JP2007240203A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物との距離および対象物のレーダ断面積を精度良く算出することを必要とせずに、容易かつ精度良く対象物を識別可能なレーダ装置を提供する。
【解決手段】レーダ装置１に、送信強度（電力）の異なる二つの信号１１・１２を所定の時間差で発生する発生部２と、信号１１・１２を対象物に向けて送信する送信部３と、前記対象物により反射された信号２１・２２を受信する受信部４と、信号２１・２２の受信強度（電力）の差ΔＰｒに基づいて対象物の種類（ヒト、車両、大型車両）を識別する識別部５と、を具備した。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置の技術に関する。

近年、自動車の安全性を向上するための技術として、他の自動車との相対速度や距離を計測するためのレーダ装置を自動車に搭載し、当該レーダ装置による計測計測値に基づいてエンジンの回転数やブレーキの制動力を制御することにより自動車の走行速度を制御したり、あるいは衝突前にエアバッグを作動させるといった技術が検討されている。

また、近年、モノパルスレーダやモノパルスを用いたＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）レーダ装置を自動車に搭載し、他の自動車や障害物との距離（相対距離）を計測する技術も検討されている。

さらに、上記レーダ装置により取得された障害物との距離（相対距離）と受信信号の強度との関係に基づいて、障害物がヒトあるいは自動車のいずれであるか等の識別を行う技術も検討されている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

送信電力をＰｔ、送信アンテナの利得をＧｔ、レーダ装置と対象物との間の距離をＲ、レーダ断面積をσ、受信アンテナの有効開口面積をＡｒとすると、受信電力Ｐｒは一般的には以下の数１に示すレーダ方程式で表される。

数１における送信アンテナの利得Ｇｔ、受信アンテナの有効開口面積Ａｒは通常、レーダ装置の構成が決まると定数となるものである。従って、レーダ断面積σは送信電力Ｐｔと受信電力Ｐｒの比（Ｐｒ／Ｐｔ）に比例し、距離Ｒの４乗に比例することとなる。
また、レーダ断面積σは一般的に対象物の大きさ（レーダ装置から見た投影断面積）、対象物を構成する材質により決まる反射率、および対象物の形状のファクターを表す定数により表すことが可能である。
特許文献１に記載のレーダ装置は、送信信号（送信波）と受信信号（受信波）の間の時間差（遅延時間）に基づいて距離Ｒを算出するとともに、当該距離Ｒ、送信電力Ｐｔ、受信電力Ｐｒを数１に代入して対象物のレーダ断面積σを算出し、レーダ断面積σの値に基づいて対象物を識別するものである。
特開２００４−３６１１５５号公報

しかし、特許文献１に記載のレーダ装置は、以下の問題点を有する。
すなわち、数１によればレーダ断面積σは距離Ｒの４乗に比例することから、距離Ｒの測定精度が低いと算出されたレーダ断面積σの精度も大きく低下し、ひいてはレーダ断面積σに基づく対象物の識別の精度（信頼性）が低下する。
特に、レーダ装置と対象物との距離Ｒが短くなるほど算出されたレーダ断面積σの精度が低下する傾向がある。

本発明は以上の如き状況に鑑み、対象物との距離および対象物のレーダ断面積を精度良く算出することを必要とせずに、容易かつ精度良く対象物を識別可能なレーダ装置を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
送信強度の異なる二以上の信号を所定の時間差で発生する発生部と、
前記送信強度の異なる二以上の信号を対象物に向けて送信する送信部と、
前記対象物により反射された二以上の信号を受信する受信部と、
前記二以上の信号の受信強度の差に基づいて前記対象物を識別する識別部と、
を具備するものである。

請求項２においては、
前記識別部は、
前記受信部により受信された二以上の信号の受信強度の差と、
前記送信強度の異なる二以上の信号の送信時刻と受信時刻との差に基づいて算出された対象物との距離と、
予め設定された距離範囲毎の対象物の種類と前記二以上の信号の受信強度の差との関係を示すデータと、
に基づいて前記対象物を識別するものである。

請求項３においては、
前記二以上の信号はそれぞれ送信強度が異なるパルス信号であるものである。

請求項４においては、
前記所定の時間差を２ｍｓ以下とするものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、対象物との距離および対象物のレーダ断面積を精度良く算出することを必要とせずに、受信強度の差だけで対象物を精度良く識別することが可能である。

