JPH0146836B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、自動車用FM−CWレーダ装置の
改良に関する。

最近、乗員の保護を主体とした自動車の安全対
策として、自動車にレーダ装置を搭載して他の自
動車又は障害物との間の距離、相対速度を計測し
ながら、自車が危険領域に入ると運転者に警告を
与えたり、自動ブレーキを働かせたりして衝突を
未然に防止させる車間距離制御又は衝突防止シス
テムの開発が盛んに行なわれている。

従来、この種のレーダ装置としては、対象物に
向けて発射された電波の反射波が、それとの相対
速度のため生ずるドツプラ周波数シフトにもとず
いて相手との距離、相対速度などを測定する二周
波ドツプラレーダや、対象物に向けて発射した電
波が反射されて、受信されるまでの電波往復時間
を測定して相手との距離を求めるパルスレーダ、
ビート周波数によるFM−CWレーダなどが汎用
されている。しかしながら、二周波ドツプラレー
ダでは対象物との間に相対速度がないと働かない
のに対し、パルスレーダやFM−CWレーダでは
相対速度が零でも相手との距離を測定することが
できるため、自車と同速度の移動物をも対象とす
る場合には自ずとその適応レーダが決定されるこ
とになる。

また、特に後者のレーダ装置にあつても、パル
スレーダではその出力パルス幅に相当する距離以
下は測定不能となり、そのため至近距離の測定を
行なわせるには出力パルス幅を極微小のものにす
る必要がある。したがつて、パルス発振器の構造
自体及びその反射波の受信に際して技術的な難し
さを伴うことになるが、その点FM−CWレーダ
ではその構造が比較的簡単で制御性に優れ、かつ
至近距離までの測定を容易に行なうことができる
という利点を有している。

この発明はかかる利点を有するFM−CWレー
ダ方式を採用して対象物との距離及び相対速度を
安全確実に計測するようにしたものであるが、先
ずFM−CWレーダ装置の動作原理について説明
する。

第１図に示すように、発振周波数f₀の電波D₁を
周期Tmでf₀＋Δfまで上昇させてf₀まで下降させ
る変調を行なわせ、その変調された電波を対象物
に向けて発射し、その反射波D₂を受信して先の
発射電波と同一時間軸で比較すると、送受信波の
周波数のずれによつてビート周波数f_Rが発生する
が、そのビート周波数f_Rは次の(1)式に示すように
電波の往復時間t_R、すなわち対象物までの距離ｘ
に比例するため、そのビート周波数f_Rの大きさを
測定することによつて距離ｘを検出することが可
能になる。さらに、検出された対象物との距離ｘ
における時間変化を求めることにより、(2)式に示
すように相対速度Vrを検出できることになる。

f_R＝２／Tm・Δf・t_R ……(1) dx／dt＝Vr ……(2) 第２図はかかるFM−CWレーダ装置を自動車
に搭載して、前述のように対象物との間の距離及
び相対速度を検出し、その検出結果と自車の速度
信号とにもとずき予め設定された関数に従つてそ
の時の適正車間距離を求め、この適正車間距離と
実際の車間距離との比較判断を行なわせて、警報
器又は自動ブレーキなどに適宜必要な指令を送出
するように構成した従来装置を示すものである。
すなわち、その自動車用FM−CWレーダ装置は、
発振器１からの発振周波数f₀を変調器２によつて
一定周波数で変調させ、その変調出力を方向性結
合器３及びサーキユレータ４を介してアンテナ５
へ送つて電波を対象物に向けて発射させる。しか
して、アンテナ５によつて受信される対象物から
の反射波を同様にサーキユレータ４を介してミク
サ６に送り、ここで方向性結合器３から分岐され
た送信波と混合させてビート周波数f_Rを生じさ
せ、その微弱なビート周波数信号BFを増幅器７
によつて必要な電圧レベルまで増幅させた後、そ
の増幅信号を周波数カウンタ８に送つてここでそ
の周波数を読取る。そして、読取られたビート周
波数の値が信号処理装置９に送られ、ここで車間
距離ｘ及び相対速度Vrを上記演算によつて求め
ると共に、自車の速度計などから送られてくる速
度信号Vsと算出された他車との相対速度Vrとに
もとずき、（Vs−Vr）・適正車間距離特性が予め
記憶された所定の関数に従つてその時の適正車間
距離x_sを求め、その適正車間距離x_sと実際の車間
距離ｘとを比較して、x_s＜ｘになると外部へ警報
又はブレーキ指令を送出するようになつている。

