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技術 車両用レーダ装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 南義明
出願日 2009年3月3日 (10年7ヶ月経過) 出願番号 2009-049789
公開日 2010年9月16日 (9年1ヶ月経過) 公開番号 2010-203918
状態 未査定
技術分野 レーダ方式及びその細部
主要キーワード 干渉側 上り区間 重複検知 CW変調 下り区間 信号観測 周辺障害物 一部区間
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年9月16日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

複雑な処理を要することなく2つのFMCW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;β1β2)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、送信信号受信信号に基づき得られるビート信号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。

概要

背景

従来から、FMCW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)。

概要

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。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;β1β2)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、送信信号受信信号に基づき得られるビート信号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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

FMCW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、送信信号受信信号に基づき得られるビート信号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。

請求項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。

請求項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。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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)。

先行技術

0003

実開平4−7380号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、FM−CW方式では、受信信号送信信号の差(ビート信号)の周波数反射物(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変調上り区間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。

0005

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。

0006

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。

課題を解決するための手段

0007

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。

発明の効果

0008

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。

図面の簡単な説明

0009

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。

実施例

0010

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。

0011

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。

0012

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。

0013

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。

0014

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fBD(下り)、fBU(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。

0015

尚、公知の如く、ビート周波数fBD,fBUには、以下の関係が成り立つ。
fR=(|fBU|+|fBD|)/2
fV=(|fBU|−|fBD|)/2
R=C・fR/(4・Δf・R・fm)
V=C・fV/(2・f0)
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。

0016

従って、ビート周波数fBD及びfBU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。

0017

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。

0018

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fBD、fBU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fBD及びfBU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。

0019

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。

0020

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。

0021

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fBD、fBU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。

0022

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。

0023

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許容される。

0024

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。

0025

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)。

0026

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。

0027

図4は、縦軸に周波数をとり、横軸に時間をとり、上段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。

0028

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fBD、fBU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fBD、fBU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fBD、fBUと大きく相違するので、各ビート周波数fBD、fBU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fBD、fBUの抽出に影響を与えることは実質的に無い。

0029

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、製品管理コスト面でも有利となる。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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

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