JP4356820B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両の衝突防止システムなどに利用されるレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の衝突防止システムなどの構成要素として、先行車両や対向車両などの物体との距離を検出する車載用レーダ装置が開発されてきている。最近では、物体との距離だけでなく、自車両から見た物体が存在する方向をも検出可能な電子走査型や機械走査型のレーダ装置が開発されつつある。
【０００３】
電子走査型のレーダ装置は、互いに異なる方向にビームを放射してその反射波を受信するアンテナ装置を、少しずつ向きをずらして複数隣接させて配列しておき、各アンテナ装置について時間をずらして順次ビームの送受信を行わせることにより、どのアンテナ装置、すなわちどの方向で反射波が発生したかを検知するように構成されている。１個の送受信アンテナ装置の向きを機械的に偏向させる機械式走査によっても、反射波を生じさせた物体の方向が検出できる。
【０００４】
本出願人の特許第 2,567,332号などには、各方向の反射波について受信レベルの重み付け平均化処理を行うことにより、反射波を生じさせた物体の方向を精度良く検出する方法が開示されている。また、この種のレーダ装置では、雑音による誤検出を防止するために、反射波の受信レベルに関して所定の閾値を設定し、この所定値を越えるレベルの受信信号のみを反射波と見做し、この閾値以下のレベルの受信信号を雑音として廃棄している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
車載用レーダ装置としては、その小型化が重要な課題となるが、特に、レーダ装置全体の相当の部分を占めるアンテナの小型化が重要な技術的課題となる。しかしながら、アンテナ装置が小型化するにつれて、メインローブに対するサイドローブの利得の比率が増大するという問題が生じる。このサイドローブの利得の比率は、少ないアンテナ個数で高い方向分解能を実現するために、一つのアンテナから放射したビームの反射波を隣接の他のアンテナで受信する場合などに特に大きくなる。
【０００６】
このように、サイドローブの利得の比率が増大すると、アンテナの正面からはずれたサイドローブのみで検出された反射波が閾値を越えてしまい、あたかもメインローブで検出されたアンテナの正面に存在する物体であるかのように認識され、方向の検出精度が低下するという問題がある。
【０００７】
また、反射物体が遠方に存在するなどの理由で、反射波の受信レベルが低くなり、この結果サイドローブの存在が問題にならなくなる場合もある。この場合、閾値を越える受信レベルの反射波の数も同時に少なくなり、この結果重み付けによる物体の方向の検出精度が低下するという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーダ装置は、各方向について受信した反射波のレベルの最大値を検出し、この最大値に対する比率が所定値の閾値を設定し、この閾値よりも大きなレベルの反射波が受信された方向のみについて各受信レベルによる重み付け平均化処理を行って前記物体の方向を検出する手段と、雑音レベルよりも所定量大きく前記閾値よりも小さな第２の閾値を設定し、この第２の閾値よりも大きなレベルの受信信号のみを上記反射波として検出する手段と、この検出した反射波と前記ＦＭ送信信号との混合によって発生されたビート信号の周波数からこの反射波を発生させた物体までの距離を検出する手段とを備えている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態によれば、上記閾値を決定する所定値がアンテナの利得のメインローブに対するサイドローブの比率よりも大きな値に設定されることにより、検出精度に及ぼすサイドローブの悪影響を効果的に除去するように構成されている。
【００１０】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記閾値を決定する所定値が天候や車両の走行状況等の各種の状況に応じて変更されるように構成されている。
【００１１】
本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、上記第２の閾値は一定の値に固定されるか、雑音レベルよりも所定値高い値に設定される。
【００１２】
【実施例】
図４は、本発明の一実施例の車載用レーダ装置の概略の構成を示す機能ブロック図であり、Ａ１〜Ａ５は図示の便宜上送受共用のアンテナによって例示されるアンテナ、ＴＲ１〜ＴＲ５は送受信回路、ＰＳはプロセッサである。
【００１３】
