レーダ装置及び移動機器用レーダシステム
【課題】ＤＯＡの不定性を軽減し、被測定物の形状や速度に関する情報の損失を抑えることの可能なレーダ装置を提供する。
【解決手段】移動機器１２０に備えられ、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を測定するレーダ装置１１０であって、被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナ１１４と、被測定物からの電波の反射波を受信する受信アンテナ群１１５と、受信アンテナ群１１５で受信された反射波に基づいて、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を算出する運動検知部１３１とを備え、第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、移動機器１２０の走行面と略平行になるように移動機器１２０に固定される。
【解決手段】移動機器１２０に備えられ、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を測定するレーダ装置１１０であって、被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナ１１４と、被測定物からの電波の反射波を受信する受信アンテナ群１１５と、受信アンテナ群１１５で受信された反射波に基づいて、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を算出する運動検知部１３１とを備え、第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、移動機器１２０の走行面と略平行になるように移動機器１２０に固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を測定するレーダ装置及び移動機器用レーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、安全及び快適に暮らせる住環境、又は社会インフラの整備が重視されるようになるに伴い、日常生活において、例えば高齢者の行動もしくは動作を補助する支援機器、又は人間の負担を軽減するために働く自律型ロボットの実現が望まれるようになっている。実際の生活環境においては、人間又はその他多数の障害物が存在している。その中を移動機器又はロボットが走り回るようになると、障害物との衝突を回避することが望まれる。つまり、それら移動機器又はロボットが効率的に障害物との衝突を避けたり、障害物の接近を警告したり、停止したりしながら、安全を確保することが強く望まれる。その一方で、そのような移動機器が走行する際に障害となる障害物のうち、運動又は行動を予測するのが困難なものは人間であり、また、対人衝突は歩行者及び搭乗者の双方に与える影響が大きいという問題がある。
【０００３】
移動機器に取り付ける衝突防止又は衝突回避のためのセンシング手段としては、ミリ波レーダなどの電波センサがある。電波センサ（レーダ）は相対速度と相対距離とを同時かつ瞬時に測定可能であることから、特に自動車用のセンシングシステムとして既に実用化されている。
【０００４】
従来、物体との相対速度及び距離を測定して、センサ周辺の物体を検知する方法として、ドップラーレーダを用いた移動体検知・報知システムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図２５は、特許文献１に記載されている従来の移動体検知・報知システムを示している。
【０００６】
移動体検知・報知システム９９は、移動体Ｍの絶対距離、速度及び移動方向を測定するマイクロ波又はミリ波を利用したドップラー方式のレーダ１と、レーダ１によって測定された移動体Ｍの絶対距離、速度及び移動方向に基づき、所定の報知を行う報知手段２とを備えている。
【０００７】
この従来例によると、位相の異なる２つの電波を放射し、送受の周波数差（ドップラーシフト）を用いて相対速度を検出し、位相差を用いて距離を測定している。このように測定された速度の大小を、報知の必要な人間と報知の不要な小動物との識別に用いている。
【０００８】
このように、レーダを利用して移動体（相対的に動くものも含む）を検知する場合には、検知漏れや誤検知をできる限り低減するために、予め被測定物を定めた上で、その被測定物の大きさ（高さ）の半分程度の位置にレーダなどのセンサを設置し、電波を水平方向に放射するのが最も効率的な方法である。
【０００９】
ところが、上記従来例のレーダ１から得られる情報は、結局のところ、物体までの距離と速度のみであり、人間と小動物、又は人間と自動車などを区別するためには十分な情報ではない。そのため、物体が何であるのかをできる限り精度よく区別するためには、物体の運動（速度）に加え、物体の形状（大きさなど）を測定する方法がよい。
【００１０】
そのようなレーダ（電波）を用いて歩行者など人間の形状や運動を測定する試みとして、ドップラー（Ｄｏｐｐｌｅｒ）シフトによる速度検知とＤＯＡ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ）による到来方向検知とを組み合わせたＤＤＯＡ（Ｄｏｐｐｌｅｒ ａｎｄ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ）法と呼ばれる方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１１】
図２６に、ＤＤＯＡ法を用いたレーダ装置の構成を示す。
【００１２】
図２６に示すレーダ装置９０１は、送信器９１０と、受信器９２０及び９３０と、送信アンテナ９１１と、受信アンテナ９１２及び９１３とを備える。
【００１３】
レーダ装置９０１は、被測定物９３１〜９３３を検知対象とする。レーダ装置９０１は、送信器９１０からある周波数の探知電波を出射し、被測定物９３１〜９３３から反射されてきた電波を受信器９２０及び９３０で受信する。
【００１４】
レーダ装置９０１に対して、被測定物９３１〜９３３がある視線方向速度で動いている場合、受信器９２０及び９３０で受信した反射波の周波数は、送信アンテナ９１１から放射された探知電波の周波数に対して、視線方向速度に対応する周波数だけシフトする。そのシフトした周波数から、被測定物９３１〜９３３のそれぞれの視線方向速度を検出できる。
【００１５】
ここで、「視線方向速度」とは、被測定物９３１〜９３３が持つ速度のうち、レーダ装置９０１から被測定物への方向に沿った速度成分のことである。ここでは、レーダ装置９０１に対する、被測定物９３１〜９３３の相対的な速度成分のことを言う。言い換えると、図２６に示すように、被測定物９３１〜９３３の速度をそれぞれＶ１、Ｖ２及びＶｉとすると、被測定物９３１〜９３３の視線方向速度とは、当該速度をレーダ装置９０１から被測定物９３１〜９３３への方向に沿って分解した速度であるＶ１ｆ、Ｖ２ｆ及びＶｉｆとなる。
【００１６】
つまり、レーダ装置９０１は、探知電波の周波数に対する、受信器９２０及び９３０で受信した反射波の周波数から、被測定物９３１〜９３３の視線方向速度Ｖ１ｆ、Ｖ２ｆ及びＶｉｆを検出する。
【００１７】
ところで、レーダ装置９０１では、図２６に示すように、受信アンテナ及びその受信アンテナに対応する受信器を含む受信系統が２系統ある。さらに、それぞれの受信アンテナ９１２及び９１３は、異なる場所に配置されている。
【００１８】
これにより、各被測定物９３１〜９３３から受信アンテナ９１２までの距離と、当該被測定物９３１〜９３３から受信アンテナ９１３までの距離とは、互いに異なる。
【００１９】
このように被測定物９３１〜９３３から２つの受信アンテナ９１２及び９１３までの距離が異なることで、被測定物９３１〜９３３の方向検出が可能になる。以下、方向検出の原理について具体的に説明する。
【００２０】
図２６において、例えば、被測定物９３３は、受信アンテナ９１２より受信アンテナ９１３に近い位置にあるので、被測定物９３３からの反射波は受信アンテナ９１２より受信アンテナ９１３に早く到着する。受信アンテナ９１２で受信した反射波と受信アンテナ９１３で受信した反射波とを比較すると、受信アンテナ９１２で受信した反射波は受信アンテナ９１３で受信した反射波より位相が遅れることになる。ここで、被測定物９３３が受信アンテナ９１２及び受信アンテナ９１３の正面からθｉの方向にあり、２つの受信アンテナ９１２及び９１３が距離ｄだけ離れて配置されているとすると、受信アンテナ９１２で受信した反射波と受信アンテナ９１３で受信した反射波との位相差は式１で表される。なお、受信アンテナ９１２で受信した反射波の位相をφ１、受信アンテナ９１３で受信した反射波の位相をφ２、送信アンテナ９１１から出射された探知電波の波長をλとする。
【００２１】
φ２−φ１＝２πｄ ｓｉｎθ／λ ・・・（式１）
【００２２】
この式１を変形すると、下記の式２となり、２つの受信アンテナ９１２及び９１３で受信した反射波の位相差φ２−φ１から被測定物９３３の方向θを検出できる。
【００２３】
θ＝ｓｉｎ-1｛（φ２−φ１）λ／（２πｄ）｝ ・・・（式２）
【００２４】
これがＤＯＡ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−ｏｆ−ａｒｒｉｖａｌ）と呼ばれる技術である。
【００２５】
以上説明したように、図２６に示す従来のレーダ装置９０１は、位相とドップラー周波数の両方を検知することで、複数の被測定物の識別が可能になりそれぞれの方向と速度を検知することができる。なお、図２６では２つの受信アンテナ９１２及び９１３を有するので１次元方向しか検知できないが、たとえば受信アンテナ９１２と受信アンテナ９１３とを含む直線上以外に、もう一つの受信アンテナを配置することで、水平／垂直の２次元方向を検知することができる。
【００２６】
このようなレーダ装置９０１は、例えば人体検知に対しては、人の各部位が異なる動きをすることを利用して人体を検知できる。具体的には、胴体に対して、頭、手、脚が異なる速度で動くため、その方向と速度から人体を検知することが可能になる。
【００２７】
つまり、ＤＤＯＡ法によると、人間の腕、脚、胴体及び頭部などの運動が、スペクトルの微細な構造（マイクロドップラー）として観測可能であることから、その微細構造を分析及び解析することによって、人間の検出あるいは人間の動作同定にも利用することができる。このため、ＤＤＯＡ法では、人間とそれ以外とを区別することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開２００４−１９２０９７号公報
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】“Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｈｕｍａｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｔｈｒｅｅ−ｅｌｅｍｅｎｔ Ｄｏｐｐｌｅｒ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−ｏｆ−ａｒｒｉｖａｌ （ＤＤＯＡ） ｒａｄａｒ” Ｌｉｎ， Ａ．； Ｌｉｎｇ， Ｈ．， ＩＥＥＥ Ｒａｄａｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ａｐｒｉｌ ２００６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、従来のＤＤＯＡ法に基づくレーダ装置によると、被測定物上に存在する複数の電波の反射点が複数の相対速度を有し、その中に、視線方向成分が同一となるものが複数個存在している場合、その相対速度の起源となった反射点の方向をＤＯＡ法によって分離して算出できない、という課題がある。
【００３１】
これは、ＤＤＯＡ法がレーダ受信信号をドップラーフィルタで弁別した後、ドップラー周波数毎にＤＯＡ法による到来方向算出を行うためである。つまり、レーダ受信信号の段階で、同一のドップラー周波数となっているものから、元の反射波をドップラーフィルタで弁別できないことが原因である。
【００３２】
図２７及び図２８を参照し、上記の課題の影響を具体的に説明する。
【００３３】
図２７は、従来の移動機器用レーダシステムの外観図である。
【００３４】
従来の移動機器用レーダシステム２００は、送信アンテナと受信アンテナとを含むレーダと、移動機器とを備える。レーダは、ＤＤＯＡ法に基づいて被測定物１９０までの距離、被測定物１９０の相対速度及び被測定物１９０の移動方向を測定する。
【００３５】
説明を単純化するために、被測定物１９０を人間と同じ程度の大きさ及び高さを有する一様な線状物体とみなし、その表面は、受けた送信波を散乱するような非鏡面の粗い柱であると考える。なお、移動機器は、図２７に示すような座席に座った人間を移動させるものには限定されず、自動車などであってもよい。
【００３６】
送信アンテナ及び受信アンテナは、被測定物１９０の高さの半分程度の位置、又は移動機器の高さ（例えば、移動機器が自動車であれば車高）の半分程度の位置に設置される。このような位置にアンテナを設置することにより、送信波を被測定物１９０に対して効率的に照射でき、また、被測定物１９０からの反射波を効率的に受信できる。
【００３７】
また、従来の移動機器用レーダシステム２００は、散乱断面積が例えば１平方メートル（１メートル四方）程度の人間又は自動車などの大きな物体を、観測対象として想定している。このため、散乱断面積の中心位置における物体の相対速度さえわかれば、物体の接近速度が分かる。例えば、移動中の自動車から前方の物体を観測する場合には、自車に対する物体の相対速度の平均値を測定すれば、前方の物体が衝突する危険性のある物体なのか、衝突の心配のない先行する自動車なのかを判断することができる。
【００３８】
一方、図２７に示すような人間の移動を支援するための移動機器用レーダシステム２００では、図２８に示す利用シーンように、移動機器１２０にレーダを搭載し、前方の人間１９０Ａ、１９０Ｂ及び小動物１９０Ｃを判別しながら移動機器１２０を安全に走行させたい場合が多い。この場合には、人間の運動及び形状などを詳しく測定し、抽出する必要があるので、観測の対象となるのは頭部、腕、手、胴体及び脚といった部位単位、すなわち、散乱断面積が１００平方センチメートル（１０センチメートル四方）程度の大きさの物体である。さらに、それらの部位ごとに相対速度を適切に算出する必要がある。
【００３９】
ここで、一般にレーダを利用して物体の相対速度を測定する場合、物体の運動のうちレーダのレンジ方向（視線方向と呼ぶ）の速度成分のみを測定することができる。その視線方向の相対速度は、電波のドップラー効果によって受信周波数が送信周波数に対して偏移することから算出できる。すなわち、レーダ受信信号を周波数解析して周波数偏移量を計算し、それに比例する量として相対速度を計算することができる。
【００４０】
ところが、レーダで受信できる電波は、複数の周波数成分を有する反射波の重ね合わせである。すなわちこれは、２つの反射点がレーダから等距離にあって、かつ、同一の周波数で運動していると、もともと独立だった２つの電波は加算され、直交せず独立でなくなってしまう、ということを意味する。
【００４１】
アンテナが被測定物１９０の高さの半分程度の位置に設置され、アンテナの向きが移動機器の走行面１２１と平行であり、被測定物１９０が図２７のような柱状物体である場合には、レーダから見た視線方向速度が同一になる点が多数存在することは明白である。なお、視線方向速度が同一とは、視線方向速度の大きさ（絶対値）が同一であり、かつ、視線方向速度の方向が同じであることを意味する。また、視線方向速度の大きさ及び方向が同一とは、判別できない程度に小さい差であることも含む。
【００４２】
また、人間のように極めて近い範囲に運動の異なる部位を持つ物体であっても、胴体部分のように比較的面積が大きく、単調な動きをする部位では、同じような現象が起こりうる。
【００４３】
したがって、柱状物体からの反射波であるか人間からの反射波であるかに関わらず、距離が同一で、かつ反射波のドップラー周波数が同一となる点からの反射波の重ね合わせは、レーダから見た反射点の方向が異なっていても分離することはできない。このため、対象物体の運動及び形状を推定するための情報が失われる、という望まざる結果となる。
【００４４】
このように、被測定物が人間である場合、人間の運動に応じたマイクロドップラーのスペクトルが測定できる一方、その人間の反射点の中に、方位角又は仰角が異なるが視線方向速度が等しくなる複数の反射点が存在すると、反射点の位置を正しく弁別することができない、ということが起こる。
【００４５】
例えば、視線方向速度が同一となる反射点が３つあった場合、（ｉ）３つの反射点が１つの反射点として判別されてしまう、（ｉｉ）３つの反射点が１つの反射点として判別されることにより、その算出位置が実際の位置とは全く異なる、（ｉｉｉ）全く無意味な像（干渉又は雑音）の原因となる、などの問題を生じる。これを「ＤＯＡの不定性」と呼ぶことにする。
【００４６】
ＤＤＯＡ法に基づくレーダシステムを移動機器に搭載する場合、被測定物の動きに加えて移動機器そのものの動きが加わった相対運動を測定することになる。移動機器が路面状態などの影響を受けて微小に振動していたり、移動機器の備える車軸の歪みなどの影響を受けて微小な蛇行運動をしていたりすると、ＤＤＯＡ法による被測定物の測定値に大きな影響が現れる。上記のような振動や偏心などの運動を予め移動機器自身に通知するためには多数のセンサ（加速度センサ、角速度センサ、ジャイロ）を積載し、さらにそれらを有機的に組み合わせて補正することが必要である。また、仮に補正するとしても、その影響を完全に相殺し、ゼロにするのは極めて困難である。
【００４７】
そこで、本発明は、従来の課題を鑑み、ＤＯＡの不定性を極めて簡便に軽減することができるレーダ装置及び移動機器用レーダシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
本発明のある局面に係るレーダ装置は、移動機器に備えられ、被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定するレーダ装置であって、前記被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナと、前記被測定物からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナの各々で受信された前記反射波に基づいて、前記被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を算出する運動検知部とを備え、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される。
【００４９】
このように第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向を移動機器の走行面と略平行になるように、第１送信アンテナが移動機器に固定される。このため、例えば、被測定物が同一の相対速度で移動していたとしても、被測定物上での高さの異なる点ごとに、視線方向速度も異なることとなる。このため、ＤＯＡの不定性を極めて簡便に軽減することができる。
【００５０】
具体的には、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームとサイドローブとの境界面における電界強度が極小となる方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される。
【００５１】
好ましくは、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナが放射する電波の電力が前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームの電力の最大値の半分となる方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される。
【００５２】
上記のように第１送信アンテナを移動機器に固定することにより、走行面の高さから第１送信アンテナの高さまでの間に生じる死角を軽減することができる。
【００５３】
また、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向に対して上方になるよう固定されていても良い。
【００５４】
第１送信アンテナのメインビーム方向を上向きにすることにより、第１送信アンテナよりも上方に位置する被測定物のまでの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を測定することができる。このため、例えば、第１送信アンテナを移動機器の下方に設置することにより、移動機器の前方に位置する被測定物の相対速度等の測定が可能となる。
【００５５】
また、上述のレーダ装置は、さらに、前記走行面に対して前記第１送信アンテナとは異なる高さに設置され、前記被測定物に対して電波を放射する第２送信アンテナを備えていても良い。
【００５６】
第２送信アンテナを設けることにより、第１送信アンテナによる観測が不可能な領域を観測することができるようになる。
【００５７】
具体的には、前記第２送信アンテナは、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が常に水平になるように調整される。
【００５８】
例えば、移動機器が上り坂を登っている場合などでは、第１送信アンテナによる観測では上り坂の先の範囲が死角になる。しかし、第２送信アンテナの電波放射特性のメインビーム方向が常に水平になるように調整することにより、上り坂の先の死角に存在する被測定物を早い段階で測定することができる。
【００５９】
