JP2021032847A - 車載用パッシブレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の位置を検出する。【解決手段】車載用パッシブレーダ装置（１００、１００ａ、１００ｂ）は、互いに離隔して配置された第１受信アンテナ及び第２受信アンテナ（ＡＮＴ１、ＡＮＴ２）を有する車載用パッシブレーダ装置である。当該車載用パッシブレーダ装置は、電波を受信した第１受信アンテナから出力される第１受信結果により示される受信強度と、電波を受信した第２受信アンテナから出力される第２受信結果により示される受信強度との差分が所定範囲内である場合に、第１受信結果と第２受信結果とをペアリングするペアリング手段（１４、３０）と、ペアリングされた第１受信結果と第２受信結果とに基づいて、対象の位置を検出する検出手段（１４、３０）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車載用パッシブレーダ装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、分散配置された複数のパッシブセンサを備え、各パッシブセンサからの処理データに基づいて目標の検出、測位、追尾の処理を行うパッシブレーダ装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−０６４６７３号公報

特許文献１に係るパッシブレーダ装置は、自ら電波を送信しないので、検出開始直後には対象物に係る角度しか検出できず、該対象物までの距離を検出するためには、該対象物から送信された電波を一定時間継続して検出することが必要である。特許文献１に係るパッシブレーダ装置が車両に搭載された場合、該パッシブレーダ装置を搭載する自車両や、対象物の一例としての他車両が比較的高速で移動するため、対象物から送信された電波をパッシブレーダ装置が一定時間継続して検出することができない。また、自ら電波を送信しないことに起因して、走行中に複数の他車両からの電波を検出した際、同一の他車両から送信された電波をペアリングすることができないので、この理由によっても、電波をパッシブレーダ装置が一定時間継続して検出することができない。つまり、特許文献１に係るパッシブレーダ装置が車両に搭載された場合、対象物の位置を検出することができないという技術的問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、対象物の位置を検出することができる車載用パッシブレーダ装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る車載用パッシブレーダ装置は、互いに離隔して配置された第１受信アンテナ及び第２受信アンテナを有する車載用パッシブレーダ装置であって、電波を受信した前記第１受信アンテナから出力される第１受信結果により示される受信強度と、電波を受信した前記第２受信アンテナから出力される第２受信結果により示される受信強度との差分が所定範囲内である場合に、前記第１受信結果と前記第２受信結果とをペアリングするペアリング手段と、ペアリングされた前記第１受信結果と前記第２受信結果とに基づいて、対象の位置を検出する検出手段と、を備えるというものである。

第１受信アンテナ及び第２受信アンテナにより電波が受信されれば、電波の放射源又は電波の反射物（上記“対象”に相当）に係る角度（例えば、当該車載用パッシブレーダ装置を中心とする方位角）を検出することができる。当該車載用パッシブレーダ装置では、ペアリング手段により、第１受信結果及び第２受信結果がペアリングされるので、複数の対象からの電波が検出された場合であっても、同一の対象から送信された電波を区別することができ、一の対象について、第１受信アンテナから見た角度と第２受信アンテナから見た角度とを取得することができる。第１受信アンテナ及び第２受信アンテナ間の距離は既知であるので、三角測量の原理により、一の対象の位置を検出することができる。つまり、当該車載用パッシブレーダ装置によれば、対象物の位置を検出することができる。

実施形態に係る車載用パッシブレーダ装置の構成を示すブロック図である。 ２つのパッシブレーダの連携方法の一例を示す図である。 ２つのパッシブレーダの連携方法の他の例を示す図である。 実施形態に係る距離の検出方法の概念を示す図である。 複数の目標が存在する状況の一例を示す図である。 複数の目標が存在する状況の他の例を示す図である。 実施形態の第１変形例に係る受信機の構成を示すブロック図である。 実施形態の第２変形例に係る受信機の構成を示すブロック図である。 実施形態の第３変形例に係る自ら電波を発しない対象の距離の検出方法の概念を示す図である。 実施形態の第４変形例に係る受信機の構成を示すブロック図である。

