JP2015152335A - レーダ装置、車両制御システム、および、信号処理方法 - Google Patents

レーダ装置、車両制御システム、および、信号処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】レーダ装置の搭載方向にかかわらず所定方向に送信波を出力する技術を提供する。
【解決手段】
送信波を出力する第１および第２アンテナを含む複数の送信アンテナと、レーダ装置の車両への搭載方向を判定する判定手段と、送信アンテナの少なくとも１つのアンテナに供給される送信信号の位相を調整する位相調整手段とを備え、位相調整手段は搭載方向に応じて送信信号の位相を調整する。これによりレーダ装置は、車両への搭載方向にかかわらず、送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、送信信号の信号処理に関する。
従来、自車両に搭載されるレーダ装置は、路面に対して水平方向に出力される水平送信波や、水平送信波の送信軸に対して所定の仰角方向の上方送信波の送信方向が異なる複数の送信波を出力し、これらの送信波の位相差に基づき、物標に関する情報（例えば、レーダ装置の位置に対する物標の高さ等）を導出する。そしてレーダ装置から物標に関する情報を取得する車両制御装置は、物標の高さに基づきその物標が路面の上方に存在する看板や標識等の上方物であるか、路面を走行する先行車であるかを判定し、車両との衝突の可能性に基づいて車両を制御する。
ここでレーダ装置は、車両制御装置に物標に関する情報を出力するコネクタ（以下、「レーダコネクタ」という。）を有する。そしてレーダコネクタと車両制御装置のコネクタ(以下、「車両コネクタ」という。)とが接続され、車両制御装置はレーダ装置から物標に関する情報を取得する。
特開２００８−９６１９９号公報
しかしながら車両の種類によっては、レーダ装置を自車両に搭載する場合にレーダコネクタの位置と車両コネクタの位置とが離れた位置にあり、所定の搭載方向では両者の接続が困難な場合がある。例えばレーダコネクタがレーダ装置の筐体の右側に設けられている場合に、車両コネクタがレーダ装置の筐体の左側に近い位置に設けられているときは、レーダ装置の搭載方向を所定の搭載方向に対して反転させなければ、両者を接続できないことがある。しかしレーダ装置の搭載方向を反転させて両者を接続すると上方送信波は、水平送信軸に対して所定の俯角方向の下方送信波として出力される。その結果、レーダ装置は物標の高さを導出できず、車両制御装置は物標が上方物か先行車かの判定できない。
そのため、車両コネクタの位置がどの位置であっても上方送信波を出力するレーダ装置とするためには、例えばレーダコネクタを筐体の右側に設けるレーダ装置と、レーダコネクタを筐体の左側に設けるレーダ装置の複数種類のレーダ装置が必要となるが、ハード構成の異なる複数種類のレーダ装置を製造すると設計の負担およびコストの増加に繋がることとなる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、レーダ装置の搭載方向にかかわらず所定方向に送信波を出力することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、車両に搭載されるレーダ装置であって、送信波を出力する第１および第２アンテナを含む複数の送信アンテナと、前記レーダ装置の前記車両への搭載方向を判定する判定手段と、前記送信アンテナの少なくとも１つのアンテナに供給される送信信号の位相を調整する位相調整手段と、を備え、前記位相調整手段は、前記搭載方向に応じて前記送信信号の位相を調整する。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のレーダ装置において、前記位相調整手段は、送信波が前記車両の外部に出力される状態で、所定の前記搭載方向に対して前記レーダ装置を反転させた搭載方向と判定された場合に、少なくとも１つのアンテナに供給される前記送信信号の位相を調整する。
また、請求項３の発明は、請求項２に記載のレーダ装置において、前記送信信号の位相情報である第１パラメータと、前記第１パラメータと異なる位相情報の第２パラメータとを含む複数のパラメータを記憶する記憶手段をさらに備え、前記位相調整手段は、前記所定の搭載方向の場合は前記第１パラメータにより前記送信信号の位相を調整し、前記反転させた搭載方向の場合は前記第２パラメータにより前記送信信号の位相を調整する。
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のレーダ装置において、前記判定手段は、物標からの反射波の受信状態に応じて、前記搭載方向を判定する。
また、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のレーダ装置において、ユーザが操作する第１スイッチをさらに備え、前記判定手段は、前記第１スイッチの状態に応じて前記搭載方向を判定する。
また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のレーダ装置において、前記搭載方向に応じて切り替えられる第２スイッチをさらに備え、前記判定手段は、前記第２スイッチの状態に応じて前記搭載方向を判定する。
また、請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のレーダ装置と、前記レーダ装置からの物標情報に基づき車両の挙動を制御する車両制御装置と、を備える。
また、請求項８の発明は、車両に搭載されるレーダ装置の信号処理方法であって、（ａ）第１および第２アンテナを含む複数の送信アンテナから送信波を出力する工程と、（ｂ）前記レーダ装置の前記車両への搭載方向を判定する工程と、（ｃ）前記送信アンテナの少なくとも１つのアンテナに供給される送信信号の位相を調整する工程と、を備え、前記工程（ｃ）は、前記搭載方向に応じて前記送信信号の位相を調整する。
