JP2020012702A - Radar device for vehicles - Google Patents

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直見 澤田
Naomi Sawada
直見 澤田
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Abstract

To provide a radar device for vehicles with which it is possible to realize wide-angle detection without performing a beam scan, and which is advantageous in detecting a moving object to either side or ahead of a vehicle.SOLUTION: The radar device comprises a transmit antenna oriented in a direction that interests the longitudinal direction of a vehicle, a first and a second receive antenna arranged by being shifted in the longitudinal direction of the vehicle, a millimeter wave transmit unit capable of transmitting by switching non-modulated CW and modulated CW from the transmit antenna, and a signal processing unit for processing the received signal of each receive antenna. The radar device executes a first detection mode in which, with a non-modulated CW transmitted by the millimeter wave transmit unit, the relative speed and direction of a moving object are detected from a first Doppler signal (Δf1) obtained from the reflected wave received by the first receive antenna and the transmitted wave and a second Doppler signal (Δf2) obtained from the reflected wave received by the second receive antenna and the millimeter wave, and executes a second detection mode in which, when the relative speed of the moving object is greater than or equal to a threshold, the transmitted wave is changed to a modulated CW and the distance to the moving object is calculated from the received signal component.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、車両用レーダ装置に関し、さらに詳しくは、車両の側方ないしは前側方の移動体検知のための車両用レーダ装置に係わるものである。   The present invention relates to a radar apparatus for a vehicle, and more particularly, to a radar apparatus for a vehicle for detecting a moving body on a side or a front side of a vehicle.

車両には他の移動体や静止物体を検知するためのセンサが搭載されている。例えば、車両前部には、カメラやミリ波レーダ、LIDERなどが搭載されるが、カメラは夜間や悪天候時の検出精度に課題がある。LIDERは、静止物体の立体形状を広角で検知するのに有利であるが、移動体の相対速度検知には複雑なシステムが必要となる問題がある。   Vehicles are equipped with sensors for detecting other moving or stationary objects. For example, a camera, a millimeter wave radar, a lidar, and the like are mounted on the front of the vehicle, but the camera has a problem in detection accuracy at night or in bad weather. LIDER is advantageous for detecting a three-dimensional shape of a stationary object at a wide angle, but has a problem that a complicated system is required for detecting the relative speed of a moving object.

ミリ波レーダは、天候に左右されず、検知距離が長いので遠方監視に適しており、高速度域における前方車両や障害物の監視に活用されているが、検知感度を確保するために高ゲインとすると放射角度が狭くなる問題がある。   Millimeter-wave radar is suitable for long-distance monitoring because it has a long detection distance regardless of the weather, and is used for monitoring vehicles ahead and obstacles in high-speed regions.However, high gain is used to secure detection sensitivity. Then, there is a problem that the radiation angle becomes narrow.

ところで、他の移動体を検知すべき道路状況として、自車走路上の先行車や後続車の検知の他に、交差点において左右方向から接近する移動体(四輪車、二輪車、自転車)がある。特に、信号の無い交差点や優先順位が不明確な交差点、見通しの悪い交差点などでは出会い頭事故が発生し易い。交差する道路も必ずしも直角に交わるとは限らないため、広い範囲を検知する必要があるうえ、相対速度の高い車両も想定されるため、高い検知感度も要求される。   By the way, as the road conditions where other moving objects should be detected, there are moving objects (eg, four-wheeled vehicles, two-wheeled vehicles, and bicycles) approaching from the left and right directions at the intersection, in addition to detecting the preceding vehicle and the following vehicle on the own vehicle's running path. . Particularly, at an intersection where there is no signal, an intersection where the priority is unclear, or an intersection where visibility is poor, a head accident is likely to occur. Since the intersecting roads do not always intersect at a right angle, it is necessary to detect a wide range. In addition, since a vehicle having a high relative speed is assumed, a high detection sensitivity is also required.

ミリ波レーダで検知感度を維持しつつ広範囲の検知を行う場合、電子制御によりビーム走査を行う方法もある(例えば特許文献1参照)。しかし、装置の複雑化は否めず、車両の側方ないしは前側方の移動体検知を行う場合、バンパー内の限られた空間にレーダ装置を取り付ける必要があり、取付けスペースの問題が生じる。   When performing detection over a wide range while maintaining detection sensitivity with a millimeter wave radar, there is also a method of performing beam scanning by electronic control (for example, see Patent Document 1). However, it is necessary to mount the radar device in a limited space inside the bumper when detecting a moving object on the side or the front side of the vehicle without complicating the device.

特開2014−6072号公報JP 2014-6072 A

本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、ビーム走査を行わずに広角度検知を実現でき、車両の側方ないしは前側方の移動体を検知するうえで有利な車両用レーダ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above situation, and has as its object to realize wide angle detection without performing beam scanning, and to detect a moving object on the side or front side of a vehicle. It is another object of the present invention to provide a vehicle radar apparatus which is advantageous.

