JP2015059822A - Radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、UWBレーダーにより障害物を透過して物体を検出するレーダー装置に関する。 The present invention relates to a radar apparatus that detects an object through an obstacle by a UWB radar.
壁などの障害物越しに存在する検知対象物を電波で検知するレーダー装置が知られている。このようなレーダー装置では、送信装置から壁などの障害物を透過する送信電波を送信し、障害物を透過して検知対象物から反射した電波を受信装置が受信する。障害物を透過しやすい送信電波の1つとして、例えばUWB(Ultra Wideband:超広帯域)帯の電波がある。 There is known a radar device that detects an object to be detected over an obstacle such as a wall by radio waves. In such a radar apparatus, a transmission radio wave transmitted through an obstacle such as a wall is transmitted from the transmission apparatus, and a reception apparatus receives the radio wave transmitted through the obstacle and reflected from the detection target. As one of transmitted radio waves that easily pass through an obstacle, for example, there is an UWB (Ultra Wideband) band radio wave.
しかし、透過性の良好な電波でも、障害物の材質や厚さによって透過性が低下するため、従来から透過性を向上させる技術が考案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、検知対象物から反射した受信信号に基づき、送信信号を送信する条件及び受信部が受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する広帯域レーダー装置が開示されている。 However, even for radio waves with good transparency, since the transparency is lowered depending on the material and thickness of the obstacle, a technique for improving the transparency has been conventionally devised (see, for example, Patent Document 1). Patent Literature 1 discloses a broadband radar device that sets at least one of a condition for transmitting a transmission signal and a condition for a reception unit to receive a reception signal based on a reception signal reflected from a detection target.
また、アンテナの偏波方向を変更する技術が考案されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2には、埋設管内で管外に向けて電磁波を送信し、その反射波を受信して管周辺の空洞や埋設物などの調査対象物を検出する地中調査方法において、アンテナの偏波方向を変更してS/N比の良好な受信波を取得する地中調査方法が開示されている。 In addition, a technique for changing the polarization direction of an antenna has been devised (see, for example, Patent Document 2). In Patent Document 2, an antenna bias is detected in an underground survey method in which an electromagnetic wave is transmitted to the outside of a buried pipe and the reflected wave is received to detect a survey target such as a cavity or a buried object around the pipe. An underground survey method for changing the wave direction and acquiring a received wave with a good S / N ratio is disclosed.
ところで、UWB帯の電波を用いた壁透過型のレーダーを車両に搭載する試みがある。壁透過型のレーダーを車載することで、レーダー装置は、例えば壁があるため見通しの悪い交差点などで、壁の死角の検知対象物を検知することができる。 By the way, there is an attempt to mount a wall transmission type radar using a UWB band radio wave on a vehicle. By mounting a wall-transmitting radar on-board, the radar device can detect an object for detecting a blind spot at a wall, for example, at an intersection with poor visibility due to the presence of a wall.
車載した場合もレーダーの透過性が良好であることが好ましい。しかし、特許文献1に記載された技術のように、受信信号に基づき送信信号を送信する条件及び受信部が受信信号を受信する条件を設定する方法では、適切な条件を設定している間に移動中である車両が検知対象物を検知する場所を通過してしまう。また、特許文献2に記載された技術についても同様で、アンテナの偏波方向を変更してS/N比の良好な受信波を選んでいる間に、車両は検知対象物を検知する場所を通過してしまう。 Even when mounted on a vehicle, it is preferable that the radar has good transparency. However, as in the technique described in Patent Document 1, in the method of setting the condition for transmitting the transmission signal based on the reception signal and the condition for the reception unit to receive the reception signal, while setting an appropriate condition A moving vehicle passes through a place where a detection object is detected. The same applies to the technique described in Patent Document 2. While the received wave having a good S / N ratio is selected by changing the polarization direction of the antenna, the vehicle determines the place where the detection target is detected. Will pass.
したがって、従来の方法では、検知対象物の検知が間に合わないおそれがあるという問題がある。 Therefore, the conventional method has a problem that the detection of the detection target may not be in time.
