JP2006047051A - ミリ波レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 故障を的確に判定できるミリ波レーダ装置を提供する。
【解決手段】 制御部にて、スイッチが送信機による送信信号の出力をONしているときを通常サンプリング、スイッチが送信機による送信信号の出力をOFFしているときを故障検出用サンプリングとし、これらそれぞれのサンプリングの際において、ビート信号生成手段が生成したビート信号を周波数解析する。そして、通常サンプリングの際に周波数解析を行ったときのDC値と、故障検出用サンプリングのときに周波数解析を行ったときのDC値とを比較することにより、故障が発生しているか否かを判定する。
【選択図】 図4
【解決手段】 制御部にて、スイッチが送信機による送信信号の出力をONしているときを通常サンプリング、スイッチが送信機による送信信号の出力をOFFしているときを故障検出用サンプリングとし、これらそれぞれのサンプリングの際において、ビート信号生成手段が生成したビート信号を周波数解析する。そして、通常サンプリングの際に周波数解析を行ったときのDC値と、故障検出用サンプリングのときに周波数解析を行ったときのDC値とを比較することにより、故障が発生しているか否かを判定する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、周波数変調されたミリ波を送受信することにより、対象物と自分自身との位置関係を求めるミリ波レーダ装置に関し、例えば、オートクルーズコントロールに使用されるミリ波レーダ装置に適用して好適である。
従来、FMCW方式のミリ波レーダ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このレーダ装置は、周波数変調されたレーダ波を送受信することにより、対象物との相対距離や相対速度に関する情報を取り出すことで、例えば前方車両と自車両との関係を検出するようになっている。
図5に、FMCW方式のミリ波レーダ装置のブロック構成を示す。
図5に示されるミリ波レーダ装置において、変調信号生成部(VCO)J1の出力は、増幅器J2等で増幅されたのち分配器J3に入力され、出力の一部が受信用に分配される。この後、分配された信号が逓倍器J4に入力されたのち、パワーアンプJ5で増幅され、送信アンテナJ6から送信される。
一方、受信アンテナJ7から受信された電波は、ローノイズアンプ(LNA)J8で増幅され、分配器J3から分配されたローカル信号(Lo信号)と共に、2倍波ミキサJ9でダウンコンバートされてベースバンド信号となる。その後、ベースバンド信号は、低周波増幅器J10で増幅され、アナログデジタルコンバータ(ADC)J11によりデジタル化されたのち、制御部(マイコン)J12でデータ処理される。この制御部J12の出力がミリ波レーダ装置の出力として、様々な制御に用いられる。
このFMCW方式の測離は、よく知られているように、以下の原理に基づいて行われる。
図6(a)は、対象物となる他車両とミリ波レーダ装置におけるアンテナ部(送信アンテナJ6および受信アンテナJ7)の距離関係を示した図である、図6(b)は、送信波と受信波の波形を示した図である。これらの図に示されるように、送信アンテナJ6から、時間と共に周波数が直線的に増加(減少)する無線信号が発信させられると、それが対象物で反射して戻ってくる。この戻ってきた信号を、受信アンテナJ7で受信し、送信信号でダウンコンバートする。
このとき、受信波は、対象物までの距離rの往復分(2×r/光速)、送信波に対し時間遅れを持っており、その時間分、周波数が低い(または高い)ことになる。このため、ダウンコンバートした結果、対象物の距離に応じた周波数のビート信号が出力され、制御部J12でFFT処理等して対象物までの距離を検出する。
例えば、受信波の周波数をfrとすると、その時の送信波の周波数ftは、対象物までの往復時間分、周波数が高く(低く)なっており、ミキサの出力としては、距離に応じた周波数、すなわち、ft−frのビート信号が出力される。このビート信号の周波数ft−frは、一般的に、数百kHz程度であり、このときのビート信号出力をFFTした場合、例えば、図7の模式図のようになる。
特許第3344368号
上述したミリ波レーダ装置の出力は、図示しないシステムコントローラーに入力され、種々の制御に使用されている。このため、ミリ波レーダ装置が故障した際、例えば、逓倍器J4が故障して送信信号が出力されなくなったり、受信が行えないなどの故障が発生した場合には、システムコントローラーに対して、故障ダイアグを出す必要性がある。
