JP3989550B2 - 衝突警告システム - Google Patents

Description

本発明は、衝突警告を発生するシステムに関する。
現在、世界的に、ビークル（vehicle）衝突警告を発生するシステムの製造に関心が向けられている。計画されている能力は、比較的簡単な「知的巡行制御」システムから、前方の道路を探索して潜在的な危険の存在を警告し、それに対して動作することができるようなより複雑なシステムまでにわたっている。全天候型性能にとって、特に濃い霧の中ではレーダセンサが特に有益である。
真に費用有効なレーダをベースとするシステムが製造可能になる前に、かなりな課題を解決しなければならない。実現する上で特に重要な課題は、
ａ．隣接レーン内のビークル、及び「道路設備」（街路標識、街灯柱等）からの偽警告、
ｂ．レーダシステム間の相互干渉、
ｃ．潜在的に危険なビークル及び構造と、直ちに安全性を脅かすものではないそれらとの確実な弁別、及び
ｄ．上記課題に対処する費用有効なハードウェア構成の製造、
である。
幾つかの研究機構が、衝突警告レーダシステムの開発に携わってきた。1991年10月のElectronics and Communication Engineering Journalの232-240頁においてPhilips Research LaboratoriesのA. G. Stoveは、ビークル衝突警告システムにおけるレーダの使用の再検討を記述している。一般にこれらのシステムは、レーダ信号を送受信するためのマイクロ波トランシーバと、潜在的な障害物を識別するための信号プロセッサと、ビークルのドライバに通報するためのディスプレイのようなある形状のマン・マシンインタフェースとを備えている。システムはトランシーバの視野内の全ての障害物のレーダ地図を生成し、潜在的に脅威となる障害物を抽出して表示する。屈曲部分を回る場合のような若干の状況では、ビークルがその屈曲部分を上手に通り抜ければ実際にはビークルにとって危険は存在していないにも拘わらず、ビークルの前方に障害物が多い環境を測定してしまうことがあり得る。このような障害物が多い環境に対処するのに要求される信号処理能力は、これらのシステムにかなりの複雑さと費用とを付加する。ビークル用成分の市場は価格に極めて敏感であり、ユニットの価格を引き下げることが決定的に重要である。
欧州特許出願0 473 866 A2には、ターゲットビークルの距離及び角度を監視し、これらを、各ターゲットビークルを監視して予測される分離距離を決定するプロセッサへ供給するようになっている光学システムが開示されている。このようなシステムは、大部分のターゲットビークルが衝突の危険性がない場合であっても、各ターゲットビークルの監視を処理するためにかなりなデータ処理能力を有するプロセッサを必要とする。
例えば英国特許明細書1 313 402に開示されているように、第１の移動しているボディと、第２の静止した、または移動しているボディとが衝突するのに必要且つ充分な条件は、両ボディの相対的な分離が時間と共に減少し、且つ、第１のボディから測定した第２のボディの相対方位が一定に保たれることである。
英国特許明細書1 605 171には、航空機から風景（landscape）の特色までの航空機の飛行線より下の視線の角度、航空機の対地速度、及び水平より下の視線の角度の減少率を決定することによって、風景の特色から航空機までの間隔を決定する航空機搭載システムが開示されている。
本発明は、ビークル衝突警告システムを提供し、本システムは、
（i）マイクロ波放射の源と、
（ii）上記源から放出され、受信手段の視野内の物体によって反射された放射を受信し、それに応答して関連する位相及び周波数を有する受信機信号を生成する受信手段と、
（iii）上記物体と衝突の危険性があるか否かを決定するために、上記信号を処理する処理手段と、
を備え、
（Ａ）上記受信手段は、少なくとも２つの横方向に分離されている受信機を備え、各受信機はそれぞれの受信機信号を生成し、
（Ｂ）上記処理手段は、上記システムに対するある物体の角位置の変化率を視線率（sightline rate）として、上記受信機信号から上記物体の視線率の測度を決定する手段、及び衝突の危険性がある物体と、このような危険性がない物体とを区別するために、ある設定値よりも大きい視線率を有する物体に関連する信号を排除する手段とを備えている、
ことを特徴としている。
本発明は、測定システムに対する物体の角位置の変化率の測定に基づいて、衝突の危険性がない物体と、衝突が考えられそうな物体とを弁別する。この率は、視線率として知られている。視線率が低い物体とは、測定システムに対する角位置が時間と共にゆっくりと変化するような物体である。もしその物体が測定システムに接近中であれば、衝突が予想される。高い視線率を呈する物体は、それらが大きい相対速度で移動しているか、またはそれらが近距離にある場合以外は危険ではない。本発明は衝突警告システムとして識別されるが、これらのシステムは可聴または視覚信号のような物理的警告を発生する必要はなく、例えばシステムを搭載しているビークルの運動を制御する（例えば、ブレーキをかける）のにこの警告を使用することができる。