上記課題を解決するために、本発明は、
側方ないしは前側方を監視する車両用レーダ装置であって、
車長方向と交差する方向に配向された送信アンテナと、
車長方向にずれて配置された第1および第2の受信アンテナと、
前記送信アンテナから無変調CW/変調CWを切替えて送信可能なミリ波送信部と、
前記各受信アンテナで受信した信号を処理する信号処理ユニットと、を備え、
前記ミリ波送信部により前記送信アンテナから無変調CWを送信し、前記第1の受信アンテナで受信した反射波と送信波より得られる第1のドップラー信号と、前記第2の受信アンテナで受信した反射波と前記ミリ波より得られる第2のドップラー信号とから移動体の相対速度と方向を検知する第1の検知モードを実行し、
前記移動体の相対速度が閾値以上の場合に、前記ミリ波送信部による前記送信アンテナからの送信波を変調CWに切替え、受信信号成分から前記移動体の距離を計算する第2の検知モードを実行するように構成されている。
In order to solve the above problems, the present invention provides
A vehicle radar device for monitoring a side or a front side,
A transmitting antenna oriented in a direction intersecting the vehicle length direction,
First and second receiving antennas arranged offset in the vehicle length direction;
A millimeter-wave transmitting unit capable of switching and transmitting unmodulated CW / modulated CW from the transmitting antenna;
A signal processing unit that processes a signal received by each of the receiving antennas,
An unmodulated CW is transmitted from the transmitting antenna by the millimeter wave transmitting unit, and a reflected wave received by the first receiving antenna and a first Doppler signal obtained from the transmitted wave, and received by the second receiving antenna Executing a first detection mode for detecting the relative speed and direction of the moving object from the reflected wave and the second Doppler signal obtained from the millimeter wave;
When the relative speed of the moving object is equal to or greater than a threshold, a second detection mode in which the transmission wave from the transmitting antenna by the millimeter wave transmitting unit is switched to modulation CW and the distance of the moving object is calculated from a received signal component. Configured to run.

本発明に係る車両用レーダ装置は、上記のように、第1の検知モードで、無変調CWを広角送信し、車両の側方ないしは前側方の広範囲から接近する移動体の相対速度と方向を検知し、相対速度が閾値以上の移動体を検知した場合には、第2の検知モードで送信波を変調CWに切替え、移動体までの距離を計算する構成により、ビーム走査を行わずに広角度検知を実現でき、車両の側方ないしは前側方から接近する移動体を簡素な構成により高感度で検知できる。しかもアンテナ自体には高利得を必要としないので、小型化に適しており、車両のバンパー内の限られた空間に設置するのに有利である。   As described above, the vehicular radar device according to the present invention transmits the unmodulated CW at a wide angle in the first detection mode, and determines the relative speed and direction of the moving body approaching from a wide area on the side or front side of the vehicle. If a moving object whose relative speed is equal to or higher than the threshold is detected, the transmission wave is switched to the modulation CW in the second detection mode, and the distance to the moving object is calculated. Angle detection can be realized, and a moving body approaching from the side or front side of the vehicle can be detected with high sensitivity by a simple configuration. Moreover, since the antenna itself does not require a high gain, it is suitable for miniaturization, and is advantageous for installation in a limited space inside a vehicle bumper.

本発明実施形態のレーダ装置を示すブロック図である。It is a block diagram showing a radar device of an embodiment of the present invention. 本発明実施形態のレーダ装置を備えた車両の平面図である。1 is a plan view of a vehicle including a radar device according to an embodiment of the present invention. 本発明実施形態のレーダ装置による移動体検知を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the moving body detection by the radar device of the embodiment of the present invention. (a)は側方、(b)は前側方から接近する移動体の相対速度と方位の検知を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the detection of the relative speed and azimuth of the moving body approaching from the front side, (b). 本発明実施形態のレーダ装置の動作を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an operation of the radar device according to the embodiment of the present invention. 第1の検知モードから第2の検知モードへの移行を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a transition from a first detection mode to a second detection mode.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明実施形態のレーダ装置1を示すブロック図であり、図1において、本発明実施形態に係るレーダ装置1は、送信アンテナ10、第1および第2の受信アンテナ11,12、ミリ波送信部20、第1および第2の受信アンプ・ミキサ21,22、信号変調部30、バンドパスフィルタ31,32、ADコンバータ41,42、および、信号処理ユニット40を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a radar apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a radar apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a transmitting antenna 10, first and second receiving antennas 11, 12, It includes a millimeter wave transmitting unit 20, first and second receiving amplifiers and mixers 21, 22, a signal modulating unit 30, band pass filters 31, 32, AD converters 41, 42, and a signal processing unit 40.

図2に示すように、レーダ装置1(L,R)は、車両4の左右側方ないしは前側方から接近する移動体を検知できるように、車両4の左右の前側部に側方に向けて配置されている。左右のレーダ装置1(L,R)は、同構造のものが対象に配置され、それぞれの送信アンテナ10および受信アンテナ11,12は、車長方向xに並べて共通の取付けフレームに固定配置され、バンパーフェイシア(樹脂バンパー)の内側に配設されている。なお、車両4は、この他に前方監視用のミリ波レーダ装置2、ステレオカメラまたは単眼カメラからなるカメラ装置3を搭載している。   As shown in FIG. 2, the radar devices 1 (L, R) are directed sideways to the left and right front sides of the vehicle 4 so as to detect a moving body approaching from the left or right side or the front side of the vehicle 4. Are located. The left and right radar devices 1 (L, R) have the same structure as the target, and the respective transmitting antennas 10 and receiving antennas 11, 12 are arranged in the vehicle length direction x and fixedly arranged on a common mounting frame, It is arranged inside the bumper fascia (resin bumper). In addition, the vehicle 4 is equipped with a millimeter wave radar device 2 for forward monitoring and a camera device 3 including a stereo camera or a monocular camera.

