JP2004125451A - パルスレーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基準信号である矩形信号を生成する矩形信号生成手段1、送信タイミングを決定するための電圧値を設定する送信タイミング電圧設定手段2、矩形信号生成手段1と送信タイミング電圧設定手段2の出力をもとに送信パルスを生成する送信パルス生成手段3、送信パルスを送信する送信手段4、送信手段4によって送信した電波が複数の物体に反射した反射波を受信しその受信信号を出力する受信手段5、送信パルス生成手段3の出力をもとにノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成手段6、受信用ノコギリ波生成手段6と矩形信号生成手段1の出力をもとに受信信号をサンプルホールドする受信信号サンプルホールド手段7、および、受信信号サンプルホールド手段7と送信タイミング電圧設定手段2の出力をもとに物体の検出および物体までの距離を測定する検出・測距手段8から構成される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はパルスレーダ装置に関し、特に、電波を送信し、その送信した電波が物体に反射した反射波を受信することによって、物体の有無を検出し、検出された物体までの距離を計測するためのパルスレーダ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のパルスレーダ装置は、送出手段によってパルス状の信号を周期的に出力する。そして、物体からの反射パルスを受信手段によって連続的に受信し、2値化手段によって2値化する。そしてサンプリング手段が、送出手段の送出タイミング後、一定の1つ又は複数のサンプリング点毎に2値化信号をサンプリングして0又は1のサンプリング値を得て、これをサンプリング点それぞれの点に対応する加算手段に与える。そこで、加算手段が送出手段による信号の所定の送出回数分ずつ0又は1のサンプリング値を加算する。所定回数分の加算処理が終了すると、判定手段が加算手段毎の加算値を加算回数で除算して得られる正規化加算値を所定の閾値と比較し、その大小に基づいて外部の物体からの反射信号が存在するか否かを判定し、これに基づいて外部の物体の有無を判定する(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−72237号公報(第1頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の装置において、物体の距離精度が必要な場合には、サンプリング手段のサンプリング間隔を細かくする必要があるが、そのためには高周波のクロックを要し、装置が高価になってしまうという問題点があった。また、受信波をAD変換し、その受信波形より、距離精度を向上させる方法も考えられるが、高速なAD変換器を必要とし、これも装置の高価格化を招いてしまうという問題点があった。
【0005】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、低価格かつ高精度のパルスレーダ装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基準信号である矩形信号を生成する矩形信号生成手段と、送信タイミングを決定するための電圧値を設定する送信タイミング電圧設定手段と、上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号と上記送信タイミング電圧設定手段からの上記電圧値とに基づいて送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、生成された上記送信パルスの電波を送信する送信手段と、上記送信手段によって送信された上記電波が複数の物体に反射した反射波を受信し、その受信信号を出力する受信手段と、上記送信パルス生成手段から出力される上記送信パルスに同期したノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成手段と、上記受信用ノコギリ波生成手段からの上記ノコギリ波と上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号とに基づいて、上記受信手段から上記受信信号が入力されるときの上記ノコギリ波のレベルをサンプルホールドする受信信号サンプルホールド手段と、上記受信信号サンプルホールド手段からのサンプルホールド出力に基づいて、上記物体の検出および上記物体までの距離を測定する検出・測距手段とを備えたパルスレーダ装置である。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、本発明のパルスレーダ装置の構成について図を用いて説明する。