JP5460638B2 - パルスレーダ装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置に関し、特にパルス信号を該装置から放射し、対象物で反射し、再び該装置で受信されるまでの往復時間を測定することで該対象物までの距離を計測する車載パルスレーダ装置及びその制御方法に関するものである。

一般的なパルスレーダ装置は、高周波の搬送波を変調してごく短い時間だけ搬送周波数を切り出すことにより、パルス状の送信信号を生成する高周波送信部と、高周波送信部で生成された送信信号を電波として空間に放射する送信アンテナと、送信アンテナから放射された電波が対象物で反射されて戻ってきた反射波を受信する受信アンテナと、受信アンテナから受信信号を入力してベースバンド信号にダウンコンバートする高周波受信部と、高周波受信部からベースバンド信号を入力して対象物までの距離等を算出するベースバンド部と、を備えている。

また、高周波送信部は、所定の周波数の搬送波を生成する発振器と、発振器で生成された搬送波をパルス状に切り出すスイッチ等を有している。高周波受信部は、送信信号と受信信号との相関をとる相関器と、相関器の出力信号をベースバンド信号にダウンコンバートするためのＩＱミキサを有している。ベースバンド部は、高周波受信部からのベースバンド信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部からのディジタル信号を処理して対象物までの距離や対象物の相対速度を算出するディジタル信号処理部と、パルスレーダ装置の制御を行う制御部を有している。制御部は、高周波送信部のスイッチや高周波受信部の相関器をオン／オフ制御している。

パルスレーダ装置は、上記説明のように、高周波信号を処理する高周波送信部及び高周波受信部（以下では、両者を合わせてＲＦ部という）と、低周波信号を処理するベースバンド部とを備えている。このうち、ＲＦ部は高周波に対応可能な高価な基板を用いる必要があることから、低コスト化を図るために、従来より、ＲＦ部のみを高周波に対応可能な基板に配置し、ベースバンド部は低価格の基板に配置するのが一般的である。また、別々の基板に配置されたＲＦ部とベースバンド部とを接続する手段として、従来より寸法が小さく安価な多ピンのコネクタが用いられている。

上記のように、別々の基板上に形成されるベースバンド部とＲＦ部とを安価な集約された多ピンのコネクタで接続すると、制御信号が受信信号に干渉ノイズ信号として漏れこんできてしまうといった問題があった。このように、該多ピンのコネクタにおいて、副次的に発生する制御信号等の不要波が受信信号に漏れこんで干渉ノイズ信号となると、十分な受信強度が得られないときは、該干渉ノイズ信号に所望の受信信号が埋もれてしまうという問題がある。そこで、従来は、なるべく該多ピン間のアイソレーションを大きくして該干渉ノイズ信号の信号量を低減することで、受信強度が小さい受信信号まで検出できるようにしていた。

さらに、このような干渉ノイズ信号は発生要因は異なるが、各種レーダ装置にも存在し、該干渉ノイズ信号を除去する技術がある。特許文献１では、ＦＭ−ＣＷレーダにおける受信信号に重畳した定常的なノイズ成分（周波数やレベルの時間的変動が小さいノイズ成分）の干渉ノイズ信号低減処理が開示されている。定常的なノイズ成分を記憶し、受信信号のスペクトラム分布から差し引くことで、対象物を検出する。

特開平７−１５１８５２号公報

しかしながら、車載レーダでは、小型な基板に実装することが多いため、多ピンコネクタのピン間のアイソレーションを十分確保することは非常に困難であるという問題があった。また、信号間の干渉を防止するために、各信号線を完全に独立した同軸線で接続することも可能であるが、ＲＦ部とベースバンド部との間の接続に複数の同軸線を用いると、高コストとなるとともに、機構上の取り回しが複雑となるため、製造が困難になる、といった問題があった。

また、パルスレーダ装置の場合には、特に受信側に相関器を用いると発振器から出た信号が高周波受信部のＩＱミキサを通り、相関器で反射され、再びＩＱミキサでダウンコンバートされることによりセルフミキシングノイズが発生するという問題もある。とりわけ、遠方にある対象物からの信号は振幅のレベルが小さくなるため、上記の干渉ノイズ信号やセルフミキシングノイズで隠されてしまうおそれがある。

