JP5551893B2 - Radar equipment, signal processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、機械走査方式の車載レーダ装置とその信号処理装置に関し、特に、所定の角度範囲でアンテナを往復回動させながらレーダ信号を送受信するときに送信電力を低減する技術に関する。 The present invention relates to a mechanical scanning type on-vehicle radar device and a signal processing device thereof, and more particularly to a technique for reducing transmission power when a radar signal is transmitted and received while an antenna is reciprocally rotated within a predetermined angle range.
車載レーダ装置を用いて先行車両に追従走行する車両制御システムが知られている。かかる車両制御システムは、車載レーダ装置により先行車両の位置と速度を検出する。そして、所期の車間距離が保たれるように、自車両の挙動を制御する。 A vehicle control system that travels following a preceding vehicle using an in-vehicle radar device is known. Such a vehicle control system detects the position and speed of a preceding vehicle by an on-vehicle radar device. Then, the behavior of the host vehicle is controlled so that the desired inter-vehicle distance is maintained.
車載レーダ装置は、ミリ波帯の電波を用いて車両前方の走査対象領域を走査する。その際、物標までの距離を往復してもある程度のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が得られるような送信電力を必要とする。追従走行の場合、車両前方数メートルから百数十メートル前方の先行車両を検出可能な送信電力が必要とされる。 The in-vehicle radar device scans a scanning target area in front of the vehicle using millimeter wave band radio waves. At that time, transmission power is required so that a certain S / N ratio (signal to noise ratio) can be obtained even if the distance to the target is reciprocated. In the case of follow-up traveling, transmission power that can detect a preceding vehicle several meters to a few tens of meters ahead of the vehicle is required.
ところが一方で、車載レーダ装置の送信電力を必要最小限にすることが求められる。特に、車両が一定の走行速度未満のとき（以下、停車時を含め低速走行時という）に送信電力低減が求められる。これは、第１に、周囲の車両の電子機器へのノイズの影響や通行人など人体への悪影響を回避するためである。特に、渋滞時や駐車場内での低速走行時、あるいは交差点で信号待ちをする際の停車時には、周囲に他の車両や通行人が存在する蓋然性が高くなるからである。また第２に、レーダ装置内の回路素子の温度上昇を抑制し、熱暴走や回路素子の損傷を防止するためである。車載レーダ装置においては、サイズとコストの制約により冷却装置を設けることが困難である。よって、フロントグリル内などに搭載され、フロントグリル越しに走行風を受けて冷却される。すると、低速走行時には走行風が弱くなり、冷却効率が低下する。よって、低速走行時には特に、送信電力低減が求められる。そして第３に、法規制に準拠するためである。具体的には、米国における、低速走行時の送信電力低減を定めたＦＣＣ（連邦通信委員会）規定に準拠するためである。 However, on the other hand, it is required to minimize the transmission power of the in-vehicle radar device. In particular, when the vehicle is below a certain traveling speed (hereinafter, referred to as low speed traveling including when the vehicle is stopped), transmission power reduction is required. This is primarily to avoid the influence of noise on the electronic devices of surrounding vehicles and the adverse effects on the human body such as passers-by. This is because there is a high probability that other vehicles and passers-by will be present when the vehicle is parked, when driving at low speed in a parking lot, or when waiting for a signal at an intersection. Secondly, the temperature rise of the circuit elements in the radar apparatus is suppressed to prevent thermal runaway and damage to the circuit elements. In an in-vehicle radar device, it is difficult to provide a cooling device due to size and cost constraints. Therefore, it is mounted in the front grill or the like, and is cooled by receiving the traveling wind through the front grill. Then, the traveling wind becomes weak during low-speed traveling, and the cooling efficiency decreases. Therefore, especially when traveling at a low speed, a reduction in transmission power is required. And thirdly, to comply with laws and regulations. Specifically, in order to comply with the FCC (Federal Communications Commission) regulations for reducing transmission power during low-speed driving in the United States.
こうした要請に対し、従来種々の方法が提案されている。たとえば、特許文献１には、車両の走行速度に応じて送信を停止させる車載レーダ装置について開示されている。また別の例として、機械走査方式のレーダ装置において、レーダ信号を間欠的な指向角度で送出することにより送信電力を低減させる方法が提案されている。機械走査方式のレーダ装置は、アンテナを往復回動させ、走査対象領域に対応する角度範囲でアンテナの指向角度を変化させながらレーダ信号を送受信する。ここで、すべての指向角度でレーダ信号を送出する代わりに、間欠的に間引かれた指向角度でレーダ信号を送出することで送信電力を低減できる。
Various methods have been proposed in response to such demands. For example,
ところで、機械走査方式のレーダ装置は、受信信号レベルを反映したビート信号のピークに基づいて物標の角度を検出する。すなわち、アンテナの指向角度ごとにビート信号のピークを検出する。そして、ピークの分布形状（以下、ピーク形状）における極大値が形成される指向角度を物標の角度として検出する。これは、一般に物標の反射断面の中央部で反射レベルが極大となることによる。すると、上記方法では、指向角度を間欠的に間引かずにレーダ信号を送信する場合より、受信信号が得られる指向角度の数が少なくなる。すなわち、受信信号レベルのピークの極大値を求めるときに、データの数が少なくなる。よって、角度検出精度が低下するという問題がある。 By the way, the radar device of the mechanical scanning system detects the angle of the target based on the peak of the beat signal reflecting the received signal level. That is, the beat signal peak is detected for each antenna directivity angle. Then, the directivity angle at which the maximum value in the peak distribution shape (hereinafter, peak shape) is formed is detected as the target angle. This is because the reflection level is generally maximum at the center of the reflection cross section of the target. Then, in the above method, the number of directivity angles from which a received signal can be obtained is smaller than when a radar signal is transmitted without intermittent thinning of directivity angles. That is, the number of data is reduced when obtaining the maximum value of the peak of the received signal level. Therefore, there is a problem that the angle detection accuracy is lowered.
