JP3656290B2 - モノパルスレーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子を備え、各アンテナ素子を用いて所定電波を送受信させ、各アンテナ素子にて得られた受信信号に基づき、外部に存在する物標の方位等を検出する、モノパルスレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車の衝突を未然に防ぐために運転者の視覚を補助する手段として、電波を伝送媒体とした障害物検出レーダの実現が期待されている。またこの種のレーダ装置において、前を走行する車両等，障害物の水平方向の位置を判別することは、衝突の可能性予測にきわめて重要な技術である。このため、こうした自動車用のレーダ装置としては、例えば特開昭６１−１６７８９０に開示されているようなモノパルスレーダ装置が有効であると考えられる。
【０００３】
つまり、モノパルスレーダ装置は、一般に、航空機追尾用レーダとして用いられているが、水平或は垂直方向の位置を判別するのに優れたレーダ装置であることから、自動車の走行環境のような多くの障害物が存在する状況において、きわめて有効に機能すると考えられるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうしたモノパルスレーダ装置を利用した衝突防止システムが普及し、これを搭載した車両が増加すると、各システム間の送受信電波の電波干渉は避けられないものとなり、障害物等の物標検知能力が低下することが予想される。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、電波を発生する他の通信装置との間で生じる電波の相互干渉を抑圧して、常に良好な物標検知能力が得られるモノパルスレーダ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、円偏波の電波を送受信可能であって放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子と、前記各アンテナ素子が送受信する円偏波の旋回方向を切り換える偏波切換手段と、所定周期で周波数が変化する周波数変調信号を送信信号として発生する信号発生手段と、該信号発生手段からの送信信号を各アンテナ素子に入力して各アンテナ素子から電波を放射させると共に、各アンテナ素子にて受信された受信信号を各々取り出す信号入出力手段と、前記信号入出力手段を介して得られた各アンテナ素子からの受信信号を前記送信信号と混合して、各受信信号を中間周波信号に変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段による変換後の前記各中間周波信号に基づいて外部の物標を検出する物標検出手段と、を備えたモノパルスレーダ装置において、前記周波数変換手段が、前記各アンテナ素子からの受信信号を前記送信信号を用いて各々周波数変換する複数の周波数変換部と、該複数の周波数変換部にて周波数変換された中間周波信号を順次選択して前記物標検出手段に出力する出力スイッチ手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
このように構成された請求項１に記載のモノパルスレーダ装置においては、信号入出力手段が、信号発生手段から発生する送信信号（周波数変調信号）を、放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子の各々に入力して、各アンテナ素子から電波を放射させると共に、各アンテナ素子にて受信された受信信号を各々取り出し、周波数変換手段が、その取り出された受信信号を送信信号と混合して中間周波信号に変換する。そして物標検出手段が、その変換後の各中間周波信号に基づいて外部の物標を検出する。この装置では、各アンテナ素子に、円偏波の電波を送受信可能な円偏波用アンテナ素子が使用され、偏波切換手段が、各アンテナ素子が送受信する円偏波の旋回方向を切り換える。
そして特に、この装置では、周波数変換手段が、複数の周波数変換部と、出力スイッチ手段とを備えている。周波数変換部は、各アンテナ素子からの受信信号を上記送信信号を用いて周波数変換し、出力スイッチ手段は、複数の周波数変換部にて周波数変換された中間周波信号を順次選択して物標検出手段に出力する。
【０００８】
つまり、モノパルスレーダ装置は、放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子から電波を放射させ、その放射電波が外部の物標に当たって反射してきた反射波を各アンテナ素子にて受信することにより、各アンテナ素子にて得られた受信信号の振幅又は位相の差から物標の方位を検出するものであるが、当該装置近傍に、同一規格の他のモノパルスレーダ装置が存在したり、当該装置が送受信する電波と略同じ周波数帯の信号を送信或は受信する通信装置が存在すると、これら他の装置との間で電波干渉が発生して、その干渉波により物標の検知能力が低下してしまう。
そこで請求項１に記載のモノパルスレーダ装置では、各アンテナ素子に、円偏波の電波を送受信可能な円偏波用アンテナ素子を使用し、偏波切換手段にて各アンテナ素子が送受信する円偏波の旋回方向を切り換えることにより、干渉波による検知能力の低下を、各アンテナ素子が有する偏波識別によって防止するようにしている。
【０００９】
更に、上記構成のモノパルスレーダ装置は、従来より一般に知られているモノパルスレーダ装置に、アンテナ素子から周波数が連続的に上昇又は下降する送信信号を放射させ、アンテナ素子にて受信された受信信号と現在送信している送信信号とをミキサ回路等からなる周波数変換手段を用いて混合して、受信信号を、受信信号の周波数と送信信号の周波数との偏差に対応した周波数の中間周波信号に周波数変換することにより、その中間周波信号の周波数から、アンテナ素子から放射した送信信号が物標に当たってアンテナ素子に戻ってくるまでの時間、延いてはアンテナ素子から物標までの距離を検出するＦＭ−ＣＷレーダの技術を適用したものである。
そして、このＦＭ−ＣＷ方式のモノパルスレーダ装置を実現するに当たって、周波数変換部にて周波数変換された中間周波信号を、出力スイッチ手段により、時分割で物標検出手段に順次入力しているのである。
【００１０】
この結果、請求項１に記載のモノパルスレーダ装置によれば、例えば車両に搭載して障害物等を検出するシステムに適用したとしても、他の装置からの送信電波に影響されることなく障害物等の物標を正確に検出できるようになり、物標検知能力を高めて車両の走行安全性を向上することが可能になる。
しかも、周波数変換手段にて中間周波信号に変換された各アンテナ素子からの受信信号を受ける物標検出手段側で、これら各受信信号（中間周波信号）から物標の方位及び物標までの距離を容易に且つ正確に求めることができるため、障害物の方位及び障害物までの距離を正確に検出して、車両の障害物への衝突の危険性を車両運転者に速やかに報知し、車両走行時の安全性を向上することができる。
更に、出力スイッチ手段を備えたことにより、物標検出手段において、各アンテナ素子に対応した中間周波信号から物標の方位及び距離を正確に求めるために、入力された中間周波信号を増幅したり波形整形するための信号処理回路を、各アンテナ素子に対応して複数設ける必要がなく、装置構成を簡素化することができる。
【００１１】
なお、各アンテナ素子の円偏波の旋回方向を切り換える偏波切換手段としては、例えば、各アンテナ素子から電波を送信させて物標の検出を行う物標検出動作を１回或は複数回行う度に、円偏波の旋回方向を交互に切り換えるようにしてもよいし、また例えば、通常は任意の旋回方向の円偏波を用いて物標検出動作を行い、各アンテナ素子にて得られた受信信号が通常有り得ない信号レベルとなったときに、円偏波の旋回方向を切り換えるようにしてもよい。
【００１２】
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明と同様、複数のアンテナ素子と、偏波切換手段と、信号発生手段と、信号入出力手段と、周波数変換手段と、物標検出手段とを備えたモノパルスレーダ装置である。
【００１３】
そして、請求項２に記載のモノパルスレーダ装置では、周波数変換手段が、各アンテナ素子から入力される受信信号を順次選択して取り込む入力スイッチ手段と、該入力スイッチ手段から順次入力される受信信号を上記送信信号を用いて順次周波数変換して物標検出手段に出力する一つの周波数変換部とを備えている。
【００１４】
即ち、この請求項２に記載のモノパルスレーダ装置では、信号入出力手段を介して入力される各アンテナ素子からの受信信号を、入力スイッチ手段により、時分割にて取り込み、その取り込んだ受信信号を周波数変換部にて中間周波信号に変換するのである。
【００１５】
このため、請求項２に記載のモノパルスレーダ装置によれば、請求項１に記載の装置と同様、障害物の方位及び障害物までの距離を正確に検出して、車両の障害物への衝突の危険性を車両運転者に速やかに報知し、車両走行時の安全性を向上することができるのに加え、物標検出手段に信号処理回路を複数設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。しかも請求項２のモノパルスレーダ装置は、周波数変換手段において受信信号を中間周波数に変換する周波数変換部についても、アンテナ素子に対応して複数設ける必要がないため、装置構成をより簡素化することができる。
【００１６】
また、周波数変換部において受信信号を中間周波信号に変換するには、信号発生手段から出力された送信信号を、各アンテナ素子に対応した信号入出力手段だけでなく、周波数変換部にも分配する必要があるが、請求項２に記載の装置では、この周波数変換部をアンテナ素子の個数に関係なく、１つにすることができるので、周波数変換部を各アンテナ素子に対応して複数設けた場合に比べて、送信信号の分配に伴う送信信号の電力低下を抑制でき、信号発生手段の出力電力を小さくすることができる。
【００１７】
次に、請求項３に記載の発明は、円偏波の電波を送受信可能であって放射パターンの一部が重なるように配設された少なくとも３個以上のアンテナ素子を備えるほか、請求項１に記載の発明と同様、偏波切換手段と、信号発生手段と、信号入出力手段と、周波数変換手段と、物標検出手段とを備えたモノパルスレーダ装置である。
【００１８】
そして、請求項３に記載のモノパルスレーダ装置では、周波数変換手段が、アンテナ素子に対応して、各アンテナ素子からの受信信号を上記送信信号を用いて各々周波数変換する３個以上の周波数変換部を備えると共に、該各周波数変換部から出力される中間周波信号の中から一対の中間周波信号を選択して物標検出手段に出力する信号選択手段を備え、該信号選択手段が選択する中間周波信号の変更により、物標検出に使用するアンテナ素子の間隔を調整可能に構成してなることを特徴とする。
【００１９】
つまり、モノパルスレーダ装置は、基本的には、２個のアンテナ素子を放射パターンの一部が重なるように各アンテナ素子を所定間隔で配置し、各アンテナ素子にて得られた受信信号の振幅又は位相の差から物標の方位を検出するものであるため、２個のアンテナ素子を備えていれば、ＦＭ−ＣＷ方式のモノパルスレーダ装置を実現できる。しかし、単に２個のアンテナ素子のみで物標の方位及び距離をしようとすると、例えば、アンテナ素子の間隔が狭いと、物標までの距離が短い場合には、各アンテナ素子の受信信号の振幅又は位相の差から物標の位置を良好に検出できるものの、物標までの距離が長い場合には、各アンテナ素子にて得られた受信信号の振幅や位相の差が極めて小さくなって、物標の位置を良好に検出できなくなるといったことがある。
【００２０】
そこで、請求項３に記載のモノパルスレーダ装置では、アンテナ素子を少なくとも３個以上設けて、周波数変換部にて中間周波信号に変換した各アンテナ素子からの受信信号の中から、信号選択手段を用いて任意の２つを選択できるように構成することにより、物標の検出に使用するアンテナ素子の間隔を調整（切換）できるようにしているのである。
【００２１】
この結果、請求項３に記載のモノパルスレーダ装置によれば、例えば当該装置から物標までの距離や、物標の検出状態等に応じて、信号選択手段が選択する中間周波信号を切り換えることにより、物標検出に用いるアンテナ素子の間隔を、物標を最も良好に検出可能な値に切り換えることができるようになり、物標（特にその方位）の検出精度をより向上して、角度測定分解能に優れたレーダ装置を実現することが可能になる。
【００２２】