また、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向と前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向とが略同一であり、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビーム方向が、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向より上方であり、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向より下方であってもよい。
【００６０】
第１送信アンテナにより上方に位置する被測定物の相対速度等を測定することができ、第２送信アンテナにより下方に位置する被測定物の相対速度等を測定することができる。これにより、被測定物の相対速度等を測定する際の死角を低減することができる。
【００６１】
また、上述のレーダ装置は、さらに、走行面に対して前記第１送信アンテナと略同一高さに設置され、前記被測定物に対して電波を放射する第３送信アンテナを備え、前記第１送信アンテナの方位角方向の電波放射特性における電界強度極小方向と前記第３アンテナの方位角方向の電波放射特性における電界強度極小方向とは、前記第１送信アンテナのメインビーム方向と前記第３送信アンテナのメインビーム方向の両方を含む平面において略同一であってもよい。
【００６２】
この構成によると、第１送信アンテナ及び第３送信アンテナのそれぞれにより、横方向に発生しうるＤＯＡの不定性の影響を軽減できるため、被測定物の形状又は速度に関する情報損失を抑えることができる。また、一方の送信アンテナが左方向を測定対象範囲とし、他方の送信アンテナが右方向を測定対象範囲とすることで、被測定物の測定対象範囲の死角を低減することができる。
【００６３】
また、上述のレーダ装置は、さらに、前記運動検知部の出力に基づいて、被測定物の運動を推定する運動推定部と、前記運動推定部で推定された前記被測定物の運動に基づいて、前記移動機器の走行を制御する走行制御部とを備えていても良い。
【００６４】
例えば、被測定物が移動機器から一定距離内に存在し、かつ移動機器に対して近付いていると運動推定部が判断した場合には、走行制御部は、移動機器のブレーキを掛けるなどの、安全走行のための制御を行うことができる。
【００６５】
具体的には、前記運動検知部は、スペクトラム拡散方式に従って前記被測定物までの距離を算出する。
【００６６】
また、前記運動検知部により算出される前記被測定物までの距離の量子化単位が、１メートル以下である。
【００６７】
本発明の他の局面に係る移動機器用レーダシステムは、被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定する移動機器用レーダシステムであって、走行面上を移動する移動機器と、前記移動機器に備えられるレーダ装置とを備え、前記レーダ装置は、前記被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナと、前記被測定物からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナの各々で受信された前記反射波に基づいて、前記被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を算出する運動検知部とを備え、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、前記移動機器の前記走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される。
【００６８】
このように第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向を移動機器の走行面と略平行になるように、第１送信アンテナが移動機器に固定される。このため、例えば、被測定物が同一の相対速度で移動していたとしても、被測定物上での高さの異なる点ごとに、視線方向速度も異なることとなる。このため、ＤＯＡの不定性を極めて簡便に軽減することができる。
【発明の効果】
【００６９】
本発明によれば、ＤＯＡの不定性を極めて簡便に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における移動機器の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における移動機器の走行と仰角方向の電波放射特性との関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における指向性を有する第１送信アンテナの電波放射特性を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における第１送信アンテナの方位角方向及び仰角方向の電波放射特性のうち、メインビームと、２つの第１サイドローブにおける電力特性を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態１における移動機器の走行と仰角方向の電波放射特性との関係を示す図
【図７】本発明の実施の形態１における第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性の設定方法を示す図
【図８】本発明の実施の形態１における第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性の設定方法を示す図
【図９】本発明の実施の形態１における第１送信アンテナのメインビーム方向の調整方法を示す図
【図１０】本発明の実施の形態１における移動機器用レーダシステムの利用シーンを示す図
【図１１】本発明の実施の形態１における移動機器用レーダシステムの利用シーンを示す図
【図１２】本発明の実施の形態１の効果を説明する図
【図１３】本発明の効果を複雑な運動物体を想定して計算するための条件を説明する図
【図１４】本発明の効果を複雑な運動物体を想定して計算した結果を示す図
【図１５】本発明において、スペクトラム拡散方式を用いて距離測定を行うことによる効果を説明するための図
【図１６】本発明の実施の形態２における移動機器用レーダシステムの概略を示す図
【図１７】本発明の実施の形態２における第２送信アンテナの機構の一例を示す図
【図１８】本発明の実施の形態２における第２送信アンテナの機構の一例を示す図
【図１９】本発明の実施の形態２における効果を説明する図
【図２０】本発明の実施の形態３における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２１】本発明の実施の形態３における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２２】一般的なダイバーシティによるＤＯＡの不定性を解消する手法を説明する図
【図２３】本発明の実施の形態４における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２４】本発明の実施の形態４における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２５】従来の移動体検知・報知システムの概略図
【図２６】ＤＤＯＡ法を用いたレーダ装置の構成を示す図
【図２７】従来の移動機器用レーダシステムの問題点を説明する図
【図２８】従来の移動機器用レーダシステムの利用シーンを示す図
【発明を実施するための形態】
【００７１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００７２】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す。
【００７３】
本実施の形態の移動機器用レーダシステム１００は、被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定するシステムであり、移動機器１２０とレーダ装置１１０とを備える。
【００７４】
（移動機器１２０）
図２に、移動機器１２０の例である電動車椅子１２０ａ、立位型移動機器１２０ｂを示す。移動機器１２０は、無人の移動型ロボット（図示せず）であってもよい。
【００７５】
移動機器１２０は、車台１２３、車輪１２４、座席１２５、及び走行制御ユニット１２２を備える。
【００７６】
車台１２３は、移動機器１２０をささせる基台である。
【００７７】
車輪１２４は、車台１２３に取り付けられる。
【００７８】
走行制御ユニット１２２は、車台１２３に取り付けられ、動力により車輪１２４を回転させることにより、移動機器１２０を移動させる。
【００７９】
座席１２５は、車台１２３上に取り付けられ（図２では、車台１２３上の走行制御ユニット１２２に取り付けられている）、座席１２５には、搭乗者１０１が座る。
【００８０】
（レーダ装置１１０）
レーダ装置１１０は、移動機器１２０に備えられ、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を測定する装置であり、送信部１１１、第１送信アンテナ１１４、受信部１１２、レーダ制御部１１３、受信アンテナ群１１５、及び演算処理部１３０を備える。
【００８１】
送信部１１１は、マイクロ波帯又はミリ波帯の搬送波を発生する発振回路と、レーダ測定のために搬送波を変調する変調回路とを有する。送信部１１１は、マイクロ波又はミリ波などの搬送波を発生させ、レーダ制御部１１３の制御信号に基づいて搬送波を変調し、増幅器又は減衰器を用いて利得制御を行い、さらに濾波器を用いて周波数帯域制限を行い、変調搬送波を出力する。この変調搬送波を「レーダ送信信号」と呼ぶことにする。
【００８２】
第１送信アンテナ１１４は、被測定物に対して電波を放射する。つまり、第１送信アンテナ１１４は、送信部１１１から出力されたレーダ送信信号を送信波として空中に放射する。第１送信アンテナ１１４として、パッチアンテナなどの平面アンテナ、又はホーンアンテナなどの開口面アンテナを使用することができる。
【００８３】
受信アンテナ群１１５は、複数のアンテナ素子から構成され、各アンテナ素子が被測定物から反射又は散乱されてきた第１送信アンテナ１１４から放射された送信波の反射波を受信する。ここで、被測定物上で送信波を反射した点を「反射点」と呼ぶ。また、散乱も反射の一種であるため、被測定物上で送信波を散乱した点のことも反射点と呼ぶ。反射点は単一ではなく、一般に被測定物上に複数点存在する。受信アンテナ群１１５は、それら複数の反射点からの反射波が相互に重ね合わされたものを受信することになる。受信アンテナ群１１５を構成する各受信アンテナの電波放射特性は、第１送信アンテナ１１４と同じ電波放射特性が望ましいが、同じでなくても構わない。
【００８４】
受信部１１２は、受信アンテナ群１１５が受信した反射波を、送信部１１１で生成した搬送波を用いて復調し、レーダ送信信号と反射波との相関関数を計算することで、レーダ受信信号を得る。
【００８５】
レーダ制御部１１３は、レーダ送信信号の生成や反射波の処理に必要な制御信号を生成する。
【００８６】
演算処理部１３０は、受信アンテナ群１１５で受信された反射波に基づいて、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を算出する運動検知部１３１を備える。
【００８７】
次に、第１送信アンテナ１１４の設置位置について説明する。
【００８８】
第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向１５２が、移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように移動機器１２０に固定される。
【００８９】
以下、第１送信アンテナ１１４の設置位置の具体例について図３を用いて説明する。
【００９０】
第１送信アンテナ１１４は、図３に示すように、その仰角方向の電波放射特性において、その電界強度極小方向が、移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように構成されている。電界強度極小方向を、「ヌル方向」と呼ぶことにする。
【００９１】
図４及び図５を参照して、ヌル方向について説明する。
【００９２】
図４は、指向性を有する第１送信アンテナ１１４の電波放射特性を示す。放射方向と電界強度の関係を表している。この例では、第一送信アンテナ１１４が、４つの極大領域（ローブ）と４つの極小領域（ヌル）を有している。具体的には、第１送信アンテナ１１４の電波放射特性において、送信波の電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向に伸びるメインビームと、メインビームに接する２つの第１サイドローブと、メインビーム方向と反対方向に伸びる第２サイドローブとが存在する。
【００９３】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、方位角方向及び仰角方向における第１送信アンテナ１１４の電波放射特性を示す。ここで、方位角とは、移動機器１２０の走行面１２１と平行な面内における方向を特定するための角度である。また、仰角とは、反射点の方向のうち、移動機器１２０の走行面１２１に対して上下方向を特定するための角度である。
【００９４】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す第１送信アンテナ１１４は、メインビームと、２つの第１サイドローブにおける電力特性を有する。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、それぞれ横軸が第１送信アンテナ１１４の送信波の方位角又は仰角を示し、縦軸が送信波の電力を示す。図５に示すようにメインビームと各第１サイドローブとの間で電力が極小となる点である第１ヌル点が存在する。図５（ａ）に示す方位角方向の電力特性と、図５（ｂ）に示す仰角方向の電力特性とのそれぞれに、第一ヌル点は存在する。
【００９５】
なお、電波放射特性の方位角方向、仰角方向のいずれのパターンも、メインビームの最大点を含むように、すなわち、メインビーム方向のベクトルを含むように空間的な電波放射特性を切断した形状である。それぞれ「方位角方向の電波放射特性」、「仰角方向の電波放射特性」と呼んで区別する。メインビーム方向は、そのベクトルが空間的な電波放射特性の中で一意に定まる。空間的な電波放射特性を面で切断して初めて定まるヌル方向とは定義が異なっている。したがって、方位角方向の電波放射特性におけるメインビーム方向、仰角方向の電波放射特性におけるメインビーム方向とは、それぞれメインビーム方向の方位角方向、メインビーム方向の仰角方向という意味である。
【００９６】
図３に示すヌル方向１５２ａとは、第１ヌル点で示される仰角の方向である。つまり、ヌル方向１５２ａとは、図４においてメインビームと第１サイドローブとの接線方向である。なお、メインビームと第１サイドローブとの接線方向は２つ存在するが、そのうちの一方の接線方向がヌル方向として用いられる。つまり、第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の電波放射特性のメインビームにおけるメインビーム方向１５１が、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向（ヌル方向１５２ａ）に対して上方になるよう固定される。
【００９７】
本実施の形態では、仰角方向の電波放射特性におけるメインビーム１５０の設定方法に特徴があり、サイドローブに関しては、なるべく小さくなるようアンテナを設計することが望ましい。したがって、電界強度又は電力に関しては、メインビーム１５０での値を指すものであり、電界強度極小方向１５２は、メインビーム１５０とサイドローブとの境界面を指している。
【００９８】
なお、第１送信アンテナ１１４は、図６に示すように、第１送信アンテナ１１４の送信波のメインビーム１５０において、電力が最大値の半分（電界強度が最大値の１／√２）となる電力半値点に向かう方向が、移動機器１２０の走行面１２１と略平行となるように構成してもよい。この電力半値点に向かう方向を「半値方向」と呼ぶことにする。なお、第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の電波放射特性のメインビームにおけるメインビーム方向１５１が、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性における半値方向１５２ｂに対して上方になるよう固定される。
【００９９】
本実施の形態においては、電界強度極小方向１５２が走行面１２１と略平行といった場合、ヌル方向１５２ａが走行面１２１と略平行である場合のみならず、半値方向１５２ｂが走行面１２１と略平行である場合も含むものとする。つまり、メインビーム１５０とサイドローブの境界面において電界強度が極小となる厳密な意味でのヌル方向１５２ａのみならず、電力半値点に向かう方向である半値方向１５２ｂ、又はヌル方向１５２ａと半値方向１５２ｂとの間の電界方向を電界強度極小方向１５２に含めて考えるものとする。
【０１００】
このように仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向１５２を移動機器１２０の走行面１２１と略平行となるように構成するためには、図７のように、開口面アンテナを物理的及び機械的に傾斜させておく方法がある。ここで、開口面アンテナは、第１送信アンテナ１１４と、受信アンテナ１１５ａ〜１１５ｃから構成される受信アンテナ群１１５とを含む。
【０１０１】
図７（ａ）は、開口面アンテナの正面図であり、図７（ｂ）は、開口面アンテナを傾斜させる前の左側面図であり、図７（ｃ）は、開口面アンテナを傾斜させた後の左側面図である。
【０１０２】
開口面アンテナを移動機器１２０に設置するとき、開口面アンテナ近傍の開口面アンテナと同じ高さの位置にパワーメータのディテクタ部を置き、開口面アンテナの傾斜角を変化させながら電力を測定し、検出電力が極小となった点で開口面アンテナの傾斜角を固定するとよい。開口面アンテナの開口部とパワーメータとの間隔を変化させて複数点で測定しておくと、さらに適切に傾斜角を設定できる。開口アンテナの傾斜前は図７（ｂ）に示すようにメインビーム１５０が水平方向を向いていたのに対し、開口アンテナを傾斜させることにより図７（ｃ）に示すようにメインビーム１５０が上方に向くようにすることができる。なお、図７（ｂ）に示す第１送信アンテナ１１４を模式的に図７（ｄ）のように三角形で表し、図７（ｃ）に示す第１送信アンテナ１１４を模式的に図７（ｅ）のように三角形で表すことにする。つまり、三角形の一辺が、メインビーム１５０のメインビーム方向１５１に直交する方向を示している。この第１送信アンテナ１１４の模式的な図示の方法は他の図においても同様である。
【０１０３】
また、図８のように、アンテナアレーにより第１送信アンテナ１１４及び受信アンテナ群１１５を構成してもよい。なお、受信アンテナ群１１５は、受信アンテナ１１５ａ〜１１５ｃを含む。各アンテナを構成するアンテナアレー素子の位相角を予め設定しておいて電子的に仰角方向の電波放射特性を変更する。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、それぞれ、アンテナアレーにより構成された第１送信アンテナ１１４及び受信アンテナ群１１５の正面図、電波放射特性変更前の左側面図及び電波放射特性変更後の左側面図である。このように、アンテナアレー素子の位相角を電子的に変更して仰角方向の電波放射特性を変更することにより、図８（ｂ）のように水平方向を向いていたメインビーム１５０を、図８（ｃ）のように上方に向くように変更することができる。この場合は、アンテナを物理的に傾斜させる必要はないが、電界強度極小方向１５２が走行面１２１と略平行になるようにアンテナの電波放射特性を設計しておく必要がある。なお、図８（ｂ）に示す第１送信アンテナ１１４を模式的に図８（ｄ）のように三角形で表し、図８（ｃ）に示す第１送信アンテナ１１４を模式的に図８（ｅ）のように三角形で表すことにする。つまり、三角形の一辺が、メインビーム１５０のメインビーム方向１５１に直交する方向を示している。この第１送信アンテナ１１４の模式的な図示の方法は他の図においても同様である。
【０１０４】
図７及び図８に示したいずれの方法であっても、レーダ装置１１０を初めて移動機器１２０に装着する時又はレーダ装置１１０の点検時など、アンテナの据付角度を調整する必要のある場合にのみアンテナが可動であることが望ましく、通常使用する場合にはアンテナは固定され、メインビーム１５０の方向が変化しないことが望ましい。
【０１０５】
レーダ装置１１０の装着時又は点検時において第１送信アンテナ１１４のメインビーム方向１５１を以下のようにして調整しても良い。つまり、図９のように、ヌル方向１５２ａ又は半値方向１５２ｂに、電力を監視するためのモニタ用受信アンテナ１１６を車台１２３に設置する。モニタ用受信アンテナ１１６にパワーメータを接続して、その点での第１送信アンテナ１１４の送信波の電力を測定する。測定した電力が、その距離において予め測定され、規定された第１送信アンテナ１１４の送信波の電力の最大値に対して規定の電力になっていることを確認するようにすれば、アンテナの放射方向が適切であるかどうかを確認することができる。例えば、規定の電力を含む所定の電力幅を記憶しておき、モニタ用受信アンテナ１１６に接続されたパワーメータが測定した電力と上記所定の電力幅とを比較し、測定電力が上記所定の電力幅内に収まっていなければ警告を出力するようにしても良い。モニタ用受信アンテナ１１６は、第１送信アンテナ１１４が走行時にずれていないかのメンテナンス用に用いても良いし、製品出荷時の第１送信アンテナ１１４の取付け時に用いても良い。
【０１０６】
なお、「規定の電力」とは、電力の極小値あるいは電力の最大値の半値、あるいはその間の値を定めるために用いる指標とし、予め測定した上で定めておく。
【０１０７】