請求項２においては、対象物の識別精度を更に向上させることが可能である。

請求項３においては、対象物との距離および対象物のレーダ断面積を精度良く算出することを必要とせずに、受信強度の差だけで対象物を精度良く識別することが可能である。

請求項４においては、レーダ装置を移動体に搭載した場合でも、対象物との距離の変化の影響を抑えて対象物を精度良く識別することが可能である。

以下では、図１乃至図３を用いて本発明に係るレーダ装置の実施の一形態であるレーダ装置１について説明する。
図１に示す如く、レーダ装置１は主として発生部２、送信部３、受信部４、識別部５、ミキサ６・７を具備する。
レーダ装置１は自動車（不図示）に搭載され、主として当該自動車の進行方向に存在する対象物を識別するものである。
レーダ装置１により識別された対象物（の種類）に係る情報は、例えば自動車の安全性を向上するための種々の制御（エンジン出力やブレーキ制動力の制御、エアバッグ等の作動等）に供される。
なお、本実施例は自動車に搭載する構成としているが、本発明に係るレーダ装置はこれに限定されず、他の移動体（例えば、バイク、列車、船舶等）等に広く適用可能である。
本実施例における識別の対象となる対象物の種類は、ヒト、車両（自動車、バイク等）、大型車両（トラック、トレーラー、ダンプカー等）である。

発生部２は送信強度の異なる二つの信号１１・１２を所定の時間差で発生するものである。
図２に示す如く、発生部２が発生する信号１１・１２は、いずれもパルス信号であり、送信強度すなわち送信電力が異なる。本実施例の場合、先に発生する信号１１の送信電力Ｐｔ１１は、後で発生する信号１２の送信電力Ｐｔ１２よりも大きい。

なお、本実施例では送信強度の異なる二つの信号を発生する構成としたが、本発明に係るレーダ装置はこれに限定されず、強度の異なる二つ、三つあるいはそれ以上の信号を発生する構成としても良い。
また、本実施例では信号１１が送信されてから信号１２が送信されるまでの送信時刻の差、すなわち「所定の時間差」を１０ｎｓとし、信号１１を送信してから次の信号１１を送信するまでの送信時刻の差を１μｓとしているが、強度の異なる二以上の信号の送信時刻の所定の時間差は１０ｎｓに限定されるものではない。
ただし、所定の時間差が過大となると、二以上の信号の送信時刻の所定の時間差の間におけるレーダ装置と対象物との間の距離Ｒの変化量が大きくなり、ひいては受信信号の強度（受信電力）に影響を及ぼすこととなるため、所定の時間差は２ｍｓ以下であることが望ましい。１００ｋｍ／ｈで走行する自動車に搭載されたレーダ装置が強度の異なる二つの信号を２ｍｓの時間差で送信する間に当該自動車が走行する距離は５．６ｃｍ程度となり、対象物の識別を行う上で二以上の信号の送信時刻の所定の時間差の間におけるレーダ装置と対象物との間の距離Ｒを無視できるほど十分に小さくなる。
また、強度の異なる二以上の信号はそれぞれパルス信号であり、ある程度の時間幅を有する（本実施例の場合、信号１１・１２はそれぞれ０．５ｎｓ程度の時間幅を有する）ため、強度の異なる二以上の信号をそれぞれ独立して（他と区別して）受信可能とするためには、当該時間幅よりも「所定の時間差」を大きくすることが望ましい。
さらに、本実施例では先に発生する信号１１の送信強度が後で発生する信号１２よりも送信強度よりも大きいが、本発明に係るレーダ装置はこれに限定されず、先に発生する信号の送信強度が後で発生する信号の送信強度よりも小さい構成としても良い。

発生部２は専用品でも良いが、市販のパルス信号発生装置等を用いて達成することも可能である。

送信部３はミキサ６、ノイズフィルター、信号増幅回路等を経て発生部２に接続され、発生部２にて発生した信号１１・１２を対象物に向けて送信するものである。
発生部２にて発生した信号１１・１２はミキサ６によりアップコンバートされ、例えば２４ＧＨｚの搬送波がミキシングされた状態で送信部３に送られ、送信される。
本実施例の場合、送信部３により対象物に向けて送信される信号１１・１２は電波、光、超音波、可聴域の音波のいずれでも良い。
送信部３は専用品でも良いが、市販の送信アンテナ等を用いて達成することも可能である。

