JP3639512B2 - 車載用レーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の走行中に、障害物等の物体を検知するための車載用レーダ装置に関し、特に、レーダ装置のアンテナに電波を反射したり吸収するような異物の検知技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載用レーダ装置は、送受信アンテナに付着した異物により物体検知に支障をきたすため、従来から送受信アンテナの異物を検知する研究が行われている。
【０００３】
この種の技術としては、例えば、特開２０００−１９２４２号公報に記載の技術がある。この従来技術は、路面からの反射波の信号(グランドクラッタ信号)のレベルの低下から異物の付着を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、路面の電波反射状況の変化により、グランドクラッタ信号のレベルが変化するため、このグランドクラッタ信号のレベル低下から異物付着を検知しようとすると、誤検知を起す恐れがあるという問題点がある。
【０００５】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、レーダアンテナ表面付近に異物が付着したことを正確に検知することができる車載用レーダ装置を実現することである。
【０００６】
なお、同種の技術として、特開平１０−１６０８３６号公報や特開平２０００−１９２４２号公報に記載されているものもある。これらの技術は、いずれも、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulation−Continuous Wave）方式のレーダ装置で、アンテナが受信した反射波の信号を、物体迄の距離と信号周波数とが対応する信号に変換し、物体までの距離が０に相当する周波数の位置に、ピーク波形が存在するか否かに応じて、アンテナ表面に異物が付着しているかを検知するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための第一の車載用レーダ装置は、
電波を送信アンテナから放射し、物体からの反射波を受信アンテナで受信して、自車両に対する該物体の相対速度を求める車載用レーダ装置において、
前記自車両の車速センサからの自車速度を受け付ける自車速度受付手段と、
前記受信部で受信した前記反射波の信号を、前記物体の相対速度と信号周波数とが対応する信号に変換する信号処理手段と、
前記信号処理手段で処理された前記信号中に、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置にピーク波形があり、且つ、該周波数近傍のノイズ信号強度に対する該ピーク波形の頂点の信号強度の比が、予め定められた信号強度比以上であるか否かに応じて、前記送信アンテナを含む送信部の外側表面又は前記受信アンテナを含む受信部の外側表面に異物が付着しているか否かを検知する異物検知手段と、
前記異物検知手段により前記送信部又は前記受信部に異物が付着していると検知されると、異物検知に対する予め定められた処理を行う処理手段に所定の信号を出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
前記目的を達成するための第二の車載用レーダ装置は、
電波を送信アンテナから放射し、物体からの反射波を受信アンテナで受信して、自車両に対する該物体の相対速度を求める車載用レーダ装置において、
前記自車両の車速センサからの自車速度を受け付ける自車速度受付手段と、
前記自車速度受付手段が受け付けた前記自車速度が予め定められた速度以上になったか否かを判断する検知条件判断手段と、
前記受信部で受信した前記反射波の信号を、前記物体の相対速度と信号周波数とが対応する信号に変換する信号処理手段と、
前記検知条件判断手段が前記自車速度が予め定められた速度以上であると判断したときに、前記信号処理手段で処理された前記信号中に、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、所定の条件を満たすピーク波形があるか否かに応じて、前記送信アンテナを含む送信部の外側表面又は前記受信アンテナを含む受信部の外側表面に異物が付着しているか否かを検知する異物検知手段と、
前記異物検知手段により前記送信部又は前記受信部に異物が付着していると検知されると、異物検知に対する予め定められた処理を行う処理手段に所定の信号を出力する出力手段と、
を備え、
前記異物検知手段は、
前記信号処理手段で処理された前記信号中に、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置にピーク波形があり、且つ、該周波数近傍のノイズ信号強度に対する該ピーク波形の頂点の信号強度の比が、予め定められた信号強度比以上であるか否かを判断する静止物体確認手段と、
前記静止物体確認手段により、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、前記予め定められた信号強度比以上のピーク波形がないとされた時間が、予め定められた時間以上であると、前記送信部の外側表面又は前記受信部の外側表面に異物が付着していると判断する異物付着判断手段と、
を有することを特徴とするものである。
【０００９】
前記目的を達成するための第三の車載用レーダ装置は、
電波を送信アンテナから放射し、物体からの反射波を複数の送受信アンテナで受信して、複数の該受信アンテナが受信した各反射波の和信号及び差信号から、該物体の方向を求める車載用レーダ装置において、
順次求められる各物体の方向に関する、予め定められた分散条件に応じて、複数の前記受信アンテナを含む受信部に異物が付着しているか否かを検知する異物検知手段と、
前記異物検知手段により前記受信部に異物が付着していると検知されると、異物付着に対する予め定められた処理を行う処理手段に所定の信号を出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
前記目的を達成するための第四の車載用レーダ装置は、
前記第三の車載用レーダ装置において、
前記異物検知手段は、
各種方向を基準として、順次求められる各物体の方向の分散値を求める分散値演算手段と、
前記分散値演算手段で求められた各種方向を基準とする各分散値から、物体が特定の方向に予め定められた分散値以下で存在している状態か否かを判断し、該状態であると判断した際に、該状態が予め定められた時間以上継続しているか否かに応じて、前記受信部に異物が付着しているか否かを判断する異物付着判断手段と、
を有することを特徴とするものである。
【００１１】
前記目的を達成するための第五の車載用レーダ装置は、
以上の第一から第四のいずれかの車載用レーダ装置において、
前記出力手段が前記所定の信号を出力する前記処理手段は、該所定の信号を受信すると、前記送信部の外側表面又は前記受信部の外側表面に異物が付着している旨を表示する表示手段と、前記送信部又は前記受信部の外側表面上の異物を除去する除去手段とのうち、少なくとも一つである、
ことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る車載用レーダ装置の各種実施形態について説明する。
【００１３】
まず、図１〜図１０を用いて、本発明に係る第一の実施形態としての車載用レーダ装置について説明する。
【００１４】
図１は、第一の実施形態における車載用レーダ装置１の回路ブロック図である。
【００１５】
図１において、タイミング回路１０１は、一定周期でタイミング信号を発生し、これを駆動回路１０２及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１１に供給する。駆動回路１０２は、電圧制御発振器（Voltage Control Oscillator）１０３を制御して、図３に示すような周波数変調された信号、具体的には、例えば、６０ＧＨｚを中心周波数として、この中心周波数を中心に、上下に周波数Ｈ，Ｌを同周期で繰り返す信号を発生させる。このような信号を発生される方式は、ＦＳＫ（Frequency Sift Keeping）方式と呼ばる公知の方式である。
【００１６】
この変調信号は、分波器１０４を経由して送信アンテナ１０５から電波として放射される。送信アンテナ１０５から放射された電波は物体２に反射され、受信アンテナ１０６で受信される。
【００１７】
アンテナ１０６で受信された信号は、ミキサ１０７に供給され、分波器１０４で分波された信号で、アンテナ１０６から供給された信号がダウンコンバートされ、いわゆる中間周波（ＩＦ）信号に変換される。
【００１８】
ＩＦ信号は、それぞれ低減フィルタ（ＬＰＦ）１０８で高周波成分が除去され、増幅器１０９で所定のレベルまで増幅される。そして、増幅された信号は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１１０に供給され、このＡＤＣ１１０でデジタル値に変換される。デジタル値に変換された信号は、ＤＳＰ１１１に取り込まれてレーダ信号処理がなされる。
