JP3911266B2 - レーダ装置、レーダ装置の目標測定方法、およびレーダ装置の目標測定プログラム - Google Patents

Description

この発明は、目標との距離を測定するレーダ装置、レーダ装置の目標測定方法、およびレーダ装置の目標測定プログラムに関するものである。

車載レーダ装置は、目標となる先行車との距離を測定・検出して追突の危険性を判定し、運転者に警報するものである。このような車載レーダ装置は、車両に搭載するため小型化が要求されている。そこで、上述した小型化あるいは低廉化の要求を満たすため、従来から、機器構成が簡単なＦＭ−ＣＷレーダ方式のレーダ装置が提供されている（たとえば、特許文献１参照。）。

この特許文献１のＦＭ−ＣＷレーダ方式のレーダ装置は、周波数変調信号を送信し、目標物体で反射された信号を受信して送信信号と混合して得たビート信号から上記目標物体の距離及び相対速度を得る。そして、単一のアンテナを使用しており、送受信を時分割で行うこととしている。

一方、近年のＦＭ−ＣＷレーダ方式のレーダ装置は、小型化の要求のほか、更なる事故防止及び安全確保のため、近距離測定の高精度化が要求されている。特に、車載レーダ装置では、渋滞時のように低速で短間隔の車間距離を制御するストップアンドゴー機能を付加するため、近距離目標に対して高い距離精度δＲが要求されている。

近距離の距離精度が要求される場合、上述した特許文献１のＦＭ-ＣＷ方式のレーダ装置では、距離精度を高めるために、下記式（１）に示す周波数偏移ΔＦを高める必要がある。距離精度は、ビート周波数の測定にも関係する。距離精度δＲは、ビート周波数ｆｒの計測分解能δｆｒであらわされ、
δＲ＝（Ｃ／（４・ｆｍ・ΔＦ））δｆｒ・・・（１）
（但し、Ｃは光速、ｆｍは変調周波数）
となる。

計測分解能δｆｒは、ビート周波数の計測方式によって異なるが、通常のＦＦＴ解析により周波数計測をする場合、１／（２・ｆｍ）内にビート信号１サイクル分が必要となり、ビート周波数は、この最小周波数の整数倍で計測される。したがって、δｆｒ＝２・ｆｍとなり、上記式（１）より、距離精度δＲを求めると、
δＲ＝Ｃ／（２・ΔＦ）・・・（２）
となる。ΔＦ＝１００［ＭＨｚ］では、δＲ＝１．５［ｍ］（±０．７５［ｍ］）になる。

特開平９−２４３７３８号公報

しかしながら、ＦＭ−ＣＷ方式における７６［ＧＨｚ］帯のレーダバンドの技術基準では、各種のレーダ方式が認可されており、静止目標でも距離、速度が比較的簡単な構成で測定できるが、近距離の距離分解能の性能が落ちるという問題があった。また、送受スイッチ周波数を掃引し、ビート信号レベルの落ち込み（ヌルポイント）を検出して距離を測定する方程式においては、極近距離では送受スイッチ周波数が高くなり、０．５［ｍ］でスイッチ周波数が３００［ＭＨｚ］と高くなり、高い繰返し周波数の送信パルスとなって占有帯域幅の法的な制限を越えてしまうこととなり、実用化できないという問題があった。

また、他方式のレーダでは、たとえば、パルス方式は、近距離においてパルス幅Ｔｗが狭くなり、送受信機やアンテナが広帯域となるという問題があった。たとえば、最小探知距離Ｒminは、
Ｒmin＝Ｃ・Ｔｗ／2・・・（３）
となる。ここで、パルス幅Ｔｗと帯域幅Ｂとの関係は、
Ｂ≒２／Ｔｗ・・・（４）
であるから、最小探知距離ＲminをＲmin＝０．５［ｍ］とすると、帯域幅Ｂは、６００［ＭＨｚ］となり、広帯域なレーダ送受信機や広帯域なアンテナが必要となり、高価になるという問題があった。

また、パルス幅が狭いと送信スペクトラムが広がることとなり、帯域幅Ｂが、占有帯域幅の法的制限（国内では５００［ＭＨｚ］）を超えてしまうことになり、距離測定に限界があるという問題があった。

一方、パルスレーダ方式では、時分割によって送受信をおこなうためアンテナを共用することができるが、近距離においては、狭いパルス幅、高速立上がりおよび立下り特性が要求されるため、送信変調系および受信系の構成性能化が避けられないという問題があった。

また、２周波ＣＷ方式は、周波数を２波切替えし、目標からのドップラ信号を検出して、２周波数の各ドップラ信号の位相差から距離を測定する方式であり、ＦＭ−ＣＷ方式とほぼ同じ構成である。しかしながら、目標とレーダの相対速度がない場合、ドップラ信号がなく距離が測定できないという問題があった。特に、自動車の渋滞時のように低速で短間隔の車間距離を制御する場合には、その問題が顕著であった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡単な構成によって、目標までの距離を容易かつ正確に測定することができるレーダ装置、レーダ装置の目標測定方法、およびレーダ装置の目標測定プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかるレーダ装置、レーダ装置の目標測定方法、およびレーダ装置の目標測定プログラムは、目標に対して被変調波信号を送信する送信動作と、前記目標から反射された前記被変調波信号を受信する受信動作とを、所定のスイッチ周期によって時分割でおこなうレーダ装置、レーダ装置の目標測定方法、およびレーダ装置の目標測定プログラムであって、前記被変調波信号の受信感度を生成し、生成された受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更し、前記所定のスイッチ周期と、前記ヌルポイントが発生したときに変更された前記送受信動作の動作タイミングと、に基づいて、前記目標までの距離を算出することを特徴とする。

