JP2009109417A - レーダシステムとレーダ搭載移動体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数レーダのレーダ信号処理部を共用化しても、目標の距離と相対速度の各アンテナの単位時間当りの検知回数を維持可能とする。
【解決手段】 例えば３個のレーダで、送受切替スイッチ１２２及びレーダ信号処理部１３を共用し、アンテナ切替スイッチ１２１で各レーダのアンテナＡＴ１〜ＡＴ３に切替接続することで、３個のレーダの時分割処理を可能とする。レーダ信号処理部１３は、少なくとも各レーダそれぞれの最適中心周波数、最小掃引帯域幅、最小掃引時間、最小ＦＦＴサンプル数を互いに同一にして処理する。また、掃引時間をＦＦＴサンプル数で割った単位時間内に、アンテナＡＴ１〜ＡＴ３それぞれの要求検知距離範囲と要求耐クラッタ特性を満足する送信パルスと受信サンプル列が必要な時間間隔以上離れて配列されるように、時分割でスイッチ１２１，１２２を切替制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば車載レーダのように、主に移動体搭載用として好適なレーダシステムに係り、特に連続波に周波数変調を施した送信信号を送信してその反射波を受信し、送信信号の一部をローカル信号として受信信号を周波数変換したベースバンド信号の周波数から目標の距離と相対速度を計測するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式またはその送信信号をパルス化して送受信を断続的に切替えるＦＭＩＣＷ（Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave）方式の複数のレーダを用いて互いに異なる方向に対して周囲に存在する目標探索を行うレーダシステムと、このレーダシステムを搭載するレーダ搭載移動体装置に関する。

近年、車両の衝突防止を目的として、移動中に周囲の物体の位置及び相対速度をリアルタイムに計測する車両搭載用センサの開発が進められ、その一つとしてＦＭＣＷ方式またはＦＭＩＣＷ方式によるレーダが実用化されている。従来の車載レーダシステムとしては、長距離前方用レーダ１個、短距離側方用レーダ２個を搭載したものが提供されているが、まだ開発途上にあり、特に計測精度の向上、低価格化、小型軽量化の実現が要望されている。

すなわち、上記の車載レーダシステムでは、複数のレーダのアンテナパターンが一部重なるため、各レーダの受信サンプルおよびその近傍で、他のレーダの送信が行われないように精度良く同期を取らないと、アイソレーション不足で受信感度が悪くなる。

さらに、アップスイープとダウンスイープの同期が取れていないと、干渉のために受信感度が悪くなる。その対策としては、アップスイープとダウンスイープの同期を取るか、同期は取らずに、特許文献１に示されるような並走する車のレーダとの干渉対策と同様に、受信信号と送信信号の両方の振幅を掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中央で大きくなるように振幅変調する。

このような対策を施せば性能上の問題は解決するが、３個のレーダが独立して必要であり、さらにそれらの取付・配線作業、高精度な同期処理を考慮すると、低価格化は極めて困難である。

一方、低価格化の方法としては、例えば単一系統の送信部、受信部、演算部、送受切替部、制御部（以下、レーダ信号処理部と称する）を用いて３個のアンテナに順次切替接続することで、レーダ信号処理部を共用化して時分割で使用する方法がある。しかしながら、この方法では、各アンテナの掃引時間の和で一回りになるので、各アンテナの単位時間当りの検知回数が１／３に減ってしまう。特許文献２も同様に時分割しているので、各アンテナの単位時間当りの検知回数が減ることになる。
特願2007-60590 特開2006-337223公報

以上述べたように、複数のＦＭＣＷまたはＦＭＩＣＷ方式のレーダを使用すると、それらの取付・配線作業や高精度な同期処理が必要になるので、低価格化が困難であり、個別にレーダを組み込むため、小型軽量化も困難である。一方、複数のＦＭＣＷまたはＦＭＩＣＷ方式のレーダを個別に組み込む代わりに、単一系統のレーダ信号処理部を複数のアンテナに選択的に切替接続して時分割で使用する方法をとると、目標の距離と相対速度の各アンテナの単位時間当りの検知回数が、レーダ信号処理部を共用しない場合より減ってしまうという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、複数のＦＭＣＷまたはＦＭＩＣＷ方式のレーダを使用する場合に、各レーダのレーダ信号処理部を共用化しても、目標の距離と相対速度の各アンテナの単位時間当りの検知回数を共用しない場合と同じようにすることができ、低価格化・小型軽量化と性能向上を同時に実現するレーダシステムと、このレーダシステムを搭載する移動体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、本発明に係るレーダシステムは、連続波に周波数変調を施した送信信号を送信して、目標からの反射波を受信し、前記送信信号の一部をローカル信号として前記受信信号を周波数変換したベースバンド信号の周波数から目標の距離と相対速度の少なくともいずれか一方を計測するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式またはその送信信号をパルス化して送受信を断続的に切替えるＦＭＩＣＷ（Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave）方式の複数のレーダを用いて互いに異なる方向に対して周囲に存在する目標探索を行うレーダシステムであって、前記複数のレーダそれぞれが、前記送信信号を送信し、前記目標からの反射波を受信するアンテナ部と；前記送信信号を生成して前記アンテナ部に出力する送信部と、前記アンテナ部で得られる前記受信信号を、前記送信信号の一部のローカル信号と混合して前記ベースバンド信号に周波数変換する受信部と、前記ベースバンド信号の周波数から目標の距離と相対速度を演算する演算部と、少なくとも前記送信信号の周波数、前記演算部の演算処理を制御する制御部とを備えるレーダ信号処理部とを具備するものであるとき、前記複数のレーダのうち、それぞれの諸元である、最適中心周波数と、要求距離分解能から決まる最小掃引帯域幅と、要求速度分解能から決まる最小掃引時間と、要求検知距離範囲および要求相対速度範囲から決まる最小ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）サンプル数が同じレーダの、あるいはその一部のレーダの、前記レーダ信号処理部を共用化し、前記レーダ信号処理部を共用化したレーダをそれぞれの運用時に当該レーダのアンテナ部に選択的に切替接続するアンテナ切替部をさらに備え、前記レーダ信号処理部の制御部は、前記アンテナ切替部を、前記掃引時間を前記ＦＦＴサンプル数で割った単位時間内に、前記レーダ信号処理部を共用化したレーダそれぞれの前記要求検知距離範囲と要求耐クラッタ特性を満足する送信パルスと受信サンプル列が必要な時間間隔以上離れて配列されるように、時分割で切替制御することを特徴とする。

