JP2000241537A - Ｆｍ−ｃｗレーダによる測角装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の、複数の受信アンテナを持つＦＭ−Ｃ
Ｗレーダを用いて時分割に物体から反射してくるビーム
を受信して測角処理を行う装置では、物体が移動してい
る場合、距離の変化、反射角の変化の影響により、正し
く角度を求めることができなかった。 【解決手段】 ある物体に対して、各受信アンテナから
得られる受信レベルを予め取得してある基準データによ
り補正したり、各受信アンテナから得られる受信レベル
を複数回取得して平均値を求めたうえで測角処理を行う
ことにより、測角の精度を向上させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はＦＭ−ＣＷレーダ
による測角装置に関するもので、その特徴とするところ
は、道路を通行する車両や路上に放置された障害物等の
位置を測角することに関し、移動による同一車両からの
受信ビームの振幅レベル（以下受信レベルと記す）の変
動に対して補正する手段を備えることにより測角精度を
向上させたＦＭ−ＣＷレーダによる測角装置を提案する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図６はＦＭ−ＣＷレーダを路側に設置
し、走行する車両の位置を測角している状況を示す運用
図であり、図において１はＦＭ−ＣＷレーダ装置、２は
前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置１の視野内に存在する車両、
３は前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置による送信ビーム、４は
前記送信ビーム３のビームの中心方向からビームの照射
方向に向かって左側に傾いた第１の受信ビーム、５は前
記送信ビーム３のビームの中心方向からビームの照射方
向に向かって右側に傾いた第２の受信ビーム、６は道路
を示している。

【０００３】各種センサや通信を使用して車両の走行を
サポートしたり、道路状況の情報をドライバーや管理者
に通知したり、また有料道路の料金収受を車両が走行し
たままで実施できるようにするというＩＴＳ（Ｉｎｔｅ
ｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅ
ｍ），ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏ
ｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ），ＡＨＳ（Ａｄｖａ
ｎｃｅｄ Ｃｒｕｉｓｅ−Ａｓｓｉｓｔ Ｈｉｇｈｗａ
ｙ Ｓｙｓｔｅｍ）という構想がすすめられている。そ
れらの中で必要となる情報の一つに、走行する車両の走
行車線の特定及び障害物の位置検出があり、図６による
実現方法が考えられている。検出された位置情報を用
い、どの料金所へ車両が向かっているかを判定したり、
路上の障害物と車両の位置関係を検出し、ドライバーに
対する警告通知や自動運転を行う場合の情報提供として
役立てることができる。

【０００４】図７はＦＭ−ＣＷレーダを用いて物体の位
置の測角を行う状況を示す図であり、図において１から
５は図６と同様であり、７は前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置
による測角の基準となる方向（以下基準方向と記す）、
８は前記基準方向７からビームの照射方向に向かって左
にθ傾いた前記第１のビームの中心方向、９は前記基準
方向７からビームの照射方向に向かって右にθ傾いた前
記第２のビームの中心方向、１０は前記基準方向７に対
する前記車両２の角度Φを示す。また図８（ａ）は、前
記ＦＭ−ＣＷレーダ装置１において、前記基準方向７を
基準とした場合の角度と前記第１のビーム４及び第２の
ビーム５による受信レベルとの関係を示した図であり、
１１は前記第１のビーム４による第１の受信レベル、１
２は前記第２のビーム５による第２の受信レベルを示
す。さらに図８（ｂ）は前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置１に
おいて、前記基準方向７を基準とした場合の角度に対す
る、第１の受信レベル１１及び第２の受信レベル１２の
和（Σ）、差（Δ）及び比（Δ／Σ）の関係を示したも
のであり、１３は前記第１の受信レベル１１と第２の受
信レベル１２の和（Σ）、１４は前記第１の受信レベル
１１と第２の受信レベル１２の差（Δ）、１５は前記第
１と第２の受信レベルの和１３と差１４の比（Δ／Σ）
を示しており、図中のＡ−Ｂ間において物体に対する前
記Δ／Σを求めることにより、前記基準方向に対する物
体の位置する角度が一意に決定できることを示してい
る。

【０００５】図９はビームの中心方向が異なる２つの受
信アンテナを時分割処理するために切り替えて使用した
場合の動作を示す図であり、図において１，２と４から
６は図６と同様であり、７から９は図７と同様である。
ある時間Ｔにおいては第１のビーム４を有効とし車両２
からの受信レベルを取得し、次にΔｔ後のＴ＋Δｔの時
点で第２のビーム５に切り替えて車両２からの受信レベ
ルを取得するため、各ビームで受信した時の車両２の位
置に変化があることを示している。

