JP3602259B2

JP3602259B2 - マルチビーム・レーダ装置

Info

Publication number: JP3602259B2
Application number: JP13590496A
Authority: JP
Inventors: 賢一東谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-05-02
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2016-05-02
Also published as: JPH09297174A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両搭載の衝突警報装置用の距離・速度検出装置などとして利用されるレーダ装置に関し、特に、複数のビームを隣接するものどうしの一部を重ね合わせながら少しずつ異る方向に放射する形式のマルチビーム・レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両搭載の衝突警報装置用の距離・速度検出装置としては、「レーダ技術」（社団法人電子情報通信学会発行）に記載されているように、ミリ波帯のＦＭレーダ装置が知られている。このＦＭレーダ装置では、周波数を時間と共に三角波状に増減させた送信信号を車両の前方などに向けて送信し、前方の検出対象の車両などで反射されて生じた反射信号を受信し、これを送信信号と混合してビート信号を発生させ、このビート信号の周波数から検出対象の他の車両までの距離や速度を検出するように構成されている。
【０００３】
本出願人の先願に係わる「レーダモジュール及びアンテナ装置」と題する特許出願（特願平７ー２３９３１１号）によれば、ＦＭ信号を送信しその反射波を受信してビート信号を発生させる時分割動作の複数の送受信チャネルを備え、各送受信チャネルのアンテナをパッチ・アレイアンテナの一次放射器と概ねパラボラ形状の反射鏡とから成る送受共用のアンテナで構成すると共に、送信系と受信系とをサーキュレータで分離する構成の時分割式のマルチビーム・レーダモジュールが開示されている。
【０００４】
すなわち、図９に示すように、８個の送受信チャネルごとに、パッチ・アレイアンテナ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ・・・１１２ｈから成る送受共用の一次放射器を誘電体基板１１１上に形成し、各パッチ・アレイアンテナと、送信スイッチング回路１１３と、受信スイッチング回路１１４との間の送信系と、受信系とをサーキュレータ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ・・・１１５ｈで分離している。
【０００５】
上記送受共用の一次放射器は、図１０に示すように、これを含むＦＭレーダモジュール１１０ごと保持台４０上に保持され、これに対向して配置される概ねパラボラ形状の反射鏡３０の焦点近傍に配列される。なお、図９において、１１６は各送受信チャネルに共通のＦＭ信号の４逓倍回路、１１７は各受信チャネルごとの低雑増幅器及びミキサーである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記先行技術のマルチビーム・レーダモジュールの各パッチ・アレイアンテナの放射パターン（指向性）は、図８に例示するように、誘電体基板に垂直な方向（垂直方向）については、パッチの個数が３個であるため、ある程度鋭くなる。しかしながら、誘電体基板に平行な面内（水平方向）の放射パターンは、図８に例示するように、かなり広くなる。この結果、放射ビームが遠方にまで届かなくなり、遠方の検出ができなくなるという問題と、各アンテナの方位分解能が低下して方位検出精度が低下するという問題がある。また、パッチ・アレイアンテナから放射された電波を漏れなく反射させるために、すなわちスピルオーバーを防止するために、反射鏡の横幅を広くする必要があり、この結果アンテナ全体が大型になるという問題もある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記先行技術の課題を解決する本発明のマルチビーム・レーダ装置は、高周波信号のビームを送信し、その反射波を受信する送受信チャネルがｎ個（ｎは３以上の自然数）配置されたマルチビーム・レーダ装置であって、送受信チャネルは隣接するｍ個（ｍはｎより小さな自然数）のものが配列の順序に従って一つずつずらされながら同時に選択されて送受信動作を行うように構成されている。
【０００８】
さらに、本発明のマルチビーム・レーダ装置によれば、隣接ｍ個の送受信チャネルが配列の順序に従って一つずつずらされながら同時に選択されて送受信動作を行う高方位分解能モードの動作と、各送受信チャネルが配列の順序に従って一つずつずらされながら選択されて送受信動作を行う低方位分解モードの動作とが、検出対象の距離や車両の走行状況などに応じて選択的に行われる。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明の一実施例のマルチビームＦＭレーダ装置の構成を示すブロック図であり、図２はこの実施例のＦＭレーダ装置を構成するマルチビームＦＭレーダモジュールの構成を示す平面図である。
【００１０】
８個の送受信チャネルごとに、マイクロストリップ線路形式のパッチ・アレイアンテナ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ・・・・１２ｈから成る送信用一次放射器と、同じくマイクロストリップ線路形式のパッチ・アレイアンテナ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ・・・・１３ｈから成る受信用一次放射器とが誘電体基板１１上に配列される。８個の送信用一次放射器１２ａ〜１２ｈのそれぞれは、各送受信チャネルのスイッチング素子１４ａ〜１４ｈのそれぞれと共通の給電線１９とを介して、本体部２０のＦＭ信号発生器２３に接続される。
【００１１】
８個の受信用一次放射器１３ａ〜１３ｈのそれぞれは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などで構成される高速のスイッチング素子１５ａ〜１５ｈのそれぞれと、共通の給電線１８とを介して、ミキサー１６の一方の入力端子に接続されている。このミキサー１６の他方の入力端子には、共通の給電線１７を介して送信対象のＦＭ信号が供給される。上記送信用と受信用の一次放射器は、先行技術のマルチビームＦＭレーダ装置の説明に関連して図１０を参照しながら既に説明したように、図２に示したマルチビームＦＭレーダモジュール１０ごと保持台上に保持され、これに対向して配置される概ねパラボラ形状の反射鏡の焦点近傍に配列される。
【００１２】
送信用と受信用の一次放射器のそれぞれと、概ねパラボラ形状の反射鏡とによってデフォーカス・マルチビーム・アンテナが形成され、送信用一次放射器１２ａ〜１２ｈのそれぞれから放射されたＦＭ信号のビームは、反射鏡による反射を受けたのち、隣接するものどうしが一部ずつ重なり合いながら少しずつ異なる方向に放射される。車両などの物体で生じた反射波は、放射時とは逆の経路を辿って受信用一次放射器１３ａ〜１３ｈのそれぞれに入射し、スイッチング素子１５ａ〜１５ｈで選択されてミキサー１６の一方の入力端子に供給される。
