JP2003207561A - レーダ動作監視システム - Google Patents
レーダ動作監視システムInfo
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Abstract
を提供する。 【解決手段】レーダ送受信機32と平面アンテナ31と
の間に、結合器30あるいは検出用アンテナ34aを設
ける、あるいは、平面アンテナ31の放射ビームに結合
するように、検出用アンテナ34bを設け、受信したレ
ーダ波を遅延伝送線33に通し、再び、レーダ送受信機
に入力するようにする。遅延伝送線33によって与えら
れる遅延量は、レーダが検出しようとする距離範囲より
も手前の距離に相当するように設定し、バンドパスフィ
ルタBPF2によって信号を切り出し、レーダが正常に
動作しているか否かの判断を信号処理することによって
検出する。
Description
の距離測定機能監視システムに関する。
に障害物センサを取り付けて、運転者が気づかない場合
にも、障害物を検出し、ブレーキの制御などを行う技術
が開発されつつある。この場合、障害物センサである車
両レーダの精度が問題となる。このような用途に多く使
用されるレーダシステムとして、FM−CWレーダシス
テムが知られている。
ムの構成を示す図である。図10においては、変調信号
である三角波の入力を受けて、発振するレーダ波の周波
数を変調するVCO10から出力された周波数変調波
(FM波)は、送信増幅器11において、出力用に増幅
される。送信増幅器11が正常に動作しているか否かを
判断するために、送信増幅器11から半導体素子に印加
されるバイアス電流を監視するバイアス電流監視信号
(3)が取り出される。送信増幅器11によって増幅さ
れたFM波は、結合器15において、分岐され、送信レ
ベル検波回路12に送られる。送信レベル検波回路12
では、送信FM波のレベルを検波し、その結果を送信レ
ベル監視信号(1)として出力する。また、結合器15
で分岐されたFM波は、周波数弁別用のバンドパスフィ
ルタ13を通って、検波回路14において、検波され、
変調機能監視信号(2)が出力される。同時に送信増幅
器11から送信されたFM波の内、結合器15によって
分岐されなかった分は、送受信の共用器16を介して、
平面アンテナ17に送信され、平面アンテナ17からレ
ーダ外の障害物の検出のためにレーダ波として送信され
る。
は、平面アンテナ17によって受信され、共用器16を
介して、受信増幅器18に入力され、受信増幅器18で
は、空中を伝搬したり、障害物に当たったりして減衰し
たFMレーダ波を受信可能な程度に増幅後、ミキサ19
に入力される。受信増幅器18の動作は、受信増幅器1
8の半導体素子に印加されるバイアス電流を監視するバ
イアス電流監視信号(4)を取り出すことによって監視
され、故障であるか否かが判断される。
M波を局発増幅器20によって増幅したものを、受信増
幅器18からの受信FM波(レーダ波)と混合する。ミ
キサ19の動作は、ミキサの半導体素子に印加されるバ
イアス電流監視信号(5)を監視することによって監視
される。
M波と混合された受信レーダ波は、ビート周波数に変換
され、バンドパスフィルタ21を介して、信号処理回路
22によって信号処理され、距離、相対速度の電気信号
を出力される。自車と障害物間の距離、相対速度、方向
の信号からアクセル、ブレーキの制御信号をスイッチ2
3に送られる。スイッチ23は、上記(1)〜(5)の
信号を受信して、レーダが正常に動作しているか否かを
判断するレーダ動作判定回路25によって制御され、レ
ーダが故障していると判断された場合には、アラーム信
号が出力され、レーダが正常に動作している場合には、
ブレーキやアクセルに制御信号が送られる。
回路部品の故障を検出する手段にバイアス電流、ローカ
ル発振停止検出とミキサ回路の異常検出にはミキサ回路
の自己バイアス電流を監視していた。レーダの動作機能
監視は信号処理回路の異常検出まで必要とされる。この
ためには検知範囲にターゲットからの反射信号があれば
