JPH08220224A - 地表上の物体を検出及び位置確認する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーダーを用いて、地表上の物体を検出及び
位置確認する。 【解決手段】 発生器セット２からの送信信号により、
送信アンテナ４が、地表に対して静止した位置の周囲の
方向を実質的に横切る経路にわたって平行な放射ビーム
を発生し、受信アンテナ６が戻りビームを受信する。な
お、アンテナ４、６は、ビームの垂直方向に移動可能で
ある。受信信号は、混合器８、ハイパス・フィルタ１
２、ロウパス・フィルタ１３及びＡ／Ｄ変換器１４を介
して、合成アパーチャ・レーダー処理手段に供給され
る。この処理手段１６は、アンテナ４、６の移動に応じ
て、制限ゾーンＺＤにわたる戻りビームの信号を処理し
て、この制限ゾーン内の地表上の物体を検出し位置確認
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地表上の物体を検
出及び位置確認する装置に関する。幹線道路又は交差点
の１つ又はいくつかのレーンにおいて自動車がほとんど
動かない交通混雑した場所を検出及び位置確認すること
に、特別なアプリケーションのあることが判明した。

【０００２】

【従来の技術】現在、約２５０メートルの画像範囲に対
して、可視又は赤外線周波数範囲で動作するカメラを用
いることができる。しかし、事故又は交通混雑の可能性
が大きくなる時の条件である悪天候の場合には、これら
カメラを使用できない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】今までのところ、後述
の理由により、レーダーに頼ることが行われていなかっ
た。この問題の分析を続けるにあたって、即ち、地表上
の物体を検出及び位置確認する際に、操作が容易で、簡
単且つ比較的安価である一方、悪天候の場合でも依然動
作できる新たな装置を提供することに対し、本願出願人
は、レーダーを基本にした１つの特別な解決法が、それ
でも申し分ないことが判った。

【０００４】そこで、本発明は、レーダーを用いて地表
上の物体を検出及び位置確認する装置を提供することを
目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の装置は、地表に
対して静止位置の周囲の方向に対して実質的に横切る経
路にわたって、それ自体に平行に移動する放射ビームを
発生できる少なくとも１個のアンテナと共に設けられた
レーダー送信機／受信機と、限界ゾーン内での地表上の
物体を検出及び位置確認するために、アンテナの移動に
応じてこのゾーンにわたるビームの戻りに対するレーダ
ー受信機の出力信号を処理できる合成アパーチャ・レー
ダー処理手段とを具えている。本発明の他の目的及び利
点は、詳細な説明及び添付図から明らかになろう。

【０００６】

【発明の実施の形態】まず、上述の問題について説明す
る。既知のカメラの代わりにレーダー・システムの使用
を考慮できるが、これは、大気撹乱に対しての感度が低
いと思われる。

【０００７】動作において、このシステムは、交通が混
乱している幹線道路のレーンを指示できなければならな
い。かかるレーンの典型的な幅は、３．５メートルであ
る。レーダーの分解能は、２５０メートルに固定された
従来のカメラの分解能と等しい範囲又はそれよりも良好
でなければならず、例えば、２．５メートルである。さ
らに、このアプリケーションと両立性のあるレーダーの
角度分解能の大きさのオーダは、約２分の１度である。

【０００８】次に、レーダーは、ミリメートルの波長帯
域、例えば、９４ＧＨｚで動作するとみなす。このアン
テナは、２分の１度の角度分解能に対して約４０ｃｍを
測定する。しかし、天候に対する感度の問題を解決する
には、レーダーの分解能セルにおける良好な先鋭度（即
ち、ビームの方位角アパーチャ×ビームの仰角アパーチ
ャ×距離分解能の積）を達成する必要がある。カバーす
べきゾーンの範囲のため、次に、仰角及び方位角の両方
の条件下でスキャンを行う必要がある。これにより、レ
ーダー・システムが、意図する目的に対して、複雑且つ
効果になりすぎる。