この発明によれば、受信感度を強制的に不感状態にしてヌルポイントを発生させることにより、被変調波信号が送信されてから目標に反射されて受信されるまでの伝搬遅延時間を算出することができる。

この発明にかかるレーダ装置、レーダ装置の目標測定方法、およびレーダ装置の目標測定プログラムによれば、簡単な構成によって、目標までの距離を容易かつ正確に測定することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるレーダ装置、レーダ装置の目標測定方法、およびレーダ装置の目標測定プログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
まず、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の機能的構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の機能的構成を示すブロック図である。このレーダ装置１００は、送信部１０１と、受信部１０２と、送受信動作制御部１０３と、受信感度生成部１０４と、タイミング変更部１０５と、相対遅延時間算出部１０６と、記憶部１０７と、ヌルポイント検出部１０８と、相対遅延時間抽出部１０９と、距離算出部１１０と、から構成されている。

送信部１０１は、目標に対して被変調波信号を所定のパルス周期で送信する。受信部１０２は、目標から反射されてくる被変調波信号を所定のパルス周期で受信する。送受信動作制御部１０３は、送信部１０１の送信動作および受信部１０２の受信動作を制御する。具体的には、目標に対し被変調波信号を送信する送信動作と、目標から反射された被変調波信号を受信する受信動作と、を時分割でおこなうように制御する。

受信感度生成部１０４は、受信部１０２から出力される出力信号の受信感度（信号レベル）を生成する。具体的には、受信部１０２から出力されるビート信号の信号レベルや、振幅検波された振幅信号の信号レベルを、受信感度として生成することができる。この受信感度は、たとえば電圧値によってあらわすことができる。

タイミング変更部１０５は、受信感度生成部１０４によって生成された受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更する。具体的には、後述するように、送信動作をあらわす送信動作波形または受信動作をあらわす受信動作波形のうち、いずれか一方の動作波形をスライドすることによって、送受信動作の動作タイミングを変更する。

相対遅延時間算出部１０６は、タイミング変更部１０５によって送受信動作の動作タイミングを変更する都度、送信動作と受信動作との相対的な時間差をあらわす相対遅延時間τを算出する。この相対遅延時間τは、具体的には、送信動作をあらわす送信動作波形または受信動作をあらわす受信動作波形のうち、いずれか一方の動作波形をスライドしたときに、送信動作の開始時刻を基準とした受信動作の開始時刻までの時間である。この相対遅延時間τが、被変調波信号の実際の受信動作がＯＦＦとなる時間と一致したときに、受信部１０２の受信感度が不感状態となり、ヌルポイントが発生する。

記憶部１０７は、受信感度生成部１０４によって生成された受信感度と、この受信感度に対応する相対遅延時間τを記憶する。ヌルポイント検出部１０８は、記憶部１０７に記憶された受信感度を比較して、受信動作の動作時間内において受信された被変調波信号の受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントを検出する。具体的には、所定のしきい値を設定しておき、このしきい値以下となった受信感度をヌルポイントとして検出する。

相対遅延時間抽出部１０９は、記憶部１０７に記憶されている相対遅延時間τの中から、ヌルポイントが発生したときの相対遅延時間τsを抽出する。この相対遅延時間τsは、具体的には、ヌルポイント検出部１０８によって検出されたヌルポイントに対応する相対遅延時間τである。

距離算出部１１０は、所定のスイッチ周期と、ヌルポイントが発生したときにタイミング変更部１０５によって変更された送受信動作の動作タイミングと、に基づいて、目標までの距離を算出する。具体的には、所定のスイッチ周期と、相対遅延時間抽出部１０９によって抽出された、ヌルポイントが発生したときの相対遅延時間τsと、に基づいて、目標までの距離を算出する。算出方法の詳細については後述する。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１００のハードウェア構成の一例について説明する。図２は、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１００のハードウェア構成の一例を示す説明図である。

このレーダ装置１００は、クロック発振器２０１と、三角波発生回路２０２と、高周波の電圧可変発振器（ＶＣＯ）２０３と、送信スイッチ２０４と、送信アンテナ２０５と、を備えている。クロック発振器２０１は、所定のクロック信号を出力する。三角波発生回路２０２は、クロック発振器２０１からのクロック信号に同期した三角波を出力する。電圧可変発振器２０３は、三角波発生回路２０２から出力された三角波を周波数変調して、被周波数変調信号を出力する。また、電圧可変発振器２０３は、受信部１０２の第１ミキサ２１３に接続されており、この被周波数変調信号の一部を第１ミキサ２１３に出力する。送信スイッチ２０４は、送信ドライバ２２２の開閉駆動によって被周波数変調信号を送信アンテナ２０５に出力する。送信アンテナ２０５は、目標に向けて、スイッチングされた被周波数変調信号を被変調波信号として送信する。このクロック発振器２０１、三角波発生回路２０２、電圧可変発振器２０３、送信スイッチ２０４および送信アンテナ２０５は、図１に示した送信部１０１を構成する。

