JP2009276213A - パルスドップラレーダ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】使用形態の変更を自動的に判定して使用条件を切り替えるパルスドップラレーダ装置を提供する。
【解決手段】判定・制御部１１０は、使用形態判定手段１１１と、パルス幅選択手段１１２と、帯域制限幅選択手段１１３とを有しており、使用形態判定手段１１１が自車両の所定の制御装置からギア状態の信号を入力して使用形態の判定を行っている。使用形態判定手段１１１の判定結果に基づいて、パルス幅選択手段１１２および帯域制限幅選択手段１１３がそれぞれ広帯域インパルス生成部１２０および帯域幅制限部１５０を制御している。
【選択図】図１

Description

本発明は、近傍の対象物までの距離とその相対速度を同時に検知するパルスドップラレーダ装置に関し、特に、超広帯域パルスを利用するパルスドップラレーダ装置に関する。
従来、距離と相対速度を検知する車載用パルスレーダ装置として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の車載用パルスレーダ装置は、パルスを放射し、これが対象物で反射された反射波を受信する。
受信された反射波は、距離ゲート（又はレンジビン）毎にサンプリングされ、サンプリングされたデータをプリサム処理し、その結果をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理している。ＦＦＴ処理では、各距離ゲートの信号について周波数解析を行って周波数ゲート毎に振幅出力を求める。このような処理を行った後、信号が検出された距離ゲートから対象物までの距離を、信号が検出された周波数ゲートからその距離ゲートで検出された対象物の相対速度を求めている。さらに、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、受信回路で複数の距離ゲートにまたがるプリサム処理を行うことが提案されている。
特開２００４−１２５５９１号公報
しかしながら、車載用のレーダ装置では、その使用形態として衝突検知レーダなどのように高速走行時に用いる場合と、駐車支援レーダなどのように低速で用いる場合があり、それぞれで要求される距離分解能、計測範囲（距離範囲）、計測周期（データ更新周期）等の使用条件が異なっている。前者の衝突検知レーダなどでは、距離分解能が数十センチ程度と低くてもよいが、所定の距離範囲内にある相対速度が例えば２００km/h程度までの高速の対象物を検出したいといった要求がある。これに対し、後者の駐車支援レーダなどでは、距離分解能として例えば１０cm以下が要求されるが、相対速度は例えば２０km/h以下の低速の対象物を検知できれば十分である。
また、レーダ検知した結果を乗員に通知するデータ更新周期（計測周期）も使用形態によって異なる長さが要求される。すなわち、前者の衝突検知レーダなどの使用形態の場合には、対象物との相対速度が高速となることから、計測周期も例えば１０ms程度の短周期とする必要があるのに対し、後者の駐車支援レーダなどの使用形態の場合には、対象物との相対速度が低速となるのに合わせて、計測周期を前者の１０倍程度の長周期とすることも可能である。
このように、レーダ装置に対する要求が大きく異なる使用形態に対しては、それぞれの使用形態に対応するレーダ装置を個別に設ける必要があった。しかし、複数のレーダ装置を設置するためには大きな設置スペースが必要となり、これが設置上の大きな制約事項となる上、コストも増大してしまうといった問題があった。
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、使用形態の変更を自動的に判定して使用条件を切り替えるパルスドップラレーダ装置を提供することを目的とする。
本発明のパルスドップラレーダ装置の第１の態様は、所定の判定基準データを入力して使用形態を判定する判定・制御部と、前記使用形態の判定結果に基づいて設定される帯域幅のパルスを生成する広帯域インパルス生成部と、前記広帯域インパルス生成部で生成された前記パルスを送信パルスとして外部に送信し、対象物で反射されて戻ってきた反射パルスを受信し、前記反射パルスを前記送信パルスの搬送波で直交位相検波して直交位相Ｉ、Ｑ信号を出力するパルスドップラ送受部と、前記直交位相Ｉ、Ｑ信号をサンプリングするタイミングを前記送信パルスの生成を基準に距離ゲート毎の遅延時間から決定し、前記タイミングで距離ゲート信号を出力する距離ゲート設定部と、前記パルスドップラ送受部から前記直交位相Ｉ、Ｑ信号を入力し、該直交位相Ｉ、Ｑ信号を前記使用形態の判定結果に基づいて設定される帯域制限幅に制限して出力する帯域幅制限部と、前記帯域幅制限部から前記直交位相Ｉ、Ｑ信号を入力し、前記距離ゲート設定部から前記距離ゲート信号を入力したタイミングで前記直交位相Ｉ、Ｑ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部から前記Ａ／Ｄ変換された直交位相Ｉ、Ｑ信号毎のディジタル値を入力し、該直交位相Ｉ、Ｑ信号毎のディジタル値を所定の回数に達するまで積算して積算Ｉ、Ｑ信号を出力するプリサム部と、前記距離ゲート毎の遅延時間を決定して前記距離ゲート設定部に出力するとともに、前記プリサム部から前記積算Ｉ、Ｑ信号を入力して前記距離ゲートすべてについて周波数解析を行って距離ゲート毎振幅出力および周波数ゲート毎振幅出力を算出し、前記距離ゲート毎振幅出力および前記周波数ゲート毎振幅出力をそれぞれ所定の閾値と比較して前記対象物の有無を判定し、前記対象物が検出される前記距離ゲートおよび前記周波数ゲートからそれぞれ対象物までの距離および対象物の相対速度を算出する演算処理部と、を備えることを特徴とする。
