JP2006284369A - パルスレーダー装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
本願発明は、スイッチングパルスによるノイズに起因した誤動作を防止することができるパルスレーダー装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本発明は、送信パルスを変調した送信パルス波を送信する送信部及び測定対象物で反射した前記送信パルス波の反射波を受信して復調した受信パルスを生成する受信部を含むレーダーモジュールと、直流電力をスイッチングパルスのオン・オフによりスイッチングして前記レーダーモジュールへの駆動電力を生成するスイッチング電源と、前記スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間を除く前記スイッチングパルスのオン時又は前記スイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間を除く前記スイッチングパルスのオフ時に前記送信パルス波の送信から前記受信パルスの生成までが完了するように、前記送信部の動作を制御する制御部と、を備えるパルスレーダー装置である。
【選択図】図1
本願発明は、スイッチングパルスによるノイズに起因した誤動作を防止することができるパルスレーダー装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本発明は、送信パルスを変調した送信パルス波を送信する送信部及び測定対象物で反射した前記送信パルス波の反射波を受信して復調した受信パルスを生成する受信部を含むレーダーモジュールと、直流電力をスイッチングパルスのオン・オフによりスイッチングして前記レーダーモジュールへの駆動電力を生成するスイッチング電源と、前記スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間を除く前記スイッチングパルスのオン時又は前記スイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間を除く前記スイッチングパルスのオフ時に前記送信パルス波の送信から前記受信パルスの生成までが完了するように、前記送信部の動作を制御する制御部と、を備えるパルスレーダー装置である。
【選択図】図1
Description
本発明は、送信パルス波を送信して測定対象物を検知するパルスレーダー装置に関する。
従来から、送信パルス波を送信してその反射波を受信することにより測定対象物までの距離を検出するパルスレーダー装置がある。このパルスレーダー装置は、例えば車両に搭載され、車両と障害物との衝突の回避に使用される。この場合、パルスレーダー装置への電源の供給は、車両のバッテリーや電池等の電源からスイッチング電源により入力電圧を整合させて行われる。
パルスレーダー装置には、コンパクト化の要請から直流電源としてスイッチング方式のものが使用される。スイッチング方式を採用したスイッチング電源は、交流電圧又は直流電圧をMOS−FET等のスイッチング素子で生成されるスイッチングパルスにより高周波数の交流電圧に変換し、トランスで電圧変換した後に再度整流して直流電圧を得るものである。スイッチング電源は、スイッチングパルスで高周波数の交流電圧に変換するため、その後に電圧変換するトランスの大きさを小さくすることができる。そのため、スイッチング電源全体の大きさをコンパクトにすることができる。しかし、パルスレーダー装置にスイッチング電源を用いると、スイッチングパルスが原因のノイズにより誤動作するという問題が生じる。例えば、スイッチング電源の出力電圧に含まれるスイッチングリップルにより、パルスレーダー装置から送信する送信パルス波の出力電圧が変動するという問題がある。
これを解決する手法として、周波数変調前のパルス信号の周期をスイッチングパルスに同期させる発明が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平11−211810号公報。
しかし、特許文献1に開示された発明では、送信パルス波の出力電圧の変動を抑制することはできるものの、スイッチングパルスによりスイッチング電源の出力電圧又は出力電流に重畳する高周波ノイズの影響を抑制することはできない。そのため、当該高周波ノイズがパルスレーダー装置を誤動作させる原因となる。特に、車両用のパルスレーダー装置で近距離にある測定対象物を検出するため狭送信パルス波を用いる場合には、測定対象物からの反射波が高周波ノイズに埋もれてしまい正確に検出できない。
一方、スイッチング電源から出力される高周波ノイズ自体を抑制する方法として、スイッチング電源の出力段に容量の大きいコンデンサ及びインダクタからなるフィルタを取り付ける方法がある。しかし、容量の大きいものを用いると、コンデンサが原因の電源投入時のラッシュカレント及びインダクタが原因の電圧のオーバーシュートにより、パルスレーダー装置に使用されるトランジスタやICを破壊する恐れがある。そのため、スイッチング電源の高周波ノイズが残存した状態でも、パルスレーダー装置の誤動作を防止することが望まれる。
そこで、本発明では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができるパルスレーダー装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、発明者は、スイッチング電源の出力電圧に重畳する高周波ノイズがスイッチングパルスのオン時又はオフ時のオーバーシュート又はアンダーシュートによるものであることに注目した。そして、高周波ノイズの影響の少ないスイッチングパルスの立ち上がり時又は立ち下がり時からの所定期間を除くスイッチングパルスのオン時又はオフ時に送受信される送信パルス波により測定対象物を検知するパルスレーダー装置を完成させた。
具体的には、本発明は、送信パルスを変調した送信パルス波を送信する送信部及び測定対象物で反射した前記送信パルス波の反射波を受信して復調した受信パルスを生成する受信部を含むレーダーモジュールと、直流電力をスイッチングパルスのオン・オフによりスイッチングして前記レーダーモジュールへの駆動電力を生成するスイッチング電源と、前記スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間を除く前記スイッチングパルスのオン時又は前記スイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間を除く前記スイッチングパルスのオフ時に前記送信パルス波の送信から前記受信パルスの生成までが完了するように、前記レーダーモジュールの動作を制御する制御部と、を備えるパルスレーダー装置である。
スイッチングパルスの立ち上がり時又は立ち下がり時では、スイッチングパルスのリンギングに起因して高周波ノイズがスイッチング電源の出力に重畳する。そのため、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信パルスの生成までが完了するように、前記レーダーモジュールの動作を制御する制御部を備えることにより、送信パルス波の送信の際に、送信部が高周波ノイズの影響を受けることがない。また、スイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に送信された送信パルス波をスイッチングパルスのオン時又はオフ時に受信部が受信して出力することとなるため受信部においても高周波ノイズの影響を受けることがない。従って、本発明に係るパルスレーダー装置では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
本発明のパルスレーダー装置において、前記レーダーモジュールは、前記送信部から送信される送信パルス波及び前記受信部から出力される受信パルスに基づいて前記測定対象物までの伝搬往復時間、前記測定対象物までの距離又は前記測定対象物の相対速度の少なくとも1の値を算出する算出部をさらに備えることが望ましい。
本発明のパルスレーダー装置において、算出部によって算出される伝搬往復時間、距離又は相対速度の値は、スイッチングパルスに起因した高周波ノイズの影響を受けずに算出されるものである。従って、高精度のものを得ることができる。
また、本発明のパルスレーダー装置において、前記制御部は、前記レーダーモジュールの動作を周期的に実行させる第1のタイミング信号を生成するタイミング発生回路と、前記第1のタイミング信号を少なくとも前記レーダーモジュールの実行時間に相当する時間遅延させた第2のタイミング信号を出力する遅延回路と、を備え、前記第2のタイミング信号に基づいて前記スイッチング電源における前記スイッチングパルスのスイッチング動作を実行させることが望ましい。
制御部がタイミング発生回路及び遅延回路を備え、レーダーモジュールの各部の動作を実行させると共にスイッチングパルスのスイッチング動作を実行させることにより、レーダーモジュールの動作を基準としたスイッチングパルスのスイッチング動作制御が可能となる。そのため、送信部、受信部及び算出部の動作タイミング及びスイッチングパルスがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置の動作の確実性が向上する。従って、本発明のパルスレーダー装置では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
また、本発明のパルスレーダー装置において、前記制御部は、前記スイッチング電源から前記スイッチングパルスを取得し所定時間遅延させて第3のタイミング信号を出力する遅延回路と、前記第3のタイミング信号に基づいて前記レーダーモジュールの動作を実行させる第4のタイミング信号を生成するレーダー制御回路と、を備えることが望ましい。