また、レーダ装置１００は、受信アンテナ２１１と、受信スイッチ２１２と、第１ミキサ２１３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１４と、第２ミキサ２１５と、を備えている。受信アンテナ２１１は、目標から反射されてくる被変調波信号を受信する。受信スイッチ２１２は、受信ドライバ２２３の開閉駆動によって受信アンテナ２１１に受信された被変調波信号を第１ミキサ２１３に出力する。第１ミキサ２１３は、電圧可変発振器２０３および受信アンテナ２１１からの出力を混合して中間周波数信号を出力する。バンドパスフィルタ２１４は、第１ミキサ２１３からの中間周波数信号を所定の帯域で通過させる。第２ミキサ２１５は、バンドパスフィルタ２１４を通過した中間周波数信号と、スイッチ駆動信号源（ＬＯ）２２１から出力される局部発振信号とを混合して、周波数変換することで、ビート信号を出力する。この受信アンテナ２１１、受信スイッチ２１２、第１ミキサ２１３、バンドパスフィルタ２１４および第２ミキサ２１５は、図１に示した受信部１０２を構成する。

さらに、レーダ装置１００は、スイッチ駆動信号源２２１と、送信ドライバ２２２と、受信ドライバ２２３と、を備えている。スイッチ駆動信号源２２１は、信号処理部２３０からの指令にしたがって、送信ドライバ２２２と受信ドライバ２２３とを駆動する駆動パルス信号を出力する。この駆動パルス信号は、送信ドライバ２２２と受信ドライバ２２３とを所定の周期で独立に駆動でき、送信スイッチ２０４の開閉時間と受信スイッチ２１２の開閉時間とを制御することができる。駆動パルス信号の一部は、第２ミキサ２１５に局部信号として入力される。このスイッチ駆動信号源２２１、送信ドライバ２２２および受信ドライバ２２３は、図１に示した送受信動作制御部１０３を構成する。

信号処理部２３０は、Ａ／Ｄ変換器２３１と、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）２３２と、ＣＰＵ２３３と、ＲＯＭ２３４と、ＲＡＭ２３５と、出力Ｉ／Ｆ２３６と、これらを接続するバス２３７と、から構成されている。Ａ／Ｄ変換器２３１は、第２ミキサ２１５からの出力信号をデジタル変換する。高速フーリエ変換器２３２は、デジタル化された、第２ミキサ２１５からのビート信号を高速フーリエ変換することで、ビート信号の距離に比例する周波数成分の信号レベルを生成する。ＣＰＵ２３３は、信号処理部２３０全体を統括する。ＲＯＭ２３４には各種プログラムが記憶されている。ＲＡＭ２３５は、ＣＰＵ２３３のワークエリアとして使用され、また、高速フーリエ変換器２３２によって生成されたビート信号の距離に比例する周波数成分の信号レベルを記憶する。また、ＲＡＭ２３５に限定されず、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤなど読み書き可能な記録媒体によって構成してもよい。

この信号処理部２３０は、図１に示した受信感度生成部１０４と、タイミング変更部１０５と、相対遅延時間算出部１０６と、記憶部１０７と、ヌルポイント検出部１０８と、相対遅延時間抽出部１０９と、距離算出部１１０と、を構成する。換言すれば、図１に示した受信感度生成部１０４、タイミング変更部１０５、相対遅延時間算出部１０６、ヌルポイント検出部１０８、相対遅延時間抽出部１０９および距離算出部１１０は、具体的には、たとえば、ＲＯＭ２３４、ＲＡＭ２３５、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤなどの読み書き可能な記録媒体に記録されたプログラムを、ＣＰＵ２３３が実行することによって、その機能を実現する。また、記憶部１０７は、具体的には、たとえば、ＲＯＭ２３４、ＲＡＭ２３５、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤなどの読み書き可能な記録媒体によってその機能を実現する。

つぎに、この発明の実施の形態にかかる距離測定原理について説明する。図３は、この発明の実施の形態にかかる送受信原理を示すタイミングチャートであり、図４は、図３のタイミングチャートにおいて、受信動作波形をスライドし、ヌルとなる場合のタイミングチャートである。図３に示すように、送受信動作制御によるスイッチ周期をＴswとし、送信動作制御パルスのデューティ比を５０％とすると、送信部１０１の送信動作波形Ａは、スイッチ周期Ｔswによって送信動作をＯＮ／ＯＦＦするパルス波形となる。また、目標から反射された被変調波信号の受信時間をあらわす受信時間波形Ｂは、送信動作波形Ａと同一のパルス波形であるが、送信動作波形Ａよりも伝搬遅延時間τoだけ遅延している。

さらに、受信部１０２の受信動作波形Ｃは、送信動作波形Ａと同一周期のパルス波形であるが、送受信動作制御により、送信動作波形Ａに対して逆相となっているパルス波形である。したがって、送信部１０１と受信部１０２との送受信動作は、時分割によっておこなわれている。これにより、被変調波信号を受信できる実際の受信時間Ｂａは、伝搬遅延時間τoと一致する。

また、図４に示すように、タイミング変更部１０５によって受信動作波形Ｃを実際の受信時間Ｂａ分スライドした場合、この受信時間Ｂａが消滅することにより、受信部１０２は不感状態（ヌル）となる。したがって、この不感状態（ヌル）となるポイント、すなわちヌルポイントを検出することにより、実際の受信時間Ｂａと一致する伝搬遅延時間τoを算出することができる。

この伝搬遅延時間τoを算出するためには、図４に示すように、ヌルポイントが発生したときの、送信動作波形Ａが立ち上がってから受信動作波形Ｃが立ち上がるまでの時間である相対遅延時間τsを検出する必要がある。ある距離にある目標から反射されてくる被変調波信号は、送信動作および受信動作の相対遅延時間τs分をスライドすることにより最低感度に選択することができる。

