レーダ装置、信号処理装置
【課題】
指向角度を間引いてレーダ信号を送出しても物標の角度検出精度の低下を防止する。
【解決手段】
アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成し、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成する。そして、前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出し、前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出するので、物標の角度検出精度の低下を防止することができる。
指向角度を間引いてレーダ信号を送出しても物標の角度検出精度の低下を防止する。
【解決手段】
アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成し、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成する。そして、前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出し、前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出するので、物標の角度検出精度の低下を防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械走査方式の車載レーダ装置とその信号処理装置に関し、特に、所定の角度範囲でアンテナを往復回動させながらレーダ信号を送受信するときに送信電力を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載レーダ装置を用いて先行車両に追従走行する車両制御システムが知られている。かかる車両制御システムは、車載レーダ装置により先行車両の位置と速度を検出する。そして、所期の車間距離が保たれるように、自車両の挙動を制御する。
【０００３】
車載レーダ装置は、ミリ波帯の電波を用いて車両前方の走査対象領域を走査する。その際、物標までの距離を往復してもある程度のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が得られるような送信電力を必要とする。追従走行の場合、車両前方数メートルから百数十メートル前方の先行車両を検出可能な送信電力が必要とされる。
【０００４】
ところが一方で、車載レーダ装置の送信電力を必要最小限にすることが求められる。特に、車両が一定の走行速度未満のとき（以下、停車時を含め低速走行時という）に送信電力低減が求められる。これは、第１に、周囲の車両の電子機器へのノイズの影響や通行人など人体への悪影響を回避するためである。特に、渋滞時や駐車場内での低速走行時、あるいは交差点で信号待ちをする際の停車時には、周囲に他の車両や通行人が存在する蓋然性が高くなるからである。また第２に、レーダ装置内の回路素子の温度上昇を抑制し、熱暴走や回路素子の損傷を防止するためである。車載レーダ装置においては、サイズとコストの制約により冷却装置を設けることが困難である。よって、フロントグリル内などに搭載され、フロントグリル越しに走行風を受けて冷却される。すると、低速走行時には走行風が弱くなり、冷却効率が低下する。よって、低速走行時には特に、送信電力低減が求められる。そして第３に、法規制に準拠するためである。具体的には、米国における、低速走行時の送信電力低減を定めたＦＣＣ（連邦通信委員会）規定に準拠するためである。
【０００５】
こうした要請に対し、従来種々の方法が提案されている。たとえば、特許文献１には、車両の走行速度に応じて送信を停止させる車載レーダ装置について開示されている。また別の例として、機械走査方式のレーダ装置において、レーダ信号を間欠的な指向角度で送出することにより送信電力を低減させる方法が提案されている。機械走査方式のレーダ装置は、アンテナを往復回動させ、走査対象領域に対応する角度範囲でアンテナの指向角度を変化させながらレーダ信号を送受信する。ここで、すべての指向角度でレーダ信号を送出する代わりに、間欠的に間引かれた指向角度でレーダ信号を送出することで送信電力を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、機械走査方式のレーダ装置は、受信信号レベルを反映したビート信号のピークに基づいて物標の角度を検出する。すなわち、アンテナの指向角度ごとにビート信号のピークを検出する。そして、ピークの分布形状（以下、ピーク形状）における極大値が形成される指向角度を物標の角度として検出する。これは、一般に物標の反射断面の中央部で反射レベルが極大となることによる。すると、上記方法では、指向角度を間欠的に間引かずにレーダ信号を送信する場合より、受信信号が得られる指向角度の数が少なくなる。すなわち、受信信号レベルのピークの極大値を求めるときに、データの数が少なくなる。よって、角度検出精度が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、指向角度を間引いてレーダ信号を送出しても物標の角度検出精度の低下を防止するレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面によれば、車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ装置であって、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成し、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成するレーダ送受信機と、 前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有するレーダ装置が提供される。
【００１０】
また、本発明の第２の側面によれば、車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ送受信機の信号処理装置であって、前記レーダ送受信機に、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成させ、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成させる送受信制御手段と、前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有する信号処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、間欠的に間引いた指向角度でレーダ信号を送出しても、物標の角度検出精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。
【図２】レーダ装置１０の構成を説明する図である。
【図３】レーダ信号の周波数とアンテナ１２の動作について説明する図である。
【図４】送信電力低減モードにおけるレーダ信号の送信タイミングとアンテナ１２の指向角度の対応関係を説明する図である。
【図５】送受信時のレーダ信号の周波数偏移について説明する図である。
【図６】ビート信号のピークについて説明する図である。
【図７】レーダ装置１０の基本的な動作手順を説明するフローチャート図である。
【図８】本実施形態における物標の角度検出処理を説明する図である。
【図９】図８の処理の手順を説明するフローチャート図である。
【図１０】変形例における角度検出処理の手順を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１４】
図１は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。図１（Ａ）は、レーダ装置が車両に搭載される位置を示す平面図である。図１（Ｂ）は、レーダ装置のアンテナの指向角度を示す。
【００１５】