次に、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のモノパルスレーダ装置であって、物標検出手段は、当該モノパルスレーダ装置から外部の物標までの距離を検出できるよう構成されており、更に、選択制御手段が、物標検出手段により検出された距離に基づき、該距離が長いほど、前記一対の中間周波信号に対応した一対のアンテナ素子の間隔が広くなるように信号選択手段を制御する。
【００２３】
このように構成された請求項４に記載のモノパルスレーダ装置によれば、例えば物標までの距離が所定の設定距離以上の場合はアンテナの間隔を広くし、設定距離以上でなければアンテナの間隔を狭くするというように、物標までの距離に応じて一対の中間周波信号を切り換える（換言すれば、一対のアンテナを切り換える）ことができるため、当該モノパルスレーダ装置から物標までの距離に影響されることなく、物標を正確に検出できるようになる。
【００２４】
次に、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４いずれか記載のモノパルスレーダ装置であって、物標検出手段が物標の検出を行う毎に乱数を発生する乱数発生手段と、物標検出手段が物標の検出を行う毎に乱数発生手段が発生した乱数に基づいて偏波切換手段を動作させる切換制御手段とを備えたことを特徴とする。即ち、物標検出手段が物標の検出を行う毎に、円偏波の旋回方向をランダムに切り換えるのであり、例えば、発生した乱数が偶数ならば右旋円偏波、奇数ならば左旋円偏波とするようにすることができる。
【００２５】
従って、請求項５に記載のモノパルスレーダ装置によれば、当該装置と同様のモノパルスレーダ装置等との間で電波干渉が発生しても、その干渉波による影響を受けることなく物標を検出することが可能となり、物標の検出精度を向上できる。
【００２６】
次に、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５いずれか記載のモノパルスレーダ装置において、前記各アンテナ素子は、２端子給電型の円偏波用アンテナ素子からなり、前記信号入出力手段は、前記各アンテナ素子毎に設けられ、前記送信信号を位相差９０度の送信信号に分配してアンテナ素子の２つの給電端子に出力すると共に、アンテナ素子の各給電端子から入力される一対の受信信号のうち、前記分配した送信信号とは逆方向に９０度の位相差を有する受信信号を合成して装置内に取り込む、複数の９０度ハイブリッド回路からなり、前記偏波切換手段は、前記９０度ハイブリッド回路とアンテナ素子の給電端子とを接続する一対の信号経路の一方に設けられ、位相変化量を０度及び１８０度のいずれかに切り換え可能な位相変化量可変型の移相器からなることを特徴とする。
【００２７】
即ち、９０度ハイブリッド回路は、入力端子に入力された信号を位相差９０度の信号に分配して一対の入出力端子から出力し、入出力端子に信号出力時とは逆方向の位相差（−９０度）を有する信号が入力されたときに、その信号を合成して出力端子から出力するものであるため、請求項２に記載のモノパルスレーダ装置では、各アンテナ素子に、位相差９０度の信号を受けて所定旋回方向の円偏波を送信する２端子給電型の円偏波用アンテナ素子を用い、各アンテナ素子の一対の給電端子と、９０度ハイブリッド回路の一対の入出力端子とを各々接続して、９０度ハイブリッド回路の入力端子に信号発生手段からの送信信号を入力することにより、各アンテナ素子の一対の給電端子に位相差９０度の送信信号を給電して、各アンテナ素子から所定旋回方向の円偏波の電波を放射させるのである。
【００２８】
そして、このように各アンテナ素子から所定旋回方向の円偏波の電波を放射させ、その放射電波が外部の物標に当たって反射すると、反射波の旋回方向が送信時とは逆方向になって、各アンテナ素子に入射し、各アンテナ素子の一対の給電端子には、送信時とは逆方向の位相差（−９０度）を有する信号が誘起されるため、各アンテナ素子にて物標からの反射波が受信された場合には、その受信信号が９０度ハイブリッド回路にて合成されて、その出力端子から物標検出手段に出力されることになり、各アンテナ素子の偏波識別により、物標に当たって反射してきた電波のみを受信して物標検出を行うことができる。
【００２９】
また、９０度ハイブリッド回路とアンテナ素子の給電端子とを接続する一対の信号経路の一方には、位相変化量を０度又は１８０度のいずれかに切換可能な移相器が設けられているため、この移相器の位相変化量を切り換えることにより、アンテナ素子の給電端子に入力する送信信号の位相差を９０度及び−９０度のいずれかに切り換え、アンテナ素子から放射させる電波の旋回方向を右旋回及び左旋回のいずれかに切り換えることができる。
【００３０】
従って、請求項６に記載のモノパルスレーダ装置によれば、請求項１〜請求項５いずれか記載のモノパルスレーダ装置を、比較的簡単な構成にて実現でき、また電波の旋回方向の切り換えも簡単に行うことができる。
つまり、請求項１〜請求項５いずれか記載のモノパルスレーダ装置は、例えば、各アンテナ素子を導波管円偏波アンテナとこのアンテナへの供給電力に定められた方向の磁界を与えて電波を旋回させるポラライザとから構成し、信号入出力手段をサーキュレータにより構成し、偏波切換手段をポラライザが発生する磁界の方向を切り換えて円偏波の旋回方向を切り換えるように構成しても実現できるが、この場合、フェライト回路であるサーキュレータ等を使用するので装置が大型化し、また装置構成も複雑になってしまう。
【００３１】
これに対して、請求項６に記載のモノパルスレーダ装置によれば、アンテナ素子，信号入出力手段及び偏波切換手段からなる高周波回路部を、２端子給電型円偏波用アンテナ素子，９０度ハイブリッド回路及び位相変化量可変型移相器から構成しているため、これら各部をフェライト回路を用いることなく実現でき、装置構成を簡素化して小型化を図ることができるようになるのである。
【００３２】
次に、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のモノパルスレーダ装置において、前記アンテナ素子，９０度ハイブリッド回路，及び移相器からなる送受信用の高周波回路部が、所定の基板上に導電パターンにて形成した平面回路からなることを特徴とする。
【００３３】
このように、請求項７に記載のモノパルスレーダ装置では、高周波回路部を、所定の基板上に導電パターン（マイクロストリップライン）からなる平面回路にて構成しているので、モノパルスレーダ装置をより小型化することができ、装置の利用範囲を拡大できる。
【００３４】
なお、高周波回路部を平面回路にて構成するには、例えば、９０度ハイブリッド回路を、ラットレース電力合成回路，ウィルキンソン電力合成回路等のマイクロストリップラインにて構成可能なハイブリッド回路にて構成するようにすればよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明が適用された実施例の車両用障害物検出装置について説明する。（第１実施例）
図１は第１実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【００３６】
図１に示す如く、本実施例の車両用障害物検出装置は、複数（本実施例では３個）の２端子給電型円偏波用アンテナ素子（以下単にアンテナセルという）２ａ，２ｂ，２ｃと誘電体レンズ４とからなるマルチビーム誘電体レンズアンテナ（以下単にアンテナ装置という）６、アンテナ装置６の各アンテナセル２ａ〜２ｃから所定旋回方向の円偏波の電波を放射させると共に、各アンテナセル２ａ〜２ｃからの受信信号に基づき誘電体レンズ４の前方に存在する障害物の位置を検出し、車両が障害物に衝突する虞がある場合には警報装置１２を動作させて、車両運転者にその旨を報知する電子制御装置（以下単にＥＣＵという）１０、及び、ＥＣＵ１０からの出力信号に応じて各アンテナセル２ａ〜２ｃから円偏波の電波を放射させると共に、各アンテナセル２ａ〜２ｃにて得られた受信信号を処理してＥＣＵ１０に入力する送受信回路２０、を備えている。
【００３７】
ここで、アンテナ装置６において、各アンテナセル２ａ〜２ｃは水平方向に所定間隔で配設されており、各アンテナセル２ａ〜２ｃの放射パターン（指向性）は、誘電体レンズ４によって、図２（ａ）〜（ｃ）に示す如く、水平方向に各々異なり、しかも一部が重なり合った放射パターンとなるようにされている。
【００３８】
つまり、３個のアンテナセル２ａ〜２ｃの内、中央のアンテナセル２ｂは、図２（ｂ）に示す如く、図に点線で示す誘電体レンズ４の中心軸に沿って略左右対称となる放射パターンとなり、左右のアンテナセル２ａ，２ｃは、図２（ａ），（ｃ）に示す如く、図に点線で示す誘電体レンズ４の中心軸に対して右又は左側に偏った放射パターンとなるようにされている。
【００３９】
なお、アンテナ装置６全体の放射パターン（指向性）は、これら各アンテナセル２ａ〜２ｃの放射パターンを合成した図２（ｄ）に示す放射パターンとなる。次に、送受信回路２０には、ＥＣＵ１０から出力される電圧制御された制御信号に応じて、所定周波数の送信用高周波信号（送信信号）を発生する電圧制御型の周波数可変発振器（以下単に発振器という）２２と、発振器２２からの送信信号を、各アンテナセル２ａ〜２ｃに供給するための給電用信号と各アンテナセル２ａ〜２ｃにて得られた受信信号を周波数変換するための３つのローカル信号とに４分配する第１電力分配器２４と、第１電力分配器２４にて給電用信号として分配された送信信号を、各アンテナセル２ａ〜２ｃに各々供給するための給電用信号として更に３分配する第２電力分配器２６とが備えられている。
【００４０】
そして、第２電力分配器２６にて分配された各アンテナセル２ａ〜２ｃに対する送信信号は、各アンテナセル２ａ〜２ｃに対応して設けられた９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの入力端子Ｂに夫々入力される。
９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃは、入力端子Ｂに入力された送信信号を、９０度の位相差で夫々半分づつに振り分けて一対の入出力端子Ｃ，Ｄから出力し、逆に、入出力端子Ｃ，Ｄに送信信号とは逆位相（位相差−９０度）の信号を受けると、この信号を合成して出力端子Ａから出力する周知のものであり、一対の入出力端子Ｃ，Ｄの内、一方の入出力端子Ｃは、対応するアンテナセル２ａ〜２ｃの一方の給電端子Ｈに直接接続され、他方の入出力端子Ｄは、対応するアンテナセル２ａ〜２ｃの他方の給電端子Ｖに、位相変化量Φを０度又は１８０度に切換可能な位相変化量可変型移相器（以下単に移相器という）３０ａ〜３０ｃを介して接続されている。
【００４１】
従って、第２電力分配器２６から９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃに入力された送信信号は、９０度の位相差を有する送信信号として、各アンテナセル２ａ〜２ｃの一対の給電端子に夫々供給され、各アンテナセル２ａ〜２ｃからは、夫々、所定旋回方向の円偏波の電波が放射されることになる。
【００４２】
また、各アンテナセル２ａ〜２ｃに放射電波とは逆旋回の円偏波電波が受信されると、各アンテナセル２ａ〜２ｃの給電端子に、送信時とは逆方向に９０度の位相差（−９０度）を有する受信電力が発生するため、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃにおいては、各アンテナセル２ａ〜２ｃにて送信電波と逆旋回の電波が受信されたとき（換言すれば送信電波が外部の物標に当たって反射してくる反射電波が受信されたとき）に、その受信信号が合成され、出力端子Ａからその合成した受信信号が出力されることになる。
【００４３】
また、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの一方の入出力端子Ｄとアンテナセル２ａ〜２ｃの一方の給電端子Ｖとの間には、夫々、移相器３０ａ〜３０ｃが設けられているが、この移相器３０ａ〜３０ｃは、位相変化量Φを０度又は１８０度に切り換え可能であるため、この移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを切り換えることにより、アンテナセル２ａ〜２ｃを介して送受信可能な円偏波の旋回方向を切り換えることができる。なお、この移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φは、ＥＣＵ１０により切り換えられる。
【００４４】
