JPH1048331A - 車載用レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車に搭載された運転者の運転操作を援助
する装置のモードを天候に応じて最適なモードに自動的
に転換する。 【解決手段】 晴天時と比較して降雨時あるいは降雪時
には、電波の空間伝搬損失量が変化することに着目し、
数十ＧＨｚ帯の周波数を用いる車載用レーダ装置の送信
周波数を短時間にｆ０からｆ１に変化させ、それぞれの
受信電力値を求める。この受信電力差によって、天候を
判定する。 【効果】 天候により運転モードの異なる装置を自動制
御することができる。特に、降雨時と降雪時とを区別し
て判定できるため、正確な自動制御を行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車に搭載し電
波を送信しその電波の反射波を受信するレーダ装置に関
する。本発明は、自動車に搭載し、走行中に先行する車
両との車間距離を自動的に計測し、その車間距離が短く
なるときに警報を発生する装置として利用する。本発明
は、レーダ装置を天候判定に応用する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両前方に向け数十ＧＨｚ帯の電波を送
信し、その電波の反射波を受信し、その送信タイミング
から受信タイミングまでの時間差により、車両前方にあ
る物体までの距離を測定する車載用レーダが開発されて
いる。近年、日本国では６０ＧＨｚ（波長５ｍｍ）帯が
車載用レーダの周波数として利用されようとしており、
この周波数帯の車間距離警報装置が研究されている。こ
の従来例の概念を図１３に示す。図１３はレーダ装着車
両とターゲット車の悪天候下での走行例を示す図であ
る。

【０００３】この周波数帯の電波を試験すると、空間伝
搬時にきわめて天候の影響を受けやすい。図１４は周波
数および波長と大気伝搬損失との関係を示す図である
（ミリ波センシングシステムの開発に関する調査研究報
告」財団法人 無線設備検査検定協会 昭和６３年３月
発行）。横軸の上段に波長をとり、横軸に下段に周波数
をとる。縦軸には伝搬損失をとる。図１４の中で曲線Ａ
は降雨であり、降雨量として１５０ｍｍ／ｈ（毎時１５
０ｍｍ）、２５ｍｍ／ｈ（毎時２５ｍｍ）、０．２５ｍ
ｍ／ｈ（毎時０．２５ｍｍ）を示す。図１４の中で曲線
Ｂは霧であり、空気中の水分含有量として０．１ｇ／ｍ
³ を示す。図１４の中で曲線Ｃは大気ガスであり、６０
ＧＨｚ付近は酸素（Ｏ₂ ）による伝搬損失が大きい。

【０００４】本願発明者は、この周波数帯では空間伝搬
損失特性が、降雨あるいは降雪により大きく変動するこ
とを観測している。本願発明者は、この特性を積極的に
利用することにより天候の測定をすることができること
に気付いた。

【０００５】車載用レーダ装置により天候の測定を行う
ものとして、特開平４−３０９８８３号公報に開示の技
術が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】昨今の自動車には、運
転者の運転操作を援助するためのコンピュータを用いた
さまざまな装置が搭載されている。これらの装置は天候
により運転モードを転換することが望ましい。たとえ
ば、ブレーキ特性あるいはステアリング特性などは、天
候により自動的に運転モードを変更することにより、メ
リットを最大限に生かした制御を行うことができる。ま
た、ワイパーの自動起動および自動停止には、かなり正
確な天候計測が必要である。

【０００７】上記特開平４−３０９８８３号公報に開示
されている技術は、降雨および降雪の有無を判定するこ
とはできるが、降雨と降雪とを区別して判定することは
できない。ところが、降雨時と降雪時とでは、路面のす
べり易さ、周辺温度その他の状況がきわめて大きく変化
する。したがって、降雨と降雪との区別を行うことはき
わめて重要である。