レーダ装置１０は、機械走査方式のレーダ装置であって、往復回動するアンテナ１２を有する。レーダ装置１０は、車両１の前部フロントグリル内に搭載され、車両１のフロントグリルを透過して車両１の前方にてレーダ信号を送受信する。このとき、車両１前方の走査対象領域に対応する角度範囲αでアンテナ１２の指向角度を順次変化させる。すなわち、車両１の正面（０度）を中心とする−α／２〜＋α／２度の間で変化させる。このとき、アンテナ１２は−α／２から＋α／２度の方向（右方向）に指向角度を順次変化させる動作と、＋α／２から−α／２度の方向（左方向）に指向角度を順次変化させる動作とを反復する。これにより、走査対象領域がレーダ信号により走査される。ここで角度範囲αは、たとえば２０度（−１０〜＋１０度）である。
【００１６】
レーダ装置１０は、受信信号を処理して物標の位置を検出する。物標は、具体的には先行車両である。物標の位置には、角度、相対距離が含まれる。さらに物標の角度は、その中心部の車両１の正面（０度）に対する角度である。また、レーダ装置１０は、物標の相対速度を検出する。こうした先行車両の情報は車両制御システム１００に出力される。そして、車両制御システム１００が、物標、つまり先行車両との車間距離が所期の距離になるように車両１の挙動を制御する。すなわち、車両１における不図示のアクチュエータを駆動し、走行速度を加減する。このようにして、先行車両に対する追従走行が行われる。
【００１７】
なお、レーダ装置１０は、フロントグリルを介して走行風を受ける。よって、レーダ装置１０が動作することでその内部の回路素子の温度が上昇したときに、走行風により冷却される。
【００１８】
図２は、レーダ装置１０の構成を説明する図である。レーダ装置１０は、レーダ信号を送受信するレーダ送受信機１０ａと、信号処理装置１４とを有する。
【００１９】
レーダ送受信機１０ａは、回動可能に構成されたアンテナ１２と、アンテナ１２を回動させるアンテナ駆動部１３とを有する。アンテナ１２は、レーダ信号を送信する送信アンテナ素子１２Ｔと、物標に反射されたレーダ信号を受信する受信アンテナ素子１２Ｒを有する。アンテナ駆動部１３は、アンテナを駆動させる駆動機構３０とアンテナの指向角度を検出する角度検知器３２を有する。駆動機構３０はアンテナの回動軸付近に接続されるクランクと、これを回転させるモータと、モータの駆動回路を有する。モータの駆動回路には、信号処理装置１４からの制御信号が入力される。よってこの制御信号に基づいてアンテナの回動速度が制御される。また角度検知器３２は、アンテナに付随したロータのスリットを検知するエンコーダを有する。エンコーダが出力する検知信号は、信号処理装置１４に入力される。
【００２０】
レーダ送受信機１０ａは、周波数変調されたミリ波帯の連続波（電波）をレーダ信号として送信する。変調信号生成部１６は、変調信号を生成する。変調信号は、周波数変調周期と周波数調幅を規定する、三角波状に振幅する電圧信号である。発振器１８は、変調信号に従って周波数変調したミリ波長のレーダ信号を発振する。例えば、電圧制御発振器で構成される。分配器２０は、レーダ信号を２つの経路に電力分配して出力する。
【００２１】
分配されたレーダ信号は増幅器２０ａにより増幅された後、スイッチ回路２１に入力される。スイッチ回路２１は、レーダ信号を常時、あるいは間欠的に送信アンテナ素子１２Ｔに出力する。スイッチ回路２１は、たとえばスイッチングトランジスタで構成される。その動作タイミングは信号処理装置１４から入力される制御信号により制御される。スイッチ回路２１の動作タイミングについては、後に詳述する。送信アンテナ素子１２Ｔから送出されたレーダ信号は、物標で反射された後、受信信号として受信アンテナ素子１２Ｒに受信される。受信信号は増幅器２０ｂにより増幅され、混合器２２に入力される。
【００２２】
混合器２２は、電力分配されたレーダ信号の一部と、受信信号とを混合する。これにより、送受信信号の周波数差を有するビート信号が生成される。そして、帯域通過フィルタ２３は、ビート信号の低域・高域ノイズを除去する。そして、ビート信号は、Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタルデータに変換され、信号処理装置１４に入力される。
【００２３】
ここで信号処理装置１４の説明の前に、図３、図４を用いてレーダ送受信機１０ａの動作について説明する。
【００２４】
図３は、レーダ信号の周波数とアンテナ１２の動作について説明する図である。図３（Ａ）は、レーダ信号の時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化を示す。レーダ信号は、上述したように変調信号の周期により周波数変調周期が、振幅により周波数変調幅が規定される。ここでは、周波数ｆｍの三角波状の周波数変調信号により周波数変調された、レーダ信号の周波数変化が示される。このレーダ信号の周波数は、周期１／ｆｍ、周波数変調幅ΔＦ（中心周波数ｆ０）で直線的な上昇と下降を反復する。以下では、周波数が上昇する期間ＵＰをアップ期間、周波数が下降する期間ＤＮをダウン期間という。
【００２５】
図３（Ｂ）は、レーダ信号の周波数変化アンテナの指向角度との、時間軸における対応関係を示す。図３（Ｂ）上段には、送信信号の周波数（縦軸）の、時間経過（横軸）にともなう変化が示される。一方、図３（Ｂ）下段には、アンテナ１２の指向角度（縦軸）の、時間経過（横軸）にともなう変化が示される。アンテナ１２は、図１で示したように角度範囲α（つまり-α／２度〜+α／２度）で指向角度を順次変化させる。このとき、アンテナ１２の回動速度は送信信号の周波数変調周期と同期がとられる。これにより、アンテナ１２の指向角度θにつき１対のアップ期間とダウン期間とが対応する。ここで、角度θは例えば１度である。
【００２６】
本実施形態では、スイッチ回路２１がレーダ信号の出力をオン・オフする。スイッチ回路２１の動作は、信号処理装置１４から入力される制御信号により制御される。これにより、レーダ信号の送信タイミングが制御される。レーダ装置１０は、基本的な通常モードと、送信電力を低減させるための送信電力低減モードとで動作する。通常モードのときには、スイッチ回路２１がレーダ信号の出力を常時オンにする。よってレーダ送受信機１０ａは、アンテナ１２に指向角度θごとにレーダ信号を送信させる。また、送信電力低減モードのときには、スイッチ回路２１は間欠的に送信アンテナ素子１２Ｔにレーダ信号を出力する。
【００２７】
図３（Ｃ）は、送信電力低減モードにおけるスイッチ回路２１の出力タイミングを示す。図示するように、スイッチ回路２１は、１変調周期（１対のアップ期間とダウン期間）おきに、レーダ信号を出力する。そして、アンテナ１２が右方向（−α／２度からα／２度の方向）に回動するときと、左方向（α／２度から−α／２度の方向）に回動するときとでは、出力のタイミングが反転する。
【００２８】
信号処理装置１４からの制御信号は、たとえばデューティ比５０％のパルス信号である。スイッチ回路２１は、制御信号がＨｉレベルのときにレーダ信号を出力する。そして、アンテナ１２の回動方向が反転すると、パルスの立ち上がりと立ち下がりが反転する。
【００２９】
図４は、送信電力低減モードにおけるレーダ信号の送信タイミングとアンテナ１２の指向角度の対応関係を説明する図である。ここでは、アンテナ１２が右方向に回動するときにレーダ信号が送信される指向角度を「θＲ」、アンテナ１２が右方向に回動するときにレーダ信号が送信される指向角度を「θＬ」で示す。つまり、右方向のときと左方向のときとではレーダ信号が送信される指向角度が交互になる。
【００３０】
このようにして、送信電力低減モードでは、レーダ送受信機１０ａは、間欠的な指向角度でレーダ信号を送出する。よって、すべての指向角度でレーダ信号を送信する場合と比べ、送信電力を低減させることが可能となる。また、アンテナ１２が右方向に回動するときと、左方向に回動するときとでは、異なる指向角度でレーダ信号を送信する。レーダ送受信機１０ａのこのような動作に加え、信号処理装置１４が後に詳述する処理を実行することにより、物標の角度検出精度低下を防止できる。
【００３１】
