JPWO2018139016A1

JPWO2018139016A1 - 移動体検知システム

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Publication number: JPWO2018139016A1
Application number: JP2018564117A
Authority: JP
Inventors: 昌義高橋; 健太郎大久保; 仁秋山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: WO2018139016A1; CN110235020B; CN110235020A; JP6734405B2

Abstract

複数のレーダが独立に動作しながら、レーダ間の送信波または反射波の干渉を抑制する移動体検知システムを提供することを目的とする。本発明では、第一の偏波方向の成分を有する電磁波である第一の照射用電磁波を発生する第一の送信部と、前記第一の偏波方向の成分を有する電磁波を受信する第一の受信部とを備えた第一のレーダと、第二の偏波方向の成分を有する電磁波である第二の照射用電磁波を発生する第二の送信部と、前記第二の偏波方向の成分を有する電磁波を受信する第二の受信部とを備えた第二のレーダとを備え、走行路に沿って前記第一のレーダと前記第二のレーダをそれぞれのレーダの照射波または反射波の偏波方向が異なるように設置することで、前記レーダが独立に動作しながらレーダ間の干渉を抑制する。

Description

本発明は、移動体検知システムに関する。

近年、自動車や鉄道などの移動体を用いた交通システムにおいて、レーダを用いて車両などの速度や距離を計測し、障害物監視や運行管理、または移動体の自動制御を構築する取り組みが注目されている。検知を行うレーダとしては、ミリ波レーダやレーザーレーダなどがあり、高精度で信頼性の高いレーダの開発が進んでいる。ここで、ミリ波レーダの検知技術として、速度検知が可能なドップラー方式や、速度や距離の検知が可能な定在波方式、FM-CW方式などが知られている。

一方このようなレーダを用いて監視や制御を実行するためには、検知する領域で死角または検知漏れが無いことが必須である。このためには、2つ以上のレーダを、それらのレーダの検知領域が重なるように配置する必要がある。このように検知領域が重複すると、レーダ間では送受信波の干渉が発生し、検知精度を劣化させたり、誤検知が発生することがある。ここでレーダ間の干渉とは、例えば第一のレーダの送信波やその反射波が、第二のレーダの受信部で受信されてしまうことを指している。具体的には、第二のレーダは、第一のレーダからの反射波を受信することで照射範囲に物体が無いのに有ると誤検知したり、または第一および第二のレーダ両方の反射波を受信することで検出誤差が増大する問題があった。

特許文献１では、設置した複数のレーダのうち、いずれかのレーダで送信出力がオンであるときに、他のレーダでの送信および受信をオフとする機能を持たせることにより、レーダ間での干渉を抑制して検知精度向上を図っている。

特許文献２には、レーダの出力の偏波面を、斜め（主に４５度）に配置することで、対向状態にあるレーダからの電波を受信しても、偏波面が交差するので、干渉波による影響の低減が可能となる技術が記載されている。

特開２０１１−２３２０５５特開２０１３−２１３７６１

しかし特許文献１の方式では、全レーダ間の動作監視、または全レーダの同期制御を行う上位装置が必要となり、レーダ間配線や制御部構築などによるコスト増加が問題となっていた。

また、特許文献２に記載されている技術では、レーダを線路に並べて配置したときに、反射波が他のレーダで検出され誤検出するという問題があった。

そこで、本発明では、上記問題点に着目し、複数のレーダが独立に動作しながら、レーダ間の干渉を抑制する移動体検知システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明の移動体検知システムは、第一の偏波方向の成分を有する電磁波である第一の照射用電磁波を発生する第一の送信部と、前記第一の偏波方向の成分を有する電磁波を受信する第一の受信部とを備えた第一のレーダと、第二の偏波方向の成分を有する電磁波である第二の照射用電磁波を発生する第二の送信部と、前記第二の偏波方向の成分を有する電磁波を受信する第二の受信部とを備えた第二のレーダとを備え、走行路に沿って前記第一のレーダと前記第二のレーダを設置して移動体の検知を行う移動体検知システムにおいて、前記第一のレーダの前記第一の送信部が発生させる前記第一の照射用電磁波の偏波方向と、前記第二のレーダの前記第二の受信部の偏波方向を異なるものとし、前記第一のレーダの前記第一の送信部が発生させる前記第一の照射用電磁波及びその反射波を他の前記第一のレーダの前記第一の受信部により検知できる範囲に第二のレーダを配置すること、を特徴とする。

