JP2005049310A - 車両用レーダ装置および当該レーダ装置の車両への装着角度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の幅方向に配置される複数の受信アンテナ素子を備える受信アンテナを、車両に対して正しい装着角度に容易に調整可能にすること。
【解決手段】送受信ユニット１２の少なくとも１つの受信アンテナ素子ＡＲＮの垂直方向における受信ビーム軸が他のアンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸とずれるように、各受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮが形成される。このため、受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＮ−１のターゲット１４による受信信号の振幅（強度）は、受信アンテナ素子ＡＲＮの受信信号の振幅（強度）と異なり、その振幅差は、各受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの垂直方向における受信ビーム軸の向きに依存して変化する。従って、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸が所望の方位に正しく向いている場合の振幅差を予め計測し、それを目標振幅差とすることにより、送受信ユニット１２の装着角度を容易かつ正確に調整できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、レーダ波の送受信により車両の周囲に存在する対象物を検出する車両用レーダ装置に関し、特に、その車両用レーダ装置の車両への取り付け角度の調整に関するものである。

車両用レーダ装置として、例えば特許文献１に示されるように、ミリ波等のレーダ波を送信する送信アンテナ及び車両の幅方向に配置された複数のアンテナ素子からなる受信アンテナを備えたものがある。この車両用レーダ装置においては、複数の受信アンテナ素子によって受信された受信信号の位相差から反射物体としての前方車両等の方位を検出するとともに、その受信信号に対して周波数解析等の処理を施し、前方車両との距離および相対速度を検出する。このようにして前方車両等の方位、距離および相対速度を検出可能なレーダ装置は、例えば、前方車両との車間距離が短い場合に警報を発生する装置や、前方車両と所定の車間距離を維持するように車速を制御する装置などに適用される。
特開２００１−５１０５０

ここで、上述したレーダ装置による前方車両等の検出感度を向上するためには、受信アンテナの受信ビームのビーム軸が、垂直方向（車両の高さ方向）及び水平方向（車両の幅方向）において、前方車両等の反射物体を検出すべきエリアに正しく向けられている必要がある。しかしながら、水平方向（車両の幅方向）におけるビーム軸の向きは、車両の幅方向に配置された複数のアンテナ素子の受信信号から容易に判断することができるが、垂直方向におけるビーム軸の向きは受信信号から判断することはできない。

このため、例えばレーザポインタ治具や水準器を送信アンテナ及び受信アンテナを含む送受信ユニットに組み付け、それらを用いて、特に垂直方向における送受信ユニットの車両への取り付け角度を調整していた。従って、ビーム軸とレーザポインタ軸とを一致させる際の精度を確保しなければならない等、その調整作業は手間がかかるものであるとともに、精度を確保することも困難であった。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、特に車両の幅方向に配置される複数の受信アンテナ素子を備える受信アンテナを、車両に対して正しい角度に容易に調整することが可能な車両用レーダ装置及び当該レーダ装置の車両への装着角度調整方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の車両用レーダ装置は、
車両の幅方向に沿って配置されるとともに、複数の受信ビームの内、少なくとも１つの受信ビームの垂直方向におけるビーム軸が残りの受信ビームの垂直方向におけるビーム軸とずれるように形成された複数の受信アンテナ素子を有する受信アンテナと、
複数の受信アンテナ素子による受信ビームの領域をカバーする送信ビーム領域を備える送信アンテナと
車両への装着角度調整時に、送信アンテナによって所定の位置に設置されたターゲットに対して送信信号を送信させ、そのターゲットによる送信信号の反射波を複数の受信アンテナ素子によって受信させて受信信号を発生し、受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号の振幅と、受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号の振幅との振幅差を算出する振幅差算出手段とを備えることを特徴とする。

請求項１記載の車両用レーダ装置によれば、少なくとも１つの受信アンテナ素子の垂直方向における受信ビーム軸が残りのアンテナ素子の受信ビーム軸とずらされる。このため、残りの受信アンテナの受信ビーム軸が上述した垂直方向において、ターゲットを基準とする所望の方位に正しく向けられた場合には、その残りの受信アンテナ素子の受信信号の振幅（強度）は、受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号の振幅（強度）よりも大きくなり、両者には振幅差が発生する。その振幅差の大きさは、各受信アンテナ素子の垂直方向における受信ビーム軸の向きに依存して変化する。従って、受信ビーム軸がずらされていないアンテナ素子の受信ビーム軸がターゲットを基準とする所望の方位に正しく向いている場合の振幅差を予め計測しておき、それを目標振幅差として、受信アンテナの装着角度調整時に、振幅差算出手段によって算出される振幅差が目標振幅差に一致するようにアンテナ素子の装着角度を調整することにより、その調整を容易かつ正確に行うことができる。

