(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5763684
(24)【登録日】2015年6月19日
(45)【発行日】2015年8月12日
(54)【発明の名称】レーダセンサ
(51)【国際特許分類】
G01S 7/03 20060101AFI20150723BHJP
G01S 7/02 20060101ALI20150723BHJP
H01Q 21/06 20060101ALI20150723BHJP
【FI】
G01S7/03 230
G01S7/02 216
H01Q21/06
【請求項の数】13
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2012-552278(P2012-552278)
(86)(22)【出願日】2010年12月14日
(65)【公表番号】特表2013-519096(P2013-519096A)
(43)【公表日】2013年5月23日
(86)【国際出願番号】EP2010069578
(87)【国際公開番号】WO2011098173
(87)【国際公開日】20110818
【審査請求日】2012年8月9日
(31)【優先権主張番号】102010001761.2
(32)【優先日】2010年2月10日
(33)【優先権主張国】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】501125231
【氏名又は名称】ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
(74)【代理人】
【識別番号】100095957
【弁理士】
【氏名又は名称】亀谷 美明
(74)【代理人】
【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100128587
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 一騎
(72)【発明者】
【氏名】ヒルゼベッヒャー、ヨルク
(72)【発明者】
【氏名】ランゲ、オリファー
(72)【発明者】
【氏名】メンシェンモーザー、ラインハルト
(72)【発明者】
【氏名】ツェンダー、アルネ
(72)【発明者】
【氏名】シェバール、トーマス
(72)【発明者】
【氏名】ハンゼン、トーマス
(72)【発明者】
【氏名】シュナイダー、カール
【審査官】
目黒 大地
(56)【参考文献】
【文献】
特開2008−051560(JP,A)
【文献】
特開2001−007640(JP,A)
【文献】
特開2009−152657(JP,A)
【文献】
特表2008−541085(JP,A)
【文献】
特開2008−261794(JP,A)
【文献】
特開平11−308046(JP,A)
【文献】
特開平07−202548(JP,A)
【文献】
特開2007−251589(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01S7/00−7/42
13/00−13/95
H01Q3/00−3/46
21/00−25/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
遅延区間(42)を介して直列に相互接続され相並んで配置された複数のアンテナ素子(41)、及び、外側のアンテナ素子(41)に繋がった少なくとも1つの給電点(43l、43r)を備えたアンテナ構成(40)と、
所定の周波数のレーダ信号を生成し評価する少なくとも2つの送受信ユニット(20)と、
を有するレーダセンサであって、
前記少なくとも2つの送受信ユニット(20)は、前記アンテナ構成(40)の前記少なくとも1つの給電点(43l、43r)と接続され、
前記少なくとも2つの送受信ユニット(20)の前記レーダ信号の前記周波数は、互いに独立して設定可能であり、
前記少なくとも2つの送受信ユニット(20)により設定された個々の周波数に依存してそれぞれの前記アンテナ素子(41)から特定の放射方向に放射される前記レーダ信号の重畳により、前記個々の周波数に対応してそれぞれの前記アンテナ素子(40)により形成される複数の放射ローブを重ね合わせて全体のレーダフィールドが生成される、
レーダセンサ。
【請求項2】
前記少なくとも2つの送受信ユニット(20)は分配器(30)を介して永続的に前記アンテナ構成(40)と接続される、請求項1に記載のレーダセンサ。
【請求項3】
前記分配器(30)はウィルキンソン高周波分配器である、請求項2に記載のレーダセンサ。
【請求項4】
前記アンテナ構成(40)は2つの給電点(43l、43r)を有し、全ての送受信ユニット(20)は、前記給電点(43l、43r)の一方に接続され、他方の前記給電点(43r、43l)は、終端素子(44)により終端される、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーダセンサ。
