JP2022538427A - 能動的に返送する中継器を備えたｏｆｄｍレーダセンサシステム - Google Patents

Abstract

送受信ユニット（１２、１４）を有するＯＦＤＭレーダセンサシステムであって、送受信ユニットの１つがＯＦＤＭレーダセンサ（１２）であり、送受信ユニットの別の１つが中継器（１４）であり、中継器（１４）は、ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって生成および送信され、中継器（１４）によって受信された信号（２２）を、中継器（１４）によって受信された信号（２２）と直交する信号に変調し、変調された信号（２４）を送信するように構成されており、ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）は、変調された信号（２４）に対応する、ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって受信された信号（２０、２６）の成分（２６）を、ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって受信された信号（２０、２６）のモノスタティック成分（２０）から分離するように構成されている、ＯＦＤＭレーダセンサシステム。

Description

本発明は、ＯＦＤＭレーダセンサシステムに関する。

複数のキャリア周波数を有するデジタル変調方式は、ＯＦＤＭ（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式として知られている。ＯＦＤＭ方式のレーダシステムへの使用が一層検討されている。ＯＦＤＭ方式では、周波数帯域をそれぞれのサブキャリアの複数の直交サブバンドに分割し（ＦＤＭ、ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、ＯＦＤＭシンボルが逐次連続して送信される。ＯＦＤＭシンボルの送信信号は、シンボルの変調式にしたがって変調された相互に直交するサブキャリア信号から構成され、このサブキャリア信号はＯＦＤＭシンボル期間内で同時に送信される。そのために、周波数スペクトルにおいて、あるサブキャリアの最大値が他のサブキャリアのゼロクロス点上に位置するように、サブキャリア周波数が選択される。

受信信号では、ＯＦＤＭシンボルの伝搬時間に基づいてレーダ対象の距離を推定することができ、一方ＯＦＤＭシンボルのシーケンスにわたるドップラー効果に起因する位相経過に基づいて速度を推定することができる。複数のレーダ対象があると、送信されたＯＦＤＭ信号の、遅延してドップラーシフトされたエコーの和が生じる。シンボル期間の前のサイクルプレフィックスによって、伝搬時間の異なる重畳したレーダエコーを、後続のＯＦＤＭシンボルのレーダエコーから分離することができる。

「Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌｏｗ－Ｐｏｗｅｒ Ａｃｔｉｖｅ Ｔａｇｓ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ７７－８１ＧＨｚ ＦＭＣＷ Ｒａｄａｒ（７７～８１ＧＨｚＦＭＣＷレーダで動作する低電力能動的タグの設計）」、Ｍ．Ｓ．Ｄａｄａｓｈ、Ｊ．Ｈａｓｃｈ、Ｐ．Ｃｈｅｖａｌｉｅｒ、Ａ．Ｃａｔｈｅｌｉｎ、Ｎ．Ｃａｈｏｏｎ および Ｓ．Ｐ．Ｖｏｉｎｉｇｅｓｃｕ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ および Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、ｖｏｌ．６５、ｎｏ．１２、ｐｐ．５３７７－５３８８、２０１７年１２月では、受信レーダ信号を矩形波信号で位相変調して再送信する能動的トランスポンダ（「能動的タグ」）について説明している。「能動的タグ」は、再放射された信号に基づいてレーダセンサによって検知され、これによって、「能動的タグ」を搭載した対象物を識別することができる。

本発明の課題は、複数の送受信ユニットを有する新種のＯＦＤＭレーダセンサシステムであって、送受信ユニットのモノスタティックおよびバイスタティックなレーダ目標応答を評価することができる、ＯＦＤＭレーダセンサシステムを提供することである。

本発明によれば、この課題は、複数の送受信ユニットを有するＯＦＤＭレーダセンサシステムによって解決され、送受信ユニットの１つがＯＦＤＭレーダセンサであり、送受信ユニットの別の１つが、ＯＦＤＭレーダセンサによって生成および送信され、中継器によって受信された信号を、中継器によって受信された信号と直交する信号に変調し、変調された信号を送信するように構成された中継器であり、ＯＦＤＭレーダセンサは、変調された信号に対応する、ＯＦＤＭレーダセンサによって受信された信号の成分を、ＯＦＤＭレーダセンサによって受信された信号のモノスタティック成分から分離するように構成されている。

したがって、中継器は、中継器によって受信された信号で、ＯＦＤＭレーダセンサによって生成および送信された信号である信号を変調し、変調された信号を送信するように構成されており、変調された信号は、中継器によって受信された信号と直交している。換言すると、中継器は、受信信号を変調することにより、受信信号から変調信号を生成し、その変調信号を送信するように構成されている。

以下、ＯＦＤＭレーダセンサによって生成および送信され、中継器によって受信された信号を中継器受信信号とも呼ぶ。
また、中継器はトランシーバと呼んでもよい。

ここでモノスタティック成分とは、中継器が介在接続されていない送受信経路において、ＯＦＤＭレーダセンサによって送信された送信信号のレーダエコーとして受信された受信信号の成分であると理解される。それらの送受信経路を中継器が通過しなかったモノスタティック信号成分は、中継器を含むＯＦＤＭレーダセンサを起点とした送受信経路を通過し、ひいては最終的に中継器によって送信されたバイスタティック信号成分とは区別される。直交性があるため、ＯＦＤＭレーダセンサによって受信した信号のモノスタティック信号成分とバイスタティック信号成分とは互いに干渉しない。

