JP2007327840A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一方向に複数回連続してレーザ光を照射して反射物体を検知する際に、当該レーザ光を無駄に照射することを防止すること。
【解決手段】ＣＰＵ５０が、発光部１０により、同一方向に向かってレーザ光を予め定めた所定回数照射させている間に、検知回路４０は、受光部２０が反射物体からの反射光による受光信号を出力する毎に、それまでの受信信号をすべて積算した積算信号を演算するとともに、この積算信号のピークが、ランダムノイズではなく、反射物体からの反射光による受光信号によって生じたものか否かを判定する。そして、積算信号のピークが反射物体からの反射光によって生じたものと判定すると、ＣＰＵ５０が、所定回数のレーザ光の照射を行っている途中であっても、発光停止信号を出力して、レーザ光の照射を停止させる。これにより、無駄にレーザ光を照射することを防止できるようになる。
【選択図】図３

Description

本発明は、同一方向に複数回連続して送信波を照射することにより、反射物の検知感度を向上させたレーダ装置に関する。本発明によるレーダ装置は、例えば、車両に搭載され、反射物として先行車両や障害物を検出するために用いることができる。

従来のレーダ装置（光波距離計）は、例えば特許文献１の従来技術に紹介されているように、測定対象物から反射してきた反射パルス光を受信し、パルス光の送信から受信までの時間から、その測定対象物までの距離を測定していた。

このレーダ装置における具体的な距離測定方法を簡単に説明すると、まず、発光タイミング信号により発光手段が駆動されて、発光手段からパルス光が発光される。このパルス光は測定対象となる反射物で反射した後、受光手段で受光され、その受光強度に応じた受光パルス信号に変換される。受光パルス信号は、所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換され、メモリに記憶される。これらの動作を、パルス光を複数回発光することによって繰り返し、メモリに記憶されたデータを平均化する。この結果、メモリに記憶されたデータは、受信波形が存在する点のアドレスと測定対象物の距離とが対応する様になるため、そのアドレスに基づいて測定対象物までの距離を求めることができる。
特開平８−３１３６３１号公報

上述した従来のレーダ装置のように、パルス光を複数回発光した場合、同じ測定対象物からの反射パルス光が得られる。従って、この反射パルス光を受光したときの個々の受光パルス信号が微弱であっても、その受光パルス信号を積算することにより、測定対象物までの距離に対応するデータが増幅される。このため、このような受光パルス信号の積算によって、レーダ装置の検知感度を向上することができる。

しかしながら、測定対象となっている反射物の種類が異なれば、パルス光に対する反射率も異なることが考えられる。また、測定対象までの距離が異なる場合にも、反射パルス光の強度が変化する。このため、従来のように、常に一定回数のパルス光を発光するようにすると、無駄にパルス光を発光してしまう可能性が生じる。例えば、測定対象となっている反射物が、パルス光に対して強い反射率を有する場合には、上述した一定回数よりも少ない回数のパルス光の発光により、その反射物を検出可能な受光パルス信号が得られる場合があり得る。この場合、無駄にパルス光を発光することで、パルス光の発光源の劣化を早めることになったり、測定対象となっている反射物の検知が遅れたりするなどの問題が生じる。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであって、同一方向に複数回連続して送信波を照射する際に、当該送信波を無駄に照射することを防止することが可能なレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係るレーダ装置は、
送信波を照射するとともに、当該送信波が反射物によって反射されると、その反射波の強度に応じた受信信号を出力するレーダ手段と、
レーダ手段に対して、同一方向に向かって送信波の照射を予め定めた複数回連続して行うように指示する指示手段と、
指示手段による指示によって、レーダ手段が同一方向に向かって送信波の照射を複数回連続して行っている間、当該レーダ手段が受信信号を出力する毎に、それまでに出力された受信信号をすべて積算した積算信号を出力する積算手段と、
積算手段が出力する積算信号に基づいて、反射物が検出可能か否かを判定する判定手段とを備え、
指示手段は、判定手段によって反射物の検出が可能であるとの判定がなされたとき、複数回の送信波の照射が完了していなくとも、レーダ手段に対する送信波の照射指示を終了することを特徴とする。

このような構成を備えることにより、請求項１に記載のレーダ装置によれば、レーダ手段が予め定めた複数回の送信波の照射を行っている途中であっても、反射物を検出可能な積算信号が得られた時点で、レーダ手段による送信波の照射を終了させることができる。これにより、無駄に送信波を照射することを防止できるようになる。