制御部が遅延回路及びレーダー制御回路を備え、スイッチングパルスに基づいてレーダーモジュールの各部の動作を実行させることにより、スイッチングパルスのスイッチング動作を基準としたレーダーモジュールの動作の実行が可能となる。そのため、スイッチングパルス及びレーダーモジュールの各部の動作タイミングがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置の動作の確実性が向上する。従って、本発明のパルスレーダー装置では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
本発明により、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができるパルスレーダー装置を提供することができる。
以下、本願発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
(第1実施形態)
図1は、本発明に係るパルスレーダー装置の実施形態の一例を説明するブロック図であって、パルスレーダー装置の構成を説明するブロック図である。図1において、11は送信パルスを発生するパルス発生回路、12は送信パルスを変調周波数で振幅変調する変調回路、13は変調周波数で発振する発振器、14は送信パルス波を放射する送信アンテナ、21は測定対象物5からの反射波を受信する受信アンテナ、22は反射波を復調する復調回路、24は復調回路22からの復調パルスを所定の閾値と比較して受信パルスを出力する比較回路、31は測定対象物5までの伝搬往復時間、測定対象物5までの距離又は測定対象物5の相対速度の少なくとも1の値を算出する算出回路、50はレーダーモジュールの各部に電力を供給するスイッチング電源、61はパルスレーダー装置100の動作の基準となる所定周波数の基準信号を出力するメインコントローラー、62は基準信号からレーダーモジュールの各部の動作開始及び動作停止を制御する制御信号を出力するレーダーコントローラー、63は基準信号を所定時間遅延させて出力する遅延回路である。
図1は、本発明に係るパルスレーダー装置の実施形態の一例を説明するブロック図であって、パルスレーダー装置の構成を説明するブロック図である。図1において、11は送信パルスを発生するパルス発生回路、12は送信パルスを変調周波数で振幅変調する変調回路、13は変調周波数で発振する発振器、14は送信パルス波を放射する送信アンテナ、21は測定対象物5からの反射波を受信する受信アンテナ、22は反射波を復調する復調回路、24は復調回路22からの復調パルスを所定の閾値と比較して受信パルスを出力する比較回路、31は測定対象物5までの伝搬往復時間、測定対象物5までの距離又は測定対象物5の相対速度の少なくとも1の値を算出する算出回路、50はレーダーモジュールの各部に電力を供給するスイッチング電源、61はパルスレーダー装置100の動作の基準となる所定周波数の基準信号を出力するメインコントローラー、62は基準信号からレーダーモジュールの各部の動作開始及び動作停止を制御する制御信号を出力するレーダーコントローラー、63は基準信号を所定時間遅延させて出力する遅延回路である。
送信部には、パルス発生回路11、変調回路12、発振器13、送信アンテナ14が含まれる。また、受信部には、受信アンテナ21、復調回路22、発振器13、比較回路24が含まれる。また、算出部には、算出回路31が含まれる。また、レーダーモジュールには、上記の送信部、受信部が含まれる。制御部には、タイミング発生回路としてのメインコントローラー61、レーダーコントローラー62、遅延回路63が含まれる。
まず、図1において、パルスレーダー装置100の送信系の構成を説明する。パルス発生回路11は、所定の送信パルスを発生する。この送信パルスの発生は、周期的でも非周期的でもよい。送信パルスの発生間隔は、パルスレーダー装置100の最大検出距離に対応する電波の伝搬往復時間よりも長く設定することが好ましい。変調回路12は、パルス発生回路11からの送信パルスと発振器13からの変調波を混合して、送信パルス波を出力する。送信アンテナ14は、変調回路12からの送信パルス波を放射する。送信アンテナ14は複数のアンテナから構成されるものでもよい。
また、パルス発生回路11の出力する送信パルスのパルス幅は、1ns以上、100ns以下であることが望ましい。パルスレーダー装置100が検出する測定対象物5までの距離は、15cmから15m程度であるから、分解能を決定する送信パルスのパルス幅では1ns以上、100ns以下に相当する。
変調回路12からの送信パルスを変調する変調信号の変調周波数は、100GHz以下が望ましい。100GHz以上の周波数では、空気中の伝搬損失が大きくパルスレーダー装置100の検出距離限界が短くなる。
次に、図1において、パルスレーダー装置100の受信系の構成を説明する。受信アンテナ21は、測定対象物5で反射した反射波を受信する。受信アンテナ21も複数のアンテナから構成されるものでもよい。また、送受兼用アンテナであってもよい。復調回路22は、受信アンテナ21からの反射波を発振器13からの復調信号により復調して復調パルスを出力する。ここで、復調信号の周波数は、変調信号の変調周波数と同一である。また、比較回路24は復調回路22からの出力を基準電圧と比較して波形整形して受信パルスを出力する。
算出部としての算出回路31は、送信部から送信する送信パルス波と受信部が出力する受信パルスに基づいて測定対象物5までの伝搬往復時間、測定対象物5までの距離又は測定対象物5の相対速度の少なくとも1の値を算出する。本実施形態では、算出回路31は、パルス発生回路11から送信パルスを、比較回路24から受信パルスをそれぞれ取得し、送信パルスの取得時間と受信パルスの取得時間との時間差から伝搬往復時間を算出することとした。また、測定対象物5までの距離は、上記で算出した伝搬往復時間に送信パルス波の伝搬速度を掛け合わせて2で除算した値として算出することができる。一方、測定対象物5の相対速度は、送信アンテナ14からの送信パルス波の周波数と測定対象物5からの反射波のドップラー変調周波数との周波数差から算出することができる。本実施形態では、パルス発生回路11から送信パルスを、比較回路24から受信パルスをそれぞれ取得し、それぞれのパルスのパルス幅の差から周波数差を算出することとした。
本実施形態に係るパルスレーダー装置100では、算出回路31によって算出される伝搬往復時間、距離又は相対速度の値は、後述するようにスイッチング電源50のスイッチングパルスに起因した高周波ノイズの影響を受けずに算出されるものである。従って、高精度のものを得ることができる。なお、本実施形態では、送信部及び受信部から出力される送信パルス及び受信パルスに基づいて信号処理を行うこととしたが、送信パルスを用いなくても、例えば、送信パルス波の受信部への漏洩信号を用いてもよい。
次に、図1において、パルスレーダー装置100の電源系の構成を説明する。スイッチング電源50は、MOS−FET等のスイッチングトランジスタにスイッチングパルスを入力し、スイッチングパルスのオン・オフにより直流電力を変換効率の高い周波数にしてレーダーモジュールへの供給電力を生成する。図7を用いて、スイッチングパルスを発生させるスイッチングパルス発生回路51の構成について説明する。図7において、52は三角波又はノコギリ波を発生する発生器、53は発生器52からの出力波形とスレッショルド電圧とを比較するコンパレータ、54はコンパレータ53からの出力を波形整形する波形整形回路、55は波形整形回路54からの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタである。発生器52は、スイッチングパルスの基準となる周波数の三角波又はノコギリ波を発生する。発生器52は、三角波又はノコギリ波を自励発振することとしてもよいし、本実施形態のように外部から入力されるパルス信号に同期した三角波又はノコギリ波を発生させることとしてもよい。ここで、図8、図9を用いて、図7に示すスイッチングパルス発生回路51の動作について説明する。図8において、(G)、(H)及び(J)は、図7に示すG、H及びJの点における信号波形の一例を示す。また、図9において、(G)、(H´)及び(J)は、図7に示すG、H´及びJの点における信号波形の一例を示す。以下、図7に示した符号を適宜用いて説明する。
図8(G)、図9(G)は、発生器に外部から入力されるパルス信号の波形である。また、図8(H)は、発生器から出力される三角波の波形である。図9(H´)は、発生器から出力されるノコギリ波の波形である。また、図8(J)、図9(J)は、ローパスフィルタ55から出力されるスイッチングパルスの波形である。発生器52は、例えば、外部入力の基準パルスのバイアス電圧を調整した後、積分することにより図8(H)又は図9(H´)に示す三角波又はノコギリ波を発生させる。この三角波又はノコギリ波は、コンパレータ53によりスレッショルド電圧と比較され、スレッショルド電圧を超えた部分がカットされる。このようにしてスイッチングパルスのパルス幅を決定する。ここで、コンパレータ53は、発生器52が三角波を発生する場合、図8(H)に示すようにスレッショルド電圧を三角波の上下に設けたウィンドウコンパレータとして機能する。
スイッチングパルスのパルス幅は、固定されていてもよいし、スイッチング電源50の出力電圧をPWM(Palse Width Modulation)制御により安定化させるため可変としてもよい。スイッチングパルスのパルス幅を可変とする場合は、図7に示すように、例えばコンパレータ53にスイッチング電源の出力電圧をフィードバックして入力し、コンパレータ53内のスレッショルド電圧を変化させることにより実現できる。コンパレータ53で比較されスレッショルド電圧を超えた部分がカットされた波形は、波形整形回路54で矩形波に整形され、さらにローパスフィルタ55により高周波のノイズがカットされ、図8(J)又は図9(J)に示すスイッチングパルスとして出力される。
