JP3641870B2

JP3641870B2 - ランダム変調レーダ装置

Info

Publication number: JP3641870B2
Application number: JP07422696A
Authority: JP
Inventors: 利國今泉; 敏巳安保; 裕介加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: JPH09264949A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ランダムパルスの電磁波を送信し、この電磁波の物標による反射信号を受信し、電磁波の送信から反射信号の受信までの伝播遅延時間によって物標までの距離を測定するランダム変調レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両前方に存在する先行車等を検出するレーダ装置において、先行車からの反射信号を検出する手段として相関技術を使用したものが開発されている。このような相関技術を利用したレーダ装置は、例えば「精密機械」３３巻７号（１９６７年）の４８２頁〜４８９頁、または「レーザ研究」１１巻、１０号（１９８３年）別刷の「大気汚染計測用疑似ランダム変調ＣＷライダー」等に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のランダム変調レーダ装置にあっては、レーザダイオードの小出力化、低コスト化、駆動回路の低コスト化、簡素化等が図れるという利点を生かすため、統計処理時間を長く（相関処理の繰返し回数を多く）してＳ／Ｎ比を向上させ、最大検知距離を長くする構成となっていたため、検知物標が短い距離に存在して、Ｓ／Ｎ比を向上させる必要のない場合、すなわち統計処理時間が短くてもよい場合にも最大検知距離に必要な回数だけの送信と統計処理を行なうようになっていたので、必要以上に電力および時間を消費して効率が悪い、という問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、無駄な処理を無くして電力および時間を節約することの出来る効率の良いランダム変調レーダ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては、特許請求の範囲に記載するように構成している。すなわち本発明においては、求められた相関値の最大値に基づいて送信手段の送信動作の継続か終了かの判断を行う判断手段を設けることにより、検知物標が近い場合などで、物標までの距離の検出に充分なＳ／Ｎ比が得られた場合には、その時点で送信動作と相関処理とを終了するように構成している。すなわち、本発明においては、十分なＳ／Ｎ比が得られる場合には、１回の測距動作に必要なランダムパルス送信の繰返し回数が少なくなるように制御される。
したがって検知物標が近いなどＳ／Ｎ比が良い場合には、消費電力が少なく、かつ短時間で距離の測定を行ない、Ｓ／Ｎ比が悪い場合には充分な統計処理を行ない、Ｓ／Ｎ比の向上を得てから距離測定を行ない、検知物標がない場合には統計処理を終了させるという効率的な距離測定を行なうことができる。
【０００６】
【発明の効果】
上記のように、本発明においては、測定精度を低下させることなしに電力や時間を節約し、効率の良い計測を行なうことの出来るランダム変調レーダ装置を実現できる、という効果が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示すブロック図であり、相関技術を利用した車両用ランダム変調レーダ装置を示す。
図１において、Ｍ系列発生器１は排他的論理和回路２と４段のシフトレジスタ３から構成され、クロック信号発生器１１からのクロック信号に応じて動作し、Ｍ系列パルス信号を発生する。このＭ系列発生器１から発生したＭ系列パルス信号を、送信器４を構成する駆動回路５を介してレーザダイオード等からなる送光器６に供給し、この送光器６から車両前方に向けてレーザ光を出力するようになっている。なお、送光器６の代わりに電波を送信する送信機を用いてもよい。
