JP4811172B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、ミリ波帯等の電波を用いて車両や人等の物標を検出するレーダ装置、特に故障検出機能を備えるレーダ装置に関するものである。

従来、自動車などの車両に搭載されるレーダ装置として、連続波レーダの送信信号を周波数変調し、送信と同時に物標からの反射信号を受信して、物標の検出を行うものがある。このレーダ装置では、送信信号と受信信号とのビート信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることで、時系列に並ぶサンプリングデータを生成する。そして、レーダ装置は、このサンプリングデータを離散フーリエ変換処理することで、ビート信号の周波数スペクトルを生成する。そして、レーダ装置は、このビート信号の周波数スペクトルのピーク値からビート信号のピーク周波数を検出し、このピーク周波数から物標の相対距離および相対速度を算出する。このため、ピーク周波数が検出されない場合は物標がないものと判断する。

しかしながら、発振器を含む送信回路の不具合により送信信号が送信されなかったり、受信回路の不具合により受信信号が得られないことにより、ビート信号が得られない場合にもピーク周波数は検出されない。このため、ピーク周波数が検出されていない状態が、本当に物標が無い状態なのか、物標が有るにもかかわらず故障している状態なのかを、ピーク周波数検出のみで判断することができない。

この問題を解決するものとして、特許文献１および特許文献２のレーダ装置が考案されている。

特許文献１は、物標検出回路とは別に故障検出回路を備えるとともに、送信信号を故障検出信号で変調し、この変調成分のレベルに基づいて故障検出回路で検出するレーダ装置が開示されている。この装置では、物標検出モードと故障検出モードとを有し、物標検出モードでは物標検出回路を用い、故障検出モードでは故障検出回路を用いている。

特許文献２は、故障検出用回路を物標検出回路と別に備えるとともに、受信信号に故障検出用の変調を行い、故障検出回路でＩＦ信号のスペクトラムに発生する故障検出用変調成分のレベル低下に基づいて故障を検出するレーダ装置が開示されている。
特開平１０−６２５２５号公報 特開平１１−５２０５２号公報

しかしながら、特許文献１のレーダ装置では、物標検出回路とは別に故障検出回路を備えなければならず、モード切り替え等の処理が増加して複雑化するとともに、レーダ装置が大型化してしまう。また、物標検出と故障検出とを同時に行うことができず、故障検出中は、物標検出を行うことができない。

特許文献２のレーダ装置では、特許文献１のレーダとともに、物標検出回路と故障検出回路とが別構成であるので、処理が複雑化するとともに装置が大型化してしまう。また、ターゲットの反射波を含む受信信号に故障検出用変調を行うため、ターゲットの有無、反射波強度により、故障検出用変調成分のレベルが変動し、一意的に決定した閾値を用いてレベル低下を検出することが困難である。

したがって、本発明の目的は、物標検出中であってもなくても故障検出を行える簡素な構造のレーダ装置を提供することにある。

（１）この発明は、周波数変調された送信信号を生成して送信する送信手段と、送信信号に基づく物標からの反射波を含む信号を受信して受信信号を生成する受信手段と、送信信号と受信信号との差分信号であるビート信号の周波数帯域を制限するアンチエリアシングフィルタと、アンチエリアシングが行われたビート信号をサンプリングするとともに、ＡＤ変換して所定データ数のサンプリングデータ列を生成するサンプリングデータ列生成手段と、サンプリングデータ列の離散フーリエ変換により周波数スペクトルを算出し、該周波数スペクトルに基づいて、設定された検出範囲内での前記ビート信号の周波数成分を解析して検出範囲内の物標検出を行う検出手段と、を備えたレーダ装置に関するものである。この発明のレーダ装置の送信手段は、周波数スペクトルの検出範囲を決定する第１周波数より高く、且つアンチエリアシングにより決定される第２周波数より低い特定周波数成分を形成する故障検出用信号で送信信号を変調して送信する。そして、この発明のレーダ装置の検出手段は、特定周波数成分が該特定周波数成分の定常状態レベルに基づいて設定された第１閾値未満であることを検出することで故障検出を行うことを特徴としている。