【０００６】図１０は図８（ｂ）の関係を用いて測角を
行うための装置の構成図であり、１６はＦＭ−ＣＷ波で
あるビームを前方の視野内に放射する送信アンテナ、１
７ａは受信ビームの中心方向が送信ビームの中心方向に
対しビームの照射方向に向かって左に傾いた第１の受信
アンテナ、１７ｂは受信ビームの中心方向が送信ビーム
の中心方向に対しビームの照射方向に向かって右に傾い
た第２の受信アンテナ、１８は前記第１の受信アンテナ
１７ａでの受信ビームと前記第２の受信アンテナ１７ｂ
での受信ビームのどちらか一方を有効とする受信アンテ
ナ切換えスイッチ、１９はＦＭ−ＣＷ波であるビームを
前方の視野内に送信するための送信信号を生成し、また
前記視野内に存在する車両あるいは障害物のような物体
からの受信ビームを周波数変換するＦＭ−ＣＷ送受信装
置、２０は前記ＦＭ−ＣＷ送受信装置１９の出力をディ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、２１は前記Ａ／Ｄ
変換器２０が出力するディジタル信号から送信ビームと
受信ビームのビート信号の周波数分析を行い、前記ＦＭ
−ＣＷ送受信装置１９と前記物体間の距離及び相対速度
を求めると共に、前記物体の受信レベルを出力する信号
処理装置、２２は視野内のある１つの物体に対して前記
第１の受信アンテナ１７ａから得られた受信レベルと前
記第２の受信アンテナ１７ｂから得られた受信レベルか
ら、送信ビームの中心方向に対する前記物体の角度を算
出する測角処理装置である。

【０００７】従来、図８（ｂ）の関係を用いて前記基準
方向７から物体までの角度を求めるにあたり、複数のビ
ームを同時に処理するには、同じ回路がビームの数だけ
必要になり非常に高価な装置となってしまうため、図１
０に示す構成で実現することにより、図７の第１のビー
ム４と第２のビーム５に関する処理を時分割で行い、装
置のコストダウンや小型化をはかっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし時分割処理を行
うことにより、物体が車両のように移動する場合、図９
に示すように前記第１のビーム４が車両２に反射すると
きの車両２の存在する位置と前記第２のビーム５が車両
２に反射するときの車両２の存在する位置とが異なるた
め、精度良く前記車両２の角度を求めることができなく
なるという問題が生じる。

【０００９】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたものであり、時分割にビームの方向を切り替える
ＦＭ−ＣＷレーダを用いて移動物体の測角を行う場合で
も、物体の移動に伴う補正を行うことにより、精度良く
物体の角度を求めることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明によるＦＭ−
ＣＷレーダによる測角装置は、コーナーリフレクタのよ
うな所要の基準物の距離に対する受信レベルの値を基準
値として装置内に保持しておき、それをもとに物体から
の受信信号を補正したうえで測角計算することにより、
精度良く物体の位置する角度を求めることができるよう
にしたものである。

【００１１】また、第２の発明によるＦＭ−ＣＷレーダ
による測角装置は、物体が移動することで送信ビームに
対する反射面の面積や角度の変化による受信レベルの変
動を抑えるため、物体からの受信信号の平均値を用いて
測角することにより、精度良く物体の位置する角度を求
めることができるようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示すＦＭ−ＣＷレーダによる測角装置の
一例を示す図で、図において１６から２２は従来の方法
と同じであり、２３はコーナーリフレクタのように基準
とできる基準物を用いて、前記受信アンテナ切換えスイ
ッチ１８により前記第１の受信アンテナ１７ａを選択し
た場合の、各々の距離に応じた受信レベルを基準レベル
として保持している記憶装置、２４は前記第１及び第２
の受信アンテナ１７ａ，１７ｂから得られた物体の距離
に対する基準レベルを前記記憶装置２３から読み出し、
読み出した基準レベルにより第１の受信アンテナ１７ａ
を選択した時の物体の受信レベルの補正を行う補正装置
を示す。

【００１３】また、図２は前記記憶装置２３に記憶させ
ておく、前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置から基準物までの距
離に対する基準物の受信レベルをグラフ化したものであ
る。

【００１４】さらに、図３は図１における記憶装置２
３、補正装置２４と測角処理装置２２での処理手順をフ
ローチャートで示している。

【００１５】まずコーナーリフレクタのような基準とな
る基準物を用いて、前記第１の受信アンテナ１７ａにと
っての図２に示すようなビームの中心方向に対する距離
と受信レベルの関係を測定し、その結果を距離に対する
基準レベルとして記憶装置２３に記憶させておく。