車載用パッシブレーダ装置に係る実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。

図１において、実施形態に係る車載用パッシブレーダ装置１００は、互いに離隔して配置された受信アンテナＡＮＴ１及び受信アンテナＡＮＴ２を有する。尚、車載用パッシブレーダ装置１００は、３以上の受信アンテナを有していてよい。

受信アンテナＡＮＴ１を有する受信機１０は、他に、増幅器１１、ミキサ１２、デジタイザ１３、信号処理部１４及び基本周波数発振器１５を有する。同様に、受信アンテナＡＮＴ２を有する受信機２０は、他に、増幅器２１、ミキサ２２、デジタイザ２３、信号処理部２４及び基本周波数発振器２５を有する。

受信機１０及び２０は、例えば７６．５ＧＨｚ±０．５ＧＨｚ、２４．１５ＧＨｚ±０．２５ＧＨｚ等の車載レーダに割り当てられた電波を検出（又は検波）可能に構成されている。つまり、受信機１０及び２０は、車載レーダに割り当てられた電波の周波数帯に対して、有効な同期検波回路又は相当の電波検出機能を有する。

増幅器１１及び２１各々は、受信アンテナＡＮＴ１又はＡＮＴ２から出力される受信信号を増幅する。ミキサ１２及び２２各々は、対象（例えば、他車両に搭載されたアクティブレーダ）から発せられた電波（即ち、レーダ波）、及び、対象（例えば、歩行者、自転車等）により反射された電波を検知する。デジタイザ１３及び２３各々は、ミキサ１２又は２３により検知された電波を取り込む。信号処理部１４及び２４各々は、デジタイザ１３又は２３により取り込まれた電波の位相情報を用いて測角を行う。基本周波数発振器１５及び２５各々は、ミキサ１２又は２２に、基準となる信号（ここでは、例えば７６．５ＧＨｚ、２４．１５ＧＨｚ等の車載レーダに割り当てられた電波の周波数の信号）を供給する。

増幅器１１及び２１、ミキサ１２及び２２、デジタイザ１３及び２３、信号処理部１４及び２４、並びに、基本周波数発振器１５及び２５には、既存の各種態様を適用可能であるので、その詳細な説明は省略する。尚、基本周波数発振器１５及び２５は、典型的には、デジタイザ１３又は２３により取り込まれた電波の位相情報に対してデジタル処理（例えば、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）を施して測角を行うように構成されているが、例えばアナログの相関器を用いて測角を行うように構成されていてもよい。受信機１０及び２０は、機械式走査方法によってアンテナＡＮＴ１又はＡＮＴ２を走査して測角するように構成されていてもよい。

尚、対象により反射された電波が検知される場合、直接波（即ち、電波の放射源から発せられた電波）と、反射波（即ち、対象により反射された電波）との時間差（例えば、直接波に対する反射波の遅延時間）を利用した、既存の測距方法も適用可能である。

車載用パッシブレーダ装置１００では、受信機１０及び２０が互いに接続されている。ここで、受信機１０及び２０の具体的な接続方法について図２及び図３を参照して説明する。

図２に示す、車載用パッシブレーダ装置１００の一例としての車載用パッシブレーダ装置１００ａでは、受信機１０及び２０の一方がマスタユニットとされ、受信機１０及び２０の他方がスレーブユニットとされる。そして、スレーブユニットの受信機が有する信号処理部の出力（具体的には、マスタユニットの受信機からのタイミング指示に従いスレーブユニットの受信機により行われた測角に係る情報）が、マスタユニットの受信機が有する信号処理部に入力される。

或いは、図３に示す、車載用パッシブレーダ装置１００の他の例としての車載用パッシブレーダ装置１００ｂでは、受信機１０及び２０の出力が、受信機１０及び２０とは異なる計算ユニット３０に入力される。つまり、車載用パッシブレーダ装置１００ｂでは、受信機１０及び２０が、計算ユニット３０を介して接続されている。計算ユニット３０は、例えば、車載用パッシブレーダ装置１００ｂを搭載する車両のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等であってよい。

以降の説明では、受信機１０及び２０が、図２及び図３に示した接続方法のいずれかにより、互いに接続されているものとして説明する。尚、図４以降では、受信機１０及び２０の接続態様の図示を割愛している。

