技術 傾斜検知装置

0001

この発明は、自動車などの車両の傾斜角度を自動的に検知するための傾斜検知装置に関するものである。特に、車両用ヘッドライトの光軸制御を行う場合において最適な傾斜検知装置に関するものである。

0002

従来の傾斜検知装置として、例えば特許文献１では、電波送信部は電波を地面に向けて放射し、電波受信部は地面で反射した電波を２箇所の受信アンテナで受信し、演算部が合成処理を行って得られた受信した２信号の振幅情報から、受信した２信号の位相差を算出し、位相差から車両の傾斜角度を検知することについて開示されている。
また、例えば特許文献２では、電波送信部は電波を地面に向けて放射し、電波受信部は地面で反射した電波を２箇所の受信アンテナで受信し、演算部が混合処理を行って得られた受信した２信号の位相情報から、受信した２信号の位相差を算出し、位相差から車両の傾斜角度を検知することについて開示されている。

0003

特開２００５−１８９１０１号公報
特開２００９−２８２０２２号公報

0004

しかしながら、例えば特許文献１や特許文献２のような従来の傾斜検知装置は、地面と傾斜検知装置間において、地面で１回反射して戻ってきた１回反射波に対し、地面で２回反射して戻ってきた２回反射波などの多重反射波による干渉が発生し、傾斜検知装置の高さや車両の傾斜が変化すると、多重反射波による干渉の影響により受信信号の振幅と位相が変化するので、傾斜角度を精度良く検知できないという課題があった。

0005

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、多重反射波による干渉の影響を受けることなく、傾斜角度を精度良く検知することができる傾斜検知装置を提供することを目的としている。

0006

上記目的を達成するために、この発明に係る傾斜検知装置は、車両に設置され、所定の帯域幅における複数の周波数の送信信号を放射する送信手段と、前記送信手段の両側に設置され前記送信手段から放射され地面で反射した複数の周波数の送信信号をそれぞれ受信して受信信号として取得する２つの受信アンテナを有し、当該一方の受信アンテナが取得した受信信号を直交検波して第１のＩＱ信号を取得し、当該他方の受信アンテナが取得した受信信号を直交検波して第２のＩＱ信号を取得する受信手段と、前記第１のＩＱ信号の累積和および前記第２のＩＱ信号の累積和を算出する多重反射除去手段と、前記多重反射除去手段により算出された前記第１のＩＱ信号の累積和および前記第２のＩＱ信号の累積和の位相角差から前記車両の傾斜角度を算出する傾斜角度演算手段とを備えることを特徴とする。

0007

この発明によれば、周波数毎に直交検波して得られたＩＱ信号の累積和を算出することにより地面２回反射波を抑圧するため、多重反射波による干渉の影響を受けることなく傾斜角度を精度良く検知することができる。また、車両の傾斜によって変化する電波伝搬経路の偏位を位相角差の偏位として高精度に検出し精度よく車両傾斜角度を算出できる。

0008

この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置の全体の処理の流れを示すフローチャートである。
この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における反射波の伝搬経路を説明する図である。
この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における２回反射波のＩＱ信号を複素平面上に示した図である。
この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置の直交検波器により直交検波して得られた受信信号のＩＱ信号を複素平面上に示した図である。
この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における１回反射波のＩＱ信号と２回反射波のＩＱ信号の関係を説明する説明図である。
この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における累積ＩＱ信号を構成する１回反射波の累積ＩＱ信号と２回反射波の累積ＩＱ信号の振幅の関係を説明する説明図である。
この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における電波の伝搬経路について説明する説明図である。
この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における傾斜角度と位相角差の関係を説明する説明図である。
この発明の実施の形態２に係る傾斜検知装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態２に係る傾斜検知装置の全体の処理の流れを示すフローチャートである。
この発明の実施の形態２に係る傾斜検知装置における受信信号の累積和ＩＱ信号を構成する１回反射波の累積ＩＱ信号と２回反射波の累積ＩＱ信号の振幅の関係を説明する説明図である。
この発明の実施の形態２に係る傾斜検知装置における第１の累積ＩＱ信号と第２の累積ＩＱ信号の振幅和、帯域幅および周波数の関係を説明する説明図である。
この発明の実施の形態３に係る傾斜検知装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態３に係る傾斜検知装置の全体の処理の流れを示すフローチャートである。
この発明の実施の形態３に係る傾斜検知装置における受信信号のＩＱ信号の周波数と振幅の関係について示す図である。
この発明の実施の形態３に係る傾斜検知装置における受信信号のＩＱ信号の振幅が極値を得る周波数における受信信号のＩＱ信号と１回反射波のＩＱ信号と２回反射のＩＱ信号を複素平面上に示した図である。

0009

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、傾斜検知装置は、周波数設定信号を出力して放射する電波の周波数を制御する制御手段１００、制御手段１００により出力された周波数設定信号に基づいて電波を送信する送信手段２００、送信手段２００により送信された電波を第１の受信信号および第２の受信信号として受信し、受信した第１の受信信号および第２の受信信号について直交検波を行って第１のＩＱ信号および第２のＩＱ信号を取得する受信手段３００、受信手段３００により取得された第１のＩＱ信号および第２のＩＱ信号の累積和を算出する多重反射除去手段４００、多重反射除去手段４００により算出された第１のＩＱ信号の累積和と第２のＩＱ信号の累積和の位相角差から傾斜角度を算出する傾斜角度演算手段５００により構成されている。

0010

制御手段１００は制御器１０１を、送信手段２００は発振器２０１、増幅器２０２、送信アンテナ２０３を、受信手段３００は受信アンテナ３０１，３０２、増幅器３０３，３０４、直交検波器３０５，３０６を、多重反射除去手段４００は多重反射除去器４０１を、傾斜角度演算手段５００は傾斜角度演算器５０１を、それぞれ備えている。

