JPH08508573A - Ｆｍｃｗレーダシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＦＭＣＷレーダシステムにおいて、レーダに相対的な障害物の速度は、距離測定における誤りを生じさせる、戻り信号にドップラーシフトを関連づける。増加及び減少する周波数ランプを持つレーダ信号を、障害物までの距離を該障害物の速度と区別するために使用することは既知であるが、多数の障害物が存在する場合には、これは実際的ではない。一連の戻り信号からの速度測定を使用することにより、各レーダ出力信号のどれが、該レーダ信号の上昇掃引及び下降掃引から、特定の障害物に対応しているかどうかを識別することが可能であるため、距離及び速度を正確に決定することが可能である。ＦＭＣＷレーダシステムには、周波数走査アンテナを設けても良く、処理回路により決定されるビーム幅は、検出される障害物の大きさまたは各障害物に対してレーダが走査する距離に応じて変化可能である。前記レーダのビーム走査に代えて、例えば、カーレーダが該車の前方の同一レーン内にある自動車のみを該自動車までの距離には関係なく検出するために、レーダのビーム幅を変更させることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ＦＭＣＷレーダシステム 発明の技術分野 本発明は、自動車における衝突回避及びインテリジェントクルーズ制御装置へ の、排他的ではないが、特定の用途を持つレーダシステム、例えば、周波数変調 連続波レーダシステムに関する。 発明の背景 周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダシステムは、低コストで且つ低送信エネ ルギーレベルのリーズナブルで良好な距離測定を提供することが長年知られてい る。しかしながら、現在知られてるように、これらのシステムは、自動車分野に おいて衝突回避のような重要な用途に対して使用される場合、低コストでは十分 に信頼性のあるものはない。 発明の概要 本発明の目的は、ＦＭＣＷレーダシステムの動作の向上を提供することにある 。 本発明は、上昇及び下降周波数ランプを提供するために配置されるレーダ出力 信号を持つ発振器と該レーダ出力信号を送信するための手段と障害物からの反射 レーダ信号を受信するための手段と該レーダ出力信号及び該反射レーダ信号に応 答する処理手段とを有する周波数変調連続波レーダシステムにおいて、前記処理 手段が、前記上昇周波数ランプの間に信号を反射する各障害物に関する第１の仮 距離を得るための手段と、前記下降周波数ランプの間に信号を反射する各障害物 に関する第２の仮距離を得るための手段と、複数の第１の仮距離から各障害物に 関する第１の速度推定値を決定するための手段と、複数の第２の仮距離から各障 害物に関する第２の速度推定値を決定するための手段と、第１の仮距離と前記第 １の速度推定値に応じて各障害物に関する第１の距離推定値を得るための手段と 、 第２の仮距離と前記第２の速度推定値に応じて各障害物に関する第２の距離推定 値を得るための手段と、同一の障害物に対応する第１の距離推定値と第２の距離 推定値とを決定するための手段とを有することを特徴とする周波数変調連続波レ ーダシステムが提供される。 上昇及び下降周波数掃引に対して複数の障害物までの距離に基づくさらなる速 度測定を行うことにより、障害物までの距離及び速度を分離させることが可能で ある。速度情報がまた要求される場合、これは、単一の上昇掃引及び単一の下降 掃引からの”未加工（raw）”仮距離データを使用して得ることが可能である。 各上昇及び下降掃引におけるどの戻り信号が各障害物に関連しているかが分かる ため、これら関連する戻り信号は精度の高い速度測定を与えるために使用するこ とが可能である。 特に自動車分野において、障害物の方位情報を提供することが望ましいかもし れない。これは、周波数走査アンテナアレーの使用によりリーズナブルなコスト で達成され、自動車分野に対して重要である。このようなアレーは、該アンテナ アレーの隣接する素子間にへビ状フィードを持ち、これは、該アンテナに給電さ れる信号の周波数がビーム走査効果をもたらすことを可能にする。前記アンテナ のへビ状フィードに供給される信号の波長は、隣接するアンテナ素子間の該フィ ードの長さを割り切るものである場合、ビームは該アンテナの前方へ真っ直ぐ放 射される。周波数を減少及び増加することにより、前記アンテナをオフセンタに （off-centre）走査させることを可能にする。 このようなレーダアンテナの出力に適用される処理は、好ましくは、該レーダ に近い場合より広い方位範囲にわたって戻り信号を処理し、該レーダから遠くの 場合にはより狭い方位範囲にわたって戻り信号を処理するようにしても良い。 前記周波数走査アンテナアレーの他の改良例に、互いに対向する１対のアレー を設け、これらアレー間のある点から給電するものがある。