JPH03502363A - 霧中運転用の車両衝突防止レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 霧中運転用の車両衝突防止レーダ装置 視界ゼロの霧の中で車を運転するためには、障害物と車との間の最小距離が完全 に表示されたとしても、車の前の障害物の有無のみを知らせる機器では不足であ り、それらの位置をもつと詳細に知ることも必要であり、その結果、前方に非常 に遅い車がある場合に、特にカーブの近くで、左右または追越し運動のいずれを とるべきかを決定することができる。したがって、例えば障害があったりなかっ たりする場合に前方の狭い各セクタに赤または緑に光る多数のスポットから成る ２次元の象限を用いることによって車の前方の自由空間の図形（第１図）を表示 することが要求される。そのような象限は、ドライバに対面している風防ガラス によって発光像が反射されるような方法で計器盤の上に置くことができる。

換言すれば、問題は突指の障害物の座標を測定することである。極座標を用いる こととし、すなわち第３図から、放射状ベクトルの大きさＲ＝ＯＨを（障害物か らの）距離と呼び、また放射状ベクトルと垂直軸ｙとのなす角Ｚを傾斜と呼ぶ。

Ｒの大きさは、Ｏにあるアンテナから障害物Ｈまで伝搬し、Ｈにより反射されて Ｏに戻る電磁放射線によって要求される時＠ｔの大きさから得られる。伝搬速度 をＣとすれば、Ｒ＝Ｃ−ｔ／２で表わされる。

角／を測る場合、２ｎ−１個のセクタ、例えばｎ＝３のときの第２図に示される ようなセクタに属する面積の利用を可能にするため、小形の固定アンテナによっ て照射されて少し発散するｎ個のマイクロ波ビームを使用することができる。こ の図において、５個の角度セクタを区別することができ、したがって角Ｚを５部 分にａ子化することができる。すなわち、もし障害物が例えばセクタＢの中心線 に置かれているならば、障害物はビームを通してのみ検出され、もしそれが例え ばセクタＡ＋８の中間位置に置かれるならば、それはビームＡおよびＢの両方に よって検出される。

「＠幅識別」と叶ぶこの方法は、自動追尾装置に使用されるモノパルス・レーダ の方法を思い出させるように見えるが、全く同じではなく、実際にそのような装 置は物標が１個しかないときのみ自効であるが、物標が２個以上であるとき、特 に物標がレーダから等距離にあって群をなす場合には無効である。これに反して 本発明の装置は、最も実際的な障害物の形状について満足な精度で各障害物ごと に信号を与えるようにしている。正確に検出するのが最も困難な形状は、アンテ ナから同じ距離Ｒにすべて整列された障害物の形状であるが、本装置によって与 えられる安全が得られない特殊のケースを除き、本装置は慎重なドライブに十分 な情報を供給する。

採用すべき手順は下記の通りである。説明を簡単にするだめに、ｎ−＝３（第２ 図）とすれば、３個のビームは同時に送受信する。したがってそれぞれの送信機 および受信機に接続される３個のアンテナに属している。３個の各送信機によっ て一度に１個の短波パルスが出されるが、３個の受信機は常に同期して作動され る。いまアンテナＡによって１個のパルスだけが出され、かつアンテナから距離 ＲでセクタＡの中に１つだけの物標が完全に存在するものとすれば（第２図参照 ）、一定の時間がたってから、物標による反射によって生じるエコーはアンブナ へで受信されるがアンテナＢでもアンテナＣでも受信されず、もし物標がセクタ Ａ＋８の中にあればエコーはアンテナＡおよびＢで受信されるがアンテナＣでは 受信されない。次のパルスはアンテナＢによって出されると、セクタＡ＋［３の 中にある同じ物標はアンテナＢおよびＡによって実際に同時に受信されるがアン テナＣによっては受信されないエコーを反射するが、もし物標がセクタＢの中に 置かれているならばその物標はアンテナＢでのみ受信されるエコーを反射する。

