JP2008249399A - 複合モードレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狭帯域レーダと広帯域レーダとを一体化して協調動作させることで、高性能で高機能な角度測定手段を実現する複合モードレーダ装置を提供する。
【解決手段】複合モードレーダ装置１００は、狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とが同じ筐体内に設けられており、演算部１０１からの制御で両者が協調して動作するように構成されている。また、狭帯域レーダ部１０２及び広帯域レーダ部１０３で測定されたデータはともに演算部１０１に入力され、両者から入力した検知データをもとに演算部１０１で測角を高精度に行えるようにしている。狭帯域レーダ部１０２は第１の周波数を中心周波数とする狭帯域信号を、また広帯域レーダ１０３は第２の周波数を中心周波数とする広帯域信号を、それぞれ角度測定に用いている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波を用いた車載用レーダ装置の技術分野に関するもので、特に複数の周波数帯域モードを用いた複合モードレーダ装置の技術分野に関するものである。

電波を用いて物体までの距離や角度等の位置データを測定する機能、すなわちレーダ機能は既に多くの技術が開示されている。例えば、測距機能として単調に繰り返し送信されるパルスを用いたレーダ等が知られている。また、連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）を利用したレーダとして、単一周波数の連続波を用いて速度を検出するドップラーレーダや、数十ＭＨｚ乃至は２００ＭＨｚの帯域を利用して測距及び速度検出を行うＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダが知られている（特許文献１）。

アンテナで受信した受信波から角度を算出する方式としては、モノパルス方式が従来から広く用いられている。これは、例えば左右に設けられた２つの受信アンテナを用い、それぞれで受信した２つの受信波から、２つの受信アンテナの垂直２等分線を基準としてそれからの角度変位を求めるものである。

上記従来のレーダ方式は、単純にトーン信号を出して返ってきた信号の振幅や位相を検出する方式、または、２００ＭＨｚまでの狭帯域において周波数を順次時系列で変えていくＦＭＣＷ方式を利用している。このような狭帯域の電波を用いて測距や測角等を行う方式では、距離分解能が低いため、例えば対象物が１０ｍ以下の短距離にある場合には十分な検出精度が得られないといった問題があった。従来から車載用に用いられている７６ＧＨｚ帯のミリ波レーダは、１００ｍ程度前方の車両に対する距離や角度を検出するのに好適なレーダである。

これに対し、近年新しいコンセプトの無線通信技術として、４５０ＭＨｚ乃至は数ＧＨｚの帯域幅を利用した超広帯域無線システムであるＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）レーダが知られており、特に車載近距離レーダとして注目されている。

ＵＷＢは、広帯域を利用可能とすることでパルス幅がナノ秒程度かそれ以下の超短パルス波を用いたインパルス無線方式である。パルスを用いたレーダシステムでは、パルス幅が狭くなるほど高い分解能が得られることから、ＵＷＢを用いることで高性能な測距機能や測角機能を実現することが可能となる。その一方で、振幅が一定の場合、パルス幅を狭くすることで平均送信電力が小さくなり、到達距離が短くなる。このことから、ＵＷＢは近距離を高い分解能で測定するのに好適な方式といえる。

ＵＷＢ無線システムでは、ＵＷＢ波送信源からインパルスを送信した後、このインパルスが所定の物体表面で反射して再び送信源で受信されるまでの時間を計測することによって、物体とＵＷＢ波送信源との距離を高精度に測定することが可能となる。また、角度を測定する場合には、１つのインパルスの反射波を例えば２つの受信アンテナで受信し、これからモノパルス方式を用いて算出することができる。

ＵＷＢ無線システムでは、２２〜２９ＧＨｚの準ミリ波帯において、４５０ＭＨｚ〜数ＧＨｚの広帯域を利用して超短パルス波の信号を生成しており、従来の狭帯域の電波を用いたレーダ方式では十分な精度が得られなかった１０ｍ以下の近距離の測定において、高い検出精度が得られる。例えば、１０ｍ程度以内の物体を数十ｃｍの高い精度で検知するといったことが可能となる。

一方、ＵＷＢ無線システムは広帯域の周波数を利用するため、他の無線システムとの干渉が問題となる可能性があり、これを防止するために、ＵＷＢ信号の出力を極めて低く抑えて用いる必要がある。そこで、ＵＷＢ信号の出力を低く抑えて近距離の測定に用いるレーダ装置の開発が進められている。

