JPWO2007043479A1 - レーダ装置 - Google Patents

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Abstract

移動体に搭載され、移動体の周囲の障害物を検知するレーダ装置である。レーダ装置は、送信部（２０１）、受信部（２０２）、速度取得部（２０４）、参照信号取得部（２０５）および信号処理部（２０３）を備える。送信部（２０１）は、送信信号を所定の周波数で変調したレーダビームを送信する。受信部（２０２）は、送信部（２０１）から送信され、障害物で反射したレーダビームを所定の周波数で復調した受信信号を受信する。速度取得部（２０４）は、移動体の速度を取得する。参照信号取得部（２０５）は、速度取得部（２０４）によって取得された速度が所定の値以上である場合に、受信信号を参照信号として取得する。信号処理部（２０３）は、受信信号と参照信号を用いて、障害物を検出する。

Description

本発明は、移動体に搭載するレーダ装置に関し、特に車両に搭載して車両周囲の障害物を検知するためのレーダ装置に関する。
レーダ波を送受信することにより車両周囲に存在する障害物（以下、ターゲットと呼ぶ）を検知し、ドライバーにターゲットの存在を報知するレーダ装置の開発が進められている。そのレーダ装置の一つとして、パルス方式のレーダ装置（以下、パルスレーダ装置と呼ぶ）が知られている。また、車両に搭載されるレーダ装置は、バンパーの裏側といった外部から直接目視できない位置に設置されている。また、検知範囲によっては複数個のレーダ装置が設置されることになる。
例えば、パルスレーダ装置は、パルス発生器により変調用のパルス信号を生成し、高周波で変調された変調パルスが送信アンテナを通して車外に放射され、放射された先のターゲットに反射して戻ってきた反射波を受信アンテナで受信し、受信した信号を増幅して復調することでべースバンド受信信号が出力される。そして、このベースバンド送信信号とベースバンド受信信号との時間差を求めることにより、ターゲットまでの距離を算出することができる。
また、パルスレーダ装置は、車両から離れたところに存在するターゲットのみならず、車両のごく近傍に存在する物体も検知する必要がある。例えば、送信パルスのパルス幅より短い時間で受信パルスが戻る様な近距離では、パルスレーダ装置の送信アンテナから受信アンテナへ直接回り込んで入力されるレーダビームおよび送信部から受信部への回路上でのカップリングの影響（以下、これらを合わせて「回り込み波」と呼ぶ）で近距離のターゲットを検知できない場合もある。
回り込み波について図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａおよび図１１Ｂを用いて詳細に説明する。図１０Ａは、その設置の様子を上から見たものである。レーダ装置は通常バンパーのすぐ裏側に設置される。図１０Ｂは、図１０Ａの状態において、さらにバンパーのすぐ外側に検出対象となるターゲットを設置したものを表している。
図１１Ａは、図１０Ａのようにパルスレーダ装置を設置したときの、パルスレーダ装置のアンテナからの距離とベースバンド受信信号の振幅との関係を示した図である。回り込み波は、ターゲットの有無にかかわらず常に発生しているため、ベースバンド受信信号の中には、常に回り込み波の受信による成分も存在する。また、バンパーの反射波については、プラスチックバンパーであれば基本的に電波は透過するが、やはり送信信号の一部はバンパーによって反射されるため、振幅は小さいが反射波が存在する。実際には、回り込み波とバンパーの反射波が合成されたものがベースバンド受信信号として観測される（図中の太い実線）。
一方、図１１Ｂは、図１０Ｂの状態におけるベースバンド受信信号を示したものである。図１１Ａに加えて、バンパーのすぐ外側に設置されたターゲットの反射波が存在し、実際のベースバンド受信信号は図中の太線で示したものになる。図１１Ａと図１１Ｂの比較より、ターゲットがある場合とない場合とでベースバンド受信信号の振幅に差があることがわかる。よって、ターゲットがある場合のベースバンド受信信号とターゲットがない場合のベースバンド受信信号との振幅の差分をとることによってターゲットを検知することが可能である。
また、この回り込み波による信号の影響を受けずに極近距離のターゲットを検知する方法として、送受回り込み信号と移動ターゲットの反射信号との位相差が変化すると受信信号が変化することを利用したパルスレーダ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２２２６６９号公報
しかし、実際にレーダ装置を車両に搭載した場合、図１１Ａに示すような、車両の周囲にターゲットがないときのベースバンド受信信号、つまり参照信号をどうやって算出するかが大きな問題となる。なぜなら、車両周囲に何もターゲットがないという状況はまれであるし、また、レーダ装置自身が正確な参照信号を保持していない限り、車両周囲に何もターゲットがないということを認識することはできないからである。
これを解決する手段として、例えば、カーメーカの工場で車両を組み立てる工程において、パルスレーダ装置を車両に搭載した後、車両の周囲に何もターゲットがない場所に車両を置き、そこで送信信号を送信し、そのときのベースバンド受信信号を参照信号として保持しておく、ということが考えられる。しかし、この方法では、車両の組み立て工程が複雑かつ高コストになってしまう。さらに、レーダ装置を構成するデバイスの特性は、車両の走行に伴い、温度やその他の環境によって大きく変化する。よって、組み立て工程で保持した参照信号は、実際の車両走行においては、参考程度にはなるが正確な参照信号とはならない。
また、特許文献１記載の方法では、レーダ装置とターゲットの間の相対速度がゼロの場合はターゲットを検知できない。
それ故に本発明は、常に正確な参照信号を取得することができ、高精度にターゲットを検知することが可能なレーダ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、本発明の局面は、移動体に搭載され、前記移動体の周囲のターゲットを検知するレーダ装置である。レーダ装置は、送信部、受信部、速度取得部、参照信号取得部および信号処理部を備える。送信部は、送信信号を所定の周波数で変調したレーダビームを送信する。受信部は、送信部から送信され、ターゲットで反射したレーダビームを所定の周波数で復調した受信信号を受信する。速度取得部は、移動体の速度を取得する。参照信号取得部は、速度取得部によって取得された速度が所定の値以上である場合に、受信信号を参照信号として取得する。信号処理部は、受信信号と参照信号を用いて、ターゲットを検出する。
これにより、移動体の速度が所定の値以上であれば、少なくとも移動体の周囲で移動体からの距離が小さい場所にはターゲットがないと判断してよい。よって、移動体の速度が所定の値以上の場合の受信信号を参照信号として保持することにより、正確な参照信号を取得することが可能となる。
また、速度取得部によって取得された速度が実質的にゼロである場合、停止時信号を取得する停止時信号取得部を、さらに備え、参照信号取得部は、レーダ装置が停止した後、再始動した場合に、再始動時に受信した受信信号と、停止時信号と、レーダ装置の参照信号取得部によって取得されて記憶された参照信号とを用いて、再始動時の参照信号を更新するか否かを判定することが好ましい。
また、停止時信号取得部は、受信部によって受信された受信信号と前記参照信号の差分を停止時信号として取得し、参照信号取得部は、レーダ装置の再始動時に受信した受信信号と参照信号の初期値との差分によって算出される信号と、停止時信号との差分の絶対値を予め定められた閾値と比較し、絶対値が閾値より大きい場合に、再始動時の参照信号を再始動時に受信した受信信号と停止時信号との差分値に設定し、絶対値が閾値以下の場合に、再始動時の参照信号を参照信号の初期値に設定することが好ましい。
これにより、レーダ装置の停止時から再び始動するまでの時間が長いと、その間に温度等の環境変化が起こることにより、レーダ装置停止前に保持された参照信号は信頼性の低いものになっている可能性が高い。しかし、停止させた時点と再び始動させた時点とで、移動体周囲に存在するターゲットが変化しなければ、取得された停止時信号は正しい値である。よって、この停止時信号を用いて参照信号を更新することによって、レーダ装置始動直後でも高精度なレーダ動作が可能となる。
また、参照信号取得部は、速度取得部によって取得された速度が所定の値以上である場合に、受信部によって受信された受信信号のうち、最新の複数回の受信信号の平均を参照信号として取得することが好ましい。
また、レーダ装置は、所定の距離以上離した遮蔽物を通して送受信を行うことが好ましい。
また、レーダ装置は、遮蔽物への入射角を所定値以下とすることが好ましい。
