JP4188361B2

JP4188361B2 - 車載用パルスレーダ装置

Info

Publication number: JP4188361B2
Application number: JP2005336754A
Authority: JP
Inventors: 晋作野田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: JP2007139691A; US20080238761A1; DE102006017007B4; DE102006017007A1; US7443336B2

Description

この発明は、自動車に搭載され、周辺車両との車間距離や相対速度等を計測し、車間距離制御や衝突被害軽減等に役立てられる車載用パルスレーダ装置に関する。

従来、このような車載用パルスレーダ装置においては、送信電波として７６ＧＨｚ帯のミリ波が用いられている。前記高周波は、一般的に素子間あるいは線路間のアイソレーションが確保しにくいため、送信パルス波が受信回路に直接重畳し、受信回路の飽和を招いて適切な検知動作を阻害するという問題があった。

このような問題に対して、送信信号の受信信号への重畳を回避するレーダ装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。このレーダ装置においては、周波数変調制御信号が電圧制御発振器に入力され、周波数変調された送信信号がアンテナ共用手段を介して送受信用アンテナに供給され、目標物体に向けて電波として送信される。送信された電波は目標物体にて反射され、送受信用アンテナにて受信される。受信された受信信号は前記電圧制御発振器から出力された送信信号とミキサにて混合され、ビート信号を出力する。以降、ビート信号から目標物体までの距離等を算出する方法は一般的なＦＭＣＷレーダと同様であるので詳細な説明は割愛する。

従来のレーダ装置では、先に述べた送信信号の受信信号への重畳を回避するため、送受信を時分割で行う。送信側スイッチが電圧制御発振器とアンテナ共用手段との間に設置され、受信側スイッチがアンテナ共用手段とミキサとの間に設置されている。送信側スイッチは送受信制御用発振器によって制御される。また、受信側スイッチは、インバータにより、送信側スイッチがオン時（送信時）にオフとなり、送信側スイッチがオフ時（受信時）にオンとなるよう制御される。

このとき、受信信号は、送信側スイッチにより生じた送信パルス波から、目標物体との距離Ｒに応じた遅延時間Ｔｄ＝２Ｒ／ｃ（ｃは光速）だけ遅れて受信される。実際には、受信側スイッチの作用により、送信側スイッチのオン時の受信信号の受信期間は受信信号として受信されず、送信側スイッチがオフして前記遅延時間の間のみ受信信号が観測される。以上のようにして、受信時には送信信号が重畳しないように目標物体の検知を行う。

特開平９−２４３７３８号公報

しかしながら、上述した従来のレーダ装置で実際に回路を構成した場合、受信側スイッチのオン、オフ切り替え時に、スイッチ素子内部の充放電等の影響による切り替えノイズが発生し、特に、近距離からの目標物体に対応する受信信号に対し、上述した受信信号が観測される期間が乱されて、近距離検知性能が低下または検知不能となる問題があった。

この発明は以上の課題を鑑みなされたもので、回路内部のアイソレーションに対する必要以上の制約を課すことなく、また、スイッチ素子から発生する切り替えノイズの影響下においても良好な近距離の目標物体検知が可能である車載用パルスレーダ装置を提供することを目的とする。

この発明に係る車載用パルスレーダ装置は、送信信号を所定のオン時間およびオフ時間で区切って送信パルス波とし、送信用アンテナから前記送信パルス波を目標物体に向けて送出し、目標物体にて反射された信号を受信用アンテナで受信し、前記送信パルス波と前記受信用アンテナにて受信された受信信号との間の遅延時間に基づいて目標物体までの距離を算出する車載用パルスレーダ装置において、前記送信パルス波に同期して受信信号の通過と遮断を制御する受信制御手段と、前記送信信号と前記受信信号とを混合する混合手段と、前記混合手段を介して出力される受信信号のパルス波形の立下りを、前記受信制御手段の制御により発生するノイズに対して、遅らせるように整形する整形手段と、前記受信制御手段が受信信号の通過を開始してから所定時間遅れて前記整形手段からの受信信号をサンプリングするサンプリング手段とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、回路内のアイソレーションを不必要に高める必要がなく低コストな車載用パルスレーダ装置を提供することが可能となり、また、受信制御手段から切り替えノイズが発生しても、それに影響されることなく近距離の目標物体を良好に検知することが可能である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車載用パルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１に示す車載用パルスレーダ装置は、一般的なＦＭＣＷレーダと同様な三角波形を変調信号として出力する変調信号発生部１１と、前記変調信号に従い周波数変調された送信信号を出力する電圧制御発振器１とを有し、送信信号を、時間とともに周波数が上昇または下降するように変化させる周波数変調手段を構成している。

