(57)【要約】【課題】ドップラーレーダの如き搬送波を用いることなく、モノパルスを用いて精度良く対象物との相対速度を計測可能なレーダ装置を提供する。【解決手段】レーダ装置１に、所定の時間間隔（Ｔ）でモノパルス群６・６・・・を発生する発生部２と、発生部２にて発生したモノパルス群６・６・・・を他の自動車２０に向けて送信する送信部３と、他の自動車２０により反射されたモノパルス群７・７・・・を受信する受信部４と、モノパルス群６・６・・・の送信時刻とモノパルス群７・７・・・の受信時刻との差（ずれ時間）のモノパルス間の変化量（ずれ時間の差）、所定の時間間隔（Ｔ）、およびモノパルスの速度（υ）に基づいて他の自動車２０の自動車１０に対する相対速度（ΔＶ）を算出する算出部５と、を具備した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の時間間隔でモノパルスを発生する発生部と、
前記モノパルスを対象物に向けて送信する送信部と、
前記対象物により反射されたモノパルスを受信する受信部と、
前記モノパルスの送信時刻と受信時刻との差のモノパルス間の変化量、前記所定の時間間隔、およびモノパルスの速度に基づいて対象物の相対速度を算出する算出部と、
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記発生部は、
モノパルス群を所定の時間間隔で発生し、
前記算出部は、
前記モノパルス群の送信時刻と受信時刻との差のモノパルス群間の変化量、前記所定の時間間隔、およびモノパルス速度に基づいて対象物の相対速度を算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置の技術に関する。より詳細には、ドップラー効果を用いることなく対象物との間の相対速度を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の安全性を向上するための技術として、他の自動車との相対速度や距離を計測するためのレーダを自動車に搭載し、当該レーダによる計測計測値に基づいてエンジンの回転数やブレーキの制動力を制御することにより自動車の走行速度を制御したり、あるいは衝突前にエアバッグを作動させるといった技術が検討されている。
【０００３】
このようなレーダのうち、対象物との相対速度を計測する技術としてはいわゆるドップラーレーダが知られている。
ドップラーレーダは対象物に所定の周波数の搬送波（送信波）を送信して対象物により反射された搬送波（受信波）を受信し、ドップラー効果に基づく送信波と受信波の周波数（波長）の相違を利用して対象物との間の相対速度を計測するものである。
【０００４】
また、近年、モノパルスレーダやモノパルスを用いたＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）レーダを自動車に搭載し、他の自動車や障害物との距離（相対距離）を計測する技術も検討されている。例えば、特許文献１および特許文献２に記載の如くである。
【０００５】
自動車にドップラーレーダとモノパルスレーダの両方を搭載すると、コストが大きくなることから、モノパルスレーダのみで他の自動車との相対速度および距離の両方を計測可能とすることが求められている。このような問題点を解消する方法として、特許文献３に記載の方法が提案されている。
特許文献３に記載の方法は、ＵＷＢ信号を用いて対象物たる他の自動車との距離を算出し、次いで算出された距離の変化量および変化に要した時間に基づいて他の自動車との相対速度を算出するものである。
【特許文献１】特開２００５−１２１５０９号公報
【特許文献２】特開２００４−４１００号公報
【特許文献３】特開２００３−２４２６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、モノパルスレーダでは、その原理上、ドップラー効果を利用して他の自動車との相対速度を計測することが困難である。
また、特許文献３に記載の方法は、距離を算出する際の誤差が算出された相対速度に重畳的に含まれることとなり、算出された相対速度の精度を向上することが困難であるという問題がある。
さらに、モノパルスに搬送波をミキシングし、当該搬送波のドップラー効果を利用して相対速度を計測する方法も考えられるが、この方法では、モノパルスのパルス幅が小さい場合に精度良く相対速度を計測することが困難である。
本発明は以上の如き状況に鑑み、ドップラーレーダの如き搬送波を用いることなく、モノパルスを用いて精度良く対象物との相対速度を計測可能なレーダ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、
