JP4788290B2 - パルスレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電波を送受信して、対象物までの距離と方位を検出するレーダ装置に関する。

従来のパルスレーダ装置による対象物検出動作の様子を図１１に示す。このパルスレーダ装置は、送信アンテナ１０１を備えた送信系を１つ、受信アンテナ１０２を備えた受信系を１つを有して、送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０２による送受信信号により距離Ｒを検知し、検知エリアの領域Ｅに存在する検知対象物の位置を検出する。このような構成のパルスレーダ装置においては、送信から受信までの時間から距離Ｒを求めることができるが、検知対象物１０３の方位を求めることはできない。

この方位を検出できるレーダとして、１つのビーム位置で、１つのパルス（モノパルス）を処理して距離・方位情報を得るモノパルス方式レーダやアンテナビームを対象物の近傍を連続して走査するビーム走査方式レーダがある。特に、モノパルス方式レーダは、受信時刻の異なる複数のビームを走査して計測するビーム走査方式レーダと違って時間的な変動の影響を受けないため精度の高い距離、方位情報が得られる。このモノパルス方式には、振幅を検出する振幅比較モノパルス方式と位相を検出する位相比較モノパルス方式（位相モノパルス方式）がある。

この位相モノパルス方式のレーダ装置による対象物検出動作の様子を図１２に示す。このレーダ装置は、対象物からの反射波を２個以上のアンテナで受信するものであり、受信アンテナの位置が異なるので、受信アンテナ間で角度差が生じる。この角度差を検出することで検知対象物の方位角θを検出することができ、そのため、ビーム走査することなく方位角θの検出が可能である。

この方位角θの導出について説明する。２つの受信アンテナ１０２ａ、１０２ｂ間の距離をｄ、検知対象物１０３の方位角をθ、レーダ波の波長をλとしたとき、２つの受信アンテナ１０２ａ、１０２ｂが受信する信号の位相差Δφは、
Δφ＝（２πｄｓｉｎθ）／λ ・・・（１）
となり、従って、対象物１０３の方位角θは、
θ＝ａｒｃｓｉｎ（Δφ・λ／２πｄ）・・（２）
となる。このようにして受信信号の位相差Δφから対象物１０３の方位角θを求めることができる。なお、ここでいう位相差Δφは、１波長（λ）に対するレーダ波の経路差（２πｄ・ｓｉｎθ）の割合として定義される。

上記のような位相モノパルス方式のレーダの応用として、アレーアンテナと、マルチビーム形成手段と、ピーク検出手段と、高分解能処理器とを備えたレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、同様にアレーアンテナと、アンテナビーム形状を鋭角・遠距離もしくは広角・近距離に切り換えるためのアンテナスイッチと、アンテナスイッチを切り換える切換制御装置とを備えたモノパルスレーダシステムが知られている（例えば、特許文献２参照）。上述した特許文献１、２に示されるような装置においては、いずれも検出精度の向上を図るには、構成が複雑となり高価なものとなる。
特開２００３−１３９８４９号公報 特開２００３−２４８０５５号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、上述のパルス方式と位相モノパルス方式の考え方を基に、構成が簡単で安価に、検知対象物までの距離、方位角を精度良く検出することができるパルスレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、１つの送信系と複数の受信系を用いて物体までの距離、及び方位角を検出するパルスレーダ装置において、パルス状の送信信号を送信する送信手段と、前記物体から反射した反射波を受信する前記複数の受信系に対応して設けられた受信手段と、前記受信手段からの各受信信号を前記送信信号とミキシングしてミキシング信号をそれぞれ得るミキシング手段と、前記少なくとも１つのミキシング信号の出力に基づいて前記物体までの距離を算出する距離検出手段と、前記複数のミキシング信号の出力に基づいて各受信系における受信信号の位相差を算出し、この位相差より前記物体の方位角を求める方位角検出手段と、前記送信手段からの送信信号を９０°移相するπ／２移相器と、を備え、前記ミキシング手段は、前記複数の受信系にそれぞれ２個づつ設けられ、前記方位角検出手段は、前記複数の受信系のうちの、１つの受信系における２個のミキシング手段により、それぞれ前記受信信号と前記送信信号とをミキシングして得られるミキシング信号と、前記受信信号と前記送信信号を前記π／２位相器で９０°移相した信号とをミキシングして得られるミキシング信号と、を用いて前記物体の方位角を求めるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のパルスレーダ装置において、前記方位角検出手段は、前記ミキシング信号の振幅より位相を検出し、検出物体の方位角を求めるものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載のパルスレーダ装置において、前記方位角検出手段は、前記ミキシング信号の時間差より位相を検出し、検出物体の方位角を求めるものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載のパルスレーダ装置において、前記方位角検出手段は、前記ミキシング信号をサンプリング処理するために等価サンプリングによるサンプリング手段を備えたものである。

