JP4976439B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、パルス信号を用いて前方の物体の距離情報を検出するレーダ装置に関するものである。

従来、相関器を用いたパルスレーダとして、特許文献１に開示されているものが知られている。特許文献１に記載のパルスレーダを図１５に示す。同図に示すパルスレーダ９００では、パルス源９０１で生成されたパルスが、送信ゲート９０２を通過してパルス変調部９０３ａに入力される。また、マイクロ波源９０４で生成されたマイクロ波またはミリ波が、電力分配器９１６ａによって分配され、搬送波としてパルス変調部９０３ａに入力される。パルス変調部９０３ａでは、送信ゲート９０２から入力されたパルスがマイクロ波源９０４から入力された搬送波でアップコンバートされ、送信アンテナ９０５から空間に送出される。

送信アンテナ９０５から送出された送信パルスは、距離Ｒだけ離れた位置にある物体で反射され、受信アンテナ９０６で受信パルスとして取り込まれる。この受信パルスは、直交電力分配器９０７で位相が９０度ずらされた２つの信号（Ｉ信号、Ｑ信号）に分けられ、それぞれミキサ９０８及び９０９に挿入される。

これとは別に、パルス源９０１で生成された上記のパルスは、遅延時間付与部９１０において電波が距離Ｒを伝搬するのに要する時間に相当する遅延時間τを付与され、さらに受信ゲート９１１を通過した後に、パルス変調部９０３ｂにおいて上記のマイクロ波源９０４から入力した搬送波でアップコンバートされる。遅延時間τが付与され、パルス変調部９０３ｂ、電力分配器９１６ｂを経たパルスと直交電力分配器９０７から出力されるＩ信号及びＱ信号とが、それぞれミキサ ９０８及び９０９で掛け合わされてダウンコンバートされ、それぞれの相関がとられる。ミキサ ９０８、９０９の出力は、ホールドキャパシタ９１２にチャージされ、プリアンプ９１３で増幅された後、ドップラー成分を除去するドップラーフィルタ９１４を通過し、検出部９１５で信号検出が行われる。

特許文献１では、受信波の電力が小さいため複数の反射波の振幅電圧をコヒーレントで（同期を取って）加算している。ホールドキャパシタ９１２はＩ信号及びＱ信号に対しそれぞれ一つしかないため、遅延時間τが付与されたパルスと相関をとることで、遅延時間τに相当する一つの距離情報を検波している。特許文献１によれば、相対速度も検出することができ、物体が所定の時間にどれだけの距離を移動したかをモニタすることにより相対速度を算出する。上記の遅延時間τは、プログラムで可変にすることができ、これにより検波する距離Ｒの範囲を可変にすることができる。

ＵＳ６０６７０４０号公報

レーダ装置では、物体がどの距離に存在するかを判別するために、レンジビンと呼ばれる距離情報を格納する格納部を複数用意し、受信系の検出部により得られたデータを順次格納している。複数のレンジビンを用いて距離情報を格納する一例を、図１６に示す。同図では、１ｎｓの分解能（約０．１５ｍの距離分解能に相当）となるように複数のレンジビン９２０が設けられた一例を示している。レンジビン９２０は通常１００〜２００個程度用いられ、検出部で検出された振幅値などの情報が格納される。図１６に示す例では、レンジビン９２０ａ〜９２０ｄに物体の存在を示す情報が格納されており、各レンジビンに相当する距離に物体があることを検出する。

上記の従来の技術による構成では、一つのレンジビンの情報を得るのに数発のパルスを送信し、その受信信号を同期加算していく必要があった。このような複数のパルス送信による距離情報の獲得を、例えば２００個程度あるレンジビンのそれぞれに対して行う必要があるため、一通りの距離情報を得るまでに非常に長い時間を要するといった問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、所定の距離範囲の測定を短時間で処理可能なレーダ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のレーダ装置の第１の態様は、所定の周波数の搬送波を発振する発振器と、前記発振器から出力される搬送波の電力を２出力に分配する第１の電力分配器と、前記第１の電力分配器で分配された一方の搬送波を入力して所定の送信信号を生成する送信部と、前記送信部から前記送信信号を入力して電波で空間に送出する送信アンテナと、前記送信アンテナから送出された電波が物体で反射された反射電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナから受信信号を入力するとともに前記第１の電力分配器で分配された他方の搬送波を入力して所定の信号処理を行う受信部と、前記受信部から入力した信号をもとに物体の検出を行うデジタル信号処理部と、を備えるレーダ装置であって、前記送信部は、所定のパルス幅のパルスを所定のパルス繰返し周期で発生させるパルス発生源と、前記パルスに前記一方の搬送波を重畳させて前記送信信号を出力する第１のパルスモジュレータと、を備え、前記受信部は、前記パルス発生源に同期させて、前記パルス１つに対し前記所定のパルス幅と同一のパルス幅を有する相関パルスを所定の時間間隔（Ｔｓ）でＬ回（Ｌは２以上の整数）だけ発生させる相関パルス発生源と、前記相関パルス発生源から出力される前記相関パルスを所定の遅延時間（ｔｄ）だけ遅延させて出力する第１の遅延素子と、前記第１の遅延素子から出力される相関パルスに前記他方の搬送波を重畳させる第２のパルスモジュレータと、前記受信アンテナから入力した受信信号を２つの受信信号に分配する第２の電力分配器と、前記第２のパルスモジュレータの出力を入力して位相が不変の第１の出力と９０度ずれた第２の出力を出力する位相器と、前記第１の出力と第２の出力をそれぞれ前記第２の電力分配器で分配された前記２つの受信信号と掛け合わせる２つのミキサと、前記２つのミキサのそれぞれの出力電力を増幅する２つの電力増幅器と、前記相関パルス発生源と同期させてクロック信号を生成するクロック発生源と、前記クロック信号を前記遅延時間ｔｄだけ遅延させる第２の遅延素子と、前記第２の遅延素子から出力されるクロック信号のタイミングで前記２つの電力増幅器の出力をそれぞれサンプリングする２つのＡ／Ｄコンバータと、を備え、前記Ａ／Ｄコンバータは、前記送信アンテナから前記送信信号の電波が送出される度に、前記クロック信号によるサンプリングを前記Ｌ回行うことを特徴とする。

