JP2012194103A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時分割で被変調信号の送信と反射波の受信とを切り換えるレーダ装置において、受信信号の検出感度の調整作業を低減する。
【解決手段】レーダ装置１は、被変調信号を生成する変調部１１と、被変調信号を送受信するアンテナ１３と、アンテナによる被変調信号の送信及び受信を時分割で切り換えるスイッチ（１４、１５）と、受信された被変調信号の受信強度を検出する受信強度検出部２０と、受信強度検出部により検出される受信強度と被変調信号の受信強度の目標値に基づき、スイッチのスイッチング周波数を可変制御するスイッチ制御部１６を備える。
【選択図】図１

Description

本明細書で論じられる実施態様は、レーダ装置に関する。

レーダ装置は、被変調信号を電磁波として放射し、その反射波を受信することによって物標を検出する。その一例として、時分割で被変調信号の送信と反射波の受信とを切り換えるレーダ装置が知られている。

なお、擬似信号発振器と、電力分配器と、低周波信号発振器と、ハイブリッドと、２つのミクサと、受信信号と擬似信号との入力切換のためのスイッチとを備え、２つの周波数成分の擬似信号を入力して２個の前段アナログ信号処理回路及び２個の後段アナログ信号処理回路の利得誤差及び透過位相誤差を検出し、信号処理演算により補正するレーダ受信装置が知られている。

特開平９−６８５６８号公報

レーダ装置を構成する種々の回路は電気的性能の個体差を有するため、同一構成のレーダ装置であっても受信信号を検出する検出感度が製品毎に異なる。このため、従来の試験調整工程では受信信号を増幅する可変増幅器の利得を手動で補正することにより各製品間における検出感度を調整しており、手動の作業が工数の増大を招いていた。

開示の装置は、時分割で被変調信号の送信と反射波の受信とを切り換えるレーダ装置において、受信信号の検出感度の調整作業を低減することを目的とする。

装置の一観点によれば、被変調信号を生成する変調部と、被変調信号を送受信するアンテナと、アンテナによる被変調信号の送信及び受信を時分割で切り換えるスイッチと、受信された被変調信号の受信強度を検出する受信強度検出部と、受信強度検出部により検出される受信強度と被変調信号の受信強度の目標値に基づき、スイッチのスイッチング周波数を可変制御するスイッチ制御部を備えるレーダ装置が与えられる。

本件開示の装置によれば、時分割で被変調信号の送信と反射波の受信とを切り換えるレーダ装置において、受信信号の検出感度の調整作業を低減することが可能となる。

レーダ装置の第１例の構成図である。 各スイッチング周波数と受信信号の相対強度との関係を示すグラフである。 レーダ装置の受信信号の検出感度の調整処理の第１例の説明図である。 レーダ装置の第２例の構成図である。 レーダ装置の受信信号の検出感度の調整処理の第２例の説明図である。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１は、レーダ装置の第１例の構成図である。なお、本明細書では、レーダ波の送受信を時分割で切り換えるＦＭＣＷ（周波数変調連続波：Frequency Modulated Continuous Wave）レーダを例として、本明細書に開示のレーダ装置を説明する。しかし、本明細書に開示のレーダ装置は、他の変調方式で変調された被変調波をレーダ波として使用するレーダ装置にも同様に適用してよい。

レーダ装置１は、変調信号生成部１０、変調部１１、増幅部１２及び１７、アンテナ１３、送信スイッチ１４、受信スイッチ１５、スイッチ制御部１６、周波数変換部１８、中間周波数信号処理部１９、受信強度検出部２０並びに信号処理部２１を備える。なお、以下の説明及び図面において、中間周波数を「ＩＦ」と表記することがある。