５個のアンテナＡ１，Ａ２・・・Ａ５は、方向が配列順に少しずつずれた状態で車両の前方に設置されており、各アンテナから放射されるビームＢ１，Ｂ２・・・Ｂ５が隣接するものどうし互いに重なり合うように配列されている。プロセッサＰＳの制御のもとに、送受信回路ＴＲ１〜ＴＲ５の一つで発生された送信信号がアンテナＡ１〜Ａ５の対応のものから送信ビームとして放射される。先行車両や、対向車両や、路肩のガードレールなどの車両の前方の物体で生じた反射波が送信ビームを放射したアンテナＡ１〜Ａ５の一つに受信され、対応の送受信回路に供給される。
【００１４】
プロセッサＰＳは、上記時分割的に送受信が行われる５個の送受信系統（以下「送受信チャンネル＃１〜＃５」と称する）の送受信のタイミングを制御すると共に、各送受信チャンネルの送受信回路ＴＲ１〜ＴＲ５で得られた反射波に関する情報を受取って処理する。例えば、このレーダ装置がＦＭ信号を送信してその反射波を受信するＦＭレーダ装置であるとすれば、プロセッサＰＳは、各送受信チャンネルの送受信回路ＴＲ１〜ＴＲ５から、受信反射波に関する情報として、送信信号と反射波との混合によって発生されたビート信号の周波数とその振幅（レベル）とを受け取る。このビート信号の周波数は物体までの距離を示し、ビート信号のレベルは反射波の受信レベルを示す。
【００１５】
図４では、図示の煩雑化を避けるうえで、各放射ビームＢ１〜Ｂ５のいずれについてもサイドローブの影響が省略されている。しかしながら、実際の車載用小型アンテナでは、図１の（Ａ）にアンテナ利得として例示するように、各アンテナＡ１〜Ａ５の利得特性には、メインローブの両側にかなり大きなレベルのサイドローブが出現する。なお、５個の送受信チャンネル＃１〜＃５のアンテナＡ１〜Ａ５の設置角度は、図中にθ１，θ２・・・θ５として示すように、等角度間隔が保たれている。
【００１６】
図１の例で、先行車両などの物体が（Ａ）の三角印で例示する位置（方向，角度）に存在するものとすれば、この物体で生じた反射波の受信レベルは、下段の（Ｂ）に例示するようなものとなる。すなわち、最左端のアンテナＡ１には、反射波が受信されず、その右側に配置された４個のアンテナＡ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５には、それぞれ受信レベルＬ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５で例示するような大きさの反射波が受信される。なお、（Ｂ）中の各受信レベルは、物体の横幅が放射ビームの広がりの幅に比べて十分に小さいとした場合の値、すなわち、（Ａ）中の各利得特性曲線と物体位置との交点の高さによって例示されている。
【００１７】
この実施例のレーダ装置では、受信レベルに関して２種類の閾値αとβが設定される。これらのうち、閾値αは反射波検出用の閾値であり、これは、固定値又は雑音レベルよりも所定量大きな値となるように設定される。すなわち、この閾値αよりも大きな受信レベルの信号は、物体からの反射波と見做される。
【００１８】
従来の閾値レーダ装置では、反射波検出用閾値αよりも大きなレベルを有することから反射波と見做された全ての受信信号を使用して、次式に従って、角度の重み付け平均値Θが計算され、これが物体の受信位置とされていた。
Θ＝( Ｌ２θ２＋Ｌ３θ３＋Ｌ４θ４＋Ｌ５θ５) /(Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５)
この結果、重み付け平均値Θは、図１の（Ｂ）に白抜きの三角印で例示するように、角度θ３とθ４の中間程度の値となり、図１の（Ａ）中に塗り潰しの三角形で示した物体位置から大きなずれが生じる。
【００１９】
このような大きなずれを生じさせた原因を、図１の（Ａ）を参照して説明すると次のようになる。すなわち、送受信チャンネル＃２の場合、アンテナＡ２のメインローブが物体位置をカバーせず、そのサイドローブのみが角度θ４の近傍において物体位置をカバーしている。このため、あたかも、この送受信チャンネル＃２では、アンテナＡ２のほぼ正面（メインローブの中心の角度θ２の位置）にレベルＬ２の反射波を生じさせた物体が存在するかのような信号処理が行われることになる。
【００２０】
この実施例のレーダ装置では、上記サイドローブなどによる検出精度の劣化を防止するため、既存の反射波検出用閾値αに加えて、新たな重心計算用閾値βを導入している。この重心計算用閾値βは、送受信チャンネル＃１〜＃５において検出された受信信号のレベルの最大値よりも所定量γ（dB）小さな値に設定される。図１の例では、送受信チャンネル＃４で検出された信号の受信レベルＬ４が最大のものであり、これよりもγ（dB）よりも小さなレベルβが重心計算用閾値として設定される。
【００２１】
図１の例では、送受信チャンネル＃２と＃３とによる受信レベルＬ２とＬ３とが重心計算用閾値β未満となり、重心計算から除外される。残りの送受信チャンネル＃４と＃５による受信レベルＬ５とＬ６から、次式に従って重み付け平均値Θが算定される。
Θ＝( Ｌ４θ４＋Ｌ５θ５) /(Ｌ４＋Ｌ５)
【００２２】