しかしながら、ミリ波レーダ装置の制御部J12には2倍波ミキサJ9の出力が入力されるのみであり、ミリ波レーダ装置における高周波部が故障しても、2倍波ミキサの出力にビート信号が含まれなくなるだけであり、故障が発生したのか検出するのが困難である。
本発明は上記点に鑑みて、故障を的確に判定できるミリ波レーダ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、送信アンテナ(8)を通じて、ミリ波帯の電波を送信信号として送信する送信機(7)と、送信機(7)による送信信号の出力のON、OFFを切り替えるスイッチ(18)と、受信アンテナ(9)を通じて、送信信号が対象物で反射したときの反射波を受信信号として受信する受信機(13)と、送信信号と受信信号との差の周波数成分であるビート信号を生成するビート信号生成手段(12)と、ビート信号に基づいて、対象物との位置関係を求める制御部(16)とを有し、制御部(16)は、スイッチ(18)が送信機(7)による送信信号の出力をONしているときを通常サンプリング、スイッチ(18)が送信機(7)による送信信号の出力をOFFしているときを故障検出用サンプリングとし、これらそれぞれのサンプリングの際において、ビート信号生成手段(12)が生成したビート信号を周波数解析し、通常サンプリングの際に周波数解析を行ったときのDC値と、故障検出用サンプリングのときに周波数解析を行ったときのDC値とを比較することにより、故障が発生しているか否かを判定するようになっていることを特徴としている。
このように、スイッチ(18)が送信機(7)による送信信号の出力をONしているときを通常サンプリング、スイッチ(18)が送信機(7)による送信信号の出力をOFFしているときを故障検出用サンプリングとしている。そして、これらそれぞれのサンプリングの際において、ビート信号生成手段(12)が生成したビート信号を周波数解析し、通常サンプリングの際に周波数解析を行ったときのDC値と、故障検出用サンプリングのときに周波数解析を行ったときのDC値とを比較する。これにより、ミリ波レーダ装置における送信機(7)や受信機(13)に故障が発生していることを検出することが可能となる。
例えば、請求項2に示されるように、制御部(16)は、通常サンプリングのときに周波数解析を行ったときのDC値と、故障検出用サンプリングのときに周波数解析を行ったときのDC値との差が規定範囲外であれば故障しておらず、規定範囲内であれば故障しているものと判定する。
請求項3に記載の発明では、制御部(16)は、スイッチ(18)が送信機(7)による送信信号の出力をONしているときを通常サンプリング、スイッチ(18)が送信機(7)による送信信号の出力をOFFしているときを故障検出用サンプリングとし、これらそれぞれのサンプリングの際において、ビート信号生成手段(12)が生成したビート信号をサンプリングすると共に周波数解析し、通常サンプリングの際の周波数解析結果のノイズレベルと、故障検出用サンプリングのときの周波数解析結果のノイズレベルとを比較することにより、故障が発生しているか否かを判定するようになっていることを特徴としている。
このように、通常サンプリングの際の周波数解析結果と、故障検出用サンプリングのときの周波数解析結果とを比較することにより、故障が発生しているか否かを判定することが可能である。
例えば、請求項4に示されるように、通常サンプリングの際の周波数解析結果と、故障検出用サンプリングのときの周波数解析結果とが等しい値、もしくは、これらの差が所定範囲内である場合には、故障が発生しているものと判定される。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
(第1実施形態)
本発明の一実施形態を適用した車載用のミリ波レーダ装置をブロック構成を図1に示す。以下、この図を参照して本実施形態のミリ波レーダ装置の構成について説明する。
本発明の一実施形態を適用した車載用のミリ波レーダ装置をブロック構成を図1に示す。以下、この図を参照して本実施形態のミリ波レーダ装置の構成について説明する。
ミリ波レーダ装置は、車両の進行方向、例えば前方に向けてミリ波帯の電波を出射すると共に、先行車両などの対象物によって反射した電波を到来波として受信することで、その到来波の数および方位を求めると共に、対象物までの距離および自車両に対する相対速度を求めるものである。
