JP4653621B2 - レーダ装置、レーダ信号処理器およびレーダ装置動作方法 - Google Patents

レーダ装置、レーダ信号処理器およびレーダ装置動作方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーダ装置に関するものであり、特に、車両などに搭載されるレーダ装置およびその一部を構成するレーダ処理器ならびに当該レーダ装置の使用中の経時変化、温度変化を効果的に補償するためのレーダ装置動作方法に関するものである。

近年、自動車等の車両に搭載され、走行車両との車間距離や走行車両の車速、方位などを測定する車載レーダ装置が注目されている。この種の車載レーダ装置は、測定された先行車との車間距離や車速、車両方位などに基づいて、衝突を予測して、例えばシートベルトをきつく締めるための「プリ・クラッシュ・セーフティー・システム」を実現したり、アクセルを操作せずとも前走車両との車間距離をほぼ一定に保持して走行するための「オート・クルーズ・コントロール・システム」を実現したりする目的で設置される。

車載用レーダ装置は、前走車両などの路上物体に対する方位および距離を測定することが一義的な目的である。これらの処理の中で、距離を測定(以下「測距」という)するための一方式として、例えばパルス状の電波を送信し、目標に反射して戻ってくる時間を測定する方式(パルスレーダー方式)や、例えばFM−CW電波を送信し、目標に反射して戻ってくる信号と現在の送信信号の周波数差とを測定し、周波数差を距離に換算する方式(FM−CWレーダ方式)などがある。また、方位を測定(以下「測角」という)するための一方式として、アンテナ、すなわちアンテナビームを機械的に左右に振る方式や、複数の固定アンテナおよび固定アンテナに連結される複数の受信系を有し、信号処理部にて位相回転演算を行うことにより電子的にアンテナビームを左右に振る方式(いわゆる電子走査方式)などがある。

特に、電子的にアンテナビームを左右に走査する方式のレーダ装置の性能を精度良く実現するためには、レーダ装置に具備される複数のアンテナや受信系の位相特性や利得特性に関し、全受信系について、すべてほぼ同一の特性を具備させる必要がある。しかしながら、受信系を構成する部品は、アナログ回路部品が主流であるため、各部品間にバラツキが存在するのが一般的であり、全受信系の特性を常に完全に同一とすることは不可能である。したがって、例えば周囲温度が変化したり、時間が経過したりすると、複数の受信系の特性が個々独立的に変化して、レーダ装置の測角性能を低下させてしまうことにつながる。

ここで、この種の問題点を解決しようとする従来技術文献の一つとして、例えば下記特許文献1が存在する。この文献では、つぎのような処理が行われる。まず、受信系の位相ずれと、利得ずれを検出するための基準アンテナ(当該文献中では「モニタアンテナ」と呼称)が具備され、この基準アンテナは、基準電波信号(当該文献中では「モニタRF信号」と呼称)をレーダ装置に向けて放射する。一方、レーダ装置は、放射された基準電波信号を自身の受信アンテナで受信し、アンテナに接続される各受信系の出力信号を信号処理部で比較処理することにより、アンテナを含めた各受信系の位相ずれおよび利得ずれを検出するようにしている。

特開平10−332811号公報

しかしながら、上記特許文献1に示される従来手法を、車載用レーダ装置に適用すると、以下のような問題点が生ずることになる。
(1)基準アンテナをレーダ装置の前面に所定の距離をもって設置する必要があるので、レーダ装置が大型化するとともに、車両特性や車両サイズなどに多大な影響を与える。
(2)また、レーダ装置前面の基準アンテナが存在する部分は、レーダ信号処理の死角となり、レーダ装置の機能性能を著しく低下させる。
(3)さらに、基準アンテナおよび基準アンテナに基準信号を供給するための信号配線が必要となり、装置が複雑になるとともにコストが増大する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両特性や車両サイズへの影響ならびに装置自身の大型化、複雑化およびコスト増を防止または局限することができるレーダ装置およびレーダ信号処理器ならびにレーダ装置動作方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるレーダ装置は、送信アンテナから空間に放射された送信波の目標物からの反射波を複数の受信アンテナで受信し、該受信した複数の受信信号を用いてそれぞれ生成された複数の受信デジタル信号に基づいて前記目標物の方位情報を算出する測角信号処理部を具備する信号処理部を備えたレーダ装置において、前記信号処理部は、前記複数の受信デジタル信号に対して位相回転演算処理および利得調整演算処理を施した信号をそれぞれ生成して前記測角信号処理部に出力する位相/利得演算処理部と、前記複数の受信デジタル信号間に生ずる位相差/利得差を検出する位相差/利得差検出部と、レーダ運用前に前記位相差/利得差検出部によって予め検出された前記位相差/利得差を初期位相差/初期利得差として記憶する初期位相差/初期利得差記憶部と、前記初期位相差/初期利得差と、レーダ運用時に前記位相差/利得差検出部によって検出された位相差/利得差と、に基づいて前記位相/利得演算処理部に付与する位相差補正信号/利得差補正信号を生成出力する位相差/利得差補正量算出部と、を備え、前記位相/利得演算処理部は、前記位相差補正信号および前記利得差補正信号に基づいて前記測角信号処理部に出力する信号を補正することを特徴とする。

本発明にかかるレーダ装置によれば、受信デジタル信号間に生ずる受信系ごとの位相差/利得差を初期位相差/初期利得差として予め記憶し、実際のレーダ運用時に受信した受信信号に含まれる位相差/利得差を、この予め記憶された初期位相差/初期利得差に基づいて補正するようにしているので、この種の補正手段をレーダ装置に具備させる場合であっても、車両特性や車両サイズへの影響ならびに装置自身の大型化、複雑化およびコスト増を防止または局限することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかるレーダ装置およびレーダ処理器ならびにレーダ装置動作方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。

