JP2009109380A

JP2009109380A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2009109380A
Application number: JP2007282925A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Yamada; 直之山田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】レーダ装置から近距離にある物標をより高い確度で検出する。
【解決手段】発振周波数が可変の発振器１０と、発振器１０の出力信号を分岐させる方向性結合器１２と、方向性結合器１２の出力信号の周波数を所定の周波数幅だけ変換する低周波発振器１４及びミキサ１６と、周波数変換された信号を送信波として送信する送信アンテナ１８と、送信アンテナ１８から送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナ２０と、方向性結合器１２で分岐された信号と、受信アンテナ２０で受信された反射信号と、を混合するミキサ２２と、を備え、ミキサ２２で得られる信号に基づいて物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、近距離にある物標を検出するためのレーダ装置に関する。

自動車における前後方監視など各種の用途にレーダ装置（車載レーダ）が利用されている。そして、このような車載レーダとしてＦＭ−ＣＷレーダが知られている。ＦＭ−ＣＷレーダは周波数が時間的に変化する信号を送信波及び基準信号として利用し、物標からの反射波と基準信号との周波数差からレーダ装置と物標までの距離や方位を検出する。また、ＦＭ−ＣＷレーダでは、周波数が時間的に単調増加及び単調減少するフェーズを繰り返す信号を送信波及び基準信号として利用することによって、物標からの反射波と基準信号とのドップラシフトから物標とレーダ装置との相対速度を求めることもできる。

特開２００６−３３７２２３号公報

ＦＭ−ＣＷレーダでは、時間的な周波数変化を利用している都合上、レーダ装置から近距離に存在する物標が検出対象となった場合、図６に示すように、反射波と基準信号とのビート信号の周波数が小さくなる。低周波領域にはレーダ装置内で発生したり、レーダ装置外から受信されたりする直流ノイズや低周波ノイズがあり、これらのノイズと物標からの信号との分離が困難となり、物標の検出が難しくなる。

しかし、自動車用のレーダ装置においては、高速走行時、停止時などいろいろな状況において、衝突可能性のある物標を検出する必要があり、極めて多種類の物標を検出することが要求される。そのためには、広範囲かつ極めて近距離の物標まで検出することができ、車両から近距離に周辺静止物が存在する状況においても衝突可能性のある物標を見落とすことなく検出したいという要求がある。

本発明は、上記課題を鑑み、近距離にある物標についてもより高い確度での検出を可能とするレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの態様は、発振周波数が可変の発振器と、前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、前記方向性結合器の出力信号の周波数を所定の周波数幅だけ変換する周波数変換器と、前記周波数変換器で変換された信号を送信波として送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、前記方向性結合器で分岐された信号と、前記受信アンテナで受信された反射信号と、を混合するミキサと、を備え、前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするレーダ装置である。

本発明の別の態様は、発振周波数が可変の発振器と、前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、前記方向性結合器の出力信号を送信波として送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信された反射信号の周波数を所定の周波数幅だけ変換する周波数変換器と、前記方向性結合器で分岐された信号と、前記周波数変換器で変換された信号と、を混合するミキサと、を備え、前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするレーダ装置である。

本発明の別の態様は、発振周波数が可変の発振器と、前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、前記方向性結合器の出力信号を送信波として送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、前記前記方向性結合器で分岐された信号の周波数を所定の周波数幅だけ変換する周波数変換器と、前記周波数変換器で変換された信号と、前記受信アンテナで受信された反射信号と、を混合するミキサと、を備え、前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするレーダ装置である。

ここで、前記周波数変換器は、低周波信号発振器と、入力信号と前記低周波信号の出力信号とを混合するミキサと、を含むものとしてもよい。ここで、前記低周波変換器は１００ｋＨｚ以下の出力信号を出力することが好適である。ＦＭＣＷ方式のレーダ装置では５ｍ以下の近距離にある物標のセンシングが困難な場合が多く、このような場合のセンシングをより確実に行うことができる。

また、前記低周波変換器を迂回するバイパス路を備えることが好適である。このようにバイパス路を設けることによって、近距離にある物標のみならず、遠距離にある物標も高い確度で検出することができる。さらに、前記低周波変換器と、前記バイパス路と、のいずれか一方を選択する切替スイッチを備えてもよい。

本発明によれば、レーダ装置から近距離にある物標をより高い確度で検出することができる。

本発明の実施の形態におけるレーダ装置は、図１に示すように、発振器１０、方向性結合器１２、低周波発振器１４、ミキサ１６、送信アンテナ１８、受信アンテナ２０、ミキサ２２及び信号処理部２４を含んで構成される。レーダ装置は、例えば、車両に搭載され前方、側方、後方などの周囲の障害物や他車を監視するために用いられる。

