JP2006029858A - レーダ装置、レーダ装置の制御方法 - Google Patents

レーダ装置、レーダ装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 一台で低コストにて、遠距離から近距離までの広い範囲のターゲットの検知が可能なレーダ装置を提供する。
【解決手段】 制御演算部１１から入力されるＦＭ用波形信号１１ｂにて周波数変調を行って送信高周波信号１３ａを出力する送信高周波ＦＭ変調発信器１３と、送信高周波信号１３ａを矩形波信号１１ａで制御される短パルス発生回路１２から出力される制御パルス１２ａにてＯＮ／ＯＦＦすることで振幅変調する送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４を含む送信部と、受信高周波信号の入力のＯＮ／ＯＦＦを矩形波信号１１ａに同期し、遅延時間が順次スライドする様に制御されたゲーティングパルス１９ａにて制御する受信高周波ゲート回路１７を含む受信部を備え、ＦＭ用波形信号１１ｂで周波数変調した送信高周波信号１３ａを用いるＦＭ−ＣＷレーダモードと、制御パルス１２ａで振幅変調した送信高周波を用いるパルスレーダモードとを切り換えて動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ技術に関し、特に、遠距離から近距離までの広範囲に位置するターゲットの検出に適用して有効な技術に関する。
たとえば、交通路の障害物の監視や、搭載車両の運行管理における走行環境の監視等の用途にミリ波レーダ技術が注目されている。
従来技術のＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulation - Continuous Wave）レーダ方式は、検知距離範囲は数ｍ〜百数十ｍの距離範囲のターゲットの検知は可能であるが、１０ｃｍ程度の極近距離検知及び同程度の距離精度は難しかった。一方、極短パルスレーダ方式は、距離範囲が１０ｃｍ程度〜１０数ｍの距離範囲で高精度なターゲット検出が得意であるが、１００ｍ以上の距離検知は難しかった。
このように、ＦＭ−ＣＷレーダと短パルスレーダは、全く異なったレーダ方式であり、従来、遠近両方の距離範囲での検知性能を有するためには、それぞれ異なった２台のレーダが必要であった。
本発明の参考技術として、２台のレーダ装置を組み合わせた遠近両用レーダ３００の例を図１４に示す。この図１４において、遠距離レーダ３０２は従来技術によるＦＭ−ＣＷレーダであり、近距離レーダ３０３は、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）技術を使用したパルスレーダであり、この２台を用い、統合部３０１で両方のレーダからの検知信号を合成して、遠近の広い範囲にわたる検知結果を外部へ出力する例である。
遠距離検知レーダとしては、ＦＭ−ＣＷレーダが最も一般的で、非特許文献１の例では、ＲＦ周波数７６ＧＨｚ帯、検知距離範囲４ｍ〜１２０ｍがある。
近距離レーダとしては、現在欧米のメーカを中心に開発中であり、たとえば、非特許文献２のように、ＲＦ周波数２４ＧＨｚ帯のＵＷＢ方式で距離０．１ｍ〜２０ｍ程度を目標にしている。
これらの既存技術を単に２台用いて、近距離から遠距離に渡る検知システムを構成したのが上述の図１４であり、一つの装置にて実現する場合に比較して、複雑で高価になるという欠点がある。
一方、特許文献１には、ＦＭパルスレーダ方式にて遠距離のターゲットを検知し、ＦＭ−ＣＷレーダ方式にて近距離のターゲットを検知するレーダ送受信機が開示されている。
しかしながら、上述の非特許文献１および非特許文献２にそれぞれ示されているように、ＦＭ−ＣＷレーダ方式は３ｍ〜１００ｍの遠距離範囲に有効であり、パルスレーダ方式は０．１ｍ〜２０ｍの近距離に有効であり、特許文献１のレーダ送受信機は、当該分野の技術常識に矛盾している。 すなわち、ＦＭ−ＣＷレーダの場合、検知距離が１ｍ以下のように非常に近い場合、送信波と受信波から得られるビート周波数は非常に低くなり、周波数を正確に検出することが困難になるためである。さらに、数十cmに近づいた複数ターゲットの分解は困難である。例えば、距離の分解能として２０ｃｍが必要な場合、周波数変調幅は、およそ７５０ＭＨｚとなるが、この７５０ＭＨｚの周波数変調幅を歪みを少なくしてＦＭ変調するのは非常に難しく、また、そのためのＦＭ発振器は非常に高価になってしまう。さらに、特許文献１が請求する、短いパルスで高速な切り替えを行うＦＭ変調器の実現は難しく、本特許によるパルスレーダモードを振幅変調で行う実現可能な方式とは、レーダ方式もレーダの構成も異なっている。
"藤本、井田：ミリ波車載レーダシステム、ＮＥＣ技報Ｖｏｌ．５４ Ｎｏ．７／２００１"、２００１年７月２５日発行。 Andre zander VolkswagenAG et al. "A Multifunctional Automotive Short Range Radar System"、[online]［２００４年７月１日検索］、<URL:http://www.smart-microwave-sensors.de/GRS 2000 Multifunctional Short Range Radar System.pdf> 特開平１１−２５８３４０号公報
本発明の目的は、一台で低コストにて、遠距離から近距離までの広い範囲のターゲットの検知が可能なレーダ装置を提供することにある。
本発明の第１の観点は、発信周波数が可変な高周波発信部と、第１制御パルス信号により前記高周波発信部から出力される送信高周波信号のパルス振幅変調を行うパルス振幅変調部とを含む送信部と、
受信高周波信号の入力を第２制御パルス信号によりＯＮおよびＯＦＦするゲーティング部を含む受信部と、
前記送信部および前記受信部を制御して、ＦＭ−ＣＷレーダとして機能させる第１動作モード、またはパルスレーダとして機能させる第２動作モードに切り替える制御部と、
を含むレーダ装置を提供する。
本発明の第２の観点は、送信部から放射された送信高周波のターゲットからの反射波を受信部にて検出することで、前記ターゲットを検知するレーダ装置の制御方法であって、