請求項１ないし８の発明によれば、レーダ装置は車両への搭載方向にかかわらず、送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
また、特に請求項２の発明によれば、レーダ装置の搭載方向が反転した場合でも、送信波の出力方向を所定の方向に調整できる。
また、特に請求項３の発明によれば、レーダ装置は搭載方向にかかわらず位相調整用の複数のパラメータを用いて、送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
また、特に請求項４の発明によれば、レーダ装置は、車両に搭載された後であっても、送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
また、特に請求項５の発明によれば、レーダ装置はユーザのスイッチ操作に応じて送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
また、特に請求項６の発明によれば、レーダ装置は搭載方向に応じて状態が変化するスイッチの状態に応じて送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
また、特に請求項７の発明によれば、レーダ装置の搭載方向がいずれの方向であっても所望の方向の物標情報が導出でき、車両制御装置はその物標情報に基づき、車両の制御を行える。
図１は、本実施形態に係る車両制御システムの構成を示す図である。 図２は、レーダ装置の構成を示す図である。 図３は、送信アンテナと受信アンテナとを示す図である。 図４は ＩＶ−ＩＶ位置からみたアンテナ基板の断面図である。 図５は、アンテナ基板の断面図であり、送信信号の位相について説明する図である。 図６は、送信波の出力タイミングと送信周期を示す図である。 図７は、搭載方向が反転した場合の送信信号の位相を示す図である。 図８は、第１パラメータおよび第２パラメータの位相情報を示す図である。 図９は、第１の実施の形態における位相調整処理の処理フローチャートである。 図１０は、第２の実施の形態における位相調整処理の処理フローチャートである。 図１１は、上方物と下方物の受信レベルの特性を示すグラフである。 図１２は、送信波の出力タイミングと送信周期を示す図である。 図１３は、第３の実施の形態の第１パラメータと第２パラメータの位相情報を示す図である。 図１４は、レーダ装置が所定の搭載方向に搭載された場合の送信波の出力方向を示す図である。 図１５は、レーダ装置が反転搭載方向に搭載された場合の送信波の出力方向を示す図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
＜１−１．システムブロック図＞
図１は、本実施形態に係る車両制御システム１０の構成を示す図である。車両制御システム１０は、例えば、自動車などの車両に搭載されている。以下、車両制御システム１０が搭載される車両を「自車両」という。図に示すように、車両制御システム１０は、レーダ装置１と、車両制御装置２とを備えている。
本実施の形態のレーダ装置１は、周波数変調した連続波であるＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）を用いて、自車両の前方に存在する先行車などの物標に関する情報（以下、「物標情報」という。）を取得する。物標情報は例えば、物標から反射した反射波がレーダ装置１の受信アンテナに受信されるまでの距離（以下、「縦距離」という。）（ｍ）、自車両に対する物標の相対速度（ｋｍ／ｈ）、自車両の左右方向（車幅方向）における物標の距離（以下、「横距離」という。）（ｍ）、および、レーダ装置１の位置を基準とした自車両の高さ方向の距離（以下、「高さ距離」という。）（ｍ）などであり、レーダ装置１は取得したこのような物標情報を車両制御装置２に出力する。
なおレーダ装置１は、受信信号の位相情報に基づいて周知の角度推定方式により導出された物標の角度情報から、横距離や高さ距離を算出する。角度推定方式は、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）、ＤＢＦ（Digital Beam Forming)、ＰＲＩＳＭ（Propagator method based on an Improved Spatial-smoothing Matrix)、および、ＭＵＳＩＣ(Multiple Signal Classification)等がある。
車両制御装置２は自車両のブレーキおよびスロットル等に接続され、レーダ装置１から出力された物標情報に基づいて自車両の挙動を制御する。車両制御装置２は自車両と先行車とが衝突する可能性を有する場合に、自車両の乗員を保護する制御を行う。これにより本実施の形態の車両制御システム１０は、ＰＣＳ（Pre-Crash Safety System）として機能する。
＜１−２．レーダ装置ブロック図＞
図２は、レーダ装置１の構成を示す図である。レーダ装置１は送信部４と、受信部５と、信号処理装置６とを主に備える。
送信部４は信号生成部４１と、発振器４２と、位相調整部４３とを備えている。信号生成部４１は三角波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発振器４２に供給する。発振器４２は、信号生成部４１で生成された変調信号に基づいて連続波の信号を周波数変調し、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号を生成し、位相調整部４３に出力する。