【請求項5】
前記アンテナ構成(40)は、2つの給電点(43l、43r)と2つの分配器(30l、30r)を有し、前記2つの分配器(30l、30r)の各一方は、前記給電点(43l、43r)の一方、及び、少なくとも1つの送受信ユニット(20)と接続される、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーダセンサ。
【請求項6】
前記遅延区間(42)は、前記アンテナ構成(42)により放射されるレーダ信号が方向付けられ主光線方向が前記レーダ信号の前記周波数に依存するように、設計される、請求項1〜5のいずれか1項に記載のレーダセンサ。
【請求項7】
各前記送受信ユニット(20)は、前記レーダ信号を生成する高周波発生器(21)を有し、受信されたレーダ信号は、当該レーダ信号の評価のために、前記高周波発生器(21)により生成された前記レーダ信号と混合される、請求項1〜6のいずれか1項に記載のレーダセンサ。
【請求項8】
前記送受信ユニット(20)は、FMCW動作モードのために構成される、請求項1〜7のいずれか1項に記載のレーダセンサ。
【請求項9】
前記レーダ信号は、少なくとも1つの前記送受信ユニット(20)によって、前記主光線方向の変更のため、及び/又は、間隔決定のために周波数変調される、請求項8に記載のレーダセンサ。
【請求項10】
前記周波数変調は、前記主光線方向の前記変更及び前記間隔決定に役立つランプ状又は鋸歯状の変調である、請求項9に記載のレーダセンサ。
【請求項11】
前記周波数変調は、周波数偏移及び/又は周期長により区別される第1のランプ状又は切り込み形状の変調と第2のランプ状又は鋸歯状の変調とから構成される、請求項9に記載のレーダセンサ。
【請求項12】
ドップラーレーダとして構成された、請求項1〜11のいずれか1項に記載のレーダセンサ。
【請求項13】
インパルスレーダとして構成された、請求項1〜7のいずれか1項に記載のレーダセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、相並んで配置された複数のアンテナ素子と、外側のアンテナ素子に繋がった少なくとも1つの給電点と、を有するアンテナ構成を備えたレーダセンサに関する。アンテナ素子は、遅延区間を介して直列に相互接続される。
【背景技術】
【0002】
レーダセンサが、先行車両との間隔及び相対速度を決定するために車両でますます使用されるようになっている。レーダセンサは、間隔警告、又は、間隔に基づく自動的な速度制御(ACC:Adaptive Cruise Control、適応走行制御)を可能とする。
【0003】
フェーズドアレイ(Phased−Array)アンテナとも呼ばれる冒頭の形態のアンテナ構成は強い指向性を有し、従って、角度分解型レーダセンサ(winkelaufgeloester Radarsensor)の構造を可能とする。遅延区間は、直列接続される個々のアンテナ素子により放射される電波間の位相のずれを引き起こす。アンテナ構成は、レーダセンサにより利用されるレーダ周波数が例えば76ギガヘルツ(GHz)の範囲内にある場合に、放射される電波の強め合う干渉及び弱め合う干渉によって、アンテナ構成により放射されるレーダフィールドの、ローブ形状の指向性がもたらされるように、設計される。送信周波数又は受信周波数の変更によって、形成される指向性ローブの方向が変更されうる。
【0004】
従って周波数変更によって、先行車両についての情報が角分解能により(winkelaufgeloest)獲得されうる。車両の前に存在する領域は、対応して角分解能によりサンプリング(走査)されうる。但し、走査時間が、全視角に渡る指向性ローブの方向変更によって長い。さらに、周辺環境は、特定の時点に、指向性ローブの緯度の個々の変更角度ごとに検出される。
【0005】
独国特許出願公開第102006032540号明細書では、複数の独立したアンテナが設けられたレーダセンサが開示されている。アンテナは、共通のレーダレンズの光軸に対してずらされて配置されている。各個々のアンテナは所定の指向性を有し、個々のアンテナの配置、及び、共通のレーダレンズによって、アンテナは様々な角度範囲をカバーする。このようにして、様々な角度範囲を同時に角分解能により検出することが可能であるが、レーダセンサは、互いに独立したアンテナやレーダレンズの利用により、機械的なコストが掛かる構成となっており、角度範囲は簡単には変更することが出来ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従って、本願の課題は、複数の角度範囲を同時に検出し検出された角度範囲を簡単な形態で方向変更しうる可能性を、機械的に簡単な構造で提供する角度分解型レーダセンサを創出することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本課題は、独立請求項の特徴を備えたレーダセンサによって解決される。本発明の好適な構成は、従属請求項から明らかとなろう。