次に、図1において、パルスレーダー装置100の制御系の構成を説明する。ここでは、制御部が送信部の動作を制御する形態について説明する。メインコントローラー61はレーダーモジュールによる送信部の動作を所定の周波数で周期的に実行させる第1のタイミング信号としての基準信号を出力する。レーダーコントローラー62はメインコントローラー61からの基準信号から制御信号を生成しパルス発生回路11に向けて出力する。一方、遅延回路63はメインコントローラー61からの基準信号を所定時間遅延させて第2のタイミング信号としてのパルス信号を出力する。この出力は、図7で説明した外部入力パルス信号に相当し、スイッチング電源50におけるスイッチングパルスのスイッチング動作を実行させる。ここで、図10を用いて、制御部の動作について説明する。図10において、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)は、図1に示すA、B、C、D、E及びFの点における信号波形の一例を示す。以下、図1に示した符号を適宜用いて説明する。
図10(A)は、メインコントローラー61から出力される基準信号のタイミングである。また、図10(B)は、スイッチング電源50内部で生成されたスイッチングパルスのタイミングである。スイッチングパルスは、遅延回路63から出力される遅延パルスを図7で説明したスイッチングパルス発生回路51の発生器52に入力することにより生成される。また、図10(C)は、パルス発生回路11の動作を制御する制御信号のタイミングである。図10(D)は、送信アンテナ14から送信される送信パルス波の送信タイミングである。図10(E)は、比較回路24から出力される受信パルスの出力タイミングである。図10(F)は、スイッチング電源50からの出力電圧に重畳するノイズの発生タイミングである。
図10(F)に示すように、(B)のスイッチングパルスの立ち上がり時又は立ち下がり時では、スイッチングパルスのリンギングに起因して高周波ノイズがスイッチング電源50の出力に重畳する。ノイズは、立ち上がり時又は立ち下がり時とほぼ同時に、インパルス状に発生する。そのため、制御部は、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信パルスの生成までが完了するように、送信部の動作を制御する。
ここで、送信アンテナ14から送信パルス波を送信してから受信アンテナ21で反射波を受信するまでの伝搬遅延時間は、パルスレーダー装置100と測定対象物5までの距離により決定する。パルスレーダー装置100が例えば車載用の短距離レーダーの場合、検出距離は最大で20m(往復で40m)程度となる。そのため、送信パルス波の伝搬速度(3×108m/s)を考慮すると、伝搬遅延時間は約133nsとなる。一方、スイッチングパルスの周波数は、数十KHz〜数百KHzで動作し、最大でも1MHzであるため、スイッチング電源50の出力電圧のノイズとノイズとの間のノイズ非発生期間は、最小で1μsとなる。そのため、送信パルス波の送信及び反射波の受信は、スイッチング電源50の出力電圧のノイズ非発生期に十分に行うことができる。
本実施形態では、(F)に示すノイズ非発生期間内に、(C)に示す制御信号を送信期間Ttだけ立ち上げて、パルス発生回路11内で発生される送信パルスを制御信号のオン時の送信期間Ttにのみ出力するように動作制御する。また、送信期間Ttの前後には、図10(C)(1)のパルスでは、所定期間Tp1及び所定期間Tp2を設け、(2)のパルスでは、所定期間Tp3及び所定期間Tp4を設ける。Tp1、3は、(F)に示すノイズのレーダーモジュールに対するノイズの影響が無くなるまでの所定期間である。一方、送信パルス波の送信がノイズの非発生期間内に完了しても、送信期間Ttの最後に送信される送信パルス波の反射波が(F)に示すノイズと重なる場合がある。送信パルス波の送信タイミングと反射波の受信タイミングに時間差があるためである。そこで、所定期間Tp2、4を設け、受信パルスの生成タイミングもノイズ非発生期間内に完了するようにする。なお、本実施形態では、送信パルス波を送信期間Tt内に複数回送信しているが、送信パルス波は、送信期間Tt内に1回のみ送信することとしてもよい。
このように、制御部を備えることにより、送信パルス波の送信の際に、送信部が高周波ノイズの影響を受けることがない。また、スイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に送信された送信パルス波をスイッチングパルスのオン時又はオフ時に受信部が受信して出力することとなるため受信部においても高周波ノイズの影響を受けることがない。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置100では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
本実施形態では、所定期間Tp1及びTp3を設けるため、メインコントローラー61からの基準信号の立ち上がり時と立ち下がり時をトリガにして、レーダーコントローラー62の制御信号を立ち上げることとし、さらに、遅延回路63により基準信号を少なくともレーダーモジュールの実行時間、即ち送信期間Ttに相当する時間Tdだけ遅延させたパルス信号を出力することとした。本実施形態では、遅延時間Tdは、基準信号のパルス幅内で決定する。また、所定期間Tp2及びTp4は、レーダーコントローラー62により送信期間Ttを調整することにより設けることとした。
ここで、所定期間Tp1、Tp2、Tp3、Tp4は、(B)のスイッチングパルス幅が固定の場合、送信期間Ttがスイッチングパルスのパルス幅に入るように調節することにより決定される。一方、PWM制御によりスイッチングパルス幅が可変の場合、図7に示すスイッチングパルス発生回路51で図9(H´)に示すノコギリ波を適用するときは、スイッチングパルスの立ち下がり時のみが固定され、スイッチングパルスのパルス幅に応じて立ち上がり時が可変となる。また、図7に示すスイッチングパルス発生回路51で図8(H)に示す三角波を適用するときは、スイッチングパルスのパルス幅に応じて立ち上がり時及び立ち下がり時が共に可変となる。そのため、スイッチング電源50にPWM制御を適用する場合は、図1に示すようにスイッチング電源50からスイッチングパルスをレーダーコントローラー62及び遅延回路63に入力して、スイッチングパルスのタイミングを制御信号の送信期間Ttの決定及びスイッチングパルスの遅延時間Tdの決定に反映させることとする。例えば、前回のスイッチングパルス(図10(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図10(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して送信期間Tt及び遅延時間Tdを決定する。
本実施形態のように、制御部がレーダーコントローラー62によりレーダーモジュールの送信部の動作を実行させると共に遅延回路63によりスイッチングパルスのスイッチング動作を実行させることにより、レーダーモジュールの送信部の動作を基準としたスイッチングパルスのスイッチング動作制御が可能となる。そのため、送信部の動作タイミング及びスイッチングパルスがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置100の動作の確実性が向上する。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置100では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
次に、図2において、パルスレーダー装置100の制御系の別の構成を説明する。ここでは、制御部が送信部の動作を制御する形態について説明する。図2において、図1と同じ符号は同じ意味を表す。図2において、制御部には遅延回路63、レーダー制御回路としてのレーダーコントローラー62が含まれる。
スイッチング電源50は、図7で説明したスイッチングパルス発生回路51によってスイッチングパルスを発生させると共に、スイッチングパルスを外部に出力する。この場合、図7に示すスイッチングパルス発生回路51は、発生器52によって三角波又はノコギリ波を自励発振する。遅延回路63は、スイッチング電源50からのスイッチングパルスを取得し所定時間遅延させて第3のタイミング信号としてのパルス信号を出力する。また、レーダー制御回路としてのレーダーコントローラー62は、遅延回路63からのパルス信号に基づいて第4のタイミング信号としての制御信号を生成し、パルス発生回路11に向けて出力する。ここで、図11を用いて、制御部の動作について説明する。図11において、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)は、図2に示すA、B、C、D、E及びFの点における信号波形の一例を示す。以下、図2に示した符号を適宜用いて説明する。
図11(A)は、スイッチング電源50から出力されるスイッチングパルスのタイミングである。また、図11(B)は、遅延回路63から出力されるパルス信号のタイミングである。また、図11(C)は、パルス発生回路11の動作を制御する制御信号のタイミングである。図11(D)は、送信アンテナ14から送信される送信パルス波の送信タイミングである。図11(E)は、比較回路24から出力される受信パルスの出力タイミングである。図11(F)は、スイッチング電源50からの出力電圧に重畳するノイズの発生タイミングである。
図10で説明したのと同様に、制御部は、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信パルスの生成までが完了するように、送信部の動作を制御する。なお、本実施形態では、送信パルス波を送信期間Tt内に複数回送信しているが、送信パルス波は、送信期間Tt内に1回のみ送信することとしてもよい。
本実施形態では、所定期間Tp1及びTp3を設けるため、スイッチング電源50からのスイッチングパルスに遅延回路63により所定の遅延時間Tdを設け、さらに、遅延回路63からのパルス信号の立ち上がり時と立ち下がり時をトリガにして、レーダーコントローラー62の制御信号を立ち上げることとした。また、所定期間Tp2及びTp4は、レーダーコントローラー62により送信期間Ttを調整することにより設けることとした。