図1は、本発明のパルスレーダ装置の構成を示したブロック図である。本発明のパルスレーダ装置は、図1に示すように、基準信号である矩形信号を生成する矩形信号生成手段1と、送信タイミングを決定するための電圧値を設定する送信タイミング電圧設定手段2とが設けられており、矩形信号生成手段1と送信タイミング電圧設定手段2の出力をもとに送信パルスを生成する送信パルス生成手段3に接続されている。また、送信パルス生成手段3によって生成されたパルス状の電波である送信パルスは、送信手段4によって測定対象の物体に向かって送信される。受信手段5は、送信手段4によって送信した電波が複数の物体に反射した反射波を受信しその受信信号を出力する。送信パルス生成手段3の出力をもとにノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成手段6が設けられており、さらに、受信用ノコギリ波生成手段6と矩形信号生成手段1の出力をもとに受信信号をサンプルホールドする受信信号サンプルホールド手段7が設けられている。また、受信信号サンプルホールド手段7と送信タイミング電圧設定手段2の出力をもとに物体の検出および物体までの距離を測定する検出・測距手段8がさらに設けられている。
【0008】
次に、図1に示した本発明のパルスレーダ装置の実際の具体的な構成例について説明する。本構成例におけるパルスレーダ装置は、図2に示すように、大きく分けて5つの部分から構成される。すなわち、基準矩形信号と送信タイミング電圧から送信パルスを生成する送信パルス生成回路201、パルス状の電波を送信する送信回路2021と反射波を受信する受信回路2022とから構成されるRFモジュール202、送信パルス生成回路201の出力をもとにノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成回路203、受信用ノコギリ波発生回路203と基準矩形信号の出力をもとに受信信号をサンプルホールドする受信信号サンプルホールド回路204、前述した基準矩形信号と送信タイミング電圧を生成し、受信信号サンプルホールド回路204の出力と送信タイミング電圧をもとに物体の検出および物体までの距離を測定するCPU205から構成される。
【0009】
なお、図1と図2との対応関係を説明すれば、図2の送信回路2021が図1の送信手段4を構成しており、同様に、図2の受信回路2022が図1の受信手段5を、図2の送信パルス生成回路201が図1の送信パルス生成手段3を、図2の受信用ノコギリ波発生回路203が図1の受信用ノコギリ波生成手段6を、図2の受信信号サンプルホールド回路204が図1の受信信号サンプルホールド手段7を構成している。また、図2のCPU205が図1の矩形信号生成手段1、送信タイミング電圧設定手段2および検出・測距手段8を構成している。
【0010】
図2のRFモジュール202の具体的な構成の一例を図3に示す。RxLO発振器301によって生成される10.8375GHzの信号は、パワーデバイダ302により2つに分けられ、一方は、ミクサ1(303)において、TxLO発振器304によって生成される1.225GHzの信号とミキシングされ、その後、変調器305において、変調器305に入力される送信信号316に基づいてパルス状の信号となる。次に、ダブラー406にて2逓倍され、続くフィルター1(307)にて24.125GHzの信号となり、Txアンテナ(308)より電波として外部に放射される。なお、フィルター1は、所定の帯域内の周波数成分のみを通過させるように構成されている。こうして放射されて外部の物体により反射された電波は、Rxアンテナ(309)より受信され、RxRF増幅器310により増幅された後、ミクサ2(311)により、パワーデバイダ302により2つに分けられたもう一方のRxLO発振器301からの信号とミキシングされ中間周波数まで落とされる。その後、RxIFアンプ1(312)、フィルター2(313)、RxIF増幅器2(314)を経由し、検出器315にて包絡線検波され受信信号317となる。なお、フィルター2は、所定の帯域内の周波数成分のみを通過させるように構成されている。
【0011】
次に、図2の送信パルス生成回路201について説明する。図4に送信パルス生成回路の回路図、図5にタイミングチャートをそれぞれ示す。図4および図5に示すように、基準矩形信号501に同期したノコギリ波502を作成する回路401が設けられ、その出力502と送信タイミング電圧503とをコンパレータ402にて比較し、送信パルス用の矩形信号504を生成する。次に、NORゲート403〜405にて上記送信パルス用の矩形信号504を遅延および反転させて新たな矩形信号505を生成し、コンパレータ402の出力504とともにNORゲート406に入力する。次に、NORゲート406の出力506をさらにNORゲート407に通し、送信パルス507を得る。