また、レーダ装置と遮蔽物との距離は、移動体の周囲の障害物を検知する検知範囲から決定することが好ましい。
また、遮蔽物へのレーダビームの入射角は、移動体の周囲の障害物を検知する検知範囲から決定することが好ましい。
本発明のレーダ装置によれば、正確な参照信号を取得することができるため、高精度にターゲットを検知することが可能となる。
図１は、本発明におけるパルスレーダ装置の車両への設置例を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１におけるパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図３は、パルスレーダ装置とバンパーとの設置位置を示す図である。 図４は、パルスレーダ装置のアンテナからの距離とベースバンド受信信号の振幅との関係を示す図である。 図５は、ターゲットの有無によるベースバンド受信信号の振幅を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態１における参照信号取得部の具体的な動作を示すフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態２におけるパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態２における停止時信号取得部の動作を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態２におけるパルスレーダ装置再始動直後の参照信号設定の動作を示すフローチャートである。 図１０Ａは、ターゲットがない場合の車両に設置されたパルスレーダ装置を上から見た図である。 図１０Ｂは、ターゲットがある場合の車両に設置されたパルスレーダ装置を上から見た図である。 図１１Ａは、ターゲットがない場合のパルスレーダ装置のアンテナからの距離とベースバンド受信信号の振幅の関係を示す図である。 図１１Ｂは、ターゲットがある場合のパルスレーダ装置のアンテナからの距離とベースバンド受信信号の振幅の関係を示す図である。
符号の説明
２００、４００ パルスレーダ装置
２０１ 送信部
２０２ 受信部
２０３ 信号処理部
２０４ 速度取得部
２０５、４０１ 参照信号取得部
２０６ パルス発生器
２０７ 送信ミキサ
２０８ 送信パワーアンプ
２０９ 送信アンテナ
２１０ スプリッタ
２１１ 発振器
２１２ 受信アンテナ
２１３ 受信ローノイズアンプ
２１４ 受信ミキサ
４０２ 停止時信号取得部
（実施の形態１）
図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態１におけるパルスレーダ装置について説明する。
図１は、パルスレーダ装置の車両への設置例を示す図である。パルスレーダ装置は、車両前部のバンパー（本発明の遮蔽物に相当）の裏側に設置されている。図中に点線で示したように、この場合、パルスレーダ装置が３個設置されている。また、検知したい領域などによって所望の数だけレーダ装置を設置することになる。
図２は、本実施形態にかかるレーダ装置の一例である車両に搭載されるパルスレーダ装置のブロック構成を示す図である。パルスレーダ装置２００は、送信部２０１、受信部２０２、信号処理部２０３、速度取得部２０４、参照信号取得部２０５を備える。
送信部２０１は、レーダビームを生成して車外に向けて放射する。送信部２０１は、パルス発生器２０６、送信ミキサ２０７、送信パワーアンプ２０８、送信アンテナ２０９、スプリッタ２１０および発振器２１１を含む。
まず、送信部２０１では、パルス発生器２０６によって変調用のパルス信号がベースバンド送信信号として生成される。一方、発振器２１１によって生成された高周波の連続波が、スプリッタ２１０に入力され、送信用と受信用に分割される。
次に、送信ミキサ２０７に変調パルスと高周波の連続波が入力され、乗算動作によって高周波のパルス信号が生成される。これが送信パワーアンプ２０８によって増幅された後、送信アンテナ２０９によってさらに増幅されてレーダビームとして空中に放射される。送信部２０１は、上記の動作を周期的に繰り返すことで、レーダビームを生成し放射する。
受信部２０２は、送信アンテナ２０９から放射されたレーダビームは、ターゲットに照射され、ターゲットにより反射したレーダビームの一部を受信する。受信部２０２は、スプリッタ２１０、発振器２１１、受信アンテナ２１２、受信ＬＮＡ（ローノイズアンプ）２１３および受信ミキサ２１４を含む。
放射されたレーダビームの先に何らかのターゲットがあれば、放射されたレーダビームはそのターゲットに照射され、照射されたレーダビームの一部が反射して再びパルスレーダ装置２００のほうに戻ってくる。この反射したレーダビームは、受信アンテナ２１２によって受信され、増幅された後、受信ＬＮＡ２１３によってさらに増幅される。
受信ＬＮＡ２１３によってさらに増幅された信号が、発振器２１１によって生成されスプリッタ２１０により分割された高周波の連続波とともに受信ミキサ２１４に入力される。受信ミキサ２１４は、送信ミキサ２０７と同様に乗算動作によってベースバンド受信信号を出力する。
信号処理部２０３は、ベースバンド受信信号と後述する参照信号取得部２０５で予め記憶されている参照信号との振幅差を求めることによって、ターゲットの有無を判定する。また、信号処理部２０３は、ベースバンド送信信号とベースバンド受信信号との時間差を求めることにより、ターゲットまでの距離を算出する。
速度取得部２０４は、車両の速度を取得する。例えば、車両に設置された車輪速センサからの信号により車速を求めたり、加速度センサからの信号により車両の加速度を検出し、それを時間積分することによって求めてもよい。
参照信号取得部２０５は、参照信号を取得する。ここで、参照信号とは、車両の周囲にターゲットが存在しない場合に受信部２０２で受信したベースバンド受信信号である。具体的には、参照信号取得部２０５は、速度取得部２０４によって取得された車両の速度が所定の値以上の場合、受信部２０２で生成されたベースバンド受信信号を参照信号として保持する。これは、車両の速度が所定の値以上の場合、少なくとも移動体の周囲で移動体からの距離が近い場所にはターゲットがないと判断できるためである。
通常の走行シーンにおいて、上記の条件を満足する確率は非常に大きいので、常に最新の参照信号を保持することが可能であり、温度やその他の環境の変化によって生じるレーダ装置のデバイスの特性変化にも追従できる。よって、常に正確な参照信号を取得することが可能となる。
ここで、図３を参照して、パルスレーダ装置の車両への設置位置について説明する。なお、図３はパルスレーダ装置のバンパーに対する設置位置を示す図である。図３において、パルスレーダ装置が、従来のようにバンパーのすぐ裏側ではなく、バンパーから所定の距離以上離して設置されている。この所定の距離とは、少なくとも、バンパー表面から極近距離だけ離れた場所においても、送信部２０１から送信されたレーダビームが直接受信部２０２に回り込むことによって発生する回り込み波の影響を受けずに、ターゲットを検知することができる距離のことである。以下、この所定の距離を設定するための一例を説明する。
まず、使用するパルスレーダ装置を、バンパーを前に置いた状態で動作させ、ベースバンド受信信号の時間波形をオシロスコープ等で観測する。なお、図４は、アンテナからの距離と観測したベースバンド受信信号の振幅との関係を示す図である。縦軸および横軸の意味は図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａおよび図１１Ｂと同じであるが、見やすくするために横軸のスケールを拡大している。送信波の出力が大きいために受信部２０２が飽和し、ベースバンド受信信号の振幅が飽和レベルに張り付いているが、パルスレーダ装置からの距離が長くなるにつれてベースバンド受信信号の振幅が小さくなっていく。バンパーとパルスレーダ装置との距離を変えていき、バンパーに対して、バンパー表面における受信部２０２のベースバンド受信信号の振幅が飽和しない境界の距離ｄを求める。実際に車両に設置する場合には、バンパーに対してその距離ｄ以上離した位置に設置する。この時、パルスレーダ装置は、車両本体に設置されても良いし、バンパー自体にその距離ｄ以上離れた位置を保つ様に治具を用いて、もしくは取り付け部を備えるようにバンパーを成型もしくは加工して設置しても良い。
また、バンパー表面における受信部２０２のベースバンド受信信号の振幅と飽和レベルとの差がゼロとなる境界の距離をｄとしたが、図示しない検波器の分解能を考慮して、飽和レベルとの差が検波器の最小分解能に等しいときの距離をｄとする方が好ましい。