この装置において、 周波数走査は、レーダビームの幅を変更させる。これは、同一自動車道路内にな い近距離の障害物に対して前記レーダが反応することを防止するので、衝突回避 レーダシステムにおいて特に有利である。 図面の簡単な説明 ここで本発明は、以下の図面を参照することによりさらに詳細に説明されるで あろう。 図１は、ＦＭＣＷレーダシステムのブロック概要図を示している。 図２は、ＦＭＣＷレーダシステムの発振器に関する時間対周波数のグラフを示 している。 図３は、ＦＭＣＷレーダシステムの発振器に関する時間対周波数の他のグラフ を示している。 図４は、本発明によるレーダ信号処理装置により実行される各ステップのフロ ーチャートを示している。 図５は、周波数走査レーダにおいて使用するためのヘビ状フィードを持つアン テナアレーの概要図を示している。 図６は、ヘビ状フィードを持つアンテナアレーの実際の実施例を示している。 図７は、本発明によるレーダの発振器信号の１部に関する時間対周波数のグラ フを示している。 図８は、レーダにより生成されるレーダビームの図的な平面図を示している。 図９は、向上された距離分解能を述べるために使用される１対の波形を示して いる。 図１０は、レーダシステムにおいて使用するためのヘビ状給電アンテナアレー の概要図を示している。 図１１は、図１０の装置により生成されるレーダビームの図的な平面図を示し ている。 図１２は、図１０の装置の動作を説明するために使用される図を示している。 好ましい実施例の説明 図１は、基本的なＦＭＣＷレーダシステムのブロック図を示している。このシ ステムにおいて、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０はのこぎり波発生器１２の出力 により変調され、該ＶＣＯの出力は、サーキューレータ１４の入力に供給される 。サーキュレータ１４の第１の出力は、前記ＶＣＯ出力を殆ど減衰させずに、周 波 数変調信号を放射するアンテナ１６に供給される。この放射信号は、１以上の障 害物（図示せず）により反射してアンテナ１６に戻る可能性がある。この反射信 号は、該アンテナ１６を介してサーキューレータ１４に入力される。サーキュー レータ１４は、上記反射信号を自身の第２の出力から混合器１８の第１の入力に 供給する。混合器１８の第２の入力は、結合器２０を介してＶＣＯ１０の出力か ら供給される。混合器１８の出力は、中間周波数（ＩＦ）信号の分析を実行する ための信号処理装置２４に対して該ＩＦ信号を生成するためにローパスフィルタ ２２に供給される。この装置２４は一般的に、レーダの視野内のいかなる障害物 までの距離が前記ＩＦ信号内に周波数情報として含まれているため、該ＩＦ信号 に対するフーリエ変換を実行するであろう。 前記レーダシステムの動作時に、各障害物により前記レーダに向かって反射し た信号は、図２における時間（ｔ）に対する周波数（ｆ）のグラフに示されるよ うに、ＶＣＯ１０からの信号に対して時間的に遅延される。ＶＣＯ信号の周波数 は実線で示され、障害物により反射した信号の周波数は破線で示されている。予 測していたように、この反射信号は、前記ＶＣＯ信号の周波数に対して時間的に 遅れた周波数を持つ。これは、前記グラフ上で一対の垂直の矢印で示されるうな り周波数ｆ_bを生じる。この周波数差は、前記レーダシステムから障害物までの 距離に（当該回路内の非線形性は無視して）直接比例する。この障害物までの距 離ｒは、以下の式、 ｆ_b＝２ａｒ／ｃ により計算することが可能である。ここで、ｃは光の速さであり、ａは時間に伴 う送信周波数の変化率である。 ＦＭＣＷレーダ装置の既知の不利な点は、距離とドップラー効果との相互作用 （range-Doppler coupling）にある。これは簡潔に以下のようになる。ある障害 物がレーダに相対的に移動している（該障害物が移動している、該レーダが移動 しているまたは両方が移動しているかどうかの）場合、この障害物により該レー ダに向かって反射した信号は、ドップラー周波数要素を含むであろう。このドッ プラー効果は周知であり、上記反射信号の周波数を、前記障害物と前記レーダが より接近するように共に移動している場合には上昇させ、これらがより遠くに離 れ るように移動している場合には減少させる。ＦＭＣＷレーダシステムにおいて、 距離情報は（前記送信信号に相対的な）前記戻り信号（反射信号）の周波数から 得られるため、このドップラー効果に関する相互作用は、距離測定における不正 確さ含む。これらの不正確さの程度（severity）は、レーダの周波数ランプの傾 き及び障害物の相対的な速度により決定される。 距離とドップラー効果との相関性の問題に対して提案されている解決策は、前 述の送信レーダ信号における上昇及び下降周波数ランプを使用することである。 このような周波数の包絡線が図３に図示されている。