(57)【要約】【課題】ＦＭ−ＣＷレーダ装置による至近距離での相対距離検出精度を向上させる。【解決手段】レーダ波を送信信号として送信し、物標により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置において、前記送信信号の周波数が上昇と下降とを交互に繰返すように第１の周波数変調を行い、前記第１の周波数変調が行われたときの第１の送信信号と第１の受信信号との周波数差に基づいて前記物標との第１の相対距離を検出する第１の相対距離検出処理を行う相対距離検出手段は、至近距離では、前記送信信号の周波数を切り替える第２の周波数変調を行い、送受信信号により生成される定在波の波数をカウントすることにより、そのカウント値と、前記第２の周波数変調による切り替え前の周波数と切り替え後の周波数の周波数差とに基づき、前記物標との第２の相対距離を検出するので、精度良く相対距離を検出できる。【選択図】図６
2009058335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ波を送信信号として送信し、物標により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置において、
前記送信信号の周波数が上昇と下降とを交互に繰返すように第１の周波数変調を行い、前記第１の周波数変調が行われたときの第１の送信信号と第１の受信信号との周波数差に基づいて前記物標との第１の相対距離を検出する第１の相対距離検出処理を行う相対距離検出手段を有し、
前記相対距離検出手段は、過去に検出された前記第１の相対距離が基準距離以上であるときは、前記第１の周波数変調と前記第１の相対距離検出処理とを繰り返し、前記第１の相対距離が前記基準距離未満のときは、前記送信信号の周波数を切り替える第２の周波数変調を行い、前記第２の周波数変調が行われたときに受信された第２の受信信号からドップラ信号を検出し、当該ドップラ信号のレベルが基準レベル未満のときに、当該第２の受信信号のレベルの増減の回数をカウントし、前記カウントの値と、前記第２の周波数変調による切り替え前の前記送信信号の周波数と切り替え後の前記送信信号の周波数の周波数差とに基づき、前記物標との第２の相対距離を検出する第２の相対距離検出処理を行うことを特徴とするレーダ装置。  
【請求項２】
請求項１において、
前記相対距離検出手段は、前記第２の相対距離検出処理の後、前記ドップラ信号のレベルが前記基準レベル以上となったときは、前記ドップラ信号の波数と、前記第２の周波数変調が行われたときに送信される第２の送信信号の波長とに基づき前記レーダ装置が移動した移動距離を検出し、前記第２の相対距離と当該移動距離とに基づき前記物標との第３の相対距離を検出する第３の相対距離検出処理を行うことを特徴とするレーダ装置。  
【請求項３】
請求項２において、
前記相対距離検出手段は、前記ドップラ信号のレベルが前記基準レベル以上となるときの前記第２の受信信号のレベルの増減に基づき、前記レーダ装置が移動した方向を検出し、当該移動方向にさらに基づいて前記第３の相対距離検出処理を行うことを特徴とするレーダ装置。  
【請求項４】
請求項１において、
前記第１の相対距離が前記基準距離以上のときは第１の角度範囲で、前記基準距離未満のときは前記第１の角度範囲より小さい第２の角度範囲で、前記第１の送信信号の送信と前記第１の受信信号の受信を行う、送受信角度範囲制御手段をさらに有することを特徴とするレーダ装置。  
【請求項５】
レーダ波を送信信号として送信し、物標により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置による前記物標との相対距離検出方法において、
前記送信信号の周波数が上昇と下降とを交互に繰返すように第１の周波数変調を行い、
前記第１の周波数変調が行われたときの第１の送信信号と第１の受信信号との周波数差に基づいて前記物標との第１の相対距離を検出する第１の相対距離検出処理を行い、