図５は、送受信時のレーダ信号の周波数について説明する図である。図５（Ａ）には、送信時のレーダ信号（送信信号）と、目標物体で反射されて受信されたレーダ信号（受信信号）それぞれの、時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化が示される。送信信号の周波数は、実線で示すように、アップ期間ＵＰで上昇し、ダウン期間ＤＮで下降する。これに対し、受信信号の周波数は、破線で示すように周波数偏移を受ける。これは、目標物体との相対距離による時間的遅延ΔＴと、相対速度に応じたドップラシフトΔＤの影響による。この結果、アップ期間ＵＰでは周波数差ｆｕが生じ、ダウン期間ＤＮでは周波数差ｆｄが生じる。
【００３２】
送受信信号を混合して得られるビート信号の周波数は、両者の周波数差を有する。その周波数の時間に対する変化は、図５（Ｂ）に示される。すなわち、送信信号のアップ期間ＵＰでは周波数ｆｕとなり、ダウン期間ＤＮでは周波数ｆｄとなる。なおこれらの周波数は、次の数式に示すように、目標物体の相対速度Ｖと相対距離Ｒを反映している。ここで、Ｃは光速、ｆｍは変調信号における三角波の周波数、ｆ０は送信信号Ｓｔの中心周波数、ΔＦは周波数偏移幅である。
【００３３】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ） ・・・式（１）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０） ・・・式（２）
図２に戻り、信号処理装置１４の構成について説明する。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部１４０は、ビート信号をＦＦＴ処理して、周波数スペクトルを検出する。ＦＦＴ処理部１４０は、たとえばＤＳＰなどのプロセッサにより構成される。
【００３４】
送受信制御手段１４２、ピーク検出手段１４４、角度検出手段１４６、距離・速度検出手段１４８、出力手段１５０は、それぞれの動作手順に対応する信号処理を実行するマイクロコンピュータにより構成される。マイクロコンピュータは、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。マイクロコンピュータでは、ＣＰＵが各手段の動作に対応するプログラムを実行する。各プログラムは予めＲＯＭに格納される。また、ＣＰＵが演算処理するデータは一時的にＲＡＭに格納される。
【００３５】
送受信制御手段１４２は、アンテナ駆動部１３にアンテナ１２の回動速度を制御するための制御信号を出力する。また、スイッチ回路２１に対する制御信号を生成し出力する。ピーク検出手段１４４は、駆動部１３から入力される信号に基づいて、アンテナ１２の指向角度を検出する。そして、指向角度ごとに、ビート信号の周波数スペクトルにおけるピークを検出する。角度検出手段１４６は、ビート信号のピーク形状に基づき物標の角度を検出する。また、距離・速度検出手段１４８は、物標の相対距離、相対速度を検出する。そして、検出されたこれらの情報は、出力手段１５０により車両制御装置１００に出力される。
【００３６】
なお、信号処理装置１４には、車両制御システム１００から車両１の走行速度が入力される。
【００３７】
ここで、信号処理装置１４における信号処理について、図６を用いて説明する。
【００３８】
図６は、ビート信号のピークについて説明する図である。図６の説明は便宜上、通常モードの場合を例とする。ここで説明する処理は、アンテナ１２が左右方向のいずれかに一回回動するとき（以下、１スキャンとする）に実行される。
【００３９】
図６（Ａ）は、ビート信号の周波数スペクトルを示す。周波数スペクトルは、アンテナ１２の指向角度ごとに検出される。そして、物標が存在する指向角度では、図６（Ａ）に示すような周波数スペクトルが検出される。ここでは、アップ期間に得られるビート信号の周波数スペクトルと、ダウン期間に得られるビート信号の周波数スペクトルとを示す。図５で示したように、物標の反射により得られたビート信号の周波数は、アップ期間で周波数ｆｕである。また、ダウン期間で周波数ｆｄである。よって、ピーク検出手段１４４は、アップ期間では周波数ｆｕのスペクトルがピークを形成する。また、ダウン期間では周波数ｆｄのスペクトルがピークを形成する。
【００４０】
図６（Ｂ）は、かかるピークの角度範囲αにおける分布を示す。検出されたピークは、角度範囲α（-α／２度〜+α／２度）において物標が位置する指向角度にわたって分布する。そしてアップ期間では、周波数ｆｕのピークのグループが形成される。一方、ダウン期間では、周波数ｆｄのピークのグループが形成される。
【００４１】
角度検出手段１４６は、上記のようなアップ期間、ダウン期間それぞれにおけるピークのグループを２次近似してピークの分布形状、つまりピーク形状（点線で図示）を検出する。すると、その中心付近で極大値が形成される。これは、物標の反射断面積はその中心部で最大であることによる。ここで、同一物標から検出されるアップ期間、ダウン期間のピーク形状では、極大値に対応する指向角度θｐは略一致する。ここにおいて、角度検出手段１４６は、まず物標の角度θｐを検出する。
【００４２】
そして、距離・速度検出手段１４８は、極大値に対応する指向角度θｐが略一致するピークのグループ同士を対応づける。すると、同一物標から得られたアップ期間の周波数ｆｕとダウン期間の周波数ｆｄとが対応づけられる。よって、距離・速度検出手段１４８は、上述した式（１）、（２）により物標の相対速度、相対距離を算出する。
【００４３】
ここで、送信電力低減モードにおける信号処理について説明する。送信電力低減モードでは、レーダ信号を送信する指向角度が通常モードの半分になる。よって、図６（Ａ）で示した周波数スペクトルは、レーダ信号が送信された指向角度であって物標が存在する指向角度ごとに検出される。また、図６（Ｂ）で示したピーク分布は、ピークのグループを構成するピークの数が半分になる。このような点を除き、角度検出手段１４６、距離・速度検出手段１４８の動作は、上記と同じである。
【００４４】
図７は、レーダ装置１０の動作手順を説明するフローチャート図である。この動作手順は、１スキャンごとに実行される。
【００４５】
送受信制御手段１４ｂは、車両制御システム１００から入力される走行速度に基づいて、通常走行時（例えば時速５ｋｍ以上）であるか、低速走行時（時速５ｋｍ未満）であるかを判断する（Ｓ１０）。通常走行時であれば、通常モードで動作する。すなわち、変調信号生成部１６に変調信号の出力を指示し、レーダ送受信機１０ａにレーダ信号を送信させる（Ｓ１２）。このとき、アンテナ１２のすべての指向角度でレーダ信号を送信させる。
【００４６】
そしてＦＦＴ処理部１４０は、指向角度ごとのビート信号に対しＦＦＴ処理を行い、アップ期間、ダウン期間ごとに周波数スペクトルを検出する（Ｓ１４）。
【００４７】
そして、ピーク検出手段１４４は、アップ期間、ダウン期間ごとにビート信号のピークを検出する（Ｓ１６）。そして、角度検出手段１４６は、ピーク形状から角度を検出する（Ｓ１８）。そして、距離・速度検出手段１４８は、アップ期間のピークグループとダウン期間のピークグループとを対応付けして（Ｓ２０）、目標物体の相対距離、相対速度を算出する（Ｓ２２）。そして、出力手段は、検出結果の履歴が一定の連続性を有するかに基づいて出力可否を判断する（Ｓ２４）。ここでは、過去所定回数（たとえば３回）のスキャンで検出された物標の角度が一定誤差範囲内（たとえば±０．５度以内）のときに、連続性を確認する。そして、連続性が確認された結果は、検出結果としての信頼性が担保されるので、出力可と判断する。そして、出力手段は、出力可と判断した目標物体の情報を車両制御システム１００に出力する（Ｓ２６）。
【００４８】
一方、低速走行時であれば、送信電力低減モードで動作する。すなわち送受信制御手段１４ｂは、レーダ送受信機１０ａにレーダ信号を間欠的な指向角度で送信させる（Ｓ１２ａ）。このとき、アンテナの回動方向ごとにレーダ信号を送信する指向角度が異なる。そして、そしてＦＦＴ処理部１４０は、レーダ信号が送信された指向角度ごとのビート信号に対しＦＦＴ処理を行い、アップ期間、ダウン期間ごとに周波数スペクトルを検出する（Ｓ１４ａ）。そして、ピーク検出手段１４４は、上記同様、ビート信号のピークを検出する（Ｓ１６ａ）。そして、角度検出手段１４６は、ピーク形状から角度を検出する（Ｓ１８ａ）。
