JP3577239B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の車両に搭載され例えば車間距離警報発生システムを構成するために用いられるレーダ装置に関し、特にシステムとしての最大検知距離，測角エリアを大きくできるレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のレーダ装置としては、送受共用アンテナを用いることで小型化し自動車への搭載性を向上させたＦＭＣＷレーダ装置が知られている。図１０は従来の車載用レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１０において、１は発振器、２はパワーデバイダ、３は送信アンプ、４はサーキュレータである。５は送受共用アンテナで、電磁放射器５１と反射鏡５２とで構成されている。６は目標物体、７は受信アンプ、８はミクサ、９はフィルタ、１０はＡＧＣアンプ、１１はＡＤ変換器、１２は信号処理装置、１３はアンテナスキャン用モータ、１４はハンドル角センサである。
【０００３】
次に、このように構成された従来装置の動作を説明する。信号処理装置１２は線形なＦＭ変調用の電圧信号を出力する。そのＦＭ変調用電圧信号により発振器１がＦＭ変調された電磁波を発生する。その電磁波はパワーデバイダー２により２つに分けられ、一方はミクサ８に入力される。もう一方は送信アンプ３で増幅された後、サーキュレータ４を経由し、送受共用アンテナ５から空間に出力される。送受共用アンテナ５から空間に出力された電磁波は目標物体６で反射され、送信電磁波に対して遅延時間Ｔｄをもって送受共用アンテナ５に入力される。さらに、目標物体６が相対速度を持つ場合受信電磁波は送信電磁波に対してドップラシフトｆｄをもって送受共用アンテナ５に入力される。送受共用アンテナ５で受信した電磁波は受信アンプ７で増幅された後、ミクサ８により発振器１の出力電磁波とミキシングされ、遅延時間Ｔｄとドップラシフトｆｄとに対応したビート信号を出力する。得られたビート信号はフィルタ９を通過し、ＡＧＣアンプ１０により増幅されてＡ／Ｄ変換器１１に入力される。そのビート信号から信号処理装置１２は目標物体６までの距離と相対速度とを算出する。
【０００４】
次に、距離と相対速度とを算出する方法を説明する。図１１は従来の車載用レーダ装置によって距離と相対速度とを算出する方法の一例を示した説明図である。図１１において、送信電磁波は周波数掃引帯域幅Ｂ，変調周期ＴｍでＦｍ変調されている。受信電磁波は送信電磁波が距離Ｒに存在する目標物体６で反射され送受共用アンテナ５に入力されるまでの遅延時間Ｔｄを持っている。また、目標物体６が相対速度Ｖを持つとき受信電磁波は送信電磁波に対しｆｄだけドップラシフトする。このとき周波数上昇時における送信信号と受信信号との周波数差ｆｂｕと、周波数降下時における送信信号と受信信号との周波数差ｆｂｄがビート信号としてミクサ８により出力される。そのビート信号を、Ａ／Ｄ変換器１１を介して信号処理装置１２にデータとして取り込み、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理することにより、ｆｂｕ，ｆｂｄとその振幅レベルのピーク値を求める。なお、振幅レベルのピーク値は受信強度に相当する値で、以下、受信強度と記す。
【０００５】
ｆｂｕ，ｆｂｄ，受信強度Ｍの求め方の概要は以下のとおりである。ＦＦＴ処理を行うと、横軸時間，縦軸各時間での振幅の信号が、横軸周波数，縦軸各周波数成分の振幅に変換できる。周波数ｆｂｕ，受信強度Ｍを求める場合、一般に振幅のレベルがピークになる点を探し出し、そのピークの振幅レベル値，周波数値を受信強度Ｍ，周波数ｆｂｕとする。ｆｂｕ，ｆｂｄの受信強度は一般的には同じでありＭとなる。
【０００６】
上記ｆｂｕ，ｆｂｄ，Ｔｍ，Ｂと、光速Ｃ（＝３．０×１０８ ｍ／ｓ），搬送波の波長λ（搬送波の基本周波数がｆｏ＝７７ＧＨｚならば、λ＝４．０×１０−３ｍ）とにより目標物体６の距離Ｒ及び相対速度Ｖは，式（１）及び（２）により求められる。
Ｒ＝（ＴｍＣ／４Ｂ）×（ｆｂｕ＋ｆｂｄ） ・・・（１）
Ｖ＝（λ／４）×（ｆｂｕ−ｆｂｄ） ・・・（２）
また、目標物体が複数存在する場合、周波数上昇時における送信信号と受信信号との複数の周波数差ｆｂｕと、周波数降下時における送信信号と受信信号との複数の周波数差ｆｂｄから同一物体のｆｂｕとｆｂｄとを選び、式（１），式（２）から距離Ｒ及び相対速度Ｖを求める。
【０００７】
次に、受信強度Ｍから信号処理装置１２が目標物体６の方向（角度）を演算する方法を述べる。従来方向を演算する方法として、例えば特公平７−２００１６号公報にモノパルス方式，シーケンシャルロービング方式，コニカルスキャン方式等の代表的な方式が開示されている。また、ここではシーケンシャルロービング方式について説明する。
【０００８】
その概要は下記の通りである。距離，相対速度及び受信強度Ｍ１を所定の方向θ１で測定した後、信号処理装置１２はモータ１３を動作させ送受共用アンテナ５を次の方向θ２に移動させ、同様に距離，相対速度及び受信強度Ｍ２を測定する。これら複数方向の検出データにおいて同一の距離，相対速度のデータを選び出し、基本的に受信強度Ｍ１と受信強度Ｍ２の大小関係により測角することができる。
なお、θは車両の正面方向を０°、車両の前方右斜め方向を正、車両の前方左斜め方向を負とする角度である。
【０００９】
具体的には、所定の２方向θ１とθ２におけるアンテナビームパターンＢ１（θ）とＢ２（θ）とから、和パターンＳ（θ）と差パターンＤ（θ）とを下式により求める。
Ｓ（θ）＝Ｂ１（θ）＋Ｂ２（θ） ・・・（３）
Ｄ（θ）＝Ｂ１（θ）−Ｂ２（θ） ・・・（４）
次に、Ｓ（θ）で規格化した次式のＤＳ（θ）を求める。
ＤＳ（θ）＝Ｄ（θ）／Ｓ（θ） ・・・（５）
なお、Ｓ（θ）の半値幅θｓ内ではθに対してＤＳ（θ）が単調増加、あるいは単調減少の関係になる。
【００１０】
次に、所定の２方向θ１とθ２の中心をθｏ，Ｓ（θ）の半値幅をθｓとし、θｓで規格化した角度θｎ及びθｎ＝０付近のＤＳ（θ）の傾きｋを次式で求める。
θｎ＝（θ−θｏ）／θｓ ・・・（６）
ｋ＝ＤＳ（θ）／θｎ ・・・（７）
また、受信強度Ｍ１と受信強度Ｍ２とから観測で得られるＤＳを次式から求める。
ＤＳ＝（Ｍ１−Ｍ２）／（Ｍ１＋Ｍ２） ・・・（８）
よって、予め計算できるθｓ，ｋ，θｏと観測で得られたＤＳとから次式によりθを求めることができる。
θ＝（θｓ／ｋ）・ＤＳ＋θｏ ・・・（９）
【００１１】
