JP2003270335A

JP2003270335A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2003270335A
Application number: JP2002068529A
Authority: JP
Inventors: Koichi Asano; 孔一浅野
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】近距離および遠距離の物標を効率的に検出す
る。【解決手段】高周波発生器１０からの周波数変調波を
振幅変調器３０において、チャープ信号によって振幅変
調し、送信アンテナ１４から送信する。そして、受信ア
ンテナ１８で得た受信波をミキサ１６において方向性結
合器１２からの送信振幅変調波と混合し、その後ミキサ
３４を選択可能なモード切替器６０、Ａ／Ｄ変換器２２
を介し信号処理・制御回路２４に供給する。そして、ミ
キサ３４においては、振幅変調器３０において振幅変調
に用いたチャープ信号と混合する。そこで、ミキサ３４
を選択することによって、信号処理・制御回路２４で振
幅変調波の変化状態に応じて物標を検出し、ミキサ３４
をバイパスした場合には周波数変調波の変化状態に基づ
いて物標を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車などにおい
て先行車などの物標を検出するレーダ装置、特に複数の
モードを有するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用レーダを用いた走行支援システ
ムとして、ＡＣＣ（Adaptive CruiseControl）が知られ
ている。このＡＣＣでは、先行車を検出し、車間距離を
自動的に制御する。ここで、ＡＣＣ用のレーダには、７
６ＧＨｚ帯のミリ波を用いた１５０ｍ以上の遠距離用レ
ーダが開発されている。しかし、このような遠距離用の
レーダでは、一般に検出周期は長くなり、検出精度（特
に、距離分解能）も低くなる。

【０００３】一方、衝突の危険を検出するプリクラッシ
ュや、渋滞時における自動停止発進を行うＳｔｏｐ＆Ｇ
ｏなどのシステムが実用化されつつある。上述のような
遠距離用のレーダではプリクラッシュやＳｔｏｐ＆Ｇｏ
には検出周期や精度の点で適用できない。そこで、２４
ＧＨｚ帯のマイクロ波を用いて、近距離の物標を検出す
るレーダの開発が進められている。例えば、W. Weidman
n et ”A High Resolution Radar for Short Range Aut
omotive Applications,” 28th European Microwave Co
nf.,1998.には、この種のレーダが提案されている。

【０００４】このように、機能別に複数種類のセンサが
開発されており、これらをすべて備え、検出目的に応じ
て使い分けることによって、広範囲の対象物の検出をそ
れぞれ目的に応じて適切に検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機能別
に複数のセンサを用いるシステムではコストが高くな
り、また複数のセンサを搭載するための場所も必要とな
る。最高級車だけを対象とする場合にはあまり大きな問
題とはならないが、プリクラッシュなどの様に安全性向
上を目指すシステムはできる限り多くの車種へ搭載でき
るようにする必要があり、その場合にはコスト、搭載性
の点で問題が生ずる。

【０００６】すなわち、複数のレーダを用いる場合、コ
ストの高い高周波部分も複数必要となる。また、レーダ
を搭載するには電源ケーブルの配線、レーダ制御信号の
入力や検出結果の出力のための信号線の配線も必要にな
る。従って、レーダの数が増えればそれだけコストも上
昇し、またレーダ搭載やケーブル敷設のスペースが増加
することになる。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、基本的に１つのレーダで広範囲の対象物の検出が
行えるレーダ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、送信アンテナ
から電波を送信し、物標からの反射波を受信して、物標
を検出するレーダ装置において、搬送波を生成する高周
波発振器と、送信アンテナとの間に振幅変調器を設け、
前記高周波発振器の高周波発生状態を制御して変調波を
発生させるとともに、前記振幅変調器に変調信号を加え
振幅変調波を発生させてこれを送信し、物標で反射され
た受信波における前記変調波および振幅変調波の状態に
基づき物標を検出することを特徴とする。

