JP6230849B2 - アンテナ、レーダ装置、および、信号処理方法 - Google Patents
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Description
<1.車両全体図>
図1は、車両CRの全体図である。車両CRは、後述する車両制御システム1のレーダ装置10と車両制御装置20とを主に備える。車両CRは、車両CRの前方のバンパー近傍にレーダ装置10を備えている。レーダ装置10は、一回の走査で路面に対する水平方向、および、路面に対する垂直方向の所定範囲を走査する。その結果、レーダ装置10は、物標の路面に対する水平方向の位置(縦距離および横距離)と、物標の路面に対する垂直方向の高さと、車両CRに対する物標の相対速度とを含む情報(以下、「物標情報」という。)を導出する。レーダ装置10による物標情報の導出処理の詳細は後述する。車両制御装置20は、車両CRの内部に設けられている。車両制御装置20は、車両CRの各装置を制御するECU(Electronic Control Unit)である。
図2は、車両制御システム1のブロック図である。車両制御システム1は、車両CRの挙動を制御するシステムである。レーダ装置10と、車両制御装置20と、車速センサ21と、ステアリングセンサ22と、スロットル23と、ブレーキ24とを有している。レーダ装置10と車両制御装置20とは電気的に接続されている。車両制御装置20は、車速センサ21と、ステアリングセンサ22と、スロットル23と、ブレーキ24と電気的に接続されている。
ここで、図3を用いて、アンテナ101の構成を具体的に説明する。図3は、アンテナ101の構成を説明する図である。図3では、XY座標軸を用いて方向を説明する。XY座標軸は、送信アンテナ11および受信アンテナ12の少なくとも一方のアンテナに相対的に固定される。誘電体基板102の基板面に設けられる送信アンテナ11および受信アンテナ12の短手方向(以下、「短手方向」という。)がX軸方向に対応する。送信アンテナ11および受信アンテナ12の長手方向(以下、「長手方向」という。)がY軸方向に対応する。
次に、送信アンテナ11の各送信アンテナ(11a〜11d)の送信範囲について図4〜図8を用いて説明する。図4〜図8においては、xyz座標軸を用いて方向を説明する。xyz座標軸は、車両CRに対して相対的に固定される。車両CRの車幅方向が、x軸方向に対応する。車両CRの進行方向が、y軸方向に対応する。車両CRの高さ方向(車高方向)が、z軸方向に対応する。なお、図4〜図6は、車両CRの高さ方向(z軸方向)の上方(+z側)から下方(−z側)を見た図である。図7および図8は、車両CRの車幅方向(x軸方向)の左側(−x側)から右側(+x側)を見た図である。
ここで、送信アンテナ11a〜11dの送信波の出力タイミングについて、図9を用いて説明する。図9は、各送信アンテナ(11a〜11d)の送信波の出力タイミングを説明するグラフである。図9の縦軸は周波数[GHz]を、横軸は時間[msec]を表す。図中の送信信号TSは、中心周波数を例えば、76.5GHzとして、第1の所定周波数(例えば76.6GHz)まで上昇した後に第2の所定周波数(例えば、76.4GHz)まで下降をするように200MHzの間で一定の変化を繰り返す信号である。
ここで、第1区間Tx10を例に送信信号TSと後述する受信信号RSとに基づくビート信号BSの導出について説明する。図10は、送信信号TSと受信信号RSとに基づくビート信号BSの導出を説明する図である。
ここで、水平角度導出部18cが、角度推定方式の例としてESPRITを用いた場合の処理について図11を参照して説明する。レーダ装置10が、角度推定方式としてESPRITを用いた場合、4本の受信アンテナにより略同一の縦距離に位置する3つの物標のそれぞれの水平角度を導出できる。つまり、レーダ装置10は、略同一の縦距離に位置する複数の物標のうち受信アンテナ12の総アンテナ本数から1を減算した数と同じ数の物標の水平角度を導出できる。図11は、ESPRITの処理概要を説明する図である。
ここで、垂直角度の導出について図12〜図15を用いて具体的に説明する。図12は、物標からの反射波について説明する図である。図12では上述の図7等と同様に、xyz座標軸を用いて方向を説明する。図12は、レーダ装置10の送信アンテナ11bの送信範囲Tr2を示している。送信範囲Tr2の範囲内には、車両CRの位置する路面の前方(+y方向)で垂直方向(z軸方向)の上側(+z側)に上方物TAが存在する。上方物TAは、例えば道路標識等の看板であり、路面の高さを0mとした場合の高さ約4.5mの位置に存在する。また、車両CRに対する上方物TAの縦距離は約70mである。
次に図16を用いてレーダ装置10の処理を説明する。図16は、レーダ装置10の処理フローチャートである。レーダ装置10のフーリエ変換部18aは、AD変換器14から出力されたデジタル信号を高速フーリエ変換して周波数ごとの信号に分解する(ステップS101)。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、このような変形例について説明する。なお、上記実施の形態で説明した形態、および、以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜に組み合わせ可能である。