本発明のパルスドップラレーダ装置の他の態様は、車両に搭載され、前記判定・制御部は、前記判定基準データとして前記車両のギア状態を入力し、前記ギア状態がバックギアＯＮのときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の広帯域幅に設定し、前記ギア状態がバックギアＯＦＦのときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の狭帯域幅に設定することを特徴とする。
本発明のパルスドップラレーダ装置の他の態様は、車両に搭載され、前記判定・制御部は、前記判定基準データとして前記車両の速度を入力し、前記速度が所定の速度閾値以下のときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の広帯域幅に設定し、前記速度が所定の速度閾値を超えるときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の狭帯域幅に設定することを特徴とする。
本発明のパルスドップラレーダ装置の他の態様は、車両に搭載され、前記演算処理部は、前記プリサム部から入力した前記積算Ｉ、Ｑ信号を用いてレーダ断面積を算出し、前記判定・制御部は、前記判定基準データとして前記演算処理部から前記レーダ断面積を入力し、前記レーダ断面積が所定の断面積閾値より大きいときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の広帯域幅に設定し、前記レーダ断面積が前記断面積閾値以下のときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の狭帯域幅に設定することを特徴とする。
本発明によれば、使用形態の変更を自動的に判定して使用条件を切り替えることで、狭範囲を高い距離分解能で検知可能とするとともに、広範囲を高速に検知することが可能なパルスドップラレーダ装置を提供することができる。
（第１の実施形態）
本発明の好ましい実施の形態におけるパルスドップラレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。以下では、本発明のパルスドップラレーダ装置を車両に搭載して用いる場合を例に説明する。
本発明の第１の実施の形態に係るパルスドップラレーダ装置は、相対速度が高い対象物を比較的低い距離分解能で検知する衝突検知等の使用形態と、相対速度が低い対象物を高い距離分解能で検知する駐車支援等の使用形態とを、１つのドップラレーダで実現可能としたものである。以下ではまず、それぞれの使用形態において要求される使用条件について説明する。
相対速度ｖで移動する対象物を中心周波数ＦｃのＲＦ信号を用いて検知する場合、ドップラ周波数Ｆｄは次式で与えられる。
Ｆｄ＝２ｖ×Ｆｃ／ｃ
ここで、ｃは光速を表している。パルスドップラレーダでは、所定の距離ゲートにおけるサンプル値を周波数解析することによりＦｄを推定することができる。ドップラ周期は１／Ｆｄである。ドップラ周期と相対速度との関係を図２に示す。ここでは、中心周波数Ｆｃ＝２６．５［GHz］、光速ｃ＝３×１０８［m/s］としている。前記周波数解析の方法として、ＦＦＴ処理を実施することでドップラ周波数を推定するためには、距離ゲート１つあたり少なくともドップラ周期の１周期分にわたる観測が必要となる。
まず、相対速度が低い対象物に対し高い距離分解能が要求される場合について説明する。一例として、対象物の相対速度を１［m/s］（３．６［km/h］）とし、要求される距離分解能を０．０７５［m］とする。このとき、上式に相対速度１［m/s］を代入することにより、ドップラ周期は５．６７［ms］となる。相対速度が低くなるとドップラ周期は長くなる（図２）ことから、低い相対速度の対象物を観測するためには距離ゲート毎の観測周期Ｔｓを長くする必要がある。
つぎに、相対速度が高い対象物を観測する場合について説明する。一例として、距離分解能および距離ゲート毎の観測周期Ｔｓをそれぞれ上記の０．０７５［m］、５．６７［ms］とし、相対速度ｖが２００［km/h］の対象物を観測する場合、一観測周期Ｔｓにおける対象物の移動距離Ｌｓは、次式のように計算される。
Ｌｓ＝２００×１０３／３６００×０．００５６７
＝０．３１５［m］
１つの距離ゲートの観測時間Ｔｓの間に対象物が０．３ｍ以上移動してしまうのに対し、距離ゲート１つ当たりの距離（距離分解能）が０．０７５［m］に設定されていることから、１つの距離ゲートにおける対象物の検出信号が１／４以下に低減されてノイズに埋没してしまうおそれがある。
また、距離ゲートを上記の０．０７５［m］単位としたとき、所定の距離範囲を計測するのに要する時間、すなわち計測周期（データ更新周期）Ｔｍは下記のように算出される。最大計測距離をＲmax、最小計測距離をＲmin、および距離分解能（距離ゲート１つあたりの距離）をＲstepとしたとき、計測周期Ｔｍは、
Ｔｍ＝Ｔｓ×int［（Ｒmax―Ｒmin）／Ｒstep］
で与えられる。ここで、int［・］は整数化のための演算子である。上式に、Ｔｓ＝５．６７［ms］、Ｒmax ＝１０［m］、Ｒmin＝０．１［m］、Ｒstep＝０．０７５［m］を代入すると、Ｔｍ＝７４８［ms］が得られる。