上記構成の本発明では、１回の送信信号の送出でＬ個所（Ｌ≧２）の地点の距離情報を取得することが可能となり、所定の距離範囲の測定を短時間で処理することができる。

本発明のレーダ装置の他の態様は、前記遅延時間ｔｄは、前記送信アンテナから前記送信信号の電波がＭ回（Ｍは２以上の整数）送出される毎に更新されることを特徴とする。これにより、距離情報のＳ／Ｎを改善することができる。

本発明のレーダ装置の他の態様は、前記第１の遅延素子及び前記第２の遅延素子は、初期値を０として単位遅延時間ｔ１ずつ増加させて前記遅延時間ｔｄを更新し、前記遅延時間が前記所定の時間間隔Ｔｓ以上になると再び０に初期化することを特徴とする。遅延時間ｔｄを０からＴｓの範囲で順次更新していくことで、所定範囲内の距離情報を取得することができる。

本発明のレーダ装置の他の態様は、前記単位遅延時間ｔ１は、前記所定のパルス幅より短いことを特徴とする。これにより、所定距離範囲内をもれなく測定することができる。

本発明のレーダ装置の他の態様は、前記デジタル信号処理部は、前記２つのＡ／Ｄコンバータの出力を入力して前記物体までの距離及び相対速度を算出するとともに、前記パルス発生源、前記相関パルス発生源、前記第１の遅延素子、前記第２の遅延素子、及び前記クロック発生源に対して所定の同期をとる制御を行うことを特徴とする。前記デジタル信号処理部からの制御で同期をとる制御が容易となる。

本発明のレーダ装置の他の態様は、前記第１のパルスモジュレータと前記送信アンテナとの間に接続された第１の逓倍器と、前記第１の逓倍器に接続され、該第１の逓倍器をオンオフ制御する別のパルス発生器と、前記第２のパルスモジュレータと前記位相器との間に接続された第２の逓倍器と、をさらに備え、前記発振器が使用周波数の１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の周波数の搬送波を発振し、前記第１の電力分配器、前記第１のパルスモジュレータ、及び前記第２のパルスモジュレータの周波数帯が前記使用周波数の１／Ｎであり、前記第１の逓倍器及び前記第２の逓倍器がともに入力信号の周波数をＮ倍に逓倍することを特徴とする。低価格な低周波用の機器を使用可能とすることで、コストを低減化できる。

本発明のレーダ装置の他の態様は、所定の周波数の搬送波を発振する発振器と、前記発振器から出力される搬送波の電力を２出力に分配する第１の電力分配器と、前記第１の電力分配器で分配された一方の搬送波を入力して所定の送信信号を生成する送信部と、前記送信部から前記送信信号を入力して電波で空間に送出する送信アンテナと、前記送信アンテナから送出された電波が物体で反射された反射電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナから受信信号を入力するとともに前記第１の電力分配器で分配された他方の搬送波を入力して所定の信号処理を行う受信部と、前記受信部から入力した信号をもとに物体の検出を行うデジタル信号処理部と、を備えるレーダ装置であって、前記送信部は、所定のパルス幅のパルスを所定のパルス繰返し周期で発生させるパルス発生源と、前記パルスに前記一方の搬送波を重畳させて前記送信信号を出力する第１のパルスモジュレータと、を備え、前記受信部は、前記パルス発生源に同期させて、前記パルス１つに対し前記所定のパルス幅と同一のパルス幅を有する相関パルスを所定の時間間隔（Ｔｓ）でＬ回（Ｌは２以上の整数）だけ発生させる相関パルス発生源と、前記相関パルス発生源から出力される前記相関パルスを所定の遅延時間（ｔｄ）だけ遅延させて出力する第１の遅延素子と前記第１の遅延素子から出力される相関パルスに前記受信アンテナから入力した受信信号を重畳させる第２のパルスモジュレータと、前記第２のパルスモジュレータの出力を２つの出力に分配する第２の電力分配器と、前記他方の搬送波を入力して位相が不変の第１の出力と９０度ずれた第２の出力を出力する位相器と、前記第１の出力と第２の出力をそれぞれ前記第２の電力分配器で分配された前記２つの出力と掛け合わせる２つのミキサと、前記２つのミキサのそれぞれの出力電力を増幅する２つの電力増幅器と、前記相関パルス発生源と同期させてクロック信号を生成するクロック発生源と、前記クロック信号を前記遅延時間ｔｄだけ遅延させる第２の遅延素子と、前記第２の遅延素子から出力されるクロック信号のタイミングで前記２つの電力増幅器の出力をそれぞれサンプリングする２つのＡ／Ｄコンバータと、を備え、前記Ａ／Ｄコンバータは、前記送信アンテナから前記送信信号の電波が送出される度に、前記クロック信号によるサンプリングを前記Ｌ回行うことを特徴とする。
上記のような構成でも、所定の距離範囲の測定を短時間で処理することができる。

本発明によれば、所定の距離範囲の測定を短時間で処理可能なレーダ装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の送信部において生成される信号の波形の一例を示す説明図である。 送信信号（ａ）および受信アンテナから受信部に出力される受信信号（ｂ）の一例を示す説明図である。 第１の実施形態の相関パルス発生源及びクロック発生源で生成される信号波形の一例を示す説明図である。 等価サンプリングを説明するための説明図である。 第１の実施形態のデジタル信号処理部による制御を説明するための説明図である。 第１の実施形態の受信部において物体を検出するための信号処理を説明する説明図である。 第１の実施形態の受信部において別の物体を検出するための信号処理を説明する説明図である。 第１の実施形態のデジタル信号処理部に入力されるＩ信号、Ｑ信号の一例を示す説明図である。 第１の実施形態のデジタル信号処理部における処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の受信部において物体を検出するための信号処理を説明する説明図である。 近接している２物体を検出するための信号処理を説明する説明図である。 従来のパルスレーダの構成を示すブロック図である。 レンジビンを用いて距離情報を格納する一例を説明するための説明図である。