【０００９】また、センチメートルの波長にて動作する
レーダーは、異なる距離分析（meterological ）条件に
おいて良好に機能することが知られている（これらは、
大気の再拡散に対して感度が低い）。したがって、これ
らは、実測すべき全ゾーンに放射できるような仰角アパ
ーチャを可能にする。よって、方位角に対するスキャン
のみが必要となる。しかし、所望分解能を維持するに必
要なアンテナの長さは、波長の比に比例して長くなる。
次に、アンテナが遠方の領域で動作することを考慮する
際に、最小距離の問題が生じる。例えば、３．３ｃｍの
レーダー波長に対して、アンテナの長さは、約４メート
ルであり、遠い領域にて動作する最小距離は１０００ｍ
である。この後者の距離は、意図するアプリケーション
での２分の１度の分解能を望む距離よりも非常に長いの
で、このクラスのレーダーを用いることは不可能であ
る。

【００１０】さらに、「合成アパーチャ・レーダー（Ｓ
ＡＲ）」と呼ばれるレーダーが知られており、航空機又
は人工衛星等の離れた移動体にて通常使用されている。
これらレーダーは、移動体の移動の影響を補償した後
に、移動期間中の戻り信号を蓄積し、調整することによ
り、（固定点に対する）非常に高い角度分解能を達成す
る。これらを利用できるようにするのには、先ず第１
に、移動体の移動を熟知し、特に、処理を行うことが必
要である。この処理の複雑さは、特に、移動体経路の特
性と、調整に影響することが望ましい時間に応じて決ま
る。よって、最終的に得られる分解能は、これらのパラ
メータで決まる。

【００１１】したがって、道路交通を調べるためにかか
るレーダーを用いることは、理論的には可能であろう。
しかし、かかるレーダーの複雑さ及びコストのために、
特に、移動体を操作するコストのために、専門家は、こ
のアプリケーションに、このレーダーを用いることを考
えなかった。

【００１２】一方、本質において、観察すべきゾーンに
近く、地表に対する静止した位置の周囲の方向に対して
横切る経路にわたって、レーダー・ビームの移動が、そ
れ自体に平行な移動の如く簡単な規則に従うならば、使
用するレーダーは、短期間の安定性、分析時間及び出力
電力の条件に必要な性能としては低いが、これらには、
可能性が開かれていることに本願出願人は気づいた。さ
らに、観察ゾーンに近い動作に配置でき、比較的簡単且
つ安価な機械的及び／又は電気的な手段によりこの規則
が得られることに、本願出願人は気づいた。これらは、
適切な解決が容易に得られ、本発明による装置を動作さ
せるコストを低減することに寄与する。

【００１３】図１において、地表上の物体を検出及び位
置確認する装置を示す。この装置を詳細に後述するプラ
ットホーム（台）上に配置する。この装置は、先ず第１
に、レーダー送信機／受信機セットを具えている。

【００１４】ここで、送信機は、ＦＭ／ＣＷ（例えば周
期的な傾斜に沿った周波数変調連続波）型の発生器セッ
ト２を具えており、これは、１４０μｓのオーダの傾斜
周期に対して、典型的には数ＧＨｚの選択した送信周波
数の信号ＨＰを発生する。この送信信号ＨＰは、送信用
アンテナ４により放射され、被観察ゾーンＺＤに向かう
適切な方向ＤＩＲに沿って向かう。

【００１５】ここで、受信機は、戻り信号ＲＶ（レーダ
ー戻り信号とも呼ばれる）を受信するアンテナ６を具え
ている。このアンテナ６は、方向ＤＩＲに向けられてい
る。混合器８は、戻り信号ＲＶ及び送信信号ＨＰを混合
（ホモダイン混合）する。そして、受信連鎖組織体（チ
ェーン）は、ホモダイン混合器からの信号の連続成分を
受けるハイパス型フィルタ段１０と、観察距離の範囲を
制限するロウパス・フィルタ１３が後続する増幅段１２
と、最後に、アナログ・デジタル変換段１４とを具えて
いる。