上記の通り、距離ゲートを０．０７５［m］単位として１０ｍの距離範囲を観測させるには、計測周期Ｔｍを非常に長くする必要がある。しかしながら、計測周期がこのように長くなると、衝突検知レーダとしてもまた駐車支援レーダとしても好ましくないと考えられる。そこで、距離分解能Ｒstepを小さくする場合には、最大計測距離Ｒmaxも短くする必要がある。逆に、最大計測距離Ｒmaxを長くするためには距離分解能Ｒstepを大きくする必要があり、特に対象物との相対速度が高い場合には、距離分解能Ｒstepを大きくして計測周期を短くするのが好ましい。
上記の通り、対象物を計測する距離範囲（Ｒmax）、距離分解能（Ｒstep）、相対速度の分解能に相当する距離ゲート毎の観測周期（Ｔｓ）、および計測周期（Ｔｍ）の各使用条件が相互に関連することから、要求される使用形態に対応してそれぞれを好適に設定する必要がある。本実施形態のパルスドップラレーダ装置は、車両から所定の判定基準データを入力して使用形態を決定し、決定された使用形態に対応してパルスドップラレーダ装置の各使用条件を決定するように構成されている。
さらに、本実施形態のパルスドップラレーダ装置では、送出するインパルスのパルス幅を距離分解能に対応させて変更するようにしている。インパルスを用いて測定可能な距離分解能は、パルス幅Ｔｐ×光速ｃ×１／２で決まることから、駐車支援レーダ等のように高い距離分解能が要求される場合には、超広帯域なパルス幅の短いインパルスを出力するのがよい。一例として、前記駐車支援レーダを実現するために、距離分解能０．０７５ｍの計測が可能なＴｐ＝０．５ｎｓ（２ＧＨｚ）程度とする。
これに対し、衝突検知レーダ等のように距離分解能を低くできる場合には、狭帯域なパルス幅の長いインパルスを出力する。距離分解能に対応させてパルス幅を長くすることで、不感帯のない計測が可能となる。一例として、前記衝突検知レーダを実現するために、距離分解能０．３ｍの計測が可能なＴｐ＝２ｎｓ（０．５ＧＨｚ）程度とする。また、このように、帯域を狭くすることは、周波数帯域の占有を抑制することができるため、他システム等との干渉を低減することができる。
本実施形態のパルスドップラレーダ装置を、図１に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態のパルスドップラレーダ装置１００は、相対速度が高いときに必要となる衝突検知レーダとしての使用形態と、相対速度が低い状態で使用される駐車支援レーダとしての使用形態とを、自動的に判定して切り替えて用いるように構成されている。
本実施形態では、上記の使用形態の判定のために、自車両の所定の制御装置からギア情報を入力し、これをもとに衝突検知レーダとしての使用形態か、あるいは駐車支援レーダとしての使用形態かのいずれかを自動的に選択させるようにしている。そして、衝突検知レーダとしての使用形態が選択された場合には、所定の距離範囲にある高速の対象物を計測できるように各使用条件を設定する。また、駐車支援レーダとしての使用形態が選択された場合には、低速の対象物を高い距離分解能で計測できるように各使用条件を設定する。
さらに、本実施形態では、高い距離分解能の計測が要求される駐車支援レーダとしての使用形態が選択された場合には超広帯域のインパルスを送出して計測を行い、距離分解能を低くできる衝突検知レーダとしての使用形態が選択された場合には狭帯域のインパルスを送出して計測を行う構成としている。このような構成とすることで、駐車支援レーダとして使用する場合には高い距離分解能を実現することが可能になるとともに、衝突検知レーダとして使用する場合には不感帯のない計測が可能となる。
本実施形態のパルスドップラレーダ装置１００は、使用形態を判定して所定の制御を行う判定・制御部１１０、使用形態の判定結果に基づいて設定される帯域幅のインパルス信号を生成する広帯域インパルス生成部１２０、インパルス信号を送信パルスとして送出するとともに対象物で反射されて戻ってきた反射パルスを受信して処理するパルスドップラ送受部１３０、および受信信号を処理するための距離ゲート設定部１４０、帯域幅制限部１５０、Ａ／Ｄ変換部１６０、プリサム部１７０、演算処理部１８０を備えている。
判定・制御部１１０は、使用形態判定手段１１１と、パルス幅選択手段１１２と、帯域制限幅選択手段１１３とを有しており、使用形態判定手段１１１が自車両の所定の制御装置（図示せず）からギア状態の信号を入力して使用形態の判定を行っている。そして、使用形態判定手段１１１の判定結果に基づいて、パルス幅選択手段１１２および帯域制限幅選択手段１１３がそれぞれ広帯域インパルス生成部１２０および帯域幅制限部１５０を制御している。また、使用形態判定手段１１１は、使用形態の変更を判定すると演算処理部１８０に対して演算処理の初期化を指示する。
広帯域インパルス生成部１２０は、パルス幅設定手段１２１と種パルス生成手段１２２とインパルス生成手段１２３とを有して所定のパルス幅のインパルス信号を出力する。
パルスドップラ送受部１３０は、広帯域インパルス生成部１２０からインパルス信号を入力して送信パルスを外部に送出するとともに、対象物で反射されて戻ってきた反射パルスを受信し、送信パルスの搬送波で直交位相検波してＩ信号、Ｑ信号を出力する。
距離ゲート設定部１４０は、種パルス生成手段１２２で種パルスが生成されたタイミングを基準として、パルスドップラ送受部１３０から出力される直交位相Ｉ、Ｑ信号を距離ゲート毎にサンプリングするタイミングを指示する信号（距離ゲート信号）を出力する。
帯域幅制限部１５０は、パルスドップラ送受部１３０から出力される直交位相Ｉ、Ｑ信号の通過帯域を制限する。
Ａ／Ｄ変換部１６０は、距離ゲート設定部１４０から距離ゲート信号が入力されるタイミングで帯域幅制限部１５０から出力されるＩ、Ｑ信号をＡ／Ｄ変換する。
プリサム部１７０は、加算手段１７１とメモリ１７２とデータ読出手段１７３とを有し、Ａ／Ｄ変換部１６０によりディジタル値に変換されたＩ、Ｑ信号のサンプル値を所定回数積算してプリサム値を出力する。