図1に示されるように、ミリ波レーダ装置には、変調信号生成部1、増幅器2および分配器3を備えたLo部4と、逓倍器5およびパワーアンプ6を備えた送信機7、送信アンテナ8および受信アンテナ9を備えたアンテナ部10、ローノイズアンプ11および2倍波ミキサ12を備えた受信機13、増幅器14、A/Dコンバータ15および制御部16が備えられたベースバンド部17、および、スイッチ18を有して構成されている。これらのうち、Lo部4、送信機7および受信機13がミリ波レーダ装置における高周波部19に相当する。
変調信号生成部1は、サンプリングを行う際に、例えば、時間に対して直線的に周波数が増減するような変調を行わせる所定周期の三角波状の変調信号を生成し、サンプリングを行わない際には、変調信号を生成しないようにするものである。この変調信号生成部1が生成する変調信号が増幅器2に出力され、増幅器2で増幅されるようになっている。
分配器3は、増幅器2から出力された信号を電力分配し、ローカル信号を生成するものである。この分配器3からのローカル信号が2倍波ミキサ12に入力されるようになっている。
逓倍器5は、分配器3での電力分配後の信号を逓倍するものである。この逓倍器5で逓倍された信号がパワーアンプ6によってさらに増幅され、送信アンテナ8に向けて出力される。
送信アンテナ8は、送信器7から出力された信号で示されるミリ波帯の電波を車両の進行方向、例えば前方に向けて出力するものである。
受信アンテナ9は、送信アンテナ8から出力されたミリ波帯の電波が対象物で反射した反射波を含む信号を受信信号として受け取り、それをローノイズアンプ11に送るようになっている。
2倍波ミキサ12は、ローノイズアンプ11によって増幅された受信信号と、分配器3から伝えられるローカル信号とを混合し、これらの信号の差の周波数成分であるビート信号を生成するものである。このとき生成されるビート信号の周波数がビート周波数と呼ばれるもので、送信信号の周波数が増加する時のビート周波数を上り変調時のビート周波数、送信信号の周波数が減少する時のビート周波数を下り変調時のビート周波数と呼び、FMCW方式による対象物の距離および相対速度の演算に用いられる。
A/Dコンバータ15は、2倍波ミキサ12の出力信号を増幅器14で増幅したもの、つまりアナログ値として示されるビート信号をデジタル値に変換するためのものである。
制御部16は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ROMなどに記憶されたプログラムにしたがった処理を実行するものである。具体的には、制御部16は、A/Dコンバータ15によってデジタル値に変換されたビート信号に基づいて、FMCWによる距離や相対速度の算出を行うと共に、高周波部19の故障判定を行うようになっている。
スイッチ18は、電源20からの送信機7への電力供給のON、OFFを制御するものである。このスイッチ18からの電力供給がONされている際には、送信機7からの信号に基づいて、送信アンテナ8からミリ波帯の電波が出力され、電力供給がOFFの際には、送信アンテナ8からミリ波帯の電波の出力が停止されるようになっている。
続いて、このように構成される本実施形態のミリ波レーダ装置の作動について、図2に示すタイミングチャートを参照して説明する。
まず、通常動作について説明する。通常動作時には、図2に示されるように、電力消費のためにOFFとなっていたスイッチ18は、送信タイミング、または、その少し前にONとなる。これにより、送信アンテナ8を通じて送信機7から時間と共に周波数が直線的に増加(減少)するミリ波帯の電波が送信波として出力される。
そして、図示しない対象物で送信波が反射すると、その反射波が受信機に入力され、ダウンコンバートされてビート信号となる。
このビート信号が制御部16に入力され、制御部16は、送信波と受信波が時間的に重なる部分でサンプリングを行い、FFT処理してビート信号の周波数解析を行う。すなわち、通常動作時のサンプリング(通常サンプリング)を行う時間は、送信機7への電力供給を行うためのスイッチ18がONの期間であり、そのときのFFT出力波形は、上記した図7のように対象物に対応する周波数とDC成分を含み、これらの領域において出力が大きくなる。なお、ここでいうFFT出力とは、FFT処理後の信号を示すもので、各周波数に対応する信号レベルを示している。
このように、DC近辺においてFFT出力が大きくなるのは、ミリ波レーダ装置の構造に起因するものである。図3は、ミリ波レーダ装置の概略構成をブロック的に示したものであり、この図に示されるように、ミリ波レーダ装置を構成するベースバンド部17、高周波部18およびアンテナ部19などの各種回路などや、アンテナ部19を保護するために設置された電波透過性のある構造物(以下、レドームという)20、例えば、樹脂製のカバーが存在するために、送信アンテナ8から送信された電波が至近距離で反射され、ほぼDCに近い周波数でビート信号が発生するのである。
