JP7154180B2

JP7154180B2 - 送受信モジュールおよびレーダ装置

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Publication number: JP7154180B2
Application number: JP2019070773A
Authority: JP
Inventors: 満桐田; 吉弘坪田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2022-10-17
Anticipated expiration: 2039-04-02
Also published as: JP2020169868A

Description

本発明は、物標を探知するための信号を電波として空間に放射するとともに、放射した電波の反射波を受信する送受信モジュール、および、レーダ装置に関する。

従来、自動車に搭載され、物標の探知を行うことで自動車が物標に衝突するのを防止するレーダ装置が開発されている。物標の一例は、レーダ装置が搭載される自動車が走行する場合の当該自動車の前方を走行する自動車、又は、レーダ装置が搭載される自動車が走行する場合の当該自動車の前方に位置する障害物である。レーダ装置は、送信アンテナが電波を放射し、受信アンテナが物標からの反射波を受信する。レーダ装置が物標を精度よく検知するためには、電波の放射方向を検知対象の物標が存在する方向に合わせる必要がある。自動車に搭載されるレーダ装置の場合、実際に車両に搭載された後、電波の放射方向が調整される。

特許文献１には、アンテナに取り付けられた加速度センサが検出する３軸方向の加速度に基づいてビームの出射方向のずれを算出してビームの出射方向を調整するレーダ装置が記載されている。

特開２０１０－２４３２１９号公報

特許文献１に記載のレーダ装置では、レーダ装置を車両に取り付けた後、２種類の車両姿勢を作り出してそれぞれの車両姿勢での加速度を検出し、検出した加速度を用いてビームの出射方向を算出してメモリに記憶させる工程が必要となる。そのため、人の手による作業が多く手間がかかるという問題があった。また、特許文献１に記載のレーダ装置は、ビームの出射方向を調整する際に回転軸を中心にアンテナ部を回転させるといった機械的な方法で行う構成のため、ずれを検出してから調整が完了するまでの所要時間が大きく、また、装置が大型化するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の小型化と、ビームの出射方向の調整に要する時間の短縮化とを実現可能な送受信モジュールを得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に、本発明は、搭載される車両の前方に向けて物標探知用の信号を送信するとともに信号の反射波を受信する送受信モジュールであって、信号を送信するビームをピッチ方向に走査可能に配置された複数の送信サブアレーからなる送信アンテナを備える。また、送受信モジュールは、ビームの出射方向のずれ量を加速度および角速度に基づいて算出する信号処理回路部と、複数の送信サブアレーが信号を送信する際の信号の位相をずれ量に基づいて調整する送信回路部と、を備える。また、送受信モジュールは、ずれ量が定められた値を超えた場合は車両への取付方向の調整が必要であることをユーザに通知する。

本発明にかかる送受信モジュールによれば、装置の小型化およびビーム方向の調整に要する時間の短縮化を実現できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるレーダ装置の構成例を示す図実施の形態１にかかる送受信モジュールの自動車への搭載例を示す図実施の形態１にかかる送受信モジュールの回路構成の一例を示す図実施の形態１にかかる送受信モジュールの送受信アンテナの構成例を示す図実施の形態１にかかる送受信モジュールとレーダ装置の筐体との関係を示す図実施の形態１にかかる送受信モジュールの送受信アンテナとセンサ部との位置関係の一例を示す図実施の形態１にかかる送受信モジュールが加速度センサを使用してピッチ角度およびロール角度を求める方法を説明するための図実施の形態１にかかる送受信モジュールが備えるジャイロセンサが検出する角速度を示す図実施の形態１にかかる送受信モジュールによるビーム走査を説明するための図実施の形態１にかかる送受信モジュールがビーム方向を調整する動作の概要を示す図実施の形態１にかかる送受信モジュールが車両に取り付けられた場合に実行するビーム方向の調整動作の一例を示すフローチャート実施の形態１にかかる送受信モジュールが搭載された車両が走行中に送受信モジュールが実行するビーム方向の調整動作の一例を示すフローチャート実施の形態１にかかる送受信モジュールが搭載された車両が停車中に送受信モジュールが実行するビーム方向の調整動作の一例を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる送受信モジュールおよびレーダ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレーダ装置の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかるレーダ装置１は、送受信モジュール１０および目標検出処理部１５を備える。また、レーダ装置１は車両２に搭載される。車両２には、レーダ装置１に加えて、車両２の傾きを算出する車両傾斜判定装置２１と、車両２の移動速度を計測する速度計測装置２２とが搭載されている。送受信モジュール１０は、車両傾斜判定装置２１および速度計測装置２２と有線または無線の信号線を介して接続されており、車両傾斜判定装置２１での判定結果および速度計測装置２２での計測結果を取得可能である。車両傾斜判定装置２１は、車両２が予め定められた基準に対してどれだけ傾斜しているかを判定する装置であり、例えば、複数の車高センサで検出される車高から傾きを算出する。近年の自動車はこのような車両傾斜判定装置２１を備えているケースが多いため、本実施の形態にかかるレーダ装置１では、車両２に搭載されている車両傾斜判定装置２１で算出された車両２の傾きを利用する構成としている。車両側から必要な情報を取得して使用する構成とすることにより、送受信モジュールの処理負荷が必要以上に高くなるのを防止できる。なお、車両２が車両傾斜判定装置２１を備えていない場合、または、送受信モジュール１０が車両傾斜判定装置２１と通信できない場合、送受信モジュール１０は、後述するセンサ部１４での計測結果から傾きを求める。速度計測装置２２は、例えば一般的なスピードメーター、カーナビゲーションシステムなどである。なお、送受信モジュール１０は、後述するセンサ部１４での計測結果から移動速度を求めることも可能である。

