JP3246803B2 - 距離・相対速度検出回路及びこれを用いた車両用レーダ装置 - Google Patents

距離・相対速度検出回路及びこれを用いた車両用レーダ装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両に搭載される車両
用レーダ装置に関し、特に自車と対象物の距離や自車に
対する対象物の相対速度を検出する回路に関する。
【0002】
【従来の技術】車両用レーダ装置は、車両の前方、後方
等に存在する対象物(他の車両、ガードレール、建物
等)を検出するために用いられるレーダ装置である。車
両用レーダ装置には、大きく分けて、光方式のものと電
波方式のものがある。光方式においてはレーザや赤外線
が搬送波として用いられる。電波方式においては、パル
ス方式、FM−CW方式等の変調方式が用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】車両用レーダ装置とし
ては、近年、スペクトラム拡散方式を用いた装置が開発
されている。スペクトラム拡散方式としては直接拡散
(Direct Scattering:DS)方式や周波数ホッピング
(Frequency Hopping:FH)方式が知られているが、車
両用レーダ装置において用いられるDS方式は、擬似雑
音(Psudo Noise :PN)符号により搬送波を位相変調
し、位相変調した信号を送信信号として用いる方式であ
る。送信信号は対象物により反射され、コスタスループ
等のキャリア同期回路に入力される。従って、この方式
においては、受信信号に位相・周波数同期した信号が得
られるから、ドプラ周波数の抽出、すなわち自車に対す
る対象物の相対速度の検出が可能である。
【0004】ここに、車両用レーダ装置に対して要求さ
れる測距範囲は数100mという近距離である。従っ
て、上述のキャリア同期回路を用いたスペクトラム拡散
方式を採用する場合、高速の位相・周波数同期を実現す
る必要がある。これは、車両用レーダ装置を実現する上
でのコストを増大させる。
【0005】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、より高速に距離・
相対速度を検出することが可能な装置をより安価に実現
可能にすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の距離・相対速度検出回路は、対象物
への送信信号に位相変調を施す際用いたPN符号に対
し、所定の遅延量だけ遅延した位相を有する遅延PN符
号を、遅延量を変化させつつ発生させる手段と、対象物
から受信した反射波をダウンコンバートした信号である
受信信号に、遅延PN符号を乗ずる手段と、遅延PN符
号を乗じた後の受信信号から当該受信信号の基本周波数
近傍の周波数成分を抽出する手段と、抽出された周波数
成分のレベルが最大となるときの遅延量を検出する手段
と、検出された遅延量に基づき自車と対象物の距離を算
出する手段と、抽出された周波数成分をさらにダウンコ
ンバートする手段と、このダウンコンバートにより得ら
れる信号の周波数に基づき、自車に対する対象物の相対
移動により生じるドプラ偏移を検出する手段と、検出し
たドプラ偏移に基づき、自車に対する対象物の相対速度
を算出する手段と、を備え、車両に搭載されることを特
徴とする。
【0007】また、本発明の車両用レーダ装置は、PN
符号を発生させる手段と、発生させたPN符号により搬
送波を位相変調し送信信号として対象物に送信する手段
と、対象物からの反射波を受信する手段と、本発明の距
離・相対速度検出回路と、を備え、車両に搭載されるこ
とを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明の距離・相対速度検出回路においては、
まず、遅延PN符号が生成される。この遅延PN符号
は、送信の際用いたPN符号に対し所定の遅延量だけ遅
延した位相を有している。さらに、この遅延PN符号
は、受信信号に乗ぜられる。この受信信号は、対象物か
ら受信した反射波をダウンコンバートした信号である。
この時、送信の際用いたPN符号に対する遅延PN符号
の遅延量が、送信信号の送信から反射波の受信までに要
した時間、すなわち自車と対象物の間の往復距離に相当
する時間にほぼ一致しているならば、遅延PN符号を乗
じた後の受信信号は、概ね単一の周波数成分のみを含む
信号となる。これと異なり、送信の際用いたPN符号に
対する遅延PN符号の遅延量が送信信号の送信から反射
波の受信までの時間と一致していない場合には、遅延P
N符号を乗じた後の受信信号は多くの周波数成分を含む
信号となる。従って、遅延PN符号を乗じた後の受信信
号から例えばフィルタを用いてその基本周波数近傍の周
波数成分のみを抽出し、抽出した周波数成分のレベルを
監視することにより、自車と対象物の距離を検出するこ
とができる。すなわち、本発明においては、抽出された
周波数成分のレベルが最大となるときの遅延量が検出さ
れ、検出された遅延量に基づき自車と対象物の距離が算
出される。従って、本発明においては、コスタスループ
等を用いることなく自車と対象物の距離が検出され、比
較的低コストでかつ高速処理可能な回路が実現される。
【0009】また、本発明においては、遅延PN符号を
乗じた後の受信信号から抽出された周波数成分がさらに
ダウンコンバートされる。これにより得られる信号の周
波数は、自車に対する対象物の相対速度を示している。