演算処理部１８０は、計測制御手段１８１、ＦＦＴ手段１８２、およびピーク検出手段１８３を有しており、計測制御手段１８１が種パルスの生成および受信パルスの処理を制御している。また、判定・制御部１１０から演算処理の初期化指示を入力すると、距離ゲート番号やパルス送信回数を初期化した後、衝突検知レーダまたは駐車支援レーダとしての計測を開始する。
以下では、本実施形態のパルスドップラレーダ装置１００の各構成部について、それぞれの動作をさらに詳細に説明する。
まず、判定・制御部１１０では、使用形態判定手段１１１が、判定基準データとしてギア状態の信号を自車両の所定の制御装置（図示せず）から入力し、この信号をもとにパルスドップラレーダ装置１００を衝突検知レーダとして使用する（以下では衝突検知モードとする）か、あるいは駐車支援レーダとして使用する（以下では駐車支援モードとする）かを判定する。使用形態判定手段１１１における使用形態の判定方法を、図３を用いて説明する。図３は、使用形態判定手段１１１において使用形態を判定する方法を示す流れ図である。
図３において、自車両の電源がＯＮにされると（ステップＳ１１）、まずパルスドップラレーダ装置１００の使用形態の初期値として衝突検知モードが設定される（ステップＳ１２）。以下、周期的に行う処理として、所定の制御装置からギア状態を入力し〔ステップＳ１３〕、バックギアの状態（ＯＮ／ＯＦＦ）が変更されたかを判定する（ステップＳ１４）。バックギアの状態が変更されていない場合には、つぎの監視周期において再びステップＳ１３、Ｓ１４の処理を行う。
これに対し、ステップＳ１４においてバックギアの状態が変更されたと判定された場合には、ステップＳ１５においてバックギアの状態がＯＮかＯＦＦかを判定し、バックギアがＯＮの場合には駐車支援モードを選択し（ステップＳ１６）、バックギアがＯＦＦの場合には衝突検知モードを選択する（ステップＳ１７）。さらに、ステップＳ１８において、使用形態変更に伴う指示として、パルス幅選択手段１１２および帯域制限幅選択手段１１３に対し選択された使用形態モードを出力するとともに、演算処理部１８０に対し演算処理の初期化を指示する。
パルス幅選択手段１１２は、使用形態判定手段１１１から使用形態モードを入力すると、それに対応するパルス幅（あるいは帯域幅）指示値をパルス幅設定手段１２１に出力する。すなわち、使用形態判定手段１１１から衝突検知モードを入力した場合にはパルス幅の長いインパルス信号を発生させるための指示値を、また駐車支援モードを入力した場合にはパルス幅の短いインパルス信号を発生させるための指示値を、それぞれパルス幅設定手段１２１に出力する。
パルス幅選択手段１１２からパルス幅設定手段１２１に出力する指示値は、例えば図４（ａ）に示すような閾値電圧４１に相当するディジタル値とすることができる。このディジタル値は、広帯域インパルス生成部１２０で生成されるインパルス信号のパルス幅を決定するのに用いられ、パルス幅を短くするためにはディジタル値を大きくし（図４（ａ．１））、パルス幅を長くするためにはディジタル値を小さくする（図４（ａ．２））。
帯域制限幅選択手段１１３は、使用形態判定手段１１１から入力した衝突検知モードまたは駐車支援モードの指示をもとに、広帯域インパルス生成部１２０で生成されるパルスの帯域に対応させて受信波の通過帯域を制限する帯域制限幅を帯域幅制限部１５０に出力する。
上記説明の判定・制御部１１０における処理を、状態遷移図を用いて表すと図５のようになる。図５に示す状態遷移図では、バックギア＝ＯＦＦである間は衝突検知モードを継続し、バックギア＝ＯＮである間は駐車支援モードを継続することが示されている。また、バックギアがＯＦＦからＯＮに切り替わると衝突検知モードから駐車支援モードに切り替えられ、逆に、バックギアがＯＮからＯＦＦに切り替わると駐車支援モードから衝突検知モードに切り替えられることが示されている。
衝突検知モードの場合には、距離分解能を低くするためにパルス信号の帯域幅を狭帯域（例えば０．５ＧＨｚ）としてパルス幅を長くしている（例えば２ｎｓ）。これに対し、駐車支援モードの場合には、距離分解能を高くするためにパルス信号の帯域幅を広帯域（例えば２ＧＨｚ）としてパルス幅を短くしている（例えば０．５ｎｓ）。
つぎに、広帯域インパルス生成部１２０の動作を、図４を用いて詳細に説明する。図４は、広帯域インパルス生成部１２０において送信用のインパルス信号を生成する方法を説明する模式図である。同図左側は、パルス幅の短いインパルス信号を生成する場合（駐車支援モード）を示しており、同図右側は、パルス幅の長いインパルス信号を生成する場合（衝突検知モード）を示している。
パルス幅設定手段１２１は、例えばＤ／Ａ変換器で構成され、パルス幅選択手段１１２から所定のディジタル値を入力すると、これをＤ／Ａ変換して図４（ａ）に示す閾値電圧４１をインパルス生成手段１２３に出力する。
種パルス生成手段１２２は、計測制御手段１８１からパルス生成指示を入力すると、例えば図４（ａ）に示すような三角形状の種パルス４２を生成し、これをインパルス生成手段１２３に出力する。種パルス４２は、常に一定のものを生成して出力するようにしている。
インパルス生成手段１２３は、種パルス生成手段１２２から入力した種パルス４２をパルス幅設定手段１２１から入力した閾値電圧４１と比較し（図４（ａ））、種パルス４２が閾値電圧４１以上の期間だけHighを出力し、それ以外の期間はLowを出力する。これにより、Highが出力される期間に相当するパルス幅のインパルス信号４３がインパルス生成手段１２３から出力される（図４（ｂ））。図４左側に示すように、パルス幅設定手段１２１から出力される閾値電圧４１が高いと、Highが出力される期間が短くなってパルス幅の短いインパルス信号４３が生成される（図４（ｂ、１））。また、図４右側に示すように、パルス幅設定手段１２１から出力される閾値電圧４１を低くすると、Highが出力される期間が長くなってパルス幅の長いインパルス信号４３が生成される（図４（ｂ．２））。