また、近距離の測定をＵＷＢの信号を用いて行い、遠距離の測定を狭帯域の信号を用いて行う複合モードレーダの検討も進められている。例えば、欧州ではＳＲＤバンドにおける狭帯域信号を用いた狭帯域モードのドップラーレーダと、この狭帯域信号と同じ周波数でスペクトル拡散して得られる広帯域信号を用いた広帯域モードのＵＷＢレーダとを併用した複合モードレーダが検討されている（非特許文献１）。
特開平１１−２７１４３０号公報 Th. Wixforth, W. Ritschel, "Multimode-Radar-Technologie fur 24 GHz," auto & elektronik, vol.3/2004, pp.56-58

しかしながら、従来は狭帯域モードと広帯域モードとを単一の装置で協調させて方位検出（測角）を行うレーダ機能がなかった。また、非特許文献１に記載の複合モードレーダでは、狭帯域モードで利用する周波数帯域と広帯域モードで利用する周波数帯域とを同一、または共用しているため、狭帯域レーダとＵＷＢレーダの両機能を同時に使用することができず、時分割して両者を切り替えて用いるようにしていた。

そのため、両モードを同時に用いることができず、例えば狭帯域レーダを用いて遠距離まで狭い角度範囲で高精度に角度検出を行い、広帯域レーダを用いて近距離の広い角度範囲で角度検出を行う、といった高度な利用方法が実現できなかった。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、狭帯域レーダと広帯域レーダとを一体化して協調動作させることで、高性能で高機能な角度測定手段を実現する複合モードレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明の複合モードレーダ装置の第１の態様は、第１周波数を中心周波数とする狭帯域信号を発生する狭帯域信号発生部と、前記第１周波数とは異なる第２周波数を中心周波数とする広帯域信号を発生する広帯域信号発生部と、前記狭帯域信号発生部及び前記広帯域信号発生部からそれぞれ前記狭帯域信号及び前記広帯域信号を入力して送信する送信アンテナと、前記狭帯域信号及び前記広帯域信号の反射波を２方向から受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した２方向の受信波を入力し、これから前記狭帯域信号の反射波を検出して狭帯域検波データを出力する狭帯域受信処理部と、前記受信アンテナから前記２方向の受信波を入力し、これから前記広帯域信号の反射波を検出して広帯域検波データを出力する広帯域受信処理部と、前記狭帯域受信処理部及び前記広帯域受信処理部からそれぞれ前記狭帯域検波データ及び前記広帯域検波データを入力し、モノパルス方式によりそれぞれの前記反射波を検出し、検出されたそれぞれの前記反射波から検出角度を判定する演算部と、を備え、さらに、前記狭帯域受信処理部は、前記受信アンテナから入力した前記２方向の受信波から前記狭帯域信号と略等しい帯域の２方向の受信波をろ波する第１のろ波部を備え、前記広帯域受信処理部は、前記受信アンテナから入力した前記２方向の受信波から前記広帯域信号と略等しい帯域の２方向の受信波をろ波する第２のろ波部を備えることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、第１周波数を中心周波数とする狭帯域信号を発生する狭帯域信号発生部と、前記第１周波数とは異なる第２周波数を中心周波数とする広帯域信号を発生する広帯域信号発生部と、前記狭帯域信号発生部及び前記広帯域信号発生部からそれぞれ前記狭帯域信号及び前記広帯域信号を入力して送信する送信アンテナと、前記狭帯域信号及び前記広帯域信号の反射波を２方向から受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した２方向の受信波を入力し、これから前記２方向の受信波を加算した和信号及び前記２方向の受信波を減算した差信号を算出する信号合成部と、前記信号合成部から前記和信号及び前記差信号を入力し、これから前記狭帯域信号の反射波の和信号及び差信号を検出して狭帯域検波データを出力する狭帯域受信処理部と、前記信号合成部から前記和信号及び前記差信号を入力し、これから前記広帯域信号の反射波の和信号及び差信号を検出して広帯域検波データを出力する広帯域受信処理部と、前記狭帯域受信処理部及び前記広帯域受信処理部からそれぞれ前記狭帯域検波データ及び前記広帯域検波データを入力し、モノパルス方式によりそれぞれの前記反射波を検出し、検出されたそれぞれの前記反射波から検出角度を判定する演算部と、を備え、さらに、前記狭帯域受信処理部は、前記信号合成部から入力した前記和信号及び前記差信号から前記狭帯域信号と略等しい帯域の和信号及び差信号をろ波する第１のろ波部を備え、前記広帯域受信処理部は、前記受信信号合成部から入力した前記和信号及び前記差信号から前記広帯域信号と略等しい帯域の和信号及び差信号をろ波する第２のろ波部を備えることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記送信アンテナは、前記狭帯域信号の送信と前記広帯域信号の送信とに共用可能な帯域共用送信アンテナである、ことを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記送信アンテナは、前記狭帯域信号を送信する狭帯域送信アンテナと、前記広帯域信号を送信する広帯域送信アンテナとからなることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記受信アンテナは、前記狭帯域信号と前記広帯域信号のそれぞれの前記２方向の反射波をともに受信して前記２方向の受信波を出力する帯域共用受信アンテナであることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記受信アンテナは、前記狭帯域信号の前記２方向の反射波を受信して前記２方向の受信波を出力する狭帯域受信アンテナと、前記広帯域信号の前記２方向の反射波を受信して前記前記２方向の受信波を出力する広帯域受信アンテナとからなり、前記狭帯域受信処理部は、前記狭帯域受信アンテナから前記２方向の受信波を入力し、前記広帯域受信処理部は、前記広帯域受信アンテナから前記２方向の受信波を入力するよう構成されていることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記狭帯域受信アンテナと前記広帯域受信アンテナは、それぞれの測定範囲が異なるよう、それぞれの受信方向が異なっていることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記広帯域受信アンテナの前記検出角度範囲は、前記狭帯域受信アンテナよりも広角度に設定されていることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記第１周波数及び前記第２周波数は、２２ＧＨｚ以上２９ＧＨｚ以下のいずれかであることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記広帯域信号は、帯域幅が少なくとも４５０ＭＨｚ以上のＵＷＢ信号であることを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、狭帯域レーダと広帯域レーダとを一体化して協調動作させることで、高性能で高機能な角度測定手段を実現する複合モードレーダ装置を提供することが可能となる。この発明によれば、遠距離まで狭い角度範囲で高精度に角度検出が可能な狭帯域レーダと、近距離の広い角度範囲で角度検出が可能な広帯域レーダとを組み合わせることで、近距離から遠距離までを高性能に角度検出することが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態における複合モードレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明の複合モードレーダ装置は、狭帯域レーダで利用する周波数帯と広帯域レーダで利用する周波数帯とが重ならないように分割することで、両方のレーダ機能を同時に利用できるように構成されている。本発明の複合モードレーダ装置で用いる周波数帯の１例を図２に示す。同図において、（ａ）は本発明の複合モードレーダ装置で用いる周波数帯を示しており、（ｂ）は非特許文献１に記載の欧州で検討されている複合モードレーダ装置で用いる周波数帯を示している。

