JP2004245647A - 近距離レーダ装置および近距離レーダ装置を搭載した車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】近距離でも高精度な距離測定をすることができる近距離レーダ装置を提供する。
【解決手段】近距離レーダ装置１Ａは、目標Ｔに対し送信信号を送信し目標Ｔからの反射波信号を受信する送受信部２Ａと、所定のスイッチ周波数ｆｓｗにより目標Ｔに対する送受信を逆相で切り替える送受信スイッチ１０，１３と、を備え、目標Ｔに対する送受信を時分割で行う。また、受信信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントＮを検出するヌルポイント検出部２４と、検出したヌルポイントＮに基づいて、目標Ｔまでの距離Ｒ０を検出する距離検出部２５を備えた。
【選択図】 図１
【解決手段】近距離レーダ装置１Ａは、目標Ｔに対し送信信号を送信し目標Ｔからの反射波信号を受信する送受信部２Ａと、所定のスイッチ周波数ｆｓｗにより目標Ｔに対する送受信を逆相で切り替える送受信スイッチ１０，１３と、を備え、目標Ｔに対する送受信を時分割で行う。また、受信信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントＮを検出するヌルポイント検出部２４と、検出したヌルポイントＮに基づいて、目標Ｔまでの距離Ｒ０を検出する距離検出部２５を備えた。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、目標との距離、特に近距離を測定するレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車載レーダ装置は、目標となる先行車との距離を測定・検出して追突の危険性を判別し、運転者に警報するものである。このような車載レーダ装置は、車両に搭載するため小型化が要求されている。
【０００３】
そこで、上述した小型化あるいは低廉化の要求を満たすため、従来から、機器構成が簡単なＦＭ−ＣＷレーダ方式の車載レーダ装置が提供されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１のレーダ装置は、周波数変調信号を送信し、目標物体で反射された信号を受信して送信信号と混合して得たビート信号から上記目標物体の距離及び相対速度を得るレーダ装置において、単一のアンテナを使用し、送受信を時分割で行うレーダ装置である。
【０００５】
すなわち、特許文献１のレーダ装置は、図９に示すように、電圧制御発振器（ＶＣＯ）５０には周波数が数ＫＨｚの三角波のベースバンド信号（ＭＯＤ）が印加され、電圧制御発振器５０で周波数変調が行われる。この被周波数変調信号は周波数ｆ０ が数１０［ＧＨｚ］であり、送信側スイッチ（ＳＷ）５１に供給されると共に、その一部が分岐されて受信ミキサ５２に供給される。送信側スイッチ５１はスイッチ駆動信号源（ＬＯ）５３の出力する駆動信号により開閉制御される。なお駆動信号は周波数ｆｓｗが数１０［ＭＨｚ］で５０％デューティの矩形波である。そして、送信側スイッチ５１のＯＮ時に周波数変調信号がアンテナ共用手段５４を通してアンテナ５５に供給されて送信される。また、スイッチ駆動信号源５３の出力する駆動信号はインバータ５６で反転されて受信側スイッチ５７に供給されている。これにより、送信側スイッチ５１ＯＦＦ時に受信側スイッチ５７がＯＮされ、この受信側スイッチ５７のＯＮ時にアンテナ５５で受信した受信信号がアンテナ共用手段５４、受信側スイッチ５７を通して受信ミキサ５２に供給され、ＩＦ信号とされて出力される。これにより、単一のアンテナを送信及び受信で共用するため、レーダ装置の小型化及び低廉化を実現している。
【０００６】
また、ＦＭ−ＣＷレーダ方式の他、パルス方式や２周波ＣＷ方式がある。パルス方式のレーダ装置は、パルス変調した送信波を、目標に反射させ、エコーとして受信するレーダ装置である。そして、送信パルスに対するエコーの遅延時間により、目標までの距離が求められる。また、２周波ＣＷ方式のレーダ装置では、非常に近接した連続波（ＣＷ）の２波をほぼ同時に送信し、目標から反射されるエコーのドプラ成分の位相差から距離を、またドプラ周波数から速度を検出する装置である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２４３７３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなレーダ装置は、小型化の要求のほか、更なる事故防止及び安全確保のため、近距離測定の高精度化、すなわち距離分解能（二つの距離方向の目標を分離する能力）の高精度化が要求されている。
【０００９】
この近距離の距離分解能が要求される場合は、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置では機器構成が比較的簡単であるが、システムの距離分解能ΔＲを高めるためには下記式（１）のように周波数偏移幅ΔＦを高める必要がある。
【００１０】
ΔＲ＝Ｃ／（２×ΔＦ）・・・・・・・・・式（１）
但し、Ｃは光速でＣ≒３×１０８［ｍ／ｓ］である。
【００１１】
式（１）によれば、ΔＦ＝１００［ＭＨｚ］ではΔＲ＝１．５［ｍ］となる。
【００１２】
しかしながら、上述したＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置は、図１０に示すように、送受信スイッチにより、スイッチ周波数で目標に対する送受信を逆相で切り替えている。このため、送受信用アンテナが共用でき小型化が可能となるが、一方で、近距離の距離分解能を高めるために周波数偏移幅ΔＦを広げると、周波数変調の直線性の確保が困難となる。また、現行の７６ＧＨｚ帯レーダバンドは電波法の規定から１［ＧＨｚ］以下に制限される。したがって、上述したＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置では、周波数偏移幅ΔＦの拡大に限界があり、近距離の距離分解能の性能を向上させることができなかった。
【００１３】
また、パルス方式のレーダ装置では、近距離ではパルス幅τが狭くなり、送受信機及びアンテナが広帯域となる欠点がある。たとえば、最小探知距離Ｒｍｉｎ（パルス幅τの間に電波が往復する距離）は、下記の式（２）で与えられる。
【００１４】
Ｒｍｉｎ＝Ｃ・（τ／２）・・・・・・・・・式（２）
【００１５】
また、送信波の帯域幅をＢとすると、パルス幅τと帯域幅Ｂの関係は、略、Ｂ＝２／τであるから、Ｒｍｉｎ＝１［ｍ］とすると、帯域幅ＢはＢ＝３００［ＭＨｚ］となり、通常のレーダ送受信機やアンテナでは近距離測定をすることが困難であった。また、広帯域なレーダ送受信機や広帯域なアンテナを用いると近距離測定も可能であるが、これらを用いると安価なレーダ装置を提供することができなかった。
【００１６】
更に、パルス方式のレーダ装置は、時分割方式によりアンテナを共用することも可能であるが、近距離においては、狭いパルス幅，高速な立上り及び立下り特性が必要であり、通常の送信変調系及び受信系では困難であった。また、送信変調系及び受信系を高性能化すると、それだけ高価なものとなり、安価なレーダ装置を提供することができなかった。
【００１７】
また、２周波ＣＷ方式のレーダ装置は、ＦＭ−ＣＷ方式とほぼ同じ構成で簡単であり、ＶＣＯに要求される性能が緩和される利点がある。しかしながら、目標とレーダの相対速度がない場合、ドップラ信号がなく距離が測定できない欠点がある。特に、自動車の渋滞時のように、Ｓｔｏｐ−Ａｎｄ−Ｇｏ（ストップアンドゴウ）とよばれる低速で短間隔の車間距離の制御には不利であった。
【００１８】
更に、レーダ伝搬損失が距離の４乗に反比例するため、上述した従来のレーダ装置では、極近距離の目標に対し距離測定を行なうと、受信レベルが高くなり、受信回路の飽和が生じる問題があった。
【００１９】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、小型で簡単な構成かつ極近距離においても、高精度な距離測定をすることができる近距離レーダ装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上述した問題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる近距離レーダ装置は、目標に対し送信信号を送信し前記目標からの反射波信号を受信する送受信手段と、所定のスイッチ周波数により前記目標に対する送受信を時分割で行うことにより逆相で切り替える送受信スイッチと、前記反射波信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントを検出するヌルポイント検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、ヌルポイントを検出することにより、小型で簡単な構成かつ極近距離であっても、目標までの距離を高精度で検知することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる近距離レーダ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の近距離レーダ装置１の実施の形態１の構成を示すブロック図である。本図は、ＦＭ−ＣＷ方式の近距離レーダ装置１Ａを示している。
