JP6176079B2

JP6176079B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP6176079B2
Application number: JP2013244025A
Authority: JP
Inventors: 邦彦大川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: DE112014005387T5; WO2015079812A1; CN105765402A; US10396459B2; US20170170560A1; JP2015102458A; CN105765402B

Description

本発明は、車両に搭載されるレーダ装置に関する。

従来、レーダ装置を車両に搭載し、衝突防止等の安全装置の一部として役立てることが行われている。この種のレーダ装置のアンテナとしては、基板上に送信アンテナ用のパターン（以下「送信アンテナ部」という）、および受信アンテナ用のパターン（以下「受信アンテナ部」という）を形成することで構成される例えば平面アンテナが用いられている。

但し、このようなアンテナでは、送受信間のアイソレーションを充分に確保することが困難であり、送信アンテナ部から放射されたレーダ波の一部が受信アンテナ部にて直接受信されることによる回り込みノイズが発生するという問題がある。

これに対し、基板のアンテナ面を覆うレドームに、送信アンテナ部から受信アンテナ部への回りこみを抑制する仕切壁を設けることにより、レーダ装置の送受信間のアイソレーションを向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−９３３０５号公報

しかしながら、従来のレーダ装置では、送信アンテナ部からレドームを透過して外部に照射されたレーダ波が、例えば上記車両のバンパーのような車体の一部に反射し、その反射波が、ノイズ（以下「反射ノイズ」という）として受信アンテナ部にて受信されてしまうことを抑制できなかった。その結果、反射ノイズを、例えば他車両のように上記車両の外部においてレーダ波を反射するターゲットからの反射波とみなしてしまうことで、安全装置の誤作動を引き起こしてしまうという懸念があった。

また例えば、レーダ装置の小型化の要請に伴い、レーダ波の送信に必要な電波を発生させる送信回路、および受信アンテナ部を介して受信した反射波が含まれている受信信号を生成するための受信回路を同一基板上に配置する場合、送信回路から受信回路に漏れる電波（以下「送受リーク」という）により、受信信号のＤＣレベルが増大し、ダイナミックレンジが制限されてしまうという問題があった。

本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであり、反射ノイズおよび送受リークによる影響を効率よく抑制可能なレーダ装置の提供を目的とする。

本発明は、車両に搭載されるレーダ装置であって、レーダ波を送信させる送信アンテナ部と、発振器および移相器を有する送信部と、移相器を制御する制御手段と、レーダ波の反射波を受信する受信アンテナ部と、受信アンテナ部を介して受信した反射波が含まれている受信信号を生成するための受信部と、を備えて構成される。

なお、発振器は、レーダ波の送信に必要な電波を発生させるものである。移相器は、発振器にて発生させた電波の位相を変化させて電波を送信アンテナ部に供給するためのものである。

ここで、本発明において、制御手段は、受信部にて生成される受信信号のうち、車両の外部においてレーダ波を反射するターゲット以外の物体からの反射波を示す第１のリーク成分が、送信部から受信部に漏れる電波を示す第２のリーク成分によって減算されるように、電波の位相制御を行うこととした。

このような構成では、例えば、受信信号のうち、第１のリーク成分（反射ノイズ）と第２のリーク成分（送受リーク）とを足し合わせて互いにキャンセルさせることが可能となるまで、発振器にて発生させた電波の位相を変化させることにより、反射ノイズおよび送受リークの各々への対策を個別に採ることなく、双方の問題を同時に解決することができる。

したがって、本発明によれば、反射ノイズおよび送受リークによる影響を効率よく抑制することができる。
また、本発明において、制御手段は、移相器の作動をオン／オフに切り替える作動制御を行うことにより、第１のリーク成分および第２のリーク成分を個別に抽出し、その抽出した第１のリーク成分と第２のリーク成分とが逆相になるように、電波の位相制御を行うようにしてもよい。

このような構成では、例えば、移相器の作動をオフにすることで先に第２のリーク成分（送受リーク）を抽出しておき、この抽出しておいた第２のリーク成分と、次に移相器の作動をオンにすることで抽出される第１のリーク成分および第２のリーク成分と、に基づいて、第１のリーク成分（反射ノイズ）を抽出することにより、反射ノイズの逆相となる送受リークを発生させることが可能となる。