そこで、本発明の目的は、指向角度を間引いてレーダ信号を送出しても物標の角度検出精度の低下を防止するレーダ装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a radar apparatus that prevents a decrease in target angle detection accuracy even when a radar signal is transmitted with a directional angle thinned out.
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面によれば、車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ装置であって、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成し、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成するレーダ送受信機と、 前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有するレーダ装置が提供される。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a radar apparatus including an antenna that is mounted on a vehicle and reciprocally rotates to sequentially change a directivity angle within a predetermined angle range. Thus, when the antenna rotates in the first direction, a first beat signal having a frequency difference between the transmitted and received radar signals is transmitted / received by the antenna at an intermittent first directivity angle group. When a group is generated and rotated in a second direction opposite to the first direction, radar signals are transmitted and received by the antenna at an intermittent second directivity angle group different from the first directivity angle group. A radar transceiver for generating a second beat signal group having a frequency difference between the transmitted and received radar signals; a first peak of the first beat signal group; and a second peak of the second beat signal group. 2 peaks There is provided a radar apparatus having peak detection means for detecting the angle, and angle detection means for detecting the angle of the target based on the maximum value in the first peak shape and the maximum value in the second peak shape. .
また、本発明の第２の側面によれば、車両に搭載されるとともに往復回動して所定の角度範囲で指向角度を順次変化させるアンテナを備えたレーダ送受信機の信号処理装置であって、前記レーダ送受信機に、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成させ、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成させる送受信制御手段と、前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、前記第１のピーク形状における極大値と前記第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有する信号処理装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a signal processing apparatus for a radar transceiver including an antenna that is mounted on a vehicle and reciprocally rotates to sequentially change a directivity angle within a predetermined angle range. When the antenna is rotated in the first direction, the radar transceiver transmits and receives a radar signal with the first directivity angle group intermittently by the antenna, and has a frequency difference between the transmitted and received radar signals. When one beat signal group is generated and rotated in a second direction opposite to the first direction, an intermittent second directivity angle group different from the first directivity angle group by the antenna is used. Transmission / reception control means for transmitting and receiving radar signals and generating a second beat signal group having a frequency difference between the transmitted and received radar signals; a first peak of the first beat signal group; Peak detection means for detecting the second peak of the signal group, and angle detection means for detecting the angle of the target based on the maximum value in the first peak shape and the maximum value in the second peak shape. Is provided.
本発明によれば、間欠的に間引いた指向角度でレーダ信号を送出しても、物標の角度検出精度の低下を防止することができる。 According to the present invention, even if a radar signal is transmitted at an intermittently thinned directivity angle, it is possible to prevent a decrease in target angle detection accuracy.
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof.
