JP4088589B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電波を送信し、その反射波を受信することによって、ターゲットの存在等を検出するレーダに関する。
背景技術
電波レーダは、様々な分野において、物標までの距離等を計測するために利用されている。例えば、自動車産業においては、先行車両との車間距離を計測するための車両搭載用レーダの開発が盛んに進められている。
このようなレーダは、利用する電波の波形によって各種方式に分類される。例えば、電子情報通信学会誌1996年10月号(pp977−pp981)「自動車用ミリ波レーダの開発動向」には、パルスレーダ、2周波CW(Continuous Wave)レーダ、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダ等、各種方式のレーダが記載されている。パルスレーダは、パルス波を発射してから、そのエコーを受波するまでの経過時間に基づき、物標までの距離を検出する無線装置である。2周波CWレーダは、互いに周波数の異なる2つの連続波を交互に発射し、それらのエコーのドップラシフトに基づき、物標までの距離および物標の相対速度を検出する無線装置である。FMCWレーダは、三角波周波数変調等の適当な繰返し周波数変調を施した連続波を発射し、その送信信号とその反射信号とのビート周波数に基づき、物標までの距離および物標の相対速度を検出する無線装置である。これらのレーダのうち、2周波CWレーダおよびFMCWレーダは、受信アンテナによる受信信号にFFT(Fast Fourier Transform)処理を施すことによって得られる周波数スペクトルのピーク信号の周波数および位相に基づき、物標までの距離および物標の相対速度を検出する。
さて、車両に搭載されるレーダは、道路の路面に存在するターゲット(先行車両等)の検知を主な目的として車両に搭載されるため、道路の上方に存在する歩道橋等をターゲットとして誤検知してしまうのは好ましくない。このため、レーダは、車両に取り付けられた状態において、路面の面内方向に電波を送信し、かつ、路面の面内方向から電波を受信することができる姿勢を維持している必要がある。このことに関連して、特開2000−56020号公報記載の技術が知られている。この技術は、車両の進行方向に対して上下にわずかに傾いた方向に電磁波を発射する2つの電磁波発射源を物体検知装置に搭載し、各電磁波発射源からの電磁波の反射波の強度を比較することによって、物体検知装置の姿勢の変化を検出するものである。なお、特開2000−56020号公報には、電磁波の例として、レーザ光、ミリ波が挙げられている。
発明の開示
本発明の目的は、ハードウエアの追加なく、移動体に対する取付け姿勢の変化を検出することができるレーダ装置を提供することにある。この目的を達成するために、本発明は、連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダ装置に、(1)前記移動体の移動方向に沿ったメインローブと、前記連続面に向かうサイドローブを有する信号を発信し、前記メインローブ方向のターゲットからの第1反射信号と前記サイドローブ方向の前記連続面からの第2反射信号とを受信する送受信部と、(2)前記送受信部が受け付けた第2反射信号と前記送受信部が発信する信号とのビート信号の周波数を検出し、当該周波数に基づき、前記連続面に対する当該レーダ装置の姿勢に相関する情報を検出する制御処理手段と、を設けることとした。
なお、本発明を実施するための最良の形態において挙げる具体的な構成に含まれる事項は、可能な限りの組合せの自由度を有し、その組合せのいずれもが発明を構成するものとする。例えば、本発明を実施するための最良の形態として挙げた構成からその一部を適宜に削除した形態も、また、本発明の実施形態の1つとなり得る。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付の図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず、移動体に対するレーダの取付け姿勢の検出原理について説明する。
レーダのアンテナは、通常、図1に示すように、電波の放射パターンに、メインローブa0に続く一連のサイドローブa1,a2,...,a1’,a2’,...が、メインローブa0を挟んで±90°の角度範囲に放射状に現われるように設計されている。このため、図2に示すように、平滑な路面300上の移動体400に、その移動方向とアンテナのメインローブa0とが平行になるようにレーダ100を搭載すれば、アンテナのサイドローブa1,a2,...,a1’,a2’,...のうちの一部のサイドローブa1,a2,...と路面300とのなす角Φ1,Φ2,...は、理論的には、メインローブa0となす角度φ1,φ2,...と等しくなる。以下、このときの、移動体に対するレーダの取付け姿勢を基準姿勢と呼ぶ。ここで、移動体400に対するレーダ100の取付け姿勢に変化が生じると、それに応じて、アンテナのサイドローブa1,a2,...と路面300とのなす角度も変化する。例えば、図3に示すように、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りに、搭載車両に対するレーダ100の取付け姿勢が、基準姿勢から角度θだけ回転した場合には、アンテナのサイドローブa1,a2,...と路面300とのなす角度Φ1,Φ2,...は、理論的には、レーダの回転角度θと等しい角度だけ増加する。