(従来技術適用の問題点)
まず、車載レーダ装置にかかる従来技術適用の問題点について説明する。例えば、図3は、従来手法の考え方に基づいて構成された車載用レーダ装置の構成例を示す図である。また、図4は、図3のように構成されたレーダ装置の探知覆域を模式的に示す図であり、モニタアンテナ102が、モニタアンテナ保持用冶具103を用いてレーダ装置101の前方に固定されている。従来手法の考え方では、出荷調整時および運用時の双方において、モニタアンテナを用いた受信系の試験調整(位相差、利得差の補正)を行う必要があり、図3に示すような構成を採用せざるを得ない。しかしながら、このような構成は、デザイン的な観点や、車両特性、車両サイズの観点からの問題点が大きく実現可能性は低い。また、図4に示すように、レーダ装置101の前方のモニタアンテナ102によって遮蔽される領域が検出不能領域となって、レーダ装置101の機能性能を著しく低下させることになる。

つぎに、本発明にかかるレーダ装置の好適な実施の形態について具体的に説明するが、その説明の前に、本発明およびその実施態様における特徴について説明する。

(本発明およびその実施態様における特徴)
本発明は、レーダ装置の構成要素には含まれない基準信号発生装置やモニタアンテナ(基準アンテナ)などの測定ツールを用いて、レーダ装置が有する各受信系の位相差、利得差を測定し、これらを補正する第1の手段(手法)と、上記測定ツールを用いずに、レーダ装置自身で各受信系の位相差、利得差を測定し、これらを補正する第2の手段(手法)とを組み合わせて実施することに特徴がある。例えば、工場出荷時は、上記2つの手法を併用して試験調整を実施する。一方、レーダ装置が車両に取り付けられて出荷された後は、第2の手法による試験調整のみを実施する。つまり、出荷後は、自動車にはレーダ装置のみを搭載すればよく、従来技術のように、基準アンテナを車両に搭載する必要はない。また、それと同時に、従来技術での問題点が一挙に解消されることになる。なお、これら第1、第2の手段(手法)の詳細については後述する。

実施の形態1.
(装置の構成)
図1は、本発明の実施の形態1にかかるレーダ装置の搭載位置およびその構成を示すブロック図である。同図において、レーダ装置2は、車両1の前方部に設置されている。車載用のレーダ装置は、先行車両を検出する機能上あるいは搭載プラットフォームである車両の特性上、ヘッドライトやバンパーを避けた自車両前面の中央部付近に設置する必要があるが、同図に示した搭載部付近は、フロントグリルとラジエターとの間にある空間部分に該当し、その空間部分は車体のデザインの影響をほとんど受けることがないので、レーダ装置を設置する位置として好適である。また、同図の下部には、レーダ装置2の細部構成が示されている。同図に示すレーダ装置2は、送信部10、受信部20、デジタル信号処理部30を備えるように構成されている。

ここで、図1に示すレーダ装置2の各構成部の詳細について説明する。同図において、送信部10は、レーダ装置として必要な所定の変調信号を出力する発振器12と、発振器12の出力信号を分配する分配器14と、分配器14の出力を増幅する高周波増幅器16と、高周波増幅器16に接続される送信アンテナ18と、を備えている。

一方、受信部20は、複数の受信アンテナごとに構成された受信系21(211,212,・・・,21n)を備えている。これらの受信系21は、受信アンテナ22(221,222,・・・,22n)と、受信アンテナ22に接続され、受信アンテナ22からの受信信号を増幅する高周波増幅器23(231,232,・・・,23n)と、送信部10の分配器14を介して供給された信号(ローカル信号)に基づいて高周波増幅器23から出力された受信信号をダウンコンバートするミキサ24(241,242,・・・,24n)と、ミキサ24に接続されてダウンコンバート後の信号を増幅するビデオ増幅器25(251,252,・・・,25n)と、ビデオ増幅器25に接続されたフィルタ26(261,262,・・・,26n)と、フィルタ26の出力信号をアナログ/デジタル変換するA/Dコンバータ(以下「A/D」と表記)27(271,272,・・・,27n)と、を備えている。なお、高周波増幅器23としては、通常LNA(Low Noise Amp)と呼ばれる低雑音増幅器が用いられる。

デジタル信号処理部30は、例えばCPU、ROM、RAMなどを具備するマイクロプロセッサを備えている。デジタル信号処理部30の入力端には、受信部20からのアナログ/デジタル変換信号が入力され、デジタル信号処理部30の出力端からは、目標物に関する1以上の情報(例えば、目標物の相対距離情報、相対速度情報、方位情報など)が生成されて図示しないプリクラッシュセーフティーシステムやオートクルーズシステムなどに出力される。

なお、図1に示す装置の構成は一部の構成を略した簡略構成図であり、例えば、送信部10では、発振器12を変調する変調器、発振器12の出力を逓倍する逓倍器などの構成要素を省略している。

また、図1に示すレーダ装置2では、デジタル信号処理部30への入力をデジタル入力とするためのA/D27を受信部20に備えるように構成しているが、このアナログ/デジタル変換機能をデジタル信号処理部30側に持たせるように構成してもよい。