したがって、本発明によれば、既知の反射ノイズに基づく位相制御を行うことができるようになるため、反射ノイズと送受リークとを足し合わせて互いにキャンセルさせることが可能となるまで何度も電波の位相を変化させる必要性が低減され、これにより制御時間を短縮することができる。

また、本発明において、レーダ装置は、送信アンテナ部が複数のアンテナ素子を有して構成され、送信部がこれら複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の移相器および分配手段をさらに有して構成されてもよい。なお、分配手段は、発振器にて発生させた電波を複数の移相器を介して複数のアンテナ素子の各々に分配する。このような構成のもと、制御手段は、複数の移相器における電波の位相差を設定するようにしてもよい。

このような構成では、複数のアンテナ素子の各々から送信させるレーダ波の位相差を所定の設定値に固定したまま、各位相を変化させることが可能となるので、反射ノイズおよび送受リークによる影響を抑制しつつ、送信アンテナ部の指向性を任意に変化させることができ、その結果、レーダ波の照射範囲を好適に調整することができる。

レーダ装置の全体構成を例示する構成図である。レーダ装置における制御手段により実行されるノイズ低減処理の内容を例示するフローチャートである。ノイズ低減処理のＳ１４０において実行される位相制御処理の内容を例示するフローチャートである。（ａ）はＦＦＴ処理前の受信時間波形を例示する図であり、（ｂ）はＦＦＴ処理後の周波数スペクトルを例示する図である。（ａ）は、受信時間波形における反射ノイズの成分と送受リークの成分との位相差を例示する図であり、（ｂ）は、反射ノイズの成分と送受リークの成分との位相差が１８０°（逆相）の状態を例示する図である。

以下に、本発明の実施形態としてのレーダ装置１について図面と共に説明する。
なお、本発明は、下記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、下記の実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。また、下記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。

＜全体構成＞
本実施形態のレーダ装置１は、車両に搭載され、ミリ波（例えば７６．５ＧＨｚ）帯のレーダ波を送受信することで、車両の外部においてレーダ波を反射する物標（例えば、先行車両等の他車両や路上の障害物、路側物等；以下「ターゲット」という）に関する情報（例えば距離や相対速度、方位等；以下「ターゲット情報」という）を求めるものである。

図１に示すように、レーダ装置１は、送信アンテナ部２と、送信部３と、制御部４と、受信アンテナ部５と、受信部６と、を備えて構成され、各部２〜６が同一の基板７上に配置されている。

送信アンテナ部２および受信アンテナ部５は、それぞれ送信アンテナおよび受信アンテナとして使用されるパターンが基板７上に形成されることで構成されている。例えば、送信アンテナ部２のパターンと受信アンテナ部５のパターンとが基板７の同一面に所定の間隔を空けて形成される場合、これら両パターンの間に仕切壁を設けるためのレドーム（詳しくは、特許文献１参照）を具備してもよい。

送信アンテナ部２は、レーダ波を送信させる部位であり、複数のアンテナ素子１１，１２を有して構成される。これら複数のアンテナ素子１１，１２の各々は、ホーンアンテナ等の開口面アンテナやパッチアンテナ等の平面アンテナであり、隣接するアンテナ素子との間隔が等距離となるように平行に配置されている。

送信部３は、発振器１０と、増幅器２０と、移相器３０と、分配装置４０と、を有して構成され、各部１０〜４０が制御部４によって制御される。
発振器１０は、レーダ波の送信に必要な電波を発生させる装置であり、クライストロン、進行波管、マグネトロン、ガンダイオード等で発振した高周波信号を、自動周波数制御回路を用いて、レーダ波に適したミリ波帯の安定した周波数を有する電波として出力する。

増幅器２０（２１，２２）は、発振器１０から出力される電波の電力を増幅するための装置であり、アンテナ素子１１，１２の数に応じて複数設けられている。
移相器３０（３１，３２）は、発振器１０から出力される電波の位相を変化させるための装置であり、アンテナ素子１１，１２の数に応じて複数設けられている。本実施形態では、移相器３０は、複数のアンテナ素子１１，１２の各々に１つずつ接続されており、発振器１０から出力される電波の位相を、それぞれのアンテナ素子１１，１２に対して変化させて、増幅器２０にて電力が増幅された電波を送信アンテナ部２に供給するようになっている。なお、移相器３０としては、ＰＩＮダイオードを用いた線路切替型移相器やＧａＡｓＦＥＴを用いた反射型移相器などが使用される。