請求項２に記載したように、判定手段は、所定数の受信信号を積算した第１の積算信号と、当該第１の積算信号を算出するための受信信号の数よりも多い受信信号を積算した第２の積算信号とにおいて、強度のピーク値であるピーク強度と、そのピーク強度が発生したピーク時間とを算出し、両方のピーク時間が略一致するとともに、第１の積算信号のピーク強度に対する第２の積算信号のピーク強度の比が、第１の積算信号を算出するために用いた受信信号の数に対する第２の積算信号を算出するために用いた受信信号の数の比に略一致したとき、反射物が検出可能であると判定することができる。

積算する受信信号の数が異なる第１の積算信号と第２の積算信号において、ピーク時間が略一致し、かつピーク強度の比が積算した受信信号の数の比に略一致した場合、それぞれの積算信号において算出されたピーク時間及びピーク強度は、同一の反射物によって生じたものとみなすことができる。従って、このような条件が成立した場合には、そのピーク時間及びピーク強度に基づいて、反射物までの距離等を検出することができる。

なお、このように、積算信号から反射物が検出可能か否かを判定するために、積算する受信信号の数が異なる第１の積算信号と第２の積算信号とのピーク時間及びピーク強度を用いると、ピーク強度が相対的に低い場合でも、すなわち、反射物の送信波の反射率が小さい場合でも、極力、早期に反射物が検出可能であることを判定できる。

請求項３に記載したように、判定手段は、積算手段により第２の積算信号が算出されるまで、第１の積算信号のピーク強度及びピーク時間とを保存する保存手段を有し、第１の積算信号と第２の積算信号とのピーク強度及びピーク時間とに基づいて、反射物が検出不可能と判定した場合、保存手段に保存されている第１の積算信号のピーク強度及びピーク時間を、第２の積算信号のピーク強度及びピーク時間に置き換えることが望ましい。

判定手段において、反射物を検出不可能と判定された場合、少なくとも一方の積算信号において算出されたピーク強度及びピーク時間が、反射物ではなく、ノイズ等に起因するものとなっている状態である。そして、この場合、受信信号の積算数が多い第２の積算信号の方が、反射物に対応したピーク強度及びピーク時間が求められている可能性が高い。そのため、保存手段に保存された第１の積算信号のピーク強度及びピーク時間を、第２の積算信号のピーク強度及びピーク時間に置き換える。これにより、第２の積算信号の積算受信信号の数よりもさらに多い受信信号を積算した第３の積算信号が出力されたとき、第２の積算信号と第３の積算信号とのピーク時間及びピーク強度から、反射物を検出可能と判定される可能性をより高めることができる。

請求項４に記載したように、判定手段は、積算信号における強度のピーク値であるピーク強度を算出し、この算出したピーク強度が所定の閾値よりも大きいとき、反射物が検出可能であると判定するようにしても良い。例えば、反射物が送信波に対して大きな反射率を有している場合には、より少ない数の受信信号を積算するだけで、明らかにノイズレベルを超えたピーク強度を示す場合がある。このような場合には、積算信号のピーク強度を、ノイズレベルを考慮して設定した閾値と比較することで、素早く、積算信号から反射物を検出可能であるか否かを判定することができる。

請求項５に記載したように、レーダ手段は、送信波の照射方向を変更可能であって、指示手段は、同一方向への送信波の照射を複数回連続して行うように指示したことにより、もしくは判定手段によって反射物の検出が可能であるとの判定がなされることにより、レーダ手段に対する送信波の照射指示を終了すると、レーダ手段に照射方向を変更するように指示するように構成しても良い。これにより、同一方向に向けて複数の送信波を照射することでレーダ装置の検出感度を向上させつつ、反射物の検出領域を任意に設定することができる。

以下、本発明の実施形態によるレーダ装置について説明する。なお、本実施形態においては、レーダ装置が車両用レーダ装置として用いられる例について説明する。なお、車両用レーダ装置の検出結果は、例えば、車両の前方に障害物が存在することを警報する装置や、前方車両に追従するように自車両を走行させるいわゆるアダプティブクルーズコントロールシステムにおいて利用することができる。

図１は、実施形態に係る車両用レーダ装置の全体構成を示す構成図である。図１に示すように、車両用レーダ装置は、発光部１０、受光部２０、検知回路４０及びレーザレーダＣＰＵ５０などからなる。なお、発光部１０及び受光部２０は、自車両の前方に存在する物体を検出できるように、車両の前部に設けられる。

発光部１０は、パルス状のレーザ光を、スキャナ１３及び発光レンズ１７を介して照射する半導体レーザダイオード（以下、単にレーザダイオードと記載）１２を備えている。レーザダイオード１２は、レーザダイオード駆動回路１１を介してＣＰＵ５０に接続され、ＣＰＵ５０からのＬＤ駆動信号によりレーザ光を照射（発光）する。

