JP4519780B2

JP4519780B2 - レーダー装置及びその故障診断方法

Info

Publication number: JP4519780B2
Application number: JP2006016587A
Authority: JP
Inventors: 雅夫中野; 謙治岡
Original assignee: Denso Ten Ltd; Fujitsu Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd; Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: US20070171123A1; US7397419B2; JP2007198846A

Description

本発明は、物標で反射した反射波から物標の方位等を測定するレーダー装置及びその故障診断方法に関する。

従来から、送信アンテナから送信波を出力し、物標で反射した反射波を受信アンテナで受信し、物標の方位や距離、速度等を測定するレーダー装置がある。例えば、レーダー装置は車両に搭載されて、前方車両との衝突防止に使用される。

かかるレーダー装置には、装置内部の各部が故障しているか否かを検出する故障診断を行うものがある。

例えば、スイッチ手段により送受信アンテナを断続的に連結しその期間に受信アンテナの線路を伝播する高周波信号の所定の周波数成分を検出手段で検出してこの検出結果により機能の異常を識別するレーダー装置がある（例えば、以下の特許文献１）。

また、送受信部の夫々に予備回線を設けて折り返し試験を行い、受信部の予備回線から出力される試験信号により予備回線の経路が正常に動作しているか否かを判別するレーダー装置もある（例えば、以下の特許文献２）。

更に、送信アンテナより空間結合を利用して受信アンテナに電波を取り入れ、受信部の分析処理回路の出力データと送信部の発振回路の出力の変調特性とを照合回路にて比較照合することで異常の有無を調べるレーダー装置もある（例えば、以下の特許文献３）。

更に、対象物がない時に形成される送信信号の近傍雑音信号のレベルと送信用増幅器の動作を停止した時に受信用ミキサから出力される雑音の信号のレベルとをデータメモリに格納し、両者を比較することでＦＭＣＷレーダーが故障しているかを診断するレーダー装置もある（例えば、以下の特許文献４）。

更に、ビート信号に近い既知の信号波形を有する診断波をビート信号に時分割多重し、この診断波の周波数解析結果を既知の信号波形と照合することで周波数解析手段の故障の有無を診断するレーダー装置もある（例えば、以下の特許文献５）。
特開平７−１９８８２６号公報特開平５−３１５９９６号公報特開２００１−１１６８２８号公報特開２００１−１４１８０５号公報特開平１０−１０２２７号公報

しかしながら、特許文献１等のように、故障診断のための回路等を別途設けるとレーダー装置全体のコストアップに繋がる。

また、特許文献３のように、送受信アンテナを使用して故障診断を行うと、アンテナ間のアイソレーションが大きく正確に故障を検知することができない。

一方、反射波の受信信号のレベルから故障診断を行うと、物標の大きさに依存してしまい、物標を検知したのか故障が発生したのか判別が難しい。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、低コストで精度の高い故障診断を行い得るレーダー装置やその故障診断方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、送信波を空間に送信する送信アンテナと前記送信波の物標で反射された反射波を受信する受信アンテナとを兼用する送受信アンテナを有するレーダー装置において、前記送受信アンテナの送信と受信とを切り替える送受信切り替え手段と、前記送受信アンテナで受信した前記反射波に基づく受信信号の電力値が閾値より大きいとき前記送受信切り替え手段が故障したと判断する故障検出手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は前記レーダー装置において、前記送受信アンテナが複数あり、前記送受信切り替え手段が前記複数の送受信アンテナ夫々に設けられているとき、前記故障検出手段はいずれか一つの前記送受信アンテナで受信した前記反射波に基づく前記受信信号の電力値が前記閾値よりも大きいと前記送受信切り替え手段は故障であると判断することを特徴とする。