本発明の好ましい実施の形態におけるレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置の構成を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態のレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。レーダ装置１００は、所定の周波数（ｆｃとする）の搬送波を発振する発振器１０１と、発振器１０１から出力される搬送波の電力を２つの出力に分配する第１の電力分配器１０２と、所定の送信信号を生成する送信部１１０と、送信部１１０から入力した送信信号を電波で空間に送出する送信アンテナ１０３と、送信アンテナ１０３から送出された電波が物体で反射され、その反射電波を受信する受信アンテナ１０４と、受信アンテナ１０４から受信信号を入力して所定の信号処理を行う受信部１２０と、受信部１２０から入力した信号をもとに物体の検出を行うとともに、送信部１１０及び受信部１２０の制御を行うデジタル信号処理部１４０と、を備えている。

送信部１１０は、所定のパルス幅、所定のパルス繰返し周期でパルスを発生させるパルス発生源１１１と、パルス発生源１１１で生成されたパルスに第１の電力分配器１０２で分配された搬送波の一方を重畳する第１のパルスモジュレータ１１２と、を備えている。第１のパルスモジュレータ１１２は、第１の電力分配器１０２から入力した搬送波をパルス発生源１１１から入力したパルスで切り出して高周波の送信パルスを生成し、これを送信アンテナ１０３に出力している。パルス発生源１１１は、デジタル信号処理部１４０からの制御に従ってパルスを発生させている。

受信部１２０は、パルス発生源１１１におけるパルス発生に同期させて、パルス発生源１１１で発生されるパルス１つに対し所定の間隔で所定のパルス幅の複数の相関パルスを発生させる相関パルス発生源１２１と、相関パルス発生源１２１から出力される相関パルスを所定の遅延時間だけ遅延させて出力する第１の遅延素子１２２と、第１の遅延素子１２２から出力される相関パルスに第１の電力分配器１０２で分配された搬送波の他方を重畳する第２のパルスモジュレータ１２３と、受信アンテナ１０４から入力した受信信号を２つの受信信号に分配する第２の電力分配器１２４と、第２のパルスモジュレータ１２３の出力を入力して位相が不変の出力と９０度ずれた出力の２つの出力を生成する位相器１２５と、第２の電力分配器１２４の２つの受信信号出力のそれぞれと位相器１２５の２つの出力のそれぞれとを掛け合わせる２つのミキサ１２６と、ミキサ１２６のそれぞれの出力電力を増幅する２つの電力増幅器１２７と、相関パルス発生源１２１で生成される相関パルスと同期したクロック信号を生成するクロック発生源１２８と、クロック発生源１２８から出力されるクロック信号を第１の遅延素子１２２と同じ遅延時間だけ遅延させる第２の遅延素子１２９と、第２の遅延素子１２９から出力されるクロック信号のタイミングで２つの電力増幅器１２７の出力をそれぞれサンプリングする２つのＡ／Ｄコンバータ１３０と、を備えている。

デジタル信号処理部１４０は、２つのＡ／Ｄコンバータ１３０の出力をそれぞれＩ信号、Ｑ信号として同時に取得し、さらにこれを連続的に取得したものを並列に信号処理しており、これから物体までの距離情報、相対速度情報を取得する。また、デジタル信号処理部１４０は、上記のパルス発生源１１１、相関パルス発生源１２１、第１の遅延素子１２２、第２の遅延素子１２９、及びクロック発生源１２８の制御を行っている。デジタル信号処理部１４０は、第１の遅延素子１２２及び第２の遅延素子１２９で遅延させる遅延時間を、所定の単位遅延時間ずつ所定の回数ずらすように設定しており、遅延時間毎に受信部１２０の処理を行わせてデータを取得している。

送信部１１０における処理を、図２に示す信号波形の一例を用いて以下に説明する。図２は、送信部１１０において生成される信号の波形の一例を示す説明図である。デジタル信号処理部１４０からのタイミング制御により、パルス発生源１１１は、図２（ａ）に示すようなパルス列１０を生成して第１のパルスモジュレータ１１２に出力する。ここでは、パルス列１０が、周期Ｔで生成されるパルス幅τの複数のパルス１０ａからなるものとしている。また、発振器１０１では、図２（ｂ）に示すような周波数ｆｃの搬送波１１が生成され、第１の電力分配器１０２で分配された２つの搬送波の一方が第１のパルスモジュレータ１１２に入力される。第１のパルスモジュレータ１１２に入力される一方の出力は、図２（ｂ）に示すものと同じである。

第１のパルスモジュレータ１１２では、パルス発生源１１１で生成されたパルス列１０に第１の電力分配器１０２で分配された搬送波１１の一方を搬送波として重畳する。すなわち、第１のパルスモジュレータ１１２では、搬送波１１がパルス列１０の各パルス１０ａのパルス幅τ毎に切り出され、図２（ｃ）に示す周期Ｔの送信パルス列１２が生成される。パルスモジュレータ１１２は、ミキサやスイッチで構成されている。送信パルス列１２は送信アンテナ１０３に出力され、送信アンテナ１０３から電波（送信波）として送出される。

送信アンテナ１０３から送出された送信波が、物体で反射されて受信アンテナ１０４に受信され、受信アンテナ１０４から受信信号２０が受信部１２０に出力される。図３は、送信信号（図３（ａ））および受信アンテナ１０４から受信部１２０に出力される受信信号（図３（ｂ））の一例を示す説明図である。図３（ａ），（ｂ）は、送信アンテナ１０３から送信パルス１２ａが送出される期間に、受信アンテナ１０４で送信パルス１２ａに対応した受信信号２０が受信されることを示している。図３（ｂ）は、一つの送信パルス１２ａに対応した受信信号２０ａを、時間軸の一部を拡大して示したものである。ここでは、３つの物体で送信波が反射された例を示しており、１つの送信パルス１２ａに対して３つの受信パルス２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３が受信されている。このように、複数の物体や反射点があると、１つの送信パルスに対し、複数の反射パルスが受信アンテナ１０４に受信される。