所定の時間間隔でモノパルスを発生する発生部と、
前記モノパルスを対象物に向けて送信する送信部と、
前記対象物により反射されたモノパルスを受信する受信部と、
前記モノパルスの送信時刻と受信時刻との差のモノパルス間の変化量、前記所定の時間間隔、およびモノパルスの速度に基づいて対象物の相対速度を算出する算出部と、
を具備するものである。
【０００９】
請求項２においては、
前記発生部は、
モノパルス群を所定の時間間隔で発生し、
前記算出部は、
前記モノパルス群の送信時刻と受信時刻との差のモノパルス群間の変化量、前記所定の時間間隔、およびモノパルス速度に基づいて対象物の相対速度を算出するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、ドップラーレーダの如き搬送波を用いることなく、モノパルスを用いて精度良く対象物との相対速度を計測可能である。
【００１２】
請求項２においては、単一のモノパルスよりも受信部における検出が容易であり、相対速度の計測精度の向上に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、図１乃至図４を用いて本発明のレーダ装置の実施の一形態であるレーダ装置１について説明する。
図１に示す如く、レーダ装置１は主として発生部２、送信部３、受信部４、算出部５を具備する。
図２に示す如く、レーダ装置１は自動車１０に搭載され、他の自動車２０と自動車１０との車間距離および相対速度（速度差）を計測するものである。
レーダ装置１により計測された他の自動車２０と自動車１０との車間距離および相対速度に係る情報は、例えば自動車の安全性を向上するための種々の制御（エンジン出力やブレーキ制動力の制御、エアバッグ等の作動等）に供される。
なお、本実施例は自動車１０に搭載する構成としているが、本発明に係るレーダ装置はこれに限定されず、他の移動体（例えば、バイク、列車、船舶等）等に広く適用可能である。また、本発明に係るレーダ装置による相対速度の計測の対象物は自動車に限定されず、他の移動体（例えば、バイク、列車、船舶等）でも良い。
【００１４】
発生部２は所定の時間間隔（Ｔ）でモノパルス群６・６・・・を発生するものである。
ここで、所定の時間間隔（Ｔ）は変更可能であるが、本実施例の如く自動車１０に適用する場合には、他の自動車２０との相対速度を精度良く計測する観点から、所定の時間間隔（Ｔ）を極力短くすることが望ましい。
また、本発明に係る「モノパルス」は単一のパルス信号を指し、「モノパルス群」は発生時刻が異なる複数のモノパルスの集合体（群）を指す。
図３に示す如く、本実施例の場合、あるモノパルス群６を構成する複数のモノパルスのうち、先頭の（発生時刻が最も早い）モノパルスの発生時刻から、次のモノパルス群６における先頭のモノパルスの発生時刻までの時間差をモノパルス群６・６・・・の所定の時間間隔（Ｔ）とし、これを５００ｎｓとしている。また、同一のモノパルス群６のうちの先頭のモノパルスが発生してから最後尾のモノパルスが発生するまでの時間（モノパルス群の幅）を０．５ｎｓとしている。
発生部２は専用品でも良いが、市販のパルス信号発生装置等を用いて達成することも可能である。
【００１５】
送信部３はノイズフィルターや信号増幅回路等を経て発生部２に接続され、発生部２にて発生したモノパルスを他の自動車２０に向けて送信するものである。本実施例の場合、送信部３により他の自動車２０に向けて送信されるモノパルスは電波、光、超音波、可聴域の音波のいずれでも良い。また、モノパルス内には周波数調整のための搬送波が入っていても良く、搬送波は信号処理工程でモノパルス形状となっていれば良い。
送信部３は専用品でも良いが、市販の送信アンテナ等を用いて達成することも可能である。
【００１６】
受信部４は、送信部３により送信されたモノパルス群６・６・・・が他の自動車２０により反射されたものであるモノパルス群７・７・・・を受信するものである。
受信部４は専用品でも良いが、市販の受信アンテナ等を用いて達成することも可能である。
また、送信部３および受信部４を別体とせずに同一のアンテナとするとともに、当該アンテナの送受信の切り替えを行う切替装置を具備する構成とすることも可能である。
ただし、本実施例の如く自動車に適用する場合、他の自動車２０との車間距離が数十ｃｍから数十ｍ程度と短いため、モノパルス群６・６・・・が送信されてから対象物たる他の自動車２０で反射し、モノパルス群７・７・・・として受信されるまでに要する時間が非常に短くなり、アンテナの送受信の切り替えが間に合わなくなる場合がある。
従って、他の自動車２０との車間距離が短い状況下で他の自動車２０との相対速度を計測するという観点からは、送信部３および受信部４を別体とすることが望ましい。