また、スキャナ１３には反射体としてのポリゴンミラー１４が、図示しないステップモータによって回転駆動可能に設けられている。ＣＰＵ５０からのモータ駆動信号がモータ駆動回路１５に入力されると、モータ駆動回路１５がステップモータを駆動することにより、ポリゴンミラー１４を所定角度回転させる。なお、このモータの回転位置は、モータ回転位置センサ１６によって検出され、ＣＰＵ５０に出力される。

ポリゴンミラー１４は、面倒れ角が異なる６つのミラー（反射面）を備えている。このため、ポリゴンミラー１４の回転角度を変化させて、レーザダイオード１２からレーザ光を間欠的に発光させることにより、車幅方向及び車高方向それぞれの所定角度の範囲で不連続にレーザ光を掃引照射（スキャン）することが可能である。

受光部２０は、図示しない反射物体に反射されたレーザ光を受光する受光レンズ２１を有し、この受光レンズ２１は、受光した反射光を受光素子（フォトダイオード）２２に与える。受光素子２２は、反射光の強度に対応する受光信号（電圧信号）を出力する。この受光素子２２の受光信号は、増幅器３０にて増幅された後に検知回路４０に出力される。

本実施形態では、ＣＰＵ５０は、ポリゴンミラー１４の回転を停止させた状態で、レーザダイオード１２が複数回レーザ光を発光するように、レーザダイオード駆動回路１１に対してＬＤ駆動信号を出力する。従って、受光素子２２は、反射物体が存在する場合、同一方向に向けて発光されたレーザ光による反射光を受光して、受光信号を出力することができる。

そして、ＣＰＵ５０は、レーダダイオード１２が予め定めた所定回数だけレーザ光を発光するか、後述する検知回路４０から発光停止信号を受信した場合には、同一方向へのレーザ光の発光を停止させる。その後、モータ駆動回路１５に対してモータ駆動信号を出力して、所定角度だけポリゴンミラー１４を回転させて停止させる。このポリゴンミラー１４の停止状態において、再び、レーザダイオード１２に複数回レーザ光を発光させるように、ＬＤ駆動信号を出力する。ＣＰＵ５０が、このような処理を繰り返すことにより、同一方向に向けて複数回レーザ光を発光しつつ、車幅方向及び車高方向それぞれの所定角度の範囲をレーザ光によってスキャンするが可能となる。

検知回路４０は、同一方向に向けて発光され、反射物体によって反射された反射レーザ光の受光信号を積算し、その積算信号に基づいて反射物体を検出する。このように、同一の反射物体にて反射された反射光から生成された複数の受光信号を積算することにより、個々の受光信号が微弱であっても、反射物体を精度良く検知することが可能となる。さらに、同一方向に向けてレーザ光を複数回照射することにより、例えば、２輪車のように幅が狭い反射物体なども高精度に検知可能となるとともに、車両同士が近接している場合であっても、個々の車両までの距離等を正確に検知することが可能になる。

この点に関して、図２（ａ）、（ｂ）を用いてさらに詳しく説明する。発光部１０からレーザ光が照射された方向に先行車両などの反射物体が存在する場合、レーザ光は、その反射物体によって反射され、その反射光が受光部２０に受光される。このとき、その先行車両までの距離が長かったり、汚れなどによってレーザ光の反射率が低下したりしている場合、反射光の強度が低下する。このため、個々の受光信号は微弱となり、ノイズとの区別が困難になる。

そこで、レーザ光を同一方向に向けて複数回発光したときに、受光部２０にて受光された反射光の受光信号を積算する。個々の受光信号が微弱であっても、複数個の受光信号を積算することで、反射物体からの反射光に対応する受光信号の強度が増幅される。一方、種々の要因で、受光信号に重畳されるノイズ成分はランダムであるため、受信信号を積算しても、その増幅の程度は、反射物体からの反射光に対応する受光信号の増幅の程度よりも小さい。その結果、複数の受光信号を積算することにより、反射物体からの反射光に対応する受信信号に関してＳ／Ｎ比を向上することができる。

ランダムノイズがガウス分布している場合、統計の理論からＭ回の積算を実施した場合、反射物体による受光信号はＭ倍、ランダムノイズは√Ｍ倍の強度になることがわかっている。図２（ａ）は、受光信号がランダムノイズに埋もれている状態にあるものをＭ個並列に並べたものである。なお、実際には、複数個の受信信号は、それぞれ異なる時間に受光部２０から出力されるが、各受光信号の状態を同時にわかりやすく見ることができるように、あえて同一時間軸上に並べてある。

反射物体による受光信号は、図２（ａ）に示した網掛けの箇所に存在しているが、図２（ａ）の１つ１つの受光信号波形を単独に見ても、受光信号とランダムノイズとの区別はつきにくく、これらの波形から受光信号のピークを抽出することは難しい。

