JP2004151022A - Ｆｍｃｗレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】至近距離を大きな相対速度で移動するターゲットを確実に検出するＦＭＣＷレーダ装置を提供する。
【解決手段】信号処理部２２が生成する変調信号Ｍに従ってＶＣＯ１０が生成する信号（ひいてはレーダ波）は、変調範囲ΔＦの間を、第１の変化率Ａ１にて直線的に周波数を減少させる変調期間ＴＤ１と、同じく変調範囲ΔＦの間を、第２の変化率Ａ２にて直線的に周波数を減少させる変調期間ＴＤ２とを繰り返すように設定され、これら変調期間ＴＤ１，ＴＤ２で検出されるビート周波数、及び両変化率の比Ｎ（＝Ａ２／Ａ１）に基づき、ターゲットとの距離や相対速度を求める。両変調期間ＴＤ１，ＴＤ２では、いずれも周波数が漸減するように設定されているため、接近中のターゲットについてビート周波数の折り返しが発生してしまうことがなく、接近中のターゲットを確実に検出できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＭＣＷ方式によりレーダ波を送受信するレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両等に搭載され、オートクルーズ制御や衝突防止制御等に用いられるレーダ装置の一つとして、ターゲットとの距離及び相対速度を同時に検出可能なＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ ）方式のレーダ装置（以下「ＦＭＣＷレーダ装置」という）が知られている。
【０００３】
このＦＭＣＷレーダ装置では、図１０（ａ）に示すように、周波数が三角波状に漸次増減するよう変調されたレーダ波を送受信し、その送受信信号をミキシングすることで得られるビート信号の周波数（以下「ビート周波数」という）に基づいて、ターゲットとの距離や相対速度を求めている。
【０００４】
なお、図１０（ａ）において、実線は送信信号Ｓｓの周波数の変化、点線はターゲットにより反射されたレーダ波（以下では「反射波」ともいう。）の受信信号Ｓｒの周波数の変化を示している。
受信信号Ｓｒは、レーダ波がターゲットとの間を往復するのに要する時間、即ちターゲットまでの距離Ｒに比例した時間Ｔｒだけ遅延し、ターゲットとの相対速度Ｖに比例した周波数ｆｄだけ偏倚（ドップラシフト）する。
【０００５】
従って、送信信号Ｓｓの周波数が増加する（周波数の変化率が正となる）上り変調期間中に得られるビート周波数をｆｂ１、送信信号Ｓｓの周波数が減少する（周波数の変化率が負となる）下り変調期間中に得られるビート周波数をｆｂ２とすると（図１０（ｂ）参照）、これらビート周波数ｆｂ１，ｆｂ２と、遅延時間Ｔｒに基づく周波数ｆｒ及びドップラシフト周波数ｆｄとは、次の（１）（２）式に示す関係が成立する。
【０００６】
ｆｂ１＝ｆｒ−ｆｄ （１）
ｆｂ２＝ｆｒ＋ｆｄ （２）
これら（１）（２）式からは、（３）（４）式を導くことができる。
（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２＝ｆｒ （∽Ｒ） （３）
（ｆｂ１−ｆｂ２）／２＝ｆｄ （∽Ｖ） （４）
即ち、上述したように周波数ｆｒはターゲットとの距離Ｒに比例し、周波数ｆｄはターゲットとの相対速度Ｖに比例するため、これらビート周波数ｆｂ１，ｆｂ２に基づいて、ターゲットとの距離Ｒ，相対速度Ｖを求めることができるのである。
【０００７】
なお、上述した技術は、ＦＭＣＷレーダ装置において一般的なものであり、公知・公用の技術に該当するので、特に先行技術文献は開示しない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように構成されたＦＭＣＷレーダ装置では、至近距離を大きな相対速度で移動するターゲットについては、そのターゲットとの距離Ｒや相対速度Ｖを、正しく検出することができないという問題があった。
【０００９】
即ち、至近距離では、距離Ｒに比例した周波数ｆｒが小さいため、相対速度のＶに比例した周波数の絶対値｜ｆｄ｜が、これを上回ってしまう場合（ｆｒ＜｜ｆｄ｜）がある。
そして、ターゲットが接近している時には、受信信号の周波数はプラス側に偏倚（ｆｄ＞０）するため、上り変調期間にて検出されるビート周波数ｆｂ１が負値（ｆｒ−ｆｄ＜０）となり、逆にターゲットが遠離っている時には、受信信号の周波数はマイナス側に偏倚（ｆｄ＜０）するため、下り変調期間にて検出されるビート周波数ｆｂ２が負値（ｆｌ＋ｆｄ＜０）となる。
【００１０】
但し、ビート周波数ｆｂ１，ｆｂ２がマイナスの値として検出されることはなく、０Ｈｚで折り返された値、即ち（５）（６）式にて求められるような値が検出されることになり、（３）（４）式が成立しなくなるため、ビート周波数ｆｂ１，ｆｂ２からターゲットとの距離Ｒや相対速度Ｖを正しく求めることができないのである。
【００１１】
ｆｂ１＝｜ｆｒ−ｆｄ｜＝ｆｄ−ｆｒ （５）
ｆｂ２＝｜ｆｒ＋ｆｄ｜＝−ｆｒ−ｆｄ （６）
なお、このようなビート周波数の折り返しを防止する方法として、送信信号の周波数の変化率（周波数掃引の傾き）を大きくすることが知られている。
【００１２】
即ち、周波数掃引の傾きを大きくすると、距離Ｒに対する周波数ｆｒの変化率が大きくなり、一方、相対速度Ｖに基づく周波数偏倚（ドップラシフト）ｆｄは、周波数掃引の傾きによっては変化しないため、ビート周波数がマイナス値となる状況（ｆｒ＜｜ｆｄ｜）が発生し難くなるのである。
【００１３】
