(57)【要約】【課題】、安全性を犠牲にすることなく、全てのアンテナ放射ビーム方向に対して、対象物との距離と速度とを計算する時間周期を短縮する。【解決手段】Ｎ（Ｎ：正の整数）本のアンテナと、Ｎ本のアンテナのうち１のアンテナを動作状態に切り替える切替手段と、制御手段とを備え、Ｎ本のアンテナを順次切り替えて走査する次元レーダ装置において、制御手段が切替手段を制御して所定の時間間隔Ｔｓで、Ｎ本のアンテナの動作タイミングを順次切替えるとともに、周波数を段階的に変化させＮ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的変化させて、順次、すべてのアンテナを制御し、各アンテナに対して、測定対象による送信信号の反射信号データを検出し、少なくとも検出した反射信号データに基づいて、相対速度と距離とを推定する。【選択図】図５
2017096847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ（Ｎ：正の整数）本のアンテナと、前記Ｎ本のアンテナのうち１のアンテナを動作状態に切り替える切替手段と、制御手段とを備え、前記Ｎ本のアンテナを順次切り替えて走査する次元レーダ装置であって、
周波数を段階的に変化させた送信信号を発振する発振手段と、
前記発振手段から出力された送信信号を測定対象へ送出する送信手段と、
少なくとも前記測定対象による前記送信信号の反射信号データを検出する受信手段と、
少なくとも前記受信手段が検出した前記反射信号データに基づいて、相対速度と距離とを推定する推定手段と、
を備え、
前記制御手段が前記切替手段を制御して所定の時間間隔Ｔｓで、前記Ｎ本のアンテナの動作タイミングを順次切替えるとともに、前記発振手段に対して、前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的変化させて、順次、すべてのアンテナを制御することを特徴とする２次元レーダ装置。
【請求項２】
前記受信手段が、前記送信信号と前記測定対象による前記送信信号の反射信号とによって形成される定在波データを検出し、
前記制御手段が前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的変化させて、順次、すべてのアンテナを制御し、前記Ｎ本のアンテナのすべてにおいて一連の制御が終了すると、連続的に、前記一連の制御を継続することを特徴とする請求項１に記載の２次元レーダ装置。
【請求項３】
前記推定手段は、時刻ｔｘに前記受信手段が検出した定在波データと、この直前の時刻ｔｘ−１に検出した定在波データとに基づいて、時刻（ｔｘ＋ｔｘ−１）／２における相対速度と距離とを推定することを特徴とする請求項２に記載の２次元レーダ装置。
【請求項４】
前記受信手段が、前記測定対象による前記送信信号の反射信号データを検出し、
前記制御手段が前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的に変化させて、順次、すべてのアンテナを制御し、前記Ｎ本のアンテナのすべてにおいて第１の一連の制御が終了すると、連続的に、前記第１の一連の制御とは逆の変化モードで周波数を段階的に変化させる第２の一連の制御を行う周波数制御を交互に継続することを特徴とする請求項１に記載の２次元レーダ装置。
【請求項５】
前記受信手段が、前記測定対象による前記送信信号の反射信号データを検出し、
前記制御手段が前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的に変化させて、順次、すべてのアンテナを制御し、前記Ｎ本のアンテナのすべてにおいて第１の一連の制御が終了すると、連続的に、前記Ｎ本のアンテナの前記動作タイミングを逆にして、前記第１の一連の制御と同一の変化モードで周波数を段階的に変化させる周波数制御を交互に継続することを特徴とする請求項１に記載の２次元レーダ装置。
【請求項６】
前記受信手段が、前記測定対象による前記送信信号の反射信号データを検出し、
前記制御手段が前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的に変化させて、順次、すべてのアンテナを制御し、前記Ｎ本のアンテナのすべてにおいて第１の一連の制御が終了すると、連続的に、各アンテナにおいて、周波数の段階的な変化モードが異なる反射信号が得られるように、前記動作タイミングを変更にして、前記第１の一連の制御と同一の変化モードで周波数を段階的に変化させる周波数制御を交互に継続することを特徴とする請求項１に記載の２次元レーダ装置。
【請求項７】
前記推定手段は、時刻ｔｘに前記受信手段から受信した反射信号データと、この直前の時刻ｔｘ−１に受信した反射信号データとに基づいて、時刻（ｔｘ＋ｔｘ−１）／２における相対速度と距離とを推定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の２次元レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車への各種障害物レーダの搭載が急速に進みつつある。車用の障害物レーダは、単に障害物が存在するという事実だけでなく、対象までの距離や相対速度までも測定できなければならない。この条件を満たすレーダ技術としては、非特許文献１に開示されたＦＭ−ＣＷ方式のレーダや、非特許文献２に開示された定在波レーダなどがある。
【０００３】