車載用パッシブレーダ装置１００は、電波を受信した受信機１０から出力される第１受信結果により示される受信強度と、電波を受信した受信機２０から出力される第２受信結果により示される受信強度との差分が所定範囲内である場合に、第１受信結果と第２受信結果とをペアリングするペアリング手段を備える。尚、図２における「マスタユニットの受信機の信号処理部」及び図３における「計算ユニット３０」は、ペアリング手段の一例に相当する。

同一の対象から発せられた電波又は同一の対象により反射された電波が、受信機１０及び２０の両方により受信された場合、その受信強度は同程度となる。なぜなら、対象と車載用パッシブレーダ装置１００までの距離は、受信機１０と受信機２０との間の距離に比べて十分に長いので、対象から受信機１０までの距離と、該対象から受信機２０までの距離との差は無視できるからである。

「所定範囲」は、第１受信結果と第２受信結果とをペアリングするか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は、何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。このような「所定範囲」は、次ように求めればよい。即ち、実験的若しくは経験的に又はシミュレーションにより、例えば、受信機１０及び２０と対象との位置関係を様々に変更しつつ、該位置関係毎に、受信機１０に係る受信強度と受信機２０に係る受信強度との差分を求める。そして、該求められた差分の分布範囲に基づいて、上記「所定範囲」を求める。

車載用パッシブレーダ装置１００は、更に、ペアリングされた第１受信結果と第２受信結果とに基づいて、対象の位置を検出する検出手段を備える。尚、図２における「マスタユニットの受信機の信号処理部」及び図３における「計算ユニット３０」は、検出手段の一例に相当する。

ここで、対象の位置の検出方法の概念について図４を参照して説明する。図４において、目標（“対象”に相当）から発せられた電波又は目標により反射された電波を受信した受信機１０による測角の結果を“θ１”とし、該目標から発せられた電波又は該目標により反射された電波を受信した受信機２０による測角の結果を“θ２”とする。目標からアンテナの基準面に下した垂線の長さを“ｄ”（車載用パッシブレーダ装置１００から目標までの距離に相当）とする。受信アンテナＡＮＴ１と受信アンテナＡＮＴ２との間の基線長を“ｌ”とする。このとき、“ｄ”は、次式（１）により表すことができる。

つまり、車載用パッシブレーダ装置１００では、三角測量の原理に従って、当該車載用パッシブレーダ装置１００から目標までの距離が求められる。この結果、車載用パッシブレーダ装置１００は、目標の位置を検出することができる。尚、距離ｄを精度よく求めるためには、受信アンテナＡＮＴ１と受信アンテナＡＮＴ２との間の距離（即ち、基線長）が精度よく特定できさえすればよく、受信機１０及び２０各々の取り付け精度は重要ではない。

車載用パッシブレーダ装置１００では、上述したように、ペアリング手段により第１受信結果と第２受信結果とのペアリングが行われるので、例えば図５に示すような複数の目標（“対象”に相当）各々の位置を同時に（又は並行して）検出することができる。

尚、例えば図６に示すように、受信機１０の視線方向に複数の目標（ここでは、目標１及び目標２）が重なっている場合、受信機１０では、目標１、又は、反射強度の強い目標２のみが検出される。この場合、受信機１０により検出されなかった目標２又は目標１については、車載用パッシブレーダ装置１００からの距離を求めることはできない。しかしながら、このような場合であっても、車載用パッシブレーダ装置１００では、目標１又は目標２について、受信機２０による測角結果を得ることはできる。このため、車載用パッシブレーダ装置１００によれば、目標失探のリスクを低減することができ、もって、検出の信頼度を向上することができる。

（技術的効果）
車載用パッシブレーダ装置１００では、２つの受信機１０及び２０が互いに接続されるとともに、受信機１０及び２０各々の受信結果（即ち、第１受信結果及び第２受信結果）がペアリングされることにより、対象の位置を検出することができる。つまり、受信機（即ち、パッシブレーダ）１台のみでは、対象に係る測角結果（例えば方位角）しか取得できないところ、車載用パッシブレーダ装置１００では、２つの受信機１０及び２０が互いに接続される（言い換えれば、受信機１０及び２０が連携する）ことにより、対象の位置を検出することができる（言い換えれば、対象に係る測角結果及び測距結果を取得することができる）。

