JP2006509212A - アンビギティー検知式周波数偏位変調 - Google Patents

Abstract

距離範囲検知装置は、マイクロ波信号を送信するようになされた送信機（４）、及び目標から反射した、送信信号の一部に対応するエコー信号を受信する受信機（４）と、前記送信信号を発生するために前記送信機（４）に供給される駆動信号を発生する信号発生手段（２）であって、信号発生手段の発生する駆動信号には、少なくとも２つの周波数を含む第１の信号フレーム（３００ａ）と少なくとも２つの周波数を含む第２の信号フレーム（３０１ａ）が含まれており、前記第２の信号フレーム（３０１ａ）は前記第１の信号フレーム（３００ａ）と異なる信号発生手段（２）と、前記送信信号と共に前記エコー信号を処理して前記エコー信号を発生した目標までの距離を決定するプロセッサ（１１）を備える。本装置は、自動車の、代表的には車間距離制御（ＡＣＣ）機能における周波数偏位変調（ＦＳＫ）レーダーに特に適している。本装置は距離測定のアンビギティーを低減可能である。アンビギティーを低減する対応方法も開示される。

Description

本発明はレーダーシステムにおける距離測定のアンビギティーを除去する装置に関し、特に、連続波周波数偏位変調（ＦＳＫ）レーダーに関する。

ＦＳＫを用いたレーダー式距離測定は、低コストで製造可能であり、良好な距離分解能が求められる用途に適している。例えば、適応巡航制御（ＡＣＣ）関連機能として自動車のレーダーに使用されている。レーダーはＡＣＣシステムが取り付けられたホスト車両と先行する目標車両間の距離を検知し、ＡＣＣは、車両のエンジン制御装置やブレーキ制御装置に信号を送って障害物から車両の安全距離を保つ。

どのレーダーシステムにおいても、信号は車両に取り付けられた送信機から送信された後、障害物で反射して車両に取り付けられた検知器に戻される。反射信号の飛行時間が距離測定を提供する。送信信号と反射信号間のドプラーシフトを時間に関して測定することにより、ホスト車両と目標車両の相対速度が決定される。

飛行時間は、送信とエコー受信間に発生した送信信号のサイクル数を計数することにより算出される。レーダーで使用する相対的に高い周波数、車両誘導システムのための経路長が１Ｋｍまたは１Ｋｍ以上にも及ぶ場合、この方式はサイクル数が非常に高くなるため実用的でない。また、信号の送信が連続して行われる場合、何サイクルを通過したかを識別することができない。

ＦＳＫレーダーシステムは別の方式を提供する。期間の短い少なくとも２つの異なる周波数を含む信号が送信され、これにより、これらの異なる周波数の２つのバーストをまた含んだエコーが発生する。次に、各周波数において送信信号と反射信号の相対位相が測定される。２つの位相差を比較することにより、広範囲の距離に亘って距離値を決定することができる。この場合、サイクルの絶対数は重要ではない。異なる周波数の送信は反復して行われ（周波数の各グループは「フレーム」と呼ばれる）、フレーム毎に距離測定が行われる。

既知の一形態として、１つの送信機を使用して設定周波数の搬送信号が送信され、この設定周波数は反復したシーケンスのフレームを発生するように変調される。各フレームは一連のステップからなり、各ステップは所与の周波数の連続信号である。

エコー信号の測定は、各ステップにおける同一点で、典型的には各ステップの終りの方で行われ、そのステップの送信信号の位相と比較される。次に、フレーム内でステップ毎に行われた位相測定は比較されて距離が決定される。

目標距離が長くなるにつれ、送信／エコー信号は、パイラジアンだけ位相が異なる点まで位相が外れてドリフトするであろう。したがって、２つの送信／エコー信号は、今は同相にある。距離が長くなると、再び、位相が外れてドリフトする。

明らかなように、レーダーシステムから目標車両までの距離が、全周波数の送信信号とエコー信号間の３６０度位相シフトに相当する距離以上になると、距離を明白には決定し得なくなる。

２以上の異周波数を使用すればレンジが明瞭に決定可能になる距離を拡張することはできるが、装置のコストや複雑さが増大する。
ＦＳＫレーダーシステムの１つの問題として、目標までの距離が遠くなると、あるフレーム内の１つの周波数バーストに対応するエコー信号は、そのフレームにおける後続周波数を送信するステップ期間中に受信されることになる。これにより位相の比較が不可能になるため、エラー信号を発生して距離を決定できないことを示す必要がある。さらに問題なのは、あるフレーム内の周波数バーストに基づいたエコーが、後続フレームでの同一周波数の送信中に受信されるケースである。これがフレームの全ステップで発生した場合（全てが時間的に１全フレームかそれ以上シフトした場合）、エコーを発生したフレームを特定することは不可能になる。のみならず、そのようなエラーが発生したことを知るすべもない。