請求項１の発明によれば、受信信号と送信信号とのミキシング信号を基に物体距離を算出し、複数の受信系の受信信号の位相差を算出して物体の方位角を求めるので、物体までの距離と方位角を精度良く検出することができると共に、１つの受信信号を用いて位相の異なる２つのミキシング信号が得られるので、ミキシング信号間の立上り時間差をより正確に検出することができる。

請求項２の発明によれば、位相の異なる２つのミキシング信号の振幅を用いてミキシング信号の位相の検出を行うので、方位角の検出が容易となる。

請求項３の発明によれば、位相の異なる２つのミキシング信号の位相差を受信時間差により検出するので、受信信号の位相差の測定精度が高まる。

請求項４の発明によれば、等価的に高速のサンプリングにより高精度に波形の観測ができるので、複数の検出対象物が異なる距離に配置されている場合にも、観測波形が重ならず、最も近い対象物から順次、方位角を検出することができる。

以下、本発明の実施形態に係るパルスレーダ装置について、図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態によるパルスレーダ装置１（以下、本装置という）の構成を示す。本装置１は、１つの送信系２と、２つの受信系４、５とを備える。送信系２は、パルス状の送信信号ａを出力する送信部３（送信手段）と、この送信部３から出力される送信信号ａを電波として送出する送信アンテナ２ａ（送信手段）とを有する。受信系４、５は、送信系２によって送信された電波が物体（検知対象物）により反射された反射波を受信する２つの受信アンテナ４ａ、５ａ（受信手段）と、これらに接続される受信部６ａ、６ｂ（受信手段）とをそれぞれ備える。これらの受信部６ａ、６ｂは、各受信アンテナ４ａ、５ａからの第１、第２の受信信号ｂ１、ｂ２を送信信号ａとミキシングしてミキシング信号ｍ１、ｍ２を得るミキサ６１、６２（ミキシング手段）を備える。さらに、本装置１は、ミキシング信号ｍ１又はｍ２に基づいて物体の距離を算出する距離検出部７（距離検出手段）と、ミキシング信号ｍ１及びｍ２に基づいて受信信号ｂ１、ｂ２の位相差を算出し、これより物体の方位角を算出する方位角検出部８（方位角検出手段）とを備える。

送信部３は、送信信号ａを出力するための発振器３ａと、クロック発生器３ｂとを備え、送信アンテナ２ａより送信信号ａを送出すると共に、送信信号ａの送信タイミングｔ１を距離検出部７に伝える。距離検出部７は、受信部６ａ、６ｂの各ミキサ６１、６２で得られたミキシング信号ｍ１、ｍ２の波形の立上りを検出する波形立上り検出器７ａと、物体までの距離を算出する距離演算器７ｂを備えている。この距離演算器７ｂは、波形立上り検出器７ａの出力情報であるミキシング信号ｍ１又はｍ２の立上り時刻（受信時刻）ｔ２及び発振器３ａからの出力情報である送信時刻ｔ１に基づいて物体までの距離を算出する。方位角検出部８は、ミキシング信号ｍ１、ｍ２の各波形の立上りを検出する波形立上り検出器８ａと、波形立上り検出器８ａで検出されるミキシング信号ｍ１とｍ２の立上り時刻ｔ２、ｔ３から方位角θを算出する方位角演算器８ｂとを備える。

図２は本装置１の動作を説明するための各種信号波形を示す。図２において、ａは送信信号、ｂ１、ｂ２は第１、第２の受信信号、ｍ１、ｍ２は送信信号ａと受信信号ｂ１、ｂ２とのミキシングによる第１、第２のミキシング信号である。