本発明は、従来のレーダをベースとする衝突回避システムに比して、どのターゲットが衝突の危険性があるのかを決定する前に、全てのターゲットの位置及び相対運動を決定する処理手段を必要としないという長所を提供する。しきい値より低い視線率を有するターゲットだけが処理されるので、システムに対するデータ処理要求が減少する。
少なくとも２つの横方向に分離した受信機を使用することによって、ターゲット物体の視線率を決定することができる。自動車に搭載される衝突警告システムの場合には、２つの受信機を車幅分だけ分離させることによって、角度を決定するための適当な分離が得られる。このような角度決定は、受信機信号の位相を解析することによって遂行できるが、他の技術を使用しても差し支えない。
もし２つの横方向に分離した受信機からの受信機信号を加算すれば、得られる合成信号は干渉フリンジ型の特性を有し、受信した放射に対する感度は、角度的に、最低感度によって分離された最高感度が分布するようになる。この特性は、ターゲット物体視線率の測度を求めるのに使用することができる。ターゲット物体が最低感度に対応する角度を通過している間の信号の信号対雑音比は低く、信号の位相は本質的にランダムである。信号位相の二次時間微分をしきい値との比較に使用して、ターゲット物体の視線率が設定値を超えたか否かを決定することができる。
距離Ｒにあり、相対測度がＶで、視線率ω_sである物体の回避（miss）距離Ｚは次式によって決定することができる。
Ｚ＝ω_sＲ²／Ｖ （１）
それらの視線率に従って危険性がある物体だけを検出し、他の全ての物体をできる限り早めに排除するようになっている物体を弁別する衝突警告システムは、複雑な危険評価処理を必要としない長所を提供する。
多くの物体が検出されるような状況では、物体の軌跡履歴に基づいて衝突の危険性を決定する従来の衝突警告システムは過負荷になりかねず、そのため偽の警告を発したり、または危険を見失う恐れがある。軌跡処理システムに伴う特定の問題は、システムを搭載しているビークルが道路の屈曲部分に進入すると発生する。更に、視野内の多くの物体を弁別する必要があることから、距離分解能を高くする必要がある。これらのシステムは極めて複雑になり、従って実現するには高価になる可能性がある。
本発明の衝突警告システムは、向き（orientation）に依存して源の周波数を制御する手段を組み込むことができる。このようなシステムは、他のビークルのシステムとの間の混乱を回避する利点が得られる。
本発明の受信機は、普通のホーン型受信機であることができる。フオーカルプレーン（焦平面）アレイシステムを使用し、受信機のフォーカルプレーンにそれぞれの注視（look）方向を有するアンテナ要素を配置することによって角度的な感度を強調することもできる。
さらなる面において、本発明は、各物体の視線率（即ち、システムに対する物体の角位置の変化率）を測定することによって、衝突の危険性がある物体を、直ちには衝突の危険性がない物体から区別する手段を含んでいることを特徴とする衝突警告発生システムを提供する。
本発明のシステムは、道路ビークル衝突警告システムであることができる。本システムは、電磁放射の源と、物体から反射した後の放射を受信する検出器と、物体の視線率を決定する信号処理手段とを備えることができる。
本システムは、マイクロ波周波数で動作し、マイクロ波検出器は受信した放射に対して角度に依存する感度を発生する。検出器は低減した周波数信号を生成することができ、この周波数は更に処理される。典型的には、システムは周波数変調された連続波信号を放出する。低減した周波数信号は高速フーリエ変換ユニットへ供給することができ、その複素出力は位相角を含む。この位相角の時間に関する二次導関数を計算して得られる検出された物体の視線率と、あるしきい値とを比較することができる。しきい値より上の視線率を有する物体は衝突の危険はなく、排除することができる。しきい値レベルより下の視線率を有する物体は衝突の危険があり得るので、これらの物体からの信号を更に処理し、これらがシステムを搭載しているビークルの安全制動距離以内にあるか否かを決定する。
複数のアンテナ要素を有するフォーカルプレーン受信機の形状のマイクロ波検出器は、ある程度の角度的な感度を発生する。フォーカルプレーン受信機は、局部発振器信号を信号混合手段に結合する非放射手段を含むことができる。
他のビークルの衝突警告システムからの干渉を減少させるために、システムを搭載しているビークルの走行方向に従って送信される放射の周波数を変化させることができる。磁気方位の特定の範囲に特定の周波数が送信されるようにマスター発振器を制御するために、磁気コンパスを使用することができる。
別の面において本発明は、放射源と、反射した放射を受信し、それに応答して信号を生成する手段と、信号を処理して衝突の危険性を決定する手段とを備え、上記放射源がシステムの向きに依存する周波数の放射を放出するようになっているビークル衝突警告システムを提供する。