また、本発明に係るレーダ搭載移動体装置は、上記のレーダシステムを搭載したことを特徴とする。

以上のように構成したことによって、本発明によれば、複数のＦＭＣＷまたはＦＭＩＣＷ方式のレーダを使用する場合に、各レーダのレーダ信号処理部を共用化しても、目標の距離と相対速度の各アンテナの単位時間当りの検知回数を共用しない場合と同じようにすることができ、低価格化・小型軽量化と性能向上を同時に実現するレーダシステムと、このレーダシステムを搭載する移動体を提供することができる。

本発明の実施形態を説明する前に、本発明で適用される技術について説明する。

まず図１９を参照して、ＦＭＣＷ方式によるレーダの動作を説明する。目標までの距離をＲ、光速をｃとすると、送信信号が目標で反射して戻ってくるまでの遅延時間τは
τ＝２・Ｒ／ｃ
となる。掃引時間をＴ、掃引帯域幅をＢとすると、遅延時間τによるベースバンド周波数は
±τ・Ｂ／Ｔ＝２・Ｒ・Ｂ／（ｃ・Ｔ）
となる。目標が遠ざかる向きの相対速度をｖ、送信信号の波長をλとすると、ドップラー周波数は−２・ｖ／λとなる。このため、アップスイープのベースバンド周波数ｆ_upは
ｆ_up＝−２・Ｂ・Ｒ／（ｃ・Ｔ）−２・ｖ／λ
となり、ダウンスイープのベースバンド周波数ｆ_downは
ｆ_down＝２・Ｂ・Ｒ／（ｃ・Ｔ）−２・ｖ／λ
となる。その結果、距離Ｒと相対速度ｖは、ｆ_upとｆ_downを使って
Ｒ＝−ｃ・Ｔ・（ｆ_up−ｆ_down）／（４・Ｂ）
ｖ＝−λ・（ｆ_up＋ｆ_dwon）／４
で求まる。また、この時の距離分解能ΔＲは
ΔＲ＝ｃ／（２・Ｂ）
となり、速度分解能Δｖは
Δｖ＝λ／（２・Ｔ）
となる。

例えば、77GHz帯の車載レーダに利用した場合、中心周波数ｆを76.5GHzとすると波長λは3.9mmとなり、要求距離分解能ΔＲを0.5ｍとすると最小掃引帯域幅Ｂは300MHzとなり、要求速度分解能Δｖを3.45km/h（歩行速度程度）とすると最小掃引時間Ｔは2048μsとなる。長距離前方用レーダの要求検知距離範囲を150ｍ以内、要求相対速度範囲を±300km/h以下とすると、ダウンスイープのベースバンド周波数ｆ_downは189kHz以下となるので、ＦＦＴサンプル数Ｎを1024として周波数範囲±250kHz（＝±Ｎ／（２・Ｔ））を計算する。この場合、150ｍ離れた相対速度±731km/hの目標を検知することができる。

但し、遅延時間τ（＝２・Ｒ／ｃ）が受信サンプル間隔Ｔ／Ｎ（＝２μs）と同じになる300ｍ離れた目標の反射波を受信できる感度があっても、例えば相対速度が0km/hのときのダウンスイープのベースバンド周波数ｆ_down（＝293kHz）はＦＦＴの周波数範囲外となって検知することができない。

尚、要求検知距離範囲の上限150ｍで要求相対速度範囲の上限±300km/hの目標は、ＦＦＴサンプル数Ｎが同じ1024で、掃引時間を半分のＴ＝1024μsとしても検知することができる。しかしながら、この場合の速度分解能Δｖは6.89km/hに下がってしまう。一方、速度分解能Δｖが3.45km/hを確保するために、掃引時間Ｔは2048μsのままでＦＦＴサンプル数をＮ＝2048に増やすと、遅延時間τ＝２・Ｒ／ｃが受信サンプル間隔Ｔ／Ｎ＝１μsと同じになる距離150ｍは要求検知距離範囲の上限と一致する。このため、時間の無駄が無くなり、ＦＦＴの周波数範囲は±500kHzに広がるので150ｍ離れた相対速度±2495km/hの目標を検知することができる。

