JP4459584B2 - レーダ装置および距離算出方法 - Google Patents

Description

この発明は、拡散符号を用いて周波数拡散した信号波を送信し、遅延させた前記拡散符号を用いて反射波を逆拡散し、前記遅延の量から距離を算出するレーダ装置および距離算出方法に関し、特に簡易な構成で交流信号の出力を行うレーダ装置および距離算出方法に関するものである。

従来、物体の検知や距離の測定に各種レーダ装置が広く用いられている。例えば、特許文献１は、地中などの近距離に存在する物体の有無や距離を測定するレーダ装置を開示している。このレーダ装置では、送信アンテナの前段と受信アンテナの後段に信号経路の遮断・減衰をなすスイッチ回路を設けることで分解能を下げることなく検知深度を延ばしている。

また、特許文献２に開示されたレーダ装置は、単一のアンテナを送信時と受信時とで切り替えて利用することで、送受信間のノイズ成分の回り込み防止およびコスト低減を図っている。

さらに、特許文献３に開示されたレーダ装置は、送信信号の周波数変調時に生じる低周波成分をフィルタとスイッチによって除去し、送信信号の出力変動に影響されることのない高精度な復調を実現している。

また、特許文献４は、複数の受信側経路をスイッチによって切り替えるとともに、受信信号を信号処理する必要の無い期間にはスイッチングを抑止することで消費電力および発熱量を低減したレーダ装置を開示している。

特開２００２−２８６８５５号公報 特開平１１−１４８９７２号公報 特開２００１−２４２２４１号公報 特開２００２−２２８７４５号公報

これらのレーダ方式の一手法として周波数拡散（スペクトラム拡散）レーダがある。この周波数拡散レーダでは、拡散符号を用いて信号波を周波数拡散し、使用する周波数帯域を広げている。このように使用周波数帯域を広げることで帯域を共用し、有効に利用することができる。

この周波数拡散レーダで反射波を検知した場合、検知信号は直流信号（ＤＣ信号）として得られる。しかしながら、直流信号は増幅が難しく、また後段回路に直流成分が乗ることとなり、信号とノイズの分離が困難である。

そこで、拡散符号にデータ信号を付与することで、検出信号を交流成分とする手法が公開されているが、距離分解能を得るために拡散符号が非常に高周波になるので、この従来の手法では拡散符号を発生させる機構が複雑となり、内部に容量の大きいメモリが必要となる。

さらに、この従来の手法では、ドップラー信号が検出された場合には後段のフィルタ回路の帯域を広くとらねばならず、Ｓ／Ｎの低下をまねく。

すなわち、従来の周波数拡散レーダでは、検出信号をＡＣ化するために複雑な回路構成が必要となるという問題点が有った。そこで、簡易な構成で交流信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置の実現が重要な課題となっていた。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、課題を達成するためになされたものであり、簡易な構成で交流信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置および距離算出方法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、請求項１の発明に係るレーダ装置は、発振器が出力する基本信号に対して拡散符号を用いて周波数拡散した信号波を送信し、遅延させた前記拡散符号を用いて反射波を逆拡散し、前記遅延の量から距離を算出するレーダ装置であって、前記信号波を送信する送信手段と、前記拡散符号の遅延を行う遅延手段と、前記反射波を受信し、前記遅延手段によって遅延された拡散符号を用いて逆拡散し、前記逆拡散した信号と前記基本信号とを乗算器に入力して得られた検波信号を出力する受信手段と、前記送信手段、前記遅延手段、前記受信手段のうち、少なくともいずれか一つの動作をスイッチングするスイッチ制御手段と、前記検波信号から前記スイッチ制御手段によるスイッチ周波数を検出するスイッチ周波数検出手段と、前記スイッチ周波数検出手段が前記スイッチ周波数を検出した場合に、前記遅延手段による遅延量に対応する距離に物体が存在すると判定する相対距離算出手段と、を備えたことを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、信号波を送信する送信手段、反射波を受信して検波信号を出力する受信手段、拡散符号の遅延を行う遅延手段のうち、少なくともいずれか一つの動作をスイッチングし、反射波からスイッチ制御手段によるスイッチ周波数を検出した場合に、遅延量に対応する距離に物体が存在すると判定する。

また、請求項２の発明に係るレーダ装置は、請求項１の発明において、前記送信手段と前記受信手段のいずれか一方、もしくは前記送信手段と前記受信手段の双方に高周波スイッチを備え、前記スイッチ制御手段は、前記高周波スイッチの切り替え制御を行うことを特徴とする。

この請求項２の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、送信経路もしくは受信経路を高周波スイッチによって接続・切断し、高周波スイッチによるスイッチ周波数を検出する。