更に、本発明は前記レーダー装置において、前記送受信切り替え手段と前記故障検出手段の間に前記送受信切り替え手段から出力された前記受信信号の利得を制御する利得制御手段を更に備え、前記故障検出手段は前記利得制御手段により利得が制御された前記受信信号の電力値が前記閾値よりも大きいときに前記送受信切り替え手段が故障したと判断することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明は、送信波を空間に送信する送信アンテナと前記送信波の物標で反射された反射波を受信する受信アンテナとを兼用する送受信アンテナを有するレーダー装置における故障検出方法おいて、前記送受信アンテナで受信した前記反射波に基づく受信信号の電力値が閾値より大きいとき、前記送受信アンテナの送信と受信とを切り替える送受信切り替え手段が故障したと判断する、ことを特徴とする。

本発明によれば、低コストで精度の高い故障診断を行い得るレーダー装置やその故障診断方法を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態について、以下図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るレーダー装置１の一構成例を示す図である。

レーダー装置１は、送信波発生部１０と、送受信切り替えスイッチ２０と、アンテナ３１、３２、３３と、アンテナ切り替えスイッチ４０と、ミキサ５０と、出力切り替えスイッチ６０と、第１及び第２のアナログデジタル変換部（ＡＤＣ）７０、７１と、第１及び第２のフーリエ変換部（ＦＦＴ）８０、８１、及び制御部９０から主に構成される。

送信波発生部１０は、アンテナ３１から送信される送信波を形成するための信号を発生する。例えば、三角波を形成するための信号を発生する。送信発生部１０は、例えば、ＶＣＯ（Voltage Control Oscillator）などの発振器で構成される。

送受信切り替えスイッチ２０は、送受信切り替え制御信号ＳＷＴに基づき、アンテナ３１の送信と受信とを切り替えるスイッチである。図１に示すように、送受信切り替えスイッチ２０は、送信系のスイッチ２１と受信系のスイッチ２２の２つのスイッチから構成される。

即ち、アンテナ３１が送信アンテナとして機能するときは、アンプ１１を介して送信波発生部１０からの出力信号がアンテナ３１に出力されるように送信系のスイッチ２１がオンになると共にアンテナ３１で受信した受信波に関する受信信号がアンプ３４、３６を介してアンテナ切り替えスイッチ４０に出力されないように、受信系のスイッチ２２がオフとなる。

また、アンテナ３１が受信アンテナとして機能するときは、アンテナ３１で受信した受信波に関する受信信号がアンプ３４、３６を介してアンテナ切り替えスイッチ４０に出力されるよう受信系のスイッチ２２がオンになると共に送信波発生部１０からの出力信号がアンテナ３１に出力されないように送信系のスイッチ２１がオフになる。

尚、送受信切り替え制御信号ＳＷＴは制御部９０から出力される。例えば、送信系のスイッチ２１には送受信切り替え制御信号ＳＷＴが入力され、受信系のスイッチ２２の前段には反転回路があり、反転された送受信切り替え制御信号ＳＷＴが入力されるようにすることで前述の切り替え制御を実現できる。

アンテナ３１は、送信アンテナと受信アンテナとを兼用する。送信アンテナのとき、送受信切り替えスイッチ２０から出力された出力信号に基づいて送信波を出力する。受信アンテナのとき、物標で反射した反射波を受信しその反射波に基づいて出力信号を出力する。アンテナ３２、３３は受信アンテナである。アンテナ３１が受信アンテナのときと同様の構成である。

アンテナ切り替えスイッチ４０は、３つのスイッチ４１、４２、４３を備え、アンテナ切り替え制御信号ＳＷ０、ＳＷ１、ＳＷ２に基づき、アンテナ３１、３２、３３からの受信信号を切り替える。

即ち、アンテナ切り替えスイッチ４０は、各アンテナ切り替え制御信号ＳＷ０、ＳＷ１、ＳＷ２に基づいて、夫々スイッチ４１、４２、４３のオン、オフが制御され、各アンテナ３１、３２、３３からの出力信号のミキサ５０へ出力が切り替えられる。