しかし、周波数掃引の傾きをどれだけ大きくしても、ビート周波数の折り返しが発生する可能性をゼロとすることはできず、また、周波数掃引の傾きを大きくするほど、送信信号を生成する発振器はより広い範囲で発振周波数をリニアな特性で変調させることを可能とする高性能な特性が要求されることになり、現状では、十分に傾きを大きくすることができなかった。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決するために、至近距離を大きな相対速度で移動するターゲットを確実に検出するＦＭＣＷレーダ装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明のＦＭＣＷレーダ装置では、信号生成手段が、周波数が漸次変化するよう変調された送信信号を生成し、送受信手段が、その送信信号に基づくレーダ波の送信、及びレーダ波を反射したターゲットからの反射波の受信を行う。
【００１６】
そして、ビート信号生成手段が、送受信手段からの受信信号及び送信信号と同じ周波数を有するローカル信号に基づいてビート信号を生成し、信号処理手段が、このビート信号に基づいて、レーダ波を反射したターゲットに関する情報を求める。
【００１７】
なお、信号生成手段では、少なくとも、互いに大きさが異なり且つ符号が等しい第１及び第２の変化率にて、送信信号の周波数を変化させ、信号処理手段では、第１演算手段が、第１の変化率にて周波数を変化させる第１変調期間、及び第２の変化率にて周波数を変化させる第２変調期間を第１測定期間とし、この第１測定期間にて得られるビート信号に基づいて、ターゲットとの距離及び相対速度を求める。
【００１８】
なお、第１変調期間と第２変調期間とで、同じターゲットについてのビート信号の周波数（ビート周波数）を比較すると、ターゲットとの相対速度Ｖに比例した周波数偏倚（ドップラシフト）ｆｄは、いずれの場合も同じ大きさとなり、一方、ターゲットとの距離Ｒに比例した周波数ｆｒは、送信信号の周波数の変化率の違いにより、互いに異なったものとなる。
【００１９】
第１及び第２変調期間にてそれぞれ検出されるビート周波数をｆｂ１，ｆｂ２、その時の距離Ｒに比例した周波数をｆｒ１，ｆｒ２、第１及び第２の変化率の符号を正（即ち周波数が漸次増加する）、両変化率の比をＮ（＝［第２の変化率］／［第１の変化率］）とすると、これらの間に（７）（８）式が成立する（図９参照）。
【００２０】
ｆｂ１＝ｆｒ１＋ｆｄ （７）
ｆｂ２＝ｆｒ２＋ｆｄ＝Ｎ×ｆｒ１＋ｆｄ （８）
この（７）（８）式からは、次の（９）（１０）式を導くことができる。
（ｆｂ２−ｆｂ１）／（Ｎ−１）＝ｆｒ１ （∽Ｒ） （９）
（ｆｂ２−Ｎ×ｆｂ１）／（１−Ｎ）＝ｆｄ（∽Ｖ） （１０）
なお、第１及び第２の変化率の符号を負（即ち周波数が漸次減少する）ように設定した場合には、ｆｄを−ｆｄに置き換えればよい。
【００２１】
つまり、第１及び第２変調期間における周波数の変化率の符号が同じであっても、両変調期間にて検出されるビート周波数からターゲットとの距離Ｒや相対速度Ｖを求めることが可能であることがわかる。
また、送信信号の周波数が漸次増加する変調期間では、ドップラシフトにより周波数がマイナス側にどれだけ偏倚しても、ビート周波数が負（送信信号Ｓｓの周波数が受信信号Ｓｒの周波数より小）になることはなく、また、送信信号の周波数が漸次減少する変調期間では、ドップラシフトによる周波数がプラス側にどれだけ偏倚しても、ビート周波数が負（送信信号Ｓｓの周波数が受信信号Ｓｒの周波数より大）になることはない（図１０参照）。
【００２２】
従って、第１及び第２変調期間の双方にて、送信信号の周波数が漸次増加するように第１及び第２の変化率を設定した場合には、当該装置から遠離るターゲットについて、ビート周波数の折り返しが発生することを確実に防止でき、逆に、送信信号の周波数が漸次減少するように第１及び第２の変化率を設定した場合には、当該装置に接近するターゲットについて、ビート周波数の折り返しが発生することを確実に防止できる。
【００２３】
このため、特に後者の場合には、近距離で自車両に接近するターゲットを検知する必要のある自動車用衝突防止レーダ等に好適に用いることができる。
なお、信号処理手段には、第１演算手段とは別に第２演算手段を設けると共に、少なくとも一方が第１及び第２変調期間とは異なる変化率にて周波数を変化させるように設定された二つの測定期間を第２測定期間として設定し、この第２測定期間にて得られるビート信号に基づいて、第２演算手段が、ターゲットとの距離及び相対速度を求めるようにしてもよい。この場合、測定条件を変えて測定することで得られたビート信号に基づく２種類の演算結果が得られることになる。
【００２４】
そして、第１及び第２演算手段での演算結果のうち、互いに一致しないものがある場合、その演算結果の算出に使用されたビート信号のいずれかにて周波数の折り返しが発生しているものとして、その演算結果の除去或いは補正を行うように構成すれば、演算結果の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
なお、信号生成手段を、例えば、第１及び第２の変化率に加えて、互いに大きさが異なり且つ前記第１及び第２の変化率とは符号が異なる第３及び第４の変化率にて、送信信号の周波数を変化させるように構成した場合には、第２演算手段は、第３の変化率にて周波数を変化させる第３変調期間、及び第４の変化率にて周波数を変化させる第４変調期間を、第２測定期間とすればよい。
【００２６】
この場合、第１及び第２測定期間のうち、二つの変調期間の周波数が漸次増加するように設定された一方の測定期間にて得られたビート信号に基づいて、至近距離に存在し大きな相対速度で遠離るターゲットとの距離や相対速度を確実に検出できると共に、二つの変調期間の周波数が漸次減少するように設定された他方の測定期間にて得られたビート信号に基づいて、至近距離に存在し大きな相対速度で接近するターゲットとの距離や相対速度を確実に検出することができる。