【0008】
遅延区間を介して直列に相互接続され相並んで配置された複数のアンテナ素子を有するアンテナ構成を備えた、冒頭で挙げた形態のレーダセンサは、本発明によれば、所定の周波数のレーダ信号を生成し評価することに適した少なくとも2つの送受信ユニットを有する。少なくとも2つの送受信ユニットは、アンテナ構成の給電点と接続される。少なくとも2つの送受信ユニットのレーダ信号の周波数は、互いに独立して設定可能である。
【0009】
相並んで配置されたアンテナ素子と、当該アンテナ素子間に存在する遅延区間と、を有するアンテナ構成の設計の結果、送受信ユニットの各レーダ信号は、方向付けられたレーダフィールドへと放射される。この方向は、各送受信ユニットのレーダ信号の周波数によって決定される。全体として、各送受信ユニット20の個々の信号の重畳により、方向付けられた少なくとも2つのレーダフィールドによる重ね合わせから構成されるレーダフィールドが生成する。従って、少なくとも2つの角度範囲が、複数の送受信ユニットの場合には複数の角度範囲も、同時に検出することが出来る。さらに、角度範囲は、簡単に周波数を変更することにより、方向変更されうる。フェーズドアレイアンテナとしての構成によりさらに、機械的に簡単な構造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明は以下、実施例を用いて5つの図面を参照して詳細に解説される。
【
図1】制御素子を備えたレーダセンサの第1の実施例を示す。
【
図2】レーダセンサ内で利用するための送受信ユニットを示す。
【
図3】制御素子を備えたレーダセンサの第2の実施例を示す。
【
図4】レーダセンサの送信周波数及び受信周波数の時間依存性のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図1は、レーダセンサと制御素子とを備えたレーダシステムを示す。
【0012】
レーダシステムは、制御素子10と、複数の送受信ユニット20、分配器30、及び、アンテナ構成40を備えるレーダセンサと、を有する。制御素子10は、制御出力口11と、中間周波数(ZF:Zwischenfrequenz)信号入力口12と、を有し、これら制御出力口11及び中間周波数信号入力口12によって、制御素子10は送受信ユニット20と接続される。さらに、各送受信ユニット20は、分配器30の高周波(HF:Hochfrequenz)出入力口31に接続される。分配器30はさらに、アンテナ構成40と接続するためのアンテナ接続口32を有する。アンテナ構成40は、相並んで配置された複数のアンテナ素子41を含み、隣接するアンテナ素子41は、遅延区間42を介して相互接続される。このようにして形成された線状に延びる鎖形状の構成の、外側の2つのアンテナ素子41は、給電点43l及び43rと接続され、これら給電点43l及び43rの一方、即ち、給電点43lは、分配器30のアンテナ接続部32と接触し、他方、即ち、給電点43rは、終端装置とも呼ばれる終端素子44と繋がれる。
【0013】
図1のレーダシステムの場合、レーダセンサのために、複数n個の送受信ユニット20が設けられている。分かり易さのために、2つの送受信ユニット20−1及び20−nのみ例示されている。複数n個の送受信ユニット20に対応して、制御素子10は、制御出力口11とZF信号入力口12との対をn個有し、分配器30は、n個のHF出入力口31を有する。個々の制御出力口11−1〜11−nを介して、制御素子10によって、各送受信ユニット20−1〜20−nの周波数が互いに独立して調整されうる。分配器30を介して、送受信ユニット20により生成されたレーダ高周波数信号が、アンテナ構成40に供給される。遅延区間42を備えたフェーズドアレイとしてのアンテナ構成40の構成の結果、送受信ユニット20の各高周波信号によって、各送受信ユニット20の周波数に依存した特定の放射方向に、レーダ信号が放射される。
【0014】
全体として、各送受信ユニット20の個別信号の重畳によって、n個の放射ローブによる重ね合わせから構成されるレーダフィールドが生成する。さらに、各送受信ユニット20は、独自の送信周波数のレーダ信号を受信するよう構成される。送受信ユニット20の受信回路内での対応する周波数選択において、アンテナ構成40は、信号の送信及び受信のために同一の指向性を有する。これにより、個々の信号の角度感度が更に高められる。
【0015】
