JP4131480B2 - レーダ装置および汚れ判定方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば車両等に搭載され、電磁波を用いて対象物までの距離等を演算するレーダ装置に関し、特に、レドームの汚れ付着を判定する方法に関する。

一般的に、電波式のレーダ装置は、その媒体の特性から、車両の外装の内側に搭載することができ、車両のデザインを損ねないという利点がある。
そこで、レーダ装置が車両の外装の内側に搭載され、レーダ装置のアンテナを保護するレドームが車両の外装に設けられることが多い。

このとき、レドームに例えば雪や泥を含んだ水膜等の汚れが付着していると、アンテナから送信される電磁波がレドームを透過せずにレドーム表面で反射し、レドームからの反射波がアンテナで受信される。
そのため、極めて近距離からの反射波が受信されることとなり、対象物までの距離等を演算する演算精度が低下するという問題点があった。

上記の問題点を解決して演算精度を向上させるために、従来のＦＭレーダ装置は、周波数を掃引したＦＭ信号を送信し、物体からの反射信号を受信し、反射信号と送信信号の一部を混合することによって得られるビート信号の周波数から物体の位置を検出する装置であって、ビート信号の低周波成分のレベルに基づいてアンテナのレドームに付着した汚れを検出する手段を備え、ビート信号を帯域通過フィルタと低域通過フィルタの２種類のフィルタで処理し、帯域通過フィルタの出力に基づいて物体の位置を検出するとともに、低域通過フィルタの出力に基づいてレドームの汚れを検出している（例えば、特許文献１参照）。

上記従来装置では、ビート信号の低周波成分をＡ／Ｄ変換し、高速フーリエ変換を施して得られた低周波成分の周波数スペクトルと、レドームに汚れが付着していない状態における低周波成分の周波数スペクトルデータとを比較して、レドームに汚れが付着したことを検出している。

ここで、レドームに付着した汚れによるレドーム表面からの反射波以外の至近距離の反射波成分として、高周波回路の内部における送受信間漏れや、送受信アンテナ間漏れによるもの等が存在する。
これらの反射波成分のレベルは、混合される送信波成分との位相関係によって決まるので、レーダ装置の個体差や温度によって変化する。

特開平１０−２８２２２９号公報

従来のＦＭレーダ装置では、上記至近距離の反射波成分が考慮されていないので、レドームに付着した汚れを検出する検出精度が低下するという問題点があった。

そこで、上記の問題点を解決して検出精度を向上させるために、温度特性を考慮して判定基準値のマップを複数設け、このマップに基づいてレドームに付着した汚れを検出する方法が考えられる。
しかしながら、この場合には、個々のレーダ装置について判定基準値のマップを設ける必要があり、調整コストが増大するという問題点があった。

また、上記至近距離の反射波成分を常時学習して学習値を記憶し、この学習値からの変化量に基づいてレドームに付着した汚れを検出する方法も考えられる。
しかしながら、この場合には、例えばレーダ装置の停止中にレドームに汚れが付着し、この状態でエンジンを起動した際に、汚れが付着した状態で上記の学習を開始することになるので、変化量を検出することができず、汚れを検出することができないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、調整コストを削減し、かつレドームに付着した汚れを高精度に検出することができるレーダ装置および汚れ判定方法を提供することにある。

この発明に係るレーダ装置および汚れ判定方法は、電磁波を送信波として複数の異なる方向に送信するとともに、対象物からの反射波を受信するアンテナと、アンテナを保護するレドームと、送信波および反射波に基づいて、対象物までの距離を演算する信号処理手段とを備え、レドームは、アンテナに対して所定方向に設けられた金属製の反射部を有し、信号処理手段は、レドームの汚れ付着を判定する汚れ判定手段を有し、汚れ判定手段は、所定方向の反射部からの反射波の受信レベルと、所定方向以外からの反射波の受信レベルとの偏差を算出し、偏差に基づいてレドームの汚れ付着を判定するものである。

この発明のレーダ装置および汚れ判定方法によれば、レドームは、アンテナに対して所定方向に設けられた金属製の反射部を有し、汚れ判定手段は、所定方向の反射部からの反射波の受信レベルと、所定方向以外からの反射波の受信レベルとの偏差を算出し、この偏差に基づいてレドームの汚れ付着を判定する。
そのため、調整コストを削減するとともに、レドームに付着した汚れを高精度に検出することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の各実施の形態では、レーダ装置１が車両に設けられているとして説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置１を示すブロック図である。
図１において、レーダ装置１は、主制御部２と、電圧発生回路３と、電圧制御発振器４（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）（以下、「ＶＣＯ４」と称する）と、分配器５と、送信用スイッチ６と、サーキュレータ７と、アンテナ８と、レドーム９と、アンテナ方向制御部１０と、ミキサ１１と、バンドパスフィルタ１２（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）（以下、「ＢＰＦ１２」と称する）と、アンプ１３と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１４と、メモリ１５と、信号処理部１６（信号処理手段）とを備えている。

主制御部２は、電圧発生回路３、送信用スイッチ６、アンテナ方向制御部１０、Ａ／Ｄ変換器１４、メモリ１５、および信号処理部１６にそれぞれタイミング信号等の主制御信号を出力して、動作を制御する。