送信信号は実線で示され、 （レーダに相対的に移動している単一の障害物からの）戻り信号は破線で示され ている。この技術は、以下のように、前記レーダがある障害物までの距離により 生じる周波数偏移と該障害物の速度により生じる周波数偏移とを区別することを 可能にさせる。前記周波数の上昇掃引の際、前記障害物までの距離は、その時点 の送信信号よりもより低い周波数を持つ戻り信号を生じさせる。前記周波数の下 降掃引の際、前記障害物までの距離は、前記（その時点の）送信信号よりもより 高い周波数を持つ戻り信号を生じさせる。前記障害物の速度は、前述の周波数掃 引の方向には無関係に、（レーダに向かって移動している場合）周波数を上昇さ せ、（離れるように移動している場合）周波数を減少させる。図３において、前 記うなり周波数は、上昇掃引上よりも下降掃引上のものの方が大きいが、これは 、前記障害物が（戻り信号の周波数を上昇させる）レーダに向かって移動してい ることを示している。前記うなり周波数間の中間部は、前記障害物までの正確な 距離を与えるために使用することが可能である”真の（real）”うなり周波数で ある。これら２つのケース間の全中間周波数における差は、このように、障害物 の半径方向速度に基づくドップラー周波数の２倍に等しい。（高速の障害物に関 しては後段参照。） 不幸にも、現状においては、１以上の障害物が存在する場合、レーダ信号の上 昇掃引からの前述のような戻り信号が該レーダ信号の下降掃引からの各戻り信号 のどれに関連しているかを決定することは難しく、またましては不可能であるか もしれない。故に、この技術は、実際のＦＭＣＷレーダシステムにおいては滅多 に使用されない。 図４は、図１に示されるレーダ信号処理装置が本発明によるレーダシステムを 提供するために実行する動作系列を述べたフローチャートである。図１に示され るのこぎり波発生器１２は、周波数を上方及び下方の両方に掃引するように前記 ＶＣＯから波形を提供するようになっている。各空欄は以下のような動作系列を 表している。 ２００− 開始 ２１０− ループカウンタをゼロに設定 ２２０− レーダ発振器の単一の上昇掃引に起因するうなり周波数を得るため にＩＦ信号の１部に対してＦＦＴを実行 ２３０− 各上昇掃引うなり周波数に対する第１の仮距離を計算し記憶 ２４０− レーダ発振器の単一の下降掃引に起因するうなり周波数を得るため にＩＦ信号の１部に対してＦＦＴを実行 ２５０− 各下降掃引うなり周波数に対する第２の仮距離を計算し記憶 ２６０− ループカウンタを１増加 ２７０− ループカウンタは２０に等しいか ２８０− 前記２０個の記憶された第１の仮距離から各障害物に対する第１の 速度推定値を得る ２９０− 前記２０個の記憶された第２の仮距離から各障害物に対する第２の 速度推定値を得る ３００− 各障害物に対する前記第１の速度推定値を使用して、速度に基づく ドップラーシフトを予測し、このドップラーシフト効果を各第１の仮距離から減 算し、第１の推定距離を与える ３１０− 各障害物に対する前記第２の速度推定値を使用して、速度に基づく ドップラーシフトを予測し、このドップラーシフト効果を各第２の仮距離から減 算し、第２の推定距離を与える ３２０− 可能な全ての第１及び第２の推定距離の対の間の距離を、各々のど の対が同一の障害物に基づいくものであるかどうか決定するために得る ３３０− （上昇掃引及び下降掃引に対するＩＦ信号における各うなり周波数 を識別することができるので、）元のうなり周波数情報を使用し、レーダ信号の 上昇掃引及び下降掃引からの各うなり周波数が共に加算される際に障害物までの 距離に基づくうなり周波数は相殺される原理から各障害物の速度を得る このように、当該装置は、前記レーダ信号の上昇掃引または下降掃引のみに起 因しているＩＦ信号に多数のフーリエ変換を実行し、距離情報及び速度情報を共 に含むこのように測定された各うなり周波数は、仮距離と呼ばれる。この装置は 、前記上昇掃引及び前記下降掃引各々からの多数の連続的なうなり周波数に基づ いて第１及び第２の速度推定値を生成する。ここで、距離偏移に導かれたこれら 速度推定値は、前記距離値に対して最初の補正を与えるために前記仮距離から減 算される。今、我々が実際の障害物までの距離が分かる場合、これら障害物が空 間内のどこにあるかがわかる。ここで、空間内のいかなる位置の各々は一つの障 害物しか占めることができなく、故に、いかなる所定の距離の各々も一つの障害 物しか持てないであろうと仮定する。故に、各障害物に対して、特定の距離を持 つ各掃引方向におけるレーダ出力は一つしかないであろうことが分かる。障害物 の物理的な大きさ及び距離分解能は、曖昧さがないことを保証する。ひとたび同 一の障害物に起因する上昇掃引及び下降掃引からの仮距離を識別することができ れば、各障害物の半径方向速度の正確な評価を従来の技術を使用して得ることが できる。 