また、請求項３の発明に係るレーダ装置は、請求項１または２の発明において、前記送信手段と前記受信手段のいずれか一方、もしくは前記送信手段と前記受信手段の双方は、前記信号波もしくは前記反射波を増幅する増幅手段を備え、前記スイッチ制御手段は前記増幅手段の増幅率を切替えることを特徴とする。

この請求項３の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、送信経路もしくは受信経路に設けた増幅手段の増幅率を切り替え、増幅率の切り替えによって生じるスイッチ周波数を検出する。

また、請求項４の発明に係るレーダ装置は、請求項１，２または３の発明において、前記スイッチ制御手段は、前記送信手段内部にあって前記周波数拡散を実行する拡散処理手段もしくは前記受信手段内部にあって前記逆拡散を実行する逆拡散処理手段の動作を切替えることを特徴とする。

この請求項４の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、周波数拡散を実行する拡散処理手段や逆拡散を実行する逆拡散処理手段の動作を切り替え、これによって検波信号に生じるスイッチ周波数を検出する。

また、請求項５の発明に係るレーダ装置は、請求項１〜４の発明において、前記スイッチ制御手段は、距離算出の対象物が相対速度を有する場合に、該相対速度によって前記反射波に生じるドップラー周波数に比して高い周波数でスイッチングを行うことを特徴とする。

この請求項５の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、送信手段、受信手段、遅延手段をドップラー周波数に比して十分に高い周波数でスイッチングし、反射波からスイッチ手段によるスイッチ周波数を検出する。

また、請求項６の発明に係るレーダ装置は、請求項１〜５の発明において、前記検波信号を増幅し、飽和させて二値信号を出力する飽和増幅手段をさらに備えたことを特徴とする。

この請求項６の発明によれば、レーダ装置は、送信手段、受信手段、遅延手段の動作をスイッチングし、反射波に逆拡散を行った後増幅し、飽和させて二値信号を出力する。

また、請求項７の発明に係るレーダ装置は、請求項６の発明において、前記飽和増幅手段は可変増幅器であり、前記遅延の量に対応した増幅率で前記検波信号を増幅することを特徴とする。

この請求項７の発明によれば、レーダ装置は、拡散符号に付加する遅延量に対応した増幅率で検波信号を増幅する。

また、請求項８の発明に係るレーダ装置は、請求項１〜７の発明において、前記スイッチ制御手段がスイッチングを停止している間に、前記反射波からドップラー周波数を検出するドップラー周波数検出手段をさらに備えたことを特徴とする。

この請求項８の発明によれば、レーダ装置は、送信手段、受信手段、遅延手段のスイッチングを停止している間に、反射波からドップラー周波数を検出する。

また、請求項９の発明に係るレーダ装置は、請求項１〜８の発明において、前記スイッチ制御手段は、前記遅延手段による遅延の量を前記スイッチ周波数に基づいて切替えることを特徴とする。

この請求項９の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、遅延量をスイッチ周波数に基づいて切り替え、検波信号からスイッチ周波数を検出する。

また、請求項１０の発明に係るレーダ装置は、請求項９の発明において、前記スイッチ制御手段は、前記遅延量に対応して前記スイッチ周波数を変化させることを特徴とする。

この請求項１０の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、遅延量に対応したスイッチ周波数に基づいて遅延量を切り替え、検波信号からスイッチ周波数を検出する。

また、請求項１１の発明に係るレーダ装置は、請求項９または１０の発明において、前記遅延手段は、前記遅延の量を切り替える場合に、該遅延量の大きさと該遅延量に切替える頻度とを対応させることを特徴とする。

この請求項１１の発明によれば、レーダ装置は、遅延量をスイッチ周波数に基づいて切り替えるとともに、該遅延量の大きさと該遅延量に切替える頻度とを対応させる。

また、請求項１２の発明にかかる距離算出方法は、拡散符号を用いて周波数拡散した信号波を送信し、遅延させた前記拡散符号を用いて反射波を逆拡散して検波信号を作成し、前記遅延の量から距離を算出するレーダによる距離算出方法であって、前記信号波の送信に関する動作、前記反射波の受信から前記検波信号の作成までの動作、前記拡散符号の遅延に関する動作のうち、少なくともいずれか一つの動作をスイッチングし、前記検波信号からスイッチ周波数を検出した場合に、前記遅延の量に対応する距離に物体が存在すると判定することを特徴とする。

この請求項１２の発明によれば、距離算出方法は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、信号波を送信する送信手段、反射波を受信して検波信号を作成する受信手段、拡散符号の遅延を行う遅延手段のうち、少なくともいずれか一つの動作をスイッチングし、検波信号からスイッチ制御手段によるスイッチ周波数を検出した場合に、遅延の量に対応する距離に物体が存在すると判定する。