非特許文献１に記載の複合モードレーダ装置では、図２（ｂ）に示す通り、狭帯域レーダに用いる信号の中心周波数と広帯域レーダに用いる信号の中心周波数とが、ともに同じＳＲＤバンドの約２４ＧＨｚに設定されていることから、狭帯域レーダの帯域１３と広帯域レーダの帯域１４とが重なっている。そのため、狭帯域レーダと広帯域レーダとを同時に用いることはできず、必要に応じて両者を切り替えて用いる必要があった。

これに対し、本発明の複合モードレーダ装置では、２２ＧＨｚ以上２９ＧＨｚ以下の高周波帯域において、狭帯域信号と広帯域信号とがそれぞれ重ならないように帯域を設定している。一例として、図２（ａ）では、狭帯域レーダの中心周波数である第１周波数を例えば２４．１２５ＧＨｚとし、広帯域レーダの中心周波数である第２周波数を例えば２６．５ＧＨｚとしている。また、狭帯域信号の帯域幅を２００ＭＨｚ以下とする一方、広帯域信号をＵＷＢ信号とし、その帯域幅を少なくとも４５０ＭＨｚ以上としている。

上記のように、本発明の複合モードレーダ装置では、狭帯域レーダの帯域１１と広帯域レーダの帯域１２とを相互に重ならないように設定していることから、両者を切り替えることなく協調させて用いることが可能となっている。このような狭帯域信号と広帯域信号を用いて角度測定を行うために、本発明の複合モードレーダ装置では各信号の反射波をモノパルス方式を用いて処理している。

本発明の第１の実施の形態に係る複合モードレーダ装置の基本構成を、図１に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態の複合モードレーダ装置１００は、狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とが同じ筐体内に設けられており、演算部１０１からの制御で両者が協調して動作するように構成されている。また、狭帯域レーダ部１０２及び広帯域レーダ部１０３で測定されたデータはともに演算部１０１に入力され、両者から入力した検知データをもとに演算部１０１で測角を高精度に行えるようにしている。

狭帯域信号及び広帯域信号を送受信するためのアンテナとして、本実施形態では狭帯域送信アンテナ１５１、広帯域送信アンテナ１５２、及び左右に位置を離して設置された共用受信アンテナ１５３ａ、１５３ｂを備えている。モノパルス方式を用いて角度検出を行うために、共用受信アンテナ１５３ａ、１５３ｂを左右に２つ設け、これにより２方向の反射波を受信するように構成している。