この構成では、例えばＦＭＣＷレーダの場合、送信手段は、経時的に三角波状に周波数が変化するように周波数変調された送信信号（以下、三角波変調送信信号と称する。）を生成して送信する。この際、送信手段は、ビート信号の周波数スペクトルにおける物標検出範囲を決定する第１周波数より高く、且つアンチエリアシングにより決定される第２周波数より低い特定周波数成分を形成する故障検出用信号で、三角波変調送信信号をもう一段変調して送信する。
受信手段は、この故障検出用信号で変調された三角波変調信号の回り込み信号や物標による反射波を含む信号を受信する。
アンチエリアシングフィルタは、ビート信号の周波数帯域を制限する。この際、アンチエリアシングフィルタのカットオフ周波数は前記第２周波数で設定される。すなわち、第２周波数は、検出手段の検出可能な周波数スペクトルの上限を与える。この第２周波数により設定される範囲は、第１周波数に基づく「実質的な」物標検出範囲とは異なり、物標検出範囲よりも広い、所謂、物標検出「可能」範囲を与えるものである。
サンプリングデータ列生成手段は、アンチエリアシングフィルタの出力信号をサンプリングする。
検出手段は、サンプリングデータを離散フーリエ変換して周波数スペクトルを算出する。検出手段は、前記第１周波数により設定される物標検出範囲に対応する周波数スペクトル内でスペクトルピークを検出することで、物標検出範囲内の物標、物標の距離および相対速度を検出する。さらに、検出手段は、第１周波数による物標検出範囲外で、且つ第２周波数による物標検出可能範囲内に相当する周波数スペクトルでスペクトルピークを検出することで、故障検出信号が送受信されたと判断し、故障していないと判定する。一方、検出手段は、第１周波数による物標検出範囲外で、且つ第２周波数による物標検出可能範囲内に相当する周波数スペクトルで、予め設定した第１閾値以上のスペクトルピークを検出できなければ、故障検出信号が送受信されていないと判断し、故障と判定する。なお、第１閾値は、定常状態すなわち故障していない状態で現れる特定周波数成分（故障検出信号によるスペクトルピークに対応）の値に基づいて低レベル側に設定される。このように物標検出と故障検出とが異なる周波数スペクトルの範囲で検出されることで、同時に並行して物標検出と故障検出とが行われる。

（２）また、この発明のレーダ装置の検出手段は、特定周波数成分が該特定周波数成分の定常状態レベルに基づいて設定された第２閾値以上であることを検出すると異常検出を行うことを特徴としている。

この構成では、検出手段は、特定周波数成分が第２閾値以上であることを検出すると、異常であると判断する。ここで、異常とは、故障の場合とは異なり、通常通りに送信信号を送信するが正常に受信信号を得られない状態を表す。例えば、レーダを構成する送信アンテナおよび受信アンテナを覆うレドームが配置され、且つこのレドームに付着物があるような場合、送信アンテナから受信アンテナに直接回り込む信号のレベルが高くなる。この場合、ビート信号に含まれる故障検出信号の成分のレベルも高くなり、周波数スペクトルにおける特定周波数成分のレベルも高くなる。したがって、定常状態の信号レベルに基づいて高レベル側に所定の第２閾値を予め設定しておくことで、当該第２閾値を超える場合が異常状態として検出される。

（３）また、この発明の検出手段は、特定周波数成分の定常状態レベルに基づいて設定された第１閾値未満であり、ノイズレベルを元に設定された第３閾値以上であることを検出すると、送受信系の電力が低下しているものと判断することを特徴としている。

この構成では、第１閾値未満であることにより、故障もしくは送受信系の電力低下であることが分かり、さらに、第３閾値以上であることにより故障でないことが分かる。これにより、検出手段は、第１閾値未満、且つ第３閾値以上であることを検出すると、送受信系の電力低下と判定する。

（４）また、この発明のレーダ装置の検出手段は、検出範囲を最大検出距離により設定することを特徴としている。

この構成では、例えば、ＦＭＣＷレーダでは、検出距離とビート信号の周波数とは相関するので、最大検出距離により検出範囲が設定される。

（５）また、この発明のレーダ装置の検出手段は、検出範囲を最大検出相対速度により設定することを特徴としている。

この構成では、例えば、２周波ＣＷレーダでは、検出相対速度とビート信号の周波数とは相関するので、最大検出相対速度により検出範囲が設定される。

（６）また、この発明のレーダ装置の送信手段は、予め設定した所定周期に送信信号を故障検出用信号で変調させることを特徴としている。

この構成では、所定周期で三角波変調送信信号を故障検出用信号で変調する。このようにすると、物標に対する反射波にも当然に故障検出用信号が重畳する。これをビート信号の周波数スペクトルで見ると、物標範囲に対応するビート信号スペクトルの前後にも故障検出用信号のサイドバンドスペクトルが現れる。このため、故障検出用信号の重畳を定常から所定間隔に変更し、この故障検出用信号による変調期間内でのみ故障検出を行うことで、物標の誤検出が防止される。

（７）また、この発明のレーダ装置の検出手段は物標の未検出情報を送信手段に与える。そして、送信手段は、物標の未検出情報を取得すると送信信号を故障検出用信号で変調させることを特徴としている。

この構成では、定常動作時には、故障検出用信号で三角波変調送信信号を変調する処理は行わず、物標が検出されなかった場合のみ、故障検出用信号で三角波変調送信信号を変調する処理が行われる。