【００２７】
つまり、至近距離に存在する全てのターゲットを確実に検出できるようにすることが可能となる。
また、信号生成手段を、第１及び第２の変化率に加えて、互いに符号が異なり且つ絶対値の大きさが等しい第５及び第６の変化率にて、送信信号の周波数を変化させるように構成した場合には、第２演算手段は、第５の変化率にて周波数を変化させる第５変調期間、及び第６の変化率にて周波数を変化させる第６変調期間を、第２測定期間とすればよい。
【００２８】
この場合、第２測定期間では、周波数が漸次増加する変調期間と周波数が漸次減少する変調期間とを有する一般的なＦＭＣＷレーダ装置と同様の測定を行うことができる。
更に、信号生成手段を、第１及び第２の変化率に加えて、該第１及び第２の変化率のいずれか一方と絶対値の大きさが等しく且つ符号が異なる第７の変化率にて、送信信号の周波数を変化させるように構成した場合には、第２演算手段は、第７の変化率にて周波数を変化させる第７変調期間、及び第１及び第２変調期間のうち第７の変化率と絶対値の大きさが等しい変化率にて周波数を変化させる方を、第２測定期間とすればよい。
【００２９】
この場合も、第２測定期間では、一般的なＦＭＣＷレーダ装置と同様の測定を行うことができ、しかも、第１及び第２測定期間が、各測定期間を構成する二つの変調期間のうち一方の変調期間を共用しているため、測定（ビート信号の取得）に要する時間、取得したビート信号（のサンプリング値）を格納するメモリの容量、及びその測定結果を処理する第１及び第２演算手段での処理量，処理時間を大幅に削減することができる。
【００３０】
ところで、送受信手段が、送信アンテナと受信アンテナとの組合わせからなるチャンネルを複数有する場合に、周波数の変化率の符号が両変調期間で等しい第１測定期間では一部のチャンネルを、周波数の変化率の符号が両変調期間で互いに異なる第２測定期間では全てのチャンネルを順次使用して、レーダ波の送受信を行うように構成してもよい。
【００３１】
この場合、全てのチャンネルを使用する第２測定期間にて得えられるビート信号に基づけば、ターゲットの方位を求める際に良好な分解能が得られる代わりに、ターゲットについての情報が得られるまでの時間が長くなり、一方、一部のチャンネルのみを使用する第１測定期間にて得られたビート信号に基づけば、ターゲットの方位を求める際の方位分解能が低下する代わりに、ターゲットについての情報が得られるまでの時間を短縮できる。
【００３２】
従って、信号処理手段は、第１演算手段での演算結果を、直ちに危険な存在となる可能性が高く、方位角度の広がりの大きい近距離ターゲットの捕捉のために主として用い、第２演算手段での演算結果を、直ちには危険な存在となる可能性が低く、方位角度の広がりの小さい遠距離ターゲットの捕捉のために主として用いるように構成することが望ましい。
【００３３】
また、信号処理手段は、各変調期間のうち、信号生成手段にて生成される送信信号の周波数が安定した変化率で変化する区間にて得られるビート信号を用いて処理を行うことが望ましい。
なお、信号処理手段が、リニアリティの良い上記区間でのみビート信号を取得（サンプリング）するように構成してもよいし、変調期間の全期間にわたってビート信号を取得後、その中から、上記区間以外のデータを廃棄するように構成してもよい。具体的には、周波数が不連続的に変化する変調期間の境界部分の近辺では、周波数の変化が不安定になるため、これらの区間以外にて得られるビート信号を用いればよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１（ａ）は、第１実施形態の車載用のＦＭＣＷレーダ装置の全体構成を表すブロック図である。
【００３５】
図１（ａ）に示すように、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置２は、ミリ波帯又はマイクロ波帯で発振し、変調信号Ｍに従って発振周波数が変化する電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０と、ＶＣＯ１０の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１２と、送信信号Ｓｓに応じたレーダ波を放射する送信アンテナ１４と、レーダ波を受信する受信アンテナ１６と、受信アンテナ１６からの受信信号Ｓｒにローカル信号Ｌを混合してビート信号Ｂを生成するミキサ２０と、変調信号Ｍを生成する信号生成処理や、ミキサ２０が生成したビート信号Ｂに基づいて、レーダ波を反射したターゲットとの距離Ｒや相対速度Ｖを求めるターゲット検出処理等を行う信号処理部２２とを備えている。
【００３６】
なお、信号処理部２２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、更に、ミキサ２０が生成するビート信号ＢをサンプリングするＡ／Ｄ変換器、Ａ／Ｄ変換器を介して取り込んだデータに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理等を施すための演算処理装置（例えばＤＳＰ）、変調信号Ｍを生成するためのＤ／Ａ変換器等を備えている。
【００３７】
そして、信号処理部２２が実行する信号生成処理では、ＶＣＯ１０の発振周波数、即ち送信信号Ｓｓやローカル信号Ｌの周波数を、図１（ｂ）に示す鋸歯状のパターンに従って変化させるための変調信号Ｍを生成する。
