JP4111853B2 - 送受信共用ｆｍ−ｃｗレーダ装置及びｆｍ−ｃｗレーダの信号処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続波（ＣＷ）を周波数変調（ＦＭ）した送信信号を用いるＦＭ−ＣＷレーダ装置であって、１アンテナにより時分割により送受信を切り替える送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
目標物体であるターゲットとの相対速度と距離を計測するレーダとして、ＦＭ−ＣＷレーダが用いられている。この方式のレーダは、簡単な信号処理回路により先方車両との相対速度及び距離を測定することができ、また、送受信機も簡単に構成できるため、自動車の衝突防止用レーダとして用いられている。
【０００３】
ＦＭ−ＣＷレーダとして、１アンテナ時分割制御方式による送受信共用のものが知られている。例えば、送信系及び受信系の信号経路にそれぞれ増幅器を設け、送信と受信のタイミングに合わせて送信系に設けられた増幅器及び受信系に設けられた増幅器を交互に動作させ、送受信の切替を行うものが開示されている（特許文献１）。
送受信の切替は増幅器の利得を制御し、増幅器をオン、オフすることにより行う。このように、増幅器の利得を制御し、増幅器をオン、オフすることによって送受信の切替を行うことによって、送受信間の分離を向上させ、送信電力が送受信切替部を介して受信系に漏洩しないようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１２２６６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、受信信号の電力はターゲットまでの距離の４乗に反比例して弱くなるため、近距離のターゲットからの反射波と、遠距離のターゲットからの反射波とでは、受信電力のレベルが大きく異なり、そのため受信回路には広いダイナミックレンジが要求され、受信回路のコスト高に繋がる。
本発明は、送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、送受信間の分離を向上させることに加えて、さらに受信回路部のダイナミックレンジを拡大せずに適切にターゲットを検出し、また、ターゲットの距離に応じて受信信号を適切に処理できる、送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ及びその信号処理方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置及び信号処理方法によれば、送信系又は受信系の信号経路に利得制御可能な増幅器を設け、該受信系の信号経路に設けられた増幅器の利得又は該送信系の信号経路に設けられた増幅器の利得を制御して、受信タイミングの区間のうち前半部又は送信タイミングの区間のうち後半部における利得を抑制することにより、受信系のダイナミックレンジを小さくすることができる。
また、送信系及び受信系にそれぞれ増幅器を設け、前記送信と受信のタイミングに合わせて送信系に設けられた増幅器及び受信系に設けられた増幅器を交互に動作させ、前記送受信の切替を行う。
そして、前記利得は、前記受信タイミングの区間の前端部から中間部にかけて徐々に抑制の度合いを小さくし、又は送信タイミングの区間の後端部から中間部にかけて徐々に抑制の度合いを小さくし、近距離のターゲットからの反射波の受信電力を抑制している。また、前記利得は、前記受信タイミングの区間の前端部から中間部にかけて段階的に抑制の度合いを小さくし、又は送信タイミングの区間の後端部から中間部にかけて段階的に抑制の度合いを小さくすることもできる。
【０００７】
また、前記受信系の信号経路に複数の増幅器を設け、一方の増幅器で前記送受信の切替を行い、他方の増幅器で前記受信タイミングの区間のうち前半部における利得を抑制することもできる。
そして、前記増幅器による利得の抑制又は送受信の切替は、増幅器に印加される電圧を変化させることにより行う。
さらに、前記送信系の信号経路又は送信系から方向性結合器により分離された分岐部に逓倍器を設け、送信系の信号経路に設けられた逓倍器（Ｍｔ）に印加される電圧を変化させて、送信タイミングの区間のうち後半部の電力を抑制し、又は分岐部に設けられた逓倍器（Ｍｒ）に印加される電圧を変化させて、受信タイミングの区間のうち前半部の電力を抑制することもできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明によるレーダ装置及び信号処理方法について説明する前に、ＦＭ−ＣＷレーダの原理について説明する。
ＦＭ−ＣＷレーダは、例えば三角波形状の周波数変調された連続の送信波を出力してターゲットである前方の車両との距離を求めている。即ち、レーダからの送信波が前方の車両で反射され、反射波の受信信号と送信信号をミキシングして得られるビート信号（レーダ信号）を得る。このビート信号を高速フーリエ変換して周波数分析を行う。周波数分析されたビート信号はターゲットに対してパワーが大きくなるピークが生じるが、このピークに対する周波数をピーク周波数と呼ぶ。ピーク周波数は距離に関する情報を有し、前方車両との相対速度によるドップラ効果のために、前記三角波形状のＦＭ−ＣＷ波の上昇時と下降時とではこのピーク周波数は異なる。そして、この上昇時と下降時のピーク周波数から前方の車両との距離及び相対速度が得られる。また、前方の車両が複数存在する場合は各車両に対して一対の上昇時と下降時のピーク周波数が生じる。この上昇時と下降時の一対のピーク周波数を形成することをペアリングという。
【０００９】
図１は、ターゲットとの相対速度が０である場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。送信波は三角波で図１の（ａ）の実線に示す様に周波数が変化する。送信波の送信中心周波数はｆo 、ＦＭ変調幅はΔｆ、繰り返し周期はＴm である。この送信波はターゲットで反射されてアンテナで受信され、図１の（ａ）の破線で示す受信波となる。ターゲットとの間の往復時間Ｔは、ターゲットとの間の距離をｒとし、電波の伝播速度をＣとすると、Ｔ＝２ｒ／Ｃとなる。
【００１０】
この受信波はレーダとターゲット間の距離に応じて、送信信号との周波数のずれ（ビート）を起こす。
ビート信号の周波数成分ｆb は次の式で表すことができる。なお、ｆr は距離周波数である。
ｆb＝ｆr＝（４・Δｆ／Ｃ・Ｔｍ）ｒ （１）
【００１１】
一方、図２はターゲットとの相対速度がｖである場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。送信波は図２の（ａ）の実線に示す様に周波数が変化する。この送信波はターゲットで反射されてアンテナで受信され、図２の（ａ）の破線で示す受信波となる。この受信波はレーダとターゲット間の距離に応じて、送信信号との周波数のずれ（ビート）を起こす。
【００１２】
この場合、ターゲットとの間に相対速度ｖを有するのでドップラーシフトとなり、ビート周波数成分ｆbは次の式で表すことができる。なお、ｆr は距離周波数、ｆd は速度周波数である。
ｆb＝ｆr±ｆd＝（４・Δｆ／Ｃ・Ｔｍ）ｒ±（２・ｆo／Ｃ）ｖ （２）
上記式において、各記号は以下を意味する。
ｆｂ：送信ビート周波数
ｆｒ：距離周波数
ｆｄ：速度周波数
ｆ0 ：送信波の中心周波数
Δｆ：ＦＭ変調幅
Ｔm ：変調波の周期
Ｃ：光速（電波の速度）