本発明によれば、複数のレーダを同期制御せずに動作させることが可能となるため、上位制御装置やレーダ間配線を削減して低コスト化を実現できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第一の実施例における移動体検知システムのセンサ設置例を示す図である。第一の実施例における移動体検知システムで用いるレーダの構成例を示す図である。第一の実施例における移動体検知システムで用いるレーダの偏波角度θが０°(水平)の設置例を示す図である。第一の実施例における移動体検知システムで用いるレーダの偏波角度が＋４５°の設置例を示す図である。第一の実施例における移動体検知システムで用いるレーダの偏波角度が−４５°の設置例を示す図である。第二の実施例における移動体検知システムのセンサ設置例を示す図である。第二の実施例における移動体検知システムのもう一つのセンサ設置例を示す図である。第二の実施例における移動体検知システムのセンサ設置例を示す図である。第三の実施例における移動体検知システムのセンサ設置例を示す図である。第三の実施例における移動体検知システムのもう一つのセンサ設置例を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

実施例１における、移動体検知システムの設置図を図１に示す。

図１は、上記のレーダを用いた移動体検知システムの例である。同図において、走行路６の片側に、走行方向に沿って第一のレーダ１と第二のレーダ２を設置しており、レーダ１の送信波の照射範囲３と、レーダ２の送信波の照射範囲４は、走行路６の上を走行する移動体５の検知を行う。

なお、図示していないが、第一のレーダ１と第二のレーダ２は走行路６に沿って交互に繰り返し配置され、走行路６を走行する移動体５の検知を行う。また、第一のレーダ１同士で干渉を避けるため、第一のレーダ１の測定可能範囲内に、他の第一のレーダ１は設置しない。同様に、第二のレーダ同士で干渉を避けるため、第二のレーダ２の測定可能範囲内に、他の第二のレーダ２は設置しない。例えば、第一のレーダ１の測定可能距離がＤ１（例えばＤ１＝１００ｍ）であれば、第一のレーダ１を中心に半径Ｄ１以内に他の第一のレーダ１を設置しない。同様に、第二のレーダ２の測定可能距離がＤ２（例えばＤ２＝１００ｍ）であれば、第二のレーダ２を中心に半径Ｄ２以内に他の第二のレーダ２を設置しない。

図２を用いて、移動体検知システムに適用するレーダの構成を説明する。レーダ１１は、レーダ１１から送信波１９を照射するための送信回路１４と送信アンテナ１２と、照射した送信波１９が移動体などの物体で反射された反射波２０を受信するための受信アンテナ１３と受信回路１５と、前記送信回路１４および受信回路１５を制御するための制御部１６と、同制御部１６を介して受信回路１５の出力データを受け取って移動体などの対象物までの距離や移動体の速度などを算出するデータ処理部１７と、上位システムである移動体検知システムとの通信を行うための通信部１８を備えている。

このレーダ１１の好適な例としてミリ波レーダが挙げられる。ミリ波レーダは、速度検知が可能なドップラー方式や、速度や距離の検知が可能な定在波方式、FM-CW方式などが一般的に知られている。これらのレーダで用いられる送信および受信アンテナは通常、偏波方向が水平方向や垂直方向などの一方向である直線偏波アンテナが用いられおり、本実施例ではこの直線偏波アンテナを備えたレーダを用いることとする。

図３は、アンテナの偏波方向を示す図であり、レーダ１１を送信アンテナ１２および受信アンテナ１３の放射面から見た平面図となっている。同図に示すように、送信アンテナ１２の偏波方向２１は、受信アンテナ１３の偏波方向２２と同一方向であり、このように反射波２０の偏波方向と受信アンテナ１３の偏波方向を揃えることで、受信アンテナ１３での受信感度を最大にすることができる。ここで、送信アンテナ１２および受信アンテナ１３がA-A’の線上に左右に並ぶように図示しているが、偏波方向が同一であれば、送信アンテナ１２および受信アンテナ１３の配置を限定するものではない。また説明の便宜上、図３内に水平線２３を図示しているが、レーダ１１や送信アンテナ１２、受信アンテナ１３の向きを限定するものではないことに注意されたい。

なお、本実施例では説明の便宜上、図３のように水平線２３とアンテナの偏波方向２１および２２が同一方向となるように設置した場合を偏波角度(θ)が0°とし、レーダ１１が図４に示すように反時計回りに45°回転したときの偏波角度(θ)を＋45°、図５に示すように時計回りに45°回転したときの偏波角度(θ)を−45°とする。