【００４９】
そして、距離・速度検出手段１４８は、上記同様にアップ期間のピークグループとダウン期間のピークグループとを対応付けして（Ｓ２０ａ）、目標物体の相対速度、相対距離を算出する（Ｓ２２ａ）。そして、出力手段は、上記同様に、出力可否判断（Ｓ２４）、車両制御システム１００への出力（Ｓ２６）を行う。
【００５０】
ここで、送信電力低減モードでは、１つおきの指向角度で得られたビート信号に基づいて、物標の角度が検出される。よって、角度分解能の低下を防ぐために、本実施形態では次のような処理を行う。
【００５１】
図８は、送信電力低減モードにおける物標の角度検出処理を説明する図である。図８では、横軸にアンテナ１２の指向角度、縦軸にビート信号のレベルを示す。図８（Ａ）は、アンテナ１２が右方向に回動するスキャンのときに単一の物標から得られたピークの形状を示す。図８（Ｂ）は、左方向に回動するスキャンのときに、同じ物標から得られたピークの形状を示す。上述したように、アンテナ１２は回動方向ごとに異なる間欠的な指向角度でレーダ信号を送受信する。よって、図８（Ａ）、（Ｂ）では、ピークが検出される指向角度は交互になる。なおここでは説明の便宜上、アップ期間でのピーク形状に基づいて説明する。
【００５２】
図８（Ａ）では、ピーク形状（点線で図示）の極大値は指向角度θｐ１で形成される。よって、上述した手順によれば物標の角度θｐ１が検出される。一方、図８（Ｂ）では、ピーク形状（点線で図示）の極大値は指向角度θで形成される。よって、上述した手順によれば物標の角度θｐ２が検出される。ここで、検出される角度に差が生じる。
【００５３】
よって、本実施形態では、角度θｐ１とθｐ２の平均θｐ＿ａｖを算出して、これを物標の角度として検出する。
【００５４】
ここで、図８（Ｃ）に、すべての指向角度でレーダ信号を送受信したときに得られるピーク形状を示す。すると図８（Ｃ）では、ピーク形状は指向角度θｐｍで検出される。よって、角度θｐｍが、本来検出すべき物標の角度である。すると、上記のように検出される角度θｐ１とθｐ２の平均の角度θｐ＿ａｖが角度θｐｍと略一致する。
【００５５】
このように、回動方向ごとに検出した角度の平均を算出することで、角度分解能の低下を補うことができる。
【００５６】
図９は、図８の処理の手順を説明するフローチャート図である。このフローチャート図は、図７の手順Ｓ１８ａのサブルーチンに対応する。
【００５７】
角度検出手段１４６は、今回のスキャンにおける物標の角度を検出し（Ｓ２００）、ＲＡＭに格納する（Ｓ２０２）。そして、前回のスキャンで検出した物標の角度をＲＡＭから読み出し（Ｓ２０４）、今回検出した角度との平均を算出する（Ｓ２０６）。
【００５８】
このようにして、間欠的な指向角度でレーダ信号を送受信した場合であっても、物標の角度の検出精度低下を防止できる。
【００５９】
本実施形態の変形例では、検出した角度の平均を算出する代わりに、ピーク分布を合成して物標の角度を検出する。
【００６０】
図１０は、変形例における角度検出処理の手順を説明するフローチャート図である。図１０の手順Ｓ１６０〜Ｓ１６６は、図７で示した手順Ｓ１６ａの詳細な手順に対応する。また、図１０の手順Ｓ１６８は、図７で示した手順Ｓ１８ａが変形された手順である。ここで、再度図８を参照しつつ説明する。
【００６１】
ピーク検出手段１４４は、今回のスキャンにおけるピーク（図８（Ｂ）のピーク）を検出し（Ｓ１６０）、ＲＡＭに格納する（Ｓ１６２）。そして、前回のスキャンで検出したピーク（図８（Ａ）のピーク）をＲＡＭから読み出し（Ｓ１６４）、今回検出したピークと合成する（Ｓ１６６）。すると、図８（Ｃ）のピークが合成される。
【００６２】
そして、角度検出手段１４６は、合成したピーク形状における極大値が形成される指向角度を物標の角度として検出する（Ｓ１６８）。
【００６３】
このようにして、間欠的な指向角度でレーダ信号を送受信した場合であっても、物標の角度の検出精度低下を防止できる。さらに、この変形例によれば、ピーク形状を２次近似により算出する際のデータ量が増加するので、角度検出精度が向上する。
【００６４】
上述の説明では、間欠的な指向角度でレーダ信号を送信するときに、指向角度を１つおきに間引く場合を示した。本実施形態では、指向角度を例えば２つ以上間引いてレーダ信号を送信してもよい。また、左右の回動方向で異なる指向角度でレーダ信号を送信すれば、左右の回動方向で間引く指向角度の数が異なってもよい。
【００６５】
また、本実施形態におけるレーダ装置は、車両前方だけでなく、車両の前側方、後方、あるいは後側方を走査する場合にも適用できる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置によれば、間欠的な指向角度でレーダ信号を送出するので、まず送信電力を低減させることができる。周囲の車両の電子機器へのノイズの影響や、通行人など人体への悪影響を回避できる。特に、低速走行時に上記処理を行うことで、渋滞時や駐車場内での低速走行時、あるいは交差点で信号待ちをする際の停車時には、周囲に他の車両や通行人が存在する蓋然性が高くなる場合であっても、上記効果を奏することができる。また、レーダ装置内の回路素子の温度上昇を抑制し、熱暴走や素子の損傷を防止できる。特に、低速走行時には走行風が弱くなり、冷却効率が低下しても、冷却効率低下を補える。さらに、たとえば米国でＦＣＣ規制に準拠した制御が可能となる。ＦＣＣ規制では、低速走行時の送信電力が制約されているが、低速走行時に送信電力を低減させるのでかかる規制に準拠できる。
【００６７】
そして、前回のピーク形状と今回のピーク形状とに基づき物標の角度を検出するので、角度検出の精度低下を防止できる。
【符号の説明】
【００６８】
１：車両、１０：レーダ装置、１０ａ：信号処理装置、１２：アンテナ、１４０：送受信制御手段、１４４：ピーク検出手段、１４６：角度検出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械走査方式の車載レーダ装置とその信号処理装置に関し、特に、所定の角度範囲でアンテナを往復回動させながらレーダ信号を送受信するときに送信電力を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載レーダ装置を用いて先行車両に追従走行する車両制御システムが知られている。かかる車両制御システムは、車載レーダ装置により先行車両の位置と速度を検出する。そして、所期の車間距離が保たれるように、自車両の挙動を制御する。
【０００３】
車載レーダ装置は、ミリ波帯の電波を用いて車両前方の走査対象領域を走査する。その際、物標までの距離を往復してもある程度のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が得られるような送信電力を必要とする。追従走行の場合、車両前方数メートルから百数十メートル前方の先行車両を検出可能な送信電力が必要とされる。
【０００４】
ところが一方で、車載レーダ装置の送信電力を必要最小限にすることが求められる。特に、車両が一定の走行速度未満のとき（以下、停車時を含め低速走行時という）に送信電力低減が求められる。これは、第１に、周囲の車両の電子機器へのノイズの影響や通行人など人体への悪影響を回避するためである。特に、渋滞時や駐車場内での低速走行時、あるいは交差点で信号待ちをする際の停車時には、周囲に他の車両や通行人が存在する蓋然性が高くなるからである。また第２に、レーダ装置内の回路素子の温度上昇を抑制し、熱暴走や回路素子の損傷を防止するためである。車載レーダ装置においては、サイズとコストの制約により冷却装置を設けることが困難である。よって、フロントグリル内などに搭載され、フロントグリル越しに走行風を受けて冷却される。すると、低速走行時には走行風が弱くなり、冷却効率が低下する。よって、低速走行時には特に、送信電力低減が求められる。そして第３に、法規制に準拠するためである。具体的には、米国における、低速走行時の送信電力低減を定めたＦＣＣ（連邦通信委員会）規定に準拠するためである。