【００１３】
ミキサー１６で発生したビート信号は、本体部２０内のスイッチング素子２４を経てＡ／Ｄ変換回路２５に供給され、ディジタル信号に変換されて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路２６に供給される。高速フーリエ変換回路２６は、ディジタル信号に変換されたビート信号に対して高速フーリエ変換を行うことによってその周波数スペクトルを作成し、これをＣＰＵ２１に転送する。ＣＰＵ２１は、高速フーリエ変換回路２６から受け取ったビート信号の周波数スペクトルからビート周波数を検出し、これに基づき、反射波を生じさせた物体までの距離や、この距離の時間変化率などから検出した物体の相対速度を検出し、メモリ２７に保存する。
【００１４】
ＣＰＵ２１は、上述したビート周波数の検出と、物体の距離や相対速度の検出と並行して、各送受信チャネルのうちＦＭ信号の送受信動作を行わせるものの選択をチャネル制御回路２２を介して実行する。この送受信チャネルの選択は、隣接する複数個のものが配列の順序に従って一つずつずらされながら同時に選択されるようにして行われる。
【００１５】
例えば、隣接する３個の送受信チャネルが同時に選択される場合には、図３に例示するように、３素子からなるパッチ・アレイアンテナの水平方向の放射パターンも、垂直方向の放射パターンと同程度に鋭いものとなる。そしてこの場合、図４のタイミングチャートに示すように、送受信チャネルのスイッチング素子１４ａ〜１４ｈ，１５ａ〜１５ｈのそれぞれに供給するオン／オフ制御信号によって対応の送受信チャネルの動作／非動作状態を示せば、ＡからＨまでの８個の送受信チャネルのうち隣接する３個を配列の順序に従って一つずつずらしながら同時に３個の送受信チャネル（Ａ，Ｂ，Ｃ），３個の送受信チャネル（Ｂ，Ｃ，Ｄ），３個の送受信チャネル（Ｃ，Ｄ，Ｅ）・・・という具合に、選択してゆくことにより送受信動作を行わせる。この動作モードでは、ビームの配列方向である水平方向についても鋭い放射パターンが得られ、遠方の車両が高方位分解能のもとで検出される。
【００１６】
ＣＰＵ２１は、車両が渋滞中の道路を低速で走行中などのため、遠方の監視機能よりはむしろ近傍の監視能力を高めたい場合などには、図５のタイミングチャートに例示するように、８個の送受信チャネルＡ〜Ｂを配列の順番に従って一つずつ動作させてゆく。この場合、ビームの放射パターンがビームの配列方向である水平方向に拡大され、自車両の近傍の比較的広い範囲にわたって障害物などを検出できる。すなわち、図６に例示するように、高方位分解能の動作モードでは自車両の前方に遠方まで届く鋭いビームが放射され、低方位分解能の動作モードでは自車両の近傍のみではあるが比較的広い方位範囲にわたってビームが放射される。
【００１７】
他の動作例として、ＣＰＵ２１は、高速走行中においても、高方位分解能の動作モードと低方位分解能の動作モードとを交番して反復することにより、遠方の監視と近傍の監視とを交番する構成とすることもできる。また、図４に例示した隣接３チャネルずつの送受信動作と、図５に示した１チャネルずつの送受信動作の中間の動作形態として、隣接２チャネルずつを同時に動作させる中間の方位分解能を実現することもできる。さらには、また、隣接４チャネルずつを動作させるモジュールを追加することもできる。
【００１８】
以上、マイクロストリップ線路形式の平面アレイアンテナから成る一次放射器を概略パラボラ形状の反射鏡の焦点近傍に配列することにより、各送受信チャネルの送信アンテナと受信アンテナとを形成する構成を例にとって本発明のレーダ装置を説明した。しかしながら、図７の斜視図に例示するように、マイクロストリップ線路形式の平面アレイアンテナから成る一次放射器を含むレーダモジュールを誘電体レンズの焦点近傍に配列することにより、各送受信チャネルの送信アンテナと受信アンテナとを形成する構成を採用することもできる。
【００１９】
あるいは、また、概略パラボラ形状の反射鏡の代わりに、円柱、双曲面、コーナーリフレクタなど他の曲面形状の反射鏡を使用することもできる。
【００２０】
さらに、一次放射器を送信用と受信用とに分離して設置する構成を例示した。しかしながら、サーキュレータを利用して送信系と受信系とを分離する構成を採用することにより、先行技術に関連して図９に例示したように、一次放射器を送受共用の構成とすることもできる。
【００２１】
また、ＦＭレーダ装置を例にとって本発明を説明したが、マルチビームＡＭレーダ装置など他の形式のマルチビーム・レーダモジュールやマルチビーム・レーダ装置にも本発明を適用できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のマルチビーム・レーダ装置は、隣接する複数の送受信チャネルを配列順に一つずつずらしながら同時に動作させる高方位分解能モードと、各送受信チャネルを配列順に一つずつ動作させる通常の低方位分解能モードとを監視範囲の遠近などに応じて選択的に行う構成であるから、遠方を高方位分解能のもとで監視することが可能になるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のマルチビームＦＭレーダモジュールの構成を示す平面図である。
【図２】上記マルチビームＦＭレーダモジュールを含む本発明の一実施例のマルチビームＦＭレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】３素子のパッチ・アレイアンテナの垂直方向と水平方向の放射パターンを示す概念図である。
【図４】隣接する３個の送受信チャネルが配列順に一つずつずらされながら順次動作する様子を説明するタイミングチャートである。
【図５】１個の送受信チャネルが配列順に一つずつずらされながら順次動作する様子を説明するタイミングチャートである。
【図６】高方位分解の動作モードのもとでの放射パターンと、低方位分解能の動作モードのもとでの放射パターンとの相違を説明するための概念図である。
【図７】図２のマルチビームＦＭレーダモジュールを誘電体レンズと組合せた状態を示す斜視図である。
【図８】１素子のパッチ・アレイアンテナの垂直方向と水平方向の放射パターンを示す概念図である。
【図９】先行技術のマルチビームＦＭレーダ装置の構成を示す平面図である。
【図１０】図２や図９のレーダモジュールを概略パラボラ形状の反射鏡と組合せた状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０マルチビームＦＭレーダモジュール
１１誘電体基板
１２ａ〜１２ｈ送信用パッチ・アレイアンテナ（一次放射器）
１３ａ〜１３ｈ受信用パッチ・アレイアンテナ（一次放射器）
１４ａ〜１４ｈ送信スイッチング素子
１５ａ〜１５ｈ受信スイッチング素子
１６ミキサー
２０本体部
２１ＣＰＵ
２２チャネル制御回路
２３ＦＭ信号発生回路
２６高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）