位相調整部４３は位相調整部４３ａおよび４３ｂを備え、送信アンテナ４０に供給される送信信号の位相を調整する。位相調整部４３ａおよび４３ｂは、後述する送信制御部６１の位相調整に関する指示信号に基づき位相調整した送信信号を、それぞれ対応する送信アンテナ４０に供給する。なお位相調整部４３ａおよび４３ｂによる送信信号の具体的な位相調整については後述する。
送信アンテナ４０は送信信号に基づき、送信波を自車両の外部に出力する。具体的には送信アンテナ４０ａおよび４０ｂから送信信号に対応する電波が同時に出力され、２つの送信アンテナから出力された電波が合成されて送信波となる。なお送信アンテナ４０aおよび４０ｂから出力される電波の位相は異なる場合があり、この位相差の説明については後述する。
受信部５は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ５１と、その複数の受信アンテナ５１に接続された複数の個別受信部５２とを備えている。本実施の形態では受信部５は、例えば４つの受信アンテナ５１と、４つの個別受信部５２とを備えている。４つの個別受信部５２は、４つの受信アンテナ５１にそれぞれ対応している。各受信アンテナ５１は物標からの反射波を受信し、各個別受信部５２は対応する受信アンテナ５１で得られた受信信号を処理する。
各個別受信部５２は、ミキサ５３とＡ／Ｄ変換器５４とを備えている。受信アンテナ５１で受信された反射波から得られた受信信号は、ローノイズアンプ（図示省略）で増幅された後にミキサ５３に送られる。ミキサ５３には送信部４の発振器４２からの送信信号が入力され、ミキサ５３において送信信号と受信信号とがそれぞれミキシングされる。これにより送信信号の周波数と、受信信号の周波数との差となるビート周波数を示すビート信号が生成される。ミキサ５３で生成されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器５４でデジタルの信号に変換された後に信号処理装置６に出力される。
信号処理装置６は、ＣＰＵおよび記憶部６５などを含むマイクロコンピュータを備えている。信号処理装置６は演算の対象とする各種のデータを、記憶部６５に保存する。記憶部６５は、送信信号の位相調整用のパラメータである第１パラメータ６５ａ、および、第２パラメータ６５ｂを記憶する。後述する送信信号の位相調整において、これら複数のパラメータのうちレーダ装置１の車両への搭載方向に応じていずれかのパラメータが用いられる。第１パラメータおよび第２パラメータについては後に詳述する。
信号処理装置６はマイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部６１と、フーリエ変換部６２と、データ処理部７とを備えている。
送信制御部６１は、信号生成部４１および位相調整部４３を制御する。送信制御部６１は、後述する加速度センサ８１からのレーダ装置１の搭載方向に関する情報の入力により、記憶部６５からレーダ装置１の搭載方向に応じたパラメータを読み出す。そして送信制御部６１は、パラメータの位相情報に基づき、送信信号の位相調整に関する指示信号を位相調整部４３ａおよび４３ｂに出力する。
フーリエ変換部６２は、複数の個別受信部５２のそれぞれから出力されるビート信号を対象に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する。これによりフーリエ変換部６２は、複数の受信アンテナ５１のそれぞれの受信信号に係るビート信号を、周波数領域のデータである周波数スペクトラムに変換する。フーリエ変換部６２で得られた周波数スペクトラムは、データ処理部７に入力される。
データ処理部７は、複数の受信アンテナ５１それぞれの周波数スペクトラムに基づいて、物標情報（縦距離、相対速度、横距離、および、高さ距離）を導出する。データ処理部７は、導出した物標情報を車両制御装置２に出力する。
加速度センサ８１は、レーダ装置１の搭載方向に関する情報である重力加速度を検出する。加速度センサ８１は、車両へ搭載される際のレーダ装置１の重力加速度を検出し、送信制御部６１に出力する。
＜１−３．アンテナ構成＞
次に図３を用いて、送信アンテナ４０と受信アンテナ５１との具体的な構成について説明する。図３は、送信アンテナ４０と受信アンテナ５１とを示す図である。送信アンテナ４０および受信アンテナ５１は、アンテナ基板１００の誘電体基板１００ａの基板面に設けられている。図３では、ｘｙｚ座標軸を用いて方向を説明する。ｘｙｚ座標軸は、送信アンテナ４０および受信アンテナ５１の少なくとも一方のアンテナに相対的に固定される。
送信アンテナ４０および受信アンテナ５１の短手方向（以下、「短手方向」という。）が、ｘ軸方向（水平方向）に対応する。送信アンテナ４０の送信波の出力方向、および、受信アンテナ５１反射波の受信方向がｙ軸に対応する。そして送信アンテナ４０および受信アンテナ５１の長手方向（以下、「長手方向」という。）がｚ軸方向（鉛直方向）に対応する。
次に送信アンテナ４０の構成について説明する。送信アンテナ４０の送信アンテナ４０ａおよび４０ｂは、それぞれ給電口ＳＥを備え、給電口ＳＥから長手方向（＋ｚ方向および−ｚ方向）に延びる複数の伝送線路ＴＬにアンテナ素子ＬＦが複数設けられた構成である。
送信アンテナ４０ａおよび４０ｂは同一形状のアンテナであり、これらの給電口ＳＥは後述する導波管から伝達される送信信号を、伝送線路ＴＬを介してアンテナ素子ＬＦに伝達する。アンテナ素子ＬＦは送信信号に基づく電波を出力する。このように伝送線路ＴＬが同軸方向（ｚ軸方向）に延伸した２本の送信アンテナが電波を同時に出力することで、合成された電波が送信波となり自車両の外部に出力される。