具体的には、変調範囲ΔＦ（本実施形態では、中心周波数が７６．５ＧＨｚ，変調幅が１００ＭＨｚ）の間を、第１の変化率Ａ１にて直線的に周波数を減少させる変調期間（第１変調期間に相当する。）ＴＤ１と、同じく変調範囲ΔＦの間を、第２の変化率Ａ２にて直線的に周波数を減少させる変調期間（第２変調期間に相当する。）ＴＤ２とからなる測定期間Ｔを繰り返すように設定されている。
【００３８】
即ち、第１及び第２の変化率Ａ１，Ａ２は、互いに大きさが異なり且つ符号が等しくなるようにされている。但し、第２の変化率Ａ２は、第１の変化率Ａ１のＮ倍（本実施形態ではＮ＝２）に設定されている。
このように構成された本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置２では、ＶＣＯ１０が信号処理部２２からの変調信号Ｍに従って生成した出力を、分配器１２が電力分配することにより、送信信号Ｓｓ及びローカル信号Ｌを生成し、このうち送信信号Ｓｓは、送信アンテナ１４に供給され、レーダ波として送出される。
【００３９】
この送信アンテナ１４から送出されターゲットに反射して戻ってきたレーダ波（反射波）は受信アンテナ１６にて受信され、その受信信号Ｓｒがミキサ２０に供給される。すると、ミキサ２０では、この受信信号Ｓｒに分配器１２からのローカル信号Ｌを混合することによりビート信号Ｂを生成して、信号処理部２２に供給する。
【００４０】
そして、信号処理部２２は、測定期間Ｔ中にビート信号Ｂをサンプリングし、測定期間Ｔが終了する毎に、サンプリングしたデータに基づいてターゲット検出処理を実行する。
なお、ターゲット検出処理では、測定期間中にサンプリングされたデータを必ずしも全て使用する必要はなく、測定期間の中でＶＣＯ１０の周波数の変化率が安定する（リニアリティの良い）区間、即ち変調範囲の上限及び下限付近を除いたデータ取得区間でサンプリングされたデータのみを用いればよい。具体的にはデータ取得区間でのみサンプリングを行ってもよいし、測定期間の全期間に渡ってサンプリングされたデータの中から、データ取得区間のデータのみを抽出してもよい。
【００４１】
ここで、信号処理部２２が実行するターゲット検出処理を、図２に示すフローチャートに沿って説明する。
本処理が起動すると、まず、測定期間Ｔを構成する各変調期間ＴＤ１，ＴＤ２毎に、ビート信号Ｂの周波数分布を求めるＦＦＴ処理を行い（Ｓ１１０）、このＦＦＴ処理により得られたビート信号Ｂの周波数分布からピーク成分を抽出するピークサーチ処理（Ｓ１２０）を行う。
【００４２】
そして、ピーク成分の信号強度や過去の履歴情報などに基づき、両変調期間ＴＤ１，ＴＤ２の間で、同一ターゲットからの反射波に基づいて生成された対になるべきピーク成分（以下「ピークペア」という。）を特定するペアマッチ処理を行い（Ｓ１３０）、ペアマッチ処理で特定された各ピークペアについて、そのピーク成分の周波数（以下「ビート周波数」という。）から、それぞれターゲットとの距離Ｒや相対速度Ｖを求める距離、速度算出処理を行って（Ｓ１４０）、本処理を終了する。
【００４３】
なお、距離、速度算出処理では、変調期間ＴＤ１にて検出されたピーク成分の周波数（以下「ビート周波数」という。）をｆｂ１、変調期間ＴＤ２にて検出されたビート周波数をｆｂ２として、これら一対のビート周波数ｆｂ１，ｆｂ２から、上述の（９）（１０）に従って、ターゲットとの距離Ｒに比例した周波数ｆｒ、及び相対速度Ｖに比例した周波数ｆｄを求め、その周波数ｆｒ，ｆｄからＦＭＣＷ方式において周知の演算式を用いてターゲットとの距離Ｒや相対速度Ｖを求める。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置２においては、両変調期間ＴＤ１，ＴＤ２における周波数の変化率Ａ１，Ａ２が、互いに大きさが異なり且つ符号が同じとなる（但しいずれも周波数を減少させる）ように設定されている。このため、いずれの変調期間ＴＤ１，ＴＤ２においても、ドップラシフトによるビート周波数のマイナス側への偏倚に対しては、ビート周波数の折り返しが発生することを確実に防止できる。その結果、当該装置に接近するターゲット、特に、至近距離にあり（Ｒが小）、大きな相対速度（｜Ｖ｜が大）で接近するターゲット、即ち当該装置を搭載した車両に衝突する危険性のあるターゲットを確実に検出することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、両変調期間ＴＤ１，ＴＤ２における周波数の変化率Ａ１，Ａ２が、いずれも周波数を減少させるように設定されているが、逆にいずれも周波数を増大させるように設定してもよい。この場合、いずれの変調期間においても、ドップラシフトによるビート周波数のプラス側への偏倚に対しては、ビート周波数の折り返しが発生することを確実に防止でき、当該装置から遠離るターゲットを、至近距離であっても確実に検出することができる。
【００４６】
即ち、変化率Ａ１，Ａ２の符号は、ターゲットの相対速度Ｖのうち、より重要な向きにおいて、ビート周波数の折り返しが発生しないように設定すればよい。本実施形態において、ＶＣＯ１０及び信号生成処理が信号生成手段、送信アンテナ１４，受信アンテナ１６が送受信手段、分配器１２，ミキサ２０がビート信号生成手段、信号処理部２２のビート信号検出処理が信号処理手段（第１演算手段）に相当する。
［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。
【００４７】
なお、本実施形態では第１実施形態とは信号処理部２２が実行する信号生成処理、及びターゲット検出処理の内容が一部が異なるだけであるため、これらの相異する部分を中心に説明する。
即ち、本実施形態において、信号処理部２２が実行する信号生成処理では、ＶＣＯ１０の発振周波数を、図２に示すパターンに従って変化させるための変調信号Ｍを生成する。