この問題に対する既知の一手法は各フレーム長を長くすることであるが、これにより距離測定が行われるレートが減少する。また、ドプラーシフトを決定するために行われるサンプするレートも、１フレーム当たりのサンプル数は１個に限られることから、低下する。したがって、フレーム継続時間を長くすることは望ましいとは考えられない。

このアンビギティーの問題に対する別法は、戻り信号の振幅を考慮することである。近い目標から戻ったエコー信号の強度は遥かに遠距離の目標から戻ってきたエコーの強度より十分に大きいと考えてよい。これにより、微弱なエコー信号は除去される。残念ながら、これが有効なのは、検知すべき対象の断面積が似通っている場合に限られる。遠距離にあるトラックからは、近距離のオートバイ乗りと同程度の信号が戻ってくるであろう。したがって、ある程度のアンビギティーは依然として残る。

本発明の目的はこの問題を改善する装置を提供することである。

第１の側面に基づいて本発明は、
マイクロ波信号を送信するようになされた送信機、及び目標から反射した、送信信号の一部に対応するエコー信号を受信するようになされた受信機と、
前記送信信号を発生するために前記送信機に供給される駆動信号を発生するようになされた信号発生手段であって、信号発生手段の発生する駆動信号には、少なくとも２つの周波数を含む第１の信号フレームと少なくとも２つの周波数を含む第２の信号フレームが含まれており、前記第２の信号フレームは前記第１の信号フレームと異なっている信号発生手段と、
前記送信信号と共に前記エコー信号を処理して前記エコー信号を発生した目標までの距離を決定するようになされたプロセッサと、
を有することを特徴とする距離範囲検知装置を提供する。

前記第１と第２のフレームは、第１の周波数の信号のバーストと、後続する第２の異なる周波数の信号のバーストを含んでもよい。また、第３の周波数または追加周波数のバーストを有してよい。事実、各フレームは５つの周波数バーストを有することが最適である。信号の「バースト」とは、フレームの持続時間より少ない持続時間もつ周波数の短い持続時間であることを意味する。各バースト内において周波数は連続的に送信されてよい。

さらに、装置は、簡単なサイン波などの搬送波を発生する手段と、前記搬送波をフレーム繰返し数の１／２のレートで変調して、前記第１と第２のフレームを含む駆動信号を発生する手段を有してよい。搬送波の変調手段は、例えば電圧制御発振器のように、搬送波と合成される変調信号を発生する波形発生器を有してよい。

フレーム内において、周波数の各バーストはその前に送信された周波数と異なると共にその後で送信される周波数とも異なってよい。したがって、フレーム内のバースト間で周波数は階段状に変化することになる。しかしながら、少なくとも本発明の一実施形態の範囲内として、フレーム内で順次送信される２つのバーストは同一周波数であってよい。

特に好適な形態において、前記第１のフレームは第１、第２及び第３の周波数Ａ、Ｂ及びＣを有し、前記第２のフレームは前記第１及び第２の周波数Ａ及びＢを有するが前記第３の周波数Ｃは有さない。前記第３の周波数に代え、第４の異なる周波数Ｄが使用されるか、前記第１または第２の周波数ＡまたはＢが繰り返される。

代替として、１つの周波数を省略する代わりに、前記第１と第２のシーケンスは同一の第１、第２及び第３の周波数を含んでも良いが、周波数の２つが第２のフレームに送信される順序は、第１のフレームと異なり、３つの周波数のうち異なる対が送信される順序は、第１のフレームと第２のフレームに対し同じになる。例えば、第１のフレームは、Ａ、Ｂ、Ｃの順に送信される周波数Ａ、Ｂ、Ｃを有し、第２のフレームはＢ、Ａ、Ｃの順に送信される周波数Ｂ、Ａ、Ｃを有する。２対の周波数が第１のフレームで送信され、同じ２対の周波数が第２のフレームでも送信されるが、２対うち１対の順序が第１のフレームと比較して第２のフレームで逆になるこの方式は特に有効である。

勿論、これらの形態のそれぞれについて、フレーム当たりの送信周波数は３より多くあってよい。一形態において、各フレームは同一の順序で送信される、同一の４つの周波数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを含み、第１のフレームのある位置で第５の周波数Ｅが送信され、この第５の周波数は、第２のフレームの同じ位置に送られる、異なる周波数Ｆと対応している。第１と第２のフレームで異なる周波数のバーストは各フレームシーケンスの終端または始端であってよい。