本発明は、上記課題に鑑み、移動中の車両が障害物越しに検知対象物を検知できるレーダー装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a radar device in which a moving vehicle can detect a detection target through an obstacle.
本発明は、UWBレーダーにより障害物を透過して物体を検出するレーダー装置であって、死角に物体が存在する可能性のある場所以外では対向車のレーダーの偏波角度と異なる偏波角度のレーダーを送信し、前記場所ではTM偏波のレーダーを送信する、ことを特徴とする。 The present invention is a radar device that detects an object by passing an obstacle through a UWB radar, and has a polarization angle different from the polarization angle of the radar of the oncoming vehicle except in a place where an object may exist in the blind spot. A radar is transmitted, and a TM polarized radar is transmitted at the location.
移動中の車両が障害物越しに検知対象物を検知できるレーダー装置を提供することができる。 It is possible to provide a radar device that allows a moving vehicle to detect a detection target through an obstacle.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
〔本実施形態のレーダー装置の概略〕
従来から、車載されるレーダー装置が送信するレーダーは一定の偏波角に偏波されているが、壁などの障害物を透過しやすい偏波角としてTM偏波(90度偏波)が知られている。そこで、本実施形態のレーダー装置は、以下のようにレーダーの偏波角を切り替える。
A.レーダー装置は、自車位置と道路地図DBなどから壁などの障害物が存在する場所(主に交差点)に接近したことを検出して、レーダーの偏波角をTM偏波に変更する。
B.壁などの障害物が存在する場所を通過すると、レーダー装置はレーダーの偏波角を変更前の偏波角に復帰させる。
[Outline of radar apparatus of this embodiment]
Conventionally, radar transmitted by an on-vehicle radar device is polarized at a certain polarization angle, but TM polarization (90-degree polarization) is known as a polarization angle that easily transmits obstacles such as walls. It has been. Therefore, the radar apparatus of the present embodiment switches the radar polarization angle as follows.
A. The radar device detects that an obstacle such as a wall (mainly an intersection) is approached from its own vehicle position and road map DB, and changes the radar polarization angle to TM polarization.
B. When passing through a place where there is an obstacle such as a wall, the radar device returns the polarization angle of the radar to the polarization angle before the change.
これにより、壁などの障害物(特許請求の範囲の物体の一例)が存在する場所に接近した場合にはレーダーの透過性を向上させることができ、死角に存在する可能性がある検知対象物を検知しやすくなる。 This makes it possible to improve radar permeability when approaching a place where an obstacle such as a wall (an example of an object in the scope of claims) is present, and a detection target that may exist in a blind spot Is easier to detect.
なお、壁などの障害物が存在する場所に限られず、常に、レーダー装置がTM偏波のレーダーを送信することが考えられるが、常にTM偏波のレーダーを送信すると、その反射波と対向車両のレーダーの送信波とを混信するおそれがあるため困難である。 In addition, it is not limited to places where obstacles such as walls exist, and it is conceivable that the radar device always transmits TM-polarized radar. However, if TM-polarized radar is always transmitted, the reflected wave and the oncoming vehicle This is difficult because there is a risk of interference with the transmission wave of the radar.
したがって、本実施形態のレーダー装置は、壁などの障害物が存在する場所以外では対向車両が送信するレーダーと混信することなく、レーダーを透過させたい場所でのみレーダーの透過性を向上させ、死角の検知対象物を検知することができる。 Therefore, the radar apparatus of this embodiment improves the transparency of the radar only in a place where it is desired to transmit the radar without interfering with the radar transmitted by the oncoming vehicle except in a place where an obstacle such as a wall exists. It is possible to detect an object to be detected.