次に、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの出力端子Ａは、夫々、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃに接続されており、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃには、第１電力分配器２４によりローカル信号として３つに分配された送信信号が夫々入力されている。つまり、本実施例では、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃにて、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの出力端子Ａから出力される受信信号と、発振器２２からの送信信号とを混合することにより、受信信号を、送信信号をローカル信号として、これら各信号の周波数の差の周波数を有する中間周波信号（ＩＦ信号）に変換するのである。
【００４５】
そして、これら各ミキサ回路３２ａ〜３２ｃからの出力信号（ＩＦ信号）は、ＩＦ回路３４ａ〜３４ｃに夫々入力され、各ＩＦ回路３４ａ〜３４ｃにおいて、増幅・波形整形された後、ＥＣＵ１０に夫々入力される。
次に、ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を中心とする周知のマイクロコンピュータにより構成されており、障害物の検出を行う測定モードにあるときには、所定の測定周期毎に、ＦＭ−ＣＷレーダとしての送信制御を行う。即ち、発振器２２に出力する制御信号の電圧を所定の測定周期毎に、所定の下限電圧から上限電圧まで除々に変化させることにより、発振器２２から出力される送信信号の周波数を予め設定された下限周波数から上限周波数まで除々に変化させる、送信制御を実行するのである。
【００４６】
この結果、各アンテナセル２ａ〜２ｃからは、順次周波数が変化する送信信号（周波数変調信号）が、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φ（０度又は１８０度）に対応した旋回方向の円偏波の電波として、所定の測定周期毎に繰返し放射されることになる。
【００４７】
また、ＥＣＵ１０は、この送信制御の実行中、ＩＦ回路３４ａ〜３４ｃからの出力信号（ＩＦ信号）を、図示しないＡ／Ｄ変換器を介して各々取り込み、その取り込んだ各ＩＦ信号の振幅又は位相或はその両方を比較することにより、アンテナ装置６の外部に存在する障害物の位置（方位）を検出すると共に、Ｉ／Ｆ信号を周波数分析することにより障害物までの距離及び相対速度を検出する、障害物検出処理を実行する。
【００４８】
そして、このように、送信制御の実行中に、障害物検出処理にて、障害物の方位，障害物までの距離，及び障害物との相対速度が検出されると、次に送信制御を開始するまでの間に、その検出結果から、車両が障害物に衝突する危険な状況にあるかどうかを判断し、衝突の危険性が高いと判断すると、警報装置１２を動作させて、車両運転者にその旨を報知する、衝突警報処理を実行する。
【００４９】
つまり、各アンテナセル２ａ〜２ｃから放射した電波が障害物に当たって反射すると、その電波の旋回方向は送信時とは逆旋回となり、障害物からの反射電波がアンテナセル２ａ〜２ｃにて受信された場合には、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃ，ミキサ回路３２ａ〜３２ｃ，及びＩＦ回路３４ａ〜３４ｃを介して、ＩＦ信号として、ＥＣＵ１０に入力されるため、ＥＣＵ１０においては、これら各部を介して各アンテナセル２ａ〜２ｃから入力される受信信号（ＩＦ信号）に基づき、障害物の有・無、並びに障害物の方位，障害物までの距離，障害物との相対速度等を検出して、車両が障害物に衝突する危険な状況にある場合には、車両運転者にその旨を報知し、車両走行時の安全性を向上するのである。
【００５０】
ところで、本実施例においては、各アンテナセル２ａ〜２ｃに円偏波用アンテナ素子を用いているため、各アンテナセル２ａ〜２ｃによる偏波識別により、自己が送信した電波が障害物に当たって反射してくる反射波のみを比較的良好に受信して障害物の検出を行うことができるようになるが、こうしたモノパルスレーダ装置を適用した車両用障害物検出装置が普及し、この装置を搭載した車両が多くなると、各車両間にて障害物検出用電波の電波干渉が発生し易くなり、この電波干渉によって、障害物の検出精度が低下するおそれがある。
【００５１】
そこで、本実施例では、ＥＣＵ１０において、図３又は図４に示す如き偏波切換処理を実行することにより、他の装置との電波干渉によって障害物の検出精度が低下するのを防止するようにされている。
即ち、図３に示す偏波切換処理では、Ｓ１００（Ｓ：ステップを表わす）にて、当該装置が障害物の検出動作を行う測定モードを終了しているか否か（測定終了？）を判断し、測定モードを終了していれば、そのまま当該処理を終了し、測定モードを終了していなければ、Ｓ１１０に移行して、上記送信制御及び障害物検出処理を実行する１測定ターンが終了するのを待つ。
【００５２】
そして、この１測定ターンが終了すると、Ｓ１２０に移行して、ＣＰＵに組込まれたランダム関数の演算回路に乱数Ｒan＃を発生させて、その値Ｒan＃を読み込み、続くＳ１３０にて、乱数Ｒan＃が偶数か否かを判断し、乱数Ｒan＃が奇数であり偶数でなければ、Ｓ１４０にて、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを０度に設定して、Ｓ１００に移行し、逆に乱数Ｒan＃が偶数であれば、Ｓ１５０にて、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを１８０度に設定して、Ｓ１００に移行する。
【００５３】
つまり、図３に示す偏波切換処理では、上述の送信制御及び障害物検出処理の実行後、次にこの制御を開始するまでの間に、乱数Ｒan＃を発生させて、その乱数Ｒan＃が偶数か奇数かによって、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを０度又は１８０度にランダムに切り換えるのである。
【００５４】
この結果、例えば、Ｓ１４０にて、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを０度に設定した場合に、他の装置からの送信電波又はその反射電波波がアンテナセル２ａ〜２ｃにて受信され、その受信信号が、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃ，ミキサ回路３２ａ〜３２ｃ，及びＩＦ回路３４ａ〜３４ｃを通って、ＥＣＵ１０に入力され、ＥＣＵ１０において各ＩＦ信号に基づき障害物を検出できなくなった場合であっても、その後、Ｓ１５０にて移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φが１８０度に切り換えられると、当該装置にて送受信可能な円偏波の旋回方向が右旋回から左旋回（或はその逆）に変化するため、他の装置からの電波がアンテナセル２ａ〜２ｃにて受信されても、その受信信号は、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃにてカットされ、ＥＣＵ１０には各アンテナセル２ａ〜２ｃから放射した電波の反射電波に対応した受信信号のＩＦ信号のみが入力されることになり、ＥＣＵ１０側では、このとき入力される各ＩＦ信号に基づき、障害物を正確に検出できるようになる。
【００５５】
一方、図４に示す偏波切換処理では、図３に示した処理と同様、Ｓ１００にて、当該装置が障害物の測定を終了するかどうかを判断し、測定を終了する場合には、そのまま当該処理を終了し、測定を継続する場合には、Ｓ１１０にて１測定ターンが終了するのを待つ。
【００５６】
そして、この１測定ターンが終了すると、Ｓ２２０に移行して、１測定ターンの間に取り込んだ各ＩＦ信号の振幅に基づき、その間に受信した受信信号の中に、予め設定された設定レベルよりも高い受信電力のピークがある受信信号が存在するかどうかを判断し、設定レベルよりも高い受信電力のピークがある受信信号が存在する場合には、その受信信号は何等かの電波干渉の影響を受けていると判断して、Ｓ２３０に移行し、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを、現時点の位相変化量から反転して、Ｓ１００に移行し、そうでなければ、そのままＳ１００に移行する。
【００５７】
つまり、図４に示す偏波切換処理では、上述の送信制御及び障害物検出処理の実行後、この制御を実行中に取り込んだＩＦ信号に基づき、設定レベルよりも高い受信電力のピークがある受信信号が存在したかどうかを判断することにより、今まで受信した受信信号は他の装置からの電波の影響を受けているかどうかを判定し、受信電力が異常に大きい場合には、何等かの電波干渉の影響を受けているものとして、各移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを今までの位相変化量（０度又は１８０度）から１８０度反転させた位相変化量（１８０度又は０度）に切り換えるのである。この結果、図３に示した偏波切換処理と同様、障害物を、他の装置からの送信電波に影響されることなく、正確に検出できるようになる。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の車両用障害物検出装置によれば、アンテナ装置６を構成するアンテナセル２ａ〜２ｃに、２端子給電型の円偏波用アンテナ素子を用いると共に、各アンテナセル２ａ〜２ｃ毎に送信信号の供給及び受信信号の取り出しを行う信号入出力回路に、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを用いることにより、各アンテナセル２ａ〜２ｃから所定旋回方向の円偏波の電波を送信させ、各アンテナセル２ａ〜２ｃにて、送信時とは異なる旋回方向の電波が受信された場合にのみ、その受信信号を取り込むように構成され、しかも、その送受信時の電波の旋回方向を、移相器３０ａ〜３０ｃを用いて切り換えるようにされている。
【００５９】
従って、本実施例によれば、当該装置と同様の車両用障害物検出装置を搭載した車両や当該装置とは異なる他の通信装置との間で、電波干渉が発生しても、その干渉波による影響を受けることなく、障害物を検出することが可能になり、障害物の検出精度を向上することができる。そして、このように障害物の検出精度を向上できるため、車両の障害物への衝突の危険性を極めて正確に予測して、車両運転者に警報を与えることができ、車両の走行安全性を高めることができる。
【００６０】
また、本実施例の車両用障害物検出装置は、モノパルスレーダ装置に、ＦＭ−ＣＷレーダの技術を適用して、障害物の方位，障害物との距離，及び障害物との相対速度を検出するようにされているため、車両が障害物に衝突する危険性を正確且つ速やかに検出することができ、これによっても車両の走行安全性を高めることができる。
【００６１】
また、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを、例えば、ラットレース電力合成回路，ウィルキンソン電力合成回路等にて構成すれば、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを、アンテナセル２ａ〜２ｃ及び移相器３０ａ〜３０ｃと共に、所定の基板状にマイクロストリップラインにて構成して、これら各部を、所謂平面アンテナとして実現することができるため、装置の小型・軽量化を図ることもできる。
【００６２】
なお、本実施例では、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの入出力端子Ｄ側に移相器３０ａ〜３０ｃを設けるものとして説明したが、この移相器３０ａ〜３０ｃは、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの入出力端子Ｃ，Ｄのいずれに設けてもよい。
【００６３】
また、本実施例では、アンテナ装置６に３個のアンテナセル２ａ〜２ｃを設けた車両用障害物検出装置について説明したが、モノパルスレーダ装置では、最低２個のアンテナ素子を備えていれば、外部の物標を検出することができるため、アンテナセルを２個備えたアンテナ装置を使用してもよい。また、アンテナセルを更に増やして、隣接するアンテナセルにて得られた受信信号の振幅や位相等から各々障害物の方位や距離を各々検出し、その検出結果から、障害物の位置を特定するようにしてもよく、この場合には、障害物の位置をより高精度に検出することが可能になる。
（第２実施例）
