JP6025075B2 - 高速高分解能のワイドレンジ低電力アナログ相関器及びレーダセンサ - Google Patents

高速高分解能のワイドレンジ低電力アナログ相関器及びレーダセンサ Download PDF

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Description

本発明は、一般にレーダセンサの分野に関し、更に詳細には、高速高分解能の広範囲かつ低電力のアナログ相関器、及びこのアナログ相関器を実装したレーダセンサに関する。
従来のレーダセンサは、１つ以上の対象物の位置を検出するのに広く用いられている。これら従来のレーダセンサは、種々の検出距離への適応性を有するものである。一般に、分解能の高いレーダセンサの検出距離は、分解能の低いレーダセンサの検出距離に比べて短い。設計上多くの制約があるため、従来のレーダセンサの分解能を高めると同時に検出距離を大きくすることは、困難及び／又は費用効率が悪いであろう。
例えば、広帯域信号を用いて従来のレーダセンサの分解能を向上することが試みられてきた。しかし、これらの広帯域信号は、通常、狭帯域信号と比べると熱雑音レベルが高いため、分解能の低い従来のレーダセンサで用いられるものである。この高い熱雑音レベルは、従来のレーダセンサ受信器の信号対雑音比（ＳＮＲ）を低下につながる。このようにＳＮＲが低下すると、従来のレーダセンサは遠方の対象物で反射された広帯域信号の受信が困難になってしまう。その結果、これら従来のレーダセンサは、ダイナミックレンジの低下という欠点を持ってしまうことになる。ダイナミックレンジは最も強い受信信号の電力レベルと最も弱い受信信号の電力レベルとの比を表すため、ダイナミックレンジの低下は、従来のレーダセンサの最大検出可能距離と最小検出可能距離との差を小さくし、この差の小ささに伴って、従来のレーダセンサの検出距離は減少してしまう。
このＳＮＲの低下の問題に対処するため、信号対雑音比（ＳＮＲ）の高いアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を配置して、従来のレーダセンサにおいてダイナミックレンジと受信器の検出距離とを向上する別の試みがなされた。これら高ＳＮＲのＡＤＣは、低ＳＮＲのＡＤＣと比べると、ビット数が大きいのが一般的である。高分解能を維持するためには、これら高ＳＮＲのＡＤＣは、比較的高い周波数でサンプリングされる。しかし、ビット数が大きくサンプリング周波数が高いため、これらレーダセンサの消費電力が極めて高くなる可能性があり、そのため、これらレーダセンサの実用化は実現できていない。
この消費電力の問題を解決するため、従来のアナログ相関器を配置して、高ＳＮＲのＡＤＣのサンプリングレートを低減する別の試みがなされた。しかし、これら従来のアナログ相関器は、検出速度が比較的低い。このような低い検出速度は、従来のアナログ相関器の検出時間が非常に長くなるため、これらレーダセンサの動作を実質的に妨げてしまう可能性がある。このように、これらレーダセンサは、動きの速い対象物を検出することはできないであろう。この欠点のため、動きの速い対象物を検出する必要のある軍事目的及び／又は商業用途の多くの場合に、このレーダセンサを用いることは適切ではない。
これにより、高速、高分解能、広範囲、かつ低消費電力の安価なレーダセンサが必要とされている。
本発明は、種々の改良されたアナログ相関器を提供できる。これによって、改良されたアナログ相関器は、種々の改良されたレーダセンサを可能とする。改良されたアナログ相関器は、種々の送信パルス複製方式と種々の並列の積分器構造とを組み合わせて、従来のアナログ相関器の検出速度を改善することができる。更に、この改良されたアナログ相関器は、種々の時間遅延方式を採用して、従来のレーダセンサのダイナミックンレンジを改善できる。更には、この改良されたアナログ相関器は、１つ以上の可変利得増幅器を配置して、ＡＤＣのＳＮＲ要件を緩和する。従って、この改良されたアナログ相関器は、改良されたレーダセンサが高速、高分解能、広範囲、及び低消費電力を達成することを可能にする。
ある実施例によれば、本発明は、送信器と受信器とを有するレーダセンサ用のアナログ相関器を提供する。送信器は、ＰＣＲパルスを有するパルス圧縮レーダ（ＰＣＲ）信号を送信するために用いられ、受信器は、反射ＰＣＲ信号を受信するために用いられる。アナログ相関器は、複製生成器と、乗算器と、積分器モジュールとを備える。複製生成器は、複数の複製ＰＣＲパルスを有するテンプレート信号を生成するために用いられる。複数の複製ＰＣＲパルスの各々は、送信ＰＣＲ信号のＰＣＲパルスを複製している。複数の複製ＰＣＲパルスは、送信ＰＣＲ信号に対して調整可能な時間遅延を有する複製レートで生成されうる。
乗算器は、受信ＰＣＲ信号をテンプレート信号の複数の複製ＰＣＲパルスで乗算するために用いられる。積分器モジュールは、乗算器に接続され、複数のアナログ相関信号を生成するよう構成されている。アナログ相関信号の各々は、受信ＰＣＲ信号とテンプレート信号の複製ＰＣＲパルスの１つとの乗算の基づいた大きさを有する。
他の実施形態によれば、本発明は、送信器と受信器とを備えたレーダセンサ用のアナログ相関器を提供する。送信器は、ＰＣＲパルスを有するパルス圧縮レーダ（ＰＣＲ）信号を送信するために用いられ、受信器は、反射ＰＣＲ信号を受信するために用いられる。アナログ相関器は、複製生成器と、乗算器と、積分器モジュールとを備える。アナログ相関器は、第１テンプレート信号と第２テンプレート信号とを生成するために用いられる。第１及び第２のテンプレート信号のそれぞれが、送信ＰＣＲ信号のＰＣＲパルスを複製している複数の複製ＰＣＲパルスを有する。
第１及び第２のテンプレート信号の複製ＰＣＲパルスが、複製レートで複製される。第１テンプレート信号が第１調整可能時間だけ送信ＰＣＲ信号から遅延される。第２テンプレート信号が第２調整可能時間だけ送信ＰＣＲ信号から遅延される。第１調整可能時間及び第２調整可能時間が、ＰＣＲパルスのパルス幅によって相対的に定められる。
乗算器は、受信ＰＣＲ信号を、第１テンプレート信号の複数の複製ＰＣＲパルスと第２テンプレート信号の複数の複製ＰＣＲパルスとで、乗算するために用いられる。積分器モジュールは、乗算器に接続されている。積分器モジュールは、受信ＰＣＲ信号と、第１テンプレート信号の複数の複製ＰＣＲパルスとの乗算に基づいて、複数の第１アナログ相関信号を生成するよう構成されている。更に、積分器モジュールは、受信ＰＣＲ信号と、第１テンプレート信号の複数の複製ＰＣＲパルスとの乗算に基づいて、複数の第２アナログ相関信号を生成するよう構成されている。
更に他の実施形態によれば、本発明は、パルス生成器と、可変利得増幅器（ＶＧＡ）と、アナログ相関器と、制御器とを備えたレーダセンサを提供する。パルス生成器は、送信のためのパルス圧縮レーダ（ＰＣＲ）信号を生成するために用いられ、ＰＣＲ信号がＰＣＲパルスを有する。ＶＧＡは、ＰＣＲ信号の送信の後に始まる期間に基づいて、受信ＰＣＲ信号を増幅するよう構成されている。