前記プロセッサは、エコー信号部分の周波数とエコー部分受信時の送信信号部分の周波数との間の相対位相を比較するようになされた位相決定手段を有してよい。これは、各フレーム内の各送信周波数バースト内で、好適には各周波数バーストの終端側で少なくとも１回サンプルを取ることにより行われる。

エコーサンプルと前記送信信号の比較の結果、意味のある位相差が得られない場合に、エラーフラグを立てるエラー信号発生手段があってもよい。
さらに装置は、前記位相差決定手段の決定した位相差のうち少なくとも２つを対として組み合わせてエコー信号を発生した目標までの距離を決定する手段を有してよい。フレーム内における各周波数バーストとその隣または他の周波数バースト毎に、対が得られる。例えば、各フレーム内で３つの周波数Ａ、Ｂ、Ｃが送信される場合、送信信号とエコー信号間の位相差の組合せとして、全部で３通り、すなわち、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ａがある。勿論、全ての組合せを生成する必要はなく、実際には、１フレームから１対を得るだけで距離測定には十分である。

前記第１のフレーム内で、エコー／送信周波数サンプルの対から決定された距離と、前記第２のフレーム内で、エコー／送信周波数サンプルの対応する対に基づいて決定された距離を比較するようになされた比較手段を有してよい。この比較の結果、少なくとも１対について、第１のフレームから決定した距離と第２のフレームから決定した距離との間に差が認められた場合、プロセッサは、装置から目標までの距離が長すぎてフレーム内で受信したエコー信号が実際には前のフレームで送信した信号に対応していることを示す出力を生成してよい。

全ての対について同一の距離推定値が示された場合、プロセッサは、装置から目標までの距離が十分に短くてフレーム内で受信したエコー信号が実際に同一フレームで送信した信号に対応していることを示す出力を生成してよい。これにより、先行ＦＳＫ技術で発生していたアンビギティーが克服される。

前記第１と第２のフレームは連続的に、交互に、すなわち、第１のフレーム、第２のフレーム、第１のフレーム、第２のフレーム等の反復シーケンスで送信されてよい。
さらに前記プロセッサは送信フレームの平均周波数とエコーフレームの平均周波数を比較して装置とエコー信号を発生した目標の相対速度を表すドプラー信号を時間に関して発生してよい。

第１のフレームの平均周波数と第２のフレームの平均周波数を同一にして、フレーム毎に取り出したサンプルに基づいて１つのドプラー信号が生成されるようにすることが好ましい。これは、例えば、第２のフレームに対して第１のフレームにおける２つの周波数バーストの順序を入れ替えるだけで確保される。

１以上の周波数が第１のフレームと第２のフレームとで異なるために平均周波数が第１のフレームと第２のフレームで異なる場合、プロセッサは、第１のフレーム中または第２のフレーム中で取り出したサンプルのみを用いてドプラー信号を生成してよい。

改良として、第１のフレームの平均周波数に対応するサンプルから１つのドプラー信号が決定されると共に第２のフレームの平均周波数に対応するサンプルからもう１つのドプラー信号が決定されるようにして、２つのドプラー信号が決定されてよい。

また、本出願人の認めるところによれば、戻りエコーの飛行時間がフレーム内の各周波数バーストの持続時間より長いときに発生する距離のアンビギティーを除去する手段としてドプラー信号を利用することが可能である。目標が遠くにあって送信した周波数が次の周波数の送信時間中に受信されるような場合、見掛けのドプラー周波数にシフトが発生する。

ドプラー周波数を決定するためのサンプルが、エコー信号の非変調部分に対応するポイントで取り出された場合、１つのドプラーピークのみが観察されることになる。ドプラー周波数を決定するためのサンプルが、エコー信号の変調部分に対応するポイント（すなわち、エコー信号は、サンプルの取り出し時に、第１のフレームと第２のフレーム間で異なる周波数ステップに対応している）で取り出された場合、ドプラー信号自体がフレーム繰返数の１／２で変調されることになる。これがサンプリングレートの１／２を越えると、２つのドプラー信号が生成され、１つはサンプルレートの１／２にドプラー周波数を加えて生成され、他方はサンプリルレートの１／２からドプラー周波数を減じて生成される。ナイキストにより、後者のピークはミラーされ、実際に、実ドプラー周波数で現れる。

前記プロセッサは、前記ドプラー信号における第２のピークの存在を検知し、第２のピークが検知された場合に、前記エコー信号を発生した目標が遠距離の目標であること、または近距離範囲にあることを示すようになされた検知手段を有してよい。近い距離範囲とは、対象からのエコー信号の飛行時間が１バーストまたは１ステップより短いことを意味し、遠とは持続時間がそれより長いことを意味する。プロセッサは、ドプラー信号に「エイリアス」ピークが存在していなければ、それは近い対象であると決定してよい。