ここで、上記実施例では、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃにて周波数変換された各アンテナセル２ａ〜２ｃの受信信号の中間周波信号（ＩＦ信号）を、夫々、ＩＦ回路３４ａ〜３４ｃを用いて信号処理し、ＥＣＵ１０に入力するように構成したが、例えば、図５に示す第２実施例の車両用障害物検出装置のように、各ミキサ回路３２ａ〜３２ｃから出力される３種のＩＦ信号の中から一つのＩＦ信号を選択して出力する出力スイッチ回路３６を設け、この出力スイッチ回路３６が選択するＩＦ信号をＥＣＵ１０側にて高速に切り換えるように構成してもよい。つまり、３種のＩＦ信号を時分割にて高速に取り込むようにしてもよい。
【００６４】
そして、このようにすれば、ＩＦ信号を信号処理するＩＦ回路３４及びＥＣＵ１０内にてＩＦ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器を、アンテナセルの個数に関係なく１個にすることができ、第１実施例の装置に比べて、装置構成をより簡素化して、装置の小型・軽量化を図ることができる。
（第３実施例）
また、例えば、図６に示す第３実施例の車両用障害物検出装置のように、各９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの出力端子Ａと、ミキサ回路３２との間に、各９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃからの出力信号（つまり各アンテナセル２ａ〜２ｃによる受信信号）の中から、受信信号を一つ選択して取り込む入力スイッチ回路３８を設け、この入力スイッチ回路３８が選択する受信信号をＥＣＵ１０側にて高速に切り換えるように構成してもよい。つまり、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを介して得られる各アンテナセル２ａ〜２ｃからの受信信号を、時分割にて高速に取り込むようにしてもよい。
そして、このようにすれば、ＩＦ回路３４及びＡ／Ｄ変換器のみならず、ミキサ回路３２をも、アンテナセルの個数に関係なく１個にすることができ、第２実施例の装置よりも更に装置構成を簡素化することができ、装置の小型・軽量化を図ることができる。また、この場合、第１電力分配器２４では、発振器２２からの送信信号を、第２電力分配器２６側とミキサ３２側とに２分配すればよく、第１電力分配器２４を通過する各送信信号の減衰量を少なくすることができる。従って、発振器２２からの送信信号の出力電力を低減することもできる。
【００６５】
なお、この場合、受信信号が選択されない（換言すればミキサ回路３２に接続されない）９０度ハイブリッド回路において、出力端子Ａに出力された受信信号が入出力端子Ｃ，Ｄ側に反射することのないように、入力スイッチ回路３８には、各９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの出力端子Ａを、所定の回路インピーダンスにて終端する終端抵抗Ｒａ〜Ｒｃを設け、出力端子Ａをミキサ回路３２に接続しない９０度ハイブリッド回路の出力端子Ａは、対応する終端抵抗Ｒａ〜Ｒｃにて終端できるようにする必要はある。
（第４実施例）
また次に、上記各実施例では、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを介して得られた各アンテナセル２ａ〜２ｃからの受信信号を中間周波信号（ＩＦ信号）に周波数変換し、これを同時に或は時分割にてＥＣＵ１０に各々入力して、ＥＣＵ１０側で、これら３種のＩＦ信号を用いて、障害物の位置（方位，距離等）を検出するように構成したが、例えば、図７に示す第４実施例の車両用障害物検出装置のように、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃにて中間周波信号に周波数変換された各アンテナセル２ａ〜２ｃからの受信信号（ＩＦ信号）の中から、任意の一対のＩＦ信号を選択する受信信号選択回路４０を設け、この受信信号選択回路４０にて選択された一対のＩＦ信号を、夫々、一対のＩＦ回路３４-1，３４-2を用いて信号処理し、ＥＣＵ１０に入力するように構成し、更に、ＥＣＵ１０側にて、受信信号選択回路４０が選択するＩＦ信号を変更することにより、障害物検出に使用するアンテナセルの間隔を切り換えるようにしてもよい。
【００６６】
つまり、モノパルスレーダ装置は、基本的には、一対のアンテナ素子にて得られた受信信号の振幅又は位相の差から物標の方位を検出するものであるため、２個のアンテナ素子を備えていれば、本発明のモノパルスレーダ装置を実現できるが、単に２個のアンテナ素子のみで物標の方位及び距離をしようとすると、例えば、図８（ａ）に示す如く、一対のアンテナ素子ａ，ｂの間隔Ｄ１が狭いと、物標Ｘまでの距離Ｌが短い場合には、各アンテナ素子ａ，ｂと物標Ｘとを結ぶ直線にて形成される角度θ１が比較的大きくなって、受信信号の振幅又は位相の差から物標の位置を良好に検出できるものの、物標Ｘまでの距離Ｌが長い場合には、上記角度θ１が小さくなり、各アンテナ素子ａ，ｂにて得られた受信信号の振幅や位相の差（図に示す△Ｌ１に対応する）も小さくなるため、物標Ｘの位置を良好に検出できなくなる。しかし、例えば、図８（ｂ）に示す如く、物標Ｘの検出に使用する使用するアンテナ素子を、間隔Ｄ１の狭いａ，ｂから、間隔Ｄ２の広いａ，ｃに切り換えれば、物標Ｘまでの距離Ｌが長い場合でも、各アンテナ素子ａ，ｃと物標Ｘとを結ぶ直線にて形成される角度θ２が比較的大きくなって、各アンテナ素子ａ，ｃにて得られる受信信号の振幅や位相の差（図に示す△Ｌ２に対応する）を大きくすることができ、物標の位置を良好に検出できるようになる。
【００６７】
そこで、本実施例では、受信信号選択回路４０により、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃにて周波数変換した３種のＩＦ信号の中から任意の一対のＩＦ信号を選択して、ＥＣＵ１０に入力できるようにし、ＥＣＵ１０側にて、受信信号選択回路４０が選択するＩＦ信号，延いては障害物検出に使用するアンテナセルの間隔を切り換えることにより、ＥＣＵ１０において、障害物の位置を常に良好に検出できるようにしているのである。
【００６８】
なお、ＥＣＵ１０において、受信信号選択回路４０が選択するＩＦ信号を実際に切り換える場合には、例えば、図９に示す如き受信信号切換処理を実行するようにすればよい。
即ち、図９に示す受信信号切換処理においては、前述の図３及び図４に示した偏波切換処理と同様、Ｓ１００にて、当該装置が障害物の測定を終了するかどうかを判断し、測定を終了する場合には、そのまま当該処理を終了し、測定を継続する場合には、Ｓ１１０にて１測定ターンが終了するのを待つ。そして、この１測定ターンが終了すると、Ｓ３２０に移行して、１測定ターンの間に取り込んだＩＦ信号の周波数が非常に大きく、予め設定された設定距離以上の点に物標（障害物）が存在するか否かを判定し、障害物が設定距離以上の点に存在する場合（つまり障害物までの距離が長い場合）には、Ｓ３３０に移行して、受信信号を取り込むアンテナの間隔を広くするために、受信信号選択回路４０の一方のスイッチＳＷ１をアンテナセル２ａに対応したミキサ３２ａ側に、他方のスイッチＳＷ２をアンテナセル２ｃに対応したミキサ３２ｃ側に、夫々切り換えて、Ｓ１００に移行し、逆に、障害物が設定距離以上の点に存在しない場合（つまり障害物までの距離が短いか、障害物を検出できていない場合）には、受信信号を取り込むアンテナの間隔を狭くするために、受信信号選択回路４０の一方のスイッチＳＷ１をアンテナセル２ａに対応したミキサ３２ａ側に、他方のスイッチＳＷ２をアンテナセル２ｂに対応したミキサ３２ｂ側に、夫々切り換えて、Ｓ１００に移行する。
【００６９】
この結果、本実施例によれば、当該装置から障害物までの距離に影響されることなく、障害物の方位を常に正確に検出できるようになり、角度測定分解能に優れた障害物検出装置を実現できる。
以上、本発明を、第１〜第４実施例を挙げて具体的に説明したが、本発明は、こうした実施例に限定されるものではなく、種々の態様をとることができる。例えば、上記各実施例では、車両に搭載されて障害物の検出を行う車両用障害物検出装置について説明したが、本発明は、こうした障害物検出用のレーダ装置以外にも、例えば、車両を他の車両や目標物に追従させて自動走行させる無人搬送車誘導用のレーダ装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【図２】 アンテナ装置の指向特性を説明する説明図である。
【図３】 ＥＣＵにおいて実行される偏波切換処理の一例を表わすフローチャートである。
【図４】 同じくＥＣＵにおいて実行される偏波切換処理の他の例を表わすフローチャートである。
【図５】 第２実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【図６】 第３実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【図７】 第４実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【図８】 アンテナ素子の間隔と物標の検出精度との関係を説明する説明図である。
【図９】 第４実施例のＥＣＵにおいて実行される受信信号切換処理を表わすフローチャートである。
【符号の説明】
２ａ〜２ｃ…アンテナセル（２端子給電型円偏波用アンテナ素子）
４…誘電体レンズ ６…アンテナ装置（マルチビーム誘電体レンズアンテナ） １０…ＥＣＵ（電子制御装置） １２…警報装置 ２０…送受信回路
２２…発振器 ２４…第１電力分配器 ２６…第２電力分配器
２８ａ〜２８ｃ…９０度ハイブリッド回路
３０ａ〜３０ｃ…移相器（位相変化量可変型移相器）
３２，３２ａ〜３０ｃ…ミキサ回路 ３４，３４ａ〜３４ｃ…ＩＦ回路
３６…出力スイッチ回路 ３８…入力スイッチ回路
４０…受信信号選択回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子を備え、各アンテナ素子を用いて所定電波を送受信させ、各アンテナ素子にて得られた受信信号に基づき、外部に存在する物標の方位等を検出する、モノパルスレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車の衝突を未然に防ぐために運転者の視覚を補助する手段として、電波を伝送媒体とした障害物検出レーダの実現が期待されている。またこの種のレーダ装置において、前を走行する車両等，障害物の水平方向の位置を判別することは、衝突の可能性予測にきわめて重要な技術である。このため、こうした自動車用のレーダ装置としては、例えば特開昭６１−１６７８９０に開示されているようなモノパルスレーダ装置が有効であると考えられる。
【０００３】
つまり、モノパルスレーダ装置は、一般に、航空機追尾用レーダとして用いられているが、水平或は垂直方向の位置を判別するのに優れたレーダ装置であることから、自動車の走行環境のような多くの障害物が存在する状況において、きわめて有効に機能すると考えられるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうしたモノパルスレーダ装置を利用した衝突防止システムが普及し、これを搭載した車両が増加すると、各システム間の送受信電波の電波干渉は避けられないものとなり、障害物等の物標検知能力が低下することが予想される。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、電波を発生する他の通信装置との間で生じる電波の相互干渉を抑圧して、常に良好な物標検知能力が得られるモノパルスレーダ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、円偏波の電波を送受信可能であって放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子と、前記各アンテナ素子が送受信する円偏波の旋回方向を切り換える偏波切換手段と、所定周期で周波数が変化する周波数変調信号を送信信号として発生する信号発生手段と、該信号発生手段からの送信信号を各アンテナ素子に入力して各アンテナ素子から電波を放射させると共に、各アンテナ素子にて受信された受信信号を各々取り出す信号入出力手段と、前記信号入出力手段を介して得られた各アンテナ素子からの受信信号を前記送信信号と混合して、各受信信号を中間周波信号に変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段による変換後の前記各中間周波信号に基づいて外部の物標を検出する物標検出手段と、を備えたモノパルスレーダ装置において、前記周波数変換手段が、前記各アンテナ素子からの受信信号を前記送信信号を用いて各々周波数変換する複数の周波数変換部と、該複数の周波数変換部にて周波数変換された中間周波信号を順次選択して前記物標検出手段に出力する出力スイッチ手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