このようにして算定された重み付け平均値Θは、図１の（Ｂ）に塗り潰しの三角印で例示するように、角度θ４とθ５の中間でかつθ４の近傍の値となり、図１の（Ａ）に例示された物体位置に近いものとなる。
【００２３】
上記γの値は、上述のように、主としてアンテナ利得特性のサイドローブによる検出精度への悪影響を除去するという観点から、メインローブのピーク値Ｍｐに対するサイドローブのピーク値Ｓｐの比率Ｓｐ／Ｍｐ（dB）を基準とし、この基準値よりも多少大きな値に設定すれば好適である。
【００２４】
上記γを上述のようにＳｐ／Ｍｐ（dB）に基づいて設定することによってサイドローブの影響を除去できる。この場合、チャンネル＃３によって例示されるように、物体位置がアンテナＡ３のメインローブ内に存在するものの、この物体位置がメインローブの中心から離れているためにこの位置における利得がサイドローブのピーク値よりも低くなる場合が生じる。この場合、この反射波はサイドローブによる反射波と見做されて重心計算から除外される。
【００２５】
この結果、上述のようにして得られた重み付け平均値Θは、あたかも、図２の（Ａ）に示すようなサイドローブのピーク値よりも大きな利得のメインローブ部分のみを有するアンテナを使用し、かつ、受信信号に閾値を設けることなく図３の（Ｂ）に例示するような全ての反射波を検出し、これらの反射波から算定されたものであるかのような値となる。
【００３０】
以上、従来の反射波検出用閾値αに対して、重心計算用閾値βを追加する構成を説明した。すなわち、サイドローブの影響によるものと見做されて重心計算用からは除外されるが、可能性のある反射波として出来るだけ多数のデータを必要とする場合もあるからである。
【００３１】
また、γを一定値とする構成を例示した。しかしながら、一つのアンテナから放射したビームの反射波を同一のアンテナで受信する場合と、隣接する他のアンテナで受信する場合とではサイドローブの比率が変動する点を考慮して、動作モードに応じてγを変更する構成を採用することもできる。また、このγの変更は車両の走行状況や、天候や、昼間／夜間の別や、ドライバーの好みなどに応じて自動的にあるいは人為的に変更可能としてもよい。
【００３２】
また、電子式走査を行うレーダ装置を例にとって本発明を説明したが、機械式走査を行う構成のレーダ装置にも本発明を適用できることは明らかである。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のレーダ装置は、受信信号のレベルの最大値に対する比率が１未満の閾値を設定し、この閾値よりも大きなレベルの信号が受信された方向のみについて各受信レベルによる重み付け平均化処理を行って物体の方向を検出する構成であるから、サイドローブの悪影響などが軽減され、方向の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の動作を説明するための概念図である。
【図２】 上記実施例の動作を説明するための概念図である。
【図３】上記実施例のレーダ装置の構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
θ１〜θ５ 各送受信チャンネルのアンテナの方向
Ｌ１〜Ｌ５ 各アンテナの受信レベル
α 反射波検出用閾値
β 重心計算用閾値
Ａ１〜Ａ５ 各送受信チャンネルのアンテナ
TR1 〜TR5 各送受信チャンネルの送受信回路
ＰＳ プロセッサ

Claims (4)

1. 複数の方向にＦＭ送信信号のビームを放射し物体からの反射波を受信するアンテナを備え、これらの反射波を生じさせた物体を検出するレーダ装置において、 各方向について受信した反射波のレベルの最大値を検出し、この最大値に対する比率が所定値の閾値を設定し、この閾値よりも大きなレベルの反射波が受信された方向のみについて各受信レベルによる重み付け平均化処理を行って前記物体の方向を検出する手段と、
   雑音レベルよりも所定量大きく前記閾値よりも小さな値の第２の閾値を設定し、この第２の閾値よりも大きなレベルの受信信号のみを前記反射波として検出する手段と、
   この検出した反射波と前記ＦＭ送信信号との混合によって発生されたビート信号の周波数からこの反射波を発生させた物体までの距離を検出する手段と
   を備えたことを特徴とするレーダ装置。
2. 請求項１において、
   前記閾値を決定する所定値は、前記アンテナの利得のメインローブに対するサイドローブの比率よりも大きな値に設定されたことを特徴とするレーダ装置。
3. 請求項１または２のいずれかにおいて、
   前記閾値を決定する所定値は、天候や車両の走行状況等の各種の状況に応じて変更されることを特徴とするレーダ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記レーダ装置は車両に搭載されており、前記複数の方向へのビームの放射は、異なる方向を向いて配列された複数のアンテナから時分割的に行われることを特徴とするレーダ装置。