【００１６】そのうえでＦＭ−ＣＷ波であるビームを送
信アンテナ１６から前方視野内に対し放射する。視野内
の物体から反射されるビームは、まず受信アンテナ切換
えスイッチ１８により有効となるように設定された受信
アンテナ１７ａで受信し（Ｓ１）、前記受信ビームは前
記ＦＭ−ＣＷ送受信装置１９により周波数変換され、さ
らにＡ／Ｄ変換器２０でディジタル信号となり信号処理
装置２１で前記物体の距離１と受信レベル１が出力され
る（Ｓ２）。ここで予め記憶装置２３に記憶されている
基準レベルの中から、距離１に対応した基準レベル１を
読み出し、受信レベル１と共に補正装置２４へ出力する
（Ｓ３）。

【００１７】次に受信アンテナ切換えスイッチ１８を切
り替え、受信アンテナ１７ｂを選択（Ｓ１）しＦＭ−Ｃ
Ｗ波であるビームを送信アンテナ１６から前方視野内に
対し放射する。視野内に存在する前記物体から反射して
くるビームは受信アンテナ１７ｂにより受信され、前記
ＦＭ−ＣＷ送受信装置１９により周波数変換され、さら
にＡ／Ｄ変換器２０でディジタル信号となり信号処理装
置２１で前記物体の距離２と受信レベル２が出力される
（Ｓ４）。ここで予め記憶装置２３に記憶されている基
準レベルの中から、前記距離２に応じた基準レベル２を
読み出し、補正装置２４へ出力する（Ｓ５）。また、前
記受信レベル２は測角処理装置２２へ出力する（Ｓ
６）。補正装置２４では、基準レベル１と基準レベル２
の比を計算することで、受信アンテナ切換えスイッチ１
８により受信アンテナを切り替える際に生じる時間的遅
れによる変動率から受信レベルの補正値を数１により求
め、受信アンテナ１７ａが選択されている時点で得られ
た物体の受信レベルを受信アンテナ１７ｂが選択された
時点での値に補正する（Ｓ７）。受信レベル１の補正値
は測角用データとして測角処理装置２２に出力し（Ｓ
８）、図７（ｂ）の関係から物体の位置する角度を計算
する（Ｓ９）。

【００１８】

【数１】

【００１９】以上のように前記測角用データは同時に得
られるデータでは無いが、前記の記憶装置２３と補正装
置２４を備え、受信レベル１を取得してから受信レベル
２を取得するまでに物体が移動することによる受信レベ
ルの変動を補正することができるため、より精度よく物
体の位置する角度を求めることができるようになる。

【００２０】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２を示すＦＭ−ＣＷレーダによる測角装置の一例を示
す図で、図において１６から２２は従来の方法と同じで
あり、２５は前記第１の受信アンテナ１７ａが受信する
物体から反射してくるビームに応じて前記信号処理装置
２１が出力する受信レベルを複数回取得し、その平均値
を計算し、結果を測角用データとして出力し、また同様
に前記第２の受信アンテナ１７ｂが受信する物体から反
射してくるビームに応じて前記信号処理装置２１が出力
する受信レベルを複数回取得し、その平均値を計算し、
結果を測角用データとして出力する平均値算出装置であ
る。

【００２１】また、図５は図４における平均値算出装置
２５と測角処理装置２２での処理手順をフローチャート
で示している。

【００２２】まず平均値を計算するためのデータの数を
平均値算出装置２５に設定したうえで、ＦＭ−ＣＷ波で
あるビームを送信アンテナ１６から前方視野内に対し放
射する。視野内の物体から反射してくるビームは、まず
受信アンテナ切換えスイッチ１８で有効となるように設
定された受信アンテナ１７ａにより受信し（Ｓ１０）、
受信した前記受信ビームは前記ＦＭ−ＣＷ送受信装置１
９により周波数変換され、さらにＡ／Ｄ変換器２０でデ
ィジタル信号となり信号処理装置２１で前記物体の受信
レベル１が出力される（Ｓ１１）。平均値算出装置２５
では前記信号処理装置２１が出力した複数の過去の受信
レベルを保持しておき、新たに信号処理装置２１から受
信レベルが入力されると、それらの平均値を算出して平
均受信レベル１を求める（Ｓ１２）。求めた平均受信レ
ベル１を測角用のデータとして、測角処理装置２２へ出
力する（Ｓ１３）。次に受信アンテナ切換えスイッチ１
８により受信アンテナ１７ｂを選択したうえで（Ｓ１
０）ＦＭ−ＣＷ波であるビームを送信アンテナ１６から
前方視野内に対し放射する。視野内に存在する前記物体
から反射してくるビームは受信アンテナ１７ｂにより受
信され、前記ＦＭ−ＣＷ送受信装置１９により周波数変
化され、さらにＡ／Ｄ変換器２０でディジタル信号とな
り信号処理装置２１で前記物体の受信レベル２が出力さ
れる（Ｓ１４）。平均値算出装置２５では前記信号処理
装置２１が出力した複数の過去の受信レベルを保持して
おき、新たに信号処理装置２１から受信レベルが入力さ
れると、それらの平均値を算出して平均受信レベル２を
求める（Ｓ１５）。求めた平均受信レベル２を測角用の
データとして、測角処理装置２２へ出力する（Ｓ１
６）。