この場合、請求項２に記載したように、受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信ビーム軸の垂直方向における方位と振幅差との関係を予め記憶する記憶手段を備えることが好ましい。このようにすれば、個々のレーダ装置における受信アンテナ素子のビーム軸の向きに関して個体差がある場合でも、受信ビーム軸のずらされていない受信アンテナ素子のビーム軸を所望の方向に正しく向かうように調整できる。なお、個々のレーダ装置において、受信アンテナ素子のビーム軸の向きに関する固体差が小さい場合には、一定の目標振幅差を用いて調整することが可能であり、この場合には、上述した関係を記憶しておく必要はない。

また、請求項３に記載したように、送信アンテナからは、連続的に周波数が変化するように周波数変調された送信信号が送信され、
振幅差算出手段は、複数の受信アンテナ素子が発生する複数の受信信号と送信信号との周波数の差に相当するビート信号をそれぞれ生成するビート信号生成手段と、このビート信号生成手段によって生成されるそれぞれのビート信号に関して、そのビート信号に含まれる各周波数成分の大きさを示す周波数スペクトルを演算する周波数スペクトル演算手段とを備え、
周波数スペクトル演算手段によって演算された周波数スペクトルのピークを受信信号の振幅として、振幅差を算出することが好ましい。

上述した手法で演算される周波数スペクトルのピークは、ターゲートからの反射波の強度を高精度に示すものとなる。このため、この周波数スペクトルのピークを受信信号の振幅として振幅差を算出することにより、正確に振幅差を算出できる。従って、その振幅差に基づいて、受信アンテナの装着角度を正しく調整することができる。

また、請求項４に記載のように、車両用レーダ装置は、さらに、周波数スペクトル演算手段が演算する周波数スペクトルのピーク周波数に基づいて、送信信号を反射する反射物体までの距離および当該反射物体との相対速度を検出する反射物体検出手段を備えることを特徴とする。すなわち、本車両用レーダ装置は、反射物体までの距離及び反射物体との相対速度を検出するために、レーダ装置が通常備えるべき、ビート信号生成手段、周波数スペクトル演算手段、及び反射物体検出手段を備えるだけで、上述した振幅差を算出することができる。

そして、本車両用レーダ装置の受信アンテナは、複数の受信アンテナ素子を有しているので、請求項５に記載するように、周波数スペクトル演算手段が演算する周波数スペクトルのピーク周波数における位相差から反射物体の車両幅方向における方位を検出することができる。

また、請求項６に記載したように、受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号の振幅は、複数の受信アンテナ素子の受信信号を平均化することにより算出することが好ましい。これにより、Ｓ／Ｎ比が向上するため、振幅差の算出をより正確に行うことができる。なお、この場合、請求項７に記載したように、複数の受信アンテナ素子の受信信号を平均化する際、受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号も含めても良い。この場合であっても、受信ビーム軸をずらした受信アンテナ素子の受信信号の振幅と、複数の受信アンテナの受信信号を平均化した後の振幅とには振幅差が生じる。

請求項８に記載したように、複数の受信アンテナ素子の中で、車両の幅方向の端部に配置された受信アンテナ素子の受信ビーム軸をずらすことが好ましい。端部に配置された受信アンテナ素子の受信信号は、反射物体の方位を検出する際、中央部に配置されたアンテナ素子の受信信号よりも、方位検出に及ぼす影響が小さいため、受信ビーム軸をずらすことによる影響を軽減できる。

また、請求項９に記載したように、受信ビーム軸は、地面方向に向けてずらされるとともに、反射物体検出手段は、所定距離以上離れた反射物体の検出のために、ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号を用いるとともに、所定距離以内に存在する反射物体の検出のために、受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号を用いるようにしても良い。このようにすれば、受信アンテナ素子のビーム軸を地面方向にずらせた場合であっても、遠距離に存在する反射物体の検出性能の低下を防止することができる。さらに、近距離に存在する反射物体の検出用の受信アンテナ素子を、遠距離検出用の受信アンテナ素子とは別途、設定することができる。

請求項１０には、車両用レーダ装置の車両への装着角度を調整する方法が記載される。この装着角度調整方法は、
送信アンテナから、所定の位置に設置されたターゲットに対して送信信号を送信する送信ステップと、
ターゲットによる送信信号の反射波を複数の受信アンテナ素子によって受信し、受信信号を発生する発生ステップと、
受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号の振幅と、受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号の振幅との振幅差を算出する算出ステップとからなる。

このように、受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号の振幅と、受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号の振幅との振幅差を算出し、この振幅差が所定値となるように、受信アンテナの垂直方向における装着角度を調整すれば、受信アンテナ素子の受信ビーム軸を垂直方向における所望の方位に設定することができる。