ここにおいて、かかる従来のFM−CWレーダ
装置では、FM−CWレーダ自体が検知してしま
うネガテイブ像のため、その性能が劣化して誤動
作してしまうといつた欠点がある。すなわち、対
象物が複数存在する場合、たとえば第３図に示す
ように自車Ｃの前方にそれぞれ異なる距離をおい
て並列する２台の車Ａ，Ｂが存在する場合、自車
Ｃのレーダ装置はＡ車、Ｂ車の両方からの反射電
波を受信してしまい、それらの混合されたビート
周波数が生じてＡ，Ｂの区別をすることができな
くなつてしまう。また、自動車に設けられたアン
テナから発射される電波の指向性には限界がある
ため、平坦な路面においてもそれからの反射波が
受信されてしまうことがあり、それによるビート
周波数からみかけ・・・上の対象物による虚偽信号が生
じてしまう。さらに、小さな対象物を検出させる
ために受信機の感度を上げると路面からの反射波
をも多く検知してしまい、その区別をすることが
できないのである。

しかして、このような欠点を解決するものとし
て既に第４図に示すようなレーダ装置が提案され
ている。このFM−CWレーダ装置は、第２図の
増幅器７と周波数カウンタ８との間に直列に接続
されたチヤンネルデバイダ１０及びフイルタゲー
ト１１で成る信号抽出回路S₁と、チヤンネルデバ
イダ１０と信号処理装置９′との間に直列接続さ
れた検波器１２、オフセツトレベル回路１３、マ
ルチプレクサ１４及びAD変換器１５で成るチヤ
ンネル選択回路S₂とを設けたものである。

そして、その動作はビート周波数信号BFを得
るところまでは前述第２図の場合と全く同様であ
り、ビート周波数信号BFは増幅器によつて所要
の電圧レベルまで増幅されてチヤンネルデバイダ
１０に送られ、ここで検出対象のビート周波数帯
域をカバーする狭い周波数バンド幅のチヤンネル
を持つたフイルタ群によつて周波数分析される。
次いで、チヤンネルデバイダ１０の個々のフイル
タをそれぞれ通過することによつて、各チヤンネ
ル毎に周波数分析されたビート周波数信号がフイ
ルタゲート１１及び検波器１２へ送られる。この
際、フイルタゲート１１は信号処理装置９′から
の命令に応じてチヤンネル選択のためゲートの開
閉を行ない、決められたチヤンネル出力のみを通
過させて周波数カウンタ８でその周波数を読取つ
てその内容を信号処理装置９′へ送り、ここで前
述と同様にして特定の対象物との距離ｘ及び相対
速度Vrを演算によつて算出すると共に、自車速
度Vsに応じて適正車間距離x_sを求め、ｘとx_sと
の比較結果によつて外部へ警報又はブレーキ指令
を出力する。

他方、前述したチヤンネルの選択を決定する情
報を信号処理装置９′へ送るために、チヤンネル
デバイダ１０の各チヤンネル出力が検波器１２に
送られて直流レベル化される。この直流レベル出
力は道路上に何も対象物がない時には本来無信号
であるため、各チヤンネル共に一定の基準レベル
になるところであるが、実際には路面からの反射
波により各チヤンネル出力が不揃いとなり、道路
上に真の対象物がある場合にそれを正確に検知す
ることができなくなつてしまう。このため、検波
器１２の出力をオフセツトレベル回路１３へ送つ
て、ここで各チヤンネル出力が同一レベルになる
ように予めオフセツト調整を行なう。次いで、オ
フセツトレベル回路１３の各出力はマルチプレク
サ１４へ送られ、ここで第１チヤンネルの信号か
ら順次切換えられて掃引され、次段のAD変換器
１５へ送られてデイジタル信号化された後に信号
処理装置９′へ送られる。しかして、信号処理装
置９′では、AD変換器１５からの各チヤンネル
の出力レベルから目的とする対象物に対応したチ
ヤンネルを検知し、その選択されたチヤンネルの
フイルタゲート１１へゲートの開指令を送つて必
要なチヤンネルのビート周波数信号のみを前述の
ように抽出している。

しかしながら、かかる周波数分析方式による
FM−CWレーダでは、オフセツトレベル回路１
３によつて平坦な路面に対しては対象物体の有無
の判別に効果があるが、坂道や路側の壁面等によ
る強い反射に対しては対象物体が実際にはないに
もかかわらず、対象物体があると誤判断してしま
うといつた欠点がある。よつて、この発明の目的
は上述の如き欠点のない自動車用FM−CWレー
ダ装置を提供することにある。