直交性は、送信信号のＯＦＤＭ符号化に関連する。ここで特に、直交信号とは、送信信号または中継器によって受信された信号のＯＦＤＭ符号化に対して直交する信号であると理解される。特に、中継器によって受信された信号および変調信号のような２つの信号は、２つの信号の一方に含まれる、すなわち占有ＯＦＤＭサブキャリアが、それぞれの他方の信号に含まれる、すなわち占有ＯＦＤＭサブキャリアと直交している場合、互いに直交している。直交性は、例えば、送信信号やレーダエコーの周波数領域の代わりに他の周波数領域を使用したり、他の周波数領域を使用したりすることで得られる。

受信したバイスタティック信号成分はモノスタティック信号成分と直交しているため、ＯＦＤＭレーダセンサではモノスタティック信号成分と確実に区別することができる。さらに、中継器は変調された信号を能動的に送信することで、受動的な信号反射器のように、返送された信号が強く減衰することを避けることができる。特に、送信経路および受信経路の二重通貨による信号強度の低下を、完全にまたは少なくとも部分的に補正することが可能である。

中継器は「仮想ＯＦＤＭレーダセンサ」に相当するが、その付随するレーダエコーは実際のＯＦＤＭレーダセンサで評価される。評価、高周波数帯域への変調、ベース帯域への復調は、ＯＦＤＭレーダセンサという１つの主要送受信ユニットでのみ行われる。ＯＦＤＭレーダセンサで同時に受信したモノスタティック信号成分と、変調信号に対応するバイスタティック信号成分とは、直交性があるため別々に評価することができる。分散型ＯＦＤＭレーダセンサシステムでは、送信ユニットおよび受信ユニットは互いに連携し、送信ユニットおよび受信ユニットは同時に自律的であり、ＯＦＤＭレーダセンサと少なくとも１つの中継器を含むことが可能になる。中継器は、受信信号と再送信された信号の変調、例えば単純な周波数シフトを行うのみであるため、ＯＦＤＭレーダセンサによって受信した全ての信号は、ＯＦＤＭレーダセンサの局部発振器のレーダ周波数に戻るため、送受信ユニットのレーダエコーの正確な評価が可能となる。特に、異なる送受信ユニットから発信された受信レーダエコーは、それぞれ所定のＯＦＤＭシンボル期間中に同じＯＦＤＭシンボルに戻るため、ＯＦＤＭレーダセンサでのレーダエコーの振幅と位相シフトは整合性があり、中心で正確に決定することができる。この直交信号により、ＯＦＤＭレーダセンサでの評価の際に、信号源（ＯＦＤＭレーダセンサまたは中継器）を明確に対応付けることができる。したがって、ＯＦＤＭレーダセンサに対する１つまたは複数の中継器の相対的な配置構成に応じて、ＯＦＤＭレーダセンサシステムの非常に広い仮想アパーチャを生成することができる。局部発振器のみをＯＦＤＭレーダセンサで使用することにより、位相雑音の影響を最小化することができる。したがって、レーダ対象の位置探知を向上させることができる。特に、２つの異なるセンサ位置、すなわち実際のＯＦＤＭレーダのセンサと、中継器の位置に相当する仮想のセンサ位置からの評価が可能になる。これは、５０ｍや１００ｍ以下の近距離にある対象を評価する際に特に有利になり得る。

特に、中継器は、ＯＦＤＭレーダセンサによって送信される送信信号のうち、中継器によって受信されたレーダエコーを、特にレーダエコーと直交する信号に変調し、変調された信号を送信するように構成されていてもよい。換言すると、中継器は、ＯＦＤＭレーダセンサによって送信される送信信号のレーダ対象によって受信されたレーダエコーを、受信したレーダエコーの変調によって変調信号を生成し、その変調信号を送信するように構成されていてもよい。特に、変調された信号は、同じ送受信経路で返送されてもよい。

好ましい実施形態は、従属請求項から明らかになる。
好ましくは、中継器によって送信された信号は、中継器によって受信された信号を所定の周波数オフセット分だけ周波数シフトされた信号を含む。換言すると、中継器によって受信され、変調によって所定の周波数オフセット分だけ周波数シフトされた信号が、中継器によって送信される信号に含まれる。したがって、中継器によって生成された変調信号は、中継器によって受信された信号の対応する周波数成分に対して所定の周波数オフセット分だけ周波数シフトされた周波数成分を有する。特に有利には、それぞれの中継器において、直交信号の生成が簡単な回路手段で可能になることであり、これにより、ＯＦＤＭレーダセンサでの評価の際に、信号源（ＯＦＤＭレーダセンサまたは中継器）の明確な対応付けが可能になる。特に、中継器に高周波発振器が必要なく、比較的簡単な構造の中継器を使用することができる。このことは、システムのロバスト性や製造費用の面で特に有利である。