【００１９】
このＤＳＰ１１１は、機能構成要素として、アナログ−デジタル変換器１１０からのデジタル信号に対して高速フーリエ変換（FFT）を施すＦＦＴ処理部１０と、車速センサ４からの自車速度を受け付ける自車速度受付部１４と、自車速度が予め定めた速度以上になったか否かを判断する検知条件判断部１５と、自車速度が予め定めた速度以上になったことを条件として、高速フーリエ変換処理が施された信号中に、自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、所定の条件を満たすピーク波形があるか否かに応じて、送受信部１１３の外側表面に異物が付着しているか否かを検知する異物検知部１１と、高速フーリエ変換処理が施された信号から物体迄の距離や相対速度を求める距離・速度演算部１６と、ディスプレイ５やスピーカ６に所定の信号を送る出力部１７と、を有している。異物検知部１１は、高速フーリエ変換処理が施された信号中に、自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置にピーク波形があり、且つ、このピーク波形の頂点の信号強度が予め定められた強度以上であるか否かを判断する静止物体確認部１２と、この静止物体確認部１２により、自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、前記予め定められた強度以上のピーク波形がないとされた時間が、予め定められた時間以上であると、送受信部１１３の外側表面に異物が付着していると判断する異物付着判断部１３と、を有している。
【００２０】
なお、ＤＳＰ１１１は、ハードウェア的には、ＣＰＵやメモリ等を有して構成され、以上で説明したＤＳＰ１１１の各機能構成要素は、メモリに記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することで機能する。
【００２１】
図４は、レーダ装置１を車両３に装着した状態を示す図である。
【００２２】
レーダ装置１の送信アンテナ１０５からはメインローブ７のほか、サイドローブ８と呼ばれるビームが多少なりとも放射されるのが実状である。図示のようにサイドローブ８の一部が路面に当たって反射される。
【００２３】
車両が走行中であると、図５に示すようなイメージのＩＦ信号のスペクトルが得られる。この図５は、横軸は周波数を示し、アンテナから見た物体の相対速度を表わしており、縦軸は信号強度（ノイズレベル）を示している。
【００２４】
この図５において、周波数の最も低い箇所は、アンテナ直下付近の路面からの反射波の信号で、アンテナに近いため、信号強度が大きい。そして、レーダ装置１から遠ざかるに従い、相対速度が上昇してドップラシフトが大きくなる。このため、一般的に右下がりのスペクトルを示す傾向にある。つまり、周波数が高くなるに従って、信号強度は低下する傾向にある。この傾向にある信号は、一般的にグランドクラッタ信号とよばれている。
【００２５】
このグランドクラッタ信号の右端部分、言い換えると、自車両の速度と同等の相対速度に値する部分には、静止物体からの反射波の信号が集中するため、強いドップラー信号が現れることになる。このドップラー信号は、一般的に静止物ピークと呼ばれる。
【００２６】
図７は、レーダ装置１を横から見た断面図である。送受信部１１３は、送信アンテナ１０５と、受信アンテナ１０６と、これらのアンテナ１０５，１０６の表面を保護するためのレドーム１１２とを有して構成されている。レドーム１１２は、電波を良く透過する材質でしかも機械的な強度を有するプラスチックなどの材質で作られる。送受信部１１３の外側表面、言い換えると、レドーム１１２の表面に異物(例えば雪)２５が付着すると、送信アンテナ１０５から放射された電波が異物を透過できないため、図６に示すように、有効な静止物ピークは現れない。
【００２７】
そこで、本実施形態は、この静止物ピークの有無で、送受信部に異物が付着しているか否かを検知している。
【００２８】
ここで、異物付着検知を行うＤＳＰ１１１の動作について、図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００２９】
ＤＳＰ１１１は、まず、ＡＤＣ１１０から一定の周期でサンプリングされたＩＦ信号をデジタル信号の形で取り込む（ステップ１）。この場合、サンプル数は例えば１０２４点である。次に、ＦＦＴ処理部１０がサンプリングされたデジタル信号にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）演算処理を施す（ステップ２）。この結果、図５や図６に示すように、物体の相対速度と信号周波数が対応した信号を得ることになる、つまり、各周波数が物体の相対速度を示すことになる。
【００３０】
このレーダ装置１は、ドップラーシフト効果を利用しているので、グランドクラッタ信号及び静止物ピークは走行中にしか観測できない。このため、後述のピーク抽出処理（ステップ４）前に、検知条件判断部１５が、自車速が一定値（例えば１０ｋｍ／ｈ）以上か否かの判断を行う（ステップ３）。この自車速は、車速センサ４から自車速度受付部１４が取り込む。自車速度が一定値未満である場合には、異物検知のみならず、通常行う物体の相対速度等の検知もできないため、このまま終了する。
【００３１】
また、自車速度が一定値以上である場合には、異物検知部１１の静止物体確認部１２が、ＦＦＴ処理が施された信号から、自車速度に対応した周波数の位置でのピーク波形信号を抽出する（ステップ４）。そして、静止物体確認部１２は、このピーク波形信号が有効なものであるか否かの判断を行う（ステップ５）。ピーク波形信号が有効か否かは、図５に示すように、自車速度相当のドップラーシフト地点において、ノイズレベル（グランドクラッタ信号のレベル）に対するピークレベルの比であるＳ／Ｎを計測し、そのＳ／Ｎがある所定の値を満足するか否かで判断する。これにより路面状況および回路から生じるノイズの変動に関わらず明確に異常を判断できる。
【００３２】
有効なピーク波形信号がある場合には、静止物体を確実に捉えていることになり、正常であると判断できるので、距離・速度演算部１６が、通常処理として、ＦＦＴ処理が施された信号に基づいて、物体迄の距離や相対速度を求める。そして、求められた物体迄の距離と相対速度との関係から、物体が自車両に対して安全を損なう距離に存在していると判断できる場合には、その旨の信号が出力部１７からディスプレイ５及びスピーカ６へ送信され、これらディスプレイ５及びスピーカ６による画像や音声で、運転者に警報が発生される（ステップ８）。なお、ここでは、物体が自車両に対して安全を損なう距離に存在していると判断できる場合、画像や音声による警報を発するようにしているが、この情報をエンジンコントロールユニット等に与えて、エンジン出力等をコントロールさせることで、危険を回避できるようにしてもよい。
【００３３】
静止物体確認部１２が、ステップ４でピーク波形信号を抽出できなかった場合や、ステップ５で有効なピーク波形信号がないと判断した場合には、異物付着判断部１３が、静止物体確認部１２の判断結果を一定時間保持して、このような異常状態が一定時間（例えば、１０秒）以上継続しているか否かで、異物が付着しているか否かの判断を行う（ステップ６）。静止物ピークは、車両が走行している限り、通常、明確なピークとして常時検出されるものである。このため、ピーク波形信号が抽出できない、又は、有効なピーク波形信号がない場合には、異常ということになる。しかしながら、静物ピークは、前述したように、基本的に、明確なピークとして常時検出されるものであるが、何らかの原因で瞬間的に無くなることもある。そこで、ここでは、有効なピーク波形信号がない場合で、且つ、この状態が一定時間以上継続している場合に、異常である、つまり、異物が付着していると判断するようにしている。
【００３４】
異物付着判断部１３で異物が付着していると判断されると、その旨の信号が出力部１７からディスプレイ５やスピーカ６へ送信され、その旨が運転者に伝えられる（ステップ７）。ここでは、図８に示すように、車両のインストルメントパネル上に設けられた車速やエンジン回転数等の表示用ディスプレイ５の一部に、例えば、雪付着信号２１を表示することで、運転者に知らせるようにしている。なお、ディスプレイとしては、この他、ナビゲーション装置用のディスプレイや、ＴＶ用のディスプレイ等を用いてもよい。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、静止物ピークが現れているか否かにより、異物が送受信部１１３の表面に付着しているか否かを判断するように構成したので、特別な装置を用いること無く、簡便に送受信部１１３に異物が付着したことを検知することができる。
【００３６】
ところで、前述したように、グランドクラッタ信号の信号レベルは、静止物ピークの信号レベルに比べて遥かに低く、路面反射状況の変化による影響を強く受ける。このため、従来技術のように、グランドクラッタ信号の信号レベルの変化により異物を検知しようとすると、誤検知を起す恐れがある。