確実に異常検出できるが、車載レーダの場合、前方の反
射物は変化するので確実な反射が望めないため、常時、
反射波が受信可能な対地からの反射波を観測する方法が
採られていた。
離と相対速度の検出が可能であり、対地の反射点までの
距離及び対地速度が測定できれば、動作監視が可能であ
る。また、送信電力は送信電力の一部を検波し、検波直
流を監視情報とすることや、FM変調機能の監視に高周
波周波数弁別器(例:フィルタの周波数特性と検波回路
の組み合わせた回路)により監視していた。その他の監
視項目は監視を必要とする機能回路の電源電流や検出回
路により動作判定情報を出力する。主要な監視情報はレ
ーダ機能判定回路25で異常を判定し、レーダ機能アラ
ームを出力するとともに、アクセル、ブレーキ制御信号
を解除することをおこなっていた。
の出力は、アクセル、ブレーキ制御信号として使用され
るためレーダ機能が異常である場合、直ちにアクセル、
ブレーキ制御を解除することが求められる。
は、車載レーダが対地からの散乱反射波のレベルを計測
し動作判定を行う場合、対地の反射は路面散乱状態が一
定でなく、強い信号を得るためのアンテナ放射パターン
にするとイメージ反射を計測する場合があり、検知誤差
(橋梁など危険物でないものが危険物体からの反射と見
なす信号に見える確率)を低下させる要因となってい
た。対地速度をドップラー周波数から求める方法は、間
欠的にVCOを無変調にすることにより比較的容易に計
測できるが、変調、無変調の区別が付かず、変調回路の
故障または周波数偏移幅の劣化に対し、変調動作監視回
路が別途必要となると言う課題があった。送信増幅機能
監視は送信電力の一部を検波し、検波直流を監視情報と
することやFM変調機能の監視に高周波周波数弁別器
(例:フィルタの周波数特性と検波回路の組み合わせた
回路)により監視できるが、高周波回路の追加により高
価になることと追加回路がその他のレーダ回路に比べ、
無視できる高信頼性が要求される。この他の必要とする
動作機能を監視することは可能であるが、監視回路の低
価格化及び付加する監視回路の高信頼性が要求される課
題があった。また、信号処理のアルゴリズムにより、ガ
ードレールや道路標識、橋梁、対向車等、レーダアンテ
ナを走査して、道路上の構造物からの反射信号を検知し
ながら、時間的な変化を見てレーダ機能の異常を判断す
る場合もあるが、様々な環境の道路においては前記構造
物が無いような区間もあり、道路状況により異常検出が
遅延する場合があり、瞬時に確実な車載レーダの動作異
常を検知することが困難な課題があった。
機器を防護するレドームを装着する。レドームの付着物
は、特に降雨時やレドーム表面に付着した氷が溶ける際
にできる表面の水膜によりレーダ波の反射損失を増大さ
せる影響が大きい。レドームの水膜によりレーダ性能を
著しく劣化する場合を機器性能の劣化と分離し検出する
必要があった。
ダの動作監視システムを提供することである。
監視システムにおいて、該レーダの送信波の一部を受信
する送信電力受信手段と、該受信された送信波に、該レ
ーダの測距離レンジ以外の距離に相当する遅延を与える
遅延手段と、該遅延手段によって遅延された送信波を該
レーダの受信回路に返送する返送手段とを備え、該返送
された送信波を信号処理することにより、該レーダが正
常に動作しているか否かを判断することを特徴とする。
レーダ動作の監視を行い、障害が発生した場合には、確
実にレーダの障害を検出することができる。
ーダの目標距離検出範囲以外の距離相当の固定反射遅延
線路をレーダに結合させ、前記固定反射遅延線路の距離
信号のレベル、距離を常時検出し、該検出信号を監視基
準信号とする。本実施形態では、レーダ目標の有無、路
面反射などの電波環境の状態に関わらず、前記監視基準
信号の状態を検出判定する事により、レーダ動作の監視
が可能となる。例えば、監視信号の距離情報が異常にな
れば、周波数偏移幅の劣化、FM変調回路故障による無
変調故障、前記固定反射遅延線路の距離情報は正常、か
つレベル変動幅が異常となれば、レドーム付着物からの
