JP2765251B2 - 車両用レーダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用レーダ装置、特に
周波数変調された送信波を被検出物体に向けて放射し、
その反射波と送信波とから被検出物体までの距離や速度
を検出するレーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、追従走行などの自動操縦を行
うことを目的として車両周囲の障害物、例えば先行車を
検出するレーダ装置が開発されており、超音波や電波、
あるいはレーザ光を用いたものが提案されている。

【０００３】例えば、特開平２−１９８３７９号公報に
開示されたレーダ装置においては、時間経過と共に周波
数の変化する周波数変調波を送信信号として用い、被検
出物体によって反射された反射波とこの周波数変調波と
を用いて被検出物体までの距離及び速度を検出する構成
が開示されている。

【０００４】以下、この従来のレーダ装置を詳細に説明
する。図６（Ａ）には周波数変調波及びその反射波の周
波数と時間の関係図が示されている。図に示すように、
送信波は周期Ｔｍ（＝１／ｆｍ）、周波数偏位幅Δｆの
三角波変調波である。そして、被検出物体との間に相対
速度がない場合には、受信波の変化を示す波形は送信波
の波形を横軸右方向に被検出物体までの距離Ｒと電波の
速度Ｃにより定まる時間２Ｒ／Ｃだけ平行移動したもの
であり、従ってこれら送受信周波数の差を求めることに
より相対距離を算出することができる。

【０００５】図６（Ｂ）にはこれら送受信波の周波数の
差の絶対値の時間的変化が示されており、周波数偏位幅
がΔｆ／ｃ・ｆｍ・Ｒのビート信号が得られる。但し、
Δｆは図６（Ａ）における三角波の周波数偏位幅であ
り、ｆｍは変調周波数である。また、被検出物体までの
相対距離が変化する場合、すなわち相対速度が０でない
場合にはドプラ効果によって送信波の周波数が受信時に
おいて相対速度に比例して変化するため、図６（Ｃ）に
示されるように受信波形は送信波形を横軸右方向へ平行
移動すると共に縦軸方向へ平行移動した波形となる。

【０００６】従って、送受信周波数差を求めると、図６
（Ｄ）に示されるように周波数ｆｄ_１及びｆｄ_２が交互
に現れるビート信号が得られる。そして、被検出物体ま
での相対距離Ｒ及び相対速度Ｖはこのようにして得られ
たビート信号から比例定数をＫ１及びＫ２として、 Ｒ＝Ｋ１・（ｆｄ_１＋ｆｄ_２）／２ Ｖ＝Ｋ２・（ｆｄ_１−ｆｄ_２）／２ により算出することができる。

【０００７】しかしながら、このようにして得られるビ
ート信号の特に近距離ターゲット検出周波数近傍には図
７に示される如く変調ノイズｆｍが発生してしまうとい
う問題があり、近距離ターゲットの相対距離及び相対速
度の誤検出を生じる原因となっていた。

【０００８】そこで、従来においては図７に示されるよ
うに近距離での検出スレッショルドレベルを遠距離に比
べて高くし（図中破線部分）、変調ノイズｆｍによる誤
検出を防ぐことが行われていた。そして、この変調ノイ
ズｆｍは遠距離ターゲットの検出周波数にはほとんど影
響を与えないため、遠距離での検出スレッショルドを低
く設定して感度を上げ最大探知距離を延ばすことが行わ
れていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
いてはエコー信号レベルが高い近距離においては検出ス
レッショルドを高くして変調ノイズｆｍを除去すること
が行われていたが、このようなレーダ装置を車両に搭載
する場合、指向性の強いアンテナを用いるためこのよう
に近距離の検出スレッショルドを高く設定すると水平方
向の検出幅が非常に狭くなってしまい、例えばオートバ
イなどの二輪車が近距離に存在していてもこれを検出す
ることができないという問題があった。

【００１０】以下、このことを図７乃至図９を用いて説
明する。まず、図７のスペクトルにおいて、同一レーダ
反射断面積を持ったターゲットが近距離から遠距離まで
移動する場合を考えると、図６（Ｄ）に示されたビート
信号のレベルは距離の減衰を受けて徐々に小さくなって
いく。ここで、ビート信号の検出スレッショルドを周波
数に対して一定にすると、相対的に近距離ターゲットの
ダイナミックレンジに比べ遠距離のダイナミックレンジ
は小さくなる。従って、図８に示されたアンテナパター
ンにおいては、近距離でレベルＴｈ_２でカットされてい
たものが遠距離ではＴｈ_１でカットされることになる。