送受信モジュール１０は、送受信アンテナ１１、送受信回路部１２、信号処理回路部１３およびセンサ部１４を備える。

送受信アンテナ１１は、アレーアンテナであり、物標探知用の電波の放射および反射波の受信を行う。送受信回路部１２は、送受信アンテナ１１を介して物標探知用の信号を送信する処理、および、物標探知用の信号の反射波からビート信号を生成する処理を行う。信号処理回路部１３は、送受信回路部１２に対して各種の指令信号を送信する。また、信号処理回路部１３は、車両傾斜判定装置２１が算出した傾きと、速度計測装置２２が計測した速度とに基づいて、送受信アンテナ１１が放射するビームの方向を調整する。センサ部１４は、加速度センサおよびジャイロセンサを含み、送受信モジュール１０が取り付けられた車両２の加速度および角速度といった値を計測可能である。

目標検出処理部１５は、送受信モジュール１０で生成されるビート信号に基づいて目標物である物標を検出する。具体的には、目標検出処理部１５は、送受信モジュール１０から出力されるビート信号を使用して、物標の位置および物標の速度といった、物標の情報を算出する。物標の位置には、物標が存在する方位および物標までの距離が含まれる。ビート信号を使用して物標の情報を算出する処理は一般的なレーダ装置が物標を検出する際に情報を算出する処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図２は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０の自動車への搭載例を示す図である。図２に示すように、送受信モジュール１０は、例えば、車両２の前方中央に搭載され、車両２の前方に向けて物標探知用の電波を放射する。なお、本実施の形態では、レーダ装置１が車両２の前方に存在する物標を検知する構成を想定している。送受信モジュール１０の取付位置は、車両２の前方に向けて電波を放射可能な位置であればよい。

図３は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０の回路構成の一例を示す図である。

送受信アンテナ１１は、送信アンテナ１１１および受信アンテナ１１２で構成される。送信アンテナ１１１は、送受信回路部１２で生成された送信信号を空間に送信電波（以下、送信波と称する）として放射する複数の送信アレーアンテナ１１１₁～１１１_mで構成される。受信アンテナ１１２は、送信アンテナ１１１から放射された送信波が物標に反射された反射波を受信する複数の受信アレーアンテナ１１２₁～１１２_nで構成される。

送受信回路部１２は、送信アンテナ１１１から空間に送信波として放射される送信信号を生成する送信回路部１２１と、受信アンテナ１１２が受信した反射波をダウンコンバートするなどしてベースバンド帯の信号（以下、ベースバンド信号と称する）を生成する受信回路部１２２を備える。

送信回路部１２１は、変調回路１２１１、電圧制御発振器であるＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１２１２、電力分配器１２１３、移相器１２１４₁～１２１４_m、逓倍器１２１５₁～１２１５_m、パワーアンプ１２１６₁～１２１６_mおよび送信制御回路１２１７を備える。

変調回路１２１１は、信号処理回路部１３から周波数変調幅および変調周期を含む変調パラメータの情報を受信し、受信した変調パラメータに従ってＶＣＯ１２１２と連携して変調信号を生成する。変調回路１２１１には、変調信号を生成する際に、位相を同期させて変調信号を安定化させる位相同期制御（ＰＬＬ：ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路が含まれる。

ＶＣＯ１２１２は、変調回路１２１１から入力される信号の電圧の変化に対応させて出力信号の周波数を変化させることで変調信号を生成する。

電力分配器１２１３は、ＶＣＯ１２１２から入力される変調信号を増幅し、送信アンテナ１１１側と受信回路部１２２側とに分配する。なお、受信回路部１２２側に分配された変調信号は後述するミキサ１２２３₁～１２２３_nへの入力信号となる。

