JP5576340B2 - 周波数ホッピングによる高度方向スキャンを使用するマイクロ波システム - Google Patents

Description

本発明は、自動車に用いられ、且つ、周波数ホッピングによる高度方向スキャンを達成するマイクロ波システムに関する。

ミリメートル領域の電波を用いるマイクロ波システムは、自動車で使用するためにある周波数が割り当てられている。例えば、７６．５ＧＨｚから８０ＧＨｚのバンド幅が、多くの国で自動車用に割当てられている。割当てバンド幅は国によって異なる。

多くの自動車システムは、アンテナのためのラジエータアレイを備えたＦＭＣＷマイクロ波システムを用いている。ラジエータアレイ中の種々の素子に対して位相シフトを用いて、ラジエータアレイ中の異なる要素が水平方向にスキャンされる。

以前、これらのＦＭＣＷ自動車用レーダーシステムは、ある固定された周波数のＦＭＣＷ信号を使用し、ある固定されたバンド幅で周波数変調スキャンを行っていた。これによって、アンテナの水平スキャンを的確に提供することができる一方で、高度方向のスキャン、即ち、垂直方向スキャンを提供する試みは何ら為されていない。このような高度方向スキャンは、例えば、アンテナのラジエータアレイを機械的に傾けることによって可能であるけれども、そのようにすることに対するコストは過剰であり、効果は比較的小さい。このように、既知の車両用レーダーシステムでは、如何なる高度方向スキャンをも提供していない。

本発明は、以前から知られているシステムの上述の不都合を克服する、高度方向スキャンを備えたＦＭＣＷ自動車用レーダーシステムを提供する。

既知のＦＭＣＷ自動車レーダーシステムと同様に、本発明の自動車用レーダーシステムは、車両に対して固定された位置にある、従来型のアンテナラジエータアレイを使用する。従来の方法では、このアンテナアレイは、アンテナラジエータアレイの位相シフトを利用して、水平方向にスキャンされる。

しかしながら、既知のＦＭＣＷ自動車用レーダーシステムとは異なって、本発明の方法は、政府によって割当てられたバンド幅内で、ＦＭＣＷ信号を異なる中心周波数で送信するために、周波数ホッピングを用いる。さらに特定すると、本発明では、第１のＦＭＣＷ信号は第１のバンド幅で送信され、且つ、第１のマイクロ波中心周波数を有している。第１のマイクロ波信号からのエコーは、もしあればその後、ラジエータアレイによって受信される。その後、第２のＦＭＣＷマイクロ波信号が、第２のバンド幅で、且つ、第２のより高いマイクロ波中心周波数で送信される。第１および第２のバンド幅は大きさが同じであっても良いが、第１および第２の中心周波数は充分に相違しており、その結果、第１および第２のバンド幅は互いにオーバーラップしない。

もしあれば、エコーはその後、第２のマイクロ波信号として、アンテナラジエータアレイ上で受信される。これらのエコーまたは複数のエコーは、その後、エコーを誘発する物体または複数の物体の位置または複数の位置を特定するために処理され、その情報はその後ユーザに通信される。上記のステップは、その後、連続して繰り返される。

アンテナラジエータアレイが固定されているため、第２のＦＭＣＷ信号は、ラジエータアレイ中での位相シフトに基づいて、高度的に上方へのシフトを、自動的に提供する。

本発明では、ＦＭＣＷマイクロ波信号に対して少なくとも２個の異なる中心周波数が必要である。しかしながら、異なる中心周波数を有する、３個またはそれ以上の異なるマイクロ波信号を、本発明の範囲を外れることなく使用することができる。

以下の詳細な説明を添付の図面と共に読むことによって、本発明をより良く理解することができる。以下の図面において、同様の参照番号は同様の部材を示す。

本発明の好ましい実施形態を示すブロック図である。 ラジエータアンテナアレイを示す平面図である。 レーダーアンテナアレイを介した周波数の異なる信号の伝播を示す概略図である。 異なる周波数に対する、垂直ビーム傾斜を示すグラフである。 周波数に対するビーム傾斜のグラフである。 本発明の作用を示す概略図である。

