JP4302750B2 - Combined mode radar device - Google Patents
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Description
本発明は、電波を用いた車載用レーダ装置の技術分野に関するもので、特に複数の周波数帯域モードを用いた複合モードレーダ装置の技術分野に関するものである。 The present invention relates to a technical field of an on-vehicle radar device using radio waves, and particularly to a technical field of a composite mode radar device using a plurality of frequency band modes.
電波を用いて物体までの距離や角度等の位置データを測定する機能、すなわちレーダ機能は既に多くの技術が開示されている。例えば、測距機能として単調に繰り返し送信されるパルスを用いたレーダ等が知られている。また、連続波(CW:Continuous Wave)を利用したレーダとして、単一周波数の連続波を用いて速度を検出するドップラーレーダや、数十MHz乃至は200MHzの帯域を利用して測距及び速度検出を行うFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダが知られている(特許文献1)。 Many techniques have already been disclosed for the function of measuring position data such as the distance and angle to an object using radio waves, that is, the radar function. For example, a radar using a pulse repeatedly transmitted monotonously as a distance measuring function is known. In addition, as radar using continuous wave (CW: Continuous Wave), Doppler radar that detects the speed using a continuous wave of a single frequency, or ranging and speed detection using a band of several tens to 200 MHz An FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar is known (Patent Document 1).
アンテナで受信した受信波から角度を算出する方式としては、モノパルス方式が従来から広く用いられている。これは、例えば左右に設けられた2つの受信アンテナを用い、それぞれで受信した2つの受信波から、2つの受信アンテナの垂直2等分線を基準としてそれからの角度変位を求めるものである。 As a method for calculating an angle from a received wave received by an antenna, a monopulse method has been widely used. In this method, for example, two receiving antennas provided on the left and right sides are used, and an angular displacement therefrom is obtained from two received waves received by each using the vertical bisector of the two receiving antennas as a reference.
上記従来のレーダ方式は、単純にトーン信号を出して返ってきた信号の振幅や位相を検出する方式、または、200MHzまでの狭帯域において周波数を順次時系列で変えていくFMCW方式を利用している。このような狭帯域の電波を用いて測距や測角等を行う方式では、距離分解能が低いため、例えば対象物が10m以下の短距離にある場合には十分な検出精度が得られないといった問題があった。従来から車載用に用いられている76GHz帯のミリ波レーダは、100m程度前方の車両に対する距離や角度を検出するのに好適なレーダである。 The conventional radar system uses a system that simply detects the amplitude and phase of a signal returned by outputting a tone signal, or an FMCW system that sequentially changes the frequency in a narrow band up to 200 MHz in time series. Yes. In such a system that performs distance measurement or angle measurement using a narrow-band radio wave, since the distance resolution is low, for example, when the object is at a short distance of 10 m or less, sufficient detection accuracy cannot be obtained. There was a problem. Conventionally, the millimeter wave radar in the 76 GHz band used for in-vehicle use is a radar suitable for detecting a distance and an angle with respect to a vehicle about 100 m ahead.
これに対し、近年新しいコンセプトの無線通信技術として、450MHz乃至は数GHzの帯域幅を利用した超広帯域無線システムであるUWB(Ultra Wide Band)レーダが知られており、特に車載近距離レーダとして注目されている。 On the other hand, UWB (Ultra Wide Band) radar, which is an ultra-wideband wireless system using a bandwidth of 450 MHz to several GHz, is known as a new concept wireless communication technology in recent years, and is particularly attracting attention as an in-vehicle short-range radar. Has been.
UWBは、広帯域を利用可能とすることでパルス幅がナノ秒程度かそれ以下の超短パルス波を用いたインパルス無線方式である。パルスを用いたレーダシステムでは、パルス幅が狭くなるほど高い分解能が得られることから、UWBを用いることで高性能な測距機能や測角機能を実現することが可能となる。その一方で、振幅が一定の場合、パルス幅を狭くすることで平均送信電力が小さくなり、到達距離が短くなる。このことから、UWBは近距離を高い分解能で測定するのに好適な方式といえる。 UWB is an impulse radio system using an ultra-short pulse wave having a pulse width of about nanoseconds or less by making a wide band available. In a radar system using a pulse, a higher resolution can be obtained as the pulse width becomes narrower. Therefore, a high-performance ranging function and an angle measuring function can be realized by using UWB. On the other hand, when the amplitude is constant, by reducing the pulse width, the average transmission power is reduced and the reach distance is shortened. From this, it can be said that UWB is a suitable method for measuring a short distance with high resolution.
UWB無線システムでは、UWB波送信源からインパルスを送信した後、このインパルスが所定の物体表面で反射して再び送信源で受信されるまでの時間を計測することによって、物体とUWB波送信源との距離を高精度に測定することが可能となる。また、角度を測定する場合には、1つのインパルスの反射波を例えば2つの受信アンテナで受信し、これからモノパルス方式を用いて算出することができる。 In a UWB wireless system, after transmitting an impulse from a UWB wave transmission source, by measuring the time from when the impulse is reflected by a predetermined object surface and received again by the transmission source, the object and the UWB wave transmission source Can be measured with high accuracy. In the case of measuring the angle, a reflected wave of one impulse is received by, for example, two receiving antennas, and can be calculated using the monopulse method.