以下にこの発明を説明する。

この発明は、第５図に示すように、発振器１の
発振周波数を一定周波数で変調させた電波をアン
テナ５を介して発射させ、対象物で反射した電波
をアンテナ５を介して受信すると共に、送受信波
間に生ずるビート周波数信号BFによつて対象物
との距離を検出するFM−CWレーダ装置に関し、
ビート周波数信号BFを所定周波数帯域毎の複数
のフイルタで通過させると共に、その周波数帯域
毎にフイルタ出力信号を検波演算して出力するマ
ルチフイルタ２０と、このマルチフイルタ２０か
らの出力RCを順次選択して出力するマルチプレ
クサ３０と、このマルチプレクサ３０によつて選
択された検波出力RCをデイジタル信号DSに変換
するAD変換器３１と、このAD変換器３１から
のデイジタル信号DSを入力し、マルチフイルタ
２０からのフイルタ出力信号RFをフイルタゲー
ト３２を介して選択入力すると共に、入力された
ビート周波数信号BFによつて所定の演算を行な
つて警報、ブレーキ指令を出力する演算制御装置
（マイクロコンピユータ）３３とを設けたもので
ある。しかして、マルチフイルタ２０は第６図に
示すように、増幅器７からのビート周波数信号
BFを第７図のような特性区分（ｎチヤンネル）
で分割して出力するフイルタ２１１〜２１ｎと、
これらフイルタ２１１〜２１ｎの出力をそれぞれ
検波する検波器２２１〜２２ｎと、これら検波器
２２１〜２２ｎの出力の平均値を求める平均値演
算器２３と、検波器２２１〜２２ｎの出力及び平
均値演算器２３で演算された平均値AVの差をそ
れぞれ求めて出力する演算器２４１〜２４ｎとで
構成されている。

このような構成において、ビート周波数信号
BFは第２図又は第４図の装置と同様にして得ら
れるが、このビート周波数信号BFはマルチフイ
ルタ２０内のフイルタ２１１〜２１ｎに入力さ
れ、ここで第７図の特性に従つて周波数分割（チ
ヤンネル１〜ｎ）される。フイルタ２１１〜２１
ｎで得られた所定周波数帯域毎の各チヤンネル信
号はフイルタ出力信号RFとして第５図中のフイ
ルタゲート３２に入力されると共に、検波器２２
１〜２２ｎに送られてそれぞれ検波され、これら
検波出力がそれぞれ演算器２４１〜２４ｎに入力
されると共に、平均値演算器２３に入力される。
平均値演算器２３は各チヤンネルの検波出力の総
和を計算し、適当な係数を掛けることによつて平
均値信号AVを求め、これを演算器２４１〜２４
ｎに入力する。演算器２４１〜２４ｎは上述検波
器２２１〜２２ｎからの検波出力と平均値信号
AVとの差を求め、これを検波出力RCとして、
以下第５図中における次段のマルチプレクサ３０
に送る。しかして、マルチプレクサ３０は演算制
御装置３３からの選択信号SLにもとずいて順次
選択チヤンネルを切換えて掃引し、選択出力され
た検波出力をAD変換器３１に送つてデイジタル
信号DSに変換して後に演算制御装置３３に入力
する。演算制御装置３３は各チヤンネルの検波出
力RCのデイジタルデータを格納して後述の判定
動作を行ない、オープンゲートを決定してフイル
タゲート３２に当該チヤンネルの開放指令OIを
出力する。かくして開放されたチヤンネルのフイ
ルタ出力信号RFを取込み、前述の演算をなして
警報またはブレーキ指令を出力するのである。

ところで、FM−CWレーダのビート周波数信
号BFのスペクトル分布を図示すると、対象物が
ある場合は第８図Ａのように対象物までの距離に
相当する周波数をピークとして山型の分布とな
る。これに対し、対象物のない場合のスペクトル
分布は、非対象物からの反射がないときは第８図
Ｂのように全周波数領域にわたつてゼロ・レベル
となるが、非対象物からの反射があるときは同図
Ｃのように山型の分布となる。これらスペクトル
分布上のピークレベルは、対象物による反射信号
であるか非対象物による反射信号であるかには無
関係であつて、ピークレベルによつて対象物の有
無を判断することは困難である。しかしながら、
対象の有無の判別として、他の周波数と比較して
極立つて高い部分が存在するか否かということを
チエツクすると、確度の高い結論が得られること
は図示の特性から明白である。

