JP4627749B2 - 車載用レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載用レーダ装置に関する。

近年、自車両前方のターゲット（車両や障害物など）との車間距離が接近しすぎた場合に、警告灯や警報音等によって運転車に危険を知らせる車間距離警報システムや、先行車との車間距離を所定の間隔に保つように制御するアダプティブクルーズコントロールシステム、さらに自車両前方や側方、後方等から自車両へ接近してくるターゲットとの衝突が避けられない場合に、運転者の操作によらずブレーキを作動させて衝突の衝撃を軽減したり、シートベルトを適切に締め付けることで衝突による乗員への衝撃を軽減したりする衝突被害軽減システムなどの様々な運転支援システムが実用化されている。

上記のような運転支援システムを構築する際に、ターゲットとの距離や相対速度等を計測するセンサとして、電波を放射して車両や障害物等のターゲットからの反射波を受信し、電波の伝播時間や反射波の信号強度、周波数のドップラシフト、等を検出し、これらの情報に基づいてターゲットまでの距離や相対速度を計測する車載用レーダ装置が用いられる。

このような車載用レーダ装置は、放射した電波が検出対象とするターゲット（車両や障害物、構造物）によって反射され、所定以上の電波強度を持った反射波として戻ってくることを前提としている。そこで、送信器および受信器の少なくともどちらか一方を左右所定範囲内で走査することにより、より広い範囲に電波を放射し、所定以上の電波強度の反射波が戻ってくることを期待できる領域を拡張することが考えられている（特開平６−２７３５１２号公報）。

特開平６−２７３５１２号公報

しかしながら、車載用レーダ装置の放射する電波の強度は当該レーダ装置からの距離や方位角度によって異なるため、自車両と他車との位置関係によっては、送信器や受信機を走査したとしても自車両まで届く当該レーダ装置からの送信電波の強度が十分でない場合がある。また自車両の形状や向きによっては、電波が反射する反射断面積が小さく、当該レーダ装置に対して十分な電波強度の反射波が戻らない場合がある。このような場合には反射信号が当該レーダ装置に受信されたとしても、電波強度が減衰しているために自車両に関する情報が抽出できない場合がある。

このような課題を解決するためには、車載用レーダ装置自体の改良が不可欠であるが、一方で、ターゲットをレーダ装置によって認識されやすくすることも必要である。そこで、本発明は、他車のレーダ装置による認識され易さ（被認識性或いは視認性）を向上させ、上記のような状況においても、他車のレーダ装置が自車両の存在を検出しやすくすることを目的とする。

前記課題を解決するため、送信手段から送信波を出力することによりターゲットから反射されてくる反射波を受信手段が受信し、反射波に基づいてターゲットとの距離や相対速度を検出する車載用レーダ装置において、他レーダ装置から送信された送信波を受信する手段と、当該受信波を自レーダから送信する手段を備える構成とする。

なお、好ましくは、前記の車載用レーダ装置において、当該受信波の電力を増幅する手段を備えている構成とする。もしくは、前記の車載用レーダ装置において、当該受信手段は前記送信手段から送信された送信波がターゲットから反射されてくる反射波と、他レーダ装置から送信された送信波とを区別する判別手段を備える構成とする。

本発明によれば、他車のレーダ装置による自車両の被認識性を向上させることが出来る。

本発明の実施形態に係る車載用レーダ装置について、図面を参照しながら以下説明する。

具体的な車載用レーダ装置の構成を説明する前に、図１、図２を用いて、車載用レーダ装置によるターゲット認識の特性について説明する。

図１は、電波が照射された方向と車両の反射断面積の関係の一例を示す図である。同心円状のグラフは、円の外側に向かうほど車両の反射断面積が大きいことを表す。この図から、車両の正面または、側面からの反射断面積は大きくなるが、斜め方向からの反射断面積が小さくなることが分かる。従って、ターゲットの車載用レーダ装置に対する方位によっては、当該ターゲットを検知するために必要な反射波の信号強度が得られない場合がある。