反射波の影響と判定することにより、車載レーダ動作監
視の課題を解決する。
明の実施形態の原理構成を説明する図である。レーダの
平面アンテナ31とレーダ送受信機32の間の給電線に
結合器30を付加し、レーダ送信波の一部を取り出し遅
延伝送線33に導く、もしくは給電線(例えば、マイク
ロストリップライン)から漏洩する送信波の一部を検出
アンテナ34aにより検出し、検出アンテナ34aに遅
延伝送線33を接続、もしくは平面アンテナ31の放射
面に検出アンテナ34bを設置し、送信波の一部を検出
アンテナ34bにより検出し、検出アンテナ34bに遅
延伝送線33を接続する。
いものではなく、3つの選択枝の内、1つを行えば十分
である。遅延線の長さはレーダの目標検出範囲外の距離
に相当する長さとする。
数を示した図である。同図において、縦軸は、受信感度
であり、横軸は距離であるが、距離は、受信波とVCO
からのFM波とを混合した結果えられたビートのビート
周波数の関数であるので、横軸を周波数と読み替えるこ
とができる。
通過させる帯域通過フィルタ(BPF1)とレーダ動作
監視用の遅延伝送線の反射信号距離に相当するビート周
波数を通過させる帯域通過フィルタ(BPF2)により
分離し、信号処理回路に入力し、それぞれの信号を分析
する。距離ビート周波数fbは、以下の式で表現され、
遅延伝送線の自由空間距離相当の長さRを1m、周波数
偏移幅Δf=1000MHz、光速C=3×108m/
s、変調周期Tm=1/750Hzとすると、 fb=(4×Δf×R)/(C×Tm)=1000Hz となり、前記条件におけるBPF1の周波数は1kHz
となる。
とするとBPF2の帯域は、相対速度100km/時に
よる速度ビート周波数(中心周波数76.5GHzでは
1.4kHz)を含め、1.6kHzから151.4k
Hz有ればよい。
同図(a)に示されるように、送信波、受信波は、それ
ぞれ三角波によって周波数変調を受けているとする。受
信波は、前方の障害物などに反射して戻ってくるので、
受信波を受信した際に発信されている送信波との混合を
行うと、受信波と送信波の間に遅延が生じているので、
ビート信号が生じる。同図(a)に示されるように、受
信波と送信波とのずれが大きければ大きいほど、同図
(b)のビート周波数が大きくなり、従って、同図
(c)のビート信号の周波数を測定することによって、
障害物までの距離が、上記式あるいは、図3中に記載さ
れている式によって検出できる。
アンテナの構成例を示す図である。レドーム40内面に
薄い金属膜と誘電体からなるトリプレート線路の遅延伝
送線42を張り巡らし、遅延伝送線42の先端部を検出
用パッチ平面アンテナ41に接続し、該検出用アンテナ
41はレーダ平面アンテナ44の放射面の一部に結合す
るように設置する。該遅延伝送線42の一方は開放、又
は短絡とする。遅延線の長さは、検出距離を1m、遅延
線の実効誘電率を9とすると0.33mとなる。
図(b)に示すように、レーダ電気回路収納ブラケット
43が設けられ、レーダの主要電気回路が設けられる。
また、レーダの平面アンテナ44の後ろには、レーダ送
受信回路44が設けられる。
アンテナの別の設置例を示す図である。同図(a)、
(b)に示すように、レドーム40の内側に小型軽量な
遅延伝送線50とアンテナ41を一体構造のユニット化
したものである。本実施形態では、遅延伝送線を小型に
するため、セラミックなどの高誘電率誘電体55を用い
ている。アンテナ41は、マイクロストリップラインと
パッチアンテナにより構成する場合、1/4λ同軸アン
テナ52と反射板54を組み合わせても可能である。同
図(c)に示すように、遅延伝送線50は、多層トリプ
レート線路となっており、高誘電率誘電体55の内部を
巡る内導体53として構成される。また、同図(d)に
示されるように、高誘電率誘電体55を複数層に分け、
内導体53を貫通内導体56によって接続し、全体とし
て十分な遅延量を与えられるように遅延伝送線を構成す
る。遅延伝送線を高誘電率の誘電体を用いて構成する
と、レーダ波の遅延伝送線内を伝搬する速度を小さくす