上記により測定した目標物体までの距離と角度から先行車の相対位置が分かる。また、ハンドル角センサ１４から道路の曲率が分かると自車が走行するレーンの位置が分かる（レーン幅は約３．５ｍと決まっている）。よって先行車が同一レーン上にあるかが分かる。このようにして、目標物体が自車両と同一レーン上を走行する先行車かどうか判定し、車間距離警報発生や安全車間距離を保つ追従走行等を行う。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のレーダ装置では、上記の式（３）〜（９）を用いて測角しているので、少なくとも２方向で同一ターゲットを検出していることが条件になる。従って、レーダ装置を例えば車間距離警報発生システムを構成するために用いた場合、測角できる最大検出距離や測角可能エリアがレーダ装置の本来の性能に対して低下するという問題があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、同一目標物体が、ビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出できたときは、振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて、該目標物体の角度を演算し、単一のビーム方向でしか検出できなかったときは、予め設定されている角度であると判定する測角処理手段を設けることにより、システム上の最大検知距離や測角可能エリアをレーダ装置本来の性能から落とすことなく、高性能で安価で、車載用として好適なレーダ装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ装置は、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビーム方向を、予め設定された走査ステップと走査範囲で変化させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、目標物体が単一のビーム方向でのみ検出された時には、当該ビーム方向の角度が目標物体の角度であると判定する測角処理手段とを備えたものである。
【００１４】
さらに、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を所定の手順で変化させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算する測角処理手段とを備えたものである。
【００１５】
また、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度を走査周期毎に変化させ、測角処理手段が、同一走査周期中の複数のビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものである。
さらに、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度を走査周期毎に変化させ、測角処理手段が、１回目と２回目の走査周期による複数のビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものである。
さらにまた、ビーム走査手段が、往復で一走査周期となるように走査するものである。
また、送信手段が、所定の周波数掃引帯域幅と変調周期でＦＭ変調された送信電磁波を出力し、ビーム走査手段が、上記送信電磁波の周波数上昇時と周波数下降時とでビーム方向を変化させ、測角処理手段が、隣り合うビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものである。
さらに、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度の変化量がビーム間角度の半分になるように走査するものである。
【００１６】
また、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を順次僅かずつ変化させて走査領域全体を移動させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、単一のビーム方向でのみ検出された目標物体の角度を、振幅レベルのピーク値の変化から算出する測角処理手段とを備えたものである。
さらに、信号変換手段が、高速フーリエ変換を行うものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を説明する前に、一般的な測角動作を説明する。
ここでは１スキャンのビーム数を３本として説明する。測距，測速度方法は従来例と同じである。図１０において、アンテナスキャン用モータ１３は反射鏡５２を所定の３方向の角度で止めるように制御される。このように構成されたレーダ装置のビームパターンは図１に示すように左方向に出力する左ビーム、真ん中方向に出力する中ビーム、右方向に出力する右ビームで構成される。ここで中ビームの最大ゲイン値においてこのレーダ装置の最大検知距離が決まるので、図１の利得値（ｄｂ），角度値（°）を、図２のようにそれぞれ距離（ｍ），横位置（ｍ）に変換することができる。図２において、左ビーム，中ビーム，右ビームすべて検出できる領域をＡ領域、左ビームと中ビームで検出されるＡ領域を除いた領域をＢ領域、中ビームと右ビームで検出されるＡ領域を除いた領域をＣ領域、左ビームでしか検出できない領域をＥ領域、中ビームでしか検出できない領域をＤ領域、右ビームでしか検出できない領域をＦ領域とする。
【００１８】
ここで、前述したように従来例の測角方式で測角するには少なくとも２方向で同一ターゲットを検出していることが条件になるので、上記領域Ｅ，領域Ｄ，領域Ｆのターゲットは測角できない。また、このようなレーダ装置は、例えば前方車両との車間距離が安全車間距離以下になり衝突の危険性が高まったとき警報を発することでドライバーに危険を知らせる車間距離警報発生や、安全車間距離を保つ追従走行を行うために用いられるため、前方のターゲットとの距離を検出すると共に、そのターゲットが自車両と同一レーン上を走行する先行車であることを判定するために、測角が必要である。従って、測角することは非常に重要な処理である。そこで、上記２つの視点からこのレーダ装置の例えば車間距離警報発生システムとしての最大検知距離は図２中の左ビームと中ビームの交点である点ａ及び中ビームと右ビームの交点である点ｂで示す距離となり、レーダの本来の性能上の最大検知距離より劣化してしまう。言い換えると、点ａ，点ｂより遠方のターゲットでも、その距離，相対速度は検出できるが、測角できない点から検知距離が制限される。
また、逆に測角できるエリアは図２中の領域Ａ，領域Ｂ，領域Ｃのみであるので、レーダ性能上の検出エリアより小さくなってしまう。
【００１９】
そこで、上記問題点を解決するために、実施の形態１では、図３に示すように領域Ｄで検出されたターゲットの方向は中ビームの中心方向とする。つまり、領域Ｄで検出されたターゲットの角度は、図３において中ビームに描かれた矢印Ｄ１のなす角度であるというデータを出力する。同様に領域Ｅで検出されたターゲットの方向は左ビームの中心方向とする。つまり、領域Ｅで検出されたターゲットの角度は、左ビームに描かれた矢印Ｅ１のなす角度であるというデータを出力する。領域Ｆで検出されたターゲットの方向は右ビームの中心方向とする。つまり、領域Ｆで検出されたターゲットの角度は、右ビームに描かれた矢印Ｆ１のなす角度であるというデータを出力する。なお、上記の各データは信号処理装置１２によって出力され、領域Ａ，Ｂ，Ｃの測角処理は従来例と同じである。
【００２０】
このようにすれば、領域Ｄ，Ｅ，Ｆに存在するターゲットの方向は正しく検出されないが、システムの最大検知距離がレーダ性能上の最大検知距離より劣化してしまうことはない。また、検出エリアに関してもレーダ性能上の検出エリアより小さくなってしまうという問題はなくなる。さらに、領域Ｄ，Ｅ，Ｆは比較的遠方に存在することにより、システム運用上問題になることも少ない。
ここではビーム方向が所定３方向の場合について説明したが、ビームスキャン幅が固定の場合、ビーム数が増えるほど領域Ｄ，Ｅ，Ｆに相当する領域に存在するターゲットの方向は真値に近づく。
また、実施の形態１では、アンテナは送受共用アンテナ５としている。なおこの点は、以降の実施の形態でも同様である。
【００２１】