好ましくは、中継器は、ＯＦＤＭレーダセンサによって生成および送信され、中継器によって受信された信号を、中継器によって受信された信号と直交する信号に所定の周波数オフセット分だけ周波数シフトすることによって変調するように構成されている。したがって、直交性は周波数オフセット分だけシフトすることにより確立される。したがって、本課題は、複数の送受信ユニットを有するＯＦＤＭレーダセンサシステムによって解決され、送受信ユニットの１つがＯＦＤＭレーダセンサであり、送受信ユニットの別の１つが、ＯＦＤＭレーダセンサによって生成および送信され、中継器によって受信された信号を、中継器によって受信された信号と直交する信号に所定の周波数オフセット分だけ周波数シフトすることによって変調し、変調された信号を送信するように構成された中継器であり、ＯＦＤＭレーダセンサは、変調された信号に対応する、ＯＦＤＭレーダセンサによって受信された信号の成分を、ＯＦＤＭレーダセンサによって受信された信号のモノスタティック成分から分離するように構成されている。

所定の周波数オフセット分の周波数シフトによる変調は、実際のＯＦＤＭレーダセンサにおいて、変調信号に対応する受信信号成分の評価を、モノスタティック受信信号成分の評価と同じ方法で行えるという特別な利点を有する。したがって、有利には、中継器の位置に「仮想レーダセンサ」を設けたにもかかわらず、ＯＦＤＭレーダセンサシステムの信号処理負荷を最小化することができる。ここで、やはり、直交変調によって、モノスタティック信号成分およびバイスタティック信号成分を分離することができる。

所定の周波数オフセット分の周波数シフトは、好ましくはＩ／Ｑ（Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ／Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ－Ｐｈａｓｅ）信号の位相シフトによって行われ、位相シフトは所定の周波数オフセットに対応する周波数の調和振動に応じて変動する。このようにして、Ｉ／Ｑ信号の複素数周波数の変換を、望ましくない第２の側波帯を発生させることなく行うことができる。しかし、位相変調や振幅変調など、他の種類の変調も考えられる。

好ましくは、中継器は、中継器によって受信された信号を所定の周波数間隔だけ周波数シフトさせるための変調器を有し、変調器は、中継器によって受信された信号から、基準レーダ周波数に対して互いに９０°位相シフトされたＩ／Ｑ信号成分を提供するように構成されたＩ／Ｑスプリッタと、符号付きのそれぞれのＩ／Ｑ信号成分と、変調信号のそれぞれのＩ／Ｑ変調信号成分とを乗算するように構成され、変調信号は、所定の周波数間隔に対応する周波数を有する乗算器と、乗算器の出力信号成分が結合される出力部と、を有する。変調信号は、好ましくは調和振動に対応する。出力部では、中継器によって受信された信号と直交する信号が提供される。この変調器により、この場合変調周波数の望ましくない調和を発生させることなく、変調周波数に対応する周波数間隔分だけ実周波数シフトを行うことが可能となり、やはり、中継器の簡単な回路構成が可能となる。特に、中継器に高周波発振器が必要なく、高周波発振器の信号を供給する必要もない。有利なのは、送信ユニットおよび受信ユニットの間の信号接続線を介して同期信号を伝送する必要のないシステムを実現できる点である。また有利なのは、Ｉ／Ｑスプリッタは、例えばＲＬＣ（ｒｅｓｉｓｔｏｒ－ｉｎｄｕｃｔｏｒ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ）ネットワーク、特にＬＣ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ）ネットワークのような受動的なネットワークとして構成できる点である。記載された変調器により、技術的に比較的簡単な回路構成にもかかわらず、中継器によって受信された信号に含まれるＯＦＤＭシンボルからそれに直交するＯＦＤＭシンボルを生成し、ついでそのＯＦＤＭシンボルを中継器によって送信することができる。さらに有利なのは、中継器を使って非常にロバストなシステムを生成できる点である。加えて、ＯＦＤＭレーダセンサでは、受信信号のモノスタティック成分とバイスタティック成分を別々に評価できるため、システムの高性能化が図れる。

基準レーダ周波数は、例えば、レーダセンサのＯＦＤＭシンボルの基準キャリア周波数またはメインキャリア周波数であってもよく、ＯＦＤＭレーダセンサのローカル高周波発振器の周波数に対応していてもよい。

結合は、好ましくは線形結合であり、特に加算または減算であってもよい。出力部は、例えば、乗算器の出力信号成分が合計される合計出力部であってもよい。また、Ｉ／Ｑ変調信号成分の符号に応じて、乗算器の出力信号成分を減算する差動出力部を使用することもできる。出力された信号成分の結合は、位相を保ったまま行われる。

好ましい実施形態では、所定の周波数オフセットは、中継器によって受信された信号に含まれるＯＦＤＭサブキャリアが、変調された信号において周波数オフセット分だけシフトされた対応するＯＦＤＭサブキャリアと直交する周波数オフセットである。これは、周波数オフセットΔｆ０がシンボル周期Ｔの逆数の単数または複数の整数倍に等しいという条件を満たす場合で、Δｆ０＝ｋ／Ｔであり、ｋは０ではない整数である。特に、周波数オフセットΔｆ０は、ＯＦＤＭ周波数方式のサブキャリア間隔Δｆの整数倍であってもよく、Δｆ０＝ｋΔｆである。代替的に、または同時に、周波数オフセットΔｆ０は、ＯＦＤＭレーダセンサによって送信される送信信号の帯域幅や、中継器によって受信される信号の帯域幅より大きくてもよい。好ましくは、変調された信号は、中継器によって受信された信号に対して、周波数オフセット分だけシフトされている。

