(57)【要約】【課題】レーダ装置から近距離にある物標をより高い確度で検出する。【解決手段】発振周波数が可変の発振器１０と、発振器１０の出力信号を分岐させる方向性結合器１２と、方向性結合器１２で分岐された信号を遅延させる遅延回路１４と、遅延回路１４で遅延された信号を送信波として送信する送信アンテナ１６と、送信アンテナ１６から送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナ１８と、方向性結合器１２で分岐された信号と、受信アンテナ１８で受信された反射信号と、を混合するミキサ２０と、を備え、ミキサ２０で得られる信号に基づいて、物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出する。【選択図】図１
2009109370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振周波数が可変の発振器と、
前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、
前記方向性結合器で分岐された信号を遅延させる遅延回路と、
前記遅延回路で遅延された信号を送信波として送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、
前記方向性結合器で分岐された信号と、前記受信アンテナで受信された反射信号と、を混合するミキサと、
を備え、
前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
発振周波数が可変の発振器と、
前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、
前記方向性結合器で分岐された信号を送信波として空間に送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナで受信された反射信号を遅延させる遅延回路と、
前記方向性結合器で分岐された信号と、前記遅延回路からの出力信号と、を混合するミキサと、
を備え、
前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーダ装置であって、
前記遅延回路は、前記送信波が伝搬する媒体内において前記送信波が５ｍ以下進む時間だけ信号を遅延させることを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーダ装置であって、
前記遅延回路を迂回するバイパス路を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーダ装置であって、
前記遅延回路と、前記バイパス路と、のいずれか一方を選択する切替スイッチを備えることを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近距離にある物標を検出するためのレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車における前後方監視など各種の用途にレーダ装置（車載レーダ）が利用されている。そして、このような車載レーダとしてＦＭ−ＣＷレーダが知られている。ＦＭ−ＣＷレーダは周波数が時間的に変化する信号を送信波及び基準信号として利用し、物標からの反射波と基準信号との周波数差からレーダ装置と物標までの距離や方位を検出する。また、ＦＭ−ＣＷレーダでは、周波数が時間的に単調増加及び単調減少するフェーズを繰り返す信号を送信波及び基準信号として利用することによって、物標からの反射波と基準信号とのドップラシフトから物標とレーダ装置との相対速度を求めることもできる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３７２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＦＭ−ＣＷレーダでは、時間的な周波数変化を利用している都合上、レーダ装置から近距離に存在する物標が検出対象となった場合、図７に示すように、反射波と基準信号とのビート信号の周波数が小さくなる。低周波領域にはレーダ装置内で発生したり、レーダ装置外から受信されたりする直流ノイズや低周波ノイズがあり、これらのノイズと物標からの信号との分離が困難となり、物標の検出が難しくなる。
【０００５】
