JP4922098B2 - 超広帯域レーダ装置及び広帯域レーダ装置の信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は，レーダ装置に関し，特に，超広帯域（ＵＷＢ：Ultra-Wide Band ）の電波を送受信して移動物体等の目標（ターゲット）の距離を高精度で検出する超広帯域レーダ装置及び広帯域レーダ装置の信号処理方法に関する。

超広帯域の電波を送受信して移動物体の位置（距離，方位，高さ）を高精度で検出する超広帯域（ＵＷＢ）レーダ装置が知られている。

超広帯域（ＵＷＢ）レーダ装置は，距離分解能で高精度の位置評定ができることが特徴である。また，超広帯域の電波は，その周波数が数ＧＨｚ以下の低い帯域が含まれる場合，コンクリートや木材等の非金属（減衰媒質）を透過する性質がある。そして，この２つの特徴を活かして種々のレーダやセンサへの適用が検討されている。距離分解能と減衰媒質透過性の２つの特徴を活かしたＵＷＢレーダとして，例えば，建物内や部屋内の不正侵入者の動きを壁越しに検知するＵＷＢレーダ（壁透過レーダ，スルーウォールレーダ），森林に潜む危険動物等の動きを植林や植栽を透過させて検知するＵＷＢレーダ（森林透過レーダ，群葉透過レーダ，ＦＯＰＥＮレーダ：Foliage Penetration Radar)，瓦礫や土砂等の下に埋もれた生存者を検知するＵＷＢレーダ（生存者探知レーダ），施設等の侵入者が危険物を隠し持っていないかを服越しに検知するＵＷＢレーダ（セキュリティゲート用危険物探知レーダ），自動車のフロント内部に設置して非金属のバンパーやフロントグリル越しに前方を走行する自動車や停車する自動車，駐車場の壁等との距離を高精度に計測するＵＷＢレーダ（衝突防止レーダ）等が検討されている。

図１８は従来の超広帯域レーダ装置の構成を示す図であり，周知の等価時間サンプリングの技術を用いている。図中，５０は同期制御部，５１はＵＷＢパルス発生部，５２は送信アンテナ部，５３は受信アンテナ部，５４はＵＷＢゲートパルス発生部，５５は検波部，５６は積分部，５７はベースバンド信号ＡＤ変換部，５８は波形表示部，５９は目標（人物等）である。

図１９は従来例の構成による各部の動作波形の例を示す図である。図１９を参照しながら図１８の動作を説明すると， 同期制御部５０から送信クロック信号を繰り返しＵＷＢパルス発生部５１に送信する。ＵＷＢパルス発生部５１は同期制御部５０から送信された送信クロック信号のタイミングで繰り返しＵＷＢ送信パルス信号を図１９の（ａ）に示すように発生する。ＵＷＢパルス発生部５１で発生したＵＷＢパルス送信信号は，送信アンテナ部５２から目標物体５９が存在する自由空間に放射される。

目標物体５９からの反射波は，受信アンテナ部５３で繰り返し受信し，図１９の（ｂ）に示すようなＵＷＢ受信パルス信号となる。ＵＷＢゲートパルス発生部５４は，同期制御部５０から送信される受信クロック信号のタイミングで図１９の（ｃ）に示すゲートパルス信号を発生させる。受信アンテナ部５３で受信したＵＷＢ受信パルス信号は，同期制御部５０からの受信クロックに基づきＵＷＢゲートパルス発生部５４で発生されたゲートパルス信号の間に，検波部５５で検波されて図１９の（ｄ）に示すような受信パルス検波信号が発生し，積分部５６で積分され，図１９の（ｅ）に示すようなベースバンド信号となる。同期制御部５０で発生させる受信クロックの繰り返し周期を，受信アンテナ部５３で受信するＵＷＢ受信パルス信号の繰り返し周期（送信クロック周期）と，数Ｈｚずらすことによって，超高速の繰り返し周波数で受信される信号が，検波部５５と積分部５６においてサンプリング積分検波（等価時間サンプリング）され，時間伸張されたベースバンド信号となる。サンプリング積分検波されたベースバンド信号は，ベースバンド信号ＡＤ変換部５７でアナログ−ディジタル変換（ＡＤ変換）されて図１９の（ｆ）に示すようなディジタル信号となる。ベースバンド信号ＡＤ変換部５７でＡＤ変換されたディタジル信号は，波形表示部５８において波形表示される。

なお，ＵＷＢ（超広帯域）レーダをベースとした運動センサが提案されている（特許文献１参照）。その運動センサの技術では，自走式発振器からレーダパルス繰り返しインターバルを発生し，２つの遅延手段を駆動して，一つは固定基準遅延手段であり，他の一つは受信（ゲートパルス）経路の調整可能な遅延手段であり，固定基準遅延手段の出力は送信パルスを発生するインパルス発生器を駆動し，迅速な立上り時間を持つパルスを発生して，送信アンテナにより直接放射される。送信パルスはターゲットで反射されて受信アンテナで受信されてＵＷＢ検出器へ入力される。上記した調整可能な遅延手段で遅延された自走式発振器の出力は送信側と同様のインパルス発振器で迅速な立上り時間を持つパルスに変換されＵＷＢ検出器に対して受信パルスのゲート動作（ストローブ）を行い，ターゲットへの両方向エコー時間に対応する空間内のポイントをサンプリングする。サンプリング出力は積分器で平均化され，その出力の変化を微分器で検出し，動きのある存在（例えば，侵入者等）を検出することができる。
特許第３６４８２３６号公報

