JP2003248054A - モノパルスレーダ装置 - Google Patents

モノパルスレーダ装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】モノパルスレーダ装置において、受信チャンネ
ル間の振幅誤差や位相誤差を補正し、検出角度の精度を
向上させる。 【解決手段】送信信号の一部を校正用信号線路４を通し
て受信側のそれぞれのチャンネルに供給する。このとき
信号処理手段２３で計算される校正用信号による擬似目
標物の方位角が所定の角度になるように、可変位相シフ
タ１８と可変利得増幅器１９の利得を調整する。 【効果】校正作業が簡略化されると共に、角度校正の自
動化が可能であるため、環境変化や部品特性の経時変化
による、製品出荷後の特性変動にも対応することができ
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、モノパルスレーダ
装置、更に詳しく言えば、送信アンテナにより信号を放
射し、目標物により反射された反射信号を複数の受信ア
ンテナで受信することで目標物の存在位置の角度の検知
を行なうモノパルスレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーダ装置において、目標物までの方位
角を検知する方法の一つにモノパルス方式がある。モノ
パルス方式では、送信アンテナにより信号を放射し、目
標物により反射された反射信号を二つ以上の受信アンテ
ナで受信する。このとき、個々のアンテナで受信した受
信信号の振幅差や位相差からレーダ装置に対する目標物
の角度情報を得る。一般に位相差を用いるものは位相モ
ノパルス、振幅差を用いるものは振幅モノパルスと呼ば
れている。この種のモノパルスレーダ装置は、例えば、
公開特許公報特開平１１−２７１４３３号に位相モノパ
ルスを用いたレーダ装置が記されている。
【０００３】以下に、図２を用いてモノパルスレーダ装
置の動作原理を説明する。信号発生器OSC1で生成された
信号は、送信アンテナANT１から放射される。放射され
た信号は、目標物により反射され、二つの受信アンテナ
ANT２、ANT３により受信される。受信された信号は、混
合器MIX１、MIX２により低周波信号に変換されたのち信
号処理手段P1において、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）等
の信号解析処理が行なわれる。
【０００４】位相モノパルスでは、二つのアンテナで受
信された信号の位相差を求める。二つの受信アンテナが
図３のように間隔ｄで配置されていたとき、その受信信
号の位相差と、目標物までの方位角の間には次式（１）
が成り立つ。
【０００５】 Δφ＝（２πｄ／λ）ｓｉｎθ （１） 一方、振幅モノパルスの場合は、受信アンテナANT２の
指向性Ｓ１と受信アンテナANT３の指向性Ｓ２を、図４
の利得特性のように分布させる。二つのアンテナにより
受信された信号の和による信号強度と差による信号強度
は、それぞれ、図５の利得特性のようになり、さらに、
この和信号と差信号から両者の比を求めると、図６の利
得特性R1のようになる。この比の大きさと角度を対応さ
せ角度を求める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】自動車搭載レーダ装置
にはミリ波のような超高周波が用いられることが多い。
例えば、自動車の車間距離警報システムに用いられる自
動車レーダには、７６ＧＨｚから７７ＧＨｚの周波数が
割り当てられている。一般的に、このような超高周波で
用いられる部品は、低周波の部品と比較して、高価で、
かつ、部品間の特性バラツキが大きい。さらに、ミリ波
のような超高周波では、波長が非常に短いため、レーダ
装置のモジュールの組み立て時にも特性のバラツキが発
生する。
【０００７】一方、図２で示した従来のモノパルスレー
ダ装置では、混合器MIX７、MIX８で生成される低周波信
号から、位相差又は振幅差を検出し、それを基に目標物
の方位角を算出する。従って、受信アンテナANT２によ