図２（ａ）は、ターゲットが送信波の端部に存在した場合の車載用レーダ装置とターゲットの位置関係の一例を示す図である。車両走行時には、頻繁に発生する状況である。

図２（ｂ）は、アンテナの角度方向とアンテナゲインの関係の一例を示す図である。横軸が角度方向、縦軸がアンテナゲインである。この図から、ターゲットが送信波の端部に存在する場合には、送信アンテナゲイン、受信アンテナゲインの双方が低下することが分かる。

一般的に、反射波の信号強度と反射断面積、アンテナゲインは式（１）で表される関係がある。そのため、反射断面積が小さい場合、アンテナゲインが小さい場合には、反射波の信号強度が低下する。従って、ターゲットが送信波の端部に存在した場合、反射波の信号強度が充分に得られない場合がある。

ここで、Ｐｒは受信電力（反射波の信号強度）、Ｐｔは送信電力、Ｇｔは送信アンテナゲイン、Ｇｒは受信アンテナゲイン、σは反射断面積、Ｒａｎｇｅは距離、Ｋは比例係数である。

以上の特性より、受動的な反射のみでは十分な反射波の電波強度を確保できない領域が存在することが分かる。この点に鑑み、本発明の実施形態は例えば以下のようになる。

図３は、本発明の第一の実施形態に係る車載用レーダ装置のブロック構成を示す図である。

図３において、車載用レーダ装置は、変調処理部３０１と、信号発生装置３０２と、送信側切替スイッチ３０３と、パワーアンプ３０４と、送信アンテナ３０５と、受信アンテナ３０６と、受信側切替スイッチ３０７と、ミキサ３０８と、復調処理部３０９と、Ａ／Ｄコンバータ３１０と、信号処理部３１１と、スイッチ切替処理部３１２と、を備える。

以下、レーダ方式が２周波ＣＷ（Continuous Wave）方式である場合を例に各ブロック等の役割について説明する。

スイッチ切替処理部３１２は、レーダ内部の異なる二つの機能、ターゲット検知機能と受信波再送信機能を切り替える処理を行う。この二つの機能の切替は、スイッチ切替処理部３１２の外部から入力される信号により実行される。干渉波の存在を示す信号が入力された場合、受信波再送信機能をある一定時間実行した後、ターゲット検知機能へ切り替える。

なお、二つの機能の切替は、外部から入力される信号を使用せずに、時間的に交互に切り替えることで実行することも可能である。

以下、ターゲット検知機能と受信波再送信機能について説明する。

第一に、ターゲット検知機能について説明する。変調処理部３０１は、信号発生装置３０２に異なる二つの電圧ｖ１、ｖ２を印加する。信号発生装置３０２は、電圧ｖ１、ｖ２に対応した異なる二つの周波数ｆ１、ｆ２の高周波信号を生成する。この高周波信号が送信側切替スイッチ３０３を通して、パワーアンプ３０４に入力され、適切な大きさの信号に増幅された後、送信アンテナ３０５に入力され、周波数ｆ１、ｆ２の送信電波が空間中に放射される。送信電波は、図示しない車両や障害物等のターゲットに反射して受信電波として受信アンテナ３０６に入力される。

この時、受信の高周波信号（以下、受信信号と称す）には、送信の高周波信号（以下、送信信号と称す）に対して、ターゲットとの相対速度によって生じるドップラ周波数（ｆｄ）が付加されるため、受信信号の周波数はそれぞれｆ１＋ｆｄ、ｆ２＋ｆｄとなる。

受信アンテナ３０６に入力された受信信号は、受信側切替スイッチ３０７を通して、ミキサ３０８に入力され、送信信号と受信信号を混合し、中間周波数信号を生成した後、これを復調処理部３０９に入力する。復調処理部３０９で復調された信号は、Ａ／Ｄコンバータ３１０に入力され、信号処理部３１１に入力される。なお、信号処理部３１１は、例えばＤＳＰ等のプロセッサである。

