JP2008224511A - 車載用レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】前方のターゲット存在有無や走行環境に依らずに、車載用レーダ装置のアンテナ及び受信系の位相誤差を検出・補正し、レーダの検出精度の低下を防ぐことができる車載用レーダ装置を提供する。
【解決手段】車載用レーダ装置は、ターゲット以外から副次的に到来する受信波の位相を予め記憶する位相記憶手段１２と、電波の送信タイミングにより決定される電波受信タイミングに基づいて受信波を取り込む受信波取り込み手段１３と、この受信波取り込み手段により取り込まれた受信波の位相を求める位相検出手段１４と、位相記憶手段１２により予め記憶した位相と位相検出手段１４より検出した位相とを比較して素子アンテナ毎の位相補正量を抽出して記憶する位相補正量抽出手段１５と、この位相補正量抽出手段により得られた位相補正量に基づき各素子アンテナの受信信号の位相を補正する位相補正手段１６とを備えている。
【選択図】図１
【解決手段】車載用レーダ装置は、ターゲット以外から副次的に到来する受信波の位相を予め記憶する位相記憶手段１２と、電波の送信タイミングにより決定される電波受信タイミングに基づいて受信波を取り込む受信波取り込み手段１３と、この受信波取り込み手段により取り込まれた受信波の位相を求める位相検出手段１４と、位相記憶手段１２により予め記憶した位相と位相検出手段１４より検出した位相とを比較して素子アンテナ毎の位相補正量を抽出して記憶する位相補正量抽出手段１５と、この位相補正量抽出手段により得られた位相補正量に基づき各素子アンテナの受信信号の位相を補正する位相補正手段１６とを備えている。
【選択図】図１
Description
本発明は、車両に搭載され、車両前方にあるターゲットの位置情報を取り出す車載用レーダ装置、特にそのアンテナの位相補正に関するものである。
車載用レーダ装置は、複数個の素子アンテナをアレー配置し、それぞれの受信信号の振幅及び位相を適合的に制御することにより、アンテナの特性を変化させるアダプティブアレーアンテナ技術を用いた車載用ＤＢＦ（Digital Beam Forming）レーダ装置であって、車両の前部に搭載されて、前方に向けてミリ波帯の電波ビームやレーザビームを放射し、被検出物体（ターゲット）による反射ビームを受信して、被検出物体の有無および被検出物体までの位置情報（相対距離、方向、相対速度）を検出するものである。
このような車載用ＤＢＦレーダ装置におけるアンテナビームの生成及び走査の基本原理を図１１にて簡単に説明する。
図１１のように、電波受信用アンテナＡは複数個の素子アンテナRX(1)〜RX(n)が間隔dでアレー配置されている。
この電波受信用アンテナＡに外部より波長λの電波Ｂが、図中破線の素子アンテナRX(1)〜RX(n) の正面方向Ｃに対して、角度θで入射したとすると、各素子アンテナRX(1)〜RX(n)に到達する電波の位相遅れ量r(n)は幾何学的に以下の（１）式のように求まる。
RX(1): r(1) = 0
RX(2): r(2) = dsinθ/λ
RX(3): r(3) = 2dsinθ/λ
RX(4): r(4) = 3dsinθ/λ
：
RX(n): r(n) = (n-1)sinθ/λ ・・・・（１）
ここで、ＤＢＦ処理上で全素子アンテナRX(1)〜RX(n)の位相を位相遅れ量θだけ進めることで、各素子アンテナRX(1)〜RX(n)は同位相で電波Ｂを受信する。よって、アレーアンテナ１の指向性がθ方向へと向けられることとなる。
即ち、この位相量を最適制御することで、アンテナビームをその所定方向へと走査することが可能となる。
以上が、ＤＢＦ処理によるアンテナビームの生成及び走査の基本原理である。
図１１のように、電波受信用アンテナＡは複数個の素子アンテナRX(1)〜RX(n)が間隔dでアレー配置されている。
この電波受信用アンテナＡに外部より波長λの電波Ｂが、図中破線の素子アンテナRX(1)〜RX(n) の正面方向Ｃに対して、角度θで入射したとすると、各素子アンテナRX(1)〜RX(n)に到達する電波の位相遅れ量r(n)は幾何学的に以下の（１）式のように求まる。
RX(1): r(1) = 0
RX(2): r(2) = dsinθ/λ
RX(3): r(3) = 2dsinθ/λ
RX(4): r(4) = 3dsinθ/λ
：
RX(n): r(n) = (n-1)sinθ/λ ・・・・（１）
ここで、ＤＢＦ処理上で全素子アンテナRX(1)〜RX(n)の位相を位相遅れ量θだけ進めることで、各素子アンテナRX(1)〜RX(n)は同位相で電波Ｂを受信する。よって、アレーアンテナ１の指向性がθ方向へと向けられることとなる。
即ち、この位相量を最適制御することで、アンテナビームをその所定方向へと走査することが可能となる。
以上が、ＤＢＦ処理によるアンテナビームの生成及び走査の基本原理である。
しかし、電波受信用アンテナの受信信号を増幅するための増幅器は、能動素子であり、複数個の増幅器を用いた場合に増幅器部分での温度変化や経年変化によって、それぞれ位相誤差を生じる。また、アンテナ製造の過程で発生した素子アンテナ配置間隔の公差は、アンテナ位相誤差となる。
上述したような様々な誤差因子が含まれるため、実際に検出される素子アンテナの位相r’(n)は、以下の（２）式のようになる。
ここで、Δdnは素子アンテナ間距離誤差、Δθnは前記素子アンテナを配置した平面平板の反りや熱膨張から発生する扁平誤差、Φnは能動デイバス及び回路経路の遅延による位相誤差、αnは温度特性及び経年変化よる能動デイバスの位相誤差である。
r(1)'= (d+Δd1)sin(θ+Δθ1)/λ＋Φ1+α1
r(2)'=2(d+Δd2)sin(θ+Δθ2)/λ＋Φ2+α2
r(3)'=3(d+Δd3)sin(θ+Δθ3)/λ＋Φ3+α3
：