車載用パッシブレーダ装置１００は更に、一の対象に係る測角結果及び測距結果を時系列に沿って追跡することにより、該一の対象から発せられた電波又は該一の対象により反射された電波の位相速度も同定することができる。加えて、車載用パッシブレーダ装置１００は、電波を放射しないが故に、例えば電波法等の規制を受けることがないので、その仕様の自由度が比較的高い。

例えば、渋滞が発生している道路や交差点等、アクティブレーダを搭載した車両が比較的多く存在する場所においては、次のような問題が生じることがある。即ち、アクティブレーダを搭載した車両では、自身から発せられた電波と、他車両に搭載されたアクティブレーダが発した電波とが干渉することにより誤検出が生じる可能性がある。しかるに車載用パッシブレーダ装置１００は、電波を放射しないが故に、アクティブレーダを搭載した車両が比較的多く存在する場所においても、誤検出を回避することができる。

アクティブレーダを用いた距離検出では、レーダ波（即ち、電波）の伝搬長は、レーダから検出対象までの距離の２倍となる。なぜなら、レーダ波は、レーダと検出対象との間を往復するからである。他方、パッシブレーダを用いた距離検出では、レーダ波の伝搬長は、レーダから検出対象までの距離と等しい。加えて、アクティブレーダを用いた距離検出では、検出対象で反射されるレーダ波が、該検出対象の面積や表面材質の影響を受ける。他方で、パッシブレーダを用いた距離検出では、検出対象から発せられた電波（例えばレーダ波）が検出されるので、検出対象の面積や表面材質の影響を受けない。このため、パッシブレーダを用いた距離検出は、アクティブレーダを用いた距離検出に比べて、検出精度を大幅に（例えば２倍以上）向上することができる。

加えて、アクティブレーダでは、送信アンテナと受信アンテナとが隣接しているが故に、自身が発するレーダ波の回り込みによる受信系のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ）が悪化する可能性がある。これに対して、パッシブレーダは、送信アンテナが存在しないので、原理上、上記のような受信系のＳ／Ｎの悪化は生じない。このため、パッシブレーダを用いた距離検出では、検出精度の更なる向上を期待することができる。

上述したように、車載用パッシブレーダ装置１００は、対象により反射された電波も受信可能である。このため、車載用パッシブレーダ装置１００は、例えばアクティブレーダを搭載する他車両等の他に、アクティブレーダから発せられた電波を反射する、例えば歩行者、自転車等のアクティブレーダを搭載しないものも検知することができる。具体的には、車載用パッシブレーダ装置１００は、例えば交差点で信号待ちをしている他車両に搭載されたアクティブレーダから発せられた電波を反射した歩行者等を検知することができる。

車載用パッシブレーダ装置１００から比較的離れた位置に電波の放射源が存在する場合、該放射源から発せられた電波の受信機１０及び２０での受信強度と、車載用パッシブレーダ装置１００に比較的近い位置に存在する反射物により反射された電波の受信機１０及び２０での受信強度とが比較的近い値になることがある。このような場合、受信強度に基づいて対象までの距離を識別する比較例に係るレーダ装置は、対象までの距離を誤って識別する可能性がある。

車載用パッシブレーダ装置１００では、上述したように、測角結果に基づいて、三角測量の原理に従って、当該車載用パッシブレーダ装置１００から目標までの距離が求められる。つまり、車載用パッシブレーダ装置１００では、受信強度に基づく距離の検出は行われないので、上記のような距離の誤識別は生じない。

＜第１変形例＞
受信機１０及び２０の一具体例として、図７に示すような、受信アンテナを複数本備える受信機が挙げられる。図７に示す受信機のように構成すれば、例えばＤｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ等の信号処理による対象に係る測角を好適に行うことができる。

＜第２変形例＞
受信機１０及び２０の他の具体例として、図８に示すような、受信アンテナを複数本備える受信機が挙げられる。図７に示す受信機との違いは、物理的に受信指向性を可変させるための位相制御装置を備える点である。図８に示す受信機のように構成すれば、例えばアクティブビームフォーミングによる対象に係る測角を好適に行うことができる。