本装置１においては、送信部３よりパルス化された送信信号ａを送信アンテナ２ａより検知対象物に向けて送信し、検知対象物で反射させ、その反射信号を受信アンテナ４ａ、５ａで受信信号ｂ１、ｂ２として受信し、受信部６ａ、６ｂのミキサ６１、６２により受信信号ｂ１、ｂ２を送信信号ａとミキシングしてミキシング信号ｍ１、ｍ２を得る。このミキシング信号ｍ１とｍ２の立ち上がり時刻ｔ２、ｔ３と送信時刻ｔ１とを用いて、距離検出部７は距離を検出し、方位角検出部８は方位角を検出する。このように、ミキシング信号ｍ１、ｍ２の立上り時刻の検出により簡単に受信時間差を得ることができるので、対象物までの距離と方位角を容易に得ることができる。また、得られた受信時刻、受信時間差からの距離、方位角の算出も複雑な演算処理を必要としないので、距離演算器７ｂ及び方位角演算器８ｂの演算時間を短縮でき、応答を速めることができる。

次に、対象物までの距離Ｒの求め方について説明する。図２に示すように、送信信号ａの送信から受信までの時間差Ｔａは、送信信号ａの送信時刻ｔ１と、送信信号ａと第１の受信信号ｂ１のミキシング信号ｍ１の立上り時刻ｔ２の時間差Ｔａ＝ｔ２−ｔ１で得られ、距離Ｒは、Ｒ＝Ｔａ×Ｃ／２（ただし、Ｃは光速）で求められる。具体的には、クロック発生器３ｂ（ＣＬ）が発生する時間基準パルスの数をカウンタで送信時刻ｔ１から数え始め、受信時刻ｔ２に数え終わったときのパルス数とパルス間隔とからＴａ、従って距離Ｒが得られる。

また、方位角θは、第１の受信アンテナ４ａと第２の受信アンテナ５ａの間隔をｄとし、第１の受信アンテナ４ａと第２の受信アンテナ５ａでの受信時刻ｔ２、ｔ３をミキシング信号ｍ１、ｍ２の立上り時刻から求め、送信信号ａの周波数をｆａ、周期をＴｆとして、受信信号ｂ１、ｂ２間の位相差Δφは、次式で求められる。
Δφ＝２π（ｔ３−ｔ２）／Ｔｆ・・・（３）
従って、方位角θは、前述の式（２）を用いて、
θ＝ａｒｃｓｉｎΔφ・λ／２πｄ＝ａｒｃｓｉｎ（ｔ３−ｔ２）λ／（Ｔｆ・ｄ）
より、容易に求められる。

なお、図２におけるミキシング信号ｍ１、ｍ２の各波形は、検知対象物が静止状態である場合を示しているが、反射波が移動物体から反射された場合は、ドップラ効果により、ミキシング信号はドップラ信号となり周波数変動しているのでその波形は、立上り検出波形Ｄに示すように、略ＳＩＮ波形を成す。この場合も、このＳＩＮ波形の立上りを検出することにより、２つの受信信号ｂ１、ｂ２の受信時刻の検出が可能であり、距離及び方位角を検出することができる。

上述した本実施形態によれば、送信信号ａの送信時刻ｔ１と受信信号ｂ１の受信時刻ｔ２による到達所要時間（ｔ２−ｔ１）と、受信信号ｂ１及び受信信号ｂ２の受信時間差（ｔ３−ｔ２）を、各ミキシング信号の立上り波形を基に直接各受信時刻を検出して求めることができる。従って、精度の良い受信時間差情報が簡単に得られ、検知対象物までの正確な距離、及び方位角の検出を容易に行うことができる。

図３は本発明の第２の実施形態に係るパルスレーダ装置１の構成を示す。本装置１は、予め所望の検出距離及び方位角の情報を記憶するための記憶装置９と、記憶した距離・方位角情報と測定された距離・方位角とを比較するための比較器１１をさらに備え、距離検出部７及び方位角検出部８で検出された距離及び方位角が、記憶装置９に記憶された距離及び方位角の設定範囲内にあるときにのみ検出距離及び方位角を出力するものである。本実施形態は、この記憶装置９と、比較器１１を備えた点以外は、前記実施形態と同様である。図３において、第１の実施形態と同一部材には、同一符号を付す（以下、同様）。