なお、所定の距離ｄを設定する際に、使用するパルスレーダ装置を、バンパーを前に置いた状態で動作させたが、バンパーを置かずにベースバンド受信信号の時間波形をオシロスコープ等で観測し、ベースバンド受信信号の振幅と飽和レベルとの差が、バンパーからの反射波によるベースバンド受信信号の振幅と検波器の最小分解能との和に等しいときのパルスレーダ装置からの距離としてもよい。すなわち、バンパーを前に置くと、バンパーからの反射波の振幅が加算されるため、それが加算された状態で、ベースバンド受信信号の振幅が飽和レベルに達しておらず、かつ、飽和レベルまでの差が検波器の最小分解能以上であれば、バンパー直近のターゲットを検出できることになる。
図５は、図３のようにパルスレーダ装置を設置したときのパルスレーダ装置からの距離とベースバンド受信信号の振幅との関係を示した図である。ターゲットがないときとあるときで、ベースバンド受信信号の振幅に差があるため、これを利用することによってバンパー直近のターゲットを検知することが可能となる。
信号処理部２０３においてターゲットを検出する際に、図５の点線で示すようなターゲットが存在しないと分かっているときのベースバンド受信信号の振幅を参照信号としてパルスレーダ装置内に記憶しておき、ベースバンド受信信号と参照信号との振幅差を求めることにより、ターゲットの有無を判定する。さらに、ベースバンド送信信号とベースバンド受信信号の時間差を求め、それによってターゲットの距離を算出する。
また、一般に、レーダビームが、バンパー等の誘電体に照射される場合、その入射角が大きい（バンパー等に垂直に照射される位置を０度とする）ほど、誘電体を透過するレーダビームのエネルギー成分が小さくなり、逆に、誘電体により反射されるレーダビームのエネルギー成分が大きくなる。本実施例のように、パルスレーダ装置をバンパーから離して設置した場合、パルスレーダ装置をバンパー直近に設置した場合に比べ、レーダビームのバンパーへの入射角が、相対的に小さくなる。よって、バンパーを透過するレーダビームのエネルギー成分が、相対的に大きくなり、特に、バンパー近傍に関して、より広範囲なエリアを検知することができる。したがって、パルスレーダ装置は、バンパーへのレーダビームの入射角が所定値以下になるような位置に設置するのが好ましい。また、車両の周囲のターゲットを検知する検知範囲に基づいて、パルスレーダ装置とバンパーとの距離を決定してもよい。なお、入射角は、バンパーの形状を曲面にする等により調整してもよい。
また、パルスレーダ装置が、バンパーから所定の距離ｄに設置されると、バンパーから極近距離だけ離れた場所に存在するターゲットでも、遮蔽板を用いたり回路構成を複雑にすることなく、送信波のパワーを抑えずに確実に検知することが可能である。よって、例えば、送信波のパワーを制御することなく、かつ、最大検知距離を小さくすることなく、車両のバンパーに密着したターゲットなども検知することが可能となり、事故の削減に貢献できる。
次に、図６を参照して、参照信号の具体的な算出方法について説明する。また、図６において初期振幅Ｖｉｎｉｔ、参照信号Ｖｒｅｆ、ベースバンド受信信号の振幅Ｖｒといった信号の振幅はスカラー値ではなく、パルスレーダ装置からの距離に関するベクトル、つまり信号の振幅値とパルスレーダ装置からターゲットまでの距離の２次元情報である。
まず、ステップＳ３０１において、信号処理部２０５は、参照信号の振幅Ｖｒｅｆを初期振幅Ｖｉｎｉｔで初期化するとともに、カウント変数ｎ（ｎは１以上の整数）を１に設定する。例えば、初期振幅Ｖｉｎｉｔは、レーダ動作が車両搭載後１回目の場合には、ターゲットがないときのベースバンド受信信号の振幅の典型値とする。また、レーダ動作が２回目以降の場合には、後述するステップＳ３０９において、初期振幅Ｖｉｎｉｔは、後述の式（１）によって更新された参照信号Ｖｒｅｆ（ｎ）の値となる。
次に、ステップＳ３０２では、速度取得部２０４は、車両に設置された車輪速センサを用いて車速ＳＰを取得する。続くステップＳ３０３では、ステップＳ３０２で取得された車速ＳＰが車速閾値ＳＰｔｈ以上か否かの判定をする。判定の結果、車速ＳＰが、予め設定した車速閾値ＳＰｔｈ以上（ステップＳ３０３でＹｅｓ）の場合には、処理は、ステップＳ３０４に進む。一方、車速ＳＰが、予め設定した車速閾値ＳＰｔｈ未満（ステップＳ３０３でＮｏ）の場合には、処理は、ステップＳ３０８に進む。続くステップＳ３０４では、カウント変数ｎにおけるベースバンド受信信号の振幅Ｖｒを検出する。続くステップＳ３０５では、カウント変数ｎの参照信号Ｖｒｅｆ（ｎ）は次式（１）に従って更新される。
Ｖｒｅｆ（ｎ）＝（（ｎ−１）×Ｖｒｅｆ＋Ｖｒ）／ｎ …（１）
また、上述の車速閾値ＳＰｔｈは、例えば、次式（２）で算出されることが望ましい。
ＳＰｔｈ［ｋｍ／ｈ］＝ｍａｘ（４×Ｒｍａｘ、３０） …（２）
上式（２）において、Ｒｍａｘ［ｍ］は、パルスレーダ装置の最大検知距離であり、ｍａｘ（Ａ、Ｂ）は、任意の数値Ａ、Ｂのうち、大きい方の値を出力とする関数である。また、４×Ｒｍａｘで示される値は、その車速における車両の空走距離（ただし、空走時間を１秒間とする）をもとに設定する。例えば、最大検知距離Ｒｍａｘが１０ｍの場合、上式（２）より、車速閾値ＳＰｔｈは、４０ｋｍ／ｈとなる。つまり、自車が４０ｋｍ／ｈで走行していれば、少なくとも空走距離（この場合、約１１ｍ）程度前方に障害物が存在しない可能性が高い。この様な状況では、ターゲットによる影響を受けていないので、受信された受信信号Ｖｒを参照信号の算出に用いることができる。また、上式（２）により、最大検知距離Ｒｍａｘがどんなに小さい場合でも、車速閾値ＳＰｔｈは、３０ｋｍ／ｈとなる。例えば、渋滞走行時など自車の速度が小さい（例えば、３０ｋｍ／ｈ以下）場合、最大検知距離Ｒｍａｘ以内のエリアに前方車両などのターゲットが存在する可能性がある。この様な状況では、ターゲットによる影響を受けてしまうので、受信された受信信号Ｖｒを参照信号の算出に用いると、参照信号の精度が劣化してしまう。
続くステップＳ３０６では、カウント変数ｎが予め設定した閾値ｎｔｈ以下（ステップＳ３０６でＹｅｓ）の場合には、ステップＳ３０７に進む。一方、カウント変数ｎが予め設定した閾値ｎｔｈを越える（ステップＳ３０６でＮｏ）場合には、ステップＳ３０８に進む。ステップＳ３０７では、カウント変数ｎを１だけインクリメントする。
ステップＳ３０８では、レーダ動作を終了させる（ステップＳ３０８でＹｅｓ）場合には、ステップＳ３０９に進む。一方、レーダ動作を終了させない（ステップＳ３０８でＮｏ）場合には、ステップＳ３０２に戻って処理を続ける。ステップＳ３０９では、上式（１）によって更新された参照信号Ｖｒｅｆ（ｎ）の値を初期振幅Ｖｉｎｉｔに代入し、次回レーダ動作時の参照信号Ｖｒｅｆ（ｎ）算出の際の初期値とし、図６の処理は終了する。
また、ステップＳ３０５のように、カウント変数ｎを用いて参照信号Ｖｒｅｆ（ｎ）を算出するのは、参照信号Ｖｒｅｆ（ｎ）を徐々に正しい値に収束させるためである。このようにすることにより、万が一ベースバンド受信信号の振幅が異常な値をとったとしても、その影響を小さくとどめることが可能である。また、ステップＳ３０６およびＳ３０７によって、カウント変数ｎがある値以上大きくなることを防いでいる。これは、カウント変数ｎがあまりに大きくなると、ステップＳ３０５で更新する参照信号Ｖｒｅｆ（ｎ）の値に、最新のベースバンド受信信号の振幅Ｖｒの値がほとんど反映されなくなってしまい、温度などによるパルスレーダ装置のデバイスの特性変化に追従することができなくなるためである。
このように、本実施形態によれば、車両の速度が所定以上であれば、少なくとも移動体の周囲で移動体からの距離が小さい場所にはターゲットがないと判断し、このときのベースバンド受信信号を参照信号として利用することにより、常に正確な参照信号を取得できる。よって、高精度に車両周囲のターゲットを検知することが可能となる。
また、本実施例のように、パルスレーダ装置をバンパーから所定の距離だけ離して設置したとき、放射されたレーダビームが、パルスレーダ装置とバンパーの間を２往復以上し、いわゆる多重反射信号として受信される場合がある。この場合、パルスレーダ装置は、受信された多重反射信号を、本来存在しない車両周囲のターゲットとして誤検知してしまう問題がある。しかしながら、前述した参照信号取得部２０５によって取得された参照信号を用いることにより、バンパーによる多重反射信号か車両周辺のターゲットによる信号かの区別をより正確にすることができる。これにより、誤検知を少なくすることが可能となる。
なお、本実施形態では、図３のように配置したが、これは単なる一例にすぎず、レーダ装置の配置位置は、任意である。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るパルスレーダ装置について説明する。なお、本発明の実施の形態２におけるレーダ装置は、実施の形態１と同様、車両に搭載されるパルスレーダ装置である。図７は、本実施形態にかかるパルスレーダ装置のブロック構成を示す図である。