ここで、移動体検知システムとして常に移動体５の位置を検知するためには、移動体５が複数あるレーダのいずれかの照射範囲内にある必要があり、必然的にレーダ１とレーダ２は近接して配置することとなる。

つまり、移動体検知システムとして連続的に移動体５の位置を検知するために、あるレーダの測定可能距離以内に他のレーダを配置する必要がある。例えば、第一のレーダ１の測定可能距離がＤ１（例えばＤ１＝１００ｍ）であれば、第一のレーダ１を中心に半径Ｄ１以内に他の第二のレーダ２を設置する。同様に、第二のレーダ２の測定可能距離がＤ２（例えばＤ２＝１００ｍ）であれば、第二のレーダ２を中心に半径Ｄ２以内に他の第一のレーダ１を設置する。

しかし、レーダ１とレーダ２を近接配置すると、レーダ間干渉の問題が発生する。図１のケースでは、レーダ１の送信波が移動体５またはその他の物体に照射され、その反射波がレーダ２で受信されることで干渉が生じる。同様に、レーダ２の送信波が移動体５またはその他の物体に照射され、その反射波がレーダ１で受信されることで干渉が生じる。そこで、レーダ１とレーダ２を異なる角度に傾けて設置し、一方のレーダの反射波の偏波角度と、もう一方のレーダの受信アンテナの偏波角度とを異ならせることで、この干渉を抑制することが出来る。ここで、反射波の偏波角度が受信アンテナの偏波角度と直交する場合に、干渉の抑制効果を最大にすることができる。

具体的には、レーダ１は図４のように偏波角度θを＋45°とし、レーダ２は図５のように偏波角度θを−45°とすると、干渉を最小にすることができる。よって、レーダが２つ以上になる場合には、レーダの偏向角度を+45°／−45°と交互に設置すればよい。ここで、実施例として、偏向角度を+45°／−45°として説明したが、他の直交する角度の組合せでも良いことは言うまでも無い。また、偏波角度の差分が0°または180°以外であれば干渉の抑制効果があるため、設置角度は直交に限定するものではない。

例えば、レーダの偏向角度を+30°／−30°と交互に設置してもよい。

また、レーダの偏向角度を+60°／0°／−60°として干渉を抑制しつつ３種類のレーダを順に設置してもよい。さらに、レーダの偏向角度を変えたレーダを増やし、３種類以上のレーダを順に設置してもよい。

なお、本実施例ではレーダ１とレーダ２を走行路６の片側に配置したが、レーダ１とレーダ２の配置はこれに限定するものではない。例えば、走行路の下方や上方としてもよく、斜め上、斜め下としても良い。地下鉄やモノレール等のように、沿線に設置できる設備の場所が限られている場合、空間を有効利用するために走行路の下方（斜め下）や上方（斜め上）にレーダ１とレーダ２を設置することもできる。地下鉄であれば天井にレーダ１とレーダ２を配置することにより（上方や斜め上に配置することに相当）、トンネル内の水平方向の空間を節約できる。跨座式モノレールであれば例えばレールを支える支柱を利用して下部にレーダ１とレーダ２を配置することにより（下方や斜め下に配置することに相当）、水平方向の設置場所を節約できる。

本実施例により、他のレーダの動作（送信波１９の照射）を止めることなく、隣接するレーダ間の干渉を抑制することができ、常に適切な時間間隔で移動体を検知できる。

実施例２における、移動体検知システムの設置図を図６、図７および図８に示す。本実施例では走行路の上を移動体が左右のどちらの方向にも走行する場合の設置方法を説明する。

図６は、走行路３６の上を移動体３５が左右のどちらの方向にも走行する場合の設置方法を示しており、レーダ３１は送信波の照射範囲３３が走行路３６の右側に向かうように設置して、移動体３５が同図の左側に移動しているときの移動体３５の進行方向正面位置を検知する。一方レーダ３２は送信波の照射範囲３４が走行路３６の左側に向かうように設置して、移動体３５が同図の右側に移動しているときの移動体３５の進行方向正面位置を検知する。このとき、レーダ３１の送信波が、レーダ３２に直接受信されること、または、レーダ３２の送信波が、レーダ３１に直接受信されることで、干渉が生じる場合がある。

この場合、レーダ３１とレーダ３２の一方のレーダ送信波の偏波角度が、対向するもう一方のレーダの受信アンテナの偏波角度と異なるようにすることで、この干渉を最小にすることが出来る。例えば、レーダ３１およびレーダ３２の両レーダの偏波角度θを図４のように＋45°とすると、干渉波の偏波角度が直交するため、干渉を最小にすることができる。両レーダの偏波角度θを図５のように−45°としても、同様の結果が得られる。

