JP2019015555A - レーダ装置および高さ測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】縁石のように比較的高さの低い目標でも精度よく高さを測定することが可能なレーダ装置および高さ測定方法を提供する。【解決手段】レーダ装置は、送信部から水平偏波の送信波を送信し、縁石６の頂部６２と麓部６１とで反射した反射波を受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂによって受信する。受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから出力された受信信号は、頂部６２および麓部６１までの距離および相対速度に基づき分離され、この分離された信号から、受信アンテナごとに頂部６２までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、麓部６１までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とが抽出される。頂部受信信号同士および麓部受信信号同士で位相差を検出し、この位相差に基づき、２つの受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから見た頂部６２および麓部６１の仰角θ１、θ２を算出し、この仰角θ１、θ２から縁石６の高さｈを算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、目標からの反射波を利用して目標の高さを測定するレーダ装置と、その高さ測定方法とに関する。

自動車の自動ブレーキシステムなどで前方の車両などを検知するためのセンサとして、耐天候性の高いレーダ装置が普及している。このレーダ装置は、送信アンテナから目標に向けて送信波（電磁波）を送信し、目標で反射した反射波を受信アンテナで受信し、反射波の強度に応じて出力された受信信号に基づいて目標を検知するものであり、車両を駐車する際や、車両の発進時に、周辺の障害物を検知するための障害物センサとしての利用も進んでいる（例えば、特許文献１参照）。

ところで、車両周辺の障害物として、比較的高さが低い障害物を精度よく検知することが望まれている。比較的高さが低い障害物とは、例えば、道路脇に設置されている縁石などの段差である。一般的な縁石は、車両の通行を阻止するために高さが１５ｃｍ程度とされており、誤って車両が乗り上げてしまうと車両が破損する可能性がある。また、道路脇には、車両の乗り入れを可能にするために、高さが縁石よりも低くされた切欠部が設けられている。したがって、車両の障害物センサでは、縁石よりも低い段差は検知せず、縁石よりも高い段差を精度よく検知することが望ましい。

レーダ装置によって縁石（目標）を検知するには、例えば、縁石に向けて送信波を送信して、縁石の頂部（上部の角部）と、縁石の麓部（下部の凹部）とで反射した反射波を受信し、得られた受信信号に基づいて、受信アンテナに対する頂部および麓部の仰角を検出すれば、仰角から縁石の高さを算出することは可能である。

特開２０１５−１０５９１５号公報

しかしながら、障害物センサとして利用されている従来のレーダ装置は、角度分解能が低いので、縁石のような１５ｃｍ程度の段差の頂部と麓部とを区別して検出することはできなかった。特に縁石のような目標では、麓部がいわゆるコーナーリフレクタとなって強い反射波を発生し、この麓部の反射波に頂部の反射波が埋もれてしまうので、縁石の頂部と麓部とを区別して検知すること自体ができなかった。

本発明は、上記課題を解決するために、縁石のように比較的高さが低い目標でも精度よく高さを測定することが可能なレーダ装置および高さ測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１のレーダ装置は、目標に向けて送信波を送信する送信手段と、異なる高さに配設された複数の受信アンテナによって、前記目標の頂部と麓部とで反射した反射波を受信し、前記反射波の強度に応じた受信信号を出力する受信手段と、前記受信信号を前記受信アンテナから前記目標までの距離と、前記目標との相対速度とに基づいて分離する信号分離手段と、分離された前記受信信号から、前記受信アンテナごとに、前記頂部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、前記麓部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とを抽出する信号抽出手段と、前記頂部受信信号同士および前記麓部受信信号同士の位相差に基づいて、前記受信アンテナに対する前記頂部および前記麓部の仰角を算出し、前記仰角から前記目標の高さを算出する高さ算出手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項４は、目標に向けて送信波を送信し、異なる高さに配設された複数の受信アンテナによって、前記目標の頂部と麓部とで反射した反射波を受信し、前記反射波の強度に応じて出力された受信信号に基づいて、前記目標の高さを測定する高さ検出方法であって、前記受信信号を前記受信アンテナから前記目標までの距離と、前記目標との相対速度とに基づいて分離する信号分離ステップと、分離された前記受信信号から、前記受信アンテナごとに、前記頂部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、前記麓部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とを抽出する信号抽出ステップと、前記頂部受信信号同士および前記麓部受信信号同士の位相差に基づいて、前記受信アンテナに対する前記頂部および前記麓部の仰角を算出し、前記仰角から前記目標の高さを算出する高さ算出ステップと、を備えることを特徴とする。