変調信号生成部１０は、レーダ装置１から出力されるレーダ波である被変調信号を生成する周波数変調を行うための変調信号を生成する。変調信号は、例えば三角波信号であってよい。変調部１１は、変調信号生成部１０で生成された変調信号で搬送波を周波数変調することによって被変調信号を生成する。増幅部１２は、変調部１１が生成した被変調信号を増幅する。アンテナ１３は、増幅部１２で増幅された被変調信号を送信する。また、アンテナ１３は、物標で反射した被変調信号を受信する。増幅部１４は、アンテナ１３により受信された被変調信号を増幅する。以下の説明において、アンテナ１３により受信された被変調信号を「受信信号」と表記することがある。

送信スイッチ１４は、増幅部１２とアンテナ１３との間の接続を開閉する。また、受信スイッチ１５は、アンテナ１３と増幅器１７との間の接続を開閉する。スイッチ制御部１６は、送信スイッチ１４及び受信スイッチ１５の開閉を駆動する。スイッチ制御部１６は、送信スイッチ１４の閉成時に受信スイッチ１５を開放し、送信スイッチ１４の開放時に受信スイッチ１５を閉成することにより、アンテナ１３による被変調信号の送信及び受信を時分割で切り換える。スイッチ制御部１６が、送信スイッチ１４及び受信スイッチ１５を開閉するスイッチング周波数ｆｓｗについては後述する。

周波数変換部１８は、変調部１１から出力される被変調信号と受信信号を混合する。受信信号は、変調部１１から出力される被変調信号が混合された受信信号は、レーダ装置１と物標との間の相対速度と距離情報を含む中間周波数信号である。

ＩＦ信号処理部１９は、周波数変換部１８から出力される中間周波数信号に対して所定の信号処理を施す。ＩＦ信号処理部１９が行う信号処理は、例えばフィルタリングや利得制御であってよい。受信強度検出部２０は、ＩＦ信号処理部１９の出力信号の強度を検出することによって受信信号の強度を検出する。なお、受信強度検出部２０は、受信スイッチ１５からＩＦ信号処理部１９までの経路のいずれかの位置に配置してもよい。信号処理部２１は、ＩＦ信号処理部１９の出力信号を処理することによって、レーダ装置１と物標との間の相対速度と距離情報を測定する。

次に、送信スイッチ１４及び受信スイッチ１５を開閉するスイッチング周波数ｆｓｗについて説明する。発明者は、レーダ装置がレーダ波を受信する検出感度が、レーダ波の送信及び受信スイッチング周波数ｆｓｗに依存することを発見した。図２は、各スイッチング周波数において測定された被変調信号と受信信号との混合信号の強度を示すグラフである。測定時の被変調信号の搬送周波数ｆ０及び変調信号の三角波の周波数Ｂｗはそれぞれ、ｆ０＝７６．５ＧＨｚ、Ｂｗ＝１００ＭＨｚであった。測定は、レーダ波を５０ｍ離れた隣接建屋にレーダ波を反射させることにより行われた。

図２の測定値に示すように、スイッチング周波数ｆｓｗが約５００ｋＨｚである場合に受信強度は約３０ｄＢｍＶであり、スイッチング周波数ｆｓｗが約１．５ＭＨｚの場合に受信強度が約６０ｄＢｍＶに至るまでの間に、受信強度が単調増加した。その後、受信強度は低下し、スイッチング周波数ｆｓｗが約１．９６ＭＨｚである場合に受信強度は約５７ｄＢｍＶになった。

したがってスイッチング周波数ｆｓｗを変更すれば、レーダ装置１により検出される受信信号の検出強度を変更して受信信号の検出感度を調整することができる。このため、図１に示すスイッチ制御部１６は、受信強度検出部２０から出力される受信信号の受信強度の検出値と、この受信信号の受信強度に関して与えられる所与の目標値に基づいて、送信スイッチ１４及び受信スイッチ１５を開閉するスイッチング周波数ｆｓｗを可変制御する。

例えば、スイッチ制御部１６は、受信強度検出部２０から出力される検出値が所与の目標値に近づくようにスイッチング周波数ｆｓｗを可変制御してよい。ある実施例では、スイッチ制御部１６は、受信強度検出部２０から出力される検出値が所与の目標値に応じて定まる許容範囲内に入るようにスイッチング周波数ｆｓｗを可変制御してよい。ある実施例では、スイッチ制御部１６は、受信強度検出部２０から出力される検出値と所与の目標値との差が許容範囲内に入るようにスイッチング周波数ｆｓｗを可変制御してよい。

