WO2003062852A1

WO2003062852A1 - Radar device

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Inventors: Hiroshi Kuroda; Kazuaki Takano; Fumihiko Okai
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Description

明細書レーダ装置技術分野本発明は、電波を送信し、その反射波を受信することによって、夕ーゲットの存在等を検出するレーダに関する。背景技術電波レーダは、様々な分野において、物標までの距離等を計測するために利用されている。例えば、自動車産業においては、先行車両との車間距離を計測するための車両搭載用レーダの開発が盛んに進められている。

このようなレーダは、利用する電波の波形によって各種方式に分類される。例えば、電子情報通信学会誌 1 9 9 6年 1 0月号（p p 9 7 7 - p 9 8 1 )Γ自動車用ミリ波レーダの開発動向」には、パルスレーダ、 2周波 C W(Continuous Wave)レーダ、 F M C W (Frequency Modulated Continuous Wave)レーダ等、各種方式のレーダが記載されている。パルスレーダは、パルス波を発射してから、そのエコーを受波するまでの経過時間に基づき、物標までの距離を検出する無線装置である。 2 周波 CWレーダは、互いに周波数の異なる 2つの連続波を交互に発射し、それらのエコーのドヅブラシフトに基づき、物標までの距離および物標の相対速度を検出する無線装置である。 FMCWレーダは、三角波周波数変調等の適当な繰返し周波数変調を施した連続波を発射し、その送信信号とその反射信号とのビート周波数に基づき、物標までの距離および物標の相対速度を検出する無線装置である。これらのレーダのうち、 2周波 C Wレーダおよび F M C Wレーダは、受信アンテナによる受信信号に F F T ( Fast Fouri er Trans form )処理を施すことによって得られる周波数スぺクトルのピーク信号の周波数および位相に基づき、物標までの距離および物標の相対速度を検出する。

さて、車両に搭載されるレーダは、道路の路面に存在する夕一ゲット（先行車両等）の検知を主な目的として車両に搭載されるため、道路の上方に存在する歩道橋等をターゲットとして誤検知してしまうのは好ましくない。このため、レーダは、車両に取り付けられた状態において、路面の面内方向に電波を送信し、かつ、路面の面内方向から電波を受信することができる姿勢を維持している必要がある。このことに関連して、特開 2 0 0 0— 5 6 0 2 0号公報記載の技術が知られている。この技術は、車両の進行方向に対して上下にわずかに傾いた方向に電磁波を発射する 2つの電磁波発射源を物体検知装置に搭載し、各電磁波発射源からの電磁波の反射波の強度を比較することによって、物体検知装置の姿勢の変化を検出するものである。なお、特開 2 0 0 0— 5 6 0 2 0号公報には、電磁波の例として、レーザ光、ミリ波が挙げられている。発明の開示本発明の目的は、ハードウェアの追加なく、移動体に対する取付け姿勢の変化を検出することができるレーダ装置を提供することにある。この目的を達成するために、本発明は、連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダ装置に、（ 1 )前記移動体の移動方向に沿ったメインローブと、前記連続面に向かうサイドロ一ブを有する信号を発信し、前記メインローブ方向のターゲットからの第 1反射信号と前記サィドローブ方向の前記連続面からの第 2反射信号とを受信する送受信部と、（ 2 )前記送受信部が受け付けた第 2反射信号と前記送受信部が発信する信号とのビート信号の周波数を検出し、当該周波数に基づき、前記連続面に対する当該レーダ装置の姿勢に相関する情報を検出する制御処理手段と、を設けることとした。

なお、本発明を実施するための最良の形態において挙げる具体的な構成に含まれる事項は、可能な限りの組合せの自由度を有し、その組合せのいずれもが発明を構成するものとする。例えば、本発明を実施するための最良の形態として挙げた構成からその一部を適宜に削除した形態も、また、本発明の実施形態の 1つとなり得る。図面の簡単な説明図 1は、本発明の実施の一形態に係るレーダの送信アンテナと受信ァンテナとのアンテナ利得の合成により得られたアンテナ特性図である。図 2は、移動体に対するレーダの取付け姿勢の検出原理を説明するためのアンテナパターン図である。

図 3は、移動体に対するレーダの取付け姿勢の検出原理を説明するためのアンテナパターン図である。

図 4は、本発明の実施の一形態に係るレーダシステムの概略構成図でめる。

図 5は、本発明の実施の形態に係るレーダのハウジングの構成を説明するための図である。

図 6は、本発明の実施の形態に係るマイクロコンピュ一夕が実行する処理のフローチヤ一トである。

図 7は、 F F Tにより生成される周波数スペクトルを示した図である。図 8は、 F F Tにより生成される周波数スぺクトルを示した図である。図 9は、本発明の実施の一形態に係るマイクロコンピュータが実行する処理のフローチヤ一トである。

図 1 0は、 FMCWレーダからの送信信号の周波数の変化を示した図である。

図 1 1は、 F M C Wレーダからの送信信号とその反射信号とのミキシングにより得られるビート信号の周波数の変化を示した図である。図 1 2は、 F F Tにより生成される周波数スペクトルを示した図であ o