移相器１２１４₁～１２１４_mは、電力分配器１２１３から入力される変調信号の位相を変化させる。

逓倍器１２１５₁～１２１５_mは、それぞれ、前段の対応する移相器１２１４₁～１２１４_mから入力される変調信号の周波数を逓倍、すなわち整数倍して送信信号を生成する。

パワーアンプ１２１６₁～１２１６_mは、それぞれ、前段の対応する逓倍器１２１５₁～１２１５_mから入力される送信信号を増幅する。パワーアンプ１２１６₁～１２１６_mで増幅された各送信信号は、送信アレーアンテナ１１１₁～１１１_mへの入力となる。

送信制御回路１２１７は、変調回路１２１１、ＶＣＯ１２１２および電力分配器１２１３に対して、これらを動作させるための制御電圧を印加する。また、送信制御回路１２１７は信号処理回路部１３から指令信号を受信する。すなわち、送信制御回路１２１７は、信号処理回路部１３から受信した指令信号に従って、変調回路１２１１、ＶＣＯ１２１２および電力分配器１２１３の動作を制御するための制御信号を生成する。

受信回路部１２２は、ＡＤ（ＡｎａｌｏｇｕｅｔｏＤｉｇｉｔａｌ）コンバータ１２２１₁～１２２１_n、ベースバンドアンプ１２２２₁～１２２２_n、ミキサ１２２３₁～１２２３_nおよび受信制御回路１２２４を備える。なお、図３では、ＡＤコンバータ１２２１₁～１２２１_nを「ＡＤ１２２１₁～１２２１_n」と記載している。

ミキサ１２２３₁～１２２３_nには、受信アレーアンテナ１１２₁～１１２_nで受信された反射波が受信信号として入力される。ミキサ１２２３₁～１２２３_nは、それぞれ、電力分配器１２１３から入力される変調信号を、受信アレーアンテナ１１２₁～１１２_nから入力される受信信号にミキシングしてダウンコンバートを行い、ベースバンド信号を生成する。ミキサ１２２３₁～１２２３_nが生成するベースバンド信号はビート信号である。

ベースバンドアンプ１２２２₁～１２２２_nは、それぞれ、前段の対応するミキサ１２２３₁～１２２３_nから入力されるベースバンド信号を増幅する。

ＡＤコンバータ１２２１₁～１２２１_nは、それぞれ、前段の対応するベースバンドアンプ１２２２₁～１２２２_nから入力される増幅後のベースバンド信号をディジタル信号に変換する。

受信制御回路１２２４は、ミキサ１２２３₁～１２２３_n、ベースバンドアンプ１２２２₁～１２２２_nおよびＡＤコンバータ１２２１₁～１２２１_nに対して、これらを動作させるための制御電圧を印加する。また、受信制御回路１２２４は、信号処理回路部１３から指令信号を受信する。すなわち受信制御回路１２２４は、受信した指令信号に従って、ミキサ１２２３₁～１２２３_n、ベースバンドアンプ１２２２₁～１２２２_nおよびＡＤコンバータ１２２１₁～１２２１_nの動作を制御するための制御信号を生成する。

信号処理回路部１３は、マイコン１３１で実現される。マイコン１３１は、各種の演算を行う演算手段の一例である。マイコン１３１に代えて、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、又はＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いてもよい。また、マイコン１３１に代えて、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせた処理回路を用いてもよい。信号処理回路部１３は、送信回路部１２１および受信回路部１２２へ指令信号を送信する。また、信号処理回路部１３は、受信回路部１２２のＡＤコンバータ１２２１₁～１２２１_nからベースバンド信号であるビート信号を受信すると、受信したビート信号を目標検出処理部１５へ出力する。また、マイコン１３１は、判定処理部１３２を実現する。

判定処理部１３２は、車高センサ２１１および自車速度計２２１から情報を取得し、車両２の状態を判定する。具体的には、判定処理部１３２は、車両２が走行中か否か、車両２が坂道の上に存在しているか否かを判定する。ここで、車高センサ２１１は、図１に示した車両傾斜判定装置２１の一例であり、自車速度計２２１は、図１に示した速度計測装置２２の一例である。また、判定処理部１３２は、センサ部１４から出力される検出結果に基づいて、送信アンテナ１１１によるビームの放射方向の調整量を決定し、調整量を示す指令信号を生成して送信回路部１２１の送信制御回路１２１７に出力する。