さらに、特許文献1で開示された技術によれば、低レベルの干渉ノイズ信号を減算する方式であるため、受信信号よりも高いレベルの干渉ノイズ信号には適用できないという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ノイズ信号のレプリカ信号を生成して受信信号から除去することにより、多ピンコネクタを用いて装置の小型化を実現しつつ、受信信号強度を超過する干渉ノイズ信号を低減し、対象物の情報を高精度に検出することが可能なパルスレーダ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のパルスレーダ装置の第１の態様は、所定周波数の搬送波を生成する発振器を有し、前記搬送波を２以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出し、前記２以上の送信用制御信号のすべてが出力されたときに送信信号を生成する高周波送信部と、前記高周波送信部から前記送信信号を入力して電波として空間に放射する送信アンテナと、前記電波が対象物で反射された反射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して受信用制御信号に従って前記送信信号との相関をとってベースバンド信号に変換する高周波受信部と、少なくとも前記ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部から前記ディジタル信号を入力して前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を算出するディジタル信号処理部と、前記送信用制御信号を前記高周波送信部に出力するとともに前記受信用制御信号を前記高周波受信部に出力する制御部と、を有するベースバンド部と、を備え、前記ディジタル信号処理部は、前記制御部から前記２以上の送信用制御信号の一部または全部が出力されずそれ以外の前記送信用制御信号及び前記受信用制御信号が出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を第１のバックグランド信号として取得し、前記制御部から前記一部または全部の送信用制御信号のみが出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を第２のバックグランド信号として取得し、前記第１のバックグランド信号と前記第２のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出し、前記制御部から前記２以上の送信用制御信号の全部及び前記受信用制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号から前記レプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、前記低ノイズ信号に基づいて前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を算出することを特徴する。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記第１バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波を出力させ、前記第２バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波の出力を停止させていることを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記第１バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第２バックグラウンド信号を取得するときとも、前記発振器からの搬送波を出力させていることを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ディジタル信号処理部は、前記Ａ／Ｄ変換部から入力したディジタル信号をフーリエ変換処理するものであり、前記制御部から前記２以上の送信用制御信号の全部及び前記受信用制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出することを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、少なくとも前記ベースバンド部が第１の基板上に形成されて前記高周波送信部及び前記高周波受信部が前記第１の基板とは別の基板上に形成されており、前記ベースバンド信号を伝達する信号線と前記２以上の送信用制御信号及び前記受信用制御信号を伝達するそれぞれの制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンコネクタの結線部が前記第１の基板と前記別の基板との間に設けられ、前記制御線から前記信号線への漏れ信号のレベルが前記Ａ／Ｄ変換部のダイナミックレンジ内に入るように前記結線部内で前記制御線の結線と前記信号線の結線とが隔離して配置されていることを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記高周波送信部が、前記搬送波を第１制御信号に従ってパルス状に切出す第１ゲート部と、前記第１ゲート部で切出された信号を第２制御信号に従ってさらに切出して前記送信信号を生成する第２ゲート部と、をさらに有し、前記高周波受信部が、前記受信アンテナから前記受信信号を入力して第３制御信号に従って前記送信信号との相関をとる相関部と、前記相関部からの出力信号をベースバンドにダウンコンバートして前記ベースバンド信号を出力するダウンコンバート部と、を有し、前記制御部が、前記第１ゲート部、前記第２ゲート部、及び前記相関部にそれぞれ前記第１制御信号、前記第２制御信号、及び前記第３制御信号を出力してそれぞれの電源をオン／オフ制御し、前記ディジタル信号処理部は、前記２以上の送信用制御信号を前記第１制御信号と前記第２制御信号の２個とし、前記受信用制御信号を前記第３制御信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ディジタル信号処理部は、前記制御部から前記第１制御信号と前記第２制御信号のいずれか一方が出力されず他方および前記第３制御信号が出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を前記第１のバックグランド信号とし、前記制御部から前記第１制御信号と前記第２制御信号のいずれか一方のみが出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を前記第２のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ディジタル信号処理部は、前記制御部から前記第１制御信号と前記第２制御信号の両方が出力されず前記第３制御信号が出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を前記第１のバックグランド信号とし、前記制御部から前記第１制御信号と前記第２制御信号の両方のみが出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を前記第２のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記第１バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波を出力させ、前記第２バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波の出力を停止させていることを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記第１バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第２バックグラウンド信号を取得するときとも、前記発振器からの搬送波を出力させていることを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ディジタル信号処理部は、前記制御部から前記第１制御信号、前記第２制御信号及び前記第３制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出することを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ベースバンド部は、該ベースバンド部の動作周波数帯に対応する低周波用基板上に形成され、前記高周波送信部及び前記高周波受信部は、該高周波送信部及び高周波受信部の動作周波数帯に対応する高周波用基板上に形成され、前記ベースバンド信号を伝達する信号線と前記第１制御信号、前記第２制御信号、及び前記第３制御信号を伝達するそれぞれ第１制御線、第２制御線、及び第３制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンのコネクタの結線部が前記低周波用基板と前記高周波用基板との間に設けられ、前記制御線から前記信号線への漏れ信号のレベルが前記Ａ／Ｄ変換部のダイナミックレンジ内に入るように前記結線部内で前記制御線の結線と前記信号線の結線とが隔離して配置されていることを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の第１の態様は、所定周波数の搬送波を生成する搬送波生成ステップと、前記搬送波を２以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出して送信信号を生成する信号切出しステップと、前記送信信号を電波として空間に放射する送信ステップと、前記電波が対象物で反射された反射波を受信する受信ステップと、受信用制御信号に従って前記受信ステップで受信した受信信号と前記送信信号との相関をとる相関ステップと、前記相関ステップの出力信号をベースバンドにダウンコンバートしてベースバンド信号を出力するダウンコンバートステップと、少なくとも、前記ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ステップと、前記ディジタル信号を入力して前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を算出するディジタル信号処理ステップと、を有し、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記信号切出しステップで前記２以上の記送信用制御信号の一部または全部を出力せずそれ以外の前記送信用制御信号を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を第１のバックグランド信号として取得し、前記信号切出しステップで前記一部または全部の送信用制御信号のみを出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を第２のバックグランド信号として取得し、前記第１のバックグランド信号と前記第２のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出し、前記信号切出しステップで前記２以上の送信用制御信号の全部を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力しかつ前記搬送波生成ステップを行ったときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号から前記レプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、該低ノイズ信号に基づいて前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を算出することを特徴する。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第１バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行い、前記第２バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行わないことを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第１バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第２バックグラウンド信号を取得するときとも、前記搬送波生成ステップを行うことを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記Ａ／Ｄ変換ステップで変換されたディジタル信号をフーリエ変換処理し、前記信号切出しステップで前記２以上の送信用制御信号の全部を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力しかつ前記搬送波生成ステップを行ったときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出することを特徴とする。本発明のパルスレーダ装置では、送信信号を生成するのにｍ（ｍ≧２）個の制御信号（以下では送信用制御信号という）を用い、受信信号を処理するのに１以上の制御信号（以下では受信用制御信号という）を用いている。以下では、説明容易のために送信用制御信号を２個（ｍ＝２）とし、受信用制御信号を１個として説明するが、これに限定されず、送信用制御信号が３以上あってよく、また受信用制御信号が２以上あってもよい。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記信号切出しステップは、前記搬送波を第１制御信号に従ってパルス状に切出す第１切出しステップと、前記第１切出しステップで切出した信号を第２制御信号に従ってさらに切出して送信信号を生成する第２切出しステップと、を有し、前記相関ステップでは、第３制御信号に従って前記受信信号と前記送信信号との相関をとり、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記２以上の送信用制御信号を前記第１制御信号と前記第２制御信号の２個とし、前記受信用制御信号を前記第３制御信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記信号切出しステップで前記第１制御信号と前記第２制御信号のいずれか一方を出力せず他方を出力しかつ前記相関ステップで前記第３制御信号を出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を前記第１のバックグランド信号とし、前記信号切出しステップで前記第１制御信号と前記第２制御信号のいずれか一方のみを出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を前記第２のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記信号切出しステップで前記第１制御信号と前記第２制御信号の両方を出力せずかつ前記相関ステップで前記第３制御信号を出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を前記第１のバックグランド信号とし、前記信号切出しステップで前記第１制御信号と前記第２制御信号の両方のみを出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を前記第２のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第１バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行い、前記第２バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行わないことを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第１バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第２バックグラウンド信号を取得するときとも、前記搬送波生成ステップを行うことを特徴とする。

本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第１切出しステップ、前記第２切出しステップ及び前記相関ステップを実行したときのディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出することを特徴とする。
本発明のパルスレーダ装置では、レプリカ信号を作成するときに発振器から搬送波が出力される態様と搬送波が出力されない態様がある。また、本発明のパルスレーダ装置の制御方法でも、レプリカ信号を作成するときに搬送波生成ステップを行って搬送波を出力する態様と、送波生成ステップを行わないで搬送波を出力しない態様がある。

本発明によれば、ノイズ信号のレプリカ信号を生成して受信信号から除去することにより、対象物の情報を高精度に検出することが可能なパルスレーダ装置及びその制御方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。 ノイズの影響が無いとしたときの信号の時間波形図である。 不要波の信号が混入した信号の時間波形図である。 本発明の第１実施形態に係るパルスレーダ装置の制御線及び信号線を拡大して表示した拡大図である。 本発明の第１実施形態に係るパルスレーダ装置の第１ゲート部への制御信号を出力させないときのノイズ信号の時間波形図である。 本発明の第１実施形態に係るパルスレーダ装置の第１ゲート部のみに制御信号を出力させるときのノイズ信号の時間波形図である。 本発明の第１実施形態に係るパルスレーダ装置により作成されるレプリカ信号の時間波形図である。 本発明の第１実施形態に係るパルスレーダ装置による信号の処理方法を示す流れ図である。 本発明の第２実施形態に係るパルスレーダ装置の第１ゲート部及び第２ゲート部のみに制御信号を出力させるときのノイズ信号の時間波形図である。 本発明の第２実施形態に係るパルスレーダ装置の第１ゲート部及び第２ゲート部のみに制御信号を出力させないときのノイズ信号の時間波形図である。 本発明の第２実施形態に係るパルスレーダ装置による信号の処理方法を示す流れ図である。 本発明の第３実施形態に係るパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。