本発明のさらなる面においては、マイクロ波放射を受信し、受信した放射を局部発振器信号と混合して中間周波数信号を抽出する受信機要素を提供し、上記要素は、放射を受信する受信手段と、局部発振器信号を受信手段に結合して中間周波数信号を抽出する結合手段とを備え、上記結合手段は、源からの局部発振器信号を受信手段まで運び、中間周波数信号を受信手段から運ぶ導電手段と、これらの導電手段を受信手段に接続する複数のダイオードとを備えている。
本発明をより完全に理解するために、以下に添付図面を参照して本発明の実施例を説明するが、この説明は単なる例示に過ぎないことを理解されたい。
図１は、本発明のシステムの概要図である。
図２は、図１のシステムの受信器ビームのパターンを示す図である。
図３は、図１のシステムの動作を説明する一連のグラフである。
図４は、本発明のさらなるシステムの概要図である。
図５ａは、図４のシステムのフォーカルプレーン受信機の断面図である。
図５ｂは、図５ａの受信機のレンズの断面図である。
図６は、図５ａの受信機のアンテナ要素の平面図である。
図７ａは、図５ａの受信機の代替アンテナ要素の平面図である。
図７ｂは、図７ａのアンテナ要素の断面図である。
図１に、ビークル上に取付けられる衝突警告システム１０を示す。システム１０は、マイクロ波送信アンテナ２０、２つのマイクロ波受信アンテナ２２及び２４、及び警告ブザー２８に接続されている信号プロセッサ２６を含んでいる。マイクロ波送信アンテナ２０は、76乃至77ＧＨｚの範囲の周波数を有するマイクロ波放射を放出する普通の導波ホーンである。送信アンテナ２０は、方位角で10°幅のレーダビームを発生する。レーダビームは、前記引用した文献においてStoveが記述している単一掃引線形周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）信号である送信信号である。ＦＭＣＷ信号は源３０によって生成され、伝送ライン３２を介して送信アンテナ２０へ供給される。受信アンテナ２２及び２４は1.2メートル（ｍ）の距離だけ横方向に分離しており、各々は、送信アンテナ２０のビーム幅と一致する10°の感度角度を有するホーン型アンテナである。
源３０からのＦＭＣＷ信号は、それぞれの伝送ライン５０及び５２を介して信号混合器３４及び３６に供給される。送信アンテナ２０によって放出され、物体から反射した後に受信アンテナ２２及び２４によって受信された信号は、混合器３４及び３６によって源３０からのもとのＦＭＣＷ信号と混合され、それぞれビデオ周波数出力にされる。これらの出力は、それぞれ増幅器５８及び６０へ印加される。２つの増幅器から得られた出力は、加算されて出力Ａになり、また一方が他方から減算されて出力Ｂになる。出力Ａは、加算増幅器６２によって増幅器５８及び６０の出力を直接加算することによって発生される。増幅器５８及び６０の出力は演算増幅器６６にも印加され、演算増幅器６６はその２つの入力の差に比例する出力信号を生成する。演算増幅器６６は、出力Ｂを生成する。出力Ａ及びＢのアナログ信号は、普通のＦＭＣＷレーダシステムにおけるように、２つのアナログ・デジタル変換器７０及び７２の関連する一方によってディジタル化され、次いで２つの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ユニットの関連する一方に印加されて出力から物体の距離情報が抽出される。
システム１０は、200ｍの最大距離を有するように構成されている。この200ｍの動作範囲は、８つの25ｍ距離ゲートに分割される。ＦＦＴユニット７４及び７６はそれぞれ、ディジタル化された入力信号を処理する。各ＦＦＴユニット７４及び７６は、８つの距離ゲートに対応する８つの出力を有している。分かり易くするために、図１には各ＦＦＴから１つの出力だけしか示してない。もしある物体が特定の距離ゲート内に存在していれば、各ＦＦＴユニットはその距離ゲートに対応する出力上に複素数の出力信号を生成する。出力信号の振幅はその物体のサイズの指示を与え、信号の位相角はレーダシステムからの物体の距離の関数である。
各ＦＦＴユニット７４及び７６の８つの出力は、関連するコヒーレンス検出ユニットに接続されている。図１では分かり易くするために、ＦＦＴユニット７４から１つの出力７８、及びＦＦＴユニット７６から１つの出力７９だけが関連するコヒーレンス検出ユニット８０及び８２に接続されているように示してある。レーダシステム１０は、各ＦＦＴに接続されている他の７つのコヒーレンス検出ユニットを有しているのであるが、図示はしてない。コヒーレンス検出ユニット８０及び８２は、ＦＦＴユニット７４及び７６の連続出力信号の位相角を比較し、後述するように衝突の危険性がない物体からの信号を排除する。コヒーレンス検出器に関しては、1981年３月25日のProceedings of IEE Colloquium on Adaptive Thresholding, London, Englandの9.1−9.6頁に記載のG. C. Goddardの論文を参照されたい。