【0012】
次に、図2の受信用ノコギリ波生成回路203および受信信号サンプルホールド回路204について説明する。図6に、受信用ノコギリ波生成回路203および受信信号サンプルホールド回路204の回路図、図7にタイミングチャートをそれぞれ示す。図6および図7に示すように、送信パルス信号501(図5参照)に同期したノコギリ波701を作成する回路601(受信用ノコギリ波発生回路203)が設けられており、その後段の回路(受信信号サンプルホールド回路204)にて、受信信号702は入力されたときのノコギリ波701のレベルをサンプルホールドし、サンプルホールド出力703を得る。
【0013】
次に、CPU205の内部処理について説明する。図8にフローチャートを、図9にタイミングチャートをそれぞれ示す。まず、ステップS801にてCPU205内部の初期化を行う。続いてステップS802で基準矩形信号901を発生させ、ステップS803ではデータの初期化を行う(ここまでの処理が、矩形信号生成手段1に相当する。)。
【0014】
ステップS804では、送信パルスのタイミングを決める電圧値を所定の値にD/A出力設定する。ここでは、D/Aによる設定としたが、PWM信号を出力し、PWM制御回路と組み合わせて送信パルスのタイミング電圧を設定してもよい。ここで、送信タイミング電圧902は、複数用意しておく。つまり、図9に示すように、観測区間to903において、N個の送信タイミング電圧902を用意し、N個のレンジビンを設定する。よって、このときサンプリング時間は、to/Nとなる。送信タイミング電圧902は、図9の送信タイミング1(904)から順番に送信タイミングN(905)まで設定する(ここまでの処理が、送信タイミング電圧設定手段2に相当する。)。設定方法としては、図9に示すように、送信用ノコギリ波信号が、所定の値に定められた送信タイミング電圧値1〜Nのレベルに達したときを、それぞれ、送信タイミング1〜Nとしている。従って、図9の例では、送信タイミングは、時系列で、N,・・・,3,2,1の順となっている。なお、図9の例においては、各送信タイミング電圧1〜Nの値は、順に、一定間隔の電圧値幅で減少しているが(すなわち、送信タイミング電圧1と2との差と、送信タイミング電圧iとi+1との差は同じ。)、この場合に限らず、間隔に多少変化をもたせるようにしてもよい。
【0015】
ステップS805では、サンプルホールド出力のA/D値を読み込み、レジスタにデータを格納する(Data[i]、i:レンジビン)。ステップS806では、全レンジビンのA/D値を読み込んだか否かを判定し、読み込んでいなければステップS804へ、全レンジビンについて読み込み完了の場合には、ステップS807の検出・測距処理へすすむ。次のステップS808では、所定時間(例えば50ms)が経過したか否かを判定し、経過した場合はステップS803へ、経過していない場合には、経過するまで、時間待ちを行う。
【0016】
次にステップS807の検出・測距処理(検出・測距手段8)について、図10のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップS1001で、レンジビン番号iを初期化(i=0)する。次にステップS1002にて、レンジビンiのA/D値(Data[i])が、予め定めた最小値MINより大きいか否かを判定する。大きい場合はステップS1003の距離算出処理へ、MIN以下ならば、ステップS1004へすすみ、距離値として未検出相当距離(NonDist)をレジスタDist[i]へ代入する。ステップS1005では、レンジビン番号iをインクリメントし、ステップS1006で全レンジビンについて上記処理を行ったか否かを判定する。全レンジビンについて処理が終了していないときは、ステップS1002に戻り、終了しているときは、ステップS1007のターゲット抽出処理へ移行し、検出・測距処理を終える。
【0017】
次にステップS1003の距離算出処理について詳細に説明する。図11に示すように、送信パルス幅をTw[ns](符号1101)、受信用ノコギリ信号のスロープ部ののべ時間をTmax[ns](符号1102)、サンプルホールド出力をVi[V]、受信用ノコギリ波信号の最大レベルをVmax[V](符号1103)、受信パルス信号の上記スロープ開始点からの遅延時間をTi[ns](符号1104)としたとき、Tiは、以下のように表される。
Ti=Tmax×(Vi/Vmax)[ns] (式1)
よって、ターゲットまでの距離Dist[i]は以下のように計算される。
Dist[i]=(Ti+Tw)×0.15[m] (式2)
ここで、Vi>Vmaxの場合は、Ti=Tmaxとする。