このようにモニタ用受信アンテナ１１６を車台１２３に設置することにより、被測定物の像に異常が発生した場合に、アンテナに障害物又は搭乗者の体の一部が接触してアンテナの方向がずれたためにＤＯＡの不定性が生起した結果として起こった像の異常なのか、全く別の原因により起こった像の異常なのかを切り分けるための判断材料を得ることができる。
【０１０８】
このためには、モニタ用受信アンテナ１１６は、第１送信アンテナ１１４及び受信アンテナ群１１５とは独立に移動機器１２０の車台１２３に設置されていることが望ましい。
【０１０９】
次に、受信アンテナ群１１５の構成について詳細に説明する。
【０１１０】
受信アンテナ群１１５は、複数のアンテナ素子から構成されており、少なくとも２つの受信アンテナから構成されているものとする。
【０１１１】
図７及び図８においては、受信アンテナ群１１５が、受信アンテナ１１５ａ、１１５ｂ及び１１５ｃの３つのアンテナ素子から構成されている場合を示している。
【０１１２】
水平方向に並んで配置された受信アンテナ１１５ａ及び１１５ｂを使用すれば、反射点の方向のうち方位角方向を特定できる。
【０１１３】
鉛直方向に並んで配置された受信アンテナ１１５ｂ及び１１５ｃを使用すれば、反射点の方向のうち仰角方向を特定できる。
【０１１４】
少なくとも２つの受信アンテナを備えれば、方向の成分のひとつを得られ、３つの受信アンテナをすべて使用すれば、３次元空間上の方向を特定できる。
【０１１５】
なお、実施の形態１においては、前記の第１送信アンテナ１１４と受信アンテナ群１１５とは、移動機器１２０の車高に対して十分低い位置に取り付けることが望ましい。例えば、アンテナを取り付けた位置におけるヌル方向１５２ａの走行面１２１からの高さが３０センチメートル程度かそれ以下、すなわち、人間の膝よりも下の脛程度の高さになるように、アンテナを設置し、メインビーム方向１５１を走行面１２１に対して上方にすると良い。このようにアンテナを設置することで、図３に示すヌル方向１５２ａより下側の観測不可領域１６１をできる限り小さくし、被測定物が人間の場合には観測できない運動を脛より下の足の運動にとどめることができる。膝や大腿の運動など主要な運動部位はメインビーム１５０内の観測可能領域１６０にあるため、主要な情報は失われずに済む。なお、メインビーム１５０内を「観測可能領域」、メインビーム１５０外を「観測不可領域」と呼ぶことにする。
【０１１６】
また、この場合、電界強度極小方向１５２を半値方向１５２ｂ程度にしておくと、ＤＯＡの不定性の影響を僅かに受ける反面、観測不可領域１６１にはみ出す部位の体積が低減され、死角を軽減できるので都合が良い。
【０１１７】
また、逆に移動機器１２０の車高に対して十分高い２メートル程度の位置、すなわち、人間の身長より高い位置にアンテナを設置し、第１送信アンテナ１１４のメインビーム方向１５１を走行面１２１の側に向けるように設置してもよい。このようにすることで、人間の身長より下側が観測可能領域１６０内となり、人間の全身を測定できる。ただし、この場合は移動機器１２０に第１送信アンテナ１１４と受信アンテナ群１１５を設置するための取り付け枠の必要性など、デザインや高さの制約も加味する必要がある。
【０１１８】
再度図１を参照して、演算処理部１３０について説明する。演算処理部１３０は、運動検知部１３１の他に、ドップラー信号処理部を備える。
【０１１９】
ドップラー信号処理部は、レーダ受信信号をＡ／Ｄ変換して離散化及び量子化をし、レーダ受信信号の直流成分除去、レーダ受信信号の振幅不均衡の解消、及び位相不均衡の解消などのキャリブレーションを行う。その後、ドップラー信号処理部は、離散化されたレーダ受信信号をドップラーフィルタで処理する、すなわち、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などを用いて離散化されたレーダ受信信号を周波数解析する。
【０１２０】
運動検知部１３１は、ドップラーフィルタによって周波数分離された信号に対し、分離周波数成分ごとに到来方向算出と速度算出を行う。つまり、運動検知部１３１は、ＤＤＯＡ法を用いて被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を算出する。ＤＤＯＡ法の詳細は、図２６を用いて説明した通りである。このため、その詳細な説明は繰り返さない。また、運動検知部１３１は、第１送信アンテナ１１４及び受信アンテナ群１１５から被測定物の反射点までの距離をレーダ送信信号と反射波の相関関数の出力ピーク位置に基づいて決定する。
【０１２１】
運動検知部１３１は、具体的には、物体の反射点までの距離と物体の反射点の方向とによる位置情報に加え、ドップラー信号処理の結果から得られる反射点の速度情報を使うことで、被測定物の中から、静止物体、接近する物体、高速で接近する物体、遠ざかる物体などを検出する。運動検知部１３１は、検出した結果をディスプレイなどに画像として表示しても良い。
【０１２２】
なお、演算処理部１３０は、運動検知部１３１のほかに、運動検知部１３１で検知された反射点の運動情報を入力として、運動のパターンや反射点のクラスタリングなどによって被測定物の運動を推定する運動推定部を有してもよい。演算処理部１３０は、さらに、その運動推定部の出力を利用して、移動機器１２０を適切に制御する走行制御部を備えてもよい。例えば、運動推定部は、被測定物が移動機器１２０に対して接近しているか否かを判断する。具体的には、運動推定部は、被測定物の相対速度と被測定物までの距離に基づいて、被測定物が移動機器１２０から一定距離内に存在し、かつ移動機器１２０に対して近付いているか否かを判断する。被測定物が移動機器１２０から一定距離内に存在し、かつ移動機器１２０に対して近付いていると運動推定部が判断した場合には、走行制御部は、移動機器１２０のブレーキを掛ける制御を行う。
【０１２３】
図１０に、実施の形態１の移動機器用レーダシステム１００の使用シーンを示す。また、図１０を用いて、実施の形態１の効果を説明する。
【０１２４】
例えば、ショッピングモールなどのように人が多数存在する環境の中でも移動機器１２０が安全走行できるようにするためには、周辺環境をモニタするための周辺センサが必要である。
【０１２５】
周辺センサとしては、位置情報と相対速度をリアルタイムに算出可能な電波センサ（レーダ）が望ましい。レーダは、移動機器１２０の例えば前方に設置する。
【０１２６】
図１１に示すように、移動機器１２０から送信した電波が、人間１９０Ａ、１９０Ｂ又は小動物１９０Ｃなどの被測定物１９０に照射されて、被測定物１９０で反射又は散乱され、そこから移動機器１２０に電波が戻ってくるとき、被測定物１９０上に反射点を置いて考えることができる。
【０１２７】
送信された電波が被測定物の表面状態の違いによって反射するか、散乱するかは特に区別しないものとする。また、受信された電波が反射されたものか、散乱されたものかは特に区別しないものとする。ここでは被測定物における散乱、反射は同義であるとする。また、第１送信アンテナ１１４から送出する電波を送信波、被測定物１９０によって散乱あるいは反射されて受信アンテナ群１１５に到達する電波を反射波とする。図１１では、反射点からの反射波を破線で示している。
【０１２８】
被測定物１９０上に移動機器１２０の速度と異なる反射点、すなわち相対速度がゼロでない反射点があれば、それは移動機器１２０に対して近づいているか、遠ざかっているかのどちらかであり、ドップラー周波数の符号によってそれを判断できる。移動機器１２０の速度と同一の反射点、すなわち相対速度がゼロである反射点は、移動機器１２０から見て静止した反射点であるから、移動機器１２０に衝突する可能性は低い。
【０１２９】
続いて、従来構成のＤＤＯＡ法に基づくレーダの問題点について、本実施の形態と比較しながら明確にする。
【０１３０】
図２７は従来のＤＤＯＡ法に基づくレーダを用いた移動機器用レーダシステム２００を示す。
【０１３１】
ここでは説明を単純化するため、被測定物として人間程度の大きさ及び高さを有する一様な線状物体として、表面の粗い柱状の被測定物１９０を考える。
【０１３２】
従来の移動機器用レーダシステム２００におけるレーダでは、送信波を被測定物１９０に照射し、かつ、被測定物１９０からの反射波を効率的に受信するため、送信アンテナ及び受信アンテナが被測定物１９０の高さの半分程度の位置に設置されていることが多かった。なお、移動機器用レーダシステム２００のようにレーダを移動機器１２０に搭載する場合は、移動機器１２０の高さの半分程度の位置に、例えば、移動機器１２０が自動車であれば、車高の半分程度の位置に送信アンテナ及び受信アンテナが設置されていた。
【０１３３】
送信アンテナから水平方向、すなわち、走行面１２１に対して平行な方向に伝播する電波が、被測定物１９０において反射されるポイントをＰ０とする。
【０１３４】
簡単のため、移動機器１２０が静止し、被測定物１９０が速度Ｖ０で接近してくるものと考える。レーダが観測する運動は相対運動であるから、どちらが運動していても等価である。
【０１３５】
奥行きすなわちクロスレンジ方向の広がりは考えないものとすると、アンテナからの仰角の大きさがＥ１となる点Ｐ１は２点存在する。仰角が＋Ｅ１の点を点Ｐ１Ｕ、−Ｅ１の点を点Ｐ１Ｌとする。
【０１３６】
このとき、レーダが受信する電波は、視線方向の相対速度に対応するため、点Ｐ１Ｌ、Ｐ１Ｕからの反射波が示す反射点の速度は、それぞれをＶｃ１Ｌ及びＶｃ１Ｕとして、式３および式４で表すことができる。
【０１３７】
Ｖｃ１Ｌ＝Ｖ０ｃｏｓ（−Ｅ１）＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅ１） ・・・（式３）
Ｖｃ１Ｕ＝Ｖ０ｃｏｓ（＋Ｅ１）＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅ１） ・・・（式４）
【０１３８】
Ｖｃ１Ｌ＝Ｖｃ１Ｕであることより、ＤＤＯＡ法では、点Ｐ１Ｌと点Ｐ１Ｕとを区別することができない。
【０１３９】
同様にして、仰角Ｅｉ（Ｅｉ＝±｜Ｅｉ｜、ｉ＝１，２，３，．．．）についても、式５で表すことができる。
【０１４０】
ＶｃｉＬ＝ＶｃｉＵ＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅｉ） ・・・（式５）
【０１４１】
これも同様に、点ＰｉＬと点ＰｉＵとを分離できないことを意味する。
【０１４２】
このことから、もっとも極端な条件になると、点Ｐ０からの反射波のみが正しい結果を与えるということになり、これでは方向の情報が得られていないということを意味している。
【０１４３】
一方、図１２は、本実施の形態による移動機器用レーダシステム１００の外観図である。
【０１４４】
本実施の形態では、第１送信アンテナ１１４からの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向１５２が、移動機器１２０の走行面１２１に対して略平行であるという特徴がある。
【０１４５】
このとき、第１送信アンテナ１１４からの水平方向（走行面に対して平行）に伝播する電波が被測定物１９０において反射される反射点をＱ０とする。また、第１送信アンテナ１１４からの仰角の大きさがＥ１となる反射点をＱ１とし、Ｑ１での反射波の視線方向速度をＶ１とすると、Ｖ１＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅ１）である。
【０１４６】
同様にして、アンテナから仰角の大きさＥｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）となる反射点Ｑｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）を考えると、本実施の形態の場合には、反射点Ｑｉはｉ毎にそれぞれ１点ずつしか存在しない。反射点Ｑｉで散乱された反射波の視線方向速度Ｖｉは、式６で表すことができ、すべてのＶｉは一致しない。
【０１４７】
Ｖｉ＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅｉ） ・・・（式６）
【０１４８】
このように、単純な柱のような物体が被測定物１９０の場合には、反射点ごとに視線方向速度が異なるため、反射点を弁別することができ、従来にはない効果があるとわかる。
【０１４９】
続いて、本実施の形態が観測の対象としている人間のような複雑な運動をする物体の場合における効果の程度について考える。
【０１５０】
図１３に示すようにここで考えている被測定物１９０のモデルも、線状物体であり、被測定物１９０上に多数の速度生成点Ｐ１〜Ｐｎを配置し、速度生成点Ｐ１〜Ｐｎがそれぞれ速度ｖ１〜ｖｎで近付いてくるものとする。速度生成点Ｐ１〜Ｐｎでの視線方向速度について、ＦＦＴにおける速度分解能を超えない速度差のものを１点に集約することで、不定でない速度成分を抽出する。第１送信アンテナ１１４からの送信波が速度生成点Ｐ１〜Ｐｎで反射されるものとする。このように考えることで、複雑な運動をする物体を模擬し、簡易な数値計算で、移動機器用レーダシステム１００の効果を検証することができる。図１３に示すように速度ｖ１〜ｖｎはランダムに設定されるものとする。また、第１送信アンテナ１１４がいずれの高さであっても、速度生成点Ｐ１〜Ｐｎでの反射波はすべて受信されているものとする。
【０１５１】
移動機器用レーダシステム１００の典型的な利用シーンを考慮して、被測定物１９０の高さを２ｍ、最大運動速度を１．５ｍ／秒、距離を５ｍとした。ＦＦＴサンプル点数を２５６点とする。ＦＦＴの速度分解能は約１．１ｃｍ／秒である。
【０１５２】
図１４は、アンテナの高さをパラメータとして計算し、ＤＯＡの不定性の程度を評価した結果である。横軸は、第１送信アンテナ１１４の高さを示し、縦軸は抽出点数の比率を示す。図１３に示すように第１送信アンテナ１１４の高さが０ｍの場合には、第１送信アンテナ１１４の上半分から送信波を照射され、レーダ装置１１０における第１送信アンテナ１１４の配置と等価となる。また、第１送信アンテナ１１４の高さが１ｍの場合には、従来の移動機器用レーダシステム２００における第１送信アンテナ１１４の配置と等価となる。図１４に示すように、第１送信アンテナ１１４の高さが０ｍに近付くにつれ、抽出点数の比率が大きくなり、１ｍに近付くにつれ、抽出点数の比率が小さくなっている。このように、シミュレーションにおいても、本実施の形態に係る移動機器用レーダシステム１００における第１送信アンテナ１１４の配置の優位性が示される。
【０１５３】
つまり、この図１４から、ＤＯＡの不定性を低減するためには被測定物１９０に対して放射される電波（あるいは被測定物から反射されてくる反射波）の電波放射特性について、走行面１２１と平行な面を横断するようにメインビーム１５０を形成した場合には、ＤＯＡの不定性が大きくなることがわかる。
【０１５４】
したがって、放射される電波は、その仰角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａが移動機器１２０の走行面１２１に対して略平行であることが好ましい。その際、メインビーム１５０におけるメインビーム方向はヌル方向１５２ａに対して走行面１２１より上方である。
【０１５５】
また、運動検知部１３１は、スペクトラム拡散方式を利用して反射点までの距離を測定する。
【０１５６】
スペクトラム拡散方式では、送信時の変調信号として、拡散符号、すなわちＭ系列などの擬似雑音（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｎｏｉｓｅ、ＰＮ）符号を用いた搬送波を拡散変調し、受信時に上記ＰＮ符号を位相シフトした符号と反射波とを逆拡散（復調）することで相関関数を評価し、相関関数の出力から距離を決定するものである。
【０１５７】
同一の２つのＰＮ符号の相関関数は、その位相が完全に一致するとき、最大となり、その位相が互いに１チップ（ＰＮ符号の１ビット）相当分異なるだけで、相関関数の出力の大きさが最小となるという性質を有している。なお、同一のＰＮ符号とは、符号を生成する多項式とシードとが同一の符号を指す。
【０１５８】
言い換えれば、ＰＮ符号における１チップに相当する距離をＤｃとすると、スペクトラム拡散方式を用いることで、距離Ｄｃごとに、反射波を量子化して独立した信号処理を行うことができる。独立した信号処理を行うことができるとは、隣接する量子化された単位の影響をほとんど受けることなく、ドップラー信号処理やＤＯＡ信号処理を行うことができる、ということである。
【０１５９】
この量子化された単位をレンジゲートと呼ぶことにする。この場合、Ｄｃは距離分解能あるいはレンジゲート長である。
【０１６０】
距離分解能はＰＮ符号の速度に反比例し、５００Ｍｃｐｓ（ｍｅｇａ ｃｈｉｐ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のＰＮ符号の場合３０ｃｍである。なお、測定距離の量子化単位は１メートル以下であるのが好ましい。
【０１６１】
なお、距離分解能以下の距離は補間によって、より細かく推定できることが知られている。
【０１６２】
したがって、スペクトラム拡散方式を用いることで、例えば、人間であれば図１５に示すようにそれをさらに細かい単位に分割し、独立した処理ブロックを構築できる。分割された人間の各処理ブロックは、それぞれが独立しているので、もともと同一の速度成分であったためにＤＯＡの不定性が発生していた反射点であれば、それらを分離できるようになる。
【０１６３】
図１５（ａ）は、従来の第１送信アンテナ１１４の配置位置における分離性能を示す図であり、被測定物１９０は、直径方向に２つのレンジゲートに属する。これに対して、図１５（ｂ）は、本実施の形態の第１送信アンテナ１１４の配置位置における分離性能を示す図である。被測定物１９０は、直径方向に３つのレンジゲートに属する。このように、本実施の形態によると従来に比べ、同一の被測定物１９０であっても、直径方向の分離性能が高くなる。このため、被測定物１９０上にある同一速度成分の複数の反射点をそれぞれ異なるレンジゲートに割り当てることのできる確率が高まり、方向決定精度を向上させることができる。
【０１６４】
このように１つの被測定物１９０に対し、ＤＯＡの不定性が低減される程度は、最大で被測定物を分割するレンジゲートの個数倍だけ高まることになる。
【０１６５】
また、複数の被測定物１９０が存在する場合、それぞれが距離分解能以上離れて存在している限り、少なくともすべての観測範囲を分割するレンジゲートの個数倍だけＤＯＡの不定性を低減できる確率が高まる。
【０１６６】
以上、本発明の実施の形態１の構成によると、第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向を移動機器の走行面と略平行になるように、第１送信アンテナが移動機器に固定される。このため、例えば、被測定物が同一の相対速度で移動していたとしても、被測定物上での高さの異なる点ごとに、視線方向速度も異なることとなる。このため、ＤＯＡの不定性を軽減できるため、被測定物の形状や速度に関する情報の損失を最小限度に抑えた移動機器用レーダシステムを実現できる。
【０１６７】
（実施の形態２）
実施の形態１の場合、移動機器１２０が上り坂を上昇しているとき、上り坂の先の範囲が死角となるため、その範囲にある障害物など被測定物を観測できないという問題がある。
【０１６８】
そこで、本発明の実施の形態２は、実施の形態１に対して、放射方向が可動となっている第２の送信アンテナがさらに備えられている点が異なっている。図１６を用い、実施の形態２を説明する。
【０１６９】
図１６において、第２送信アンテナ２１４以外の第１送信アンテナ１１４及びその他の構成は実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。
【０１７０】
第２送信アンテナ２１４は、第１送信アンテナ１１４よりも上方、つまり高い位置に設置される。例えば、第２送信アンテナ２１４は、移動機器１２０のアームレストやバンパーの上方、フードの前方などに設置されるとよい。第２送信アンテナ２１４のメインビーム方向２１４ｂは、常に水平になるように調整される。第２送信アンテナ２１４は、第１送信アンテナ１１４と同様に指向性を有するアンテナである。
【０１７１】
つまり、第２送信アンテナ２１４は、図１７に示すように、錘によって水平方向に安定点を持つような機構が設けられる。図１７（ａ）は、水平な走行面１２１を移動機器１２０が走行しているときの第２送信アンテナ２１４の状態を示し、図１７（ｂ）は上り坂の走行面１２１を移動機器１２０が走行しているときの第２送信アンテナ２１４の状態を示す。どちらの状態においても、第２送信アンテナ２１４のメインビーム方向２１４ｂを常に水平にすることができる。なお、第２送信アンテナ２１４を模式的に図１７（ｃ）のように示すものとする。つまり、三角形の一辺が、メインビーム方向２１４ｂに直交する方向を示している。
【０１７２】
また、図１８に示すように、鉛直方向を検知する鉛直センサと水平維持制御装置などを用いて、移動機器１２０の姿勢、すなわち走行面の傾斜に関わらず、走行面１２１が水平方向になるように、第２送信アンテナ２１４の傾きを調整しても良い。図１８（ａ）は、水平な走行面１２１を移動機器１２０が走行しているときの第２送信アンテナ２１４の状態を示し、図１８（ｂ）は上り坂の走行面１２１を移動機器１２０が走行しているときの第２送信アンテナ２１４の状態を示す。どちらの状態においても、第２送信アンテナ２１４のメインビーム方向２１４ｂを常に水平にすることができる。なお、第２送信アンテナ２１４を模式的に図１８（ｃ）のように示すものとする。つまり、三角形の一辺が、メインビーム方向２１４ｂに直交する方向を示している。
【０１７３】
この結果、図１６に示すように、第２送信アンテナ２１４によって、第１送信アンテナ１１４による上り坂の先の死角をカバーすることができ、第１送信アンテナ１１４の死角に存在する障害物１９１などを早い段階で検知することができる。
【０１７４】
また、図１９に示すように、移動機器１２０が水平に走行している場合であって、被測定物１９０のさらに手前に障害物１９２や電波遮蔽物がある場合、下方に設けられた第１送信アンテナ１１４では遮蔽物の後方に大きな死角が発生してしまう。しかし、本実施の形態２によると、第２送信アンテナ２１４によって遮蔽物後方の死角を大幅に低減できる。
