JPH04279890A - スキャンニング・レーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スキャンニング・レ
ーダ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｒａｄａｒ）に関し、さらに
詳しくは、被射体にレーダビームを投射し、当該被射体
から反射されるレーダビームを検出し、被射体までの距
離および方位を検出するスキャンニング・レーダに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種のスキャンニング・レーダとして
、従来から、車両用追突警報装置に利用した装置が知ら
れている。例えば、（特願平１−１５０９１７号）明細
書には、図１５に示す概略構成のスキャンニング・レー
ダ２０が記載されている。

【０００３】この従来形スキャニング・レーダ２０は、
自車（図示せず）からレーザ光を、自車前方の検知車両
（図示せず）へ、一定の角度範囲に、一定の角度毎に投
射するビーム投射部１と、検知車両により反射されてき
たレーザ光を受光するビーム受光部２と、ビーム投射部
１におけるレーザ光放射時とビーム受光部２におけるレ
ーザ光の受光時との時間差を計測し、検知車両までの距
離を計算する計算回路６と、前記ビーム投射部１におけ
る投射レーザ光の掃引角度信号および計算回路６から出
力される距離信号並びに車速センサ９から出力される車
速信号を入力し、自車と検知車両の車線判別を行うマイ
クロコンピュータ８とを備えている。

【０００４】前記ビーム投射部１は、掃引駆動回路３と
、掃引駆動回路３から送出される駆動信号により、ミラ
ー面を一定の角度範囲に、一定の角度ステップで回転制
御されるスキャニング・ミラー（１−２）と、レーザダ
イオード（１−４）と、このレーザダイオード（１−４
）に駆動信号を送り、レーザ光を放射させる駆動回路４
と、レーザダイオード（１−４）から放射されるレーザ
光を平行光にするコリメートレンズ（１−３）とから成
っている。また、上述した駆動回路４はパルス発生回路
５から送られるパルス信号により、レーザダイオード（
１−４）へ駆動信号を送出する構成になっている。

【０００５】さらに、ビーム受光部２は、検知車両によ
って反射された投射レーザ光を集光するレンズ（２−２
）と、レーザ光を受光するホトダイオード（２−３）と
から成っている。そして、ホトダイオード（２−３）に
よる検知電流は計算回路６へ送られる構成となっている
。

【０００６】また、計算回路６は、上述したパルス発生
回路５から送出されるパルス信号と、ホトダイオード（
２−３）検知された反射レーザ光との入力時間差を検出
して、検知車両までの距離に比例した距離信号を出力す
る構成となっている。

【０００７】また、マイクロコンピュータ８には、上述
した投射ビーム光の掃引角度信号および計算回路６から
出力される距離信号の他、車速センサ９で検出される車
速信号が入力される。この車速センサ９は、例えば車輪
速センサで構成されており、車輪の径および回転速度か
ら車速度および走行距離を計測可能にしたものでありさ
らに、必要に応じ、かかる構成のスキャニング・レーダ
は図示しない警報手段を介して警報信号を発生する構成
にすることもできる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のスキャニング・レーダによると、被射体、つまり
前方検知車両と、自車との間の距離に比例した距離信号
およびスキャニング・ミラーの回転角度信号が、計算回
路６および掃引駆動回路３から直接、計算手段としての
マイクロコンピュータ８に入力される構成になっている
ため、スキャンニングミラー（１−２）の掃引角度の分
解能を上げるために、角度ステップを小刻みにすると、
１掃引あたりのデータ数が多くなり、所定の掃引時間内
でのデータの取り込み及び処理が間に合わなくなる場合
が生じる。

【０００９】また、例えば投射ビームの掃引角度範囲を
２０度、角度ステップを０．０１度とした場合、１回の
掃引でのデータ数は２，０００個に達する。したがって
、距離分解能を高めるためには、前方車両の動きを無視
できる程度の短時間に、多数回の測定と平均処理するこ
とが必要になる。しかし、処理速度と処理能力に限りの
ある汎用の中央演算処理装置（以下、「ＣＰＵ」と略記
する）で、これら多数のデータを高速処理することは困
難である。