（８）また、この発明のレーダ装置は、ビーム走査もしくは複数のアンテナを切り替えることにより、物標を検出するものであって、送信手段は、予め設定した方位もしくは予め設定したアンテナの出力について、送信信号を故障検出用信号で変調することを特徴としている。

この構成では、ビーム走査する全ての方位や全てのアンテナに関して変調を行う必要が無いことを利用し、特定の方位およびアンテナのみに変調を行う。これにより、物標検知のための信号と故障検出用の信号とが容易に識別される。

（９）また、この発明のレーダ装置は、送信信号の周波数を経時的に三角波状に変化させる三角波変調の送信信号を用いるＦＭＣＷレーダであって、送信手段は、三角波変調の上り変調区間または下り変調区間のいずれか一方についてのみ、送信信号を故障検出用信号で変調することを特徴としている。

この構成では、三角波変調の全区間で変調を行う必要が無いことを利用し、上り変調または下り変調のいずれか一方のみで変調を行う。これにより、変調されない側の区間に対応するビート信号にサイドバンド信号が虚像として現れても、変調された側の区間に対応するビート信号には、これに対応する信号が現れないので、ペアリングされない。したがって、サイドバンド信号の虚像による物標の誤検出が防止される。

（１０）また、この発明のレーダ装置は、異なる２周波の送信信号を用いる２周波ＣＷレーダであって、送信手段は、２周波の送信信号のうち、いずれか一方の送信信号のみを故障検出用信号で変調することを特徴としている。

この構成では、複数周波数（２周波）の両方に変調を行う必要が無いことを利用し、いずれか一方の周波数の送信信号にのみ変調を行う。これにより、変調されない側の周波数信号に対応するビート信号にサイドバンド信号が虚像として現れても、変調された側の周波数信号に対応するビート信号には、これに対応する信号が現れないので、ペアリングされない。したがって、サイドバンド信号の虚像による物標の誤検出が防止される。

この発明によれば、従来のように物標検出用の回路と故障検出用の回路とを備える必要が無く、一検出回路で物標検出と故障検出とを並行して行うことができる。すなわち、簡素な回路構成で、物標検出と故障検出とを並行して行えるレーダ装置を実現することができる。

また、この発明によれば、単に故障検出だけでなく、異常物の付着等の異常状態も簡素な回路構成で実現することができる。

また、この発明によれば、故障と送受信系の電力低下とを識別することができる。

また、この発明によれば、定常的でなく、故障検出用信号による三角波変調送信信号の変調を所定間隔で行うことで、故障検出信号による誤検出を抑圧することができる。

また、この発明によれば、物標未検出時のみに故障検出信号による変調を行うことで、故障検出信号による誤検出を確実に防止することができる。

また、この発明によれば、特定の方位およびアンテナのみに変調を行うことで、物標検知と故障検出とを明確に識別し、双方の機能を効果的に実現することができる。

また、この発明によれば、ＦＭＣＷ方式であれば区間毎に、２周波ＣＷ方式であれば周波数信号毎に、変調の有無を設定すること、虚像のペアリングによる誤検出を防止することができる。

本発明の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。なお、本実施形態では、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置について説明する。
図１は本実施形態のレーダ装置の主要部を示すブロック図である。
図２はＦＦＴ処理による周波数スペクトル図であり、物標が検出されず故障検出信号によるサイドバンド信号のスペクトルピークが第１閾値ＳＬｔｈ１以上である場合を示した図である。

本実施形態のレーダ装置は、送信制御部１、ＶＣＯ２、カプラ３、送信アンテナ４、受信アンテナ５、ミキサ６、アンチエリアシングフィルタ７、ＡＤＣ８、検出部９を備える。

送信制御部１は、送信制御データ生成部１１、故障検出信号データ生成部１２、制御データ合成部１３を備え、ＶＣＯ２を制御する制御電圧信号を生成する。
送信制御データ生成部１１は、時間軸上で周波数が所定周期で三角波状に変化するＦＭＣＷ送信信号の元となる送信制御データを生成する。この送信制御データは、例えば、三角波の周期よりも極短いサンプリング周期を設定し、このサンプリング周期で三角波状のＦＭＣＷ変調信号をサンプリングしたデータ列により形成される。
故障検出信号データ生成部１２は、故障検出信号データを生成する。故障検出信号データは、送信制御データ生成部１１で参照される三角波の信号の周期よりも短い周期からなる正弦波状の故障検出信号を波形が維持できる程度のサンプリング周期でサンプリングしたデータ列により形成される。ここで、故障検出信号の周波数は、送信信号と受信信号との差分からなるＩＦビート信号の送信受信間の回り込み成分に対する故障検出信号によるサイドバンド信号の周波数が、物標検出範囲の上限を示す第１周波数（ＦＢ１に相当）よりも高く、物標検出可能範囲の上限を示す第２周波数（ＦＢ２に相当）よりも低い周波数となるように設定されている。また、物標検出範囲とは実際に物標の各検出データを検出する範囲を示し、物標検出可能範囲とは物標検出範囲よりも広い範囲でレーダ装置の仕様により設定される物標の検出が可能な範囲を示す。そして、この第２周波数は、例えば、ＡＤＣ８によるＩＦビート信号のサンプリング周波数に相当するナイキスト周波数を用いる。