コヒーレンス検出ユニットによって排除されない、従って重大な衝突の危険性がある物体を指示する信号は、信号プロセッサ９０へ供給される。信号プロセッサ９０は、これらの物体の距離と、レーダシステム１０を搭載している自動車の速度とを比較する。もし物体が、〔自動車の停止距離＋２秒の警告期間内に走行する距離〕に等しい距離以内にあれば、警告ブザー２８が作動する。
図２は、出力Ａ及びＢの受信機ビームパターンである。破線１５２は出力Ａの受信機ビームパターンを表し、実線１５４は出力Ｂの受信機ビームパターンを表している。受信機ビームパターンは、物体に対する出力の感度を角度の関数として表している。受信機パターンは、０感度（ヌル）１５８のような０感度によって分離されたローブ１５６のような一連のローブからなっている。０感度は、衝突警告レーダに要求される中心方向から小さい角度離れた角度θ_nにおいて発生している。即ち、
チャネルＡの場合、
θ_n＋φ＝ｎλ／Ｌ ｎ＝０、１、２、３、．．． （２）
チャネルＢの場合、
θ_n＋φ＝（ｎ＋１／２）λ／Ｌ ｎ＝０、１、２、３、１．．． （３）
ここに、λは、動作周波数に対応する波長であり、
Ｌは、受信アンテン２２と２４との間の間隔であり、
φは、受信アンテナ２２及び２４の相対位相によって決定される任意オフセット角である。
視線率が低い物体は、連続測定の間、図２の複合アンテナパターンの１つのローブ内に留まるであろう。ある最小視線率よりも大きい物体は、連続測定の間、チャネルＡまたはＢの何れかの少なくとも１つの０感度を通過しよう。何れかのチャネルの０感度に対応する角度に位置する低視線率を有する物体を確実に検出するために、２つのチャネルＡ及びＢが必要である。局部発振器信号と２つの受信機間の相対位相は全く任意であることができ、図２のアンテナパターンは、全体として、アンテナ組立体ボアサイト（boresight）に対して移動される。
図３を参照して、図１のコヒーレンス検出ユニット８０及び８２の動作を説明する。視線率が低く、信号対雑音比が高い物体は、受信した信号の位相が時間と共に線形に変化するような位相履歴を有している。雑音の位相履歴は全体としてランダムである。もしある物体が受信アンテナパターン内の１つまたはそれ以上の０感度（そこでは、信号対雑音比が低い）を通過する充分な視線率を有していれば、位相履歴はそれがランダムになる領域を有するようになる。
図３（ａ）は、時間に対して低い視線率を有する物体からの信号の位相角のグラフである。この物体の位相履歴は、本質的には線形である。図３（ｂ）は、受信機アンテナパターン内の２つの０感度を通過する充分な視線率を有する物体からの信号の時間対位相角のグラフである。図３（ｂ）に示す位相履歴は、位相履歴がランダムになる２つの領域１７０及び１７２を有している。これらの領域は、物体がレーダシステムに対して受信アンテナの０感度に対応する角度にあったことに対応する。図３（ｃ）は雑音だけの位相履歴を示しており、この位相履歴は処理期間を通してランダムである。図３（ｂ）及び３（ｃ）は、物体が危険ではないことが検出された処理期間中に測定された位相履歴を表している。
図３（ａ）に示すような位相履歴を、図３（ｂ）及び３（ｃ）に示すような位相履歴（これらは、排除しても差し支えない）から区別するために、位相履歴は時間に対して２回微分され、以下に二次角度微分と呼ぶ測度が求められる。二次角度微分内の変分の大きさが、所定のしきい値と比較される。図３（ｄ）は、図３（ａ）に示す測度の時間に対する二次角度微分のグラフである。所定のしきい値は破線１７４で示されている。この事例の位相履歴は実質的に線形であるから、二次角度微分は常に０に近く線１７４を横切ることはない。図３（ｂ）及び３（ｃ）に示す場合の二次角度微分は、図３（ｅ）及び３（ｆ）にそれぞれ示すように、しきい値との交差を発生する。
危険性のある物体を、他の物体から区別する１つの基準は、その物体がコヒーレンス検出器処理期間Ｔ_p中に、図２のパターン内の０感度間の角度距離の1/3以上を通過しなかったか否かである。これらの条件の下で、チャネルＡまたはＢの少なくとも一方において物体からの戻りを検出すべきである。これは、
ω_s＜λ／３ＬＴ_p （４）
のように視線率の上限を設定する。
式（１）と（４）とを組合わせると、コヒーレンス検出器処理期間の限界が求められる。
Ｔ_p＜λＲ²／３ＬＺＶ （５）
ＦＦＴの各出力は、特定の距離Ｒに対応する。距離及び接近速度が与えられれば、その距離に対応するＦＦＴ出力のためのコヒーレンス検出器処理時間を変えることによって、式（５）から最小危険回避距離を指定することができる。しかしながら、実際には、距離情報とＦＭＣＷレーダ動作に固有のドップラ偏移との間の結合が物体の見掛けの距離をひずませる。この結合のさらなる重大さは、単一掃引ＦＭＣＷレーダが潜在的な危険物の相対速度の不正確な情報を与えることである。実際には、通常はこれらの誤差は小さい。
