JP3556787B2

JP3556787B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP3556787B2
Application number: JP33643096A
Authority: JP
Inventors: 和久佐藤; 穣小島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2016-12-02
Also published as: JPH10160837A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ミリ波帯の電波やレーザ光線などを用いた衝突警報システムなどに利用されるレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
追突や衝突防止用警報装置などへの応用を目指して、ミリ波帯の電波やレーザ光線を用いた車載用のレーダシステムが開発されてきた。この車載用レーダシステムでは、先行車両などの反射物体（「標的」と称する）との距離だけでなく、車両からみた標的の方向（以下「方位」と称する）も検出するために、電波や光線のビームの走査（スキャン）が行われる。このようなビームの走査は、標的の方位の検出や検出範囲の拡大という目的からだけでなく、車両の旋回状態に応じて標的の検出範囲を変更する目的からも必要とされる技術である。
【０００３】
上記ビームの走査方法は、機械式のものと電子式のものとに大別される。機械式の走査には、レーダ装置全体や一次放射器に対向させて配置した反射鏡などを回転させるものなどがある。電子式の走査には、複数のアンテナ素子や一次放射器を配列しておきそれぞれから配列の順に電波ビームを放射させるものや、給電する電波の位相を変化させて放射ビームの方向を変化させるフェイズドアレイなどが知られている。
【０００４】
上記レーダ装置、特に電波を用いた車載用レーダ装置は大型なため車室内に設置することが困難であり、車両前方のバンパーの裏側などの車外に配置される場合が多い。このレーダ装置が設置される車外は、空調のきいた車室内とは全く異なり、季節や地域により大幅に変動する周囲温度や、車両の走行に伴う振動や衝撃などの悪環境に置かれるため、装置の送信レベルの低下、受信感度の低下、内部雑音の増加など種々の特性の劣化が生じやすい。
【０００５】
【発明が解決しよとうする課題】
上記従来のレーダ装置では、車外の悪環境下でも出荷時の特性を維持できるように、使用部品の温度特性の改善、ヒーターや冷却装置の付加による筐体内の恒温化、耐震化などの対策が企画されてきた。しかしながら、このような対策だけでは装置の製造費用が上昇するという問題がある。
従って、本発明の目的は、製造費用の上昇を抑えつつ電気的特性を維持することが可能なレーダ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本発明の一つのレーダ装置は、機械又は電子走査によって照射方向が変更されるビームの走査範囲が物体の検出に必要な物体検出用走査範囲と装置内部の較正に必要な較正用走査範囲とから成り、前記較正用走査範囲には電波吸収体、反射体又は遅延反射体が設置される。
【０００７】
本発明の他の一つのレーダ装置は、機械又は電子走査によって照射方向が変更されるビームの走査範囲に、間欠的に出現する電波吸収体、反射体又は遅延反射体が設置される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態によれば、機械又は電子走査によって照射方向が変更されるビームの走査範囲に間欠的に出現する電波吸収体、反射体又は遅延反射体は、電子走査によって変更される各ビームを通過させるスリットが半径方向と円周方向とにずらされて形成された電波吸収体、反射体又は遅延反射体の回転板から成っている。
【０００９】
【実施例】
図１は、本発明の第１の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図であり、１１はレーダ送受信器、１２は電波吸収体、１３は反射体である。このレーダ送受信器１１は、送受共用のアンテナ１１ａの機械走査又は電子走査によって照射方向が変更されるミリ波帯の電波のビームを前方に放射する。このビームの走査範囲の中央部には物体の探知に必要な探知範囲が設定されると共に、この探知範囲の両側には装置内部の較正に必要な第１，第２の較正範囲が設定されている。