【００１０】そこで、この発明は、このような従来構成
のスキャンニング・レーダの具合の悪い点を解消し、掃
引角度の分解能が高く、かつ多数の検出データをＣＰＵ
で処理できるスキャンニング・レーダを提供しようとす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、この発明のスキャンニング・レーダ２０は、図１の
クレーム対応図に示すように、レーダビームを一定の角
度範囲に、一定の角度ステップで掃引投射するビーム投
射手段ａと、前記ビーム投射手段より投射され被射体か
ら反射されたレーダビームを受光するビーム受光手段ｂ
と、ビーム受光手段ｂに入射する被射体からの反射レー
ダビームの存否に応じ、ビーム存否の判別信号を出力す
るビーム存否判別手段ｃと、前記ビーム投射手段のレー
ダビーム投射時と、ビーム存否判別手段より出力され判
別信号出力時の時間差から、被射体までの伝搬時間を計
測する計測手段ｄと、前記ビーム投射手段から投射され
るレーダビームの掃引角度を検出する掃引角度検出手段
ｅと、前記ビーム存否判別手段Ｃによって反射レーダビ
ームの存在が判別されたときのみ前記計測手段ｄで計測
された時間情報と、前記掃引角度検出手段Ｃによって検
出されたレーダビームの掃引角度情報を記憶する記憶手
段ｆと、この記憶手段ｆに記憶されたレーダビームの被
射体までの到達時間情報と、レーダビームの掃引角度情
報が転送される演算手段ｇと、を備えたことを特徴とす
るものである。

【００１２】

【作用】この発明のスキャンニング・レーダは、反射ビ
ームの存在が判別されたときのみ、被射体までの時間情
報及びレーダビームの掃引角度情報が記憶され、この記
憶内容が演算手段ｇに転送されるようになる。従って、
不要の演算処理を行わなくて済み、短時間で距離及び方
位の演算処理ができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の代表的な実施例にかかるス
キャンニングレーダについて説明する。

【００１４】実施例にかかるスキャニング・レーダのう
ち、第１の実施例のスキャニング・レーダ２０ａは、図
２に示す概略構成を有しており、被射体へビームを投射
するビーム投射部１と、被射体からの反射レーダビーム
を受光するビーム受光部２と、目標物体による反射レー
ダビームの存否を判定する反射ビーム存否判定回路１２
と、被射体から反射されたレーダビームの到達時間を計
測するカウンタ１３と、ビーム投射部１から投射される
レーダビームの掃引初期角度を検出する初期角度検出回
路９と、ビーム投射部１から投射されるレーダビームの
掃引ステップを計数するカウンタ１０と（その計数値と
予め設定された掃引ステップの積が掃引角度である）、
反射ビーム存否判定回路１２の出力に応答してカウンタ
１３とカウンタ１０の出力信号を一掃引の間記憶する記
憶装置１４と、記憶装置１４から転送されたカウンタ１
３の時間信号およびカウンタ１０の角度信号に基づいて
被射体までの距離および方位（角）を計算するＣＰＵ１
５とから成っている。

【００１５】図２中、１はスキャンニング・レーダ２０
ａのビーム投射部で、（１−４）は駆動回路１６で駆動
されるレーザダイオード、（１−３）はレーザビームを
平行光束にするコリメートレンズ、（１−２）は図示し
ないモータ等により軸０の周りに図示しない掃引駆動回
路で一定の角度範囲で、かつ一定の角度ステップで回転
され、レーザビームの送出方向を操作するポリゴンミラ
ー、（１−５）はビームパターン成形のためのレンズ系
、（１−６）はポリゴンミラー（１−２）の掃引開始角
をモニタするホトダイオードである。

【００１６】また、２はスキャンニング・レーダ２０ａ
の反射ビーム受光部で、（２−３）は入射ビームを受光
するホトダイオード（２−３）、入射レーザビームを集
光するハニカムフィルタ、（２−４）はハニカムフィル
タを通したビームを集光するフレネルレンズである。