この場合、請求項１１に記載のように、受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信ビーム軸の垂直方向における方位と振幅差との関係を予め求め、その関係に基づいて、受信アンテナの垂直方向における装着角度を調整することが好ましい。これにより、各車両用レーダ装置の個体差によらず、受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信ビーム軸が垂直方向においてターゲットを基準とする所望の方位を指向するように、受信アンテナの装着角度を調整することができる。

なお、請求項１２〜請求項１４に記載した装着角度調整方法の作用については、上述した請求項３，６，７と同様であるため、その説明を省略する。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における車両用レーダ装置の全体構成を表すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態のレーダ装置２は、送信アンテナＡＳを介してミリ波帯のレーダ波を送信する送信器４を備えている。この送信器４は、時間に対して周波数が漸増、漸減を繰り返すように変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する高周波発振器１２と、高周波発振器１２の出力を送信信号ｆｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１４とから構成される。そして、送信信号ｆｓは、送信アンテナＡＳに供給され、ローカル信号Ｌは、受信器６へ供給される。

また、本実施形態のレーダ装置２は、先行車両等の反射物体によって反射されたレーダ波（以下、反射波）を受信する、Ｎ個の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮからなる受信アンテナを備える。反射波がＮ個のアンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮで受信されると、各アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮはその反射波に応じた受信信号ｆｒ１〜ｆｒＮを発生し、受信器６に与える。

受信器６は、各アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮに対応して、受信信号ｆｒ１〜ｆｒＮとローカル信号Ｌとをミキシングして、これらの信号の差の周波数に相当するビート信号Ｂ１〜ＢＮを生成するＮ個のミキサＭＸ１〜ＭＸＮと、各ミキサＭＸ１〜ＭＸＮで発生されたビート信号Ｂ１〜ＢＮをそれぞれ増幅するＮ個の増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮを備えている。なお、増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮは、ビート信号Ｂ１〜ＢＮから不要な高周波成分を除去するフィルタ機能も有している。

増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮによって増幅されたビート信号Ｂ１〜ＢＮは、Ａ／Ｄ変換部８に与えられる。Ａ／Ｄ変換部８は、ビート信号Ｂ１〜ＢＮをそれぞれサンプリングしてデジタルデータＤ１〜ＤＮに変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器ＡＤ１〜ＡＤＮを備えている。Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１〜ＡＤＮによって変換された各ビート信号Ｂ１〜ＢＮのデジタルデータＤ１〜ＤＮは、マイクロコンピュータ１０に与えられ、各種の信号処理に用いられる。

なお、上述した例では、ミキサＭＸ１〜ＭＸＮ、増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮ、及びＡ／Ｄ変換器ＡＤ１〜ＡＤＮを、Ｎ個の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮに対応してそれぞれＮ個づつ設けた。しかしながら、ミキサ、増幅器、及びＡ／Ｄ変換器をそれぞれ１個のみ用意し、例えばマルチプレクサを用いて、Ｎ個の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの受信信号を切り換えつつ順次ミキサに入力するように構成しても良い。

マイクロコンピュータ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成され、Ａ／Ｄ変換部８からのデジタルデータＤ１〜ＤＮに基づき、先行車両等の反射物体との距離、相対速度、方位の検出を行う検出処理を実行する。このマイクロコンピュータ１０は、それらの処理を行う際にデジタルデータＤ１〜ＤＮに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサを備えている。

このように構成された車両レーダ装置２においては、図２（ａ）に示すように、周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ）であるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信される。そのレーダ波が先行車両等の反射物体によって反射されると、その反射波が各受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮにて受信される。そのとき、各受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＮにて発生される受信信号は、受信器６のミキサＭＸ１〜ＭＸＮにてローカル信号Ｌと混合されることにより、各受信信号とローカル信号Ｌ（送信信号ｆｒ）との差の周波数成分に相当するビート信号Ｂ１〜ＢＮが生成される。なお、各Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１〜ＡＤＮは、送信信号ｆｓの周波数変動周期の半周期毎、つまり周波数が漸増する周波数上昇部及び周波数が漸減する周波数下降部毎に、ビート信号Ｂ１〜ＢＮを所定回数づつサンプリングしてＡ／Ｄ変換する。これにより、図２（ｂ）に示すように、周波数上昇部及び周波数下降部とでそれぞれビート信号が生成される。

ここで、周波数上昇部及び周波数下降部のビート信号を用いた、反射物体との距離及び相対速度の検出手法について説明する。図２（ａ）において、レーダ装置を取り付けた車両と、レーダ波を反射する反射物体との移動速度が等しい（相対速度Ｖ＝０）場合、反射物体で反射したレーダ波は、反射物体との間の距離Ｄを往復に要する時間だけ遅延する。この場合、受信信号ｆｒは、送信信号ｆｓからその遅延時間分だけ時間軸に沿ってシフトしたものとなり、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは等しく（ｆｂｕ＝ｆｂｄ）なる。