UWB無線システムでは、22〜29GHzの準ミリ波帯において、450MHz〜数GHzの広帯域を利用して超短パルス波の信号を生成しており、従来の狭帯域の電波を用いたレーダ方式では十分な精度が得られなかった10m以下の近距離の測定において、高い検出精度が得られる。例えば、10m程度以内の物体を数十cmの高い精度で検知するといったことが可能となる。 In the UWB wireless system, in the quasi-millimeter wave band of 22 to 29 GHz, an ultrashort pulse wave signal is generated using a wide band of 450 MHz to several GHz, and a conventional radar system using a narrow-band radio wave is sufficient. A high detection accuracy can be obtained in a short-distance measurement of 10 m or less in which a high accuracy was not obtained. For example, an object within about 10 m can be detected with high accuracy of several tens of centimeters.
一方、UWB無線システムは広帯域の周波数を利用するため、他の無線システムとの干渉が問題となる可能性があり、これを防止するために、UWB信号の出力を極めて低く抑えて用いる必要がある。そこで、UWB信号の出力を低く抑えて近距離の測定に用いるレーダ装置の開発が進められている。 On the other hand, since the UWB radio system uses a wideband frequency, there is a possibility that interference with other radio systems may become a problem. To prevent this, it is necessary to use the UWB signal with a very low output. . Therefore, development of a radar apparatus used for measuring a short distance while keeping the output of the UWB signal low is underway.
また、近距離の測定をUWBの信号を用いて行い、遠距離の測定を狭帯域の信号を用いて行う複合モードレーダの検討も進められている。例えば、欧州ではSRDバンドにおける狭帯域信号を用いた狭帯域モードのドップラーレーダと、この狭帯域信号と同じ周波数でスペクトル拡散して得られる広帯域信号を用いた広帯域モードのUWBレーダとを併用した複合モードレーダが検討されている(非特許文献1)。
しかしながら、従来は狭帯域モードと広帯域モードとを単一の装置で協調させて方位検出(測角)を行うレーダ機能がなかった。また、非特許文献1に記載の複合モードレーダでは、狭帯域モードで利用する周波数帯域と広帯域モードで利用する周波数帯域とを同一、または共用しているため、狭帯域レーダとUWBレーダの両機能を同時に使用することができず、時分割して両者を切り替えて用いるようにしていた。
However, conventionally, there has been no radar function for detecting the direction (angle measurement) by coordinating the narrowband mode and the broadband mode with a single device. Further, in the composite mode radar described in Non-Patent
そのため、両モードを同時に用いることができず、例えば狭帯域レーダを用いて遠距離まで狭い角度範囲で高精度に角度検出を行い、広帯域レーダを用いて近距離の広い角度範囲で角度検出を行う、といった高度な利用方法が実現できなかった。 Therefore, both modes cannot be used simultaneously. For example, angle detection is performed with high accuracy in a narrow angle range up to a long distance using a narrowband radar, and angle detection is performed over a wide angle range in a short distance using a broadband radar. Advanced usage such as, could not be realized.
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、狭帯域レーダと広帯域レーダとを一体化して協調動作させることで、高性能で高機能な角度測定手段を実現する複合モードレーダ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and is a composite mode radar that realizes a high-performance and high-functional angle measuring means by integrating and operating a narrowband radar and a broadband radar. An object is to provide an apparatus.
本発明の複合モードレーダ装置の第1の態様は、第1周波数を中心周波数とする狭帯域信号を発生する狭帯域信号発生部と、前記第1周波数とは異なる第2周波数を中心周波数とし周波数帯域が前記狭帯域信号の周波数帯域と重ならない広帯域信号を発生する広帯域信号発生部と、前記狭帯域信号発生部及び前記広帯域信号発生部からそれぞれ前記狭帯域信号及び前記広帯域信号を入力して送信する送信アンテナと、前記狭帯域信号と前記広帯域信号のそれぞれの2方向からの反射波をともに受信する帯域共用の受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した2方向の受信波を入力し、これから前記2方向の受信波を加算した和信号及び前記2方向の受信波を減算した差信号を算出する信号合成部と、前記信号合成部から前記和信号及び前記差信号を入力し、これから前記狭帯域信号の反射波の和信号及び差信号を検出して狭帯域検波データを出力する狭帯域受信処理部と、前記信号合成部から前記和信号及び前記差信号を入力し、これから前記広帯域信号の反射波の和信号及び差信号を検出して広帯域検波データを出力する広帯域受信処理部と、前記狭帯域受信処理部及び前記広帯域受信処理部からそれぞれ前記狭帯域検波データ及び前記広帯域検波データを入力し、モノパルス方式によりそれぞれの前記反射波を検出し、検出されたそれぞれの前記反射波から検出角度を判定する演算部と、を備え、さらに、前記狭帯域受信処理部は、前記信号合成部から入力した前記和信号及び前記差信号から前記狭帯域信号と略等しい帯域の和信号及び差信号をろ波する第1のろ波部を備え、前記広帯域受信処理部は、前記信号合成部から入力した前記和信号及び前記差信号から前記広帯域信号と略等しい帯域の和信号及び差信号をろ波する第2のろ波部を備えることを特徴とする。 According to a first aspect of the combined mode radar apparatus of the present invention, a narrowband signal generator for generating a narrowband signal having a first frequency as a center frequency, and a second frequency different from the first frequency as a center frequency. A wideband signal generating unit that generates a wideband signal whose band does not overlap with the frequency band of the narrowband signal, and the narrowband signal and the wideband signal are input and transmitted from the narrowband signal generating unit and the wideband signal generating unit, respectively. A transmission antenna