るチャンネルＣＨ１と受信アンテナANT３によるチャン
ネルＣＨ２の特性は、非常に高い精度で一致しているか
又は予めその差を把握しておく必要がある。
【０００８】しかし、ミリ波帯の信号を用いるレーダシ
ステムでは、先に述べた理由により、チャンネル間に、
位相誤差や振幅誤差が発生し、検出される目標物の方位
角に誤差を生じる。
【０００９】この対策として、使用する部品を事前に検
査・選別し、特性が良く合うものだけを用いる方法が採
られることがあるが、これは部品コストの増大の原因と
なる。また、組み立て時に発生するバラツキは取り除く
ことはできない。
【００１０】また、別の対策として、例えば公開特許公
報特開平５−２３２２１５号に記載のように、レーダ装
置の前方から実際に電波を照射し、これで得られる検出
信号をもとに、チャンネル間に生じる位相誤差又は振幅
誤差を補正する方法がある。しかし、このような方法に
おいては、その装置が大掛かりなうえ、その校正作業が
非常に手間が掛かるため、この作業が新たに加わること
により、製造コストが増加する。
【００１１】また、上記のいずれの対策においても、製
品出荷後の特性変動は考慮されておらず、環境変化や部
品特性の経時変化等、何らかの要因で特性変動が生じた
場合、検知角度の精度が劣化するという問題があった。
【００１２】従って、本発明の主な目的は、モノパルス
レーダ装置の複数の受信アンテナに対応する受信チャン
ネル間の位相誤差や振幅誤差の補正を容易に行なうこと
ができ、かつ製造コストを低減できるモノパルスレーダ
装置を提供することである。
【００１３】本発明の他の目的は、環境変化や部品特性
の経時変化等、製品出荷後の特性変動にも対応可能な、
位相誤差や振幅誤差の補正ができるモノパルスレーダ装
置を提供しすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のモノパルスレーダ装置は、送信信号の一部
を、各受信アンテナ又は受信アンテナにつながる信号線
路（すなわち複数の受信アンテナ出力部のそれぞれ）へ
校正用信号として供給する校正用信号線路が設けられ
る。また、前記校正用信号による擬似目標物の方位角を
算出し、上記擬似目標物の方位角を用いモノパルスレー
ダが本来算出すべき方位角を求め、上記本来算出すべき
方位角と先に校正用信号により算出された擬似目標物の
方位角が一致するように振幅又は位相の少なくとも一方
を調整する補正手段が設けられる。
【００１５】本発明の好ましい実施形態では、前記複数
の受信アンテナ出力部のそれぞれに加えられる前記校正
用信号は等電力、且つ、等位相とする。特に、２つの受
信アンテナの指向性が中心方向に対して対称に作られて
いる場合、このように各アンテナに等電力、且つ、等位
相で信号が入力される状態は、レーダで検出すべき角度
の中心を示す中心線上に目標物があるときに生じる。従
って、上記校正用信号から算出される擬似目標物の方位
角が、レーダの中心線上になるように補正を行なう。
【００１６】また、前記校正用信号は、常時、前記複数
の受信アンテナ出力へ供給される場合と、前記校正用信
号を供給する校正用信号線路上にスイッチを設け、前記
スイッチの導通、遮断状態を制御するスイッチ駆動部を
設ける場合がある。前記スイッチの導通、遮断状態の制
御は、通常は上記校正用信号線路を遮断状態にし、校正
を行なう時に導通状態にするもの、前記スイッチの導通
状態を定期的、又は、所定のタイミングにおいて発生さ
せるものがある。特に、ＤＳＰ等の信号処理装置を用
い、上記の校正のいずれかを自動的、かつ、任意のタイ
ミングで行なうことで、環境変化や部品特性の経時変化
等により、製品出荷後に生じた特性変動を補正するよう
に構成される。この実施形態では、校正を常時行なうこ
とで、モノパルスレーダの検知角度の精度を維持するこ
とができる。また、本発明によるモノパルスレーダの前
記補正手段は、前記校正用信号による擬似目標物の方位
角を算出し、上記擬似目標物の方位角を用いモノパルス
レーダが本来算出すべき方位角を求め、上記本来算出す
べき方位角と先に校正用信号により算出された擬似目標
物の方位角が一致するように補正用データを求め、この