一方、レーダ装置を取り付けた車両と反射物体との移動速度が異なる（相対速度Ｖ≠０）場合、反射物体で反射したレーダ波は、反射物体との相対速度Ｖに応じたドップラシフトを受ける。このため、受信信号ｆｒは、反射物体との距離Ｄに応じた遅延時間分のシフトに加え、相対速度Ｖによるドップラ成分の分だけ、周波数軸に沿ってシフトしたものとなる。この場合、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは異なったもの（ｆｂ１≠ｆｂ２）となる。

このように、受信信号ｆｒは、反射物体との距離Ｄ及び相対速度Ｖに応じて、時間軸及び周波数軸方向にシフトされる。換言すれば、送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの時間軸における周波数の差は反射物体との距離Ｄに対応し、周波数軸における周波数の差は相対速度Ｖに対応する。それぞれの周波数は、下記の数式１及び数式２から求めることができる。
（数１）
距離Ｄに対応する周波数ｆｂ＝（|ｆｂｕ|＋|ｆｂｄ|）／２
（数２）
相対速度Ｖに対応する周波数ｆｄ＝（|ｆｂｕ|−|ｆｂｄ|）／２
これらの距離Ｄ及び相対速度Ｖに対応する周波数ｆｂ、ｆｄから、以下の数式３及び数式４によって、反射物体との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出することが出来る。
（数３）
Ｄ＝｛Ｃ／（４×ΔＦ×ｆｍ）｝×ｆｂ
（数４）
Ｖ＝｛Ｃ／（２×ｆ０）｝×ｆｄ
なお、△Ｆは送信信号ｆｓの周波数変調幅、ｆ０は送信信号ｆｓの中心周波数、ｆｍは繰り返し周波数、Ｃは光速を表す。

次に、本実施形態における車両用レーダ装置の、特に送信アンテナＡＳと複数の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮを備えた送受信ユニットの車両への装着角度の調整方法について説明する。

図３は、送信アンテナＡＳと複数の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮを備えた送受信ユニット１２の構成を示す平面図である。図３に示すように、送信アンテナＡＳと複数の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮは、共通の基板に形成されている。送信アンテナＡＳは、その共通基板の端部に位置し、すべての受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの受信ビーム領域をカバーできる領域にレーダ波を送信可能な送信ビーム領域を有している。

Ｎ個の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮは、車両の幅方向に沿って一列に等間隔で配列されている。これらＮ個の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの受信ビームは、相互に重なり合うように設計されており、それによって、前方車両等の反射物体からの反射波の位相差に基づいて、その反射物体の車両幅方向における方位を算出することができる。また、Ｎ個の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの受信ビームに関して、図４に示すように、少なくとも１個の受信アンテナ素子（本実施形態では、送信アンテナＡＳと反対側端部の受信アンテナ素子ＡＲＮ）の受信ビーム軸が、残りの受信アンテナ素子（本実施形態では受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１）の受信ビーム軸から下方向（地面方向）にずれるように、各受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮが共通基板に形成されている。

このため、受信アンテナの車両への装着角度に応じて、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１と受信アンテナＡＲＮとの受信感度に差が生じるため、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信信号ｆｒ１〜ｆｒＮ−１に含まれる信号強度は、受信アンテナ素子ＡＲＮの受信信号ｆｒＮに含まれる信号強度と異なることになる。この信号強度の差は、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸と受信アンテナ素子ＡＲＮの受信ビーム軸とのずれ角に応じて一義的に決まる。本実施形態では、このような関係を利用して、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸の垂直方向（車両の高さ方向）における方位を正しく調整することを可能とした。以下に、その調整方法の具体例を、図５のフローチャートに基づいて説明する。

まず、図６に示すように、送受信ユニット１２を仮組み付けした車両に対して、所定の高さに設置されたターゲット１４を、所定の距離だけ離れた位置に移動させる。この状態において、図５のフローチャートに示す処理を実行することにより、送受信ユニット１２の垂直方向における装着角度、すなわち、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸の垂直方向における方位を設定する。

図５のフローチャートにおいては、まずステップＳ１０において、ターゲット１４に向けて送信アンテナＡＳよりレーダ波を送信するとともに、その反射波を各受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮにて受信する。このとき、反射波が各受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮによって受信されることにより、各受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの受信信号ｆｒ１〜ｆｒＮに応じたビート信号Ｂ１〜ＢＮが受信器６から出力される。そのビート信号Ｂ１〜ＢＮは、Ａ／Ｄ変換部８によってデジタルデータＤ１〜ＤＮに変換された後、マイコン１０に読み込まれ、ＲＡＭに一時保存される。なお、このときのビート信号Ｂ１〜ＢＮは、周波数上昇部あるいは周波数下降部の少なくともどちらか一方に関して取得される。

