(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調をかけた送信波を生成する電圧制御型発振手段と、
前記電圧制御型発振手段から周波数が時間軸上で増加または減少する部分を持つようにＦＭ変調するための制御電圧を生成する手段と、
前記送信波を送信する送信手段と、
前記送信波がターゲットに反射することにより生成された反射波を受信波として受信する受信手段と、
前記送信波と同じ周波数を有するローカル信号及び前記受信波に基づいてビート信号を生成する手段と、
前記ビート信号を周波数スペクトラム変換処理する手段と、
前記周波数スペクトラム変換処理する手段により処理されたデータに基づいて前記ターゲットとの距離及び相対速度を算出する手段と、
前記ＦＭ変調とは別の第二の方法で前記ターゲットとの距離及び相対速度を計測する手段と、
前記第二の方法で計測した前記ターゲットの距離及び相対速度に基づいて前記ＦＭ変調の特性を算出する手段と、を有することを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項２】
請求項１記載の車載用レーダ装置において、
前記周波数スペクトラム変換処理する手段は、前記ＦＭ変調の方式で得られる前記ビート信号を時間分割して複数の小区間毎に周波数スペクトラム変換処理を行い、
前記ＦＭ変調の特性を算出する手段は、前記複数の分割された小区間毎に前記特性を算
出する、ことを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項３】
請求項１記載の車載用レーダ装置において、
前記第二の方法はＦＳＫ（Frequency Shift Keying）方式であること、を特徴とする車
載用レーダ装置。
【請求項４】
請求項１記載の車載用レーダ装置において、
前記第二の方法はパルス変調方式であることを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項５】
請求項１記載の車載用レーダ装置において、
さらに、前記ＦＭ変調による方法と前記第二の方法とを時間的に切り替える手段を有することを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項６】
請求項１記載の車載用レーダ装置において、
前記第二の方法はレーザレーダによる計測結果であること、を特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項７】
請求項６記載の車載用レーダ装置において、
前記レーザレーダは前記車載用レーダ装置の本体とは別体の構造を有し、
前記レーザレーダから出力される距離及び相対速度の情報を通信により受信するように構成されていることを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項８】
請求項１記載の車載用レーダ装置において、
前記第二の方法はＵＷＢ（Ultra Wide Band ）レーダによる計測結果であることを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項９】
請求項８記載の車載用レーダ装置において、
前記ＵＷＢレーダは、前記車載用レーダ装置の本体とは別体の構造を有し、
前記ＵＷＢレーダから出力される距離と相対速度の情報を通信により受信するように構成されていることを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項１０】
請求項１記載の車載用レーダ装置において、
さらに、前記ＦＭ変調の特性に応じて該ＦＭ変調における制御電圧の補正処理を行う補正手段を有することを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の車載用レーダ装置において、
前記ＦＭ変調の特性に予め設定された値以上の変化がある場合、前記補正手段は前記補正処理を実行することを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項１２】
請求項１記載の車載用レーダ装置において、
さらに、前記ＦＭ変調の特性に予め設定された値以上の変化がある場合、運転者に報知する手段を有することを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の車載用レーダ装置において、
前記ＦＭ変調の特性は、選択した区間におけるＦＭ変調波の周波数変化量であることを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項１４】
周期毎に二つの電圧を切り替えながら徐々に減少するように変化する制御電圧波形を生成する２周波Ｒａｍｐ変調処理部と、
前記２周波変調処理部で生成した前記制御電圧波形を補正する変調補正処理部と、
前記変調補正処理部からの出力電圧値に依存した周波数信号を生成する電圧制御型発振器と、
前記周波数信号を送信電波として空間中に放射するための送信アンテナと、
前記送信アンテナから放射された前記送信電波がターゲットから反射された電波を受信するための受信アンテナと、
前記周波数信号と前記受信アンテナにて受信された受信信号とを混合してビート信号を生成するミキサと、