〔構成例〕
図1は、レーダー装置が搭載された車両の概略斜視図の一例を示す。車両は、例えば、グリルの内側や前方バンパなどにレーダー装置100を搭載している。レーダー装置100は、一定の偏波角のレーダーを送信するが、例えばモーターなどでレーダー装置100の本体を回転することで偏波角を変更することができる。回転方向は、車両の正面と平行な面内である(図のx−y平面内)。
[Configuration example]
FIG. 1 shows an example of a schematic perspective view of a vehicle equipped with a radar device. The vehicle has the
図2は、レーダー装置のブロック図の一例を示す。レーダー装置100は、送信アンテナ11、複数の受信アンテナ12a、12b、送信部13、複数の受信部14a、14b、AD変換部15、処理部17、及び、制御部16、を有する。
FIG. 2 shows an example of a block diagram of the radar apparatus. The
送信部13は、例えば広帯域なインパルス信号を送信信号として生成し、増幅して送信アンテナ11から送信する。これにより、送信信号は所定の偏向波として空中に送り出させる。
The
受信アンテナ12a、12bは、壁等の遮蔽物を透過し検知対象物で反射した反射波を受信信号として受信する。受信部14a、14bは、受信アンテナ12a、12bで受信された受信信号を増幅してダウンコンバートする。受信アンテナ12a、12bは、検知対象物の方位を検出するため少なくとも2つあることが好ましいが、レーダー装置100が送信信号の送信方向を変更しながら車両前方を走査する場合、受信アンテナ12a、12bは1つでもよい。
The
AD変換部15はダウンコンバートされた受信信号をA/D変換する。処理部17は、A/D変換された受信信号から、検知対象物との距離と検知対象物の方位を検出する。または、位相比較モノパルス方式を利用してΣ/Δから方位に変換してもよい。具体的には、処理部17は、送信部13が送信信号を送信してから受信部14a、14bが受信信号を受信するまでの時間から検知対象物までの距離を検出する。また、受信アンテナ12aと受信アンテナ12bとの距離、及び、複数の受信アンテナ12a、12bが受信信号を受信した時間差に基づき検知対象物の方位を検出する。
The
レーザー装置100は、モーター200により少なくとも45度、回転可能に車両に搭載されている。回転可能な角度は、後述する特定場所以外を走行中のレーダーの偏波角(以下、単に「常態のレーダーの偏波角」という)によって異なる。45度としたのは、常態のレーダーの偏波角が45度の場合である。
The
レーダー装置100が検知する検知対象物は、例えば、他車両、バイク、自転車、三輪車、1〜2人乗りの小型電気自動車、セグウェイ(登録商標)などの移動支援車両などである。歩行者についてはレーダーを反射しにくいが、レーダーを反射可能であれば検知対象物に含まれる。なお、多くの場合、検知対象物は移動体である。
The detection object detected by the
また、レーダー装置100はナビゲーション装置300と接続されている。ナビゲーション装置300は、道路地図データを有しているか、不図示のサーバから携帯電話網や無線LAN網などを介して道路地図データをダウンロード可能である。ナビゲーション装置300は、例えばGNSS(Global Navigation Satellite System)を利用して自車両の位置(緯度、経度、標高)を検出する。
The
道路地図データには、少なくとも交差点が登録されている。交差点に壁などの障害物があるために見通しが悪いか否かの情報が付加されていることが好ましい。また、道路地図データには、交差点以外にも、見通しが悪い場合があり得るT字路、駐車場、などの一般的な道路形状が登録されている。以下、死角がある交差点など又は死角があり得る交差点などを「特定場所」と称する。 At least intersections are registered in the road map data. It is preferable that information indicating whether the line of sight is bad due to an obstacle such as a wall at the intersection is added. Also, in the road map data, general road shapes such as a T-shaped road and a parking lot that may have a poor view are registered in addition to the intersection. Hereinafter, an intersection with a blind spot or an intersection with a blind spot may be referred to as a “specific place”.
ナビゲーション装置300は、車両の位置が特定場所に接近すると、レーダー装置100の処理部17に通知する。または、レーダー装置100が定期的に車両の位置が特定場所の手前か否かをナビゲーション装置300に問い合わせてもよい。
The
また、本実施形態では、車両の位置が特定場所の手前か否かが分かればよいので、特定場所の路側装置と自車両が通信して(路車間通信)、自車両が、特定場所の手前を走行中であるという情報を受信してもよい。例えば、VICS(Vehicle Information and Communication System)(登録商標)の光ビーコンや電波ビーコンで受信できる。また、例えば、ガソリンスタンドや駐車場など特定の施設の路側装置と通信して、死角があるという情報を受信してもよい。 Further, in the present embodiment, since it is only necessary to know whether or not the position of the vehicle is in front of the specific place, the roadside device in the specific place and the own vehicle communicate (road-to-vehicle communication), and the own vehicle is in front of the specific place. You may receive the information that it is driving. For example, it can be received by a VICS (Vehicle Information and Communication System) (registered trademark) optical beacon or radio wave beacon. Further, for example, information indicating that there is a blind spot may be received by communicating with a roadside device of a specific facility such as a gas station or a parking lot.