本発明の好ましい実施の形態におけるパルスレーダ装置及びその制御方法について、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。

本発明のパルスレーダ装置は、所定周波数の搬送波を生成する発振器を有し、発振器で生成された搬送波を２以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出して送信信号を生成する高周波送信部と、高周波送信部から送信信号を入力して電波として空間に放射する送信アンテナと、空間に放射された電波が対象物で反射された反射波を受信する受信アンテナと、受信アンテナから受信信号を入力して受信用制御信号に従って送信信号との相関をとってベースバンド信号に変換する高周波受信部と、を備えている。また、ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部からディジタル信号を入力して対象物までの距離及び／または対象物の相対速度及び／または対象物の方位角を算出するディジタル信号処理部と、送信用制御信号を高周波送信部に出力するとともに受信用制御信号を高周波受信部に出力する制御部と、を有するベースバンド部と、を備えている。

ディジタル信号処理部は、制御部から２以上の送信用制御信号の一部または全部が出力されずそれ以外の送信用制御信号及び前記受信用制御信号が出力されかつ発振器からの搬送波の出力が行われているときにＡ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を、第１のバックグランド信号として取得する。また、制御部から上記の一部または全部の送信用制御信号のみが出力されかつ発振器からの搬送波の出力が停止しているときにＡ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を、第２のバックグランド信号として取得する。そして、第１のバックグランド信号と第２のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出する。

レプリカ信号が算出されると、制御部から２以上の送信用制御信号の全部と受信用制御信号を出力し、かつ発振器からの搬送波の出力が行われているときにＡ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を入力し、これから上記のレプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出する。そして、この低ノイズ信号に基づいて対象物までの距離及び／または対象物の相対速度及び／または対象物の方位角を算出する。

ディジタル信号処理部は、Ａ／Ｄ変換部から入力したディジタル信号をフーリエ変換処理するようにすることができ、制御部から送信用制御信号の全部及び受信用制御信号が出力されかつ発振器からの搬送波の出力が行われているときにＡ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分からレプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより低ノイズ信号を算出する。

パルスレーダ装置の構成として、少なくともベースバンド部を第１の基板上に形成し、高周波送信部及び高周波受信部を第１の基板とは別の基板上に形成することができる。この場合には、ベースバンド信号を伝達する信号線と２以上の送信用制御信号及び受信用制御信号を伝達するそれぞれの制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンコネクタの結線部を第１の基板と別の基板との間に設けることができる。このとき、信号線と制御線をなるべく離して配置し、アイソレーションを稼ぐようにする。

また、本発明のパルスレーダ装置の制御方法は、所定の周波数の搬送波を生成する搬送波生成ステップと、搬送波を２以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出して送信信号を生成する信号切出しステップと、送信信号を電波として空間に放射する送信ステップと、空間に放射された電波が対象物で反射された反射波を受信する受信ステップと、受信用制御信号に従って前記受信ステップで受信した受信信号と送信信号との相関をとる相関ステップと、相関ステップの出力信号をベースバンドにダウンコンバートしてベースバンド信号を出力するダウンコンバートステップと、ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ステップと、ディジタル信号を入力して対象物までの距離及び／または対象物の相対速度及び／または対象物の方位角を算出するディジタル信号処理ステップと、を有している。

ディジタル信号処理ステップでは、信号切出しステップで２以上の記送信用制御信号の一部または全部を出力せずそれ以外の送信用制御信号を出力しかつ相関ステップで受信用制御信号を出力しかつ搬送波生成ステップを行ったときにＡ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を第１のバックグランド信号として取得し、信号切出しステップで上記の一部または全部の送信用制御信号のみを出力しかつ搬送波生成ステップを行わないときにＡ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を第２のバックグランド信号として取得する。そして、第１のバックグランド信号と第２のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出する。

レプリカ信号が算出されると、信号切出しステップで送信用制御信号の全部を出力しかつ相関ステップで受信用制御信号を出力しかつ搬送波生成ステップを行ったときにＡ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号から上記のレプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、該低ノイズ信号に基づいて対象物までの距離及び／または対象物の相対速度及び／または対象物の方位角を算出する。

上記のディジタル信号処理ステップでは、Ａ／Ｄ変換ステップで変換されたディジタル信号をフーリエ変換処理するようにすることができ、この場合には信号切出しステップで送信用制御信号の全部を出力しかつ相関ステップで受信用制御信号を出力しかつ搬送波生成ステップを行ったときにＡ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分からレプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより低ノイズ信号を算出する。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施の形態に係るパルスレーダ装置を、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態のパルスレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。図１において、パルスレーダ装置１００は、高周波信号を処理する高周波送信部１１０及び高周波受信部１２０と、低周波信号を処理するベースバンド部１３０と、電波を空間に放射するための送信アンテナ１０１と、対象物で反射した反射波を受信する受信アンテナ１０２と、を備えている。以下では、説明容易のため、パルスレーダ装置１００で検出する対象物を符号Ｔで示す。

高周波送信部１１０は、電磁波の送信信号の発生源である所定の高周波信号（搬送波）を発生させる発振器１１１と、発振器１１１で生成される高周波信号を所定の時間幅のパルス状の信号（パルス信号）に切出す第１ゲート部１１２及び第２ゲート部１１３と、を備えている。第１ゲート部１１２及び第２ゲート部１１３は、発振器１１１から入力する高周波信号を、例えば１［ｎｓ］幅のパルス信号に切出す回路であり、逓倍器やスイッチを用いることができる。第１ゲート部１１２と第２ゲート部１１３の２つの信号切出し回路を用いることで、シャープに成型されたパルス信号を生成することができる。第２ゲート部１１３から出力されるパルス状の送信信号は送信アンテナ１０１に伝送され、送信アンテナ１０１から電波として空中に放射される。

高周波受信部１２０は、受信アンテナ１０２で受信された受信信号を入力して送信信号との相関をとる相関器１２１と、相関器１２１から出力される信号を発振器１１１から入力した搬送波でダウンコンバートするＩＱミキサ１２２とを備えている。ＩＱミキサ１２２は、Ｉ成分のベースバンド信号にダウンコンバートするための第１ミキサ１２３、Ｑ成分のベースバンド信号にダウンコンバートするための第２ミキサ１２４、及び発振器１１１から入力した搬送波を９０度の位相差を付加して第１ミキサ１２３並びに第２ミキサ１２４に出力する移相器１２５を有している。相関器１２１は、受信信号から測定距離毎の信号を取り出し、これを第１ミキサ１２３及び第２ミキサ１２４に出力している。

ベースバンド部１３０は、第１ミキサ１２３及び第２ミキサ１２４でダウンコンバートされたベースバンド信号のＩ成分及びＱ成分を入力してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１３１と、Ａ／Ｄ変換部１３１からのディジタル信号を複素信号処理（複素フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ））して対象物Ｔの情報を算出するディジタル信号処理部１３２と、パルスレーダ装置１００の動作を制御する制御部１３３と、記憶部１３４とを備えている。制御部１３３は、高周波部品である第１ゲート部１１２、第２ゲート部１１３、及び相関器１２１のそれぞれの電源をオン／オフ制御しており、第１ゲート部１１２と第２ゲート部１１３の両方の電源をオンにしたときに、高周波送信部１１０から送信信号が出力される。この制御部１３３で生成される制御信号は、１［ｎｓ］幅の信号である。

