JP3942722B2 - 車載レーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両の追突や衝突防止用警報装置などに利用される車載レーダ装置に関するものであり、特に、先行車両などの反射体をその中心位置や幅のデータとして検出し、レーダの視野外にわたっても管理する車載レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前走車の追従走行や衝突防止用警報装置などへの応用を目的として、ミリ波やレーザ波などのビームを送信して反射波を受信し、この反射波を生じさせた反射体の情報を検出する車載レーダ装置が開発されてきた。この車載レーダ装置には、周波数変調波や振幅変調波を送受信するＦＭレーダやＡＭレーダ、あるいは、パルスレーダなど各種のものが開発されてきている。
【０００３】
車載レーダ装置、特に前方監視用の車載レーダ装置では、鋭い指向性のビームを車両前方のある角度の範囲をカバーするように機械的に走査したり、あるいは少しずつ方向を異ならせて配置した複数のアンテナから鋭い指向性のビームを順次送信させるという電子的な走査を行うことなどにより、反射体までの距離と反射体の方位情報を得るように構成されている。本出願人が取得した特許第２５６７３３２号などには、ビームを電子的に走査し、反射波のレベルに応じた重み付け平均化処理を行って反射体の方位を検出する時分割レーダシステムが開示されている。
【０００４】
距離と方位の分解能が向上するにつれて、車両の前方などに設定されるレーダの検知エリア、あるいはレーダの視野は、距離と方位（幅) 方向に碁盤の目のように細分化された二次元形状のサブエリアから構成され、先行車両などの反射体が複数のサブエリアにわたって検出されるようになる。本出願人が先に特許出願した「車両および対照障害物間の速度推定方法」と題する特許出願（特開平５ー180934号公報) によれば、反射波が検出されたサブエリアのうち１群の連続するものが一つの反射体として検出され、その検知エリア内における動きが管理され自車両との相対速度などが検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許出願に開示された車両および対象障害物間の速度推定方法では、検出対象の先行車両などの反射体がレーダの視野内でのみ管理されるようになっている。一般に、反射体は、レーダの視野の中央部分で検出されると空間分解能の許容限界内において形状に関する完全な情報を備えたものになるが、視野の周縁部で検出されるとこの視野からはみ出た部分の情報を欠いた不完全な形状の情報しか備えないものになる。従って、レーダの視野の中央部分で検出された反射体がその後にこの視野外に去りかけると、一旦取得された中心位置や幅などの完全な情報が失われてしまう。
【０００６】
従って、本発明の一つの目的は、限られた検知エリアで物体の位置や幅の情報を正確に検出できる車載レーダ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本第１の発明の車載レーダ装置は、複数のサブエリアから成る検知エリア内にビームを放射し、各サブエリアで発生した反射波を受信してそれぞれの周波数、レベルその他の電気的特性を検出し、この検出結果に基づき前記反射波を発生させた反射体までの距離その他の情報を検知する機能を備えた車載レーダ装置である。
【０００８】
そして、この車載レーダ装置は、前記検知エリア内で検知された反射体の情報を管理するために、この検知エリアとその両端に形成された先行車両の横幅程度の幅を有する周辺サブエリアとから成る管理エリアが設定されており、前記反射体がその一部でも前記検知エリアに存在する限りかつ、この反射体が前記検知エリアの外に去ったのち所定の時間にわたってこの反射体が前記周辺サブエリア内に存在するものと見做されて管理が継続されるように構成されている。
【０００９】
本第２の発明の車載レーダ装置は、複数のサブエリアから成る検知エリア内にビームを放射し、各サブエリアで発生した反射波を受信してそれぞれの周波数、レベルその他の電気的特性を検出し、この検出結果に基づき前記反射波を発生させた反射体までの距離その他の情報を検知する機能を備えた車載レーダ装置において、前記反射波のレベルが所定値以上の連続するサブエリアについては、これらのサブエリアにわたって単一の反射体が存在すると判定し、この反射体の中心と幅の一方又は双方を検出して管理する処理手段を備えている。そして、この処理手段は、前記反射体がその一部でも前記検知エリアに存在する限りかつ、この反射体が前記検知エリアの外に去ったのち所定の時間にわたっても管理を継続するように構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記処理手段は、前記管理中の反射体の幅がこの反射体の前記検知エリアの中心部への移動に伴って増加した場合のみ、この増加した幅によって前記管理中の反射体の幅を更新するように構成されている。
【００１１】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、前記反射体の幅は、前記反射波のレベルが所定値以上の連続するサブエリアの個数として、あるいは、このサブエリアの個数と前記距離における各サブエリアの幅とから検出され、管理される。
【００１２】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、前記連続するサブエリアの数と各サブエリアの幅とから検出した前記反射体の幅が過大な場合には、この反射体が２以上の反射体から成るものと判定される。
【００１３】
【実施例】
図６は、本発明の一実施例の車載レーダ装置の構成を示すブロック図であり、１０は各送受信チャンネルの送受信アンテナ、２０はＦＭ信号発生回路、３０は送信部、４０は受信部、５０は検出・制御部である。
