JPH0792258A - 車両用レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型アンテナで効率的に自車線上の物標を識
別する。 【構成】 制御手段２の下で、レーダ信号送受信手段１
がビーム軸を異ならせた第１および第２のアンテナ４
ａ、４ｂにより物標からの反射波を受信し、時間計測手
段９により距離が計測される。各アンテナに対応して受
信レベル検出手段５で検出した第１および第２の受信レ
ベルを基に、和差演算手段６でその和と差を演算すると
ともに、正規化手段７でその差を和で正規化する。これ
により、アンテナを小さくしてビーム幅が広くなって
も、車線判別手段８において、正規化した差のレベルと
反射波到来角とが広範囲にわたって一対一に対応するか
ら、検知物標が自車線上にあるか否かが精度よく検出さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電磁波または音波を
送出し、送出した電磁波または音波の反射体による反射
波を受信し、車線上の反射体までの距離や相対速度など
の物理量を検出する車両用レーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種レーダ装置として、図５に
示すものがある。 これは、自車両の前方に電波、レー
ザなどの電磁波または音波のパルス信号を送出し、送出
したときから、先行車によって反射されたパルス信号を
受信するまでの時間の計測結果に基づいて車間距離を演
算するもので、レーザ信号送出手段１０１、レーダ反射
波受信手段１０２、パルス信号の送出タイミングを制御
する制御手段１０３、および制御手段１０３の出力に基
づいてレーダ信号送出時間から反射波を受信するまでの
時間をカウントして計測する時間計測手段１０４で構成
されている。

【０００３】図６は、上記装置における信号のタイミン
グチャートを示したもので、制御手段１０３は、（ａ）
に示すような間隔Ｔｒのトリガ信号に同期して、（ｂ）
の送出レーダ信号を送出するように、レーダ信号送出手
段１０１を制御する。反射信号受信手段１０２は、図の
（ｃ）に示す受信信号の振幅が所定のしきい値Ｖｔｈを
越えると検出信号を出力し、時間計測手段１０４は、レ
ーザ信号送出手段１０１よりレーダ信号が送出されてか
ら検出信号が出力されるまでの時間を図の（ｄ）に示す
ように、間隔がΔｔのクロックパルスをカウントするこ
とにより計測する。そして、レーダ信号送出手段１０１
より送出されるレーダ信号は、検知範囲を特定するため
に、例えば図７に示すように、自動車前方１００ｍの一
車線の範囲が３．５ｍのときは、レーダビーム幅はｔａ
ｎ^-1（３．５／１００）＝２°を選択するなど、所定の
ビーム幅で送出されるようになっている。

【０００４】ところで、一般にレーダ装置は搭載性を良
くするためアンテナを小さくするとビーム幅が広くな
り、自車線上の物標からの反射波と、路肩の物標や自車
線以外の自動車などからの反射波との区別が困難にな
る。そのため、自車線上の物標からの反射波を識別する
ためには、距離情報だけでなく角度情報も必要となる。
そこでこの角度検出のため、本願出願人は先に特開昭６
１−７３０８２号公報に示す装置を提案している。すな
わち、図８に示すように、光レーダで角度情報を得るた
めに、投光部１０５（１０６）から互いに対称関係にあ
る方向に最大投光レベルを有する２種類の投光パターン
を切り替えながら投光する。そして、それぞれの投光パ
ターンによる受光レベルの和（ＳＵＭレベル）と差（Ｄ
ＩＦＦレベル）を図９のように求め、ＳＵＭレベルが所
定の設定値Ｌ以上のときのＤＩＦＦレベルから角度情報
を得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のレーダ装置にあっては、以下に記述するよう
な問題がある。すなわち、図５〜図７に示す従来例にあ
っては、例えば２°のように狭いビーム幅を得るために
は、アンテナ系や光学系を大きくする必要がある。その
ため、デザインやスペース、装着部位の機械的強度およ
び装着時の取付け角度誤差など留意すべき点が多い。し
たがって、乗用車の前端部など狭い部位への搭載には制
約が生じるおそれがある。とくに、マイクロ波等の電波
の場合には、大きさが問題となる。すなわち、例えば良
く用いられるパラボラアンテナ等の開口面アンテナの開
口径Ｄとビーム幅θの関係は、一般にθ＝７０（λ／
Ｄ）で表わされるから、２°のビーム幅を得るには、波
長の短いミリ波の場合でも６０ＧＨｚで約１７．５ｃｍ
の径が必要になる。