【００２４】
このＦＭ−ＣＷ方式の近距離レーダ装置１Ａは、送受信部２Ａ（送信部３Ａと受信部４Ａ）と、スイッチ制御部５Ａと、信号処理部６Ａと、で構成されている。
【００２５】
送信部３Ａは、三角波発生回路７と、高周波の電圧可変発振器（ＶＣＯ）８と、送信スイッチ１０と、送信アンテナ１１と、で構成される。三角波発生回路７は、信号処理部６Ａからのクロック信号に同期した三角波を出力する。電圧可変発振器８は、三角波発生回路７から出力された三角波を周波数変調して、周波数変調信号を出力する。また、電圧可変発振器８は、受信部４Ａの第一ミキサ１４に接続されており、この周波数変調信号の一部を第一ミキサ１４に出力する。送信スイッチ１０は、スイッチ制御部５Ａにより開閉制御される。送信アンテナ１１は、目標Ｔに向けて、周波数変調された三角波（周波数変調信号）を送信波として送信する。
【００２６】
受信部４Ａは、受信アンテナ１２と、受信スイッチ１３と、第一ミキサ１４と、バンドパスフィルタ１５と、第二ミキサ１６と、で構成される。受信アンテナ１２は、目標Ｔからの反射波を受信する。受信スイッチ１３は、スイッチ制御部５Ａにより開閉制御される。第一ミキサ１４は、送信部３Ａからの周波数変調信号と反射波信号とを混合して中間周波数信号を出力する。バンドパスフィルタ１５は、第一ミキサ１４からの中間周波数信号を所定の帯域で通過させる。第二ミキサ１６は、バンドパスフィルタ１５を通過した中間周波数信号と、スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７の局部発振信号と、を混合することで、検波信号としてのビート信号を出力する。
【００２７】
スイッチ制御部５Ａは、スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７と、インバータ１８と、を備えている。スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７は、送信スイッチ１０に接続される。また、送信スイッチ１０への接続ラインから分岐し、インバータ１８を介して受信スイッチ１３に接続されている。これにより、送信スイッチ１０と受信スイッチ１３とは互いに逆相で開閉駆動される。
【００２８】
また、信号処理部６Ａは、クロック発振器２０と、Ａ／Ｄ変換器２１と、高速フーリエ変換器２２と、メモリ２３と、ヌルポイント検出部２４と、距離検出部２５と、で構成されている。クロック発振器２０は、送信部３Ａの三角波発生回路７とスイッチ制御部５Ａのスイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７に対し、基準となるクロック信号を入力する。また、Ａ／Ｄ変換器２１は、検波したビート信号をデジタル変換する。高速フーリエ変換器２２は、デジタル化されたビート信号を高速フーリエ変換することで、ビート信号波形を目標Ｔの距離に相当する周波数成分に分解し、メモリ２３に記憶する。ヌルポイント検出部２４は、ビート信号の周波数成分における検波レベルと、スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７からの局部発振信号と、に基づいて、検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントＮ（図２参照）を検出する。距離検出部２５は、所定の演算式により、検出されたヌルポイントＮに基づいて目標Ｔまでの距離Ｒ０を検出する。
【００２９】
次に、ヌルポイント検出部２４におけるヌルポイントＮの検出処理について説明する。図２に示すように、局部発振信号により検波レベルを周波数掃引する。これにより、検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントＮを検出することができる。この掃引スイッチ周波数ｆｓｗがヌルポイントＮのスイッチ周波数ｆｓｗ０となる。
【００３０】
これは、ヌルポイントＮにおいて、等価的に急峻なバンドパスフィルタを挿入したことになる。なお、図２では、局部発振信号を三角波状に掃引したが、図３に示すように、鋸波状に掃引することとしても良い。
【００３１】
また、図２に示すように、連続して検出されたスイッチ周波数ｆｓｗ０の検出された時間の差を抽出することにより、目標Ｔとの相対速度を算出することができる。なお、局部発振信号が鋸波状で周波数掃引された場合は、図３に示すように、検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントＮと、そのヌルポイントＮのスイッチ周波数ｆｓｗを検出する。
【００３２】
次に、距離検出部２５について説明する。距離検出部２５は、ヌルポイント検出部２４で検出されたヌルポイントＮのスイッチ周波数ｆｓｗ０に基づいて、目標Ｔまでの距離Ｒ０を検出する。以下、距離Ｒ０の検出について説明する。
【００３３】
図１０において、送信部３Ａと受信部４Ａによる送受信時に、目標反射遅延時間τと、送信スイッチ１０及び受信スイッチ１３による送受信スイッチ周期Ｔｓｗと、が略一致、すなわち受信区間が略なくなると、受信部４Ａは不感状態（ｎｕｌｌ）になる。このため、局部発振信号をスイッチ周波数ｆｓｗ（ｆｓｗ＝１／Ｔｓｗ）で掃引することにより、ある距離Ｒ０にある目標Ｔからの反射波信号を選択的に排除することができる。送信信号と反射波信号を０−πの位相差でスイッチすると、スイッチ周波数ｆｓｗ［Ｈｚ］と距離Ｒ［ｍ］の関係により、送信スイッチ１０及び受信スイッチ１３が無い場合の連続波受信電力と、送信スイッチ１０及び受信スイッチ１３がある場合の連続波受信電力と、の受信電力比ＳＷは、下記式（３）で表すことができる。
【００３４】
ＳＷ＝（１／２）×（２／π）×ｓｉｎ（ｋπ）・・・・・・・・・式（３）
なお、ｋは任意の整数である。
【００３５】
一方、目標Ｔまでの距離Ｒ［ｍ］，光速Ｃ［ｍ／ｓ］とすると、近距離レーダ装置１の目標反射遅延時間τ［ｓ］は、下記式（４）で表すことができる。
【００３６】
τ＝２・Ｒ／Ｃ・・・・・・・・・式（４）
【００３７】
また、目標反射遅延時間τが送受信スイッチ周期Ｔｓｗを越える場合、何周期分の遅れかを示す式τ／Ｔｓｗの整数部分をｎとする。この場合における式（４）のｋは、以下に示す条件（１）においては、下記式（５）で表すことができる。
【００３８】
ｎ×Ｔｓｗ≦τ＜（（２ｎ＋１）／２）×Ｔｓｗ・・・・・・・・・条件（１）
【００３９】
ｋ＝（τ−（ｎ・Ｔｓｗ））／Ｔｓｗ・・・・・・・・・式（５）
【００４０】
一方、以下に示す条件（２）においては、式（３）のｋは、下記式（６）で表すことができる。
【００４１】
（（２ｎ＋１）／２）×Ｔｓｗ≦τ＜（ｎ＋１）×Ｔｓｗ・・・・・・・・・条件（２）
【００４２】
ｋ＝（（ｎ＋Ｔｓｗ）−τ）／Ｔｓｗ・・・・・・・・・式（６）
【００４３】
ここで、近距離の受信感度が不感状態（ｎｕｌｌ）となる距離Ｒ０とスイッチ周波数ｆｓｗ０は、式（５）及び式（６）のｋ，ｎがｋ＝１，ｎ＝１のときである。したがって、不感状態（ｎｕｌｌ）での目標反射遅延時間τ０は、下記式（７）で表すことができる。
【００４４】
同様に、不感状態（ｎｕｌｌ）でのスイッチ周波数ｆｓｗ０は、下記式（８）で表すことができる。
【００４５】
τ０＝Ｔｓｗ・・・・・・・・・式（７）
【００４６】
ｆｓｗ０＝Ｃ／（２×Ｒ０）・・・・・・・・・式（８）
【００４７】
この式（８）により、近距離の目標Ｔまでの距離Ｒ０は、下記式（９）で表すことができる。
【００４８】
Ｒ０＝Ｃ／（２×ｆｓｗ０）・・・・・・・・・式（９）
【００４９】
この式（９）により、近距離の目標Ｔまでの距離Ｒ０を算出することができる。なお、目標距離Ｒ０＝１［ｍ］では、ｆｓｗ０ ＝１５０［ＭＨｚ］で受信感度が最低となる。
【００５０】
なお、図４に、近距離における目標Ｔの受信電力Ｐｒと距離Ｒとの関係を示す。このグラフの縦軸は、所謂レーダ方程式により算出される受信電力Ｐｒを示している。ここで、スイッチ周波数ｆｓｗはｆｓｗ＝５６［ＭＨｚ］、目標Ｔの反射断面積σはσ＝１０［ｄＢｓｍ］、送信電力Ｐｔは０［ｄＢｍ］、アンテナ利得ＧはＧ＝３０．９［ｄＢ］である。このグラフによれば、約８．０３［ｍ］の距離で、受信電力の落ち込みが大きくなり、この距離が不感状態での近距離の目標Ｔまでの距離となる。またこの場合、１０［ｄＢ］のレベル差が検出できれば、１０［ｃｍ］以内の誤差で距離が測定できることになる。