Ｔ：物体までの電波の往復時間
ｒ：物体までの距離
ｖ：物体との相対速度
【００１３】
図３は、１アンテナ方式の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示したものである。図に示す様に、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２に変調信号発生器（ＭＯＤ）１から変調信号を加えてＦＭ変調し、変調されたＦＭ変調波は方向性結合器３を経由して送受信アンテナ（ＡＴＲ）から外部に送信されると共に、送信信号の一部は方向性結合器３で分岐され第１のミキサ４−１に加えられる。一方、物体から反射された反射信号は送受信アンテナ（ＡＴＲ）を介して受信される。ＳＷ８は送受信切替スイッチであり、発振器で構成される送受信切替信号発生器（ＯＳＣ)９からの信号により送受信を切り替える。ＯＳＣ９はＳＷ８をスイッチングさせ送受信を切り替えるため周波数ｆｓｗの変調信号を発生する。受信された信号は第１のミキサ４−１で電圧制御発振器（ＶＣＯ）２の出力信号とミキシングされてＩＦ信号が生成される。このＩＦ信号は第２のミキサ４−２で、ＯＳＣ９からの周波数ｆｓｗの変調信号と混合されてダウンコンバートされ、ビート信号が生成される。このビート信号はフィルタ（Ｆ）５を介してＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６でＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）７で高速フーリエ変換等により信号処理がされて距離および相対速度等が求められる。
【００１４】
上記送受信アンテナから受信される受信信号の電力、及びビート信号の電力は以下のようになる。まず、受信信号の電力Ｐｒは次の式で表される。
Ｐｒ＝〔（Ｇ2・λ2・σ・Ｐｔ）／｛（４π）3・ｒ4｝〕・Ｌａ （３）
上記式において、各記号は以下を意味する。
Ｇ：アンテナ利得
λ：波長
σ：反射物体の断面積
Ｐｔ：送信電力
ｒ：距離
Ｌａ：大気減衰率
また、ビート信号の出力Ｐｂは次の式で表される。
Ｐｂ＝Ｐｒ・Ｃｍｉｘ （４）
Ｃｍｉｘはミキサでの変換損失率である。
【００１５】
図４は送信、受信等のタイミングを示した図である。図３のＳＷ８は周波数ｆｓｗ（周期Ｔｓｗ）の信号によりスイッチングされ、送信と受信のタイミングを切り替える。図４（ａ）は送信タイミングの区間を示したものであり、（ｂ）は送信波がターゲットに反射されて戻ってくるタイミングを示したものであ。（ｃ）は受信タイミングの区間を示したものであり、この間に戻ってくる反射波はアンテナＡＴＲで受信される。従って、（ｂ）で示したタイミングで反射波が戻ってくると、実際に受信される反射波は（ｄ）に示す通りとなる。
【００１６】
上記のように、１アンテナ方式の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいては送信と受信のタイミングを交互に設け、送信波がターゲットに反射して戻ってくる反射波を受信する。また、受信のタイミングは送受信切り替え周波数の周期Ｔｓｗの半周期となるので、反射波の遅延時間が半周期のときに受信効率が最も良くなり、遅延時間が１周期のときに受信ができなくなる。
従って、所望の検知距離を確保するためには、所望の検知距離からの反射波の遅延時間が送受信切り替え周波数の１周期以内となるような送受信切り替え周波数を選択しなければならない。
【００１７】
図５は、ターゲットの距離に応じて反射波のうちどの部分が受信されるかを示したものである。
図５（ｄ）は受信タイミングの区間を示したものであり（図４（ｃ）と同じ）、（ａ）は近距離ターゲットからの反射波が戻るタイミングを示したものである。（ａ）に示す波形からわかるように、近距離ターゲットからの反射波は受信タイミングの区間ｔ０−ｔ３より早いｔａ−ｔ１の間に戻ってくる。しかし、反射波の一部（ｔａ−ｔ０間）は受信タイミングの区間（ｔ０−ｔ３）より早く戻って来てしまうので受信されず、実際に受信される近距離ターゲットからの反射波はｔ０−ｔ１間のみとなる。
同様に、（ｂ）は中距離ターゲットからの反射波が戻るタイミングを示したものである。この場合、（ｂ）に示す波形からわかるように、受信タイミングの区間より早いｔｂ−ｔ２間に戻ってくるので、実際に受信されるのはｔ０−ｔ２間のみとなる。
（ｃ）は遠距離ターゲットからの反射波が戻るタイミングを示したものである。この場合、受信タイミングの区間とほぼ同じ区間に戻ってくるので、反射波のほとんどが受信される。
【００１８】
〔実施例１〕
図６は、本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の概要を示した図である。電圧制御発振器（ＶＣＯ）２に変調信号発生器（ＭＯＤ）１から変調信号を加えてＦＭ変調し、変調されたＦＭ変調波は方向性結合器３を経由して送受信アンテナ（ＡＴＲ）から外部に送信されると共に、送信信号の一部は方向性結合器３で分岐され第１のミキサ４−１に加えられる。一方、物体から反射された反射信号は送受信アンテナ（ＡＴＲ）を介して受信される。ＳＷ８は送受信切替スイッチであり、発振器で構成される送受信切替信号発生器（ＯＳＣ)９からの周波数ｆｓｗの切り替え信号により送受信を切り替える。Ａｔは送信側に設けられた増幅器、Ａｒは受信側に設けられた増幅器であり、発振器で構成される送受信切替信号発生器（ＯＳＣ)９からの周波数ｆｓｗの切り替え信号によりオン、オフ制御される。受信側に設けられた増幅器Ａｒには反転器１１が設けられており、増幅器ＡｔとＡｒは交互にオン、オフされ、増幅器Ａｔがオンのときに送信され、増幅器Ａｒがオンのときに受信される。
【００１９】
受信された信号は第１のミキサ４−１で電圧制御発振器（ＶＣＯ）２の出力信号とミキシングされてＩＦ信号が生成される。このＩＦ信号は第２のミキサ４−２で、ＯＳＣ９からの周波数ｆｓｗの変調信号と混合されてダウンコンバートされ、ビート信号が生成される。このビート信号はフィルタ（Ｆ）５を介してＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６でＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）７で高速フーリエ変換等により信号処理がされ、距離および相対速度等が求められる。
【００２０】
図７は、本発明の実施例の動作を説明するための図である。図７において、（ａ）は送信タイミングの区間を示し、（ｂ）は送信のタイミングから所定時間遅延して受信される反射波が戻るタイミングを示したものである。（ｃ）は受信タイミングの区間を示したものである。本発明では図６の受信側増幅器Ａｒの利得を制御しており、その際、（ｃ）の斜線に示されているように受信タイミングの区間のうち前端部における利得を抑制し、徐々に抑制の度合いを小さくし、ある時点、例えば中間部において通常の利得に戻すようにしている。
【００２１】
図７（ｄ）は、ターゲットが近距離にある場合に受信される反射波を示したものである。この場合、反射波は早く戻って来るため、実際に受信されるのは受信タイミングの区間ｔ０−ｔ３内にあるｔ０−ｔ１間の反射波のみとなる。一方、本発明では、（ｃ）に示すように受信側増幅器Ａｒの利得を受信タイミングの区間の前端部から中間部にかけて抑制しているので、（ｄ）に示されているように、受信波の電力を抑制することができる。