【００１７】
算出部５はモノパルス群６・６・・・の送信時刻とモノパルス群７・７・・・の受信時刻との差のモノパルス（群）間の変化量、所定の時間間隔（Ｔ）、およびモノパルスの速度（υ）に基づいて対象物の相対速度を算出するものである。
算出部５はノイズフィルターや信号増幅回路等を経て受信部４と接続され、受信部４により受信されたモノパルス群７・７・・・に係る情報（受信部４により受信されたモノパルス群７・７・・・の受信時刻等）を取得することが可能である。
また、算出部５は発生部２と接続され、発生部２の動作を制御可能であるとともに、発生部２が発生させたモノパルス群６・６・・・に係る情報（例えば、発生部２が発生させたモノパルス群６・６・・・のそれぞれの発生時刻等）を取得することが可能である。
【００１８】
算出部５は、他の自動車２０と自動車１０との車間距離を計測するためのプログラム車間距離計測プログラム）および、他の自動車２０と自動車１０との相対速度を計測するためのプログラム（相対速度計測プログラム）を格納するための格納部、これらのプログラムを展開するための展開部、これらのプログラムに従って所定の演算を行うための演算部、演算結果を記憶する記憶部等を具備する。
なお、本実施例の算出部５は専用品であるが、算出部５の機能を自動車１０のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）に持たせる構成としても良い。
また、本実施例では発生部２と算出部５とを別体としたが、一体としても良い。
【００１９】
以下、算出部５にて行われる所定の演算について説明する。
まず、算出部５は、発生部２からモノパルス群６・６・・・の発生時刻に係る情報を取得し、これに基づいてモノパルス群６・６・・・の送信時刻に係る情報を取得する。なお、通常はモノパルス群６・６・・・の発生時刻とモノパルス群６・６・・・の送信時刻とは同時刻であるが、モノパルス群６・６・・・の発生時刻とモノパルス群６・６・・・の送信時刻との間にタイムラグがある場合にはモノパルス群６・６・・・の発生時刻に基づいて適宜モノパルス群６・６・・・の送信時刻を算出する。
図３に示す如く、モノパルス群６・６・・・の送信時刻がそれぞれｔ０１・ｔ０２・ｔ０３・ｔ０４・・・であるとすると、モノパルス群６・６・・・の送信時刻ｔ０１・ｔ０２・ｔ０３・ｔ０４・・・の間には、Ｔ＝（ｔ０２−ｔ０１）＝（ｔ０３−ｔ０２）＝（ｔ０４−ｔ０３）＝・・・が成立する。
【００２０】
次に、算出部５は、受信部４からモノパルス群７・７・・・の受信時刻に関する情報を取得する。
図３に示す如く、モノパルス群７・７・・・の送信時刻がそれぞれｔ１１・ｔ１２・ｔ１３・ｔ１４・・・であるとする。
【００２１】
続いて、算出部５は、対応するモノパルス群６の送信時刻とモノパルス群７の受信時刻との間のずれ時間（時間差）Δｔ１・Δｔ２・Δｔ３・Δｔ４・・・を算出する。
図３に示す如く、一番目のモノパルス群６の送信時刻とモノパルス群７の受信時刻との間のずれ時間Δｔ１＝（ｔ１１−ｔ０１）、二番目のモノパルス群６の送信時刻とモノパルス群７の受信時刻との間のずれ時間Δｔ２＝（ｔ１２−ｔ０２）、三番目のモノパルス群６の送信時刻とモノパルス群７の受信時刻との間のずれ時間Δｔ３＝（ｔ１３−ｔ０３）、四番目のモノパルス群６の送信時刻とモノパルス群７の受信時刻との間のずれ時間Δｔ４＝（ｔ１４−ｔ０４）、となる。
【００２２】
続いて、算出部５は、ずれ時間Δｔ１・Δｔ２・Δｔ３・Δｔ４・・・およびモノパルス群６・６・・・およびモノパルス群７・７・・・の大気中の速度（モノパルス速度）υを用いて、時刻ｔ０１・ｔ０２・ｔ０３・ｔ０４・・・における他の自動車２０と自動車１０との車間距離Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３・Ｌ４・・・を算出する。
時刻ｔ０１における車間距離Ｌ１＝（１／２）×υ×Δｔ１、時刻ｔ０２における車間距離Ｌ２＝（１／２）×υ×Δｔ２、時刻ｔ０３における車間距離Ｌ３＝（１／２）×υ×Δｔ３、時刻ｔ０４における車間距離Ｌ４＝（１／２）×υ×Δｔ４、となる。
このようにして算出された他の自動車２０と自動車１０との車間距離に係る情報は、自動車１０のＥＣＵ等に送信され、自動車１０の制御に供される。
【００２３】
また、算出部５は、時刻ｔ０１・ｔ０２・ｔ０３・ｔ０４・・・における他の自動車２０と自動車１０との車間距離Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３・Ｌ４・・・の変化量ΔＬと、同時刻における他の自動車２０と自動車１０との相対速度ΔＶとの間にΔＬ＝ΔＶ×Ｔの関係が成立することを用いて、他の自動車２０と自動車１０との相対速度ΔＶを算出する。