【０００６】また、図８〜図９に示すものでは、距離に
よる受光レベルの変化の影響を避けるため、平均的な受
光レベルで正規化し、図９のように２つの受信信号のレ
ベルの和であるＳＵＭレベルが所定の設定レベルＬ以上
あるときの２つの受信信号のレベルの差であるＤＩＦＦ
レベルを受光角の検出範囲ｍとし、同図におけるＤＩＦ
Ｆレベルの点線部分を除外することで、ＤＩＦＦレベル
を角度と一対一に対応させることになる。しかしこの方
法では、ＳＵＭレベルが設定レベルＬ以上でしか測距で
きないため、例えば、近距離でも反射係数の小さい物標
の検出が困難になるおそれがある。

【０００７】また、投光ビームパターンが図８に示すよ
うなのこぎり波状の場合にはビーム効率の低下はない
が、一般的に実現しやすいビームパターンは図１０に示
すように軸対称であり、この場合には、ビーム幅に比べ
検出範囲ｍ’が狭くなってしまう。この検出範囲ｍ’を
大きくするためにはビーム幅を広げなければならず、送
受信ゲインの不必要な低下を招くこととなる。したがっ
て本発明は、このような従来の問題点に鑑み、アンテナ
を小型としながらしかも効率的に車線上の物標を識別す
ることのできる車両用レーダ装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、電磁
波または音波を送出し、送出した電磁波または音波によ
る反射波を受信し、車線上の反射体との物理量を検出す
る車両用レーダ装置において、中心軸が互いに異なるビ
ーム角を有する第１のビームおよび第２のビームを送信
するとともに目標物からの反射波を受信するレーダ信号
送受信手段と、前記第１のビームおよび第２のビームの
受信信号のレベルを検出する受信レベル検出手段と、第
１のビームおよび第２のビームの受信レベルの和および
差を演算する和差演算手段と、差の演算結果を正規化す
る正規化演算手段と、正規化演算結果に基づいて車線の
判別を行う車線判別手段とを有するものとした。

【０００９】

【作用】レーダ信号送受信手段で受信された第１のビー
ムおよび第２のビームの反射波受信信号のレベルが受信
レベル検出手段で検出され、これら第１のビームおよび
第２のビームの受信レベルを基に、和差演算手段でその
和と差が演算される。そして正規化演算手段においてそ
の差が正規化する。 正規化した差のレベルと反射波到
来角とが広範囲にわたって一対一に対応するから、車線
判別手段においてはこれにより検知物標が自車両の車線
上にあるか否かが精度よく検出される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図面を基に説明する。 図１
は、ミリ波をメディアとするパルスレーダに適用した本
発明実施例の全体構成を示す図である。レーダ信号送受
信手段１は、ミリ波を連続発生する電子同調付きガン発
振器１１、サーキュレータ１２、制御手段２から入力さ
れるクロック信号に同期したパルス振幅変調を行うＳＰ
ＳＴスイッチ１３、サーキュレータ１４、制御手段２か
らの切り替え信号で切り替えられるＳＰＤＴスイッチ１
５、ならびにミキサ１６によって構成されている。この
レーダ信号送受信手段１に、第１のビーム３ａを送信し
その反射波を受信する第１のアンテナ４ａと、第２のビ
ーム３ａを送信し、その反射波を受信する第２のアンテ
ナ４ｂとが接続されている。ここで、これらのアンテナ
は第１のビーム３ａと第２のビーム３ｂの中心軸が所定
の角度θをなすように設置されている。

【００１１】また、レーダ信号送受信手段１には第１の
ビーム３ａと第２のビーム３ｂによる反射波の受信レベ
ルを検出する受信レベル検出手段５が接続され、該受信
レベルを基にその和（ＳＵＭレベル）と差（ＤＩＦＦレ
ベル）を演算する和差演算手段６、差（ＤＩＦＦレベ
ル）を和（ＳＵＭレベル）で正規化する演算を行う正規
化手段７、および正規化した演算結果にもとずき、受信
した反射波が自車両が走行する車線上の物標から反射さ
れたものか否かを判別する車線判別手段８が順次設けら
れている。そしてさらに、時間計測手段９が反射波の伝
搬時間を計測するために設けられている。

