JP2005180992A - レーダ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】安価かつ小形でありながら最小検出距離を短くする。
【解決手段】ベースバンド信号STBを生成する変調信号生成回路と、搬送波Scを生成する搬送波生成回路4と、ベースバンド信号STBで搬送波Scを変調して高周波信号STRを生成する変調回路6と、高周波信号SRRからベースバンド信号SRBを抽出するミキサ回路12と、ベースバンド信号STBと車両21で反射されてミキサ回路12によって抽出されたベースバンド信号SRBとに基づいて車両21までの距離を測定可能な検出信号Sdを生成する検出信号生成回路15とを備え、変調信号生成回路は、正弦波信号SSIを生成する正弦波信号生成回路2と、正弦波信号SSIをステップリカバリーダイオードによってパルス信号に変換してベースバンド信号STBを生成するパルス信号生成回路3とを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、車両等に搭載されて前方の障害物などの測定対象体までの距離を検出可能に構成されたレーダ装置に関するものである。
この種のレーダ装置では、車両等の障害物との間の距離を検出する際に、まず、変調信号としてのパルス信号で変調した高周波信号を送信アンテナから出力する。この際に、高周波信号は、車両等の障害物によって反射されて、受信アンテナに入力する。この場合、高周波信号を送信してから高周波信号を受信するまでの時間は、高周波信号がレーダ装置と障害物との間の距離を往復する時間、つまり距離Dの2倍の距離(2×D)を伝搬するのに必要とされる時間を意味する。ところが、パルス幅が広い変調信号を用いて比較的近距離の障害物を検知する場合、送信アンテナから高周波信号を送信し終える以前に、障害物で反射された高周波信号が受信アンテナに入力され始めることになる。このため、高周波信号の送信中では受信装置が作動していないこの種のレーダ装置では、障害物で反射された高周波信号における前縁部分の立ち上がりエッジ(または立ち下がりエッジ)を検出できない結果、障害物との間の距離を検出できないこととなる。したがって、比較的近距離の障害物との間の距離を検出するためには、障害物からの反射波が受信アンテナに到着する以前に送信を終了し得る程度まで変調信号のパルス幅を狭めることが必要である。つまり、狭いパルス幅の変調信号を生成し得るパルス信号生成回路が必要である。
この種のレーダ装置に用いられるパルス信号生成回路として、特開平6−303114号公報に開示されたパルス発生回路が知られている。このパルス信号生成回路は、同公報中の図1に示すように、信号入力段に設けられたインバータ1と、遅延回路2,3と、両遅延回路2,3からの信号が入力されるナンド回路4と、ノア回路5とを備えて構成されている。この場合、遅延回路2は、2段のインバータ2a,2bによって構成されて、インバータ1で極性を反転された入力信号を遅延させる。遅延回路3は、3段のインバータ3a,3b,3cによって構成されて、パルス信号の出力/出力停止をコントロールするためのコントロール信号を遅延する。
このパルス信号生成回路では、同公報中の図2に示すように、インバータ1の入力信号が立ち上がる際に、ノア回路5の一方の入力5aが立ち下がって低レベルとなる。したがって、ノア回路5の出力が高レベルとなる。また、コントロール信号が高レベルの状態では、遅延回路2の出力が遅延回路2の遅延時間に応じた時間だけ遅れて低レベルになった際に、ナンド回路4の出力が入力信号に対して遅延時間に応じた時間だけ遅れて高レベルになってノア回路5の他方の入力5bに入力する。ナンド回路4の出力が高レベルに移行した際には、ノア回路5の出力は立ち下がって低レベルとなる。したがって、ノア回路5は、遅延回路2およびナンド回路4の系による遅延時間tの間だけ、出力を高レベルに維持する。この結果、遅延時間tと等しいパルス幅の出力信号が生成される。このように、このパルス信号生成回路によれば、パルス幅の狭いパルス信号を得ることが可能となっている。
特開平6−303114号公報(第2頁、第1−2図)
