JP2008145178A - 調整方法及び方位検出装置及び電子機器 - Google Patents

調整方法及び方位検出装置及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】方位検出装置が有するアレーアンテナの向きを、設置対象に対して所定の向きに正確に調整することができるようにする。
【解決手段】レーダ装置は、レーダ波を発射すると共に、レーダ波が物体に反射して戻ってくる各到来波をアレーアンテナで受信し、この受信信号に基づき、到来波の方位を検出する。具体的に、レーダ装置は、通常モード動作時、到来波数を推定して（Ｓ１７０）、各到来波の方位を検出し（Ｓ２００）、この検出結果を、検査ツールに提供する。一方、レーダ装置は、軸調整モード動作時、到来波数を推定せずに、到来波数が予め設定された固定値であるとして（Ｓ１８０）、各到来波の方位を検出し、この検出結果を、検査ツールに提供する。作業者は、向き調整の際、検査ツールを通じてレーダ装置を軸調整モードで動作させると共に、レーダ装置の方位の検出結果を、検査ツールに表示させ、この表示内容に基づき、レーダ装置の向きを調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、方位検出装置におけるアレーアンテナの向きを調整する方法、及び、方位検出装置、並びに、電子機器に関する。
従来、方位検出装置としては、レーダ波を発射し、レーダ波が前方物体に反射して戻ってくる到来波（反射波）を、アレーアンテナで受信し、当該アレーアンテナを構成する各アンテナ素子の受信信号に基づき、到来波数を推定すると共に、各到来波（換言すると、前方物体）の方位を検出する車載用レーダ装置が知られている。また、この種のレーダ装置としては、到来波の方位（換言すると前方物体の方位）と共に、前方物体までの距離、前方物体との相対速度を検出するものが知られている。具体的には、例えば、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置（以下、「ＦＭＣＷレーダ装置」と表現する。）が知られている。
ＦＭＣＷレーダ装置では、図８（ａ）（ｂ）に実線で示すように、三角波上の変調信号により周波数変調され周波数が時間に対して直線的に漸次増減する送信信号Ｓｓを、レーダ波として送信し、図８（ａ）に点線で示すように、前方物体により反射されたレーダ波を受信する。
この時、受信信号Ｓｒは、図８（ｂ）に点線で示すように、レーダ波が前方物体との間を往復するのに要する時間、即ち、前方物体までの距離に応じた時間Ｔｒだけ遅延し、前方物体との相対速度に応じた周波数ｆｄだけドップラシフトする。
ＦＭＣＷレーダ装置では、このような受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｓとをミキサで混合することにより、両信号Ｓｒ，Ｓｓの差の周波数成分であるビート信号ＢＴ（図８（ｃ）参照）を生成する。尚、送信信号Ｓｓの周波数が増加する時のビート信号ＢＴの周波数ｆｂ１と、送信信号Ｓｓの周波数が減少する時のビート信号ＢＴの周波数ｆｂ２とから、遅延時間Ｔｒに基づく周波数ｆｒは、式（１）、ドップラシフト周波数ｆｄは、式（２）に従って算出することができる。
また、前方物体との距離Ｒ及び相対速度Ｖは、これらの周波数ｆｒ，ｆｄに基づき、式（３）及び式（４）に従って、算出することができる。但し、ｃは電波伝搬速度，ｆｍは送信信号の変調周波数、ΔＦは送信信号の周波数変動幅、Ｆ０は送信信号の中心周波数である。
Figure 2008145178
従って、ＦＭＣＷレーダ装置では、ビート信号ＢＴをフーリエ変換して、周波数解析することで、前方に位置する物体までの距離及び相対速度を検出することができる。
また、前方物体の方位については、アレーアンテナの各アンテナ素子が受信する到来波に、到来方向に応じた位相差が生じることを利用して検出する。複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて、前方物体の方位を検出する方法としては、各アンテナ素子が受信した受信信号間の相関を表す相関行列に基づき、角度スペクトラムを生成し、この角度スペクトラムを解析することで、方位を検出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、方位の検出方法として広く知られているＭＵＳＩＣ法について、概要を説明する。尚、アレーアンテナは、Ｍ個のアンテナ素子を一直線上に等間隔で配置した、所謂リニアアレーアンテナであるものとする（図２参照）。
まず、アレーアンテナの各アンテナ素子が受信した到来波のビート信号ＢＴをフーリエ変換する。このようにフーリエ変換を行うと、図９（ａ）に示すように、各アンテナ素子（ＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍ）の周波数スペクトラムでは、共通するパワーのピークが立つ。
ＭＵＳＩＣ法では、このような各アンテナ素子共通のピークでの各アンテナ素子のフーリエ変換値を配列して、式（５）に示す受信ベクトルＸを構成する。次に、この受信ベクトルＸを用いて、式（６）に示すＭ行Ｍ列の相関行列Ｒｘｘを求める。
Figure 2008145178
ここで、受信ベクトルＸの要素ｘm（ｍ＝１，…，Ｍ）は、Ｍ個の各アンテナ素子について共通して得られたピークにおけるｍ番目のアンテナ素子のフーリエ変換値（複素数）である。上式において、Ｔは、ベクトル転置を示し、Ｈは、複素共役転置を示す。
相関行列Ｒｘｘを求めた後には、相関行列Ｒｘｘの固有値λ1〜λM（但し、λ1≧λ2≧…λM）を求め、熱雑音電力より大きい固有値の数から到来波数Ｌを推定すると共に、固有値λ1〜λMに対応する固有ベクトルｅ1〜ｅMを算出する。