所与の目標値は、レーダ装置１の調整作業が行われる環境に応じて定められる。すなわち、一定環境下でレーダ装置１から検出すべき受信強度として所与の目標値を定めることによって、レーダ装置１における受信信号の検出感度を一定の感度に調整することができる。例えば、レーダ装置１の調整作業に使用される、レーダ波の反射環境によって所与の目標値を定めてよい。

レーダ装置１は、所与の目標値を記憶するメモリ等の記憶素子を備えていてよい。スイッチ制御部１６は、検出感度を調整する場合にこの記憶素子から所与の目標値を読み出してよい。レーダ装置１は、スイッチ制御部１６が使用する目標値を指定するスイッチ素子を備えていてよい。例えばスイッチ装置は、目標値を設定するためのディップスイッチ等であってよい。

また、レーダ装置１は、その外側から所与の目標値を与えるための入力手段を備えていてよい。入力手段は、レーダ装置１の出荷前の試験調整工程において目標値を与えるために使用されてよい。また、入力手段は、レーダ装置１の所有者や使用者が、レーダ装置１の経時変化による検出感度の変動を補正する調整を行う際に目標値を与えるために使用されてよい。

スイッチ制御部１６は、受信強度検出部２０の検出値と所与の目標値に基づきスイッチング周波数をフィードバック制御してよい。このとき、スイッチ制御部１６は、例えばスイッチング周波数ｆｓｗを上昇及び下降のどちらの方向に変更すれば検出値が目標値に近づくかを決定する。スイッチ制御部１６は、決定した変更方向にスイッチング周波数ｆｓｗを変更することによって検出値を目標値に近づける。

例えば、スイッチ制御部１６は、スイッチング周波数ｆｓｗをある方向に微小変化させ、このときに生じる検出値の変化を検出してスイッチング周波数ｆｓｗの変更方向を決定してよい。あるいは、スイッチ制御部１６は、各スイッチング周波数ｆｓｗにおいて事前に受信強度検出部２０から出力された検出値に基づいて、現在のスイッチング周波数ｆｓｗにおける周波数ｆｓｗの変化方向と検出値の変動方向との関係を推定してもよい。スイッチ制御部１６は、この推定結果に基づいて検出値が目標値に近づくスイッチング周波数ｆｓｗの変更方向を決定してよい。

スイッチ制御部１６は、検出感度の調整処理を指示する指示信号を受信した場合に調整処理を開始してよい。レーダ装置１は、指示信号を与えるための信号生成素子を備えてよい。信号生成素子は、レーダ装置１を制御するプロセッサであってよい。信号生成素子は、例えばオペレータが外部からレーダ装置１を操作するスイッチ等でもよい。

続いてレーダ装置１によって実施される検出感度の調整処理について説明する。図３は、図１のレーダ装置１における調整処理の一例の説明図である。他の実施態様においては、下記のオペレーションＡＡ〜ＡＥの各オペレーションはステップであってもよい。検出感度の調整処理を行う際に、レーダ装置１は所定の調整作業用の環境に置かれる。

オペレーションＡＡにおいてスイッチ制御部１６は、指示信号を入力する。指示信号の入力によってスイッチ制御部１６は、検出感度の調整処理を開始する。オペレーションＡＢにおいて受信強度検出部２０は、受信信号の受信強度を検出する。オペレーションＡＣにおいてスイッチ制御部１６は、受信強度検出部２０から出力される検出値と所与の目標値との差が許容範囲内に入っているか否かを判定する。