Claims

高周波信号のビームを送信しその反射波を受信する送受信チャネルがｎ個（ｎは３以上の自然数）配置されたマルチビーム・レーダモジュールと、前記各送受信チャネルについてその送信信号及び受信信号の関係から前記反射波を発生させた物体の距離若しくは相対速度又はその双方を検出する検出部とを備えたマルチビーム・レーダ装置において、
前記送受信チャネルの隣接するｍ個（ｍはｎより小さな自然数）のものが配列の順序に従って一つずつずらされながら同時に選択されて送受信動作を行う高方位分解能モードの動作と、
前記送受信チャネルが配列の順序に従って一つずつずらされながら選択されて送受信動作を行う低方位分解モードの動作と
が選択的に行われることを特徴とするマルチビーム・レーダ装置。
請求項１において、
前記高方位分解能モードの動作と低方位分解能モードの動作とが、検出対象の距離に応じて選択されることを特徴とするマルチビーム・レーダ装置。
請求項１又は２において、
前記高方位分解能モードの動作と低方位分解能モードの動作とが、所定の周期で交番して選択されることを特徴とするマルチビーム・レーダ装置。
請求項１乃至３の一つにおいて、
前記高周波信号は、周波数が時間と共に変化せしめられるＦＭ信号であることを特徴とするマルチビーム・レーダ装置。
請求項１乃至４の一つにおいて、
前記送受信チャネルの各アンテナは、マイクロストリップ線路形式のパッチ・アレイアンテナから成り誘電体基板上に交差指状に配列された送信用及び受信用の一次放射器を備えたことを特徴とするマルチビーム・レーダ装置。