このように、アンテナのサイドローブと路面とのなす角は、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りの、レーダの回転角度に応じて変化する。そこで、本実施の形態では、アンテナのサイドローブa1,a2,...と路面300とのなす角度Φ1,Φ2,...を検出し、その検出結果に基づき、移動体に対するレーダの取付け姿勢の変化を推定することとする。アンテナのサイドローブa1,a2,...と路面300とのなす角度Φ1,Φ2,...の算出方法は、レーダの変調方式に応じて異なるが、以下、その具体例を示しておく。
例えば、2周波CWレーダについては、以下に示すような手法により、アンテナのサイドローブa1,a2,...と路面300とのなす角度Φ1,Φ2,...を算出可能である。
レーダのアンテナの電波放射域に物体が存在していると、レーダのアンテナは、その物体からのエコーを受信する。このエコーは、レーダと物体との間に相対運動によってドップラー効果を受ける。このため、このエコーの周波数は、次式(1)によって与えられるドップラー周波数fだけ、アンテナからの電波の発信周波数fcからずれる。
f=2・fc・v/c …(1)
ここで、cは、光速であり、vは、レーダと物体との相対速度である。
速度Vで移動中のレーダのアンテナの各サイドローブa1,a2,...の方向にそれぞれ静止物体が存在している場合、レーダとそれら各静止物体との相対速度がV・cosΦ1,V・cosΦ2,...となる。したがって、数式(1)より、レーダのアンテナがそれら各静止物体から受信するエコーのドップラー周波数f1,f2,...を求めると、次式(2)が得られる。
fk=2・fc・V・cosΦk/c (k=1,2,...) …(2)
路面上を速度Vで移動する移動体にレーダが搭載されている場合にアンテナの各サイドローブa1,a2,...の方向に存在する路面を静止物体と考えれば、路面からのエコーのドップラー周波数f1,f2,...をFFT処理により検出し、その検出値f1,f2,...を数式(2)に代入することによって、アンテナのサイドローブa1,a2,...と路面300とのなす角度Φ1,Φ2,...を求めることができる。
また、FMCWレーダについては、以下に示すような手法により、アンテナのサイドローブa1,a2,...と路面300とのなす角度Φ1,Φ2,...を算出可能である。
レーダと、そのアンテナの電波放射域に存在している物体までの距離Rangeは、次式(3)によって与えられる。
Range=c・(fb++fb−)/(8・ΔF・fm) …(3)
ここで、cは、光速であり、fb++fb−は、物体からのエコーのビート信号の周波数が交互に示す値fb+,fb−(図11参照)の和であり、fmは、送信アンテナからの送信電波(図10参照)の繰り返し周期であり、ΔFは、送信アンテナからの送信電波の周波数偏移幅であり、λは、送信アンテナからの電波の波長である。
レーダのアンテナの各サイドローブa1,a2,...の方向に存在する路面を静止物体と考えれば、レーダのアンテナの各サイドローブa1,a2,...が路面に到達する位置とレーダとの間の距離(図2および図3におけるR1,R2,...)も、数式(3)のRangeにより与えられる。また、レーダのアンテナの各サイドローブa1,a2,...が路面に到達する位置とレーダとの間の距離(図2および図3におけるR1,R2,...)を幾何学的に算出すると、次式(4)が得られる。
Rk=H/sinΦk (k=1,2,...) …(4)
ここで、Hは、基本姿勢を維持しているレーダのアンテナのメインローブa0と路面との間の距離(図2におけるH)である。
そして、数式(4)で与えられる距離Rkを数式(3)のRangeに代入すると、次式(5)が得られる。
H/sinΦk=c・(fb++fb−)/(8・ΔF・fm) (k=1,2,...)…(5)
そこで、路面からのエコーのビート信号が交互に示す周波数fb+,fb−をFTT処理によりサイドローブごとに検出し、それらの検出値fb+,fb−を数式(5)に代入することによって、アンテナの各サイドローブa1,a2,...と路面300とのなす角度Φ1,Φ2,...を求めることができる。
