ＶＣＯ８の発振信号はアイソレータ７、カプラ６、サーキュレータ５を介して１次放射器４へ供給される。この１次放射器４は、誘電体レンズ３の焦点面または焦点面付近にあって、誘電体レンズ３は、１次放射器４から放射されるミリ波信号を鋭いビームとして送信する。この１次放射器４と誘電体レンズ３とによってアンテナを構成している。
【００１０】
車両などの物標からの反射波が誘電体レンズ３を介し１次放射器４へ入射されると、受信信号がサーキュレータ５を介してミキサ９へ導かれる。ミキサ９には、この受信信号とカプラ６からの送信信号の一部であるローカル信号とを入力して、その周波数差の信号に相当するビート信号を中間周波信号として信号処理ブロック２のＡＤコンバータ１２へ出力する。ＡＤコンバータ１２は、これをデジタルデータに変換する。ＤＳＰ（デジタル信号処理装置）１３は、ＡＤコンバータ１２から入力したデータ列をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して、物標の相対距離および相対速度を算出し、これらを出力回路１５を介してホスト装置へ出力する。
【００１１】
ＲＦブロック１内の１６で示す部分は、１次放射器４を誘電体レンズ３の焦点面またはそれに平行な面内を平行移動させるスキャンユニットである。この１次放射器４が設けられている可動部と固定部側との間に０ｄＢカプラを構成している。Ｍで示す部分は、その駆動用モータを示している。このモータによって、例えば１００ｍｓ周期で−１０．０°から＋１０．０°の範囲を０．５°ステップでビーム走査する。
信号処理ブロック２内の１４は、変調カウンタ１１およびスキャンユニット１６を制御するマイクロプロセッサである。このマイクロプロセッサ１４は、スキャンユニット１６に対してビーム方位を所定角度に向けるとともに、その静止時間内に上り区間と下り区間の一山分の三角波でＶＣＯ８を変調するように、カウント周期を定める。
【００１２】
図２は上記アンテナの指向特性を示している。ここで、ｏはアンテナの位置、Ｐは指向特性のパターンを示している。このパターンは、ｏを０とし、そこから放射方向に伸びる長さによって、アンテナの利得を現している。
【００１３】
図３は、図２に示したアンテナの指向特性を直角座標で現したものである。ここで横軸はビームの方位、縦軸は、方位０°（前方方向）の利得を０ｄＢとした時の相対利得である。例えば、ビームの方位が＋２°または−２°の時、相対利得は−５ｄＢとなり、ビームの方位が＋４°または−４°の時、相対利得は−１８ｄＢとなる。ここで、相対利得−２７．５ｄＢをしきい値として、それより受信信号強度の高い信号を信号成分、低い信号をノイズ成分と見なす処理を行うこととすれば、１本のビーム幅は−５°〜＋５°の幅、すなわち１０°となる。
【００１４】
従来のように、ビーム方位の変化に伴う受信信号強度の変化を信号強度プロファイルとして求め、その一続きの受信信号強度分布のうち単純に強度が最大となる方位を物標の方位として検知する処理を行えば、例えば走査角範囲を−１０°〜＋１０°とした場合、−１５°〜−１０°の物標は全て−１０°に存在しているものと認識され、＋１０°〜＋１５°の物標は全て＋１０°に存在しているものと認識されてしまう。
【００１５】
しかし、ビームの走査角範囲の最外角のビームで得られる受信信号強度と、その１ビーム分または複数ビーム分内側のビームで得られる受信信号強度との比は、最外角付近で、最外角より外側に存在する物標の方位によって決まる。したがって、この受信信号強度の比を求めることによって、その物標の方位を推測することができる。
【００１６】
図４は、図３に示した特性を数値で表したものである。ここで「ビーム往復での相対利得」は、ビームの走査角範囲でビームの方位を往復させるとともに、その往動時の相対利得と復動時の相対利得とのｄＢ差である。したがってその値は「相対利得」の２倍の値である。また「０．５°内側のビームとの利得差」は、上記「往復での相対利得」の０．５°内側のビームとの間で求めた、ｄＢ差である。
【００１７】
図５はビームの走査角範囲と、その最外角より外側で最外角付近に存在する物標の位置関係を示している。この例では、物標が最外角１０°より更に２°分外側である＋１２°の方位に存在している。
【００１８】
図６はビーム方位の変化に対する受信信号強度の変化の例を示している。このように、最外角１０．０°に近づくほど受信信号強度が高くなり、この信号強度プロファイルは、同図に示すように山形の一部をなす。
【００１９】
この例にように走査角範囲−１０°〜＋１０°を、角度間隔０．５°で走査した場合、＋１２°の位置に存在する物標は、＋１０°のビームに対して相対的に＋２°の位置に存在するため、図４に示したように、往復での相対利得は−１０ｄＢとなる。またこの物標は、＋９．５°のビームに対して、相対的に＋２．５°の方位に存在するため、往復での相対利得は−１５ｄＢとなる。したがってこの両者の受信信号強度の比（ｄＢでは差）は５ｄＢとなる。
【００２０】
この関係を逆に用いると、最外角１０．０°のビームでの受信信号強度と、９．５°のビームでの受信信号強度との比により物標の方位を推測することができる。
【００２１】
図７は物標の方位を１１．０°，１２．０°，１３．０°の３通りに変化させた時の、最外角ビームと、その１つ内側のビームでの受信信号強度の比の変化の例を示している。上述したように、物標の方位が１２°であれば、上記受信信号強度の比は５．０ｄＢとなるが、物標の方位が１１．０°であれば、その信号強度比は３．０ｄＢ、物標の方位が１３°であれば信号強度比は７．０ｄＢとなる。