0011

送信アンテナ２０３と受信アンテナ３０１，３０２は同一平面上にあり、受信アンテナ３０１，３０２は送信アンテナ２０３を中心として等間隔に直線配置されている。この際、直線配置の向きは検知する傾斜の向きと平行にする。例えば、車両の前後の方向の傾斜角度を検知する場合、受信アンテナ３０１，３０２は車両の前後方向の異なる位置に設置する。

0012

次に動作について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置の全体の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、制御手段１００内の制御器１０１は、傾斜検知装置の地面からの高さに応じて予め設定された帯域幅ＢＷの範囲において、周波数ｆｎをｆ１からｆＮまで帯域幅ΔＢＷずつ変化させる周波数設定信号を送信手段２００へ出力する（ステップＳＴ１１）。また、制御器１０１は、周波数ｆ１から周波数ｆＮまで変化させるタイミングを知らせるためのトリガ信号を多重反射除去手段４００へ出力する。

0013

ここで、帯域幅ＢＷは傾斜検知装置の地面からの高さによって決定される値であり、傾斜検知装置の地面からの高さは傾斜検知装置を設置したときの高さ、または距離センサによって計測した高さを使用する。

0014

図３は、この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における反射波の伝搬経路を説明する図である。図３に示すように、受信アンテナ３０１により受信される１回反射波の伝搬経路長をＬ１、２回反射波の伝搬経路長をＬ１１、受信アンテナ３０２により受信される１回反射波の伝搬経路長をＬ２、２回反射波の伝搬経路長をＬ２２とする。各伝搬経路長は送信アンテナの中心と受信アンテナの中心間を示す中心間隔ｄと地面からの傾斜検知装置の取付位置の高さｈを用いて幾何学的に算出できる。

0015

例えば、傾斜角度０度のときは、Ｌ１＝Ｌ２、Ｌ１１＝Ｌ２２であり、このときの１回反射波の伝搬経路長Ｌ１，２回反射波の伝搬経路長Ｌ１１は式（１），（２）によって算出することができる。
Ｌ１＝Ｌ２＝√（ｄ＾２＋（２×ｈ）＾２） （１）
Ｌ１１＝Ｌ２２＝√（ｄ＾２＋（４×ｈ）＾２） （２）

0016

ここで、帯域幅ＢＷは、後ほど詳細に述べるように、周波数ｆ１からｆＮまで変化させたときに２回反射波のＩＱ信号が複素平面上の原点を中心に全方向３６０度にわたって等間隔に分布するように設定される。
帯域幅ＢＷは２回反射波の伝搬経路長Ｌ１１，Ｌ２２と電波の速度Ｃから式（３）により算出される。
ＢＷ＝Ｃ／Ｌ１１ （３）

0017

また、帯域幅ΔＢＷは式（４）により算出され、周波数ｆ１からｆＮと帯域幅ΔＢＷの関係は式（５）のように表される。
ΔＢＷ＝ＢＷ／（Ｎ−１） （４）
ΔＢＷ＝ｆ２−ｆ１＝ｆ３−ｆ２＝ｆ４−ｆ３＝・・・＝ｆＮ—ｆＮ−１ （５）
なお、Ｎの最小値はＮ＝２で、このときｆ２＝ｆ１＋ＢＷとなる。

0018

図４は、この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における２回反射波のＩＱ信号を複素平面上に示した図である。図４（ａ）はＮ＝２のときについて、図４（ｂ）はＮ＝３のときについて、図４（ｃ）はＮ＝４のときについて、それぞれｆ１、ｆ２、・・・、ｆＮの各周波数の電波の２回反射波のＩＱ信号が示されている。図４（ａ）〜（ｃ）から、Ｎの値によらず、２回反射波のＩＱ信号のベクトル和がゼロになることが分かる。

0019

例えば、周波数２４ＧＨｚ帯において、送信アンテナ２０３と受信アンテナ３０１を直線上に設置して、送信アンテナ２０３と受信アンテナ３０１の中心間隔ｄを３５ｍｍとし、傾斜検知装置の高さｈを０．３ｍ〜０．５ｍの範囲とする場合、式（１）〜（３）により、帯域幅ＢＷは１００ＭＨｚから２５０ＭＨｚと決定される。

0020

ここで、具体例として、帯域幅ＢＷ＝１００ＭＨｚの場合、式（４）により、ｆ１〜ｆ４は次のようになる。
Ｎ＝２のとき、ｆ１＝２４ＧＨｚ、ｆ２＝２４．１ＧＨｚ。
Ｎ＝３のとき、ｆ１＝２４ＧＨｚ、ｆ２＝２４．０５ＧＨｚ、ｆ３＝２４．１GHｚ。
Ｎ＝４のとき、ｆ１＝２４ＧＨｚ、ｆ２＝２４．３３３ＧＨｚ、ｆ３＝２４．６６６ＧＨｚ、ｆ４＝２４．９９９ＧHｚ。

0021

また、帯域幅ＢＷ＝１２０ＭＨｚの場合には、ｆ１〜ｆ４は次のようになる。
Ｎ＝２のとき、ｆ１＝２４ＧＨｚ、ｆ２＝２４．１２ＧＨｚ。
Ｎ＝３のとき、ｆ１＝２４ＧＨｚ、ｆ２＝２４．０６ＧＨｚ、ｆ３＝２４．１２ＧＨｚ。
Ｎ＝４のとき、ｆ１＝２４ＧＨｚ、ｆ２＝２４．０４ＧＨｚ、ｆ３＝２４．０８ＧＨｚ、ｆ４＝２４．１２ＧＨｚ。