しかし、このＭ個の受光信号を積算することにより、反射物体による受光信号はＭ倍、ランダムノイズは√Ｍ倍の強度になるため、反射物体による受光信号のほうがランダムノイズより強度が大きくなる。この結果、図２（ｂ）に示すように、反射物体による受光信号だけが強調された波形になる。例えばＭを１６回とすると、反射物体による受光信号の強度は１６倍、ランダムノイズの強度は√１６＝４倍となり、この場合のＳ／Ｎ比は、積算しない場合に比べて１６／√１６＝４倍よくなることがわかる。

従って、この複数の受光信号を積算した結果を使用して反射物体を検出することにより、反射物体の検知可能距離を伸長させたり、より低反射率の反射物体も検出できたり、反射物体の検知感度を向上することができる。

ここで、検知回路４０において受光信号を積算する場合、ＣＰＵ５０がレーダダイオード１２を所定回数だけ発光させる前に、積算信号において、反射物体による受光信号のＳ／Ｎ比が向上して、反射物体の検知が可能になる場合がある。例えば、反射物体が、パルス光に対して強い反射率を有する場合には、上述した所定回数よりも少ない回数のパルス光の発光により、その反射物を検出可能な積算信号が得られる場合がある。

積算信号から反射物体の検知が可能になったにも係らず、その後もレーザ光の発光を行うと、それは、無駄にパルス光を発光していることになる。この場合、パルス光の発光源であるレーザダイオード１２の劣化を早めることになったり、測定対象となっている反射物体の検知が遅れたりするなどの問題が生じる。

そのため、検知回路４０は、積算信号から反射物体が検知可能であるか否かを判定し、検知可能であると判定した場合には、ＣＰＵ５０等に対して発光停止信号を出力する。これにより、ＣＰＵ５０が所定回数のレーザ光の発光を行わせている途中であっても、反射物体を検出可能な積算信号が得られた時点で、レーザ光の発光を停止させることができる。これにより、無駄にレーザ光を発光することを防止できるようになる。

次に、積算信号から反射物体が検知可能であるか否かの判定方法について説明し、その後、検知回路４０の具体的な構成について説明する。

検知回路４０では、積算信号から反射物体が検知可能であるか否かについて２種類の判定を行う。まず第１の判定方法では、積算した受信信号の数が異なる第１及び第２の積算信号において、強度のピーク値（以下、ピーク強度）が発生したピーク強度発生時間（以下、ピーク時間）が略一致し、かつピーク強度の比が、積算した受信信号の数の比に略一致したとき、反射物物体が検出可能であると判定する。なぜならば、積算する受信信号の数が異なる第１の積算信号と第２の積算信号において、ピーク時間が略一致し、かつピーク強度の比が積算した受信信号の数の比に略一致した場合、それぞれの積算信号におけるピーク時間及びピーク強度は、同一の反射物体によって生じたものとみなすことができるためである。

第２の判定方法では、積算信号のピーク強度が所定の閾値よりも大きいとき、反射物体が検出可能であると判定する。例えば、反射物体がレーザ光に対して大きな反射率を有している場合には、より少ない数の受信信号を積算するだけで、さらにはただ１つの受信信号において、明らかにノイズレベルを超えたピーク強度を示す場合がある。従って、積算信号のピーク強度を、ノイズレベルを考慮して設定した閾値と比較することで、素早く、積算信号から反射物を検出可能であるか否かを判定することができる。

上記した第１の判定方法について詳細に説明する。この第１の判定方法では、まず最小積算回数Ｎを設定する。この最小積算回数Ｎは、許容下限となるＳ／Ｎ比を達成するために実行される最小の積算回数である。従って、検知回路４０では、最小積算回数Ｎに相当する回数分だけ、レーダ発光と受信信号の積算処理が必ず実行される。なお、この最小積算回数Ｎは、レーダ装置の性能および対象物体の種類等によって決められる値であり、１にすることも可能である。

そして、この最小積算回数Ｎだけ、レーザ光が発光し、Ｎ個の受信信号を積算した積算信号における、ピーク強度Ｉｎ及び、発光開始からピーク強度Ｉｎが得られるまでのピーク時間Ｔｎを求める。図２（ｃ）に、積算信号におけるピーク時間Ｔおよびピーク強度Ｉの関係を概念的に示す。

次に最小積算回数Ｎよりも多いＭ回だけレーザ光が発光された時点にて得られる、Ｍ個の受信信号を積算した積算信号におけるピーク強度Ｉｍ及びピーク時間Ｔｍを求める。図２（ａ），（ｂ）を用いて説明したように、Ｍ個の受信信号を積算すると、反射物体による受光信号の強度はＭ倍、ランダムノイズの強度は√Ｍ倍になる。