但し、一般的には、相関行列Ｒｘｘの時間平均や空間平均等を採って、相関行列Ｒｘｘを補正し、補正後の相関行列Ｒｘｘ’の固有値λ1〜λMを求めて、熱雑音電力より大きい固有値の数から到来波数Ｌを推定し、固有値λ1〜λMに対応する固有ベクトルｅ1〜ｅMを算出する。
固有ベクトルｅ1〜ｅMの算出後には、熱雑音電力以下となる（Ｍ−Ｌ）個の固有値に対応した固有ベクトルからなる雑音固有ベクトルＥNを、式（７）で定義し、アレーアンテナの向きを基準とした方位Θに対するアレーアンテナの複素応答をａ（Θ）で表すものとして、式（８）に示す評価関数ＰMU（Θ）を求める。
Figure 2008145178
評価関数ＰMU（Θ）から得られる角度スペクトラム（ＭＵＳＩＣスペクトラム）は、図９（ｂ）に示すように、方位Θが到来波の到来方向と一致すると発散して、鋭いピークが立つように設定されているため、到来波の推定方位Θ1〜ΘL、即ち、反射波を発生させた前方物体の方位は、ＭＵＳＩＣスペクトラムのピーク（ヌルポイント）を検出することにより求めることができる。このようにして、従来のＦＭＣＷレーダ装置では、前方物体の方位を検出している。
特開２００６−０４７２８２号公報
ところで、このようなレーダ装置を車両に取り付ける際には、アレーアンテナの向きと、車両の軸方向（車両進行方向）とを正確に合わせて、レーダ装置を車両に固定する必要がある。なぜならば、レーダ装置から出力される方位は、アレーアンテナの向きを基準とした座標系で表され、この座標系と車両の座標系との対応関係が不明である場合には、車両を基準として、前方物体がどの方位に位置するのか評価できないためである。
このため、従来では、レーダ装置の車両への設置時に、車両の軸方向前方にリフレクタと呼ばれる試験用の物体を配置し、レーダ装置から得られるリフレクタの方位がゼロとなるように、アレーアンテナの向きを調整することが行われている。
しかしながら、レーダ装置の方位検出結果は、周囲雑音等の影響を受けて変動するため、レーダ装置を単に作動させて、その方位検出結果に基づき、アレーアンテナの向きを調整する従来の手法では、アレーアンテナの向きを、車両に対して所定の向きに精度よく調整することができないといった問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、従来よりも正確に、方位検出装置が有するアレーアンテナの向きを、設置対象に対して所定の向きに調整することが可能な技術を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、レーダ波を発射し、レーダ波が物体に反射して戻ってくる到来波を、アレーアンテナで受信する送受信手段と、設定された個数の到来波をアレーアンテナが受信していると仮定して、アレーアンテナを構成する各アンテナ素子の受信信号に基づき、各到来波の方位を算出する方位算出手段と、方位算出手段の算出結果を出力する出力手段と、アレーアンテナを構成する各アンテナ素子の受信信号に基づき、到来波数を推定し、推定した到来波数を、方位算出手段に対して設定する推定設定手段と、を備える方位検出装置において、アレーアンテナの向きを、次のようにして、所定の向きに調整するものである。
具体的に、本発明では、アレーアンテナの向きを調整する際、推定設定手段を動作させず、方位算出手段に対し到来波数として固定値を設定することにより、方位算出手段に、到来波数が固定値であるという仮定の下で、各到来波の方位を算出させ、この算出結果に基づき、アレーアンテナの向きを、設置対象に対し、所定の向きに調整する。
到来波の数を推定し、この推定値に基づいて、各到来波の方位を算出する方位検出装置では、到来波数の推定値が誤っているときに、方位の検出誤差が大きくなる。従って、アレーアンテナの向きを、所定の向きに調整する際に、到来波数の推定機能を働かせると、到来波数の推定ミスによって、方位の検出値が揺動し、方位検出装置から出力される方位の検出値（方位の算出結果）に基づき、正確に、アレーアンテナを、設置対象に対して所定の向きに、調整できない場合がある。
一方で、アレーアンテナの向きを調整する際には、所定数（一般的には１個）のリフレクタを、設置対象を基準として所定位置に配置し、この環境下で、方位検出装置から出力される方位の検出値に基づき、アレーアンテナの向きを、設置対象に対して所定の向きに調整するのが一般的である。即ち、アレーアンテナの向き調整時には、到来波の数がリフレクタの個数として判明している。
よって、上記固定値を、リフレクタの個数に定め、アレーアンテナの向き調整時において、到来波数が上記固定値であるとして、各到来波の方位を方位算出手段に算出させれば、到来波数の推定ミスによって方位の算出結果が揺動するのを抑えることができ、到来波数を固定しない手法よりも、正確に、アレーアンテナを、設置対象に対して所定の向きに調整することができる。
従って、本発明のようにして、アレーアンテナの向きを固定すれば、方位検出装置の使用時において、この方位検出装置にて検出された方位に基づき、前方物体の方位を、設置対象の座標系を基準として正確に評価することができ、当該方位検出装置を車両に搭載する場合には、方位の検出結果に基づき、車両制御を高精度に実行することができる。
尚、本発明の調整方法を実現するに当たっては、具体的に、方位検出装置を次のように構成すればよい（請求項２）。即ち、方位検出装置は、上記送受信手段と、上記方位算出手段と、上記出力手段と、上記推定設定手段と、を備えると共に、上記方位算出手段に対し、到来波数として固定値を設定する固定値設定手段と、外部から入力される指令信号に従い、推定設定手段及び固定値設定手段のいずれか一方を、選択的に動作させる作動制御手段と、を備える構成にすればよい。
このような方位検出装置を用いれば、アレーアンテナの向きの調整時に、外部からの指令入力により、簡単に、方位検出装置の推定設定手段の機能を停止させて、到来波数を固定した状態で、方位検出装置に方位を算出させることができる。