このように構成された請求項１に記載のモノパルスレーダ装置においては、信号入出力手段が、信号発生手段から発生する送信信号（周波数変調信号）を、放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子の各々に入力して、各アンテナ素子から電波を放射させると共に、各アンテナ素子にて受信された受信信号を各々取り出し、周波数変換手段が、その取り出された受信信号を送信信号と混合して中間周波信号に変換する。そして物標検出手段が、その変換後の各中間周波信号に基づいて外部の物標を検出する。この装置では、各アンテナ素子に、円偏波の電波を送受信可能な円偏波用アンテナ素子が使用され、偏波切換手段が、各アンテナ素子が送受信する円偏波の旋回方向を切り換える。
そして特に、この装置では、周波数変換手段が、複数の周波数変換部と、出力スイッチ手段とを備えている。周波数変換部は、各アンテナ素子からの受信信号を上記送信信号を用いて周波数変換し、出力スイッチ手段は、複数の周波数変換部にて周波数変換された中間周波信号を順次選択して物標検出手段に出力する。
【０００８】
つまり、モノパルスレーダ装置は、放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子から電波を放射させ、その放射電波が外部の物標に当たって反射してきた反射波を各アンテナ素子にて受信することにより、各アンテナ素子にて得られた受信信号の振幅又は位相の差から物標の方位を検出するものであるが、当該装置近傍に、同一規格の他のモノパルスレーダ装置が存在したり、当該装置が送受信する電波と略同じ周波数帯の信号を送信或は受信する通信装置が存在すると、これら他の装置との間で電波干渉が発生して、その干渉波により物標の検知能力が低下してしまう。
そこで請求項１に記載のモノパルスレーダ装置では、各アンテナ素子に、円偏波の電波を送受信可能な円偏波用アンテナ素子を使用し、偏波切換手段にて各アンテナ素子が送受信する円偏波の旋回方向を切り換えることにより、干渉波による検知能力の低下を、各アンテナ素子が有する偏波識別によって防止するようにしている。
【０００９】
更に、上記構成のモノパルスレーダ装置は、従来より一般に知られているモノパルスレーダ装置に、アンテナ素子から周波数が連続的に上昇又は下降する送信信号を放射させ、アンテナ素子にて受信された受信信号と現在送信している送信信号とをミキサ回路等からなる周波数変換手段を用いて混合して、受信信号を、受信信号の周波数と送信信号の周波数との偏差に対応した周波数の中間周波信号に周波数変換することにより、その中間周波信号の周波数から、アンテナ素子から放射した送信信号が物標に当たってアンテナ素子に戻ってくるまでの時間、延いてはアンテナ素子から物標までの距離を検出するＦＭ−ＣＷレーダの技術を適用したものである。
そして、このＦＭ−ＣＷ方式のモノパルスレーダ装置を実現するに当たって、周波数変換部にて周波数変換された中間周波信号を、出力スイッチ手段により、時分割で物標検出手段に順次入力しているのである。
【００１０】
この結果、請求項１に記載のモノパルスレーダ装置によれば、例えば車両に搭載して障害物等を検出するシステムに適用したとしても、他の装置からの送信電波に影響されることなく障害物等の物標を正確に検出できるようになり、物標検知能力を高めて車両の走行安全性を向上することが可能になる。
しかも、周波数変換手段にて中間周波信号に変換された各アンテナ素子からの受信信号を受ける物標検出手段側で、これら各受信信号（中間周波信号）から物標の方位及び物標までの距離を容易に且つ正確に求めることができるため、障害物の方位及び障害物までの距離を正確に検出して、車両の障害物への衝突の危険性を車両運転者に速やかに報知し、車両走行時の安全性を向上することができる。
更に、出力スイッチ手段を備えたことにより、物標検出手段において、各アンテナ素子に対応した中間周波信号から物標の方位及び距離を正確に求めるために、入力された中間周波信号を増幅したり波形整形するための信号処理回路を、各アンテナ素子に対応して複数設ける必要がなく、装置構成を簡素化することができる。
【００１１】
なお、各アンテナ素子の円偏波の旋回方向を切り換える偏波切換手段としては、例えば、各アンテナ素子から電波を送信させて物標の検出を行う物標検出動作を１回或は複数回行う度に、円偏波の旋回方向を交互に切り換えるようにしてもよいし、また例えば、通常は任意の旋回方向の円偏波を用いて物標検出動作を行い、各アンテナ素子にて得られた受信信号が通常有り得ない信号レベルとなったときに、円偏波の旋回方向を切り換えるようにしてもよい。
【００１２】
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明と同様、複数のアンテナ素子と、偏波切換手段と、信号発生手段と、信号入出力手段と、周波数変換手段と、物標検出手段とを備えたモノパルスレーダ装置である。
【００１３】
そして、請求項２に記載のモノパルスレーダ装置では、周波数変換手段が、各アンテナ素子から入力される受信信号を順次選択して取り込む入力スイッチ手段と、該入力スイッチ手段から順次入力される受信信号を上記送信信号を用いて順次周波数変換して物標検出手段に出力する一つの周波数変換部とを備えている。
【００１４】
即ち、この請求項２に記載のモノパルスレーダ装置では、信号入出力手段を介して入力される各アンテナ素子からの受信信号を、入力スイッチ手段により、時分割にて取り込み、その取り込んだ受信信号を周波数変換部にて中間周波信号に変換するのである。
【００１５】
このため、請求項２に記載のモノパルスレーダ装置によれば、請求項１に記載の装置と同様、障害物の方位及び障害物までの距離を正確に検出して、車両の障害物への衝突の危険性を車両運転者に速やかに報知し、車両走行時の安全性を向上することができるのに加え、物標検出手段に信号処理回路を複数設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。しかも請求項２のモノパルスレーダ装置は、周波数変換手段において受信信号を中間周波数に変換する周波数変換部についても、アンテナ素子に対応して複数設ける必要がないため、装置構成をより簡素化することができる。
【００１６】
また、周波数変換部において受信信号を中間周波信号に変換するには、信号発生手段から出力された送信信号を、各アンテナ素子に対応した信号入出力手段だけでなく、周波数変換部にも分配する必要があるが、請求項２に記載の装置では、この周波数変換部をアンテナ素子の個数に関係なく、１つにすることができるので、周波数変換部を各アンテナ素子に対応して複数設けた場合に比べて、送信信号の分配に伴う送信信号の電力低下を抑制でき、信号発生手段の出力電力を小さくすることができる。
【００１７】
次に、請求項３に記載の発明は、円偏波の電波を送受信可能であって放射パターンの一部が重なるように配設された少なくとも３個以上のアンテナ素子を備えるほか、請求項１に記載の発明と同様、偏波切換手段と、信号発生手段と、信号入出力手段と、周波数変換手段と、物標検出手段とを備えたモノパルスレーダ装置である。
【００１８】
そして、請求項３に記載のモノパルスレーダ装置では、周波数変換手段が、アンテナ素子に対応して、各アンテナ素子からの受信信号を上記送信信号を用いて各々周波数変換する３個以上の周波数変換部を備えると共に、該各周波数変換部から出力される中間周波信号の中から一対の中間周波信号を選択して物標検出手段に出力する信号選択手段を備え、該信号選択手段が選択する中間周波信号の変更により、物標検出に使用するアンテナ素子の間隔を調整可能に構成してなることを特徴とする。
【００１９】
つまり、モノパルスレーダ装置は、基本的には、２個のアンテナ素子を放射パターンの一部が重なるように各アンテナ素子を所定間隔で配置し、各アンテナ素子にて得られた受信信号の振幅又は位相の差から物標の方位を検出するものであるため、２個のアンテナ素子を備えていれば、ＦＭ−ＣＷ方式のモノパルスレーダ装置を実現できる。しかし、単に２個のアンテナ素子のみで物標の方位及び距離をしようとすると、例えば、アンテナ素子の間隔が狭いと、物標までの距離が短い場合には、各アンテナ素子の受信信号の振幅又は位相の差から物標の位置を良好に検出できるものの、物標までの距離が長い場合には、各アンテナ素子にて得られた受信信号の振幅や位相の差が極めて小さくなって、物標の位置を良好に検出できなくなるといったことがある。
【００２０】
そこで、請求項３に記載のモノパルスレーダ装置では、アンテナ素子を少なくとも３個以上設けて、周波数変換部にて中間周波信号に変換した各アンテナ素子からの受信信号の中から、信号選択手段を用いて任意の２つを選択できるように構成することにより、物標の検出に使用するアンテナ素子の間隔を調整（切換）できるようにしているのである。
【００２１】
この結果、請求項３に記載のモノパルスレーダ装置によれば、例えば当該装置から物標までの距離や、物標の検出状態等に応じて、信号選択手段が選択する中間周波信号を切り換えることにより、物標検出に用いるアンテナ素子の間隔を、物標を最も良好に検出可能な値に切り換えることができるようになり、物標（特にその方位）の検出精度をより向上して、角度測定分解能に優れたレーダ装置を実現することが可能になる。
【００２２】
次に、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のモノパルスレーダ装置であって、物標検出手段は、当該モノパルスレーダ装置から外部の物標までの距離を検出できるよう構成されており、更に、選択制御手段が、物標検出手段により検出された距離に基づき、該距離が長いほど、前記一対の中間周波信号に対応した一対のアンテナ素子の間隔が広くなるように信号選択手段を制御する。
【００２３】
このように構成された請求項４に記載のモノパルスレーダ装置によれば、例えば物標までの距離が所定の設定距離以上の場合はアンテナの間隔を広くし、設定距離以上でなければアンテナの間隔を狭くするというように、物標までの距離に応じて一対の中間周波信号を切り換える（換言すれば、一対のアンテナを切り換える）ことができるため、当該モノパルスレーダ装置から物標までの距離に影響されることなく、物標を正確に検出できるようになる。
【００２４】
次に、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４いずれか記載のモノパルスレーダ装置であって、物標検出手段が物標の検出を行う毎に乱数を発生する乱数発生手段と、物標検出手段が物標の検出を行う毎に乱数発生手段が発生した乱数に基づいて偏波切換手段を動作させる切換制御手段とを備えたことを特徴とする。即ち、物標検出手段が物標の検出を行う毎に、円偏波の旋回方向をランダムに切り換えるのであり、例えば、発生した乱数が偶数ならば右旋円偏波、奇数ならば左旋円偏波とするようにすることができる。
【００２５】
従って、請求項５に記載のモノパルスレーダ装置によれば、当該装置と同様のモノパルスレーダ装置等との間で電波干渉が発生しても、その干渉波による影響を受けることなく物標を検出することが可能となり、物標の検出精度を向上できる。
【００２６】
次に、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５いずれか記載のモノパルスレーダ装置において、前記各アンテナ素子は、２端子給電型の円偏波用アンテナ素子からなり、前記信号入出力手段は、前記各アンテナ素子毎に設けられ、前記送信信号を位相差９０度の送信信号に分配してアンテナ素子の２つの給電端子に出力すると共に、アンテナ素子の各給電端子から入力される一対の受信信号のうち、前記分配した送信信号とは逆方向に９０度の位相差を有する受信信号を合成して装置内に取り込む、複数の９０度ハイブリッド回路からなり、前記偏波切換手段は、前記９０度ハイブリッド回路とアンテナ素子の給電端子とを接続する一対の信号経路の一方に設けられ、位相変化量を０度及び１８０度のいずれかに切り換え可能な位相変化量可変型の移相器からなることを特徴とする。
【００２７】