従って、最低積算回数Ｎに対応するＮ個の受信信号を積算した積算信号のピークと、回数Ｍに対応するＭ個の受信信号を積算した積算信号のピークが共にランダムノイズによるピークではなく、同一の反射物体による受信信号のピークであるならば、以下の関係が成り立つ。
（数１）ピーク時間の関係： Ｔｎ＝Ｔｍ
（数２）ピーク強度の比の関係： Ｉｍ／Ｉｎ＝Ｍ／Ｎ
数式１においては、両積算信号において、同一の反射物体による受信信号をピークとして検出しているならば、当然、それらのピーク時間Ｔｎ，Ｔｍが略一致することを示している。

数式２においては、両積算信号のピーク強度の比、積算した受信信号の数の比を対比させている。両積算信号において、同一反射物体による受信信号をピークとして検出している場合、ピーク強度は受信信号の積算回数に比例して増加する。従って、ピーク強度の比は、受信信号の積算数の比に略一致するのである。

従って、上記数式１，２の関係の両方が、ともに成立した場合、積算信号のピークは十分なＳ／Ｎ比を有しており、そのピークから反射物体を検出可能であると判断して、上述した発光停止信号を出力する。

一方、数式１及び／又は数式２が成り立たなかった場合、少なくとも一方の積算信号におけるピークは、反射物体からの反射光を受信した受信信号によるものではなく、ランダムノイズなどによるものと考えられる。従って積算回数Ｎと積算回数Ｍでは、まだ十分なＳ／Ｎ比が得られていないと判断し、レーザ発光と受信信号の積算を続けることになる。

この場合、最小積算回数Ｎ，Ｎ個の受信信号を積算した積算信号におけるピーク強度Ｉｎ及びピーク時間Ｔｎを、積算回数Ｍ，Ｍ個の受信信号を積算した積算信号のピーク強度Ｉｍ及びピーク時間Ｔｍに置き換える。
（数３） Ｎ ← Ｍ
（数４） Ｉｎ ← Ｉｍ
（数５） Ｔｎ ← Ｔｍ
そして、前回の積算回数Ｍ_ＯＬＤより大きい新たな積算回数Ｍ_ＮＥＷによる積算信号のピーク時間Ｔｍと、ピーク強度Ｉｍに対して、上述した数式１，２の判定を行う。このようにして、数式１，２の両方の判定が成立するまで、処理を繰り返す。

ここで、積算回数Ｍでのピーク強度Ｉｍやピーク時間Ｔｍを用いて、積算回数Ｎでのピーク強度Ｉｎやピーク時間Ｔｎを置き換える理由は、受信信号の積算回数が少ない積算信号の方が、十分なＳ／Ｎ比を得られずに、ランダムノイズなどをピークとして誤抽出してしまう可能性が高いためである。もし、このような置換を行わないとすると、積算回数Ｎによる積算信号において、ランダムノイズによるピークを抽出している場合、それ以降の積算回数Ｍでの積算信号において、反射物体による受信信号をピークとして検出したとしても、上述した数式1及び数式２がともに成立することはほぼありえない。このため、積算信号には、反射物体による受信信号に起因するピークが存在しないとの誤った判定が最後まで続くことになってしまう。

なお、このような置換を行いつつ、数式１，２に関する判定を行っても、それらの判定が成立しない場合、レーザ発光と受信信号の積算を繰り返すことになるが、その発光回数（受信信号の積算数）が、予め定めた目標回数に達すると、ＣＰＵ５０は、レーザ発光を停止させる。これに応じて、受信信号の積算処理も停止する。このような状況は、レーザ照射に対して、反射対象物体が存在せず、反射物体からの反射光が得られない場合に発生する。

なお、数式１，２の判定を実際の回路で行う場合、積算回数Ｍは、最小積算回数Ｎからあるステップ数単位で増やしていく方式が考えられる。しかしながら、この場合、数式２で使用する比の演算時間が長くなったり、その演算回路の構成が複雑になったりする場合がある。このような問題を避けるためのひとつの方法として、積算回数Ｍが最小積算回数Ｎの２の倍数となるように設定する方法がある。この方法だと、単なるビットシフトで比の演算が実現できるため、演算時間を短縮できるとともに、回路構成もシンプルにすることができる。

また、積算回数Ｎ，Ｍに対応する２つの積算信号において同一のピークを検出していても、それぞれ算出されるピーク時間やピーク強度には、多少の誤差が含まれる。従って、上述した数式１及び数式２の関係を判定する際には、その誤差を考慮した誤差範囲を設定し、数式１，２の両辺の差分がその誤差範囲に含まれる場合には、数式１，２が成立したとの判定を行うことが好ましい。