前記ビート信号に基づいて、前記電圧制御型発振器の非線形特性を補正するための情報を算出し、該情報を前記変調補正処理部に出力する信号処理部と、を有することを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の車載用レーダ装置において、
前記信号処理部は、２周波Ｒａｍｐ周波数変化量を推定することにより、前記電圧制御型発振器の非線形特性を補正するための情報を算出することを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の車載用レーダ装置において、
前記車載用レーダ装置は、前記信号処理部により推定された前記２周波Ｒａｍｐ周波数変化量が予め設定された値より悪化した場合に、そのことを運転者へ報知するための報知装置を有することを特徴とする車載用レーダ装置。
【請求項１７】
請求項１５記載の車載用レーダ装置において、
さらに、周期毎に二つの電圧を切り替える制御電圧波形を生成し、該制御電圧波形を前記電圧制御型発振器へ印加する２周波ＣＷ変調処理部と、
前記２周波Ｒａｍｐ変調処理部と前記２周波ＣＷ変調処理部の起動タイミングを制御する変調処理切替部と、を有することを特徴とする車載用レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車載用レーダ装置に係り、特に、車間距離警報システムやアダプティブクルーズコントロールシステム，プリクラッシュシステム等の予防安全システムに用いられる車載用レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の安全技術への関心が非常に高まっている。これを受け、自動車関連企業等を中心に様々なシステムが実用化され始めている。これらの中でも、車間距離警報システムやアダプティブクルーズコントロールシステム，プリクラッシュシステム等の衝突を回避するシステムや衝突時の衝撃を軽減するシステムが特に良く知られている。
【０００３】
これらのシステムを構築する際に、ターゲットとの距離や相対速度等を計測する装置の一つとして、車載用レーダ装置がある。この車載用レーダ装置としては、電波を放射して車両や障害物等のターゲットからの反射波を受信し、電波の伝播時間や反射波の信号強度，周波数のドップラシフト、等を検出し、これらの情報に基づいてターゲットまでの距離や相対速度を計測する方法が知られている。
【０００４】
このような車載用レーダ装置に用いられる変調方式には様々な種類のものがあることが知られているが、特に、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave)方式や２周波ＣＷ（Continuous Wave）方式が有名である。
【０００５】
ここで最初に、ＦＭＣＷ方式の車載用レーダ装置の動作原理について、図１を用いて簡単に説明する。
【０００６】
図１Ａは、送受信波の周波数パターンの一例を示している。周波数が時間軸上で直線的に増加と減少を繰り返すように、三角波変調をかけた電波が送信される。この送信信号がターゲットに反射した反射波を受信し、送信信号と同じ周波数を有するローカル信号とミキシングすることにより、図１Ｂに示されるようなビート信号を得る。このビート信号を特定の区間（例えば、図１Ｂ中の区間Ｔｄ）においてＦＦＴ処理すると、図１Ｃのようなターゲットピーク周波数ｆbＤが得られる。このターゲットピーク周波数から、以下に説明する原理に基づいて、ターゲットまでの距離Ｒや相対速度Ｖを求める。なお、図１Ａでは、送信波（Ｔｘ）を実線で描き、また、受信波（Ｒｘ）を破線で描いている。
【０００７】
ターゲットで反射して戻ってきた受信信号は、送信信号に対して、電波がターゲットとの間を一往復するのに要する時間の分、つまりターゲットとの距離Ｒに比例した遅延時間τ（＝２Ｒ／ｃ）が発生する。ここで、ｃは光速である。
【０００８】
さらに、ターゲットと間の相対速度Ｖに比例した周波数ｆｄ（＝−２Ｖｆ／ｃ）だけドップラシフトしている。ここで、ｆは送信波の周波数である。またここで、相対速度Ｖの符号は、レーダ装置から遠ざかる方向を正（＞０）と定義している。
【０００９】
このとき、送信波の周波数が、時間軸上で増加しつつある区間で得られるビート信号の周波数をｆbＵ、送信波の周波数が時間軸上で減少しつつある区間で得られるビート信号の周波数をｆbＤとする。また、遅延時間τに基づいて発生する周波数差をｆｒとすると、以下の数式（１．１）（１．２）が成り立つ。
【００１０】
【数１】
0005097467.tif 000002
【００１１】
ここで、ｆｒは距離Ｒに比例し、ｆｄは相対速度Ｖに比例する。このため、数式１をｆｒ，ｆｄについて解くことにより、距離Ｒと相対速度Ｖを求めることができる。
【００１２】
次に、ＦＭＣＷ方式と同様に、時間軸上で直線的に周波数が変化する部分を持つ変調をかける方式（２周波Ｒａｍｐ方式）について説明する。２周波Ｒａｍｐ方式は、周波数変動（ΔＦ）分だけわずかにずれている少なくとも二種類の並列かつ不連続な周波数変調ランプを交互に送出し、周波数は特定期間（Ｔｆ）の終了時に一方のランプから他方のランプに切り替わり、検出された標的からの距離を、第一のランプに対する受信信号（Ｓ1（ｔ））と第二のランプに対応する受信信号（Ｓ2（ｔ））との間の位相差（Δφ）の関数として推測し、推測された距離および標的に関連した曖昧直線から標的の速度を得る方法である。この車載用レーダ装置の動作原理について、図２を用いて簡単に説明する（特許文献１）。