本来，等価時間サンプリング方式は，繰り返し事象（常に同じ受信波が得られる事象）に対して高速サンプリングすることなく，高いサンプリングレートでサンプリングできる方式であるが，超広帯域（ＵＷＢ）レーダにおいては，送信パルスの送信クロックの周期が極めて短い（パルス繰り返し周波数が極めて高い）ため，歩行する人物程度の速度であれば繰り返し事象を考えることができ，超広帯域レーダ波の受信には等価時間サンプリングの方法が適用できる。この等価時間サンプリングの方法では，図１９の（ｃ）に示すように，送信クロックの周期に対して受信クロックの周期を少し長くなるようずらすことで，検波する受信波のポイント（時間）が少しずつ遅くなるため，受信クロックの周期毎に検波する距離が少しずつ遠ざかっていく。

図２０は従来の等価時間サンプリングの受信方法による移動目標の探知状態の説明図であり，図２０の（ａ）に示すように，受信クロックの周期毎に検波する受信波の時間（距離）の方向に対して，目標物体の移動方向が同じ場合（目標物体がＵＷＢレーダから遠ざかる場合）には，移動する目標物体に対して検波する受信波の時間（距離）ポイントが追い越していくことになるため，確実に移動する目標物体を捕捉して探知することができるが，受信クロックの周期毎に検波する受信波の時間（距離）の方向に対して，目標物体の移動方向が逆の場合（目標物体がＵＷＢレーダに近づく場合）には，図２０の（ｂ）に示すように，移動する目標物体に対して検波する受信波の時間（距離）ポイントが対向してすれ違うことになるので，移動する目標物体を捕捉できずに探知できない場合がある。

従って，従来，等価時間サンプリング受信方法の超広帯域レーダ装置では，目標物体が広帯域レーダ装置に近づく場合に目標物体を高確度で探知することができないという問題があった。

また，上記特許文献１の技術は，等価時間サンプリングとは異なるものであり，ターゲットの動きの方向を識別することはできない。

本発明は，等価時間サンプリングの方法の超広帯域（ＵＷＢ）の電波を送受信して移動物体等の目標の距離を検出する場合に，目標物体が近づく場合にも探知の確度を高めることができる広帯域レーダ装置及び広帯域レーダ装置の信号処理方法を提供することを目的とする。

図１は本発明の原理構成を示す図である。図中，１は送信クロック信号と第１と第２の受信クロック信号を発生する同期制御手段，２はＵＷＢパルス発生手段，３ａは送信アンテナ部，３ｂは受信アンテナ部，４は電力分配手段，５−１は第１のゲートパルス発生手段，５−２は第２のゲートパルス発生手段，６−１は第１の検波手段，６−２は第２の検波手段，７−１は第１の検波手段６−１からの第１の受信パルス検波信号を積分する第１の積分手段，７−２は第２の検波手段６−２からの第２の受信パルス検波信号を積分する第２の積分手段，８−１は第１のベースバンド信号ＡＤ変換手段，８−２は第２のベースバンド信号ＡＤ変換手段，９は第２のディジタル信号を時間反転させる時間反転手段，１０はディジタル信号合成手段，１１はディジタル合成信号を表示する波形表示手段，１２は目標（人物等）である。

同期制御手段１からＵＷＢパルス発生手段２に対して送信クロックを出力することにより，ＵＷＢパルス発生手段２からＵＷＢパルスが発生して送信アンテナ部３ａから出力され，目標１２に当たって，反射信号が受信アンテナ部３ｂで受信され，電力分配手段４において受信信号を２つの電力の信号に分配して，第１の検波手段６−１と第２の検波手段６−２に供給する。同期制御手段１からは送信クロックの周波数に対して微小クロック数だけ少ない周波数を持つ第１の受信クロックが第１のゲートパルス発生手段５−１に供給する一方で，送信クロックの周波数に対して微小クロック数だけ多い周波数を持つ第２の受信クロックを第２のゲートパルス発生手段５−２に供給する。第１の受信クロックに基づいて第１のゲートパルス発生手段５−１から第１のゲートパルスが発生して第１の検波手段６−１に供給されることで，電力分配手段４からの受信パルス分配信号が第１のゲートパルスのタイミングで検波を行い，第２の受信クロックに基づいて第２のゲートパルス発生手段５−２から第２のゲートパルスが発生して第２の検波手段６−２に供給されることで，電力分配手段４からの受信パルス分配信号が第２のゲートパルスのタイミングで検波を行う。

第１の検波手段６−１と第２の検波手段６−２の検波出力は，それぞれ第１の積分手段７−１，第２の積分手段７−２へ入力されて積分が行われてそれぞれ第１のベースバンド信号及び第２のベースバンド信号に変換される。更に各ベースバンド信号はそれぞれ，第１のベースバンド信号ＡＤ変換手段８−１及び第２のベースバンド信号ＡＤ変換手段８−２においてディジタル信号に変換される。第１のベースバンドＡＤ変換手段８−１から発生したディジタル信号は送信クロックより微小数のクロックだけ小さい周波数の受信クロックに基づいて検波されており，受信信号の信号波形は時間変化に対し目標との距離が近い位置から遠い位置への変化を表している。これに対し，第２のベースバンドＡＤ変換手段８−２から発生したディジタル信号は送信クロックより微小数のクロックだけ大きい周波数の受信クロックに基づいて検波されており，受信信号の信号波形は時間変化に対し目標への距離が遠い位置から近い位置への変化を表している。

２つのベースバンド信号ＡＤ変換手段８−１，８−２の時間軸を合わせるため，第２のベースバンド信号ＡＤ変換手段８−２の出力を時間反転手段９で時間反転（近い時間を遠くの時間に変換し，遠い時間を近い時間に変換する）を行って，時間軸がそろった２つのベースバンド信号（ディジタル）をディジタル信号合成手段１０で合成して波形表示手段１１に表示する。