しかし、自動車用のレーダ装置においては、高速走行時、停止時などいろいろな状況において、衝突可能性のある物標を検出する必要があり、極めて多種類の物標を検出することが要求される。そのためには、広範囲かつ極めて近距離の物標まで検出することができ、車両から近距離に周辺静止物が存在する状況においても衝突可能性のある物標を見落とすことなく検出したいという要求がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑み、近距離にある物標についてもより高い確度での検出を可能とするレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、発振周波数が可変の発振器と、前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、前記方向性結合器で分岐された信号を遅延させる遅延回路と、前記遅延回路で遅延された信号を送信波として送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、前記方向性結合器で分岐された信号と、前記受信アンテナで受信された反射信号と、を混合するミキサと、を備え、前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするレーダ装置である。
【０００８】
本発明の別の態様は、発振周波数が可変の発振器と、前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、前記方向性結合器で分岐された信号を送信波として空間に送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信された反射信号を遅延させる遅延回路と、前記方向性結合器で分岐された信号と、前記遅延回路からの出力信号と、を混合するミキサと、を備え、前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出するレーダ装置である。
【０００９】
ここで、前記遅延回路は、前記送信波が伝搬する媒体内において前記送信波が５ｍ以下進む時間だけ信号を遅延させることが好適である。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置では５ｍ以下の近距離にある物標のセンシングが困難な場合が多く、このような場合のセンシングをより確実に行うことができる。
【００１０】
また、前記遅延回路を迂回するバイパス路を備えることが好適である。このようにバイパス路を設けることによって、近距離にある物標のみならず、遠距離にある物標も高い確度で検出することができる。さらに、前記遅延回路と、前記バイパス路と、のいずれか一方を選択する切替スイッチを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レーダ装置から近距離にある物標をより高い確度で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施の形態におけるレーダ装置は、図１に示すように、発振器１０、方向性結合器１２、遅延回路１４、送信アンテナ１６、受信アンテナ１８、ミキサ２０及び信号処理部２２を含んで構成される。レーダ装置は、例えば、車両に搭載され前方、側方、後方などの周囲の障害物や他車を監視するために用いられる。
【００１３】
発振器１０は、ＦＭ−ＣＷモードで発振する。発振器１０は、図２に示すように、所定時間発振周波数を単調増加する上りフェーズと、所定時間発振周波数を単調減少する下りフェーズを有し、これを順次繰り返す発振信号を出力する。発振信号の可変周波数はミリ波帯域（１ＧＨｚ以上１００ＧＨｚ以下程度の周波数帯域）とすることが好適である。上りフェーズと、下りフェーズにおける周波数変化の傾きの大きさは同一であり、発振周波数は、上りフェーズにおいて最低周波数から最高周波数に直線的に単調増加し、下りフェーズにおいて最高周波数から最低周波数に直線的に単調減少するようにすることが好適である。すなわち、発振周波数は、時間に従って三角波状に変化する。三角波の波形の周期や周波数可変範囲は、検出したい物標までの距離や複数の物標を検出する際の分解能などに依存して決定される。
【００１４】
発振器１０からの出力信号は、方向性結合器１２に供給され、２つに分配される。方向性結合器１２の一方の出力は遅延回路１４へ供給され、他方の出力はミキサ２０へ基準信号として供給される。
【００１５】
遅延回路１４は、方向性結合器１２からの出力信号を受けて、その信号を時間的に遅延させて出力する。遅延時間Ｔは、レーダ装置からの送信波が伝搬する媒体内において送信波が５ｍ以下進む時間とすることが好適である。例えば、空気中でレーダ装置を使用する場合、３３ｐ秒以下の遅延時間Ｔとすることが好ましい。後述するように、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置では５ｍ以下の近距離にある物標のセンシングが困難な場合が多く、遅延時間をこのように設定することによってレーダ装置から近距離にある物標をより確実にセンシングすることができる。遅延回路１４で遅延された信号は送信アンテナ１６に入力される。
【００１６】