【００１７】また、７はクロック信号を発生するクロッ
ク信号発生回路、４はレーザダイオード（１−３）の駆
動タイミングおよび距離計測のタイミングを決めるため
のパルス発生回路、１６は、このパルス発生のタイミン
グに従ってレーザダイオード（１−４）からレーザ光を
放射させる駆動回路である。１１はホトダイオード（２
−３）で受光変換された電流を増幅する増幅器である。

【００１８】このスキャンニング・レーダ２０ａの動作
を、フローチャートを用いて示せば、図３のようになる
。すなわち、図２のクロック信号発生回路７から送出さ
れるクロック信号は、カウンタ１３とパルス発生回路４
へ送られる。

【００１９】パルス発生回路４は、クロック信号を分周
してレーザパルスの駆動タイミング信号を、所定の時間
間隔で出力する。この駆動タイミング信号により、駆動
回路１６は、レーザダイオード（１−４）を駆動して、
レーザビームを放射させる。

【００２０】一方、放射したレーザビームはポリゴンミ
ラー（１−２）の回転により、掃引投射されるが、ホト
ダイオード（１−６）と初期角度検出回路９により、掃
引初期角度が検出されると、カウンタ１０がリセットさ
れる（図３、ステップ（Ｓ−１）、（Ｓ−２））。

【００２１】初期角度検出が終わると、レーザビームは
レンズ系（１−５）より目標物体方向へ投射され、被射
体により反射されたレーザビームは、ビーム受光部２と
増幅器１１により受光されるまでの間、カウンタ１３は
クロック信号回路７からのクロック信号をカウントする
とともに、カウンタ１０はインクリメントされる（ステ
ップ（Ｓ−３）、（Ｓ−４）、（Ｓ−５）、（Ｓ−６）
）。

【００２２】ついで、反射ビーム存否判定回路１２によ
り反射ビームが存在しないと判定されたときは、ステッ
プ（Ｓ−３）へ戻り、次の掃引角度のレーザパルスによ
る到達時間を測定する。

【００２３】また、反射ビーム有りと判定されたときは
、反射ビーム存否判定回路１２は判別信号を記憶装置１
４へ送り、記憶装置１４はカウンタ１３およびカウンタ
１０の内容を記憶する（ステップ（Ｓ−８））。この時
のカウンタ１０の内容はレーザビームがレンズ系（１−
５）より射出された数、すなわち掃引の角度を表わす。

【００２４】ステッ（Ｓ−３）から（Ｓ−８）までは、
１回の掃引が終了するまで行われる（ステップＳ−９）
。

【００２５】１回の掃引が終ると記憶装置１４が記憶し
た内容はＣＰＵ１５へ送出される（ステップ（Ｓ１０）
）。

【００２６】上述した実施例のスキャンニング・レーダ
２０ａにおいては、目標物体から反射されたレーダビー
ムのビーム受光部への入射の存否を判定する反射ビーム
存否判定回路１２と、入射する反射ビームが有るときの
距離信号と、掃引角度信号を記憶させる記憶装置１４と
、掃引終了後に、これらの記憶データをＣＰＵ１５へ転
送する構成にしているため、必要かつ、十分な、目標物
体の距離および方位データを極めて効率よく、短時間で
取得できる。

【００２７】次に、この発明の第２の実施例にかかるス
キャンニング・レーダ２０ｂについて説明する。

【００２８】この第２実施例のスキャンニング・レーダ
２０ｂは、追突警報装置等に用いられる車両用レーダに
関するものであって、ジャイロ等のヨーレート・センサ
（ｙａｗｒａｔｅ　ｓｅｎｓｅｒ）１８と、ＣＰＵ１５
に接続し、このヨーレートセンサ１８から出力より、走
行している道路形状を認識するようにしたものである。

【００２９】スキャニング・レーダ２０ｂは、図４に示
す構成したもので、図２に示すスキャニング・レーダ２
０ａのＣＰＵ１５に、ヨーレートセンサ１８を接続した
構成になっており、それ以外は、スキャニング・レーダ
２０ａと同じ構成になっている。図４中、図２と同一の
構成部材に対しては図２と同一の符号で明示し、その詳
細な説明を省略した。