本発明によれば，目標物体の移動方向に関係なく，目標物体の探知確度を高めることができる。また，等価時間サンプリングの方法で目標物体からの反射を受信する超広帯域レーダ装置において，目標物体の移動方向が超広帯域レーダ装置から遠ざかる場合でも近づく場合でも，探知の確度を高めることができる。

図２は，本発明の実施例１の構成を示す。図中，２０は目標（図１の１２に対応），２１は同期制御部（図１の１に対応），２２はＵＷＢパルス発生部（図１の２に対応），２３ａは送信アンテナ部（図１の３ａに対応），２３ｂは受信アンテナ部（図１の３ｂに対応），２４は電力分配部（図１の４に対応），２５−１，２５−２は第１及び第２のＵＷＢゲートパルス発生部（図１の５−１，５−２に対応），２６−１，２６−２は第１と第２の検波部（図１の６−１，６−２に対応），２７−１，２７−２は第１と第２の積分部（図１の７−１，７−２に対応），２８−１，２８−２は第１と第２のベースバンド信号ＡＤ変換部（図１の８−１，８−２に対応），２９はディジタル信号時間反転部（図１の９に対応），３０はディジタル信号合成部（図１の１０に対応），３１は波形表示部（図１の１１に対応）である。

図３は実施例１の各部の信号波形を示す図であり，図２の動作を図３を参照しながら説明する。同期制御部２１からＵＷＢパルス発生部２２に対し送信クロック信号を送信する。ＵＷＢパルス発生部２２では，同期制御部２１から送信された送信クロック信号のタイミングで繰り返しＵＷＢ送信パルス信号を図３の（ａ）に例として示されるように発生する。ＵＷＢ送信パルス信号のパルス幅は，例えば２００〜３００ピコ秒とされる。周波数帯域は，例えば，数ＭＨｚ〜５ＧＨｚの超広帯域とされる。パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ：Pulse Repitition Frequency）は，送信クロック信号により決定され，例えば１０ＭＨｚとする。ＵＷＢ送信パルス信号のパルス振幅は，例えば４Ｖとする。ＵＷＢ送信パルス信号は，送信アンテナ部２３ａにおいて，目標物体に対して自由空間に放射される。図３（ａ）に示すようにＵＷＢ送信パルス信号は，同期制御部１から送信される送信クロック信号の周期毎に繰り返し発生し，送信アンテナ部２３ａから放射される。

目標物体２０で反射した反射波は，受信アンテナ部２３ｂで受信され，ＵＷＢ受信パルス信号となる。ＵＷＢ受信パルス信号の例を図３の（ｂ）に示す。ＵＷＢ受信パルス信号は，ＵＷＢ送信パルス信号が目標物体２０からの反射した反射波であるため，ＵＷＢ送信パルス信号と同様に送信クロック信号の周期毎に繰り返し受信される。ＵＷＢ受信パルス信号は，電力分配部２４において電力分配され，第１のＵＷＢ受信パルス分配信号と第２のＵＷＢ受信パルス分配信号となる。図３の（ｃ）に第１のＵＷＢ受信パルス分配信号の例を示し，第２のＵＷＢ受信パルス分配信号の例を図３（ｈ）に示す。第１のＵＷＢ受信パルス分配信号と第２のＵＷＢ受信パルス分配信号は，ＵＷＢ受信パルス分配信号が２分配された信号となるため，信号電力もそれぞれ２分され，パルス振幅が半減したパルス信号となる。

同期制御部２１は，第１のＵＷＢゲートパルス発生部２５−１に対して，第１の受信クロック信号を送信し，第１のＵＷＢゲートパルス発生部２５−１では，同期制御部２１から送信された第１の受信クロック信号のタイミングで繰り返し第１のゲートパルス信号を発生する。第１の受信クロック信号は，ＵＷＢパルス発生部２２へ出力される送信クロック信号に対して，少し低い周波数のＰＲＦの信号に設定する。例えば，送信クロック信号のＰＲＦは１０ＭＨｚであるのに対し，第１の受信クロック信号のＰＲＦは９．９９９９８ＭＨｚとする。送信クロック信号と第１の受信クロック信号のずれは２０Ｈｚとなる。この場合，送信クロック信号のパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ：Pulse Repitition Interval)は１００ｎｓ（１／１０ＭＨｚ）に対し，第１の受信クロック信号のＰＲＩは１００．０００２ｎｓ（１／９．９９９９８ＭＨｚ）となる。

第１のゲートパルス信号の例を図３（ｄ）に示す。第１のＵＷＢ受信パルス分配信号は，第１のゲートパルス信号のパルス幅の間に導通となり，第１の検波部２６−１で検波され，第１の受信パルス検波信号となる。

図４は検波部の特性を示す図である。検波部は，入力される入力レベルに応じて図４に示すような特性により検波電圧を出力し，図２の第１の検波部２６−１では第１のＵＷＢ受信パルス分配信号の入力レベルに応じて，電圧信号である第１の受信パルス検波信号を出力する。第１の検波部２６−１は，具体的には，例えばＳ帯検波用ショットキーバリアダイオードを用いた検波器で構成される。