【００５１】
このように、ＦＭ−ＣＷレーダ方式の近距離レーダ装置１Ａは、従来技術で示した通りビート周波数のみでは、近距離の目標Ｔに対して十分な距離分解能が得られないが、高速フーリエ変換による目標距離に対応するビート周波数は大よそでよい。このため、検波レベル（ビート周波数）の低下のみ注目することにより、距離測定はスイッチ周波数ｆｓｗで測定することができる。本実施の形態では、大まかな範囲のビート周波数を単に振幅の変化により検出して、スイッチ周波数ｆｓｗと対応させる。これにより、検波レベルの最小値となるヌルポイントＮのスイッチ周波数ｆｓｗ０から距離Ｒ０を求めることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
次に実施の形態２の近距離レーダ装置について説明する。図５は、本発明の近距離レーダ装置の実施の形態２の構成図である。
【００５３】
この近距離レーダ装置１は、ＡＭ方式の近距離レーダ装置１Ｂであり、送受信部２Ｂ（送信部３Ｂと受信部４Ｂ）とスイッチ制御部５Ｂと信号処理部６Ｂとで構成されている。
【００５４】
送信部３Ｂは、ＲＦ発振器２６と、低周波発振器２７と、ＡＭ変調器２８と、第一増幅器３０と、送信スイッチ１０と、送信アンテナ１１と、で構成されており、ＲＦ発振器２６と、低周波発振器２７と、ＡＭ変調器２８と、第一増幅器３０と、を設けた点が実施の形態１と異なる点である。ＲＦ発振器２６は、搬送波となるＲＦ信号を発振する。低周波発振器２７は、低周波の変調信号を出力する。ＡＭ変調器２８は、変調信号によりＲＦ信号を振幅変調する。第一増幅器３０は、変調されたＲＦ信号を増幅する。送信アンテナ１１は、送信スイッチ１０がＯＮの時に、増幅されたＲＦ信号を送信波として目標Ｔに向け輻射する。
【００５５】
一方、受信部４Ｂは、受信アンテナ１２と、受信スイッチ１３と、第二増幅器３１と、振幅検波器３２と、バンドパスフィルタ３３と、第三増幅器３４と、で構成されており、第二増幅器３１と、振幅検波器３２と、バンドパスフィルタ３３と、第三増幅器３４と、を設けた点が実施の形態１と異なる点である。受信アンテナ１２は、目標Ｔからの反射波を受信する。そして、受信スイッチ１３がＯＮの時に、受信した反射波を第二増幅器３１に出力する。振幅検波器３２は、第二増幅器３１で増幅された反射波の包絡線検波を行い、直流分の他、変調成分の信号を出力する。バンドパスフィルタ３３は、振幅検波器３２により検波された検波出力から、変調成分信号を選択的に通過させる。第三増幅器３４は、変調成分信号を増幅して信号処理部６Ｂに出力する。
【００５６】
スイッチ制御部５Ｂは、スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７と、インバータ１８と、を備えている。スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７は、送信スイッチ１０に接続される。また、送信スイッチ１０への接続ラインから分岐し、インバータ１８を介して受信スイッチ１３に接続されている。これにより、送信スイッチ１０と受信スイッチ１３とは互いに逆相で開閉駆動される。
【００５７】
また、信号処理部６Ｂは、クロック発振器２０と、同調制御部３５と、ＡＤ変換器２１と、高速フーリエ変換器２２と、メモリ２３と、ヌルポイント検出部２４と、距離検出部２５と、で構成されており、同調制御部３５を設けた点が実施の形態１と異なる点である。
【００５８】
同調制御部３５は、送信部３Ｂの低周波発振器２７から発振される変調周波数と、受信部４Ｂのバンドパスフィルタ３３の通過中心周波数と、を同調させる制御を行う。
【００５９】
また、本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換器２１で変調成分信号をデジタル変換した後、時間管理された掃引スイッチ周波数毎にその振幅をメモリ２３に記憶する。
【００６０】
そして、図６に示すように、ヌルポイント検出部２４は、メモリ一区間内の一定の時間分割毎に、掃引波形が階段状（図では鋸波状）に変化するスイッチ周波数と、検波レベルとなるメモリ２３に記憶された変調成分信号の振幅と、により、その振幅の最小値となるヌルポイントＮを検出する。そして、検出したヌルポイントＮからスイッチ周波数ｆｓｗ０ を検出する処理を行う。
【００６１】
本実施の形態は、送信波となるＲＦ信号は、ＦＭ変調でなく振幅変調により、受信部４Ｂ側で、反射波信号から変調成分信号のみをバンドパスフィルタ３３で抽出する構成である。したがって、ＦＭ−ＣＷ方式の近距離レーダ装置１Ａよりも構成が簡単であり、安価な装置を提供することができる。
【００６２】
また、本実施の形態のＡＭ方式の近距離レーダ装置１Ｂは、同調制御部３５において、低周波発振器２７から発振される変調周波数とバンドパスフィルタ３３の通過中心周波数とを一致させる制御を行い、時間ごとに可変させている。これにより、自局レーダの変調周波数のみ選択し、またヌルポイントＮを検出するため、他のレーダ装置からの干渉を緩和することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態の距離検出部２５は、実施の形態１と同様である。また、信号処理部６Ｂは、振幅検波器３２の直流レベルをスイッチ周波数と対応させることにより、ヌルポイントＮとなるスイッチ周波数ｆｓｗ０ と対応させているため、送信波が無変調の場合でも目標の距離Ｒ０を検出することができる。ただし、図５のバンドパスフィルタ３３は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）とし、直流検波レベルが信号処理部６ＢのＡ／Ｄ変換器２１に入力される。また、この低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の制御は不要となる。
【００６４】
（実施の形態３）
次に実施の形態３の近距離レーダ装置について説明する。距離測定範囲に比例して掃引周波数幅が決まるため、距離測定範囲が広いほどスイッチ駆動信号原（ＬＯ）の製作が難しくなる。特に近距離になるほどスイッチ周波数が高くなり回路製作が困難となる。たとえば、測定距離が１［ｍ］から１０［ｍ］までとすると、スイッチ周波数は、式（９）から１５［ＭＨｚ］から１５０［ＭＨｚ］となる。近距離測定限界を０．５［ｍ］とすると、スイッチ周波数の最大は３００［ＭＨｚ］となる。したがって、本実施の形態では、実施の形態１又は２の近距離レーダ装置１の送信部３及び受信部４に、遅延手段３６を挿入した構成としたものである。
【００６５】
図７に示すように、遅延部３６は、送信側遅延部３７と受信側遅延部３８とで構成される。送信側遅延部３７及び受信側遅延部３８はともに、送信アンテナ１１と送信スイッチ１０との間に接続されている。同様に、受信アンテナ１２と受信スイッチ１３との間にも接続されている。また、送信側遅延部３７と受信側遅延部３８は、一対のＲＦスイッチ３９，４０と、このＲＦスイッチ３９，４０の間に複数の遅延伝送路４１，４２，４３（図では各３本）が並列接続されている。一対のＲＦスイッチ３９，４０は、信号処理部６Ｂ内の遅延制御部４４により開閉制御されている。
【００６６】
また、この遅延伝送路４１，４２，４３は、例えば、同軸線，導波管，トリプレート線路，マイクロストリップ線路などを用いることができる。この複数の遅延伝送路４１，４２，４３の長さは異なっており、掃引周波数幅が一定であれば検知距離範囲が決まるが、遅延伝送路４１，４２，４３を追加する分、短距離測定限界が短くなる。遅延伝送路４１，４２，４３は空間の往復距離に相当する距離と等価な長さに設定する。したがって、遅延制御部４４では、送受信アンテナ１１，１２と目標Ｔ間の距離を検知する場合、複数の遅延線路を切り替えたときのヌルポイントとなるスイッチ周波数から求められる距離から遅延伝送路４１，４２，４３相当の距離を差し引くような信号処理をおこなう。また、遅延制御部４４は、所定の周期で第一遅延伝送路４１，第二遅延伝送路４２，第三遅延伝送路４３の順に切替制御している。
【００６７】