（ｅ）は、ターゲットが中距離にある場合に受信される反射波を示したものである。この場合、実際に受信されるのは受信タイミングの区間ｔ０−ｔ３内にあるｔ０−ｔ２間の反射波のみとなる。また（ｅ）に示されているように、受信波の電力を抑制することができる。
（ｆ）は、ターゲットが遠距離にある場合に受信される反射波を示したものである。この場合、反射波はほぼ受信タイミングの区間ｔ０−ｔ３内に戻って来るため、反射波のほとんどが受信される。遠距離ターゲットからの反射波の場合、受信電力は小さくなるが、（ｆ）に示すように前端部から中間部にかけて受信波の電力が抑制されるものの、中間部から後端部にかけては抑制を受けていないため、受信波全体ではそれほど減衰を受けない。
このように、本発明によれば、近距離からの反射波ほど受信電力が大きく減衰されるので、受信回路に必要とされるダイナミックレンジを小さくすることができる。
【００２２】
図８は、受信タイミングの区間の前半部において受信側増幅器Ａｒの利得を抑制することの効果を示すための図である。図において、横軸はターゲットまでの距離ｒであり、縦軸は受信電力Ｐｒである。受信電力は前記式（３）で表すことができ、曲線Ｐraに示されているように距離ｒの４乗に反比例して減衰してゆく。しかし、曲線Ｐraからわかるように、近距離におけるアンテナ受信電力は大きく、遠距離から近距離までの受信電力のダイナミックレンジとしてＧａが必要になる。
【００２３】
一方、曲線Ｐrbは図６の受信側増幅器Ａｒの利得を抑制した場合の距離に対する受信電力の変化を示したものである。曲線Ｐrbでは受信側増幅器Ａｒにより近距離からの反射波の利得を抑制しているので、近距離におけるアンテナ受信電力は小さくなり、ダイナミックレンジはＧａより小さいＧｂとなる。
近距離からの反射波の利得を抑制した場合、曲線Ｐrbに示されているように、近距離のターゲットからの反射波の受信電力（増幅器Ａｒの出力）は小さくなるが、中距離及び遠距離のターゲットからの反射波の受信電力は利得を抑制しない場合とほとんど変わらない。従って、小さなダイナミックレンジで近距離から遠距離までの信号を処理することができる。
【００２４】
なお、上記説明では、受信側増幅器Ａｒの利得を制御して受信電力を抑制しているが、送信側増幅器Ａｔの利得を制御して送信波の送信タイミングの区間の後半部における送信電力を抑制することにより、受信電力を抑制するようにしてもよい。その場合は、送信タイミングの区間の後端部から中間部にかけて徐々に、又は段階的に抑制の度合を小さくする。別の言い方をすれば、送信タイミング区間の中間部から後端部にかけて徐々に又は段階的に抑制の度合いを大きくしている。
図９は、その場合の送信のタイミングの区間と抑制の状態を示したものである。（ａ）に示されているように、送信タイミングの区間の中間部から後端部にかけて徐々に抑制の度合いを大きくしている。
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ近距離、中距離、遠距離のターゲットからの反射波を示したものである。図７の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示された反射波に対応した反射波であるが、電力を抑制している部分は後半部であるため、図７の場合と逆に中間部から後端部にかけて徐々に抑制の度合が大きくなっている。
また、送信側及び受信側の両方の増幅器の利得を制御してもよい。以下に説明する実施例においても同様である。
【００２５】
〔実施例２〕
図１０は、本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の概要を示した図である。電圧制御発振器（ＶＣＯ）２に変調信号発生器（ＭＯＤ）１から変調信号を加えてＦＭ変調し、変調されたＦＭ変調波は方向性結合器３を経由して送受信アンテナ（ＡＴＲ）から外部に送信されると共に、送信信号の一部は方向性結合器３で分岐され第１のミキサ４−１に加えられる。一方、物体から反射された反射信号は送受信アンテナ（ＡＴＲ）を介して受信される。１０は送受信共用器である。Ａｔは送信側に設けられた増幅器、Ａｒは受信側に設けられた増幅器であり、発振器で構成される送受信切替信号発生器（ＯＳＣ)９からの周波数ｆｓｗの切り替え信号によりオン、オフ制御される。受信側に設けられた増幅器Ａｒには反転器１１が設けられており、増幅器ＡｔとＡｒは交互にオン、オフされ、増幅器Ａｔがオンのときに送信され、増幅器Ａｒがオンのときに受信される。
【００２６】
受信された信号は第１のミキサ４−１で電圧制御発振器（ＶＣＯ）２の出力信号とミキシングされてＩＦ信号が生成される。このＩＦ信号は第２のミキサ４−２で、ＯＳＣ９からの周波数ｆｓｗの変調信号と混合されてダウンコンバートされ、ビート信号が生成される。このビート信号はフィルタ（Ｆ）５を介してＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６でＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）７で高速フーリエ変換等により信号処理がされ、距離および相対速度等が求められる。
【００２７】
図１０に示した１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいても、図７及び図９を参照して説明した動作が行われる。
【００２８】
〔実施例３〕
図１１は、本発明の別の実施例の動作を説明するための図である。図１１において、（ａ）は送信タイミングの区間を示し、（ｂ）は送信のタイミングから所定時間遅延して受信される反射波が戻るタイミングを示したものである。（ｃ）は受信タイミングの区間を示したもので、実施例１と同様に図１０の受信側増幅器Ａｒの利得を制御している。この実施例では受信のタイミングの区間のうち前半部における利得の抑制の度合いを段階的に変化させ、例えば中間部において通常の利得に戻すようにしている。
【００２９】
図１１（ｄ）は図７（ｄ）に相当する波形であり、ターゲットが近距離にあった場合に受信される反射波を示したものである。この場合、ターゲットが近距離にあるので、反射波は受信のタイミングの前半部において受信され後半部では受信されない。この実施例では、受信側増幅器Ａｒの利得を受信のタイミング区間の前半部から中間部にかけて抑制の度合いを段階的に変化させているので、近距離のターゲットから反射される受信波のダイナミックレンジを抑制することができる。
【００３０】
図１２は、実施例３の変形を示したもので、受信側増幅器Ａｒの利得の抑制の度合いを段階的に変化させている点は同じであるが、変化の段階をより多くしたものである。このように変化の段階を多くすることにより、利得の抑制の度合いをきめ細かく制御することができる。
【００３１】
〔実施例４〕
図１３は、本発明の１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダのさらに別の実施例を示したものである。図１３に示された１アンテナ送受共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、図１０に示した構成と異なるのは、受信側増幅器として複数の増幅器、例えばＡｒ１とＡｒ２の２つの増幅器を設け、一方の増幅器Ａｒ１に利得を抑制する利得制御手段１２を設け、他方の増幅器Ａｒ２で送受信の切替を行なわせるようにしたことである。