【００１６】例えば、パルスによる他の形式の送信も適
切である点に留意されたい。分離した送信及び受信アン
テナの代わりに、単一のアンテナ及び送受信切換器を用
いることも可能である。

【００１７】次に、ここでは、ＳＡＲ処理ユニット１６
により達成する合成アパーチャ・レーダー処理に関して
説明する。

【００１８】地表に対する（又は、他の空間的及び一時
的基準マークに対する）アンテナの移動が既知の場合、
表面（又は他の基準マーク）に対して実質的に固定され
たこれらの点の寄与のみを維持できるように、変換器１
４の出力信号のシーケンスを補正することが可能とな
る。よって、維持するこれらの点を適切に用いて、画像
発生器２０に表示する画像を発生する。

【００１９】レーダー・ビームの移動が、地表に対して
静止した位置の周囲の方向を本質的に横切る経路にわた
ってそれ自体と平行な移動の如き簡単な規則に従うこと
に留意されたい。

【００２０】地表上の物体の検出及び位置確認を改善す
るには、処理手段ＳＡＲの出力からの各完全なビデオ情
報画像を、相関器（処理手段）１８にて、メモリ（蓄積
手段）２２内に記憶された観察領域の描写と適切に比較
する。この相関器は、観察ゾーンの受動要素が発生する
背景ノイズと比較することにより、有用な物体を区別す
ることを可能にする。

【００２１】幹線道路のレーン内を実質的に動かない自
動車を検出するアプリケーションにおいて、レーダーの
分解能は、３００メートルのオーダの範囲で２メートル
である（即ち、角度分解能が０．５°のオーダであ
る）。

【００２２】図２において、求めるレーダー・ビームの
移動のモードを可能にする第１実施例を示す。

【００２３】これは、水平プラットホーム５０であり、
レーダー送信機／受信機により構成された組立体５２
と、送信アンテナ４及び受信アンテナ６で構成されたダ
ブル・アンテナを支持する。これら２個のアンテナ４及
び６は、連結され、互いに水平に重なっている。プラッ
トホーム５０をマスト（柱）５４の周囲に取り付け、こ
のマストは、地表に垂直にし、被観察ゾーンＺＤに対し
て所定の幾何学的な関係に応じて配置する。実際には、
ここでは、プラットホームが固定している。

【００２４】動作波長は、この例では、３ｃｍのオーダ
である。上述のレーダーの技術的な特徴を得るために、
物理的なアンテナの寸法を選択する。

【００２５】適切な手段がレーダー送信機／受信機と共
に、マスト５４に関して直線的水平で、放射ビームの入
射方向ＤＩＲに垂直な方向５６に沿って移動をするダブ
ル・アンテナを配置する。

【００２６】レーダー送信機／受信機５２及びダブル・
アンテナで構成された組立体５２をキャリッジ（移動
体：図示せず）に取り付ける。連続モータ又はステップ
・モータの如き駆動手段が、閉じたコース内の直線的運
動用の案内レール６０上のキャリッジを駆動する。

【００２７】例えば、ダブル・アンテナの直線的運動
は、上述のアプリケーションに対して２ｍから２．２０
ｍのオーダである。組立体５２の移動速度は、２ｍ／ｓ
のオーダである。プラットホームを被観察ゾーンの付近
に配置することに留意されたい。

【００２８】図３において、求めるレーダー・ビームの
移動モードを可能にする手段の他の実施例の上面図を示
す。これら手段は、レーダー送信機／受信機及びダブル
・アンテナにより構成された組立体を支持する水平の固
定プラットホームで構成される。図２に示すように、こ
のプラットホームは、マストに取り付けられる。