また、実施の形態１では、領域Ｄ，Ｅ，Ｆで検出されたターゲットの方向は、それぞれのビーム方向であるとしたが、ビーム方向がターゲットの存在確率の高い方向とは限らない。そこで、おそらく大半は直線路だから中ビームではビーム方向をターゲットの方向とする方がよいと考えられるが、左右ビームは距離に応じて角度を設定するとか、ハンドル角センサ１４やそれに代わる前方監視カメラやヨーレイトセンサ等の出力により角度を設定するとか、学習するとかして、ターゲットの方向をシステム上最も存在確率の高い方向に設定することも可能である。
【００２２】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図４及び図５に基づいて説明する。
図４はこの発明の実施の形態２を説明する説明図である。実施の形態２は、実施の形態１における問題点を解決するために、左，中，右の各ビームの方向を１スキャン毎に変えるようにしたものである。図４において、実線で示した部分は１スキャン目、破線で示した部分は２スキャン目である。
図５は、実施の形態２における測角可能エリアを説明する説明図であり、図２で示した測角可能エリアＡ，Ｂ，Ｃに対応する部分を斜線部で示している。このように１スキャン目と２スキャン目のビーム方向が１スキャン毎に変えられているので、２スキャン分を足し合わせた測角可能エリアは一般的な方法の図２より面積が増えるのである。従って、１スキャン目で測角できない例えば領域Ｄにあった目標物体も、その位置によっては２スキャン目で測角できることになる。従って、測角可能エリアが実運用上増すことになる。
【００２３】
以上のように実施の形態２によれば、測角可能エリアの面積を増やすことができる。但し、図５から分かるようにシステムの最大検知距離は一般的な方法の図２と殆ど変わらない。なお、１スキャン目の左ビーム方向と中ビーム方向の中心方向に２スキャン目の左ビームが出力されるようにすると、つまり次の走査周期で前回ビーム間角度の中心を走査すると（以下、走査ステップをビーム間隔の半分にするという）、図５の斜線部で示した測角可能エリアを最も効率よく増すことが可能である。
特に、ビームスキャンの方法を電子的に切り替える方法と機械的に走査する方法とを複合させる場合に有効である。
また、実施の形態２では２スキャン分で測角可能エリアを増大させたが、スキャン数を増せばさらに効果的である。
【００２４】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図６に基づいて説明する。
図６はこの発明の実施の形態３を説明する説明図である。実施の形態２と同様に、図６において、実線で示した部分は１スキャン目、破線で示した部分は２スキャン目であり、走査ステップをビーム間隔の半分としている。
このように構成した場合の測角処理について説明する。１スキャン目の左ビーム，中ビーム，右ビームを、それぞれ左１ビーム，中１ビーム，右１ビームとする。同様に２スキャン目の左ビーム，中ビーム，右ビームを、それぞれ左２ビーム，中２ビーム，右２ビームとする。そして、信号処理装置１２は、１スキャン目及び２スキャン目に各ビームで検出した受信強度を記憶しておき、それらのデータを左１ビームと左２ビームの組み合わせ、左２ビームと中１ビームの組み合わせ、中１ビームと中２ビームの組み合わせ、中２ビームと右１ビームの組み合わせ、右１ビームと右２ビームの組み合わせでそれぞれ測角演算する。このようにして、あたかも同時に６方向にスキャンしたように測角処理をする。
【００２５】
このような処理をした場合の測角エリアを図６の斜線部に示す。このようにすれば、図６の斜線部で示すように測角エリアの面積が増えると同時にシステムの最大検知距離もレーダ性能で示される最大検知距離に近づく。
特に、ビームスキャンの方法を電子的に切り替える方法と機械的に走査する方法とを複合させる場合に有効である。
また、実施の形態３では２スキャン分で測角可能エリアを増大させたが、スキャン数を増せばさらに効果的である。
【００２６】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図７に基づいて説明する。
図７はこの発明の実施の形態４を説明する説明図である。なお、左側は、３本のビームを照射している図であり、各ビームの最初の方向を示している。右側は、それら３ビームを順次比較的小さなステップで全体を右方向にスキャンさせる動作を示した図で、各ビームが右方向にスキャンし終わった状態を示している。なお、その動作は、最初左図のように、左ビーム，中ビーム，右ビームの順でビームを発射し、次に各ビームの方向を僅かに右にずらして左ビーム，中ビーム，右ビームの順でビームを発射し、これを繰り返して最後は右図の状態になるものである。
このように構成した場合、前述の複数方向で検出された同一ターゲットの受信強度により測角する方法により、領域Ａ，Ｂ，Ｃを測定すると共に、領域Ｄ，Ｅ，Ｆに存在するターゲットは左から右へ３本のビームをスキャンさせる間に最大の受信強度を得ることができる。その最大の受信強度を得た地点でのスキャン方向からターゲットの方向を知ることができる。このようにすれば、領域Ａ〜Ｆまでの全ての領域で測角が可能になる。
特に、ビームスキャンの方法を電子的に切り替える方法と機械的に走査する方法とを複合させる場合に有効である。
【００２７】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を図８に基づいて説明する。
図８はこの発明の実施の形態５を説明する説明図である。図８の１〜６はスキャンする順番を示している。
モータの制御やカム機構等を利用した場合、左，中，右，左，中，右とスキャンさせると、右方向から左方向に戻す時間が比較的かかり、測距，測角周期に影響を及ぼす。また、慣性力が急激に変化するため音や振動が発生し、結果的に測距，測角精度が低下する場合がある。図８に示すように、実線で示した１スキャン目と破線で示した２スキャン目で左，中，右，右，中，左とスキャンさせれば、測距，測角周期が短くなること、不要な振動が減ることにより測距，測角精度が向上する。
【００２８】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６を図９に基づいて説明する。
図９はこの発明の実施の形態６を説明する説明図である。実施の形態６は、特にＦＭ変調を伴うレーダであるＦＭＣＷレーダやＦＭパルスドップラレーダに適用すると有効である。
図９において、実線で示した部分はアップ（周波数上昇）フェーズ時のビーム、破線で示した部分はダウン（周波数下降）フェーズ時のビームである。測距，測速度は左ビーム，中ビーム，右ビームそれぞれで行うが、それぞれのビームにおいてアップフェーズとダウンフェーズでのビーム方向を変え、それぞれを左アップビーム，左ダウンビーム，中アップビーム，中ダウンビーム，右アップビーム，右ダウンビームとする。信号処理装置１２は、それら各ビームで検出した受信強度を記憶しておき、それらのデータをそれぞれ左アップビームと左ダウンビームの組み合わせ、左ダウンビームと中アップビームの組み合わせ、中アップビームと中ダウンビームの組み合わせ、中ダウンビームと右アップビームの組み合わせ、右アップビームと右ダウンビームの組み合わせで、それぞれ測角する。このようにして、あたかも同時に６方向にスキャンしたように測角処理をするのである。
【００２９】
このようにすれば図９の斜線部に示すように、測角エリアの面積が増えると同時にシステムの最大検知距離もレーダ性能で示される最大検知距離に非常に近づく。また、１スキャン内に測角を終了するので、時間遅れを生じさせない。
なお、実施の形態６では３方向で測角エリアを増大させたが、スキャン幅が同じであればビーム本数を増やすことによりさらに効果的に測角エリアを増すことができる。
