JP3853642B2

JP3853642B2 - 自動車用レーダ装置

Info

Publication number: JP3853642B2
Application number: JP2001357943A
Authority: JP
Inventors: 雅三本; 貴彦藤坂; 幸一甲斐
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: JP2003156560A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車間距離などを計測する自動車用レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両などに搭載されるレーダ装置は、他車との車間距離や相対速度を計測し、他車との衝突防止などのために利用されている。
【０００３】
他車との衝突防止などに利用されるレーダ措置は、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）を多く利用している。
【０００４】
このような従来のレーダ装置は、「ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＲａｄａｒＳｙｓｔｅｍｓＭ．Ｉ．ＳＫＯＬＮＩＫ，ＭｃＧＲＡＷ−ＨＩＬＬＢＯＯＫＣＯＭＰＡＮＹ，ＩＮＣ．（１９６２）」や「ＲＡＤＡＲＨＡＮＤＢＯＯＫＭ．Ｉ．ＳＫＯＬＮＩＫ，ＭｃＧＲＡＷ−ＨＩＬＬＢＯＯＫＣＯＭＰＡＮＹ，ＩＮＣ．（１９７０）」に記載されている。
【０００５】
図８は、送受信信号およびビート信号の時間と周波数の関係を示すタイミングチャートである。
【０００６】
図８において、周波数変調幅を「Ｂ」、周波数変調時間を「Ｔ」、時間につれて周波数が高くなる変調期間（アップフェーズ）におけるビート信号の周波数（ビート周波数）を「Ｕ」、時間につれて周波数が低くなる変調期間（ダウンフェーズ）におけるビート信号の周波数を「Ｄ」で示す。
【０００７】
送受信アンテナから放射された送信信号８１と、物体に反射して送受信アンテナで受信する受信信号（反射信号）８２とは、送信から受信までの時間だけ波形が少しずれている。
【０００８】
また、アップフェーズとダウンフェーズとにおいて、送信信号と受信信号との周波数の差を示すビート信号８３の周波数は、以下の式（１）と式（２）とで表される。
【０００９】
【数１】

【００１０】
なお、式（１）と式（２）とにおいて、ｃは光速、λは電波の波長、ｒは目標物体までの相対距離、ｖは目標物体との相対速度を示す。
【００１１】
式（１）と式（２）との関係から、アップフェーズとダウンフェーズにおけるビート周波数Ｕ，Ｄの和と差について、以下の式（３）と式（４）の関係が成立する。
【００１２】
【数２】