続くステップＳ２０では、ビート信号Ｂ１〜ＢＮとしてＲＡＭに保存された各デジタルデータＤ１〜ＤＮに対して周波数解析処理（高速フーリエ変換処理）を実行する。この高速フーリエ変換処理の結果として、ビート信号Ｂ１〜ＢＮの各周波数毎の複素ベクトルが得られる。この複素ベクトルの絶対値は、対応する各周波数の振幅（強度）を示すものである。すなわち、高速フーリエ変換処理によって、各ビート信号Ｂ１〜ＢＮに関して、周波数ごとの強度を示したスペクトルデータが得られる。さらに、このステップＳ２０では、受信ビーム軸をずらした受信アンテナ素子ＡＲＮの周波数スペクトルデータをＲＡＭに一時格納する。

次に、ステップＳ３０では、すべての受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮのビート信号Ｂ１〜ＢＮに対して算出された周波数スペクトルデータを平均化処理する。そしてステップＳ４０では、その平均化したスペクトルデータからピーク周波数を抽出する。ここで、各ビート信号Ｂ１〜ＢＮには異なるノイズが重畳され、また、各受信チャンネルの経路や各アンテナＡＲ１〜ＡＲＮの性能が微妙に異なることがあるため、各ビート信号Ｂ１〜ＢＮのピーク周波数に多少のずれが生じる場合がある。そのため、上記のように各ビート信号Ｂ１〜ＢＮの各周波数成分の強度を示すスペクトルデータを平均化し、その結果から共通のピーク周波数を抽出する。これにより、ノイズはランダムであるため、平均化処理によりノイズ成分の強度はピーク周波数の強度に対して小さくなり、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。なお、ピーク周波数の抽出方法としては、例えば、各周波数の振幅の変化を順次求め、その前後にて振幅の変化の符号がプラスからマイナスに反転する周波数にピークがあるものとして、その周波数をピーク周波数として特定すれば良い。

このようにしてピーク周波数を抽出すると、そのピーク周波数における、受信アンテナ素子ＡＲＮの周波数スペクトルデータの振幅と、平均スペクトルデータの振幅との振幅差を算出し、図示しない振幅差を方位に換算する角度表示器に出力する。両振幅は、車両から所定距離離れたターゲット１４によって生じたものであり、その振幅差は、予め所定角度ずらされた受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸と、受信アンテナ素子ＡＲＮの受信ビーム軸との、ターゲット１４に対する向きに応じて変化する。すなわち、この振幅差が、予め算出されている目標振幅差と一致すると、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸はターゲットを基準とする所望の方位を指していることになる。そのため、車両に仮組み付けされた送受信ユニットの装着角度を調整する作業者は、表示される方位が目標方位とずれている場合には、装着角度を変更し、上述した処理を再度実行させる。そして、表示される方位が目標方位に一致した場合には、ステップＳ５０において、車両用レーダ装置に対して調整作業の終了を指示する。

ここで、複数の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの高さ方向における方位と振幅（差）との関係を図７のグラフに示す。図７のグラフにおいて、横軸は、垂直方向における方位であり、狙いとする垂直方向の方位を０（ｄｅｇ）としており、縦軸は、振幅（差）をｄｂにて示している。

図７に示すように、方位０（ｄｅｇ）で受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの受信信号ｆｒ１〜ｆｒＮのスペクトルデータから得られた平均振幅（以下、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの平均振幅）はほぼ最大となるのに対し、受信アンテナ素子ＡＲＮの受信信号ｆｒＮのスペクトルデータから得られた振幅（以下、受信アンテナＡＲＮの振幅）は方位がθ（ｄｅｇ）付近のときに最大となる。これは、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸と受信アンテナ素子ＡＲＮの受信ビーム軸が約θ（ｄｅｇ）ずれていることを意味している。そして、図７に示すように、受信アンテナ素子ＡＲＮの受信ビーム軸は下方向にずれているため、送受信ユニット１２が狙いとする方位よりも上方向に向いている場合、受信アンテナ素子ＡＲＮの振幅の最大値付近で、受信アンテナ素子ＡＲＮの振幅がアンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの平均振幅よりも大きくなる。一方、送受信ユニット１２が狙いとする方位よりも下方向に向いている場合には、受信アンテナ素子ＡＲＮの受信感度は、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信感度よりも大きく低下するため、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの平均振幅は受信アンテナ素子ＡＲＮの振幅よりも大きくなる。

受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの平均振幅と、受信アンテナ素子ＡＲＮの振幅とは、このような大小関係を有するため、その振幅差は、図７に示すように、送受信ユニット１２が狙いとする方位よりも上方向を向いているときには、振幅差がマイナスの値から所定値未満のプラスの値までの範囲となり、狙いとする方位よりも下方向を向いているときには、所定値よりも大きいプラスの範囲となる。このように、狙いとする方位の近傍においては、振幅差は単純増加の特性を示すので、方位０（ｄｅｇ）を目標方位として設定することで、容易に送受信ユニット１２の装着角度の調整を行うことができる。