第１の受信パルス検波信号の例を図３（ｅ）に示す。第１の受信パルス検波信号は第１の積分部２７−１で積分される。積分は第１のＵＷＢ受信パルス分配信号と第１のゲートパルス信号のタイミングが一致するまで繰り返され，第１のベースバンド信号として出力され，等価時間サンプリング信号となる。例えば，上記の場合，第１のＵＷＢ受信パルス分配信号の周期は１００ｎｓであり，第１のゲートパルス信号の周期は１００．０００２ｎｓであるため，それぞれのタイミングが一致するまで５０００００回積分され，時間軸が５０００００倍に拡張された第１のベースバンド信号となり，その周期は５０ｍｓとなる。第１のベースバンド信号は，最小距離地点から最大距離地点に向かって時間軸上に信号を並べたデータとなる。第１のベースバンド信号の一例を図３（ｆ）に示す。第１のベースバンド信号は，第１のベースバンド信号ＡＤ変換部２８−１においてＡＤ変換され，第１のディジタル信号となる。例えば，ＡＤ変換のサンプリングレートを１５０００サンプル／秒とすると，ベースバンド信号の周期５０ｍｓあたり７５０サンプルのデータとなる。ＵＷＢ送信パルス信号のＰＲＦが１０ＭＨｚであることから，最大探知距離は１５ｍ（光速３×１０⁸ ［ｍ／ｓ］／１０［ＭＨｚ］／２）であり，距離分解能が０．０２ｍのディジタル信号となる。

同期制御部２１は，第２のＵＷＢゲートパルス発生部２５−２に対して，第２の受信クロック信号を送信する。第２のＵＷＢゲートパルス発生部２５−２では，同期制御部２１から送信された第２の受信クロック信号のタイミングで繰り返し第２のゲートパルス信号を発生させる。第２の受信クロック信号は，送信クロック信号に対して，少し高い周波数のＰＲＦの信号に設定する。例えば，送信クロック信号のＰＲＦは１０ＭＨｚであるのに対し，第２の受信クロック信号のＰＲＦは１０．００００２ＭＨｚとする。送信クロック信号と第２の受信クロック信号のずれは２０Ｈｚとなる。この場合，送信クロック信号のパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）は１００ｎｓ（１／１０ＭＨｚ）に対し，第２の受信クロック信号のＰＲＩは９９．９９９８ｎｓ（１／１０．００００２ＭＨｚ）となる。第２のゲートパルス信号の例を図３（ｉ）に示す。第２のＵＷＢ受信パルス分配信号は，第２のゲートパルス信号のパルス幅の間に導通となり，第２の検波部２６−２で検波され，第２の受信パルス検波信号となる。第２の検波部２６−２は，第１の検波部２６−１と同様，第２のＵＷＢ受信パルス分配信号の入力レベルに応じて，電圧信号である第２の受信パルス検波信号を出力する。また，第２の検波部２６−２においても，第１の検波部２６−１１と同様にＳ帯検波用ショットキーバリアダイオードを用いた検波器で構成することができる。

第２の受信パルス検波信号の例を図３（ｊ）に示す。第２の受信パルス検波信号は第２の積分部２７−２で積分される。積分は第２のＵＷＢ受信パルス分配信号と第２のゲートパルス信号のタイミングが一致するまで繰り返され，第２のベースバンド信号として出力される。例えば，上記の場合，第１のＵＷＢ受信パルス分配信号の周期は１００ｎｓであり，第２のゲートパルス信号の周期は９９．９９９８ｎｓであるため，それぞれのタイミングが一致するまで５０００００回積分され，時間軸が５０００００倍に拡張された第２のベースバンド信号となり，その周期は５０ｍｓとなる。

第２のベースバンド信号の例を図３（ｋ）に示す。第２のベースバンド信号は，第２のベースバンド信号ＡＤ変換部２８−２においてＡＤ変換され，第２のディジタル信号となる。第２のディジタル信号の例を図３（ｌ）に示す。第２のディジタル信号は，ディジタル信号時間反転部２９において，第２のディジタル時間反転信号となる。

図５はディジタル信号時間反転部の動作説明図であり，時間軸上でサンプリングポイントが反転される原理を示す。すなわち，第２のベースバンド信号は，(a) に示すように最大距離地点から最小距離地点に向かって時間軸上に信号を並べたデータであるため，ディジタル信号時間反転部２９において，時間軸上でサンプリングポイントを反転させたデータを生成することにより，図５の(b) に示すように最小距離地点から最大距離地点に向かった時間軸上のデータとなる。第２のディジタル時間反転信号の例を図３の（ｍ）に示す。

第１のディジタル信号と第２のディジタル時間反転信号は，ディジタル信号合成部３０において，信号合成され，ディジタル合成信号となる。

図６はディジタル信号合成部の動作説明図であり，(a) に示すような第１のディジタル信号と(b) に示すような第２のディジタル時間反転信号を，同一時間軸上に並べて，サンプリング毎に信号の振幅を加算することにより，(c) に示すようなディジタル合成信号が生成される。ディジタル合成信号は，波形表示部３１において波形表示される。

ここで，図２に示す実施例１の等価時間サンプリングによる受信方法の移動目標の探知状態を図７に示し，従来の等価時間サンプリングによる受信方法の移動目標の探知状態を示す図２０と比較する。

図７の（ａ）の中の(1) には，第１の検波部２６−１において，第１のゲートパルス信号が入力される毎に，検波するＵＷＢ受信パルスの時間ポイント（距離ポイント）が，時間の小さいポイント（距離が近いポイント）から時間の大きいポイント（距離が遠いポイント）へ移動していく様子を示す。また，図７の（ａ）の中の(2) には，第２の検波部２６−２において，第２のゲートパルス信号が入力される毎に，検波するＵＷＢ受信パルスの時間ポイント（距離ポイント）が，時間の大きいポイント（距離が遠いポイント）から時間が小さいポイント（距離が近いポイント）へ移動していく様子を示す。受信クロックの周期毎に検波するＵＷＢ受信パルスの時間（距離）の方向に対して，目標物体の移動方向が同じ場合には，移動する目標物体に対して検波する受信波の時間（距離）ポイントが追い越していくことになるため，移動する目標物体の探知確度が高くなる。