言うまでもなく、アンテナから同じ距離Ｒ１，：置かれかつセクタＡに第１目標 が含まれ、セクタＢに第２目標、セクタＣに第３目標が含まれてセクタＡ十Ｂま たはセクタ８←Ｃに彰青を及ぼさない２個または３個の別々な整列した物標が装 置によって別々に認識し得るのは、本装置が第１にアンテナＡによってのみ、第 ２にアンテナＢにより、さらに第３にアンテナＣによってのみエコー信号を受信 するが、アンテナ八と８またはアンテナＢとＣによって決して同時に受信しない からである。

物標が例えばセクタＡ＋［３のような共通セクタの１つに置かれかつアンテナか ら距離Ｒにあるとき、幾何学的に考えて同時受信が起こる。実際にアンテナＡに より送信されるインパルスは障害物を傍受して両アンテナＡおよびＢにエコーと して戻る一方、アンテナ已により送信されるインパルスは障害物を傍受して両ア ンテナＢおよび八にエコーとして戻る。これはセクタＡまたはセクタＢのいずれ か一方もしくは両方における障害物の有無にかかわらず起こるが、それは前述の 区別をも可能にするような信号の追加操作を除き、セクタＡおよびＢが同じ距１ １１Ｒでの障害物の有無を区別し得ないからである。そのような操作を回避する ために、セクタＡおよびＢが同じ距離でセクタＡ＋Ｂにある障害物と整合される 障害物をも含むような、悪いケースを想定するのが妥当である。

したがって、全３個のセクタＡ、Ａ＋８およびＢを包含するスパンを持つ距離Ｒ で１個の障害物に相当する信号報知を与えることが必要である。この信号報知の 選択は、本装置の重大な制限を構成しない。危険な策動を思いとどまらせなけれ ばならない霧の中で運転するという事実を忘れてはならない。想定する同じ距１ １１Ｒにもう１つの障害物が含まれるセクタＣまで論究をこれから拡大するが、 セクタＢ十Ｇには障害物は全く存在せず、そのときセクタＢ＋−Ｃは障害物を含 まないものとして示されるが、セクタＣは障害物を報知する。説明されたビーム による結論として、霧の中をどうやって進むかという完全な角度情報が得られる 。さらに、表示装置に示される道路境界をきめるガード・レールその他の検出可 能な表面はドライバ前方の空間の完全な展望を供給する。実際に全く安全な運転 をするには、堀、谷などを回避するように、道路および通過帯の縁のマイクロ波 反射表面が欠けている場合にそれらを具備する必要がある。

障害物が例えば距離Ｒ−５０ｍでセクタＡに検出されると、その警報灯がつくだ けではなく、その距離を越えた警報灯もすべてつくことが予想され、これはＲ− ５０，６０，７０・・・ｍでセクタＡに関するすべてのスポットについて第１図 に示される通りである。これは、光学装置に常時起こるように、障害物がそのシ ェード・コーン内にあるすべてのものを隠すという事実を簡潔に表わす。

この配列は同時受信について前に説明した信号報知を必要に応じて沢山出すとい う利点をも備えている。

機器の作動は３つの段階から成る。第１段階は、電波伝搬の調査およびそれぞれ のアンテナを持つｎ個の送受信ユニットのマイクロ波装置の選択に関する。第２ 段階は、Ｒおよび７の計篩に必要なデータを得る範囲内で送受信された信号を最 も適切に変調、増幅および組合せるすべての回路に関する。第３段階は、１個の 障害物だけではなく表示装置に表示すべき複合障害物形状にも関係のある異なる データ（ＲおよびＺ）の大きさのディジタル処理であり、実際に受信機に達する 弱いエコー信号は適切に増幅されてから、ディジタル高速処理形の専用回路によ って、上述の基準にしたがって必然的に解読されなければならない。これは所望 の処理能力にかんがみて多少複雑な技術的解決により困難なく実行することがで きるので、特定の作動をここで詳細に説明することはしない。処理は例えば第１ 図に示されるような２次元表示で表わすことができる。同様に、受信機からの弱 いエコー信号の増幅に関する詳細な説明が無益であるのは、処理が現在の手法に よって知られているからであり、同じことが送信機およびアンテナについても苫 える。結論として、上述の部品の詳細な作動はどんなケースでも本発明の考え方 の範囲内にあって、１つの構造からもう１つの構造へと広く変わることができる 。