前記送信部において、前記送信高周波を周波数変調して放射する第１動作モードと、前記送信高周波を振幅変調して放射する第２動作モードとを切替ながら前記ターゲットの検知を行うレーダ装置の制御方法を提供する。
本発明により、従来は遠距離用、近距離用の２台のレーダが必要であった遠近両用レーダが、１台のレーダ装置により実現でき、遠距離用および近距離用を別装置にて構成し、これらをさらに統合装置にて管理する３台構成の場合に比べ１台ですむので、大きさおよびコストが１／３になるので、低コストにて遠距離から近距離までの広い範囲のターゲットの検知が可能なレーダ装置を提供することができ、レーダ装置の利用範囲が大幅に広がる効果がある。
本発明によれば、一台で低コストにて、遠距離から近距離までの広い範囲のターゲットの検知が可能なレーダ装置を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態であるレーダ装置の構成の一例を示すブロック図であり、図２、図３、図４および図５は、その作用の一例を示す線図である。
本実施の形態のレーダ装置は、送信高周波ＦＭ変調発信器１３、送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４、短パルス発生回路１２および送信アンテナ１５からなる送信部と、受信アンテナ１６、受信高周波ゲート回路１７、第１ミキサ１８（第１周波数変換器）、短パルス発生回路１９、プログラマブル遅延回路２０、帯域通過濾波器２１（第１帯域通過濾波器）、第２ミキサ２２（第２周波数変換器）およびビート周波数帯の帯域通過濾波器２３（第２帯域通過濾波器）からなる受信部と、全体を制御する制御演算部１１（制御部）を含んでいる。
送信部の送信高周波ＦＭ変調発信器１３は、たとえば、入力電圧に応じて発振周波数が変化するＶＣＯ（Voltage Control Oscillator）等で構成され、制御演算部１１から入力される三角波等のＦＭ用波形信号１１ｂの電圧波形に応じて周波数が変化する送信高周波信号１３ａを出力する周波数変調を行う。
送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４は、送信高周波ＦＭ変調発信器１３から出力される送信高周波信号１３ａの送信アンテナ１５に対する出力をＯＮ／ＯＦＦすることで振幅変調を加える動作を行う。すなわち、短パルス発生回路１２は、制御演算部１１から入力される矩形波信号１１ａに基づいて、当該矩形波信号１１ａと同一周期でＯＮとＯＦＦの時間比（ｄｕｔｙ）が可変な制御パルス１２ａ（第１制御パルス信号）を生成して送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４に入力し、送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４における振幅変調のパルス幅を制御する。
一方、受信部の受信高周波ゲート回路１７は、プログラマブル遅延回路２０および短パルス発生回路１９を介して入力されるゲーティングパルス１９ａ（第２制御パルス信号）に同期して受信アンテナ１６に入射する受信高周波の第１ミキサ１８への取り込みのＯＮ／ＯＦＦ（ゲーティング）を制御する。すなわち、プログラマブル遅延回路２０は、制御演算部１１からの遅延指令信号１１ｃに基づいて、送信部側から得られる矩形波信号１１ａを遅延させて２０ａとし、短パルス発生回路１９および第２ミキサ２２に入力する動作を行う。短パルス発生回路１９は、プログラマブル遅延回路２０から出力された矩形波信号２０ａと同一周期でＯＮ／ＯＦＦの時間比（ｄｕｔｙ）が異なるゲーティングパルス１９ａを生成して、受信高周波ゲート回路１７におけるゲーティング動作を制御する。
第１ミキサ１８は、ゲーティングされた受信高周波信号と送信側の送信高周波ＦＭ変調発信器１３から出力された送信高周波信号１３ａをミキシングしてＩＦ（中間波）信号１８ａを生成する。
帯域通過濾波器２１は、ＩＦ信号１８ａからＩＦ帯域の信号を選択的に通過させて後段の第２ミキサ２２に入力する。第２ミキサ２２では、このＩＦ信号１８ａと、矩形波信号20aをミキシングして、ターゲットと本レーダ装置との相対速度や距離の情報を含むビート信号等の信号成分２２ａを発生させる。本構成例により、ＩＦ信号１８ａと矩形波信号２０ａの周波数と位相は同じものであるから、スライディングによりＩＦ信号の位相が変化しても、常に一致させられ、第２ミキサ２２の出力は、ビート信号の最大値に常に維持することができる。すなわち第２ミキサ出力のＩとＱのＩの方のみでビート信号の最大値を得ることができる。帯域通過濾波器２３は、前記信号成分２２ａの帯域を選択的に通過させて制御演算部１１に出力する。
制御演算部１１は、Ａ／Ｄ変換器、ＤＳＰ、マイクロコンピュータ等を備え、信号成分２２ａのＩＱ検波、ＦＦＴ、所定の時間区間の絶対値和、二乗和、等の演算を実行し、ターゲットの距離や相対速度等の検知結果情報２６として、上位のコンピュータシステム等に出力する機能を備えている。
以下、本実施の形態のレーダ装置の作用の一例について説明する。
図１のレーダ装置において、遠距離検知であるＦＭ−ＣＷレーダモード時には、制御演算部１１から、ＦＭ用波形信号１１ｂとして三角波を送信高周波ＦＭ変調発信器１３（ＶＣＯ）に供給し、ＦＭ−ＣＷの変調を行う。送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４（ＡＳＫ）への制御パルス１２ａのパルス入力は、オール１とし、連続波を送出する。
すなわち、図２に示されるように、制御演算部１１から短パルス発生回路１２には、オール１の信号１１ａが入力され、短パルス発生回路１２からは、連続してＯＮの制御パルス１２ａが送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４に入力されるため、送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４からは、前段の送信高周波ＦＭ変調発信器１３にて周波数変調された送信高周波信号１３ａが連続して送信アンテナ１５に出力される。