図 1 3は、本発明の実施の一形態に係るマイクロコンピュー夕が実行する処理のフローチヤ一トである。

図 1 4は、本発明の実施の一形態に係るマイクロコンピュー夕が実行する処理のフローチヤ一トである。発明を実施するための最良の形態以下、添付の図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

まず、移動体に対するレーダの取付け姿勢の検出原理について説明する。

レーダのアンテナは、通常、図 1に示すように、電波の放射パターンに、メインローブ a 0に続く一連のサイドロ一ブ a l，a 2，...，a 1 ，，a 2，，...が、メインロープ a 0を挟んで ±9 0 ° の角度範囲に放射状に現われるように設計されている。このため、図 2に示すように、平滑な路面 3 0 0上の移動体 4 0 0に、その移動方向とアンテナのメインローブ a 0とが平行になるようにレーダ 1 0 0を搭載すれば、ァンテナのサイドローブ a l , a 2，.·.， a 1 ' , a 2，， ..·のうちの一部のサイドロ一ブ a 1 , a 2 ,...と路面 3 0 0 とのなす角 Φ 1 , Φ 2，...は、理論的には、メインローブ a 0となす角度 1 , 0 2 ,·..と等しくなる。以下、このときの、移動体に対するレーダの取付け姿勢を基準姿勢と呼ぶ。ここで、移動体 4 0 0に対するレーダ 1 0 0の取付け姿勢に変化が生じると、それに応じて、アンテナのサイドローブ a 1 , a 2，... と路面 3 0 0 とのなす角度も変化する。例えば、図 3 に示すように、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りに、搭載車両に対するレーダ 1 0 0の取付け姿勢が、基準姿勢から角度 0だけ回転した場合には、アンテナのサイドローブ a l , a 2，...と路面 3 0 0 とのなす角度 Φ 1； Φ 2 , ··.は、理論的には、レーダの回転角度 Θ と等しい角度だけ増加する。

このように、アンテナのサイドローブと路面とのなす角は、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りの、レーダの回転角度に応じて変化する。そこで、本実施の形態では、アンテナのサイドローブ a 1， a 2 ,...と路面 3 0 0 とのなす角度 1， 2，...を検出し、その検出結果に基づき、移動体に対するレーダの取付け姿勢の変化を推定することとする。アンテナのサイドローブ 1，& 2，...と路面 3 0 0 とのなす角度 1 , 2，...の算出方法は、レーダの変調方式に応じて異なるが、以下、その具体例を示しておく。

例えば、 2周波 CWレーダについては、以下に示すような手法により、アンテナのサイドロ一ブ a l，a 2，...と路面 3 0 0 とのなす角度 Φ 1 , Φ 2，...を算出可能である。

レーダのアンテナの電波放射域に物体が存在していると、レーダのアンテナは、その物体からのエコーを受信する。このェコ一は、レーダと物体との間に相対運動によってドップラー効果を受ける。このため、このエコーの周波数は、次式（ 1 )によって与えられるドヅブラ一周波数 f だけ、アンテナからの電波の発信周波数: f cからずれる。

f = 2 - f c - v/c ···( 1 )

ここで、 Cは、光速であり、 Vは、レーダと物体との相対速度である o

速度 Vで移動中のレーダのアンテナの各サイドロ一ブ a 1 , a 2 , ... の方向にそれぞれ静止物体が存在している場合、レーダとそれら各静止物体との相対速度が V'cos 1，V'cos§ 2 , · ..となる。したがって、数式（ 1 )より、レーダのアンテナがそれら各静止物体から受信するェコ一のドヅブラ一周波数 f 1， f 2， ...を求めると、次式（ 2 )が得られる < f k= 2 . f c · V . c o s Φ k/ c ( k = 1 , 2 , ... ) ···( 2 ) 路面上を速度 Vで移動する移動体にレーダが搭載されている場合にアンテナの各サイドロ一プ a l， a 2， ...の方向に存在する路面を静止物体と考えれば、路面からのエコーのドップラー周波数： l， f 2,..·を F F T処理により検出し、その検出値 1，で 2,...を数式 (2 )に代入することによって、アンテナのサイドローブ a l，a 2，... と路面 3 0 0とのなす角度 Φ 1 , Φ 2,.··を求めることができる。

また、 FMCWレーダについては、以下に示すような手法により、アンテナのサイドロ一ブ a l，a 2，·..と路面 3 0 0とのなす角度 Φ 1， Φ 2，·..を算出可能である。

レーダと、そのアンテナの電波放射域に存在している物体までの距離 Rangeは、次式（3 )によって与えられる。

Range = c '(f b + + f b— )/(8 'A F .f m) - ( 3 )

ここで、 cは、光速であり、 f b + + f b—は、物体からのエコーのビート信号の周波数が交互に示す値 f b +，： f b— (図 1 1参照）の和であり、 f mは、送信アンテナからの送信電波（図 1 0参照）の繰り返し周期であり、 A Fは、送信アンテナからの送信電波の周波数偏移幅であり、人は、送信アンテナからの電波の波長である。