【0018】
次にステップS1007のターゲット抽出処理について、図12のフローチャートを用いて詳細に説明する。まず、ステップ1201でレンジビン番号i、ターゲット距離DistTgt[j](j=0〜M、M:抽出ターゲット数)をそれぞれ初期化する。レンジビン番号iついては0を代入し、ターゲット距離については、未検出距離NonDistを代入する。次にステップS1202で、ターゲット番号j=0とする。
【0019】
ステップS1203では、注目しているレンジビンの距離値Dist[i]が未検出距離NonDistか否かを判定し、未検出距離の場合には、後述するステップS1209へすすむ。未検出距離でない場合には、ステップS1204でターゲット番号jが0か否かを判定し、0の場合にはステップS1205でターゲット距離DistTgt[j]にDist[i]を代入する。さらにステップS1206でターゲット番号jをインクリメントし、後述するステップS1209へすすむ。ステップS1204にて、ターゲット番号jが0でない場合には、ステップS1207へすすみ、注目しているレンジビンの距離値Dist[i]がターゲット距離DistTgt[j−1]+a(a:同一ターゲットか否かを判定するためのしきい値)より大きいか否かを判定し、大きい場合は、ステップ1205へすすむ。大きくない場合には、Dist[i]もDistTgt[j−1]と同一ターゲットの距離値とみなし、ステップS1208にて平均化処理を行う。
【0020】
その後、ステップS1209にて、レンジビン番号iをインクリメントし、ステップS1210で、全レンジビンについて、上記処理を終了していない、かつ、ターゲット数が抽出ターゲット数(M)を超えていない場合には、ステップS1203に戻り、上記の処理を行う。全レンジビンについて、上記処理を実施、あるいはターゲット数がMを超えている場合には、ターゲット抽出処理を終える。
【0021】
以上より、本実施の形態によれば、受信サンプルタイミングは一定間隔かつ比較的長い周期とし、送信タイミングを変化させることで、実質的にサンプリングタイミングを変え、受信側では、受信波とノコギリ波を用いてサンプルホールドし、そのサンプルホールド電圧を読み込み、距離値に換算するので、低価格かつ精度よく複数ターゲットの距離を測定することができる。
【0022】
実施の形態2.
本実施の形態は、実施の形態1におけるCPU内の処理を変更したものであり、その他の部分については実施の形態1と同様のものである。なお、全体の構成については、図1および図2に示したものと同様であるため、これらの図を参照することとし、ここではその説明を省略する。
【0023】
変更点は、図8におけるステップS804の送信タイミング電圧設定である。実施の形態1では、送信タイミング1から順番に送信タイミングNまで設定したが、ここではランダムに送信タイミング電圧を設定する。図13にランダムに送信タイミング電圧を設定する方法を示す。まず、ステップS1301で、レンジビン番号をレジスタBin[k]に入れる(k=0〜N−1)。次にステップ1302でレンジビン番号をランダムに並べ替え、レジスタBin[k]に入れ直す。そしてステップ1303で、Bin[0]から順次Bin[N−1]までV[Bin[k]]を設定する。
【0024】
以上により、本実施の形態によれば、送信タイミングをランダムに設定するので、同種レーダおよび外乱からの耐干渉性能を向上させることができる。
【0025】
【発明の効果】
この発明は、基準信号である矩形信号を生成する矩形信号生成手段と、送信タイミングを決定するための電圧値を設定する送信タイミング電圧設定手段と、上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号と上記送信タイミング電圧設定手段からの上記電圧値とに基づいて送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、生成された上記送信パルスの電波を送信する送信手段と、上記送信手段によって送信された上記電波が複数の物体に反射した反射波を受信し、その受信信号を出力する受信手段と、上記送信パルス生成手段から出力される上記送信パルスに同期したノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成手段と、上記受信用ノコギリ波生成手段からの上記ノコギリ波と上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号とに基づいて、上記受信手段から上記受信信号が入力されるときの上記ノコギリ波のレベルをサンプルホールドする受信信号サンプルホールド手段と、上記受信信号サンプルホールド手段からのサンプルホールド出力に基づいて、上記物体の検出および上記物体までの距離を測定する検出・測距手段とを備えたパルスレーダ装置であるので、受信サンプルタイミングは一定間隔かつ比較的長い周期とし、送信タイミングを変化させることで、実質的にサンプリングタイミングを変え、受信側では、受信波とノコギリ波を用いてサンプルホールドし、そのサンプルホールド電圧を上記受信サンプルタイミング毎に読み込むことで、低価格かつ距離精度のよいパルスレーダを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1によるパルスレーダ装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態1におけるRFモジュールの構成を示す構成図である。
【図4】本発明の実施の形態1における送信パルス生成回路の構成を示した回路図である。
【図5】本発明の実施の形態1における送信パルス生成回路の動作を示すタイミング図である。
【図6】本発明の実施の形態1における受信用ノコギリ波生成回路の構成を示した回路図である。
【図7】本発明の実施の形態1における受信用ノコギリ波生成回路の動作を示すタイミング図である。
【図8】本発明の実施の形態1におけるCPU内の処理の流れを説明するための流れ図である。
【図9】本発明の実施の形態1における送信タイミング電圧設定処理を説明するためのタイミング図である。
【図10】本発明の実施の形態1における検出・測距処理を説明するための流れ図である。
【図11】本発明の実施の形態1における距離算出処理を説明するためのタイミング図である。
【図12】本発明の実施の形態1におけるターゲット抽出処理を説明するための流れ図である。
【図13】本発明の実施の形態2における送信タイミング電圧設定処理を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
1 矩形信号生成手段、2 送信タイミング電圧設定手段、3 送信パルス生成手段、4 送信手段、5 受信手段、6 受信用ノコギリ波生成手段、7 受信信号サンプルホールド手段、8 検出・測距手段、201 送信パルス生成回路、202 RFモジュール、203 受信用ノコギリ波発生回路、204 受信信号サンプルホールド回路、205 CPU、301 RxLO発振器、302 パワーデバイダ、303 ミクサ1、304 TxLO発振器、305 変調器、306 ダブラー、307 フィルター1、308 Txアンテナ、309 Rxアンテナ、310,312,314 増幅器、311 ミクサ2、313 フィルター2、315 検出器、316 送信信号、317 受信信号、401 回路、402 コンパレータ、403,404,405,406,407NORゲート、601 回路、2021 送信回路、2022 受信回路。
Claims (3)
- 基準信号である矩形信号を生成する矩形信号生成手段と、
送信タイミングを決定するための電圧値を設定する送信タイミング電圧設定手段と、
上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号と上記送信タイミング電圧設定手段からの上記電圧値とに基づいて送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、
生成された上記送信パルスの電波を送信する送信手段と、
上記送信手段によって送信された上記電波が複数の物体に反射した反射波を受信し、その受信信号を出力する受信手段と、
上記送信パルス生成手段から出力される上記送信パルスに同期したノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成手段と、
上記受信用ノコギリ波生成手段からの上記ノコギリ波と上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号とに基づいて、上記受信手段から上記受信信号が入力されるときの上記ノコギリ波のレベルをサンプルホールドする受信信号サンプルホールド手段と、
上記受信信号サンプルホールド手段からのサンプルホールド出力に基づいて、上記物体の検出および上記物体までの距離を測定する検出・測距手段と
を備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。 - 上記送信タイミング電圧設定手段は、送信タイミングを決定する電圧値を複数用意し、それらを予め定められた所定の順序で設定することを特徴とする請求項1に記載のパルスレーダ装置。
- 上記送信タイミング電圧設定手段は、送信タイミングを決定する電圧値を複数用意し、それらをランダムな順序で設定することを特徴とする請求項1に記載のパルスレーダ装置。
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