図２は、図１の電圧発生回路３およびＶＣＯ４から発生される各種信号の電圧、あるいは周波数の変化を示すタイミングチャートである。
電圧発生回路３は、主制御部２からの主制御信号により、時間的に三角波状に変化する電圧ａ（図２参照）を発生し、ＶＣＯ４に印加する。
この電圧ａは、時間の経過とともに値が増加するアップフェーズと、時間の経過とともに値が減少するダウンフェーズとが交互に繰り返されており、これらの期間の時間幅は、同一となっている。

ＶＣＯ４は、電圧発生回路３から印加された電圧ａに応じて、発振周波数が時間的に変化する周波数変調連続波（ＦＭＣＷ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）信号を発生し、分配器５に出力する。このＦＭＣＷ信号は、時間に対する電圧が電圧ｂ（図２参照）のように変化し、時間に対する周波数が周波数ｃ（図２参照）のように変化する。

分配器５は、ＶＣＯ４から入力されたＦＭＣＷ信号の一部を送信信号として送信用スイッチ６に出力し、ＦＭＣＷ信号の残りをローカル信号としてミキサ１１に出力する。
送信用スイッチ６は、主制御部２からの主制御信号によりオンオフされ、分配器５から入力された送信信号をパルス変調して、通過する信号の進行方向を切り替えるサーキュレータ７を介してアンテナ８に出力する。

アンテナ８は、サーキュレータ７から入力されたパルス変調後の送信信号を送信波（電磁波）として、アンテナ８を保護する樹脂製のレドーム９を介して周辺に送信する。
ここで、アンテナ８は、送受信兼用のものである。また、アンテナ方向制御部１０は、主制御部２からの主制御信号により、電圧発生回路３による電圧ａの発生と同期して、アンテナ８を複数の異なる方向に指向させる。

このとき、アンテナ８から送信される送信波の方向は、アンテナ８の指向方向に連動して、図３に示すように、例えばビーム♯０からビーム♯７までの８方向に変化する。
図３は、図１のアンテナ８から送信される送信波の方向を示す説明図である。
なお、アンテナ８の指向方向を変えながら送信波を送信する代わりに、複数のビームを同時に送信してもよいし、スイッチを用いて送信波を切り替えてもよい。

また、レドーム９は、図示しない車両の外装（例えば、バンパ）に設けられ、レドーム９の表面には、図４に示すように、アンテナ８に対して所定方向（例えばビーム♯０の方向）に、金属膜１８（反射部）が形成されている。
図４は、図１のレドーム９を、アンテナ８とともに示す構成図である。
なお、レドーム９の表面に金属膜１８を形成する代わりに、レドーム９の当該箇所を金属で構成してもよい。

図５は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置１のパルス波の送受信を示すタイミングチャートである。
図５において、時間幅Ｔｇの１発目の送信波と、対象物で反射した反射波と、反射波の受信時に生成されるビート信号と、送信波の時間幅Ｔｇと同一時間幅の距離ゲート（サンプル点）「０〜ｎ」とが、横軸を時間として、互いに関連して示されている。
アンテナ８から送信された時間幅Ｔｇのパルス波である送信波（図５参照）は、送信範囲内に対象物が存在した場合に対象物で反射され、対象物までの距離Ｒに対応した遅延時間τをもって、反射波（図５参照）としてアンテナ８に受信されて、受信信号としてサーキュレータ７に出力される。

サーキュレータ７は、受信信号の進行方向を切り替えて、受信信号をミキサ１１に出力する。
ミキサ１１は、分配器５から入力されたローカル信号と、サーキュレータ７から入力された受信信号とをミキシングしてビート信号（図５参照）を生成し、ＢＰＦ１２に出力する。
ＢＰＦ１２は、ミキサ１１から出力されたビート信号の不要な周波数成分を除去してアンプ１３に出力し、アンプ１３は、ＢＰＦ１２から出力されたビート信号を増幅してＡ／Ｄ変換器１４に出力する。

Ａ／Ｄ変換器１４は、主制御部２からの主制御信号により、電圧ａのアップフェーズ、あるいはダウンフェーズの観測期間に同期して各距離ゲート毎にビート信号を入力し、ディジタル信号値としてメモリ１５に出力する。
メモリ１５は、主制御部２からの主制御信号により、電圧ａのアップフェーズ、あるいはダウンフェーズの観測期間に同期して書き込み状態となり、Ａ／Ｄ変換器１４から入力されたビート信号のディジタル信号値を記憶する。また、メモリ１５は、主制御部２からの主制御信号により、アップフェーズ、あるいはダウンフェーズの観測期間が終了すると、記憶したディジタル信号値を読み出し可能状態とする。

信号処理部１６は、主制御部２からの主制御信号により、電圧ａのアップフェーズ、あるいはダウンフェーズの観測期間が終了した時点で、アップフェーズにおけるビート信号のディジタル信号値、あるいはダウンフェーズにおけるビート信号のディジタル信号値をメモリ１５から読み込み、対象物までの距離Ｒ、対象物との相対速度、および対象物の方位角を演算し、演算結果を移動体の運動制御装置や表示装置等の外部装置（図示せず）に出力する。
また、信号処理部１６は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、あるいはＣＰＵおよびＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成されている。

ここで、信号処理部１６は、レドーム９の汚れ付着を判定する汚れ判定部１７（汚れ判定手段）を有している。
以下、上記図４および図６〜図８を参照しながら、汚れ判定部１７がレドーム９の汚れ付着を判定する動作について説明する。