0022

ここで、高さｈが一定であっても、傾斜角度によってＬ１１およびＬ２２の長さは変化する。しかし、例えば、２４ＧＨｚ帯において、傾斜角度−１０度から＋１０度の範囲のときのＬ１１およびＬ２２は、傾斜角度が０度のときのＬ１１およびＬ２２と比較しても数ｍｍ〜数十ｍｍ程度しか変化しない。よって、傾斜角度を０度として算出した帯域幅ＢＷを適用しても測定精度に与える影響は十分に小さく、問題ない。

0023

次に、図２に示すように、送信手段２００の発振器２０１は、制御器１０１により出力された周波数設定信号で指示された周波数ｆｎの送信信号を発振信号として増幅器２０２と受信手段３００の直交検波器３０５，３０６へ出力する。増幅器２０２は、発振器２０１により入力された発振信号を所定のレベルまで電力増幅し、送信信号として送信アンテナ２０３へ出力し、送信アンテナ２０３は、送信信号を電波として空間へ放射する（ステップＳＴ１２）。

0024

受信手段３００内の異なる位置に設置された受信アンテナ３０１，３０２は、送信アンテナ２０３により放射された電波が地面で反射した反射波を受信し、第１の受信信号と第２の受信信号として取得され（ステップＳＴ１３）、第１の受信信号は増幅器３０３へ、第２の受信信号は増幅器３０４へ、それぞれ出力される。このとき、第１の受信信号と第２の受信信号の周波数はｆｎである。

0025

増幅器３０３は第１の受信信号を所定のレベルまで電力増幅し直交検波器３０５へ出力し、増幅器３０４は第２の受信信号を所定のレベルまで電力増幅し直交検波器３０６へ出力する。

0026

直交検波器３０５は第１の受信信号を、直交検波器３０６は第２の受信信号を、それぞれ周波数ｆｎの発信信号を基準信号として直交検波することにより第１のＩＱ信号ＩＱ１ｎと第２のＩＱ信号ＩＱ２ｎを取得し（ステップＳＴ１４）、多重反射除去手段４００へ出力する。

0027

ここで、ＩＱ信号は、基準信号の０度成分によって得られるベースバンド信号のＩ信号Ｉと、９０度成分によって得られるベースバンド信号のＱ信号Ｑの２信号により構成され、複素平面上において複素ベクトルＩ＋ｊ×Ｑとして表される。ここで、ｊは虚数単位であり、ＩとＱの逆正接は受信信号の位相角、ＩとＱの二乗和の平方根は受信信号の振幅に相当する。

0028

図５は、この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置の直交検波器により直交検波して得られた受信信号のＩＱ信号を複素平面上に示した図であり、図５に示すように、受信信号のＩＱ信号の複素ベクトルは、受信信号に含まれる１回反射波のＩＱ信号と２回反射波のＩＱ信号の合成ベクトルである。１回反射波のＩＱ信号の振幅が、２回反射波のＩＱ信号の振幅と比較して十分に大きければ、受信信号の位相角は１回反射波の位相角と等しくなり、２回反射波の影響を受けずに傾斜角度を精度良く検知できる。すなわち、２回反射波のＩＱ信号の振幅を抑圧することができれば、傾斜角度を精度良く検知できることとなる。

0029

なお、３回反射波以降のＩＱ信号の振幅の大きさについては、１回反射波と比較して十分小さいので無視する。例えば、３回反射波は１回反射波と比較して伝搬距離が３倍長く、反射回数が４回（地面で２回、傾斜検知装置で２回）多いため、地面の反射係数と傾斜検知装置の反射係数を共に１／２とすると、３回反射波の振幅は１回反射波の振幅の（１／２）４×（１／３）＝１／４８の大きさとなる。よって、３回反射波以降のＩＱ信号の振幅は十分小さいので無視することができる。

0030

ここで、第１のＩＱ信号ＩＱ１ｎのＩ信号をＩ１ｎ、Ｑ信号をＱ１ｎとおき、第２のＩＱ信号ＩＱ２ｎのＩ信号をＩ２ｎ、Ｑ信号をＱ２ｎとおくと、式（６），（７）のように表すことができる。
ＩＱ１ｎ＝Ｉ１ｎ＋ｊ×Ｑ１ｎ （６）
ＩＱ２ｎ＝Ｉ２ｎ＋ｊ×Ｑ２ｎ （７）

0031

次に、図２に示すように、多重反射除去手段４００の多重反射除去器４０１は、制御器１０１により出力されたトリガ信号に基づいて、周波数ｆ１から周波数ｆＮまで変化させて得られた第１のＩＱ信号ＩＱ１１からＩＱ１Ｎまでの累積和を演算し、第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＮを算出し（ステップＳＴ１５）、傾斜角度演算手段５００へ出力する。また、多重反射除去手段４００の多重反射除去器４０１は、同様にして、周波数ｆ１から周波数ｆＮまで変化させて得られた第２のＩＱ信号ＩＱ２１からＩＱ２Ｎまでの累積和を演算し、第２の累積ＩＱ信号ＩＱ２ｓｕｍＮを算出し（ステップＳＴ１５）、傾斜角度演算手段５００へ出力する。

0032

第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＮは式（８）のように示される。
ＩＱ１ｓｕｍＮ＝Ｉ１ｓｕｍＮ＋ｊ×Ｑ１ｓｕｍＮ （８）
但し、式（９）、（１０）を満たす。
Ｉ１ｓｕｍＮ＝Ｉ１１＋・・・Ｉ１ｎ・・・＋Ｉ１Ｎ （９）
Ｑ１ｓｕｍＮ＝Ｑ１１＋・・・Ｑ１ｎ・・・＋Ｑ１Ｎ （１０）
Ｉ１ｓｕｍＮとＱ１ｓｕｍＮの逆正接は第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＮの位相角に、Ｉ１ｓｕｍＮとＱ１ｓｕｍＮの二乗和の平方根は第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＮの振幅に、それぞれ相当する。