検出値と目標値との差が許容範囲内である場合（オペレーションＡＣ：Ｙ）には、調整処理を終了する。検出値と目標値との差が許容範囲内でない場合（オペレーションＡＣ：Ｎ）には、処理はオペレーションＡＤへ進む。オペレーションＡＤにおいてスイッチ制御部１６は、検出値が目標値に近づくようにスイッチング周波数ｆｓｗの変更方向を決定する。オペレーションＡＥにおいてスイッチ制御部１６は、オペレーションＡＤで決定した方向へ所定のステップ幅だけスイッチング周波数ｆｓｗを変更する。その後処理を、オペレーションＡＢへ戻す。

本実施例によれば、レーダ装置１の検出感度の調整処理を自動で行うことができる。このため、従来の手動での作業により増えていた受信信号の検出感度の調整処理の工数を低減することができる。また本実施例によれば、スイッチング周波数ｆｓｗの変更により検出感度を調整するため、従来使用していた可変増幅器を省くことができる。このため、レーダ装置１の製作コストを低減することができる。

なお、本実施例のレーダ装置は、車両検知用のレーダに適用してよい。本実施例のレーダ装置によれば試験調整が容易になるので、安定した品質で低価格の車両検知用レーダの供給に資する。

続いて、レーダ装置１の他の実施例について説明する。本実施例では、レーダ装置１に、スイッチング周波数と受信信号の相対受信強度との間の対応関係を予め記憶する記憶部を設けておく。スイッチ制御部１６は、記憶された対応関係と、目標値と、受信強度検出部２０により検出される受信強度に基づいて、スイッチング周波数ｆｓｗを決定する。

上述の通り、レーダ装置１の製品毎に生じる電気的性能の個体差によって製品毎の検出感度は異なる。しかし、スイッチング周波数ｆｓｗの変化に対する受信信号の受信強度の周波数特性の曲線の形状は製品間で共通する。すなわち、各スイッチング周波数における受信信号の相対受信強度Ｉｒを予め定めると、スイッチング周波数ｆｓｗの変化に対する相対受信強度Ｉｒの周波数特性は製品間で共通する。

いま、所与の目標値をＩｔと表記し、受信強度検出部２０の検出値が目標値Ｉｔとなるスイッチング周波数をｆｔと表記し、周波数ｆｔにおいて予め定めた相対受信強度をＩｒｔと表記する。また、現在のスイッチング周波数において検出された受信強度をＩｃと表記し、現在のスイッチング周波数について予め定めた相対受信強度をＩｒｃと表記する。

相対受信強度Ｉｒの周波数特性が一定であると次式（１）が成立する。
（Ｉｒｔ／Ｉｒｃ）＝（Ｉｔ／Ｉｃ） （１）

したがって、受信強度検出部２０の検出値が目標値Ｉｔとなるスイッチング周波数ｆｔに対して定められる相対受信強度Ｉｒｔは、次式（２）により計算できる。
Ｉｒｔ＝（Ｉｔ×Ｉｒｃ）／Ｉｃ （２）

次に、予め定めたスイッチング周波数と受信信号の相対受信強度との間の対応関係に従って、次式（２）の値Ｉｒｔに最も近い相対受信強度が定められたスイッチング周波数ｆｔ’を決定する。

スイッチング周波数ｆｔ’に対して定められた相対受信強度の値が、値Ｉｒｔに十分近ければ、スイッチング周波数ｆｓｗをスイッチング周波数ｆｔ’に設定することで、受信強度検出部２０の検出値と目標値Ｉｔとの差を十分に小さくすることができる。

図４は、レーダ装置１の第２例の構成図である。図１に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照符号を付する。同一の参照符号が付された構成要素の動作は特に説明しない限り同じである。また、図４に示す構成要素やその機能を他の実施例が備えていてもよい。

レーダ装置１は、対応関係記憶部２２を備える。対応関係記憶部２２には、予め決定された、スイッチング周波数ｆｓｗと受信信号の相対受信強度Ｉｒとの間の対応関係が記憶される。対応関係は、複数のスイッチング周波数ｆｓｗにて測定された受信信号の受信強度の測定値に基づいて決定されてよい。対応関係は、レーダ装置１の構成から計算される設計値に基づいて決定されてもよい。