つぎに、デジタル信号処理部30の構成について説明する。図2は、図1に示したデジタル信号処理部30の細部構成を示すブロック図である。同図に示すデジタル信号処理部30は、A/D27の各出力をそれぞれの入力とする位相/利得演算処理部31および位相差/利得差検出部33、位相/利得演算処理部31の出力を入力とする測角信号処理部32、位相差/利得差検出部33の出力を出荷調整時と運用時とで切り換える切替スイッチ(SW)40、切替スイッチ40を介して位相差/利得差検出部33の出力が入力される位相差/利得差記憶部34、運用時に位相差/利得差検出部33の出力と位相差/利得差記憶部34の出力(所定第1出力)の符号反転出力とを加算する加算器(第1の加算器)35、加算器35の出力と位相差/利得差記憶部34の出力(所定第2出力)とを加算する加算器(第2の加算器)36および加算器36の出力に基づいて位相/利得演算処理部31に出力する位相差補正信号38、利得差補正信号39を算出して出力する位相差/利得差補正量算出部37の各構成部を備えている。

さらに、その細部構成として、位相/利得演算処理部31は、入力されたA/D変換出力の位相成分に対する位相回転量を演算する位相回転演算処理部41(411,412,・・・,41n)と、位相回転演算処理部41の出力の利得調整を行う利得調整演算処理部42(421,422,・・・,42n)と、を備え、位相差/利得差記憶部34は、出荷調整時に行われ、後述する基準アンテナ試験時の位相差/利得差を記憶保持する基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44と、同様に出荷調整時に行われ、後述する出荷時レドーム反射試験時の位相差/利得差を記憶保持するレドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45と、を備えている。

(装置の動作)
つぎに、図1および図2に示したレーダ装置の動作について説明する。なお、説明にあたり、まず、図1を参照して、実施の形態1にかかるレーダ装置2の全体動作について説明し、つぎに、図2,図5〜図8などを参照して、デジタル信号処理部30における細部動作について説明する。なお、図5は、出荷調整時における基準アンテナ試験の実施態様を説明するための図であり、図6は、出荷調整時における基準アンテナ試験時の処理手順を示すフローチャートであり、図7は、出荷調整時におけるレドーム反射試験(以下「出荷時レドーム反射試験」と呼称)の処理手順を示すフローチャートであり、図8は、運用時におけるレドーム反射試験(以下「運用時レドーム反射試験」と呼称)の処理手順を示すフローチャートである。

(装置の動作−全体動作)
図1において、図示しない変調器からの変調信号に基づいて発振器12にて生成された送信信号が、分配器14を介して高周波増幅器16で増幅され、送信アンテナ18から空間に対して放射される。一方、目標などからの反射信号が受信アンテナ22で受信される。この受信信号は、高周波増幅器23で増幅され、ミキサ24に出力される。ミキサ24では、高周波増幅器23から出力された受信信号が、分配器14を介して分配された送信信号に基づいてダウンコンバートされる。ミキサ24から出力されたダウンコンバート信号は、フィルタ26にて所望帯域の信号に変換された後、さらにA/D27にてデジタル信号に変換されてデジタル信号処理部30に出力される。デジタル信号処理部30は、受信部20の出力に基づいて目標物に関する相対距離、相対速度および方位などの出力情報のうちの少なくとも1以上の情報を出力する。

(装置の動作−詳細動作−基準アンテナ試験時の動作)
つぎに基準アンテナ試験時の動作について説明する。なお、基準アンテナ試験では、前述したように、レーダ装置の構成要素には含まれない測定ツールが必要であり、当該測定ツールを用いた測定構成を示す図が図5である。まず、同図に示すように、車両1に搭載されたレーダ装置2の正面で、かつ十分に距離が離れた場所に、基準信号発生装置6に接続された基準アンテナ7を設置する。つぎに、レーダ装置2の送信は停止し(具体的には、例えば図1における高周波増幅器16の動作を停止する)、基準アンテナ7から基準信号8をレーダ装置2に向けて発射する。レーダ装置2の受信部20は、基準アンテナ7からの信号を受信し、デジタル信号処理部30へ出力する。なお、基準アンテナ7とレーダ装置2とは十分に離間されているので、受信アンテナ22で受信される基準信号の位相と振幅と各受信系間では等しいとみなすことができる。したがって、試験手法に起因して発生する各受信系ごとの位相のバラツキ(位相差)および利得のバラツキ(利得差)は殆ど無視することができる。

一方、従来技術の項で説明したように、各受信系を構成するアンテナや電子部品の特性バラツキにより、各受信系ごとの特性を常に完全に同一とすることは不可能である(たとえ、製造直後であっても固有の位相差、利得差(以下、それぞれ「初期位相差」、「初期利得差」という)が存在する)。したがって、レーダ装置の受信性能を向上させるためには、各受信系ごとに必然的に生じる初期位相差・初期利得差を記憶しておくことが好ましい。なお、図6は、これらの初期位相差・初期利得差を記憶するためのフローであり、いま、このフローの各処理について図2および図6を参照して説明する。また、基準アンテナ試験時における各受信系ごとの位相差/利得差を、後述の出荷時レドーム反射試験および運用時レドーム反射試験の際にそれぞれ取得される位相差/利得差と区別するため、それぞれ「基準アンテナ信号初期位相差」、「基準アンテナ信号初期利得差」と呼称する。

図2において、切替スイッチ40は出荷調整時側に設定される(図6:ステップS101)。このとき、位相差/利得差検出部33と位相差/利得差記憶部34とが接続され、各受信系ごとの受信信号がデジタル信号処理部30に入力されるとともに、位相差/利得差検出部33にて検出された初期位相差および初期利得差が位相差/利得差記憶部34の基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44に記憶される(図6:ステップS102)。