上記のように構成された本実施形態のパルスレーダ装置１００では、高周波送信部１１０及び高周波受信部１２０を構成する各部品が数十ＧＨｚ帯の周波数で動作するのに対し、ベースバンド部１３０を構成する各部品は高々２ＧＨｚ程度の周波数で動作する。このように、高周波送信部１１０及び高周波受信部１２０の動作周波数とベースバンド部１３０の動作周波数とが大きく異なることから、それぞれの周波数帯用に設計された別の基板上に形成するのが好ましい。本実施形態では、高周波送信部１１０及び高周波受信部１２０を高周波用基板１０３上に形成し、ベースバンド部１３０を低周波用基板１０４上に形成している。また、高周波信号を送受信する送信アンテナ１０１及び受信アンテナ１０２についても、高周波用基板１０３上に配置している。

高周波用に用いる基板は低周波用の基板に比べて高価であることから、本実施形態では高価な高周波用基板１０３上に高周波送信部１１０、高周波受信部１２０、送信アンテナ１０１、及び受信アンテナ１０２のみを配置し、低周波信号を処理するベースバンド部１３０については、低価格な低周波用基板１０４上に配置している。これにより、パルスレーダ装置１００のコスト低減を図ることができる。

上記説明のように、パルスレーダ装置１００の各部品を高周波用基板１０３と低周波用基板１０４に分けて配置するには、高周波用基板１０３上の部品と低周波用基板１０４上の部品とを電気的に接続する手段が必要となる。本実施形態のパルスレーダ装置１００では、従来より用いられている低価格で小型の多ピンのコネクタ１０５を用いている。低周波用基板１０４上の制御部１３３から出力される制御信号は、コネクタ１０５を経由して高周波用基板１０３上の高周波送信部１１０及び高周波受信部１２０に伝送され、高周波用基板１０３上の高周波受信部１２０から出力されるベースバンド信号は、コネクタ１０５を経由して低周波用基板１０４上のベースバンド部１３０に伝送される。

このように、高周波用基板１０３と低周波用基板１０４との間で、従来の多ピンのコネクタ１０５を用いて制御信号とベースバンド信号の受け渡しを行うと、対象物Ｔの情報を有する信号強度の低いベースバンド信号に制御信号からの干渉ノイズ信号が混入してしまう。また、発振器１１１から出力された搬送波が、ＩＱミキサ１２２を通過して相関器１２１で反射され、再びＩＱミキサ１２２でダウンコンバートされて生じるセルフミキシングノイズもベースバンド信号に混入する。特に、対象物Ｔが遠方にある場合には、それからの反射信号の振幅レベルが小さくなるため、上記の干渉ノイズ信号やセルフミキシングノイズに隠れてしまうおそれがある。

そこで、本実施形態のパルスレーダ装置１００では、コネクタ１０５を通過するベースバンド信号に混入されるノイズ等の不要波のレプリカ信号を事前に作成しておき、対象物Ｔの検出時にベースバンド信号から該レプリカ信号を除去するようにしている。不要波のレプリカ信号の一例を、図２、３を用いて説明する。図２は、高周波送信部１１０で生成されたパルス信号を送信アンテナ１０１から放射し、対象物Ｔで反射された反射波を受信アンテナ１０２で受信してディジタル信号処理部１３２で処理した信号１０の一例を示す時間波形図である（なお、横軸は時間に対応した距離を表している。以下、図３、図６〜９においても同様とする。）。同図に示す信号１０の波形は、ノイズの影響を受けていないときの波形である。また、図３は、図２に示す信号１０に上記の不要波の信号が混入したときの時間波形図を示す。符号１１の信号は、コネクタ１０５でベースバンド信号に混入する干渉ノイズ信号を模式的に示したものであり、符号１２の信号は、セルフミキシングノイズを模式的に示したものである。

本実施形態では、図３に示す干渉ノイズ信号１１とセルフミキシング信号１２を合わせた不要波のレプリカ信号を事前に作成し、これを記憶部１３４に保存しておく。そして、パルスレーダ装置１００を動作させて対象物Ｔを検出するときは、受信信号を高周波受信部１２０で処理してコネクタ１０５を経由してベースバンド部１３０に出力し、ディジタル信号処理部１３２で処理した信号から上記のレプリカ信号を差し引くことで、図２に示すような信号（低ノイズ信号）を取得する。以下では、上記のレプリカ信号を事前に作成する方法を、図面を用いて詳細に説明する。

図１において、制御部１３３から第１ゲート部１１２に出力される制御信号（第１制御信号）及びそれを伝送する制御線（第１制御線）をそれぞれＡ、ａとし、制御部１３３から第２ゲート部１１３に出力される制御信号（第２制御信号）及びそれを伝送する制御線（第２制御線）をそれぞれＢ、ｂとし、制御部１３３から相関器１２１に出力される制御信号（第３制御信号）及びそれを伝送する制御線（第３制御線）をそれぞれＣ、ｃとする。制御信号Ａ、Ｂは、それぞれ第１ゲート部１１２、第２ゲート部１１３の電源をオン／オフ制御し、制御信号Ｃは相関器１２１の電源をオン／オフ制御している。ここでは、送信用制御信号を第１制御信号と第２制御信号の２つとし、受信用制御信号を第３制御信号の１つとしている。本発明のパルスレーダ装置及びその制御方法は、送信用制御信号及び受信用制御信号の数が上記のものに限定されるものではなく、それぞれさらに多くの制御信号があってもよい。

また、ＩＱミキサ１２２の第１ミキサ１２３からＡ／Ｄ変換部１３１に出力されるベースバンド信号（Ｉ成分）及びそれを伝送する信号線をそれぞれＤ、ｄとし、第２ミキサ１２４からＡ／Ｄ変換部１３１に出力されるベースバンド信号（Ｑ成分）及びそれを伝送する信号線をそれぞれＥ、ｅとする。上記の制御線ａ、ｂ、ｃ、及び信号線ｄ、ｅは、いずれもコネクタ１０５の異なるピンを経由している。

パルスレーダ装置１００では、制御部１３３から制御線ａ、ｂを介して適切なタイミングで制御信号Ａ、Ｂが第１ゲート部１１２及び第２ゲート部１１３に出力され、それぞれの電源が略１［ｎｓ］の間投入されると、発振器１１１で生成された搬送波が１［ｎｓ］のパルス幅に切り出される。これにより、所定周波数の搬送波による１［ｎｓ］幅パルスの送信信号が生成され、これが送信アンテナ１０１に送出されて電波として空中に放射される。放射された電波は、距離Ｌだけ離れた位置にある対象物Ｔで反射され、受信アンテナ１０２で受信される。

制御部１３３から制御線ｃを介して所定のタイミングで相関器１２１に制御信号Ｃが出力されると、相関器１２１の電源が投入されて受信アンテナ１０２で受信された受信信号と送信信号との相関がとられる。相関器１２１から出力される信号は、ＩＱミキサ１２２で複素ベースバンド信号にダウンコンバートされる。第１ミキサ１２３及び第２ミキサ１２４でダウンコンバートされたそれぞれのベースバンド信号Ｄ、Ｅは、信号線ｄ、ｅを介してベースバンド部１３０のＡ／Ｄ変換部１３１に入力され、ここでディジタル信号に変換される。このディジタル信号は、ディジタル信号処理部１３２において複素信号処理がなされ、対象物Ｔに係る位置情報と相対速度情報が算出される。

