JP2014215244A - レーダ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波し、その目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置に関し、構成が大幅に変更されることなく、広範な値をとり得る多様な物標の測距を可能とすることを目的とする。【解決手段】目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波し、前記目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置であって、前記距離が求められるべき範囲に応じて、前記反射波の成分の内、前記距離を示す特定の成分が前記信号処理の対象のダイナミックレンジ内に維持され、かつ前記ＣＷレーダの送信系から漏洩した送信波が抑圧される形態に前記濾波の形態を設定する制御手段を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波し、その目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置に関する。

ミリ波帯を利用するレーダ装置は、レーザレーダより物標の感知精度が高く、かつ雨や雪のような気象条件の影響を受けにくいために、車載用の有望なレーダ装置として様々な研究開発が進められている。

また、車載用のレーダ装置に適用される可能性が高いレーダ方式としては、例えば、ＦＭ−ＣＷ(Frequency-Modulated Continuous Waves)レーダ方式、パルスレーダ方式、２周波ＣＷ方式、ＳＳ方式等がある。

これらの方式の内、特に、ＦＭ−ＣＷレーダ方式は、構成が簡易であるにもかかわらず、目標の距離および相対速度を同時に計測可能であるため、コストに厳しい制約がある車載に適している。

図４は、ＦＭ−ＣＷレーダ方式が適用された従来の車載レーダの構成例を示す図である。
図において、ＶＣＯ４１の出力は、周波数変換器４２の局発入力と、アンテナ４３Ｔの給電点とに接続される。アンテナ４３Ｒの給電点は周波数変換器４２の入力に接続され、その周波数変換器４２の出力は増幅器４４、フィルタ４５およびＡ／Ｄ変換器４６を介して信号処理部４７の入力に接続される。信号処理部４７の出力には、後述する距離および相対速度が得られる。

このような構成の車載レーダでは、ＶＣＯ４１は、時間に対する周波数の変化率が一定であるＣＷ波を所定の周期でサイクリックに生成する。
そのＣＷ波はアンテナ４３Ｔを介して送信波として放射され、その送信波の照射域内に位置する物標で反射し、アンテナ４３Ｒに反射波として到来する。

周波数変換器４２は、この反射波を上記ＣＷ波との差の周波数のベースバンド信号に変換する。
フィルタ４５は、計測の対象となり得る物標との相対距離の範囲に相当する帯域に通過域を有する。

Ａ／Ｄ変換器４６は、周波数変換器４２から増幅器４４およびフィルタ４５を介して与えられたベースバンド信号の成分の内、フィルタ４５の通過域を介して与えられた成分をＡ／Ｄ変換する。
信号処理部４６は、そのＡ／Ｄ変換の結果として与えられた成分が分布する時間軸上の位置を特定し、その位置を物標の距離および相対速度に換算する。

なお、本発明に関連性がある先行技術としては、以下に列記する特許文献１および特許文献２がある。

(1) 「FM変調された搬送波を送信する送信部（TX）と、該搬送波の目標からの反射波を受信して送信波とのビート信号を得る受信部（RX）と、該ビート信号を帯域制限して通過させる遠距離用バンドパスフィルタ（BPF1）および近距離用バンドパスフィルタ（BPF2）と、前記搬送波をFM変調する変調信号の周波数を高低２通りに切替えて出力する変調信号発生部（GEN）と、高い周波数の変調信号使用時に前記近距離用バンドパスフィルタの出力から目標との距離を算出し、また低い周波数の変調信号使用時に前記遠距離用バンドパスフィルタの出力から目標の速度および距離を算出する演算部（MPU）とを備える」ことによって、「近い目標の距離情報と遠い目標の距離および速度情報を共に精度良く求める」する点に特徴がある２周波FM−CWレーダ装置…特許文献１

(2) 「搬送波だけを送信するＣＷモードと、該搬送波に高い周波数のＦＭ信号で周波数変調をかけて送信する高ＦＭ−ＣＷモードと、該搬送波に低い周波数のＦＭ信号で周波数変調をかけて送信する低ＦＭ−ＣＷモードとを周期的に切替え、前記ＣＷモードで得られた速度情報と前記高ＦＭ−ＣＷモードで得られた距離情報から、前記低ＦＭ−ＣＷモードで使用する可変帯域型バンドパスフィルタの上下カットオフ周波数を算出して該フィルタの特性を随時変更する」ことによって、「目標の距離と速度に応じた最適フィルタ特性を随時可変設定することにより、距離と速度の検出精度を向上する」する点に特徴があるＦＭ−ＣＷレーダ装置…特許文献２