このように、制御部が遅延回路63及びレーダーコントローラー62によりスイッチングパルスに基づいてレーダーモジュールの送信部の動作を実行させることにより、スイッチングパルスのスイッチング動作を基準としたレーダーモジュールの動作の実行が可能となる。そのため、スイッチングパルス及びレーダーモジュールの送信部の動作タイミングがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置101の動作の確実性が向上する。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置101では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。なお、本実施形態では、スイッチングパルスに基づいて送信部の動作制御を行うため、スイッチングパルスのパルス幅が可変であってもスイッチングパルスのタイミングをスイッチングパルスの遅延時間Tdの決定及び制御信号の送信期間Ttの決定に反映させることができる。例えば、前回のスイッチングパルス(図11(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図11(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して送信期間Tt及び遅延時間Tdを決定する。
図1、図2、図7、図10及び図11を用いて、パルスレーダー装置100、101の動作を説明する。以下、図1、図2、図7、図10及び図11に示した符号又は記号を適宜用いて説明する。
まず、図1に示すパルスレーダー装置100では、スイッチング電源50の電源を投入すると、スイッチング電源50は、電源投入時の自励発振によりパルスレーダー装置100全体に電力を供給する。そして、電力が供給された制御部のメインコントローラー61から出力された基準信号は、遅延回路63で所定の遅延時間Td(図10)だけ遅延されてスイッチング電源50に入力される。この遅延時間は、基準信号のパルス幅内で決定する。スイッチング電源50は、遅延回路63からスイッチングパルス発生回路51に入力されたパルス信号により図10(B)に示すスイッチングパルスを生成して動作するようになる。
一方、メインコントローラー61から出力された基準信号は、レーダーコントローラー62に入力される。レーダーコントローラー62は、基準信号の立ち上がり時及び立ち下がり時をトリガにして図10(C)に示すように制御信号を立ち上げ、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp2を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信パルスの生成までが完了するように、送信期間Ttを調整して出力する。ここで、スイッチングパルスのパルス幅が可変の場合には、送信期間Ttの決定には、前回のスイッチングパルス(図10(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図10(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して決定することができる。
一方、図2に示すパルスレーダー装置101では、スイッチング電源50の電源を投入すると、スイッチング電源50は、電源投入と共に自励発振してスイッチングパルス発生回路51により生成するスイッチングパルスのスイッチング動作によりパルスレーダー装置101全体に電力を供給する。また、スイッチング電源50は、スイッチングパルスを遅延回路63に向けて出力する。スイッチング電源50から出力されたスイッチングパルスは、遅延回路63で所定の遅延時間Td(図11)だけ遅延されてレーダーコントローラー62に入力される。
レーダーコントローラー62は、遅延回路63からのパルス信号の立ち上がり時及び立ち下がり時をトリガにして図11(C)に示すように制御信号を立ち上げ、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp2を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信パルスの生成までが完了するように、送信期間Ttを調整して出力する。ここで、スイッチングパルスのパルス幅が可変の場合には、送信期間Ttの決定には、前回のスイッチングパルス(図11(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図11(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して決定することができる。
パルスレーダー装置100、101のように制御信号を生成することで、送信パルス波の送信の際に、送信部が高周波ノイズの影響を受けることがない。また、スイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に送信された送信パルス波をスイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に受信部が受信して出力することとなるため受信部においても高周波ノイズの影響を受けることがない。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置100,101では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
送信部は、パルス発生回路11で発生させた送信パルスを図10(D)、図11(D)に示すように制御信号のオン時にのみ発振器13からの変調信号により変調回路12で変調して送信アンテナ14から送信パルス波として測定対象物5に向けて送信する。なお、パルス発生回路11は、さらに、送信パルスを算出回路31に向けて出力する。
測定対象物5に向けて送信された送信パルス波は、測定対象物5で反射し、反射波として受信アンテナ21に受信される。受信部は、スイッチング電源50の電源投入時から受信待機しており、反射波を受信すると、受信した反射波を発振器13からの復調信号により復調回路22で復調して出力する。また、受信部は、復調回路22で復調された復調パルスを比較回路24で基準電圧と比較し波形整形して受信パルスを出力する。
送信パルス及び受信パルスは、スイッチング電源50のスイッチングパルスに起因した高周波ノイズの影響を受けることなく算出回路31によって取得され、測定対象物5までの伝搬往復時間、測定対象物5までの距離又は測定対象物5のパルスレーダー装置100、101に対する相対速度の少なくとも1の値を精度よく算出することができる。
以上説明したように、パルスレーダー装置100、101では、送信パルス波の送信の際に、送信部が高周波ノイズの影響を受けることがなく、受信部においても高周波ノイズの影響を受けることがない。また、パルスレーダー装置100では、制御部がレーダーコントローラー62によりレーダーモジュールの送信部の動作を実行させると共に遅延回路63によりスイッチングパルスのスイッチング動作を実行させることにより、レーダーモジュールの送信部の動作を基準としたスイッチングパルスのスイッチング動作制御が可能となる。そのため、送信部の動作タイミング及びスイッチングパルスがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置100の動作の確実性が向上する。一方、パルスレーダー装置101では、制御部が遅延回路63及びレーダーコントローラー62によりスイッチングパルスに基づいてレーダーモジュールの送信部の動作を実行させることにより、スイッチングパルスのスイッチング動作を基準としたレーダーモジュールの動作の実行が可能となる。そのため、スイッチングパルス及びレーダーモジュールの送信部の動作タイミングがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置101の動作の確実性が向上する。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置100、101では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
(第2実施形態)
図3は、本発明に係るパルスレーダー装置の実施形態の一例を説明するブロック図であって、パルスレーダー装置の構成を説明するブロック図である。図3において、図1と同じ符号は同じ意味を表す。本実施形態では、制御部から出力される制御信号を復調回路22又は比較回路24に入力して受信部の動作を制御する。ここで、図12を用いて、制御部の動作について説明する。図12において、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)は、図3に示すA、B、C、D、E及びFの点における信号波形の一例を示す。以下、図3に示した符号を適宜用いて説明する。
図3は、本発明に係るパルスレーダー装置の実施形態の一例を説明するブロック図であって、パルスレーダー装置の構成を説明するブロック図である。図3において、図1と同じ符号は同じ意味を表す。本実施形態では、制御部から出力される制御信号を復調回路22又は比較回路24に入力して受信部の動作を制御する。ここで、図12を用いて、制御部の動作について説明する。図12において、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)は、図3に示すA、B、C、D、E及びFの点における信号波形の一例を示す。以下、図3に示した符号を適宜用いて説明する。