代替実施例においては、単一掃引ＦＭＣＷ信号を、アップ掃引及びダウン掃引の両方を有しているＦＭＣＷ信号によって置換することができる。これらの信号により、分離距離及び相対速度情報を求めることができる。アップ掃引及びダウン掃引ＦＭＣＷを組み入れたシステムは、コヒーレンス検出の前に距離及び速度情報を分離するために、システム１０の信号処理を変更した信号処理が必要になる。
レーダ送信機及び受信機は、主ビームと、その側面の１つまたはそれ以上のサイドローブとからなるビームパターンを有していることが多い。サイドローブは危険性のある物体を、接近してはいるが直ちに安全に脅かすことはない物体から区別することはできないから、衝突警告レーダシステムには望ましくない。例えば、レーダを搭載しているビークルの直ぐ右側または左側に位置するビークルは、もしそれがレーダサイドローブ内にあれば、見掛け上相対速度を有せず、且つ極めて近い距離にある物体であると見做され、レーダを搭載しているビークルの前方の近い距離にある物体と区別することができない。その物体は安全制動距離以内に侵入しているように見え、警告を発生させる原因になる。レーダアンテナのサイドローブは、アンテナ組立体を放射吸収材料の管の一方の端に配置することによって低下させることができる。これは、殆どのレーダ応用に対して受入れ難い程視野を狭めることになるが、衝突警告レーダの必要視野は比較的狭いのでサイドローブを低下させる費用有効な方法である。
道路上の大多数のビークルが衝突警告レーダシステムを装備すると、同一領域内で動作しているレーダシステム間の干渉が問題になる。システム間のＦＭＣＷ信号のランプ率（ramp rate）は、この問題に対するある保護を与えることができる。欧州における衝突警告システムへの周波数割当ては76乃至77ＧＨｚである。これを10の100ＭＨｚ幅のチャネルに分割し、それぞれを特定の36°幅の方位角セクタに割当てることができる。このようにすると、正面から接近する２台のビークルは、他方のビークルの動作周波数から500ＭＨｚだけ分離したそれぞれの周波数で動作することができる。周期的な時間間隔の後に、制御回路は電子的、または機械的の何れかのコンパスからの出力信号を測定する。次いで、発振器の動作周波数を、従って送信周波数を制御する制御信号がレーダマスター発振器へ送られる。
レーダシステム１０は、ホーン型の受信アンテナ２２及び２４を組み込んでいる。ホーン型の受信アンテナの代わりに、フォーカルプレーン受信機を衝突警告レーダシステムの設計に有利に組み込むことができる。フォーカルプレーン受信機は、英国特許2279179に開示されている。図４は、フォーカルプレーン受信機２０２及び２０４を組み込んだ本発明のレーダシステム２００の概要図である。このレーダシステム２００は、各々が３つの受信アンテナ要素２０６ａ−２０６ｃ、及び２０８ａ−２０８ｃをそれぞれ有していることを除いて、図１のレーダシステム１０に類似している。各受信アンテナ要素はそれ自体の関連出力を有しているので、各出力を順番に信号処理要素へ選択的に接続するためにはスイッチングユニット２１０及び２１２が必要になる。
システム２００においては、ＦＭＣＷ源２２０は単一掃引ＦＭＣＷ信号を生成して普通の導波ホーン型送信アンテナ２２４に供給し、受信機２０２及び２０４の視野と整合する方位角で約10°を有し、また充分に広い仰角ビーム幅を有するレーダビームを生成させる。
ＦＭＣＷ源２２０からの信号は、各受信機２０２及び２０４にも供給される。送信アンテナ２２４から送信され、物体から反射した後にアンテナ要素２０６ａ−２０６ｃ及び２０８ａ−２０８ｃによって受信された信号は、ＦＭＣＷ源２２０からの信号と混合されてビデオ周波数出力が生成される。スイッチングユニット２１０によって受信機出力が多重化されること以外は、システム２００の信号処理は上述したシステム１０のそれと同一であるので、さらなる詳細な説明は省略する。
受信機２０２と２０４とは同一である。図５ａはフォーカルプレーン受信機２５０の水平断面図である。受信機２０２及び２０４は、受信機２５０と同様である。受信機２５０は、フォーカルプレーン２５４を有するレンズ２５２を備えている。レンズ２５２は、75ｍｍの最大直径を有する長円形セグメントである前側部分２５６と、円錐台形の後側部分２５８とを有している。レンズ２５２は、Plessey Semiconductors of Lincoln, England製の誘電定数ε_rが10の材料である二酸化チタンをロードしたポリスチレン誘電体である。レンズ２５２には、前側部分２５６と後側部分２５８との間に挟まれた金属格子２６０が組み込まれている。格子２６０は、図面の端の方から見た時に線形導体の二次元アレイの形状であり、動作中にはそれらが垂直に配列される。アルミナ基体２６２が、後側部分２５８の後面２６３に取付けられている。基体２６２はフォーカルプレーン２５４内に外面２６４を有している。