【０００８】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、自動車に搭載する数十ＧＨｚ帯のレーダ電波を
利用して、正確な天候検出を行うことを目的とする。本
発明は降雨と降雪とを区別して天候検出を行うことを目
的とする。本発明は、自動車に搭載された装置であって
天候により運転モードの異なる装置を自動制御すること
ができる天候検出情報を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は車載用レーダ装
置であって、発振周波数が数十ＧＨｚ帯の発振器と、こ
の発振器出力を電波として車両の走行方向空間に向けて
送信しこの電波の反射波を受信するアンテナと、前記電
波の送信タイミングと前記反射波の受信タイミングとの
時間差から車両の前方にある物体までの距離を演算する
演算回路とを備えた車載用レーダ装置である。本発明の
特徴とするところは、前記演算回路に、割込処理により
実行される天候判定演算手段を設け、この天候判定演算
手段は、前記発振器の出力周波数をごく短時間だけステ
ップ的に二つの周波数（ｆ０とｆ１）にシフトさせる手
段と、この二つの周波数の空間伝搬損失量を比較するこ
とにより前記電波の伝搬空間の天候を判定する手段とを
含むところにある。

【００１０】すなわち、車載用レーダ装置の送信アンテ
ナから送信された電波は、前方を走行中の車両その他の
被測定物に反射されて受信アンテナに戻ってくる。晴天
時であれば、送信アンテナから受信アンテナに至る電波
の伝搬過程には電波を反射する被測定物を除いては空気
が介在するだけである。ところが、降雨時または降雪時
には、送信アンテナから受信アンテナに至る電波の伝搬
過程には水滴、あるいは雪片が介在する。

【００１１】発明者は、既知のデータから電波が水滴等
を含む空間を伝搬するときの空間伝搬損失に着目し、発
振器の出力周波数を二つの周波数（ｆ０、ｆ１）にシフ
トさせ、その空間伝搬損失量をそれぞれ測定した結果、
晴天時、降雨時、降雪時ではそれぞれ空間伝搬損失量が
異なることに注目した。本発明はこの空間伝搬損失量の
差異にしたがって、天候を判定するものである。

【００１２】そこで、前記判定する手段は、複数の異な
る天候状態について前記二つの周波数について空間伝搬
損失量の比を記憶するメモリ手段と、その二つの周波数
について実測された空間伝搬損失量の比をこのメモリ手
段に記憶された値と比較して天候を判定する手段とを含
むことが望ましい。ここに｜ｆ０−ｆ１｜は０．５〜５
ＧＨｚの間に設定することが望ましい。

【００１３】前記演算回路は、前記割込処理をタイマに
より周期的に、かつ前記受信アンテナに到来する反射波
のレベルが所定以上であるときに実行する手段を含むこ
とが望ましい。

【００１４】すなわち、車載用レーダ装置の本来の目的
は、前方を走行中の車両との距離および相対速度を測定
することにある。したがって、その本来の目的の達成を
妨げないように、天候の判定は、タイマにより周期的に
割込制御を実行し演算を行うことがよい。さらに、受信
アンテナに戻ってくる電波がなければ、天候の判定を行
うこともできないので、反射波のレベルが所定以上であ
るときに実行するように制御することがよい。

【００１５】これにより、自動車のコンピュータが自動
的に天候を判定し、天候により運転モードの異なる装置
を自動制御することができる。ここで、天候により運転
モードの異なる装置とは、例えば、エンジン、ブレー
キ、ステアリング、ワイパーなどが挙げられる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

【００１７】

【実施例】

（第一実施例）本発明第一実施例の構成を図１ないし図
３を参照して説明する。図１は本発明第一実施例装置の
ブロック構成図である。図２は演算回路のブロック構成
図である。図３は天候判定演算部のブロック構成図であ
る。

【００１８】本発明は車載用レーダ装置１０であって、
発振周波数が数十ＧＨｚ帯の発振器１と、この発振器１
の出力を電波として車両の走行方向空間に向けて送信す
る送信アンテナ２と、この電波の反射波を受信する受信
アンテナ３と、前記電波の送信タイミングと前記反射波
の受信タイミングとの時間差から車両の前方にある物体
までの距離を演算する演算回路４とを備えた車載用レー
ダ装置１０である。