また、走査ステップをビーム間隔の半分とすると、図９の斜線部で示した測角可能エリアを最も効率よく増すことが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は この発明は以上説明したとおり、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビーム方向を、予め設定された走査ステップと走査範囲で変化させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、目標物体が単一のビーム方向でのみ検出された時には、当該ビーム方向の角度が目標物体の角度であると判定する測角処理手段とを備えたものであるから、特別な装置を付加することなく、測角エリアを増すことが可能であり、さらにシステムの最大検知距離を増大できる。
【００３１】
また、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を所定の手順で変化させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算する測角処理手段とを備えたものであるから、特別な装置を付加することなく、システムの最大検知距離を増大できると共に、さらに一層、測角エリアを増すことができる。
【００３２】
さらに、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度を走査周期毎に変化させ、測角処理手段が、１回目と２回目の走査周期による複数のビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものであるから、さらに一層、システムの最大検知距離を増大できる。
【００３３】
また、ビーム走査手段が、往復で一走査周期となるように走査するものであるから、不要な振動が減ることにより、測角制度が向上する。
【００３４】
さらに、送信手段が、所定の周波数掃引帯域幅と変調周期でＦＭ変調された送信電磁波を出力し、ビーム走査手段が、上記送信電磁波の周波数上昇時と周波数下降時とでビーム方向を変化させ、測角処理手段が、隣り合うビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものであるから、特別な装置を付加することなく、システムの最大検知距離をレーダ本来の性能に非常に近づけることができる。また、測角の時間遅れを小さくできるので、測角精度が向上する。
【００３５】
さらに、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度の変化量がビーム間角度の半分になるように走査するものであるから、特別な装置を付加することなく、簡単に、且つ効率よく測角エリアを増すことができる。
【００３６】
また、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を順次僅かずつ変化させて走査領域全体を移動させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、単一のビーム方向でのみ検出された目標物体の角度を、振幅レベルのピーク値の変化から算出する測角処理手段とを備えたものであるから、特別な装置を付加することなく、測角エリアを一層増すことができると共に、システムの最大検知距離を増大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アンテナを３方向に向けた場合の各方向のビームパターンを角度と利得との関係で示した線図である。
【図２】図１のビームパターンを横位置と距離との関係に変換して示した線図である。
【図３】この発明の実施の形態１を説明する説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２を説明する説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２における測角可能エリアを説明する説明図である。
【図６】この発明の実施の形態３を説明する説明図である。
【図７】この発明の実施の形態４を説明する説明図である。
【図８】この発明の実施の形態５を説明する説明図である。
【図９】この発明の実施の形態６を説明する説明図である。
【図１０】従来の車載用レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来のレーダ装置で距離，相対速度を算出する方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ 測角可能領域、
Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１ 予め設定しておく目標物体の角度。
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の車両に搭載され例えば車間距離警報発生システムを構成するために用いられるレーダ装置に関し、特にシステムとしての最大検知距離，測角エリアを大きくできるレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のレーダ装置としては、送受共用アンテナを用いることで小型化し自動車への搭載性を向上させたＦＭＣＷレーダ装置が知られている。図１０は従来の車載用レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１０において、１は発振器、２はパワーデバイダ、３は送信アンプ、４はサーキュレータである。５は送受共用アンテナで、電磁放射器５１と反射鏡５２とで構成されている。６は目標物体、７は受信アンプ、８はミクサ、９はフィルタ、１０はＡＧＣアンプ、１１はＡＤ変換器、１２は信号処理装置、１３はアンテナスキャン用モータ、１４はハンドル角センサである。
【０００３】
次に、このように構成された従来装置の動作を説明する。信号処理装置１２は線形なＦＭ変調用の電圧信号を出力する。そのＦＭ変調用電圧信号により発振器１がＦＭ変調された電磁波を発生する。その電磁波はパワーデバイダー２により２つに分けられ、一方はミクサ８に入力される。もう一方は送信アンプ３で増幅された後、サーキュレータ４を経由し、送受共用アンテナ５から空間に出力される。送受共用アンテナ５から空間に出力された電磁波は目標物体６で反射され、送信電磁波に対して遅延時間Ｔｄをもって送受共用アンテナ５に入力される。さらに、目標物体６が相対速度を持つ場合受信電磁波は送信電磁波に対してドップラシフトｆｄをもって送受共用アンテナ５に入力される。送受共用アンテナ５で受信した電磁波は受信アンプ７で増幅された後、ミクサ８により発振器１の出力電磁波とミキシングされ、遅延時間Ｔｄとドップラシフトｆｄとに対応したビート信号を出力する。得られたビート信号はフィルタ９を通過し、ＡＧＣアンプ１０により増幅されてＡ／Ｄ変換器１１に入力される。そのビート信号から信号処理装置１２は目標物体６までの距離と相対速度とを算出する。
【０００４】