【００１２】図１の構成において、電子同調付きガン発
振器１１でミリ波が連続発生され、サーキュレータ１２
を経由してＳＰＳＴスイッチ１３に入る。ミリ波はＳＰ
ＳＴスイッチ１３で装置全体のタイミングを制御する制
御手段２から入力されるクロック信号に同期したパルス
振幅変調を受けた後、サーキュレータ１４および制御手
段２からの切替信号で制御されるＳＰＤＴスイッチ１５
を経由して、第１のアンテナ４ａおよび第２のアンテナ
４ｂより、第１のビーム３ａおよび第２のビーム３ｂと
して交互に発射され、ミリ波ＳＦパルスとなる。その
際、送信の期間、送信ミリ波の周波数は、電子同調付き
ガン発振器１１の電子同調機能を制御手段２で制御する
ことにより所定量シフトされている。

【００１３】発射されたミリ波ＲＦパルスは、第１のア
ンテナ４ａ及び第２のアンテナ４ｂのビームパターンに
従い伝搬し、ビーム内に物標があれば物標の散乱断面積
に応じた振幅の反射波として、第１のアンテナ４ａより
発信された第１のビーム３ａの反射波は第１のアンテナ
４ａに、第２のアンテナ４ｂより発信された第２のビー
ム３ｂの反射波は第２のアンテナ４ｂに、各アンテナ４
ａ、４ｂの送信タイミングに対してｔ＝２Ｒ／Ｃだけ遅
延して受信される。 ここでＲはレーダ装置と物標間の
距離、Ｃは電波の自由空間伝搬速度である。これら受信
反射波は、サーキュレータ１４を経由してミキサ１６へ
入力される。

【００１４】一方、電子同調付きガン発振器１１で連続
発生されたミリ波は、送信タイミング以外においてはパ
ルス振幅変調用ＳＰＳＴスイッチ１３で反射され、サー
キュレータ１２を経由してミキサ１６のローカルポート
へ入力され、受信したミリ波ＲＦパルスの反射波と混
合、周波数変換され、電子同調付きガン発振器１１の周
波数シフト量に等しい周波数の中間周波信号として受信
レベル検出手段５へ入力される。受信レベル検出手段５
は中間周波信号を増幅し、そのレベルを検出する。そし
て、検出された受信レベルについて、和差演算手段６に
おいて、第１のアンテナ４ａで受信された反射波の第１
受信レベルと、第２のアンテナ４ｂで受信された反射波
の第２受信レベルとの和（ＳＵＭレベル）、および差
（ＤＩＦＦレベル）が演算され、正規化手段７を経由し
て車線判別手段８に送られる。

【００１５】次に、車線判別手段８における車線判別の
処理要領について、図２および図３を参照して説明す
る。図２において、横軸は反射波の到来角で、０°は自
動車の正面方向を、正の角度は自動車の前方右斜め方
向、負の角度は自動車の前方左斜め方向を示している。
また、縦軸は受信レベルである。第１のビーム３ａの反
射波の第１の受信レベル２１および第２のビーム３ｂの
反射波の第２の受信レベル２２の最大受信レベルは、そ
れぞれ等しく、これを１としたときの大きさで表してい
る。ここでは、ビーム電力の半値幅を１０°とし、すな
わち各ビームはその中心軸が自動車の正面０°に対し、
±５°左右にオフセットして配置され、電力が１／２
（レベルが０．７）の点で重なるようにしてある。

【００１６】これにより、第１の受信レベル２１と第２
の受信レベル２２との和の演算結果である和のレベル
（ＳＵＭレベル）は図中参照符号２３で示され、また第
１の受信レベル２１と第２の受信レベル２２との差の演
算結果である差のレベル（ＤＩＦＦレベル）は符号２４
で示されるものとなる。さらに、正規化手段７において
ＤＩＦＦレベル２４をＳＵＭレベル２３で正規化演算し
た結果は、正規化ＤＩＦＦレベル２５となる。

【００１７】反射波の受信レベルは物標の散乱断面積や
反射波の到来方向により変化し、これに伴って、第１の
受信レベル２１、第２の受信レベル２２、ＳＵＭレベル
２３及びＤＩＦＦレベル２４も変化する。しかし、ＤＩ
ＦＦレベル２４をＳＵＭレベル２３で正規化した正規化
ＤＩＦＦレベル２５の値は、ディメンジョンを持たず、
第１の受信レベル２１と第２の受信レベル２２のみで決
まる係数となる。