これらのレーダ技術は、上昇あるいは下降の周波数スイープを必要とし、更には周波数スイープ２回分の測定データを連立計算することで対象の距離と速度を推定する。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダの周波数スイープの様子は、非特許文献１の中の図−９やその直後に書かれた数式で確認できる。図１１に模式的に示した通り、周波数ｆ１とｆ２との間で上昇スイープ区間（７５１）と下降スイープ区間（７５２）を交互に繰り返す。
【０００４】
定在波レーダの場合は、あまり明快に書かれた文献が無いが、例えば、非特許文献２の図２や図４で確認できる。これは、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ技術であるため、同じスイープ方法でも構わないが、定在波レーダの方がやや周波数スイープの設計の自由度は高い。具体的には、図１２に示すように、上昇スイープ（８５１、８５２）のみを繰り返す鋸歯状スイープが行われる場合が多い。
【０００５】
周波数スイープは、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）やＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋ  Ｌｏｏｐ）で構成された可変発振回路の発振周波数をスイープさせることで実現される。しかしながら、これら回路には安定化のために、所要の時間が必要であり高速化には限界がある。図１１に示すように、１回の周波数スイープ当たりの横軸（時間軸）のパラメータＴｓは、事実上の固定値であり、レーダの測定周期Ｔｍを決定する最も重要なパラメータとなっている。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダも定在波レーダも、図１１、図１２に示すように、Ｔｍ≒２Ｔｓとなっている。なお、１回の周波数スイープ当たりの縦軸（周波数軸）の範囲ｆ１〜ｆ２も距離分解能を高めるために電波法で許された最大限に近づけるしかなく、やはり事実上の固定値である。
【０００６】
ところで、これらのＦＭ−ＣＷ方式のレーダや定在波レーダは、そのままでは検出エリアが正面方向の細い線状にしかならず、言わば１次元レーダと呼ぶべきものに過ぎない。それに対して近年の車載レーダでは、１次元レーダを拡張、高度化し、検出エリアが広角の扇形で、線状というよりは面状の、言わば２次元レーダが増えつつある。
【０００７】
この２次元レーダの代表は、非特許文献３の図４と図５などに開示されたＣＴＡ（Ｃｒｏｓｓ  Ｔｒａｆｆｉｃ  Ａｌｅｒｔ）である。これは、車の前方あるいは後方の２箇所のコーナーに設けられたレーダ装置が、それぞれ９０度程度の扇形の検知エリアを形成し、２台のレーダ装置を合わせると周囲１８０度の安全確認を行う、というものである。２０１３年時点でＣＴＡは、既に欧米では自動車メーカ５社以上が採用しており、国内でもホンダが「後退出庫サポート」の名で採用済みである。更には、このＣＴＡを発展させた技術として、非特許文献４の図１−１．１では、車のコーナー部に複数の２次元レーダ装置が搭載され、常に周囲３６０度にビームを放射して監視し、運転者の安全を守るような未来像が描かれている。このように、将来的に２次元レーダは車載レーダの主流になって行くと予想される。
【０００８】
２次元レーダは、前述のＦＭ−ＣＷ方式のレーダや定在波レーダを基本に、アンテナ放射ビーム方向をスイープする機能を付加して実現するものであり、その構成は簡単である。アンテナ放射ビーム方向をスイープする原理には、メカニカルスキャンやアダプティブフェーズアレーなど幾つかの公知技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３１５４４８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「７６ＧＨｚ後方近距離ミリ波レーダの開発」、富士通テン技報、Ｖｏｌ.２５、Ｎｏ.２、ｐｐ.５９−６３
【非特許文献２】「定在波レーダにおける複数ターゲットの速度推定」、石川礼、上保徹志、信学技報、ＳＡＮＥ２００９−１３５、ｐｐ.１３−１７、２００９−１２
【非特許文献３】「２４ＧＨｚ帯高分解能マルチモードレーダを用いた車載予防安全システムの開発」古河電工時報第１３２号（平成２５年９月）
【非特許文献４】「革新的ビーム走査方式２６ＧＨｚ帯UWBレーダの開発」、平成２４年度戦略的基盤技術高度化支援事業  研究開発成果報告書、関東経済産業局および株式会社ケイエスピー、平成２５年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１０において、レーダ装置本体（９１１）から出た高周波アンテナ線（９０１）は、１対Ｎ構成の切替スイッチ（９１２）を介して、Ｎ本のアンテナ（９２１）のどれかに接続される。図１０の場合はＮ＝４だが、Ｎ本のアンテナ（９２１）はそれぞれ異なる方向にビーム（９３１）を放射するように設計されている。レーダ装置本体（９１１）と通信ライン（９０２）とに接続された制御機能（９１３）は、レーダ装置本体（９１１）と連動させつつ、Ｎ本のアンテナ（９２１）が順次選択されるように切替スイッチ（９１２）を制御する。
【００１２】
ＦＭ−ＣＷ方式のレーダや定在波レーダのような１次元レーダ技術は、既に完成された技術であり、多くの成功を収めてきた。しかしながら、前述のように、近年、２次元レーダへの拡張、高度化が始まり、その中で、図１０のようなスイッチ切替アンテナ方式のような新しい要素が加わって来たことにより、新たな問題が起き始めている。