レーダのアンテナの各サイドローブ a 1 , a 2， · · ·の方向に存在する路面を静止物体と考えれば、レーダのアンテナの各サイドロ一ブ a l,a 2，...が路面に到達する位置とレーダとの間の距離（図 2および図 3における R 1， R 2 , · . · )も、数式（ 3 )の Rangeにより与えられる。また、レーダのアンテナの各サイドロ一ブ a 1， a 2 , ...が路面に到達する位置とレーダとの間の距離（図 2および図 3 における R 1 , R 2，..·）を幾何学的に算出すると、次式（4 )が得られる。

Rk = H/s i η Φ Ιι (k = 1 , 2 ,...) - ( 4 )

ここで、 Ηは、基本姿勢を維持しているレーダのアンテナのメインローブ a 0と路面との間の距離（図 2における Η )である。

そして、数式（4 )で与えられる距離 Rkを数式（3 )の Rangeに代入すると、次式（5 )が得られる。

H/s i n k=c -(f b+ + f b-)/(8 -A F -f m) (k = l， 2，.·.）···（ 5 )

そこで、路面からのエコーのビート信号が交互に示す周波数： f b+， f b—を F T T処理によりサイドローブごとに検出し、それらの検出値 f b十， f b—を数式（ 5 )に代入することによって、アンテナの各サィドロ一ブ a l, a 2，...と路面 3 0 0 とのなす角度 Φ 1，Φ 2，.·.を求めることができる。

つぎに、移動体に対するレーダの取付け姿勢を上述の原理により推定することができるレーダシステムの構成について説明する。ここでは、レーダシステムのレーダとしてホモダイン方式の 2周波 CWレーダを採用した例を挙げるが、このことは、ヘテロダイン方式の 2周波 C Wレーダの採用を妨げるものではない。

図 4に示すように、本実施の形態に係るレーダシステムは、車両に既存の車速センサ（不図示）から車速データ Vの入力を逐次受け付ける 2周波 C Wレーダ 1 0 0、 2周波 C Wレーダ 1 0 0の出力情報（夕一ゲットに関する計測情報、搭載車両に対する 2周波 C Wレーダ 1 0 0 の傾き情報）を出力する出力装置（液晶ディスプレイ、スピーカ等） 2 0 0、等を有している。

2周波 C Wレーダ 1 0 0は、搭載車両の前方に向けて電波 Aを送波する送信部 1 1 0 と搭載車両の前方の物体（ターゲット、搭載車両の走行路）からのエコー Bを受波する受信部 1 2 0 とを含む送受信部、搭載車両の前方の物体を受信部 1 2 0の出力から検知する制御処理部 1 3 0、これらを内部に収容したハウジング（図 5参照）、等を有している。送信部 1 1 0は、制御処理部 1 3 0からの切換え指示に応じて 2種類の変調信号を交互に出力する変調器 1 1 1、変調器 1 1 1からの変調信号に応じた発信周波数 f 1， f 2の高周波信号（例えば、ミリ波）を出力する発振器 1 1 2、発振器 1 1 2からの出力信号を電波 Aとして発信する送信アンテナ 1 1 3、発振器 1 1 2からの出力の一部を中間周波数帯への周波数変換の基準信号として受信部 1 2 0へ導く方向性結合器 1 1 4、等を有している。このような構成により、送信部 1 1 0は、搭載車両の前方に向けて、互いに発信周波数が異なる連続波 A を送信アンテナ 1 1 3から交互に発射させる。

受信部 1 2 0は、搭載車両の前方の物体からのエコー Bを受信する受信アンテナ 1 2 1、受信アンテナ 1 2 1 の出力信号と方向性結合器 1 1 4からの信号とのミキシングによりビート信号を電波 Aの発信周波数 f l，f 2ごとに生成するミキサ 1 2 2、ミキサ 1 2 2の出力信号を電波 Aの発信周波数 f 1， f 2ごとにそれそれ復調および増幅するアナログ回路 1 2 3、電波 Aの発信周波数 f 1 , f 2ごとにアナログ回路 1 2 3 から出力されるアナ口グ信号 F 1， F 2をそれぞれ適当なサンプリング間隔でサンプリングする A / D変換器 1 2 4、等を有している。このような構成により、受信部 1 2 0は、搭載車両の前方の物体からのエコー Bを、電波 Aの発信周波数 f l， f 2別に増幅してから検波する。