制御データ合成部１３は、デジタルオペアンプを用いた加算機により構成され、送信制御データ生成部１０からの送信制御データと、故障検出信号データ生成部１２からの故障検出信号データとを合成してなるサンプリングデータ列に基づいて、アナログ信号形式の制御電圧信号を生成してＶＣＯ２に出力する。

ＶＣＯ２は、所謂電圧制御発振器であり、送信制御部１からの制御電圧信号に基づいて送信信号を生成する。この送信信号は、所定周期で周波数が三角波状に変化する通常のＦＭＣＷ送信信号を、前述のサイドバンド信号が発生する故障検出信号で周波数変調した信号となる。

カプラ３は、送信信号を送信アンテナ４に伝送するとともに、所定の分配比で送信信号の一部をローカル信号としてミキサ６に与える。送信アンテナ４は、送信信号に基づく送信波２０１を検出領域に向けて送信する。
受信アンテナ５は、送信波２０１が物標（自動車）１０１で反射した反射波２０２を受信して受信信号をミキサ６に出力する。この際、受信アンテナ５は、反射波２０２の他に、送信アンテナ４から受信アンテナ５への回り込み波２０３をも受信し、この回り込み波２０３は受信信号に含まれる。ミキサ６は、カプラ３からのローカル信号と受信アンテナ５からの受信信号とをミキシングしてＩＦビート信号を形成する。

アンチエリアシングフィルタ７は、前記第２周波数（例えば、ナイキスト周波数）をカットオフ周波数とするローパスフィルタであり、受信信号における物標検出可能範囲の上限を示す周波数よりも低い周波数成分を通過させてＡＤＣ８に出力する。ＡＤＣ８は、アンチエリアシングされた受信信号を所定サンプリング周期でサンプリングして、検出用サンプリングデータ列を生成し、検出部９に出力する。

検出部９はＤＳＰからなり、ＦＦＴ処理部９１、物標・故障検出部９２を備える。
ＦＦＴ処理部９１は、時系列の検出用サンプリングデータ列をＦＦＴ処理して周波数スペクトルを算出する。
物標・故障検出部９２は、ピーク検出用の第１閾値ＳＬｔｈ１を設定し、直流成分に対応する周波数ビン（以下、０周波数ビンという。）から前記第２周波数に対応する周波数ビン（第２周波数ビンＦＢ２）までの各周波数ビンのスペクトル強度に対して第１閾値ＳＬｔｈ１以上であるかを判定し、第１閾値ＳＬｔｈ１以上の周波数ビンをスペクトルピークとして検出する。そして、物標・故障検出部９２は、検出したスペクトルピークが０周波数ビンから第１周波数に対応する周波数ビン（第１周波数ビンＦＢ１）の間であれば、物標を検出したと判断する。物標・故障検出部９２は、物標検出と判定した周波数ビンのスペクトルデータに基づいてペアリングを行い距離、相対速度を算出して物標検出データとする。物標・故障検出部９２は、物標検出データを上位システム１００に出力するとともに、送信制御部１に与える。

また、物標・故障検出部９２は、第１周波数ビンＦＢ１までにスペクトルピークを検出できず、且つ、図２に示すように、第１周波数ビンＦＢ１から第２周波数ビンＦＢ２までにスペクトルピークを検出すれば、当該スペクトルピークが前記サイドバンド信号に基づく周波数ビンと一致するかどうかを判断する。そして、物標・故障検出部９２は、一致を確認すれば、故障ではなく、単に物標がないものとして判断する。

物標・故障検出部９２は、一致を確認できないか、第２周波数ビンＦＢ２までにスペクトルピークを検出しなければ、送信信号が出力されていないと判断し、故障検出データを上位システム１００に出力するとともに、送信制御部１に与える。
なお、この発明では、故障検出閾値と物標検出閾値（前記検出閾値）とを第１閾値ＳＬｔｈ１として同じに設定した。しかしながら、より望ましくは、故障検出用の閾値は、装置の仕様、例えば送信アンテナ４と受信アンテナ５との間に発生する回り込み波の定常的な強度に対応するサイドバンド信号の強度により設定するとよい。