ここで、レーダの伝搬遅延時間τoおよび距離Ｒの算出について説明する。目標までの距離をＲ［ｍ］、光速をｃ［ｍ／ｓ］とすると、レーダの伝搬遅延時間τoは、
τo＝2Ｒ／ｃ・・・（５）
である。また、図４に示すように、受信時間波形Ｂと受信動作波形Ｃとが逆相になったときに、受信部１０２の受信感度が不感状態（ヌル）となるので、不感状態となる距離Ｒｎは、上記（５）式より、
Ｒｎ＝ｃ・τo／２・・・（６）
であらわすことができる。

また、このヌルポイントが発生したときの相対遅延時間τsは、図４に示すように、一スイッチ周期Ｔsw内において、送信動作波形Ａが立ち上がってから受信動作波形Ｃが立ち上がるまでの時間であるので、伝搬遅延時間τoは、
τo＝τs−Ｔsw／２・・・（７）
であらわすことができるので、不感状態となる距離Ｒｎは、
Ｒｎ＝ｃ・(τs−Ｔsw／２)／２・・・（８）
であらわすことができる。

この伝搬遅延時間τoがスイッチ周期Ｔswより大きくなっても不感状態（ヌル）が発生する。このため、伝搬遅延時間τoがスイッチ周期Ｔswを越える場合、何周期分の遅れかを示すτo／Ｔswの整数部分をｎとすると、不感状態となる距離Ｒｎは、
Ｒｎ＝｛ｎ・ｃ・(τs−Ｔsw／２)｝／２・・・（９）
であらわすことができる。

ここで、図５に、近距離における目標を受信したときの信号レベル（受信電力）Ｐｒと距離Ｒとの関係例を示す。このグラフの縦軸は、受信電力Ｐｒを示している。ここで、目標距離８．０３［ｍ］でヌルが生じる。伝搬遅延時間τoは、τo＝５．３５［ｎｓ］、目標の反射断面積σはσ＝１０［ｄＢｓｍ］、送信電力Ｐｔは０［ｄＢｍ］、アンテナ利得ＧはＧ＝３０．９［ｄＢ］である。距離８．０３［ｍ］でヌルになる相対遅延時間τsに固定し、目標距離を変化させたときの受信電力を示している。

このグラフによれば、約８．０３［ｍ］の距離で、受信電力Ｐｒの落ち込みが大きくなり、この距離が不感状態での近距離の目標までの距離となり、その空間フィルタの特性が鋭いことが分かる。したがって、目標から反射された被変調波信号を急峻な空間フィルタにより消去し、空間フィルタの消去時間遅れと距離の関係から距離を測定することができる。

図６は、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の送受信動作の相対遅延時間を鋸波状に掃引したときの、目標からの受信レベルの変化を示す説明図である。この掃引は、上述したヌルポイント検出部１０８によって実行される。目標が単一で、スイッチ周期Ｔswが一定、相対遅延時間τが、ヌルポイントＮが発生したときの相対遅延時間τsになると、受信感度が最小感度レベルＰｎまで低下して、不感状態（ヌル）となる。換言すれば、等価的には急峻なＢＥＦ（帯域阻止ろ波器、Ｂａｎｄ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒ）を挿入したことになる。

すなわち、送信被変調波信号が伝搬遅延時間τo分遅延して受信され、かつ同時に、被変調波信号の受信時間波形Ｂと受信動作波形Ｃとが互いに逆相になると（図４を参照。）、図６に示すように、各サーチ区間内では、受信感度が最小感度レベルＰｎとなるヌルポイントＮが発生する。このヌルポイントＮの受信感度（最小感度レベルＰｎ）と、ヌルポイント発生前後の受信感度とを比較することにより、ヌルポイントＮが発生したときの相対遅延時間τsを抽出することができる。したがって、不感状態（ヌル）をあらわす最小感度レベルＰｎにおける相対遅延時間τsにより、上記（８）式から、目標までの距離Ｒｎを算出することができる。

つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１００の目標測定処理手順について説明する。図７は、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置１００の目標測定処理手順を示すフローチャートである。送信スイッチ２０４を一定のスイッチ周期Ｔswで開閉し、矩形状のパルス被変調波信号を送信する。同時に送信スイッチ２０４と逆相となるように受信スイッチ２１２を開閉し、受信レベルを検出する受信動作を開始する（ステップＳ７０１）。そして、この反射エコー（被変調波信号）の受信を検出し、受信感度を生成する（ステップＳ７０２）。

レーダの場合、地面、雨粒などからの反射レベルも受信されるので、これらを雑音として排除するために、受信感度が、所定の設定レベル以上の信号レベルであるか否かを判定する。設定レベル未満である場合（ステップＳ７０３：Ｎｏ）、ステップＳ７０１に移行する。設定レベル以上である場合（ステップＳ７０３：Ｙｅｓ）、受信動作波形Ｃを所定の遅延変化量でスライドする（ステップＳ７０４）。

そして、このスライド時の遅延量から相対遅延時間τを算出し（ステップＳ７０５）、相対遅延時間τと受信感度とを対にして記憶する（ステップＳ７０６）。つぎに、スライド回数が所定回数に到達したか否かを判定する（ステップＳ７０７）。到達していない場合（ステップＳ７０７：Ｎｏ）、ステップＳ７０４に移行する。到達した場合（ステップＳ７０７：Ｙｅｓ）、相対遅延時間τを掃引して、ステップＳ７０６において記憶された各相対遅延時間τごとの受信感度からヌルポイントＮをサーチする（ステップＳ７０８）。ヌルポイントＮが検出されない場合は（ステップＳ７０９：Ｎｏ）、ステップＳ７０１に戻る。