図１に示す制御線ａ、ｂ、ｃ、及び信号線ｄ、ｅは、高周波用基板１０３と低周波用基板１０４との間をコネクタ１０５で接続されている。コネクタ１０５の各ピン（端子）はむき出しの状態にあるため、各端子を流れる信号は微小なレベルではあるが、他の端子に回り込んで干渉してしまう。制御線ａ、ｂ、ｃを流れる制御信号Ａ、Ｂ、Ｃは、ＲＦ部品（第１ゲート部１１２、第２ゲート部１１３、相関器１２１）をオン／オフ駆動するための信号であり、例えば２〜３［Ｖ］程度の信号強度を有している。これに対し、信号線ｄ、ｅを流れるベースバンド信号Ｄ、Ｅは、対象物Ｔから反射してきた信号強度の低い信号をダウンコンバートした信号であり、非常に強度の低い信号である。そのため、制御信号Ａ、Ｂ、Ｃはベースバンド信号Ｄ、Ｅに比較して相対的に非常に高い強度の信号となっており、コネクタ１０５において制御線ａ、ｂ、ｃから信号線ｄ、ｅに制御信号Ａ、Ｂ、Ｃが漏れ込んでしまう。

パルスレーダ装置１００における上記の各制御線及び信号線を拡大して図４に示す。同図では、コネクタ１０５において、制御線ａ、ｂ、ｃから信号線ｄ、ｅに回り込む信号を、それぞれ干渉ノイズ信号α、β、γとしている。干渉ノイズ信号α、β、γは、信号線ｄ、ｅを通過するベースバンド信号Ｄ、Ｅとほぼ同等の強度を有する信号となる。図４では、発振器１１１から出力されてＩＱミキサ１２２を通過し、相関器１２１で反射されて再びＩＱミキサ１２２でダウンコンバートされるセルフミキシングノイズを、符号δで示している。このセルフミキシングノイズδも、ベースバンド信号Ｄ、Ｅに混入する。

本実施形態のパルスレーダ装置１００では、ベースバンド信号Ｄ、Ｅに混入する上記の各ノイズを含む不要波のレプリカ信号を事前に作成するために、パルスレーダ装置１００の使用開始時に、制御線ａ、ｂ、ｃを介して第１ゲート部１１２、第２ゲート部１１３、及び相関器１２１を適当なタイミングで動作させる。そして、得られた不要波のレプリカ信号を記憶部１３４に記憶しておき、対象物Ｔの検出時に、受信信号をダウンコンバートしたベースバンド信号Ｄ、Ｅからレプリカ信号を差し引くことで各ノイズを除去する。

以下では、図５〜７を用いて不要波のレプリカ信号を作成する方法を説明する。図５〜７は、本実施形態のパルスレーダ装置の制御方法により取得されるノイズ信号及びレプリカ信号の一例を示す図である。本実施形態では、不要波のレプリカ信号を作成するときは、送信アンテナ１０１から送信電波が放射されないようにしている。

本実施形態では、レプリカ信号を２回のレーダ動作で作成するようにしている。２回のレーダ動作では、それぞれで送信電波が放射されないように、２つの制御信号Ａ、Ｂをそれぞれで１つずつ出力されるようにしている。また、２つの制御信号Ａ、Ｂのいずれか一方を出力するレーダ動作では、第３制御信号Ｃを出力させず、かつ発振器１１１からの搬送波の出力も停止させる。搬送波の出力を停止させることで、セルフミキシングノイズδを発生させないようにすることができる。これにより、２つの制御信号Ａ、Ｂのいずれか一方からのノイズ信号のみを取得することができる。以下では、制御信号Ａだけを出力させないレーダ動作と、制御信号Ａのみを出力させるレーダ動作の２回のレーダ操作からレプリカ信号を作成する場合を例に説明する。

まず、制御部１３３から制御信号Ａだけを出力させずに制御信号Ｂ、Ｃを出力させて制御線ｂ、ｃに流し、かつ発振器１１１から搬送波を出力させている状態でレーダを動作させる。これにより、ディジタル信号処理部１３２には、制御信号Ｂ、Ｃが信号線ｄ、ｅに混入したそれぞれの干渉ノイズ信号β、γと、セルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号（β＋γ＋δ）が入力される。ノイズ信号（β＋γ＋δ）がディジタル信号処理部１３２で信号処理されて図５に示すようなノイズ信号が得られる。図５は、ノイズ信号（β＋γ＋δ）の時間波形の一例を示す図である。ディジタル信号処理部１３２で処理して得られたノイズ信号（β＋γ＋δ）は、第１バックグランド信号として記憶部１３４に保存される。

次に、制御部１３３から制御信号Ａだけを出力させて制御線ａに流し、制御信号Ｂ、Ｃの出力を停止させる。さらに、発振器１１１からの搬送波の出力も停止させてレーダを動作させる。これにより、ディジタル信号処理部１３２には、制御信号Ａが信号線ｄ、ｅに混入した干渉ノイズ信号αのみのノイズ信号が入力される。ノイズ信号αがディジタル信号処理部１３２で信号処理されて図６に示すようなノイズ信号が得られる。図６は、ノイズ信号αの時間波形の一例を示す図である。ディジタル信号処理部１３２で処理して得られたノイズ信号αを第２バックグランドとし、これを記憶部１３４に保存されているノイズ信号（β＋γ＋δ）に加算して保存する。

上記の２回のレーダ動作でノイズ信号（β＋γ＋δ）とノイズ信号αとを加算することで、次式のような全ての不要波を合せたノイズ信号が算出される。
（β＋γ＋δ）＋α＝ α＋β＋γ＋δ
上記のように、記憶部１３４には干渉ノイズ信号α、β、γ、及びセルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号のレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）が保存される。レプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）の時間波形は、図５の時間波形と図６の時間波形とを加算することで得られる。レプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）の時間波形の一例を図７に示す。

以下では、図８に示す流れ図を用いて不要波のレプリカ信号を事前に作成し、これを用いて補正する方法を説明する。図８は、本実施形態のパルスレーダ装置の制御方法を説明するためのす流れ図である。本実施形態では、不要波のレプリカ信号を作成するときは、送信アンテナ１０１から送信電波が放射されないようにしている。

まず、ステップＳ１において、パルスレーダ装置１００の使用開始か否かを判定し、使用開始と判定されたときはステップＳ２に進む一方、既に使用中と判定されたときはステップＳ１０に進む。ステップＳ２では、制御部１３３から制御信号Ａが出力されないように出力停止にしておく。次に、ステップＳ３でレーダを動作させる。このとき、制御部１３３から制御信号Ｂ、Ｃが出力されて制御線ｂ、ｃを流れる。また、発振器１１１からは搬送波が出力されている。このようなレーダ動作により、ディジタル信号処理部１３２には第１バックグランド信号のノイズ信号（β＋γ＋δ）が入力される。ステップＳ４では、ノイズ信号（β＋γ＋δ）がディジタル信号処理部１３２で信号処理され、ステップＳ５で記憶部１３４に保存される。

