JP2012194103A - レーダ装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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)
(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)
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
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)
- 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。 - 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。
- 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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