JP3104599B2

JP3104599B2 - Ｆｍ−ｃｗレーダ装置

Info

Publication number: JP3104599B2
Application number: JP07306279A
Authority: JP
Inventors: 幸則山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2000-10-30
Anticipated expiration: 2015-11-24
Also published as: JPH09145827A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＭ−ＣＷレーダ
装置に係り、特に、車両前方に存在する複数の対象物を
精度良く検出する装置として好適なＦＭ−ＣＷレーダ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＦＭ−ＣＷレーダ装置を用い
て車載用レーダ装置を実現する技術が提案されている。
例えば、特開平７−４９３７７号によれば、対象物の検
出機構としてＦＭ−ＣＷレーダ装置を用いたステア型車
載用レーダ装置が開示されている。上記のレーダ装置
は、車両の走行状態等から自車線上を走行する先行車の
位置を推定し、その角度にＦＭ−ＣＷレーダ装置のレー
ダアンテナをステアする機能を備えている。かかる構成
によれば、カーブの走行中に先行車をロストする可能性
を下げることができるため、車載用レーダ装置におい
て、高い対象物認識精度を得ることができる。

【０００３】ＦＭ−ＣＷレーダ装置においては、レーダ
アンテナから検出領域に向けて所定の変化率で周波数の
増減される送信波が送信される。検出領域内に対象物が
存在すると、対象物とレーダアンテナとの距離に応じた
伝搬時間τの後に、反射波が対象物に到達して反射波が
生成される。生成された反射波は、対象物とレーダアン
テナとの距離に応じた伝搬時間τの後にレーダアンテナ
に到達する。

【０００４】ＦＭ−ＣＷレーダ装置では、上記の如くレ
ーダアンテナに到達する反射波と、その時点での送信波
とをミキシングすることにより、反射波と送信波の周波
数偏差を変動周波数とし、反射波の強度に応じた振幅を
有するビート信号が生成される。上記の如く生成された
ビート信号に、公知のＦＦＴ処理を施して周波数解析を
行うと、ビート信号に含まれている各周波数成分のスペ
クトル強度を得ることができる。ＦＭ−ＣＷレーダ装置
は、反射波が上昇する過程で得られたビート信号につい
てのスペクトル解析結果（以下、上り区間スペクトルと
称す）と、反射波が下降する過程で得られたビート信号
についてのスペクトル解析結果（以下、下り区間スペク
トルと称す）とを用いて、対象物までの距離、及びＦＭ
−ＣＷレーダ装置に対する対象物の相対速度を演算す
る。

【０００５】ＦＭ−ＣＷレーダ装置の検出領域内に複数
の対象物が存在する場合、それぞれの対象物に対して反
射波が生成される。このように複数の反射波が生成され
ると、ビート信号のスペクトル解析結果中に、複数のス
ペクトルピークが形成される。この場合、複数の対象物
を正確に検出するためには、上り区間スペクトルに含ま
れる複数のスペクトルピークと、下り区間スペクトルに
含まれる複数のスペクトルピークとを適正に組み合わせ
ることが必要となる。

【０００６】上記従来の車載用レーダ装置は、上り区間
スペクトルおよび下り区間スペクトルに複数のスペクト
ルピークが存在する場合に、周波数順にスペクトルピ
ークをペアリングする周波数ペアリングの手法、およ
び、スペクトルピークの形状の相関演算を行い、相関
の高いもの同士をペアリングする相関ペアリングの手法
の双方を用いて、適正なペアリングの実現を図ってい
る。

【０００７】検出領域内に存在する複数の対象物に大き
な相対速度差がない場合は、上り区間スペクトル中に
も、下り区間スペクトル中にも、相対距離の小さい対象
物のピークスペクトルは低周波側に、相対距離の大きな
対象物のピークスペクトルは高周波側に表れる。従っ
て、かかる状況下では、上記の手法により正確なペア
リングを行うことができる。

【０００８】一方、検出領域内に存在する複数の対象物
に大きな相対速度差が存在する場合は、上り区間スペク
トル中と、下り区間スペクトル中とに、同一の対象物に
ついてのスペクトルピークが異なる順序で表れる場合が
ある。この場合、上記の手法では、正確なペアリング
を行うことはできない。しかしながら、上り区間スペク
トル中に表れるスペクトルピークと、下り区間スペクト
ル中に表れるスペクトルピークとは、それらが同一の対
象物に起因するものである場合には形状において高い相
関を示し、一方、それらが同一の対象物に起因するもの
でない場合には形状において高い相関を示さない。この
ため、上記の手法でペアリングが行われた後、ペアリ
ングされたスペクトルピークの相関度を求めることで、
適正なペアリングが行われたか否かを判断することが可
能である。また、相関が低いと判別された場合に、上記
の手法により再度ペアリングを行えば、正確なペアリ
ングを行うことが可能である。

【０００９】このため、上記従来の車載用レーダ装置に
よれば、ＦＭ−ＣＷレーダ装置の照射範囲内に複数の対
象物が存在する場合に、それら複数の対象物を、高い精
度で認識することができる。また、上記従来の車載用レ
ーダ装置は、上述の如く、車両の旋回中をも含めて、Ｆ
Ｍ−ＣＷレーダ装置により正確に自車線上を照射するこ
とができる。従って、上記従来の車載用レーダ装置によ
れば、自車線上に存在する複数の対象物を、精度良く検
出し得るという効果を得ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、車両前方を
広く監視するためには、車載用レーダ装置を走査型レー
ダ装置とすることが有効である。対象物の検出機構にＦ
Ｍ−ＣＷレーダ装置を用いた走査型レーダ装置によれ
ば、比較的広い検出領域内に存在する複数の対象物のそ
れぞれについて、対象物までの距離および対象物の相対
速度が検出し得ると共に、自車両に対して対象物の存在
する方向を検出することが可能である。