【００１０】
第１の較正範囲には電波吸収体１２が配置されると共に、第２の較正範囲には所定の位置に反射体１３が配置される。反射体１３は、金属など大きな反射率を有する素材の板からなり、レーダ送受信器１１からこのレーダ装置が探知可能な最短距離の位置に配置される。
【００１１】
送受共用のアンテナ１１ａの機械走査又は電子走査によって、まず、電波吸収体１２が設置された第１の較正範囲が走査され、次いで、中央部分の探知範囲が走査され、最後に反射体１３が設置された第２の較正範囲が走査される。引き続き、逆の順序、すなわち第２の較正範囲、探知範囲、第１の較正範囲の順に各範囲が走査される。上述のような左右への往復走査が適宜な周期で反復される。
【００１２】
第１の較正範囲の走査に際しては、送受共用のアンテナ１１ａから放射された電波は電波吸収体１２で吸収されるので、反射波が発生しない。このため、レーダ送受信器１１には反射波が受信されず、その出力は雑音に他ならない。この雑音としては、一般に、外部から到来する他の車両のレーダ装置からの干渉波などの外来雑音成分と、熱雑音や１／ｆ雑音など受信器内部で発生する内部雑音成分とが混在する。
【００１３】
しかしながら、この実施例では外来雑音は電波吸収体１２で遮蔽されるため、内部雑音のみが検出される。この検出した内部雑音を最小となるように周波数混合器（ミキサ）や、増幅器などの素子や回路のバイアス電圧の調整が行われたりする。探知範囲では、探知対象の他の車両などによって発生した反射波が送受共用のアンテナ１１ａを通して送受信器１１の受信器に受信される。
【００１４】
第２の較正範囲では、そこに置かれる反射体１３が金属板など大きな反射率の反射体から成るため、ここで生じた大きなレベルの反射波が送受共用のアンテナ１１ａを経てレーダ送受信器１１の受信器に受信される。この受信器出力は、このレーダ装置が処理可能な信号の最大レベルであり、これが予め定めた一定値と常時一致するように、増幅器の利得、減衰器の減衰量、各部の入出力インピーダンス、バイアス電圧などの制御、あるいは、送信信号の周波数の制御などが行われる。
【００１５】
上述のように、第１の実施例によれば、探知範囲の両側で、雑音の検出と受信反射波の最大レベルの調整が行われる。この第１の実施例を変形した第２の実施例は、図１中の第２の較正範囲から反射体１３を撤去すると共に、この第２の較正範囲については電波の送信を行わず、受信のみを行うように構成されている。
【００１６】
この時受信されるのは、前述の内部雑音に外来雑音が混在した雑音であり、第１の較正範囲で既に検出済みの内部雑音を参考にしてこの外来雑音の平均レベルや周波数スペクトルが検出され、メモリに保存される。このメモリに保存された外来雑音は、次に、探知範囲から受信される反射波の処理に先立って、この反射波から減算されることにより、受信信号に混在する外来雑音の除去が行われる。
【００１７】
図２は、本発明の第３の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図であり、２１はレーダ送受信器、２２はスリットが形成されたスリット付き電波吸収体、２３はモータである。
【００１８】
レーダ送受信器２１は、電波の放射方向を放射ビームの幅方向に少しずつずらして配列した５個の送受共用の開口面アンテナ２１ａ〜２１ｅを備えている。このレーダ送受信器２１の前方には、円板状のスリット付き電波吸収体２２が、その中心をモータ２３の回転軸に固定した状態で配置されている。図３の平面図も参照すると、スリット付き電波吸収体２２には、送受共用のアンテナ２１ａ〜２１ｅのそれぞれから放射されるビームを選択的にかつ回転に伴う時間差をもたせて通過させるために、円板の径方向と周方向に配置をずらしながら形成した５個のスリット２２ａ〜２２ｅが形成されている。
【００１９】
スリット付き電波吸収体２２の回転に伴って、送受共用のアンテナ２１ａから放射された電波がスリット２２ａを通して放射され、他の車両などの探知対象物で反射された反射波が同一のスリット２２ａを通して送受共用のアンテナ２１ａに受信される。すなわち、送受共用のアンテナ２１ａを含む送受信チャネルでは他の車両などの対象物の探知状態となる。この時、残る４個のアンテナ２１ｂ〜２１ｅから放射された電波ビームは電波反射体で吸収され、反射ビームが発生しない。このため、送受共用のアンテナ２１ｂ〜２１ｅを含む残り４個の送受信チャネルは、雑音の検出状態となる。
【００２０】