【００２９】ここでは、アンテナ４及びアンテナ６は、
プラットホームに水平に配置された少なくとも１列に取
り付けられた複数の放射要素１００を具えており、これ
ら放射要素は、レーダー・ビームの方向ＤＩＲに沿って
放射するように配置されている。適切には、アンテナ４
及び６の一方の複数の放射要素を２列１０２及び１０４
に配列して、レーダーのいずれかの側の２つのゾーンを
観察できるように、レーダー・ビームの入射方向ＤＩＲ
に沿った２方向に放射を行う。

【００３０】図３において、本発明の理解を容易にする
ために、送信アンテナ４に関連した２列の放射要素のみ
を示す。受信アンテナ６の放射要素（図示せず）に関し
て、これらを、送信アンテナに関連した放射要素の１つ
又は複数の列の下又は上に水平に位置する少なくとも１
つの底部の列又は頂部の列に沿って配列する。

【００３１】例えば、放射ビームの入射方向ＤＩＲに垂
直な方向に沿い、マストに対する直線的水平変動におけ
る移動に、ダブル・アンテナの対応位相中心が作用する
ように、ダイオードを用いたスイッチング手段１０１
は、放射要素のサブグループの励起（エネルギー供給）
を切り替える。

【００３２】例えば、放射要素への励起及び切換が、隣
接した要素の対毎に順次作用される。好適には、レーダ
ーに関して検出すべき物体の放射速度に応じて、アンテ
ナの位相中心の移動速度を調整する。

【００３３】例えば、上述のアプリケーションにおい
て、位相中心の移動速度は、３０ｍ／ｓのオーダであ
る。この実施例において、分析時間は、図２を参照して
説明したものよりも短い点に留意されたい。

【００３４】図４において、レーダー・ビームを移動可
能とする手段の他の実施例を示す。ここでは、マスト５
４の周囲で回転するようにプラットホーム５０を取り付
ける。

【００３５】ギアの付いたモータ１１０と、このモータ
１１０により駆動されるギア車１１２と、マスト５４の
周囲に配置され上述のギア車１１２と協動するリング・
ギア１１４とから構成された組立体により、選択した速
度で、マストの周囲でプラットホームを移動できる。

【００３６】角速度は、典型的には、２秒につき１回転
である。レーダー・ビームをそれ自体に平行に、且つ被
観察ゾーンに垂直に配置し、そのゾーンを永久的に放射
するように、角度補償手段１１６は、プラットホームの
回転期間中に上述のレーダー・セット（組立体）５２の
移動を制御する。

【００３７】例えば、この角度補償手段は、プラットホ
ームの回転に応じて、移動にてレーダー・セット５２を
駆動できるチェーン機構を具えている。

【００３８】機械手段をトラックの端部に配置したとき
に、レーダー・セット５２の方向を変更するように、こ
れら機械手段を設ける。これら機械手段は、カム又はス
テップ・モータで駆動できる。

【００３９】好適には、本発明による装置は、ダブル・
アンテナ４、６に関連し連結する少なくとも２個の付加
的なアンテナ（図示せず）と、地表上の物体の速度を測
定するドップラー型レーダー処理手段とにより完成す
る。

【００４０】実際には、図３を参照して上述したダイオ
ード・スイッチング手段を用いて、付加的なアンテナの
放射要素を切り替える。ここで、ドップラー測定によ
り、移動する自動車の速度をレーン等毎に測定できる。

【００４１】さらに、警告手段（図示せず）を本発明の
装置に関連させて、例えば、被観察ゾーン内の実質的に
静止している自動車の検出及び位置確認に応答して遠隔
制御センターに自動的に警報を発してもよい。この場
合、地表上の物体の検出及び位置確認に応じて警報手段
を作動する作動手段（図示せず）も設ける。