本実施の形態によれば、レーダ検知距離が極近距離まで検出する場合に有効である。すなわち、レーダの受信電力Ｐｒは、送信電力，目標Ｔの反射断面積，送受信アンテナ利得から、検知距離Ｒの４乗に反比例（Ｐｒ∝Ｋ／Ｒ４）することが知られている。たとえば、送信電力１［ｍＷ］，目標Ｔの反射断面積１０［ｄＢｓｍ］，送受信アンテナ利得２０［ｄＢ］，検知距離範囲０．３［ｍ］から１０［ｍ］までとすると、受信電力は−１０．１［ｄＢｍ］から−７１［ｄＢｍ］となり、受信機のダイナミックレンジが約６１［ｄＢ］必要となる。特に最短距離では大きな受信電力が受信機に入力されるので、過大入力に耐えられる受信回路が必要となる。遅延伝送路４１，４２，４３の損失は、マイクロストリップ線路などにより小型に製作すると大きくなるが、受信感度内であれば、遅延伝送路４１，４２，４３の距離に見合う損失が増えても問題はなく、近距離測定により受信レベルが高くなる場合にも、遅延伝送路４１，４２，４３の損失分低くなり、受信部の飽和による影響を緩和できる。
【００６８】
このため、遅延伝送路４１，４２，４３をＲＦスイッチ３９，４０で切り替えることにより、掃引スイッチ周波数範囲を維持することができ、測定距離範囲を広げることができる。また、受信部４を飽和させないための自動増幅器や送信制御器などを別途設ける必要も無く、遅延伝送路４１，４２，４３とＲＦスイッチ３９，４０を追加するだけで近距離性能の向上を図ることができる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、送信部３と受信部４にそれぞれ遅延部３７，３８を設けた例について説明したが、図８に示すように、単一の送受信アンテナ４６を用いる場合は、アンテナ共用手段４７と送受信アンテナ４６との間に、単一の遅延部４５を設ける構成としても良い。アンテナ共用手段４７としてはサーキュレータや９０度ハイブリッド回路や分岐回路を用いることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。
【００７０】
（付記１）目標に対し送信信号を送信し前記目標からの反射波信号を受信する送受信手段と、
所定のスイッチ周波数により前記目標に対する送受信を時分割で行うことにより逆相で切り替える送受信スイッチと、
前記反射波信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントを検出するヌルポイント検出手段と、
を備えたことを特徴とする近距離レーダ装置。
【００７１】
（付記２）前記ヌルポイント検出手段は、前記スイッチ周波数に基づいて、前記反射波信号を周波数掃引することにより前記ヌルポイントを検出することを特徴とする付記１に記載の近距離レーダ装置。
【００７２】
（付記３）更に、前記検出したヌルポイントに基づいて、前記目標までの距離を検出する距離検出手段を備えたことを特徴とする付記１または２に記載の近距離レーダ装置。
【００７３】
（付記４）前記距離検出手段は、前記検出したヌルポイントに対応するスイッチ周波数に基づいて、前記目標までの距離を演算することを特徴とする付記３に記載の近距離レーダ装置。
【００７４】
（付記５）更に、前記反射波信号のうち所定の周波数成分を通過させる帯域通過手段と、
前記帯域通過手段を通過した前記反射波信号の通過周波数を、前記送信信号を変調する変調周波数に同調制御する同調制御手段と、
を備えたことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の近距離レーダ装置。
【００７５】
（付記６）更に、前記送信信号と前記反射波信号とを遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段を制御する遅延制御手段と、
を備えたことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の近距離レーダ装置。
【００７６】
（付記７）前記遅延手段は、信号遅延時間が異なる複数の遅延伝送路と、前記複数の遅延伝送路のいずれかに切り替える切替スイッチと、を備え、
前記遅延制御手段は、前記切替スイッチを切替制御することを特徴とする付記６に記載の近距離レーダ装置。
【００７７】
（付記８）目標に対し送信信号を送信し前記目標からの反射波信号を受信する送受信手段と、
所定のスイッチ周波数により前記目標に対する送受信を時分割で行うことにより逆相で切り替える送受信スイッチと、
前記反射波信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントを検出するヌルポイント検出手段と、
を備えたことを特徴とする近距離レーダ装置を搭載した車両。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、レーダ装置が簡単な構成であっても、近距離の目標に対して高精度に距離を測定することができるという効果を奏する。また、簡単な装置構成を採用することにより、安価な近距離レーダ装置を提供することができるという効果を奏する。更に、他レーダからの干渉においても高精度な近距離測定をすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態１において、三角波によりヌルポイントの検出を示す波形図である。
【図３】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態１において、鋸波によりヌルポイントの検出を示す波形図である。
【図４】近距離における目標Ｔと受信電力Ｐｒと距離Ｒとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態２を示す構成図である。
【図６】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態２において、鋸波によりヌルポイントの検出を示す波形図である。
【図７】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態３を示す構成図である。
【図８】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態３の変形例を示す構成図である。
【図９】従来の時分割方式のレーダ装置を示す構成図である。
【図１０】時分割方式のレーダ装置における動作原理を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 近距離レーダ装置
１Ａ ＦＭ−ＣＷ方式の近距離レーダ装置
１Ｂ ＡＭ方式の近距離レーダ装置
２Ａ，２Ｂ 送受信手段（送受信部）
１０ 送信スイッチ
１３ 受信スイッチ
２４ ヌルポイント検出手段（ヌルポイント検出部）
２５ 距離検出手段（距離検出部）
３３ 帯域通過部（バンドパスフィルタ）
３５ 同調制御手段（同調制御部）
３６，４５ 遅延手段（遅延部）
３９，４０ ＲＦスイッチ
４１，４２，４３ 遅延伝送路
４４ 遅延制御手段（遅延制御部）
Ｔ 目標
Ｎ ヌルポイント
【発明の属する技術分野】
この発明は、目標との距離、特に近距離を測定するレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車載レーダ装置は、目標となる先行車との距離を測定・検出して追突の危険性を判別し、運転者に警報するものである。このような車載レーダ装置は、車両に搭載するため小型化が要求されている。
【０００３】
そこで、上述した小型化あるいは低廉化の要求を満たすため、従来から、機器構成が簡単なＦＭ−ＣＷレーダ方式の車載レーダ装置が提供されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１のレーダ装置は、周波数変調信号を送信し、目標物体で反射された信号を受信して送信信号と混合して得たビート信号から上記目標物体の距離及び相対速度を得るレーダ装置において、単一のアンテナを使用し、送受信を時分割で行うレーダ装置である。
【０００５】
すなわち、特許文献１のレーダ装置は、図９に示すように、電圧制御発振器（ＶＣＯ）５０には周波数が数ＫＨｚの三角波のベースバンド信号（ＭＯＤ）が印加され、電圧制御発振器５０で周波数変調が行われる。この被周波数変調信号は周波数ｆ０ が数１０［ＧＨｚ］であり、送信側スイッチ（ＳＷ）５１に供給されると共に、その一部が分岐されて受信ミキサ５２に供給される。送信側スイッチ５１はスイッチ駆動信号源（ＬＯ）５３の出力する駆動信号により開閉制御される。なお駆動信号は周波数ｆｓｗが数１０［ＭＨｚ］で５０％デューティの矩形波である。そして、送信側スイッチ５１のＯＮ時に周波数変調信号がアンテナ共用手段５４を通してアンテナ５５に供給されて送信される。また、スイッチ駆動信号源５３の出力する駆動信号はインバータ５６で反転されて受信側スイッチ５７に供給されている。これにより、送信側スイッチ５１ＯＦＦ時に受信側スイッチ５７がＯＮされ、この受信側スイッチ５７のＯＮ時にアンテナ５５で受信した受信信号がアンテナ共用手段５４、受信側スイッチ５７を通して受信ミキサ５２に供給され、ＩＦ信号とされて出力される。これにより、単一のアンテナを送信及び受信で共用するため、レーダ装置の小型化及び低廉化を実現している。