that receives the reflected waves from the two directions of each of the narrowband signal and the wideband signal, and the two-direction received waves received by the reception antenna, A signal synthesizer that calculates a sum signal obtained by adding received waves in two directions and a difference signal obtained by subtracting the received waves in two directions; and the sum signal and the signal from the signal synthesizer A narrowband reception processing unit that inputs a signal, detects a sum signal and a difference signal of the reflected wave of the narrowband signal and outputs narrowband detection data therefrom, and outputs the sum signal and the difference signal from the signal synthesis unit A wideband reception processing unit that detects a sum signal and a difference signal of reflected waves of the wideband signal and outputs wideband detection data; and the narrowband detection processing unit and the narrowband reception processing unit, respectively. A calculation unit that inputs data and the broadband detection data, detects each reflected wave by a monopulse method, and determines a detection angle from each detected reflected wave, and further, the narrowband reception processing A first filtering unit that filters a sum signal and a difference signal in a band substantially equal to the narrowband signal from the sum signal and the difference signal input from the signal synthesis unit; The broadband reception processing unit, characterized in that it comprises a second slag Namib for filtering the sum and difference signals of substantially equal bandwidth and the wideband signal from the sum signal and the difference signal inputted from the signal combining unit And
本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記送信アンテナは、前記狭帯域信号の送信と前記広帯域信号の送信とに共用可能な帯域共用送信アンテナであることを特徴とする。 In another aspect of the composite mode radar apparatus of the present invention, the transmission antenna is a shared-band transmission antenna that can be shared for transmission of the narrowband signal and transmission of the wideband signal .
本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記送信アンテナは、前記狭帯域信号を送信する狭帯域送信アンテナと、前記広帯域信号を送信する広帯域送信アンテナとからなることを特徴とする。 In another aspect of the composite mode radar apparatus of the present invention, the transmission antenna includes a narrowband transmission antenna that transmits the narrowband signal and a wideband transmission antenna that transmits the broadband signal .
本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記第1周波数及び前記第2周波数は、22GHz以上29GHz以下のいずれかであることを特徴とする。 In another aspect of the composite mode radar device of the present invention, the first frequency and the second frequency are any of 22 GHz and 29 GHz .
本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記広帯域信号は、帯域幅が少なくとも450MHz以上のUWB信号であることを特徴とする。 In another aspect of the composite mode radar device of the present invention, the wideband signal is a UWB signal having a bandwidth of at least 450 MHz .
以上説明したように本発明によれば、狭帯域レーダと広帯域レーダとを一体化して協調動作させることで、高性能で高機能な角度測定手段を実現する複合モードレーダ装置を提供することが可能となる。この発明によれば、遠距離まで狭い角度範囲で高精度に角度検出が可能な狭帯域レーダと、近距離の広い角度範囲で角度検出が可能な広帯域レーダとを組み合わせることで、近距離から遠距離までを高性能に角度検出することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a composite mode radar device that realizes a high-performance and high-function angle measuring means by integrating and operating a narrowband radar and a broadband radar. It becomes. According to the present invention, by combining a narrow-band radar capable of detecting an angle with a high accuracy in a narrow angle range up to a long distance and a broadband radar capable of detecting an angle in a wide angle range of a short distance, It is possible to detect angles up to a distance with high performance.
本発明の好ましい実施の形態における複合モードレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。 A composite mode radar apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each component having the same function is denoted by the same reference numeral for simplification of illustration and description.