ることができるので、同じ長さの遅延伝送線で、より大
きな遅延量を与えることができる。同図(d)の外導体
57は、アースとしての役割を行うものである。
ンテナの別の構成例の図である。レーダのアンテナが送
信用アンテナ44−1と受信用アンテナ44−2に分離
したレーダの場合、図4の構成では、一方のアンテナに
のみ有効に結合する不都合を解消するもので、送受信用
アンテナの個々に結合するよう2個の検出アンテナ41
−1、41−2を設置し、検出アンテナ間を遅延伝送路
42で接続する。この場合、遅延伝送路42の長さは図
4に比べ、2倍となる。遅延伝送線42は、フィルム状
や細心同軸でも可能であり、可とう性を持つ遅延伝送線
42が可能であり、アンテナの放射を妨げないようなレ
ドーム内面に収容可能である。従って、送信アンテナ4
4−1から送信されたレーダ波を検出用アンテナ41−
1で受け取り、可とう遅延伝送線42を介して、検出用
アンテナ41−2から送出させ、受信アンテナ44−2
で、遅延伝送線42を通ってきたレーダ波を受信するも
のである。
基板により小型軽量な遅延伝送線と2アンテナ及び増幅
器を一体構造のユニット化した本発明の別の実施形態を
示す図である。
5の場合と同じように、レーダの平面アンテナ44が送
信用アンテナと受信用アンテナとに分かれている場合の
構成例である。送信検出用アンテナ41−1は、送信用
アンテナから出るレーダ波を受信し、受信検出用アンテ
ナ41−2は、受信用アンテナに遅延伝送線を伝搬後の
レーダ波を結合させるものである。
るため、セラミックなどの高誘電率誘電体を用いてい
る。アンテナ41−1、41−2は、マイクロストリッ
プラインとパッチアンテナにより構成する場合、図5の
場合と同様、1/4λ同軸アンテナと反射板を組み合わ
せても可能である。遅延伝送線50である高誘電率多層
トリプレート遅延伝送線は、送信検出用アンテナ41−
1で受け取ったレーダ波を少し離れた受信検出用アンテ
ナ41−2に送る必要がある。しかし、上記トリプレー
ト遅延伝送線は小型にすると誘電損失、導体損が大きく
なるために、内部を伝搬するレーダ波の減衰が大きい。
従って、同図(a)あるいは、(c)に示されるよう
に、遅延伝送線の途中に増幅器60を設けて、遅延伝送
線を伝搬するレーダ波の減衰を補償するように構成して
いる。同図(d)は、図5と同様に、同図(c)の側面
図を示している。
明の実施形態を使用する場合の説明図である。車載レー
ダの送受信装置の保護レドーム61は、通常電波を無反
射で通過する形状と材料からできているが、車載レーダ
(レドームと前述のブラケットに含まれる車載レーダ用
アンテナ64、レーダ送受信回路65などからなる)
は、車外に取り付けられることが多く、汚泥、雨水、氷
などの付着68する。特にレドーム表面に付着する汚
泥、雨水、氷の内雨水による水膜による反射による減衰
が大きい。レーダ用アンテナとレドーム間に複数のアン
テナを設置し、該アンテナ間に分配器またはサーキュレ
ータ66を接続し、該分配器または、サーキュレータ6
6の分岐端子に伝送遅延線63を接続する。レドーム6
1の外表面に水膜などが付着すると同図(c)の等価回
路のZ2が変化するため、遅延伝送線から反射した波
は、分配器66においてアンテナ62−1とアンテナ6
2−2への分配量が変化する。ここで、分配器あるいは
サーキュレータ66を用いている場合、アンテナ62−
1からのレーダ波は伝送遅延線63に入り、反射し、反
射波はサーキュレータ66によってアンテナ62−2よ
りレドーム方向に放射される。従って、実際のレーダ波
の流れは、レドーム61の付着物68からの反射と、車
載レーダ用アンテナ64からのレーダ波が入り乱れるも
のとなる。従って、理想的な場合と異なり、同図(c)
に示されるように、等価回路は、遅延伝送線63のイン
ピーダンスZ3、分配器66からアンテナ62−2及び
レドーム61を見たインピーダンスZ2、及び分配器6
6からアンテナ62−1及びレドームを見たインピーダ
ンスZ1が並列に接続されたものとなる。