装置は、フレーム内の異なる周波数バーストの間に取り出したサンプルからドプラー信号を生成しても良い。例えば、各フレームが周波数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの周波数バーストで構成される場合、ドプラー信号は各フレームのバーストＡからのサンプル、バーストＢから別のサンプルから構成される。事実、４つのサンプルは各バーストに対応して１つを取り出してよい。各ドプラー信号は、エイリアスドプラー信号の存在について調べられる。装置がフレーム間で第１のバーストを変調している場合、第２のバーストに対応するサンプルに存在するゴーストは、飛行時間が１バーストより長いが２バーストよりは短いことを示す。第３のバーストにおいてドプラー信号にゴーストが存在する場合、２バーストと３バースト間の飛行時間を示し、以下各ドプラー信号に対しても同様である。

搬送波周波数と合成された際に、第１及び第２のフレームの各「バースト」用周波数として送信機に供給される信号を発生するようになされた信号発生器により、送信機を駆動してよい。信号発生器は異なる周波数の反復フレームを供給する局部発振器を有してよい。

第２の側面に基づいて、本発明は、搬送波周波数が送信され、かつ第１と第２のフレームのシーケンスが送信されるように前記搬送波周波数が変調される種類のレーダー装置における距離のアンビギティーを除去する方法において、
ａ）最初に、少なくとも２つの異なる周波数のシーケンスを含む第１のフレームを送信し、
ｂ）続いて、少なくとも２つの異なる周波数を含む第２のフレームを送信し、第２の信号は第１の信号と異なり、
ｃ）目標で反射された前記送信信号に対応したエコー信号を受信し、
ｄ）前記エコー信号を前記送信信号と共に処理して前記目標までの距離を決定する、
方法を提供する。

方法は前記第１及び第２のフレームを反復して、好適には次々と連続的に送信するステップを有してよい。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１ａは、代表的なＦＳＫレーダーにおいて、近くに目標がある場合の送信波形及び受信波形を時間関数として示したものである。この実施形態において、レーダーは４つの周波数ステップないしバーストＦ１〜Ｆ４を順次、それぞれ２．５マイクロ秒の持続時間送信する。一般にフレームと知られるこのシーケンスは１０マイクロ秒毎に連続して繰り返される。レーダーが比較的近い目標に向いている場合、反射エコー信号部分の飛行時間Ｔ_ｆ１は短く、受信エコーの周波数はそれを発生した、対応する送信信号の周波数と重なる。

遥かに遠距離の場合、エコーの飛行時間Ｔ_ｆ２は遥かに長くなり、ことによると、近い対象よりも１全フレーム受信が遅れているにも関わらず、受信エコー信号は近い対象に対する波形に酷似した波形を与えるように見える。このケースの送信信号と受信信号は図面の図１ｂに示される。

よく知られているように、周波数の異なる２つの信号が同じ目標で反射した場合、両者に異なる位相シフトが発生し、受信信号間に に等しい位相差が発生する。ここに、ｃは光速であり、Ｆ１／Ｆ２は２つの送信周波数である。したがって、目標距離Ｄは次の関係式で推定される。
D = c／Δf ^＊ Δψ／ 2π ここに、Δf = (F2− F1)
しかしながら、目標距離が長くなっていくと、あるステップで受信されるどのエコー信号もそのステップと同一の周波数で送信されたものではないようなポイントに達し、前記関係は成り立たなくなる。

図２はこの方式に従ってレーダーはどのように目標までの距離を知らせるかを示す。距離Daより近い目標については、各ステップでエコー信号の一部にそのステップと同一の周波数の信号が含まれ、前記関係式（１）は成り立つ。これより遠くなると、各ステップの送信周波数は同一でなくなり、チャンネル間の位相差が混乱し、正しくない距離を通知することになる。これは図２にアンビギティー領域１として示される。

一旦、飛行時間がフレーム周期を越えると、各エコー測定は近い対象から受信したものと同様なものが現れ始める。この理由は、実際には１全フレームだけ前に送信された信号から生じたエコーなのであるが、所与のステップで受信したエコー周波数がそのステップの周波数と同一になるからである。これが図２のアンビギュアス領域Ａ２である。

本発明はこのアンビギティーを克服する方法を提供するものである。
図４に示すように、本発明の第２の側面に基づいた装置の一実施形態は、車両の前部に固定され、車両の前方へ制御ビームの信号を送信する送信機及び受信機を備える。実用的な実施形態では、１つのアンテナ４で送信機と受信機の機能を兼用してよい。