【００１３】
さらに、和と差の関係から目標物体までの距離ｒと目標物体との相対速度ｖとを算出することができる。
【００１４】
【数３】

【００１５】
この他にも、例えば、特開平１０−４８３２２や特開平１０−２８２２２９においては、送受信アンテナを保護するレドームに付着した泥や雪などの汚れの検知について記載されている。
【００１６】
レドームに汚れが付着していると、送受信アンテナから放射された送信信号は、レドームの外へ放射されずにレドームに反射し、相対速度が０、距離も非常に小さい目標と同様な受信信号が得られる。このとき、式（１）と式（２）の関係から、周波数の低いビート信号が発生する。
【００１７】
このような従来装置は、このような状態で発生する周波数の低いビート信号を利用して、レドームの汚れの付着を検知し、目標物体の計測性能の劣化を防いでいた。
【００１８】
図９は、例えば、特開平１０−２８２２２９号公報に記載された従来のレーダ装置を示すブロック図である。
【００１９】
図９において、レーダ装置は、制御手段１と、送信信号生成手段２と、分配回路３と、送受信手段４と、ミクサ５と、周波数分析手段６と、距離・速度測定手段７と、低域通過フィルタ１１と、汚れ判定手段１２とを備えている。
【００２０】
また、送信手段４は、サーキュレータ４１と、送受信アンテナ４２と、送受信アンテナ４２を保護しているレドーム４３とを備えている。
【００２１】
この従来装置は、送受信アンテナ４２より送信信号を発生させ、目標物体などから反射された受信信号を周波数分析手段６で分析して、ビート周波数を求め、距離・速度測定手段７で目標物体との相対速度や目標物体までの距離を算出している。
【００２２】
一方、低域通過フィルタ１１でビート信号に含まれる低い周波数成分の電力値を抽出し、汚れ判定手段１２で電力値と所定の基準値とを比較して、レドームに付着した汚れを検知している。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置は以上のように、構成しているハードウェアはそれぞれ特性にバラツキがあり、レドームの検知に利用している基準値を、他のレーダ装置においても設定したり、同じ方法で基準値の設定をすると、検知性能にバラツキが現れるという問題点があった。
【００２４】
また、このレーダ装置は、温度や装置の経年などによってもハードウェアの特性に変化があって、検知性能にも影響があるという問題があった。
【００２５】
さらに、このレーダ装置は、目標物体によっては、ビート周波数が非常に低い値となり、本来の目標物体であってもレドームの汚れと判断してしまうという問題があった。
【００２６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、低周波数成分に限らない周波数成分の電力値を利用して、レドームに付着した汚れを検知することのできる自動車用レーダ装置を得ることを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る自動車用レーダ装置は、車両に搭載された送受信アンテナを有し、所定タイミング毎に、送受信アンテナから送信信号を放射して目標物体に照射し、目標物体からの反射信号を受信して、所定タイミングでの目標物体までの距離および目標物体との相対速度を算出する自動車用レーダ装置において、送受信アンテナを保護するレドームと、送受信アンテナを第１および第２の方位に動作させるアンテナ駆動手段と、送受信アンテナが第１の方位を向いたときに受信して取得した第１のビート信号と送受信アンテナが第２の方位を向いたときに受信して取得した第２のビート信号とに基づいて、第１および第２のビート信号の差分スペクトルを算出する異方向スペクトル処理手段と、差分スペクトルに基づいてレドームの汚れを検知する汚れ検知手段とを備えたものである。
【００２８】
また、この発明に係る自動車用レーダ装置は、第１の方位は、車両の正面に対して左方向に設定され、第２の方位は、車両の正面方向に設定され、アンテナ駆動手段は、送受信アンテナを第１の方位に続いて第２の方位に動作させるものである。
【００２９】
また、この発明に係る自動車用レーダ装置の汚れ検知手段は、所定タイミング毎の差分スペクトルの平均値を算出し、平均値が所定のしきい値よりも小さい場合にレドームの汚れを検知するものである。
【００３０】
また、この発明に係る自動車用レーダ装置の汚れ検知手段は、差分スペクトルの平均値を複数回算出し、複数回の平均値に基づく複数回の判定結果からレドームの汚れの付着を判定するものである。