【０００５】
こうした要請に対し、従来種々の方法が提案されている。たとえば、特許文献１には、車両の走行速度に応じて送信を停止させる車載レーダ装置について開示されている。また別の例として、機械走査方式のレーダ装置において、レーダ信号を間欠的な指向角度で送出することにより送信電力を低減させる方法が提案されている。機械走査方式のレーダ装置は、アンテナを往復回動させ、走査対象領域に対応する角度範囲でアンテナの指向角度を変化させながらレーダ信号を送受信する。ここで、すべての指向角度でレーダ信号を送出する代わりに、間欠的に間引かれた指向角度でレーダ信号を送出することで送信電力を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、機械走査方式のレーダ装置は、受信信号レベルを反映したビート信号のピークに基づいて物標の角度を検出する。すなわち、アンテナの指向角度ごとにビート信号のピークを検出する。そして、ピークの分布形状（以下、ピーク形状）における極大値が形成される指向角度を物標の角度として検出する。これは、一般に物標の反射断面の中央部で反射レベルが極大となることによる。すると、上記方法では、指向角度を間欠的に間引かずにレーダ信号を送信する場合より、受信信号が得られる指向角度の数が少なくなる。すなわち、受信信号レベルのピークの極大値を求めるときに、データの数が少なくなる。よって、角度検出精度が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、指向角度を間引いてレーダ信号を送出しても物標の角度検出精度の低下を防止するレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面によれば、車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ装置であって、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成し、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成するレーダ送受信機と、 前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有するレーダ装置が提供される。
【００１０】
また、本発明の第２の側面によれば、車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ送受信機の信号処理装置であって、前記レーダ送受信機に、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成させ、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成させる送受信制御手段と、前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有する信号処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、間欠的に間引いた指向角度でレーダ信号を送出しても、物標の角度検出精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。
【図２】レーダ装置１０の構成を説明する図である。
【図３】レーダ信号の周波数とアンテナ１２の動作について説明する図である。
【図４】送信電力低減モードにおけるレーダ信号の送信タイミングとアンテナ１２の指向角度の対応関係を説明する図である。
【図５】送受信時のレーダ信号の周波数偏移について説明する図である。
【図６】ビート信号のピークについて説明する図である。
【図７】レーダ装置１０の基本的な動作手順を説明するフローチャート図である。
【図８】本実施形態における物標の角度検出処理を説明する図である。
【図９】図８の処理の手順を説明するフローチャート図である。
【図１０】変形例における角度検出処理の手順を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１４】
図１は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。図１（Ａ）は、レーダ装置が車両に搭載される位置を示す平面図である。図１（Ｂ）は、レーダ装置のアンテナの指向角度を示す。
【００１５】
レーダ装置１０は、機械走査方式のレーダ装置であって、往復回動するアンテナ１２を有する。レーダ装置１０は、車両１の前部フロントグリル内に搭載され、車両１のフロントグリルを透過して車両１の前方にてレーダ信号を送受信する。このとき、車両１前方の走査対象領域に対応する角度範囲αでアンテナ１２の指向角度を順次変化させる。すなわち、車両１の正面（０度）を中心とする−α／２〜＋α／２度の間で変化させる。このとき、アンテナ１２は−α／２から＋α／２度の方向（右方向）に指向角度を順次変化させる動作と、＋α／２から−α／２度の方向（左方向）に指向角度を順次変化させる動作とを反復する。これにより、走査対象領域がレーダ信号により走査される。ここで角度範囲αは、たとえば２０度（−１０〜＋１０度）である。
【００１６】
レーダ装置１０は、受信信号を処理して物標の位置を検出する。物標は、具体的には先行車両である。物標の位置には、角度、相対距離が含まれる。さらに物標の角度は、その中心部の車両１の正面（０度）に対する角度である。また、レーダ装置１０は、物標の相対速度を検出する。こうした先行車両の情報は車両制御システム１００に出力される。そして、車両制御システム１００が、物標、つまり先行車両との車間距離が所期の距離になるように車両１の挙動を制御する。すなわち、車両１における不図示のアクチュエータを駆動し、走行速度を加減する。このようにして、先行車両に対する追従走行が行われる。
【００１７】
なお、レーダ装置１０は、フロントグリルを介して走行風を受ける。よって、レーダ装置１０が動作することでその内部の回路素子の温度が上昇したときに、走行風により冷却される。
【００１８】
図２は、レーダ装置１０の構成を説明する図である。レーダ装置１０は、レーダ信号を送受信するレーダ送受信機１０ａと、信号処理装置１４とを有する。
【００１９】
レーダ送受信機１０ａは、回動可能に構成されたアンテナ１２と、アンテナ１２を回動させるアンテナ駆動部１３とを有する。アンテナ１２は、レーダ信号を送信する送信アンテナ素子１２Ｔと、物標に反射されたレーダ信号を受信する受信アンテナ素子１２Ｒを有する。アンテナ駆動部１３は、アンテナを駆動させる駆動機構３０とアンテナの指向角度を検出する角度検知器３２を有する。駆動機構３０はアンテナの回動軸付近に接続されるクランクと、これを回転させるモータと、モータの駆動回路を有する。モータの駆動回路には、信号処理装置１４からの制御信号が入力される。よってこの制御信号に基づいてアンテナの回動速度が制御される。また角度検知器３２は、アンテナに付随したロータのスリットを検知するエンコーダを有する。エンコーダが出力する検知信号は、信号処理装置１４に入力される。
【００２０】
レーダ送受信機１０ａは、周波数変調されたミリ波帯の連続波（電波）をレーダ信号として送信する。変調信号生成部１６は、変調信号を生成する。変調信号は、周波数変調周期と周波数調幅を規定する、三角波状に振幅する電圧信号である。発振器１８は、変調信号に従って周波数変調したミリ波長のレーダ信号を発振する。例えば、電圧制御発振器で構成される。分配器２０は、レーダ信号を２つの経路に電力分配して出力する。
【００２１】
分配されたレーダ信号は増幅器２０ａにより増幅された後、スイッチ回路２１に入力される。スイッチ回路２１は、レーダ信号を常時、あるいは間欠的に送信アンテナ素子１２Ｔに出力する。スイッチ回路２１は、たとえばスイッチングトランジスタで構成される。その動作タイミングは信号処理装置１４から入力される制御信号により制御される。スイッチ回路２１の動作タイミングについては、後に詳述する。送信アンテナ素子１２Ｔから送出されたレーダ信号は、物標で反射された後、受信信号として受信アンテナ素子１２Ｒに受信される。受信信号は増幅器２０ｂにより増幅され、混合器２２に入力される。