ここにおいて、マルチフイルタ２０のスペクト
ル分布において、ピーク部分が極立つている場合
と極立つていない場合を比較すると、ピークレベ
ルが同一であつても極立つている場合の平均値は
小さく、極立つていない場合の平均値は大きい。
したがつて、平均値を引くという処理をした場合
のピークレベルは、第９図Ａのようにピークが極
立つている場合の方が同図Ｂのようにピークが極
立つていない場合より高くなる。しかして、マル
チフイルタ２０のスペクトル分布において、その
分布グラフの傾きは山型曲線のピーク部分の極立
ちの程度と相関関係にある。したがつて、演算制
御装置３３は、各チヤンネルと隣接チヤンネルと
の検波出力の差が、外部から設定された値より大
きいか小さいかを判定することによつて、山型曲
線が極立つているか否かが分ることになる。第１
０図Ａはその差が小さくいずれのゲート（フイル
タゲート３２）も開かない場合を示し、同図Ｂは
周波数帯域F₁において上記の差が大きくなりそ
の帯域に相当するゲート（フイルタゲート３２）
が開かれる場合を示している。以上のことから、
外部設定値を適宜なものにすればこれにより対象
物の有無を確実に判別することができる。

一方、第１０図Ｃのように対象物が複数（この
例では２）ある場合でも、低い周波数のチヤンネ
ルから順次設定値を満足するものを探すことによ
り、距離の近い対象物を優先的に識別することが
できる。なお、第１０図Ｃでは周波数帯域F₂に
相当するフイルタゲート３２が開けられることに
なる。

以上のようにこの発明によるFM−CWレーダ
装置によれば、坂道や路側の壁面等の路上にある
対象物以外の物を対象物と誤認することはなく、
多くの対象物が存在する場合でも距離の近い対象
物を優先的に識別することができる利点を有して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは一般的なFM−CWレーダの動
作原理を示す特性図、第２図は従来の自動車用
FM−CWレーダ装置のブロツク構成図、第３図
は自車の前方に複数の対象物がある一状態を示す
図、第４図は従来の自動車用FM−CWレーダ装
置の別の例を示すブロツク構成図、第５図はこの
発明の一実施例を示すブロツク構成図、第６図は
この発明に用いるマルチフイルタの一構成例を示
すブロツク構成図、第７図はマルチフイルタ２０
内のフイルタ２１１〜２１ｎの特性例を示す図、
第８図Ａ〜Ｃはこの発明に用いるマルチフイルタ
のスペクトル分布の様子を示す図、第９図Ａ，Ｂ
はこの発明の判別の原理を説明するための図、第
１０図Ａ〜Ｃは検波出力の曲線とゲート開の関係
を示す図である。 １……発振器、２……変調器、３……方向性結
合器、４……サーキユレータ、５……アンテナ、
６……ミクサ、７……増幅器、２０……マルチフ
イルタ、２１，２１１〜２１ｎ……フイルタ、２
２，２２１〜２２ｎ……検波器、２３……平均値
演算器、２４，２４１〜２４ｎ……演算器、３０
……マルチプレクサ、３１……マルチプレクサ、
３２……フイルタゲート、３３……演算制御装置
（マイクロコンピユータ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発振周波数を一定周波数で変調させた電波を
   発射させ、対象物で反射した電波を受信すると共
   に、送受信波間に生ずるビート周波数信号によつ
   て前記対象物との距離を検出するFM−CWレー
   ダ装置において、前記ビート周波数信号を所定周
   波数帯域のチヤンネル毎に複数フイルタで通過さ
   せると共に、その各フイルタの出力信号を複数の
   検波器によつてそれぞれ検波し、その各検波出力
   の平均値を平均値演算器によつて求め、その求め
   られた平均値と各検波出力との差を複数の演算器
   によつてそれぞれ求めて、その求められた各差信
   号を出力するマルチフイルタと、このマルチフイ
   ルタから出力される各差信号を順次選択して出力
   するマルチプレクサと、このマルチプレクサによ
   つて選択された前記差信号をデイジタル信号に変
   換するAD変換器と、このAD変換器からのデイ
   ジタル信号を入力し、そのデイジタル信号が最大
   値となるチヤンネルにおける前記フイルタ出力信
   号をフイルタゲートを介して選択的に入力してビ
   ート周波数を求め、その求められたビート周波数
   にしたがつて対象物との距離を求める演算制御装
   置とを具えたことを特徴とする自動車用FM−
   CWレーダ装置。 ２ 演算制御装置において、AD変換器からのチ
   ヤンネルごとのデイジタル信号を順次入力し、隣
   接チヤンネルにおけるデイジタル信号との差が予
   め設定された値よりも大きいことを判定して、そ
   のチヤンネルにおける前記フイルタ出力信号をフ
   イルタゲートを介して選択的に入力してビート周
   波数を求めるようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項の記載による自動車用FM−CW
   レーダ装置。