0033

同様に、第２の累積ＩＱ信号ＩＱ２ｓｕｍＮは式（１１）のように示される。
ＩＱ２ｓｕｍＮ ＝ Ｉ２ｓｕｍＮ＋ｊ×Ｑ２ｓｕｍＮ （１１）
但し、式（１２）、（１３）を満たす。
Ｉ２ｓｕｍＮ ＝ Ｉ２１＋・・・Ｉ２ｎ・・・＋Ｉ２Ｎ （１２）
Ｑ２ｓｕｍＮ ＝ Ｑ２１＋・・・Ｑ２ｎ・・・＋Ｑ２Ｎ （１３）
Ｉ１ｓｕｍＮとＱ１ｓｕｍＮの逆正接は第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＮの位相角に、Ｉ１ｓｕｍＮとＱ１ｓｕｍＮの二乗和の平方根は第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＮの振幅に、それぞれ相当する。

0034

図６は、この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における1回反射波のＩＱ信号と２回反射波のＩＱ信号の関係を説明する説明図であり、図６（ａ）に１回反射波のＩＱ信号の軌跡を、図６（ｂ）に２回反射波のＩＱ信号の軌跡を、それぞれＮ＝３の場合について示している。図６（ａ）に示す１回反射波のＩＱ信号に対して、図６（ｂ）に示す２回反射波のＩＱ信号は２倍の距離を伝搬するため、１回反射波のＩＱ信号の位相がΔＰ回転すると、２回反射波のＩＱ信号の位相は２×ΔＰ回転する。

0035

図６（ｂ）に示すように、２回反射波のＩＱ信号が３６０度で等間隔になるように帯域幅ＢＷと帯域幅ΔＢＷを設定しているため、ｆ１，ｆ２，ｆ３の２回反射波のＩＱ信号のベクトル和はゼロになる。

0036

図７は、この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における累積ＩＱ信号を構成する１回反射波の累積ＩＱ信号と２回反射波の累積ＩＱ信号の振幅の関係を説明する説明図である。図７に示すように、累積ＩＱ信号は、１回反射波の累積ＩＱ信号と２回反射波の累積ＩＱ信号を複素ベクトルで足したものである。帯域幅を０からＢＷまで、すなわち周波数をｆ１からｆＮまで変化させると、１回反射波の累積ＩＱ信号の振幅は最大となる一方で、２回反射波の累積ＩＱ信号の振幅は最小となる。これは、図４に示したように、Ｎ個の２回反射波のＩＱ信号の複素ベクトルは３６０度全方向に等間隔に存在し、ＩＱ信号の累積和を演算するとゼロになるからである。すなわち、図７に示すように、帯域幅ＢＷ、周波数ｆＮのとき１回反射波の累積ＩＱ信号の振幅が２回反射波の累積ＩＱ信号の振幅と比較して十分大きくなる。

0037

次に、図２に示すように、傾斜角度演算手段５００の傾斜角度演算器５０１は、多重反射除去手段４００により出力された第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＮと第２の累積ＩＱ信号ＩＱ２ｓｕｍＮの位相角差から傾斜角度θを算出し（ステップＳＴ１６）、出力して処理を終了する。

0038

図８は、この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における電波の伝搬経路について説明する説明図である。図８に示すように、送信アンテナ２０３と受信アンテナ３０１，３０２は同一平面上にあり、受信アンテナ３０１，３０２は送信アンテナ２０３を中心として等間隔に直線配置されている。受信アンテナ３０１により受信する１回反射波の伝搬経路長をＬ１、受信アンテナ３０２により受信する１回反射波の伝搬経路長をＬ２とする。

0039

車両と地面が平行のとき、すなわち、傾斜角度０度のときはＬ１とＬ２は等しくなる。車両が地面に対して傾斜すると伝搬経路長Ｌ１と伝搬経路長Ｌ２はそれぞれ変化し伝搬経路長に差が生じる。伝搬経路長の差を位相角差として検知して傾斜角度を算出する。なお、第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＮおよび第２の累積ＩＱ信号ＩＱ２ｓｕｍＮについては２回反射の反射波は抑圧されているので、２回反射以降の反射波の影響を受けない。

0040

第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＮと第２の累積ＩＱ信号ＩＱ２ｓｕｍＮから算出した位相角差φには式（１４）の関係式が成り立つ。
位相角差φ＝ｔａｎ−１（ｉｍａｇ（ＩＱ１ｓｕｍＮ／ＩＱ２ｓｕｍＮ）／ｒｅａｌ（ＩＱ１ｓｕｍＮ／ＩＱ２ｓｕｍＮ）) （１４）
但し、ｒｅａｌ（ＩＱ１ｓｕｍＮ／ＩＱ２ｓｕｍＮ）はＩＱ１ｓｕｍＮ／ＩＱ２ｓｕｍＮの実部を、ｉｍａｇ（ＩＱ１ｓｕｍＮ／ＩＱ２ｓｕｍＮ）はＩＱ１ｓｕｍＮ／ＩＱ２ｓｕｍＮの虚部を、それぞれ表す。

0041

また、位相角差φと伝搬経路長の差Ｌ１−Ｌ２の関係は式（１５）のように示される。
位相角差φ＝３６０×（Ｌ１−Ｌ２）／λａｖｅ （１５）
ここで、λａｖｅは周波数ｆ１の波長と周波数ｆＮの波長の平均値とする。