まとめてアンテナ要素２７０と呼ぶ３つのアンテナ要素２７０ａ、２７０ｂ、及び２７０ｃがフォーカルプレーン２５４側の基体２６２の表面２６４上に配置され、３つのそれぞれの注視角からの放射に対する感度を与える。アンテナ要素２７０は各々交差ダイポールアンテナである。中央アンテナ２７０ｂは、軸２７２に平行に到着する放射を受信し、両側のアンテナ２７０ａ及び２７０ｃはそれぞれ軸２７２に対して＋３°及び−３°からの放射を受信する。アンテナ要素２７０はフォーカルプレーン２５４の単一の中心軸上に心合わせされており、1.15ｍｍの中心間間隔だけ離間されている。各ダイポールは、空気と基体２６２との間の界面における76乃至77ＧＨｚの周波数範囲を含む周波数範囲における共振に適切な0.85ｍｍの長さである。ＦＭＣＷ源２２０（図示してない）に接続されているマイクロ波フィード導波器２８０は、基体２６２に接近して開いている出力端２８２を有している。
送信アンテナ２２４によって送信され、物体から反射される放射は受信機２５０によって受信することができる。格子２６０は偏波器として動作し、水平偏波放射だけが受信した信号ＲＸとしてアンテナ要素２７０に到達することができるようにする。
図５ｂは、レンズ２５２の断面図である。前側部分２５６はハイポヘミ（hypohemi）長円形、即ち半長円形の一部分であり、長さ82.7ｍｍの長さの長軸と、長さ78.3ｍｍの短軸とを有している。円錐台形の後側部分２５８は、断面においてそれが長軸と平行な線に対して50°の角度をなす湾曲した表面を有している。後側表面２６３は円形であり、28ｍｍの直径を有している。レンズ２５２は55ｍｍの総合厚みｔを有している。
図６は、アンテナ要素２７０ａ、２７０ｂ、及び２７０ｃの平面図である。各アンテナ要素２７０は、２つのダイポール３０２及び３０４からなっている。各ダイポール３０２は２つの素子（リム）３０６及び３０８を含み、各ダイポール３０４は２つの素子３１０及び３１２を含んでいる。各素子３０６乃至３１２の長さは0.325ｍｍであり、幅は0.14ｍｍである。各素子３１２は、幅が0.04ｍｍの間隙３１３によって分離された２つのアーム３１２ａ及び３１２ｂを有するように縦方向に分割されている。各アンテナ要素２７０は、異なるダイポールの関連ダイポール素子間に接続されている４つのレーダ周波数混合器ダイオード３１４ａ−３１４ｄのリングを有している。素子３０６及び３０８は、それぞれダイオード対３１４ａ／３１４ｂ及び３１４ｃ／３１４ｄのアノードに接続されており、素子３１０及び３１２は、それぞれダイオード対３１４ｂ／３１４ｘ及び３１４ａ／３１４ｄのカソードに接続されている。即ち、ダイオード３１４ａ、−３１４ｄは一方のダイポール素子に向かって順方向に極性付けられ、他方のダイポール素子に向かって逆方向に極性付けられている。分割素子３１２のアーム３１２ａ及び３１２ｂは、それぞれダイオード３１４ａ及び３１４ｄに接続されている。
分割素子を組み込んだアンテナ要素２７０のダイポールは、局部発振器信号の偏波と平行に配列されている。他方のダイポールは、格子２６０によって送信される放射の偏波に平行に配列されている。
ＬＯ及びＲＸ信号は、それらの偏波が平行であるダイポールに結合される。ＬＯ及びＲＸ信号はダイオード３１４ａ−３１４ｄによって混合され、中間周波数（ＩＦ）信号が生成される。ＩＦ信号はＬＯ信号とＲＸ信号との間の差周波数を有している。分割素子は、素子間の容量性結合のために、レーダ周波数においては単一の素子に見える。しかしながら、中間周波数においては、伝送ラインを形成する２つの平行導体として動作する。従って、分割素子は、ＩＦ信号を処理回路へ中継するための出力フィードになる。処理は、レーダシステム１０に関して説明したように遂行される。
レーダシステム１０がＦＦＴユニットの各出力に８つのコヒーレンス検出器を有しているのに対して、システム２００の処理回路は各ＦＦＴユニット毎に８つのコヒーレンス検出器の３つのバンクと、スイッチングユニット２１０または２１２と協調してＦＦＴユニットの出力を適切なバンクへスイッチングするための多重化ユニットとを必要とする。コヒーレンス検出器が適当なデータ処理能力を有していれば多重化ユニットは不要であるが、このデータ処理には時多重化された手法で各注視方向からのデータを処理する手段を組み込む必要がある。
もし追加される電気回路の費用がそれ程問題にならないのであれば、スイッチングユニット２１０及び２１２を除去し、その代わりに分離した３セットの処理回路（受信機２０２及び２０４の各注視方向毎に１セット）を設けることができる。