＜第３変形例＞
上述したように、車載用パッシブレーダ装置１００は、対象により反射された電波も受信可能である。図９は、図４と同様の、自ら電波を発しない対象の距離の検出方法の概念を示す図である。図９における電波放射源は、例えば、他車両に搭載されたアクティブレーダ、電柱又は信号柱に設置された電波送信機、等であってよい。尚、電柱又は信号柱に設置される電波送信機については、例えば電波法により規定される特定小電力無線を越える空中線電力を持った電波送信機とすることができる。このように構成すれば、例えば歩行者等の低ＲＣＳ（Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ−Ｓｅｃｔｉｏｎ）対象を、車載用パッシブレーダ装置１００により好適に検出することができる。

車載用パッシブレーダ装置１００が自ら電波を発しない対象を観測可能な範囲は、該対象の電波反射特性によって変化する。しかしながら、車載用パッシブレーダ装置１００は、該対象により反射された電波を受信できさえすれば、上述した式（１）により、該対象の距離（更には、該対象の位置）を検出することができる。

＜第４変形例＞
受信機１０及び２０の少なくとも一方は、アクティブレーダの受信系の構成が流用されてもよい。具体的には、受信機１０及び２０の少なくとも一方は、図１０に示すような構成であってよい。

この場合、アクティブレーダを、車載用パッシブレーダ装置１００の受信機（即ち、パッシブレーダ）として機能させるために、該アクティブレーダの送信系に、例えばＲＦスイッチを追加して、該アクティブレーダから電波が発せられないようにしている。尚、アクティブレーダの送信系のアンプの操作のみで、完全に電波の送出を停止することができる場合は、ＲＦスイッチは不要である。

アクティブレーダの受信系のミキサ・フィルタには、該アクティブレーダの送信系の基本周波数発振器から基準となる信号（ここでは、例えば７６．５ＧＨｚ、２４．１５ＧＨｚ等の車載レーダに割り当てられた電波の周波数の信号）が供給される。アクティブレーダの受信系は、デジタル処理により測角を行うように構成されていてもよいし、例えばアナログの相関器を用いて測角を行うように構成されていてもよい。

＜その他＞
車載用パッシブレーダ装置１００は、アクティブレーダの子機として利用されてよい。この場合、車載用パッシブレーダ装置１００とアクティブレーダとの同期をとるために、検波対象の周波数帯に応じて、光ファイバ又は同軸ケーブルにより両者が接続されていてよい。

車載用パッシブレーダ装置１００は、電波に代えて光波を受信可能に構成されていてよい。つまり、車載用パッシブレーダ装置１００は、例えばＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）等の光センサを用いた装置として構成されていてよい。

以上に説明した実施形態及び変形例から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。

発明の一態様に係る車載用パッシブレーダ装置は、互いに離隔して配置された第１受信アンテナ及び第２受信アンテナを有する車載用パッシブレーダ装置であって、電波を受信した前記第１受信アンテナから出力される第１受信結果により示される受信強度と、電波を受信した前記第２受信アンテナから出力される第２受信結果により示される受信強度との差分が所定範囲内である場合に、前記第１受信結果と前記第２受信結果とをペアリングするペアリング手段と、ペアリングされた前記第１受信結果と前記第２受信結果とに基づいて、対象の位置を検出する検出手段と、を備えるというものである。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車載用パッシブレーダ装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０、２０…受信機、１１、２１…増幅器、１２、２２…ミキサ、１３、２３…デジタイザ、１４、２４…信号処理部、１５、２５…基本周波数発振器、３０…計算ユニット、１００、１００ａ、１００ｂ…車載用パッシブレーダ装置

Claims (1)

1. 互いに離隔して配置された第１受信アンテナ及び第２受信アンテナを有する車載用パッシブレーダ装置であって、
   電波を受信した前記第１受信アンテナから出力される第１受信結果により示される受信強度と、電波を受信した前記第２受信アンテナから出力される第２受信結果により示される受信強度との差分が所定範囲内である場合に、前記第１受信結果と前記第２受信結果とをペアリングするペアリング手段と、
   ペアリングされた前記第１受信結果と前記第２受信結果とに基づいて、対象の位置を検出する検出手段と、
   を備えることを特徴とする車載用パッシブレーダ装置。

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