過去に検出された前記第１の相対距離が基準距離以上であるときは、前記第１の周波数変調と前記第１の相対距離検出処理とを繰り返し、前記第１の相対距離が前記基準距離未満のときは、前記送信信号の周波数を切り替える第２の周波数変調を行い、前記第２の周波数変調が行われたときに受信する第２の受信信号から検出されるドップラ信号のレベルが基準レベル未満のときに、当該第２の受信信号のレベルの増減の回数をカウントし、前記カウントの値と、前記第２の周波数変調による切り替え前の前記送信信号の周波数と切り替え後の前記送信信号の周波数の周波数差とに基づき、前記物標との第２の相対距離を検出する第２の相対距離検出処理を行うことを特徴とする物標検出方法。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ波を送信信号として送信し、物標により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置及びこれによる物標の相対距離検出方法に関し、特に、送信信号の周波数が上昇と下降とを交互に繰返す周波数変調を行い、前記送信信号と受信信号の周波数差に基づいて前記物標との相対距離を検出する相対距離検出手段を有するレーダ装置及びこれによる物標の相対距離検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数変調された連続波を送受信して物標との相対距離を検出する、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）レーダ装置が知られており、その一例が、特許文献１に記載されている。図１は、ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、物標との相対距離を検出する原理を説明する図である。図１（Ａ）には、電磁波をレーダ波として用いるＦＭ−ＣＷレーダ装置の送信信号と受信信号の、時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化が示される。
【０００３】
まず、実線で表される送信信号Ｗ１は、周波数ｆｍ、振幅ΔＦの三角波に従って周波数変調される。すなわち、送信信号Ｗ１の周波数は、三角波の上昇期間に対応する周波数上昇期間ＵＰ内に周波数変調幅ΔＦで漸増し、三角波の下降期間に対応する周波数下降期間ＤＮ内に周波数変調幅ΔＦで漸減する。そして、これが１／ｆｍを１変調周期として繰返される。
【０００４】
この送信信号Ｗ１が物標により反射されると、受信信号Ｗ２は、点線で示すように、相対距離に応じた時間的遅れΔＴ１と、相対速度に応じたドップラ周波数ΔＤの分、偏移を受ける。そして、このような送信信号Ｗ１と受信信号Ｗ２をミキシングすると、両者の周波数差に対応して、図１（Ｂ）に示すように周波数変化する、ビート信号Ｂ１が得られる。このとき、周波数上昇期間ＵＰにおけるビート信号Ｂ１の周波数をアップビート周波数ｆｕ、周波数下降期間ＤＮの周波数をダウンビート周波数ｆｄとする。
【０００５】
ここで、受信信号Ｗ２の時間的遅れΔＴ１は、レーダ波が物標との相対距離を１往復する時間であるので、Ｃを光速としたとき、相対距離Ｒは次の式Ａ１で表される。
【０００６】
Ｒ＝Ｃ・ΔＴ１／２  …（式Ａ１）
また、送信信号Ｗ１の周波数変調周期１／ｆｍ、三角波の振幅ΔＦは所与であるので、これらとアップビート周波数ｆｕ、ダウンビート周波数ｆｄとから、時間差ΔＴ１は、次の式Ａ２で表される
ΔＴ１＝（ｆｕ+ｆｄ）／（２・ΔＦ・ｆｍ）  …（式Ａ２）
すると、式Ａ１、式Ａ２から、相対距離Ｒは、次の式Ａ３により表される。
【０００７】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ）  …（式Ａ３）  
よって、ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、ビート信号Ｂ１をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理してアップビート周波数ｆｕとダウンビート周波数ｆｄとを検出することにより、これらと所与である送信信号の周波数変調周期１／ｆｍと周波数変調幅ΔＦとを用いて、物標との相対距離Ｒを上記の式Ａ３に従って算出する。
【０００８】
図２は、ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、車両の後方監視用レーダ装置として用いられる場合の使用状況を示す。図２（Ａ）に示すように、ＦＭ−ＣＷレーダ装置であるレーダ装置１０は、車両１の後部に搭載される。そして、レーダ装置１０は、車両１の後方正面Ｂを中心とする所定の角度範囲αを往復して揺動するアンテナを用い、このアンテナから上記のように周波数変調された送信信号を送信して、車両１の後方をスキャンする。このとき、レーダ装置１０は、所定の方位角θごとに１対の周波数上昇期間と下降期間が対応するように、送信信号の変調周期とアンテナの動作を同期させる。
【０００９】
このとき、どの方位角から受信信号が得られるかは未知であるので、上記のＦＦＴ処理は、方位角θに対応する送信信号の周波数変調周期ごとに行われる。そうすることにより、物標、つまり後続車両２が存在する、後方正面Ｂに対する方位角θ２から受信信号が得られたときに、アップ／ダウンビート周波数から方位角θ２における物標との相対距離Ｒが算出される。