ところが、このパルス信号生成回路をレーダ装置に適用した場合、以下の問題点がある。すなわち、このパルス信号生成回路では、安価なCMOS論理回路で構成したときには、周波数特性、遅延時間およびスルーレートなどに制限されて数ナノ秒以下の狭いパルス幅の出力信号を生成することが困難となって、レーダ装置1の最小検出距離を短くするのが困難である。一方、狭いパルス幅の出力信号を生成させるために化合物半導体等で構成された高価な超高速論理回路で構成したときには、パルス信号生成回路のコストが高騰し、ひいてはレーダ装置のコストが高騰するという問題点がある。さらに、論理回路を組み合わせて構成した場合、パルス信号生成回路が大形化し、ひいてはレーダ装置が大形化するという問題点もある。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、安価かつ小形でありながら最小検出距離を短くし得るレーダ装置を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく本発明に係るレーダ装置は、変調信号を生成する変調信号生成回路と、搬送波を生成する搬送波生成回路と、入力した前記変調信号で前記搬送波を変調して生成した高周波信号を出力する変調回路と、入力した前記高周波信号から前記変調信号を抽出する変調信号抽出回路と、送信アンテナを介して送信された前記高周波信号のうちの測定対象体で反射されて受信アンテナで受信された当該高周波信号から前記変調信号抽出回路によって抽出された前記変調信号に基づいて前記測定対象体までの距離を測定可能な検出信号を生成する検出信号生成回路とを備え、前記変調信号生成回路は、正弦波信号を生成する正弦波信号生成回路と、前記生成された正弦波信号をステップリカバリーダイオードによってパルス信号に変換して前記変調信号を生成するパルス信号生成回路とを備えている。
この場合、前記検出信号生成回路が、1つの前記変調信号に同期する送信開始信号と、前記送信アンテナを介して送信された前記高周波信号のうちの測定対象体で反射されて受信アンテナで受信された当該高周波信号から前記変調信号抽出回路によって抽出された前記1つの変調信号とに基づいて前記検出信号を生成するのが好ましい。
他方、前記検出信号生成回路が、前記送信アンテナから前記受信アンテナに漏れ込んだ前記高周波信号から前記変調信号抽出回路によって抽出された1つの前記変調信号と、前記送信アンテナを介して送信された前記高周波信号のうちの測定対象体で反射されて受信アンテナで受信された当該高周波信号から前記変調信号抽出回路によって抽出された前記1つの変調信号とに基づいて前記検出信号を生成するように構成することもできる。
さらに、前記正弦波信号生成回路が前記正弦波信号に直流成分を付加するのが好ましい。
本発明に係る上記の各レーダ装置によれば、正弦波信号生成回路と、ステップリカバリーダイオードによって正弦波信号をパルス信号に変換して変調信号を生成するパルス信号生成回路とを備えて変調信号生成回路を構成したことにより、オン状態からオフ状態への移行時間が非常に短いステップリカバリーダイオードが正弦波信号を非常に狭いパルス幅の変調信号に変換する。また、正弦波信号生成回路とステップリカバリーダイオードとで構成するため、安価かつ小形に変調信号生成回路を構成することができる。したがって、最小検出距離が短く、安価かつ小形なレーダ装置を実現することができる。
また、正弦波信号生成回路が正弦波信号に直流成分を付加することにより、直流成分を付加しない構成と比較して、変調信号の振幅を大きくすることができる。したがって、狭いパルス幅の変調信号を効率よく生成することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明に係るレーダ装置の最良の形態について説明する。