なお、目標方位として設定される方位は、ターゲット１４の設置高さに依存し、必ずしも方位０である必要はなく、プラスやマイナスの所定方位であっても良い。また、上述した実施形態では、受信ビーム軸をずらした受信アンテナ素子ＡＲＮの振幅と、すべての受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの平均振幅との振幅差を方位に換算している。しかしながら、受信ビーム軸をずらしていない受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＮ−１の平均振幅、あるいは受信ビーム軸をずらしていない受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１のいずれかの受信アンテナ素子の振幅との振幅差を求めて方位に換算し、これを目標方位と一致するように送受信ユニット１２の装着角度を調整することも可能である。

さらに、上述した実施形態においては、目標とする振幅差に対応する目標方位を予め算出するものであったが、個々のレーダ装置に関して、個別に、図７に示すような振幅差と方位との関係を測定し、これを各レーダ装置のメモリに保存しても良い。そして、レーダ装置の送受信ユニット１２を車両に装着する際に、その保存した測定データを読出し、振幅差から換算される方位が０（ｄｅｇ）となるように、送受信ユニット１２の装着角度を調整する。このようにすれば、個々のレーダ装置における受信アンテナ素子のビーム軸の向き等に個体差がある場合でも、受信ビーム軸のずらされていない受信アンテナ素子のビーム軸を所望の方位に正しく向かうように調整できる。

次に、マイクロコンピュータ１０にて実行される、反射物体との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１００において、先行車両等の反射物体により反射したレーダ波を受信することにより受信器６から出力されるビート信号Ｂ１〜ＢＮのデジタルデータＤ１〜ＤＮが、それぞれ周波数上昇部及び周波数下降部において所定個数づつ読み込まれ、ＲＡＭに一時保存される。

続くステップＳ１１０では、周波数上昇部及び周波数下降部のビート信号Ｂ１〜ＢＮとしてＲＡＭに保存された各デジタルデータＤ１〜ＤＮに対して周波数解析処理（高速フーリエ変換処理）を実行する。この高速フーリエ変換処理によって、各ビート信号Ｂ１〜ＢＮに対して、周波数ごとの強度を示したスペクトルデータが得られる。なお、この高速フーリエ変換処理は、周波数上昇部におけるビート信号Ｂ１〜ＢＮと周波数下降部におけるビート信号Ｂ１〜ＢＮとに対して、別個に行なわれる。

次にステップＳ１２０では、各ビート信号Ｂ１〜ＢＮに対して算出された周波数スペクトルデータを周波数上昇部及び周波数下降部毎に平均化処理する。そしてステップＳ１３０では、その平均化した上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータから、ビート信号Ｂ１〜ＢＮの共通の上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数を抽出する。この場合、上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータから、そのスペクトル上でピークとなる全ての周波数成分を抽出して、その周波数をピーク周波数として特定する。なお、理論的には、同一の反射物体によって反射された反射波を受信した場合、各ビート信号Ｂ１〜ＢＮは同じ周波数にピーク周波数成分を有するはずである。このため、１つのビート信号Ｂ１〜ＢＮのスペクトルデータを求め、そのスペクトルデータからピーク周波数を抽出し、他のビート信号Ｂ１〜ＢＮにも同様のピーク周波数が発生していると推測しても良い。このようなステップＳ１３０の処理により、各ビート信号Ｂ１〜ＢＮに対して共通の上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数が抽出される。

ステップＳ１４０では、ステップＳ１３０にて抽出した上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とに基づいて、上述した数式１〜数式４を利用して、反射物体との距離Ｄ及び相対速度Ｖを演算する。なお、上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数が複数ある場合には、各ピーク周波数を生じさせた反射物体の方位等に基づいてペアマッチを行った後に、距離Ｄ及び相対速度Ｖを演算する。

なお、本実施形態においては、上述したビート信号Ｂ１〜ＢＮのスペクトルデータのピーク周波数を持つ周波数信号（ビート周波数信号）に対して、さらに周波数解析処理（空間ＦＦＴ）を行い、ビート周波数信号の位相差を周波数に変換する。この位相差は、反射物体から各アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮまでのレーダ波の経路長の差に起因するものであり、この位相差を周波数に変換することにより、その周波数から反射物体の方位を算出することができる。

ここで、本実施形態においては、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの内、端部に配置される受信アンテナ素子ＡＲＮの受信ビームをずらしている。上述した空間ＦＦＴにおいては、周波数を求める際、入力信号に対して重み付けを行うが、通常、端部に位置する受信アンテナ素子のビート周波数信号には、中央部に位置する受信アンテナ素子のビート周波数信号よりも小さな重みが与えられる。このため。端部に配置される受信アンテナ素子ＡＲＮの受信ビーム軸をずらせても、反射物体の方位検出に与える影響を小さく抑えることができる。