0042

傾斜角度θは式（１６）のように表すことができる。
傾斜角度θ＝ａ×（λａｖｅ／λｒｅｆ）×φ＝ｂ×（Ｌ１−Ｌ２） （１６）
但し、ａとｂは定数であり、λｒｅｆは波長λａｖｅの変化によって生じる位相角差の変化を補正する基準波長である。

0043

図９は、この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置この発明の実施の形態１に係る傾斜検知装置における傾斜角度と位相角差の関係を説明する説明図である。横軸が位相角差を示し、縦軸が車両の地面に対する傾斜角度を示しており、傾斜角度θと位相角差には一対一の関係があるため、位相角差から傾斜角度θを算出することができる。

0044

例えば、周波数２４ＧＨｚ帯において、送信アンテナと受信アンテナを直線上に設置して、送信アンテナと受信アンテナの中心間隔ｄを３５ｍｍとすると、位相角差の相対変化量−１８０度〜＋１８０度の範囲で傾斜角度の相対変位量−５度〜＋５度を計測することができる。

0045

なお、実施の形態１では、周波数を時分割してステップ状に変化させたが、複数の異なる周波数の送信信号を多重して同時に送信して、受信信号をバンドパスフィルタで分離して周波数毎に振幅と位相を直交検波してもよい。

0046

以上のように、実施の形態１によれば、車両に設置され、所定の帯域幅における複数の周波数の送信信号を放射する送信手段２００と、送信手段２００の両側に設置され送信手段２００から放射され地面で反射した複数の周波数の送信信号をそれぞれ受信して受信信号として取得する２つの受信アンテナ３０１，３０２を有し、当該一方の受信アンテナ３０１が取得した受信信号を直交検波して第１のＩＱ信号を取得し、当該他方の受信アンテナ３０２が取得した受信信号を直交検波して第２のＩＱ信号を取得する受信手段３００と、第１のＩＱ信号の累積和および第２のＩＱ信号の累積和を算出する多重反射除去手段４００と、多重反射除去手段４００により算出された第１のＩＱ信号の累積和および第２のＩＱ信号の累積和の位相角差から車両の傾斜角度を算出する傾斜角度演算手段５００とを備えるように構成したので、２回反射波の影響を受けずに傾斜角度を精度良く検知できる。また、車両の傾斜によって変化する電波伝搬経路の偏位を受信信号の位相角差の偏位として高精度に検出し、精度よく車両傾斜角度を算出できるという効果がある。

0047

実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２に係る傾斜検知装置の構成を示すブロック図であり、実施の形態１の図１に示す傾斜検知装置の構成に対して、制御手段１００と多重反射除去手段４００の別形態であり、最大帯域幅ＢＷｍａｘにおいて周波数をｆ１からｆＮまで帯域幅ΔＢＷずつ変化させる周波数設定信号を出力する制御手段６００と、制御手段６００により出力された周波数設定信号に基づき帯域幅毎に第１の累積ＩＱ信号および第２の累積ＩＱ信号を算出し、第１の累積ＩＱ信号と第２の累積ＩＱ信号の振幅和が最大となる帯域幅ＢＷを検出する多重反射除去手段７００とを備える。図１と同一符号は同一または相対部分を示すので説明を省略する。

0048

制御手段６００は制御器６０１を、多重反射除去手段７００は多重反射除去器７０１を、それぞれ備える。

0049

動作について説明する。図１１は、この発明の実施の形態２に係る傾斜検知装置の全体の処理の流れを示すフローチャートである。まず、制御手段６００の制御器６０１は、予め設定した最大帯域幅ＢＷｍａｘにおいて周波数をｆ１からｆＮまで帯域幅ΔＢＷずつ変化させる周波数設定信号を送信手段２００と多重反射除去手段７００へ出力する（ステップＳＴ２１）。

0050

最大帯域幅ＢＷｍａｘは、予め傾斜検知装置を設置すると想定される高さの範囲から実施の形態１で述べた手順により算出される。例えば、周波数２４ＧＨｚ帯において、送信アンテナ２０３と受信アンテナ３０１を直線上に設置して、送信アンテナ２０３と受信アンテナ３０１の間隔を３５ｍｍとし、傾斜検知装置の高さ０．３ｍ〜０．５ｍの範囲において帯域幅を計算すると、傾斜検知装置の高さ０．３ｍにおいて帯域幅２５０ＭＨｚ、高さ０．５ｍにおいて帯域幅１００ＭＨｚと算出される。これにより、最大帯域幅ＢＷｍａｘは２５０ＭＨｚとなる。また、このときの帯域幅ΔＢＷは１０ＭＨｚが望ましい。

0051

送信手段２００の発振器２０１は、制御器６０１により出力された周波数設定信号で指示された周波数ｆｎの信号を発振信号として増幅器２０２と受信手段３００の直交検波器３０５，３０６へ出力する。増幅器２０２は発振信号を所定のレベルまで電力増幅し送信信号として送信アンテナ２０３へ出力する。送信アンテナ２０３は、送信信号を電波として放射する（ステップＳＴ２２）。

0052

受信手段３００内の異なる位置に設置された受信アンテナ３０１，３０２は、送信アンテナ２０３により放射された電波が地面で反射した反射波を受信し、第１の受信信号と第２の受信信号として取得され（ステップＳＴ２３）、第１の受信信号は増幅器３０３へ、第２の受信信号は増幅器３０４へ、それぞれ出力される。このとき、第１の受信信号と第２の受信信号の周波数はｆｎである。

0053

増幅器３０３は第１の受信信号を所定のレベルまで電力増幅し直交検波器３０５へ出力し、増幅器３０４も第２の受信信号を所定のレベルまで電力増幅し直交検波器３０６へ出力する。