【０００９】このように、本発明によれば、高周波発振
器からの変調波にさらに振幅変調器による振幅変調を利
用する。そこで、１つの高周波回路を利用して、異なっ
た距離の物標に対し、好適な検出が行え、近距離および
遠距離の両方の検出を効果的に行うことができる。

【００１０】また、前記振幅変調器に加える振幅変調信
号は、チャープ信号またはＰＮ信号であることが好適で
ある。

【００１１】また、前記高周波発振器で発生する変調波
は、周波数変調波または位相変調波であることが好適で
ある。

【００１２】また、前記振幅変調器として可変減衰器で
あって電圧・電流制御型のスイッチを用いることが好適
である。このスイッチは、高周波を扱うのに適してお
り、かつ振幅変調器としても利用できる。そこで、複数
のアンテナを利用する場合には、アンテナの切替スイッ
チと、振幅変調を兼用することができる。

【００１３】また、複数の送信アンテナと複数の受信ア
ンテナを有し、この中から受信強度が最も高くなるアン
テナの組み合わせによって得られた信号に基づいて物標
の検出を行うことが好適である。

【００１４】また、高周波発振器で発生する変調波の状
態に基づく比較的遠距離の物標の検出を行うモードと、
振幅変調器による振幅変調波の状態に基づく比較的近距
離の物標の検出を行うモードと、のいずれかを選択して
物標の検出を行うことが好適である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は、周波数変調波を用いる基本的なレ
ーダ装置の構成を示したものである。周波数変調波を発
生する高周波発振器１０の出力（送信波）が方向性結合
器１２により送信アンテナ１４とミキサ１６に分けられ
る。送信アンテナ１４から送信された電波は物標で反射
される。この物標で反射された反射波は、受信アンテナ
１８で受信され、ミキサ１６で送信波と混合されること
により、周波数差の信号が得られる。なお、高周波発振
器１０、方向性結合器１２およびミキサ１６が高周波回
路２０を構成している。

【００１７】ミキサ１６で得られた送信波と受信波の周
波数差の信号がＡ／Ｄ変換器２２でデジタルデータに変
換されてから信号処理・制御回路２４に供給される。信
号処理・制御回路２４は、取り込んだデジタルデータを
を演算処理することにより、物標の位置、速度などの検
出結果を得る。

【００１８】また、信号処理・制御回路２４の制御によ
って発振器制御回路２６が高周波発振器１０の発信周波
数を制御するようになっており、これによって所望の周
波数変調波が高周波発振器１０から出力される。

【００１９】この周波数変調波は、例えば三角波によっ
て周波数が周期的に変化するＦＭＣＷであり、この送信
波と受信波の時間的ずれや、周波数の変動に基づいて、
物標の位置、相対速度などが検出される。なお、周波数
変調に代え位相変調を用いることも好適であり、各種の
方式が採用可能である。

【００２０】本発明は、このような基本的なレーダの構
成において、図２に示すように，方向性結合器１２と送
信アンテナ１４との間に振幅変調器３０を設け、その制
御信号としてチャープ信号発生器３２からチャープ信号
を加え、この振幅変調された電波を送信する。さらに、
高周波回路２０のミキサ（ミキサ１）１６の他に、Ａ／
Ｄ変換器２２との間にミキサ（ミキサ２）３４を選択可
能なモード切替器６０を設け、ミキサ（ミキサ２）３４
を経た信号をＡ／Ｄ変換器２２へ供給可能になってい
る。

【００２１】このミキサ３４には、チャープ信号発生器
３２からのチャープ信号が供給されている。そこで、こ
のミキサ３４において、送信された振幅変調信号（チャ
ープ信号）と受信された振幅変調信号（チャープ信号）
との周波数差の信号が求められる。そして、このミキサ
３４で得られた信号をＡ／Ｄ変換器２０を介しデジタル
データとして信号処理・制御回路２４に取り込まれ、振
幅変調波を用いて物標の検出が行われる。

【００２２】この信号処理・制御回路２４におけるミキ
サ３４からの信号に基づく物標の検出にはＦＦＴなどの
周波数分析手法を含む、一般的なＦＭＣＷレーダ、２周
波ＣＷレーダ、ドップラレーダなどの信号処理が適用で
きる。