即ち、９０度ハイブリッド回路は、入力端子に入力された信号を位相差９０度の信号に分配して一対の入出力端子から出力し、入出力端子に信号出力時とは逆方向の位相差（−９０度）を有する信号が入力されたときに、その信号を合成して出力端子から出力するものであるため、請求項２に記載のモノパルスレーダ装置では、各アンテナ素子に、位相差９０度の信号を受けて所定旋回方向の円偏波を送信する２端子給電型の円偏波用アンテナ素子を用い、各アンテナ素子の一対の給電端子と、９０度ハイブリッド回路の一対の入出力端子とを各々接続して、９０度ハイブリッド回路の入力端子に信号発生手段からの送信信号を入力することにより、各アンテナ素子の一対の給電端子に位相差９０度の送信信号を給電して、各アンテナ素子から所定旋回方向の円偏波の電波を放射させるのである。
【００２８】
そして、このように各アンテナ素子から所定旋回方向の円偏波の電波を放射させ、その放射電波が外部の物標に当たって反射すると、反射波の旋回方向が送信時とは逆方向になって、各アンテナ素子に入射し、各アンテナ素子の一対の給電端子には、送信時とは逆方向の位相差（−９０度）を有する信号が誘起されるため、各アンテナ素子にて物標からの反射波が受信された場合には、その受信信号が９０度ハイブリッド回路にて合成されて、その出力端子から物標検出手段に出力されることになり、各アンテナ素子の偏波識別により、物標に当たって反射してきた電波のみを受信して物標検出を行うことができる。
【００２９】
また、９０度ハイブリッド回路とアンテナ素子の給電端子とを接続する一対の信号経路の一方には、位相変化量を０度又は１８０度のいずれかに切換可能な移相器が設けられているため、この移相器の位相変化量を切り換えることにより、アンテナ素子の給電端子に入力する送信信号の位相差を９０度及び−９０度のいずれかに切り換え、アンテナ素子から放射させる電波の旋回方向を右旋回及び左旋回のいずれかに切り換えることができる。
【００３０】
従って、請求項６に記載のモノパルスレーダ装置によれば、請求項１〜請求項５いずれか記載のモノパルスレーダ装置を、比較的簡単な構成にて実現でき、また電波の旋回方向の切り換えも簡単に行うことができる。
つまり、請求項１〜請求項５いずれか記載のモノパルスレーダ装置は、例えば、各アンテナ素子を導波管円偏波アンテナとこのアンテナへの供給電力に定められた方向の磁界を与えて電波を旋回させるポラライザとから構成し、信号入出力手段をサーキュレータにより構成し、偏波切換手段をポラライザが発生する磁界の方向を切り換えて円偏波の旋回方向を切り換えるように構成しても実現できるが、この場合、フェライト回路であるサーキュレータ等を使用するので装置が大型化し、また装置構成も複雑になってしまう。
【００３１】
これに対して、請求項６に記載のモノパルスレーダ装置によれば、アンテナ素子，信号入出力手段及び偏波切換手段からなる高周波回路部を、２端子給電型円偏波用アンテナ素子，９０度ハイブリッド回路及び位相変化量可変型移相器から構成しているため、これら各部をフェライト回路を用いることなく実現でき、装置構成を簡素化して小型化を図ることができるようになるのである。
【００３２】
次に、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のモノパルスレーダ装置において、前記アンテナ素子，９０度ハイブリッド回路，及び移相器からなる送受信用の高周波回路部が、所定の基板上に導電パターンにて形成した平面回路からなることを特徴とする。
【００３３】
このように、請求項７に記載のモノパルスレーダ装置では、高周波回路部を、所定の基板上に導電パターン（マイクロストリップライン）からなる平面回路にて構成しているので、モノパルスレーダ装置をより小型化することができ、装置の利用範囲を拡大できる。
【００３４】
なお、高周波回路部を平面回路にて構成するには、例えば、９０度ハイブリッド回路を、ラットレース電力合成回路，ウィルキンソン電力合成回路等のマイクロストリップラインにて構成可能なハイブリッド回路にて構成するようにすればよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明が適用された実施例の車両用障害物検出装置について説明する。（第１実施例）
図１は第１実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【００３６】
図１に示す如く、本実施例の車両用障害物検出装置は、複数（本実施例では３個）の２端子給電型円偏波用アンテナ素子（以下単にアンテナセルという）２ａ，２ｂ，２ｃと誘電体レンズ４とからなるマルチビーム誘電体レンズアンテナ（以下単にアンテナ装置という）６、アンテナ装置６の各アンテナセル２ａ〜２ｃから所定旋回方向の円偏波の電波を放射させると共に、各アンテナセル２ａ〜２ｃからの受信信号に基づき誘電体レンズ４の前方に存在する障害物の位置を検出し、車両が障害物に衝突する虞がある場合には警報装置１２を動作させて、車両運転者にその旨を報知する電子制御装置（以下単にＥＣＵという）１０、及び、ＥＣＵ１０からの出力信号に応じて各アンテナセル２ａ〜２ｃから円偏波の電波を放射させると共に、各アンテナセル２ａ〜２ｃにて得られた受信信号を処理してＥＣＵ１０に入力する送受信回路２０、を備えている。
【００３７】
ここで、アンテナ装置６において、各アンテナセル２ａ〜２ｃは水平方向に所定間隔で配設されており、各アンテナセル２ａ〜２ｃの放射パターン（指向性）は、誘電体レンズ４によって、図２（ａ）〜（ｃ）に示す如く、水平方向に各々異なり、しかも一部が重なり合った放射パターンとなるようにされている。
【００３８】
つまり、３個のアンテナセル２ａ〜２ｃの内、中央のアンテナセル２ｂは、図２（ｂ）に示す如く、図に点線で示す誘電体レンズ４の中心軸に沿って略左右対称となる放射パターンとなり、左右のアンテナセル２ａ，２ｃは、図２（ａ），（ｃ）に示す如く、図に点線で示す誘電体レンズ４の中心軸に対して右又は左側に偏った放射パターンとなるようにされている。
【００３９】
なお、アンテナ装置６全体の放射パターン（指向性）は、これら各アンテナセル２ａ〜２ｃの放射パターンを合成した図２（ｄ）に示す放射パターンとなる。次に、送受信回路２０には、ＥＣＵ１０から出力される電圧制御された制御信号に応じて、所定周波数の送信用高周波信号（送信信号）を発生する電圧制御型の周波数可変発振器（以下単に発振器という）２２と、発振器２２からの送信信号を、各アンテナセル２ａ〜２ｃに供給するための給電用信号と各アンテナセル２ａ〜２ｃにて得られた受信信号を周波数変換するための３つのローカル信号とに４分配する第１電力分配器２４と、第１電力分配器２４にて給電用信号として分配された送信信号を、各アンテナセル２ａ〜２ｃに各々供給するための給電用信号として更に３分配する第２電力分配器２６とが備えられている。
【００４０】
そして、第２電力分配器２６にて分配された各アンテナセル２ａ〜２ｃに対する送信信号は、各アンテナセル２ａ〜２ｃに対応して設けられた９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの入力端子Ｂに夫々入力される。
９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃは、入力端子Ｂに入力された送信信号を、９０度の位相差で夫々半分づつに振り分けて一対の入出力端子Ｃ，Ｄから出力し、逆に、入出力端子Ｃ，Ｄに送信信号とは逆位相（位相差−９０度）の信号を受けると、この信号を合成して出力端子Ａから出力する周知のものであり、一対の入出力端子Ｃ，Ｄの内、一方の入出力端子Ｃは、対応するアンテナセル２ａ〜２ｃの一方の給電端子Ｈに直接接続され、他方の入出力端子Ｄは、対応するアンテナセル２ａ〜２ｃの他方の給電端子Ｖに、位相変化量Φを０度又は１８０度に切換可能な位相変化量可変型移相器（以下単に移相器という）３０ａ〜３０ｃを介して接続されている。
【００４１】
従って、第２電力分配器２６から９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃに入力された送信信号は、９０度の位相差を有する送信信号として、各アンテナセル２ａ〜２ｃの一対の給電端子に夫々供給され、各アンテナセル２ａ〜２ｃからは、夫々、所定旋回方向の円偏波の電波が放射されることになる。
【００４２】
また、各アンテナセル２ａ〜２ｃに放射電波とは逆旋回の円偏波電波が受信されると、各アンテナセル２ａ〜２ｃの給電端子に、送信時とは逆方向に９０度の位相差（−９０度）を有する受信電力が発生するため、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃにおいては、各アンテナセル２ａ〜２ｃにて送信電波と逆旋回の電波が受信されたとき（換言すれば送信電波が外部の物標に当たって反射してくる反射電波が受信されたとき）に、その受信信号が合成され、出力端子Ａからその合成した受信信号が出力されることになる。
【００４３】
また、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの一方の入出力端子Ｄとアンテナセル２ａ〜２ｃの一方の給電端子Ｖとの間には、夫々、移相器３０ａ〜３０ｃが設けられているが、この移相器３０ａ〜３０ｃは、位相変化量Φを０度又は１８０度に切り換え可能であるため、この移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを切り換えることにより、アンテナセル２ａ〜２ｃを介して送受信可能な円偏波の旋回方向を切り換えることができる。なお、この移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φは、ＥＣＵ１０により切り換えられる。
【００４４】
次に、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの出力端子Ａは、夫々、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃに接続されており、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃには、第１電力分配器２４によりローカル信号として３つに分配された送信信号が夫々入力されている。つまり、本実施例では、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃにて、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの出力端子Ａから出力される受信信号と、発振器２２からの送信信号とを混合することにより、受信信号を、送信信号をローカル信号として、これら各信号の周波数の差の周波数を有する中間周波信号（ＩＦ信号）に変換するのである。
【００４５】
そして、これら各ミキサ回路３２ａ〜３２ｃからの出力信号（ＩＦ信号）は、ＩＦ回路３４ａ〜３４ｃに夫々入力され、各ＩＦ回路３４ａ〜３４ｃにおいて、増幅・波形整形された後、ＥＣＵ１０に夫々入力される。
次に、ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を中心とする周知のマイクロコンピュータにより構成されており、障害物の検出を行う測定モードにあるときには、所定の測定周期毎に、ＦＭ−ＣＷレーダとしての送信制御を行う。即ち、発振器２２に出力する制御信号の電圧を所定の測定周期毎に、所定の下限電圧から上限電圧まで除々に変化させることにより、発振器２２から出力される送信信号の周波数を予め設定された下限周波数から上限周波数まで除々に変化させる、送信制御を実行するのである。
【００４６】
この結果、各アンテナセル２ａ〜２ｃからは、順次周波数が変化する送信信号（周波数変調信号）が、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φ（０度又は１８０度）に対応した旋回方向の円偏波の電波として、所定の測定周期毎に繰返し放射されることになる。
【００４７】
また、ＥＣＵ１０は、この送信制御の実行中、ＩＦ回路３４ａ〜３４ｃからの出力信号（ＩＦ信号）を、図示しないＡ／Ｄ変換器を介して各々取り込み、その取り込んだ各ＩＦ信号の振幅又は位相或はその両方を比較することにより、アンテナ装置６の外部に存在する障害物の位置（方位）を検出すると共に、Ｉ／Ｆ信号を周波数分析することにより障害物までの距離及び相対速度を検出する、障害物検出処理を実行する。
【００４８】
そして、このように、送信制御の実行中に、障害物検出処理にて、障害物の方位，障害物までの距離，及び障害物との相対速度が検出されると、次に送信制御を開始するまでの間に、その検出結果から、車両が障害物に衝突する危険な状況にあるかどうかを判断し、衝突の危険性が高いと判断すると、警報装置１２を動作させて、車両運転者にその旨を報知する、衝突警報処理を実行する。