【００４２】固定したマストは、より好ましいとみなせ
るが、これを、地表に充分近く、所望精度で地表に対し
て静止を維持する手段と置き換えることも考えられる。

【００４３】上述の説明は、幹線道路の一部のように限
界を定めたゾーン内で実質的に静止した自動車を検出及
び位置確認するアプリケーションに焦点を合わせた。本
発明による装置は、他のアプリケーションにも全く容易
に適用できる。ここでは、地表に対して静止した位置の
周囲の方向に対して本質的に横切る経路にわたって、そ
れ自体に平行な移動に沿って、ビームの移動を行える。
さらに、物体が「実質的に静止している」とみなせる速
度未満のしきい値速度は、アプリケーションに応じて決
まる。

【００４４】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、レーダー
を用いるが、少なくとも１個のアンテナが、地表に対し
て静止した位置の周囲の方向を実質的に横切る経路にわ
たって、平行にレーダー・ビームを放射発生でき、合成
アパーチャ・レーダー処理手段は、アンテナの移動に応
じて制限ゾーンにわたる戻りビームに関するレーダー受
信機の出力信号を処理するので、制限ゾーン内の地表上
の物体を検出し位置確認できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明により、地表上の物体を検出及び位置
確認する装置の主要な手段を表す図である。

【図２】 本発明により、地表上の物体を検出及び位置
確認する装置を表す図であり、レーダー送信機／受信機
及びアンテナにより構成されたセットが、放射ビームの
方向と垂直な方向に沿い、閉じたコース内の直線案内レ
ール上で駆動される。

【図３】 地表上の物体を検出及び位置確認する装置の
上面図であり、放射ビームの入射方向に垂直な方向に沿
い、本発明に応じて選択した速度で、マストに対して直
線的な変化で、アンテナの位相中央が移動可能なよう
に、夫々エネルギー供給できる放射要素の小さなバー
（棒）により、アンテナが構成されている。

【図４】 地表上の物体の検出及び位置確認をする装置
を表す図であり、アンテナが発生した放射ビームが、支
持プラットホームの回転期間中に制限ゾーンに垂直な方
向に沿って変動を持続できるように、角度補償手段が上
述のセットの移動を制御している。

【符号の説明】

２ 発振器セット ４ 送信アンテナ ６ 受信アンテナ ８ 混合器 １０ ハイパス型フィルタ段 １２ 増幅段 １４ アナログ・デジタル変換器 １３ ロウパス・フィルタ １６ 合成アパーチャ・レーダー処理手段 １８ 相関器（処理手段） ２０ 画像発生器 ２２ メモリ（蓄積手段） ５０ プラットホーム ５２ 組立体（レーダー送信機／受信機） ５４ マスト ６０ 案内レール（移動手段） １００ 放射要素 １０１ スイッチング手段 １０２ 列 １０４ 列 １１０ モータ（移動手段） １１２ ギア車（移動手段） １１４ リング・ギア（移動手段） １１６ 角度補償手段