【００２２】
混合器２２は、電力分配されたレーダ信号の一部と、受信信号とを混合する。これにより、送受信信号の周波数差を有するビート信号が生成される。そして、帯域通過フィルタ２３は、ビート信号の低域・高域ノイズを除去する。そして、ビート信号は、Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタルデータに変換され、信号処理装置１４に入力される。
【００２３】
ここで信号処理装置１４の説明の前に、図３、図４を用いてレーダ送受信機１０ａの動作について説明する。
【００２４】
図３は、レーダ信号の周波数とアンテナ１２の動作について説明する図である。図３（Ａ）は、レーダ信号の時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化を示す。レーダ信号は、上述したように変調信号の周期により周波数変調周期が、振幅により周波数変調幅が規定される。ここでは、周波数ｆｍの三角波状の周波数変調信号により周波数変調された、レーダ信号の周波数変化が示される。このレーダ信号の周波数は、周期１／ｆｍ、周波数変調幅ΔＦ（中心周波数ｆ０）で直線的な上昇と下降を反復する。以下では、周波数が上昇する期間ＵＰをアップ期間、周波数が下降する期間ＤＮをダウン期間という。
【００２５】
図３（Ｂ）は、レーダ信号の周波数変化アンテナの指向角度との、時間軸における対応関係を示す。図３（Ｂ）上段には、送信信号の周波数（縦軸）の、時間経過（横軸）にともなう変化が示される。一方、図３（Ｂ）下段には、アンテナ１２の指向角度（縦軸）の、時間経過（横軸）にともなう変化が示される。アンテナ１２は、図１で示したように角度範囲α（つまり-α／２度〜+α／２度）で指向角度を順次変化させる。このとき、アンテナ１２の回動速度は送信信号の周波数変調周期と同期がとられる。これにより、アンテナ１２の指向角度θにつき１対のアップ期間とダウン期間とが対応する。ここで、角度θは例えば１度である。
【００２６】
本実施形態では、スイッチ回路２１がレーダ信号の出力をオン・オフする。スイッチ回路２１の動作は、信号処理装置１４から入力される制御信号により制御される。これにより、レーダ信号の送信タイミングが制御される。レーダ装置１０は、基本的な通常モードと、送信電力を低減させるための送信電力低減モードとで動作する。通常モードのときには、スイッチ回路２１がレーダ信号の出力を常時オンにする。よってレーダ送受信機１０ａは、アンテナ１２に指向角度θごとにレーダ信号を送信させる。また、送信電力低減モードのときには、スイッチ回路２１は間欠的に送信アンテナ素子１２Ｔにレーダ信号を出力する。
【００２７】
図３（Ｃ）は、送信電力低減モードにおけるスイッチ回路２１の出力タイミングを示す。図示するように、スイッチ回路２１は、１変調周期（１対のアップ期間とダウン期間）おきに、レーダ信号を出力する。そして、アンテナ１２が右方向（−α／２度からα／２度の方向）に回動するときと、左方向（α／２度から−α／２度の方向）に回動するときとでは、出力のタイミングが反転する。
【００２８】
信号処理装置１４からの制御信号は、たとえばデューティ比５０％のパルス信号である。スイッチ回路２１は、制御信号がＨｉレベルのときにレーダ信号を出力する。そして、アンテナ１２の回動方向が反転すると、パルスの立ち上がりと立ち下がりが反転する。
【００２９】
図４は、送信電力低減モードにおけるレーダ信号の送信タイミングとアンテナ１２の指向角度の対応関係を説明する図である。ここでは、アンテナ１２が右方向に回動するときにレーダ信号が送信される指向角度を「θＲ」、アンテナ１２が右方向に回動するときにレーダ信号が送信される指向角度を「θＬ」で示す。つまり、右方向のときと左方向のときとではレーダ信号が送信される指向角度が交互になる。
【００３０】
このようにして、送信電力低減モードでは、レーダ送受信機１０ａは、間欠的な指向角度でレーダ信号を送出する。よって、すべての指向角度でレーダ信号を送信する場合と比べ、送信電力を低減させることが可能となる。また、アンテナ１２が右方向に回動するときと、左方向に回動するときとでは、異なる指向角度でレーダ信号を送信する。レーダ送受信機１０ａのこのような動作に加え、信号処理装置１４が後に詳述する処理を実行することにより、物標の角度検出精度低下を防止できる。
【００３１】
図５は、送受信時のレーダ信号の周波数について説明する図である。図５（Ａ）には、送信時のレーダ信号（送信信号）と、目標物体で反射されて受信されたレーダ信号（受信信号）それぞれの、時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化が示される。送信信号の周波数は、実線で示すように、アップ期間ＵＰで上昇し、ダウン期間ＤＮで下降する。これに対し、受信信号の周波数は、破線で示すように周波数偏移を受ける。これは、目標物体との相対距離による時間的遅延ΔＴと、相対速度に応じたドップラシフトΔＤの影響による。この結果、アップ期間ＵＰでは周波数差ｆｕが生じ、ダウン期間ＤＮでは周波数差ｆｄが生じる。
【００３２】
送受信信号を混合して得られるビート信号の周波数は、両者の周波数差を有する。その周波数の時間に対する変化は、図５（Ｂ）に示される。すなわち、送信信号のアップ期間ＵＰでは周波数ｆｕとなり、ダウン期間ＤＮでは周波数ｆｄとなる。なおこれらの周波数は、次の数式に示すように、目標物体の相対速度Ｖと相対距離Ｒを反映している。ここで、Ｃは光速、ｆｍは変調信号における三角波の周波数、ｆ０は送信信号Ｓｔの中心周波数、ΔＦは周波数偏移幅である。
【００３３】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ） ・・・式（１）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０） ・・・式（２）
図２に戻り、信号処理装置１４の構成について説明する。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部１４０は、ビート信号をＦＦＴ処理して、周波数スペクトルを検出する。ＦＦＴ処理部１４０は、たとえばＤＳＰなどのプロセッサにより構成される。
【００３４】
送受信制御手段１４２、ピーク検出手段１４４、角度検出手段１４６、距離・速度検出手段１４８、出力手段１５０は、それぞれの動作手順に対応する信号処理を実行するマイクロコンピュータにより構成される。マイクロコンピュータは、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。マイクロコンピュータでは、ＣＰＵが各手段の動作に対応するプログラムを実行する。各プログラムは予めＲＯＭに格納される。また、ＣＰＵが演算処理するデータは一時的にＲＡＭに格納される。
【００３５】
送受信制御手段１４２は、アンテナ駆動部１３にアンテナ１２の回動速度を制御するための制御信号を出力する。また、スイッチ回路２１に対する制御信号を生成し出力する。ピーク検出手段１４４は、駆動部１３から入力される信号に基づいて、アンテナ１２の指向角度を検出する。そして、指向角度ごとに、ビート信号の周波数スペクトルにおけるピークを検出する。角度検出手段１４６は、ビート信号のピーク形状に基づき物標の角度を検出する。また、距離・速度検出手段１４８は、物標の相対距離、相対速度を検出する。そして、検出されたこれらの情報は、出力手段１５０により車両制御装置１００に出力される。
【００３６】
なお、信号処理装置１４には、車両制御システム１００から車両１の走行速度が入力される。
【００３７】
ここで、信号処理装置１４における信号処理について、図６を用いて説明する。
【００３８】
図６は、ビート信号のピークについて説明する図である。図６の説明は便宜上、通常モードの場合を例とする。ここで説明する処理は、アンテナ１２が左右方向のいずれかに一回回動するとき（以下、１スキャンとする）に実行される。
【００３９】