つぎに、移動体に対するレーダの取付け姿勢を上述の原理により推定することができるレーダシステムの構成について説明する。ここでは、レーダシステムのレーダとしてホモダイン方式の2周波CWレーダを採用した例を挙げるが、このことは、ヘテロダイン方式の2周波CWレーダの採用を妨げるものではない。
図4に示すように、本実施の形態に係るレーダシステムは、車両に既存の車速センサ(不図示)から車速データVの入力を逐次受け付ける2周波CWレーダ100、2周波CWレーダ100の出力情報(ターゲットに関する計測情報、搭載車両に対する2周波CWレーダ100の傾き情報)を出力する出力装置(液晶ディスプレイ、スピーカ等)200、等を有している。
2周波CWレーダ100は、搭載車両の前方に向けて電波Aを送波する送信部110と搭載車両の前方の物体(ターゲット、搭載車両の走行路)からのエコーBを受波する受信部120とを含む送受信部、搭載車両の前方の物体を受信部120の出力から検知する制御処理部130、これらを内部に収容したハウジング(図5参照)、等を有している。
送信部110は、制御処理部130からの切換え指示に応じて2種類の変調信号を交互に出力する変調器111、変調器111からの変調信号に応じた発信周波数f1,f2の高周波信号(例えば、ミリ波)を出力する発振器112、発振器112からの出力信号を電波Aとして発信する送信アンテナ113、発振器112からの出力の一部を中間周波数帯への周波数変換の基準信号として受信部120へ導く方向性結合器114、等を有している。このような構成により、送信部110は、搭載車両の前方に向けて、互いに発信周波数が異なる連続波Aを送信アンテナ113から交互に発射させる。
受信部120は、搭載車両の前方の物体からのエコーBを受信する受信アンテナ121、受信アンテナ121の出力信号と方向性結合器114からの信号とのミキシングによりビート信号を電波Aの発信周波数f1,f2ごとに生成するミキサ122、ミキサ122の出力信号を電波Aの発信周波数f1,f2ごとにそれぞれ復調および増幅するアナログ回路123、電波Aの発信周波数f1,f2ごとにアナログ回路123から出力されるアナログ信号F1,F2をそれぞれ適当なサンプリング間隔でサンプリングするA/D変換器124、等を有している。このような構成により、受信部120は、搭載車両の前方の物体からのエコーBを、電波Aの発信周波数f1,f2別に増幅してから検波する。
制御処理部130は、出力装置200に接続されるマイクロコンピュータを有している。このマイクロコンピュータは、プログラムの実行により、機能構成部として信号処理部131および記憶部132を実現する。信号処理部131は、2つの発信周波数f1,f2の切換えタイミングを変調器111およびアナログ回路123に指示するとともに、ターゲットに関する計測情報(レーダ100からターゲットまでの距離、レーダ100とターゲットとの相対速度等)および2周波レーダ100の傾き情報を受信部120の検波結果から検出し、それらの情報を出力装置200へ出力する。また、記憶部132は、2周波レーダ100の傾き情報の検出に信号処理部131が必要とする固定値データ群(低速検出用閾値、2つのサイドローブ検出用閾値、2つの取付け姿勢異常検知用閾値)を予め保持するともに、信号処理部131が得た周波数スペクトルを履歴情報として保存する。
ハウジングは、図5に示すように、対向する位置に取り付けられた2枚の貫通孔付きつば141a、搭載車両のフロント部に固定された取付けブラケット140にハウジング141を固定する固定部材(不図示)、2枚のつば141aの各貫通孔に挿入された状態で取付けブラケット140の対応調整ネジ孔140aに締結される複数の調整ボルト142、を有している。このような構成のハウジングによれば、ユーザは、各調整ボルト142の締め付け量によって、ハウジング141とブラケット140との間隔を複数位置で調整することができるため、取付けブラケット140に対するハウジング141の姿勢、すなわち、搭載車両に対するレーザの取付け姿勢を調整することができる。なお、調整ネジ群142によるカバー141の固定位置は、x軸およびy軸周りのカバー141の傾斜を補正することができるように、一列上に存在しない3点であることが望ましいが、かなずしも、そのようにする必要はない。例えば、カバー141の傾斜をより細かく調整可能とするために、調整ネジ群142による固定位置をカバー141に4点以上設けてもよい。また、y軸周りのカバー141の傾斜が計測結果にそれほど影響を与えないような場合には、調整ネジ群142による固定位置を、y軸方向に沿ったカバー中心軸上に並んだ2点としてもよい。
つぎに、レーダ100のマイクロコンピュータが実行する処理、すなわち、マイクロコンピュータがソフトウエアの実行により実現する各機能処理部が実行する処理を、ユーザによる調整処理を交えながら説明する。なお、ここでは、路面側の一連のサイドローブa1,a2,...のうち、強度の大きな第1サイドローブa1および第2サイドローブa2にだけ着目することとする。