制御処理部 1 3 0は、出力装置 2 0 0に接続されるマイクロコンビユー夕を有している。このマイクロコンピュータは、プログラムの実行により、機能構成部として信号処理部 1 3 1および記憶部 1 3 2を実現する。信号処理部 1 3 1は、 2つの発信周波数： f l， f 2の切換えタイミングを変調器 1 1 1およびアナログ回路 1 2 3に指示するとともに、夕一ゲヅトに関する計測情報（レーダ 1 0 0から夕一ゲヅトまでの距離、レーダ 1 0 0 とターゲットとの相対速度等）および 2周波レーダ 1 0 0の傾き情報を受信部 1 2 0の検波結果から検出し、それらの情報を出力装置 2 0 0へ出力する。また、記憶部 1 3 2は、 2周波レーダ 1 0 0の傾き情報の検出に信号処理部 1 3 1が必要とする固定値デ一夕群（低速検出用閾値、 2つのサイドローブ検出用閾値、 2つの取付け姿勢異常検知用閾値）を予め保持するともに、信号処理部 1 3 1が得た周波数スぺクトルを履歴情報として保存する。

ハウジングは、図 5に示すように、対向する位置に取り付けられた 2枚の貫通孔付きつば 1 4 1 a、搭載車両のフロント部に固定された取付けブラケヅト 1 4 0にハウジング 1 4 1 を固定する固定部材（不図示）、 2枚のつば 1 4 1 aの各貫通孔に挿入された状態で取付けブラケット 1 4 0の対応調整ネジ孔 1 4 0 aに締結される複数の調整ボルト 1 4 2、を有している。このような構成のハウジングによれば、ュ —ザは、各調整ボルト 1 4 2の締め付け量によって、ハウジング 1 4 1 とブラケット 1 4 0 との間隔を複数位置で調整することができるため、取付けブラケヅト 1 4 0に対するハウジング 1 4 1の姿勢、すなわち、搭載車両に対するレーザの取付け姿勢を調整することができる。なお、調整ネジ群 1 4 2によるカバー 1 4 1 の固定位置は、 X軸および y軸周りのカバ一 1 4 1の傾斜を補正することができるように、一列上に存在しない 3点であることが望ましいが、かなずしも、そのようにする必要はない。例えば、カバー 1 4 1の傾斜をより細かく調整可能とするために、調整ネジ群 1 4 2による固定位置をカバ一 1 4 1 に 4点以上設けてもよい。また、 y軸周りのカバー 1 4 1の傾斜が計測結果にそれほど影響を与えないような場合には、調整ネジ群 1 4 2 による固定位置を、 y軸方向に沿ったカバー中心軸上に並んだ 2点としてもよい。

つぎに、レーダ 1 0 0のマイクロコンピュー夕が実行する処理、すなわち、マイクロコンピュ一夕がソフトウエアの実行により実現する各機能処理部が実行する処理を、ユーザによる調整処理を交えながら説明する。なお、ここでは、路面側の一連のサイドローブ a 1 , a 2，· . . のうち、強度の大きな第 1サイドローブ a 1および第 2サイドローブ a 2にだけ着目することとする。

レーダ 1 0 0のマイクロコンピュー夕が実行する処理のフローチヤ一トを図 6に示す。

制御処理部 1 3 0 の信号処理部 1 3 1が 2つの発信周波数 f l，f 2の切替えタイミングの指示を開始すると、送波部 1 1 0の変調器 1 1 1 と受波部 1 2 0のアナログ回路 1 2 3 とには、それそれ、 2つの発信周波数： f 1 , f 2の切替え夕ィミングの指示が交互にかつ周期的に与えられる。これにより、以後、送波部 1 0の送信アンテナ 1 1 3 からは、各発信周波数: f 1 , f 2の電波が交互にかつ周期的に発信され ( Step 5 0 0 )、電波の放射範囲内の物体からのエコー検波を受波部 1 2 0が開始する（Step 5 0 1 )。

電波 Aの放射範囲の物体からのエコーを受波部 1 2 0が検波すると、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、受波部 1 2 0からのサンプルド信号を、発信周波数: f 1 , f 2別に高速フ一リェ変換（FFT : Fast Fo uri er Transform)処理によって周波数成分に分解する（Step 5 0 2 )。

その後、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、低速検出用閾値を記憶部 1 3 2から読み出し、その低速検出用閾値と車速センサからの車速デ一夕 Vとを比較する（Step 5 0 3 )。

その結果、車速センサからの車速データ Vが低速検出用閾値未満であった場合には、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、 Step 5 0 2に処理を戻し、受波部 1 2 0からの新たなサンプルド信号に対する F F T処理を実行する。ここで、車速センサからの車速デ一夕 Vが低速検出用閾値未満であった場合に Step 5 0 2に処理を戻すこととしているのは、搭載車両が低速走行中である場合には、レーダ 1 0 0の傾き情報を精度良く検出されることが期待できないためである。

一方、車速センサからの車速データ Vが低速検出閾値以上であった場合には、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、以下に示すように、搭載車両に対する相対的なレーダ 1 0 0の姿勢の評価処理を実行する。