0054

直交検波器３０５は第１の受信信号を、直交検波器３０６は第２の受信信号を、それぞれ周波数ｆｎの発信信号を基準信号として直交検波することにより第１のＩＱ信号ＩＱ１ｎと第２のＩＱ信号ＩＱ２ｎを取得し（ステップＳＴ２４）、多重反射除去手段７００へ出力する。

0055

その後、多重反射除去手段７００の多重反射除去器７０１は、制御器６０１により出力された周波数設定信号に基づき、帯域幅毎（ｆ１〜ｆ２、・・・、ｆ１〜ｆｎ、・・・、ｆ１〜ｆＮ）に第１のＩＱ信号ＩＱ１ｎの累積和を演算して第１の累積ＩＱ信号（ＩＱ１ｓｕｍ１、・・・ＩＱ１ｓｕｍｎ、・・・ＩＱ１ｓｕｍＮ）を算出し、同様にして、第２のＩＱ信号ＩＱ２ｎの累積和を演算して第２の累積ＩＱ信号（ＩＱ２ｓｕｍ１、・・・ＩＱ２ｓｕｍｎ、・・・ＩＱ２ｓｕｍＮ）を算出する（ステップＳＴ２５）。

0056

さらに、多重反射除去器７０１は、帯域幅毎に第１の累積ＩＱ信号の振幅と第２の累積ＩＱ信号の振幅の和を算出して、第１の累積ＩＱ信号の振幅と第２の累積ＩＱ信号の振幅の振幅和が最大となる帯域幅ＢＷを検出する（ステップＳＴ２６）。

0057

図１２は、この発明の実施の形態２に係る傾斜検知装置における受信信号の累積和ＩＱ信号を構成する１回反射波の累積ＩＱ信号と２回反射波の累積ＩＱ信号の振幅の関係を説明する説明図である。図１２に示すように、１回反射波の累積ＩＱ信号の振幅が最大となり２回反射波の累積ＩＱ信号の振幅が最小となる帯域幅ＢＷが存在する。この帯域幅ＢＷを周波数ｆ１から周波数ｆＭまで変化させる帯域幅とする。なお、この帯域幅ＢＷが２回反射波のＩＱ信号の累積和がゼロとなる実施の形態１で述べた帯域幅ＢＷと一致する。

0058

図１３は、この発明の実施の形態２に係る傾斜検知装置における第１の累積ＩＱ信号と第２の累積ＩＱ信号の振幅和、帯域幅および周波数の関係を説明する説明図である。図１３に示すように、第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍｎと第２の累積ＩＱ信号ＩＱ２ｓｕｍｎの振幅和が最大となるのは、周波数ｆ１から周波数ｆＭまで変化させる帯域幅ＢＷのときである。なお、この帯域幅ＢＷは、実施の形態１において述べたように、傾斜角度−１０度から＋１０度の範囲のいずれの傾斜角度においても適用することができる。

0059

次に、多重反射除去器７０１は、第１の累積ＩＱ信号と第２の累積ＩＱ信号の振幅和が最大となる周波数ｆ１から周波数ｆＭまで変化させる帯域幅ＢＷの第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＭと第２および累積ＩＱ信号ＩＱ２ｓｕｍＭを傾斜角度演算手段５００へ出力する。

0060

傾斜角度演算手段５００の傾斜角度演算器５０１は、多重反射除去器７０１により出力された帯域幅ＢＷの第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＭと第２の累積ＩＱ信号ＩＱ２ｓｕｍＭの位相角差から傾斜角度を算出し（ステップＳＴ２７）、出力して処理を終了する。

0061

第１の累積ＩＱ信号ＩＱ１ｓｕｍＭと第２の累積ＩＱ信号ＩＱ２ｓｕｍＭの位相角差φは式（１７）の関係式が成り立つ。
位相角差φ＝ｔａｎ−１（ｉｍａｇ（ＩＱ１ｓｕｍＭ／ＩＱ２ｓｕｍＭ）／ｒｅａｌ（ＩＱ１ｓｕｍＭ／ＩＱ２ｓｕｍＭ）) （１７）
但し、ｒｅａｌ（ＩＱ１ｓｕｍＭ／ＩＱ２ｓｕｍＭ）はＩＱ１ｓｕｍＭ／ＩＱ２ｓｕｍＭの実部、ｉｍａｇ（ＩＱ１ｓｕｍＭ／ＩＱ２ｓｕｍＭ）はＩＱ１ｓｕｍＭ／ＩＱ２ｓｕｍＭの虚部を表す。

0062

また、位相角差φと伝播経路長の差Ｌ１−Ｌ２の関係は式（１８）のように示される。
位相角差φ＝３６０×（Ｌ１−Ｌ２）/λａｖｅ （１８）
λａｖｅは、周波数ｆ１と周波数ｆＭの波長の平均値とする。

0063

傾斜角度θは式（１９）のように表わされる。
傾斜角度θ＝ｃ×（λａｖｅ／λｒｅｆ）×φ＝ｂ×（Ｌ１—Ｌ２） （１９）
但し、ｂ，ｃは定数であり、λｒｅｆは周波数ｆ１と周波数ｆＮの波長の平均値とし、最大帯域幅ＢＷｍａｘを基準として帯域幅ＢＷのときの波長平均値の変化を補正する補正項である。

0064

なお、実施の形態２では、周波数を時分割してステップ状に変化させたが、複数の異なる周波数の送信信号を多重して同時に送信して、受信信号をバンドパスフィルタで分離して周波数毎に振幅と位相を直交検波してもよい。