【００１１】自車両に対する対象物の存在方向を精度良
く検出するためには、所定の走査角毎に上り区間スペク
トルおよび下り区間スペクトルを演算し、走査角毎に対
象物の検出処理を行うことが必要である。このため、か
かる機能を実現するためには、すなわち、車載用レーダ
装置を走査型レーダ装置とする利益を十分に得るために
は、検出領域を複数の領域に区分して、個々の区分につ
いてスペクトル解析を行い、それぞれの区分に対して演
算される上り区間スペクトルおよび下り区間スペクトル
に含まれるスペクトルピークを適切にペアリングするこ
とが必要である。

【００１２】上記の演算処理は、全ての区分について演
算されるスペクトル解析結果に対して上述した及び
の手法によるペアリング処理を施すことにより、行うこ
とができる。しかしながら、かかる演算処理を行うとす
れば、車載用レーダ装置の演算負荷が過大となり、コス
ト上、若しくは応答性上の不利益が生ずる。この意味
で、上記従来の装置の演算手法は、ＦＭ−ＣＷレーダ装
置を用いた走査型レーダ装置においては、必ずしも最適
な演算手法ではなかった。

【００１３】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、上り区間スペクトルに含まれるスペクトルピー
クと、下り区間スペクトルに含まれるスペクトルピーク
とのペアリングを、走査角のデータを用いて簡易に行う
ことにより上記の課題を解決するＦＭ−ＣＷレーダ装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、送信波の周波数を所定の変化率で変調
する周波数変調機構と、送信波に対する反射波と送信波
とに基づいてビート信号を生成するビート信号生成機構
と、ビート信号に含まれる各周波数成分のスペクトル強
度を検出するスペクトル解析機構とを備え、前記送信波
の周波数が上昇する過程で得られるビート信号について
のスペクトル解析結果と、前記送信波の周波数が下降す
る過程で得られるビート信号についてのスペクトル解析
結果とを組み合わせて、前記送信波を反射する対象物ま
での距離、および該対象物の相対速度を検出するＦＭ−
ＣＷレーダにおいて、前記送信波に、所定の検出領域を
走査させる走査手段と、前記送信波の走査角方向におけ
る複数の所定走査領域のうち少なくとも一の所定走査領
域について前記スペクトル解析機構により得られるスペ
クトル解析結果にピークスペクトルが複数含まれている
状況下において、該一の所定走査領域に隣接する所定走
査領域について前記スペクトル解析結果に含まれるピー
クスペクトルが単一である場合、前記一の所定走査領域
についての前記送信波の周波数が上昇する過程で得られ
るスペクトル解析結果に含まれるピークスペクトルと、
前記送信波の周波数が下降する過程で得られるスペクト
ル解析結果に含まれるピークスペクトルとを、前記隣接
する所定走査領域での組み合わせに基づいてペアリング
するスペクトルペアリング手段と、備えるＦＭ−ＣＷレ
ーダ装置により達成される。また、上記の目的は、請求
項２に記載する如く、請求項１記載のＦＭ−ＣＷレーダ
装置において、前記スペクトルペアリング手段は、更
に、少なくとも一の所定走査領域について前記スペクト
ル解析機構により得られるスペクトル解析結果にピーク
スペクトルが複数含まれている状況下において、該一の
所定走査領域に隣接する所定走査領域について前記スペ
クトル解析結果に含まれるピークスペクトルが既にペア
リングされている場合には、前記一の所定走査領域につ
いての前記送信波の周波数が上昇する過程で得られるス
ペクトル解析結果に含まれるピークスペクトルと、前記
送信波の周波数が下降する過程で得られるスペクトル解
析結果に含まれるピークスペクトルとを、前記隣接する
所定走査領域での組み合わせに基づいてペアリングする
ことを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置により達成され
る。

【００１５】本発明において、送信波は、走査手段によ
り決定される走査角方向に照射される。送信波の照射方
向に対象物が存在すると、対象物までの距離および対象
物の相対速度の反映されたビート信号が生成される。送
信波の周波数が上昇する過程で得られるビート信号が周
波数解析されると、上り区間スペクトルが得られる。ま
た、送信波の周波数が下降する過程で得られるビート信
号が周波数解析されると、下り区間スペクトルが得られ
る。上り区間スペクトルに含まれるスペクトルピーク
と、下り区間スペクトルに含まれるスペクトルピークと
には、それらのスペクトルピークの起因となった対象物
までの距離、およびその対象物の相対速度が反映されて
いる。上り区間スペクトルおよび下り区間スペクトルに
複数のスペクトルピークが含まれている場合は、スペク
トルピークを適切に組み合わせることにより、複数の対
象物について、対象物までの距離および対象物の相対速
度を検出することが可能となる。請求項１記載の発明に
おいて、上り区間スペクトルおよび下り区間スペクトル
は、所定走査領域毎に演算される。スペクトルペアリン
グ手段は、一の所定走査領域についてスペクトルピーク
が複数存在する状況下において、その領域に隣接する所
定走査領域についてスペクトルピークが単一である場
合、上記一の所定走査領域について上り区間スペクトル
中のスペクトルピークと、下り区間スペクトル中のスペ
クトルピークとを、上記隣接する所定走査領域での組み
合わせに基づいてペアリングする。スペクトルピークが
単一である場合は、上り区間スペクトルのスペクトルピ
ークと下り区間スペクトルのスペクトルピークとは唯一
にペアリングされる。この場合、この所定走査領域に隣
接し、スペクトルピークが複数存在する所定走査領域に
ついては、両走査領域に重複するスペクトルピークが確
定し、残存するスペクトルピークの数が減少する。この
ため、すべてのスペクトルピークのペアリングが容易と
なる。また、請求項２記載の発明において、スペクトル
ペアリング手段は、更に、一の所定走査領域についてス
ペクトルピークが複数存在する状況下において、その領
域に隣接する所定走査領域についてスペクトルピークが
既にペアリングされている場合には、上記一の所定走査
領域について上り区間スペクトル中のスペクトルピーク
と、下り区間スペクトル中のスペクトルピークとを、上
記隣接する所定走査領域での組み合わせに基づいてペア
リングする。この場合も、この所定走査領域に隣接し、
スペクトルピークが複数存在する所定走査領域について
は、両走査領域に重複するスペクトルピークが確定し、
残存するスペクトルピークの数が減少する。このため、
すべてのスペクトルピークのペアリングが容易となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
車載用走査レーダ装置のシステム構成図を示す。本実施
例の装置は、レーダ用電子制御ユニット１０（以下、レ
ーダ用ＥＣＵと称す）、および、環境認識車速制御電子
制御ユニット１２（以下、環境認識ＥＣＵと称す）によ
り制御される。