この技術は、合理的に一定に維持される前記レーダに相対的な障害物の速度に 依存するが、これは自動車分野において問題は生じない。前記レーダに相対的に 速い速度を持つ障害物（例えば、他の自動車道路内の車）は、これら障害物の位 置に基づいては考慮されない。 本発明のこの特徴のいくつかの用途においては、レーダに相対的に速い速度を 持つ障害物に遭遇し、このことが以下のように問題を生じるかもしれない。図１ に示されるレーダシステムにおいて、一つのチャネルしか持たないために、前記 うなり周波数の極性または向きは受信機では分からない。故に、障害物までの距 離及び障害物の速度に基づく周波数偏移は、加算または除算により結合し、受信 機の出力はこの組合わされた周波数偏移の大きさになる。このように、２つの周 波数偏移が除算される場合、受信機の出力において利用可能であるものは、距離 周波数偏移からドップラー周波数偏移を除算したもの、またはその逆を表してい るかどうかの指示なくこれら周波数偏移間の差になる。自動車レーダにおいては 、上述したように、距離周波数偏移が常にドップラー周波数偏移よりも大きくな るであろうから困難さは生じない。しかしながら、障害物がレーダに近く速い相 対速度で移動している場合には逆になる。近くに高速で接近してくる障害物を検 出するレーダ信号の上昇掃引上においては、全周波数偏移はドップラ周波数偏移 から距離周波数偏移を除算した大きさを有するであろう。上昇掃引及び下降掃引 うなり周波数の除算の結果は、この場合、障害物までの距離に比例し、障害物の 速度には比例しない周波数になるであろう。 距離及びドップラー周波数偏移のこのような混乱が生じているかどうかは、前 記レーダ信号処理により容易に決定することができる。なぜなら、一連の仮距離 から得られる速度値は、ドップラー周波数偏移になると考えられるものから得ら れる速度値に一致しないであろうからである。上昇掃引及び下降掃引うなり周波 数間の差は、ここでは、前記障害物までの距離を表し、障害物の速度を表しては いないため、救済策は非常に単純である。図４のステップ３００及び３１０にお いて演算される前記第１及び第２の推定距離は負を生じるであろう。言い換える と、前記予測されたドップラー偏移は前記受信機において測定される全周波数偏 移を越えるであろう。この場合、ステップ３３０においては、上昇掃引及び下降 掃引に対して得られるうなり周波数間の差信号は、障害物の速度よりむしろ障害 物までの距離を表すであろう。ひとたび、距離が正確に分かったならば、速度は 上昇掃引及び下降掃引うなり周波数のどちらかからまたは両方から既知の方法に より得ることが可能である。 ＦＭＣＷレーダの自動車分野への用途に対しては、しばしば、いくつかの方位 情報を該レーダから得ることが必要である。これは、例えば、道路の端における またはレーダを持つ自動車とは異なる道路内の対象物を無視しても良いからであ る。このようなレーダシステムは既知であり、本発明と共に有利に使用しても良 い。 図５は、単一入力５４を持つヘビ状フィード５２により給電される、並行に配 列された１０個のホーンアンテナ素子４１〜５０を有するアンテナアレー４０の 概要図を示している。レーダ発振器からの信号は、前記入力５４に供給され、前 記フィード５２に沿って通過し、この信号の一部は、前記アンテナ素子４１〜５ ０の各々に結合される。この既知のアンテナ装置においては、連続的に結合して いる各前記素子間の蛇状フィードの長さｘは、ある周波数の発振器信号の波長の 整数倍になるように配置される。前記アンテナアレーにこのような周波数の信号 が供給される場合、全ての前記アンテナ素子は互いに同位相で給電される。これ は、アンテナに対して垂直に空間内に伝搬される該アンテナにより送信されるビ ームになる。前記アンテナに供給される周波数が大幅に減少される場合、言い換 えると、波長が増加される場合、前記ビームは、アンテナの左手に、言い換える と、前記入力が位置される端部に向けて走査されるであろう。周波数が増加され る場合には、前記ビームは前記アンテナの右手に走査されるであろう。前記アン テナ素子の放射中心間の物理的な間隔がｄで示されている。隣接する素子間の前 記蛇状フィードの長さｘのこれら素子間の物理的な間隔ｄに対する比は、”ラッ プアップ係数（wrap up factor）”ｘ／ｄとして知られている。このラップアッ プ係数がより大きくなると、より大きな角のビーム走査が、前記アンテナアレー への前記入力における所定の周波数に対して得られる。このことは、前記角度を 持ったビーム走査はたいてい、距離分解能の目的のために前記レーダに適用され る周波数変調の結果として得られ、しばしば実際のまたは調整要因により制御す るために重要である。このラップアップ係数は典型的には１５程度である。図示 のアンテナは放射素子を１０個しか有していないが、より典型的な値は、自動車 レーダ用途用に十分に狭いビーム幅を得るために２０〜３０個の素子となるであ ろう。