３つの物体までの距離をそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とすると、各距離ｄ１、ｄ２、ｄ３は、次式

で算出される。ここで、ｃは光速を表し、ｔｄ１、ｔｄ２、ｔｄ３は、１つの送信パルス１２ａが送信アンテナ１０３から送出されてから受信アンテナ１０４で受信パルス２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３が受信されるまでの遅延時間を表している。

次に、受信部１２０における処理を、図４〜図９を用いて以下に説明する。受信部１２０は、信号源として相関パルス発生源１２１とクロック発生源１２８を備えている。相関パルス発生源１２１及びクロック発生源１２８で生成される信号波形を、図４（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。相関パルス発生源１２１で生成される相関パルス列２１は、図４（ａ）に示すように、パルス発生源１１１で生成されるパルス１０ａのパルス幅に等しいパルス幅τの相関パルス２１ａを、Ａ／Ｄコンバータ１３０でサンプリングを行うサンプリング周期Ｔｓで、パルス発生源１１１から発生されるパルス１０ａ一つに対して複数個（Ｌ個（Ｌ≧２）とする）連続的に発生させている。図４に示す例では、パルス１０ａ一つに対し５個（Ｌ＝５）の相関パルス２１ａを発生させている。

クロック発生源１２８から出力されるクロック信号列２２は、図４（ｂ）に示すように、クロック信号２２ａが図４（ａ）に示す相関パルス２１ａと同期しており、相関パルス列２１と同じサンプリング周期Ｔｓでクロック信号２２ａをＬ個連続的に発生させている。但し、実際にはミキサ１２６からＡ／Ｄコンバータ１３０までの伝播遅延があるため、この伝播遅延時間だけクロック信号２２ａを相関パルス２１ａより遅らせて出力している。

相関パルス発生源１２１及びクロック発生源１２８の出力側にはそれぞれ第１の遅延素子１２２及び第２の遅延素子１２９が設けられており、それぞれの信号が所定の時間だけ遅延されて出力される。第１の遅延素子１２２及び第２の遅延素子１２９に設定される遅延時間（ｔｄとする）を、微小な単位遅延時間（ｔ１とする）ずつ変更していくことで、Ａ／Ｄコンバータ１３０において図５に例示するような等価サンプリングを行わせることができる。遅延時間ｔｄは、デジタル信号処理部１４０からの制御で更新される。単位遅延時間ｔ１については、これをパルス幅τ以下とすることで、所定の距離範囲を連続的に測定することができる。

図５では、第２の遅延素子１２９が、クロック発生源１２８から出力されるクロック信号列２２を単位遅延時間ｔ１ずつ順次遅らせて出力していることを示している。図５に示すクロック信号列２２−１〜ｎは、クロック発生源１２８で発生されたクロック信号列２２を次式で表される遅延時間ｔｄ＝ｔｄｉ（ｉ＝１，・・・，ｎ）だけ遅延させたものである。ここで、ｎはクロック周期（サンプリング周期Ｔｓに等しい）を単位遅延時間ｔ１毎に分割した分割数である。

このように順次遅延させたｎ個のクロック信号列２２−１〜ｎを出力することで、所定の距離範囲の測定を行う。すなわち、送信アンテナ１０３から１つの送信パルス１２ａが送出される度に５個（Ｌ個）のクロック信号２２ａからなる１組のクロック信号列２２が出力される。これにより、１つの送信パルス１２ａでクロック周期Ｔｓに相当する距離だけ離れた５つ（Ｌ個）の地点の測定を行う。以下、遅延時間ｔｄを式（２）に基づいて更新しながら測定を行い、送信パルス１２ａがｎ回送出されると、所定の距離範囲の測定が一通り終了する。
なお、上記では、クロック信号列２２について説明したが、相関パルス列２１についても、クロック信号列２２に同期して５個（Ｌ個）の相関パルス２１ａからなる相関パルス列２１−ｉ（ｉ＝１，・・・，ｎ）が、単位遅延時間ｔ１ずつ順次遅延されてｎ回にわたり出力される。

Ａ／Ｄコンバータ１３０では、図５に示すようなクロック信号２２ａ毎にサンプリングが行われ、一つのクロック信号列２２−ｉで５回（Ｌ回）のサンプリングが行われる。このようなサンプリングが、単位遅延時間ｔ１ずつ遅らせながら行われることになる。このような単位遅延時間ｔ１毎にサンプリングされるデータの単位はレンジビンと呼ばれ、このレンジビンが物体を分別する分解能になる。
なお、上記では、説明の簡略化のために１つの送信パルス１２ａが送出される度に遅延時間ｔｄを更新するものとして説明したが、より一般的には同じ遅延時間ｔｄでＭ個（Ｍは正の整数）の送信パルス１２ａによるＭ回（以下ではＭを同期加算数という）の測定を行ってサンプリング結果を足し込んだ後に遅延時間ｔｄを更新するようにすることもできる。Ｍを２以上とすることにより、同じレンジビンについて複数回（Ｍ回）測定することになり、Ｓ／Ｎを改善することができる。

図５において、ｎ＝１０としたときの等価サンプリングの方法を以下に説明する。送信アンテナ１０３から１回目のパルスが送出されると、クロック信号列２２−１がＡ／Ｄコンバータ１３０に出力される。これにより、各クロック信号２２ａのタイミングで１番目、１１番目、２１番目、３１番目、及び４１番目の５つ（Ｌ個）のレンジビンのデータがサンプリングされる。次に２回目のパルスが送出されると、クロック信号列２２−１より単位遅延時間ｔ１だけ遅延させたクロック信号列２２−２がＡ／Ｄコンバータ１３０に出力される。これにより、各クロック信号２２ａのタイミングで２番目、１２番目、２２番目、３２番目、及び４２番目の５つのレンジビンのデータがサンプリングされる。以下同様にして、クロック信号列２２の出力を単位遅延時間ｔ１ずつ遅らせながらサンプリングを行っていく。