好ましくは、ＯＦＤＭレーダセンサによって生成および送信された信号は、周波数スペクトルにおいて占有されていないＯＦＤＭサブキャリアを有し、中継器は、中継器によって受信された信号において占有されているＯＦＤＭサブキャリアから周波数シフトされたＯＦＤＭサブキャリアを生成するように構成されており、これらのＯＦＤＭサブキャリアは、中継器によって受信された信号において占有されていないＯＦＤＭサブキャリアの周波数領域に対応する周波数領域に位置する。

占有サブキャリアのキャリア間隔を大きく、例えば２倍にすることで、中継器によって送信される信号の合成的に生成されるサブキャリアを、占有サブキャリア間のギャップで送信することができる。例えば、変調信号ではサブキャリアが占有されており、このサブキャリアは、ＯＦＤＭレーダセンサによって生成および送信され、中継器によって受信される信号における占有サブキャリアと（周波数空間、より正確にはＯＦＤＭキャリアスペクトルにおいて）インターリーブされている。つまり、中継器によって受信された信号の占有されたサブキャリア間にあるサブキャリアが、変調信号において占有されている。

好ましい実施形態では、ＯＦＤＭレーダセンサによって送信される送信信号は、ＯＦＤＭ周波数方式の各ｎ番目のサブキャリアのみを占有し、ｎは１より大きい自然数であり、変調信号は、中継器によって受信された信号に対して、ＯＦＤＭ周波数方式のサブキャリア間隔Δｆの（ｍ＋ｐｎ）倍に相当する周波数オフセットΔｆ０分だけシフトされ、ｍはｎよりも小さい自然数であり、ｐは整数である。すなわち、ＯＦＤＭシンボルの占有する２つのサブキャリア間の周波数間隔はｎΔｆであり、中継器で発生する周波数オフセットはΔｆ０＝（ｍ＋ｐｎ）Δｆである。

好ましくは、ｐ＝０である。すなわち、周波数オフセットは、サブキャリア間隔のｍ倍であり、ｍはｎより小さい自然数である。ＯＦＤＭレーダセンサが送信信号に使用するサブキャリアと、中継器が変調信号に使用するサブキャリアとをこのようにインターリーブすることで、送信信号の周波数領域と変調信号の周波数領域とが最大限に重なり、その結果、モノスタティック受信信号成分とバイスタティック受信信号成分のそれぞれの送信経路と受信経路の信号伝送特性が可能な限り類似する。そのため、一例として、ＯＦＤＭレーダセンサによって送信される送信信号に対して、各２番目のサブキャリアのみが敷設され（ｎ＝２）、中継器は受信信号を１つのサブキャリア間分だけオフセット（変調）して再送信することができる（Δｆ０＝±Δｆ）。

記載した種類の複数の中継器を含む拡張システムでは、ｎ＞２の場合、（ｎ－１）個の中継器からの直交変調信号がモノスタティック信号成分とインターリーブされても、ＯＦＤＭレーダセンサで分離することができる。

好ましくは、受信信号のモノスタティック成分からの受信信号の変調信号に対応する成分の分離は、受信信号の周波数領域の別々の評価によって行われる。これにより、それぞれの送信ＯＦＤＭシンボルに対する受信信号の周波数スペクトルの対応する部分について、個別の評価を簡単に行うことができる。周波数スペクトルでは、信号成分の分離を特に容易に行うことができる。

好ましくは、ＯＦＤＭレーダセンサは、受信信号の１つまたは複数の第１の周波数領域において、モノスタティックレーダエコーに対応するＯＦＤＭシンボルを検出し、受信信号の１つまたは複数の他の第２の周波数領域において、中継器によって変調された信号のバイスタティックレーダエコーに対応するＯＦＤＭシンボルのレーダエコーを検出するように構成されている。したがって、周波数領域に基づいて、ＯＦＤＭシンボルは中継器から発信された変調信号として検知され、モノスタティック信号と区別される。

中継器が、ＯＦＤＭレーダセンサによって送信され、中継器によって受信された信号を、所定の周波数オフセット分だけ周波数シフトして、中継器によって受信された信号と直交する信号に変調する場合、１つまたは複数の第２の周波数領域は、周波数オフセット分だけシフトされた受信信号の１つまたは複数の第１の周波数領域に対応する。第１の周波数領域内のサブキャリア周波数は、モノスタティックレーダ応答のＯＦＤＭシンボルとして評価され、第２のその他の周波数領域内のサブキャリア周波数は、バイスタティックレーダ応答の周波数オフセットＯＦＤＭシンボルとして評価される。

１つまたは複数の第１の周波数領域は、好ましくは、送信信号の占有されたＯＦＤＭサブキャリアに対応する周波数を含む。１つまたは複数の第２の周波数領域は、好ましくは、送信信号の占有ＯＦＤＭサブキャリアに直交する周波数を含む。

例えば、ＯＦＤＭレーダセンサは、送信信号の占有ＯＦＤＭサブキャリアに対応する周波数を含む受信信号の第１の周波数領域と、送信信号の占有ＯＦＤＭサブキャリアに直交する周波数を含む受信信号の他の第２の周波数領域とを分離するように構成されていてもよい。このように、ＯＦＤＭレーダセンサによって受信した信号の周波数スペクトルにおいて、第１の周波数領域と第２の周波数領域が分離され、ＯＦＤＭサブキャリアのそれぞれの含まれる周波数領域を個別に評価することができるようになる。