また、前述の説明では、故障検出信号によるＦＭＣＷ送信信号の変調を常時行う場合を示したが、後述する図３に示すように、物標検出データが出力される間は故障検出信号によるＦＭＣＷ送信信号の変調を行わず、物標が検出されていない間のみ故障検出信号によるＦＭＣＷ送信信号の変調を行うようにしてもよい。

また、ビーム走査を行うレーダ装置では、故障検出用信号による変調を、全ビームに亘って行う必要はなく、特定方位のビームに対してのみ行うようにしてもよい。また、複数のアンテナを切り替えるレーダ装置では、故障検出用信号による変調を、アンテナの全ての出力信号に行う必要はなく、特定のアンテナからの出力信号にのみ行うようにしてもよい。これにより、物標検知のための信号と故障検出用の信号とを容易に識別することができる。

また、三角波変調を行うＦＭＣＷレーダ装置では、故障検出用信号による変調を、上り変調区間または下り変調区間のいずれか一方のみで行うようにしてもよい。これにより、サイドバンド信号の虚像による物標の誤検出を防止することができる。

また、２周波ＣＷレーダ装置では、故障検出用信号による変調を、いずれか一方の周波数の送信信号にのみに行ってもよい。これにより、サイドバンド信号の虚像による物標の誤検出を防止することができる。

次に、本実施形態のレーダ装置の物標検出および物標検出処理について、より具体的なデータ数値例とともに、図３を参照して説明する。なお、以下の説明では、物標が検出されていない間のみ、故障検出信号によるＦＭＣＷ送信信号の変調を行う場合を示す。

図３は本実施形態のレーダ装置で、物標検出と故障検出とを行うフローを示すフローチャートである。
まず、レーダ装置は、検出開始とともに、三角波状のＦＭＣＷ送信信号を故障検出信号で周波数変調した送信信号を生成して出力する（Ｓ１１→Ｓ１２）。ここで、中心周波数が７６ＧＨｚのＦＭＣＷ送信信号の周波数変調幅ΔＦを３００ＭＨｚとし、上り変調区間と下り変調区間との組合せを１周期とした変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし、最大検出距離Ｒを１５０ｍとする。

レーダ装置は受信信号を取得し、ＩＦビート信号・サンプリングデータ列を取得する（Ｓ１３）。この際、最大検出距離に対応するＩＦビート信号の周波数ｆ１は、
ｆ１＝４・ΔＦ・ｆｍ・Ｒ／ｃ （ｃ：光速）
であるので、６００ｋＨｚとなる。この周波数が、前記物標検出範囲の上限を示す第１周波数に相当する。

レーダ装置は、サンプリングデータ列をＦＦＴ処理して（Ｓ１４）、スペクトルピークを検出する（Ｓ１５）。この際、サンプリングポイントＳＰを上り変調区間、下り変調区間のそれぞれで１０２４ポイントとする。これにより、ナイキスト周波数ｆＮは、
ｆＮ＝ｆｍ・ＳＰ
であるので、１０２４ｋＨｚとなる。この周波数が、前記物標検出可能範囲を示す第２周波数（ＦＢ２に相当する）となる。

この場合、レーダ装置は、ＩＦビート信号の送信受信間の回り込み信号に対する故障検出信号によるサイドバンド信号の周波数が６００ｋＨｚ〜１０２４ｋＨｚの間になるように、故障検出信号を設定する。

レーダ装置はサンプリングデータ列にスペクトルピークが存在するかどうかを検出する（Ｓ１５）。そして、スペクトルピークが存在すれば、このスペクトルピークが物標検出範囲すなわち０周波数ビンから第１周波数ビンＦＢ１の間に存在するかを検出する（Ｓ１６）。

０周波数ビンから第１周波数ビンＦＢ１の間にスペクトルピークを検出すると、レーダ装置は、ペアリングを行い（Ｓ１７）、距離・相対速度を検出して（Ｓ１８）、物標同定して物標検出データを出力する（Ｓ１９）。

レーダ装置は、物標を検出すると、次の時点の送信信号の変調を、通常の三角波変調のみで行い、故障検出信号による変調は行わない（Ｓ１１→Ｓ２１）。これは、物標が検出されれば当然に送受信が行われていることを利用しており、物標検出中には故障検出信号を用いずとも、正常に動作していることが確認できるからである。

レーダ装置は受信信号を取得し、ＩＦビート信号・サンプリングデータ列を取得し（Ｓ２２）、サンプリングデータ列をＦＦＴ処理して（Ｓ２３）、スペクトルピークを検出する（Ｓ２４）。レーダ装置は、スペクトルピークが存在すれば、スペクトルピークが物標検出範囲すなわち０周波数ビンから第１周波数ビンＦＢ１の間に存在するかを検出する（Ｓ２５）。そして、０周波数ビンから第１周波数ビンＦＢ１の間にスペクトルピークを検出すると、レーダ装置は、ペアリングを行い（Ｓ１７）、距離・相対速度を検出して（Ｓ１８）、物標を同定して物標検出データを出力する（Ｓ１９）。この一連の処理は、物標が検出され続ける間、継続して行われる（Ｓ１９→Ｓ１１→Ｓ２１）。