狭帯域レーダ部１０２は、第１の周波数を中心周波数とする狭帯域信号を角度測定に用いており、この狭帯域信号を生成する狭帯域信号発生部１１０と、共用受信アンテナ１５３ａ、１５３ｂから受信信号を入力して検知データを取得する狭帯域受信処理部１３０とを備えている。また、広帯域レーダ１０３は、第２の周波数を中心周波数とする広帯域信号を角度測定に用いており、この狭帯域信号を生成する広帯域信号発生部１２０と、共用受信アンテナ１５３ａ、１５３ｂから受信信号を入力して検知データを取得する広帯域受信処理部１４０とを備えている。

狭帯域信号発生部１１０には狭帯域波源１１１が備えられており、ここで生成された狭帯域信号が増幅器１１２で増幅された後、狭帯域送信アンテナ１５１から送信される。狭帯域波源１１１として、ここではＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を用いている。本実施形態では、狭帯域信号としてＦＭＣＷを用いることとしており、ＶＣＯを用いて周波数変調された連続波を生成している。

ＦＭＣＷを用いたレーダ機能では、周波数を時系列で順次変化させた連続波を用いており、これが遠方の物体で反射されて受信されたときは周波数が高くなり、近傍の物体で反射されたときには周波数が低くなる、といった特性を用いて測定を行っている。ＦＭＣＷは、図３に示すような三角波状の制御信号を用いて周波数変調を行っている。このような三角波状の制御信号を生成するために、本実施形態では三角波生成器１０４が設けられている。

三角波生成器１０４は、演算部１０１から事前に設定された制御値に従って図３に示すような三角波状の制御信号を狭帯域波源１１１であるＶＣＯに出力している。ＶＣＯは、三角波生成器１０４から入力した制御信号に従って、周波数を三角波状に変調させた高周波電波を生成しており、これを狭帯域波として出力している。三角波状の制御信号を用いた周波数の変調幅（帯域幅）は２０ＭＨｚ程度と小さく、狭帯域信号発生部１１０で生成される信号は狭帯域な信号となっている。

狭帯域波源１１１で生成され増幅器１１２で増幅された狭帯域信号は、演算部１０１からの制御に従って狭帯域送信アンテナ１５１に出力されるよう、スイッチ１１３が設けられている。狭帯域信号は連続波であり、これを常時送信し続けることはレーダ機能にとって好ましくない。すなわち、連続波の狭帯域信号が常時出力されていると、回り込みによって一部の狭帯域信号が受信アンテナ１５３ａ、１５３ｂに直接受信されてしまい、受信回路が飽和して測定不能になってしまう。そこで、スイッチ１１３を設けることで、演算部１０１から送信要求があるときのみこれを閉として狭帯域信号を狭帯域送信アンテナ１５１から送信するようにしている。

一方、広帯域信号発生部１２０には広帯域波源１２１が備えられており、ここで生成された広帯域なインパルスの広帯域信号が増幅器１２２で増幅された後、広帯域送信アンテナ１５２から送信されるように構成されている。広帯域波源１２１にはバースト発振器（ＢＯ）を用いることができ、演算部１０１から広帯域信号の送信要求であるインパルストリガを入力すると、バースト発振器において１ｎｓ程度の期間だけ高周波の広帯域インパルス信号が発振される。

狭帯域信号発生部１１０及び広帯域信号発生部１２０で生成され、送信アンテナ１５１及び１５２から送信された狭帯域信号及び広帯域信号は、測定範囲内にある物体に反射されて共用受信アンテナ１５３ａ、１５３ｂで受信される。共用受信アンテナ１５３ａ、１５３ｂで受信された受信波は、モノパルス方式で処理するために信号合成部１６１に出力され、ここで共用受信アンテナ１５３ａで受信された左側受信波と共用受信アンテナ１５３ｂで受信された右側受信波の合成処理が行われる。

モノパルス方式を用いた角度の検出方法を、図４を用いて説明する。左右の２つの受信アンテナで受信された２つの受信波は、図４（ａ）に示す受信波２１、２２のように一部が重なって受信される。この２つの受信波２１、２２の和と差を求めると、図４（ｂ）に示すようなパターン２３、２４が得られる。これから２つの受信波の差をその和で除す（正規化する）と、図４（ｃ）のようなモノパルスカーブ２５が得られる。同図に示すモノパルスカーブは、縦軸に２つの受信波の和と差の比をとっており、横軸が角度を示している。このようなモノパルスカーブを用いて、２つの受信波の和と差の比から角度を求めることができる。

