JP2013213761A - レーダ装置、車載レーダシステム、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】干渉波による虚像であるか否かを短時間で判別する。
【解決手段】送信アンテナ3と、所定のインターバルを挟み送信アンテナ3から送信する第1の変調波及び第2の変調波を生成する三角波生成部9と、送信された電波が対象物により反射された電波を受信する複数の受信アンテナ11〜1nと、複数の受信アンテナ11〜1nにより受信された、第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号に出現する所定値以上のピークに基づいて、該ピークが対象物により反射された信号であるか、干渉波による信号であるかを判別する受信強度算出部22とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】送信アンテナ3と、所定のインターバルを挟み送信アンテナ3から送信する第1の変調波及び第2の変調波を生成する三角波生成部9と、送信された電波が対象物により反射された電波を受信する複数の受信アンテナ11〜1nと、複数の受信アンテナ11〜1nにより受信された、第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号に出現する所定値以上のピークに基づいて、該ピークが対象物により反射された信号であるか、干渉波による信号であるかを判別する受信強度算出部22とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、レーダ装置、車載レーダシステム、及びプログラムに関する。
近年、自動車における安全支援システムへの需要が高まり、その中でも車載用ミリ波レーダ(以下、レーダという)は、低コスト化が進み、レーダ搭載の車両は増加し、また1台の車両に複数のレーダを配置するシステムも提案されている。車載レーダとしては、FM−CW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダ、多周波CW(Continuous Wave)レーダ、及びパルスレーダ等の方式を利用した電子走査型のレーダが多く用いられている。
図6(a)、(b)、(c)は、レーダを搭載した車両と干渉波の発生との関係を示す概念図である。図6(a)には、レーダを搭載した2台の車両が対向状態にある場合の例を示している。また、図6(b)には、レーダを搭載した2台の車両が並走状態になった場合の例を示している。そして、図6(c)には、複数のレーダを搭載した1台の車両での例を示している。
図6(a)〜(c)では、いずれもレーダA1の送信波が、レーダA2で受信される例を示したものである。同図において、レーダA2が、レーダA1の送信波及びレーダA1の送信波に対する反射波を受信する場合の電波を、干渉波と呼ぶ。干渉波は、受信するタイミングによっては、レーダA2において誤検知を誘発し、レーダを使用した車速制御システムは、前方に障害物は存在するものの、走行上安全な距離が確保されているにも関わらず、減速制御を掛ける可能性がある。このため、ユーザに不快な思いを与える可能性がある。また、後続車両が存在する場合には、減速制御を掛けることで、円滑な走行を妨害する可能性がある。
次に、干渉波による誤検知メカニズムについて、FM−CWレーダを例に説明する。
図7(a)、(b)は、干渉波がないときのFM−CW方式の障害物検知メカニズムを示す概念図である。図7(a)に示すように、レーダは、変調波(送信信号)を送信し、対象物に反射して返ってくる電波(受信信号)を受信し、送信信号と遅延した受信信号をミキシングすることで、周波数差の成分に変換し、対象物との距離と相対速度とを算出する。
図7(a)、(b)は、干渉波がないときのFM−CW方式の障害物検知メカニズムを示す概念図である。図7(a)に示すように、レーダは、変調波(送信信号)を送信し、対象物に反射して返ってくる電波(受信信号)を受信し、送信信号と遅延した受信信号をミキシングすることで、周波数差の成分に変換し、対象物との距離と相対速度とを算出する。
図7(b)には、上記周波数差を周波数解析し、送信信号の上り変調部分の周波数差fuと、下り変調部分の周波数差fdとを示している。FM−CWレーダでは、周波数差fuと周波数差fdとを組み合せて(ペアリングと言う)、対象物との相対距離、相対速度を算出する。なお、ドップラシフトによる相対速度検出の説明については省略する。
一方、図8(a)、(b)は、干渉波があるときのFM−CW方式の障害物検知メカニズムを示す概念図である。図8(a)に示すように、干渉波が送信信号と受信信号との間に入った場合、図8(b)に示すように、受信波成分より、近距離側に干渉波による虚像が発生するため、車速を制御するシステムでは、干渉波による虚像に基づいて、誤った減速制御が行われる可能性がある。
そこで、従来、干渉波の除去方法に対する技術が提案されている。
(1)交差偏波を利用する。
最も一般的に使用されるのが斜め偏波である。偏波面を、水平や垂直ではなく、斜め(主に45度)に配置することで、対向状態にあるレーダからの電波を受信しても、偏波面が交差するので、干渉波による影響の低減が可能である。
(1)交差偏波を利用する。
最も一般的に使用されるのが斜め偏波である。偏波面を、水平や垂直ではなく、斜め(主に45度)に配置することで、対向状態にあるレーダからの電波を受信しても、偏波面が交差するので、干渉波による影響の低減が可能である。
(2)干渉状態を検出し、変調帯域、変調周期を変化させる。
例えば、特許文献1には、干渉を検知した場合に、干渉を避けるように送信信号の周波数帯域や周波数の変調周期を変化させる方法が記載されている。
例えば、特許文献1には、干渉を検知した場合に、干渉を避けるように送信信号の周波数帯域や周波数の変調周期を変化させる方法が記載されている。
しかしながら、上述した斜め偏波を用いる場合には、図6(a)のような対向状態のみ有効であり、図6(b)、図6(c)のように同方向の状態の場合は、効果が極めて少ない。偏波としては、円偏波も適用可能であるが、構造が複雑となるため、コスト増やサイズ増といった課題を有する。