まず、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、 Step 5 0 2において得られた周波数スぺクトルの周波数を、車速センサからの車速デ一夕 Vで割ることによつて無次元化する（Step 5 0 4 )。制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、このようにして周波数を無次元化した周波数スぺクトルデ一夕を履歴倩報として記憶部 1 3 2に格納するとともに、記憶部 1 3 2に履歴情報として格納されている周波数スぺクトルデータ群のうち、現在から所定の時間（例えば 1分間）内に格納された周波数スぺクトルデータを合成し、それを合成データ数で割る（Step5 0 5 )。これにより、図 7に示すような、メインローブ a Oと各サイドローブ a l , a 2とのなす角 Φ 1， Φ 2の設計値 0 1， 2により定まる周波数 s 1 , s 2の位置にピーク信号 Ρ 1 , 2が現われた周波数スぺクトルが得られる。その反対に、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りにレーダ 1 0 0が基準姿勢から回転していれば、図 8に示すような、メインローブ a Oと各サイドロ一ブ a l， a 2とがなす角 Φ 1 , Φ 2 の設計値 ø 1， 2とレーダ 1 0 0の回転角度 0 との和により定まる周波数 s 1 ' , s 2，の位置にピーク信号 P 1' , P 2'が現われた周波数スぺクトルが得られる。

そこで、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、 2つのサイド口ーブ検出用閾値 P 1， P 2 (P 1>P 2 )を記憶部 1 3 2から読み出し、それら 2つのサイドロ一ブ検出用閾値の間（P 2以上 P 1以下）に存在するピーク信号を、 Step 5 0 5で得られた周波数スぺクトルから検出する（ Step 5 0 6 )。これにより、各サイドロープ a l， a 2に対応するピ —ク信号を含むピーク信号群が検出される。

その後、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、 2つの取付け姿勢異常検知用閾値 S 1 , S 2 ( S 1>S 2 )を取り出し、これら 2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間の周波数域（S 2以上 S 1以下）に、サイドローブ a 1 , a 2と同数のピーク信号の周波数が存在しているか否かを判断する（Step 5 0 7 )。その結果、サイドローブ a l , a 2の数と同じ数（ 2つ）のピーク信号が 2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間に存在していれば、搭載車両に対してレーダ 1 0 0が基準姿勢を維持しているとすることができる。そこで、サイドロープ a l， a 2と同数のピーク信号が 2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間（ S 2以上 S 1以下）に存在していた場合、すなわち、搭載車両に対してレーダ 1 0 0が基準姿勢を維持している場合には、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、メインローブに対応するピーク信号の周波数（ドッブラ一周波数）および位相差から、夕一ゲットに関する計測情報を算出し、その情報を出力装置 2 0 0に出力する。具体的には、ターゲット検出用閾値 P 3を記憶部 1 3 2から読み出して、この夕一ゲヅト検出用閾値 P 3以上のピーク信号（図 7におけるピーク信号 P 0 )を発信周波数別に検出し、それらのピーク信号 P 0の周波数および位相差から、レーダ 1 0 0 とターゲットとの相対速度 Rate、および、レーダ 1 0 0からターゲットまでの距離 Rangeを、ターゲヅトに関する計測情報として算出する（Step 5 0 9 )。ここで、夕一ゲツトに関する計測情報の算出には次式（ 6 )( 7 )が用いられる。

Range = c · A φ / { 4 · π · f } ··· ( 6 )

Rate= c · f d/( 2 · f c ) -( 7 )

ここで、 cは、光速であり、厶 øは、発信周波数 f 1 , f 2別に得られた周波数スペクトルのピーク信号の位相差 1— 02 )であり、 Δ は、発信周波数 f l , f 2の差分（f l— f 2 )であり、 f dは、発信周波数 1 , f 2別に得られた各周波数スぺクトルのピーク信号の周波数 f d 1 , f d 2の平均値（ f d 1 + f d 2 )/ 2であり、 f cは、発信周波数 f l， f 2の平均値（ f 1 + f 2 )/ 2である（以下の数式において同じ）。

また、このとき、 2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間（S 2以上 S 1以下）に存在しているピ一ク信号の振幅に基づく路面状態診断処理を制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1 に実行させるようにしてもよい。例えば、路面に凹凸がある場合等には、サイドローブ a 1 , a 2に対応するピーク信号の振幅が大きくなるため、 2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間（S 2以上 S 1以下）で第 1閾値以下となった場合には、路面に凹凸がある旨の警告メッセージが出力されるようにしてもよい, また、路面に水たまりがある場合等には、サイドローブ a 1， a 2に対応するピーク信号の振幅が小さくなるため、 2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間（ S 2以上 S 1以下）で第 2閾値以上となった場合には、スリップに注意すべき旨の警告メッセージが出力されるようにしてもよい。

一方、サイドローブ a l，a 2と同数のピーク信号が 2つの取付け姿勢異常検知用閾値の間（S 2以上 S 1以下）に存在していない場合、すなわち、搭載車両に対してレーダ 1 0 0の姿勢が変化した場合には、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、以下の 2つの数式（8 )( 9 ) から、それぞれ、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りにレーダ 1 0 0が基準姿勢から回転した角度 0を算出する。

6> = c o s ^{_ 1}{s 1' - c/(2 - f c )}- 1 ···( 8 )