請求項１および請求項４に記載の発明によれば、送信手段は、目標に向けて送信波を送信し、受信手段は、異なる高さに配設された複数の受信アンテナによって、目標の頂部と麓部とで反射した反射波を受信し、反射波の強度に応じて受信信号を出力する。信号分離手段および信号分離ステップは、受信信号を受信アンテナから目標までの距離と、目標との相対速度とに基づいて分離する。信号抽出手段および信号抽出ステップは、分離された受信信号から、受信アンテナごとに、頂部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、麓部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とを抽出する。次いで、高さ算出手段および高さ算出ステップは、頂部受信信号同士および麓部受信信号同士の位相差に基づいて受信アンテナに対する頂部および麓部の仰角を算出し、算出した仰角から目標の高さを算出する。

請求項２は、請求項１に記載のレーダ装置であって、前記目標は、前記頂部が略水平方向に延びるように配された段差であり、前記送信手段は、前記送信波として水平偏波を送信する、ことを特徴とする。

請求項３は、請求項１または２に記載のレーダ装置であって、前記目標の高さが所定高さ以上である場合に目標検知信号を出力する、ことを特徴とする。

請求項１および請求項４に記載の発明によれば、目標からの反射信号を、目標の頂部および麓部までの距離および相対速度に基づいて分離し、分離された受信信号から、受信アンテナごとに、頂部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、麓部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とを抽出し、頂部受信信号同士および麓部受信信号同士の位相差に基づいて受信アンテナに対する頂部および麓部の仰角を算出するので、比較的高さが低い縁石などであっても、目標までの距離および相対速度に基づき、その頂部と麓部の受信信号を分離して、目標の高さを精度よく算出することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、送信波として水平偏波を利用するので、縁石のように頂部が略水平方向に延びるように配された段差からの反射波を強くすることができる。したがって、目標が縁石のような段差であっても、その頂部を検出することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、目標の高さが所定高さ以上である場合に目標検知信号を出力するので、目標検知信号に基づいて目標の存在を報知し、あるいは目標を回避するための動作を行うトリガーとして利用することができるので、この目標に対する衝突などを回避することが可能である。

この発明の実施の形態に係るレーダ装置を示す概略構成ブロック図である。 縁石に対する水平偏波の送信波を示す説明図である。 図１の受信アンテナと縁石との距離を示す説明図である。 図１の受信アンテナと縁石との相対速度を示す説明図である。 縁石で反射した反射波の受信信号を示すグラフである。 図５の受信信号を縁石までの距離に基づいて分離した信号を示すグラフである。 ２つの受信アンテナから見た縁石の頂部および麓部の仰角を示す説明図である。 分離された受信信号から抽出した頂部受信信号および麓部受信信号を示すグラフである。 図１のレーダ装置による目標の高さ測定手順を示すフローチャートである。 受信アンテナにアレーアンテナを利用した実施の形態に２における受信部の構成を示すブロック図である。 図１０のアレーアンテナをデジタルビームフォーミング処理して得た補間信号を示すグラフである。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

［実施の形態１］
図１から図９は、この発明の実施の形態を示し、図１は、この実施の形態に係るレーダ装置１を示すブロック図である。このレーダ装置１は、例えば、自動車の前部または後部のバンパーなどに設けられて周辺の障害物を検知するためのものであり、より具体的には、壁や塀、歩行者などの比較的高さが高い障害物から、高さが比較的低い縁石などの段差まで精度よく検知する機能を備えている。

レーダ装置１は、例えば、送信波と反射波との周波数差から目標を検知して、その高さを測定する位相モノパルス方式のＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダである。このレーダ装置１は、送信部（送信手段）２、受信部（受信手段）３、信号処理部（信号分離手段、高さ算出手段および報知手段）４および報知部５を備えている。