【００２３】測角処理装置２２では前記受信アンテナ１
７ａにより受信した物体から反射してくるビームに対す
る受信レベルとして前記平均受信レベル１を、また前記
受信アンテナ１７ｂにより受信した物体から反射してく
るビームに対する受信レベルとして前記平均受信レベル
２を与えられ、これらの値から図８（ｂ）の関係を用い
て物体の位置する角度を計算する。

【００２４】以上のように平均受信レベル１と平均受信
レベル２は数回の受信レベルを平均化して得られるもの
であるため、物体が移動することによる前記送信アンテ
ナ１６の送信ビームと前記物体の反射角が変動し、結果
として受信レベルが変動しても、前記変動に左右され難
くなるため、より精度よく物体の位置する角度を求める
ことができるようになる。

【００２５】

【発明の効果】第１の発明によれば、ＦＭ−ＣＷレーダ
の視野内にある移動物体の測角を行うにあたり、異なる
方向を向いた２つの受信アンテナから得られる前記物体
からの受信ビームの受信レベルを時分割に入手する場
合、第１の受信アンテナから第２の受信アンテナへ切り
替える間に物体が移動し、ＦＭ−ＣＷレーダからの距離
が変化してしまい受信レベルの変動が発生してしまう
が、予め用意したＦＭ−ＣＷレーダから基準物までの距
離に対する受信レベルで正規化し、前記正規化した値を
用いて測角処理を行うことにより、精度よく物体の位置
する角度を求めることができるようになるという効果が
ある。

【００２６】また、第２の発明によれば、ＦＭ−ＣＷレ
ーダの視野内にある移動物体の測角を行うにあたり、異
なる方向を向いた２つの受信アンテナから得られる前記
物体から反射してくるビームの受信レベルを時分割に入
手する場合、第１の受信アンテナから第２の受信アンテ
ナへ切り替える間に物体が移動し、ＦＭ−ＣＷレーダと
前記物体間の反射角が変化してしまい受信レベルの変動
が発生してしまうが、前記各受信アンテナにおいて前記
受信レベルの取得を複数回行い、平均値を求め、前記平
均値を用いて測角処理を行うことにより、精度よく物体
の位置する角度を求めることができるようになるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるＦＭ−ＣＷレーダによる測角
装置の実施の形態１を示す図である。