【００３０】なお、本実施例のスキャニング・レーダ２
０ｂにおいては、被射体から反射された投射レーダビー
ムの伝搬時間に比例した時間信号と、ビーム投射部１か
ら目標物体へ投射するレーダビームの掃引角度信号は、
一旦、記憶装置１４に記憶された後、記憶装置１４から
ＣＰＵ１５へ転送され、目標物体までの距離および方位
が求められる。さらに、このＣＰＵ１５では、上述した
ヨーレートセンサ１８で検出したヨーレート信号、つま
り車両の上下軸の周りの回転角速度信号に基づいて走行
道路の形状を識別する機能を与えている。

【００３１】次に、スキャニング・レーダ２０ｂの作用
を説明するために、まず、スキャニング・レーダを具備
した車両（以下、「レーダ車５０」と略称する）の被射
体識別の原理について述べる。

【００３２】図５に示すように、レーダ車５０が、カー
ブ（曲率半径Ｒ＝３００ｍ）の追い越し車線を走行して
いるときの、自車線上の車両Ａと走行車線上の車両Ｂが
接近してくるときの軌跡を示せば、図６の方位（θ）−
距離（Ｒ）特性図のごとくなる。

【００３３】この図６から判るように、自車線上の車両
Ａが接近してくるときは、方位−距離座標上での軌跡は
、原点０を通る直線となるし、自車線上になければ大き
くそれていくことが判る。したがって、これらの軌跡を
、ＣＰＵなどで識別すれば、レーダ車前方の物体が自車
線上にあるのか否かを判別できる。これらの軌跡の傾き
と方向、および大きさによりカーブの方向と曲率も判定
できる。

【００３４】次に、具体的な識別方法について説明する
。その方法の一つとして、軌跡を直接識別することも考
えらるが、計算が非常に複雑になり効率が悪い。

【００３５】そこで、データを、いくつかためして、そ
れらの点から最小２乗法等により、近似直線を求め、そ
の直線が、原点付近を通過するかどうかにより判別する
方法が考えられる。この例を、図７に示す。

【００３６】図７では、原点付近に予め、車線判別基準
領域Ｓ（以下単に「領域Ｓ」というを定めておき、近似
直線がｌ１　のように領域Ｓを横切れば自車線上の障害
物であり、ｌ２　のように領域Ｓを横切らなければ自車
線上の障害物ではないと判定する。ただし、ここで、領
域Ｓは長方形である必要はなく、また、これらは、方位
軸（θ）、又は距離軸（Ｒ）の一定範囲を横切ることに
より判定することも考えられる。

【００３７】以上のようにして、自車線上の障害物と判
断された物体についてのみ、所定の警報ロジックにより
、追突警報を出力すれば、他車線障害物等による誤警報
のない信頼性の高い警報を出力することができる。

【００３８】以上の方法により、物体の車線識別を行う
際の条件として、車両が、曲率がほぼ一定の道路を走行
していることが必要である。しかし、道路が直線から曲
線、ある曲率の曲線から他の曲率の曲線へ変化している
ような場合、その間は、曲率が徐々に変化する緩和曲線
で結ばれている。車両が、このような緩和曲線上を走行
しているとときは、上述した方法による車線識別を行う
のは困難である。このような緩和曲線の道路の場合は、
何らかの手段により、緩和曲線を走行しているというこ
とを識別し、車線の誤識別による誤警報を防ぐ必要があ
る。

【００３９】本実施例のスキャニング・レーダ２０ｂは
、このような車線の誤識別を防ぐため、ジャイロ等のヨ
ーレートセンサ１８を付加して、ヨーレートが、一定の
割合以上で変化している場合には車線識別を行わないよ
うにする構成にした。

【００４０】ジャイロによるヨーレート測定の例を示せ
ば、図８のごとくなる。これには車両の振動等によるヨ
ーレートの変動が現われているが、これにカットオフ周
波数コンマ数Ｈｚのローパスフィルタをかければ、トレ
ンドのみを抽出でき、車両から緩和曲線路を走行中であ
るか否かが判別できる。