また、前記車載用パルスレーダ装置は、パルス発生部１２で発生するパルス制御信号にしたがいオンオフ制御されて電圧制御発振器１から出力された送信信号を送信パルス波に変換する送信側スイッチと、パルス発生部１２で発生するパルス制御信号を反転するインバータ１５を介したパルス制御信号にしたがいオンオフ制御されることで、送信パルス波に同期して受信信号の通過と遮断を制御する受信制御手段を構成する受信側スイッチ６とを備えている。

また、前記車載用パルスレーダ装置は、前記送信側スイッチ５を介した送信パルス波を、送信及び受信を兼用する一体化された送受信用アンテナ３に供給すると共に、送受信用アンテナ３により受信された信号を受信信号として通過させる送受信接続手段としてのサーキュレータ１３と、前記電圧制御発振器１からの受信信号と前記サーキュレータ１３を介して入力される受信信号とを混合してベースバンドの受信パルスとして出力するミキサ４と、ミキサ４からのベースバンドの受信パルスを入力して立下りを遅らせるように整形する整形手段としてのローパスフィルタ（図面にＬＰＦと表記する）１４とを備えている。

さらに、前記車載用パルスレーダ装置は、前記ローパスフィルタ１４からの出力を受信制御手段としての受信側スイッチ６が受信信号の通過を開始してから所定時間遅れて受信信号をサンプリングするサンプリング手段としてのＡ／Ｄコンバータ１８と、Ａ／Ｄコンバータ１８でサンプリングされた信号を入力して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いてビート周波数を抽出し、一般的なＦＭＣＷレーダと同様に、目標物体との距離、相対速度等を算出してその検出結果が外部機器に出力するＣＰＵ２０とを備えている。なお、変調信号発生部１１およびパルス発生部１２は、ＣＰＵ２０によってその動作が制御されていることは言うまでもない。

次に、図１に示す車載用パルスレーダ装置の動作について、図２（ａ）ないし（ｄ）に示す各信号のタイミングチャートを参照して説明する。変調信号発生部１１から一般的なＦＭＣＷレーダと同様にして三角波形が出力され、電圧制御発振器（図面にＶＣＯと表記する）１に変調信号として入力される。電圧制御発振器１からは、前記変調信号にしたがい周波数変調された送信信号が出力される。電圧制御発振器１から出力された送信信号は、送信側スイッチ５およびミキサ４に分配され、それぞれ入力される。送信側スイッチ５では、パルス発生部１２で発生するパルス制御信号にしたがい、図２（ａ）に示すような送信パルス波に変換される。前記送信パルス波は、サーキュレータ１３を介して送受信用アンテナ３に供給され、図示しない目標物体に向けて電波として送出される。

目標物体で反射された電波は、再び送受信用アンテナ３にて受信され、受信信号としてサーキュレータ１３を介してミキサ４に入力される。ミキサ４では、前記送信信号と前記受信信号とが混合され、ベースバンドの受信パルスとして出力され、ローパスフィルタ１４に入力される。ローパスフィルタ１４からは、ベースバンドの受信パルスが、図２（ｃ）に示すように、立下りが遅れた形で出力され、受信側スイッチ６に入力される。

受信側スイッチ６は、送信側スイッチ５と逆相で操作するべくインバータ１５を介して制御され、図２（ｂ）に示す動作となる。この受信側スイッチ６により、ベースバンドの受信パルスは、図２（ｃ）の波形部分１６が遮断され、図２（ｃ）の波形部分１７のみ通過してＡ／Ｄコンバータ１８に入力される。このとき、従来のレーダ装置と同様、受信側スイッチ６の切り替えノイズが、図２（ｄ）に示すように発生し、ベースバンドの受信パルスに重畳する。