アナログ相関器は、パルス生成器に接続される。アナログ相関器は、ＰＣＲ信号の送信に対して調整可能な時間遅延を有する複製レートでＰＣＲ信号のＰＣＲパルスをそれぞれ複製している複数の複製ＰＣＲパルスを含むテンプレート信号を生成するよう構成されている。更に、アナログ相関器は、増幅されたＰＣＲ信号と、テンプレート信号の複製ＰＣＲパルスの１つとの乗算に基づいた大きさをそれぞれ持つ、複数のアナログ相関信号を生成するように構成されている。更には、アナログ相関器は、サンプリングレートで複数のアナログ相関信号をサンプリングするよう構成させている。サンプリングレートは、複製レートと実質的に同期している。
制御器は、アナログ相関器に接続される。制御器は、複数のアナログ相関信号の各々のサンプルリングされた大きさに基づいて対象物の位置を検出するよう構成されている。対象物の位置が検出されないと、制御器は、調整可能な時間遅延を大きくするよう構成されている。
この概要は、ある概念を導入するために提供されるのであり、請求項の主題自体の主要又は本質的な構成を強調するものではない。
本発明の目的と特徴は、新規であると確信するものであるが、特に添付の請求項で述べられている。本発明は、構成及び動作態様の両方に関するものであり、更なる目的と利点とを示すものでもあり、添付図面と併せて、以下の説明を参照することで最も良く理解されるであろう。
本発明の第１の実施形態による、２つの対象物の位置を測定するために用いられるレーダセンサの正面図 本発明の第１の実施形態によるレーダセンサのブロック図 本発明の第１の実施形態による相関状態における種々の信号の波形図 本発明の第１の実施形態による不整合状態おける種々の信号の波形図 本発明の第１の実施形態による第１検出周期での種々の信号の波形図 本発明の第１の実施形態による第２検出周期での種々の信号の波形図 本発明の第１の実施形態による第３検出周期での種々の信号の波形図 本発明の第１の実施形態による第４検出周期での種々の信号の波形図 本発明の第２の実施形態によるレーダセンサの概略図 本発明の第２の実施形態による重相関状態における種々の信号の波形図 本発明の第２の実施形態による動的利得制御方式における種々の信号の波形図 本発明の第３の実施形態による高速レーダセンサの概略図 本発明の第３の実施形態による高速検知方式における種々の信号の波形図 本発明の第４の実施形態による動き感知レーダセンサの概略図 本発明の第４の実施形態による動き感知方式における種々の信号の波形図
本発明を実施するのに最良と思われる形態を述べて、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本発明が添付の図面で例示される。本発明は好ましい実施形態に関連して説明されるが、本発明がこれらの実施形態に限定されるものではないということが理解されるであろう。一方、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の精神と範囲とに含まれるであろう代替、変更、及び同等物を含むものである。更に、以下の本発明の詳細な説明において、本発明を十分に理解できるように多数の具体例が詳細に述べられている。しかし、これらの詳細な具体例がなくとも本発明が実行できるであろうことは当業者には明らかであろう。他の例では、本発明の局面を不必要に不明瞭としないよう、周知の方法、手順、部材、及び回路は詳細に述べられていない。
本発明の種々の構成の実施形態を実行する装置、システム、及び方法を、図面を参照して以下に説明する。図面及びその関連の説明は本発明のいくつかの実施形態を例示するために提供されるのであって、本発明の範囲を限定するものではない。図面全体において、参照番号は、参照要素間での一致を示すために、繰り返し用いられる。更に、各参照番号の最初の数字は、その要素が初めて現れる図面を示す。
図１は、本発明の第１の実施形態による、２つの対象物の位置を測定するレーダセンサ１００の正面図を示す。レーダセンサ１００は、レーダシステムの一部とすることができる。レーダセンサ１００は、無線周波数（ＦＲ）変調信号１６２を送信するアンテナ１５０を有する。送信ＲＦ変調信号１６２は、搬送周波数と符号変調メッセージとを有する。符号変調メッセージは、パルス圧縮レーダ（ＰＣＲ）信号とすることができる。ＰＣＲ信号は、１つ以上のデジタル変調方式を用いて変調できる。このデジタル変調方式は、位相偏移変調（ＰＳＫ）、二相位相変調（ＢＰＳＫ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、及び／又は振幅偏移変調（ＡＳＫ）等であるが、これらに限定されない。その符号化されたメッセージによって、送信ＲＦ変調信号１６２を送信ＰＣＲ信号１６２と呼んでもよい。
送信ＰＣＲ信号１６２は、距離Ｒを進んで第１位置１０１の第１対象物に到着する。そして、第１対象物は、送信ＰＣＲ信号１６２を反射する。送信ＰＣＲ信号１６２は、反射されて反射ＰＣＲ信号１６４となる。反射ＰＣＲ信号１６４は、距離Ｒを進んでアンテナ１５０に戻る。この時点でアンテナ１５０は、反射ＰＣＲ信号１６４を受信する。
反射ＰＣＲ信号１６４を受信すると、レーダセンサ１００は、反射ＰＣＲ信号１６４からＰＣＲ信号を抽出できる。抽出されたＰＣＲ信号をテンプレート信号と相関させることで、レーダセンサ１００は、送信ＰＣＲ信号１６２及び反射ＰＣＲ信号１６４の飛行時間（ＴＯＦ）１０６を測定できる。ＴＯＦ１０６は、送信ＰＣＲ信号１６２がアンテナ１５０から第１対象物までの距離Ｒを進む第１時間と、反射ＰＣＲ信号１６４が第１対象物からアンテナ１５０に戻るまで距離を進む第２時間とを含む。
ＴＯＦ１０６は、Ｃを光の速度としドップラー効果を無視すると、以下の式によって距離Ｒの値を測定、抽出及び／又は計算するのに用いられうる。
Ｒ＝ＴＯＦ＊（Ｃ／２）
レーダセンサ１００は、最小の検出可能位置範囲である距離分解能ΔＲを有する。つまり、レーダセンサ１００は、第２対象物が第１対象物から少なくとも距離ΔＲを維持するとして、第２位置１０２の第２対象物を検出して第２対象物と第１対象物とを識別することができる時、距離分解能ΔＲを有する。一般に、距離分解能ΔＲは、単位サブパルス幅ＴＳを持つ、ＰＣＲ信号パルスのサブパルスの帯域幅（ＢＷ）と関連がある。本明細書では、サブパルスの帯域幅（ＢＷ）は単位サブパルス幅ＴＳの逆数によって決めることができるが、これに限定されない。このような関連についての詳細は後述する。しかしながら、簡潔にするため、距離分解能ΔＲは以下の式によって表すことができる。
ΔＲ＝Ｃ／（２＊ＢＷ）
ある実施形態では、例えば、レーダセンサ１００の距離分解能ΔＲは、サブパルスの帯域幅（ＢＷ）が約２００ＭＨｚから約５００ＭＨｚである場合、約７５ｃｍから約３０ｃｍの範囲であってよい。他の実施形態においては、例えば、レーダセンサ１００の距離分解能ΔＲは、サブパルスの帯域幅（ＢＷ）が約５００ＭＨｚから約１ＧＨｚである場合、約３０ｃｍから約１５ｃｍの範囲であってよい。更に他の実施形態では、例えば、レーダセンサ１００の距離分解能ΔＲは、サブパルスの帯域幅（ＢＷ）が約１ＧＨｚから約２ＧＨｚである場合、約１５ｃｍから約７．５ｃｍの範囲であってよい。