本発明の複合モードレーダ装置は、狭帯域レーダで利用する周波数帯と広帯域レーダで利用する周波数帯とが重ならないように分割することで、両方のレーダ機能を同時に利用できるように構成されている。本発明の複合モードレーダ装置で用いる周波数帯の1例を図2に示す。同図において、(a)は本発明の複合モードレーダ装置で用いる周波数帯を示しており、(b)は非特許文献1に記載の欧州で検討されている複合モードレーダ装置で用いる周波数帯を示している。
The composite mode radar apparatus of the present invention is configured so that both radar functions can be used simultaneously by dividing so that the frequency band used by the narrowband radar and the frequency band used by the wideband radar do not overlap. . An example of the frequency band used in the composite mode radar apparatus of the present invention is shown in FIG. In the figure, (a) shows the frequency band used in the composite mode radar apparatus of the present invention, and (b) shows the frequency band used in the composite mode radar apparatus studied in Europe described in Non-Patent
非特許文献1に記載の複合モードレーダ装置では、図2(b)に示す通り、狭帯域レーダに用いる信号の中心周波数と広帯域レーダに用いる信号の中心周波数とが、ともに同じSRDバンドの約24GHzに設定されていることから、狭帯域レーダの帯域13と広帯域レーダの帯域14とが重なっている。そのため、狭帯域レーダと広帯域レーダとを同時に用いることはできず、必要に応じて両者を切り替えて用いる必要があった。
In the combined mode radar device described in Non-Patent
これに対し、本発明の複合モードレーダ装置では、22GHz以上29GHz以下の高周波帯域において、狭帯域信号と広帯域信号とがそれぞれ重ならないように帯域を設定している。一例として、図2(a)では、狭帯域レーダの中心周波数である第1周波数を例えば24.125GHzとし、広帯域レーダの中心周波数である第2周波数を例えば26.5GHzとしている。また、狭帯域信号の帯域幅を200MHz以下とする一方、広帯域信号をUWB信号とし、その帯域幅を少なくとも450MHz以上としている。 On the other hand, in the combined mode radar device of the present invention, in the high frequency band of 22 GHz or more and 29 GHz or less, the band is set so that the narrow band signal and the broadband signal do not overlap each other. As an example, in FIG. 2A, the first frequency that is the center frequency of the narrow-band radar is set to 24.125 GHz, for example, and the second frequency that is the center frequency of the broadband radar is set to 26.5 GHz, for example. Further, the bandwidth of the narrowband signal is set to 200 MHz or less, while the wideband signal is set to the UWB signal, and the bandwidth is set to at least 450 MHz.
上記のように、本発明の複合モードレーダ装置では、狭帯域レーダの帯域11と広帯域レーダの帯域12とを相互に重ならないように設定していることから、両者を切り替えることなく協調させて用いることが可能となっている。このような狭帯域信号と広帯域信号を用いて角度測定を行うために、本発明の複合モードレーダ装置では各信号の反射波をモノパルス方式を用いて処理している。
As described above, in the combined mode radar apparatus of the present invention, the
本発明の第1の実施の形態に係る複合モードレーダ装置の基本構成を、図1に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態の複合モードレーダ装置100は、狭帯域レーダ部102と広帯域レーダ部103とが同じ筐体内に設けられており、演算部101からの制御で両者が協調して動作するように構成されている。また、狭帯域レーダ部102及び広帯域レーダ部103で測定されたデータはともに演算部101に入力され、両者から入力した検知データをもとに演算部101で測角を高精度に行えるようにしている。
The basic configuration of the composite mode radar apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram shown in FIG. The combined
狭帯域信号及び広帯域信号を送受信するためのアンテナとして、本実施形態では狭帯域送信アンテナ151、広帯域送信アンテナ152、及び左右に位置を離して設置された共用受信アンテナ153a、153bを備えている。モノパルス方式を用いて角度検出を行うために、共用受信アンテナ153a、153bを左右に2つ設け、これにより2方向の反射波を受信するように構成している。
As an antenna for transmitting and receiving a narrowband signal and a wideband signal, the present embodiment includes a
狭帯域レーダ部102は、第1の周波数を中心周波数とする狭帯域信号を角度測定に用いており、この狭帯域信号を生成する狭帯域信号発生部110と、共用受信アンテナ153a、153bから受信信号を入力して検知データを取得する狭帯域受信処理部130とを備えている。また、広帯域レーダ103は、第2の周波数を中心周波数とする広帯域信号を角度測定に用いており、この狭帯域信号を生成する広帯域信号発生部120と、共用受信アンテナ153a、153bから受信信号を入力して検知データを取得する広帯域受信処理部140とを備えている。
The
狭帯域信号発生部110には狭帯域波源111が備えられており、ここで生成された狭帯域信号が増幅器112で増幅された後、狭帯域送信アンテナ151から送信される。狭帯域波源111として、ここではVCO(Voltage Controlled Oscillator)を用いている。本実施形態では、狭帯域信号としてFMCWを用いることとしており、VCOを用いて周波数変調された連続波を生成している。