r’(n)=(n-1)(d+Δdn)sin(θ+Δθn)/λ＋Φn+αn ・・・・（２）
車載用レーダ装置としての使用環境下で、ターゲット検出精度が低下することなく、本来の車載用レーダ性能を維持するためには、初期位相誤差、温度特性及び経年変化に伴い発生するアンテナ及び受信系の位相誤差を補正する必要がある。
上述したような様々な誤差因子が含まれるため、実際に検出される素子アンテナの位相r’(n)は、以下の（２）式のようになる。
ここで、Δdnは素子アンテナ間距離誤差、Δθnは前記素子アンテナを配置した平面平板の反りや熱膨張から発生する扁平誤差、Φnは能動デイバス及び回路経路の遅延による位相誤差、αnは温度特性及び経年変化よる能動デイバスの位相誤差である。
r(1)'= (d+Δd1)sin(θ+Δθ1)/λ＋Φ1+α1
r(2)'=2(d+Δd2)sin(θ+Δθ2)/λ＋Φ2+α2
r(3)'=3(d+Δd3)sin(θ+Δθ3)/λ＋Φ3+α3
：
r’(n)=(n-1)(d+Δdn)sin(θ+Δθn)/λ＋Φn+αn ・・・・（２）
車載用レーダ装置としての使用環境下で、ターゲット検出精度が低下することなく、本来の車載用レーダ性能を維持するためには、初期位相誤差、温度特性及び経年変化に伴い発生するアンテナ及び受信系の位相誤差を補正する必要がある。
このため、例えば特許文献１に示される車載用ＤＢＦレーダ装置においては、基準素子アンテナと他の素子アンテナとの位相差を検出し、検出された位相差のうち基準素子アンテナを含むグループに属する他の素子アンテナの検出位相差を基準として、他のグループに属する素子アンテナ毎にその推定位相差と前記検出位相差とを比較して位相補正値を求める手法をとっているが、基準となる素子アンテナを必要とし、初期位相差検出のためにアレーアンテナの前方に方位角０度方向に標準反射体を設置する必要がある上、ターゲットによる検出信号レベルが一定の閾値以上でなければ位相補正処理が実施されないという問題があった。
本発明は、前記のような点に鑑み、車両前方のターゲット存在有無や走行環境に依らずに、アンテナ及び受信系の位相誤差を検出・補正し、レーダの検出精度の低下を防ぐことができる車載用レーダ装置を提供することを目的とする。
本発明の車載用レーダ装置は、高周波信号を出力する発振器と、この発振器が出力した高周波信号を電波として送信する電波送信用アンテナと、前記電波を受信するための複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、前記電波の送信タイミングを計る照射手段と、前記複数の素子アンテナで受信された受信波をダウンコンバートしてビート信号を取り出すミキサと、前記ビート信号から前記各素子アンテナの位相を求めて車両前方にあるターゲットの位置情報を取り出すための演算を行う信号処理部とを備えたレーダ装置本体を、車両に取り付ける車載用レーダ装置において、前記ターゲット以外から副次的に到来する前記受信波の位相を予め記憶する位相記憶手段と、前記電波の送信タイミングにより決定される電波受信タイミングに基づいて前記受信波を取り込む受信波取り込み手段と、この受信波取り込み手段により取り込まれた受信波の位相を求める位相検出手段と、前記位相記憶手段により予め記憶した位相と前記位相検出手段より検出した位相とを比較して前記素子アンテナ毎の位相補正量を抽出して記憶する位相補正量抽出手段と、この位相補正量抽出手段により得られた位相補正量に基づき前記各素子アンテナの受信信号の位相を補正する位相補正手段とを備えている。
本発明の車載用レーダ装置によれば、前方のターゲット存在有無に関わらずに、車載用レーダ装置のアンテナ製造時の公差、温度変化、経年変化などに伴い発生するアンテナ及び受信系の位相誤差を簡単に補正でき、レーダの検出精度の低下を防ぐことができる。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１である車載用レーダ装置を示す構成図である。
車載用レーダ装置は、送受信部１０１及び信号処理部１０２を含むレーダ装置本体１００と、これらを収容するレドーム２００とで構成され、車両に取り付けられ、車両の前方にあるターゲットの位置情報を取り出す。
レーダ装置本体１００の送受信部１０１において、発振器１１により出力された高周波信号は、逓倍器１０にて逓倍された後、方向性結合器９を介して増幅器８にて増幅され、電波送信用アンテナ７・TXより50GHz〜100GHzの電波として空中へ照射される。このとき、信号処理部１０２内部に設けられている、電波の送信タイミングを計る照射手段１８により、発振器１１の出力（例えば、振幅、周波数、送信タイミングなど）が制御される。
到来する電波を受信するために、複数の素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)からなるアレーアンテナが設けてあり、素子アンテナ１で受信された受信波は、ＬＮＡ（Low NoiseAmplifier）２で増幅後、ミキサ３へ入力される。
一方、ミキサ３には方向性結合器９によって分離された高周波信号の一部が入力されていて、ＬＮＡ２で増幅後の受信波はミキサ３によってダウンコンバートされ、ビート信号が生成される。
得られたビート信号は、ＩＦ増幅器４へと入力され、フィルタ５にてノイズを除去された後、Ａ／Ｄ変換器６を介して、信号処理部１０２へと取り込まれる。
図１は、本発明の実施の形態１である車載用レーダ装置を示す構成図である。
車載用レーダ装置は、送受信部１０１及び信号処理部１０２を含むレーダ装置本体１００と、これらを収容するレドーム２００とで構成され、車両に取り付けられ、車両の前方にあるターゲットの位置情報を取り出す。