また誘電体基板１００ａの基板面には４本の受信アンテナ５１が設けられている。受信アンテナ５１の構成は、送信アンテナ４０と同様の構成である。つまり受信アンテナ５１は、給電口ＳＥから長手方向に延びる複数の伝送線路ＴＬにアンテナ素子ＬＦが複数設けられた構成である。受信アンテナ５１のアンテナ素子ＬＦは、反射波を受信して伝送線路を介して給電口ＳＥに受信信号を伝達する。
＜１−４．送信波の送信方向と送信信号の位相＞
次に、送信アンテナ４０から出力される送信波の送信方向と、各送信信号の位相との関係について説明する。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ位置からみたアンテナ基板１００の断面図である。最初にレーダ装置１のアンテナ基板１００の構成と、このアンテナ基板１００を筐体内に備えるレーダ装置１の自車両への搭載方向について説明する。
アンテナ基板１００の誘電体基板１００ａの表面には送信アンテナ４０が設けられ、裏面にはグランド層１００ｂが設けられている。そしてグランド層１００ｂの裏面は接着層１００ｃを介してシャーシとなるアンテナ筐体１００ｄが設けられている。アンテナ筐体１００ｄの裏面には樹脂基板１００ｅが設けられ、樹脂基板１００ｅ上に送信制御部６１、位相調整部４３ａ、４３ｂ、および、加速度センサ８１等を備える。
このアンテナ基板１００を筐体内に備えるレーダ装置１は、送信アンテナ４０の長手方向（ｚ軸方向）が自車両の高さ方向（以下、「垂直方向」という。）に対応し、送信アンテナ４０の短手方向（ｘ軸方向）が自車両の左右方向（車幅方向）に対応するような向きで、例えば自車両のフロントバンパー内に取り付けられる。図４では垂直方向において、送信アンテナ４０ａが送信アンテナ４０ｂよりも上側（＋ｚ側）に位置する搭載方向となっている。
ここで上述の垂直方向において、送信アンテナ４０ａが送信アンテナ４０ｂよりも上側（＋ｚ側）に位置する搭載方向を所定の搭載方向とした場合、加速度センサ８１は所定の搭載方向におけるレーダ装置１の重力加速度を検出して送信制御部６１に出力する。
送信制御部６１は取得した重力加速度の情報に基づき、所定の搭載方向に対応する送信信号の位相調整用のパラメータである第１パラメータ６５ａを記憶部６５から読み出し、第１パラメータ６５ａに基づく位相調整に関する指示信号を、位相調整部４３に出力する。
位相調整部４３ａおよび４３ｂは、送信制御部６１からの位相調整に関する指示信号に基づき、送信信号Ｓａおよび送信信号Ｓｂのうち対応する送信信号の位相を調整する。具体的には位相調整部４３は、送信信号Ｓａの位相が送信信号Ｓｂの位相よりも遅れて位相差φ１°となるように位相調整する。
そして送信信号Ｓａが、送信信号Ｓｂよりもφ１°遅れた位相で励振素子１１１に伝わることで、送信アンテナ４０ａおよび４０ｂからは異なる位相の電波が出力される。送信アンテナ４０ａおよび４０ｂから出力される電波を合成した送信波は、路面ＲＤに対して水平方向の基準軸Ｃｅよりも矢印ＴＤ１で示す角度θ１上向きの方向に出力される。なお、基準軸Ｃｅは垂直方向において、レーダ装置１の略中心から路面ＲＤに対して略水平方向に延伸する仮想的な軸である。
このように出力される送信波は、垂直方向にある程度の広がりを有するため路面を走行する先行車や、路面の上方に存在する看板および標識を送信範囲に含み、これらの物標からの反射波を受信アンテナ５１が受信する。
図５は、図４と同じ構成のアンテナ基板１００の断面図であり、基準軸Ｃｅの延伸方向の水平方向に送信波を出力する場合の送信信号の位相について説明する図である。送信制御部６１は、レーダ装置１の車両への搭載方向が図４と同じ所定の搭載方向であるため、第１パラメータに基づく位相調整に関する信号を位相調整部４３に出力する。位相調整部４３は送信信号ＳａとＳｂとが同位相となるように調整する。これにより送信信号ＳａとＳｂとが同位相で励振素子１１１に伝わり、送信アンテナ４０ａおよび４０ｂからは同位相で合成された送信波が出力される。
その結果、送信アンテナ４０ａおよび４０ｂから出力される電波を合成した送信波は、矢印ＴＤで示す水平方向に出力される。このように出力される送信波は、垂直方向にある程度の広がりを有するため路面を走行する先行車や、路面の上方に存在する看板および標識を送信範囲に含み、これらの物標からの反射波を受信アンテナ５１が受信する。
レーダ装置１は、図４および図５で説明した上向き方向（矢印ＴＤ１）の送信波と、水平方向（矢印ＴＤ）の送信波との２種類の送信波を、信号処理における１周期の処理のなかで連続的に出力する。そしてレーダ装置１の複数の受信アンテナ５１は、送信波を反射した物標からの反射波を受信し、その位相差情報に基づき高さ距離を導出する。レーダ装置１は、例えば角度推定方式であるＥＳＰＲＩＴを用いて垂直方向の角度を導出し、同一物標における直接波に基づく垂直方向の角度情報と、マルチパス波に基づく垂直方向の角度情報等を用いて高さ距離を導出する。
＜１−５．送信波の出力タイミングと送信周期＞
次に上向き方向の送信波と、水平方向の送信波との出力タイミングと送信周期について説明する。図６は、送信波の出力タイミングと送信周期を示す図である。図６の横軸は時間（msec）、縦軸は周波数（GHｚ）を示す。信号波形ＴＳは送信信号の周波数変調の状態を示すものである。送信信号の周波数は中心周波数が76.5GHzとなり、時間の経過に伴い±100MHzの間で変調する。
時刻ｔ０〜ｔ１の第１区間ＳＥ１では、送信アンテナ４０は周波数変調する送信信号に対応した送信波を、上向き方向に出力する。また時刻ｔ１〜ｔ２の第２区間ＳＥ２では、送信アンテナ４０は周波数変調する送信信号に対応した送信波を、水平方向に出力する。なお、送信波の上向き方向と水平方向の出力順序は逆であってもよい。
そして時刻ｔ２〜ｔ３の信号処理区間ＴＲでは、データ処理部７が受信信号に基づき、高さ距離等の物標情報を導出する。時刻ｔ０〜ｔ３までのこのような処理が、レーダ装置１における信号処理の１周期となり、以降同様の処理が繰り返し行われる。