【図２】 ＦＭ−ＣＷレーダにより得られた物体の距離
と受信レベルの関係を示した図である。

【図３】 ＦＭ−ＣＷレーダによる測角装置の実施の形
態１での処理の一部を示すフローチャート図である。

【図４】 この発明によるＦＭ−ＣＷレーダによる測角
装置の実施の形態２を示す図である。

【図５】 ＦＭ−ＣＷレーダによる測角装置の実施の形
態２での処理の一部を示すフローチャート図である。

【図６】 ＦＭ−ＣＷレーダを路側に設置し、走行する
車両の位置の測角を行っている状況を示す図である。

【図７】 ＦＭ−ＣＷレーダを用いて物体の位置の測角
を行う状況を示す図である。

【図８】 ビームの中心方向を変えた２つの受信アンテ
ナを持つＦＭ−ＣＷレーダにおけるアンテナパターンと
それらの和、差、和と差の比を示す図である。

【図９】 車両を対象とした場合の、時分割処理による
時間差の問題を示す図である。

【図１０】 従来のＦＭ−ＣＷレーダによる測角装置を
示す図である。

【符号の説明】

１ ＦＭ−ＣＷレーダ装置、２ 車両、３ 送信ビー
ム、４ ビームの中心が基準方向からビームの照射方向
に向かって左側にθだけ傾いた第１の受信ビーム、５
ビームの中心が基準方向からビームの照射方向に向かっ
て右側にθだけ傾いた第２の受信ビーム、６ 道路、７
送信ビームの中心方向、８ 第１の受信ビームの中心
方向、９ 第２の受信ビームの中心方向、１０ 基準方
向に対しビームの照射方向に向かって角度Φだけ傾いた
位置に存在する車両の方向、１１第１のビームによる第
１の受信レベル、１２ 第２のビームによる第２の受信
レベル、１３ 第１の受信レベルと第２の受信レベルの
和、１４ 第１の受信レベルと第２の受信レベルの差、
１５ 第１と第２の受信レベルの和と差の比、１６送信
アンテナ、１７ａ 第１の受信アンテナ、１７ｂ 第２
の受信アンテナ、１８ 受信アンテナ切換えスイッチ、
１９ ＦＭ−ＣＷ送受信装置、２０ Ａ／Ｄ変換器、２
１ 信号処理装置、２２ 測角処理装置、２３ 記憶装
置、２４正規化装置、２５ 平均値算出装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 路側または路面上方から、ＦＭ−ＣＷ波
   であるビームを装置前方の視野内に送信するための送信
   信号を生成し、また前記視野内の物体から反射してくる
   受信ビームを周波数変換するＦＭ−ＣＷ送受信装置と、
   前記送信信号を送信ビームとして放射する送信アンテナ
   と、受信ビームの中心方向が送信ビームの中心方向に対
   しビームの照射方向に向かって左に傾いた第１の受信ア
   ンテナと、受信ビームの中心方向が送信ビームの中心方
   向に対しビームの照射方向に向かって右に傾いた第２の
   受信アンテナと、２つの受信アンテナのうちのどちらか
   一方を有効にするための受信アンテナ切換えスイッチ
   と、前記ＦＭ−ＣＷ送受信装置の出力をディジタル信号
   に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器が出力す
   るディジタル信号から送信ビームと受信ビームのビート
   信号の周波数分析を行い、前記ＦＭ−ＣＷ送受信装置と
   物体間の距離及び物体からの受信ビームの振幅レベルを
   出力する信号処理装置と、所要の基準となる物体に対
   し、前記第１の受信アンテナを用いて予め測定した前記
   距離と振幅レベルの関係を保持している記憶装置と、物
   体が移動することによる前記振幅レベルの変動を、前記
   記憶装置に保持されているデータを用いて補正演算する
   ための補正装置と、前記第１及び第２の受信アンテナか
   ら得られる前記振幅レベルを前記補正装置で補正した値
   を用い、送信ビームの中心方向に対する前記物体の位置
   する角度を算出する測角処理装置を具備することを特徴
   とするＦＭ−ＣＷレーダによる測角装置。
2. 【請求項２】 路側または路面上方から、ＦＭ−ＣＷ波
   であるビームを装置前方の視野内に送信するための送信
   信号を生成し、また前記視野内の物体から反射してくる
   ビームを周波数変換するＦＭ−ＣＷ送受信装置と、前記
   送信信号を送信ビームとして放射する送信アンテナと、
   受信ビームの中心方向が送信ビームの中心方向に対しビ
   ームの照射方向に向かって左に傾いた第１の受信アンテ
   ナと、受信ビームの中心方向が送信ビームの中心方向に
   対しビームの照射方向に向かって右に傾いた第２の受信
   アンテナと、２つの受信アンテナのうちのどちらか一方
   を有効にするための受信アンテナ切換えスイッチと、前
   記ＦＭ−ＣＷ送受信装置の出力をディジタル信号に変換
   するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器が出力するディ
   ジタル信号から送信ビームと受信ビームのビート信号の
   周波数分析を行い、前記ＦＭ−ＣＷ送受信装置と物体間
   の距離及び物体からの受信ビームの振幅レベルを出力す
   る信号処理装置と、ランダムノイズの影響を軽減するた
   めに、各受信アンテナの選択毎に前記信号処理装置から
   出力される物体からの受信ビームの振幅レベルを記憶
   し、平均値を計算して出力する平均値算出装置と、前記
   第１及び第２の受信アンテナから得られる物体からの受
   信ビームの振幅レベルを前記平均値算出装置で平均化し
   た値を用い、送信ビームの中心方向に対する前記物体の
   位置する角度を算出する測角処理装置を具備することを
   特徴とするＦＭ−ＣＷレーダによる測角装置。