まず、アンテナ８の各指向方向に対してレドーム９を垂直に設置した場合の、レドーム９に対する送信波の反射特性について説明する。このとき、レドーム９は、厚みが３．３９ｍｍ、誘電率が３．００、誘電正接（ｔａｎδ）が０．００３であるとする。
図６は、図１のアンテナ８から送信される送信波（垂直偏波および水平偏波）が、レドーム９に入射した場合の、入射角変化に対する反射係数および透過係数を示すグラフである。このグラフの横軸は送信波の入射角［ｄｅｇ］を示し、縦軸は反射係数［ｄＢ］および透過係数［ｄＢ］を示している。

図６において、例えば送信波の入射角が０ｄｅｇの場合には、透過係数がほぼ０ｄＢで、かつ反射係数が−４０ｄＢとなるので、レドーム９に入射する送信波は、ほぼ全て透過することが分かる。
すなわち、上記図４において、ビーム♯０は、レドーム９に形成された金属膜１８で全反射してアンテナ８に受信され、残りのビーム♯１〜♯７は、レドーム９を透過する。

次に、図６のレドーム９の表面に、汚れとして例えば水膜が付着した場合の、レドーム９に対する送信波の反射特性について説明する。このとき、水膜は、厚みが０．１ｍｍ、誘電率が２２．０、誘電正接（ｔａｎδ）が２．４であるとする。
図７は、図１のアンテナ８から送信される送信波（垂直偏波および水平偏波）が、水膜の付着したレドーム９に入射した場合の、入射角変化に対する反射係数および透過係数を示すグラフである。このグラフの横軸は送信波の入射角［ｄｅｇ］を示し、縦軸は反射係数［ｄＢ］および透過係数［ｄＢ］を示している。
また、図８は、水膜１９が付着した図１のレドーム９を、アンテナ８とともに示す構成図である。

図７において、例えば送信波の入射角が０ｄｅｇの場合には、透過係数が−１４ｄＢ程度で、かつ反射係数が−２ｄＢ程度となるので、レドーム９に入射する送信波は、ほぼ全て反射することが分かる。
すなわち、図８において、ビーム♯０は、金属膜１８で全反射してアンテナ８に受信され、残りのビーム♯１〜♯７は、レドーム９に付着した水膜１９で全反射してアンテナ８に受信される。

したがって、上記の反射特性を利用して、汚れ判定部１７は、所定方向（ビーム♯０の方向）の金属膜１８からの反射波の受信レベルと、所定方向以外（ビーム♯１〜♯７の方向）からの反射波の受信レベルとの偏差Ｄ１を算出し、算出された偏差Ｄ１に基づいてレドーム９の汚れ付着を判定している。

以下、図１〜図８とともに、図９のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１によるレーダ装置１の信号処理部１６の動作について説明する。
まず、各距離ゲート毎に、アップフェーズ、あるいはダウンフェーズにおけるビート信号のディジタル信号値が読み込まれる（ステップＳ３１）。
続いて、読み込まれたビート信号のディジタル信号値に基づいて、当該ビームの方向における対象物までの距離、対象物との相対速度、および反射波の受信レベルが演算される（ステップＳ３２）。

次に、全てのビーム（ビーム♯０〜♯７）について、上記ステップＳ３２の処理が終了したか否かが判定される（ステップＳ３３）。
ステップＳ３３において、全てのビームについて処理が終了していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、直ちにステップＳ３１に移行する。

一方、ステップＳ３３において、全てのビームについて処理が終了した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ステップＳ３２で演算された複数方向の演算データから、同一の距離および相対速度のデータが選択され、受信レベルの大小関係に基づいて対象物の方位角が演算される（ステップＳ３４）。

続いて、汚れ判定部１７により、汚れ付着判定処理が実行され（ステップＳ３５）、図９の処理が終了する。

次に、図１〜図９とともに、図１０のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１によるレーダ装置１の汚れ判定部１７の動作について詳細に説明する。ここでは、ビーム♯７の方向の汚れ付着を判定する場合を例にして説明する。
まず、汚れ判定部１７内に設けられて、汚れ付着の有無を示す汚れフラグがＯＮ状態（立ち上げ状態）であるか否かが判定される（ステップＳ４１）。

ステップＳ４１において、汚れフラグがＯＦＦ状態である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ビーム♯０の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値から、ビーム♯７の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値が減算され、反射波の受信レベルの偏差Ｄ１が算出される（ステップＳ４２）。
ここで、近距離ゲートとは、上記図５に示した各距離ゲートのうち、距離の短いもの（値の小さいもの）を示している。

続いて、上記ステップＳ４２で算出された受信レベルの偏差Ｄ１の絶対値Ｄ１ａｂｓが、あらかじめ設定された汚れ判定閾値Ｔｈｄ１（所定判定閾値）以下であるか否かが判定される（ステップＳ４３）。
ステップＳ４３において、偏差Ｄ１の絶対値Ｄ１ａｂｓが汚れ判定閾値Ｔｈｄ１以下である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、レドーム９に汚れが付着し、ビーム♯７が全反射しているとして、汚れフラグがＯＮ状態に設定され（ステップＳ４４）、図１０の処理が終了する。

一方、ステップＳ４３において、偏差Ｄ１の絶対値Ｄ１ａｂｓが汚れ判定閾値Ｔｈｄ１よりも大きい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、レドーム９に汚れが付着しておらず、ビーム♯７がレドーム９を透過しているとして、汚れフラグがＯＦＦ状態に設定され（ステップＳ４５）、図１０の処理が終了する。

