JP2010203918A - 車両用レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な処理を要することなく２つのＦＭ−ＣＷ方式レーダ間の相互干渉を防止することができる車両用レーダ装置の提供。
【解決手段】本発明は、ＦＭ−ＣＷ方式を採用する第１及び第２のレーダ１００，２００を備え、前記第１及び第２のレーダのそれぞれの検知範囲が互いに重複する部分を有する車両用レーダ装置１であって、前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調は、変調周波数が同一であり、前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の変調勾配（α１、α２；β１、β２）が正負逆になるように、前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の同期を取ることを特徴とする。車両用レーダ装置１は、前記第１及び第２のレーダのそれぞれにおいて、送信信号と受信信号に基づき得られるビート信号をフーリエ変換して周波数スペクトルを得て、該周波数スペクトルに基づいて、前記第１及び第２のレーダにより検出した物体の速度又は距離に関する情報を得る。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＦＭ−ＣＷ(Frequency Modulated Continuous Wave)方式を採用する第１及び第２のレーダを備える車両用レーダ装置に関する。

従来から、ＦＭ−ＣＷ方式を採用するレーダ自体は広く知られている。また、この種のレーダを採用する車両用レーダ装置において、他車のレーダから放射される電波との相互干渉を防止するために、他車のレーダからの電波の周波数変調周期を認識し、自身の周波数変調周期を変更することで、レーダ間の相互干渉を防止する機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開平４−７３８０号公報

ところで、ＦＭ−ＣＷ方式では、受信信号と送信信号の差（ビート信号）の周波数に反射物（即ち、レーダでの検知対象物）の距離や相対速度といった情報が載っており、これらの情報を抽出するためにＦＭ−ＣＷ変調の上り区間と下り区間のビート信号をフーリエ変換して周波数スペクトルを求めている。

この点、上記の特許文献１に記載の技術では、ＦＭ−ＣＷの変調周期変更に伴い、ＦＭ−ＣＷの上り及び下りの観測時間が変わってしまうため、周波数分解能も変わってしまう。即ち、フーリエ変換後の周波数分解能はフーリエ変換前の信号観測時間の逆数で決まるため、変調周期が変われば周波数分解能も変わってしまい、処理が複雑になるという問題がある。

そこで、本発明は、複雑な処理を要することなく２つのＦＭ−ＣＷ方式レーダ間の相互干渉を防止することができる車両用レーダ装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、ＦＭ−ＣＷ方式を採用する第１及び第２のレーダを備え、前記第１及び第２のレーダのそれぞれにおいて、送信信号と受信信号に基づき得られるビート信号をフーリエ変換して周波数スペクトルを得て、該周波数スペクトルに基づいて、前記第１及び第２のレーダにより検出した物体の速度又は距離に関する情報を得る車両用レーダ装置であって、
前記第１及び第２のレーダのそれぞれの検知範囲が互いに重複する部分を有し、
前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調は、変調周波数が同一であり、
前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の変調勾配が正負逆になるように、前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の同期を取ることを特徴とする、車両用レーダ装置が提供される。

本発明によれば、複雑な処理を要することなく２つのＦＭ−ＣＷ方式レーダ間の相互干渉を防止することができる車両用レーダ装置が得られる。

本発明による車両用レーダ装置１の一実施例の車両搭載状態を概略的に示す上面図である。 本実施例の車両用レーダ装置１の主要構成を示す図である。 第１のレーダ１００及び第２のレーダ２００のそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の変調勾配が正負逆となる変調信号（三角波）を示す図である。 本実施例の車両用レーダ装置１により実現される相互干渉防止原理の説明図である。 干渉信号の有無に応じた周波数スペクトルを概念的に示す図である。 ３つ以上のレーダを搭載した車両の場合の適用例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明による車両用レーダ装置１の一実施例の車両搭載状態を概略的に示す上面図である。本実施例の車両用レーダ装置１は、２つのレーダ１００，２００（以下では、第１のレーダ１００、第２のレーダ２００という）を備える。第１のレーダ１００及び第２のレーダ２００は、共にＦＭ−ＣＷ方式レーダである。尚、ＦＭ−ＣＷの原理自体は広く知られているので、ここでは詳説しない。