図12(A)は、メインコントローラー61から出力される基準信号のタイミングである。また、図12(B)は、スイッチング電源50内部で生成されたスイッチングパルスのタイミングである。スイッチングパルスは、遅延回路63から出力される遅延パルスを図7で説明したスイッチングパルス発生回路51の発生器52に入力することにより生成される。また、図12(C)は、復調回路22又は比較回路24の動作を制御する制御信号のタイミングである。図12(D)は、送信アンテナ14から送信される送信パルス波の送信タイミングである。図12(E)は、比較回路24から出力される受信パルスの出力タイミングである。図12(F)は、スイッチング電源50からの出力電圧に重畳するノイズの発生タイミングである。
図12(F)に示すように、(B)のスイッチングパルスの立ち上がり時又は立ち下がり時では、スイッチングパルスのリンギングに起因して高周波ノイズがスイッチング電源50の出力に重畳する。ノイズは、立ち上がり時又は立ち下がり時とほぼ同時に、インパルス状に発生する。そのため、制御部は、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信までが完了した受信パルスを出力するように、受信部の動作を制御する。
本実施形態では、(F)に示すノイズ非発生期間内に、(C)に示す制御信号を受信期間Ttだけ立ち上げて、比較回路24が受信パルスを制御信号のオン時の受信期間Ttにのみ出力するように受信部を動作制御する。また、受信期間Ttの前後には、図12(C)(1)のパルスでは、所定期間Tp1及び所定期間Tp2を設け、(2)のパルスでは、所定期間Tp3及び所定期間Tp4を設ける。Tp1、3は、(F)に示すノイズのレーダーモジュールに対するノイズの影響が無くなるまでの所定期間である。また、受信パルスの生成がノイズの非発生期間内に完了しても、受信期間Ttの最初に送信される送信パルス波が(F)に示すノイズと重なる場合がある。送信パルス波の送信タイミングと反射波の受信タイミングに時間差があるためである。そのため、所定期間Tp1、3は、送信パルス波の送信タイミングも考慮して決定する。即ち、Tp1、3は、最大伝搬遅延時間より大きい値で且つ(F)に示すノイズのレーダーモジュールに対するノイズの影響が無くなるまでの値とする。また、所定期間Tp2、Tp4は、受信パルスの生成が(F)に示すノイズの影響を受けないように、予備的に設けた期間である。なお、比較回路24が受信パルスを制御信号のオン時の受信期間Ttにのみ出力する場合、復調回路22による復調動作又は比較回路24による比較動作のいずれかを制御信号により制御する。図3のパルスレーダー装置102においては、復調回路22を実線で示した制御信号で制御している。もちろん、比較回路24を破線で示した制御信号で制御してもよい。復調回路22又は比較回路24の動作が停止すれば受信を停止させることができるためである。また、当然に復調回路22及び比較回路24のいずれにも制御信号を入力してもよい。また、本実施形態では、図12(C)の制御信号のオフ時には復調回路22又は比較回路24の動作を停止させることとしているが、図12(C)の制御信号のオフ時にも復調回路22又は比較回路24を動作させる代わりに、オフ時に生成される受信パルスを廃棄することとしてもよい。また、本実施形態では、受信パルスを受信期間Tt内に複数回生成しているが、受信パルスは、受信期間Tt内に1回のみ生成することとしてもよい。
このように、制御部を備えることにより、反射波の受信及び受信パルスの出力の際に、受信部が高周波ノイズの影響を受けることがない。また、受信部で受信する反射波は、送信部においても高周波ノイズの影響を受けることがないスイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に送信されたものである。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置102では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
本実施形態では、所定期間Tp1及びTp3を設けるため、メインコントローラー61からの基準信号の立ち上がり時と立ち下がり時をトリガにして、レーダーコントローラー62の制御信号を立ち上げることとし、さらに、遅延回路63により基準信号を少なくともレーダーモジュールの実行時間、即ち受信期間Ttに相当する時間Tdだけ遅延させたパルス信号を出力することとした。本実施形態では、遅延時間Tdは、基準信号のパルス幅内で決定する。また、所定期間Tp2及びTp4は、レーダーコントローラー62で受信期間Ttを調整することにより設けることとした。
ここで、所定期間Tp1、Tp2、Tp3、Tp4は、(B)のスイッチングパルス幅が固定の場合、受信期間Ttがスイッチングパルスのパルス幅に入るように調節することにより決定される。一方、PWM制御によりスイッチングパルス幅が可変の場合、図7に示すスイッチングパルス発生回路51で図9(H´)に示すノコギリ波を適用するときは、スイッチングパルスの立ち下がり時のみが固定され、スイッチングパルスのパルス幅及び立ち上がり時が可変となる。また、図7に示すスイッチングパルス発生回路51で図8(H)に示す三角波を適用するときは、スイッチングパルスの立ち上がり時、立ち下がり時及びパルス幅の全てが可変となる。そのため、スイッチング電源50にPWM制御を適用する場合は、図3に示すようにスイッチング電源50からスイッチングパルスをレーダーコントローラー62及び遅延回路63に入力して、スイッチングパルスのタイミングを制御信号の受信期間Ttの決定及びスイッチングパルスの遅延時間Tdの決定に反映させることとする。例えば、前回のスイッチングパルス(図12(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図12(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して受信期間Tt及び遅延時間Tdを決定する。
本実施形態のように、制御部がレーダーコントローラー62によりレーダーモジュールの受信部の動作を実行させると共に遅延回路63によりスイッチングパルスのスイッチング動作を実行させることにより、レーダーモジュールの受信部の動作を基準としたスイッチングパルスのスイッチング動作制御が可能となる。そのため、受信部の動作タイミング及びスイッチングパルスがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置102の動作の確実性が向上する。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置102では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
次に、図4において、パルスレーダー装置の制御系の別の構成を説明する。ここでは、制御部が受信部の動作を制御する形態について説明する。図4において、図3と同じ符号は同じ意味を表す。図4において、制御部には遅延回路63、レーダー制御回路としてのレーダーコントローラー62が含まれる。
スイッチング電源50は、図7で説明したスイッチングパルス発生回路51によってスイッチングパルスを発生させると共に、スイッチングパルスを外部に出力する。この場合、図7に示すスイッチングパルス発生回路51は、発生器52によって三角波又はノコギリ波を自励発振する。遅延回路63は、スイッチング電源50からのスイッチングパルスを取得し所定時間遅延させて第3のタイミング信号としてのパルス信号を出力する。また、レーダー制御回路としてのレーダーコントローラー62は、遅延回路63からのパルス信号に基づいて第4のタイミング信号としての制御信号を生成し、復調回路22又は/及び比較回路24に向けて出力する。図4のパルスレーダー装置103においては、復調回路22を実線で示した制御信号で制御している。もちろん、比較回路24を破線で示した制御信号で制御してもよく、復調回路22及び比較回路24を制御信号で制御してもよい。ここで、図13を用いて、制御部の動作について説明する。図13において、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)は、図4に示すA、B、C、D、E及びFの点における信号波形の一例を示す。以下、図4に示した符号を適宜用いて説明する。
図13(A)は、スイッチング電源50から出力されるスイッチングパルスのタイミングである。また、図13(B)は、遅延回路63から出力されるパルス信号のタイミングである。また、図13(C)は、復調回路22又は比較回路24の動作を制御する制御信号のタイミングである。図13(D)は、送信アンテナ14から送信される送信パルス波の送信タイミングである。図13(E)は、比較回路24から出力される受信パルスの出力タイミングである。図13(F)は、スイッチング電源50からの出力電圧に重畳するノイズの発生タイミングである。
図12で説明したのと同様に、制御部は、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信までが完了した受信パルスを出力するように、受信部の動作を制御する。なお、本実施形態では、図13(C)の制御信号のオフ時には復調回路22又は比較回路24の動作を停止させることとしているが、図13(C)の制御信号のオフ時にも復調回路22又は比較回路24を動作させる代わりに、オフ時に生成される受信パルスを廃棄することとしてもよい。また、本実施形態では、受信パルスを受信期間Tt内に複数回生成しているが、受信パルスは、受信期間Tt内に1回のみ生成することとしてもよい。
本実施形態では、所定期間Tp1及びTp3を設けるため、スイッチング電源50からのスイッチングパルスに遅延回路63により所定の遅延時間Tdを設け、さらに、遅延回路63からのパルス信号の立ち上がり時と立ち下がり時をトリガにして、レーダーコントローラー62の制御信号を立ち上げることとした。また、所定期間Tp2及びTp4は、レーダーコントローラー62により受信期間Ttを調整することにより設けることとした。