(装置の動作−詳細動作−出荷時レドーム反射試験時の動作)
つぎに出荷時レドーム反射試験時の動作について説明する。なお、出荷時レドーム反射試験では、基準アンテナ試験時とは異なり、当該試験で用いた測定ツールは不要であり、自身のレドームで反射した反射信号が利用される。また、出荷時レドーム反射試験の概念を図1に示している。図1には、送信アンテナ18から前方方向に放射される主送信波4と、送信アンテナ18から斜め方向に放射され、レドーム3で反射されたレドーム反射波5が受信系21の受信アンテナ22でそれぞれ受信される様子が示されている。なお、レドームとは、送受信波を効率よく通過させる一方で、装置を構成するアンテナ、電子部品等を外界の水分や埃等から保護するための保護部材である。

ところで、レーダ装置が電波を送信すると、図1の主送信波4のように送信波の大部分は前方に放射される。レドームは、本来的には、電波を効率よく通過させるものであるが、実際には一部の電波は通過せずに反射してしまう。特に、車載用レーダ装置で多用されるミリ波帯電波の場合には、この反射量が大きいという特性を有している。なお、出荷時レドーム反射試験は、このようなレドームでの反射を積極的に利用するものである。また、図7は、出荷時レドーム反射試験時における位相差/利得差を記憶するためのフローであり、いま、このフローの各処理について図2および図7を参照して説明する。なお、出荷時レドーム反射試験時における各受信系ごとの位相差/利得差を、前述の基準アンテナ試験および後述の運用時レドーム反射試験の際にそれぞれ取得される位相差/利得差と区別するため、それぞれ「レドーム反射信号初期位相差」、「レドーム反射信号初期利得差」と呼称する。

図2において、基準アンテナ試験時と同様に、切替スイッチ40は出荷調整時側に設定される(図7:ステップS201)。一方、基準アンテナ試験時とは異なり、送信機能を有効にする。このとき、位相差/利得差検出部33と位相差/利得差記憶部34とが接続され、各受信系ごとの受信信号(レドーム反射信号)がデジタル信号処理部30に入力されるとともに、位相差/利得差検出部33にて検出されたレドーム反射信号初期位相差およびレドーム反射信号初期利得差が位相差/利得差記憶部34のレドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45に記憶される(図7:ステップS202)。なお、出荷時レドーム反射試験は、レドーム反射波を受信しているので、各受信系ごとに(送信アンテナ→レドーム→受信アンテナ)の信号伝達距離が異なるので、各受信系ごとに生ずる位相差/利得差は、基準アンテナ試験時と比べて大きくなる。

(装置の動作−詳細動作−運用時レドーム反射試験時の動作)
つぎに運用時レドーム反射試験時の動作について説明する。この、運用時レドーム反射試験は、出荷時等に行われる上述の基準アンテナ試験および出荷時レドーム反射試験とは異なり、レーダ装置の運用中に実行される試験である。なお、この試験は、ユーザ側で特に意識することなく自動的に実行される。また、この試験では、出荷時レドーム反射試験時と同様に、自身のレドームで反射した反射信号が利用される。

なお、図8は、運用時レドーム反射試験時における位相差/利得差を記憶するためのフローであり、いま、このフローの各処理について図2および図8を参照して説明する。

図2において、切替スイッチ40は、基準アンテナ試験および出荷時レドーム反射試験の終了後、運用時側に設定される(図8:ステップS301)。なお、これ以後、例えば故障修理を実施する場合などを除き、切替スイッチ40は常時「運用時」に固定される。また、レドーム反射信号が位相差/利得差検出部33に入力され各受信系ごとの位相差/利得差が検出される(図8:ステップS302)。つぎに、ステップS302で検出された位相差/利得差とレドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45に記憶されている記憶値との各差分値が各受信系ごとに算出されて加算器36に出力される(図8:ステップS303)。さらに、基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44に記憶されている記憶値とステップS303で算出された位相差/利得差(加算器35の出力)との各加算値が各受信系ごとに算出されて加算器36に出力されて位相差/利得差補正量算出部37に出力される(図8:ステップS304)。位相差/利得差補正量算出部37では、各受信系ごとの位相差/利得差補正量が算出され、それぞれ位相差補正信号38および利得差補正信号39として位相/利得演算処理部31に出力される(図8:ステップS305)。位相/利得演算処理部31の位相回転演算処理部41では、位相差補正信号38に基づいて入力信号に対する位相回転演算処理(受信信号の位相補正)が各受信系ごとに行われ、引き続き、位相/利得演算処理部31の利得調整演算処理部42では、利得差補正信号39に基づいて位相回転演算処理部41の出力信号に対する利得調整演算処理(受信信号の利得補正)が各受信系ごとに行われ、その出力が測角信号処理部32に出力される(図8:ステップS306)。なお、測角信号処理部32では、位相/利得演算処理部31の出力に基づいて所定の測角信号処理(デジタルビームフォーミング等の処理)が行われ、精度の向上した信号到来方位が得られる(図8:ステップS307)。

なお、上記のステップS306では、まず、位相回転演算処理部41にて位相回転演算処理を行い、引き続き、利得調整演算処理部42にて利得調整演算処理を実施するようにしているが、これらの処理の順番を逆にしても構わない。すなわち、まず、利得調整演算処理部42にて利得調整演算処理を行い、引き続き、位相回転演算処理部41にて位相回転演算処理を実施するようにしてもよい。

また、上記のステップS303,S304では、まず、位相差/利得差検出部33で検出された検出値とレドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45に記憶されている記憶値との各差分値を基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44に記憶されている記憶値に加算するようにしているが、レドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45に記憶されている記憶値と位相差/利得差検出部33で検出された検出値との各差分値を基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44に記憶されている記憶値から減算処理するようにしてもよい。また、上記のステップS303,S304の演算順序を逆にしても構わない。すなわち、基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44に記憶されている記憶値からレドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45に記憶されている記憶値を減算した値と、位相差/利得差検出部33で検出された検出値とを加算するようにしてもよい。