【００３１】
また、この発明に係る自動車用レーダ装置の汚れ検知手段は、平均値としきい値との比較を第１の所定回数だけ実行し、第１の所定回数以下の第２の所定回数以上の判定結果が、平均値がしきい値よりも小さい場合にレドームの汚れの付着を判定するものである。
【００３２】
さらに、この発明に係る自動車用レーダ装置の汚れ検知手段は、第１の所定回数によるすべての判定結果が、平均値がしきい値よりも小さい場合にレドームの汚れの付着を判定するものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【００３４】
図１において、自動車用レーダ装置は、制御手段１と、送信信号生成手段２と、分配回路３と、送受信手段４と、ミクサ５と、周波数分析手段６と、距離・速度測定手段７と、異方向スペクトル処理手段８と、汚れ検知手段９と、アンテナ駆動手段１０とから構成されている。
【００３５】
また、送信信号生成手段２は、電圧発生回路２１と、電圧制御発振器（ＶＣＯ：ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２２とを備えている。
【００３６】
また、送受信手段４は、サーキュレータ４１と、送受信アンテナ４２と、レドーム４３とを備えている。
【００３７】
さらに、周波数分析手段６は、帯域通過フィルタ６１と、アナログ・デジタル変換器６２と、メモリ６３と、演算回路６４とを備えている。
【００３８】
次に、図１とともに、図２〜図３を参照しながら、この発明の実施の形態１による動作について説明する。図２はこの発明の実施の形態１による動作を示す説明図である。図３はこの発明の実施の形態１による動作を示すフローチャートである。
【００３９】
図１において、送信信号生成手段２は、制御手段１の制御により動作し、送信信号が生成される。
【００４０】
一方、アンテナ駆動部１０は、制御手段１の制御により、送受信アンテナ４２を左右に動かして、送受信アンテナ４２の方位θｐを決定する。例えば、図２において、車両に搭載されている自動車用レーダ装置の送受信アンテナ４２の方位θｐを「−θ」の方位とする。
【００４１】
送受信アンテナ４２の方位θｐが決定すると、送信信号の一方は、送受信アンテナ４２から外部へ放射される。放射された送信信号は目標物体を照射し、反射された受信信号（反射信号成分）は、送受信アンテナ４２で受信されて自動車用レーダ装置に取り込まれる。
【００４２】
また同様に、アンテナ駆動手段１０で方位θｑ（θｑ≠θｐ）に送受信アンテナ４２を向かせて送信信号を放射して、目標物体を反射した受信信号を取り込む。例えば、図２において、送受信アンテナの方位θｑを「０」（正面）の方位とする。
【００４３】
自動車用レーダ装置に取り込まれた受信信号と分配回路３からの他方の送信信号とは、ミクサ５において目標物体までの距離成分と目標物体との相対速度成分とを含むビート信号を生成する。
【００４４】
生成されたビート信号は、帯域通過フィルタを通過し、デジタルに変換されてメモリ６３に記憶される。さらに、演算回路６４で周波数スペクトルＳＰ（ｆ）を算出し、スペクトルの電力値に関して最大ピーク検出を行うなどして、ビート周波数Ｕ，Ｄを求める。このビート周波数Ｕ，Ｄを距離・速度測定手段７へ入力し、周波数スペクトルＳＰ（ｆ）を異方向スペクトル処理手段８に入力させる。
【００４５】
距離・速度測定手段７は、ビート周波数Ｕ，Ｄを用いて、式（５）と式（６）とにより目標物体までの距離および目標物体との相対速度を算出する。
【００４６】
一方、異方向スペクトル処理手段８は、周波数分析手段６から方位θｐ、θｑにおける周波数スペクトルＳＰ_θ _p（ｆ）、ＳＰ_θ _q（ｆ）と、アンテナ駆動手段１０から送信信号を送信した送受信アンテナ４２の方位θｐ、θｑを示す方位信号とを入力する。
【００４７】
また、異方向スペクトル処理手段８は、方位θｐにおける周波数スペクトルＳＰ_θ _p（ｆ）と、方位θｑにおける周波数スペクトルＳＰ_θ _q（ｆ）との差分（差分スペクトル）ＤＳｐｑ（ｆ）を算出する。
【００４８】
汚れ検知手段９は、差分スペクトルＤＳｐｑ（ｆ）に基づいて、レドームの汚れの付着の判定を行う。
【００４９】
図３において、差分スペクトルＤＳｐｑ（ｆ）の平均値Ａｐｑを算出する（ステップＳ３０１）。算出式は、以下の式（７）とする。
【００５０】
【数４】