レーダ装置1は、図1に示すように、正弦波信号生成回路2、直流電源2a、パルス信号生成回路3、搬送波生成回路4、分配回路5、変調回路6、送信アンテナ7、受信アンテナ11、ミキサ回路(本発明における変調信号抽出回路)12、増幅回路13、コンパレータ回路14および検出信号生成回路15を備え、測定対象体としての例えば車両21との間の距離Dを測定可能な検出信号Sdを生成可能に構成されている。なお、正弦波信号生成回路2およびパルス信号生成回路3は、本発明における変調信号生成回路を構成する。また、レーダ装置1は、一例として、上記した各構成要素が1枚のプリント基板に搭載された状態で樹脂モールドされることによって一体化(モジュール化)されている。
正弦波信号生成回路2は、後述するベースバンド信号STBを生成する基となる正弦波信号SSIを生成する。また、直流電源2aは、正電圧の直流電圧Vo(本発明における直流成分の一例)を正弦波信号生成回路2に出力する。この場合、正弦波信号生成回路2は、図1に示すように、直流電圧Vo分だけオフセットした正弦波信号SSIを生成する。つまり、この正弦波信号生成回路2は、直流電圧Voに正弦波信号を重畳させて(加算して)正弦波信号SSIを生成する。
パルス信号生成回路3は、図2に示すように、コイルL、ステップリカバリーダイオードSRDおよびコンデンサCを備えて構成されて、正弦波信号生成回路2によって出力された正弦波信号SSIから狭いパルス幅のベースバンド信号(本発明における変調信号)STBを生成して変調回路6に出力する。具体的には、パルス信号生成回路3では、同図に示すように、コイルLの一端が正弦波信号生成回路2の出力部に接続され、他端がステップリカバリーダイオードSRDのアノードと接続されている。また、ステップリカバリーダイオードSRDのカソードは接地電位に接続されている。さらに、コンデンサCの一端はステップリカバリーダイオードSRDのアノードに接続され、コンデンサCの他端は変調回路6の入力部に接続されている。なお、同図では、変調回路6の等価的な入力抵抗を等価入力抵抗Rとして示している。したがって、コンデンサCは、この等価入力抵抗Rと相俟って微分回路を構成する。
このパルス信号生成回路3では、直流電圧Voが重畳された正弦波信号SSI(図3に破線で示す)を入力している状態では、正弦波信号SSIが正電圧のときに、ステップリカバリーダイオードSRDに電流が流れると共にコイルLにエネルギーが蓄積される。次いで、正弦波信号SSIが正電圧から負電圧に切り替わった際には、その切り替わりの瞬間から数ps〜数ns程度だけ経過した後に、ステップリカバリーダイオードSRDが急激にオン状態からオフ状態に移行する。ステップリカバリーダイオードSRDがオフ状態に移行した際には、それまでにコイルLに蓄積されていたエネルギーが瞬間的に放出されてベースバンド信号STBが生成される。この場合、ベースバンド信号STBの立ち上がりおよび立ち下がり時間は、等価入力抵抗RとコンデンサCとで構成される微分回路の時定数によって規定される。したがって、急激な立ち上がりを持つ信号を微分回路に通すことにより、図3に実線で示すように、負の極性を有し狭いパルス幅のベースバンド信号STBを得ることができる。このレーダ装置1では、一例として、0.6ns程度の狭いパルス幅のベースバンド信号STBが生成される。この場合、直流電圧Voをオフセット(付加)することにより、コイルLに蓄積させるエネルギーを大きくできるため、直流電圧Voを付加しない構成と比較して、ベースバンド信号STBの振幅をより大きくすることができる。したがって、ベースバンド信号STBを効率よく生成することができる。また、正弦波信号生成回路2とステップリカバリーダイオードSRDとで構成することで安価かつ簡単に構成することができる。また、パルス信号生成回路3は、図示しない波形整形回路によって正弦波信号SSIを波形整形して、正弦波信号SSIの1周期毎に、ベースバンド信号STBに同期する送信開始信号SSTを生成して検出信号生成回路15に出力する。
搬送波生成回路4は、図1に示すように、所定の周波数(例えば24GHz)の搬送波Scを連続して生成して分配回路5に出力する。分配回路5は、入力した搬送波Scを変調回路6とミキサ回路12とに分配して出力する。変調回路6は、負の極性を有するベースバンド信号STBで搬送波Scを変調して高周波信号STRを生成すると共に、送信アンテナ7を経由して送信する。なお、高周波信号STRを増幅する高周波増幅回路を変調回路6内に内蔵させることもできる。
