JP4931956B2 - 車載電波パルスレーダ装置 - Google Patents
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Description
また、同時に、コストダウンや小型化などを実現するために、できるだけ簡便に異常検出することも要求されている。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る車載電波パルスレーダ装置を示すブロック図であり、基本的なレーダ構成を被検出物体(ターゲット)7とともに示している。
なお、送信アンテナ5および受信アンテナ8は、図示したようにRF送受信回路15に含まれてもよく、RF送受信回路15の外側に配置されてもよい。また、送信アンテナ5および受信アンテナ8は、送受切換器を介して単一の送受信アンテナ(図示せず)で構成されてもよい。
なお、図1では図示しないが、信号処理回路14は、RF送受信回路15内の漏れ波(後述する)に基づいて回路異常を判定する異常判定手段を備えており、回路異常を判定した場合には、図示しない車両制御システム(または、警報手段など)に対して異常判定フラグFを出力する。
RF送受信回路15と信号処理回路14との間に挿入されたA/D変換器13は、RF送受信回路15または信号処理回路14に含まれていてもよい。
パワーデバイダ2は、発振器1からの送信周波数の送信電力を送信アンプ3およびミキサ10に分配する。
開閉スイッチ4は、信号処理回路14の制御下で、送信アンプ3の出力端子と送信アンテナ5とを接続する経路をON/OFFし、送信ビームW1をパルス変調する。
受信アンテナ8は、ターゲット7からの反射ビームを受信ビームW2として受信する。
レドーム6は、たとえば車両の正面グリルなどと一体化構成されており、送信アンテナ5および受信アンテナ8の表面を保護している。
ローパスフィルタ11は、ミキサ10からのビート信号Bに含まれる低周波成分を通過させ、IFアンプ12は、ローパスフィルタ11を通過したビート信号Bの低周波成分を増幅する。
図2は送信ビームW1(送信パルス)、受信ビームW2(受信パルス)およびビート信号Bの各波形を示すタイミングチャートであり、それぞれ、ターゲット7までの距離Rに依存した遅延時間Δt、距離ゲート時間幅tgおよび距離ゲート番号「0、1、2、・・・、n」と関連させて示している。
図4はFFT(高速フーリエ変換)結果を用いたターゲット7の検出処理の一例を示す説明図であり、ローカル信号S1からドップラシフトされた受信信号S2の周波数成分すなわちビート周波数fb(ドップラシフト周波数)を示している。
パルス変調された信号は、送信アンテナ5から放射され、さらにレドーム6を通過して、送信ビームW1として空間に放射される。
このとき、目標となるターゲット7が、車両に対して相対速度Vを有する場合、受信ビームW2の周波数成分は、送信ビームW1の周波数faに対して、ビート周波数fb(図4参照)だけドップラシフトする。
ミキサ10から生成されたビート信号Bは、ローパスフィルタ11でフィルタリングされた後、IFアンプ12で増幅され、A/D変換器13を介して信号処理回路14に入力される。
V=fb×C/(2×f0)・・・(2)
また、前述のように、車載電波パルスレーダ装置の用途を考えれば、車両走行の健全性を確保するために、RF送受信回路15の感度低下や、A/D変換器13の後段側の信号処理回路14を含めた回路故障などの異常発生状態を診断することは、最重要の要求課題である。
図5において、漏れ波Laは、RF送受信回路15内の開閉スイッチ4と受信アンプ9との間に発生する。
図6はこの発明の実施の形態1に係る車載電波パルスレーダ装置をさらに具体的に示すブロック図である。
なお、アンプゲイン制御回路17は、図示したように、信号処理回路14とは別に構成してもよく、信号処理回路14内に含まれていてもよい。
また、アンプゲイン制御回路17は、アンプゲイン制御信号G3、G12、G9の値を調整するためのD/A変換器を備えており、回路故障の診断時に、アンプゲイン制御信号G3、G12、G9を所定範囲内で強制的に変化させるように構成されている。