【００１４】
この実施例では、５個の送受信チャンネルＡ〜Ｅが設置されており、各送受信チャンネルには送信アンテナ１１ａ〜１１ｅと、受信アンテナ１２ａ〜１２ｅとが設置されている。各送信アンテナと受信アンテナは、例えば、共通のパラボラ反射鏡と、この反射鏡の焦点の近傍の隣接する位置にこの反射鏡に対向するように配置された平面アレイアンテナなどの一次放射器から成るディフォーカス・パラボリック・マルチビーム・アンテナなどから構成されている。各送信アンテナ１１ａ〜１１ｅは、方位角が少しずつ異なる向きにビームを放射するように設置されており、各送信アンテナから放射されたビームによって生じた反射波は、同一又は近接の送受信チャンネル内の受信アンテナによって受信される。
【００１５】
ＦＭ信号発生回路２０は、準ミリ波帯の電波を発生する電圧制御発振器（ＶＣＯ）２１と、この電圧制御発振器２１に三角形状の変調電圧を供給する掃引回路２２と、電圧分割回路２３とから構成されており、送信部３０は、送信スイッチング回路３１と、３逓倍回路３２ａ〜３２ｅとから構成されている。受信部４０は、局発スイッチング回路４１と、３逓倍回路４２ａ〜４２ｅと、ミキサー４３ａ〜４３ｅと、ビートセレクタ４４とから構成されている。検出・制御部５０は、ＣＰＵ５１と、増幅回路５２と、Ａ／Ｄ変換回路５３と、高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）５４と、タイミング制御回路５５とから構成されている。
【００１６】
ＦＭ信号発生回路２０は、ほぼ２０GHz 帯の周波数を中心として所定周期で直線的に変化するほぼ一定レベルの準ミリ波帯のＦＭ信号を発生し、これを電圧分割回路２３でほぼ２等分し、２等分した一方を送信部３０に、他方を受信部４０に供給する。送信部３０は、前段のＦＭ信号発生回路２０から供給された準ミリ波帯のＦＭ信号を、送信スイッチング回路３１で各送信チャンネルに分配したのち、３逓倍回路３２ａ〜３２ｅで３逓倍することにより６０GHz 帯のミリ波帯のＦＭ信号に変換し、送信アンテナ１１ａ〜１１ｅに順次供給することにより各送信アンテナから順次車両の前方に放射させる。
【００１７】
送信アンテナ１１ａ〜１１ｅから車両の前方に放射されたＦＭ信号の一部は、先行車両などの反射体によって反射され、受信アンテナ１２ａ〜１２ｅの一部に受信される。受信アンテナ１２ａ〜１２ｅに受信された反射ＦＭ信号は、受信部４０内の各受信チャンネルのミキサー４３ａ〜４３ｅのそれぞれの一方の入力端子に供給される。ミキサー４３ａ〜４３ｅのそれぞれの他方の入力端子には、前段のＦＭ信号発生回路２０から供給されるＦＭ信号のうち、局発スイッチング回路４１で所定のタイミングで選択されたものが、３逓倍回路４２ａ〜４２ｅの一つによって周波数が３逓倍され、ミリ波帯の局発ＦＭ信号として供給される。
【００１８】
ミキサー４３ａ〜４３ｅからは、反射ＦＭ信号と局発ＦＭ信号とのビート信号が出力される。各送受信チャンネルのビート信号は、ビートセレクタ４４で順次選択され、検出・制御部５０の増幅回路５２に供給される。増幅回路５２で増幅されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換回路５３でディジタル信号に変換されたのち、高速フーリエ変換回路５４に供給され、ここでビート信号の周波数スペクトルに変換されてＣＰＵ５１に供給される。ＣＰＵ５１は、このビート信号の周波数スペクトルから反射ＦＭ波を発生させた反射体の距離や方位など反射体に関する各種の情報を検出する。ＣＰＵ５１は、この情報の検出と並行して、タイミング制御回路５５を介してこのＦＭレーダ装置内の各部の動作を制御する。
【００１９】
図１は、この実施例の車載レーダ装置によって形成される検知エリアＤの構成と、この検知エリアＤと管理エリアＭとの関係を説明するための概念図である。
検知エリアＤは、この車載レーダ装置が搭載される車両の前方に放射状に拡がる扇型の領域として形成される。この扇型の検知領域Ｄは、互いにほぼ同一形状の細い扇型の５個のサブエリアＤa ，Ｄb ，Ｄc ，Ｄd 及びＤe から構成されている。５個のサブエリアＤａ〜Ｄｅのそれぞれに対して、図６に示した送受信チャンネルＡ〜Ｅのそれぞれから、対応のサブエリアの幅と同程度の又は多少広い幅の、若しくは多少狭い幅のＦＭ信号のビームが放射され、対応のサブエリア内で発生した反射波の受信が行われる。
【００２０】
一方、管理領域Ｍは、上記５個のサブエリアＤa 〜Ｄe から成る検知エリアＤ内で検知された先行車両などの反射体の動きを管理するための領域である。この管理領域Ｍは、この検知エリアＤと、この検知エリアＤの両端に形成された車両の横幅程度の幅を有する周辺サブエリアＭa ，Ｍe とから構成される。
【００２１】
ここで、ＣＰＵ５１において、３個の連続するサブエリアＤb ，Ｄc 及びＤd について検出された反射波のレベルのみが所定の閾値以上であり、これらの反射波から検出された自車両からの距離Ｒがほぼ一致する場合を想定する。ただし、各サブエリアについて検出された反射体の距離がほぼ一致するとは、各距離の差が典型的な車両の長さ程度に設定さた所定の閾値以下である状態を言うものとする。この場合、ＣＰＵ５１は、サブエリアＤb ，Ｄc 及びＤd にわたる単一の反射体が存在するものと判定し、その反射体について中心の位置Ｐと横幅Ｗとを検出し、その動きを内蔵のメモリ内で管理する。
【００２２】
この反射体の中心の位置Ｐは、自車両からの距離Ｒと、サブエリアの中心の位置Ｑとの組合せ（Ｒ，Ｑ）で表わされる。図示の例では、サブエリアの中心の位置Ｑと、横幅Ｗは、
Ｑ＝Ｄcc ・・・（１）
Ｗ＝Ｒ sin（θb ＋θc ＋θd ） ・・・（２）
である。ただし、Ｄcc はサブエリアＤc の中心の位置（正確には中心の方位角）であり、θb,θc,θd はそれぞれサブエリアＤb ，Ｄc 及びＤd の開き角である。