一方、受信高周波ゲート回路１７（Ｒｇａｔｅ）は、プログラマブル遅延回路２０、短パルス発生回路１９を介して矩形波信号２０ａから生成される、Ｄｕｔｙ５０％のゲーティングパルス１９ａで受信高周波の取り込みのＯＮ／ＯＦＦをスイッチする。
受信高周波ゲート回路１７から取り込まれた受信高周波信号は、第１ミキサ１８にて、送信部側の送信高周波ＦＭ変調発信器１３から出力される送信高周波信号１３ａとミキシングされ、中間波帯域のＩＦ信号１８ａに変換された後、当該ＩＦ信号１８ａを通過させる帯域通過濾波器２１を経て、さらに第２ミキサ２２にてプログラマブル遅延回路２０を経た矩形波信号２０ａとミキシングされ、帯域通過濾波器２３を経てビート信号として制御演算部１１に入力される。なお、ＦＭ−ＣＷレーダモード時には、プログラマブル遅延回路２０の遅延時間は時間的に一定で変化させなくてよい。
制御演算部１１では、さらに、このビート信号をＡＤ変換し、さらに、図３に示されるように、ＦＦＴを行って、ピークとなる周波数を判定し、ターゲットまでの距離を計算する。
すなわち、Ｒ：ターゲットまでの距離、Ｖ：ターゲットの相対速度、ｃ：光速、Δｆ：周波数変調の変調幅、ｆm：周波数変調の変調周期、ｆbu：ビート信号の三角波の上りでの周波数、ｆbd：ビート信号の三角波の下りでの周波数、ｆd：ドップラー周波数、ｆR：ビート周波数、とすると、ｆRと、ｆd、ｆbu、ｆbdの関係は、次の（１）式、（２）式で表され、
Figure 2006029858
Figure 2006029858
ｆRおよびｆdは、それぞれ、次の（３）式、（４）式で表され、
Figure 2006029858
Figure 2006029858
式（３）を式（５）のようにＲについて解けば、ターゲットまでの距離が得られる。
Figure 2006029858
また、（４）式をＶについて解けば、ターゲットの相対速度が得られる。この距離Ｒ、相対速度Ｖの情報は、検知結果情報２６として出力される。
上述の受信高周波ゲート回路１７により受信高周波信号をスイッチする理由は以下の通りである。すなわち、直接ビート信号を第１ミキサ１８で取り出すと、受信高周波信号が処理される受信高周波ゲート回路１７，第１ミキサ１８，ＦＭ変調発信器１３などＲＦ回路の１／ｆ雑音により近距離のＳ／Ｎが悪いが、この受信高周波ゲート回路１７でのスイッチにより第１ミキサ１８の出力は、一旦、中心周波数が受信高周波ゲート回路１７のスイッチ周波数と等しい中間周波数となり、帯域通過濾波器２１により１／ｆ雑音が存在する低周波が遮断され、Ｉ／Ｑ検波器２２により結局、１／ｆ雑音の無いビート信号２２ａが検波出来るからである。そして、制御演算部１１では、さらに、このビート信号をＡＤ変換し、さらに、図３に示されるように、ＦＦＴを行って、ピークとなる周波数を判定し、ターゲットまでの距離を計算する。
近距離検知であるパルスレーダモード時には、図４に示されるように、制御演算部１１から直流一定値のＦＭ用波形信号１１ｂを送信高周波ＦＭ変調発信器１３（ＶＣＯ）に供給し、無変調の連続波（ＣＷ）とする。送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４（ＡＳＫ）への矩形波信号１１ａのパルス入力は、“１０１０”の繰り返しパルスとし、短パルス発生回路１２により、パルス幅の狭い（ＯＮ期間Ｔ2が短い）矩形波になっている。これにより、一定周波数の送信高周波信号１３ａが周期Ｔ0で、短いＯＮ期間Ｔ2にて送信アンテナ１５から放射される。
受信部の受信高周波ゲート回路１７（Ｒｇａｔｅ）では、送信のパルス幅とほぼ等しい短いパルス（ＯＮ期間Ｔ2）のゲーティングパルス１９ａでゲーティングされる。さらに、このゲーティングパルス１９ａのタイミングは、制御演算部１１からの指令により、プログラマブル遅延回路２０によりスライディングされ、ターゲットまでの送信高周波信号の往復の遅延時間に一致したときのみ、ゲート回路１７から受信高周波信号が通過し、第１ミキサ１８，帯域通過濾波器２１，第２ミキサ２２，帯域通過濾波器２３を通って、制御演算部１１でＡＤ変換され、図５に示されるように、受信信号の連続する時間区間（ＯＮ期間Ｔ2）における信号レベルの絶対値和を求め、その値がピークを示す遅延時間（τR）により、（６）式にて、ターゲットまでの距離を計算し、検知結果情報２６として出力する。
Figure 2006029858
なお、図１の構成において、ＦＭ−ＣＷレーダモード時、送信部の送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４への制御パルス１２ａをＤｕｔｙ５０％（（ＯＮ期間Ｔ1／周期Ｔ0）×１００（％）＝５０％）のパルスで且つ受信高周波ゲート回路１７（Ｒｇａｔｅ）のゲーティングパルス１９ａによるスイッチと逆相とすることができる。
これにより、受信部がＯＮの時は、送信部はＯＦＦとなっているので、レーダ装置の内部およびアンテナ、レーダ装置が収容されるレーダドームなどを介した送信部から受信部への送信高周波信号の回り込みを防ぐことができる。
図６に、本実施の形態のレーダ装置の変形例を示す。この図６の構成が図１の構成と異なるのは、帯域通過濾波器２３（ＢＰＦ２）と並列に設けられ、この帯域通過濾波器２３とは異なるヒード周波数帯に対応して設けられた帯域通過濾波器２４（ＢＰＦ３）（第３帯域通過濾波器）と、帯域通過濾波器２３と帯域通過濾波器２４の出力を切り換えて、制御演算部１１に入力するための切替スイッチ２５が付加されているところである。
動作としては、遠距離検知のＦＭ−ＣＷレーダモード時は、切替スイッチ２５はビート周波数の最大値が通過帯域の高域端である帯域通過濾波器２３（ＢＰＦ２）に接続される。受信高周波信号の処理は、上述の図３と同様にして行われる。
近距離検知のパルスレーダモード時の送信は、ＦＭ−ＣＷレーダモード時とは異なり、図７に示されるように、周期Ｔｍ（＝１／ｆｍ）の三角波からなるＦＭ用波形信号１１ｂにて周波数変調（ＦＭ）するとともに、周期Ｔ0、ＯＮ期間Ｔ２の制御パルス１２ａによる送信高周波ＡＳＫスイッチ回路１４による振幅変調が行われ、送信波としてはＦＭ，ＡＭ複合変調を行う。なおＦＭに関しては検知距離に応じてＦＭ変調周波数と変調幅が制御され、受信側でのビート周波数を検知距離によらず一定にする。この複合変調波を送信アンテナ１５より輻射する。