通常のＦＭＣＷ送信信号による物標検出で物標が検出されないと、レーダ装置は、前述の故障検出信号で周波数変調した送信信号による物標検出を行う（Ｓ２５→Ｓ１２）。

このように、物標が検出されない場合にのみ故障検出信号による周波数変調を行うことにより、０周波数ビンのサイドバンド信号とは異なる、物標からの反射波に含まれる故障検出信号に基づくサイドバンド信号が発生しないので、物標検出時の誤検出を防止することができる。

ところで、故障検出信号により周波数変調されたＦＭＣＷ送信信号からなる送信信号で物標検出を行い、物標が検出されない場合、レーダ装置は、故障検出範囲すなわち第１周波数ビンＦＢ１から第２周波数ビンＦＢ２の間にスペクトルピークが存在するかを検出する（Ｓ１６→Ｓ３１）。この故障検出範囲は、前述の具体的数値例でいえば、６００ｋＨｚ〜１０２４ｋＨｚに相当する。なお、この場合、レーダ装置は、定常状態に基づく特定周波数のスペクトルピークレベルの下限の第１閾値ＳＬｔｈ１を設定し、スペクトルピークレベルが当該閾値ＳＬｔｈ１以上であれば、スペクトルピークが存在するもの判定する。

レーダ装置は、故障検出範囲の特定周波数、より具体的には故障検出信号に基づく直流（０周波数）成分のサイドバンド信号の周波数にスペクトルピークが存在することを検出すると、送受信系が故障していないものと判断し、故障検出信号による周波数変調を行った送信信号での物標検出を行う（Ｓ３１→Ｓ１２）。

一方、レーダ装置は、前記特定周波数でスペクトルピークレベルが第１閾値ＳＬｔｈ１に達していないことを検出すると、送受信系が故障したと判断し、故障検出データを上位システム１００に送信するとともに、送信信号の生成を停止する（Ｓ３１→Ｓ３２）。

このような処理を行うことにより、物標検出に用いる回路のみで、物標検出と故障検出とを行うことができる。

ところで、前述の処理では、故障検出のみを行う場合を示したが、図４に示すような閾値設定を行うことにより、故障まで至らない不具合をも検出することが可能となる。

図４は、ＦＦＴ処理による周波数スペクトル図であり、物標が検出されず故障検出信号によるサイドバンド信号のスペクトルピークが第１閾値ＳＬｔｈ１以上であり、異常状態によるサイドバンド信号のスペクトルピークが、第１閾値ＳＬｔｈ１未満第３閾値ＳＬｔｈ３以上である場合を示した図である。
この第３閾値ＳＬｔｈ３は、周波数スペクトルに現れるノイズレベルに準じて設定されるものであり、予め測定したノイズレベルの平均的最大値よりも所定レベル高いレベルに設定されている。

このように設定される第３閾値ＳＬｔｈ３以上で前記第１閾値ＳＬｔｈ１未満のスペクトルレベルの場合、物標が検出される定常状態のレベルには達する場合でも、且つ全くスペクトルが発生しない場合でもなく、現れたスペクトルレベルが所定量低いだけと考えられる。したがって、このような場合には、送信電力が低下したり、受信感度が低下する等の不具合が発生したと判断する。これにより、全く物標を検知できない故障した状態と、全く物標を検知できないとは言い切れない故障までは至らない状態とを識別することができる。

このような場合、レーダ装置は警告信号を出力し、送信信号を継続的に出力し続けて、物標の検知を継続する。

なお、前述の処理では、物標検出中は故障検出信号による変調を行わない方法を示したが、故障検出信号による変調を常時行ってもよい。この場合、物標検出範囲にスペクトルピークが存在するものの、故障検出範囲の特定周波数にスペクトルピークが存在しなければ、このスペクトルピークは自身の送信信号に基づくものでないと判断することができる。これにより、物標検出処理を行っていながらも常時故障検出を行うことができ、確実に故障検出を行うことができる。
また、前述の処理では、物標検出中は故障検出信号による変調を行わない方法を示したが、所定時間間隔で故障検出信号による変調を行ってもよい。この場合、物標検出と並行した故障検出を実現することができるとともに、故障検出信号による物標からの反射波に含まれるサイドバンド信号の影響を抑制することができる。

次に、第２の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
図５は本実施形態のレーダ装置の主要部を示すブロック図である。
図６はＦＦＴ処理による周波数スペクトル図であり、物標が検出されず故障検出信号によるサイドバンド信号のスペクトルピークが第２閾値ＳＬｔｈ２以上である場合を示した図である。