Ａ／Ｄコンバータ１８は、前記切り替えノイズに乱された部分のサンプリングを避けるため、切り替えノイズが収束するまでの時間が経過してから、図２（ｃ）のタイミング１９に示すようなタイミングにてサンプリングを行う。ここで、ベースバンドの受信パルスは、ローパスフィルタ１４によって立下りが遅らされているため、切り替えノイズが収束してからサンプリングを行ってもベースバンドの受信パルスを検知することが可能である。

Ａ／Ｄコンバータ１８でサンプリングされた信号は、ＣＰＵ２０に入力され、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いてビート周波数が抽出され、一般的なＦＭＣＷレーダと同様に、目標物体との距離、相対速度等が算出され、その検出結果が図示しない外部機器に出力される。

従って、実施の形態１によれば、回路内のアイソレーションを不必要に高める必要がなく低コストな車載用パルスレーダ装置を提供することが可能となり、また、受信制御手段から切り替えノイズが発生しても、それに影響されることなく近距離の目標物体を良好に検知することが可能である。

また、送信用アンテナと受信用アンテナを一体化することで小型な車載用パルスレーダ装置を提供することが可能であり、自動車のデザインを損ねることがない。

また、サーキュレータ１３を備えることで、送受切り替えを行う制御信号が不要となるので、ＣＰＵ２０の負荷が軽減され、より高度な信号処理を実施することが可能となる。

さらに、より高精度に目標物体の距離を測定することが可能であるため、車間距離制御がより快適性を増し、また衝突被害軽減動作をより適切に行うことが可能となる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る車載用パルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。図３に示す実施の形態２に係る車載用パルスレーダ装置においては、図１に示す実施の形態１に係る車載用パルスレーダ装置における送信側スイッチ５、受信側スイッチ６、サーキュレータ１３及びインバータ１５を、送受信切り替えスイッチ２１に置き換えた点が異なり、その他の構成は、図１に示す実施の形態１に係る車載用パルスレーダ装置と同様であり、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。

次に、図３に示す車載用パルスレーダ装置の動作について、図４（ａ）ないし（ｄ）に示す各信号のタイミングチャートを参照して説明する。電圧制御発振器１から変調信号が出力されるまでの動作は実施の形態１と同様であるので、ここではその説明を省略する。電圧制御発振器１から出力された送信信号は、送受信切り替えスイッチ２１およびミキサ４に分配され、それぞれ入力される。送受信切り替えスイッチ２１では、パルス発生部１２で発生するパルス制御信号にしたがい、図４（ａ）に示すような送信パルス波に変換され、送受信用アンテナ３に供給され、図示しない目標物体に向けて電波として送出される。

目標物体で反射された電波は、再び送受信用アンテナ３にて受信され、受信信号として送受信切り替えスイッチ２１を介してミキサ４に入力される。ミキサ４では、前記送信信号と前記受信信号とが混合され、ベースバンドの受信パルスとして出力され、ローパスフィルタ１４に入力される。ローパスフィルタ１４からは、ベースバンドの受信パルスが図４（ｂ）に示すように立下りが遅れた形で出力され、Ａ／Ｄコンバータ１８に入力される。

この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、図４（ｃ）に示すような切り替えノイズが発生し、受信信号に重畳するが、ローパスフィルタ１４によって立下りが遅らされ、かつＡ／Ｄコンバータ１８によるサンプリングは、切り替えノイズが収束してから図４（ｂ）の１９に示すようなタイミングで行われるため、ベースバンドの受信パルスを検知することが可能である。

以降、Ａ／Ｄコンバータ１８の出力がＣＰＵ２０に入力されてからの動作は、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

従って、実施の形態２によれば、送受切り替えスイッチ２１で送信アンテナと受信アンテナを共用することにより、送信制御手段および受信制御手段を省略することが可能となり、低コスト化、小型化を図ることができる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係る車載用パルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。図５に示す実施の形態３に係る車載用パルスレーダ装置においては、図１に示す実施の形態１に係る車載用パルスレーダ装置における送受信接続手段としてのサーキュレータ１３を、９０度ハイブリッド回路２２に置き換えた点が異なり、その他の構成は、図１に示す実施の形態１に係る車載用パルスレーダ装置と同様であり、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。