= c o s一 ¹ { s 2， · c /( 2 · f c )}- 2 ···( 9 )

そして、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、これらの数式（8 ) (9 )から得られた 2つの角度値の平均値を、搭載車両に対するレーダ 1 0 0の傾き情報として出力装置 2 0 0に出力する。また、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨の警告メッセージを記憶部 1 3 2から取り出し、この警告メッセ一ジを傾き情報とともに出力装置 2 0 0に出力する。これにより、出力装置 2 0 0からは、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨の警告メッセージとともに、搭載車両に対するレーダ 1 0 0の傾き情報が、音声および画像のうちの少なくとも一方により出力される（Step 5 0 8 )。その結果、ユーザは、レーダの取付け姿勢の調整が必要であることを警告メッセージにより知ることができるとともに、搭載車両に対するレーダの取付け姿勢が基準姿勢からどの程度の変化してしまったのかを、搭載車両に対するレーダ 1 0 0の傾き情報から認識することができる。これにより、調整ボルト 1 4 2の締め付けによる、レーダ 1 0 0の取付け姿勢の調整作業をスムーズに進めることができる。

以上の処理によれば、 2周波 C Wレーダにハードウェアを追加しなくても、搭載車両に対するレーダ 1 0 0の取付け姿勢の変化を検出することができる。

なお、本実施の形態においては、ュ一ザが、搭載車両に対するレーダの取付け姿勢の調整作業を行うこととしているが、搭載車両の進行方向に垂直な水平軸周りにレーダ 1 0 0を回転させるモー夕を取り付け、マイクロコンピュ一夕が、搭載車両に対するレーダ 1 0 0の傾き情報を小さくするように、モータの回転角を制御するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨をユーザに報知すベく、音声および画像のうちの少なくとも一方で警告メッセージを出力するようにしているが、警告アラームの出力、

L E Dの点滅等によって、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨をュ —ザに報知するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、車速センサから得られた車速で周波数スベクトルの周波数を無次元化しているが、必ずしも、このようにする必要はない。例えば、メインローブに対応するピーク信号の周波数を検出し、この周波数値で、周波数スぺクトルの周波数を割るようにしてもよい。また、車速が予め定めた値になった場合にだけ、搭載車両に対する相対的なレーダ 1 0 0の姿勢の評価処理を実行するようにすれば、 F F T処理により得られた周波数スペクトルの周波数の無次元化は不要である。

ところで、以上においては、サイドロープ a 1 , a 2に対応するピーク信号が存在すべき適正な周波数範囲の上限値 S 1および下限値 S 2 を固定しているが、必ずしも、このようにする必要はない。例えば、サイドロ一ブ a 1 , a 2に対応するピーク信号が存在すべき適正な周波数範囲が、サイドローブ a 1 , a 2に対応するピーク信号として過去に検出されたピーク信号の周波数に応じて変化するようにしてもよい。以下、このようにする場合の処理を、図 9により説明する。ただし、ここでは、図 6に示した処理と相違する点だけを説明することとする。上述の場合と同様な処理（Step 5 0 0〜 Step 5 0 6 )により、 2つのサイドロ一ブ検出用閾値の間（P 2以上 P 1以下）に存在するピーク信号を検出すると、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、サイドロ —ブ a 1 , a 2に対応するピ一ク信号の履歴情報が記憶部 1 3 2 に存在しているか否かを判断する（Step 5 1 0 )。

その結果、記憶部 1 3 2に履歴情報が存在していなければ、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、 Step 5 0 6で検出したピーク信号の周波数を履歴情報として記憶部に格納してから（Step 5 1 3 )、前述の場合と同様な処理により、レーダ 1 0 0 と夕一ゲッ卜との相対速度、および、レーダ 1 0 0からターゲットまでの距離を、ターゲットに関する計測情報として算出する（Step 5 0 9 )。その後、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、 Step 5 0 2に処理を戻し、受波部 1 2 0からの新たなサンプルド信号に対する F F T処理を実行する。

一方、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、記憶部 1 3 2にすでに履歴情報として存在していれば、全履歴情報の平均値を算出し、この平均値と、 Step 5 1 1で得られたピーク信号の周波数との差分を算出する（Step 5 1 1 )。そして、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、差分値と所定値とを比較することによって、レーダ 1 0 0が基準姿勢を維持しているか否かを判定する（Step 5 1 2 )。このことは、履歴情報の平均値を中央とした所定幅の周波数範囲を、サイドローブ a l , a 2に対応するピーク信号が存在すべき適正な周波数範囲とすることに相当する。