また、上記の実施の形態において、レーダ装置10が用いる角度推定方式はESPRITを例に説明した。しかしこれ以外にもDBF(Digital Beam Forming)、PRISM(Propagator method based on an Improved Spatial-smoothing Matrix)、および、MUSIC(Multiple Signal Classification)などのうちいずれか一の角度推定方式を用いてもよい。
10・・・・レーダ装置
11・・・・送信アンテナ
12・・・・受信アンテナ
13・・・・ミキサ
14・・・・AD変換器
15・・・・信号生成部
16・・・・発振器16
17・・・・スイッチ
18・・・・信号処理部
Claims (5)
- 複数本の送信アンテナと複数本の受信アンテナとを備えたアンテナであって、
第1送信アンテナと、
前記第1送信アンテナの短手方向に移動した位置に設けられた第3送信アンテナと、
前記第1送信アンテナおよび第3送信アンテナの間の位置に、長手方向の一部が前記第1および第3送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた第2送信アンテナと、
前記第3送信アンテナの位置を中心として前記第2送信アンテナの位置に対して点対称となる位置に設けられた第4送信アンテナと、
各長手方向の一部が前記第2送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた複数本の受信アンテナと、
前記第1送信アンテナ、および、前記第3送信アンテナから出力される送信波に対する物標からの反射波に基づいて、前記物標の路面に対する水平方向の位置を導出する第1導出手段と、
前記第2送信アンテナ、前記第3送信アンテナ、および、前記第4送信アンテナから出力される送信波に対する前記反射波に基づいて、前記物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する第2導出手段と、
を備えることを特徴とするアンテナ。 - 請求項1に記載のアンテナにおいて、
前記第1送信アンテナおよび前記第3送信アンテナは、第1範囲の送信波を出力し、
前記第2送信アンテナおよび前記第4送信アンテナは、前記第1範囲よりも水平角度が狭い第2範囲の送信波を出力すること、
を特徴とするアンテナ。 - 請求項1または2に記載のレーダ装置において、
前記第1送信アンテナ、前記第3送信アンテナの順で送信波を出力する期間を含む第1期間と、前記第1送信アンテナ、前記第2送信アンテナ、前記第3送信アンテナ、前記第4送信アンテナの順で送信波を出力する期間を含む第2期間とを前記物標の前記水平方向の位置、および、前記垂直方向の高さを導出する処理の1周期とし、
前記第1導出手段は、前記第1期間および前記第2期間に前記物標からの反射波に基づいて、前記物標の前記水平方向の位置を導出し、
前記第2導出手段は、前記第2期間に前記物標からの反射波に基づいて、前記物標の前記垂直方向の高さを導出することを特徴とするレーダ装置。 - 車両の挙動を制御する車両制御システムであって、
請求項1ないし3のいずれかに記載のレーダ装置と、
前記レーダ装置から出力された物標情報に基づいて前記車両を制御する車両制御装置と、を備える車両制御システム。 - 誘電体基板の基板面に設けられた複数本の受信アンテナにより受信した反射波により物
標の位置を導出する信号処理方法であって、
複数本の送信アンテナと複数本の受信アンテナとを備えたアンテナであって、
第1送信アンテナと、前記第1送信アンテナの短手方向に移動した位置に設けられた第3送信アンテナと、
前記第1送信アンテナおよび第3送信アンテナの間の位置に、長手方向の一部が前記第1および第3送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた第2送信アンテナと、
前記第3送信アンテナの位置を中心として前記第2送信アンテナの位置に対して点対称となる位置に設けられた第4送信アンテナと、
を用いて送信波を出力し、
各長手方向の一部が前記第2送信アンテナの長手方向の一部と重複するように設けられた複数本の受信アンテナとを用いて反射波を受信し、
前記第1送信アンテナ、および、前記第3送信アンテナから出力される送信波に対する物標からの反射波に基づいて、前記物標の路面に対する水平方向の位置を導出する工程と、
前記第2送信アンテナ、前記第3送信アンテナ、および、前記第4送信アンテナから出力される送信波に対する前記反射波に基づいて、前記物標の路面に対する垂直方向の高さを導出する工程と、
を備えることを特徴とする信号処理方法。
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