【００２３】また、モード切替器６０は、ミキサ１６か
らの差の信号をミキサ３４を介し、Ａ／Ｄ変換器２２に
供給するか、これをバイパスしてＡ／Ｄ変換器２２に供
給するかを切り替える。

【００２４】すなわち、信号処理・制御回路２４は、近
距離の物標検出の際には、ミキサ３４を通過した信号を
Ａ／Ｄ変換器２２に供給するように、モード切替器６０
を切り替える。このため、上述のようなチャープ信号
（振幅変調信号）による物標検出が行える。一方、遠距
離の物標検出の際に、ミキサ１６からの信号をミキサ３
４をバイパスしてＡ／Ｄ変換器２２に供給するように、
モード切替器６０を切り替える。これによって、信号処
理・制御回路２４において、上述の基本構成と同じ周波
数変調信号（または位相変調信号）からの物標検出を行
うことができる。

【００２５】ここで、遠距離物標および近距離物標の検
出をそれぞれ”遠距離モード”および”近距離モード”
と呼ぶ。遠距離モードでは、発振器制御回路２６におい
てＦＭ変調のための変調信号（電圧変化信号）が発生さ
れ、高周波発振器１０に加えられるとともに、振幅変調
器３０には振幅最大となるように一定電圧信号がチャー
プ信号発生器３２から加えられる。これにより、送信ア
ンテナ１４から周波数変調波が送信される。一方、近距
離モードでは、発振器制御回路２６から一定の電圧が出
力され、高周波発振器１０では一定周波数の高周波が出
力されるとともに、振幅変調器３０にはチャープ信号発
生器３２により発生されたチャープ信号が加えられ、そ
れに基づいて振幅変調波が出力される。これにより、送
信アンテナ１４から振幅変調波が送信される。

【００２６】先に述べたように、それぞれのモードに対
応してモード切替器６０により周波数変調波の検波、振
幅変調波の検波が切り替えられ、受信信号が信号処理・
制御回路２４に取り込まれる。なお、これらのモードの
切替も信号処理・制御回路２４により行われる。通常時
は本レーダを適用する走行支援システムに適した一定の
周期で各モードが切り替えられる。この様にして物標監
視が行われ、その中で干渉する可能性がある近距離物標
が検出された場合は近距離モードの動作の割合が増加さ
れる。この各モードの動作割合は検出された近距離物標
の危険度などによって変わる。なお、危険度は例えば近
距離物標の距離や干渉を生ずるまでの時間などに基づい
て求めることができる。

【００２７】このように、図２に示した実施形態によれ
ば、近距離物標の検出の場合には、チャープ信号発生器
３２により、送信波を振幅変調することができ、ミキサ
３４において、送信波のチャープ信号と受信波のチャー
プ信号の差の信号を得ることができる。そこで、この差
の信号に基づいて、近距離の物標についての検出が行え
る。

【００２８】例えば、このレーダの搬送波として、７６
ＧＨｚ程度の高周波を用い、ＦＭＣＷの三角波の周期ｍ
ｓｅｃのオーダとする。これによって、１５０ｍ程度ま
での物標を好適に検出することができる。一方、チャー
プ信号を数１０〜数１００ＭＨｚのものを用いること
で、比較的近距離の物標を検出するチャープレーダとし
て機能することができる。

【００２９】また、振幅変調信号としてＰＮ信号を用い
る例を図３に示す。この例では、チャープ信号発生器３
２に代えてＰＮ信号発生器３６が設けられており、この
ＰＮ信号発生器３６からのＰＮ信号が振幅変調３０に振
幅変調信号として供給される。

【００３０】一方、ミキサ１６からの信号は、相関器３
８を選択可能なモード切替器６０に供給される。この相
関器３８には、ＰＮ信号発生器３６からのＰＮ信号が遅
延回路４０によって所望の遅延を受けた後供給されてい
る。