いま、本装置の有効性を確認し得る簡単なプロトタイプを供給する特定の選択を 重要な例示化として表わす。

１０ＧＨ２で３個の同じ共振空洞ガンプレクサを使用するが、これらはおのおの ガン・ダイオードおよびバラクタ・ダイオードにより無線周波信号を発生・変調 し、ショットキー・ダイオードによりエコー信号を検出することができる。小形 指向性ホーン・アンテナが、第２図に示される通り３つの狭い発散ビームを形成 するように空洞に適用される。ガン・ダイオードは指図どおり供給され、また空 洞は同じ周波数ｆ１に校正される。変調器と呼ばれる適当な回路は、ナノ秒の何 １０分の１という持続時間τを有するごく短い電圧パルスを発生させ、順に並ん だ３個の各バラクタ・ダイオードに一度に１個ずつそれらを送るようになってい る。この方法で、各空洞は周波数ｆ　　Ｅｆ、＋ｆｂで短時間でのあいだ発振す るが、ただしｆｂはバラクタに加えられる張力パルスに左右される。したがって 周波数ｆ２のマイクロ波列は時間でのあいだアンテナの１つによって出され、距 離Ｒに置かれた予想の物標に当たって、反射した微小部分は時間ｔ＝２・Ｒ／Ｃ （Ｃは波列の伝搬速度）を経過してから１つ以上のアンテナに戻る。それはアン テナから対応する受信用ショットキー・ダイオードに送られる。一方では、周波 数ｆ　で短い発振を送信した空洞は周波数ｆ１でも発振を再び始め、この発振の 微小部分は自らのショットキー・ダイオードにも送られ、したがって周波数ｆ２ およびｆ、でのＦ記２つの発振の積が作られる。結論として、前記空洞のショッ トキー・ダイオードの出力端子で下記の形の信号が時間でのあいだ存在する：υ （ｔ）＝ｒ　（ｔ）・ｆＴｌ（ｔ） ＝Ａ　　ｃｏｓ　（２πｆ２　ｔトφ２　）−Ａ１ｃｏｓ　（２πｆ、ｔ＋φ１ ） ＝ＡｃｏＳ［２π（ｆ　　＋ｆ　　）ｔ＋（φ２＋φ１）］＋ＡＣＯ５［２π（ ｆ　　−ｆｌ）ｔ＋（φ２−φ１）］ま ただしｒ　（ｔ）はエコーによる信号、ｍ（ｔ）は局部発振ｆ　による嬶、（Ａ ２・Ａ１／２）＝Ａである。この計粋結果ｕ（ｔ）は２つの信号１　（１）とｍ （ｔ）のビートと呼ばれ、等しい振幅Ａの２つの成分から成るが、ｆ、＞ｆ２； ＞１０ＧＨｚとすれば、第１成分は約２０ＧｌｌＺの周波数を有し、これは重要 ではないので無視されるが、これに反して第２成分ははるかに低い周波数を有し 、障害物によるマイクロ波反射から得られる３つの有用な信号を構成する。実際 には、前述の通り残りの２つの空洞も周波数ｆ１で発振し、障害物がセクタＡ＋ ＢまたはＢ十Ｃにある場合に起こる周波数ｆ２でのエコー信号受信のケースでも それらのビート効果は有効である。結論として、周波数ｆ２で短い発振が出され る瞬間と周波数ｆｂでの発振がショットキー・ダイオードの１つから出る瞬間と の間の８８闇ｔの長さから、空洞と障害物との間の距離を式Ｒ＝Ｃ−ｔ／２で簡 単に求められる。

送信にパルス信号を用いると深さを区別することができ、これは式ｒ＝ｃ・τ／ ２によってパルス持続時間τに制限される解像度で一段と離れた数個の障害物を 連続して識別しかつ区別することができることを意味する。