送信アンテナ10は、2つの受信アンテナ11,12の中央に配置され、車両4の車長方向xと交差する方向に配向されており、図示例では、車両4の進行方向aに対して65度の方向に配向されている。送信アンテナ10のビーム幅(放射角度、半値角)は、放射方向を中心として水平面内で±30〜45度、全体では60〜90度の広角となるように設定され、可及的に広範囲を検知できるように、図示例では約85度に設定されている。   The transmitting antenna 10 is disposed at the center of the two receiving antennas 11 and 12 and is oriented in a direction intersecting the vehicle length direction x of the vehicle 4. In the illustrated example, the transmitting antenna 10 is at 65 degrees with respect to the traveling direction a of the vehicle 4. Orientation. The beam width (radiation angle, half-value angle) of the transmission antenna 10 is set to be a wide angle of ± 30 to 45 degrees in a horizontal plane and 60 to 90 degrees as a whole with respect to the radiation direction. In the illustrated example, the angle is set to about 85 degrees so that it can be detected.

2つの受信アンテナ11,12のうち、第1の受信アンテナ11は、送信アンテナ10に対して車長方向前側に所定寸法だけずれて配置され、第2の受信アンテナ12は、送信アンテナ10に対して車長方向後側に前記所定寸法だけずれて配置されている。2つの受信アンテナ11,12のビーム幅11a,12aは、送信アンテナ10と同様に放射方向を中心として水平面内で±30〜45度、全体では60〜90度の広角となるように設定され、図示例では約85度に設定されている。   Of the two receiving antennas 11 and 12, the first receiving antenna 11 is arranged at a predetermined distance from the transmitting antenna 10 on the front side in the vehicle length direction, and the second receiving antenna 12 is And is arranged at the rear side in the vehicle length direction by the predetermined dimension. The beam widths 11a and 12a of the two receiving antennas 11 and 12 are set so as to have a wide angle of ± 30 to 45 degrees in a horizontal plane with respect to the radiation direction as in the transmitting antenna 10, and 60 to 90 degrees as a whole, In the illustrated example, the angle is set to about 85 degrees.

2つの受信アンテナ11,12は、送信アンテナ10と同方向に配向することもできるが、図示例のように、第1の受信アンテナ11は送信アンテナ10に対して車長方向前側に、第2の受信アンテナ12は送信アンテナ10に対して車長方向後側に、それぞれ1〜5度の偏角を有するように配向することもできる。送信アンテナ10および受信アンテナ11,12としては、小型平面パッチアレーアンテナを好適に使用できる。   Although the two receiving antennas 11 and 12 can be oriented in the same direction as the transmitting antenna 10, as shown in the illustrated example, the first receiving antenna 11 is located on the front side in the vehicle length direction with respect to the transmitting antenna 10, The receiving antenna 12 can be oriented rearward of the transmitting antenna 10 in the vehicle length direction so as to have a declination of 1 to 5 degrees, respectively. As the transmitting antenna 10 and the receiving antennas 11 and 12, a small planar patch array antenna can be suitably used.

ミリ波送信部20は、送信波となるミリ波(76GHz)発振器、送信波の一部を受信アンプ・ミキサ21,22に分配するための方向性結合器、パワーアンプなどで構成され、FM変調信号を発生する信号変調部30をオン/オフすることで、無変調連続波(CW)と周波数変調連続波(FMCW)を切替えて送信アンテナ10より出力可能である。   The millimeter wave transmitting unit 20 includes a millimeter wave (76 GHz) oscillator serving as a transmission wave, a directional coupler for distributing a part of the transmission wave to the reception amplifiers / mixers 21 and 22, a power amplifier, and the like. By turning on / off the signal modulating unit 30 that generates a signal, it is possible to switch between a non-modulated continuous wave (CW) and a frequency modulated continuous wave (FMCW) and output the same from the transmitting antenna 10.

受信アンプ・ミキサ21,22は、それぞれ、受信アンテナ11,12で受信した反射波を増幅する低ノイズアンプ、および、増幅した反射波をミリ波送信部20から分配されたローカル波と混合してビート信号を生成するミキサで構成される。   The receiving amplifiers / mixers 21 and 22 mix the reflected wave received by the receiving antennas 11 and 12 with the local wave distributed from the millimeter wave transmitting unit 20, respectively. It is composed of a mixer that generates a beat signal.