一方、パルスレーダモードの受信時には、ゲーティングパルス１９ａのタイミングは、制御演算部１１からの指令により、プログラマブル遅延回路２０によってスライディング制御され、ゲーティングパルス１９ａが、ターゲットまでの送信高周波信号の往復の遅延時間に一致したときのみ、受信高周波ゲート回路１７から受信高周波信号が通過する。１ｓｔ Ｍｉｘ１８の出力は図７の下から２番目の波形となり，ＩＦフィルタ２１，２ｎｄ Ｍｉｘ２２を通過した信号は図７の一番下の波形となる。この信号は、ビート周波数ｆｂとドップラー変移を含む周波数に集中した信号スペクトラムとなっているので、切替スイッチ２５により帯域通過濾波器２４（ＢＰＦ３）を通過させることにより、信号帯域外の熱雑音など不要スペクトラムが遮断され、信号スペクトラムのみが選択されて制御演算部１１に出力する。
このとき、図８に例示されるように、ＦＭ用波形信号１１ｂの三角波で周波数変調されている受信ビート信号波形のｕｐ区間、ｄｏｗｎ区間の各々に時間一致した第ｍスライド区間（時間長τs）、第（ｍ＋１）スライド区間（時間長τs）の各々について信号レベルの絶対値和を計算し、この絶対値和のピーク位置の遅延時間（τR）にて、上述の（６）式に基づいて、ターゲットまでの距離Ｒを知ることができる。
また、図８の区間Tm/2（=１／2ｆm）について、上述の図３のようにして、ｆbu、ｆbd、ｆdを求めることで、（４）式、（５）式に基づいて、ターゲットの距離Ｒと、相対速度Ｖを求めることができる。
すなわち、一組の周波数のｕｐ区間およびｄｏｗｎ区間に対応した一組（１測定）のビート信号にて、ターゲットの距離Ｒと、相対速度Ｖを高速に求めることができる。
上記は、１スライドして信号レベルを計算する時間長τｓとＴｍ／２の時間が等しい場合を説明したが、両者のタイミングが同期しておれば、互いに整数倍または整数分の１の関係でもよい。
また、本実施の形態の場合、このパルスレーダモードとしての動作時には、検知する距離は予めスライディングの遅延時間により制御しているので、ターゲットの検知距離が変わっても、以下のようにしてビート周波数を一定に制御する。
ＦＭ用波形信号１１ｂの三角波によるＦＭ変調の距離Ｒとビート周波数ｆｂの関係は、ｆm：ＦＭ変調周波数、Δｆ：ＦＭ変調の変調幅、ｃ：光速、とすると、
Figure 2006029858
本実施の形態のパルスレーダモードでは、受信ゲートの開く時間を、制御演算部１１からの遅延指令信号１１ｃにてプログラマブル遅延回路２０を介して遅延制御しているので、検知できた時の距離Ｒはこの遅延時間と１対１で対応しており、且つ順次制御しているものである。いま、距離が変わっても一定にしたいビート周波数をｆb0とすれば、
Figure 2006029858
また、検知距離Ｒと受信高周波ゲート回路１７における受信高周波信号のゲーティングの遅延時間τの関係は、
Figure 2006029858
であるから、（９）式のＲを（８）式に代入すれば、
Figure 2006029858
を得る。結局、受信高周波信号をゲーティングする遅延時間τの変化に従い、この（１０）式の関係で、ｆmΔｆを変化させてやれば、ビート周波数は一定値ｆb0となる。また、受信高周波信号をゲーティングする遅延時間τとは、送信高周波信号のパルスを発射してから、受信高周波ゲート回路１７のゲートを開けるまでの時間差のことである。
図９は、本実施の形態の制御演算部１１に実装された信号処理ソフトウェア４８の構成例を示すブロック図である。
この信号処理ソフトウェア４８は、近距離検知のパルスレーダモード時には、制御演算部１１内のＡＤ変換部４１にてＡＤ変換されたビート信号は信号処理ルーチン４２においてパルスモードの信号処理系に切り替え、区間絶対値和ルーチン４３に入る。各スライディングの時間ごとの、この絶対値和レベルの局所的最大値の判定をピーク判定ルーチン４５で行い、距離／速度／検知レベル計算ルーチン４７にて、その時のスライディングの遅延時間から計算される目標までの距離Ｒと、距離の時間変化による相対速度Ｖおよび、絶対値和レベルを区間時間で割り算した値を検知レベルとして計算し、検知結果情報２６として外部に出力する。
遠距離検知のＦＭ−ＣＷレーダモード時には、ＡＤ変換部４１にてＡＤ変換されたビート信号は信号処理ルーチン４２においてＦＭ−ＣＷモードの信号処理系に切り替え、区間ＦＦＴルーチン４４に入る。ＦＦＴによる各周波数のレベル値から、ピーク判定／ペアリングルーチン４６にてビート信号の局所的最大値をＦＭ用波形信号１１ｂの三角波のｕｐ区間とｄｏｗｎ区間ごとに求め、互いのペアを判定し（ペアリング）、距離／速度／検知レベル計算ルーチン４７により、ターゲットまでの距離Ｒと相対速度Ｖおよび受信信号レベルを検知結果情報２６として外部に出力する。
図１０は、本実施の形態の制御演算部１１に実装される制御ソフトウェアの構成の変形例を示すブロック図である。
この図１０に例示される信号処理ソフトウェア５８が、上述の図９に示した信号処理ソフトウェア４８と異なるところは、近距離検知のパルスレーダモード時の信号レベル計算ルーチン５３において、各スライディングにおいて、区間絶対値和（図８の処理）とＦＦＴ（図３の処理）の両方を行い、ピーク判定／ペアリングルーチン５５にて、ピーク判定と、三角波のｕｐとｄｏｗｎに対するビート信号のペアリングを行うことである。
そして、距離／速度／検知レベル計算ルーチン５７において、区間絶対値和の局所最大値を示すスライディング遅延時間（τR）により、目標距離を求め、その局所最大のスライディング時のｕｐとｄｏｗｎの区間のＦＦＴの結果の、ペアの周波数の差の１／２によりドップラー周波数ｆdを求め、ターゲットの相対速度Ｖが計算できる。
すなわち、一組の周波数のｕｐ区間およびｄｏｗｎ区間に対応した一組（１測定）の受信信号（ビート信号）にて、ターゲットの距離Ｒと、相対速度Ｖを高速に求めることができる。
遠距離検知のＦＭ−ＣＷレーダモード時は、上述の図９の場合と同じである。
図１１は、本実施の形態の変形例を示す概念図である。この図１１の変形例では、レーダ装置１０の送信部および受信部に接続される送信アンテナを６１，６２および受信アンテナを６３，６４として、特性の異なる複数種のアンテナを設け、切り換えて使用するようにしたものである。