レーダ装置本体１００の送受信部１０１において、発振器１１により出力された高周波信号は、逓倍器１０にて逓倍された後、方向性結合器９を介して増幅器８にて増幅され、電波送信用アンテナ７・TXより50GHz〜100GHzの電波として空中へ照射される。このとき、信号処理部１０２内部に設けられている、電波の送信タイミングを計る照射手段１８により、発振器１１の出力（例えば、振幅、周波数、送信タイミングなど）が制御される。
到来する電波を受信するために、複数の素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)からなるアレーアンテナが設けてあり、素子アンテナ１で受信された受信波は、ＬＮＡ（Low NoiseAmplifier）２で増幅後、ミキサ３へ入力される。
一方、ミキサ３には方向性結合器９によって分離された高周波信号の一部が入力されていて、ＬＮＡ２で増幅後の受信波はミキサ３によってダウンコンバートされ、ビート信号が生成される。
得られたビート信号は、ＩＦ増幅器４へと入力され、フィルタ５にてノイズを除去された後、Ａ／Ｄ変換器６を介して、信号処理部１０２へと取り込まれる。
信号処理部１０２は、位相記憶手段１２、受信波取り込み手段１３、位相検出手段１４、位相補正量抽出手段１５、位相補正手段１６、ターゲット検出手段１７、照射手段１８で構成され、位相検出手段１４により得られたビート信号をＦＦＴ処理することによって各素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)の位相を検出し、ＤＢＦ処理にてアンテナビームの生成及び走査を行い、車両前方にあるターゲットの位置情報を取り出す。
位相記憶手段１２は、ターゲット以外から副次的に到来する電波、例えば、電波送信用アンテナ７・TXからの漏れ込み波に対して、到来する所定の方向を記憶する。ここで記憶する受信波の位相は、設計値またはアンテナ製造時の初期値のいずれでも良い。
受信波取り込み手段１３は、照射手段１８より得られた電波受信タイミングをトリガーに受信波を各素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)に到来する時間に応じて取り込む。
位相検出手段１４では、得られたビート信号から高速ＦＦＴ演算処理をし、素子アンテナ毎の位相を検出する。
位相補正量抽出手段１５によって、位相検出手段１４で得られた各素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)の位相と位相記憶手段１２により予め記憶した受信波の位相とを比較して位相補正量を抽出し、予め記憶した素子アンテナの位相とは別に、記憶する。
位相補正手段１６は、ターゲット検出手段１７によってターゲットを検出する際に、前記位相補正量に基づいて素子アンテナの位相をオフセットさせて、温度特性及び経年変化に伴う位相誤差を補正する。
受信波取り込み手段１３は、照射手段１８より得られた電波受信タイミングをトリガーに受信波を各素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)に到来する時間に応じて取り込む。
位相検出手段１４では、得られたビート信号から高速ＦＦＴ演算処理をし、素子アンテナ毎の位相を検出する。
位相補正量抽出手段１５によって、位相検出手段１４で得られた各素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)の位相と位相記憶手段１２により予め記憶した受信波の位相とを比較して位相補正量を抽出し、予め記憶した素子アンテナの位相とは別に、記憶する。
位相補正手段１６は、ターゲット検出手段１７によってターゲットを検出する際に、前記位相補正量に基づいて素子アンテナの位相をオフセットさせて、温度特性及び経年変化に伴う位相誤差を補正する。
図２は、信号処理部１０２における処理の流れを示すフローチャートである。
判定処理Ｓ１は、受信波取り込み手段１３で実施され、例えば、照射手段１８におけるパルス発射S/W等の制御信号を用いて、電波送信用アンテナ７・TXの電波送信タイミングから決定される電波受信タイミングの有無を監視し、電波受信タイミングが検出されれば、受信波取り込み処理Ｓ２へと移行する。
電波受信タイミングが検出されなければ、ターゲット検出処理Ｓ４へと移行し、通常のターゲットを検出するターゲット検出処理を行う。
判定処理Ｓ１は、受信波取り込み手段１３で実施され、例えば、照射手段１８におけるパルス発射S/W等の制御信号を用いて、電波送信用アンテナ７・TXの電波送信タイミングから決定される電波受信タイミングの有無を監視し、電波受信タイミングが検出されれば、受信波取り込み処理Ｓ２へと移行する。
電波受信タイミングが検出されなければ、ターゲット検出処理Ｓ４へと移行し、通常のターゲットを検出するターゲット検出処理を行う。
受信波取り込み処理Ｓ２は、受信波取り込み手段１３で実施され、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)毎の受信波から、前記ＩＦ増幅器４を利得制御して、最適なビート信号レベルを得てフィルタ５、Ａ/Ｄ変換器６を介して、信号処理部１０２へ取り込み、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)毎の位相補正量を抽出するため位相補正量抽出処理Ｓ３へ移行する。
位相補正量抽出処理Ｓ３では、RX(n)位相演算(FFT)処理Ｓ３１、予め記憶した位相データβ(n)取得処理Ｓ３２、位相補正量α(n)演算処理Ｓ３３による繰返し処理が行われ、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)に対して位相補正量α(n)が抽出される。
RX(n)位相演算(FFT)処理Ｓ３１は、位相検出手段１４にて実施され、受信波取り込み処理Ｓ２にて得られた素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)毎のビート信号からＦＦＴ処理によって各素子アンテナの位相を検出し、実位相r’(n)を取得する。