(デジタル信号処理部の動作の考察)
ここで、デジタル信号処理部の動作について若干の考察を加える。いま、各受信系特性の温度変動も経時変動もないものと仮定する。このとき、位相差/利得差検出部33の出力と、レドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45の記憶値との差分値はゼロとなる。したがって、このゼロ値が基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44の出力に加算されることになるので、位相差/利得差補正量算出部37に入力される信号は、基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44の記憶内容そのものとなる。つまり、温度変動や経時変動がない状態では、レーダ装置は、「初期位相差/初期利得差」のみを補正することになる。

一方、もし、各受信系の特性の温度変動や、経時変動が発生したとすれば、位相差/利得差検出部33の出力と、レドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45の記憶値との差はゼロとはならない。この差が温度変動、経時変動に起因する各受信系ごとの位相変動成分および利得変動成分となる。これらの差分値と基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44の記憶値とを加算することにより、位相差/利得差補正量算出部37に入力される信号は、「初期位相差/初期利得差」と「温度変動、経時変動による位相差/利得差」とを加味したものとなる。つまり、このレーダ装置は、「初期位相差/初期利得差」と「温度変動、経時変動による位相差/利得差」の双方を補正することとなる。

レーダ装置が搭載される車両(自動車)は、高温多湿地や、寒冷地等の様々な環境で使用され、あるいは昼間時には直射日光が直接的に照射されることもあり、環境条件は、場所、時間、季節等によって大きく変動する。したがって、出荷時調整を精度よく行ったとしても、各受信系の特性変動は不可避である。一方、この実施の形態のレーダ装置では、上記のように、「初期位相差/初期利得差」に加えて、「温度変動、経時変動による位相差/利得差」を補正するようにしているので、測角信号処理の精度を著しく向上させることができる。なお、上記でも触れたように、「運用時レドーム反射試験」と称するこの処理は、実際のレーダ処理の合間に、例えば10分に1回とか、20分に1回とかの任意の処理間隔で実施することができる。また、この処理間隔を可変設定とすることも容易であり、使用する環境条件に応じて好適な処理間隔を設定することにより、レーダ信号処理の処理精度と処理速度との間のバランスをとることができる。

(レドーム反射信号と目標信号との識別)
図9は、レドーム反射信号と先行車両からの反射信号の差異を説明するための模式的概念図である。上記の運用時レドーム反射試験では、各受信系は、レドーム反射信号以外に、先行車等の路上物体からの反射信号も同時に受信する。したがって、各受信系の位相変動、利得変動を補正する場合は、各受信系が受信した信号から、レドーム反射信号を区別しなければならない。例えば、FM−CWレーダであれば、その測距原理により、近距離の物体からの反射波は、受信出力信号の周波数が低く、遠距離の物体からの反射波は受信出力信号の周波数が高い(図9参照)。一方、レドームと各受信アンテナとの間の距離は、先行車等と比較すると極めて短い。また、ミリ波帯の周波数領域ではレドーム反射量は大きく、レドーム反射信号の受信レベルは先行車等よりも大きいか、等しい程度である(図9参照)。したがって、デジタル信号処理部では、受信出力信号の最も低い周波数成分をレドーム反射信号と認識し、この信号に対して上述の位相差/利得補正処理を実施すればよい。なお、例えば、ミリ波帯の周波数領域のように、レドーム反射信号の受信レベルが先行車等からの反射信号レベルよりも大きい場合には、受信レベルに閾値を設け、当該閾値に基づいてレドーム反射信号であるか否かを判定するようにしてもよい。

以上説明したように、この実施の形態のレーダ装置によれば、受信系を構成する構成品の特性バラツキに起因して受信デジタル信号間に生ずる受信系ごとの位相差/利得差を初期位相差/初期利得差として予め記憶し、実際のレーダ運用時に受信した受信信号に含まれる位相差/利得差を、この予め記憶された初期位相差/初期利得差に基づいて補正するようにしているので、この種の補正手段をレーダ装置に具備させる場合であっても、車両特性や車両サイズへの影響ならびに装置自身の大型化、複雑化およびコスト増を防止または局限することができる。

また、この実施の形態のレーダ装置によれば、受信アンテナ前方の所定の距離位置に配置された基準アンテナからの直接波を受信した受信出力に基づいて検出した初期位相差/初期利得差を、基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差として記憶するようにしているので、レーダ装置の初期状態における、位相差/利得差(初期位相差/初期利得差)の影響を効果的に低減することができる。

また、この実施の形態のレーダ装置によれば、自身の送信波による自身のレドームからの反射波を利用して受信した受信出力に基づいて検出した初期位相差/初期利得差を、レドーム反射信号初期位相差/初期利得差として記憶するようにしているので、後発的な、温度変動や、経時変動による位相差/利得差の影響を効果的に低減することができる。

なお、この実施の形態では、電子的にアンテナビームを左右に走査する方式のレーダ装置への適用例をその一例として説明してきたが、機械的に走査する方式のレーダ装置であっても、例えばモノパルス方式のレーダ装置であれば、少なくとも2チャンネルの受信系を有しているので、当該2チャンネルの受信系の受信特性のバラツキの影響を局限する上で、本手法は有効に作用する。