【００１３】
車載用レーダ装置の変調方式として有名な２周波ＣＷ方式の弱点は、ターゲットとの相対速度が零の場合である。これに対し、２周波Ｒａｍｐ方式は、ＦＭＣＷ方式と同じく、ターゲットとの相対速度が零の場合にもターゲットとの距離に応じてビート周波数が検出できるように改良された変調方式である。
【００１４】
図２は、送信波の周波数パターンの一例を示しており、ΔＦだけわずかにずれた２つ周波数をＴｆ毎に交互に切り替えながら、さらに時間軸上で直線的に周波数が増加するように周波数変調を加えた送信波を送信する。この送信信号がターゲットに反射した反射波を受信し、送信信号と同じ周波数を有するローカル信号とミキシングすることでビート信号を得る。このビート信号をＦＦＴ処理することで得られるターゲットピーク周波数から、以下に説明する原理に基づき、ターゲットまでの距離Ｒや相対速度Ｖを求める。
【００１５】
ターゲットで反射して戻ってきた受信信号は、ターゲットとの間の相対速度Ｖに比例した周波数ｆｄ（＝−２Ｖｆ／ｃ）だけドップラシフトしている。ここで、ｆは送信波の周波数である。また、相対速度Ｖの符号は、レーダ装置から遠ざかる方向を正（＞０）と定義している。
【００１６】
さらに、受信信号は、送信信号に対して、電波がターゲットとの間を一往復するのに要した遅延時間τ（＝２Ｒ／ｃ）に応じた周波数差ｆｒの分だけシフトしている。
【００１７】
このとき得られるビート信号の周波数をｆbＲａｍｐとすると、以下の数式（２）が成り立つ。
【００１８】
【数２】
0005097467.tif 000003
【００１９】
また、このとき、２つの受信波の間には、ΔＦに起因する位相差φが生じており、ターゲットとの距離Ｒには以下の数式（３）が成り立つ。
【００２０】
【数３】
0005097467.tif 000004
【００２１】
ここで、ｆｒは距離Ｒに比例し、ｆｄは相対速度Ｖに比例するため、数式２、および数式３について、ｆｒ及びｆｄについて解くことにより、距離Ｒと相対速度Ｖを求めることができる。
【００２２】
ところで、上述したような車載用レーダ装置では、送信信号生成のために電圧制御型発振器（以下、「ＶＣＯ」という。）が用いられることが多い。したがって、上述したような原理に基づいてターゲットとの距離や相対速度を精度良く検出するには、ＶＣＯへ入力する制御電圧と発振周波数の関係（以下、「Ｖ−Ｆ特性」という。）は、安定的かつ線形な特性であることが望まれる。
【００２３】
しかしながら、実際のＶ−Ｆ特性は、必ずしも線形な関係にないため、Ｖ−Ｆ特性に合わせて制御電圧を細かく調整する必要がある。また、Ｖ−Ｆ特性は、ＶＣＯの固体毎にバラツキが大きい。また、Ｖ−Ｆ特性は一般的に温度により大きく変化するため、温度毎に制御電圧を調整する必要がある。さらに、経年劣化等の影響も考慮する必要もある。
【００２４】
以上のような理由から、特に、ＦＭＣＷ方式や２周波Ｒａｍｐ方式に代表される、周波数が時間軸上で増加または減少する部分を持つＦＭ変調方式において、送信波の線形性を確保することは非常に困難となっている。
【００２５】
次に、送信波の線形性が確保されないことにより発生するターゲット検知性能への悪影響について説明する。
【００２６】
図３は、ＦＭＣＷ方式を用いた車載用レーダにおいて、送信波の線形性が確保されていない状態（非線形な状態）の送受信周波数，ビート信号周波数、及び、ＦＦＴ信号の一例を示した図である。なお、同図では説明を簡略化するためにターゲットの相対速度が零の場合を示している。
【００２７】
図３Ａに示すように、非線形な状態で送信された波形の受信波は、非線形な状態の受信波として受信される。このため、本来は一定となるべきビート信号周波数が、図３Ｂに示すように、一定とはならない。これにより、図３Ｃに示すように、ＦＦＴ信号内におけるターゲットのピーク信号のレベルが低下し、所定の幅を持って信号成分が分布するようになってしまう。さらに、頂点の位置が本来のターゲットのピーク周波数からずれる場合もある。
【００２８】
このように、送信信号の線形性が確保されない場合には、下記（１）から（３）のような状態となる。
【００２９】
（１）ターゲットピークレベル減少により、本来の信号ノイズ比（Signal to Noise Ratio）の確保が困難となる。
（２）ターゲットピークが広い領域に分布することで、他のターゲットピークを隠してしまい分離することが困難となる。
【００３０】
（３）ターゲットピーク周波数が正確に検出できないために、ターゲットの距離・相対速度の正確な検出が困難となる。
【００３１】
なお、以上の説明ではＦＭＣＷ方式を例にしてきたが、上記の問題は２周波Ｒａｍｐ方式やその他のＦＭ変調方式を用いた場合も同様である。
【００３２】
【特許文献１】特開平１０−２５３７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
上記のような場合、ターゲットが自車両周辺に存在するにも関わらず、ターゲットの存在を検出することが困難となり、また、本来のターゲットとの距離や相対速度とは異なる、誤った計測をしてしまうことになる。
【００３４】