予め記憶した位相データβ(n)取得処理Ｓ３２では、位相記憶手段１２にて予め記憶した素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)に対する位相データβ(n)を取得する。
予め記憶した位相データβ(n)取得処理Ｓ３２では、位相記憶手段１２にて予め記憶した素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)に対する位相データβ(n)を取得する。
位相補正量α(n)演算処理Ｓ３３は、位相補正量抽出手段１５にて実施され、取得された素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)に対する位相データβ(n)と、RX(n)位相演算(FFT)処理Ｓ３１で取得した実位相r’(n)との差分を取るための位相補正量α(n)演算処理を行う。
前記位相補正量抽出処理Ｓ３の基本原理は以下の通りである。
式（２）において、受信波が例えば電波送信用アンテナ７・TXからの漏れ込み波の場合には、電波は電波送信用アンテナ７・TXの方向から到来するから、電波の入射角はθ=π/2となる。
また、扁平率悪化による誤差Φnはθ>>Δθnであるから、θ＝π/2に対してΔθnは無視できるレベルである。よって、式（２）中のsin関数の項は
sin(θ+Δθn)≒sin(θ)=1 ・・・・（３）
となり、式(２)の第１項及び第２項までを以下の通り、βnと置くと、
βn=(n-1)(d+Δdn)sin(θ+Δθn)/λ＋Φn ・・・・（４）
となる。
式（２）において、受信波が例えば電波送信用アンテナ７・TXからの漏れ込み波の場合には、電波は電波送信用アンテナ７・TXの方向から到来するから、電波の入射角はθ=π/2となる。
また、扁平率悪化による誤差Φnはθ>>Δθnであるから、θ＝π/2に対してΔθnは無視できるレベルである。よって、式（２）中のsin関数の項は
sin(θ+Δθn)≒sin(θ)=1 ・・・・（３）
となり、式(２)の第１項及び第２項までを以下の通り、βnと置くと、
βn=(n-1)(d+Δdn)sin(θ+Δθn)/λ＋Φn ・・・・（４）
となる。
ここで、素子アンテナ間距離誤差Δdnの変動量は、主に、前記素子アンテナを配置した平面平板の熱膨張であるから、温度変化に対して同一勾配となる（扁平誤差Δθnも同様）。ただし、素子アンテナ間距離誤差Δdn及び扁平誤差Δθnは能動デイバス及び回路経路の遅延による位相誤差Φnや温度変化及び経年変化による遅延時間(位相誤差)αnに比べると極僅かであるため省くと、
βn=(n-1)dsinθ/λ＋Φn ・・・・（５）
となる。
よって、実際に検出された素子アンテナの位相r’(n)は、式（２）から下式のようになる。
r’(1)=β1＋α1
r’(2)=β2＋α2
r’(3)=β3＋α3
r’(4)=β4＋α4
：
r’(n)=βn＋αn ・・・・（６）
βn=(n-1)dsinθ/λ＋Φn ・・・・（５）
となる。
よって、実際に検出された素子アンテナの位相r’(n)は、式（２）から下式のようになる。
r’(1)=β1＋α1
r’(2)=β2＋α2
r’(3)=β3＋α3
r’(4)=β4＋α4
：
r’(n)=βn＋αn ・・・・（６）
上式において、能動デイバス及び回路経路の遅延による位相誤差Φnを含む素子アンテナの初期位相誤差βnは、組付け時や出荷時の実機検査にて測定できるので、予め位相βnを記憶しておけばよい（もしくは、β’n=(n-1)d・sinθ/λとし、Φnの項を外に出してr’(n)=β’n＋Φn＋αnとしても同様の効果を得る）。
下記の式（７）より、検出した位相r’(n)とβnの差分を取ることで、温度特性及び経年変化に対する車載用レーダ装置のアンテナ及び受信系の位相誤差αnを簡単に演算処理できる。
α1=β1-r’(1)
α2=β2-r’(2)
α3=β3-r’(3)
α4=β4-r’(4)
：
αn=βn-r’(n) ・・・・（７）
下記の式（７）より、検出した位相r’(n)とβnの差分を取ることで、温度特性及び経年変化に対する車載用レーダ装置のアンテナ及び受信系の位相誤差αnを簡単に演算処理できる。
α1=β1-r’(1)
α2=β2-r’(2)
α3=β3-r’(3)
α4=β4-r’(4)
：
αn=βn-r’(n) ・・・・（７）
従って、位相補正量抽出処理Ｓ３により素子アンテナ１RX(1)〜RX(n)毎の位相補正量αnを抽出し、ターゲット検出処理Ｓ４において、抽出したαnを素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)に対する位相補正量としてオフセットさせることで、ＤＢＦ処理においてアンテナ及び受信系位相誤差の補正されたアンテナビームの生成及び走査が可能となる。
以上のように、車両前方のターゲット存在有無に依らずに、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)の位相補正が可能である。
以上のように、車両前方のターゲット存在有無に依らずに、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)の位相補正が可能である。
なお、前記において、ターゲット以外から副次的に到来する電波として、例えば、電波送信用アンテナ７・TXからの漏れ込み波を想定し、受信波７の到来方向を電波送信用アンテナとしたが、車載用レーダ装置の最小探知距離以内にある構造物、例えば、レドーム２００、車両取り付け部付近の車体構造物３００から到来する反射波であっても、それらの物に対して、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)に対する位相データβ(n)が各々決まるので、同様の効果が得られる。
実施の形態２.