分離された周波数領域では、例えば、送信信号のＯＦＤＭシンボルのレーダエコーや、中継器に含まれるＯＦＤＭシンボルの変調信号のレーダエコーを、それぞれ個別に判定することができる。すなわち、第１の周波数領域に含まれる送信信号のＯＦＤＭシンボルのレーダエコーを検出し、第２の周波数領域に含まれる、中継器の変調信号に含まれるＯＦＤＭシンボルのレーダエコーを検出することができる。

好ましくは、ＯＦＤＭレーダセンサは、変調された信号に対応する受信信号成分を評価する際に、レーダ対象の距離および相対的な半径方向の速度を推定するために、ＯＦＤＭレーダセンサと中継器との間の２倍の送受信経路から生じる、２倍の信号伝搬時間および２倍のドップラーシフトを考慮するように構成されている。ＯＦＤＭレーダセンサと中継器の間の送受信経路は、２つの構成要素の設置位置によって、同じレーダ対象に対するモノスタティックレーダエコーの伝搬時間または距離の約２倍になる。例えば、ＯＦＤＭレーダセンサは、第１の周波数位置のモノスタティック信号成分の周波数スペクトルで検出されたレーダエコーと、対応する第２の周波数位置で変調信号に対応する受信信号成分の周波数スペクトルで検出されたレーダエコーとを対応付けるように構成されていてもよく、第１の周波数位置はレーダエコーの一重ドップラーシフトに対応し、第２の周波数位置は同じレーダ対象のレーダエコーの二重ドップラーシフトに対応する。したがって、ＯＦＤＭレーダセンサは、受信信号のモノスタティック成分で検出されたレーダエコーの遅延であって、センサとレーダ対象との間のレーダエコーの単一信号伝搬時間に対応する遅延と、受信信号のモノスタティック成分で検出された、同じレーダ対象に対するレーダエコーの遅延であって、センサ、レーダ対象、および中継器の間の送受信経路を二重に通過することに対応する遅延とを対応付けるように構成されていてもよい。

したがって、バイスタティックレーダエコーに対するレーダ対象の距離と速度の推定には、ＯＦＤＭレーダセンサと中継器との間の送受信経路を二重に通過していることが考慮される。

ＯＦＤＭレーダセンサシステムは、好ましくは、自動車用のＯＦＤＭレーダセンサシステムである。複数の送受信ユニットは、好ましくは自動車の別の位置に配置されるための送受信ユニットである。この課題は、ＯＦＤＭレーダセンサシステムを有する自動車によってさらに解決される。

以下に、実施例を図面に基づいて詳述する。

ＯＦＤＭレーダセンサと中継器とを有するＯＦＤＭレーダセンサシステムを備えた自動車の模式図。 中継器の概略図。 ＯＦＤＭシンボルの部分スペクトル ＯＦＤＭシンボルの信号経過を示す模式図。 ＯＦＤＭシンボルのレーダエコーの模式図。 ＯＦＤＭレーダセンサの模式図。 中継器の変調器の原理回路図。 中継器の別の例を示す模式図。 別の例にかかるＯＦＤＭシンボルのレーダエコーの模式図。 別の例にかかるＯＦＤＭシンボルの部分スペクトル。

図１に示すＯＦＤＭレーダセンサシステムは、自動車１０に設置され、ＯＦＤＭレーダセンサ１２と、能動的中継器１４の形態の送受信ユニットを含み、これらのユニットは、自動車１０において互いに横方向の距離Ｂをおいて、例えば、車両の前部に設置されている。ＯＦＤＭレーダセンサ１２は、送信信号１６を生成して送信し、この送信信号１６はレーダ対象１８によって反射または散乱され、レーダエコー２０としてＯＦＤＭレーダセンサ１２によって受信される。また、反射した送信信号１６は、レーダエコー２２として中継器１４によって受信される。

中継器１４は、ＯＦＤＭレーダセンサ１２によって生成および送信され、中継器１４によってレーダエコー２２として受信された信号を増幅し、レーダエコー２２と直交する信号２４に変調して中継器１４が送信する。中継器によって送信された信号２４は、再びレーダ対象１８で反射され、ＯＦＤＭレーダセンサ１２で変調されたレーダエコー２６として受信される。したがって、ＯＦＤＭレーダセンサ１２からの受信信号は、レーダ対象１８からの直接的なレーダエコー２０からなるモノスタティック成分と、変調されたレーダエコー２６からなるバイスタティック成分とを含み、ひいては変調信号２４に対応する。

ＯＦＤＭレーダセンサ１２は、例えば、角度分解型のＯＦＤＭレーダセンサであってもよく、レーダ対象１８から信号２０が受信される角度φ１を推定するために使用されてもよい。また、中継器１４は、例えば、送信アンテナまたは受信アンテナが仰角方向および方位角方向に比較的広い視野（ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）を有するトランシーバであってもよい。例えば、中継器１４の視野は、所定の距離範囲におけるＯＦＤＭレーダセンサ１２の視野に対応していてもよい。これにより、図１に示すように、中継器１４へ反射した信号２２を、同じ送受信経路に沿ってＯＦＤＭレーダセンサ１２に返送し、レーダ対象１８で再反射させることができる。レーダエコー２２が中継器によって受信される角度φ２は、軸外のレーダ対象１８もモノスタティックおよびバイスタティックなレーダエコー２０、２６を提供するように、角度φ１と異なっていてもよい。

