JP2005345218A

JP2005345218A - レーダ装置

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Publication number: JP2005345218A
Application number: JP2004164097A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nagasaku; 俊幸永作; Hiroshi Kondo; 博司近藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-12-15
Also published as: US20060055585A1

Abstract

【課題】検知の有効距離外に存在する対象物によるゴーストの発生を防止しつつ、距離分解能を向上させることができるレーダ装置を提供すること。
【解決手段】スイッチ７を所定の時間間隔ｔ２で、所定の時間長ｔ１だけオン状態にすることにより、電圧制御発振器１で生成された信号を、所定の時間だけ送信する。更に、同様に混合器３に入力する局部信号を所定の時間ｔ１に制限することで、受信信号を検出する時間を送信信号を送信するタイミングから所定の時間ｔ３（＝ｔ１）内に制限し、有効距離外に存在する対象物からの反射信号を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射した電磁波が対象物に反射して戻ってきた反射波を受信することで、対象物までの距離、相対速度、方向などを検出するレーダ装置、特に２つの僅かに異なる周波数の信号又は周波数変調された信号の電磁波を使用するレーダ装置に関する。

従来より、電磁波を放射し、その電磁波が対象物に反射して戻ってきた反射波を受信することで、対象物までの距離、相対速度、方向などを検出するレーダ装置が広く利用されている。この種のレーダ装置の代表的なものに、監視領域内に侵入してくる人間や動物などを検知して警報を発する侵入者監視レーダ、或いは自動車の車間距離警報システムに用いられる自動車レーダが挙げられる。

レーダ装置において、対象物までの距離を検知する手法として、周波数が僅かに異なる二つの連続波信号を用いる２周波ＣＷ（Continuous Wave）方式や周波数を周期的に変化させた連続波信号を用いるＦＭＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）方式など様々な方式がある。

２周波ＣＷ方式の例として、長距離測定と短距離測定でそれぞれ別の二組の２周波を用い、長距離測定用の２周波で大まかに検出範囲外の障害物を検出して短距離測定での誤り検出を防ぐようにした例が特許文献１に開示されている。また、２周波ＣＷ方式の別の例として、受信信号の位相差信号の少なくとも１周期分から基準位相差を求めることによって送信アンテナと対象物の間の多重反射で起こる精度の劣化を防ぐようにした例が特許文献２に開示されている。

特開平８−１６６４４３号公報

特開平１０−３９００９号公報

本発明の課題を説明するために、まず、２周波ＣＷ方式の原理を説明する。

図１４に２周波ＣＷ方式のレーダ装置の基本的な構成例を示す。２周波ＣＷ方式は、送信信号として周波数が僅かに異なる二つの周波数の信号を送信する。この信号を図１４の例では、制御電圧発生回路（ＣＯＮＴ）２の周波数制御電圧によって制御される電圧制御発振器１が発生する。今、この送信信号Ｓ_１ＴＸ，Ｓ_２ＴＸを式(１)及び式(２)で表す。

ここで、ｆ_１、ｆ_２は送信信号の周波数、Ａ_ＴＸは送信信号の信号振幅である。この信号は送信アンテナ４により放射される。検知範囲内の対象物により反射された信号は、受信アンテナ５により受信される。送信信号Ｓ_１ＴＸ，Ｓ_２ＴＸの各々に対する受信信号Ｓ_１ＲＸ，Ｓ_２ＲＸは式(３)、式(４)で表される。

なお、Ａ_ＲＸは受信信号の信号振幅、ｆ_ｄ１，ｆ_ｄ２は、レーダ装置と対象物との相対速度により生じるドップラーシフト、Ｒはレーダ装置と対象物との距離、ｃは光の速度である。

ここで、Δｆ＝ｆ１−ｆ２＜＜ｆ１、ｆ２とすると、

が成立する。この信号を混合器３により、ドップラー周波数成分のみを持つ低周波信号Ｓ_１ＩＦ，Ｓ_２ＩＦを生成すると式(５)、式(６)のようになる。

ここで、Ａ_ＩＦは低周波信号の信号振幅である。この信号は信号処理回路（ＰＲＣ）６により、高速フーリエ変換などの信号処理が施され、位相差やドップラー周波数などが算出される。

ここで、対象物までの距離Ｒは、式(７)に示すこの両者の信号の位相の差から、式(８)のように求めることができ、

距離算出が信号処理回路６によって行なわれる。

このように、２周波ＣＷ方式は、距離測定が位相差Δφで行なわれるため、広帯域にわたって周波数を掃引する必要がなく、距離測定の高精度化や高分解能化に適しているという利点がある。また、式(８)に示されるように、位相差Δφは、周波数差Δｆに比例しているため、より大きなΔｆを用いることで、距離Ｒに対する位相差Δφの変化量、即ち、ΔφのＲに対する傾きが大きくなり、距離分解能を向上させることが可能になる。