図７の（ａ）は，目標物体がレーダ装置から遠ざかる場合に第１の検波部２６−１，第１の積分部２７−１により確実に移動する目標物体を捕らえることができることを示し，図７の（ｂ）は，目標物体がレーダ装置に近づく場合には，第２の検波部２６−２，第２の積分部２７−２により確実に移動する目標物体を捕らえることができることを示す。

これに対して，従来の等価時間サンプリングによる受信方法の移動目標の探知状態は，目標物体がレーダ装置から遠ざかる場合には，図２０の（ａ）に示すように移動する目標物体に対して検波するＵＷＢ受信パルスの時間（距離）ポイントが追い越していく状態になるため，目標物体を確実に捕捉することができるが，目標物体がレーダ装置に近づく場合には，図２０の（ｂ）に示すように，移動する目標物体に対して検波するＵＷＢ受信パルスの時間（距離）ポイントが対向していく状態になるため，目標物体を捕捉できないことを示す。

従って，実施例１に示す等価時間サンプリングの受信方法により超広帯域レーダ装置を構成することにより，目標物体の移動方向に関係なく，目標物体の探知確度を高めることができる。

次に，図８は，実施例２の構成を示す図である。図８において，符号２０〜２２，２３ａ，２３ｂ，２４，２６−１〜２８−２，２９〜３１は図２の実施例２に示す同一符号の各部と同じであり説明を省略する。実施例２の構成において実施例１と異なる部分は，実施例１では第２の検波部２６−２へ供給される第２のゲートパルス信号を同期制御部２１からの第２の受信クロックを受けて第２のＵＷＢゲートパルス発生部２５−２から発生しているのに対し，実施例２では第１のＵＷＢゲートパルス発生部２５−１から発生する第１のゲートパルス信号を受け取って駆動されるＵＷＢゲートパルス遅延部３２を設け，そのＵＷＢゲートパルス遅延部３２の出力を第２の検波部２６−２に供給するようにしたものである。

この実施例２の構成では，電力分配部２４からの第２のＵＷＢ受信パルス分配信号の検波が，第１のＵＷＢゲートパルス発生部２５−１で発生させた第１のゲートパルス信号をＵＷＢゲートパルス遅延部３２で時間遅延させて生成した第２のゲートパルスの間に第２の検波部２６−２において行うようにした。第１のゲートパルス信号と第２のゲートパルス信号は，例えばパルス幅が２００〜３００ピコ秒と，ＵＷＢパルス信号と同等の信号を用いることができる。

図８の実施例２の構成にすることにより，実施例１のように第２のＵＷＢゲートパルス発生部２５−２を設けることなく，第１のゲートパルス信号を時間遅延させるＵＷＢゲートパルス遅延部３２を設けることで，第２の検波部２６−２を動作させる第２のゲートパルス信号を生成することができる。

図９は，本発明の実施例３の超広帯域レーダ装置の構成を示す図である。図９において，符号２０〜２２，２３ａ，２３ｂ，２４，２６−１〜２８−２，２９〜３１は実施例１及び実施例２の構成を示す図２及び図８の同一符号の各部と同じであり説明を省略する。実施例３の構成において実施例２と異なる部分は，実施例２の第１のＵＷＢゲートパルス発生部２５−１の代わりに第１のＵＷＢパルス遅延部３３を設けた点である。

実施例３の図９において，電力分配部２４からの第１のＵＷＢ受信パルス分配信号の検波は，ＵＷＢパルス発生部２２で発生させたＵＷＢパルス信号を第１のＵＷＢパルス遅延部３３によって時間遅延して発生させた第１のゲートパルス信号の間に第１の検波部２６−１を動作させるようにした。また，第２のＵＷＢ受信パルス分配信号の検波は，第１のＵＷＢパルス遅延部３３で発生させた第１のゲートパルス信号をＵＷＢゲートパルス遅延部３２で時間遅延させて生成した第２のゲートパルスの間に第２の検波部２６−２を動作させるようにした。実施例３（図９）の構成にすることにより，実施例１と実施例２の第１のＵＷＢゲートパルス発生部２５−１と第２のＵＷＢゲートパルス発生部２５−２を設けることなく，ＵＷＢパルス信号を時間遅延させる第１のＵＷＢパルス遅延部３３と，第１のゲートパルス信号を時間遅延させるＵＷＢゲートパルス遅延部３２を設けることで，第１の検波部２６−２を動作させる第１のゲートパルス信号と第２の検波部２６−２を動作させる第２のゲートパルス信号を生成することができる。第１のＵＷＢパルス遅延部３３とＵＷＢゲートパルス遅延部３２を設けることで，実施例１（図２）のように第１のＵＷＢゲートパルス発生部２５−１，第２のＵＷＢゲートパルス発生部２５−２を設ける場合よりコストを低減することができる。

図１０は実施例４の超広帯域レーダ装置の構成を示す図である。図１０において，符号２０〜２２，２３ａ，２３ｂ，２４，２６−１〜２８−２，２９〜３１，及び３２，３３は実施例３を示す図９の同一符号の各部と同じであり説明を省略する。３４は第２のＵＷＢパルス遅延部である。

実施例４の構成では，実施例３において第１のＵＷＢパルス遅延部３３から出力された第１のゲートパルス信号を受け取るＵＷＢパルス遅延部３２を備えていたのに対し，第２のＵＷＢパルス遅延部３４を設け，ＵＷＢパルス発生部２２から発生するＵＷＢパルス信号を受け取って第２のゲートパルス信号を発生するよう構成したものである。