本実施形態のパルスレーダ装置４００は、実施の形態１のパルスレーダ装置２００に加えて、停止時信号取得部４０２をさらに備える。送信部２０１、受信部２０２、信号処理部２０３、速度取得部２０４については、実施の形態１におけるパルスレーダ装置２００と同じであるため、詳細な説明を省略する。
停止時信号取得部４０２は、速度取得部２０４によって取得された車両の速度が実質的にゼロであるときの最新のベースバンド受信信号と参照信号取得部４０１によって取得された参照信号との差分を、停止時信号として取得保持する。車両のエンジンの停止とともにパルスレーダ装置４００を停止させた後でも、停止時信号は図示しない内部メモリ等に保存される。
参照信号取得部４０１は、実施の形態１の参照信号取得部２０５と同様に、速度取得部２０４によって取得された車両の速度が所定以上の場合のベースバンド受信信号を参照信号として保持するのに加えて、以下の動作を行うのが大きな特徴である。
すなわち、車両のエンジン再始動とともにパルスレーダ装置４００が再始動した場合に、そのときの受信部２０２によって受信されるベースバンド受信信号の振幅（Ｖｒ）と前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された（図６のステップＳ３０９で更新された）参照信号の初期振幅（Ｖｉｎｉｔ）（本発明の参照信号の初期値に相当）とを用いて算出される信号と、停止時信号取得部４０２の停止時信号との差分の絶対値を利用して参照信号を補正するというのが特徴である。
例えば、車両を駐車してから再始動するまでの時間が長いと、その間に温度等の環境変化が起こることにより、駐車前に保持された参照信号は信頼性の低いものになっている可能性が高い。しかし、車両の駐車時にパルスレーダ装置の動作を停止させた時点と再始動させた時点とで、車両周囲に存在するターゲットが変化しなければ、取得された停止時信号は正しい値である。よって、この停止時信号を用いて参照信号を補正することによって、レーダ装置始動直後でも高精度なレーダ動作が可能となる。
まず、図８を参照して、停止時信号取得部４０２の具体的な動作について説明する。また、図８において、参照信号の振幅Ｖｒｅｆ、ベースバンド受信信号の振幅Ｖｒ、停止時信号の振幅Ｖｓｔｐといった信号の振幅はスカラー値ではなく、パルスレーダ装置からの距離に関するベクトル、つまり信号の振幅値とパルスレーダ装置からターゲットまでの距離の２次元情報である。
まず、ステップＳ５０１では、停止時信号の振幅Ｖｓｔｐを０に初期化するとともに、カウント変数ｎを１に設定する。次にステップＳ５０２では、速度取得部２０４は、車両に設置された車輪速センサ等を用いて車速ＳＰを取得する。続くステップＳ５０３では、ステップＳ５０２で取得された車速ＳＰが０である（ゼロ）か否かの判定をする。判定の結果、車速ＳＰが、０（ゼロ）である（ステップＳ５０３でＹｅｓ）場合には、処理は、ステップＳ５０４に進む。一方、車速ＳＰが、０（ゼロ）でない（ステップＳ５０３でＮｏ）場合には、処理は、ステップＳ５０９に進む。ステップＳ５０９では、停止時信号の振幅Ｖｓｔｐを０に初期化したのち、ステップＳ５０８に進む。
一方、ステップＳ５０４では、カウント変数ｎにおけるベースバンド受信信号の振幅Ｖｒを検出する。続くステップＳ５０５では、カウント変数ｎの停止時信号の振幅Ｖｓｔｐ（ｎ）は次式（３）に従って更新される。
Ｖｓｔｐ（ｎ）＝（（ｎ−１）×Ｖｓｔｐ＋（Ｖｒ−Ｖｒｅｆ））／ｎ …（３）
続くステップＳ５０６では、カウント変数ｎが予め設定した閾値ｎｔｈ以下（ステップＳ５０６でＹｅｓ）の場合には、ステップＳ５０７に進む。一方、カウント変数ｎが予め設定した閾値ｎｔｈを越える（ステップＳ５０６でＮｏ）場合には、ステップＳ５０８に進む。ステップＳ５０７では、カウント変数ｎを１だけインクリメントする。
ステップＳ５０８では、レーダ動作を終了させる（ステップＳ５０８でＹｅｓ）場合には、図８の処理は、終了する。一方、レーダ動作を終了させない（ステップＳ５０８でＮｏ）場合には、ステップＳ５０２に戻って処理を続ける。
次に、図９を参照して、パルスレーダ装置４００の再始動直後に停止時信号を用いて参照信号を設定する方法について説明する。また、図９において初期振幅Ｖｉｎｉｔ（前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された（図６のステップＳ３０９で更新された）参照信号の振幅Ｖｒｅｆに相当）、参照信号の振幅Ｖｒｅｆ、ベースバンド受信信号の振幅Ｖｒ、停止時信号の振幅Ｖｓｔｐといった信号の振幅はスカラー値ではなく、パルスレーダ装置からの距離に関するベクトル、つまり信号の振幅値とパルスレーダ装置からターゲットまでの距離の２次元情報である。
まず、ステップＳ６０１では、速度取得部２０４は、車両に設置された車輪速センサ等を用いて車速ＳＰを検出する。ステップＳ６０２では、ステップＳ６０１で取得された車速ＳＰが０（ゼロ）であるか否かの判定をする。判定の結果、車速ＳＰが、０（ゼロ）である（ステップＳ６０２でＹｅｓ）場合には、処理は、ステップＳ６０３に進む。一方、車速ＳＰが、０（ゼロ）でない（ステップＳ６０２でＮｏ）場合には、処理は、ステップＳ６０７に進む。ステップＳ６０７では、パルスレーダ装置４００を始動直後に車両が動いてしまったと判断し、停止時信号の振幅Ｖｓｔｐを用いた補正を行うことができないため、信頼性が高いか低いか分からない初期振幅Ｖｉｎｉｔをそのまま参照信号として採用する。
一方、ステップＳ６０３では、カウント変数ｎにおけるベースバンド受信信号の振幅Ｖｒを検出する。続くステップＳ６０４では、次式（４）を用いて、図６のステップＳ３０９で更新された参照信号の初期振幅Ｖｉｎｉｔの信頼性を判定する。
｜Ｖｓｔｐ−（Ｖｒ−Ｖｉｎｉｔ）｜＞ＥＲＲｔｈ …（４）
上式（４）において、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された停止時信号の振幅Ｖｓｔｐ（図８のステップＳ５０５で更新された値）と、ステップＳ６０３で検出されたベースバンド受信信号の振幅Ｖｒと前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された参照信号の初期振幅Ｖｉｎｉｔ（図６のステップＳ３０９で更新された値）とを用いて算出した信号（Ｖｒ−Ｖｉｎｉｔ）との差分の絶対値が、予め設定された誤差閾値ＥＲＲｔｈより大きいか否か判定する（ステップＳ６０４）。判定の結果、上式（４）の左辺（｜Ｖｓｔｐ−（Ｖｒ−Ｖｉｎｉｔ）｜）が誤差閾値ＥＲＲｔｈより大きい（ステップＳ６０４でＹｅｓ）場合には、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存した初期振幅Ｖｉｎｉｔの信頼性が低いと判断して、処理は、ステップＳ６０５に進む。続くステップＳ６０５において、参照信号Ｖｒｅｆを、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された停止時信号の振幅ＶｓｔｐとステップＳ６０３で検出されたベースバンド受信信号の振幅Ｖｒとを用いて、Ｖｒｅｆ＝Ｖｒ−Ｖｓｔｐと補正する。一方、上式（４）の左辺（｜Ｖｓｔｐ−（Ｖｒ−Ｖｉｎｉｔ）｜）が誤差閾値ＥＲＲｔｈ以下の（ステップＳ６０４でＮｏ）場合には、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された初期振幅Ｖｉｎｉｔの信頼性が高いと判断して、処理は、ステップ６０６に進む。続くステップＳ６０６において、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された初期振幅Ｖｉｎｉｔをそのまま参照信号Ｖｒｅｆとして採用する。参照信号Ｖｒｅｆの設定が完了した後、上述のレーダ動作を行う。
以上のように、前回駐車前に保持された停止時信号を用いて参照信号を補正することにより、駐車から再始動までの間に温度等の環境変化が起こった場合でも、レーダ装置始動直後から高精度なレーダ動作が可能となる。
本発明にかかるレーダ装置は、正確な参照信号を取得することができるため、高精度にターゲットを検知することができ、本実施形態において説明した車両に搭載するパルスレーダ装置に限定されず、パルス以外の方式によるレーダ装置等にも適用することができる。
本発明は、移動体に搭載するレーダ装置に関し、特に車両に搭載して車両周囲の障害物を検知するためのレーダ装置に関する。
レーダ波を送受信することにより車両周囲に存在する障害物（以下、ターゲットと呼ぶ）を検知し、ドライバーにターゲットの存在を報知するレーダ装置の開発が進められている。そのレーダ装置の一つとして、パルス方式のレーダ装置（以下、パルスレーダ装置と呼ぶ）が知られている。また、車両に搭載されるレーダ装置は、バンパーの裏側といった外部から直接目視できない位置に設置されている。また、検知範囲によっては複数個のレーダ装置が設置されることになる。