【０００６】
また、ＦＭ−ＣＷレーダ方式の他、パルス方式や２周波ＣＷ方式がある。パルス方式のレーダ装置は、パルス変調した送信波を、目標に反射させ、エコーとして受信するレーダ装置である。そして、送信パルスに対するエコーの遅延時間により、目標までの距離が求められる。また、２周波ＣＷ方式のレーダ装置では、非常に近接した連続波（ＣＷ）の２波をほぼ同時に送信し、目標から反射されるエコーのドプラ成分の位相差から距離を、またドプラ周波数から速度を検出する装置である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２４３７３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなレーダ装置は、小型化の要求のほか、更なる事故防止及び安全確保のため、近距離測定の高精度化、すなわち距離分解能（二つの距離方向の目標を分離する能力）の高精度化が要求されている。
【０００９】
この近距離の距離分解能が要求される場合は、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置では機器構成が比較的簡単であるが、システムの距離分解能ΔＲを高めるためには下記式（１）のように周波数偏移幅ΔＦを高める必要がある。
【００１０】
ΔＲ＝Ｃ／（２×ΔＦ）・・・・・・・・・式（１）
但し、Ｃは光速でＣ≒３×１０８［ｍ／ｓ］である。
【００１１】
式（１）によれば、ΔＦ＝１００［ＭＨｚ］ではΔＲ＝１．５［ｍ］となる。
【００１２】
しかしながら、上述したＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置は、図１０に示すように、送受信スイッチにより、スイッチ周波数で目標に対する送受信を逆相で切り替えている。このため、送受信用アンテナが共用でき小型化が可能となるが、一方で、近距離の距離分解能を高めるために周波数偏移幅ΔＦを広げると、周波数変調の直線性の確保が困難となる。また、現行の７６ＧＨｚ帯レーダバンドは電波法の規定から１［ＧＨｚ］以下に制限される。したがって、上述したＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置では、周波数偏移幅ΔＦの拡大に限界があり、近距離の距離分解能の性能を向上させることができなかった。
【００１３】
また、パルス方式のレーダ装置では、近距離ではパルス幅τが狭くなり、送受信機及びアンテナが広帯域となる欠点がある。たとえば、最小探知距離Ｒｍｉｎ（パルス幅τの間に電波が往復する距離）は、下記の式（２）で与えられる。
【００１４】
Ｒｍｉｎ＝Ｃ・（τ／２）・・・・・・・・・式（２）
【００１５】
また、送信波の帯域幅をＢとすると、パルス幅τと帯域幅Ｂの関係は、略、Ｂ＝２／τであるから、Ｒｍｉｎ＝１［ｍ］とすると、帯域幅ＢはＢ＝３００［ＭＨｚ］となり、通常のレーダ送受信機やアンテナでは近距離測定をすることが困難であった。また、広帯域なレーダ送受信機や広帯域なアンテナを用いると近距離測定も可能であるが、これらを用いると安価なレーダ装置を提供することができなかった。
【００１６】
更に、パルス方式のレーダ装置は、時分割方式によりアンテナを共用することも可能であるが、近距離においては、狭いパルス幅，高速な立上り及び立下り特性が必要であり、通常の送信変調系及び受信系では困難であった。また、送信変調系及び受信系を高性能化すると、それだけ高価なものとなり、安価なレーダ装置を提供することができなかった。
【００１７】
また、２周波ＣＷ方式のレーダ装置は、ＦＭ−ＣＷ方式とほぼ同じ構成で簡単であり、ＶＣＯに要求される性能が緩和される利点がある。しかしながら、目標とレーダの相対速度がない場合、ドップラ信号がなく距離が測定できない欠点がある。特に、自動車の渋滞時のように、Ｓｔｏｐ−Ａｎｄ−Ｇｏ（ストップアンドゴウ）とよばれる低速で短間隔の車間距離の制御には不利であった。
【００１８】
更に、レーダ伝搬損失が距離の４乗に反比例するため、上述した従来のレーダ装置では、極近距離の目標に対し距離測定を行なうと、受信レベルが高くなり、受信回路の飽和が生じる問題があった。
【００１９】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、小型で簡単な構成かつ極近距離においても、高精度な距離測定をすることができる近距離レーダ装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上述した問題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる近距離レーダ装置は、目標に対し送信信号を送信し前記目標からの反射波信号を受信する送受信手段と、所定のスイッチ周波数により前記目標に対する送受信を時分割で行うことにより逆相で切り替える送受信スイッチと、前記反射波信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントを検出するヌルポイント検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、ヌルポイントを検出することにより、小型で簡単な構成かつ極近距離であっても、目標までの距離を高精度で検知することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる近距離レーダ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の近距離レーダ装置１の実施の形態１の構成を示すブロック図である。本図は、ＦＭ−ＣＷ方式の近距離レーダ装置１Ａを示している。
【００２４】
このＦＭ−ＣＷ方式の近距離レーダ装置１Ａは、送受信部２Ａ（送信部３Ａと受信部４Ａ）と、スイッチ制御部５Ａと、信号処理部６Ａと、で構成されている。
【００２５】
送信部３Ａは、三角波発生回路７と、高周波の電圧可変発振器（ＶＣＯ）８と、送信スイッチ１０と、送信アンテナ１１と、で構成される。三角波発生回路７は、信号処理部６Ａからのクロック信号に同期した三角波を出力する。電圧可変発振器８は、三角波発生回路７から出力された三角波を周波数変調して、周波数変調信号を出力する。また、電圧可変発振器８は、受信部４Ａの第一ミキサ１４に接続されており、この周波数変調信号の一部を第一ミキサ１４に出力する。送信スイッチ１０は、スイッチ制御部５Ａにより開閉制御される。送信アンテナ１１は、目標Ｔに向けて、周波数変調された三角波（周波数変調信号）を送信波として送信する。
【００２６】
受信部４Ａは、受信アンテナ１２と、受信スイッチ１３と、第一ミキサ１４と、バンドパスフィルタ１５と、第二ミキサ１６と、で構成される。受信アンテナ１２は、目標Ｔからの反射波を受信する。受信スイッチ１３は、スイッチ制御部５Ａにより開閉制御される。第一ミキサ１４は、送信部３Ａからの周波数変調信号と反射波信号とを混合して中間周波数信号を出力する。バンドパスフィルタ１５は、第一ミキサ１４からの中間周波数信号を所定の帯域で通過させる。第二ミキサ１６は、バンドパスフィルタ１５を通過した中間周波数信号と、スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７の局部発振信号と、を混合することで、検波信号としてのビート信号を出力する。
【００２７】
スイッチ制御部５Ａは、スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７と、インバータ１８と、を備えている。スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７は、送信スイッチ１０に接続される。また、送信スイッチ１０への接続ラインから分岐し、インバータ１８を介して受信スイッチ１３に接続されている。これにより、送信スイッチ１０と受信スイッチ１３とは互いに逆相で開閉駆動される。
【００２８】
また、信号処理部６Ａは、クロック発振器２０と、Ａ／Ｄ変換器２１と、高速フーリエ変換器２２と、メモリ２３と、ヌルポイント検出部２４と、距離検出部２５と、で構成されている。クロック発振器２０は、送信部３Ａの三角波発生回路７とスイッチ制御部５Ａのスイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７に対し、基準となるクロック信号を入力する。また、Ａ／Ｄ変換器２１は、検波したビート信号をデジタル変換する。高速フーリエ変換器２２は、デジタル化されたビート信号を高速フーリエ変換することで、ビート信号波形を目標Ｔの距離に相当する周波数成分に分解し、メモリ２３に記憶する。ヌルポイント検出部２４は、ビート信号の周波数成分における検波レベルと、スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７からの局部発振信号と、に基づいて、検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントＮ（図２参照）を検出する。距離検出部２５は、所定の演算式により、検出されたヌルポイントＮに基づいて目標Ｔまでの距離Ｒ０を検出する。