【特許文献１】特開平８−１７０９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、近年では、車両を後進させて車庫に入庫する際に、後方の障害物との相対距離を検出して乗員に通知する、バックセンサの開発が進められている。そして、車両における機器の搭載スペースの制約と、低コスト化の要請とから、上記のようなＦＭ−ＣＷレーダ装置をバックセンサとして併用することが提案されている。
【００１１】
図２（Ｂ）は、レーダ装置１０がバックセンサとして用いられる場合の、使用状況を示す。一般に、運転者が車両を入庫するときは、車庫の壁面３などの障害物に衝突しないように車両を小刻みに前後させながら、停車位置を調整する。よって、バックセンサには、物標、つまり壁面との相対距離Ｒをセンチ単位、より好適にはミリ単位の精度で検出することが求められる。
【００１２】
しかしながら、ＦＭ−ＣＷレーダ装置においては、物標との相対距離が近くなると、図１（Ｃ）に示すように、送信信号が送信されてから受信信号が受信されるまでの時間差ΔＴ２は、図１（Ａ）の場合より小さくなる。すると、このとき、図１（Ｄ）に示すように、ビート信号Ｂ２は周波数上昇期間ＵＰと下降期間ＤＮにおいて図１（Ｂ）の場合より低周波となる。すなわち、ビート信号Ｂ２の波長が長くなる。
【００１３】
ここで、ＦＦＴ処理は、１波長以上の長さの信号に対し、その信号の波が無限に連続すると仮定して演算が行われる。すると、ＦＭ−ＣＷレーダ装置において、例えば周波数１ＫＨｚの三角波に従って、中心周波数７６ＧＨｚのミリ波帯のレーダ波を変調幅１００ＭＨｚで変調したレーダ波を用いる場合、１０メートル〜数メートル以下の至近距離では、送信信号の１変調周期以内にビート信号をＦＦＴ処理するときに、その時間内にビート信号の１波長が検出できず、相対距離を正確に検出できないという問題が生じる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、至近距離でも精度よく相対距離を検出できるＦＭ−ＣＷレーダ装置、及びその相対距離検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、レーダ波を送信信号として送信し、物標により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置において、前記送信信号の周波数が上昇と下降とを交互に繰返すように第１の周波数変調を行い、前記第１の周波数変調が行われたときの第１の送信信号と第１の受信信号との周波数差に基づいて前記物標との第１の相対距離を検出する第１の相対距離検出処理を行う相対距離検出手段を有し、前記相対距離検出手段は、過去に検出された前記第１の相対距離が基準距離以上であるときは、前記第１の周波数変調と前記第１の相対距離検出処理とを繰り返し、前記第１の相対距離が前記基準距離未満のときは、前記送信信号の周波数を切り替える第２の周波数変調を行い、前記第２の周波数変調が行われたときに受信する第２の受信信号からドップラ信号を検出し、当該ドップラ信号のレベルが基準レベル未満のときに、当該第２の受信信号のレベルの増減の回数をカウントし、前記カウント値と、前記第２の周波数変調による切り替え前の前記送信信号の周波数と切り替え後の前記送信信号の周波数の周波数差とに基づき、前記物標との第２の相対距離を検出する第２の相対距離検出処理を行うことを特徴とする。
【００１６】
上記側面の好ましい態様では、前記相対距離検出手段は、前記第２の相対距離検出処理の後、前記ドップラ信号のレベルが前記基準レベル以上となったときは、前記ドップラ信号の波数と、前記第２の周波数変調が行われたときに送信される第２の送信信号の波長とに基づき前記レーダ装置が移動した移動距離を検出し、前記第２の相対距離と当該移動距離とに基づき前記物標との第３の相対距離を検出する第３の相対距離検出処理を行うことを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１７】