発振器１０は、ＦＭ−ＣＷモードで発振する。発振器１０は、図２に示すように、所定時間発振周波数を単調増加する上りフェーズと、所定時間発振周波数を単調減少する下りフェーズを有し、これを順次繰り返す発振信号を出力する。発振信号の可変周波数ｆ（ｔ）はミリ波帯域（１ＧＨｚ以上１００ＧＨｚ以下程度の周波数帯域）とすることが好適である。上りフェーズと、下りフェーズにおける周波数変化の傾きの大きさは同一であり、発振周波数は、上りフェーズにおいて最低周波数から最高周波数に直線的に単調増加し、下りフェーズにおいて最高周波数から最低周波数に直線的に単調減少するようにすることが好適である。すなわち、発振周波数は、時間に従って三角波状に変化する。三角波の波形の周期や周波数可変範囲は、検出したい物標までの距離や複数の物標を検出する際の分解能などに依存して決定される。

発振器１０からの出力信号は、方向性結合器１２に供給され、２つに分配される。方向性結合器１２の一方の出力はミキサ１６へ供給され、他方の出力はミキサ２２へ基準信号として供給される。

低周波発振器１４は、ミキサ１６における周波数変換を行うための発振信号ｆ０を生成する。低周波発振器１４は、信号処理部２４から入力される周波数制御信号（周波数制御電圧）を受けて、周波数制御信号（周波数制御電圧）に応じた周波数を有する発振信号を発生させるフェーズロックループ（ＰＬＬ）等を含む発振回路を含むものとすることができる。低周波発振器１４から出力される発振信号は１００ｋＨｚ以下の周波数範囲とすることが好ましい。

ミキサ１６は、方向性結合器１２から発振信号、及び、低周波発振器１４から発振信号を受けて、それらの信号を混合（乗算）して両信号の差信号を出力する。この処理によって、図２に示すように、方向性結合器１２から発振信号の周波数ｆが低周波発振器１４から発振信号の周波数ｆ０だけアップコンバートされた周波数（ｆ＋ｆ０）に変換された送信信号Ａと、方向性結合器１２から発振信号が低周波発振器１４から発振信号の周波数だけダウンコンバートされた周波数（ｆ−ｆ０）に変換された送信信号Ｂとが生成される。なお、図２では、周波数変換の様子を分かり易くするために周波数差を拡大して示している。

送信アンテナ１８は、ミキサ１６から入力された信号を送信波として空間に送出する。レーダ装置が車載されている場合、車両の前方、側方、後方などの周囲の空間に送信波を送出する。このとき、送信アンテナ１８は広角アンテナとすることが好ましい。レーダ装置の検出範囲は、送信アンテナ１８から送信される送信波が到達する範囲となる。

空間中に送出された送信波は物標（ターゲット）によって反射され、その反射波の一部がレーダ装置の受信アンテナ２０により受信される。受信アンテナ２０は、検出範囲全体をカバーする広角な受信性能を有する広角アンテナとすることが好適である。受信アンテナ２０で得られた受信信号はミキサ２２に供給される。

ミキサ２２は、方向性結合器１２から基準信号、及び、受信アンテナ２０から受信信号を受けて、基準信号と受信信号とを混合（乗算）して両信号の差信号であるビート信号を含むベースバンド信号を生成する。ミキサ２２で生成されるベースバンド信号には、図３に示すように、送信波が出力されてからレーダ装置の周辺の物標で反射されて反射波として受信されるまでの時間に対応する周波数差を有する信号が含まれる。

信号処理部２４は、ミキサ２２で生成された信号を受けて、その信号に含まれるビート信号に基づいて監視対象空間に存在する物標とレーダ装置との距離、方位及び相対速度を求める。信号処理部２４での処理は基本的に従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置と同様である。

本実施の形態のレーダ装置の場合、低周波発振器１４及びミキサ１６によって送信波は基準信号の周波数ｆに対して周波数ｆ０だけアップコンバート及びダウンコンバートされているので、仮にレーダ装置からの距離が０である物標で送信波が反射されたものとしても、基準信号と受信信号とから生成されるビート信号の周波数は０にはならず、図３に示す０地点に相当する周波数を有するものとなる。レーダ装置と物標との距離が広がるにしたがって、図３に示すように、ミキサ２２で生成されるビート信号の周波数は０地点に相当する周波数から離れていくものとなる。したがって、ミキサ２２で生成された信号に含まれるビート信号と０地点に相当する周波数との差からレーダ装置と物標との距離を求めることができる。

このとき、予め基準信号と送信信号との間に周波数差を持たせておくことによって、レーダ装置と近距離にある物標からの反射信号と基準信号との周波数差が直流ノイズや低周波ノイズと重ならなくなる。したがって、直流ノイズや低周波ノイズの影響を受けることなく物標からの信号を検出することができる。