すなわち、近距離検知のパルスレーダモード時は、送信部から出力される送信信号はスイッチ６５により広ビームで低利得の特性を有する広ビームアンテナ６１（第２アンテナ）に接続し、受信信号はスイッチ６６により広ビームで低利得の特性を有する広ビームアンテナ６３（第２アンテナ）に接続する。
一方、遠距離検知のパルスレーダモード時は、送信信号はスイッチ６５により狭ビームで高利得の特性を有する狭ビームアンテナ６２（第１アンテナ）に接続し、受信信号はスイッチ６６により狭ビームで高利得の特性を有する狭ビームアンテナ６４（第１アンテナ）に接続する。
このような、アンテナの接続の切替動作により、近距離のターゲットを検知するパルスレーダモード時は、送信および受信に広ビームアンテナ６１および広ビームアンテナ６３を用いることで近距離の広い範囲が検知できる。また、遠距離のターゲットを検知するＦＭ−ＣＷレーダモード時は、送信および受信に、狭ビームアンテナ６２および狭ビームアンテナ６４を用いることで遠距離の狭く限定された範囲のターゲットが検知できる。
なお、上述の遠距離検知時および近距離検知時と、広ビームおよび狭ビームのアンテナの組み合わせは、上述の例示と逆の組合わせや、送信または受信側のアンテナは固定で、他方のみを切り替える組み合わせもあり、使い方により選べる様に、レーダ装置の中に備えられた制御演算部１１における制御ソフトウェアで可変に設定することができる。
図１２は、本実施の形態の変形例を示す概念図である。この図１２の変形例では、レーダ装置１０の全体を、たとえば、水平面内で所定の角度範囲で掃引するモータなどで構成される横方向スキャン装置７０に載置し、この横方向スキャン装置７０による掃引（スキャン）動作にて、レーダ装置１０のレーダビームによる検知範囲が、レーダビーム７１、レーダビーム７２、レーダビーム７３のように水平（横）方向に経時的に変化するように制御するものである。横方向スキャン装置７０の動作は、レーダ装置１０の制御演算部１１にて制御される。
これにより、レーダ装置１０は、各掃引角度ごとに、上述の各変形例に述べた如く、ターゲットの距離、速度、検知レベルが検知できるので、掃引角度に対して局所的な検知レベルの最大値を示すスキャン角度により、目標物の横方向角度が決定し、検知結果情報２６にターゲトの距離、速度、横方向角度、検知レベルを出力することができる。
図１３は、本実施の形態において、動作モードの経時的な切替方法の一例を示す概念図である。
この図１３において、動作時間帯８１は、ＦＭ−ＣＷレーダモードにて遠距離検知を行っている時間である。この遠距離検知動作時は、送信側および受信側で狭ビームアンテナ６２、狭ビームアンテナ６４を使用して、アンテナでの送受信ビームを狭くし、横方向スキャン装置７０による横方向のスキャンを動作させ、横方向の角度も高精度で検知している。このときは、スキャンしているので、１周期の検知時間はスキャン時間で制限される。
動作時間帯８２は近距離検知を行っている時間である。この近距離動作時は、送信側および受信側で、広ビームアンテナ６１、広ビームアンテナ６３を用いてアンテナでの送受信ビームを広くし、横方向のスキャンは行わず、且つ遠距離動作時のＦＦＴではなく単なる信号振幅のみの検知なので、高速にビーム内の目標物までの距離を検知することができる。
動作時間帯８１および動作時間帯８２の和は、たとえば、数十ミリ秒〜数百ミリ秒の周期にて、周期的に繰り返して切り替えることができる。
たとえば、自動車等の車両の前部に、本実施の形態のレーダ装置１０を搭載して前方監視を行う場合には、ＦＭ−ＣＷレーダモードによる遠距離監視にてＡＣＣ（adoptive cruise control）を支援し、パルスレーダモードによる近距離監視にて、渋滞時における微速進行／停止時のＳＴＯＰ＆ＧＯの制御支援や、衝突直前（pre-crash）の制御支援を行うことができる。
また、車両の後部に本実施の形態のレーダ装置１０を搭載して後方監視を行う場合には、パルスレーダモードによる近距離監視にて、いわゆるＢＵＡ（Back Up Aid）による駐車場への入車操作等の支援に用いることができる。
このように、一台のレーダ装置１０で多様な車両制御に用いることができる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
（付記１）
発信周波数が可変な高周波発信部と、第１制御パルス信号により前記高周波発信部から出力される送信高周波信号のパルス振幅変調を行うパルス振幅変調部とを含む送信部と、
受信高周波信号の入力を第２制御パルス信号によりＯＮおよびＯＦＦするゲーティング部を含む受信部と、
前記送信部および前記受信部を制御して、ＦＭ−ＣＷレーダとして機能させる第１動作モード、またはパルスレーダとして機能させる第２動作モードに切り替える制御部と、
を含むことを特徴とするレーダ装置。
（付記２）
付記１記載のレーダ装置において、
前記受信部は、前記ゲーティング部を経由した前記受信高周波信号を、前記高周波発信部の出力にて周波数変換する第１周波数変換器と、前記第１周波数変換器の出力側に設けられた第１帯域通過濾波器と、前記第１帯域通過濾波器の出力を前記第１制御パルス信号にて周波数変換する第２周波数変換器と、前記第２周波数変換器の出力側に設けられた第２帯域通過濾波器とを含む受信信号処理回路を備え、
前記制御部は、
前記第１動作モードでは、前記高周波発信部に三角波を入力して周波数変調された連続波としての前記送信高周波信号を出力するＦＭ−ＣＷ変調モードとし、前記送信部の前記第１制御パルス信号と前記受信部の前記第２制御パルス信号は互いに反転動作させて前記送信高周波信号の送信と前記受信高周波信号の受信を交互に動作させることにより、前記ＦＭ−ＣＷレーダとして機能させ、
前記第２動作モードでは、前記パルス振幅変調部への前記第１パルス信号のパルス幅を狭くし、前記受信部の前記第２制御パルス信号は前記第１パルス信号に対して、予め定めた遅延時間間隔でスライディングして、前記受信高周波信号をゲーティングすることにより前記パルスレーダとして機能させること、を特徴とするレーダ装置。
（付記３）
付記２記載の装置において、前記受信信号処理回路は、前記第２帯域通過濾波器と並列に設けられ、通過周波数帯域が異なる第３帯域通過濾波器と、前記第２または第３帯域通過濾波器の出力を選択するスイッチとをさらに備え、