【００３７】
また、静止物ピークの信号レベルも、静止物体の数や大きさ、及び静止物体の電波反射状況等により影響を受ける。しかしながら、この静止物ピークは、信号レベルがグランドクラッタ信号よりも遥かに高く、しかも、送受信部１１３に異物が付着しておらず且つ静止物体が存在する限り、静止物体の数や大きさ、及び静止物体の電波反射状況等により信号レベルが影響を受けたとしても、これらの影響は比較的小さく明瞭に現れるものである。このため、本実施形態は、送受信部１１３に異物が付着したことを正確に検知することができる。
【００３８】
なお、以上の実施形態では、異物付着を運転者に知らせるものであるが、より積極的に、異物を除去するようにしてもよい。
【００３９】
例えば、図９に示すように、レーダ装置１を車両ヘッドライトのカバーガラス２２内に取り付ける場合には、レーダ装置１の出力部１７から点灯信号をヘッドライト（異物除去手段）２３の駆動回路に出力し、このヘッドライト２３の熱で融雪処理するようにしてもよい。また、ヘッドライトのカバーガラスに電熱線（異物除去手段）を設け、この電熱線の駆動回路にレーダ装置の出力部からの駆動信号を出力し、この電熱線の熱で融雪処理するようにしてもよい。さらに、ヘッドライトにワイパが装備されている場合には、図１０に示すように、レーダ装置１の出力部１７からの駆動信号をワイパ２４の駆動回路に出力し、このワイパ２４で異物を除去するようにしてもよい。
【００４０】
なお、ヘッドライト内にレーダ装置１を取り付ける方法に関しては、特開平11-326495号公報に開示された技術を参照するとよく、これには、レーダ部分の取付角度を精度良く且つ容易に調整するための方法が開示されている。
【００４１】
また、以上の実施形態では、送信アンテナ１０５と受信アンテナ１０６とを近接した位置に配置して、これの表面をレドーム１１２で保護したものを送受信部１１３としたが、送信アンテナ１０５と受信アンテナ１０６とを互いに離れた位置に配置して、それぞれの表面を独立したレドームで保護したものをそれぞれ送信部、受信部としてもよい。この場合、送信部の外側表面と受信部の外側表面との一方に、又は両方に、異物が付着すると、送信部又は受信部のいずれかに異物が付着されたと検知される。
【００４２】
また、以上の実施形態は、ＦＳＫ方式のレーダ装置に、本発明を適用したものであるが、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置に本発明を適用してもよい。ＦＳＫ方式とＦＭ−ＣＷ方式とは、周波数変調方式が異なっている。つまり、本実施形態のＦＳＫ方式は、図３を用いて説明したように、中心周波数を基準として、その上下に２種類の周波数Ｈ，Ｌを交互に繰り返す信号を、言い換えると、ステップな信号を送信するもので、一方、ＦＭ−ＣＷ方式は、図１１に示すように、直線的に変化する山形の信号を送信するものである。
【００４３】
このようなＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置においても、信号周波数が相対速度に対応した信号を得ることができ、その場合、ＦＳＫ方式と同様に、グランドクラッタ信号、さらに、自車速度と同等の相対速度にドップラーシフトされた静止物ピークが受信されるため、本実施形態のように、異物検知部１１、自車速度受付部１４、検知条件判断部１５、出力部１７等を設けることにより、同様の効果を得ることができる。つまり、レーダの周波数変調方法に依存せずレーダアンテナ表面付近に異物が付着したことを路面状況に依存せず正確に検知することができる。なお、ＦＭ−ＣＷ方式では、「発明が解決しようとする課題」で述べたように、アンテナが受信した反射波の信号を、物体迄の距離と信号周波数とが対応した信号に変換することが多いが、周知の変換式を用いて、相対速度と信号周波数とが対応した信号に変換することで、先に述べた本実施形態をそのまま適用することができる。
【００４４】
次に、図１２〜図１４を用いて、本発明に係る第三の実施形態としての車載用レーダ装置について説明する。
【００４５】
図１２は、第二の実施形態における車載用レーダ装置１ａの回路ブロック図である。この車載用レーダ装置１ａは、モノパルス方式と呼ばれる方位角検知方法を採るレーダ装置で、図１を用いて説明した第一の実施形態に対して、送信系統は基本的に同じであるものの、受信系が２系統ある点で相違している。
【００４６】
物体２からの反射電波は、第一の受信アンテナ１０６及び第二の受信アンテナ１１６で受信される。受信アンテナ１０６，１１６で受信された信号は、ハイブリット回路１１４で、二つの受信アンテナ１０６，１１６からの和信号と差信号に変換され、それぞれミキサ１０７，１１７に供給される。各ミキサ１０７，１１７では、送信系の分波器１０４で分波された信号で、和信号及び差信号がそれぞれダウンコンバートされ、ＩＦ信号に変換される。
【００４７】
各ＩＦ信号は、それぞれ低減フィルタ（ＬＰＦ）１０８，１１８で高周波成分が除去され、増幅器１０９，１１９で所定のレベルまで増幅される。そして、増幅された各信号は、それぞれアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１１０，１２０に供給され、このＡＤＣ１１０，１２０でデジタル値に変換される。デジタル値に変換された各信号は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１１ａに取り込まれてレーダ信号処理がなされる。
【００４８】
このＤＳＰ１１１ａは、機能構成要素として、ＡＤＣ１１０，１２０からの各デジタル信号に対して高速フーリエ変換（FFT）を施すＦＦＴ処理部１０ａと、車速センサ４からの自車速度を受け付ける自車速度受付部１４と、自車速度が予め定めた速度以上になったか否かを判断する検知条件判断部１５と、自車速度が予め定めた速度以上になったことを条件として、高速フーリエ変換処理が施された信号中でピーク波形を示す対象物の方向を求める対象方向算出部１８と、この対象方向算出部１８で求められた対象部部の方向から送受信部１１３ａに異物が付着しているか否かを検知する異物検知部１１ａと、高速フーリエ変換処理が施された信号から物体迄の距離や相対速度を求める距離・速度演算部１６と、ディスプレイ５やスピーカ６に所定の信号を送る出力部１７と、を有している。異物検知部１１ａは、各種方向を基準として、各対象物の方向の分散値を求める分散値演算部１２ａと、各種方向を基準とする各分散値から送受信部１１３ａに異物が付着しているか否かを判断する異物付着判断部１１ａとを有している。
【００４９】
なお、本実施形態のＤＳＰ１１１ａも、第一の実施形態と同様、ハードウェア的には、ＣＰＵやメモリ等を有して構成され、以上で説明したＤＳＰ１１１ａの各機能構成要素は、メモリに記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することで機能する。
【００５０】
また、送受信部１１３ａは、送信アンテナ１０５と、第一の受信アンテナ１０６と、第二の受信アンテナ１０６と、これらの表面を保護するレドーム１１２とを有して構成されている。
【００５１】
次に、異物検知を行うＤＳＰ１１１ａの動作について説明する。
【００５２】
ＤＳＰ１１１ａは、まず、ＡＤＣ１１０，１２０から一定の周期でサンプリングされたＩＦ和信号及びＩＦ差信号をデジタル信号の形で取り込む。次に、ＦＦＴ処理部１０がサンプリングされた各デジタル信号にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）演算処理を施す。この結果、ディジタル信号形式の和信号及び差信号は、第一の実施形態と同様に、図５等に示す、物体の相対速度と信号周波数が対応した信号に変換されることになる。
【００５３】
次に、第一の実施形態と同様に、検知条件判断部１５が、自車速が一定値以上か否かの判断を行う（ステップ３）。自車速度が一定値未満である場合には、異物検知のみならず、通常行う対象物の方向検知等もできないため、このまま終了する。
【００５４】
また、自車速度が一定値以上である場合には、対象方向算出部１８が、ＦＦＴ処理が施された和信号及び差信号のそれぞれから、ピーク波形信号を抽出し、和信号から得られたピーク波形の信号強度と、差信号から得られたピーク波形の信号強度との比を求める。対象方向算出部１８は、予め、図１３（ａ）に示すようなアンテナ特性曲線が記憶されており、この特性曲線中で、和信号から得られた信号強度と差信号から得られた信号強度との比が一致する位置を求め、その位置の角度を対象物の角度（方向）とする。
【００５５】
異物検知部１１ａの分散値演算部１２ａは、各種方向を基準として各対象物の方向の分散値を求める。そして、異物検知部部１１ａの異物付着判断部１３ａは、分散値演算部１２ａで求められた各種方向を基準とする各分散値から、物体が特定の方向に予め定められた分散値以下で存在している状態か否かを判断する。そして、この状態であると判断した場合に、この状態が予め定められた時間以上継続しているときには、送受信部１１３ａに異物が付着していると判断する。