尚、アンテナ切り替え制御信号ＳＷ０、ＳＷ１、ＳＷ２は制御部９０から出力される。

ミキサ５０は、アンテナ切り替えスイッチ４０からの出力信号と送信波発生部１０からの出力信号とを合成する。合成された信号は出力切り替えスイッチ６０に出力される。

出力切り替えスイッチ６０は、制御部９０の出力切り替え制御信号に基づいて、ミキサ５０からの出力信号を第１のＡＤＣ７０又は第２のＡＤＣ７１に出力する。

第１及び第２のＡＤＣ７０、７１は、出力切り替えスイッチ６０からの出力信号をデジタル信号に変換する。

第１及び第２のＦＦＴ８０、８１は、夫々第１及び第２のＡＤＣ７０、７１からのデジタル信号に対してフーリエ変換を施す。

制御部９０は、第１及び第２のＦＦＴ８０、８１からのフーリエ変換後の出力信号が入力される。制御部９０は、この出力信号に基づいて、アンテナ３１、３２、３３で受信した受信波の電力、周波数等を検知し、物標の方位や距離、速度等を検出する。

次に、図２を用いてレーダー装置１の受信動作について説明する。

図２（Ａ）は、アンテナ３１、３２、３３により受信した受信波の例である。本レーダー装置１は、この受信波である三角波をいずれか２つのアンテナ３１、３２、３３により受信する。例えば、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、受信した三角波の最初の繰り返し周期で、アンテナ３１（Ｐｏｒｔ１）とアンテナ３２（Ｐｏｒｔ２）により反射波を受信する。次の周期でアンテナ３３（Ｐｏｒｔ３）とアンテナ３１により受信する。そして次の周期でアンテナ３２とアンテナ３３により受信する。これを交互に繰り返して受信する。

この例の場合、各切り替えスイッチ２０、４０、６０は以下のように動作する。

まず、送受信切り替えスイッチ２０は送受信切り替え制御信号ＳＷＴにより受信系のスイッチ２２がオンとなり、アンテナ３１からの送信系の経路が形成される。図２（Ｂ）に示すように、最初の繰り返し周期で第１のＡＤＣ７０にはアンテナ３１からの信号が入力されるため、アンテナ切り替えスイッチ４０のスイッチ４１がＯＮとなり、出力切り替えスイッチ６０は第１のＡＤＣ７０側に切り替わる。また、図２（Ｃ）に示すように、第２のＡＤＣ７１にはアンテナ３２からの信号が入力されるため、アンテナ切り替えスイッチ４０のスイッチ４２がＯＮとなり、出力切り替えスイッチ６０は第２のＡＤＣ７１側に切り替わる。

尚、実際には最初の周期で、２つのスイッチ４１、４２はアンテナ３１とアンテナ３２からの信号がミキサ５０に出力されるように交互に切り替わり、その切り替わりのタイミングで出力切り替えスイッチ６０も交互に切り替わる。その次の周期も略同様に切り替え動作となる。

図３は、受信波の正常時と故障時の動作波形等を示す図である。送信区間が「ＨＩＧＨ」のとき、アンテナ３１から所定の送信波を送信し（図３（Ａ）参照）、受信区間が「ＨＩＧＨ」のとき、アンテナ３１、３２、３３により物標から反射された受信波を受信する（図３（Ｂ）参照）。

正常時には、図３（Ｃ）に示すように、受信区間が「ＨＩＧＨ」のとき、所定の受信波形を得る。一方、送受信切り替えスイッチ２０が故障したときは、図３（Ｄ）に示すように、受信区間が「ＨＩＧＨ」のとき以外にも受信波を得て、しかも正常時に受信した受信波のレベルより大きなレベルの受信波を得る。故障時のレベルが正常時のレベルより大きいのは、遠い物標からの受信波の受信レベルは小さく、レーダー装置１内部の送受信切り替えスイッチ２０が故障したことによる受信波のレベルは大きくなるからである。

そして、この正常時の受信信号と故障時の受信信号を夫々フーリエ変換すると図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す波形図を得る。図４は、横軸が周波数であり、縦軸が電力である。図４（Ａ）に示すように、正常時には、中心周波数で受信波の電力が最も高い。尚、この中心周波数を検知することで物標の方位、距離、速度等を検知できる。