【００１３】
図１１のＦＭ−ＣＷ方式のレーダの周波数スイープ方法を、単純に図１０のアンテナ４本の回路に適用する際に、最も単純な方法を考えると、図８のようになるのが自明であろう。図８は、周波数軸、アンテナ放射ビーム軸、時間軸から成る３次元グラフである。時刻ｔ１において、まずビーム１方向の測定が始まり、１次元レーダの図１１と同様に、上昇／下降スイープが所要時間２Ｔｓで実施され、対象の距離と速度とが測定される。
【００１４】
続いて、ビーム２、ビーム３、ビーム４方向についても順次同じ動作が繰り返される。時刻ｔ２になると、再びビーム１において対象の距離と速度が測定される。従って、ある方向の対象の距離と速度が測定される周期Ｔｍは、Ｔｍ＝８Ｔｓという非常に長い周期になってしまい、安全性が損なわれてしまう。
【００１５】
この問題に対して、特許文献１にはＴｍを短縮するための技術が開示されている。特許文献１で開示された技術は、図１０とは異なる点があるが、このような違いを翻訳して、特許文献１の技術の趣旨を説明したものが、図９である。
【００１６】
図９において、時刻ｔ１から始まる周波数の上昇スイープの最中に、アンテナ放射ビームはビーム１からビーム４までスイープされる。上昇スイープに続く下降スイープ中にも、やはりアンテナ放射ビームはビーム４からビーム１までスイープされる。対象の距離と速度は、例えば、ビーム１方向については、図中Ｍ１ａ（ｔ１）の測定データとＭ１ｂ（ｔ１）の測定データをセットにして計算を行うことで実現される。従って、４つのビーム方向の平均を考えれば、対象の距離と速度の測定周期ＴｍはＴｍ≒２Ｔｓであり、図８の場合と比べて１／４に短縮されている。
【００１７】
また、特許文献１の技術は更に、時刻ｔ１の測定結果によって、障害物の存在方法を絞り込み、続く時刻ｔ２やｔ３ではアンテナ放射ビームのスイープ範囲を絞り込むことを提案している。例えば、図９のおいては、ビーム３とビーム４の方向に絞り込んだ場合を示している。
【００１８】
このように、特許文献１の技術は、測定周期Ｔｍだけに注目すれば極限までの短縮が図られているが、実は、安全性を犠牲にして時間短縮を実現したに過ぎない。安全性が犠牲になっている第１の理由は、周波数軸方向の範囲ｆ１〜ｆ２が縮小されており、距離分解能が大幅に劣化することである。時刻ｔ１〜ｔ２の区間については、１つのアンテナ放射ビーム当たりの周波数範囲はｆ１〜ｆ２の１／４しか無く、そのため距離分解能は１／４に劣化している。時刻ｔ２以降の区間においても、１つのアンテナ放射ビーム当たりの周波数範囲はｆ１〜ｆ２の１／２しか無く、そのため距離分解能は１／２に劣化している。
【００１９】
安全性が犠牲になっている第２の理由は、時刻ｔ２以降の区間で、ビーム１とビーム２方向については測定していないことである。自車も移動し、障害物も移動する車載レーダの場合は、あるビーム方向の監視を一瞬怠っただけでも、たまたまその方向に高速の接近車が現れるかも知れないからである。
【００２０】
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、Ｎ本のアンテナにより、アンテナ放射ビーム方向をＮ個の異なる方向にスイープさせる２次元レーダ装置において、安全性を犠牲にすることなく、全てのアンテナ放射ビーム方向に対して、対象物との距離と速度とを計算する時間周期を短縮する２次元レーダ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の１またはそれ以上の実施形態は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
【００２２】
形態１；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、Ｎ（Ｎ：正の整数）本のアンテナと、前記Ｎ本のアンテナのうち１のアンテナを動作状態に切り替える切替手段と、制御手段とを備え、前記Ｎ本のアンテナを順次切り替えて走査する次元レーダ装置であって、周波数を段階的に変化させた送信信号を発振する発振手段と、前記発振手段から出力された送信信号を測定対象へ送出する送信手段と、少なくとも前記測定対象による前記送信信号の反射信号データを検出する受信手段と、少なくとも前記受信手段が検出した前記反射信号データに基づいて、相対速度と距離とを推定する推定手段と、を備え、前記制御手段が前記切替手段を制御して所定の時間間隔Ｔｓで、前記Ｎ本のアンテナの動作タイミングを順次切替えるとともに、前記発振手段に対して、前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的変化させて、順次、すべてのアンテナを制御することを特徴とする２次元レーダ装置を提案している。
【００２３】
形態２；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記受信手段が、前記送信信号と前記測定対象による前記送信信号の反射信号とによって形成される定在波データを検出し、前記制御手段が前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的変化させて、順次、すべてのアンテナを制御し、前記Ｎ本のアンテナのすべてにおいて一連の制御が終了すると、連続的に、前記一連の制御を継続することを特徴とする２次元レーダ装置を提案している。
【００２４】