図５に示すように、本実施形態のレーダ装置は、送信アンテナ４と受信アンテナ５とを覆うレドーム４５を備える。

このようなレーダ装置において、レドーム４５の表面に雪や泥等の付着物１０２が存在すると、極直近の付着物１０２による反射波２０４の信号レベルが高くなり、検出領域に送信される送信波２０１’および物標１０１からの反射波２０２’の信号レベルが極低くなる。

そして、付着物１０２は送信アンテナ４、受信アンテナ５の極直近にあるので、付着物１０２によるスペクトルピークは０周波数ビン近傍となり、付着物１０２による受信信号レベルが高いことから、この信号に伴うサイドバンド信号の信号レベルも高くなる。このサイドバンド信号の周波数は０周波数ビンに対するサイドバンド信号と略同じ周波数となる。したがって、故障検出信号によるサイドバンド信号の信号レベルが高くなる。

これを利用し、図６に示すように、検出部９は、故障検出信号によるサイドバンド信号のスペクトルピークレベルに対して、定常状態の上限を定義する第２閾値ＳＬｔｈ２を設定し、スペクトルピークレベルが第２閾値ＳＬｔｈ２よりも高いかどうかを判定する。そして、スペクトルピークレベルが第２閾値ＳＬｔｈ２以上であれば、異常状態であると判定して、異常検出データを上位システム１００に送信するとともに、送信信号の生成を停止する、もしくは付着物があることの警告を出す。

図７は、故障検出及び異常検出を含む物標検出のフローチャートである。なお、本フローでは、常時故障検出および異常検出を行う場合を示す。そして、図３に示したフローチャートと同じフローには同じ符号を付し、通常の物標検出のフローについては説明を省略する。
物標検出範囲内でスペクトルピークが検出されないと、レーダ装置は、故障検出範囲すなわち第１周波数ビンＦＢ１から第２周波数ビンＦＢ２の間にスペクトルピークが存在するかを検出する（Ｓ１６→Ｓ３１）。

ここで、レーダ装置は、スペクトルピークが存在しない（第１閾値ＳＬｔｈ１未満である）ことを検出すると、故障と判断し、故障検出データを上位システム１００に送信するとともに、送信信号の生成を停止する（Ｓ３１→Ｓ３２）。

レーダ装置は、スペクトルピークレベルが、第２閾値ＳＬｔｈ２以上（これは、同時に第１の実施形態で示した閾値ＳＬｔｈ１より高いことを意味する）であることを検出すると、異常と判断し、故障検出データを上位システム１００に送信するとともに、送信信号の生成を停止する（Ｓ４１→Ｓ４２）。

一方、レーダ装置は、スペクトルピークレベルが、第１の実施形態で示した第１閾値ＳＬｔｈ１以上で、第２閾値ＳＬｔｈ２よりも低ければ、故障、異常ともに発生していないと判断して、物標検出を継続する。

このような処理を用いることにより、物標検出に並行して、故障検出および異常検出を行うことができる。

なお、前述の各実施形態では、ＶＣＯ２に与える制御電圧信号の時点でＦＭＣＷ送信信号に対する故障検出信号による周波数変調が行われているが、ＶＣＯ２でＦＭＣＷ送信信号を生成し、後段のＶＧＡ２０で故障検出信号によるＦＭＣＷ送信信号の振幅変調を行うようにしてもよい。

図８は、ＶＧＡ２０による振幅変調を行うレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図である。図８のレーダ装置は、図１に示したレーダ装置に対して、送信制御部１およびＶＧＡ２０に関わる構成が異なるのみで、他の構成は同じである。従って、他の構成の部分に対する説明は省略する。

図８に示すレーダ装置の送信制御部１’は、送信データ生成部１１と制御電圧信号変換部１４とを備える。送信データ生成部１１は、前述のＦＭＣＷ送信信号の元とのなる送信制御データを生成する。制御電圧信号変換部１４は、送信制御データに基づくアナログ信号形式の制御電圧信号を生成して、ＶＣＯ２に与える。ＶＣＯ２は、制御電圧信号に従い、通常の三角波変調されたＦＭＣＷ送信信号を生成し、ＶＧＡ２０に出力する。ＶＧＡ２０は、故障検出信号データ生成部１２で生成された故障検出信号データのレベルに応じて、順次入力されるＦＭＣＷ送信信号の振幅レベルを制御し、カプラ３に出力する。

また、前述の説明では、第２周波数としてナイキスト周波数を用いる例を示したが、ナイキスト周波数よりも高い周波数に第２周波数を設定してもよい。この場合、第２周波数は、ナイキスト周波数よりも高く、ＦＦＴの折り返しにより発生する第２周波数の写像が、物標検出範囲を示す第１閾値の周波数よりも高くなるように設定すればよい。この設定により、さらに広い範囲で故障検出信号の周波数設定を行うことができる。