センサ部１４は、加速度センサ１４１およびジャイロセンサ１４２を備える。加速度センサ１４１は、３つの軸方向の加速度を検出可能であり、３つの軸のそれぞれについて加速度を検出する。ジャイロセンサ１４２は、３つの軸について角速度を検出可能であり、３つの軸のそれぞれについて角速度を検出する。センサ部１４は、加速度センサ１４１が検出した加速度を用いて、送受信モジュール１０のピッチ方向の傾斜角度、具体的には、送受信モジュール１０の送信アンテナ１１１がビームを放射する面と重力の方向との角度を算出する。以下、送受信モジュール１０のピッチ方向の傾斜角度をピッチ角度と称する場合がある。また、センサ部１４は、ジャイロセンサ１４２が検出した角速度を用いて、初期値に対する角度の変化量を算出する。センサ部１４は、算出したピッチ角度および角度の変化量を検出結果として信号処理回路部１３のマイコン１３１に出力する。

つづいて、送受信モジュール１０の送受信アンテナ１１の構成について説明する。図４は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０の送受信アンテナ１１の構成例を示す図である。

送受信モジュール１０の送受信アンテナ１１に含まれる送信アンテナ１１１および受信アンテナ１１２は、樹脂基板の上に形成された複数の放射素子と、給電線路を介して複数の放射素子に給電を行う給電部とで構成される。放射素子はパッチアンテナ、給電線路はマイクロストリップ線路である。給電部は、給電線路と図３に示した送受信回路部１２とのインピーダンス変換を行う導波管－マイクロストリップ変換器で実現される。給電線路を介して共通の給電部から電力の供給を受ける複数の放射素子が１つのアレーアンテナを形成する。また、送信アンテナ１１１では、１つのアレーアンテナが１つの送信サブアレー１１４を構成する。送信サブアレー１１４は、水平方向（ｙ方向）に２列に分けて配置された合計８個の放射素子と１個の給電部とで構成される。また、３チャネルの送信サブアレー１１４が、垂直方向（ｚ方向）に配列され、これらの送信サブアレー１１４が１チャネルの送信アンテナ１１１を構成している。送信アンテナ１１１は、アクティブフェーズドアレーアンテナ（ＡＰＡＡ：ＡｃｔｉｖｅＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＡｎｔｅｎｎａ）として垂直方向にビーム走査をすることが可能である。具体的には、上述した送信回路部１２１のパワーアンプ１２１６₁～１２１６_mおよび移相器１２１４₁～１２１４_mが、送信アンテナ１１１を構成する３チャネルの送信サブアレー１１４が送信波として放射する送信信号の振幅および位相を変化させることで、垂直方向にビーム走査をすることができる。

受信アンテナ１１２は、垂直方向に１列に配列された６個の放射素子と１個の給電部で構成される受信アレーアンテナが水平方向に８個配列された構成である。

ここで、送受信モジュール１０の送信アンテナ１１１がビームを走査可能な方向は、送受信モジュール１０が搭載される車両２のピッチ方向とする。すなわち、送受信モジュール１０は、図４に示したｚ方向が車両２のピッチ方向となるように取り付けられる。また、送受信モジュール１０は車両２の前方に向けてビームを放射するため、図４に示したｘ方向は車両２のロール方向、ｙ方向は車両２のヨー方向に対応する。

送受信モジュール１０は、例えば、図５に示したような形態、具体的には、レーダ装置１の筐体２０に収納された形態で、車両２に取り付けられる。図５は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０とレーダ装置１の筐体２０との関係を示す図である。

図６は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０の送受信アンテナ１１とセンサ部１４との位置関係の一例を示す図である。図６は、図５に示したｙ方向からレーダ装置１の筐体２０および送受信モジュール１０を見た場合の断面を示している。図６に示す例では、板状の送受信モジュール１０の一方の面にセンサ部１４として加速度センサ１４１およびジャイロセンサ１４２が設けられ、センサ部１４が設けられた面の反対側の面に送受信アンテナ１１のアンテナ面１１０が設けられる。アンテナ面１１０とは、図４に示した複数の放射素子および給電部が形成され、電波が放射される面である。センサ部１４は、例えば、加速度センサ１４１とジャイロセンサ１４２が一体化されたワンチップ構成のＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）とすることができる。

つづいて、センサ部１４が加速度センサ１４１で検出された加速度からピッチ角度およびロール角度を求める方法について説明する。ピッチ角度は、送受信モジュール１０のピッチ方向に対する傾きを示し、具体的には、送受信モジュール１０の送信アンテナ１１１がビームを放射する平面と重力の方向との角度である。ロール角度は、送受信モジュール１０のロール方向（水平方向）に対する傾きを示す。なお、送信アンテナ１１１がビームを放射する平面は、図６に示したアンテナ面１１０である。簡単化のため、加速度センサ１４１が加速度を検出する３つの軸は、図４～図６に示したｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と一致しているものとする。よって、アンテナ面１１０が重力の方向に対して傾きを有する場合にはピッチ角度が０°以外となる。

図７は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０が加速度センサ１４１を使用してピッチ角度およびロール角度を求める方法を説明するための図である。