＜１−６．反転搭載方向の場合の位相調整＞
次にレーダ装置１の車両への搭載方向が、所定の搭載方向に対して反転した場合の送信信号の位相調整について説明する。図７は、搭載方向が反転した場合の送信信号の位相を示す図である。
この図７ではレーダ装置１の搭載方向は、垂直方向おいて送信アンテナ４０ａが、送信アンテナ４０ｂよりも上側（＋ｚ側）に位置する搭載方向、すなわち送信波が自車両の外部に出力される状態で、所定の搭載方向に対してレーダ装置１を反転させた搭載方向（以下、「反転搭載方向」という。）となっている。つまり反転搭載方向は、垂直方向において送信アンテナ４０ａが、送信アンテナ４０ｂよりも下側（−ｚ側）に位置する搭載方向となる。このような搭載方向の場合、第１区間ＳＥ１で出力される送信波は、矢印ＴＤ２に示す基準軸Ｃｅに対して角度θ１下向き方向に出力され、第２区間ＳＥ２で出力される送信波は、水平方向に出力される。このように上向き方向の送信波が出力されない場合、レーダ装置１は物標の高さ距離を導出できない。このためレーダ装置１は、以下のように搭載方向を判定し、送信信号の位相調整を行う。
送信制御部６１は、加速度センサ８１が検出したレーダ装置１の反転搭載方向における
重力加速度を取得し、取得した重力加速度に基づき第２パラメータ６５ｂを記憶部６５から読み出す。この第２パラメータ６５ｂは、レーダ装置１の反転搭載方向に応じた位相情報を有するパラメータである。そして送信制御部６１は、第２パラメータ６５ｂに基づく位相調整に関する指示信号を、位相調整部４３に出力する。位相調整部４３ａおよび４３ｂは、対応する送信信号の位相を調整する。具体的には位相調整部４３は、送信信号Ｓｂの位相が送信信号Ｓａの位相よりも遅れて位相差φ１°となるように位相調整する。これによりレーダ装置１の搭載方向が、所定の搭載方向に対して反転させた搭載方向となっても、上向き方向に送信波を出力できる。
なお、このようにレーダ装置１の車両への搭載方向が、所定の搭載方向ではなく反転搭載方向となるのは、車両の種類によっては、レーダ装置１を自車両に搭載する場合のレーダコネクタの位置と車両コネクタの位置とが離れた位置にあり、所定の搭載方向では両者の接続が困難な場合があるためである。例えばレーダコネクタがレーダ装置の筐体の右側に設けられている場合に、車両コネクタがレーダ装置の筐体の左側に近い位置に設けられているときは、レーダ装置１の搭載方向を所定の搭載方向に対して反転させなければ、両者を接続できないことがある。このような場合にレーダ装置１の車両への搭載方向を、所定の搭載方向ではなく反転搭載方向で搭載し両方のコネクタを接続することで、レーダ装置１は車両への搭載方向にかかわらず送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
＜１−７．位相調整用のパラメータ＞
次に位相調整用の第１パラメータ６５ａ、および、第２パラメータ６５ｂの例を示す。図８は、第１パラメータ６５ａおよび第２パラメータ６５ｂの位相情報を示す図である。各パラメータは、第１区間ＳＥ１および第２区間ＳＥ２のそれぞれの区間の位相情報を鵜有する。図８（ａ）に示す第１パラメータ６５ａは、レーダ装置１が所定の搭載方向で搭載された場合に、送信制御部６１が用いるパラメータである。
第１区間ＳＥ１では、位相調整部４３が送信信号Ｓｂの位相に対して、送信信号Ｓａの位相をφ１°遅らせるように調整する。そのため図８（ａ）の第１区間ＳＥ１における送信信号Ｓａの位相は−φ１°、送信信号Ｓｂの位相は±０°となる。これにより送信アンテナ４０ａおよび４０ｂから出力される電波を合成した送信波は、矢印ＴＤ１に示す上向きの方向に出力される。
第２区間ＳＥ２では、位相調整部４３が送信信号Ｓｂの位相に対して、送信信号Ｓａの位相を同位相とするように調整する。そのため図８（ａ）の第２区間ＳＥ１における送信信号ＳａおよびＳｂの位相は、いずれも±０°となる。これにより送信アンテナ４０ａおよび４０ｂから出力される電波を合成した送信波は、矢印ＴＤに示す水平方向に出力される。
図８（ｂ）に示す第２パラメータ６５ｂは、レーダ装置１が反転搭載方向で搭載された場合に、送信制御部６１が用いるパラメータである。
第１区間ＳＥ１では、位相調整部４３が送信信号Ｓａの位相に対して、送信信号Ｓｂの位相をφ１°遅らせるように調整する。そのため図８（ｂ）の第１区間ＳＥ１における送信信号Ｓａの位相は±０°、送信信号Ｓｂの位相は−φ１°となる。このように第２パラメータ６５ｂの送信信号ＳａおよびＳｂの位相は、第１パラメータ６５ａの送信信号ＳａおよびＳｂの位相を入れ替えた状態となる。これにより送信アンテナ４０ａおよび４０ｂから出力される電波を合成した送信波は、矢印ＴＤ１に示す上向きの方向に出力される。
第２区間ＳＥ２では，位相調整部４３は送信信号Ｓｂの位相に対して、送信信号Ｓａの位相を同位相とするよう調整する。そのため第２区間ＳＥ１における送信信号ＳａおよびＳｂの位相は、いずれも±０°となる。このように第２パラメータ６５ｂの送信信号ＳａおよびＳｂの位相と、第１パラメータ６５ａの送信信号ＳａおよびＳｂの位相は、同位相となる。これにより送信アンテナ４０ａおよび４０ｂから出力される電波を合成した送信波は、矢印ＴＤに示す水平方向に出力される。
＜１−８．処理フローチャート＞
図９は、第１の実施の形態における位相調整処理の処理フローチャートである。送信制御部６１は加速度センサ８１からの重力加速度を取得した場合（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、その重力加速度が、レーダ装置１が反転搭載方向で搭載された場合に検出される重力加速度か否かを判定する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１の処理において、送信制御部６１が加速度センサ８１からの重力加速度を取得していない場合（ステップＳ１０１でＮｏ）は、処理を終了する。