【００１９】ここで、本発明の特徴とするところは、演
算回路４に、割込処理により実行される天候判定演算部
４３を設け、この天候判定演算部４３は、発振器１の出
力周波数をごく短時間だけステップ的に二つの周波数ｆ
０およびｆ１にシフトさせる手段としての周波数シフト
回路５６と、この二つの周波数の空間伝搬損失量を比較
することにより前記電波の伝搬空間の天候を判定する手
段としてのバッファ回路５０および５１、比較回路５
３、天候判定回路５４とを含むところにある。

【００２０】天候判定回路５４は、複数の異なる天候状
態について二つの周波数ｆ０およびｆ１について空間伝
搬損失量の比を記憶するメモリ手段としてのデータ記憶
回路５５を備え、その二つの周波数ｆ０およびｆ１につ
いて実測された空間伝搬損失量の比をこのデータ記憶回
路５５に記憶された値と比較して天候を判定する。二つ
の周波数ｆ０およびｆ１は数ＧＨｚ離れた周波数を用い
ることが望ましいが、本発明第一実施例では１ＧＨｚ離
れた周波数を用いた。

【００２１】天候判定演算部４３は、前記割込処理をタ
イマ５８により周期的に、かつ受信アンテナ３に到来す
る反射波のレベルが所定以上であるときに実行する手段
としての天候判定制御回路５７を含む。

【００２２】次に、本発明第一実施例の動作を図４ない
し図１１を参照して説明する。図４は発振器１が発生す
る送信電波の波形の一つの例を示す図である。図５は天
候判定区間と距離計測区間を説明するための図である。
図６は晴天時の受信スペクトラムを示す図である。図４
および図５は、横軸に時間をとり縦軸に周波数をとる。
図６は横軸にミキサ出力の周波数をとり縦軸に受信電力
をとる。図７は晴天時の空間伝搬損失を示す図である。
図８は降雨時の空間伝搬損失を示す図である。図９は降
雪時の空間伝搬損失を示す図である。図７ないし図９
は、横軸に周波数をとり縦軸に空間伝搬損失をとる。図
１０は距離測定動作を示すフローチャートである。図１
１は天候判定動作を示すフローチャートである。

【００２３】発振器１は図４に実線で示すように６０Ｇ
Ｈｚの電波を連続的に発振している。この電波は６０Ｇ
Ｈｚ〜６０．０７５ＧＨｚの間で周波数変調され、中心
周波数は６０．０３７５ＧＨｚである。周波数変調の繰
り返し周波数は７５０ＫＨｚである。この電波は送信ア
ンテナ２からこの車載用レーダ装置１０を搭載している
自動車の前方に向けて照射される。図１２に示すターゲ
ット車に反射された電波は受信アンテナ３に受信され
る。

【００２４】ミキサ５では、方向性結合器９を介して入
力される発振器１により発振された電波と受信アンテナ
３に受信された電波とが混合される。その結果、ミキサ
５からは二つの電波の位相差から生じたビート信号が出
力される。このビート信号はＡＤ変換器６によりアナロ
グ・ディジタル変換され、利得が調整されて、周波数分
析器７により周波数分析される。周波数分析器７はＦＦ
Ｔ(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換) により
実現できる。周波数分析器７の出力は演算回路４の受信
電力測定部４１に入力されて周波数分布とその受信電力
が測定される。この周波数分布とその受信電力の値から
ターゲット車との距離および相対速度が測定される。す
なわち、ターゲット車との距離が短ければビート信号の
周波数は低く、ターゲット車との距離が長ければビート
信号の周波数は高い、図６に示すように、このビート信
号の周波数分布によりターゲット車との距離を測定す
る。

【００２５】さらに詳細に説明すると、ターゲット車に
反射して受信アンテナ３に戻って来る電波は、図４に破
線で示すように、発振器１が発振する電波に比較してΔ
ｔ＝２Ｌ／ｃ（Ｌはターゲット車とレーダ搭載車との距
離、ｃは電磁波の速度）だけ位相がずれる。これにとも
なって、Δｆだけ周波数がずれる。このΔｆがビート信
号の周波数になる。このΔｆは距離Ｌに比例して大きく
なる。距離演算部４２は、この受信電力の周波数分布に
したがってターゲット車との距離および相対速度を測定
する。警報発生部４４は、距離演算部４２からの距離お
よび相対速度情報を表示器８に出力するとともに、距離
および相対速度情報が所定値を越えている場合には、警
報出力を行う。警報出力は、表示器８への出力および外
部出力の双方を行うことができる。