一方、ステップＳ４１において、汚れフラグがＯＮ状態である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ビーム♯０の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値から、ビーム♯７の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値が減算され、反射波の受信レベルの偏差Ｄ１が算出される（ステップＳ４６）。

続いて、上記ステップＳ４６で算出された受信レベルの偏差Ｄ１の絶対値Ｄ１ａｂｓが、あらかじめ設定された汚れ復帰閾値Ｔｈｒ１よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ４７）。
ステップＳ４７において、偏差Ｄ１の絶対値Ｄ１ａｂｓが汚れ復帰閾値Ｔｈｒ１よりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、レドーム９の汚れがとれて、ビーム♯７がレドーム９を透過しているとして、汚れフラグがＯＦＦ状態に設定され（ステップＳ４８）、図１０の処理が終了する。

一方、ステップＳ４７において、偏差Ｄ１の絶対値Ｄ１ａｂｓが汚れ復帰閾値Ｔｈｒ１以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、レドーム９に汚れが付着したままであり、ビーム♯７が全反射しているとして、汚れフラグがＯＮ状態に設定され（ステップＳ４９）、図１０の処理が終了する。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置１によれば、車両の外装に設けられたレドーム９の表面には、アンテナ８に対して所定方向（ビーム♯０の方向）に金属膜１８が形成され、汚れ判定部１７は、所定方向の金属膜１８からの反射波の受信レベルと、所定方向以外（ビーム♯１〜♯７の方向）からの反射波の受信レベルとの偏差Ｄ１を算出し、偏差Ｄ１の絶対値Ｄ１ａｂｓと汚れ判定閾値Ｔｈｄ１とを比較することにより、レドーム９の汚れ付着を判定している。
そのため、個々のレーダ装置１について、温度特性を考慮した判定基準値のマップを設ける必要がないので、調整コストを削減することができる。
また、レーダ装置１の停止中にレドーム９に汚れが付着した場合であっても、レーダ装置１の起動後に、所定方向の金属膜１８からの反射波の受信レベルと、所定方向以外からの反射波の受信レベルとの偏差Ｄ１に基づいてレドーム９の汚れ付着を判定するので、レドーム９に付着した汚れを高精度に検出することができる。

また、汚れ判定部１７は、偏差Ｄ１の絶対値Ｄ１ａｂｓが汚れ判定閾値Ｔｈｄ１以下のときにレドーム９の汚れ付着を判定するので、レドーム９に汚れが付着しておらず、ノイズ等によって反射波の受信レベルが変化した場合に、汚れが付着したと誤判定することを防止することができる。

なお、上記実施の形態１の汚れ判定部１７は、ビーム♯７の方向について、レドーム９の汚れ付着を判定したが、これに限定されない。
汚れ判定部１７は、ビーム♯１〜♯６のそれぞれの方向について、上記と同様にレドーム９の汚れ付着を判定してもよい。ビームの方向を順次変更することにより、レドーム９のほぼ全面の汚れ付着を判定することができる。

実施の形態２．
図１１は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置１Ａを示すブロック図である。
図１１において、レーダ装置１Ａは、図１に示した主制御部２、レドーム９、信号処理部１６（汚れ判定部１７）に代えて、主制御部２Ａ、レドーム９Ａ、信号処理部１６Ａ（汚れ判定部１７Ａ）を備えている。
上記実施の形態１のレドーム９には、上記図４に示すように、アンテナ８に対して所定方向に金属膜１８が形成されているが、これに限定されない。
レドーム９Ａは、図１２に示すように、液晶層２０、液晶層２０を保持する保持層２１、および液晶層２０に電界をかける制御電極層２２から構成されてもよい。

図１２は、図１１のレドーム９Ａを示す構成図である。
図１２において、液晶層２０は、保持層２１に挟まれている。また、制御電極層２２は、電源回路２３に接続され、図１１の主制御部２Ａからの主制御信号により、あらかじめ設定された所定のタイミングで通電されて液晶層２０に電界をかける。
制御電極層２２が通電される（電圧が印加される）と、電界が生じる。この電界により、液晶層２０の誘電率が変化する。
なお、液晶層２０に電界がかけられて、誘電率が変化した状態を、液晶層２０の電界制御状態（電界制御時）と称する。また、液晶層２０に電界がかけられていない状態を、液晶層２０の非制御状態（非制御時）と称する。

ここで、液晶層２０の厚さｄは、液晶層２０の比誘電率をεｒ、レドーム９Ａに対する送信波の入射角をθｉｎ、自然数をＮ、送信波の自由空間波長をλ０とすると、次式（１）で表される。

式（１）において、非制御時の液晶層２０の比誘電率εｒｎｃを用いて液晶層２０の厚さｄを設定することにより、液晶層２０の非制御時にレドーム９Ａに入射する送信波の透過率を向上させることができる。このとき、液晶層２０の電界制御時にレドーム９Ａに入射する送信波の透過率は低下し、送信波は液晶層２０の表面でほぼ全反射する。
そこで、送信波を透過させたい場合には、液晶層２０を非制御状態とし、送信波を反射させたい場合には、液晶層２０の電界制御状態とすればよい。

したがって、汚れ判定部１７Ａは、液晶層２０の電界制御状態における反射波の受信レベルと、液晶層２０の非制御状態における反射波の受信レベルとの偏差Ｄ２を算出し、算出された偏差Ｄ２に基づいてレドーム９Ａの汚れ付着を判定している。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、図１１および図１２とともに、図１３のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態２によるレーダ装置１Ａの信号処理部１６Ａの動作について説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
まず、制御電極層２２が通電される所定のタイミングであるか否かが判定される（ステップＳ５１）。

