JP4911932B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の受信アンテナをスイッチで切り換える構成のレーダ装置におけるアンテナ切り換えに伴うノイズの除去に関する。

ターゲットの方位を決定する手法の１つとして、複数の受信アンテナを用いるＤＢＦ（デジタルビームフォーミング）方式、位相モノパルス方式などが知られている。また、例えば特開平１１−１６０４２３号公報には、複数の受信アンテナを順次切り換えて選択することにより、高価な高周波部品の数を削減することが記載されている。

このように、複数の受信アンテナを順次切り換えて選択する、例えば図１に示すような構成のレーダ装置においては、高周波部での送信側と受信側の間の回り込み信号が直流値となって回り込み、それがチャンネル間で異なるため、ミキサ７の出力において、図２の（Ａ）欄に示すような方形波を生じる。この方形波は後段のフィルタ特性により図２の（Ｂ）欄に示すような過度応答のノイズとなる。図２（Ｂ）に示されるフィルタ後の信号をフーリエ変換すると、その周波数成分に対応する周波数位置にノイズピークが出現し、ターゲットからの反射波によるピークの周波数がこれに近ければその解析を困難にするという問題がある。例えばノイズの周波数が近距離に存在するターゲットからの反射波のピークの周波数の近傍であれば、近距離のターゲットのピークの識別を困難にし、近距離検知性能が悪化する。

特開平１１−１６０４２３号公報

したがって本発明の目的は、複数の受信アンテナをスイッチで切り換える構成のレーダ装置において、アンテナ切り換えに起因するノイズの影響を除去することにある。

本発明によれば、複数の受信アンテナで受信した信号の１つを順次切り換えて選択するスイッチと、該スイッチで選択された受信信号と送信信号の一部とを混合してビート信号を生成するミキサと、該ミキサの出力信号をフーリエ変換するフーリエ変換演算手段と、ターゲットからの反射信号がないときの該フーリエ変換演算手段のフーリエ変換結果を、前記スイッチの切換に伴って前記ミキサの直流レベルが変動することによる影響をキャンセルする補正値として記憶する補正値記憶手段と、該フーリエ変換演算手段のフーリエ変換結果を該記憶手段に記憶された補正値で補正する補正手段とを具備するレーダ装置が提供される。

図３は本発明のレーダ装置の概略構成を示す。図３において、本発明のレーダ装置は、複数の受信アンテナ１で受信した信号の１つを順次切り換えて選択するスイッチ２と、該スイッチ２で選択された受信信号と送信信号の一部とを混合してビート信号を生成するミキサ３と、該ミキサ３の出力信号をフーリエ変換するフーリエ変換演算手段４と、ターゲットからの反射信号がないときの該フーリエ変換演算手段４のフーリエ変換結果を、前記スイッチ２の切換に伴って前記ミキサ３の直流レベルが変動することによる影響をキャンセルする補正値として記憶する補正値記憶手段５と、該フーリエ変換演算手段４のフーリエ変換結果を該記憶手段５に記憶された補正値で補正する補正手段６とを具備している。

図４は本発明が適用されるレーダ装置の一例としての車載用ＦＭ−ＣＷレーダ装置の第１の例の構成を示すブロック図である。図４において、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０から出力される、三角波でＦＭ変調された送信信号は送信増幅器１４で増幅されて送信アンテナ１６から送出される。受信は３本のアンテナＡＴ０，ＡＴ１，ＡＴ２のうちスイッチ２２で選択されたものが用いられる。

各アンテナで受信された受信信号はその１つがスイッチ２２で選択されて受信増幅器２６で増幅され、ミキサ２８において送信波の一部と混合されて、ビート信号が生成される。ミキサ２８において生成されたビート信号は、スイッチ３０により図中上下の２つの処理系のいずれかに振り分けられ、Ａ／Ｄコンバータ３２においてディジタル信号に変換され、高速フーリエ変換されて（３４）ＣＰＵ３６へ入力される。

図５は図４の電圧制御発振器１０へ入力される三角波の波形を示し、図６の（Ａ）〜（Ｃ）欄はそれぞれ、図５のＡ〜Ｃで示す区間における制御信号ＳＷＴ，ＳＷＲ，ＳＷ０，ＳＷ１，ＳＷ２の波形を示し、図６の（Ｄ）欄はスイッチ３０の制御信号ＣＨの波形を（Ａ）〜（Ｃ）欄と同じタイムスケール、同じタイミングで示す。なお、図５の横軸のタイムスケールは図６と比べて著しく圧縮されている。