信号処理ユニット40は、生成されたビート信号の周波数解析を行うFFT(高速フーリエ変換)処理、無変調連続波(CW)送信時の受信信号成分から移動体の相対速度と方向を計算する1次処理(第1の検知モード)、周波数変調連続波(FMCW)送信時の受信信号成分から移動体の距離を計算する2次処理(第2の検知モード)を実行するためのプログラムを格納するROM(フラッシュメモリ)、演算処理を行うCPU、前記プログラムが読み出され前記CPUの作業領域および演算結果の一時記憶領域となるRAM、および入出力インターフェースなどを備えたコンピュータ(MPU)として実装される。   The signal processing unit 40 performs FFT (Fast Fourier Transform) processing for analyzing the frequency of the generated beat signal, and calculates the relative speed and direction of the moving object from the received signal components at the time of unmodulated continuous wave (CW) transmission. ROM that stores a program for executing processing (first detection mode) and secondary processing (second detection mode) for calculating the distance of a moving object from a received signal component at the time of frequency-modulated continuous wave (FMCW) transmission. It is implemented as a computer (MPU) including a (flash memory), a CPU for performing arithmetic processing, a RAM from which the program is read out, and a working area of the CPU and a temporary storage area for calculation results, and an input / output interface.

以上のように構成されたレーダ装置1は、無変調CW方式により広範囲にある移動体の相対速度と方向を検知する行う第1の検知モードを実行し、それにより移動体が検出された場合にその移動体に対してFMCW方式により精密な距離を検知する第2の検知モードを実行する2段階の検知を行うように構成されている。   The radar apparatus 1 configured as described above executes the first detection mode for detecting the relative speed and direction of a moving object located in a wide area by the unmodulated CW method, and when the moving object is detected by the first detection mode. The mobile unit is configured to perform two-stage detection of executing a second detection mode for detecting a precise distance by the FMCW method.

車両の側方ないしは前側方から接近する移動体を検知するためには、広角検知が不可欠であるが、ビーム幅(放射角度)を広げると相対的にアンテナ利得が低下し、検知感度も低下することは既に述べた通りである。レーダの最大レンジは、アンテナ利得に比例し、受信部の雑音帯域幅に反比例する。また、受信部のノイズ強度は信号の周波数帯域幅に比例する。   Wide-angle detection is indispensable for detecting a moving body approaching from the side or front side of the vehicle. However, if the beam width (radiation angle) is widened, the antenna gain relatively decreases and the detection sensitivity also decreases. That is as described above. The maximum range of the radar is proportional to the antenna gain and inversely proportional to the noise bandwidth of the receiver. The noise intensity of the receiving unit is proportional to the frequency bandwidth of the signal.

そこで、第1の検知モードで、周波数帯域幅が狭い無変調CWを送信することにより、受信部のノイズを抑制して検知感度を確保しつつ広範囲での移動体検知が可能となる。一般に、FM変調時の周波数帯域幅が数千MHzであるのに対し、無変調CWの周波数帯域幅は数MHzに過ぎない。   Then, by transmitting the unmodulated CW having a narrow frequency bandwidth in the first detection mode, it is possible to detect a moving object in a wide range while suppressing the noise of the receiving unit and securing the detection sensitivity. Generally, the frequency bandwidth at the time of FM modulation is several thousand MHz, whereas the frequency bandwidth of the unmodulated CW is only several MHz.

さらに、無変調CW方式で移動体を検知すると、その受信信号の周波数帯域が判明するので、その周波数帯域に合わせてバンドパスフィルタ31,32を挿入可能となり、ノイズの無い信号を得ることが可能となる。   Further, when a moving object is detected by the non-modulation CW method, the frequency band of the received signal is determined. Therefore, the band-pass filters 31 and 32 can be inserted in accordance with the frequency band, and a signal without noise can be obtained. Becomes

(第1の検知モード)
図3は、車両4のレーダ装置1による移動体検知の例として、車両4の進路前方を横切るように右から左に向かって走行する移動体5(他車両)が存在する場合を示している。図示のように、レーダ装置1Rの送信アンテナ10から、車両4の進行方向aに対して右側方ないし右前側方に広角のビーム幅を有する無変調CW(ミリ波)を送信波10wとして放射すると、移動体5による反射波11w,12wが第1、第2の受信アンテナ11,12に到達する。
(First detection mode)
FIG. 3 illustrates, as an example of the moving object detection by the radar device 1 of the vehicle 4, a case where there is a moving object 5 (another vehicle) traveling from right to left so as to cross the path ahead of the vehicle 4. . As shown in the figure, when a non-modulated CW (millimeter wave) having a wide-angle beam width is radiated from the transmission antenna 10 of the radar apparatus 1R to the right side or the right front side with respect to the traveling direction a of the vehicle 4 as a transmission wave 10w. The reflected waves 11w and 12w from the moving body 5 reach the first and second receiving antennas 11 and 12, respectively.

この反射波11w,12wは、移動体5の相対速度に応じてドップラーシフトしており、受信アンプ・ミキサ21,22でローカル波(送信波)と混合されることで、ドップラー周波数(差分周波数)に応じたビート信号が検出される。この際、2つの受信アンテナ11,12は、送信アンテナ10に対して車長方向(進行方向a)の前方と後方にずれて配置されているので、以下のように移動体5の相対速度と方向を検知できる。   The reflected waves 11w and 12w are Doppler-shifted according to the relative speed of the moving body 5, and are mixed with the local waves (transmitted waves) by the reception amplifiers / mixers 21 and 22 to obtain a Doppler frequency (difference frequency). The beat signal corresponding to is detected. At this time, since the two receiving antennas 11 and 12 are arranged to be shifted forward and backward in the vehicle length direction (the traveling direction a) with respect to the transmitting antenna 10, the relative speed of the moving body 5 is determined as follows. Direction can be detected.

