JP2013113644A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛直方向の方位測定精度が向上されたレーダ装置の実現。
【解決手段】レーダ装置は、送信アンテナ１０−１〜１０−５と、デジタル符号発生器１１と、受信アンテナ１２−１、１２−２と、デジタル復調器１３を有している。送信アンテナ１０−１、１０−３、１０−５は、放射方向が斜め鉛直上方となるように設計され、送信アンテナ１０−２、１０−４は、放射方向が斜め鉛直下方となるように設計され、送信アンテナ１０−１〜１０−５全体では、放射方向が水平方向となるように設計されている。デジタル符号発生器１１は、擬似雑音符号Ａで変調された信号と擬似雑音符号Ｂで変調された信号とを合わせた信号が送信アンテナ１０−１、１０−３、１０−５へと出力され、擬似雑音符号Ｂで変調された信号と擬似雑音符号Ｃで変調された信号とを合わせた信号が送信アンテナ１０−２、１０−４へと出力されるよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、擬似雑音符号で変調した信号を放射して対象物の検出を行うレーダ装置に関する。

従来、車載レーダ装置では、送信アンテナを１つ、受信アンテナを複数用意して、位相モノパルス方式やデジタル・ビーム・フォーミング方式などによって対象物の方位推定を行っている（たとえば特許文献１）。

また、特許文献２には、搬送波を複数に分配し、それぞれ異なる擬似雑音符号で変調し、その変調された信号をそれぞれ放射方向の異なる複数の送信アンテナによって放射するレーダ装置が示されている。

特開２００３−２４８０５５ 特開平８−１４６１２６

車載レーダ装置では、路面からの反射波が存在することが前提となる。しかし、特許文献１の方法では、対象物からの反射波が路面からの反射波を含むことを考慮しておらず、対象物の鉛直方向の方位を正しく推定することは困難である。

また、特許文献２のレーダ装置では、鉛直方向の方位測定精度を向上させるためには送信アンテナの本数を増やす必要があり、レーダ装置の大型化、高コスト化を招いてしまう。

そこで本発明の目的は、対象物の鉛直方向の方位測定精度が向上されたレーダ装置を実現することである。

第１の発明は、擬似雑音符号によって変調された信号を送信し、対象物による反射波を受信して対象物を検出するレーダ装置において、放射方向が第１方向である第１送信アンテナと、放射方向が第１方向とは異なる方向である第２方向である第２送信アンテナと、第１送信アンテナにより送信する信号として、擬似雑音符号である第１符号によって変調した信号と、第１符号に直交する擬似雑音符号である第２符号によって変調した信号とを合わせた信号を生成し、第２送信アンテナにより送信する信号として、第１符号または第２符号によって変調した信号と、第１符号および第２符号に直交する擬似雑音符号である第３符号によって変調した信号とを合わせた信号を生成する変調部と、対象物からの反射波を受信する受信アンテナと、第１符号、第２符号、および第３符号を用いてそれぞれ復調し、復調された各信号の強度から、対象物の方位が第１方向、第２方向、または第１送信アンテナと第２送信アンテナとを合わせた全体での放射方向である第３方向のいずれであるかを測定する復調部と、を有することを特徴とするレーダ装置である。

第１送信アンテナや第２送信アンテナは複数であってもよいし単数であってもよい。また、第１送信アンテナおよび第２送信アンテナはアレイアンテナとするのが望ましい。放射方向の設計が容易となるためである。受信アンテナもまた、複数であってもよいし単数であってもよい。受信アンテナを複数として位相モノパルス方式を用いることにより、さらなる方位測定精度の向上を図ることが可能である。受信アンテナもまた、アレイアンテナであってよい。

第２の発明は、第１の発明において、第１方向は斜め鉛直上方であり、前記第２方向は斜め鉛直下方であることを特徴とするレーダ装置である。

第３の発明は、第２の発明において、第３方向は、水平方向であることを特徴とするレーダ装置である。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、第１送信アンテナおよび第２送信アンテナは、アレイアンテナであることを特徴とするレーダ装置である。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、受信アンテナは複数であり、復調部は、各受信アンテナで受信した信号間の位相差を測定する、ことを特徴とするレーダ装置。

第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、変調部および復調部は、デジタル処理であることを特徴とするレーダ装置である。