【００１８】すなわち、任意の角度から到来した反射波
の第１の受信レベル２１のレベル値をＶ1 、第２の受信
レベル２２のレベル値をＶ2 とすると、正規化ＤＩＦＦ
レベルＶｄｉｆｆは、 Ｖｄｉｆｆ＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）＝（ｋ−１）／（ｋ＋１） −−−（１） で表わされる。ここで、ｋ＝Ｖ1 ／Ｖ2 である。Ｖ1 、
Ｖ2 とも同一物標から同一角度で入射する反射波に対す
る受信レベル値であるから、ｋは２つの受信レベル２
１、２２のビームパターンのみに依存する。図２に示す
ように、正規化ＤＩＦＦレベル（Ｖｄｉｆｆ）２５は２
つの受信レベル２１、２２のビームのほぼ全範囲にわた
り一対一で反射波の到来角度と対応しているので、反射
波の到来角度を従来例よりも広い範囲ｍ”で検知するこ
とができる。

【００１９】次に、反射波が自車両の車線上の物標から
のものか否かが、正規化ＤＩＦＦレベルを用いて判別さ
れる。図３は、自車両を車線中央に置き、その前端中心
から左右の車線端を見たときの角度を１０ｍから１００
ｍにわたってプロットしたものである。時間計測手段９
によって自車両から物標までの距離を知ることができる
から、例えば、物標距離を前方１０ｍとする。この場
合、図３では左右の車線端に対する角度は±１０°であ
るから、先の図２より反射波到来角度±１０°に対応す
る正規化ＤＩＦＦレベル（＋０．８８、および−０．８
８）をしきい値とする。すなわち、これらのしきい値間
であればその物標は自車両の車線上にあるものとし、こ
の範囲外であれば隣接車線の物標として判別される。

【００２０】同様に、測定された物標距離が前方５０ｍ
であれば、図３において左右の車線端に対する角度は±
２°であるから、図２より正規化ＤＩＦＦレベルのしき
い値は、＋０．２７、および−０．２７となる。これら
のしきい値間であれば自車線上の物標とし、範囲外であ
れば隣接車線の物標として判別する。また、１００ｍで
は車線端角度が±１°となり、しきい値は＋０．１４お
よび−０．１４となる。

【００２１】ここで、正規化ＤＩＦＦレベルと反射波到
来角度との対応は、第１のアンテナ４ａおよび第２のア
ンテナ４ｂの送受信ビームパターンとオフセット角θに
よって決まる。 そして例えば、上述のように半値幅１
０°としたとき、６０ＧＨｚでのアンテナの開口径は
３．５ｃｍで済む。したがって、上記構成の本実施例に
よれば、アンテナを極めて小型なものとして自動車への
搭載が容易となる。しかも、送受信されるビームが軸対
象な場合でも、検知距離が確保され、かつ送受信ゲイン
の不必要な低下を招くことなく、自車両走行の車線上の
物標判別が広い範囲にわたって精度よく行なわれるとい
う効果を有する。

【００２２】次に、第２の実施例として、他の正規化処
理を行なった例を示す。 この実施例では、第１のビー
ム３ａの反射波を受信した第１の受信レベル３１のレベ
ル値Ｖ1 と、第２のビーム３ｂの反射波を受信した第２
の受信レベル３２のレベル値Ｖ2 の差のレベル（ＤＩＦ
Ｆレベル）３４を、第１の受信レベル３１のレベル値Ｖ
1 または第２の受信レベル３２のレベル値Ｖ2 で正規化
している。すなわち、ＤＩＦＦレベル３４を第１の受信
レベル値Ｖ1 で正規化すると、 Ｖｄｉｆｆ＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／Ｖ1 ＝１−（１／ｋ） −−−（２） となる。また、第２の受信レベル値Ｖ2 で正規化する
と、 Ｖｄｉｆｆ＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／Ｖ2 ＝ｋ−１ −−−（３） となる。

【００２３】いずれの場合も、第１の受信レベル３１と
第２の受信レベル３２のビームパターンのみで決まる係
数となる。図４に、ＤＩＦＦレベル３４を第２の受信レ
ベル３２で正規化した場合を示す。ここでは、第１の受
信レベル３１および第２の受信レベル３２のオフセット
角を±１°としてある。同図から明らかなように、正規
化ＤＩＦＦレベル３５は、２つの受信レベル３１、３２
の全範囲にわたって一対一で反射波到来角と対応してい
る。したがって本実施例によっても、反射波の到来角度
を広い範囲で検知することができ、前実施例と同様の効
果を得ることができる。