このような通常動作時の周波数解析を行った場合に、対象物が何も存在しなかったときの受信機13の出力(ビート信号)を図4に実線で示す。この場合には、DC近辺において出力が大きくなり、それ以外の周波数では受信機ノイズ分の大きさの出力となる。
次に、故障検出時の動作について説明する。故障検出時、例えば、図2に示されるように通常サンプリング終了後には、スイッチ18をOFFとし、通常動作時と同様のサンプリングによって受信機出力をサンプリングする。このサンプリングが故障検出用サンプリングとなる。このとき、スイッチ18がOFFとなっているため、送信波が存在せず、対象物に対応する周波数のビート信号が発生しないことは言うまでもないが、同時に、近距離での反射もなくなる。
したがって、DC付近の出力は、ベースバンド部17の増幅器14等が原因となるDC成分のみとなり、一般的に小さな値となる。この様子を図3中に破線で示す。
そして、送信機7が故障した場合には、送信アンテナ8から電波が出力されなくなることから、スイッチ18がOFFと同じ状況となる。すなわち、図4の実線で示される通常動作時のFFT出力波形において、DCの出力が、通常サンプリングにおいても図4の破線で示した故障検出用サンプリングのときの値に等しい、又は、近い値、すなわちこれらの差が所定範囲内となって、送信機7の故障である事が分かる。
したがって、制御部16は、通常動作時のFFT出力のDCの出力と故障検出時のFFT出力のDC出力とを比較することにより、送信機7の故障を検出することができる。例えば、通常動作時のFFT出力のDCの出力と故障検出時のFFT出力のDC出力との差が大きくて規定範囲外であれば送信機7は故障しておらず、小さくて規定範囲内であれば送信機7は故障しているものと判定されるようになっている。
同様に、受信機13が故障している場合にも、通常の近距離反射を受信することが無くなる。このため、ベースバンドだけからのノイズとなって、DC成分は小さな値を示し、さらに、受信機ノイズが発生しなくなるため、DC以外のノイズレベルも小さくなる。この様子を図4中に一点鎖線で示す。
したがって、制御部16は、通常動作時のFFT出力のDCの出力と故障検出時のFFT出力のDC出力とを比較することにより、受信機13の故障を検出することができる。例えば、通常動作時のFFT出力のDCの出力と故障検出時のFFT出力のDC出力との差が大きくて規定範囲外であれば受信機13は故障しておらず、小さくて規定範囲内であれば送信機7は故障しているものと判定されるようになっている。
また、制御部16に対して、正常時のノイズに応じたFFT出力のレベル、もしくはノイズのあるポイントにおけるFFT出力のレベル、例えばDC近辺でのFFT出力のレベルを記憶させておき、制御部16に、記憶してある値と故障検出用サンプリングのときのFFT出力とを比較させることによっても、受信機7の故障を検出することができる。
以上説明したように、本実施形態のミリ波レーダ装置では、スイッチ18がONとなっているときのサンプリングの際にFFT処理した結果を、スイッチ18がONとなっているときのサンプリングの際にFFT処理した結果比較する。そして、それぞれのFFT出力におけるDC(付近)レベルの差により、送信機7、又は、受信機13の故障を判定することができる。また、制御部16にて、正常時のノイズに応じたFFT出力のレベルを正常時の記憶値を比較させることにより、受信機13の故障を検出することができる。
(他の実施形態)
上記実施形態のミリ波レーダ装置におけるスイッチ18は、図1に示したような送信機7のブロック用のものに限定するものではなく、パワーアンプ6のみのスイッチとして用いられるものでも良いし、逓倍器5のみのスイッチとして用いられるものでも良い。
上記実施形態のミリ波レーダ装置におけるスイッチ18は、図1に示したような送信機7のブロック用のものに限定するものではなく、パワーアンプ6のみのスイッチとして用いられるものでも良いし、逓倍器5のみのスイッチとして用いられるものでも良い。
1…変調信号生成部、2…増幅器、3…分配器、4…Lo部、5…逓倍器、6…パワーアンプ、7…送信機、8…送信アンテナ、9…受信アンテナ、10…アンテナ部、11…ローノイズアンプ、12…2倍波ミキサ、13…受信機、14…増幅器、15…A/Dコンバータ、16…制御部、17…ベースバンド部、18…スイッチ、19…高周波部、20…レドーム。
Claims (4)
- 送信アンテナ(8)を通じて、ミリ波帯の電波を送信信号として送信する送信機(7)と、
前記送信機(7)による前記送信信号の出力のON、OFFを切り替えるスイッチ(18)と、