【００４８】
具体的には、第１実施形態と同様に、変調範囲ΔＦの間を、第１の変化率Ａ１にて直線的に周波数を減少させる変調期間（第１変調期間に相当する。）ＴＤ１と、同じく変調範囲ΔＦの間を、第２の変化率Ａ２にて直線的に周波数を減少させる変調期間（第２変調期間に相当する。）ＴＤ２とからなる第１測定期間Ｔ１を備える。これに加えて、変調範囲ΔＦの間を、第１の変化率Ａ１とは符号の異なる第３の変化率Ａ３（＝−Ａ１）にて直線的に周波数を増大させる変調期間（第３変調期間に相当する。）ＴＵ１と、同じく変調範囲ΔＦの間を、第２の変化率Ａ２とは符号の異なる第４の変化率Ａ４（＝−Ａ２）にて直線的に周波数を増大させる変調期間（第４変調期間に相当する。）ＴＵ２とからなる第２測定期間Ｔ２を備える。
【００４９】
即ち、第１及び第２の変化率Ａ１，Ａ２は、互いに大きさが異なり且つ符号が等しくなるように設定され、第３及び第４の変化率Ａ３，Ａ４は、互いに大きさが異なり且つ符号が等しくなる（但し、第１及び第２の変化率Ａ１，Ａ２とは符号が異なる。）ように設定されている。
【００５０】
そして、信号生成処理では、これら第１測定期間Ｔ１と第２測定期間Ｔ２とが交互に繰り返されるような変調信号Ｍを生成し、また、ターゲット検出処理は、両測定期間Ｔ１，Ｔ２でのビート信号Ｂのサンプリングが終了する毎に起動される。具体的には、第１測定期間Ｔ１の終了時、又は第２測定期間Ｔ２の終了時のいずれか一方のタイミングで起動される。
【００５１】
次に、ターゲット検出処理を、図４に示すフローチャートに沿って説明する。本処理が起動すると、まず、第１測定期間Ｔ１中にサンプリングされたデータに基づいて、第１実施形態におけるターゲット検出処理（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）と全く同様の処理（Ｓ２１０）を実行する。但し、この場合、測定期間Ｔを第１測定期間Ｔ１に読み替えるものとする。また、この処理が第１演算手段に相当する。
【００５２】
次に、第２測定期間Ｔ２中にサンプリングされたデータに基づいて、Ｓ２１０と同様に、第１実施形態におけるターゲット検出処理（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）と全く同様の処理（Ｓ２２０）を実行する。但し、この場合、変調期間ＴＤ１を変調期間ＴＵ１に、変調期間ＴＤ２を変調期間ＴＤ４に、測定期間Ｔを第２測定期間Ｔ２に読み替えるものとする。また、この処理が第２演算手段に相当する。
【００５３】
そして、Ｓ２１０，Ｓ２２０にて各測定期間Ｔ１，Ｔ２毎に算出された演算結果（ターゲットとの距離Ｒや相対速度Ｖ）を比較して、両測定期間Ｔ１，Ｔ２の間で互いに一致する演算結果については同一ターゲットに基づくものとして統合し（Ｓ２３０）、統合することのできない不一致の演算結果があるか否かを判断する（Ｓ２４０）。
【００５４】
その結果、不一致の演算結果がなければ、ビート周波数の折り返しによる虚像が発生していないものとして、そのまま本処理を終了し、一方、不一致の演算結果があれば、ビート周波数の折り返しによる虚像が発生しているものとして、これら虚像に対する補正処理（Ｓ２４０）を行った後、本処理を終了する。
【００５５】
なお、Ｓ２４０の補正処理では、不一致となった演算結果を、単に破棄するだけでもよいし、一方の測定期間で得られたビート周波数に折り返しが生じているものとして距離Ｒや相対速度Ｖを再計算し、他方の測定期間で得られた演算結果に一致するものがあれば、これを同一のターゲットに基づくものとして統合するようにしてもよい。また、過去の履歴情報などに基づいて、虚像であるか否かを推定するようにしてもよい。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１測定期間Ｔ１を構成する両変調期間ＴＤ１，ＴＤ２では、いずれもレーダ波の周波数が減少するように設定されているため、この第１測定期間Ｔ１にて検出されるビート信号Ｂに基づいて、当該装置に接近するターゲットを確実に検出でき、また、第２測定期間Ｔ２を構成する両変調期間ＴＵ１，ＴＵ２では、いずれもレーダ波の周波数が増大するように設定されているため、この第２測定期間Ｔ２にて検出されるビート信号Ｂに基づいて、第１測定期間Ｔ１とは逆に、当該装置から遠離るターゲットを確実に検出できる。
【００５７】
しかも、本実施形態では、各測定期間Ｔ１，Ｔ２にて、それぞれターゲットの距離Ｒや相対速度Ｖを求め、両測定期間Ｔ１，Ｔ２の間で演算結果が一致するものを同一ターゲットのものとして統合するようにされている。つまり、演算結果が互いに一致するものは、いずれもビート周波数の折り返しによる虚像ではないと特定できるため、信頼性の高い情報を得ることができる。
【００５８】
そして、補正処理にて、特に、不一致となった演算結果を破棄するようにした場合には、虚像に基づいて存在しないターゲットを検出してしまうことを確実に防止できる。
また、補正処理にて、ビート周波数の折り返しがあるものとした再計算や、履歴に基づく推定などを行うようにした場合には、至近距離に存在するターゲットが検出されずに放置されることを防止できる。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。
【００５９】
なお、本実施形態では第１実施形態とは構成の一部、及び信号処理部にて実行する処理内容の一部が異なるだけであるため、これら第１実施形態とは相異する部分を中心に説明する。