すなわち、この信号の周波数を監視することにより、自
車に対する対象物の相対移動により生じるドプラ偏移を
検出することができる。本発明においては、検出したド
プラ偏移に基づき、自車に対する対象物の相対速度が算
出される。従って、本発明の相対速度検出回路において
は、コスタスループ等のキャリア同期回路を用いること
なく、自車に対する対象物の相対速度が高速検出され
る。
【0010】そして、本発明の車両用レーダ装置には、
上述した本発明の距離・相対速度検出回路が搭載され
る。すなわち、本発明においては、自車と対象物の距離
又は自車に対する対象物の相対速度が高速検出されるこ
ととなり、また装置のコスト低減が実現される。
【0011】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。
【0012】図1には、本発明の一実施例に係る車両用
レーダ装置の構成が示されている。また、図2には、こ
の実施例の各部動作が示されている。
【0013】図1に示される車両用レーダ装置は、ま
ず、対象物に向け信号を送信する手段として送信用発振
器10、送信トリガ回路12、PN発生器14、位相変
調器16及び送信用空中線18を備えている。送信トリ
ガ回路12はPN発生器14に対し送信トリガを供給
し、PN発生器14はこの送信トリガに応じて送信用P
N符号を発生させる。一方で、送信用発振器10は搬送
波を発生させる。搬送波は例えば図2(a)に示される
ような波形を有しており、送信用PN符号は例えば図2
(b)に示されるような符号である。位相変調器16
は、送信用PN符号により搬送波を位相変調し、これを
送信用空中線18に供給する。送信用空中線18は、例
えば車両の前部又は後部等に設けられており、対象物
(他の車両等)に対し位相変調された搬送波を送信す
る。図2(a)に示される搬送波を図2(b)に示され
る送信用PN符号で位相変調した場合、送信用空中線1
8から対象物に向け送信される送信波(変調波)は、図
2(c)に示されるような波となる。
【0014】送信用空中線18から送信された送信波
は、対象物によって反射され、受信用空中線20によっ
て受信される。受信用空中線20は、例えば車両の前部
又は後部に配置されている。送信用空中線18によって
送信された送信波が図2(c)に示されるような信号で
ある場合、受信用空中線20によって受信される信号
は、送信した信号を遅延した信号、例えば図2(d)に
示されるような信号となる。遅延量は、送信用空中線1
8から対象物を経て受信用空中線20に至る距離を電波
が伝搬するために必要な時間に相当している。従って、
この遅延量を検出することができれば、送信用空中線1
8及び受信用空中線20が搭載される車両(自車)から
対象物までの距離を検出することができる。
【0015】図1に示される車両用レーダ装置は、受信
用空中線20によって受信された信号を第1中間周波数
(IF)信号に変換する手段として局部発振器22及び
周波数変換回路24を備えている。すなわち、局部発振
器22は所定の周波数を有する第1局部発振信号を発生
させ、周波数変換回路24はこの第1局部発振信号を受
信用空中線20によって受信された信号と混合すること
により、第1IF信号を発生させる。
【0016】本実施例の特徴に係る距離検出及び相対速
度検出は、この第1IF信号に遅延PN符号を乗じ、さ
らに帯域制限を施すことにより、実現可能となる処理で
ある。本実施例においては、遅延PN符号はPN発生器
28及び遅延回路30により生成され、遅延PN符号と
第1IF信号の乗算は乗算器26によって実行され、帯
域制限はBPF30によって実行される。
【0017】まず、PN発生器28は、送信トリガ回路
12から供給される送信トリガに応じてPN符号を発生
させる。遅延回路30は、送信トリガ回路12からの送
信トリガの供給に応じ、PN発生器28によって生成さ
れたPN符号を遅延させ、これにより遅延PN符号を発
生させる。遅延量は、少なくとも相関ありと判定される
まで(後述)、漸増/漸減設定される。遅延回路30か
ら出力される遅延PN符号は乗算器26に供給され、乗
算器26によりこの遅延PN符号が第1IF信号に乗ぜ
られる(直接逆拡散)。この結果得られる信号はBPF
32に供給され、第1IF信号の基本周波数近傍の周波
数成分のみが抽出される。
【0018】ここに、送信用PN符号に対する遅延PN
符号の遅延量が自車と対象物の間を電波が往復するのに
要する時間と大きく異なっている場合、乗算器26から
出力される信号の基本周波数成分のレベルは低くなる。
例えば遅延回路30から出力される遅延PN符号が、図
2(b)に示される送信用PN符号に対し遅延量=0の
遅延PN符号である場合、すなわち図2(e)に示され
るような遅延PN符号である場合、第1IF信号とこの
遅延PN符号を乗じた結果得られる信号は図2(f)に
示されるような信号となる。これに対し、送信用PN符
号に対する遅延PN符号の遅延量が、電波が自車と対象
物との間を往復するのに要する時間とほぼ一致している
場合には、すなわち遅延PN符号が図2(g)に示され
るような符号である場合には、乗算器26から出力され
る信号は図2(h)に示されるようにほぼ単一の周波数
成分(基本周波数成分)のみを有する信号となる。従っ
て、BPF32から出力される信号のレベルは高くな
る。
【0019】相関判定回路34及び距離計算回路36
は、このような現象を利用して自車と対象物の距離を検
出する手段である。すなわち、相関判定回路34は、B