信号合成部１６１で処理されて出力される和信号と差信号は、それぞれ増幅器１６２ａ、１６２ｂで増幅された後、ミキサ１６３ａ、１６３ｂにおいて狭帯域信号発生部１１０で生成された狭帯域信号と混合される。狭帯域信号との混合により、和信号と差信号はベースバンドにダウンコンバートされる。以下では、ミキサ１６３ａでダウンコンバートされた和信号を低周波和信号と呼び、ミキサ１６３ｂでダウンコンバートされた差信号を低周波差信号と呼ぶこととする。低周波和信号及び低周波差信号は、分波されて狭帯域受信処理部１３０と広帯域受信処理部１４０とに出力される。

狭帯域受信処理部１３０では、入力した低周波和信号及び低周波差信号を第１のろ波部であるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３１ａ、１３１ｂでそれぞれ処理することで、狭帯域信号の帯域幅に相当する低周波の信号のみをろ波している。狭帯域信号の帯域幅を２００ＭＨｚとした場合、ＬＰＦ１３１ａ、１３１ｂには、２００ＭＨｚ以下の信号をろ波するフィルタを用いる。以下では、ＬＰＦ１３１ａ、１３１ｂでろ波された低周波和信号及び低周波差信号を、それぞれ低周波狭帯域和信号及び低周波狭帯域差信号と呼ぶこととする。

ＬＰＦ１３１ａ、１３１ｂでろ波された低周波狭帯域和信号及び低周波狭帯域差信号は、増幅器１３２ａ、１３２ｂでそれぞれ増幅された後、Ｓ／Ｈ回路１３４ａ、１３４ｂで検波データ（以下では、狭帯域検波データという）が取得され、この狭帯域検波データが演算部１０１に出力されて角度判定に用いられる。演算部１０１では、狭帯域受信処理部１３０から入力した狭帯域検波データをもとに、モノパルス方式により図４に示したようなモノパルスカーブを用いて角度を検出する。

同様に、広帯域受信処理部１４０でも、入力した低周波和信号及び低周波差信号を第２のろ波部であるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４１ａ、１４１ｂでそれぞれ処理することで、第１周波数と第２周波数との差に相当する周波数を中心周波数とし広帯域信号の帯域幅と同程度の広帯域の信号をろ波している。以下では、ＢＰＦ１４１ａ、１４１ｂでろ波された低周波和信号及び低周波差信号を、それぞれ低周波広帯域和信号及び低周波広帯域差信号と呼ぶこととする。

ＢＰＦ１４１ａ、１４１ｂでろ波された低周波広帯域和信号及び低周波広帯域差信号は、増幅器１４２ａ、１４２ｂでそれぞれ増幅された後、検波器１４３ａ、１４３ｂでインパルス波が検波される。それぞれで検波されたインパルス波は、Ｓ／Ｈ回路１４４ａ、１４４ｂに出力され、ここで検波データ（以下では、広帯域検波データという）が取得される。Ｓ／Ｈ回路１４４ａ、１４４ｂで取得された広帯域検波データは、演算部１０１に出力されて角度判定に用いられる。演算部１０１では、広帯域受信処理部１４０から入力した広帯域検波データをもとに、モノパルス方式により図４に示したようなモノパルスカーブを用いて角度を検出する。

本実施形態の複合モードレーダ装置１００は、狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを演算部１０１からの制御により協調動作させることが可能に構成されており、狭帯域レーダ部１０２で検出された狭帯域検波データと広帯域レーダ部１０３で検出された広帯域検波データとを組み合わせて高度な角度測定を行うことが可能となっている。一例として、狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを図５に示すような基本動作で用いることが可能であり、この基本動作をみ合わせることで狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを協調させて好適なレーダ機能を実現することができる。

上記の基本動作として、図５（ａ）に示す狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを適宜切り替えて動作させる切り替え方式と、図５（ｂ）に示す狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを並行して動作させる並用方式の２種類がある。このような基本動作を用いることで、高度な角度検出を行うことが可能となる。

すなわち、近距離の物体に対する角度検出では、広帯域レーダ部１０３を用いて測定すると同時に、遠距離の物体に対する角度検出では、狭帯域レーダ部１０２を用いて検出するといった、広帯域レーダ部１０３による角度検出と狭帯域レーダ部１０２による角度検出とを並行して行うことが可能となる。

また、他システムとの干渉を回避するために、例えば通常は狭帯域レーダ部１０２を用い、近傍を高精度に検出する必要があるときだけ広帯域レーダ部１０３を用いるようにすることも可能である。このような制御方式を演算部１０１のソフトウェア処理だけで実現することができる。