次のステップＳ６では、制御部１３３から制御信号Ｂ、Ｃが出力されないように両制御信号を出力停止にしておく。また、発振器１１１からの搬送波の出力も停止させる。次に、ステップＳ７でレーダを動作させる。このとき、制御部１３３から制御信号Ａのみが出力されて制御線ａを流れる。また、発振器１１１からは搬送波が出力されない。このようなレーダ動作により、ディジタル信号処理部１３２には第２バックグランド信号のノイズ信号αが入力される。ステップＳ８では、ノイズ信号αがディジタル信号処理部１３２で信号処理され、ステップＳ９で記憶部１３４に保存されているノイズ信号（β＋γ＋δ）に加算されて保存される。

上記の２回のレーダ動作により、ノイズ信号（β＋γ＋δ）にノイズ信号αが加算されて全ての不要波を合せたノイズ信号（α＋β＋γ＋δ）が算出される。記憶部１３４には、干渉ノイズ信号α、β、γ、及びセルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号のレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）が保存される。

一方、ステップＳ１でパルスレーダ装置１００が既に使用中と判定されたときは、ステップＳ１０でレーダを動作させる。このとき、制御部１３３から制御信号Ａ、Ｂ、Ｃが出力されてそれぞれ制御線ａ、ｂ、ｃを流れる。また、発振器１１１からは搬送波が出力されている。レーダ動作により高周波制御部１１０で送信信号が生成され、これが電波として送信アンテナ１０１から放射される。そして、対象物Ｔで反射された反射波が受信アンテナ１０２で受信される。受信アンテナ１０２で受信された受信信号は、高周波受信部１２０でベースバンド信号にダウンコンバートされ、コネクタ１０５を介してＡ／Ｄ変換部１３１に伝送される。

Ａ／Ｄ変換部１３１に入力されたベースバンド信号は、ここでディジタル信号に変換された後、ディジタル信号処理部１３２に伝送される。ディジタル信号処理部１３２に伝送されたディジタル信号には、コネクタ１０５等で混入したノイズ信号（α＋β＋γ＋δ）が含まれている。ステップＳ１１では、受信信号から得られたディジタル信号をディジタル信号処理部１３２で処理する。これにより、信号１０に干渉ノイズ信号１１及びセルフミキシングノイズ１２が混入した図３に示すような信号が得られる。

ステップＳ１２で記憶部１３４からレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）を読み出し、ステップＳ１３においてディジタル信号処理部１３２で処理された信号からレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）を減算する。これにより、図２に示すような信号１０が得られる。この信号１０を基に、ステップＳ１４で対象物Ｔまでの距離Ｌ及び相対速度を算出する。

なお、本実施形態では、ディジタル信号処理部１３２の処理で相対速度を算出するために、入力信号に対して複素信号処理（ＦＦＴ処理）を行って対象物のドップラー成分を算出している。上記説明のパルスレーダ装置１００内で生じるノイズ信号はいずれも定常的なノイズであることから、ノイズ信号α、β、γ、δにはいずれもドップラー成分が含まれておらず、相対速度０に相当する０［Ｈｚ］成分のみである。

これより、ステップＳ４及びＳ８におけるディジタル信号処理部１３２の処理により得られるノイズ信号データは、相対速度０に相当する０［Ｈｚ］成分のノイズ信号のみであり、ステップＳ９で記憶部１３４に保存されるレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）のフーリエ変換データも、相対速度０に相当する０［Ｈｚ］成分のみである。従って、上記のステップＳ１３では、Ａ／Ｄ変換部１３１から入力した信号を複素信号処理して得られる０［Ｈｚ］成分に対してのみレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）を減算する。

また、対象物の相対速度を測定する必要がない場合には、ディジタル信号処理部１３２では上記ＦＦＴ処理を行う必要はなく、各距離ゲート内に対象物の信号が検出されるかどうかだけを判断させてもよい。さらに、対象物の相対速度を測定する必要がない場合であっても、ＳＮ比改善のためにディジタル信号処理部１３２で上記ＦＦＴ処理を行い、各距離ゲート内に対象物の信号が検出されるかどうかだけを判断させてもよい。これらの場合にも、制御部１３３から制御信号Ａ、Ｂ、Ｃが出力された場合に得られる各距離ゲートのデータから、レプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）の対応する距離ゲートのデータを差し引くことによって低ノイズ信号が得られるので、これに基づいて対象物の検出を確実に行うことができる。

図８に示す流れ図では、パルスレーダ装置１００の使用開始時（電源投入時）にレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）を作成しているが、これに限定されず、パルスレーダ装置１００の使用中に定期的にレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）を作成させるようにしてもよい。パルスレーダ装置１００の使用中に、例えば装置内の温度が上昇してレプリカ信号がわずかながら変化する可能性がある。そのため、パルスレーダ装置１００の使用中も定期的にレプリカ信号を作成し直すことで、パルスレーダ装置１００のレーダ性能をさらに向上させることができる。

上記説明のように、本発明のパルスレーダ装置によれば、ノイズ信号のレプリカ信号を事前に作成して受信信号から除去することにより、対象物の情報を高精度に検出することが可能となる。本発明のパルスレーダ装置では、動作周波数の低いベースバンド部については、低価格の低周波用の基板を用いることができ、また低周波用の基板と高周波用の基板とを、従来から用いられている汎用のコネクタを用いて接続することができる。これにより、小型で低コストなパルスレーダ装置を提供することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るパルスレーダ装置の制御方法を、図９、１０を用いて以下に説明する。図９、１０は、本実施形態のパルスレーダ装置の制御方法により取得されるノイズ信号の一例を示す図である。本実施形態でも、レプリカ信号を２回のレーダ動作で作成するようにしているが、それぞれで出力させる制御信号が第１実施形態と異なっている。

本実施形態では、レプリカ信号を作成するための２回のレーダ動作のうち１回は、高周波送信部１１０を動作させる制御信号Ａ、Ｂを同時に出力させて制御線ａ、ｂに流し、相関器１２１を動作させる制御信号Ｃを出力させず、かつ発振器１１１からの搬送波の出力も停止させた状態でレーダを動作させる。これにより、ディジタル信号処理部１３２には、制御信号Ａ、Ｂが信号線ｄ、ｅに混入したそれぞれの干渉ノイズ信号α、βからなるノイズ信号（α＋β）が入力される。ノイズ信号（α＋β）がディジタル信号処理部１３２で信号処理されて図９に示すようなノイズ信号が得られる。図９は、ノイズ信号（α＋β）の時間波形の一例を示す図である。ディジタル信号処理部１３２で処理して得られたノイズ信号（α＋β）は、第２バックグランド信号として記憶部１３４に保存される。

また、２回のレーダ動作のうち別の１回は、制御信号Ａ、Ｂを出力させず、制御信号Ｃを出力させて制御線ｃに流し、かつ発振器１１１から搬送波を出力させている状態でレーダを動作させる。これにより、ディジタル信号処理部１３２には、制御信号Ｃが信号線ｄ、ｅに混入した干渉ノイズ信号γと、セルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号（γ＋δ）が入力される。ノイズ信号（γ＋δ）がディジタル信号処理部１３２で信号処理されて図１０に示すようなノイズ信号が得られる。図１０は、ノイズ信号（γ＋δ）の時間波形の一例を示す図である。ディジタル信号処理部１３２で処理して得られたノイズ信号（γ＋δ）を第１バックグランドとし、これを記憶部１３４に保存されているノイズ信号（α＋β）に加算して保存する。