【００１７】レーダ用ＥＣＵ１０には、レーダアンテナ
１４および走査コントローラ１６が接続されている。レ
ーダアンテナ１４は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulati
on-Continuous Wave) レーダの構成要素であり、例えば
車両のフロントグリル付近に、鉛直方向に延びる回転軸
１４ａを中心として回動することができるように配設さ
れている。レーダアンテナ１４は、指向性を有するアン
テナであり、所定の照射範囲内で信号の送受信を行う。

【００１８】レーダアンテナ１４には、走査機構１８が
連結されている。走査機構１８は、レーダアンテナ１４
を揺動させる装置であり、走査コントローラ１６により
フィードバック制御されている。走査コントローラ１６
には、レーダ用ＥＣＵ１０より走査角信号が供給されて
いる。走査コンントローラ１６は、レーダアンテナ１４
の走査角が、レーダ用ＥＣＵ１０からの指令角θ_Sに一
致するように、走査機構１８をフィードバック制御す
る。レーダ用ＥＣＵ１０は、車両前方の所定の検出領域
が、レーダアンテナ１４により所定速度で走査されるよ
うに、走査角の指令角θ_Sを所定周期で増減させる。

【００１９】レーダ用ＥＣＵ１０は、レーダアンテナ１
４から供給される信号に適当な処理を施すことにより、
車両前方の検出領域内に存在する対象物を検出し、その
検出結果を環境認識ＥＣＵ１２に供給する。環境認識Ｅ
ＣＵ１２には、警報器２０、ブレーキ２２、およびスロ
ットル２４が接続されている。環境認識ＥＣＵ１２は、
車両前方に対象物が近接している場合に、予め設定され
た論理に従って警報機２０、ブレーキ２２、またはスロ
ットル２４を駆動して、車両乗員の注意を喚起すると共
に車両の減速を図る。

【００２０】図２は、レーダ用ＥＣＵ１０を機能的に表
したブロック構成図を示す。レーダ用ＥＣＵ１０は、マ
イクロコンピュータを主体として構成される装置であ
る。レーダ用ＥＣＵ１０を機能的に表すと、図２に示す
如く、走査角制御部２６、レーダ信号処理部２８、およ
び対象物認識部３０に分けて表すことができる。走査角
制御部２６は、上述した走査コントローラ１６に対して
走査角信号を供給するブロックである。走査角信号に含
まれる走査角指令値θ_Sは、レーダ信号処理部２８の制
御タイミングと同期して変化される。

【００２１】レーダ信号処理部２８は、レーダアンテナ
１４と共にＦＭ−ＣＷレーダを構成する。レーダアンテ
ナ１４の走査角方向に対象物が存在する場合、レーダ信
号処理部２８には、その対象物に関する信号が供給され
る。レーダ信号処理部２８は、かかる信号が供給された
場合に、対象物と自車との車間距離および相対速度の反
映されたスペクトル解析結果を生成し、その結果を走査
角と対応付けて対象物認識部３０に供給する。尚、レー
ダ信号処理部２８の構成については、後に図３を参照し
て詳説する。

【００２２】対象物認識部３０は、レーダ信号処理部２
８から供給されるスペクトル解析結果に基づいて、走査
各毎に対象物に関するデータを演算し、その演算結果か
ら、車両前方に設定された検出領域内に存在する対象物
の位置、対象物までの距離、および、対象物の相対速度
を演算する。本実施例のシステムは、対象物認識部３０
が、レーダ信号処理部２８から供給されるスペクトル解
析結果を、後述の手法により処理する点に特徴を有して
いる。

【００２３】図３は、上述したレーダ信号処理部２８を
機能的に表したブロック構成図を示す。上述したレーダ
アンテナ１４は、図３に示す如く、送信アンテナ１４ｂ
および受信アンテナ１４ｃとして機能する。レーダ信号
処理部２８が備える搬送波発生回路３２、周波数変調回
路３４、変調電圧発生回路３６、および方向性結合器３
８は、ＦＭ−ＣＷレーダの送信側回路を構成する。

【００２４】搬送波発生回路３２は、所定周波数の搬送
波を発生し、その搬送波信号を周波数変調回路３４に供
給する。一方、変調電圧発生回路３６は、振幅が三角形
状に変化する三角波を発生し、その三角波を周波数変調
回路３４に供給する。周波数変調回路３４は、変調電圧
発生回路３６から供給される三角波を変調信号として、
搬送波発生回路３２から供給される搬送波を周波数変調
する。

【００２５】図４（Ａ）中に実線で示す波形は、周波数
変調回路３４の出力端子に表れる信号の周波数の変化状
態を示す。上述した周波数変調が行われる結果、周波数
変調回路３４の出力端子には、図４（Ａ）中に実線で示
す如く、時間経過に伴って所定の変動幅Δｆ、変調周波
数ｆｍ（＝１／Ｔ；Ｔは変調電圧発生回路３６から発せ
られる三角波の変動周期）で三角波状に変調された変調
波信号が表れる。周波数変調回路３４の出力端子に表れ
る変調波信号は、方向性結合器３８を介して送信アンテ
ナ１４ｂに供給されると共に後述するミキサ４０に供給
される。