その比較の結果、差分値が所定値以上であれば、前述の場合と同様、搭載車両に対するレーダ 1 0 0の傾き情報を算出し、その傾き情報を、レーダの取付け姿勢の調整を要する旨の警告メッセージとともに出力装置 2 0 0に出力する（Step 5 0 8 )。その反対に、差分値が所定値以上であれば、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、 Step 5 0 6で検出したピーク信号の周波数を履歴情報として記憶部に格納してから ( Step 5 1 3 )、前述の場合と同様な処理により、レーダ 1 0 0 とターゲットとの相対速度、および、レ一ダ 1 0 0からターゲットまでの距離を、夕一ゲヅトに関する計測情報として算出する（Step 5 0 9 )。その後、制御処理部 1 3 0の信号処理部 1 3 1は、 Step 5 0 2に処理を戻し、受波部 1 2 0からの新たなサンプルド信号に対する F F T処理を実行する。

本実施の形態においては、レーダが基準姿勢を維持していない場合に、搭載車両に対するレーダ 1 0 0の傾き情報を出力装置 2 0 0から出力させるようにしているが、サイドローブに対応するピーク信号の周波数を検出時間とともに履歴情報として保存しておき、サイドローブに対応するピーク信号の周波数の経時的変化を、搭載車両に対するレーダ 1 0 0の取付け姿勢の経時的変化として出力するようしてもよい o

以上、本発明の適用例として、 2周波 C Wレーダを含むレーダシステムを挙げたが、本発明は、 2周波 C W以外の変調方式のレーダを含むレーダシステムにも適用可能である。例えば、 FM CWレーダを含むレ一ダシステムに本発明を適用することもできる。以下、ホモダイン方式の FMCWレーダを含むレーダシステムへの適用例について説明する。ただし、ここでは、 2周波 C Wレーダを含むレーダシステムへの適用例と相違する点だけを挙げることする。

本実施の形態に係る F M CWレーダは、前述の 2周波 C Wレーダと同様なハードウェア構成を有している。すなわち、図 4に示すように、搭載車両の前方に向けて電波を送波する送信部 1 1 0、搭載車両の前方の物体からのエコーを受波する受信部 1 2 0、搭載車両の前方の物体を受信部の出力から検知する制御処理部 1 3 0、これらを内部に収容したハウジング（図 4において不図示、図 5参照）を有している。ただし、送信部 1 1 0、受信部 1 2 0および制御処理部 1 3 0における処理が、前述の 2周波 C Wレーダとは相違する。具体的には、以下の通りである。

送信部 1 1 0では、発信器 1 1 2が、変調器 1 1 1からの三角波信号に応じて繰返し FM変調した高周波信号を出力する。これにより、送信部 1 1 0の送信アンテナ 1 1 3からは、図 1 0に示すような、三角波による繰返し変調が施された電波 Aが発信される。

このとき、電波 Aの放射域に物体が存在していれば、受信部 1 2 0 では、まず、受信アンテナ 1 1 3が、図 1 0に示したような、物体からのェコ一 Bを受信し、ミキザが、そのエコー Bと、方向性結合器 1 1 4からの電波 Aとをミキシングする。これにより、図 1 1に示すような、所定の周期で周波数が交互に 2つの値: f b+,f b—を示すビ一ト信号が生成される。このビート信号は、その繰返し周期の半サイクルごとに、アナログ回路 1 2 3で復調および増幅されてから、 AZD コンバータ 1 2 4によって所定のサンプリング間隔 Tでサンプリングされる。

制御処理部 1 3 0では、信号処理部 1 3 1が、三角波の折返し夕ィミングを変調器 1 1 2 とアナログ回路 1 2 3 とに指示するとともに、夕一ゲットに関する計測情報（レーダ 1 0 0から夕ーゲッ卜までの距離、レーダ 1 0 0 と夕ーゲットとの相対速度等）および 2周波レーダ 1 0 0の傾き情報の検出処理等を実行する。これにより、図 1 3のフロ —チャートまたは図 1 4のフローチャートにしたがう処理が実現する, これらのフローチャートにしたがう処理は、以下の点において、図 6 のフローチャートおよび図 9のフ口一チャートにしたがう処理と異なつている。

図 1 3のフローチャートおよび図 1 4のフローチャートの F T T処理 Step 5 0 2 'は、ビ一ト信号の繰返し周期の半サイクルごとに、受信部 1 1 0からのサンプルド信号を周波数成分に分解する点において、図 6のフローチャートおよび図 9のフローチャートの F T T処理 Step 5 0 2 と異なっている。図 1 3のフローチャートおよび図 1 4のフロ一チャートの F T T処理 Step 5 0 2，により得られる周波数スぺクトルを図 1 2に示す。ビート信号の繰返し周期の半サイクルごと得られる周波数スペクトルのうち、一方の周波数スペクトルには、第 1サイドロープ a l方向からのエコーのビート信号が交互に示す周波数のうちの一方の周波数: f l b +と、第 2サイドローブ a 2方向からのエコーのビート信号が交互に示す周波数のうちの一方の周波数 f 2 b +とにそれそれピークが現われる。また、他方の周波数スペクトル（不図示）には、第 1サイドローブ a 1方向からのエコーのビート信号が交互に示す周波数のうちの他方の周波数 f i b—と、第 2サイドローブ a 2 方向からのエコーのビート信号が交互に示す周波数のうちの他方の周波数 f 2 b—とにそれぞれピークが現われる。また、図 1 3のフローチヤ一トおよび図 1 4のフローチャートは、車速による分岐処理 Step5 0 3、車速による周波数無次元化処理 Step 5 0 4を含まない点において、図 6のフローチャートおよび図 9のフ口—チヤ— トと異なっている。このよう相違点がある理由は、 F M C