【００２３】
一例として、各サブエリアの開き角を1.0 °，自車両からの距離Ｒを５０メートルとすれば、３個のサブエリアによって検知された反射体の横幅Ｗは2.6 メートルであり、これは通常の乗用車の横幅の２メートル程度の値となる。この場合、反射体は単一の車両であると判定される。また、上述のようにして検出された反射体の横幅Ｗが、道路の車線の幅程度に設定された所定の閾値よりも大きい場合には、この反射体が複数台の車両や、道路構築物などと判定され、ＣＰＵ５１内のメモリ内で管理される。
【００２４】
一般に、送受信アンテナの寸法は車両の横幅に比べて十分に小さな値に設定されるため、各送受信チャンネルのアンテナから放射されるＦＭ信号のビームによって検出される各サブエリアは、図１に示すように送受信アンテナが配置される一点から車両の前方に向けて放射状に拡がる細い扇形状を呈する。ここで、各ビームの開き角（広がり角）、従って各サブエリアの開き角が前述したような１°程度の小さな値であることを考慮すると、車両からある程度の距離では、各サブエリアの境界は、図２に例示するように、平行線群によって近似できる。
【００２５】
図２は、中心の位置Ｐと横幅Ｗとによって管理される反射体の位置が時間と共に変化する様子を例示しており、図中の下向きに時間軸ｔが設定されている。この図では、反射体が自車両からの距離Ｒが一定のまま右側に移動してゆく様子が例示されている。すなわち、時刻がｔ1 からｔ2 ，ｔ3 へと増加するにつれて、中心の位置ＰがサブエリアＤｃの中心の位置Ｄccから隣接サブエリアの中心の位置Ｄdc，Ｄecへと変化してゆき、時刻ｔ4 ではＰが検知エリアＤからその外側に出てしまい、時刻ｔ5 では反射体の全体が検知エリアＤから出てしまう。
【００２６】
図２の例では、時刻ｔ3 とｔ4 の場合で例示するように、反射体の一部が検知エリアの外部に出ても、残りの一部が検出エリアＤ内に存在する限り、その中心位置Ｐと横幅Ｗによる反射体の管理が継続される。また、時刻ｔ5 の場合で例示するように、反射体の全部が検知エリアの外部に出た後も、予め設定した一定時間にわたって、横幅Ｗと同一の幅を持つ周辺サブエリアＭｅ内にこの反射体が存在するものと見做されて管理される。この結果、時刻ｔ6 の場合で例示するように、反射体の一部が再び、検知領域Ｄ内に出現した時には、横幅Ｗが既知の反射体として検出され、以後の移動状況が管理される。
【００２７】
検知エリアＤの両側に設けられる周辺サブエリアＭa ，Ｍe の幅は、車両や道路の車線程度の値となるように予め設定しておくこともできるし、あるいは、検知領エリアＤ内で検知された反射体の横幅と等しい値になるように、そのつど動的に設定することもできる。
【００２８】
図３は、図２に例示した反射体の移動状況が時間を逆転させて生じた場合を例示している。すなわち、まず、最初の時刻ｔ1 において、反射体の一部がサブエリアＤe 内のみで検知され、このサブエリアの中心の位置Ｄecに等しい中心の位置Ｐと、このサブエリアＤe の幅に等しい幅Ｗとが検知され、管理される。続いて、時刻ｔ2 において、この管理中の反射体が一旦検知エリアの外部に出ても、予め設定した一定期間にわたって周辺サブエリア内にこの反射体が存在するものと見做されて管理される。この反射体が、上記一定時間が経過する前の時刻ｔ3 において一定時間内に検知エリアに戻ってくると、既に検知済みの幅を有する反射体と判定され、その横方向の中心の位置のみが更新される。
【００２９】
次いで、時刻ｔ4 において、反射体の横方向の中心位置が検知エリアＤの中央部分に移動し、横幅ＷがサブエリアＤe の幅からサブエリアＤe とＤd の幅の和に等しい値に増大すると、中心の位置と共に、横幅Ｗが新たな値に更新される。
その後、時刻ｔ5 において、反射体の横方向の中心位置がさらに検知エリアＤの中央部分に移動し、横幅Ｗが３個の連続するサブエリアＤe とＤd とＤｃのそれぞれの幅の和に等しい値に増大すると、横方向の中心の位置と共に、横幅が増加した新たな値に更新される。引き続き、時刻ｔ6 において、反射体の横方向の中心位置がさらにサブエリアの中央部分に移動しても横幅Ｗは増加せず、横方向の中心の位置のみが新たな値に更新される。このように、既に検知された反射体の横幅については、管理中の値よりも増加した場合に限って新たな値への更新が行われる。
【００３０】
以上の説明では、検知エリアＤ内の各サブエリアについて所定の閾値以上の反射波が検出されたか否かのみが問題にされた。しかしながら、反射体の横方向の中心の位置を決定するに際しては、反射波の受信レベルによる方位角の重み付け平均値を使用することもできる。すなわち、扇形状の各サブエリアの中心線の方位角をθａ，θｂ，θｃ，θｄ，θｅとおき、各サブエリアについて得られた反射波の受信レベルをＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅと置くと、反射体の横方向の中心の位置Θは、次のような重み付け平均値として算定される。
【００３１】
図４は、検知エリアＤ内のサブエリアＤb から周縁部分のサブエリアＤa に向けて反射波の受信レベルＬb,Ｌa が単調に増加している様子を例示している。この場合、上述の重み付け平均値から反射体の横方向の中心の位置Θを算定すると、θa とθb の中間程度の値となる。しかしながら、反射体の実際の中心の位置はサブエリアＤa 上、あるいは周辺サブエリアＭａ上に存在することが予想される。そこで、本発明の一実施例においては、最大のレベルＬa の反射波を中心として対称となるように、検知エリアＤの外側に点線で示すようなレベルＬb の仮想的な反射波が一つ補われ、この結果、反射体の中心の位置は、サブエリアＤa の中心Ｄacが反射体の中心位置θ（又は方位角θa ) と決定される。そして、仮想的なものも含めて所定の閾値以上の反射波が存在する３個のサブエリアにわたる反射体の横幅Ｗが検出され、周辺サブエリアＭａを含めた管理エリア内で管理される。