【００２４】
例えば、時刻ｔ０１から時刻ｔ０２までの間の平均の相対速度をΔＶ１とすると、ΔＶ１＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｔ＝υ×（Δｔ２−Δｔ１）／（２×Ｔ）となる。
同様に、時刻ｔ０２から時刻ｔ０３までの間の平均の相対速度をΔＶ２とすると、ΔＶ２＝（Ｌ３−Ｌ２）／Ｔ＝υ×（Δｔ３−Δｔ２）／（２×Ｔ）となり、時刻ｔ０３から時刻ｔ０４までの間の平均の相対速度をΔＶ３とすると、ΔＶ３＝（Ｌ４−Ｌ３）／Ｔ＝υ×（Δｔ４−Δｔ３）／（２×Ｔ）となる。
【００２５】
このように、算出部５は、先に算出した車間距離Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３・Ｌ４・・・を直接用いることなく、相対速度ΔＶ１を、送信時刻の異なるモノパルス群間のずれ時間の差（Δｔ２−Δｔ１）、所定の時間間隔（Ｔ）、およびモノパルス速度（υ）を用いて算出することができる。
相対速度ΔＶ１を算出するための要素のうち、所定の時間間隔（Ｔ）およびモノパルス速度（υ）は既知の値であるため、算出部５はずれ時間（ずれ時間の差）を精度良く求めることにより、相対速度ΔＶ１を精度良く算出することが可能である。
また、先に算出した車間距離Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３・Ｌ４・・・を相対速度ΔＶ１の算出に直接用いないため、算出時の誤差が重畳的とならず、高い精度を保持することが可能である。
【００２６】
さらに、従来のドップラーレーダでは、搬送波の周波数の変化を検出するためにある程度の時間を要するために相対速度をリアルタイムで精度良く求めるのが困難であった。
これに対して本実施例では、わずか５００ｎｓの所定の時間間隔（Ｔ）の間に取得されるデータで相対速度を算出することが可能である。
【００２７】
このようにして算出された他の自動車２０と自動車１０との相対速度に係る情報は、自動車１０のＥＣＵ等に送信され、自動車１０の制御に供される。
【００２８】
以上の如く、本発明に係るレーダ装置の実施の一形態であるレーダ装置１は、
所定の時間間隔（Ｔ）でモノパルス群６・６・・・を発生する発生部２と、
発生部２にて発生したモノパルス群６・６・・・を他の自動車２０に向けて送信する送信部３と、
他の自動車２０により反射されたモノパルス群７・７・・・を受信する受信部４と、
モノパルス群６・６・・・の送信時刻とモノパルス群７・７・・・の受信時刻との差（ずれ時間）のモノパルス間の変化量（ずれ時間の差）、所定の時間間隔（Ｔ）、およびモノパルスの速度（υ）に基づいて他の自動車２０の自動車１０に対する相対速度（ΔＶ）を算出する算出部５と、
を具備するものである。
このように構成することにより、ドップラーレーダの如き搬送波を用いることなく、モノパルスを用いて他の自動車２０と自動車１０との相対速度を計測することが可能である。
また、レーダ装置１により算出された他の自動車２０と自動車１０との車間距離に係る情報を直接用いることなく、モノパルス群のずれ時間と既知の値（所定の時間間隔（Ｔ）およびモノパルス速度（υ））とを用いて他の自動車２０と自動車１０との相対速度を計測するため、相対速度の計測精度を向上することが可能である。
さらに、搬送波を用いずにモノパルスを用いるため、車間距離の計測と同時に相対速度の計測が可能であり、相対速度の計測に要する時間を短縮することが可能である。
【００２９】
なお、本実施例では複数のモノパルスの集合体であるモノパルス群を所定の時間間隔で送信する構成としたが、単一のモノパルスを所定の時間間隔で送信する構成としても同様の効果を奏する。
モノパルス群として送信し、図３におけるＴを可変とすることにより、レーダ単体の識別が可能となり、相対速度の計測精度の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るレーダ装置の実施の一形態を示す模式図。
【図２】レーダ装置を具備する自動車と他の自動車の位置を示す図。
【図３】送信信号と受信信号の関係を示す図。
【図４】ずれ時間の差と相対速度との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１    レーダ装置
２    発生部
３    送信部
４    受信部
５    算出部
６    モノパルス群（送信時）
７    モノパルス群（受信時）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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