車間距離警報システムやアダプティブクルーズコントロールシステム，プリクラッシュシステムでは、車載用レーダ装置が検出した自車両の周囲に存在するターゲットとの距離や相対速度を基に、それぞれのシステムに応じた適切な制御を行うため、これらの問題を解決しなくてはシステムの信頼性を十分に確保することは難しい。
【００３５】
したがって、本発明の目的は、上述の問題を解決するために、電圧制御型発振器の特性に起因して発生する送信波の非線形性を自動的に線形に補正することでターゲット検出精度が高い状態を保つ車載用レーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
前述の課題を解決するため、本発明の車載用レーダ装置のうち代表的な一つは、周期毎に二つの電圧を切り替えながら徐々に減少するように変化する制御電圧波形を生成する２周波Ｒａｍｐ変調処理部と、前記２周波変調処理部で生成した前記制御電圧波形を補正する変調補正処理部と、前記変調補正処理部からの出力電圧値に依存した周波数信号を生成する電圧制御型発信器と、前記周波数信号を送信電波として空間中に放射するための送信アンテナと、前記送信アンテナから放射された前記送信電波がターゲットから反射された電波を受信するための受信アンテナと、前記周波数信号と前記受信アンテナにて受信された受信信号とを混合してビート信号を生成するミキサと、前記ビート信号に基づいて、前記電圧制御型発信器の非線形特性を補正するための情報を算出し、該情報を前記変調補正処理部に出力する信号処理部と、を有する。
【００３７】
また、本発明の車載用レーダ装置のうち代表的な他の一つは、周波数変調をかけた送信波を生成する電圧制御型発信手段と、前記電圧制御型発信手段から周波数が時間軸上で増加または減少する部分を持つようにＦＭ変調するための制御電圧を生成する手段と、前記送信波を送信する送信手段と、前記送信波がターゲットに反射した反射波を受信する受信手段と、前記送信波と同じ周波数を有するローカル信号と前記受信波からビート信号を生成する手段と、前記ビート信号を周波数スペクトラム変換処理する手段と、前記周波数スペクトラム変換処理データに基づいてターゲットとの距離と相対速度を算出する手段と、前記方法とは別の第二の方法でターゲットとの距離と相対速度を計測する手段と、前記第二の方法で計測したターゲットの距離と相対速度から前記ＦＭ変調の特性を算出する手段と、を有する。
【００３８】
特に、前記第二の方法としては、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）方式やパルス変調方式が好んで用いられる。
【００３９】
なお、本発明の他の特徴は、後述する実施例の中で詳細に説明する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、高精度な車載用レーダ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の実施例に係る車載用レーダ装置について、図４から図１４を参照しながら以下説明する。なお、実施例の説明及び図面において、同一のものについては同一の参照番号、または同一の参照記号を用いている。
【実施例１】
【００４２】
本発明の実施例１に係る車載用レーダ装置について、図４から図８を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
図４は、本発明の実施例１に係る車載用レーダ装置のブロック構成を示す図である。車載用レーダ装置は、変調切替処理部４００，２周波Ｒａｍｐ変調処理部４０１，２周波ＣＷ変調処理部４０２，変調補正処理部４０３，電圧制御型発振器４０４，送信アンテナ４０５，受信アンテナ４０６，ミキサ４０７，復調処理部４０８，Ａ／Ｄ変換部４０９，信号処理部４１０、及び、報知装置４１１、を備えてなる。
【００４４】
２周波Ｒａｍｐ変調処理部４０１は、図５Ａ中の２周波Ｒａｍｐ区間（Ｔ１）に示されるように、周期（ΔＴ）毎に二つの電圧を切り替えつつ、徐々に減少していくように変化する制御電圧波形（ｖ１＿１，ｖ１＿２）を生成し、電圧制御型発振器４０４へ印加する。また、２周波ＣＷ変調処理部４０２は、図５Ａ中の２周波ＣＷ区間（Ｔ２）に示されるように、周期（ΔＴ）毎に二つの電圧を切り替える制御電圧波形（ｖ２＿１，ｖ２＿２）を生成し、電圧制御型発振器４０４へ印加する。また、２周波Ｒａｍｐ変調処理部４０１や２周波ＣＷ変調処理部４０２で生成する制御電圧波形は、後述するように、製品出荷時等に予め測定された電圧制御型発振器４０４の周波数−電圧特性を基に生成されることが多い。
【００４５】
変調切替処理部４００では、図５Ａに示すように、送信波形が時間的に交互に切り替わるように、２周波Ｒａｍｐ変調処理部４０１と２周波ＣＷ変調処理部４０２の起動タイミングの制御を実施している。
【００４６】
変調補正処理部４０３では、２周波Ｒａｍｐ変調処理部４０１で生成した制御電圧波形（ｖ１＿１，ｖ１＿２）を、後述する信号処理部４１０で生成された２周波Ｒａｍｐ変調非線形性補正情報に応じて補正を加えることで、送信波形の線形性が保たれるような制御電圧波形へ補正する。
【００４７】
電圧制御型発振器４０４は、２周波Ｒａｍｐ区間（Ｔ１）で入力された制御電圧波形（ｖ１＿１，ｖ１＿２）に対応して、周波数変調された高周波信号（ｆ１＿１，ｆ１＿２）を生成する。また、２周波ＣＷ区間（Ｔ２）で入力された制御電圧波形（ｖ２＿１，ｖ２＿２）に対応しては、周波数変調された高周波信号（ｆ２＿１，ｆ２＿２）を生成する。図５Ｂは、一例として、入力されたそれぞれの制御電圧に対応して、高周波信号が時間的に交互に生成された様子を示している。