このＦＭＣＷレーダは送信波が連続であるために、ある受信サンプルにはあらゆる距離の反射体からの反射波が含まれるので、不要反射体からの反射波であるクラッタ電力が大きい場合や送受信信号のアイソレーションが不十分な場合に誤動作が発生しやすい。この問題を解決する方法として、送信波をパルス化して送受を断続的に切替えるＦＭＩＣＷ方式がある。

図２０にＦＭＩＣＷ方式の一例を示す。このＦＭＩＣＷ方式では、リニアＦＭ変調波の送受信を断続的に切り替え、ＦＭＣＷ方式の受信サンプル間隔Ｔ／Ｎに対して送信パルス幅Ｔ_t を
Ｔ_t ＝Ｔ／（Ｎ・Ｋ） （Ｋ＞１）
とし、受信サンプル間隔を送信パルス幅と同じとする。この場合、ｋ番目（ｋ＝１，２，…，Ｋ）の受信サンプルで受信する距離Ｒ_kは
ｃ・Ｔ_t・（Ｋ−１）／２≦Ｒ_k ≦ｃ・Ｔ_t ・ｋ／２
である。

送受信のアイソレーションが悪い場合は、Ｋを大きくするか、図２１に示す他の例のように、送信パルスをアイソレーション問題の解決に必要な時間間隔Ｔ_bだけ前倒しする。この場合、ｋ番目（ｋ＝１，２，…,Ｋ−１）の受信サンプルで受信する距離Ｒ_kは
ｃ・｛Ｔ_t・（Ｋ−１）＋Ｔ_b ｝／２≦Ｒ_k ≦ｃ・（Ｔ_t・ｋ＋Ｔ_b ）／２
である。また、受信サンプルｋ＝Ｋの場合は、送信中のために２・Ｔ_bだけ前倒しして、受信する距離Ｒ_Kを
ｃ・｛Ｔ_t・（Ｋ−１）−Ｔ_b ｝／２≦Ｒ_K ≦ｃ・（Ｔ_t・Ｋ−Ｔ_b ）／２
とする。受信サンプルｋ＝Ｋ−１で受信する距離Ｒ_kは
ｃ・｛Ｔ_t・（Ｋ−２）＋Ｔ_b ｝／２≦Ｒ_k ≦ｃ・｛Ｔ_ｔ・（Ｋ−１）−Ｔ_b ｝／２
である。また、Ｋ＝１の場合は、送信パルス幅をＴ_t−２・Ｔ_bとして、受信する距離Ｒ₁を
ｃ・Ｔ_b ／２≦Ｒ₁ ≦ｃ・（Ｔ_t−Ｔ_b ）／２
とする。

例えば、車載レーダの長距離前方用レーダでｆ＝76.5GHz、Ｔ＝2048μs、Ｂ＝300MHz、Ｎ＝1024、Ｋ＝4、Ｔ_b ＝10nsとすると、表１に示すように、速度分解能Δｖ＝3.45km/h、距離分解能ΔＲ＝0.5ｍ、要求検知距離範囲の上限150ｍで相対速度±731km/hまでを検知することができる。そして、各受信サンプルの最大検知距離Ｒ_max、最小検知距離Ｒ_minは表１に示すようになり、受信サンプルｋ＝３，４は要求検知距離範囲外なのでＦＦＴ処理をする必要がない。

例えば、車載レーダの長距離前方用レーダでｆ＝76.5GHz、Ｔ＝2068μs、Ｂ＝300MHz、Ｎ＝2048、Ｋ＝４、Ｔ_b＝10nsとすると、各受信サンプルの最大検知距離Ｒ_max、最小検知距離Ｒ_minは表２に示すようになり、各受信サンプルが受け持つ距離は表１に示す距離の約半分になるので、表１の場合より耐クラッタ特性が向上する。また、受信サンプルｋ＝４の場合の距離Ｒ_max＝150ｍは要求検知距離範囲の上限と一致するため時間の無駄が無くなり、150ｍ離れた相対速度±2471km/hの目標を検知することができる。

ここで、短距離側方用レーダを、例えば表１の長距離前方レーダと同じ距離分解能ΔＲ＝0.5ｍ、速度分解能Δｖ＝3.45km/hとするためには、同じ掃引帯域幅Ｂ＝300MHz、掃引時間Ｔ＝2048μsとする必要がある。例えば、短距離側方用レーダの要求検知距離範囲が長距離前方用レーダの１／２程度の場合、表１の条件では受信サンプルｋ＝１、表２の条件では受信サンプルｋ＝１，２だけをＦＦＴ処理すればよい。

例えば図２２に示すように、車両Ａに搭載され、長距離前方用レーダ１個、短距離側方用レーダ２個を備えるレーダシステムを想定する。このような複数レーダの使用状況では、各アンテナ１〜３のビームパターンが一部重なる。このため、各レーダの受信サンプルおよびその近傍で、他のレーダが送信を行わないように精度良く同期を取らないと、アイソレーション不足で受信感度が悪くなる。さらに、アップスイープとダウンスイープの同期が取れていないと、干渉が生じて受信感度が悪くなる。