送信部２は、変調器２１と、電圧制御発振器２２と、送信アンテナ２３とを備えている。変調器２１は、電圧制御発振器２２に対する印加制御電圧を調整して、中心周波数が７９ＧＨｚ、周波数変調幅が４ＧＨｚの三角波変調信号（送信信号）を生成する機能を備えている。送信アンテナ２３は、送信信号を水平偏波の送信波として、車両から、例えば数ｍ〜数十ｍの範囲の前方に向けて放射する機能を備えている。

本実施の形態において、送信波に水平偏波を利用するのは、目標である縁石の頂部を精度よく検出するためである。図２に示すように、縁石６は、自動車が走行する車道７に接した麓部６１と、麓部６１から略垂直に立ち上がった頂部６２とを有し、麓部６１および頂部６２は、略水平方向に延びるように平行に設けられている。このような縁石６に向けて送信波を送信すると、麓部６１では、車道７と縁石６の側面とがコーナーリフレクタとなって確実に送信波を反射するので強い反射波が得られる。しかしながら、頂部６２の反射面は、レーダ装置１から見て１ｃｍに満たない幅しかないため、反射波が微弱になり、麓部６１の反射波に埋もれてしまう。しかしながら、送信波として、電界成分が頂部６２と略平行な水平偏波ＴＸを利用することにより、垂直偏波や円偏波を利用した場合に比べて、頂部６２からの反射波の強度を強くすることが可能となる。

また、本実施の形態において、送信信号に７９ＧＨｚ帯の信号を利用するのは、高さが１５ｃｍ程度の縁石６の麓部６１と頂部６２とを精度よく検出するためである。７９ＧＨｚ帯レーダは、従来の７７ＧＨｚ帯レーダや２４ＧＨｚ帯レーダに比べて、高分解能で広角検知が可能であり、適切な周波数変調幅を選択することで、４ｃｍ弱の距離分解能および０．１ｋｍ／ｈ程度の速度分解能を得ることができる。なお、送信アンテナ２３を１つの場合について説明したが、送信アンテナ２３は複数設けられていてもよい。

受信部３は、異なる高さに設置された少なくとも２つの受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂと、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂに接続されたミキサ３２Ａ、３２Ｂと、増幅部３３Ａ、３３Ｂと、Ａ／Ｄ変換部３４Ａ、３４Ｂと、ＦＦＴ回路３５Ａ、３５Ｂとを備える。

受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂは、例えば、受信アンテナ３１Ａが受信アンテナ３１Ｂよりも高い位置に設置されており、縁石６の麓部６１と頂部６２とで反射された水平偏波の反射波を受信し、受信強度に応じた受信信号を出力する機能を備えている。なお、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂは、水平方向に複数設置されていてもよい。ミキサ３２Ａ、３２Ｂは、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから出力された受信信号に、送信部２から入力された送信信号を混合する機能を備えている。増幅部３３Ａ、３３Ｂは、送信信号が混合された受信信号を増幅するアンプである。Ａ／Ｄ変換部３４Ａ、３４Ｂは、増幅された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する機能を備えている。ＦＦＴ回路３５Ａ、３５Ｂは、デジタルの受信信号に高速フーリエ変換などの周波数解析処理を行って、送信信号および受信信号の周波数成分を抽出する機能を備えている。

信号処理部４は、信号分離部（信号分離手段）４１と、信号抽出部４２（信号抽出手段）と、高さ算出部（高さ算出手段）４３とを備えている。信号処理部４は、例えば、ＣＰＵと、このＣＰＵに規定の動作をさせるプログラムが記憶されたメモリなどから構成されており、ＣＰＵがプログラムにしたがって動作することで、信号分離部４１、信号抽出部４２および高さ算出部４３として機能する。

信号分離部４１は、ＦＦＴ回路３５Ａ、３５Ｂで抽出された送信信号および受信信号の周波数成分から、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂと縁石６の頂部６２との間の距離および相対速度と、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂと麓部６１との間の距離および相対速度とを検出し、受信信号を受信アンテナから目標までの距離と、目標との相対速度とに基づいて分離する機能を備えている。

信号抽出部４２は、信号分離部４１で分離された信号から、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂごとに、頂部６２までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、麓部６１までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とを抽出する機能を備えている。