アンテナは、波形発生器１から発生する電圧信号に応じて周波数列を発生する電圧制御発振器２の出力で駆動される。この周波数列は周期的であり、交互に発生する２個のフレームを有し、各フレームは等しい持続時間の４つの連続ステップまたはバーストからなる。キーとなる特徴は、第１と第２のフレームは、含まれる周波数が異なるか、あるいは送信順序が異なるか、あるいは両者が異なっている。フレームは、特徴として、フレーム送信レートの２倍の周期性を有するが、フレーム送信レートで周期性は有さない。

第１と第２のフレームで発生する周波数の可能な周波数―時間プロットが図面の図３ａ、３ｂ、３ｃに示される。図３ａ、３ｂ、３ｃにおいて同様な要素には同一の番号に添え字「ａ」、「ｂ」、「ｃ」がそれぞれ付けられている。周波数はｙ軸に沿って増加し、時間はｘ軸に沿って増加する。送信信号は、７７ＧＨｚベースから代表的に２５０ｋＨｚステップで周波数が増加する、４つの異なる周波数ステップ３１０、３１２、３１４、３１６を含む。

図３ａ、３ｂにおいて、第１のフレーム３００ａ／ｂは、４つの周波数３１０、３１２、３１４、３１６を介して順次、周波数が増加する４つのステップ３２０ａ／ｂ、３２２ａ／ｂ、３２４ａ／ｂ、３２８ａ／ｂからなる。第２のフレーム３０１ａ／ｂの周波数のシーケンスが２つの例で異なっている。

図３ａの方式の場合、第２のフレーム３０１ａの最初の２つのステップ３３０ａ、３３２ａは、それぞれ、周波数３１２、３１０をもつために周波数において逆になるように、第１のフレーム３００ａに比べて逆になっている。第１及び第２のフレームの双方でステップＦ３、Ｆ４からの情報を使用して距離測定が行われる場合、依然としてアンビギティーが残る。しかしながら、ステップＦ１、Ｆ２における情報を使用して同様な測定を行えば、目標への距離がレーダーに近くにあるか、あるいはアンビギティー領域２にあるかを区別できる。近い目標では、第１と第２のフレームからの結果はアンビギティー領域２に一致し、その結果は符号が逆になる。

図３ｂに示す代替方式の場合、第２のフレーム３０１ｂの第２のステップ３３２ｂは第１のステップ３３０ｂと同一の周波数３１０で続いている。このため、周波数３１０が第１のフレーム３００ｂにおける期間の倍に亘り送信される一方で、周波数３１２は完全に省略される。これにより、図３ａではステップＦ３とＦ４のみなのに対して、３つのステップＦ１、Ｆ２、Ｆ３が距離測定に使用される。但し、第１と第２のフレームの平均送信周波数は異なることになる。

図３ｃにさらに別の代替方式が示される。この方式の場合、第１と第２のステップの双方にステップＦ０が追加され、このステップの周波数は、第１のフレームと第２のフレームで異なっていて、フレーム繰返し数の丁度１／２で変調されることになる。したがって、第１と第２のフレームの双方について、全ての４ステップＦ１〜Ｆ４が距離測定に使用可能になる。

全ての３ケースにおいて、フレーム３００ａ／ｂ／ｃ、３０１ａ／ｂ／ｃは波形発生器の制御の下に、発振器から交互に、反復して発生する。
発振器２から発生した信号は、発振器の出力をサーキュレータ３に渡すことにより送出される。サーキュレータ３は３つのポート３ａ、３ｂ、３ｃを有する。各ポートに入力された信号は、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ａの順で、次のポートへ渡される。したがって、発振器２の出力はサーキュレータ３のポート３ａに入力され、ポート３ｂから出力される。ポート３ｂはアンテナ４に接続されている。アンテナ４はサーキュレータ３のポート３ｂの出力を送信すると共に、送信信号のエコーを受信する。

受信信号はサーキュレータ３のポート３ｂに入力され、ポート３ｃに伝えられる。次に、受信信号はミキサ５で送信信号と混合される。混合信号は送信信号と受信信号の和周波数と差周波数の成分を持つ。したがって、混合信号は、フィルタアンプ６により、ローパスフィルタ処理されて差周波数信号のみが取り出され、増幅される。