図4(a)に示すように、車両4に対して移動体5aが真横から速度Vで接近している場合は、移動体5aと2つの受信アンテナ11,12の距離と方位が等しいので、ドップラー周波数Δf1、Δf2は等しく、相対速度Vcは移動体5の速度Vと等しい。   As shown in FIG. 4A, when the moving body 5a is approaching the vehicle 4 from just beside at a speed V, the distance between the moving body 5a and the two receiving antennas 11 and 12 is equal to the azimuth. The Doppler frequencies Δf1 and Δf2 are equal, and the relative speed Vc is equal to the speed V of the moving object 5.

一方、図4(b)に示すように、移動体5bが車両4の進路前方を横切るように速度Vで走行している場合は、移動体5bと2つの受信アンテナ11,12の距離と方位が異なり、それに応じてドップラー周波数Δf1、Δf2も異なるので、Δf1とΔf2の差から移動体5bの方位を求めることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the moving object 5b is traveling at a speed V so as to cross the front of the path of the vehicle 4, the distance and the azimuth between the moving object 5b and the two receiving antennas 11 and 12 are determined. Is different, and the Doppler frequencies Δf1 and Δf2 are different accordingly, so that the azimuth of the moving object 5b can be obtained from the difference between Δf1 and Δf2.

移動体5が自車両4の前側方にあれば、受信アンテナ11の方が受信アンテナ12よりも検知距離が短いので、ドップラー周波数は、Δf1>Δf2となる。逆に、移動体5が自車両4の後側方にあれば、受信アンテナ11の方が受信アンテナ12よりも検知距離が長くなるので、ドップラー周波数は、Δf1<Δf2となる。   If the moving object 5 is on the front side of the vehicle 4, the detection distance of the receiving antenna 11 is shorter than that of the receiving antenna 12, so that the Doppler frequency is Δf1> Δf2. Conversely, if the moving body 5 is behind the host vehicle 4, the detection distance of the receiving antenna 11 is longer than that of the receiving antenna 12, so that the Doppler frequency is Δf1 <Δf2.

すなわち、移動体が真横にある場合、換言すれば、車両4の進行方向aに対する移動体の方位角が90度の場合は、ドップラー周波数Δf1、Δf2の差はゼロであり、移動体が前側方にあるほど、換言すれば、進行方向aに対する移動体の方位角が減少するほど、ドップラー周波数Δf1、Δf2の差が大きくなる。これは、進行方向aに対する方位角の余弦との相関を示しており、周波数Δf1、Δf2の差から方位を推定できる。   That is, when the moving body is right beside, in other words, when the azimuth angle of the moving body with respect to the traveling direction a of the vehicle 4 is 90 degrees, the difference between the Doppler frequencies Δf1 and Δf2 is zero, and the moving body is located on the front side. In other words, the difference between the Doppler frequencies Δf1 and Δf2 increases as the azimuth angle of the moving body with respect to the traveling direction a decreases. This shows the correlation between the azimuth angle and the cosine of the traveling direction a, and the azimuth can be estimated from the difference between the frequencies Δf1 and Δf2.

ドップラー周波数Δf1、Δf2の位相差と2つの受信アンテナ11,12の間隔から方位を計算することもできるが、上記のように、ドップラー周波数Δf1、Δf2の差から移動体の方位を直接推定することで処理が簡略化され、かつ、車両4の側方ないしは前側方から接近する移動体を検知するレーダ装置1の目的に適うものとなる。   The azimuth can be calculated from the phase difference between the Doppler frequencies Δf1 and Δf2 and the interval between the two receiving antennas 11 and 12, but as described above, the azimuth of the moving object is directly estimated from the difference between the Doppler frequencies Δf1 and Δf2. This simplifies the processing, and is suitable for the purpose of the radar apparatus 1 for detecting a moving body approaching from the side or the front side of the vehicle 4.

移動体5の相対速度Vcは、ドップラー周波数Δf1、Δf2より、次式から求めることができる。但し、Cは光速である。
Vc=(C/2f)(Δf1+Δf2)/2
The relative speed Vc of the moving object 5 can be obtained from the following equation from the Doppler frequencies Δf1 and Δf2. Here, C is the speed of light.
Vc = (C / 2f) (Δf1 + Δf2) / 2

また、2つの受信アンテナ11,12は車長方向xにずれて配置されているので、前側の受信アンテナ11のみで検知された場合は前方の移動体であり、後側の受信アンテナ12のみで検知された移動体は後方の移動体ということになる。2つの受信アンテナ11,12が前後に偏角を有して配向されている場合は、その分、前後何れかの受信アンテナ11,12で検知される可能性が増し、オーバーラップする領域とその前後のオーバーラップしない領域の3つの検知領域を持つことになる。   Further, since the two receiving antennas 11 and 12 are arranged shifted from each other in the vehicle length direction x, if only the front receiving antenna 11 is detected, it is a moving body in front, and only the rear receiving antenna 12 is used. The detected moving object is a rear moving object. When the two receiving antennas 11 and 12 are oriented with a declination in the front and back, the possibility of detection by any of the front and rear receiving antennas 11 and 12 increases, and the overlapping area and the It will have three detection areas, the front and rear, non-overlapping areas.