また、本実施の形態におけるレーダ装置では、レーダ装置と物標との距離が広がるにしたがって、ミキサ２２で生成されるビート信号の周波数は、アップコンバートされた送信信号とダウンコンバートされた送信信号とで変化が異なるものとなる。したがって、アップコンバートされた送信信号に対応するビート信号の周波数とダウンコンバートされた送信信号に対応するビート信号の周波数との差、アップコンバートされた送信信号に対応するビート信号の周波数と０地点の周波数の差、又は、ダウンコンバートされた送信信号に対応するビート信号の周波数と０地点の周波数の差のいずれかに基づいて物標とレーダ装置との相対速度を求めることができる。

さらに、一般的なＦＭ−ＣＷモードのレーダ装置と同様に、ターゲットによるビート信号の周波数（ビート周波数）は、送信信号と受信信号の時間差と、ドップラシフトによるものであり、上りフェーズおよび下りフェーズの両方のビート周波数から、物標までの距離および物標との相対速度を検出することもできる。

このような処理により、例えば、一般道などで周辺に静止物が多数存在する環境では、複数の検出時間におけるビート信号の周波数の変化から物標の自車に対する相対速度を求めることができる。

＜変型例＞
上記実施の形態におけるレーダ装置では、方向性結合器１２と送信アンテナ１８との間に低周波発振器１４及びミキサ１６を設けることによって送信信号の周波数変換処理を施す構成とした。

変形例では、図４に示すように、受信アンテナ２０とミキサ２２との間に低周波発振器１４及びミキサ１６を設けることによって送信信号の周波数変換処理を施す構成としても上記実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。

さらに、別の変形例では、図５に示すように、方向性結合器１２とミキサ２２との間に低周波発振器１４及びミキサ１６を設けることによって送信信号の周波数変換処理を施す構成としても上記実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。

ただし、受信信号は送信信号や基準信号よりも弱められており、低周波発振器１４及びミキサ１６により受信信号の周波数変換を施すことによってビート信号にノイズがより重畳される可能性が高くなる。この点では、低周波発振器１４及びミキサ１６は、方向性結合器１２と送信アンテナ１８との間、又は、方向性結合器１２とミキサ２２との間に配置することがより好適であると推考される。

本実施の形態におけるレーダ装置の構造を示す断面図である。本発明の実施の形態における発振信号の周波数変換処理を示す図である。本実施の形態におけるビート信号の生成を示す図である。本実施の形態の変形例におけるレーダ装置の構成を示す図である。本実施の形態の変形例におけるレーダ装置の構成を示す図である。従来のレーダ装置のビート信号の生成を示す図である。

符号の説明

１０発振器、１２方向性結合器、１４低周波発振器、１６ミキサ、１８送信アンテナ、２０受信アンテナ、２２ミキサ、２４信号処理部。

Claims

発振周波数が可変の発振器と、
前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、
前記方向性結合器の出力信号の周波数を所定の周波数幅だけ変換する周波数変換器と、
前記周波数変換器で変換された信号を送信波として送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、
前記方向性結合器で分岐された信号と、前記受信アンテナで受信された反射信号と、を混合するミキサと、
を備え、
前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするレーダ装置。
発振周波数が可変の発振器と、
前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、
前記方向性結合器の出力信号を送信波として送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナで受信された反射信号の周波数を所定の周波数幅だけ変換する周波数変換器と、
前記方向性結合器で分岐された信号と、前記周波数変換器で変換された信号と、を混合するミキサと、
を備え、
前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするレーダ装置。
発振周波数が可変の発振器と、
前記発振器の出力信号を分岐させる方向性結合器と、
前記方向性結合器の出力信号を送信波として送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信された送信波が物標により反射して生じた反射波を反射信号として受信する受信アンテナと、
前記前記方向性結合器で分岐された信号の周波数を所定の周波数幅だけ変換する周波数変換器と、
前記周波数変換器で変換された信号と、前記受信アンテナで受信された反射信号と、を混合するミキサと、
を備え、
前記ミキサで得られる信号に基づいて、前記物標との距離、方位及び速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするレーダ装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーダ装置であって、
前記周波数変換器は、
低周波信号発振器と、
入力信号と前記低周波信号の出力信号とを混合するミキサと、
を含むことを特徴とするレーダ装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載のレーダ装置であって、
前記低周波変換器は１００ｋＨｚ以下の出力信号を出力することを特徴とするレーダ装置。
請求項１〜５のいずれか１つに記載のレーダ装置であって、
前記低周波変換器を迂回するバイパス路を備えることを特徴とするレーダ装置。
請求項６に記載のレーダ装置であって、
前記低周波変換器と、前記バイパス路と、のいずれか一方を選択する切替スイッチを備えることを特徴とするレーダ装置。