図１は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。図１（Ａ）は、レーダ装置が車両に搭載される位置を示す平面図である。図１（Ｂ）は、レーダ装置のアンテナの指向角度を示す。 FIG. 1 is a diagram for explaining a usage state of a radar apparatus according to the present embodiment. FIG. 1A is a plan view showing a position where the radar apparatus is mounted on a vehicle. FIG. 1B shows the directivity angle of the antenna of the radar apparatus.
レーダ装置１０は、機械走査方式のレーダ装置であって、往復回動するアンテナ１２を有する。レーダ装置１０は、車両１の前部フロントグリル内に搭載され、車両１のフロントグリルを透過して車両１の前方にてレーダ信号を送受信する。このとき、車両１前方の走査対象領域に対応する角度範囲αでアンテナ１２の指向角度を順次変化させる。すなわち、車両１の正面（０度）を中心とする−α／２〜＋α／２度の間で変化させる。このとき、アンテナ１２は−α／２から＋α／２度の方向（右方向）に指向角度を順次変化させる動作と、＋α／２から−α／２度の方向（左方向）に指向角度を順次変化させる動作とを反復する。これにより、走査対象領域がレーダ信号により走査される。ここで角度範囲αは、たとえば２０度（−１０〜＋１０度）である。
The
レーダ装置１０は、受信信号を処理して物標の位置を検出する。物標は、具体的には先行車両である。物標の位置には、角度、相対距離が含まれる。さらに物標の角度は、その中心部の車両１の正面（０度）に対する角度である。また、レーダ装置１０は、物標の相対速度を検出する。こうした先行車両の情報は車両制御システム１００に出力される。そして、車両制御システム１００が、物標、つまり先行車両との車間距離が所期の距離になるように車両１の挙動を制御する。すなわち、車両１における不図示のアクチュエータを駆動し、走行速度を加減する。このようにして、先行車両に対する追従走行が行われる。
The
なお、レーダ装置１０は、フロントグリルを介して走行風を受ける。よって、レーダ装置１０が動作することでその内部の回路素子の温度が上昇したときに、走行風により冷却される。
The
図２は、レーダ装置１０の構成を説明する図である。レーダ装置１０は、レーダ信号を送受信するレーダ送受信機１０ａと、信号処理装置１４とを有する。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the
レーダ送受信機１０ａは、回動可能に構成されたアンテナ１２と、アンテナ１２を回動させるアンテナ駆動部１３とを有する。アンテナ１２は、レーダ信号を送信する送信アンテナ素子１２Ｔと、物標に反射されたレーダ信号を受信する受信アンテナ素子１２Ｒを有する。アンテナ駆動部１３は、アンテナを駆動させる駆動機構３０とアンテナの指向角度を検出する角度検知器３２を有する。駆動機構３０はアンテナの回動軸付近に接続されるクランクと、これを回転させるモータと、モータの駆動回路を有する。モータの駆動回路には、信号処理装置１４からの制御信号が入力される。よってこの制御信号に基づいてアンテナの回動速度が制御される。また角度検知器３２は、アンテナに付随したロータのスリットを検知するエンコーダを有する。エンコーダが出力する検知信号は、信号処理装置１４に入力される。
The
レーダ送受信機１０ａは、周波数変調されたミリ波帯の連続波（電波）をレーダ信号として送信する。変調信号生成部１６は、変調信号を生成する。変調信号は、周波数変調周期と周波数調幅を規定する、三角波状に振幅する電圧信号である。発振器１８は、変調信号に従って周波数変調したミリ波長のレーダ信号を発振する。例えば、電圧制御発振器で構成される。分配器２０は、レーダ信号を２つの経路に電力分配して出力する。
The
分配されたレーダ信号は増幅器２０ａにより増幅された後、スイッチ回路２１に入力される。スイッチ回路２１は、レーダ信号を常時、あるいは間欠的に送信アンテナ素子１２Ｔに出力する。スイッチ回路２１は、たとえばスイッチングトランジスタで構成される。その動作タイミングは信号処理装置１４から入力される制御信号により制御される。スイッチ回路２１の動作タイミングについては、後に詳述する。送信アンテナ素子１２Ｔから送出されたレーダ信号は、物標で反射された後、受信信号として受信アンテナ素子１２Ｒに受信される。受信信号は増幅器２０ｂにより増幅され、混合器２２に入力される。
The distributed radar signal is amplified by the amplifier 20 a and then input to the
混合器２２は、電力分配されたレーダ信号の一部と、受信信号とを混合する。これにより、送受信信号の周波数差を有するビート信号が生成される。そして、帯域通過フィルタ２３は、ビート信号の低域・高域ノイズを除去する。そして、ビート信号は、Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタルデータに変換され、信号処理装置１４に入力される。
The
ここで信号処理装置１４の説明の前に、図３、図４を用いてレーダ送受信機１０ａの動作について説明する。
Here, before describing the
図３は、レーダ信号の周波数とアンテナ１２の動作について説明する図である。図３（Ａ）は、レーダ信号の時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化を示す。レーダ信号は、上述したように変調信号の周期により周波数変調周期が、振幅により周波数変調幅が規定される。ここでは、周波数ｆｍの三角波状の周波数変調信号により周波数変調された、レーダ信号の周波数変化が示される。このレーダ信号の周波数は、周期１／ｆｍ、周波数変調幅ΔＦ（中心周波数ｆ０）で直線的な上昇と下降を反復する。以下では、周波数が上昇する期間ＵＰをアップ期間、周波数が下降する期間ＤＮをダウン期間という。
FIG. 3 is a diagram for explaining the frequency of the radar signal and the operation of the
図３（Ｂ）は、レーダ信号の周波数変化アンテナの指向角度との、時間軸における対応関係を示す。図３（Ｂ）上段には、送信信号の周波数（縦軸）の、時間経過（横軸）にともなう変化が示される。一方、図３（Ｂ）下段には、アンテナ１２の指向角度（縦軸）の、時間経過（横軸）にともなう変化が示される。アンテナ１２は、図１で示したように角度範囲α（つまり-α／２度〜+α／２度）で指向角度を順次変化させる。このとき、アンテナ１２の回動速度は送信信号の周波数変調周期と同期がとられる。これにより、アンテナ１２の指向角度θにつき１対のアップ期間とダウン期間とが対応する。ここで、角度θは例えば１度である。
FIG. 3B shows a correspondence relationship on the time axis with the directivity angle of the frequency change antenna of the radar signal. In the upper part of FIG. 3B, the change of the frequency (vertical axis) of the transmission signal with the passage of time (horizontal axis) is shown. On the other hand, in the lower part of FIG. 3B, a change in the directivity angle (vertical axis) of the
本実施形態では、スイッチ回路２１がレーダ信号の出力をオン・オフする。スイッチ回路２１の動作は、信号処理装置１４から入力される制御信号により制御される。これにより、レーダ信号の送信タイミングが制御される。レーダ装置１０は、基本的な通常モードと、送信電力を低減させるための送信電力低減モードとで動作する。通常モードのときには、スイッチ回路２１がレーダ信号の出力を常時オンにする。よってレーダ送受信機１０ａは、アンテナ１２に指向角度θごとにレーダ信号を送信させる。また、送信電力低減モードのときには、スイッチ回路２１は間欠的に送信アンテナ素子１２Ｔにレーダ信号を出力する。
In the present embodiment, the
図３（Ｃ）は、送信電力低減モードにおけるスイッチ回路２１の出力タイミングを示す。図示するように、スイッチ回路２１は、１変調周期（１対のアップ期間とダウン期間）おきに、レーダ信号を出力する。そして、アンテナ１２が右方向（−α／２度からα／２度の方向）に回動するときと、左方向（α／２度から−α／２度の方向）に回動するときとでは、出力のタイミングが反転する。