【００５６】
送受信部１１３ａに異物が付着している場合、そのアンテナの特性曲線は、図１３（ｂ）に示すように、和信号特性が小さくなる一方で、差信号特性が大きくなる、つまり、和信号特性と差信号特性との差が小さくなる。これは、例えば、第一の受信アンテナ１０６と第二の受信アンテナ１１６とのうち、いずれか一方の側に多くの異物が付着していると、両アンテナ１０６，１１６で受信する信号強度の和が小さくなり、逆に、両アンテナ１０６，１１６で受信する信号強度差が大きくなるからである。このように、送受信部１１３ａに異物が付着し、和信号特性と差信号特性との差が小さくなった状態で、対象物方向算出部１８が、図１３（ａ）に示すアンテナ特性曲線を用いて、対象物の方向を求めると、求められる対象物の方向が特定の方向に片寄ってしまう。
【００５７】
このため、例えば、レーダ装置１ａが正常な状態の際に、図１４（ａ）に示すような位置に対象物２６，２７が存在すると認識したとしても、同図（ｂ）に示すように、レーダ装置１ａの送受信部１１３ａに異物２５が付着してしまうと、現実に存在する対象物２６，２７の方向と異なる、間違った方向にのみ対象物２６ａ，２７ａが存在していると認識してしまう。
【００５８】
そこで、異物付着判断部１３ａは、対象物が特定の方向に予め定められた分散値以下で存在している状態が予め定められた時間以上継続しているときには、送受信部１１３ａに異物が付着していると判断する。
【００５９】
異物付着判断部１３ａで異物が付着していると判断されると、第一の実施形態と同様に、その旨の信号が出力部１７からディスプレイ５やスピーカ６へ送信され、その旨が運転者に伝えられる。なお、異物付着が検知された場合、本実施形態においても、第一の実施形態と同様に、異物除去手段を駆動させるようにしてもよい。
【００６０】
異物付着判断部１３ａで異物が付着していないと判断されると、第一の実施形態と同様に、距離・速度演算部１６が、通常処理として、ＦＦＴ処理が施された信号に基づいて、物体迄の距離や相対速度を求める。そして、求められた物体迄の距離と相対速度との関係から、物体が自車両に対して安全を損なう距離に存在していると判断できる場合には、対象方向算出部１８で求められた方向に、安全を損なう位置関係の対象物が存在する旨の信号が出力部１７からディスプレイ５及びスピーカ６へ送信され、これらディスプレイ５及びスピーカ６による画像や音声で、運転者に警報が発生される。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、対象物の方向検知の片寄りから、異物がレドーム表面に付着しているか否かを判断するように構成したので、特別な装置を用いること無く、簡便に送受信部に異物が付着したことを検知することができる。しかも、対象物の方向検知の片寄りは対象物の電波反射状況に影響を受けないので、本実施形態では、送受信部１１３ａに異物が付着したことを正確に検知することができる。
【００６２】
なお、本実施形態のように、モノパルス方式の方向検知方法を採るレーダ装置であっても、静止物ピークを検知できるので、第一の実施形態と同様に、この静止物ピークの有無に応じて、送受信部に異物が付着していることを検知するようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、送信部又は受信部表面の付着物による送受信電波の減衰から、静止物ピークが現れるか否かにより、異物が送信部又は受信部表面に付着しているか否かを判断するように構成したので、特別な装置を用いること無く、簡便に送信部又は受信部表面に異物が付着したことを正確に検知することができる。しかも、静止物ピークは、この信号強度が他の信号の強度よりも高い上に、静止物体の電波反射状況による影響を比較的受け難いために、本発明のように、静止物ピークの有無によって異物付着の有無の検知すると、この検知精度を高めることができる。
【００６４】
また、物体の方向を検知する過程で、各物体の方向に関する、予め定められた分散条件に応じて、受信部に異物が付着しているか否かを検知するものでは、各物体の方向の分散値が物体の反射状況に影響を受けないので、正確に異物の検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第一の実施形態としてのレーダ装置の回路ブロック図である。
【図２】本発明に係る第一の実施形態としてのレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】ＦＳＫ方式の周波数変調を示す説明図である。
【図４】車両に実装されたレーダ装置から放射される電波パターンを示す説明図である。
【図５】反射波に関する、相対速度対応の周波数と信号強度との関係を示す説明図（異物が送受信部に付着していないとき）である。
【図６】反射波に関する、相対速度対応の周波数と信号強度との関係を示す説明図（異物が送受信部に付着しているとき）である。
【図７】本発明に係る第一の実施形態としてのレーダ装置の断面図である。
【図８】本発明に係る第一の実施形態における、異物付着の表示例を示す説明図である。
【図９】異物除去例を示す説明図（その１）である。
【図１０】異物除去例を示す説明図（その２）である。
【図１１】ＦＭ−ＣＷ方式の周波数変調を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る第二の実施形態としてのレーダ装置の回路ブロック図である。
【図１３】モノパルス方式のレーダ装置のアンテナ特性を示す説明図である。
【図１４】異物が送受信部に付着していないときと付着していないときに、検知した物体の位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ…レーダ装置、２…物体、３…車両、４…車速センサ、５…ディスプレイ、６…スピーカ、１０，１０ａ…ＦＦＴ処理部、１１，１１ａ…異物検知部、１２…静止物体確認部、１２ａ…分散値演算部、１３，１３ａ…異物付着判断部、１４…自車速度受付部、１５…検知条件判断部、１６…距離・速度演算部、１７…出力部、２２…ヘッドライトカバーガラス、２３…ヘッドライト、２４…ヘッドライトワイパ、２５…異物、１０１…タイミング回路、１０２…駆動回路、１０３…電圧制御発振器、１０４…分波器、１０５…送信アンテナ、１０６…受信アンテナ、１１６…第二の受信アンテナ、１０７，１１７…ミキサ、１０８，１１８…低域フィルタ、１０９，１１９…増幅器、１１０，１２０…アナログ−デジタル変換器、１１１，１１１ａ…ＤＳＰ、１１２…レドーム、１１３，１１３ａ…送受信部
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の走行中に、障害物等の物体を検知するための車載用レーダ装置に関し、特に、レーダ装置のアンテナに電波を反射したり吸収するような異物の検知技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載用レーダ装置は、送受信アンテナに付着した異物により物体検知に支障をきたすため、従来から送受信アンテナの異物を検知する研究が行われている。
【０００３】
この種の技術としては、例えば、特開２０００−１９２４２号公報に記載の技術がある。この従来技術は、路面からの反射波の信号(グランドクラッタ信号)のレベルの低下から異物の付着を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、路面の電波反射状況の変化により、グランドクラッタ信号のレベルが変化するため、このグランドクラッタ信号のレベル低下から異物付着を検知しようとすると、誤検知を起す恐れがあるという問題点がある。
【０００５】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、レーダアンテナ表面付近に異物が付着したことを正確に検知することができる車載用レーダ装置を実現することである。
【０００６】
なお、同種の技術として、特開平１０−１６０８３６号公報や特開平２０００−１９２４２号公報に記載されているものもある。これらの技術は、いずれも、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulation−Continuous Wave）方式のレーダ装置で、アンテナが受信した反射波の信号を、物体迄の距離と信号周波数とが対応する信号に変換し、物体までの距離が０に相当する周波数の位置に、ピーク波形が存在するか否かに応じて、アンテナ表面に異物が付着しているかを検知するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための第一の車載用レーダ装置は、
電波を送信アンテナから放射し、物体からの反射波を受信アンテナで受信して、自車両に対する該物体の相対速度を求める車載用レーダ装置において、
前記自車両の車速センサからの自車速度を受け付ける自車速度受付手段と、
前記受信部で受信した前記反射波の信号を、前記物体の相対速度と信号周波数とが対応する信号に変換する信号処理手段と、