【０１７５】
なお、第２送信アンテナ２１４から送出し、反射された電波を受信するための受信アンテナは、反射波の受信効率を高めるため、第２送信アンテナ２１４の近傍に設けられるほうが好ましい。
【０１７６】
なお、受信アンテナ（図示せず）は第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ２１４の近傍にそれぞれ第１受信アンテナ（図示せず）及び第２受信アンテナ（図示せず）として独立に設けておくことが好ましい。また、受信アンテナを見通し範囲の広い第２送信アンテナ２１４の近傍のみに設置してもよいし、他の適する場所に設置してもよい。
【０１７７】
また、第１受信アンテナ及び第２受信アンテナのように複数の受信アンテナを設置する場合、鉛直センサなどで取得した移動機器１２０の傾斜角に基づいて、第１受信アンテナと第２受信アンテナのどちらで受信した信号を解析に採用するかを切り替えられるようになっていても良い。例えば、傾斜角が大きく、移動機器１２０が登坂中であると判断される場合には、第２受信アンテナからの信号を解析に利用し、ほぼ水平に走行していると判断される場合には、第１受信アンテナからの信号を解析に利用するなどが考えられる。
【０１７８】
また、運動検知部１３１は、スペクトラム拡散方式を利用して反射点までの距離を測定するのが好ましい。
【０１７９】
第１送信アンテナ１１４、第２送信アンテナ２１４から送出される電波に割り当てるＰＮ符号を第１ＰＮ符号、第２ＰＮ符号と異なるものにしておく。第１ＰＮ符号と第２ＰＮ符号とは相互相関の小さいものを選択する。
【０１８０】
このようにすれば、第１送信アンテナ１１４のメインビーム１５０ａと第２送信アンテナ２１４のメインビーム１５０ｂとの間に重なりが生じても、受信アンテナで受信した反射波に対して、第１ＰＮ符号で逆拡散復調すれば第１送信アンテナから送信された電波による反射波の信号のみが得られ、第２ＰＮ符号で逆拡散復調すれば第２送信アンテナから送信された電波による反射波の信号のみが得られる。すなわち、２箇所から同時に送信した電波の混信によって生じる問題を回避できる。
【０１８１】
なお、このとき、複数のＰＮ符号を同時に用いるために、送信部１１１には搬送波を拡散変調するための独立した複数の拡散変調部を設けておくとよい。受信部１１２については、反射波を逆拡散変調するための独立した複数の逆拡散復調部を設けておいてもよいし、逆拡散復調部は共用し、入力するＰＮ符号を切り替えるようにしておいてもよい。
【０１８２】
以上、実施の形態２の構成によると、第１送信アンテナ１１４によってＤＯＡの不定性を軽減しながら、第１送信アンテナ１１４の前方に遮蔽物が存在することがあっても、放射方向を水平自動調整する機構を有する第２送信アンテナ２１４によって、遮蔽物後方の死角を大幅に軽減できるため、移動機器用レーダシステムの検出精度及び安定性を高めることができる。
【０１８３】
（実施の形態３）
実施の形態１においては、第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のヌル方向を移動機器の走行面と略平行となるように設置しているため、ヌル方向より下方に対しては死角となる可能性がある。
【０１８４】
そこで本発明の実施の形態３に係る移動機器用レーダシステムは、第１送信アンテナと第２送信アンテナとを備え、第１送信アンテナと第２送信アンテナとを隣接して設置する。以下、実施の形態３に係る移動機器用レーダシステムについて図２０及び図２１を用いて説明する。
【０１８５】
図２０に示すように、実施の形態３に係る移動機器用レーダシステム１００は、第１送信アンテナ１１４と、第２送信アンテナ３１４とを備える。第２送信アンテナ３１４以外の第１送信アンテナ１１４及びその他の構成は実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。第２送信アンテナ３１４は、第１送信アンテナ１１４と同様に指向性を有するアンテナである。
【０１８６】
第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａが移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように、移動機器１２０に固定設置されており、メインビーム方向１５１ａは、ヌル方向１５２ａに対して上方になるように設置される。
【０１８７】
一方、第２送信アンテナ３１４は、第２送信アンテナ３１４の仰角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａが移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように固定設置されており、メインビーム方向１５１ｂは、ヌル方向１５２ａに対して下方になるように設置される。
【０１８８】
また、第１送信アンテナ１１４と第２送信アンテナ３１４とは、隣接して設置されているため、第１送信アンテナ１１４のヌル方向１５２ａと第２送信アンテナ３１４のヌル方向１５２ａとは略一致していると考えてよい。
【０１８９】
なお、第１送信アンテナ１１４のヌル方向１５２ａ及び第２送信アンテナ３１４のヌル方向１５２ａをそれぞれ走行面１２１と略平行としてしまうと、移動機器１２０の走行面１２１と完全に平行な方向について、放射電界強度が極小となり、被測定物１９０に対して盲点が形成される恐れがある。したがって、図２１のように第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性における半値方向１５２ｂと、第２送信アンテナ３１４の仰角方向の電波放射特性における半値方向１５２ｂとが移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように設置するほうが、好ましいといえる。
【０１９０】
実施の形態３のように第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４を上下方向に隣接して配置する場合には、第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４は任意の高さに設置することができる。このため、移動機器１２０の外形デザインの自由度が向上する、という利点がある。
【０１９１】
なお、上述の例では、第１送信アンテナ１１４と第２送信アンテナ３１４とを隣接して設置することとしているが、必ずしも隣接して配置する必要はない。例えば、第１送信アンテナ１１４を移動機器１２０の上方に設置し、第２送信アンテナ３１４を移動機器１２０の下方に設置してもよい。その場合であっても、ヌル方向１５２ａとメインビーム方向に関する制約は上述の通りであることが望ましい。
【０１９２】
なお、受信アンテナ（図示せず）は第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４とそれぞれ組となるように複数設置し、受信部１１２もそれに対応するように複数設けることが好ましい。
【０１９３】
また、受信アンテナは共用にして、受信部１１２は複数とし、それぞれの受信部１１２には、受信アンテナで受信された第１送信アンテナ１１４の送信波の反射波と第２送信アンテナ３１４の送信波の反射波とを２分岐させて入力するようにしてもよい。
【０１９４】
また、実施の形態２と同様に、運動検知部１３１は、スペクトラム拡散方式を利用して反射点までの距離を測定しても良い。
【０１９５】
この場合、第１送信アンテナ１１４からの送信電波用に第１ＰＮ符号を用い、第２送信アンテナ３１４からの送信電波用に第２ＰＮ符号を用いる。
【０１９６】
特に、図２１のように第１送信アンテナ１１４のメインビーム１５０ａと第２送信アンテナ３１４のメインビーム１５０ｂとの間に重なりが生じても、実施の形態２の場合と同様、電波の混信によって生じる問題を回避できる。
【０１９７】
また、スペクトラム拡散方式を用いると、受信アンテナと受信部１１２をそれぞれ共用にしても、受信部１１２に入力する反射波のＰＮ符号を第１ＰＮ符号とするか第２ＰＮ符号とするかを切り替えることによって、ヌル方向１５２ａに対して上下方向を独立に観測することができる。
【０１９８】
なお、受信アンテナと受信部１１２とをそれぞれ共用にする場合には、少なくとも受信部１１２に関しては、反射波を復調するための独立な複数の復調部を設けることが望ましい。
【０１９９】
以上、実施の形態３の構成によると、第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４のそれぞれにより、ＤＯＡの不定性を低減することができる。また、第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４を移動機器１２０に設置した場合の死角を低減することができる。さらに、第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４の設置場所の自由度を向上させることができる。
【０２００】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、被測定物の高さ方向のＤＯＡの不定性を軽減するための構成である。ところが、ＤＯＡの不定性は横方向においても同様に発生し、人間に限らず、被測定物の広がりの情報を損失する可能性を有している。そこで、実施の形態４では、横方向のＤＯＡの不定性を軽減するための移動機器用レーダシステムについて説明する。
【０２０１】
図２２は、単純に２つの送信アンテナをある程度の距離を離して左右に配置した移動機器用レーダシステム１００の上面図である。このような送信アンテナの配置によると、被測定物１９０上の反射点の運動を異なる方向から観測できるため、同一の反射点であっても、それぞれの送信アンテナにおける視線方向速度が異なる値になるという効果がある。この効果を発揮するには、前記の送信アンテナ間の距離を移動機器の幅に対して十分大きくとらなければならない。しかし、移動機器の幅には制限があるため、送信アンテナ間の距離を大きくとることが困難な場合が生じる。
【０２０２】
そこで、実施の形態４では、図２３及び図２４に示すような移動機器用レーダシステム１００の構成とする。図２３及び図２４は、移動機器用レーダシステム１００の上面図である。
【０２０３】
実施の形態４に係る移動機器用レーダシステム１００は、実施の形態１に係る移動機器用レーダシステム１００の構成において、第１送信アンテナ１１４の代わりに第３送信アンテナ４１４ａが用いられ、さらに、第４送信アンテナ４１４ｂが付け加えられた構成である。第４送信アンテナ４１４ｂ以外のその他の構成は実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂは、第１送信アンテナ１１４と同様に指向性を有するアンテナである。
【０２０４】
図２３に示すように、移動機器用レーダシステム１００には、第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂのそれぞれの方位角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａが、移動機器の進行方向に対して略平行となるように、第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂが設置されている。
【０２０５】
なお、移動機器１２０の進行方向は、移動機器１２０の移動軌跡に対して平行であるか、移動機器１２０が旋回する場合などの場合には移動軌跡の接線方向に対して平行であることが望ましい。したがって、移動機器用レーダシステム１００には、移動機器１２０の移動軌跡の接線方向と平行になるように、前記第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂの向きを制御する機構が設けられていることが望ましい。
【０２０６】
これにより、被測定物１９０が一様な平板である場合など、移動機器１２０の進行方向に対する左右の領域で同一速度が発生しやすい物体であっても、被測定物１９０の右の領域と左の領域とを分離することができるという特徴がある。また、方位角方向の視野角を広くすることもできる。
【０２０７】
なお、図２４に示すように、第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂそれぞれの方位角方向の電波放射特性における半値方向１５２ｂが移動機器１２０の進行方向に対して略平行であるほうが好ましい。なぜなら、図２３に示したように第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂそれぞれの方位角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａを移動機器１２０の進行方向に対して略平行にする構成では、移動機器１２０の進行方向に死角となる盲点が発生する可能性が高くなり、盲点の発生は、ＤＯＡの不定性より危険である場合が多いためである。図２４のように第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂを配置することにより、盲点をなくすことができる。
【０２０８】
なお、受信アンテナ（図示せず）は第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂとそれぞれ組となるように複数設置し、受信部１１２もそれに対応するように複数設けることが好ましい。
【０２０９】
また、受信アンテナは共用にして、受信部１１２は複数とし、それぞれの受信部１１２には、受信アンテナで受信された第３送信アンテナ４１４ａの送信波の反射波と第４送信アンテナ４１４ｂの送信波の反射波とを２分岐させて入力するようにしてもよい。
【０２１０】
また、実施の形態２と同様に、運動検知部１３１は、スペクトラム拡散方式を利用して反射点までの距離を測定しても良い。
【０２１１】
この場合、第３送信アンテナ４１４ａからの送信電波用に第１ＰＮ符号を用い、第４送信アンテナ４１４ｂからの送信電波用に第２ＰＮ符号を用いる。
【０２１２】
特に、図２４のように第３送信アンテナ４１４ａのメインビーム４５０ａと第４送信アンテナ４１４ｂのメインビーム４５０ｂとの間に重なりが生じても、実施の形態２の場合と同様、電波の混信によって生じる問題を回避できる。
【０２１３】
また、スペクトラム拡散方式を用いると、受信アンテナと受信部１１２をそれぞれ共用にしても、受信部１１２に入力する反射波のＰＮ符号を第１ＰＮ符号とするか第２ＰＮ符号とするかを切り替えることによって、ヌル方向１５２ａに対して左右方向を独立に観測することができる。
【０２１４】
なお、受信アンテナと受信部１１２とをそれぞれ共用にする場合には、少なくとも受信部１１２に関しては、反射波を復調するための独立な複数の復調部を設けることが望ましい。
【０２１５】
なお、高さ方向のＤＯＡの不定性を排除するため、実施の形態１、２又は３と、実施の形態４とを組み合わせて用いるのが好ましい。例えば、図２１に示した移動機器用レーダシステム１００の構成において、第１送信アンテナ１１４を第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂで構成し、第２送信アンテナ３１４を第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂで構成してもよい。つまり、４つの送信アンテナを移動機器１２０に設置するようにしても良い。これにより、高さ方向及び横方向においてＤＯＡの不定性を軽減することができるとともに、観測可能領域を広く取ることができる。
【０２１６】
以上、実施の形態４の構成によると、第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂのそれぞれにより、横方向に発生しうるＤＯＡの不定性の影響を軽減できるため、被測定物の形状又は速度に関する情報損失を抑えることができる。
【０２１７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２１８】
本発明に係る移動機器用レーダシステムは、移動機器に搭載し、被測定物の運動そのものを利用して被測定物の形状又は速度を測定又は推定し、その結果を利用して移動機器の走行を制御する装置等として有用である。また、据置型の移動体検知システムとしても利用できる。
【符号の説明】
【０２１９】
１００、２００ 移動機器用レーダシステム
１０１ 搭乗者
１１０ レーダ装置
１１１ 送信部
１１２ 受信部
１１３ レーダ制御部
１１４ 第１送信アンテナ
１１５ 受信アンテナ群
１１５ａ〜１１５ｃ 受信アンテナ
１１６ モニタ用受信アンテナ
１２０ 移動機器
１２０ａ 電動車椅子
１２０ｂ 立位型移動機器
１２１ 走行面
１２２ 走行制御ユニット
１２３ 車台
１２４ 車輪
１２５ 座席
１３０ 演算処理部
１３１ 運動検知部
１５０、１５０ａ、１５０ｂ、４５０ａ、４５０ｂ メインビーム
１５１、１５１ａ、１５１ｂ、２１４ｂ メインビーム方向
１５２ 電界強度極小方向
１５２ａ ヌル方向
１５２ｂ 半値方向
１６０ 観測可能領域
１６１ 観測不可領域
１９０ 被測定物
１９０Ａ、１９０Ｂ 人間
１９０Ｃ 小動物
１９１、１９２ 障害物
２１４、３１４ 第２送信アンテナ
４１４ａ 第３送信アンテナ
４１４ｂ 第４送信アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を測定するレーダ装置及び移動機器用レーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、安全及び快適に暮らせる住環境、又は社会インフラの整備が重視されるようになるに伴い、日常生活において、例えば高齢者の行動もしくは動作を補助する支援機器、又は人間の負担を軽減するために働く自律型ロボットの実現が望まれるようになっている。実際の生活環境においては、人間又はその他多数の障害物が存在している。その中を移動機器又はロボットが走り回るようになると、障害物との衝突を回避することが望まれる。つまり、それら移動機器又はロボットが効率的に障害物との衝突を避けたり、障害物の接近を警告したり、停止したりしながら、安全を確保することが強く望まれる。その一方で、そのような移動機器が走行する際に障害となる障害物のうち、運動又は行動を予測するのが困難なものは人間であり、また、対人衝突は歩行者及び搭乗者の双方に与える影響が大きいという問題がある。
【０００３】
移動機器に取り付ける衝突防止又は衝突回避のためのセンシング手段としては、ミリ波レーダなどの電波センサがある。電波センサ（レーダ）は相対速度と相対距離とを同時かつ瞬時に測定可能であることから、特に自動車用のセンシングシステムとして既に実用化されている。
【０００４】
従来、物体との相対速度及び距離を測定して、センサ周辺の物体を検知する方法として、ドップラーレーダを用いた移動体検知・報知システムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図２５は、特許文献１に記載されている従来の移動体検知・報知システムを示している。
【０００６】
移動体検知・報知システム９９は、移動体Ｍの絶対距離、速度及び移動方向を測定するマイクロ波又はミリ波を利用したドップラー方式のレーダ１と、レーダ１によって測定された移動体Ｍの絶対距離、速度及び移動方向に基づき、所定の報知を行う報知手段２とを備えている。
【０００７】
この従来例によると、位相の異なる２つの電波を放射し、送受の周波数差（ドップラーシフト）を用いて相対速度を検出し、位相差を用いて距離を測定している。このように測定された速度の大小を、報知の必要な人間と報知の不要な小動物との識別に用いている。
【０００８】
このように、レーダを利用して移動体（相対的に動くものも含む）を検知する場合には、検知漏れや誤検知をできる限り低減するために、予め被測定物を定めた上で、その被測定物の大きさ（高さ）の半分程度の位置にレーダなどのセンサを設置し、電波を水平方向に放射するのが最も効率的な方法である。
【０００９】
ところが、上記従来例のレーダ１から得られる情報は、結局のところ、物体までの距離と速度のみであり、人間と小動物、又は人間と自動車などを区別するためには十分な情報ではない。そのため、物体が何であるのかをできる限り精度よく区別するためには、物体の運動（速度）に加え、物体の形状（大きさなど）を測定する方法がよい。
【００１０】
そのようなレーダ（電波）を用いて歩行者など人間の形状や運動を測定する試みとして、ドップラー（Ｄｏｐｐｌｅｒ）シフトによる速度検知とＤＯＡ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ）による到来方向検知とを組み合わせたＤＤＯＡ（Ｄｏｐｐｌｅｒ ａｎｄ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−ｏｆ−Ａｒｒｉｖａｌ）法と呼ばれる方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１１】
図２６に、ＤＤＯＡ法を用いたレーダ装置の構成を示す。
【００１２】
図２６に示すレーダ装置９０１は、送信器９１０と、受信器９２０及び９３０と、送信アンテナ９１１と、受信アンテナ９１２及び９１３とを備える。
【００１３】
レーダ装置９０１は、被測定物９３１〜９３３を検知対象とする。レーダ装置９０１は、送信器９１０からある周波数の探知電波を出射し、被測定物９３１〜９３３から反射されてきた電波を受信器９２０及び９３０で受信する。
【００１４】
レーダ装置９０１に対して、被測定物９３１〜９３３がある視線方向速度で動いている場合、受信器９２０及び９３０で受信した反射波の周波数は、送信アンテナ９１１から放射された探知電波の周波数に対して、視線方向速度に対応する周波数だけシフトする。そのシフトした周波数から、被測定物９３１〜９３３のそれぞれの視線方向速度を検出できる。
【００１５】
