JP2005195356A - レーダシステム、レーダ装置および距離測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易かつ簡単な構成によって目標に対する距離測定の高精度化を実現すること。
【解決手段】レーダシステム１００は、トランスポンダ通信装置１０１とレーダ装置１０２を備える。トランスポンダ通信装置１０１は、レーダ装置１０２から送信された送信波信号を受信するトランスポンダ受信部２０１と、受信された送信波信号を変調して被変調波信号を生成する被変調波信号生成部２０２と、生成された被変調波信号を送信するトランスポンダ送信部２０３を備える。レーダ装置１０２は、送信波信号を送信するレーダ送信部２１０と、送信された被変調波信号を受信するレーダ受信部２１３と、送受信切替部２１４による送受信の切替動作に基づいて被変調波信号の受信感度が不感状態となるヌルポイントを検出するヌルポイント検出部２１７と、検出されたヌルポイントに基づいてトランスポンダ通信装置１０１までの距離を算出する距離算出部２１８と、を備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、送信波信号を送信するレーダ装置と送信波信号を受信するトランスポンダ通信装置との間の通信によって、レーダ装置とトランスポンダ通信装置との間の距離を測定するレーダシステム、レーダ装置および距離測定方法に関する。

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定し、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。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レーダ方式のレーダ装置が提供されている（たとえば、特許文献１参照。）。

この特許文献１のＦＭ−ＣＷレーダ方式のレーダ装置は、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。そして、単一のアンテナを使用しており、送受信を時分割で行うこととしている。

一方、近年のＦＭ−ＣＷレーダ方式のレーダ装置は、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が要求されている。特に、車載レーダ装置では、渋滞時のように低速で短間隔の車間距離を制御するストップアンドゴー機能を付加するため、近距離目標に対して高い距離精度δＲが要求されている。

近距離の距離精度が要求される場合、上述した特許文献１のＦＭ-ＣＷ方式のレーダ装置では、距離精度を高めるために、下記式（１）に示す周波数偏移ΔＦを高める必要がある。距離精度は、ビート周波数の測定にも関係する。距離精度δＲは、ビート周波数ｆｒの計測分解能δｆｒであらわされ、
δＲ＝（Ｃ／（４・ｆｍ・ΔＦ））δｆｒ・・・（１）
（但し、Ｃは光速、ｆｍは変調周波数）
となる。

計測分解能δｆｒは、ビート周波数の計測方式によって異なるが、通常のＦＦＴ解析により周波数計測をする場合、１／（２・ｆｍ）内にビート信号１サイクル分が必要となり、ビート周波数は、この最小周波数の整数倍で計測される。したがって、δｆｒ＝２・ｆｍとなり、上記式（１）より、距離精度δＲを求めると、
δＲ＝（Ｃ／（４・ΔＦ）
となる。ΔＦ＝１００［ＭＨｚ］では、δＲ＝１．５［ｍ］（±０．７５［ｍ］）になる。

特開平９−２４３７３８号公報

しかしながら、上述した従来技術におけるＦＭ−ＣＷレーダ方式の車載レーダ装置では、車両など形状が複雑な目標の場合、電波の照射範囲における目標の反射特性については、最近距離の反射波が受信されるのではなく、照射範囲内における各反射点からの反射波の総和が受信されることとなる。したがって、形状が複雑な目標では、目標のどの位置から電波が反射されているかを特定することができず、目標までの正確な距離を測定することが困難であるという問題があった。

また、ＦＭ-ＣＷレーダ方式の車載レーダ装置の距離分解能は、上記式（１）のとおり、周波数偏移ΔＦに限界があり、距離制御をおこなう車載レーダ装置では、近距離における距離分解能を高めるために周波数偏移ΔＦを広げると、周波数変調の直線性の確保が困難になるという問題があった。

また、現行の７６［ＧＨｚ］帯レーダバンドにおいては、電波法の規定から周波数偏移ΔＦが１［ＧＨｚ］以下（７６〜７７［ＧＨｚ］）に制限されている。したがって、周波数偏移ΔＦが１［ＧＨｚ］を超えると、電波法の規定外となり、実用化することができないという問題があった。

さらに、現行の車載レーダ装置では、電圧制御周波数変調発振器（ＶＣＯ）の周波数偏移ΔＦは、ΔＦ＝１００［ＭＨｚ］程度である。したがって、周波数変調特性の直線性については、周波数偏移ΔＦが広がるほど、電圧制御周波数変調発振器（ＶＣＯ）の実現性が困難であり、実現が容易な周波数偏移ΔＦ内において近距離検知性能を向上させることができないという問題があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、容易かつ簡単な構成によって目標に対する距離測定の高精度化を実現することができるレーダシステム、レーダ装置および距離測定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかるレーダシステムは、送信波信号を送信するレーダ装置と前記送信波信号を受信するトランスポンダ通信装置との間の通信によって、前記レーダ装置と前記トランスポンダ通信装置との間の距離を測定するレーダシステムであって、前記トランスポンダ通信装置は、前記レーダ装置から送信された送信波信号を受信するトランスポンダ受信手段と、前記トランスポンダ受信手段によって受信された送信波信号を変調して被変調波信号を生成する被変調波信号生成手段と、前記被変調波信号生成手段によって生成された被変調波信号を送信するトランスポンダ送信手段と、を備え、前記レーダ装置は、前記送信波信号を送信するレーダ送信手段と、前記トランスポンダ送信手段から送信された被変調波信号を受信するレーダ受信手段と、前記レーダ送信手段による送信と前記レーダ受信手段による受信とを切り替える送受信切替手段と、前記送受信切替手段による送受信の切替動作に基づいて前記レーダ受信手段によって受信された被変調波信号の受信感度が不感状態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、前記ヌルポイント検出手段によって検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を算出する距離算出手段と、を備えることを特徴とする。

また、この発明にかかるレーダ装置は、受信される送信波信号を変調して被変調波信号を生成し前記被変調波信号を送信するトランスポンダ通信装置を用いて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を測定するレーダ装置であって、前記送信波信号を前記トランスポンダ通信装置に送信するレーダ送信手段と、前記トランスポンダ通信装置から送信される被変調波信号を受信するレーダ受信手段と、前記レーダ送信手段による送信と前記レーダ受信手段による受信とを切り替える送受信切替手段と、前記送受信切替手段を制御して、前記レーダ送信手段による送信と前記レーダ受信手段による受信とを互いに逆相となるように切り替える切替制御手段と、前記送受信切替手段による送受信の切替動作に基づいて前記レーダ受信手段によって受信された被変調波信号の受信感度が不感状態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、前記ヌルポイント検出手段によって検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を算出する距離算出手段と、を備えることを特徴とする。

さらに、この発明にかかる距離測定方法は、受信される送信波信号を変調して被変調波信号を生成するトランスポンダ通信装置に対し、前記送信波信号の送信と前記被変調波信号の受信を互いに逆相となるようにおこなって前記トランスポンダ通信装置までの距離を測定する距離測定方法であって、前記送信波信号を前記トランスポンダ通信装置に送信するレーダ送信工程と、前記トランスポンダ通信装置から送信される被変調波信号を受信するレーダ受信工程と、前記被変調波信号の受信感度が不感状態となるヌルポイントを検出するヌルポイント検出工程と、前記ヌルポイント検出工程によって検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を算出する距離算出工程と、を含むことを特徴とする。

このレーダシステム、レーダ装置および距離測定方法によれば、トランスポンダ通信装置との通信によって、トランスポンダ通信装置とレーダ装置との間の距離測定をおこなうことができる。