【００１１】そこで、前述した従来技術の如く近距離で
の検出スレッショルドを上げると近距離ではＴｈ_３でカ
ットされることになり、図９の斜線領域で示されるよう
に近距離において探知エリアの幅が大きくとれなくなっ
てしまうのである。

【００１２】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は近距離における探知領域を拡大
し、かつ近距離から遠距離にわたって高精度にターゲッ
トを探知することが可能な車載用レーダ装置を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る車載用レーダ装置は周波数変調波を送
信する送信手段と、周波数変調波の周波数偏位幅を変化
させる周波数偏位幅制御手段と、被検出物体（ターゲッ
ト）からの反射波を受信する受信手段と、前記周波数偏
位幅制御手段にて設定された第１の周波数偏位幅を有す
る周波数変調波とその反射波とを合成して得られるビー
ト信号及び前記周波数偏位幅制御手段にて設定された第
２の周波数偏位幅を有する周波数変調波とその反射波と
を合成して得られるビート信号が含む変調ノイズ成分を
除去するフィルタ手段と、前記変調ノイズ成分が除去さ
れたビート信号の周波数からターゲットまでの相対距離
及び相対速度を検出する検出手段とを有することを特徴
とする。

【００１４】

【作用】本発明の車両用レーダ装置はこのような構成を
有しており、従来のように変調ノイズが発生する低周波
領域の検出スレッショルドを上げて変調ノイズを除去す
るのではなく、その周波数が予め既知である変調ノイズ
のみをフィルタ手段にて除去する。

【００１５】すると、変調ノイズ成分は除去されるが、
この変調ノイズ成分が生じる周波数に生じたターゲット
のエコー信号も同時に除去されてしまうこととなるが、
周波数偏位幅制御手段により周波数変調波の周波数偏位
幅を第１の周波数偏位幅から第２の周波数偏位幅に変化
させてビート信号を得ることにより、ターゲットからの
エコー信号は変調ノイズ成分と異なる周波数に現れるこ
ととなり、フィルタ手段にて変調ノイズと共に除去され
たターゲットのエコー信号も検出することができるよう
になる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る車両用
レーダ装置の一実施例を説明する。 図１には本実施例
のレーダ装置の構成ブロック図が示されており、図２に
は同実施例の処理フローチャート図が示されている。図
１において、変調信号生成回路１０内の三角波振幅周期
生成回路１８にて所定の周波数偏位幅及び周期を有する
三角波が発生され、Ｄ／Ａコンバータ１９にてアナログ
信号に変換された後ＲＦ部１１から送信アンテナ１２を
経て三角波周波数変調信号が出力される。送信アンテナ
１２ａから送信された周波数変調波は車両前方の被検出
物体、例えば同一車線上の先行車により反射され、受信
アンテナ１２ｂに入力される。

【００１７】そして、受信アンテナ１２ｂにて受信した
反射波はＲＦ部１１を経て合成ビート信号としてＦＦＴ
処理回路１３に出力される。ここで、ビート信号は図６
（Ｂ）あるいは（Ｄ）に示されるようにミキサを通すこ
とにより送信波と受信波の差周波数として検出され、こ
のようなビート信号がＦＦＴ処理回路１３に入力されフ
ーリエ変換処理が行われる（Ｓ１０２）。

【００１８】周知の如く、時間的に変化するビート信号
のフーリエ変換を求めることによりこのビート信号が含
む周波数成分のスペクトルが演算されることとなり、図
７において既に述べたように近距離にあるターゲットエ
コーは周波数スペクトルの低周波側に、そして遠距離に
あるターゲットエコーは周波数スペクトルの高周波側に
現れることとなる。

【００１９】ＦＦＴ処理回路１３にて周波数スペクトル
が算出されたビート信号はさらに変調ノイズ除去回路１
４に出力される。この変調ノイズ除去回路１４は三角波
振幅周期生成回路１８からの情報に基づき、変調ノイズ
の周波数、すなわち三角波の変調周波数に相当する周波
数領域のみを除去し、その他の周波数領域を透過する機
能を有するＢＥＦ（帯域消去フィルタ：Ｂａｎｄ−Ｅｌ
ｉｍｉｎａｔｉｏｎＦｉｌｔｅｒ）から構成されてお
り、変調ノイズ成分以外の周波数成分を透過して出力す
る（Ｓ１０３）。

【００２０】このように、変調ノイズは三角波変調信号
の周波数成分とその高調波成分になることに着目し、こ
の変調ノイズのみをフィルタで除去することにより、従
来のように低周波側の検出スレッショルドを高く設定す
る必要がなくターゲットを検出することが可能となる。