アンテナ構成40のアンテナ素子41は、例えば、車両の走行方向に対して斜めに、好適に直角に、上下に(vertikal)相並んで配置された平面素子であってよく、従って、指向性ローブは、車道の表面に対して並行に前方を指す。指向性ローブの方向変更は、平面的なアンテナ素子41の表面法線と、アンテナ素子41が相並んで配置された方向と、により広げられたレベル(Ebene)において行われる。従って、水平レベルにおける、対向車線又は車道の端に向けての左及び右への方向変更が可能である。
【0016】
分配器30として、例えば、所謂ウィルキンソン高周波分配器(Wilkinson−Hochfrequenzverteiler)が利用されうる。基本的に、各任意のHF加算回路及びHF除算回路は、可能な限り線形に動作する限りにおいて利用可能であるため、追加的な、場合によっては妨害となる、非線形効果による周波数帯域は、レーダシステム内に持ち込まれない。
【0017】
図2は、
図1の実施例のために適した送受信ユニット20の構成を、より詳細に示している。全ての図面において、符号は同一の構成要素及び同一に作用する構成要素を示す。
【0018】
送受信ユニット20は、HF信号を生成する発生器21を有する。HF信号の周波数fは、制御信号V
fを介して周波数変更されうる。周波数を決定する信号V
fは、制御素子10の制御出力口11によって、アナログ信号又はデジタル信号として提供される。送受信ユニット20はさらにサーキュレータ22を有し、サーキュレータ22はHF発生器21のHF信号を、出力口を介して分配器30のHF出入力口31へと転送し、分配器30から、HF信号は、ここでは示されないアンテナ構成40へと供給される。
【0019】
物体により反射され、アンテナ構成40及び分配器30を介して受信されて送り返されたHF信号は、同じ接続を介して再びサーキュレータ22に供給され、サーキュレータ22は、HF信号を混合器23へと転送する。混合器23内では、受信されたHF信号が、発生器21により生成され、タップ(Abgriff)24により傍受されて(abgreifen)混合器に供給されたHF信号と混合される。得られた混合信号は、高周波よりも小さな周波数の信号であって、反射した物体の相対速度についての情報をドップラーシフトを介して含む上記信号を含んでいる。混合信号は、場合により含まれる高周波信号を抑制するローバスフィルタ25を介して、中間周波数(ZF)信号として、制御素子10のZF信号入力口12へと転送される。
【0020】
混合信号内の高周波信号の部分は、例えば、注目する送受信ユニット20とは別の周波数で放射する別の送受信ユニット20の、反射された送信信号に由来しうる。混合信号における、(低)周波数フィルタリングは、送受信ユニット20のHF信号経路における周波数選択に相当する。このようにして、受信信号についても1つの指向性へと導く送受信ユニット20のHF感度が実現される。
【0021】
図3は、制御素子とレーダセンサとを備えたレーダシステムの第2の実施例を示す。
【0022】
基本的に、
図1に示される実施例と類似した構造をしている。
図1のレーダセンサとの相違は、
図3の実施例では、アンテナ構成40の給電点43rが、終端装置と接続されているのではなく、更なる別の分配器30と接続されていることであり、この更なる別の分配器30も同様に、送受信ユニット20の接続を可能とする。本実施例で使用される分配器30と、当該分配器30に接続される送受信ユニット20と、を区別するために、指標l(左)及びr(右)が利用され、その際、指標lが付いた全ての構成要素は、左の給電点43lに作用し、指標rが付いた全ての構成要素は、右の給電点43rに作用する。
【0023】
図3の実施例では、n個の送受信ユニット20l−1〜20l−nと、m個の送受信ユニット20r−1から20r−mと、が設けられる。分配器30l及び30rは、対応する数のHF出入力口31l−1〜31l−n、及び、31r−1〜31r−mを有する。同様のことが、制御素子10の制御出力口11及び中間周波数入力口12についても該当する。
図3に示されるような構成は、設けられた送受信ユニット20の総数n+m個が大きく、対応する数のHF出入力口31を有する個々の分配器30が大き過ぎる減衰を有するであろう場合に、特に利点を有しうる。しかしながら、
図1と
図3の構成の基本的な機能原則は異ならない。特に、送受信ユニット20l及び20rとして、
図3の実施例の場合にも、
図2で詳細に記載した送受信ユニットが使用することが出来る。
【0024】
以下では、
図4及び
図5との関連において、複数の送受信ユニット20を備えたレーダセンサの機能形態が解説される。例として、
図3の実施例で示したようなレーダセンサが基本的に利用され、その際、2つの分配器30l又は30rに繋がった2つの送受信ユニット20l又は20rが駆動される(n=m=2)。
【0025】