ステップＳ５１において、所定のタイミングでない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、前述のステップＳ３１に移行する。
一方、ステップＳ５１において、所定のタイミングである（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、制御電極層２２が通電されて液晶層２０が電界制御状態とされる（ステップＳ５２）。
続いて、近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値が読み込まれて（ステップＳ５３）、前述のステップＳ３３に移行する。

ステップＳ３３において、全てのビームについて処理が終了した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、前述のステップＳ３４に移行する。
一方、ステップＳ３３において、全てのビームについて処理が終了していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、直ちにステップＳ５１に移行する。

次に、図１１〜図１３とともに、図１４のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態２によるレーダ装置１Ａの汚れ判定部１７Ａの動作について詳細に説明する。
まず、汚れ判定部１７Ａ内に設けられて、汚れ付着の有無を示す汚れフラグがＯＮ状態（立ち上げ状態）であるか否かが判定される（ステップＳ６１）。

ステップＳ６１において、汚れフラグがＯＦＦ状態である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、液晶層２０の電界制御時の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値から、液晶層２０の非制御時の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値が減算され、反射波の受信レベルの偏差Ｄ２が算出される（ステップＳ６２）。

続いて、上記ステップＳ６２で算出された受信レベルの偏差Ｄ２の絶対値Ｄ２ａｂｓが、あらかじめ設定された汚れ判定閾値Ｔｈｄ２（所定判定閾値）以下であるか否かが判定される（ステップＳ６３）。
ステップＳ６３において、偏差Ｄ２の絶対値Ｄ２ａｂｓが汚れ判定閾値Ｔｈｄ２以下である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、レドーム９Ａに汚れが付着し、液晶層２０の非制御時に送信波が全反射しているとして、汚れ判定部１７Ａ内に設けられた汚れ判定カウンタがアップされる（ステップＳ６４）。

一方、ステップＳ６３において、偏差Ｄ２の絶対値Ｄ２ａｂｓが汚れ判定閾値Ｔｈｄ２よりも大きい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、レドーム９Ａに汚れが付着しておらず、液晶層２０の非制御時に送信波がレドーム９Ａを透過しているとして、汚れ判定カウンタがクリアされる（ステップＳ６５）。

次に、汚れ判定カウンタのカウンタ値Ｃｄが、あらかじめ設定された汚れ判定カウンタ閾値Ｔｈｄｔ（所定時間）よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ６６）。
ステップＳ６６において、カウンタ値Ｃｄが汚れ判定カウンタ閾値Ｔｈｄｔよりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、汚れフラグがＯＮ状態に設定され（ステップＳ６７）、図１４の処理が終了する。

一方、ステップＳ６６において、カウンタ値Ｃｄが汚れ判定カウンタ閾値Ｔｈｄｔ以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、汚れフラグがＯＦＦ状態に設定され（ステップＳ６８）、図１４の処理が終了する。

一方、ステップＳ６１において、汚れフラグがＯＮ状態である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、液晶層２０の電界制御時の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値から、液晶層２０の非制御時の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値が減算され、反射波の受信レベルの偏差Ｄ２が算出される（ステップＳ６９）。

続いて、上記ステップＳ６９で算出された受信レベルの偏差Ｄ２の絶対値Ｄ２ａｂｓが、あらかじめ設定された汚れ復帰閾値Ｔｈｒ２よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ７０）。
ステップＳ７０において、偏差Ｄ２の絶対値Ｄ２ａｂｓが汚れ復帰閾値Ｔｈｒ２よりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、レドーム９Ａの汚れがとれて、液晶層２０の非制御時に送信波がレドーム９Ａを透過しているとして、汚れ判定部１７Ａ内に設けられた汚れ復帰カウンタがアップされる（ステップＳ７１）。

一方、ステップＳ７０において、偏差Ｄ２の絶対値Ｄ２ａｂｓが汚れ復帰閾値Ｔｈｒ２以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、レドーム９Ａに汚れが付着したままであり、液晶層２０の非制御時に送信波が全反射しているとして、汚れ復帰カウンタがクリアされる（ステップＳ７２）。

次に、汚れ復帰カウンタのカウンタ値Ｃｒが、あらかじめ設定された汚れ復帰カウンタ閾値Ｔｈｒｔよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ７３）。
ステップＳ７３において、カウンタ値Ｃｒが汚れ復帰カウンタ閾値Ｔｈｒｔよりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、汚れフラグがＯＦＦ状態に設定され（ステップＳ７４）、図１４の処理が終了する。

一方、ステップＳ７３において、カウンタ値Ｃｒが汚れ復帰カウンタ閾値Ｔｈｒｔ以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、汚れフラグがＯＮ状態に設定され（ステップＳ７５）、図１４の処理が終了する。

この発明の実施の形態２に係るレーダ装置１Ａによれば、車両の外装に設けられたレドーム９Ａは、液晶層２０、保持層２１、および制御電極層２２から構成され、汚れ判定部１７Ａは、液晶層２０の電界制御状態における反射波の受信レベルと、液晶層２０の非制御状態における反射波の受信レベルとの偏差Ｄ２を算出し、偏差Ｄ２の絶対値Ｄ２ａｂｓと汚れ判定閾値Ｔｈｄ２とを比較することにより、レドーム９Ａの汚れ付着を判定している。
そのため、前述した実施の形態１では、金属膜１８が形成された所定方向について、対象物までの距離を演算することができなかったのに対して、本実施の形態では、全てのビームの方向について、対象物までの距離を演算することができ、対象物の検知範囲を損なうことなく、レドーム９Ａに付着した汚れを検出することができる。