図２には、受信アンテナ２８と送信アンテナ３０とを有する中継器１４が模式的に示されている。図２では、送信信号２４の一部の方向が図示されており、この方向から信号２４がレーダ対象１８で再び反射され、ＯＦＤＭレーダセンサ１２によって受信される。

中継器１４は、少なくとも１つの増幅器、例えば受信増幅器３２および送信増幅器３４を含む。さらに中継器１４は、受信され、変調された形で再送信される信号を周波数シフトするための変調器３６を含む。変調器３６は、受信された信号２２に、信号２２の複素周波数の位相のシフトに対応する所定の周波数オフセットΔｆ０分だけの周波数シフトを与え、その位相は調和振動に応じて変動する。この位相シフトは、図７の例で以下に説明するように、Ｉ／Ｑ信号成分の振幅Ｉ、Ｑによって制御される。

図３は、送信信号１６のＯＦＤＭシンボルのスペクトルの一部を模式的に示す。周波数ｆにわたる信号振幅Ａが示されている。シンボル期間ＴのＯＦＤＭシンボルを有するＯＦＤＭ信号では、最小周波数間隔Δｆが直交条件Ｔ＝１／Δｆを満たすサブキャリアがＯＦＤＭ変調に利用できる。サブキャリアの周波数間隔をΔｆとすると、シンボル期間Ｔ内のサブキャリアの振動の周期数がちょうど１周期またはその倍数だけ異なるため、サブキャリア同士が直交する。

ＯＦＤＭレーダセンサ１２の送信信号１６では、１つのＯＦＤＭシンボルで各ｎ番目のサブキャリアのみが占有される。図３に示す例では、ｎ＝２である。図示を簡単にするために、図３では、周波数ｆ１とｆ２のＯＦＤＭシンボルの占有されている２つのサブキャリアのみが示されている。

図３に示す信号１６の周波数スペクトルは、ドップラーシフトを無視すると、中継器１４が受信したレーダエコー２２の周波数スペクトルに対応する。受信信号２２は通常、時間的に遅延した、場合によってはドップラーシフトされたレーダエコーの重ね合わせを含み、そのうち単一のレーダエコー２２の部分スペクトルのみが図３に示されている。

変調器３６は、最小のサブキャリア間隔Δｆに対応する周波数オフセットΔｆ０分だけ、信号２２の周波数シフトを図る。図３には、中継器１４から返送された増幅信号２４の周波数スペクトルが模式的に示されており、同じ振幅の周波数スペクトルは破線で示されている。周波数シフトにより、信号２２、２４は互いに直交している。変調されたレーダエコーの占有サブキャリアは、図３に示すように、レーダエコー２２として受信したＯＦＤＭシンボルのギャップに位置している。

図４は、時間ｔにわたる送信信号１６のＯＦＤＭシンボルの信号波形を模式的に示す。ＯＦＤＭ変調方式によれば、信号の個々の占有サブキャリアが変調され、例えば、各占有サブキャリアは複素数振幅で変調される。

図５は、それぞれのサブキャリアが位置する複数の第１の周波数領域３８を含むＯＦＤＭレーダセンサ１２の受信信号に含まれるＯＦＤＭシンボルのモノスタティックレーダエコー２０と、第２の周波数領域４０のバイスタティックレーダエコー２６に含まれるＯＦＤＭシンボルを模式的に示す。ＯＦＤＭレーダセンサ１２が受信したモノスタティック信号成分２０は、第１の周波数領域３８に位置し、通常は、時間的に遅延した、場合によってはドップラーシフトされたレーダエコーの重ね合わせを含む。一方で、バイスタティック受信レーダエコー２６は、周波数間隔Δｆ０分だけの周波数シフトを追加的に示すとともに、遅延や、場合によってはドップラーシフトも有しており、これは、レーダ対象１８を介した送受信経路の二重の通過に対応する。周波数領域３８、４０が異なるため、モノスタティック信号成分とバイスタティック信号成分とを別々に処理することができる。

図６は、送信分岐４２と受信分岐４４とを有するＯＦＤＭレーダセンサ１２の原理回路図を模式的に示す。各ＯＦＤＭシンボルステップでは、個々のサブキャリアのサブシンボルを含む変調シンボルｓが、逆フーリエ変換によって時間領域のＯＦＤＭシンボルｘに変換される。ここで、ＯＦＤＭシンボルｘは、それ自体公知な方法で、シンボル長Ｔの実際のＯＦＤＭシンボルと、ＯＦＤＭシンボルの端部のコピーであるサイクリックプレフィックス（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ）とを含む。ＯＦＤＭシンボルｘは、ＤＡコンバータによってアナログ信号に変換され、Ｉ／Ｑ変調器４５が局部発振器ＬＯの送信周波数ｆ０を変調して、送信信号１６を生成する。

受信分岐４４では、信号成分２０、２６を含む受信信号は、Ｉ／Ｑ復調器４６で局部発振器ＬＯのレーダ周波数で復調され、ＡＤ変換器でデジタル化され、ＦＦＴを用いたフーリエ変換が行われる。フーリエ変換の際、受信信号２０、２６に含まれるサブキャリアは、周波数スペクトルの別々の周波数位置にマッピングされる。