特許２７９４６１１号公報 特許２８２９７９０号公報

ところで、上述した従来の車載レーダでは、その車載レーダ内と、アンテナ４３Ｔ，４３Ｒの間におけるアイソレーションの不足に起因して、既述の送信波（ＣＷ波）が周波数変換器４２以降の段に漏れ込み（図５(a))、そのために、近距離に位置する物標の測距ができない場合があった。

なお、以下では、このようにして漏れ込むＣＷ網の成分については、「漏洩波」という。漏洩波のレベルが大きい状態で近距離に位置する物標の測距を実現する方法として、例えば、総合的な受信感度を下げる方法がある。

しかし、受信感度を低く設定する対処は、以下のように解決が難しい課題が生じるために、実際には採用することができなかった。
(1) Ａ／Ｄ変換器４６の分解能を高く設定することによる総合的なダイナミックレンジの拡大が必要となる。
(2) ダイナミックレンジが拡大されても、受信感度の低下に起因して遠距離に位置する物標の測距が困難となる（図５(b))。

また、ホモダイン検波方式が適用されている場合には、至近点の物標から到来した反射波は、周波数軸上において直流に近い極低周波信号となる。
したがって、漏洩波と分離して反射波を抽出することは容易には実現され難く、このような分離が図られない場合には、その漏洩波のレベルが過大となるために、Ａ／Ｄ変換器４６が飽和して測距や相対速度の精度が十分には確保できなかった。
さらに、漏洩波のレベルがあまりにも低く抑えられると、反射波も、レベルが低くなり、Ａ／Ｄ変換器４６の量子化雑音に埋もれてしまうために、車載レーダとしての性能や信頼性が損なわれる場合が多かった。
また、既述の特許文献１では、遠距離レンジにおける感度を低下させることなく、近距離の目標の測距を可能とするが、その対象は２周波ＦＭ−ＣＷ方式のみとなっていた。

本発明は、構成が大幅に変更されることなく、広範な値をとり得る多様な物標の測距の測定を可能とするレーダ受信装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波し、前記目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置において、制御手段は、前記距離が求められるべき範囲に応じて、前記反射波の成分の内、前記距離を示す特定の成分が前記信号処理の対象のダイナミックレンジ内に維持され、かつ前記ＣＷレーダの送信系から漏洩した送信波が抑圧される形態に前記濾波の形態を設定する。

すなわち、距離が求められるべき目標の相対的な位置が広範に変化しても、その距離を求めるために反射波に施されるべき信号処理は、送信系からの送信波の漏洩による影響を大きく被ることなく、精度よく安定に行われる。

請求項２に記載の発明では、目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波し、前記目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置において、制御手段は、前記ＣＷレーダが搭載された移動体の状態に応じて、前記反射波の成分の内、前記距離を示す特定の成分が前記信号処理の対象のダイナミックレンジ内に維持され、かつ前記ＣＷレーダの送信系から漏洩した送信波が抑圧される形態に前記濾波の形態を設定する。

すなわち、本発明に係るレーダ受信装置が搭載された移動体の状態が広範に変化しても、その距離を求めるために反射波に施されるべき信号処理は、送信系からの送信波の漏洩による影響を大きく被ることなく、精度よく安定に行われる。

請求項３に記載の発明では、目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波する濾波手段を有し、前記濾波の結果を前記目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置において、制御手段は、前記距離が求められるべき範囲に応じて、前記反射波の成分の内、前記距離を示す特定の成分が前記信号処理の対象のダイナミックレンジ内に維持され、かつ前記ＣＷレーダの送信系から漏洩した送信波が抑圧される通過域および利得を前記濾波手段に設定する。

すなわち、距離が求められるべき目標の相対的な位置が広範に変化しても、その距離を求めるために反射波に施されるべき信号処理は、送信系からの送信波の漏洩による影響を大きく被ることなく、精度よく安定に行われる。