なお、この実施の形態では、基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差やレドーム反射信号初期位相差/初期利得差を初期位相差/初期利得差記憶部に記憶する処理を出荷調整時として説明したが、出荷調整時に限定する趣旨ではない。例えば、レーダ装置のみを新規な製品と交換した場合や、例えば衝突事故によってバンパーやフロントグリルなどが変形した場合に、ディーラー等でレーダ装置の再調整を行うような場合にも、切替スイッチを出荷調整時側に設定して、新たな記憶値を記憶させるようにすればよい。すなわち、初期位相差/初期利得差記憶部への記憶処理は、レーダ装置の運用時以外の任意のときに実施することができる。

実施の形態2.
(装置の構成)
図10は、本発明の実施の形態2にかかるレーダ装置の構成を示すブロック図である。同図に示すレーダ装置2aは、必要数の受信アンテナ22(221,222,・・・,22n)を個々に接続する受信アンテナ切替手段51を具備し、単一の受信系を共通的に使用するために複数の受信アンテナを切り替えて使用するような構成とされている。また、図11は、図10に示したデジタル信号処理部30の細部構成を示す図である。同図に示すデジタル信号処理部30aは、受信部20の出力であるA/D27の出力を各受信系に対応する処理部に振り分ける出力振り分け手段52を具備している。なお、その他の構成については、図1および図2に示した実施の形態1の構成と同一または同等であり、それらの構成部には同一符号を付して示し、その説明を省略する。

(装置の特徴)
図10に示すレーダ装置は、複数の受信アンテナ22を切り替えて使用するように構成されているので、高周波増幅器、ミキサ、ビデオ増幅器、フィルタおよびA/Dコンバータを共用することができ、受信部の製造コストを大幅に低減することができる。なお、アンテナ、切替えスイッチの電気特性は温度や経時的要素によりその特性が変動して各受信系の位相差/利得差にバラツキを生じさせる。したがって、この実施の形態のような単一の受信系のみを有するレーダ装置であっても、各受信系の位相差/利得差を補正することは、レーダ装置の測角性能、すなわち目標方位情報の精度を向上させるという観点において重要な処理となる。

(装置の動作)
図10に示した受信アンテナ切替手段51と、図11に示した出力振り分け手段52とは、時間的に連動して切替制御される。例えば、図10に示すように、受信アンテナ221が選択されている場合には、図11においても受信アンテナ221に対応する位相回転演算処理部411が選択され、以下、出力振り分け手段52の切替タイミングに連動して他の位相回転演算処理部412〜41nが選択される。なお、位相差/利得差補正量算出部37から出力される位相差補正信号38および利得差補正信号39は、出力振り分け手段52の切替タイミングに同期して出力されるように制御してもよいし、あるいは出力振り分け手段52の切替タイミングとは連動せず非同期で出力されるように制御してもよい。この場合、すなわち、位相差補正信号38および利得差補正信号39を非同期で出力する場合には、デジタル信号処理部で構成される複数の受信系のうち、どの受信系に対する補正量なのかを弁別して出力するようにすればよい。

以上説明したように、この実施の形態のレーダ装置によれば、「初期位相差/初期利得差」と「温度変動、経時変動による位相差/利得差」の双方を補正するための構成を、高周波増幅器、ミキサ、ビデオ増幅器、フィルタおよびA/Dコンバータ等が共用されるレーダ装置に適用することができるので、本実施の形態を適用するレーダ装置の製造コストを大幅に低減することができる。

実施の形態3.
(装置の構成)
図12は、本発明の実施の形態3にかかるレーダ装置のデジタル信号処理部の構成を示すブロック図である。同図に示すデジタル信号処理部30は、図2に示したデジタル信号処理部30の構成から基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部44を取り除いた、レドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45のみを有する位相差/利得差記憶部34aを有している。なお、その他の構成については、図2に示した実施の形態1の構成と同一または同等であり、それらの構成部には同一符号を付して示し、その説明を省略する。

(装置の特徴)
図12に示す構成のレーダ装置では、各受信系を構成するアンテナや電子部品の特性バラツキが小さい場合(特性バラツキの小さい電子部品を用いて構成されている場合)を念頭に置いているので、「初期位相差/初期利得差」は殆ど発生せず、「温度変動、経時変動による位相差/利得差」のみを考慮すればよい。したがって、この実施の形態のレーダ装置では、実施の形態1で説明した出荷時の基準アンテナ試験が省略され、出荷時レドーム反射試験のみが実施される。その結果、位相差/利得差検出部33にて検出されたレドーム反射信号初期位相差およびレドーム反射信号初期利得差のみが位相差/利得差記憶部34のレドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45に記憶される。なお、このように構成されたレーダ装置であっても、レドーム反射信号初期位相差およびレドーム反射信号初期利得差に基づいて、変動要素の大きな「温度変動、経時変動による位相差/利得差」を補正することができるので、レーダ装置の測角性能向上に充分に寄与することができる。

なお、この実施の形態では、レドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部45のみを有する構成を図2に示した実施の形態1に適用した例について説明したが、図11に示す実施の形態2に適用することも可能である。特に、図11に示す構成では、アンテナを除く、高周波増幅器、ミキサ、ビデオ増幅器、フィルタおよびA/Dコンバータ等を共用することができるので、各受信系の特性バラツキを低減させることが容易であり、本実施の形態の構成による効果を十二分に発揮することができる。

以上のように、本発明および本発明にかかる手法は、移動物体の距離、速度、方位を検出するレーダ装置、あるいはその構成品に有用であり、特に、レーダ装置における一定の性能を確保する場合のコスト低減に効果的である。