図４（ｃ）には、インパルス生成手段１２３で生成されたインパルス信号４３の周波数スペクトルの一例を示している。パルス幅が短い場合には広帯域になる（図４（ｃ、１））のに対し、パルス幅を長くすると帯域幅が狭くなる（図４（ｃ、２））ことを示している。
パルスドップラ送受部１３０は、広帯域インパルス生成部１２０からインパルス信号を入力すると、これを所定の周波数帯、たとえば準ミリ波帯（２６．５GHz）の搬送波でアップコンバートして空間に放射する。また、放射された送信パルスが対象物で反射されて戻ってきた反射パルスを受信し、これを送信パルスの搬送波で直交位相検波する。これにより、直交するＩ信号、Ｑ信号が生成されて出力される。
距離ゲート設定部１４０は、計測制御手段１８１から計測中の距離ゲートに対応する遅延時間を入力するとともに、種パルス生成手段から種パルス４２の出力タイミングを入力する。これを用いて、種パルス４２が出力されてから遅延時間だけ経過したタイミングで距離ゲート信号をＡ／Ｄ変換部１６０に出力する。種パルス４２の出力タイミングとして、種パルスそのものを用いることができ、これを計測制御手段１８１から入力した遅延時間だけ遅延させたものを距離ゲート信号としてＡ／Ｄ変換部１６０に出力するようにしてもよい。
帯域幅制限部１５０は、帯域制限幅選択手段１１３から入力した帯域制限幅に基づいて、パルスドップラ送受部１３０から出力される直交位相Ｉ、Ｑ信号の通過帯域を制限する。帯域幅制限部１５０は、たとえば図６に示すようなアクティブＬＰＦを用いて構成することができ、帯域制限幅選択手段１１３から入力した帯域制限幅に基づき、図４（ｃ）に示すいずれかの帯域を通過させるようにすることができる。
Ａ／Ｄ変換部１６０は、距離ゲート設定部１４０から距離ゲート信号を入力したタイミングで、帯域幅制限部１５０から出力されるＩ、Ｑ信号をＡ／Ｄ変換する。距離ゲート信号として、種パルス生成手段１２２で生成された種パルスを所定の遅延時間だけ遅延させたパルスを入力する場合には、Ａ／Ｄ変換部１６０では該パルスの立ち上がり時のごく短時間だけＩ、Ｑ信号をラッチしてディジタル信号に変換するように構成することができる。
プリサム部１７０では、加算手段１７１がＡ／Ｄ変換部１６０からＡ／Ｄ変換されたディジタル値を入力し、これをプリサム処理する。プリサム処理の概要を、図７を用いて説明する。図７は、１つの距離ゲートに対するプリサム処理の一例を示す模式図である。プリサム処理では、Ａ／Ｄ変換部１６０から入力したディジタル値ｓｉ（図７に示す符号７１）を所定個数ずつ加算して圧縮し、これをプリサム値Ｐｊとしている（図７に示す符号７２）。
図７に示す例では、１つの距離ゲートｎに対し１回の観測周期で９６０点の時系列サンプル値ｓｉを取得するものとしている（図７の符号７１）。このサンプル値を１５点ずつプリサム処理して６４点のプリサム値Ｐｊを得る（図７の符号７２）。プリサム処理では、加算手段１７１がデータ読出手段１７３を用いてメモリ１７２に保存されているそれまでの加算結果Ｉ、Ｑを読み出し、これに新たにＡ／Ｄ変換部１６０から入力したディジタル値ｓｉを加算して再びメモリ１７２に保存する。そして、加算回数が１５回に達すると、これをプリサム値Ｐｊとしてメモリ１７２に保存する。このような処理を繰り返すことで、距離ゲートｎに対する６４点のプリサム値がメモリ１７２に保存される。
演算処理部１８０では、計測制御手段１８１が送信パルスの生成および受信パルスの処理を制御している。計測制御手段１８１は、使用形態判定手段１１１から演算処理の初期化指示を入力すると、それまでの演算処理を中断して演算処理を初期化した後、使用形態判定手段１１１から入力した衝突検知モードまたは駐車支援モードに従った処理を開始する。演算処理の初期化では、距離ゲート番号ｎを１、パルス送信回数ｉを０に設定する。
計測制御手段１８１は、距離ゲート毎に所定の回数（例えば９６０回）だけパルスを送出させ、受信した反射パルスの演算処理を制御する。距離ゲートｎに対し、まず受信パルスをサンプリングするタイミングを決定するための遅延時間を距離ゲート設定部１４０に出力する。この遅延時間は、距離ゲートｎに相当する距離をＲｎとすると、２・Ｒｎ／ｃから算出される。この遅延時間をもとに距離ゲート設定部１４０から距離ゲート信号が出力されるタイミングが決定され、このタイミングでＡ／Ｄ変換部１６０が距離ゲートｎに対するサンプリング（Ａ／Ｄ変換）を行う。
計測制御手段１８１は、つぎに距離ゲートｎ毎に所定回数だけ所定のインパルス信号を広帯域インパルス生成部１２０から送出させるために、種パルス生成手段１２２に対し種パルスの生成指示を出力する。これにより、インパルス生成手段１２３からインパルス信号が出力され、パルスドップラ送受部１３０で所定の周波数帯にアップコンバートされて空間に送出される。送信信号が対象物で反射されてパルスドップラ送受部１３０で受信されると、帯域幅制限部１５０、Ａ／Ｄ変換部１６０、およびプリサム部１７０で処理され、プリサム処理された結果がメモリ１７２に保存される。
計測制御手段１８１は、距離ゲート毎に上記の処理を行わせ、すべての距離ゲートに対するプリサム値がメモリ１７２に保存されると、これを読み込んでＦＦＴ手段１８２を実行させる。ＦＦＴ手段１８２は、プリサム部１７０でＩ、Ｑ信号毎にプリサム処理されたデータをもとに、距離ゲート毎に周波数解析を行い、すべての距離ゲートについて周波数解析を行った結果をピーク検出手段１８３に出力する。