第二に、受信信号再送信機能について説明する。図示しない他レーダ装置からの送信波（以下、干渉波と称す）が、自レーダ装置に対して照射されている時、受信アンテナ３０６から干渉波が受信される。この干渉波は、受信側切替スイッチ３０７と送信側切替スイッチ３０３を通して、パワーアンプ３０４に入力される。パワーアンプ３０４で適切な大きさの信号に増幅された後、送信アンテナ３０５に入力され、空間中に再放射される。なおパワーアンプ３０４においては、受信した干渉波の振幅と同等の振幅を与えて再送信しても良い。他のレーダが反射波の電波強度によって、何らかの情報を得る仕組みになっている場合、信号を増幅して再送信すると誤認識を与える可能性があるからである。そこで、干渉波の電波強度が所定以上の場合はそのままの振幅で再送信し、干渉波の電波強度が所定未満の場合は、増幅して再送信する構成とすることもできる。このように、他のレーダ装置からの送信波をそのまま増幅して再送信することで、当該他のレーダ装置から見ると、ターゲットから十分な電波強度の反射が戻って来ているように見せることができる。従って、自車両を他のレーダ装置に認識されやすくすることができる。

なお、本実施例に示すように、受信した信号の波形をそのまま増幅して再送信するので、他のレーダの変調方式を認識若しくは取得する必要がない。従って、自らと同じ変調方式のレーダ装置のみならず、別方式のレーダ装置に対しても、自車両の見えやすさを向上させることができる。

次に、本発明の実施形態１に係る車載用レーダ装置に備わる信号処理部３１１の具体的な処理について、図４を用いて説明する。図４は、信号処理部３１１が実行するルーチンのフローチャートであり、所定時間間隔で繰り返される。

ルーチンが起動されると、まず、ステップ１００のＦＦＴ処理が実行され、周波数スペクトラム情報を含んだＦＦＴ信号が生成される。

なお、ＦＦＴ処理は、ソフトウェアにより処理するか、ＡＳＩＣ等の専用回路によって処理するか、選択可能である。

次に、ステップ１０１の干渉波確認処理が実行される。干渉波確認では、ＦＦＴ信号から干渉波の存在を確認する。

ここで、干渉波確認方法の一例を、図５を用いて説明する。図５は、ＦＦＴ処理で生成された周波数スペクトラムの一例を示す図である。横軸が受信信号の周波数、縦軸が受信電波の信号強度である。この例は、ターゲットからの反射波と干渉波を同時に受信した場合を示している。ターゲットからの反射波の属する帯域は、自レーダ装置の変調方式などから事前に知ることが出来る。車載用レーダ装置に用いられる２周波ＣＷ方式では、０〜３０ｋＨｚ程度の信号となる。このため、自レーダ使用帯域内のピークはターゲットからの反射波によるピークと判断する。一方、干渉波は、自レーダ使用帯域以外に存在することが多いため、この帯域にある一定以上のピークが存在する場合には、干渉波が存在すると判断することが出来る。

次に、ステップ１０２が実行され、干渉波の存在が確認された場合には、ステップ１０３の報知処理を起動し、干渉波の存在が確認されない場合はステップ１０４の物理値変換処理を起動する。

干渉波の存在が確認された場合には、始めに、ステップ１０３の報知処理が実行され、報知装置３１３へ信号が送られることで運転車へ干渉波が存在することを報知することが出来る。

次に、ステップ１０４のスイッチ切替処理が実行され、スイッチ切替処理部３１２へ信号が送られることで前述のレーダ内部の異なる二つの機能の切替が実行され、干渉波を増幅、再送信する機能が有効になる。

干渉波の存在が確認されない場合には、ステップ１０５の物理値変換処理が実行され、ＦＦＴ信号に基づいて、ターゲットの距離が式（２）で算出される。

ここで、Range は距離、Ｃは光速度、φは受信電波におけるｆ１とｆ２の位相差、Δｆはｆ１とｆ２の周波数差である。

また、ターゲットの相対速度は式（３）で算出される。

ここで、Ｒａｔｅは相対速度、Ｃは光速度、ｆｄはドップラ周波数、ｆは送信周波数である。

図６は、本発明の実施形態２に係る車載用レーダ装置のブロック構成を示す図である。

図６において、車載用レーダ装置は、変調処理部３０１と、信号発生装置３０２と、加算器３１４と、パワーアンプ３０４と、送信アンテナ３０５と、受信アンテナ３０６と、ミキサ３０８と、受信合成波分離処理部３１５と、復調処理部３０９と、Ａ／Ｄコンバータ３１０と、信号処理部３１１と、を備えてなる。