対応関係記憶部２２に格納される対応関係は、例えば複数のスイッチング周波数ｆｓｗにおける各相対受信強度Ｉｒを記憶する受信強度テーブルであってよい。その他、対応関係は、スイッチング周波数ｆｓｗに応じて相対受信強度Ｉｒを算出する近似式の形式で対応関係記憶部２２に記憶されてもよい。次の表１は、受信強度テーブルの例である。

受信強度テーブルには、情報要素「スイッチング周波数」と「相対受信強度」が格納される。表１は、各スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３…ｆｎにおける相対受信強度が、それぞれＩｒ１、Ｉｒ２、Ｉｒ３…Ｉｒｎであることを示している。

スイッチ制御部１６は、対応関係記憶部２２に記憶される対応関係に従って、現在のスイッチング周波数に応じて定まる相対受信強度Ｉｒｃを決定する。そして、スイッチ制御部１６は、所与の目標値Ｉｔと、受信強度検出部２０から出力される検出値Ｉｃと、相対受信強度Ｉｒｃに基づいて、上式（２）に従って、相対受信強度Ｉｒｔを算出する。

スイッチ制御部１６は、対応関係記憶部２２に記憶される対応関係に従って、値Ｉｒｔに最も近い相対受信強度が定められた周波数ｆｔ’を決定する。スイッチ制御部１６は、スイッチング周波数ｆｓｗを周波数ｆｔ’へ変更する。

続いて、図４のレーダ装置１によって実施される検出感度の調整処理について説明する。図５は、図４のレーダ装置１における調整処理の一例の説明図である。他の実施態様においては、下記のオペレーションＢＡ〜ＢＥの各オペレーションはステップであってもよい。

オペレーションＢＡ及びＢＢの処理は、図３のオペレーションＡＡ及びＡＢの処理と同様である。オペレーションＢＣにおいてスイッチ制御部１６は、受信強度検出部２０から出力される検出値と所与の目標値との差が許容範囲内に入っているか否かを判定する。

検出値と目標値との差が許容範囲内である場合（オペレーションＢＣ：Ｙ）には、調整処理を終了する。検出値と目標値との差が許容範囲内でない場合（オペレーションＢＣ：Ｎ）には、処理はオペレーションＢＤへ進む。オペレーションＢＤにおいてスイッチ制御部１６は、スイッチ制御部１６は、対応関係記憶部２２に記憶される対応関係と、所与の目標値と、受信強度検出部２０により検出される受信強度に基づいて、変更後のスイッチング周波数の値ｆｔ’を決定する。オペレーションＢＥにおいてスイッチ制御部１６は、スイッチング周波数ｆｓｗを周波数ｆｔ’へ変更する。その後処理を終了する。

本実施例でも、レーダ装置１の検出感度の調整処理を自動で行うことができる。本実施例では、フィードバック制御を使用せずにスイッチング周波数を調整することができるので、スイッチング周波数の調整時間を短縮することが可能となる。

１ レーダ装置
１１ 変調部
１３ アンテナ
１４ 送信スイッチ
１５ 受信スイッチ
１６ スイッチ制御部
２０ 受信強度検出部

Claims (3)

1. 被変調信号を生成する変調部と、
   前記被変調信号を送受信するアンテナと、
   前記アンテナによる前記被変調信号の送信及び受信を時分割で切り換えるスイッチと、
   受信された前記被変調信号の受信強度を検出する受信強度検出部と、
   前記受信強度検出部により検出される受信強度と前記被変調信号の受信強度の目標値に基づき、前記スイッチのスイッチング周波数を可変制御するスイッチ制御部と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 前記スイッチ制御部は、前記受信強度検出部により検出される受信強度と前記目標値に基づき前記スイッチング周波数をフィードバック制御する請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記スイッチング周波数と前記被変調信号の受信強度との間の対応関係を記憶する記憶部を備え、
   前記スイッチ制御部は、前記記憶部に記憶される前記対応関係、前記受信強度検出部により検出される受信強度及び前記目標値に基づき前記スイッチング周波数を決定することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。

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