前記制御部は、
前記ＦＭ−ＣＷレーダとして動作する時は前記受信信号処理回路の前記第２帯域通過濾波器を選択し、当該第２帯域通過濾波器の帯域を、前記送信高周波信号と前記受信高周波信号の周波数の差分であるビート周波数の最大周波数とし、
前記パルスレーダとして動作する時には、前記送信高周波信号に周波数変調を行い、前記受信信号処理回路では、前記ビート周波数を中心としターゲットの相対速度によるドップラー周波数の分の帯域幅に通過帯域を設定した前記第３帯域通過濾波器に切り替える機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
（付記４）
付記２記載のレーダ装置において、前記制御部は、前記パルスレーダとしての動作時に、前記送信高周波信号と前記受信高周波信号をミキシングして得られるビート信号の周波数が一定になるように、前記ゲーティング部の遅延時間に合わせて、前記送信高周波信号の周波数変調の変調周波数と変調幅を変化させる機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
（付記５）
付記２記載のレーダ装置において、前記制御部は、前記ＦＭ−ＣＷレーダとしての動作時には、前記送信高周波信号と前記受信高周波信号をミキシングして得られるビート信号をＡＤ変換した後、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、そのピーク値の周波数によりターゲットまでの距離を計算し、前記パルスレーダとしての動作時には、前記ビート信号をＡＤ変換した後の値を、予め定めた時間区間の平均との差の絶対値の和、または２乗和がピークを示す前記スライディングの遅延時間によりターゲットまでの距離を計算するように、前記ＦＦＴと、前記時間区間の和の演算を切り替える機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
（付記６）
付記２記載のレーダ装置において、前記制御部は、前記パルスレーダとしての動作時に、予め定めた時間区間の平均との差の絶対値の和、または２乗和と同時にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、ドップラー周波数を計測することによりターゲットの相対速度を１測定のデータにより高速に検知する機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
（付記７）
付記１記載のレーダ装置において、前記送信部および受信部に共通または個別に接続される狭いビーム幅の第１アンテナおよび広いビーム幅の第２アンテナを備え、前記制御部は、前記ＦＭ−ＣＷレーダとして機能させる前記第１動作モードの時には前記第１アンテナに切り替え、前記パルスレーダとして機能させる前記第２動作モードの時には前記第２アンテナに切り替えて動作させる機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
（付記８）
付記１記載のレーダ装置において、前記送信部および受信部に共通または個別に接続されるアンテナと、前記アンテナを横方向にスキャンさせるスキャン機構とを備え、前記制御部は、前記スキャン機構による横方向のスキャン位置と、前記受信高周波信号に基づいて横方向のスキャン範囲内のターゲットを検知する機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
（付記９）
付記１記載のレーダ装置において、前記送信部および受信部に共通または個別に接続されるアンテナと、前記アンテナを横方向にスキャンさせるスキャン機構とを備え、前記制御部は、前記ＦＭ−ＣＷレーダとして機能させる前記第１動作モードの時には前記アンテナのスキャンを行って横方向分解能が高い検知処理を行い、前記パルスレーダとして機能させる前記第２動作モードの時には前記アンテナのスキャンは行わず、前記アンテナから放射される送信高周波信号のビーム内のターゲットの検知を高い応答速度にて行う機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
（付記１０）
送信部から放射された送信高周波のターゲットからの反射波を受信部にて検出することで、前記ターゲットを検知するレーダ装置の制御方法であって、
前記送信部において、前記送信高周波を周波数変調して放射する第１動作モードと、前記送信高周波を振幅変調して放射する第２動作モードとを切替ながら前記ターゲットの検知を行うことを特徴とするレーダ装置の制御方法。
（付記１１）
付記１０記載のレーダ装置の制御方法において、
前記第１動作モードでは、前記送信部において発信周波数制御信号として三角波を用いて周波数変調された前記送信高周波を連続的に放射し、前記受信部では、前記反射波と前記送信高周波とをミキシングしてビート信号を生成し、前記三角波の増加区間および減少区間の各々に対応した前記ビート信号の二つの周波数をそれぞれ検出して、前記二つの周波数の和と差に基づいて前記ターゲットとの距離および相対速度を検知するＦＭ−ＣＷレーダとして機能し、
前記第２動作モードでは、前記送信部は、第１制御パルス信号にて振幅変調された送信高周波を間欠的に放射し、前記受信部は、第２制御パルスにて前記反射波の入力の有無を制御するゲーティングを行い、前記第２制御パルス信号を前記第１制御パルス信号に対して予め定めた遅延時間の間隔でスライディングさせて前記反射波の前記ゲーティングを行い、前記反射波の信号レベルが最大となる前記遅延時間により前記ターゲットとの距離を検知するパルスレーダとして機能する、ことを特徴とするレーダ装置の制御方法。
（付記１２）
付記１０記載のレーダ装置の制御方法において、
前記第２動作モードでは、前記送信高周波に対して、発信周波数制御信号として三角波を用いて周波数変調した後に前記振幅変調を行い、
前記ＦＭ−ＣＷレーダとして機能する前記第１動作モード時には、前記反射波と前記送信高周波とをミキシングして得られたビート信号をＡＤ変換した後、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、そのピーク値の周波数によりターゲットまでの距離を計算し、