【００３２】
図４に例示した状態の後に、反射体の移動に伴い反射波の受信レベルが図５に例示するように、周縁部のサブエリアに向けてＬc,Ｌb,Ｌa の順に単調に増加する状態に変化したものとする。この場合、最大のレベルＬa の反射波を中心として対称となるように、検知エリアＤの外側に点線で示すようなレベルＬb ，Ｌｃの仮想的な反射波が二つ補われる。この結果、反射体の中心の位置θは変化しないが、５個のサブエリアにわたる横幅が検出され、この新たな値によって横幅が更新される。
【００３３】
以上、反射波の受信レベルが周辺部のサブエリアに向けて単調に増加しているかどうかの判定を、反射波が検知されている全てのサブエリアについて受信レベルを比較することによって行う構成を説明した。しかしながら、上記受信レベルの比較を反射波が検知されている全てのサブエリアについて行う代わりに、受信レベルの大きな上位何個かのサブエリアについてだけ行う構成とすることもできる。また、受信レベルの大小比較は、単純比較でもよいし、適宜な係数を乗算して行う重み付け比較でもよい。
【００３４】
以上、反射体の中心と幅とを検出して管理する構成を例示したが、これらの一方、すなわち中心や幅だけを検出して管理する構成に拡張することもできる。
【００３５】
また、各送信アンテナと受信アンテナを共通のパラボラ反射鏡と、この反射鏡の焦点の近傍の隣接する位置に配置された平面アレイアンテナなどの一次放射器から成るディフォーカス・パラボリック・マルチビーム・アンテナで構成される場合を例示した。しかしながら、単一の送信アンテナから全検知エリアにわたってほぼ均一なレベルのビームを放射し、各サブエリア内で発生した反射波を各サブエリアを覆う狭い指向性の複数の受信アンテナのそれぞれで受信するような構成や、これとは逆に、各サブエリア内に狭い指向性の送信アンテナからビームを放射し、各サブエリア内で発生した反射波を広い指向性の単一の送信アンテナで受信するような構成とすることもできる。
【００３６】
さらに、周波数変調波を放射するＦＭレーダの場合を例示したが、このような周波数変調波の代わりに振幅変調波を放射してその反射波を受信するＡＭレーダ、あるいは、パルス状の電波を放射してその反射波を受信し、放射から受信までの時間差から反射体までの距離を検知するパルスレーダなど他の方式を適用することもできる。
【００３７】
さらに、ミリ波帯の電波を放射してその反射波を受信する構成を例示したが、マイクロ波帯など他の周波数の電波、あるいは、レーザ光や、超音波などの他の適宜な波動を放射してその反射波を受信することにより反射体の距離や方位を検知する構成とすることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の車載レーダ装置は、検知エリア内で検知された反射体の情報を管理するために、この検知エリアとその両端に形成された先行車両の横幅程度の幅を有する周辺サブエリアとから成る管理エリアが設定される構成であるから、見かけ上実際の検知エリアよりも広いエリアでの物体の検出が可能になるという利点がある。
【００３９】
本発明の車載レーダ装置を前走車追従用のレーダとして用いた場合、急なコーナーなどでの前走車のロストを最小限にし、安定な追従走行が可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の車載レーダ装置における検知エリアと管理エリアとの関係を説明するための概念図である。
【図２】上記実施例の車載レーダ装置による反射体の中心位置と横幅の検知と管理の方法を説明するための概念図である。
【図３】上記実施例の車載レーダ装置による反射体の中心位置と横幅の検知と管理の方法を説明するための概念図である。
【図４】上記実施例の車載レーダ装置による反射体の中心位置と横幅の検知と管理の方法を説明するための概念図である。
【図５】上記実施例の車載レーダ装置による反射体の中心位置と横幅の検知と管理の方法を説明するための概念図である。
【図６】上記実施例の車載レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｄ 検知エリア
Da〜De サブエリア
Ｍ 管理エリア
Ma,Me 周辺サブエリア
Ｐ 検知された反射体の中心の位置
Ｗ 検知された反射体の横幅
La,Lb,Lc 対応のサブエリアについて検知された反射波の受信レベル
10 送受信アンテナ
11a 〜11e 送信アンテナ
12a 〜12e 受信アンテナ
20 ＦＭ信号発生回路
30 送信部
40 受信部
50 検出・制御部
51 ＣＰＵ
【産業上の利用分野】
本発明は、車両の追突や衝突防止用警報装置などに利用される車載レーダ装置に関するものであり、特に、先行車両などの反射体をその中心位置や幅のデータとして検出し、レーダの視野外にわたっても管理する車載レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前走車の追従走行や衝突防止用警報装置などへの応用を目的として、ミリ波やレーザ波などのビームを送信して反射波を受信し、この反射波を生じさせた反射体の情報を検出する車載レーダ装置が開発されてきた。この車載レーダ装置には、周波数変調波や振幅変調波を送受信するＦＭレーダやＡＭレーダ、あるいは、パルスレーダなど各種のものが開発されてきている。
【０００３】
車載レーダ装置、特に前方監視用の車載レーダ装置では、鋭い指向性のビームを車両前方のある角度の範囲をカバーするように機械的に走査したり、あるいは少しずつ方向を異ならせて配置した複数のアンテナから鋭い指向性のビームを順次送信させるという電子的な走査を行うことなどにより、反射体までの距離と反射体の方位情報を得るように構成されている。本出願人が取得した特許第２５６７３３２号などには、ビームを電子的に走査し、反射波のレベルに応じた重み付け平均化処理を行って反射体の方位を検出する時分割レーダシステムが開示されている。