実施の形態３においては、９０度ハイブリッド回路２２を用いて、送信側スイッチ５からの出力を送受信用アンテナ３に供給し、かつ送受信用アンテナ３にて受信された信号をミキサ４に入力する動作を行うことができる。

従って、実施の形態３によれば、９０度ハイブリッド回路２２を他のマイクロストリップライン等の伝送線路と同一の工程で構成することが可能であり、サーキュレータ１３に必要なフェライト等の部品を実装する必要がないので、組み立てに必要なコストを低減することが可能となり、また信頼性も向上させることが可能となる。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４に係る車載用パルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。図６に示す実施の形態４に係る車載用パルスレーダ装置においては、図１に示す実施の形態１に係る車載用パルスレーダ装置の構成に対し、変調信号発生部１１及び電圧制御発振器１の代わりに、送信信号を出力する発振器２３を備えており、また、目標物体が検知された場合にサンプリング手段としてのＡ／Ｄコンバータ１８の遅れ時間を逐次変化させるサンプリング時間制御部２５をさらに備えている。そして、Ａ／Ｄコンバータ１８は、受信側スイッチ６が受信信号の通過を開始してから受信信号をサンプリングするまでの遅れ時間が可変である。その他の構成は、図１に示す実施の形態１に係る車載用パルスレーダ装置と同様であり、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。

次に、図６に示す車載用パルスレーダ装置の動作について、図２（ａ）ないし（ｃ）及び図７に示す波形図を参照して説明する。図６において、発振器２３から送信信号が出力され、送信側スイッチ５およびミキサ４に分配され、それぞれ入力される。送信側スイッチ５では、パルス発生部１２で発生するパルス制御信号にしたがい、図２（ａ）に示すような送信パルス波に変換される。前記送信パルス波は、サーキュレータ１３を介して送受信用アンテナ３に供給され、図示しない目標物体に向けて電波として送出される。

目標物体で反射された電波は、再び送受信用アンテナ３にて受信され、受信信号としてサーキュレータ１３を介してミキサ４に入力される。ミキサ４では、前記送信信号と前記受信信号とが混合され、ベースバンドの受信パルスとして出力され、ローパスフィルタ１４に入力される。ローパスフィルタ１４からは、ベースバンドの受信パルスが図２（ｃ）に示すように立下りが遅れた形で出力され、受信側スイッチ６に入力される。受信側スイッチ６は、送信側スイッチ５と逆相で操作するべくインバータ１５を介して制御され、図２（ｂ）に示す動作となる。この受信側スイッチ６により、ベースバンドの受信パルスは、図２（ｃ）の波形部分１６が遮断され、図２（ｃ）の波形部分１７のみ通過してＡ／Ｄコンバータ１８に入力される。

Ａ／Ｄコンバータ１８は、前記切り替えノイズに乱された部分のサンプリングを避けるため、切り替えノイズが収束するまでの時間が経過してから、図２（ｃ）の波形部分１９に示すようなタイミングにてサンプリングを行う。ここで、ベースバンドの受信パルスは、ローパスフィルタ１４によって立下りが遅らされているため、切り替えノイズが収束してからサンプリングを行ってもベースバンドの受信パルスを検知することが可能である。

Ａ／Ｄコンバータ１８でサンプリングされた信号は、ＣＰＵ２０にて目標物体の有無を判断される。具体的には、サンプリングされた信号の大きさが所定のしきい値を超える場合に目標物体が存在すると判断することにより、有無の判断を行う。

ここで、改めて図７を用いて実施の形態４におけるサンプリングの様子を詳細に説明する。図７において、２４はベースバンドの受信パルスである。目標物体が検知されない場合は、図７におけるタイミング１９でサンプリングが行われている。一旦、目標物体が検知された場合、ＣＰＵ２０がサンプリング時間制御部２５を制御することにより、サンプリング時間が図７におけるタイミング２６に変更される。さらに、次のサンプリングにおいては、図７におけるタイミング２７に変更され、サンプリングが行われる。

