JPH1183991A - 符号変調方式レーダ測距装置及びそれを用いた追突防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 距離分解能が高く、相互干渉の影響を受けな
い高性能な符号変調方式レーダ測距装置を安価に実現す
ること 【解決手段】 変調用符号発生器１により発生するＰＮ
符号を基準発信器２で規定する周波数で符号変調、或い
はスペクトル拡散された電磁波を測距対象物に向けて送
信器３から送出し、対象物で反射した電磁波を受信器４
で補促する。参照用符号発生器８にて変調用符号発生器
と同一の符号を発生し、それを基準発振器と微小に異な
る周波数を発する参照用発振器９により符号変調し、そ
れを相関器１０にて受信信号との相関値を求める。反射
波の場合には相関値が高くなるので、それに基づいてプ
ロセッサ１２にて測距する。方位センサ１３をさらに設
け、送信符号の送信方向の方位に応じて使用する符号を
異ならせることにより、対向する装置から送信されてく
る符号は、方位が異なるので反射波と弁別できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば車両の衝
突防止用の距離センサとして応用される符号変調方式レ
ーダ測距装置及びそれを用いた追突防止装置に関し、特
に、簡単な回路方式で高性能で安定な測距を実現する技
術に関する。

【０００２】

【発明の背景】この種の符号変調方式レーダ測距装置と
しては、特開平５−８７９２０号公報に開示された技術
やスペクトル拡散方式レーダー測距装置が代表的であ
る。図１にその構成を示している。

【０００３】図１において、変調用符号発生器１はＭ系
列やＧＯＬＤ系列などのＰＮ符号を発生する。基準発振
器２は所定の周波数で変調用符号発生器１を駆動して前
記変調用ＰＮ符号の周期を決める。送信器３は変調用符
号発生器１からの符号出力により符号変調、或いはスペ
クトル拡散された電磁波（赤外線やミリ波など）を測距
対象物に向けて送出する。

【０００４】受信器４は測距対象物で反射した前記電磁
波を補促する。位相シフト回路５は変調用符号発生器１
からの符号出力を１チップ単位で位相シフトする。相関
器６は位相シフトされた変調符号と受信器４の受信符号
との相関値を求める。プロセッサ７は、位相シフト回路
５を制御して変調符号のシフト量を１チップ単位で１エ
ポック長にわたって繰り返し変化させるとともに（その
変化量を自ら認識している）、相関器６からの位相同期
出力が得られたときの前記位相シフト量に基づいて対象
物までの距離を計算する。

【０００５】前述した従来の装置では、その動作原理か
ら解るように、位相シフト回路５による変調符号の１シ
フト量（１チップ時間）が距離分解能である。したがっ
て距離分解能を高くするためには、基準発振器２の周波
数を充分に高くして１チップ時間を短くする必要があ
る。このことは高い周波数で安定かつ高精度に発振する
高価な発振器が必要であることを意味している。さら
に、高周波数化に対応するために回路系の全体も高性能
化する必要がある。そのため距離分解能の高い高性能な
測距装置を安価に実現することはきわめて困難であっ
た。

【０００６】そこで本発明者は、上記問題を解決するた
めにＰＮ符号を前方に向けて送出し、その反射波を受信
するとともに、受信した信号と参照符号（同一符号で周
波数が異なる）との相関をとることにより、自己が送出
した符号に基づく反射波を識別し、対象物までの距離を
算出する方式を考えた（特願平９−２２２０６４）。

【０００７】係る発明では、確かに安価で簡易な構成で
もって分解能が非常に高くなり、従来技術の問題は解決
できた。しかしながら、例えば係る測距装置を車間距離
を測定するために自動車に搭載した場合には、わずかな
確率で以下に示す問題を生じるおそれがある。すなわ
ち、同一の方式でしかも同一の符号を使用した測距装置
が、対向する車両に搭載されるとともに、ほぼ同一タイ
ミングでともに測距すべく同一符号を送出した場合に
は、互いに干渉し合うため、測距することができなくな
るのである。

