JPH1039009A - 距離検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＷレーダでは信号の多重反射により位相差
信号にリップルが含まれ、このリップルのために距離検
知の精度が悪化するという問題があった。 【解決手段】 位相差検出手段Ｍ３で２周波の受信信号
の位相差を検出し、目標物体までの距離を検出する距離
検出装置において、位相差信号の少なくとも１周期分か
ら位相差の基準値である基準位相差を算出する基準値算
出手段Ｍ４と、基準値算出手段で算出された基準位相差
と、位相差信号の変動周期及び波長とから目標物体まで
の距離を算出する距離算出手段Ｍ５とを有する。このよ
うに位相差信号の少なくとも１周期分から得た基準位相
差と、位相差信号の一定の変動周期及び波長から距離を
算出するため、信号の多重反射に起因する位相差信号の
変動の影響を受けることがなく高精度の距離検出を行う
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離検出装置に関
し、少なくとも異なった２つの周波数の信号を発射し、
対象物で反射した信号を受信して受信信号の位相差から
対象物までの距離を検出する距離検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開昭４７−７２７１号公報に
は、周波数差のある２周波の連続波を送信し、受信波の
２つのドップラ周波数の位相差から距離を求めることに
より、検知距離を拡大する２周波ＣＷレーダが記載され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】２周波ＣＷレーダを車
両の衝突検知に応用する場合、０ｍ〜数ｍ程度の近距離
の測距ができることが要求される。レーダの送信アンテ
ナから放射された送信波は、目標物体で反射され受信ア
ンテナに到達する。しかし、極近距離では目標物体で反
射された送信波の一部が再度送信アンテナで反射され目
標物体に照射される。つまり、目標物体に照射される送
信波は送信アンテナからの直接波と多重反射による間接
波が合成されたものになる。

【０００４】このため、２周波の位相情報には距離情報
の他に再反射波によるリップル成分が含まれる。このリ
ップルの周期は送信波波長の１／２に相当し、リップル
の振幅は目標物体での反射率と距離とに依存している。
反射率が大きい目標物体では間接波の信号強度が大きく
なるため、検知範囲の近距離側で振幅の大きなリップル
が発生する傾向にある。逆に遠距離側では受信波の信号
強度が低下し、受信回路の規定しているＳＮ比を下回る
と大きいリップルが生じる。つまり検知範囲の中央付近
でリップルは小さくなるものの検知範囲の大部分で大き
なリップルが発生しているため、距離検知の精度が悪化
するという問題があった。

【０００５】ところで、送信アンテナと目標物体との距
離をＲとし、直接波をＶtp，間接波をＶtsとし、間接波
の距離Ｒの関数である再反射係数をγ（０＜γ＜１）と
すると目標物体に照射される送信波Ｖｔは次式で表わさ
れる。 Ｖt ＝Ｖtp＋Ｖts＝cos ωｔ＋γωcos （ｔ−τ） ここで、遅延時間τ：τ＝２Ｒ／ｃ （ｃ：光速） ＝cos ωｔ＋γcos ωτcos ωｔ＋γsin ωτsin ωｔ ＝cos ωｔ・（１＋γcos ωτ）＋sin ωｔ・γsin ωτ ここで、Ａcos ψ＝１＋γcos ωτ，Ａsin ψ＝γsin ωτとすると、 ＝Ａcos ωｔcos ψ＋Ａsin ωｔsin ψ ＝Ａcos （ωｔ−ψ） となり、Ａ＝（１＋γ² ＋２γcos ωτ)^1/2 ψ＝tan ^-1〔γsin ωτ／（１＋γcos ωτ）〕 により、 ＝（１＋γ² ＋２γcos ωτ)^1/2cos 〔tan ^-1〔ωｔ−γsin ωτ／（１＋γ cos ωτ）〕〕 ０＜γ≦１の時、 Ｖt ＝（１＋γcos ωτ）cos （ωｔ−γsin ωτ） となり、送信波は遅延時間τを変数とする振幅変調及び
位相変調された信号となる。