レーダ装置がバックセンサとして用いられる場合は、車両が停止状態と移動状態とを繰返す状況において、静止物との相対距離を精度良く検出することが望まれる。上記側面によれば、過去に検出された相対距離から今回検出しようとする相対距離が至近距離であることを判定する。そして、至近距離であるときには、相対距離検出手段は、前記送信信号の周波数を切り替える第２の周波数変調を行い、前記第２の周波数変調が行われたときに受信する第２の受信信号からドップラ信号を検出し、当該ドップラ信号のレベルが基準レベル未満のとき、つまり、車両が停止状態であるときに、当該第２の受信信号のレベルの増減の回数をカウントし、前記カウント値と、前記第２の周波数変調による切り替え前の前記送信信号の周波数と切り替え後の前記送信信号の周波数の周波数差とに基づき、前記物標との第２の相対距離を検出する第２の相対距離検出処理を行う。すなわち、送信信号が複数の異なる周波数のときに静止物とレーダ装置との間に送信信号と受信信号とから生成される定在波を用いることにより、至近距離における相対距離を検出する。
【００１８】
ここで、１０〜数メートル以下の至近距離では、ビート信号が低周波となることに起因してＦＭ−ＣＷ方式による相対距離検出精度が低下する。しかし、定在波は送信信号と同じ周波数であるので、送受信信号の周波数差に対応するビート信号より高周波となり、かかる問題は生じない。よって、至近距離であっても、良好な相対距離検出精度を得ることができる。
【００１９】
上記側面の好ましい態様によれば、前記相対距離検出手段は、前記第２の相対距離検出処理の後、前記ドップラ信号のレベルが前記基準レベル以上となったときは、前記ドップラ信号の波数に基づき前記レーダ装置が移動した移動距離を検出し、前記第２の相対距離と当該移動距離とに基づき前記物標との第３の相対距離を検出する第３の相対距離検出処理を行うので、至近距離において、車両が停止状態のときだけでなく、車両が移動中であっても静止物との相対距離を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】
【００２０】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００２１】
図３は、本実施形態におけるレーダ装置１０の構成図である。まず、レーダ装置１０は、図２（Ａ）に示したように、車両の後部に搭載されて、後続車両などの物標との相対距離を検出する後方監視用の車載レーダ装置として用いられる。このとき、レーダ装置１０は、ＦＭ−ＣＷレーダ装置として機能する。
【００２２】
レーダ装置１０がＦＭ−ＣＷレーダ装置として機能するときは、変調信号発生器１２は、信号処理部２４からの指示に応答して、ＦＭ−ＣＷ方式の周波数変調信号を生成する。そして、発振器１４は、その周波数変調信号に応じて周波数変調されたレーダ波を生成する。ここで、図４において、横軸を時間、縦軸を周波数として、レーダ波の変調パターンを示す。すると、このとき生成される、ＦＭ−ＣＷ方式によるレーダ波の変調パターンは、図４（Ａ）に示すように、周波数ｆｍ（例えば、１ＫＨｚ）の三角波をベースバンドとして、周波数変調幅ΔＦ（例えば１ＭＨｚ）で周波数の漸増と漸減とが交互に繰返される、周波数変調パターンＰ１となる。
【００２３】
そして、生成されたレーダ波は増幅器１５により増幅された後、サーキュレータ１６からアンテナ１７に出力される。すると、アンテナ１７は、このレーダ波を送信信号として送信する。このとき、アンテナ駆動部１８は、アンテナ１７を揺動させて所定の角度範囲αを往復運動させる。これにより、角度範囲αがレーダ波により、反復してスキャンされる。また、アンテナ駆動部１８によるアンテナ１７の揺動動作は、所定の方位角単位θごとに、１対の周波数上昇期間ＵＰと下降期間ＤＮとが対応するように同期がとられる。そして、アンテナ１７は、物標で反射された送信信号を受信信号として受信する。すると、受信信号は、サーキュレータ１６から増幅器１９を介してミキサ２０に入力される。
【００２４】
ミキサ２０は、送信信号の一部と受信信号とを混合し、両者の周波数差に対応するビート信号を生成する。そして、ビート信号は、帯域通過フィルタ２２により高周波ノイズが除去された後、信号処理部２４に入力される。
【００２５】
信号処理部２４は、一例として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータで構成される。信号処理部２４では、アナログの入力信号がＡＤ変換され、ＣＰＵがＲＯＭに予め格納された各種処理プログラムに従って、ＲＡＭを作業領域として用いながらディジタル信号に基づき各種演算処理を実行する。
【００２６】
具体的には、信号処理部２４は、まずビート信号をＦＦＴしてアップ／ダウンビート周波数とを検出し、それぞれの周波数の信号レベルを検出する。この処理は、上記のアンテナが揺動する方位角θごとに、つまり、周波数上昇期間ＵＰと周波数下降期間ＤＮとからなる送信信号の１変調周期（１／ｆｍ）ごとに行われる。そして、信号処理部２４は、これらを用いて物標との相対距離を検出する。よって、かかる処理を実行する信号処理部２４が、「相対距離検出手段」２４ａに対応する。また、信号処理部２４は、相対距離のほかに、相対速度、方位角等を検出し、これらの検出結果は車両の衝突対応制御を行う電子制御装置（図示を省略）に出力される。