請求項１および請求項１２の発明によれば、レーダ装置および距離算出方法は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、信号波を送信する送信手段、反射波を受信して検波信号を作成する受信手段、拡散符号の遅延を行う遅延手段のうち、少なくともいずれか一つの動作をスイッチングし、検波信号からスイッチ制御手段によるスイッチ周波数を検出した場合に、遅延の量に対応する距離に物体が存在すると判定するので、簡易な構成で交流信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置および距離算出方法を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項２の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、送信経路もしくは受信経路を高周波スイッチによって接続・切断し、高周波スイッチによるスイッチ周波数を検出するので、簡易な構成で交流信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項３の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、送信経路もしくは受信経路に設けた増幅手段の増幅率を切り替え、増幅率の切り替えによって生じるスイッチ周波数を検出するので、簡易な構成で交流信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項４の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、周波数拡散を実行する拡散処理手段や逆拡散を実行する逆拡散処理手段の動作を切り替え、これによって検波信号に生じるスイッチ周波数を検出するので、簡易な構成で交流信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項５の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、送信手段、受信手段、遅延手段をドップラー周波数に比して十分に高い周波数でスイッチングし、反射波からスイッチ手段によるスイッチ周波数を検出するので、ドップラー信号とスイッチング周波数とを峻別し、簡易な構成で交流信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項６の発明によれば、レーダ装置は、送信手段、受信手段、遅延手段の動作をスイッチングし、反射波に逆拡散を行った後増幅し、飽和させて二値信号を出力するので、アナログデジタル変換器を用いることなく、簡易な構成でデジタル信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項７の発明によれば、レーダ装置は、拡散符号に付加する遅延量に対応した増幅率で検波信号を増幅するので、簡易な構成で交流信号の出力を行う精度の高い周波数拡散レーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項８の発明によれば、レーダ装置は、送信手段、受信手段、遅延手段のスイッチングを停止している間に、反射波からドップラー周波数を検出するので、簡易な構成で相対距離と相対速度を算出し、交流信号として出力する周波数拡散レーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項９の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、遅延量をスイッチ周波数に基づいて切り替え、検波信号からスイッチ周波数を検出するので、簡易な構成で交流信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項１０の発明によれば、レーダ装置は、周波数拡散方式で距離測定をおこなうとともに、遅延量に対応したスイッチ周波数に基づいて遅延量を切り替え、検波信号からスイッチ周波数を検出するので、相対距離を簡易に算出可能な周波数拡散レーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

また、請求項１１の発明によれば、レーダ装置は、遅延量をスイッチ周波数に基づいて切り替えるとともに、該遅延量の大きさと該遅延量に切替える頻度とを対応させるので、検出する距離に対して優先順位を設定可能な周波数拡散レーダ装置を得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、この発明に係るレーダ装置および距離算出方法の好適な実施例を詳細に説明する。

まず、図１を参照し、本発明の概念について説明する。図１に示したレーダ装置１は、周波数拡散レーダ装置であり、拡散符号作成部４によって拡散符号を作成し、送信部３は拡散符号を用いて周波数拡散された送信波Ｓ１をアンテナ３ａから送信する。

その後、送信波Ｓ１は測定対象Ｔ１で反射し、反射波Ｓ２としてアンテナ２ａに受信される。なお、ここではレーダ装置１は車両に搭載する車載レーダ装置であり、測定対象は周辺の他車両や障害物を想定している。

レーダ装置１の遅延器５は、拡散符号作成部４が作成した拡散符号に遅延を与え、逆拡散符号として受信部２に供給する。受信部２は、アンテナ２ａが受信した反射波Ｓ２に対し、逆拡散符号を用いて逆拡散を行う。

その結果、逆拡散符号の遅延量がレーダ装置１と測定対象Ｔ１との距離Ｄ１に対応する場合に、受信部２は検波信号を出力する。換言するならば、受信部２が検波信号を出力した際の遅延量が、レーダ装置１から測定対象Ｔ１までの距離を示すこととなる。

ここで、検波信号は、通常ＤＣ信号として得られる。そこで、本発明にかかるレーダ装置１では、スイッチ制御部１１が受信部２、送信部３、もしくは遅延器５を所定の周波数でスイッチング制御する。その結果、検波信号はスイッチング周波数の交流成分を有することとなり、スイッチング周波数検出器１２によって検波信号におけるスイッチング周波数を検出することで、検波信号をＡＣ信号として取り扱うことができる。

つぎに、レーダ装置１の具体的な構成例について説明する。図２は、本発明にかかるレーダ装置の概要構成を示す概要構成図である。同図に示すように、レーダ装置１は、その内部に受信部２、送信部３、拡散符号作成部４、遅延器５、フィルタ６，７、増幅器７，９およびマイコン１０を有する。