さて、式(８)において、距離Ｒが一義的に求まる範囲（本明細書では、これを「有効距離」ということとする）Ｒ_ｍａｘは位相差Δφが１８０度以下の範囲である。ところが、Δφが１８０度以上となる位置に存在する対象物が受信されると、この信号は、本来は存在しない有効距離Ｒ_ｍａｘ内の位置にあるものと算出される。その結果、レーダ装置は、本来は何も存在しない場所に、対象物が存在していると判断し、「ゴースト」を出力することになる。

このゴーストの発生を防止するために、レーダ装置を構成する送信器の放射電力や受信器の受信感度など、レーダ性能で決まる検知限界距離よりも有効距離Ｒ_ｍａｘが大きくなるようにΔｆを設定する必要がある。そのとき、Ｒ_ｍａｘが大きいとΔｆは小さくなり、距離分解能が低下する。

逆に、距離分解能を高くしようとしてΔｆを大きくすると、Ｒ_ｍａｘが小さくなる。このようにΔｆとＲ_ｍａｘの間には、トレードオフの関係が存在する。

自動車レーダの場合、検知したい対象物は自動車や大型トラックである。これらは、使用する環境の中に存在する物体の中でも、特に電磁波の反射量が大きい物体であると同時に、車種で反射量の違いが大きくないため、レーダ装置の性能で決まる検知限界距離と有効距離Ｒ_ｍａｘは、ほぼ同じ値に設定することができる。

一方、検知範囲内に侵入してくる人間を検知する侵入者監視レーダの場合は、主に検知すべき対象物は人体である。一般に人体の電磁波の反射量は自動車と比較して、１／１００から１／１０００程度と非常に小さい。従って、仮に、検知範囲を数十ｍに設定し、レーダ装置の性能をその範囲の人体を検知可能なように設定したとする。その場合、数百ｍ遠方に存在する自動車など電磁波の反射量が大きい物体からの反射信号は数十ｍにある人体からの反射信号と同程度になるため、遠方の自動車も検知範囲にあるかのように誤検出され、自動車がゴーストになる。そのようなゴーストの発生を防止するためには、有効距離Ｒ_ｍａｘは数百ｍに設定する必要がある。一例を挙げると、人体を５０ｍまで検知可能な性能を有するレーダ装置は、自動車などに対しては検知範囲が４００ｍ程度に広がる。そのため、その検知範囲内に自動車などが通過する可能性がある場合、ゴーストの発生を防止するためには有効距離Ｒ_ｍａｘは４００ｍ程度に設定する必要がある。Δｆは、有効距離Ｒ_ｍａｘを５０ｍにする場合に比べて小さくなる。

一方、距離分解能を向上させるためにはΔｆを大きくする必要がある。しかし、Δｆを大きくすると、有効距離Ｒ_ｍａｘは小さくなりゴーストが発生する可能性があるため、距離分解能を十分に高めることができない。

このように、特に侵入者検知レーダのように、電磁波の反射量が小さい人体等の物体を検知するレーダ装置では、有効距離Ｒ_ｍａｘを本来検知すべきターゲットの検知限界距離の数倍に設定する必要があり、距離分解能を高めることができないという問題点があった。

また、車間距離警報システムに用いられるようなレーダ装置においても、距離分解能を向上させるためにΔｆを大きくすることは有効な手段であるが、レーダ装置の性能が要求性能を大きく上回る場合、上記の侵入者監視レーダと同様、有効距離Ｒ_ｍａｘ外の対象物からの信号を受信し、ゴーストを発生する可能性があるため、Δｆを十分に大きくすることができず距離分解能を高めることができないという問題点があった。

本発明の目的は、有効距離外に存在する対象物によるゴーストの発生を防止しつつ、距離分解能を高めることができるレーダ装置を提供することにある。

本発明の前記課題は、本発明のレーダ装置が送信信号を生成する信号生成回路と、上記信号生成回路が出力する上記送信信号を入力して電磁波を放射する送信アンテナと、対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信アンテナと、上記対象物までの距離を、上記受信アンテナが出力する受信信号から検出する検出回路とを具備し、上記送信信号が第１の時間の長さの間、第２の時間の間隔で存続し、上記検出回路が上記第１の時間の始まりから第３の時間までに受信された受信信号に対して信号処理を施して上記対象物までの距離検出を行なうことによって効果的に解決することが可能である。このような手段を採用すれば、上記第１の時間の長さを、有効距離より遠い位置に存在する対象物からの反射信号が届く時間よりも短くすることにより、妨害となる反射信号を除去することができるからである。