図２は、本実施例の車両用レーダ装置１の主要構成を示す図である。

第１のレーダ１００は、受信側の構成として、受信アンテナ１０２、増幅器１０４、ミキサ１０６、ローパスフィルタ１０８、Ａ／Ｄ(analog-to-digital) 変換器１１０、及び、信号処理部１１２を備える。また、第１のレーダ１００は、送信側の構成として、送信アンテナ１２０、増幅器１２２、電圧制御発振器（VCO ：voltage controlled oscillator）１２４、及び、三角波発生回路１２６を備える。

第１のレーダ１００の動作時、送信側では、三角波発生回路１２６で発生された三角波は、電圧制御発振器１２４に入力され、FM変調波が得られる。FM変調波は、増幅器１２２を介して送信アンテナ１２０より送信信号として送信される。また、電圧制御発振器１２４からのFM変調波は、ミキサ１０６に入力される。他方、受信側では、送信信号が反射物で反射して戻ってくる電波が、受信アンテナ１０２で受信される。この受信電波（受信信号）は、増幅器１０４を介してミキサ１０６にて、上述のFM変調波とミキシングされ、ビート信号が生成される。ビート信号は、ローパスフィルタ１０８を通って高周波成分（ｆ１＋ｆ２）が除去され、低周波成分（ｆ２−ｆ１）がＡ／Ｄ変換を受けて、信号処理部１１２に入力される。尚、ｆ１は送信信号の周波数であり、ｆ２は受信信号の周波数である。信号処理部１１２では、ビート信号をフーリエ変換してビート周波数ｆ_ＢＤ（下り）、ｆ_ＢＵ（上り）が抽出される。尚、フーリエ変換は、一般的に、中央の重みが両端での重みよりも大きい窓関数（例えばハミング窓）をかけてから実施される。

尚、公知の如く、ビート周波数ｆ_ＢＤ，ｆ_ＢＵには、以下の関係が成り立つ。
ｆ_Ｒ＝（｜ｆ_ＢＵ｜＋｜ｆ_ＢＤ｜）／２
ｆ_Ｖ＝（｜ｆ_ＢＵ｜−｜ｆ_ＢＤ｜）／２
Ｒ＝Ｃ・ｆ_Ｒ／（４・Δｆ・Ｒ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・ｆ_Ｖ／（２・ｆ_０）
ここで、Ｒ、Ｖは、反射物までの距離、及び、反射物との相対速度である。また、Ｃは光速であり、ΔｆはＦＭ変調幅であり、ｆｍは変調周波数である。

従って、ビート周波数ｆ_ＢＤ及びｆ_ＢＵが抽出されると、それに基づいて反射物までの距離Ｒ、及び、反射物との相対速度Ｖが演算される。尚、これらの検出結果Ｒ、Ｖは、車両の周辺障害物（他車を含む）との衝突不可避状態を判定するためや、警報や自動ブレーキを作動させるタイミングを決定するため等、任意の目的で利用されてもよい。

同様に、第２のレーダ２００は、受信側の構成として、受信アンテナ２０２、増幅器２０４、ミキサ２０６、ローパスフィルタ２０８、Ａ／Ｄ変換器２１０、及び、信号処理部２１２を備える。また、第２のレーダ２００は、送信側の構成として、送信アンテナ２２０、増幅器２２２、電圧制御発振器（VCO）２２４、及び、三角波発生回路２２６を備える。

第２のレーダ２００の動作時、送信側では、三角波発生回路２２６で発生された三角波は、電圧制御発振器２２４に入力され、FM変調波が得られる。FM変調波は、増幅器２２２を介して送信アンテナ２２０より送信信号として送信される。また、電圧制御発振器２２４からのFM変調波は、ミキサ２０６に入力される。他方、受信側では、送信信号が反射物で反射して戻ってくる電波が、受信アンテナ２０２で受信される。この受信電波（受信信号）は、増幅器２０４を介してミキサ２０６にて、上述のFM変調波とミキシングされ、ビート信号が生成される。ビート信号は、ローパスフィルタ２０８を通って高周波成分（ｆ１＋ｆ２）が除去され、低周波成分（ｆ２−ｆ１）がＡ／Ｄ変換を受けて、信号処理部２１２に入力される。信号処理部２１２では、ビート信号をフーリエ変換してビート周波数ｆ_ＢＤ、ｆ_ＢＵが抽出される。尚、フーリエ変換は、典型的には、中心での重みが両端での重みよりも大きい窓関数をかけてから実施される。同様に、ビート周波数ｆ_ＢＤ及びｆ_ＢＵが抽出されると、それに基づいて反射物までの距離Ｒ、及び、反射物との相対速度Ｖが演算される。尚、これらの検出結果Ｒ、Ｖは、車両の周辺障害物との衝突不可避状態を判定するため等の任意の目的で利用されてもよい。