【００２９】
次に、ヌルポイント検出部２４におけるヌルポイントＮの検出処理について説明する。図２に示すように、局部発振信号により検波レベルを周波数掃引する。これにより、検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントＮを検出することができる。この掃引スイッチ周波数ｆｓｗがヌルポイントＮのスイッチ周波数ｆｓｗ０となる。
【００３０】
これは、ヌルポイントＮにおいて、等価的に急峻なバンドパスフィルタを挿入したことになる。なお、図２では、局部発振信号を三角波状に掃引したが、図３に示すように、鋸波状に掃引することとしても良い。
【００３１】
また、図２に示すように、連続して検出されたスイッチ周波数ｆｓｗ０の検出された時間の差を抽出することにより、目標Ｔとの相対速度を算出することができる。なお、局部発振信号が鋸波状で周波数掃引された場合は、図３に示すように、検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントＮと、そのヌルポイントＮのスイッチ周波数ｆｓｗを検出する。
【００３２】
次に、距離検出部２５について説明する。距離検出部２５は、ヌルポイント検出部２４で検出されたヌルポイントＮのスイッチ周波数ｆｓｗ０に基づいて、目標Ｔまでの距離Ｒ０を検出する。以下、距離Ｒ０の検出について説明する。
【００３３】
図１０において、送信部３Ａと受信部４Ａによる送受信時に、目標反射遅延時間τと、送信スイッチ１０及び受信スイッチ１３による送受信スイッチ周期Ｔｓｗと、が略一致、すなわち受信区間が略なくなると、受信部４Ａは不感状態（ｎｕｌｌ）になる。このため、局部発振信号をスイッチ周波数ｆｓｗ（ｆｓｗ＝１／Ｔｓｗ）で掃引することにより、ある距離Ｒ０にある目標Ｔからの反射波信号を選択的に排除することができる。送信信号と反射波信号を０−πの位相差でスイッチすると、スイッチ周波数ｆｓｗ［Ｈｚ］と距離Ｒ［ｍ］の関係により、送信スイッチ１０及び受信スイッチ１３が無い場合の連続波受信電力と、送信スイッチ１０及び受信スイッチ１３がある場合の連続波受信電力と、の受信電力比ＳＷは、下記式（３）で表すことができる。
【００３４】
ＳＷ＝（１／２）×（２／π）×ｓｉｎ（ｋπ）・・・・・・・・・式（３）
なお、ｋは任意の整数である。
【００３５】
一方、目標Ｔまでの距離Ｒ［ｍ］，光速Ｃ［ｍ／ｓ］とすると、近距離レーダ装置１の目標反射遅延時間τ［ｓ］は、下記式（４）で表すことができる。
【００３６】
τ＝２・Ｒ／Ｃ・・・・・・・・・式（４）
【００３７】
また、目標反射遅延時間τが送受信スイッチ周期Ｔｓｗを越える場合、何周期分の遅れかを示す式τ／Ｔｓｗの整数部分をｎとする。この場合における式（４）のｋは、以下に示す条件（１）においては、下記式（５）で表すことができる。
【００３８】
ｎ×Ｔｓｗ≦τ＜（（２ｎ＋１）／２）×Ｔｓｗ・・・・・・・・・条件（１）
【００３９】
ｋ＝（τ−（ｎ・Ｔｓｗ））／Ｔｓｗ・・・・・・・・・式（５）
【００４０】
一方、以下に示す条件（２）においては、式（３）のｋは、下記式（６）で表すことができる。
【００４１】
（（２ｎ＋１）／２）×Ｔｓｗ≦τ＜（ｎ＋１）×Ｔｓｗ・・・・・・・・・条件（２）
【００４２】
ｋ＝（（ｎ＋Ｔｓｗ）−τ）／Ｔｓｗ・・・・・・・・・式（６）
【００４３】
ここで、近距離の受信感度が不感状態（ｎｕｌｌ）となる距離Ｒ０とスイッチ周波数ｆｓｗ０は、式（５）及び式（６）のｋ，ｎがｋ＝１，ｎ＝１のときである。したがって、不感状態（ｎｕｌｌ）での目標反射遅延時間τ０は、下記式（７）で表すことができる。
【００４４】
同様に、不感状態（ｎｕｌｌ）でのスイッチ周波数ｆｓｗ０は、下記式（８）で表すことができる。
【００４５】
τ０＝Ｔｓｗ・・・・・・・・・式（７）
【００４６】
ｆｓｗ０＝Ｃ／（２×Ｒ０）・・・・・・・・・式（８）
【００４７】
この式（８）により、近距離の目標Ｔまでの距離Ｒ０は、下記式（９）で表すことができる。
【００４８】
Ｒ０＝Ｃ／（２×ｆｓｗ０）・・・・・・・・・式（９）
【００４９】
この式（９）により、近距離の目標Ｔまでの距離Ｒ０を算出することができる。なお、目標距離Ｒ０＝１［ｍ］では、ｆｓｗ０ ＝１５０［ＭＨｚ］で受信感度が最低となる。
【００５０】
なお、図４に、近距離における目標Ｔの受信電力Ｐｒと距離Ｒとの関係を示す。このグラフの縦軸は、所謂レーダ方程式により算出される受信電力Ｐｒを示している。ここで、スイッチ周波数ｆｓｗはｆｓｗ＝５６［ＭＨｚ］、目標Ｔの反射断面積σはσ＝１０［ｄＢｓｍ］、送信電力Ｐｔは０［ｄＢｍ］、アンテナ利得ＧはＧ＝３０．９［ｄＢ］である。このグラフによれば、約８．０３［ｍ］の距離で、受信電力の落ち込みが大きくなり、この距離が不感状態での近距離の目標Ｔまでの距離となる。またこの場合、１０［ｄＢ］のレベル差が検出できれば、１０［ｃｍ］以内の誤差で距離が測定できることになる。
【００５１】
このように、ＦＭ−ＣＷレーダ方式の近距離レーダ装置１Ａは、従来技術で示した通りビート周波数のみでは、近距離の目標Ｔに対して十分な距離分解能が得られないが、高速フーリエ変換による目標距離に対応するビート周波数は大よそでよい。このため、検波レベル（ビート周波数）の低下のみ注目することにより、距離測定はスイッチ周波数ｆｓｗで測定することができる。本実施の形態では、大まかな範囲のビート周波数を単に振幅の変化により検出して、スイッチ周波数ｆｓｗと対応させる。これにより、検波レベルの最小値となるヌルポイントＮのスイッチ周波数ｆｓｗ０から距離Ｒ０を求めることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
次に実施の形態２の近距離レーダ装置について説明する。図５は、本発明の近距離レーダ装置の実施の形態２の構成図である。
【００５３】
この近距離レーダ装置１は、ＡＭ方式の近距離レーダ装置１Ｂであり、送受信部２Ｂ（送信部３Ｂと受信部４Ｂ）とスイッチ制御部５Ｂと信号処理部６Ｂとで構成されている。
【００５４】
送信部３Ｂは、ＲＦ発振器２６と、低周波発振器２７と、ＡＭ変調器２８と、第一増幅器３０と、送信スイッチ１０と、送信アンテナ１１と、で構成されており、ＲＦ発振器２６と、低周波発振器２７と、ＡＭ変調器２８と、第一増幅器３０と、を設けた点が実施の形態１と異なる点である。ＲＦ発振器２６は、搬送波となるＲＦ信号を発振する。低周波発振器２７は、低周波の変調信号を出力する。ＡＭ変調器２８は、変調信号によりＲＦ信号を振幅変調する。第一増幅器３０は、変調されたＲＦ信号を増幅する。送信アンテナ１１は、送信スイッチ１０がＯＮの時に、増幅されたＲＦ信号を送信波として目標Ｔに向け輻射する。
【００５５】
一方、受信部４Ｂは、受信アンテナ１２と、受信スイッチ１３と、第二増幅器３１と、振幅検波器３２と、バンドパスフィルタ３３と、第三増幅器３４と、で構成されており、第二増幅器３１と、振幅検波器３２と、バンドパスフィルタ３３と、第三増幅器３４と、を設けた点が実施の形態１と異なる点である。受信アンテナ１２は、目標Ｔからの反射波を受信する。そして、受信スイッチ１３がＯＮの時に、受信した反射波を第二増幅器３１に出力する。振幅検波器３２は、第二増幅器３１で増幅された反射波の包絡線検波を行い、直流分の他、変調成分の信号を出力する。バンドパスフィルタ３３は、振幅検波器３２により検波された検波出力から、変調成分信号を選択的に通過させる。第三増幅器３４は、変調成分信号を増幅して信号処理部６Ｂに出力する。
【００５６】
スイッチ制御部５Ｂは、スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７と、インバータ１８と、を備えている。スイッチ駆動信号源（ＬＯ）１７は、送信スイッチ１０に接続される。また、送信スイッチ１０への接続ラインから分岐し、インバータ１８を介して受信スイッチ１３に接続されている。これにより、送信スイッチ１０と受信スイッチ１３とは互いに逆相で開閉駆動される。
【００５７】
また、信号処理部６Ｂは、クロック発振器２０と、同調制御部３５と、ＡＤ変換器２１と、高速フーリエ変換器２２と、メモリ２３と、ヌルポイント検出部２４と、距離検出部２５と、で構成されており、同調制御部３５を設けた点が実施の形態１と異なる点である。
【００５８】