その対策としては、例えば背景技術で述べたように、各レーダの受信サンプルおよびその近傍で他のレーダが送信を行わないように精度良く同期を取り、アップスイープとダウンスイープの同期を取るか同期は取らずに受信信号と送信信号の両方の振幅を掃引周期の初期と終期で小さくして滑らかに中央で大きくなるように振幅変調する。但し、この対策方法では基本的に少なくとも３個のレーダが必要で、さらにそれらの取付・配線作業、高精度な同期処理を考慮すると低価格化は極めて困難である。

図２２のレーダシステムにおける低価格化の方法としては、１系統の送信部、受信部、演算部、送受切替スイッチ部、制御部で構成されるレーダ信号処理部を共用化し、高周波スイッチで３個のアンテナ１〜３に切替接続することで時分割処理する方法がある。しかし、例えば図２３に示すように、アンテナ１〜３の掃引時間の和６・Ｔで一回りになるので、各アンテナの単位時間当りの検知回数が１／３に減ってしまう。

そこで、本発明に係るレーダシステムでは、複数のＦＭＣＷまたはＦＭＩＣＷ方式のレーダを使用する場合に、各レーダのレーダ信号処理部を共用化しても、目標の距離と相対速度の各アンテナの単位時間当りの検知回数を共用しない場合と同じようにする。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係るレーダシステムの一実施形態を示すブロック構成図である。このレーダシステムは、互いに異なる方向を受け持つｎ（ｎは任意の自然数で、本実施形態ではｎ＝３とする）個のレーダのアンテナＡＴ１〜ＡＴ３を備えるアンテナ部１１と、アンテナＡＴ１〜ＡＴ３のいずれかを選択するためのアンテナ切替スイッチ１２１及び送受切替を行う送受切替スイッチ１２２を備える切替部１２と、後述の構成によるレーダ信号処理部１３とを備える。

上記レーダ信号処理部１３は、送信信号を生成する送信部１３１と、送信信号の一部をローカル信号として受信信号をベースバンド周波数に周波数変換する受信部１３２と、ベースバンド信号の周波数から目標の相対速度と距離を演算する演算部１３３と、送信部１３１及び受信部１３２のＯＮ／ＯＦＦ制御、送信部１３１に対する周波数制御、切替部１２の各スイッチ１２１，１２２の切替制御を行う制御部１３４とを備える。

図２は送信部１３１と受信部１３２の具体的な構成を示すブロック構成図である。

上記送信部１３１は、制御部１３４からの周波数制御電圧で発振周波数を制御できる発振器１３１１と、その出力信号の一部を受信部１３２のローカル信号に取り出すための分配器１３１２と、送信信号を増幅する電力増幅器１３１３とを備える。そして、制御部１３４からのＯＮ／ＯＦＦ制御電圧で電力増幅器をＯＮ／ＯＦＦして送受のアイソレーションを高くする。

上記受信部１３２は、受信信号を増幅する低雑音増幅器１３２１と、受信信号をベースバンド信号に周波数変換するミキサー１３２２とを備える。そして、制御部１３４からのＯＮ／ＯＦＦ制御電圧で低雑音増幅器１３２１をＯＮ／ＯＦＦして送受のアイソレーションを高くする。

すなわち、この実施形態のシステムでは、３個のレーダで、送受切替スイッチ１２２及びレーダ信号処理部１３を共用し、アンテナ切替スイッチ１２１で３個のアンテナＡＴ１〜ＡＴ３に切替接続することで、３個のレーダの時分割処理を可能とする。レーダ信号処理部１３は、少なくとも３個のレーダそれぞれの諸元である、最適中心周波数と、要求距離分解能から決まる最小掃引帯域幅と、要求速度分解能から決まる最小掃引時間と、要求検知距離範囲および要求相対速度範囲から決まる最小ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）サンプル数とを互いに同一にして処理する。また、掃引時間をＦＦＴサンプル数で割った単位時間内に、アンテナＡＴ１〜ＡＴ３それぞれの要求検知距離範囲と要求耐クラッタ特性を満足する送信パルスと受信サンプル列が必要な時間間隔以上離れて配列されるように、時分割でスイッチ１２１，１２２を切替制御する。

上記のように送受切替スイッチ１２２及びレーダ信号処理部１３を共用化した構成にすることで、各レーダの時分割処理において、掃引時間をＦＦＴサンプル数で割った単位時間内に、アンテナＡＴ１〜ＡＴ３それぞれの要求検知距離範囲と要求耐クラッタ特性を満足する送信パルスと受信サンプル列が必要な時間間隔以上離れて配列されるため、目標の距離と相対速度の各アンテナの単位時間当りの検知回数を共用しない場合と同じようにすることができる。これによって、低価格化・小型軽量化と性能向上を同時に実現することができる。

（第１の実施例）
上記構成において、第１の実施例の処理動作を図３及び図４を参照して説明する。
図３は処理動作のタイミングを示し、図４は車両Ａに搭載される３個のレーダのアンテナパターンを示しており、アンテナＡＴ１は長距離前方用、アンテナＡＴ２は短距離側方用（右側）、アンテナＡＴ３は短距離側方用（左側）として用いられる。３個のアンテナＡＴ１〜ＡＴ３の下記パラメータは互いに同じで、それぞれ最適中心周波数ｆ＝76.5GHz、最小掃引帯域幅Ｂ＝300MHz、最小掃引時間Ｔ＝2048μs、最小ＦＦＴサンプル数Ｎ＝1024とする。