なお、図１３に示された１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダでは、受信側増幅器Ａｒ１で利得を制御しているが、もう一方の増幅器Ａｒ２で利得を制御してもよいし、送信側増幅器Ａｔで送信波の利得を制御し、送信波の送信タイミングの区間の後半部における利得を抑制して受信電力を抑制するようにしてもよい。
【００３２】
〔実施例５〕
図１４は、本発明の１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダのさらに別の実施例を示したものである。図１４に示された１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、図１０に示した構成と異なるのは、送信系の信号経路及び／又は送信系から方向性結合器により分岐された分岐部にそれぞれ逓倍器ＭｔとＭｒを設けたことである。
この実施例では、送信系の信号経路に設けられた逓倍器（Ｍｔ）に印加される電圧を変化させて送信タイミングの区間の後半部の送信波の送信電力を抑制して変形し、又は分岐部に設けられた逓倍器（Ｍｒ）に印加される電圧を変化させて、受信タイミングの区間のうち前半部の電力を抑制して変形し、受信電力を抑制することができる。
【００３３】
〔実施例６〕
図１５は、増幅器Ａの構成を示した図である。ゲートＧより信号が入力し、ドレインＤより出力する。
図１６は、ドレインＤ又はゲートＧのバイアス電圧を変化させた場合の増幅器Ａの利得変化を示したグラフである。（ａ）はゲート電圧ＶGを一定にしてドレインのバイアス電圧をＶBからＶAに変化させた場合の利得の変化を示したものである。バイアス電圧ＶBを印加したときの利得はＧBと低くなり、このとき増幅器Ａはほとんど動作せず、実質的にオフ状態となる。一方、バイアス電圧ＶAを印加したときの利得はＧAと高くなり、このとき増幅器Ａは動作状態となる。
本発明のように増幅器の利得を制御し、受信タイミングの区間の前半部又は送信タイミングの区間の後半部の利得を抑制する場合には、ドレイン電圧をＶBからＶAに徐々に変化させてゆく。また、利得の抑制を段階的に行うためには、ドレイン電圧をＶBからＶAに段階的に変化させてゆく。
【００３４】
図１６（ｂ）はドレイン電圧ＶDを一定にしてゲートのバイアス電圧をＶBからＶAに変化させた場合の利得の変化を示したものである。バイアス電圧ＶBを印加したときの利得はＧBと低くなり、このとき増幅器Ａはほとんど動作せず、実質的にオフ状態となる。一方、バイアス電圧ＶAを印加したときの利得はＧAと高くなり、このとき増幅器Ａは動作状態となる。
本発明のように増幅器の利得を制御し、受信タイミングの区間の前半部又は送信タイミングの区間の後半部の利得を抑制する場合には、ゲート電圧をＶBからＶAに徐々に変化させてゆく。また、利得の抑制を段階的に行うためには、ゲート電圧をＶBからＶAに段階的に変化させてゆく。
【００３５】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、特に近距離のターゲットからの反射波の電力を抑制することにより、近距離のターゲットから遠距離のターゲットまでの反射波を受信する受信系のダイナミックレンジを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターゲットとの相対速度が０である場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。
【図２】ターゲットとの相対速度がｖである場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。
【図３】１アンテナ方式送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示した図である。
【図４】送信、受信等のタイミングを示した図である。
【図５】ターゲットの距離に応じて反射波のうちどの部分が受信されるかを示した図である。
【図６】本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示した図である。
【図７】本発明の実施例の動作を説明するための図である。
【図８】受信タイミングの区間の前半部において受信側増幅器の利得を抑制することの効果を示すための図である。
【図９】本発明の実施例の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の別の例を示した図である。
【図１１】本発明の別の実施例を説明するための図である。
【図１２】本発明の別の実施例の変形を説明するための図である。
【図１３】本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の別の例を示した図である。
【図１４】本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の別の例を示した図である。
【図１５】増幅器Ａの構成を示した図である。
【図１６】ドレイン電圧又はゲート電圧を変化させた場合の増幅器Ａの利得の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
ＭＯＤ…変調信号発生器
ＶＣＯ…電圧制御発信器
ＡＴＲ…送受信アンテナ
Ａｔ…送信側増幅器
Ａｒ…受信側増幅器
Ｍｔ、Ｍｒ…逓倍器
４−１…第１のミキサ
４−２…第２のミキサ
５…フィルタ
６…Ａ／Ｄ変換器
７…ディジタル信号処理部
８…切替スイッチ
９…送受信切替信号発生器
１０…送受信共用器
１１…反転器
１２…利得制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続波（ＣＷ）を周波数変調（ＦＭ）した送信信号を用いるＦＭ−ＣＷレーダ装置であって、１アンテナにより時分割により送受信を切り替える送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
目標物体であるターゲットとの相対速度と距離を計測するレーダとして、ＦＭ−ＣＷレーダが用いられている。この方式のレーダは、簡単な信号処理回路により先方車両との相対速度及び距離を測定することができ、また、送受信機も簡単に構成できるため、自動車の衝突防止用レーダとして用いられている。
【０００３】
ＦＭ−ＣＷレーダとして、１アンテナ時分割制御方式による送受信共用のものが知られている。例えば、送信系及び受信系の信号経路にそれぞれ増幅器を設け、送信と受信のタイミングに合わせて送信系に設けられた増幅器及び受信系に設けられた増幅器を交互に動作させ、送受信の切替を行うものが開示されている（特許文献１）。
送受信の切替は増幅器の利得を制御し、増幅器をオン、オフすることにより行う。このように、増幅器の利得を制御し、増幅器をオン、オフすることによって送受信の切替を行うことによって、送受信間の分離を向上させ、送信電力が送受信切替部を介して受信系に漏洩しないようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１２２６６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、受信信号の電力はターゲットまでの距離の４乗に反比例して弱くなるため、近距離のターゲットからの反射波と、遠距離のターゲットからの反射波とでは、受信電力のレベルが大きく異なり、そのため受信回路には広いダイナミックレンジが要求され、受信回路のコスト高に繋がる。