高さ算出部４３は、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂの頂部受信信号同士および麓部受信信号同士を比較して位相差を検出し、この位相差から、２つの受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂに対する頂部６２および麓部６１の仰角を算出し、この仰角から縁石（目標）６の高さを算出する機能を備えている。

また、信号処理部４は、目標の高さが縁石６と同程度の１５ｃｍ以上である場合に、報知部５に目標検知信号を出力する機能を備えている。報知部５は、例えば、車内に設置されたランプやブザーであり、目標検知信号が入力された場合に、前方に縁石６が存在することを運転者に報知する。なお、目標検知信号を、自動車のブレーキを自動的に動作させる自動ブレーキシステムなどに出力し、目標の高さが所定高さ以上である場合に自動車を自動的に停止させてもよいし、目標検知信号が出力された場合に、走行中の自動車の目標方向への移動が規制されるようにブレーキシステムを制御してもよい。

図３は、自動車Ｃに設けられた受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂと、目標である縁石６との位置関係を側方から見た状態を示す概略図である。この概略図において、受信アンテナ３１Ａと受信アンテナ３１Ｂとの高さ方向の間隔が「ｄ」、縁石６の車道７から頂部６２までの高さが「ｈ」となっている。また、受信アンテナ３１Ａから頂部６２までの距離が「Ｒ１_１」、受信アンテナ３１Ａから麓部６１までの距離が「Ｒ２_１」であり、受信アンテナ３１Ｂから頂部６２までの距離が「Ｒ１_２」、受信アンテナ３１Ｂから麓部６１までの距離が「Ｒ２_２」である。なお、高さが１５ｃｍ程度の縁石６の高さを測定するには、アンテナ間隔ｄと、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから麓部６１および頂部６２までの距離Ｒ１およびＲ２は、「ｄ＜＜Ｒ１，Ｒ２」となっている。

なお、位相モノパルス方式のレーダ装置では、１つの受信アンテナで仰角を検出することはできないが、図３では、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂと縁石６との位置関係を説明するために、受信アンテナ３１Ａに対する頂部６２の仰角を「θ１_１」、麓部６１に対する仰角を「θ２_１」として便宜的に表し、受信アンテナ３１Ｂに対する頂部６２の仰角を「θ１_２」、麓部６１に対する仰角を「θ２_２」として便宜的に表している。

また、図４に示すように、自動車Ｃの速度がＶである場合、受信アンテナ３１Ａと頂部６２との相対速度は、上記で便宜的に示した仰角を用いることにより「Ｖｃｏｓθ１_１」となり、受信アンテナ３１Ａと麓部６１との相対速度は、「Ｖｃｏｓθ２_１」となる。同様に、受信アンテナ３１Ｂと頂部６２との相対速度は、「Ｖｃｏｓθ１_２」となり、受信アンテナ３１Ｂと麓部６１との相対速度は、「Ｖｃｏｓθ２_２」となる。

図５は、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂの受信信号８_１、８_２の一例を示すグラフである。なお、上述したように、位相モノパルス方式のレーダ装置では、１つの受信アンテナで仰角を検出することはできないが、受信信号８_１、８_２を図５のグラフ上で表示するために、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂに対する縁石６の仰角θを便宜上の座標軸として用いている。このグラフから分かるように、受信信号８_１、８_２には、縁石６の頂部６２からの反射を表す大きな山と、麓部６１からの反射を表す小さな山とが含まれており、高い位置に設置されている受信アンテナ３１Ａの受信信号８_１のほうが仰角は大きくなっている。

信号分離部４１は、受信信号８_１、８_２を、縁石６までの距離と相対速度とに基づいて分離する。図６は、信号分離部４１による信号分離の一例として、受信信号８_１を距離Ｒに基づいて分離した信号を示している。なお、このグラフでも仰角θを便宜的に用いている。このグラフから分かるように、受信信号８_１を距離Ｒに基づいて分離すると、近距離では縁石６の頂部６２からの反射が優位に表れ、距離が遠ざかるにしたがって頂部６２からの反射が小さくなり、麓部６１からの反射が優位に表れる。本実施の形態では、中心周波数が７９ＧＨｚ帯の送信信号を利用しているので、周波数変調幅を適切に選択すれば、頂部６２までの距離および相対速度と、麓部６１までの距離および相対速度を利用して、受信信号８_１、８_２を高分解能で分離することができる。