次に、第２の判定方法について説明する。この第２の判定方法では、上述した第１の判定方法のような最小積算回数Ｎは存在せず、積算回数１、すなわち、ただ１つの受信信号が受光部２０から出力されたときから、上述した目標回数に相当する数の受信信号が積算されるまで、受信信号の積算数が増加する毎に、以下の判定を行う。すなわち、数式６に示すように、積算信号のピーク強度Ｉｘを算出して、このピーク強度Ｉｘが予め定めた閾値Ｔｘよりも大きいか否かを判定する。
（数６） Ｉｘ ＞ 閾値Ｔｘ
ここでｘは、受信信号の積算数を表す。従って、Ｉｘは、積算数ｘの積算信号から抽出されたピーク強度を意味する。また、閾値Ｔｘは積算数xにおける閾値であり、この閾値は、積算数ｘによって変化する。

ここで、上記目標回数分の受信信号の積算が行われた積算信号のピーク強度Ｉｘに対する閾値をＳとすると、閾値Ｔｘは数式７によって表される。なお、閾値Ｓは、ランダムノイズとは明らかに異なる、強い反射強度を有するピークを検出するように設定される。
（数７） 閾値Ｔｘ＝（ｘ／目標回数）×Ｓ
数式６の判定が成立したときには、強いピーク強度Ｉｘを有するピークが積算信号において抽出されているため、レーザ発光及び受信信号の積算処理を停止させる。一方、レーザ光の照射範囲に反射物体が存在しない場合には、目標回数分の受信信号の積算が行われても、数式６は成立せず、従って、目標回数に達する途中でのレーザ発光及び積算処理の停止は発生しない。

上述した第１の判定方法は、反射物体からの反射光によって発生する受信信号の強度がノイズレベルとさほど変わらない場合であっても、その受信信号を検出するためのものである。すなわち、積算する受信信号の数が異なる第１の積算信号と第２の積算信号とのピーク時間及びピーク強度の比に関する判定を行うことにより、積算信号のピークがランダムノイズと区別できるようになった時点を捉えて、積算信号から反射物が検出可能であるとの判定がなされる。

また、第２の判定方法は、反射物体によって発生する受信信号の強度が、ノイズレベルよりも大きい場合に、その受信信号によるピークを検出するためのものである。すなわち、積算信号のピーク強度を、ノイズレベルを考慮して設定した閾値と比較することで、素早く、積算信号から反射物を検出可能であるか否かを判定することができる。

このような２つの判定方法を同時に実施することにより、反射物体の種類や反射物体との距離などに係らず、積算信号において、反射物体によって発生した受信信号によるピークが抽出可能となったことを、早期にかつ高精度に判定することができる。

次に、検知回路４０の構成を、図３に基づいて詳細に説明する。図３に示すように、検知回路４０は、Ａ／Ｄ変換部６１を有し、受光部２０から出力された受光信号を所定のサンプリング間隔でＡ／Ｄ変換する。例えば、Ａ／Ｄ変換の対象となる受光信号は、レーザ光の発光時間から所定時間（例えば２０００ｎｓ）経過するまでの間に、受光部２０から出力された信号である。そして、Ａ／Ｄ変換部６１においては、この間の受光信号を所定時間間隔（例えば２５ｎｓ）でサンプリングして、それぞれデジタル値に変換する。このようにして、受光信号は、複数のデジタル値によって表されることになる。

積算部６２は、それまでに入力されたＡ／Ｄ変換された受光信号を全て積算する。具体的には、受光信号を表す複数のデジタル値について、各受光信号の時間軸を一致させた上で、同じサンプリングタイミングを持つデジタル値同士をそれぞれ積算する。これにより、図２（ｂ）に示すような、Ａ／Ｄ変換された各受光信号を積算した積算信号が得られることになる。

この積算信号は、ピーク強度算出部６３及びピーク時間算出部６４に入力される。ピーク時間算出部６４は、図２（ｃ）に示すように、パルス光の発光から積算信号のピーク強度Ｉが現れるまでのピーク時間Ｔを算出する。例えば、ピーク時間算出部６４は、ピーク強度Ｉを示すデジタル値を抽出して、このデジタル値が得られた時間をピーク時間Ｔとすることができる。ピーク時間算出部６４によって算出されたピーク時間Ｔは、ピーク時間記録及び一致判定部７０に与えられる。

なお、より精度の高いピーク時間Ｔを求めるため、次のような手順でピーク時間Ｔを算出しても良い。まず、最も高い強度を示すデジタル値に基づいて閾値を設定し、この閾値を挟む２個のデジタル値を、積算データのピーク強度への立上部分とピーク強度からの立下部分の２箇所について検出する。この検出したデジタル値を用いて、積算信号のピーク強度波形が閾値を横切る立上時間と立下時間とを直線補完により算出する。そして、ピーク時間Ｔを、立上時間と立下時間との中間の時間として算出する。