一方、受信アンテナ11は、送信アンテナ7を介して送信された高周波信号STRのうちの測定対象体としての車両21によって反射された高周波信号STRを受信して高周波信号SRR としてミキサ回路12に出力する。ミキサ回路12は、図1に示すように、入力した高周波信号SRRと分配回路5から入力した搬送波Scとをミキシングしてダウンコンバートすることにより、高周波信号SRRからベースバンド信号STBに対応する信号成分をベースバンド信号SRBとして抽出して増幅回路13に出力する。
増幅回路13は、図1に示すように、入力したベースバンド信号SRBを増幅してコンパレータ回路14に出力する。コンパレータ回路14は、入力したベースバンド信号SRBを基準電源の基準電圧Vrと比較して、ベースバンド信号SRBを波形整形して検出信号生成回路15に出力する。これにより、ベースバンド信号SRBに含まれている基準電圧Vrを下回るノイズ成分がベースバンド信号SRBから除去される。検出信号生成回路15は、波形整形されたベースバンド信号SRBと送信開始信号SSTとに基づいて、車両21までの距離を測定可能な検出信号Sdを生成して出力する。具体的には、検出信号生成回路15は、送信開始信号SSTの立ち上がりに同期して立ち上がり、ベースバンド信号SRBの立ち上がりに同期して立ち下がる検出信号Sdを生成して出力する。
次に、レーダ装置1の全体的な動作について説明する。
このレーダ装置1では、図1,2に示すように、まず、正弦波信号生成回路2が、直流電圧Voを重畳させた正弦波信号SSIをパルス信号生成回路3に出力する。この際に、ミキサ回路12および増幅回路13などの受信回路は作動停止状態を維持する。続いて、パルス信号生成回路3は、上記したように、入力した正弦波信号SSIから狭いパルス幅(一例として、0.6ns程度)のベースバンド信号STBを生成して変調回路6に出力すると共に、そのベースバンド信号STB(本発明における1つの変調信号)を波形整形した送信開始信号SSTを検出信号生成回路15に出力する。この際に、検出信号生成回路15は、検出信号Sdを立ち上げる。一方、変調回路6は、パルス信号生成回路3から入力したベースバンド信号STBで分配回路5から入力した搬送波Scを変調して高周波信号STRを生成して、送信アンテナ7に出力する。これにより、送信アンテナ7から、一例として、0.6ns程度のパルス幅の高周波信号STRが送信される。
次いで、高周波信号STRの送信が終了した際には、ミキサ回路12および増幅回路13などの受信回路が作動を開始する。この際に、受信アンテナ11には、送信アンテナ7による高周波信号STRの送信開始時間から所定時間T1経過後に、車両21によって反射された高周波信号STRが入力する。この場合、所定時間T1は、高周波信号STRがレーダ装置1と車両21との間の距離Dを往復する時間、つまり距離Dの2倍の距離(2×D)を伝搬するのに必要とされる時間を意味する。次いで、ミキサ回路12は、受信アンテナ11から入力した高周波信号SRRと搬送波Scとをミキシングすることにより、ベースバンド信号SRBを抽出する。次いで、ミキサ回路12から出力されたベースバンド信号SRBは、増幅回路13によって増幅されると共に、コンパレータ回路14によって波形整形された後に、検出信号生成回路15に入力される。この場合、このベースバンド信号SRBが、本発明における「受信アンテナで受信された高周波信号から変調信号抽出回路によって抽出された1つの変調信号」に相当する。続いて、検出信号生成回路15は、ベースバンド信号SRBの立ち上がりに同期して立ち下がり時間T1のパルス幅を有する検出信号Sdを生成して出力する。つまり、検出信号生成回路15は、既に入力されている送信開始信号SSTとベースバンド信号SRBとに基づいて検出信号Sdを生成する。この後、外部装置が、レーダ装置1から出力された検出信号Sdを利用して、検出信号Sdのパルス幅(所定時間T1)の1/2の時間と光速とに基づいて、レーダ装置1と車両21との間の距離Dを算出する。