本明細書において、受信レーダ信号のダイナミックレンジは、最強の受信信号と最弱の受信信号との比によって決まる。このため、ダイナミックレンジが高いレーダセンサは、ダイナミックンレンジが低いレーダセンサと比べると、広範囲の検出面積を有する。広範囲のレーダ断面で対象物を検出するように、レーダセンサ１００は、高いダイナミックンレンジを持つ。距離分解能ΔＲを比較的低くすることで、レーダセンサ１００は、比較的高いダイナミックンレンジを持つことができる。従来のレーダセンサは、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）等の種々の回路部品の線形性を高める設計上の制約のため、ダイナミックンレンジの高い状態で操作されると、消費電力が大きくなってしまう。レーダセンサ１００は、アナログ相関器１１０を用いることでこのようなジレンマに対する解決策を与えて、ＡＤＣの消費電力を低減しかつ検出速度を全体的に向上している。従来のレーダセンサとは異なり、レーダセンサ１００はダイナミックレンジを高くするが、速度を妨げることなく又は動作の消費電力を増やすことなく、１つ以上の位置検出方式を実行できる。これらの方式の実施形態の詳細は後述する。
図２は、本発明の第１の実施形態によるレーダセンサ１００のブロック図を示す。レーダセンサ１００は、アナログ相関器１１０と、タイミングモジュール１２０と、検出制御器１３０と、無線周波数（ＲＦ）フロントエンド１４０と、アンテナ１５０とを備える。検出制御器１３０は、レーダセンサ１００の種々の構成要素の動作を制御し統制する役割を担う。ある実施形態では、例えば、検出制御器１３０は、１つ以上の検出周期において１つ以上のパルス圧縮レーダ（ＰＣＲ）信号の生成を起動してもよい。他の実施形態では、例えば、検出制御器１３０は、アナログ相関器１１０が反射ＰＣＲ信号１６４をテンプレート信号１１３と相関させている時にアナログ相関器１１０の１つ以上のタイミング部材を制御してもよい。更に他の実施形態では、検出制御器１３０は、アナログ相関器１１０からの出力を処理して、対象物の位置を判定及び／又は計算してもよい。
検出制御器１３０は、各検出周期の初期に検出周期信号１３５を生成する。レーダセンサ１００は、検出制御器１３０に接続可能で、検出周期信号１３５を受信するよう構成されたＰＣＲ信号生成器１３２を備える。検出周期信号１３５に対して、ＰＣＲ信号生成器１３２は、各パルス反復期間（ＰＲＩ）内にＰＣＲパルスを含む、起動ＰＣＲ信号１３３を生成する。ＰＣＲパルスは、相補的コード及び／又はバーカーコード等のコード化方法で圧縮されたデジタル符号を含む。これにより、ＰＣＲパルスは一連のサブパルスを含み、各サブパルスは１ビット以上の圧縮された情報を表すことができる。
起動ＰＣＲ信号１３３の波形図を部分的に示す図５を参照すると、起動ＰＣＲ信号１３３は、第１検出周期５００の初期に第１ＰＣＲパルス５６２を含む。第１ＰＣＲパルス５６２は、パルス幅ＴＰを有する。パルス反復期間ＰＲＩは、ＰＣＲパルス幅ＴＰの倍数として表されてもよい。このため、Ｍが１つの検出周期に当てはまりうるＰＣＲパルスの数とすると、パルス反復期間ＰＲＩはＭ＊ＴＰとして表すことができる。一般に、起動ＰＣＲ信号１３３は、１つの検出周期に１つのＰＣＲパルスを含み、パルス反復期間ＰＲＩの長さはＰＣＲパルスのＰＣＲパルス幅ＴＰの数倍の長さを持つことができる。更に詳細には、パルス反復期間ＰＲＩは、送信ＰＣＲ信号１６２の最大飛行時間を表すため、最大検出可能距離Ｒを定める。ある実施形態では、例えば、パルス反復期間ＰＲＩは２２０ｎｓより長くてよく、ＰＣＲパルス幅ＴＰは２０ｎｓより短くてもよい。
図２を再び参照すると、起動ＰＣＲ信号１３３は対象物検出処理を起動する。起動ＰＣＲ信号１３３は送信に向けて処理され、同じ時間又はほぼ同じ時間に複製されうる。図１を参照して既に述べたように、送信ＰＣＲ信号１６２は対象物に反射される。そのため、レーダセンサ１００によって反射ＰＣＲ信号１６４として受信される。反射ＰＣＲ信号１６４は、対象物の位置を検出するのに、（テンプレート信号とも呼ばれる）複製された信号と比較及び／又は相関される。
起動ＰＣＲ信号１３３を送信に向けて処理するために、ＲＦフロントエンド１４０は、ＲＦ変調器１４２を備えて、アウトバウンドＲＦ変調信号１４３を生成する。アウトバウンドＲＦ変調信号１４３は、搬送周波数と、起動ＰＣＲ信号１３３に基づいたメッセージとを含む。メッセージを埋め込むために、アウトバウンドＲＦ変調信号１４３には１つ以上のデジタル変調方式を採用してもよく、このデジタル変調方式は位相偏移変調（ＰＳＫ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、及び／又は振幅偏移変調（ＡＳＫ）等でありうるが、これらに限定されない。
アウトバウンドＲＦ変調信号１４３が生成されて、送信のために十分な出力レベルまで増幅させた後、送信アンテナ１５２を用いて出力変調信号１４３を電磁波に変換し、この変換された出力変調信号１４３を送信ＰＣＲ信号１６２として送信する。送信ＰＣＲ信号１６２は、１つ以上の対象物に反射される。これにより、受信アンテナ１５４が１つ以上の反射ＰＣＲ信号１６４を受信し、続いて反射ＰＣＲ信号１６４を１つ以上のインバウンドＲＦ変調信号１５５に変換する。
ＲＦフロントエンド１４０は、インバウンドＲＦ変調信号１５５を復調するためのＲＦ復調器１４４を備える。ＲＦ復調器１４４は、起動ＰＣＲ信号１３３を変調する際にＲＦ変調器１４２によって適用された変調方式に対応する復調方式を採用する。復調の結果、ＲＦ復調器１４４は、数個のインバウンドＲＦ変調信号１５５に埋め込まれた時間領域のメッセージを含む、受信ＰＣＲ信号１４５を生成する。従って、受信ＰＣＲ信号１４５は１つ以上の受信ＰＣＲパルスを含んでいてもよい。図５に示すように、例えば、受信ＰＣＲ信号１４５は、第１位置の第１対象物を表す第１受信ＰＣＲパルス５４２と、第２位置の第２対象物を表す第２受信ＰＣＲパルス５４４と、第３位置の第３対象物を表す第３受信ＰＣＲパルス５４６と、第４位置の第４対象物を表す第４受信ＰＣＲパルス５４８とを含む。
各受信ＰＣＲパルス（例えば、第１受信ＰＣＲパルス５４２、第２受信ＰＣＲパルス５４４、第３受信ＰＣＲパルス５４６、及び／又は第４受信ＰＣＲパルス５４８）は、第１起動ＰＣＲパルス５６２と同様のものである。これは、各受信ＰＣＲパルスは、起動ＰＣＲパルス５６２に由来するからである。これにより、各受信ＰＣＲパルスは、起動ＰＣＲパルス５６２と実質的に同じパルス幅ＴＰを有する。更に、各受信ＰＣＲパルスは、起動ＰＣＲパルス５６２と実質的に同じ圧縮符号列を含む。
受信ＰＣＲパルスの圧縮符号列を示す目的で、図３は受信ＰＣＲ信号１４５の波形図を部分的に示す。受信ＰＣＲ信号１４５は、第１受信ＰＣＲパルス５４２、第２受信ＰＣＲパルス５４４、第３受信ＰＣＲパルス５４６、及び第４受信ＰＣＲパルス５４８等として例示される、受信ＰＣＲパルス３１０を含む。受信ＰＣＲパルス３１０は、起動ＰＣＲパルス（例えば、第１ＰＣＲパルス５６２）が遅延及び反射されたものである。受信ＰＣＲパルス３１０は、１つ以上のゼロパルスによって分離された、一連のサブパルスを含んでいてもよい。サブパルスとゼロパルスとは、それぞれ１ビット以上の圧縮された情報を表す。本明細書においては、圧縮された情報の各ビットは単位サブパルス幅ＴＳを有する。図５は受信ＰＣＲパルスが時間において重ならないことを示すが、アナログ相関器１１０によって与えられる位置検出方式では、時間において重なる１つ以上の受信ＰＣＲパルスを検出して識別することができる。