障害物を検出するのに重要な最大距”　ＲＩａＸはパルス繰返し周波数を設定し たり、式Ｔ　　、　＝Ｒ／ｃにより１１ｎ　　　　　　■ａ× パルス・タイミングＴ　（Ｔ＝１／ＰＲＦ）を設定する。

エコー重１１（周期外エコー）の不利を回避するために、Ｔｓｉｎの少なくとも ２倍の値Ｔを使用する必要がある。

こうして、プロトタイプで距離Ｒ１８ｘ＝１００ＴｒＬ（したがってＴ、、、＝ ０．６７μｓ＞を想定しながら、２μｓに等しいＴの値が選択された。縮尺図で はない第４図はｆ　、ｆ２、τ、王の関係を通約に示している。

１０ｎｓ（ナノ秒）のセグメントにあるＲ■ａＸの選択された小区分はおのおの 、いろいろな距離での障害物のない区域を認識するに足る。これはτ＝　５７　 ｎｓより長くないパルス持続時間で作動することを意味する。したがって往復２ ０ｍの電波走行に等しい５７　ｎｓの間隔が固定され、カウンタによってそれら が走査された。周波数ｆ２での電波発生の瞬間１＝０から適当な比較回路（第６ 図）によりエコーが検出される瞬間までカウンタによって作られた間隔の四ｋに より、量化された障害物の距離Ｒを評価し得るようになる。第５図では、距離２ ０ｍと５０面の２個の障害物の存在が微水されている。エコー信号の輝度が障害 物距離の増加につれて弱くなることを利用して、距離すなわちＲ１すなわちｋと 共に増加する増幅度を持つ受信機が用いられる。このように、エコー信号の振幅 を正規化する第１段階が得られ、これは下記の回路のすべてにとって重要である 。Ｒおよび２の大きさについて上記説明の通り作動する回路のブロック図が第６ 図に示されている。

発振器は周期での方形波を変調器、カウンタおよび周波数分割器に送り、周波数 分割器からパルス繰返し周波数１／Ｔが得られるが、それはカウンタ、変調器お よび論理ならびに表示装置に送られる。変調器は２つの受信した信号に基づいて 、テンション・パルスを各空洞Ａ、８、Ｃに一度に１つずつ順に送るが、そのエ コー受信信号出力はカウンタからの利得制御信号をも受信する増幅器に送られる 。次に増幅された信号は、カウンタ・ディジタル出力を利用して角［１！Ｚおよ び距１１１１Ｒの識別を与える比較回路に入る。３つの信号ＰＲＦ、ＺＳＲは表 示装置に最終表示を与え適当な論理回路によって収集・処理される。

本装置の１つの重要な特徴は、車が作る雑音によって装置が影響されないことで あり、したがって電磁緊急の場合、送信波形は（短いパルスによって）振幅変調 されず、周波数変調されることが大切である。したがって本発明の目的は、周波 数パルス変調を考案してこれを共振空洞によって得ることであるが、共振空洞は 連続波により作動するように設計されかつ電気通信またはドツプラー・レーダ装 置に普通使用される。

結論として、実際に機能図が現在のレーダのものと全く違っていることを明らか にしなければならず、実際には送信機がオフでありかつエコーが留意されるあき 周期と交互に形成される高電力無線周波数パルスは出されず、さらに角度Ｚを決 定するために（大きくｍｓａでしかも軽麺でない）浮動アンテナまたは（極めて 高価で指向性の低い）フェーズド・アレー・アンテナは不要である。代って予想 される斬新性は次の通りであり、すなわち（ａ）高利得、高指向性のアンテナ（ ホーン形またはパラボラ形）を使用できる簡単でしかも一段と経済的な装Ｎ（共 振空洞）を用いて連続だが周波数変調された電波（短いパルスτ）を送信するこ と、（ｂ）分散しかつ角度２決定のために固定されたｎ個のビームに基づく「振 幅区別ｊ法を採用することである。したがって本装置は、重複するアンテナ・パ ターンを用いて角度誤差を得る振幅比較モノパルス追尾レーダとは違っている。