フィルタアンプ６からのフィルタ処理された信号出力はアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）７でデジタル化される。次にデジタル信号はデマルチプレクサ８により多重化解除される。すなわち、デマルチプレクサ８はフレーム３００ａ／ｂ／ｃ、３０１ａ／ｂ／ｃの各ステップ３２０ａ／ｂ／ｃ、３２２ａ／ｂ／ｃ等の終端に対応する時間でデジタル信号をサンプル且つ出力し、そして４つのチャンネル１０１、１０２、１０３、１０４に出力する。次にデマルチプレクサ８は、各サンプルの取り込み時間差を考慮して各チャンネル信号を外挿する。差分手段９は各チャンネル間の差をとって、３つの差の値１０５、１０６、１０７を出力する。各微分位相シフトはＦＦＴユニット１０により高速フーリエ変換（ＦＦＴ）される。したがって、ＦＦＴユニット１０の出力する３つの信号１１５、１１６、１１７は、各チャンネル１０１、１０２、１０３、１０４間の差の周波数と位相を表す。一方、各チャンネルは送信信号と受信信号間の位相と周波数の差を表す。

送信信号が目標で反射した後、その受信が送信中に（すなわち、それを生じた信号と同一の周波数ステップで）行われた場合、各チャンネル１０１、１０２、１０３、１０４は定数になる。この定数は送信信号と受信エコー信号間の位相シフトを表す。周波数が異なるステップに関するこれらの位相シフト間の差は、上述したように、目標までの距離範囲に依存する。したがって、目標までの距離範囲は距離推定器１１により次式で算出可能である１１０。

D = cΔφ／(4πΔf)
ここに、Ｄはエコーが受信される対象までの距離、ｃは光速、Δφは微分位相シフト、Δｆは関係するステップ間の周波数の差である。各微分位相シフト１１５、１１６、１１７は（ほぼ）同一の結果になるはずである。

しかしながら、目標がアンテナから遠ざかるにつれ、各周波数ステップの送信期間と、対応する同一周波数エコーの受信期間との間で重なる量が減少し、やがて重ならないようになる。その結果、ミキサは、位相を算出する際に２つの異なる周波数を混合し、隣り合うステップの周波数の差に応じて変化する信号が発生する。この状況はＦＦＴ信号にも、全４チャンネル１０１、１０２、１０３、１０４間の差が変調されて現れる。距離推定器１１は、各ＦＦＴ信号１１５、１１６、１１７から異なる距離を算出し、さらにＦＦＴ信号に基づいて、差信号の周波数が全て非ゼロになって、目標が第１の距離より遠い第１のアンビギティー距離範囲にあることを示すフラグを立てる。

仮に第１のフレーム３００ａ／ｂ／ｃが連続的に送信されるものとすると、目標がレーダーシステムからさらに遠ざかっていくと、あるポイントで、次のフレームの対応するステップの送信中に、ひとつのフレームの対応するステップが受信されるようになる。これにより、チャンネル１０１、１０２、１０３、１０４は再び変調無しになり、Ｄの算出値は一致するようになる。しかしながら、Ｄの算出値は、レーダーシステムから至近距離にあるという誤った明白な距離を与えるであろう。上記のような代表的周波数を使用した場合、１．５ｋｍの距離の大きな目標が仮想的に距離ゼロの小さな目標であるかのように見えていることになる。

交互に第１と第２のフレームを送信していることから、アンビギティーは除去される。図３ａ、３ｂ、３ｃのどの波形を使用するかに関わらず、ステップＦ０〜Ｆ４の位相比較結果は、目標が図２のアンビギティー距離範囲Ａ２にある場合、第１のフレームと第２のフレームで異なり、近い目標に対しては同一になる。

この１０８を検知するために、装置は、位相差が明らかに一定であるかをチェックし、フレームの全ステップ対について一定であることをチェックする比較器１２を備える。第２のフレーム３０１ａ／ｂ／ｃで第１の手段３００ａ／ｂ／ｃとは異なる周波数シーケンスを使用しているため、第２のフレーム３０１ａ／ｂ／ｃの送信中に第１のフレーム３００ａ／ｂ／ｃのステップが受信されたような場合に（あるいはその逆の場合に）、全ての位相差が一定になることはあり得ない。検査器１２はこれをチェックし、全ての位相差が一定でなければ、目標が第２のアンビギティー距離範囲にあること示すフラグを立てる。

なお、次の第１のフレーム３００ａ／ｂ／ｃが送信されているときに第１のフレーム３００ａ／ｂ／ｃの信号を受信する可能性はあり、その場合、上述のようなアンビギティーが発生するのではないかと考えられる。しかしながら、これが発生するのは、前記実施形態のケースで３ｋｍの距離であり、この距離の増加により余分の１２ｄＢ損失するため、アンビギティーの問題にはなりそうにない。