そして、周波数スペクトルの第１の周波数領域３８と、周波数スペクトルの第２の周波数領域４０とは、別々の処理分岐で別々に処理される。モノスタティックレーダエコーに対応する第１の周波数領域３８については、送信ＯＦＤＭ信号ｓによる受信信号の複素スペクトル分割が行われる。これは、受信信号成分の正規化と呼ぶ場合もある。この処理は、ＯＦＤＭレーダ測定の連続するＯＦＤＭシンボルｓに対して行われる。このようにして、２次元スペクトルＥ１における遅延とドップラーシフトによって生成された複素数指数の和が、サブキャリアとＯＦＤＭシンボルのシーケンスｓに対応して得られる。

これに対して、中継器１４の変調信号に対応する第２の周波数領域４０の信号成分は、中継器１４が送信信号を変調した周波数間隔Δｆ０分の周波数シフトの形で、追加的に復調を受ける。その後、ＯＦＤＭシンボルｓの配列による複素スペクトル分割をさらに行うことで、モノスタティック信号処理に対応し、２次元のスペクトルＥ２が得られる。

それぞれの検出装置４７は、２つの別々の処理分岐で周波数領域３８、４０について得られた二次元スペクトルＥ１、Ｅ２を評価し、スペクトルＥ１、Ｅ２のピークに基づいてレーダ対象を検出する。評価装置４８は、検出されたレーダ対象を評価する。ここで、レーダエコーの二重ドップラーシフトに対応する周波数位置の第２の周波数領域４０からの信号に基づいて検出されたレーダ対象は、対応する一重ドップラーシフトに対応する周波数位置の第１の周波数領域３８からの信号に基づいて検出されたレーダ対象と関連する。同様に、２倍の伝搬時間を有する第２の周波数領域４０からの信号に基づいて検出された対象は、１倍の伝搬時間を有する第１の周波数領域３８からの信号に基づいて検出された対応する対象に対応付けられている。

図７は、変調器３６の原理回路図を示す。変調器３６の入力部４９は、変調器３６の入力信号を同相信号と直交信号とに分割するＩ／Ｑスプリッタ５０に接続されている。換言すると、Ｉ／Ｑスプリッタ５０は、第１の、図７の上側の信号分岐で位相が０°シフトされた入力信号を供給し、第２の、図７の下側の信号分岐で位相が９０°シフトされた入力信号を供給する。Ｉ／Ｑスプリッタ５０は、それ自体公知の方法で、受動的ＬＣネットワークによって構成されている。上側の信号分岐と下側の信号分岐とは、それぞれ乗算器５２と５４を含み、これらの乗算器５２と５４は、図７では、振幅が調整可能な増幅器と、信号の生じ得る符号変更を表す記号で象徴的に示されている。さらに入力変数として、乗算器５２、５４は、変調信号のＩ／Ｑ成分を取得する。変調信号は、周波数オフセットΔｆ０に対応した周波数を有する調和振動であり、例えば、Ｉ＝ｓｉｎ（２７πｔΔｆ０）、Ｑ＝ｃｏｓ（２πｔΔｆ０）となる。乗算器５２、５４の出力は、加算素子５８によって変調器３６の出力部５６で位相を合わせて加算される。したがって、入力信号の位相シフトが変調器３６によって行われ、複素位相シフトベクトルが周波数Δｆ０で循環（回転）する。

説明された実施例は、本発明を説明するための例として記載されたものであり、変更されてもよい。
例えば、図２に示した中継器１４の代わりに、図８に示した中継器１４’を使用してもよい。また、中継器１４’は、共通の送受信アンテナ６０が設けられており、方向性結合器４２および入力増幅器３２および／または出力増幅器３４を介して変調器３６に接続されている点で、図２の例と異なる。方向性結合器６２は、３つの入出力端子を含む。方向性結合器６２は、アンテナ６０から受信した信号を、増幅器３２を介して変調器３６に結合する。変調器３６または増幅器３４からの出力信号は、送信のためにアンテナ６０の方向に結合される。

図９は、実施形態の別の例にかかる、図５に対応する図を示す。この例では、中継器１４の変調器３６によって引き起こされる周波数シフトΔｆ０は、ＯＦＤＭシンボルの占有帯域幅に対応するか、それよりも大きい。この例では、ＯＦＤＭレーダセンサ１２の送信信号のＯＦＤＭシンボルでは、直接連続したサブキャリアが占有されており、これらは共に第１の周波数領域３８に含まれている。バイスタティック受信レーダエコーは、周波数オフセットΔｆ０分だけ第１の周波数領域３８に対して相対的にシフトされた第２の周波数領域４０に含まれる。１つのＯＦＤＭシンボルにｑ個の連続したサブキャリアを使用すると、この例の周波数間隔はｑΔｆとなり、Δｆは連続した２つのサブキャリア間の距離である。

上述した図２および図５の例は、複数の能動的中継器１４を有するＯＦＤＭレーダセンサシステムに適切に一般化することができる。図１０は、各３番目のサブキャリアのみが占有される送信信号１６の別の例のＯＦＤＭシンボルの一部を示し、これは図３に対応している。そして、さらなる中継器１４は、周波数オフセット２Δｆ０によって、第１の中継器１４のΔｆ０だけシフトされた信号に直交する変調信号を生成してもよい。そして、ＯＦＤＭレーダセンサ１２は、異なる中継器１４から発信されたレーダエコーを、対応する周波数領域における位置に基づいて、互いに、また、モノスタティックレーダエコーから区別し、それぞれを３つの処理分岐で別々に処理してもよい。