【０００８】これを解決するためには、対向車両から送
出される符号が自車から送出した符号と異なっていれば
干渉はしない（自己の反射波のみを弁別抽出できる）の
で、同一の方式からなる測距装置が対向車両に搭載され
ていても、相互に正しく車間距離の測定が行える。

【０００９】そこで、例えば各測距装置にそれぞれ異な
る符号を割り当ててもよいが、無数に存在する測距装置
に対してすべて異なるものを割り当てるのは現実的でな
い。また、各測距装置に複数の符号を用意しておき、ラ
ンダムに符号を選択しそれを使用するように構成するこ
ともできる。このようにランダムにすると、対向する車
両が同一の符号を送出する確率は減るため、測距不能と
なるおそれも減少する。しかし、それでも同一の符号が
相互に送出される可能性は残っている。

【００１０】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、同一のシステム・方式を搭載した装置が相対してい
る場合であっても、相互に送出した符号（電磁波）が干
渉して測距不能になることがなく確実に測定でき、しか
も距離分解能の高い高性能な符号変調方式レーダ測距装
置及びそれを用いた追突防止装置を安価に実現すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る符号変調方式レーダ測距装置は、Ｍ
系列やＧＯＬＤ系列などのＰＮ符号を発生する変調用符
号発生器と、所定の周波数で前記変調用符号発生器を駆
動して前記ＰＮ符号の周期を決める基準発振器と、前記
変調用符号発生器からの符号出力により符号変調、或い
はスペクトル拡散された電磁波を測距対象物に向けて送
出する送信器と、前記測距対象物で反射した前記電磁波
を補促するための受信器と、前記変調用符号発生器と同
一の符号を発生するための参照用符号発生器と、前記基
準発振器と微小に異なる周波数で前記参照用符号発生器
を駆動して前記変調用符号と微小に周期の異なる参照用
符号を発生させる参照用発振器と、前記変調用符号発生
器からの変調用符号と前記参照用符号発生器からの参照
用符号との相関値を求める送信位相検出用の送信側相関
器と、前記受信器の受信符号と前記参照用符号発生器か
らの参照用符号との相関値を求める受信位相検出用の受
信側相関器と、前記送信側相関器の出力信号と前記受信
側相関器の出力信号の時間差を求めて前記測距対象物ま
での距離に換算する演算手段とを備えたものを基本構成
とする。そしてさらに、前記送信器から送出される電磁
波の方向を検出する方位検出手段をさらに設け、その方
位検出手段にて検出される方位に基づいて前記変調用符
号発生器及び前記参照用符号発生器で使用する符号を変
えるようにした（請求項１）。

【００１２】なお、送出する電磁波の方向の方位を検出
するとは、係る送出方向を直接検出するものでもよく、
例えば本装置が車両などに搭載される場合には、送出方
向は車両走行方向（前進）とほぼ一致することから係る
車両の走行方向を検出することにより、間接的に方位を
検出するものでもよい。

【００１３】方位により異なる符号を使用すると、対向
する装置から送出されてくる符号は、方位がほぼ１８０
度異なるため自己が送出した符号と異なる。よって、対
向する装置からの符号は相関値が小さくなるので、確実
に自己が送出した符号に基づく反射波を識別できる。

【００１４】また、全方位を３分割するとともに、分割
した各エリアにそれぞれ相互相関の少ない異なる符号を
割り当て、前記方位検出手段で検出した方位が属するエ
リアに割り当てられた符号を使用するようにしてもよい
（請求項２）。

【００１５】すなわち、車間距離などを測定するための
装置の指向角は±３度程度であり、互いに干渉する場合
の方位差は１８０度前後となる。そこで、３分割するこ
とにより同一のエリアに属することがなく、確実に異な
る符号を使用することになる。つまり、請求項２のよう
にすれば、用意する符号の種類を少なくするとともに、
方位に基づく符号の決定も簡単に行える。また、方位の
検出においても、比較的低精度で安価な方位センサが使
用可能である。もちろん、請求項１に記載の発明では、
２分割或いは４分割以上でもよいのはもちろんである。
さらには、分割する際に必ずしも同一角度にする必要は
ない。