形態３；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記推定手段は、時刻ｔｘに前記受信手段が検出した定在波データと、この直前の時刻ｔｘ−１に検出した定在波データとに基づいて、時刻（ｔｘ＋ｔｘ−１）／２における相対速度と距離とを推定することを特徴とする２次元レーダ装置を提案している。
【００２５】
形態４；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記受信手段が、前記測定対象による前記送信信号の反射信号データを検出し、前記制御手段が前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的に変化させて、順次、すべてのアンテナを制御し、前記Ｎ本のアンテナのすべてにおいて第１の一連の制御が終了すると、連続的に、前記第１の一連の制御とは逆の変化モードで周波数を段階的に変化させる第２の一連の制御を行う周波数制御を交互に継続することを特徴とする２次元レーダ装置を提案している。
【００２６】
形態５；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記受信手段が、前記測定対象による前記送信信号の反射信号データを検出し、前記制御手段が前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的に変化させて、順次、すべてのアンテナを制御し、前記Ｎ本のアンテナのすべてにおいて第１の一連の制御が終了すると、連続的に、前記Ｎ本のアンテナの前記動作タイミングを逆にして、前記第１の一連の制御と同一の変化モードで周波数を段階的に変化させる周波数制御を交互に継続することを特徴とする２次元レーダ装置を提案している。
【００２７】
形態６；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記受信手段が、前記測定対象による前記送信信号の反射信号データを検出し、前記制御手段が前記Ｎ本のアンテナのうち、任意のアンテナに対して、周波数を段階的に変化させ、次のアンテナに対しては、前記任意のアンテナとは逆の変化モードで周波数を段階的に変化させて、順次、すべてのアンテナを制御し、前記Ｎ本のアンテナのすべてにおいて第１の一連の制御が終了すると、連続的に、各アンテナにおいて、周波数の段階的な変化モードが異なる反射信号が得られるように、前記動作タイミングを変更にして、前記第１の一連の制御と同一の変化モードで周波数を段階的に変化させる周波数制御を交互に継続することを特徴とする２次元レーダ装置を提案している。
【００２８】
形態７；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記推定手段は、時刻ｔｘに前記受信手段から受信した反射信号データと、この直前の時刻ｔｘ−１に受信した反射信号データとに基づいて、時刻（ｔｘ＋ｔｘ−１）／２における相対速度と距離とを推定することを特徴とする２次元レーダ装置を提案している。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の１またはそれ以上の実施形態によれば、Ｎ本のアンテナにより、アンテナ放射ビーム方向をＮ個の異なる方向にスイープさせる２次元レーダ装置において、安全性を犠牲にすることなく、全てのアンテナ放射ビーム方向に対して、対象物との距離と速度とを計算する時間周期を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施形態から第４の実施形態に係る２次元レーダ装置の搭載例を示す図である。
【図２】第１の実施形態から第４の実施形態に係る２次元レーダ装置の構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態から第４の実施形態に係る制御ユニットの構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る各アンテナに供給される信号の周波数、供給時間、供給間隔を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る各アンテナに供給される信号の周波数、供給時間、供給間隔を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る各アンテナに供給される信号の周波数、供給時間、供給間隔を示す図である。
【図７】第４の実施形態に係る各アンテナに供給される信号の周波数、供給時間、供給間隔を示す図である。
【図８】関連技術を拡張した例に係る各アンテナに供給される信号の周波数、供給時間、供給間隔を示す図である。
【図９】関連技術文献に記載された技術に係る各アンテナに供給される信号の周波数、供給時間、供給間隔を示す図である。
【図１０】関連技術に係るアンテナスイープ式レーダ装置の構成を示す図である。
【図１１】ＦＭ−ＣＷ方式レーダ装置の周波数スイープ図である。
【図１２】定在波レーダ装置の周波数スイープ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００３２】
なお、以下に説明する実施形態は、近年、車への普及が進みつつあるＳＲＲ（Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｒａｄａｒ）の一種であるＣＴＡ（Ｃｒｏｓｓ  Ｔｒａｆｆｉｃ  Ａｌｅｒｔ）を想定し、その機能拡張を図ったものである。しかしながら、以下に説明する実施形態の本質は、広い方位に渡って扇形の面状検出エリアを持つ小型で、かつ、低コストのレーダ装置であり、そのためＣＴＡ（Ｃｒｏｓｓ  Ｔｒａｆｆｉｃ  Ａｌｅｒｔ）には、限定されず、同様の走査機能を持つレーダ装置に広く適用できる。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