例えば、パルスレーダ装置は、パルス発生器により変調用のパルス信号を生成し、高周波で変調された変調パルスが送信アンテナを通して車外に放射され、放射された先のターゲットに反射して戻ってきた反射波を受信アンテナで受信し、受信した信号を増幅して復調することでべースバンド受信信号が出力される。そして、このベースバンド送信信号とベースバンド受信信号との時間差を求めることにより、ターゲットまでの距離を算出することができる。
また、パルスレーダ装置は、車両から離れたところに存在するターゲットのみならず、車両のごく近傍に存在する物体も検知する必要がある。例えば、送信パルスのパルス幅より短い時間で受信パルスが戻る様な近距離では、パルスレーダ装置の送信アンテナから受信アンテナへ直接回り込んで入力されるレーダビームおよび送信部から受信部への回路上でのカップリングの影響（以下、これらを合わせて「回り込み波」と呼ぶ）で近距離のターゲットを検知できない場合もある。
回り込み波について図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａおよび図１１Ｂを用いて詳細に説明する。図１０Ａは、その設置の様子を上から見たものである。レーダ装置は通常バンパーのすぐ裏側に設置される。図１０Ｂは、図１０Ａの状態において、さらにバンパーのすぐ外側に検出対象となるターゲットを設置したものを表している。
図１１Ａは、図１０Ａのようにパルスレーダ装置を設置したときの、パルスレーダ装置のアンテナからの距離とベースバンド受信信号の振幅との関係を示した図である。回り込み波は、ターゲットの有無にかかわらず常に発生しているため、ベースバンド受信信号の中には、常に回り込み波の受信による成分も存在する。また、バンパーの反射波については、プラスチックバンパーであれば基本的に電波は透過するが、やはり送信信号の一部はバンパーによって反射されるため、振幅は小さいが反射波が存在する。実際には、回り込み波とバンパーの反射波が合成されたものがベースバンド受信信号として観測される（図中の太い実線）。
一方、図１１Ｂは、図１０Ｂの状態におけるベースバンド受信信号を示したものである。図１１Ａに加えて、バンパーのすぐ外側に設置されたターゲットの反射波が存在し、実際のベースバンド受信信号は図中の太線で示したものになる。図１１Ａと図１１Ｂの比較より、ターゲットがある場合とない場合とでベースバンド受信信号の振幅に差があることがわかる。よって、ターゲットがある場合のベースバンド受信信号とターゲットがない場合のベースバンド受信信号との振幅の差分をとることによってターゲットを検知することが可能である。
また、この回り込み波による信号の影響を受けずに極近距離のターゲットを検知する方法として、送受回り込み信号と移動ターゲットの反射信号との位相差が変化すると受信信号が変化することを利用したパルスレーダ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２２２６６９号公報
しかし、実際にレーダ装置を車両に搭載した場合、図１１Ａに示すような、車両の周囲にターゲットがないときのベースバンド受信信号、つまり参照信号をどうやって算出するかが大きな問題となる。なぜなら、車両周囲に何もターゲットがないという状況はまれであるし、また、レーダ装置自身が正確な参照信号を保持していない限り、車両周囲に何もターゲットがないということを認識することはできないからである。
これを解決する手段として、例えば、カーメーカの工場で車両を組み立てる工程において、パルスレーダ装置を車両に搭載した後、車両の周囲に何もターゲットがない場所に車両を置き、そこで送信信号を送信し、そのときのベースバンド受信信号を参照信号として保持しておく、ということが考えられる。しかし、この方法では、車両の組み立て工程が複雑かつ高コストになってしまう。さらに、レーダ装置を構成するデバイスの特性は、車両の走行に伴い、温度やその他の環境によって大きく変化する。よって、組み立て工程で保持した参照信号は、実際の車両走行においては、参考程度にはなるが正確な参照信号とはならない。
また、特許文献１記載の方法では、レーダ装置とターゲットの間の相対速度がゼロの場合はターゲットを検知できない。
それ故に本発明は、常に正確な参照信号を取得することができ、高精度にターゲットを検知することが可能なレーダ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、本発明の局面は、移動体に搭載され、前記移動体の周囲のターゲットを検知するレーダ装置である。レーダ装置は、送信部、受信部、速度取得部、参照信号取得部および信号処理部を備える。
送信部は、送信信号を所定の周波数で変調したレーダビームを送信する。受信部は、送信部から送信され、ターゲットで反射したレーダビームを所定の周波数で復調した受信信号を受信する。速度取得部は、移動体の速度を取得する。参照信号取得部は、速度取得部によって取得された速度が所定の値以上である場合に、受信信号を参照信号として取得する。信号処理部は、受信信号と参照信号を用いて、ターゲットを検出する。
これにより、移動体の速度が所定の値以上であれば、少なくとも移動体の周囲で移動体からの距離が小さい場所にはターゲットがないと判断してよい。よって、移動体の速度が所定の値以上の場合の受信信号を参照信号として保持することにより、正確な参照信号を取得することが可能となる。
また、速度取得部によって取得された速度が実質的にゼロである場合、停止時信号を取得する停止時信号取得部を、さらに備え、参照信号取得部は、レーダ装置が停止した後、再始動した場合に、再始動時に受信した受信信号と、停止時信号と、レーダ装置の参照信号取得部によって取得されて記憶された参照信号とを用いて、再始動時の参照信号を更新するか否かを判定することが好ましい。
また、停止時信号取得部は、受信部によって受信された受信信号と前記参照信号の差分を停止時信号として取得し、参照信号取得部は、レーダ装置の再始動時に受信した受信信号と参照信号の初期値との差分によって算出される信号と、停止時信号との差分の絶対値を予め定められた閾値と比較し、絶対値が閾値より大きい場合に、再始動時の参照信号を再始動時に受信した受信信号と停止時信号との差分値に設定し、絶対値が閾値以下の場合に、再始動時の参照信号を参照信号の初期値に設定することが好ましい。
これにより、レーダ装置の停止時から再び始動するまでの時間が長いと、その間に温度等の環境変化が起こることにより、レーダ装置停止前に保持された参照信号は信頼性の低いものになっている可能性が高い。しかし、停止させた時点と再び始動させた時点とで、移動体周囲に存在するターゲットが変化しなければ、取得された停止時信号は正しい値である。よって、この停止時信号を用いて参照信号を更新することによって、レーダ装置始動直後でも高精度なレーダ動作が可能となる。
また、参照信号取得部は、速度取得部によって取得された速度が所定の値以上である場合に、受信部によって受信された受信信号のうち、最新の複数回の受信信号の平均を参照信号として取得することが好ましい。
また、レーダ装置は、所定の距離以上離した遮蔽物を通して送受信を行うことが好ましい。
また、レーダ装置は、遮蔽物への入射角を所定値以下とすることが好ましい。
また、レーダ装置と遮蔽物との距離は、移動体の周囲の障害物を検知する検知範囲から決定することが好ましい。
また、遮蔽物へのレーダビームの入射角は、移動体の周囲の障害物を検知する検知範囲から決定することが好ましい。
本発明のレーダ装置によれば、正確な参照信号を取得することができるため、高精度にターゲットを検知することが可能となる。
（実施の形態１）
図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態１におけるパルスレーダ装置について説明する。
図１は、パルスレーダ装置の車両への設置例を示す図である。パルスレーダ装置は、車両前部のバンパー（本発明の遮蔽物に相当）の裏側に設置されている。図中に点線で示したように、この場合、パルスレーダ装置が３個設置されている。また、検知したい領域などによって所望の数だけレーダ装置を設置することになる。
図２は、本実施形態にかかるレーダ装置の一例である車両に搭載されるパルスレーダ装置のブロック構成を示す図である。パルスレーダ装置２００は、送信部２０１、受信部２０２、信号処理部２０３、速度取得部２０４、参照信号取得部２０５を備える。
送信部２０１は、レーダビームを生成して車外に向けて放射する。送信部２０１は、パルス発生器２０６、送信ミキサ２０７、送信パワーアンプ２０８、送信アンテナ２０９、スプリッタ２１０および発振器２１１を含む。
まず、送信部２０１では、パルス発生器２０６によって変調用のパルス信号がベースバンド送信信号として生成される。一方、発振器２１１によって生成された高周波の連続波が、スプリッタ２１０に入力され、送信用と受信用に分割される。
