JPH0433099A - ドプラー式車両検知装置 - 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】 技術分野 この発明はドプラー効果を利用した車両検知装置に関す
る。

従来技術とその問題点 ある周波数の送信波が移動物体で反射すると周波数が変
化して受信される。これをドプラー効果といい、この周
波数差をドプラー周波数という。

従来のドプラー式車両検知装置は、１個の送波器と１個
の受波器を備え、受波器による反射波の受波信号を送波
信号を用いてホモダイン検波し、得られる検波圧力に基
づいて車両の感知や速度を計測するものであった。

しかしながら、このような従来のドプラー式車両感知器
はホモダイン検波出力によって車両の有無等の判断を行
うため、降雨、降雪による反射波と車両からの反射波の
区別が困難であり誤検知するという問題点がある。降雨
、降雪もまた移動体であり、ドプラー効果による反射波
の周波数シフトを生じさせるからである。

発明の目的 この発明は、降雨、降雪等の車両以外の移動物体と車両
とを区別し、車両のみを確実に検知できるドプラー式車
両検知装置を提供することを目的とする。

この発明はまた。降雨、降雪等を車両とは別に検知でき
るようにすることを目的とする。

発明の構成１作用および効果 この発明によるドプラー式車両検知装置は、道路上方に
設けられた送波手段、道路上方において受波方向にほぼ
（１＃ｌ）波長離して配置され、物体からの反射波を受
波する２つの受波手段、これらの受波手段の受波信号か
ら移動物体によるドプラー・シフト周波数成分信号をそ
れぞれ取出す検波手段、および一方のドプラー・シフト
周波数成分信号を基準とする他方のドプラー・シフト周
波数成分信号の位相により、移動物体が車両が、車両と
は反対方向に運動する成分をもつ他の物体かを識別する
手段を備えていることを特徴とする。

２つの受波手段は、車両の進行方向と車両以外の他の物
体（降雨、降雪等）の運動方向とが互いに反対方向の成
分をもつ位置に設けられる。

この発明によると２はぼ（１／８）波長離して配置され
た２つの受波手段を備え、これらの受波手段で受波した
信号からそれぞれ抽出された２つのドプラー・シフト周
波数成分信号の位相関係から。

定まった方向に移動する車両とこれとは反対方向に運動
する他の物体とを明確に識別することができる。したが
って、車両のみを正しく検知することが可能であり、従
来のように雨や雪による誤検知がなくなる。

この発明において、２つの受波手段の間隔は厳密な意味
で使用信号波の波長の１／８の距離である必要はなく、
２つの受波信号から抽出された２つのドプラー・シフト
周波数成分信号の位相関係がら、相反する方向に運動す
る物体を相互に識別できるような距離であればよい。上
記の位相関係を最も正確に判断できるのが（１／８）波
長である。

上記他の物体の検知が所定時間続いているがどうかを判
定し、続いているときに異常信号を出力する手段をさら
に備えるとよい。

上述のように上記識別手段によって移動物体の移動方向
が判定できるので、あらかじめ定められた車両の移動方
向とは逆方向に移動する他の物体の有無もまた判定可能
である。この他の物体はたとえば降雨、降雪であり、こ
のような降雨、降雪が長時間連続して検出されていると
きには２豪雨などの異常気象であると判定し、その旨を
出力して注意を促すようにすることができる。

実施例の説明 第１図はドプラー式車両検知装置の配置構成を示してい
る。

道路の側方には支柱３が立てられ、この支柱３の上部に
マイクロ波アンテナ１が、俯角θで下方に向けて取付け
られている。このアンテナ１内には第２図に示すように
、マイクロ波発振用のガン・ダイオード１１と、２つの
検波用ダイオード１２、１３とが設けられている。２つ
の検波用ダイオード１２と１３は、マイクロ波の波長を
λとすると、マイクロ波の送受波方向（アンテナの軸方
向）にｇ−λ／８の距離離して配置されている。

支柱３から道路の幅方向の中央に向って水平方向に腕を
のばし、この腕にアンテナ１を取付けるようにしてもよ
い。このようにすることによりアンテナ１を道路の真上
に配置できる。もちろん、道路の両側に２本の支柱を設
け、これらの支柱の上端間に横棧を渡し、この横棧にア
ンテナ１を取付けるようにしてもよいし、他の構造物、
たとえば歩道橋、陸橋等にアンテナ１を取付けることも
できる。支柱２には、ガン・ダイオード１１を駆動する
とともに、検波用ダイオード１２．１３にょる受波信号
に基づいて車両検知、降雨、降雪検知等の処理を行なう
信号処理装置２が取付けられている。

好ましくはこの信号処理装置２はオンラインでまたは無
線によりセンサと通信可能である。

車両Ｃはマイクロ波アンテナ１に向う方向に路上を移動
する。車両Ｃの速度をＶＣとすると、アンテナ１の軸方
向の速度成分ｖ（、は＋ＶＣ＃＝ｖｃ’ｃｏｓθで表わ
される。ただし、アンテナ１は車両Ｃの進行経路と同一
垂直面上にあるものとする。