従って、受信ＰＣＲパルス３１０のＰＣＲパルス幅ＴＰは、起動ＰＣＲ信号１３３の起動ＰＣＲパルスと同様に、単位サブパルス幅ＴＳの倍数で表すことができる。例えば、受信ＰＣＲパルス３１０がＮビットの符号列で圧縮されている場合、受信ＰＣＲパルス３１０のＰＣＲパルス幅ＴＰはＮ＊ＴＳとして表すことができる。他の例において、受信ＰＣＲパルス３１０が１９ビットの圧縮符号列を含む場合、受信ＰＣＲパルス３１０のＰＣＲパルス幅ＴＰは１９＊ＴＳとして表すことができる。
ある実施形態では、例えば、サブパルスは、１つの単位サブパルス幅ＴＳだけ続き、第１バイナリビットを表す第１サブパルス３１１と、２つの単位サブパルス幅ＴＳだけ続き、第４と第５バイナリビットを表す第２サブパルス３１２と、１つの単位サブパルス幅ＴＳだけ続き、第７バイナリビットを表す第３サブパルス３１３と、３つの単位サブパルス幅ＴＳだけ続き、第９、第１０、及び第１１バイナリビットを表す第４サブパルス３１４と、２つの単位サブパルス幅ＴＳだけ続き、第１３と第１４のバイナリビットを表す第５サブパルス３１５と、１つの単位サブパルス幅ＴＳだけ続き、第１７のバイナリビットを表す第６サブパルス３１６と、１つの単位サブパルス幅ＴＳだけ続き、第１９のバイナリビットを表す第７サブパルス３１７とを含んでいてもよい。
これらの各サブパルスが、２進値「１」を表すならば、受信ＰＣＲパルス３１０は２進数「１００１１０１０１１１０１１００１０１」で１９ビット符号列を表す。一方、これらの各サブパルスが、２進値「０」で１９ビット符号列を表すならば、受信ＰＣＲパルス３１０は２進数「０１１００１０１０００１００１１０１０」を表す。図３は受信ＰＣＲパルス３１０が単極性であることを示すが、受信ＰＣＲパルス３１０は、起動ＰＣＲ信号１３３の起動ＰＣＲパルスと同様に、両極性であってもよい。他の実施形態によれば、受信ＰＣＲパルス３１０は、起動ＰＣＲ信号１３３の起動ＰＣＲパルスと同様に、正のサブパルスと負のサブパルスとを含んでいてもよい。起動ＰＣＲパルスの極性体系は、アップコンバートで用いられる変調方式の種類によって決まることになる。一方で、例えば、二相位相変調（ＢＰＳＫ）が用いられる場合は、双極方式が好ましいであろう。一方、例えば、オン／オフ変調（ＯＯＫ）が用いられる場合は、単極方式が好ましいであろう。
特定の対象物とレーダセンサ１００との相対距離によっては、受信ＰＣＲ信号１４５は、起動ＰＣＲ信号１３３の生成から（あるいは、送信ＰＣＲ信号１６２の送信から）測定される相対時間遅延（すなわち、飛行時間）ΔΤを有していてもよい。例えば、起動ＰＣＲ信号１３３が、時間Ｔ０頃に生成、変調、及び送信されると、受信ＰＣＲ信号１４５は、時間Ｔ０＋ΔΤ頃に受信及び復調されてもよい。この時間遅延の概念を利用して、検出制御器１３０は、特定の対象物とレーダセンサ１００との間の相対距離を、起動時間Ｔ０と受信ＰＣＲ信号１４５がレーダセンサによって受信される時間との時間遅延ΔΤを測定することで検出できる。
この時間遅延ΔΤは、受信ＰＣＲ信号１４５を起動ＰＣＲ信号１３３のテンプレートバージョンと相関させることで、決定されうる。このような相関は、１つ以上の検出周期中に行われうる。各検出周期において、起動ＰＣＲ信号１３３のテンプレートバージョンは、異なった時間遅延成分を有していてもよい。一般には、起動ＰＣＲ信号１３３の特定のテンプレートバージョンが受信ＰＣＲ信号１４５と相関されると、検出制御器１３０は、時間遅延ΔΤが起動ＰＣＲ信号１３３のテンプレートバージョンの時間遅延成分と実質的に同じであると判定できる。本実施形態の実施においては、起動ＰＣＲ信号１３３のテンプレートバージョンは、１つのパルス反復期間ＰＲＩ内で複数回、起動ＰＣＲパルスを複製していてもよい。
起動ＰＣＲ信号１３３の複製のための処理をするように、アナログ相関器１１０は、起動ＰＣＲ信号１３３のＰＣＲパルスを複数回複製する複製生成器１１２を備える。その結果、複製生成器１１２は、ある複製レートで複製される複製ＰＣＲパルスを複数含むテンプレート信号１１３を生成する。１つの検出周期の間に１つのＰＣＲパルスだけを含む起動ＰＣＲ信号１３３とは異なり、テンプレート信号１１３は１つの検出周期の間に複数のＰＣＲパルスを含む。
例えば、図５を再び参照すると、テンプレート信号１１３は、連なった複製ＰＣＲパルスを含む。この連なった複製ＰＣＲパルスは、第１複製ＰＣＲパルス５３０、第２複製ＰＣＲパルス５３１、第３複製ＰＣＲパルス５３２、第４複製ＰＣＲパルス５３３、第５複製ＰＣＲパルス５３４、第６複製ＰＣＲパルス５３５、第７複製ＰＣＲパルス５３６、第８複製ＰＣＲパルス５３７、第９複製ＰＣＲパルス５３８、及び第１０複製ＰＣＲパルス５３９を含む。各複製ＰＣＲパルスは、第１起動ＰＣＲパルス５６２のＰＣＲパルス幅ＴＰと実質的に同様のパルス幅を有する。
これにより、複製ＰＣＲパルスの最大数Ｍは、パルス反復期間ＰＲＩと第１起動ＰＣＲパルス５６２のＰＣＲパルス幅ＴＰとの関係で予め定めることができる。ある実施形態では、例えば、複製ＰＣＲパルスの最大数はＭである。他の実施形態では、例えば、複製ＰＣＲパルスの最大数は、Ｍ−１である。更に他の実施形態では、例えば、複製ＰＣＲパルスの最大数はＭ−２である。図５は、第１複製ＰＣＲパルス５３０が第１起動ＰＣＲパルス５６２とおよそ同じ時間に開始することを示しているが、第１複製ＰＣＲパルス５３０は第１起動ＰＣＲパルス５６２の終わりに又は終わり近くで始まってもよい。
図２を再び参照すると、タイミングモジュール１２０は、サンプリングクロック生成器１２２と可変時間遅延素子（ＶＴＤＤ）１２４とを備える。サンプリングクロック生成器１２２及びＶＴＤＤ１２４は、複製レートを制御するために協働する。まず、検出制御器１３０は、サンプリング制御信号１３９をサンプリングクロック生成器１２２に送信する。サンプリング制御信号１３９は、起動ＰＣＲパルスのＰＣＲパルス幅ＴＰに関連づけられていてもよく、更に、起動ＰＣＲパルスのＰＣＲパルス幅ＴＰは、起動ＰＣＲパルスに埋め込まれた符号ビット数に正比例する。
サンプリング制御信号１３９は、サンプリングクロック生成器１２２で受信される。サンプリング制御信号１３９に基づいて、サンプリングクロック生成器１２２は、あるサンプリングレートでサンプリング信号１２３を生成する。サンプリングレートは、複製ＰＣＲパルスが複製される周波数を制御するので、サンプリングレートは、起動ＰＣＲパルスの帯域幅に対応している。本明細書においては、起動ＰＣＲパルスの帯域幅は、単位サブパルス幅ＴＳの倍数であるＰＣＲパルス幅ＴＰの逆数とすることができる。これにより、起動ＰＣＲパルスの帯域幅は、起動ＰＣＲパルスの単位サブパルスの帯域幅よりずっと小さい。ある実施形態では、例えば、サンプリングレートは、起動ＰＣＲパルスの帯域幅と実質的に同じでよい。他の実施形態では、例えば、サンプリングレートは、ＰＣＲパルスの帯域幅の何分の１でよい。本明細書中では、ＰＣＲパルスの帯域幅は、ＰＣＲパルスのＰＣＲパルス幅ＴＰの逆数であるが、これに限定されない。