そして、１０回目のパルスが送出されると、クロック信号列２２−１より（ｎ−１）×ｔ１だけ遅延させたクロック信号列２２−１０がＡ／Ｄコンバータ１３０に出力される。これにより、各クロック信号２２ａのタイミングで１０番目、２０番目、３０番目、４０番目、及び５０番目の５つのレンジビンの信号がサンプリングされる。
これにより、１番目から５０番目までのすべてのレンジビンのサンプリングを行うことができる。各レンジビンのデータをデジタル信号処理部１４０に出力した後、各レンジビンを初期化し、新たなサンプリングを開始する。以降のパルス送信に対しては、再びクロック信号列２２−１を用いたサンプリングに戻る。
なお、同期加算数Ｍが２以上の場合には、各クロック信号列２２−ｉを連続してＭ回用いてサンプリングを行ってサンプリング結果を足し込み、その後次のクロック信号列２２−（ｉ＋１）を用いたサンプリングに進む。

デジタル信号処理部１４０は、パルス発生源１１１、相関パルス発生源１２１、クロック発生源１２８、第１の遅延素子１２２、及び第２の遅延素子１２９を制御しており、この制御によりそれぞれの信号発生のタイミングが図６に示すように制御される。図６（ａ）は、パルス発生源１１１におけるパルス列１０の発生タイミングを示しており、図６（ｂ）は、クロック発生源１２８におけるクロック信号列２２の発生タイミングを示している。但し、相関パルス発生源１２１とクロック発生源１２８の信号出力タイミングは同じなので、図６では相関パルス発生源１２１から出力される相関パルス列２１は図示を省略している。デジタル信号処理部１４０は、パルス発生源１１１でパルスを発生させるタイミングと、相関パルス発生源１２１で相関パルス列２１を発生させるタイミング及びクロック発生源１２８でクロック信号列２２を発生させるタイミングが一致するように制御している。また、第１の遅延素子１２２、及び第２の遅延素子１２９に対しては、パルス発生源１１１における１回目のパルス発生に対しては遅延時間ｔｄがゼロとなるように制御しており、２回目以降のパルス発生に対しては、単位遅延時間ｔ１ずつ順次遅らせてクロック信号列２２をＡ／Ｄコンバータ１３０に出力させるように制御している。

一方、第２のパルスモジュレータ１２３では、第１の遅延素子１２２で所定の遅延時間を付加された相関パルス列２１を用いて周波数ｆｃの搬送波を切り出しており、図７（ａ）に示すような波形のパルス信号を出力する。このパルス信号を位相器１２５に入力し、位相を変えない第１の信号と位相を９０度ずらした第２の信号を出力してそれぞれを２つのミキサ１２６に出力している。ミキサ１２６では、位相器１２５から入力した第１の信号または第２の信号と、第２の電力分配器１２４から入力した受信信号２０（図７（ｂ）に再掲）とがミキシングされる。その結果、受信信号２０と相関パルス列２１の相互のパルス位置が一致する箇所において、パルス幅τ程度の出力が得られる。位相器１２５から入力する第１の信号及び第２の信号は、第１の遅延素子１２２で付加された遅延時間を有していることから、ミキサ１２６の出力は遅延時間に対応するレンジビンの情報となっている。ミキサ１２６の出力の一例を図７（ｃ）に示す。図７（ｃ）では、図７（ｂ）に示す受信信号２０で物体１と物体３による反射信号に相当するパルスのみが、図７（ａ）の相関パルス列２１に対応するパルスと一致した場合を例示している。

２つのミキサ１２６からの出力は、それぞれ別々のＡ／Ｄコンバータ１３０に入力され、ここで、相関パルス列２１に同期したクロック信号列２２−ｉに従ってサンプリングされる。Ａ／Ｄコンバータ１３０に入力されるクロック信号列２２−ｉは、図７（ｄ）に示すように、第２の遅延素子１２９で付加された遅延時間（第１の遅延素子１２２で付加された遅延時間と同じ）を有していることから、Ａ／Ｄコンバータ１３０における上記のサンプリングにより、当該遅延時間ｔｄｉに対応するレンジビンの情報が得られる。図７（ｃ）に示すミキサ１２６の出力を図７（ｄ）に示すクロック信号列２２−ｉでサンプリングした場合には、物体１と物体３の位置情報が得られる。２つのＡ／Ｄコンバータ１３０で得られたサンプリング結果は、それぞれＩ信号用のレンジビン、Ｑ信号用のレンジビンに保存される。

同様にして、遅延時間が異なる図８（ａ）に示すパルス信号を用いて図８（ｂ）に示す受信信号２０との相関が取られた場合には、物体２からの反射信号に相当するパルスがダウンコンバートされ、図８（ｃ）に示すようなミキサ１２６の出力が得られる。これを、Ａ／Ｄコンバータ１３０において、図８（ａ）のパルス信号と同期したクロック信号列２２−ｊ（ｊ≠ｉ）（図８（ｄ）に示す）に従ってサンプリングすることで、当該遅延時間ｔｄｊに対応するレンジビンに物体２の位置情報が得られる。

上記のようにして、図５を用いて説明した等価サンプリングをすべての遅延時間ｔｄｉ（ｉ＝１，・・・，ｎ）について行うと、図９に示すような物体１，２，３の位置情報を有するＩ信号及びＱ信号が得られ、これがデジタル信号処理部１４０に出力される。図９に示すようなＩ信号及びＱ信号は、受信信号２０のパルス位置に相当するレンジビンに大きな出力が得られていることを示している。Ｉ信号とＱ信号は、時間情報が同じで振幅情報のみが異なる直交した２系統で得られる情報である。