ところで、前記発振器が止められない場合、レプリカ信号を作成するための２回のレーダ動作のうちの１回は、高周波送信部１１０に出力する２つの制御信号Ａ、Ｂを同時に出力させており、このときは制御信号Ｃを出力させないようにしている。これにより、高周波送信部１１０で送信信号が生成され、これが送信アンテナ１０１から電波として放射される。電波が放射されて、探知距離内に対象物があった場合、これが受信アンテナ１０２で受信されてディジタル信号処理部１３２に出力されるため、受信信号とノイズ信号とが加算され、ノイズ信号だけを取得することができなくなる。

しかし、探知距離内に対象物がない場合には、受信信号の強度が低くなるため特に問題とはならない。また、対象物がある場合でも、制御信号Ｃが出力されず相関器１２１が動作しないことから、ディジタル信号処理部１３２に出力されるディジタル信号は大幅に減衰された強度の極めて低い信号となっている。本実施形態で作成されるレプリカ信号は、電波を放射させないで作成する場合に比べて精度がやや低下するものの、対象物情報の精度を高めるのに十分なレプリカ信号を取得することができる。これに加えて、高周波送信部１１０への制御信号Ａ、Ｂの出力を、対象物情報の検知の場合と同様の制御方法で行うことができ、さらにレプリカ信号作成時の制御を容易にすることができる。

上記の２回のレーダ動作で、第２バックグランドのノイズ信号（α＋β）と第１バックグランドのノイズ信号（γ＋δ）とを加算することで、次式のような全ての不要波を合せたノイズ信号が算出される。
（α＋β）＋（γ＋δ）＝ α＋β＋γ＋δ
上記のように、記憶部１３４には干渉ノイズ信号α、β、γ、及びセルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号のレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）が保存される。レプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）の時間波形は、図９の時間波形と図１０の時間波形とを加算することで、図７に例示するようなものが得られる。

以下では、図１１に示す流れ図を用いて不要波のレプリカ信号を事前に作成し、これを用いて補正する方法を説明する。図８は、本実施形態のパルスレーダ装置の制御方法を説明するためのす流れ図である。以下では、主に第１実施形態と異なる処理について説明する。

ステップＳ１でパルスレーダ装置１００の使用開始と判定されたときは、ステップＳ２２で制御部１３３から制御信号Ｃが出力されないように出力停止にしておき、発振器１１１からの搬送波の出力も停止させておく。これにより、ステップＳ２４では、ノイズ信号（α＋β）がディジタル信号処理部１３２で信号処理され、ステップＳ２５で記憶部１３４に保存される。次のステップＳ２６では、制御部１３３から制御信号Ａ、Ｂが出力されないように出力停止にしておく。また、発振器１１１からは搬送波を出力させる。これにより、ステップＳ２８では、ノイズ信号（γ＋δ）がディジタル信号処理部１３２で信号処理され、ステップＳ２９で記憶部１３４に保存される。

上記の２回のレーダ動作により、ノイズ信号（α＋β）にノイズ信号（γ＋δ）が加算されて全ての不要波を合せたノイズ信号のレプリカ信号（α＋β＋γ＋δ）が記憶部１３４に保存される。上記のように、本実施形態でも２回のレーダ動作でレプリカ信号を作成することができる。

なお、上記実施形態のパルスレーダ装置１００では、送受信アンテナとも１つずつとしているが、これに限定されるものではない。例えば、位相モノパルス方式で位相角を測定するパルスレーダ装置では、受信アンテナを２つ備える必要があるが、このようなパルスレーダ装置においても同様にしてノイズ信号のレプリカ信号を作成し、これを受信信号から除去することができる。

上記実施形態のパルスレーダ装置及びその制御方法では、バックグラウンド信号を取得するときに発振器から搬送波が出力される場合と搬送波が出力されない場合がある。このうち、発振器から搬送波が出力される場合には、外部に対象物（反射物）があるとその反射信号を受信してしまうためレプリカ信号に誤差が生じるが、その誤差は小さく対象物情報の検出に特に問題となることはない。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るパルスレーダ装置及びその制御方法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パルスレーダ装置及びその制御方法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 パルスレーダ装置
１０１ 送信アンテナ
１０２、２１０ 受信アンテナ
１０３ 高周波用基板
１０４ 低周波用基板
１０５ コネクタ
１１０ 高周波送信部
１１１ 発振器
１１２ 第１ゲート部
１１３ 第２ゲート部
１２０ 高周波受信部
１２１ 相関器
１２２ ＩＱミキサ
１２３ 第１ミキサ
１２４ 第２ミキサ
１２５ 移相器
１３０ ベースバンド部
１３１ Ａ／Ｄ変換部
１３２ ディジタル信号処理部
１３３ 制御部
１３４ 記憶部
２１１ 第１アンテナ
２１２ 第２アンテナ
２１３ ハイブリッド回路
２１４ 切替器

Claims (22)