検出制御器１３０は、ＶＴＤＤ１２４によって与えられる選択肢の中から選択するための遅延調整信号１３７を生成する。遅延調整信号１３７を受信し復号すると、ＶＴＤＤ１２４は、調整可能時間遅延ＴＤＡを可能にする。その後、ＶＴＤＤ１２４は、調整可能時間遅延ＴＤＡをサンプリング信号１２３に適用することで、複製レート信号１２５を生成する。複製レート信号１２５は、周波数成分と時間遅延成分とを有する。周波数成分はサンプリング制御信号１３９によって制御され、時間遅延成分は遅延調整信号１３７によって制御されうる。
複製生成器１１２は、ＶＴＤＤ１２４と接続されうる。複製レート信号１２５を受信すると、複製生成器１１２は、複製レートに基づいて起動ＰＣＲパルス（例えば、第１起動ＰＣＲパルス５６２）の複製を開始する。その結果、テンプレート信号１１３は、複数の複製ＰＣＲパルス（例えば、第１複製ＰＣＲパルス５３０、第２複製ＰＣＲパルス５３１、第３複製ＰＣＲパルス５３２、第４複製ＰＣＲパルス５３３、第５複製ＰＣＲパルス５３４、第６複製ＰＣＲパルス５３５、第７複製ＰＣＲパルス５３６、第８複製ＰＣＲパルス５３７、第９複製ＰＣＲパルス５３８、及び第１０複製ＰＣＲパルス５３９）を含む。
複製ＰＣＲパルスは、起動ＰＣＲパルスに対して種々の遅延時間を有する。ｎを個々の複製ＰＣＲパルスの通し番号とすると、その複製ＰＣＲパルスの遅延時間は以下の式で表すことができる。
ＴＤＮ＝ＴＤＡ＋（ｎ−１）＊ＴＰ
図５を再び参照すると、第１検出周期５００における調整可能時間遅延ＴＤＡはゼロであろう。ゼロの調整可能時間遅延ＴＤＡを上記式に当てはめると、第１複製ＰＣＲパルス５３０は、ゼロの第１遅延時間ＴＤ１を有し、第２複製ＰＣＲパルス５３１は、１＊ＴＰの第２遅延時間ＴＤ２を有する。同様に、第３複製ＰＣＲパルス５３２は、２＊ＴＰの第３遅延時間ＴＤ３を有し、第４複製ＰＣＲパルス５３３は３＊ＴＰの遅延時間ＴＤ４を有する。
１つ以上の複製ＰＣＲパルスが、受信ＰＣＲパルス（例えば、第１受信ＰＣＲパルス５４２、第２受信ＰＣＲパルス５４４、第３受信ＰＣＲパルス５４６、及び／又は第４受信ＰＣＲパルス５４８）の中の１つと比較されてマッチングされる。理論上は、特定の複製ＰＣＲパルスが、ある特定の受信ＰＣＲパルスと実質的に相関すると、複製ＰＣＲパルスの遅延時間は、受信ＰＣＲパルスの飛行時間ΔΤに近くなりうる。
アナログ相関器１１０は、乗算器１１４と、テンプレート信号１１３と受信ＰＣＲ信号１４５との間の自己相関を行う積分器とを備える。一般に、乗算器１１４は、受信ＰＣＲ信号１４５をテンプレート信号１１３で乗算するよう構成される。更に詳細には、乗算器１１４は、各受信ＰＣＲパルスを１つ以上の複製ＰＣＲパルスで乗算することができる。
乗算器１１４は、このような乗算の結果に基づいて乗算信号１１５を生成する。ある実施形態では、例えば、乗算信号１１５は、受信ＰＣＲパルスの符号ビットが複製ＰＣＲパルスの符号ビットと一致する場合、予め定められた量の正電荷を伝えてもよい。他の実施形態では、例えば、乗算信号１１５は、受信ＰＣＲパルスの符号ビットが複製ＰＣＲパルスの符号ビットと一致しない場合、予め定められた量の負電荷を伝えてもよい。
積分器１１６は、乗算器１１４と接続されており、積分器１１６は乗算信号１１５によって運ばれた電荷を受信、蓄積、及び累積できる。各検出周期の終わりに近づくと、積分器１１６は、累積された電荷の総量に基づいてアナログ相関信号１１７を生成する。乗算器１１４及び積分器１１６の動作を更に示すものとして、図３を図４との関連で示して以下の通り説明する。
図３は、受信ＰＣＲパルス３１０と複製パルス３２０との相関状態３００の波形図を示す。受信ＰＣＲパルス３１０と同様に、複製ＰＣＲパルス３２０は、複数のサブパルスを含むことができる。この複数のサブパルスは、第１サブパルス３２１、第２サブパルス３２２、第３サブパルス３２３、第４サブパルス３２４、第５サブパルス３２５、第６サブパルス３２６、及び第７サブパルス３２７等である。複製ＰＣＲパルス３２０は、受信ＰＣＲパルス３１０と同じ圧縮符号列を含むため、複製ＰＣＲパルス３２０の各サブパルスは、受信ＰＣＲパルス３１０での相当するサブパルスと同様のサブパルス幅を有する。
複製ＰＣＲパルス３２０が受信ＰＣＲパルス３１０と整合すると、乗算信号１１５は予め定められた量の正電荷を伝える。複製ＰＣＲパルス３２０のサブパルスは、受信ＰＣＲパルス３１０のサブパルスとリアルタイムに相関するため、乗算信号１１５は、各単位サブパルス幅ＴＳにおいて更なる正電荷を積分器１１６に伝える。その結果、アナログ相関信号１１７は、ＰＣＲパルス幅ＴＰの間に確実に増大し、ＰＣＲパルス幅ＴＰの終わり近くに所定の閾値を超える自己相関量３３０を持つ。
一方、図４は、不整合状態４００を示す。不整合状態４００では、複製ＰＣＲパルス４２０のサブパルス（例えば、第１サブパルス４２１、第２サブパルス４２２、第３サブパルス４２３、第４サブパルス４２４、第５サブパルス４２５、第６サブパルス４２６、及び第７サブパルス４２７）が受信ＰＣＲパルス３１０のサブパルスとリアルタイムに完全に相関しない。複製ＰＣＲパルス４２０が受信ＰＣＲパルス３１０と相関すると、正電荷が積分器１１６に送られる。しかし、複製ＰＣＲパルス４２０が受信ＰＣＲパルス３１０と整合しなければ、負電荷が積分器１１６に送られる。この負電荷は、完全にではないにしても実質的に正電荷に相殺される。この結果、アナログ相関信号１１７は、相関状態３００における自己相関量３３０に比べて、低い自己相関量４３０を有する。
アナログ相関信号１１７の自己相関量（例えば、自己相関量３３０又は４３０）は、更なる処理のためにサンプリングされてデジタル化されうる。ある実施形態では、例えば、アナログ相関器１１０は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１１８を有して、アナログ相関信号１１７のサンプリングに基づいてデジタル信号１１９を生成してもよい。ＡＤＣ１１８のサンプリングレートは、複製ＰＣＲパルスの複製と同期させることができる。すなわち、ＡＤＣ１１８は、２つの連続した複製ＰＣＲパルスの間のつなぎ部分でアナログ相関信号１１７をサンプリングできる。このような同期を得るために、ＡＤＣ１１８は可変時間遅延素子（ＶＴＤＤ）１２４と接続されて、ＡＤＣ１１８は、複製レート信号１２５の複製レートによって制御されうる。
サンプリング処理が終わると、積分器１１６に累積された電荷は、解放されるか放出される。その結果、アナログ相関信号１１７は、次の複製ＰＣＲパルスが乗算器１１４によって乗算されることになる前に、自己相関量４３０等の起動時の低い自己相関量に戻る。ＡＤＣ１１８と同様に、積分器１１６の帯電と放電は、複製ＰＣＲパルスの複製と同期させることができる。このような同期を得るために、積分器１１６はＶＴＤＤ１２４と接続されて、積分器１１６は、複製レート信号１２５の複製レートによって制御されうる。