【００２６】上述の如く送信アンテナ１４ｂに供給され
た変調波信号は、送信アンテナ１４ｂの走査角方向へ送
信される。かかる走査角方向に対象物が存在すると、送
信信号が対象物により反射され、受信アンテナ１４ｃに
よりその反射波が受信される。受信アンテナ１４ｃに
は、ミキサ４０が接続されている。レーダ信号処理部２
８は、ＦＭ−ＣＷレーダの受信回路として、ミキサ４
０、増幅回路４２、フィルタ４４、及び高速フーリエ変
換処理回路４６（以下、ＦＦＴ信号処理回路と称す）を
備えている。受信アンテナ１４ｃに受信された信号は、
かかる受信回路により処理されて対象物と車両との車間
距離および相対速度を表すデータに変換される。

【００２７】図４（Ａ）中に破線及び一点鎖線で示す波
形は、それぞれ受信アンテナ１４ｃからミキサ４０に供
給される反射信号の周波数の変化状態を示す。ミキサ４
０では、かかる反射信号と方向性結合器３８から供給さ
れる送信信号とがミキシングされることにより、両者の
周波数差を変動周波数とするビート信号が生成される。

【００２８】図４（Ｂ）は、かかるビート信号の周波数
の変化状態を示す。以下、図４（Ｂ）に示す如く、送信
信号の周波数が上昇する区間で生成されるビート信号の
周波数を上り周波数ｆupと、送信信号の周波数が下降す
る区間で生成されるビート信号の周波数を下り周波数ｆ
downと称す。

【００２９】ミキサ４０で生成されるビート信号は、増
幅回路４２で増幅された後、フィルタ４４に供給され
る。フィルタ４４は、増幅回路４２から供給されたビー
ト信号を、上昇区間のビート信号と下降区間のビート信
号とに分離する。分離されたビート信号は、共にＦＦＴ
信号処理回路４６に供給される。ＦＦＴ信号処理回路４
６は、各区間のビート信号についてＦＦＴ処理を施し、
上り周波数ｆupについてのパワースペクトル（以下、上
り区間スペクトルと称す）、及び下り周波数ｆdownにつ
いてのパワースペクトル（以下、下り区間スペクトルと
称す）を算出する。

【００３０】図５（Ａ）は、レーダアンテナ１４の走査
角方向に２つの対象物が存在する場合にＦＦＴ信号処理
回路４６で演算された上り区間スペクトルを示す。ま
た、図５（Ｂ）は、同様の環境下でＦＦＴ信号処理回路
４６に算出された下り区間スペクトルを示す。

【００３１】レーダアンテナ１４の走査角方向に複数の
対象物が存在する場合、受信アンテナ１４ｃには対象物
それぞれについての反射波が受信される。この場合、ミ
キサ４０では、複数の受信信号のそれぞれについてビー
ト信号が形成される。その結果、ＦＦＴ信号処理回路４
６では、複数のピークを有するパワースペクトルが検出
される。

【００３２】ところで、車両と対象物との間に相対速度
がないとすると、送信アンテナ１４ｂから送信される送
信波と、受信アンテナ１４ｃに到達する反射波との間に
は、対象物と車両との間を信号が伝搬するのに要する時
間に応じた位相差が生ずる。この場合、反射波の周波数
にドップラシフトが重畳されないため、反射波の周波数
変動を表す波形は、図４（Ａ）中に一点鎖線で示す如
く、送信信号の波形を単に時間的に平行移動しただけの
波形となる。従って、上り周波数ｆupと下り周波数ｆdo
wnとは、図４（Ｂ）中に一点鎖線で示すように共に等し
い値となる。この際、ｆupおよびｆdownは、共に対象物
と車両との車間距離に対応した値となる。

【００３３】一方、車両と対象物との間に相対速度Ｖｒ
が存在する場合、反射波の周波数には相対速度Ｖｒに応
じたドップラシフトが重畳される。このため、例えば対
象物と車両とが接近する傾向にある場合は、反射波の周
波数が全体的に高周波側へシフトする。その結果、反射
波の周波数を表す波形は、図４（Ａ）中に破線で示す如
く、距離に応じて時間的に平行移動した波形（図中、一
点指鎖線で示す波形）を更に高周波側へ平行移動した波
形となる。

【００３４】反射波の周波数が上記の如く高周波側へシ
フトされると、相対速度Ｖｒが“０”である場合に比べ
てｆupは小さく、またｆdownは大きく変更される。この
際、次式に示す如く、ｆupとｆdownとの平均値を演算す
れば、ｆupに重畳するドップラシフト成分と、ｆdownに
重畳するドップラシフト成分とが互いに相殺し合い、対
象物と車両との車間距離に対応する特性値を得ることが
できる。

【００３５】ｆr ＝（ｆup＋ｆdown）／２・・・（１）また、ｆupとｆdownとの偏差は、ｆupに重畳するドップ
ラシフト成分とｆdownに重畳するドップラシフト成分と
の和に相当する。従って、次式に示す如く、両者の偏差
の１／２の値を求めると、その値は、車両と対象物との
相対速度に起因するドップラシフト成分に対応する特性
値となる。

【００３６】ｆd ＝（ｆdown−ｆup）／２・・・（２）本実施例において、周波数変調回路３４が発生する変調
波信号の中心周波数がｆ₀、変調周波数がｆｍ、変調幅
がΔｆ、かつ、送信信号の伝搬速度が高速ｃである場合
に、距離Ｌだけ離間した位置に相対速度Ｖｒを有する対
象物が存在するとすれば、次式に示す関係が成立する。

【００３７】ｆr ＝４ｆｍ・Δｆ・Ｌ／ｃ・・・（３）ｆd ＝２Ｖｒ・ｆ₀／ｃ・・・（４）従って、ＦＦＴ信号処理回路４６において、上り周波数
ｆupを表すスペクトルピークと下り周波数ｆdownを表す
スペクトルピークとが得られた場合、それらを上記
（１）式および（２）式に代入してｆr およびｆd を求
め、更に、その演算値を上記（３）式及び（４）式に代
入すれば、レーダアンテナ１４の走査角方向に存在する
対象物に関する車間距離Ｌと相対速度Ｖｒとを求めるこ
とができる。