PF32の出力レベルが高い場合に(最大である場合
に)相関有りと判定し、距離計算回路36に距離データ
の算出を指令する。距離計算回路36は、送信トリガ回
路12から供給される送信トリガに応じ、遅延回路30
の遅延量を入力し、この遅延量を自車と対象物の距離に
換算する。この換算により得られた距離は、距離データ
として図示しない回路に出力される。
【0020】このように、本実施例においてはコスタス
ループ等のキャリア同期回路を用いることなく距離検出
が実行される。
【0021】本実施例の車両用レーダ装置は、さらに、
相対速度を検出する手段として局部発振器38、周波数
変換回路40、F−Vコンバータ42及び相対速度計算
回路44を備えている。これらの回路のうち局部発振器
38及び周波数変換回路40は、BPF32から出力さ
れる遅延PN符号が乗ぜられた第1IF信号を第2IF
信号に変換する手段である。すなわち、局部発振器38
は所定の周波数で発振し、周波数変換回路40はこの局
部発振器38の出力(第2局部発振信号)をBPF32
の出力と混合することにより、BPF32の出力をより
低い周波数の成分に変換する。この結果得られる信号の
周波数は、自車に対する対象物の相対移動によって生じ
るドプラ偏移±Δfdを有している。すなわち、自車に
対して対象物が静止している場合の周波数変換回路40
の出力周波数をfとした場合、自車に対して対象物が相
対的に移動している場合の周波数変換回路40の出力周
波数はf±Δfdとなる。F−Vコンバータ42は、周
波数変換回路40の出力周波数f±Δfdを電圧に変換
して相対速度計算回路44に供給する。一方で、相関判
定回路34は、BPF32の出力レベルが高い場合に
(最大である場合に)相関有と判断し、相対速度計算回
路44に相対速度データの算出を指令する。
【0022】相対速度計算回路44は、F−Vコンバー
タ42から供給される電圧、すなわちドプラ偏移±Δf
dを成分として含む電圧に基づき、かつ、相関判定回路
34からの指令に応じ、自車に対する対象物の相対速度
を計算し、相対速度データとして出力する。なお、周波
数fは、F−Vコンバータ42が精度良く動作できる程
度に十分低くなければならない。また、相対速度計算回
路44から出力される相対速度データは、正負の相対速
度データである。
【0023】従って、本実施例においては、やはりコス
タスループ等を用いることなく自車に対する対象物の相
対速度が算出される。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
送信の際使用したPN符号に対して遅延した遅延PN符
号を受信信号に乗ずる直接逆拡散操作及びこれにより得
られた信号のフィルタリングを実行するようにしたた
め、抽出された周波数成分に係る相関判定(抽出された
周波数成分のレベルが最大となる遅延量の検出)により
対象物までの距離を測定することが可能となる。また、
抽出された周波数成分をダウンコンバートすることによ
り、自車に対する対象物の相対速度をドプラ偏移として
検出することが可能となる。この結果、コスタスループ
等のキャリア同期回路を用いることなく、従って、装置
コストの増大を招くことなく、距離及び相対速度を高速
検出することが可能となり、車両の安全により有意な車
両用レーダ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る車両用レーダ装置の構
成を示すブロック図である。
【図2】この実施例の動作を示す図である。
【符号の説明】
10 送信用発振器 12 送信トリガ回路 14,28 PN発生器 16 位相変調器 18 送信用空中線 20 受信用空中線 22,38 局部発振器 24,40 周波数変換回路 26 乗算器 30 遅延回路 32 BPF 34 相関判定回路 36 距離計算回路 42 F−Vコンバータ 44 相対速度計算回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象物への送信信号に位相変調を施す際
    用いた擬似雑音符号に対し、所定の遅延量だけ遅延した
    位相を有する遅延擬似雑音符号を、遅延量を変化させつ
    つ発生させる手段と、 対象物から受信した反射波をダウンコンバートした信号
    である受信信号に、遅延擬似雑音符号を乗ずる手段と、 遅延擬似雑音符号を乗じた後の受信信号から当該受信信
    号の基本周波数近傍の周波数成分を抽出する手段と、 抽出された周波数成分のレベルが最大となるときの遅延
    量を検出する手段と、 検出された遅延量に基づき自車と対象物の距離を算出す
    る手段と、 抽出された周波数成分をさらにダウンコンバートする手
    段と、 このダウンコンバートにより得られる信号の周波数に基
    づき、自車に対する対象物の相対移動により生じるドプ
    ラ偏移を検出する手段と、 検出したドプラ偏移に基づき、自車に対する対象物の相
    対速度を算出する手段と、 を備え、 車両に搭載されることを特徴とする距離・相対速度検出
    回路。
  2. 【請求項2】 擬似雑音符号を発生させる手段と、 発生させた擬似雑音符号により搬送波を位相変調し送信
    信号として対象物に送信する手段と、 対象物からの反射波を受信する手段と、 請求項1記載の距離・相対速度検出回路と、 を備え、 車両に搭載されることを特徴とする車両用レーダ装置。
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