ヌルポイントＮが検出された場合（ステップＳ７０９：Ｙｅｓ）、検出したヌルポイントＮに対応する相対遅延時間τsを抽出する（ステップＳ７１０）。そして、抽出された相対遅延時間τsとスイッチ周期Ｔswとに基づいて、上記（７）式より、伝搬遅延時間τoを算出する（ステップＳ７１１）。そして、上記（６）式により、目標までの距離Ｒｎを算出する（ステップＳ７１２）。このあと、ステップＳ７０１に戻る。

このレーダ装置１００によれば、受信動作波形Ｃをスライドすることにより、目標までの距離Ｒｎを測定することができる。したがって、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置よりも距離精度の向上を図ることができる。また、スイッチ周波数ではなくスイッチ周期をスライドすることにより距離を測定しているため、繰返し周期を長くでき、パルス方式のレーダ装置のように、被変調波信号が急峻な送信パルスにならないため、送信スペクトラムが広がらない。これにより、占有帯域幅の法的制限内に抑制することができ、実用化を図ることができる。また、パルス方式のレーダ装置のように、送受信機やアンテナが広帯域となることもなく、レーダ装置を安価にすることができる。また、目標との相対速度がない場合でも、目標までの距離を測定することができる。

（レーダ装置の他の構成例）
つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の他の構成例について説明する。図８は、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の他の構成例のハードウェア構成を示すブロック図である。この図８に示したレーダ装置８００は、被変調波信号を被ＡＭ変調波信号として送信し、この被ＡＭ変調波信号を受信することによって得られる信号レベルを、被ＡＭ変調波信号の振幅成分から得る構成である。なお、図２に示した構成と同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。

図８に示すように、このレーダ装置８００は、ＲＦ発振器８０１と、低周波発振器８０２と、ＡＭ変調器８０３と、第１アンプ８０４と、送信スイッチ２０４と、送信アンテナ２０５と、を備えている。ＲＦ発振器８０１は、ＡＭ変調器８０３に高周波の搬送波信号を出力する。低周波発振器８０２は、ＡＭ変調器８０３に低周波発振信号を出力する。低周波発振器８０２は、信号処理部８３０からの制御信号により、低周波発振信号の変調周波数を変化する。ＡＭ変調器８０３は、高周波搬送波信号を低周波発振信号により振幅変調し、被ＡＭ変調波信号を出力する。第１アンプ８０４は、被ＡＭ変調波信号を増幅する。増幅された被ＡＭ変調波信号は、送信スイッチ２０４を介して送信アンテナ２０５から送信される。このＲＦ発振器８０１、低周波発振器８０２、ＡＭ変調器８０３、第１アンプ８０４、送信スイッチ２０４および送信アンテナ２０５は、図１に示した送信部１０１を構成する。

また、このレーダ装置８００は、受信アンテナ２１１と、受信スイッチ２１２と、第２アンプ８１１と、振幅検波器８１２と、周波数可変バンドパスフィルタ８１３と、第３アンプ８１４と、を備えている。第２アンプ８１１は、目標から反射されてくることにより、受信アンテナ２１１および受信スイッチ２１２を介して入力される被ＡＭ変調波信号を増幅する。振幅検波器８１２は、第２アンプ８１１によって増幅された被ＡＭ変調波信号の包絡線検波をおこない、直流分の他、変調成分の信号を出力する。周波数可変バンドパスフィルタ８１３は、信号処理部８３０によって、低周波発振器８０２の変調周波数と同調するように制御され、振幅検波器８１２から検波された被ＡＭ変調波信号を選択的に通過させ、雑音成分を取り除く。第３アンプ８１４は、周波数可変バンドパスフィルタ８１３を通過した被ＡＭ変調波信号を増幅し、信号処理部８３０に出力する。この受信アンテナ２１１、受信スイッチ２１２、第２アンプ８１１、振幅検波器８１２、周波数可変バンドパスフィルタ８１３および第３アンプ８１４は、図１に示した受信部１０２を構成する。

信号処理部８３０は、Ａ／Ｄ変換器８３１と、ＣＰＵ２３３と、ＲＯＭ２３４と、ＲＡＭ２３５と、出力Ｉ／Ｆ２３６と、これらを接続するバス２３７と、から構成されている。Ａ／Ｄ変換器８３１は、第３アンプ８１４からの振幅信号をデジタル変換する。ＲＡＭ２３５は、ＣＰＵ２３３のワークエリアとして使用され、また、Ａ／Ｄ変換器８３１によってデジタル変換された振幅信号を記憶する。また、この信号処理部８３０は、低周波発振器８０２の変調周波数を変化させる制御信号を、低周波発振器８０２に出力するとともに、周波数可変バンドパスフィルタ８１３の通過中心周波数を、低周波発振器８０２の変調周波数と同調するように制御する。

この信号処理部８３０は、図１に示した受信感度生成部１０４と、タイミング変更部１０５と、相対遅延時間算出部１０６と、記憶部１０７と、ヌルポイント検出部１０８と、相対遅延時間抽出部１０９と、距離算出部１１０と、を構成する。換言すれば、図１に示した受信感度生成部１０４、タイミング変更部１０５、相対遅延時間算出部１０６、ヌルポイント検出部１０８、相対遅延時間抽出部１０９および距離算出部１１０は、具体的には、たとえば、ＲＯＭ２３４、ＲＡＭ２３５、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤなどの読み書き可能な記録媒体に記録されたプログラムを、ＣＰＵ２３３が実行することによって、その機能を実現する。また、記憶部１０７は、具体的には、たとえば、ＲＯＭ２３４、ＲＡＭ２３５、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤなどの読み書き可能な記録媒体によってその機能を実現する。