ここで、「視線方向速度」とは、被測定物９３１〜９３３が持つ速度のうち、レーダ装置９０１から被測定物への方向に沿った速度成分のことである。ここでは、レーダ装置９０１に対する、被測定物９３１〜９３３の相対的な速度成分のことを言う。言い換えると、図２６に示すように、被測定物９３１〜９３３の速度をそれぞれＶ１、Ｖ２及びＶｉとすると、被測定物９３１〜９３３の視線方向速度とは、当該速度をレーダ装置９０１から被測定物９３１〜９３３への方向に沿って分解した速度であるＶ１ｆ、Ｖ２ｆ及びＶｉｆとなる。
【００１６】
つまり、レーダ装置９０１は、探知電波の周波数に対する、受信器９２０及び９３０で受信した反射波の周波数から、被測定物９３１〜９３３の視線方向速度Ｖ１ｆ、Ｖ２ｆ及びＶｉｆを検出する。
【００１７】
ところで、レーダ装置９０１では、図２６に示すように、受信アンテナ及びその受信アンテナに対応する受信器を含む受信系統が２系統ある。さらに、それぞれの受信アンテナ９１２及び９１３は、異なる場所に配置されている。
【００１８】
これにより、各被測定物９３１〜９３３から受信アンテナ９１２までの距離と、当該被測定物９３１〜９３３から受信アンテナ９１３までの距離とは、互いに異なる。
【００１９】
このように被測定物９３１〜９３３から２つの受信アンテナ９１２及び９１３までの距離が異なることで、被測定物９３１〜９３３の方向検出が可能になる。以下、方向検出の原理について具体的に説明する。
【００２０】
図２６において、例えば、被測定物９３３は、受信アンテナ９１２より受信アンテナ９１３に近い位置にあるので、被測定物９３３からの反射波は受信アンテナ９１２より受信アンテナ９１３に早く到着する。受信アンテナ９１２で受信した反射波と受信アンテナ９１３で受信した反射波とを比較すると、受信アンテナ９１２で受信した反射波は受信アンテナ９１３で受信した反射波より位相が遅れることになる。ここで、被測定物９３３が受信アンテナ９１２及び受信アンテナ９１３の正面からθｉの方向にあり、２つの受信アンテナ９１２及び９１３が距離ｄだけ離れて配置されているとすると、受信アンテナ９１２で受信した反射波と受信アンテナ９１３で受信した反射波との位相差は式１で表される。なお、受信アンテナ９１２で受信した反射波の位相をφ１、受信アンテナ９１３で受信した反射波の位相をφ２、送信アンテナ９１１から出射された探知電波の波長をλとする。
【００２１】
φ２−φ１＝２πｄ ｓｉｎθ／λ ・・・（式１）
【００２２】
この式１を変形すると、下記の式２となり、２つの受信アンテナ９１２及び９１３で受信した反射波の位相差φ２−φ１から被測定物９３３の方向θを検出できる。
【００２３】
θ＝ｓｉｎ-1｛（φ２−φ１）λ／（２πｄ）｝ ・・・（式２）
【００２４】
これがＤＯＡ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−ｏｆ−ａｒｒｉｖａｌ）と呼ばれる技術である。
【００２５】
以上説明したように、図２６に示す従来のレーダ装置９０１は、位相とドップラー周波数の両方を検知することで、複数の被測定物の識別が可能になりそれぞれの方向と速度を検知することができる。なお、図２６では２つの受信アンテナ９１２及び９１３を有するので１次元方向しか検知できないが、たとえば受信アンテナ９１２と受信アンテナ９１３とを含む直線上以外に、もう一つの受信アンテナを配置することで、水平／垂直の２次元方向を検知することができる。
【００２６】
このようなレーダ装置９０１は、例えば人体検知に対しては、人の各部位が異なる動きをすることを利用して人体を検知できる。具体的には、胴体に対して、頭、手、脚が異なる速度で動くため、その方向と速度から人体を検知することが可能になる。
【００２７】
つまり、ＤＤＯＡ法によると、人間の腕、脚、胴体及び頭部などの運動が、スペクトルの微細な構造（マイクロドップラー）として観測可能であることから、その微細構造を分析及び解析することによって、人間の検出あるいは人間の動作同定にも利用することができる。このため、ＤＤＯＡ法では、人間とそれ以外とを区別することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開２００４−１９２０９７号公報
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】“Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｈｕｍａｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｔｈｒｅｅ−ｅｌｅｍｅｎｔ Ｄｏｐｐｌｅｒ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−ｏｆ−ａｒｒｉｖａｌ （ＤＤＯＡ） ｒａｄａｒ” Ｌｉｎ， Ａ．； Ｌｉｎｇ， Ｈ．， ＩＥＥＥ Ｒａｄａｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ａｐｒｉｌ ２００６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、従来のＤＤＯＡ法に基づくレーダ装置によると、被測定物上に存在する複数の電波の反射点が複数の相対速度を有し、その中に、視線方向成分が同一となるものが複数個存在している場合、その相対速度の起源となった反射点の方向をＤＯＡ法によって分離して算出できない、という課題がある。
【００３１】
これは、ＤＤＯＡ法がレーダ受信信号をドップラーフィルタで弁別した後、ドップラー周波数毎にＤＯＡ法による到来方向算出を行うためである。つまり、レーダ受信信号の段階で、同一のドップラー周波数となっているものから、元の反射波をドップラーフィルタで弁別できないことが原因である。
【００３２】
図２７及び図２８を参照し、上記の課題の影響を具体的に説明する。
【００３３】
図２７は、従来の移動機器用レーダシステムの外観図である。
【００３４】
従来の移動機器用レーダシステム２００は、送信アンテナと受信アンテナとを含むレーダと、移動機器とを備える。レーダは、ＤＤＯＡ法に基づいて被測定物１９０までの距離、被測定物１９０の相対速度及び被測定物１９０の移動方向を測定する。
【００３５】
説明を単純化するために、被測定物１９０を人間と同じ程度の大きさ及び高さを有する一様な線状物体とみなし、その表面は、受けた送信波を散乱するような非鏡面の粗い柱であると考える。なお、移動機器は、図２７に示すような座席に座った人間を移動させるものには限定されず、自動車などであってもよい。
【００３６】
送信アンテナ及び受信アンテナは、被測定物１９０の高さの半分程度の位置、又は移動機器の高さ（例えば、移動機器が自動車であれば車高）の半分程度の位置に設置される。このような位置にアンテナを設置することにより、送信波を被測定物１９０に対して効率的に照射でき、また、被測定物１９０からの反射波を効率的に受信できる。
【００３７】
また、従来の移動機器用レーダシステム２００は、散乱断面積が例えば１平方メートル（１メートル四方）程度の人間又は自動車などの大きな物体を、観測対象として想定している。このため、散乱断面積の中心位置における物体の相対速度さえわかれば、物体の接近速度が分かる。例えば、移動中の自動車から前方の物体を観測する場合には、自車に対する物体の相対速度の平均値を測定すれば、前方の物体が衝突する危険性のある物体なのか、衝突の心配のない先行する自動車なのかを判断することができる。
【００３８】
一方、図２７に示すような人間の移動を支援するための移動機器用レーダシステム２００では、図２８に示す利用シーンように、移動機器１２０にレーダを搭載し、前方の人間１９０Ａ、１９０Ｂ及び小動物１９０Ｃを判別しながら移動機器１２０を安全に走行させたい場合が多い。この場合には、人間の運動及び形状などを詳しく測定し、抽出する必要があるので、観測の対象となるのは頭部、腕、手、胴体及び脚といった部位単位、すなわち、散乱断面積が１００平方センチメートル（１０センチメートル四方）程度の大きさの物体である。さらに、それらの部位ごとに相対速度を適切に算出する必要がある。
【００３９】
ここで、一般にレーダを利用して物体の相対速度を測定する場合、物体の運動のうちレーダのレンジ方向（視線方向と呼ぶ）の速度成分のみを測定することができる。その視線方向の相対速度は、電波のドップラー効果によって受信周波数が送信周波数に対して偏移することから算出できる。すなわち、レーダ受信信号を周波数解析して周波数偏移量を計算し、それに比例する量として相対速度を計算することができる。
【００４０】
ところが、レーダで受信できる電波は、複数の周波数成分を有する反射波の重ね合わせである。すなわちこれは、２つの反射点がレーダから等距離にあって、かつ、同一の周波数で運動していると、もともと独立だった２つの電波は加算され、直交せず独立でなくなってしまう、ということを意味する。
【００４１】
アンテナが被測定物１９０の高さの半分程度の位置に設置され、アンテナの向きが移動機器の走行面１２１と平行であり、被測定物１９０が図２７のような柱状物体である場合には、レーダから見た視線方向速度が同一になる点が多数存在することは明白である。なお、視線方向速度が同一とは、視線方向速度の大きさ（絶対値）が同一であり、かつ、視線方向速度の方向が同じであることを意味する。また、視線方向速度の大きさ及び方向が同一とは、判別できない程度に小さい差であることも含む。
【００４２】
また、人間のように極めて近い範囲に運動の異なる部位を持つ物体であっても、胴体部分のように比較的面積が大きく、単調な動きをする部位では、同じような現象が起こりうる。
【００４３】
したがって、柱状物体からの反射波であるか人間からの反射波であるかに関わらず、距離が同一で、かつ反射波のドップラー周波数が同一となる点からの反射波の重ね合わせは、レーダから見た反射点の方向が異なっていても分離することはできない。このため、対象物体の運動及び形状を推定するための情報が失われる、という望まざる結果となる。
【００４４】
このように、被測定物が人間である場合、人間の運動に応じたマイクロドップラーのスペクトルが測定できる一方、その人間の反射点の中に、方位角又は仰角が異なるが視線方向速度が等しくなる複数の反射点が存在すると、反射点の位置を正しく弁別することができない、ということが起こる。
【００４５】
例えば、視線方向速度が同一となる反射点が３つあった場合、（ｉ）３つの反射点が１つの反射点として判別されてしまう、（ｉｉ）３つの反射点が１つの反射点として判別されることにより、その算出位置が実際の位置とは全く異なる、（ｉｉｉ）全く無意味な像（干渉又は雑音）の原因となる、などの問題を生じる。これを「ＤＯＡの不定性」と呼ぶことにする。
【００４６】
ＤＤＯＡ法に基づくレーダシステムを移動機器に搭載する場合、被測定物の動きに加えて移動機器そのものの動きが加わった相対運動を測定することになる。移動機器が路面状態などの影響を受けて微小に振動していたり、移動機器の備える車軸の歪みなどの影響を受けて微小な蛇行運動をしていたりすると、ＤＤＯＡ法による被測定物の測定値に大きな影響が現れる。上記のような振動や偏心などの運動を予め移動機器自身に通知するためには多数のセンサ（加速度センサ、角速度センサ、ジャイロ）を積載し、さらにそれらを有機的に組み合わせて補正することが必要である。また、仮に補正するとしても、その影響を完全に相殺し、ゼロにするのは極めて困難である。
【００４７】
そこで、本発明は、従来の課題を鑑み、ＤＯＡの不定性を極めて簡便に軽減することができるレーダ装置及び移動機器用レーダシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
本発明のある局面に係るレーダ装置は、移動機器に備えられ、被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定するレーダ装置であって、前記被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナと、前記被測定物からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナの各々で受信された前記反射波に基づいて、前記被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を算出する運動検知部とを備え、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される。
【００４９】
このように第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向を移動機器の走行面と略平行になるように、第１送信アンテナが移動機器に固定される。このため、例えば、被測定物が同一の相対速度で移動していたとしても、被測定物上での高さの異なる点ごとに、視線方向速度も異なることとなる。このため、ＤＯＡの不定性を極めて簡便に軽減することができる。
【００５０】
具体的には、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームとサイドローブとの境界面における電界強度が極小となる方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される。
【００５１】
好ましくは、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナが放射する電波の電力が前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームの電力の最大値の半分となる方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される。
【００５２】
上記のように第１送信アンテナを移動機器に固定することにより、走行面の高さから第１送信アンテナの高さまでの間に生じる死角を軽減することができる。
【００５３】
また、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向に対して上方になるよう固定されていても良い。
【００５４】
第１送信アンテナのメインビーム方向を上向きにすることにより、第１送信アンテナよりも上方に位置する被測定物のまでの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を測定することができる。このため、例えば、第１送信アンテナを移動機器の下方に設置することにより、移動機器の前方に位置する被測定物の相対速度等の測定が可能となる。
【００５５】
また、上述のレーダ装置は、さらに、前記走行面に対して前記第１送信アンテナとは異なる高さに設置され、前記被測定物に対して電波を放射する第２送信アンテナを備えていても良い。
【００５６】
第２送信アンテナを設けることにより、第１送信アンテナによる観測が不可能な領域を観測することができるようになる。
【００５７】
具体的には、前記第２送信アンテナは、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が常に水平になるように調整される。
【００５８】
例えば、移動機器が上り坂を登っている場合などでは、第１送信アンテナによる観測では上り坂の先の範囲が死角になる。しかし、第２送信アンテナの電波放射特性のメインビーム方向が常に水平になるように調整することにより、上り坂の先の死角に存在する被測定物を早い段階で測定することができる。
【００５９】
また、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向と前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向とが略同一であり、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビーム方向が、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向より上方であり、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向より下方であってもよい。
【００６０】
第１送信アンテナにより上方に位置する被測定物の相対速度等を測定することができ、第２送信アンテナにより下方に位置する被測定物の相対速度等を測定することができる。これにより、被測定物の相対速度等を測定する際の死角を低減することができる。
【００６１】
また、上述のレーダ装置は、さらに、走行面に対して前記第１送信アンテナと略同一高さに設置され、前記被測定物に対して電波を放射する第３送信アンテナを備え、前記第１送信アンテナの方位角方向の電波放射特性における電界強度極小方向と前記第３アンテナの方位角方向の電波放射特性における電界強度極小方向とは、前記第１送信アンテナのメインビーム方向と前記第３送信アンテナのメインビーム方向の両方を含む平面において略同一であってもよい。
【００６２】
この構成によると、第１送信アンテナ及び第３送信アンテナのそれぞれにより、横方向に発生しうるＤＯＡの不定性の影響を軽減できるため、被測定物の形状又は速度に関する情報損失を抑えることができる。また、一方の送信アンテナが左方向を測定対象範囲とし、他方の送信アンテナが右方向を測定対象範囲とすることで、被測定物の測定対象範囲の死角を低減することができる。
【００６３】
また、上述のレーダ装置は、さらに、前記運動検知部の出力に基づいて、被測定物の運動を推定する運動推定部と、前記運動推定部で推定された前記被測定物の運動に基づいて、前記移動機器の走行を制御する走行制御部とを備えていても良い。
【００６４】
例えば、被測定物が移動機器から一定距離内に存在し、かつ移動機器に対して近付いていると運動推定部が判断した場合には、走行制御部は、移動機器のブレーキを掛けるなどの、安全走行のための制御を行うことができる。
【００６５】
具体的には、前記運動検知部は、スペクトラム拡散方式に従って前記被測定物までの距離を算出する。
【００６６】
また、前記運動検知部により算出される前記被測定物までの距離の量子化単位が、１メートル以下である。
【００６７】
本発明の他の局面に係る移動機器用レーダシステムは、被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定する移動機器用レーダシステムであって、走行面上を移動する移動機器と、前記移動機器に備えられるレーダ装置とを備え、前記レーダ装置は、前記被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナと、前記被測定物からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナの各々で受信された前記反射波に基づいて、前記被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を算出する運動検知部とを備え、前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、前記移動機器の前記走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される。
【００６８】
このように第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向を移動機器の走行面と略平行になるように、第１送信アンテナが移動機器に固定される。このため、例えば、被測定物が同一の相対速度で移動していたとしても、被測定物上での高さの異なる点ごとに、視線方向速度も異なることとなる。このため、ＤＯＡの不定性を極めて簡便に軽減することができる。
【発明の効果】
【００６９】
本発明によれば、ＤＯＡの不定性を極めて簡便に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における移動機器の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における移動機器の走行と仰角方向の電波放射特性との関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における指向性を有する第１送信アンテナの電波放射特性を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における第１送信アンテナの方位角方向及び仰角方向の電波放射特性のうち、メインビームと、２つの第１サイドローブにおける電力特性を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態１における移動機器の走行と仰角方向の電波放射特性との関係を示す図
【図７】本発明の実施の形態１における第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性の設定方法を示す図
【図８】本発明の実施の形態１における第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性の設定方法を示す図
【図９】本発明の実施の形態１における第１送信アンテナのメインビーム方向の調整方法を示す図
【図１０】本発明の実施の形態１における移動機器用レーダシステムの利用シーンを示す図
【図１１】本発明の実施の形態１における移動機器用レーダシステムの利用シーンを示す図
【図１２】本発明の実施の形態１の効果を説明する図
【図１３】本発明の効果を複雑な運動物体を想定して計算するための条件を説明する図
【図１４】本発明の効果を複雑な運動物体を想定して計算した結果を示す図
【図１５】本発明において、スペクトラム拡散方式を用いて距離測定を行うことによる効果を説明するための図
【図１６】本発明の実施の形態２における移動機器用レーダシステムの概略を示す図
【図１７】本発明の実施の形態２における第２送信アンテナの機構の一例を示す図
【図１８】本発明の実施の形態２における第２送信アンテナの機構の一例を示す図
【図１９】本発明の実施の形態２における効果を説明する図