レーダ100のマイクロコンピュータが実行する処理のフローチャートを図6に示す。
制御処理部130の信号処理部131が2つの発信周波数f1,f2の切替えタイミングの指示を開始すると、送波部110の変調器111と受波部120のアナログ回路123とには、それぞれ、2つの発信周波数f1,f2の切替えタイミングの指示が交互にかつ周期的に与えられる。これにより、以後、送波部10の送信アンテナ113からは、各発信周波数f1,f2の電波が交互にかつ周期的に発信され(Step500)、電波の放射範囲内の物体からのエコー検波を受波部120が開始する(Step501)。
電波Aの放射範囲の物体からのエコーを受波部120が検波すると、制御処理部130の信号処理部131は、受波部120からのサンプルド信号を、発信周波数f1,f2別に高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理によって周波数成分に分解する(Step502)。
その後、制御処理部130の信号処理部131は、低速検出用閾値を記憶部132から読み出し、その低速検出用閾値と車速センサからの車速データVとを比較する(Step503)。
その結果、車速センサからの車速データVが低速検出用閾値未満であった場合には、制御処理部130の信号処理部131は、Step502に処理を戻し、受波部120からの新たなサンプルド信号に対するFFT処理を実行する。ここで、車速センサからの車速データVが低速検出用閾値未満であった場合にStep502に処理を戻すこととしているのは、搭載車両が低速走行中である場合には、レーダ100の傾き情報を精度良く検出されることが期待できないためである。
一方、車速センサからの車速データVが低速検出閾値以上であった場合には、制御処理部130の信号処理部131は、以下に示すように、搭載車両に対する相対的なレーダ100の姿勢の評価処理を実行する。
まず、制御処理部130の信号処理部131は、Step502において得られた周波数スペクトルの周波数を、車速センサからの車速データVで割ることによって無次元化する(Step504)。制御処理部130の信号処理部131は、このようにして周波数を無次元化した周波数スペクトルデータを履歴情報として記憶部132に格納するとともに、記憶部132に履歴情報として格納されている周波数スペクトルデータ群のうち、現在から所定の時間(例えば1分間)内に格納された周波数スペクトルデータを合成し、それを合成データ数で割る(Step505)。これにより、図7に示すような、メインローブa0と各サイドローブa1,a2とのなす角Φ1,Φ2の設計値φ1,φ2により定まる周波数s1,s2の位置にピーク信号p1,p2が現われた周波数スペクトルが得られる。その反対に、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りにレーダ100が基準姿勢から回転していれば、図8に示すような、メインローブa0と各サイドローブa1,a2とがなす角Φ1,Φ2の設計値φ1,φ2とレーダ100の回転角度θとの和により定まる周波数s1’,s2’の位置にピーク信号p1’,p2’が現われた周波数スペクトルが得られる。
そこで、制御処理部130の信号処理部131は、2つのサイドローブ検出用閾値P1,P2(P1>P2)を記憶部132から読み出し、それら2つのサイドローブ検出用閾値の間(P2以上P1以下)に存在するピーク信号を、Step505で得られた周波数スペクトルから検出する(Step506)。これにより、各サイドローブa1,a2に対応するピーク信号を含むピーク信号群が検出される。
その後、制御処理部130の信号処理部131は、2つの取付け姿勢異常検知用閾値S1,S2(S1>S2)を取り出し、これら2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間の周波数域(S2以上S1以下)に、サイドローブa1,a2と同数のピーク信号の周波数が存在しているか否かを判断する(Step507)。その結果、サイドローブa1,a2の数と同じ数(2つ)のピーク信号が2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間に存在していれば、搭載車両に対してレーダ100が基準姿勢を維持しているとすることができる。