最初に図１を参照すると、本発明のシステムを示す単純化されたブロック図が示されている。システム２０は、マイクロ波送信機２２を含み、この送信機２２はそのアンテナ２４から周波数変調されたＣＷ信号を送信する。送信機２２は、ミリメートル波長領域、例えば、７６ＧＨｚから８０ＧＨｚの領域のマイクロ波信号を送信する。

さらに、送信機２２は、アンテナ２４から少なくとも２個の異なる中心周波数Ｆ_１およびＦ_２でＦＭＣＷ信号を送信する。マルチプレクサ２６を中心周波数Ｆ_１およびＦ_２を選択するために用いることができ、且つ、ＦＭＣＷ信号は、２個の信号Ｆ_１およびＦ_２上で交互に且つ繰り返して送信される。従来の方法では、それぞれの中心周波数はランプまたはその他の波形によって周波数変調される。

周知の方法で、物体２８は送信されたマイクロ波信号をラジエータアレイ３０に跳ね返す。典型的なラジエータアレイ３０が図２に示されており、これは、アレイ上にマウントされた複数のラジエータ３２を含んでおり、ラジエータ３２の位相シフトにより水平位置でスキャンされるように適合されている。ラジエータアレイ３０にエコーバックを生成する物体の水平位置を決定するためのこのような位相シフト法は、当業者にとって周知である。

ラジエータアレイ３０からの出力は、次に、プロセッサ３４（図１）に結合されるが、このプロセッサ３４はさらに送信機２２から周波数Ｆ_１またはＦ_２を示す信号を受信する。以下にその詳細を示す方法では、プロセッサ３４は次に物体２８の水平位置のみならず、物体２８または２９の高度を決定し、ディスプレイ３６を介して処理結果をユーザに通信する。上述のプロセスは連続して反復的に繰り返される。

次に図３を参照すると、アンテナアレイ３０のラジエータ３２を有する非常に小さな部分が、周波数Ｆ_１および周波数Ｆ_２における、送信機２２からのマイクロ波信号のエコーの伝搬と共に、示されている。ラジエータ３２のサイズは固定されており、且つ、マイクロ波中心周波数Ｆ_１およびＦ_２は周波数において互いに離れているので、アンテナラジエータ３２を介した周波数Ｆ_１およびＦ_２の伝搬は、互いに対してシフトし、それによって、それぞれのラジエータ３２に対する波長の位置は、周波数Ｆ_１と周波数Ｆ_２とでは幾分異なる。

位相シフトにおけるこの相違によって、ビームが垂直方向即ち高度方向において傾斜するようになる。このビーム傾斜は、周波数Ｆ_１に対するビーム傾斜パターン４０として、且つ、周波数Ｆ_２に対するビーム傾斜パターン４２として、図３に示されている。

図４にこのビーム傾斜をより良く示しており、図４では、７６．５ＧＨｚから８０ＧＨｚまでの全マイクロ波バンドを横切って、３個の異なる周波数Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３が分布している。３個の周波数Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３のそれぞれに対してＦＭＣＷ信号によって生成されたバンド幅が相互に重複しないように、各周波数Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３の中心周波数は選択されている。さらに、図４では単に例示のみに３個の周波数が示されているが、異なる２個の周波数あるいは４個またはそれ以上の周波数を、本発明の範囲と精神を逸脱することなく使用することができる。

図４をさらに参照すると、異なる周波数に対する高度方向のバンド傾斜が、周波数Ｆ_１に対する伝搬波形４０、周波数Ｆ_２に対する伝搬パターン４２および周波数Ｆ_３に対する伝搬パターン４４において示されている。それぞれのパターン４０、４２および４４に隣接するスケールから明らかなように、周波数Ｆ_１におけるビーム傾斜は約７５度であり、パターン４２に対して約７８度に増加し、さらに、パターン４４に対して約８１度まで増加する。

固定されたアンテナラジエータアレイに対して、中心周波数に対するビーム傾斜の関係が図５に示されている。７６．５ＧＨｚにおいて、この傾斜は約９．４度であり、８０ＧＨｚにおいて約３度まで減少する。その結果、７６．５ＧＨｚから８０ＧＨｚのバンド内でＦＭＣＷ周波数の中心周波数を単に変化させることによって、６度以上の高度方向のシフトを獲得することができる。異なるマイクロ波バンドは異なるマイクロ波シフトを形成する。