本装置１は、ミキサ６１、６２からのミキシング信号を用いて距離検出部７により距離、方位角検出部８により方位角をそれぞれ検出する。この検出された距離・方位角情報は、記憶装置９に予め記憶されている所望の距離・方位角のデータと比較器１１にて比較され、検出データが所望の範囲のエリアＢ内にあれば検出結果として出力する。

図４は本装置１の検知可能なエリアを示す。本装置１においては、検知可能なエリアＡが一意に定まるため、ユーザが所望しないエリアの対象物を検知する虞がある。このため、本装置１は予め所望の範囲のエリアＢを記憶装置９に記憶しておき、この記憶したデータと検知した距離・方位角とを比較器１１で比較し、検知データが所望の範囲のエリアＢ内であれば検知結果として出力することにより所望の検知結果を得る。これにより、ユーザが所望しないエリアの対象物を検出することがなくなると共に、不要な検出演算を省いて出力応答を速くし、ユーザの利便性を高めることができる。

図５、本発明の第３の実施形態に係るパルスレーダ装置の構成を示す。本装置１は、２つの受信系４、５に対応する受信部６ａ、６ｂにそれぞれ２つずつ設けたミキサ（６１と６３、及び６２と６４）と、送信信号ａを９０°移相するπ／２移相器１２と、をさらに備える。図６は本装置１の動作を説明するための各種信号波形を示す。

本装置１において、送信部３よりパルス化された送信信号ａは送信アンテナ２ａより発射され、検知対象物で反射され、この反射波を受信アンテナ４ａ、５ａで第１及び第２の受信信号ｂ１、ｂ２として受信する。この受信アンテナ４ａで受信された第１の受信信号ｂ１と送信信号ａは、受信部６ａのミキサ６１でミキシングされ、第１のミキシング信号が得られる。また、π／２移相器１２で９０°移相された送信信号ａと第１の受信信号ｂ１はミキサ６３でミキシングされ、第３のミキシング信号ｍ３が得られる。同様に、受信アンテナ５ａで受信された第２の受信信号ｂ２と送信信号ａはミキサ６２でミキシングされ、第２のミキシング信号ｍ２が得られると共に、π／２移相器１２で９０°移相された送信信号ａと、第２の受信信号ｂ２がミキサ６４でミキシングされ、第４のミキシング信号ｍ４が得られる。これらの得られた第１〜第４のミキシング信号ｍ１〜ｍ４は、方位角検出部８に加えられ、距離検出部７には、ミキシング信号ｍ１、ｍ２と、少なくともミキシング信号ｍ３、ｍ４のいずれかが加えられる。

方位角検出部８は、波形立上り検出器８ａにおいて、図６に示される第１、第３のミキシング信号ｍ１、ｍ３の検出振幅Ｖ１、Ｖ３を検出し、この振幅により第１の受信信号ｂ１の位相を検出する。ここで、例えば、検出振幅Ｖ１、Ｖ３が等しい場合は、送信信号ａと第１の受信信号ｂ１の位相が４５°となり、一方、検出振幅Ｖ１、Ｖ３が互いに＋−逆符号でそれらの絶対値が等しい場合は、位相は−４５°となる。このようにして、ミキシング信号の振幅により位相φ１を一意的に検出することができる。同様に、第２、第４のミキシング信号ｍ２、ｍ４の検出振幅Ｖ２、Ｖ４より、位相φ２を検出することができる。従って、φ２とφ１の差をとれば、２つの受信アンテナ４ａ、５ａ間の受信信号ｂ１、ｂ２の位相差Δφを得ることができる。このΔφと前述の式（２）を用いて、方位角演算器８ｂによる演算により方位角θを求めることができる。