FIG. 3C shows the output timing of the
信号処理装置１４からの制御信号は、たとえばデューティ比５０％のパルス信号である。スイッチ回路２１は、制御信号がＨｉレベルのときにレーダ信号を出力する。そして、アンテナ１２の回動方向が反転すると、パルスの立ち上がりと立ち下がりが反転する。
The control signal from the
図４は、送信電力低減モードにおけるレーダ信号の送信タイミングとアンテナ１２の指向角度の対応関係を説明する図である。ここでは、アンテナ１２が右方向に回動するときにレーダ信号が送信される指向角度を「θＲ」、アンテナ１２が右方向に回動するときにレーダ信号が送信される指向角度を「θＬ」で示す。つまり、右方向のときと左方向のときとではレーダ信号が送信される指向角度が交互になる。
FIG. 4 is a diagram for explaining a correspondence relationship between the transmission timing of the radar signal and the directivity angle of the
このようにして、送信電力低減モードでは、レーダ送受信機１０ａは、間欠的な指向角度でレーダ信号を送出する。よって、すべての指向角度でレーダ信号を送信する場合と比べ、送信電力を低減させることが可能となる。また、アンテナ１２が右方向に回動するときと、左方向に回動するときとでは、異なる指向角度でレーダ信号を送信する。レーダ送受信機１０ａのこのような動作に加え、信号処理装置１４が後に詳述する処理を実行することにより、物標の角度検出精度低下を防止できる。
In this manner, in the transmission power reduction mode, the
図５は、送受信時のレーダ信号の周波数について説明する図である。図５（Ａ）には、送信時のレーダ信号（送信信号）と、目標物体で反射されて受信されたレーダ信号（受信信号）それぞれの、時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化が示される。送信信号の周波数は、実線で示すように、アップ期間ＵＰで上昇し、ダウン期間ＤＮで下降する。これに対し、受信信号の周波数は、破線で示すように周波数偏移を受ける。これは、目標物体との相対距離による時間的遅延ΔＴと、相対速度に応じたドップラシフトΔＤの影響による。この結果、アップ期間ＵＰでは周波数差ｆｕが生じ、ダウン期間ＤＮでは周波数差ｆｄが生じる。 FIG. 5 is a diagram illustrating the frequency of the radar signal during transmission / reception. FIG. 5A shows changes in frequency (vertical axis) with respect to time (horizontal axis) of the radar signal (transmission signal) at the time of transmission and the radar signal (received signal) reflected and received by the target object. Is shown. The frequency of the transmission signal rises during the up period UP and falls during the down period DN, as shown by the solid line. On the other hand, the frequency of the received signal undergoes a frequency shift as indicated by a broken line. This is due to the influence of the time delay ΔT depending on the relative distance to the target object and the Doppler shift ΔD corresponding to the relative speed. As a result, a frequency difference fu occurs in the up period UP, and a frequency difference fd occurs in the down period DN.
送受信信号を混合して得られるビート信号の周波数は、両者の周波数差を有する。その周波数の時間に対する変化は、図５（Ｂ）に示される。すなわち、送信信号のアップ期間ＵＰでは周波数ｆｕとなり、ダウン期間ＤＮでは周波数ｆｄとなる。なおこれらの周波数は、次の数式に示すように、目標物体の相対速度Ｖと相対距離Ｒを反映している。ここで、Ｃは光速、ｆｍは変調信号における三角波の周波数、ｆ０は送信信号Ｓｔの中心周波数、ΔＦは周波数偏移幅である。 The frequency of the beat signal obtained by mixing the transmission and reception signals has a frequency difference between them. The change of the frequency with respect to time is shown in FIG. That is, the frequency becomes fu during the up period UP of the transmission signal, and the frequency fd during the down period DN. Note that these frequencies reflect the relative speed V and the relative distance R of the target object, as shown in the following equation. Here, C is the speed of light, fm is the frequency of the triangular wave in the modulation signal, f0 is the center frequency of the transmission signal St, and ΔF is the frequency shift width.
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ） ・・・式（１）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０） ・・・式（２）
図２に戻り、信号処理装置１４の構成について説明する。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部１４０は、ビート信号をＦＦＴ処理して、周波数スペクトルを検出する。ＦＦＴ処理部１４０は、たとえばＤＳＰなどのプロセッサにより構成される。
R = C · (fu + fd) / (8 · ΔF · fm) (1)
V = C · (fd−fu) / (4 · f0) (2)
Returning to FIG. 2, the configuration of the
送受信制御手段１４２、ピーク検出手段１４４、角度検出手段１４６、距離・速度検出手段１４８、出力手段１５０は、それぞれの動作手順に対応する信号処理を実行するマイクロコンピュータにより構成される。マイクロコンピュータは、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。マイクロコンピュータでは、ＣＰＵが各手段の動作に対応するプログラムを実行する。各プログラムは予めＲＯＭに格納される。また、ＣＰＵが演算処理するデータは一時的にＲＡＭに格納される。
The transmission /
送受信制御手段１４２は、アンテナ駆動部１３にアンテナ１２の回動速度を制御するための制御信号を出力する。また、スイッチ回路２１に対する制御信号を生成し出力する。ピーク検出手段１４４は、駆動部１３から入力される信号に基づいて、アンテナ１２の指向角度を検出する。そして、指向角度ごとに、ビート信号の周波数スペクトルにおけるピークを検出する。角度検出手段１４６は、ビート信号のピーク形状に基づき物標の角度を検出する。また、距離・速度検出手段１４８は、物標の相対距離、相対速度を検出する。そして、検出されたこれらの情報は、出力手段１５０により車両制御装置１００に出力される。
The transmission /