本発明の実施の形態1にかかるレーダ装置の搭載位置およびその構成を示すブロック図である。 図1に示したデジタル信号処理部の細部構成を示すブロック図である。 従来手法の考え方に基づいて構成された車載用レーダ装置の構成例を示す図である。 図3のように構成されたレーダ装置の探知覆域を模式的に示す図である。 出荷調整時における基準アンテナ試験の実施態様を説明するための図である。 出荷調整時における基準アンテナ試験時の処理手順を示すフローチャートである。 出荷調整時におけるレドーム反射試験の処理手順を示すフローチャートである。 運用時におけるレドーム反射試験(以下「運用時レドーム反射試験」と呼称)の処理手順を示すフローチャートである。 レドーム反射信号と先行車両からの反射信号の差異を説明するための模式的概念図である。 本発明の実施の形態2にかかるレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図10に示したデジタル信号処理部30の細部構成を示す図である。 本発明の実施の形態3にかかるレーダ装置のデジタル信号処理部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

1 車両
2,2a,101 レーダ装置
3 レドーム
4 主送信波
5 レドーム反射波
6 基準信号発生装置
7 基準アンテナ
8 基準信号
10 送信部
12 発振器
14 分配器
16 高周波増幅器
18 送信アンテナ
20 受信部
21 受信系
22 受信アンテナ
23 高周波増幅器
24 ミキサ
25 ビデオ増幅器
26 フィルタ
27 A/Dコンバータ
30,30a デジタル信号処理部
31 位相/利得演算処理部
32 測角信号処理部
33 位相差/利得差検出部
34,34a 位相差/利得差記憶部
35,36 加算器
37 位相差/利得差補正量算出部
38 位相差補正信号
39 利得差補正信号
40 切替スイッチ
41 位相回転演算処理部
42 利得調整演算処理部
44 基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶部
45 レドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶部
102 モニタアンテナ
103 モニタアンテナ保持用冶具

Claims (11)