本発明の第２の実施の形態に係る複合モードレーダ装置の基本構成を、図６に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態の複合モードレーダ装置２００では、狭帯域信号発生部１１０で生成された狭帯域信号と広帯域信号発生部１２０で生成された広帯域信号とを共用送信アンテナ２５１で送信するようにしている。

第１の実施形態では、狭帯域信号を送信するための狭帯域送信アンテナ１５１と広帯域信号を送信するための広帯域送信アンテナ１５２とをそれぞれ独立に設けていたが、本実施形態では、共用受信アンテナ１５３ａ、１５３ｂに加えて、送信アンテナも共用送信アンテナ２５１に置き換えており、これによりアンテナ数を減らして複合モードレーダ装置２００の小型化を図っている。

狭帯域信号の送信と広帯域信号の送信とを１つの共用送信アンテナ２５１で送信するために、本実施形態の複合モードレーダ装置２００では合波器２７１を備えた構成としており、狭帯域信号発生部１１０で生成された狭帯域信号と広帯域信号発生部１２０で生成された広帯域信号とを合波器２７１で合波して１つの送信信号としている。合波器２７１で合波された送信信号は、共用送信アンテナ２５１から送信される。

本実施形態の複合モードレーダ装置２００でも、狭帯域信号と広帯域信号とは帯域が重ならないよう中心周波数が離されていることから、合波器２７１で合波されて１つの送信信号として共用送信アンテナ２５１から送信されても、相互に影響を与えるおそれはない。１つの送信信号として送信され、物体で反射されて共用受信アンテナ１５３ａ、１５３ｂで受信された受信信号は、第1の実施形態と同様に、ＬＰＦ１３１ａ、１３１ｂ及びＢＰＦ１４１ａ、１４１ｂでそれぞれの信号のみがろ波されるように構成されている。これ以降の狭帯域受信処理部１３０及び広帯域受信処理部１４０における処理も、第1の実施形態と同様である。

本発明の第３の実施の形態に係る複合モードレーダ装置の基本構成を、図７に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態の複合モードレーダ装置３００では、送信アンテナ及び受信アンテナを、ともに狭帯域信号と広帯域信号のそれぞれに独立して備えるように構成している。狭帯域信号と広帯域信号のそれぞれに対し、送信アンテナと受信アンテナを独立して設けることにより、狭帯域信号を用いて測定する測定範囲と広帯域信号を用いて測定する測定範囲とを別々に設定することができる。

図７では、狭帯域信号の反射波を受信するために狭帯域受信アンテナ（左）３５３ａと（右）３５３ｂとが設けられており、受信された受信波はモノパルス方式で処理するために信号合成部３６１ａ、３６１ｂに出力される。信号合成部３６１ａ、３６１ｂで処理されて出力される和信号と差信号は、狭帯域受信処理部３３０に入力され、そこで増幅器３６２ａ、３６２ｂで増幅された後、ミキサ３６３ａ、３６３ｂにより、ベースバンドにダウンコンバートされる。

同様に、広帯域信号の反射波を受信するために広帯域受信アンテナ（左）３５４ａと（右）３５４ｂとが設けられており、受信された受信波は信号合成部３６４ａ、３６４ｂに出力される。信号合成部３６４ａ、３６４ｂで処理されて出力される和信号と差信号は、広帯域受信処理部３４０に入力され、そこで増幅器３６５ａ、３６５ｂで増幅された後、ミキサ３６６ａ、３６６ｂにより、ベースバンドにダウンコンバートされる。

本実施形態では、受信アンテナを狭帯域レーダ部３０２と広帯域レーダ部３０３のそれぞれに独立して設け、それぞれの受信波を狭帯域受信処理部３３０と広帯域受信処理部３４０にそれぞれ独立して入力する構成としていることから、信号合成部で処理された和信号と差信号を増幅する増幅器、及びこれをダウンコンバートするためのミキサも、狭帯域受信処理部３３０と広帯域受信処理部３４０のそれぞれに独立して設けている。

狭帯域信号を用いて測定する測定範囲と広帯域信号を用いて測定する測定範囲とを別々に設定した一例を図８に示す。同図に示す例では、遠方までの狭い角度の測定範囲３１を狭帯域信号を用いて測定し、近距離の広い角度の測定範囲３２を広帯域信号を用いて測定するように設定している。