前記信号処理手段で処理された前記信号中に、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置にピーク波形があり、且つ、該周波数近傍のノイズ信号強度に対する該ピーク波形の頂点の信号強度の比が、予め定められた信号強度比以上であるか否かに応じて、前記送信アンテナを含む送信部の外側表面又は前記受信アンテナを含む受信部の外側表面に異物が付着しているか否かを検知する異物検知手段と、
前記異物検知手段により前記送信部又は前記受信部に異物が付着していると検知されると、異物検知に対する予め定められた処理を行う処理手段に所定の信号を出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
前記目的を達成するための第二の車載用レーダ装置は、
電波を送信アンテナから放射し、物体からの反射波を受信アンテナで受信して、自車両に対する該物体の相対速度を求める車載用レーダ装置において、
前記自車両の車速センサからの自車速度を受け付ける自車速度受付手段と、
前記自車速度受付手段が受け付けた前記自車速度が予め定められた速度以上になったか否かを判断する検知条件判断手段と、
前記受信部で受信した前記反射波の信号を、前記物体の相対速度と信号周波数とが対応する信号に変換する信号処理手段と、
前記検知条件判断手段が前記自車速度が予め定められた速度以上であると判断したときに、前記信号処理手段で処理された前記信号中に、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、所定の条件を満たすピーク波形があるか否かに応じて、前記送信アンテナを含む送信部の外側表面又は前記受信アンテナを含む受信部の外側表面に異物が付着しているか否かを検知する異物検知手段と、
前記異物検知手段により前記送信部又は前記受信部に異物が付着していると検知されると、異物検知に対する予め定められた処理を行う処理手段に所定の信号を出力する出力手段と、
を備え、
前記異物検知手段は、
前記信号処理手段で処理された前記信号中に、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置にピーク波形があり、且つ、該周波数近傍のノイズ信号強度に対する該ピーク波形の頂点の信号強度の比が、予め定められた信号強度比以上であるか否かを判断する静止物体確認手段と、
前記静止物体確認手段により、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、前記予め定められた信号強度比以上のピーク波形がないとされた時間が、予め定められた時間以上であると、前記送信部の外側表面又は前記受信部の外側表面に異物が付着していると判断する異物付着判断手段と、
を有することを特徴とするものである。
【０００９】
前記目的を達成するための第三の車載用レーダ装置は、
電波を送信アンテナから放射し、物体からの反射波を複数の送受信アンテナで受信して、複数の該受信アンテナが受信した各反射波の和信号及び差信号から、該物体の方向を求める車載用レーダ装置において、
順次求められる各物体の方向に関する、予め定められた分散条件に応じて、複数の前記受信アンテナを含む受信部に異物が付着しているか否かを検知する異物検知手段と、
前記異物検知手段により前記受信部に異物が付着していると検知されると、異物付着に対する予め定められた処理を行う処理手段に所定の信号を出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
前記目的を達成するための第四の車載用レーダ装置は、
前記第三の車載用レーダ装置において、
前記異物検知手段は、
各種方向を基準として、順次求められる各物体の方向の分散値を求める分散値演算手段と、
前記分散値演算手段で求められた各種方向を基準とする各分散値から、物体が特定の方向に予め定められた分散値以下で存在している状態か否かを判断し、該状態であると判断した際に、該状態が予め定められた時間以上継続しているか否かに応じて、前記受信部に異物が付着しているか否かを判断する異物付着判断手段と、
を有することを特徴とするものである。
【００１１】
前記目的を達成するための第五の車載用レーダ装置は、
以上の第一から第四のいずれかの車載用レーダ装置において、
前記出力手段が前記所定の信号を出力する前記処理手段は、該所定の信号を受信すると、前記送信部の外側表面又は前記受信部の外側表面に異物が付着している旨を表示する表示手段と、前記送信部又は前記受信部の外側表面上の異物を除去する除去手段とのうち、少なくとも一つである、
ことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る車載用レーダ装置の各種実施形態について説明する。
【００１３】
まず、図１〜図１０を用いて、本発明に係る第一の実施形態としての車載用レーダ装置について説明する。
【００１４】
図１は、第一の実施形態における車載用レーダ装置１の回路ブロック図である。
【００１５】
図１において、タイミング回路１０１は、一定周期でタイミング信号を発生し、これを駆動回路１０２及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１１に供給する。駆動回路１０２は、電圧制御発振器（Voltage Control Oscillator）１０３を制御して、図３に示すような周波数変調された信号、具体的には、例えば、６０ＧＨｚを中心周波数として、この中心周波数を中心に、上下に周波数Ｈ，Ｌを同周期で繰り返す信号を発生させる。このような信号を発生される方式は、ＦＳＫ（Frequency Sift Keeping）方式と呼ばる公知の方式である。
【００１６】
この変調信号は、分波器１０４を経由して送信アンテナ１０５から電波として放射される。送信アンテナ１０５から放射された電波は物体２に反射され、受信アンテナ１０６で受信される。
【００１７】
アンテナ１０６で受信された信号は、ミキサ１０７に供給され、分波器１０４で分波された信号で、アンテナ１０６から供給された信号がダウンコンバートされ、いわゆる中間周波（ＩＦ）信号に変換される。
【００１８】
ＩＦ信号は、それぞれ低減フィルタ（ＬＰＦ）１０８で高周波成分が除去され、増幅器１０９で所定のレベルまで増幅される。そして、増幅された信号は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１１０に供給され、このＡＤＣ１１０でデジタル値に変換される。デジタル値に変換された信号は、ＤＳＰ１１１に取り込まれてレーダ信号処理がなされる。
【００１９】
このＤＳＰ１１１は、機能構成要素として、アナログ−デジタル変換器１１０からのデジタル信号に対して高速フーリエ変換（FFT）を施すＦＦＴ処理部１０と、車速センサ４からの自車速度を受け付ける自車速度受付部１４と、自車速度が予め定めた速度以上になったか否かを判断する検知条件判断部１５と、自車速度が予め定めた速度以上になったことを条件として、高速フーリエ変換処理が施された信号中に、自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、所定の条件を満たすピーク波形があるか否かに応じて、送受信部１１３の外側表面に異物が付着しているか否かを検知する異物検知部１１と、高速フーリエ変換処理が施された信号から物体迄の距離や相対速度を求める距離・速度演算部１６と、ディスプレイ５やスピーカ６に所定の信号を送る出力部１７と、を有している。異物検知部１１は、高速フーリエ変換処理が施された信号中に、自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置にピーク波形があり、且つ、このピーク波形の頂点の信号強度が予め定められた強度以上であるか否かを判断する静止物体確認部１２と、この静止物体確認部１２により、自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、前記予め定められた強度以上のピーク波形がないとされた時間が、予め定められた時間以上であると、送受信部１１３の外側表面に異物が付着していると判断する異物付着判断部１３と、を有している。
【００２０】
なお、ＤＳＰ１１１は、ハードウェア的には、ＣＰＵやメモリ等を有して構成され、以上で説明したＤＳＰ１１１の各機能構成要素は、メモリに記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することで機能する。
【００２１】
図４は、レーダ装置１を車両３に装着した状態を示す図である。
【００２２】
レーダ装置１の送信アンテナ１０５からはメインローブ７のほか、サイドローブ８と呼ばれるビームが多少なりとも放射されるのが実状である。図示のようにサイドローブ８の一部が路面に当たって反射される。
【００２３】
車両が走行中であると、図５に示すようなイメージのＩＦ信号のスペクトルが得られる。この図５は、横軸は周波数を示し、アンテナから見た物体の相対速度を表わしており、縦軸は信号強度（ノイズレベル）を示している。
【００２４】