このように、制御部が遅延回路63及びレーダーコントローラー62によりスイッチングパルスに基づいてレーダーモジュールの受信部の動作を実行させることにより、スイッチングパルスのスイッチング動作を基準としたレーダーモジュールの動作の実行が可能となる。そのため、スイッチングパルス及びレーダーモジュールの受信部の動作タイミングがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置103の動作の確実性が向上する。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置103では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。なお、本実施形態では、スイッチングパルスに基づいて受信部の動作制御を行うため、スイッチングパルスのパルス幅が可変であってもスイッチングパルスのタイミングをスイッチングパルスの遅延時間Tdの決定及び制御信号の受信期間Ttの決定に反映させることができる。例えば、前回のスイッチングパルス(図13(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図13(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して受信期間Tt及び遅延時間Tdを決定する。
図3、図4、図7、図12及び図13を用いて、パルスレーダー装置102、103の動作を説明する。以下、図3、図4、図7、図12及び図13に示した符号又は記号を適宜用いて説明する。
まず、図3に示すパルスレーダー装置102では、スイッチング電源50の電源を投入すると、スイッチング電源50は、電源投入時の自励発振によりパルスレーダー装置102全体に電力を供給する。そして、電力が供給された制御部のメインコントローラー61から出力された基準信号は、遅延回路63で所定の遅延時間Td(図12)だけ遅延されてスイッチング電源50に入力される。この遅延時間は、基準信号のパルス幅内で決定する。スイッチング電源50は、遅延回路63からスイッチングパルス発生回路51に入力されたパルス信号により図12(B)に示すスイッチングパルスを生成して動作するようになる。
一方、メインコントローラー61から出力された基準信号は、レーダーコントローラー62に入力される。レーダーコントローラー62は、基準信号の立ち上がり時及び立ち下がり時をトリガにして図12(C)に示すように制御信号を立ち上げ、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信までが完了した受信パルスを出力するように、受信期間Ttを調整して出力する。ここで、スイッチングパルスのパルス幅が可変の場合には、受信期間Ttの決定には、前回のスイッチングパルス(図12(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図12(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して決定することができる。
一方、図4に示すパルスレーダー装置103では、スイッチング電源50の電源を投入すると、スイッチング電源50は、電源投入と共に自励発振してスイッチングパルス発生回路51により生成するスイッチングパルスのスイッチング動作によりパルスレーダー装置103全体に電力を供給する。また、スイッチング電源50は、スイッチングパルスを遅延回路63に向けて出力する。スイッチング電源50から出力されたスイッチングパルスは、遅延回路63で所定の遅延時間Td(図13)だけ遅延されてレーダーコントローラー62に入力される。
レーダーコントローラー62は、遅延回路63からのパルス信号の立ち上がり時及び立ち下がり時をトリガにして図13(C)に示すように制御信号を立ち上げ、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信までが完了して生成される受信パルスを出力するように、受信期間Ttを調整して出力する。ここで、スイッチングパルスのパルス幅が可変の場合には、受信期間Ttの決定には、前回のスイッチングパルス(図13(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図13(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して決定することができる。
パルスレーダー装置102、103のように制御信号を生成することで、反射波の受信及び受信パルスの出力の際に、受信部が高周波ノイズの影響を受けることがない。また、受信部で受信する反射波は、送信部においても高周波ノイズの影響を受けることがないスイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に送信されたものである。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置102、103では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
送信部は、スイッチング電源50から電力が供給されると、パルス発生回路11で発生させた送信パルスを図12(D)、図13(D)に示すように発振器13からの変調信号により変調回路12で変調して送信アンテナ14から送信パルス波として測定対象物5に向けて継続して送信する。なお、パルス発生回路11は、さらに、送信パルスを算出回路31に向けて出力する。
測定対象物5に向けて送信された送信パルス波は、測定対象物5で反射し、反射波として受信アンテナ21に受信される。受信部は、制御信号のオン時にのみ反射波を受信して、受信した反射波を発振器13からの復調信号により復調回路22で復調して出力する。また、受信部は、復調回路22で復調された復調パルスを比較回路24で基準電圧と比較し波形整形して受信パルスを出力する。
送信パルス及び受信パルスは、スイッチング電源50のスイッチングパルスに起因した高周波ノイズの影響を受けることなく算出回路31によって取得され、測定対象物5までの伝搬往復時間、測定対象物5までの距離又は測定対象物5のパルスレーダー装置102、103に対する相対速度の少なくとも1の値を精度よく算出することができる。
以上説明したように、パルスレーダー装置102、103では、反射波の受信及び受信パルスの出力の際に、受信部が高周波ノイズの影響を受けることがなく、また、受信部で受信する反射波は、送信部においても高周波ノイズの影響を受けることがないスイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に送信されたものである。また、パルスレーダー装置102では、制御部がレーダーコントローラー62によりレーダーモジュールの受信部の動作を実行させると共に遅延回路63によりスイッチングパルスのスイッチング動作を実行させることにより、レーダーモジュールの受信部の動作を基準としたスイッチングパルスのスイッチング動作制御が可能となる。そのため、受信部の動作タイミング及びスイッチングパルスがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置102の動作の確実性が向上する。一方、パルスレーダー装置103では、制御部が遅延回路63及びレーダーコントローラー62によりスイッチングパルスに基づいてレーダーモジュールの受信部の動作を実行させることにより、スイッチングパルスのスイッチング動作を基準としたレーダーモジュールの動作の実行が可能となる。そのため、スイッチングパルス及びレーダーモジュールの受信部の動作タイミングがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置103の動作の確実性が向上する。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置102、103では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
(第3実施形態)
図5は、本発明に係るパルスレーダー装置の実施形態の一例を説明するブロック図であって、パルスレーダー装置の構成を説明するブロック図である。図5において、図1と同じ符号は同じ意味を表す。本実施形態では、制御部から出力される制御信号を算出回路31に入力して算出部の動作を制御する。図5において、レーダーモジュールには、上記の送信部、受信部、算出部が含まれる。ここで、図14を用いて、制御部の動作について説明する。図14において、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)は、図5に示すA、B、C、D、E及びFの点における信号波形の一例を示す。以下、図5に示した符号を適宜用いて説明する。
図5は、本発明に係るパルスレーダー装置の実施形態の一例を説明するブロック図であって、パルスレーダー装置の構成を説明するブロック図である。図5において、図1と同じ符号は同じ意味を表す。本実施形態では、制御部から出力される制御信号を算出回路31に入力して算出部の動作を制御する。図5において、レーダーモジュールには、上記の送信部、受信部、算出部が含まれる。ここで、図14を用いて、制御部の動作について説明する。図14において、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)は、図5に示すA、B、C、D、E及びFの点における信号波形の一例を示す。以下、図5に示した符号を適宜用いて説明する。
図14(A)は、メインコントローラー61から出力される基準信号のタイミングである。また、図14(B)は、スイッチング電源50内部で生成されたスイッチングパルスのタイミングである。スイッチングパルスは、遅延回路63から出力される遅延パルスを図7で説明したスイッチングパルス発生回路51の発生器52に入力することにより生成される。また、図14(C)は、算出回路31の動作を制御する制御信号のタイミングである。図14(D)は、送信アンテナ14から送信される送信パルス波の送信タイミングである。図14(E)は、比較回路24から出力される受信パルスの出力タイミングである。図14(F)は、スイッチング電源50からの出力電圧に重畳するノイズの発生タイミングである。