本発明にかかるレーダシステム、レーダ装置および距離測定方法によれば、容易かつ簡単な構成によって目標に対する距離測定の高精度化を実現することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるレーダシステム、レーダ装置および距離測定方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
まず、この発明の実施の形態にかかるレーダシステムの概略について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかるレーダシステムの概略を示す説明図である。図１において、レーダシステム１００は、トランスポンダ通信装置１０１と、レーダ装置１０２とによって構成されている。図１において、トランスポンダ通信装置１０１は、目標物である移動体１１１や固定反射物１１２に搭載されており、レーダ装置１０２から送信された送信波信号を受信して、その送信波信号を変調した被変調波信号をレーダ装置１０２に送信する。また、トランスポンダ通信装置１０１が搭載されていない目標物１１３は、レーダ装置１０２から送信された送信波信号をそのまま反射する。レーダ装置１０２は、たとえば自動車などの移動体１２０に搭載されている。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダシステムの機能的構成について説明する。図２は、この発明の実施の形態にかかるレーダシステムの機能的構成を示す説明図である。トランスポンダ通信装置１０１は、トランスポンダ受信部２０１と、被変調波信号生成部２０２と、トランスポンダ送信部２０３と、を含む構成とされている。トランスポンダ受信部２０１は、レーダ装置１０２から送信された送信波信号を受信する。被変調波信号生成部２０２は、トランスポンダ受信部２０１によって受信された送信波信号を変調して被変調波信号を生成する。トランスポンダ送信部２０３は、被変調波信号生成部２０２によって生成された被変調波信号を送信する。

また、トランスポンダ通信装置１０１およびレーダ装置１０２が、それぞれ異なる移動体（たとえば自動車）に搭載されている場合、双方に車両の情報をつたえることを可能にする。トランスポンダ通信装置１０１は、動作決定情報生成部２０４を含むことができる。動作決定情報生成部２０４は、レーダ装置１０２を搭載しているレーダ車からの車両情報を受信し復調した情報を記憶するとともに、レーダ車からコマンド信号に対応して、搭載車両（自車）の車両情報を含む変調信号を生成する。前記コマンド信号は、トランスポンダ通信装置１０１の変調周波数を指定する情報が含まれる。車両情報には、走行速度、加減速動作の有無、ブレーキ動作の有無、車線変更する方向などがあげられる。

また、レーダ装置１０２は、レーダ送信部２１０と、変調制御部２１１と、動作情報生成部２１２と、レーダ受信部２１３と、送受信切替部２１４と、切替制御部２１５と、変調周波数変更部２１６と、ヌルポイント検出部２１７と、距離算出部２１８と、動作決定情報抽出部２１９と、動作制御部２２０と、から構成されている。レーダ送信部２１０は、高周波信号源の信号を、変調制御部２１１と送受信切替部２１４とからの信号で振幅変調し、被変調高周波信号を送信波信号として送信する。変調制御部２１１は、副搬送波の変調周波数に動作情報信号を変調し、副搬送波の被変調信号を生成する。変調周波数変更部２１６は、副搬送周波数を適宜変更し、生成する。レーダ受信部２１３は、トランスポンダ通信装置１０１から送信されてくる被変調波信号を検波して、受信感度をあらわす信号レベルを出力する。

送受信切替部２１４は、レーダ送信部２１０とレーダ受信部２１３との送受信動作を切り替える。切替制御部２１５は、レーダ送信部２１０とレーダ受信部２１３とをスイッチする制御信号を生成する。そして、生成した制御信号によって送受信切替部２１４を制御して、レーダ送信部２１０とレーダ受信部２１３との送受信動作を、所定のスイッチ周期によって互いに逆相になるように、換言すれば時分割となるように切り替える。

変調周波数変更部２１６は、レーダ受信部２１３が受信することができる被変調波信号の変調周波数を変更する。ヌルポイント検出部２１７は、レーダ受信部２１３から出力される所定の強度の信号レベルに基づいて、上記送受切替スイッチ周期ごとの信号レベルの強度を記憶し、その信号レベルがあらかじめ設定された所定レベル以下となるヌルポイントを検出する。距離算出部２１８は、ヌルポイント検出部２１７によって検出されたヌルポイントに基づいて、レーダ装置１０２からトランスポンダ通信装置１０１までの距離を算出する。

動作決定情報抽出部２１９は、レーダ受信部２１３によって検波された被変調波信号に含まれている動作決定情報を抽出する。動作制御部２２０は、動作決定情報抽出部２１９によって抽出された動作決定情報に基づいて、レーダ装置１０２が搭載されている移動体の動作を制御する。具体的には、動作決定情報（たとえば、先行車の加減速）によって決定された動作となるように、移動体の動作（たとえば車速）を制御する。また、動作制御部２２０は、動作決定情報と、距離算出部２１８によって算出された距離とに基づいて、移動体の動作を制御することができる。

つぎに、ヌルポイント検出部２１７の具体的な機能的構成について説明する。図３は、ヌルポイント検出部２１７の具体的な機能的構成を示すブロック図である。ヌルポイント検出部２１７は、受信感度生成部２２１と、記憶部２２２と、掃引部２２３と、ヌルポイント抽出部２２４と、から構成されている。受信感度生成部２２１は、レーダ受信部２１３から出力される振幅変調信号の受信感度（信号レベル）を生成する。この受信感度は、たとえば電圧値によってあらわすことができる。

記憶部２２２は、送受切替周期ごとの受信感度生成部２２１によって生成された受信感度を記憶する。掃引部２２３は、送受切替周期を検出し、掃引一周期の送受切替周期データを生成し、記憶部２２２に送出する。ヌルポイント抽出部２２４は、記憶部２２２の一掃引周期分の受信感度データの中から、設定レベル以上の受信レベル、かつあらかじめ設定されたしきい値レベル以下となる受信感度の信号レベルのヌルポイントを抽出し、そのときの送受切替周期（スイッチ周波数）を抽出する。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるトランスポンダ通信装置１０１の具体的構成について説明する。図４〜図６は、この発明の実施の形態にかかるトランスポンダ通信装置１０１の具体的構成を示す説明図である。

図４のトランスポンダ通信装置１０１は、レーダ装置１０２から送信されてくる送信波信号が搬送波信号である場合に用いられる構成である。図４において、トランスポンダ通信装置１０１は、受信アンテナ４０１と、受信アンプ４０２と、変調器４０３と、送信アンプ４０４と、送信アンテナ４０５と、から構成されている。受信アンテナ４０１は、レーダ装置１０２から送信されてくる送信波信号を受信する。受信アンプ４０２は、受信した送信波信号を増幅する。変調器４０３は、受信アンプ４０２によって増幅された送信波信号を、あらかじめ設定された固有の変調周波数によって振幅変調し、被変調波信号を生成する。送信アンプ４０４は被変調波信号を増幅する。これにより、被変調波信号を固定反射物によって反射された反射波信号よりも強くすることができる。送信アンテナ４０５は、増幅された被変調波信号をレーダ装置１０２に送信する。

また、図４において、受信アンテナ４０１および受信アンプ４０２は、図２に示したトランスポンダ受信部２０１を構成し、変調器４０３は、図２に示した被変調波信号生成部２０２を構成し、送信アンプ４０４および送信アンテナ４０５は、図２に示したトランスポンダ送信部２０３を構成する。

また、図５のトランスポンダ通信装置１０１は、レーダ装置１０２から送信されてくる送信波信号が、振幅変調された送信波信号である場合に用いられる構成である。送信は信号であるレーダ波からの命令信号をトランスポンダ通信装置１０１が復調し、命令信号に応じた変調信号を生成し、レーダ波が無変調になる時間に前記変調信号により振幅変調をおこない、レーダ受信部２１３に送信する。

図５において、トランスポンダ通信装置１０１は、受信アンテナ５０１と、受信アンプ５０２と、復調器５０３と、変調発振器５０４と、変調器５０５と、送信アンプ５０６と、送信アンテナ５０７と、から構成されている。受信アンテナ５０１は、レーダ装置１０２から送信されてくる送信波信号を受信する。受信アンプ５０２は、受信した送信波信号を増幅し、復調器５０３と変調発振器５０４に２分岐して出力する。復調器５０３は、送信波信号を受信した受信アンテナ５０１からの被振幅変調波を検波し、この検波によって得られた命令信号を抽出する。そして、命令信号を変調発振器５０４に送り、変調周波数を指定する。

変調発振器５０４は、指定された変調周波数の変調信号を変調器５０５に供給する。変調器５０５は、レーダ装置１０２からの送信波信号の振幅変調をおこなう。具体的には、変調発振器５０５からの変調信号の指定変調周波数によって、受信アンプ５０２から得られた出力を振幅変調し、被変調波信号を生成する。送信アンプ５０６は、変調器５０５によって生成された被変調波信号を増幅する。送信アンテナ５０７は、増幅された被変調波信号をレーダ装置１０２のレーダ受信部２１３に送信する。