【００２６】天候判定演算部４３は、周波数シフト回路
５６により発振器１の出力周波数をごく短時間だけステ
ップ的に二つの周波数ｆ０およびｆ１にシフトさせる。
本発明第一実施例では周波数ｆ０＝６０ＧＨｚ、周波数
ｆ１＝６１ＧＨｚとした。シフトのタイミングは図５に
示すように、タイマ５８の計時結果にしたがって周期的
に行われる。この割込制御は天候判定制御回路５７によ
り行われる。バッファ回路５０および５１は、周波数ｆ
０およびｆ１のタイミングでその反射電波の受信電力の
値をそれぞれ一時的に記憶する。バッファ回路５０およ
び５１に記憶された受信電力の値は比較回路５３により
比較される。例えば、晴天時であれば、バッファ回路５
０には図７に示すように、周波数ｆ０に対しては受信電
力値Ｌ０が記憶されており、バッファ回路５１には周波
数ｆ１に対しては受信電力値Ｌ１が記憶されている。降
雨時であれば、バッファ回路５０には図８に示すよう
に、周波数ｆ０に対しては受信電力値Ｌ０′が記憶され
ており、バッファ回路５１には周波数ｆ１に対しては受
信電力値Ｌ１′が記憶されている。降雪時であれば、バ
ッファ回路５０には図９に示すように、周波数ｆ０に対
しては受信電力値Ｌ０″が記憶されており、バッファ回
路５１には周波数ｆ１に対しては受信電力値Ｌ１″が記
憶されている。比較回路５３では、これらの受信電力値
の差ＰＬ０、ＰＬ１、ＰＬ２を求めてその結果を出力す
る。受信電力値の差ＰＬ０、ＰＬ１、ＰＬ２は数ｄＢ〜
１０ｄＢである。天候判定回路５４では、入力されたこ
れらの受信電力値の差ＰＬ０、ＰＬ１、ＰＬ２をデータ
記憶回路５５にあらかじめ記憶されている晴天時、降雨
時、降雪時の受信電力値の差ＰＬ０、ＰＬ１、ＰＬ２と
比較し、現在の天候を判定する。判定結果は、表示器８
への出力および外部出力の双方を行うことができる。

【００２７】図１０を参照して距離および相対速度の測
定と天候判定との関係を示す。Ｓ１〜Ｓ７はすでに説明
したとおりである。このとき、天候判定制御回路５７
は、受信電力情報を入力し、受信電力が所定値以上か否
かを判定する（Ｓ８）。受信電力が所定値以上であれ
ば、送信アンテナ２から送信された電波がターゲット車
その他に反射されて受信アンテナ３に戻って来ているこ
とを示している。したがって、天候判定が可能な状態に
あることがわかる。さらに、このときに、タイマ５８が
割込みタイミングを示していれば（Ｓ９）、天候判定制
御回路５７は、天候測定処理を実行する（Ｓ１０）。

【００２８】図１１を参照して天候判定動作を詳細に説
明する。発振器１は周波数ｆ０の電波を発振し、送信ア
ンテナ２からその電波を送信する（Ｓ１１）。その反射
波が受信アンテナ３に受信され、ミキサ５で周波数ｆ０
とのビート信号が生成される。このビート信号はＡＤ変
換器６によりアナログ・ディジタル変換される（Ｓ１
２）。周波数分析器７により分析された信号から受信電
力測定部４１は受信電力Ｌ０を求める（Ｓ１３）。発振
器１は周波数ｆ１の電波を発振し、送信アンテナ２から
その電波を送信する（Ｓ１４）。その反射波が受信アン
テナ３に受信され、ミキサ５で周波数ｆ１とのビート信
号が生成される。このビート信号はＡＤ変換器６により
アナログ・ディジタル変換される（Ｓ１５）。周波数分
析器７により分析された信号から受信電力測定部４１は
受信電力Ｌ１を求める（Ｓ１６）。受信電力Ｌ１および
Ｌ０から受信電力差ＰＬを求める（Ｓ１７）。この受信
電力差ＰＬが降雪時の閾値を越えていれば（Ｓ１８）、
降雪と判定する（Ｓ１９）。また、この受信電力差ＰＬ
が降雨時の閾値を越えていれば（Ｓ２０）、降雨と判定
する（Ｓ２１）。降雪時および降雨時のいずれの閾値も
越えていなければ晴天と判定する（Ｓ２２）。