図7において、通常動作状態での漏れ波L(1点鎖線参照)に対して、ゲイン制御信号G3(実線参照)を操作して送信アンプ3のゲインを強制的に変化させると、A/D変換器13への入力信号として観測されるIF信号(漏れ波に基づくIFアンプ12の出力信号)SLは、破線波形のように変化する。
このとき、元々の漏れ波Lの周波数成分は極めて低いので、信号処理回路14においては、ほぼ送信アンプ3のゲイン操作の周波数に応じた振幅変化が観測されることになる。
また、アンプゲイン制御回路17がD/A変換器を備えていない場合(たとえば、初期調整時に抵抗比による固定値として設定されている場合など)には、信号処理回路14を構成するたとえばマイクロコンピュータのPWM(Pulse Width Modulation)出力と抵抗加算することなどにより、容易にゲイン操作用のゲイン制御信号G3を得ることができる。
さらに、上記説明では、送信アンプ3をゲイン操作したが、受信アンプ9をゲイン操作してもよい。
これにより、安価でかつ小型な回路構成で、高信頼性の車載電波パルスレーダ装置を実現することができる。
なお、上記実施の形態1では、故障診断時のゲイン操作の実行条件について言及しなかったが、図8のように、車両に常備された車速センサ20(または、車輪速センサ21)からの車両速度情報に応じてゲイン操作を実行するように構成してもよい。
これにより、漏れ波に対するノイズ重畳を抑制した条件下で、高精度の異常判定を実現することが可能となる。
なお、上記実施の形態2(図8)では、異常判定処理の実行条件として、自車両の速度情報を用いたが、図9のように、ナビゲーションシステム22からの位置情報を用いてもよい。
図9はこの発明の実施の形態3に係る車載電波パルスレーダ装置を示すブロック図であり、前述(図1、図6、図8参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「B」を付して詳述を省略する。
なお、信号処理回路14Bは、ナビゲーションシステム22からの位置情報を取得する位置情報取得手段のみを備えていてもよい。
なお、上記実施の形態1〜3では、特に言及しなかったが、図10または図11のように、所定のレーダ観測周期T内の各空き時間Tdに異常判定処理を実行してもよい。
図10、図11はこの発明の実施の形態4に係る車載電波パルスレーダ装置の異常判定動作を示す説明図である。
一般に、レーダとしての各観測周期Tにおいて、実際に電波を送受信してレーダ観測を行うレーダ観測期間Trは、必ずしも観測周期Tの100%を占めるとは限らず、図10に示すように、空き時間Tdを含んでいる。
このように、空き時間Tdを利用して異常判定処理を実行することにより、本来のレーダ検出性能を損なうことなく、かつ車両走行性に何ら支障を及ぼすことなく、異常判定処理を実行することができる。
ただし、図11のようにレーダ観測周期Tmを間引く場合は、ターゲット7が近距離に無い状態と判定した場合に限る、などの車両走行性の劣化を回避するための制約を設けることが必要となる。
なお、上記実施の形態1〜4では、車両制御システムの動作中に異常判定処理を実行したが、図12に示すように、車両制御システムをON/OFFするシステムスイッチ30からのOFF信号(車両制御システムの非動作中)に応答して、信号処理回路14Cが異常判定処理を実行するように構成してもよい。
なお、上記実施の形態1〜5では、異常判定手段が異常発生状態と判定した場合に、1回の判定結果に応答して車両制御システム側に異常判定フラグFを通知したが、図13に示すように、異常発生フラグFが所定回数だけ連続して判定された場合に、実際の故障状態を示す異常判定フラグF’を最終出力して、車両制御システム32に対して異常通知してもよい。
しかし、実際には、わずかな漏れ波の変動を観測して異常判定処理が実行されることを考慮すると、外的要因(ノイズ)によって誤判定が発生する可能性を否定することはできない。
図13はこの発明の実施の形態6に係る異常判定手段の要部構成を示すブロック図である。なお、図13に示されない他の構成は、前述の実施の形態1〜5と同様である。
なお、上記実施の形態1〜6では、特に言及しなかったが、送信ビームW1の電波送信電力を、電波法の規制範囲内に収まるようにクリップしてもよい。
たとえば、前述(図6、図8、図9、図12参照)のアンプゲイン制御回路17により送信アンプ3のゲインを強制的に変化させる際には、不用意にゲインを上げ過ぎれば、電波法で規定されている電波送信電力を超過してしまうことが考えられる。