【００１６】前記の構成において、望ましくは、前記参
照用発振器をＶＣＯ（電圧制御型可変周波数発振器）と
し、このＶＣＯの発振周波数を、前記送信側相関器の出
力信号の周期が設定値に保たれるようにフィードバック
制御する回路方式を採用する（請求項３）。

【００１７】また、本発明に係る追突防止装置では、請
求項１〜３のいずれかに記載の符号変調方式レーダ測距
装置と、そのレーダ測距装置で計測した先行車両との車
間距離に基づいて所定の出力信号を出力する手段と、車
速センサとを備え、前記車速センサで検出した車速に基
づいて最大検出距離を求め、少なくともその最大検出距
離を測定するのに必要な区間だけ前記送信器を間欠駆動
するようにした（請求項４）。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による符号
変調方式レーダ測距装置の構成を図２に示している。図
２において、変調用符号発生器１はＭ系列やＧＯＬＤ系
列などのＰＮ符号を発生する。基準発振器２は所定の周
波数で変調用符号発生器１を駆動して前記ＰＮ符号の周
期を決める。送信器３は変調用符号発生器１からの符号
出力により符号変調、或いはスペクトル拡散された電磁
波（赤外線やミリ波など）を測距対象物に向けて送出す
る。受信器４は測距対象物で反射した前記電磁波を補促
する。

【００１９】参照用符号発生器８は変調用符号発生器１
と同一の符号を発生する。参照用発振器９は、基準発振
器２と微小に異なる周波数で参照用符号発生器８を駆動
して前記変調用符号と微小に周期の異なる参照用符号を
発生させる。送信側相関器１０は、変調用符号発生器１
からの変調用符号と参照用符号発生器８からの参照用符
号との相関値を求める（送信符号の位相を検出する）。
受信側相関器１１は、受信器４の受信符号と参照用符号
発生器８からの参照用符号との相関値を求める（受信符
号の位相を検出する）。プロセッサ１２は、送信側相関
器１０の出力信号と受信側相関器１１の出力信号の時間
差を求めて前記測距対象物までの距離に換算する演算手
段を備えている。

【００２０】より具体的に説明する。基準発振器２の周
波数Ｆ１は３０ＭＨｚである。変調用符号発生器１は符
号長Ｎ＝３１のＭ系列のＰＮ符号を発生する。その符号
の１チップ時間は１／３０μｓｅｃである。

【００２１】一方、参照用発振器９の周波数Ｆ２は基準
周波数Ｆ１よりΔＦ＝３１０Ｈｚだけ低く調整されてい
る。参照用符号発生器８はこの周波数Ｆ２で駆動され、
符号発生器１と同じ符号長Ｎ＝３１のＭ系列のＰＮ符号
を発生する。駆動クロック周波数がΔＦ＝３１０Ｈｚだ
け異なるので、送信に使われる変調用符号と参照用符号
とではその１エポック時間は３１０／３０，０００，０
００＝約１０ｐｐｍだけ異なる。しかし、この時間差は
微小であり、相関器１０と１１において２入力の位相同
期状態を明確に弁別できる程度の微差である。

【００２２】そして送・受信される符号と、参照用符号
とは、Ｔ＝３１／３１０＝０．１ｓｅｃの周期で位相が
一致するため、送信側相関器１０および受信側相関器１
１からは０．１ｓｅｃ周期の位相同期信号が出力され
る。但し送信側相関器１０からの位相同期信号と受信側
相関器１１からの位相同期信号との間には時間差があ
り、その時間差が測距対象物までの距離に対応してい
る。プロセッサ１２は前記時間差を検出して距離を計算
する。