また、汚れ判定部１７Ａは、偏差Ｄ２の絶対値Ｄ２ａｂｓが汚れ判定閾値Ｔｈｄ２以下で、かつ汚れ判定カウンタのカウンタ値Ｃｄが汚れ判定カウンタ閾値Ｔｈｄｔよりも大きくなったときにレドーム９Ａの汚れ付着を判定するので、例えば降雨等によって瞬間的にレドーム９Ａに水膜が付着した場合に、汚れが付着したと誤判定することを防止することができる。

なお、上記実施の形態２では、液晶層２０の電界制御時におけるビームの方向、および液晶層２０の非制御時におけるビームの方向について特に規定していないが、あらかじめ設定されたビームに着目してレドーム９Ａの汚れ付着を判定してもよいし、着目するビームの方向を順次切り替えてもよい。
これらの場合も、上記実施の形態２と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態２のレドーム９Ａは、上記図１２に示すように、液晶層２０、保持層２１、および制御電極層２２から構成されているが、これに限定されない。
レドーム９Ｂには、図１５に示すように、アンテナ８に対して所定方向（例えばビーム♯０の方向）に液晶層２０Ｂ、保持層２１Ｂ、および制御電極層２２Ｂからなる液晶部２４が形成されてもよい。
ここでは、実施の形態２と同種のものについては、同一符号の後に「Ｂ」を付して、詳述は省略する。

図１５は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置１Ｂ（図示せず）のレドーム９Ｂを、アンテナ８とともに示す構成図である。
図１５において、液晶層２０Ｂは、保持層２１Ｂに挟まれている。また、制御電極層２２Ｂは、電源回路２３Ｂに接続され、主制御部２Ｂ（図示せず）からの主制御信号により、あらかじめ設定された所定のタイミングで通電されて液晶層２０Ｂに電界をかける。

汚れ判定部１７Ｂ（図示せず）は、液晶層２０Ｂの電界制御状態における所定方向（ビーム♯０の方向）の液晶部２４からの反射波の受信レベルと、所定方向以外（ビーム♯１〜♯７の方向）からの反射波、あるいは液晶層２０Ｂの非制御状態における反射波の受信レベルとの偏差Ｄ３を算出し、算出された偏差Ｄ３に基づいてレドーム９Ｂの汚れ付着を判定している。
その他の構成については、前述の実施の形態２と同様であり、その説明は省略する。

ここで、この発明の実施の形態３によるレーダ装置１Ｂの信号処理部１６Ｂ（図示せず）の動作は、前述した実施の形態２と同様なので、説明を省略する。
以下、図１５とともに、図１６のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態３によるレーダ装置１Ｂの汚れ判定部１７Ｂの動作について詳細に説明する。
なお、実施の形態２と同様の動作については、説明を省略する。

まず、汚れ判定部１７Ｂ内に設けられて、汚れ付着の有無を示す汚れフラグがＯＮ状態（立ち上げ状態）であるか否かが判定される（ステップＳ６１）。
ステップＳ６１において、汚れフラグがＯＦＦ状態である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、液晶層２０Ｂの電界制御時で、かつビーム♯０の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値から、ビーム♯Ｍ（Ｍは、液晶層２０Ｂの電界制御時には、１〜７の何れかの値をとり、液晶層２０Ｂの非制御時には、０〜７の何れかの値をとる。また、一つの値に固定してもよいし、値を順次変更してもよい）の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値が減算され、反射波の受信レベルの偏差Ｄ３が算出される（ステップＳ８１）。

続いて、上記ステップＳ８１で算出された受信レベルの偏差Ｄ３の絶対値Ｄ３ａｂｓが、あらかじめ設定された汚れ判定閾値Ｔｈｄ３（所定判定閾値）以下であるか否かが判定される（ステップＳ８２）。
ステップＳ８２において、偏差Ｄ３の絶対値Ｄ３ａｂｓが汚れ判定閾値Ｔｈｄ３以下である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、レドーム９Ｂに汚れが付着し、ビーム♯Ｍが全反射しているとして、汚れ判定部１７Ｂ内に設けられた汚れ判定カウンタがアップされる（ステップＳ６４）。

一方、ステップＳ８２において、偏差Ｄ３の絶対値Ｄ３ａｂｓが汚れ判定閾値Ｔｈｄ３よりも大きい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、レドーム９Ｂに汚れが付着しておらず、ビーム♯Ｍがレドーム９Ｂを透過しているとして、汚れ判定カウンタがクリアされる（ステップＳ６５）。

一方、ステップＳ６１において、汚れフラグがＯＮ状態である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、液晶層２０Ｂの電界制御時で、かつビーム♯０の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値から、ビーム♯Ｍ（Ｍは、液晶層２０Ｂの電界制御時には、１〜７の何れかの値をとり、液晶層２０Ｂの非制御時には、０〜７の何れかの値をとる。また、一つの値に固定してもよいし、値を順次変更してもよい）の近距離ゲートにおけるビート信号のディジタル信号値が減算され、反射波の受信レベルの偏差Ｄ３が算出される（ステップＳ８３）。