受信部４は、送信部３により送信された信号１１・１２が対象物により反射されたものである信号２１・２２を受信するものである。本実施例の場合、信号１１が対象物により反射されたものが信号２１であり、信号１２が対象物により反射されたものが信号２２である。
受信部４は専用品でも良いが、市販の受信アンテナ等を用いて達成することも可能である。
また、送信部３および受信部４を別体とせずに同一のアンテナとするとともに、当該アンテナの送受信の切り替えを行う切替装置を具備する構成とすることも可能である。
ただし、本実施例の如く自動車に適用する場合、対象物との距離が通常は数１０ｃｍから数１０ｍ程度と比較的短いため、信号１１・１２が送信されてから対象物で反射し、信号２１・２２として受信されるまでに要する時間が非常に短くなり、アンテナの送受信の切り替えが間に合わなくなる場合がある。
従って、対象物との距離が短い状況下で対象物を識別するという観点からは、送信部３および受信部４を別体とすることが望ましい。

識別部５は信号２１・２２の受信強度の差に基づいて前記対象物を識別するものである。
識別部５はミキサ７、ノイズフィルター、信号増幅回路等を経て受信部４に接続され、受信部４にて受信された信号２１・２２をミキサ７によりダウンコンバートした状態で取得する。これにより、識別部５は信号２１・２２のそれぞれの受信時刻（ｔ２１・ｔ２２）および受信電力（Ｐｒ２１・Ｐｒ２２）に係る情報を取得することが可能である。
また、識別部５は発生部２と接続され、発生部２の動作を制御可能であるとともに、発生部２が発生させた信号１１・１２に係る情報、すなわち発生部２が発生させた信号１１・１２のそれぞれの発生時刻（ｔ１１・ｔ１２）、送信電力（Ｐｔ１１・Ｐｔ１２）等を取得することが可能である。

識別部５は、対象物を識別するためのプログラム（対象物識別プログラム）、レーダ装置１と対象物との間の距離Ｒを算出するためのプログラム（距離算出プログラム）等を格納するための格納部、これらのプログラムを展開するための展開部、これらのプログラムに従って所定の演算を行うための演算部、演算結果等を記憶する記憶部等を具備する。
なお、本実施例の識別部５は専用品であるが、識別部５の機能を自動車のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に持たせる構成としても良い。
また、本実施例では発生部２と識別部５とを別体としたが、一体としても良い。

以下、識別部５にて行われる所定の演算について説明する。

まず、識別部５は、信号２１の受信電力Ｐｒ２１と信号２２の受信電力Ｐｒ２２の差ΔＰｒ（＝Ｐｒ２１−Ｐｒ２２）を算出する。

次に、識別部５は、送信信号である信号１１の送信時刻ｔ１１と、これに対応する受信信号である信号２１の受信時刻ｔ２１と、の差に基づいて、レーダ装置１と対象物との距離Ｒを算出する。なお、距離Ｒは、信号１１・２１の速度υおよび時間差Δｔ（＝ｔ２１−ｔ１１）を用いて２×Ｒ＝υ×Δｔの形で表される。

続いて、識別部５は、予め記憶部に記憶された（設定された）距離範囲毎の対象物の種類とΔＰｒとの関係を示す複数のデータのうち、算出された距離Ｒに対応するもの（図３参照）を選択し、当該選択された対象物の種類とΔＰｒとの関係を示すデータに基づき、対象物を識別（対象物がヒト、車両、大型車両のいずれかであるかを判定）する。

「距離範囲毎の対象物の種類とΔＰｒとの関係を示す複数のデータ」は、例えば、ヒト、車両、大型車両の代表的なサンプルについて、実験等で距離範囲毎に受信電力の大きさを予め求めることにより作成される。

本実施例の場合、ヒトは対象物の中で最もサイズが小さく、かつ信号の反射率が小さいことからΔＰｒが他の対象物に比べて小さい。
また、車両（バイク、自動車等）と大型車両（トラック、トレーラー等）とは、その材質が一般的にはほぼ同じ金属材料であるため反射率はさほど変わらないが、サイズが大きくことなるため、車両のΔＰｒと大型車両のΔＰｒとの間には大きな差がある。
従って、識別部５は、ΔＰｒの値に基づいて、対象物（の種類）を識別することが可能である。