次に、距離と相対速度とを算出する方法を説明する。図１１は従来の車載用レーダ装置によって距離と相対速度とを算出する方法の一例を示した説明図である。図１１において、送信電磁波は周波数掃引帯域幅Ｂ，変調周期ＴｍでＦｍ変調されている。受信電磁波は送信電磁波が距離Ｒに存在する目標物体６で反射され送受共用アンテナ５に入力されるまでの遅延時間Ｔｄを持っている。また、目標物体６が相対速度Ｖを持つとき受信電磁波は送信電磁波に対しｆｄだけドップラシフトする。このとき周波数上昇時における送信信号と受信信号との周波数差ｆｂｕと、周波数降下時における送信信号と受信信号との周波数差ｆｂｄがビート信号としてミクサ８により出力される。そのビート信号を、Ａ／Ｄ変換器１１を介して信号処理装置１２にデータとして取り込み、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理することにより、ｆｂｕ，ｆｂｄとその振幅レベルのピーク値を求める。なお、振幅レベルのピーク値は受信強度に相当する値で、以下、受信強度と記す。
【０００５】
ｆｂｕ，ｆｂｄ，受信強度Ｍの求め方の概要は以下のとおりである。ＦＦＴ処理を行うと、横軸時間，縦軸各時間での振幅の信号が、横軸周波数，縦軸各周波数成分の振幅に変換できる。周波数ｆｂｕ，受信強度Ｍを求める場合、一般に振幅のレベルがピークになる点を探し出し、そのピークの振幅レベル値，周波数値を受信強度Ｍ，周波数ｆｂｕとする。ｆｂｕ，ｆｂｄの受信強度は一般的には同じでありＭとなる。
【０００６】
上記ｆｂｕ，ｆｂｄ，Ｔｍ，Ｂと、光速Ｃ（＝３．０×１０８ ｍ／ｓ），搬送波の波長λ（搬送波の基本周波数がｆｏ＝７７ＧＨｚならば、λ＝４．０×１０−３ｍ）とにより目標物体６の距離Ｒ及び相対速度Ｖは，式（１）及び（２）により求められる。
Ｒ＝（ＴｍＣ／４Ｂ）×（ｆｂｕ＋ｆｂｄ） ・・・（１）
Ｖ＝（λ／４）×（ｆｂｕ−ｆｂｄ） ・・・（２）
また、目標物体が複数存在する場合、周波数上昇時における送信信号と受信信号との複数の周波数差ｆｂｕと、周波数降下時における送信信号と受信信号との複数の周波数差ｆｂｄから同一物体のｆｂｕとｆｂｄとを選び、式（１），式（２）から距離Ｒ及び相対速度Ｖを求める。
【０００７】
次に、受信強度Ｍから信号処理装置１２が目標物体６の方向（角度）を演算する方法を述べる。従来方向を演算する方法として、例えば特公平７−２００１６号公報にモノパルス方式，シーケンシャルロービング方式，コニカルスキャン方式等の代表的な方式が開示されている。また、ここではシーケンシャルロービング方式について説明する。
【０００８】
その概要は下記の通りである。距離，相対速度及び受信強度Ｍ１を所定の方向θ１で測定した後、信号処理装置１２はモータ１３を動作させ送受共用アンテナ５を次の方向θ２に移動させ、同様に距離，相対速度及び受信強度Ｍ２を測定する。これら複数方向の検出データにおいて同一の距離，相対速度のデータを選び出し、基本的に受信強度Ｍ１と受信強度Ｍ２の大小関係により測角することができる。
なお、θは車両の正面方向を０°、車両の前方右斜め方向を正、車両の前方左斜め方向を負とする角度である。
【０００９】
具体的には、所定の２方向θ１とθ２におけるアンテナビームパターンＢ１（θ）とＢ２（θ）とから、和パターンＳ（θ）と差パターンＤ（θ）とを下式により求める。
Ｓ（θ）＝Ｂ１（θ）＋Ｂ２（θ） ・・・（３）
Ｄ（θ）＝Ｂ１（θ）−Ｂ２（θ） ・・・（４）
次に、Ｓ（θ）で規格化した次式のＤＳ（θ）を求める。
ＤＳ（θ）＝Ｄ（θ）／Ｓ（θ） ・・・（５）
なお、Ｓ（θ）の半値幅θｓ内ではθに対してＤＳ（θ）が単調増加、あるいは単調減少の関係になる。
【００１０】
次に、所定の２方向θ１とθ２の中心をθｏ，Ｓ（θ）の半値幅をθｓとし、θｓで規格化した角度θｎ及びθｎ＝０付近のＤＳ（θ）の傾きｋを次式で求める。
θｎ＝（θ−θｏ）／θｓ ・・・（６）
ｋ＝ＤＳ（θ）／θｎ ・・・（７）
また、受信強度Ｍ１と受信強度Ｍ２とから観測で得られるＤＳを次式から求める。
ＤＳ＝（Ｍ１−Ｍ２）／（Ｍ１＋Ｍ２） ・・・（８）
よって、予め計算できるθｓ，ｋ，θｏと観測で得られたＤＳとから次式によりθを求めることができる。
θ＝（θｓ／ｋ）・ＤＳ＋θｏ ・・・（９）
【００１１】
上記により測定した目標物体までの距離と角度から先行車の相対位置が分かる。また、ハンドル角センサ１４から道路の曲率が分かると自車が走行するレーンの位置が分かる（レーン幅は約３．５ｍと決まっている）。よって先行車が同一レーン上にあるかが分かる。このようにして、目標物体が自車両と同一レーン上を走行する先行車かどうか判定し、車間距離警報発生や安全車間距離を保つ追従走行等を行う。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のレーダ装置では、上記の式（３）〜（９）を用いて測角しているので、少なくとも２方向で同一ターゲットを検出していることが条件になる。従って、レーダ装置を例えば車間距離警報発生システムを構成するために用いた場合、測角できる最大検出距離や測角可能エリアがレーダ装置の本来の性能に対して低下するという問題があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、同一目標物体が、ビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出できたときは、振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて、該目標物体の角度を演算し、単一のビーム方向でしか検出できなかったときは、予め設定されている角度であると判定する測角処理手段を設けることにより、システム上の最大検知距離や測角可能エリアをレーダ装置本来の性能から落とすことなく、高性能で安価で、車載用として好適なレーダ装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ装置は、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビーム方向を、予め設定された走査ステップと走査範囲で変化させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、目標物体が単一のビーム方向でのみ検出された時には、当該ビーム方向の角度が目標物体の角度であると判定する測角処理手段とを備えたものである。
【００１４】
さらに、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を所定の手順で変化させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算する測角処理手段とを備えたものである。
【００１５】
また、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度を走査周期毎に変化させ、測角処理手段が、同一走査周期中の複数のビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものである。
さらに、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度を走査周期毎に変化させ、測角処理手段が、１回目と２回目の走査周期による複数のビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものである。
さらにまた、ビーム走査手段が、往復で一走査周期となるように走査するものである。
また、送信手段が、所定の周波数掃引帯域幅と変調周期でＦＭ変調された送信電磁波を出力し、ビーム走査手段が、上記送信電磁波の周波数上昇時と周波数下降時とでビーム方向を変化させ、測角処理手段が、隣り合うビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものである。