前記実施形態の別の重要な特徴として、第１と第２のフレーム間の位相比較結果のいくつかが一致しないことから、目標がアンビギティー距離範囲２にあることが検知される一方で、第１のフレームで送信した周波数のうち少なくとも２つは第２のフレームでも送信されて一致することから、この距離範囲にある目標の距離の値を求めることが可能である。例えば、図３ａを検討すると、信号位相の測定は期間Ｆ３とＦ４で行うことができ、目標までの距離は通常の方法で算出される。これらの測定はステップＦ１とＦ２を逆転することで影響を受けず、両フレームで同じ結果になる。同様な計算がステップＦ１とＦ２で行われる。近い目標の場合、奇数期間で行われた測定はＦ３／Ｆ４から求めた距離と一致するのに対し、偶数期間で行われた測定結果は符号が逆になる。アンビギティー距離範囲にある遠い目標の場合、この逆になる。

代わりに図３ｂの波形を使用した場合、位相の測定はステップＦ２〜Ｆ４で通常の方法で行われ、距離が算出される。しかしながら、奇数フレームと偶数フレームの平均周波数が異なるため、遠距離の目標に対して、これらの信号は位相変調される。奇数フレームと偶数フレームの対応するステップで測定した信号の位相を比較することにより、目標が近いか遠いか決定できる。位相変調の度合いは信号遅延時間、したがって目標までの距離に依存することから、この信号は徐々に変化する。このため、目標を認めるべきか無視してよいかを決定するためにこの信号を閾値と比較する必要がある。また、異なる周波数ステップで行われた測定は変調されたステップ（例えば図３ｂのＦ１）に対して遅れるため、フレーム内で位相変調が発生するポイントは変化する。図５に、周波数チャンネルＦ４に発生する位相変調の度合いと共にこれと固定閾値を比較することにより得られた代表的な検査関数を示す。勿論、実用上、閾値は可変であってよく、対応する目標毎に受信信号振幅に対する比率に設定可能である。

アンビギティーを除去するため送信／エコー信号の周波数対の位相を比較するのに加え、あるいは代替として、少なくとも１つの実施形態において、目標の速度を測定するため複数のフレームに介して確立されるドプラー信号を使用し、これによって幾つかのケースでのアンビギティーを除去することが提案される。

目標のドプラー周波数を測定するために、各送信フレームの平均位相とエコー信号の平均位相を比較する。これを行うために各送信フレームと戻りのエコーからサンプルが取り出される。近くの目標から戻ってくる各エコーの場合、送信信号と受信信号間に発生する唯一の周波数の差はドプラーシフトに起因する。

図３ｃのステップＦ１でサンプルを取り出すことにより生成される周波数スペクトルを示した図６について説明する。このステップは、「変調」ステップ、すなわち奇数フレームと偶数フレームとで周波数が異なるステップであるため、選ばれている。速度が異なる２つの目標ＡとＢがある。また、高速の目標Ｂの方が低速の目標Ａよりレーダー装置に近い所にある。目標Ｂからのエコーの飛行時間は周波数ステップの長さより短い。かくしてＢの場合、各フレームのステップＦ１、ステップＦ２、Ｆ３またはＦ４での位相測定が通常の方法で蓄積されて、図６に示すような単一のドプラーピークが形成される。

一方、目標Ａで発生したエコーは飛行時間が１周波数ステップより長いため、図６に示すような２つのドプラーピークが発生する。ドプラー信号の周波数をｆａとすると、第２のピークは、ｆｓ／４で反射されて、周波数スペクトルのｆｓ／２−ｆａの位置に現れる。ここにｆｓは、Ｔｆをフレーム持続時間としたとき１／２Ｔｆで表されるフレーム周波数である。

２以上のドプラーピークの出現を検知することにより、目標が近くにあるか、遠距離にあるかを決定可能になる。

従来のＦＳＫレーダーシステムにおける、送信信号と、近距離範囲の目標からの受信エコー信号を示す。 従来のＦＳＫレーダーシステムにおける、送信信号と、遥かに遠距離範囲の目標からの受信エコー信号を示す。 従来のレーダーにおいて目標までの距離範囲の増大に対して行われる目標をどのように通知するかを示す。 本発明に基づいて、実施形態のＦＳＫレーダー装置において可能な送信信号の概略を示す。 本発明に基づいて、実施形態のＦＳＫレーダー装置において可能な送信信号の概略を示す。 本発明に基づいて、実施形態のＦＳＫレーダー装置において可能な送信信号の概略を示す。 図３ａから図３ｃに示される信号を使用して従来のシステムで発生したアンビギティーの一部を除去する実施形態の周波数偏位変調（ＦＳＫ）レーダー装置の模式図である。 本発明に基づいた、目標までの距離の検知例を示す。 起こり得る状況として距離測定がアンビギアウスになる目標やアンビギアウスにならない目標がある状況下で、生成されるドプラー周波数スペクトルを示す。

Claims (16)