前記パルスレーダとして機能する前記第２動作モード時には、前記ビート信号をＡＤ変換した後の値に基づいて得られた、予め定めた時間区間の平均との差の絶対値の和、または２乗和がピークを示すスライディングの前記遅延時間によりターゲットまでの距離を計算するように、前記ＦＦＴと前記時間区間の和の演算を切り替えることを特徴とするレーダ装置の制御方法。
（付記１３）
付記１０記載のレーダ装置の制御方法において、
前記パルスレーダとして機能する第２動作モード時に、前記送信高周波に対して、発信周波数制御信号として三角波を用いて周波数変調した後に前記振幅変調を行い、
予め定めた時間区間の平均との差の絶対値の和、または２乗和の演算と同時にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、ドップラー周波数を計測することによりターゲットの相対速度と距離を１測定のデータにより高速に検知することを特徴とするレーダ装置の制御方法。
（付記１４）
付記１０記載のレーダ装置の制御方法において、ＦＭ−ＣＷレーダとして機能して遠距離の前記ターゲットの検知を行う第１動作モード時には、狭いビーム幅の高利得アンテナに切り替え、パルスレーダとして機能して近距離の前記ターゲットを検知する第２動作モード時には、広いビーム幅の低利得アンテナに切り替えて動作させることを特徴とするレーダ装置の制御方法。
（付記１５）
付記１０記載のレーダ装置の制御方法において、ＦＭ−ＣＷレーダとして機能して遠距離の前記ターゲットの検知を行う第１動作モード時には横方向のスキャンを行って前記横方向の分解能が高い検知処理を行い、パルスレーダとして機能して近距離の前記ターゲットを検知する第２動作モード時には前記横方向のスキャンは行わず、固定されたアンテナから放射される前記送信高周波信号のビーム内の目標物の検知を高速に行うことを特徴とするレーダ装置の制御方法。
本発明の一実施の形態であるレーダ装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置のＦＭ−ＣＷレーダモードでの送信部の作用の一例を示す線図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置のＦＭ−ＣＷレーダモードでの受信部の作用の一例を示す線図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置のパルスレーダモードでの送信部の作用の一例を示す線図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置のパルスレーダモードでの受信部の作用の一例を示す線図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置の変形例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置のパルスレーダモードでの送信部および受信部の作用の変形例を示す線図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置のパルスレーダモードでの受信部の作用の変形例を示す線図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置に実装された信号処理ソフトウェアの構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置に実装される制御ソフトウェアの構成の変形例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置の変形例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置の変形例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態であるレーダ装置における動作モードの経時的な切替方法の一例を示す概念図である。 本発明の参考技術である遠近両用レーダ装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
１０ レーダ装置
１１ 制御演算部
１１ａ 矩形波信号
１１ｂ ＦＭ用波形信号
１１ｃ 遅延指令信号
１２ 短パルス発生回路
１２ａ 制御パルス
１３ 送信高周波ＦＭ変調発信器
１３ａ 送信高周波信号
１４ 送信高周波ＡＳＫスイッチ回路
１５ 送信アンテナ
１６ 受信アンテナ
１７ 受信高周波ゲート回路
１８ 第１ミキサ
１８ａ ＩＦ信号
１９ 短パルス発生回路
１９ａ ゲーティングパルス
２０ プログラマブル遅延回路
２０a 遅延スライドされた矩形波信号
２１ 帯域通過濾波器
２２ 第２ミキサ
２２ａ 信号成分
２３ 帯域通過濾波器
２３a 低周波ビート信号
２４ 帯域通過濾波器
２５ 切替スイッチ
２６ 検知結果情報
４２ 信号処理ルーチン
４３ 区間絶対値和ルーチン
４４ 区間ＦＦＴルーチン
４５ ピーク判定ルーチン
４６ ピーク判定／ペアリングルーチン
４７ 距離／速度／検知レベル計算ルーチン
４８ 信号処理ソフトウェア
５３ 信号レベル計算ルーチン
５５ ピーク判定／ペアリングルーチン
５７ 距離／速度／検知レベル計算ルーチン
５８ 信号処理ソフトウェア
６１ 広ビームアンテナ
６２ 狭ビームアンテナ
６３ 広ビームアンテナ
６４ 狭ビームアンテナ
６５ スイッチ
６６ スイッチ
７０ 横方向スキャン装置
７１ レーダビーム
７２ レーダビーム
７３ レーダビーム
８１ 動作時間帯
８２ 動作時間帯

Claims (10)

  1. 発信周波数が可変な高周波発信部と、第１制御パルス信号により前記高周波発信部から出力される送信高周波信号のパルス振幅変調を行うパルス振幅変調部とを含む送信部と、
    受信高周波信号の入力を第２制御パルス信号によりＯＮおよびＯＦＦするゲーティング部を含む受信部と、
    前記送信部および前記受信部を制御して、ＦＭ−ＣＷレーダとして機能させる第１動作モード、またはパルスレーダとして機能させる第２動作モードに切り替える制御部と、
    を含むことを特徴とするレーダ装置。
  2. 請求項１記載のレーダ装置において、
