JP2008275460A

JP2008275460A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2008275460A
Application number: JP2007119643A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Akita; 健一秋田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-11-13
Also published as: US20080266169A1

Abstract

【課題】1台のレーダ装置で、ハードウェア構成を変更することなく、距離によって検知角度を変更し、車両制御システムが必要とする範囲でのみ、目標物体の検知を行うことができるレーダ装置を提供する。
【解決手段】送信信号として電磁波を送信する送信手段と、目標物体によって反射した電磁波を受信信号として受信する受信手段と、車両周辺に存在する目標物体を送信信号と受信信号から検知し、自車両との相対位置や相対速度を算出する信号処理手段とを備え、測定する距離によって、検知角度を変化させることにより、車両制御システムを動作させる上で必要となる領域でのみ、目標物体を検知する。
【選択図】図１０

Description

この発明は、車両に搭載するものであり、自車両周辺に存在する目標物体を検知し、自車両との相対位置や相対速度を測定するレーダ装置に関するものである。

車両に搭載されたレーダ装置は、電磁波を送信信号として送信し、目標物体により反射された電磁波を受信信号として受信し、送信信号と受信信号から自車両と目標物体との相対位置や相対速度を測定するものである。このレーダ装置は、例えば、先行車両との車間距離を制御する車間距離制御システムや渋滞時に先行車両に追従する渋滞追従システムなどの車両制御システムに利用されている。

一般に、車両制御システムでは、比較的近距離においては、隣車線からの割り込み車両などを検知することが求められる。そのため、近距離においては、隣車線を走行している車両も検知できるように、広い検知角度範囲が必要となる。一方で、比較的遠距離に存在する目標物体は、主に高速走行時の車間距離制御で必要となるため、近距離の場合のような広い検知角度範囲は必要ない。つまり、測定する距離によって、車両制御システムが必要とする検知角度範囲は異なる。そのため、近距離領域での検知角度範囲を広げた場合、遠距離領域では、必要以上の検知角度範囲で目標物体の検知動作を行ってしまう。

そこで、例えば、特許文献１に記載の車両制御システムでは、近距離用と遠距離用の２つの送信手段を備えることにより、近距離と遠距離の検知角度範囲を変えている。

特開２００２−６０４１号公報

しかしながら、特許文献1に記載されているレーダ装置では、近距離用と遠距離用の送信手段を備える必要があり、そのため、ハードウェア構成が大きくなり、また、コストも高くなるといった問題があった。

この発明は、上記の問題点を解決するために考案されたものであり、その目的は、1台のレーダ装置で、ハードウェア構成を変更することなく、距離によって検知角度範囲を変更し、車両制御システムが必要とする範囲でのみ、目標物体の検知を行うことができるレーダ装置を提供することにある。

この発明は、車両に搭載され、車両周辺に存在する目標物体を検知するレーダ装置において、電磁波を送信信号として送信する送信手段と、前記目標物体により反射された電磁波を受信信号として受信する受信手段と、前記送信信号と前記受信信号から、前記目標物体を検知し、自車両との相対位置、相対速度を測定する信号処理手段を備え、前記送信手段及び受信手段を変えることなく、前記信号処理手段により、自車両からの距離によって、前記目標物体の検知角度範囲を変化させるものである。

この発明のレーダ装置によれば、1台のレーダ装置により、ハードウェア構成を変更することなく、距離によって異なる検知角度範囲で、目標物体を検知することができる。

実施の形態１．
図1はこの発明の実施の形態１における、レーダ方式をパルス方式としたレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

レーダ装置１０は、パルス変調した電磁波を送信信号として出力する送信部１と、送信部１の出力を２つに分岐する方向性結合器２と、方向性結合器２の出力を空間に放射する送信アンテナ３とを備えている。

また、レーダ装置１０は、目標物体５０で反射された電磁波を受信信号として受信する、複数のアンテナにより構成される受信アンテナ部５と、受信アンテナ部５の各アンテナの受信ビーム幅と方向を形成するレンズ４と、受信アンテナ５により受信した受信信号と方向性結合器２から送られてくるローカル信号Ｌｏと混合し、ビート信号を抽出する受信部６を備えている。