送信制御部６１は、取得した重力加速度が反転搭載方向の重力加速度の場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）は、記憶部６５から第２パラメータ６５ｂを読み出し、位相調整のパラメータとして適用する（ステップＳ１０３）。そして送信制御部６１は、第２パラメータ６５ｂに基づく位相調整に関する指示信号を位相調整部４３に出力する（ステップＳ１０４）。
ステップＳ１０２の処理に戻り、送信制御部６１は、取得した重力加速度が所定方向の搭載方向の重力加速度の場合（ステップＳ１０２でＮｏ）、記憶部６５から第１パラメータ６５ａを読み出し、位相調整のパラメータとして適用する（ステップＳ１０５）。そして送信制御部６１は、第１パラメータ６５ａに基づく位相調整に関する指示信号を位相調整部４３に出力する（ステップＳ１０４）。これによりレーダ装置１は、搭載方向にかかわらず位相調整用の複数のパラメータを用いて、送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
なお送信制御部６１は、ステップＳ１０３の処理やＳ１０５の処理において、適用するパラメータが既に初期設定されている場合は、パラメータの変更は行わず初期設定されているパラメータを継続して用いる。
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、送信制御部６１がレーダ装置１を車両に搭載する際に搭載方向を判定し、搭載方向に応じた位相調整に関する信号を位相調整部４３に出力する処理について説明した。これに対して第２の実施の形態は、レーダ装置１が車両に搭載された後、車両走行中に受信する物標からの反射波の受信状態に応じて、送信制御部６１がレーダ装置１の搭載方向を判定する処理について説明する。第２の実施の形態のレーダ装置１の構成および処理は、第１の実施の形態とほぼ同様であるが、第２の実施の形態のレーダ装置１は、第１の実施の形態で説明した加速度センサ８１を有しない。そのため送信制御部６１の位相調整の処理内容が異なる。以下、図１０〜図１１を用いて相違点を中心に説明する。
＜２−１．処理フローチャート＞
図１０は、第２の実施の形態における位相調整処理の処理フローチャートである。第２の実施の形態における送信制御部６１は、レーダ装置１を車両に搭載する際にはその搭載方向にかかわらず、第１パラメータ６５ａを記憶部６５から読み出し、第１パラメータ６５ａに基づく位相調整に関する信号を位相調整部４３に出力する。位相調整部４３は送信制御部６１からの指示信号に基づき、送信信号ＳａおよびＳｂの位相を調整する。ここでレーダ装置１が所定の搭載方向で搭載されている場合は、第１区間ＳＥ１では矢印ＴＤ１に示す上向きの方向の送信波が出力され、レーダ装置１が反転搭載方向で搭載されている場合は、第１区間ＳＥ１では矢印ＴＤ２に示す下向きの方向の送信波が出力される。
そのため送信制御部６１は、図１０の処理フローチャートに示すように、送信波に対する物標からの反射波の受信レベルが、路面の上方に存在する看板や標識等の上方物からの反射特性を有しているか否かを判定する（ステップＳ２０１）。送信制御部６１は反射波の受信レベルが上方物の反射特性を有している場合（ステップＳ２０１でＹｅｓ）は、処理を終了する。反射波が上方物の受信レベルの特性を有する場合は、第１区間ＳＥ１では上向き方向の送信波が出力されている。そのため送信信号の位相調整に用いられるパラメータは、初期設定の第１パラメータが引き続き用いられる。
これに対して送信制御部６１は、反射波の受信レベルが上方物の反射特性を有していない場合、言い換えると、マンホールや路面の落下物等の下方物の反射特性を有している場合、第２パラメータ６５ｂを適用する（ステップＳ２０２）。そして送信制御部６１は、第２パラメータ６５ｂに基づく位相調整に関する指示信号を位相調整部４３に出力する（ステップＳ２０３）。反射波が下方物の受信レベルの特性を有する場合は、第１区間ＳＥ１では下向き方向の送信波が出力されている。そのため送信信号の位相調整に用いられるパラメータは、初期設定の第１パラメータではなく第２パラメータを適用する。これによりレーダ装置１は、車両に搭載された後であっても、送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
＜２−２．上方物と下方物の反射レベルの特性グラフ＞
図１１は、上方物と下方物の受信レベルの特性を示すグラフである。図１１のグラフは横軸が縦距離（ｍ）、縦軸が受信レベル（ｄＢ）を示すグラフである。図１１（ａ）の信号波形ＵＳは、上方物の受信レベルを示す波形であり、例えば自車両と上方物との縦距離が、遠距離の縦距離100ｍから近距離の縦距離5ｍまで近づく場合の受信レベルの変化を示している。信号波形ＵＳの受信レベルは、縦距離が小さくなると受信レベルは大きくなるとともに、その振幅は周期的に変動する。
ここで上方向の送信波が上方物から反射して、レーダ装置１の受信アンテナ５１が反射波を受信する場合、２種類の反射波がある。上方物からの反射波が他の物標を介さずに受信アンテナ５１に直接受信される直接波と、上方物からの反射波が路面等の他の物標に反射して受信アンテナ５１に受信されるマルチパス波である。そして、直接波とマルチパス波は、受信アンテナ５１に受信されまでの経路に応じて、両者の位相が変化する場合がある。例えば両者の位相が１８０°ずれる場合がある。そして受信アンテナ５１が、直接波とマルチパス波を同時に受信した場合、信号波形ＵＳに示すように受信レベルが周期的に変化する。