この図５において、周波数の最も低い箇所は、アンテナ直下付近の路面からの反射波の信号で、アンテナに近いため、信号強度が大きい。そして、レーダ装置１から遠ざかるに従い、相対速度が上昇してドップラシフトが大きくなる。このため、一般的に右下がりのスペクトルを示す傾向にある。つまり、周波数が高くなるに従って、信号強度は低下する傾向にある。この傾向にある信号は、一般的にグランドクラッタ信号とよばれている。
【００２５】
このグランドクラッタ信号の右端部分、言い換えると、自車両の速度と同等の相対速度に値する部分には、静止物体からの反射波の信号が集中するため、強いドップラー信号が現れることになる。このドップラー信号は、一般的に静止物ピークと呼ばれる。
【００２６】
図７は、レーダ装置１を横から見た断面図である。送受信部１１３は、送信アンテナ１０５と、受信アンテナ１０６と、これらのアンテナ１０５，１０６の表面を保護するためのレドーム１１２とを有して構成されている。レドーム１１２は、電波を良く透過する材質でしかも機械的な強度を有するプラスチックなどの材質で作られる。送受信部１１３の外側表面、言い換えると、レドーム１１２の表面に異物(例えば雪)２５が付着すると、送信アンテナ１０５から放射された電波が異物を透過できないため、図６に示すように、有効な静止物ピークは現れない。
【００２７】
そこで、本実施形態は、この静止物ピークの有無で、送受信部に異物が付着しているか否かを検知している。
【００２８】
ここで、異物付着検知を行うＤＳＰ１１１の動作について、図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００２９】
ＤＳＰ１１１は、まず、ＡＤＣ１１０から一定の周期でサンプリングされたＩＦ信号をデジタル信号の形で取り込む（ステップ１）。この場合、サンプル数は例えば１０２４点である。次に、ＦＦＴ処理部１０がサンプリングされたデジタル信号にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）演算処理を施す（ステップ２）。この結果、図５や図６に示すように、物体の相対速度と信号周波数が対応した信号を得ることになる、つまり、各周波数が物体の相対速度を示すことになる。
【００３０】
このレーダ装置１は、ドップラーシフト効果を利用しているので、グランドクラッタ信号及び静止物ピークは走行中にしか観測できない。このため、後述のピーク抽出処理（ステップ４）前に、検知条件判断部１５が、自車速が一定値（例えば１０ｋｍ／ｈ）以上か否かの判断を行う（ステップ３）。この自車速は、車速センサ４から自車速度受付部１４が取り込む。自車速度が一定値未満である場合には、異物検知のみならず、通常行う物体の相対速度等の検知もできないため、このまま終了する。
【００３１】
また、自車速度が一定値以上である場合には、異物検知部１１の静止物体確認部１２が、ＦＦＴ処理が施された信号から、自車速度に対応した周波数の位置でのピーク波形信号を抽出する（ステップ４）。そして、静止物体確認部１２は、このピーク波形信号が有効なものであるか否かの判断を行う（ステップ５）。ピーク波形信号が有効か否かは、図５に示すように、自車速度相当のドップラーシフト地点において、ノイズレベル（グランドクラッタ信号のレベル）に対するピークレベルの比であるＳ／Ｎを計測し、そのＳ／Ｎがある所定の値を満足するか否かで判断する。これにより路面状況および回路から生じるノイズの変動に関わらず明確に異常を判断できる。
【００３２】
有効なピーク波形信号がある場合には、静止物体を確実に捉えていることになり、正常であると判断できるので、距離・速度演算部１６が、通常処理として、ＦＦＴ処理が施された信号に基づいて、物体迄の距離や相対速度を求める。そして、求められた物体迄の距離と相対速度との関係から、物体が自車両に対して安全を損なう距離に存在していると判断できる場合には、その旨の信号が出力部１７からディスプレイ５及びスピーカ６へ送信され、これらディスプレイ５及びスピーカ６による画像や音声で、運転者に警報が発生される（ステップ８）。なお、ここでは、物体が自車両に対して安全を損なう距離に存在していると判断できる場合、画像や音声による警報を発するようにしているが、この情報をエンジンコントロールユニット等に与えて、エンジン出力等をコントロールさせることで、危険を回避できるようにしてもよい。
【００３３】
静止物体確認部１２が、ステップ４でピーク波形信号を抽出できなかった場合や、ステップ５で有効なピーク波形信号がないと判断した場合には、異物付着判断部１３が、静止物体確認部１２の判断結果を一定時間保持して、このような異常状態が一定時間（例えば、１０秒）以上継続しているか否かで、異物が付着しているか否かの判断を行う（ステップ６）。静止物ピークは、車両が走行している限り、通常、明確なピークとして常時検出されるものである。このため、ピーク波形信号が抽出できない、又は、有効なピーク波形信号がない場合には、異常ということになる。しかしながら、静物ピークは、前述したように、基本的に、明確なピークとして常時検出されるものであるが、何らかの原因で瞬間的に無くなることもある。そこで、ここでは、有効なピーク波形信号がない場合で、且つ、この状態が一定時間以上継続している場合に、異常である、つまり、異物が付着していると判断するようにしている。
【００３４】
異物付着判断部１３で異物が付着していると判断されると、その旨の信号が出力部１７からディスプレイ５やスピーカ６へ送信され、その旨が運転者に伝えられる（ステップ７）。ここでは、図８に示すように、車両のインストルメントパネル上に設けられた車速やエンジン回転数等の表示用ディスプレイ５の一部に、例えば、雪付着信号２１を表示することで、運転者に知らせるようにしている。なお、ディスプレイとしては、この他、ナビゲーション装置用のディスプレイや、ＴＶ用のディスプレイ等を用いてもよい。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、静止物ピークが現れているか否かにより、異物が送受信部１１３の表面に付着しているか否かを判断するように構成したので、特別な装置を用いること無く、簡便に送受信部１１３に異物が付着したことを検知することができる。
【００３６】
ところで、前述したように、グランドクラッタ信号の信号レベルは、静止物ピークの信号レベルに比べて遥かに低く、路面反射状況の変化による影響を強く受ける。このため、従来技術のように、グランドクラッタ信号の信号レベルの変化により異物を検知しようとすると、誤検知を起す恐れがある。
【００３７】
また、静止物ピークの信号レベルも、静止物体の数や大きさ、及び静止物体の電波反射状況等により影響を受ける。しかしながら、この静止物ピークは、信号レベルがグランドクラッタ信号よりも遥かに高く、しかも、送受信部１１３に異物が付着しておらず且つ静止物体が存在する限り、静止物体の数や大きさ、及び静止物体の電波反射状況等により信号レベルが影響を受けたとしても、これらの影響は比較的小さく明瞭に現れるものである。このため、本実施形態は、送受信部１１３に異物が付着したことを正確に検知することができる。
【００３８】
なお、以上の実施形態では、異物付着を運転者に知らせるものであるが、より積極的に、異物を除去するようにしてもよい。
【００３９】
例えば、図９に示すように、レーダ装置１を車両ヘッドライトのカバーガラス２２内に取り付ける場合には、レーダ装置１の出力部１７から点灯信号をヘッドライト（異物除去手段）２３の駆動回路に出力し、このヘッドライト２３の熱で融雪処理するようにしてもよい。また、ヘッドライトのカバーガラスに電熱線（異物除去手段）を設け、この電熱線の駆動回路にレーダ装置の出力部からの駆動信号を出力し、この電熱線の熱で融雪処理するようにしてもよい。さらに、ヘッドライトにワイパが装備されている場合には、図１０に示すように、レーダ装置１の出力部１７からの駆動信号をワイパ２４の駆動回路に出力し、このワイパ２４で異物を除去するようにしてもよい。
【００４０】
なお、ヘッドライト内にレーダ装置１を取り付ける方法に関しては、特開平11-326495号公報に開示された技術を参照するとよく、これには、レーダ部分の取付角度を精度良く且つ容易に調整するための方法が開示されている。
【００４１】
また、以上の実施形態では、送信アンテナ１０５と受信アンテナ１０６とを近接した位置に配置して、これの表面をレドーム１１２で保護したものを送受信部１１３としたが、送信アンテナ１０５と受信アンテナ１０６とを互いに離れた位置に配置して、それぞれの表面を独立したレドームで保護したものをそれぞれ送信部、受信部としてもよい。この場合、送信部の外側表面と受信部の外側表面との一方に、又は両方に、異物が付着すると、送信部又は受信部のいずれかに異物が付着されたと検知される。
【００４２】
また、以上の実施形態は、ＦＳＫ方式のレーダ装置に、本発明を適用したものであるが、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置に本発明を適用してもよい。ＦＳＫ方式とＦＭ−ＣＷ方式とは、周波数変調方式が異なっている。つまり、本実施形態のＦＳＫ方式は、図３を用いて説明したように、中心周波数を基準として、その上下に２種類の周波数Ｈ，Ｌを交互に繰り返す信号を、言い換えると、ステップな信号を送信するもので、一方、ＦＭ−ＣＷ方式は、図１１に示すように、直線的に変化する山形の信号を送信するものである。