The narrowband
FMCWを用いたレーダ機能では、周波数を時系列で順次変化させた連続波を用いており、これが遠方の物体で反射されて受信されたときは周波数が高くなり、近傍の物体で反射されたときには周波数が低くなる、といった特性を用いて測定を行っている。FMCWは、図3に示すような三角波状の制御信号を用いて周波数変調を行っている。このような三角波状の制御信号を生成するために、本実施形態では三角波生成器104が設けられている。
The radar function using FMCW uses a continuous wave whose frequency is sequentially changed in time series. When this is reflected and received by a distant object, the frequency becomes high, and when it is reflected by a nearby object. Measurements are made using characteristics such as lower frequency. The FMCW performs frequency modulation using a triangular wave control signal as shown in FIG. In order to generate such a triangular wave control signal, a
三角波生成器104は、演算部101から事前に設定された制御値に従って図3に示すような三角波状の制御信号を狭帯域波源111であるVCOに出力している。VCOは、三角波生成器104から入力した制御信号に従って、周波数を三角波状に変調させた高周波電波を生成しており、これを狭帯域波として出力している。三角波状の制御信号を用いた周波数の変調幅(帯域幅)は20MHz程度と小さく、狭帯域信号発生部110で生成される信号は狭帯域な信号となっている。
The
狭帯域波源111で生成され増幅器112で増幅された狭帯域信号は、演算部101からの制御に従って狭帯域送信アンテナ151に出力されるよう、スイッチ113が設けられている。狭帯域信号は連続波であり、これを常時送信し続けることはレーダ機能にとって好ましくない。すなわち、連続波の狭帯域信号が常時出力されていると、回り込みによって一部の狭帯域信号が受信アンテナ153a、153bに直接受信されてしまい、受信回路が飽和して測定不能になってしまう。そこで、スイッチ113を設けることで、演算部101から送信要求があるときのみこれを閉として狭帯域信号を狭帯域送信アンテナ151から送信するようにしている。
A
一方、広帯域信号発生部120には広帯域波源121が備えられており、ここで生成された広帯域なインパルスの広帯域信号が増幅器122で増幅された後、広帯域送信アンテナ152から送信されるように構成されている。広帯域波源121にはバースト発振器(BO)を用いることができ、演算部101から広帯域信号の送信要求であるインパルストリガを入力すると、バースト発振器において1ns程度の期間だけ高周波の広帯域インパルス信号が発振される。
On the other hand, the
狭帯域信号発生部110及び広帯域信号発生部120で生成され、送信アンテナ151及び152から送信された狭帯域信号及び広帯域信号は、測定範囲内にある物体に反射されて共用受信アンテナ153a、153bで受信される。共用受信アンテナ153a、153bで受信された受信波は、モノパルス方式で処理するために信号合成部161に出力され、ここで共用受信アンテナ153aで受信された左側受信波と共用受信アンテナ153bで受信された右側受信波の合成処理が行われる。
The narrowband signal and the wideband signal generated by the narrowband
モノパルス方式を用いた角度の検出方法を、図4を用いて説明する。左右の2つの受信アンテナで受信された2つの受信波は、図4(a)に示す受信波21、22のように一部が重なって受信される。この2つの受信波21、22の和と差を求めると、図4(b)に示すようなパターン23、24が得られる。これから2つの受信波の差をその和で除す(正規化する)と、図4(c)のようなモノパルスカーブ25が得られる。同図に示すモノパルスカーブは、縦軸に2つの受信波の和と差の比をとっており、横軸が角度を示している。このようなモノパルスカーブを用いて、2つの受信波の和と差の比から角度を求めることができる。
An angle detection method using the monopulse method will be described with reference to FIG. The two received waves received by the two left and right receiving antennas are partially overlapped and received as in the received waves 21 and 22 shown in FIG. When the sum and difference of the two received
信号合成部161で処理されて出力される和信号と差信号は、それぞれ増幅器162a、162bで増幅された後、ミキサ163a、163bにおいて狭帯域信号発生部110で生成された狭帯域信号と混合される。狭帯域信号との混合により、和信号と差信号はベースバンドにダウンコンバートされる。以下では、ミキサ163aでダウンコンバートされた和信号を低周波和信号と呼び、ミキサ163bでダウンコンバートされた差信号を低周波差信号と呼ぶこととする。低周波和信号及び低周波差信号は、分波されて狭帯域受信処理部130と広帯域受信処理部140とに出力される。
The sum signal and difference signal processed and output by the
狭帯域受信処理部130では、入力した低周波和信号及び低周波差信号を第1のろ波部であるローパスフィルタ(LPF)131a、131bでそれぞれ処理することで、狭帯域信号の帯域幅に相当する低周波の信号のみをろ波している。狭帯域信号の帯域幅を200MHzとした場合、LPF131a、131bには、200MHz以下の信号をろ波するフィルタを用いる。以下では、LPF131a、131bでろ波された低周波和信号及び低周波差信号を、それぞれ低周波狭帯域和信号及び低周波狭帯域差信号と呼ぶこととする。
The narrowband
LPF131a、131bでろ波された低周波狭帯域和信号及び低周波狭帯域差信号は、増幅器132a、132bでそれぞれ増幅された後、S/H回路134a、134bで検波データ(以下では、狭帯域検波データという)が取得され、この狭帯域検波データが演算部101に出力されて角度判定に用いられる。演算部101では、狭帯域受信処理部130から入力した狭帯域検波データをもとに、モノパルス方式により図4に示したようなモノパルスカーブを用いて角度を検出する。
The low-frequency narrowband sum signal and the low-frequency narrowband difference signal filtered by the