図３は、本発明における実施の形態２を示す車載用レーダ装置の構成図である。図４は、その信号処理部における処理の流れを示すフローチャートである。
この実施の形態２においても、ターゲット検出処理を行うモード（通常モード）と、アンテナの位相補正を行うモード（位相補正モード）がある点は実施の形態1と同様であるが、処理Ｓ1の前に処理Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７が追加され、所定の条件を満たした時に受信波取り込み手段１３によって、位相補正モードに移行し、位相補正モード終了後に通常モードに復帰するように構成されている。
ここで、前記所定の条件とは、車両のイグニッションスイッチＯＮ時、或いは、別途定める車速以下、例えば、車載用レーダ装置が測角性能を必要としない渋滞時や、低速走行もしくは停車のとき、または、前記車載用レーダ装置がターゲットを検出していないときで、レーダ装置本体１００の信号処理部１０２のターゲット検出手段１７による情報に基づいて判定する。
さらに、前記所定の条件が所定の時間以上経過したときに位相補正モードへ移行し、車載用レーダ装置のアンテナ及び受信系の位相補正を実施することで、位相補正モードと通常モードとが頻繁に切替わることを抑制している。（処理Ｓ６、Ｓ７）
図３は、本発明における実施の形態２を示す車載用レーダ装置の構成図である。図４は、その信号処理部における処理の流れを示すフローチャートである。
この実施の形態２においても、ターゲット検出処理を行うモード（通常モード）と、アンテナの位相補正を行うモード（位相補正モード）がある点は実施の形態1と同様であるが、処理Ｓ1の前に処理Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７が追加され、所定の条件を満たした時に受信波取り込み手段１３によって、位相補正モードに移行し、位相補正モード終了後に通常モードに復帰するように構成されている。
ここで、前記所定の条件とは、車両のイグニッションスイッチＯＮ時、或いは、別途定める車速以下、例えば、車載用レーダ装置が測角性能を必要としない渋滞時や、低速走行もしくは停車のとき、または、前記車載用レーダ装置がターゲットを検出していないときで、レーダ装置本体１００の信号処理部１０２のターゲット検出手段１７による情報に基づいて判定する。
さらに、前記所定の条件が所定の時間以上経過したときに位相補正モードへ移行し、車載用レーダ装置のアンテナ及び受信系の位相補正を実施することで、位相補正モードと通常モードとが頻繁に切替わることを抑制している。（処理Ｓ６、Ｓ７）
実施の形態２によれば、アンテナ及び受信系の位相補正の処理頻度を抑制できることから、車載用レーダ装置の信号処理負荷を抑えられ、その結果、通常モードでの位相補正処理による誤動作の発生を防げる。さらに、前記所定の条件が所定の時間以上経過した場合とすることで、位相補正モードと通常モードとの頻繁な切替えによって発生する位相補正量の演算結果が不安定となる、或いは、車載用レーダ装置の制御が不安定となることを抑制できる。
実施の形態３．
図５は、本発明における実施の形態３を示す車載用レーダ装置の構成図である。図６は、その信号処理部における処理の流れを示すフローチャートである。
この実施の形態３においても、所定の条件を満たした時に受信波取り込み手段１３によって、位相補正モードに移行し、位相補正モード終了後に通常モードに復帰するように構成され、イグニッションスイッチON時、或いは、別途定める車速以下、例えば、車載用レーダ装置が測角性能を必要としない渋滞時や、低速走行もしくは停車のとき、または、前記車載用レーダ装置がターゲットを検出していない所定の条件を満たしている場合に、受信波取り込み手段１３によって、位相補正モードに移行することは実施の形態２と同じであるが、実施の形態２では所定の条件を満たしているか否かをターゲット検出手段１７に基づく情報に基づいて判定しているのに対し、実施の形態３では、車両に備えられた車速センサ出力などの外部信号供給手段１９からの外部信号に基づいて判定する処理Ｓ８が処理Ｓ５の代わりに置かれている。
実施の形態３によれば、実施の形態２と同様に、位相補正モードと通常モードとの頻繁な切替えによって発生する位相補正量の演算結果が不安定となる、或いは、車載用レーダ装置の制御が不安定となることを抑制できる効果が得られる。
図５は、本発明における実施の形態３を示す車載用レーダ装置の構成図である。図６は、その信号処理部における処理の流れを示すフローチャートである。
この実施の形態３においても、所定の条件を満たした時に受信波取り込み手段１３によって、位相補正モードに移行し、位相補正モード終了後に通常モードに復帰するように構成され、イグニッションスイッチON時、或いは、別途定める車速以下、例えば、車載用レーダ装置が測角性能を必要としない渋滞時や、低速走行もしくは停車のとき、または、前記車載用レーダ装置がターゲットを検出していない所定の条件を満たしている場合に、受信波取り込み手段１３によって、位相補正モードに移行することは実施の形態２と同じであるが、実施の形態２では所定の条件を満たしているか否かをターゲット検出手段１７に基づく情報に基づいて判定しているのに対し、実施の形態３では、車両に備えられた車速センサ出力などの外部信号供給手段１９からの外部信号に基づいて判定する処理Ｓ８が処理Ｓ５の代わりに置かれている。