図５に示される三角波の最初の周期、すなわち区間Ａにおいては、図６（Ａ）からわかるように、送信→ＡＴ０による受信→送信→ＡＴ１による受信が繰り返される。そして図６（Ｄ）からわかるように、ＡＴ０の受信信号によるビート信号は図４のスイッチ３０により図中上側の系に振り分けられ、ＡＴ１の受信信号によるビート信号は図中下側の系に振り分けられ、並列的に処理される。すなわち、区間Ａにおいては、受信アンテナＡＴ０，ＡＴ１の受信信号から生成された、三角波の上り区間および下り区間におけるビート信号のデータが収集される。これらのフーリエ変換結果に現われるピークの周波数はターゲットとの距離および相対速度の演算に用いられ、ピークの位相はアンテナＡＴ０とＡＴ１による位相モノパルスの演算に用いられる。

図５に示される三角波の次の周期、すなわち区間Ｂにおいては、図６（Ｂ）からわかるように、送信→ＡＴ１による受信→送信→ＡＴ２による受信が繰り返される。そして図６（Ｄ）からわかるように、ＡＴ１の受信信号によるビート信号は図４のスイッチ３０により図中上側の系に振り分けられ、ＡＴ２の受信信号によるビート信号は図中下側の系に振り分けられ、並列的に処理される。すなわち、区間Ｂにおいては、受信アンテナＡＴ１，ＡＴ２の受信信号から生成された、三角波の上り区間および下り区間におけるビート信号のデータが収集される。これらのフーリエ変換結果に現われるピークの周波数はターゲットとの距離および相対速度の演算に用いられ、ピークの位相はアンテナＡＴ１とＡＴ２による位相モノパルスの演算に用いられる。

図５に示される三角波のさらに次の周期、すなわち区間Ｃにおいては、図６（Ｃ）からわかるように、送信→ＡＴ２による受信→送信→ＡＴ０による受信が繰り返される。そして図６（Ｄ）からわかるように、ＡＴ２の受信信号によるビート信号は図４のスイッチ３０により図中上側の系に振り分けられ、ＡＴ０の受信信号によるビート信号は図中下側の系に振り分けられ、並列的に処理される。すなわち、区間Ｃにおいては、受信アンテナＡＴ２，ＡＴ０の受信信号から生成された、三角波の上り区間および下り区間におけるビート信号のデータが収集される。これらのフーリエ変換結果に現われるピークの周波数はターゲットとの距離および相対速度の演算に用いられ、ピークの位相はアンテナＡＴ２とＡＴ０による位相モノパルスの演算に用いられる。

図７は本発明が適用されるレーダ装置の一例としての車載用ＦＭ−ＣＷレーダ装置の第２の例の構成を示すブロック図である。図７において、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０から出力される、三角波でＦＭ変調された送信信号は逓倍器１２でミリ波帯に逓倍され送信増幅器１４で増幅されてアンテナ切換スイッチ１３へ入力され、アンテナ切換スイッチ１３では、増幅器１５、スイッチ１６を経てアンテナＡＴ０から送出される。図７に示されたレーダ装置では、３本のアンテナＡＴ０，ＡＴ１，ＡＴ２のうち送信に用いられるのはアンテナＡＴ０のみであり、受信は３本のアンテナＡＴ０，ＡＴ１，ＡＴ２のうちスイッチ２２で選択されたものが用いられる。アンテナＡＴ０と増幅器２４の間には送信信号の受信側への回り込みを阻止するためのスイッチ２１が設けられる。受信側への回り込みを別の手段で阻止できるときは、スイッチ１６，２１は必ずしも必要ではない。

各アンテナで受信された受信信号は増幅器２４で増幅されスイッチ２２で選択されて受信増幅器２６で増幅され、ミキサ２８において送信波の一部と混合されて、ビート信号が生成される。以後の処理は図４を参考して説明した第１の例と同じである。各スイッチに与えられる信号も図６と同様である。

図８は本発明における補正値記憶処理の一例のフローチャートである。図８において、まず送信増幅器１４をオフとすることにより、フーリエ変換結果にターゲットからの反射に起因するピークが出ないようにし（ステップ１０００）、それ以外は前述と同じ動作を行って、フーリエ変換結果を取り込み（ステップ１００２）、これを補正値としてメモリに格納する（ステップ１００４）。レーダ動作時には、フーリエ変換結果からこの補正値を差し引くことによりアンテナ切り換えに伴うノイズの影響を除くことができる。図５、図６に示すように、アンテナの切替順序は区間Ａ，Ｂ，Ｃごとに異なるので出現するノイズも異なる。従って、各区間ごとに補正値が格納される。