また、固定値設定手段は、外部装置を通じてユーザから指定された値を、方位算出手段に対し、到来波数として設定する構成にされるとよい。このように構成された方位検出装置を用いれば、アレーアンテナの向きの調整時に、リフレクタの個数に応じて、固定値を定めることができるので、大変便利である。
その他、本発明の調整方法を実現するに当たっては、方位検出装置を外部から制御するための装置として、次の電子機器を用いるとよい。
即ち、本発明の調整方法を実現するに当たっては、上記方位検出装置と通信可能な電子機器であって、情報表示用の表示手段と、ユーザからの指令を受け付けるための入力手段と、方位検出装置が出力する方位についての算出結果を取得し、この算出結果を表す情報を、表示手段に、表示させる表示制御手段と、入力手段を通じ、外部から到来波数固定モードへの移行指令が入力されると、方位検出装置に対し、固定値設定手段を選択的に動作させるように指示する指令信号を入力し、到来波数推定モードへの移行指令が入力されると、方位検出装置に対し、推定設定手段を選択的に動作させるように指示する指令信号を入力するモード切替手段と、を備える電子機器を用いるとよい（請求項３）。
このように構成された電子機器を用いれば、ユーザ（アレーアンテナの設置作業者）は、検出された方位の確認と、モード切替操作とを、単一の電子機器にて実現することができて、容易に、アレーアンテナの向きを、設置対象（例えば車両）に対して、所定の向き（例えば、車両の軸方向）に、調整することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。具体的に、以下では、前方物体の方位を検出する装置であるレーダ装置１０の受信アンテナ１９の向きを、車両に対し、所定の向きに調整する方法について説明するが、この説明に先立って、まず、レーダ装置１０が利用される車両システム１の構成について、説明する。
図１は、本実施例の車両システム１の構成を表すブロック図である。この車両システム１は、車間制御電子制御装置（以下、電子制御装置を「ＥＣＵ」と称する。）１００、エンジンＥＣＵ２００、及び、ブレーキＥＣＵ３００を含む各種ＥＣＵが車内ＬＡＮに接続されてなるものである。車両システム１を構成する各ＥＣＵは、マイクロコンピュータを中心に構成される制御部と、車内ＬＡＮに接続された他ＥＣＵと通信を行うための通信インタフェースと、を備え、必要に応じて他のＥＣＵと通信し、他のＥＣＵと協働して、一連の処理を実現する。
車間制御ＥＣＵ１００は、制御部１０１及び通信インタフェース１０３を備えると共に、レーダ装置１０が接続されてなる。この車間制御ＥＣＵ１００は、レーダ装置１０から出力される前方物体までの距離、前方物体との相対速度、及び、前方物体の方位を表す前方物体情報を取得すると共に、エンジンＥＣＵ２００及びブレーキＥＣＵ３００から車両の運転状態を表す情報を取得する。そして、これらの情報に基づき、エンジンＥＣＵ２００及びブレーキＥＣＵ３００に対し制御情報を与え、エンジンＥＣＵ２００及びブレーキＥＣＵ３００と協働して、車間制御を実現する構成にされている。また、この車間制御ＥＣＵ１００には、警報ブザー（図示せず）が接続されており、レーダ装置１０から得られた前方物体情報に基づき、必要に応じて、警報ブザーを鳴動させるよう構成されている。
一方、エンジンＥＣＵ２００は、アクセル開度、スロットル開度等の情報に基づき、エンジン制御を行う構成にされている。このエンジンＥＣＵ２００は、自装置に接続されたセンサ（図示せず）により検出された車速、スロットル開度、アクセル開度（即ち、アクセルペダル開度）等の情報を、車両の運転状態を表す情報として、車間制御ＥＣＵ１００に送信すると共に、車間制御ＥＣＵ１００からは、エンジン制御に係る制御情報として、目標加速度、フェールカット要求等を受信し、これらの情報に基づき、エンジン制御を行う構成にされている。
その他、ブレーキＥＣＵ３００は、ブレーキペダルの状態等に基づき、ブレーキ制御を行う構成にされている。このブレーキＥＣＵ３００は、自装置に接続されたセンサ（図示せず）により検出された操舵角及びヨーレートや、ブレーキペダルの状態を表す情報を、車両の運転状態を表す情報として、車間制御ＥＣＵ１００に送信すると共に、車間制御ＥＣＵ１００からは、ブレーキ制御に係る制御情報として、目標加速度、ブレーキ要求等を受信し、これらの情報に基づき、ブレーキ制御を行う構成にされている。
また、この車内ＬＡＮには、外部機器を車内ＬＡＮに接続するためのコネクタＣＮＴが設けられており、レーダ装置１０の向きを、車両に対し、所定の向きに調整する作業が行われる場合や、レーダ装置１０の検査が行われる場合には、このコネクタＣＮＴに、レーダ装置検査用の電子機器である検査ツール５００が接続され、検査ツール５００が、車内ＬＡＮに接続される。
続いて、車両システム１に用いられるレーダ装置１０の構成について説明する。図２は、本実施例の車両システム１に用いられるレーダ装置１０の構成を表すブロック図である。
本実施例のレーダ装置１０は、所謂ＦＭＣＷ方式のミリ波レーダ装置であり、周波数変調されたミリ波帯のレーダ波を送受信して、前方物体までの距離、前方物体との相対速度、及び、前方物体の方位を検出するものである。具体的に、このレーダ装置１０は、車両の前方に搭載され（図５参照）、受信アンテナ１９の向きが、車両の中心軸Ｃに一致するようにして、車両に固定される。
詳述すると、レーダ装置１０は、時間に対して周波数が直線的に増加する上り区間及び周波数が直線的に減少する下り区間を有するように変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する発振器１１と、発振器１１が生成する高周波信号を増幅する増幅器１３と、増幅器１３の出力を送信信号Ｓｓ（図８（ｂ）参照）とローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１５と、送信信号Ｓｓに応じたレーダ波を放射する送信アンテナ１７と、前方物体により反射されたレーダ波（反射波）を受信するＭ個のアンテナ素子からなる受信アンテナ１９と、を備える。