なお、「距離範囲」は、例えばレーダ装置１と対象物との距離Ｒが０ｍ〜１０ｍ、１０ｍ〜３０ｍ、３０ｍ〜６０ｍのように設定することが可能であるが、どのように設定するかは識別の目的や対象物の種類等に応じて適宜選択することが可能である。

なお、本実施例の場合、レーダ装置１と対象物との距離Ｒに基づいて距離範囲毎に対象物の種類とΔＰｒとの関係を示す複数のデータを複数設定していたが、対象物との距離範囲によっては、対象物の種類とΔＰｒとの関係を示すデータを一つだけ設定し、距離を算出する工程を省略することも可能である。ただし、レーダ装置１と対象物との距離Ｒに基づいて距離範囲毎に対象物の種類とΔＰｒとの関係を示す複数のデータを複数設定した場合には、識別精度をより向上させることが可能である。

以上の如く、本発明に係るレーダ装置の実施の一形態であるレーダ装置１は、
送信強度（電力）の異なる二つの信号１１・１２を所定の時間差で発生する発生部２と、
信号１１・１２を対象物に向けて送信する送信部３と、
前記対象物により反射された信号２１・２２を受信する受信部４と、
信号２１・２２の受信強度（電力）の差ΔＰｒに基づいて対象物の種類（ヒト、車両、大型車両）を識別する識別部５と、
を具備するものである。
このように構成することにより、対象物との距離Ｒおよび対象物のレーダ断面積σを精度良く算出することを必要とせずに、信号２１・２２の受信電力の差ΔＰｒを算出するだけで対象物を精度良く識別することが可能である。

また、レーダ装置１の識別部５は、
信号２１・２２の受信強度（電力）の差ΔＰｒと、
送信信号である信号１１の送信時刻ｔ１１とこれに対応する受信信号である信号２１の受信時刻ｔ２１との差Δｔに基づいて算出された対象物との距離Ｒと、
予め設定された距離範囲毎の対象物の種類と信号２１・２２の受信強度（電力）の差ΔＰｒとの関係を示すデータと、
に基づいて対象物の種類（ヒト、車両、大型車両）を識別するものである。
このように構成することにより、対象物の識別精度を更に向上させることが可能である。

また、レーダ装置１の送信信号である信号１１・１２はそれぞれ送信強度（電力）が異なるパルス信号であるものである。
このように構成することにより、対象物との距離Ｒおよび対象物のレーダ断面積σを精度良く算出することを必要とせずに、信号２１・２２の受信電力の差ΔＰｒを算出するだけで対象物を精度良く識別することが可能である。

また、レーダ装置１は、信号１１・１２の所定の時間差を２ｍｓ以下とするものである。
このように構成することにより、レーダ装置１を自動車等の移動体に搭載した場合でも、距離Ｒの変化の影響を抑えて対象物を精度良く識別することが可能である。

本発明に係るレーダ装置の実施の一形態を示す模式図。 送信信号と受信信号との関係を示す図。 対象物の種類と受信信号の電力差との関係を示す図。

符号の説明

１ レーダ装置
２ 発生部
３ 送信部
４ 受信部
５ 識別部
１１・１２ 信号（送信信号）
２１・２２ 信号（受信信号）

Claims (4)

1. 送信強度の異なる二以上の信号を所定の時間差で発生する発生部と、
   前記送信強度の異なる二以上の信号を対象物に向けて送信する送信部と、
   前記対象物により反射された二以上の信号を受信する受信部と、
   前記二以上の信号の受信強度の差に基づいて前記対象物を識別する識別部と、
   を具備することを特徴とするレーダ装置。
2. 前記識別部は、
   前記受信部により受信された二以上の信号の受信強度の差と、
   前記送信強度の異なる二以上の信号の送信時刻と受信時刻との差に基づいて算出された対象物との距離と、
   予め設定された距離範囲毎の対象物の種類と前記二以上の信号の受信強度の差との関係を示すデータと、
   に基づいて前記対象物を識別することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記二以上の信号はそれぞれ送信強度が異なるパルス信号であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記所定の時間差を２ｍｓ以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のレーダ装置。

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