そこで、サイドローブa1,a2と同数のピーク信号が2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間(S2以上S1以下)に存在していた場合、すなわち、搭載車両に対してレーダ100が基準姿勢を維持している場合には、制御処理部130の信号処理部131は、メインローブに対応するピーク信号の周波数(ドップラー周波数)および位相差から、ターゲットに関する計測情報を算出し、その情報を出力装置200に出力する。具体的には、ターゲット検出用閾値P3を記憶部132から読み出して、このターゲット検出用閾値P3以上のピーク信号(図7におけるピーク信号P0)を発信周波数別に検出し、それらのピーク信号P0の周波数および位相差から、レーダ100とターゲットとの相対速度Rate、および、レーダ100からターゲットまでの距離Rangeを、ターゲットに関する計測情報として算出する(Step509)。ここで、ターゲットに関する計測情報の算出には次式(6)(7)が用いられる。
ここで、cは、光速であり、Δφは、発信周波数f1,f2別に得られた周波数スペクトルのピーク信号の位相差(φ1−φ2)であり、Δfは、発信周波数f1,f2の差分(f1−f2)であり、fdは、発信周波数f1,f2別に得られた各周波数スペクトルのピーク信号の周波数fd1,fd2の平均値(fd1+fd2)/2であり、fcは、発信周波数f1,f2の平均値(f1+f2)/2である(以下の数式において同じ)。
また、このとき、2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間(S2以上S1以下)に存在しているピーク信号の振幅に基づく路面状態診断処理を制御処理部130の信号処理部131に実行させるようにしてもよい。例えば、路面に凹凸がある場合等には、サイドローブa1,a2に対応するピーク信号の振幅が大きくなるため、2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間(S2以上S1以下)で第1閾値以下となった場合には、路面に凹凸がある旨の警告メッセージが出力されるようにしてもよい。また、路面に水たまりがある場合等には、サイドローブa1,a2に対応するピーク信号の振幅が小さくなるため、2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間(S2以上S1以下)で第2閾値以上となった場合には、スリップに注意すべき旨の警告メッセージが出力されるようにしてもよい。
一方、サイドローブa1,a2と同数のピーク信号が2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間(S2以上S1以下)に存在していない場合、すなわち、搭載車両に対してレーダ100の姿勢が変化した場合には、制御処理部130の信号処理部131は、以下の2つの数式(8)(9)から、それぞれ、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りにレーダ100が基準姿勢から回転した角度θを算出する。
そして、制御処理部130の信号処理部131は、これらの数式(8)(9)から得られた2つの角度値の平均値を、搭載車両に対するレーダ100の傾き情報として出力装置200に出力する。また、制御処理部130の信号処理部131は、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨の警告メッセージを記憶部132から取り出し、この警告メッセージを傾き情報とともに出力装置200に出力する。これにより、出力装置200からは、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨の警告メッセージとともに、搭載車両に対するレーダ100の傾き情報が、音声および画像のうちの少なくとも一方により出力される(Step508)。その結果、ユーザは、レーダの取付け姿勢の調整が必要であることを警告メッセージにより知ることができるとともに、搭載車両に対するレーダの取付け姿勢が基準姿勢からどの程度の変化してしまったのかを、搭載車両に対するレーダ100の傾き情報から認識することができる。これにより、調整ボルト142の締め付けによる、レーダ100の取付け姿勢の調整作業をスムーズに進めることができる。
以上の処理によれば、2周波CWレーダにハードウエアを追加しなくても、搭載車両に対するレーダ100の取付け姿勢の変化を検出することができる。
なお、本実施の形態においては、ユーザが、搭載車両に対するレーダの取付け姿勢の調整作業を行うこととしているが、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りにレーダ100を回転させるモータを取り付け、マイクロコンピュータが、搭載車両に対するレーダ100の傾き情報を小さくするように、モータの回転角を制御するようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨をユーザに報知すべく、音声および画像のうちの少なくとも一方で警告メッセージを出力するようにしているが、警告アラームの出力、LEDの点滅等によって、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨をユーザに報知するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、車速センサから得られた車速で周波数スペクトルの周波数を無次元化しているが、必ずしも、このようにする必要はない。例えば、メインローブに対応するピーク信号の周波数を検出し、この周波数値で、周波数スペクトルの周波数を割るようにしてもよい。また、車速が予め定めた値になった場合にだけ、搭載車両に対する相対的なレーダ100の姿勢の評価処理を実行するようにすれば、FFT処理により得られた周波数スペクトルの周波数の無次元化は不要である。