【００３８】上述の如く、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）
は、レーダアンテナ１４の走査角方向に２つの対象物が
存在する場合のスペクトル解析結果である。より具体的
には、図５（Ａ）において周波数ＦＭ_U1の位置に表れる
スペクトル、および図５（Ｂ）において周波数ＦＭ_d1の
位置に表れるスペクトルは、走査角方向に存在する一の
対象物に起因して表れたピークである。また、図５
（Ａ）において周波数ＦＭ_U2の位置に表れるスペクト
ル、および図５（Ｂ）において周波数ＦＭ_d2の位置に表
れるスペクトルは、走査角方向に存在する他の対象物に
起因して表れたピークである。

【００３９】図５に示す如きスペクトル解析結果が得ら
れた場合は、ＦＭ_U1とＦＭ_d1とを組み合わせて上記
（１）〜（４）式を用いた演算を行うことにより、一の
対象物に関する車間距離Ｌ及び相対速度Ｖｒを求めるこ
とができると共に、ＦＭ_U2とＦＭ _d2とを組み合わせて同
様の演算を行うことにより、他の対象物に関する車間距
離Ｌ及び相対速度Ｖｒを求めることができる。このよう
に、本実施例のシステムにおいては、一組のスペクトル
解析結果から、複数の対象物に関するデータを得ること
ができる。

【００４０】上述の如く、レーダアンテナ１４は、走査
機構１８により走査される。図６は、本実施例のシステ
ムを搭載する車両４８において、レーダアンテナ１４の
走査領域として設定されている領域を示す。図６に示す
如く、本実施例においては、車両４８の前後方向の軸線
に対して左右に１０°ずつの広がりを有する領域がレー
ダアンテナ１４によって走査される領域、すなわち、対
象物の検出領域とされている。尚、以下の説明において
は、車両４８の軸線に対して左側の領域を走査角θ_Sが
負の領域、車両４８の軸線に対して右側の領域を走査角
θ_Sが正の領域とする。

【００４１】図７は、レーダアンテナ１４の走査角θ_S
と、送信信号の周波数ｆとの関係を示す。上述の如く、
本実施例のシステムにおいては、レーダ信号処理部２８
の処理と同期してレーダアンテナ１４の走査角θ_Sが制
御される。より具体的には、レーダアンテナ１４は、図
７に示す如く送信信号の周波数ｆが１周期分変化する間
に、走査角θ_Sが０．５°変化するように制御される。
また、本実施例において、レーダアンテナ１４は、約１
００msec毎に−１０°〜＋１０°の領域が走査されるよ
うに制御される。

【００４２】本実施例のシステムによれば、上り区間ス
ペクトルと下り区間スペクトルとが１組検出されること
により、対象物に関するデータを演算することができ
る。上記の如く、送信信号の周波数ｆが１周期分変化す
る間に走査角θ_Sが０．５°変化するとすれば、走査角
θ_Sが０．５°変化する毎に一組の上り区間スペクトル
と下り区間スペクトルとを得ることができる。従って、
本実施例のシステムによれば、レーダアンテナ１４が
０．５°走査される毎に、対象物に関するデータを演算
することができる。

【００４３】つまり、本実施例のシステムにおいては、
車両４８前方の検出領域が０．５°毎に４０の検出領域
に区分されており、レーダアンテナ１４が走査角θ_S−
１０°〜＋１０°の領域を走査する間に、すなわち、約
１００msecの間に、上記図５（Ａ），（Ｂ）に示すスペ
クトル解析結果を４０組得ることができる。上述したレ
ーダ信号処理部２８は、レーダアンテナ１４が走査され
るに伴って、これら４０組のスペクトル解析結果を、レ
ーダセンサ２０の走査角θ_Sと対応付けた状態で対象物
認識部３０へ供給する。

【００４４】図８は、本実施例のシステムを搭載する車
両の前方に対象物５０および５２が存在する状態を示
す。対象物５０は、ガードレールのポールの如き固定物
であり、対象物５２は道路上を走行中の先行車である。
上述の如く、本実施例のシステムにおいては、レーダア
ンテナ１４が０．５°走査される毎に一組のスペクトル
解析結果が得られる。また、レーダアンテナ１４は、所
定の広がりをもって送受信波を送受する。このため、レ
ーダアンテナ１４が０．５°走査されることにより確保
される検出領域は、０．５°の範囲にレーダアンテナ１
４が送受する送受信波の広がりを加えた範囲となる。図
８中に実線で示す境界線は、検出領域を０．５°毎に区
分する境界線（以下、領域区分線と称す）を示す。ま
た、図８中に破線で示す境界線は、レーダアンテナ１４
の走査方向が領域区分線に重なる場合のレーダアンテナ
１４の送受信波の広がり範囲を示す。

【００４５】レーダアンテナ１４の走査方向が、図８中
に最も左側に表される領域区分線に重なる状態から、そ
の領域区分線の右側に隣接する領域区分線に重なる状態
まで変化すると、図８中にで示す範囲が走査されたこ
ととなる。同様に、以後、レーダアンテナ１４の走査方
向が０．５°変化する毎に、順次図８中にで示す領
域、で示す領域、で示す領域が走査される。これら
の領域〜は、隣接する領域と重なる部分を有してい
る。従って、各領域の境界部近傍に位置する対象物は、
２つの領域において対象物として検出されることにな
る。

【００４６】図８に示す状況において、対象物５０は、
領域と領域との重複領域に存在する。また、対象物
５２は、領域と領域との重複領域に存在する。従っ
て、対象物５０は、領域および領域において、ま
た、対象物５２は、領域およびにおいて、それぞれ
検出されることになる。