一方、故障時には図４（Ｂ）に示すように、周波数「０」のＤＣ成分付近で大きな電力を得る。レーダー装置１内部の故障のため物標よりも距離が近く、しかも、受信波による信号以外に故障によって内部の経路信号が重畳され、その分大きな電力となっているからである。

尚、この図４に示す波形は、例えば本レーダー装置１の制御部９０で得られ、正常時には制御部９０で中心周波数を検知することで物標の方位等を得る。

図５は、送受信切り替えスイッチ２０が故障した場合に当該スイッチ２０近傍でどのような電力が発生するかを示す図である。

送信波発生部１０から出力される送信波を形成するための信号は、正常時にはアンテナ３１から出力されるはずである。しかし、送受信切り替えスイッチ２０の故障により、スイッチ２１、２２が共にＯＮとなりアンテナ３１からミキサ５０まで大きな電力を受信することになる。図５に示すように、例えば、「＋５ｄＢｍ」もの大きな電力が回り込むことになる。送受信切り替えスイッチ２０の故障により内部の経路信号（ＤＣ成分の信号）が重畳されているからである。

一方、送受信切り替えスイッチ２０が正常時にミキサ５０に入力される電力は、最大で「−４０ｄＢｍ」程度である。従って、送受信切り替えスイッチ２０が故障したか否かはこの値「−４０ｄＢｍ」により判断できる。即ち、「−４０ｄＢｍ」よりも大きい電力がミキサ５０に入力されたとき、送受信切り替えスイッチ２０は故障したと判断できる。また、この「−４０ｄＢｍ」以下の受信電力が得られたとき、送受信切り替えスイッチ２０は正常に動作していると判断できる。

よって、制御部９０において、この電力値「−４０ｄＢｍ」に相当する受信電力を検知したか否かで送受信切り替えスイッチ２０が正常に動作しているか否かが判断できる。この電力値「−４０ｄＢｍ」を閾値として設定し（例えばメモリに閾値を記憶し）、制御部９０が第１及び第２のＦＦＴ８０、８１から出力された受信信号の電力を測定し、その値が閾値を超えたか否かで送受信切り替えスイッチ２０が故障したか否かを判断する。閾値を超えると当該スイッチ２０は故障と判断し、閾値以内だと正常と判断する。

送受信切り替えスイッチ２０が故障のときに、図５で示したように、例えば「＋５ｄＢｍ」の大きな電力がミキサ５０近傍で発生するため、受信電力を制御部９０で測定すれば閾値を超えた電力値を得るからである。

このように送受信切り替えスイッチ２０の故障診断を、別途新たに回路等を付加せずに閾値により判断しているため、低コストで故障診断を行い得る。また、空間の電波を使用して閾値を設定するのではなく、予め測定したレーダー装置１内部の受信電力の最大値を閾値として故障診断を行っているため、誤検出や未検出をなくし、高精度の故障診断を行える。

尚、制御部９０は送受信切り替えスイッチ２０が故障したと判断したとき、例えば、レーダー装置１全体の動作を停止する等の処理を行う。

また、本実施例において受信電力の値「−４０ｄＢｍ」は一例であって、それ以外の電力値に相当する値を閾値としてもよい。この場合でも前述の例と同様の作用効果を奏する。

前述の例では、送受信切り替えスイッチ２０はアンテナ３１に対して設けられていたが、例えば、各アンテナ３１、３２、３３夫々に送受信切り替えスイッチ２０が設けられていてもよい。この場合、制御部９０において各送受信切り替えスイッチ２０に対する検出結果の論理和を用いて当該スイッチ２０の故障を検出する。いずれかの送受信切り替えスイッチ２０に対する受信電力が閾値を超えると故障と判断する。この場合でも、前述の例と同様の作用効果を奏する。