【００４９】
つまり、各アンテナセル２ａ〜２ｃから放射した電波が障害物に当たって反射すると、その電波の旋回方向は送信時とは逆旋回となり、障害物からの反射電波がアンテナセル２ａ〜２ｃにて受信された場合には、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃ，ミキサ回路３２ａ〜３２ｃ，及びＩＦ回路３４ａ〜３４ｃを介して、ＩＦ信号として、ＥＣＵ１０に入力されるため、ＥＣＵ１０においては、これら各部を介して各アンテナセル２ａ〜２ｃから入力される受信信号（ＩＦ信号）に基づき、障害物の有・無、並びに障害物の方位，障害物までの距離，障害物との相対速度等を検出して、車両が障害物に衝突する危険な状況にある場合には、車両運転者にその旨を報知し、車両走行時の安全性を向上するのである。
【００５０】
ところで、本実施例においては、各アンテナセル２ａ〜２ｃに円偏波用アンテナ素子を用いているため、各アンテナセル２ａ〜２ｃによる偏波識別により、自己が送信した電波が障害物に当たって反射してくる反射波のみを比較的良好に受信して障害物の検出を行うことができるようになるが、こうしたモノパルスレーダ装置を適用した車両用障害物検出装置が普及し、この装置を搭載した車両が多くなると、各車両間にて障害物検出用電波の電波干渉が発生し易くなり、この電波干渉によって、障害物の検出精度が低下するおそれがある。
【００５１】
そこで、本実施例では、ＥＣＵ１０において、図３又は図４に示す如き偏波切換処理を実行することにより、他の装置との電波干渉によって障害物の検出精度が低下するのを防止するようにされている。
即ち、図３に示す偏波切換処理では、Ｓ１００（Ｓ：ステップを表わす）にて、当該装置が障害物の検出動作を行う測定モードを終了しているか否か（測定終了？）を判断し、測定モードを終了していれば、そのまま当該処理を終了し、測定モードを終了していなければ、Ｓ１１０に移行して、上記送信制御及び障害物検出処理を実行する１測定ターンが終了するのを待つ。
【００５２】
そして、この１測定ターンが終了すると、Ｓ１２０に移行して、ＣＰＵに組込まれたランダム関数の演算回路に乱数Ｒan＃を発生させて、その値Ｒan＃を読み込み、続くＳ１３０にて、乱数Ｒan＃が偶数か否かを判断し、乱数Ｒan＃が奇数であり偶数でなければ、Ｓ１４０にて、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを０度に設定して、Ｓ１００に移行し、逆に乱数Ｒan＃が偶数であれば、Ｓ１５０にて、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを１８０度に設定して、Ｓ１００に移行する。
【００５３】
つまり、図３に示す偏波切換処理では、上述の送信制御及び障害物検出処理の実行後、次にこの制御を開始するまでの間に、乱数Ｒan＃を発生させて、その乱数Ｒan＃が偶数か奇数かによって、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを０度又は１８０度にランダムに切り換えるのである。
【００５４】
この結果、例えば、Ｓ１４０にて、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを０度に設定した場合に、他の装置からの送信電波又はその反射電波波がアンテナセル２ａ〜２ｃにて受信され、その受信信号が、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃ，ミキサ回路３２ａ〜３２ｃ，及びＩＦ回路３４ａ〜３４ｃを通って、ＥＣＵ１０に入力され、ＥＣＵ１０において各ＩＦ信号に基づき障害物を検出できなくなった場合であっても、その後、Ｓ１５０にて移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φが１８０度に切り換えられると、当該装置にて送受信可能な円偏波の旋回方向が右旋回から左旋回（或はその逆）に変化するため、他の装置からの電波がアンテナセル２ａ〜２ｃにて受信されても、その受信信号は、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃにてカットされ、ＥＣＵ１０には各アンテナセル２ａ〜２ｃから放射した電波の反射電波に対応した受信信号のＩＦ信号のみが入力されることになり、ＥＣＵ１０側では、このとき入力される各ＩＦ信号に基づき、障害物を正確に検出できるようになる。
【００５５】
一方、図４に示す偏波切換処理では、図３に示した処理と同様、Ｓ１００にて、当該装置が障害物の測定を終了するかどうかを判断し、測定を終了する場合には、そのまま当該処理を終了し、測定を継続する場合には、Ｓ１１０にて１測定ターンが終了するのを待つ。
【００５６】
そして、この１測定ターンが終了すると、Ｓ２２０に移行して、１測定ターンの間に取り込んだ各ＩＦ信号の振幅に基づき、その間に受信した受信信号の中に、予め設定された設定レベルよりも高い受信電力のピークがある受信信号が存在するかどうかを判断し、設定レベルよりも高い受信電力のピークがある受信信号が存在する場合には、その受信信号は何等かの電波干渉の影響を受けていると判断して、Ｓ２３０に移行し、移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを、現時点の位相変化量から反転して、Ｓ１００に移行し、そうでなければ、そのままＳ１００に移行する。
【００５７】
つまり、図４に示す偏波切換処理では、上述の送信制御及び障害物検出処理の実行後、この制御を実行中に取り込んだＩＦ信号に基づき、設定レベルよりも高い受信電力のピークがある受信信号が存在したかどうかを判断することにより、今まで受信した受信信号は他の装置からの電波の影響を受けているかどうかを判定し、受信電力が異常に大きい場合には、何等かの電波干渉の影響を受けているものとして、各移相器３０ａ〜３０ｃの位相変化量Φを今までの位相変化量（０度又は１８０度）から１８０度反転させた位相変化量（１８０度又は０度）に切り換えるのである。この結果、図３に示した偏波切換処理と同様、障害物を、他の装置からの送信電波に影響されることなく、正確に検出できるようになる。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の車両用障害物検出装置によれば、アンテナ装置６を構成するアンテナセル２ａ〜２ｃに、２端子給電型の円偏波用アンテナ素子を用いると共に、各アンテナセル２ａ〜２ｃ毎に送信信号の供給及び受信信号の取り出しを行う信号入出力回路に、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを用いることにより、各アンテナセル２ａ〜２ｃから所定旋回方向の円偏波の電波を送信させ、各アンテナセル２ａ〜２ｃにて、送信時とは異なる旋回方向の電波が受信された場合にのみ、その受信信号を取り込むように構成され、しかも、その送受信時の電波の旋回方向を、移相器３０ａ〜３０ｃを用いて切り換えるようにされている。
【００５９】
従って、本実施例によれば、当該装置と同様の車両用障害物検出装置を搭載した車両や当該装置とは異なる他の通信装置との間で、電波干渉が発生しても、その干渉波による影響を受けることなく、障害物を検出することが可能になり、障害物の検出精度を向上することができる。そして、このように障害物の検出精度を向上できるため、車両の障害物への衝突の危険性を極めて正確に予測して、車両運転者に警報を与えることができ、車両の走行安全性を高めることができる。
【００６０】
また、本実施例の車両用障害物検出装置は、モノパルスレーダ装置に、ＦＭ−ＣＷレーダの技術を適用して、障害物の方位，障害物との距離，及び障害物との相対速度を検出するようにされているため、車両が障害物に衝突する危険性を正確且つ速やかに検出することができ、これによっても車両の走行安全性を高めることができる。
【００６１】
また、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを、例えば、ラットレース電力合成回路，ウィルキンソン電力合成回路等にて構成すれば、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを、アンテナセル２ａ〜２ｃ及び移相器３０ａ〜３０ｃと共に、所定の基板状にマイクロストリップラインにて構成して、これら各部を、所謂平面アンテナとして実現することができるため、装置の小型・軽量化を図ることもできる。
【００６２】
なお、本実施例では、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの入出力端子Ｄ側に移相器３０ａ〜３０ｃを設けるものとして説明したが、この移相器３０ａ〜３０ｃは、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの入出力端子Ｃ，Ｄのいずれに設けてもよい。
【００６３】
また、本実施例では、アンテナ装置６に３個のアンテナセル２ａ〜２ｃを設けた車両用障害物検出装置について説明したが、モノパルスレーダ装置では、最低２個のアンテナ素子を備えていれば、外部の物標を検出することができるため、アンテナセルを２個備えたアンテナ装置を使用してもよい。また、アンテナセルを更に増やして、隣接するアンテナセルにて得られた受信信号の振幅や位相等から各々障害物の方位や距離を各々検出し、その検出結果から、障害物の位置を特定するようにしてもよく、この場合には、障害物の位置をより高精度に検出することが可能になる。
（第２実施例）
ここで、上記実施例では、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃにて周波数変換された各アンテナセル２ａ〜２ｃの受信信号の中間周波信号（ＩＦ信号）を、夫々、ＩＦ回路３４ａ〜３４ｃを用いて信号処理し、ＥＣＵ１０に入力するように構成したが、例えば、図５に示す第２実施例の車両用障害物検出装置のように、各ミキサ回路３２ａ〜３２ｃから出力される３種のＩＦ信号の中から一つのＩＦ信号を選択して出力する出力スイッチ回路３６を設け、この出力スイッチ回路３６が選択するＩＦ信号をＥＣＵ１０側にて高速に切り換えるように構成してもよい。つまり、３種のＩＦ信号を時分割にて高速に取り込むようにしてもよい。
【００６４】
そして、このようにすれば、ＩＦ信号を信号処理するＩＦ回路３４及びＥＣＵ１０内にてＩＦ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器を、アンテナセルの個数に関係なく１個にすることができ、第１実施例の装置に比べて、装置構成をより簡素化して、装置の小型・軽量化を図ることができる。
（第３実施例）
また、例えば、図６に示す第３実施例の車両用障害物検出装置のように、各９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの出力端子Ａと、ミキサ回路３２との間に、各９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃからの出力信号（つまり各アンテナセル２ａ〜２ｃによる受信信号）の中から、受信信号を一つ選択して取り込む入力スイッチ回路３８を設け、この入力スイッチ回路３８が選択する受信信号をＥＣＵ１０側にて高速に切り換えるように構成してもよい。つまり、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを介して得られる各アンテナセル２ａ〜２ｃからの受信信号を、時分割にて高速に取り込むようにしてもよい。
そして、このようにすれば、ＩＦ回路３４及びＡ／Ｄ変換器のみならず、ミキサ回路３２をも、アンテナセルの個数に関係なく１個にすることができ、第２実施例の装置よりも更に装置構成を簡素化することができ、装置の小型・軽量化を図ることができる。また、この場合、第１電力分配器２４では、発振器２２からの送信信号を、第２電力分配器２６側とミキサ３２側とに２分配すればよく、第１電力分配器２４を通過する各送信信号の減衰量を少なくすることができる。従って、発振器２２からの送信信号の出力電力を低減することもできる。
【００６５】
なお、この場合、受信信号が選択されない（換言すればミキサ回路３２に接続されない）９０度ハイブリッド回路において、出力端子Ａに出力された受信信号が入出力端子Ｃ，Ｄ側に反射することのないように、入力スイッチ回路３８には、各９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃの出力端子Ａを、所定の回路インピーダンスにて終端する終端抵抗Ｒａ〜Ｒｃを設け、出力端子Ａをミキサ回路３２に接続しない９０度ハイブリッド回路の出力端子Ａは、対応する終端抵抗Ｒａ〜Ｒｃにて終端できるようにする必要はある。