実施の形態３によれば、実施の形態２と同様に、位相補正モードと通常モードとの頻繁な切替えによって発生する位相補正量の演算結果が不安定となる、或いは、車載用レーダ装置の制御が不安定となることを抑制できる効果が得られる。
実施の形態４．
図７は、本発明における実施の形態４を示す車載用レーダ装置の構成図である。図８は、本発明における実施の形態４に関する処理の流れを示すフローチャートである。
この実施の形態４では、実施の形態１の構成に加えて、レーダ装置本体１００内に温度センサ２０及び温度を検出する温度検出手段２１が設けてあり、レーダ装置本体１００の内部温度Tを監視し、位相補正量抽出手段１５において温度補正データに基づいて、内部温度によって変化する素子アンテナ間距離誤差や扁平誤差についても位相補正できるように構成されている。
温度補正データは、例えば、素子アンテナ間距離誤差Δdnであって、位相補正量抽出手段１５には、内部温度T毎の素子アンテナ間距離誤差Δdnが所定の温度補正データとして予め記憶してあり、内部温度Tを引数としてΔdnが決定されるので、式（４）よりβ(n、T)が求まる。
図８において、処理Ｓ９で内部温度Tを取得し、位相補正量抽出処理Ｓ１０では、RX(n)位相演算(FFT)処理Ｓ１０１を行った後、処理Ｓ１０２で素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)毎にレーダ装置本体１００の内部温度Tを引数として位相データβ(n、T)を取得し、処理Ｓ１０３で位相補正量α(n、T)抽出処理を行うことにより、素子アンテナ間距離誤差Δdnを含めた位相補正量α(n、T)を得られる。
実施の形態４によれば、レーダ装置本体１００の内部温度毎にマッチした位相補正量が得られるので、温度によって変化する素子アンテナ間距離誤差や扁平誤差についても位相補正が可能となり、アンテナ及び受信系の位相補正精度をより向上できる。
図７は、本発明における実施の形態４を示す車載用レーダ装置の構成図である。図８は、本発明における実施の形態４に関する処理の流れを示すフローチャートである。
この実施の形態４では、実施の形態１の構成に加えて、レーダ装置本体１００内に温度センサ２０及び温度を検出する温度検出手段２１が設けてあり、レーダ装置本体１００の内部温度Tを監視し、位相補正量抽出手段１５において温度補正データに基づいて、内部温度によって変化する素子アンテナ間距離誤差や扁平誤差についても位相補正できるように構成されている。
温度補正データは、例えば、素子アンテナ間距離誤差Δdnであって、位相補正量抽出手段１５には、内部温度T毎の素子アンテナ間距離誤差Δdnが所定の温度補正データとして予め記憶してあり、内部温度Tを引数としてΔdnが決定されるので、式（４）よりβ(n、T)が求まる。
図８において、処理Ｓ９で内部温度Tを取得し、位相補正量抽出処理Ｓ１０では、RX(n)位相演算(FFT)処理Ｓ１０１を行った後、処理Ｓ１０２で素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)毎にレーダ装置本体１００の内部温度Tを引数として位相データβ(n、T)を取得し、処理Ｓ１０３で位相補正量α(n、T)抽出処理を行うことにより、素子アンテナ間距離誤差Δdnを含めた位相補正量α(n、T)を得られる。
実施の形態４によれば、レーダ装置本体１００の内部温度毎にマッチした位相補正量が得られるので、温度によって変化する素子アンテナ間距離誤差や扁平誤差についても位相補正が可能となり、アンテナ及び受信系の位相補正精度をより向上できる。
実施の形態５．
図９は、本発明における実施の形態５に関する処理の流れを示すフローチャートの一部である。
この実施の形態５は、実施の形態１に加えて、位相記憶手段１２には、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)のβ(n)に加えて、β(n)対する閾値ξ(n)も記憶すると共に、信号処理部１０２内部に故障検知手段２２を備えている。
図９の処理は、図２の位相補正量抽出処理Ｓ３における処理Ｓ３３の後で実施される。
処理Ｓ３４にて、予め記憶してある閾値ξ(n)を取得し、処理Ｓ３５によって、処理Ｓ３３で得られた位相補正量α(n)が閾値ξ(n)を越えているかどうかを判定し、検出した各素子アンテナの位相補正量α(n)が閾値ξ(n)をオーバーしたきに、故障処理Ｓ３６へ移行する。
故障処理Ｓ３６では、レーダ装置本体１００へリセットを掛けるか、もしくは、レーダ装置本体１００及びレーダ装置本体１００を用いたシステムを停止する。