スリット付き電波吸収体２２の回転に伴い、スリット２２ａがアンテナ２１ａから遠ざかり、入れ代わりに、スリット２２ｂがアンテナ２１ｂの前方に移動する。これに伴い、このアンテナ２１ｂを含む送受信チャネルが対象物の探知状態となり、他の４個のアンテナを含む送受信チャネルが雑音の検出状態となる。このように、５個の送受共用のアンテナ２１ａ〜２１ｅを含む５個の送受共用チャネルのうちの一つが配列の順に対象物の探知状態となり、残り４個の送受信チャネルが雑音の検出状態となる。
【００２１】
各送受信チャネルは、検出された雑音を最小とするようにバイアス電圧を制御したり、検出済みの雑音を探知状態下で検出された反射波から減算するために、その周波数スペクトルや平均レベルをメモリに保存したりする。
【００２２】
以上、電子走査の場合を例にとってこの第３の実施例を説明したが、機械走査の場合にもこの実施例を適用できる。
【００２３】
図４は、本発明の第４の実施例のレーダ装置を構成するスリット付き電波吸収体２２’の構成を示す平面図である。この第４の実施例が前述した第３の実施例と異なる点は、円板状のスリット付き電波吸収体２２’の一部が電波吸収体ではなく金属などの反射体２２ｆで置き換えられている点であり、その他の点は、図２に示す第３の実施例の構成と同一である。
【００２４】
従って、この反射体２２ｆが、レーダ送受信器２１のアンテナ２１ａ〜２１ｅの前方に位置する期間内は、各アンテナを含む対応の各送受信チャネルにおいて図１の第１の実施例における第２の較正範囲の走査期間内と同様に、受信反射波の最大レベルの調整が行われる。なお、電波吸収体がアンテナ２１ａ〜２１ｅの前方に位置する期間内は、上記第１〜第３の実施例と同様に、雑音の検出とその保存やバイアス電圧の調整などが行われる。
【００２５】
図５は本発明の第５の実施例の構成を示すブロック図であり、３１はレーダ送受信器、３１ａは送受共用のアンテナ、３２は反射板、３３はモータ、３４は電波吸収体である。反射板３２の中央部分は紙面に垂直な方向に延長されるモータ３３の回転軸に固定され、回転する。
【００２６】
図５（Ａ）に示すように、レーダ送受信器３１の送受共用のアンテナ３１ａから放射された電波ビームは、金属などで構成される反射板３２で反射されて外部に放射され、他の車両などの対象物で反射された反射ビームは、上記放射ビームと逆の経路を辿ってレーダ送受信器３１の受信器に受信される。反射板の角度が変化することによって放射ビームの機械式走査が行われる。
【００２７】
反射板３２の回転に伴って、その回転角度が走査範囲外の値になると、電波ビームの放射が中断される。図５（Ｂ）に示すように、反射板３２が更に回転して反射板３２が送受共用のアンテナ３１ａに対向する状態になると、電波ビームの放射が再び開始される。放射された電波ビームは反射板３２で反射され、送受共用のアンテナ３１ａを経て送受信器３１の受信器に受信される。この状態では、受信レベルが最大となり、これが予め定めた一定値と常時一致するように、増幅器の利得や自動利得制御機構の調整などが行われる。
【００２８】
図５（Ｃ）に示すように、反射板３２が更に回転して電波吸収体３４が送受共用のアンテナ３１ａに対向する状態になると、電波ビームの放射が再び開始される。この状態で、雑音の検出とその保存や、この雑音を最小とするようなバイアス電圧の調整などが行われる。
【００２９】
図６は、本発明の第６の実施例の構成を示すブロック図であり、４１は送受信器、４２はポリゴンミラー、４３は電波吸収体４３である。図６に示すように、レーダ送受信器４１の送受共用のアンテナ４１ａから放射された電波ビームは、金属などで構成されるポリゴンミラー４２の反射面で反射されて外部に放射され、他の車両などの対象物で反射された反射ビームは、上記放射ビームと逆の経路を辿ってレーダ送受信器４１の受信器に受信される。ポリゴンミラーの回転に伴い反射面の角度が変化することによって放射ビームの機械式走査が行われる。
【００３０】
ポリゴンミラー４２の回転に伴って、その回転角度が走査範囲外の値になると、アンテナ４１ａからの電波ビームの放射が中断される。反射面が更に回転してこれがアンテナ４１ａに対向する状態になると、電波ビームの放射が再び開始される。放射された電波ビームは反射面で反射され、送受共用のアンテナ４１ａを経て送受信器４１の受信器に受信される。この状態では、受信レベルが最大となり、これが予め定めた一定値と常時一致するように、増幅器の利得や自動利得制御機構の調整などが行われる。