0065

以上のように、実施の形態２によれば、車両に配置され予め想定される最大帯域幅における複数の周波数の送信信号を放射する送信手段２００と、送信手段２００の両側に設置され送信手段２００から放射され地面で反射した複数の周波数の送信信号をそれぞれ受信して受信信号として取得する２つの受信アンテナ３０１，３０２を有し、当該一方の受信アンテナ３０１が取得した受信信号を直交検波して第１のＩＱ信号を取得し、当該他方の受信アンテナ３０２が取得した受信信号を直交検波して第２のＩＱ信号を取得する受信手段３００と、第１および第２のＩＱ信号のそれぞれについて、最大帯域幅における任意の帯域幅毎に累積和を算出して第１および第２の累積ＩＱ信号を算出し、第１および第２の累積ＩＱ信号の振幅和が最大となる帯域幅を検出する多重反射除去手段７００と、多重反射除去手段７００により検出された帯域幅における第１および第２の累積ＩＱ信号の位相角差から車両の傾斜角度を算出する傾斜角度演算手段５００とを備えるように構成したので、傾斜検知装置を設置する高さが未知の場合でも２回反射波の影響を受けずに傾斜角度を精度良く検知できる。また、車両の傾斜によって変化する電波伝搬経路の偏位を受信信号の位相角差の偏位として高精度に検出し、精度よく車両傾斜角度を算出できるという効果がある。

0066

実施の形態３．
図１４は、この発明の実施の形態３に係る傾斜検知装置の構成を示すブロック図であり、実施の形態１の図１に示す傾斜検知装置の構成に対して、制御手段１００の代わりに最大帯域幅ＢＷｍａｘにおいて周波数をｆ１からｆＮまで変化させる周波数設定信号を出力する周波数制御手段８００を、多重反射除去手段４００の代わりに第１のＩＱ信号および第２のＩＱ信号について周波数対振幅を算出し、第１のＩＱ信号の極値が得られる周波数ｆｐおよび第２のＩＱ信号の極値が得られる周波数ｆｑを検出する振幅監視手段９００とを備える点で異なる。図１と同一符号は同一または相対部分を示すので説明を省略する。

0067

図１４に示すように、周波数制御手段８００は周波数制御器８０１を、振幅監視手段９００は振幅監視器９０１を、それぞれ備える。

0068

動作について説明する。図１５は、この発明の実施の形態３に係る傾斜検知装置の全体の処理の流れを示すフローチャートである。まず、周波数制御手段８００の周波数制御器８０１は、予め設定した最大帯域幅ＢＷｍａｘにおいて周波数をｆ１からｆＮまで変化させる周波数設定信号を送信手段２００と振幅監視手段９００へ出力する（ステップＳＴ３１）。

0069

最大帯域幅ＢＷｍａｘは、予め傾斜検知装置を設置すると想定される高さの範囲から実施の形態１で述べた手順により算出される。例えば、周波数２４ＧＨｚ帯において、送信アンテナ２０３と受信アンテナ３０１を直線上に設置して、送信アンテナ２０３と受信アンテナ３０１の間隔を３５ｍｍとし、傾斜検知装置の高さ０．３ｍ〜０．５ｍの範囲において帯域幅を計算すると、傾斜検知装置の高さ０．３ｍにおいて帯域幅２５０ＭＨｚ、高さ０．５ｍにおいて帯域幅１００ＭＨｚと算出される。これにより、最大帯域幅ＢＷｍａｘは２５０ＭＨｚとなる。また、このときの帯域幅ΔＢＷは１０ＭＨｚが望ましい。

0070

送信手段２００の発振器２０１は、制御器１０１により出力された周波数設定信号で指示された周波数ｆｎをもつ信号を発振信号として増幅器２０２と受信手段３００の直交検波器３０５と直交検波器３０６へ出力する。増幅器２０２は発振信号を所定のレベルまで電力増幅し、送信信号として送信アンテナ２０３へ出力する。送信アンテナ２０３は、送信信号を電波として空間へ放射する（ステップＳＴ３２）。

0071

送信アンテナ２０３により放射された電波は地面で反射して受信手段３００内の異なる位置に設置された受信アンテナ３０１と受信アンテナ３０２によりそれぞれ受信され、第１の受信信号と第２の受信信号としてそれぞれ増幅器３０３，３０４へ出力される。ここで、第１の受信信号と第２の受信信号の周波数はｆｎである（ステップＳＴ３３）。

0072

増幅器３０３は第１の受信信号を所定のレベルまで電力増幅し直交検波器３０５へ出力し、増幅器３０４は第２の受信信号を所定のレベルまで電力増幅し直交検波器３０６へ出力する。

0073

直交検波器３０５は第１の受信信号を、直交検波器３０６は第２の受信信号を、それぞれ周波数ｆｎの発信信号を基準信号として直交検波することにより第１のＩＱ信号ＩＱ１ｎと第２のＩＱ信号ＩＱ２ｎを取得し（ステップＳＴ３４）、振幅監視手段９００へ出力する。

0074

振幅監視手段９００の振幅監視器９０１は、第１のＩＱ信号ＩＱ１ｎについて周波数対振幅を算出し（ステップＳＴ３５）、第１のＩＱ信号ＩＱ１ｎの極大値が得られる周波数ｆｐを取得し（ステップＳＴ３６）、周波数ｆｐと第１のＩＱ信号ＩＱ１ｐを傾斜角度演算手段５００へ出力する。

0075

また、振幅監視器９０１は、同様にして、第２のＩＱ信号ＩＱ２ｎについて周波数対振幅を算出し（ステップＳＴ３５）、第２のＩＱ信号ＩＱ２ｎの極大値が得られる周波数ｆｑを取得し（ステップＳＴ３６）、周波数ｆｑと第２のＩＱ信号ＩＱ２ｑを傾斜角度演算手段５００へ出力する。