なお、信号処理装置１４には、車両制御システム１００から車両１の走行速度が入力される。
Note that the traveling speed of the
ここで、信号処理装置１４における信号処理について、図６を用いて説明する。
Here, the signal processing in the
図６は、ビート信号のピークについて説明する図である。図６の説明は便宜上、通常モードの場合を例とする。ここで説明する処理は、アンテナ１２が左右方向のいずれかに一回回動するとき（以下、１スキャンとする）に実行される。
FIG. 6 is a diagram for explaining the peak of the beat signal. For the sake of convenience, the description of FIG. 6 takes the case of the normal mode as an example. The process described here is executed when the
図６（Ａ）は、ビート信号の周波数スペクトルを示す。周波数スペクトルは、アンテナ１２の指向角度ごとに検出される。そして、物標が存在する指向角度では、図６（Ａ）に示すような周波数スペクトルが検出される。ここでは、アップ期間に得られるビート信号の周波数スペクトルと、ダウン期間に得られるビート信号の周波数スペクトルとを示す。図５で示したように、物標の反射により得られたビート信号の周波数は、アップ期間で周波数ｆｕである。また、ダウン期間で周波数ｆｄである。よって、ピーク検出手段１４４は、アップ期間では周波数ｆｕのスペクトルがピークを形成する。また、ダウン期間では周波数ｆｄのスペクトルがピークを形成する。
FIG. 6A shows the frequency spectrum of the beat signal. The frequency spectrum is detected for each directivity angle of the
図６（Ｂ）は、かかるピークの角度範囲αにおける分布を示す。検出されたピークは、角度範囲α（-α／２度〜+α／２度）において物標が位置する指向角度にわたって分布する。そしてアップ期間では、周波数ｆｕのピークのグループが形成される。一方、ダウン期間では、周波数ｆｄのピークのグループが形成される。 FIG. 6B shows the distribution of such peaks in the angle range α. The detected peaks are distributed over the directivity angle where the target is located in the angle range α (−α / 2 degrees to + α / 2 degrees). In the up period, a peak group of the frequency fu is formed. On the other hand, in the down period, a peak group of the frequency fd is formed.
角度検出手段１４６は、上記のようなアップ期間、ダウン期間それぞれにおけるピークのグループを２次近似してピークの分布形状、つまりピーク形状（点線で図示）を検出する。すると、その中心付近で極大値が形成される。これは、物標の反射断面積はその中心部で最大であることによる。ここで、同一物標から検出されるアップ期間、ダウン期間のピーク形状では、極大値に対応する指向角度θｐは略一致する。ここにおいて、角度検出手段１４６は、まず物標の角度θｐを検出する。
The
そして、距離・速度検出手段１４８は、極大値に対応する指向角度θｐが略一致するピークのグループ同士を対応づける。すると、同一物標から得られたアップ期間の周波数ｆｕとダウン期間の周波数ｆｄとが対応づけられる。よって、距離・速度検出手段１４８は、上述した式（１）、（２）により物標の相対速度、相対距離を算出する。
Then, the distance / velocity detecting means 148 associates the peak groups whose directivity angles θp corresponding to the maximum values substantially coincide with each other. Then, the frequency fu of the up period obtained from the same target and the frequency fd of the down period are associated with each other. Therefore, the distance /
ここで、送信電力低減モードにおける信号処理について説明する。送信電力低減モードでは、レーダ信号を送信する指向角度が通常モードの半分になる。よって、図６（Ａ）で示した周波数スペクトルは、レーダ信号が送信された指向角度であって物標が存在する指向角度ごとに検出される。また、図６（Ｂ）で示したピーク分布は、ピークのグループを構成するピークの数が半分になる。このような点を除き、角度検出手段１４６、距離・速度検出手段１４８の動作は、上記と同じである。 Here, signal processing in the transmission power reduction mode will be described. In the transmission power reduction mode, the directivity angle at which the radar signal is transmitted is half that of the normal mode. Therefore, the frequency spectrum shown in FIG. 6A is detected for each directivity angle at which the radar signal is transmitted and the target exists. In the peak distribution shown in FIG. 6B, the number of peaks constituting the peak group is halved. Except for this point, the operations of the angle detection means 146 and the distance / speed detection means 148 are the same as described above.
図７は、レーダ装置１０の動作手順を説明するフローチャート図である。この動作手順は、１スキャンごとに実行される。
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation procedure of the
送受信制御手段１４ｂは、車両制御システム１００から入力される走行速度に基づいて、通常走行時（例えば時速５ｋｍ以上）であるか、低速走行時（時速５ｋｍ未満）であるかを判断する（Ｓ１０）。通常走行時であれば、通常モードで動作する。すなわち、変調信号生成部１６に変調信号の出力を指示し、レーダ送受信機１０ａにレーダ信号を送信させる（Ｓ１２）。このとき、アンテナ１２のすべての指向角度でレーダ信号を送信させる。
Based on the traveling speed input from the vehicle control system 100, the transmission / reception control unit 14b determines whether it is during normal traveling (for example, 5 km / h or more) or at low speed (less than 5 km / h) (S10). . During normal driving, it operates in normal mode. That is, the
そしてＦＦＴ処理部１４０は、指向角度ごとのビート信号に対しＦＦＴ処理を行い、アップ期間、ダウン期間ごとに周波数スペクトルを検出する（Ｓ１４）。 Then, the FFT processing unit 140 performs an FFT process on the beat signal for each directivity angle and detects a frequency spectrum for each of the up period and the down period (S14).