また、送信部３は、その内部に増幅器３１、位相変調器３２、発振器３３を有する。拡散符号作成部４は、拡散符号としてPN（擬似雑音）符号を作成し、位相変調器３２に供給する。一方、発振器３３は、所定の高周波信号を作成して位相変調器３２に供給する。

位相変調器３２は、発振器３３が作成した高周波信号に対し、拡散符号作成部４から供給された拡散符号を用いて位相変調を施し送信波として増幅器３１に出力する。すなわち位相変調器３２は、拡散処理手段として機能する。

増幅器３１は、位相変調器３２が出力した送信波を増幅し、アンテナ３ａを介して送信する。なお、位相変調器３２の出力が十分大きければ、増幅器３１を設けない構成としても良い。

受信部４は、その内部に増幅器２１、スイッチ４１、位相変調器２２、乗算器２３を有する。増幅器２１は、アンテナ２ａが受信した反射波を増幅し、スイッチ４１に出力する。なお、反射波の強度が十分に大きければ、増幅器２１を設けない構成としても良い。

スイッチ４１は、マイコン１０内部のスイッチ制御部１１から指定されたスイッチング周波数で受信経路の接続・切断を行う高周波用のスイッチである。したがって、スイッチ４１の出力は、スイッチング周波数に対応するＡＣ成分を有して位相変調器２２に供給される。なお、スイッチ４１は必ずしも増幅器２１と位相変調器２２との間に設ける必要はなく、たとえばアンテナ２ａと増幅器２１との間に設けても良い。

位相変調器２２は、スイッチ４１から供給される受信信号に対し、逆拡散符号を用いて位相変調を施す。ここで、逆拡散符号は、拡散符号作成部４が出力した拡散符号に対して遅延器５が遅延を与えた符号である。

逆拡散符号に与えられた遅延が、送信波が反射波として受信されるまでの遅れと等しい場合、位相変調によってもとの信号波形、すなわち発振器３３によって作成された波形が取り出される。一方、反射波が存在しない場合や、逆拡散符号に与えられた遅延が、送信波が反射波として受信されるまでの遅れと異なる場合、位相変調で元の信号波形を取り出すことはできない。

そこで、拡散符号に任意の遅延を与えることで、その遅延に対応する距離における物体の有無を知ることができる。さらに遅延量を切替え、元の波形を取り出し可能な遅延を検索することで、対象物との距離を測定することができる。すなわち、位相変調器２２は、逆拡散処理手段として機能する。

なお、このレーダ装置１では、スイッチ４１によってスイッチング周波数に対応するＡＣ成分が付加されているので、位相変調器２２の出力は、発振器３３が作成した波形にスイッチング周波数が加わったものとなる。

位相変調器２３の出力は、乗算器２３に供給される。また、乗算器２３には発振器３３から元の信号波形が供給される。乗算器２３は、位相変調器の出力と、発振器３３との出力を乗算した後、フィルタ６およびフィルタ８にそれぞれ出力する。

フィルタ６は、スイッチ制御部１１によるスイッチング周波数を通過させるバンドパスフィルタである。フィルタ６は、乗算器２３からの出力をフィルタリングした後、増幅器７に出力する。増幅器７は、フィルタ６の出力を増幅してマイコン１０に供給する。

一方、フィルタ８は、検出すべきドップラー周波数を通過させるバンドパスフィルタである。フィルタ８は乗算器２３からの出力をフィルタリングした後、増幅器９に出力する。増幅器９は、フィルタ８の出力を増幅してマイコン１０に供給する。

マイコン１０は、その内部にスイッチ制御部１１、スイッチング周波数検出部１２、相対距離算出部１３、ドップラー周波数検出部１４、相対速度算出部１５を有する。

スイッチ制御部１１は、スイッチ４１のオン・オフのタイミングを指定するスイッチング周波数を作成し、スイッチ４１およびスイッチング周波数検出部１２に出力する。

ここで、スイッチング周波数は、予測されるドップラー周波数に対して十分高い周波数に設定する。これは測定対象が相対速度を有する場合に、スイッチング周波数とドップラー周波数が同一となると、検出信号の周波数成分がスイッチングに起因するものであるか、ドップラー現象によるものであるかを判別できなくなるためである。

スイッチング周波数検出部１２は、スイッチ制御部１１からスイッチング周波数を受信し、スイッチング周波数と同じ周波数成分を増幅器７の出力から検出し、検出結果を相対距離算出部１３に出力する。

相対距離算出部１３は、スイッチング周波数検出部１２から検出結果を取得する。また、遅延器５の遅延量および増幅器７の増幅率を制御する。より具体的には、遅延器５の遅延量を設定し、その結果スイッチング周波数検出部１２が検波信号からスイッチング周波数成分を検出したならば、設定した遅延量に対応する距離に物体が存在すると判定する。