補正用データを記憶手段に書き込み、この記憶手段に記
憶された補正用データを基に、実際にレーダとして動作
させている時に検知した目標物の方位角を信号処理で補
正する信号処理手段で構成される。
【００１７】他の好ましい実施形態として、上記校正用
信号を低周波信号で変調する。これにより、校正用信号
が反射信号と重畳され不都合、すなわち、校正を行なう
環境によっては、校正時にアンテナの動作を完全に停止
させないと、送信アンテナから放射された信号が、アン
テナ前方に存在する物体により反射され、受信アンテナ
により受信されてしまう。送信信号をそのまま校正用信
号として用いる場合、この信号が校正用信号と重畳さ
れ、正確な校正が行なえない不都合を防止する。この実
施形態は、送信信号を生成する局部信号発生器と、混合
器に供給する局部信号を生成する信号発生器に、同一の
ものを用いるホモダイン方式のレーダにおいて、混合器
により変換される低周波信号が直流になることを防止す
るのにも有効である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図を参
照して説明する。図１は、本発明によるモノパルスレー
ダ装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図であ
る。本実施形態は、送信アンテナANT１と二つ受信アン
テナANT２及びANT３を持ち、送信アンテナANT１から送
信信号を放射し、前記送信信号が目標物により反射され
た反射信号を、受信アンテナにANT２及びANTT３で受信
し、その目標物の方位角度を信号処理によって検知する
モノパルスレーダ装置であって、発振器OSC1から送信ア
ンテナANT１につながる信号線路L1から、受信アンテナA
NT２及びANT３につながる信号線路L2、L３へ、送信信号
の一部を校正用信号として供給する校正用信号線路L1
と、校正用信号線路L1を導通又は遮断状態にするスイッ
チSW1とを持ち、且つ、一方のアンテナANT２の受信した
信号を処理するチャネルCH1には位相補正手段PS1及び振
幅補正手段VGA1が設けられている。
【００１９】スイッチSW1を導通状態にして、前記校正
用信号により検出される擬似目標物の方位角がモノパル
スレーダの所定の角度になるように、可変位相シフタで
構成される位相補正手段PS1、可変利得増幅器で構成さ
れる振幅補正手段VGA1の少なくとも一方を調整すること
で、角度補正を行なう。
【００２０】更に詳しく述べると、スイッチSW1が導通
状態のとき、送信信号の一部は校正用信号線路L1を通し
て、二つの受信チャンネルにＣH１，ＣH２に等電力、且
つ、等位相で供給される。このとき、スイッチSW1を低
周波信号源OSC5によりスイッチングすることで、校正用
信号は低周波で変調される。この信号はそれぞれのチャ
ンネルＣH１，ＣH２の低雑音増幅器LNA１、LNA２により
増幅されたのち、混合器MIX3、MIX４で発振器OSC6の信
号と混合され中間周波数の信号に変換される。この中間
周波数の信号は、一方のチャンネルＣＨ１では可変位相
シフタPS１と可変利得増幅器VGA1を通し混合器MIX5で発
振器OSC7の信号と混合され低周波信号に変換される。他
方のチャンネルＣＨ２では、混合器MIX4からの出力信号
は直接混合器MIX６に入力され、同様に低周波信号に変
換される。これらの信号は信号処理手段P1により信号処
理される。
【００２１】受信アンテナANT２及びANT３の指向性は、
それぞれ図４の特性曲線Ｓ１及びＳ２のように、角度０
°に対応する中心線に対して対称に作られている。
【００２２】校正処理開始直後、それぞれのチャンネル
ＣＨ１、ＣＨ２の特性が一致していない場合は、入力さ
れる信号の強度と位相が等しくても、混合器MIX5、MIX6
から出力される低周波信号の信号強度は一致しない。こ
れを図示すると、例えば図７の特性図に示すように片側
のチャンネルＣＨ１の信号強度Ｓ３が、他方のチャンネ
ルＣＨ２の信号強度Ｓ４に対して大きい場合、その二つ
の信号の和信号と差信号は図８の特性図のようになり、
さらに、和信号と差信号の比は図９に示す特性Ｒ２よう