また、図５において、受信アンテナ５０１および受信アンプ５０２は、図２に示したトランスポンダ受信部２０１を構成し、検波器５０３、変調発振器５０４および変調器５０５は、図２に示した被変調波信号生成部２０２を構成し、送信アンプ５０６および送信アンテナ５０７は、図２に示したトランスポンダ送信部２０３を構成する。

また、図６のトランスポンダ通信装置１０１、レーダ装置１０２は、自動車などの移動体に設けられており、レーダ装置１０２から送信されてくる送信波信号が、レーダ装置１０２を搭載する移動体の減速、加速などの動作情報を含む送信波信号、およびトランスポンダ通信装置１０１を搭載する移動体の減速、加速などの動作情報を含むである場合に用いられる構成である。

図６において、トランスポンダ通信装置１０１は、受信アンテナ６０１と、受信アンプ６０２と、復調器６０３と、動作決定情報生成部２０４と、変調発振器６０４と、変調器６０５と、送信アンプ６０６と、送信アンテナ６０７と、から構成されている。受信アンテナ６０１は、レーダ装置１０２からの送信波信号を受信する。受信アンプ６０２は、受信した送信波信号を増幅し、復調器６０３と変調器６０５に２分岐して出力する。復調器６０３は、レーダ送信部２１０からの被振幅変調波、すなわち、受信アンプ６０２からの出力を検波する。そして、検波した信号に含まれている命令信号と、レーダ装置１０２搭載の車両の車両情報信号とを抽出する。そして、命令信号を変調発振器６０４に送り、変調周波数を指定する。

変調発振器６０４は、指定された変調周波数の変調信号を変調器６０５に供給する動作決定情報生成部２０４は、復調器６０３からの復調信号に基づいて、レーダ装置１０２を搭載する車両の動作情報、トランスポンダ通信装置１０１の変調信号を生成する。これにより、レーダ装置１０２からトランスポンダ通信装置１０１を指定することができる。

変調器６０５は、変調発振器６０４の変調信号または動作決定情報生成部２０４からの変調信号により、レーダ装置１０２からの高周波信号の振幅変調をおこない、被変調波信号を生成する。送信アンプ６０６は、変調器６０５によって生成された被変調波信号を増幅する。送信アンテナ６０７は、増幅された被変調波信号をレーダ装置１０２のレーダ受信部２１３に送信する。

そして、レーダ受信部２１３で受信されたトランスポンダ通信装置１０１からの被変調波信号から、動作決定情報生成部２０４の情報信号を復調し、動作決定情報抽出部２１９に送り、トランスポンダ通信装置１０１を搭載する車両の車両情報を抽出する。なお、上述した動作決定情報生成部２０４は、具体的には、たとえば、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤなどの読み書き可能な記録媒体に記録されたプログラムを、ＣＰＵが実行することによって、その機能を実現する。

また、図６において、受信アンテナ６０１および受信アンプ６０２は、図２に示したトランスポンダ受信部２０１を構成し、復調器６０３、変調発振器６０４および変調器６０５は、図２に示した被変調波信号生成部２０２を構成し、送信アンプ６０６および送信アンテナ６０７は、図２に示したトランスポンダ送信部２０３を構成する。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１０２のハードウェア構成の一例について説明する。図７は、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１０２のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図７のレーダ装置１０２は、送信波信号として搬送波信号を送信する構成である。

図７において、このレーダ装置１０２は、ＲＦ発振器７０１と、第１アンプ７０２と、送信スイッチ７０３と、送信アンテナ７０４と、を備えている。ＲＦ発振器７０１は所定の搬送波信号を出力する。第１アンプ７０２はＲＦ発振器７０１から発振された搬送波信号を増幅する。送信スイッチ７０３は、送信ドライバ７１２の開閉駆動によって搬送波信号を送信アンテナ７０４に出力する。送信アンテナ７０４は、搬送波信号をトランスポンダ通信装置１０１に送信する。このＲＦ発振器７０１、第１アンプ７０２、送信スイッチ７０３および送信アンテナ７０４は、具体的には、図２に示したレーダ装置１０２のレーダ送信部２１０を構成する。

また、レーダ装置１０２は、受信アンテナ７０５と、受信スイッチ７０６と、第２アンプ７０７と、振幅検波器７０８と、周波数可変バンドパスフィルタ７０９と、第３アンプ７１０と、を備えている。受信アンテナ７０５は、トランスポンダ通信装置１０１から送信されてくる被変調波信号を受信する。受信スイッチ７０６は、受信ドライバ７１３の開閉駆動によって受信アンテナ７０５に受信された被変調波信号を第２アンプ７０７に出力する。第２アンプ７０７は被変調波信号を増幅する。

振幅検波器７０８は、第２アンプ７０７によって増幅された被変調波信号の包絡線検波をおこない、振幅変調信号を取り出す。周波数可変バンドパスフィルタ７０９は、信号処理部７２０によってトランスポンダ通信装置１０１における振幅変調周波数と同調するように制御され、振幅検波器７０８から検波された振幅変調信号を選択的に通過させる。第３アンプ７１０は、周波数可変バンドパスフィルタ７０９を通過した振幅変調信号を増幅し、信号処理部７２０に出力する。この受信アンテナ７０５、受信スイッチ７０６、第２アンプ７０７、振幅検波器７０８、周波数可変バンドパスフィルタ７０９および第３アンプ７１０は、具体的には、図２に示したレーダ装置１０２のレーダ受信部２１３を構成する。

さらに、レーダ装置１０２は、スイッチ駆動信号源７１１と、送信ドライバ７１２と、受信ドライバ７１３と、を備えている。スイッチ駆動信号源７１１は、信号処理部７２０からの指令にしたがって、送信ドライバ７１２と受信ドライバ７１３とを駆動する駆動パルス信号を出力する。この駆動パルス信号は、送信ドライバ７１２と受信ドライバ７１３とを所定の周期で独立に駆動でき、送信スイッチ７０３の開閉時間と受信スイッチ７０６の開閉時間とを制御することができる。このスイッチ駆動信号源７１１、送信ドライバ７１２および受信ドライバ７１３は、具体的には、図２に示したレーダ装置１０２の送受信切替部２１４を構成する。

信号処理部７２０は、Ａ／Ｄ変換器７２１と、ＣＰＵ７２２と、ＲＯＭ７２３と、ＲＡＭ７２４と、出力Ｉ／Ｆ７２５と、これらを接続するバス７２６と、から構成されている。Ａ／Ｄ変換器７２１は、第３アンプ７１０から出力された振幅変調信号をデジタル変換して受信感度となる信号レベルを生成する。ＣＰＵ７２２は、信号処理部７２０全体を統括する。ＲＯＭ７２３には各種プログラムが記憶されている。ＲＡＭ７２４は、ＣＰＵ７２２のワークエリアとして使用され、受信感度となる信号レベルを記憶する。また、ＲＡＭ７２４に限定されず、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤなど読み書き可能な記録媒体によって構成してもよい。この信号処理部７２０は、具体的には、図２に示した変調制御部２１１、動作情報生成部２１２、切替制御部２１５、変調周波数変更部２１６、ヌルポイント検出部２１７、距離算出部２１８、動作決定情報抽出部２１９および動作制御部２２０を構成する。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１０２の送受信原理について説明する。図８は、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１０２の送受信原理を示すタイミングチャートである。図８において、送受信切替制御によるスイッチ周期をＴswとし、送信動作制御パルスのデューティ比を５０％とすると、レーダ送信部２１０の送信動作波形Ａは、スイッチ周期Ｔswによって送信動作をＯＮ／ＯＦＦするパルス波形となる。また、トランスポンダ通信装置１０１から送信されてくる被変調波信号の受信時間をあらわす受信時間波形Ｂは、送信動作波形Ａと同一のパルス波形であるが、送信動作波形Ａよりも伝搬遅延時間τoだけ遅延している。