また、相対距離算出部１３は、増幅器７の増幅率を遅延量と連動して制御する。より具体的には、遅延量が小さい場合、すなわち測定対象が近距離である場合、反射波の強度が大きいので、増幅器７の増幅率は小さくする。一方、遅延量が大きい場合、すなわち測定対象が遠距離である場合、反射波の強度が小さくなるので、増幅率７の増幅率を大きくする。

さらに、増幅器７の増幅率を設定する場合、増幅された信号波形が飽和するように設定する。このように信号波形を飽和させることで、検波信号を二値信号とし、デジタル系の信号処理器（ここではマイコン１０）に直接入力することが可能となる。

したがって、増幅器７の増幅率は、所望の受信強度の信号が増幅器７の出力の最大値（飽和値）まで増幅され、かつこの最大値が後段のデジタル処理のＨｉレベルとなるように設定される。このように設定することで、所定の受信強度以上の信号は、後段のデジタル処理でＨｉレベルとして扱われる。

すなわち、増幅器７は可変増幅器によって実現され、飽和増幅手段として機能する。その結果、アナログデジタル変換器を設けることなく検波信号をデジタル信号処理器に入力することができる。

ところで、測定対象となる物体がレーダ装置１に対して相対速度を有する場合、検波信号にはドップラー現象による周波数が乗ることになる。ドップラー周波数検出部１４は、増幅器９の出力からドップラー周波数を検出し、相対速度算出部１５に出力する。相対速度算出部１５は、このドップラー周波数の値から対象となる物体の相対速度を算出する処理を行う。

ここで、ドップラー周波数を検出し、相対速度を算出するためには、スイッチ４１のスイッチングに起因する周波数成分を除去する必要がある。そこで、ドップラー周波数の検出を行う場合、スイッチ制御部１１は、スイッチ４１を常に接続状態とし、検波信号にスイッチング周波数が乗らないようにする。

つぎに、レーダ装置１の動作手順について説明する。まず、マイコン１０内のスイッチ制御部１１がスイッチング周波数を決定し、スイッチ４１およびスイッチ周波数検出部１２に出力する。また、相対距離算出部１３が遅延量と増幅器７の増幅率を設定する。

設定された遅延量に相当する距離に物体が存在し、その物体に反射した反射波の強度が所定値以上であれば、増幅器９からマイコン１０にスイッチング周波数と同じ周期の信号が入力される。この信号の有無を検出することで、マイコン１０は設定した遅延量に対応する距離に物体が存在するか否かを判定する。

一方、対象の相対速度を測定する場合には、スイッチ制御部１１がスイッチングを停止し、増幅器９からマイコン１０に入力された信号を検出し、その周波数を計測することで、相対速度を測定することができる。

このように、レーダ装置１では、スイッチ制御部１１が設定したスイッチング周波数に基づいてスイッチ４１を制御して受信経路の接続・切断をおこなう。その結果、検波信号はスイッチング周波数の交流成分を有することとなり、スイッチング周波数検出器１２によって検波信号におけるスイッチング周波数を検出することで、検波信号をＡＣ信号として取り扱うことができる。

ところで、検波信号にスイッチング周波数を付加する方法は、受信経路にスイッチを設けることに限られるものではない。以下に検波信号にスイッチング周波数を付加する構成のバリエーションを例示する。

図３は、反射波の増幅率を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。同図に示すように、受信部２の増幅器２１ａは、スイッチ制御部１１の制御を受け、スイッチング周波数に対応した周期で反射波の増幅を行う。

このように受信部２内における増幅器の動作を切替えることでも、図２に示したレーダ装置と同様に、検波信号にスイッチング周波数を付加することができる。なお、増幅器２１ａの動作を切替える場合、可変増幅器によって増幅率を切替えても良いし、増幅器２１ａの動作・非動作を切替えるようにしてもよい。

同様に、図４は、受信側の位相変調器の動作を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。同図に示すように、受信部２の位相変調器２２ａは、スイッチ制御部１１の制御を受け、スイッチング周波数に対応して動作・非動作を切替える。このように受信部２内における位相変調器２２ａの動作を切替えることでも、図２に示したレーダ装置と同様に、検波信号にスイッチング周波数を付加することができる。

また、図５は、送信経路上にスイッチを設け、スイッチ制御部１１が設定したスイッチング周波数に基づいて送信経路の接続・切断をおこなう構成を説明する説明図である。同図に示すように送信部３の増幅器３１と位相変調器３２との間に、スイッチ４２を設け、スイッチ４２を切り替えることで送信経路の接続・切断を選択することができる。

したがって、スイッチ制御部１１が設定したスイッチング周波数に基づいてこのスイッチを切替えたならば、送信波に対してスイッチング周波数が付加されることとなる。このように送信経路を切断・接続し、送信波にスイッチング周波数を付加しても図２に示したレーダ装置と同様に、検波信号からスイッチング周波数を検出可能となる。