【図２０】本発明の実施の形態３における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２１】本発明の実施の形態３における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２２】一般的なダイバーシティによるＤＯＡの不定性を解消する手法を説明する図
【図２３】本発明の実施の形態４における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２４】本発明の実施の形態４における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す図
【図２５】従来の移動体検知・報知システムの概略図
【図２６】ＤＤＯＡ法を用いたレーダ装置の構成を示す図
【図２７】従来の移動機器用レーダシステムの問題点を説明する図
【図２８】従来の移動機器用レーダシステムの利用シーンを示す図
【発明を実施するための形態】
【００７１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００７２】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１における移動機器用レーダシステムの概略構成を示す。
【００７３】
本実施の形態の移動機器用レーダシステム１００は、被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定するシステムであり、移動機器１２０とレーダ装置１１０とを備える。
【００７４】
（移動機器１２０）
図２に、移動機器１２０の例である電動車椅子１２０ａ、立位型移動機器１２０ｂを示す。移動機器１２０は、無人の移動型ロボット（図示せず）であってもよい。
【００７５】
移動機器１２０は、車台１２３、車輪１２４、座席１２５、及び走行制御ユニット１２２を備える。
【００７６】
車台１２３は、移動機器１２０をささせる基台である。
【００７７】
車輪１２４は、車台１２３に取り付けられる。
【００７８】
走行制御ユニット１２２は、車台１２３に取り付けられ、動力により車輪１２４を回転させることにより、移動機器１２０を移動させる。
【００７９】
座席１２５は、車台１２３上に取り付けられ（図２では、車台１２３上の走行制御ユニット１２２に取り付けられている）、座席１２５には、搭乗者１０１が座る。
【００８０】
（レーダ装置１１０）
レーダ装置１１０は、移動機器１２０に備えられ、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を測定する装置であり、送信部１１１、第１送信アンテナ１１４、受信部１１２、レーダ制御部１１３、受信アンテナ群１１５、及び演算処理部１３０を備える。
【００８１】
送信部１１１は、マイクロ波帯又はミリ波帯の搬送波を発生する発振回路と、レーダ測定のために搬送波を変調する変調回路とを有する。送信部１１１は、マイクロ波又はミリ波などの搬送波を発生させ、レーダ制御部１１３の制御信号に基づいて搬送波を変調し、増幅器又は減衰器を用いて利得制御を行い、さらに濾波器を用いて周波数帯域制限を行い、変調搬送波を出力する。この変調搬送波を「レーダ送信信号」と呼ぶことにする。
【００８２】
第１送信アンテナ１１４は、被測定物に対して電波を放射する。つまり、第１送信アンテナ１１４は、送信部１１１から出力されたレーダ送信信号を送信波として空中に放射する。第１送信アンテナ１１４として、パッチアンテナなどの平面アンテナ、又はホーンアンテナなどの開口面アンテナを使用することができる。
【００８３】
受信アンテナ群１１５は、複数のアンテナ素子から構成され、各アンテナ素子が被測定物から反射又は散乱されてきた第１送信アンテナ１１４から放射された送信波の反射波を受信する。ここで、被測定物上で送信波を反射した点を「反射点」と呼ぶ。また、散乱も反射の一種であるため、被測定物上で送信波を散乱した点のことも反射点と呼ぶ。反射点は単一ではなく、一般に被測定物上に複数点存在する。受信アンテナ群１１５は、それら複数の反射点からの反射波が相互に重ね合わされたものを受信することになる。受信アンテナ群１１５を構成する各受信アンテナの電波放射特性は、第１送信アンテナ１１４と同じ電波放射特性が望ましいが、同じでなくても構わない。
【００８４】
受信部１１２は、受信アンテナ群１１５が受信した反射波を、送信部１１１で生成した搬送波を用いて復調し、レーダ送信信号と反射波との相関関数を計算することで、レーダ受信信号を得る。
【００８５】
レーダ制御部１１３は、レーダ送信信号の生成や反射波の処理に必要な制御信号を生成する。
【００８６】
演算処理部１３０は、受信アンテナ群１１５で受信された反射波に基づいて、被測定物までの距離、被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を算出する運動検知部１３１を備える。
【００８７】
次に、第１送信アンテナ１１４の設置位置について説明する。
【００８８】
第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向１５２が、移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように移動機器１２０に固定される。
【００８９】
以下、第１送信アンテナ１１４の設置位置の具体例について図３を用いて説明する。
【００９０】
第１送信アンテナ１１４は、図３に示すように、その仰角方向の電波放射特性において、その電界強度極小方向が、移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように構成されている。電界強度極小方向を、「ヌル方向」と呼ぶことにする。
【００９１】
図４及び図５を参照して、ヌル方向について説明する。
【００９２】
図４は、指向性を有する第１送信アンテナ１１４の電波放射特性を示す。放射方向と電界強度の関係を表している。この例では、第一送信アンテナ１１４が、４つの極大領域（ローブ）と４つの極小領域（ヌル）を有している。具体的には、第１送信アンテナ１１４の電波放射特性において、送信波の電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向に伸びるメインビームと、メインビームに接する２つの第１サイドローブと、メインビーム方向と反対方向に伸びる第２サイドローブとが存在する。
【００９３】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、方位角方向及び仰角方向における第１送信アンテナ１１４の電波放射特性を示す。ここで、方位角とは、移動機器１２０の走行面１２１と平行な面内における方向を特定するための角度である。また、仰角とは、反射点の方向のうち、移動機器１２０の走行面１２１に対して上下方向を特定するための角度である。
【００９４】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す第１送信アンテナ１１４は、メインビームと、２つの第１サイドローブにおける電力特性を有する。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、それぞれ横軸が第１送信アンテナ１１４の送信波の方位角又は仰角を示し、縦軸が送信波の電力を示す。図５に示すようにメインビームと各第１サイドローブとの間で電力が極小となる点である第１ヌル点が存在する。図５（ａ）に示す方位角方向の電力特性と、図５（ｂ）に示す仰角方向の電力特性とのそれぞれに、第一ヌル点は存在する。
【００９５】
なお、電波放射特性の方位角方向、仰角方向のいずれのパターンも、メインビームの最大点を含むように、すなわち、メインビーム方向のベクトルを含むように空間的な電波放射特性を切断した形状である。それぞれ「方位角方向の電波放射特性」、「仰角方向の電波放射特性」と呼んで区別する。メインビーム方向は、そのベクトルが空間的な電波放射特性の中で一意に定まる。空間的な電波放射特性を面で切断して初めて定まるヌル方向とは定義が異なっている。したがって、方位角方向の電波放射特性におけるメインビーム方向、仰角方向の電波放射特性におけるメインビーム方向とは、それぞれメインビーム方向の方位角方向、メインビーム方向の仰角方向という意味である。
【００９６】
図３に示すヌル方向１５２ａとは、第１ヌル点で示される仰角の方向である。つまり、ヌル方向１５２ａとは、図４においてメインビームと第１サイドローブとの接線方向である。なお、メインビームと第１サイドローブとの接線方向は２つ存在するが、そのうちの一方の接線方向がヌル方向として用いられる。つまり、第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の電波放射特性のメインビームにおけるメインビーム方向１５１が、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向（ヌル方向１５２ａ）に対して上方になるよう固定される。
【００９７】
本実施の形態では、仰角方向の電波放射特性におけるメインビーム１５０の設定方法に特徴があり、サイドローブに関しては、なるべく小さくなるようアンテナを設計することが望ましい。したがって、電界強度又は電力に関しては、メインビーム１５０での値を指すものであり、電界強度極小方向１５２は、メインビーム１５０とサイドローブとの境界面を指している。
【００９８】
なお、第１送信アンテナ１１４は、図６に示すように、第１送信アンテナ１１４の送信波のメインビーム１５０において、電力が最大値の半分（電界強度が最大値の１／√２）となる電力半値点に向かう方向が、移動機器１２０の走行面１２１と略平行となるように構成してもよい。この電力半値点に向かう方向を「半値方向」と呼ぶことにする。なお、第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の電波放射特性のメインビームにおけるメインビーム方向１５１が、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性における半値方向１５２ｂに対して上方になるよう固定される。
【００９９】
本実施の形態においては、電界強度極小方向１５２が走行面１２１と略平行といった場合、ヌル方向１５２ａが走行面１２１と略平行である場合のみならず、半値方向１５２ｂが走行面１２１と略平行である場合も含むものとする。つまり、メインビーム１５０とサイドローブの境界面において電界強度が極小となる厳密な意味でのヌル方向１５２ａのみならず、電力半値点に向かう方向である半値方向１５２ｂ、又はヌル方向１５２ａと半値方向１５２ｂとの間の電界方向を電界強度極小方向１５２に含めて考えるものとする。
【０１００】
このように仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向１５２を移動機器１２０の走行面１２１と略平行となるように構成するためには、図７のように、開口面アンテナを物理的及び機械的に傾斜させておく方法がある。ここで、開口面アンテナは、第１送信アンテナ１１４と、受信アンテナ１１５ａ〜１１５ｃから構成される受信アンテナ群１１５とを含む。
【０１０１】
図７（ａ）は、開口面アンテナの正面図であり、図７（ｂ）は、開口面アンテナを傾斜させる前の左側面図であり、図７（ｃ）は、開口面アンテナを傾斜させた後の左側面図である。
【０１０２】
開口面アンテナを移動機器１２０に設置するとき、開口面アンテナ近傍の開口面アンテナと同じ高さの位置にパワーメータのディテクタ部を置き、開口面アンテナの傾斜角を変化させながら電力を測定し、検出電力が極小となった点で開口面アンテナの傾斜角を固定するとよい。開口面アンテナの開口部とパワーメータとの間隔を変化させて複数点で測定しておくと、さらに適切に傾斜角を設定できる。開口アンテナの傾斜前は図７（ｂ）に示すようにメインビーム１５０が水平方向を向いていたのに対し、開口アンテナを傾斜させることにより図７（ｃ）に示すようにメインビーム１５０が上方に向くようにすることができる。なお、図７（ｂ）に示す第１送信アンテナ１１４を模式的に図７（ｄ）のように三角形で表し、図７（ｃ）に示す第１送信アンテナ１１４を模式的に図７（ｅ）のように三角形で表すことにする。つまり、三角形の一辺が、メインビーム１５０のメインビーム方向１５１に直交する方向を示している。この第１送信アンテナ１１４の模式的な図示の方法は他の図においても同様である。
【０１０３】
また、図８のように、アンテナアレーにより第１送信アンテナ１１４及び受信アンテナ群１１５を構成してもよい。なお、受信アンテナ群１１５は、受信アンテナ１１５ａ〜１１５ｃを含む。各アンテナを構成するアンテナアレー素子の位相角を予め設定しておいて電子的に仰角方向の電波放射特性を変更する。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、それぞれ、アンテナアレーにより構成された第１送信アンテナ１１４及び受信アンテナ群１１５の正面図、電波放射特性変更前の左側面図及び電波放射特性変更後の左側面図である。このように、アンテナアレー素子の位相角を電子的に変更して仰角方向の電波放射特性を変更することにより、図８（ｂ）のように水平方向を向いていたメインビーム１５０を、図８（ｃ）のように上方に向くように変更することができる。この場合は、アンテナを物理的に傾斜させる必要はないが、電界強度極小方向１５２が走行面１２１と略平行になるようにアンテナの電波放射特性を設計しておく必要がある。なお、図８（ｂ）に示す第１送信アンテナ１１４を模式的に図８（ｄ）のように三角形で表し、図８（ｃ）に示す第１送信アンテナ１１４を模式的に図８（ｅ）のように三角形で表すことにする。つまり、三角形の一辺が、メインビーム１５０のメインビーム方向１５１に直交する方向を示している。この第１送信アンテナ１１４の模式的な図示の方法は他の図においても同様である。
【０１０４】
図７及び図８に示したいずれの方法であっても、レーダ装置１１０を初めて移動機器１２０に装着する時又はレーダ装置１１０の点検時など、アンテナの据付角度を調整する必要のある場合にのみアンテナが可動であることが望ましく、通常使用する場合にはアンテナは固定され、メインビーム１５０の方向が変化しないことが望ましい。
【０１０５】
レーダ装置１１０の装着時又は点検時において第１送信アンテナ１１４のメインビーム方向１５１を以下のようにして調整しても良い。つまり、図９のように、ヌル方向１５２ａ又は半値方向１５２ｂに、電力を監視するためのモニタ用受信アンテナ１１６を車台１２３に設置する。モニタ用受信アンテナ１１６にパワーメータを接続して、その点での第１送信アンテナ１１４の送信波の電力を測定する。測定した電力が、その距離において予め測定され、規定された第１送信アンテナ１１４の送信波の電力の最大値に対して規定の電力になっていることを確認するようにすれば、アンテナの放射方向が適切であるかどうかを確認することができる。例えば、規定の電力を含む所定の電力幅を記憶しておき、モニタ用受信アンテナ１１６に接続されたパワーメータが測定した電力と上記所定の電力幅とを比較し、測定電力が上記所定の電力幅内に収まっていなければ警告を出力するようにしても良い。モニタ用受信アンテナ１１６は、第１送信アンテナ１１４が走行時にずれていないかのメンテナンス用に用いても良いし、製品出荷時の第１送信アンテナ１１４の取付け時に用いても良い。
【０１０６】
なお、「規定の電力」とは、電力の極小値あるいは電力の最大値の半値、あるいはその間の値を定めるために用いる指標とし、予め測定した上で定めておく。
【０１０７】
このようにモニタ用受信アンテナ１１６を車台１２３に設置することにより、被測定物の像に異常が発生した場合に、アンテナに障害物又は搭乗者の体の一部が接触してアンテナの方向がずれたためにＤＯＡの不定性が生起した結果として起こった像の異常なのか、全く別の原因により起こった像の異常なのかを切り分けるための判断材料を得ることができる。
【０１０８】
このためには、モニタ用受信アンテナ１１６は、第１送信アンテナ１１４及び受信アンテナ群１１５とは独立に移動機器１２０の車台１２３に設置されていることが望ましい。
【０１０９】
次に、受信アンテナ群１１５の構成について詳細に説明する。
【０１１０】
受信アンテナ群１１５は、複数のアンテナ素子から構成されており、少なくとも２つの受信アンテナから構成されているものとする。
【０１１１】
図７及び図８においては、受信アンテナ群１１５が、受信アンテナ１１５ａ、１１５ｂ及び１１５ｃの３つのアンテナ素子から構成されている場合を示している。
【０１１２】
水平方向に並んで配置された受信アンテナ１１５ａ及び１１５ｂを使用すれば、反射点の方向のうち方位角方向を特定できる。
【０１１３】
鉛直方向に並んで配置された受信アンテナ１１５ｂ及び１１５ｃを使用すれば、反射点の方向のうち仰角方向を特定できる。
【０１１４】
少なくとも２つの受信アンテナを備えれば、方向の成分のひとつを得られ、３つの受信アンテナをすべて使用すれば、３次元空間上の方向を特定できる。
【０１１５】
なお、実施の形態１においては、前記の第１送信アンテナ１１４と受信アンテナ群１１５とは、移動機器１２０の車高に対して十分低い位置に取り付けることが望ましい。例えば、アンテナを取り付けた位置におけるヌル方向１５２ａの走行面１２１からの高さが３０センチメートル程度かそれ以下、すなわち、人間の膝よりも下の脛程度の高さになるように、アンテナを設置し、メインビーム方向１５１を走行面１２１に対して上方にすると良い。このようにアンテナを設置することで、図３に示すヌル方向１５２ａより下側の観測不可領域１６１をできる限り小さくし、被測定物が人間の場合には観測できない運動を脛より下の足の運動にとどめることができる。膝や大腿の運動など主要な運動部位はメインビーム１５０内の観測可能領域１６０にあるため、主要な情報は失われずに済む。なお、メインビーム１５０内を「観測可能領域」、メインビーム１５０外を「観測不可領域」と呼ぶことにする。
【０１１６】
また、この場合、電界強度極小方向１５２を半値方向１５２ｂ程度にしておくと、ＤＯＡの不定性の影響を僅かに受ける反面、観測不可領域１６１にはみ出す部位の体積が低減され、死角を軽減できるので都合が良い。
【０１１７】
また、逆に移動機器１２０の車高に対して十分高い２メートル程度の位置、すなわち、人間の身長より高い位置にアンテナを設置し、第１送信アンテナ１１４のメインビーム方向１５１を走行面１２１の側に向けるように設置してもよい。このようにすることで、人間の身長より下側が観測可能領域１６０内となり、人間の全身を測定できる。ただし、この場合は移動機器１２０に第１送信アンテナ１１４と受信アンテナ群１１５を設置するための取り付け枠の必要性など、デザインや高さの制約も加味する必要がある。
【０１１８】
再度図１を参照して、演算処理部１３０について説明する。演算処理部１３０は、運動検知部１３１の他に、ドップラー信号処理部を備える。
【０１１９】
ドップラー信号処理部は、レーダ受信信号をＡ／Ｄ変換して離散化及び量子化をし、レーダ受信信号の直流成分除去、レーダ受信信号の振幅不均衡の解消、及び位相不均衡の解消などのキャリブレーションを行う。その後、ドップラー信号処理部は、離散化されたレーダ受信信号をドップラーフィルタで処理する、すなわち、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などを用いて離散化されたレーダ受信信号を周波数解析する。
【０１２０】
運動検知部１３１は、ドップラーフィルタによって周波数分離された信号に対し、分離周波数成分ごとに到来方向算出と速度算出を行う。つまり、運動検知部１３１は、ＤＤＯＡ法を用いて被測定物が存在する方向及び被測定物の相対速度を算出する。ＤＤＯＡ法の詳細は、図２６を用いて説明した通りである。このため、その詳細な説明は繰り返さない。また、運動検知部１３１は、第１送信アンテナ１１４及び受信アンテナ群１１５から被測定物の反射点までの距離をレーダ送信信号と反射波の相関関数の出力ピーク位置に基づいて決定する。
【０１２１】
運動検知部１３１は、具体的には、物体の反射点までの距離と物体の反射点の方向とによる位置情報に加え、ドップラー信号処理の結果から得られる反射点の速度情報を使うことで、被測定物の中から、静止物体、接近する物体、高速で接近する物体、遠ざかる物体などを検出する。運動検知部１３１は、検出した結果をディスプレイなどに画像として表示しても良い。
【０１２２】
なお、演算処理部１３０は、運動検知部１３１のほかに、運動検知部１３１で検知された反射点の運動情報を入力として、運動のパターンや反射点のクラスタリングなどによって被測定物の運動を推定する運動推定部を有してもよい。演算処理部１３０は、さらに、その運動推定部の出力を利用して、移動機器１２０を適切に制御する走行制御部を備えてもよい。例えば、運動推定部は、被測定物が移動機器１２０に対して接近しているか否かを判断する。具体的には、運動推定部は、被測定物の相対速度と被測定物までの距離に基づいて、被測定物が移動機器１２０から一定距離内に存在し、かつ移動機器１２０に対して近付いているか否かを判断する。被測定物が移動機器１２０から一定距離内に存在し、かつ移動機器１２０に対して近付いていると運動推定部が判断した場合には、走行制御部は、移動機器１２０のブレーキを掛ける制御を行う。
【０１２３】
図１０に、実施の形態１の移動機器用レーダシステム１００の使用シーンを示す。また、図１０を用いて、実施の形態１の効果を説明する。
【０１２４】
例えば、ショッピングモールなどのように人が多数存在する環境の中でも移動機器１２０が安全走行できるようにするためには、周辺環境をモニタするための周辺センサが必要である。
【０１２５】
周辺センサとしては、位置情報と相対速度をリアルタイムに算出可能な電波センサ（レーダ）が望ましい。レーダは、移動機器１２０の例えば前方に設置する。
【０１２６】
図１１に示すように、移動機器１２０から送信した電波が、人間１９０Ａ、１９０Ｂ又は小動物１９０Ｃなどの被測定物１９０に照射されて、被測定物１９０で反射又は散乱され、そこから移動機器１２０に電波が戻ってくるとき、被測定物１９０上に反射点を置いて考えることができる。