図14(F)に示すように、(B)のスイッチングパルスの立ち上がり時又は立ち下がり時では、スイッチングパルスのリンギングに起因して高周波ノイズがスイッチング電源50の出力に重畳する。ノイズは、立ち上がり時又は立ち下がり時とほぼ同時に、インパルス状に発生する。そのため、制御部は、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信パルスの生成までが完了した送信パルス波及び受信パルスに基づいて測定対象物5までの伝搬往復時間、距離又は相対速度の少なくとも1の値を算出するように、算出部の動作を制御する。
本実施形態では、(F)に示すノイズ非発生期間内に、(C)に示す制御信号を算出期間Ttだけ立ち上げて、算出回路31が制御信号のオン時の算出期間Ttにのみ値を算出するように算出回路31を動作制御する。また、算出期間Ttの前後には、図14(C)(1)のパルスでは、所定期間Tp1及び所定期間Tp2を設け、(2)のパルスでは、所定期間Tp3及び所定期間Tp4を設ける。また、所定期間Tp2、Tp4は、受信パルスの生成が(F)に示すノイズの影響を受けないように、予備的に設けた期間である。なお、本実施形態では、図14(C)の制御信号のオフ時には算出回路31の動作を停止させることとしているが、図14(C)の制御信号のオフ時にも算出回路31を動作させる代わりに、オフ時に出力される送信パルス及び受信パルスを廃棄することとしてもよい。また、本実施形態では、送信パルス波の送信及び受信パルスの受信を算出期間Tt内に複数行っているが、送信パルス波の送信及び受信パルスの受信は、算出期間Tt内に1回のみ行うこととしてもよい。
このように、制御部を備えることにより、算出部は、伝搬往復時間、距離又は相対速度の少なくとも1の値を算出する際に高周波ノイズの影響を受けることがない。また、算出部での算出の基準となる送信パルス波及び受信パルスは、送信部及び受信部においても高周波ノイズの影響を受けることがないスイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に送信及び生成される。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置104では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。また、本実施形態に係るパルスレーダー装置104では、算出部によって算出される伝搬往復時間、距離又は相対速度の値は、スイッチングパルスに起因した高周波ノイズの影響を受けずに算出されるものである。従って、高精度のものを得ることができる。
本実施形態では、所定期間Tp1及びTp3を設けるため、メインコントローラー61からの基準信号の立ち上がり時と立ち下がり時をトリガにして、レーダーコントローラー62の制御信号を立ち上げることとし、さらに、遅延回路63により基準信号を少なくともレーダーモジュールの実行時間、即ち算出期間Ttに相当する時間Tdだけ遅延させたパルス信号を出力することとした。本実施形態では、遅延時間Tdは、基準信号のパルス幅内で決定する。また、所定期間Tp2及びTp4は、レーダーコントローラー62で算出期間Ttを調整することにより設けることとした。
ここで、所定期間Tp1、Tp2、Tp3、Tp4は、(B)のスイッチングパルス幅が固定の場合、算出期間Ttがスイッチングパルスのパルス幅に入るように調節することにより決定される。一方、PWM制御によりスイッチングパルス幅が可変の場合、図7に示すスイッチングパルス発生回路51で図9(H´)に示すノコギリ波を適用するときは、スイッチングパルスの立ち下がり時のみが固定され、スイッチングパルスのパルス幅及び立ち上がり時が可変となる。また、図7に示すスイッチングパルス発生回路51で図8(H)に示す三角波を適用するときは、スイッチングパルスの立ち上がり時、立ち下がり時及びパルス幅の総てが可変となる。そのため、スイッチング電源50にPWM制御を適用する場合は、図5に示すようにスイッチング電源50からスイッチングパルスをレーダーコントローラー62及び遅延回路63に入力して、スイッチングパルスのタイミングを制御信号の算出期間Ttの決定及びスイッチングパルスの遅延時間Tdの決定に反映させることとする。例えば、前回のスイッチングパルス(図14(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図14(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して算出期間Tt及び遅延時間Tdを決定する。
本実施形態のように、制御部がレーダーコントローラー62によりレーダーモジュールの算出部の動作を実行させると共に遅延回路63によりスイッチングパルスのスイッチング動作を実行させることにより、レーダーモジュールの算出部の動作を基準としたスイッチングパルスのスイッチング動作制御が可能となる。そのため、算出部の動作タイミング及びスイッチングパルスがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置104の動作の確実性が向上する。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置104では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
次に、図6において、パルスレーダー装置の制御系の別の構成を説明する。ここでは、制御部が算出部の動作を制御する形態について説明する。図6において、図5と同じ符号は同じ意味を表す。図6において、制御部には遅延回路63、レーダー制御回路としてのレーダーコントローラー62が含まれる。
スイッチング電源50は、図7で説明したスイッチングパルス発生回路51によってスイッチングパルスを発生させると共に、スイッチングパルスを外部に出力する。この場合、図7に示すスイッチングパルス発生回路51は、発生器52によって三角波又はノコギリ波を自励発振する。遅延回路63は、スイッチング電源50からのスイッチングパルスを取得し所定時間遅延させて第3のタイミング信号としてのパルス信号を出力する。また、レーダー制御回路としてのレーダーコントローラー62は、遅延回路63からのパルス信号に基づいて第4のタイミング信号としての制御信号を生成し、算出回路31に向けて出力する。ここで、図15を用いて、制御部の動作について説明する。図15において、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)は、図6に示すA、B、C、D、E及びFの点における信号波形の一例を示す。以下、図6に示した符号を適宜用いて説明する。
図15(A)は、スイッチング電源50から出力されるスイッチングパルスのタイミングである。また、図15(B)は、遅延回路63から出力されるパルス信号のタイミングである。また、図15(C)は、算出回路31の動作を制御する制御信号のタイミングである。図15(D)は、送信アンテナ14から送信される送信パルス波の送信タイミングである。図15(E)は、比較回路24から出力される受信パルスの出力タイミングである。図15(F)は、スイッチング電源50からの出力電圧に重畳するノイズの発生タイミングである。
図14で説明したのと同様に、制御部は、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信パルスの生成までが完了した送信パルス波及び受信パルスに基づいて測定対象物5までの伝搬往復時間、距離又は相対速度の少なくとも1の値を算出するように、算出部の動作を制御する。なお、本実施形態では、図15(C)の制御信号のオフ時には算出回路31の動作を停止させることとしているが、図15(C)の制御信号のオフ時にも算出回路31を動作させる代わりに、オフ時に出力される送信パルス及び受信パルスを廃棄することとしてもよい。また、本実施形態では、送信パルス波の送信及び受信パルスの生成を算出期間Tt内に複数行っているが、送信パルス波の送信及び受信パルスの生成は、算出期間Tt内に1回のみ行うこととしてもよい。
本実施形態では、所定期間Tp1及びTp3を設けるため、スイッチング電源50からのスイッチングパルスに遅延回路63により所定の遅延時間Tdを設け、さらに、遅延回路63からのパルス信号の立ち上がり時と立ち下がり時をトリガにして、レーダーコントローラー62の制御信号を立ち上げることとした。また、所定期間Tp2及びTp4は、レーダーコントローラー62により算出期間Ttを調整することにより設けることとした。
このように、制御部が遅延回路63及びレーダーコントローラー62によりスイッチングパルスに基づいてレーダーモジュールの算出部の動作を実行させることにより、スイッチングパルスのスイッチング動作を基準としたレーダーモジュールの動作の実行が可能となる。そのため、スイッチングパルス及びレーダーモジュールの算出部の動作タイミングがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置105の動作の確実性が向上する。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置105では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。なお、本実施形態では、スイッチングパルスに基づいて算出部の動作制御を行うため、スイッチングパルスのパルス幅が可変であってもスイッチングパルスのタイミングをスイッチングパルスの遅延時間Tdの決定及び制御信号の算出期間Ttの決定に反映させることができる。例えば、前回のスイッチングパルス(図15(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図15(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して算出期間Tt及び遅延時間Tdを決定する。