この場合、ベースバンド信号STB(つまりベースバンド信号SRB)が0.6nsのパルス幅のときにおけるレーダ装置1の最小検出距離は以下のようにして求められる。つまり、高周波信号STは、その速度が30万km/sのため、0.6nsの時間内に18cmを進行する。この際に、レーダ装置1と車両21との距離Dの2倍がこの18cmよりも短いときには、車両21によって反射された高周波信号STRが高周波信号STRの送信を終了する以前に受信アンテナ11に入力される。このため、レーダ装置1によってベースバンド信号SRBの立ち上がりエッジを検出することができずに、距離の検出が不能となる。したがって、このレーダ装置1による車両21との間の距離を検出し得る最小検出距離は十分に短い9cmとなる。
このように、このレーダ装置1によれば、正弦波信号生成回路2とパルス信号生成回路3とで変調信号生成回路を構成し、パルス信号生成回路3としてステップリカバリーダイオードSRDを用いたことにより、狭いパルス幅のベースバンド信号STB(変調信号)を生成することができる。したがって、レーダ装置1の最小検出距離を十分に短くすることができる。また、正弦波信号生成回路2とステップリカバリーダイオードSRDとで構成したことにより、安価かつ小形に変調信号生成回路を構成することができる。したがって、レーダ装置1を安価かつ小形に構成することができる。
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、レーダ装置1では、送信開始信号SSTとベースバンド信号SRBとに基づいて検出信号生成回路15が検出信号Sdを生成しているが、図4に示すレーダ装置1Aのように、送信アンテナ7を介して出力された高周波信号STRのうちの受信アンテナ11へ漏れ込んだ高周波信号SRR0 に基づいて検出信号Sdを生成する構成を採用することもできる。なお、以下、レーダ装置1における構成要素と同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付して重複した説明を省略する。このレーダ装置1Aでは、送信アンテナ7および受信アンテナ11は、送信アンテナ7を介して送信された高周波信号STRの一部が受信アンテナ11に漏れ込み(回り込み)可能に互いに近接するように配置されている。この場合、受信アンテナ11は、近接配設されている送信アンテナ7からの漏洩波(高周波信号SRR0 )を最初に受信し、その後に、車両21によって反射された高周波信号SRRを受信して、ミキサ回路12に順次出力する。また、ミキサ回路12や増幅回路13などの受信回路は高周波信号STRの送信時にも作動状態を維持している。
このレーダ装置1Aでは、図4に示すように、ミキサ回路12が、入力した高周波信号SRR0 と分配回路5から入力した搬送波Scとをミキシングしてダウンコンバートすることにより、高周波信号SRR0 からベースバンド信号SRB0 を抽出して増幅回路13に出力する。また、ミキサ回路12は、入力した高周波信号SRRと分配回路5から入力した搬送波Scとをミキシングしてダウンコンバートすることにより、高周波信号SRRからベースバンド信号SRBを抽出して増幅回路13に出力する。増幅回路13は、同図に示すように、入力したベースバンド信号SRB0 ,SRBを増幅してコンパレータ回路14に順次出力する。次いで、コンパレータ回路14は、入力したベースバンド信号SRB0 ,SRBを基準電圧Vrと比較することによってベースバンド信号SRB0 ,SRBを波形整形して検出信号生成回路15に順次出力する。この場合、ベースバンド信号SRB0 が本発明における「送信アンテナから受信アンテナに漏れ込んだ高周波から変調信号抽出回路によって抽出された1つの変調信号」に相当し、ベースバンド信号SRBが、本発明における「受信アンテナで受信された高周波信号から変調信号抽出回路によって抽出された1つの変調信号」に相当する。検出信号生成回路15は、波形整形されたベースバンド信号SRB0 の立ち上がりに同期させて検出信号Sdを立ち上がらせ、ベースバンド信号SRBの立ち上がりに同期して検出信号Sdを立ち下げる。この結果、両ベースバンド信号SRB0 ,SRBに基づいて車両21までの距離を測定可能な検出信号Sdが生成される。