一方、雨、雪などの物体Ｒが垂直下方に落下しているも
のと仮定し、その落下速度をＶＲとすると、この物体Ｒ
のアンテナ軸方向の速度成分ＶＲ。

は＋　ＶＲｅ−ＶＢ　　’Ｃｏｓθで表わされる。この
場合も、物体Ｒの落下軌跡と同一垂直平面上にアンテナ
１かあるものと仮定する。

いずれにしても、車両Ｃおよび雨、雪などの物体Ｒは、
アンテナ軸方向（マイクロ波の送波、受波方向）の速度
成分ｖＣ＃＋　　ＶＲｅをもち、これらの速度成分は互
いに反対方向を向いている。これらのアンテナ軸方向の
速度成分がマイクロ波の周波数のドプラー・シフトに関
与する。

一般にドプラー・シフトを受けた反射波の周波数ｆ、は
次式で表わされる。

ｆ　、　＝　（１＋（２ｖ／ｃｏ　）　ｌ　ｆｏ　　　
−（１）ｆｏ＝送信周波数 Ｃｏ　：光速 Ｖ　：アンテナ軸方向の速度 （上述のｖＣ＃＋　　ＶＲｅ） 物体か受信器に近づくときの速度を正とすると１反射波
の周波数ｆ、が送信周波数ｆ。に比べて高いときは近づ
いてくる物体であり、低くなっているときは遠ざかる物
体であると判断できる。

第２図を参照して、ガン・ダイオードｌｌのマイクロ波
発振周波数をｆ。（角周波数ω。−２πｆｏ）とする。

上述のように検波用ダイオード１２と１３はλ／８離し
て配置されている。

検波用ダイオード１３の位置における送信波をＡｓ１ｎ
　Ｃｔ）。ｔ、受信波をＢｓ１ｎ　　（ω０±ωｎ）ｔ
（Ａ、Ｂは定数）とすれば、検波用ダイオード１２の位
置における送信波、受信波はそれぞれＡ　５ｆｎｔωｏ
ｔ　−（π／　４　）ｌ、　Ｂ　５ｉｎｌ（ωｏ±ω４
）ｔ＋（π／４））で表わされる。

送信波と受信波をホモダイン検波し、この中から必要な
ドプラー信号のみを取り出す。この結果、物体が近づく
ときと遠ざかるときとではそれらの間に位相差が生じる
。この位相差により車両を雨、雪などから識別すること
ができる。車両はアンテナ１に近づいてくる物体であり
、雨、雪などは遠ざかる物体であるからである。

以下に詳細に説明する。

検波用ダイオード１３において２乗検波されるので、検
波信号は次のようになる。ω、はドプラー効果による角
周波数変化成分である。

（Ａｓｉｎ　Ｃｏ　ｔ　−Ｂｓｉｎ　（（ＩＪＯ±ω（
１＞　ｔ）　２−Ａ２ｓｉｎ２ωｏｔ　−２ＡＢｓｉｎ
ω。ｔｓｉｎ（ωｏ±ωａ）ｔ＋８２ｓｉｎ　２（ωｏ
±ω４）を 上式の第２項に着目すると。

一２ＡＢ（ωｏ±ωａ　）　ｔｓｉｎ　ω。を纏ｃｏｓ
　（ωθ±ω−＋ωｏ）ｉ −ｃｏｓ　　（ω０　±ω−−ωｏ）ｔ−ｃｏｓ　（２
ωｏ±ωａ　）　ｔ　−ｃｏｓ　（Ｌ）１　ｔ　　　　
−（２）を得る。

信号処理装置において検波信号は低域通過フィルタを通
過し、低周波成分（ドプラー・シフト周波数成分）のみ
が取出される。それは第（２）式におけるｃｏｓω４　
ｔである。

同じように検波用ダイオード１２による検波出力は次式
で表される。

（Ａｓｉｎ　　［ωｏｔ　　　（π／４）コ−Ｂｓｉｎ
　（ω０±ωａ）ｔ＋（π／４Ｎ２−Ａ２ｓｉｎ２［ω
ｏｔ−（π／４）］−２ＡＢｓｉｎ　　（（ＩＪＯｔ　
−（π／４）　）ｓｉｎ（（ω。±ω、）１＋（π／４
））＋８２ｓｉｎ２　ｆ（ω０±ω、）１＋（π／４）
）上式の第２項は次のように変形される。

２ＡＢｓｉｎ　　（Ｃｏ　ｔ　−（π／４）　１ｓｉｎ
ｔ（ω０±ω、）１＋（π／４））−ｃｏｓｆ［ωａｔ
−（π／４）］ ＋（ω。±ωｉｔ＋（π／４）） −ｃｏｓｉ［ωｏｔ　　（π／４）］ ＝（ω。±ωｄ）ｔ−（π／４）） −ｃｏｓ　（２ω０±ωａ）ｔ ｃｏｓ　　ｉ壬ω４　を−（π／２））−ｃｏｓ　　（
２ω０±ω−）　ｔ　−５ｉｎ　（壬ω＊ｔ）・・・（
３）第（３）式におけるｓｉｎ　　（壬ωａ　ｔ）が低
域通過フィルタを通過した後のドプラー効果による周波
数シフト成分（以下、ドプラー信号という）である。