【００４１】走行する道路の曲率の違いによるヨーレー
トの時間による変化の態様を示せば、図９の（ａ）　，
（ｂ）　，（ｃ）の特性図が得られる。ただし、（ａ）
　は直線路上を走行した場合、（（ｂ）　は緩和曲線路
を左回りに走行した場合、（ｃ）　は一定曲率の道路の
左回りに走行したときのヨーレートの時間による変化態
様を示す。

【００４２】図９（ａ）　，（ｂ）　，（ｃ）から、道
路形状による発生ヨーレートの違いは明らかであり、ヨ
ーレートの出力から車線識別を行うか否かの判定を行う
ことができ、車線の誤識別を防ぐことができる。このヨ
ーレート出力による車線識別の要否はＣＰＵによれば、
容易に行うことができる。

【００４３】次に、スキャニング・レーダにより、目標
とする検知車両の距離と方位を測定するときのレーダビ
ームの中心を決定する方法について説明する。

【００４４】この方法は、例えば、図１０に示すように
、スキャニング・レーダ２０ｃにモード切換えスイッチ
２１と車速センサ１７を設け、モード切換えスイッチ２
１の測定モード切換え時に、スキャニング・レーダ２０
ｃから信号処理回路２２に入る距離および（方位）角度
信号と、車速センサ１７より検出される車速信号により
車速識別、危険判断を行う場合に適用されるものである
。

【００４５】スキャンニング・レーダ２０ｃは、ビーム
広がり角０．１度以下のペンシル状のレーザビームを、
ポリゴンミラー等のスキャナーで掃引投射することによ
り、モード切換えスイッチ２１は、通常の測定モードと
、中心ビーム選択モードとのどちらかを選択することが
できる。信号処理回路２２はスキャンニングレーダ２０
ｃからの距離，方位角データを数百回のスキャンニング
の分だけメモリ等にためて、その平均値を求めその値に
相当するビームを選択し、それを０度とする。

【００４６】中心ビームを選択する過程をもう少し詳し
く述べる。まず、従来のスキャンニングレーダにおける
ビームの中心軸と車両の正面方向の軸（Ｙ軸）とを一致
させる方法を図１１にもとづいて述べる。この調整は当
然レーダが車両に搭載された状態で行なわなければなら
ない。２６はレーダ車、２７は車両正面方向の中心軸、
２８はレーダの検知エリアの中心軸、２９はレーダの検
知エリアである。従来はまず、車両中心軸２７の車両か
ら５０ｍ程度離れた点Ｐを決定する。次にその距離での
左右の検知幅ＰＱ，ＰＲを測定する。そしてこのＰＱ，
ＰＲが等しくなる様にレーダを固定して車両中心軸２７
と検知エリアの中心軸２８が重なる様にする。しかし、
この方法で０．１度以下の精度で中心を定めるのはかな
り難かしく、また、時間のかかる作業になる。従来のレ
ーダのもう１つの違いは、スキャンニング・レーダの場
合は、方位角も求めるので０度の位置（車両正面方向）
を明確に定めなければならないということがある。

【００４７】そこで先に述べた機能を持つレーダを用い
て以下の様な方法で車両と検知エリアの中心を決定する
。図９を用いて説明する。

【００４８】図１２において２３は適当な試験路であり
、２４は車両が走行するべきタイヤの位置を示すライン
であり、２５はコーナーキューブ等の反射体である。 このような試験路でレーダ等はできるだけライン２４上
にタイヤをのせて反射体２５に向って走行する。この時
、レーダのモードは当然中心ビーム選択モードである。 この場合、理想的には掃引されたビームがある一定の角
度のときのみ反射体２５を検出し、その時を０度とすれ
ば良いわけであるが、実際にはライン２４上に完璧にタ
イヤをのせて走行することはできない。また、車両の振
動等によっても車両の進行方向は微妙に変化すると考え
られる。したがって、数秒間のデータの平均値を求めそ
の時のビームの方向を０°とすれば良い。図１３および
図１４は、車両が直線路上を走行している時の車両のヨ
ーレートの変化状態および変動分布図状態を示している
が、この図から判るように、進行方向は、ランダムに変
化しているが、その平均値をとれば、約０．００４度／
ｓｅｃ　以下の変動となっている。つまり、この時、１
０秒送行しても、方位角の誤差は０．０４度であり、十
分な精度が得られる。