このように、逐次タイミングを変更してサンプリングを行うことにより、ローパスフィルタ１４によって整形されたベースバンドの受信パルス波形の、時間に対する変化量を観測することができる。ここで、ローパスフィルタ１４の時間応答は既知であるため、観測されたベースバンドの受信パルス波形の時間に対する変化量と比較することにより、電波が目標物体との往復に要する時間Ｔｄが計測できることは自明である。したがって、目標物体との距離を正確に計測することができる。

従って、実施の形態４によれば、サンプリングの遅れ時間を逐次変化させることなく、目標物体の距離を高精度に、かつ短時間で測定することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る車載用パルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１における各スイッチ、受信信号、切り替えノイズの波形図である。この発明の実施の形態２に係る車載用パルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１における送受信切り替えスイッチ、受信信号、切り替えノイズの波形図である。この発明の実施の形態３に係る車載用パルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態４に係る車載用パルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態４におけるサンプリングのタイミングの変化を示す図である。

符号の説明

１電圧制御発振器、２アンテナ共用手段、３送受信用アンテナ、４ミキサ、５送信側スイッチ、６受信側スイッチ、７送受信制御用発振器、８インバータ、１１変調信号発生部、１２パルス発生部、１３サーキュレータ、１４ローパスフィルタ、１５インバータ、１８Ａ／Ｄコンバータ、２０ＣＰＵ、２１送受信切り替えスイッチ、２２９０度ハイブリッド回路、２３発振器、２４ベースバンドの受信パルス、２５サンプリング時間制御部。

Claims

送信信号を所定のオン時間およびオフ時間で区切って送信パルス波とし、送信用アンテナから前記送信パルス波を目標物体に向けて送出し、目標物体にて反射された信号を受信用アンテナで受信し、前記送信パルス波と前記受信用アンテナにて受信された受信信号との間の遅延時間に基づいて目標物体までの距離を算出する車載用パルスレーダ装置において、
前記送信パルス波に同期して受信信号の通過と遮断を制御する受信制御手段と、
前記送信信号と前記受信信号とを混合する混合手段と、
前記混合手段を介して出力される受信信号のパルス波形の立下りを、前記受信制御手段の制御により発生するノイズに対して、遅らせるように整形する整形手段と、
前記受信制御手段が受信信号の通過を開始してから所定時間遅れて前記整形手段からの受信信号をサンプリングするサンプリング手段と
を備えたことを特徴とする車載用パルスレーダ装置。
請求項１に記載の車載用パルスレーダ装置において、
前記送信用アンテナおよび前記受信用アンテナは、送信および受信を兼用する一体化された送受信用アンテナであり、
送信パルス波を前記送受信用アンテナに供給すると共に、前記送受信用アンテナにて受信された信号を前記受信信号として通過させる送受信接続手段をさらに備えた
ことを特徴とする車載用パルスレーダ装置。
請求項２に記載の車載用パルスレーダ装置において、
前記送受信接続手段は、サーキュレータである
ことを特徴とする車載用パルスレーダ装置。
請求項２に記載の車載用パルスレーダ装置において、
前記受信制御手段と前記送受信接続手段とは、送受信切り替えスイッチで構成された
ことを特徴とする車載用パルスレーダ装置。
請求項２に記載の車載用パルスレーダ装置において、
前記送受信接続手段は、９０度ハイブリッド結合器である
ことを特徴とする車載用パルスレーダ装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の車載用パルスレーダ装置において、
前記送信信号を、時間とともに周波数が上昇または下降するように変化させる周波数変調手段を備えた
ことを特徴とする車載用パルスレーダ装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の車載用パルスレーダ装置において、
前記サンプリング手段は、前記受信制御手段が受信信号の通過を開始してから受信信号をサンプリングするまでの遅れ時間が可変であり、
目標物体が検知された場合に前記サンプリング手段の遅れ時間を逐次変化させるサンプリング時間制御手段をさらに備えた
ことを特徴とする車載用パルスレーダ装置。