このレーダ装置８００によっても上述した図２に示したレーダ装置１００と同様、動作波形をスライドさせることによりヌルポイントＮを検出して、目標までに距離を容易に測定することができる。したがって、図２に示したレーダ装置１００と同様の作用効果を、被ＡＭ変調波信号を用いることによっても得ることができる。

（レーダ装置の別の構成例）
つぎに、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の別の構成例について説明する。図９は、この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の別の構成例のハードウェア構成を示すブロック図であり、図１０は、そのタイミングチャートである。なお、図２および図８と同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。この構成のレーダ装置９００は、ＦＭ−ＣＷレーダ方式と上述のレーダ装置８００の機能を併せ持つ構成である。

このレーダ装置９００は、クロック発振器２０１と、三角波発生回路２０２と、高周波の電圧可変発振器２０３と、送信アンプ９０１と、送信アンテナ２０５と、を備えている。この送信アンプ９０１は、電圧可変発振器２０３と送信アンテナ２０５間をＯＮ／ＯＦＦ切替する。また、この送信アンプ９０１は、三角波発生回路２０２と電圧可変発振器２０３とによって周波数変調された被ＲＦ周波数変調波信号を、振幅変調する。このクロック発振器２０１、三角波発生回路２０２、電圧可変発振器２０３、送信アンプ９０１および送信アンテナ２０５は、図１に示した送信部１０１を構成する。

また、レーダ装置９００は、受信アンテナ２１１と、受信アンプ９１１と、第１ミキサ２１３と、バンドパスフィルタ２１４と、第２ミキサ２１５と、周波数可変バンドパスフィルタ８１３と、を備えている。受信アンプ９１１は、受信アンテナ２１１と第１ミキサ２１３間をＯＮ／ＯＦＦ切替する。この受信アンテナ２１１、受信アンプ９１１、第１ミキサ２１３、バンドパスフィルタ２１４、第２ミキサ２１５および周波数可変バンドパスフィルタ８１３は、図１に示した受信部１０２を構成する。

さらに、レーダ装置９００は、低周波発振器８０１と、スイッチ駆動信号源２２１と、送信ドライバ２２２と、受信ドライバ２２３と、を備えている。低周波発振器８０１は、副搬送波となる所定の正弦波信号を出力する。正弦波信号は、送信ドライバ２２２に入力される。この正弦波信号をデューティ比５０％のパルス波形に重畳して、送信アンプ９０１をＯＮ／ＯＦＦスイッチ駆動する。

これにより、三角波発生回路２０２と電圧可変発振器２０３によって周波数変調された被ＲＦ周波数変調波信号が、送信アンプ９０１によって振幅変調されて、被変調波信号として送信アンテナ２０５から送信される。したがって、送信アンテナ２０５から送信される被変調波信号は、周波数変調成分（被ＲＦ周波数変調波信号）と振幅変調成分とを含んでいる。この低周波発振器８０１、スイッチ駆動信号源２２１、送信ドライバ２２２および受信ドライバ２２３は、図１に示した送受信動作制御部１０３を構成する。

また、受信部１０２を構成する受信アンテナ２１１、受信アンプ９１１および第１ミキサ２１３は、被変調波信号を受信する。受信された被変調波信号に含まれている周波数変調成分は中間周波数信号として出力されるとともに、受信された被変調波信号に含まれている振幅変調成分も出力される。すなわち、バンドパスフィルタ２１４は、中間周波数信号を選択して信号処理部９３０に出力し、周波数可変バンドパスフィルタ８１３は、振幅変調成分を選択して信号処理部９３０に出力する。

また、このレーダ装置９００の信号処理部９３０は、Ａ／Ｄ変換器２３１と、高速フーリエ変換器２３２と、Ａ／Ｄ変換器８３１と、ＣＰＵ２３３と、ＲＯＭ２３４と、ＲＡＭ２３５と、出力Ｉ／Ｆ２３６と、これらを接続するバス２３７と、から構成されている。この信号処理部９３０は、図１に示した受信感度生成部１０４と、タイミング変更部１０５と、相対遅延時間算出部１０６と、記憶部１０７と、ヌルポイント検出部１０８と、相対遅延時間抽出部１０９と、距離算出部１１０と、を構成する。換言すれば、図１に示した受信感度生成部１０４と、タイミング変更部１０５と、相対遅延時間算出部１０６と、記憶部１０７と、ヌルポイント検出部１０８と、相対遅延時間抽出部１０９と、距離算出部１１０は、具体的には、たとえば、ＲＯＭ２３４、ＲＡＭ２３５、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤなどの読み書き可能な記録媒体に記録されたプログラムを、ＣＰＵ２３３が実行することによって、その機能を実現する。また、記憶部１０６は、具体的には、たとえば、ＲＯＭ２３４、ＲＡＭ２３５、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤなどの読み書き可能な記録媒体によってその機能を実現する。

このレーダ装置９００の動作について図９および図１０を用いて説明すると、低周波発振器８０１は、送信ドライバ２２２に所定の正弦波信号Ｓ１を出力する。スイッチ駆動信号源２２１は、送信ドライバ２２２および受信ドライバ２２３に駆動信号Ｓ２を出力する。送信ドライバ２２２は、低周波発振器８０１から出力された正弦波信号を、スイッチ駆動信号源２２１から出力された駆動信号Ｓ２に重畳し、デューティ比５０％のパルス波形Ｓ３によって、送信アンプ９０１をＯＮ／ＯＦＦ駆動する。また、同様に、スイッチ駆動源２２１から出力された駆動信号Ｓ２を、信号処理部９３０からの制御信号によってスライドさせたデューティ比５０％のパルス波形Ｓ６が、受信ドライバ２２３から出力される。このパルス波形Ｓ６は、受信アンプ９１１をＯＮ／ＯＦＦ駆動する。