(第2の検知モード)
上記のような無変調CW方式による第1の検知モードで移動体5(5a,5b)の相対速度と方位が検知され、かつ、相対速度が所定の閾値以上の有意な値の場合は、信号変調部30をオンに切替え、FMCW方式による第2の検知モードに移行し、移動体5までの距離を計測する。なお、第2の検知モードでは帯域幅が広がり、2つの受信アンテナ11,12の受信信号は実質的に同じになるため、一方の信号のみを用いてもよい。
(Second detection mode)
When the relative speed and azimuth of the moving object 5 (5a, 5b) are detected in the first detection mode based on the non-modulation CW method as described above, and the relative speed is a significant value equal to or more than a predetermined threshold, the signal is output. The modulation unit 30 is turned on, the mode shifts to the second detection mode based on the FMCW method, and the distance to the moving object 5 is measured. In the second detection mode, the bandwidth is widened and the reception signals of the two reception antennas 11 and 12 are substantially the same, so that only one signal may be used.

FMCW方式では、送信波に変調周期T、周波数変調幅ΔFのFM変調(三角波)をかけることで、移動体5で反射された受信波は、移動体5との相対速度Vcに応じてドップラーシフトし、ドップラー周波数(差分周波数)に応じたビート信号fBH,fBLが検出されるともに、移動体5との距離Lに応じた往復伝搬遅延時間τ=2L/Cを生じることから、距離L、相対速度Vcは、次式により求められる。
L=CT(fBH+fBL)/8ΔF
Vc=C(fBH−fBL)/4f
In the FMCW method, the transmission wave is subjected to FM modulation (triangular wave) having a modulation period T and a frequency modulation width ΔF, so that the reception wave reflected by the moving object 5 is Doppler shifted according to the relative speed Vc with respect to the moving object 5. Since the beat signals f BH and f BL according to the Doppler frequency (difference frequency) are detected, and the round trip propagation delay time τ = 2L / C according to the distance L from the moving object 5 occurs, the distance L , Relative speed Vc is obtained by the following equation.
L = CT (f BH + f BL ) / 8ΔF
Vc = C (f BH -f BL ) / 4f

図6は、無変調CW方式による第1の検知モードから、FMCW方式による第2の検知モードへの移行を示している。先ず、第1の検知モードにおいて、ドップラー信号fdが検知され、バンドパスフィルタ(BPF)を適用してFFT処理されることで、ドップラー周波数が特定され、この時点で移動体(Tg)の相対速度と方向が求められ、次いで、FM変調を開始して第2の検知モードに移行し、ビート信号fBH,fBLが検出され、移動体(Tg)までの距離が求められる。 FIG. 6 shows a transition from the first detection mode using the unmodulated CW method to the second detection mode using the FMCW method. First, in the first detection mode, the Doppler signal fd is detected and subjected to FFT processing using a band-pass filter (BPF) to specify a Doppler frequency. At this time, the relative speed of the moving object (Tg) is determined. Then, the FM modulation is started, the mode is shifted to the second detection mode, the beat signals f BH and f BL are detected, and the distance to the moving object (Tg) is calculated.

複数の移動体(Tg,Tg′・・)が存在する場合でも、相対速度や方位が全く同じということはないので、第1の検知モードにおいて、異なるドップラー信号fd′として同時または順次検出され、さらに、第2の検知モードにおいて、異なるビート信号fBH′,fBL′が検出され、距離や方位が異なる別の移動体(Tg′)として検知されることになる。 Even when a plurality of moving objects (Tg, Tg '...) Are present, the relative speeds and azimuths are not exactly the same, so that they are simultaneously or sequentially detected as different Doppler signals fd' in the first detection mode. Further, in the second detection mode, different beat signals f BH 'and f BL ' are detected, and are detected as different moving objects (Tg ') having different distances and directions.

一般に、FMCW方式では相対速度のない物標まで検知されるが、この第2の検知モードでは、第1の検知モードで有意な相対速度を有する移動体を検知し、バンドパスフィルタ(BPF)を適用して、その移動体にロックオンした状態で、FMCW方式による第2の検知モードに移行するので、計算処理への負担が少なく、重要度の高いターゲットのみを確実に検知できる。   In general, a target having no relative speed is detected by the FMCW method. In the second detection mode, a moving object having a significant relative speed is detected in the first detection mode, and a band-pass filter (BPF) is used. In addition, since the mode is shifted to the second detection mode based on the FMCW method in a state where the mobile object is locked on, the load on the calculation process is small, and only the target with high importance can be reliably detected.