なお、スイッチ４２は必ずしも位相変調器３２と増幅器３１との間に設ける必要はなく、送信経路の接続状態を切り替え可能であれば任意の場所に設けることができる。例えば、増幅器３１とアンテナ３ａとの間に設ける構成としてもよい。

また、図６は、送信波の増幅率を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。同図に示すように、送信部３の増幅器３１ａは、スイッチ制御部１１の制御を受け、スイッチング周波数に対応した周期で反射波の増幅を行う。

このように送信部３内における増幅器の動作を切替えることでも、図２に示したレーダ装置と同様に、検波信号にスイッチング周波数を付加することができる。なお、増幅器３１ａの動作を切替える場合、可変増幅器によって増幅率を切替えても良いし、増幅器３１ａの動作・非動作を切替えるようにしてもよい。

同様に、図７は、送信側の位相変調器の動作を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。同図に示すように、送信部３の位相変調器３２ａは、スイッチ制御部１１の制御を受け、スイッチング周波数に対応して動作・非動作を切替える。このように送信部３内における位相変調器３２ａの動作を切替えることでも、図２に示したレーダ装置と同様に、検波信号にスイッチング周波数を付加することができる。

また、図８は、送信部３の発振器３３と受信部２の乗算器２３との間にスイッチ４３を設け、高周波信号の供給状態を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。同図に示すように、スイッチ４３は、発振器３３と乗算器２３との間に設けられる。このスイッチ４３は、スイッチ制御部１１の制御を受け、スイッチング周波数に対応して動作する。このように高周波信号の供給状態を切替えることでも、図２に示したレーダ装置と同様に、検波信号にスイッチング周波数を付加することができる。

さらに、図９は、拡散符号に対する遅延量の切り替えによって検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。同図に示すように、遅延器５ａは、スイッチ制御部１１の制御を受け、スイッチング周波数に基づいて遅延量を切替える。このように遅延器５ａの動作を切替えることでも、図２に示したレーダ装置と同様に、検波信号にスイッチング周波数を付加することができる。

ここで、遅延量（τ）の切り替え方法の具体例についてさらに説明する。図１０は、遅延量の切り替え方法について説明する説明図である。同図では、検出しようとする距離（ここでは１ｍ）に相当する遅延量と、検出すべき物体（ターゲット）が存在しないはずの距離（例えば０ｍ）に相当する遅延量とを交互に切替える。

検出しようとする距離に物体（ターゲット）が存在する場合には、反射波によって検波信号の出力値が高くなり、検出すべき物体がない場合には検波信号の出力値が低くなる。そのため、遅延量、すなわち検出する距離をスイッチング周波数に基づいて切替えることで、スイッチング周波数の成分を有する検波信号が出力される。

一方、検出しようとする距離に物体が存在しない場合には、遅延量を切替えたとしても検波信号の出力値は低いままであり、スイッチング周波数の信号は得られない。そこで、遅延量を切り替え、検波信号からスイッチング周波数を検出することで、検出しようとする距離における物体（ターゲット）の有無を知ることができる。

ところで、遅延量の切り替えをおこなうスイッチング周波数は、検出しようとする距離に対応して変化させても良い。スイッチング周波数を検出しようとする距離（遅延量）に対応させたならば、検波信号からスイッチング周波数を検出するとともに、その周波数を取得することで簡易にターゲットまでの距離を求めることができる。

つぎに、遅延量（τ）の切り替え方法の他の具体例について説明する。例えば、検出しようとする距離と、隣接する距離とを交互に切替えても良い。図１１は、検出しようとする距離と、隣接する距離とを交互に切替える方法について説明する説明図である。

ここで、隣接する距離とは、距離検出の分解能に対応し、検出しようとする距離の隣の距離を示す。たとえば、検出しようとする距離が５ｍであり、分解能が１ｍであれば、５ｍに対応する遅延量と６ｍに対応する遅延量（もしくは４ｍに対応する遅延量）とを交互に切替える。

レーダによって距離測定を行う場合、実際の距離の前後であっても反射波の受信強度が上がる場合があり、測定誤差の要因となるが、このように隣接する距離で反射波の強度レベルを比較することで、受信強度がピークとなる距離を検出することができ、測定精度を向上することができる。

図１１では、遅延時間（測定距離）と反射波の受信レベル（受信強度）との関係を示している。同図は、６ｍ近傍にターゲットが存在する場合に、１ｍの分解能で測定を行った場合の強度分布例である。この強度分布では、５〜７ｍにおいて反射波の受信強度が上昇している。