なお、処理部17は、CPU、RAM、ROM、及び、入出力インタフェースなどを有するマイコンを有している。ROMには組み込み系のプログラムが記憶されており、CPUはこのプログラムを実行して、レーダーの偏波角を制御する。具体的には、処理部17は、CPUがプログラムを実行してレーダー装置100のハードウェアリソースと協働することで実現される特定場所検出部21及びモーター制御部22を有している。
The
特定場所検出部21は、ナビゲーション装置300と通信したり路車間通信の結果を利用して、自車両が特定場所の手前を走行していることを検出する。モーター制御部22は、自車両が特定場所の手前を走行している場合、レーダー装置100が送信するレーダーの偏波角がTM偏波となるようにモーター200を制御して、レーダー装置100を回転させる。
The specific
〔レーダーの偏波角について〕
図3は、レーダーの偏波角を説明する図の一例である。電波が壁などの障害物に入射する際のパラメータとして、入射角α、偏波角βが知られている。
・入射角αは、壁の面に対する法線nと電波の進行方向とがなす角である。
・偏波角βは、電波が進行方向に対し垂直に振動しながら伝播する際の振動面(偏波面)と、壁の垂直方向とがなす角である。
[Radar polarization angle]
FIG. 3 is an example for explaining the polarization angle of the radar. An incident angle α and a polarization angle β are known as parameters when radio waves are incident on an obstacle such as a wall.
The incident angle α is an angle formed by the normal n to the wall surface and the traveling direction of the radio wave.
The polarization angle β is an angle formed by the vibration plane (polarization plane) when radio waves propagate while oscillating perpendicularly to the traveling direction and the vertical direction of the wall.
入射角αはレーダー装置100を搭載した車両と壁などの障害物との相対位置によって変わりうる。例えば、真正面の壁に車両が直進している場合、入射角αはゼロ度であるが、ハンドル操作で壁と車両の角度が変われば入射角αはゼロ以外になる。
The incident angle α can vary depending on the relative position between the vehicle on which the
これに対し、偏波角βは、一定の偏波面でレーダーが壁などの障害物に対し送信されるように、レーダー装置100の設計時点で定まっている。換言すると、設計次第でレーダーの偏波角βは変えることができる。しかし、従来、車両に搭載された後にレーダー装置100が送信するレーダーの偏波角βを変更することは行われていなかった。
On the other hand, the polarization angle β is determined at the time of designing the
レーダーの偏波角βは任意に設定可能であるが、従来、車載されるレーダー装置100の偏波角βは、一般に、45度に設計されることが多かった。これは、対向車線から接近する対向車両のレーダー装置100がレーダーを送信することが考慮されたためである。例えば、偏波角βをゼロ度とすると、自車両のレーダー装置100が送信し検知対象物で反射した反射波と、対向車両のレーダー装置100が送信する送信波の偏波面が一致してしまい、自車両のレーダー装置100が対向車両の送信波を反射波として受信するおそれがある(混信するおそれがある)。同様のことは、レーダー装置100が送信する偏波角を90度、180、又は、270度にした場合にも生じる。
Although the radar polarization angle β can be arbitrarily set, conventionally, the polarization angle β of the
これに対し、例えば、偏波角βを45度とすると、自車両のレーダー装置100が送信し検知対象物で反射した反射波は自車両から見て45度の偏波角であるが、対向車両のレーダー装置100が送信する送信波の偏波角は、自車両から見て315度となる。すなわち、偏波面が直交するので、自車両のレーダー装置100が対向車両の送信波を反射波として受信するおそれを低減できる。したがって、混信を避ける好ましい偏波角βとしては、45度以外に135度、225度、又は、315度がある。
On the other hand, for example, when the polarization angle β is 45 degrees, the reflected wave transmitted from the
一方、壁などの障害物を透過させる透過型レーダーの電波透過特性としては、障害物の材質や厚みによらず、偏波角βを90度とした場合が最も透過性がよいことが実験的に明らかになっている。この、偏波角β=90度の電波は、上述したTM偏波と呼ばれる場合がある。 On the other hand, the radio wave transmission characteristics of a transmissive radar that transmits obstacles such as walls are experimentally the best if the polarization angle β is 90 degrees, regardless of the material and thickness of the obstacle. It has become clear. This radio wave having a polarization angle β = 90 degrees may be referred to as the TM polarization described above.