また、ピーク強度算出部６３は、上述したようにして求められるピーク時間Ｔに発生する、積算信号のピーク強度Ｉを算出するものである。算出されたピーク強度Ｉは、ピーク強度記録及び比演算部６７、及び大小比較部７３に与えられる。

ここで、検知回路４０は、発光部１０のレーザダイオード１２が発光した回数をカウントする発光回数カウンタ６５を備えている。この発光回数カウンタ６５は、例えばＬＤ駆動信号に基づいて、同一方向に向けてレーザ光が発光された回数をカウントする。そして、発光回数カウンタ６５は、カウントした発光回数を、比較回数決定部６６、積算回数の記録及び比演算部６８、及び閾値算出部７２に与える。

発光回数カウンタ６５がカウントする発光回数は、積算部６２において積算される受光信号の数に対応している。比較回数決定部６６は、発光回数のカウント値から、積算される受信信号の数が予め定めた所定数（上述した最小積算回数Ｎ、積算回数Ｍ）となったとみなされるときに、後述するピーク強度の記録及び比演算部６７、積算回数の記録及び比演算部６８、及びピーク時間の記録及び一致判定部７０に対して、それぞれの処理の実行を指示する指示信号を出力する。

積算回数記録及び比演算部６８は、比較回路決定部６６から指示信号を受信すると、そのときの発光回数カウンタ６５のカウント値を受信信号の積算回数として記録する。さらに、既に最小積算回数Ｎが記録されている場合には、その最小積算回数Ｎに対する、新たに記憶した積算回数Ｍの比を演算し、一致判定部６９に出力する。

なお、積算回数記録及び比演算部６８は、演算結果を出力した後に、最小積算回数Ｎとして記録していた積算回数を消去するとともに、記録された積算回数Ｍを最小積算回数Ｎに置き換える置換処理を行う。

ピーク強度記録及び比演算部６７は、比較回路決定部６６から指示信号を受信すると、そのときにピーク強度算出部６３から出力されているピーク強度Ｉを記録する。さらに、既に最小積算回数Ｎに対応してピーク強度Ｉｎが記録されている場合には、記録済みのピーク強度Ｉｎに対する、新たに記憶したピーク強度Ｉｍの比を演算し、一致判定部６９に出力する。

なお、このピーク強度記録及び比演算部６７においても、積算回数記録及び比演算部６８の場合と同様にして、記録されたピーク強度Ｉｍを、最小積算回数Ｎに対応するピーク強度Ｉｎに置き換える置換処理が行われる。

一致判定部６９では、ピーク強度記録及び比演算部６７にて演算されたピーク強度Ｉｎ，Ｉｍの比と、積算回数記録及び比演算部６８にて演算された積算回数Ｎ，Ｍの比とが一致するか否かを判定する。そして、一致したと判定した場合には、一致信号をＡＮＤ回路７１に出力する。

ピーク時間記録及び一致判定部７０は、比較回路決定部６６から指示信号を受信すると、そのときにピーク時間算出部６４から出力されているピーク時間Ｔを記録する。さらに、既に最小積算回数Ｎに対応してピーク時間Ｔｎが記録されている場合には、記録済みのピーク時間Ｔｎと、新たに記憶したピーク時間Ｔｍとが一致するか否かを判定する。そして、一致すると判定した場合には、ＡＮＤ回路７１に対して一致信号を出力する。

なお、このピーク時間記録及び一致判定部７０においても、積算回数記録及び比演算部６８やピーク強度記録及び比演算部６７の場合と同様にして、記録されたピーク時間Ｔｍを、最小積算回数Ｎに対応するピーク時間Ｔｎに置き換える置換処理が行われる。

ＡＮＤ回路７１は、一致判定部６９とピーク時間記録及び一致判定部７０との両方から一致信号が出力されている場合に、ハイレベルの信号を出力する。このＡＮＤ回路７１からのハイレベル信号はＯＲ回路７４を介して、発光停止信号として、レーザレーダＣＰＵ５０、発光部１０、さらには積算部６２に出力される。これにより、発光停止信号が出力されると、確実にレーザ光の発光や受信信号の積算処理を停止させることができる。

このように、ピーク強度記録及び比演算部６７〜ＡＮＤ回路７１までが、上述した第１の判定方法に従って、積算信号から反射物体を可能か否かを判定し、可能であると判定した場合に、レーザ発光や積算処理を停止させるためのための主な構成となる。

また、閾値算出部７２は、発光回数カウンタ６５から入力される発光回数に基づいて、上述した数式７に従い、受信信号の積算回数ｘに対応した閾値Ｔｘを算出して、大小比較部７３に出力する。大小比較部７３は、閾値算出部７２が出力した閾値Ｔｘと、ピーク強度算出部６３が出力した積算信号のピーク強度Ｉｘとの大小比較を行う。そして、積算信号のピーク強度Ｉｘが閾値Ｔｘよりも大きいと判定した場合には、ＯＲ回路７４に対してハイレベルの信号を出力する。