【０００４】
距離と方位の分解能が向上するにつれて、車両の前方などに設定されるレーダの検知エリア、あるいはレーダの視野は、距離と方位（幅) 方向に碁盤の目のように細分化された二次元形状のサブエリアから構成され、先行車両などの反射体が複数のサブエリアにわたって検出されるようになる。本出願人が先に特許出願した「車両および対照障害物間の速度推定方法」と題する特許出願（特開平５ー180934号公報) によれば、反射波が検出されたサブエリアのうち１群の連続するものが一つの反射体として検出され、その検知エリア内における動きが管理され自車両との相対速度などが検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許出願に開示された車両および対象障害物間の速度推定方法では、検出対象の先行車両などの反射体がレーダの視野内でのみ管理されるようになっている。一般に、反射体は、レーダの視野の中央部分で検出されると空間分解能の許容限界内において形状に関する完全な情報を備えたものになるが、視野の周縁部で検出されるとこの視野からはみ出た部分の情報を欠いた不完全な形状の情報しか備えないものになる。従って、レーダの視野の中央部分で検出された反射体がその後にこの視野外に去りかけると、一旦取得された中心位置や幅などの完全な情報が失われてしまう。
【０００６】
従って、本発明の一つの目的は、限られた検知エリアで物体の位置や幅の情報を正確に検出できる車載レーダ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本第１の発明の車載レーダ装置は、複数のサブエリアから成る検知エリア内にビームを放射し、各サブエリアで発生した反射波を受信してそれぞれの周波数、レベルその他の電気的特性を検出し、この検出結果に基づき前記反射波を発生させた反射体までの距離その他の情報を検知する機能を備えた車載レーダ装置である。
【０００８】
そして、この車載レーダ装置は、前記検知エリア内で検知された反射体の情報を管理するために、この検知エリアとその両端に形成された先行車両の横幅程度の幅を有する周辺サブエリアとから成る管理エリアが設定されており、前記反射体がその一部でも前記検知エリアに存在する限りかつ、この反射体が前記検知エリアの外に去ったのち所定の時間にわたってこの反射体が前記周辺サブエリア内に存在するものと見做されて管理が継続されるように構成されている。
【０００９】
本第２の発明の車載レーダ装置は、複数のサブエリアから成る検知エリア内にビームを放射し、各サブエリアで発生した反射波を受信してそれぞれの周波数、レベルその他の電気的特性を検出し、この検出結果に基づき前記反射波を発生させた反射体までの距離その他の情報を検知する機能を備えた車載レーダ装置において、前記反射波のレベルが所定値以上の連続するサブエリアについては、これらのサブエリアにわたって単一の反射体が存在すると判定し、この反射体の中心と幅の一方又は双方を検出して管理する処理手段を備えている。そして、この処理手段は、前記反射体がその一部でも前記検知エリアに存在する限りかつ、この反射体が前記検知エリアの外に去ったのち所定の時間にわたっても管理を継続するように構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記処理手段は、前記管理中の反射体の幅がこの反射体の前記検知エリアの中心部への移動に伴って増加した場合のみ、この増加した幅によって前記管理中の反射体の幅を更新するように構成されている。
【００１１】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、前記反射体の幅は、前記反射波のレベルが所定値以上の連続するサブエリアの個数として、あるいは、このサブエリアの個数と前記距離における各サブエリアの幅とから検出され、管理される。
【００１２】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、前記連続するサブエリアの数と各サブエリアの幅とから検出した前記反射体の幅が過大な場合には、この反射体が２以上の反射体から成るものと判定される。
【００１３】
【実施例】
図６は、本発明の一実施例の車載レーダ装置の構成を示すブロック図であり、１０は各送受信チャンネルの送受信アンテナ、２０はＦＭ信号発生回路、３０は送信部、４０は受信部、５０は検出・制御部である。
【００１４】
この実施例では、５個の送受信チャンネルＡ〜Ｅが設置されており、各送受信チャンネルには送信アンテナ１１ａ〜１１ｅと、受信アンテナ１２ａ〜１２ｅとが設置されている。各送信アンテナと受信アンテナは、例えば、共通のパラボラ反射鏡と、この反射鏡の焦点の近傍の隣接する位置にこの反射鏡に対向するように配置された平面アレイアンテナなどの一次放射器から成るディフォーカス・パラボリック・マルチビーム・アンテナなどから構成されている。各送信アンテナ１１ａ〜１１ｅは、方位角が少しずつ異なる向きにビームを放射するように設置されており、各送信アンテナから放射されたビームによって生じた反射波は、同一又は近接の送受信チャンネル内の受信アンテナによって受信される。
【００１５】
ＦＭ信号発生回路２０は、準ミリ波帯の電波を発生する電圧制御発振器（ＶＣＯ）２１と、この電圧制御発振器２１に三角形状の変調電圧を供給する掃引回路２２と、電圧分割回路２３とから構成されており、送信部３０は、送信スイッチング回路３１と、３逓倍回路３２ａ〜３２ｅとから構成されている。受信部４０は、局発スイッチング回路４１と、３逓倍回路４２ａ〜４２ｅと、ミキサー４３ａ〜４３ｅと、ビートセレクタ４４とから構成されている。検出・制御部５０は、ＣＰＵ５１と、増幅回路５２と、Ａ／Ｄ変換回路５３と、高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）５４と、タイミング制御回路５５とから構成されている。