また、上述した特許文献1に記載の技術のように、送信波の周波数帯域や変調周期を変化させると、相対距離や相対速度の分解能が変わってしまうため、分解能に合わせたパラメータ設定をしている後段の処理に影響を及ぼしてしまうという問題がある。また、干渉を検知してから、送信信号を変化させるため、最低でも干渉を検知するまでの間は、干渉状態が発生して、干渉波による虚像を出力してしまう期間が存在してしまうという問題がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、干渉波による虚像であるか否かを短時間で判別することができるレーダ装置、車載レーダシステム、及びプログラムを提供するものである。
上述した課題を解決するために、本発明は、送信アンテナと、所定のインターバルを挟み前記送信アンテナから送信する第1の変調波及び第2の変調波を生成する三角波生成部と、前記送信された電波が対象物により反射された電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナにより受信された、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号に出現する所定値以上のピークに基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別する信号強度算出部とを備えることを特徴とするレーダ装置である。
本発明は、上記の発明において、前記信号強度算出部は、前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークと前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークとが示す、対象物までの距離に基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記信号強度算出部は、前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークと前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークとが示す、対象物までの距離と対象物の相対速度とに基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記信号強度算出部は、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号を周波数スペクトル化し、前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数と、前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数とを比較し、それぞれの周波数が同一の距離に相当する値である場合に、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別し、それぞれの周波数が同一の距離に相当しない値である場合に、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記信号強度算出部は、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号を周波数スペクトル化し、前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数と、前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数とを比較し、それぞれの周波数が同一の距離及び同一の相対速度に相当する値である場合に、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別し、それぞれの周波数が同一の距離及び同一の相対速度に相当しない値である場合に、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記第1の変調波と前記第2の変調波とは、それぞれに設定された中心周波数を中心に、それぞれに設定された掃引時間で、それぞれに設定された変調幅で掃引される送信信号であることを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記三角波生成部は、前記第1の変調波及び第2の変調波の双方のインターバル、またはいずれか一方のインターバルを可変することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記三角波生成部は、前記第1の変調波及び第2の変調波の双方のインターバル、またはいずれか一方のインターバルを乱数により決定することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記三角波生成部は、前記第1の変調波及び第2の変調波の双方のインターバル、またはいずれか一方のインターバルを、当該レーダ装置を構成するハードウェアから出力される、ばらつきを有する出力値に基づいて、あるいは、該ハードウェアの出力値を用いて計算された計算結果に基づいて決定することを特徴とする。
また、上述した課題を解決するために、本発明は、車両の前方に搭載された複数のレーダ装置からなる車載レーダシステムであって、前記複数のレーダ装置は、各々、送信アンテナと、所定のインターバルを挟み前記送信アンテナから送信する第1の変調波及び第2の変調波を生成する三角波生成部と、前記送信された電波が対象物により反射された電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナにより受信された、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号に出現する所定値以上のピークに基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別する信号強度算出部とを備えることを特徴とする車載レーダシステムである。