図６（Ａ）は、ビート信号の周波数スペクトルを示す。周波数スペクトルは、アンテナ１２の指向角度ごとに検出される。そして、物標が存在する指向角度では、図６（Ａ）に示すような周波数スペクトルが検出される。ここでは、アップ期間に得られるビート信号の周波数スペクトルと、ダウン期間に得られるビート信号の周波数スペクトルとを示す。図５で示したように、物標の反射により得られたビート信号の周波数は、アップ期間で周波数ｆｕである。また、ダウン期間で周波数ｆｄである。よって、ピーク検出手段１４４は、アップ期間では周波数ｆｕのスペクトルがピークを形成する。また、ダウン期間では周波数ｆｄのスペクトルがピークを形成する。
【００４０】
図６（Ｂ）は、かかるピークの角度範囲αにおける分布を示す。検出されたピークは、角度範囲α（-α／２度〜+α／２度）において物標が位置する指向角度にわたって分布する。そしてアップ期間では、周波数ｆｕのピークのグループが形成される。一方、ダウン期間では、周波数ｆｄのピークのグループが形成される。
【００４１】
角度検出手段１４６は、上記のようなアップ期間、ダウン期間それぞれにおけるピークのグループを２次近似してピークの分布形状、つまりピーク形状（点線で図示）を検出する。すると、その中心付近で極大値が形成される。これは、物標の反射断面積はその中心部で最大であることによる。ここで、同一物標から検出されるアップ期間、ダウン期間のピーク形状では、極大値に対応する指向角度θｐは略一致する。ここにおいて、角度検出手段１４６は、まず物標の角度θｐを検出する。
【００４２】
そして、距離・速度検出手段１４８は、極大値に対応する指向角度θｐが略一致するピークのグループ同士を対応づける。すると、同一物標から得られたアップ期間の周波数ｆｕとダウン期間の周波数ｆｄとが対応づけられる。よって、距離・速度検出手段１４８は、上述した式（１）、（２）により物標の相対速度、相対距離を算出する。
【００４３】
ここで、送信電力低減モードにおける信号処理について説明する。送信電力低減モードでは、レーダ信号を送信する指向角度が通常モードの半分になる。よって、図６（Ａ）で示した周波数スペクトルは、レーダ信号が送信された指向角度であって物標が存在する指向角度ごとに検出される。また、図６（Ｂ）で示したピーク分布は、ピークのグループを構成するピークの数が半分になる。このような点を除き、角度検出手段１４６、距離・速度検出手段１４８の動作は、上記と同じである。
【００４４】
図７は、レーダ装置１０の動作手順を説明するフローチャート図である。この動作手順は、１スキャンごとに実行される。
【００４５】
送受信制御手段１４ｂは、車両制御システム１００から入力される走行速度に基づいて、通常走行時（例えば時速５ｋｍ以上）であるか、低速走行時（時速５ｋｍ未満）であるかを判断する（Ｓ１０）。通常走行時であれば、通常モードで動作する。すなわち、変調信号生成部１６に変調信号の出力を指示し、レーダ送受信機１０ａにレーダ信号を送信させる（Ｓ１２）。このとき、アンテナ１２のすべての指向角度でレーダ信号を送信させる。
【００４６】
そしてＦＦＴ処理部１４０は、指向角度ごとのビート信号に対しＦＦＴ処理を行い、アップ期間、ダウン期間ごとに周波数スペクトルを検出する（Ｓ１４）。
【００４７】
そして、ピーク検出手段１４４は、アップ期間、ダウン期間ごとにビート信号のピークを検出する（Ｓ１６）。そして、角度検出手段１４６は、ピーク形状から角度を検出する（Ｓ１８）。そして、距離・速度検出手段１４８は、アップ期間のピークグループとダウン期間のピークグループとを対応付けして（Ｓ２０）、目標物体の相対距離、相対速度を算出する（Ｓ２２）。そして、出力手段は、検出結果の履歴が一定の連続性を有するかに基づいて出力可否を判断する（Ｓ２４）。ここでは、過去所定回数（たとえば３回）のスキャンで検出された物標の角度が一定誤差範囲内（たとえば±０．５度以内）のときに、連続性を確認する。そして、連続性が確認された結果は、検出結果としての信頼性が担保されるので、出力可と判断する。そして、出力手段は、出力可と判断した目標物体の情報を車両制御システム１００に出力する（Ｓ２６）。
【００４８】
一方、低速走行時であれば、送信電力低減モードで動作する。すなわち送受信制御手段１４ｂは、レーダ送受信機１０ａにレーダ信号を間欠的な指向角度で送信させる（Ｓ１２ａ）。このとき、アンテナの回動方向ごとにレーダ信号を送信する指向角度が異なる。そして、そしてＦＦＴ処理部１４０は、レーダ信号が送信された指向角度ごとのビート信号に対しＦＦＴ処理を行い、アップ期間、ダウン期間ごとに周波数スペクトルを検出する（Ｓ１４ａ）。そして、ピーク検出手段１４４は、上記同様、ビート信号のピークを検出する（Ｓ１６ａ）。そして、角度検出手段１４６は、ピーク形状から角度を検出する（Ｓ１８ａ）。
【００４９】
そして、距離・速度検出手段１４８は、上記同様にアップ期間のピークグループとダウン期間のピークグループとを対応付けして（Ｓ２０ａ）、目標物体の相対速度、相対距離を算出する（Ｓ２２ａ）。そして、出力手段は、上記同様に、出力可否判断（Ｓ２４）、車両制御システム１００への出力（Ｓ２６）を行う。
【００５０】
ここで、送信電力低減モードでは、１つおきの指向角度で得られたビート信号に基づいて、物標の角度が検出される。よって、角度分解能の低下を防ぐために、本実施形態では次のような処理を行う。
【００５１】
図８は、送信電力低減モードにおける物標の角度検出処理を説明する図である。図８では、横軸にアンテナ１２の指向角度、縦軸にビート信号のレベルを示す。図８（Ａ）は、アンテナ１２が右方向に回動するスキャンのときに単一の物標から得られたピークの形状を示す。図８（Ｂ）は、左方向に回動するスキャンのときに、同じ物標から得られたピークの形状を示す。上述したように、アンテナ１２は回動方向ごとに異なる間欠的な指向角度でレーダ信号を送受信する。よって、図８（Ａ）、（Ｂ）では、ピークが検出される指向角度は交互になる。なおここでは説明の便宜上、アップ期間でのピーク形状に基づいて説明する。
【００５２】
図８（Ａ）では、ピーク形状（点線で図示）の極大値は指向角度θｐ１で形成される。よって、上述した手順によれば物標の角度θｐ１が検出される。一方、図８（Ｂ）では、ピーク形状（点線で図示）の極大値は指向角度θで形成される。よって、上述した手順によれば物標の角度θｐ２が検出される。ここで、検出される角度に差が生じる。
【００５３】
よって、本実施形態では、角度θｐ１とθｐ２の平均θｐ＿ａｖを算出して、これを物標の角度として検出する。
【００５４】
ここで、図８（Ｃ）に、すべての指向角度でレーダ信号を送受信したときに得られるピーク形状を示す。すると図８（Ｃ）では、ピーク形状は指向角度θｐｍで検出される。よって、角度θｐｍが、本来検出すべき物標の角度である。すると、上記のように検出される角度θｐ１とθｐ２の平均の角度θｐ＿ａｖが角度θｐｍと略一致する。
【００５５】
このように、回動方向ごとに検出した角度の平均を算出することで、角度分解能の低下を補うことができる。
【００５６】
図９は、図８の処理の手順を説明するフローチャート図である。このフローチャート図は、図７の手順Ｓ１８ａのサブルーチンに対応する。
【００５７】
角度検出手段１４６は、今回のスキャンにおける物標の角度を検出し（Ｓ２００）、ＲＡＭに格納する（Ｓ２０２）。そして、前回のスキャンで検出した物標の角度をＲＡＭから読み出し（Ｓ２０４）、今回検出した角度との平均を算出する（Ｓ２０６）。
【００５８】
このようにして、間欠的な指向角度でレーダ信号を送受信した場合であっても、物標の角度の検出精度低下を防止できる。
【００５９】
本実施形態の変形例では、検出した角度の平均を算出する代わりに、ピーク分布を合成して物標の角度を検出する。
【００６０】
図１０は、変形例における角度検出処理の手順を説明するフローチャート図である。図１０の手順Ｓ１６０〜Ｓ１６６は、図７で示した手順Ｓ１６ａの詳細な手順に対応する。また、図１０の手順Ｓ１６８は、図７で示した手順Ｓ１８ａが変形された手順である。ここで、再度図８を参照しつつ説明する。
【００６１】