図4は、TM偏波と45度偏波の電波の透過率を、入射角αに対して打点したグラフの一例である。なお、障害物はコンクリート、厚みは20〔mm〕である。 FIG. 4 is an example of a graph in which the transmittance of radio waves of TM polarization and 45 degree polarization is dotted with respect to the incident angle α. The obstacle is concrete and the thickness is 20 [mm].
入射角が約20度以下では、TM偏波と45度偏波の透過率は共に0.45くらいである(約45%)。しかし、45度偏波の電波の透過率は、入射角αが約20度以上になると、入射角αが大きくなるほど徐々に低下している。これに対し、TM偏波の透過率は入射角αが約70度になるまで昇傾向にある。すなわち、TM偏波は、入射角が極端に大きくない限り、壁などの障害物を透過する性質があることが分かる。 When the incident angle is about 20 degrees or less, the transmittances of the TM polarization and 45 degree polarization are both about 0.45 (about 45%). However, the transmittance of 45-degree polarized radio waves gradually decreases as the incident angle α increases when the incident angle α is approximately 20 degrees or more. On the other hand, the transmittance of TM polarization tends to rise until the incident angle α reaches about 70 degrees. That is, it can be seen that TM polarized light has a property of transmitting an obstacle such as a wall unless the incident angle is extremely large.
したがって、透過率を向上させるにはTM偏波を用いればよいが、TM偏波(偏波角=90度)は上記のように、対向車両のレーダーと混信するおそれがあるため、採用されてこなかった。 Therefore, TM polarization may be used to improve the transmittance, but TM polarization (polarization angle = 90 degrees) may be used because it may interfere with the radar of the oncoming vehicle as described above. There wasn't.
そこで、本実施形態のレーダー装置100は、特定場所以外の場所を走行する際は偏波角を45度のレーダーを送信することで混信を抑制し、壁などの障害物を透過して検知対象物を検知すべき特定場所ではTM偏波のレーダーを送信する。これにより、混信を抑制して、障害物越しに検知対象物を検出しやすくできる。
Therefore, the
〔動作手順〕
図5は、レーダー装置100がレーダーの偏波角を切り替える際の動作手順を説明するフローチャート図の一例である。図5のフローチャート図の処理は、レーダー装置100が作動している間、周期的に繰り返し実行される。
[Operation procedure]
FIG. 5 is an example of a flowchart for explaining an operation procedure when the
特定場所検出部21は、ナビゲーション装置300に問い合わせて、現在の自車位置を取得する(S10)。
The specific
特定場所検出部21は、現在の自車位置が特定場所の近くか否かを判定する(S20)。特定場所は主に交差点であるので、交差点に接近しているか否かを判定する。また、道路地図データに、交差点の見通しが悪いか否かの情報が付加されていない場合、単に交差点に接近したか否かを判定してもよい。
The specific
現在の自車位置が特定場所の近くでない場合(S20のNo)、処理部17は常態のレーダーの偏波角のまま、対象物検出信号処理を実施する(S30)。対象物検出信号処理は、レーダーを送信して反射を受信し、検知対象物との距離と方位を算出する処理である。
If the current vehicle position is not near the specific location (No in S20), the
現在の自車位置が特定場所の近くである場合(S20のYes)、モーター制御部22はモーター200を制御してレーダー装置100を45度回転させることで、レーダーの偏波角βを90度に変更する(S40)。なお、45度回転させるのは、常態のレーダーの偏波角が45度でありさらに45度回転させるとTM偏波が得られるためであるので、回転角は常態の偏波角βによって異なる。
When the current vehicle position is near a specific location (Yes in S20), the