【００２１】すなわち、変調ノイズ除去回路１４から出
力された信号はターゲット検出回路１５に入力されて所
望の検出スレッショルドでターゲット検出され、さらに
距離速度演算回路１６にて前述の（１）、（２）式に従
い相対距離及び相対速度が演算される（Ｓ１０４，Ｓ１
０５）。

【００２２】このようにしてターゲット検出回路１５に
よりターゲットを近距離及び遠距離で感度良く検出する
が、ターゲット検出回路１５に入力される信号は変調ノ
イズの周波数成分が除去された信号であり、従って変調
ノイズの周波数成分のところにターゲットの検出信号が
きた場合には検出することができないという問題があ
る。

【００２３】そこで、本実施例においてはビート信号の
周波数ｆｂが ｆｂ＝Δｆ／ｃ・ｆｍ・Ｒ により変化し、従ってΔｆを変化させることにより同一
距離Ｒに存在するターゲットのビート信号周波数成分を
所望の値に設定することができることに着目し、変調ノ
イズの周波数成分のところに位置するターゲットの検出
信号を別の周波数成分にシフトさせることにより検出可
能としている。

【００２４】すなわち、Δｆは三角波変調信号の周波数
偏位幅を変化させることによりほぼリニアに変化させる
ことができるため、ある一定のサイクルで三角波振幅数
周期生成回路１８により三角波の周波数偏位幅を変化さ
せる（Ｓ１０６）。そして、前述したように送信アンテ
ナ１２ａを介して車両前方に送信し、ターゲットから反
射されて戻ってくる信号を受信アンテナ１２ｂにて受信
しそのビート信号を再びＦＦＴ処理回路１３及び変調ノ
イズ除去回路１４に順次入力する。

【００２５】ここで、このように周波数変調波の周波数
偏位幅を変化させることにより変調ノイズの周波数成分
のところに位置するターゲットエコー信号は他の周波数
成分のところにシフトするため、変調ノイズ除去回路１
４ではこのターゲットエコー信号は除去されず、ターゲ
ット検出回路１５及び距離速度演算回路１６にて相対距
離及び相対速度が演算されることとなる。

【００２６】勿論、距離速度演算回路１６にて相対距離
及び相対速度を演算する際には三角波振幅周期生成回路
１８から周波数変調波の周波数偏位幅に関する情報が入
力され、ビート信号周波数から正確に相対距離及び相対
速度が演算される。

【００２７】そして、これらの三角波周波数偏位幅変化
のサイクル間を不感帯除去回路１７により平均化処理な
どを施すことによって前述のターゲット検出不感帯を除
去して論理回路１１３に出力し（Ｓ１０７）、算出され
た相対距離及び相対速度に応じて警報や車速制御を行う
（Ｓ１０８）。

【００２８】以上説明したように、本実施例においては
近距離に生じる変調ノイズ成分を除去することにより近
距離でのビート信号検出スレッショルドを所望の低い値
に設定することができ、従って図８のアンテナパターン
において検出レベルが従来のＴｈ_２からＴｈ_４まで低下
し、ビーム幅をθ４まで拡大させることが可能となる。
なお、検出スレッショルドをこのように低い値に設定
したまま中距離付近まで検出すると、広すぎるビーム幅
により本来検出すべきでない隣車線に位置する先行車な
どをターゲットとして検出してしまう問題が生じるた
め、本実施例においては図３の一点鎖線に示されるよう
に中距離付近にあたる周波数に対しては検出スレッショ
ルドを高めに設定してビームの広がりを防ぎ自車両の車
線のターゲットのみを検出するようにしている。

【００２９】さらに、遠距離になると前述したように信
号レベルが減衰するため再び検出スレッショルドを低下
させて探知距離を延ばしている。なお、遠距離において
は図８のアンテナパターンに示されるように検出スレッ
ショルドを低下させてもビーム幅はそれほど大きく広が
ることはなく問題は生じない。

【００３０】図４に本実施例のレーダ装置の探知範囲を
斜線で示す。従来のレーダ装置の探知範囲（図９参照）
に比べ近距離の探知範囲が拡大し、二輪車なども確実に
探知することができることが理解される。