(移動体検知の動作フロー)
次に、上記実施形態に基づく車両用レーダ装置の動作について図5を用いて説明する。
車両4の外界検知システムが起動されると、レーダ装置1は第1の検知モードとなり、信号変調部30はオフに維持され、ミリ波送信部20は送信アンテナ10から無変調CWのミリ波を進行方向aの側方ないし前側方の広角に放射する(ステップ100)。
(Operation flow of moving object detection)
Next, an operation of the vehicle radar device based on the above embodiment will be described with reference to FIG.
When the external detection system of the vehicle 4 is activated, the radar device 1 enters the first detection mode, the signal modulation unit 30 is kept off, and the millimeter wave transmission unit 20 transmits the unmodulated CW millimeter wave from the transmission antenna 10. Radiation is performed at a wide angle on the side or front side in the traveling direction a (step 100).

同時に、信号処理ユニット40は、受信アンテナ11,12、受信アンプ・ミキサ21,22、ADコンバータ41,42を介して反射波と送信波より得られるドップラー信号(ビート信号)の検知を開始する(ステップ101)。   At the same time, the signal processing unit 40 starts detection of a Doppler signal (beat signal) obtained from the reflected wave and the transmitted wave via the receiving antennas 11 and 12, the receiving amplifier / mixers 21 and 22, and the AD converters 41 and 42 ( Step 101).

受信アンテナ11,12に受信した反射波からドップラー信号を検出した場合には、移動体が検知されたものと見做して、当該ドップラー信号の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ31,32を適用し、FFTによりドップラー周波数Δf1,Δf2を特定する(ステップ102)。   When a Doppler signal is detected from the reflected waves received by the receiving antennas 11 and 12, it is considered that a moving object has been detected, and the band-pass filters 31 and 32 that pass only the frequency band of the Doppler signal are used. Then, the Doppler frequencies Δf1 and Δf2 are specified by FFT (step 102).

次いで、信号処理ユニット40は、それぞれのドップラー周波数Δf1,Δf2に基づいて移動体の相対速度Vcと方向を計算し(ステップ103)、相対速度Vcが所定の閾値以上か否かを判定する(ステップ104)。相対速度Vcが閾値未満の場合は、緊急性は低いと見做し、第1の検知モード(無変調CW方式)による移動体検知を継続する。   Next, the signal processing unit 40 calculates the relative speed Vc and direction of the moving object based on the respective Doppler frequencies Δf1 and Δf2 (step 103), and determines whether the relative speed Vc is equal to or higher than a predetermined threshold (step 103). 104). If the relative speed Vc is less than the threshold, the urgency is considered to be low, and the moving object detection in the first detection mode (non-modulation CW method) is continued.

相対速度Vcが閾値以上の場合は、信号変調部30がオンとなり、送信波がFM変調され、FMCW方式による第2の検知モードに移行する(ステップ110)。FM変調された送信波とその反射波より生成されるビード信号にFFTを適用してビード周波数を求め、それに基づいて移動体までの距離Lを計算する(ステップ111)。   If the relative speed Vc is equal to or higher than the threshold, the signal modulation section 30 is turned on, the transmission wave is FM-modulated, and the mode shifts to the second detection mode based on the FMCW method (step 110). A bead frequency is obtained by applying FFT to a bead signal generated from the FM-modulated transmission wave and its reflected wave, and a distance L to the moving object is calculated based on the bead frequency (step 111).

移動体までの距離Lと相対速度Vcより算出される到達予測時間TTCが所定時間以内の場合(ステップ112)、移動体が危険範囲内に接近しているものと判断し、音声、表示ランプ、画面表示などによる警報手段に警報出力を行い、運転者に移動体の接近を警報する(ステップ113)。または、車両4のESP/ABSコントローラに制動指令を出力し自動ブレーキを作動させるなどの回避措置を実施する。   If the predicted arrival time TTC calculated from the distance L to the moving object and the relative speed Vc is within a predetermined time (step 112), it is determined that the moving object is approaching the danger area, and a sound, a display lamp, An alarm is output to an alarm means such as a screen display to warn the driver of the approach of the moving body (step 113). Alternatively, avoidance measures such as outputting a braking command to the ESP / ABS controller of the vehicle 4 and activating the automatic brake are performed.

以上述べたように、本発明に係る車両用レーダ装置は、図3に示すように、車両の側方ないし前側方の広範囲の移動体を検知でき、交差点において左右方向から接近する移動体(四輪車、二輪車、自転車)の検知に適しており、特に、信号の無い交差点や優先順位が不明確な交差点、見通しの悪い交差点などにおける出会い頭事故を未然に防止するうえで有利である。   As described above, the vehicular radar device according to the present invention can detect a wide range of moving objects on the side or front side of the vehicle as shown in FIG. It is suitable for detecting a wheelchair, a two-wheeled vehicle, and a bicycle, and is particularly advantageous in preventing a head-on accident at an intersection where there is no traffic light, an intersection where the priority is unclear, or an intersection with poor visibility.