本発明は、上記の発明において、前記複数のレーダ装置は、それぞれに設定された中心周波数を中心に、それぞれに設定された掃引時間で、それぞれに設定された変調幅で掃引される、前記第1の変調波と前記第2の変調波とを、それぞれ異なるインターバルで前記送信アンテナから送信することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記信号強度算出部は、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号を周波数スペクトル化し、前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数と、前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数とを比較し、それぞれの周波数が同一の距離に相当する値である場合に、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別し、それぞれの周波数が同一の距離に相当しない値である場合に、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記信号強度算出部は、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号を周波数スペクトル化し、前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数と、前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数とを比較し、それぞれの周波数が同一の距離及び同一の相対速度に相当する値である場合に、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別し、それぞれの周波数が同一の距離及び同一の相対速度に相当しない値である場合に、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記信号強度算出部によって、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別された場合には、障害物があることの警報、または/及び車速制御を行い、前記受信信号が、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別された場合には、前記警報、または/及び前記車速制御を行わない制御部を更に備えることを特徴とする。
また、上述した課題を解決するために、本発明は、第1の変調波及び第2の変調波を所定のインターバルを挟み送信アンテナから送信するステップと、受信アンテナにより受信された、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号に出現する所定値以上のピークに基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラムである。
この発明によれば、干渉波による虚像であるか否かを短時間で判別することができる。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態におけるレーダ装置の構成例を示すブロック図である。図1において、レーダ装置は、受信アンテナ11〜1n(nは正の整数)と、ミキサ21〜2n(nは正の整数)と、送信アンテナ3と、分配器4と、フィルタ51〜5n(nは正の整数)、SW(スイッチ)6と、ADC(A/Dコンバータ、受信波取得部)7と、制御部8と、三角波生成部9と、VCO(Voltage Controlled Oscillator)10と、信号処理部20とを備えている。なお、図1に示す構成例では、1つの送信アンテナ3と複数の受信アンテナ11〜1nとを用いているが、これに限らず、1つの送信アンテナと1つの受信アンテナ、1つの送信アンテナと複数の受信アンテナ、複数の送信アンテナと1つの受信アンテナ、あるいは複数の送信アンテナと複数の受信アンテナなどの組み合わせであってもよい。また、受信アンテナと送信アンテナとを共用してもよいし、時分割で切り替えて用いるようにしてもよい。
上記信号処理部20は、記憶部21と、受信強度算出部(信号強度算出部)22と、DBF処理部23と、距離検出部24と、速度検出部25と、方位検出部26と、物標引継ぎ処理部27と、物標出力処理部29とを備える。
図2は、本実施形態によるレーダ装置を用いた車載レーダシステムを示す概念図である。また、図3(a)、(b)、(c)は、本実施形態によるレーダ装置の障害物検知メカニズムを示す概念図である。図2に示すように、本実施形態では、車両に2つのレーダ装置A1、A2を搭載した場合に、一方のレーダ装置A1の送信波が、他方のレーダA2で受信される例を示したものである(その逆もあり得る)。すなわち、前述した図6(c)に示す場合に相当する。
レーダ装置A1は、図3(a)に示すように、変調波MAと変調波MBを所定のインターバルINT1を挟んで送信信号として送信する。同様に、レーダ装置A2は、図3(a)に示すように、変調波MAと変調波MBを所定のインターバルINT2を挟んで送信信号として送信する。インターバルINT1とインターバルINT2とは、レーダ装置A1とレーダ装置A2とで異なるものとする。また、変調波MAと変調波MBは、中心周波数f0を中心に、それぞれに設定された掃引時間で、変調幅Δfで掃引される。但し、中心周波数f0、掃引時間(変調波幅)、変調幅Δfは、変調波MA、MBそれぞれに独立して設定可能となっている。なお、変調波MAと変調波MBは、同一でも異なる周期でもかまわない。
例えば、レーダ装置A1の送信信号が、対象物に反射して、そのままレーダ装置A1で受信される場合には、変調波MAと変調波MBとは、同じ遅延量分の周波数差が存在する。レーダ装置A2においても同様である。
これに対して、レーダ装置A1の送信信号が対象物に反射して、レーダ装置A2に干渉波として受信される場合、図3(a)に示す破線のようになる。この場合、変調波MAでは、図3(b)に示すように、干渉波により、対象物より手前(周波数が低い側)に虚像が出力される。一方、変調波MBでは、図3(c)に示すように、対象物より遠い側(周波数が高い側)に虚像が出力される。なお、虚像は、干渉波によっては、同一側(変調波MA、変調波MBともに近い側、または遠い側)に出力される場合があるが、この場合も異なる周波数に出力される。
実在する対象物のピークfu、fdは、変調波MA、MB共に、(周波数と距離の関係に応じて)同じ距離及び同じ相対速度(同じ周波数)を示すが、干渉波は、上記の通り、別の距離及び別の相対速度(異なる周波数)を示す。したがって、変調波MAと変調波MBとで、それぞれの上り、下りで検出されるピーク位置(周波数)を比較することで、一致しないピークが干渉波による虚像であると判別することが可能である。言い換えると、ピーク位置が一致した場合、そのピークが実在する対象物からのピークfu、fdであることと判別することができる。このように、2つのレーダ装置A1、A2で、2つの変調波MA、MBを使用し、それぞれでインターバルINT1、INT2を異ならせることで、干渉波の有無を判別することができる。