送信アンテナ１６は、遅延回路１４から入力された信号を送信波として空間に送出する。レーダ装置が車載されている場合、車両の前方、側方、後方などの周囲の空間に送信波を送出する。このとき、送信アンテナ１６は広角アンテナとすることが好ましい。レーダ装置の検出範囲は、送信アンテナ１６から送信される送信波が到達する範囲となる。
【００１７】
空間中に送出された送信波は物標（ターゲット）によって反射され、その反射波の一部がレーダ装置の受信アンテナ１８により受信される。受信アンテナ１８は、検出範囲全体をカバーする広角な受信性能を有する広角アンテナとすることが好適である。受信アンテナ１８で得られた受信信号はミキサ２０に供給される。
【００１８】
ミキサ２０は、方向性結合器１２から基準信号、及び、受信アンテナ１８から受信信号を受けて、基準信号と受信信号とを混合（乗算）して両信号の差信号であるビート信号を含むベースバンド信号を生成する。ミキサ２０で生成されるベースバンド信号には、図３に示すように、送信波が出力されてからレーダ装置の周辺の物標で反射されて反射波として受信されるまでの時間に対応する周波数差を有する信号が含まれる。
【００１９】
信号処理部２２は、ミキサ２０で生成された信号を受けて、その信号に含まれるビート信号に基づいて監視対象空間に存在する物標とレーダ装置との距離、方位及び相対速度を求める。信号処理部２２での処理は基本的に従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置と同様である。
【００２０】
本実施の形態のレーダ装置の場合、遅延回路１４によって送信波は基準信号より時間Ｔだけ遅延されているので、仮にレーダ装置からの距離が０である物標で送信波が反射されたものとしても、基準信号と受信信号とから生成されるビート信号の周波数は０にはならず、図３に示す０地点に相当する周波数を有するものとなる。したがって、ミキサ２０で生成された信号に含まれるビート信号と０地点に相当する周波数との差からレーダ装置と物標との距離を求めることができる。
【００２１】
このとき、予め送信波に遅延を持たせておくことによって、レーダ装置と近距離にある物標からの反射波と基準信号との周波数差が小さくならない。したがって、直流ノイズや低周波ノイズの影響を受けることなく物標からの信号を検出することができる。
【００２２】
また、ＦＭ−ＣＷモードでは、ターゲットによるビート信号の周波数（ビート周波数）は、送信信号と受信信号の時間差と、ドップラシフトによるものであり、上りフェーズおよび下りフェーズの両方のビート周波数から、物標までの距離および物標との相対速度を検出することができる。例えば、一般道などで周辺に静止物が多数存在する環境では、複数の検出時間におけるビート信号の周波数の変化から物標の自車に対する相対速度を求めることができる。
【００２３】
＜変型例＞
第１の実施の形態では遅延回路１４を方向性結合器１２と送信アンテナ１６との間に配置したが、図４に示すように、遅延回路１４を受信アンテナ１８とミキサ２０との間に配置しても同様の作用を得ることができる。
【００２４】
ただし、受信信号は送信信号よりも弱められており、遅延回路１４に受信信号を通すことによってビート信号にノイズがより重畳される可能性が高くなる。この点では、遅延回路１４を方向性結合器１２と送信アンテナ１６との間に配置することがより好適であると推考される。
【００２５】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態におけるレーダ装置は、図５に示すように、発振器１０、方向性結合器１２、遅延回路１４、送信アンテナ１６ａ，１６ｂ、受信アンテナ１８、ミキサ２０、信号処理部２２、分配器２４及びバイパス回路２６を含んで構成される。発振器１０及び方向性結合器１２は上記第１の実施の形態と同様の機能を有するので説明を省略する。
【００２６】
方向性結合器１２から出力された信号は分配器２４に入力される。分配器２４は、信号処理部２２から制御信号を受けて、制御信号に応じて入力信号を送信アンテナ１６ａ又は遅延回路１４へ出力する。
【００２７】
遅延回路１４は、分配器２４からの出力信号を受けて、その信号を時間的に遅延させて出力する。遅延処理は、上記第１の実施の形態と同様である。遅延回路１４からの出力信号は送信アンテナ１６ｂへ入力される。
【００２８】
送信アンテナ１６ａは、分配器２４から遅延されていない発信信号を送信波として空間に送出する。送信アンテナ１６ｂは、遅延回路１４から入力された信号を送信波として空間に送出する。このとき、送信アンテナ１６ａ，１６ｂは広角アンテナとすることが好ましい。レーダ装置の検出範囲は、送信アンテナ１６ａ，１６ｂから送信される送信波が到達する範囲となる。
【００２９】