続いて、上記ステップＳ８３で算出された受信レベルの偏差Ｄ３の絶対値Ｄ３ａｂｓが、あらかじめ設定された汚れ復帰閾値Ｔｈｒ３よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ８４）。
ステップＳ８４において、偏差Ｄ３の絶対値Ｄ３ａｂｓが汚れ復帰閾値Ｔｈｒ３よりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、レドーム９Ｂの汚れがとれて、ビーム♯Ｍがレドーム９Ｂを透過しているとして、汚れ判定部１７Ｂ内に設けられた汚れ復帰カウンタがアップされる（ステップＳ７１）。

一方、ステップＳ８４において、偏差Ｄ３の絶対値Ｄ３ａｂｓが汚れ復帰閾値Ｔｈｒ３以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、レドーム９Ｂに汚れが付着したままであり、ビーム♯Ｍが全反射しているとして、汚れ復帰カウンタがクリアされる（ステップＳ７２）。

この発明の実施の形態３係るレーダ装置１Ｂによれば、車両の外装に設けられたレドーム９Ｂには、アンテナ８に対して所定方向（ビーム♯０の方向）に液晶層２０Ｂ、保持層２１Ｂ、および制御電極層２２Ｂからなる液晶部２４が形成され、汚れ判定部１７Ｂは、液晶層２０Ｂの電界制御状態における所定方向（ビーム♯０の方向）の液晶部２４からの反射波の受信レベルと、所定方向以外（ビーム♯１〜♯７の方向）からの反射波、あるいは液晶層２０Ｂの非制御状態における反射波の受信レベルとの偏差Ｄ３を算出し、偏差Ｄ３の絶対値Ｄ３ａｂｓと汚れ判定閾値Ｔｈｄ３とを比較することにより、レドーム９Ｂの汚れ付着を判定している。
そのため、前述した実施の形態２では、液晶層２０の電界制御時に、対象物までの距離を演算することができなかったのに対して、本実施の形態では、液晶層２０Ｂの電界制御時であっても、所定方向（ビーム♯０の方向）以外について、対象物までの距離を演算することができる。

また、上記実施の形態１〜３のレドーム９、９Ａ、９Ｂは、車両の外装に設けられているが、これに限定されず、レドームは、アンテナ８を覆う筐体（図示せず）に設けられていてもよい。
この場合も、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１〜３では、レーダ方式として、ＦＭパルス方式を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
他のレーダ方式を用いた場合であっても、至近距離からの反射波成分を用いることにより、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の電圧発生回路およびＶＣＯから発生される各種信号の電圧、あるいは周波数の変化を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のアンテナから送信される送信波の方向を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のレドームを、アンテナとともに示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のパルス波の送受信を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のアンテナから送信される送信波が、レドームに入射した場合の、入射角変化に対する反射係数および透過係数を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のアンテナから送信される送信波が、水膜の付着したレドームに入射した場合の、入射角変化に対する反射係数および透過係数を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の水膜が付着したレドームを、アンテナとともに示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の信号処理部の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の汚れ判定部の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置のレドームを示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるレーダ装置の信号処理部の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２によるレーダ装置の汚れ判定部の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置のレドームを、アンテナとともに示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーダ装置の汚れ判定部の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ レーダ装置、８ アンテナ、９、９Ａ、９Ｂ レドーム、１６、１６Ａ、１６Ｂ 信号処理部（信号処理手段）、１７、１７Ａ、１７Ｂ 汚れ判定部（汚れ判定手段）、１８ 金属膜（反射部）、１９ 水膜（汚れ）、２０、２０Ｂ 液晶層、２１、２１Ｂ 保持層、２２、２２Ｂ 制御電極層、２４ 液晶部、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 偏差、Ｔｈｄ１、Ｔｈｄ２、Ｔｈｄ３ 汚れ判定閾値（所定判定閾値）、Ｔｈｄｔ 汚れ判定カウンタ閾値（所定時間）。

Claims (14)