図１１（ｂ）の信号波形ＤＳは、下方物の反射レベルを示す波形であり、例えば自車両と下方物との縦距離が、遠距離の100ｍから近距離の5ｍまで近づく場合の受信レベルの変化を示している。信号波形ＤＳの受信レベルは、上方物と同様に縦距離が小さくなると受信レベルは大きくなるが、下方物は上方物と比べて垂直方向の高さが低いため、上方物のような振幅変動は生じない。そして自車両と下方物との縦距離がさらに近くなる（例えば、5ｍ未満となる）と、下方物は送信波の送信範囲外に存在することとなり、受信レベルが急激に低下する。上方物と下方物とはこのように異なる受信レベルの特性を有し、送信制御部６１はこのような特性に基づいてレーダ装置１の搭載方向を判定する。
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、上向き方向の送信波の出力（第１区間ＳＥ１）および水平方向の送信波の出力（第２区間ＳＥ１）と、信号処理（信号処理区間ＴＲ）とが、周期的に行われることについて説明した。第３の実施の形態では上向き方向および水平方向の送信波の出力に加えて下向き方向にも送信波を出力する構成について説明する。
第３の実施の形態のレーダ装置１の構成および処理は、第１の実施の形態とほぼ同様であるが、送信波の送信タイミング、および、位相調整用のパラメータが一部異なる。以下、図１２〜図１５を用いて相違点を中心に説明する。
＜３−１．送信波の出力タイミングと送信周期＞
図１２は、送信波の出力タイミングと送信周期を示す図である。信号波形ＴＳａは送信信号の周波数変調の状態を示すものである。そして、時刻ｔ０〜ｔ１の第１区間ＳＥ１では上向き方向の送信波が出力され、時刻ｔ１〜ｔ２の第２区間ＳＥ２では水平方向の送信波が出力される。また、時刻ｔ２〜ｔ３の第３区間ＳＥ３では基準軸Ｃｅ対して下向き方向の送信波が出力される。そして、時刻ｔ３〜ｔ４の信号処理区間ＴＲでは、第１区間ＳＥ１、第２区間ＳＥ２、および、第３区間ＳＥ３で送信アンテナ４０から出力された送信波が物標に反射し、その反射波を受信アンテナ５１が受信する。その結果、データ処理部７が高さ距離等の物標情報を導出する。時刻ｔ０〜ｔ４までのこのような処理が１周期となり、以降同様の処理が繰り返し行われる。
＜３−２．位相調整用のパラメータ＞
次に位相調整用のパラメータについて説明する。図１３は、第３の実施の形態の第１パラメータ６５ａと第２パラメータ６５ｂの位相情報を示す図である。各パラメータは第１区間ＳＥ１と第２区間ＳＥ２のそれぞれの区間の位相情報を有する。
図１３（ａ）の第１パラメータ６５ａ、および、図１３（ｂ）の第２パラメータ６５ｂでは、第１の実施の形態で説明した第１区間ＳＥ１および第２区間ＳＥ２における位相情報に加えて、第３区間ＳＥ３の位相情報を有する。
レーダ装置１が所定の搭載方向に搭載された場合、図１２で説明した第３区間ＳＥ３では、位相調整部４３が送信信号Ｓａの位相に対して、送信信号Ｓｂの位相をφ２°遅らせるように調整する。そのため図１３（ａ）の第３区間ＳＥ３における送信信号Ｓａの位相は±０°、送信信号Ｓｂの位相は−φ２°となる。これにより送信アンテナ４０ａおよび４０ｂから出力される電波を合成した送信波は、下向きの方向に出力される。
具体的には、図１４に示すようにレーダ装置１が所定の搭載方向に搭載された場合に、基準軸Ｃｅに対して、矢印ＴＤ２に示す角度θ２下向きの方向に出力される。送信信号Ｓａおよび送信信号Ｓｂは、それぞれ対応する位相調整部４３ａおよび４３ｂに位相調整され、送信信号Ｓａに対して送信信号Ｓｂがφ２°遅れる位相となる。
次にレーダ装置１が反転搭載方向に搭載された場合、図１２で説明した第３区間ＳＥ３では、位相調整部４３が送信信号Ｓｂの位相に対して送信信号Ｓａの位相をφ２°遅らせるように調整する。そのため図１３（ｂ）の第３区間ＳＥ３における送信信号Ｓａの位相は−φ２°、送信信号Ｓｂの位相は±０°となる。つまり第２パラメータの送信信号ＳａおよびＳｂの位相は、第１パラメータの送信信号ＳａおよびＳｂの位相が入れ替えた状態となる。これにより送信アンテナ４０ａおよび４０ｂの出力を合成した送信波は、下向きの方向に出力される。
具体的には、図１５に示すようにレーダ装置１が反転搭載方向に搭載された場合に、基準軸Ｃｅに対して、矢印ＴＤ２に示す角度θ２下向きの方向に出力される。送信信号Ｓａおよび送信信号Ｓｂは、それぞれ対応する位相調整部４３ａおよび４３ｂに位相調整され、送信信号Ｓｂに対して送信信号Ｓａがφ２°遅れる位相となる。これによりレーダ装置１の搭載方向が反転した場合でも、送信波の出力方向を所定の方向に調整できる。
＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、このような変形例について説明する。上記実施の形態及び以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜に組み合わせ可能である。
上記第１の実施の形態では、レーダ装置１の搭載方向を判定する方法としてレーダ装置１に設けられた加速度センサ８１が検出した重力加速度に基づき、送信制御部６１がレーダ装置１の搭載方向を判定することについて説明した。これ以外にもユーザが、レーダ装置１の搭載方向を識別し、その識別結果に基づきユーザが操作するスイッチをレーダ装置１に設け、当該スイッチの操作に応じて、送信制御部６１がレーダ装置１の搭載方向を判定するようにしてもよい。これによりレーダ装置１は、ユーザのスイッチ操作に応じて、送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