ところで、以上においては、サイドローブa1,a2に対応するピーク信号が存在すべき適正な周波数範囲の上限値S1および下限値S2を固定しているが、必ずしも、このようにする必要はない。例えば、サイドローブa1,a2に対応するピーク信号が存在すべき適正な周波数範囲が、サイドローブa1,a2に対応するピーク信号として過去に検出されたピーク信号の周波数に応じて変化するようにしてもよい。以下、このようにする場合の処理を、図9により説明する。ただし、ここでは、図6に示した処理と相違する点だけを説明することとする。
上述の場合と同様な処理(Step500〜Step506)により、2つのサイドローブ検出用閾値の間(P2以上P1以下)に存在するピーク信号を検出すると、制御処理部130の信号処理部131は、サイドローブa1,a2に対応するピーク信号の履歴情報が記憶部132に存在しているか否かを判断する(Step510)。
その結果、記憶部132に履歴情報が存在していなければ、制御処理部130の信号処理部131は、Step506で検出したピーク信号の周波数を履歴情報として記憶部に格納してから(Step513)、前述の場合と同様な処理により、レーダ100とターゲットとの相対速度、および、レーダ100からターゲットまでの距離を、ターゲットに関する計測情報として算出する(Step509)。その後、制御処理部130の信号処理部131は、Step502に処理を戻し、受波部120からの新たなサンプルド信号に対するFFT処理を実行する。
一方、制御処理部130の信号処理部131は、記憶部132にすでに履歴情報として存在していれば、全履歴情報の平均値を算出し、この平均値と、Step511で得られたピーク信号の周波数との差分を算出する(Step511)。そして、制御処理部130の信号処理部131は、差分値と所定値とを比較することによって、レーダ100が基準姿勢を維持しているか否かを判定する(Step512)。このことは、履歴情報の平均値を中央とした所定幅の周波数範囲を、サイドローブa1,a2に対応するピーク信号が存在すべき適正な周波数範囲とすることに相当する。
その比較の結果、差分値が所定値以上であれば、前述の場合と同様、搭載車両に対するレーダ100の傾き情報を算出し、その傾き情報を、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨の警告メッセージとともに出力装置200に出力する(Step508)。その反対に、差分値が所定値以上であれば、制御処理部130の信号処理部131は、Step506で検出したピーク信号の周波数を履歴情報として記憶部に格納してから(Step513)、前述の場合と同様な処理により、レーダ100とターゲットとの相対速度、および、レーダ100からターゲットまでの距離を、ターゲットに関する計測情報として算出する(Step509)。その後、制御処理部130の信号処理部131は、Step502に処理を戻し、受波部120からの新たなサンプルド信号に対するFFT処理を実行する。
本実施の形態においては、レーダが基準姿勢を維持していない場合に、搭載車両に対するレーダ100の傾き情報を出力装置200から出力させるようにしているが、サイドローブに対応するピーク信号の周波数を検出時間とともに履歴情報として保存しておき、サイドローブに対応するピーク信号の周波数の経時的変化を、搭載車両に対するレーダ100の取付け姿勢の経時的変化として出力するようしてもよい。
以上、本発明の適用例として、2周波CWレーダを含むレーダシステムを挙げたが、本発明は、2周波CW以外の変調方式のレーダを含むレーダシステムにも適用可能である。例えば、FMCWレーダを含むレーダシステムに本発明を適用することもできる。以下、ホモダイン方式のFMCWレーダを含むレーダシステムへの適用例について説明する。ただし、ここでは、2周波CWレーダを含むレーダシステムへの適用例と相違する点だけを挙げることする。
本実施の形態に係るFMCWレーダは、前述の2周波CWレーダと同様なハードウエア構成を有している。すなわち、図4に示すように、搭載車両の前方に向けて電波を送波する送信部110、搭載車両の前方の物体からのエコーを受波する受信部120、搭載車両の前方の物体を受信部の出力から検知する制御処理部130、これらを内部に収容したハウジング(図4において不図示、図5参照)を有している。ただし、送信部110、受信部120および制御処理部130における処理が、前述の2周波CWレーダとは相違する。具体的には、以下の通りである。