また、このレーダ装置１０は、受信アンテナ１９を構成するアンテナ素子のいずれかを順次選択し、選択されたアンテナ素子からの受信信号Ｓｒを後段に供給する受信スイッチ２１と、受信スイッチ２１から供給される受信信号Ｓｒを増幅する増幅器２３と、増幅器２３にて増幅された受信信号Ｓｒ及びローカル信号Ｌを混合して、ビート信号ＢＴ（図８（ｃ）参照）を生成するミキサ２５と、ミキサ２５が生成したビート信号ＢＴから不要な信号成分を除去するフィルタ２７と、フィルタ２７の出力をサンプリングし、ディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２９と、Ａ／Ｄ変換器２９を介して得られたビート信号ＢＴのサンプリングデータを用いて、前方物体までの距離、前方物体との相対速度、及び、前方物体の方位を算出し、この情報を、前方物体情報として、車間制御ＥＣＵ１００に入力する信号処理部３０と、を備える。
具体的に、受信アンテナ１９は、Ｍ個のアンテナ素子が、一列に等間隔で配置されたリニアアレーアンテナであり、各アンテナ素子は、ビーム幅がいずれも送信アンテナのビーム幅全体を含むように設定されている。また、各アンテナ素子に対しては、順に、第一チャンネル（ＣＨ＿１）〜第Ｍチャンネル（ＣＨ＿Ｍ）が割り当てられている。
また、信号処理部３０は、周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、更に、Ａ／Ｄ変換器２９を介して取り込んだデータについて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等を実行するための演算処理装置（例えば、ＤＳＰ）を備える。
このように構成された本実施例のレーダ装置１０では、信号処理部３０からの指令に従って発振器１１が起動すると、その発振器１１が生成し増幅器１３が増幅した高周波信号を、分配器１５が電力分配することにより、送信信号Ｓｓ及びローカル信号Ｌが生成され、送信信号Ｓｓが、送信アンテナ１７を介して、レーダ波として送出される。
そして、送信アンテナ１７から送出され前方物体に反射して戻ってきたレーダ波は、受信アンテナ１９を構成する各アンテナ素子にて受信され、受信スイッチ２１によって選択されたチャンネルＣＨ＿ｍ（ｍ＝１，…，Ｍ）の受信信号Ｓｒのみが増幅器２３で増幅された後、ミキサ２５に供給される。ミキサ２５では、受信信号Ｓｒに分配器１５からのローカル信号が混合されて、ビート信号ＢＴが生成される。このビート信号ＢＴは、フィルタ２７にて不要な信号成分が除去された後、Ａ／Ｄ変換器２９にてサンプリングされ、信号処理部３０に取り込まれる。
尚、受信スイッチ２１は、レーダ波の一変調周期の間に、全てのチャンネルＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍを所定回（例えば、５１２回）ずつ選択するように、切り替えられ、Ａ／Ｄ変換器２９は、この切替タイミングに同期してサンプリングを行う。即ち、信号処理部３０では、レーダ波の一変調周期の間に、各チャンネルＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍ毎、且つ、レーダ波の上り／下りの各区間毎に、サンプリングデータが蓄積される。
また、信号処理部３０は、ＦＦＴ処理部３１及び信号解析部３３として機能し、ＦＦＴ処理部３１は、一変調周期が経過する度に、その間に蓄積されたサンプリングデータを、チャンネルＣＨ＿１〜ＣＨ＿Ｍ毎、且つ、レーダ波の上り／下りの区間毎に、ＦＦＴ処理して、各区間毎及び各チャンネル毎に、サンプリングデータＤmに対応するフーリエ変換値Ｆ［Ｄm］を算出する構成にされている。尚、ｍは、チャンネル番号を表す。
また、信号解析部３３は、図３に示す信号解析処理を実行して、前方物体までの距離Ｒ、及び、自装置（レーダ装置１０）を基準とした前方物体の相対速度Ｖ、受信アンテナ１９の向きを基準とした前方物体の方位Θを検出する構成にされている。尚、図３は、信号解析部３３が、変調周期に合わせて繰返し実行する信号解析処理を表すフローチャートである。
信号解析部３３は、この信号解析処理を開始すると、チャンネル毎及び上り／下りの区間毎に、ＦＦＴ処理部３１から、ＦＦＴ処理結果（即ちフーリエ変換値Ｆ［Ｄm］）を取得し、このＦＦＴ処理結果から得られた周波数スペクトラムに従って、上り／下りの各区間毎に、各チャンネルに共通するピークを探索する（Ｓ１１０）。
尚、ここでいうピークとは、周波数スペクトラムにおいて、パワーが所定の閾値を超えて突出するピークのことであり、後述するピーク周波数とは、このピークでの周波数のことである。上記共通するピークは、変調周期を１サイクルとして、最新サイクルのＦＦＴ処理結果から得られた周波数スペクトラムに基づき探索されてもよいし、過去複数サイクル分のＦＦＴ処理結果から得られた周波数スペクトラムを積算し、積算したスペクトラムに基づいて探索されてもよい。
また、Ｓ１１０で探索によって、上記共通するピークが上り／下りの各区間毎に１以上検出されると（Ｓ１２０でＹｅｓ）、信号解析部３３は、前方物体が存在するとして、Ｓ１３０に移行する。一方、上記共通するピークが各区間毎に１以上検出されない場合には、前方物体が存在しないとして、Ｓ１２５に移行する。また、Ｓ１２５に移行すると、信号解析部３３は、前方物体が存在しない旨の前方物体情報を、車間制御ＥＣＵ１００に入力し、当該信号解析処理を一旦終了する。