本発明は、送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、送受信間の分離を向上させることに加えて、さらに受信回路部のダイナミックレンジを拡大せずに適切にターゲットを検出し、また、ターゲットの距離に応じて受信信号を適切に処理できる、送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ及びその信号処理方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置及び信号処理方法によれば、送信系又は受信系の信号経路に利得制御可能な増幅器を設け、該受信系の信号経路に設けられた増幅器の利得又は該送信系の信号経路に設けられた増幅器の利得を制御して、受信タイミングの区間のうち前半部又は送信タイミングの区間のうち後半部における利得を抑制することにより、受信系のダイナミックレンジを小さくすることができる。
また、送信系及び受信系にそれぞれ増幅器を設け、前記送信と受信のタイミングに合わせて送信系に設けられた増幅器及び受信系に設けられた増幅器を交互に動作させ、前記送受信の切替を行う。
そして、前記利得は、前記受信タイミングの区間の前端部から中間部にかけて徐々に抑制の度合いを小さくし、又は送信タイミングの区間の後端部から中間部にかけて徐々に抑制の度合いを小さくし、近距離のターゲットからの反射波の受信電力を抑制している。また、前記利得は、前記受信タイミングの区間の前端部から中間部にかけて段階的に抑制の度合いを小さくし、又は送信タイミングの区間の後端部から中間部にかけて段階的に抑制の度合いを小さくすることもできる。
【０００７】
また、前記受信系の信号経路に複数の増幅器を設け、一方の増幅器で前記送受信の切替を行い、他方の増幅器で前記受信タイミングの区間のうち前半部における利得を抑制することもできる。
そして、前記増幅器による利得の抑制又は送受信の切替は、増幅器に印加される電圧を変化させることにより行う。
さらに、前記送信系の信号経路又は送信系から方向性結合器により分離された分岐部に逓倍器を設け、送信系の信号経路に設けられた逓倍器（Ｍｔ）に印加される電圧を変化させて、送信タイミングの区間のうち後半部の電力を抑制し、又は分岐部に設けられた逓倍器（Ｍｒ）に印加される電圧を変化させて、受信タイミングの区間のうち前半部の電力を抑制することもできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明によるレーダ装置及び信号処理方法について説明する前に、ＦＭ−ＣＷレーダの原理について説明する。
ＦＭ−ＣＷレーダは、例えば三角波形状の周波数変調された連続の送信波を出力してターゲットである前方の車両との距離を求めている。即ち、レーダからの送信波が前方の車両で反射され、反射波の受信信号と送信信号をミキシングして得られるビート信号（レーダ信号）を得る。このビート信号を高速フーリエ変換して周波数分析を行う。周波数分析されたビート信号はターゲットに対してパワーが大きくなるピークが生じるが、このピークに対する周波数をピーク周波数と呼ぶ。ピーク周波数は距離に関する情報を有し、前方車両との相対速度によるドップラ効果のために、前記三角波形状のＦＭ−ＣＷ波の上昇時と下降時とではこのピーク周波数は異なる。そして、この上昇時と下降時のピーク周波数から前方の車両との距離及び相対速度が得られる。また、前方の車両が複数存在する場合は各車両に対して一対の上昇時と下降時のピーク周波数が生じる。この上昇時と下降時の一対のピーク周波数を形成することをペアリングという。
【０００９】
図１は、ターゲットとの相対速度が０である場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。送信波は三角波で図１の（ａ）の実線に示す様に周波数が変化する。送信波の送信中心周波数はｆo 、ＦＭ変調幅はΔｆ、繰り返し周期はＴm である。この送信波はターゲットで反射されてアンテナで受信され、図１の（ａ）の破線で示す受信波となる。ターゲットとの間の往復時間Ｔは、ターゲットとの間の距離をｒとし、電波の伝播速度をＣとすると、Ｔ＝２ｒ／Ｃとなる。
【００１０】
この受信波はレーダとターゲット間の距離に応じて、送信信号との周波数のずれ（ビート）を起こす。
ビート信号の周波数成分ｆb は次の式で表すことができる。なお、ｆr は距離周波数である。
ｆb＝ｆr＝（４・Δｆ／Ｃ・Ｔｍ）ｒ （１）
【００１１】
一方、図２はターゲットとの相対速度がｖである場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。送信波は図２の（ａ）の実線に示す様に周波数が変化する。この送信波はターゲットで反射されてアンテナで受信され、図２の（ａ）の破線で示す受信波となる。この受信波はレーダとターゲット間の距離に応じて、送信信号との周波数のずれ（ビート）を起こす。
【００１２】
この場合、ターゲットとの間に相対速度ｖを有するのでドップラーシフトとなり、ビート周波数成分ｆbは次の式で表すことができる。なお、ｆr は距離周波数、ｆd は速度周波数である。
ｆb＝ｆr±ｆd＝（４・Δｆ／Ｃ・Ｔｍ）ｒ±（２・ｆo／Ｃ）ｖ （２）
上記式において、各記号は以下を意味する。
ｆｂ：送信ビート周波数
ｆｒ：距離周波数
ｆｄ：速度周波数
ｆ0 ：送信波の中心周波数
Δｆ：ＦＭ変調幅
Ｔm ：変調波の周期
Ｃ：光速（電波の速度）
Ｔ：物体までの電波の往復時間
ｒ：物体までの距離
ｖ：物体との相対速度
【００１３】
図３は、１アンテナ方式の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示したものである。図に示す様に、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２に変調信号発生器（ＭＯＤ）１から変調信号を加えてＦＭ変調し、変調されたＦＭ変調波は方向性結合器３を経由して送受信アンテナ（ＡＴＲ）から外部に送信されると共に、送信信号の一部は方向性結合器３で分岐され第１のミキサ４−１に加えられる。一方、物体から反射された反射信号は送受信アンテナ（ＡＴＲ）を介して受信される。ＳＷ８は送受信切替スイッチであり、発振器で構成される送受信切替信号発生器（ＯＳＣ)９からの信号により送受信を切り替える。ＯＳＣ９はＳＷ８をスイッチングさせ送受信を切り替えるため周波数ｆｓｗの変調信号を発生する。受信された信号は第１のミキサ４−１で電圧制御発振器（ＶＣＯ）２の出力信号とミキシングされてＩＦ信号が生成される。このＩＦ信号は第２のミキサ４−２で、ＯＳＣ９からの周波数ｆｓｗの変調信号と混合されてダウンコンバートされ、ビート信号が生成される。このビート信号はフィルタ（Ｆ）５を介してＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６でＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）７で高速フーリエ変換等により信号処理がされて距離および相対速度等が求められる。
【００１４】
上記送受信アンテナから受信される受信信号の電力、及びビート信号の電力は以下のようになる。まず、受信信号の電力Ｐｒは次の式で表される。
Ｐｒ＝〔（Ｇ2・λ2・σ・Ｐｔ）／｛（４π）3・ｒ4｝〕・Ｌａ （３）
上記式において、各記号は以下を意味する。