この結果、三角波発生回路２０２と電圧可変発振器２０３によって周波数変調された被ＲＦ周波数変調波信号を、送信アンプ９０１によって振幅変調した被変調ＲＦ搬送波パルス信号Ｓ４が、送信アンテナ２０５から送信される。被変調ＲＦ搬送波パルス信号Ｓ４は目標に反射され、受信アンテナ２１１に伝搬距離に比例した伝搬遅延時間τo後に、受信波形Ｓ５となって受信される。

受信された受信波形Ｓ５は、受信ドライバ２２３がＯＮの時間だけ受信アンプ９１１によって増幅され、第１ミキサ２１３に受信信号Ｓ７が入力される。第１ミキサ２１３は、電圧可変発振器２０３によって周波数変調された被ＲＦ周波数変調波信号の一部と、受信波形Ｓ７とを混合し、差周波数成分の中間周波数信号を生成出力する。同時に、第１ミキサ２１３の振幅検波作用により、受信信号Ｓ７の低周波信号成分である検波信号Ｓ８を生成出力する。

この第１ミキサ２１３から出力された中間周波数信号は、バンドパスフィルタ２１４と周波数可変バンドパスフィルタ８１３に入力される。バンドパスフィルタ２１４は、所定帯域で中間周波数信号を通過させることにより、中間周波数信号の中間周波数成分を第２ミキサ２１５に出力する。この中間周波数成分と、スイッチ駆動信号源２２１から出力される局部発振信号と、を混合し、信号処理部９３０内のＡ／Ｄ変換器２３１および高速フーリエ変換器２３２によって伝搬距離に比例したビート信号を生成し、ＲＡＭ２３５に記憶する。

一方、周波数可変バンドパスフィルタ８１３は、信号処理部９３０によって、送信アンプ９０１の変調周波数と同調するように制御されている。そして、第１ミキサ２１３の振幅検波作用により、第１ミキサ２１３から入力された低周波の変調振幅成分を選択的に通過させ、信号処理部９３０のＡ／Ｄ変換器８３１によってデジタル変換された振幅信号を生成し、このときの相対遅延時間τとともに、ＲＡＭ２３５に記憶する。そして、上述した図７に示した処理手順にしたがって、ＲＡＭ２３５に記憶された低周波変調成分のデジタル化振幅信号およびこれに対応する相対遅延時間τに基づいて、目標までの距離Ｒｎの算出をおこなう。

したがって、このレーダ装置９００によれば、ＦＭ−ＣＷ方式の動作で中間周波数に含まれるビート信号から距離を検出できるため、感度が高く、遠距離の目標を検出することができる。また、受信増幅器の駆動波形を、送信パルス波形を基準にスライド遅延することによって、検波した振幅信号が最低となるヌルポイントにより、近距離の目標の距離を高精度で検出することができる。

また、上述した実施の形態では、受信動作波形Ｃをスライドすることによって、ヌルポイントＮを発生させる構成としたが、送信動作波形Ａをスライドすることによっても、ヌルポイントＮを発生させることができる。

なお、本実施の形態で説明した目標測定方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

（付記１）目標に対して被変調波信号を送信する送信動作と、前記目標から反射された前記被変調波信号を受信する受信動作とを、所定のスイッチ周期によって時分割でおこなうレーダ装置であって、
前記被変調波信号の受信感度を生成する受信感度生成手段と、
前記受信感度生成手段によって生成された受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更するタイミング変更手段と、
前記所定のスイッチ周期と、前記ヌルポイントが発生したときに前記タイミング変更手段によって変更された前記送受信動作の動作タイミングと、に基づいて、前記目標までの距離を算出する距離算出手段と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。

（付記２）前記タイミング変更手段は、前記送信動作をあらわす送信動作波形または前記受信動作をあらわす受信動作波形のうち、いずれか一方の動作波形をスライドすることによって、前記ヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更することを特徴とする付記１に記載のレーダ装置。

（付記３）前記タイミング変更手段によって前記送受信動作の動作タイミングを変更するたびに、前記送信動作と前記受信動作との相対的な時間差をあらわす相対遅延時間を算出する相対遅延時間算出手段と、
前記相対遅延時間算出手段によって算出された相対遅延時間の中から、前記ヌルポイントが発生したときの相対遅延時間を抽出する相対遅延時間抽出手段と、
を備え、
前記距離算出手段は、前記所定のスイッチ周期と、前記相対遅延時間抽出手段によって抽出された、前記ヌルポイントが発生したときの相対遅延時間と、に基づいて、前記目標までの距離を算出することを特徴とする付記１または２に記載のレーダ装置。

（付記４）前記被変調波信号を所定の変調周波数の信号により振幅変調して送信する送信手段と、
前記送信手段から送信された被変調波信号を受信し、受信された被変調波信号から振幅変調成分を選択して振幅検波する受信手段と、
を備え、
前記受信感度生成手段は、前記受信手段によって振幅検波された振幅変調成分に基づいて、前記被変調波信号の受信感度を生成することを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載のレーダ装置。