また、前述では、距離を基準としたが相対速度を基準にしてもよい。

第１の実施形態のレーダ装置の主要部を示すブロック図である。 第１の実施形態のレーダ装置で行われるＦＦＴ処理による周波数スペクトル図である。 第１の実施形態のレーダ装置で、物標検出と故障検出とを行うフローを示すフローチャートである。 ＦＦＴ処理による他の周波数スペクトル図である。 第２の実施形態のレーダ装置の主要部を示すブロック図である。 第２の実施形態のレーダ装置で行われるＦＦＴ処理による周波数スペクトル図である。 第１の実施形態のレーダ装置で、物標検出と故障検出と異常検出とを行うフローを示すフローチャートである。 他の構成のレーダ装置の主要部を示すブロック図である。

符号の説明

１−送信制御部、１１−送信制御データ生成部、１２−故障検出信号データ生成部、１３−制御データ合成部（加算器）、１４−制御電圧信号変換部、２−ＶＣＯ、３−カプラ、４−送信アンテナ、５−受信アンテナ、６−ミキサ、７−アンチエリアシングフィルタ、８−ＡＤコンバータ、９−検出部、９１−ＦＦＴ処理部、９２−物標・故障検出部、２０−ＶＧＡ、４５−レドーム、１００−上位システム、１０１−物標、１０２−付着物

Claims (10)

1. 周波数変調された送信信号を生成して送信する送信手段と、
   前記送信信号に基づく物標からの反射波や前記送信手段からの回り込み信号を含む受信信号を取得する受信手段と、
   前記送信信号と前記受信信号との差分信号であるビート信号の周波数帯域を制限するアンチエリアシングフィルタと、
   アンチエリアシングが行われたビート信号をサンプリングするとともに、ＡＤ変換して所定データ数のサンプリングデータ列を生成するサンプリングデータ列生成手段と、
   前記サンプリングデータ列の離散フーリエ変換により周波数スペクトルを算出し、該周波数スペクトルに基づいて、設定された検出範囲内での前記ビート信号の周波数成分を解析して前記検出範囲内の物標検出を行う検出手段と、を備えたレーダ装置において、
   前記送信手段は、前記周波数スペクトルの前記検出範囲を決定する第１周波数より高く、且つ前記アンチエリアシングにより決定される第２周波数より低い特定周波数成分を形成する故障検出用信号で前記送信信号を変調して送信し、
   前記検出手段は、前記特定周波数成分が該特定周波数成分の定常状態レベルに基づいて設定された第１閾値未満であることを検出することで故障検出を行うレーダ装置。
2. 前記検出手段は、前記特定周波数成分が該特定周波数成分の定常状態レベルに基づいて設定された第２閾値以上であることを検出すると異常検出を行う請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記検出手段は、前記特定周波数成分の定常状態レベルに基づいて設定された第１閾値未満であり、ノイズレベルを元に設定された第３閾値以上であることを検出すると、送受信系の電力が低下しているものと判断する請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記検出手段は、前記検出範囲を最大検出距離により設定する請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーダ装置。
5. 前記検出手段は、前記検出範囲を最大検出相対速度により設定する請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーダ装置。
6. 前記送信手段は、予め設定した所定周期で前記送信信号を前記故障検出用信号で変調する請求項１〜５のいずれかに記載のレーダ装置。
7. 前記検出手段は物標の未検出情報を前記送信手段に与え、
   前記送信手段は、物標の未検出情報を取得すると前記送信信号を前記故障検出用信号で変調する請求項１〜６のいずれかに記載のレーダ装置。
8. 前記レーダ装置は、ビーム走査もしくは複数のアンテナを切り替えることにより、物標を検出するものであり、
   前記送信手段は、予め設定した方位もしくは予め設定したアンテナの出力について、前記送信信号を前記故障検出用信号で変調する請求項１〜７のいずれかに記載のレーダ装置。
9. 前記レーダ装置は、送信信号の周波数を経時的に三角波状に変化させる三角波変調の送信信号を用いるＦＭＣＷレーダであって、
   前記送信手段は、前記三角波変調の上り変調区間または下り変調区間のいずれか一方についてのみ、前記送信信号を前記故障検出用信号で変調する請求項１〜７のいずれかに記載のレーダ装置。
10. 前記レーダ装置は、異なる２周波の送信信号を用いる２周波ＣＷレーダであって、
    前記送信手段は、前記２周波の送信信号のうち、いずれか一方の送信信号のみを前記故障検出用信号で変調する請求項１〜７のいずれかに記載のレーダ装置。

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