第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、車載用であることを特徴とするレーダ装置である。

本発明のレーダ装置によると、対象物の方位測定精度を向上させることができ、特に鉛直方向の方位測定精度を向上させることができる。特に本発明のレーダ装置によると、送信アンテナの本数を増やすことなく方位測定精度を向上させることができるため、レーダ装置の小型化、低コスト化を図ることができる。また、本発明のレーダ装置では、送信アンテナあるいは受信アンテナの指向性を機械的もしくは電子的に走査するものではないため、短時間で方位を測定することができる。また、本発明のレーダ装置は、従来の位相モノパルス方式による方位測定を併用することができ、これによりさらなる方位測定精度の向上を図ることが可能である。

実施例１のレーダ装置１の構成を示した図。 送信アンテナ１０−１〜１０−５の構成を示した図。 レーダ装置１の取付位置を示した図。 デジタル符号発生器１１の構成を示した図。 デジタル復調器１３の構成を示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１のレーダ装置１の構成を示した図である。レーダ装置１は、送信アンテナ１０−１〜１０−５と、デジタル符号発生器１１（本発明の変調部に相当）と、受信アンテナ１２−１、１２−２と、デジタル復調器１３（本発明の復調部に相当）と、高周波発振器１４と、混合器１５−１〜１５−５、１６−１、１６−２と、を有している。高周波発振器１４の発振周波数は７６ＧＨｚである。図１のように、デジタル符号発生器１１から出力される５つの信号は、混合器１５−１〜１５−５において高周波発振器１４からの信号と混合されてアップコンバートされ、送信アンテナ１０−１〜１０−５より目標物に照射される。また、受信アンテナ１２−１、１２−２により受信した信号は、混合器１６−１、１６−２において高周波発振器１４からの信号と混合されてダウンコンバートされ、デジタル復調器１３に入力される。このレーダ装置１は車載用であり、図３のように、車両２のフロントグリル部３に取り付けられ、車両２の進行方向前方の対象物を検出するのに用いる。

送信アンテナ１０−１〜１０−５は、図１、２に示すように、車両２の幅方向である水平方向（図中ｘ軸方向）に１列に配列されている。また、図２のように、送信アンテナ１０−１〜１０−５は、鉛直方向（図中ｙ軸方向）にアンテナ素子１００が配列されたアレイアンテナである。送信アンテナ１０−１、１０−３、１０−５については、放射方向が車両２前方の斜め鉛直上方（図３においてαで示した方向）となるように設計され、送信アンテナ１０−２、１０−４については、放射方向が車両２前方の斜め鉛直下方（図３においてβで示した方向）となるように設計されている。このような放射方向の設計は、それぞれの送信アンテナ１０−１〜１０−５における各アンテナ素子１００の間隔を調整して、各アンテナ素子１００から放射される電磁波の位相差を、放射方向に応じて設定することにより容易に行うことができる。また、送信アンテナ１０−１〜１０−５全体で見た場合の放射方向は、車両２の前方で水平方向（図３においてγで示した方向）となるように設計されている。送信アンテナ１０−１、１０−３、１０−５は本発明の第１送信アンテナに相当し、送信アンテナ１０−２、１０−４は本発明の第２送信アンテナに相当する。

デジタル符号発生器１１は、図４に示す構成であり、すべてがデジタルで処理される。図４のように、デジタル符号発生器１１は、符号発生器１１０Ａ、Ｂ、Ｃ、混合器１１２Ａ、Ｂ、Ｃ、加算機１１３、１１４、分配器１１５、１１６を有している。符号発生器１１０Ａ、Ｂ、Ｃは、擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ発生させて出力する。擬似雑音符号Ａは本発明の第１符号、擬似雑音符号Ｂは本発明の第２符号、擬似雑音符号Ｃは本発明の第３符号に相当する。これらの擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃは互いに直交している。符号発生器１１０Ａ、Ｂ、Ｃからの擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃは、混合器１１２Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、発振周波数１０ＭＨｚの発振器１１１からの信号と混合され、中間周波数にアップコンバートされる。加算器１１３では、混合器１１２Ａからの出力と混合器１１２Ｂからの出力が加算されて出力され、加算器１１４では、混合器１１２Ｂからの出力と混合器１１２Ｃからの出力が加算されて出力される。加算器１１３からの出力は分配器１１５によって分配されて送信アンテナ１０−１、１０−３、１０−５へと出力される。また、加算器１１４からの出力は、分配器１１６によって分配されて送信アンテナ１０−２、１０−４へと出力される。

なお、上記のデジタル符号発生器１１では、混合器１１２Ａ、Ｂ、Ｃを用いて中間周波数にアップコンバートしているが、これは必ずしも必要ではない。また、デジタル符号発生器１１の構成は上記に限るものではなく、擬似雑音符号Ａで変調された信号と擬似雑音符号Ｂで変調された信号とを合わせた信号が送信アンテナ１０−１、１０−３、１０−５へと出力され、擬似雑音符号Ｂで変調された信号と擬似雑音符号Ｃで変調された信号とを合わせた信号が送信アンテナ１０−２、１０−４へと出力されるような構成であれば任意の構成であってよい。また、上記のデジタル符号発生器１１では、図４に示された構成のすべてをデジタル処理としているが、一部ないし全部をアナログとしてもよい。