Ｇ：アンテナ利得
λ：波長
σ：反射物体の断面積
Ｐｔ：送信電力
ｒ：距離
Ｌａ：大気減衰率
また、ビート信号の出力Ｐｂは次の式で表される。
Ｐｂ＝Ｐｒ・Ｃｍｉｘ （４）
Ｃｍｉｘはミキサでの変換損失率である。
【００１５】
図４は送信、受信等のタイミングを示した図である。図３のＳＷ８は周波数ｆｓｗ（周期Ｔｓｗ）の信号によりスイッチングされ、送信と受信のタイミングを切り替える。図４（ａ）は送信タイミングの区間を示したものであり、（ｂ）は送信波がターゲットに反射されて戻ってくるタイミングを示したものであ。（ｃ）は受信タイミングの区間を示したものであり、この間に戻ってくる反射波はアンテナＡＴＲで受信される。従って、（ｂ）で示したタイミングで反射波が戻ってくると、実際に受信される反射波は（ｄ）に示す通りとなる。
【００１６】
上記のように、１アンテナ方式の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいては送信と受信のタイミングを交互に設け、送信波がターゲットに反射して戻ってくる反射波を受信する。また、受信のタイミングは送受信切り替え周波数の周期Ｔｓｗの半周期となるので、反射波の遅延時間が半周期のときに受信効率が最も良くなり、遅延時間が１周期のときに受信ができなくなる。
従って、所望の検知距離を確保するためには、所望の検知距離からの反射波の遅延時間が送受信切り替え周波数の１周期以内となるような送受信切り替え周波数を選択しなければならない。
【００１７】
図５は、ターゲットの距離に応じて反射波のうちどの部分が受信されるかを示したものである。
図５（ｄ）は受信タイミングの区間を示したものであり（図４（ｃ）と同じ）、（ａ）は近距離ターゲットからの反射波が戻るタイミングを示したものである。（ａ）に示す波形からわかるように、近距離ターゲットからの反射波は受信タイミングの区間ｔ０−ｔ３より早いｔａ−ｔ１の間に戻ってくる。しかし、反射波の一部（ｔａ−ｔ０間）は受信タイミングの区間（ｔ０−ｔ３）より早く戻って来てしまうので受信されず、実際に受信される近距離ターゲットからの反射波はｔ０−ｔ１間のみとなる。
同様に、（ｂ）は中距離ターゲットからの反射波が戻るタイミングを示したものである。この場合、（ｂ）に示す波形からわかるように、受信タイミングの区間より早いｔｂ−ｔ２間に戻ってくるので、実際に受信されるのはｔ０−ｔ２間のみとなる。
（ｃ）は遠距離ターゲットからの反射波が戻るタイミングを示したものである。この場合、受信タイミングの区間とほぼ同じ区間に戻ってくるので、反射波のほとんどが受信される。
【００１８】
〔実施例１〕
図６は、本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の概要を示した図である。電圧制御発振器（ＶＣＯ）２に変調信号発生器（ＭＯＤ）１から変調信号を加えてＦＭ変調し、変調されたＦＭ変調波は方向性結合器３を経由して送受信アンテナ（ＡＴＲ）から外部に送信されると共に、送信信号の一部は方向性結合器３で分岐され第１のミキサ４−１に加えられる。一方、物体から反射された反射信号は送受信アンテナ（ＡＴＲ）を介して受信される。ＳＷ８は送受信切替スイッチであり、発振器で構成される送受信切替信号発生器（ＯＳＣ)９からの周波数ｆｓｗの切り替え信号により送受信を切り替える。Ａｔは送信側に設けられた増幅器、Ａｒは受信側に設けられた増幅器であり、発振器で構成される送受信切替信号発生器（ＯＳＣ)９からの周波数ｆｓｗの切り替え信号によりオン、オフ制御される。受信側に設けられた増幅器Ａｒには反転器１１が設けられており、増幅器ＡｔとＡｒは交互にオン、オフされ、増幅器Ａｔがオンのときに送信され、増幅器Ａｒがオンのときに受信される。
【００１９】
受信された信号は第１のミキサ４−１で電圧制御発振器（ＶＣＯ）２の出力信号とミキシングされてＩＦ信号が生成される。このＩＦ信号は第２のミキサ４−２で、ＯＳＣ９からの周波数ｆｓｗの変調信号と混合されてダウンコンバートされ、ビート信号が生成される。このビート信号はフィルタ（Ｆ）５を介してＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６でＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）７で高速フーリエ変換等により信号処理がされ、距離および相対速度等が求められる。
【００２０】
図７は、本発明の実施例の動作を説明するための図である。図７において、（ａ）は送信タイミングの区間を示し、（ｂ）は送信のタイミングから所定時間遅延して受信される反射波が戻るタイミングを示したものである。（ｃ）は受信タイミングの区間を示したものである。本発明では図６の受信側増幅器Ａｒの利得を制御しており、その際、（ｃ）の斜線に示されているように受信タイミングの区間のうち前端部における利得を抑制し、徐々に抑制の度合いを小さくし、ある時点、例えば中間部において通常の利得に戻すようにしている。
【００２１】
図７（ｄ）は、ターゲットが近距離にある場合に受信される反射波を示したものである。この場合、反射波は早く戻って来るため、実際に受信されるのは受信タイミングの区間ｔ０−ｔ３内にあるｔ０−ｔ１間の反射波のみとなる。一方、本発明では、（ｃ）に示すように受信側増幅器Ａｒの利得を受信タイミングの区間の前端部から中間部にかけて抑制しているので、（ｄ）に示されているように、受信波の電力を抑制することができる。
（ｅ）は、ターゲットが中距離にある場合に受信される反射波を示したものである。この場合、実際に受信されるのは受信タイミングの区間ｔ０−ｔ３内にあるｔ０−ｔ２間の反射波のみとなる。また（ｅ）に示されているように、受信波の電力を抑制することができる。
（ｆ）は、ターゲットが遠距離にある場合に受信される反射波を示したものである。この場合、反射波はほぼ受信タイミングの区間ｔ０−ｔ３内に戻って来るため、反射波のほとんどが受信される。遠距離ターゲットからの反射波の場合、受信電力は小さくなるが、（ｆ）に示すように前端部から中間部にかけて受信波の電力が抑制されるものの、中間部から後端部にかけては抑制を受けていないため、受信波全体ではそれほど減衰を受けない。
このように、本発明によれば、近距離からの反射波ほど受信電力が大きく減衰されるので、受信回路に必要とされるダイナミックレンジを小さくすることができる。
【００２２】
図８は、受信タイミングの区間の前半部において受信側増幅器Ａｒの利得を抑制することの効果を示すための図である。図において、横軸はターゲットまでの距離ｒであり、縦軸は受信電力Ｐｒである。受信電力は前記式（３）で表すことができ、曲線Ｐraに示されているように距離ｒの４乗に反比例して減衰してゆく。しかし、曲線Ｐraからわかるように、近距離におけるアンテナ受信電力は大きく、遠距離から近距離までの受信電力のダイナミックレンジとしてＧａが必要になる。
【００２３】
一方、曲線Ｐrbは図６の受信側増幅器Ａｒの利得を抑制した場合の距離に対する受信電力の変化を示したものである。曲線Ｐrbでは受信側増幅器Ａｒにより近距離からの反射波の利得を抑制しているので、近距離におけるアンテナ受信電力は小さくなり、ダイナミックレンジはＧａより小さいＧｂとなる。
近距離からの反射波の利得を抑制した場合、曲線Ｐrbに示されているように、近距離のターゲットからの反射波の受信電力（増幅器Ａｒの出力）は小さくなるが、中距離及び遠距離のターゲットからの反射波の受信電力は利得を抑制しない場合とほとんど変わらない。従って、小さなダイナミックレンジで近距離から遠距離までの信号を処理することができる。