また上記第１の実施の形態では、レーダ装置１および車体の少なくともいずれか一方にレーダ装置１の搭載方向に応じて状態が変化するスイッチを設けておき、当該スイッチの状態に応じて、送信制御部６１がレーダ装置１の搭載方向を判定するようにしてもよい。これによりレーダ装置１は、搭載方向に応じて状態が変化するスイッチの状態に応じて、送信波の出力方向を所定方向に調整できる。
また上記第１の実施の形態では、送信波の出力方向が上向きの方向の場合に、レーダ装置１の車両への搭載方向を反転させたとき、下向き方向となる送信波の出力方向を送信信号の位相調整により上向き方向とする例について説明した。このような送信信号の位相調整は別の送信方向（例えば、左右方向等）の場合に用いてもよい。
また上記各実施の形態では位相調整部４３が、送信信号ＳａおよびＳｂの両方の送信信号の位相を調整することについて説明した。これに対して位相調整部４３は、送信信号ＳａおよびＳｂのいずれか一方のみの送信信号の位相を調整するようにしてもよい。そのため位相調整部４３は、両方の送信アンテナのそれぞれに対応させて設ける以外に、いずれか一方の送信アンテナのみに対応させて設けてもよい。
また上記各実施の各形態では、位相調整のパラメータとして第１パラメータ６５ａおよび第２パラメータ６５ｂの２種類のパラメータを用いて説明したが、これらのパラメータに限定されることなく、３つ以上のパラメータであってもよい。
また上記各実施の形態では、送信アンテナ４０および受信アンテナ５１の本数をそれぞれ２本と４本として説明したが、送信アンテナ４０の本数は、および、受信アンテナ５１の本数はそれぞれ複数本であれば上記以外の本数であってもよい。
また上記各実施の形態では、送信アンテナ４０ａおよび４０ｂから電波が出力されるとして説明したが、これらの送信アンテナからの出力は、電波以外の超音波、光、および、レーザ等の物標情報を導出できる方法であればいずれを用いてもよい。
また上記各実施の形態では、レーダ装置１は車両以外に用いられてもよい。例えばレーダ装置１は、航空機および船舶等に用いられてもよい。
また上記各実施の形態では、プログラムに従ったＣＰＵの演算処理によってソフトウェア的に各種の機能が実現されると説明したが、これら機能のうちの一部は電気的なハードウェア回路により実現されてもよい。また逆に、ハードウェア回路によって実現されるとした機能のうちの一部は、ソフトウェア的に実現されてもよい。
１ レーダ装置
２ 車両制御システム
４０ 送信アンテナ
４１ 信号生成部
４２ 発振器
４３ 位相調整部
５１ 受信アンテナ
５３ ミキサ
５４ ＡＤ変換部
６１ 送信制御部
６２ フーリエ変換部
６５ 記憶部

Claims (8)

  1. 車両に搭載されるレーダ装置であって、
    送信波を出力する第１および第２アンテナを含む複数の送信アンテナと、
    前記レーダ装置の前記車両への搭載方向を判定する判定手段と、
    前記送信アンテナの少なくとも１つのアンテナに供給される送信信号の位相を調整する位相調整手段と、
    を備え、
    前記位相調整手段は、前記搭載方向に応じて前記送信信号の位相を調整すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  2. 請求項１に記載のレーダ装置において、
    前記位相調整手段は、送信波が前記車両の外部に出力される状態で、所定の前記搭載方向に対して前記レーダ装置を反転させた搭載方向と判定された場合に、少なくとも１つのアンテナに供給される前記送信信号の位相を調整すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  3. 請求項２に記載のレーダ装置において、
    前記送信信号の位相情報である第１パラメータと、前記第１パラメータと異なる位相情報の第２パラメータとを含む複数のパラメータを記憶する記憶手段をさらに備え、
    前記位相調整手段は、前記所定の搭載方向の場合は前記第１パラメータにより前記送信信号の位相を調整し、前記反転させた搭載方向の場合は前記第２パラメータにより前記送信信号の位相を調整すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のレーダ装置において、
    前記判定手段は、物標からの反射波の受信状態に応じて、前記搭載方向を判定すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のレーダ装置において、
    ユーザが操作する第１スイッチをさらに備え、
    前記判定手段は、前記第１スイッチの状態に応じて前記搭載方向を判定すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のレーダ装置において、
    前記搭載方向に応じて切り替えられる第２スイッチをさらに備え、
    前記判定手段は、前記第２スイッチの状態に応じて前記搭載方向を判定すること、
    を特徴とするレーダ装置。
  7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のレーダ装置と、
    前記レーダ装置からの物標情報に基づき車両の挙動を制御する車両制御装置と、
    を備える車両制御システム。
  8. 車両に搭載されるレーダ装置の信号処理方法であって、
    （ａ）第１および第２アンテナを含む複数の送信アンテナから送信波を出力する工程と、
    （ｂ）前記レーダ装置の前記車両への搭載方向を判定する工程と、
    （ｃ）前記送信アンテナの少なくとも１つのアンテナに供給される送信信号の位相を調整する工程と、
    を備え、
    前記工程（ｃ）は、前記搭載方向に応じて前記送信信号の位相を調整すること、
    を特徴とする信号処理方法。
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