になる。
【００２３】モノパルスレーダは、両チャンネルの特性
が等しいときの比Ｒ１を基に角度を計算するため、結果
的に、校正用信号による擬似目標物の方位角度は、０度
ではない角度θ１が出力される。このθ１が０度になる
ように、制御信号生成手段CNT1は、可変利得増幅器VGA1
の利得を下げるように制御信号を発生し、最終的に、両
チャンネルから出力される低周波信号の信号強度は等し
くなり、図４と同じ形になる。本実施例によれば、モノ
パルスレーダ装置の角度校正が人の手を介することな
く、回路的に自動で行われるため、校正作業に要するコ
ストを削減することができる。
【００２４】図１０は、本発明によるモノパルスレーダ
装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。本
実施形態は７７ＧＨｚ帯の信号を用いる自動車レーダに
用いた実施例である。受信アンテナANT２及びANT３の受
信特性はそれぞれ、図４のように、中心線に対して対称
な受信パターンＳ１及びＳ２を持っている。また、送信
信号を生成する信号発生器と、混合器７、８に入力する
局部信号を生成する信号発生器は、共通の信号発生器OS
C1を用いている。
【００２５】本実施例では、校正用信号線路４を通して
受信側の両チャンネルCH1、CH2に供給された校正用信号
は、低雑音増幅器LNA１及びLNA２を通して、それぞれ混
合器MIX１及びMIX２により低周波信号に変換される。こ
の低周波信号が信号処理手段P1により信号解析されて、
校正用信号による擬似目標物が検出される。このときの
擬似目標物との方位角が０度になるように補正データが
求められ、記憶手段MEM1に格納される。通常、モノパル
スレーダ装置が車間距離警報システムとして動作してい
るときは、スイッチSW１は遮断状態であり、この時に検
知する前方を走行中の自動車の方位は、記憶手段MEM1に
格納されている補正データを基に補正される。
【００２６】図１１は、本発明によるモノパルスレーダ
装置を構成した自動車搭載用レーダモジュールの一実施
例の側断面図である。この自動車搭載用レーダモジュー
ルは、ベースプレートB1の表裏に、それぞれＲＦ回路RF
Cと平面アンテナANTを備えており、両者は同軸線路CX1,
COX2により接続されている。ＲＦ回路RFCは気密を保つ
ために、カバーVOV1で覆われている。ＲＦ回路RFCは、
図１２の平面図に示す構成となっており、信号発生器OS
C1、混合器MIX１及びMIX２、低雑音増幅器LNA１及びLNA
２、スイッチSW１等のMMIC(Monolithic MicrowaveInteg
rated Circuit）が高周波基板SUB1上に実装されてい
る。また、図示されていないが、スイッチを低周波でス
イッチングするための低周波信号は、このモジュールの
外部の低周波信号発生器から供給される。
【００２７】本実施例によれば、補正がデジタル信号処
理で行われるため、これらをマイクロコンピュータ等の
信号処理装置で自動的に行なうのに適している。さら
に、レーダモジュールの電源が投入された時等、特定の
タイミングで校正を行なう構成としてよい。また、製品
出荷後も自動的に補正を行なうことができる。従って、
環境変化や部品特性の経時変化等にも対応した自動車レ
ーダを作ることができる。
【００２８】図１３は、上記アンテナが形成された部分
の一実施例の平面図を示す。本実施例は、校正用信号線
路L1を、ＲＦ回路側ではなく1つの送信アンテナANT１、
２つの受信アンテナANT２及びANT３を形成する平面パッ
チアンテナと同一の基板B1上に設けた実施例である。本
実施例によれば、アンテナ面とＲＦ回路を接続する信号
線路COX1やCOX２の影響も考慮した校正ができ、より高
精度の校正を行なうことができる。
【００２９】図１４は、上記アンテナが形成された部分
の他の実施例の平面図を示す。本実施例は、四つの受信
アンテナを持つモノパルスレーダである。本実施例にお
いて、送受信アンテナは平面パッチアンテナで構成され
ており、送信アンテナANT１と、並列に配列された４つ
の受信アンテナANT４、ANT５、ANT６及びANT７と、校正