なお、上記は、レーダ装置A1からの送信信号がレーダ装置A2で受信された場合について説明したが、レーダ装置A2からの送信信号がレーダ装置A1で受信された場合も同様である。このように、本実施形態は、偏波等によるアンテナによる干渉抑制ではなく、2つの変調波を使用し、レーダ装置の物標出力から干渉波を取り除く方法である。
また、変調波MAとMBのインターバルINT1、INT2を異ならせる手法としては以下の手法が考えられる。
(a)一定周期毎に動的に変更する。
(b)レーダ個体により固有の値とする。
(c)インターバルテーブルを複数用意し、各レーダ装置A1、A2に割り振る。
(d)任意のADC出力値の和を算出し、希望の分解能で除算した時の余りでランダム値を作成する。
(e)FFT結果の各ポイントの値の和を算出し、希望の分解能で除算した時の余りでランダム値を作成する。
(f)CPUのランダム関数を使用して、サイクル毎に変更する。
(a)一定周期毎に動的に変更する。
(b)レーダ個体により固有の値とする。
(c)インターバルテーブルを複数用意し、各レーダ装置A1、A2に割り振る。
(d)任意のADC出力値の和を算出し、希望の分解能で除算した時の余りでランダム値を作成する。
(e)FFT結果の各ポイントの値の和を算出し、希望の分解能で除算した時の余りでランダム値を作成する。
(f)CPUのランダム関数を使用して、サイクル毎に変更する。
次に、図1を参照して、本発明のレーダ装置A1、A2の動作を説明する。
受信アンテナ11〜1nは、送信信号が対象物にて反射し、この対象物から到来する反射波、すなわち受信信号を受信する。ミキサ21〜2n各々は、送信アンテナ3から送信される送信信号と、各受信アンテナ11〜1nそれぞれにおいて受信された受信信号が増幅器により増幅された信号とを混合して、それぞれの周波数差に対応したビート信号を生成する。
受信アンテナ11〜1nは、送信信号が対象物にて反射し、この対象物から到来する反射波、すなわち受信信号を受信する。ミキサ21〜2n各々は、送信アンテナ3から送信される送信信号と、各受信アンテナ11〜1nそれぞれにおいて受信された受信信号が増幅器により増幅された信号とを混合して、それぞれの周波数差に対応したビート信号を生成する。
上記送信アンテナ3は、三角波生成部9において生成された三角波信号を、VCOlOにおいて周波数変調した送信信号(変調波MA、MB)を所定のインターバルINT1、INT2で対象物に対して送信波として送信する。
分配器4は、VCOlOからの周波数変調された送信信号を、上記ミキサ21〜2n、及び送信アンテナ3に分配する。
分配器4は、VCOlOからの周波数変調された送信信号を、上記ミキサ21〜2n、及び送信アンテナ3に分配する。
フィルタ51〜5nは、各々、ミキサ21〜2nにおいて生成された各受信アンテナ11〜1nに対応したCh1〜Chnのビート信号に対して帯域制限を行い、SW(スイッチ)6へ帯域制限されたビート信号を供給する。
SW6は、制御部8から入力されるサンプリング信号に対応して、フィルタ51〜5nの各々を通過した各受信アンテナ11〜1nに対応したCh1〜Chnのビート信号を、順次切り替えて、ADC7に供給する。
SW6は、制御部8から入力されるサンプリング信号に対応して、フィルタ51〜5nの各々を通過した各受信アンテナ11〜1nに対応したCh1〜Chnのビート信号を、順次切り替えて、ADC7に供給する。
ADC7は、上記SW6から上記サンプリング信号に同期して入力される各受信アンテナ11〜1nの各々に対応したCh1〜Chnのビート信号を、上記サンプリング信号に同期して所定のサンプリング周波数でA/D変換してデジタル信号に変換し、信号処理部20における記憶部21の波形記憶領域に順次記憶させる。換言すれば、ADC7は、ビート信号を所定の時間間隔で取得する。
制御部8は、マイクロコンピュータなどにより構成されており、図示しないROMなどに格納された制御プログラムに基づき、レーダ装置全体の制御を行う。
信号処理部20内の記憶部21は、ADC7においてデジタル変換されたデジタル信号を各受信アンテナ11〜1nに対応したチャンネルごとに格納する。
信号処理部20内の記憶部21は、ADC7においてデジタル変換されたデジタル信号を各受信アンテナ11〜1nに対応したチャンネルごとに格納する。
受信強度算出部22は、記憶部21に格納された各受信アンテナ11〜1nに対応したチャンネルごとのビート信号に対して、フーリエ変換を行う。ここで、フーリエ変換後の複素数データの振幅を信号レベルと呼ぶこととする。
受信強度算出部22は、何れかのアンテナにおける複素数データまたは、全アンテナの複素数データの加算値を周波数スペクトル化することにより、スペクトルの各ピーク値に対応するビート周波数(すなわち距離)に依存した対象物の存在として検出することができる。ここで、受信強度算出部22が全アンテナの複素数データの加算値を用いた場合、全アンテナの複素数データの加算により、ノイズ成分が平均化されてS/N比が向上する。
そして、受信強度算出部22は、図3(b)、(c)に示すビート周波数毎の信号レベルから、予め設定された数値(閾値)を超える信号レベルを検出することによって、対象物が存在していることを判定する。ここで、信号レベルのピーク値を受信波の強度と称す。
受信強度算出部22は、対象物のピークを検出した場合、ピーク値のビート周波数(ビート信号の上り領域及び下り領域の双方)を対象物周波数fu、fdとして距離検出部24、速度検出部25へ供給する。受信強度算出部22は、周波数変調幅Δfを距離検出部24へ供給し、中心周波数f0を速度検出部25へ供給する。
受信強度算出部22は、信号レベルのピークを検出できなかった場合、対象物がないという情報を物標出力処理部29に供給する。
なお、ビート信号の上り部分のピーク値、またはビート信号の上り領域のピーク値とビート信号の下り領域のピーク値の平均を信号レベルとして使用してもよい。
なお、ビート信号の上り部分のピーク値、またはビート信号の上り領域のピーク値とビート信号の下り領域のピーク値の平均を信号レベルとして使用してもよい。