請求項４に記載の発明では、目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波する濾波手段を有し、前記濾波の結果を前記目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置において、制御手段は、前記ＣＷレーダが搭載された移動体の状態に応じて、前記反射波の成分の内、前記距離を示す特定の成分が前記信号処理の対象のダイナミックレンジ内に維持され、かつ前記ＣＷレーダの送信系から漏洩した送信波が抑圧される通過域および利得を前記濾波手段に設定する。

すなわち、本発明に係るレーダ受信装置が搭載された移動体の状態が広範に変化しても、その距離を求めるために反射波に施されるべき信号処理は、送信系からの送信波の漏洩による影響を大きく被ることなく、精度よく安定に行われる。

本発明が適用された測距系では、信頼性および性能が高められ、かつ多様な状況に対する柔軟な適応が可能となる。

本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態における近距離レンジの動作を説明する図である。 本実施形態における遠距離レンジの動作を説明する図である。 ＦＭ−ＣＷレーダ方式が適用された従来の車載レーダの構成例を示す図である。 従来の車載レーダの課題を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
図において、図４に示すものと機能および構成が同じものについては、同じ符号を付与し、ここではその説明を省略する。

本実施形態と図４に示す従来例との構成の相違点は、以下の点にある。
(1) 増幅器４４、フィルタ４５および信号処理部４７に代えて、可変利得増幅器１１、可変帯域フィルタ１２および信号処理部１３がそれぞれ備えられる。
(2) 信号処理部１３の通信ポートには、ＣＡＮ(Controller Area Network)が接続される。
(3) 信号処理部１３の特定の出力ポートには、可変利得増幅器１１および可変帯域フィルタ１２の制御端子が接続される。

図２は、本実施形態における近距離レンジの動作を説明する図である。
図３は、本実施形態における遠距離レンジの動作を説明する図である。
以下、図１〜図３を参照して本実施形態の動作を説明する。

本発明の特徴は、本実施形態では、可変利得増幅器１１の利得Ｇと、可変帯域フィルタ１２の濾波特性とが信号処理部１３の主導の下で以下の通りに適宜変更され、あるいは設定される点にある。

なお、物標の測距にかかわる各部の基本的な連係については、基本的に従来例と同じであるので、説明を省略する。
ＣＡＮは、本実施形態に係る車載レーダが搭載された車両に所定の機能分散の下で備えられた各部の連係にかかわる制御情報やステータス情報の引き渡しのために用いられる。

信号処理部１３は、ＣＡＮを介して引き渡される情報の内、車両の走行速度Ｖを所定の頻度や契機に取り込み、その走行速度Ｖに応じて以下の処理を行う。

(1) 走行速度Ｖが既定の閾値ｔｈ以上である期間
このような期間には、信号処理部１３は、至近の車両との追突の防止を優先する。

また、漏洩波と、至近の車両から到来する反射波とは、図２(a) に示すように、何れもが周波数軸上の低域に分布する。

したがって、信号処理部１３は、漏洩波のレベルがなるべく低く抑えられ、かつ反射波がＡ／Ｄ変換器４６以降のダイナミックレンジ内において飽和しないように可変利得増幅器１１の利得Ｇと、可変帯域フィルタ１２の通過域Ｂとを設定する(図２(b))。

(2) 走行速度Ｖが既定の閾値ｔｈ未満である期間
このような期間には、至近の車両との追突の可能性が低い。
また、図３(a) に示すように、漏洩波は低域に分布するが、遠い車両から到来する反射波は周波数軸上で高域に分布する。

したがって、信号処理部１３は、以下の要件が成立するように、可変利得増幅器１１の利得Ｇと、可変帯域フィルタ１２の通過域Ｂとを設定する(図３(b))。

(2-1) 漏洩波が上記ダイナミックレンジ内で識別されない程度に抑圧される。
(2-2) 反射波がＡ／Ｄ変換器４６以降のダイナミックレンジ内にあり、かつ飽和しない。

すなわち、本実施形態では、ＦＭ−ＣＷレーダ方式の下で、刻々と変化し得る走行速度Ｖに対して（優先的に）測距されるべき車両のレンジに応じて、到来する反射波の周波数帯およびレベルに適合し、かつ漏洩波のレベルがなるべく小さな値に抑えられる利得および通過域が設定される。