そして、ピーク検出手段１４４は、アップ期間、ダウン期間ごとにビート信号のピークを検出する（Ｓ１６）。そして、角度検出手段１４６は、ピーク形状から角度を検出する（Ｓ１８）。そして、距離・速度検出手段１４８は、アップ期間のピークグループとダウン期間のピークグループとを対応付けして（Ｓ２０）、目標物体の相対距離、相対速度を算出する（Ｓ２２）。そして、出力手段は、検出結果の履歴が一定の連続性を有するかに基づいて出力可否を判断する（Ｓ２４）。ここでは、過去所定回数（たとえば３回）のスキャンで検出された物標の角度が一定誤差範囲内（たとえば±０．５度以内）のときに、連続性を確認する。そして、連続性が確認された結果は、検出結果としての信頼性が担保されるので、出力可と判断する。そして、出力手段は、出力可と判断した目標物体の情報を車両制御システム１００に出力する（Ｓ２６）。
And the peak detection means 144 detects the peak of a beat signal for every up period and a down period (S16). Then, the
一方、低速走行時であれば、送信電力低減モードで動作する。すなわち送受信制御手段１４ｂは、レーダ送受信機１０ａにレーダ信号を間欠的な指向角度で送信させる（Ｓ１２ａ）。このとき、アンテナの回動方向ごとにレーダ信号を送信する指向角度が異なる。そして、そしてＦＦＴ処理部１４０は、レーダ信号が送信された指向角度ごとのビート信号に対しＦＦＴ処理を行い、アップ期間、ダウン期間ごとに周波数スペクトルを検出する（Ｓ１４ａ）。そして、ピーク検出手段１４４は、上記同様、ビート信号のピークを検出する（Ｓ１６ａ）。そして、角度検出手段１４６は、ピーク形状から角度を検出する（Ｓ１８ａ）。
On the other hand, when the vehicle is traveling at a low speed, it operates in the transmission power reduction mode. That is, the transmission / reception control unit 14b causes the
そして、距離・速度検出手段１４８は、上記同様にアップ期間のピークグループとダウン期間のピークグループとを対応付けして（Ｓ２０ａ）、目標物体の相対速度、相対距離を算出する（Ｓ２２ａ）。そして、出力手段は、上記同様に、出力可否判断（Ｓ２４）、車両制御システム１００への出力（Ｓ２６）を行う。 Then, the distance / speed detection means 148 associates the peak group of the up period and the peak group of the down period in the same manner as described above (S20a), and calculates the relative speed and the relative distance of the target object (S22a). And an output means performs the output permission judgment (S24) and the output to the vehicle control system 100 (S26) similarly to the above.
ここで、送信電力低減モードでは、１つおきの指向角度で得られたビート信号に基づいて、物標の角度が検出される。よって、角度分解能の低下を防ぐために、本実施形態では次のような処理を行う。 Here, in the transmission power reduction mode, the angle of the target is detected based on beat signals obtained at every other directivity angle. Therefore, in order to prevent a decrease in angular resolution, the following processing is performed in the present embodiment.
図８は、送信電力低減モードにおける物標の角度検出処理を説明する図である。図８では、横軸にアンテナ１２の指向角度、縦軸にビート信号のレベルを示す。図８（Ａ）は、アンテナ１２が右方向に回動するスキャンのときに単一の物標から得られたピークの形状を示す。図８（Ｂ）は、左方向に回動するスキャンのときに、同じ物標から得られたピークの形状を示す。上述したように、アンテナ１２は回動方向ごとに異なる間欠的な指向角度でレーダ信号を送受信する。よって、図８（Ａ）、（Ｂ）では、ピークが検出される指向角度は交互になる。なおここでは説明の便宜上、アップ期間でのピーク形状に基づいて説明する。
FIG. 8 is a diagram illustrating target angle detection processing in the transmission power reduction mode. In FIG. 8, the horizontal axis represents the directivity angle of the
図８（Ａ）では、ピーク形状（点線で図示）の極大値は指向角度θｐ１で形成される。よって、上述した手順によれば物標の角度θｐ１が検出される。一方、図８（Ｂ）では、ピーク形状（点線で図示）の極大値は指向角度θで形成される。よって、上述した手順によれば物標の角度θｐ２が検出される。ここで、検出される角度に差が生じる。 In FIG. 8A, the maximum value of the peak shape (illustrated by a dotted line) is formed at the directivity angle θp1. Therefore, according to the procedure described above, the angle θp1 of the target is detected. On the other hand, in FIG. 8B, the maximum value of the peak shape (illustrated by a dotted line) is formed at the directivity angle θ. Therefore, according to the procedure described above, the angle θp2 of the target is detected. Here, a difference occurs in the detected angle.
よって、本実施形態では、角度θｐ１とθｐ２の平均θｐ＿ａｖを算出して、これを物標の角度として検出する。 Therefore, in this embodiment, the average θp_av of the angles θp1 and θp2 is calculated, and this is detected as the angle of the target.
ここで、図８（Ｃ）に、すべての指向角度でレーダ信号を送受信したときに得られるピーク形状を示す。すると図８（Ｃ）では、ピーク形状は指向角度θｐｍで検出される。よって、角度θｐｍが、本来検出すべき物標の角度である。すると、上記のように検出される角度θｐ１とθｐ２の平均の角度θｐ＿ａｖが角度θｐｍと略一致する。 Here, FIG. 8C shows a peak shape obtained when radar signals are transmitted and received at all directivity angles. Then, in FIG. 8C, the peak shape is detected at the directivity angle θpm. Therefore, the angle θpm is the angle of the target to be detected originally. Then, the average angle θp_av of the angles θp1 and θp2 detected as described above substantially coincides with the angle θpm.
このように、回動方向ごとに検出した角度の平均を算出することで、角度分解能の低下を補うことができる。 Thus, by calculating the average of the detected angles for each rotation direction, it is possible to compensate for the decrease in angular resolution.