この状態で、１ｍに対応する遅延量と２ｍに対応する遅延量とを交互に切替えて測定すると、双方の受信強度が小さいので、検波信号にスイッチング周波数は検出されない。同様に、３ｍに対応する遅延量と４ｍに対応する遅延量とを交互に切替えて測定しても検波信号にスイッチング周波数は検出されない。

しかしながら、４ｍに対応する遅延量と５ｍに対応する遅延量とを交互に切替えて測定した場合、５ｍに対応する遅延量を使用した際の受信強度が４ｍに対応する遅延量を使用した場合に比して十分大きくなるので、検波信号からスイッチング周波数が検出されることとなる。

同様に、５ｍに対応する遅延量と６ｍに対応する遅延量とを交互に切替えて測定した場合、６ｍに対応する遅延量を使用した際の受信強度が５ｍに対応する遅延量を使用した場合に比してさらに大きいので、検波信号からスイッチング周波数が検出され、４ｍと５ｍとを比較した場合と同様の波形が検出される。

さらに、６ｍに対応する遅延量と７ｍに対応する遅延量とを交互に切替えて測定した場合、６ｍに対応する遅延量を使用した際の受信強度が７ｍに対応する遅延量を使用した場合に比して十分小さくなる。そのため、検波信号からスイッチング周波数が検出されるが、その波形は４ｍと５ｍを比較した場合の波形や５ｍと６ｍとを比較した場合の波形と比べて位相が反転することとなる。

この位相の反転は、反射強度のピークを超えたことを示している。そこで、反射強度のピーク、すなわち位相の反転が生じる遅延量を求めることでターゲットの距離を精度良く測定することができる。

さらに、遅延量（τ）の切り替え方法の他の方法として、例えば、検出しようとする距離と、隣接する距離とを交互に切替え、検出する距離を変化させて所定範囲を掃引してもよい。図１２は、所定範囲を掃引する方法について説明する説明図である。

同図に示すように、検出すべき物体（ターゲット）が存在しないはずの距離（例えば０ｍ）と検出しようとする距離とを交互に切替えるとともに、検出しようとする距離を順に延ばしてゆくことで、短時間で広い範囲の物体検知を行うことができる。

図１２では、０ｍ、１ｍ、０ｍ、２ｍ、０ｍ、３ｍ、０ｍ、４ｍと順に延ばしてゆき、その結果、１ｍと３ｍで検波強度の上昇を検知している。したがって、この例では、１ｍと３ｍにターゲットが存在することとなる。

また、その他の遅延量の切り替え方法としては、例えば拡散符号の周波数（チップレート）を低くして大きな刻みで物体の有無を検出した後、検出された距離の近傍に対して拡散符号のチップレートを上げて高精度に距離測定をおこなってもよい。この方法では、高精度な距離測定を高速に実行することができる。

また、所定のチップレートで複数回検出を行い、検出の確実性を上げるようにしても良いし、遅延量の大きさと、その遅延量に切替える頻度とを対応させてもよい。これは、車載用のレーダ装置などでは、自車両の近くに存在する物体の方が遠方の物体に比して自車両に対する影響が大きく、また対応もより迅速に実行する必要があるためである。

すなわち、自車両から近い物体の検知は、遠い物体の検知に比して重要であり、かつ早期に発見する必要性があるため、小さい遅延量での検知頻度を、大きい遅延量での検知頻度に比して高くすることで、優先的に検知を行う。

このように、検出する距離（遅延量）に対応させてその遅延量に切替える頻度を変更することで、重み付けをおこなった物体検知・距離検出を行うことができる。

上述してきたように、本実施例では、スイッチ制御部１１が受信部２、送信部３、もしくは遅延器５を所定の周波数でスイッチング制御することで検波信号にスイッチング周波数の交流成分を付加し、スイッチング周波数検出器１２によって検波信号におけるスイッチング周波数を検出する。

したがって、簡易な構成で交流信号の出力を行う周波数拡散レーダ装置を得ることができる。また、相対速度を検出する場合にはスイッチングを停止し、検波信号のドップラー周波数を検出するので、相対距離の測定に加えて相対速度の測定を行うことができる。

さらに、検波信号を増幅して飽和させ、二値信号として出力することで、アナログデジタル変換器を設けることなく検波信号をデジタル信号処理器に入力することができ、装置の構成をさらに簡略化することができる。

なお、本実施例では、送信側、受信側、遅延器のいずれかを切替える構成について説明したが、送信側、受信側、遅延器を組み合わせて同時に切替える構成であっても同様の効果を有することは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかるレーダ装置および距離算出方法は、相対距離の測定に有用であり、特に、簡易な構成でＡＣ信号出力が必要なレーダ装置に適している。