このレーダ装置1Aによれば、レーダ装置1と同様の作用効果を奏することができる。また、受信した両高周波信号SRR0 ,SRRの時間差を検出することによって検出信号Sdを生成することができるため、レーダ装置1と比較して、変調回路6などのレーダ装置1内の各回路の遅延時間に起因する誤差が発生しないため、より高精度で距離を検出することができる。なお、このレーダ装置1Aでは、受信アンテナ11に高周波信号を直接的に出力する構成を採用しているが、受信アンテナ11に直接的に出力する構成に代えてミキサ回路12に高周波信号STRを直接的に出力する構成を採用することができる。さらに、例えば、抵抗素子や容量性素子などのインピーダンス素子を介して変調回路6から高周波信号STRを受信アンテナ11またはミキサ回路12に直接的に出力する構成を採用することもできる。
また、レーダ装置1,1Aでは、変調信号抽出回路の一例としてミキサ回路12を使用した例について説明したが、ミキサ回路12に代えて、検波回路、またはローパスフィルタ回路を用いることもできる。また、レーダ装置1,1Aを全て一体的にモジュール化した例について説明したが、上記の全構成要素のうちから、送信アンテナ7および受信アンテナ11を除いた他の回路だけを一体的にモジュール化して構成することもできる。この構成によれば、送信アンテナ7および受信アンテナ11の配置についての自由度を高めることができる。なお、レーダ装置1,1A全体を小形化するためにはレーダ装置1,1Aを一体的にモジュール化するのが好ましいが、モジュール化を必要としない場合、個別の各回路を回路基板上に搭載してレーダ装置1,1Aを構成することもできる。また、既に設置されている送信アンテナおよび受信アンテナを利用することもできる。さらに、送信アンテナ7と受信アンテナ11とを1つのアンテナで共用することもできる。
また、増幅回路13やコンパレータ回路14の配設は必須ではなく、ベースバンド信号SRBのレベルやS/N比等に応じて適宜配設することができる。また、各回路同士や、各回路と各アンテナとの間に、増幅回路やフィルタなどの回路を適宜配設できるのは勿論である。
本発明の最良の形態に係るレーダ装置1の構成を示すブロック図である。 パルス信号生成回路3の回路図および変調回路6の等価入力抵抗Rを主として示すブロック図である。 パルス信号生成回路3に供給される正弦波信号SSI(破線)およびパルス信号生成回路3から出力されるベースバンド信号STB(実線)の波形図である。 他の最良の形態に係るレーダ装置1Aの構成を示すブロック図である。
符号の説明
1,1A レーダ装置
2 正弦波信号生成回路
2a 直流電源
3 パルス信号生成回路
4 搬送波生成回路
6 変調回路
7 送信アンテナ
11 受信アンテナ
12 ミキサ回路(変調信号抽出回路)
15 検出信号生成回路
21 車両(測定対象体)
Sc 搬送波
SRD ステップリカバリーダイオード
SSI 正弦波信号
STB,SRB ベースバンド信号
STR,SRR 高周波信号
Vo 直流電圧

Claims (2)

  1. 変調信号を生成する変調信号生成回路と、搬送波を生成する搬送波生成回路と、入力した前記変調信号で前記搬送波を変調して生成した高周波信号を出力する変調回路と、入力した前記高周波信号から前記変調信号を抽出する変調信号抽出回路と、前記変調信号生成回路によって生成された1つの前記変調信号と送信アンテナを介して送信された前記高周波信号のうちの測定対象体で反射されて受信アンテナで受信された当該高周波信号から当該変調信号抽出回路によって抽出された前記1つの変調信号とに基づいて前記測定対象体までの距離を測定可能な検出信号を生成する検出信号生成回路とを備え、
    前記変調信号生成回路は、正弦波信号を生成する正弦波信号生成回路と、前記生成された正弦波信号をステップリカバリーダイオードによってパルス信号に変換して前記変調信号を生成するパルス信号生成回路とを備えているレーダ装置。
  2. 前記正弦波信号生成回路は、前記正弦波信号に直流成分を付加する請求項1記載のレーダ装置。
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