分配装置４０は、発振器１０にて発生させた電波を、複数の増幅器２１，２２および移相器３１，３２を介して複数のアンテナ素子１１，１２の各々に分配する装置である。
受信アンテナ部５は、レーダ波の反射波を受信する部位であり、１つのアンテナ素子によって構成されてもよいし、複数のアンテナ素子を有して構成されてもよい。

受信部６は、受信アンテナ部５を介して受信した反射波が含まれている受信信号を生成するための部位である。具体的には、受信部６は、受信アンテナ部５から入力されるアナログ信号を増幅し、増幅したアナログ信号のサンプリングを行ってデジタル信号（デジタルデータ）に変換するように構成されている。

制御部４は、送信部３の各部１０〜４０を制御するとともに、受信部６にて変換されたデジタルデータ（サンプリング値）を取り込み、そのサンプリング値に基づく信号処理を実行することにより、ターゲット情報を算出するように構成されている。なお、制御部４としては、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータ等が使用される。

また、制御部４は、以下で述べるように、信号処理において反射ノイズおよび送受リークによる影響を抑制するためのノイズ低減処理を行うようになっている。なお、本実施形態において、反射ノイズとは、送信アンテナ部２から外部に照射されたレーダ波が、例えば上記車両のバンパーのような車体の一部や車室内等（ターゲット以外の物体）にて反射し、その反射波が受信アンテナ部５により受信されることで、受信部６によりサンプリングされてしまうノイズである。また、送受リークとは、発振器１０による電波の発生に伴って送信部３から外部に（送信アンテナ部２を介さずに）漏れる電波が、（受信アンテナ部５を介さずに）受信部６によりサンプリングされてしまうノイズである。

＜ノイズ低減処理＞
次に、制御部４が実行するノイズ低減処理を、図２に沿って説明する。なお、このノイズ低減処理は、制御部４において、ＲＯＭ等のメモリに記憶されたプログラムに基づき、ＣＰＵが、所定のトリガを検出すると実行される。このトリガとしては、例えば車両の製造・出荷時に、レーダ装置が車両に取り付けられた状態で点検者の操作によって本処理の実行指示が入力されることであってもよいし、信号処理の実施前における定期的なタイミングを検出することであってもよい。また、このトリガとしては、温度変化等の外部環境の変化を検出することであってもよいし、信号処理においてターゲットが存在しないことを検出することであってもよい。

本処理が開始されると、制御部４（詳しくはＣＰＵ；以下同様）は、送信部３の発振器１０に対して、レーダ波の送信に必要な電波を発生させるためのコマンドを出力することにより、レーダ波の送信を開始する（Ｓ１１０）。なお、レーダ波は、所定の送信周期で送信される。この送信周期は、レーダ波がターゲットに反射して受信するまでの一往復時間と比べて、充分に短いものとする。

そして、制御部４は、受信部６にて変換されたデジタルデータを取り込むことにより、そのデジタルデータが示すサンプリング値をグラフ化した受信時間波形を取得する（Ｓ１２０）。なお、受信時間波形は、横軸を時間、縦軸を電圧（サンプリング値）とする交流波形であり、受信アンテナ部５からの距離が短いほど、周期が長い波形となり、受信アンテナ部５からの距離が長いほど、周期が短い波形となる（図４（ａ）参照）。

次に、制御部４は、Ｓ１２０において取得した受信時間波形のＤＣレベルが、所定の閾値以上であるか否かを判定し（Ｓ１３０）、閾値以上であると判定した場合（Ｓ１３０；ＹＥＳ）、アンテナ素子１１，１２にそれぞれ接続された移相器３１，３２の位相を変更する位相制御処理を実施して（Ｓ１４０）、Ｓ１１０に戻る。なお、閾値は、受信時間波形において反射ノイズおよび送受リークの少なくとも一方による影響が無視できないレベルとして、予め設定されたＤＣレベルである。