【００４７】図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、それぞれ
領域に対する上り区間スペクトルおよび下り区間スペ
クトルを表す。これらのスペクトル解析結果中には、対
象物５０に起因するピークスペクトルＳｕ₅₀，Ｓｄ₅₀が
表れる。対象物５０は、道路上に固定された物体である
ため、本実施例のシステムを搭載する車両と対象物５０
との間には大きな相対速度が存在する。このため、上り
区間スペクトル中にピークスペクトルＳｕ₅₀が表れる位
置と、下り区間スペクトル中にピークスペクトルＳｄ₅₀
が表れる位置とは比較的離間されている。

【００４８】図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、それ
ぞれ領域に対する上り区間スペクトルおよび下り区間
スペクトルを表す。これらのスペクトル解析結果中に
は、対象物５０に起因するピークスペクトルＳｕ₅₀，Ｓ
ｄ₅₀に加え、対象物５２に起因するピークスペクトルＳ
ｕ₅₂，Ｓｄ₅₂が表れる。対象物５２は、道路上を走行し
ているため、本実施例のシステムを搭載する車両と対象
物５２との間にさほど大きな相対速度は存在しない。こ
のため、上り区間スペクトル中にピークスペクトルＳｕ
₅₂が表れる位置と、下り区間スペクトル中にピークスペ
クトルＳｄ₅₂が表れる位置とは比較的近接されている。

【００４９】図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、それ
ぞれ領域に対する上り区間スペクトルおよび下り区間
スペクトルを表す。これらのスペクトル解析結果中に
は、対象物５２に起因するピークスペクトルＳｕ₅₀，Ｓ
ｄ₅₀のみが表れる。また、図１２（Ａ）および図１２
（Ｂ）は、それぞれ領域に対する上り区間スペクトル
および下り区間スペクトルを表す。領域には、対象物
が存在しないため、これらのスペクトル解析結果中には
ピークスペクトルは表れない。

【００５０】上記図９（Ａ）および図９（Ｂ）、また
は、上記図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す如く、
上り区間スペクトルおよび下り区間スペクトルに、それ
ぞれピークスペクトルがひとつずつ表れる場合は、単純
にそれらのスペクトルピークを組み合わせて上記（１）
〜（４）式に基づく演算を行うことで、対象物に関する
データを正確に求めることができる。

【００５１】しかしながら、上記図１０（Ａ）および図
１０（Ｂ）に示す如く、上り区間スペクトルおよび下り
区間スペクトルに、それぞれ複数のスペクトルピークが
存在する場合は、スペクトルピークのペアリングを行う
ことが必要である。上述した対象物５０および５２のよ
うに、同時に検出される複数の対象物に大きな相対速度
差が存在する場合、それらの対象物に起因するピークス
ペクトルが上り区間スペクトル中に表れる順序と下り区
間スペクトル中に表れる順序とが反転する場合がある。
従って、複数のピークスペクトルを単に周波数順にペア
リングすることによっては、正確な組み合わせが得られ
ない場合がある。

【００５２】本実施例は、特定の走査領域中で複数のピ
ークスペクトルが検出された場合に、走査角θ_Sの要素
を考慮してピークスペクトルのペアリングを行うことに
より、かかるペアリングを容易かつ正確に行い得る点に
特徴を有している。以下、図１３及び図１４を参照し
て、本実施例において実行されるペアリングの手法につ
いて説明する。

【００５３】図１３および図１４は、上記の機能を実現
すべくレーダ用ＥＣＵ１０が実行する制御ルーチンの一
例のフローチャートを示す。図１３および図１４に示す
ルーチンは、レーダアンテナ１４の走査が開始される毎
に、約１００msec毎に起動されるルーチンである。

【００５４】図１３および図１４に示すルーチンが起動
されると、先ずステップ１００において、カウンタｉが
インクリメントされる。カウンタｉはレーダアンテナ１
４により走査される領域の番号を表すカウンタであり、
イニシャル処理により“０”がセットされている。従っ
て、本ルーチンが起動された直後は、ステップ１００に
おいてｉが“１”とされる。

【００５５】ステップ１０２では、領域ｉについてのデ
ータ入力が終了したか、すなわち、領域ｉの走査が終了
したか否かが判別される。未だデータ入力が終了してい
ないと判別された場合は、データ入力が終了したと判別
されるまで、繰り返しステップ１０２の判別が行われ
る。データ入力が終了したと判別されると、ステップ１
０４において、上り区間スペクトルおよび下り区間スペ
クトルを得るための信号処理が実行される。

【００５６】上記ステップ１０４の処理が終了すると、
次に、ステップ１０６において、スペクトル解析結果中
に含まれるピークスペクトルの数が“１”より大きいか
否かが判別される。ピーク数が“１”より大きくない、
すなわち、ピーク数が“１”であると判別された場合
は、上り区間スペクトルに含まれるピークスペクトル
と、下り区間スペクトルに含まれるピークスペクトルと
を単純に組み合わせることで、正確なペアリングが得ら
れる。このため、上記の判別がなされた場合は、以後、
ステップ１０８および１１０がジャンプされ、ステップ
１１２の処理が実行される。

【００５７】上記ステップ１０６において、ピーク数が
“１”より大きいと判別された場合は、ステップ１０８
において、上り区間スペクトルに含まれるピークスペク
トルと、下り区間スペクトルに含まれるピークスペクト
ルとが周波数順にペアリングされる。次に、ステップ１
１０において、ペアリングされたピークスペクトルの相
関度が所定のしきい値α_TH以上か否かが判別される。ピ
ークスペクトルの相関度は、ピークスペクトルの形状等
に基づいて演算される。ペアリングされたピークスペク
トルが、共に同一の対象物に起因するものである場合
は、高い相関度が得られる。この場合、上記ステップ１
１０の条件は成立する。一方、ペアリングされたピーク
スペクトルが、異なる対象物に起因するものである場合
は、低い相関度が演算される。この場合、上記ステップ
１１０の条件は不成立となる。