ここで、本実施例では、第１のレーダ１００及び第２のレーダ２００は、図１に概略的に示すように、互いに重複する検知領域Ｒ３を有する。図１に示す例では、第１のレーダ１００は、車両前部左側に設けられる。第１のレーダ１００は、車両前方左側方を監視するための左前側方レーダであり、車両前方左側方に検知領域Ｒ１を有する。第２のレーダ２００は、第１のレーダ１００に対して車両前後軸に関して左右対称となる態様で、車両前部右側に設けられる。第２のレーダ２００は、車両前方右側方を監視するための右前側方レーダであり、車両前方右側方に検知領域Ｒ２を有する。検知領域Ｒ１及び検知領域Ｒ２は、略扇形の形状を有し、重複検知領域Ｒ３を有する。尚、重複検知領域Ｒ３の形状や範囲、位置については任意であってよい。

ところで、近年では、一台の車両に複数個のレーダを搭載し、車両周辺を広範な方向範囲で監視する形態が増加しつつある。例えば衝突車両検出用にミリ波レーダが４個（前方、後方、左右の前側方）搭載されている車両がある。このような車両では、各レーダの重複検知領域（図１の重複検知領域Ｒ３参考）が生じやすくなる。このような重複検知領域Ｒ３が生じると、重複検知領域Ｒ３に反射物が存在した場合に、他レーダからの送信波の当該反射物からの反射波が、自レーダに受信されうるので、相互干渉が生ずる。例えば、第１のレーダ１００からの送信波が、重複検知領域Ｒ３内の反射物で反射し、当該反射波が第２のレーダ２００に受信され（逆も同様）、相互干渉が生ずる。

このような相互干渉が生ずると、目的とするビート周波数ｆ_ＢＤ、ｆ_ＢＵの高精度の抽出が困難となり、レーダ検知精度が悪くなってしまうという問題が生ずる。これに対して、一方のレーダの変調周波数ｆｍを他方のレーダの変調周波数ｆｍと異なるように設定することも考えら得るが、かかる対策方法では、上記の「発明が解決しようとする課題」で記載したような問題点がある。

そこで、本実施例では、以下で詳説するように、第１及び第２のレーダ１００，２００のそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の変調勾配が正負逆になるように、第１及び第２のレーダ１００，２００のそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の同期を取ることで、相互干渉を防止して高精度のレーダ検知を維持する。

この目的のため、本実施例の車両用レーダ装置１は、第１及び第２のレーダ１００，２００のそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調を同期させる同期回路１５０を備える。同期回路１５０は、図３に示すように、第１及び第２のレーダ１００，２００のそれぞれの三角波発生回路１２６，２２６で発生する三角波の位相が互いに対して１８０度ずれるように、三角波発生回路１２６，２２６の同期を取る。尚、本実施例では、図３に示すように、第１及び第２のレーダ１００，２００の変調周波数ｆｍ及び変調幅Δｆが同一である。但し、第１及び第２のレーダ１００，２００の変調幅Δｆは、原理上異なる値であってもよい。他方、第１及び第２のレーダ１００，２００の変調周波数ｆｍは、原理上同一であることが必要であるが、不可避的に生ずる公差等に起因した誤差は許容される。