ＬＯ信号を供給するフィード導波器２８０の代わりに、ＬＯ信号は受信アンテナに直接フィードすることができる。このような配列を組み込んだフォーカルプレーン受信機は、導波器２８０以外は受信機２０２及び２０４に類似する。図７ａは、このような受信機に組み込むための代替アンテナ要素３５０の平面図である。図７ｂは、図７ａのアンテナ要素３５０のVII−VII視断面図である。アンテナ要素３５０は、アルミナ基体３５１の第１の側上に取付けられ、２つの素子３５４ａ及び３５４ｂと、ＬＯ信号フィード構造３５６とを有するダイポール３５２を備えている。ダイポール３５２は0.14ｍｍの幅と、0.85ｍｍの総合長さとを有し、各素子３５４ａ及び３５４ｂは0.405ｍｍの長さである。フィード構造３５６は、基体の第１の側上の第１の導体３５８と、基体の第２の側上の第２の導体３６０とからなる。第１の導体３５８は0.2ｍｍの一定の幅を有している。一方、第２の導体３６０の幅はその長さに沿って変化している。第２の導体３６０は、中央領域３６１ａにおいては0.3ｍｍの幅を有し、端領域３６１ｂにおけるその幅は0.2ｍｍであり、そして第３の領域３６１ｃにおいては幅は0.3ｍｍから約３ｍｍの幅まで広がっている。第２の導体３６０は、グラウンドプレーンとして接地に接続されている。
ＬＯフィード信号は第１の導体３５８に結合される。ある遠隔物体から反射した後にアンテナ要素３５０によって受信された放射は、ＬＯ信号と混合され、第１の導体３５８を介して抽出されるＩＦ信号が生成される。
アンテナ要素２７０及び３５０は76乃至77ＧＨｚの周波数範囲で動作するように設計されているが、マイクロ波アンテナ設計の分野に精通していれば、他の周波数において動作させる場合には、アンテナ要素の成分の寸法を所望周波数の動作に対して適切に変更しなければならないことが理解されよう。各ダイポールは、物理的長さに、その両側の２つの媒体の誘電定数の平均の平方根を乗じた実効長を有している。例えば、ダイポール３５２は一方の側が空気（ε＝１）であり、他方の側がアルミナ（ε＝10）であるので、その実効長は、0.85×√〔1/2（10＋1）〕である。これは、ほぼ75ＭＨｚのマイクロ波放射の自由空間における半波長の2.0ｍｍである。もし望むならば、ダイポールの長さを、それらがｎλ／２（但し、λは自由空間波長、ｎは奇の整数）を有するように変更することができる。もしｎが１よりも大きければ、ダイポールの中心間間隔を増加させる必要があり、このような配列は効率的ではない。
代替実施例においては、それぞれ図１及び４を参照して説明したシステム１０及び２００は、ＦＭＣＷ源が出力周波数の約数である周波数を有するＦＭＣＷ信号を生成するように変更することができる。例えば、ＦＭＣＷ源は出力周波数の1/4の周波数を有する信号を生成することができる。この場合、ＦＭＣＷ源と送信機との間に周波数逓倍器、及び有利には増幅器が必要である。上例では、４倍の周波数逓倍器が必要になる。混合器３４及び３６のような信号混合器、及びアンテナ要素２７０をＦＭＣＷ源周波数の高調波で動作させれば、ＦＭＣＷ源と混合器との間に周波数逓倍器は必要ではない。

Claims (12)

1. 衝突警告システムであって、
   （ｉ）放射の源（20、30、32）と、
   （ii）上記源（20、30、32）から放出され、受信手段の視野内の物体によって反射された放射を受信し、それに応答して関連する位相及び周波数を有する受信機信号を生成する受信手段（22、24、34、36、58、60）と、
   （iii）上記物体と衝突の危険性があるか否かを決定するために、上記信号を処理する処理手段（26）であって、上記システムに対するある物体の角度の変化率を視線率として、上記受信機信号から上記物体の視線率の測定値を決定する手段（62、66、70〜76）と、衝突の危険性がある物体とこのような危険性がない物体とを区別するために、ある設定値よりも大きい視線率を有する物体に関連する信号を排除する手段（80、82、90）とを有する処理手段（26）と、
   を備えている衝突警告システムにおいて、
   （ａ）上記受信手段は、複数の受信機（22、24）を備え、
   （ｂ）上記処理手段（26）は、異なる受信機（22、24）からの信号を混合して複合信号を生成して、受信手段（22、24、34、36、58、60）がそれぞれの複合信号に関連する受信機ビームパターン（152、154）を有するようにする混合手段を含み、上記受信機ビームパターン（152、154）は、多数のローブを有していて、上記システムの視野内のどの方向もあらゆる受信機ビームパターン（152、154）の０感度（158）と関連しないように、相互に重なり合っており、
   （ｃ）上記処理手段（26）は、上記受信機信号の位相履歴が受信機ビームパターンの１つまたはそれ以上の０感度を表す場合にその物体を衝突の危険性のない物体として排除するように構成されていることを特徴とする衝突警告システム。