【０００８】
送光器６から出力されたレーザ光は前方に存在する先行車等に当って反射されて戻され、この反射されたレーザ光は受信器７を構成する受光器８（送光器６が電波の送信機の場合には受信機）で受光され、アンプ９で増幅された後、コンパレータ１０に送られる。コンパレータ１０では基準信号Ｖ_thと比較されて２値信号に変換され、排他的論理和回路１３の一方の入力に供給される。
【０００９】
一方、前記Ｍ系列発生器１から出力されたＭ系列パルス信号は位相器１２にも供給される。この位相器１２はクロック信号発生器１１からのクロック信号に応じて、該クロック信号の周期τの整数倍、すなわちＭ系列パルス信号の１パルス幅τの整数倍（０、τ、２τ、３τ、…）ずつ位相を遅らせたＭ系列パルス信号を出力する。この位相遅れ時間を距離に換算すると、例えば０ｍの位相遅れ信号、１０ｍの位相遅れ信号、２０ｍの位相遅れ信号、…、１００ｍの位相遅れ信号を順次出力することになる。この順次位相の遅れたＭ系列パルス信号は排他的論理和回路１３の他方の入力に供給される。この場合、０ｍ、１０ｍ、２０ｍ、〜、１００ｍと変化する値の増加分１０ｍは測距分解能を表し、最大の１００ｍは最大測距距離を表している。
【００１０】
排他的論理和回路１３は、各位相の遅れたＭ系列パルス信号とコンパレータ１０で２値化された反射信号とが同じレベルの場合、すなわち両信号が共に高レベルまたは低レベルの場合には低レベルの信号を出力し、異なるレベルの場合、すなわち何れかの信号が高レベルで他方の信号が低レベルの場合には高レベルの信号を出力する。
【００１１】
この排他的論理和回路１３の出力はカウンタ１４に供給される。カウンタ１４は排他的論理和回路１３の出力信号が低レベルの場合カウントアップし、高レベルの場合カウントダウンする。このカウンタ１４における計数動作は、各位相遅れ量、すなわち各位相遅れ信号毎に所定時間ｔ₀（例えばｔ₀＝１msec）の期間継続され、この計数期間の終了後、この計数結果は両信号の相関値としてＲＡＭ１５に転送され、各位相遅れ信号に対応して記憶される。すなわち、この動作は位相器１２から出力される０ｍ、１０ｍ、２０ｍ、…、１００ｍの各位相遅れ信号毎に、これらの各位相遅れ信号と受信した反射信号とに対してそれぞれ上記所定期間ｔ₀行なわれ、ＲＡＭ１５に各位相遅れ信号に対応する相関値として計数値を記憶することになる。このように、排他的論理和回路１３、カウンタ１４およびＲＡＭ１５は、各位相遅れ信号と受信信号との相関値を計数値として求める相関器１６を構成している。
【００１２】
上記のようにして、ＲＡＭ１５には各位相遅れ信号と受信信号との相関値が記憶されるので、これらの各計数結果を演算器１７で読み出し、その中の最大値に対応する位相遅れ信号に対する位相遅れ時間から反射体である先行車までの距離を算出することができる。
【００１３】
また、判断器１８は、上記ＲＡＭ１５から読み出した値に応じて、送信器４からの送信（レーザ発光）と上記相関処理を継続するか否かを判断し、その結果に応じて送信器４と相関器１６の動作を制御する。なお、判断器１８の詳細については、後記図３のフローチャートに基づいて後述する。
【００１４】
また、図１においては、各構成要素を独立の回路または装置として示しているが、送信器４と受信器７以外の部分はコンピュータ等の演算処理装置で構成することが出来る。
【００１５】
次に、図２は、一例として車両の６０ｍ前方に反射物体が存在する場合の信号波形図であり、送光器６から送信される送信信号と、０ｍ〜１００ｍの各位相遅れ信号と、車両の６０ｍ前方に存在する先行車から反射された受信信号と、の波形を示すと共に、各位相遅れ信号と各受信信号とに対する前記カウンタ１４の計数値を示したものである。
【００１６】
図２において、（ｍ）に示す波形は６０ｍ前方に存在する先行車からの受信信号であり、この受信信号と（ａ）〜（ｋ）に示す各位相遅れ信号との排他的論理和を排他的論理和回路１３で取り、この出力を上述したようにカウンタ１４で計数すると、そのカウント値は図２の右端の表に示すようになる。このカウント値はＭ系列パルス信号の１周期におけるカウント値であるが、（ｉ）の６０ｍの位相遅れ信号に対するカウント値は１５と一番大きく、他の位相遅れ信号に対するカウント値はすべて−１となっている。この計数結果から車両の６０ｍ前方に先行車が存在していることが適確にわかる。