次に、距離検出部24は、受信強度算出部22から入力される上昇部分の対象物周波数fuと、下降部分の対象物周波数fdとから、下記数式(1)により距離Rを算出する。
R=(c・T/(2・Δf))・((fu+fd)/2) (1)
ここで、cは光速度、Tは変調時間(上昇部分/下降部分)である。
距離検出部24は、算出された対象物との距離Rを示す情報を物標引継ぎ処理部27と不図示の外部装置とへ供給する。また、距離検出部24は、その対象物との距離Rを示す情報を記憶部21に保存する。
距離検出部24は、算出された対象物との距離Rを示す情報を物標引継ぎ処理部27と不図示の外部装置とへ供給する。また、距離検出部24は、その対象物との距離Rを示す情報を記憶部21に保存する。
また、速度検出部25は、受信強度算出部22から入力される上昇部分の対象物周波数fuと、下降部分の対象物周波数fdとから、下記数式(2)により相対速度Vを算出し、算出した相対速度Vを示す情報を物標引継ぎ処理部27と不図示の外部装置とへ供給する。
V=(c/(2・f0))・((fu−fd)/2) (2)
DBF(デジタルビームフォーミング)処理部23は、各受信アンテナが受信する受信波の位相差を利用して、入力される各アンテナに対応した時間軸でフーリエ変換された複素データを、アンテナの配列方向にさらにフーリエ変換し、すなわち空間軸フーリエ変換を行う。そして、DBF処理部23は、角度分解能に対応した角度チャンネル毎のスペクトルの強度を示す受信された電波の強度(受信強度)の関数を算出し、算出した受信強度の関数を示す情報を方位検出部26に供給する。
方位検出部26は、算出された角度チャンネル毎の受信強度の関数の値の大きさのうち、一番大きな値を取る角度φを対象物の方位とし、対象物の方位を示す情報を物標引継ぎ処理部27と不図示の外部装置とへ供給する。また、方位検出部26は、その対象物の方位を示す情報を記憶部21に保存する。
物標引継ぎ処理部27は、現在のサイクルで算出した対象物の距離、相対速度、方位の値と、記憶部21から読み出した1サイクル前に算出された対象物の距離、相対速度、方位の値とのそれぞれの差分の絶対値が、それぞれの値毎に決められた閥値よりも小さい場合、1サイクル前に検知した対象物と今回検知した対象物を同じものと判定する。
その場合、物標引継ぎ処理部27は、記憶部21から読み出したその対象物の物標引継ぎ処理回数を1増やす。そうでない場合には、物標引継ぎ処理部27は、新しい対象物を検知したとみなす。また、物標引継ぎ処理部27は、今回の対象物の距離を示す情報、相対速度を示す情報、方位を示す情報、及びその対象物の物標引継ぎ処理回数を示す情報を記憶部21に保存する。
物標出力処理部29は、対象物の方位から、自車の車線上にある対象物を抽出し、自車の車線上にある対象物の識別番号を示す情報を物標として不図示の外部装置へ供給する。
これによって、その外部装置は、対象物が衝突の危険性を伴う通常検知対象物である場合に、衝突を回避するために減速するか、または運転手に注意を促すために警報を発することができる。
また、物標出力処理部29は、2つ以上の対象物が自車の車線上にある場合、記憶部21から読み出した物標引継ぎ処理回数が多い対象物の識別番号を物標として不図示の外部装置へ供給する。なお、物標出力処理部29は、受信強度算出部22から対象物がないという情報が入力された場合には、物標がないことを示す情報を不図示の外部装置へ供給する。
<距離、相対速度、水平角度(方位)、及び干渉波を検出する原理>
次に、図3(a)〜(c)を用いて、信号処理部20において用いられる、レーダ装置と対象物との距離、相対速度、角度(方位)、及び干渉波を検出する原理について簡単に説明する。
次に、図3(a)〜(c)を用いて、信号処理部20において用いられる、レーダ装置と対象物との距離、相対速度、角度(方位)、及び干渉波を検出する原理について簡単に説明する。
図3(a)〜(c)は、2つの変調波MA、MBを用いた送信信号、及び受信信号により、三角波の上昇領域、及び下降領域におけるビート信号の生成を説明する概念図である。図3(a)には、レーダ装置A1において、図1の三角波生成部9で生成された信号がVCO10において、中心周波数f0、変調幅Δfの2つの変調波MA、MBで所定のインターバルINT1(INT2)で周波数変調された送信信号と、レーダ装置A2において、その送信信号が対象物に反射された受信信号とが示されている。ここで、図3(a)〜(c)の例は、対象物が1つの場合である。
図3(a)に示すように、送信信号に対し、対象物からの反射波である受信信号が、レーダと対象物との距離に応じて右方向(時間遅れ方向)に遅延されて受信される。なお、図示の例では省略しているが、実際には、受信信号は、ドップラー効果によって対象物との相対速度に応じて、送信信号に対して上下方向(周波数方向)に変動する。
また、複数の対象物が存在する場合、フーリエ変換後には、図3(b)、(c)に示すように、ビート信号の上り部分とビート信号の下り部分のそれぞれに対象物の数と同じ数のピークが表れる。さらに、レーダ装置A1からの送信信号を受信するため、これが干渉波による虚像としてピークが表れる。レーダと対象物の距離に比例して、受信信号が遅延し、図3(a)における受信信号は右方向にシフトするので、レーダと対象物との距離が離れるほど、図3(b)、(c)におけるビート信号の周波数は高くなる。
受信強度算出部22は、複数の対象物に対応する信号レベルのピークが複数検出された場合には、上りの部分及び下りの部分のピーク値ごとに、周波数が小さいものから順番に番号を付けて、物標出力処理部29へ供給する。ここで、上り及び下りの部分において、同じ番号のピークは、同じ対象物に対応しており、それぞれの識別番号を対象物の番号とする。
前述したように、レーダ装置A1は、図3(a)に示すように、変調波MAと変調波MBを所定のインターバルINT1を挟んで送信信号として送信する。同様に、レーダ装置A2は、図3(a)に示すように、変調波MAと変調波MBを、インターバルINT1とは異なる、所定のインターバルINT2を挟んで送信信号として送信する。
受信強度算出部22によるフーリエ変換の結果、図3(b)、(c)に示されるように、対象物が1つの場合、上り領域、及び下り領域にそれぞれに1つのピークfu、fdが出現することになる。ここで、図3(b)、(c)では横軸が周波数、縦軸が信号強度となっている。しかし、レーダ装置A1の送信信号が対象物に反射して、レーダ装置A2に干渉波として受信される場合、レーダ装置A2においては、変調波MAに対する受信信号には、図3(b)に示すように、干渉波により、対象物より手前(周波数が低い側)に虚像が出現する。一方、変調波MBに対する受信信号には、図3(c)に示すように、対象物より遠い側(周波数が高い側)に虚像が出現する。