【０１２７】
送信された電波が被測定物の表面状態の違いによって反射するか、散乱するかは特に区別しないものとする。また、受信された電波が反射されたものか、散乱されたものかは特に区別しないものとする。ここでは被測定物における散乱、反射は同義であるとする。また、第１送信アンテナ１１４から送出する電波を送信波、被測定物１９０によって散乱あるいは反射されて受信アンテナ群１１５に到達する電波を反射波とする。図１１では、反射点からの反射波を破線で示している。
【０１２８】
被測定物１９０上に移動機器１２０の速度と異なる反射点、すなわち相対速度がゼロでない反射点があれば、それは移動機器１２０に対して近づいているか、遠ざかっているかのどちらかであり、ドップラー周波数の符号によってそれを判断できる。移動機器１２０の速度と同一の反射点、すなわち相対速度がゼロである反射点は、移動機器１２０から見て静止した反射点であるから、移動機器１２０に衝突する可能性は低い。
【０１２９】
続いて、従来構成のＤＤＯＡ法に基づくレーダの問題点について、本実施の形態と比較しながら明確にする。
【０１３０】
図２７は従来のＤＤＯＡ法に基づくレーダを用いた移動機器用レーダシステム２００を示す。
【０１３１】
ここでは説明を単純化するため、被測定物として人間程度の大きさ及び高さを有する一様な線状物体として、表面の粗い柱状の被測定物１９０を考える。
【０１３２】
従来の移動機器用レーダシステム２００におけるレーダでは、送信波を被測定物１９０に照射し、かつ、被測定物１９０からの反射波を効率的に受信するため、送信アンテナ及び受信アンテナが被測定物１９０の高さの半分程度の位置に設置されていることが多かった。なお、移動機器用レーダシステム２００のようにレーダを移動機器１２０に搭載する場合は、移動機器１２０の高さの半分程度の位置に、例えば、移動機器１２０が自動車であれば、車高の半分程度の位置に送信アンテナ及び受信アンテナが設置されていた。
【０１３３】
送信アンテナから水平方向、すなわち、走行面１２１に対して平行な方向に伝播する電波が、被測定物１９０において反射されるポイントをＰ０とする。
【０１３４】
簡単のため、移動機器１２０が静止し、被測定物１９０が速度Ｖ０で接近してくるものと考える。レーダが観測する運動は相対運動であるから、どちらが運動していても等価である。
【０１３５】
奥行きすなわちクロスレンジ方向の広がりは考えないものとすると、アンテナからの仰角の大きさがＥ１となる点Ｐ１は２点存在する。仰角が＋Ｅ１の点を点Ｐ１Ｕ、−Ｅ１の点を点Ｐ１Ｌとする。
【０１３６】
このとき、レーダが受信する電波は、視線方向の相対速度に対応するため、点Ｐ１Ｌ、Ｐ１Ｕからの反射波が示す反射点の速度は、それぞれをＶｃ１Ｌ及びＶｃ１Ｕとして、式３および式４で表すことができる。
【０１３７】
Ｖｃ１Ｌ＝Ｖ０ｃｏｓ（−Ｅ１）＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅ１） ・・・（式３）
Ｖｃ１Ｕ＝Ｖ０ｃｏｓ（＋Ｅ１）＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅ１） ・・・（式４）
【０１３８】
Ｖｃ１Ｌ＝Ｖｃ１Ｕであることより、ＤＤＯＡ法では、点Ｐ１Ｌと点Ｐ１Ｕとを区別することができない。
【０１３９】
同様にして、仰角Ｅｉ（Ｅｉ＝±｜Ｅｉ｜、ｉ＝１，２，３，．．．）についても、式５で表すことができる。
【０１４０】
ＶｃｉＬ＝ＶｃｉＵ＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅｉ） ・・・（式５）
【０１４１】
これも同様に、点ＰｉＬと点ＰｉＵとを分離できないことを意味する。
【０１４２】
このことから、もっとも極端な条件になると、点Ｐ０からの反射波のみが正しい結果を与えるということになり、これでは方向の情報が得られていないということを意味している。
【０１４３】
一方、図１２は、本実施の形態による移動機器用レーダシステム１００の外観図である。
【０１４４】
本実施の形態では、第１送信アンテナ１１４からの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向１５２が、移動機器１２０の走行面１２１に対して略平行であるという特徴がある。
【０１４５】
このとき、第１送信アンテナ１１４からの水平方向（走行面に対して平行）に伝播する電波が被測定物１９０において反射される反射点をＱ０とする。また、第１送信アンテナ１１４からの仰角の大きさがＥ１となる反射点をＱ１とし、Ｑ１での反射波の視線方向速度をＶ１とすると、Ｖ１＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅ１）である。
【０１４６】
同様にして、アンテナから仰角の大きさＥｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）となる反射点Ｑｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）を考えると、本実施の形態の場合には、反射点Ｑｉはｉ毎にそれぞれ１点ずつしか存在しない。反射点Ｑｉで散乱された反射波の視線方向速度Ｖｉは、式６で表すことができ、すべてのＶｉは一致しない。
【０１４７】
Ｖｉ＝Ｖ０ｃｏｓ（Ｅｉ） ・・・（式６）
【０１４８】
このように、単純な柱のような物体が被測定物１９０の場合には、反射点ごとに視線方向速度が異なるため、反射点を弁別することができ、従来にはない効果があるとわかる。
【０１４９】
続いて、本実施の形態が観測の対象としている人間のような複雑な運動をする物体の場合における効果の程度について考える。
【０１５０】
図１３に示すようにここで考えている被測定物１９０のモデルも、線状物体であり、被測定物１９０上に多数の速度生成点Ｐ１〜Ｐｎを配置し、速度生成点Ｐ１〜Ｐｎがそれぞれ速度ｖ１〜ｖｎで近付いてくるものとする。速度生成点Ｐ１〜Ｐｎでの視線方向速度について、ＦＦＴにおける速度分解能を超えない速度差のものを１点に集約することで、不定でない速度成分を抽出する。第１送信アンテナ１１４からの送信波が速度生成点Ｐ１〜Ｐｎで反射されるものとする。このように考えることで、複雑な運動をする物体を模擬し、簡易な数値計算で、移動機器用レーダシステム１００の効果を検証することができる。図１３に示すように速度ｖ１〜ｖｎはランダムに設定されるものとする。また、第１送信アンテナ１１４がいずれの高さであっても、速度生成点Ｐ１〜Ｐｎでの反射波はすべて受信されているものとする。
【０１５１】
移動機器用レーダシステム１００の典型的な利用シーンを考慮して、被測定物１９０の高さを２ｍ、最大運動速度を１．５ｍ／秒、距離を５ｍとした。ＦＦＴサンプル点数を２５６点とする。ＦＦＴの速度分解能は約１．１ｃｍ／秒である。
【０１５２】
図１４は、アンテナの高さをパラメータとして計算し、ＤＯＡの不定性の程度を評価した結果である。横軸は、第１送信アンテナ１１４の高さを示し、縦軸は抽出点数の比率を示す。図１３に示すように第１送信アンテナ１１４の高さが０ｍの場合には、第１送信アンテナ１１４の上半分から送信波を照射され、レーダ装置１１０における第１送信アンテナ１１４の配置と等価となる。また、第１送信アンテナ１１４の高さが１ｍの場合には、従来の移動機器用レーダシステム２００における第１送信アンテナ１１４の配置と等価となる。図１４に示すように、第１送信アンテナ１１４の高さが０ｍに近付くにつれ、抽出点数の比率が大きくなり、１ｍに近付くにつれ、抽出点数の比率が小さくなっている。このように、シミュレーションにおいても、本実施の形態に係る移動機器用レーダシステム１００における第１送信アンテナ１１４の配置の優位性が示される。
【０１５３】
つまり、この図１４から、ＤＯＡの不定性を低減するためには被測定物１９０に対して放射される電波（あるいは被測定物から反射されてくる反射波）の電波放射特性について、走行面１２１と平行な面を横断するようにメインビーム１５０を形成した場合には、ＤＯＡの不定性が大きくなることがわかる。
【０１５４】
したがって、放射される電波は、その仰角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａが移動機器１２０の走行面１２１に対して略平行であることが好ましい。その際、メインビーム１５０におけるメインビーム方向はヌル方向１５２ａに対して走行面１２１より上方である。
【０１５５】
また、運動検知部１３１は、スペクトラム拡散方式を利用して反射点までの距離を測定する。
【０１５６】
スペクトラム拡散方式では、送信時の変調信号として、拡散符号、すなわちＭ系列などの擬似雑音（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｎｏｉｓｅ、ＰＮ）符号を用いた搬送波を拡散変調し、受信時に上記ＰＮ符号を位相シフトした符号と反射波とを逆拡散（復調）することで相関関数を評価し、相関関数の出力から距離を決定するものである。
【０１５７】
同一の２つのＰＮ符号の相関関数は、その位相が完全に一致するとき、最大となり、その位相が互いに１チップ（ＰＮ符号の１ビット）相当分異なるだけで、相関関数の出力の大きさが最小となるという性質を有している。なお、同一のＰＮ符号とは、符号を生成する多項式とシードとが同一の符号を指す。
【０１５８】
言い換えれば、ＰＮ符号における１チップに相当する距離をＤｃとすると、スペクトラム拡散方式を用いることで、距離Ｄｃごとに、反射波を量子化して独立した信号処理を行うことができる。独立した信号処理を行うことができるとは、隣接する量子化された単位の影響をほとんど受けることなく、ドップラー信号処理やＤＯＡ信号処理を行うことができる、ということである。
【０１５９】
この量子化された単位をレンジゲートと呼ぶことにする。この場合、Ｄｃは距離分解能あるいはレンジゲート長である。
【０１６０】
距離分解能はＰＮ符号の速度に反比例し、５００Ｍｃｐｓ（ｍｅｇａ ｃｈｉｐ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のＰＮ符号の場合３０ｃｍである。なお、測定距離の量子化単位は１メートル以下であるのが好ましい。
【０１６１】
なお、距離分解能以下の距離は補間によって、より細かく推定できることが知られている。
【０１６２】
したがって、スペクトラム拡散方式を用いることで、例えば、人間であれば図１５に示すようにそれをさらに細かい単位に分割し、独立した処理ブロックを構築できる。分割された人間の各処理ブロックは、それぞれが独立しているので、もともと同一の速度成分であったためにＤＯＡの不定性が発生していた反射点であれば、それらを分離できるようになる。
【０１６３】
図１５（ａ）は、従来の第１送信アンテナ１１４の配置位置における分離性能を示す図であり、被測定物１９０は、直径方向に２つのレンジゲートに属する。これに対して、図１５（ｂ）は、本実施の形態の第１送信アンテナ１１４の配置位置における分離性能を示す図である。被測定物１９０は、直径方向に３つのレンジゲートに属する。このように、本実施の形態によると従来に比べ、同一の被測定物１９０であっても、直径方向の分離性能が高くなる。このため、被測定物１９０上にある同一速度成分の複数の反射点をそれぞれ異なるレンジゲートに割り当てることのできる確率が高まり、方向決定精度を向上させることができる。
【０１６４】
このように１つの被測定物１９０に対し、ＤＯＡの不定性が低減される程度は、最大で被測定物を分割するレンジゲートの個数倍だけ高まることになる。
【０１６５】
また、複数の被測定物１９０が存在する場合、それぞれが距離分解能以上離れて存在している限り、少なくともすべての観測範囲を分割するレンジゲートの個数倍だけＤＯＡの不定性を低減できる確率が高まる。
【０１６６】
以上、本発明の実施の形態１の構成によると、第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向を移動機器の走行面と略平行になるように、第１送信アンテナが移動機器に固定される。このため、例えば、被測定物が同一の相対速度で移動していたとしても、被測定物上での高さの異なる点ごとに、視線方向速度も異なることとなる。このため、ＤＯＡの不定性を軽減できるため、被測定物の形状や速度に関する情報の損失を最小限度に抑えた移動機器用レーダシステムを実現できる。
【０１６７】
（実施の形態２）
実施の形態１の場合、移動機器１２０が上り坂を上昇しているとき、上り坂の先の範囲が死角となるため、その範囲にある障害物など被測定物を観測できないという問題がある。
【０１６８】
そこで、本発明の実施の形態２は、実施の形態１に対して、放射方向が可動となっている第２の送信アンテナがさらに備えられている点が異なっている。図１６を用い、実施の形態２を説明する。
【０１６９】
図１６において、第２送信アンテナ２１４以外の第１送信アンテナ１１４及びその他の構成は実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。
【０１７０】
第２送信アンテナ２１４は、第１送信アンテナ１１４よりも上方、つまり高い位置に設置される。例えば、第２送信アンテナ２１４は、移動機器１２０のアームレストやバンパーの上方、フードの前方などに設置されるとよい。第２送信アンテナ２１４のメインビーム方向２１４ｂは、常に水平になるように調整される。第２送信アンテナ２１４は、第１送信アンテナ１１４と同様に指向性を有するアンテナである。
【０１７１】
つまり、第２送信アンテナ２１４は、図１７に示すように、錘によって水平方向に安定点を持つような機構が設けられる。図１７（ａ）は、水平な走行面１２１を移動機器１２０が走行しているときの第２送信アンテナ２１４の状態を示し、図１７（ｂ）は上り坂の走行面１２１を移動機器１２０が走行しているときの第２送信アンテナ２１４の状態を示す。どちらの状態においても、第２送信アンテナ２１４のメインビーム方向２１４ｂを常に水平にすることができる。なお、第２送信アンテナ２１４を模式的に図１７（ｃ）のように示すものとする。つまり、三角形の一辺が、メインビーム方向２１４ｂに直交する方向を示している。
【０１７２】
また、図１８に示すように、鉛直方向を検知する鉛直センサと水平維持制御装置などを用いて、移動機器１２０の姿勢、すなわち走行面の傾斜に関わらず、走行面１２１が水平方向になるように、第２送信アンテナ２１４の傾きを調整しても良い。図１８（ａ）は、水平な走行面１２１を移動機器１２０が走行しているときの第２送信アンテナ２１４の状態を示し、図１８（ｂ）は上り坂の走行面１２１を移動機器１２０が走行しているときの第２送信アンテナ２１４の状態を示す。どちらの状態においても、第２送信アンテナ２１４のメインビーム方向２１４ｂを常に水平にすることができる。なお、第２送信アンテナ２１４を模式的に図１８（ｃ）のように示すものとする。つまり、三角形の一辺が、メインビーム方向２１４ｂに直交する方向を示している。
【０１７３】
この結果、図１６に示すように、第２送信アンテナ２１４によって、第１送信アンテナ１１４による上り坂の先の死角をカバーすることができ、第１送信アンテナ１１４の死角に存在する障害物１９１などを早い段階で検知することができる。
【０１７４】
また、図１９に示すように、移動機器１２０が水平に走行している場合であって、被測定物１９０のさらに手前に障害物１９２や電波遮蔽物がある場合、下方に設けられた第１送信アンテナ１１４では遮蔽物の後方に大きな死角が発生してしまう。しかし、本実施の形態２によると、第２送信アンテナ２１４によって遮蔽物後方の死角を大幅に低減できる。
【０１７５】
なお、第２送信アンテナ２１４から送出し、反射された電波を受信するための受信アンテナは、反射波の受信効率を高めるため、第２送信アンテナ２１４の近傍に設けられるほうが好ましい。
【０１７６】
なお、受信アンテナ（図示せず）は第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ２１４の近傍にそれぞれ第１受信アンテナ（図示せず）及び第２受信アンテナ（図示せず）として独立に設けておくことが好ましい。また、受信アンテナを見通し範囲の広い第２送信アンテナ２１４の近傍のみに設置してもよいし、他の適する場所に設置してもよい。
【０１７７】
また、第１受信アンテナ及び第２受信アンテナのように複数の受信アンテナを設置する場合、鉛直センサなどで取得した移動機器１２０の傾斜角に基づいて、第１受信アンテナと第２受信アンテナのどちらで受信した信号を解析に採用するかを切り替えられるようになっていても良い。例えば、傾斜角が大きく、移動機器１２０が登坂中であると判断される場合には、第２受信アンテナからの信号を解析に利用し、ほぼ水平に走行していると判断される場合には、第１受信アンテナからの信号を解析に利用するなどが考えられる。
【０１７８】
また、運動検知部１３１は、スペクトラム拡散方式を利用して反射点までの距離を測定するのが好ましい。
【０１７９】
第１送信アンテナ１１４、第２送信アンテナ２１４から送出される電波に割り当てるＰＮ符号を第１ＰＮ符号、第２ＰＮ符号と異なるものにしておく。第１ＰＮ符号と第２ＰＮ符号とは相互相関の小さいものを選択する。
【０１８０】
このようにすれば、第１送信アンテナ１１４のメインビーム１５０ａと第２送信アンテナ２１４のメインビーム１５０ｂとの間に重なりが生じても、受信アンテナで受信した反射波に対して、第１ＰＮ符号で逆拡散復調すれば第１送信アンテナから送信された電波による反射波の信号のみが得られ、第２ＰＮ符号で逆拡散復調すれば第２送信アンテナから送信された電波による反射波の信号のみが得られる。すなわち、２箇所から同時に送信した電波の混信によって生じる問題を回避できる。
【０１８１】
なお、このとき、複数のＰＮ符号を同時に用いるために、送信部１１１には搬送波を拡散変調するための独立した複数の拡散変調部を設けておくとよい。受信部１１２については、反射波を逆拡散変調するための独立した複数の逆拡散復調部を設けておいてもよいし、逆拡散復調部は共用し、入力するＰＮ符号を切り替えるようにしておいてもよい。
【０１８２】
以上、実施の形態２の構成によると、第１送信アンテナ１１４によってＤＯＡの不定性を軽減しながら、第１送信アンテナ１１４の前方に遮蔽物が存在することがあっても、放射方向を水平自動調整する機構を有する第２送信アンテナ２１４によって、遮蔽物後方の死角を大幅に軽減できるため、移動機器用レーダシステムの検出精度及び安定性を高めることができる。
【０１８３】
（実施の形態３）
実施の形態１においては、第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のヌル方向を移動機器の走行面と略平行となるように設置しているため、ヌル方向より下方に対しては死角となる可能性がある。
【０１８４】
そこで本発明の実施の形態３に係る移動機器用レーダシステムは、第１送信アンテナと第２送信アンテナとを備え、第１送信アンテナと第２送信アンテナとを隣接して設置する。以下、実施の形態３に係る移動機器用レーダシステムについて図２０及び図２１を用いて説明する。
【０１８５】
図２０に示すように、実施の形態３に係る移動機器用レーダシステム１００は、第１送信アンテナ１１４と、第２送信アンテナ３１４とを備える。第２送信アンテナ３１４以外の第１送信アンテナ１１４及びその他の構成は実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。第２送信アンテナ３１４は、第１送信アンテナ１１４と同様に指向性を有するアンテナである。
【０１８６】
第１送信アンテナ１１４は、第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａが移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように、移動機器１２０に固定設置されており、メインビーム方向１５１ａは、ヌル方向１５２ａに対して上方になるように設置される。
【０１８７】
一方、第２送信アンテナ３１４は、第２送信アンテナ３１４の仰角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａが移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように固定設置されており、メインビーム方向１５１ｂは、ヌル方向１５２ａに対して下方になるように設置される。
【０１８８】
また、第１送信アンテナ１１４と第２送信アンテナ３１４とは、隣接して設置されているため、第１送信アンテナ１１４のヌル方向１５２ａと第２送信アンテナ３１４のヌル方向１５２ａとは略一致していると考えてよい。
【０１８９】
なお、第１送信アンテナ１１４のヌル方向１５２ａ及び第２送信アンテナ３１４のヌル方向１５２ａをそれぞれ走行面１２１と略平行としてしまうと、移動機器１２０の走行面１２１と完全に平行な方向について、放射電界強度が極小となり、被測定物１９０に対して盲点が形成される恐れがある。したがって、図２１のように第１送信アンテナ１１４の仰角方向の電波放射特性における半値方向１５２ｂと、第２送信アンテナ３１４の仰角方向の電波放射特性における半値方向１５２ｂとが移動機器１２０の走行面１２１と略平行になるように設置するほうが、好ましいといえる。
【０１９０】
実施の形態３のように第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４を上下方向に隣接して配置する場合には、第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４は任意の高さに設置することができる。このため、移動機器１２０の外形デザインの自由度が向上する、という利点がある。
【０１９１】
なお、上述の例では、第１送信アンテナ１１４と第２送信アンテナ３１４とを隣接して設置することとしているが、必ずしも隣接して配置する必要はない。例えば、第１送信アンテナ１１４を移動機器１２０の上方に設置し、第２送信アンテナ３１４を移動機器１２０の下方に設置してもよい。その場合であっても、ヌル方向１５２ａとメインビーム方向に関する制約は上述の通りであることが望ましい。