1. 電磁波を送信波として複数の異なる方向に送信するとともに、対象物からの反射波を受信するアンテナと、
   前記アンテナを保護するレドームと、
   前記送信波および前記反射波に基づいて、前記対象物までの距離を演算する信号処理手段とを備え、
   前記レドームは、前記アンテナに対して所定方向に設けられた金属製の反射部を有し、
   前記信号処理手段は、前記レドームの汚れ付着を判定する汚れ判定手段を有し、
   前記汚れ判定手段は、前記所定方向の前記反射部からの反射波の受信レベルと、前記所定方向以外からの反射波の受信レベルとの偏差を算出し、前記偏差に基づいて前記レドームの汚れ付着を判定することを特徴とするレーダ装置。
2. 電磁波を送信波として複数の異なる方向に送信するとともに、対象物からの反射波を受信するアンテナと、
   前記アンテナを保護するレドームと、
   前記送信波および前記反射波に基づいて、前記対象物までの距離を演算する信号処理手段とを備え、
   前記レドームは、液晶層、前記液晶層を保持する保持層、および所定のタイミングで通電されて前記液晶層に電界をかける制御電極層を有し、
   前記信号処理手段は、前記レドームの汚れ付着を判定する汚れ判定手段を有し、
   前記汚れ判定手段は、前記制御電極層の通電時における反射波の受信レベルと、前記制御電極層の非通電時における反射波の受信レベルとの偏差を算出し、前記偏差に基づいて前記レドームの汚れ付着を判定することを特徴とするレーダ装置。
3. 電磁波を送信波として複数の異なる方向に送信するとともに、対象物からの反射波を反射波として受信するアンテナと、
   前記アンテナを保護するレドームと、
   前記送信波および前記反射波に基づいて、前記対象物までの距離を演算する信号処理手段とを備え、
   前記レドームは、前記アンテナに対して所定方向に設けられた液晶層、前記液晶層を保持する保持層、および所定のタイミングで通電されて前記液晶層に電界をかける制御電極層を含む液晶部を有し、
   前記信号処理手段は、前記レドームの汚れ付着を判定する汚れ判定手段を有し、
   前記汚れ判定手段は、前記制御電極層の通電時における前記所定方向の前記液晶部からの反射波の受信レベルと、前記所定方向以外からの反射波、あるいは前記制御電極層の非通電時における反射波の受信レベルとの偏差を算出し、前記偏差に基づいて前記レドームの汚れ付着を判定することを特徴とするレーダ装置。
4. 前記汚れ判定手段は、前記偏差が所定判定閾値以下の場合に、前記レドームの汚れ付着を判定することを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のレーダ装置。
5. 前記汚れ判定手段は、前記偏差が所定判定閾値以下の状態が所定時間継続した場合に、前記レドームの汚れ付着を判定することを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のレーダ装置。
6. 前記レドームは、車両の外装に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか１項に記載のレーダ装置。
7. 前記レドームは、前記アンテナを覆う筐体に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか１項に記載のレーダ装置。
8. 電磁波を送信波として複数の異なる方向に送信するとともに、対象物からの反射波を受信するアンテナ、およびレドームを用い、
   前記レドームは、前記アンテナに対して所定方向に設けられた金属製の反射部を有し、
   前記送信波および前記反射波に基づいて、前記対象物までの距離を演算する信号処理ステップを備えた汚れ判定方法であって、
   前記信号処理ステップは、
   前記レドームの前記所定方向に前記送信波を送信し、前記反射部からの反射波を受信する第１受信ステップと、
   前記レドームの前記所定方向以外に前記送信波を送信し、前記所定方向以外からの反射波を受信する第２受信ステップと、
   前記反射部からの反射波の受信レベルと、前記所定方向以外からの反射波の受信レベルとの偏差を算出する偏差算出ステップと、
   前記偏差に基づいて、前記レドームの汚れ付着を判定する汚れ判定ステップとを有することを特徴とする汚れ判定方法。
9. 電磁波を送信波として複数の異なる方向に送信するとともに、対象物からの反射波を受信するアンテナ、およびレドームを用い、
   前記レドームは、液晶層、前記液晶層を保持する保持層、および所定のタイミングで通電されて前記液晶層に電界をかける制御電極層を有し、
   前記送信波および前記反射波に基づいて、前記対象物までの距離を演算する信号処理ステップを備えた汚れ判定方法であって、
   前記信号処理ステップは、
   前記レドームに前記送信波を送信し、前記制御電極層の通電時における反射波を受信する第１受信ステップと、
   前記レドームに前記送信波を送信し、前記制御電極層の非通電時における反射波を受信する第２受信ステップと、
   前記制御電極層の通電時における反射波の受信レベルと、前記制御電極層の非通電時における反射波の受信レベルとの偏差を算出する偏差算出ステップと、
   前記偏差に基づいて、前記レドームの汚れ付着を判定する汚れ判定ステップとを有することを特徴とする汚れ判定方法。
10. 電磁波を送信波として複数の異なる方向に送信するとともに、対象物からの反射波を受信するアンテナ、およびレドームを用い、
    前記レドームは、前記アンテナに対して所定方向に設けられた液晶層、前記液晶層を保持する保持層、および所定のタイミングで通電されて前記液晶層に電界をかける制御電極層を含む液晶部を有し、
    前記送信波および前記反射波に基づいて、前記対象物までの距離を演算する信号処理ステップを備えた汚れ判定方法であって、
    前記信号処理ステップは、
    前記レドームの前記所定方向に前記送信波を送信し、前記制御電極層の通電時における前記反射部からの反射波を受信する第１受信ステップと、
    前記レドームに前記送信波を送信し、前記所定方向以外からの反射波、あるいは前記制御電極層の非通電時における反射波を受信する第２受信ステップと、
    前記制御電極層の通電時における前記反射部からの反射波の受信レベルと、前記所定方向以外からの反射波、あるいは前記制御電極層の非通電時における反射波の反射レベルとの偏差を算出する偏差算出ステップと、
    前記偏差に基づいて、前記レドームの汚れ付着を判定する汚れ判定ステップとを有することを特徴とする汚れ判定方法。
11. 前記汚れ判定ステップは、前記偏差が所定判定閾値以下の場合に、前記レドームの汚れ付着を判定することを特徴とする請求項８から請求項１０までの何れか１項に記載の汚れ判定方法。
12. 前記汚れ判定ステップは、前記偏差が所定判定閾値以下の状態が所定時間継続した場合に、前記レドームの汚れ付着を判定することを特徴とする請求項８から請求項１０までの何れか１項に記載の汚れ判定方法。
13. 前記レドームは、車両の外装に設けられていることを特徴とする請求項８から請求項１２までの何れか１項に記載の汚れ判定方法。
14. 前記レドームは、前記アンテナを覆う筐体に設けられていることを特徴とする請求項８から請求項１２までの何れか１項に記載の汚れ判定方法。

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