【００１６】
ＦＭ信号発生回路２０は、ほぼ２０GHz 帯の周波数を中心として所定周期で直線的に変化するほぼ一定レベルの準ミリ波帯のＦＭ信号を発生し、これを電圧分割回路２３でほぼ２等分し、２等分した一方を送信部３０に、他方を受信部４０に供給する。送信部３０は、前段のＦＭ信号発生回路２０から供給された準ミリ波帯のＦＭ信号を、送信スイッチング回路３１で各送信チャンネルに分配したのち、３逓倍回路３２ａ〜３２ｅで３逓倍することにより６０GHz 帯のミリ波帯のＦＭ信号に変換し、送信アンテナ１１ａ〜１１ｅに順次供給することにより各送信アンテナから順次車両の前方に放射させる。
【００１７】
送信アンテナ１１ａ〜１１ｅから車両の前方に放射されたＦＭ信号の一部は、先行車両などの反射体によって反射され、受信アンテナ１２ａ〜１２ｅの一部に受信される。受信アンテナ１２ａ〜１２ｅに受信された反射ＦＭ信号は、受信部４０内の各受信チャンネルのミキサー４３ａ〜４３ｅのそれぞれの一方の入力端子に供給される。ミキサー４３ａ〜４３ｅのそれぞれの他方の入力端子には、前段のＦＭ信号発生回路２０から供給されるＦＭ信号のうち、局発スイッチング回路４１で所定のタイミングで選択されたものが、３逓倍回路４２ａ〜４２ｅの一つによって周波数が３逓倍され、ミリ波帯の局発ＦＭ信号として供給される。
【００１８】
ミキサー４３ａ〜４３ｅからは、反射ＦＭ信号と局発ＦＭ信号とのビート信号が出力される。各送受信チャンネルのビート信号は、ビートセレクタ４４で順次選択され、検出・制御部５０の増幅回路５２に供給される。増幅回路５２で増幅されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換回路５３でディジタル信号に変換されたのち、高速フーリエ変換回路５４に供給され、ここでビート信号の周波数スペクトルに変換されてＣＰＵ５１に供給される。ＣＰＵ５１は、このビート信号の周波数スペクトルから反射ＦＭ波を発生させた反射体の距離や方位など反射体に関する各種の情報を検出する。ＣＰＵ５１は、この情報の検出と並行して、タイミング制御回路５５を介してこのＦＭレーダ装置内の各部の動作を制御する。
【００１９】
図１は、この実施例の車載レーダ装置によって形成される検知エリアＤの構成と、この検知エリアＤと管理エリアＭとの関係を説明するための概念図である。
検知エリアＤは、この車載レーダ装置が搭載される車両の前方に放射状に拡がる扇型の領域として形成される。この扇型の検知領域Ｄは、互いにほぼ同一形状の細い扇型の５個のサブエリアＤa ，Ｄb ，Ｄc ，Ｄd 及びＤe から構成されている。５個のサブエリアＤａ〜Ｄｅのそれぞれに対して、図６に示した送受信チャンネルＡ〜Ｅのそれぞれから、対応のサブエリアの幅と同程度の又は多少広い幅の、若しくは多少狭い幅のＦＭ信号のビームが放射され、対応のサブエリア内で発生した反射波の受信が行われる。
【００２０】
一方、管理領域Ｍは、上記５個のサブエリアＤa 〜Ｄe から成る検知エリアＤ内で検知された先行車両などの反射体の動きを管理するための領域である。この管理領域Ｍは、この検知エリアＤと、この検知エリアＤの両端に形成された車両の横幅程度の幅を有する周辺サブエリアＭa ，Ｍe とから構成される。
【００２１】
ここで、ＣＰＵ５１において、３個の連続するサブエリアＤb ，Ｄc 及びＤd について検出された反射波のレベルのみが所定の閾値以上であり、これらの反射波から検出された自車両からの距離Ｒがほぼ一致する場合を想定する。ただし、各サブエリアについて検出された反射体の距離がほぼ一致するとは、各距離の差が典型的な車両の長さ程度に設定さた所定の閾値以下である状態を言うものとする。この場合、ＣＰＵ５１は、サブエリアＤb ，Ｄc 及びＤd にわたる単一の反射体が存在するものと判定し、その反射体について中心の位置Ｐと横幅Ｗとを検出し、その動きを内蔵のメモリ内で管理する。
【００２２】
この反射体の中心の位置Ｐは、自車両からの距離Ｒと、サブエリアの中心の位置Ｑとの組合せ（Ｒ，Ｑ）で表わされる。図示の例では、サブエリアの中心の位置Ｑと、横幅Ｗは、
Ｑ＝Ｄcc ・・・（１）
Ｗ＝Ｒ sin（θb ＋θc ＋θd ） ・・・（２）
である。ただし、Ｄcc はサブエリアＤc の中心の位置（正確には中心の方位角）であり、θb,θc,θd はそれぞれサブエリアＤb ，Ｄc 及びＤd の開き角である。
【００２３】
一例として、各サブエリアの開き角を1.0 °，自車両からの距離Ｒを５０メートルとすれば、３個のサブエリアによって検知された反射体の横幅Ｗは2.6 メートルであり、これは通常の乗用車の横幅の２メートル程度の値となる。この場合、反射体は単一の車両であると判定される。また、上述のようにして検出された反射体の横幅Ｗが、道路の車線の幅程度に設定された所定の閾値よりも大きい場合には、この反射体が複数台の車両や、道路構築物などと判定され、ＣＰＵ５１内のメモリ内で管理される。
【００２４】
一般に、送受信アンテナの寸法は車両の横幅に比べて十分に小さな値に設定されるため、各送受信チャンネルのアンテナから放射されるＦＭ信号のビームによって検出される各サブエリアは、図１に示すように送受信アンテナが配置される一点から車両の前方に向けて放射状に拡がる細い扇形状を呈する。ここで、各ビームの開き角（広がり角）、従って各サブエリアの開き角が前述したような１°程度の小さな値であることを考慮すると、車両からある程度の距離では、各サブエリアの境界は、図２に例示するように、平行線群によって近似できる。
【００２５】