以下、レーダ方式が２周波ＣＷ（Continuous Wave）方式である場合を例に各ブロック等の役割について説明する。

変調処理部３０１は、信号発生装置３０２に異なる二つの電圧ｖ１、ｖ２を印加する。信号発生装置３０２は、電圧ｖ１、ｖ２に対応した異なる二つの周波数ｆ１、ｆ２の高周波信号（以下、変調送信波と称する）を生成する。この変調送信波が加算器３１４に入力され、受信合成波分離処理部３１５の出力と合成（以下、送信合成波と称す）された後、パワーアンプ３０４に入力され、適切な大きさの信号に増幅された後、送信アンテナ３０５に入力され、空間中に放射される。送信合成波は、図示しない車両や障害物等のターゲットに反射して、受信アンテナ３０６に入力される。

この時、送信合成波に対して、ターゲットとの相対速度によって生じるドップラ周波数（ｆｄ）が付加されることにより、送信合成波の内、変調送信波の成分はそれぞれｆ１＋ｆｄ、ｆ２＋ｆｄ（以下、ターゲット反射波と称す）となり、受信アンテナ３０６から受信される。またこの時、図示しない他レーダ装置からの送信波（以下、干渉波と称す）が、自レーダ装置に対して照射されている場合、受信アンテナ３０６から干渉波が受信される。よって、受信アンテナ３０６により受信される電波は、ターゲット反射波と、干渉波の何れか一方、または、両方が合成された電波（以下、受信合成波と称する）となる。

受信アンテナ３０６に入力された受信合成波は、ミキサ３０８に入力され、変調送信波と混合し、中間周波数信号を生成した後、受信合成波分離処理に入力される。受信合成波分離処理部３１５に入力された受信合成波は、干渉波とターゲット反射波に分離された後、干渉波は加算器３１４に入力され、ターゲット反射波は復調処理部３０９に入力される。復調処理部３０９で復調された信号は、Ａ／Ｄコンバータ３１０に入力され、信号処理部３１１に入力される。なお、信号処理部３１１は、例えばＤＳＰ等のプロセッサである。

次に、本発明の実施形態２に係る車載用レーダ装置に備わる信号処理部３１１の具体的な処理について、図７を用いて説明する。図７は、信号処理部３１１が実行するルーチンのフローチャートであり、所定時間間隔で繰り返される。

ルーチンが起動されると、まず、ステップ１１０のＦＦＴ処理が実行され、周波数スペクトラム情報を含んだＦＦＴ信号が生成される。

なお、ＦＦＴ処理は、ソフトウェアにより処理するか、ＡＳＩＣ等の専用回路によって処理するか、選択可能である。

次に、ステップ１１１の物理値変換処理が実行される。物理値変換処理が実行されると、ＦＦＴ信号に基づいて、ターゲットの距離が前記の式（２）で算出される。また、ターゲットの相対速度は前記の式（３）で算出される。

次に、本発明の実施形態２に係る車載用レーダ装置に備わる受信合成波分離処理部３１５の構成方法について、図８（ａ）、図８（ｂ）を用いて説明する。

図８（ａ）は、受信合成波の周波数スペクトラムの一例を示す図である。横軸が受信合成波の周波数、縦軸が受信合成波の信号強度である。

ターゲット反射波の検出される帯域は、自レーダ装置の変調方式などから事前に知ることが出来る。車載用レーダ装置に用いられる２周波ＣＷ方式では、０〜３０ｋＨｚ程度の帯域にターゲット反射波が検出される。