【００２３】上記のことを図で示すと、図３のようにな
る。すなわち、符号長Ｎ＝３１の送信符号は、基準発振
器２のクロック信号に同期して出力される。そして、図
中矢印から矢印までが１エポック長である。そして、受
信符号は測距対象までの距離に応じた時間差（位相遅
れ）を生じる。この時、各変調用符号及び受信符号は、
それぞれ送信側相関器１０と受信側相関器１１により、
ΔＦ＝３１０Ｈｚだけ異なる参照用符号との相関がとら
れるため、各符号と参照用符号の位相が最も一致すると
きに相関信号のピークが出力される（図４参照）。よっ
て、相関信号はプロセッサ１２に与えられるので、ピー
クからピークまでの差Δｔを求め、次式に従い測距対象
までの検出距離Ｌを求めることができる。

【００２４】

【数１】 プロセッサ１２が両相関器１０と１１の出力信号を０．
１ｍｓｅｃの周期でサンプリングするとする（サンプリ
ング周波数が１０ＫＨｚ）。この場合、距離分解能は
０．１５５メートルとなる。これに対して、前述した従
来の回路方式では符号の１チップ時間で決まるが、この
実施の形態と同じ距離分解能を従来方式で得るために
は、基準発振器２の周波数を９６７ＭＨｚにしなければ
ならない。本実施の形態は３０ＭＨｚであり、このこと
が本発明の最大の特徴であり従来技術に対する優位性で
ある。

【００２５】また、従来の分解能は、クロックの周期に
依存し、本実施の形態と同一周波数とすると、Ｌmax ／
Ｎより、約５（ｍ）程度となるが、本実施の形態では、
相関信号のピークは、サンプリング周期に依存するた
め、上記したように例えば０．１５５ｍとなり、非常に
高性能となる。

【００２６】なお、図３，図４では、受信信号の発生タ
イミングが、基準発振器２のクロックに同期しているよ
うに示しているが、これは図示の便宜上であって、クロ
ックとは関係なく発生する。よって、Δｔも必ずしもク
ロックの周期の整数倍とはならず、任意の時間差とな
る。

【００２７】図２に示す実施の形態では、参照用発振器
９としてＶＣＯ（電圧制御型可変周波数発振器）を用
い、このＶＣＯの発振周波数を、送信側相関器１０の出
力信号の周期が設定値（０．１ｓｅｃ）に保たれるよう
にフィードバック制御する回路方式を採用している。こ
のフィードバック制御はプロセッサ１２が行う。こうす
ることで、３０ＭＨｚの発振周波数に対して正確かつ安
定に３１０Ｈｚだけ低い周波数で発振する回路を安価に
実現できる。

【００２８】上記した構成及び測定原理が、先に提案し
た高分解能を得るためのＰＮ符号を利用した測距装置で
ある。そして、本発明では、係る装置にさらに方位セン
サ１３を設け、係る方位センサ１３の出力をプロセッサ
１２に入力するようにしている。この方位センサ１３と
しては、地磁気センサ，ナビゲーションシステム，ジャ
イロ，ＧＰＳ（global positioning system ）等の他、
各種のセンサを用いることができる。そして、方位セン
サ１３は、送信器の送出方向すなわち自己（それが搭載
された自動車等）が向いている方向（移動方向）の方位
を検出し、それを出力するようになっている。

【００２９】そして、プロセッサ１２は、方位センサ１
３からの出力を受けたならば、その方位に応じて、符号
切り替え信号を変調用符号発生器１と参照用符号発生器
８に送るようになっている。具体的には、３種類の符号
Ａ，Ｂ，Ｃを用意するとともに、図５に示すように、方
位を３分割し、分割した各領域にそれぞれの符号Ａ〜Ｃ
を割り当てる。そして、プロセッサ１２は、方位センサ
１３から受け取った方位情報に基づき、該当する符号を
使用して送信器３から所定の信号を送出し、反射してき
た信号を受信し、参照用符号とその相関から距離を求め
るようになる。なお、符号Ａ〜Ｃは、相互に干渉しない
ような符号である。