次に、送信ミキサ２０７に変調パルスと高周波の連続波が入力され、乗算動作によって高周波のパルス信号が生成される。これが送信パワーアンプ２０８によって増幅された後、送信アンテナ２０９によってさらに増幅されてレーダビームとして空中に放射される。送信部２０１は、上記の動作を周期的に繰り返すことで、レーダビームを生成し放射する。
受信部２０２は、送信アンテナ２０９から放射されたレーダビームは、ターゲットに照射され、ターゲットにより反射したレーダビームの一部を受信する。受信部２０２は、スプリッタ２１０、発振器２１１、受信アンテナ２１２、受信ＬＮＡ（ローノイズアンプ）２１３および受信ミキサ２１４を含む。
放射されたレーダビームの先に何らかのターゲットがあれば、放射されたレーダビームはそのターゲットに照射され、照射されたレーダビームの一部が反射して再びパルスレーダ装置２００のほうに戻ってくる。この反射したレーダビームは、受信アンテナ２１２によって受信され、増幅された後、受信ＬＮＡ２１３によってさらに増幅される。
受信ＬＮＡ２１３によってさらに増幅された信号が、発振器２１１によって生成されスプリッタ２１０により分割された高周波の連続波とともに受信ミキサ２１４に入力される。受信ミキサ２１４は、送信ミキサ２０７と同様に乗算動作によってベースバンド受信信号を出力する。
信号処理部２０３は、ベースバンド受信信号と後述する参照信号取得部２０５で予め記憶されている参照信号との振幅差を求めることによって、ターゲットの有無を判定する。また、信号処理部２０３は、ベースバンド送信信号とベースバンド受信信号との時間差を求めることにより、ターゲットまでの距離を算出する。
速度取得部２０４は、車両の速度を取得する。例えば、車両に設置された車輪速センサからの信号により車速を求めたり、加速度センサからの信号により車両の加速度を検出し
、それを時間積分することによって求めてもよい。
参照信号取得部２０５は、参照信号を取得する。ここで、参照信号とは、車両の周囲にターゲットが存在しない場合に受信部２０２で受信したベースバンド受信信号である。具体的には、参照信号取得部２０５は、速度取得部２０４によって取得された車両の速度が所定の値以上の場合、受信部２０２で生成されたベースバンド受信信号を参照信号として保持する。これは、車両の速度が所定の値以上の場合、少なくとも移動体の周囲で移動体からの距離が近い場所にはターゲットがないと判断できるためである。
通常の走行シーンにおいて、上記の条件を満足する確率は非常に大きいので、常に最新の参照信号を保持することが可能であり、温度やその他の環境の変化によって生じるレーダ装置のデバイスの特性変化にも追従できる。よって、常に正確な参照信号を取得することが可能となる。
ここで、図３を参照して、パルスレーダ装置の車両への設置位置について説明する。なお、図３はパルスレーダ装置のバンパーに対する設置位置を示す図である。図３において、パルスレーダ装置が、従来のようにバンパーのすぐ裏側ではなく、バンパーから所定の距離以上離して設置されている。この所定の距離とは、少なくとも、バンパー表面から極近距離だけ離れた場所においても、送信部２０１から送信されたレーダビームが直接受信部２０２に回り込むことによって発生する回り込み波の影響を受けずに、ターゲットを検知することができる距離のことである。以下、この所定の距離を設定するための一例を説明する。
まず、使用するパルスレーダ装置を、バンパーを前に置いた状態で動作させ、ベースバンド受信信号の時間波形をオシロスコープ等で観測する。なお、図４は、アンテナからの距離と観測したベースバンド受信信号の振幅との関係を示す図である。縦軸および横軸の意味は図１１Ａおよび図１１Ｂと同じであるが、見やすくするために横軸のスケールを拡大している。送信波の出力が大きいために受信部２０２が飽和し、ベースバンド受信信号の振幅が飽和レベルに張り付いているが、パルスレーダ装置からの距離が長くなるにつれてベースバンド受信信号の振幅が小さくなっていく。バンパーとパルスレーダ装置との距離を変えていき、バンパーに対して、バンパー表面における受信部２０２のベースバンド受信信号の振幅が飽和しない境界の距離ｄを求める。実際に車両に設置する場合には、バンパーに対してその距離ｄ以上離した位置に設置する。この時、パルスレーダ装置は、車両本体に設置されても良いし、バンパー自体にその距離ｄ以上離れた位置を保つ様に治具を用いて、もしくは取り付け部を備えるようにバンパーを成型もしくは加工して設置しても良い。
また、バンパー表面における受信部２０２のベースバンド受信信号の振幅と飽和レベルとの差がゼロとなる境界の距離をｄとしたが、図示しない検波器の分解能を考慮して、飽和レベルとの差が検波器の最小分解能に等しいときの距離をｄとする方が好ましい。
なお、所定の距離ｄを設定する際に、使用するパルスレーダ装置を、バンパーを前に置いた状態で動作させたが、バンパーを置かずにベースバンド受信信号の時間波形をオシロスコープ等で観測し、ベースバンド受信信号の振幅と飽和レベルとの差が、バンパーからの反射波によるベースバンド受信信号の振幅と検波器の最小分解能との和に等しいときのパルスレーダ装置からの距離としてもよい。すなわち、バンパーを前に置くと、バンパーからの反射波の振幅が加算されるため、それが加算された状態で、ベースバンド受信信号の振幅が飽和レベルに達しておらず、かつ、飽和レベルまでの差が検波器の最小分解能以上であれば、バンパー直近のターゲットを検出できることになる。
図５は、図３のようにパルスレーダ装置を設置したときのパルスレーダ装置からの距離とベースバンド受信信号の振幅との関係を示した図である。ターゲットがないときとあるときで、ベースバンド受信信号の振幅に差があるため、これを利用することによってバンパー直近のターゲットを検知することが可能となる。
信号処理部２０３においてターゲットを検出する際に、図５の点線で示すようなターゲットが存在しないと分かっているときのベースバンド受信信号の振幅を参照信号としてパルスレーダ装置内に記憶しておき、ベースバンド受信信号と参照信号との振幅差を求めることにより、ターゲットの有無を判定する。さらに、ベースバンド送信信号とベースバンド受信信号の時間差を求め、それによってターゲットの距離を算出する。
また、一般に、レーダビームが、バンパー等の誘電体に照射される場合、その入射角が大きい（バンパー等に垂直に照射される位置を０度とする）ほど、誘電体を透過するレーダビームのエネルギー成分が小さくなり、逆に、誘電体により反射されるレーダビームのエネルギー成分が大きくなる。本実施例のように、パルスレーダ装置をバンパーから離して設置した場合、パルスレーダ装置をバンパー直近に設置した場合に比べ、レーダビームのバンパーへの入射角が、相対的に小さくなる。よって、バンパーを透過するレーダビームのエネルギー成分が、相対的に大きくなり、特に、バンパー近傍に関して、より広範囲なエリアを検知することができる。したがって、パルスレーダ装置は、バンパーへのレーダビームの入射角が所定値以下になるような位置に設置するのが好ましい。また、車両の周囲のターゲットを検知する検知範囲に基づいて、パルスレーダ装置とバンパーとの距離を決定してもよい。なお、入射角は、バンパーの形状を曲面にする等により調整してもよい。
また、パルスレーダ装置が、バンパーから所定の距離ｄに設置されると、バンパーから極近距離だけ離れた場所に存在するターゲットでも、遮蔽板を用いたり回路構成を複雑にすることなく、送信波のパワーを抑えずに確実に検知することが可能である。よって、例えば、送信波のパワーを制御することなく、かつ、最大検知距離を小さくすることなく、車両のバンパーに密着したターゲットなども検知することが可能となり、事故の削減に貢献できる。
次に、図６を参照して、参照信号の具体的な算出方法について説明する。また、図６において初期振幅Ｖinit、参照信号Ｖref、ベースバンド受信信号の振幅Ｖrといった信号の振幅はスカラー値ではなく、パルスレーダ装置からの距離に関するベクトル、つまり信号の振幅値とパルスレーダ装置からターゲットまでの距離の２次元情報である。
まず、ステップＳ３０１において、信号処理部２０５は、参照信号の振幅Ｖrefを初期
振幅Ｖinitで初期化するとともに、カウント変数ｎ（ｎは１以上の整数）を１に設定する。例えば、初期振幅Ｖinitは、レーダ動作が車両搭載後１回目の場合には、ターゲットがないときのベースバンド受信信号の振幅の典型値とする。また、レーダ動作が２回目以降の場合には、後述するステップＳ３０９において、初期振幅Ｖinitは、後述の式（１）によって更新された参照信号Ｖref（ｎ）の値となる。
次に、ステップＳ３０２では、速度取得部２０４は、車両に設置された車輪速センサを用いて車速ＳＰを取得する。続くステップＳ３０３では、ステップＳ３０２で取得された車速ＳＰが車速閾値ＳＰth以上か否かの判定をする。判定の結果、車速ＳＰが、予め設定した車速閾値ＳＰth以上（ステップＳ３０３でＹｅｓ）の場合には、処理は、ステップＳ３０４に進む。一方、車速ＳＰが、予め設定した車速閾値ＳＰth未満（ステップＳ３０３でＮｏ）の場合には、処理は、ステップＳ３０８に進む。続くステップＳ３０４では、カウント変数ｎにおけるベースバンド受信信号の振幅Ｖrを検出する。続くステップＳ３０