デジタル信号処理部１４０では、物体からの反射波の強度をＩ信号とＱ信号の二乗和を算出して求め、所定の閾値を超える強度を有するレンジビンの情報から、それぞれの物体までの距離を算出する。また、それぞれのレンジビン情報を所定の時間ごとに保存したＩ信号、Ｑ信号のデータを用いて複素ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）の演算を行い、各物体の持つドップラー成分から相対速度を算出することができる。

本実施形態のレーダ装置１００において、デジタル信号処理部１４０が行う処理を、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。本実施形態のレーダ装置１００が起動されると、デジタル信号処理部１４０は、ステップＳ１で同期加算カウンタｍ、遅延時間ｔｄ、ＦＦＴカウンタＦの初期化を含む所定の初期化を行った後、ステップＳ２においてパルス発生源１１１を制御して送信パルス１０ａを送出させる。それと同時に、相関パルス２１ａ及びクロック信号２２ａを出力するように相関パルス発生源１２１及びクロック発生源１２８に対し指示を出す。相関パルス発生源１２１及びクロック発生源１２８から出力された相関パルス２１ａ及びクロック信号２２ａは、第１の遅延素子１２２及び第２の遅延素子１２９で遅延時間ｔｄを付加され、Ａ／Ｄコンバータ１３０で受信信号のサンプリングが行われる。

ステップＳ３において同期加算カウンタｍに１を加算し、ステップＳ４で回数ｍがあらかじめ設定された同期加算数Ｍに達したかを判定する。ここで、同期加算カウンタｍが同期加算数Ｍに満たないと判定された場合には、再びステップＳ２に戻り、同じ遅延時間ｔｄで次のサンプリングを行う。ステップＳ４で同期加算カウンタｍがあらかじめ設定された同期加算数Ｍに達したと判定すると、次のステップＳ５で遅延時間ｔｄに単位遅延時間ｔ１を加算して更新する。そして、次のステップＳ６において、遅延時間ｔｄがサンプリング周期Ｔｓに達したかを判定し、ｔｄがＴｓ未満であると判定されると、ステップＳ７に進んで、同期加算カウンタｍを０に初期化した後、再びステップＳ２に戻って次のサンプリングを行う。

一方、ステップＳ６で遅延時間ｔｄがサンプリング周期Ｔｓに達したと判定されると、次のステップＳ８に進み、全レンジビンの結果をデジタル信号処理部１４０内のメモリに保持する。その後、ステップＳ９においてＦＦＴカウンタＦに１を加算し、次のステップＳ１０でＦＦＴカウンタＦがＦＦＴ処理に必要な回数Ｆｍａｘに達したかを判定する。Ｆｍａｘは、例えば６４ポイントとすることができる。ステップＳ１０でＦがＦｍａｘ未満と判定されると、ステップＳ１１で同期加算カウンタｍ及び遅延時間ｔｄを初期化した後、再びステップＳ２に戻って次のサンプリングを行う。一方、ステップＳ１０でＦがＦｍａｘに達したと判定されると、ステップＳ１２で前記デジタル信号処理部１４０内のメモリに保持したデータを用いてＦＦＴ処理を行い、ステップＳ１３で物体の位置情報や相対速度情報を算出する。

上記構成の本第１の実施形態のレーダ装置１００では、ミキサ１２６のローカル入力側に相関パルスを挿入し、相関パルスと受信信号との相関を取る構成となっている。一つの送信パルスに対して受信アンテナ１０４により得られる物体からの反射波情報を、同期した複数の相関パルス２１ａとＡ／Ｄコンバータ１３０で用いる複数のクロック信号２２ａを用いて等価サンプリングすることにより、より高速にサンプリングすることができる。つまり、上記の実施形態例では、送信パルス１発に対し、５箇所（Ｌ箇所）のレンジビン情報を得ることができる。従来の技術では、送信パルス１発に対し１箇所のレンジビン情報しか得られなかった。また、上記実施形態例では同期加算数Ｍを１として説明したが、通常は、複数回の同期加算を行って反射波のＳ／Ｎを改善させる。さらに、Ａ／Ｄコンバータ１３０では、Ａ／Ｄ変換された出力を用いたデジタル信号処理で同期加算を行うことで、従来のアナログ素子による電荷加算より高い信頼性が得られる。

（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を、図１１を用いて説明する。図１１は、第２の実施形態のレーダ装置２００の構成を示すブロック図である。レーダ装置２００は、第１の実施形態のレーダ装置１００の一部を変更した構成となっている。一般に、周波数が高くなると用いる部品が高価なものになる。そこで、本実施形態では発振器２０１、第１の電力分配器２０２、第１のパルスモジュレータ２１２、第２のパルスモジュレータ２２３の周波数帯を使用する無線周波数帯の１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）とするとともに、逓倍率Ｎの第１の逓倍器２１３及び第２の逓倍器２３１を追加している。

送信部２１０において、第１のパルスモジュレータ２１２の後方に第１の逓倍器２１３を配置することで、第１のパルスモジュレータ２１２の出力の周波数をＮ倍して、使用する無線周波数帯の信号を得ている。これにより、送信アンテナに出力される送信パルスは、第１の実施形態の送信パルス１２と同等のものとなる。なお、パルス発生源として第１のパルス発生源２１１と第２のパルス発生源２１４が用いられているところ、第１のパルス発生源２１１としては第１の実施形態のパルス発生源１１１と同等のものが用いられる。第２のパルス発生源２１４は第１の逓倍器２１３をオン・オフ制御するもので、第１のパルス発生源２１１と同じ波形のパルスを出力するが、第１の逓倍器２１３を駆動させる電圧値が第１のパルスモジュレータ２１２の駆動電圧値と異なっているため、出力パルスの電圧値が両者で異なっている。
本実施形態では、第１のパルスモジュレータ２１２と第１の逓倍器２１３により、発振器２０１で生成される搬送波を２段階で切り出すことになることから、送信信号へのキャリアリークを低減させる効果もある。また、逓倍器は非線形デバイスであり、より効率よくキャリアリークを低減することができる。