一方、Ｓ１３０に移行すると、信号解析部３３は、Ｓ１１０にて検出された複数のピークの中から、一つのピークを選択し、各チャンネルのピーク周波数でのフーリエ変換値Ｆ［Ｄm］を配列して受信ベクトルＸを構成し、この受信ベクトルＸに基づき、Ｍ行Ｍ列の相関行列Ｒｘｘを求める（Ｓ１４０）。
また、相関行列Ｒｘｘを求めた後には、相関行列Ｒｘｘの固有値λ1〜λM（但し、λ1≧λ2≧…λM）、及び、固有値λ1〜λMに対応する固有ベクトルｅ1〜ｅMを算出する（Ｓ１５０）。また、この処理を終えると、信号解析部３３は、当該レーダ装置１０が軸調整モードに設定されているか否かを判断し（Ｓ１６０）、当該レーダ装置１０が軸調整モードに設定されていない場合には（Ｓ１６０でＮｏ）、通常モードに設定されているとして、熱雑音電力より大きい固有値の数から到来波数を推定し、その推定値を、パラメータＬに設定する（Ｓ１７０）。例えば、熱雑音電力として、予め定めた閾値より大きい固有値の数を到来波数と推定し、この値を、パラメータＬに設定する。その後、Ｓ１９０に移行する。
一方、レーダ装置１０が軸調整モードに設定されている場合（Ｓ１６０でＹｅｓ）、信号解析部３３は、軸調整モードの設定時に、車間制御ＥＣＵ１００から指定された値（到来波数）を、パラメータＬに設定する（Ｓ１８０）。その後、Ｓ１９０に移行する。
また、Ｓ１９０に移行すると、信号解析部３３は、到来波数がパラメータＬに設定された値であるという仮定の下で、角度スペクトラム（ＭＵＳＩＣスペクトラム）を求める。具体的には、パラメータＬの値を用いて、（Ｍ−Ｌ）個の固有値に対応した固有ベクトルｅL+1〜ｅMからなる雑音固有ベクトルＥNを、式（７）で定義し、方位Θに対するアレーアンテナの複素応答をａ（Θ）で表すものとして、式（８）に示す評価関数ＰMU（Θ）を求め、角度スペクトラム（ＭＵＳＩＣスペクトラム）を得る。
そして、この角度スペクトラム（ＭＵＳＩＣスペクトラム）から、各到来波に対応するピークを検出して、ピークに対応する方位Θを、Ｓ１３０で選択したピークが生じる原因を生成した到来波（反射波）の方位として検出する（Ｓ２００）。
また、このようにして、方位を検出すると、信号解析部３３は、Ｓ２１０に移行し、Ｓ１１０で検出したピークの一群の中に、Ｓ１３０で未選択のピークが存在するか否かを判断し、未選択のピークが存在すると判断すると（Ｓ２１０でＹｅｓ）、Ｓ１３０に移行して、未選択のピークを一つ選択し、上述したようにして、Ｓ１４０以降の処理を実行する。
そして、上記検出した上り／下りの各区間のピークの全てについて、方位を求めた場合には、未選択のピークが存在しないと判断して（Ｓ２１０でＮｏ）、Ｓ２２０に移行し、ペアマッチ処理を行う。
即ち、Ｓ２２０において、信号解析部３３は、上り／下りの各区間で検出した各ピークの方位の情報を手掛かりに、上り区間及び下り区間における適切なピークの組を求める。具体的には、方位が同一又は近似のピークの組を求める。
その後、信号解析部３３は、ペアマッチ処理によりペアであると判定した上り区間及び下り区間のピークの組に基づき、自装置から前方物体までの距離Ｒ、及び、自装置を基準とした前方物体の相対速度Ｖを求める。具体的には、ペアとしたピークの各周波数に基づき、式（１）〜（４）に従って、距離Ｒ、及び、相対速度Ｖを求める（Ｓ２３０）。
また、この処理を終えると、信号解析部３３は、前方物体までの距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出したピークのペアに関して方位Θの平均を採り、これを前方物体の方位Θとし、前方物体までの距離Ｒ及び相対速度Ｖ並びに方位Θを記述した前方物体情報を、ピークの組毎に、車間制御ＥＣＵ１００に入力する。その後、当該信号解析処理を終了する。
一方、レーダ装置１０からの前方物体情報を受ける車間制御ＥＣＵ１００は、この前方物体情報に基づき、車間制御に係るエンジン制御やブレーキ制御に必要な情報（制御情報）を、エンジンＥＣＵ１００及びブレーキＥＣＵ２００に入力し、車間制御を実現する。また、車間制御ＥＣＵ１００は、検査ツール５００からの指令を受けると、レーダ装置１０のモード切替を行う構成にされている。尚、図４は、車間制御ＥＣＵ１００が、レーダ装置１０のモード切替のために実行するモード切替処理を表すフローチャートである。このモード切替処理は、当該車間制御ＥＣＵ１００の作動中、制御部１０１が、繰返し実行する。
制御部１０１は、モード切替処理を開始すると、まず、検査ツール５００から、車内ＬＡＮを通じて、検査モード移行指令が入力されるまで待機し（Ｓ３１０）、検査モード移行指令が入力されると（Ｓ３１０でＹｅｓ）、レーダ装置１０を用いた車間制御に係る処理を停止する（Ｓ３２０）。尚、モード切替処理は、このように、車間制御に係る処理を停止する動作を伴うため、検査モードへの移行が安全である所定の条件が満足されている期間のみ、制御部１０１により実行される。
Ｓ３２０の処理を終了すると、制御部１０１は、検査モードへの移行が完了したことを、車内ＬＡＮを通じて、検査モード移行指令入力元の検査ツール５００に通知し（Ｓ３３０）、この処理を終えると、レーダ装置１０から入力される前方物体情報に基づき、前方物体の方位情報を、車内ＬＡＮを通じて、検査ツール５００に送信する（Ｓ３４０）。また、方位情報の送信期間中には、軸調整モード移行指令、軸調整モード解除指令、及び、検査モード解除指令が検査ツール５００から入力されたか否か（指令信号を受信したか否か）を判断し（Ｓ３５０，Ｓ３６０，Ｓ３７０）、上記各指令が入力されていない場合には（Ｓ３５０でＮｏ，Ｓ３６０でＮｏ，Ｓ３７０でＮｏ）、前方物体の方位情報を、検査ツール５００に送信する処理を継続的に行う。
一方、車内ＬＡＮを通じて、検査ツール５００から検査モード解除指令が入力されると（Ｓ３７０でＹｅｓ）、制御部１０１は、当該モード切替処理を一旦終了し、再び、Ｓ３１０に移行して、検査モード移行指令が入力されるまで待機する。