さらに、レーダ受信部２１３の受信動作波形Ｃは、送信動作波形Ａと同一周期のパルス波形であるが、送受信動作制御により、送信動作波形Ａに対して逆相となっているパルス波形である。したがって、レーダ送信部２１０とレーダ受信部２１３との送受信動作は、時分割によっておこなわれている。また、被変調波信号を受信できる実際の受信時間Ｂａは、伝搬遅延時間τoと一致する。

ここで、レーダの伝搬遅延時間τoおよび距離Ｒの算出について説明する。トランスポンダ通信装置１０１までの距離をＲ［ｍ］、光速をｃ［ｍ／ｓ］とすると、レーダの伝搬遅延時間τoは、
τo＝２Ｒ／ｃ・・・（２）
である。また、図８に示すように、受信時間波形Ｂと受信動作波形Ｃとが逆相になったときに、レーダ受信部２１３の受信感度が不感状態（ヌル）となるので、不感状態となる距離Ｒｎは、上記（２）式より、
Ｒｎ＝ｃ・τo／２・・・（３）
であらわすことができる。

ここで、近距離の受信感度が不感状態（ヌル）となる場合、伝搬遅延時間τoとスイッチ周期Ｔswの関係は、下記式（４）に示すとおりである。同様に、不感状態（ヌル）でのスイッチ周波数ｆswは、ｆsw＝１／Ｔswであるため、下記式（５）であらわすことができる。
τo＝Ｔsw・・・（４）
ｆsw＝ｃ／（２×Ｒｎ）・・・（５）
この式（４）により、スイッチ周波数ｆswから距離Ｒｎを算出することができる。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるトランスポンダ通信装置１０１の通信処理手順について説明する。図９〜図１１は、この発明の実施の形態にかかるトランスポンダ通信装置１０１の通信処理手順を示すフローチャートである。

図９のフローチャートは、図４に示した構成のトランスポンダ通信装置１０１にかかる通信処理手順を示している。図９において、レーダ装置１０２から送信波信号である搬送波信号を受信した場合（ステップＳ９０１：Ｙｅｓ）、変調器４０３によって、受信した搬送波信号を、あらかじめ設定された変調周波数によって変調し、被変調波信号を生成する（ステップＳ９０２）。そして、生成された被変調波信号を送信する（ステップＳ９０３）。これにより、レーダ装置１０２からの搬送波信号を受信した場合、その受信したトランスポンダ通信装置１０１固有の変調周波数によって被変調波信号を送信することができる。

また、図１０のフローチャートは、図５に示した構成のトランスポンダ通信装置１０１にかかる通信処理手順を示している。図１０において、レーダ装置１０２から、トランスポンダ通信装置１０１の変調周波数を指定する命令信号を含んだ送信波信号（被振幅変調送信信号）を受信した場合（ステップＳ１００１：Ｙｅｓ）、復調器５０３によってこの送信波信号を復調する（ステップＳ１００２）。復調した命令信号によって指定された変調周波数を変調発振器５０４に供給する（ステップＳ１００３）。そして、変調発振器５０４からの変調信号の指定変調周波数によって、受信アンプ５０２から得られた出力（送信波信号）を振幅変調し、被変調波信号を生成する（ステップＳ１００４）。そして、生成された被変調波信号を送信する（ステップＳ１００５）。

また、図１１のフローチャートは、図６に示した構成のトランスポンダ通信装置１０１にかかる通信処理手順を示している。図１１において、レーダ装置１０２から、レーダ装置１０２を搭載する車両の運転情報などの動作情報を振幅変調によって重畳した送信波信号を受信した場合（ステップＳ１１０１：Ｙｅｓ）、復調器６０３によって送信波信号を復調し、動作信号を抽出する（ステップＳ１１０２）。そして、この抽出した動作情報と、トランスポンダ通信装置１０１を搭載する移動体の所定の動作情報とを比較する（ステップＳ１１０３）。この所定の動作情報は、トランスポンダ通信装置１０１を搭載する車両の減速、加速、方向指示などの情報である。

レーダ装置１０２を搭載する車両から、前方を走行する、トランスポンダ通信装置１０１を搭載する車両の距離測定用または動作情報受信用かを決定することができる。そのため、動作情報が変調周波数を決める情報と一致するかをみて（ステップＳ１１０４）、一致した場合（ステップＳ１１０４：Ｙｅｓ）は規定どおり変調周波数でレーダ装置１０２からの送信波信号（搬送波）を振幅変調して、被変調波信号を生成する（ステップＳ１１０５）。そして、レーダ装置１０２に被変調波信号を送信する（ステップＳ１１０８）。

一方、動作情報が一致しない場合（ステップＳ１１０４：Ｎｏ）、トランスポンダ通信装置１０１を搭載する車両の動作状態情報を決定し、生成する（ステップＳ１１０６）。そして、動作決定情報をレーダ装置１０２からの送信波信号（搬送波）に振幅変調し、被変調波信号を生成する（ステップＳ１１０７）。そして、レーダ装置１０２に被変調波信号を送信する（ステップＳ１１０８）。これにより、トランスポンダ通信装置１０１を搭載する車両の加速、減速、方向指示などの動作状態情報を、動作決定情報としてレーダ装置１０２に送信することができる。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１０２の目標測定処理手順について説明する。図１２は、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１０２の目標測定処理手順を示すフローチャートである。送信スイッチ７０３と受信スイッチ７０６を逆相で開閉する矩形波により駆動し、矩形上のパルス被変調信号を送信する。送信スイッチ７０３および受信スイッチ７０６開閉するスイッチ周波数ｆswを所定の初期の下限ステップから上限ステップまでｎ回のステップ刻みで掃引を開始する。同時に、目標からの反射波を受信する受信動作を開始する（ステップＳ１２０１）。そして、目標からの反射波（被変調波信号）を検出し、受信感度を生成する（ステップＳ１２０２）。

受信感度が設定レベル以下では、無目標とみなし、一定の設定レベルとして出力する（ステップＳ１２０３）。設定レベルは、地面の反射、雨粒などの反射雑音レベルが上昇した場合は、その都度、変化させることができる。

つぎに、送受スイッチ周波数（ステップ数）と反射波の受信検出レベルを記憶する（ステップＳ１２０４）。送受スイッチ周波数のステップ数が掃引一周期を終了したかをステップ回数（ｎ回）により判定する（ステップＳ１２０５）。所定送受スイッチ周波数の掃引ステップ回数（ｎ回）に達しない場合（ステップＳ１２０５：Ｎｏ）、ステップＳ１２０１に移行し、ステップ数をリセットする。

所定の送受スイッチ周波数の掃引ステップ回数（ｎ回）に達した場合（ステップＳ１２０５：Ｙｅｓ）、記憶された受信レベルと送受スイッチ周波数から、掃引一周期の送受スイッチ周波数に基づいてヌルポイントのサーチをおこなう（ステップＳ１２０６）。図１３は、鋸波のスイッチ周波数と検出レベルと掃引時間との関係を示す波形図である。図１３によれば、前後の送受スイッチ周波数によってヌルポイントＮを検出することができる。

ヌルポイントＮが検出されない場合は（ステップＳ１２０７：Ｎｏ）、ステップＳ１２０１に移行し、次の送受スイッチ周波数の掃引周期を開始する。一方、ヌルポイントが検出された場合は（ステップＳ１２０７：Ｙｅｓ）、上述した算出原理に基づいて、トランスポンダ通信装置１０１までの距離を算出する（ステップＳ１２０８）。これによれば、トランスポンダ通信装置１０１からの信号レベルのみ選択的に検出し、ヌルポイントＮが検出された送受スイッチ周波数からトランスポンダ通信装置１０１までの距離を測定することができる。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１０２のハードウェア構成の他の例について説明する。図１４は、この発明の実施の形態の他の例にかかるレーダ装置１０２のハードウェア構成を示すブロック図である。図１４のレーダ装置１０２は、図７に示したレーダ装置１０２の第１アンプ７０２に替えてＡＭ変調器１４０１を備えた構成である。なお、図７に示した構成と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。