【００３１】
ポリゴンミラー４２が更に回転して、その一つの反射面上に固定された電波吸収体４４が送受共用のアンテナ３１ａに対向する状態になると、電波ビームの放射が再び開始される。この状態で、雑音の検出とその保存や、この雑音を最小とするようなバイアス電圧の調整などが行われる。
【００３２】
図７は、本発明の第７の実施例の構成要素である遅延反射板５２の構成を示す断面図である。この遅延反射板５２は、良好な反射面を有する金属などの反射板５２ａと、その反射面側に貼着された４フッ化エチレンなどの誘電体板５２ｂとから成る。誘電体板５２ｂの誘電率が空気よりも増加したぶん反射ビームの伝播時間が増加する。
【００３３】
この結果、反射板５２ａの設置位置を実質的にアンテナに接近させることが可能になり、レーダ装置全体としての小型化が可能になる。この反射板を、図１や図４のレーダ装置中の反射体１３や２２ｆと置き換えて使用することにより、レーダ装置全体としての小型化を実現できる。
【００３４】
図８は、本発明の第８の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図であり、６１はレーダ送受信器、６１ａは機械走査式又は電子走査式の送受共用のアンテナ、６２は較正用信号の発振器、６２ａは較正用信号の送信アンテナである。この実施例によれば、アンテナ６１ａの探知範囲の外側に、発振器６２が発生した一定レベル、一定周波数の較正用信号を送信する送信アンテナ６２ａが設置される。
【００３５】
ビーム走査による探知範囲に対する探知動作が終了すると、送信アンテナ６１ａから一定レベル、一定周波数の較正用信号を送信され、送受共用のアンテナ６１ａに受信される。この較正用信号は、レーダ送受信器６１内の受信器の利得や周波数帯域の変動などの検出や、利得やバイアス電圧の自動調整などに利用される。
【００３６】
図９は、本発明の第９の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図であり、７１はレーダ送受信器、７１ａは機械走査式又は電子走査式の送受共用のアンテナ、７２ａは探索信号の送信アンテナ、７２ｂは探索信号の分岐線路である。この実施例によれば、アンテナ６１ａの探知範囲の外側に、分岐線路７２ｂを通して供給される探索信号を送信する送信アンテナ７２ａが設置される。
【００３７】
ビーム走査による探知範囲に対する探知動作が終了すると、送信アンテナ７２ａから探索信号が送信され、送受共用のアンテナ７１ａに受信される。この探索信号は、レーダ送受信器７１内の送受折り返し特性の検査や、送受信器の利得や周波数帯域の変動などの検出や、利得やバイアス電圧の自動調整などに利用される。
【００３８】
以上、電波ビームを送受信するレーダ装置を例示したが、レーザ光線などの光ビームや、超音波などの音波を送受信するレーダ装置についても本発明を適用できる。
【００３９】
また、反射体や遅延反射体として平坦な反射板を使用する構成を例示したが、凹状や凸状の曲面状の反射体を使用することもできる。また、反射体の素材としては金属に限らず、樹脂などを使用することもできる。
【００４０】
さらに、較正動作においてバイアス電圧や制御信号などを変更しても所定の特性が得られない場合には、故障と診断し、その旨を表示などによりドライバーに通知し、レーダ装置としての動作を停止する機能など適宜な機能が必要に応じて付加される。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のレーダ装置は、探知動作の合間に較正動作を行わせることにより、温度などの外部環境や素子の径年変化に伴う電気特性の変動をバイアス電圧の変更などによって補償してゆくように構成されている。このため、従来装置の場合のように、温度変化の少ない高価な部品や、高価な温度補償回路などを採用したり、空調機器などを利用して恒温化を図ることにより特性の変動を極力抑制する方法とは異なり、規格の緩やかな安価な素子や回路が採用でき、また、恒温化なども不要になり、レーダ装置全体の製造費用が安価になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第３の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】上記第３の実施例のレーダ装置のスリット付き電波吸収体の平面図である。
【図４】本発明の第４の実施例のレーダ装置のスリット付き電波吸収体の平面図である。