図5、図6、図7、図14及び図15を用いて、パルスレーダー装置104、105の動作を説明する。以下、図5、図6、図7、図14及び図15に示した符号又は記号を適宜用いて説明する。
まず、図5に示すパルスレーダー装置104では、スイッチング電源50の電源を投入すると、スイッチング電源50は、電源投入時の自励発振によりパルスレーダー装置104全体に電力を供給する。そして、電力が供給された制御部のメインコントローラー61から出力された基準信号は、遅延回路63で所定の遅延時間Td(図14)だけ遅延されてスイッチング電源50に入力される。この遅延時間は、基準信号のパルス幅内で決定する。スイッチング電源50は、遅延回路63からスイッチングパルス発生回路51に入力されたパルス信号により図14(B)に示すスイッチングパルスを生成して動作するようになる。
一方、メインコントローラー61から出力された基準信号は、レーダーコントローラー62に入力される。レーダーコントローラー62は、基準信号の立ち上がり時及び立ち下がり時をトリガにして図14(C)に示すように制御信号を立ち上げ、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信パルスの生成までが完了した送信パルス波及び受信パルスに基づいて測定対象物5までの伝搬往復時間、距離又は相対速度の少なくとも1の値を算出するように、算出期間Ttを調整して出力する。ここで、スイッチングパルスのパルス幅が可変の場合には、算出期間Ttの決定には、前回のスイッチングパルス(図14(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図14(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して決定することができる。
一方、図6に示すパルスレーダー装置105では、スイッチング電源50の電源を投入すると、スイッチング電源50は、電源投入と共に自励発振してスイッチングパルス発生回路51により生成するスイッチングパルスのスイッチング動作によりパルスレーダー装置105全体に電力を供給する。また、スイッチング電源50は、スイッチングパルスを遅延回路63に向けて出力する。スイッチング電源50から出力されたスイッチングパルスは、遅延回路63で所定の遅延時間Td(図15)だけ遅延されてレーダーコントローラー62に入力される。
レーダーコントローラー62は、遅延回路63からのパルス信号の立ち上がり時及び立ち下がり時をトリガにして図15(C)に示すように制御信号を立ち上げ、スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間Tp1を除くスイッチングパルスのオン時又はスイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間Tp3を除くスイッチングパルスのオフ時に送信パルス波の送信から受信パルスの生成までが完了した送信パルス波及び受信パルスに基づいて測定対象物5までの伝搬往復時間、距離又は相対速度の少なくとも1の値を算出するように、算出期間Ttを調整して出力する。ここで、スイッチングパルスのパルス幅が可変の場合には、算出期間Ttの決定には、前回のスイッチングパルス(図15(B)(1)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時から今回のスイッチングパルス(図15(B)(2)のパルス)の立ち上がり時及び立ち下がり時を予測して決定することができる。
パルスレーダー装置104、105のように制御信号を生成することで、算出部は、伝搬往復時間、距離又は相対速度の少なくとも1の値を算出する際に高周波ノイズの影響を受けることがない。また、算出部での算出の基準となる送信パルス波及び受信パルスは、送信部及び受信部においても高周波ノイズの影響を受けることがないスイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に送信及び生成される。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置104、105では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
送信部は、スイッチング電源50から電力が供給されると、パルス発生回路11で発生させた送信パルスを図14(D)、図15(D)に示すように発振器13からの変調信号により変調回路12で変調して送信アンテナ14から送信パルス波として測定対象物5に向けて継続して送信する。なお、パルス発生回路11は、さらに、送信パルスを算出回路31に向けて出力する。
測定対象物5に向けて送信された送信パルス波は、測定対象物5で反射し、反射波として受信アンテナ21に受信される。受信部は、反射波を継続的に受信して、受信した反射波を発振器13からの復調信号により復調回路22で復調して出力する。また、受信部は、復調回路22で復調された復調パルスを比較回路24で基準電圧と比較し波形整形して受信パルスを出力する。
送信パルス及び受信パルスは、制御信号のオン時にのみ算出回路31によって取得される。算出回路31は、取得した送信パルス及び受信パルスから測定対象物5までの伝搬往復時間、測定対象物5までの距離又は測定対象物5のパルスレーダー装置104、105に対する相対速度の少なくとも1の値を算出する。
以上説明したように、パルスレーダー装置104、105では、算出部は、伝搬往復時間、距離又は相対速度の少なくとも1の値を算出する際に高周波ノイズの影響を受けることがない。また、算出部での算出の基準となる送信パルス波及び受信パルスは、送信部及び受信部においても高周波ノイズの影響を受けることがないスイッチングパルスのオン時又はオフ時の限られた期間に送信及び生成される。また、パルスレーダー装置104では、制御部がレーダーコントローラー62によりレーダーモジュールの算出部の動作を実行させると共に遅延回路63によりスイッチングパルスのスイッチング動作を実行させることにより、レーダーモジュールの算出部の動作を基準としたスイッチングパルスのスイッチング動作制御が可能となる。そのため、算出部の動作タイミング及びスイッチングパルスがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置104の動作の確実性が向上する。一方、パルスレーダー装置105では、制御部が遅延回路63及びレーダーコントローラー62によりスイッチングパルスに基づいてレーダーモジュールの算出部の動作を実行させることにより、スイッチングパルスのスイッチング動作を基準としたレーダーモジュールの動作の実行が可能となる。そのため、スイッチングパルス及びレーダーモジュールの算出部の動作タイミングがすべて同期したものとなり、パルスレーダー装置105の動作の確実性が向上する。従って、本実施形態に係るパルスレーダー装置104、105では、スイッチングパルスによる高周波ノイズに起因した誤動作を効果的に防止することができる。
本発明のパルスレーダー装置は、車両の衝突防止やオートクルーズを目的とした車載用装置に適用することができるほか、固定のパルスレーダー装置としても使用することができる。
5:測定対象物、11:パルス発生回路、12:変調回路、13:発振器、14:送信アンテナ、21:受信アンテナ、22:復調回路、24:比較回路、31:算出回路、50:スイッチング電源、51:スイッチングパルス発生回路、52:発生器、53:コンパレータ、54:波形整形回路、55:ローパスフィルタ、61:メインコントローラー、62:レーダーコントローラー、63:遅延回路、100:パルスレーダー装置、101:パルスレーダー装置、102:パルスレーダー装置、103:パルスレーダー装置、104:パルスレーダー装置、105:パルスレーダー装置
Claims (4)
- 送信パルスを変調した送信パルス波を送信する送信部及び測定対象物で反射した前記送信パルス波の反射波を受信して復調した受信パルスを生成する受信部を含むレーダーモジュールと、
直流電力をスイッチングパルスのオン・オフによりスイッチングして前記レーダーモジュールへの駆動電力を生成するスイッチング電源と、
前記スイッチングパルスの立ち上がり時からの所定期間を除く前記スイッチングパルスのオン時又は前記スイッチングパルスの立ち下がり時からの所定期間を除く前記スイッチングパルスのオフ時に前記送信パルス波の送信から前記受信パルスの生成までが完了するように、前記レーダーモジュールの動作を制御する制御部と、
を備えるパルスレーダー装置。 - 前記レーダーモジュールは、前記送信部から送信される送信パルス波及び前記受信部から出力される受信パルスに基づいて前記測定対象物までの伝搬往復時間、前記測定対象物までの距離又は前記測定対象物の相対速度の少なくとも1の値を算出する算出部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のパルスレーダー装置。
- 前記制御部は、前記レーダーモジュールの動作を周期的に実行させる第1のタイミング信号を生成するタイミング発生回路と、
前記第1のタイミング信号を少なくとも前記レーダーモジュールの実行時間に相当する時間遅延させた第2のタイミング信号を出力する遅延回路と、を備え、
前記第2のタイミング信号に基づいて前記スイッチング電源における前記スイッチングパルスのスイッチング動作を実行させることを特徴とする請求項1又は2に記載のパルスレーダー装置。 - 前記制御部は、前記スイッチング電源から前記スイッチングパルスを取得し所定時間遅延させて第3のタイミング信号を出力する遅延回路と、
前記第3のタイミング信号に基づいて前記レーダーモジュールの動作を実行させる第4のタイミング信号を生成するレーダー制御回路と、
を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のパルスレーダー装置。
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