また、上述したように、本実施形態においては、受信アンテナ素子ＡＲＮの振幅として、スペクトルデータのピーク周波数の振幅を用いている。このスペクトルデータを算出するための構成は、従来のレーダ装置が備えていたものである。換言すれば、本実施形態によるレーダ装置は、従来のレーダ装置との基本構成をほぼそのまま採用しながら、送受信ユニット１２の角度調整を容易かつ正確に行うことができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態におけるレーダ装置の構成は、前述の第１実施形態とほぼ同様である。

本実施形態においては、通常は、受信ビーム軸をずらせていない受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信信号ｆｒ１〜ｆｒＮ−１に対して、上述した第１実施形態と同様の信号処理を行って、反射物体との距離Ｄ、相対速度Ｖ、及び方位を算出しつつ、その反射物体との距離Ｄが所定の距離未満の近距離である場合には、さらに、受信アンテナ素子ＡＲＮの受信信号ｆｒＮに基づいて、その反射物体との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出する。

受信アンテナ素子ＡＲＮの受信ビーム軸は、他の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸よりも地面方向を向いている。このため、受信アンテナ素子ＡＲＮの最大検出距離は他の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１よりも短くなる。このため、遠距離に存在する反射物体に関しては、受信アンテナ素子ＡＲＮを除く、受信ビーム軸をずらせていない受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信信号ｆｒ１〜ｆｒＮ−１から距離Ｄ等を求める。これにより、受信アンテナ素子ＡＲＮの受信ビーム軸を地面方向にずらせた場合であっても、遠距離に存在する反射物体の検出能力を低下させることを防止できる。なお、受信アンテナ素子ＡＲＮの受信信号ｆｒＮは、近距離に存在する反射物体の検出に用いる。すなわち、近距離検出用の受信アンテナ素子ＡＲＮが、遠距離検出用の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１とは別途設定される。

図９に第２実施形態によるレーダ装置において実施される、反射物体検出処理のフローチャートを示す。

ステップＳ１００及びステップＳ１１０の処理は、上述した第１実施形態の処理と同様である。ステップＳ１２５では、受信ビーム軸をずらしていない受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の周波数スペクトルデータを周波数上昇部及び周波数下降部ごとに平均化処理する。そしてステップＳ１３５では、その平均化した上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータから、ビート信号Ｂ１〜ＢＮ−１の共通の上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数を抽出する。

ステップＳ１４５では、ステップＳ１３５にて抽出した上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とに基づいて、上述した数式１〜数式４を利用して、反射物体との距離Ｄ及び相対速度Ｖを演算するとともに、反射物体の方位を算出する。ステップＳ１５０では、ステップＳ１４５にて算出した距離Ｄが所定値以下であるか否かを判定する。このとき、距離Ｄが所定値以下であり、反射物体が近距離に存在すると判定されると、ステップＳ１６０において、受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子ＡＲＮの周波数スペクトルデータに基づいて、再度、反射物体との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出する。

以上、本発明の好ましい実施形態に関して説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形、修正して実施することができる。

例えば、上述した第１実施形態及び第２実施形態においては、受信ビーム軸をずらす受信アンテナ素子の数を１個としたが、２個以上の複数であっても良い。さらに、送信アンテナを複数設けても良い。

第１実施形態における車両用レーダ装置の全体構成図を表すブロック図である。 レーダ装置における反射物体の距離及び相対速度の検出原理について説明するものであり、（ａ）は送信信号ｆｓ及び受信信号ｆｒを示すグラフであり、（ｂ）は送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの周波数の差に相当するビート周波数を示すグラフである。 送信アンテナＡＳと複数の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮを備えた送受信ユニットの構成を示す平面図である。 受信アンテナ素子ＡＲＮの受信ビーム軸が、受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮ−１の受信ビーム軸から下方向（地面方向）にずれた様子を示す説明図である。 送受信ユニットの車両への装着角度調整のために、レーダ装置において実施される処理を示すフローチャートである。 車両とターゲットとの位置関係を示す斜視図である。 複数の受信アンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮの高さ方向における方位と振幅（差）との関係を示すグラフである。 第１実施形態における、反射物体との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における、反射物体との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

２…レーダ装置、４…送信器、６…受信器、８…Ａ／Ｄ変換部、１０…マイクロコンピュータ、１２…送受信ユニット、１４…ターゲット、ＡＳ…送信アンテナ、ＡＲ１〜ＡＲＮ…受信アンテナ素子、ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮ…増幅器、ＭＸ１〜ＭＸＮ…ミキサ、ＡＤ１〜ＡＤＮ…Ａ／Ｄ変換器

Claims (14)