周波数走査アンテナアレーの動作のより詳細な説明は、”Introduction t o Radar Systems”by Merrill．Skolnik published by McGraw Hill，New York 1980の２９８〜３０１頁に見られるであろう。 図６は、周波数走査レーダを使用するためのアンテナアレーの実際の実施例を 示している。アンテナアレー５６は、開口５８が図に見られる２４個の小さな放 射素子を有している。前記アンテナアレーのこれら放射素子方向への長さは１６ ０ｍｍであり、該アレーは前記ヘビ状フィードを収容するのに十分な深さでなけ ればならない。このアレーは、純受動導波管構造であり、特に、例えば、射出成 形技術を使用するようなマスプロダクションに適用可能である。前記アレーは、 ９３〜９４ＧＨｚ間において動作する場合に１度当たり８３ＭＨｚの同調率を持 つ略々１２度の走査ビーム有効範囲を提供する。このアンテナにおけるラップア ップ係数は、略々１７である。 自動車障害物検出及びＦＭＣＷの他の用途に関し、該レーダに関連づけられる 処理手段が、前記レーダの前方の障害物の像を確立することを可能にさせるため に方位平面内において該レーダを走査させることが必要とされる。このように、 自動車から各障害物までの距離と同様に該自動車の軸に対するこれら障害物がな す角度の測定が実現される。８個のビームを持ち略々１２度の全有効範囲を持つ 走査アンテナがここで考慮される。このように、各ビームは１．５度の幅であり 、この角度分解能は、考慮中のレーダシステムの最大所望距離である１５０ｍの 自動車道路の幅に略々対応するために望ましい。 周波数走査ビームレーダシステムで生じる困難さに、低レベルの距離、言い換 えると、障害物がレーダに非常に近い場合に、所望のものよりも低くなると知ら れるある距離分解能の問題がある。この理由は、ＦＭＣＷレーダの分解能が送信 機の周波数掃引のサイズに直接依存するからである。全ビーム走査の一部のみし か考慮されない場合、距離分解能はこの場合８倍の要因により低下する。このこ とは、ＦＭＣＷ周波数走査ビームレーダシステムの有効性を限定してしまう。 少なくとも自動車レーダに対して、近くにある各障害物がレーダシステムに対 してより大きな角度をなしている、言い換えると、これらは２以上の隣接するビ ーム内に存在している事実の結果として向上させても良い。例えば、戻りレーダ 信号の大部分を前記システムの処理回路に対して適用可能にさせても良く、この ことは、以下に述べるように向上した距離分解能を提供するために使用すること が可能であろう。 図７は、レーダ信号の上昇周波数ランプに関する時間に対する送信周波数のグ ラフを示している。このグラフは、のこぎり波特性を有している。発振器周波数 の各掃引は同サイズの１ＧＨｚであり、これは調整、認可されている規則、送信 コスト等により決定されるものである。時間軸は、レーダのビームを表す８個の 垂直セグメントに分割されている。連続信号を各周波数走査の際にアンテナアレ ーにより伝搬するため、ビームサイズを決定するのはもちろん信号処理である。 時間軸の下に、レーダにより供給されるＩＦ信号の包絡線を示すカーブＲＥがあ る。この信号は、略々第３及び第４時間セグメント内で減少している。このこと は、障害物がレーダにより発生された第３及び第４ビームを反射したことに対応 している。この障害物までの距離は、ＦＭＣＷレーダシステムに関して既知であ るようにＩＦ信号の周波数から決定される。既知の周波数走査レーダシステムに おいては、ＩＦ信号に適用される信号処理は、図７においてＢ８で記した時間セ グメントラインにより表される各ビームに対する各障害物からレーダまでの距離 を決定する。 上述したように、より短い距離においては、自動車レーダにおいて得られる距 離分解能が所望のものよりも低くなることが知られているために、本発明のこの 実施例は、より近距離の障害物を検出するために大部分のうなり周波数を処理す るようになっている。これは、自動車レーダにおいて、上述のような近距離の障 害物の大部分は２以上の隣接するビーム幅内に存在する事実を利用している。例 えば、５０ｍ離れた車はレーダを中心に略々２度の角度で向かい合い、一方、２ ０ｍ離れた車は略々５度の角度で向かいあうであろう。故に、障害物距離分解能 は、必要とされる各領域内において達成される。 本発明のこの実施例によるレーダは距離単位で動作するようにしても良く、こ れは言い換えると、ある障害物に起因するＩＦ信号の各部の略々全長が該障害物 までの距離を決定するために使用される。このような試みはマスプロダクション されるレーダに対して非常に計算的に複雑なものにするかもしれないが、ＦＦＴ を含む信号処理に対して得に適している他の例がここで述べられる。 