【００３０】係る構成にすると、自己が送出した信号の
反射波に対しては図６（Ａ）のように大きな相関信号を
検出できるが、異なる符号の相互相関は、同図（Ｂ）の
ように相関信号は小さくなる。そして、使用する符号は
方位に基づいて決定されるので、対向車の方位は自車と
逆方向であるので、符号も異なる。従って、例えば同図
（Ｂ）中波線で示すように適当なしきい値Ｔｈを設定す
ることにより、自車から送出した反射波についての相関
信号（図６（Ａ）中ピーク部分）のみを抽出できる。

【００３１】本発明では、上記した実施の形態に限るこ
とはなく、例えば図７に示すように、参照用発振器９′
も基準発振器２と同様に独立した発振器（発振周波数Ｆ
２＝Ｆ１−ΔＦで動作）を用いたものでももちろんよ
い。このように参照用符号発生器８の発信周波数を決定
する部分が異なるだけで、その他の構成並びに作用効果
は、上記した実施の形態と同様であるので、同一符号を
付しその詳細な説明を省略する。

【００３２】次に、本発明の測距装置を自動車の追突防
止用距離センサとして応用する場合の工夫について説明
する。具体的な装置構成の一例を示すと、図８に示すよ
うに、プロセッサ１２に対して車速センサ２０と警報器
２１を接続する。車速センサ２０は、例えば自動車側か
ら出力される車速パルスでもよく、或いは自動車とは独
立して振動その他各種のセンサにより、車速に応じた信
号を出力するものであれば何でもよい。

【００３３】警報器２１は、ブザー等のように音声出力
をするものでもよいし、警報ランプなど視覚により報知
するものでもよい。さらには、オートクルージングのよ
うに速度を調整できる機能がある場合には、直接速度を
減速するような制御命令を出力するようにしてもよく、
各種の装置を用いることができる。そして、この警報器
２１とプロセッサ１２により、請求項３に記載する発明
の出力する手段が構成される。

【００３４】そして、本形態では、方位センサ１３から
出力される方位信号に基づいて選択される符号を用いて
前方車両との車間距離が測定されるので、走行方向が逆
の対向車両に同一の装置が搭載されていたとしても、係
る対向車両から送出されてくる符号は異なるので、干渉
して測距不能となることもなく、確実に自己が送出した
符号の反射波を識別して測距できるので、追突防止も精
度よく行える。

【００３５】また、自車が低速であれば追突防止のため
の監視範囲は、近距離ゾーンであり、自車が高速で走行
するほど監視対象はより遠距離ゾーンにまで及ぶ。そこ
でプロセッサは、車速センサ２０から自車の速度情報を
取り込み、その速度に合せて測定対象となる最大距離
（安全にて停止できる（前方の走行車に追突しない）最
大安全車間距離）を決定し、その最大距離を超えるエリ
アに対しては送信器３の送信動作を停止してしまう（図
９参照）。つまり、送信側相関器１０からの位相同期信
号を得てから最大距離に相当する時間を経た時点で送信
器３の動作を停止する。そうすれば送信のための電力消
費を削減できる。

【００３６】そして、プロセッサ１２は、上記した測距
装置の動作原理にしたがい、送信信号と受信信号の相関
信号に基づいて前方の走行車と自車との車間距離を求
め、その車間距離に基づいて追突の危険性があるか否か
を判断し、危険性がある場合には、警報器２１を動作さ
せて警報を出力する。なお、この危険性があるか否かの
判断は、単純に車間距離に基づいて行うものでもよい
し、車速センサから得られる速度情報に基づき、自車の
走行速度と車間距離に基づいて判断するようにしてもよ
く、さらには、車間距離の履歴をもとに、近づいている
のか離れているのかを判断したり、或いは相対速度差を
求め、それらを加味して総合的に判断するなど各種の方
法を採ることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、距離分解能の高い高性
能な符号変調方式レーダ測距装置並びにそれを用いた追
突防止装置を安価に実現することができる。そして、走
行する方位に基づいて使用する符号が選択されるので、
方位がほぼ逆となる対向する装置から送出されてくる符
号と干渉して測距不能となることはなくなる。よって、
確実に測距することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の符号変調方式、或いはスペクトル拡散方
式レーダ測距装置の概略構成ブロック図である。