さらに、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度の変化量がビーム間角度の半分になるように走査するものである。
【００１６】
また、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を順次僅かずつ変化させて走査領域全体を移動させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、単一のビーム方向でのみ検出された目標物体の角度を、振幅レベルのピーク値の変化から算出する測角処理手段とを備えたものである。
さらに、信号変換手段が、高速フーリエ変換を行うものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を説明する前に、一般的な測角動作を説明する。
ここでは１スキャンのビーム数を３本として説明する。測距，測速度方法は従来例と同じである。図１０において、アンテナスキャン用モータ１３は反射鏡５２を所定の３方向の角度で止めるように制御される。このように構成されたレーダ装置のビームパターンは図１に示すように左方向に出力する左ビーム、真ん中方向に出力する中ビーム、右方向に出力する右ビームで構成される。ここで中ビームの最大ゲイン値においてこのレーダ装置の最大検知距離が決まるので、図１の利得値（ｄｂ），角度値（°）を、図２のようにそれぞれ距離（ｍ），横位置（ｍ）に変換することができる。図２において、左ビーム，中ビーム，右ビームすべて検出できる領域をＡ領域、左ビームと中ビームで検出されるＡ領域を除いた領域をＢ領域、中ビームと右ビームで検出されるＡ領域を除いた領域をＣ領域、左ビームでしか検出できない領域をＥ領域、中ビームでしか検出できない領域をＤ領域、右ビームでしか検出できない領域をＦ領域とする。
【００１８】
ここで、前述したように従来例の測角方式で測角するには少なくとも２方向で同一ターゲットを検出していることが条件になるので、上記領域Ｅ，領域Ｄ，領域Ｆのターゲットは測角できない。また、このようなレーダ装置は、例えば前方車両との車間距離が安全車間距離以下になり衝突の危険性が高まったとき警報を発することでドライバーに危険を知らせる車間距離警報発生や、安全車間距離を保つ追従走行を行うために用いられるため、前方のターゲットとの距離を検出すると共に、そのターゲットが自車両と同一レーン上を走行する先行車であることを判定するために、測角が必要である。従って、測角することは非常に重要な処理である。そこで、上記２つの視点からこのレーダ装置の例えば車間距離警報発生システムとしての最大検知距離は図２中の左ビームと中ビームの交点である点ａ及び中ビームと右ビームの交点である点ｂで示す距離となり、レーダの本来の性能上の最大検知距離より劣化してしまう。言い換えると、点ａ，点ｂより遠方のターゲットでも、その距離，相対速度は検出できるが、測角できない点から検知距離が制限される。
また、逆に測角できるエリアは図２中の領域Ａ，領域Ｂ，領域Ｃのみであるので、レーダ性能上の検出エリアより小さくなってしまう。
【００１９】
そこで、上記問題点を解決するために、実施の形態１では、図３に示すように領域Ｄで検出されたターゲットの方向は中ビームの中心方向とする。つまり、領域Ｄで検出されたターゲットの角度は、図３において中ビームに描かれた矢印Ｄ１のなす角度であるというデータを出力する。同様に領域Ｅで検出されたターゲットの方向は左ビームの中心方向とする。つまり、領域Ｅで検出されたターゲットの角度は、左ビームに描かれた矢印Ｅ１のなす角度であるというデータを出力する。領域Ｆで検出されたターゲットの方向は右ビームの中心方向とする。つまり、領域Ｆで検出されたターゲットの角度は、右ビームに描かれた矢印Ｆ１のなす角度であるというデータを出力する。なお、上記の各データは信号処理装置１２によって出力され、領域Ａ，Ｂ，Ｃの測角処理は従来例と同じである。
【００２０】
このようにすれば、領域Ｄ，Ｅ，Ｆに存在するターゲットの方向は正しく検出されないが、システムの最大検知距離がレーダ性能上の最大検知距離より劣化してしまうことはない。また、検出エリアに関してもレーダ性能上の検出エリアより小さくなってしまうという問題はなくなる。さらに、領域Ｄ，Ｅ，Ｆは比較的遠方に存在することにより、システム運用上問題になることも少ない。
ここではビーム方向が所定３方向の場合について説明したが、ビームスキャン幅が固定の場合、ビーム数が増えるほど領域Ｄ，Ｅ，Ｆに相当する領域に存在するターゲットの方向は真値に近づく。
また、実施の形態１では、アンテナは送受共用アンテナ５としている。なおこの点は、以降の実施の形態でも同様である。
【００２１】
また、実施の形態１では、領域Ｄ，Ｅ，Ｆで検出されたターゲットの方向は、それぞれのビーム方向であるとしたが、ビーム方向がターゲットの存在確率の高い方向とは限らない。そこで、おそらく大半は直線路だから中ビームではビーム方向をターゲットの方向とする方がよいと考えられるが、左右ビームは距離に応じて角度を設定するとか、ハンドル角センサ１４やそれに代わる前方監視カメラやヨーレイトセンサ等の出力により角度を設定するとか、学習するとかして、ターゲットの方向をシステム上最も存在確率の高い方向に設定することも可能である。
【００２２】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図４及び図５に基づいて説明する。
図４はこの発明の実施の形態２を説明する説明図である。実施の形態２は、実施の形態１における問題点を解決するために、左，中，右の各ビームの方向を１スキャン毎に変えるようにしたものである。図４において、実線で示した部分は１スキャン目、破線で示した部分は２スキャン目である。
図５は、実施の形態２における測角可能エリアを説明する説明図であり、図２で示した測角可能エリアＡ，Ｂ，Ｃに対応する部分を斜線部で示している。このように１スキャン目と２スキャン目のビーム方向が１スキャン毎に変えられているので、２スキャン分を足し合わせた測角可能エリアは一般的な方法の図２より面積が増えるのである。従って、１スキャン目で測角できない例えば領域Ｄにあった目標物体も、その位置によっては２スキャン目で測角できることになる。従って、測角可能エリアが実運用上増すことになる。
【００２３】
以上のように実施の形態２によれば、測角可能エリアの面積を増やすことができる。但し、図５から分かるようにシステムの最大検知距離は一般的な方法の図２と殆ど変わらない。なお、１スキャン目の左ビーム方向と中ビーム方向の中心方向に２スキャン目の左ビームが出力されるようにすると、つまり次の走査周期で前回ビーム間角度の中心を走査すると（以下、走査ステップをビーム間隔の半分にするという）、図５の斜線部で示した測角可能エリアを最も効率よく増すことが可能である。
特に、ビームスキャンの方法を電子的に切り替える方法と機械的に走査する方法とを複合させる場合に有効である。
また、実施の形態２では２スキャン分で測角可能エリアを増大させたが、スキャン数を増せばさらに効果的である。
【００２４】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図６に基づいて説明する。
図６はこの発明の実施の形態３を説明する説明図である。実施の形態２と同様に、図６において、実線で示した部分は１スキャン目、破線で示した部分は２スキャン目であり、走査ステップをビーム間隔の半分としている。