また、方位角検出部８は、図６に示すように、波形立上り検出器８ａで検出されるミキシング信号ｍ１とｍ２間、又はミキシング信号ｍ３とｍ４間の立上り波形のいずれか又は両方の立上り時刻差を用いて、第１の受信信号ｂ１と第２の受信信号ｂ２間の受信時間差Ｔｂ（＝ｔ３−ｔ２）を検出できる。これにより、前記と同様に、２つの受信アンテナ４ａ、５ａ間の受信信号ｂ１、ｂ２の位相差Δφを２πＴｂ／Ｔｆから得ることができ、前述の式（２）を用いて、方位角演算器８ｂにおいて方位角θを求めることができる。この測定は、時間検出から方位角を求めるので、測定精度がより高くなる。また、ミキシング信号ｍ１、ｍ３及びｍ２、ｍ４の電圧の検出振幅Ｖ１、Ｖ３及びＶ２、Ｖ４のそれぞれの絶対値を取って合成することにより、常に正符号の検出電圧を得ることができるので、この絶対値処理により正確で安定した立上り検出を行うことができ、さらに精度の良い位相検出を行うことができる。なお、図６では、検知対象物が静止状態である場合のミキシング信号波形を示して説明したが、検知対象物が移動状態であっても前記と同様に距離、方位角を検出することができる。

図７は本発明の第４の実施形態に係るパルスレーダ装置１の構成を示す。本装置１は、前記第１の実施形態において、受信部６ａ、６ｂと距離検出部７及び方位角検出部８との間に、繰り返し入力に対し等価的に高速のサンプリングを行える等価サンプリング部１０をさらに備えたものである。この等価サンプリング部１０は、受信部６ａ、６ｂからのミキシング信号ｍ１、ｍ２を送信部３から送出される第１のパルス信号（以下、第１のパルスという）を生成する第１パルス生成手段１３と、第１のパルスの周波数と異なる周波数を有する第２のパルス信号（以下、第２のパルスという）を生成する第２パルス生成手段１４と、第１及び第２のパルスの同期を検出する同期検出手段１５と、受信部６ａ、６ｂからのミキシング信号ｍ１、ｍ２をサンプリングするサンプリング手段１６とを備える。

上記第１パルス生成手段１３で生成された第１のパルスは、送信部３のクロック発生器３ｂのクロック信号と同期されており、この第１のパルスと第２パルス生成手段１４で生成された第２のパルスを同期検出手段１５で同期を検出した時、２番目以降の第１のパルスの発生時刻が第２のパルスに対し順次、Δｔずつ進むように構成されている。また、同期検出手段１５は、サンプリング手段１６でのサンプリングを開始するためのトリガとなる同期信号を形成する。

図８は本装置１の動作を説明するための波形を示す。送信部３は、第１パルス生成手段１３でパルス化された第１のパルスを送信出力する。この送信信号ａは検知対象物で反射され、その反射信号は受信アンテナ４ａ、５ａ（図１参照）で受信されて２つの受信信号ｂ１、ｂ２が得られる。この受信信号ｂ１、ｂ２は受信部６ａ、６ｂのミキサ６１、６２でミキシング信号ｍ１、ｍ２に変換される。第２パルス生成手段１４は、第１のパルス周波数と異なる（低い）周波数でなる第２のパルス（この２発目は、第１のパルスのそれよりΔｔだけ遅い）を生成する。同期検出手段１５は、第１パルス生成手段１３のパルス立ち上がりと第２パルス生成手段１４のパルス立ち上がりが一致する時刻（Ｔ１）を同期として検出する。サンプリング手段１６は、同期検出手段１５から出力される同期信号をトリガとしてミキシング信号ｍ１（ｍ２）のサンプリングを第２のパルスのタイミングで開始し、次の同期信号が入力されるまで、つまりミキシング信号ｍ１（ｍ２）と第２のパルスの立ち上がりが一致する時刻（Ｔ２）まで行う。このように、サンプリング手段１６は、繰り返し入力されるパルスレーダのミキシング信号に対し、第１パルスからΔｔだけ少しずつずらした第２パルスでサンプリングすることにより、等価的にミキシング信号の波形期間を細かくサンプリングする高速のサンプリングとなる等価サンプリング形式を取っている。このサンプリング結果より距離検出部７と方位角検出部８は、それぞれ距離、方位角を精度良く算出することができる。