５では、カウント変数ｎの参照信号Ｖref（ｎ）は次式（１）に従って更新される。
Ｖref（ｎ）＝（（ｎ−１）×Ｖref＋Ｖr）／ｎ …（１）
また、上述の車速閾値ＳＰthは、例えば、次式（２）で算出されることが望ましい。
ＳＰth［ｋｍ／ｈ］＝ｍａｘ（４×Ｒｍａｘ、３０） …（２）
上式（２）において、Ｒｍａｘ［ｍ］は、パルスレーダ装置の最大検知距離であり、ｍａｘ（Ａ、Ｂ）は、任意の数値Ａ、Ｂのうち、大きい方の値を出力とする関数である。また、４×Ｒｍａｘで示される値は、その車速における車両の空走距離（ただし、空走時間を１秒間とする）をもとに設定する。例えば、最大検知距離Ｒｍａｘが１０ｍの場合、上式（２）より、車速閾値ＳＰthは、４０ｋｍ／ｈとなる。つまり、自車が４０ｋｍ／ｈで走行していれば、少なくとも空走距離（この場合、約１１ｍ）程度前方に障害物が存在しない可能性が高い。この様な状況では、ターゲットによる影響を受けていないので、受信された受信信号Ｖrを参照信号の算出に用いることができる。また、上式（２）により、最
大検知距離Ｒｍａｘがどんなに小さい場合でも、車速閾値ＳＰthは、３０ｋｍ／ｈとなる。例えば、渋滞走行時など自車の速度が小さい（例えば、３０ｋｍ／ｈ以下）場合、最大検知距離Ｒｍａｘ以内のエリアに前方車両などのターゲットが存在する可能性がある。この様な状況では、ターゲットによる影響を受けてしまうので、受信された受信信号Ｖrを
参照信号の算出に用いると、参照信号の精度が劣化してしまう。
続くステップＳ３０６では、カウント変数ｎが予め設定した閾値ｎth以下（ステップＳ３０６でＹｅｓ）の場合には、ステップＳ３０７に進む。一方、カウント変数ｎが予め設定した閾値ｎthを越える（ステップＳ３０６でＮｏ）場合には、ステップＳ３０８に進む。ステップＳ３０７では、カウント変数ｎを１だけインクリメントする。
ステップＳ３０８では、レーダ動作を終了させる（ステップＳ３０８でＹｅｓ）場合には、ステップＳ３０９に進む。一方、レーダ動作を終了させない（ステップＳ３０８でＮｏ）場合には、ステップＳ３０２に戻って処理を続ける。ステップＳ３０９では、上式（１）によって更新された参照信号Ｖref（ｎ）の値を初期振幅Ｖinitに代入し、次回レー
ダ動作時の参照信号Ｖref（ｎ）算出の際の初期値とし、図６の処理は終了する。
また、ステップＳ３０５のように、カウント変数ｎを用いて参照信号Ｖref（ｎ）を算
出するのは、参照信号Ｖref（ｎ）を徐々に正しい値に収束させるためである。このよう
にすることにより、万が一ベースバンド受信信号の振幅が異常な値をとったとしても、その影響を小さくとどめることが可能である。また、ステップＳ３０６およびＳ３０７によって、カウント変数ｎがある値以上大きくなることを防いでいる。これは、カウント変数ｎがあまりに大きくなると、ステップＳ３０５で更新する参照信号Ｖref（ｎ）の値に、
最新のベースバンド受信信号の振幅Ｖrの値がほとんど反映されなくなってしまい、温度
などによるパルスレーダ装置のデバイスの特性変化に追従することができなくなるためである。
このように、本実施形態によれば、車両の速度が所定以上であれば、少なくとも移動体の周囲で移動体からの距離が小さい場所にはターゲットがないと判断し、このときのベースバンド受信信号を参照信号として利用することにより、常に正確な参照信号を取得できる。よって、高精度に車両周囲のターゲットを検知することが可能となる。
また、本実施例のように、パルスレーダ装置をバンパーから所定の距離だけ離して設置したとき、放射されたレーダビームが、パルスレーダ装置とバンパーの間を２往復以上し、いわゆる多重反射信号として受信される場合がある。この場合、パルスレーダ装置は、受信された多重反射信号を、本来存在しない車両周囲のターゲットとして誤検知してしまう問題がある。しかしながら、前述した参照信号取得部２０５によって取得された参照信
号を用いることにより、バンパーによる多重反射信号か車両周辺のターゲットによる信号かの区別をより正確にすることができる。これにより、誤検知を少なくすることが可能となる。
なお、本実施形態では、図３のように配置したが、これは単なる一例にすぎず、レーダ装置の配置位置は、任意である。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るパルスレーダ装置について説明する。なお、本発明の実施の形態２におけるレーダ装置は、実施の形態１と同様、車両に搭載されるパルスレーダ装置である。図７は、本実施形態にかかるパルスレーダ装置のブロック構成を示す図である。
本実施形態のパルスレーダ装置４００は、実施の形態１のパルスレーダ装置２００に加えて、停止時信号取得部４０２をさらに備える。送信部２０１、受信部２０２、信号処理部２０３、速度取得部２０４については、実施の形態１におけるパルスレーダ装置２００と同じであるため、詳細な説明を省略する。
停止時信号取得部４０２は、速度取得部２０４によって取得された車両の速度が実質的にゼロであるときの最新のベースバンド受信信号と参照信号取得部４０１によって取得された参照信号との差分を、停止時信号として取得保持する。車両のエンジンの停止とともにパルスレーダ装置４００を停止させた後でも、停止時信号は図示しない内部メモリ等に保存される。
参照信号取得部４０１は、実施の形態１の参照信号取得部２０５と同様に、速度取得部２０４によって取得された車両の速度が所定以上の場合のベースバンド受信信号を参照信号として保持するのに加えて、以下の動作を行うのが大きな特徴である。
すなわち、車両のエンジン再始動とともにパルスレーダ装置４００が再始動した場合に、そのときの受信部２０２によって受信されるベースバンド受信信号の振幅（Ｖr）と前
回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された（図６のステップＳ３０９で更新された）参照信号の初期振幅（Ｖinit）（本発明の参照信号の初期値に相当）とを用いて算出される信号と、停止時信号取得部４０２の停止時信号との差分の絶対値を利用して参照信号を補正するというのが特徴である。
例えば、車両を駐車してから再始動するまでの時間が長いと、その間に温度等の環境変化が起こることにより、駐車前に保持された参照信号は信頼性の低いものになっている可能性が高い。しかし、車両の駐車時にパルスレーダ装置の動作を停止させた時点と再始動させた時点とで、車両周囲に存在するターゲットが変化しなければ、取得された停止時信号は正しい値である。よって、この停止時信号を用いて参照信号を補正することによって、レーダ装置始動直後でも高精度なレーダ動作が可能となる。
まず、図８を参照して、停止時信号取得部４０２の具体的な動作について説明する。また、図８において、参照信号の振幅Ｖref、ベースバンド受信信号の振幅Ｖr、停止時信号の振幅Ｖstpといった信号の振幅はスカラー値ではなく、パルスレーダ装置からの距離に
関するベクトル、つまり信号の振幅値とパルスレーダ装置からターゲットまでの距離の２次元情報である。
まず、ステップＳ５０１では、停止時信号の振幅Ｖstpを０に初期化するとともに、カ
ウント変数ｎを１に設定する。次にステップＳ５０２では、速度取得部２０４は、車両に設置された車輪速センサ等を用いて車速ＳＰを取得する。続くステップＳ５０３では、ス
テップＳ５０２で取得された車速ＳＰが０である（ゼロ）か否かの判定をする。判定の結果、車速ＳＰが、０（ゼロ）である（ステップＳ５０３でＹｅｓ）場合には、処理は、ステップＳ５０４に進む。一方、車速ＳＰが、０（ゼロ）でない（ステップＳ５０３でＮｏ）場合には、処理は、ステップＳ５０９に進む。ステップＳ５０９では、停止時信号の振幅Ｖstpを０に初期化したのち、ステップＳ５０８に進む。
一方、ステップＳ５０４では、カウント変数ｎにおけるベースバンド受信信号の振幅Ｖrを検出する。続くステップＳ５０５では、カウント変数ｎの停止時信号の振幅Ｖstp（ｎ）は次式（３）に従って更新される。
Ｖstp（ｎ）＝（（ｎ−１）×Ｖstp＋（Ｖr−Ｖref））／ｎ …（３）
続くステップＳ５０６では、カウント変数ｎが予め設定した閾値ｎth以下（ステップＳ５０６でＹｅｓ）の場合には、ステップＳ５０７に進む。一方、カウント変数ｎが予め設定した閾値ｎthを越える（ステップＳ５０６でＮｏ）場合には、ステップＳ５０８に進む。ステップＳ５０７では、カウント変数ｎを１だけインクリメントする。
ステップＳ５０８では、レーダ動作を終了させる（ステップＳ５０８でＹｅｓ）場合には、図８の処理は、終了する。一方、レーダ動作を終了させない（ステップＳ５０８でＮｏ）場合には、ステップＳ５０２に戻って処理を続ける。