【００４９】以上説明してきたように、本実施例によれ
ば、ペンシル状のビームを掃引することにより目標物体
までの距離と方位角を測定する車両用レーダにおいて、
検知エリアにおける中心ビームを選択てきる機能を付加
する構成としため、レーダを車両に搭載した状態で容易
に車両正面方向の中心軸と方位角が０度となる中心ビー
ムとを重ねることができるという効果が得られる。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明のスキャンニング・レーダによれば、反射ビームが存
在するときのみ、掃引角度信号と距離信号を一旦記憶装
置に記憶し、一回の掃引終了後、記憶させたこれらの掃
引角信号および距離信号を演算手段ｈに取り込み演算処
理するため、不要の演算処理を行わないから、短時間で
演算処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のスキャンニング・レーダのクレーム
対応図である。

【図２】第１実施例にかかるスキャンニング・レーダの
概略構成ブロック図である。

【図３】第１の実施例にかかるスキャンニング・レーダ
の動作の流れをフローチャートである。

【図４】この発明の第２の実施例にかかるスキャンニン
グ・レーダの概略構成ブロック図である。

【図５】カーブ路走行中のレーダ車の追突可能性説明図
である。

【図６】カーブ路走行中の車両同志の追突可能性説明図
である。

【図７】自車と同一車線上の前方車両の検出原理説明図
である。

【図８】スキャンニング・レーダのヨーレートセンサの
出力波形図である。

【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）　は道路形状の違いに
よるヨーレートの相違を示す特性図である。

【図１０】この発明のスキャンニング・レーダのレーダ
ビームの中心決定方法を説明するときのスキャニング・
レーダの概略構成に使用するブロック図である。

【図１１】図１０のスキャンニング・レーダ搭載車のレ
ーダビーム調整要部説明図である。

【図１２】スキャンニング・レーダ搭載車のスキャニン
グ・レーダの調整要部説明図である。

【図１３】スキャンニング・レーダ搭載車両の直線走行
時のヨーレートの変動状態を示す特性図である。

【図１４】直線路走行時のヨーレート変動分布図である
。

【図１５】従来構成のスキャンニング・レーダの概略構
成ブロック図である。

【符号の説明】

１　　ビーム投射部 ２　　反射ビーム受光部 ３　　掃引駆動回路 ４　　ダイオード駆動回路 ５　　パルス発生回路 ６　　距離計測回路 ７　　クロック信号発生回路 ８　　マイクロコンピュータ ９　　車速センサ ２０　　従来のスキャンニング・レーダ２０ａ，２０ｂ
　　本発明のスキャンニング・レーダａ　　（本発明の
スキャンニング・レーダ）ビーム投射手段 ｂ　　（本発明のスキャンニング・レーダ）ビーム受光
手段 ｃ　　（本発明のスキャンニング・レーダ）反射ビーム
存否判定手段 ｄ　　計測手段 ｅ　　レーダビーム掃引角検出手段 ｆ　　記憶手段 ｇ　　演算手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーダビームを一定の角度範囲に、一
   定の角度ステップで掃引投射するビーム投射手段と、前
   記ビーム投射手段より投射され被射体から反射されたレ
   ーダビームを受光するビーム受光手段と、ビーム受光手
   段に入射する被射体からの反射レーダビームの存否に応
   じ、ビーム存否の判別信号を出力するビーム存否判別手
   段と、前記ビーム投射手段のレーダビーム投射時と、ビ
   ーム存否判別手段より出力され判別信号出力時の時間差
   から、被射体までの伝搬時間を計測する計測手段と、前
   記ビーム投射手段から投射されるレーダビームの掃引角
   度を検出する掃引角度検出手段と、前記ビーム存否判別
   手段によって反射レーダビームの存否が判別されたとき
   のみ前記計測手段で計測された時間情報と、前記掃引再
   度検出手段によって検出されたレーダビームの掃引角度
   情報を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された
   レーダビームの被射体までの到達時間情報と、レーダビ
   ームの掃引角度情報が転送される演算手段と、を備えた
   ことを特徴とするスキャンニング・レーダ。