この処理は製品の出荷前の例えば製品検査時に行い、補正値を不揮発メモリに保存する。レーダ動作時に一定時間間隔で行って補正値を書き替えることにより、温度の変動や部品の経年変化に対応することができる。この場合には補正値はＲＡＭに保存される。

送信増幅器１４をオフとする代わりに、アンテナに電波吸収体をかぶせることにより、ターゲットのない状況をつくっても良い。

補正値は、フーリエ変換結果の実数成分および虚数成分それぞれについて保存し、実数成分および虚数成分それぞれについて補正演算を行う。すなわち、周波数ｆの関数としての補正前の実数成分をＲｅ（ｆ）、実数成分の補正値をＲｅ_Ｎ（ｆ）とすると、補正後の実数成分Ｒｅ_ｔ（ｆ）は、周波数ｆごとに式
Ｒｅ_ｔ（ｆ）＝Ｒｅ（ｆ）−Ｒｅ_Ｎ（ｆ）
から計算され、同様にして、虚数成分については周波数ｆごとに式
Ｉｍ_ｔ（ｆ）＝Ｉｍ（ｆ）−Ｉｍ_Ｎ（ｆ）
から計算される。

方位の検出を例えば機械的スキャンで行っていて位相の情報を使っていない場合には、パワー（絶対値）演算後のパワーについて、補正値の保存および補正演算を行っても良い。
また、フーリエ変換結果について補正値、保存および補正演算を行う代わりにフーリエ変換前のＡＤコンバータ３２の出力値について補正値の保存および補正演算を行っても良い。
しかしながらこの場合、図２の（Ｂ）欄に示されるようなフーリエ変換前の時間領域でのノイズは時間軸上で安定していないことが多いので適切な補正を行うことが困難である。一方、フーリエ変換後の周波数領域でのノイズは周波数軸上で安定しているので、適切な補正を行うことができる。

ＦＭ−ＣＷレーダの場合、上記補正値にはアンテナ切り換えに起因する雑音のほかＦＭ−ＡＭ変換雑音がある場合にそれが含まれている。ノーターゲットの状態にすることに加えて三角波によるＦＭ変調を停止すれば、アンテナ切り換えに起因する雑音のみを検出することができる。

アンテナ切り替えを行うレーダ装置の構成を示す図である。 アンテナ切り換えに起因するノイズを説明する図である。 本発明のレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明が適用される車載用ＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成の第１の例を示す図である。 三角波による変調波を示す波形図である。 図１の各制御信号の波形を示す波形図である。 ＦＭ−ＣＷレーダ装置の第２の例を示す図である。 本発明の補正値記憶処理の一例のフローチャートである。

Claims (3)

1. 複数の受信アンテナで受信した信号の１つを順次切り換えて選択するスイッチと、
   該スイッチで選択された受信信号と送信信号の一部とを混合してビート信号を生成するミキサと、
   該ミキサの出力信号をフーリエ変換するフーリエ変換演算手段と、
   ターゲットからの反射信号がないときの該フーリエ変換演算手段のフーリエ変換結果を、前記スイッチの切換に伴って前記ミキサの直流レベルが変動することによる影響をキャンセルする補正値として記憶する補正値記憶手段と、
   該フーリエ変換演算手段のフーリエ変換結果を該補正値記憶手段に記憶された補正値で補正する補正手段と、
   送信信号を増幅する送信増幅器とを具備し、
   前記補正値記憶手段は、該送信増幅器をオフにしたときのフーリエ変換結果を前記補正値として記憶し、
   前記補正値記憶手段は、レーダの運用中に定期的に前記送信増幅器をオフとして補正値を更新するレーダ装置。
2. 複数の受信アンテナで受信した信号の１つを順次切り換えて選択するスイッチと、
   該スイッチで選択された受信信号と送信信号の一部とを混合してビート信号を生成するミキサと、
   該ミキサの出力信号をディジタル値に変換するＡＤ変換器と、
   ターゲットからの反射信号がないときの該ＡＤ変換器の出力値を、前記スイッチの切換に伴って前記ミキサの直流レベルが変動することによる影響をキャンセルする補正値として記憶する補正値記憶手段と、
   該ＡＤ変換器の出力値を該補正値記憶手段に記憶された補正値で補正する補正手段と、
   送信信号を増幅する送信増幅器とを具備し、
   前記補正値記憶手段は、該送信増幅器をオフにしたときの前記ＡＤ変換器の出力値を前記補正値として記憶し、
   前記補正値記憶手段は、レーダの運用中に定期的に前記送信増幅器をオフとして補正値を更新するレーダ装置。
3. 前記補正値記憶手段は、製品の出荷前において、補正値を収集して記憶する請求項１または２記載のレーダ装置。

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