狭帯域レーダ部３０２による狭帯域信号を用いたレーダ機能は、遠距離の狭い角度範囲の角度測定を高精度に行うことが可能であり、また、広帯域レーダ部３０３による広帯域信号を用いたレーダ機能は、近距離の広い角度範囲の角度測定を行うことが可能なことから、狭帯域レーダ部３０２及び広帯域レーダ部３０３のそれぞれの測定範囲を、例えば図８い示す測定範囲３１、３２のように設定するのが好ましい。

狭帯域レーダ部３０２及び広帯域レーダ部３０３のそれぞれの測定範囲を、例えば図８のような異なる領域に設定した場合、それぞれの送信方向及び受信方向も異なることから、狭帯域信号及び広帯域信号の送受信に用いるアンテナも、狭帯域レーダ部３０２に用いるものと広帯域レーダ部３０３に用いるものを独立して備える必要がある。

狭帯域レーダ部３０２及び広帯域レーダ部３０３のそれぞれに独立して送受信アンテナを設けるようにすることにより、近距離における角度検出では、広帯域レーダ部３０３を用いて広い角度範囲を粗い角度で検出し、遠距離における角度検出では、狭帯域レーダ部３０２を用いて狭い角度範囲を高精度で検出するといった、広帯域レーダ部３０３による角度検出と狭帯域レーダ部３０２による角度検出とを並行して行うことが可能となる。

また、他システムとの干渉を回避するために、例えば通常は狭帯域レーダ部３０２を用いて角度検出を行い、近傍を広範囲に検出する必要があるときだけ広帯域レーダ部３０３を用いるようにすることも可能である。このような制御方式を演算部１０１のソフトウェア処理だけで実現することができる。

以上説明したように本発明によれば、狭帯域測角機能と広帯域測角機能とを一体化して処理可能な複合モードレーダ装置を提供することができる。また、この発明によれば、近傍は広範囲を荒い角度精度で、遠方は狭角度を高精度で検出するといった、利用形態に応じて物体の方位を検出することが可能となる。さらに、この発明によれば、広帯域レーダで他システムとの干渉のおそれがあるときにはその利用時間率を低減し、相互干渉の回避が容易な狭帯域レーダで測角を実現することで、総合的な干渉対策を実現することが可能となる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る複合モードレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における複合モードレーダ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の第1の実施形態に係る複合モードレーダ装置のブロック図を示す図である。 本発明の複合モードレーダ装置で用いる周波数帯の１例を示す図である。 狭帯域信号の変調に用いる周波数変調信号の一例を示す図である。 モノパルス方式を用いた角度の検出方法を説明する図である。 狭帯域レーダ部と広帯域レーダ部の基本動作を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る複合モードレーダ装置のブロック図を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る複合モードレーダ装置のブロック図を示す図である。 狭帯域レーダ部による測定範囲と広帯域レーダ部による測定範囲とが異なる例を示す図である。

符号の説明

１１、１３ 狭帯域レーダの帯域
１２、１４ 広帯域レーダの帯域
２５ モノパルスカーブ
１００、２００、３００ 複合モードレーダ装置
１０１ 演算部
１０２、３０２ 狭帯域レーダ部
１０３、３０３ 広帯域レーダ部
１０４ 三角波生成器
１１０ 狭帯域信号発生部
１１１ 狭帯域波源
１１２、１２２、１３２、１４２、１６２、３６２、３６５ 増幅器
１１３ スイッチ
１２０ 広帯域信号発生部
１２１ 広帯域波源
１３０、３３０ 狭帯域受信処理部
１３１ 第１のろ波部（ＬＰＦ）
１３４、１４４ Ｓ／Ｈ回路
１４０、３４０ 広帯域受信処理部
１４１ 第２のろ波部（ＢＰＦ）
１４３ 検波器
１５１ 狭帯域送信アンテナ
１５２ 広帯域送信アンテナ
１５３ 共用受信アンテナ
１６１、３６１、３６４ 信号合成部
１６２ 増幅器
１６３、３６３、３６６ ミキサ
２５１ 共用送信アンテナ
２７１ 合波器
３５３ 狭帯域受信アンテナ
３５４ 広帯域受信アンテナ

Claims (10)