デジタル信号１１９を受信すると、検出制御器１３０は、最後の複製ＰＣＲ信号が受信ＰＣＲ信号１４５と相関するか否かを判定できる。デジタル信号１１９のデジタル値が予め定められたデジタル閾値より小さい場合、検出制御器１３０は、パルス幅ＴＰを持った最後の複製ＰＣＲパルスが受信ＰＣＲ信号１４５と相関していないであろうと判定する。一方、デジタル信号１１９のデジタル値が予め定められたデジタル閾値を超えるならば、検出制御器１３０は、最後の複製ＰＣＲパルスが受信ＰＣＲ信号１４５と相関すると判定する。その結果、検出制御器１３０は、受信ＰＣＲパルスの飛行時間を抽出及び／又は計算できる。例えば、検出制御器１３０は、それまでに生成された複製ＰＣＲパルスの数ｋを割り出す。次に、検出制御器１３０は、ＶＴＤＤ１２４によって定められる調整可能時間遅延ＴＤＡを割り出す。数ｋと調整可能時間遅延ＴＤＡとを入力パラメータとして、検出制御器１３０は、これらの入力パラメータを以下の式に当てはめることで飛行時間ＴＯＦを抽出及び／又は計算できる。
ＴＯＦ＝ｋ＊ＴＰ＋ＴＤＡ
上述のように、検出制御器１３０は、この飛行時間を用いて検出された対象物の相対距離Ｒを計算する。この検出処理は検出周期内で複製ＰＣＲパルス毎に繰り返し行われる。これにより、多数の対象物が１つの検出周期内で検出される。ある実施形態では、この検出処理は、検出周期内で調整可能時間遅延ＴＤＡを変更すること無しに行われてもよい。調整可能時間遅延ＴＤＡを検出周期内で変更しない場合は、ＡＤＣ１１８を、比較的低い周波数で切り替えることができる。これにより、ＡＤＣ１１８は、サンプリング動作を最低レートで維持させながら、高いＳＮＲを達成できる。各検出周期内で、レーダセンサ１００は、電力をほとんど消費せず比較的敏活な動作を行う。他の実施形態では、複製処理と累積処理が、検出制御器１３０のＳＮＲを向上するために、１つの検出周期内に繰り返し行われてもよい。このような繰り返しの結果、熱雑音の影響を最小限に抑えることが平均化されるであろう。
検出周期が終わると、検出制御器１３０は、調整可能時間遅延ＴＤＡを変更するために遅延調整信号１３７を更新する。このような変更によって、対象物検出処理の微調整が容易になる。上述のように、レーダセンサ１００の距離分解能ΔＲは、起動ＰＣＲパルスの単位サブパルス幅ＴＳによって定まる。調整可能時間遅延ＴＤＡが、単位サブパルス幅ＴＳと実質的に等しい値だけ増加又は減少すると、レーダセンサ１００は、隣接する対象物間の位置の差又は移動している対象物の位置の差を、距離分解能ΔＲと実質的に等しい正確さで検出できる。これにより、単位サブパルス幅ＴＳの値を制御することで、レーダセンサ１００は検出精度を制御できる。ある実施形態では、例えば、単位サブパルス幅ＴＳは、０．５ｍより高くなるように距離分解能ΔＲを達成するために、３．３ｎｓ未満となるよう調整されてもよい。
連続した検出周期の遷移で、検出制御器１３０は、単位サブパルス幅ＴＳのマージンによって調整可能時間遅延ＴＤＡを増加させることができる。このような増加によって、多数の検出周期を経た後で、レーダセンサ１００は全体の検出可能範囲Ｒを距離分解能ΔＲでスイープすることができる。従って、レーダセンサ１００は、各検出周期の検出処理を微調整できる。この微調整処理は、レーダセンサ１００の全体の性能と引き換えにすること無しに、ＡＤＣ１１８のサンプリングレートを低減することに貢献する。
信号対雑音比（ＳＮＲ）を高く維持するために、レーダセンサ１００は、比較的長い符号列でＰＣＲパルスを生成することができる。例えば、Ｎビットの符号は、１０＊ｌｏｇ（Ｎ）の処理利得でＰＣＲ信号のＳＮＲを向上できる。符号列が長いため、長い符号化パルスが相関されている時、ＡＤＣ１１８の切り替わりが多くなるであろう。これにより、ＡＤＣ１１８のサンプリングレートを低くすることで、レーダセンサ１００の全体の消費電力が大幅に制限されうる。上述の位置検出方式によって、レーダセンサ１００は、比較的高いＳＮＲを維持して消費電力を制限しながら比較的高い分解能を達成できる。高いＳＮＲを維持することで、レーダセンサ１００は高いダイナミックンレンジを有することができ、そのため、レーダセンサ１００は広い検出範囲で動作ができる。有利には、アナログ相関器１１０と上述の位置検出方式とで、高速化、高分解能、広範囲、及び低電力において、従来のレーダセンサに対する解決策が与えられる。
更に、起動ＰＣＲパルスの生成、変調、及び送信が検出周期の間に一回だけなされるため、受信ＰＣＲパルスはいずれも起動ＰＣＲパルス（あるいは送信ＰＣＲパルス）と重複する可能性は低い。すなわち、各検出周期内で、起動ＰＣＲパルスが連続的にではなく離散的に生成されるので、送信ＰＣＲ信号が受信ＰＣＲ信号と干渉する可能性は低い。送信ＰＣＲ信号と受信ＰＣＲ信号との干渉を最小限に抑えることで、レーダセンサ１００は、消費電力を増やすことなく、比較的高いＳＮＲを維持できる。
位置検出方式を更に詳しく説明するため、連続するいくつかの検出周期における種々の信号の波形図について、以下に説明する。図５に、第１検出周期５００における位置検出方式を示す。第１検出周期５００には、起動ＰＣＲ信号１３３、受信ＰＣＲ信号１４５、テンプレート信号１１３、アナログ相関信号１１７、及び複製レート信号１２５等の５つの主なる信号が含まれる。第１検出周期５００の開始にあたって、第１起動ＰＣＲパルス５６２が起動ＰＣＲ信号１３３で生成される。第１起動ＰＣＲパルス５６２が生成された後、起動ＰＣＲ信号１３３が変調され送信される。
説明の目的のため、送信ＰＣＲ信号１６２は離間して位置する４つの対象物によって反射される。これにより、受信ＰＣＲ信号１４５は、第１受信ＰＣＲパルス５４２、第２受信ＰＣＲパルス５４４、第３受信ＰＣＲパルス５４６、及び第４受信ＰＣＲパルス５４８を含む。第１受信ＰＣＲパルス５４２は、第２受信ＰＣＲパルス５４４より３単位のサブパルス幅ＴＳ足す１ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ先にある。第２受信ＰＣＲパルス５４４は、第３受信ＰＣＲパルス５４６より、１単位のサブパルス幅ＴＳ足す１ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ先にある。第３受信ＰＣＲパルス５４６は、第４受信ＰＣＲパルス５４８より、３単位のサブパルス幅ＴＳ足す１ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ先にある。この受信順によれば、第１受信ＰＣＲパルス５４２に関連した対象物がレーダセンサ１００に最も近く、第４受信ＰＣＲパルス５４８に関連した対象物がレーダセンサ１００から最も離れている。
第１検出周期５００では、調整可能時間遅延ＴＤＡはゼロであって無視できる程小さいため、第１複製ＰＣＲパルス５３０は、第１起動ＰＣＲパルス５６２に実質的に同期している。受信ＰＣＲパルス（例えば、第１、第２、第３、及び第４受信ＰＣＲパルス５４２、５４４、５４６、及び５４８）のタイミングと受信順により、第７複製ＰＣＲパルス５３６のみが第４受信ＰＣＲパルス５４８と相関関係５０１にある。この相関関係５０１の結果、アナログ相関信号１１７は、受信ＰＣＲ信号１４５が第７複製ＰＣＲパルス５３６で乗算されると、自己相関量５１７を有する。一方、アナログ相関信号１１７は、受信ＰＣＲ信号１４５が他の複製ＰＣＲパルス（例えば、第１複製ＰＣＲパルス５３０、第２複製ＰＣＲパルス５３１、第３複製ＰＣＲパルス５３２、第４複製ＰＣＲパルス５３３、第５複製ＰＣＲパルス５３４、第６複製ＰＣＲパルス５３５、第８複製ＰＣＲパルス５３７、第９複製ＰＣＲパルス５３８、及び第１０複製ＰＣＲパルス５３９）で乗算されると、実質的に大きさゼロを有する。