対象物のピークによる対象物周波数fu、fdは、変調波MA、MB共に、(周波数と距離の関係に応じて)同じ距離(同じ周波数)を示すが、干渉波による虚像は、変調波MA、MBのそれぞれで、別の距離(異なる周波数)を示す。したがって、変調波MAと変調波MBとに対する受信信号のそれぞれの上り領域、及び下り領域で検出されるピーク位置(周波数)を比較することで、一致しないピークは、干渉波による虚像であり、一致するピークは、対象物であると判別する。
すなわち、受信強度算出部22は、変調波MAと変調波MBとに対する受信信号のそれぞれの上り領域、及び下り領域において、ピーク位置(周波数)を順番に比較し、双方で一致した場合には、対象物のピークfu、fdを、対象物周波数fu、fdとして距離検出部24、速度検出部25へ供給し、周波数変調幅Δfを距離検出部24へ供給し、中心周波数f0を速度検出部25へ供給する。一方、受信強度算出部22は、ピーク自体、もしくは、双方で一致したピークを検出できなかった場合、対象物がないという情報を物標出力処理部29に供給する。
図4は、本実施形態によるレーダ装置A1、A2の動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、レーダ装置A2側の受信動作として説明するが、レーダ装置A1も同様であることは言うまでもない。
まず、ADC7は、変調波MAに対するビート信号がAD変換されたAD変換データを記憶部21に格納する(ステップS10)。次に、受信強度算出部22は、記憶部21から変調波MAに対するAD変換データを読み出し、そのAD変換データをフーリエ変換することにより、周波数毎の受信強度を算出する(ステップS11)。次に、DBF処理部23は、受信強度算出部22により算出された、変調波MAに対する、周波数毎の受信強度に対して、DBF処理することにより、チャネル毎の受信強度と相対距離の関係を算出する(ステップS12)。
次に、ADC7は、変調波MBに対するビート信号がAD変換されたAD変換データを記憶部21に格納する(ステップS13)。次に、受信強度算出部22は、記憶部21から変調波MBに対するAD変換データを読み出し、そのAD変換データをフーリエ変換することにより、周波数毎の受信強度を算出する(ステップS14)。次に、DBF処理部23は、受信強度算出部22により算出された、変調波MBに対する、周波数毎の受信強度に対して、DBF処理することにより、チャネル毎の受信強度と相対距離の関係を算出する(ステップS15)。
次に、受信強度算出部22、距離検出部24、及び速度検出部25は、干渉波による虚像を排除しつつ、対象物からの反射波に由来するピークを検出し、該ピークに基づいて、対象物までの距離、対象物の相対速度を算出する(ステップS16)。このとき、受信強度算出部22は、上述したように、変調波MAと変調波MBとに対する受信信号のそれぞれの上り領域、及び下り領域において、ピーク位置(周波数)を順番に比較し、双方で一致したピークを検出できなかった場合、対象物がないという情報を物標出力処理部29に供給する。一方、双方で位置が一致したピークを検出した場合には、対象物のピークに対応する対象物周波数fu、fdを距離検出部24、速度検出部25へ供給し、周波数変調幅Δfを距離検出部24へ供給し、中心周波数f0を速度検出部25へ供給する。距離検出部24は、対象物周波数fu、fd、及び周波数変調幅Δfに基づいて対象物の相対距離を算出し、速度検出部25は、対象物周波数fu、fd、及び中心周波数f0に基づいて対象物の相対速度を算出する。次に、方位検出部26は、対象物の方位を算出する(ステップS17)。
次に、物標出力処理部29は、前回までの物標と今回抽出した対象物を関連づける(ステップS18)。次に、物標出力処理部29は、対象物の中から優先順位の高い物標を抽出し、抽出した物標を外部に出力する(ステップS19)。そして、当該処理を終了する。
図5は、本実施形態の受信強度算出部22、距離検出部24、及び速度検出部25による距離相対速度算出処理の動作(ステップS16)を説明するためのフローチャートである。受信強度算出部22は、まず、変調波MAの上り領域で低周波数から高周波数へと周波数を変えながらピーク検出を行うため、まず、変調波MAの上りピークのループをスタートさせ(ステップS30)、次いで、変調波MAの下りピークのループをスタートさせる(ステップS31)。
次に、距離検出部24、及び速度検出部25により、距離、相対速度を仮に算出し(ステップS32)、変調波MB相当の上り、下りピーク位置を逆算する(ステップS33)。次に、変調波MBの上りピークのループをスタートさせる(ステップS34)。該変調波MBの上りピークのループでは、変調波MBの上り領域におけるピークが、変調波MAからの逆算位置と一致するか否か、すなわち変調波MAの上り領域の同じ位置にピークがあるか否かを判定する(ステップS35)。そして、一致しない場合、すなわち変調波MAの上り領域の同じ位置にピークがない場合には(ステップS35のNO)、当該ループを繰り返すことで、変調波MBの上り領域における次のピークに対し、順次上記比較を繰り返す。
一方、一致した場合、すなわち変調波MAの上り領域の同じ位置にピークがある場合には(ステップS35のYES)、変調波MBの下りピークのループをスタートさせる(ステップS36)。該変調波MBの下りピークのループでは、変調波MBの下り領域におけるピークが、変調波MAからの逆算位置と一致するか否か、すなわち変調波MAの下り領域の同じ位置にピークがあるか否かを判定する(ステップS37)。そして、一致しない場合、すなわち変調波MAの下り領域の同じ位置にピークがない場合には(ステップS37のNO)、当該ループを繰り返すことで、変調波MBの下り領域における次のピークに対し、順次上記比較を繰り返す。
一方、一致した場合、すなわち変調波MBの下り領域の同じ位置にピークがある場合には(ステップS37のYES)、距離検出部24は、そのピークに対応する、対象物周波数fu、fd、及び周波数変調幅Δfに基づいて対象物の相対距離を算出し、速度検出部25は、そのピークに対応する、対象物周波数fu、fd、及び中心周波数f0に基づいて対象物の相対速度を算出して出力する(ステップS38)。