1. 第１周波数を中心周波数とする狭帯域信号を発生する狭帯域信号発生部と、
   前記第１周波数とは異なる第２周波数を中心周波数とする広帯域信号を発生する広帯域信号発生部と、
   前記狭帯域信号発生部及び前記広帯域信号発生部からそれぞれ前記狭帯域信号及び前記広帯域信号を入力して送信する送信アンテナと、
   前記狭帯域信号及び前記広帯域信号の反射波を２方向から受信する受信アンテナと、
   前記受信アンテナで受信した２方向の受信波を入力し、これから前記狭帯域信号の反射波を検出して狭帯域検波データを出力する狭帯域受信処理部と、
   前記受信アンテナから前記２方向の受信波を入力し、これから前記広帯域信号の反射波を検出して広帯域検波データを出力する広帯域受信処理部と、
   前記狭帯域受信処理部及び前記広帯域受信処理部からそれぞれ前記狭帯域検波データ及び前記広帯域検波データを入力し、モノパルス方式によりそれぞれの前記反射波を検出し、検出されたそれぞれの前記反射波から検出角度を判定する演算部と、を備え、
   さらに、前記狭帯域受信処理部は、前記受信アンテナから入力した前記２方向の受信波から前記狭帯域信号と略等しい帯域の２方向の受信波をろ波する第１のろ波部を備え、
   前記広帯域受信処理部は、前記受信アンテナから入力した前記２方向の受信波から前記広帯域信号と略等しい帯域の２方向の受信波をろ波する第２のろ波部を備える
   ことを特徴とする複合モードレーダ装置。
2. 第１周波数を中心周波数とする狭帯域信号を発生する狭帯域信号発生部と、
   前記第１周波数とは異なる第２周波数を中心周波数とする広帯域信号を発生する広帯域信号発生部と、
   前記狭帯域信号発生部及び前記広帯域信号発生部からそれぞれ前記狭帯域信号及び前記広帯域信号を入力して送信する送信アンテナと、
   前記狭帯域信号及び前記広帯域信号の反射波を２方向から受信する受信アンテナと、
   前記受信アンテナで受信した２方向の受信波を入力し、これから前記２方向の受信波を加算した和信号及び前記２方向の受信波を減算した差信号を算出する信号合成部と、
   前記信号合成部から前記和信号及び前記差信号を入力し、これから前記狭帯域信号の反射波の和信号及び差信号を検出して狭帯域検波データを出力する狭帯域受信処理部と、
   前記信号合成部から前記和信号及び前記差信号を入力し、これから前記広帯域信号の反射波の和信号及び差信号を検出して広帯域検波データを出力する広帯域受信処理部と、
   前記狭帯域受信処理部及び前記広帯域受信処理部からそれぞれ前記狭帯域検波データ及び前記広帯域検波データを入力し、モノパルス方式によりそれぞれの前記反射波を検出し、検出されたそれぞれの前記反射波から検出角度を判定する演算部と、を備え、
   さらに、前記狭帯域受信処理部は、前記信号合成部から入力した前記和信号及び前記差信号から前記狭帯域信号と略等しい帯域の和信号及び差信号をろ波する第１のろ波部を備え、
   前記広帯域受信処理部は、前記受信信号合成部から入力した前記和信号及び前記差信号から前記広帯域信号と略等しい帯域の和信号及び差信号をろ波する第２のろ波部を備える
   ことを特徴とする複合モードレーダ装置。
3. 前記送信アンテナは、前記狭帯域信号の送信と前記広帯域信号の送信とに共用可能な帯域共用送信アンテナである、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合モードレーダ装置。
4. 前記送信アンテナは、前記狭帯域信号を送信する狭帯域送信アンテナと、前記広帯域信号を送信する広帯域送信アンテナとからなる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合モードレーダ装置。
5. 前記受信アンテナは、前記狭帯域信号と前記広帯域信号のそれぞれの前記２方向の反射波をともに受信して前記２方向の受信波を出力する帯域共用受信アンテナである
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合モードレーダ装置。
6. 前記受信アンテナは、前記狭帯域信号の前記２方向の反射波を受信して前記２方向の受信波を出力する狭帯域受信アンテナと、前記広帯域信号の前記２方向の反射波を受信して前記前記２方向の受信波を出力する広帯域受信アンテナとからなり、
   前記狭帯域受信処理部は、前記狭帯域受信アンテナから前記２方向の受信波を入力し、前記広帯域受信処理部は、前記広帯域受信アンテナから前記２方向の受信波を入力するよう構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合モードレーダ装置。
7. 前記狭帯域受信アンテナと前記広帯域受信アンテナは、それぞれの測定範囲が異なるよう、それぞれの受信方向が異なっている
   ことを特徴とする請求項６に記載の複合モードレーダ装置。
8. 前記広帯域受信アンテナの前記検出角度範囲は、前記狭帯域受信アンテナよりも広角度に設定されている
   ことを特徴とする請求項７に記載の複合モードレーダ装置。
9. 前記第１周波数及び前記第２周波数は、２２ＧＨｚ以上２９ＧＨｚ以下のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合モードレーダ装置。
10. 前記広帯域信号は、帯域幅が少なくとも４５０ＭＨｚ以上のＵＷＢ信号である
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合モードレーダ装置。
    

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