図３において、送信１と受信１１と受信１２ではアンテナＡＴ１に切り替えられ、送信２と受信２１ではアンテナＡＴ２に切り替えられ、送信３と受信３１ではアンテナＡＴ３に切り替えられる。長距離前方用アンテナＡＴ１の最大検知距離Ｒ_12maxを150ｍとし、短距離側方用アンテナＡＴ２とアンテナＡＴ３の最大検知距離Ｒ_21max，Ｒ_31maxを30ｍ、アイソレーション問題の解決に必要な時間間隔Ｔ_b1を10nsとすると、各送信パルス幅Ｔ_t1，Ｔ_t2は
Ｔ_t1＝Ｒ_12max／ｃ−Ｒ_b1／２＝495ns
Ｔ_t2＝Ｔ_t3＝２・Ｒ_21max／ｃ−Ｔ_b1＝190ns
となり、時間間隔Ｔ_b2は
Ｔ_b2＝Ｔ／Ｎ−２・Ｔ_t1−２・Ｔ_t2−５・Ｔ_b1＝580ns
となり、各受信サンプルの検知距離は表２と同様な計算から表３に示すようになる。

表３から明らかなように、本実施形態のシステムでは、アンテナパターンが一部重なっているが、各アンテナＡＴ１〜ＡＴ３のアップスイープとダウンスイープの同期はとれており、各受信サンプルと各送信パルスは少なくてもアイソレーション問題の解決に必要な時間間隔は離れているので、それらによって受信感度が悪くなることはない。また、アンテナパターンが重なっているのは一部だけなので、耐クラッタ特性にも殆ど影響しない。

例えば、長距離前方用レーダと短距離側方用レーダの中心周波数がf＝76.7GHzの状態の時に、側方から近付いてきた車のレーダの送信信号の周波数が同じ76.7GHzと言う様に妨害波が発生し始めたら、短距離側方用レーダの周波数を例えばf＝76.5GHzとする。この時、長距離前方用レーダも同じ中心周波数f＝76.5GHzとする。掃引帯域幅Ｂ＝300MHzにおける距離分解能ΔＲは0.5ｍであるが、例えば長距離前方用アンテナＡＴ１の要求距離分解能が1ｍの場合（最小掃引帯域幅Ｂは150MHz）、表３に示すように同じ掃引帯域幅Ｂ＝300MHzとする。掃引時間Ｔ＝2048μsにおける速度分解能Δｖは3.45km/hであるが、例えば長距離前方用アンテナＡＴ１の要求速度分解能が6.9km/hの場合（最小掃引時間Ｔは1024μs）、表３に示すように同じ掃引時間Ｔ＝2048μsとする。

ＦＦＴサンプル数Ｎ＝1024において短距離側方用アンテナＡＴ２の最大検知距離Ｒ_21max＝30ｍで検知できる最大相対速度は±1558km/hであるが、その要求相対速度範囲が±300km/hの場合（最小ＦＦＴサンプル数Ｎは512）、表３に示すように同じＦＦＴサンプル数Ｎ＝1024とする。短距離側方用アンテナＡＴ２に必要なＦＦＴサンプル数Ｎは512なので、送信パルスと受信サンプルを一つおきに間引きする。そして、間引きした送信パルスと受信サンプルを他のアンテナに切替える。

（第２の実施例）
上記レーダシステムの第２の実施例として、図５に示す処理動作のタイミング関係を参照してその動作を説明する。
本実施例では、表３の長距離前方用アンテナ１１と比べて、送信１のパルス幅を半分のＴ_t1＝247.5ns、受信サンプル数を２倍の４にして、表４に示すように各受信サンプルが受け持つ距離を表３の半分にしている。したがって、アンテナＡＴ１の耐クラッタ特性は表３の場合より表４の場合の方がよい。

（第３の実施例）
上記レーダシステムの第３の実施例として、図６に示す処理動作のタイミング関係を参照してその動作を説明する。
本実施例では、表３の各送信パルス幅と受信サンプル数は変えずに入れ子にすることによって、ＦＦＴサンプル数を２倍のＮ＝2048としている。したがって、表５に示すように長距離前方用アンテナＡＴ１の最大検知距離Ｒ_12max＝150ｍで検知できる最大相対速度は±2471km/hになる。

（第４の実施例）
上記レーダシステムの第４の実施例として、図７に示す処理動作のタイミング関係を参照してその動作を説明する。
本実施例は、例えば高速道路の左カーブで、図８に示すように長距離前方用の３個のアンテナＡＴ１〜ＡＴ３を切り替えてビームを振り、短距離側方用の２個のアンテナＡＴ４，ＡＴ５と組み合わせる例である。この場合、長距離前方用の３個のアンテナＡＴ１〜ＡＴ３も入れ子にするために、それらの送信パルス幅も少しずつ異なり、例えば受信21と受信12などの受信サンプル間の時間間隔をＴ_b2＝20nsとすると、表６に示すように各アンテナＡＴ１〜ＡＴ５の最大検知距離はそれぞれＲ_12max＝150ｍ、Ｒ_22max＝138ｍ、Ｒ_32max＝120ｍ、Ｒ_41max＝Ｒ_51max＝25ｍとなる。