1. 車両の幅方向に沿って配置されるとともに、複数の受信ビームの内、少なくとも１つの受信ビームの垂直方向におけるビーム軸が残りの受信ビームの垂直方向におけるビーム軸とずれるように形成された複数の受信アンテナ素子を有する受信アンテナと、
   前記複数の受信アンテナ素子による受信ビームの領域をカバーする送信ビーム領域を備える送信アンテナと
   車両への装着角度調整時に、前記送信アンテナによって所定の位置に設置されたターゲットに対して送信信号を送信させ、そのターゲットによる送信信号の反射波を前記複数の受信アンテナ素子によって受信させて受信信号を発生し、前記受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号の振幅と、前記受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号の振幅との振幅差を算出する振幅差算出手段とを備えることを特徴とする車両用レーダ装置。
2. さらに、前記受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信ビーム軸の垂直方向における方位と前記振幅差との関係を予め記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用レーダ装置。
3. 前記送信アンテナからは、連続的に周波数が変化するように周波数変調された送信信号が送信され、
   前記振幅差算出手段は、
   前記複数の受信アンテナ素子が発生する複数の受信信号と前記送信信号との周波数の差に相当するビート信号をそれぞれ生成するビート信号生成手段と、
   前記ビート信号生成手段によって生成されるそれぞれのビート信号に関して、そのビート信号に含まれる各周波数成分の大きさを示す周波数スペクトルを演算する周波数スペクトル演算手段とを備え、
   前記周波数スペクトル演算手段によって演算された周波数スペクトルのピークを前記受信信号の振幅として、前記振幅差を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用レーダ装置。
4. さらに、前記周波数スペクトル演算手段が演算する周波数スペクトルのピーク周波数に基づいて、前記送信信号を反射する反射物体までの距離および当該反射物体との相対速度を検出する反射物体検出手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の車両用レーダ装置。
5. さらに、前記周波数スペクトル演算手段が演算する周波数スペクトルのピーク周波数における位相差から前記反射物体の車両幅方向における方位を検出する方位検出手段を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の車両用レーダ装置。
6. 前記受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号の振幅は、複数の受信アンテナ素子の受信信号を平均化することにより算出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の車両用レーダ装置。
7. 前記複数の受信アンテナ素子の受信信号を平均化する際、受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号も含めることを特徴とする請求項６に記載の車両用レーダ装置。
8. 前記複数の受信アンテナ素子の中で、前記車両の幅方向の端部に配置された受信アンテナ素子の受信ビーム軸をずらすことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の車両用レーダ装置。
9. 前記受信ビーム軸は、地面方向に向けてずらされるとともに、前記反射物体検出手段は、所定距離以上離れた反射物体の検出のために、前記ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号を用いるとともに、前記所定距離以内に存在する反射物体の検出のために、前記受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号を用いることを特徴とする請求項４に記載の車両用レーダ装置。
10. 車両用レーダ装置の車両への装着角度を調整する方法であって、当該車両用レーダ装置は送信アンテナと受信アンテナを備え、受信アンテナは、車両の幅方向に沿って配置されるとともに、複数の受信ビームの内、少なくとも１つの受信ビームの垂直方向におけるビーム軸が残りの受信ビームの垂直方向におけるビーム軸とずれるように形成された複数の受信アンテナ素子を含み、
    前記送信アンテナから、所定の位置に設置されたターゲットに対して送信信号を送信する送信ステップと、
    前記ターゲットによる送信信号の反射波を前記複数の受信アンテナ素子によって受信し、受信信号を発生する発生ステップと、
    前記受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号の振幅と、前記受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号の振幅との振幅差を算出する算出ステップとからなるレーダ装置の車両への装着角度調整方法。
11. 前記受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信ビーム軸の垂直方向における方位と前記振幅差との関係を予め求め、その関係に基づいて、前記受信アンテナの垂直方向における装着角度が調整されることを特徴とする請求項１０に記載の装着角度調整方法。
12. 前記送信ステップにおいて、前記送信アンテナからは、連続的に周波数が変化するように周波数変調された送信信号が送信され、
    前記算出ステップにおいて、前記複数の受信アンテナ素子が発生する複数の受信信号から、前記送信信号との周波数の差に相当するビート信号をそれぞれ生成し、それぞれのビート信号に関して、そのビート信号に含まれる各周波数成分の大きさを示す周波数スペクトルを演算し、当該周波数スペクトルのピークを前記受信信号の振幅として、前記振幅差を算出することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の装着角度調整方法。
13. 前記算出ステップにおいて、前記受信ビーム軸がずらされていない受信アンテナ素子の受信信号の振幅は、複数の受信アンテナ素子の受信信号を平均化することにより算出することを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の装着角度調整方法。
14. 前記算出ステップにおいて、前記複数の受信アンテナ素子の受信信号を平均化する際、受信ビーム軸がずらされた受信アンテナ素子の受信信号も含めることを特徴とする請求項１３に記載の装着角度調整方法。

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