図３に示すように、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置２ａは、単一の受信アンテナ１６の代わりに、複数の受信アンテナ（本実施形態では８個）からなる受信側アンテナ部１７と、受信側アンテナ部１７を構成する受信アンテナのいずれかを選択信号Ｘに従って択一的に選択し、選択された受信アンテナからの受信信号Ｓｒをミキサ２０に供給するスイッチ部１８とを備えている。
【００６０】
なお、受信側アンテナ部１７を構成する各受信アンテナは、その正面方向に対する利得の低下が３ｄＢ以内の角度範囲を表すビーム幅が、いずれも送信アンテナ１４のビーム幅全体を含むように設定されている。
そして、各受信アンテナは、それぞれが送信アンテナ１４との組合せで使用され、これらの組合せを、以下ではチャンネル１〜８と称する。但し、受信側アンテナ部１７を構成する各アンテナとチャンネル１〜８との対応関係は配列順でもランダムでもよく、任意に設定してよい。
【００６１】
次に、信号処理部２２ａが実行する信号生成処理では、ＶＣＯ１０の発振周波数を、図６に示すパターンに従って変化させるための変調信号Ｍを生成する。
具体的には、変調範囲ΔＦの間を、第１の変化率Ａ１にて直線的に周波数を減少させる変調期間（第１変調期間に相当する。）ＴＤ１と、変調範囲ΔＦより変調幅が広く（ここでは上限周波数が高く）設定された第２変調範囲ΔＦ２の間を、第２の変化率Ａ２にて直線的に周波数を減少させる変調期間（第２変調期間に相当する。）ＴＤ２とからなる第１測定期間Ｔ１を備える。但し、第２の変化率Ａ２は、第１の変化率Ａ１のＮ１倍（本実施形態ではＮ１＝２）に設定されている。
【００６２】
また、変調範囲ΔＦの間を、第５の変化率Ａ５にて直線的に周波数を増大させる変調期間ＴＵ１と、変調範囲ΔＦの間を、第５の変化率Ａ５とは符号の異なる第６の変化率Ａ６（＝−Ａ５）にて直線的に周波数を減少させる変調期間ＴＤ３とからなる第２測定期間Ｔ２を備えている（変調期間ＴＵ１，ＴＤ３が第５及び第６変調期間に相当する。）。
【００６３】
即ち、第１及び第２の変化率Ａ１，Ａ２は、互いに大きさが異なり且つ符号が等しくなるように設定され、第５及び第６の変化率Ａ５，Ａ６は、互いに符号が異なり且つ絶対値の大きさが等しくなるように設定されている。
また、信号生成処理では、上述したような変調信号Ｍを生成すると共に、第１測定期間Ｔ１の間は、一部のチャンネル（本実施形態ではチャンネル１〜３）を順次選択する操作を繰り返し、第２測定期間Ｔ２の間は、全てのチャンネル１〜８を順次選択する操作を繰り返すように、スイッチ部１８を動作させるための選択信号Ｘを生成するようにされている。
【００６４】
但し、第１測定期間Ｔ１の開始時には、予め設定された近距離範囲の上限距離（例えば５０ｍ）をレーダ波が往復するのに要する時間以上に設定された待ち時間Ｗ１だけ経過した後、選択信号Ｘによるチャンネルの切り替えを開始し、また、第２測定期間Ｔ２の開始時には、当該装置によるターゲットの最大検知距離（例えば１００ｍ）をレーダ波が往復するのに要する時間以上に設定された待ち時間Ｗ２だけ経過した後、選択信号Ｘによるチャンネルの切り替えを開始するように設定されている。
【００６５】
また、信号処理部２２ａでは、ターゲット検出処理の代わりに、第１測定期間が終了する毎に第１演算手段としての近距離ターゲット検出処理を、第２測定期間が終了する毎に第２演算手段としての全範囲ターゲット検出処理を実行する。これら近距離ターゲット検出処理、及び全範囲ターゲット検出処理を、図７に示すフローチャートに沿って次に、ターゲット検出処理を、図７に示すフローチャートに沿って説明する。
【００６６】
まず、近距離ターゲット検出処理は、図７（ａ）に示すように、第１測定期間Ｔ１中にサンプリングされたデータに基づいて、第１実施形態におけるターゲット検出処理（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）と同様の処理（Ｓ３１０）を実行する。但し、この場合、測定期間Ｔを第１測定期間Ｔ１に読み替えるものとする。
【００６７】
なお、ＦＦＴ処理は、いずれか一つのチャンネルのデータのみについてのみ行ってもよいし、各チャンネル毎にＦＦＴ処理を行い、その結果から使用した全チャンネルの平均周波数分布を求め、この平均周波数分布に基づいてピーク抽出を行うようにしてもよい。
【００６８】
Ｓ３１０にて検出されたターゲット（距離Ｒ，相対速度Ｖが算出されたターゲット）のうち、距離Ｒが近距離範囲外のもの（これを「中・遠距離ターゲット」という。）が存在するか否かを判断し（Ｓ３２０）、存在すれば、その中・遠距離ターゲットの演算結果を破棄する（Ｓ３３０）。
【００６９】
そして、距離Ｒが近距離範囲内のターゲット（これを「近距離ターゲット」という。）についてのみ、各チャンネルで得られたデータに基づいて、その方位を算出する方位算出処理を行って（Ｓ３４０）、本処理を終了する。
次に、全範囲ターゲット検出処理は、図７（ｂ）に示すように、第２測定期間Ｔ２中にサンプリングされたデータに基づいて、第１実施形態におけるターゲット検出処理（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）と同様の処理（Ｓ４１０）を実行する。但し、この場合、測定期間Ｔを第２測定期間Ｔ２、変調期間ＴＤ１，ＴＤ２を変調期間ＴＵ１，ＴＤ３に読み替えるものとし、距離・相対速度の算出（Ｓ１４０）には、周波数が漸増する上り変調期間と周波数が漸減する下り変調期間とで検出されたビート信号に基づいて距離・相対速度を算出するＦＭＣＷ方式において、一般的に使用される公知の式を用いるものとする。
【００７０】