受信アンテナ(9)を通じて、前記送信信号が対象物で反射したときの反射波を受信信号として受信する受信機(13)と、
前記送信信号と前記受信信号との差の周波数成分であるビート信号を生成するビート信号生成手段(12)と、
前記ビート信号に基づいて、前記対象物との位置関係を求める制御部(16)とを有し、
前記制御部(16)は、前記スイッチ(18)が前記送信機(7)による前記送信信号の出力をONしているときを通常サンプリング、前記スイッチ(18)が前記送信機(7)による前記送信信号の出力をOFFしているときを故障検出用サンプリングとし、これらそれぞれのサンプリングの際において、前記ビート信号生成手段(12)が生成した前記ビート信号を周波数解析し、前記通常サンプリングの際に周波数解析を行ったときのDC値と、前記故障検出用サンプリングのときに周波数解析を行ったときのDC値とを比較することにより、故障が発生しているか否かを判定するようになっていることを特徴とするミリ波レーダ装置。 - 前記制御部(16)は、前記通常サンプリングのときに周波数解析を行ったときのDC値と、前記故障検出用サンプリングのときに周波数解析を行ったときのDC値との差が規定範囲外であれば故障しておらず、前記規定範囲内であれば故障しているものと判定するようになっていることを特徴とする請求項1に記載のミリ波レーザ装置。
- 送信アンテナ(8)を通じて、ミリ波帯の電波を送信信号として送信する送信機(7)と、
前記送信機(7)による前記送信信号の出力のON、OFFを切り替えるスイッチ(18)と、
受信アンテナ(9)を通じて、前記送信信号が対象物で反射したときの反射波を受信信号として受信する受信機(13)と、
前記送信信号と前記受信信号との差の周波数成分であるビート信号を生成するビート信号生成手段(12)と、
前記ビート信号に基づいて、前記対象物との位置関係を求める制御部(16)とを有し、
前記制御部(16)は、前記スイッチ(18)が前記送信機(7)による前記送信信号の出力をONしているときを通常サンプリング、前記スイッチ(18)が前記送信機(7)による前記送信信号の出力をOFFしているときを故障検出用サンプリングとし、これらそれぞれのサンプリングの際において、前記ビート信号生成手段(12)が生成した前記ビート信号を周波数解析し、前記通常サンプリングの際の周波数解析結果のノイズレベルと、前記故障検出用サンプリングのときの周波数解析結果のノイズレベルとを比較することにより、故障が発生しているか否かを判定するようになっていることを特徴とするミリ波レーダ装置。 - 前記通常サンプリングの際の周波数解析結果と、前記故障検出用サンプリングのときの周波数解析結果とが等しい値、もしくは、これらの差が所定範囲内である場合には、故障が発生しているものと判定するようになっていることを特徴とする請求項3に記載のミリ波レーダ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006275776A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | ミリ波レーダモジュール |
JP2008268101A (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Kyosan Electric Mfg Co Ltd | 障害物検知装置 |
JP2009092410A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Fujitsu Ten Ltd | レーダ装置、及び物標検出方法 |
US9882573B2 (en) | 2013-06-28 | 2018-01-30 | Denso Corporation | Method of fabricating electronic device and limit value setting apparatus |
WO2021088313A1 (zh) * | 2019-11-07 | 2021-05-14 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 激光雷达的状态检测装置、激光雷达以及状态检测方法 |
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2004
- 2004-08-03 JP JP2004226902A patent/JP2006047051A/ja active Pending
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