【０１９２】
なお、受信アンテナ（図示せず）は第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４とそれぞれ組となるように複数設置し、受信部１１２もそれに対応するように複数設けることが好ましい。
【０１９３】
また、受信アンテナは共用にして、受信部１１２は複数とし、それぞれの受信部１１２には、受信アンテナで受信された第１送信アンテナ１１４の送信波の反射波と第２送信アンテナ３１４の送信波の反射波とを２分岐させて入力するようにしてもよい。
【０１９４】
また、実施の形態２と同様に、運動検知部１３１は、スペクトラム拡散方式を利用して反射点までの距離を測定しても良い。
【０１９５】
この場合、第１送信アンテナ１１４からの送信電波用に第１ＰＮ符号を用い、第２送信アンテナ３１４からの送信電波用に第２ＰＮ符号を用いる。
【０１９６】
特に、図２１のように第１送信アンテナ１１４のメインビーム１５０ａと第２送信アンテナ３１４のメインビーム１５０ｂとの間に重なりが生じても、実施の形態２の場合と同様、電波の混信によって生じる問題を回避できる。
【０１９７】
また、スペクトラム拡散方式を用いると、受信アンテナと受信部１１２をそれぞれ共用にしても、受信部１１２に入力する反射波のＰＮ符号を第１ＰＮ符号とするか第２ＰＮ符号とするかを切り替えることによって、ヌル方向１５２ａに対して上下方向を独立に観測することができる。
【０１９８】
なお、受信アンテナと受信部１１２とをそれぞれ共用にする場合には、少なくとも受信部１１２に関しては、反射波を復調するための独立な複数の復調部を設けることが望ましい。
【０１９９】
以上、実施の形態３の構成によると、第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４のそれぞれにより、ＤＯＡの不定性を低減することができる。また、第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４を移動機器１２０に設置した場合の死角を低減することができる。さらに、第１送信アンテナ１１４及び第２送信アンテナ３１４の設置場所の自由度を向上させることができる。
【０２００】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、被測定物の高さ方向のＤＯＡの不定性を軽減するための構成である。ところが、ＤＯＡの不定性は横方向においても同様に発生し、人間に限らず、被測定物の広がりの情報を損失する可能性を有している。そこで、実施の形態４では、横方向のＤＯＡの不定性を軽減するための移動機器用レーダシステムについて説明する。
【０２０１】
図２２は、単純に２つの送信アンテナをある程度の距離を離して左右に配置した移動機器用レーダシステム１００の上面図である。このような送信アンテナの配置によると、被測定物１９０上の反射点の運動を異なる方向から観測できるため、同一の反射点であっても、それぞれの送信アンテナにおける視線方向速度が異なる値になるという効果がある。この効果を発揮するには、前記の送信アンテナ間の距離を移動機器の幅に対して十分大きくとらなければならない。しかし、移動機器の幅には制限があるため、送信アンテナ間の距離を大きくとることが困難な場合が生じる。
【０２０２】
そこで、実施の形態４では、図２３及び図２４に示すような移動機器用レーダシステム１００の構成とする。図２３及び図２４は、移動機器用レーダシステム１００の上面図である。
【０２０３】
実施の形態４に係る移動機器用レーダシステム１００は、実施の形態１に係る移動機器用レーダシステム１００の構成において、第１送信アンテナ１１４の代わりに第３送信アンテナ４１４ａが用いられ、さらに、第４送信アンテナ４１４ｂが付け加えられた構成である。第４送信アンテナ４１４ｂ以外のその他の構成は実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂは、第１送信アンテナ１１４と同様に指向性を有するアンテナである。
【０２０４】
図２３に示すように、移動機器用レーダシステム１００には、第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂのそれぞれの方位角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａが、移動機器の進行方向に対して略平行となるように、第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂが設置されている。
【０２０５】
なお、移動機器１２０の進行方向は、移動機器１２０の移動軌跡に対して平行であるか、移動機器１２０が旋回する場合などの場合には移動軌跡の接線方向に対して平行であることが望ましい。したがって、移動機器用レーダシステム１００には、移動機器１２０の移動軌跡の接線方向と平行になるように、前記第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂの向きを制御する機構が設けられていることが望ましい。
【０２０６】
これにより、被測定物１９０が一様な平板である場合など、移動機器１２０の進行方向に対する左右の領域で同一速度が発生しやすい物体であっても、被測定物１９０の右の領域と左の領域とを分離することができるという特徴がある。また、方位角方向の視野角を広くすることもできる。
【０２０７】
なお、図２４に示すように、第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂそれぞれの方位角方向の電波放射特性における半値方向１５２ｂが移動機器１２０の進行方向に対して略平行であるほうが好ましい。なぜなら、図２３に示したように第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂそれぞれの方位角方向の電波放射特性におけるヌル方向１５２ａを移動機器１２０の進行方向に対して略平行にする構成では、移動機器１２０の進行方向に死角となる盲点が発生する可能性が高くなり、盲点の発生は、ＤＯＡの不定性より危険である場合が多いためである。図２４のように第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂを配置することにより、盲点をなくすことができる。
【０２０８】
なお、受信アンテナ（図示せず）は第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂとそれぞれ組となるように複数設置し、受信部１１２もそれに対応するように複数設けることが好ましい。
【０２０９】
また、受信アンテナは共用にして、受信部１１２は複数とし、それぞれの受信部１１２には、受信アンテナで受信された第３送信アンテナ４１４ａの送信波の反射波と第４送信アンテナ４１４ｂの送信波の反射波とを２分岐させて入力するようにしてもよい。
【０２１０】
また、実施の形態２と同様に、運動検知部１３１は、スペクトラム拡散方式を利用して反射点までの距離を測定しても良い。
【０２１１】
この場合、第３送信アンテナ４１４ａからの送信電波用に第１ＰＮ符号を用い、第４送信アンテナ４１４ｂからの送信電波用に第２ＰＮ符号を用いる。
【０２１２】
特に、図２４のように第３送信アンテナ４１４ａのメインビーム４５０ａと第４送信アンテナ４１４ｂのメインビーム４５０ｂとの間に重なりが生じても、実施の形態２の場合と同様、電波の混信によって生じる問題を回避できる。
【０２１３】
また、スペクトラム拡散方式を用いると、受信アンテナと受信部１１２をそれぞれ共用にしても、受信部１１２に入力する反射波のＰＮ符号を第１ＰＮ符号とするか第２ＰＮ符号とするかを切り替えることによって、ヌル方向１５２ａに対して左右方向を独立に観測することができる。
【０２１４】
なお、受信アンテナと受信部１１２とをそれぞれ共用にする場合には、少なくとも受信部１１２に関しては、反射波を復調するための独立な複数の復調部を設けることが望ましい。
【０２１５】
なお、高さ方向のＤＯＡの不定性を排除するため、実施の形態１、２又は３と、実施の形態４とを組み合わせて用いるのが好ましい。例えば、図２１に示した移動機器用レーダシステム１００の構成において、第１送信アンテナ１１４を第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂで構成し、第２送信アンテナ３１４を第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂで構成してもよい。つまり、４つの送信アンテナを移動機器１２０に設置するようにしても良い。これにより、高さ方向及び横方向においてＤＯＡの不定性を軽減することができるとともに、観測可能領域を広く取ることができる。
【０２１６】
以上、実施の形態４の構成によると、第３送信アンテナ４１４ａ及び第４送信アンテナ４１４ｂのそれぞれにより、横方向に発生しうるＤＯＡの不定性の影響を軽減できるため、被測定物の形状又は速度に関する情報損失を抑えることができる。
【０２１７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２１８】
本発明に係る移動機器用レーダシステムは、移動機器に搭載し、被測定物の運動そのものを利用して被測定物の形状又は速度を測定又は推定し、その結果を利用して移動機器の走行を制御する装置等として有用である。また、据置型の移動体検知システムとしても利用できる。
【符号の説明】
【０２１９】
１００、２００ 移動機器用レーダシステム
１０１ 搭乗者
１１０ レーダ装置
１１１ 送信部
１１２ 受信部
１１３ レーダ制御部
１１４ 第１送信アンテナ
１１５ 受信アンテナ群
１１５ａ〜１１５ｃ 受信アンテナ
１１６ モニタ用受信アンテナ
１２０ 移動機器
１２０ａ 電動車椅子
１２０ｂ 立位型移動機器
１２１ 走行面
１２２ 走行制御ユニット
１２３ 車台
１２４ 車輪
１２５ 座席
１３０ 演算処理部
１３１ 運動検知部
１５０、１５０ａ、１５０ｂ、４５０ａ、４５０ｂ メインビーム
１５１、１５１ａ、１５１ｂ、２１４ｂ メインビーム方向
１５２ 電界強度極小方向
１５２ａ ヌル方向
１５２ｂ 半値方向
１６０ 観測可能領域
１６１ 観測不可領域
１９０ 被測定物
１９０Ａ、１９０Ｂ 人間
１９０Ｃ 小動物
１９１、１９２ 障害物
２１４、３１４ 第２送信アンテナ
４１４ａ 第３送信アンテナ
４１４ｂ 第４送信アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動機器に備えられ、被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定するレーダ装置であって、
前記被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナと、
前記被測定物からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナの各々で受信された前記反射波に基づいて、前記被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を算出する運動検知部とを備え、
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される
レーダ装置。
【請求項２】
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームとサイドローブとの境界面における電界強度が極小となる方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される
請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナが放射する電波の電力が前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームの電力の最大値の半分となる方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される
請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向に対して上方になるよう固定される
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
さらに、
前記走行面に対して前記第１送信アンテナとは異なる高さに設置され、前記被測定物に対して電波を放射する第２送信アンテナを備える
請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記第２送信アンテナは、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が常に水平になるように調整される
請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向と前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向とが略同一であり、
前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビーム方向が、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向より上方であり、
前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向より下方である
請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項８】
さらに、
走行面に対して前記第１送信アンテナと略同一高さに設置され、前記被測定物に対して電波を放射する第３送信アンテナを備え、
前記第１送信アンテナの方位角方向の電波放射特性における電界強度極小方向と前記第３アンテナの方位角方向の電波放射特性における電界強度極小方向とは、前記第１送信アンテナのメインビーム方向と前記第３送信アンテナのメインビーム方向の両方を含む平面において略同一である
請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項９】
さらに、
前記運動検知部の出力に基づいて、被測定物の運動を推定する運動推定部と、
前記運動推定部で推定された前記被測定物の運動に基づいて、前記移動機器の走行を制御する走行制御部とを備える
請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記運動検知部は、スペクトラム拡散方式に従って前記被測定物までの距離を算出する
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記運動検知部により算出される前記被測定物までの距離の量子化単位が、１メートル以下である
請求項１０に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定する移動機器用レーダシステムであって、
走行面上を移動する移動機器と、
前記移動機器に備えられるレーダ装置とを備え、
前記レーダ装置は、
前記被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナと、
前記被測定物からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナの各々で受信された前記反射波に基づいて、前記被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を算出する運動検知部とを備え、
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、前記移動機器の前記走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される
移動機器用レーダシステム。
【請求項１】
移動機器に備えられ、被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定するレーダ装置であって、
前記被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナと、
前記被測定物からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナの各々で受信された前記反射波に基づいて、前記被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を算出する運動検知部とを備え、
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される
レーダ装置。
【請求項２】
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームとサイドローブとの境界面における電界強度が極小となる方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される
請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナが放射する電波の電力が前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームの電力の最大値の半分となる方向が、前記移動機器の走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される
請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向に対して上方になるよう固定される
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
さらに、
前記走行面に対して前記第１送信アンテナとは異なる高さに設置され、前記被測定物に対して電波を放射する第２送信アンテナを備える
請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記第２送信アンテナは、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が常に水平になるように調整される
請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向と前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向とが略同一であり、
前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビーム方向が、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向より上方であり、
前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性のメインビームにおいて電界強度が最大となる方向であるメインビーム方向が、前記第２送信アンテナの仰角方向の電波放射特性における電界強度極小方向より下方である
請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項８】
さらに、
走行面に対して前記第１送信アンテナと略同一高さに設置され、前記被測定物に対して電波を放射する第３送信アンテナを備え、
前記第１送信アンテナの方位角方向の電波放射特性における電界強度極小方向と前記第３アンテナの方位角方向の電波放射特性における電界強度極小方向とは、前記第１送信アンテナのメインビーム方向と前記第３送信アンテナのメインビーム方向の両方を含む平面において略同一である
請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項９】
さらに、
前記運動検知部の出力に基づいて、被測定物の運動を推定する運動推定部と、
前記運動推定部で推定された前記被測定物の運動に基づいて、前記移動機器の走行を制御する走行制御部とを備える
請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記運動検知部は、スペクトラム拡散方式に従って前記被測定物までの距離を算出する
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記運動検知部により算出される前記被測定物までの距離の量子化単位が、１メートル以下である
請求項１０に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を測定する移動機器用レーダシステムであって、
走行面上を移動する移動機器と、
前記移動機器に備えられるレーダ装置とを備え、
前記レーダ装置は、
前記被測定物に対して電波を放射する第１送信アンテナと、
前記被測定物からの前記電波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナの各々で受信された前記反射波に基づいて、前記被測定物までの距離、前記被測定物が存在する方向及び前記被測定物の相対速度を算出する運動検知部とを備え、
前記第１送信アンテナは、前記第１送信アンテナの仰角方向の電波放射特性において電界強度が極小となる方向である電界強度極小方向が、前記移動機器の前記走行面と略平行になるように前記移動機器に固定される
移動機器用レーダシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１２−１８９３３８（Ｐ２０１２−１８９３３８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０７２３（Ｐ２０１１−５０７２３）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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