前記レーダの各ビームは図７においてラインＢ８で示されるように個々に処理 されるが、処理手段はまた、ラインＢ４で示されるように隣接するビームの各対 に対応するＩＦ信号部分も処理するように構成されている。これは、１以上のビ ーム幅を占めるのに十分な近さまたは十分な大きさを持つ障害物に対する距離分 解能の向上を提供するだけである。一般的に、他の自動車道路内の車及びビル等 からの戻り信号を除外することが所望されるため、これらのより広いビーム幅で より遠距離のレーダ出力を使用することは利益がないばかりかいくつかの可能性 のある害をもたらすかもしれない。前記処理手段はさらに、（ラインＢ２で示さ れるように）２つの幅の広いビームからの出力を与えて、さらに近い障害物に対 してより良好な距離分解能を提供し、交通渋滞内または運転の際に遭遇するよう な非常に近い障害物に対しては（ラインＢ１で示されるように）１つのビームか らの出力を提供することが可能である。ビームの数が２の整数倍ではない場合、 離散フーリエ変換がＦＦＴよりも効果的であるかもしれない。 図８は、近距離における本発明のこの特徴により提供される距離分解能の向上 を示した図的なレーダビームパターンを示している。レンジＲは、扇形、この例 においては、１２度の扇形を有効範囲とする走査レーダビームを送信する。図に おいて、この扇形の大きさは明瞭さのために誇張されている。より遠距離である 領域ｘ１内においては、８個の全てのビームが従来の周波数走査レーダにおいて 処理されるが、距離分解能は距離セル６０の長さにより示されるように相対的に 乏しい。わずかに近距離である領域ｘ２内においては、４個のビームが示されて いるが、距離セル６２の長さが、距離セル６０の長さの半分になっている。一層 近距離である領域ｘ３においては、２個のビームのみしか示されていないが、距 離セル６４の長さは、距離セル６２に対して半分になっている。非常に近距離で ある領域ｘ４においては、単一のビームのみが示され、距離セル６６の長さは、 距離セル６４の長さの半分になっている。図はより近距離においてより広いビー ム幅を示しているが、より広いビーム幅を処理する際により遠くの障害物から受 信される戻り信号を妨げることはない。しかしながら、これら距離値はより遠く の障害物に関連し、レーダ処理の後段により無視することが可能であることは該 距離値から明らかであろう。 ここで、近距離におけるレーダシステムの分解能の向上に対する理論が、図９ に示される波形を参照して述べられるであろう。説明の目的のために、ＩＦの非 常に低い値が参照されるが、実際には、ある程度高い周波数がたいてい生じるこ とは理解されるであろう。波形Ａは、周波数走査レーダシステムの掃引の一部に 対応するうなり周波数信号に関する時間に対する信号振幅のグラフを示している 。フーリエ変換が、４個のビーム幅に対応する前記信号の４つの時間部分ｔ１、 ｔ２、ｔ３及びｔ４に適用される。うなり信号は、これら４つの時間部分全てに 存在し、このグラフにおいては、これら全ては２Ｈｚの周波数を持ち、位相は相 対 的に０度である。一方、波形Ｂは、わずかに高い周波数を持つうなり信号を示し 、これに対しても、該信号の同一の４つの時間部分に渡ってフーリエ変換が適用 される。しかしながら、前記変換の量子化特性のために、前記信号は、各時間部 分ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４の端部において該信号の開始位置に相対的に９０度 、１８０度、２７０度及び３６０度（０度）の位相を持つが、該信号の周波数は 依然２Ｈｚとして測定される。前記信号に応じる障害物までの測定距離は、この ように、２０％誤りがある。前記信号が４つ全ての時間部分に基づいて分析され る場合、周波数は４倍より精密に測定され、この単純な実施例においては、正確 に測定される。 本発明のこの実施例においては、周波数走査は、少なくとも処理に必要とされ る最も広いビームの周波数スパンにわたって連続的でなければならない。個々の ビーム全てを含むワイドビームが上述の例において使用されるため、周波数走査 はビームの全体のスパンにわたって連続する。 送信及び受信の両方に対して周波数走査アンテナを使用するような実施例が述 べられたが、実際の場合にはこれは必要とされない。例えば、前記レーダ信号は 、周波数走査アンテナにより送信し、前記反射信号は、単一ホーンアンテナによ り受信しても良い。他の例において、前記レーダ信号は、単一ホーンアンテナに より送信し、前記反射信号は周波数走査アンテナにより受信しても良い。受信ア ンテナによるもれ信号の受信に関するいかなる困難さは、当業者にとって既知で ある多数の種々の方法により託すことが可能である。 あるレーダの用途、特に、自動車のインテリジェントクルーズ制御（言い換え ると、自動車前方の接近性を考慮に入れたクルーズ制御）における使用に対して 、走査ビームアンテナレーダシステムの費用及び複雑さは、所望とされないまた は必要とされないかもしれない。