図７は、走行路が、移動体４６が右側へ走行する走行路４８と、移動体４５が左側へ走行する走行路４７の２つに分かれているが、図６と同様である。そのため、レーダ４１およびレーダ４２の設置方法も図６のケースと同様であり、レーダ４１とレーダ４２の一方のレーダ送信波の偏波角度が、対向するもう一方のレーダの受信アンテナの偏波角度と異なるようにすることで、この干渉を最小にすることができ、レーダ４１およびレーダ４２を両方とも、図４のように偏波角度θを＋45°にするか、図５のように偏波角度θを−45°とすることで、干渉波の偏波角度が直交するため、干渉を最小にすることができる。

以上の実施例２のレーダ設置と、実施例１のレーダ設置を組み合わせた設置図を図８に示す。同図において、レーダ５１とレーダ５６は図６および図７と同様の対向するレーダの干渉が問題であり、レーダ５１とレーダ５２は図１と同様に走行路６４、６５に対して同じ側面に設置されたレーダ間の干渉が問題となる。これらの干渉を最小にするには、例えば、ある対向するレーダの両方を図４のように偏波角度θを＋45°とし、走行方向に沿ってその隣の対向するレーダの両方を図５のように偏波角度θを−45°とし、これを交互に繰り返せば良い。図８で具体例を挙げると、レーダ５１、５３、５４、５６は図４のように偏波角度θを＋45°とし、レーダ５２、５５は図５のように偏波角度θを−45°とすれば良い。

以上の説明では、実施例として、偏波角度を+45°／−45°として説明したが、他の直交する角度の組合せでも良いことは言うまでも無い。また、偏波角度の差分が0°または180°以外で干渉抑制の効果があるため、設置角度は直交に限定するものではない。

また、本実施例ではレーダを走行路の両側に配置したが、レーダの配置はこれに限定するものではない。例えば、走行路の下方や上方としてもよく、斜め上、斜め下としても良い。

本実施例により、移動体が走行路を両方向に走行する場合(例えば単線)、走行路が複数並んでいる場合(例えば複線)においても移動体の検知が可能になる。

実施例３における、移動体検知システムの設置図を図９および図１０に示す。本実施例では、移動体検知システムの信頼性や稼働率を向上させる目的で、レーダを多重系にする場合について説明する。

図９は、走行路７６上を走行する移動体７５を検知するために、走行路７６に対して同じ側に２重系のレーダ７１、７２を設置する。

このとき、レーダ７１の送信波が移動体７５またはその他の物体に照射され、その反射波がレーダ７２で受信されることで干渉が生じる。同様に、レーダ７２の送信波が移動体７５またはその他の物体に照射され、その反射波がレーダ７１で受信されることで干渉が生じる。

この場合は、それぞれのレーダの反射波の偏波角度が、受信アンテナの偏波角度と直交することにより、干渉の抑制効果を最大にすることができる。具体的には、レーダ７１は図４のように偏波角度θを＋45°とし、レーダ７２は図５のように偏波角度θを−45°とすると、干渉を最小にすることができる。

図１０は、走行路８６上を走行する移動体８５を検知するために、走行路８６の両側に２重系のレーダ８１、８２を設置している。

この場合も、レーダ８１の送信波が移動体８５またはその他の物体に照射され、その反射波がレーダ８２で受信されることで干渉が生じる。同様に、レーダ８２の送信波が移動体８５またはその他の物体に照射され、その反射波がレーダ８１で受信されることで干渉が生じる。

よって、それぞれのレーダの反射波の偏波角度が、受信アンテナの偏波角度と直交することにより、干渉の抑制効果を最大にすることができ、具体的には、レーダ８１は図４のように偏波角度θを＋45°とし、レーダ８２は図５のように偏波角度θを−45°とすると、干渉を最小にすることができる。以上の説明では、実施例として、偏波角度を+45°／−45°として説明したが、他の直交する角度の組合せでも良いことは言うまでも無い。また、偏波角度の差分が0°または180°以外で干渉抑制の効果があるため、設置角度は直交に限定するものではない。