図８（ｂ）は、ローパスフィルタとハイパスフィルタの周波数特性の一例を示す図である。横軸が周波数、縦軸がゲインである。ローパスフィルタ３１６を適切に用いることで、受信合成波からターゲット反射波を含む帯域を分離することが出来る。また、ハイパスフィルタ３１７を適切に用いることで、受信合成波から干渉波を含む帯域を分離することが出来る。

以上により、受信合成波から、干渉波とターゲット反射波を分離する受信合成波分離処理部３１５を構成することが可能となる。

図９は、本発明の実施形態３に係る車載用レーダ装置のブロック構成を示す図である。

本実施形態は、前述の実施形態２の車載用レーダ装置の構成と比較した場合、受信合成波分離処理部３１５が高周波帯（以下、ＲＦ帯と称する）に設置されることを特徴とする。これによる実施形態２との差異は、受信合成波分離処理部３１５の構成方法である。以下、本構成における受信合成波分離処理部３１５の構成方法を図１０（ａ）、（ｂ）用いて説明する。

図１０（ａ）は、受信合成波の周波数スペクトラムの一例を示す図である。この例は、自レーダ装置の送信周波数よりも高い周波数の干渉波と、自レーダ装置の送信周波数よりも低い周波数の干渉波とが存在する場合である。横軸が受信合成波の周波数、縦軸が受信合成波の信号強度である。

ターゲット反射波の検出される帯域は、自レーダ装置の変調方式などから事前に知ることが出来る。車載用レーダ装置に用いられる２周波ＣＷ方式では、７６.５ＧＨｚ±３０ｋＨｚ 程度の帯域にターゲット反射波が検出される。

図１０（ｂ）は、バンドパスフィルタとバンドエリミネーションフィルタの周波数特性の一例を示す図である。横軸が周波数、縦軸がゲインである。バンドパスフィルタ３１８を適切に用いることで、受信合成波からターゲット反射波を含む帯域の信号を分離することが出来る。また、バンドエリミネーションフィルタ３１９を適切に用いることで、受信合成波から干渉波を含む帯域（１）と、干渉波を含む帯域（２）の両方を分離することが出来る。

以上により、受信合成波から、干渉波とターゲット反射波を分離する受信合成波分離処理部３１５を構成することが可能となる。

なお、バンドパスフィルタやバンドエリミネーションフィルタは、ローパスフィルタとハイパスフィルタを適切に組み合わせることで実現可能なことは言うまでもない。

なお、上述の実施形態１〜３では、変調処理部３０１において、特別な符号を付加することにより、自レーダ装置の送信する変調送信波を識別することが可能となる。これにより、ターゲット反射波にも特別な符号情報が付加された状態で受信され、復調処理部３０９において復号化されることにより、干渉波の影響をさらに少なくすることが可能となり、車載用レーダ装置の信頼性をより高めることが可能となる。

なお、上述の実施形態１〜３では、車間距離警報システム、アダプティブクルーズコントロールシステム、プリクラッシュシステムなどが、道路状況、周囲環境に応じて適切な制御特性を実現できるように、これらのフィルタの特性を切り替えることで、より快適かつ信頼性の高いシステムを提供することが可能となる。

なお、上述の実施形態１〜３では、特に２周波ＣＷ方式を例にして記述したが、例えば、電波の周波数を時間的に三角形に変調するＦＭＣＷ方式など他の変調方式でも同様の効果が得られる。

なお、上述の実施形態１〜３では、特に７６ＧＨｚ帯に関して記述したが、他の周波数においても同様の効果が得られる。

以上説明したように、ターゲットの向きにより、反射波の信号強度が充分に得られない場合で自レーダ装置がターゲットを検出することが難しい場合、または、ターゲットが送信波の端部に存在するため、反射波の信号強度が充分に得られない場合で自レーダ装置がターゲットを検出することが難しい場合などにおいても、他レーダ装置に自車両の存在を検出させることにより、追突や正面衝突その他の事故に巻き込まれる可能性を低減することができる車載用レーダ装置を提供することが出来る。