    前記受信部は、前記ゲーティング部を経由した前記受信高周波信号を、前記高周波発信部の出力にて周波数変換する第１周波数変換器と、前記第１周波数変換器の出力側に設けられた第１帯域通過濾波器と、前記第１帯域通過濾波器の出力を前記第２制御パルスと同期した信号にて周波数変換する第２周波数変換器と、前記第２周波数変換器の出力側に設けられた第２帯域通過濾波器とを含む受信信号処理回路を備え、
    前記制御部は、
    前記第１動作モードでは、前記高周波発信部に三角波を入力して周波数変調された連続波としての前記送信高周波信号を出力するＦＭ−ＣＷ変調モードとし、前記送信部の前記第１制御パルス信号と前記受信部の前記第２制御パルス信号は互いに反転動作させて前記送信高周波信号の送信と前記受信高周波信号の受信を交互に動作させることにより、前記ＦＭ−ＣＷレーダとして機能させ、
    前記第２動作モードでは、前記パルス振幅変調部への前記第１パルス信号のパルス幅を狭くし、前記受信部の前記第２制御パルス信号は前記第１パルス信号に対して、予め定めた遅延時間間隔でスライディングして、前記受信高周波信号をゲーティングすることにより前記パルスレーダとして機能させること、を特徴とするレーダ装置。
  3. 請求項２記載の装置において、前記受信信号処理回路は、前記第２帯域通過濾波器と並列に設けられ、通過周波数帯域が異なる第３帯域通過濾波器と、前記第２または第３帯域通過濾波器の出力を選択するスイッチとをさらに備え、
    前記制御部は、
    前記ＦＭ−ＣＷレーダとして動作する時は前記受信信号処理回路の前記第２帯域通過濾波器を選択し、当該第２帯域通過濾波器の帯域を、前記送信高周波信号と前記受信高周波信号の周波数の差分であるビート周波数の最大周波数とし、
    前記パルスレーダとして動作する時には、前記送信高周波信号に周波数変調を行い、前記受信信号処理回路では、前記ビート周波数を中心としターゲットの相対速度によるドップラー周波数の分の帯域幅に通過帯域を設定した前記第３帯域通過濾波器に切り替える機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  4. 請求項２記載のレーダ装置において、前記制御部は、前記パルスレーダとしての動作時に、前記送信高周波信号と前記受信高周波信号をミキシングして得られるビート信号の周波数が一定になるように、前記ゲーティング部の遅延時間に合わせて、前記送信高周波信号の周波数変調の変調周波数と変調幅を変化させる機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  5. 請求項２記載のレーダ装置において、前記制御部は、前記ＦＭ−ＣＷレーダとしての動作時には、前記送信高周波信号と前記受信高周波信号をミキシングして得られるビート信号をＡＤ変換した後、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、そのピーク値の周波数によりターゲットまでの距離を計算し、前記パルスレーダとしての動作時には、前記ビート信号をＡＤ変換した後の値を、予め定めた時間区間の平均との差の絶対値の和、または２乗和がピークを示す前記スライディングの遅延時間によりターゲットまでの距離を計算するように、前記ＦＦＴと、前記時間区間の和の演算を切り替える機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  6. 請求項２記載のレーダ装置において、前記制御部は、前記パルスレーダとしての動作時に、予め定めた時間区間の平均との差の絶対値の和、または２乗和と同時にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、ドップラー周波数を計測することによりターゲットの相対速度を１測定のデータにより高速に検知する機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  7. 請求項１記載のレーダ装置において、前記送信部および受信部に共通または個別に接続される狭いビーム幅の第１アンテナおよび広いビーム幅の第２アンテナを備え、前記制御部は、前記ＦＭ−ＣＷレーダとして機能させる前記第１動作モードの時には前記第１アンテナに切り替え、前記パルスレーダとして機能させる前記第２動作モードの時には前記第２アンテナに切り替えて動作させる機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  8. 請求項１記載のレーダ装置において、前記送信部および受信部に共通または個別に接続されるアンテナと、前記アンテナを横方向にスキャンさせるスキャン機構とを備え、前記制御部は、前記スキャン機構による横方向のスキャン位置と、前記受信高周波信号に基づいて横方向のスキャン範囲内のターゲットを検知する機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  9. 請求項１記載のレーダ装置において、前記送信部および受信部に共通または個別に接続されるアンテナと、前記アンテナを横方向にスキャンさせるスキャン機構とを備え、前記制御部は、前記ＦＭ−ＣＷレーダとして機能させる前記第１動作モードの時には前記アンテナのスキャンを行って横方向分解能が高い検知処理を行い、前記パルスレーダとして機能させる前記第２動作モードの時には前記アンテナのスキャンは行わず、前記アンテナから放射される送信高周波信号のビーム内のターゲットの検知を高い応答速度にて行う機能を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  10. 送信部から放射された送信高周波のターゲットからの反射波を受信部にて検出することで、前記ターゲットを検知するレーダ装置の制御方法であって、
    前記送信部において、前記送信高周波を周波数変調して放射する第１動作モードと、前記送信高周波を振幅変調して放射する第２動作モードとを切替ながら前記ターゲットの検知を行うことを特徴とするレーダ装置の制御方法。
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