【０００６】ここで、２周波ＣＷ方式による距離計測へ
の影響を検討する。送信角周波数をω₁ ，ω₂ とする
と、送信波は Ｖｔ₁ ＝（１＋γcos ω₁ τ）cos （ω₁ ｔ−γsin ω₁ τ） Ｖｔ₂ ＝（１＋γcos ω₂ τ）cos （ω₂ ｔ−γsin ω₂ τ） となる。この２波による受信波は、 Ｖｒ₁ ＝ｋ（１＋γcos ω₁ τ）cos 〔ω₁ （ｔ−τ’）−γsin ω₁ τ〕 Ｖｒ₂ ＝ｋ（１＋γcos ω₂ τ）cos 〔ω₂ （ｔ−τ’）−γsin ω₂ τ〕 と表される。ここで、τ’＝２Ｒ／ｃ，ｋは受信振幅で
ある。ローカル信号を、 Ｖｌ₁ ＝cos ω₂ ｔ Ｖｌ₂ ＝cos ω₂ ｔ としたときのホモダイン検波出力は、 Ｖｂ₁ ＝ｋ／２（１＋γcos ω₁ τ）cos （ω₁ τ’＋γsin ω₁ τ） Ｖｂ₂ ＝ｋ／２（１＋γcos ω₂ τ）cos （ω₂ τ’＋γsin ω₂ τ） となる。よって、Ｖｂ₁ ，Ｖｂ₂ の位相差Δφは次のよ
うに表わされる。

【０００７】ω₁ ＝ω₂ ，ω₁ −ω₂ ＝Δω，ω₀ ＝
（ω₁ ＋ω₂ ）／２として、 Δφ＝（ω₁ −ω₂ ）τ’＋γ（sin ω₁ τ−sin ω₂ τ） ＝（ω₁ −ω₂ ）τ’−２γsin 〔（ω₁ −ω₂ ）／２〕τsin 〔（ω₁ ＋ω₂ ）／２〕τ ＝Δωτ’−２γsin （Δωτ／２）sin ω₀ τ ＝２ΔωＲ／ｃ−２γsin （ΔωＲ／ｃ）sin （２Ｒω₀ ／２） … (1) （１）式の右辺第１項は距離に比例する位相量を表わし
ている。右辺第２項は反射波の再反射によるリップル成
分を表わしている。リップル成分の周期は２Ｒω₀ ／ｃ
＝２πから送信波の波長λの１／２の波長となる。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、変動する位相差信号の基準位相差を求め、この基準
位相差と位相差信号の変動周期及び波長から距離を算出
することにより、信号の多重反射により生じるノイズの
影響を受けることがなく高精度の距離検知が可能な距離
検出装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、図１に示す如く、送信手段Ｍ１から少なくとも異な
った２つの周波数の信号を送信して目標物体Ｍ０で反射
された信号を受信手段Ｍ２で受信し、位相差検出手段Ｍ
３で該受信信号の位相差を検出し、検出した位相差信号
から上記目標物体までの距離を検出する距離検出装置に
おいて、上記送信信号の周期に応じた周期で変動する上
記位相差信号の少なくとも１周期分から位相差の基準値
である基準位相差を算出する基準値算出手段Ｍ４と、上
記基準値算出手段で算出された基準位相差と、上記位相
差信号の変動周期及び波長とから上記目標物体までの距
離を算出する距離算出手段Ｍ５とを有する。

【００１０】このように位相差信号の少なくとも１周期
分から得た基準位相差と、位相差信号の一定の変動周期
及び波長から距離を算出するため、信号の多重反射に起
因する位相差信号の変動の影響を受けることがなく高精
度の距離検出を行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図２は本発明装置の一実施例のブ
ロック図を示す。同図中、送信回路（送信手段）１０で
生成された２つの周波数ｆ１，ｆ２（ｆ１−ｆ２＝Δ
Ｆ）を混合した信号は送信アンテナ１２から送信波とし
て空間に放射され、目標物体１４に照射される。目標物
体１４の表面で反射された送信波は受信アンテナ１６で
受信され受信回路（受信手段）１８で周波数ｆ１’，ｆ
２’のベースバンド信号に周波数変換される。バンドパ
スフィルタ（ＢＰＦ）２０，２４は例えばセラミックフ
ィルタで構成され、周波数ｆ１’，ｆ２’夫々のベース
バンド信号を分離して位相差検出回路２４に供給する。

【００１２】位相差検出回路（位相差検出手段）２４で
は異なる２つの周波数ｆ１’，ｆ２’の位相比較を行う
ために、周波数（ｆ１’＋ｆ２’）／２の局部発振信号
を用いて上記２つのベースバンド信号を周波数変換して
同一周波数（ｆ１’−ｆ２’）／２とした後、両ベース
バンド信号の位相比較を行う。これによって得られた位
相差信号はＡ／Ｄ変換器２６でディジタル化されてマイ
クロコンピュータ３０に供給されると共に、波形整形回
路２８でパルス化されてマイクロコンピュータ３０に供
給される。上記の位相差信号は電波が送信アンテナ１０
から目標物体１４に到り、更に受信アンテナ１６に到る
までの伝搬距離に比例した成分と、リップル成分からな
る。