したがって検波用ダイオード１２．１３から得られるド
プラー信号、およびそれらの位相関係はそれぞれ下表の
ようになる。

検波用ダイオード１２．１３から得られる信号の間には
必ずπ／２の位相差があり、検波用ダイオード１３から
得られる信号に対して、検波用ダイオード１２から得ら
れる信号の位相は物体が近づく、または遠ざかるに応じ
て進み、または遅れるので。

これにより車両を雨または雪から識別することができる
。

第３図は信号処理装置２の電気的構成の一例を示してい
る。この図においてガン・ダイオード１１の駆動回路は
省略されている。また、第３図に示すブロックの出力信
号Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの波形か第４図に示されている。

検波用ダイオード１３．１２の検波出力は上述のように
検波回路２３．２２でそれぞれホモダイン検波されかつ
低周波成分のみが抽出される。これらの検波回路２３．
２２から出力されるドプラー信号Ａ、　　Ｂは上述のよ
うにｃｏｓ　、　ｓｉｎ信号である。ドプラー信号Ａは
波形整形回路２４でその零レベルで弁別されて方形波信
号Ｃに変換されるとともに、整流回路２５て整流される
。同じようにドプラー信号Ｂは波形整形回路１４で波形
整形され方形波信号りに変換されるとともに、整流回路
１５で整流される。これらの信号Ｃ，Ｄおよび整流信号
は処理回路１０に入力する。処理回路ｌＯはたとえばＣ
ＰＵとその周辺回路（メモリなど）から構成され、第５
図に示す手順にしたがって入力信号を処理し１各種の検
知信号を出力する。

第５図に示す処理は一定周期で実行される。まず異常気
象検知用のカウンタがリセットされ（ステップ３１）、
整流回路２５または１５の整流出力が一定レベルを超え
ているかどうかが判断される（ステップ３２）。いずれ
かの整流出力が一定レベル以上であれば波形整形信号Ｃ
，Ｄを取込みそれについての処理に進む。いずれの整流
出力も一定レベル以下であれば、車両検知出力をオフし
かつカウンタをリセットする（ステップ４０．４１）。

信号Ｃ，Ｄの処理は次のようにして行なわれる。信号Ｃ
を基準信号として、その立下りの時点で信号りのレベル
がＨレベルかＬレベルかを判定する（ステップ３３．３
４）。信号Ｄ　７５＜　Ｈレベルであれば（第４図に破
線で示す）、それは近づく物体によるドプラー信号であ
り車両と判断して車両検知出力をオンとする（ステップ
３５）。信号りが信号Ｃの立下りの時点でＬレベルであ
れば（第４図に実線で示す）、それは遠ざかる物体によ
るドプラー信号であり、降雨または降雪によるものであ
ると判定し、車両検知出力をオフするとともに。

カウンタを１インクレメントする（ステップ３６゜３７
）。カウンタのカウント値が一定値以上になったときに
は、降雨または降雪が一定時間以上連続しているのであ
るから異常気象信号を出力する（ステップ３８．３９）
。この異常気象信号はたとえばセンサへ気象情報として
送られる。

信号ＣまたはＤの周波数もしくは周期を用いて車両速度
の計測も可能である。

この発明は超音波等の他の波動を用いても実現できるの
はいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は車両検知装置の配置構成を示すものである。 第２図はマイクロ波アンテナの構成を示すものである。 第３図は信号処理装置の電気的構成を示すブロック図で
ある。 第４図は第３図に示すブロックの出力信号を示す波形図
である。 第５図は信号処理手順を示すフロー・チャートである。 １・・・マイクロ波アンテナ。 ２・・・信号処理装置。 工０・・・処理回路。 １１・・・ガン・ダイオード。 １２、１３・・・検波用ダイオ− １４、２４・・・波形整形回路。 １５、２５・・・整流回路。 ２２、２３・・・検波回路。 ド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）道路上方に設けられた送波手段、 道路上方において受波方向にほぼ（１／８）波長離して
   配置され、物体からの反射波を受波する２つの受波手段
   、 これらの受波手段の受波信号から移動物体によるドプラ
   ー・シフト周波数成分信号をそれぞれ取出す検波手段、
   および 一方のドプラー・シフト周波数成分信号を基準とする他
   方のドプラー・シフト周波数成分信号の位相により、移
   動物体が車両が、車両とは反対方向に運動する成分をも
   つ他の物体かを識別する手段、 を備えたドプラー式車両検知装置。
2. （２）上記他の物体の検知が所定時間続いているかどう
   かを判定し、続いているときに異常信号を出力する手段
   をさらに備えた請求項（１）記載のドプラー式車両検知
   装置。