【００２４】
なお、上記説明では、受信側増幅器Ａｒの利得を制御して受信電力を抑制しているが、送信側増幅器Ａｔの利得を制御して送信波の送信タイミングの区間の後半部における送信電力を抑制することにより、受信電力を抑制するようにしてもよい。その場合は、送信タイミングの区間の後端部から中間部にかけて徐々に、又は段階的に抑制の度合を小さくする。別の言い方をすれば、送信タイミング区間の中間部から後端部にかけて徐々に又は段階的に抑制の度合いを大きくしている。
図９は、その場合の送信のタイミングの区間と抑制の状態を示したものである。（ａ）に示されているように、送信タイミングの区間の中間部から後端部にかけて徐々に抑制の度合いを大きくしている。
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ近距離、中距離、遠距離のターゲットからの反射波を示したものである。図７の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示された反射波に対応した反射波であるが、電力を抑制している部分は後半部であるため、図７の場合と逆に中間部から後端部にかけて徐々に抑制の度合が大きくなっている。
また、送信側及び受信側の両方の増幅器の利得を制御してもよい。以下に説明する実施例においても同様である。
【００２５】
〔実施例２〕
図１０は、本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の概要を示した図である。電圧制御発振器（ＶＣＯ）２に変調信号発生器（ＭＯＤ）１から変調信号を加えてＦＭ変調し、変調されたＦＭ変調波は方向性結合器３を経由して送受信アンテナ（ＡＴＲ）から外部に送信されると共に、送信信号の一部は方向性結合器３で分岐され第１のミキサ４−１に加えられる。一方、物体から反射された反射信号は送受信アンテナ（ＡＴＲ）を介して受信される。１０は送受信共用器である。Ａｔは送信側に設けられた増幅器、Ａｒは受信側に設けられた増幅器であり、発振器で構成される送受信切替信号発生器（ＯＳＣ)９からの周波数ｆｓｗの切り替え信号によりオン、オフ制御される。受信側に設けられた増幅器Ａｒには反転器１１が設けられており、増幅器ＡｔとＡｒは交互にオン、オフされ、増幅器Ａｔがオンのときに送信され、増幅器Ａｒがオンのときに受信される。
【００２６】
受信された信号は第１のミキサ４−１で電圧制御発振器（ＶＣＯ）２の出力信号とミキシングされてＩＦ信号が生成される。このＩＦ信号は第２のミキサ４−２で、ＯＳＣ９からの周波数ｆｓｗの変調信号と混合されてダウンコンバートされ、ビート信号が生成される。このビート信号はフィルタ（Ｆ）５を介してＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６でＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）７で高速フーリエ変換等により信号処理がされ、距離および相対速度等が求められる。
【００２７】
図１０に示した１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいても、図７及び図９を参照して説明した動作が行われる。
【００２８】
〔実施例３〕
図１１は、本発明の別の実施例の動作を説明するための図である。図１１において、（ａ）は送信タイミングの区間を示し、（ｂ）は送信のタイミングから所定時間遅延して受信される反射波が戻るタイミングを示したものである。（ｃ）は受信タイミングの区間を示したもので、実施例１と同様に図１０の受信側増幅器Ａｒの利得を制御している。この実施例では受信のタイミングの区間のうち前半部における利得の抑制の度合いを段階的に変化させ、例えば中間部において通常の利得に戻すようにしている。
【００２９】
図１１（ｄ）は図７（ｄ）に相当する波形であり、ターゲットが近距離にあった場合に受信される反射波を示したものである。この場合、ターゲットが近距離にあるので、反射波は受信のタイミングの前半部において受信され後半部では受信されない。この実施例では、受信側増幅器Ａｒの利得を受信のタイミング区間の前半部から中間部にかけて抑制の度合いを段階的に変化させているので、近距離のターゲットから反射される受信波のダイナミックレンジを抑制することができる。
【００３０】
図１２は、実施例３の変形を示したもので、受信側増幅器Ａｒの利得の抑制の度合いを段階的に変化させている点は同じであるが、変化の段階をより多くしたものである。このように変化の段階を多くすることにより、利得の抑制の度合いをきめ細かく制御することができる。
【００３１】
〔実施例４〕
図１３は、本発明の１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダのさらに別の実施例を示したものである。図１３に示された１アンテナ送受共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、図１０に示した構成と異なるのは、受信側増幅器として複数の増幅器、例えばＡｒ１とＡｒ２の２つの増幅器を設け、一方の増幅器Ａｒ１に利得を抑制する利得制御手段１２を設け、他方の増幅器Ａｒ２で送受信の切替を行なわせるようにしたことである。
なお、図１３に示された１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダでは、受信側増幅器Ａｒ１で利得を制御しているが、もう一方の増幅器Ａｒ２で利得を制御してもよいし、送信側増幅器Ａｔで送信波の利得を制御し、送信波の送信タイミングの区間の後半部における利得を抑制して受信電力を抑制するようにしてもよい。
【００３２】
〔実施例５〕
図１４は、本発明の１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダのさらに別の実施例を示したものである。図１４に示された１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、図１０に示した構成と異なるのは、送信系の信号経路及び／又は送信系から方向性結合器により分岐された分岐部にそれぞれ逓倍器ＭｔとＭｒを設けたことである。
この実施例では、送信系の信号経路に設けられた逓倍器（Ｍｔ）に印加される電圧を変化させて送信タイミングの区間の後半部の送信波の送信電力を抑制して変形し、又は分岐部に設けられた逓倍器（Ｍｒ）に印加される電圧を変化させて、受信タイミングの区間のうち前半部の電力を抑制して変形し、受信電力を抑制することができる。
【００３３】
〔実施例６〕
図１５は、増幅器Ａの構成を示した図である。ゲートＧより信号が入力し、ドレインＤより出力する。
図１６は、ドレインＤ又はゲートＧのバイアス電圧を変化させた場合の増幅器Ａの利得変化を示したグラフである。（ａ）はゲート電圧ＶGを一定にしてドレインのバイアス電圧をＶBからＶAに変化させた場合の利得の変化を示したものである。バイアス電圧ＶBを印加したときの利得はＧBと低くなり、このとき増幅器Ａはほとんど動作せず、実質的にオフ状態となる。一方、バイアス電圧ＶAを印加したときの利得はＧAと高くなり、このとき増幅器Ａは動作状態となる。