具体的には、図３に示すように、第１のレーダ１００用の変調信号、即ち三角波発生回路１２６で発生する三角波は、ある一周期内の前半の期間Ｔ１において、正の一定傾きα１を有し、同周期内の後半の期間Ｔ２において、負の一定傾きα２（＝−α１）を有する。他方、第２のレーダ２００用の変調信号、即ち三角波発生回路２２６で発生する三角波は、ある一周期内の前半の期間Ｔ１において、負の一定傾きβ１を有し、同周期内の後半の期間Ｔ２において、正の一定傾きβ２（＝−β１）を有する。尚、傾き自体は、第１及び第２のレーダ１００，２００との間で同一であってよい。即ち、即ちβ１とα１の絶対値は同一であってよい。

尚、同期回路１５０は、単一のクロックを用いて、第１及び第２のレーダ１００，２００のそれぞれに、互いに反転したクロック信号を供給する回路であってもよい。或いは、第１及び第２のレーダ１００，２００に主従関係を設け、同期回路１５０は、例えば主たる第１のレーダ１００用の変調信号に基づいて、従たる第２のレーダ２００用の変調信号の同期を取る構成であってもよい（逆も同様）。

図４は、本実施例の車両用レーダ装置１により実現される相互干渉防止原理の説明図である。図４に示す例では、重複検知領域Ｒ３（図１参照）に反射物が存在し、当該反射物にて第２のレーダ２００からの送信信号が反射し、当該反射波が第１のレーダ１００で受信される場合を想定する。従って、ここでは、第１のレーダ１００側からの視点で説明し、第２のレーダ２００は、第１のレーダ１００の受信信号に干渉を与えうる“与干渉側”レーダとして扱う。尚、第２のレーダ２００に対して第１のレーダ１００が“与干渉側”レーダとなる逆の場合もありうり、この場合も、相互干渉防止原理自体は実質的に同様である。

図４は、縦軸に周波数をとり、横軸に時間をとり、上段と下段にそれぞれ送受信号とビート信号に関する各波形を示す。具体的には、上段では、第１のレーダ１００の送信信号（太線の実線）と、第２のレーダ２００の送信信号（細線の実線：与干渉側レーダ送信信号）と、第１のレーダ１００の送信信号の反射波の、第１のレーダ１００での受信信号（太線の破線）（以下、「目的信号」という）と、第２のレーダ２００の送信信号の反射波の、第１のレーダ１００での受信信号（細線の破線）（以下、「干渉信号」という）に関する各波形が示されている。下段では、第１のレーダ１００の受信信号に関するビート信号（即ち、目的信号と第１のレーダ１００の送信信号とから生成されるビート信号）が、実線で示されると共に、干渉信号に関するビート信号（即ち、干渉信号と第１のレーダ１００の送信信号から生成されるビート信号）が、破線で示される。

本実施例では、上述の如く第１及び第２のレーダ１００，２００のそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の変調勾配は正負逆となっている。従って、図４の下段に示すように、干渉信号に関するビート信号は、広い周波数に亘って分散される（Ｚ部参照）。従って、図５に模式的に示すように、干渉信号が存在する場合も、かかる干渉信号の影響が広い周波数に分散されるので、干渉信号が存在しない場合と同様に、フーリエ変換時の各ビート周波数ｆ_ＢＤ、ｆ_ＢＵに係るスペクトルピークが良好に出現する。このようにして、目的信号に関するビート信号の各ビート周波数ｆ_ＢＤ、ｆ_ＢＵは、干渉信号の影響を実質的に受けることが無く、精度良く抽出することができる（Ｘ部参照）。尚、干渉信号の一部区間では、図４のＹ部に示すように、一定周波数となるが、この周波数は、目的信号に関する各ビート周波数ｆ_ＢＤ、ｆ_ＢＵと大きく相違するので、各ビート周波数ｆ_ＢＤ、ｆ_ＢＵの抽出に実質的な影響を与えることが無い。また、かかる区間は、フーリエ変換単位区間（窓関数の区間）の端に位置するので、窓関数の端での重みが小さいこともあり、各ビート周波数ｆ_ＢＤ、ｆ_ＢＵの抽出に影響を与えることは実質的に無い。