同様に、広帯域受信処理部140でも、入力した低周波和信号及び低周波差信号を第2のろ波部であるバンドパスフィルタ(BPF)141a、141bでそれぞれ処理することで、第1周波数と第2周波数との差に相当する周波数を中心周波数とし広帯域信号の帯域幅と同程度の広帯域の信号をろ波している。以下では、BPF141a、141bでろ波された低周波和信号及び低周波差信号を、それぞれ低周波広帯域和信号及び低周波広帯域差信号と呼ぶこととする。
Similarly, the wideband
BPF141a、141bでろ波された低周波広帯域和信号及び低周波広帯域差信号は、増幅器142a、142bでそれぞれ増幅された後、検波器143a、143bでインパルス波が検波される。それぞれで検波されたインパルス波は、S/H回路144a、144bに出力され、ここで検波データ(以下では、広帯域検波データという)が取得される。S/H回路144a、144bで取得された広帯域検波データは、演算部101に出力されて角度判定に用いられる。演算部101では、広帯域受信処理部140から入力した広帯域検波データをもとに、モノパルス方式により図4に示したようなモノパルスカーブを用いて角度を検出する。
The low-frequency wideband sum signal and the low-frequency wideband difference signal filtered by the
本実施形態の複合モードレーダ装置100は、狭帯域レーダ部102と広帯域レーダ部103とを演算部101からの制御により協調動作させることが可能に構成されており、狭帯域レーダ部102で検出された狭帯域検波データと広帯域レーダ部103で検出された広帯域検波データとを組み合わせて高度な角度測定を行うことが可能となっている。一例として、狭帯域レーダ部102と広帯域レーダ部103とを図5に示すような基本動作で用いることが可能であり、この基本動作をみ合わせることで狭帯域レーダ部102と広帯域レーダ部103とを協調させて好適なレーダ機能を実現することができる。
The composite
上記の基本動作として、図5(a)に示す狭帯域レーダ部102と広帯域レーダ部103とを適宜切り替えて動作させる切り替え方式と、図5(b)に示す狭帯域レーダ部102と広帯域レーダ部103とを並行して動作させる並用方式の2種類がある。このような基本動作を用いることで、高度な角度検出を行うことが可能となる。
As the basic operation described above, a switching method in which the
すなわち、近距離の物体に対する角度検出では、広帯域レーダ部103を用いて測定すると同時に、遠距離の物体に対する角度検出では、狭帯域レーダ部102を用いて検出するといった、広帯域レーダ部103による角度検出と狭帯域レーダ部102による角度検出とを並行して行うことが可能となる。
That is, in the angle detection with respect to an object at a short distance, measurement is performed using the
また、他システムとの干渉を回避するために、例えば通常は狭帯域レーダ部102を用い、近傍を高精度に検出する必要があるときだけ広帯域レーダ部103を用いるようにすることも可能である。このような制御方式を演算部101のソフトウェア処理だけで実現することができる。
In order to avoid interference with other systems, for example, it is possible to use the
本発明の第2の実施の形態に係る複合モードレーダ装置の基本構成を、図6に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態の複合モードレーダ装置200では、狭帯域信号発生部110で生成された狭帯域信号と広帯域信号発生部120で生成された広帯域信号とを共用送信アンテナ251で送信するようにしている。
A basic configuration of the composite mode radar apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to a block diagram shown in FIG. In the combined
第1の実施形態では、狭帯域信号を送信するための狭帯域送信アンテナ151と広帯域信号を送信するための広帯域送信アンテナ152とをそれぞれ独立に設けていたが、本実施形態では、共用受信アンテナ153a、153bに加えて、送信アンテナも共用送信アンテナ251に置き換えており、これによりアンテナ数を減らして複合モードレーダ装置200の小型化を図っている。
In the first embodiment, the
狭帯域信号の送信と広帯域信号の送信とを1つの共用送信アンテナ251で送信するために、本実施形態の複合モードレーダ装置200では合波器271を備えた構成としており、狭帯域信号発生部110で生成された狭帯域信号と広帯域信号発生部120で生成された広帯域信号とを合波器271で合波して1つの送信信号としている。合波器271で合波された送信信号は、共用送信アンテナ251から送信される。
In order to transmit narrowband signal transmission and broadband signal transmission by one shared
本実施形態の複合モードレーダ装置200でも、狭帯域信号と広帯域信号とは帯域が重ならないよう中心周波数が離されていることから、合波器271で合波されて1つの送信信号として共用送信アンテナ251から送信されても、相互に影響を与えるおそれはない。1つの送信信号として送信され、物体で反射されて共用受信アンテナ153a、153bで受信された受信信号は、第1の実施形態と同様に、LPF131a、131b及びBPF141a、141bでそれぞれの信号のみがろ波されるように構成されている。これ以降の狭帯域受信処理部130及び広帯域受信処理部140における処理も、第1の実施形態と同様である。
Also in the composite
本発明の第3の実施の形態に係る複合モードレーダ装置の基本構成を、図7に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態の複合モードレーダ装置300では、送信アンテナ及び受信アンテナを、ともに狭帯域信号と広帯域信号のそれぞれに独立して備えるように構成している。狭帯域信号と広帯域信号のそれぞれに対し、送信アンテナと受信アンテナを独立して設けることにより、狭帯域信号を用いて測定する測定範囲と広帯域信号を用いて測定する測定範囲とを別々に設定することができる。
A basic configuration of a composite mode radar device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to a block diagram shown in FIG. In the combined
図7では、狭帯域信号の反射波を受信するために狭帯域受信アンテナ(左)353aと(右)353bとが設けられており、受信された受信波はモノパルス方式で処理するために信号合成部361に出力される。信号合成部361で処理されて出力される和信号と差信号は、狭帯域受信処理部330に入力され、そこで増幅器362a、362bで増幅された後、ミキサ363a、363bにより、ベースバンドにダウンコンバートされる。