Claims (10)

1. 送受信ユニット（１２、１４）を有するＯＦＤＭレーダセンサシステムであって、前記送受信ユニットの１つがＯＦＤＭレーダセンサ（１２）であり、前記送受信ユニットの別の１つが中継器（１４）であり、前記中継器（１４）は、前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって生成および送信され、前記中継器（１４）によって受信された信号（２２）を、前記中継器（１４）によって受信された前記信号（２２）と直交する信号に変調し、前記変調された信号（２４）を送信するように構成されており、前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）は、前記変調された信号（２４）に対応する、前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって受信された信号（２０、２６）の成分（２６）を、前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって受信された信号（２０、２６）のモノスタティック成分（２０）から分離するように構成されている、ＯＦＤＭレーダセンサシステム。
2. 前記中継器（１４）によって送信された前記信号は、前記中継器（１４）によって受信された前記信号を、所定の周波数オフセット（Δｆ０）分だけ周波数シフトされた信号を含む、請求項１に記載のＯＦＤＭレーダセンサシステム。
3. 前記所定の周波数オフセット（Δｆ０）は、前記中継器によって受信された信号（２２）に含まれるＯＦＤＭサブキャリアが、変調された信号（２４）において前記周波数オフセット（Δｆ０）分だけシフトされた対応するＯＦＤＭサブキャリアと直交する周波数オフセット（Δｆ０）である、請求項２に記載のＯＦＤＭレーダセンサシステム。
4. 前記中継器（１４）は、前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって生成および送信され、前記中継器（１４）によって受信された前記信号（２２）を、前記中継器（１４）によって受信された前記信号（２２）と直交する信号（２４）に所定の周波数オフセット（Δｆ０）分だけ周波数シフトすることによって変調するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のＯＦＤＭレーダセンサシステム。
5. 前記所定の周波数オフセット（Δｆ０）分の前記周波数シフトは、Ｉ／Ｑ信号の位相シフトによって行われ、前記位相シフトは前記所定の周波数オフセット（Δｆ０）に対応する周波数の調和振動に応じて変動する、請求項２から４のいずれか一項に記載のＯＦＤＭレーダセンサシステム。
6. 前記中継器（１４）は、前記中継器（１４）によって受信された信号（２２）を所定の周波数間隔（Δｆ０）だけ周波数シフトさせるための変調器（３６）を有し、前記変調器（３６）は、
   － 前記中継器（１４）によって受信された信号（２２）から、基準レーダ周波数（ｆ０）に対して互いに９０°位相シフトされたＩ／Ｑ信号成分を提供するように構成されたＩ／Ｑスプリッタ（５０）と、
   － 符号付きのそれぞれのＩ／Ｑ信号成分と、変調信号のそれぞれのＩ／Ｑ変調信号成分とを乗算するように構成され、前記変調信号は、前記所定の周波数間隔（Δｆ０）に対応する周波数を有する乗算器（５２、５４）と、
   － 前記乗算器（５２、５４）の出力信号成分が結合される出力部（５６）と、を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のＯＦＤＭレーダセンサシステム。
7. 前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって生成および送信された前記信号（１６）は、周波数スペクトルにおいて占有されていないＯＦＤＭサブキャリアを有し、前記中継器（１４）は、前記中継器（１４）によって受信された信号において占有されているＯＦＤＭサブキャリアから周波数シフトされたＯＦＤＭサブキャリアを生成するように構成されており、前記ＯＦＤＭサブキャリアは、前記中継器（１４）によって受信された信号において占有されていないＯＦＤＭサブキャリアの周波数領域に対応する周波数領域に位置する、請求項１から６のいずれか一項に記載のＯＦＤＭレーダセンサシステム。
8. 前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって送信される前記送信信号（１６）は、各ｎ番目のサブキャリアのみを占有し、ｎは１より大きい自然数であり、前記変調信号（２４）は、前記中継器（１４）によって受信された前記信号（２２）に対して、サブキャリア間隔（Δｆ）の（ｍ＋ｐｎ）倍に相当する周波数オフセット（Δｆ０）分だけシフトされ、ｍはｎよりも小さい自然数であり、ｐは整数である、請求項１から７のいずれか一項に記載のＯＦＤＭレーダセンサシステム。
9. 前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって受信される前記信号（２０、２６）の前記変調信号（２４）に対応する成分（２６）の、前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって受信される前記信号（２０、２６）のモノスタティック成分（２０）から分離は、前記受信信号（２０、２６）の周波数領域（３８、４０）の別々の評価によって行われる、請求項１から８のいずれか一項に記載のＯＦＤＭレーダセンサシステム。
10. 前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）は、前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって受信される前記受信信号（２０、２６）の１つまたは複数の第１の周波数領域（３８）において、モノスタティックレーダエコー（２０）に対応するＯＦＤＭシンボル（ｓ）を検出し、前記ＯＦＤＭレーダセンサ（１２）によって受信される前記受信信号（２０、２６）の１つまたは複数の他の第２の周波数領域（４０）において、前記中継器（１４）によって変調された前記信号（２４）のバイスタティックレーダエコーに対応するＯＦＤＭシンボルのレーダエコーを検出するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のＯＦＤＭレーダセンサシステム。
    

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