2. 上記処理手段は、上記受信機信号の位相を解析し、ある処理期間にわたって上記設定値より大きい視線率を表す位相履歴を有する信号を排除する位相解析手段（70〜76、80、82、90）を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 上記受信手段（22、24、34、36、58、60）は２つの受信機（22、24）を備え、上記混合手段は、上記受信機（22、24）からの受信機信号を加算して第１の複合信号出力に第１の受信機ビームパターン（152）と関連する第１の複合信号を形成し、一方の受信機信号を他方の受信機信号から減算して第２の複合信号出力に第２の受信機ビームパターン（154）と関連する第２の複合信号を形成する手段（62、66）からなり、上記第１の受信機ビームパターン（152）の最高感度を呈する部分が、第２の受信機ビームパターン（154）の最低感度を呈する部分に重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 上記処理手段（26）は、上記受信機信号の位相を解析し、ある処理期間にわたって上記設定値より大きい視線率を表す位相履歴を有する信号を排除する位相解析手段（70〜76、80、82、90）を含み、上記位相解析手段は、上記第１及び第２の複合出力信号をディジタル化するディジタル化手段（70、72）と、上記出力信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を遂行し、変換した信号を複数のＦＦＴ出力に出力する手段と、上記各ＦＦＴ出力に接続され、それぞれが上記連続的に出力される変換された信号の位相角を比較するコヒーレンス検出ユニット（80、82）とを備えていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
5. 各コヒーレンス検出ユニット（80、82）は、上記変換された信号の位相履歴の時間に対する二次微分を生成し、その二次微分をあるしきい値（174）と比較するための手段であり、上記しきい値（174）は、比較的低い視線率に関連する線形位相履歴を、比較的高い視線率又は雑音に関連していて排除すべき少なくとも部分的にランダムな位相履歴と区別するものであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 各コヒーレンス検出ユニット（80、82）は、それが接続されているＦＦＴ出力に依存する処理期間を有していることを特徴とする請求項４または５に記載のシステム。
7. 上記複数の受信機はホーン型アンテナ（22、24）であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載のシステム。
8. 上記複数の受信機はフォーカルプレーンアレイ受信機（202、204）であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載のシステム。
9. 上記フォーカルプレーンアレイ受信機（202、204）は、マイクロ波レンズ（252）のフォーカルプレーン（264）に配置されている受信機要素（202、204）を含み、上記受信機要素（202、204）は、上記源（20、30、32）からマイクロ波放射を受信し、上記受信した放射を局部発振器信号と混合し、そして上記受信機信号の生成に使用するための中間周波数信号を発生するように構成され、上記受信機要素（202、204）は、誘電性の基体上に取付けられ、さらに、上記受信機要素（202、204）は、
   （ａ）マイクロ波放射を受信するダイポール受信手段（354a、354b）と、
   （ｂ）上記基体のそれぞれの側上に配列され、上記局部発振器信号を上記ダイポール受信手段（354a、354b）に結合して中間周波数信号を発生する表面導体（358、360）と、上記表面導体（358、360）を上記ダイポール受信手段（354a、354b）へ接続する複数のダイオード（314）とからなることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 上記源（20、30、32、220、224）は、上記システムの向きに依存する周波数を有する放射を放出するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１つに記載のシステム。
11. 上記システムは、該システムの向きを検知して上記源（20、30、32、220、224）から放出される放射の周波数を上記向きに依存して制御する向き検知手段を組み込んでおり、上記向き検出手段は、地球の南北の磁極に対する上記システムの向きを検出するための電気的コンパス及び機械的コンパスの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 上記システムは、
    （ａ）マイクロ波放射の源（20、30、32、220、224）からのサイドローブ放射放出と、
    （ｂ）受信手段（22、24、34、36、58、60；204）におけるサイドローブ受信の影響を受けやすい受信手段の視野内の物体から反射された放射と、
    の少なくとも１つを減衰するための放射吸収手段を組み込んでいることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１つに記載のシステム。

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