【００２７】
さらに、信号処理部２４は、アンテナ駆動部１８を制御して、アンテナの揺動範囲を増大または縮小させる。そうすることにより、送信信号でスキャンされる角度範囲が変更される。かかる処理を行う信号処理部２４は、「送受信角度範囲制御手段」２４ｂに対応する。
【００２８】
本実施の形態においては、レーダ装置１０は、図２（Ｂ）に示したように、車両のバックセンサとしても用いられる。ここで、レーダ装置１０がバックセンサとして用いられるときは、物標との相対距離が１０〜数メートル以下の至近距離であることが想定される。その場合、図１で説明したように、ＦＭ−ＣＷ方式で相対距離を検出しようとすると、ビート周波数が低周波となり、１変調周期内のＦＦＴ処理時間中に１波長が検出されなくなる。すると、相対距離の検出精度が低下してしまう。
【００２９】
また、レーダ装置１０がバックセンサとして用いられるときは、車両の停止状態と前後方への移動とが交互に繰返される蓋然性が大きいと想定される。さらに、このとき、検出対象の物標は車庫の壁面などの静止物が想定される。よって、レーダ装置１０は、至近距離では、車両の停止状態を検出し、車両が停止したときに、ＦＭ−ＣＷ方式とは異なる方式、つまり定在波を用いて静止物との相対距離を検出する。そのために、レーダ装置１０は、さらに次のような構成を有する。
【００３０】
まず、信号処理部２４は、周波数変調器１２に、送信信号の周波数変調パターンの変更を指示する。具体的には、図４（Ａ）に示したＦＭ−ＣＷ方式の変調パターンＰ１から、図４（Ｂ）に示すような変調パターンＰ２に変更するように指示する。変調パターンＰ２では、一定周波数ｆ１の送信信号が生成された後、送信信号の周波数を周波数ｆ１より高い周波数ｆ２に、そして、その逆に、直線的に切替えが行われる。そして、この変調パターンＰ２においては、周波数ｆ１からｆ２への切替、及びその逆の切替は、それぞれ変調パターンＰ１の１変調周期と同じ時間内に行われる。
【００３１】
送信信号の周波数がｆ１に固定されると、レーダ装置１０と静止物との間の空間において、同一の周波数の送受信信号が干渉して定在波が生成される。この定在波はアンテナ１７で受信され、増幅された受信信号がミキサ２０に入力される。すると、ミキサ２０は、アンテナ１７が受信する定在波を送信信号と混合して中間周波信号にダウンコンバートする。
【００３２】
また、信号処理部２４は、この中間周波信号をＦＦＴ処理してドップラ周波数を検出し、そのレベル、つまりドップラ信号のレベルを検出する。そして、ドップラ信号のレベルがゼロのとき、つまり、相対速度がゼロのときは、静止物の物標に対して車両が停止状態であると判断できる。よって、この場合、信号処理部２４は、アンテナ１７で受信する定在波のレベルを検出し、そのレベルが、送信信号の周波数をｆ１からｆ２に上昇させたときにどのように変化するかを観測することで、至近距離での静止物との相対距離を検出する。
【００３３】
よって、かかる処理を実行する信号処理部２４が、「相対距離検出手段」２４ａに対応する。このとき、レーダ装置１０は、定在波レーダとして機能することで、バックセンサとしての機能を果たす。
【００３４】
ここで、図５を用いて、定在波を用いた相対距離検出方法について説明する。図５（Ａ）に示すように、送信信号の周波数がｆ１のときに生成される定在波ＳＷ１の波長λ１（＝Ｃ／ｆ１、Ｃは光速）を用いると、静止物との相対距離Ｒにおいて生成される定在波ＳＷ１の波数Ｎ１は、次の式Ｂ１により表される。
【００３５】
Ｎ１＝Ｒ／λ１  …（Ｂ１）
次に、図５（Ｂ）に示すように、信号処理部２４は、周波数変調パターンＰ２によって送信信号の周波数をｆ１からｆ２に上昇させるときに、波数の増分ΔＮを、定在波のレベルの振幅をカウントすることにより検出する。そして、図５（Ｃ）に示すように、送信信号の周波数がｆ２のときに生成される定在波ＳＷ２の波長λ２（＝Ｃ／ｆ２）を用いると、静止物との相対距離Ｒにおいて生成される定在波ＳＷ１の波数Ｎ２は、次の式Ｂ２により表される。
【００３６】
Ｎ２＝Ｒ／λ２  …（Ｂ２）
ここで、検出されたΔＮは、ΔＮ＝Ｎ２−Ｎ１であるので、上記の式Ｂ１、Ｂ２から、次の式Ｂ３が成り立つ。
【００３７】
ΔＮ＝Ｎ２−Ｎ１＝Ｒ（１／λ１−１／λ２）  …（Ｂ３）
そして、λ１＝Ｃ／ｆ１、λ２＝Ｃ／ｆ２であることから、上記の式Ｂ３は、次のようになる。
【００３８】
ΔＮ＝Ｒ・（ｆ１−ｆ２）／Ｃ  …（Ｂ４）