ピーク検出手段１８３は、各距離ゲート及び周波数ゲートに対応する各振幅出力を予め設定した閾値と比較することにより対象物の有無を検出し、対象物が検知された距離ゲートから対象物までの距離を、周波数ゲートから対象物の相対速度をそれぞれ求める。
ＦＦＴ手段１８２で行われるＦＦＴ処理の詳細を、図８に示す流れ図を用いて説明する。まず、ステップＳ２１では、距離ゲートｎの初期化を行う。次のステップＳ２２では、距離ゲートｎに対応するプリサム処理されたチャネル毎データ（Ｉ、Ｑ信号各６４点）をメモリ１７２から読み出す。そして、ステップＳ２３において、Ｉ信号のデータを実部、Ｑ信号のデータを虚部とする複素ＦＦＴ処理を行う。
ステップＳ２４において、６４個すべての距離ゲートについてＦＦＴ処理を完了したか判定し、処理を完了した距離ゲート数が所定数（６４）未満であれば、ステップＳ２５で距離ゲートの番号を１だけ加算してステップＳ２２の処理に戻る。また、ステップＳ２４ですべての距離ゲートについてＦＦＴ処理を完了したと判定すると、ＦＦＴ処理を終了する。
上記説明の本実施形態のパルスドップラレーダ装置１００の動作を、図９に示す全体の流れ図を用いて説明する。本実施形態のパルスドップラレーダ装置１００は、電源をＯＮにするか、使用形態判定手段１１１で使用形態の変更が判定されたときに、レーダ計測の処理を初期化して演算処理を開始する。以下では、使用形態判定手段１１１で使用形態の変更が判定されたときの処理を、図９を用いて説明する。なお、図９において括弧内に記載した数字は、処理を行う構成部の符号を表している。
まず、使用形態判定手段１１１において、ギア状態に基づいて使用形態の変更が判定されると（ステップＳ３１）、パルス幅選択手段１１２が使用形態に対応するパルス幅を選択してパルス幅設定手段１２１に出力するとともに、帯域制限幅選択手段１１３が帯域制限幅を選択して帯域幅制限部１５０に出力する（ステップＳ３２）。また、使用形態判定手段１１１から計測制御手段１８１に対して初期化指示が出力され、計測制御手段１８１で距離ゲート番号ｎ、パルス送信回数ｉの初期化が行われる（ステップＳ３３）。
ステップＳ３４からステップＳ４４では、計測制御手段１８１の制御により、所定個数の距離ゲートについてそれぞれ所定回数のインパルス信号を出力させ、各々の受信パルスに対し所定の信号処理を行っていく。ここでは、図７に示したプリサム処理の例に合わせて、距離ゲートの個数を６４とし、各距離ゲートに対するパルス送信回数を９６０として説明する。
ステップＳ３４では、計測制御手段１８１において距離ゲートを１から６４まで順次設定するとともに、各距離ゲートｎに対応する受信信号のサンプリング・タイミングを決定するための遅延時間を距離ゲート設定部１４０に出力する。
次のステップＳ３５からステップＳ４１までは、距離ゲート毎に実行する。
まずステップＳ３５では、計測制御手段１８１から種パルス生成手段１２２に対して種パルス生成を指示する信号を出力するとともに、パルス送信回数ｉに１を加算する。種パルス生成手段１２２から種パルスを出力させることにより、インパルス生成手段１２３からパルスドップラ送受部１３０の送信側にインパルス信号が出力される（ステップＳ３６）。
パルスドップラ送受部１３０は、送信側にインパルス信号が入力されるとこれを所定の周波数帯にて空間に放射し、対象物で反射されると再びパルスドップラ送受部１３０に受信される。受信されたパルス信号は、パルスドップラ送受部１３０において直交位相検波され、直交するＩ信号、Ｑ信号として帯域幅制限部１５０に出力される（ステップＳ３７）。
帯域幅制限部１５０は、帯域制限幅選択手段１１３から設定された帯域制限幅に基づいて、パルスドップラ送受部１３０から出力される直交位相Ｉ、Ｑ信号の通過帯域を制限する。帯域制限幅選択手段１１３から設定された帯域制限幅は、インパルス生成手段１２３で生成されたインパルス信号と同等の帯域幅となっている（ステップＳ３８）。
帯域幅制限部１５０を通過した直交位相Ｉ、Ｑ信号は、Ａ／Ｄ変換部１６０において距離ゲート設定部１４０から距離ゲート信号を入力したタイミングでディジタル信号に変換され、プリサム部１７０に出力される（ステップＳ３９）。
プリサム部１７０は、Ａ／Ｄ変換部１６０から入力したディジタル値を距離ゲート毎にプリサム処理する。これにより、距離ゲート毎に６４点のプリサム値がメモリ１７２に保存される（ステップＳ４０）。
ステップＳ４１では、計測制御手段１８１において、距離ゲートｎに対し所定回数（９６０回）のパルス送信が行われたかを判定し、パルス送信が所定回数に達していないときには、再びステップＳ３５に戻って上記と同様の処理を繰り返す。また、パルス送信が所定回数に達しているときには、つぎのステップＳ４２において、上記の処理を終えた距離ゲート数が所定個数（６４）に達した（すべての距離ゲートの処理を終えた）かを判定し、所定個数に達しない（未処理の距離ゲートが残っている）場合にはステップＳ４３に進む。
計測制御手段１８１において、ステップＳ４３で距離ゲート番号ｎに１を加算するとともにつぎのステップＳ４４でパルス送信回数ｉを０に初期化することで、つぎの距離ゲートの処理を開始する準備を行う。その後、ステップＳ３４からの処理を再び行わせる。
ステップＳ４２ですべての距離ゲートの処理を終えたと判定された場合には、ステップＳ４５でＦＦＴ手段１８２によるＦＦＴ処理を行い、すべての距離ゲートに対するＦＦＴ処理を終えると、ステップＳ４６でピーク検出手段１８３を実行する。ピーク検出手段１８３により、ピークの距離ゲートから対象物までの距離が、また周波数ゲートから対象物の相対速度が抽出される。