また、レーダ装置１０は、受信部６の出力であるビート信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７と、Ａ／Ｄ変換器７の出力信号から目標物体５０を検知し、その相対位置や相対速度を算出する信号処理部８を備えている。

次に、送受信の動作について説明する。
送信部１は、図２（ａ）に示すようにパルス変調した電磁波を出力する。送信部１から出力された信号は、方向性結合器２で送信用と受信用に分岐され、一方は送信アンテナ３により空間に放射され、もう一方はローカル信号Ｌｏとして、受信部６に入力される。送信アンテナ３から放射された電磁波は、レーダ前方に存在する目標物体５０により反射され、レンズ４を通して、受信アンテナ部５により受信される。ここで、レンズ４と受信アンテナ部５によって、図３のように複数の受信ビームが形成される。また、受信信号は、図２（ｂ）のように、電磁波を送信してから、目標物体の距離によって、以下の式（１）で示される遅延時間τ秒後に受信される。

・・・・（１）
ただし、Ｒは目標物体の距離、ｃ［ｍ／ｓ］は光速。
受信アンテナ５により受信された受信信号は、受信部６で送信部１からのローカル信号Ｌｏと混合され、ビート信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器７は受信部６から出力されるビート信号をデジタル信号に変換する。

Ａ／Ｄ変換器７では、図２（ｃ）のように、サンプリング間隔Ｔｓ［ｍ］でｎ回のサンプリングを行う。このｎ個のサンプリング点をレンジゲートと呼ぶ。各レンジゲートで検知できる目標物体の距離範囲は、パルス幅Ｔｇ［ｓｅｃ］とサンプリング間隔Ｔｓ［ｓｅｃ］により決定され、各レンジゲートはその距離範囲内に存在する目標物体からの受信信号のみを受信することになる。

Ａ／Ｄ変換器７でサンプリングされた各レンジゲートの信号は、信号処理部８に入力される。信号処理部８ではＡ／Ｄ変換器７から出力されるビート信号から目標物体を検知し、その相対位置・相対速度を算出する。

ここで、車両制御システムでは、比較的近距離の領域では、図４に示すように広い検知範囲が必要となり、一方で、比較的遠距離では、近距離に比べて広い検知角度は必要なく、図５に示すように、比較的狭い検知角度で目標物体を検知できれば十分である。

しかしながら、近距離での検知角度範囲を広げるために、受信ビーム数を増やした場合、図６のように遠距離領域での検知領域が必要以上に広がることになる。そのため、車両制御システムには必要のない領域において、不要な目標物体の検知動作を行うことになる。

そこで、所定のレンジゲートを境界として、検知範囲を近距離領域と遠距離領域に分割し、図７に示すように、遠距離領域では近距離領域に比べ、検知角度範囲を狭くすることで、車両制御システムが必要とする範囲でのみ目標物体の検知を行うようにする。

ここで、図３のように、１３方向に受信ビームを形成した場合について考える。
近距離領域においては、広い検知角度範囲が必要なため、図８のように、１から１３の全てのビームで、目標物体の検知を行う。一方で、遠距離領域においては、近距離領域のように広い検知角度範囲は必要ないため、図９のように、両端の４つのビーム（以下、近距離用ビームと定義）では目標物体の検知は行わず、中央の５つのビームでのみ目標物体の検知を行う。このように、遠距離領域においては、目標物体を検知するビーム数を制限することにより、図１０のように、車両制御システムが必要とする領域でのみ、目標物体の検知を行えるようにする。

以下、図１１の信号処理フローチャートを用いて、信号処理部８における処理動作について説明する。ここでは、レンジゲート数を２０とし、また、レンジゲート１０以下を近距離領域、レンジゲート１１から２０を遠距離領域とする。

まず、ステップＳ１０１により、レンジゲートごとにビーム１からビーム１３の受信データを取得し、ステップＳ１０２により、最初に処理を行うビームの番号を１に設定する。次に、ステップＳ１０３で処理中のビームが近距離用ビームであるかを判定する。ステップＳ１０３で、処理中のビームが近距離用ビーム（ビーム１〜４、１０〜１３）であると判定された場合は、ステップＳ１０４で、処理を行う最大レンジゲート番号を近距離領域と遠距離領域の境界である１０に設定する。一方で、ステップＳ１０３で、近距離用ビームではない（ビーム５〜９）と判定された場合は、ステップＳ１０５で、処理を行う最大レンジゲート番号を２０に設定する。