In FIG. 7, a narrowband receiving antenna (left) 353a and (right) 353b are provided to receive a reflected wave of a narrowband signal, and the received received wave is subjected to signal synthesis for processing in a monopulse system. To the
同様に、広帯域信号の反射波を受信するために広帯域受信アンテナ(左)354aと(右)354bとが設けられており、受信された受信波は信号合成部364に出力される。信号合成部364で処理されて出力される和信号と差信号は、広帯域受信処理部340に入力され、そこで増幅器365a、365bで増幅された後、ミキサ366a、366bにより、ベースバンドにダウンコンバートされる。
Similarly, a broadband receiving antenna (left) 354 a and (right) 354 b are provided to receive the reflected wave of the broadband signal, and the received received wave is output to the
本実施形態では、受信アンテナを狭帯域レーダ部302と広帯域レーダ部303のそれぞれに独立して設け、それぞれの受信波を狭帯域受信処理部330と広帯域受信処理部340にそれぞれ独立して入力する構成としていることから、信号合成部で処理された和信号と差信号を増幅する増幅器、及びこれをダウンコンバートするためのミキサも、狭帯域受信処理部330と広帯域受信処理部340のそれぞれに独立して設けている。
In the present embodiment, a receiving antenna is provided independently for each of the
狭帯域信号を用いて測定する測定範囲と広帯域信号を用いて測定する測定範囲とを別々に設定した一例を図8に示す。同図に示す例では、遠方までの狭い角度の測定範囲31を狭帯域信号を用いて測定し、近距離の広い角度の測定範囲32を広帯域信号を用いて測定するように設定している。
FIG. 8 shows an example in which the measurement range measured using the narrowband signal and the measurement range measured using the wideband signal are set separately. In the example shown in the figure, the
狭帯域レーダ部302による狭帯域信号を用いたレーダ機能は、遠距離の狭い角度範囲の角度測定を高精度に行うことが可能であり、また、広帯域レーダ部303による広帯域信号を用いたレーダ機能は、近距離の広い角度範囲の角度測定を行うことが可能なことから、狭帯域レーダ部302及び広帯域レーダ部303のそれぞれの測定範囲を、例えば図8に示す測定範囲31、32のように設定するのが好ましい。
The radar function using the narrowband signal by the
狭帯域レーダ部302及び広帯域レーダ部303のそれぞれの測定範囲を、例えば図8のような異なる領域に設定した場合、それぞれの送信方向及び受信方向も異なることから、狭帯域信号及び広帯域信号の送受信に用いるアンテナも、狭帯域レーダ部302に用いるものと広帯域レーダ部303に用いるものを独立して備える必要がある。
When the measurement ranges of the
狭帯域レーダ部302及び広帯域レーダ部303のそれぞれに独立して送受信アンテナを設けるようにすることにより、近距離における角度検出では、広帯域レーダ部303を用いて広い角度範囲を粗い角度で検出し、遠距離における角度検出では、狭帯域レーダ部302を用いて狭い角度範囲を高精度で検出するといった、広帯域レーダ部303による角度検出と狭帯域レーダ部302による角度検出とを並行して行うことが可能となる。
By providing a transmission / reception antenna independently for each of the
また、他システムとの干渉を回避するために、例えば通常は狭帯域レーダ部302を用いて角度検出を行い、近傍を広範囲に検出する必要があるときだけ広帯域レーダ部303を用いるようにすることも可能である。このような制御方式を演算部101のソフトウェア処理だけで実現することができる。
In order to avoid interference with other systems, for example, angle detection is usually performed using the
以上説明したように本発明によれば、狭帯域測角機能と広帯域測角機能とを一体化して処理可能な複合モードレーダ装置を提供することができる。また、この発明によれば、近傍は広範囲を荒い角度精度で、遠方は狭角度を高精度で検出するといった、利用形態に応じて物体の方位を検出することが可能となる。さらに、この発明によれば、広帯域レーダで他システムとの干渉のおそれがあるときにはその利用時間率を低減し、相互干渉の回避が容易な狭帯域レーダで測角を実現することで、総合的な干渉対策を実現することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a composite mode radar apparatus that can process the narrowband angle measurement function and the wideband angle measurement function in an integrated manner. Further, according to the present invention, it is possible to detect the azimuth of an object according to the usage form, such as detecting a wide range in the vicinity with rough angular accuracy, and a remote location in a narrow angle with high accuracy. Furthermore, according to the present invention, when there is a possibility of interference with other systems in a wideband radar, the utilization time ratio is reduced, and angle measurement is realized by a narrowband radar that can easily avoid mutual interference. It is possible to realize a countermeasure against interference.