図７において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は互いに直交しているものとする。また、ｚ軸が重力の方向と一致しているものとする。図７に示したｚ軸とｚ’軸との角度θ_pがピッチ角度である。ｚ’軸は、図４～図６に示したｚ軸に対応する。Ａ_z、Ａ_yおよびＡ_zが加速度センサ１４１により検出される３軸それぞれの加速度である。このように定義した場合、ピッチ角度θ_pは式（１）で求めることができ、ロール角度θ_rは式（２）で求めることができる。なお、Ｇは重力加速度を示す。

つづいて、センサ部１４がジャイロセンサ１４２で検出された角速度から上記のピッチ角度θ_pおよびロール角度θ_rの変化量を求める方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０が備えるジャイロセンサ１４２が検出する角速度を示す図である。ジャイロセンサ１４２は図８に示したピッチ角速度ω_p、ロール角速度ω_rおよびヨー角速度ω_yを検出するものとする。この場合、時刻０～時刻ｔ1までの間のピッチ角度の変化量は式（３）で求めることができ、また、ロール角度の変化量は式（４）で求めることができる。なお、ジャイロセンサ１４２が検出する角速度の単位はｒａｄ／ｓである。また、式（３）および式（４）の右辺に記載のθ_pおよびθ_rは、ジャイロセンサ１４２の前回の検出値を用いて算出した角度の変化量である。

ここで、加速度センサ１４１は、回転を検出できないという問題がある。一方、ジャイロセンサ１４２は、停止状態では正しい検出値が得られない、時間の経過とともに検出値にノイズが蓄積して誤差が大きくなる、といった問題がある。これらの問題のため、送受信モジュール１０が搭載された車両２が走行している場合、加速度センサ１４１およびジャイロセンサ１４２の一方のみを用いて精度よく角度を検出することは難しい。そのため、センサ部１４は、車両２が走行している場合、加速度センサ１４１が検出する加速度およびジャイロセンサ１４２が検出する角速度の両方を使用して角度を求める。加速度および角速度を使用して角度を求める方法は一般的に使用されているが、簡単に説明する。一例として、相補フィルタを用いてピッチ角度を求める方法を説明する。なお、相補フィルタの代わりにカルマンフィルタを使用することも可能である。

センサ部１４は、以下の式（５）に従いピッチ角度θ_p(ｎ)を算出する。式（５）において、θ_p ^A(ｎ)は加速度センサ１４１が検出した加速度から算出する角度、θ_p ^G(ｎ)はジャイロセンサ１４２が検出した角速度から算出する角度（角度の変化量）である。また、θ_p ^G(ｎ－１)は、前回のピッチ角度θ_p(ｎ－１)を算出する際に求めた角度の変化量である。なお、角度の変化量の初期値をθ_p ^G(０)とする。ｗは係数であり、通常は、ｗ＝０．９９６である。

式（５）で使用するピッチ角度θ_p ^A(ｎ)およびロール角θ_r ^A(ｎ)は以下の式（６）および式（７）に従って求める。

また、式（５）で使用するピッチ角度θ_p ^G(ｎ)およびロール角θ_r ^G(ｎ)は以下の式（８）および式（９）に従って求める。

なお、センサ部１４はピッチ角度を求めることができればよく、加速度センサ１４１を図７に示したＡ_xおよびＡ_yのみを検出可能な加速度センサとし、ジャイロセンサ１４２を図８に示したω_pのみを検出可能なジャイロセンサとしてもよい。その場合、ピッチ角度を算出する際に使用するロール角度θ_r＝０（ｒａｄ）とする。

つづいて、送受信モジュール１０が車両２のピッチ方向である垂直方向にビーム走査を行う原理について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０によるビーム走査を説明するための図である。図９において、Ｅ1～Ｅnは送信サブアレーＴx1～Ｔxnから放射される電波の電界、θは観測角度を示す。

各送信サブアレーが送信波を放射するときのｍ番目の送信サブアレーからの放射電界をＥ_mとした場合、その合成電界Ｅ(θ)は、式（１０）で表わすことができ、送信アンテナ１１１全体の放射パターンを描く。式（１０）において、Ａ_mはｍ番目の送信サブアレーの振幅、Ｚ_mはｍ番目の送信サブアレーのｚ軸上の位置、ｋは波数（＝２π／λ）を示す。なお、λは使用する周波数の波長である。

垂直方向のＡＰＡＡの場合、パワーアンプで各送信サブアレーの電界の振幅Ａ_mを制御し、移相器で各送信サブアレーの電界の位相φを制御する。送受信モジュール１０は、式（１１）となるように移相器の位相設定γ_mを調整することで、送信アンテナ１１１全体の放射パターンのメインビームの向きを角度θ₀の方向に合わせることができる。式（１１）において、Ψ_mはｍ番目の送信サブアレーの初期位相を示す。