では、アンテナ62−2からの反射波が無いと仮定する
と遅延伝送線の反射波はサーキュレータ66のアイソレ
ーション分だけアンテナ62−1からレーダアンテナに
遅延電波が戻り、遅延時間に相当する距離信号が検出さ
れる。レドーム61に水膜などが付着し、反射量が増え
るとアンテナ62−2からの反射量が増加し、通常の検
出信号より大きくなるため、水膜などの付着が予測され
る。
と併用し、遅延伝送線63からの反射信号の強度から、
付着物の警報の判断が可能となる。図9は、図8のレド
ーム付着物検知用アンテナの実施形態における構成例を
示す図である。
ト伝送線路と誘電体フィルムからなる基板70の両外部
導体にスロットアレーアンテナ用の孔を設けたスロット
アレー導体71−1、71−2を設け、遅延線路につな
がる内導体とスロットアレーアンテナを電気的に結合す
ることで、同図(b)の断面図に示すような2つの対称
方向の放射パターンのアンテナが得られる。トリプレー
ト導体及び誘電体フィルタ70からなる基板の両側に
は、スペーサ誘電体72−1、72−2が設けられ、ス
ペーサ誘電体72−1、72−2にスロットアレー導体
71−1、71−2を設けた構成としている。
方式のレーダについて説明したが、他のレーダの方式で
も適用可能である。例えば、パルス方式やスペクトラム
拡散方式などである。本実施形態を使用する場合、当業
者によれば、どのようなレーダ方式に使用でき、どのよ
うに使用するかは、上記実施形態の説明を基にすれば容
易に理解されるであろう。
障害物がない場合でも、簡易かつ、信頼性のある固定反
射遅延線路の距離信号を付加することにより一定の距離
測定ができれば、車載レーダの機能監視が常時行える。
前記固定反射遅延線路の測定距離信号を距離、レベルを
基準に距離測定誤差拡大、感度低下などのレーダ性能低
下判定が行えるため確実な車載レーダ機能を監視でき
る。
合回路伝送線を基本にしているため信頼度が高いこと。
能動素子に増幅回路を使用した場合においても増幅回路
の周期的な増幅度断続動作により、遅延線路系の異常を
検査できる車載レーダ動作機能を実現できる。
車載レーダに放射することにより、従来方法に比べて監
視付加回路が少なく、簡単な回路で、信頼性が高く、車
載レーダ機能を監視することが可能となり、レーダ異常
にともなう車のアクセル、ブレーキ制御の信頼性が向上
する利点がある。短時間の機能判定が可能となる利点が
ある。
いて、該レーダの送信波の一部を受信する送信電力受信
手段と、該受信された送信波に、該レーダの測距離レン
ジ以外の距離に相当する遅延を与える遅延手段と、該遅
延手段によって遅延された送信波を該レーダの受信回路
に返送する返送手段とを備え、該返送された送信波を信
号処理することにより、該レーダが正常に動作している
か否かを判断することを特徴とするレーダ動作監視シス
テム。
レーダの送信アンテナより小型の検出用アンテナを備え
ることを特徴とする付記1に記載のレーダ動作監視シス
テム。
信電力受信手段と、返送手段の両方の機能を有すること
を特徴とする付記2に記載のレーダ動作監視システム。 (付記4)前記検出用アンテナは、前記レーダの送信用
アンテナと受信用アンテナのそれぞれに対して設けられ
ていることを特徴とする付記2に記載のレーダ動作監視
システム。
ーダを保護するレドーム内に形成されることを特徴とす
る付記2に記載のレーダ動作監視システム。 (付記6)前記遅延手段は、可とう性の伝送線からなる
ことを特徴とする付記1に記載のレーダ動作監視システ
ム。
送信電力受信手段あるいは前記返送手段を構成する検出
用アンテナと一体形成されていることを特徴とする付記
6に記載のレーダ動作監視システム。
段あるいは、前記返送手段と該遅延手段との間に、前記
送信波が該遅延手段を伝搬する間に受ける損失を補うた
めの増幅器が設けられていることを特徴とする付記1に
記載のレーダ動作監視システム。
ーダを保護するレドームに向かって送出し、該レドーム
からの反射波を受信し、該レーダの受信回路に返送する
手段を更に有し、該レドームからの反射波の強度が大き