アナログ相関信号１１７は、複製レート信号１２５と実質的に同期するレートでサンプリング及び／又はデジタル化される。ある実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、サンプリングパルス（例えば、第１サンプリングパルス５２０、第２サンプリングパルス５２１、第３サンプリングパルス５２２、第４サンプリングパルス５２３、第５サンプリングパルス５２４、第６サンプリングパルス５２５、第７サンプリングパルス５２６、第８サンプリングパルス５２７、第９サンプリングパルス５２８、及び第１０サンプリングパルス５２９）の各々の立ち上がりエッジでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。他の実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、サンプリングパルスの各々の立ち下りエッジでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。更に他の実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、各サンプリングパルスでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。
アナログ相関信号１１７がサンプリング及び／又はデジタル化された後、この位置検出方式で、第７サンプリングパルス５２６で又はその後で対象物を検出する。この位置検出方式では更に、検出された対象物が６つのパルス幅ＴＰと実質的に等しい飛行時間を有することを確認する。最後に、この位置検出方式で、検出された対象物の確認された飛行時間に基づいて対象物の位置を抽出及び／又は計算する。
図６は、第２検出周期６００における位置検出方式を示す。第２検出周期６００には、第１検出周期５００と同様の信号が含まれる。第１検出周期５００から第２検出周期６００へ遷移すると、第２起動ＰＣＲパルス６６２が起動ＰＣＲ信号１３３で生成される。第２起動ＰＣＲパルス６６２が生成された後、起動ＰＣＲ信号１３３が変調され送信されうる。
先に示された対象物が静止したままであると仮定すると、これらの対象物は第２検出周期６００において再び送信ＰＣＲ信号１６２を反射する。これにより、受信ＰＣＲ信号１４５は、第１受信ＰＣＲパルス６４２と、第２受信ＰＣＲパルス６４４と、第３受信ＰＣＲパルス６４６と、第４受信ＰＣＲパルス６４８とを含む。これらの受信ＰＣＲパルスの各々は、４つの反射対象物の相対距離が変化していないので、第１検出周期５００と同様の時間的関係を相互に持つ。
これにより、第１受信ＰＣＲパルス６４２と第２受信ＰＣＲパルス６４４との間には、３単位のサブパルス幅ＴＳの第１時間的分離があり、第２受信ＰＣＲパルス６４４と第３受信ＰＣＲパルス６４６との間には１単位のサブパルス幅ＴＳの第２時間的分離があり、第３受信ＰＣＲパルス６４６と第４受信ＰＣＲパルス６４８との間には３単位のサブパルス幅ＴＳの第３時間的分離がある。この時間的関係によれば、第１受信ＰＣＲパルス６４２と関連のある対象物はレーダセンサ１００に最も近く、第４受信ＰＣＲパルス６４８と関連のある対象物はレーダセンサ１００から最も離れている。
第１検出周期５００の後、調整可能時間遅延ＴＤＡは、第２検出周期６００でゼロから１単位のサブパルス幅ＴＳに増加することになる。これにより、第１複製ＰＣＲパルス６３０は、第２起動ＰＣＲパルス６６２よりも１単位のサブパルス幅ＴＳだけ遅れている。調整可能時間遅延ＴＤＡを増加させることで、レーダセンサ１００は、第１検出周期５００で相関されていない他の対象物の検出を試みる。
１単位のサブパルス幅ＴＳ分のわずかな増分により、レーダセンサ１００は、わずかなマージンによって検出距離を調整できる。この微調整により、レーダセンサ１００は、検出された対象物（例えば、第１検出周期５００における第４受信ＰＣＲパルス５４８と関連のある対象物）のすぐ近くに位置する可能性のある１つ以上の未検出の対象物を検索することが可能となる。
受信ＰＣＲパルス（例えば、第１、第２、第３、及び第４受信ＰＣＲパルス６４２、６４４、６４６、及び６４８）のタイミングと受信順により、第４複製ＰＣＲパルス６３３のみが第２受信ＰＣＲパルス６４４と相関関係６０１にある。この相関関係６０１の結果、アナログ相関信号１１７は、受信ＰＣＲ信号１４５が第４複製ＰＣＲパルス６３３で乗算されると、自己相関量６１７を有する。
一方、アナログ相関信号１１７は、受信ＰＣＲ信号１４５が他の複製ＰＣＲパルス（例えば、第１複製ＰＣＲパルス６３０、第２複製ＰＣＲパルス６３１、第３複製ＰＣＲパルス６３２、第５複製ＰＣＲパルス６３４、第６複製ＰＣＲパルス６３５、第７複製ＰＣＲパルス６３６、第８複製ＰＣＲパルス６３７、第９複製ＰＣＲパルス６３８、及び第１０複製ＰＣＲパルス６３９）で乗算されると、実質的にゼロである大きさを有する。
アナログ相関信号１１７は、複製レート信号１２５と実質的に同期するレートでサンプリング及び／又はデジタル化される。ある実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、サンプリングパルス（例えば、第１サンプリングパルス６２０、第２サンプリングパルス６２１、第３サンプリングパルス６２２、第４サンプリングパルス６２３、第５サンプリングパルス６２４、第６サンプリングパルス６２５、第７サンプリングパルス６２６、第８サンプリングパルス６２７、第９サンプリングパルス６２８、及び第１０サンプリングパルス６２９）の各々の立ち上がりエッジでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。他の実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、サンプリングパルスの各々の立ち下りエッジでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。更に他の実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、各サンプリングパルスでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。
アナログ相関信号１１７がサンプリング及び／又はデジタル化された後、この位置検出方式で、第４サンプリングパルス６２３で又はそのあたりで、対象物を検出する。この位置検出方式では、検出された対象物が１単位のサブパルス幅ＴＳと３つのパルス幅ＴＰとの和に実質的に等しい飛行時間を有することを確認する。最後に、この位置検出方式で、検出された対象物の確認された飛行時間に基づいて対象物の位置を抽出及び／又は計算する。