本発明の概念について説明する説明図である。 本発明にかかるレーダ装置の概要構成を示す概要構成図である。 反射波の増幅率を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。 受信側の位相変調器の動作を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。 送信経路上にスイッチを設け、送信経路の接続・切断をおこなう構成を説明する説明図である。 送信波の増幅率を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。 送信側の位相変調器の動作を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。 高周波信号の供給状態を切替えることで検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。 拡散符号に対する遅延量の切り替えによって検波信号にスイッチング周波数を付加する構成を説明する説明図である。 遅延量の切り替え方法について説明する説明図である。 検出しようとする距離と、隣接する距離とを交互に切替える方法について説明する説明図である。 所定範囲を掃引する方法について説明する説明図である。

符号の説明

１ レーダ装置
２ 受信部
３ 送信部
２ａ，３ａ アンテナ
４ 拡散符号作成部
５，５ａ 遅延器
６，８ フィルタ
８，９，２１，２１ａ，３１，３１ａ 増幅器
１０ マイコン
１２ スイッチング周波数検出部
１３ 相対距離算出部
１４ ドップラー周波数検出部
１５ 相対速度算出部
２２，２２ａ，３２，３２ａ 位相変調器
２３ 乗算器
３３ 発振器
４１，４２，４３ スイッチ
Ｄ１ 距離
Ｓ１ 送信波
Ｓ２ 反射波
Ｔ１ 測定対象

Claims (12)

1. 発振器が出力する基本信号に対して拡散符号を用いて周波数拡散した信号波を送信し、遅延させた前記拡散符号を用いて反射波を逆拡散し、前記遅延の量から距離を算出するレーダ装置であって、
   前記信号波を送信する送信手段と、
   前記拡散符号の遅延を行う遅延手段と、
   前記反射波を受信し、前記遅延手段によって遅延された拡散符号を用いて逆拡散し、前記逆拡散した信号と前記基本信号とを乗算器に入力して得られた検波信号を出力する受信手段と、
   前記送信手段、前記遅延手段、前記受信手段のうち、少なくともいずれか一つの動作をスイッチングするスイッチ制御手段と、
   前記検波信号から前記スイッチ制御手段によるスイッチ周波数を検出するスイッチ周波数検出手段と、
   前記スイッチ周波数検出手段が前記スイッチ周波数を検出した場合に、前記遅延手段による遅延量に対応する距離に物体が存在すると判定する相対距離算出手段と、
   を備えたことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記送信手段と前記受信手段のいずれか一方、もしくは前記送信手段と前記受信手段の双方に高周波スイッチを備え、前記スイッチ制御手段は、前記高周波スイッチの切り替え制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記送信手段と前記受信手段のいずれか一方、もしくは前記送信手段と前記受信手段の双方は、前記信号波もしくは前記反射波を増幅する増幅手段を備え、前記スイッチ制御手段は前記増幅手段の増幅率を切替え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. 前記スイッチ制御手段は、前記送信手段内部にあって前記周波数拡散を実行する拡散処理手段、もしくは前記受信手段内部にあって前記逆拡散を実行する逆拡散処理手段の動作を切替えることを特徴とする請求項１，２または３に記載のレーダ装置。
5. 前記スイッチ制御手段は、距離算出の対象物が相対速度を有する場合に、該相対速度によって前記反射波に生じるドップラー周波数に比して高い周波数でスイッチングを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーダ装置。
6. 前記検波信号を増幅し、飽和させて二値信号を出力する飽和増幅手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のレーダ装置。
7. 前記飽和増幅手段は可変増幅器であり、前記遅延の量に対応した増幅率で前記検波信号を増幅することを特徴とする請求項６に記載のレーダ装置。
8. 前記スイッチ制御手段がスイッチングを停止している間に、前記反射波からドップラー周波数を検出するドップラー周波数検出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のレーダ装置。
9. 前記スイッチ制御手段は、前記遅延手段による遅延の量を前記スイッチ周波数に基づいて切替えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のレーダ装置。
10. 前記スイッチ制御手段は、前記遅延量に対応して前記スイッチ周波数を変化させることを特徴とする請求項９に記載のレーダ装置。
11. 前記遅延手段は、前記遅延の量を切り替える場合に、該遅延量の大きさと該遅延量に切替える頻度とを対応させることを特徴とする請求項９または１０に記載のレーダ装置。
12. 拡散符号を用いて周波数拡散した信号波を送信し、遅延させた前記拡散符号を用いて反射波を逆拡散して検波信号を作成し、前記遅延の量から距離を算出するレーダによる距離算出方法であって、
    前記信号波の送信に関する動作、前記反射波の受信から前記検波信号の作成までの動作、前記拡散符号の遅延に関する動作のうち、少なくともいずれか一つの動作をスイッチングし、
    前記検波信号からスイッチ周波数を検出した場合に、前記遅延の量に対応する距離に物体が存在すると判定することを特徴とするレーダによる距離算出方法。

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