【００１３】マイクロコンピュータ３０は後述の処理に
よって、ディジタル位相差信号を基に目標物体１４まで
の距離を算出する。これと共にパルス化された位相差信
号の周期を計測し、目標物体１４との相対速度を算出す
る。ここで得られた目標物体１４までの距離及び相対速
度は衝突予知部３２に供給され、ここで、目標物体１４
が自車両に衝突する危険性があるか否かが判定され、衝
突の危険性がある場合には衝突予知信号が生成される。
乗員保護装置３４はこの衝突予知信号と、衝突センサ３
６の衝突検出信号とを供給されており、衝突の予知又は
検出に応じてエアバッグ等を作動させて乗員保護を行
う。

【００１４】ここで、位相差検出回路２４の出力する位
相差信号は図３（Ａ），（Ｂ）に示す如く、送信波の波
長λの１／２波長のリップルが現われる。図３（Ａ）は
電波の反射強度が大きい目標物体（例えば車両ボディの
金属板等）での位相差信号の出力例である。この場合、
比較的距離が小さい領域では振幅の大きいリップルが発
生するが、距離が大きい領域ではリップルの振幅が縮小
傾向にある。

【００１５】図３（Ｂ）は電波の反射強度が小さい目標
物体（例えばポールや電柱等）での位相差信号の出力例
である。この場合、距離が大きくなるに従ってリップル
の振幅が大きくなる。これは距離が大きくなり受信回路
１８に供給される受信電力が低下して位相差検出回路２
４内で必要なＳＮ比を下まわることにより、リップルの
振幅の増大を引き起こしている。

【００１６】図４はマイクロコンピュータ３０が実行す
る距離算出処理のフローチャートを示す。同図中、ステ
ップＳ１０では基準位相差補正モード及び基準位相差設
定モードのフラグＦＬＡＧ１，ＦＬＡＧ２夫々の初期化
を行うために各々０をセットする。なお、基準位相差補
正モードはフラグＦＬＡＧ１＝１で表わされ、基準位相
差設定モードはフラグＦＬＡＧ２＝１で表わされる。ま
た、このステップでは位相差θ１にレーダの最大検知距
離（例えば４ｍ）である初期値θＩＮＴをセットする。
次にステップＳ１２でＡ／Ｄ変換器２６より供給される
位相差信号θをリップル１周期分のデータ数だけ読み込
む。なお、リップルは目標物体１４までの距離が変化し
ているときにだけ発生し、距離が一定のときは発生しな
い。またリップルの波長は送信波の波長λの１／２であ
り、サンプリング間隔が決定されればリップル１周期分
のデータ数は決定される。

【００１７】次にステップＳ１４で位相差信号θのリッ
プルの振幅を閾値θＴＨ２と比較する。この閾値θＴＨ
２は例えば最大検知距離Ｒmax におけるコンクリート製
電柱から得られるリップルの振幅程度の値とする。位相
差信号θの振幅が閾値θＴＨ２より大きい場合は目標物
体が検知領域外にあるとしてステップＳ１６に進み、こ
こでフラグＦＬＡＧ１，ＦＬＡＧ２夫々に０をセット
し、位相差θ１に初期値θＩＮＴをセットしてステップ
Ｓ１２に進む。また、位相差信号θの振幅が閾値θＴＨ
２以下の場合はステップＳ１８に進む。

【００１８】ステップＳ１８では位相差信号θの振幅が
閾値θＴＨ１と比較する。この閾値θＴＨ１は例えば距
離Ｒmax ／２におけるコンクリート製電柱から得られる
リップルの振幅程度の値とする。また、リップルの最大
振幅をπ／２〔rad 〕とすると次の関係がある。

【００１９】π＞θＴＨ２＞θＴＨ１ ステップＳ１８で位相差信号θの振幅がθＴＨ１以上の
ときはステップＳ２０に進み、フラグＦＬＡＧ２が１に
セットされて基準位相差設定モードであるかどうかを判
別する。ＦＬＡＧ２≠１であればステップＳ２２でフラ
グＦＬＡＧ２に１をセットして基準位相差設定モードで
あることを示す。そしてステップＳ２４で次式により基
準位相差θＲＥＦを演算して設定する。

【００２０】θＲＥＦ＝｛Σ（θ×ｄｔ）｝／Ｎ 但し、ｄｔはサンプリング間隔、Ｎはリップル１周期分
のサンプリング回数（ステップＳ１２で読み込んだデー
タ数）である。次にステップＳ２５で位相差θ１に基準
位相差θＲＥＦをセットし、この位相差θ１を用いて次
の（２）式により目標物体１４までの距離Ｒを演算す
る。