図１から図４を用いて、本実施形態に係る２次元レーダ装置について説明する。なお、本実施形態では、定在波２次元レーダ装置を想定して説明する。
【００３４】
本実施形態に係る２次元レーダ装置は、図１に示すように、４つの２次元レーダ装置（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ）が車両１１０の例えば、４隅にそれぞれ搭載されて、当該車両１１０の周囲の測定対象物との相対速度、距離を推定する。なお、本実施形態に係る２次元レーダ装置は、複数本の放射角の異なるアンテナを備え、それぞれのアンテナをある順番で一つずつ起動させることにより、１つの２次元レーダ装置で約９０度の扇形の検出エリアを有する。したがって、図１に示すように、４つの２次元レーダ装置（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ）を車両１１０の４隅に配置することにより、車両１１０の周囲約３６０度における測定対象物との相対速度、距離を推定できる。
【００３５】
＜２次元レーダ装置の構成＞
本実施形態に係る２次元レーダ装置１００は、図２に示すように、４本のアンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）と、切替部２０と、制御ユニット１０とから構成されている。４本のアンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）は、一定の角度をもって配置されている。切替部２０は、制御ユニット１０からの制御信号により、制御ユニット１０と接続されるアンテナを切り替える。なお、制御ユニットの構成については、後述する。
【００３６】
＜制御ユニットの構成＞
本実施形態に係る制御ユニット１０は、図３に示すように、電磁波発生器１２と周波数制御器１３とからなる発振器１１と、送信部１４と、受信部１５と、推定部１６と、制御部１７とから構成されている。
【００３７】
発振器１１は電磁波発生器１２と周波数制御器１３とから構成され、電磁波発生器１２は、例えば、ＶＣＯであり、周波数制御器１３は電磁波発生器１２が出力する信号の周波数ｆを制御するためのものである。なお、周波数制御器１３は、後述する制御部１７によって制御され、制御部１７は、後述する推定部１６に、発振器１１の送信信号の周波数に関する情報、例えば周波数ｆの数値を出力する。
【００３８】
送信部１４は、例えば、増幅器などによって構成され、発振器１１で出力された送信信号をアンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）を介して測定対象へ送出する。
【００３９】
受信部１５は、例えば、アンテナに内蔵される検波器や増幅器などによって構成され、送信信号による送信波と受信波とによって形成される定在波を検出し、定在波に対応する定在波検出信号を出力する。
【００４０】
推定部１６は、ＣＰＵなどの演算手段やＲＯＭ及びＲＡＭなどの記憶手段、送受信信号Ｉ／Ｆなどによって構成され、検出された定在波の振幅値の時間変動に基づいて相対速度を算出し、段階的に周波数を変化させる各周波数変化タイミングから所定時間後の定在波振幅値をサンプリングしてサンプリング波形に基づいて距離を算出する。
【００４１】
制御部１７は、切替部２０に切替用の制御信号を送信するとともに、周波数制御器１３に周波数に関する情報を与え、アンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）に周波数を段階的に変化させた送信信号を与えるよう制御を行なう。
【００４２】
また、本実施形態で用いるレーダとしては、電波を用いる電波レーダや赤外光を用いるレーザレーダ、音波を用いる超音波センサなどであってもよい。
【００４３】
＜２次元レーダ装置の動作＞
本実施形態においては、定在波２次元レーダ装置を想定しており、アンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）に与えられる送信信号の周波数は、図４に示すように、段階的に変化する。
【００４４】
図４は、アンテナを示す軸（ビーム１等と記載）、周波数を示す軸、時間を示す軸の３軸で、各アンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）に与えられる送信信号を示している。周波数はｆ１〜ｆ２で変化し、時間Ｔｓ内でｆ１からｆ２に周波数が直線的に高くなる変化モードと、時間Ｔｓ内でｆ２からｆ１に周波数が直線的に低くなる変化モードとを形成している。また、４つのアンテナへの送信信号の供給時間は、合計でＴｍとなっている。
【００４５】
制御部１７は、時刻ｔ１において、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ａを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ａに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ１からｆ２に周波数が直線的に高くなる変化モードにセットする。セットされた周波数の送信信号は、アンテナ２１ａを介して、測定対象に送出される。アンテナ２１ａからの送信波と受信波とから受信部１５が定在波を検出し、定在波に対応する定在波検出信号を推定部１６に対して出力する。周波数に関する情報を与えられた推定部１６は、検出された定在波の振幅値の時間変動に基づいて相対速度を算出し、段階的に周波数を変化させる各周波数の変化タイミングから所定時間後の定在波振幅値をサンプリングしてサンプリング波形に基づいて距離を算出する。