【００５１】
次に、平均値Ａｐｑと、所定のしきい値Ｔａとに基づいて、レドームの汚れ付着の判定を行う（ステップＳ３０２）。
【００５２】
平均値Ａｐｑ≧しきい値Ｔａの場合（すなわち、ＹＥＳ）、付着なしと判定し、Ａｐｑ＜しきい値Ｔａの場合（すなわち、ＮＯ）、付着ありと判定する。
【００５３】
次に、この判定方法について、さらに詳細に説明する。この実施の形態１のように、一方の方位θｐを図２における「−θ」の方位（送受信アンテナ４２が向けられる最も左の方位）、他方の方位θｑを「０」の方位（正面の方位）に設定すると、レドームの汚れと差分スペクトルの平均値Ａｐｑとには、図４〜図６に示すような特性がある。図４〜図６はこの発明の実施の形態１を示す説明図である。
【００５４】
図２において、日本などの左車線の道路の場合、方位θｐ（左）には、側壁、ガードレールおよび柱などの構造物が存在する頻度が多い。したがって、レドームに汚れが付着していなければ、図４において、受信信号から算出した周波数スペクトルには、構造物からの反射に対応するピークが現れる。
【００５５】
また、図２において、方位θｑ（正面）に車両（前方の走行車）が存在すれば、図４において、受信信号から算出した周波数スペクトルには、その車両に対応するピークが現れる。
【００５６】
また、図２において、方位θｑ（正面）に車両が存在しなければ、図５において、周波数スペクトルには特にピークは現れない。
【００５７】
一方、レドームに汚れが付着している場合、送信信号はほとんどレドームで反射するので、送受信アンテナ４２の方位を変えてもほぼ同様な周波数スペクトルとなる。
【００５８】
したがって、方位θｐ（左）とθｑ（正面）とにおいて、差分スペクトルを算出し、その平均値Ａｐｑを算出して、汚れが付着している時と付着してない時との平均値Ａｐｑを比較すると、汚れが付着いるときの平均値Ａｐｑは、付着していないときの平均値Ａｐｑよりも小さい傾向がある。
【００５９】
以上のような特性を利用して、汚れ検知手段９では汚れの付着ありの上限値、または、付着なしの示す下限値を示すしきい値Ｔａを設定して、しきい値を境に汚れの付着を判断する。
【００６０】
このように、自動車用レーダ装置を構成しているハードウェアの特性のバラツキや、温度および装置の経年などによる特性の変化などに影響を受けることなく、レドームの汚れを検知することができる。
【００６１】
また、目標物体との距離が近い場合であっても、検知性能を下げることなく、目標物体の計測をすることができる。
【００６２】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、１つの観測タイミング（所定タイミング）で２方向の観測を行い、１つの平均値を算出したが、複数の観測タイミングで観測を行い、複数の平均値を算出して検知性能を高めてもよい。
【００６３】
以下、図面を参照しながら、複数の観測タイミングを設けたこの発明の実施の形態２について説明する。図７はこの発明の実施の形態２を示すブロック構成図である。
【００６４】
図７において、前述（図１参照）と同様のものについては、同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付す。また、同一符号を付したものについては、詳述を省略する。
【００６５】
図７において、自動車用レーダ装置は、汚れ検知手段９Ａを備えている。
【００６６】
次に、この発明の実施の形態２による動作について説明する。
【００６７】
制御部１は、観測タイミングｔ₀から観測タイミングｔ₀＋Ｎ×ｔ_d（Ｎ：自然数）までの各観測タイミングにおいて、実施の形態１と同様に観測を行う。
【００６８】
アンテナ駆動手段１０は、送受信アンテナ４２を左方向と正面方向に動作させ、周波数分析手段６は、ビート信号から差分スペクトルを算出する。
【００６９】
汚れ検知手段９Ａは、観測タイミングｔ₀から観測タイミングｔ₀＋Ｎ×ｔ_dでの差分スペクトルの平均値Ａｐｑを算出して汚れ検知手段９Ａ内に格納する（図３、ステップＳ３０１）。
【００７０】
各観測タイミングでの観測が終了すると、汚れ検知手段９Ａは、各平均値Ａｐｑと、所定のしきい値Ｔａとの比較を行い、各観測タイミングにおいての汚れの付着の判定を行う（図３、ステップＳ３０２）。
【００７１】
各観測タイミングでの判定で、「付着あり」と判定された平均値Ａｐｑが所定回数以上の場合には、最終的な判定を「付着あり」とし、所定回数よりも少ない場合には、「付着なし」とする。
【００７２】
なお、最終的な判定のしきい値に利用される所定回数は、平均値の数と同値として、全ての平均値Ａｐｑが「付着あり」と判定された場合のみ、最終的な判定を「付着あり」としてもよい。
【００７３】
このように、複数の観測結果から汚れの付着を判定するので、１回のみの観測よりも信頼性が高い。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、車両に搭載された送受信アンテナを有し、所定タイミング毎に、送受信アンテナから送信信号を放射して目標物体に照射し、目標物体からの反射信号を受信して、所定タイミングでの目標物体までの距離および目標物体との相対速度を算出する自動車用レーダ装置において、送受信アンテナを保護するレドームと、送受信アンテナを第１および第２の方位に動作させるアンテナ駆動手段と、送受信アンテナが第１の方位を向いたときに受信して取得した第１のビート信号と送受信アンテナが第２の方位を向いたときに受信して取得した第２のビート信号とに基づいて、第１および第２のビート信号の差分スペクトルを算出する異方向スペクトル処理手段と、差分スペクトルに基づいてレドームの汚れを検知する汚れ検知手段とを備えたので、ハードウェアの特性のバラツキや経年変化などの影響を受けない自動車用レーダ装置が得られる効果がある。
【００７５】
また、この発明によれば、第１の方位は、車両の正面に対して左方向に設定され、第２の方位は、車両の正面方向に設定され、アンテナ駆動手段は、送受信アンテナを第１の方位に続いて第２の方位に動作させるので、計測されたビート周波数が非常に低い値となり、それが本来の目標物体であってもレドームの汚れと誤判断することのない自動車用レーダ装置が得られる効果がある。
【００７６】
また、この発明によれば、汚れ検知手段は、所定タイミング毎の差分スペクトルの平均値を算出し、平均値が所定のしきい値よりも小さい場合にレドームの汚れを検知するので、温度や経年などによるハードウェア特性の変化があっても検知性能に影響の無い自動車用レーダ装置が得られる効果がある。
【００７７】
また、この発明に係る自動車用レーダ装置の汚れ検知手段は、差分スペクトルの平均値を複数回算出し、複数回の平均値に基づく複数回の判定結果からレドームの汚れの付着を判定するので、ハードウェア特性の変化に影響せず、安定した検知性能を維持することのできる自動車用レーダ装置が得られる効果がある。
【００７８】
また、この発明に係る自動車用レーダ装置の汚れ検知手段は、平均値としきい値との比較を第１の所定回数だけ実行し、第１の所定回数以下の第２の所定回数以上の判定結果が、平均値がしきい値よりも小さい場合にレドームの汚れの付着を判定するので、複数の観測による判定結果から最終的な判定結果を得ることができ、信頼性の高い検知性能を持つ自動車用レーダ装置が得られる効果がある。
【００７９】
さらに、この発明に係る自動車用レーダ装置の汚れ検知手段は、第１の所定回数によるすべての判定結果が、平均値がしきい値よりも小さい場合にレドームの汚れの付着を判定するので、高い信頼性の検知性能を持つ自動車用レーダ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による動作を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２を示すブロック構成図である。
【図８】送受信信号およびビート信号の時間と周波数の関係を示すタイミングチャートである。
【図９】従来のレーダ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１制御手段、２送信信号生成手段、３分配回路、４送受信手段、５ミクサ、６周波数分析手段、７距離・速度測定手段、８異方向スペクトル処理手段、９、９Ａ汚れ検知手段、１０アンテナ駆動手段、２１電圧発生回路、２２電圧制御発振器、４１サーキュレータ、４２送受信アンテナ、４３レドーム、６１帯域通過フィルタ、６２アナログ・デジタル変換器、６３メモリ、６４演算回路。