【００５８】上記ステップ１１０の条件が成立すると判
別された場合は、複数のピークスペクトルが適切にペア
リングされたと判断され、次に、ステップ１１２におい
て、ペアリングされたピークスペクトルに基づいて対象
物に関するデータ、すなわち、対象物と自車両との車間
距離Ｌ、および、自車両に対する対象物の相対速度Ｖｒ
が演算され、それらの演算値が走査領域の番号ｉと共に
記憶される。

【００５９】これに対して、上記ステップ１１０の条件
が不成立であると判別された場合は、複数のピークスペ
クトルが適切にペアリングされていないと判断され、ス
テップ１１４において、スペクトル情報が保持される。
本実施例においては、走査領域の番号ｉ、ピークスペク
トルのレベル、および、ピークスペクトルが検出される
位置（周波数）が、スペクトル情報として保持される。

【００６０】上記の処理が終了すると、次にステップ１
１６において、カウンタｉが所定値ｎに到達しているか
否かが判別される。所定値ｎは、最終走査領域に付され
る番号である。ｉ≧ｎが不成立である場合は、全ての走
査領域についてのデータ収集が未だ終了していないと判
断される。この場合、ｉ≧ｎなる条件が成立すると判別
されるまで、繰り返し上記ステップ１００〜１１４の処
理が実行される。一方、ｉ≧ｎが成立すると判別された
場合は、全ての走査領域についてのデータ収集が終了し
たと判断される。この場合、ステップ１１８においてカ
ウンタｉが“０”にリセットされた後、図１４に示すス
テップ１２０以降の処理が実行される。

【００６１】ステップ１２０では、上記ステップ１１４
でスペクトル情報の保持された領域、すなわち、ピーク
スペクトルの組み合わせが確定されていない領域（以
下、不確定領域と称す）のうち、一の領域の番号が変数
ｊに代入される。尚、一の領域は、例えば不確定領域の
うち最も番号の小さい領域若しくは最も番号の大きな領
域、または自車両の前方に相当する領域等に決定され
る。

【００６２】ステップ１２２では、変数ｋに“ｊ−１”
が代入される。次に、ステップ１２４では、領域ｋのピ
ークスペクトルの組み合わせが確定されているか否かが
判別される。領域ｋも不確定領域である場合は、上記条
件が不成立であると判別される。この場合、以後、ステ
ップ１２６においてｋがｊに比して小さいか否かが判別
され、その判別結果に応じてステップ１２８またはステ
ップ１３０の処理が実行される。上述の如く、変数ｋは
当初ｊ−１に設定される。ｋがｊ−１であれば上記ステ
ップ１２６の条件が成立する。この場合、以後、ステッ
プ１２８においてｋがデクリメントされた後、上記ステ
ップ１２４の処理が再度実行される。この場合、領域ｋ
が確定領域であると判別されるまで、順次、より番号の
小さな領域について確定領域か否かの判別が実行され
る。また、後述の如く、変数ｋは特定の状況下でｊ＋１
に設定される場合がある。かかる場合には上記ステップ
１２６の条件が不成立であると判別され、ステップ１３
０でｋがインクリメントされた後、上記ステップ１２４
の処理が再度実行される。この場合、領域ｋが確定領域
であると判別されるまで、順次、より番号の大きな領域
について確定領域か否かの判別が実行される。

【００６３】上記ステップ１２４において、領域ｋが確
定領域であると判別された場合は、ステップ１３２にお
いて、ｋ領域、すなわち、確定領域に含まれるピークス
ペクトルがｋ領域に隣接する不確定領域に存在するか否
かが判別される。両者に重複するピークスペクトル（以
下、重複ピークと称す）が存在すれば、すでに確定され
ているピークスペクトルの組み合わせに基づいて、不確
定領域のピークスペクトルを容易かつ正確にペアリング
することができる。一方、両者に重複がない場合は、か
かる手法によるペアリグはできない。この場合、ステッ
プ１３４において、変数ｋにｊ＋１が代入され、以後、
領域ｊに比して大きな番号を有する確定領域の検索が開
始される。

【００６４】上記ステップ１３２において、不確定領域
に重複ピークが存在すると判別された場合は、ステップ
１３６において、不確定領域のスペクトル解析結果中の
重複ピークをペアリングする処理が実行される。重複ピ
ークがペアリングされると、不確定領域のスペクトル解
析結果中に残存するピーク数が減少し、ペアリングが容
易となる。以後、ステップ１３８で、周波数ペアリング
の手法、および、相関ペアリングの手法により、不確定
領域のスペクトル解析結果中に残存するピークスペクト
ルがペアリングされる。

【００６５】上記の処理が終了すると、次に、ステップ
１４０において、全ての領域についてピークスペクトル
が確定されたか否かが判別される。その結果、未だ不確
定領域が存在すると判別される場合は、上記ステップ１
２０以降の処理が再度実行される。一方、既に全ての領
域のピークスペクトルが確定していると判別される場合
は、今回のルーチンが終了される。

【００６６】上述の処理によれば、周波数ペアリングの
手法によっては適正なピークスペクトルの組み合わせが
得られない場合に、その領域に隣接する他の領域のスペ
クトル解析結果に基づいて、不確定領域のスペクトル解
析結果中に含まれるピークスペクトルの一部を正確にペ
アリングすることができる。かかるペアリングにより不
確定領域中に含まれる不確定ピークの数が減少すると、
全てのピークスペクトルが不確定ピークである場合に比
して、残存するピークスペクトルを容易にペアリングす
ることが可能となる。従って、本実施例のシステムによ
れば、複数のスペクトル解析結果に含まれる多数のピー
クスペクトルを、容易かつ確実にペアリングすることが
可能である。この点、本実施例のシステムは、コスト
上、および応答性上の不利益を伴うことなく、広い検出
領域において正確に対象物を検出する機能を実現し得る
という効果を有している。