【００４８】
また、図６は電圧制御型発振器４０４の周波数−電圧特性の一例を示す図である。すでに説明したとおり、電圧制御型発振器４０４には線形な周波数−電圧特性が望まれる。しかし、現実的には、完全に線形な特性を持たせることは困難である。このため、事前に初期特性（ｐ１）を測定し、できるだけ線形な特性を示す領域を使用するか、または、非線形な特性に合わせて制御電圧波形を調整することが多い。
【００４９】
一般的に、このような周波数−電圧特性は、製品出荷時等に予めスペクトルアナライザ等の計測機器を用いて測定することが多い。しかしながら、前述のように、周波数−電圧特性は温度や経年劣化の影響により、図６中の変化後特性（ｐ２）として示されるように、特性が変化することがある。このような場合、送信波形の線形性を保つことができなくなり、結果として、ターゲット検知性能へ悪影響を及ぼすことになる。
【００５０】
続いて、この高周波信号が、送信アンテナ４０５に入力され、送信電波として空間中に放射される。送信電波は、図示しない車両や障害物等のターゲットに反射して、受信電波として受信アンテナ４０６にて受信される。受信アンテナ４０６に入力された受信信号は、ミキサ４０７に入力され、ミキサ４０７において送信信号と受信信号とが混合されビート信号が生成される。この後、ビート信号は復調処理部４０８により復調処理をされ、Ａ／Ｄ変換部４０９にてデジタル信号へ変換される。なお、Ａ／Ｄ変換部４０９としては、例えばＡ／Ｄコンバータ等がある。
【００５１】
このデジタル信号は、信号処理部４１０に入力される。信号処理部４１０では、後述する方法でターゲットの距離や相対速度、２周波Ｒａｍｐ変調非線形性補正情報，報知装置起動情報等が算出される。なお、信号処理部４１０には、例えばマイクロコンピュータやDigital Signal Processor等のプロセッサが用いられることが多い。
【００５２】
報知装置４１１では、後述する信号処理部４１０で生成された報知装置起動情報に従い、車載用レーダ装置のターゲット検出精度が予め規定した数値より悪化した場合に運転者へ報知する機能を持つ。なお、報知の方法としては、ＬＥＤ等によるディスプレイ表示や警報音等による方法がある。
【００５３】
次に、本発明の実施例１に係る車載用レーダ装置に備わる信号処理部４１０の具体的な処理について、図７を用いて説明する。同図は、信号処理部４１０が実行するルーチンのフローチャートであり、所定時間間隔で繰り返される。
【００５４】
ルーチンが起動されると、まず、ステップ７００のＦＦＴ処理が実行され、周波数スペクトラム情報を含んだＦＦＴ信号が生成される。なお、ＦＦＴ処理については、ソフトウェアにより処理するか、または、ＡＳＩＣ等の専用回路によって処理するか、選択することが可能である。
【００５５】
次に、ステップ７０１の変調方式判断処理が実行され、今回のＦＦＴ信号が２周波ＣＷ変調によるものか、または、２周波Ｒａｍｐ変調によるものかが判断される。２周波ＣＷ変調と判断された場合には、ステップ７０２の２周波ＣＷ物理値変換処理が実行される。一方、２周波Ｒａｍｐ変調と判断された場合には、ステップ７０３の２周波Ｒａｍｐ物理値変換処理が実行される。なお、この判断方法としては、変調切替処理部４００で変調方式を切り替えるタイミングの信号を用いることで容易に実装が可能である。
【００５６】
次に、ステップ７０２の２周波ＣＷ物理値変換処理が実行された場合について説明する。２周波ＣＷ物理値変換処理が実行されると、ＦＦＴ信号に基づいて、ターゲットの距離が数式（４）により算出される。
【００５７】
【数４】
0005097467.tif 000005
【００５８】
ここで、Ｒfskは２周波ＣＷ変調によるターゲットの距離、Ｃは光速度、φ2は受信電波におけるｆ２＿１とｆ２＿２の位相差、Δｆ2はｆ２＿１とｆ２＿２の周波数差である。
【００５９】
また、ターゲットの相対速度は数式５で算出される。
【００６０】
【数５】
0005097467.tif 000006
【００６１】
ここで、Ｖfskは２周波ＣＷ変調によるターゲットの相対速度、Ｃは光速度、ｆｄはドップラ周波数、ｆは送信周波数である。
【００６２】
次に、ステップ７０３の２周波Ｒａｍｐ物理値変換処理が実行された場合について説明する。２周波ＣＷ物理値変換処理が実行されると、ＦＦＴ信号に基づいてターゲットの距離が数式６で算出される。
【００６３】
【数６】
0005097467.tif 000007
【００６４】
ここで、ＲRampは２周波Ｒａｍｐ変調によるターゲットの距離、Ｃは光速度、φ1は受信電波におけるｆ１＿１とｆ１＿２の位相差、Δｆ1はｆ１＿１とｆ１＿２の周波数差である。
【００６５】
次に、２周波Ｒａｍｐ方式におけるターゲットの相対速度の算出方法を説明する。すでに説明したとおり、２周波Ｒａｍｐ方式で得られるビート信号（ｆbＲａｍｐ）には、送信電波がターゲットに反射して再びレーダで受信されるまでの遅延時間τ（＝２ＲRamp／ｃ）に応じた周波数シフト（ｆｒ）が発生している（数式（７））。また、この遅延時間τは、ターゲットまでの距離にも比例している。よって、ターゲットの相対速度は、この距離に応じた周波数シフト（ｆｒ）分を減算するように処理する数式（８）により算出される。