受信部２２０においても、第２のパルスモジュレータ２２３の後方に第２の逓倍器２３１を配置しており、ここで第２のパルスモジュレータ２２３の出力の周波数をＮ倍することで、第２の逓倍器２３１の出力は、第１の実施形態における第２のパルスモジュレータ１２３の出力と同等のものとなる。また、本実施形態の受信部２２０では、２つの受信アンテナ２０４を並べて受信信号を受信しており、ハイブリッド回路２３２においてそれぞれの受信波の合成（和信号Σ）と差分（差信号Δ）を生成し、アンテナ切替スイッチ２３３で和信号と差信号を切り替えて後段の信号処理を行うように構成している。本実施形態では、和信号と差信号のデータについてモノパルス方式で演算することで、物体の方位を検知することが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を、図１２を用いて説明する。図１２は、第３実施形態のレーダ装置３００の構成を示すブロック図である。レーダ装置３００は、第１の実施形態のレーダ装置１００とは第２のパルスモジュレータの位置が異なっている（本実施形態では、第２のパルスモジュレータを符号３２３で示す）。送信部１１０で送信信号を生成する過程や、受信部３２０における受信信号、相関パルス、クロック信号の処理、及び等価サンプリングの処理内容は第１の実施形態と同じである。以下では、第１の実施形態のレーダ装置１００と異なる点を中心に、本実施形態の受信部３２０の処理を説明する。

まず、物体１、３に関しては、受信アンテナ１０４で受信された図３（ｂ）に示した受信信号２０は、第２のパルスモジュレータ３２３において遅延時間ｔｄｉだけ遅延した相関パルス２１−ｉで切り出される。これにより、受信信号２０と相関パルス２１−ｉとが重なる部分のみが切り出され、図１３（ａ）に示ような信号が出力される。この信号が、ミキサ１２６において発振器１０１からの搬送波（図２（ｂ）に示した連続波）とミキシングされると、第１の実施形態のミキサ１２６の出力と同等の図７（ｃ）に示した波形の信号が得られる。以下の処理は、第１の実施形態と同じである。このようにして物体１と物体３の位置情報が得られる。

同様に、物体２についても、第２のパルスモジュレータ３２３から別の遅延時間ｔｄｊ（ｊ≠ｉ）だけ遅延した相関パルス２１−ｊにより切り出され、図１３（ｂ）に示ような信号が出力される。これがミキサ１２６で発振器１０１からの搬送波とミキシングされることで、第１の実施形態のミキサ１２６の出力と同等の図８（ｃ）に示した波形の信号が得られる。そして、第１の実施形態と同様の処理により、物体２の位置情報が得られる。

上記構成の本発明では、ミキサ１２６のＲＦ入力側に相関パルスを挿入し、受信波と相関パルスとの相関を取る構成となっている。ミキサ１２６以降の処理は、第１の実施形態と同じである。従って、第１の実施形態と同様に、複数のレンジビン情報を同時に得ることができ、一連のレーダ情報を収集する更新スピードを高速化することができる。

本発明のレーダ装置では相関器（相関パルスの発生手段）を用いているところ、受信部を構成するデバイスであるミキサや電力増幅器、Ａ／Ｄコンバータの周波数帯域が広帯域なもの（１ｎｓ程度のインパルスが通過する帯域）であれば、相関器がなくても同等の結果を得ることは可能である。
しかしながら、広帯域なデバイスは高価であり、できるだけ安価なデバイスで構成することが要求される。一方、安価なデバイスは広帯域な周波数特性をもっておらず、パルスのもつ高周波成分が遮断されて、パルス形状が崩れてしまう。その結果、物体の検出分解能が低下してしまう問題が発生する。

一例として、図１４（ａ）に示すような物体２と物体３とが近接している受信波形を受信した場合を例に説明する。相関器を使わずに高価な広帯域周波数特性をもつデバイスを用いた場合には、図１４（ａ）に示す受信信号から図１４（ｂ）に示すように物体２と物体３を分離して検出することが可能である。しかしながら、安価で広帯域周波数特性をもたないデバイスを用いて、相関器を用いないレーダ装置を構成した場合には、図１４（ｃ）に示すようにパルスの波形がなまってしまい、物体２と物体３の分離が困難になってしまう。

これに対し相関器を用いた本発明のレーダ装置では、例えば図１４（ｄ）及び（ｅ）のように、物体２と物体３が別の相関パルスを用いて検出される。その結果、物体２と物体３を完全に分離して検出することができる。このように、相関器を用いることで、安価なデバイスで構成した場合でも高価なデバイスで構成した場合と同等の性能を満たすことができる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるレーダ装置の細部構成及び詳細な動作などに関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１００、２００、３００ レーダ装置
１０１、２０１ 発振器
１０２、２０２，３０２ 第１の電力分配器
１０３ 送信アンテナ
１０４、２０４ 受信アンテナ
１１０、２１０ 送信部
１１１、２１１、２１４ パルス発生源
１１２、２１２ 第１のパルスモジュレータ
１２０、２２０、３２０ 受信部
１２１ 相関パルス発生源
１２２ 第１の遅延素子
１２３、２２３、３２３ 第２のパルスモジュレータ
１２４ 第２の電力分配器
１２５ 位相器
１２６ ミキサ
１２７ 電力増幅器
１２８ クロック発生源
１２９ 第２の遅延素子
１３０ Ａ／Ｄコンバータ
１４０ デジタル信号処理部
２１３、２３１ 逓倍器
２３２ ハイブリッド回路
２３３ アンテナ切替スイッチ

Claims (7)