本発明によれば、レーダ装置において、ゴーストの発生を防止しつつ、距離分解能を高めることが期待される。

以下、本発明に係るレーダ装置を図面に示した幾つかの実施形態を参照して更に詳細に説明する。なお、図１，６，８における同一の符号は、同一物又は類似物を表示するものとする。

まず、本実施形態の動作原理を２周波ＣＷレーダを例に採り上げて説明する。

レーダ装置は、図３に示すように、送信信号Ｓ_Ｔの送信信号１１を所定の時間長（第１の時間の長さ）ｔ１に制限して送信する。送信信号１１を送信する時間長ｔ１は、式(９)で与えられる。

ここで、Ｒ_{ｓｐｅｃ１}は、レーダ装置の要求スペックを考慮して与えられた最大検知距離であり、有効距離Ｒ_ｍａｘに対して次式を満たす。

なお、Ｒ_ｍａｘは前述のように２周波ＣＷにおいて、位相差Δφが１８０度となる距離であり、次式で与えられる。

また、パルス状に区切られた送信信号１１と次の送信信号１４との時間間隔（第２の時間の間隔）ｔ２は、式(１０)で与えられる。

ここで、Ｒ_ｌｉｍは、レーダ装置の性能と使用環境から想定される、電磁波の反射量が最も大きい対象物の検知限界距離である。図３において、Ｒ_{ｓｐｅｃ１}よりも近距離にある物体からの受信信号を受信信号Ｓ_Ｒ１に、Ｒ_{ｓｐｅｃ１}よりも遠方に存在する対象物からの反射信号を受信信号Ｓ_Ｒ２に示す。同図に示すように、Ｒ_{ｓｐｅｃ１}よりも近距離にある物体からの反射信号１２は電磁波の伝播距離が短いため、短い時間遅れで受信され、Ｒ_{ｓｐｅｃ１}よりも遠方に存在する対象物からの反射信号１３は、電磁波の伝播距離が長いため長い時間遅れで受信される。したがって、この受信信号を検出する時間を、送信信号を送信してから次式のある一定の時間（第３の時間）ｔ３以内に制限することにより、

Ｒ_{ｓｐｅｃ１}内にある物体からの反射信号のみを検知でき、Ｒ_ｍａｘ外からの反射信号によるゴーストの発生も抑制することが可能となる。

上記の説明では、簡単のため単一周波数で説明したが、２周波ＣＷ方式の場合、二つの周波数の信号を同時に放射するか、時間的に切り替えて放射することが行なわれる。

なお、対象物までの距離測定は、式(８)を用いて行なうことが可能であり、高精度・高分解能で距離測定が可能である。

なお、２周波ＣＷ方式を含んで更に一般化すると、本実施形態は、電磁波を放射し、対象物が反射した前記電磁波を受信することで、対象物までの距離を検出するレーダ装置において、所定の時間間隔ｔ２で、所定の時間ｔ１だけ電磁波を放射し、前記電磁波を放射してから所定の時間ｔ３内に受信された信号だけを処理するレーダ装置となる。

＜実施形態１＞
図１は、本発明のレーダ装置の実施形態１を示すブロック図である。図１において、１は、所望の周波数の信号を生成する電圧制御発振器、２は、電圧制御発振器１を制御する制御電圧を発生する制御電圧発生回路（ＣＯＮＴ）２である。制御電圧発生回路２が制御電圧を時間的に制御することにより、電圧制御発振器１は、二つの周波数ｆ１、ｆ２の信号を時間的に切り替えて発生する。

ここで、電圧制御発振器１の構成例を図２に示す。図２の電圧制御発振器１は、ミリ波帯などの超高周波信号を発生する回路であり、能動デバイスにＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）が用いられる。以下に本回路の動作を簡単に説明する。発振用のＨＥＭＴ３５は、ラジアルスタブ３３により発生する負性抵抗の周波数が調整され、更に、オープンスタブ型の共振器３４が発振させたい周波数の波長に対して４分の１の長さに設定されることにより、所望の周波数で発振する。オープンスタブ型の共振器３４の先端に発振周波数調整用のバラクタダイオード３２が接続されており、バラクタダイオード３２に制御電圧Ｖ_ｃｏｎｔが印加されることにより、発信周波数が２周波ＣＷ方式における二つの周波数ｆ１、ｆ２に切り替えられる。発振用ＨＥＭＴ３５で生成された信号は、増幅用のＨＥＭＴ３６により増幅され、出力端子ＯＵＴから出力される。なお、ＨＥＭＴ３５、３６に電源Ｖｄが供給される。