【００６６】
【数７】
0005097467.tif 000008
【００６７】
ここで、ｆｒは距離に応じた周波数シフト、ΔＲａｍｐは２周波Ｒａｍｐ区間における周波数変化量、τは遅延時間、Ｔ１は２周波Ｒａｍｐ区間の時間である。
【００６８】
【数８】
0005097467.tif 000009
【００６９】
ここで、ＶRampは２周波Ｒａｍｐ変調によるターゲットの相対速度、Ｃは光速度、ｆは送信周波数、ｆbＲａｍｐはビート周波数、ｆｒは距離に応じた周波数シフトである。
【００７０】
次に、ステップ７０４の小区間ＦＦＴ処理が実行される。本ステップでは、通常は一つのＦＦＴ区間として処理される２周波Ｒａｍｐ区間のビート信号を、複数の小区間に時間分割し、それぞれＦＦＴ処理を実行する。なお、小区間ＦＦＴ処理は、ソフトウェアにより処理するか、または、ＡＳＩＣ等の専用回路によって処理するか、選択することが可能である。
【００７１】
ここで、本実施例における方法の理解を容易にするために、図８を用いて、２周波Ｒａｍｐ区間の送信波形が線形な場合と非線形な場合に得られたビート信号について、それぞれ小区間ＦＦＴ処理を実行した場合の一例について説明する。なお、同図では、通常ＦＦＴ区間を４つに分割した場合の例を示している。
【００７２】
図８Ａは、送信波形が線形時のビート信号（ａ）と非線形時のビート信号（ｂ）を重ねて示した図の一例である。これらのビート信号を、同図に示すような４つの小区間ＡからＤに時間分割し、それぞれＦＦＴ処理を実行し、重ねて示したものが図８Ｂ，図８Ｃである。図８Ｂでは、送信波形が線形なため、得られるビート信号も一定となり、時間分割してＦＦＴ処理した場合でも小区間毎のピーク周波数は一致する。
【００７３】
しかし、図８Ｃでは、送信波形が非線形なために、得られるビート信号も一定とはならず、小区間毎にピーク周波数はばらつく。このピーク周波数のばらつきは、それぞれの小区間における周波数変化量の違いによるものと考えることができる。よって、後述する方法を用いて小区間毎の周波数変化量を予め設計された値へ補正するため、小区間毎に制御電圧の補正を行う。これにより、各小区間での周波数変化量が一定となり、送信波形を線形な状態へと補正することが可能となる。
【００７４】
なお、通常処理区間をいくつに時間分割するかについては、システムに応じて適宜決定することが可能である。例えば、通常処理区間が十分に小さい場合には、本ステップを廃止し、即座に次のステップを実行することも可能である。
【００７５】
次に、ステップ７０５の２周波Ｒａｍｐ周波数変化量推定処理が実行される。本ステップでは、数式（９）を用いて、前回実行された２周波ＣＷ物理値変換処理の出力結果であるターゲットの距離Ｒfskと相対速度Ｖfsk、及び、分割ＦＦＴ処理された小区間におけるターゲットピーク周波数から、今回の分割ＦＦＴ処理された小区間における２周波Ｒａｍｐ周波数変化量を推定する（以下、「推定周波数変化量」という。）。
【００７６】
【数９】
0005097467.tif 000010
【００７７】
ここで、ΔＲａｍｐestは小区間における推定周波数変化量、Ｃは光速度、Ｔiは小区間ｉの時間、Ｒfskは２周波ＣＷ変調によるターゲットの距離、ｆRampは小区間におけるターゲットピーク周波数、ｆは送信周波数、Ｖfskは２周波ＣＷ変調によるターゲットの相対速度である。
【００７８】
次に、ステップ７０６の電圧補正量算出処理が実行される。本ステップでは、最初に、選択された小区間ｉにおける周波数変化量の理想値が式（１０）により算出される。
【００７９】
【数１０】
0005097467.tif 000011
【００８０】
ここで、ΔＲａｍｐiは小区間ｉにおける周波数変化量の理想値、ΔＲａｍｐは２周波Ｒａｍｐ区間における周波数変化量、Ｔiは小区間ｉの時間、Ｔ１は２周波Ｒａｍｐ区間の時間である。
【００８１】
一般的に、２周波Ｒａｍｐ区間における周波数変化量（ΔＲａｍｐ）は、使用するシステムの要求に応じて、事前に設計された値となるように入力する制御電圧などが調整されている。このため、実用上は、数式（７）等で用いられるΔＲａｍｐは一定として信号処理されることが多い。このため、ΔＲａｍｐに誤差が生じることは、ターゲット検知結果に誤差を生じる要因となる。
【００８２】
次に、ステップ７０５の２周波Ｒａｍｐ周波数変化量推定処理で算出された推定周波数変化量と、数式（１０）により算出された小区間ｉにおける２周波Ｒａｍｐ傾きの理想値、及び、小区間ｉにおける制御電圧から、小区間ｉにおける補正された制御電圧が数式（１１）により算出される。
【００８３】
【数１１】
0005097467.tif 000012
【００８４】
ここで、ΔＶi_corrは小区間ｉにおける補正された制御電圧、ΔＲａｍｐestは小区間における推定周波数変化量、ΔＲａｍｐiは小区間ｉにおける周波数変化量の理想値、ΔＶiは小区間ｉにおける制御電圧である。
【００８５】
つまり、本ステップの処理内容は、ある分割されたＦＦＴ区間内における実際のＦＭ変調変化量と、予め設計されたＦＭ変調変化量の比に応じて、入力する制御電圧量を変更する処理を実施している。
【００８６】
次に、ステップ７０７において、分割した小区間の全てについて電圧補正値が算出済みかどうかを確認し、終了している場合は、ステップ７０８へ移行し、終了していない場合には、ステップ７０６を再度実行する。