用信号線路L1はスイッチSW１を通して、４つの受信アン
テナANT４、ANT５、ANT６及びANT７に対して校正用信号
が等位相、且つ、等電力で供給されている。本実施例を
用いた場合、チャンネル数が増えても、同様な手段で角
度校正が可能であり、２チャンネルの場合と同様な効果
を得ることができる。
【００３０】図１５は上記スイッチSW１部の一実施例の
回路図を示す。このスイッチ部は，他のMMICと同様のプ
ロセスで形成されたMMICであり，スイッチング用ダイオ
ードDが入力IN、出力OUT間に直流カット用容量CAP1,CAP
2を介して直列に接続され、ダイオードDの両端には線路
L４、L5、直流カット用容量CAP３でバイアスが供給され
る。線路L４と直流カット用容量CAP３間に制御用信号端
子CNT2が設けられる。直流カット用容量CAP1,CAP2及びC
AP３は、７７ＧＨｚに対して、短絡とみなせる大きい容
量値を持っている。また、バイアス供給用線路L４、L5
は、その先端が短絡された線路であり、その長さは７７
ＧＨｚの信号波長に対して４分の１の長さを持ってい
る。したがって、このバイアス回路は、７７ＧＨｚでは
高インピーダンスとして働き、７７ＧＨｚの信号に対し
て影響を与えない。スイッチを導通／遮断するための信
号は制御用信号端子ＣＮＴ２から供給される。この例で
は、スイッチング用のデバイスにダイオードDを用いた
が、図１６のようにFET等のトランジスタＴＲを用いて
も良い。この場合、制御用信号端子３９は、ＦＥＴのゲ
ートとなる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、モノパルスレーダの角
度補正を容易に行なうことが可能であり、また、自動で
行なうことも可能であるため、環境変化や部品特性の経
時変化による、製品出荷後の特性変動にも対応でき、モ
ノパルスレーダ装置の検知角度精度を保つことが可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるモノパルスレーダ装置の第１の実
施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】従来のモノパルスレーダ装置の構成を示すブロ
ック図である。
【図３】位相モノパルスレーダの原理説明図である。
【図４】振幅モノパルスアンテナの受信信号の特性図で
ある。
【図５】振幅モノパルスアンテナにおける和信号と差信
号の利得特性図である。
【図６】振幅モノパルスアンテナにおける和信号と差信
号の比の特性図である。
【図７】振幅モノパルスアンテナのチャンネル間に誤差
がある場合の受信信号の信号強度特性図である。
【図８】振幅モノパルスアンテナのチャンネル間に誤差
がある場合の和信号と差信号の利得特性図である。
【図９】振幅モノパルスアンテナのチャンネル間に誤差
がある場合の和信号と差信号の比の特性図である。
【図１０】本発明によるモノパルスレーダ装置の他の実
施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明によるモノパルスレーダ装置を構成し
た自動車搭載用レーダモジュールの一実施例の側断面図
である。
【図１２】図１１のＲＦ回路の平面図である。
【図１３】本発明によるモノパルスレーダ装置を構成し
た自動車搭載用レーダモジュールの他の実施例のアンテ
ナ部の平面図である。
【図１４】本発明によるモノパルスレーダ装置を構成し
た自動車搭載用レーダモジュールの更に他の実施例のア
ンテナ部の平面図である。
【図１５】本発明によるモノパルスレーダ装置に使用さ
れるスイッチの構成例の回路図である。
【図１６】本発明によるモノパルスレーダ装置に使用さ
れるスイッチの他の構成例の回路図である。
【符号の説明】
ANT１：送信アンテナ、ANT２〜ANT７：受信アンテナ、M
IX１〜MIX６：混合器、OSC１,OSC２：信号発生器、ＬＮ
Ａ１，ＬＮＡ：低雑音増幅器、ＳＷ１：スイッチ、Ｌ
１：校正用信号線路、Ｌ２：バイアス供給用線路、Ｐ
１：信号処理手段、ＣＮＴ１：制御用信号発生手段、Ｃ
ＮＴ２：制御用信号端子、ＰＳ１：可変位相シフタ、Ｖ