第１のＵＷＢ受信パルス分配信号の検波は，ＵＷＢパルス発生部２２で発生させたＵＷＢパルス信号を第１のＵＷＢパルス遅延部３３によって時間遅延して発生させた第１のゲートパルス信号の間に第１の検波部２６−１を動作させるようにした。また，第２のＵＷＢ受信パルス分配信号の検波は，ＵＷＢパルス発生部２２で発生させたＵＷＢパルス信号を第２のＵＷＢパルス遅延部３４によって時間遅延して発生させた第２のゲートパルス信号の間に第２の検波部２６−２を動作させるようにした。図１０の構成にすることにより，実施例１のように第１のＵＷＢゲートパルス発生部２５−１と第２のＵＷＢゲートパルス発生部２５−２を設けることなく，ＵＷＢパルス信号を時間遅延させる第１のＵＷＢパルス遅延部３３と，第２のＵＷＢパルス遅延部３４を設けることで，第１の検波部２６−１を動作させる第１のゲートパルス信号と第２の検波部２６−２を動作させる第２のゲートパルス信号を生成することができる。

図１１は本発明の実施例５の構成を示す図である。図１１において，符号２０〜２２，２３ａ，２５−１〜２８−２，２９〜３１は実施例１の図２の同一符号の各部と同じであり説明を省略する。２３ｂは第１の受信アンテナ部であり，２３ｃは第２の受信アンテナ部である。

実施例５の構成が上記実施例１〜実施例４と異なるのは，目標からの反射波を第１の受信アンテナ部２３ｂと第２の受信アンテナ部２３ｃで受信するようにし，電力分配部２４を使用しないようにした点である。図１１において，各受信アンテナ部２３ｂ，２３ｃからの第１のＵＷＢ受信パルス信号と第２のＵＷＢ受信パルス信号はそれぞれ，第１の検波器２６−１と第２に検波器２６−２で検波するようにした。図１１の構成にすることにより，実施例１乃至実施例４で使用していた電力分配部２４を設けることなく，受信アンテナ部を２個ずつ設けることで，それぞれのＵＷＢ受信パルス信号を検波することができる。

図１２は本発明の実施例６の構成を示す図である。図１２において，符号２０〜２２，２３ａ，２３ｂ，２４，２５−１〜２８−２，２９〜３１は実施例１（図２）の同一符号の各部と同じであり説明を省略する。３５はＵＷＢパルス増幅部である。

この実施例６では，ＵＷＢパルス発生部２２の出力を増幅するＵＷＢパルス増幅部３５を設けたことである。図１２のように構成することにより，送信アンテナ部２３ａから放射されるＵＷＢ送信パルス信号の電力が大きくなり，より遠距離の目標物体を探知することができる。

図１３は本発明の実施例７の構成を示す図である。図１３において，符号２０〜２２，２３ａ，２３ｂ，２４，２５−１〜２８−２，２９〜３１は実施例１（図２）の同一符号の各部と同じであり説明を省略する。３６はＵＷＢパルス帯域ろ波部である。

この実施例７の構成により，ＵＷＢパルス発生部２２で発生させたＵＷＢパルス信号を所定の周波数帯域のみ通過させるＵＷＢパルス帯域ろ波部３６で帯域通過させるようにした。図１３の構成により，例えば，日本国内のＵＷＢスペクトラムマスクに準拠した３．４〜４．８ＧＨｚの周波数帯域のみ送信アンテナ部２３ａから放射することができる。

図１４は本発明の実施例８の構成を示す図である。図１４において，符号２０〜２２，２３ａ，２３ｂ，２４，２５−１〜２８−２，２９〜３１は実施例１（図２）の同一符号の各部と同じであり説明を省略する。３７は受信パルス増幅部である。

この実施例８の構成では，受信アンテナ部２３ｂで受信したＵＷＢ受信パルス信号を受信パルス増幅部３７で増幅するようにした。図１４の構成により，受信アンテナ部２３ｂで受信されるＵＷＢ受信パルス信号の電力が大きくなり，より遠距離の目標物体を探知することができる。

図１５は本発明の実施例９の構成を示す図である。図１５において，符号２０〜２２，２３ａ，２３ｂ，２４，２５−１〜２８−２，２９〜３１は実施例１（図２）の同一符号の各部と同じであり説明を省略する。３８は第１のベースバンド信号増幅部，３９は第２のベースバンド信号増幅部である。

この実施例９の構成では，第１の積分部２７−１から出力される第１のベースバンド信号を第１のベースバンド信号増幅部３８で増幅させるようにし，第２の積分部２７−２から出力される第２のベースバンド信号を第２のベースバンド信号増幅部３９で増幅させるようにした。図１５の構成により，第１のベースバンド信号と第２のベースバンド信号の電圧が大きくなり，より遠距離の目標物体を探知することができる。

図１６は本発明の実施例１０の構成を示す図である。図１６において，符号２０〜２２，２３ａ，２３ｂ，２４，２５−１〜２８−２，２９〜３１は実施例１（図２）の同一符号の各部と同じであり説明を省略する。４０は移動目標検出処理部である。

実施例１０（図１６）の構成では，ディジタル信号合成部３０で合成されたディジタル合成信号から移動目標検出処理部４０で移動目標の信号成分のみを検出するようにした。

図１７は移動目標検出処理による信号波形の例を示す図であり，上記図１６の移動目標検出処理部４０において実行される。図１７の(a),(b),(c) はそれぞれ時刻t1,t2,t3のそれぞれにおけるディジタル合成信号を示す。これらの合成信号の中の(a) の時刻t1と(b) の時刻t2のディジタル合成信号の差を求めることで(d) に示す移動目標信号が得られる。更に，(b) に示す時刻t2と(c) に示す時刻t3のディジタル合成信号の差を求めることで(e) に示す移動目標信号が得られる。