図２は、中心の位置Ｐと横幅Ｗとによって管理される反射体の位置が時間と共に変化する様子を例示しており、図中の下向きに時間軸ｔが設定されている。この図では、反射体が自車両からの距離Ｒが一定のまま右側に移動してゆく様子が例示されている。すなわち、時刻がｔ1 からｔ2 ，ｔ3 へと増加するにつれて、中心の位置ＰがサブエリアＤｃの中心の位置Ｄccから隣接サブエリアの中心の位置Ｄdc，Ｄecへと変化してゆき、時刻ｔ4 ではＰが検知エリアＤからその外側に出てしまい、時刻ｔ5 では反射体の全体が検知エリアＤから出てしまう。
【００２６】
図２の例では、時刻ｔ3 とｔ4 の場合で例示するように、反射体の一部が検知エリアの外部に出ても、残りの一部が検出エリアＤ内に存在する限り、その中心位置Ｐと横幅Ｗによる反射体の管理が継続される。また、時刻ｔ5 の場合で例示するように、反射体の全部が検知エリアの外部に出た後も、予め設定した一定時間にわたって、横幅Ｗと同一の幅を持つ周辺サブエリアＭｅ内にこの反射体が存在するものと見做されて管理される。この結果、時刻ｔ6 の場合で例示するように、反射体の一部が再び、検知領域Ｄ内に出現した時には、横幅Ｗが既知の反射体として検出され、以後の移動状況が管理される。
【００２７】
検知エリアＤの両側に設けられる周辺サブエリアＭa ，Ｍe の幅は、車両や道路の車線程度の値となるように予め設定しておくこともできるし、あるいは、検知領エリアＤ内で検知された反射体の横幅と等しい値になるように、そのつど動的に設定することもできる。
【００２８】
図３は、図２に例示した反射体の移動状況が時間を逆転させて生じた場合を例示している。すなわち、まず、最初の時刻ｔ1 において、反射体の一部がサブエリアＤe 内のみで検知され、このサブエリアの中心の位置Ｄecに等しい中心の位置Ｐと、このサブエリアＤe の幅に等しい幅Ｗとが検知され、管理される。続いて、時刻ｔ2 において、この管理中の反射体が一旦検知エリアの外部に出ても、予め設定した一定期間にわたって周辺サブエリア内にこの反射体が存在するものと見做されて管理される。この反射体が、上記一定時間が経過する前の時刻ｔ3 において一定時間内に検知エリアに戻ってくると、既に検知済みの幅を有する反射体と判定され、その横方向の中心の位置のみが更新される。
【００２９】
次いで、時刻ｔ4 において、反射体の横方向の中心位置が検知エリアＤの中央部分に移動し、横幅ＷがサブエリアＤe の幅からサブエリアＤe とＤd の幅の和に等しい値に増大すると、中心の位置と共に、横幅Ｗが新たな値に更新される。
その後、時刻ｔ5 において、反射体の横方向の中心位置がさらに検知エリアＤの中央部分に移動し、横幅Ｗが３個の連続するサブエリアＤe とＤd とＤｃのそれぞれの幅の和に等しい値に増大すると、横方向の中心の位置と共に、横幅が増加した新たな値に更新される。引き続き、時刻ｔ6 において、反射体の横方向の中心位置がさらにサブエリアの中央部分に移動しても横幅Ｗは増加せず、横方向の中心の位置のみが新たな値に更新される。このように、既に検知された反射体の横幅については、管理中の値よりも増加した場合に限って新たな値への更新が行われる。
【００３０】
以上の説明では、検知エリアＤ内の各サブエリアについて所定の閾値以上の反射波が検出されたか否かのみが問題にされた。しかしながら、反射体の横方向の中心の位置を決定するに際しては、反射波の受信レベルによる方位角の重み付け平均値を使用することもできる。すなわち、扇形状の各サブエリアの中心線の方位角をθａ，θｂ，θｃ，θｄ，θｅとおき、各サブエリアについて得られた反射波の受信レベルをＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅと置くと、反射体の横方向の中心の位置Θは、次のような重み付け平均値として算定される。
図４は、検知エリアＤ内のサブエリアＤb から周縁部分のサブエリアＤa に向けて反射波の受信レベルＬb,Ｌa が単調に増加している様子を例示している。この場合、上述の重み付け平均値から反射体の横方向の中心の位置Θを算定すると、θa とθb の中間程度の値となる。しかしながら、反射体の実際の中心の位置はサブエリアＤa 上、あるいは周辺サブエリアＭａ上に存在することが予想される。そこで、本発明の一実施例においては、最大のレベルＬa の反射波を中心として対称となるように、検知エリアＤの外側に点線で示すようなレベルＬb の仮想的な反射波が一つ補われ、この結果、反射体の中心の位置は、サブエリアＤa の中心Ｄacが反射体の中心位置θ（又は方位角θa ) と決定される。そして、仮想的なものも含めて所定の閾値以上の反射波が存在する３個のサブエリアにわたる反射体の横幅Ｗが検出され、周辺サブエリアＭａを含めた管理エリア内で管理される。
【００３２】
図４に例示した状態の後に、反射体の移動に伴い反射波の受信レベルが図５に例示するように、周縁部のサブエリアに向けてＬc,Ｌb,Ｌa の順に単調に増加する状態に変化したものとする。この場合、最大のレベルＬa の反射波を中心として対称となるように、検知エリアＤの外側に点線で示すようなレベルＬb ，Ｌｃの仮想的な反射波が二つ補われる。この結果、反射体の中心の位置θは変化しないが、５個のサブエリアにわたる横幅が検出され、この新たな値によって横幅が更新される。
【００３３】
以上、反射波の受信レベルが周辺部のサブエリアに向けて単調に増加しているかどうかの判定を、反射波が検知されている全てのサブエリアについて受信レベルを比較することによって行う構成を説明した。しかしながら、上記受信レベルの比較を反射波が検知されている全てのサブエリアについて行う代わりに、受信レベルの大きな上位何個かのサブエリアについてだけ行う構成とすることもできる。また、受信レベルの大小比較は、単純比較でもよいし、適宜な係数を乗算して行う重み付け比較でもよい。
【００３４】
以上、反射体の中心と幅とを検出して管理する構成を例示したが、これらの一方、すなわち中心や幅だけを検出して管理する構成に拡張することもできる。
【００３５】