信号抽出部４２は、縁石６の頂部６２に関する仰角θ１_１と仰角θ１_２とが「θ１_１＝θ１_２」となる条件、すなわち、図７に示すように、２つの受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから見た頂部６２の仰角θ１を決定する。また、信号抽出部４２は、縁石６の麓部６１に関する仰角θ２_１と仰角θ２_２とが「θ２_１＝θ２_２」となる条件、すなわち、２つの受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから見た麓部６１の仰角θ２を決定する。

また、信号抽出部４２は、信号分離部４１で距離および相対速度に基づいて分離された受信信号８_１、８_２から、頂部６２までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、麓部６１までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とを抽出する。図８は、受信信号の抽出結果の一例として、受信信号８_１、８_２から、距離および相対速度に基づいて抽出された信号を示している。符号８Ａ_１、８Ａ_２は、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから頂部６２までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号である。また、符号８Ｂ_１、８Ｂ_２は、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから麓部６１までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号である。なお、このグラフでも仰角θを便宜的に用いている。

高さ算出部４３は、頂部受信信号８Ａ_１と頂部受信信号８Ａ_２の位相を比較し、図７において、「ｄ・ｓｉｎθ１」で表される位相差Δφ_１を検出する。この位相差Δφ_１は、下記数式１によって算出される。なお、「ｄ」は受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂの間隔、「θ」は目標の方位（仰角）、「λ」は受信信号の波長である。したがって、この数式１を下記数式２のように変形すれば、位相差Δφ_１に基づいて、２つの受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから見た頂部６２の仰角θ１を得ることができる。
Δφ_１＝２π×（ｄ×ｓｉｎθ１÷λ）・・・・数式１
θ１＝ｓｉｎ^−１（Δφ_１×λ÷（２π×ｄ））・・・・数式２

また、高さ算出部４３は、麓部受信信号８Ｂ_１および麓部受信信号８Ｂ_２の位相を比較し、図７において、「ｄ・ｓｉｎθ２」で表される位相差Δφ_２を検出する。次いで、上記仰角θ１と同様に下記数式３を利用して、２つの受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから見た麓部６１の仰角θ２を算出する。
θ２＝ｓｉｎ^−１（Δφ_２×λ÷（２π×ｄ））・・・・数式３

次いで、高さ算出部４３は、算出された仰角θ１、θ２と、信号抽出部４２で信号抽出する際に利用した頂部６２および麓部６１までの距離Ｒ１、Ｒ２とを利用して、下記数式４に示すように、縁石６の高さｈを算出する。
ｈ＝Ｒ２×ｓｉｎθ２−Ｒ１×ｓｉｎθ１・・・・数式４

次に、上記の実施の形態の作用について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。レーダ装置１は、例えば、自動車Ｃを駐車させるために低速（例えば、時速１０Ｋｍ／ｈ以下）で走行している場合に、送信部２から、７９ＧＨｚ帯の水平偏波の送信波を送信する（ステップＳ１）。送信部２から送信された送信波は、目標で反射し、その反射波は受信部３によって受信される（ステップＳ２）。

目標が縁石６である場合、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂは、縁石６の麓部６１および頂部６２で反射した反射波を受信し、反射波の強度に応じたアナログの受信信号を出力する。受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂから出力された受信信号は、ミキサ３２Ａ、３２Ｂで送信信号と混合され、増幅部３３Ａ、３３Ｂにより増幅されて、Ａ／Ｄ変換部３４Ａ、３４Ｂによってデジタル信号に変換される。デジタルの受信信号８_１、８_２は、ＦＦＴ回路３５Ａ、３５Ｂによって高速フーリエ変換され、送信信号および受信信号８_１、８_２の周波数成分が抽出される。

信号分離部４１は、受信信号８_１、８_２を、縁石６までの距離に基づいて分離する（ステップＳ３、信号分離ステップ）。また、信号分離部４１は、受信信号８_１、８_２を、縁石６との相対速度に基づいて分離する（ステップＳ４、信号分離ステップ）。