【００２９】（第二実施例）本発明第二実施例を図１２
を参照して説明する。図１２は本発明第二実施例装置の
ブロック構成図である。本発明第二実施例は、発振器１
で発生した電波を一つの送受信アンテナ１２により送信
および受信する。サーキュレータ１１は、発振器１から
発生した送信電波を送受信アンテナ１２に送り、ターゲ
ット車に反射して戻って来た受信電波をミキサ５に送
る。これにより、一つの送受信アンテナ１２を用いて本
発明第一実施例装置と同様の動作を行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自動車に搭載する数十ＧＨｚ帯のレーダ電波を利用し
て、正確な天候検出を行うことができる。したがって、
自動車に搭載された装置であって天候により運転モード
の異なる装置を自動制御することができる。特に、降雨
時と降雪時とを区別して判定することができるため、正
確な自動制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例装置のブロック構成図。

【図２】演算回路のブロック構成図。

【図３】天候判定演算部のブロック構成図。

【図４】発振器が発生する送信電波の波形を示す図。

【図５】天候判定区間と距離計測区間を説明するための
図。

【図６】晴天時の受信スペクトラムを示す図。

【図７】晴天時の空間伝搬損失を示す図。

【図８】降雨時の空間伝搬損失を示す図。

【図９】降雪時の空間伝搬損失を示す図。

【図１０】距離測定動作を示すフローチャート。

【図１１】天候判定動作を示すフローチャート。

【図１２】本発明第二実施例装置のブロック構成図。

【図１３】レーダ装着車両とターゲット車の悪天候下で
の走行例を示す図。

【図１４】周波数および波長と大気伝搬損失との関係を
示す図。

【符号の説明】

１ 発振器 ２ 送信アンテナ ３ 受信アンテナ ４ 演算回路 ５ ミキサ ６ ＡＤ変換器 ７ 周波数分析器 ８ 表示器 ９ 方向性結合器 １０ 車載用レーダ装置 １１ サーキュレータ １２ 送受信アンテナ ４１ 受信電力測定部 ４２ 距離演算部 ４３ 天候判定演算部 ４４ 警報発生部 ５０、５１ バッファ回路 ５３ 比較回路 ５４ 天候判定回路 ５５ データ記憶回路 ５６ 周波数シフト回路 ５７ 天候判定制御回路 ５８ タイマ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振周波数が数十ＧＨｚ帯の発振器と、
   この発振器出力を電波として車両の走行方向空間に向け
   て送信しこの電波の反射波を受信するアンテナと、前記
   電波の送信タイミングと前記反射波の受信タイミングと
   の時間差から車両の前方にある物体までの距離を演算す
   る演算回路とを備えた車載用レーダ装置において、 前記演算回路に、割込処理により実行される天候判定演
   算手段を設け、この天候判定演算手段は、前記発振器の
   出力周波数をごく短時間だけステップ的に二つの周波数
   （ｆ０とｆ１）にシフトさせる手段と、この二つの周波
   数の空間伝搬損失量を比較することにより前記電波の伝
   搬空間の天候を判定する手段とを含むことを特徴とする
   車載用レーダ装置。
2. 【請求項２】 前記判定する手段は、複数の異なる天候
   状態について前記二つの周波数について空間伝搬損失量
   の比を記憶するメモリ手段と、その二つの周波数につい
   て実測された空間伝搬損失量の比をこのメモリ手段に記
   憶された値と比較して天候を判定する手段とを含む請求
   項１記載の車載用レーダ装置。
3. 【請求項３】 前記演算回路は、前記割込処理をタイマ
   により周期的に、かつ前記受信アンテナに到来する反射
   波のレベルが所定以上であるときに実行する手段を含む
   請求項１または２記載の車載用レーダ装置。