【００１７】
また、上記の受信信号に雑音が混合している場合、雑音のレベルとランダムパルス信号のレベルが異なる確率は１／２であり、同じになる確率も１／２である。そして雑音のレベルとランダムパルス信号のレベルが異なる場合にはカウンタ１４はカウントダウンされ、同じ場合にはカウントアップされるので、雑音によってカウントアップされる確率とカウントダウンされる確率は同じになる。つまり雑音はカウンタ１４に対して影響を与えない。この特徴を利用することにより、受信信号に雑音が混在している場合にも相関をとる時間（統計処理時間）を長くする、すなわち１回の測距について図２のＭ系列１周期を複数回繰り返して相関処理を行なうことにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１８】
図４は、従来の距離検知ロジックの一例を示すフローチャートである。
図４の処理フローにおいては、Ｍ系列パルスの送信および相関処理の１サイクル（図２の１周期に相当）を予め定められた繰返し回数（所定サイクル数）だけ行ない、それらの全てが終了すると相関の最大値から距離の決定が行なわれるようになっている。すなわち、Ｍ系列ランダムパルスの送信と相関処理の終了の判断は、最大検知距離に必要なＳ／Ｎ比を得るために予め定められた所定サイクルのＭ系列ランダムパルスを出力したことによっている。
【００１９】
このような車両用ランダム変調レーダ装置は公知のジャイアントパルス変調レーザレーダ方式に比較して、統計処理時間（相関処理の繰返し回数）に応じてＳ／Ｎ比が向上するため、ノイズマージンが大幅に向上し、レーザダイオードの小出力化、低コスト化、およびレーザダイオードの駆動回路の低コスト化、簡素化等が図れるという優れた特徴がある。しかし、上記の従来の距離検知ロジックにおいては、前記「発明が解決しようとする課題」の項でも説明したごとく、上記の利点を生かすため、統計処理時間を長く（相関処理の繰返し回数を多く）してＳ／Ｎ比を向上させ、最大検知距離を長くする構成となっていたため、検知物標が短い距離に存在して、Ｓ／Ｎ比を向上させる必要のない場合、すなわち統計処理時間が短くてもよい場合にも最大検知距離に必要なだけの送信と統計処理を行なうようになっていたので、必要以上に電力および時間を消費して効率が悪い、という問題点があった。
【００２０】
次に、図３は、本発明の距離検知ロジックを示すフローチャートである。
【００２１】
図３において、ステップＳ１では、Ｍ系列パルス繰返しカウンタＳを初期化し、ステップＳ２では、Ｍ系列パルス発光（送信）および相関処理の１サイクルをセットする。次に、ステップＳ３では、各位相遅れ信号と２値化された受信信号との相関値の中における最大の値と、距離の特定に必要となる所定の相関値の値Ａとを比較する。そして相関値の中で最大の値がＡ以上になったらステップＳ４へ行き、相関が最大となった位相遅れ信号から距離を演算する。すなわち、各相関値中の最大のものが所定値Ａ以上になって十分なＳ／Ｎ比が取れた場合には、それ以上、送信と相関処理のサイクルを繰り返さず、その時点で１回の測距動作を終了することになる。
ここで、Ａの値は図１の演算器１７において相関値が最大の位相遅れ信号により反射体までの距離を演算するのに必要となる相関値であり、距離演算に必要なＳ／Ｎ比を得るための最小の相関値とも言い換えられる。
【００２２】
一方、ステップＳ３で、相関値の中の最大値がＡ未満ならば、ステップＳ５へ行き、Ｍ系列パルス繰返しカウンタＳを検知物標なし判定用のＭ系列パルス繰返し数Ｂと比較し、Ｓの値が判定値Ｂ以上の場合には、ステップＳ６で検知物標なしと判定し、Ｍ系列繰返しカウンタＳが判定値Ｂを越えていなければ、ステップＳ７でＳの値を１だけ歩進させたのち、ステップＳ２へ戻り、再度Ｍ系列パルス送信および相関処理を行なう。