次に図６を参照すると、本発明に従って垂直スキャンを使用することの利点が示されており、図６では、本発明のシステムを使用する車両５０が自動車５２と同様に、自動車５２の前方のトラック５４を追跡している。車両５０内のレーダーシステムからの高度が低いビーム送信は、自動車５２を検出することができるが、矢印５６で示すより高いビーム高度では、自動車５２を通過しトラック５４を検出する。このような情報は、例えばトラック５４が車両５０から見えないような夜間の運転状況において、特に有用である。

以上から、本発明が、自動車用レーダーシステムの高度方向のスキャン、即ち垂直スキャンに対して、非常に簡単なシステムおよび方法を提供することが理解される。この本発明に対する多くの変形は、当業者にとって、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神から逸脱することなく、明白である。

Claims (6)

1. 水平方向にスキャンするように構成されたラジエータアレイを有するマイクロ波アンテナと共に使用する、垂直方向にスキャンする方法において、
   ａ）第１のバンド幅を有する第１のＦＭＣＷマイクロ波信号を第１のマイクロ波中心周波数で送信するステップと、
   ｂ）前記第１のマイクロ波信号のエコーを前記ラジエータアレイ上で受信するステップと、
   ｃ）その後、第２のバンド幅を有する第２のＦＭＣＷマイクロ波信号を第２のマイクロ波中心周波数で送信するステップであって、前記第１および第２の中心周波数は前記第１のバンド幅よりも大きく且つ前記第２のバンド幅よりも大きい周波数だけ互いに離れている、ステップと、
   ｄ）前記第２のマイクロ波信号のエコーを前記ラジエータアレイ上で受信するステップと、
   ｅ）このエコーを生成する１個の物体または複数の物体の位置を特定するために、前記エコーの受信を処理し、前記位置をユーザに通信するステップと、を備え、さらに
   前記ステップａ）〜ｅ）を繰り返すステップを備える、垂直方向にスキャンする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記第１および第２のバンド幅は相互に重複しない、垂直方向にスキャンする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記第１および第２の中心周波数は、７６ＧＨｚと８０ＧＨｚの間である、垂直方向にスキャンする方法。
4. 水平方向にスキャンするように構成されたラジエータアレイを有するマイクロ波アンテナと共に使用する、垂直方向にスキャンするためのシステムにおいて、
   第１のバンド幅を有する第１のＦＭＣＷマイクロ波信号を第１のマイクロ波中心周波数で送信し、かつ、第２のバンド幅を有する第２のＦＭＣＷマイクロ波信号を第２のマイクロ波中心周波数で送信する送信機であって、前記第１および第２の中心周波数は、前記第１のバンド幅より大きくかつ前記第２のバンド幅より大きい周波数だけ互いに離れている、送信機と、
   前記第１のマイクロ波信号のエコーを前記ラジエータアレイ上で受信し、かつ、前記第２のマイクロ波信号のエコーを前記ラジエータアレイ上で受信する受信機と、
   エコーを生じる一個または複数の物体の位置を特定するために、このようなエコーの受信を処理し、且つ、このような位置をユーザに通信するためのプロセッサと、を備え、
   前記プロセッサは、
   ａ）前記送信機に、前記第１のバンド幅を有する第１のＦＭＣＷマイクロ波信号を第１のマイクロ波中心周波数で送信させるステップと、
   ｂ）前記受信機に、前記第１のマイクロ波信号のエコーを前記ラジエータアレイ上で受信させるステップと、
   ｃ）次に、前記送信機に、前記第２のバンド幅を有する第２のＦＭＣＷマイクロ波信号を第２のマイクロ波中心周波数で送信させるステップと、
   ｄ）次に、前記受信機に、前記第２のマイクロ波信号のエコーを前記ラジエータアレイ上で受信させるステップと、を繰り返して実行する、垂直方向にスキャンするためのシステム。
5. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記第１および第２のバンド幅は相互に重複していない、垂直方向にスキャンするためのシステム。
6. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記第１および第２の中心周波数は、７６ＧＨｚと８０ＧＨｚとの間である、垂直方向にスキャンするためのシステム。

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