上記実施形態では、第2の検知モードにおいて、2つのビート信号fBH,fBLが得られる三角波でFM変調する場合について述べたが、鋸波でFM変調する高速FMCW方式の信号処理を行うこともできる。また、FMCW方式の代わりに、2周波CW方式で信号処理を行い、移動体の距離を求めることもできる。 In the above-described embodiment, the case has been described in which FM modulation is performed with a triangular wave from which two beat signals f BH and f BL are obtained in the second detection mode. Can also. Further, instead of the FMCW method, signal processing may be performed by a two-frequency CW method to determine the distance of the moving object.

また、上記実施形態では、第1、第2の受信アンテナ11,12の中央に送信アンテナ10が配置される場合を示したが、必ずしも中央に配置される必要は無い。   Further, in the above embodiment, the case where the transmitting antenna 10 is arranged at the center of the first and second receiving antennas 11 and 12 has been described, but it is not always necessary to arrange the transmitting antenna 10 at the center.

以上、本発明のいくつかの実施形態について述べたが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能であることを付言する。   As described above, some embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention. Is added.

1,1L,1R レーダ装置
4 車両
5,5a,5b 移動体
10 送信アンテナ
11 第1の受信アンテナ
12 第2の受信アンテナ
20 ミリ波送信部
21 第1の受信アンプ・ミキサ
22 第2の受信アンプ・ミキサ
30 信号変調部
40 信号処理ユニット
1, 1L, 1R radar device 4 Vehicle 5, 5a, 5b Moving object 10 Transmitting antenna 11 First receiving antenna 12 Second receiving antenna 20 Millimeter wave transmitting unit 21 First receiving amplifier / mixer 22 Second receiving amplifier・ Mixer 30 Signal modulation unit 40 Signal processing unit

Claims (5)

側方ないしは前側方を監視する車両用レーダ装置であって、
車長方向と交差する方向に配向された送信アンテナと、
車長方向にずれて配置された第1および第2の受信アンテナと、
前記送信アンテナから無変調CW/変調CWを切替えて送信可能なミリ波送信部と、
前記各受信アンテナで受信した信号を処理する信号処理ユニットと、を備え、
前記ミリ波送信部により前記送信アンテナから無変調CWを送信し、前記第1の受信アンテナで受信した反射波と送信波より得られる第1のドップラー信号と、前記第2の受信アンテナで受信した反射波と前記ミリ波より得られる第2のドップラー信号とから移動体の相対速度と方向を検知する第1の検知モードを実行し、
前記移動体の相対速度が閾値以上の場合に、前記ミリ波送信部による前記送信アンテナからの送信波を変調CWに切替え、その受信信号成分から前記移動体の距離を計算する第2の検知モードを実行するように構成されている、車両用レーダ装置。
A vehicle radar device for monitoring a side or a front side,
A transmitting antenna oriented in a direction intersecting the vehicle length direction,
First and second receiving antennas arranged offset in the vehicle length direction;
A millimeter-wave transmitting unit capable of switching and transmitting unmodulated CW / modulated CW from the transmitting antenna;
A signal processing unit that processes a signal received by each of the receiving antennas,
An unmodulated CW is transmitted from the transmitting antenna by the millimeter wave transmitting unit, and a first Doppler signal obtained from a reflected wave and a transmitted wave received by the first receiving antenna, and received by the second receiving antenna Executing a first detection mode for detecting the relative speed and direction of the moving object from the reflected wave and the second Doppler signal obtained from the millimeter wave,
A second detection mode for switching a transmission wave from the transmission antenna by the millimeter wave transmission unit to a modulation CW when a relative speed of the moving body is equal to or more than a threshold, and calculating a distance to the moving body from a received signal component; Vehicle radar device configured to execute the following.
前記第1の受信アンテナが前記送信アンテナに対して車長方向前側にずれて配置され、かつ、前記第2の受信アンテナが前記送信アンテナに対して車長方向後側にずれて配置されている、請求項1記載の車両用レーダ装置。   The first receiving antenna is arranged to be shifted to the front in the vehicle length direction with respect to the transmitting antenna, and the second receiving antenna is arranged to be shifted to the rear in the vehicle length direction with respect to the transmitting antenna. The vehicle radar device according to claim 1. 前記変調CWは、FMCWである、請求項1または2記載の車両用レーダ装置。   The vehicle radar device according to claim 1, wherein the modulation CW is an FMCW. 前記送信アンテナ、前記第1の受信アンテナ、前記第2の受信アンテナは、車両側方から斜前側方の間でビーム幅のオーバーラップが70度以上である、請求項1〜3の何れか一項記載の車両用レーダ装置。   The transmission antenna, the first reception antenna, and the second reception antenna, wherein an overlap of a beam width between a side of the vehicle and a front side of the vehicle is 70 degrees or more. A radar device for a vehicle according to claim 1. 前記送信アンテナの放射方向に対して、前記第1の受信アンテナのビーム方向は車長方向前方に偏角を有するように配向され、前記第2の受信アンテナのビーム方向は車長方向後方に偏角を有するように配向されている、請求項4記載の車両用レーダ装置。   With respect to the radiation direction of the transmitting antenna, the beam direction of the first receiving antenna is oriented so as to have a declination forward in the vehicle length direction, and the beam direction of the second receiving antenna is deflected backward in the vehicle length direction. The vehicle radar device according to claim 4, wherein the radar device is oriented to have an angle.
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