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る複合モードレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における複合モードレーダ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Note that the description in the present embodiment shows an example of the composite mode radar apparatus according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and detailed operation of the combined mode radar device in the present embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
11、13 狭帯域レーダの帯域
12、14 広帯域レーダの帯域
25 モノパルスカーブ
100、200、300 複合モードレーダ装置
101 演算部
102、302 狭帯域レーダ部
103、303 広帯域レーダ部
104 三角波生成器
110 狭帯域信号発生部
111 狭帯域波源
112、122、132、142、162、362、365 増幅器
113 スイッチ
120 広帯域信号発生部
121 広帯域波源
130、330 狭帯域受信処理部
131 第1のろ波部(LPF)
134、144 S/H回路
140、340 広帯域受信処理部
141 第2のろ波部(BPF)
143 検波器
151 狭帯域送信アンテナ
152 広帯域送信アンテナ
153 共用受信アンテナ
161、361、364 信号合成部
162 増幅器
163、363、366 ミキサ
251 共用送信アンテナ
271 合波器
353 狭帯域受信アンテナ
354 広帯域受信アンテナ
11, 13
134, 144 S /
143
Claims (5)
前記第1周波数とは異なる第2周波数を中心周波数とし周波数帯域が前記狭帯域信号の周波数帯域と重ならない広帯域信号を発生する広帯域信号発生部と、
前記狭帯域信号発生部及び前記広帯域信号発生部からそれぞれ前記狭帯域信号及び前記広帯域信号を入力して送信する送信アンテナと、
前記狭帯域信号と前記広帯域信号のそれぞれの2方向からの反射波をともに受信する帯域共用の受信アンテナと、
前記受信アンテナで受信した2方向の受信波を入力し、これから前記2方向の受信波を加算した和信号及び前記2方向の受信波を減算した差信号を算出する信号合成部と、
前記信号合成部から前記和信号及び前記差信号を入力し、これから前記狭帯域信号の反射波の和信号及び差信号を検出して狭帯域検波データを出力する狭帯域受信処理部と、
前記信号合成部から前記和信号及び前記差信号を入力し、これから前記広帯域信号の反射波の和信号及び差信号を検出して広帯域検波データを出力する広帯域受信処理部と、
前記狭帯域受信処理部及び前記広帯域受信処理部からそれぞれ前記狭帯域検波データ及び前記広帯域検波データを入力し、モノパルス方式によりそれぞれの前記反射波を検出し、検出されたそれぞれの前記反射波から検出角度を判定する演算部と、を備え、
さらに、前記狭帯域受信処理部は、前記信号合成部から入力した前記和信号及び前記差信号から前記狭帯域信号と略等しい帯域の和信号及び差信号をろ波する第1のろ波部を備え、
前記広帯域受信処理部は、前記信号合成部から入力した前記和信号及び前記差信号から前記広帯域信号と略等しい帯域の和信号及び差信号をろ波する第2のろ波部を備える
ことを特徴とする複合モードレーダ装置。 A narrowband signal generator for generating a narrowband signal centered on the first frequency;
A wideband signal generator for generating a wideband signal having a second frequency different from the first frequency as a center frequency and a frequency band not overlapping the frequency band of the narrowband signal;
A transmitting antenna for inputting and transmitting the narrowband signal and the wideband signal from the narrowband signal generator and the wideband signal generator, respectively;
A band-sharing receiving antenna that receives both reflected waves from two directions of the narrowband signal and the wideband signal;
A signal synthesizer for inputting a received wave in two directions received by the receiving antenna, and calculating a sum signal obtained by adding the received waves in the two directions and a difference signal obtained by subtracting the received waves in the two directions;
A narrowband reception processing unit that inputs the sum signal and the difference signal from the signal synthesis unit, detects a sum signal and a difference signal of the reflected wave of the narrowband signal, and outputs narrowband detection data;
A broadband reception processing unit that inputs the sum signal and the difference signal from the signal synthesis unit, detects a sum signal and a difference signal of reflected waves of the broadband signal, and outputs broadband detection data;
The narrowband detection data and the wideband detection data are input from the narrowband reception processing unit and the wideband reception processing unit, respectively, the reflected waves are detected by a monopulse method, and detected from the detected reflected waves. An arithmetic unit for determining an angle,
Further, the narrowband reception processing unit includes a first filtering unit that filters a sum signal and a difference signal in a band substantially equal to the narrowband signal from the sum signal and the difference signal input from the signal synthesis unit. Prepared,
The broadband reception processing unit includes a second filtering unit that filters a sum signal and a difference signal in a band substantially equal to the broadband signal from the sum signal and the difference signal input from the signal synthesis unit. A combined mode radar device.
ことを特徴とする請求項1に記載の複合モードレーダ装置。 The combined mode radar device according to claim 1, wherein the transmission antenna is a shared-band transmission antenna that can be shared for transmission of the narrowband signal and transmission of the wideband signal .
ことを特徴とする請求項1に記載の複合モードレーダ装置。 The combined mode radar apparatus according to claim 1 , wherein the transmission antenna includes a narrowband transmission antenna that transmits the narrowband signal and a wideband transmission antenna that transmits the wideband signal .
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の複合モードレーダ装置。 4. The composite mode radar device according to claim 1, wherein the first frequency and the second frequency are any of 22 GHz and 29 GHz . 5.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の複合モードレーダ装置。 5. The combined mode radar device according to claim 1 , wherein the wideband signal is a UWB signal having a bandwidth of at least 450 MHz . 6.
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