また、各送信アンテナと受信アンテナを共通のパラボラ反射鏡と、この反射鏡の焦点の近傍の隣接する位置に配置された平面アレイアンテナなどの一次放射器から成るディフォーカス・パラボリック・マルチビーム・アンテナで構成される場合を例示した。しかしながら、単一の送信アンテナから全検知エリアにわたってほぼ均一なレベルのビームを放射し、各サブエリア内で発生した反射波を各サブエリアを覆う狭い指向性の複数の受信アンテナのそれぞれで受信するような構成や、これとは逆に、各サブエリア内に狭い指向性の送信アンテナからビームを放射し、各サブエリア内で発生した反射波を広い指向性の単一の送信アンテナで受信するような構成とすることもできる。
【００３６】
さらに、周波数変調波を放射するＦＭレーダの場合を例示したが、このような周波数変調波の代わりに振幅変調波を放射してその反射波を受信するＡＭレーダ、あるいは、パルス状の電波を放射してその反射波を受信し、放射から受信までの時間差から反射体までの距離を検知するパルスレーダなど他の方式を適用することもできる。
【００３７】
さらに、ミリ波帯の電波を放射してその反射波を受信する構成を例示したが、マイクロ波帯など他の周波数の電波、あるいは、レーザ光や、超音波などの他の適宜な波動を放射してその反射波を受信することにより反射体の距離や方位を検知する構成とすることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の車載レーダ装置は、検知エリア内で検知された反射体の情報を管理するために、この検知エリアとその両端に形成された先行車両の横幅程度の幅を有する周辺サブエリアとから成る管理エリアが設定される構成であるから、見かけ上実際の検知エリアよりも広いエリアでの物体の検出が可能になるという利点がある。
【００３９】
本発明の車載レーダ装置を前走車追従用のレーダとして用いた場合、急なコーナーなどでの前走車のロストを最小限にし、安定な追従走行が可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の車載レーダ装置における検知エリアと管理エリアとの関係を説明するための概念図である。
【図２】上記実施例の車載レーダ装置による反射体の中心位置と横幅の検知と管理の方法を説明するための概念図である。
【図３】上記実施例の車載レーダ装置による反射体の中心位置と横幅の検知と管理の方法を説明するための概念図である。
【図４】上記実施例の車載レーダ装置による反射体の中心位置と横幅の検知と管理の方法を説明するための概念図である。
【図５】上記実施例の車載レーダ装置による反射体の中心位置と横幅の検知と管理の方法を説明するための概念図である。
【図６】上記実施例の車載レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｄ 検知エリア
Da〜De サブエリア
Ｍ 管理エリア
Ma,Me 周辺サブエリア
Ｐ 検知された反射体の中心の位置
Ｗ 検知された反射体の横幅
La,Lb,Lc 対応のサブエリアについて検知された反射波の受信レベル
10 送受信アンテナ
11a 〜11e 送信アンテナ
12a 〜12e 受信アンテナ
20 ＦＭ信号発生回路
30 送信部
40 受信部
50 検出・制御部
51 ＣＰＵ
Claims (6)
- 複数のサブエリアから成る検知エリア内にビームを放射し、各サブエリアで発生した反射波を受信してそれぞれの周波数、レベルその他の電気的特性を検出し、この検出結果に基づき前記反射波を発生させた反射体までの距離その他の情報を検知する機能を備えた車載レーダ装置において、
前記検知エリア内で検知された反射体の情報を管理するために、この検知エリアとその両端に形成された先行車両の横幅程度の幅を有する周辺サブエリアとから成る管理エリアが設定されたことと、
前記反射体がその一部でも前記検知エリアに存在する限りかつ、この反射体が前記検知エリアの外に去ったのち所定の時間にわたってこの反射体が前記周辺サブエリア内に存在するものと見做されて管理が継続されることと
を特徴とする車載レーダ装置。 - 複数のサブエリアから成る検知エリア内にビームを放射し、各サブエリアで発生した反射波を受信してそれぞれの周波数、レベルその他の電気的特性を検出し、この検出結果に基づき前記反射波を発生させた反射体までの距離その他の情報を検知する機能を備えた車載レーダ装置において、
前記反射波のレベルが所定値以上の連続するサブエリアについては、これらのサブエリアにわたって単一の反射体が存在すると判定し、この反射体の中心と幅の一方又は双方を検出して管理する処理手段を備え、
この処理手段は、前記反射体がその一部でも前記検知エリアに存在する限りかつ、この反射体が前記検知エリアの外に去ったのち所定の時間にわたっても管理を継続することを特徴とする車載レーダ装置。 - 請求項２において、
前記処理手段は、前記管理中の反射体の幅がこの反射体の前記検知エリアの中心部への移動に伴って増加した場合のみ、この増加した幅によって前記管理中の反射体の幅を更新することを特徴とする車載レーダ装置。 - 請求項２又は３のいずれか１項において、
前記処理手段は、前記反射体の幅を、前記反射波のレベルが所定値以上の連続するサブエリアの個数として検出し管理することを特徴とする車載レーダ装置。 - 請求項２乃至４のいずれか１項において、
前記処理手段は、前記反射体の幅を、前記反射波のレベルが所定値以上の連続するサブエリアの個数と前記距離における各サブエリアの幅とから検出し管理することを特徴とする車載レーダ装置。 - 請求項５において、
前記処理手段は、前記連続するサブエリアの数と各サブエリアの幅とから検出した前記反射体の幅が過大な場合には、この反射体が単一の車両以外の反射体から成るものと判定することを特徴とする車載レーダ装置。
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