Ｓ４１０にて検出されたターゲットのうち、近距離範囲内のターゲットの演算結果を、近距離ターゲット検出処理での演算結果と比較し、これと不一致となる近距離ターゲットが存在するか否かを判断し（Ｓ４２０）、存在すれば、その不一致となった近距離ターゲットは、ビート周波数の折り返しなどにより生じた虚像であるものとして、その演算結果を破棄する（Ｓ４３０）。
【００７１】
そして、破棄されずに残ったターゲットについてのみ、各チャンネルで得られたデータに基づいて、その方位を算出する方位算出処理を行って（Ｓ３４０）、本処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置２ａにおいては、一部のチャンネルのみを使用する第１測定期間Ｔ１と、全チャンネルを使用する第２測定期間Ｔ２とを交互に設け、第１測定期間Ｔ１を構成する二つの変調期間ＴＤ１，ＴＤ２では、いずれも周波数が漸減し、第２測定期間Ｔ２を構成する二つの変調期間ＴＵ１，ＴＤ３では、一方で周波数が漸増し他方で周波数が漸減するように設定し、第１測定期間Ｔ１では近距離ターゲットのみを、第２測定期間Ｔ２では検知範囲内の全てのターゲットを検出対象としている。
【００７２】
従って、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置２ａによれば、第１測定期間Ｔ１が終了する毎に実行する近距離ターゲット検出処理での演算結果に基づいて、近距離ターゲットについては高い距離精度にて応答性よく検出することができ、特に、接近中のターゲットについては漏れなく検出することができる。
【００７３】
また、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置２ａによれば、第２測定期間Ｔ２が終了する毎に実行する全範囲ターゲット検出処理での演算結果に基づいて、全検知範囲内のターゲットを高い方位精度（方位分解能）にて検出することができ、特に、近距離ターゲットについては、近距離ターゲット検出処理での演算結果と一致しない演算結果を破棄するようにされているため、ビート周波数の折り返しに基づく誤検知を防止することができる。
【００７４】
なお、本実施形態では、第１測定期間Ｔ１と第２測定期間Ｔ２とを交互に設けているが、第１測定期間Ｔ１を複数回繰り返す毎に、第２測定期間を１回挿入する等、両測定期間Ｔ１，Ｔ２は任意の比率で設ければよい。
また、本実施形態では、第１及び第２測定期間Ｔ１，Ｔ２を通して、周波数が漸減する変調期間を３個（ＴＤ１〜ＴＤ３）、周波数が漸増する変調期間を１個（ＴＵ１）備えているが、図８に示すように、変調期間ＴＤ２を省略し、変調期間ＴＤ１，ＴＤ３を第１測定期間Ｔ１、変調期間ＴＵ１，ＴＤ３を第２測定期間Ｔ２として、両測定期間Ｔ１，Ｔ２にて、変調期間ＴＤ３を共用するように構成してもよい。この場合、変調期間ＴＵ１が第７変調期間に相当する。
【００７５】
そして、近距離ターゲット検出処理では、変調期間ＴＤ３にて得られる全チャンネルのデータのうち、第１測定期間Ｔ１にて必要となるチャンネル（本実施形態ではチャンネル１〜３）のデータのみを抽出して使用すればよい。従って、この場合、信号処理部２２ａでは、サンプリングしたデータを保存するために必要なメモリ量、及びそのデータの処理にかかる計算量を大幅に削減することができる。
【００７６】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、送信アンテナを一つ、受信アンテナを一つ又は複数備えたレーダ装置に本発明を適用したが、送信アンテナを複数備えたレーダ装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のＦＭＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図、及びレーダ波の変調方法を示すグラフである。
【図２】第１実施形態におけるターゲット検出処理の内容を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態におけるレーダ波の変調方法を示すグラフである。
【図４】第２実施形態におけるターゲット検出処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】第３実施形態のＦＭＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第３実施形態におけるレーダ波の変調方法を示すグラフである。
【図７】第３実施形態における近距離ターゲット検出処理、及び全範囲ターゲット検出処理の内容を示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態の変形例におけるレーダ波の変調方法を示すグラフである。
【図９】本発明にて使用するビート周波数の関係を示す説明図である。
【図１０】ＦＭＣＷレーダの動作を示す説明図である。
【符号の説明】
２，２ａ…ＦＭＣＷレーダ装置、１２…分配器、１４…送信アンテナ、１６…受信アンテナ、１７…受信側アンテナ部、１８…スイッチ部、２０…ミキサ、２２，２２ａ…信号処理部。

Claims (11)

1. 周波数が漸次変化するよう変調された送信信号を生成する信号生成手段と、
   該信号生成手段が生成した送信信号に基づくレーダ波の送信、及び該レーダ波を反射したターゲットからの反射波の受信を行う送受信手段と、
   前記送受信手段からの受信信号及び前記送信信号と同じ周波数を有するローカル信号に基づいてビート信号を生成するビート信号生成手段と、
   該ビート信号生成手段が生成したビート信号に基づいて、レーダ波を反射したターゲットに関する情報を求める信号処理手段と、
   を備えたＦＭＣＷレーダ装置において、