図１６の移動目標検出処理部４０を設けることにより，静止物体と移動物体の信号成分が含まれるディジタル合成信号から移動目標信号のみを検出することができ，例えば歩行する人物のみを検出することができる。

（付記１） 目標物体に対して，超広帯域（ＵＷＢ）パルスを繰り返し発生して送信し，前記目標物体からの反射波を受信してサンプリング積分・検波してベースバンド信号に時間伸張し，アナログ−ディジタル変換した後，移動目標成分を検出して表示する超広帯域レーダ装置において，送信アンテナ部から送信クロックに基づいたＵＷＢ送信パルス信号を発生するＵＷＢパルス発生手段と，目標物体で反射したＵＷＢパルス信号を受信アンテナ部で受信して第１と第２の受信パルス信号とに分配する電力分配手段と，前記送信クロックを発生すると共に前記送信クロックの周波数に対して微小な割合で低い周波数の第１の受信クロック及び微小な割合で高い周波数を持つ第２の受信クロックとを発生する同期制御部と，前記第１と第２の受信クロックとに対応する第１と第２のゲートパルスを発生する第１と第２のゲートパルス発生手段と，前記第１と第２の各ゲートパルスにより前記第１と第２の受信パルス分配信号を検波・積分して第１と第２のベースバンド信号を発生する第１と第２の検波・積分手段と，前記第１と第２のベースバンド信号をディジタル信号に変換する第１と第２のＡＤ変換手段と，前記第２のＡＤ変換手段からのディジタル信号を時間が反転するように並び替える時間反転手段と，前記第１のＡＤ変換手段からのディジタル信号と前記時間反転手段で反転されたディジタル信号を合成するディジタル信号合成手段と，前記ディジタル合成手段で合成された信号を表示する波形表示手段とを備えたことを特徴とする超広帯域レーダ装置。

（付記２） 前記第２のゲートパルスを発生する第２のゲートパルス発生手段として，前記第１のゲートパルス発生手段の出力信号が入力されて第２のゲートパルスを発生するゲートパルス遅延手段を設け，前記ゲートパルス遅延手段で時間遅延させたゲートパルス信号により第２の受信パルス信号の検波・積分を行うことを特徴とする付記１記載の超広帯域レーダ装置。

（付記３） 前記第１のゲートパルスを発生する第１のゲートパルス発生手段として，前記ＵＷＢパルス発生手段からのＵＷＢパルス信号を時間遅延させるＵＷＢパルス遅延手段を設け，前記第２のゲートパルスを発生する手段として，前記ＵＷＢパルス遅延手段から発生する第１のゲートパルス信号を更に時間遅延させるＵＷＢゲートパルス遅延手段を設け，前記ＵＷＢゲートパルス遅延手段からの第２のゲートパルス信号により第２の受信パルス信号の検波・積分を行うことを特徴とする付記１記載の超超広帯域レーダ装置。

（付記４） 前記第２のゲートパルス信号の発生手段として，前記ＵＷＢパルス発生手段からのＵＷＢパルス信号を入力して時間遅延させて第２のゲートパルス信号を発生第２のＵＷＢパルス遅延手段を設けたことを特徴とする付記３に記載の超広帯域レーダ装置。

（付記５） 前記ＵＷＢ送信パルスが目標物体に反射して受信する受信アンテナ部を２個備え，前記各受信アンテナ部で受信した各ＵＷＢ受信パルス信号を前記第１と第２の検波・積分手段に入力して検波・積分させることを特徴とする請求項１記載の超広帯域レーダ装置。

（付記６） 前記ＵＷＢパルス発生部から発生したＵＷＢパルス信号を増幅させるＵＷＢパルス増幅部を備えたことを特徴とする請求項１記載の超広帯域レーダ装置。

（付記７） 前記ＵＷＢパルス発生部から発生したＵＷＢパルス信号を所定の周波数帯域のみ通過させるＵＷＢパルス帯域ろ波部を備えたことを特徴とする請求項１記載の超広帯域レーダ装置。

（付記８） 前記受信アンテナ部で受信したＵＷＢ受信パルス信号を増幅させる受信パルス増幅部を備えたことを特徴とする請求項１記載の超広帯域レーダ装置。

（付記９） 前記第１と第２の検波・積分手段から出力された２つのベースバンド信号をそれぞれ増幅するベースバンド信号増幅手段を２つ備えたことを特徴とする請求項１記載の超広帯域レーダ装置。

（付記１０）
前記ディジタル信号合成部で信号合成したディジタル合成信号から移動目標の信号成分のみを検出する移動目標検出処理部を備えたことを特徴とする請求項１記載の超広帯域レーダ装置。

（付記１１） 目標物体に対して，超広帯域（ＵＷＢ）パルスを繰り返し発生して送信し，前記目標物体からの反射波を受信して移動目標成分を検出して表示する超広帯域レーダ装置の信号処理方法において，同期制御部から発生する送信クロックに基づいて送信アンテナ部からＵＷＢパルスを送信し，目標物体で反射した超広帯域パルス信号を受信アンテナ部で受信して第１と第２の受信パルスに電力を分配し，前記送信クロックの周波数に対して微小な割合で低い周波数の第１の受信クロック及び微小な割合で高い周波数を持つ第２の受信クロックを同期制御部から発生し，前記分配された第１の受信パルスを前記第１の受信クロックに基づくゲートパルスにより検波・積分して第１のベースバンド信号を発生し，前記分配された第２の受信パルスを前記第２の受信クロックに基づくゲートパルスにより検波・積分して第２のベースバンド信号を発生し，前記第２のベースバンド信号をＡＤ変換して発生したディジタル信号を時間反転して得られた信号と，前記第１のベースバンド信号をＡＤ変換により得られたディジタル信号とを合成し，前記合成されたディジタル信号を波形表示する，ことを特徴とする超広帯域レーダ装置の信号処理方法。