したがって、本実施形態に係る車載レーダによれば、搭載された車両の多様な走行状態に柔軟に適応して好適な物標の測距が継続して実現される。

また、本実施形態によれば、従来例に比べて総合的なＳＮ比が向上し、かつ測距の精度が高められるので、Ａ／Ｄ変換器４６より前段の各部は、位相雑音が発生し易い安価な要素で構成可能となる。

なお、本実施形態では、ＦＭ−ＣＷ方式の車載レーダに本発明が適用されている。
しかし、本発明は、このようなＦＭ−ＣＷ方式のレーダや車載レーダに限定されず、搭載（設置）された移動体やサイトの状況に柔軟に適応して物標の測距や測位が好適に実現されるならば、以下の何れのレーダにも適用可能である。

(1) 多周波ステップＩＣＷレーダ
(2) ２周波数ＣＷレーダ
(3) 複数のレーダ方式を切り替え、あるいは組み合わせて適用するマルチモードレーダ

さらに、本実施形態では、可変利得増幅器１１の利得と、可変帯域フィルタ１２の通過域とが走行速度Ｖのみに基づいて設定されている。

しかし、このような利得や通過域が設定され、あるいは更新されるべききっかけおよび基準は、適用されたレーダ方式（の組み合わせ）に適しているならば、該当するレーダ装置の位置、運用の形態、測距や測位が行われるべき物標（の種類、位置、相対速度、状況）、ＣＷ波や反射波の伝搬特性（気象条件が含まれてもよい）、その他の如何なるものであってもよい。

また、これらの利得や通過域が設定される基準は、走行速度Ｖと閾値ｔｈとの大小関係として与えられる２通りでなくてもよく、所望の精度で設定可能であるならば、３通り以上であってもよい。

さらに、これらの利得や通過域が設定され、あるいは更新される頻度（周期）は、如何なるものであってもよい。

また、本実施形態では、ホモダイン検波に限定されず、ヘテロダイン検波が適用されたレーダ受信機にも同様に適用可能である。

さらに、本実施形態では、漏洩波が回り込む経路が開示されていない。
しかし、本発明は、このような経路の如何にかかわらず適用可能である。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。

１１ 可変利得増幅器
１２ 可変帯域フィルタ
１３，４７ 信号処理部
４１ ＶＣＯ
４２ 周波数変換器
４３Ｒ，４３Ｔ アンテナ
４４ 増幅器
４５ フィルタ
４６ Ａ／Ｄ変換器

Claims (4)

1. 目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波し、前記目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置であって、
   前記距離が求められるべき範囲に応じて、前記反射波の成分の内、前記距離を示す特定の成分が前記信号処理の対象のダイナミックレンジ内に維持され、かつ前記ＣＷレーダの送信系から漏洩した送信波が抑圧される形態に前記濾波の形態を設定する制御手段を備えた
   ことを特徴とするレーダ受信装置。
2. 目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波し、前記目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置であって、
   前記ＣＷレーダが搭載された移動体の状態に応じて、前記反射波の成分の内、前記距離を示す特定の成分が前記信号処理の対象のダイナミックレンジ内に維持され、かつ前記ＣＷレーダの送信系から漏洩した送信波が抑圧される形態に前記濾波の形態を設定する制御手段を備えた
   ことを特徴とするレーダ受信装置。
3. 目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波する濾波手段を有し、前記濾波の結果を前記目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置であって、
   前記距離が求められるべき範囲に応じて、前記反射波の成分の内、前記距離を示す特定の成分が前記信号処理の対象のダイナミックレンジ内に維持され、かつ前記ＣＷレーダの送信系から漏洩した送信波が抑圧される通過域および利得を前記濾波手段に設定する制御手段を備えた
   ことを特徴とするレーダ受信装置。
4. 目標から到来したＣＷレーダの反射波を濾波する濾波手段を有し、前記濾波の結果を前記目標の距離を求める信号処理の対象とするレーダ受信装置であって、
   前記ＣＷレーダが搭載された移動体の状態に応じて、前記反射波の成分の内、前記距離を示す特定の成分が前記信号処理の対象のダイナミックレンジ内に維持され、かつ前記ＣＷレーダの送信系から漏洩した送信波が抑圧される通過域および利得を前記濾波手段に設定する制御手段を備えた
   ことを特徴とするレーダ受信装置。