【図５】本発明の第５の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第６の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第７の実施例のレーダ装置に使用する遅延反射板の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第８の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第９の実施例のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１，６１，７１レーダ送受信器
１２，２２，３４，４４電波吸収体
１３，２２ｆ，３２反射板
４４ポリゴンミラー
５２遅延反射板
６２較正信号の発振器
６２ａ，７２ａ較正信号の送信アンテナ
６

Claims

機械走査又は電子走査によってビームの照射方向が変更される走査式のレーダ装置において、
前記ビームの走査範囲は、物体の探知に必要な探知範囲と、装置内部の較正に必要な較正範囲とから成り、
前記較正範囲には電波吸収体、反射体又は遅延反射体が設置されることを特徴とするレーダ装置。
請求項１において、
前記較正範囲に電波吸収体を設置した場合の装置内部の較正として、雑音レベルの検出と、この雑音レベルを最小するためのバイアス電圧又は制御信号の変更その他の動作特性の較正が行われることを特徴とするレーダ装置。
請求項１又は２において、
前記較正範囲に反射体を設置した場合の装置内部の較正として、増幅利得、送信出力、送信周波数その他の動作特性の較正が行われることを特徴とするレーダ装置。
機械走査又は電子走査によってビームの照射方向が変更される電子走査式のレーダ装置において、
前記ビームの走査範囲に、間欠的に出現する電波吸収体、反射体又は遅延反射体が設置されることを特徴とするレーダ装置。
請求項３において、
前記間欠的に出現する電波吸収体、反射体又は遅延反射体は、前記走査ビームを通過させるスリットが半径方向及び円周方向にずらされて形成された電波吸収体、反射体又は遅延反射体の回転板から成ることを特徴とするレーダ装置。
請求項４又は５において、
前記回転板が電波吸収体から成る場合の装置内部の較正として、雑音レベルの検出と、この雑音レベルを最小するためのバイアス電圧又は制御信号の変更その他の動作特性の較正が行われることを特徴とするレーダ装置。
請求項４乃至６において、
前記回転板が反射体又は遅延反射体から成る場合の装置内部の較正として、増幅利得、送信出力、送信周波数その他の動作特性の較正が行われることを特徴とするレーダ装置。
送受共用のアンテナから放射されたビームを反射板の一方向又は往復の回転によって走査するレーダ装置において、
前記反射板の裏面に電波吸収体が固定され、この電波吸収が前記送受共用のアンテナに対向した状態でビームの送受信が行われ、内部雑音が検出されることを特徴とするレーダ装置。
送受共用のアンテナから放射されたビームを反射板の一方向又は往復の回転によって走査するレーダ装置において、
前記反射板が前記送受共用のアンテナに対向した状態でビームの送受信が行われ、増幅利得、送信出力、送信周波数その他の動作特性の較正が行われることを特徴とするレーダ装置。
送受共用のアンテナから放射されたビームをポリゴンミラーの回転によって走査するレーダ装置において、
前記ポリゴンミラーの少なくとも一つの面に電波吸収体が固定され、この電波吸収が前記送受共用のアンテナに対向した状態でビームの送受信が行われ、内部雑音が検出されることを特徴とするレーダ装置。
送受共用のアンテナから放射されたビームをポリゴンミラーの回転によって走査するレーダ装置において、
前記ポリゴンミラーの少なくとも一つの面が前記送受共用のアンテナに対向した状態でビームの送受信が行われ、増幅利得、送信出力、送信周波数その他の動作特性の較正が行われることを特徴とするレーダ装置。
機械走査又は電子走査によってビームの照射方向が変更される走査式のレーダ装置において、
前記ビームの走査範囲は、物体の探知に必要な探知範囲と、装置内部の較正に必要な較正範囲とから成り、
前記較正範囲にはこのレーダ装置に較正用の電波を送信する手段が配置されたことを特徴とするレーダ装置。
請求項１２において、
前記較正用の電波は、前記レーダ装置から分岐された線路を通して送信されることを特徴とするレーダ装置。