上記説明の第1の実施形態のパルスドップラレーダ装置１００によれば、ギア情報を入力して使用形態を自動的に判定させるように構成することで、高い距離分解能が要求されるバックギアＯＮ（駐車支援モード）のときには、広帯域（２ＧＨｚ程度）で狭範囲を低速スキャンする一方、バックギアＯＦＦ（衝突検知モード）のときには、狭帯域（０．５ＧＨｚ程度）で広範囲を高速スキャンすることが可能となる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るパルスドップラレーダ装置として、使用形態の判定に自車両の速度を用いるように構成することができる。使用形態判定手段１１１において、第１の実施形態で用いていたギア状態の信号に代えて、自車両の所定の制御装置から自車両の速度を入力し、これを判定基準データとしてパルスドップラレーダ装置１００を駐車支援モードとして使用するか、あるいは衝突検知モードで使用するかを判定させる。
一実施例として、使用形態判定手段１１１において、自車両の速度が低速（２０km/h以下）であると判定された場合には駐車支援モードとし、自車両の速度が高速（２０km/h超）であると判定された場合には衝突検知モードとする。これにより、低速走行の場合には、広帯域（２ＧＨｚ程度）で狭範囲を低速スキャンするように使用条件を設定する一方、高速走行の場合には、狭帯域（０．５ＧＨｚ程度）で広範囲を高速スキャンすることが可能となる。
本実施形態における使用形態の判定処理を、図１０に示す状態遷移図を用いて説明する。図１０に示す状態遷移図では、自車両の速度が２０km/h以下（低速）を維持している間は駐車支援モードを継続し、自車両の速度が２０km/hを超えている（高速）間は衝突検知モードを継続することが示されている。また、自車両の速度が２０km/以下の状態から２０km/hを超えた時点で駐車支援モードから衝突検知モードに切り替えられ、逆に、自車両の速度が２０km/hを超えた状態から２０km/以下に減速された時点で衝突検知モードから駐車支援モードに切り替えられることが示されている。
本実施形態においても、衝突検知モードの場合には距離分解能を低くするためにパルス信号の帯域幅を狭帯域（例えば０．５ＧＨｚ）とし、パルス幅を長くしている（例えば２ｎｓ）。これに対し、駐車支援モードの場合には、距離分解能を高くするためにパルス信号の帯域幅を広帯域（例えば２ＧＨｚ）とし、パルス幅を短くしている（例えば０．５ｎｓ）。これにより、低速走行の場合には広帯域(２ＧＨｚ程度)で狭範囲を低速スキャンすることができ、高速走行の場合には狭帯域(０．５ＧＨｚ程度)で広範囲を高速にスキャンすることができる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るパルスドップラレーダ装置として、検知範囲に大きな対象物が存在するか否かによって使用形態を変更するように構成することができる。すなわち、通常は距離分解能が比較的低い狭帯域（例えば０．５ＧＨｚ）のパルス信号を用いて広範囲を高速にスキャンし、検知範囲に大きな対象物が検知されると、該大きな対象物より手前を広帯域（例えば２ＧＨｚ）のパルス信号を用いて高い距離分解能でスキャンする。大きな障害物の存在を判定させるために、たとえば演算処理部１８０において、プリサム部１７０から入力した積算Ｉ、Ｑ信号を用いてレーダ断面積を算出させるようにすることができる。
検知範囲に大きな対象物（レーダ断面積２０dBsm相当）が存在するとき、距離分解能が低いとそれより手前にある小さな対象物（レーダ断面積０dBsm相当）を見落としてしまうおそれがある。そこで本実施形態では、通常は距離分解能が比較的低い狭帯域のパルス信号を用いて広範囲を高速にスキャンし、検知範囲に大きな対象物が検知されると、広帯域のパルス信号に切り替えて大きな対象物の手前の限られた範囲を高い距離分解能でスキャンさせることで、小さな対象物を見落とさないようにすることができる。検知範囲に大きな対象物が存在するときには、広帯域のパルス信号を用いても大きな障害物の後方に電波が放射されることはなく、他のシステムとの干渉を低減することができる。
本実施形態における使用形態の判定処理を、図１１に示す状態遷移図を用いて説明する。図１１に示す状態遷移図では、検知範囲に大きな対象物（レーダ断面積２０dBsm相当）が存在しない場合（以下では通常モードという）には、計測範囲を広くするためにパルス信号の帯域幅を狭帯域（例えば０．５ＧＨｚ）としてパルス幅を長くしている（例えば２ｎｓ）。また、検知範囲に大きな対象物が存在している間（以下では高分解能モードという）は、小さな対象物（レーダ断面積０dBsm相当）を検知できるように、パルス信号の帯域幅を広帯域（例えば２ＧＨｚ）としてパルス幅を短く（例えば０．５ｎｓ）することで、距離分解能を高くしている。
さらに、大きな対象物が存在しない状態からこれが検知されると、使用形態を通常モードから高分解能モードに切り替えて狭範囲を高分解能でスキャンさせる。同様に、検知範囲に存在した大きな対象物がなくなると、使用形態を高分解能モードから通常モードに切り替えて広範囲を高速にスキャンさせる。これにより、小さな対象物も見落とすことなくスキャンすることが可能となる。
本発明によれば、使用形態の変更を自動的に判定して使用条件を切り替えることで、狭範囲を高い距離分解能で検知可能とするとともに、広範囲を高速に検知することが可能なパルスドップラレーダ装置を提供することができる。本発明のパルスドップラレーダ装置を用いることで、複数のセンサを搭載することなく複数の使用形態に対応することが可能となる。