【００６７】尚、上記の実施例においては、レーダ用Ｅ
ＣＵ１０のレーダ信号処理部２８のうち、搬送波発生回
路３２、周波数変調回路３４及び変調電圧発生回路３６
が前記した周波数変調機構に、ミキサ４０及び増幅回路
４２が前記したビート信号発生機構に、フィルタ４４及
びＦＦＴ信号処理回路４６が前記したスペクトル解析機
構、また、走査コントローラ１６、走査機構１８及びレ
ーダ用ＥＣＵ１０の走査角制御部２６が前記した走査手
段に、それぞれ相当する。更に、上記の実施例において
は、レーダ用ＥＣＵ１０が上記ステップ１２０〜１３６
の処理を実行することにより、前記したスペクトルペア
リング手段が実現される。

【００６８】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、走査角毎
に上り区間スペクトルおよび下り区間スペクトルが演算
され、走査角毎に対象物に関するデータが求められる。
従って、送信波の照射範囲に比して広い検出領域内に存
在する複数の対象物の位置を正確に検出することができ
る。また、本発明によれば、スペクトルピークをペアリ
ングする際に、走査角データが用いられる。このため、
走査角データが用いられない場合に比して、容易にスペ
クトルピークをペアリングすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるＦＭ−ＣＷレーダ装置
のシステム構成図である。

【図２】図１に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置に用いられる
レーダ用ＥＣＵのブロック構成図である。

【図３】図２に示すレーダ用ＥＣＵの構成要素であるレ
ーダ信号処理部のブロック構成図である。

【図４】図４（Ａ）はレーダアンテナにより送受信され
る信号の周波数の変化を表す波形である。図４（Ｂ）は
レーダ用ＥＣＵにおいて検出されるピート信号の波形で
ある。

【図５】図５（Ａ）は上り周波数を表すスペクトルデー
タである。図５（Ｂ）は下り周波数を表すスペクトルデ
ータである。

【図６】図１に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置の検出範囲を
示す図である。

【図７】図１に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置の走査角度と
送信波の周波数との関係を表す波形である。

【図８】車両の前方に存在する対象物と図１に示すＦＭ
−ＣＷレーダ装置の走査領域とを表す図である。

【図９】図９（Ａ）は図８中に示す領域に対して得ら
れる上り区間スペクトルの一例である。図９（Ｂ）は図
８中に示す領域に対して得られる下り区間スペクトル
の一例である。

【図１０】図１０（Ａ）は図８中に示す領域に対して
得られる上り区間スペクトルの一例である。図１０
（Ｂ）は図８中に示す領域に対して得られる下り区間
スペクトルの一例である。

【図１１】図１１（Ａ）は図８中に示す領域に対して
得られる上り区間スペクトルの一例である。図１１
（Ｂ）は図８中に示す領域に対して得られる下り区間
スペクトルの一例である。

【図１２】図１２（Ａ）は図８中に示す領域に対して
得られる上り区間スペクトルの一例である。図１２
（Ｂ）は図８中に示す領域に対して得られる下り区間
スペクトルの一例である。

【図１３】図１に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置が備えるレ
ーダ用ＥＣＵにおいて実行される制御ルーチンの一例の
フローチャート（その１）である。

【図１４】図１に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置が備えるレ
ーダ用ＥＣＵにおいて実行される制御ルーチンの一例の
フローチャート（その２）である。

【符号の説明】

１０レーダ用電子制御ユニット（レーダ用ＥＣＵ）１２環境認識車速制御電子制御ユニット（環境認識車
速制御ＥＣＵ）１４レーダアンテナ１６走査コントローラ１８走査機構２６走査角制御部２８レーダ信号処理部３０対象物認識部４８車両５０，５２対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−5252（ＪＰ，Ａ) 特開平６−242230（ＪＰ，Ａ) 特開平５−142337（ＪＰ，Ａ) 特開平７−318635（ＪＰ，Ａ) 特開平８−75848（ＪＰ，Ａ) 特開平８−211144（ＪＰ，Ａ) 特開平９−145833（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/96

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信波の周波数を所定の変化率で変調す
る周波数変調機構と、送信波に対する反射波と送信波と
に基づいてビート信号を生成するビート信号生成機構
と、ビート信号に含まれる各周波数成分のスペクトル強
度を検出するスペクトル解析機構とを備え、前記送信波
の周波数が上昇する過程で得られるビート信号について
のスペクトル解析結果と、前記送信波の周波数が下降す
る過程で得られるビート信号についてのスペクトル解析
結果とを組み合わせて、前記送信波を反射する対象物ま
での距離、および該対象物の相対速度を検出するＦＭ−
ＣＷレーダにおいて、前記送信波に、所定の検出領域を走査させる走査手段
と、前記送信波の走査角方向における複数の所定走査領域の
うち少なくとも一の所定走査領域について前記スペクト
ル解析機構により得られるスペクトル解析結果にピーク
スペクトルが複数含まれている状況下において、該一の
所定走査領域に隣接する所定走査領域について前記スペ
クトル解析結果に含まれるピークスペクトルが単一であ
る場合、前記一の所定走査領域についての前記送信波の
周波数が上昇する過程で得られるスペクトル解析結果に
含まれるピークスペクトルと、前記送信波の周波数が下
降する過程で得られるスペクトル解析結果に含まれるピ
ークスペクトルとを、前記隣接する所定走査領域での組
み合わせに基づいてペアリングするスペクトルペアリン
グ手段と、を備えることを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項２】請求項１記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置に
おいて、前記スペクトルペアリング手段は、更に、少なくとも一
の所定走査領域について前記スペクトル解析機構により
得られるスペクトル解析結果にピークスペクトルが複数
含まれている状況下において、該一の所定走査領域に隣
接する所定走査領域について前記スペクトル解析結果に
含まれるピークスペクトルが既にペアリングされている
場合には、前記一の所定走査領域についての前記送信波
の周波数が上昇する過程で得られるスペクトル解析結果
に含まれるピークスペクトルと、前記送信波の周波数が
下降する過程で得られるスペクトル解析結果に含まれる
ピークスペクトルとを、前記隣接する所定走査領域での
組み合わせに基づいてペアリングすることを特徴とする
ＦＭ−ＣＷレーダ装置。