図１において、電圧制御発振器１により生成された信号は、高周波スイッチ７により、式(１０)で与えられる時間（第２の時間の間隔）ｔ２を周期として、式(９)で与えられる時間長（第１の時間の長さ）ｔ１だけオン状態となるようにクロック発生回路１８によって制御される。この信号は、送信側と受信側に分配され、送信側の信号は送信信号として、受信側の信号は混合器３に入力される局部信号として利用される。以上において、電圧制御発振器１、制御電圧発生回路２、高周波スイッチ７及びクロック発生回路１８によって、送信信号を生成する信号生成回路４１が構成される。

送信側に分配された信号は、電力増幅器８で増幅されたのち、送信アンテナ４から放射される。対象物により反射された信号は、受信アンテナ５により受信され、低雑音増幅器９を介して、混合器３により局部信号と混合される。

このときの信号の状態を図３に示す。送信信号１１に対して、Ｒ_{ｓｐｅｃ１}よりも近距離にある対象物からの反射信号１２は、短い時間遅れでレーダ装置に到達する。一方、Ｒ_{ｓｐｅｃ１}よりも遠方にある対象物からの受信信号１３は、信号の伝播距離が長いため大きい時間遅れで到達する。これらの受信信号は、混合器３に入力されて局部信号１９と混合される。このとき、局部信号１９も、送信信号と同じタイミングでスイッチングされている。そのため、ｔ１の時間内に受信された信号１２に対しては、ドップラー周波数に相当する低周波信号が生成されるが、ｔ１を超える時間遅れで受信アンテナに到達する信号１３は、混合器３に入力される局部信号が存在しないため、低周波信号は生成されない。このように、受信信号を検出する時間が、送信信号を送信してから一定の時間（第３の時間）ｔ３以内に制限されることとなる。なお、本実施形態ではｔ３＝ｔ１としたが、目標性能に応じて、ｔ３をｔ１の近傍の値として構わない。この場合は、時間長ｔ３の間でオンとなる別の高周波スイッチが電圧制御発振器１に接続され、混合器３に入力される局部信号１９がこの高周波スイッチの出力信号に代えられる。

混合器３の出力信号は、低域通過フィルタ１５を経てＡ／Ｄ変換器１６によりＡ／Ｄ変換され、信号処理回路（ＦＦＴ）１７により高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transformation）などの信号処理を受ける。この信号処理により、対象物までの距離が検出される。その他に、対象物の速度や方向を抽出することが可能である。以上により、混合器３、低域通過フィルタ１５、Ａ／Ｄ変換器１６及び信号処理回路（ＦＦＴ）１７によって対象物までの距離を検出する検出回路４２が構成される。

本実施形態のように二つの周波数を時間的に切り替える方式において、二つの周波数ｆ１、ｆ２の切り替え間隔がｔ２よりも小さく、切り替えた二つの周波数の信号がｔ２の範囲内に並ぶ場合、図４に示すように、周波数ｆ１の送信信号２１と周波数ｆ２の送信信号２２は交互に送信することが可能である。図４において、受信信号Ｓ_Ｒ１の信号２３は、有効距離Ｒ_ｍａｘよりも近距離にある対象物からの反射信号、受信信号Ｓ_Ｒ２の信号２４は、Ｒ_{ｓｐｃｅ１}よりも遠方にある対象物からの反射信号を示している。ここで図４に示すように、周波数ｆ１の送信信号がＲ_{ｓｐｃｅ１}よりも遠方にある対象物により反射された信号２４と周波数ｆ２の局部信号２５が混合器に入力される場合が存在する。このとき生成される低周波信号ｆ_ＩＦは、次式で与えられる。

ここで、ｆｄはドップラー周波数である。しかし、一般にドップラー周波数は非常に低いため、その低い周波数の信号を通す低域通過フィルタ１５を用いることで、信号ｆ_ＩＦを除去することが可能である。一例を挙げると、周波数ｆ１、ｆ２に２４ＧＨｚ帯の信号を用いた場合、１００ｋｍ／ｈで走行する物体に対して生じるドップラー周波数ｆｄは約４．４ｋＨｚとなる。したがって、｜ｆ１ーｆ２｜をこの値よりも十分に大きくなるように設定すれば良い。なお、本発明では距離分解能を向上させるために、Δｆ＝｜ｆ１ーｆ２｜は大きくすることが望ましいため、実際上この条件は満たされる。