すると、上記の式Ｂ４において、ΔＮ、周波数ｆ１、ｆ２は既知である。よって、信号処理部２４は、次の式Ｂ５により相対距離Ｒを算出する。
【００３９】
Ｒ＝ΔＮ・Ｃ／（ｆ１−ｆ２）…（Ｂ５）
このような構成により、本実施形態のレーダ装置１０は、比較的遠距離ではＦＭ−ＣＷレーダ装置として機能することで、後方の他車両を監視する車載レーダとしての機能を果たし、至近距離では定在波レーダとして機能することで、車両後方の静止物との相対距離を検出するバックセンサとしての機能を果たす。すなわち、本実施形態によれば、レーダ装置１０はＦＭ−ＣＷレーダ装置としてのハード構成を活用しながら、至近距離の検出精度を向上させることができ、バックセンサとしての機能を兼ね備えることができる。
【００４０】
図６は、本実施形態におけるレーダ装置１０の動作手順を説明するフローチャート図である。図６に示す手順は、アンテナ１７がレーダ波により角度範囲αを１回スキャンするごとに実行される、信号処理部２４の動作手順に対応する。
【００４１】
まず、信号処理部２４は、上記の周波数変調パターンＰ１での周波数変調を変調信号発生器１２に指示する（Ｓ１０）。すると、物標が存在する方位角においては、ミキサ２０によりビート信号が生成される。次に、信号処理部２４は、ビート信号をＦＦＴ処理し、送信波の周波数上昇期間と下降期間それぞれにおける送信波と受信波の周波数差に対応する周波数、つまりアップ／ダウンビート周波数と、それぞれの周波数におけるビート信号のレベルとを検出する（Ｓ１２）。そして、信号処理部２４は、ビート信号のレベルが、近隣の方位角のうち最も大きい方位角θを物標の方位角として検出する（Ｓ１６）。
【００４２】
また、信号処理部２４は、その方位角における物標との相対距離を算出する（Ｓ１８）。このとき、信号処理部２４は、後に詳述するように、前回のスキャンで検出された相対距離と基準距離とを比較し、今回検出しようとする相対距離が基準距離以上の比較的遠距離であるときは、ＦＭ−ＣＷ方式により、つまりアップ／ダウンビート周波数から相対距離を算出し、基準距離未満の至近距離であるときは、定在波を用いた方法により物標との相対距離を算出する。
【００４３】
さらに、信号処理部２４は、ＦＭ−ＣＷ方式により相対距離を検出したときは、アップ／ダウンビート周波数から物標の相対速度も算出する（Ｓ１９）。なお、相対速度Ｖは、次式Ａ４により求められる。次式Ａ４において、ｆ０は、図１で示した送信信号Ｗ１の周波数変調幅ΔＦにおける中心周波数を示す。
【００４４】
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０）  …（式Ａ４）  
そして、信号処理部２４は、過去のスキャンにおける検出結果と、今回のスキャンでの検出結果の連続性の有無に基づいて検出結果の信頼性を判定し（Ｓ２０）、信頼性を有すると判定した出力結果を車両の制御装置に出力する（Ｓ２２）。
【００４５】
図７は、図６で示した相対距離検出手順Ｓ１８のサブルーチンに対応する手順を示すフローチャート図である。まず、信号処理部２４は、前回のスキャンで検出された相対距離が基準距離を上回るかを判定する（Ｓ３２）。ここで、基準距離は、ＦＭ―ＣＷ方式により正確な相対距離検出が担保される距離範囲の下限、例えば数メートル〜１０メートル程度に設定される。
【００４６】
判定結果が「ＹＥＳ」のときは、ＦＭ−ＣＷ方式により正確な相対距離検出が可能であるので、信号処理部２４は、ＦＭ−ＣＷ方式により、物標との相対距離を検出する（Ｓ４４）。すなわち、信号処理部２４は、ＦＦＴ処理により得られたアップ／ダウンビート周波数から、上述した式Ａ３に基づいて、相対距離を算出する。そして、図７の手順を終了し、図５で示した手順Ｓ１９に進む。
【００４７】
一方、判定結果が「ＮＯ」のとき、つまり、ＦＭ−ＣＷ方式では今回のスキャンで検出される物標との相対距離の精度が担保されないとき、手順Ｓ３４に進む。
【００４８】
そして、信号処理部２４は、アンテナ駆動部１８を制御して、アンテナが揺動する角度範囲を小さくすることで、スキャン範囲を狭くする（Ｓ３４）。そうすることで、１スキャンあたりの所要時間を短くでき、至近距離での静止物との相対距離検出処理全体をより速く実行することができる。また、そうすることで、後述するように定在波を用いて相対距離を検出するときに、検出対象の物標の数を減らすことができるため、マルチターゲットによる影響を小さくすることができる。
【００４９】
そして、その場合、信号処理部２４は、送信信号変調パターンをＰ１からＰ２に切り替える（Ｓ３５）。すると、周波数ｆ１に固定された送信信号と、静止物で反射された反射信号とが干渉し、定在波が生成される。また、ミキサ２０により、周波数ｆ１またはｆ２の送信信号とその受信信号と周波数差に対応するドップラ信号が生成される。