本発明の原理構成を示す図である。 本発明の実施例１の構成を示す図である。 実施例１の各部の動作により発生する信号波形の例を示す図である。 検波部の特性を示す図である。 ディジタル信号時間反転部の動作を説明する図である。 ディジタル信号合成部の動作を説明する図である。 本発明の等価時間サンプリングの受信方法による移動目標の探知状態を示す説明図である。 本発明の実施例２の構成を示す図である。 本発明の実施例３の構成を示す図である。 本発明の実施例４の構成を示す図である。 本発明の実施例５の構成を示す図である。 本発明の実施例６の構成を示す図である。 本発明の実施例７の構成を示す図である。 本発明の実施例８の構成を示す図である。 本発明の実施例９の構成を示す図である。 本発明の実施例１０の構成を示す図である。 移動目標検出処理による信号波形の例を示す図である。 従来の超広帯域レーダ装置の構成を示す図である。 従来例の構成による各部の動作波形の例を示す図である。 従来の等価時間サンプリングの受信方法による移動目標の探知状態の説明図である。

符号の説明

１ 同期制御手段
２ ＵＷＢパルス発生手段
３ａ 送信アンテナ部
３ｂ 受信アンテナ部
４ 電力分配手段
５−１ 第１のゲートパルス発生手段
５−２ 第２のゲートパルス発生手段
６−１ 第１の検波手段
６−２ 第２の検波手段
７−１ 第１の積分手段
７−２ 第２の積分手段
８−１ 第１のベースバンド信号ＡＤ変換手段
８−２ 第２のベースバンド信号ＡＤ変換手段
９ 時間反転手段
１０ ディジタル信号合成手段
１１ 波形表示手段
１２ 目標

Claims (4)

1. 目標物体に対して，超広帯域（ＵＷＢ）パルスを繰り返し発生して送信し，前記目標物体からの反射波を受信してサンプリング積分・検波してベースバンド信号に時間伸張し，アナログ−ディジタル変換した後，移動目標成分を検出して表示する超広帯域レーダ装置において，
   送信アンテナ部から送信クロックに基づいたＵＷＢ送信パルス信号を発生するＵＷＢパルス発生手段と，目標物体で反射したＵＷＢパルス信号を受信アンテナ部で受信して第１と第２の受信パルス信号とに分配する電力分配手段と，
   前記送信クロックを発生すると共に前記送信クロックの周波数に対して微小な割合で低い周波数の第１の受信クロック及び微小な割合で高い周波数を持つ第２の受信クロックとを発生する同期制御部と，
   前記第１と第２の受信クロックとに対応する第１と第２のゲートパルスを発生する第１と第２のゲートパルス発生手段と，
   前記第１と第２の各ゲートパルスにより前記第１と第２のの受信パルス分配信号を検波・積分して第１と第２のベースバンド信号を発生する第１と第２の検波・積分手段と，
   前記第１と第２のベースバンド信号をディジタル信号に変換する第１と第２のＡＤ変換手段と，
   前記第２のＡＤ変換手段からのディジタル信号を時間が反転するように並び替える時間反転手段と，
   前記第１のＡＤ変換手段からのディジタル信号と前記時間反転手段で反転されたディジタル信号を合成するディジタル信号合成手段と，
   前記ディジタル合成手段で合成された信号を表示する波形表示手段とを備えたことを特徴とする超広帯域レーダ装置。
2. 前記第２のゲートパルスを発生する第２のゲートパルス発生手段として，前記第１のゲートパルス発生手段の出力信号が入力されて第２のゲートパルスを発生するゲートパルス遅延手段を設け，前記ゲートパルス遅延手段で時間遅延させたゲートパルス信号により第２の受信パルス信号の検波・積分を行うことを特徴とする請求項１記載の超広帯域レーダ装置。
3. 前記ＵＷＢ送信パルスが目標物体に反射して受信する受信アンテナ部を２個備え，
   前記各受信アンテナ部で受信した各ＵＷＢ受信パルス信号を前記第１と第２の検波・積分手段に入力して検波・積分させることを特徴とする請求項１記載の超広帯域レーダ装置。
4. 目標物体に対して，超広帯域（ＵＷＢ）パルスを繰り返し発生して送信し，前記目標物体からの反射波を受信して移動目標成分を検出して表示する超広帯域レーダ装置の信号処理方法において，
   同期制御部から発生する送信クロックに基づいて送信アンテナ部からＵＷＢパルスを送信し，
   目標物体で反射した超広帯域パルス信号を受信アンテナ部で受信して第１と第２の受信パルスに電力を分配し，
   前記送信クロックの周波数に対して微小な割合で低い周波数の第１の受信クロック及び微小な割合で高い周波数を持つ第２の受信クロックを同期制御部から発生し，
   前記分配された第１の受信パルスを前記第１の受信クロックに基づくゲートパルスにより検波・積分して第１のベースバンド信号を発生し，
   前記分配された第２の受信パルスを前記第２の受信クロックに基づくゲートパルスにより検波・積分して第２のベースバンド信号を発生し，
   前記第２のベースバンド信号をＡＤ変換して発生したディジタル信号を時間反転して得られた信号と，前記第１のベースバンド信号をＡＤ変換により得られたディジタル信号とを合成し，
   前記合成されたディジタル信号を波形表示する，
   ことを特徴とする超広帯域レーダ装置の信号処理方法。

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