しかしながら、固定ビーム幅レーダは、道路内 のあり得る全ての障害物までの距離に関して十分な該道路前方の有効範囲を提供 はしない。レーダは、該レーダを搭載している車と同一レーン内の遠距離の自動 車と隣接するレーン内の近距離の自動車とを区別するために十分に狭いビーム幅 を持たなければならなく、しかも、該レーダには近いが直接前方にはないより幅 狭の障害物、例えば、バイクの検出も怠ってはならない。レーダのビーム幅を変 更 するための機械的装置は、自動車用途に対して、十分な速さ、安さまたは信頼性 になりそうにはない。 図１０は、ヘビ状給電アンテナの概要図を示している。この図は、説明を簡単 にするため、６個の放射素子８０〜８５のみを有している。実際に実現するに当 たっては、遠くの障害物に対して十分に小さなビーム幅を提供するために２０個 、ましては３０個のこのような素子を持つべきであろう。ヘビ状フィード中央接 続部９０は、前記アンテナを図１を参照して述べたような形式のＦＭＣＷレーダ に結合するために設けられている。２つの対向アンテナアレーが前記接続部９０ から給電され、第１のアレーは素子８０〜８２から成り、第２のアレーは素子８ ３〜８５から成る。前記接続部９０から前記素子８２及び８３へのフィードに沿 った距離は、各々ｘ３及びｘ４である。前記素子８１は、長さｘ２のフィードラ インを介して前記素子８２に接続され、前記素子８０は、長さｘ１のフィードラ インを介して前記素子８１に接続されている。前記素子８４は、長さｘ５のフィ ードラインを介して前記素子８３に接続され、前記素子８５は、長さｘ６のフィ ードラインを介して前記素子８４に接続されている。所定の周波数ｆにおいて、 これらフィードラインｘ１、ｘ２、ｘ５及びｘ６は、周波数ｆの信号で給電され る場合に前記アンテナアレーにより発生される波面が全て同位相になるために、 全て波長の長さの整数倍になる。前記アンテナアレーにより発生されるビームは このように、前方に直接放射されるであろう。しかしながら、前記フィードライ ンｘ２及びｘ５の長さ（これらの長さは等しい）は、波長の整数倍、例えば、周 波数ｆにおいて１０波長程度、前記フィードラインｘ１及びｘ６の長さ（これら の長さも等しい）よりも大きくなるように選択される。さらにアンテナ素子が付 加される場合、これらの素子は、周波数ｆにおける波長の整数倍の長さを持つ、 付加につれて大きくなるフィードラインにより、前記アレーの端部側の素子から 給電されるであろう。前記フィードラインｘ３及びｘ４の長さは等しいが、損失 及びアンテナ構造の現実性に応じてある範囲の値をとっても良い。実際のアンテ ナにおけるフィードラインの長さの演算は、以下のように述べられる。 動作時に、前記アンテナアレーに給電される信号の周波数が降下するにつれ、 前記素子８１及び８４により生成された同位相波面は、前記素子８２及び８３に より生成された同位相波面よりも遅れるであろうし、前記素子８０及び８５によ り生成された同位相波面は、前記素子８１及び８４により生成された同位相波面 よりも遅れるであろう。これらの遅れの結果、全アンテナアレーにより生成され る同位相波面は、図において破線で示すようにカーブ形状を持つであろう。前記 周波数がさらに一層減少するにつれ、前記接続部９０から離れた前記アンテナ素 子により生成される同位相波面は、さらに一層前記素子８２及び８３により生成 される同位相波面よりも遅れ、アンテナアレーのビーム幅は広がるであろう。３ ０個の素子を持つアンテナは、５００ＭＨｚ程度の周波数でもって、遠くの自動 車を区別するために十分に狭いビーム幅を提供し、自動車道路の周辺部における 障害物を検出するために近距離においては十分に広いビーム幅を提供するように することが可能である。非常に遠距離にあるこのような幅の広いビームにより検 出された障害物は排除することが可能である。 図１１は、例として、近距離、中距離及び遠距離の各々に対する３つのビーム 幅パターン１０２、１０４及び１０６と共に本発明の前述の実施例によるレーダ システム１００を示している。実際には、前記処理回路が、図に示される不連続 的な距離に対照的に距離の増加と共に連続して狭くなっていくビームを提供する ように構成することが可能である。 この実施例によるレーダのビーム幅は、図１２を参照して以下のように演算し ても良い。前記アンテナアレーの面は、ライン１１０により表され、送信信号の カーブ波面は、ライン１１２により表されている。この波面は、１１４に該波面 の仮想源を与える半径ｒを持つ。前記アレーにおける２つの素子間の距離はｙで 示され、これらの間の同位相面の遅れはｚで示されている。距離ａは、（ｒ−ｚ ）で規定される。ピタゴラスの定理から、 ｚ＝ｒ−√（ｒ²−ｙ²） となる。波長遅れの数は、ｚ／λ＝ｚ・ｆ／ｖである。ここでｖは、伝搬速度で あり、この場合、光の速さｃである。