JP5339423B2

JP5339423B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP5339423B2
Application number: JP2008268198A
Authority: JP
Inventors: 貴之笠井; 智也芦野
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: JP2010096650A

Description

本発明は、電磁波ビームを放射して被検知物からの反射波を受信し、被検知物までの距離、又は、被検知物の存否を検知するレーダ装置に関する。

近年、ミリ波帯（30〜300 GHz）の電磁波の開発と利用の動きが急速に活発になってきた。その利用面の一つはセンシングの分野であり、衝突防止用レーダ装置や、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems ：高度道路交通システム）に関連するレーダ装置、移動ロボットの位置計測や制御などのためのレーダ装置、更には鉄道踏切における障害物検知システムにおけるレーダ装置などが知られている。ミリ波を用いたレーダ装置の例としては、特許文献１に開示された測距用レーダ装置や、特許文献２に開示された踏切障害物検知用レーダ装置等が知られている。

これらのシステムにおいてミリ波を用いたレーダ装置が有効なのは、ミリ波が、高角度分解能性、機器の小型軽量性、光では透過しない媒質中でも伝搬可能であることなどの特性を有しており、しかも、60GＨz付近では酸素分子による吸収があり、少し離れた場所での干渉がなくなり、同一周波数の再利用が可能となる等の利点があるからである。

ところが、レーダ装置の検知目標となる被検知物は様々であり、例えば、自動車、自転車、人間、構造物等のように、一般的にその形状のみならず、地上高さも区々に異なる。しかも、レーダ装置からこれらの被検知物までの距離も、様々に異なる。

このような状況下で、地上高さの低い物を検知しようとすると、電磁波ビームがアンテナから扇形に広がって放射されるために、地面で反射される反射波が生じ、それがアンテナによって受信されてしまい、誤った検知出力を生じてしまう。このような誤検知を避けようとすると、地上高さの高い物体にあわせなければならず、必然的に低い物体を検知できなくなってしまう。
特開２００７−３３３５３９号公報特開２００５−２３１４６１号公報

本発明の課題は、アンテナから放射された電磁波ビームの地面反射波の受信を回避しながら、地上高さの低い物体を検知できるレーダ装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るレーダ装置は、複数のアンテナを含む。前記アンテナのそれぞれは、扇形の広がりをもつ電磁波ビームを放射し、被検知物によって反射された前記電磁波ビームの反射波を受信するものであって、順次に縦積みされて地面から所定高さに位置している。上記構成において、前記地面からの前記被検知物の地上高さをＨ（ｍ）とし、前記アンテナから前記被検知物までの距離をＲ（ｍ）としたとき、
前記アンテナの何れも、自己の放射する前記電磁波ビームの扇形最下縁が距離Ｒの範囲内において地上高さＨを超えず、かつ、受信される前記反射波に前記地面で反射された反射波が含まれない仰角を持つ。

上述したように、前記アンテナの何れも、自己の放射する前記電磁波ビームの扇形最下縁が、距離Ｒの範囲内において地上高さＨを超えないから、距離Ｒの範囲内において、地上高さＨ以上の物体を、確実に検知することができる。即ち、少なくとも、地上高さＨを持つ低い物体も確実に検知することができる。距離Ｒは、当該レーダ装置において、安定的に物体を検知できる最大距離とする。

しかも、アンテナの何れも、受信される前記反射波に前記地面で反射された反射波が含まれない仰角を持つから、地面で反射された反射波に起因する誤検知動作を回避することができる。

具体的には、複数のアンテナは、縦積みにおいて下側に位置するアンテナほど、前記電磁波ビームの仰角が大きくなっている。こうすることにより、地面における反射を生じ易い下側のアンテナにおいて、地面で反射された反射波に起因する誤検知動作を、確実に回避することができる。

本発明に係るレーダ装置において、前記電磁波ビームは、ミリ波であることが好ましい。これにより、ミリ波の利点、即ち、高角度分解能性、機器の小型軽量性、光では透過しない媒質中でも伝搬可能であることなどの特性を有し、しかも少し離れた場所での干渉がなくなり、同一周波数の再利用が可能となる等の利点を有するレーダ装置を実現することができる。

以上述べたように、本発明によれば、アンテナから放射された電磁波ビームの地面反射波の受信を回避しながら、地上高さの低い物体を検知できるレーダ装置を提供することができる。

本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施例によって更に詳しく説明する。

図１は、本発明に係るレーダ装置のアンテナ配置を説明する図である。図示のレーダ装置は、複数ｎのアンテナ１１〜１３と、信号処理装置２を含む。アンテナ１１〜１３は、図示ではｎ＝３個であるが、それ以上の個数であってもよいし、２個であってもよい。アンテナ１１〜１３のそれぞれは、扇形の広がりをもつ電磁波ビームＢ１〜Ｂ３を放射し、被検知物３によって反射された電磁波ビームＢ１〜Ｂ３の反射波を受信するものであって、順次に縦積みされて地面４から所定高さｈ１〜ｈ３に位置している。

電磁波ビームＢ１〜Ｂ３は、アンテナ１１〜１３の放射面から前方に向かって、ある立体角で扇状に広がるメインローブを持つ。図では、そのような特性をもつ電磁波ビームＢ１〜Ｂ３において、検知有効領域として、半値角（３．０ｄＢ低下点）の領域で区切った電磁波ビームとして示してある。

縦積みされたアンテナ１１〜１３は、地面４を基準にして、最上部に位置するアンテナ１１が、高さｈ１、最下部に位置するアンテナ１３が高さｈ３、中間部に位置するアンテナ１２が高さｈ２の位置にある。アンテナ１１〜１３は、地面４の上に備えられた固定構造物の上に設置されていてもよいし、或いは、自動車のような移動体の上に搭載されたものであってもよい。