次に、処理部17は45度の偏波角のレーダーで対象物検出信号処理を実施する(S50)。すなわち、TM偏波のレーダーを送受信して検知対象物との距離と方位を算出する。
Next, the
次いで、特定場所検出部21はナビゲーション装置300に問い合わせて、現在の自車位置を取得する(S60)。
Next, the specific
特定場所検出部21は、現在の自車位置に基づき特定場所を通過したか否かを判定する(S70)。
The specific
特定場所を通過するまでの間(S70のNo)、処理部17はステップS50の対象物検出信号処理、ステップS60の現在の自車位置の取得、及び、ステップS70の特定場所を通過したか否かの判定、を繰り返す。
Until it passes through the specific place (No in S70), the
特定場所を通過した場合(S70のYesNo)、モーター制御部22は、モーター200を制御して、レーダー装置100をステップS40とは反対方向に45度回転させることで、レーダーの偏波角を元に戻す(S80)。
When the vehicle passes through a specific location (Yes in S70), the
この後、処理はステップS30に進み、処理部17は対象物検出信号処理を実施する。以降は、ステップS10〜S70の処理が繰り返し実行される。
Thereafter, the process proceeds to step S30, and the
以上説明したように、本実施形態のレーダー装置100は、特定場所では壁などの障害物を透過しやすいTM偏波で検知対象物を検知し、それ以外の場所では混信しにくい偏波角度のレーダーを送信するので、特定場所以外を走行時は他車と混信せず、透過性が要求される場所でのみ透過性を向上させ障害物越しの検知対象物を検知できる。
As described above, the
〔レーダーの偏波角の変更方向〕
なお、本実施形態では、モーター200によりレーダー装置100の全体を回転させると説明したが、他にも以下のような方法でレーダーの偏波角を変更することができる。
(i) 送信アンテナ11及び受信アンテナ12a、12bを回転させる
(ii) アンテナパターンを常態用とTM偏波用の2種類保持しておき切り替える。
(iii) アンテナへの給電方法を工夫して偏波角を切り替える。例えば、アンテナパターンが45度と135度に傾いた2つのアンテナが配置されている場合、常態では45度のアンテナにのみ給電し、特定場所の近くでは2本のアンテナに給電すれば、特定場所の近くでのみTM偏波を作成できる。
[Change direction of radar polarization angle]
In the present embodiment, it has been described that the
(i) Rotate the transmitting antenna 11 and the receiving
(ii) Two types of antenna patterns for normal and TM polarization are retained and switched.
(iii) Change the polarization angle by devising a method for feeding power to the antenna. For example, when two antennas whose antenna patterns are inclined at 45 degrees and 135 degrees are arranged, if a power is supplied only to the antenna of 45 degrees in a normal state and two antennas are supplied near a specific place, TM polarization can be created only near
また、本実施形態では、レーダー装置100を車両の前方に搭載したが、レーダー装置100は車両の後側方など、前方以外に搭載してもよい。また、UWBレーダー以外でも、車載可能なレーダーで、かつ、障害物越しの検知対象物を検知可能な波長があれば、レーダーの波長はUWB以外でもよい。
Further, in the present embodiment, the
100 レーダー装置
200 モーター
300 ナビゲーション装置
100
Claims (1)
死角に物体が存在する可能性のある場所以外では対向車のレーダーの偏波角度と異なる偏波角度のレーダーを送信し、前記場所ではTM偏波のレーダーを送信する、
ことを特徴とするレーダー装置。 A radar device that detects an object through an obstacle by UWB radar,
Transmit a radar with a polarization angle different from the polarization angle of the radar of the oncoming vehicle except where there is a possibility that an object exists in the blind spot, and transmit a TM polarized radar at the location,
Radar device characterized by that.
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