上述した距離相対速度算出処理によれば、変調波MBの上り、または下り領域に出力したピークが、変調波MAの上り、または下り領域の同じ位置(周波数)に出現しない場合、すなわちピークの位置(周波数)が一致しない場合には、距離、相対速度は出力されず、変調波MBの上り、または下り領域に出力したピークが、変調波MAの上り、または下り領域の同じ位置(周波数)に出現している場合、すなわちピークの位置(周波数)が一致した場合にのみ、距離、相対速度が出力されることになる。
上述した実施形態によれば、干渉波による虚像であるか否かを短時間で判別することができる。また、干渉を変調仕様の変更による分解能の変化を招くことなく、即時に干渉波の影響を抑えられるため、普及が進む車載用レーダにおいて、非常に有効的な手法であると考える。
なお、本発明の実施形態では、レーダ装置として電子走査型レーダ装置について説明したが、これに限らず、機械走査型レーダ装置であってもよい。
なお、本発明の実施形態では、図4に示す、ステップS10〜S12の変調波MAの信号処理と、ステップS13〜S15の変調波MBの信号処理とをシリーズで処理するようにしたが、これに限らず、並列処理するようにしてもよい。
また、本発明の実施形態では、レーダ装置についてのみ説明したが、該レーダ装置からの出力信号(距離、相対速度、方位、物標)に基づいて、障害物があることを警報したり、車速を制御する制御部を更に含めるようにしてもよい。この場合、制御部は、受信強度算出部22によって、受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別された場合には、障害物があることの警報や、車速制御を行い、受信信号が、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別された場合、すなわち干渉波である場合には、警報や、車速制御を行わないという制御を行う。
また、本発明の実施形態である信号処理部20の機能またはその機能の一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、その機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating system)や周辺機器のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、光ディスク、メモリカード等の可搬型記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定期間プログラムを保持するものを含んでもよい。また上記のコンピュータプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせにより実現するものであってもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
11〜1n 受信アンテナ
21〜2n ミキサ
3 送信アンテナ
4 分配器
51〜5n フィルタ
6 SW
7 ADC(受信波取得部)
8 制御部
9 三角波生成部
10 VOC
20 信号処理部
21 記憶部
22 受信強度算出部(信号強度算出部)
23 DBF処理部
24 距離検出部
25 速度検出部
26 方位検出部
27 物標引継ぎ処理部
29 物標出力処理部
21〜2n ミキサ
3 送信アンテナ
4 分配器
51〜5n フィルタ
6 SW
7 ADC(受信波取得部)
8 制御部
9 三角波生成部
10 VOC
20 信号処理部
21 記憶部
22 受信強度算出部(信号強度算出部)
23 DBF処理部
24 距離検出部
25 速度検出部
26 方位検出部
27 物標引継ぎ処理部
29 物標出力処理部
Claims (15)
- 送信アンテナと、
所定のインターバルを挟み前記送信アンテナから送信する第1の変調波及び第2の変調波を生成する三角波生成部と、
前記送信された電波が対象物により反射された電波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナにより受信された、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号に出現する所定値以上のピークに基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別する信号強度算出部と
を備えることを特徴とするレーダ装置。 - 前記信号強度算出部は、
前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークと前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークとが示す、対象物までの距離に基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記信号強度算出部は、
前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークと前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークとが示す、対象物までの距離と対象物の相対速度とに基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記信号強度算出部は、
前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号を周波数スペクトル化し、
前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数と、前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数とを比較し、それぞれの周波数が同一の距離に相当する値である場合に、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別し、それぞれの周波数が同一の距離に相当しない値である場合に、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別する
ことを特徴とする請求項2に記載のレーダ装置。 - 前記信号強度算出部は、