また、送受信切り替えスイッチ２０の送信系の出力段に利得制御部を設け、例えば当該スイッチ２０からの出力信号の利得を下げて、それでも制御部９０において閾値を超える受信電力が得られると初めて当該スイッチ２０が故障したと判断してもよい。故障診断を二重で行うことで誤検出、未検出を減らすとともに精度を更に高めることができる。

更に、前述の例では３つのアンテナ３１、３２、３３により送受信波の送受信を行うようにしたが、例えば４つ以上のアンテナを用いて物標を検出するようにしてもよい。更に、夫々のアンテナに対して送受信切り替えスイッチ２０を設けるようにしてもよい。いずれの場合も前述の例と同様の作用効果を奏する。

図６には、本発明に係るレーダー装置１が車両１００に搭載された場合の例を示す。この場合も、上述した例と同様の作用効果を奏する。尚、図６に示す例では、レーダー装置１が車両１００内の前方中央付近に搭載されているが、勿論、レーダー装置１は車両１００内のどの位置に搭載されてもよい。

本発明に係るレーダー装置の構成例を示す図である。図２（Ａ）は受信した三角波の例を示し、図２（Ｂ）及び（Ｃ）は各アンテナでの受信タイミングの例を示す図である。図３（Ａ）は送信区間の例、図３（Ｂ）は受信区間の例、図３（Ｃ）は正常時の受信波、図３（Ｄ）は故障時の受信波、夫々の例を示す。図４（Ａ）は正常時の受信信号にフーリエ変換を施した波形の例で、図４（Ｂ）は故障時の受信信号のフーリエ変換を施した波形の例である。送受信切り替えスイッチ近傍で発生する電力を説明するための図である。レーダー装置が車両に搭載された場合の例を示す図である。

符号の説明

１：レーダー装置、１０：送信波発生部、２０：送受信切り替えスイッチ、３１〜３３：アンテナ、４０：アンテナ切り替えスイッチ、５０：ミキサ、６０：出力切り替えスイッチ、７０：第１のＡＤＣ（アナログデジタル変換部）、７１：第２のＡＤＣ、８０：第１のＦＦＴ（高速フーリエ変換部）、８１：第２のＦＦＴ、９０：制御部、１００：車両、ＳＷＴ：送受信切り替え制御信号、ＳＷ０〜ＳＷ２：アンテナ切り替え制御信号

Claims

送信波を空間に送信する送信アンテナと前記送信波の物標で反射された反射波を受信する受信アンテナとを兼用する送受信アンテナを有するレーダー装置において、
前記送受信アンテナの送信と受信とを切り替える送受信切り替え手段と、
前記送受信アンテナで受信した信号と前記送受信切り替え手段の故障による内部経路信号とを含む受信信号の電力値が閾値より大きいとき前記送受信切り替え手段が故障したと判断する故障検出手段と
を備えることを特徴とするレーダー装置。
前記送受信アンテナが複数あり、前記送受信切り替え手段が前記複数の送受信アンテナ夫々に設けられているとき、前記故障検出手段はいずれか一つの前記送受信アンテナで受信した前記受信信号の電力値が前記閾値よりも大きいと前記送受信切り替え手段は故障であると判断することを特徴とする請求項１記載のレーダー装置。
更に、前記送受信切り替え手段と前記送受信アンテナとの間に前記送受信切り替え手段から出力された前記受信信号の利得を制御する利得制御手段を備え、
前記故障検出手段は前記利得制御手段により利得が制御された前記受信信号の電力値が前記閾値よりも大きいときに前記送受信切り替え手段が故障したと判断することを特徴とする請求項１又は２記載のレーダー装置。
送信波を空間に送信する送信アンテナと前記送信波の物標で反射された反射波を受信する受信アンテナとを兼用する送受信アンテナを有するレーダー装置における故障検出方法おいて、
前記送受信アンテナで受信した信号と、前記送受信アンテナの送信と受信とを切り替える送受信切り替え手段の故障による内部経路信号と、を含む受信信号の電力値が閾値より大きいとき、前記送受信切り替え手段が故障したと判断する、
ことを特徴とする故障検出方法。