以上説明した本実施例の車両用レーダ装置１によれば、同一のＦＭ−ＣＷ方式の２つのレーダを互いの検知範囲が一部重複する態様で搭載した場合でも、これら２つのレーダ間の相互干渉を効率的に防止することができる。また、同期回路１５０を追加するだけの簡易な構成であり、しかも、第１及び第２のレーダ１００，２００の仕様を異ならせる必要が無く、製品管理やコスト面でも有利となる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例は、同一のＦＭ−ＣＷ方式の２つのレーダ１００，２００間の相互干渉を防止する構成を示しているが、本発明は、同一のＦＭ−ＣＷ方式の３つ以上のレーダを搭載する車両に対しても適用可能である。例えば、図６に示すように、同一のＦＭ−ＣＷ方式の３つのレーダ３００，４００，５００を備える車両においては、各組のレーダ、即ち第１の組のレーダ３００，４００及び第２の組のレーダ４００，５００のそれぞれの組における２つのレーダ間の相互干渉を防止する構成として、上述した実施例による構成が採用されてもよい。具体的には、図６の場合、レーダ３００，４００のそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の変調勾配が正負逆になり、レーダ４００，５００のＦＭ−ＣＷ変調の変調勾配が正負逆になるように同期を取ればよい。

また、上述した実施例では、車両前方を監視する２つのレーダ１００，２００間の相互干渉を防止する構成に関するものであるが、２つのレーダ１００，２００の検知領域は、互いの検知範囲が一部重複する限り、車両のどの方向に向いてもよいし、車両からの距離範囲等も任意である。例えば、２つのレーダ１００，２００は、車両側方又は車両後方を監視するレーダであってもよい。

また、上述した実施例において、レーダ１００，２００は、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダである限り、他の方式は任意であってよい。また、レーダ１００，２００は、機械走査方式、電子スキャン方式等のように角度検出方式についても任意であってよい。

また、上述した実施例において、同期回路１５０の一部又は全部は、第１及び第２のレーダ１００，２００のいずれか一方又に組み込まれてもよいし、又は、双方に分散して組み込まれてもよいし、第１及び第２のレーダ１００，２００のハードウェア構成から独立した別の回路として実現されてもよい。例えば、同期回路１５０は、三角波発生回路２２６に組み込まれてもよい。この場合、同期回路１５０は、三角波発生回路１２６で発生した三角波に基づいて、当該三角波を反転させる三角波を生成してもよい。

１ 車両用レーダ装置
１００ 第１のレーダ
１０２ 受信アンテナ
１０４ 増幅器
１０６ ミキサ
１０８ ローパスフィルタ
１１０ Ａ／Ｄ変換器
１１２ 信号処理部
１２０ 送信アンテナ
１２２ 増幅器
１２４ 電圧制御発振器
１２６ 三角波発生回路
１５０ 同期回路
２００ 第２のレーダ
２０２ 受信アンテナ
２０４ 増幅器
２０６ ミキサ
２０８ ローパスフィルタ
２１０ Ａ／Ｄ変換器
２１２ 信号処理部
２２０ 送信アンテナ
２２２ 増幅器
２２４ 電圧制御発振器
２２６ 三角波発生回路
Ｒ１ 第１のレーダの検知領域
Ｒ２ 第２のレーダの検知領域
Ｒ３ 重複検知領

Claims (3)

1. ＦＭ−ＣＷ方式を採用する第１及び第２のレーダを備え、前記第１及び第２のレーダのそれぞれにおいて、送信信号と受信信号に基づき得られるビート信号をフーリエ変換して周波数スペクトルを得て、該周波数スペクトルに基づいて、前記第１及び第２のレーダにより検出した物体の速度又は距離に関する情報を得る車両用レーダ装置であって、
   前記第１及び第２のレーダのそれぞれの検知範囲が互いに重複する部分を有し、
   前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調は、変調周波数が同一であり、
   前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の変調勾配が正負逆になるように、前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の同期を取ることを特徴とする、車両用レーダ装置。
2. 前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調用の第１及び第２の三角波であって、周期の等しい第１及び第２の三角波を発生する第１及び第２の三角波発生回路を備え、
   第１及び第２の三角波発生回路で発生される第１及び第２の三角波のそれぞれの位相が、互いに対して１８０度シフトされる、請求項１に記載の車両用レーダ装置。
3. 前記第１及び第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の変調周波数及び変調幅は一定に維持される、請求項１に記載の車両用レーダ装置。

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