つづいて、送受信モジュール１０が送信アンテナ１１１から放射するビームの方向（以下の説明では「ビーム方向」と称する場合がある）を調整する動作について説明する。

図１０は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０がビーム方向を調整する動作の概要を示す図である。図１０に示すように、送受信モジュール１０は、初期状態では、アンテナ面１１０とビーム方向の角度θ₀が９０°、すなわちθ₀＝９０ｄｅｇとなるよう、各移相器（図３の移相器１２１４₁～１２１４_mに相当）の位相設定を調整する。換言すると、送受信モジュール１０は、ビーム方向がｘ軸方向と一致するよう、調整を行う。初期状態は、送受信モジュール１０が生産されてから各移相器の位相設定の調整が行われる前までの状態とする。送受信モジュール１０は、各移相器の位相設定の調整が行われた後、車両２に搭載されて運用が開始されると、加速度センサ１４１が検出する加速度およびジャイロセンサ１４２が検出する角速度を用いて、ビーム方向のずれを示すピッチ角度θ_pを算出する。送受信モジュール１０は、θ₀≠０の場合、θ₀＝９０－θ_pとなるように各移相器の位相設定γ_mを調整してビーム方向を－θ_pシフトさせる。送受信モジュール１０は、運用を開始した後は、ピッチ角度θ_pを算出してθ₀≠０であれば各移相器の位相設定γ_mを調整する動作を定められた周期で繰り返す。なお、この動作は、図３に示した信号処理回路部１３が送信回路部１２１の送信制御回路１２１７に移相器１２１４₁～１２１４_mの設定変更を指示する指令信号を送信し、指令信号に従って送信制御回路１２１７が動作することにより実現される。ピッチ角度θ_pはセンサ部１４で算出することを想定するが、信号処理回路部１３が算出するようにしても構わない。

送受信モジュール１０が送信アンテナ１１１から放射するビームの方向を調整する動作を更に詳しく説明する。

図１１は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０が車両２に取り付けられた場合に実行するビーム方向の調整動作の一例を示すフローチャートである。以下、図１１に示した動作を初期設定動作と称する。送受信モジュール１０は、例えば、初期設定動作の開始を指示する信号が外部から入力されるか、初期設定動作の開始を指示する操作をユーザから受け付けると、図１１に従った動作を開始する。なお、送受信モジュール１０は、電源が投入されるごとに図１１に従った動作を開始してもよい。また、送受信モジュール１０は、電源が投入されると、初期設定動作を過去に実行して設定が済んでいるかどうかを確認し、設定が済んでいない場合に図１１に従った動作を開始してもよい。

送受信モジュール１０は、初期設定動作を開始すると、まず、加速度センサ１４１が計測した計測値を取得し（ステップＳ１１）、取得した計測値を使用してピッチ角度を算出する（ステップＳ１２）。なお、ピッチ角度は図１０に示したピッチ角度θ_pである。ピッチ角度は上記の式（１）に従って算出する。送受信モジュール１０は、上記の式（５）においてｗ＝０としてピッチ角度を算出してもよい。

送受信モジュール１０は、次に、算出したピッチ角度がビームを走査可能な範囲内か否かを確認する（ステップＳ１３）。ピッチ角度がビームを走査可能な範囲内の場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、送受信モジュール１０は、垂直ＡＰＡＡの位相設定を行う（ステップＳ１４）。具体的には、送受信モジュール１０は、ピッチ角度が０となるように移相器１２１４₁～１２１４_mの位相設定を調整する。送受信モジュール１０は、次に、ステップＳ１２で算出したピッチ角度を第１のピッチ角度θ_p1として記録し（ステップＳ１５）、上述した角度の変化量の初期値θ_p ^G(０)であるジャイロセンサ値の初期値を第１のピッチ角度θ_p1に設定する（ステップＳ１６）。また、送受信モジュール１０は、ステップＳ１２で算出したピッチ角度がビームを走査可能な範囲内ではない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、垂直ＡＰＡＡの位相設定を調整してもピッチ角度を０とすることができないため、車両２への取付の再調整が必要な旨を作業者に知らせるためのエラー通知を行う（ステップＳ１７）。エラー通知はどのような方法で行ってもよい。送受信モジュール１０が表示部を備える構成として文字により通知してもよいし、音により通知してもよい。

送受信モジュール１０は、上記の初期設定動作が終了した後、図１２および図１３に示したフローチャートに従ってビーム調整動作を繰り返す。送受信モジュール１０は、搭載されている車両２が走行中の場合は図１２に示したフローチャートに従って動作してビーム方向を調整し、車両２が停車中の場合は図１３に示したフローチャートに従って動作してビーム方向を調整する。送受信モジュール１０は、車両２に搭載されている速度計測装置２２で計測される速度を確認して車両２が走行中か停車中かを判断する。