図１のブロック図で示す回路をモジュールに構成した場合の例を図５に示す。この例では、電圧制御発振器１、電力増幅器８、スイッチ７、混合器３、低雑音増幅器９は、全てＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）で構成されている。それぞれのＭＭＩＣは、高周波基板３７上に配置され、高周波基板３７上に形成された信号線路３８とボンディングワイヤにより接続されている。この種の高周波基板の材料としては、アルミナなどが用いられる。

電力増幅器８の出力は、出力端子３９より送信アンテナ４へ給電される。また、受信アンテナ５により受信された信号は、受信端子４０より、低雑音増幅器９へ給電される。なお、高周波基板上には、ＭＭＩＣに電源を印加するためのＤＣ線路なども存在するが、図５では簡単のために省略してある。この例では、各回路は全てＭＭＩＣで構成されているが、必要に応じて個別部品を用いても、同様の動作を行なうことできる。また、電力増幅器８は、十分な送信電力が得られる場合は省略することが可能である。同様に、低雑音増幅器９は、十分な受信感度が得られる場合は省略することが可能である。また、スイッチ７は、発振器１の直後に置かれているが、同様の効果が得られるのであれば、別の位置に配置したり、スイッチ７を複数個用いても構わない。

本実施形態により、有効距離Ｒ_ｍａｘより遠い位置に存在する対象物からの反射信号を除去することで、この対象物からの反射信号によるゴーストの発生を防止することができる。そのため、レーダ装置を高分解能化することが期待される。

なお、本実施形態では、２つの周波数を時間的に切り替える方法を用いて説明したが、二つの周波数の信号を同時に送出する方式としても同等の効果が得られることは言うまでもない。

以上から、本実施形態は、二つの僅かに異なる周波数の電磁波を放射し、対象物が反射した前記電磁波を受信することで、対象物までの距離を検出する２周波ＣＷ方式のレーダ装置において、所定の時間間隔ｔ２で、所定の時間ｔ１だけ電磁波を放射し、前記電磁波を放射してから所定の時間ｔ３内に受信された信号だけを処理するレーダ装置となる。

＜実施形態２＞
図６に本発明の実施形態２のブロック図を示す。また、図７に本実施形態における信号の状態を縦軸に周波数、横軸に時間をとって示している。本実施形態では、送信信号がパルス状にスイッチングされる代わりに、制御電圧発生回路２により、図７の送信信号Ｓ_Ｔのように周波数が時間ｔ１（所定の時間）毎に順次切り替えられる。切り替えによって得られる周波数ｆ１〜ｆｎが周期ｔｒで繰り返される。周期ｔｒとして、式(１０)で与えられるｔ２を採用することができる。

図７において、有効距離Ｒ_ｍａｘよりも近距離にある対象物からの反射信号を受信信号Ｓ_Ｒ１に、Ｒ_ｍａｘよりも遠方にある対象物からの反射信号を受信信号Ｓ_Ｒ２に示している。対象物がＲ_ｍａｘよりも遠方にある場合、周波数ｆ１の送信信号２８が対象物により反射された信号２６は、周波数ｆ１以外の周波数の局部信号２７と混合器３により混合され、低周波信号が生成される。送信信号がｆ１以外の場合、一般に、

が成立する。しかし、前述のように、ドップラー周波数は非常に小さいため、送信信号の周波数差｜ｆｉ−ｆｊ｜を十分に大きく設定することで、低域通過フィルタ１５を用いてこの周波数差による信号を除去することができる。従って、Ａ／Ｄ変換器１６及び信号処理回路１７によって周波数切り替えの時刻から時間ｔ１内に受信された受信信号に対して信号処理が施され、対象物までの距離検出が行なわれる。なお、このｆ１〜ｆｎの中の任意の２つの周波数の信号を用いることで、２周波ＣＷ方式の距離測定を行なうことができる。

本実施形態によると、制御電圧を順次切り替えることで、短いパルスと同等の効果が得られるため、スイッチ回路を省略することが可能である。一般に、スイッチ回路は、オン状態とオフ状態で、入力インピーダンスが大きく変化する。このため、スイッチが接続されている発振器１の動作状態が、オン状態とオフ状態で大きく変化してしまう場合がある。本実施形態によると、そのような作用があるスイッチ回路を省略することができるという効果が得られる。

以上から、本実施形態は、電磁波を放射し、対象物が反射した前記電磁波を受信することで、対象物までの距離を検出するレーダ装置において、放射する電磁波の周波数を、所定の時間ｔ１毎に切り替え、前記周波数を切り替えた時刻より上記所定の時間ｔ１内に受信された信号だけを処理するレーダ装置となる。