1. 所定の周波数の搬送波を発振する発振器と、前記発振器から出力される搬送波の電力を２つの出力に分配する第１の電力分配器と、前記第１の電力分配器で分配された一方の搬送波を入力して所定の送信信号を生成する送信部と、前記送信部から前記送信信号を入力して電波で空間に送出する送信アンテナと、前記送信アンテナから送出された電波が物体で反射された反射電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナから受信信号を入力するとともに前記第１の電力分配器で分配された他方の搬送波を入力して所定の信号処理を行う受信部と、前記受信部から入力した信号をもとに物体の検出を行うデジタル信号処理部と、を備えるレーダ装置であって、
   前記送信部は、
   所定のパルス幅のパルスを所定のパルス繰返し周期で発生させるパルス発生源と、
   前記パルスに前記一方の搬送波を重畳させて前記送信信号を出力する第１のパルスモジュレータと、を備え、
   前記受信部は、
   前記パルス発生源に同期させて、前記パルス１つに対し前記所定のパルス幅と同一のパルス幅を有する相関パルスを所定の時間間隔（Ｔｓ）でＬ回（Ｌは２以上の整数）だけ発生させる相関パルス発生源と、
   前記相関パルス発生源から出力される前記相関パルスを所定の遅延時間（ｔｄ）だけ遅延させて出力する第１の遅延素子と、
   前記第１の遅延素子から出力される相関パルスに前記他方の搬送波を重畳させる第２のパルスモジュレータと、
   前記受信アンテナから入力した受信信号を２つの受信信号に分配する第２の電力分配器と、
   前記第２のパルスモジュレータの出力を入力して位相が不変の第１の出力と９０度ずれた第２の出力を出力する位相器と、
   前記第１の出力と第２の出力をそれぞれ前記第２の電力分配器で分配された前記２つの受信信号と掛け合わせる２つのミキサと、
   前記２つのミキサのそれぞれの出力電力を増幅する２つの電力増幅器と、
   前記相関パルス発生源と同期させてクロック信号を生成するクロック発生源と、
   前記クロック信号を前記遅延時間ｔｄだけ遅延させる第２の遅延素子と、
   前記第２の遅延素子から出力されるクロック信号のタイミングで前記２つの電力増幅器の出力をそれぞれサンプリングする２つのＡ／Ｄコンバータと、を備え、
   前記Ａ／Ｄコンバータは、前記送信アンテナから前記送信信号の電波が送出される度に、前記クロック信号によるサンプリングを前記Ｌ回行う
   ことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記遅延時間ｔｄは、前記送信アンテナから前記送信信号の電波がＭ回（Ｍは２以上の整数）送出される毎に更新される
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記第１の遅延素子及び前記第２の遅延素子は、初期値を０として単位遅延時間ｔ１ずつ増加させて前記遅延時間ｔｄを更新し、前記遅延時間が前記所定の時間間隔Ｔｓ以上になると再び０に初期化する
   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. 前記単位遅延時間ｔ１は、前記所定のパルス幅より短い
   ことを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
5. 前記デジタル信号処理部は、前記２つのＡ／Ｄコンバータの出力を入力して前記物体までの距離及び相対速度を算出するとともに、前記パルス発生源、前記相関パルス発生源、前記第１の遅延素子、前記第２の遅延素子、及び前記クロック発生源に対して所定の同期をとる制御を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーダ装置。
6. 前記第１のパルスモジュレータと前記送信アンテナとの間に接続された第１の逓倍器と、
   前記第１の逓倍器に接続され、該第１の逓倍器をオンオフ制御する別のパルス発生器と、
   前記第２のパルスモジュレータと前記位相器との間に接続された第２の逓倍器と、をさらに備え、
   前記発振器が使用周波数の１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の周波数の搬送波を発振し、前記第１の電力分配器、前記第１のパルスモジュレータ、及び前記第２のパルスモジュレータの周波数帯が前記使用周波数の１／Ｎであり、前記第１の逓倍器及び前記第２の逓倍器がともに入力信号の周波数をＮ倍に逓倍する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
7. 所定の周波数の搬送波を発振する発振器と、前記発振器から出力される搬送波の電力を２つの出力に分配する第１の電力分配器と、前記第１の電力分配器で分配された一方の搬送波を入力して所定の送信信号を生成する送信部と、前記送信部から前記送信信号を入力して電波で空間に送出する送信アンテナと、前記送信アンテナから送出された電波が物体で反射された反射電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナから受信信号を入力するとともに前記第１の電力分配器で分配された他方の搬送波を入力して所定の信号処理を行う受信部と、前記受信部から入力した信号をもとに物体の検出を行うデジタル信号処理部と、を備えるレーダ装置であって、
   前記送信部は、
   所定のパルス幅のパルスを所定のパルス繰返し周期で発生させるパルス発生源と、
   前記パルスに前記一方の搬送波を重畳させて前記送信信号を出力する第１のパルスモジュレータと、を備え、
   前記受信部は、
   前記パルス発生源に同期させて、前記パルス１つに対し前記所定のパルス幅と同一のパルス幅を有する相関パルスを所定の時間間隔（Ｔｓ）でＬ回（Ｌは２以上の整数）だけ発生させる相関パルス発生源と、
   前記相関パルス発生源から出力される前記相関パルスを所定の遅延時間（ｔｄ）だけ遅延させて出力する第１の遅延素子と、
   前記第１の遅延素子から出力される相関パルスに前記受信アンテナから入力した受信信号を重畳させる第２のパルスモジュレータと、
   前記第２のパルスモジュレータの出力を２つの出力に分配する第２の電力分配器と、
   前記他方の搬送波を入力して位相が不変の第１の出力と９０度ずれた第２の出力を出力する位相器と、
   前記第１の出力と第２の出力をそれぞれ前記第２の電力分配器で分配された前記２つの出力と掛け合わせる２つのミキサと、
   前記２つのミキサのそれぞれの出力電力を増幅する２つの電力増幅器と、
   前記相関パルス発生源と同期させてクロック信号を生成するクロック発生源と、
   前記クロック信号を前記遅延時間ｔｄだけ遅延させる第２の遅延素子と、
   前記第２の遅延素子から出力されるクロック信号のタイミングで前記２つの電力増幅器の出力をそれぞれサンプリングする２つのＡ／Ｄコンバータと、を備え、
   前記Ａ／Ｄコンバータは、前記送信アンテナから前記送信信号の電波が送出される度に、前記クロック信号によるサンプリングを前記Ｌ回行う
   ことを特徴とするレーダ装置。

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