ここでの距離の算出は、サンプリング手段１６において、第２のパルスのタイミングでミキシング信号ｍ１（ｍ２）をサンプリングするため、第１のパルスの周波数をｆｃ１、第２のパルスの周波数をｆｃ２とすると、距離精度は、（１／ｆｃ２−１／ｆｃ１）×ｃ／２となる。例えば、ｆｃ１＝４．００４００４…ＭＨｚ、ｆｃ２＝４ＭＨｚ、媒体を光又は電波（ｃ≒３．０×１０^８ｍ）とした場合、距離精度は３．７５ｃｍ（＝０．２５ｎｓ）となる。距離Ｒは、距離検出部７にてサンプリング信号のｎ番目にて対象物を検知できたとすると、
Ｒ＝（１／ｆｃ２−１／ｆｃ１）×ｃ×ｎ／２
で求められ、精度良く距離の検出ができる。また、方位角検出に関しても、従来では複数の対象物が異なる距離で配置されていた場合は、クロックをカウントするタイミングによって複数の波形が重なってしまい、方位角を検出できない恐れがあったが、この手法により、サンプリングする第２のパルスの位相が常に移動していることにより波形が重ならないため、最も近い対象物から順次、方位角の検出が可能となる。なお、２つのパルス周波数の設定は、一方のパルスが他方のパルスとある周期毎に正確に同期する周波数を選択しなければならない。

図９は、本発明の第５の実施形態に係るパルスレーダ装置の構成を示す。本装置１は、前記第１の実施形態において、受信部６ａ、６ｂと距離検出部７及び方位角検出部８の間にパルス積分器１７をさらに備えている。

本装置１において、送信部３よりのパルス化された送信信号ａは検知対象物で反射され、その反射波を受信アンテナ４ａ、５ａで受信する。反射波の受信信号ｂ１、ｂ２と送信信号ａをミキシングしたミキシング信号ｍ１、ｍ２は、パルス積分器１７でパルス積分されることにより雑音成分が低減されて距離検出部７、及び方位角検出部８に加えられる。距離検出部７、及び方位角検出部８は、この雑音成分が抑圧されたミキシング信号ｍ１、ｍ２を用いて距離演算器７ｂ及び方位角演算器７ｂにおいてそれぞれ演算処理を行うので、演算処理の誤りが低減される。これにより、距離検出部７、及び方位角検出部８における各受信信号時間の検出精度が向上し、最大検知距離を延ばすことができ、方位角の測定精度を向上することができる。

図１０は、本発明の第６の実施形態に係るパルスレーダ装置１の構成を示す。本装置１は、前記第１の実施形態において、受信部６ａ、６ｂと距離検出部７及び方位角検出部８の間に自動利得制御器１８をさらに備えている。

本装置１において、送信部３で生成された送信信号ａは、送信アンテナ２ａより送信され、検知対象物にあたって反射されて反射信号となり、この反射信号は受信アンテナ４ａ、５ａで受信信号ｂ１、ｂ２として受信される。受信信号ｂ１、ｂ２は受信部６ａ、６ｂのミキサ６１、６２で送信信号ａとミキシングされ、ミキシング信号ｍ１、ｍ２に変換される。このミキシング信号ｍ１、ｍ２は自動利得制御器１８により利得が制御され出力レベルが一定化される。この一定化されたミキシング信号ｍ１、ｍ２は、距離検出部７及び方位角検出部８に入力され演算処理されて、距離及び方位角がそれぞれ検出される。

通常、レーダ装置においては、対象物からの受信波は検出物体の距離に著しく左右されるため、その出力は至近距離と遠方では数十ｄＢ以上のレベル差を生じる。そのため、自動利得制御を行なうことにより、近距離では目標を見失わない範囲で利得を下げて感度を抑制し、遠距離になるに従って感度を上げていくことが可能になる。また、図１０の構成では、ミキシング信号ｍ１、ｍ２を自動利得制御器１８に入力する構成となっているが、ミキシング前に自動利得制御器１８を設置して受信アンテナからの受信信号（ＲＦ信号）そのものを利得制御する構成も可能である。