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制限されたゾーン（ＺＤ）内にて地表上
   の物体を検出及び位置確認する装置であって、 地表に対して静止した位置の周囲の方向を実質的に横切
   る経路にわたって、平行に配置される放射ビームを発生
   できる少なくとも１個のアンテナ（４、６）と共に設け
   られたレーダー送信機／受信機（５２）と、 上記制限されたゾーン内の地表上の物体を検出し位置確
   認できるように、上記アンテナの移動に応じて、上記制
   限されたゾーンにわたって、上記ビームの戻りに関する
   上記レーダー受信機の出力信号を処理できる合成アパー
   チャ・レーダー処理手段（１６）とを具えたことを特徴
   とする地表上の物体を検出及び位置確認する装置。
2. 【請求項２】 上記レーダー送信機／受信機（５２）及
   び上記アンテナで構成されたセットを支持可能な水平プ
   ラットホーム（５０）を具え、 該プラットホームは、上記地表に対して垂直なマスト
   （５４）の周囲に取り付けられ、上記制限されたゾーン
   （ＺＤ）に対する所定の幾何学的関係に応じて配置され
   たことを特徴とする請求項１の装置。
3. 【請求項３】 上記アンテナは、ダブル・アンテナであ
   り、送信アンテナ（４）及び受信アンテナ（６）で構成
   され、 上記２個のアンテナは、連結されると共に、一方が他方
   の上部に配置されることを特徴とする請求項１及び２の
   一方の装置。
4. 【請求項４】 上記プラットホーム（５０）が固定され
   ていることを特徴とする請求項２の装置。
5. 【請求項５】 上記アンテナは、上記プラットホーム
   （５０）上で水平である少なくとも１列（１０２）に配
   列された複数の放射要素（１００）とを具え、該放射要
   素は、サブグループに配置されて、上記レーダー・ビー
   ムの入射方向（ＤＩＲ）に沿って放射を行い、 上記アンテナは、上記レーダー・ビームの入射方向（Ｄ
   ＩＲ）に垂直な方向に沿って上記マストに対して直線的
   変動で、且つ選択速度で、上記アンテナの位相中心が移
   動できるように、上記放射要素の各サブグループのエネ
   ルギー供給を切り替えできるスイッチング手段（１０
   １）も具えたことを特徴とする請求項４の装置。
6. 【請求項６】 上記レーダー・ビームの入射方向（ＤＩ
   Ｒ）に垂直な方向に沿い上記マスト（５４）に対して直
   線的水平変動で、且つ選択速度で、上記レーダー送信機
   ／受信機（５２）及び上記アンテナ（４、６）を移動で
   きる移動手段（６０）を具えたことを特徴とする請求項
   ４の装置。
7. 【請求項７】 上記レーダー送信機／受信機及び上記ア
   ンテナで構成されたセット（５２）が取り付けられたキ
   ャリッジを更に具え、 上記移動手段は、閉じたコース内で直線的運動用の案内
   レール（６０）と、該案内レール上の上記キャリッジを
   駆動できる駆動手段とを具えたことを特徴とする請求項
   ６の装置。
8. 【請求項８】 上記マスト（５４）の周囲で上記プラッ
   トホーム（５０）を選択速度で移動できる移動手段（１
   １０、１１２、１１４）と、 上記アンテナが発生した放射ビームが互いに平行で上記
   制限されたゾーンに垂直になるように、上記セットの移
   動を制御可能な角度補償手段（１１６）とを更に具えた
   ことを特徴とする請求項２の装置。
9. 【請求項９】 上記レーダーの分解能が３００ｍの範囲
   で２ｍである（分解能が０．５°である）ことを特徴と
   する請求項１〜８の１つの装置。
10. 【請求項１０】 動作波長が３ｍのオーダであることを
    特徴とする請求項１〜９の１つの装置。
11. 【請求項１１】 上記アンテナの直線的運動が２ｍから
    ２．２０ｍのオーダであることを特徴とする請求項７の
    装置。
12. 【請求項１２】 上記制限されたゾーン（ＺＤ）の描写
    を蓄積可能な蓄積手段（２２）と、 上記蓄積された描写を上記合成アパーチャ処理手段から
    の上記ゾーンの描写と比較可能で、上記地表上の上記物
    体の検出及び位置確認を調べる処理手段（１８）とを具
    えたことを特徴とする請求項１〜１１の１つの装置。
13. 【請求項１３】 上記アンテナの上記位相中央の移動の
    速度は、上記装置に対して検出及び位置確認される上記
    物体の放射速度に応じて調整することを特徴とする請求
    項１〜１２の１つの装置。
14. 【請求項１４】 上記アンテナ（４、６）に少なくとも
    部分的に連結された少なくとも２個の付加的なアンテナ
    と、 上記地表上の上記物体の速度を測定するドップラー・レ
    ーダー処理手段とを更に具えたことを特徴とする請求項
    １〜１３の１つの装置。
15. 【請求項１５】 警報手段と、 上記地表上の上記物体の検出及び位置確認に応じて上記
    警報手段を作動可能な作動手段を更に具えたことを特徴
    とする請求項１〜１４の１つの装置。