Wレーダの F F T処理により得られる周波数スぺクトルの周波数が車速に応じて変化しないことにある。

また、図 1 3のフローチャートおよび図 1 4のフローチャートの夕ーゲット検出処理 Step 5 0 4 'は、夕ーゲットに関する計測情報の算出に次式（ 1 0 )( 1 1 )を用いる点において、数式図 6のフローチャートおよび図 9のフローチャートの夕ーゲット検出処理 Step 5 0 と異なつている。

Range = c ·( f b + + f b -)/( 8 · Δ F · f m ) ···( 1 0 )

Rate= A -( f b + - f b-)/4 - ( 1 1 )

ここで、 f mは、三角波の繰り返し周期であり、は、 F Mの周波数偏移幅であり、 λは、送信アンテナからの電波の波長であり、 f b+および： P b—は、メインローブに対応するピーク信号が示す周波数である。

さらに、図 1 3のフローチャートおよび図 1 4のフローチャートのレーダ取付け姿勢異常警告処理 Step5 0 8，は、搭載車両に対する夕一ゲヅトの傾き姿勢の算出に次式（ 1 2 )( 1 3 )を用いる点において、図 6のフローチャートおよび図 9のフローチャートのレーダ取付け姿勢異常警告処理 Step5 0 8 と異なっている。

6» = s i n ~ (H/(f 1 b + + f 1 b— ) · ( 8 ·Δ F · f m/ c )} ― Φ 1 ···( 1 2 )

0 = s i n ^{- 1}{(H/(f 2 b + + f 2 b -) - ( 8 -A F - f m/ c )} - Φ 2 ···( 1 3 ) ここで、 Hは、レーダが基準姿勢を維持している場合における、路面からメインローブまでの距離（図 2における H )であり、： 1 b +および 1 b—は、第 1サイドローブ a 1に対応するピーク信号の周波数であり、 f 2 b +および: f 2 b—は、第 2サイドローブ a 2に対応するピーク信号の周波数である。

なお、以上においては、レーダシステムが搭載される移動体の例として車両を挙げているが、例えば、自動二輪車等、車両以外の移動体にレーダシステムが搭載されるようにしてもよい。

また、以上においては、 2つのサイドロ一ブに着目しているが、 1 つのサイド口一ブにだけ着目するようにしてもよい。また、さらに多くのサイドローブに対応するビート信号を検出可能な場合には、 3つ以上のサイドローブに着目するようにしてもよい。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明に係るレーダ装置によれば、ハードウエアの追加なく、移動体に対する取付け姿勢の変化を検出することができる。

Claims

請求の範囲

1 .連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダ装置であって、前記移動体の移動方向に沿ったメインローブと、前記連続面に向かうサイドロープを有する信号を発信し、前記メインローブ方向の夕一ゲヅトからの第 1反射信号と前記サイドローブ方向の前記連続面からの第 2反射信号とを受信する送受信部と、

前記送受信部が受け付けた第 2反射信号と前記送受信部が発信する信号とのビート信号の周波数を検出し、当該周波数に基づき、前記連続面に対する当該レーダ装置の姿勢に相関する情報を検出する制御処理手段と、

を有する。

2 .連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダ装置であって、前記移動体の移動方向に沿ったメインローブと、前記連続面に向かうサイドローブを有する信号を発信し、前記メインローブ方向の夕一ゲットからの第 1反射信号と前記サイドロ一ブ方向の前記連続面からの第 2反射信号とを受信する送受信部と、

前記送受信部が受け付けた第 2反射信号と前記送受信部が発信する信号とのビート信号の周波数を検出し、当該周波数に基づき、前記連続面に対する当該レーダ装置の姿勢変化を検出する制御処理手段と、を有する。

3 .請求項 1 または 2記載のレーダ装置であって、

前記制御処理手段は、

前記送受信部が受け付けた第 2反射信号と前記送受信部が発信する信号とのビート信号の強度に基づき、前記連続面の表面状態を検出す o

4 .連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダシステムであつて、

請求項 1記載のレーダ装置と、

前記制御処理手段の検出結果を、前記移動体に対する前記レーダの姿勢を表す情報として出力する出力手段と、

を有する。

5 .連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダシステムであつて、

請求項 2記載のレーダ装置と、

前記制御処理手段が、前記連続面に対する前記レーダ装置の姿勢変化を検出した場合に、前記移動体に対する前記レーダ装置の姿勢変化の発生を報知する出力手段と、

を有する。

6 .連続面に沿って移動する移動体に搭載されるレーダシステムであつて、

請求項 3記載のレーダ装置と、

前記制御処理手段が検出した、前記連続面の表面状態を報知する出力手段と、

を有する。