（第４実施例）
また次に、上記各実施例では、９０度ハイブリッド回路２８ａ〜２８ｃを介して得られた各アンテナセル２ａ〜２ｃからの受信信号を中間周波信号（ＩＦ信号）に周波数変換し、これを同時に或は時分割にてＥＣＵ１０に各々入力して、ＥＣＵ１０側で、これら３種のＩＦ信号を用いて、障害物の位置（方位，距離等）を検出するように構成したが、例えば、図７に示す第４実施例の車両用障害物検出装置のように、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃにて中間周波信号に周波数変換された各アンテナセル２ａ〜２ｃからの受信信号（ＩＦ信号）の中から、任意の一対のＩＦ信号を選択する受信信号選択回路４０を設け、この受信信号選択回路４０にて選択された一対のＩＦ信号を、夫々、一対のＩＦ回路３４-1，３４-2を用いて信号処理し、ＥＣＵ１０に入力するように構成し、更に、ＥＣＵ１０側にて、受信信号選択回路４０が選択するＩＦ信号を変更することにより、障害物検出に使用するアンテナセルの間隔を切り換えるようにしてもよい。
【００６６】
つまり、モノパルスレーダ装置は、基本的には、一対のアンテナ素子にて得られた受信信号の振幅又は位相の差から物標の方位を検出するものであるため、２個のアンテナ素子を備えていれば、本発明のモノパルスレーダ装置を実現できるが、単に２個のアンテナ素子のみで物標の方位及び距離をしようとすると、例えば、図８（ａ）に示す如く、一対のアンテナ素子ａ，ｂの間隔Ｄ１が狭いと、物標Ｘまでの距離Ｌが短い場合には、各アンテナ素子ａ，ｂと物標Ｘとを結ぶ直線にて形成される角度θ１が比較的大きくなって、受信信号の振幅又は位相の差から物標の位置を良好に検出できるものの、物標Ｘまでの距離Ｌが長い場合には、上記角度θ１が小さくなり、各アンテナ素子ａ，ｂにて得られた受信信号の振幅や位相の差（図に示す△Ｌ１に対応する）も小さくなるため、物標Ｘの位置を良好に検出できなくなる。しかし、例えば、図８（ｂ）に示す如く、物標Ｘの検出に使用する使用するアンテナ素子を、間隔Ｄ１の狭いａ，ｂから、間隔Ｄ２の広いａ，ｃに切り換えれば、物標Ｘまでの距離Ｌが長い場合でも、各アンテナ素子ａ，ｃと物標Ｘとを結ぶ直線にて形成される角度θ２が比較的大きくなって、各アンテナ素子ａ，ｃにて得られる受信信号の振幅や位相の差（図に示す△Ｌ２に対応する）を大きくすることができ、物標の位置を良好に検出できるようになる。
【００６７】
そこで、本実施例では、受信信号選択回路４０により、ミキサ回路３２ａ〜３２ｃにて周波数変換した３種のＩＦ信号の中から任意の一対のＩＦ信号を選択して、ＥＣＵ１０に入力できるようにし、ＥＣＵ１０側にて、受信信号選択回路４０が選択するＩＦ信号，延いては障害物検出に使用するアンテナセルの間隔を切り換えることにより、ＥＣＵ１０において、障害物の位置を常に良好に検出できるようにしているのである。
【００６８】
なお、ＥＣＵ１０において、受信信号選択回路４０が選択するＩＦ信号を実際に切り換える場合には、例えば、図９に示す如き受信信号切換処理を実行するようにすればよい。
即ち、図９に示す受信信号切換処理においては、前述の図３及び図４に示した偏波切換処理と同様、Ｓ１００にて、当該装置が障害物の測定を終了するかどうかを判断し、測定を終了する場合には、そのまま当該処理を終了し、測定を継続する場合には、Ｓ１１０にて１測定ターンが終了するのを待つ。そして、この１測定ターンが終了すると、Ｓ３２０に移行して、１測定ターンの間に取り込んだＩＦ信号の周波数が非常に大きく、予め設定された設定距離以上の点に物標（障害物）が存在するか否かを判定し、障害物が設定距離以上の点に存在する場合（つまり障害物までの距離が長い場合）には、Ｓ３３０に移行して、受信信号を取り込むアンテナの間隔を広くするために、受信信号選択回路４０の一方のスイッチＳＷ１をアンテナセル２ａに対応したミキサ３２ａ側に、他方のスイッチＳＷ２をアンテナセル２ｃに対応したミキサ３２ｃ側に、夫々切り換えて、Ｓ１００に移行し、逆に、障害物が設定距離以上の点に存在しない場合（つまり障害物までの距離が短いか、障害物を検出できていない場合）には、受信信号を取り込むアンテナの間隔を狭くするために、受信信号選択回路４０の一方のスイッチＳＷ１をアンテナセル２ａに対応したミキサ３２ａ側に、他方のスイッチＳＷ２をアンテナセル２ｂに対応したミキサ３２ｂ側に、夫々切り換えて、Ｓ１００に移行する。
【００６９】
この結果、本実施例によれば、当該装置から障害物までの距離に影響されることなく、障害物の方位を常に正確に検出できるようになり、角度測定分解能に優れた障害物検出装置を実現できる。
以上、本発明を、第１〜第４実施例を挙げて具体的に説明したが、本発明は、こうした実施例に限定されるものではなく、種々の態様をとることができる。例えば、上記各実施例では、車両に搭載されて障害物の検出を行う車両用障害物検出装置について説明したが、本発明は、こうした障害物検出用のレーダ装置以外にも、例えば、車両を他の車両や目標物に追従させて自動走行させる無人搬送車誘導用のレーダ装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【図２】 アンテナ装置の指向特性を説明する説明図である。
【図３】 ＥＣＵにおいて実行される偏波切換処理の一例を表わすフローチャートである。
【図４】 同じくＥＣＵにおいて実行される偏波切換処理の他の例を表わすフローチャートである。
【図５】 第２実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【図６】 第３実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【図７】 第４実施例の車両用障害物検出装置の構成を表わすブロック図である。
【図８】 アンテナ素子の間隔と物標の検出精度との関係を説明する説明図である。
【図９】 第４実施例のＥＣＵにおいて実行される受信信号切換処理を表わすフローチャートである。
【符号の説明】
２ａ〜２ｃ…アンテナセル（２端子給電型円偏波用アンテナ素子）
４…誘電体レンズ ６…アンテナ装置（マルチビーム誘電体レンズアンテナ） １０…ＥＣＵ（電子制御装置） １２…警報装置 ２０…送受信回路
２２…発振器 ２４…第１電力分配器 ２６…第２電力分配器
２８ａ〜２８ｃ…９０度ハイブリッド回路
３０ａ〜３０ｃ…移相器（位相変化量可変型移相器）
３２，３２ａ〜３０ｃ…ミキサ回路 ３４，３４ａ〜３４ｃ…ＩＦ回路
３６…出力スイッチ回路 ３８…入力スイッチ回路
４０…受信信号選択回路
Claims (7)
- 円偏波の電波を送受信可能であって放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子と、
前記各アンテナ素子が送受信する円偏波の旋回方向を切り換える偏波切換手段と、
所定周期で周波数が変化する周波数変調信号を送信信号として発生する信号発生手段と、
該信号発生手段からの送信信号を各アンテナ素子に入力して各アンテナ素子から電波を放射させると共に、各アンテナ素子にて受信された受信信号を各々取り出す信号入出力手段と、
前記信号入出力手段を介して得られた各アンテナ素子からの受信信号を前記送信信号と混合して、各受信信号を中間周波信号に変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段による変換後の前記各中間周波信号に基づいて外部の物標を検出する物標検出手段と、
を備えたモノパルスレーダ装置において、
前記周波数変換手段は、
前記各アンテナ素子からの受信信号を前記送信信号を用いて各々周波数変換する複数の周波数変換部と、
該複数の周波数変換部にて周波数変換された中間周波信号を順次選択して前記物標検出手段に出力する出力スイッチ手段と、
を備えたことを特徴とするモノパルスレーダ装置。 - 円偏波の電波を送受信可能であって放射パターンの一部が重なるように配設された複数のアンテナ素子と、
前記各アンテナ素子が送受信する円偏波の旋回方向を切り換える偏波切換手段と、
所定周期で周波数が変化する周波数変調信号を送信信号として発生する信号発生手段と、
該信号発生手段からの送信信号を各アンテナ素子に入力して各アンテナ素子から電波を放射させると共に、各アンテナ素子にて受信された受信信号を各々取り出す信号入出力手段と、
前記信号入出力手段を介して得られた各アンテナ素子からの受信信号を前記送信信号と混合して、各受信信号を中間周波信号に変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段による変換後の前記各中間周波信号に基づいて外部の物標を検出する物標検出手段と、
を備えたモノパルスレーダ装置において、
前記周波数変換手段は、
前記各アンテナ素子から入力される受信信号を順次選択して取り込む入力スイッチ手段と、
該入力スイッチ手段から順次入力される受信信号を前記送信信号を用いて順次周波数変換し、前記物標検出手段に出力する一つの周波数変換部と、
を備えたことを特徴とするモノパルスレーダ装置。 - 円偏波の電波を送受信可能であって放射パターンの一部が重なるように配設された少なくとも３個以上のアンテナ素子と、
前記各アンテナ素子が送受信する円偏波の旋回方向を切り換える偏波切換手段と、
所定周期で周波数が変化する周波数変調信号を送信信号として発生する信号発生手段と、
該信号発生手段からの送信信号を各アンテナ素子に入力して各アンテナ素子から電波を放射させると共に、各アンテナ素子にて受信された受信信号を各々取り出す信号入出力手段と、
前記信号入出力手段を介して得られた各アンテナ素子からの受信信号を前記送信信号と混合して、各受信信号を中間周波信号に変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段による変換後の前記各中間周波信号に基づいて外部の物標を検出する物標検出手段と、
を備えたモノパルスレーダ装置において、
前記周波数変換手段は、
前記アンテナ素子に対応して、各アンテナ素子からの受信信号を前記送信信号を用いて各々周波数変換する３個以上の周波数変換部を備えると共に、
該各周波数変換部から出力される中間周波信号の中から一対の中間周波信号を選択して前記物標検出手段に出力する信号選択手段を備え、
該信号選択手段が選択する中間周波信号の変更により、物標検出に使用するアンテナ素子の間隔を調整可能に構成してなる
ことを特徴とするモノパルスレーダ装置。 - 前記物標検出手段は、当該モノパルスレーダ装置から外部の物標までの距離を検出できるよう構成されており、
更に、前記物標検出手段により検出された前記距離に基づき、該距離が長いほど、前記一対の中間周波信号に対応した一対の前記アンテナ素子の間隔が広くなるように前記信号選択手段を制御する選択制御手段を備えたこと
を特徴とする請求項３に記載のモノパルスレーダ装置。 - 前記物標検出手段が前記物標の検出を行う毎に乱数を発生する乱数発生手段と、
前記物標検出手段が前記物標の検出を行う毎に、前記乱数発生手段が発生した乱数に基づいて前記偏波切換手段を動作させる切換制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか記載のモノパルスレーダ装置。 - 前記各アンテナ素子は、２端子給電型の円偏波用アンテナ素子からなり、
前記信号入出力手段は、前記各アンテナ素子毎に設けられ、前記送信信号を位相差９０度の送信信号に分配してアンテナ素子の２つの給電端子に出力すると共に、アンテナ素子の各給電端子から入力される一対の受信信号のうち、前記分配した送信信号とは逆方向に９０度の位相差を有する受信信号を合成して装置内に取り込む、複数の９０度ハイブリッド回路からなり、
前記偏波切換手段は、前記９０度ハイブリッド回路とアンテナ素子の給電端子とを接続する一対の信号経路の一方に設けられ、位相変化量を０度及び１８０度のいずれかに切り換え可能な位相変化量可変型の移相器からなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれか記載のモノパルスレーダ装置。 - 前記アンテナ素子，９０度ハイブリッド回路，及び移相器からなる送受信用の高周波回路部が、所定の基板上に導電パターンにて形成した平面回路からなることを特徴とする請求項６に記載のモノパルスレーダ装置。
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