【００２１】 Ｒ＝θ１×ｃ／（４π×ΔＦ） … (2) 但し、ｃは光速、ΔＦは２つの周波数ｆ１，ｆ２の差周
波数である。このステップＳ２５を実行した後、ステッ
プＳ１２に進む。つまり、目標物体１４が検知領域に入
り、位相差信号θの振幅が小さくなって閾値θＴＨ２以
下となり、フラグＦＬＡＧ２が０から１にセットされる
と、位相差信号θのリップル１周期分のデータの総加平
均をとって基準位相差θＲＥＦとしている。

【００２２】一方、ステップＳ２０でＦＬＡＧ２＝１の
場合にはステップＳ２６に進み、位相差信号θがリップ
ル１波長分変化しているかどうかを判別する。ここで、
リップル１波長分変化していなければステップＳ１２に
進む。また、リップル１波長分変化していればステップ
Ｓ２８で目標物体の相対速度が正（接近方向）か否かを
判別する。相対速度が正であればステップＳ３０に進
み、次式により基準位相差θＲＥＦにリップル１波長分
の位相差を減算して位相差θ１を求め、この位相差θ１
を用いて（２）式で目標物体１４までの距離を演算す
る。

【００２３】

【数１】

【００２４】この式の意味について説明すると、（２）
式において位相差θ１＝πであるときの最大距離をＲma
x とすると、Ｒmax ＝ｃ／（４・Δｆ）となる。従って
リップル１波長に相当する位相差Δφは次式で表わされ
る。

【００２５】

【数２】

【００２６】また、相対速度が正でなければステップＳ
３２に進み、次式により基準位相差θＲＥＦにリップル
１波長分の位相差を加算して位相差θ１を求め、この位
相差θ１を用いて（２）式で目標物体１４までの距離を
演算する。

【００２７】

【数３】

【００２８】上記のステップＳ３０又はＳ３２で実行後
はステップＳ１２に進む。このように、位相差信号θが
リップル１波長分変化している場合には相対速度の極性
に応じて基準位相差θＲＥＦにリップル１波長分の位相
差Δφを加減算することによって位相差θ１を高精度に
求めることができ、この位相差θ１から目標物体１４ま
での距離Ｒを正確に算出できる。

【００２９】ところで、ステップＳ１８で位相差信号θ
のリップルの振幅が閾値θＴＨ１未満の場合はステップ
Ｓ３４に進み、フラグＦＬＡＧ１が１で基準位相差補正
モードか否かを判別する。ＦＬＡＧ１＝１の場合はステ
ップＳ２６に進み、前述のステップＳ２６〜Ｓ３２を実
行する。

【００３０】ＦＬＡＧ１＝０の場合はステップＳ３６で
ＦＬＡＧ１に１をセットし、ステップＳ３８で次式によ
り新基準位相差θＲＥＦ（ＮＥＷ）を演算する。 θＲＥＦ（ＮＥＷ）＝｛Σ（θ×ｄｔ）｝／Ｎ そして、ステップＳ４０で次式により新基準位相差θＲ
ＥＦ（ＮＥＷ）を用いて位相差θ１を更新し、この位相
差θ１を用いて（２）式で距離を演算して、ステップＳ
１２に進む。

【００３１】上記のステップＳ２４，Ｓ３８が基準値算
出手段Ｍ４に対応し、ステップＳ２５，Ｓ３０，Ｓ３
２，Ｓ４０が距離算出手段Ｍ５に対応する。図５
（Ａ），（Ｂ）は位相差信号θの振幅が閾値θＴＨ２未
満の場合の位相差θ１と、位相差信号θ夫々の波形を示
す。この場合、目標物体が検知領域に入ってきたとき基
準位相差θＲＥＦには最大検知距離に対応する初期値θ
ＩＮＴがセットされる。この後、フラグＦＬＡＧ２が０
のときに位相差信号θのリップル１周期分の総加平均に
よって基準位相差θＲＥＦが求められ、リップルの半周
期の変化がある毎にこの基準位相差θＲＥＦにλ／２が
加減算されて位相差θ１が得られる。

【００３２】図６（Ａ），（Ｂ）は位相差信号θの振幅
が閾値θＴＨ１未満の場合の位相差θ１と位相差信号θ
夫々の波形を示す。この場合は、目標物体１４が安定し
て検出され、高精度の距離測定が可能であるため、フラ
グＦＬＡＧ１が０のときに基準位相差θＲＥＦを位相差
信号θのリップル１周期分の総加平均によって求めた新
基準位相差θＲＥＦ（ＮＥＷ）で更新する。このように
して基準位相差θＲＥＦを精度の高い新基準位相差θＲ
ＥＦ（ＮＥＷ）に置き換えることによりその後の位相差
θ１を高精度なものとすることができる。