この他、検査ツール５００から軸調整モード移行指令が入力された場合には（Ｓ３５０でＹｅｓ）、検査ツール５００から、車内ＬＡＮを通じて、軸調整時（レーダ装置１０の向き調整時）に用いるリフレクタの数が入力されるまで待機し（Ｓ３５３）、リフレクタの数が入力されると、レーダ装置１０を軸調整モードに設定すると共に、入力されたリフレクタの数を、レーダ装置１０に対し、到来波数として指定する処理を行う（Ｓ３５７）。その後、Ｓ３４０に移行する。
尚、レーダ装置１０を軸調整モードに設定すると、レーダ装置１０では、到来波数が上記指定した数であるという仮定の下で、前方物体の方位が演算され、レーダ装置１０からは、その演算結果が、前方物体情報として、車間制御ＥＣＵ１００に入力される。従って、制御部１０１は、軸調整モードの設定後、軸調整モードが解除されるまでは、到来波数が固定された状態でレーダ装置１０にて算出された方位についての情報（方位情報）を、Ｓ３４０にて、検査ツール５００に送信することになる。
この他、制御部１０１は、検査ツール５００から軸調整モード解除指令が入力されると（Ｓ３６０でＹｅｓ）、軸調整モードに代えて、レーダ装置１０を通常モードに設定する（Ｓ３６５）。その後、Ｓ３４０に移行し、検査モード解除指令が入力されるまで、方位情報を、検査ツール５００に送信する処理を行う。
次に、検査ツール５００の詳細について説明する。コネクタＣＮＴに接続される検査ツール５００は、図２に示すように、マイクロコンピュータを中心に構成され装置内各部を統括制御する制御部５０１と、上記コネクタＣＮＴに接続され、コネクタＣＮＴを通じて、車間制御ＥＣＵ１００と通信可能な通信インタフェース５０３と、ユーザ操作可能な各種操作キーを備える操作部５０５と、液晶ディスプレイ等から構成される表示部５０７と、を備える。
この検査ツール５００は、レーダ装置１０から車間制御ＥＣＵ１００を通じて入力される前方物体の方位情報に基づき、レーダ装置１０が検出した前方物体の方位（換言すると到来波の方位）を表示部５０７に表示可能な構成にされており、レーダ装置１０を、車両に対し、所定の向きに調整する作業が行われる場合に、コネクタＣＮＴに接続されて用いられる。
図５に示すように、本実施例のレーダ装置１０は、車載用のレーダ装置として構成されており、車両（自動車）の前方において、車両に固定された状態で、使用される。尚、このレーダ装置１０は、受信アンテナ１９が、装置内部で固定された状態にされており、この受信アンテナ１９の向きを基準とした方位を出力する構成にされている。一方、車間制御ＥＣＵ１００は、レーダ装置１０における方位の座標系において値ゼロの方向（即ち、受信アンテナ１９の向き）が、車両の前後方向に延びる中心軸Ｃに一致することを前提として、車間制御等の各種処理を実行する構成にされている。
従って、車間制御等のレーダ装置１０を用いた処理が車間制御ＥＣＵ１００にて最大限適切に動作するためには、受信アンテナ１９の向きが車両の中心軸Ｃに一致するように、レーダ装置１０を、車両に固定する必要がある。即ち、検査ツール５００は、このような必要から、受信アンテナ１９の向きを、車両の中心軸Ｃに調整する際に、用いられる。尚、上述したように、本実施例においては、受信アンテナ１９がレーダ装置１０に固定されているため、受信アンテナ１９の向きの調整は、レーダ装置１０の向きを車両に対して調整することにより行われる。
具体的に、本実施例において、レーダ装置１０の向き調整は、図５に示すように、当該車両から所定距離離れた位置であって、車両の中心軸Ｃ上に、レーダ波を反射するリフレクタＲＴを配置した状態で、作業者が、検査ツール５００をコネクタＣＮＴに接続し、検査ツール５００を操作することにより、行われる。図５は、レーダ装置１０の向き調整時におけるリフレクタＲＴの配置態様を説明した図であり、図５（ａ）は、車両の上方からリフレクタＲＴと車両との位置関係を示した図であり、図５（ｂ）は、車両の側面からリフレクタＲＴと車両との位置関係を示した図である。
レーダ装置１０の向き調整時、検査ツール５００は、図６に示す処理を実行することにより、作業者が操作部５０５に対して行うレーダ装置１０の検査開始操作を受け付け、車間制御ＥＣＵ１００と通信し、車間制御ＥＣＵ１００を検査モードに移行させる。尚、図６は、電源投入直後から、検査ツール５００の制御部５０１が繰返し実行するメインルーチンを表すフローチャートである。検査ツール５００は、ユーザ操作により自装置に設けられた電源スイッチがオンされると、図６に示すメインルーチンを、制御部５０１にて繰返し実行する。
図６に示す処理を開始すると、制御部５０１は、まず表示部５０７に初期画面を表示し（Ｓ４００）、その後、操作部５０５に対して何らかの操作がなされるまで待機する（Ｓ４１０）。そして、操作がなされると、なされた操作がレーダ装置１０の検査開始操作であるか否かを判断し（Ｓ４２０）、なされた操作がレーダ装置１０の検査開始操作である場合には（Ｓ４２０でＹｅｓ）、Ｓ４３０に移行し、なされた操作がレーダ装置１０の検査開始操作ではない場合には（Ｓ４２０でＮｏ）、Ｓ４２５に移行する。そして、Ｓ４２５に移行した場合には、なされた操作に応じた処理を実行し、その後、Ｓ４１０に移行し、次の操作がなされるまで待機する。
一方、Ｓ４３０に移行すると、制御部５０１は、レーダ装置１０が接続された車間制御ＥＣＵ１００に向けて、検査モード移行指令を送信し、検査モード移行指令を、車内ＬＡＮ経由で、車間制御ＥＣＵ１００に入力する。
また、この処理を終えると、制御部５０１は、検査モード移行指令送信先の車間制御ＥＣＵ１００からモードの移行が完了した旨の通知を受けるまで所定時間待機し、所定時間内に当該通知を受けた場合には、車間制御ＥＣＵ１００が検査モードに移行したと判断して（Ｓ４４０でＹｅｓ）、Ｓ４５０に移行する。一方、所定時間内に当該通知を受けることができなかった場合には、車間制御ＥＣＵ１００が検査モードへの移行に失敗したと判断し（Ｓ４４０でＮｏ）、検査モードへの移行に失敗した旨のエラーメッセージを、表示部５０７に表示した後（Ｓ４４５）、Ｓ５１０に移行する。