前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号を周波数スペクトル化し、
前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数と、前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数とを比較し、それぞれの周波数が同一の距離及び同一の相対速度に相当する値である場合に、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別し、それぞれの周波数が同一の距離及び同一の相対速度に相当しない値である場合に、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別する
ことを特徴とする請求項3に記載のレーダ装置。 - 前記第1の変調波と前記第2の変調波とは、
それぞれに設定された中心周波数を中心に、それぞれに設定された掃引時間で、それぞれに設定された変調幅で掃引される送信信号である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のレーダ装置。 - 前記三角波生成部は、
前記第1の変調波及び第2の変調波の双方のインターバル、またはいずれか一方のインターバルを可変する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のレーダ装置。 - 前記三角波生成部は、
前記第1の変調波及び第2の変調波の双方のインターバル、またはいずれか一方のインターバルを乱数により決定する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のレーダ装置。 - 前記三角波生成部は、
前記第1の変調波及び第2の変調波の双方のインターバル、またはいずれか一方のインターバルを、当該レーダ装置を構成するハードウェアから出力される、ばらつきを有する出力値に基づいて、あるいは、該ハードウェアの出力値を用いて計算された計算結果に基づいて決定する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のレーダ装置。 - 車両の前方に搭載された複数のレーダ装置からなる車載レーダシステムであって、
前記複数のレーダ装置は、各々、
送信アンテナと、
所定のインターバルを挟み前記送信アンテナから送信する第1の変調波及び第2の変調波を生成する三角波生成部と、
前記送信された電波が対象物により反射された電波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナにより受信された、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号に出現する所定値以上のピークに基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別する信号強度算出部と
を備えることを特徴とする車載レーダシステム。 - 前記複数のレーダ装置は、
それぞれに設定された中心周波数を中心に、それぞれに設定された掃引時間で、それぞれに設定された変調幅で掃引される、前記第1の変調波と前記第2の変調波とを、それぞれ異なるインターバルで前記送信アンテナから送信する
ことを特徴とする請求項10に記載の車載レーダシステム。 - 前記信号強度算出部は、
前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号を周波数スペクトル化し、
前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数と、前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数とを比較し、それぞれの周波数が同一の距離に相当する値である場合に、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別し、それぞれの周波数が同一の距離に相当しない値である場合に、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別する
ことを特徴とする請求項10または11に記載の車載レーダシステム。 - 前記信号強度算出部は、
前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号を周波数スペクトル化し、
前記第1の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数と、前記第2の変調波に対応する受信信号に出現する所定値以上のピークの周波数とを比較し、それぞれの周波数が同一の距離及び同一の相対速度に相当する値である場合に、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別し、それぞれの周波数が同一の距離及び同一の相対速度に相当しない値である場合に、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別する
ことを特徴とする請求項10または11に記載の車載レーダシステム。 - 前記信号強度算出部によって、前記受信信号が、自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であると判別された場合には、障害物があることの警報、または/及び車速制御を行い、前記受信信号が、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であると判別された場合には、前記警報、または/及び前記車速制御を行わない制御部を更に備えることを特徴とする請求項12または13に記載の車載レーダシステム。
- 第1の変調波及び第2の変調波を所定のインターバルを挟み送信アンテナから送信するステップと、
受信アンテナにより受信された、前記第1、第2の変調波に対応するそれぞれの受信信号に出現する所定値以上のピークに基づいて、該ピークが自レーダが発する送信波が対象物で反射された信号であるか、他レーダが発する送信波が対象物を含む反射物で反射された信号であるかを判別するステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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