＜実施形態３＞
図８に本発明の実施形態３のブロック図を示す。本実施形態では、２周波ＣＷ方式における二つの周波数ｆ１、ｆ２が時間間隔ｔ２（第２の時間の間隔）の間で交互に切り替えられることで生成されるが、この周波数を切り替えるタイミングから、所定の時間内に到達した信号のみを処理する構成となっている。

図８において、電圧制御発振器１は、クロック発生回路１８により制御された制御電圧発生回路２により、発振周波数が制御される。図９に制御のタイミングチャートを示す。図９の例では、クロック信号Ｓ_ＣＫの立ち上がりを検知することによって制御電圧Ｖ_ＣＯＮＴが切り替えられる。なお、図２で示した電圧制御発振器１の回路例の場合、周波数を調整する制御電圧Ｖ_ｃｏｎｔは負の値であるため、図９のタイミングチャート中の制御電圧Ｖ_ＣＯＮＴも負の値を示している。この制御電圧により生成される送信信号Ｓ_Ｔは、同図に縦軸を周波数として図示される。

送信信号Ｓ_Ｔは、送信アンテナ４により放射され、有効距離Ｒ_ｍａｘよりも近距離にある対象物からの反射信号は短い時間遅れでレーダ装置に到達し、Ｒ_ｍａｘよりも遠方にある対象物からの反射信号は、信号の伝播距離が長いため、大きい時間遅れで到達する。受信アンテナ５に到達した反射信号は受信信号となる。受信信号は、Ａ／Ｄ変換器１６によってＡ／Ｄ変換が行なわれ、信号処理回路（ＦＦＴ）１７によりＦＦＴなどの信号処理を行なわれる。

このとき、Ａ／Ｄ変換器１６には、クロック信号Ｓ_ＣＫと、遅延回路（ＤＥＬＡＹ）３１によって一定時間ｔ１（第１の時間）だけ遅延したタイミングクロックＳ_ＤＣＫとが入力される。Ａ／Ｄ変換器１６は、クロック信号Ｓ_ＣＫの立ち上がり時間で動作を開始し、タイミングクロックＳ_ＤＣＫの立ち上がり時間で動作を停止する。従って、Ａ／Ｄ変換器１６は、時間長ｔ１の間でのみ動作する。

有効距離Ｒ_ｍａｘよりも遠方にあるターゲットからの反射信号は、送信信号Ｓ_Ｔの周波数が切り替わってからレーダ装置に到達するまでにｔ１以上の時間を必要とする。しかし、次の周波数切り替えまで送信信号Ｓ_Ｔの周波数に変化がないため、このタイミングにおいてドップラー周波数成分の低周波信号が低域通過フィルタ１５を通過する。Ａ／Ｄ変換器１６はｔ１から次の周波数切り替えの時間までは動作しないので、この低周波信号は除去される。従って、Ｒ_ｍａｘより近距離にある信号だけを処理することが可能になる。

本実施形態によると、必要な動作は低周波回路部分で行なっているため、スイッチなど高周波回路は必要とせず、本実施形態には通常の２周波ＣＷ方式の回路と同等の単純な回路で構成することができるという利点がある。

以上から、本実施形態は、二つの僅かに異なる周波数の電磁波を所定の時間毎に切り替えて放射し、対象物が反射した前記電磁波を受信することで、対象物までの距離を検出する２周波ＣＷ方式のレーダ装置において、前記周波数を切り替えた時刻より所定の時間ｔ１内に受信された信号だけ処理するレーダ装置となる。

＜実施形態４＞
これまでの実施形態は、２周波ＣＷ方式を用いて構成されたが、本発明は２周波ＣＷ方式以外の方式においても有効であることは言うまでもない。

図１０は、他方式に応用した一例としてＦＭＣＷレーダに採用した場合の実施形態であり、縦軸に周波数、横軸に時間をとって示される。ＦＭＣＷレーダの場合、距離測定は周波数により行なうため、距離分解能を向上させるためには、より大きな傾きで周波数を掃引する必要がある。しかし、ミリ波のような超高周波信号を用いるレーダの場合、十分に大きな掃引幅を持つ電圧制御発振器を構成することは非常に困難である。従って、周波数掃引幅が小さいまま、十分な距離分解能を維持するために、掃引時間を短くする必要がある。一方、周波数掃引の繰り返し周期よりも電磁波の伝播時間が長い距離にあるターゲットを検知してしまうと、この信号は、本来の存在しないはずの近距離に存在するターゲット、即ち、ゴーストとして検知されてしまうことになる。そこで本実施形態では、周波数を掃引する時間をある時間ｔ４に制限すると共に、ゴーストが発生しないように、周波数掃引の繰り返し周期ｔ５を設定する。ここで、ｔ４は、電圧制御発振器の性能で決まる最大周波数掃引幅と次式で決まる時間ｔｋの両者を考慮して、ｔ４＜ｔｋとして次式で決まる時間長である。