図１２は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０が搭載された車両２が走行中に送受信モジュール１０が実行するビーム方向の調整動作の一例を示すフローチャートである。

送受信モジュール１０は、車両２が走行中にビーム方向を調整する場合、まず、車両２自体が傾斜しているか否かを確認する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１は、坂道を走行中であるために車両２が傾斜し、これが原因でビーム方向にずれが生じているのかを判断するために実行する。すなわち、坂道を走行中にビーム方向にずれが生じたと誤って判定し、ビーム方向を調整してしまうことを防止するために実行する。車両２自体が傾斜していない場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、ビーム方向を調整するための位相設定の変更を行わない（ステップＳ２６）。ここでの傾斜は、ピッチ方向（車両２の前後方向）の傾斜を意味する。車両２自体が傾斜していない場合はビーム方向が上記の初期設定動作で設定した方向からずれていないため、ビーム方向の調整は行わない。なお、送受信モジュール１０と車両２との間で物理的なずれは生じないものとする。送受信モジュール１０は、車両２に搭載されている車両傾斜判定装置２１での判定結果を確認して車両２自体が傾いているか否かを判断する。車両傾斜判定装置２１から情報を取得できない構成の場合、送受信モジュール１０は他の方法で車両２自体が傾いているか否かを判断する。走行中に車両２自体が傾斜するのは車両２が加速中または減速中と考えられるため、例えば、送受信モジュール１０は、車両２の速度を繰り返し確認し、速度の変化量が予め定められたしきい値よりも大きい場合に車両２自体が傾斜していると判断する。

送受信モジュール１０は、車両２自体が傾斜している場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、加速度センサ１４１およびジャイロセンサ１４２から計測値を取得し（ステップＳ２２）、取得した計測値を用いてピッチ角度θ_pを算出する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３において、送受信モジュール１０は、上記の式（５）に従ってピッチ角度θ_pを計算する。このとき、ｗ＝０．９９６とする。

送受信モジュール１０は、次に、算出したピッチ角度θ_pがビームを走査可能な範囲内か否かを確認する（ステップＳ２４）。ピッチ角度θ_pがビームを走査可能な範囲内の場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、送受信モジュール１０は、垂直ＡＰＡＡの位相設定を行う（ステップＳ２５）。具体的には、送受信モジュール１０は、ピッチ角度θ_pが０となるように移相器１２１４₁～１２１４_mの位相設定を調整する。一方、ピッチ角度θ_pがビームを走査可能な範囲内ではない場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、送受信モジュール１０は、車両２の傾斜角度が異常である旨をユーザに知らせるためのエラー通知を行う（ステップＳ２７）。エラー通知は、上述したステップＳ１７と同様の方法で行う。

図１３は、実施の形態１にかかる送受信モジュール１０が搭載された車両２が停車中に送受信モジュール１０が実行するビーム方向の調整動作の一例を示すフローチャートである。

送受信モジュール１０は、車両２が停車中にビーム方向を調整する場合、まず、加速度センサ１４１が計測した計測値を取得し（ステップＳ３１）、取得した計測値を使用してピッチ角度θ_pを算出する（ステップＳ３２）。これらのステップＳ３１およびＳ３２は、上述したステップＳ１１およびＳ１２と同じ処理である。

送受信モジュール１０は、次に、車両２自体が傾斜しているか否かを確認する（ステップＳ３３）。このステップＳ３３は、上述したステップＳ２１と同じ処理である。

送受信モジュール１０は、車両２自体が傾斜している場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、ステップＳ３２で算出したピッチ角度θ_pがビームを走査可能な範囲内か否かを確認する（ステップＳ３４）。ピッチ角度θ_pがビームを走査可能な範囲内の場合（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）、送受信モジュール１０は、垂直ＡＰＡＡの位相設定を行う（ステップＳ３５）。ステップＳ３４およびＳ３５は、上述したステップＳ２４およびＳ２５と同じ処理である。送受信モジュール１０は、次に、ステップＳ３２で算出したピッチ角度θ_pを第２のピッチ角度θ_p2として記録し（ステップＳ３６）、上述した角度の変化量の初期値θ_p ^G(０)であるジャイロセンサ値の初期値を第２のピッチ角度θ_p2に設定する（ステップＳ３７）。一方、ピッチ角度θ_pがビームを走査可能な範囲内ではない場合（ステップＳ３４：Ｎｏ）、送受信モジュール１０は、車両２の傾斜角度が異常である旨をユーザに知らせるためのエラー通知を行う（ステップＳ４０）。ステップＳ４０は、上述したステップＳ２７と同じ処理である。