次に、本発明の第７の実施形態に係るパルスレーダ装置（図示なし）について説明する。本実施形態は、第１の実施形態と同様の構成において、２つの受信アンテナの間隔を送信信号の周波数の１／２波長以内に配置したものである。通常、レーダ装置では、方位角を測定するには、受信アンテナを２個配置する必要があるが、アンテナ間距離を広くすると、前記式（１）より、例えば、対象物の方位角θがπ／２近くになれば、位相差が１／２波長以上になる。この時、比較する送信信号ａと受信信号ｂ１（又はｂ２）の観測する波形の対応する周期位置がずれてくる可能性があるため、送受信信号間で対応する波形の正確な位相比較ができず、方位角の検出ができなくなる虞がある。本実施形態では、２つの受信アンテナ間距離ｄを半波長（λ／２）内にすることにより、両受信アンテナ間隔が最大でλ／２しかずれないので、観測する送受信信号の波形の対応する周期位置のずれ（本来、比較すべき波形を誤って次の周期の波形を観測する）を防ぎ、送受信信号間で正確な対応波形による位相比較ができるので、前方１８０°の方位角の検出が可能となる。

上述した各種実施形態に係るパルスレーダ装置１においては、１つの送信系２と、２つの受信系４、５を備え、送信アンテナ２ａからの送信信号ａの検知対象物による反射波を各受信アンテナ４ａ、５ａで受信した受信信号ｂ１、ｂ２と送信信号ａとをミキサ６１、６２でミキシングすることにより、時間差を持つミキシング信号ｍ１、ｍ２を容易に得ることができる。このミキシング信号ｍ１、ｍ２を基に、これらの検出時間差から検知対象物までの距離及び方位角を簡単な構成で精度良く検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係るパルスレーダ装置の構成図。 同上装置の動作を説明するための波形図。 本発明の第２の実施形態に係るパルスレーダ装置の構成図。 同装置の検知領域を示す図。 本発明の第３の実施形態に係るパルスレーダ装置の構成図。 同上装置の動作を説明するための波形図。 本発明の第４の実施形態に係るパルスレーダ装置の構成図。 同上装置の動作を説明するための波形図。 本発明の第５の実施形態に係るパルスレーダ装置の構成図。 本発明の第６の実施形態に係るパルスレーダ装置の構成図。 従来のレーダ装置の検出動作を説明するための図。 別の従来のレーダ装置の検出動作を説明するための図。

符号の説明

１ パルスレーダ装置
２ 送信系
２ａ 送信アンテナ（送信手段）
３ 送信部（送信手段）
４、５ 受信系
４ａ、５ａ 受信アンテナ（受信手段）
６ａ、６ｂ 受信部（受信手段）
６１〜６４ ミキサ（ミキシング手段）
７ 距離検出部（距離検出手段）
８ 方位角検出部（方位角検出手段）
１０ 等価サンプリング部
１１ 記憶装置
１２ ９０°移相器
１６ サンプリング手段
１７ パルス積分器
１８ 自動利得制御器

Claims (4)

1. １つの送信系と複数の受信系を用いて物体までの距離、及び方位角を検出するパルスレーダ装置において、
   パルス状の送信信号を送信する送信手段と、
   前記物体から反射した反射波を受信する前記複数の受信系に対応して設けられた受信手段と、
   前記受信手段からの各受信信号を前記送信信号とミキシングしてミキシング信号をそれぞれ得るミキシング手段と、
   前記少なくとも１つのミキシング信号の出力に基づいて前記物体までの距離を算出する距離検出手段と、
   前記複数のミキシング信号の出力に基づいて各受信系における受信信号の位相差を算出し、この位相差より前記物体の方位角を求める方位角検出手段と、
   前記送信手段からの送信信号を９０°移相するπ／２移相器と、
   を備え、
   前記ミキシング手段は、前記複数の受信系にそれぞれ２個づつ設けられ、
   前記方位角検出手段は、前記複数の受信系のうちの、１つの受信系における２個のミキシング手段により、それぞれ前記受信信号と前記送信信号とをミキシングして得られるミキシング信号と、前記受信信号と前記送信信号を前記π／２位相器で９０°移相した信号とをミキシングして得られるミキシング信号と、を用いて前記物体の方位角を求めることを特徴とするパルスレーダ装置。
2. 前記方位角検出手段は、前記ミキシング信号の振幅より位相を検出し、検出物体の方位角を求めることを特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
3. 前記方位角検出手段は、前記ミキシング信号の時間差より位相を検出し、検出物体の方位角を求めることを特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
4. 前記方位角検出手段は、前記ミキシング信号をサンプリング処理するために等価サンプリングによるサンプリング手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。

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