【図２】本発明に係る符号変調方式レーダ測距装置の一
実施の形態を示す概略構成ブロック図である。

【図３】動作原理を説明する図である。

【図４】動作原理を説明する図である。

【図５】使用する符号と方位との関係を示す図である。

【図６】作用を説明する図である。

【図７】本発明に係る符号変調方式レーダ測距装置の他
の実施の形態を示す概略構成ブロック図である。

【図８】本発明に係る追突防止装置の一実施の形態を示
す概略構成ブロック図である。

【図９】動作原理を説明する図である。

【符号の説明】

１ 変調用符号発生器 ２ 基準発振器 ３ 送信器 ４ 受信器 ８ 参照用符号発生器 ９ 参照用発振器 １０ 送信側相関器 １１ 受信側相関器 １２ プロセッサ（演算手段） １３ 方位センサ ２０ 車速センサ ２１ 警報器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍ系列やＧＯＬＤ系列などのＰＮ符号を
   発生する変調用符号発生器と、 所定の周波数で前記変調用符号発生器を駆動して前記Ｐ
   Ｎ符号の周期を決める基準発振器と、 前記変調用符号発生器からの符号出力により符号変調、
   或いはスペクトル拡散された電磁波を測距対象物に向け
   て送出する送信器と、 前記測距対象物で反射した前記電磁波を補促するための
   受信器と、 前記変調用符号発生器と同一の符号を発生するための参
   照用符号発生器と、 前記基準発振器と微小に異なる周波数で前記参照用符号
   発生器を駆動して前記変調用符号と微小に周期の異なる
   参照用符号を発生させる参照用発振器と、 前記変調用符号発生器からの変調用符号と前記参照用符
   号発生器からの参照用符号との相関値を求める送信位相
   検出用の送信側相関器と、 前記受信器の受信符号と前記参照用符号発生器からの参
   照用符号との相関値を求める受信位相検出用の受信側相
   関器と、 前記送信側相関器の出力信号と前記受信側相関器の出力
   信号の時間差を求めて前記測距対象物までの距離に換算
   する演算手段とを備え、 かつ、前記送信器から送出される電磁波の方向を検出す
   る方位検出手段をさらに設け、 その方位検出手段にて検出される方位に基づいて前記変
   調用符号発生器及び前記参照用符号発生器で使用する符
   号を変えるようにしたことを特徴とする符号変調方式レ
   ーダ測距装置。
2. 【請求項２】 全方位を３分割するとともに、分割した
   各エリアにそれぞれ相互相関の少ない異なる符号を割り
   当て、 前記方位検出手段で検出した方位が属する前記エリアに
   割り当てられた前記符号を使用することを特徴とする請
   求項１に記載の符号変調方式レーダ測距装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記参照用
   発振器はＶＣＯからなり、このＶＣＯの発振周波数が、
   前記送信側相関器の出力信号の周期が設定値に保たれる
   ようにフィードバック制御されることを特徴とする符号
   変調方式レーダ測距装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の符号変
   調方式レーダ測距装置と、そのレーダ測距装置で計測し
   た先行車両との車間距離に基づいて所定の出力信号を出
   力する手段と、車速センサとを備え、 前記車速センサで検出した車速に基づいて最大検出距離
   を求め、少なくともその最大検出距離を測定するのに必
   要な区間だけ前記送信器を間欠駆動するようにしたこと
   を特徴とする追突防止装置。