ＧＡ１：可変利得増幅器、Ｓ１，Ｓ２：モノパルスアン
テナの受信信号パターン Ｓ３，Ｓ４：チャンネル間に誤差がある場合の受信信号
パターン Ｒ１：和信号と差信号の比、ＭＥＭ１：記憶手段、ＲＦ
Ｃ：ＲＦ回路、Ｒ２：チャンネル間に誤差がある場合の
和信号と差信号の比 ＡＮＴ：平面アンテナ、Ｂ１：ベースプレート、ＣＯＸ
１，ＣＯＸ２：同軸線路 ＣＯＶ１：カバー、ＳＵＢ１：高周波回路基板、Ｄ：ダ
イオード、ＣＡＰ：直流カット用容量、ＴＲ：ＦＥＴ、
Ｓ３、Ｓ４：チャンネル間に誤差がある場合の受信信号
パターン、Ｒ１：和信号と差信号の比、Ｒ２：チャンネ
ル間に誤差がある場合の和信号と差信号の比。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】送信アンテナから送信信号を放射し、前記
    送信信号が目標物により反射された反射信号を、二つ以
    上の受信アンテナで受信し、目標物を検知するモノパル
    スレーダ装置であって、 前記送信信号を前記二つ以上の受信アンテナにつながる
    信号線路へ校正用信号として供給する校正用信号線路
    と、前記校正用信号により検出される擬似目標物の方位
    角がモノパルスレーダの所定の角度になるように調整す
    る信号処理手段とを有することを特徴とするモノパルス
    レーダ装置。
  2. 【請求項２】前記校正用信号線路を導通又は遮断状態に
    するスイッチを更に有することを特徴とする請求項1記
    載のモノパルスレーダ装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載のモノパルスレーダ装置に
    おいて、前記スイッチの導通状態を定期的、又は、所定
    のタイミングにおいて発生させるスイッチ駆動手段をも
    つことを特徴とするモノパルスレーダ装置。
  4. 【請求項４】請求項1、2又は3記載のモノパルスレーダ
    装置において、前記校正用信号を低周波信号で変調する
    変調手段を更に有することを特徴とするモノパルスレー
    ダ装置。
  5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれか一つに記載の
    モノパルスレーダ装置において、前記信号処理手段は、
    少なくとも1つの受信アンテナの信号処理するチャネル
    に前記校正用信号の位相又は振幅の少なくとも一方を補
    正する補正手段と前記補正手段手段を駆動する制御信号
    発生部をもつことを特徴とするモノパルスレーダ装置。
  6. 【請求項６】請求項２ないし４のいずれか一つに記載の
    モノパルスレーダ装置において、前記信号処理手段は、
    前記スイッチを導通状態にして、前記校正用信号により
    検出される擬似目標物の方位角を算出し、算出された方
    位角が、所定の角度になるように補正用データを求める
    手段と、前記補正用データを記憶する記憶手段と、前記
    目標物の方位角を算出する際、前記記憶手段に記憶され
    ている前記補正用データを基に、角度補正を行なう補正
    手段とを有することを特徴とするモノパルスレーダ装
    置。
  7. 【請求項７】請求項１ないし６のいずれか一つに記載の
    モノパルスレーダ装置において、前記校正用信号は、等
    電力、且つ、等位相で前記二つ以上の受信アンテナの出
    力部に供給されることを特徴とするモノパルスレーダ装
    置。
  8. 【請求項８】送信アンテナから送信信号を放射し、前記
    送信信号が目標物により反射された反射信号を、二つ以
    上の受信アンテナで受信し、目標物を検知するモノパル
    スレーダ装置であって、 前記送信アンテナにつながる線路と前記二つ以上の受信
    アンテナにつながる線路とを接続する信号線路と、前記
    信号線路を導通、遮断するスイッチとを有することを特
    徴とするモノパルスレーダ装置。
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