【００４６】
上記の処理が終了すると、制御部１７は、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ｂを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ｂに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ２からｆ１に周波数が直線的に低くなる変化モードにセットする。そして、上記と同様の処理を行なう。このような処理をアンテナ２１ｃ、２１ｄに対しても交互に行ない、すべてのアンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）を順次起動させ、これらの一連の処理を時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４において繰り返し行なう。
【００４７】
推定部１６は、例えば、アンテナ２１ａから算出した時刻ｔ１の算出データＭ１（ｔ１）と時刻ｔ２の算出データＭ１（ｔ２）とを連立計算することにより、時刻（ｔ１＋ｔ２）／２における距離と速度とを推定する。測定データＭ１（ｔ２）は、更に、次のステップでも再利用され、時刻ｔ２の測定データＭ１（ｔ２）と時刻ｔ３の測定データＭ１（ｔ３）を連立計算することにより、時刻（ｔ２＋ｔ３）／２における距離と速度とが推定される。このように、順次Ｔｍずつ時刻をずらしながら距離と速度の計算を繰り返す。
【００４８】
以上、説明したように、本実施形態によれば、周波数の段階的な変化が連続的になされるため、ＶＣＯやＰＬＬの負担が少なく、安定化のための待ち時間を最小化できる。また、どのアンテナに対しても均等に測定が行われ、また、周波数の段階的な変化範囲もｆ１〜ｆ２のすべてを使い切っているため距離分解能の劣化が無い。また、対象の距離と速度を測定する周期Ｔｍは、Ｔｍ＝４Ｔｓと短縮できる。したがって、安全性を損なうことなく、測定時間を短縮することができる。
【００４９】
＜第２の実施形態＞
図５を用いて、本実施形態に係る２次元レーダ装置について説明する。なお、本実施形態では、ＦＭ−ＣＷ方式の２次元レーダ装置を想定して説明する。ただし、定在波レーダに用いることを妨げるものではない。また、本実施形態の２次元レーダ装置と第１の実施形態に係る２次元レーダ装置とは、ハードウェア構成が同様であり、一部、発振器１１の制御のみが異なるものであるため、ハードウェア構成に関する詳細な説明は省略する。
【００５０】
第１の実施形態においては、定在波２次元レーダ装置を想定していたことから、測定対象との距離と速度とを計算するための２つの測定データ（例えば、Ｍ１（ｔ１）とＭ１（ｔ２））の周波数の段階的な変化状態には、特には制約が無かった。しかしながら、ＦＭ−ＣＷ方式の２次元レーダ装置の場合には、推定部１６における最終的な推定結果を得るための２つの測定データに関する周波数の段階的な変化状態が逆でなければならない。このことを念頭に、以下、２次元レーダ装置の動作について、説明する。
【００５１】
＜２次元レーダ装置の動作＞
本実施形態においては、ＦＭ−ＣＷ方式の次元レーダ装置を想定しており、アンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）に与えられる送信信号の周波数は、図５に示すように、段階的に変化する。
【００５２】
制御部１７は、時刻ｔ１において、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ａを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ａに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ１からｆ２に周波数が直線的に高くなる変化モードにセットする。セットされた周波数の送信信号は、アンテナ２１ａを介して、測定対象に送出される。周波数に関する情報を与えられた推定部１６は、検出されたデータに基づいて相対速度および距離を算出する。
【００５３】
上記の処理が終了すると、制御部１７は、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ｂを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ｂに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ２からｆ１に周波数が直線的に低くなる変化モードにセットする。そして、上記と同様の処理を行なう。このような処理をアンテナ１ｃ、１ｄに対しても交互に行ない、すべてのアンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）を順次起動させる。次の時刻ｔ２では、上記とは逆に周波数を段階的に変化させ、ｔ３においてはｔ１と同様に、ｔ４においてはｔ２と同様の一連の処理を繰り返し行なう。
【００５４】