【００３１】従って、モード切替器６０において相関器
３８を選択すれば、送信波の振幅変調に用いられたＰＮ
信号と受信されたＰＮ信号との相関が相関器３８によっ
て検出される。その際に、送信に用いられたＰＮ信号は
信号処理・制御回路２４の指定する適切な遅延量（可
変）だけ遅延させる遅延回路４０を通して相関器３８に
入力される。そこで、相関器３８において、ＰＮ信号の
遅延時間に対する相関特性を求めることができ、これに
よって物標までの距離が求められる。すなわち、ＰＮ信
号の相関の高い遅延時間が物標までの往復経路の経過時
間に対応する。

【００３２】なお、上記振幅変調器３０として、電圧・
電流制御型のスイッチ（可変減衰器）を用いることが好
適である。例えば、図４に示すようなダイオードを用い
たスイッチ回路で振幅変調器３０を実現できる。すなわ
ち、入力側と出力側に一対のコンデンサＣ１，Ｃ２を設
け、両コンデンサＣ１，Ｃ２の中間部をダイオードＤを
介し、グランドに接続する。そして、コンデンサＣ１、
Ｃ２の中間部に変調信号を入力する。これによって、変
調信号に応じて入力高周波信号が出力側に伝達され、そ
の振幅は変調信号の振幅に応じたものになり、変調信号
による振幅変調がなされる。すなわち、変調信号として
先のチャープ信号、ＰＮ信号を用いることにより、その
信号の電圧あるいは電流に比例して減衰量が変化して振
幅変調される。

【００３３】なお、この回路は、変調信号をＬとするこ
とでオフ、Ｈとすることでオンとなる高周波のスイッチ
回路として利用されるものであり、このスイッチ回路を
そのまま振幅変調器３０として利用することができる。

【００３４】図５は、従来の自動車用ミリ波レーダ（長
周期・遠距離）において、物標（先行車等）の方位検出
や検出範囲の区分化のために複数の送信アンテナおよび
受信アンテナを設けたものである。

【００３５】すなわち、方向性結合器１２には、スイッ
チ５０を介し、３つの送信アンテナ１４ａ、１４ｂ、１
４ｃが接続されている。また、受信アンテナとして受信
アンテナ１８ａ、１８ｂが設けられ、これらがスイッチ
５２を介しミキサ１６に接続されている。そして、スイ
ッチ制御回路５４が設けられており、このスイッチ制御
回路５４が信号処理・制御回路２４からの指令によっ
て、スイッチ５０、５２のスイッチングを制御して、送
信アンテナ１４ａ〜１４ｃから順次電波を送信し、受信
アンテナ１８ａ、１８ｂから反射波を順次受信する。こ
のスイッチ５０、５２としては、一般的に上記の電圧・
電流制御型のスイッチなどが用いられる。

【００３６】図６には、図５の構成におけるスイッチ５
０に図２の構成の振幅変調回路３０の機能を付加したも
のである。すなわち、スイッチ５０を利用し、その制御
信号に単にアンテナを切り替える信号ではなく、振幅変
調するための変調信号（この場合は、チャープ信号発生
器３２からのチャープ信号）を加える。これによって、
スイッチ５０からの出力は、チャープ信号によって振幅
変調された送信波となり、振幅変調波を用いるレーダが
実現できる。

【００３７】このように、図６の構成により、スイッチ
５０によるアンテナの切り替え機能はそのまま維持し、
その切り替え機能を利用して振幅変調波を生成する。ま
た、この例では、受信アンテナ１８ａ、１８ｂを切り替
えるスイッチ５２にも同様のスイッチ回路を用いてい
る。

【００３８】そして、複数の送信アンテナ１４ａ〜１４
ｃ、受信アンテナ１８ａ、１８ｂの組み合わせの中から
最も信号強度が高い（ＳＮ比が高い）組み合わせを選ぶ
ことにより、検出性能の改善が可能になる。また、その
選択の方法としては、すべての組み合わせ中の最大値を
選ぶ方法、予め定めた適切な閾値を下回った場合に異な
る組み合わせを選択する方法、複数の組み合わせにより
得られる信号を合成する方法などが考えられ、そのいず
れも採用可能である。