0076

図１６は、この発明の実施の形態３に係る傾斜検知装置における受信信号のＩＱ信号の周波数と振幅の関係について示す図であり、横軸は周波数ｆｎ、縦軸は受信信号のＩＱ信号の振幅値を示す。周波数が変化すると振幅が増減して極値が得られる。

0077

図１７は、この発明の実施の形態３に係る傾斜検知装置における受信信号のＩＱ信号の振幅が極値を得る周波数における受信信号のＩＱ信号と１回反射波のＩＱ信号と２回反射のＩＱ信号を複素平面上に示した図であり、図１７（ａ）は極大値のときを示し、図１７（ｂ）は極小値のときを示す。図１７（ａ）に示すように極大値が得られるときは、１回反射波のＩＱ信号の位相と２回反射波のＩＱの位相が同一になる。一方、図１７（ｂ）に示すように極小値が得られるときには、１回反射波のＩＱ信号の位相と２回反射波のＩＱの位相が１８０度異なる。このように、受信信号のＩＱ信号の振幅が極値となる周波数において、受信信号のＩＱ信号の位相角と１回反射波のＩＱ信号の位相角は等しくなる。

0078

傾斜角度演算手段５００の傾斜角度演算器５０１は、第１の周波数ｆｐのときの第１のＩＱ信号ＩＱ１ｐと第２の周波数ｆｑのときの第２のＩＱ信号ＩＱ２ｑの位相角差から傾斜角度を算出し（ステップＳＴ３７）、出力して処理を終了する。

0079

周波数ｆｐのＩＱ１ｐと周波数ｆｑのＩＱ２ｑの位相角差を算出する際、基準周波数ｆｒで観測した場合の位相角に補正して位相角差φを算出する。

0080

この補正は式（２０），（２１）により行う。
ＩＱ１ｒ＝ＩＱ１ｐ×ｅｘｐ（ｊｆｒ／ｆｐ） （２０）
ＩＱ２ｒ＝ＩＱ２ｑ×ｅｘｐ（ｊｆｒ／ｆｑ） （２１）

0081

位相角差φは式（２２）のように表される。
φ＝ｔａｎ-1（ｉｍａｇ（ＩＱ１ｒ／ＩＱ２ｒ）／ｒｅａｌ（ＩＱ１ｒ／ＩＱ２ｒ）) （２２）
但し、ｒｅａｌ（ＩＱ１ｒ／ＩＱ２ｒ）はＩＱ１ｒ／ＩＱ２ｒの実部、ｉｍａｇ（ＩＱ１ｒ／ＩＱ２ｒ）はＩＱ１ｒ／ＩＱ２ｒの虚部を表す。

0082

傾斜角度θは式（２３）のように表される。
θ＝ｄ×φ＝ｂ×（Ｌ１−Ｌ２） （２３）
但し、ｂ，ｄは定数である。

0083

なお、振幅監視手段９００の振幅監視器９０１は、第１のＩＱ信号ＩＱ１ｎの極大値が得られる周波数をｆｐとし、第２のＩＱ信号ＩＱ２ｎの極大値が得られる周波数をｆｑとしているが、第１のＩＱ信号ＩＱ１ｎの極小値が得られる周波数をｆｐとし、第２のＩＱ信号ＩＱ２ｎの極小値が得られる周波数をｆｑとしてもよい。

0084

なお、実施の形態３では、周波数を時分割してステップ状に変化させたが、複数の異なる周波数の送信信号を多重して同時に送信して、受信信号をバンドパスフィルタで分離して周波数毎に振幅と位相を直交検波してもよい。

0085

以上のように、実施の形態３によれば、車両に配置され予め想定される最大帯域幅における複数の周波数の送信信号を放射する送信手段２００と、送信手段２００の両側に設置され送信手段２００から放射され地面で反射した複数の周波数の送信信号をそれぞれ受信して受信信号として取得する２つの受信アンテナ３０１，３０２を有し、当該一方の受信アンテナ３０１が取得した受信信号を直交検波して第１のＩＱ信号を取得し、当該他方の受信アンテナ３０２が取得した受信信号を直交検波して第２のＩＱ信号を取得する受信手段３００と、第１のＩＱ信号および第２のＩＱ信号のそれぞれについて振幅が極値を得る周波数を検出する振幅監視手段９００と、振幅監視手段９００により検出された周波数における第１および第２のＩＱ信号の位相角差から車両の傾斜角度を算出する傾斜角度演算手段５００とを備えるように構成したので、１回反射波のＩＱ信号の位相と２回反射波のＩＱ信号の位相が同じかもしくは１８０度異なり、受信信号のＩＱ信号の位相と１回反射成分のＩＱ信号の位相が等しくなり、２回反射波成分の干渉を受けることなく精度良く傾斜角度を検知することができる。また、車両の傾斜によって変化する電波伝搬経路の偏位を位相角差の偏位として高精度に検出し、精度よく車両傾斜角度を算出できるという効果がある。

0086

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

0087

１００ 制御手段、１０１制御器、２００ 送信手段、２０１発振器、２０２増幅器、２０３送信アンテナ、３００ 受信手段、３０１，３０２受信アンテナ、３０３，３０４ 増幅器、３０５，３０６直交検波器、４００多重反射除去手段、４０１ 多重反射除去器、５００傾斜角度演算手段、５０１傾斜角度演算器、６００ 制御手段、６０１ 制御器、７００ 多重反射除去手段、７０１ 多重反射除去器、８００周波数制御手段、８０１周波数制御器、９００振幅監視手段、９０１ 振幅監視器。