一方、制御部４は、Ｓ１２０において取得した受信時間波形のＤＣレベルが、閾値未満であると判定した場合（Ｓ１３０；ＮＯ）、信号処理（ＦＦＴ処理）を開始し（Ｓ１５０）、ＦＦＴ処理（高速フーリエ変換）によって得られた受信強度を示す周波数スペクトルから極大点を検出するピークサーチを行うことにより（Ｓ１６０）、車両を基点とするターゲットの距離を算出することができる（図４（ｂ）参照）。

＜位相制御処理＞
次に、上記Ｓ１４０において制御部４が実行する位相制御処理を、図３に沿って説明する。なお、本実施形態では、ターゲットが存在しない環境（例えば車両の製造・出荷時や、先行車両等が存在しない走行環境）において実施される。

本処理が開始されると、制御部４は、移相器３１，３２の作動をオンからオフへ切り替えることにより（Ｓ２１０）、移相器３１，３２からアンテナ素子１１，１２への電波の供給を遮断する。これにより、先のＳ１２０において取得する受信時間波形として、送信部３から受信部６に漏れる送受リークの成分（第２のリーク成分に相当）を抽出する（Ｓ２２０）。

次に、制御部４は、移相器３１，３２の作動をオフからオンへ切り替えることにより（Ｓ２３０）、移相器３１，３２からアンテナ素子１１，１２への電波の供給を再開する。これにより、先のＳ１１０において周期的に送信されるレーダ波がターゲット以外の物体（車体の一部等）にて反射し、先のＳ１２０において取得する受信時間波形として、その反射波が受信アンテナ部５により受信されることで、受信部６によりサンプリングされる反射ノイズの成分（第１のリーク成分に相当）と、先の送受リークの成分（第２のリーク成分に相当）と、が混合した波形を検出する。そして、この検出波形から、Ｓ２２０において抽出した送受リークの成分を除去することにより、反射ノイズの成分を抽出する（Ｓ２４０）。

そして、制御部４は、受信時間波形のうち、Ｓ２２０において抽出した送受リークの成分と、Ｓ２４０において抽出した反射ノイズの成分と、の位相差（図５（ａ）参照）が、１８０°となるように（つまり、両成分の位相が互いに逆相となるように）、移相器３０の位相を制御する（Ｓ２５０）。本実施形態では、このように送受リークの成分と反射ノイズの成分とが逆相（図５（ｂ）参照）になるように、移相器３０の位相を制御することにより、アンテナ素子１１，１２にそれぞれ接続された移相器３１，３２の位相差を設定する。

＜効果＞
以上説明したように、レーダ装置１は、送信アンテナ部２と、発振器１０および移相器３０を有する送信部３と、制御部４と、受信アンテナ部５と、受信部６と、を備えて構成され、制御部４が、ノイズ低減処理において、受信部６にて生成される受信信号（受信時間波形）のうち、車両の外部においてレーダ波を反射するターゲット以外の物体からの反射波を示す反射ノイズの成分が、送信部３から受信部６に漏れる電波を示す送受リークの成分によって減算されるように、移相器３０の位相を制御する。

これにより、受信時間波形のうち、反射ノイズの成分と送受リークの成分とを足し合わせて互いにキャンセルさせることが可能となるまで、発振器１０にて発生させた電波の位相を変化させることにより、反射ノイズおよび送受リークの各々への対策を個別に採ることなく、双方の問題を同時に解決することができる。

したがって、レーダ装置１によれば、反射ノイズおよび送受リークによる影響を効率よく抑制することができる。
また、レーダ装置１では、制御部４が、位相制御処理において、移相器３０の作動をオン／オフに切り替える作動制御を行うことにより、反射ノイズの成分および送受リークの成分を個別に抽出し、その抽出した反射ノイズの成分と送受リークの成分とが逆相になるように、移相器３０の位相を変化させる。

このため、既知の反射ノイズに基づく位相制御を行うことができるようになるため、反射ノイズの成分と送受リークの成分とを足し合わせて互いにキャンセルさせることが可能となるまで何度も移相器３０の位相を変化させるという、トライアンドエラーに係る制御時間を大幅に短縮することができる。