ピーク検出手段１４４は、今回のスキャンにおけるピーク（図８（Ｂ）のピーク）を検出し（Ｓ１６０）、ＲＡＭに格納する（Ｓ１６２）。そして、前回のスキャンで検出したピーク（図８（Ａ）のピーク）をＲＡＭから読み出し（Ｓ１６４）、今回検出したピークと合成する（Ｓ１６６）。すると、図８（Ｃ）のピークが合成される。
【００６２】
そして、角度検出手段１４６は、合成したピーク形状における極大値が形成される指向角度を物標の角度として検出する（Ｓ１６８）。
【００６３】
このようにして、間欠的な指向角度でレーダ信号を送受信した場合であっても、物標の角度の検出精度低下を防止できる。さらに、この変形例によれば、ピーク形状を２次近似により算出する際のデータ量が増加するので、角度検出精度が向上する。
【００６４】
上述の説明では、間欠的な指向角度でレーダ信号を送信するときに、指向角度を１つおきに間引く場合を示した。本実施形態では、指向角度を例えば２つ以上間引いてレーダ信号を送信してもよい。また、左右の回動方向で異なる指向角度でレーダ信号を送信すれば、左右の回動方向で間引く指向角度の数が異なってもよい。
【００６５】
また、本実施形態におけるレーダ装置は、車両前方だけでなく、車両の前側方、後方、あるいは後側方を走査する場合にも適用できる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置によれば、間欠的な指向角度でレーダ信号を送出するので、まず送信電力を低減させることができる。周囲の車両の電子機器へのノイズの影響や、通行人など人体への悪影響を回避できる。特に、低速走行時に上記処理を行うことで、渋滞時や駐車場内での低速走行時、あるいは交差点で信号待ちをする際の停車時には、周囲に他の車両や通行人が存在する蓋然性が高くなる場合であっても、上記効果を奏することができる。また、レーダ装置内の回路素子の温度上昇を抑制し、熱暴走や素子の損傷を防止できる。特に、低速走行時には走行風が弱くなり、冷却効率が低下しても、冷却効率低下を補える。さらに、たとえば米国でＦＣＣ規制に準拠した制御が可能となる。ＦＣＣ規制では、低速走行時の送信電力が制約されているが、低速走行時に送信電力を低減させるのでかかる規制に準拠できる。
【００６７】
そして、前回のピーク形状と今回のピーク形状とに基づき物標の角度を検出するので、角度検出の精度低下を防止できる。
【符号の説明】
【００６８】
１：車両、１０：レーダ装置、１０ａ：信号処理装置、１２：アンテナ、１４０：送受信制御手段、１４４：ピーク検出手段、１４６：角度検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ装置であって、
前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成し、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成するレーダ送受信機と、
前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、
前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有するレーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記角度検出手段は、前記第１のピーク形状における極大値が形成される角度と、前記第２のピーク形状における極大値が形成される角度の平均を物標の角度として検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記角度検出手段は、前記第１のピークと前記第２のピークとを合成したピーク形状における極大値が形成される角度を物標の角度として検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記車両の速度が基準速度以上のときには、前記レーダ送受信機は前記アンテナの回動方向が前記第１、第２の方向のいずれであっても前記第１、第２の指向角度で前記レーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有するビート信号群を生成し、前記ピーク検出手段は前記ビート信号のピークを検出し、前記角度検出手段は、前記検出されたピーク形状に基づき物標の角度を検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ送受信機の信号処理装置であって、
前記レーダ送受信機に、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成させ、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成させる送受信制御手段と、
前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、
前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有する信号処理装置。
【請求項１】
車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ装置であって、
前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成し、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成するレーダ送受信機と、
前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、
前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有するレーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記角度検出手段は、前記第１のピーク形状における極大値が形成される角度と、前記第２のピーク形状における極大値が形成される角度の平均を物標の角度として検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記角度検出手段は、前記第１のピークと前記第２のピークとを合成したピーク形状における極大値が形成される角度を物標の角度として検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記車両の速度が基準速度以上のときには、前記レーダ送受信機は前記アンテナの回動方向が前記第１、第２の方向のいずれであっても前記第１、第２の指向角度で前記レーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有するビート信号群を生成し、前記ピーク検出手段は前記ビート信号のピークを検出し、前記角度検出手段は、前記検出されたピーク形状に基づき物標の角度を検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ送受信機の信号処理装置であって、
前記レーダ送受信機に、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成させ、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成させる送受信制御手段と、
前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、
前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有する信号処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２３６８（Ｐ２０１１−２３６８Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４６４７１（Ｐ２００９−１４６４７１）
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
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