本発明のように増幅器の利得を制御し、受信タイミングの区間の前半部又は送信タイミングの区間の後半部の利得を抑制する場合には、ドレイン電圧をＶBからＶAに徐々に変化させてゆく。また、利得の抑制を段階的に行うためには、ドレイン電圧をＶBからＶAに段階的に変化させてゆく。
【００３４】
図１６（ｂ）はドレイン電圧ＶDを一定にしてゲートのバイアス電圧をＶBからＶAに変化させた場合の利得の変化を示したものである。バイアス電圧ＶBを印加したときの利得はＧBと低くなり、このとき増幅器Ａはほとんど動作せず、実質的にオフ状態となる。一方、バイアス電圧ＶAを印加したときの利得はＧAと高くなり、このとき増幅器Ａは動作状態となる。
本発明のように増幅器の利得を制御し、受信タイミングの区間の前半部又は送信タイミングの区間の後半部の利得を抑制する場合には、ゲート電圧をＶBからＶAに徐々に変化させてゆく。また、利得の抑制を段階的に行うためには、ゲート電圧をＶBからＶAに段階的に変化させてゆく。
【００３５】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、特に近距離のターゲットからの反射波の電力を抑制することにより、近距離のターゲットから遠距離のターゲットまでの反射波を受信する受信系のダイナミックレンジを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターゲットとの相対速度が０である場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。
【図２】ターゲットとの相対速度がｖである場合のＦＭ−ＣＷレーダの原理を説明するための図である。
【図３】１アンテナ方式送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示した図である。
【図４】送信、受信等のタイミングを示した図である。
【図５】ターゲットの距離に応じて反射波のうちどの部分が受信されるかを示した図である。
【図６】本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の例を示した図である。
【図７】本発明の実施例の動作を説明するための図である。
【図８】受信タイミングの区間の前半部において受信側増幅器の利得を抑制することの効果を示すための図である。
【図９】本発明の実施例の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の別の例を示した図である。
【図１１】本発明の別の実施例を説明するための図である。
【図１２】本発明の別の実施例の変形を説明するための図である。
【図１３】本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の別の例を示した図である。
【図１４】本発明に用いる１アンテナ送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの構成の別の例を示した図である。
【図１５】増幅器Ａの構成を示した図である。
【図１６】ドレイン電圧又はゲート電圧を変化させた場合の増幅器Ａの利得の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
ＭＯＤ…変調信号発生器
ＶＣＯ…電圧制御発信器
ＡＴＲ…送受信アンテナ
Ａｔ…送信側増幅器
Ａｒ…受信側増幅器
Ｍｔ、Ｍｒ…逓倍器
４−１…第１のミキサ
４−２…第２のミキサ
５…フィルタ
６…Ａ／Ｄ変換器
７…ディジタル信号処理部
８…切替スイッチ
９…送受信切替信号発生器
１０…送受信共用器
１１…反転器
１２…利得制御手段
Claims (9)
- 時分割制御により送受信切替を行う送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置であって、送信系又は受信系の信号経路に利得制御可能な増幅器を設け、該受信系の信号経路に設けられた増幅器は受信タイミングの区間のうち前半部における利得が抑制されるように制御され、該送信系の信号経路に設けられた増幅器は送信タイミングの区間のうち後半部における利得が抑制されるように制御される、送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
- 送信系及び受信系の信号経路にそれぞれ増幅器を設け、前記送信と受信のタイミングに合わせて前記送信系に設けられた増幅器及び受信系に設けられた増幅器を交互に動作させ、前記送受信の切替を行う、請求項１に記載の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
- 前記利得の抑制は、前記受信タイミングの区間の前端部から中間部にかけて、又は送信タイミングの区間の後端部から中間部にかけて徐々に抑制の度合いを小さくする、請求項１又は２に記載の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
- 前記利得の抑制は、前記受信タイミングの区間の前端部から中間部にかけて、又は送信タイミングの区間の後端部から中間部にかけて段階的に抑制の度合いを小さくする、請求項１又は２に記載の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
- 前記受信系の信号経路に複数の増幅器を設け、一方の増幅器で前記送受信の切替を行い、他方の増幅器で前記受信タイミングの区間のうち前半部における利得を抑制する手段を設けた、請求項２に記載の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
- 前記増幅器による利得の抑制は、増幅器に印加される電圧を変化させることにより行う、請求項１に記載の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
- 前記増幅器による送受信の切替は、増幅器に印加される電圧を変化させることにより行う、請求項２に記載の送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
- 時分割制御により送受信切替を行う送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置であって、送信系又は受信系の信号経路に増幅器を設けるとともに、該送信系の信号経路又は送信系から方向性結合器により分岐された分岐部に電力制御可能な逓倍器を設け、該送信系の信号経路に設けられた逓倍器（Ｍｔ）に印加される電圧を変化させて送信タイミングの区間のうち後半部の電力を抑制し、該分岐部に設けられた逓倍器（Ｍｒ）に印加される電圧を変化させて受信タイミングの区間のうち前半部の電力を抑制する、送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダ装置。
- 時分割制御により送受信切替を行う送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの信号処理方法であって、受信系の信号経路に設けられた利得制御可能な増幅器により受信タイミングの区間のうち前半部における利得が抑制されるように制御し、又は送信系の信号経路に設けられた利得制御可能な増幅器により送信タイミングの区間のうち後半部における利得が抑制されるように制御する、送受信共用ＦＭ−ＣＷレーダの信号処理方法。
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