次に、図９を参照して、パルスレーダ装置４００の再始動直後に停止時信号を用いて参照信号を設定する方法について説明する。また、図９において初期振幅Ｖinit（前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された（図６のステップＳ３０９で更新された）参照信号の振幅Ｖrefに相当）、参照信号の振幅Ｖref、ベースバンド受信信号の振幅Ｖr、停
止時信号の振幅Ｖstpといった信号の振幅はスカラー値ではなく、パルスレーダ装置から
の距離に関するベクトル、つまり信号の振幅値とパルスレーダ装置からターゲットまでの距離の２次元情報である。
まず、ステップＳ６０１では、速度取得部２０４は、車両に設置された車輪速センサ等を用いて車速ＳＰを検出する。ステップＳ６０２では、ステップＳ６０１で取得された車速ＳＰが０（ゼロ）であるか否かの判定をする。判定の結果、車速ＳＰが、０（ゼロ）である（ステップＳ６０２でＹｅｓ）場合には、処理は、ステップＳ６０３に進む。一方、車速ＳＰが、０（ゼロ）でない（ステップＳ６０２でＮｏ）場合には、処理は、ステップＳ６０７に進む。ステップＳ６０７では、パルスレーダ装置４００を始動直後に車両が動いてしまったと判断し、停止時信号の振幅Ｖstpを用いた補正を行うことができないため
、信頼性が高いか低いか分からない初期振幅Ｖinitをそのまま参照信号として採用する。
一方、ステップＳ６０３では、カウント変数ｎにおけるベースバンド受信信号の振幅Ｖrを検出する。続くステップＳ６０４では、次式（４）を用いて、図６のステップＳ３０
９で更新された参照信号の初期振幅Ｖinitの信頼性を判定する。
｜Ｖstp−（Ｖr−Ｖinit）｜＞ＥＲＲth …（４）
上式（４）において、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された停止時信号の振幅Ｖstp（図８のステップＳ５０５で更新された値）と、ステップＳ６０３で検出され
たベースバンド受信信号の振幅Ｖrと前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された
参照信号の初期振幅Ｖinit（図６のステップＳ３０９で更新された値）とを用いて算出した信号（Ｖr−Ｖinit）との差分の絶対値が、予め設定された誤差閾値ＥＲＲthより大き
いか否か判定する（ステップＳ６０４）。判定の結果、上式（４）の左辺（｜Ｖstp−（
Ｖr−Ｖinit）｜）が誤差閾値ＥＲＲthより大きい（ステップＳ６０４でＹｅｓ）場合に
は、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存した初期振幅Ｖinitの信頼性が低いと判
断して、処理は、ステップＳ６０５に進む。続くステップＳ６０５において、参照信号Ｖrefを、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された停止時信号の振幅ＶstpとステップＳ６０３で検出されたベースバンド受信信号の振幅Ｖrとを用いて、Ｖref＝Ｖr−Ｖstpと補正する。一方、上式（４）の左辺（｜Ｖstp−（Ｖr−Ｖinit）｜）が誤差閾値ＥＲＲth以下の（ステップＳ６０４でＮｏ）場合には、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された初期振幅Ｖinitの信頼性が高いと判断して、処理は、ステップ６０６に進む。続くステップＳ６０６において、前回パルスレーダ装置４００の停止時に保存された初期振幅Ｖinitをそのまま参照信号Ｖrefとして採用する。参照信号Ｖrefの設定が完了した後、上述のレーダ動作を行う。
以上のように、前回駐車前に保持された停止時信号を用いて参照信号を補正することにより、駐車から再始動までの間に温度等の環境変化が起こった場合でも、レーダ装置始動直後から高精度なレーダ動作が可能となる。
本発明にかかるレーダ装置は、正確な参照信号を取得することができるため、高精度にターゲットを検知することができ、本実施形態において説明した車両に搭載するパルスレーダ装置に限定されず、パルス以外の方式によるレーダ装置等にも適用することができる。
本発明におけるパルスレーダ装置の車両への設置例を示す図 本発明の実施の形態１におけるパルスレーダ装置の構成を示すブロック図 パルスレーダ装置とバンパーとの設置位置を示す図 パルスレーダ装置のアンテナからの距離とベースバンド受信信号の振幅との関係を示す図 ターゲットの有無によるベースバンド受信信号の振幅を示す図 本発明の実施の形態１における参照信号取得部の具体的な動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２におけるパルスレーダ装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における停止時信号取得部の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２におけるパルスレーダ装置再始動直後の参照信号設定の動作を示すフローチャート ターゲットがない場合の車両に設置されたパルスレーダ装置を上から見た図 ターゲットがある場合の車両に設置されたパルスレーダ装置を上から見た図 ターゲットがない場合のパルスレーダ装置のアンテナからの距離とベースバンド受信信号の振幅の関係を示す図 ターゲットがある場合のパルスレーダ装置のアンテナからの距離とベースバンド受信信号の振幅の関係を示す図
符号の説明
２００、４００ パルスレーダ装置
２０１ 送信部
２０２ 受信部
２０３ 信号処理部
２０４ 速度取得部
２０５、４０１ 参照信号取得部
２０６ パルス発生器
２０７ 送信ミキサ
２０８ 送信パワーアンプ
２０９ 送信アンテナ
２１０ スプリッタ
２１１ 発振器
２１２ 受信アンテナ
２１３ 受信ローノイズアンプ
２１４ 受信ミキサ
４０２ 停止時信号取得部

Claims (8)

  1. 移動体に搭載され、前記移動体の周囲の障害物を検知するレーダ装置であって、
    送信信号を所定の周波数で変調したレーダビームを送信する送信部と、
    前記送信部から送信され、前記障害物で反射したレーダビームを前記所定の周波数で復調して生成される受信信号を受信する受信部と、
    前記移動体の速度を取得する速度取得部と、
    前記速度取得部によって取得された速度が所定の値以上である場合に、前記受信信号を参照信号として取得する参照信号取得部と、
    前記受信信号と前記参照信号を用いて、前記障害物を検出する信号処理部とを備えるレーダ装置。
  2. 前記速度取得部によって取得された速度が実質的にゼロである場合、停止時信号を取得する停止時信号取得部を、さらに備え、
    前記参照信号取得部は、前記レーダ装置が停止した後、再始動した場合に、再始動時に受信した受信信号と、前記停止時信号と、前記レーダ装置の前記参照信号取得部によって取得されて記憶された参照信号とを用いて、再始動時の参照信号を更新するか否かを判定することを特徴とする、請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 前記停止時信号取得部は、前記受信部によって受信された受信信号と前記参照信号の差分を停止時信号として取得し、
    前記参照信号取得部は、前記レーダ装置の再始動時に受信した受信信号と前記参照信号の初期値との差分によって算出される信号と、前記停止時信号との差分の絶対値を予め定められた閾値と比較し、前記絶対値が前記閾値より大きい場合に、前記再始動時の参照信号を前記再始動時に受信した受信信号と前記停止時信号との差分値に設定し、前記絶対値が前記閾値以下の場合に、前記再始動時の参照信号を前記参照信号の初期値に設定することを特徴とする、請求項２に記載のレーダ装置。
  4. 前記参照信号取得部は、前記速度取得部によって取得された速度が所定の値以上である場合に、前記受信部によって受信された受信信号のうち、最新の複数回の受信信号の平均を参照信号として取得することを特徴とする、請求項１に記載のレーダ装置。
  5. 前記レーダ装置は、所定の距離以上離した遮蔽物を通して送受信を行うことを特徴とする、請求項１に記載のレーダ装置。
  6. 前記レーダ装置は、前記遮蔽物への入射角を所定値以下とすることを特徴とする、請求項５に記載のレーダ装置。
  7. 前記レーダ装置と前記遮蔽物との距離は、前記移動体の周囲の障害物を検知する検知範囲から決定することを特徴とする、請求項５に記載のレーダ装置。
  8. 前記遮蔽物へのレーダビームの入射角は、前記移動体の周囲の障害物を検知する検知範囲から決定することを特徴とする、請求項６に記載のレーダ装置。
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