【００２２】
図８は図４より、＋側の最外角（＋１０．０°）のビームと、その１つ内側（＋９．５°）のビームとの受信信号強度の比を導出したものである。上述の例で、最外角のビームとその１つ内側のビームでの受信信号強度の比が５ｄＢであるので、図８から、物標の方位は＋１２°であることが推測できる。
なお、図８では、＋の方位について示したが、−の方位についても同様である。
【００２３】
また、これらの関係を用いれば、推測した方位に存在する物標にビームを照射したと仮定した時の受信信号強度を推測することができる。物標の方位が１２．０°であれば、最外角１０．０°に対する相対角度が２．０°であるので、図３より、ビームの方位が最外角１０．０°である時に比べて、往復での相対利得は−１０ｄＢとなる。従って、仮に１２．０°の方向にビームを照射した時には、ビームの方位が１０．０°である時に検出された受信信号強度より１０ｄＢだけ大きい受信信号が検出されることになる。このことより最外角ビームでの受信信号強度から物標の方位にビームを向けた場合の受信信号強度および散乱断面積を推測することができる。すなわち、物標の概略の大きさが検知できる。ここで、「散乱断面積」とは、物標の電波を反射させる能力を、半径ｒ［ｍ］の球体の断面積πｒ２　［ｍ２　］に換算したものであり、ミリ波レーダにおいて乗用車は約１０［ｍ２　］、二輪車は　約１［ｍ２　］である。
【００２４】
次に、第２の実施形態に係るレーダについて説明する。ハードウェアの構成は第１の実施形態の場合と同様である。
アンテナの利得が所定のしきい値以上となる方位方向の幅をビーム幅とし、そのビーム幅より狭い角度間隔でビームを走査した場合、最外角より外側に物標が存在していれば、最外角から内側の複数本のビームについて受信信号強度が所定のしきい値を超える。
第２の実施形態に係るレーダでは、このビームの本数と受信信号強度とに基づいて物標の方位を推定する。
【００２５】
図９はビーム方位の変化に対する受信信号強度の変化の例を示している。このように、最外角１０．０°に近づくほど受信信号強度が高くなり、この信号強度プロファイルは、同図に示すように山形の一部をなす。
【００２６】
この例では、受信信号強度がしきい値を超えるビームの本数は最外角１０．０°を含めて４本である。
例えばビーム間隔を０．５°とし、−１０．０°〜＋１０．０°の範囲を４１本のビームで走査する場合、しきい値を超えるビームに対し内側から＃１，＃２，＃３・・・と順にビーム番号を付け、しきい値を超える受信信号強度ΔＰ（ｄＢ）を求める。図１０は、先につけたビーム番号、受信信号強度ΔＰ、および物標の方位の関係を示している。
【００２７】
例えば受信信号強度がしきい値を超えているビームの本数が４本であり、最外角ビーム（＃４）の受信信号強度ΔＰが２０ｄＢの場合、物標の方位は１１．５°〜１２．０°の範囲に存在しているものと推定できる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、所定走査角範囲に近接する物標が存在するとき、走査角範囲の最外角付近に山形の一部をなす信号強度プロファイルを得て、この信号強度プロファイルから、それに近似する物標の方位を推定するので、走査角範囲よりも広い範囲に亘って物標の方位が検知できるようになる。
【００２９】
またこの発明によれば、少なくとも２つのビーム方位における受信信号強度の比から物標の方位を推定するようにしたので、少ないデータ量から、且つ簡単な演算により物標方位の推定が可能となる。
【００３０】
またこの発明によれば、前記２つのビーム方位における受信信号強度の比とアンテナの指向特性とに基づいて、物標の反射強度を求めるようにしたので、走査角範囲の最外角より外側で最外角に近接する物標について、その方位だけでなく概略の大きさを検知することができる。
【００３１】
また、この発明によれば、最外角から、アンテナの利得が所定のしきい値以上となるビーム幅の１　／２幅の方位範囲内で、受信信号強度が前記しきい値以上となるビームの本数と、その内の少なくとも１本の受信信号強度とから物標の方位を推定するようにしたので、簡単な処理で走査角範囲に近接する物標の方位を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るレーダの構成を示すブロック図
【図２】同レーダのアンテナの指向特性を示す図
【図３】同アンテナの指向特性を直角座標で表した図
【図４】同アンテナの方位角と利得等との関係を示す図
【図５】ビームの走査範囲と物標の位置関係を示す図
【図６】ビームの方位角変化に伴う受信信号強度の変化の例を示す図
【図７】物標の方位を変化させた時の最外角ビームと１つ内側のビームでの受信信号強度の差の変化を示す図
【図８】最外角ビームとその１つ内側のビームでの受信信号強度の差の関係を示す図
【図９】受信信号強度がしきい値を超えるビームの本数の例を示す図
【図１０】受信信号強度がしきい値を超えるビームの本数、最外角ビームでの受信信号強度、および物標の推定方位の関係を示す図
【符号の説明】
１−ＲＦブロック
２−信号処理ブロック
３−誘電体レンズ
４−１次放射器
５−サーキュレータ
６−カプラ
７−アイソレータ
８−ＶＣＯ
９−ミキサ
１５−出力回路
１６−スキャンユニット
【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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