ＡＭ変調器１４０１は、ＲＦ発振器７０１から発振される搬送波信号を振幅変調する。このＡＭ変調器１４０１は、あらかじめ設定された変調周波数によって振幅変調をおこなう構成としてもよく、また、信号処理部７２０から指定された変調周波数によって振幅変調をおこなう構成としてもよい。このＲＦ発振器７０１、ＡＭ変調器１４０１、送信スイッチ７０３および送信アンテナ７０４は、具体的には、図２に示したレーダ装置１０２のレーダ送信部２１０を構成する。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１０２におけるヌルポイント検出部２１７の機能的構成の他の例について説明する。図１５は、この発明の実施の形態の他の例にかかるレーダ装置１０２におけるヌルポイント検出部２１７の機能的構成を示すブロック図である。

受信感度生成部１５０１は、レーダ受信部２１３から出力される出力信号の受信感度（信号レベル）を生成する。具体的には、レーダ受信部２１３によって振幅検波された振幅信号の信号レベルを、受信感度として生成することができる。この受信感度は、たとえば電圧値によってあらわすことができる。

タイミング変更部１５０２は、受信感度生成部１５０１によって生成された受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更する。具体的には、後述するように、送信動作をあらわす送信動作波形または受信動作をあらわす受信動作波形のうち、いずれか一方の動作波形をスライドすることによって、送受信動作の動作タイミングを変更する。

相対遅延時間算出部１５０３は、タイミング変更部１５０２によって送受信動作の動作タイミングを変更する都度、送信動作と受信動作との相対的な時間差をあらわす相対遅延時間τを算出する。この相対遅延時間τは、具体的には、送信動作をあらわす送信動作波形または受信動作をあらわす受信動作波形のうち、いずれか一方の動作波形をスライドしたときに、送信動作の開始時刻を基準とした受信動作の開始時刻までの時間である。この相対遅延時間τが、被変調波信号の実際の受信動作がＯＦＦとなる時間と一致したときに、レーダ受信部２１３の受信感度が不感状態となり、ヌルポイントが発生する。

記憶部１５０４は、受信感度生成部１５０１によって生成された受信感度と、この受信感度に対応する相対遅延時間τを記憶する。掃引部１５０５は、記憶部１５０４に記憶されている受信感度を掃引する。ヌルポイント抽出部１５０６は、記憶部１５０４に記憶された受信感度を比較して、受信動作の動作時間内において受信された被変調波信号の受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントを抽出する。具体的には、所定のしきい値を設定しておき、このしきい値以下となった受信感度をヌルポイントとして抽出する。

相対遅延時間抽出部１５０７は、記憶部１５０４に記憶されている相対遅延時間τの中から、ヌルポイントが発生したときの相対遅延時間τsを抽出する。この相対遅延時間τsは、具体的には、ヌルポイント抽出部１５０６によって検出されたヌルポイントに対応する相対遅延時間τである。

距離算出部２１８は、所定のスイッチ周期と、ヌルポイントが発生したときにタイミング変更部によって変更された送受信動作の動作タイミングと、に基づいて、目標までの距離を算出する。具体的には、所定のスイッチ周期と、相対遅延時間抽出部１５０７によって抽出された、ヌルポイントが発生したときの相対遅延時間τsと、に基づいて、目標までの距離を算出する。この算出にかかる距離測定原理については後述する。

つぎに、この発明の実施の形態にかかる距離測定原理について説明する。図１６は、図８のタイミングチャートにおいて、受信動作波形をスライドした場合のタイミングチャートである。図１６において、タイミング変更部１５０２によって受信動作波形Ｃを実際の受信時間Ｂａ分スライドした場合、この受信時間Ｂａが消滅することにより、レーダ受信部２１３は不感状態（ヌル）となる。したがって、この不感状態（ヌル）となるポイント、すなわちヌルポイントを検出することにより、実際の受信時間Ｂａと一致する伝搬遅延時間τoを算出することができる。

この伝搬遅延時間τoを算出するためには、ヌルポイントが発生したときの、送信動作波形Ａが立ち上がってから受信動作波形Ｃが立ち上がるまでの時間である相対遅延時間τsを検出する必要がある。ある距離にある目標から反射されてくる被変調波信号は、送信動作および受信動作の相対遅延時間τs分をスライドすることにより最低感度に選択することができる。

ここで、レーダの伝搬遅延時間τoおよび距離Ｒの算出について説明する。目標までの距離をＲ［ｍ］、光速をｃ［ｍ／ｓ］とすると、レーダの伝搬遅延時間τoは、
τo＝２Ｒ／ｃ・・・（６）
である。また、図１６に示したように、受信時間波形Ｂと受信動作波形Ｃとが逆相になったときに、レーダ受信部２１３の受信感度が不感状態（ヌル）となるので、不感状態となる距離Ｒｎは、上記式（６）より、
Ｒｎ＝ｃ・τo／２・・・（７）
であらわすことができる。

また、このヌルポイントが発生したときの相対遅延時間τsは、図１６に示すように、一スイッチ周期Ｔsw内において、送信動作波形Ａが立ち上がってから受信動作波形Ｃが立ち上がるまでの時間であるので、伝搬遅延時間τoは、
τo＝τs−Ｔsw／２・・・（８）
であらわすことができるので、不感状態となる距離Ｒｎは、
Ｒｎ＝ｃ・(τs−Ｔsw／２)／２・・・（９）
であらわすことができる。

この伝搬遅延時間τoがスイッチ周期Ｔswより大きくなっても不感状態（ヌル）が発生する。このため、伝搬遅延時間τoがスイッチ周期Ｔswを越える場合、何周期分の遅れかを示すτo／Ｔswの整数部分をｎとすると、不感状態となる距離Ｒｎは、式（９）より、
Ｒｎ＝｛ｎ・ｃ・(τs−Ｔsw／２)｝／２・・・（１０）
であらわすことができる。

ここで、図１７に、近距離における目標を受信したときの信号レベル（受信電力）Ｐｒと距離Ｒとの関係例を示す。このグラフの縦軸は、受信電力Ｐｒを示している。ここで、目標距離８．０３［ｍ］でヌルが生じる。伝搬遅延時間τoは、τo＝５．３５［ｎｓ］、目標の反射断面積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。距離８．０３［ｍ］でヌルになる相対遅延時間τsに固定し、目標距離を変化させたときの受信電力を示している。

このグラフによれば、約８．０３［ｍ］の距離で、受信電力Ｐｒ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までの距離となり、その空間フィルタの特性が鋭いことが分かる。したがって、目標から反射された被変調波信号を急峻な空間フィルタにより消去し、空間フィルタの消去時間遅れと距離の関係から距離を測定することができる。

図１８は、鋸波状のスイッチの相対遅延時間と検出受信レベルと掃引時間との関係を示す波形図である。この掃引は、上述した図１５に示したヌルポイント検出部１５０６によって実行される。スイッチ周期Ｔswが一定、相対遅延時間τがヌルポイントＮが発生したときの相対遅延時間τｓになると、受信感度が最小感度レベルＰｎまで低下して、不感状態（ヌル）となる。換言すれば、等価的には急峻なＢＥＦ（帯域阻止ろ波器、Ｂａｎｄ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒ）を挿入したことになる。

すなわち、送信被変調波信号が伝搬遅延時間τo分遅延して受信され、かつ同時に、被変調波信号の受信時間波形Ｂと受信動作波形Ｃとが互いに逆相になると（図１６を参照。）、図１８に示すように、各サーチ区間内では、受信感度が最小感度レベルＰｎとなるヌルポイントＮが発生する。このヌルポイントＮの受信感度（最小感度レベルＰｎ）と、ヌルポイント発生前後の受信感度とを比較することにより、ヌルポイントＮが発生したときの相対遅延時間τsを抽出することができる。したがって、不感状態（ヌル）をあらわす最小感度レベルＰｎにおける相対遅延時間τsにより、上記式（９）から、目標までの距離Ｒｎを算出することができる。