本実施例により、レーダを多重化できるので、移動体検知システムの信頼性や稼働率を向上させることができる。

１、２、１１、３１、３２、４１、４２、５１、５２、５３、５４、５５、５６、７１、７２、８１、８２：レーダ
３、４、３３、３４、４３、４４、５７、５８、５９、６０、６１、６２、７３、７４、８３、８４：レーダの送信波の照射範囲
５、３５、４５、４６、６３、７５、８５：移動体
６、３６、４７、４８、６４、６５、７６、８６：走行路
１２：送信アンテナ（直線偏波）
１３：受信アンテナ（直線偏波）
１４：送信回路
１５：受信回路
１６：制御部
１７：データ処理部
１８：通信部
１９：送信波（直線偏波）
２０：反射波
２１：送信アンテナの偏波方向
２２：受信アンテナの偏波方向
２３：水平線

Claims

第一の偏波方向の成分を有する電磁波である第一の照射用電磁波を発生する第一の送信部と、前記第一の偏波方向の成分を有する電磁波を受信する第一の受信部とを備えた第一のレーダと、第二の偏波方向の成分を有する電磁波である第二の照射用電磁波を発生する第二の送信部と、前記第二の偏波方向の成分を有する電磁波を受信する第二の受信部とを備えた第二のレーダとを備え、走行路に沿って前記第一のレーダと前記第二のレーダを設置して移動体の検知を行う移動体検知システムにおいて、前記第一のレーダの前記第一の送信部が発生させる前記第一の照射用電磁波の偏波方向と、前記第二のレーダの前記第二の受信部の偏波方向を異なるものとし、前記第一のレーダの前記第一の送信部が発生させる前記第一の照射用電磁波及びその反射波を他の前記第一のレーダの前記第一の受信部により検知できる範囲に第二のレーダを配置すること、を特徴とする移動体検知システム。
請求項１に記載の移動体検知システムにおいて、前記第一のレーダと前記第二のレーダを前記走行路の進行方向に対して左側または右側の同じ側に配置し、前記第一の送信部の照射の範囲および前記第二の送信部の照射の範囲を、前記走行路の同一走行方向に照射するように配置すること、を特徴とする移動体検知システム。
請求項１乃至請求項２のいずれか一つに記載の移動体検知システムにおいて、前記第一のレーダと前記第二のレーダを前記走行路の進行方向に対して上側または下側の同じ側に配置し、前記第一の送信部の照射の範囲を、前記第一の送信部の照射の範囲および前記第二の送信部の照射の範囲を前記走行路の同一走行方向に照射するように配置すること、を特徴とする移動体検知システム。
請求項１に記載の移動体検知システムにおいて、前記第一のレーダと他の前記第一のレーダを前記走行路の進行方向に対して左右に分けて配置し、前記第一の送信部の照射方向と他の前記第一の送信部の照射方向を対向させて配置し、前記第二のレーダと他の前記第二のレーダを前記走行路の進行方向に対して左右に分けて配置し、前記第二の送信部の照射方向と他の前記第二の送信部の照射方向を対向させて配置すること、を特徴とする移動体検知システム。
請求項１または請求項４のいずれか一つに記載の移動体検知システムにおいて、前記第一のレーダと他の前記第一のレーダを前記走行路の進行方向に対して上下に分けて配置し、前記第一の送信部の照射方向と他の前記第一の送信部の照射方向を対向させて配置し、前記第二のレーダと他の前記第二のレーダを前記走行路の進行方向に対して上下に分けて配置し、前記第二の送信部の照射方向と他の前記第二の送信部の照射方向を対向させて配置すること、を特徴とする移動体検知システム。
請求項４乃至請求項５いずれか一つに記載の移動体検知システムにおいて、前記第一のレーダと、その第一のレーダの前記第一の送信部と対向する他の前記第一の送信部を持つ他の前記第一のレーダで構成される第一のレーダ対と、前記第二のレーダと、その第二のレーダの前記第二の送信部と対向する他の前記第二の送信部を持つ他の前記第二のレーダで構成される第二のレーダ対を持ち、前記第一のレーダ対から前記走行路の進行方向に対して規定の距離を離して前記第二のレーダ対を設置すること、を特徴とする移動体検知システム。
請求項１に記載の移動体検知システムにおいて、前記第一のレーダと前記第二のレーダを前記走行路の進行方向に対して左右に分かれて設置し、前記第一の送信部の照射の範囲を、前記第一の送信部の設置位置から前記走行路の進行方向とは反対の方向にある前記走行路を含む向きに配置させ、前記第二の送信部の照射の範囲を、前記第二の送信部の設置位置から前記走行路の進行方向とは反対の方向にある前記走行路を含む向きに設置させること、を特徴とする移動体検知システム。
請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の移動体検知システムにおいて、前記第一の送信部の偏波方向と、前記第二の送信部の偏波方向とを直交させて設置することを特徴とする移動体検知システム。