このように構成した場合の測角処理について説明する。１スキャン目の左ビーム，中ビーム，右ビームを、それぞれ左１ビーム，中１ビーム，右１ビームとする。同様に２スキャン目の左ビーム，中ビーム，右ビームを、それぞれ左２ビーム，中２ビーム，右２ビームとする。そして、信号処理装置１２は、１スキャン目及び２スキャン目に各ビームで検出した受信強度を記憶しておき、それらのデータを左１ビームと左２ビームの組み合わせ、左２ビームと中１ビームの組み合わせ、中１ビームと中２ビームの組み合わせ、中２ビームと右１ビームの組み合わせ、右１ビームと右２ビームの組み合わせでそれぞれ測角演算する。このようにして、あたかも同時に６方向にスキャンしたように測角処理をする。
【００２５】
このような処理をした場合の測角エリアを図６の斜線部に示す。このようにすれば、図６の斜線部で示すように測角エリアの面積が増えると同時にシステムの最大検知距離もレーダ性能で示される最大検知距離に近づく。
特に、ビームスキャンの方法を電子的に切り替える方法と機械的に走査する方法とを複合させる場合に有効である。
また、実施の形態３では２スキャン分で測角可能エリアを増大させたが、スキャン数を増せばさらに効果的である。
【００２６】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図７に基づいて説明する。
図７はこの発明の実施の形態４を説明する説明図である。なお、左側は、３本のビームを照射している図であり、各ビームの最初の方向を示している。右側は、それら３ビームを順次比較的小さなステップで全体を右方向にスキャンさせる動作を示した図で、各ビームが右方向にスキャンし終わった状態を示している。なお、その動作は、最初左図のように、左ビーム，中ビーム，右ビームの順でビームを発射し、次に各ビームの方向を僅かに右にずらして左ビーム，中ビーム，右ビームの順でビームを発射し、これを繰り返して最後は右図の状態になるものである。
このように構成した場合、前述の複数方向で検出された同一ターゲットの受信強度により測角する方法により、領域Ａ，Ｂ，Ｃを測定すると共に、領域Ｄ，Ｅ，Ｆに存在するターゲットは左から右へ３本のビームをスキャンさせる間に最大の受信強度を得ることができる。その最大の受信強度を得た地点でのスキャン方向からターゲットの方向を知ることができる。このようにすれば、領域Ａ〜Ｆまでの全ての領域で測角が可能になる。
特に、ビームスキャンの方法を電子的に切り替える方法と機械的に走査する方法とを複合させる場合に有効である。
【００２７】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を図８に基づいて説明する。
図８はこの発明の実施の形態５を説明する説明図である。図８の１〜６はスキャンする順番を示している。
モータの制御やカム機構等を利用した場合、左，中，右，左，中，右とスキャンさせると、右方向から左方向に戻す時間が比較的かかり、測距，測角周期に影響を及ぼす。また、慣性力が急激に変化するため音や振動が発生し、結果的に測距，測角精度が低下する場合がある。図８に示すように、実線で示した１スキャン目と破線で示した２スキャン目で左，中，右，右，中，左とスキャンさせれば、測距，測角周期が短くなること、不要な振動が減ることにより測距，測角精度が向上する。
【００２８】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６を図９に基づいて説明する。
図９はこの発明の実施の形態６を説明する説明図である。実施の形態６は、特にＦＭ変調を伴うレーダであるＦＭＣＷレーダやＦＭパルスドップラレーダに適用すると有効である。
図９において、実線で示した部分はアップ（周波数上昇）フェーズ時のビーム、破線で示した部分はダウン（周波数下降）フェーズ時のビームである。測距，測速度は左ビーム，中ビーム，右ビームそれぞれで行うが、それぞれのビームにおいてアップフェーズとダウンフェーズでのビーム方向を変え、それぞれを左アップビーム，左ダウンビーム，中アップビーム，中ダウンビーム，右アップビーム，右ダウンビームとする。信号処理装置１２は、それら各ビームで検出した受信強度を記憶しておき、それらのデータをそれぞれ左アップビームと左ダウンビームの組み合わせ、左ダウンビームと中アップビームの組み合わせ、中アップビームと中ダウンビームの組み合わせ、中ダウンビームと右アップビームの組み合わせ、右アップビームと右ダウンビームの組み合わせで、それぞれ測角する。このようにして、あたかも同時に６方向にスキャンしたように測角処理をするのである。
【００２９】
このようにすれば図９の斜線部に示すように、測角エリアの面積が増えると同時にシステムの最大検知距離もレーダ性能で示される最大検知距離に非常に近づく。また、１スキャン内に測角を終了するので、時間遅れを生じさせない。
なお、実施の形態６では３方向で測角エリアを増大させたが、スキャン幅が同じであればビーム本数を増やすことによりさらに効果的に測角エリアを増すことができる。
また、走査ステップをビーム間隔の半分とすると、図９の斜線部で示した測角可能エリアを最も効率よく増すことが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は この発明は以上説明したとおり、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビーム方向を、予め設定された走査ステップと走査範囲で変化させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、目標物体が単一のビーム方向でのみ検出された時には、当該ビーム方向の角度が目標物体の角度であると判定する測角処理手段とを備えたものであるから、特別な装置を付加することなく、測角エリアを増すことが可能であり、さらにシステムの最大検知距離を増大できる。
【００３１】
また、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を所定の手順で変化させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算する測角処理手段とを備えたものであるから、特別な装置を付加することなく、システムの最大検知距離を増大できると共に、さらに一層、測角エリアを増すことができる。
【００３２】
さらに、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度を走査周期毎に変化させ、測角処理手段が、１回目と２回目の走査周期による複数のビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものであるから、さらに一層、システムの最大検知距離を増大できる。
【００３３】
また、ビーム走査手段が、往復で一走査周期となるように走査するものであるから、不要な振動が減ることにより、測角制度が向上する。
【００３４】
さらに、送信手段が、所定の周波数掃引帯域幅と変調周期でＦＭ変調された送信電磁波を出力し、ビーム走査手段が、上記送信電磁波の周波数上昇時と周波数下降時とでビーム方向を変化させ、測角処理手段が、隣り合うビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いるものであるから、特別な装置を付加することなく、システムの最大検知距離をレーダ本来の性能に非常に近づけることができる。また、測角の時間遅れを小さくできるので、測角精度が向上する。
【００３５】