つぎに、この発明の実施の形態の他の例にかかるレーダ装置１０２の目標測定処理手順について説明する。図１９は、この発明の実施の形態の他の例にかかるレーダ装置１０２の目標測定処理手順を示すフローチャートである。送信スイッチ７０３と受信スイッチ７０６とを独立時間制御により、同一パルス幅で改変する矩形波により駆動し、矩形状のパルス被変調信号を送信する。送信スイッチ７０３と受信スイッチ７０６とを開閉するスイッチ遅延量所定の初期の下限ステップから上限ステップまで、ｎ回のステップ刻みで遅延掃引を開始する。同時に、送信波信号の送信および目標からの反射波の受信をおこなう送受信動作を開始する（ステップＳ１９０１）。

そして、目標からの反射波（被変調波信号）を検出し、受信感度を生成する（ステップＳ１９０２）。受信感度が、所定の設定レベル以下では、無目標とみなし、一定の設定レベルとして出力する（ステップＳ１９０３）。設定レベルは、地面の反射、雨粒などの反射雑音レベルが上昇した場合は、その都度、変化させることができる。

つぎに、送信スイッチ７０３と受信スイッチ７０６との立ち上がり間の相対遅延量（ステップ数）と反射波の受信検出レベルを記憶する（ステップＳ１９０４）。送受スイッチ周波数のステップ数が掃引一周期を終了したかをステップ回数（ｎ回）により判定する（ステップＳ１９０５）。所定の送受スイッチ周波数の掃引ステップ回数（ｎ回）に達しない場合（ステップＳ１９０５：Ｎｏ）、ステップＳ１９０１に移行し、ステップ回数をリセットする。

所定の送受スイッチ周波数の掃引ステップ回数（ｎ回）に達した場合（ステップＳ１９０５：Ｙｅｓ）、記憶された受信レベルと送信スイッチ７０３と受信スイッチ７０６との相対遅延量から、掃引一周期の送受スイッチ周波数に基づいてヌルポイントＮのサーチをおこなう（ステップＳ１９０６）。図１８で示したように、前後の送受スイッチ相対遅延量の受信レベルより、送受相対遅延量が最低レベルになるヌルポイントＮを検出することができる。

ヌルポイントＮが検出されない場合は（ステップＳ１９０７：Ｎｏ）、ステップＳ１９０１に移行し、つぎの遅延掃引の手記を開始する。一方、ヌルポイントＮが検出された場合（ステップＳ１９０７：Ｙｅｓ）、上述した算出原理に基づいて、トランスポンダ通信装置１０１からの信号レベルのみ選択的に検出し、ヌルポイントＮが検出された送受スイッチの駆動相対遅延量から距離を算出する（ステップＳ１９０８）。

具体的には、検出したヌルポイントＮに対応する相対遅延時間τsを抽出し、抽出された相対遅延時間τsとスイッチ周期Ｔswとに基づいて、上記式（８）より、伝搬遅延時間τoを算出する。そして、上記式（７）により、トランスポンダ通信装置１０１までの距離Ｒｎを算出する。

このレーダ装置１０２によれば、急峻なＢＥＦと等価なヌルポイントＮから、レーダ装置１０２とトランスポンダ通信装置１０１との間の伝搬遅延時間を測定することができ、距離精度の向上を図ることができる。また、送信スイッチ７０３の周期は長くてもよく、スイッチ周波数が一定の被パルス変調信号にできるため、パルス幅の狭いパルスレーダ装置よりも送信スペクトラムが広がらない。

これにより、占有帯域幅を法的制限内に抑制することができ、実用化を図ることができる。また、パルス方式のレーダ装置のように、送受信機やアンテナが広帯域となることもなく、レーダ装置を安価にすることができる。また、トランスポンダ通信装置１０１とが静止状態の場合でも、トランスポンダ通信装置１０１までの距離を測定することができる。

つぎに、上述したレーダシステムにかかるトランスポンダ通信装置１０１の方位を算出する例について説明する。図２０は、レーダシステムにかかるトランスポンダ通信装置１０１の方位を算出する例を示す機能ブロック図である。なお、図２に示す構成と同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。

図２０において、レーダ受信部２１３は、第１のレーダ受信部２００１と第２のレーダ受信部２００２とによって構成されており、それぞれ、トランスポンダ送信部２０３から送信されてくる被変調波信号を受信する。この第１のレーダ受信部２００１および第２のレーダ受信部２００２は、具体的には、たとえば、図７および図１４に示した受信アンテナ７０５、受信スイッチ７０６、第２アンプ７０７、振幅検波器７０８、周波数可変バンドパスフィルタ７０９および第３アンプ７１０によって構成される。

また、距離算出部２１８は、第１の距離算出部２０１１と第２の距離算出部２０１２とによって構成されている。第１の距離算出部２０１１は、ヌルポイント検出部２１７によって被変調波信号ごとに検出されたヌルポイントに基づいて、トランスポンダ通信装置１０１から第１の距離算出部２０１１および第２のレーダ受信部２００２までの距離をそれぞれ算出する。また、第２の距離算出部２０１２は、第１の距離算出部２０１１によって算出された距離と、第１の距離算出部２０１１および第２のレーダ受信部２００２とレーダ送信部２１０との設置間隔と、に基づいて、トランスポンダ通信装置１０１からレーダ送信部２１０までの距離を算出する。これらの距離算出原理については後述する。

方位算出部２００３は、トランスポンダ通信装置１０１から第１のレーダ受信部２００１および第２のレーダ受信部２００２までの距離と、第１のレーダ受信部２００１および第２のレーダ受信部２００２とレーダ送信部２１０との設置間隔と、に基づいて、レーダ装置１０２に対するトランスポンダ通信装置１０１の方位を算出する。この方位算出原理については、後述する。

つぎに、このレーダシステムの方位算出原理について説明する。図２１は、このレーダシステムの方位算出原理を示す説明図である。第１の受信アンテナ２１０１は、第１のレーダ受信部２００１に設けられている。第２の受信アンテナ２１０２は、第２のレーダ受信部２００２に設けられている。送信アンテナ７０４は、レーダ送信部２１０に設けられている。また、送信アンテナ７０４は、第１の受信アンテナ２１０１および第２の受信アンテナ２１０２の間に設置されている。送信アンテナ７０４、第１の受信アンテナ２１０１、および第２の受信アンテナ２１０２は、レーダシステムの目標検知は荷をカバーする広角指向性を有している。この構成により、三角測量の原理によってトランスポンダ通信装置１０１の方位を算出することができる。この方位算出部２００３は、ＲＯＭ７２３，ＲＡＭ７２４，ＨＤなどに格納されたプログラムをＣＰＵ７２２が実行することによってその機能を実現することができる。

ここで、図２１において、送信アンテナ７０４と第１の受信アンテナ２１０１間の距離をＬ、送信アンテナ７０４と第２の受信アンテナ２１０２間の距離をＬ、第１の受信アンテナ２１０１からトランスポンダ通信装置１０１までの実際の距離をＤ１、第２の受信アンテナ２１０２からトランスポンダ通信装置１０１までの実際の距離をＤ２とすると、第１の距離算出部２０１１は、第１の受信アンテナ２１０１によって受信された被変調波信号から得られる算出距離Ｒ１と、第２の受信アンテナ２１０２によって受信された被変調波信号から得られる算出距離Ｒ２とを算出する。

この算出距離Ｒ１は、送信アンテナ７０４および第１の受信アンテナ２１０１の中点Ｃ１と、トランスポンダ通信装置１０１との距離である。また、算出距離Ｒ２は、送信アンテナ７０５および第２の受信アンテナ２１０２の中点Ｃ２、トランスポンダ通信装置１０１との距離である。したがって、送信アンテナ７０４からみたトランスポンダ通信装置１０１の方位θは、三角測量の原理を用いて、下記式（１１）によってあらわすことができる。

この式（１１）を用いて演算することによって、トランスポンダ通信装置１０１の方位θを算出することができる。また、トランスポンダ通信装置１０１までの距離Ｄ３については、第２の距離算出部２０１２によって、第１の距離算出部２０１１により算出された算出距離Ｒ１とＲ２の平均値をとることによって算出することができる。したがって、この構成によれば、トランスポンダ通信装置１０１までの距離および方位を正確に測定することができる。