推定部１６は、例えば、アンテナ２１ａから算出した時刻ｔ１の算出データＭ１（ｔ１）と時刻ｔ２の算出データＭ１（ｔ２）とを連立計算することにより、時刻（ｔ１＋ｔ２）／２における距離と速度とを推定する。測定データＭ１（ｔ２）は、更に、次のステップでも再利用され、時刻ｔ２の測定データＭ１（ｔ２）と時刻ｔ３の測定データＭ１（ｔ３）を連立計算することにより、時刻（ｔ２＋ｔ３）／２における距離と速度とが推定される。このように、順次Ｔｍずつ時刻をずらしながら距離と速度の計算を繰り返す。
【００５５】
以上、説明したように、本実施形態によれば、どのアンテナに対しても均等に測定が行われ、また、周波数の段階的な変化範囲もｆ１〜ｆ２のすべてを使い切っているため距離分解能の劣化が無い。また、対象までの距離と速度を測定する周期Ｔｍは、Ｔｍ＝４Ｔｓと短縮できる。したがって、安全性を損なうことなく、測定時間を短縮することができる。
【００５６】
＜第３の実施形態＞
図６を用いて、本実施形態に係る２次元レーダ装置について説明する。なお、本実施形態では、ＦＭ−ＣＷ方式の２次元レーダ装置を想定して説明する。ただし、定在波レーダに用いることを妨げるものではない。また、本実施形態の２次元レーダ装置と第２の実施形態に係る２次元レーダ装置とは、ハードウェア構成が同様であり、一部、切替部における動作のみが異なるものであるため、ハードウェア構成に関する詳細な説明は省略する。
【００５７】
第１の実施形態、第２の実施形態においては、すべてのアンテナに対する一連の処理をアンテナ２１ａを起点に行なっていた。本実施形態では、時刻ｔ１、ｔ３からはじまるすべてのアンテナに対する一連の処理については、アンテナ２１ａを起点に行うが、時刻ｔ２、ｔ４からはじまるすべてのアンテナに対する一連の処理については、アンテナ２１ｄを起点に、アンテナ２１ｃ、アンテナ２１ｂ、アンテナ２１ａの順番で行なう点が異なる。このことを念頭に、以下、２次元レーダ装置の動作について、説明する。
【００５８】
＜２次元レーダ装置の動作＞
本実施形態においては、ＦＭ−ＣＷ方式の次元レーダ装置を想定しており、アンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）に与えられる送信信号の周波数は、図６に示すように、段階的に変化する。
【００５９】
制御部１７は、時刻ｔ１において、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ａを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ａに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ１からｆ２に周波数が直線的に高くなる変化モードにセットする。セットされた周波数の送信信号は、アンテナ２１ａを介して、測定対象に送出される。周波数に関する情報を与えられた推定部１６は、検出されたデータに基づいて相対速度および距離を算出する。
【００６０】
上記の処理が終了すると、制御部１７は、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ｂを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ｂに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ２からｆ１に周波数が直線的に低くなる変化モードにセットする。そして、上記と同様の処理を行なう。このような処理をアンテナ１ｃ、１ｄに対して交互に行ない、すべてのアンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）を順次起動させる。
【００６１】
次の時刻ｔ２では、制御部１７は、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ｄを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ｄに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ１からｆ２に周波数が直線的に高くなる変化モードにセットする。そして、上記と同様の処理を行なう。また、時刻ｔ３では、時刻ｔ１と同様の処理を行ない、時刻ｔ４では、時刻ｔ２と同様の処理を行なう。そして、こうした一連の処理を繰り返し行なう。
【００６２】
推定部１６は、例えば、アンテナ２１ａから算出した時刻ｔ１の算出データＭ１（ｔ１）と時刻ｔ３の算出データＭ１（ｔ３）とを連立計算することにより、時刻（ｔ１＋ｔ３）／２＝ｔ２における距離と速度を推定する。一方で、アンテナ２１ｄを例にとると、推定される値の時刻は、ｔ２のものとなる。
【００６３】
以上、説明したように、本実施形態によれば、周波数の段階的な変化が連続的になされるため、ＶＣＯやＰＬＬの負担が少なく、安定化のための待ち時間を最小化できる。一方で、測定する周期は、アンテナにより異なるが、全体の測定周期を平均すれば、その値は、４Ｔｓとなる。したがって、安全性を損なうことなく、測定時間を短縮することができる。
【００６４】
＜第４の実施形態＞
図７を用いて、本実施形態に係る２次元レーダ装置について説明する。なお、本実施形態では、ＦＭ−ＣＷ方式の２次元レーダ装置を想定して説明する。ただし、定在波レーダに用いることを妨げるものではない。また、本実施形態の２次元レーダ装置と第２の実施形態、第３の実施形態に係る２次元レーダ装置とは、ハードウェア構成が同様であり、一部、切替部における動作のみが異なるものであるため、ハードウェア構成に関する詳細な説明は省略する。