次に、ステップＳ１０６により、レンジゲート番号１から目標物体の検知を行う。ステップ８では、ステップＳ１０４またはステップＳ１０５で設定した最大レンジゲートまで処理が完了したかを判定し、完了している場合は次のビームの処理に移るため、ステップＳ１０９で処理ビーム番号をインクリメントする。一方で、完了していない場合は、ステップＳ１０６に戻り、次のレンジゲートで目標物体の検知、および、相対位置・相対速度の算出を行う。

ステップＳ１０９の処理ビーム番号インクリメント後、ステップＳ１１０で処理ビーム番号が１３より小さいと判定された場合はステップＳ１０３にもどり、上記処理を続ける。一方で処理ビーム番号が１３以上の場合は処理を終了する。

以上のように信号処理を行うことにより、近距離領域と遠距離領域で検知角度範囲を変化させることができ、遠距離領域で近距離領域に比べて検知角度範囲を狭くすることができる。

この実施の形態１によれば、距離に応じて目標物体の検知に使用するビームを選択するため、1台のレーダ装置で、ハードウェア構成を変更することなく、近距離領域と遠距離領域で目標物体の検知角度範囲を変えることができる。そのため、目標物体の検知範囲を、車両を制御する上で必要となる領域に形成することができ、不要な信号処理を省くことができる。例えば、実施の形態1のように近距離用ビームであるビーム１〜４及び１０〜１３では、２０あるレンジゲートの中で、１〜１０のみを処理するだけでよいため、全レンジゲートで処理を行った場合に比べて、半分の信号処理量で済み、全体として３０％程度の信号処理量の削減を図ることができる。
また、ソフトウェアのみで実現できるため、検知角度範囲を容易に変更することができ、例えば、自車両が走行している道路の車線数やカーブの曲率により、自由に検知範囲を形成することもできる。さらに、近距離を測定する時と遠距離を測定する時で、モード切替えをする必要が無いため、近距離に存在する目標物体と、遠距離に存在する目標物体を時間差なく、同時に検知することができる。

また、この実施の形態１では、検知範囲を近距離領域と遠距離領域の２つの領域に分割したが、図１２のように、さらに細かく分割してもよい。例えば、レンジゲートごとに検知角度を変更することで、より適切な検知領域を形成することができる。

また、この実施の形態１では、レンズと複数のアンテナにより、複数方向にビームを形成したが、どのような形式でビームを形成しても良い。例えばアンテナをモータで駆動することにより、機械的にビームを走査しても同様の効果を得ることができる。または、例えばＤＢＦにより、電子的にビームを走査しても良い。

実施の形態２．
自車両が停車している場合や低速で走行している場合は、車両制御は主に近距離の車両に対して行われ、遠距離の車両に対しては制御を行わない。そのため、遠距離に存在する車両を検知する必要はない。そこで、自車両が停車あるいは低速で走行している場合は、遠距離では目標物体の検知は行わずに、近距離でのみ検知を行うようにする。

以下、図１３のフローチャートを用いて説明する。ステップ１０１〜１０４及び１０６〜１１０は図１３と同じである。
ステップＳ１０３で、処理中のビームが近距離用ビームではないと判定した場合は、ステップＳ１１１で自車両が停車しているか、あるいは低速で走行しているかを判定する。ステップＳ１１１で、停車中または低速走行中と判定された場合は、ステップＳ１１２で処理を行う最大レンジゲート番号を１０に設定し、以後のステップＳ１０６からステップＳ１０８の処理で、１１レンジゲート以上の遠距離領域で目標物体の検知処理を行わないようにする。一方で、停車中または低速走行中ではないと判定された場合は、ステップＳ１１３で処理を行う最大レンジゲート番号を２０とし、ステップＳ１０６からステップＳ１０８において、全レンジゲートで処理を行うように設定する。