図９は、図８の処理の手順を説明するフローチャート図である。このフローチャート図は、図７の手順Ｓ１８ａのサブルーチンに対応する。 FIG. 9 is a flowchart for explaining the processing procedure of FIG. This flowchart corresponds to the subroutine of step S18a in FIG.
角度検出手段１４６は、今回のスキャンにおける物標の角度を検出し（Ｓ２００）、ＲＡＭに格納する（Ｓ２０２）。そして、前回のスキャンで検出した物標の角度をＲＡＭから読み出し（Ｓ２０４）、今回検出した角度との平均を算出する（Ｓ２０６）。 The angle detection means 146 detects the angle of the target in the current scan (S200) and stores it in the RAM (S202). Then, the angle of the target detected in the previous scan is read from the RAM (S204), and the average of the detected angle is calculated (S206).
このようにして、間欠的な指向角度でレーダ信号を送受信した場合であっても、物標の角度の検出精度低下を防止できる。 In this way, even when radar signals are transmitted and received at intermittent directivity angles, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy of the target angle.
本実施形態の変形例では、検出した角度の平均を算出する代わりに、ピーク分布を合成して物標の角度を検出する。 In the modification of this embodiment, instead of calculating the average of the detected angles, the peak distribution is synthesized to detect the target angle.
図１０は、変形例における角度検出処理の手順を説明するフローチャート図である。図１０の手順Ｓ１６０〜Ｓ１６６は、図７で示した手順Ｓ１６ａの詳細な手順に対応する。また、図１０の手順Ｓ１６８は、図７で示した手順Ｓ１８ａが変形された手順である。ここで、再度図８を参照しつつ説明する。 FIG. 10 is a flowchart for explaining the procedure of the angle detection process in the modification. Steps S160 to S166 in FIG. 10 correspond to the detailed steps of step S16a shown in FIG. Further, the procedure S168 in FIG. 10 is a procedure obtained by modifying the procedure S18a shown in FIG. Here, description will be made with reference to FIG. 8 again.
ピーク検出手段１４４は、今回のスキャンにおけるピーク（図８（Ｂ）のピーク）を検出し（Ｓ１６０）、ＲＡＭに格納する（Ｓ１６２）。そして、前回のスキャンで検出したピーク（図８（Ａ）のピーク）をＲＡＭから読み出し（Ｓ１６４）、今回検出したピークと合成する（Ｓ１６６）。すると、図８（Ｃ）のピークが合成される。 The peak detection means 144 detects the peak in the current scan (the peak in FIG. 8B) (S160) and stores it in the RAM (S162). Then, the peak detected in the previous scan (the peak in FIG. 8A) is read from the RAM (S164) and synthesized with the peak detected this time (S166). Then, the peak in FIG. 8C is synthesized.
そして、角度検出手段１４６は、合成したピーク形状における極大値が形成される指向角度を物標の角度として検出する（Ｓ１６８）。 Then, the angle detection means 146 detects the directivity angle at which the maximum value in the combined peak shape is formed as the target angle (S168).
このようにして、間欠的な指向角度でレーダ信号を送受信した場合であっても、物標の角度の検出精度低下を防止できる。さらに、この変形例によれば、ピーク形状を２次近似により算出する際のデータ量が増加するので、角度検出精度が向上する。 In this way, even when radar signals are transmitted and received at intermittent directivity angles, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy of the target angle. Furthermore, according to this modification, the amount of data when the peak shape is calculated by quadratic approximation increases, so that the angle detection accuracy is improved.
上述の説明では、間欠的な指向角度でレーダ信号を送信するときに、指向角度を１つおきに間引く場合を示した。本実施形態では、指向角度を例えば２つ以上間引いてレーダ信号を送信してもよい。また、左右の回動方向で異なる指向角度でレーダ信号を送信すれば、左右の回動方向で間引く指向角度の数が異なってもよい。 In the above description, when a radar signal is transmitted at an intermittent directivity angle, every other directivity angle is thinned out. In the present embodiment, radar signals may be transmitted with two or more directional angles thinned out, for example. Further, if radar signals are transmitted at different directivity angles in the left and right rotation directions, the number of directivity angles to be thinned out in the left and right rotation directions may be different.
また、本実施形態におけるレーダ装置は、車両前方だけでなく、車両の前側方、後方、あるいは後側方を走査する場合にも適用できる。 In addition, the radar device according to the present embodiment can be applied not only to the front of the vehicle but also to scanning the front side, the rear, or the rear side of the vehicle.
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置によれば、間欠的な指向角度でレーダ信号を送出するので、まず送信電力を低減させることができる。周囲の車両の電子機器へのノイズの影響や、通行人など人体への悪影響を回避できる。特に、低速走行時に上記処理を行うことで、渋滞時や駐車場内での低速走行時、あるいは交差点で信号待ちをする際の停車時には、周囲に他の車両や通行人が存在する蓋然性が高くなる場合であっても、上記効果を奏することができる。また、レーダ装置内の回路素子の温度上昇を抑制し、熱暴走や素子の損傷を防止できる。特に、低速走行時には走行風が弱くなり、冷却効率が低下しても、冷却効率低下を補える。さらに、たとえば米国でＦＣＣ規制に準拠した制御が可能となる。ＦＣＣ規制では、低速走行時の送信電力が制約されているが、低速走行時に送信電力を低減させるのでかかる規制に準拠できる。 As described above, according to the radar apparatus of the present embodiment, since the radar signal is transmitted at an intermittent directivity angle, first, the transmission power can be reduced. It is possible to avoid the influence of noise on the electronic equipment of surrounding vehicles and adverse effects on human bodies such as passers-by. In particular, by performing the above processing during low-speed driving, there is a high probability that other vehicles and passers-by will be present when the vehicle is parked, when driving at low speed in a parking lot, or when waiting for a signal at an intersection. Even if it is a case, the said effect can be show | played. Moreover, the temperature rise of the circuit element in a radar apparatus can be suppressed, and thermal runaway and element damage can be prevented. In particular, even when the traveling wind becomes weak during low-speed traveling and the cooling efficiency decreases, the decrease in cooling efficiency can be compensated. Furthermore, for example, control conforming to the FCC regulations is possible in the United States. In FCC regulations, transmission power during low-speed traveling is restricted, but transmission power is reduced during low-speed traveling, so that such regulations can be complied with.