（第５の実施例）
上記レーダシステムの第５の実施例として、図９に示す処理動作のタイミング関係を参照してその動作を説明する。

本実施例は、例えば図１０に示すように四方を見渡せる場所にアンテナＡＴ１〜ＡＴ４を取り付けて、長距離前方用アンテナＡＴ１、中距離後方用アンテナＡＴ２、短距離側方用アンテナＡＴ３、ＡＴ４に切り替える例である。この場合の各アンテナＡＴ１〜ＡＴ４の最大検知距離は、表７に示すようにＲ_14max＝150ｍ、Ｒ_22max＝64ｍ、Ｒ_31max＝Ｒ_41max＝24ｍとなる。

（他の実施例）
上記レーダシステムにおいて、アンテナの少なくても一部をモノパルスアンテナにして、ビーム内の目標の角度も検知するようにしてもよい。また、上記レーダシステムにおいて、複数のアンテナで検知した目標の距離や相対速度や角度の少なくても一部を使って目標の距離、相対速度、角度を演算することによって、検知精度の向上を図ることができる。

また、例えば真直ぐな高速道路では、表３のレーダシステム、左カーブでは表６のレーダシステムというように変更するようにしてもよい。その変更は手動で行うようにしてもよいが、例えば図１１に示す流れ図のように、前方車両の距離・角度・速度などのレーダシステム内情報（Ｓ１）とハンドル・速度・カーナビゲーターなどのレーダシステム外情報（Ｓ２）に基づいて、進行方向を予測・認識し（Ｓ３）、直進かカーブかの判断（Ｓ４）に応じて表３あるいは表６のレーダシステム（Ｓ５，Ｓ６）に自動的に変更するようにすれば、運転者の労力が軽減され、いっそう効果的である。

また、上記ＦＭＩＣＷレーダシステムを２つ以上一体化し、各システムのレーダ信号処理部を共用化して、２つの場合ならば図１２に示すようにモード１とモード２を時分割で処理するというように、個数に合わせて時分割処理するようにしてもよい。あるいは、ＦＭＣＷレーダシステムを１つ以上とＦＭＩＣＷレーダシステムを１つ以上を一体化し、それぞれのレーダ信号処理部を共用化して、適宜時分割処理することも可能である。

また、低価格化・軽薄短小化のために、例えば図１の３個のアンテナを一体構造にすることも有効である。図１３に１つのレーダの構造例を示す。図１３において、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は裏面図である。

このアンテナは、両面に導体箔を貼り付けた誘電体基板２１に、スロットアンテナ２２のアレイとそれらとレーダ信号処理部２３を接続するポスト導波管路２４を形成した、レーダ信号処理部一体型の平面アンテナである。例えば、ビームをアンテナの面に垂直にするためには、各スロットアンテナの位相が揃うようにポスト導波管路２４の長さを設定する。また、位相を変えればビームの向きを例えば右に振ることができる。図１４は本発明に係るレーダシステムの構造の一例で、切替部１２及びレーダ信号処理部１３はアンテナＡＴ１に実装し、アンテナＡＴ２とアンテナＡＴ３には同軸ケーブルで接続する。図１５は本発明に係るレーダシステムの構造の他の例で、３個のアンテナＡＴ１〜ＡＴ３を一体構造にしている。すなわち、一枚の基板１１１にスロットアンテナ１１２による３つの平面アンテナＡＴ１〜ＡＴ３を形成し、レーダ信号処理部１３を、切替部１２を介して各アンテナＡＴ１〜ＡＴ３にポスト導波管路１１３で接続する。

また、ＦＭＣＷ方式あるいはＦＭＩＣＷ方式の送信波の周波数をステップ状に変化させるステップチャープ方式を採用する場合にも実施可能である。また、上記ＦＭＩＣＷレーダシステムと送信タイミングを基準とした受信信号の遅延時間から目標距離を得るパルスレーダを組み合わせることで、検知精度を向上させることも可能である。また、図１６に示すように送受切替スイッチとアンテナ切替スイッチを一体化したスイッチ１２３，１２４を用いてもよい。

また、図１に示した送受切替スイッチ１２２を図１７に示すようにサーキュレータ１２５に替えてもよい。

また、図１では、アンテナ部１１に送受共用アンテナを用いるものとして説明したが、図１８に示すように、アンテナ部１１において、送信用アンテナＡＴＴ１〜ＡＴＴ３と受信用アンテナＡＴＲ１〜ＡＴＲ３とを個別に備えるようにしてもよい。この場合、切替部１２としては、送信信号の送信先アンテナを切り替えるスイッチ１２６と、受信信号の取得先アンテナを切り替えるスイッチ１２７を設ければよい。