1. 所定周波数の搬送波を生成する発振器を有し、前記搬送波を２以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出し、前記２以上の送信用制御信号のすべてが出力されたときに送信信号を生成する高周波送信部と、
   前記高周波送信部から前記送信信号を入力して電波として空間に放射する送信アンテナと、
   前記電波が対象物で反射された反射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して受信用制御信号に従って前記送信信号との相関をとってベースバンド信号に変換する高周波受信部と、
   少なくとも前記ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部から前記ディジタル信号を入力して前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を算出するディジタル信号処理部と、前記送信用制御信号を前記高周波送信部に出力するとともに前記受信用制御信号を前記高周波受信部に出力する制御部と、を有するベースバンド部と、を備え、
   前記ディジタル信号処理部は、
   前記制御部から前記２以上の送信用制御信号の一部または全部が出力されずそれ以外の前記送信用制御信号及び前記受信用制御信号が出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を第１のバックグランド信号として取得し、前記制御部から前記一部または全部の送信用制御信号のみが出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を第２のバックグランド信号として取得し、前記第１のバックグランド信号と前記第２のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出し、
   前記制御部から前記２以上の送信用制御信号の全部及び前記受信用制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号から前記レプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、
   前記低ノイズ信号に基づいて前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を算出する
   ことを特徴するパルスレーダ装置。
2. 前記第１バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波を出力させ、前記第２バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波の出力を停止させている
   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. 前記第１バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第２バックグラウンド信号を取得するときとも、前記発振器からの搬送波を出力させている
   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. 前記ディジタル信号処理部は、前記Ａ／Ｄ変換部から入力したディジタル信号をフーリエ変換処理するものであり、
   前記制御部から前記２以上の送信用制御信号の全部及び前記受信用制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパルスレーダ装置。
5. 少なくとも前記ベースバンド部が第１の基板上に形成されて前記高周波送信部及び前記高周波受信部が前記第１の基板とは別の基板上に形成されており、
   前記ベースバンド信号を伝達する信号線と前記２以上の送信用制御信号及び前記受信用制御信号を伝達するそれぞれの制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンコネクタの結線部が前記第１の基板と前記別の基板との間に設けられ、前記制御線から前記信号線への漏れ信号のレベルが前記Ａ／Ｄ変換部のダイナミックレンジ内に入るように前記結線部内で前記制御線の結線と前記信号線の結線とが隔離して配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパルスレーダ装置。
6. 前記高周波送信部が、前記搬送波を第１制御信号に従ってパルス状に切出す第１ゲート部と、前記第１ゲート部で切出された信号を第２制御信号に従ってさらに切出して前記送信信号を生成する第２ゲート部と、をさらに有し、
   前記高周波受信部が、前記受信アンテナから前記受信信号を入力して第３制御信号に従って前記送信信号との相関をとる相関部と、前記相関部からの出力信号をベースバンドにダウンコンバートして前記ベースバンド信号を出力するダウンコンバート部と、を有し、
   前記制御部が、前記第１ゲート部、前記第２ゲート部、及び前記相関部にそれぞれ前記第１制御信号、前記第２制御信号、及び前記第３制御信号を出力してそれぞれの電源をオン／オフ制御し、
   前記ディジタル信号処理部は、
   前記２以上の送信用制御信号を前記第１制御信号と前記第２制御信号の２個とし、前記受信用制御信号を前記第３制御信号として前記レプリカ信号を算出する
   ことを特徴する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のパルスレーダ装置。
7. 前記ディジタル信号処理部は、
   前記制御部から前記第１制御信号と前記第２制御信号のいずれか一方が出力されず他方および前記第３制御信号が出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を前記第１のバックグランド信号とし、前記制御部から前記第１制御信号と前記第２制御信号のいずれか一方のみが出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を前記第２のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出する
   ことを特徴する請求項６に記載のパルスレーダ装置。
8. 前記ディジタル信号処理部は、
   前記制御部から前記第１制御信号と前記第２制御信号の両方が出力されず前記第３制御信号が出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を前記第１のバックグランド信号とし、前記制御部から前記第１制御信号と前記第２制御信号の両方のみが出力されているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号を前記第２のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出する
   ことを特徴する請求項６に記載のパルスレーダ装置。
9. 前記第１バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波を出力させ、前記第２バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波の出力を停止させている
   ことを特徴とする請求項７または８に記載のパルスレーダ装置。
10. 前記第１バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第２バックグラウンド信号を取得するときとも、前記発振器からの搬送波を出力させている
    ことを特徴とする請求項７または８に記載のパルスレーダ装置。
11. 前記ディジタル信号処理部は、前記制御部から前記第１制御信号、前記第２制御信号及び前記第３制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出する
    ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のパルスレーダ装置。
12. 前記ベースバンド部は、該ベースバンド部の動作周波数帯に対応する低周波用基板上に形成され、
    前記高周波送信部及び前記高周波受信部は、該高周波送信部及び高周波受信部の動作周波数帯に対応する高周波用基板上に形成され、
    前記ベースバンド信号を伝達する信号線と前記第１制御信号、前記第２制御信号、及び 前記第３制御信号を伝達するそれぞれ第１制御線、第２制御線、及び第３制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンのコネクタの結線部が前記低周波用基板と前記高周波用基板との間に設けられ、前記制御線から前記信号線への漏れ信号のレベルが前記Ａ／Ｄ変換部のダイナミックレンジ内に入るように前記結線部内で前記制御線の結線と前記信号線の結線とが隔離して配置されている
    ことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載のパルスレーダ装置。
13. 所定周波数の搬送波を生成する搬送波生成ステップと、
    前記搬送波を２以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出して送信信号を生成する信号切出しステップと、
    前記送信信号を電波として空間に放射する送信ステップと、
    前記電波が対象物で反射された反射波を受信する受信ステップと、
    受信用制御信号に従って前記受信ステップで受信した受信信号と前記送信信号との相関をとる相関ステップと、
    前記相関ステップの出力信号をベースバンドにダウンコンバートしてベースバンド信号を出力するダウンコンバートステップと、
    少なくとも、前記ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ステップと、
    前記ディジタル信号を入力して前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を算出するディジタル信号処理ステップと、
    を有し、
    前記ディジタル信号処理ステップでは、
    前記信号切出しステップで前記２以上の記送信用制御信号の一部または全部を出力せずそれ以外の前記送信用制御信号を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を第１のバックグランド信号として取得し、前記信号切出しステップで前記一部または全部の送信用制御信号のみを出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を第２のバックグランド信号として取得し、前記第１のバックグランド信号と前記第２のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出し、前記信号切出しステップで前記２以上の送信用制御信号の全部を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力しかつ前記搬送波生成ステップを行ったときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号から前記レプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、該低ノイズ信号に基づいて前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を算出する
    ことを特徴するパルスレーダ装置の制御方法。
14. 前記第１バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行い、前記第２バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行わない
    ことを特徴とする請求項１３に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
15. 前記第１バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第２バックグラウンド信号を取得するときとも、前記搬送波生成ステップを行う
    ことを特徴とする請求項１３に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
16. 前記ディジタル信号処理ステップでは、前記Ａ／Ｄ変換ステップで変換されたディジタル信号をフーリエ変換処理し、
    前記信号切出しステップで前記２以上の送信用制御信号の全部を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力しかつ前記搬送波生成ステップを行ったときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出する
    ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
17. 前記信号切出しステップは、前記搬送波を第１制御信号に従ってパルス状に切出す第１切出しステップと、前記第１切出しステップで切出した信号を第２制御信号に従ってさらに切出して送信信号を生成する第２切出しステップと、を有し、
    前記相関ステップでは、第３制御信号に従って前記受信信号と前記送信信号との相関をとり、
    前記ディジタル信号処理ステップでは、
    前記２以上の送信用制御信号を前記第１制御信号と前記第２制御信号の２個とし、前記受信用制御信号を前記第３制御信号として前記レプリカ信号を算出する
    ことを特徴する請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
18. 前記ディジタル信号処理ステップでは、
    前記信号切出しステップで前記第１制御信号と前記第２制御信号のいずれか一方を出力せず他方を出力しかつ前記相関ステップで前記第３制御信号を出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を前記第１のバックグランド信号とし、前記信号切出しステップで前記第１制御信号と前記第２制御信号のいずれか一方のみを出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を前記第２のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出する
    ことを特徴する請求項１７に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
19. 前記ディジタル信号処理ステップでは、
    前記信号切出しステップで前記第１制御信号と前記第２制御信号の両方を出力せずかつ前記相関ステップで前記第３制御信号を出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を前記第１のバックグランド信号とし、前記信号切出しステップで前記第１制御信号と前記第２制御信号の両方のみを出力したときに前記Ａ／Ｄ変換ステップで得られるディジタル信号を前記第２のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出する
    ことを特徴する請求項１７に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
20. 前記第１バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行い、前記第２バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行わない
    ことを特徴とする請求項１８または１９に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
21. 前記第１バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第２バックグラウンド信号を取得するときとも、前記搬送波生成ステップを行う
    ことを特徴とする請求項１８または１９に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
22. 前記第１切出しステップ、前記第２切出しステップ及び前記相関ステップを実行したときのディジタル信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の０Ｈｚに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出する
    ことを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
    
    

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