【００２４】なお、上述した各実施例では２つのアンテ
ナを用いたものを示したが、これに限定されない。例え
ば、パラボラアンテナの給電位置をオフセットすること
などにより複数軸のビームを形成することができるの
で、上下左右に数度ずつずらして設けた給電点を切り替
えることによって、１つのアンテナでも上下左右方向の
ビームを得ることができる。これによって左右方向の角
度検出だけでなく、上下方向の角度検出も簡単な構成で
実現でき、道路上の歩道橋や交通表示板などの識別が可
能となる。また、パルスレーダへの適用だけでなく、反
射波のレベルを直接計測することが難しいＣＷレーダや
ＦＭ−ＣＷレーダの場合でも、反射波のレベルに比例す
るドップラ信号のレベルを計測することにより、容易に
適用される。

【００２５】

【発明の効果】以上のとおり、一般にレーザ装置の搭載
性を良くするために、アンテナを小さくするとビーム幅
が広くなるので、物標が自車線上に存在するか否かを識
別するには、距離情報だけでなく角度情報が必要となる
が、本発明によれば、これらの情報を得るのに、異なる
軸を有する２つのレーダビームの受信レベルの差を正規
化して用いるものとしたので、検知距離を確保しなが
ら、送受信ゲインの不必要な低下を招くことなく広い範
囲で角度計測をすることができる。そのため、小型のア
ンテナで効率的に自車両の車線上にある物標を識別する
ことが可能となり、車両への搭載性が向上するという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】受信レベルの差（ＤＩＦＦレベル）を和（ＳＵ
Ｍレベル）で正規化した正規化ＤＩＦＦレベルのレベル
パターンを説明する図である。

【図３】レーダ装置から車線端までの角度の距離特性を
示す図である。

【図４】他の実施例を示す正規化ＤＩＦＦレベルのレベ
ルパターン説明図である。

【図５】従来例を示すブロック図である。

【図６】レーダ装置における信号のタイミングチャート
である。

【図７】車線幅とビーム幅の関係を示す説明図である。

【図８】他の従来例を示す図である。

【図９】従来例におけるＳＵＭレベルパターンとＤＩＦ
Ｆレベルパターンを示す図である。

【図１０】対称軸ビームを用いたときのＳＵＭレベルパ
ターンとＤＩＦＦレベルパターンを示す図である。

【符号の説明】

１ レーダ信号送受信手段 ２ 制御手段 ３ａ 第１のビーム ３ｂ 第２のビーム ４ａ 第１のアンテナ ４ｂ 第２のアンテナ ５ 受信レベル検出手段 ６ 和差演算手段 ７ 正規化手段 ８ 車線判別手段 ９ 時間計測手段 １１ 電子同調付きガン発振器 １２ サーキュレータ １３ ＳＰＳＴスイッチ １４ サーキュレータ １５ ＳＰＤＴスイッチ １６ ミキサ ２１ 第１の受信レベル ２２ 第２の受信レベル ２３ ＳＵＭレベル ２４ ＤＩＦＦレベル ２５ 正規化ＤＩＦＦレベル ３１ 第１の受信レベル ３２ 第２の受信レベル ３３ ＳＵＭレベル ３４ ＤＩＦＦレベル ３５ 正規化ＤＩＦＦレベル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁波または音波を送出し、送出した電
   磁波または音波による反射波を受信し、車線上の反射体
   との物理量を検出する車両用レーダ装置において、中心
   軸が互いに異なるビーム角を有する第１のビームおよび
   第２のビームを送信するとともに目標物からの反射波を
   受信するレーダ信号送受信手段と、前記第１のビームお
   よび第２のビームの受信信号のレベルを検出する受信レ
   ベル検出手段と、前記第１のビームおよび第２のビーム
   の受信レベルの和および差を演算する和差演算手段と、
   差の演算結果を正規化する正規化演算手段と、正規化演
   算結果に基づいて車線の判別を行う車線判別手段とを有
   することを特徴とする車両用レーダ装置。
2. 【請求項２】前記正規化演算手段は、受信レベルの差の
   演算結果を受信レベルの和の演算結果で正規化するもの
   であることを特徴とする請求項１記載の車両用レーダ装
   置。
3. 【請求項３】前記正規化演算手段は、受信レベルの差の
   演算結果を前記第１のビームまたは第２のビームの反射
   波の受信レベルで正規化するものであることを特徴とす
   る請求項１記載の車両用レーダ装置。