受信アンテナ１２−１、１２−２は、いずれも送信アンテナ１０−１〜１０−５と同様の構造である。すなわち、一方向にアンテナ素子１００が配列されたアレイアンテナである。

デジタル復調器１３は、図５に示す構成であり、すべてがデジタルで処理される。図５のように、デジタル復調器１３は、信号処理部１３０と、混合器１３１Ａ−１、１３１Ａ−２、１３１Ｂ−１、１３１Ｂ−２、１３１Ｃ−１、１３１Ｃ−２とを有している。受信アンテナ１２−１、１２−２により受信した信号は、それぞれ３つに分割され、その１つは混合器１３１Ａ−１、１３１Ａ−２において擬似雑音符号Ａと混合されて復調され、他の１つは混合器１３１Ｂ−１、１３１Ｂ−２において擬似雑音符号Ｂと混合されて復調され、他の１つは混合器１３１Ｃ−１、１３１Ｃ−２において擬似雑音符号Ｃと混合されて復調される。復調された信号は信号処理部１３０に入力される。

なお、デジタル復調器１３は、図５に示された構成のすべてをデジタル処理としているが、一部ないし全部をアナログ処理としてもよい。

次に、実施例１のレーダ装置の動作について説明する。

送信アンテナ１０−１、１０−３、１０−５からは、斜め鉛直上方（α方向）に信号が放射され、送信アンテナ１０−２、１０−４からは、斜め鉛直下方（β方向）に信号が放射される。また、送信アンテナ１０−１〜１０−５全体としては、水平方向（γ方向）に信号が放射される。ここで、送信アンテナ１０−１、１０−３、１０−５から放射される信号は、擬似雑音符号Ａで変調された信号と擬似雑音符号Ｂで変調された信号とを含む信号であり、送信アンテナ１０−２、１０−４から放射される信号は、擬似雑音符号Ｂで変調された信号と擬似雑音符号Ｃで変調された信号とを含む信号である。つまり、α方向に擬似雑音符号Ａ、β方向に擬似雑音符号Ｃ、γ方向に擬似雑音符号Ｂを用いて信号を送信することとなる。擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃは互いに直交しているため、同時に送信したとしても干渉レベルを極めて低く抑えることができる。

送信アンテナ１０−１〜１０−５から放射された信号は、対象物によって反射され、受信アンテナ１２−１、１２−２により受信される。信号処理部１３０には、受信アンテナ１２−１で受信して擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃを用いてそれぞれ復調された信号と、受信アンテナ１２−２で受信して擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃを用いてそれぞれ復調された信号とが入力される。擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃは互いに直交しているため、それぞれの信号を区別して受信することができる。

信号処理部１３０では、擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃとα、β、γ方向との対応と、入力された信号の強度から、対象物の方位が測定される。たとえば、対象物が車両２の前方の斜め鉛直上方（α方向）に存在する看板などである場合、その看板によって反射された信号は擬似雑音符号Ａを用いて復調された信号の強度が最も強くなるため、対象物がα方向に存在するものと推定することができる。また、対象物が車両２の前方の斜め鉛直下方（β方向）に存在する路上の工事用鉄板などである場合、その工事用鉄板によって反射された信号は擬似雑音符号Ｃを用いて復調された信号の強度が最も強くなるため、対象物がβ方向で路上に近いものと推定することができる。また、対象物が車両２前方の水平方向（γ方向）に存在する歩行者などである場合、その歩行者によって反射された信号は擬似雑音符号Ｂを用いて復調された信号の強度が最も強くなるため、対象物がγ方向に存在するものと推定することができる。

また、受信アンテナ１２−１で受信した信号と、受信アンテナ１２−２で受信した信号の位相差から、対象物のより詳細な方位を推定することができる。

以上のように、実施例１のレーダ装置１では、擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃと送信アンテナの放射方向とを対応させ、擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃを用いて復調された信号の強度から対象物の鉛直方向の方位を測定している。そのため、路面からの反射波が存在している場合であっても精度よく測定することができる。また、擬似雑音符号Ａ、Ｂ、Ｃで変調された信号を同時に送信しており、送信アンテナの指向性を機械的もしくは電子的に走査することを要しないため、短時間で対象物の鉛直方向の方位が測定できる。また、擬似雑音符号Ｂに対応させる水平方向（γ方向）については、送信アンテナ１０−１〜１０−５全体の放射方向としており、水平方向に指向性を有した送信アンテナを別途設ける必要がない。そのため、レーダ装置の小型化、低コスト化を図ることができる。