【００２３】
上記ステップＳ３、Ｓ５〜Ｓ７のＭ系列ランダムパルス送信および相関処理終了判断により、検知物標が近くにあり、Ｓ／Ｎ比が良い場合には、距離演算が可能になった時点で直ちにＭ系列ランダムパルス送信および相関処理を終了することができ、検知物標が遠くでＳ／Ｎ比が悪い場合には充分な回数だけ繰り返してＭ系列ランダムパルス送信および相関処理を行ない、Ｓ／Ｎ比を向上させ距離演算を行なうことができる。
【００２４】
なお、ステップＳ１ではＭ系列繰返しカウンタＳの初期化を行ない、ステップＳ７ではＭ系列繰返しカウンタＳをカンウトアップすることにより、Ｍ系列パルス送信および相関処理を何回行なったかをカウントしている。
【００２５】
また、上記検知物標なし判定用のＭ系列繰返し数Ｂは、目標とする最大検知距離に対するＳ／Ｎ比を得るのに必要となる統計処理時間、すなわちＭ系列パルス送信および相関処理の繰返し数である。この検知物標なしの判断を行なうステップＳ６により、検知物標が最大検知距離内に無い時には、Ｍ系列パルス送信および相関処理を終了して検知物標なしの判定を行なうことができ、検知物標が最大検知距離内にある場合にはステップＳ３のＭ系列ランダムパルス送信および相関処理終了判断と合わせて、距離演算に必要なＭ系列ランダムパルス送信および相関処理を行なって距離演算を行なうことができる。
【００２６】
なお、図３において、破線で囲んだ部分（ステップＳ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７）が前記図１の判断器１８に相当する。一般に、図１の装置における演算処理部分をコンピュータで構成する場合には、その処理フローを図３のように構成することにより、上記のごとき測距動作を行なわせることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１の装置における信号波形図。
【図３】本発明の演算処理を示すフローチャート。
【図４】従来の演算処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…Ｍ系列発生器１０…コンパレータ
２…排他的論理和回路１１…クロック信号発生器
３…シフトレジスタ１２…位相器
４…送信器１３…排他的論理和回路
５…駆動回路１４…カウンタ
６…送光器１５…ＲＡＭ
７…受信器１６…相関器
８…受光器１７…演算器
９…アンプ１８…判断器

Claims

ランダムパルスの電磁波を送信し、この電磁波の反射体による反射信号を受信して電磁波の送信から反射信号の受信までの伝播遅延時間によって反射体までの距離を測定するランダム変調レーダ装置において、
ランダムパルス信号を発生するランダムパルス発生手段と、
前記ランダムパルス信号に応じて電磁波を送信する送信手段と、
該送信手段が送信した電磁波の反射体による反射信号を受信する受信手段と、前記ランダムパルス信号を順次位相シフトして相互に所定位相づつずれた複数の位相遅れ信号を出力するする位相手段と、
前記受信手段で受信した反射信号を２値化する２値化手段と、
該２値化手段で２値化された反射信号と前記位相手段で位相シフトされた各位相遅れ信号との相関値を求める相関手段と、
前記相関値が最大値となる位相遅れ信号の位相遅れの値に基づいて反射体までの距離を演算する演算手段と、
前記相関値の最大値に基づいて前記送信動作と相関処理を継続するか否かの判断を行う判断手段と、
を備えたことを特徴とするランダム変調レーダ装置。
前記判断手段は、前記各位相遅れ信号と前記２値化された受信信号との相関値の中における最大の値と、距離の特定に必要となる所定の相関値の値とを比較し、前記最大の値が前記所定の相関値の値以上になった場合にランダムパルスの送信および相関処理を終了させると判断するものである、ことを特徴とする請求項１に記載のランダム変調レーダ装置。
前記ランダムパルス信号は、Ｍ系列ランダムパルス信号である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のランダム変調レーダ装置。