本装置がラジオ・ピーンの模倣でないのは、本装置が完全自立装置であり、例え ば他の車にトランスポンダを取り付ける必要がないからである。本装置がドツプ ラー効果に基づく電波高度計の進歩した形でもないのは、ドツプラー効果が利用 されず、すなわち実際には航空機と地上との間の距離のように１回だけ測定すれ ばよいのではなく、第１図に明示される通り、自由空間および占有空間の完全な 前方マツプを得るために、ドライバの前方を絶えず移動する障害物とその角度位 置Ｚによって何回も異なる測定を実行する必要があるからである。

言うまでもなく、この発明による装置は陸海空にあるどのような形のビークルに もそれを適応させる当業者によって変形することができる。

国際調査報告 ＋１＋＋ｅｍｌ　Ａｍ肯＋＋°”’１　　ＰＣＴ／：Ｔ　２９１０ＯＯＣ２国際 調査報告 Ｉ丁８９００００２

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．障害物の２次元表示が直接見られたり、風防からドライバに向かう反射によ って見られたりする、すなわちドライバが前方の道路と共に表示を見ることがで きる、霧中運転用の車両衝突防止レーダ装置であって、発振器、変調器、カウン タ、周波数分割器、ガン・ダイオードおよびショットキー・ダイオードと共に共 振する空洞、ならびにバラクタ・ダイオード、増幅器、比較回路、信号処理論理 回路、表示装置を含み、下記の通り作動し、すなわち発振器は周期の方形波を変 調、カウンタおよび周波数分割に送り、周波数分割からカウンタ、変調器および 論理処理回路に送られるパルス繰返し周波数１／Ｔが得られ、変調器は２つの受 信信号に基づいてテンション・パルス（τ）を一度に１つずつ各空洞に順次送り 、そのエコー受信信号出力はカウンタからの利得制御信号をも受信する増幅器に 送られ、次に増幅された信号はカウンタのディジタル出力を利用して角度Ｚおよ び距離Ｒを識別する比較回路に入り、３つの信号ＰＲＦ、Ｚ、Ｒは表示装置に最 終的に表示させるために適当な論理回路により収集・処理される、 ことを特徴とする霧中運転用の車両衝突防止レーダ装置。
2. ２．アンテナを移動する必要もなく、トランスポンダをも必要とせず、輝度調節 式の表示装置をさらに含む、ことを特徴とする自立式完全電子ソリッド・ステー ト装置。
3. ３．論理装置によって受信したエコー信号を処理して障害物の角度Ｚならびに距 離Ｒを識別するために車両前方の２ｎ−１個のセクタを調査するｎ個の発散マイ クロ波ビームを利用し、 （ａ）障害物の距離Ｒおよびそれが属するセクタを信号で報知する装置と、（ｂ ）共通セクタからエコーが入る場合にそれが多過ぎることを信号で報知する装置 と、（ｃ）障害物を信号で報知する際にその陰の錐面に沿って拡大する装置とを 含むことを特徴とする自立式完全電子ソリッド・ステート装置。
4. ４．請求項３により論理処理結果を表示する装置。
5. ５．ガン・ダイオード、ショットキー・ダイオードならびにおそらくはバラクタ ・ダイオード、あるいは一段と経済的であると同時に、ビート作用により障害物 に起因するエコーを検出するためにパルス周波数変調されたマイクロ波を出す他 のアナログ装置などと共に供給される共振空洞の本装置における使用および応用 。
6. ６．上述の諸装置により作動される周波数ｆ２で受信されたエコー波列と、周波 数ｆ１での局部発振との間でビート作用を生じる、ことを特徴とする自立式完全 電子ソリッド・ステート装置。
7. ７．距離Ｒおよび角度Ｚを測定するディジタル・比較器ならびにカウンタを含む ことを特徴とする自立式完全電子ソリッド・ステート装置。