また、Ｓ４５０に移行すると、制御部５０１は、検査モード移行指令送信先の車間制御ＥＣＵ１００から送信されてくる前方物体の方位情報を、車内ＬＡＮを通じて受信し、この受信情報に従って、前方物体の方位の時間変化を表すグラフを表示部５０７に表示し、更新する処理（Ｓ４６０）を、繰返し実行する。
また、上記グラフを表示部５０７に表示し更新している期間には、操作部５０５に対して何らかの操作がなされたか否かを判断し（Ｓ４７０）、操作部５０５に対して操作がなされた場合には（Ｓ４７０でＹｅｓ）、なされた操作に対応する処理を実行する。
具体的に、操作部５０５に対してなされた操作が、軸調整モードへの移行操作である場合（Ｓ４８０でＹｅｓ）、制御部５０１は、Ｓ４８３に移行して、軸調整モード移行指令を、車間制御ＥＣＵ１００に、車内ＬＡＮを通じて送信し、その後、リフレクタ数の入力画面を、表示部５０７に表示して（Ｓ４８５）、操作部５０５を通じてリフレクタ数の入力操作を受け付ける。
また、リフレクタ数が操作部５０５を通じてユーザから入力されると、入力されたリフレクタ数を、車間制御ＥＣＵ１００に、車内ＬＡＮを通じて送信する（Ｓ４８７）。そして、この処理を終えると、制御部５０１は、Ｓ４５０に移行し、再び、受信情報に従って、上記グラフを更新する処理（Ｓ４５０，Ｓ４６０）を、繰返し実行する。
尚、軸調整モード移行指令入力前では、レーダ装置１０が通常モードで検出した方位が表示部５０７に表示されるが、Ｓ４８７の処理実行後には、レーダ装置１０が通常モードから軸調整モードに移行するため、表示部５０７には、レーダ装置１０が軸調整モードで検出した方位が表示される。
一方、なされた操作が軸調整モードへの移行操作ではなく（Ｓ４８０でＮｏ）、軸調整モードの解除操作である場合（Ｓ４９０でＹｅｓ）、制御部５０１は、Ｓ４９５に移行し、軸調整モード解除指令を、車間制御ＥＣＵ１００に、車内ＬＡＮを通じて送信し、レーダ装置１０を通常モードに移行させる。また、この処理を終えると、制御部５０１は、Ｓ４５０に移行し、再び、受信情報に従って、上記グラフを更新する処理（Ｓ４５０，Ｓ４６０）を、繰返し実行する。
その他、なされた操作が軸調整モードへの移行操作及び軸調整モードの解除操作のいずれでもなく（Ｓ４８０でＮｏ、Ｓ４９０でＮｏ）、検査モードの解除操作である場合（Ｓ５００でＹｅｓ）、制御部５０１は、Ｓ５１０に移行して、検査モード解除指令を、車間制御ＥＣＵ１００に、車内ＬＡＮを通じて送信する。その後、当該メインルーチンを一旦終了し、再び、メインルーチンの先頭（Ｓ４００）から処理を開始する。
このように、本実施例で用いられる検査ツール５００は、検査モード移行操作がなされると、レーダ装置１０で検出された前方物体の方位の情報を、表示部５０７に表示し、更に、ユーザから軸調整モード移行操作がなされた場合には、レーダ装置１０を通常モードから軸調整モードに移行させて、軸調整モードでレーダ装置１０が検出した前方物体の方位の情報を、表示部５０７に表示する。従って、作業者は、レーダ装置１０の向き調整時、検査ツール５００に対して検査モード移行操作及び軸調整モードへの移行操作を施し、その後、表示部５０７に表示される前方物体の方位の情報に従って、レーダ装置１０の向きを調整することにより、受信アンテナ１９の向きを、車両の中心軸Ｃに正確に合わせることができる。
即ち、本実施例では、以下の手順にて、レーダ装置１０の向きを調整することにより、受信アンテナ１９の向きを、車両の中心軸Ｃに正確に合わせるようにする。
まず、車両前部の中心軸Ｃ上に、レーダ装置１０を仮固定すると共に、車両前方において、車両から所定距離離れた中心軸Ｃ上の位置にリフレクタＲＴを１つ設置する。そして、この状態で、コネクタＣＮＴに検査ツール５００を接続して、検査ツール５００に対して検査モード移行操作を行う。
このようにして、検査モード移行操作を行うと、検査ツール５００の表示部５０７には、レーダ装置１０で検出されたリフレクタＲＴの方位が表示される。このとき、図７（ａ）に示すように、仮固定されたレーダ装置１０における受信アンテナ１９の向きが中心軸Ｃに対して角度ΔΘずれていると仮定する。
また、図７（ｂ）が、そのときの表示部５０７の表示結果であるとする。レーダ装置１０を通常モードで動作させた場合には、角度のずれΔΘよりも、方位の検出誤差による脈動のほうが大きいため、車間制御ＥＣＵ１００から受信した方位情報に基づいて、方位の時間変化を表すグラフを表示しても、レーダ装置１０が、中心軸Ｃに対してΔΘずれていることが、作業者には分からない。
このため、本実施例では、更に、検査ツール５００に対して、軸調整モード移行操作を行って、レーダ装置１０を軸調整モードにて動作させ、レーダ装置１０に、リフレクタＲＴが１つである（換言すると、到来波数Ｌ＝１である）という前提条件の下で、方位の検出結果を出力させる。このようにして、軸調整モード移行操作を行うと、表示部５０７には、到来波数の推定動作について誤差がないため、図７（ｃ）に示すように、方位の時間変化として、脈動の少ない精度の高い情報が表示される。よって、作業者は、この表示部５０７に表示された方位の情報に基づき、レーダ装置１０の向きを、ΔΘ＝０となるように調整し、受信アンテナ１９の向きを中心軸Ｃに一致させた状態で、レーダ装置１０を車両に固定する。