また、例えば、操作パネル上に点灯表示する、カーナビゲーションシステムやカーオーディオなどの他の車載器によって異常を知らせるなど、車載用レーダ装置の信頼性が低下ことをユーザに報知する。
実施の形態５によれば、車載用レーダ装置のアンテナ及び受信系の故障検出できるので、前記車載用レーダ装置の誤動作や前記車載用レーダ装置を含むシステムの誤動作を予防できる。
図９は、本発明における実施の形態５に関する処理の流れを示すフローチャートの一部である。
この実施の形態５は、実施の形態１に加えて、位相記憶手段１２には、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)のβ(n)に加えて、β(n)対する閾値ξ(n)も記憶すると共に、信号処理部１０２内部に故障検知手段２２を備えている。
図９の処理は、図２の位相補正量抽出処理Ｓ３における処理Ｓ３３の後で実施される。
処理Ｓ３４にて、予め記憶してある閾値ξ(n)を取得し、処理Ｓ３５によって、処理Ｓ３３で得られた位相補正量α(n)が閾値ξ(n)を越えているかどうかを判定し、検出した各素子アンテナの位相補正量α(n)が閾値ξ(n)をオーバーしたきに、故障処理Ｓ３６へ移行する。
故障処理Ｓ３６では、レーダ装置本体１００へリセットを掛けるか、もしくは、レーダ装置本体１００及びレーダ装置本体１００を用いたシステムを停止する。
また、例えば、操作パネル上に点灯表示する、カーナビゲーションシステムやカーオーディオなどの他の車載器によって異常を知らせるなど、車載用レーダ装置の信頼性が低下ことをユーザに報知する。
実施の形態５によれば、車載用レーダ装置のアンテナ及び受信系の故障検出できるので、前記車載用レーダ装置の誤動作や前記車載用レーダ装置を含むシステムの誤動作を予防できる。
実施の形態６．
図１０は、本発明における実施の形態６に関する処理の流れを示すフローチャートの一部である。
図１０は、実施の形態１に加えて、位相記憶手段１２には、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)のβ(n)に加えて、β(n)対する閾値ξ(n)も記憶すると共に、信号処理部１０２内部に故障検知手段２３を備えている。
図１０の処理は、図８の位相補正量抽出処理Ｓ１０における処理Ｓ１０３の後で実施される。
処理Ｓ１０４にて、予め記憶してある閾値ξ(n、T)を取得し、処理Ｓ１０５によって、処理Ｓ１０３で得られた位相補正量α(n)が閾値ξ(n、T)を越えているかどうかを判定し、検出した各素子アンテナの位相補正量α(n)が閾値ξ(n、T)をオーバーしたきに、故障処理Ｓ１０６へ移行する。
故障処理Ｓ１０６では、レーダ装置本体１００へリセットを掛けるか、もしくは、レーダ装置本体１００及びレーダ装置本体１００を用いたシステムを停止する。
また、例えば、操作パネル上に点灯表示する、カーナビゲーションシステムやカーオーディオなどの他の車載器によって異常を知らせるなど、車載用レーダ装置の信頼性が低下ことをユーザに報知する。
実施の形態６によれば、変動量が熱膨張に依存する素子アンテナ間距離誤差Δdnや扁平誤差Δθnのような温度に対して同一勾配となる変動に対して、温度毎にβ(n、T)対する閾値ξ(n、T)を設けることで、温度特性による位相誤差か、経年変化による位相誤差かの故障判定判別が可能となる。
図１０は、本発明における実施の形態６に関する処理の流れを示すフローチャートの一部である。
図１０は、実施の形態１に加えて、位相記憶手段１２には、素子アンテナ１・RX(1)〜RX(n)のβ(n)に加えて、β(n)対する閾値ξ(n)も記憶すると共に、信号処理部１０２内部に故障検知手段２３を備えている。
図１０の処理は、図８の位相補正量抽出処理Ｓ１０における処理Ｓ１０３の後で実施される。
処理Ｓ１０４にて、予め記憶してある閾値ξ(n、T)を取得し、処理Ｓ１０５によって、処理Ｓ１０３で得られた位相補正量α(n)が閾値ξ(n、T)を越えているかどうかを判定し、検出した各素子アンテナの位相補正量α(n)が閾値ξ(n、T)をオーバーしたきに、故障処理Ｓ１０６へ移行する。
故障処理Ｓ１０６では、レーダ装置本体１００へリセットを掛けるか、もしくは、レーダ装置本体１００及びレーダ装置本体１００を用いたシステムを停止する。
また、例えば、操作パネル上に点灯表示する、カーナビゲーションシステムやカーオーディオなどの他の車載器によって異常を知らせるなど、車載用レーダ装置の信頼性が低下ことをユーザに報知する。
実施の形態６によれば、変動量が熱膨張に依存する素子アンテナ間距離誤差Δdnや扁平誤差Δθnのような温度に対して同一勾配となる変動に対して、温度毎にβ(n、T)対する閾値ξ(n、T)を設けることで、温度特性による位相誤差か、経年変化による位相誤差かの故障判定判別が可能となる。