電波が照射された方向と車両の反射断面積の関係の一例を示す図。 車載用レーダ装置とターゲットの位置関係、及びアンテナの角度方向とアンテナゲインの関係の一例を示す図。 本発明の第一の実施形態に係る車載用レーダ装置のブロック図。 本発明の第一の実施形態に係る車載用レーダ装置における信号処理のフローチャート。 本発明の第一の実施形態における周波数スペクトラムを示す図。 本発明の第二の実施形態に係る車載用レーダ装置のブロック図。 本発明の第二の実施形態に係る車載用レーダ装置における信号処理のフローチャート。 本発明の第二の実施形態における周波数スペクトラム、及びローパスフィルタとハイパスフィルタの周波数特性を示す図。 本発明の第三の実施形態に係る車載用レーダ装置のブロック図。 本発明の第三の実施形態における周波数スペクトラム、及びローパスフィルタとハイパスフィルタの周波数特性を示す図。

符号の説明

３０１…変調処理部、３０２…信号発生装置、３０３…送信側切替スイッチ、３０４…パワーアンプ、３０５…送信アンテナ、３０６…受信アンテナ、３０７…受信側切替スイッチ、３０８…ミキサ、３０９…復調処理部、３１０…Ａ／Ｄコンバータ、３１１…信号処理部、３１２…スイッチ切替処理部、３１３…報知装置、３１４…加算器、３１５…受信合成波分離処理部、３１６…ローパスフィルタ、３１７…ハイパスフィルタ、３１８…バンドパスフィルタ、３１９…バンドエリミネーションフィルタ、３２０…ＦＦＴ処理部、３３０…干渉波確認処理部、３４０…報知処理部、３５０…物理値変換処理部。

Claims (11)

1. 送信手段から送信波を出力することによりターゲットから反射されてくる反射波を受信手段が受信し、当該反射波に基づいてターゲットとの距離や相対速度を検出する車載用レーダ装置において、所定時間間隔で、受信信号からの周波数スペクトラム作成と、前記周波数スペクトラム中での自車が使用する帯域以外のピークの存在の確認と、を行い、自車が使用する帯域以外のピークが存在するときは、当該受信波を前記送信手段から再送信することを特徴とする車載用レーダ装置。
2. 請求項１において、当該受信波の電波強度が所定未満のときは、当該受信波の電力を増幅して再送信することを特徴とする車載用レーダ装置。
3. 請求項１において、帯域制限フィルタを用いて、自車が使用する帯域とそれ以外の帯域とを分離して、前記反射波と他車からの送信波とを区別することを特徴とする車載用レーダ装置。
4. 請求項１において、前記送信手段から送信する送信波に変調符号を付加し、前記受信信号を復調したときに前記変調符号が検出されるか否かにより、前記反射波と他車からの送信波とを区別することを特徴とする車載用レーダ装置。
5. 請求項３または４のいずれか一項において、他車からの送信波の振幅を増幅して再送信することを特徴とする車載用レーダ装置。
6. 請求項５において、前記送信手段から送信する送信波と当該増幅された他車からの送信波を合成する手段を備えることを特徴とする車載用レーダ装置。
7. 請求項６において、当該合成波を送信する手段を備えることを特徴とする車載用レーダ装置。
8. 請求項１において、前記送信手段から送信した送信波がターゲットから反射されてくる反射波に基づいてターゲットとの距離や相対速度を検出する機能と、他車から送信された送信波を再送信する機能とを切り替える切替手段を備え、前記切替手段は、自車が使用する帯域以外のピークが存在するときに、他車から送信された送信波を再送信する機能に切り替えることを特徴とする車載用レーダ装置。
9. 請求項１において、前記送信手段から送信した送信波がターゲットから反射されてくる反射波に基づいてターゲットとの距離や相対速度を検出する機能と、他車から送信された送信波を再送信する機能とを切り替える切替手段を備え、前記切替手段は、時間的に交互に切り替えを実行することを特徴とする車載用レーダ装置。
10. 請求項８または９いずれか一項において、前記切替手段は、スイッチング回路であることを特徴とする車載用レーダ装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項において、他車からの送信波を受信したことを運転者に報知する報知手段を備えることを特徴とする車載用レーダ装置。

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