また、上記実施形態では、距離及び相対速度を検知するものとして説明したが、距離だけを検知して、相対速度は検知しないようにしてもよい。

その他、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係るレーダシステムの一実施形態を示すブロック構成図。 図１に示すレーダシステムの送信部と受信部の具体的な構成を示すブロック構成図。 図１に示すレーダシステムが適用される第１の実施例として、長距離前方１個と短距離側方２個のアンテナを切替える場合の送受切替タイミングを示すタイミング波形図。 上記第１の実施例の車載時の各アンテナのパターンを示す概念図。 本発明に係るレーダシステムの第２の実施例の送受切替タイミングを示すタイミング波形図。 本発明に係るレーダシステムの第３の実施例の送受切替タイミングを示すタイミング波形図。 本発明に係るレーダシステムの第４の実施例の送受切替タイミングを示すタイミング波形図。 上記第４の実施例の車載時の各アンテナのパターンを示す概念図。 本発明に係るレーダシステムの第５の実施例の送受切替タイミングを示すタイミング波形図。 上記第５の実施例の車載時の各アンテナのパターンを示す概念図。 本発明に係る他の実施例として、状況の変化を予測・認識してレーダシステムの特性を自動変更する場合の処理の流れを示すフローチャート。 本発明に係る他の実施例として、複数のレーダシステムを一体化して一部供用化した場合の時分割処理する様子を示すタイミング波形図。 １つのレーダの構造例を示す構成図。 本発明に係るレーダシステムの構造の一例を示す図。 本発明に係るレーダシステムの構造の他の例を示す図。 本発明に係るレーダシステムに送受切替スイッチとアンテナ切替スイッチを一体化した構造を持つスイッチを用いた場合の構成を示すブロック構成図。 本発明に係るレーダシステムに送受切替スイッチに代わってサーキュレータを用いた場合の構成を示すブロック構成図。 本発明に係るレーダシステムにおいて、アンテナ部が送信用アンテナと受信用アンテナを個別に備える場合の構成を示すブロック構成図。 本発明で適用されるＦＭＣＷ方式の動作説明図。 本発明で適用されるＦＭＩＣＷ方式の一例の動作説明図。 本発明で適用されるＦＭＩＣＷ方式の他の例の動作説明図。 上記ＦＭＩＣＷレーダを３個車載したときの各アンテナのパターンを示す概念図。 図２２に示すレーダシステムにおいて、アンテナ３個に切替えて時分割する場合の従来の処理動作を説明するためのタイミング波形図。

符号の説明

１１…アンテナ部、ＡＴ１〜ＡＴｎ…アンテナ、ＡＴＴ１〜ＡＴＴ３…送信用アンテナ、ＡＴＲ１〜ＡＴＲ３…受信用アンテナ、１１１…誘電体基板、１１２…スロットアンテナ、１１３…ポスト導波管路、１２…切替部、１２１…アンテナ切替スイッチ、１２２…送受切替スイッチ、１２３，１２４…送受切替／アンテナ切替スイッチ、１２５…サーキュレータ、１２６…送信先切替スイッチ、１２７…取得先切替スイッチ、１３…レーダ信号処理部、１３１…送信部、１３１１…発振器、１３１２…分配器、１３１３…電力増幅器、１３２…受信部、１３２１…低雑音増幅器、１３２２…ミキサー、１３３…演算部、１３４…制御部、２１…誘電体基板、２２…スロットアンテナ、２３…レーダ信号処理部、２４…ポスト導波管路、Ａ…車両。

Claims (23)