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るパルスドップラレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるパルスドップラレーダ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本発明の第１の実施形態に係るパルスドップラレーダ装置の構成を示すブロック図である。 ドップラ周期と相対速度との関係を示す図である。 第１の実施形態の使用形態判定手段で使用形態を判定する方法を示す流れ図である。 第１の実施形態の広帯域インパルス生成部において送信用のインパルス信号を生成する方法を説明する模式図である。 第１の実施形態の判定・制御装置による処理を説明する状態遷移図である。 第１の実施形態の帯域幅制限部の構成を示す構成図である。 １つの距離ゲートに対するプリサム処理の一例を示す模式図である。 第１の実施形態のＦＦＴ手段で行われるＦＦＴ処理の詳細を示す流れ図である。 第１の実施形態のパルスドップラレーダ装置の動作を示す全体流れ図である。 第２の実施形態の判定・制御装置による処理を説明する状態遷移図である。 第３の実施形態の判定・制御装置による処理を説明する状態遷移図である。
符号の説明
１００ パルスドップラレーダ装置
１１０ 判定・制御装置
１１１ 使用形態判定手段
１１２ パルス幅選択手段
１１３ 帯域制限幅選択手段
１２０ 広帯域インパルス生成部
１３０ パルスドップラ送受部
１４０ 距離ゲート設定部
１５０ 帯域幅制限部
１６０ Ａ／Ｄ変換部
１７０ プリサム部
１８０ 演算処理装置
１８１ 計測制御手段
１８２ ＦＦＴ手段
１８３ ピーク検出手段

Claims (4)

  1. 所定の判定基準データを入力して使用形態を判定する判定・制御部と、
    前記使用形態の判定結果に基づいて設定される帯域幅のパルスを生成する広帯域インパルス生成部と、
    前記広帯域インパルス生成部で生成された前記パルスを送信パルスとして外部に送信し、対象物で反射されて戻ってきた反射パルスを受信し、前記反射パルスを前記送信パルスの搬送波で直交位相検波して直交位相Ｉ、Ｑ信号を出力するパルスドップラ送受部と、
    前記直交位相Ｉ、Ｑ信号をサンプリングするタイミングを前記送信パルスの生成を基準に距離ゲート毎の遅延時間から決定し、前記タイミングで距離ゲート信号を出力する距離ゲート設定部と、
    前記パルスドップラ送受部から前記直交位相Ｉ、Ｑ信号を入力し、該直交位相Ｉ、Ｑ信号を前記使用態様の判定結果に基づいて設定される帯域制限幅に制限して出力する帯域幅制限部と、
    前記帯域幅制限部から前記直交位相Ｉ、Ｑ信号を入力し、前記距離ゲート設定部から前記距離ゲート信号を入力したタイミングで前記直交位相Ｉ、Ｑ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
    前記Ａ／Ｄ変換部から前記Ａ／Ｄ変換された直交位相Ｉ、Ｑ信号毎のディジタル値を入力し、該直交位相Ｉ、Ｑ信号毎のディジタル値を所定の回数に達するまで積算して積算Ｉ、Ｑ信号を出力するプリサム部と、
    前記距離ゲート毎の遅延時間を決定して前記距離ゲート設定部に出力するとともに、前記プリサム部から前記積算Ｉ、Ｑ信号を入力して前記距離ゲートすべてについて周波数解析を行って距離ゲート毎振幅出力および周波数ゲート毎振幅出力を算出し、前記距離ゲート毎振幅出力および前記周波数ゲート毎振幅出力をそれぞれ所定の閾値と比較して前記対象物の有無を判定し、前記対象物が検出される前記距離ゲートおよび前記周波数ゲートからそれぞれ対象物までの距離および対象物の相対速度を算出する演算処理部と、を備える
    ことを特徴とするパルスドップラレーダ装置。
  2. 車両に搭載され、
    前記判定・制御部は、前記判定基準データとして前記車両のギア状態を入力し、前記ギア状態がバックギアＯＮのときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の広帯域幅に設定し、前記ギア状態がバックギアＯＦＦのときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の狭帯域幅に設定する
    ことを特徴とする請求項１に記載のパルスドップラレーダ装置。
  3. 車両に搭載され、
    前記判定・制御部は、前記判定基準データとして前記車両の速度を入力し、前記速度が所定の速度閾値以下のときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の広帯域幅に設定し、前記速度が所定の速度閾値を超えるときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の狭帯域幅に設定する
    ことを特徴とする請求項１に記載のパルスドップラレーダ装置。
  4. 車両に搭載され、
    前記演算処理部は、前記プリサム部から入力した前記積算Ｉ、Ｑ信号を用いてレーダ断面積を算出し、
    前記判定・制御部は、前記判定基準データとして前記演算処理部から前記レーダ断面積を入力し、前記レーダ断面積が所定の断面積閾値より大きいときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の広帯域幅に設定し、前記レーダ断面積が前記断面積閾値以下のときは前記パルスの帯域幅および前記帯域制限幅を所定の狭帯域幅に設定する
    ことを特徴とする請求項１に記載のパルスドップラレーダ装置。
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