また、上述の図２１に示した方位算出原理を応用することにより、レーダ装置１０２を搭載した移動体としての自動車１２０の動作を制御することができる。図２２は、レーダ装置１０２を搭載した自動車１２０の動作制御例を示す説明図である。この道路２２００の路肩２２０１には、それぞれトランスポンダ通信装置１０１が等間隔で設置されている。ここで、一対のトランスポンダ通信装置１０１ａ、１０１ｂに着目すると、この一対のトランスポンダ通信装置１０１ａ、１０１ｂまでの距離Ｒａ、Ｒｂは、レーダ装置１０２によって算出される。また、一対のトランスポンダ通信装置１０１ａ、１０１ｂの設置間隔Ｍは既知である。

したがって、一対のトランスポンダ通信装置１０１ａ、１０１ｂから、設置間隔Ｍの情報を異なる変調周波数で変調し、レーダ装置１０２に被変調波を送信することにより、レーダ装置１０２と一対のトランスポンダ通信装置１０１ａ、１０１ｂとで形成される三角形の三辺の長さが得られるため、三角測量の原理を応用して、レーダ装置１０２に対する一対のトランスポンダ通信装置１０１の方位θａ、θｂを算出することができる。また、動作制御部２２０により、算出距離Ｒａ、Ｒｂが等距離となるように、または方位θａ、θｂが等角度となるようにハンドル制御をすることによって、自動車１２０の走行位置が道路の中央となるように自動制御することができる。さらに、トランスポンダ通信装置１０１を路肩２２０１に設置することにより、降雨や降雪時の場合、または積雪によってトランスポンダ通信装置１０１が埋没しても、トランスポンダ通信装置１０１からレーダ装置１０２へ被変調波信号を送信することができる。したがって、悪天候でも自動車１２０を安全かつ正確に誘導することができる。

また、上述した実施の形態では、移動体として自動車を例にして説明したが、たとえば、バイク、工場内の自走ロボットの運転にも適用することができる。また、電車の各車両の先頭にレーダ装置１０２、後尾にトランスポンダ通信装置１０１を設置することにより、この実施の形態のレーダシステムを用いて車両間の距離や接近速度を算出することにより、連結作業を安全におこなうことができる。さらに、駅のホームの所望の位置にもトランスポンダ通信装置１０１を設置することにより、電車の停止位置の制御をおこなうこともできる。

また、岸壁に複数のトランスポンダ通信装置１０１を設置し、船舶にレーダ装置１０２を搭載することにより、この実施の形態のレーダシステムを用いて着岸制御をおこなうことができる。さらに、ヘリコプターにレーダ装置１０２を搭載し、ヘリポートにトランスポンダ通信装置１０１を設置することにより、ヘリコプターの着陸制御をおこなうこともできる。特に、高層ビルの屋上にヘリポートが設けられている場合、着陸制御が困難なため、この実施の形態のレーダシステムを用いることにより、安全かつ正確に着陸制御をおこなうことができる。

また、レーダ装置の送受アンテナの偏波を直交（たとえば、送信→垂直、受信→水平）させ、トランスポンダ通信装置の送受アンテナも直交の偏波（たとえば、受信→垂直、送信→水平）させる手段をもとおることとしてもよい。

以上説明したように、この実施の形態にかかるレーダシステムによれば、目標の形状が複雑な場合でも正確な距離を測定することができる。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置の周波数偏移ΔＦを拡げなくても距離分解能の高精度化を図ることができ、実用化も容易におこなうことができる。

（付記１）送信波信号を送信するレーダ装置と前記送信波信号を受信するトランスポンダ通信装置との間の通信によって、前記レーダ装置と前記トランスポンダ通信装置との間の距離を測定するレーダシステムであって、
前記トランスポンダ通信装置は、
前記レーダ装置から送信された送信波信号を受信するトランスポンダ受信手段と、
前記トランスポンダ受信手段によって受信された送信波信号を変調して被変調波信号を生成する被変調波信号生成手段と、
前記被変調波信号生成手段によって生成された被変調波信号を送信するトランスポンダ送信手段と、を備え、
前記レーダ装置は、
前記送信波信号を送信するレーダ送信手段と、
前記トランスポンダ送信手段から送信された被変調波信号を受信するレーダ受信手段と、
前記レーダ送信手段による送信と前記レーダ受信手段による受信とを切り替える送受信切替手段と、
前記送受信切替手段による送受信の切替動作に基づいて前記レーダ受信手段によって受信された被変調波信号の受信感度が不感状態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、
前記ヌルポイント検出手段によって検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を算出する距離算出手段と、
を備えることを特徴とするレーダシステム。

（付記２）前記レーダ装置は、
前記レーダ装置を備える移動体の動作を決定する動作決定情報を含む被変調波信号に基づいて、前記移動体の動作を制御する動作制御手段を備え、
前記レーダ送信手段は、前記移動体の動作に関する情報を示す動作情報を含む送信波信号を前記トランスポンダ通信装置に送信し、
前記レーダ受信手段は、前記トランスポンダ通信装置から送信される、前記動作決定情報を含む被変調波信号を受信し、
前記トランスポンダ通信装置は、
前記トランスポンダ受信手段によって受信された、前記動作情報を含む送信波信号に基づいて、前記動作決定情報を生成する動作決定情報生成手段を備え、
前記被変調波信号生成手段は、前記動作決定情報生成手段によって生成された動作決定情報を含む被変調波信号を生成する付記１に記載のレーダシステム。

（付記３）前記レーダ装置は、一対の前記レーダ受信手段を備え、
前記距離算出手段は、
前記ヌルポイント検出手段によって前記被変調波信号ごとに検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置から前記各レーダ受信手段までの距離をそれぞれ算出する第１の距離算出手段と、
前記第１の距離算出手段によって算出された距離と、前記各レーダ受信手段とレーダ送信手段との設置間隔と、に基づいて、前記トランスポンダ通信装置から前記レーダ送信手段までの距離を算出する第２の距離算出手段と、
を備えることを特徴とする付記１に記載のレーダシステム。

（付記４）前記レーダ装置は、一対の前記レーダ受信手段を備え、
前記距離算出手段は、
前記ヌルポイント検出手段によって前記被変調波信号ごとに検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置から前記各レーダ受信手段までの距離をそれぞれ算出する第１の距離算出手段と、
前記第１の距離算出手段によって算出された距離と、前記各レーダ受信手段とレーダ送信手段との設置間隔と、に基づいて、前記レーダ装置に対する前記トランスポンダ通信装置の方位を算出する方位算出手段を備えることを特徴とする付記１に記載のレーダシステム。

（付記５）前記レーダ装置は、前記レーダ受信手段によって受信可能な被変調波信号の変調周波数に変更する変調周波数変更手段を備え、
前記レーダ送信手段は、前記変調周波数変更手段によって変更された変調周波数によって前記送信波信号を変調して送信し、
前記被変調波信号生成手段は、前記レーダ送信手段から送信された送信波信号の変調周波数に基づいて前記被変調波信号を生成することを特徴とする付記１に記載のレーダシステム。

（付記６）受信される送信波信号を変調して被変調波信号を生成し前記被変調波信号を送信するトランスポンダ通信装置を用いて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を測定するレーダ装置であって、
前記送信波信号を前記トランスポンダ通信装置に送信するレーダ送信手段と、
前記トランスポンダ通信装置から送信される被変調波信号を受信するレーダ受信手段と、
前記レーダ送信手段による送信と前記レーダ受信手段による受信とを切り替える送受信切替手段と、
前記送受信切替手段による送受信の切替動作に基づいて前記レーダ受信手段によって受信された被変調波信号の受信感度が不感状態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、
前記ヌルポイント検出手段によって検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を算出する距離算出手段と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。

（付記７）前記レーダ装置は、一対の前記レーダ受信手段を備え、
前記距離算出手段は、
前記ヌルポイント検出手段によって前記被変調波信号ごとに検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置から前記各レーダ受信手段までの距離をそれぞれ算出する第１の距離算出手段と、
前記第１の距離算出手段によって算出された距離と、前記各レーダ受信手段とレーダ送信手段との設置間隔と、に基づいて、前記トランスポンダ通信装置から前記レーダ送信手段までの距離を算出する第２の距離算出手段と、
を備えることを特徴とする付記６に記載のレーダ装置。