信号抽出部４２は、距離および相対速度に基づいて分離された受信信号８_１から、頂部６２までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号８Ａ_１と、麓部６１までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号８Ｂ_１とを抽出する（ステップＳ５、信号抽出ステップ）。また、距離および相対速度に基づいて分離された受信信号８_２から、頂部６２までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号８Ａ_２と、麓部６１までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号８Ｂ_２とを抽出する（ステップＳ５、信号抽出ステップ）。

高さ算出部４３は、頂部受信信号８Ａ_１と頂部受信信号８Ａ_２とを比較して位相差Δφ_１を検出し、麓部受信信号８Ｂ_１と麓部受信信号８Ｂ_２とを比較して位相差Δφ_２を検出し、上述した数式２、３を利用して、検出した位相差Δφ_１、Δφ_２から、２つの受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂに対する頂部６２および麓部６１の仰角θ１、θ２を算出し、これらの仰角θ１、θ２から、数式４を利用して縁石６の高さｈを算出する（ステップＳ６、高さ算出ステップ）。

信号処理部４は、縁石６の高さが所定高さ（例えば、１５ｃｍ以上）であった場合には（ステップＳ７でＹＥＳ）、報知部５に目標検知信号を出力して運転者に縁石６があることを報知する（ステップＳ８）。

以上のように、本発明を実施したレーダ装置１によれば、縁石（目標）６からの反射信号を、縁石６の頂部６２および麓部６１までの距離および相対速度に基づいて分離し、分離された受信信号から、受信アンテナごとに、頂部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、麓部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とを抽出し、頂部受信信号同士および麓部受信信号同士の位相差に基づいて受信アンテナに対する頂部および麓部の仰角を算出するので、目標が比較的高さの低い縁石６などであっても、その目標までの距離および相対速度に基づいて頂部と麓部の受信信号を分離して、縁石６の高さを精度よく算出することが可能となる。

また、送信波として水平偏波を利用するので、目標が縁石６のように頂部６２が略水平方向に延びるように配された段差であっても、長部６２からの反射波を強くすることができる。したがって、縁石６のような段差であっても、その頂部６２を検出することが可能となる。さらに、縁石６の高さが所定高さ以上である場合に、目標検知信号を出力するので、検知結果の報知などに利用して、縁石６などの低い段差に自動車が衝突するのを回避することが可能である。

［実施の形態２］
本実施の形態は、アレーアンテナを構成している素子アンテナの受信信号をデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成して目標を検出するデジタルビームフォーミング方式のレーダ装置に、本発明を適用したものである。

図１０は、本実施の形態のレーダ装置の受信部１０を示し、複数（例えば４個）の素子アンテナからなるアレーアンテナ１０１と、各素子アンテナに対応して設けられた複数の複素検波回路１０２と、フーリエ変換回路１０３とを備えている。アレーアンテナ１０１は、複数の素子アンテナを上下方向に間隔ｄで設置したものであり、最上部の素子アンテナから最下部の素子アンテナまでのアンテナサイズは、Ｎｄとなっている。なお、高さが１５ｃｍ程度の縁石６の高さを測定するため、アンテナサイズＮｄと、縁石６までの距離Ｒとの関係は、「Ｎｄ＜＜Ｒ」であることが望ましい。

複素検波回路１０２は、各素子アンテナから出力された受信信号Ｒｘ_０、Ｒｘ_１、Ｒｘ_２、Ｒｘ_３を複素検波処理してＡ／Ｄ変換し、複素検波信号ＩＱ_０、ＩＱ_１、ＩＱ_２、ＩＱ_３としてフーリエ変換回路１０３に出力する。フーリエ変換回路１０３は、デジタルの各複素検波信号をフーリエ変換して離散角度θ_０、θ_１、θ_２、θ_３を算出する。図１１に示すように、この離散角度θ_０、θ_１、θ_２、θ_３の成分を滑らかな関数で補間した補間信号を生成する。このような補間信号を上記実施の形態１と同様に、縁石６の頂部６２および麓部６１までの距離および相対速度に基づいて分離し、分離した補間信号の位相差から頂部６２および麓部６１に対する仰角を算出し、算出した仰角と、頂部６２および麓部６１までの距離から縁石６の高さｈを算出する。