1. マイクロ波信号を送信するようになされた送信機、及び送信信号の一部に対応する、目標から反射したエコー信号を受信するようになされた受信機と、
   前記送信信号を発生するために前記送信機に供給される駆動信号を発生するようになされた信号発生手段であって、信号発生手段の発生する駆動信号には、少なくとも２つの周波数を含む第１の信号フレームと少なくとも２つの周波数を含む第２の信号フレームが含まれており、前記第２の信号フレームは前記第１の信号フレームと異なっている、信号発生手段と、
   前記送信信号と共に前記エコー信号を処理して前記エコー信号を発生した目標までの距離を決定するようになされたプロセッサと、
   を備えた距離範囲検知装置。
2. 前記第１と第２のフレームは、第１の周波数の信号のバーストと、後続する第２の異なる周波数の信号のバーストを含む、請求項１に記載の距離範囲検知装置。
3. さらに、単一のサイン波のような搬送波を発生する手段と、前記搬送波をフレーム繰返し数の１／２のレートで変調し、前記第１と第２のフレームを含む駆動信号を発生する手段を有する、請求項１または２記載の距離範囲検知装置。
4. フレーム内において、周波数の各バーストはその前に送信された周波数と異なると共にその後に送信される周波数とも異なる、請求項１、２または３に記載の距離範囲検知装置。
5. 前記第１のフレームは第１、第２及び第３の周波数Ａ、Ｂ及びＣを有し、前記第２のフレームは前記第１及び第２の周波数Ａ及びＢを有するものの前記第３の周波数Ｃは有さない、請求項１から４のいずれかに記載の距離範囲検知装置。
6. 前記第２のフレームにおいて、前記第３の周波数に代え、第４の異なる周波数が使用されるか、前記第１または第２の周波数ＡまたはＢが繰り返される、請求項５に記載の距離範囲検知装置。
7. １つの周波数を省略する代わりに、前記第１と第２のフレームは同一の第１、第２及び第３の周波数を有するが、３つの周波数のうち２つの周波数が送信される順序は、第１のフレームと第２のフレームとで異なり、３つの周波数のうち別の周波数の対が送信される順序は、第１のフレームと第２のフレームで同じに留まる、請求項１から６のいずれかに記載の距離範囲検知装置。
8. 前記プロセッサは、エコー信号部分受信時にエコー信号部分の周波数と送信信号部分の周波数間の相対位相を比較する位相決定手段を有する、距離範囲検知装置。
9. エコーサンプルと前記送信信号の比較の結果、意味のある位相差が得られない場合に、エラーフラグを立てるエラー信号発生手段を有する、請求項８に記載の距離範囲検知装置。
10. さらに、前記位相差測定手段の測定した位相差のうち少なくとも２つを対として組み合わせてエコー信号を発生した目標までの距離を測定する手段を有する、請求項８または９に記載の距離範囲検知装置。
11. 前記第１のフレーム内のエコー／送信周波数サンプルの対に基づいて決定された距離と、前記第２の送信フレーム内の対応する対に対するサンプルから決定された距離を比較する比較手段を有する、請求項１０に記載の距離範囲決定装置。
12. 前記第１と第２のフレームは連続的に且つ交互に、すなわち、第１のフレーム、第２のフレーム、第１のフレーム、第２のフレームのように反復シーケンスで送信される、請求項１から１１のいずれかに記載の距離範囲決定装置。
13. 前記プロセッサは、送信フレームの平均周波数とエコーフレームの平均周波数を比較して前記装置とエコー信号を発生する目標の相対速度を示す時間にわたりドプラー信号を発生する、請求項１から１２のいずれかに記載の距離範囲決定装置。
14. 第１のフレームの平均周波数と第２のフレームの平均周波数は同一である、請求項１３に記載の距離範囲決定装置。
15. 前記プロセッサは、前記ドプラー信号における第２のピークの存在を検知し、第２のピークが検知された場合に、前記エコー信号を発生した目標が遠い目標であるかまたは近距離範囲にあることを示す検知手段を有する、請求項１３または１４に記載の距離範囲決定装置。
16. 搬送波周波数が送信され、かつ第１と第２のフレームのシーケンスが送信されるように前記搬送波周波数が変調される種類のレーダー装置における距離のアンビギティーを除去する方法であって、
    ａ）最初に、少なくとも２つの異なる周波数のシーケンスを含む第１のフレームを送信するステップと、
    ｂ）続いて、少なくとも２つの異なる周波数のシーケンスを含む第２のフレームを送信するステップと、第１の信号は第２の信号と異なり、
    ｃ）目標で反射された前記送信信号に対応したエコー信号を受信するステップと、
    ｄ）前記エコー信号を前記送信信号と共に処理して前記目標までの距離を決定するステップと、
    を含む方法。

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