１ 素子アンテナ、２ ＬＮＡ、３ ミキサ、４ ＩＦ増幅器、５ フィルタ、６ Ａ／Ｄ変換器、７ 電波送信用アンテナ、８ 増幅器、９ 方向性結合器、１０ 逓倍器、１１ 発振器、１２ 位相記憶手段、１３ 受信波取り込み手段、１４ 位相検出手段、１５ 位相補正量抽出手段、１６ 位相補正手段、１７ ターゲット検出手段、１８ 照射手段、１９ 外部信号供給手段、２０ 温度センサ、２１ 温度検出手段、２２ 故障検知手段、２３ 故障検知手段
１００ レーダ装置本体、１０１ 送受信部、１０２ 信号処理部、２００ レドーム、３００ 車体構造物
１００ レーダ装置本体、１０１ 送受信部、１０２ 信号処理部、２００ レドーム、３００ 車体構造物
Claims (14)
- 高周波信号を出力する発振器と、この発振器が出力した高周波信号を電波として送信する電波送信用アンテナと、前記電波を受信するための複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、前記電波の送信タイミングを計る照射手段と、前記複数の素子アンテナで受信された受信波をダウンコンバートしてビート信号を取り出すミキサと、前記ビート信号から前記各素子アンテナの位相を求めて車両前方にあるターゲットの位置情報を取り出すための演算を行う信号処理部とを備えたレーダ装置本体を、車両に取り付ける車載用レーダ装置において、
前記ターゲット以外から副次的に到来する前記受信波の位相を予め記憶する位相記憶手段と、
前記電波の送信タイミングにより決定される電波受信タイミングに基づいて前記受信波を取り込む受信波取り込み手段と、
この受信波取り込み手段により取り込まれた受信波の位相を求める位相検出手段と、
前記位相記憶手段により予め記憶した位相と前記位相検出手段より検出した位相とを比較して前記素子アンテナ毎の位相補正量を抽出して記憶する位相補正量抽出手段と、
この位相補正量抽出手段により得られた位相補正量に基づき前記各素子アンテナの受信信号の位相を補正する位相補正手段とを
備えていることを特徴とする車載用レーダ装置。 - 前記受信波は、前記電波送信用アンテナからの漏れ込み波であって、前記受信波取り込み手段は、前記漏れ込み波が前記素子アンテナに到来する時間に応じて受信波を取り込むことを特徴する請求項１記載の車載用レーダ装置。
- 前記受信波は、前記レーダ装置本体を収容するレドームの反射波であって、前記受信波取り込み手段は、前記レドームの反射波が前記素子アンテナに到来する時間に応じて前記受信波を取り込むことを特徴する請求項１記載の車載用レーダ装置。
- 前記受信波は、車両取り付け部付近の車体構造物からの反射波であって、前記受信波取り込み手段は、前記車体構造物からの反射波が前記素子アンテナに到来する時間に応じて前記受信波を取り込むことを特徴する請求項１記載の車載用レーダ装置。
- 前記受信波取り込み手段は前記照射手段より得られる電波受信タイミングに基づいて前記ビート信号を増幅するＩＦ増幅器の利得制御を行うことを特徴とする請求項１記載の車載用レーダ装置。
- 前記位相記憶手段、前記受信波取り込み手段、前記位相検出手段、位相補正量抽出手段、前記位相補正手段が、前記信号処理部内に構成されていることを特徴とする請求項１記載の車載用レーダ装置。
- 前記信号処理部は前記ターゲットの検出処理を行う通常モードと、前記アンテナの位相補正を行う位相補正モードを有し、所定の条件を満たした時に前記位相補正モードに移行し、前記位相補正モード終了後に前記通常モードに復帰することを特徴とする請求項１記載の車載用レーダ装置。
- 前記所定の条件は、車両のイグニッションスイッチＯＮ時、所定の車速以下、または、前記ターゲットを検出していない時の何れかであることを特徴とする請求項７記載の車載用レーダ装置。
- 前記位相補正モードは、前記所定の条件が所定の時間以上経過したときに行われることを特徴とする請求項７記載の車載用レーダ装置。
- 前記位相補正量抽出手段は、予め記憶された前記レーダ装置本体の内部温度毎の素子アンテナ間距離誤差に対応する温度補正データに基づいて、前記位相補正量を抽出することを特徴とする請求項１記載の車載用レーダ装置。
- 前記位相補正量が所定の閾値を越えたときに、前記素子アンテナが故障したものと判定する故障検知手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の車載用レーダ装置。
- 前記閾値は前記レーダ装置本体の内部温度毎に対応して設定されていることを特徴とする請求項１１記載の車載用レーダ装置。
- 前記故障検知手段が前記素子アンテナの故障を検知した場合に、前記レーダ装置本体にリセットを掛けるか、もしくは、駆動を停止することを特徴とする前記請求項１１記載の車載用レーダ装置。
- 前記故障検知手段が前記素子アンテナの故障を検知した場合に、その旨をユーザに報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１１記載の車載用レーダ装置。
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