（付記５）所定の周波数変調信号を振幅変調して前記被変調波信号として送信する送信手段と、
前記送信手段から送信された被変調波信号を受信し、受信された被変調波信号に含まれている周波数変調成分からビート信号を生成するとともに、前記被変調波信号に含まれている振幅変調成分を振幅検波する受信手段と、
を備え、
前記受信感度生成手段は、前記受信手段によって生成されたビート信号または振幅検波された振幅変調成分に基づいて、前記被変調波信号の受信感度を生成することを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載のレーダ装置。

（付記６）目標に対して被変調波信号を送信する送信動作と、前記目標から反射された前記被変調波信号を受信する受信動作とを、所定のスイッチ周期によって時分割でおこなうレーダ装置の目標測定方法であって、
前記被変調波信号の受信感度を生成する受信感度生成工程と、
前記受信感度生成工程によって生成された受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更するタイミング変更工程と、
前記所定のスイッチ周期と、前記ヌルポイントが発生したときに前記タイミング変更工程によって変更された前記送受信動作の動作タイミングと、に基づいて、前記目標までの距離を算出する距離算出工程と、
を含んだことを特徴とするレーダ装置の目標測定方法。

（付記７）目標に対して被変調波信号を送信する送信動作と、前記目標から反射された前記被変調波信号を受信する受信動作とを、所定のスイッチ周期によって時分割でおこなうレーダ装置の目標測定プログラムであって、
前記被変調波信号の受信感度を生成させる受信感度生成工程と、
前記受信感度生成工程によって生成された受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更させるタイミング変更工程と、
前記所定のスイッチ周期と、前記ヌルポイントが発生したときに前記タイミング変更工程によって変更された前記送受信動作の動作タイミングと、に基づいて、前記目標までの距離を算出させる距離算出工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするレーダ装置の目標測定プログラム。

以上のように、本発明にかかるレーダ装置、レーダ装置の目標測定方法、およびレーダ装置の目標測定プログラムは、たとえば、車載型のレーダ装置、レーダ装置の目標測定方法、およびレーダ装置の目標測定プログラムに適している。

この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の機能的構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の送受信原理を示すタイミングチャートである。 図３のタイミングチャートにおいて、受信動作波形をスライドし、ヌルとなる場合のタイミングチャートである。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の空間フィルタ計算例を示すグラフである。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の送受信動作の相対遅延時間を鋸波状に掃引したときの、目標からの受信レベルの変化を示す説明図である。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置の目標測定処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置のハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態にかかるレーダ装置のハードウェア構成の別の例を示すブロック図である。 図９に示したレーダ装置における信号波形を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１００ レーダ装置
１０１ 送信部
１０２ 受信部
１０３ 送受信動作制御部
１０４ 受信感度生成部
１０５ タイミング変更部
１０６ 相対遅延時間算出部
１０７ 記憶部
１０８ ヌルポイント検出部
１０９ 相対遅延時間抽出部
１１０ 距離算出部

Claims (5)

1. 目標に対して被変調波信号を送信する送信動作と、前記目標から反射された前記被変調波信号を受信する受信動作とを、所定のスイッチ周期によって時分割でおこなうレーダ装置であって、
   前記被変調波信号の受信感度を生成する受信感度生成手段と、
   前記受信感度生成手段によって生成された受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更するタイミング変更手段と、
   前記所定のスイッチ周期と、前記ヌルポイントが発生したときに前記タイミング変更手段によって変更された前記送受信動作の動作タイミングと、に基づいて、前記目標までの距離を算出する距離算出手段と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 前記タイミング変更手段は、前記送信動作をあらわす送信動作波形または前記受信動作をあらわす受信動作波形のうち、いずれか一方の動作波形をスライドすることによって、前記ヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記タイミング変更手段によって前記送受信動作の動作タイミングを変更する都度、前記送信動作と前記受信動作との相対的な時間差をあらわす相対遅延時間を算出する相対遅延時間算出手段と、
   前記相対遅延時間算出手段によって算出された相対遅延時間の中から、前記ヌルポイントが発生したときの相対遅延時間を抽出する相対遅延時間抽出手段と、を備え、
   前記距離算出手段は、前記所定のスイッチ周期と、前記相対遅延時間抽出手段によって抽出された、前記ヌルポイントが発生したときの相対遅延時間と、に基づいて、前記目標までの距離を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
4. 目標に対して被変調波信号を送信する送信動作と、前記目標から反射された前記被変調波信号を受信する受信動作とを、所定のスイッチ周期によって時分割でおこなうレーダ装置の目標測定方法であって、
   前記被変調波信号の受信感度を生成する受信感度生成工程と、
   前記受信感度生成工程によって生成された受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更するタイミング変更工程と、
   前記所定のスイッチ周期と、前記ヌルポイントが発生したときに前記タイミング変更工程によって変更された前記送受信動作の動作タイミングと、に基づいて、前記目標までの距離を算出する距離算出工程と、
   を含んだことを特徴とするレーダ装置の目標測定方法。
5. 目標に対して被変調波信号を送信する送信動作と、前記目標から反射された前記被変調波信号を受信する受信動作とを、所定のスイッチ周期によって時分割でおこなうレーダ装置の目標測定プログラムであって、
   前記被変調波信号の受信感度を生成させる受信感度生成工程と、
   前記受信感度生成工程によって生成された受信感度が不感状態であることをあらわすヌルポイントが発生するように、時分割されている送受信動作の動作タイミングを変更させるタイミング変更工程と、
   前記所定のスイッチ周期と、前記ヌルポイントが発生したときに前記タイミング変更工程によって変更された前記送受信動作の動作タイミングと、に基づいて、前記目標までの距離を算出させる距離算出工程と、
   をコンピュータに実行させることを特徴とするレーダ装置の目標測定プログラム。
   
   

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