【００３９】また、図６には、振幅変調信号としてチャ
ープ信号を使用した例を示したが、図３のＰＮ信号を振
幅変調信号に利用する構成を図７に示す。この構成にお
いても、同様に複数のアンテナを利用することができ
る。

【００４０】このように、本実施形態に係るレーダ装置
は、図１に示すような基本的なレーダ装置構成に対し、
高周波回路２０以外の種々の素子を付け加えたものであ
る。そのため、基本的なレーダとしてのモードと、上記
の振幅変調波を用いたモードを含む複数のモードで動作
できる。

【００４１】このように、本実施形態では、モード切替
器６０により、簡単にモード切替が可能である。

【００４２】また、ＡＤ変換器２２を複数用意し、信号
処理・制御回路２４において、近距離用と、遠距離用の
信号処理を並列して行えば、複数のモードの信号を同時
に取得することも可能である。

【００４３】また、遠距離物標の検出の場合には、チャ
ープ信号の発生や、ＰＮ信号の発生を停止し、近距離物
標の検出の場合には、高周波発振回路１０における搬送
波を一定のものとして周波数変調や位相変調を行わない
ことも好適である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波発振器からの変調波にさらに振幅変調器による振
幅変調を利用する。そこで、１つの高周波回路を利用し
て、異なった距離の物標に対し、好適な検出が行え、近
距離および遠距離の両方の検出を効果的に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーダ装置の基本構成を示す図である。

【図２】振幅変調信号としてチャープ信号を利用する
実施形態についての構成を示す図である。

【図３】振幅変調信号としてＰＮ信号を利用する実施
形態についての構成を示す図である。

【図４】振幅変調器として利用するスイッチ回路の構
成を示す図である。

【図５】複数のアンテナを利用する場合の基本構成を
示す図である。

【図６】複数のアンテナを利用し、振幅変調信号とし
てチャープ信号を利用する実施形態についての構成を示
す図である。

【図７】複数のアンテナを利用し、振幅変調信号とし
てＰＮ信号を利用する実施形態についての構成を示す図
である。

【符号の説明】

１０高周波発振器、１２方向性結合器、１４送信
アンテナ、１６，３４ミキサ、１８受信アンテナ、２
０高周波回路、２２Ａ／Ｄ変換器、２４信号処理・
制御回路、２６発振器制御回路、３０振幅変調器、
３２チャープ信号発生器、３６ＰＮ信号発生器、３
８相関器、４０遅延回路、５０，５２スイッチ、
５４スイッチ制御回路、６０モード切替器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信アンテナから電波を送信し、物標か
らの反射波を受信して、物標を検出するレーダ装置にお
いて、搬送波を生成する高周波発振器と、送信アンテナとの間
に振幅変調器を設け、前記高周波発振器の高周波発生状態を制御して変調波を
発生させるとともに、前記振幅変調器に変調信号を加え
振幅変調波を発生させてこれを送信し、物標で反射された受信波における前記変調波および振幅
変調波の状態に基づき物標を検出するレーダ装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、前記振幅変調器に加える振幅変調信号は、チャープ信号
またはＰＮ信号であるレーダ装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のレーダ装置に
おいて、前記高周波発振器で発生する変調波は、周波数変調波ま
たは位相変調波であるレーダ装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１つに記載の装
置において、前記振幅変調器として可変減衰器であって電圧・電流制
御型のスイッチを用いるレーダ装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１つに記載の装
置において、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを有し、この
中から受信強度が最も高くなるアンテナの組み合わせに
よって得られた信号に基づいて物標の検出を行うレーダ
装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１つに記載の装
置において、高周波発振器で発生する変調波の状態に基づき物標の検
出を行うモードと、振幅変調器による振幅変調波の状態
に基づき物標の検出を行うモードと、の２つのモードを
有し、いずれかモードを選択して物標の検出を行うレー
ダ装置。