また、レーダ装置１では、送信アンテナ部２が複数のアンテナ素子１１，１２を有して構成され、送信部３がこれら複数のアンテナ素子１１，１２の各々に接続される複数の移相器３１，３２と、分配装置４０と、をさらに有し、制御部４が、位相制御処理において、複数の移相器３１，３２における電波の位相差（ひいてはアンテナ素子１１，１２から送信されるレーダ波の位相差）を設定する。

このため、複数のアンテナ素子１１，１２の各々から送信させるレーダ波の位相差を所定の設定値に固定したまま、複数の移相器３１，３２の各位相を変化させることが可能となるので、反射ノイズおよび送受リークによる影響を抑制しつつ、送信アンテナ部２の指向性を任意に変化させることができ、その結果、レーダ波の照射範囲を好適に調整することができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態の位相制御処理では、反射ノイズの成分および送受リークの成分を個別に抽出し、その抽出した反射ノイズの成分と送受リークの成分とが逆相になるように、移相器３０の位相を変化させているが、これに限定されるものではなく、ノイズ低減処理のＳ１３０において、受信時間波形のＤＣレベルが閾値未満となるまで、移相器３０の位相を任意に変化させることができる。

また、上記実施形態のレーダ装置１では、送信アンテナ部２が複数のアンテナ素子１１，１２を有して構成されているが、これに限定されるものではなく、送信アンテナ部２が１つのアンテナ素子によって構成されてもよい。この場合、増幅器２０および移相器３０の数は１つでよく、分配装置４０は不要となる。

また、上記実施形態のノイズ低減処理では、反射ノイズおよび送受リークの少なくとも一方による影響の有無を判定するに際し、ＦＦＴ処理前の受信時間波形に基づいて行っているが、これに限定されるものではなく、ＦＦＴ処理後の周波数スペクトルに基づいて行うこともできる。

なお、レーダ装置１が周知のＦＭＣＷ方式によって構成される場合、分配装置４０は、発振器１０からの出力を送信用信号とローカル信号とに電力分配し、送信アンテナ部２は、送信用信号に応じた電波をレーダ波として放射し、受信部６は、受信アンテナ部５から入力されるレーダ波信号にローカル信号を混合してビート信号（受信信号）を生成するように構成され得る。

１…レーダ装置、２…送信アンテナ部、３…送信部、４…制御部、５…受信アンテナ部、６…受信部、７…基板、１０…発振器、１１，１２…アンテナ素子、２０（２１，２２）…増幅器、３０（３１，３２）…移相器、４０…分配装置。

Claims

車両に搭載されるレーダ装置（１）であって、
レーダ波を送信させる送信アンテナ部（２）と、
前記レーダ波の送信に必要な電波を発生させる発振器（１０）、および前記発振器にて発生させた前記電波の位相を変化させて該電波を前記送信アンテナ部に供給するための移相器（３０）を有する送信部（３）と、
前記移相器を制御する制御手段（４）と、
前記レーダ波の反射波を受信する受信アンテナ部（５）と、
前記受信アンテナ部を介して受信した反射波が含まれている受信信号を生成するための受信部（６）と、
を備え、
前記制御手段は、前記受信部にて生成される受信信号のうち、前記車両の外部において前記レーダ波を反射するターゲット以外の物体からの反射波を示す第１のリーク成分が、前記送信部から前記受信部に漏れる前記電波を示す第２のリーク成分によって減算されるように、前記電波の位相制御を行うことを特徴とするレーダ装置。
前記制御手段は、前記移相器の作動をオン／オフに切り替える作動制御を行うことにより、前記第１のリーク成分および前記第２のリーク成分を個別に抽出し、その抽出した前記第１のリーク成分と前記第２のリーク成分とが逆相になるように、前記電波の位相制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
前記送信アンテナ部は、複数のアンテナ素子（１１，１２）を有し、
前記送信部は、前記複数のアンテナ素子の各々に接続される複数の前記移相器（３１，３２）、および前記発振器にて発生させた前記電波を前記複数の移相器を介して前記複数のアンテナ素子の各々に分配する分配手段（４０）をさらに有し、
前記制御手段は、前記複数の移相器における前記電波の位相差を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。