【００５０】
信号処理部２４は、まず、受信信号から検出されるドップラ信号のレベルから、車両の停止状態を検出する。すなわち、ドップラ信号のレベルが０のときは（Ｓ３６のＮＯ）、静止物である物標との相対速度がゼロであるので、車両は停止状態にあると判断される。
【００５１】
そして、このドップラ信号のレベルが０より大きくならなければ、つまり、車両と物標との相対速度が発生せず、車両が停止状態にあるときは（Ｓ３８のＮＯ）、信号処理部２４は、定在波のレベル変化から、静止物との相対距離を検出する（Ｓ４１）。
【００５２】
本実施形態ではさらに、至近距離において車両が再び移動する場合に、ドップラ信号を用いることで、至近距離において移動中の車両の、静止物との相対距離を検出する。まず、信号処理部２４は、上記のドップラ信号のレベルが０より大きくなると、車両と物標との相対速度が発生したこと、つまり車両の移動開始を検出する（Ｓ３８のＹＥＳ）。
【００５３】
ここで、ドップラ信号によると、移動距離は算出できても、移動方向は算出できない。よって、その場合、信号処理部２４は、定在波を用い、次のような手順で、移動方向が静止物から遠ざかる方向、つまり遠向か、近づく方向、つまり近向かを判定する（Ｓ４０）。
【００５４】
図８は遠向と近向の判定方法を説明する図である。図８は、横軸上の位置Ｌにある物標と、位置Ｌ１またはＬ２にあるレーダ装置１０との間に生成される定在波ＳＷ１、２を示す。そして、縦軸はレーダ装置１０における定在波の受信レベルを示す。
【００５５】
図８（Ａ）、（Ｂ）において、送信信号の周波数がｆ１のときの定在波ＳＷ１（実線で図示）と、ｆ２のときの定在波ＳＷ２（点線で図示）を示す。ここで、送信信号の周波数がｆ１であり、定在波ＳＷ１が生成されていると仮定する。
【００５６】
まず、レーダ装置１０の位置が、定在波ＳＷ１のピークが検出される位置Ｌｐの左側の位置Ｌ１（図８（Ａ））、あるいは右側の位置Ｌ２（図８（Ａ））のいずれであるかを判別する。そのために、レーダ装置１０が送信信号の周波数をｆ１からｆ２に上昇させると、レーダ装置１０と物標との間に形成される定在波の波数は増加する。このとき、図８（Ａ）に示すように、レーダ装置１０が、定在波ＳＷ１のピークが形成される位置Ｌｐの左側の位置Ｌ１に位置する場合には、定在波ＳＷ１の受信レベルＶ１は、定在波ＳＷ２の受信レベルＶ２まで低下する。一方、図８（Ｂ）に示すように、レーダ装置１０が、定在波ＳＷ１のピークが形成される位置Ｌｐの右側の位置Ｌ２に位置する場合には、定在波ＳＷ１の受信レベルＶ３は、定在波ＳＷ２の受信レベルＶ４まで上昇する。
【００５７】
また、反対に、レーダ装置１０が、送信信号の周波数をｆ２からｆ１に下降させると、レーダ装置１０と物標との間に形成される定在波の波数は減少する。すると、この場合、図８（Ａ）、（Ｂ）から、上記の定在波の受信レベルの増減関係とは逆の関係が成立する。
【００５８】
このように、送信信号の周波数をｆ１からｆ２に上昇、または、ｆ２からｆ１に下降させた直後の定在波の受信レベルを観測することにより、レーダ装置１０の位置が定在波のピークが形成される位置Ｌｐの左側の位置Ｌ１か、右側の位置Ｌ２かが判定できる。
【００５９】
次に、上記の位置Ｌ１またはＬ２を基準として、車両の移動方向の遠向／近向を判定する。まず、図８（Ｃ）に示すように、レーダ装置１０の位置が定在波ＳＷ１のピークが形成される位置Ｌｐの左側の位置Ｌ１のとき、送信信号の周波数を例えばｆ１に固定したまま、レーダ装置１０が位置Ｌｆ１、つまり物標から遠向に移動すると、定在波ＳＷ１の受信レベルＶ４は、Ｖ５に低下する。反対に、レーダ装置１０が位置Ｌｎ１、つまり物標から近向に移動すると、定在波ＳＷ１の受信レベルＶ４は、Ｖ６に上昇する。一方、図８（Ｄ）に示すように、レーダ装置１０の位置が定在波ＳＷ１のピークが形成される位置Ｌｐの右側の位置Ｌ２のとき、送信信号の周波数を例えばｆ１に固定したまま、レーダ装置１０が位置Ｌｆ２、つまり物標から遠向に移動すると、定在波ＳＷ１の受信レベルＶ７はＶ８に上昇し、位置Ｌｎ２、つまり物標から近向に移動すると、受信レベルＶ９に低下する。
【００６０】
上記のような対応関係は、図８（Ｅ）のテーブルに示される。このようなテーブルは、予め信号処理部２４のＲＯＭに格納される。そして、信号処理部２４は、このテーブルを参照することにより、遠向または近向を判定する。
【００６１】