Claims

車両に搭載された送受信アンテナを有し、所定タイミング毎に、前記送受信アンテナから送信信号を放射して目標物体に照射し、前記目標物体からの反射信号を受信して、前記所定タイミングでの前記目標物体までの距離および前記目標物体との相対速度を算出する自動車用レーダ装置において、
前記送受信アンテナを保護するレドームと、
前記送受信アンテナを第１および第２の方位に動作させるアンテナ駆動手段と、
前記送受信アンテナが前記第１の方位を向いたときに受信して取得した第１のビート信号と前記送受信アンテナが前記第２の方位を向いたときに受信して取得した第２のビート信号とに基づいて、前記第１および第２のビート信号の差分スペクトルを算出する異方向スペクトル処理手段と、
前記差分スペクトルに基づいて前記レドームの汚れを検知する汚れ検知手段と
を備えたことを特徴とする自動車用レーダ装置。
前記第１の方位は、前記車両の正面に対して左方向に設定され、前記第２の方位は、前記車両の正面方向に設定され、
前記アンテナ駆動手段は、前記送受信アンテナを前記第１の方位に続いて第２の方位に動作させることを特徴とする請求項１に記載の自動車用レーダ装置。
前記汚れ検知手段は、
前記所定タイミング毎の前記差分スペクトルの平均値を算出し、前記平均値が所定のしきい値よりも小さい場合に前記レドームの汚れを検知することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車用レーダ装置。
前記汚れ検知手段は、
前記差分スペクトルの平均値を複数回算出し、前記複数回の平均値に基づく複数回の判定結果から前記レドームの汚れの付着を判定することを特徴とする請求項３に記載の自動車用レーダ装置。
前記汚れ検知手段は、
前記平均値と前記しきい値との比較を第１の所定回数だけ実行し、前記第１の所定回数以下の第２の所定回数以上の判定結果が、前記平均値が前記しきい値よりも小さい場合に前記レドームの汚れの付着を判定することを特徴とする請求項４に記載の自動車用レーダ装置。
前記汚れ検知手段は、
前記第１の所定回数によるすべての判定結果が、前記平均値が前記しきい値よりも小さい場合に前記レドームの汚れの付着を判定することを特徴とする請求項５に記載の自動車用レーダ装置。