【００４３】
このようなＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置においても、信号周波数が相対速度に対応した信号を得ることができ、その場合、ＦＳＫ方式と同様に、グランドクラッタ信号、さらに、自車速度と同等の相対速度にドップラーシフトされた静止物ピークが受信されるため、本実施形態のように、異物検知部１１、自車速度受付部１４、検知条件判断部１５、出力部１７等を設けることにより、同様の効果を得ることができる。つまり、レーダの周波数変調方法に依存せずレーダアンテナ表面付近に異物が付着したことを路面状況に依存せず正確に検知することができる。なお、ＦＭ−ＣＷ方式では、「発明が解決しようとする課題」で述べたように、アンテナが受信した反射波の信号を、物体迄の距離と信号周波数とが対応した信号に変換することが多いが、周知の変換式を用いて、相対速度と信号周波数とが対応した信号に変換することで、先に述べた本実施形態をそのまま適用することができる。
【００４４】
次に、図１２〜図１４を用いて、本発明に係る第三の実施形態としての車載用レーダ装置について説明する。
【００４５】
図１２は、第二の実施形態における車載用レーダ装置１ａの回路ブロック図である。この車載用レーダ装置１ａは、モノパルス方式と呼ばれる方位角検知方法を採るレーダ装置で、図１を用いて説明した第一の実施形態に対して、送信系統は基本的に同じであるものの、受信系が２系統ある点で相違している。
【００４６】
物体２からの反射電波は、第一の受信アンテナ１０６及び第二の受信アンテナ１１６で受信される。受信アンテナ１０６，１１６で受信された信号は、ハイブリット回路１１４で、二つの受信アンテナ１０６，１１６からの和信号と差信号に変換され、それぞれミキサ１０７，１１７に供給される。各ミキサ１０７，１１７では、送信系の分波器１０４で分波された信号で、和信号及び差信号がそれぞれダウンコンバートされ、ＩＦ信号に変換される。
【００４７】
各ＩＦ信号は、それぞれ低減フィルタ（ＬＰＦ）１０８，１１８で高周波成分が除去され、増幅器１０９，１１９で所定のレベルまで増幅される。そして、増幅された各信号は、それぞれアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１１０，１２０に供給され、このＡＤＣ１１０，１２０でデジタル値に変換される。デジタル値に変換された各信号は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１１ａに取り込まれてレーダ信号処理がなされる。
【００４８】
このＤＳＰ１１１ａは、機能構成要素として、ＡＤＣ１１０，１２０からの各デジタル信号に対して高速フーリエ変換（FFT）を施すＦＦＴ処理部１０ａと、車速センサ４からの自車速度を受け付ける自車速度受付部１４と、自車速度が予め定めた速度以上になったか否かを判断する検知条件判断部１５と、自車速度が予め定めた速度以上になったことを条件として、高速フーリエ変換処理が施された信号中でピーク波形を示す対象物の方向を求める対象方向算出部１８と、この対象方向算出部１８で求められた対象部部の方向から送受信部１１３ａに異物が付着しているか否かを検知する異物検知部１１ａと、高速フーリエ変換処理が施された信号から物体迄の距離や相対速度を求める距離・速度演算部１６と、ディスプレイ５やスピーカ６に所定の信号を送る出力部１７と、を有している。異物検知部１１ａは、各種方向を基準として、各対象物の方向の分散値を求める分散値演算部１２ａと、各種方向を基準とする各分散値から送受信部１１３ａに異物が付着しているか否かを判断する異物付着判断部１１ａとを有している。
【００４９】
なお、本実施形態のＤＳＰ１１１ａも、第一の実施形態と同様、ハードウェア的には、ＣＰＵやメモリ等を有して構成され、以上で説明したＤＳＰ１１１ａの各機能構成要素は、メモリに記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することで機能する。
【００５０】
また、送受信部１１３ａは、送信アンテナ１０５と、第一の受信アンテナ１０６と、第二の受信アンテナ１０６と、これらの表面を保護するレドーム１１２とを有して構成されている。
【００５１】
次に、異物検知を行うＤＳＰ１１１ａの動作について説明する。
【００５２】
ＤＳＰ１１１ａは、まず、ＡＤＣ１１０，１２０から一定の周期でサンプリングされたＩＦ和信号及びＩＦ差信号をデジタル信号の形で取り込む。次に、ＦＦＴ処理部１０がサンプリングされた各デジタル信号にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）演算処理を施す。この結果、ディジタル信号形式の和信号及び差信号は、第一の実施形態と同様に、図５等に示す、物体の相対速度と信号周波数が対応した信号に変換されることになる。
【００５３】
次に、第一の実施形態と同様に、検知条件判断部１５が、自車速が一定値以上か否かの判断を行う（ステップ３）。自車速度が一定値未満である場合には、異物検知のみならず、通常行う対象物の方向検知等もできないため、このまま終了する。
【００５４】
また、自車速度が一定値以上である場合には、対象方向算出部１８が、ＦＦＴ処理が施された和信号及び差信号のそれぞれから、ピーク波形信号を抽出し、和信号から得られたピーク波形の信号強度と、差信号から得られたピーク波形の信号強度との比を求める。対象方向算出部１８は、予め、図１３（ａ）に示すようなアンテナ特性曲線が記憶されており、この特性曲線中で、和信号から得られた信号強度と差信号から得られた信号強度との比が一致する位置を求め、その位置の角度を対象物の角度（方向）とする。
【００５５】
異物検知部１１ａの分散値演算部１２ａは、各種方向を基準として各対象物の方向の分散値を求める。そして、異物検知部部１１ａの異物付着判断部１３ａは、分散値演算部１２ａで求められた各種方向を基準とする各分散値から、物体が特定の方向に予め定められた分散値以下で存在している状態か否かを判断する。そして、この状態であると判断した場合に、この状態が予め定められた時間以上継続しているときには、送受信部１１３ａに異物が付着していると判断する。
【００５６】
送受信部１１３ａに異物が付着している場合、そのアンテナの特性曲線は、図１３（ｂ）に示すように、和信号特性が小さくなる一方で、差信号特性が大きくなる、つまり、和信号特性と差信号特性との差が小さくなる。これは、例えば、第一の受信アンテナ１０６と第二の受信アンテナ１１６とのうち、いずれか一方の側に多くの異物が付着していると、両アンテナ１０６，１１６で受信する信号強度の和が小さくなり、逆に、両アンテナ１０６，１１６で受信する信号強度差が大きくなるからである。このように、送受信部１１３ａに異物が付着し、和信号特性と差信号特性との差が小さくなった状態で、対象物方向算出部１８が、図１３（ａ）に示すアンテナ特性曲線を用いて、対象物の方向を求めると、求められる対象物の方向が特定の方向に片寄ってしまう。
【００５７】
このため、例えば、レーダ装置１ａが正常な状態の際に、図１４（ａ）に示すような位置に対象物２６，２７が存在すると認識したとしても、同図（ｂ）に示すように、レーダ装置１ａの送受信部１１３ａに異物２５が付着してしまうと、現実に存在する対象物２６，２７の方向と異なる、間違った方向にのみ対象物２６ａ，２７ａが存在していると認識してしまう。
【００５８】
そこで、異物付着判断部１３ａは、対象物が特定の方向に予め定められた分散値以下で存在している状態が予め定められた時間以上継続しているときには、送受信部１１３ａに異物が付着していると判断する。
【００５９】
異物付着判断部１３ａで異物が付着していると判断されると、第一の実施形態と同様に、その旨の信号が出力部１７からディスプレイ５やスピーカ６へ送信され、その旨が運転者に伝えられる。なお、異物付着が検知された場合、本実施形態においても、第一の実施形態と同様に、異物除去手段を駆動させるようにしてもよい。
【００６０】
異物付着判断部１３ａで異物が付着していないと判断されると、第一の実施形態と同様に、距離・速度演算部１６が、通常処理として、ＦＦＴ処理が施された信号に基づいて、物体迄の距離や相対速度を求める。そして、求められた物体迄の距離と相対速度との関係から、物体が自車両に対して安全を損なう距離に存在していると判断できる場合には、対象方向算出部１８で求められた方向に、安全を損なう位置関係の対象物が存在する旨の信号が出力部１７からディスプレイ５及びスピーカ６へ送信され、これらディスプレイ５及びスピーカ６による画像や音声で、運転者に警報が発生される。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、対象物の方向検知の片寄りから、異物がレドーム表面に付着しているか否かを判断するように構成したので、特別な装置を用いること無く、簡便に送受信部に異物が付着したことを検知することができる。しかも、対象物の方向検知の片寄りは対象物の電波反射状況に影響を受けないので、本実施形態では、送受信部１１３ａに異物が付着したことを正確に検知することができる。