送信アンテナ１６ａ又は１６ｂから空間中に送出された送信波は物標（ターゲット）によって反射され、その反射波の一部がレーダ装置の受信アンテナ１８により受信される。受信アンテナ１８は、上記第１の実施の形態と同様に広角アンテナとすることが好適である。受信アンテナ１８で得られた受信信号はミキサ２０に供給される。ミキサ２０は、方向性結合器１２から基準信号、及び、受信アンテナ１８から受信信号を受けて、基準信号と受信信号とを混合（乗算）して両信号の差信号であるビート信号を含むベースバンド信号を生成する。
【００３０】
ミキサ２０では、送信波が出力されてからレーダ装置の周辺の物標で反射されて反射波として受信されるまでの時間に対応する周波数差を有する信号が含まれる。図６のＡに示すように、分配器２４から直接入力された信号を送信波とした場合、基準信号と送信波との間に遅延がないため、通常のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置と同様にビート信号が生成される。一方、遅延回路１４を介して遅延された信号を送信波とした場合、図６のＢに示すように、上記第１の実施の形態と同様にビート信号が生成される。
【００３１】
信号処理部２２は、ミキサ２０で生成された信号を受けて、その信号に含まれるビート信号に基づいて監視対象空間に存在する物標とレーダ装置との距離、方位及び相対速度を求める。信号処理部２２での処理は基本的に従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置と同様である。また、信号処理部２２は、レーダ装置と物標との距離が近距離になると分配器２４の出力信号が遅延回路１４へ出力されるようにする制御信号を出力し、レーダ装置と物標との距離が遠距離になると分配器２４の出力信号がバイパス回路２６を介して送信アンテナ１６ａへ出力されるようにする制御信号を出力する。出力信号は分配器２４へ入力される。ここで、近距離とは５ｍ以下の範囲とすることが好適である。
【００３２】
送信波に遅延を持たせない場合、レーダ装置と物標との距離が小さくなるにつれて基準信号と反射信号との周波数差は０に近づく。この場合、レーダ装置と物標とが遠距離にある場合には物標までの距離を正確に検出することができるが、５ｍ以下程度に近距離となると直流ノイズや低周波ノイズの影響を受けて物標を正しく検出できなくなる。そこで、レーダ装置と物標とが近距離になると信号処理部２２から分配器２４の出力信号が遅延回路１４を介して送信アンテナ１６ｂへ出力されるようにする制御信号を出力し、送信波が遅延されたものとする。予め送信波に遅延を持たせておくことによって、レーダ装置と近距離にある物標からの反射波と基準信号との周波数差が小さくならない。したがって、直流ノイズや低周波ノイズの影響を受けることなく物標からの信号を検出することができる。
【００３３】
一方、レーダ装置と物標とが遠距離になると信号処理部２２から分配器２４の出力信号がバイパス回路２６を介して送信アンテナ１６ａへ出力されるようにする制御信号を出力し、送信波が遅延されていないものとする。
【００３４】
なお、本実施の形態では、遅延回路１４とバイパス回路２６とを切り替えて遅延された送信波又は遅延されていない送信波のいずれか一方を送出する構成としたが、遅延回路１４とバイパス回路２６とを切り替える構成とすることなく、遅延された送信波及び遅延されていない送信波を同時に送出する構成としてもよい。この場合、ミキサ２０では図６のＡ及びＢのビート信号が同時に生成されることとなり、レーダ装置と物標とが近距離にある場合及び遠距離にある場合のいずれにおいても物標を正確にセンシングすることができる。
【００３５】
また、本実施の形態においてもドップラシフトに基づいて物標までの距離および物標との相対速度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施の形態におけるレーダ装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における発振信号と遅延信号とを示す図である。
【図３】第１の実施の形態におけるビート信号の生成を示す図である。
【図４】第１の実施の形態におけるレーダ装置の変形例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態におけるレーダ装置の構造を示す断面図である。
【図６】第２の実施の形態におけるビート信号の生成を示す図である。
【図７】従来のレーダ装置のビート信号の生成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  発振器、１２  方向性結合器、１４  遅延回路、１６（１６ａ，１６ｂ）  送信アンテナ、１８  受信アンテナ、２０  ミキサ、２２  信号処理部、２４  分配器、２６  バイパス回路。
【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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