   前記信号生成手段は、少なくとも、互いに大きさが異なり且つ符号が等しい第１及び第２の変化率にて、前記送信信号の周波数を変化させ、
   前記信号処理手段は、
   前記第１の変化率にて周波数を変化させる第１変調期間、及び前記第２の変化率にて周波数を変化させる第２変調期間を第１測定期間とし、該第１測定期間にて得られるビート信号に基づいて、前記ターゲットとの距離及び相対速度を求める第１演算手段を備えることを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
2. 前記第１及び第２変調期間では、送信信号の周波数が漸次増加することを特徴とする請求項１記載のＦＭＣＷレーダ装置。
3. 前記第１及び第２変調期間では、送信信号の周波数が漸次減少することを特徴とする請求項１記載のＦＭＣＷレーダ装置。
4. 請求項１記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
   前記信号処理手段は、少なくとも一方が前記第１及び第２変調期間とは異なる変化率にて周波数を変化させるように設定された二つの測定期間を第２測定期間とし、該第２測定期間にて得られるビート信号に基づいて、前記ターゲットとの距離及び相対速度を求める第２演算手段を備えることを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
5. 請求項４記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
   前記信号処理手段は、前記第１及び第２演算手段での演算結果のうち、互いに一致しないものがある場合、該演算結果の算出に使用されたビート信号のいずれかにて周波数の折り返しが発生しているものとして、該演算結果の除去或いは補正を行うことを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
6. 請求項４又は請求項５記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
   前記信号生成手段は、前記第１及び第２の変化率に加えて、互いに大きさが異なり且つ前記第１及び第２の変化率とは符号が異なる第３及び第４の変化率にて、前記送信信号の周波数を変化させ、
   前記第２演算手段は、前記第３の変化率にて周波数を変化させる第３変調期間、及び前記第４の変化率にて周波数を変化させる第４変調期間を、前記第２測定期間とすることを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
7. 請求項４又は請求項５記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
   前記信号生成手段は、前記第１及び第２の変化率に加えて、互いに符号が異なり且つ絶対値の大きさが等しい第５及び第６の変化率にて、前記送信信号の周波数を変化させ、
   前記第２演算手段は、前記第５の変化率にて周波数を変化させる第５変調期間、及び前記第６の変化率にて周波数を変化させる第６変調期間を、前記第２測定期間とすることを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
8. 請求項４又は請求項５記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
   前記信号生成手段は、前記第１及び第２の変化率に加えて、該第１及び第２の変化率のいずれか一方と絶対値の大きさが等しく且つ符号が異なる第７の変化率にて、前記送信信号の周波数を変化させ、
   前記第２演算手段は、前記第７の変化率にて周波数を変化させる第７変調期間、及び前記第１及び第２変調期間のうち前記第７の変化率と絶対値の大きさが等しい変化率にて周波数を変化させる方を、前記第２測定期間とすることを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
9. 請求項７又は請求項８記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
   前記信号処理手段は、前記第１演算手段での演算結果を、主として近距離ターゲットの捕捉のために用い、前記第２演算手段での演算結果を、主として遠距離ターゲットの捕捉のために用いることを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
10. 請求項７乃至請求項９いずれか記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
    前記送受信手段は、送信アンテナと受信アンテナとの組合わせからなるチャンネルを複数有し、前記第１測定期間では一部のチャンネルを、前記第２測定期間では全てのチャンネルを順次使用して、レーダ波の送受信を行うことを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
11. 請求項１乃至請求項１０いずれか記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
    前記信号処理手段は、前記各変調期間のうち、前記信号生成手段にて生成される送信信号の周波数が安定した変化率で変化する区間にて得られるビート信号を用いて処理を行うことを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。

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