【００８７】
次に、ステップ７０８の報知処理の内容について説明する。上述の通り、本ステップに至るまでには、すでに小区間毎の推定周波数変化量が算出されている。そこで、これらの推定周波数変化量が予め設定した基準値を超えた場合には、車載用レーダ装置のターゲット検知信頼性が著しく低下していると判断する。その場合、信号を報知装置４１１へ送信することで運転車へ報知する。
【実施例２】
【００８８】
本発明の実施例２に係る車載用レーダ装置について、図９から図１１を参照しながら詳細に説明する。
【００８９】
本実施例では、上記実施例１の車載用レーダ装置の構成と比較して、ターゲットの距離と相対速度を計測する第二の方法として、パルス変調方式を用いる点が異なる。なお、ここでは実施例１との差異を中心として説明し、実施例１と同一な部分の説明は省略する。
【００９０】
図９は、本発明の実施例２に係る車載用レーダ装置のブロック構成を示す図である。本図に示されるように、本実施例の車載用レーダ装置は、パルス変調処理部９０１，パルスカウント処理部９０２、及び、第２信号処理部９０３を有する。
【００９１】
パルス変調処理部９０１は、図１０中においてＴｘとして示される送信パルス信号を生成するための制御電圧波形を生成し、電圧制御型発振器４０４へ印加する。生成された送信信号は、送信アンテナ４０５を通して空間中へ放射され、図示しない車両や障害物等のターゲットに反射して、受信アンテナ４０６にて受信される。このときの受信波は、図１０中にＲｘとして示される受信信号となっている。つまり、ターゲットとの距離に応じた遅れ時間τを経過した後に受信される。さらにこのとき、ターゲットとの相対速度Ｖに比例した周波数ｆｄだけドップラシフトしている。
【００９２】
パルスカウント処理部９０２は、パルス変調処理部９０１で送信波を生成した時刻から、受信アンテナ４０６からある一定値以上の信号強度の信号が受信される時刻まで、の時間を計測し、第２信号処理部９０３へ入力する。
【００９３】
第２信号処理部９０３では、後述する方法でターゲットの距離や相対速度，２周波Ｒａｍｐ変調非線形性補正情報，報知装置起動情報等が算出される。
【００９４】
なお、その他のブロックに関しては、実施例１の内容と同様である。
【００９５】
次に、本発明の実施例２に係る車載用レーダ装置に備わる第２信号処理部９０３の具体的な処理について、図１１を用いて説明する。同図における特徴は、ステップ１１００の変調方式判断処理（２）、ステップ１１０１のパルス変調物理値変換処理、及び、ステップ１１０２の２周波Ｒａｍｐ周波数変化量推定処理（２）にある。このため、これらの処理についてのみ説明し、他の説明は省略する。
【００９６】
ステップ１１００の変調方式判断処理（２）では、今回のＦＦＴ信号がパルス変調によるものか、または、２周波Ｒａｍｐ変調によるものかが判断される。ここで、パルス変調と判断された場合には、ステップ１１０１のパルス変調物理値変換処理が実行される。一方、２周波Ｒａｍｐ変調と判断された場合には、ステップ７０３の２周波Ｒａｍｐ物理値変換処理が実行される。
【００９７】
ステップ１１０１のパルス変調物理値変換処理では、まず、ＦＦＴ信号に基づいてターゲットの相対速度が数式（１２）により算出される。
【００９８】
【数１２】
0005097467.tif 000013
【００９９】
ここで、Ｖpulseはパルス変調によるターゲットの相対速度、Ｃは光速度、ｆｄはドップラ周波数、ｆは送信周波数である。
【０１００】
また、ターゲットの距離はパルスカウント処理部より入力された遅れ時間τに基づいて、数式（１３）で算出される。
【０１０１】
【数１３】
0005097467.tif 000014
【０１０２】
ここで、Ｒpulseはパルス変調によるターゲットの距離、Ｃは光速度、τはレーダとターゲットとの間の電波の伝播時間である。
【０１０３】
ステップ１１０２の２周波Ｒａｍｐ周波数変化量推定処理（２）では、前述の数式（１０）における２周波ＣＷ変調によるターゲットの距離（Ｒfsk）、及び、２周波ＣＷ変調によるターゲットの相対速度（Ｖfsk）を、それぞれパルス変調によるターゲットの距離（Ｒpulse）、及び、パルス変調によるターゲットの相対速度（Ｖpulse）へ置き換えることで実行可能である。
【０１０４】
なお、その他のステップに関しては、実施例１の内容と同様である。
【実施例３】
【０１０５】
本発明の実施例３に係る車載用レーダ装置について、図１２から図１４を参照しながら詳細に説明する。
【０１０６】
本実施例は、実施例１の車載用レーダ装置の構成と比較すると、ターゲットとの距離と相対速度を計測する第二の方法としてレーザレーダ１２０２を用いる点で異なる。なお、ここでは、実施例１との差異を中心として説明し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【０１０７】
図１２は、本発明の実施例３に係る車載用レーダ装置のブロック構成を示す図である。本実施例の車載用レーダ装置は、データ受信部１２００，第３信号処理部１２０１、及び、レーザレーダ１２０２を備える点で、上記実施例とは異なる。なお、レーザレーダとは、送信波として光を用いて、ターゲットとの距離や相対速度を計測する装置である。
【０１０８】