また、周波数の繰り返し周期ｔ５は、次式により決まる時間長である。

ここで、Ｒ_{ｓｐｅｃ２}はレーダ装置の要求スペックを考慮して与えられた最大検知距離であり、Ｒ_ｌｉｍは、レーダ装置の性能と使用環境から想定される、電磁波の反射量が最も大きい対象物の検知限界距離である。対象物の検出は、時間長ｔ４、周期ｔ５の送信信号と同一の信号を用いて行なわれる。

本実施形態によると、周波数を掃引する時間を短くしても、ゴーストの発生を抑制することが可能であるため、広帯域にわたって周波数を掃引しなくても良いという効果が得られる。

以上から、本実施形態は、周波数変調を施した電磁波を放射し、対象物が反射した前記電磁波を受信することで、対象物までの距離を検出するレーダ装置において、所定の時間間隔ｔ５で、所定の時間ｔ４だけ電磁波を放射し、前記電磁波を放射してから所定の時間ｔ４内に受信された信号だけ処理するレーダ装置となる。

なお、周波数変調を施した電磁波を放射し、対象物が反射した前記電磁波を受信することで、対象物までの距離を検出する本発明のレーダ装置は、上記のほか、放射する電磁波の中心周波数を、所定の時間毎に切り替え、前記周波数を切り替えた時刻より所定の時間内に受信された信号だけ処理するレーダ装置とすることが可能である。

なお、以上の実施形態１〜４は、全て電磁波を用いて対象物までの距離測定を行なうレーダ装置であるが、本発明は光や超音波などの他の媒体を利用し、同様の手法で距離測定を行なう距離測定装置に適用可能であり、同等の効果が得られることは言うまでもない。

＜実施形態５＞
図１１に、本発明のレーダ装置を一般住宅を対象にした侵入者監視レーダに利用した実施形態５を示す。また、家屋や敷地、並びに周辺の道路を含めてこの住宅を上から見た見取り図を図１２に示す。レーダ装置５１は、敷地５７に侵入する不審者を監視するように家屋５２に設置されている。このレーダ装置は、検知範囲５３内の人体を検出可能な性能を有している。敷地内においてレーダ装置の不感帯を低減するために、必要に応じて複数のレーダ装置５５、５６が設置される。

ここで、検知範囲５３の人体を検知できるレーダ装置の場合、敷地外の道路５４に自動車などの電磁波の反射量が大きい物体が通過した場合、これらの物体を検出し、ゴーストが発生する可能性がある。そこで、有効距離Ｒ_{ｓｐｅｃ１}を検知範囲５３と一致するように設定し、この範囲より外の対象物からの反射信号を除去することで、ゴーストの発生を防止することができる。

本実施形態によると、人体のような電磁波の反射が小さい物体を対象とするものでも、この物体の検知限界距離を基準にΔｆを設定できるため、高分解能で人体を検出することができるという効果が得られる。

なお、本実施形態のレーダ装置と共にカメラを設置することにより、防犯の効果を高めることができる。この場合、レーダ装置が対象物の位置、方向、距離の何れかの情報を出力し、レーダ装置が出力したデータを基にカメラが画像処理を行なう。画像処理により、対象物が容易に特定される。

＜実施形態６＞
図１３に、本発明のレーダ装置を自動車用のレーダに利用した実施形態６を示す。本実施形態では、レーダ装置６１は、車両６２の前方に設置され、５０ｍ以内の車両やその他の障害物との距離を監視する。そして、この前方の車両や障害物との距離が、ある一定値より短くなり車両が追突すると判断した場合に、エアバックを動作させ、更に、シートベルトの張力を強めることで、衝突の際の運転者や同乗者の安全が確保される。

なお、本実施形態では、レーダ装置は車両の前方に設置されているが、車両の後方や側方などに設置し、車両の周囲を監視する目的に用いても有効である。本実施形態のように、比較的近距離にある対象物との距離をより高い精度で測定する必要がある場合、距離分解能を向上させるためにΔｆを大きくすることが有効である。しかし一方で、レーダ装置の性能が高く、検知限界距離が本来監視したい距離を超える場合、ゴーストが発生する場合があり、非常に危険である。そこで、有効距離Ｒ_{ｓｐｅｃ１}を所望の検知範囲と一致するように設定し、この範囲より外の対象物からの反射信号を除去することで、ゴーストの発生を防止することができる。