また、送受信モジュール１０は、車両２自体が傾斜していない場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、ステップＳ３２で算出したピッチ角度θ_pを第３のピッチ角度θ_p3として記録し（ステップＳ３８）、記録している第１のピッチ角度θ_p1と第３のピッチ角度θ_p3との差が予め定められているしきい値θ_pt未満か否かを確認する（ステップＳ３９）。「θ_p1－θ_p3＜θ_pt」が成り立つ場合（ステップＳ３９：Ｙｅｓ）、送受信モジュール１０は、ステップＳ３４を実行する。「θ_p1－θ_p3＜θ_pt」が成り立たない場合（ステップＳ３９：Ｎｏ）、送受信モジュール１０は、軸ずれが発生した旨をユーザに知らせるためのエラー通知を行う（ステップＳ４１）。エラー通知は、上述したステップＳ１７と同様の方法で行う。ここでの「軸ずれ」とは、振動などによって送受信モジュール１０の取付方向が変化し、送受信モジュール１０と車両２との間で物理的なずれが生じたことにより、実際のビーム方向と正常なビーム方向との差がしきい値θ_thよりも大きい状態となることをいう。ここでは、例えば、θ_pt＝θ_thとして設定する。

なお、本実施の形態では、送受信モジュール１０を車両２に搭載した後に図１１のフローチャートが示す初期設定動作を実行することとしたが、車両２に搭載する前に初期設定動作を行ってもよい。この場合、重力の方向に直交する平面に送受信モジュール１０を置いた状態とした後、送受信モジュール１０が図１１のフローチャートに従って初期設定動作を行う。

以上のように、本実施の形態にかかる送受信モジュール１０は、物標探知用の信号を送信するビームをピッチ方向に走査可能な送信アンテナ１１１を備え、加速度センサ１４１が検出する加速度およびジャイロセンサ１４２が検出する角速度に基づいてビーム方向のピッチ方向のずれを検出すると、送信アンテナ１１１を構成する各送信アレーアンテナ１１１₁～１１１_mが送信する物標探知用の信号の位相を調整してずれを解消させる。本実施の形態にかかる送受信モジュール１０は、機械的にビームの放射方向を変更するのではなく送信信号の位相の設定を調整してビームの放射方向を変更するため、装置の小型化およびビーム方向の調整に要する時間の短縮化を実現できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１レーダ装置、２車両、１０送受信モジュール、１１送受信アンテナ、１２送受信回路部、１３信号処理回路部、１４センサ部、１５目標検出処理部、２０筐体、１１０アンテナ面、１１１送信アンテナ、１１１₁～１１１_m 送信アレーアンテナ、１１２受信アンテナ、１１２₁～１１２_n 受信アレーアンテナ、１１４送信サブアレー、１２１送信回路部、１２２受信回路部、１３１マイコン、１３２判定処理部、１４１加速度センサ、１４２ジャイロセンサ、２１１車高センサ、２２１自車速度計、１２１１変調回路、１２１２電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１２１３電力分配器、１２１４₁～１２１４_m 移相器、１２１５₁～１２１５_m 逓倍器、１２１６₁～１２１６_m パワーアンプ、１２１７送信制御回路、１２２１₁～１２２１_n ＡＤコンバータ、１２２２₁～１２２２_n ベースバンドアンプ、１２２３₁～１２２３_n ミキサ、１２２４受信制御回路。

Claims

搭載される車両の前方に向けて物標探知用の信号を送信するとともに前記信号の反射波を受信する送受信モジュールであって、
前記信号を送信するビームをピッチ方向に走査可能に配置された複数の送信サブアレーからなる送信アンテナと、
前記ビームの出射方向のずれ量を加速度および角速度に基づいて算出する信号処理回路部と、
前記複数の送信サブアレーが前記信号を送信する際の前記信号の位相を前記ずれ量に基づいて調整する送信回路部と、
を備え、
前記ずれ量が定められた値を超えた場合は前記車両への取付方向の調整が必要であることをユーザに通知する、
ことを特徴とする送受信モジュール。
前記信号処理回路部は、前記車両が停車中の場合は前記加速度を用いて前記ずれ量を算出し、前記車両が走行中の場合は前記加速度および前記角速度を用いて前記ずれ量を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の送受信モジュール。
前記信号処理回路部は、前記車両にピッチ方向の傾きが生じていない場合、前記送信回路部が前記信号の位相調整を行わないように制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の送受信モジュール。
前記信号処理回路部は、前記車両に搭載されているセンサによる検出結果を利用して前記車両にピッチ方向の傾きが生じているか否かを判断する、
ことを特徴とする請求項３に記載の送受信モジュール。
請求項１から４のいずれか一つに記載の送受信モジュールを備え、
前記送受信モジュールが受信した反射波に基づいて物標を探知することを特徴とするレーダ装置。