同調制御部３５は、送信部３Ｂの低周波発振器２７から発振される変調周波数と、受信部４Ｂのバンドパスフィルタ３３の通過中心周波数と、を同調させる制御を行う。
【００５９】
また、本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換器２１で変調成分信号をデジタル変換した後、時間管理された掃引スイッチ周波数毎にその振幅をメモリ２３に記憶する。
【００６０】
そして、図６に示すように、ヌルポイント検出部２４は、メモリ一区間内の一定の時間分割毎に、掃引波形が階段状（図では鋸波状）に変化するスイッチ周波数と、検波レベルとなるメモリ２３に記憶された変調成分信号の振幅と、により、その振幅の最小値となるヌルポイントＮを検出する。そして、検出したヌルポイントＮからスイッチ周波数ｆｓｗ０ を検出する処理を行う。
【００６１】
本実施の形態は、送信波となるＲＦ信号は、ＦＭ変調でなく振幅変調により、受信部４Ｂ側で、反射波信号から変調成分信号のみをバンドパスフィルタ３３で抽出する構成である。したがって、ＦＭ−ＣＷ方式の近距離レーダ装置１Ａよりも構成が簡単であり、安価な装置を提供することができる。
【００６２】
また、本実施の形態のＡＭ方式の近距離レーダ装置１Ｂは、同調制御部３５において、低周波発振器２７から発振される変調周波数とバンドパスフィルタ３３の通過中心周波数とを一致させる制御を行い、時間ごとに可変させている。これにより、自局レーダの変調周波数のみ選択し、またヌルポイントＮを検出するため、他のレーダ装置からの干渉を緩和することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態の距離検出部２５は、実施の形態１と同様である。また、信号処理部６Ｂは、振幅検波器３２の直流レベルをスイッチ周波数と対応させることにより、ヌルポイントＮとなるスイッチ周波数ｆｓｗ０ と対応させているため、送信波が無変調の場合でも目標の距離Ｒ０を検出することができる。ただし、図５のバンドパスフィルタ３３は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）とし、直流検波レベルが信号処理部６ＢのＡ／Ｄ変換器２１に入力される。また、この低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の制御は不要となる。
【００６４】
（実施の形態３）
次に実施の形態３の近距離レーダ装置について説明する。距離測定範囲に比例して掃引周波数幅が決まるため、距離測定範囲が広いほどスイッチ駆動信号原（ＬＯ）の製作が難しくなる。特に近距離になるほどスイッチ周波数が高くなり回路製作が困難となる。たとえば、測定距離が１［ｍ］から１０［ｍ］までとすると、スイッチ周波数は、式（９）から１５［ＭＨｚ］から１５０［ＭＨｚ］となる。近距離測定限界を０．５［ｍ］とすると、スイッチ周波数の最大は３００［ＭＨｚ］となる。したがって、本実施の形態では、実施の形態１又は２の近距離レーダ装置１の送信部３及び受信部４に、遅延手段３６を挿入した構成としたものである。
【００６５】
図７に示すように、遅延部３６は、送信側遅延部３７と受信側遅延部３８とで構成される。送信側遅延部３７及び受信側遅延部３８はともに、送信アンテナ１１と送信スイッチ１０との間に接続されている。同様に、受信アンテナ１２と受信スイッチ１３との間にも接続されている。また、送信側遅延部３７と受信側遅延部３８は、一対のＲＦスイッチ３９，４０と、このＲＦスイッチ３９，４０の間に複数の遅延伝送路４１，４２，４３（図では各３本）が並列接続されている。一対のＲＦスイッチ３９，４０は、信号処理部６Ｂ内の遅延制御部４４により開閉制御されている。
【００６６】
また、この遅延伝送路４１，４２，４３は、例えば、同軸線，導波管，トリプレート線路，マイクロストリップ線路などを用いることができる。この複数の遅延伝送路４１，４２，４３の長さは異なっており、掃引周波数幅が一定であれば検知距離範囲が決まるが、遅延伝送路４１，４２，４３を追加する分、短距離測定限界が短くなる。遅延伝送路４１，４２，４３は空間の往復距離に相当する距離と等価な長さに設定する。したがって、遅延制御部４４では、送受信アンテナ１１，１２と目標Ｔ間の距離を検知する場合、複数の遅延線路を切り替えたときのヌルポイントとなるスイッチ周波数から求められる距離から遅延伝送路４１，４２，４３相当の距離を差し引くような信号処理をおこなう。また、遅延制御部４４は、所定の周期で第一遅延伝送路４１，第二遅延伝送路４２，第三遅延伝送路４３の順に切替制御している。
【００６７】
本実施の形態によれば、レーダ検知距離が極近距離まで検出する場合に有効である。すなわち、レーダの受信電力Ｐｒは、送信電力，目標Ｔの反射断面積，送受信アンテナ利得から、検知距離Ｒの４乗に反比例（Ｐｒ∝Ｋ／Ｒ４）することが知られている。たとえば、送信電力１［ｍＷ］，目標Ｔの反射断面積１０［ｄＢｓｍ］，送受信アンテナ利得２０［ｄＢ］，検知距離範囲０．３［ｍ］から１０［ｍ］までとすると、受信電力は−１０．１［ｄＢｍ］から−７１［ｄＢｍ］となり、受信機のダイナミックレンジが約６１［ｄＢ］必要となる。特に最短距離では大きな受信電力が受信機に入力されるので、過大入力に耐えられる受信回路が必要となる。遅延伝送路４１，４２，４３の損失は、マイクロストリップ線路などにより小型に製作すると大きくなるが、受信感度内であれば、遅延伝送路４１，４２，４３の距離に見合う損失が増えても問題はなく、近距離測定により受信レベルが高くなる場合にも、遅延伝送路４１，４２，４３の損失分低くなり、受信部の飽和による影響を緩和できる。
【００６８】
このため、遅延伝送路４１，４２，４３をＲＦスイッチ３９，４０で切り替えることにより、掃引スイッチ周波数範囲を維持することができ、測定距離範囲を広げることができる。また、受信部４を飽和させないための自動増幅器や送信制御器などを別途設ける必要も無く、遅延伝送路４１，４２，４３とＲＦスイッチ３９，４０を追加するだけで近距離性能の向上を図ることができる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、送信部３と受信部４にそれぞれ遅延部３７，３８を設けた例について説明したが、図８に示すように、単一の送受信アンテナ４６を用いる場合は、アンテナ共用手段４７と送受信アンテナ４６との間に、単一の遅延部４５を設ける構成としても良い。アンテナ共用手段４７としてはサーキュレータや９０度ハイブリッド回路や分岐回路を用いることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。
【００７０】
（付記１）目標に対し送信信号を送信し前記目標からの反射波信号を受信する送受信手段と、
所定のスイッチ周波数により前記目標に対する送受信を時分割で行うことにより逆相で切り替える送受信スイッチと、
前記反射波信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントを検出するヌルポイント検出手段と、
を備えたことを特徴とする近距離レーダ装置。
【００７１】
（付記２）前記ヌルポイント検出手段は、前記スイッチ周波数に基づいて、前記反射波信号を周波数掃引することにより前記ヌルポイントを検出することを特徴とする付記１に記載の近距離レーダ装置。
【００７２】
（付記３）更に、前記検出したヌルポイントに基づいて、前記目標までの距離を検出する距離検出手段を備えたことを特徴とする付記１または２に記載の近距離レーダ装置。
【００７３】
（付記４）前記距離検出手段は、前記検出したヌルポイントに対応するスイッチ周波数に基づいて、前記目標までの距離を演算することを特徴とする付記３に記載の近距離レーダ装置。
【００７４】
（付記５）更に、前記反射波信号のうち所定の周波数成分を通過させる帯域通過手段と、
前記帯域通過手段を通過した前記反射波信号の通過周波数を、前記送信信号を変調する変調周波数に同調制御する同調制御手段と、
を備えたことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の近距離レーダ装置。
【００７５】
（付記６）更に、前記送信信号と前記反射波信号とを遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段を制御する遅延制御手段と、
を備えたことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の近距離レーダ装置。
【００７６】
（付記７）前記遅延手段は、信号遅延時間が異なる複数の遅延伝送路と、前記複数の遅延伝送路のいずれかに切り替える切替スイッチと、を備え、
前記遅延制御手段は、前記切替スイッチを切替制御することを特徴とする付記６に記載の近距離レーダ装置。
【００７７】