  1. 送信アンテナから空間に放射された送信波の目標物からの反射波を複数の受信アンテナで受信し、該受信した複数の受信信号を用いてそれぞれ生成した複数の受信デジタル信号に基づいて前記目標物の方位情報を算出する測角信号処理部を具備する信号処理部を備えたレーダ装置において、
    前記信号処理部は、
    前記複数の受信デジタル信号に対して位相回転演算処理および利得調整演算処理を施した信号をそれぞれ生成して前記測角信号処理部に出力する位相/利得演算処理部と、
    前記複数の受信デジタル信号間に生ずる位相差/利得差を検出する位相差/利得差検出部と、
    レーダ運用前に、自身の送信波による自身のレドームからの反射波を利用して受信した受信出力に基づき、前記位相差/利得差検出部によって予め検出された前記位相差/利得差をレドーム反射信号初期位相差/初期利得差として記憶する初期位相差/初期利得差記憶部と、
    ーダ運用時に、目標物からの反射波と共に入射する前記レドームからの反射波を受信した受信出力に基づき、前記位相差/利得差検出部によって検出された位相差/利得差と、前記レドーム反射信号初期位相差/初期利得差と、に基づいて前記位相/利得演算処理部に付与する位相差補正信号/利得差補正信号を算出して出力する位相差/利得差補正量算出部と、
    を備え、
    前記位相/利得演算処理部は、前記位相差補正信号および前記利得差補正信号に基づいて前記測角信号処理部に出力する信号を補正することを特徴とするレーダ装置。
  2. 送信アンテナから空間に放射された送信波の目標物からの反射波を複数の受信アンテナで受信し、該受信した複数の受信アンテナの出力を時分割に切り換えて順次入力した複数の受信信号を用いてそれぞれ生成した複数の受信デジタル信号に基づいて前記目標物の方位情報を算出する測角信号処理部を備えたレーダ装置において、
    前記信号処理部は、
    時分割に切り替えられた前記受信デジタル信号の出力先を振り分け制御する出力振り分け手段と、
    前記出力振り分け手段に接続され、該出力振り分け手段を介して順次入力される受信デジタル信号に対して位相回転演算処理および利得調整演算処理を施した信号を個々に生成して前記測角信号処理部に出力する位相/利得演算処理部と、
    前記出力振り分け手段を介して順次入力される受信デジタル信号間に生ずる位相差/利得差を順次検出して出力する位相差/利得差検出部と、
    レーダ運用前に、自身の送信波による自身のレドームからの反射波を利用して受信した受信出力に基づき、前記位相差/利得差検出部によって予め検出された位相差/利得差をレドーム反射信号初期位相差/初期利得差として記憶する初期位相差/初期利得差記憶部と、
    ーダ運用時に、目標物からの反射波と共に入射する前記レドームからの反射波を受信した受信出力に基づき、前記位相差/利得差検出部によって検出された位相差/利得差と、前記レドーム反射信号初期位相差/初期利得差と、に基づいて前記位相/利得演算処理部に付与する位相差補正信号/利得差補正信号を算出して出力する位相差/利得差補正量算出部と、
    を備え、
    前記位相/利得演算処理部は、前記位相差補正信号および前記利得差補正信号に基づいて前記測角信号処理部に出力する信号を補正することを特徴とするレーダ装置。
  3. 前記位相差/利得差検出部は、前記複数の受信デジタル信号から所定周波数以下の信号を抽出することにより、レーダ運用時におけるレドーム反射信号を生成することを特徴とする請求項1または2に記載のレーダ装置。
  4. 前記位相差/利得差検出部は、前記複数の受信デジタル信号から所定レベル以上の信号を抽出することにより、レーダ運用時におけるレドーム反射信号を生成することを特徴とする請求項1または2に記載のレーダ装置。
  5. レーダ運用時における前記レドーム反射信号と、前記レドーム反射信号初期位相差/初期利得差との間の各差分出力が算出されて前記位相差/利得差補正量算出部に入力されることを特徴とする請求項3または4に記載のレーダ装置。
  6. レーダ運用前に、前記受信アンテナ前方の所定の距離位置に配置された基準アンテナからの直接波を受信した受信出力に基づき、前記位相差/利得差検出部によって予め検出された位相差/利得差を、基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差として、前記初期位相差/初期利得差記憶部に記憶することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のレーダ装置。
  7. レーダ運用時における前記レドーム反射信号と、前記レドーム反射信号初期位相差/初期利得差との間の各差分出力が算出されるとともに、該各差分出力と前記基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差との間の各加算出力が算出されて前記位相差/利得差補正量算出部に入力されることを特徴とする請求項に記載のレーダ装置。
  8. 送信アンテナから空間に放射された送信波の目標物からの反射波を複数の受信アンテナで受信し、該受信した複数の受信信号を用いてそれぞれ生成した複数の受信デジタル信号に基づいて前記目標物の方位情報を算出する測角信号処理部を備えたレーダ信号処理器において、
    前記複数の受信デジタル信号に対して位相回転演算処理および利得調整演算処理を施した信号をそれぞれ生成して前記測角信号処理部に出力する位相/利得演算処理部と、
    前記複数の受信デジタル信号間に生ずる位相差/利得差を検出する位相差/利得差検出部と、
    レーダ運用前に、自身の送信波による自身のレドームからの反射波を利用して受信した受信出力に基づき、前記位相差/利得差検出部によって予め検出された前記位相差/利得差をレドーム反射信号初期位相差/初期利得差として記憶する初期位相差/初期利得差記憶部と、
    ーダ運用時に、目標物からの反射波と共に入射する前記レドームからの反射波を受信した受信出力に基づき、前記位相差/利得差検出部によって検出された位相差/利得差と、前記レドーム反射信号初期位相差/初期利得差と、に基づいて前記位相/利得演算処理部に付与する位相差補正信号/利得差補正信号を算出して出力する位相差/利得差補正量算出部と、
    を備え、
    前記位相/利得演算処理部は、前記位相差補正信号および前記利得差補正信号に基づいて前記測角信号処理部に出力する信号を補正することを特徴とするレーダ信号処理器。
  9. 送信アンテナから空間に放射された送信波の目標物からの反射波を複数の受信アンテナで受信し、該受信した複数の受信信号を用いてそれぞれ生成した複数の受信デジタル信号に基づいて前記目標物の方位情報を算出する測角信号処理部を備えたレーダ信号処理器において、
    時分割に切り替えられた前記受信デジタル信号の出力先を振り分け制御する出力振り分け手段と、
    前記出力振り分け手段に接続され、該出力振り分け手段を介して順次入力される受信デジタル信号に対して位相回転演算処理および利得調整演算処理を施した信号を個々に生成して前記測角信号処理部に出力する位相/利得演算処理部と、
    前記出力振り分け手段を介して順次入力される受信デジタル信号間に生ずる位相差/利得差を順次検出して出力する位相差/利得差検出部と、
    レーダ運用前に、自身の送信波による自身のレドームからの反射波を利用して受信した受信出力に基づき、前記位相差/利得差検出部によって予め検出された位相差/利得差をレドーム反射信号初期位相差/初期利得差として記憶する初期位相差/初期利得差記憶部と、
    ーダ運用時に、目標物からの反射波と共に入射する前記レドームからの反射波を受信した受信出力に基づき、前記位相差/利得差検出部によって検出された位相差/利得差と、前記レドーム反射信号初期位相差/初期利得差と、に基づいて前記位相/利得演算処理部に付与する位相差補正信号/利得差補正信号を算出して出力する位相差/利得差補正量算出部と、
    を備え、
    前記位相/利得演算処理部は、前記位相差補正信号および前記利得差補正信号に基づいて前記測角信号処理部に出力する信号を補正することを特徴とするレーダ信号処理器。
  10. 空間に放射した送信信号の目標物からの反射信号を受信した受信信号に基づいて該目標物の方位情報を算出するレーダ装置に適用されるレーダ装置動作方法であって、
    自身の送信波による自身のレドームからの反射波を利用して受信した受信信号に基づいて検出した初期位相差/初期利得差をレドーム反射信号初期位相差/初期利得差として記憶するレドーム反射信号初期位相差/初期利得差記憶ステップと、
    レーダ運用時に前記レドームからの反射波を利用して受信した受信信号に基づく位相差/利得差をレドーム反射信号位相差/利得差として検出する位相差/利得差検出ステップと、
    前記レドーム反射信号位相差/利得差と前記レドーム反射信号初期位相差/初期利得差との間の各差分値を算出する差分値算出ステップと、
    前記差分値算出ステップにて算出された位相差/利得差に基づいて位相差補正信号/利得差補正信号を生成出力する位相差/利得差補正量算出ステップと、
    前記位相差補正信号/利得差補正信号に基づいて前記受信信号の位相/利得をそれぞれ補正する受信信号補正ステップと、
    を含むことを特徴とするレーダ装置動作方法。
  11. 受信アンテナ前方の所定の距離位置に配置された基準アンテナからの直接波を受信した受信出力に基づいて検出した初期位相差/初期利得差を基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差として記憶する基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差記憶ステップと、
    前記差分値算出ステップにて算出された位相差/利得差と前記記憶された基準アンテナ信号初期位相差/初期利得差との間の各加算値を算出する加算値算出ステップと、
    をさらに有し、
    前記位相差/利得差補正量算出ステップは、前記加算値算出ステップにて算出された位相差/利得差に基づいて前記位相差補正信号/利得差補正信号を生成出力することを特徴とする請求項10に記載のレーダ装置動作方法。
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