このように、アレーアンテナを用いたレーダ装置においても、実施の形態１と同様に、目標が比較的高さの低い縁石６などであっても、その目標までの距離および相対速度に基づいて頂部と麓部の受信信号を分離して、縁石６の高さを精度よく算出することが可能となる。なお、アレーアンテナ１０１として、複数の素子アンテナを上下方向に配列した例を説明したが、素子アンテナを水平方向に複数列配列してもよいし、実際に設置したアンテナを仮想的により多数のアンテナとして方位を測定するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）アンテナを利用してもよい。

また、実施の形態１では、距離と相対速度の両方を利用して受信信号を分離したが、距離と相対速度とのいずれか一方を用いて受信信号を分離してもよいし、目標までの距離などに応じて、距離による分離と、相対速度による分離とを切り替えてもよい。例えば、７９ＧＨｚ帯レーダで周波数変調幅を４ＧＨｚとした場合、目標まで７０ｃｍ程度まで近づかないとｃｍオーダーの距離分解能は得られないが、相対速度では、２〜３ｍの距離でも０．１ｋｍ／ｈ程度の速度分解能が得られる。したがって、例えば、１〜３ｍ程度の距離では相対速度を利用して受信信号を分離し、１ｍ以下の距離では、距離に基づいて受信信号を分離するなど、適宜組み合わせて利用してもよい。

以上、この発明の各実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、ＦＭＣＷレーダを例に説明したが、本発明は、パルスレーダおよびパルス圧縮レーダにも適用が可能である。また、自動車の障害物センサとして機能するレーダ装置を例に説明したが、例えば、船舶にこのレーダ装置を設けて防波堤などの段差の検出に利用してもよい。

１ レーダ装置
２ 送信部
３ 受信部
３１Ａ、３１Ｂ 受信アンテナ
４ 信号処理部（信号分離手段、高さ算出手段、報知手段）
４１ 信号分離部（信号分離手段）
４２ 信号抽出部（信号抽出手段）
４３ 高さ算出部（高さ算出手段）
５ 報知部（報知手段）
６ 縁石（目標）
６１ 麓部
６２ 頂部

Claims (4)

1. 目標に向けて送信波を送信する送信手段と、
   異なる高さに配設された複数の受信アンテナによって、前記目標の頂部と麓部とで反射した反射波を受信し、前記反射波の強度に応じた受信信号を出力する受信手段と、
   前記受信信号を、前記受信アンテナから前記目標までの距離と、前記目標との相対速度とに基づいて分離する信号分離手段と、
   分離された前記受信信号から、前記受信アンテナごとに、前記頂部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、前記麓部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とを抽出し、前記頂部受信信号同士および前記麓部受信信号同士の位相差に基づいて、前記受信アンテナに対する前記頂部および前記麓部の仰角を算出し、前記仰角から前記目標の高さを算出する高さ算出手段と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 前記目標は、前記頂部が略水平方向に延びるように配された段差であり、
   前記送信手段は、前記送信波として水平偏波を送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記目標の高さが所定高さ以上である場合に目標検知信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
4. 目標に向けて送信波を送信し、異なる高さに配設された複数の受信アンテナによって、前記目標の頂部と麓部とで反射した反射波を受信し、前記反射波の強度に応じて出力された受信信号に基づいて、前記目標の高さを測定する高さ検出方法であって、
   前記受信信号を、前記受信アンテナから前記目標までの距離と、前記目標との相対速度とに基づいて分離する信号分離ステップと、
   分離された前記受信信号から、前記受信アンテナごとに、前記頂部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な頂部受信信号と、前記麓部までの距離が同一でかつ相対速度が同一な麓部受信信号とを抽出する抽出ステップと、
   前記頂部受信信号同士および前記麓部受信信号同士の位相差に基づいて、前記受信アンテナに対する前記頂部および前記麓部の仰角を算出し、前記仰角から前記目標の高さを算出する高さ算出ステップと、
   を備えることを特徴とする高さ測定方法。

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