レーザレーダ１２０２は、所定の周期でターゲットとの距離や相対速度を計測し、その計測結果をデータ受信部１２００へ入力する。データ受信部１２００は、所定周期で入力されるデータを受信し、このデータを第３信号処理部１２０１へ入力する。なお、レーザレーダ１２０２とデータ受信部１２００のデータ伝達手段としては、ＣＡＮ（Control Area Network）やシリアル通信等を用いることができる。
【０１０９】
第３信号処理部１２０１では、後述する方法でターゲットの距離や相対速度，２周波Ｒａｍｐ変調非線形性補正情報，報知装置起動情報等が算出される。
【０１１０】
その他のブロックに関しては、実施例１の内容と同様であるが、実施例１と比較すると、変調切替処理部４００、及び、２周波ＣＷ変調処理部４０２が無い。このため、送信波形は、図１３に示すように、周期Ｔ１で２周波Ｒａｍｐ変調を繰り返すような変調となる。
【０１１１】
次に、本発明の実施例３に係る車載用レーダ装置に備わる第３信号処理部１２０１の具体的な処理について、図１４を用いて説明する。本図における特徴は、ステップ１４００の２周波Ｒａｍｐ周波数変化量推定処理（３）にある。このため、本処理についてのみ説明し、他の部分に関する説明は省略する。
【０１１２】
ステップ１４００の２周波Ｒａｍｐ周波数変化量推定処理（３）は、前述の数式（９）における２周波ＣＷ変調によるターゲットの距離（Ｒfsk）、及び、２周波ＣＷ変調によるターゲットの相対速度（Ｖfsk）を、それぞれレーザレーダによるターゲットの距離，相対速度へ置き換えることで実行することが可能となる。
【０１１３】
なお、その他のステップに関しては、実施例１の内容と同様である。
【実施例４】
【０１１４】
本発明の実施例４に係る車載用レーダ装置は、実施例３において用いられているレーザレーダ１２０２に代えて、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）レーダを用いることにある。この構成においても、実施例３と同様の効果を得ることが可能である。
【０１１５】
なお、上記実施例１乃至４においては、２周波Ｒａｍｐ方式を例に説明したが、ＦＭＣＷ方式やその他のＦＭ変調方式に関しても同様の効果を期待できる。また、上記実施例１乃至４では、特に、７６ＧＨｚ帯を用いる技術について説明したが、他の周波数でも同様の効果が得られるものである。
【０１１６】
以上、本発明の上記実施例によれば、電圧制御型発振器の特性に起因して発生する送信波の非線形性を自動的に線形に補正することでターゲット検出精度が高い状態を保つ車載用レーダ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】送信波が線形な状態にあるときの波形図である。
【図２】２周波Ｒａｍｐ方式における変調方法を説明する図である。
【図３】送信波が非線形な状態にあるときの波形図である。
【図４】実施例１の車載用レーダ装置のブロック構成を示す図である。
【図５】実施例１の車載用レーダ装置の変調方法を示す図である。
【図６】実施例１の車載用レーダ装置の電圧制御型発信器の特性図である。
【図７】実施例１の車載用レーダ装置に備わる信号処理部が実行するルーチンのフローチャートである。
【図８】実施例１の車載用レーダ装置に備わる信号処理部内の小区間ＦＦＴ処理を説明する図である。
【図９】実施例２の車載用レーダ装置のブロック構成を示す図である。
【図１０】実施例２の車載用レーダ装置の第二の変調方法を示す図である。
【図１１】実施例２の車載用レーダ装置に備わる第２信号処理部が実行するルーチンのフローチャートである。
【図１２】実施例３の車載用レーダ装置のブロック構成を示す図である。
【図１３】実施例３の車載用レーダ装置の変調方法を示す図である。
【図１４】実施例３の車載用レーダ装置に備わる第３信号処理部が実行するルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１８】
４００  変調切替処理部
４０１  ２周波Ｒａｍｐ変調処理部
４０２  ２周波ＣＷ変調処理部
４０３  変調補正処理部
４０４  電圧制御型発振器
４０５  送信アンテナ
４０６  受信アンテナ
４０７  ミキサ
４０８  復調処理部
４０９  Ａ／Ｄ変換部
４１０  信号処理部
４１１  報知装置
９００  パルス変調処理部
９０２  パルスカウント処理部
９０３  第２信号処理部
１２００  データ受信部
１２０１  第３信号処理部
１２０２  レーザレーダ
【図１】
0005097467.tif 000015
【図２】
0005097467.tif 000016
【図３】
0005097467.tif 000017
【図４】
0005097467.tif 000018
【図５】
0005097467.tif 000019
【図６】
0005097467.tif 000020
【図７】
0005097467.tif 000021
【図８】
0005097467.tif 000022
【図９】
0005097467.tif 000023
【図１０】
0005097467.tif 000024
【図１１】
0005097467.tif 000025
【図１２】
0005097467.tif 000026
【図１３】
0005097467.tif 000027
【図１４】
0005097467.tif 000028