アンテナ１１〜１３としては、種々のタイプのものが提案されている。そのうちでも、多数のアンテナ素子を整列したスロット・アレイ・アンテナと称されるものが、好適である。

被検知物３は、移動する物体であってもよいし、或いは固定された反射体であってもよい。移動する物体は、例えば、自動車、自転車、人間、移動構造物等である。反射体は、例えば鉄道踏切における障害物検知装置を構成する場合に、アンテナ１１〜１３の電磁波放射を監視するモニタとして用いられることもある。

信号処理部２は、アンテナ１１〜１３から供給される信号を解読し、被検知物体３の距離、存在などを算出し、出力する。

上記構成において、地面４からの被検知物３の地上高さをＨ（ｍ）とし、アンテナ１１〜１３から被検知物３までの距離をＲ（ｍ）としたとき、アンテナ１１〜１３の何れも、自己の放射する電磁波ビームＢ１〜Ｂ３の扇形最下縁が、距離Ｒの範囲内において地上高さＨを超えず、かつ、受信反射波に地面４で反射された反射波が含まれない仰角θ１〜θ３を持つ。距離Ｒは、当該レーダ装置において、安定的に物体を検知できる最大距離である。

上述したように、アンテナ１１〜１３の何れも、自己の放射する電磁波ビームＢ１〜Ｂ３の扇形最下縁が、距離Ｒの範囲内において地上高さＨを超えないから、距離Ｒの範囲内において、地上高さＨ以上の物体を、確実に検知することができる。即ち、少なくとも、地上高さＨを持つ低い被検知物３を、確実に検知することができる。

しかも、アンテナ１１〜１３の何れも、受信反射波に地面４で反射された反射波が含まれない仰角θ１〜θ３を持つから、地面４で反射された反射波に起因する誤検知を回避することができる。

具体的には、複数のアンテナ１１〜１３は、縦積みにおいて下側に位置するアンテナ１１〜１３ほど、電磁波ビームＢ１〜Ｂ３の仰角が大きくなっている。即ち、θ１＜θ２＜θ３である。こうすることにより、地面４からの反射波を受信し易い下側のアンテナ１１〜１３において、地面４で反射された反射波に起因する誤検知動作を、確実に回避することができる。

具体例として、Ｒ＝２５ｍ、Ｈ＝０．６０ｍとした場合、
θ１＝０．０°
θ２＝０．３４４°
θ３＝０．６８８°
のように設定する。図示実施例では、最上部に位置するアンテナ１１の高さｈ１（ビーム放射中心位置で見た高さ）を、被検知物３の地上高さHに一致させてあり、中間部のアンテナ１２の高さｈ２、最下部のアンテナ１３の高さｈ３となっているので、
θ１＝Tan^‐（H-h1）／R＝０．０°
θ２＝Tan^‐（H-h２）／R＝０．３４４°
θ３＝Tan^‐（H-h３）／R＝０．６８８°
となる。

このような距離Ｒ、高さＨ、ｈ１〜ｈ３及び仰角θ１〜θ３の関係は、踏切障害物検知システムにおいて有用である。アンテナ１１〜１３から放射された電磁波ビームB1〜Ｂ３の地面反射波受信を回避しながら、地上高さＨ０．６ｍの低い踏切障害物（被検知物３）を検知することができるからである。もっとも、距離Ｒ、高さＨ、ｈ１〜ｈ３及び仰角θ１〜θ３は、レーダシステムの用途に応じて変化するものであり、固定された値ではない。

本発明に係るレーダ装置において、電磁波ビームＢ１〜Ｂ３は、ミリ波であることが好ましい。これにより、ミリ波の利点、即ち、高角度分解能性、機器の小型軽量性、光では透過しない媒質中でも伝搬可能であることなどの特性を有するレーダ装置を実現することができる。また、電磁波ビームＢ１〜Ｂ３として、60GＨz付近のミリ波を用いた場合には、60GＨz付近では酸素分子による吸収があり、少し離れた場所での干渉がなくなり、同一周波数の再利用が可能となる。

以上、実施の形態を参照して説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々の変形、変更が可能であることは言うまでもない。

本発明に係るレーダ装置のアンテナ配置を説明する図である。

符号の説明

１１〜１３アンテナ
２信号処理部
３被検知物
４地面
Ｂ１〜Ｂ３電磁波ビーム

Claims

複数のアンテナを含むレーダ装置であって、
前記アンテナのそれぞれは、扇形の広がりをもつ電磁波ビームを放射し、被検知物によって反射された前記電磁波ビームの反射波を受信するものであって、順次に縦積みされており、
地面からの前記被検知物の地上高さをＨ（ｍ）とし、前記アンテナから前記被検知物までの距離をＲ（ｍ）としたとき、
前記アンテナの何れも、自己の放射する前記電磁波ビームの扇形最下縁が、距離Ｒの範囲内において、地上高さＨを超えず、かつ、受信される前記反射波に前記地面で反射された反射波が含まれない仰角を持っている、
レーダ装置。
請求項１に記載されたレーダ装置であって、
前記レーダ装置は、鉄道踏切における障害物検知に用いられるものであり、
前記被検知物は、前記アンテナの電磁波放射を監視するモニタとして用いられる固定された反射体を含む、
レーダ装置。
請求項１又は２に記載されたレーダ装置であって、前記複数のアンテナは、縦積みにおいて下側に位置するアンテナほど、前記電磁波ビームの仰角が大きくなっている、レーダ装置。
請求項１乃至３の何れかに記載されたレーダ装置であって、前記複数のアンテナのうち、縦積みにおいて最上部にあるアンテナは、自己の放射する前記電磁波ビームの扇形最下縁が、地上高さＨに一致する、レーダ装置。