本実施形態では、５０ｍ以内を監視する近距離用のレーダについて説明したが、長距離監視用のレーダや近距離監視用のレーダなど、監視範囲に関係なく、レーダの性能が要求スペックに対し十分に大きい場合、Δｆは必要スペックまで大きく設定することが可能となり、高分解能のレーダ装置を実現することが期待される。

本発明に係るレーダ装置の実施形態１を説明するためのブロック図。実施形態１に用いる電圧制御発振器の回路例を説明するための回路図。本発明における信号の状態を説明するための図。実施形態１における信号の状態を示した図。実施形態１のレーダ装置を実装したモジュールを説明するための平面図。本発明の実施形態２を説明するためのブロック図。実施形態２における信号の周波数状態を説明するための図。本発明の実施形態３を説明するためのブロック図。本発明の実施形態を説明するためのタイミングチャート図。本発明の実施形態４を説明するための図。本発明を侵入者監視レーダに用いた実施形態５を説明するための図。実施形態５を説明するための見取り図。本発明を自動車用のレーダに用いた実施形態６を説明するための図。従来の２周波ＣＷレーダを説明するためのブロック図。

符号の説明

１…電圧制御発振器、２…制御電圧発生回路（ＣＯＮＴ）、３…混合器、４…送信アンテナ、５…受信アンテナ、６…信号処理回路（ＰＲＣ）、７…高周波スイッチ、８…電力増幅器、１５…低域通過フィルタ、１６…Ａ／Ｄコンバータ、１７…信号処理回路（ＦＦＴ）、１８…クロック発生回路、３１…遅延回路（ＤＥＬＡＹ）、４１…信号発生回路、４２…検出回路、５１，５３，５５，５６，６１…レーダ装置、５２…家屋、５４…道路、５７…敷地、６２…車両。

Claims

送信信号を生成する信号生成回路と、
上記信号生成回路が出力する上記送信信号を入力して電磁波を放射する送信アンテナと、
対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信アンテナと、
上記対象物までの距離を、上記受信アンテナが出力する受信信号から検出する検出回路とを具備し、
上記送信信号は、第１の時間の長さの間、第２の時間の間隔で存続し、
上記検出回路は、上記第１の時間の始まりから第３の時間までに受信された受信信号に対して信号処理を施すことにより、上記対象物までの距離検出を行なうことを特徴とするレーダ装置。
上記第３の時間が上記第１の時間にほぼ一致していることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
上記送信信号は周波数が異なる２個の信号からなり、上記２個の信号のそれぞれが第１の時間の長さの間、第２の時間の間隔で存続し、
上記検出回路は、上記第１の時間の始まりから第３の時間までに受信された２個の信号に対して信号処理を施すことにより、上記対象物までの距離検出を行なうことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
送信信号を生成する信号生成回路と、
上記信号生成回路が出力する上記送信信号を入力して電磁波を放射する送信アンテナと、
対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信アンテナと、
上記対象物までの距離を、上記受信アンテナが出力する受信信号から検出する検出回路とを具備し、
上記送信信号は、二つの周波数が交互に切り替えられ、第２の時間の間隔で同じ周波数になる信号であり、
上記検出回路は、周波数切り替えの時刻から第１の時間までに受信された受信信号に対して信号処理を施すことにより、上記対象物までの距離検出を行なうことを特徴とするレーダ装置。
送信信号を生成する信号生成回路と、
上記信号生成回路が出力する上記送信信号を入力して電磁波を放射する送信アンテナと、
対象物によって反射された前記電磁波を受信する受信アンテナと、
上記対象物までの距離を、上記受信アンテナが出力する受信信号から検出する検出回路とを具備し、
上記送信信号は、第１の時間の長さの間に周波数が掃引され、かつ第２の時間の間隔で存続する周波数変調信号であり、
上記検出回路は、上記第１の時間の始まりから第３の時間までに受信された受信信号に対して信号処理を施すことにより、上記対象物までの距離検出を行なうことを特徴とするレーダ装置。
上記第３の時間が上記第１の時間にほぼ一致していることを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
家屋及び敷地を有する住宅内に設置され、上記住宅に侵入する対象物の検知に用いられることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
家屋及び敷地を有する住宅内に設置され、上記住宅に侵入する対象物の検知に用いられることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
家屋及び敷地を有する住宅内に設置され、上記住宅に侵入する対象物の検知に用いられることを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
車両に取り付けられ、上記車両の周囲の対象物と上記車両との間の距離の検出に用いられることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
車両に取り付けられ、上記車両の周囲の対象物と上記車両との間の距離の検出に用いられることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
車両に取り付けられ、上記車両の周囲の対象物と上記車両との間の距離の検出に用いられることを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。