また、経年変化によってアンプ感度が向上することは考えにくいので、ゲイン上限値を一度学習しておけば、特に支障は生じない。
Claims (7)
- 車両に搭載されて車両制御システムに接続された車載電波パルスレーダ装置であって、
電波パルスからなる送信ビームを出射するビーム送信手段と、
前記送信ビームの送信範囲内の被検出物体から反射された受信ビームを受信するビーム受信手段と、
前記送信ビームと前記受信ビームとを混合したビート信号に基づいて前記車両から前記被検出物体までの距離情報を算出する信号処理回路と、
前記ビーム受信手段と前記信号処理回路との間に挿入されたA/D変換器とを備え、
前記ビーム送信手段および前記ビーム受信手段は、送受信アンテナを含むRF送受信回路により構成された車載電波パルスレーダ装置において、
前記信号処理回路は、
前記RF送受信回路内の送受信アンプのゲインを変化させるゲイン可変手段と、
前記RF送受信回路または前記A/D変換器または前記信号処理回路の異常発生状態を判定する異常判定手段とを備え、
前記ゲイン可変手段は、前記送受信アンプのゲインを所定範囲内で強制的に変化させて、前記RF送受信回路に存在する漏れ波の振幅を強制的に変化させ、
前記異常判定手段は、前記送受信アンプのゲインを強制的に変化させたときに得られる前記漏れ波をFFT処理し、前記漏れ波の振幅変化および周波数成分の検出値に基づき得られるFFT処理後のゲイン操作の周波数およびゲイン変化量に応じたピーク値と正常時に学習された学習値とを比較し、前記ピーク値と前記学習値との差分が許容範囲を逸脱したときに、前記RF送受信回路または前記A/D変換器または前記信号処理回路の故障状態を示す異常判定フラグを発生して、前記車両制御システムに対して異常通知を行うことを特徴とする車載電波パルスレーダ装置。 - 前記車両は、前記車両の速度を検出する車速センサを備え、
前記異常判定手段は、前記車両の速度が所定速度以上を示し、かつ前記目標検出物が存在しないと判定された場合に、異常判定処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の車載電波パルスレーダ装置。 - 前記車両は、前記車両の位置情報に基づく走行道路情報を認識するためのナビゲーションシステムを備え、
前記異常判定手段は、前記ナビゲーションシステムにより認識された前記車両の走行道路情報が車両専用道路を示す場合に、異常判定処理を実行することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車載電波パルスレーダ装置。 - 前記異常判定手段は、所定のレーダ観測周期内の空き時間において、異常判定処理を実行することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の車載電波パルスレーダ装置。
- 前記車両は、車両制御システムをON/OFFするためのシステムスイッチを備え、
前記異常判定手段は、前記システムスイッチがOFF状態を示す場合に、異常判定処理を実行することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の車載電波パルスレーダ装置。 - 前記異常判定手段は、異常判定処理を一定周期で繰り返し実行し、異常発生状態が所定回数だけ連続して判定された場合に、前記RF送受信回路または前記A/D変換器または前記信号処理回路の実際の故障状態と判定し、前記実際の故障状態を示す異常判定フラグを発生して、前記車両制御システムに対して異常通知を行うことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の車載電波パルスレーダ装置。
- 前記異常判定手段は、前記送受信アンプに含まれる送信アンプのゲイン可変操作において、前記送信ビームの電力が電波法の規制範囲内に収まるように、ゲイン可変操作量の上限クリップ値を設定するためのクリップ手段を含むことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の車載電波パルスレーダ装置。
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