このようにしてレーダ装置１０を車両に固定する本実施例の方法によれば、到来波数の推定誤差の影響を受けずに、精度よく、受信アンテナ１９の向きを車両の中心軸Ｃに合わせて、レーダ装置１０を車両に固定することができる。従って、このようにしてレーダ装置１０を車両に固定すれば、レーダ装置１０の検出結果に基づき、前方物体の方位を、車両の座標系を基準として正確に評価することができ、車間制御等の処理を、高精度に実現することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の方位検出装置は、本実施例のレーダ装置１０及び車間制御ＥＣＵ１００に相当し、送受信手段は、送信アンテナ１７及び受信アンテナ１９に相当する。また、方位検出手段は、Ｓ１９０及びＳ２００の処理にて実現され、推定設定手段は、Ｓ１７０の処理にて実現され、固定値設定手段は、Ｓ１８０の処理にて実現され、作動制御手段は、Ｓ１６０の処理にて実現されている。
また、本発明の電子機器は、検査ツール５００に相当し、表示手段は、表示部５０７に相当し、入力手段は、操作部５０５に相当する。その他、表示制御手段は、Ｓ４５０及びＳ４６０の処理にて実現され、モード切替手段は、Ｓ４８０〜Ｓ４９５の処理にて実現されている。
また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施例では、ＭＵＳＩＣ法を用いた方位の検出方法について説明したが、本実施例のレーダ装置１０は、ＭＵＳＩＣ法以外の手法で、前方物体の方位を検出する構成にされてもよい。また、到来波数の推定方法についても、上述した方法以外の方法を採用することができる。
車両システム１の構成を表すブロック図である。 レーダ装置１０の構成を表すブロック図である。 信号解析部３３が実行する信号解析処理を表すフローチャートである。 車間制御ＥＣＵ１００の制御部１０１が繰返し実行するモード切替処理を表すフローチャートである。 レーダ装置１０の向き調整時におけるリフレクタＲＴの配置態様を説明した図である。 検査ツール５００の制御部５０１が繰返し実行するメインルーチンを表すフローチャートである。 レーダ装置１０とリフレクタＲＴとの位置関係が（ａ）に示す状態であるときの、通常モードでの方位検出結果を表すグラフ（ｂ）及び軸調整モードでの方位検出結果を表すグラフ（ｃ）である。 レーダ装置１０におけるレーダ波の送受信態様を表す図（ａ）、及び、レーダ波の送信信号Ｓｓ及び受信信号Ｓｒを表したグラフ（ｂ）、並びに、ビート信号ＢＴを表したグラフ（ｃ）である。 チャンネル共通のピークを検出する方法を説明した図（ａ）、及び、角度スペクトラムの態様を示した図（ｂ）である。
符号の説明
１…車両システム、１０…レーダ装置、１１…発振器、１３，２３…増幅器、１５…分配器、１７…送信アンテナ、１９…受信アンテナ、２１…受信スイッチ、２５…ミキサ、２７…フィルタ、２９…Ａ／Ｄ変換器、３０…信号処理部、３１…ＦＦＴ処理部、３３…信号解析部、１００…車間制御ＥＣＵ、１０１…制御部、１０３…通信インタフェース、２００…エンジンＥＣＵ、３００…ブレーキＥＣＵ、５００…検査ツール、５０１…制御部、５０３…通信インタフェース、５０５…操作部、５０７…表示部、ＣＮＴ…コネクタ、ＲＴ…リフレクタ

Claims (3)

  1. レーダ波を発射すると共に、前記レーダ波が物体に反射して戻ってくる各到来波を、アレーアンテナで受信する送受信手段と、
    設定された個数の到来波を前記アレーアンテナが受信していると仮定して、前記アレーアンテナを構成する各アンテナ素子の受信信号に基づき、各到来波の方位を算出する方位算出手段と、
    前記方位算出手段の算出結果を出力する出力手段と、
    前記アレーアンテナを構成する各アンテナ素子の受信信号に基づき、到来波数を推定し、前記推定した到来波数を、前記方位算出手段に対して設定する推定設定手段と、
    を備える方位検出装置の前記アレーアンテナの向きを、設置対象に対し、所定の向きに調整する方法であって、
    前記推定設定手段を動作させず、前記方位算出手段に対し到来波数として固定値を設定することにより、前記方位算出手段に、到来波が前記固定値であるという仮定の下で、各到来波の方位を算出させ、この算出結果に基づき、前記アレーアンテナの向きを、所定の向きに調整する調整方法。
  2. レーダ波を発射し、レーダ波が物体に反射して戻ってくる到来波を、アレーアンテナで受信する送受信手段と、
    設定された個数の到来波を前記アレーアンテナが受信していると仮定して、前記アレーアンテナを構成する各アンテナ素子の受信信号に基づき、各到来波の方位を算出する方位算出手段と、
    前記方位算出手段による算出結果を出力する出力手段と、
    前記アレーアンテナを構成する各アンテナ素子の受信信号に基づき、到来波数を推定し、前記推定した到来波数を、前記方位算出手段に対して設定する推定設定手段と、
    前記方位算出手段に対し、到来波数として固定値を設定する固定値設定手段と、
    外部から入力される指令信号に従い、前記推定設定手段及び前記固定値設定手段のいずれか一方を、選択的に動作させる作動制御手段と、
    を備えることを特徴とする方位検出装置。
  3. 請求項２記載の方位検出装置と通信可能な電子機器であって、
    情報表示用の表示手段と、
    ユーザからの指令を受け付けるための入力手段と、
    前記方位検出装置が出力する前記方位についての算出結果を取得し、前記算出結果を表す情報を、前記表示手段に、表示させる表示制御手段と、
    前記入力手段を通じ、外部から到来波数固定モードへの移行指令が入力されると、前記方位検出装置に対し、前記固定値設定手段を選択的に動作させるように指示する指令信号を入力し、前記到来波数推定モードへの移行指令が入力されると、前記方位検出装置に対し、前記推定設定手段を選択的に動作させるように指示する指令信号を入力するモード切替手段と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
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