図4は、送受信ユニットの放出されたHF信号の周波数fが、レーダセンサの一実施例における時間tの関数として示されたグラフである。ここでは、送受信ユニット20l−1、20l−2、20r−1、及び、20r−2の周波数fが、fl−1、fl−2、fr−1、及び、fr−2として示される。周波数軸にマーク付けされた周波数f
0は、アンテナ構成40が、当該アンテナ構成40が配置されている方向に対して垂直の方向に放射する際の周波数を示す。この方向は、以下では基本方向とも呼ばれる。
【0026】
図4で分かるように、送受信ユニット20l−1は、f
0と等しい一定の周波数fl−1により駆動され、これに対して、残りの送受信ユニット20l−2、20r−1、及び、20r−2は、段階的に線形状に変化する周波数により駆動される。周波数の変化は、周波数fl−2の鋸歯状の推移から見て取れるように、示される例では周期的である。周期長は、様々な送受信ユニット20のために様々に選択されうる。さらに、1つ以上の周波数が、検出された物体に依存して、例えば、この検出物体を観察領域内で保持するために(物体追跡、Object Tracking)変更されることも構想されうる。
【0027】
図5には、4つの送受信ユニット20に割り当てられた4つの指向性ローブ50による重ね合わせから生じるレーダセンサの指向性全体が、
図4に点線として記入された時点t=t
xにおけるスナップショット(Momentaufnahme)として示される。その際に、
図5の指向性ローブ50の末端にある矢印は、指向性ローブ50の現在の移動方向を示す。周波数f
0に対してより小さい周波数によって、指向性ローブは基本方向から右へと方向変更され、これに対して、周波数f
0よりも大きい周波数によって、指向性ローブは左へと方向変更される。
【0028】
従って、時点t=t
xにおいて、示される指向性全体が、時間的に変更されずに主光線方向が基本方向に沿って方向付けられた指向性ローブ50l−1と、左へと方向転換され引き続き左方向へと移動する指向性ローブ50l−2と、右へと軽く方向転換され左へと移動する指向性ローブ50r−1と、右へと方向転換され引き続き右方向へと方向転換する指向性ローブ50r−2と、の重ね合わせとして生じる。示される構成により、有利に永続的に、中央前方へと方向付けられた、即ち、走行方向を指す角度範囲が、指向性ローブ50l−1を介して観察可能であり、同時に、移動する指向性ローブ50l−2により対向する交通がサンプリング可能であり、更なる別の移動する指向性ローブ50r−1及び50r−2により、車道の端がサンプリングされうる。同時のサンプリングによって、関連する角度範囲を、同時に良好な角度分解能で継続的に観察することが可能となる。
【0029】
周波数が一定であり、連続的な、非パルス方式の(nicht−gepulst)放射が行われるレーダシステムの場合、物体により反射される信号はまず、反射する物体の速度についての情報を含む。間隔情報を定めるために、例えばパルス出力された(gepulst)レーダ信号を用いて獲得されうる信号の往復時間についての情報が必要とされる。連続的に放射するレーダシステムの場合、往復時間情報は、周波数変調を介して獲得されうる(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave、周波数変調連続波)。本願の範囲において提示される角度分解型レーダセンサの場合、角度変更のために使用される周期的な周波数変更は同時に、反射されたレーダ信号からの間隔情報を獲得するために利用することが出来る。このために、受信されたレーダ信号を、周波数変更の少なくとも2周期に渡って評価する必要がある。
【0030】
代替的に、角度変更のために周波数変調された信号に対する、追加的な、例えばランプ状又は鋸歯状の周波数変調を設定することが可能である。その際に、このような変調は、角度変更のための周波数変更よりも小さな周波数偏移と、より短い周期長とを有しうる。
【0031】
代替的に、本願で提示されるレーダセンサは、インパルスレーダ(Impulsradar)としても使用されうる。このような場合に、例えば、同じ送信周波数のレーダパルスを幾つか放出することが可能であり、これに応じて、送信周波数が段階的に角度変更のために変更される。
【0032】
示される実施例において、制御素子10の中間周波数入力口12で受信される信号の更なる処理は、有利に、アナログ/デジタル変換器を介して行われ、続いて、例えば高速フーリエ変換(FFT−Fast Fourier Transform)によって周波数分析が行われうる。
【0033】
上記の実施例において、制御素子10はレーダセンサの構成要素ではない。しかしながら、制御素子10は、レーダセンサに組み込まれた構成要素として実現できる。
【0034】
混合器23を介して高周波数信号を直接的に中間周波数信号に変換する示される送受信素子20の他に、更なる別の中間周波数段への変換にも役立つスーパーヘテロダイン受信機の使用も可能である。