すると、信号処理部２４は、再度手順Ｓ３２〜Ｓ３６を実行し、手順Ｓ３６でドップラ信号のレベルから車両が移動中であるかを判定する。このときは、移動開始後であるので、相対速度が生じておりドップラ信号のレベルは０より大きい。よって、判定結果は「ＹＥＳ」であるので、手順Ｓ４２に進む。
【００６２】
そして、ドップラ周波数から、車両の移動距離を算出する。ここで、ドップラ周波数をｆｐ、送信信号の周波数をｆ１とすると、受信信号の周波数は、ｆ１+ｆｐとなる。そして、車両と物標との相対速度、つまり車両の移動速度をＶ、光速をＣとすると、次の式Ｃ１が成り立つ。
【００６３】
ｆ１+ｆｐ＝（（Ｃ＋Ｖ）／Ｃ）・ｆ１、すなわち、ｆｐ＝（Ｖ／Ｃ）・ｆ１  …（式Ｃ１）
ここで、Ｔ秒間に車両が速度Ｖ（ｍ／sec）で移動距離Ｓ（ｍ）移動する間に、ドップラ信号がＮ波生じたとすると、Ｎ、Ｔ、Ｖ、Ｓ、及びｆｐの関係は、次のようになる。
【００６４】
Ｓ＝Ｖ・Ｔ（ｍ）  …（式Ｃ２）
ｆｐ＝Ｎ／Ｔ（Ｈｚ）  …（式Ｃ３）
すると、ドップラ信号の１波長が検出される間に車両が移動する距離Ｓ０は、次の式Ｃ４で表される。
【００６５】
Ｓ０＝Ｓ／（２・Ｎ）  …（式Ｃ４）
そして、式Ｃ３からＮ＝Ｔ・ｆｐとなり、これと式Ｃ２とを式Ｃ４に代入すると、
Ｓ０＝Ｖ・Ｔ／（２・Ｔ・ｆｐ）＝Ｖ／２・ｆｐ  …（式Ｃ４）となる。
【００６６】
そして、式Ｃ１を式Ｃ４に代入すると、
Ｓ０＝Ｖ／（２・（Ｖ／Ｃ）・ｆ１）＝（１／２）・（Ｃ／ｆ１）＝λ／２  …（式Ｃ５）
となる（λは、周波数ｆ１の送信信号の１波長、すなわちλ＝Ｃ／ｆ１）。
【００６７】
ここで、上記のように計算される移動距離は、移動距離の絶対値であるので、移動方向を含まない。よって、先に手順Ｓ４０で用いた遠向または近向の判定結果を用い、手順Ｓ４１で求めた停止時の相対距離Ｒ０を基準にして、移動後の相対距離Ｒを、遠向の場合は次の式Ｃ６により、近向きの場合は次の式Ｃ７により算出する。
【００６８】
Ｒ＝Ｒ０+Ｎ・λ／２  …（式Ｃ６）
Ｒ＝Ｒ０−Ｎ・λ／２  …（式Ｃ７）
以上の手順が、手順Ｓ１８として実行される。そうすることにより、レーダ装置１０は至近距離における物標との相対距離を精度よく検出でき、バックセンサとしての機能を果たすことができる。
【００６９】
なお、上述の手順において、手順Ｓ４２では、周波数変調パターンＰ２ではなく、ドップラ信号を検出するために、周波数を一定の周波数、例えばｆ１に固定するようにしてもよい。
【００７０】
上述の説明においては、車両の後方監視用レーダ装置がバックセンサを兼ねる場合を例に説明した。しかし、ＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を有しながら、至近距離での物標との相対距離を検出するレーダ装置であれば、車両の後方監視用レーダに限られず、本実施形態は適用される。
【００７１】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、比較的遠距離の物標との相対距離を検出するときには、ＦＭ−ＣＷ方式で距離を検出し、至近距離では、定在波を用いて相対距離を検出する。このとき、定在波は送信信号と同じ周波数であるので、送受信信号の周波数差に対応するビート信号より高周波となり、ビート信号が低周波となることに起因してＦＭ−ＣＷ方式による相対距離検出精度が低下するという問題を解決でき、良好な相対距離検出精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、物標との相対距離を検出する原理を説明する図である。
【図２】ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、車両の後方監視用レーダ装置として用いられる場合の使用状況を示す図である。
【図３】本実施形態におけるレーダ装置１０の構成図である。
【図４】本実施形態におけるレーダ波の変調パターンを説明する図である。
【図５】定在波を用いた相対距離検出方法について説明する図である。
【図６】本実施形態におけるレーダ装置１０の動作手順を説明するフローチャート図である。
【図７】図６で示した相対距離検出手順Ｓ１８のサブルーチンに対応する手順を示すフローチャート図である。
【図８】車両の移動方向の、遠向と近向の判定方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０：レーダ装置、２４：信号処理部、２４ａ：相対距離検出手段、２４ｂ：送受信角度範囲制御手段
【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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