【００３３】なお、基準位相差θＲＥＦ，新基準位相差
θＲＥＦ（ＮＥＷ）はリップルの複数周期分の総加平均
を用いても良い。図７はマイクロコンピュータ３０が実
行する相対速度算出処理のフローチャートを示す。同図
中、ステップＳ５０では位相差信号θをリップル１周期
分読み込んで、図８に示す位相差の勾配を演算する。図
８は目標物体１４が接近している場合の位相差信号波形
を示している。次にステップＳ５２で勾配Δθが０か否
かを判別し、Δθ≠０の場合ステップＳ５４で勾配Δθ
が０を越えているか否かを判別する。

【００３４】ステップＳ５４でΔθ＜０の場合はステッ
プＳ５６で相対速度の極性ＰＯＬに−１をセットし、Δ
θ＞０の場合はステップＳ５８で相対速度の極性ＰＯＬ
に１をセットする。この後、ステップＳ６０に進み、次
式により相対速度Ｖを演算する。

【００３５】Ｖ＝ＰＯＬ×ｃ／（２×ｆ×Ｔｄ） 但し、ｃは光速、ｆは送信波の周波数、Ｔｄはパルス周
期である。上記のステップＳ６０を実行するとステップ
Ｓ５０に進んで処理を繰り返す。また、ステップＳ５２
でΔθ＝０の場合はステップＳ６２で相対速度Ｖを０と
してステップＳ５０に進み、処理を繰り返す。

【００３６】ところで、パルス周期Ｔｄは図９に示す割
込み処理で計測する。図９の処理は波形整形回路２８か
ら供給されるパルス化された位相差信号の立上りエッジ
又は立下りエッジ時点で割込み実行される。ステップＳ
７０ではマイクロコンピュータ３０の内蔵タイマによっ
てパルス化された位相差信号の周期、つまり次の立上り
エッジ又は立下りエッジまでの時間が計測される。

【００３７】

【発明の効果】上述の如く、請求項１に記載の発明は、
送信手段から少なくとも異なった２つの周波数の信号を
送信して目標物体で反射された信号を受信手段で受信
し、該受信信号の位相差を検出し、検出した位相差信号
から上記目標物体までの距離を検出する距離検出装置に
おいて、上記送信信号の周期に応じた周期で変動する上
記位相差信号の少なくとも１周期分から位相差の基準値
である基準位相差を算出する基準値算出手段と、上記基
準値算出手段で算出された基準位相差と、上記位相差信
号の変動周期及び波長とから上記目標物体までの距離を
算出する距離算出手段とを有する。

【００３８】このように位相差信号の少なくとも１周期
分から得た基準位相差と、位相差信号の一定の変動周期
及び波長から距離を算出するため、信号の多重反射に起
因する位相差信号の変動の影響を受けることがなく高精
度の距離検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明装置のブロック図である。

【図３】位相差信号を説明するための図である。

【図４】距離算出処理のフローチャートである。

【図５】本発明を説明するための図である。

【図６】本発明を説明するための図である。

【図７】相対速度算出処理のフローチャートである。

【図８】図７の処理を説明するための図である。

【図９】割込みルーチンのフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 送信回路 １２ 送信アンテナ １４，Ｍ０ 目標物体 １６ 受信アンテナ １８ 受信回路 ２０，２２ バンドパスフィルタ ２４ 位相差検出回路 ２６ Ａ／Ｄ変換器 ２８ 波形整形回路 ３０ マイクロコンピュータ ３２ 衝突予知部 ３４ 乗員保護装置 ３６ 衝突センサ Ｍ１ 送信手段 Ｍ２ 受信手段 Ｍ３ 位相差検出手段 Ｍ４ 基準値算出手段 Ｍ５ 距離算出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信手段から少なくとも異なった２つの
   周波数の信号を送信して目標物体で反射された信号を受
   信手段で受信し、該受信信号の位相差を検出し、検出し
   た位相差信号から上記目標物体までの距離を検出する距
   離検出装置において、 上記送信信号の周期に応じた周期で変動する上記位相差
   信号の少なくとも１周期分から位相差の基準値である基
   準位相差を算出する基準値算出手段と、 上記基準値算出手段で算出された基準位相差と、上記位
   相差信号の変動周期及び波長とから上記目標物体までの
   距離を算出する距離算出手段とを有することを特徴とす
   る距離検出装置。