この実施の形態２によれば、自車両が停車あるいは低速で走行しているときに、遠距離の測定を停止するため、信号処理量を低減することができる。

実施の形態３．
実施の形態３のレーダ装置は、図１４のように、検知した目標物体の中から、先行車を判定する先行車判定部９を備えている。通常、車間距離制御システムなどの車両制御は、先行車に対して行うため、先行車より遠距離に存在する車両については、制御に用いることはない。そこで、先行車判定部９により検出した先行車が存在する距離より遠距離の領域においては、目標物体の検知を行わないようにする。また、先行車より近距離においては、確実に割り込み車両を検知するために、検知角度範囲を広くしてもよい。
なお、上記のような先行車判定部は、例えば特開平8-279099号公報等に示されている。

この実施の形態３によれば、先行車が存在する距離より遠距離において、目標物体の検知を行わないため、実施の形態２と同様に信号処理量を低減することができる。また、先行車より近距離において、検知角度範囲を広くすれば、確実に割り込み車両を検知することができる。

この発明の実施の形態１におけるレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。送信パルスと受信パルスの時間的関係とサンプリングのタイミングを示す説明図である。送信ビームと受信ビームを示す説明図である。近距離領域で目標物体を検知することが必要な領域を示す説明図である。遠距離領域で目標物体を検知することが必要な領域を示す説明図である。不要な検知領域を示す説明図である。近距離領域と遠距離領域の検知角度範囲を変化させた場合の検知領域を示す説明図である。近距離領域で目標物体の検知に使用するビームを示す説明図である。遠距離領域で目標物体の検知に使用するビームを示す説明図である。近距離領域と遠距離領域で目標物体の検知に使用するビームを変化させた場合の検知範囲を示す説明図である。この発明の実施の形態１における信号処理フローを示す説明図である。検知角度範囲を段階的に変化させた場合の検知領域を示す説明図である。この発明の実施の形態２における信号処理フローを示す説明図である。この発明の実施の形態３におけるレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１送信部
２方向性結合器
３送信アンテナ
４レンズ
５受信アンテナ
６受信部
７Ａ／Ｄ変換器
８信号処理部
９先行車判定部
１０レーダ装置
５０目標物体

Claims

車両に搭載され、車両周辺に存在する目標物体を検知するレーダ装置において、
電磁波を送信信号として送信する送信手段と、
前記目標物体により反射された電磁波を受信信号として受信する受信手段と、
前記送信信号と前記受信信号から、前記目標物体を検知し、自車両との相対位置、相対速度を測定する信号処理手段を備え、
前記送信手段及び受信手段を変えることなく、前記信号処理手段により、自車両からの距離によって、前記目標物体の検知角度範囲を変化させることを特徴とするレーダ装置。
前記レーダ装置は、複数の方向に受信ビームを形成し、自車両からの距離に応じて測定に使用するビーム数を変えることにより、前記目標物体の検知角度範囲を変化させることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
車両に搭載され、車両周辺に存在する目標物体を所定の検知角度範囲で検知するレーダ装置において、
電磁波を送信信号として送信する送信手段と、
前記目標物体により反射された電磁波を、前記所定の検知角度範囲に対応した複数の受信ビームにより受信信号として受信する受信手段と、
前記受信信号と前記送信信号の一部とからビート信号を生成し、このビート信号を所定のサンプリング間隔に対応して設定された複数のレンジゲートで検知し、前記目標物体と自車両との相対位置、相対速度を測定する信号処理手段を備え、
上記信号処理手段は、前記レンジゲート毎に前記複数の受信ビームに対応した受信データを取得すると共に、前記レンジゲート毎の受信データと前記各レンジゲートとの相関関係に基づき、前記目標物体までの距離に応じて前記検知角度範囲を制御することを特徴とするレーダ装置。
近距離を測定する場合は前記目標物体の検知角度範囲を広くし、遠距離を測定する場合は前記目標物体の検知角度範囲を狭くすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のレーダ装置。
自車両が停車あるいは低速で走行している場合は、所定の距離より遠くに存在する目標物体の検知は行わず、所定の距離以下に存在する目標物体のみを検知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載のレーダ装置。
検知した前記目標物体の中から、先行車を判定する先行車判定手段を備え、前記先行車判定手段により決定した先行車が存在する距離より遠距離においては、前記目標物体の検知を行わないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載のレーダ装置。
前記先行車判定手段により決定した先行車が存在する距離より近距離においては、前記目標物体の検知角度範囲を広くすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載のレーダ装置。