あるライン内のある点における信号の位相 は、 Φ＝２・ＰＩ・ｘ／λ＝２・ＰＩ・ｘ・ｆ／ｃ で与えられ、 ΔΦ＝２・ＰＩ・ｘ・Δｆ／ｃ となり、これは、 ｘ＝（ΔΦ／Δｆ）・（ｃ／２・ＰＩ） を与え、故に、 ΔΦ＝２・ＰＩ・ｚ／λ＝２・ＰＩ・（ｒ−√（ｒ²−ｙ²））・ｆ／ｃ となり、置換すると、 ｘ＝（ｆ／（２・ＰＩ・Δｆ））・２・ＰＩ・（ｒ−√（ｒ²−ｙ²）） となり、 ｘ−（ｆ／Δｆ）・（ｒ−√（ｒ²−ｙ²）） を与える。 この式は、前記アンテナの各素子間に必要とされるヘビ状ラインの長さｘに関 して解答することが可能である。たいてい、周波数偏差は、発振器及び混信を起 こす装置を考慮に入れ、並びに当該装置による波面の半径により固定され、故に 、ヘビ状ラインの長さを要求を満たすように選択することが可能である。 上記の開示から、他の応用例及び変形例は当業者にとって明らかであろう。こ のような応用例及び変形例は、従来技術において既知であるような、また本願明 細書中に既に述べたような特徴に代えて使用する、あるいは加えて使用すること ができるような他の特長を含んでも良い。本願では特定の特徴の組み合わせにつ いて特許請求の範囲が規定されているが、本願特許請求の範囲に記載される発明 に同一か否か、及び本願請求発明と同様の技術的問題点のいくつかあるいは全て が解決されるか否かにかかわらず、本願の開示範囲は、本願明細書中に明白にあ るいは暗に記載されているいかなる新規な特徴または特徴の組み合わせも含むと 理解されるべきである。本願審査の際にまた本願より発生する新しい出願にこの ような特徴及び／またはこのような特徴の組み合わせを規定する新たな特許請求 の範囲の範囲を規定しても良いことを本出願人はこれにより主張します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．上昇及び下降周波数ランプを提供するために配置されるレーダ出力信号を持 つ発振器と該レーダ出力信号を送信するための手段と障害物からの反射レーダ信 号を受信するための手段と該レーダ出力信号及び該反射レーダ信号に応答する処 理手段とを有する周波数変調連続波レーダシステムにおいて、 前記処理手段が、前記上昇周波数ランプの間に信号を反射する各障害物に関す る第１の仮距離を得るための手段と、 前記下降周波数ランプの間に信号を反射する各障害物に関する第２の仮距離を 得るための手段と、 複数の第１の仮距離から各障害物に関する第１の速度推定値を決定するための 手段と、 複数の第２の仮距離から各障害物に関する第２の速度推定値を決定するための 手段と、 第１の仮距離と前記第１の速度推定値に応じて各障害物に関する第１の距離推 定値を得るための手段と、 第２の仮距離と前記第２の速度推定値に応じて各障害物に関する第２の距離推 定値を得るための手段と、 同一の障害物に対応する第１の距離推定値と第２の距離推定値とを決定するた めの手段とを有することを特徴とする周波数変調連続波レーダシステム。 ２．各障害物の半径方向速度を該障害物に対応する前記第１の仮距離と第２の仮 距離との間の差から決定するための手段をさらに有することを特徴とする請求項 １に記載のシステム。 ３．前記レーダ出力信号を送信する前記手段及び反射レーダ信号を受信するため の前記手段の少なくとも一つが周波数走査アンテナアレーを持つことを特徴とす る請求項１または２に記載のシステム。 ４．前記処理手段はさらに前記反射レーダ信号及び前記発振器レーダ出力信号の 周波数に応じて障害物の距離及び方位を得るために前記周波数走査アンテナアレ ーのビーム幅の複数部分を分析するための手段を有し、 全ビーム幅の複数部分を分析する前記手段は前記ビーム幅の第１の部分を分析 するための手段と前記ビーム幅のより小さい第２の部分を分析するための手段と を有することを特徴とする請求項３に記載のシステム。 ５．前記ビーム幅の複数部分を分析するための前記手段はさらに前記全ビーム幅 の第３の部分を分析するための手段を有し、 前記第３の部分は前記第２の部分よりも小さいことを特徴とする請求項４に記 載の装置。 ６．前記走査アンテナアレーはフィード、複数のアンテナ素子からなる第１のア レー及び複数のアンテナ素子からなる第２のアレーを有し、 前記複数のアンテナ素子からなる第１のアレーは、前記複数のアンテナ素子あ らなる第２のアレーに対向して配置され、 前記第１及び第２のアレーは前記各素子を結合するためにへび状フィードを持 ち、 前記へび状フィードは連続するアンテナ素子間において種々の長さを持つこと を特徴とする請求項３に記載のシステム。 ７．連続するアンテナ素子間のへび状フィードの長さは前記フィードからより離 れた該素子に関してより大きくなることを特徴とする請求項６に記載のレーダ装 置。 ８．前記複数のアンテナ素子からなる前記第１及び第２のアレーは前記フィード について略々対称的であることを特徴とする請求項６または７に記載のレーダ装 置。