そして、前回のピーク形状と今回のピーク形状とに基づき物標の角度を検出するので、角度検出の精度低下を防止できる。 And since the angle of the target is detected based on the previous peak shape and the current peak shape, it is possible to prevent a decrease in accuracy of angle detection.
１：車両、１０：レーダ装置、１０ａ：信号処理装置、１２：アンテナ、１４０：送受信制御手段、１４４：ピーク検出手段、１４６：角度検出手段 1: vehicle, 10: radar device, 10a: signal processing device, 12: antenna, 140: transmission / reception control means, 144: peak detection means, 146: angle detection means
Claims (5)
前記車両が低速走行時において、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成し、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成するレーダ送受信機と、
前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、
前記第１のピークの第１のピーク形状における極大値と前記第２のピークの第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有するレーダ装置。 A radar device including an antenna that is mounted on a vehicle and reciprocally rotates to sequentially change a directivity angle within a predetermined angle range,
When the vehicle rotates at a low speed when the vehicle rotates in the first direction, the antenna transmits / receives a radar signal at an intermittent first directivity angle group, and calculates a frequency difference between the transmitted / received radar signals. An intermittent second directivity angle different from the first directivity angle group by the antenna when the first beat signal group is generated and rotated in a second direction opposite to the first direction. A radar transceiver for transmitting and receiving radar signals in groups and generating a second beat signal group having a frequency difference between the transmitted and received radar signals;
Peak detecting means for detecting a first peak of the first beat signal group and a second peak of the second beat signal group;
Based on the maximum value in the second peak shape maximum value and the second peak of the first peak shape of the first peak, a radar apparatus having an angle detecting means for detecting an angle of the target.
前記角度検出手段は、前記第１のピーク形状における極大値が形成される角度と、前記第２のピーク形状における極大値が形成される角度の平均を物標の角度として検出することを特徴とするレーダ装置。 In claim 1,
The angle detection means detects an average of the angle at which the maximum value in the first peak shape is formed and the angle at which the maximum value in the second peak shape is formed as the angle of the target. Radar device.
前記角度検出手段は、前記第１のピークと前記第２のピークとを合成したピーク形状における極大値が形成される角度を物標の角度として検出することを特徴とするレーダ装置。 In claim 1,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the angle detection means detects an angle at which a maximum value in a peak shape obtained by synthesizing the first peak and the second peak is formed as a target angle.
前記車両の速度が基準速度以上のときには、前記レーダ送受信機は前記アンテナの回動方向が前記第１、第２の方向のいずれであっても前記第１、第２の指向角度群で前記レーダ信号を送受信し、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有するビート信号群を生成し、前記ピーク検出手段は前記ビート信号群のピークを検出し、前記角度検出手段は、前記検出されたピーク形状に基づき物標の角度を検出することを特徴とするレーダ装置。 In claim 1,
When the speed of the vehicle is equal to or higher than a reference speed, the radar transceiver transmits the radar in the first and second directivity angle groups regardless of whether the antenna rotates in the first direction or the second direction. Transmitting / receiving a signal, generating a beat signal group having a frequency difference between the transmitted and received radar signals, the peak detecting unit detects a peak of the beat signal group , and the angle detecting unit detects the detected peak shape A radar apparatus for detecting an angle of a target based on the above.
前記車両が低速走行時において、前記レーダ送受信機に、前記アンテナが第１の方向に回動するときには、前記アンテナにより間欠的な第１の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第１のビート信号群を生成させ、前記第１の方向と反対の第２の方向に回動するときには、前記アンテナにより前記第１の指向角度群とは異なる間欠的な第２の指向角度群でレーダ信号を送受信させ、前記送受信されたレーダ信号の周波数差を有する第２のビート信号群を生成させる送受信制御手段と、
前記第１のビート信号群の第１のピークと、前記第２のビート信号群の第２のピークとを検出するピーク検出手段と、
前記第１のピークの第１のピーク形状における極大値と前記第２のピークの第２のピーク形状における極大値とに基づき、物標の角度を検出する角度検出手段とを有する信号処理装置。 A signal processing apparatus for a radar transceiver including an antenna mounted on a vehicle and reciprocally rotated to sequentially change a directivity angle within a predetermined angle range,
When the vehicle rotates at a low speed, the radar transmitter / receiver causes the antenna to rotate in the first direction so that the antenna transmits / receives a radar signal at an intermittent first directivity angle group. When the first beat signal group having the frequency difference of the radar signal is generated and rotated in the second direction opposite to the first direction, the antenna intermittently differs from the first directivity angle group by the antenna. Transmission / reception control means for transmitting and receiving radar signals at a second directivity angle group, and generating a second beat signal group having a frequency difference between the transmitted and received radar signals;
Peak detecting means for detecting a first peak of the first beat signal group and a second peak of the second beat signal group;
Based on the maximum value in the second peak shape maximum value and the second peak of the first peak shape of the first peak, the signal processing device having a angle detecting means for detecting an angle of the target.
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