さらに、ビーム走査手段が、ビームの止まる角度の変化量がビーム間角度の半分になるように走査するものであるから、特別な装置を付加することなく、簡単に、且つ効率よく測角エリアを増すことができる。
【００３６】
また、１つの送受共用アンテナと、このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を順次僅かずつ変化させて走査領域全体を移動させるビーム走査手段と、このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、単一のビーム方向でのみ検出された目標物体の角度を、振幅レベルのピーク値の変化から算出する測角処理手段とを備えたものであるから、特別な装置を付加することなく、測角エリアを一層増すことができると共に、システムの最大検知距離を増大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アンテナを３方向に向けた場合の各方向のビームパターンを角度と利得との関係で示した線図である。
【図２】図１のビームパターンを横位置と距離との関係に変換して示した線図である。
【図３】この発明の実施の形態１を説明する説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２を説明する説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２における測角可能エリアを説明する説明図である。
【図６】この発明の実施の形態３を説明する説明図である。
【図７】この発明の実施の形態４を説明する説明図である。
【図８】この発明の実施の形態５を説明する説明図である。
【図９】この発明の実施の形態６を説明する説明図である。
【図１０】従来の車載用レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来のレーダ装置で距離，相対速度を算出する方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ 測角可能領域、
Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１ 予め設定しておく目標物体の角度。
Claims (9)
- １つの送受共用アンテナと、
このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、
上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、
この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、
この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、
上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビーム方向を、予め設定された走査ステップと走査範囲で変化させるビーム走査手段と、
このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、目標物体が単一のビーム方向でのみ検出された時には、当該ビーム方向の角度が目標物体の角度であると判定する測角処理手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置。 - １つの送受共用アンテナと、
このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、
上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、
この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、
この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、
上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を所定の手順で変化させるビーム走査手段と、
このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算する測角処理手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置。 - ビーム走査手段が、ビームの止まる角度を走査周期毎に変化させ、測角処理手段が、同一走査周期中の複数のビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いることを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
- ビーム走査手段が、ビームの止まる角度を走査周期毎に変化させ、測角処理手段が、１回目と２回目の走査周期による複数のビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いることを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
- ビーム走査手段が、往復で一走査周期となるように走査することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項記載のレーダ装置。
- 送信手段が、所定の周波数掃引帯域幅と変調周期でＦＭ変調された送信電磁波を出力し、ビーム走査手段が、上記送信電磁波の周波数上昇時と周波数下降時とでビーム方向を変化させ、測角処理手段が、隣り合うビーム方向で得られた振幅レベルのピーク値を用いることを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
- ビーム走査手段が、ビームの止まる角度の変化量がビーム間角度の半分になるように走査することを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか一項記載のレーダ装置。
- １つの送受共用アンテナと、
このアンテナを通して送信電磁波を出力する１つの送信手段と、
上記アンテナによって受信され、上記送信電磁波が目標物体で反射されて戻ってきた受信電磁波を検波する１つの受信手段と、
この受信手段の出力信号を、周波数とその振幅レベルとの関係で表され周波数スペクトルが分かるデータに変換する信号変換手段と、
この信号変換手段で変換されたデータによるスペクトルから振幅レベルのピーク値を求める振幅ピーク値検出手段と、
上記送受共用アンテナをスキャンすることによって、上記送信電磁波及び受信電磁波のビームを所定の角度で止めながら複数の方向を走査すると共に、ビームの止まる角度を順次僅かずつ変化させて走査領域全体を移動させるビーム走査手段と、
このビーム走査手段により方向が変えられた複数のビーム方向で検出された同一目標物体の角度を、上記振幅ピーク値検出手段で求められたそれぞれの方向の振幅レベルのピーク値を用いて演算し、単一のビーム方向でのみ検出された目標物体の角度を、振幅レベルのピーク値の変化から算出する測角処理手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 信号変換手段が、高速フーリエ変換を行うことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項記載のレーダ装置。
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