送信部110では、発信器112が、変調器111からの三角波信号に応じて繰返しFM変調した高周波信号を出力する。これにより、送信部110の送信アンテナ113からは、図10に示すような、三角波による繰返し変調が施された電波Aが発信される。
このとき、電波Aの放射域に物体が存在していれば、受信部120では、まず、受信アンテナ113が、図10に示したような、物体からのエコーBを受信し、ミキサが、そのエコーBと、方向性結合器114からの電波Aとをミキシングする。これにより、図11に示すような、所定の周期で周波数が交互に2つの値fb+,fb−を示すビート信号が生成される。このビート信号は、その繰返し周期の半サイクルごとに、アナログ回路123で復調および増幅されてから、A/Dコンバータ124によって所定のサンプリング間隔Tでサンプリングされる。
制御処理部130では、信号処理部131が、三角波の折返しタイミングを変調器112とアナログ回路123とに指示するとともに、ターゲットに関する計測情報(レーダ100からターゲットまでの距離、レーダ100とターゲットとの相対速度等)および2周波レーダ100の傾き情報の検出処理等を実行する。これにより、図13のフローチャートまたは図14のフローチャートにしたがう処理が実現する。これらのフローチャートにしたがう処理は、以下の点において、図6のフローチャートおよび図9のフローチャートにしたがう処理と異なっている。
図13のフローチャートおよび図14のフローチャートのFTT処理Step502’は、ビート信号の繰返し周期の半サイクルごとに、受信部110からのサンプルド信号を周波数成分に分解する点において、図6のフローチャートおよび図9のフローチャートのFTT処理Step502と異なっている。図13のフローチャートおよび図14のフローチャートのFTT処理Step502’により得られる周波数スペクトルを図12に示す。ビート信号の繰返し周期の半サイクルごと得られる周波数スペクトルのうち、一方の周波数スペクトルには、第1サイドローブa1方向からのエコーのビート信号が交互に示す周波数のうちの一方の周波数f1b+と、第2サイドローブa2方向からのエコーのビート信号が交互に示す周波数のうちの一方の周波数f2b+とにそれぞれピークが現われる。また、他方の周波数スペクトル(不図示)には、第1サイドローブa1方向からのエコーのビート信号が交互に示す周波数のうちの他方の周波数f1b−と、第2サイドローブa2方向からのエコーのビート信号が交互に示す周波数のうちの他方の周波数f2b−とにそれぞれピークが現われる。
また、図13のフローチャートおよび図14のフローチャートは、車速による分岐処理Step503、車速による周波数無次元化処理Step504を含まない点において、図6のフローチャートおよび図9のフローチャートと異なっている。このよう相違点がある理由は、FMCWレーダのFFT処理により得られる周波数スペクトルの周波数が車速に応じて変化しないことにある。
また、図13のフローチャートおよび図14のフローチャートのターゲット検出処理Step504’は、ターゲットに関する計測情報の算出に次式(10)(11)を用いる点において、数式図6のフローチャートおよび図9のフローチャートのターゲット検出処理Step504と異なっている。
ここで、fmは、三角波の繰り返し周期であり、ΔFは、FMの周波数偏移幅であり、λは、送信アンテナからの電波の波長であり、fb+およびfb−は、メインローブに対応するピーク信号が示す周波数である。
さらに、図13のフローチャートおよび図14のフローチャートのレーダ取付け姿勢異常警告処理Step508’は、搭載車両に対するターゲットの傾き姿勢の算出に次式(12)(13)を用いる点において、図6のフローチャートおよび図9のフローチャートのレーダ取付け姿勢異常警告処理Step508と異なっている。
θ=sin−1{(H/(f1b++f1b−)・(8・ΔF・fm/c)}−φ1 …(12)
θ=sin−1{(H/(f2b++f2b−)・(8・ΔF・fm/c)}−φ2 …(13)
ここで、Hは、レーダが基準姿勢を維持している場合における、路面からメインローブまでの距離(図2におけるH)であり、f1b+およびf1b−は、第1サイドローブa1に対応するピーク信号の周波数であり、f2b+およびf2b−は、第2サイドローブa2に対応するピーク信号の周波数である。
なお、以上においては、レーダシステムが搭載される移動体の例として車両を挙げているが、例えば、自動二輪車等、車両以外の移動体にレーダシステムが搭載されるようにしてもよい。