【００３１】なお、本実施例においては図１の構成ブロ
ック図に示されるように、ビート信号をパルス化するビ
ート信号パルス化回路１１０及び変調歪検出回路１１１
を設け、変調信号生成回路１０にフィードバックする構
成を採用している。以下、この回路の構成及びその作用
を説明する。本実施例のレーダ装置では三角変調波を用
いているが、周知の如くＦＭ−ＣＷ方式においては図５
（Ａ）に示されるように三角波の変調電圧に対して発信
周波数がリニアに変化しないという変調歪の問題が生じ
る恐れがある。このように変調歪が生じると、三角波変
調電圧に対する発振周波数変化は同図（Ｂ）に実線で示
すように正確な三角波を送信することができなくなる。
そして、周波数が正確に三角波状に変化する場合（同図
（Ｂ）破線）は検出されるビート周波数は相対速度０の
場合で図６（Ｂ）に示されるような波形となるが、この
ような変調歪が存在するために図５（Ｃ）に示されるよ
うに三角波の最上点付近でビート周波数が低くなり、最
下点付近で逆に高くなる波形となる。このため、ターゲ
ットまでの相対距離及び相対速度が正しく検出すること
ができなくなる。

【００３２】そこで、本実施例においてはこのような問
題を解消するために、この変調歪を検出しこの歪を補正
するように三角波振幅周期生成回路１８の初期設定を行
うのである。すなわち、歪補正モードに設定すると（Ｓ
１０９）ＲＦ部１１からのビート信号はビート信号パル
ス化回路１１０に入力され、周波数に応じてパルス化さ
れる（Ｓ１１０）。図５（Ｄ）にはビート信号の周波数
偏位幅を時間ｔに対してプロットした生波形が示されて
おり、この生波形を所定のスレッショルドを用いてパル
ス化すると同図（Ｅ）に示されるようなパルス信号が得
られる。そして、このパルス信号の周期をカウントする
ことにより（Ｓ１１１）、同図（Ａ）乃至（Ｂ）に示さ
れた変調歪量を検出することができる。すなわち、三角
波の一周期間でそれぞれのパルス周期がほぼ等しければ
周波数はリニアに変化していることとなるが、パルス周
期に差が生じている場合にはノンリニアであることから
変調歪を検出することができるのである（Ｓ１１２）。

【００３３】このように変調歪検出回路１１１にてパル
ス化されたビート信号のパルス周期をカウントすること
により変調歪が検出されると、検出された歪が０となる
ように歪み補正回路１１２にて変調電圧を逆補正し（図
５（Ｆ））周波数が正しく三角波で変化するように歪み
を解消する（Ｓ１１３）。

【００３４】このように、本実施例においては変調歪を
も解消してターゲットまでの相対距離及び相対速度を高
精度に検出することができ、従って例えば本レーダ装置
を用いて追従走行を行う際にも高精度に制御を行うこと
が可能となる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る車両
用レーダ装置によれば、ビート信号に含まれる変調ノイ
ズを除去して低周波側における検出スレッショルドを低
下させることによりビームの探知範囲を拡大することが
でき、車両前方のターゲットを確実に検出することがで
きる。

【００３６】従って本発明のレーダ装置を例えば自動追
従走行システム等に組み込んで極めて信頼性の高いシス
テムを構築することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車両用レーダ装置の一実施例の構
成ブロック図。

【図２】同実施例の信号処理フローチャート図。

【図３】同実施例における検出スレッショルドレベル説
明図。

【図４】同実施例におけるレーダ装置の探知範囲説明
図。

【図５】同実施例における変調歪補正説明図。

【図６】周波数変調波を用いるレーダ装置の原理説明
図。

【図７】周波数変調波を用いるレーダ装置のビート信号
スペクトル説明図。

【図８】周波数変調波を用いるレーダ装置のアンテナパ
ターン説明図。

【図９】周波数変調波を用いる従来のレーダ装置の探知
範囲説明図。

【符号の説明】

１０ 変調信号生成回路 １１ ＲＦ部 １２ａ 送信アンテナ １２ｂ 受信アンテナ １３ ＦＦＴ処理回路 １４ 変調ノイズ除去回路 １５ ターゲット検出回路 １６ 距離速度演算回路 １７ 不感帯除去回路 １８ 三角波振幅周期生成回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数変調波を送信する送信手段と、周波
   数変調波の周波数偏位幅を変化させる周波数偏位幅制御
   手段と、被検出物体からの反射波を受信する受信手段
   と、前記周波数偏位幅制御手段にて設定された第１の周
   波数偏位幅を有する周波数変調波とその反射波とを合成
   して得られるビート信号及び前記周波数偏位幅制御手段
   にて設定された第２の周波数偏位幅を有する周波数変調
   波とその反射波とを合成して得られるビート信号が含む
   変調ノイズ成分を除去するフィルタ手段と、前記変調ノ
   イズ成分が除去されたビート信号の周波数から被検出物
   体までの相対距離及び相対速度を検出する検出手段と、
   を有することを特徴とする車両用レーダ装置。