なお、実施例１のレーダ装置１では、受信アンテナを複数として位相モノパルス方式を用い、方位測定の分解能の向上を図っているが、必ずしもその必要はなく、受信アンテナを単数としてもよい。

また、実施例１のレーダ装置１では、擬似雑音符号Ｂで変調された信号と擬似雑音符号Ｃで変調された信号とを合わせた信号が送信アンテナ１０−２、１０−４へと出力されるような構成としたが、擬似雑音符号Ａで変調された信号と擬似雑音符号Ｃで変調された信号とを合わせた信号としてもよい。この場合、対象物の方位は、擬似雑音符号Ｂを用いて復調された信号の強度が最も大きいときはα方向、擬似雑音符号Ｃを用いて復調された信号の強度が最も大きいときはβ方向、擬似雑音符号Ａを用いて復調された信号の強度が最も大きいときはγ方向、であると推定することができる。

また、実施例１のレーダ装置では、送信アンテナ１０−１、１０−３、１０−５の放射方向を斜め鉛直上方、送信アンテナ１０−２、１０−４の放射方向を斜め鉛直下方とし、送信アンテナ全体としての放射方向は水平方向としたが、放射方向はこれらに限るものではなく、放射方向の異なる送信アンテナであればよい。ただし、本発明は鉛直方向の方位測定に特に有効であるから、送信アンテナの放射方向として鉛直方向成分を含むことが望ましい。また、放射方向が斜め鉛直上方の送信アンテナを３つ、放射方向が斜め鉛直下方の送信アンテナを２つとしているが、単数であっても複数であってもよい。また、送信アンテナの送信方向を斜め鉛直上方と斜め鉛直下方の２方向としたが、本発明は３以上の方向とする場合にも容易に拡張することができ、より方位測定精度を向上させることが可能である。

また、実施例１のレーダ装置１では、送信アンテナ、受信アンテナをアレイアンテナとしたが、アレイアンテナ以外のアンテナを用いてもよい。ただし、送信アンテナとしてアレイアンテナを用いると、放射方向の設計が容易となるので望ましい。

本発明のレーダ装置は、車載用として好適である。

１：レーダ装置
２：車両
３：フロントグリル部
１０−１〜１０−５：送信アンテナ
１１：デジタル符号発生器
１２−１、１２−２：受信アンテナ
１３：デジタル復調器
１４：高周波発振器
１５−１〜１５−５、１６−１、１６−２：混合器
１１０Ａ、Ｂ、Ｃ：符号発生器
１１１：発振器
１１２Ａ、Ｂ、Ｃ：混合器
１１３、１１４：加算器
１１５、１１６：分配器
１３０：信号処理部

Claims (7)

1. 擬似雑音符号によって変調された信号を送信し、対象物による反射波を受信して対象物を検出するレーダ装置において、
   放射方向が第１方向である第１送信アンテナと、
   放射方向が第１方向とは異なる方向である第２方向である第２送信アンテナと、
   第１送信アンテナにより送信する信号として、擬似雑音符号である第１符号によって変調した信号と、前記第１符号に直交する擬似雑音符号である第２符号によって変調した信号とを合わせた信号を生成し、第２送信アンテナにより送信する信号として、前記第１符号または前記第２符号によって変調した信号と、前記第１符号および前記第２符号に直交する擬似雑音符号である第３符号によって変調した信号とを合わせた信号を生成する変調部と、
   前記対象物からの反射波を受信する受信アンテナと、
   前記第１符号、前記第２符号、および前記第３符号を用いてそれぞれ復調し、復調された各信号の強度から、前記対象物の方位が前記第１方向、前記第２方向、または前記第１送信アンテナと前記第２送信アンテナとを合わせた全体での放射方向である第３方向のいずれであるかを測定する復調部と、
   を有することを特徴とするレーダ装置。
2. 前記第１方向は斜め鉛直上方であり、前記第２方向は斜め鉛直下方であることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記第３方向は、水平方向であることを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記第１送信アンテナおよび前記第２送信アンテナは、アレイアンテナであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
5. 前記受信アンテナは複数であり、
   前記復調部は、各前記受信アンテナで受信した信号間の位相差を測定する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーダ装置。
6. 前記変調部および前記復調部は、デジタル処理であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
7. 車載用であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のレーダ装置。

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