くなったときに、該レドームに付着物がると判断するこ
とを特徴とする付記1に記載のレーダ動作監視システ
ム。
て、該レーダの送信波の一部を受信する送信電力受信ス
テップと、該受信された送信波に、該レーダの測距離レ
ンジ以外の距離に相当する遅延を与える遅延ステップ
と、該遅延手段によって遅延された送信波を該レーダの
受信回路に返送する返送ステップとを備え、該返送され
た送信波を信号処理することにより、該レーダが正常に
動作しているか否かを判断することを特徴とするレーダ
動作監視方法。
レーダを保護するレドームに向かって送出し、該レドー
ムからの反射波を受信し、該レーダの受信回路に返送す
るステップを更に有し、該レドームからの反射波の強度
が大きくなったときに、該レドームに付着物がると判断
することを特徴とする付記10に記載のレーダ動作監視
方法。
の動作監視システムを構築することができる。
る。
である。
成例を示す図である。
の設置例を示す図である。
の構成例の図である。
型軽量な遅延伝送線と2アンテナ及び増幅器を一体構造
のユニット化した本発明の別の実施形態を示す図であ
る。
を使用する場合の説明図である。
態における構成例を示す図である。
す図である。
ンテナ) 32、65 レーダ送受信機 33、63 遅延伝送線 34a、34b、41、41−1、41−2、62−
1、62−2 検出用アンテナ 40、61 レドーム 42 可とう遅延伝送線(トリプレート線路) 43 レーダ電気回路収容ブラケット 44−1 送信アンテナ 44−2 受信アンテナ 50 高誘電率遅延伝送線(多層トリプレート線
路) 52 λ/4同軸アンテナ 53 内導体 54 反射板 55 高誘電率誘電体 56 貫通内導体 57 外導体 60 増幅器 66 サーキュレータ 68 レドーム付着物 70 トリプレート導体+誘電体フィルム 71−1、71−2 スロットアレー導体 72−1、72−2 スペーサ誘電体
Claims (3)
- 【請求項1】レーダの動作監視システムにおいて、 該レーダの送信波の一部を受信する送信電力受信手段
と、 該受信された送信波に、該レーダの測距離レンジ以外の
距離に相当する遅延を与える遅延手段と、 該遅延手段によって遅延された送信波を該レーダの受信
回路に返送する返送手段とを備え、 該返送された送信波を信号処理することにより、該レー
ダが正常に動作しているか否かを判断することを特徴と
するレーダ動作監視システム。 - 【請求項2】前記送信電力受信手段は、前記レーダの送
信アンテナより小型の検出用アンテナを備えることを特
徴とする請求項1に記載のレーダ動作監視システム。 - 【請求項3】送信波に遅延を与えて、前記レーダを保護
するレドームに向かって送出し、該レドームからの反射
波を受信し、該レーダの受信回路に返送する手段を更に
有し、 該レドームからの反射波の強度が大きくなったときに、
該レドームに付着物がると判断することを特徴とする請
求項1に記載のレーダ動作監視システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002007965A JP2003207561A (ja) | 2002-01-16 | 2002-01-16 | レーダ動作監視システム |
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---|---|---|---|
JP2002007965A JP2003207561A (ja) | 2002-01-16 | 2002-01-16 | レーダ動作監視システム |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003207561A true JP2003207561A (ja) | 2003-07-25 |
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---|---|
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