また、以上においては、2つのサイドローブに着目しているが、1つのサイドローブにだけ着目するようにしてもよい。また、さらに多くのサイドローブに対応するビート信号を検出可能な場合には、3つ以上のサイドローブに着目するようにしてもよい。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明に係るレーダ装置によれば、ハードウエアの追加なく、移動体に対する取付け姿勢の変化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の実施の一形態に係るレーダの送信アンテナと受信アンテナとのアンテナ利得の合成により得られたアンテナ特性図である。
図2は、移動体に対するレーダの取付け姿勢の検出原理を説明するためのアンテナパターン図である。
図3は、移動体に対するレーダの取付け姿勢の検出原理を説明するためのアンテナパターン図である。
図4は、本発明の実施の一形態に係るレーダシステムの概略構成図である。
図5は、本発明の実施の一形態に係るレーダのハウジングの構成を説明するための図である。
図6は、本発明の実施の一形態に係るマイクロコンピュータが実行する処理のフローチャートである。
図7は、FFTにより生成される周波数スペクトルを示した図である。
図8は、FFTにより生成される周波数スペクトルを示した図である。
図9は、本発明の実施の一形態に係るマイクロコンピュータが実行する処理のフローチャートである。
図10は、FMCWレーダからの送信信号の周波数の変化を示した図である。
図11は、FMCWレーダからの送信信号とその反射信号とのミキシングにより得られるビート信号の周波数の変化を示した図である。
図12は、FFTにより生成される周波数スペクトルを示した図である。
図13は、本発明の実施の一形態に係るマイクロコンピュータが実行する処理のフローチャートである。
図14は、本発明の実施の一形態に係るマイクロコンピュータが実行する処理のフローチャートである。
Claims (6)
- 連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダ装置であって、
前記移動体の移動方向に沿ったメインローブと、前記連続面に向かう2つ以上のサイドローブを有する信号を発信し、前記メインローブ方向のターゲットからの第1反射信号と、前記2つ以上のサイドローブの各方向の前記連続面からの第2反射信号と、を受信する送受信部と、
前記送受信部が受け付けた第2反射信号と前記送受信部が発信する信号とのビート信号の周波数スペクトルを検出し、当該周波数スペクトルに基づき、前記2つ以上のサイドローブにそれぞれ対応する周波数を車速で割った値(周波数/車速)のスペクトルにおけるピーク信号が現れる位置を検出する制御処理手段と、を有し、
前記制御処理手段は、
前記ピーク信号が現れる位置が、取付け姿勢異常検知用閾値S1、S2(S1>S2)の範囲内に存在しない場合、前記レーダ装置が前記連続面に対する基準姿勢から傾いていることを検出することを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1記載のレーダ装置であって、
前記制御処理手段は、前記ピーク信号の現れる位置と、前記レーダ装置が前記基準姿勢にある場合に得られるピーク信号が現れる位置との差異に基づいて、該基準姿勢からの傾き情報を検出することを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1記載のレーダ装置であって、
前記制御処理手段は、
前記送受信部が受け付けた第2反射信号と前記送受信部が発信する信号とのビート信号の強度に基づき、前記連続面の表面状態を検出することを特徴とするレーダ装置。 - 連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダシステムであって、
請求項1記載のレーダ装置と、
前記制御処理手段の検出結果を、前記移動体に対する前記レーダの姿勢を表す情報として出力する出力手段と、
を有することを特徴とするレーダシステム。 - 連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダシステムであって、
請求項1記載のレーダ装置と、
前記制御処理手段が、前記連続面に対する前記レーダ装置の姿勢変化を検出した場合に、前記移動体に対する前記レーダ装置の姿勢変化の発生を報知する出力手段と、
を有することを特徴とするレーダシステム。 - 連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダシステムであって、
請求項3記載のレーダ装置と、
前記制御処理手段が検出した、前記連続面の表面状態を報知する出力手段と、
を有することを特徴とするレーダシステム。
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