（付記８）前記レーダ装置は、一対の前記レーダ受信手段を備え、
前記距離算出手段は、
前記ヌルポイント検出手段によって前記被変調波信号ごとに検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置から前記各レーダ受信手段までの距離をそれぞれ算出する第１の距離算出手段と、
前記第１の距離算出手段によって算出された距離と、前記各レーダ受信手段とレーダ送信手段との設置間隔と、に基づいて、前記レーダ装置に対する前記トランスポンダ通信装置の方位を算出する方位算出手段を備えることを特徴とする付記６に記載のレーダ装置。

（付記９）受信される送信波信号を変調して被変調波信号を生成するトランスポンダ通信装置に対し、前記送信波信号の送信と前記被変調波信号の受信を互いに逆相となるようにおこなって前記トランスポンダ通信装置までの距離を測定する距離測定方法であって、
前記送信波信号を前記トランスポンダ通信装置に送信するレーダ送信工程と、
前記トランスポンダ通信装置から送信される被変調波信号を受信するレーダ受信工程と、
前記被変調波信号の受信感度が不感状態となるヌルポイントを検出するヌルポイント検出工程と、
前記ヌルポイント検出工程によって検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を算出する距離算出工程と、
を含んだことを特徴とする距離測定方法。

以上のように、本発明にかかるレーダシステム、レーダ装置および距離測定方法は、受信される送信波信号を変調して被変調波信号を生成するトランスポンダ通信装置に対し、送信波信号の送信と被変調波信号の受信を、互いに逆相となるように、または一部一致するようにおこなってトランスポンダ通信装置までの距離を測定するレーダシステム、レーダ装置および距離測定方法に有用であり、特に、自動車、バイク、自走ロボット、電車、船舶またはヘリコプターなどの移動体の動作制御に適している。

この発明の実施の形態にかかるレーダシステムの概略を示す説明図である。 この発明の実施の形態にかかるレーダシステムの機能的構成を示す説明図である。 ヌルポイント検出部の具体的な機能的構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態にかかるトランスポンダ通信装置の具体的構成を示す説明図（その１）である。 この発明の実施の形態にかかるトランスポンダ通信装置の具体的構成を示す説明図（その２）である。 この発明の実施の形態にかかるトランスポンダ通信装置の具体的構成を示す説明図（その３）である。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の送受信原理を示すタイミングチャートである。 図４に示したトランスポンダ通信装置の通信処理手順を示すフローチャートである。 図５に示したトランスポンダ通信装置の通信処理手順を示すフローチャートである。 図６に示したトランスポンダ通信装置の通信処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の目標測定処理手順を示すフローチャートである。 鋸波のスイッチ周波数と検出レベルと掃引時間との関係を示す波形図である。 この発明の実施の形態の他の例にかかるレーダ装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態の他の例にかかるレーダ装置におけるヌルポイント検出部の機能的構成を示すブロック図である。 図８のタイミングチャートにおいて、受信動作波形をスライドした場合のタイミングチャートである。 近距離における目標を受信したときの信号レベル（受信電力）Ｐｒと距離Ｒとの関係例を示すグラフである。 鋸波状のスイッチの相対遅延時間と検出受信レベルと掃引時間との関係を示す波形図である。 この発明の実施の形態の他の例にかかるレーダ装置の目標測定処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態の別の例のレーダシステムにおいて、トランスポンダ通信装置の方位を算出する例を示す機能ブロック図である。 図２０に示したレーダ装置の方位算出原理を示す説明図である。 レーダ装置を搭載した自動車の動作制御例を示す説明図である。

符号の説明

１００ レーダシステム
１０１ トランスポンダ通信装置
１０２ レーダ装置
２０１ トランスポンダ受信部
２０２ 被変調波信号生成部
２０３ トランスポンダ送信部
２０４ 動作決定情報生成部
２１０ レーダ送信部
２１３ レーダ受信部
２１４ 送受信切替部
２１５ 切替制御部
２１７ ヌルポイント検出部
２１８ 距離算出部

Claims (5)

1. 送信波信号を送信するレーダ装置と前記送信波信号を受信するトランスポンダ通信装置との間の通信によって、前記レーダ装置と前記トランスポンダ通信装置との間の距離を測定するレーダシステムであって、
   前記トランスポンダ通信装置は、
   前記レーダ装置から送信された送信波信号を受信するトランスポンダ受信手段と、
   前記トランスポンダ受信手段によって受信された送信波信号を変調して被変調波信号を生成する被変調波信号生成手段と、
   前記被変調波信号生成手段によって生成された被変調波信号を送信するトランスポンダ送信手段と、を備え、
   前記レーダ装置は、
   前記送信波信号を送信するレーダ送信手段と、
   前記トランスポンダ送信手段から送信された被変調波信号を受信するレーダ受信手段と、
   前記レーダ送信手段による送信と前記レーダ受信手段による受信とを切り替える送受信切替手段と、
   前記送受信切替手段による送受信の切替動作に基づいて前記レーダ受信手段によって受信された被変調波信号の受信感度が不感状態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、
   前記ヌルポイント検出手段によって検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を算出する距離算出手段と、
   を備えることを特徴とするレーダシステム。
2. 前記レーダ装置は、
   前記レーダ装置を備える移動体の動作を決定する動作決定情報を含む被変調波信号に基づいて、前記移動体の動作を制御する動作制御手段を備え、
   前記レーダ送信手段は、前記移動体の動作に関する情報を示す動作情報を含む送信波信号を前記トランスポンダ通信装置に送信し、
   前記レーダ受信手段は、前記トランスポンダ通信装置から送信される、前記動作決定情報を含む被変調波信号を受信し、
   前記トランスポンダ通信装置は、
   前記トランスポンダ受信手段によって受信された、前記動作情報を含む送信波信号に基づいて、前記動作決定情報を生成する動作決定情報生成手段を備え、
   前記被変調波信号生成手段は、前記動作決定情報生成手段によって生成された動作決定情報を含む被変調波信号を生成する請求項１に記載のレーダシステム。
3. 前記レーダ装置は、一対の前記レーダ受信手段を備え、
   前記距離算出手段は、
   前記ヌルポイント検出手段によって前記被変調波信号ごとに検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置から前記各レーダ受信手段までの距離をそれぞれ算出する第１の距離算出手段と、
   前記第１の距離算出手段によって算出された距離と、前記各レーダ受信手段とレーダ送信手段との設置間隔と、に基づいて、前記レーダ装置に対する前記トランスポンダ通信装置の方位を算出する方位算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
4. 受信される送信波信号を変調して被変調波信号を生成し前記被変調波信号を送信するトランスポンダ通信装置を用いて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を測定するレーダ装置であって、
   前記送信波信号を前記トランスポンダ通信装置に送信するレーダ送信手段と、
   前記トランスポンダ通信装置から送信される被変調波信号を受信するレーダ受信手段と、
   前記レーダ送信手段による送信と前記レーダ受信手段による受信とを切り替える送受信切替手段と、
   前記送受信切替手段を制御して、前記レーダ送信手段による送信と前記レーダ受信手段による受信とを互いに逆相となるように切り替える切替制御手段と、
   前記送受信切替手段による送受信の切替動作に基づいて前記レーダ受信手段によって受信された被変調波信号の受信感度が不感状態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、
   前記ヌルポイント検出手段によって検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を算出する距離算出手段と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
5. 受信される送信波信号を変調して被変調波信号を生成するトランスポンダ通信装置に対し、前記送信波信号の送信と前記被変調波信号の受信を互いに逆相となるようにおこなって前記トランスポンダ通信装置までの距離を測定する距離測定方法であって、
   前記送信波信号を前記トランスポンダ通信装置に送信するレーダ送信工程と、
   前記トランスポンダ通信装置から送信される被変調波信号を受信するレーダ受信工程と、
   前記被変調波信号の受信感度が不感状態となるヌルポイントを検出するヌルポイント検出工程と、
   前記ヌルポイント検出工程によって検出されたヌルポイントに基づいて、前記トランスポンダ通信装置までの距離を算出する距離算出工程と、
   を含んだことを特徴とする距離測定方法。
   
   

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