従って、この場合も、ＯＲ回路７４から発光停止信号が出力され、レーザ光の発光や受信信号の積算処理が停止される。このように、閾値算出部７２及び大小比較部７３が、上述した第２の判定方法に従って、積算信号から反射物体を可能か否かを判定し、可能であると判定した場合に、レーザ発光や積算処理を停止させるためのための主な構成となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得る。

例えば、上述した実施形態においては、本発明によるレーダ装置を車両用レーダ装置として用いた場合について説明した。しかしながら、本発明によるレーダ装置は車両用に限らず、例えば所定のエリアに対する侵入者検出のために用いることも可能である。この場合、レーダ装置は、侵入者を検出すべきエリアに応じて、レーザ光の照射方向を変化させるものであっても、一定のままとするものであっても良い。

実施形態に係る車両用レーダ装置の全体構成を示す構成図である。 （ａ）は、受光信号がランダムノイズに埋もれている状態にあるものをＭ個並列に並べた波形図であり、（ｂ）は、個々の受光信号を積算した積算信号を示す波形図であり、（ｃ）は、積算信号におけるピーク時間Ｔおよびピーク強度Ｉの関係を概念的に示す説明図である。 検知回路４０の詳細な構成を示す構成図である。

符号の説明

１０…発光部、２０…受光部、３０…増幅器、４０…検知回路、５０…レーザレーダＣＰＵ，６１…Ａ／Ｄ変換部、６２…積算部、６３…ピーク強度算出部、６４…ピーク時間算出部、６５…発光回数カウンタ、６６…比較回数決定部、６７…ピーク強度記録及び比演算部、６８…積算回数記録及び比演算部、６９…一致判定部、７０…ピーク時間記録及び一致判定部、７１…ＡＮＤ回路、７２…閾値算出部、７３…大小比較部、７４…ＯＲ回路

Claims (5)

1. 送信波を照射するとともに、当該送信波が反射物によって反射されると、その反射波の強度に応じた受信信号を出力するレーダ手段と、
   前記レーダ手段に対して、同一方向に向かって前記送信波の照射を予め定めた複数回連続して行うように指示する指示手段と、
   前記指示手段による指示によって、前記レーダ手段が同一方向に向かって前記送信波の照射を複数回連続して行っている間、当該レーダ手段が受信信号を出力する毎に、それまでに出力された受信信号をすべて積算した積算信号を出力する積算手段と、
   前記積算手段が出力する前記積算信号に基づいて、反射物が検出可能か否かを判定する判定手段とを備え、
   前記指示手段は、前記判定手段によって前記反射物の検出が可能であるとの判定がなされたとき、前記複数回の送信波の照射が完了していなくとも、前記レーダ手段に対する送信波の照射指示を終了することを特徴とするレーダ装置。
2. 前記判定手段は、所定数の受信信号を積算した第１の積算信号と、当該第１の積算信号を算出するための受信信号の数よりも多い受信信号を積算した第２の積算信号とにおいて、強度のピーク値であるピーク強度と、そのピーク強度が発生したピーク時間とを算出し、両方のピーク時間が略一致するとともに、前記第１の積算信号のピーク強度に対する前記第２の積算信号のピーク強度の比が、前記第１の積算信号を算出するために用いた受信信号の数に対する前記第２の積算信号を算出するために用いた受信信号の数の比に略一致したとき、前記反射物が検出可能であると判定することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記判定手段は、
   前記積算手段により前記第２の積算信号が算出されるまで、前記第１の積算信号のピーク強度及びピーク時間とを保存する保存手段を有し、
   前記第１の積算信号と前記第２の積算信号とのピーク強度及びピーク時間とに基づいて、前記反射物が検出不可能と判定した場合、前記保存手段に保存されている前記第１の積算信号のピーク強度及びピーク時間を、前記第２の積算信号のピーク強度及びピーク時間に置き換えることを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記判定手段は、前記積算信号における強度のピーク値であるピーク強度を算出し、この算出したピーク強度が所定の閾値よりも大きいとき、前記反射物が検出可能であると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーダ装置。
5. 前記レーダ手段は、前記送信波の照射方向を変更可能であって、
   前記指示手段は、同一方向への送信波の照射を複数回連続して行うように指示したことにより、もしくは前記判定手段によって前記反射物の検出が可能であるとの判定がなされることにより、前記レーダ手段に対する送信波の照射指示を終了すると、前記レーダ手段に照射方向を変更するように指示することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーダ装置。

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