（付記８）目標に対し送信信号を送信し前記目標からの反射波信号を受信する送受信手段と、
所定のスイッチ周波数により前記目標に対する送受信を時分割で行うことにより逆相で切り替える送受信スイッチと、
前記反射波信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントを検出するヌルポイント検出手段と、
を備えたことを特徴とする近距離レーダ装置を搭載した車両。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、レーダ装置が簡単な構成であっても、近距離の目標に対して高精度に距離を測定することができるという効果を奏する。また、簡単な装置構成を採用することにより、安価な近距離レーダ装置を提供することができるという効果を奏する。更に、他レーダからの干渉においても高精度な近距離測定をすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態１において、三角波によりヌルポイントの検出を示す波形図である。
【図３】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態１において、鋸波によりヌルポイントの検出を示す波形図である。
【図４】近距離における目標Ｔと受信電力Ｐｒと距離Ｒとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態２を示す構成図である。
【図６】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態２において、鋸波によりヌルポイントの検出を示す波形図である。
【図７】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態３を示す構成図である。
【図８】本発明の近距離レーダ装置の実施の形態３の変形例を示す構成図である。
【図９】従来の時分割方式のレーダ装置を示す構成図である。
【図１０】時分割方式のレーダ装置における動作原理を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 近距離レーダ装置
１Ａ ＦＭ−ＣＷ方式の近距離レーダ装置
１Ｂ ＡＭ方式の近距離レーダ装置
２Ａ，２Ｂ 送受信手段（送受信部）
１０ 送信スイッチ
１３ 受信スイッチ
２４ ヌルポイント検出手段（ヌルポイント検出部）
２５ 距離検出手段（距離検出部）
３３ 帯域通過部（バンドパスフィルタ）
３５ 同調制御手段（同調制御部）
３６，４５ 遅延手段（遅延部）
３９，４０ ＲＦスイッチ
４１，４２，４３ 遅延伝送路
４４ 遅延制御手段（遅延制御部）
Ｔ 目標
Ｎ ヌルポイント
Claims (5)
- 目標に対し送信信号を送信し前記目標からの反射波信号を受信する送受信手段と、
所定のスイッチ周波数により前記目標に対する送受信を時分割で行うことにより逆相で切り替える送受信スイッチと、
前記反射波信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントを検出するヌルポイント検出手段と、
を備えたことを特徴とする近距離レーダ装置。 - 前記検出したヌルポイントに基づいて、前記目標までの距離を検出する距離検出手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の近距離レーダ装置。
- 前記距離検出手段は、前記検出したヌルポイントに対応するスイッチ周波数に基づいて、前記目標までの距離を演算することを特徴とする請求項２に記載の近距離レーダ装置。
- 前記反射波信号のうち所定の周波数成分を通過させる帯域通過手段と、
前記帯域通過手段を通過した前記反射波信号の通過周波数を、前記送信信号を変調する変調周波数に同調制御する同調制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の近距離レーダ装置。 - 目標に対し送信信号を送信し前記目標からの反射波信号を受信する送受信手段と、
所定のスイッチ周波数により前記目標に対する送受信を時分割で行うことにより逆相で切り替える送受信スイッチと、
前記反射波信号の検波レベルが最低レベルとなるヌルポイントを検出するヌルポイント検出手段と、
を備えたことを特徴とする近距離レーダ装置を搭載した車両。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007086009A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Fujitsu Ltd | レーダ装置侵入物検知装置 |
| JP2008514953A (ja) * | 2004-09-28 | 2008-05-08 | 株式会社ライフセンサー | 超ワイドバンド信号を時間的位置において安定化する方法及びこれを実施する生存物監視レーダー |
| JP2010066111A (ja) * | 2008-09-10 | 2010-03-25 | Honda Elesys Co Ltd | レーダ装置 |
| JP2011047806A (ja) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Fujitsu Ten Ltd | 信号処理装置、レーダ装置、車両制御システム、信号処理方法、および、プログラム |
| US8638254B2 (en) | 2009-08-27 | 2014-01-28 | Fujitsu Ten Limited | Signal processing device, radar device, vehicle control system, signal processing method, and computer-readable medium |
| CN111886513A (zh) * | 2018-03-29 | 2020-11-03 | 三菱电机株式会社 | 激光雷达装置 |
| CN112986976A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 江苏雨能水利工程有限公司 | 一种水流测速雷达 |
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- 2003-02-12 JP JP2003033953A patent/JP2004245647A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008514953A (ja) * | 2004-09-28 | 2008-05-08 | 株式会社ライフセンサー | 超ワイドバンド信号を時間的位置において安定化する方法及びこれを実施する生存物監視レーダー |
| JP2007086009A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Fujitsu Ltd | レーダ装置侵入物検知装置 |
| JP2010066111A (ja) * | 2008-09-10 | 2010-03-25 | Honda Elesys Co Ltd | レーダ装置 |
| JP2011047806A (ja) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Fujitsu Ten Ltd | 信号処理装置、レーダ装置、車両制御システム、信号処理方法、および、プログラム |
| US8638254B2 (en) | 2009-08-27 | 2014-01-28 | Fujitsu Ten Limited | Signal processing device, radar device, vehicle control system, signal processing method, and computer-readable medium |
| CN111886513A (zh) * | 2018-03-29 | 2020-11-03 | 三菱电机株式会社 | 激光雷达装置 |
| CN111886513B (zh) * | 2018-03-29 | 2024-06-04 | 三菱电机株式会社 | 激光雷达装置 |
| CN112986976A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 江苏雨能水利工程有限公司 | 一种水流测速雷达 |
| CN112986976B (zh) * | 2021-02-09 | 2023-08-08 | 江苏雨能水利工程有限公司 | 一种水流测速雷达 |
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