【００６５】
第１の実施形態においては、すべてのアンテナに対する一連の処理をアンテナ２１ａを起点に行なっていた。本実施形態では、例えば、時刻ｔ１からはじまるすべてのアンテナに対する一連の処理については、アンテナ２１ａを起点に行うが、時刻ｔ２以降のすべてのアンテナに対する一連の処理については、アンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）のいずれかをランダムに選択し、その順番を変更して処理を行なう点が異なる。このことを念頭に、以下、２次元レーダ装置の動作について、説明する。
【００６６】
＜２次元レーダ装置の動作＞
本実施形態においては、ＦＭ−ＣＷ方式の次元レーダ装置を想定しており、アンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）に与えられる送信信号の周波数は、図７に示すように、段階的に変化する。
【００６７】
制御部１７は、図７（ａ）に示すように、時刻ｔ１において、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ａを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ａに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ１からｆ２に周波数が直線的に高くなる変化モードにセットする。セットされた周波数の送信信号は、アンテナ２１ａを介して、測定対象に送出される。周波数に関する情報を与えられた推定部１６は、検出されたデータに基づいて相対速度および距離を算出する。
【００６８】
上記の処理が終了すると、制御部１７は、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ｂを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ｂに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ２からｆ１に周波数が直線的に低くなる変化モードにセットする。そして、上記と同様の処理を行なう。このような処理をアンテナ１ｃ、１ｄに対して交互に行ない、すべてのアンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）を順次起動させる。
【００６９】
次の時刻ｔ２では、図７（ｂ）に示すように、制御部１７は、切替部２０に制御信号を送信し、ランダムに選択したアンテナ２１ｂを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ｂに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ１からｆ２に周波数が直線的に高くなる変化モードにセットする。セットされた周波数の送信信号は、アンテナ２１ｂを介して、測定対象に送出される。周波数に関する情報を与えられた推定部１６は、検出されたデータに基づいて相対速度および距離を算出する。
【００７０】
上記の処理が終了すると、制御部１７は、切替部２０に制御信号を送信し、アンテナ２１ｃを制御ユニットに接続させるとともに、周波数制御器１３に対して、アンテナ２１ｃに供給する送信信号の周波数の変化モードを時間Ｔｓ内でｆ２からｆ１に周波数が直線的に低くなる変化モードにセットする。そして、上記と同様の処理を行なう。このような処理をアンテナ１ｄ、１ａに対して交互に行ない、すべてのアンテナ（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）を順次起動させる。
【００７１】
推定部１６は、例えば、アンテナ２１ａから算出した時刻ｔ１の算出データＭ１（ｔ１）と時刻ｔ３の算出データＭ１（ｔ３）とを連立計算することにより、時刻（ｔ１＋ｔ３）／２＝ｔ２における距離と速度を推定する。
【００７２】
以上、説明したように、本実施形態によれば、周波数の段階的な変化が連続的になされるため、ＶＣＯやＰＬＬの負担が少なく、安定化のための待ち時間を最小化できる。一方で、測定する周期は、アンテナにより異なるが、全体の測定周期を平均すれば、その値は、４Ｔｓとなる。したがって、安全性を損なうことなく、測定時間を短縮することができる。
【００７３】
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１０；制御ユニット
１１；発振器
１２；電磁波発生器
１３；周波数制御器
１４；送信部
１５；受信部
１６；推定部
１７；制御部
２０；切替部
２１ａ〜２１ｄ；アンテナ
１００；２次元レーダ装置
１０１〜１０４；アンテナ放射ビーム
１００Ａ〜１００Ｄ；２次元レーダ装置
１１０；車両
７５１、８５１、８５２；周波数上昇スイープ区間
７５２；周波数下降スイープ区間
９０１〜９０３；配線
９１１；レーダ装置
９１２；切替スイッチ
９１３；制御機構
９２１；アンテナ
９３１；アンテナビーム
【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】
2017096847.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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