1. 連続波に周波数変調を施した送信信号を送信して、目標からの反射波を受信し、前記送信信号の一部をローカル信号として前記受信信号を周波数変換したベースバンド信号の周波数から目標の距離と相対速度の少なくともいずれか一方を計測するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式またはその送信信号をパルス化して送受信を断続的に切替えるＦＭＩＣＷ（Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave）方式の複数のレーダを用いて互いに異なる方向に対して周囲に存在する目標探索を行うレーダシステムであって、
   前記複数のレーダそれぞれが、
   前記送信信号を送信し、前記目標からの反射波を受信するアンテナ部と；
   前記送信信号を生成して前記アンテナ部に出力する送信部と、前記アンテナ部で得られる前記受信信号を、前記送信信号の一部のローカル信号と混合して前記ベースバンド信号に周波数変換する受信部と、前記ベースバンド信号の周波数から目標の距離と相対速度を演算する演算部と、少なくとも前記送信信号の周波数、前記演算部の演算処理を制御する制御部とを備えるレーダ信号処理部と
   を具備するものであるとき、
   前記複数のレーダのうち、それぞれの諸元である、最適中心周波数と、要求距離分解能から決まる最小掃引帯域幅と、要求速度分解能から決まる最小掃引時間と、要求検知距離範囲および要求相対速度範囲から決まる最小ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）サンプル数が同じレーダの、あるいはその一部のレーダの、前記レーダ信号処理部を共用化し、
   前記レーダ信号処理部を共用化したレーダをそれぞれの運用時に当該レーダのアンテナ部に選択的に切替接続するアンテナ切替部をさらに備え、
   前記レーダ信号処理部の制御部は、前記アンテナ切替部を、前記掃引時間を前記ＦＦＴサンプル数で割った単位時間内に、前記レーダ信号処理部を共用化したレーダそれぞれの前記要求検知距離範囲と要求耐クラッタ特性を満足する送信パルスと受信サンプル列が必要な時間間隔以上離れて配列されるように、時分割で切替制御することを特徴とするレーダシステム。
2. 前記複数のレーダのうち、前記最適中心周波数が同じでないレーダの、あるいはその一部のレーダの、中心周波数を統一して同じとすることを特徴とする請求項１記載のレーダシステム。
3. 前記複数のレーダのうち、前記要求距離分解能から決まる前記最小掃引帯域幅が同じでないレーダの、あるいはその一部のレーダの、掃引帯域幅を、一番広い掃引帯域幅に合わせてあるいはさらに広い帯域幅で統一して同じとすることを特徴とする請求項１記載のレーダシステム。
4. 前記複数のレーダのうち、前記要求速度分解能から決まる前記最小掃引時間が同じでないレーダの、あるいはその一部のレーダの、掃引時間を一番長い掃引時間に合わせてあるいはさらに長い掃引時間で統一して同じとすることを特徴とする請求項１記載のレーダシステム。
5. 前記複数のレーダのうち、前記要求検知距離範囲および前記要求相対速度範囲から決まる前記最小ＦＦＴサンプル数が同じでないレーダの、あるいはその一部のレーダの、ＦＦＴサンプル数を一番多いＦＦＴサンプル数に合わせてあるいはさらに多いＦＦＴサンプル数で統一して同じとすることを特徴とする請求項１記載のレーダシステム。
6. 前記統一によりＦＦＴサンプル数が必要以上となるレーダのアンテナについては、送信パルスと受信サンプルを間引きすることを特徴とする請求項５記載のレーダシステム。
7. 前記間引きした送信パルスと受信サンプルを他のアンテナに振り替えることを特徴とする請求項６記載のレーダシステム。
8. 前記複数のレーダのアンテナ部の全部または一部は、モノパルスアンテナであり、前記レーダ信号処理部は前記モノパルスアンテナのビーム内の目標の角度を検知することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載のレーダシステム。
9. 前記レーダ信号処理部は、二つ以上のアンテナ部の受信信号から検知した目標の距離、相対速度の少なくても一部を使って前記目標の距離、相対速度の少なくても一部を演算することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載のレーダシステム。
10. 前記レーダ信号処理部は、二つ以上のアンテナ部の受信信号から検知した目標の距離、相対速度、角度の少なくても一部を使って前記目標の距離、相対速度、角度の少なくても一部を演算することを特徴とする請求項８記載のレーダシステム。
11. 前記最適中心周波数あるいは前記要求距離分解能あるいは前記要求速度分解能あるいは前記要求検知距離範囲あるいは前記要求相対速度範囲あるいは前記要求耐クラッタ特性あるいは目標の位置・動きあるいは妨害波の変化に合わせて、前記中心周波数あるいは前記掃引帯域幅あるいは前記掃引時間あるいは前記ＦＦＴサンプル数あるいは前記レーダ信号処理部を共用化する前記アンテナの選定状況あるいは前記送信パルスあるいは前記受信サンプル列あるいは前記配列を変更することを特徴とする請求項１乃至７及び９のいずれか記載のレーダシステム。
12. 前記最適中心周波数あるいは前記要求距離分解能あるいは前記要求速度分解能あるいは前記要求検知距離範囲あるいは前記要求相対速度範囲あるいは前記要求耐クラッタ特性あるいは目標の位置・動きあるいは妨害波の変化に合わせて、前記中心周波数あるいは前記掃引帯域幅あるいは前記掃引時間あるいは前記ＦＦＴサンプル数あるいは前記レーダ信号処理部を共用化する前記アンテナの選定状況あるいは前記送信パルスあるいは前記受信サンプル列あるいは前記配列あるいは前記モノパルスアンテナの使用状況を変更することを特徴とする請求項８または１０記載のレーダシステム。
13. 前記目標の位置・動きと、妨害波と、クラッタの状況と、被搭載移動体で得られる運転・操縦に関する情報の全部またはその一部に基づいて前記変化を予測・認識して前記変更を自動的に実施することを特徴とする請求項１１または１２記載のレーダシステム。
14. 前記ＦＭＩＣＷレーダシステムを２つ以上一体化して、前記レーダ信号処理部を共用化して時分割にすることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか記載のレーダシステム。
15. 前記ＦＭＣＷレーダシステムを１つ以上と前記ＦＭＩＣＷレーダシステムを１つ以上一体化して、少なくともいずれかのレーダシステムの前記レーダ信号処理部を共用化して時分割にすることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか記載のレーダシステム。
16. 前記複数のレーダそれぞれのアンテナ部の少なくても一部を一体構造にしたことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか記載のレーダシステム。
17. 前記ＦＭＣＷ方式または前記ＦＭＩＣＷ方式の送信波の周波数をステップ状に変化させるステップチャープ方式とすることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか記載のレーダシステム。
18. さらに他の方式のレーダを一つ以上含むことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか記載のレーダシステム。
19. さらに、前記送信部から出力される送信信号を前記アンテナ部に導出する送信状態と、前記アンテナ部で得られた受信信号を前記受信部に導出する受信状態とを選択的に切り替える送受切替部を備え、
    前記制御部は前記送受切替部を予め決められたタイミングで切替制御することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか記載のレーダシステム。
20. 前記送受切替部と前記アンテナ切替部を混合したことを特徴とする請求項１９記載のレーダシステム。
21. 前記送受切替部にサーキュレータを用いることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか記載のレーダシステム。
22. 前記複数のレーダそれぞれのアンテナ部は、送信用アンテナと受信用アンテナを備えることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか記載のレーダシステム。
23. 連続波に周波数変調を施した送信信号を送信して、目標からの反射波を受信し、前記送信信号の一部をローカル信号として前記受信信号を周波数変換したベースバンド信号の周波数から目標の距離と相対速度を計測するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式またはその送信信号をパルス化して送受信を断続的に切替えるＦＭＩＣＷ（Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave）方式の複数のレーダを用いて互いに異なる方向に対して周囲に存在する目標探索を行うレーダシステムが搭載される移動体装置であって、
    前記レーダシステムは、請求項１乃至２２のいずれか記載のレーダシステムであることを特徴とするレーダ搭載移動体装置。

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