【００６２】
なお、本実施形態のように、モノパルス方式の方向検知方法を採るレーダ装置であっても、静止物ピークを検知できるので、第一の実施形態と同様に、この静止物ピークの有無に応じて、送受信部に異物が付着していることを検知するようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、送信部又は受信部表面の付着物による送受信電波の減衰から、静止物ピークが現れるか否かにより、異物が送信部又は受信部表面に付着しているか否かを判断するように構成したので、特別な装置を用いること無く、簡便に送信部又は受信部表面に異物が付着したことを正確に検知することができる。しかも、静止物ピークは、この信号強度が他の信号の強度よりも高い上に、静止物体の電波反射状況による影響を比較的受け難いために、本発明のように、静止物ピークの有無によって異物付着の有無の検知すると、この検知精度を高めることができる。
【００６４】
また、物体の方向を検知する過程で、各物体の方向に関する、予め定められた分散条件に応じて、受信部に異物が付着しているか否かを検知するものでは、各物体の方向の分散値が物体の反射状況に影響を受けないので、正確に異物の検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第一の実施形態としてのレーダ装置の回路ブロック図である。
【図２】本発明に係る第一の実施形態としてのレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】ＦＳＫ方式の周波数変調を示す説明図である。
【図４】車両に実装されたレーダ装置から放射される電波パターンを示す説明図である。
【図５】反射波に関する、相対速度対応の周波数と信号強度との関係を示す説明図（異物が送受信部に付着していないとき）である。
【図６】反射波に関する、相対速度対応の周波数と信号強度との関係を示す説明図（異物が送受信部に付着しているとき）である。
【図７】本発明に係る第一の実施形態としてのレーダ装置の断面図である。
【図８】本発明に係る第一の実施形態における、異物付着の表示例を示す説明図である。
【図９】異物除去例を示す説明図（その１）である。
【図１０】異物除去例を示す説明図（その２）である。
【図１１】ＦＭ−ＣＷ方式の周波数変調を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る第二の実施形態としてのレーダ装置の回路ブロック図である。
【図１３】モノパルス方式のレーダ装置のアンテナ特性を示す説明図である。
【図１４】異物が送受信部に付着していないときと付着していないときに、検知した物体の位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ…レーダ装置、２…物体、３…車両、４…車速センサ、５…ディスプレイ、６…スピーカ、１０，１０ａ…ＦＦＴ処理部、１１，１１ａ…異物検知部、１２…静止物体確認部、１２ａ…分散値演算部、１３，１３ａ…異物付着判断部、１４…自車速度受付部、１５…検知条件判断部、１６…距離・速度演算部、１７…出力部、２２…ヘッドライトカバーガラス、２３…ヘッドライト、２４…ヘッドライトワイパ、２５…異物、１０１…タイミング回路、１０２…駆動回路、１０３…電圧制御発振器、１０４…分波器、１０５…送信アンテナ、１０６…受信アンテナ、１１６…第二の受信アンテナ、１０７，１１７…ミキサ、１０８，１１８…低域フィルタ、１０９，１１９…増幅器、１１０，１２０…アナログ−デジタル変換器、１１１，１１１ａ…ＤＳＰ、１１２…レドーム、１１３，１１３ａ…送受信部
Claims (6)
- 電波を送信アンテナから放射し、物体からの反射波を受信アンテナで受信して、自車両に対する該物体の相対速度を求める車載用レーダ装置において、
前記自車両の車速センサからの自車速度を受け付ける自車速度受付手段と、
前記受信部で受信した前記反射波の信号を、前記物体の相対速度と信号周波数とが対応する信号に変換する信号処理手段と、
前記信号処理手段で処理された前記信号中に、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置にピーク波形があり、且つ、該周波数近傍のノイズ信号強度に対する該ピーク波形の頂点の信号強度の比が、予め定められた信号強度比以上であるか否かに応じて、前記送信アンテナを含む送信部の外側表面又は前記受信アンテナを含む受信部の外側表面に異物が付着しているか否かを検知する異物検知手段と、
前記異物検知手段により前記送信部又は前記受信部に異物が付着していると検知されると、異物検知に対する予め定められた処理を行う処理手段に所定の信号を出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とする車載用レーダ装置。 - 電波を送信アンテナから放射し、物体からの反射波を受信アンテナで受信して、自車両に対する該物体の相対速度を求める車載用レーダ装置において、
前記自車両の車速センサからの自車速度を受け付ける自車速度受付手段と、
前記自車速度受付手段が受け付けた前記自車速度が予め定められた速度以上になったか否かを判断する検知条件判断手段と、
前記受信部で受信した前記反射波の信号を、前記物体の相対速度と信号周波数とが対応する信号に変換する信号処理手段と、
前記検知条件判断手段が前記自車速度が予め定められた速度以上であると判断したときに、前記信号処理手段で処理された前記信号中に、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、所定の条件を満たすピーク波形があるか否かに応じて、前記送信アンテナを含む送信部の外側表面又は前記受信アンテナを含む受信部の外側表面に異物が付着しているか否かを検知する異物検知手段と、
前記異物検知手段により前記送信部又は前記受信部に異物が付着していると検知されると、異物検知に対する予め定められた処理を行う処理手段に所定の信号を出力する出力手段と、
を備え、
前記異物検知手段は、
前記信号処理手段で処理された前記信号中に、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置にピーク波形があり、且つ、該周波数近傍のノイズ信号強度に対する該ピーク波形の頂点の信号強度の比が、予め定められた信号強度比以上であるか否かを判断する静止物体確認手段と、
前記静止物体確認手段により、前記自車速度と同等の相対速度に対応する周波数の位置に、前記予め定められた信号強度比以上のピーク波形がないとされた時間が、予め定められた時間以上であると、前記送信部の外側表面又は前記受信部の外側表面に異物が付着していると判断する異物付着判断手段と、
を有することを特徴とする車載用レーダ装置。 - 電波を送信アンテナから放射し、物体からの反射波を複数の送受信アンテナで受信して、複数の該受信アンテナが受信した各反射波の和信号及び差信号から、該物体の方向を求める車載用レーダ装置において、
順次求められる各物体の方向に関する、予め定められた分散条件に応じて、複数の前記受信アンテナを含む受信部に異物が付着しているか否かを検知する異物検知手段と、
前記異物検知手段により前記受信部に異物が付着していると検知されると、異物付着に対する予め定められた処理を行う処理手段に所定の信号を出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とする車載用レーダ装置。 - 請求項３に記載の車載用レーダ装置において、
前記異物検知手段は、
各種方向を基準として、順次求められる各物体の方向の分散値を求める分散値演算手段と、
前記分散値演算手段で求められた各種方向を基準とする各分散値から、物体が特定の方向に予め定められた分散値以下で存在している状態か否かを判断し、該状態であると判断した際に、該状態が予め定められた時間以上継続しているか否かに応じて、前記受信部に異物が付着しているか否かを判断する異物付着判断手段と、
を有することを特徴とする車載用レーダ装置。 - 請求項１から４のいずれか一項に記載の車載用レーダ装置において、
前記出力手段が前記所定の信号を出力する前記処理手段は、該所定の信号を受信すると、前記送信部の外側表面又は前記受信部の外側表面に異物が付着している旨を表示する表示手段と、前記送信部又は前記受信部の外側表面上の異物を除去する除去手段とのうち、少なくとも一つである、
ことを特徴とする車載用レーダ装置。 - 請求項１から５のいずれか一項に記載の車載用レーダ装置において、
ＦＳＫ（ Frequency Sift Keeping ）方式を採用している、
ことを特徴とする車載用レーダ装置。
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