図７は、第３検出周期７００における位置検出方式を示す。第３検出周期７００には、第１検出周期５００及び第２検出周期６００と同様の信号が含まれる。第２検出周期６００から第３検出周期７００へ遷移すると、第３起動ＰＣＲパルス７６２が起動ＰＣＲ信号１３３で生成される。第３起動ＰＣＲパルス７６２が生成された後、起動ＰＣＲ信号１３３が変調され送信される。
先に示された対象物が静止したままであると仮定すれば、これらの対象物は第３検出周期７００において再び送信ＰＣＲ信号１６２を反射する。これにより、受信ＰＣＲ信号１４５は、第１受信ＰＣＲパルス７４２と、第２受信ＰＣＲパルス７４４と、第３受信ＰＣＲパルス７４６と、第４受信ＰＣＲパルス７４８とを含む。これらの受信ＰＣＲパルスの各々は、４つの反射対象物の相対距離が変化していないので、第２検出周期６００と同様の時間的関係を相互に持つ。
これにより、第１受信ＰＣＲパルス７４２と第２受信ＰＣＲパルス７４４との間には、３単位のサブパルス幅ＴＳの第１時間的分離があり、第２受信ＰＣＲパルス７４４と第３受信ＰＣＲパルス７４６との間には、１単位のサブパルス幅ＴＳの第２時間的分離があり、第３受信ＰＣＲパルス７４６と第４受信ＰＣＲパルス７４８との間には３単位のサブパルス幅ＴＳの第３時間的分離がある。この時間的関係によれば、第１受信ＰＣＲパルス７４２に関連のある対象物はレーダセンサ１００に最も近く、第４受信ＰＣＲパルス７４８に関連のある対象物はレーダセンサ１００から最も離れている。
第２検出周期６００の後、調整可能時間遅延ＴＤＡは、第３検出周期７００で１単位のサブパルス幅ＴＳから２単位のサブパルス幅ＴＳに増加することになる。これにより、第１複製ＰＣＲパルス７３０は、第３起動ＰＣＲパルス７６２よりも２単位のサブパルス幅ＴＳだけ遅れている。調整可能時間遅延ＴＤＡを増加させることで、レーダセンサ１００は、第１検出周期５００及び第２検出周期６００で相関されていない他の対象物の検出を試みる。
１単位のサブパルス幅ＴＳ分のわずかな増分により、レーダセンサ１００はわずかなマージンによって検出距離を調整できる。この微調整により、レーダセンサ１００は、検出された対象物（例えば、第１検出周期５００における第４受信ＰＣＲパルス５４８と関連のある対象物及び第２検出周期６００における第２受信ＰＣＲパルス６４４と関連のある対象物）のすぐ近くに位置する可能性のある１つ以上の未検出の対象物を検索することが可能となる。
受信ＰＣＲパルス（例えば、第１、第２、第３、及び第４受信ＰＣＲパルス７４２、７４４、７４６、及び７４８）のタイミングと受信順により、第５複製ＰＣＲパルス７３４のみが第３受信ＰＣＲパルス７４６と相関関係７０１にある。相関関係７０１の結果、アナログ相関信号１１７は、受信ＰＣＲ信号１４５が第５複製ＰＣＲパルス７３４で乗算されると、自己相関量７１７を有する。
一方、アナログ相関信号１１７は、受信ＰＣＲ信号１４５が他の複製ＰＣＲパルス（例えば、第１複製ＰＣＲパルス７３０、第２複製ＰＣＲパルス７３１、第３複製ＰＣＲパルス７３２、第４複製ＰＣＲパルス７３３、第６複製ＰＣＲパルス７３５、第７複製ＰＣＲパルス７３６、第８複製ＰＣＲパルス７３７、第９複製ＰＣＲパルス７３８、及び第１０複製ＰＣＲパルス７３９）で乗算されると、実質的にゼロである大きさを有する。
アナログ相関信号１１７は、複製レート信号１２５と実質的に同期するレートでサンプリング及び／又はデジタル化される。ある実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、サンプリングパルス（例えば、第１サンプリングパルス７２０、第２サンプリングパルス７２１、第３サンプリングパルス７２２、第４サンプリングパルス７２３、第５サンプリングパルス７２４、第６サンプリングパルス７２５、第７サンプリングパルス７２６、第８サンプリングパルス７２７、第９サンプリングパルス７２８、及び第１０サンプリングパルス７２９）の各々の立ち上がりエッジでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。他の実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、サンプリングパルスの各々の立ち下りエッジでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。更に他の実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は各サンプリングパルスでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。
アナログ相関信号１１７がサンプリング及び／又はデジタル化された後、この位置検出方式で、第５サンプリングパルス７２４で又はそのあたりで対象物を検出する。この位置検出方式では、検出された対象物が２単位のサブパルス幅ＴＳと４つのパルス幅ＴＰとの和に実質的に等しい飛行時間を有することを更に確認する。最後に、この位置検出方式で、検出された対象物の確認された飛行時間に基づいて対象物の位置を抽出及び／又は計算する。
図８は、第４検出周期８００における位置検出方式を示す。第４検出周期８００には、第１検出周期５００、第２検出周期６００、及び第３検出周期７００と同様の信号が含まれる。第３検出周期７００から第４検出周期８００へ遷移すると、第４起動ＰＣＲパルス８６２が起動ＰＣＲ信号１３３で生成される。第４起動ＰＣＲパルス８６２が生成された後、起動ＰＣＲ信号１３３が変調され送信される。
先に示された対象物が静止したままであると仮定すれば、これらの対象物は、第４検出周期８００において再び送信ＰＣＲ信号１６２を反射する。これにより、受信ＰＣＲ信号１４５は、第１受信ＰＣＲパルス８４２と、第２受信ＰＣＲパルス８４４と、第３受信ＰＣＲパルス８４６と、第４受信ＰＣＲパルス８４８とを含む。これらの受信ＰＣＲパルスの各々は、４つの反射対象物の相対距離が変化していないので、第３検出周期７００と同様の時間的関係を相互に持つ。
これにより、第１受信ＰＣＲパルス８４２と第２受信ＰＣＲパルス８４４との間には、３単位のサブパルス幅Ｔ Ｓ の第１時間的分離があり、第２受信ＰＣＲパルス８４４と第３受信ＰＣＲパルス８４６との間には、１単位のサブパルス幅Ｔ Ｓ の第２時間的分離があり、第３受信ＰＣＲパルス８４６と第４受信ＰＣＲパルス８４８との間には、３単位のサブパルス幅Ｔ Ｓ の第３時間的分離がある。この時間的関係によれば、第１受信ＰＣＲパルス８４２に関連のある対象物はレーダセンサ１００に最も近く、第４受信ＰＣＲパルス８４８に関連のある対象物はレーダセンサ１００から最も離れている。
第３検出周期７００の後、調整可能時間遅延ＴＤＡは、第４検出周期８００で２単位のサブパルス幅ＴＳから３単位のサブパルス幅ＴＳに増加することになる。これにより、第１複製ＰＣＲパルス８３０は、第４起動ＰＣＲパルス８６２よりも３単位のサブパルス幅ＴＳだけ遅れている。調整可能時間遅延ＴＤＡを増加させることで、レーダセンサ１００は、第１検出周期５００、第２検出周期６００、及び第３検出周期７００で相関されていない他の対象物の検出を試みる。
１単位のサブパルス幅ＴＳ分のわずかな増分により、レーダセンサ１００はわずかなマージンによって検出距離を調整できる。この微調整により、レーダセンサ１００は、検出された対象物（例えば、第１検出周期５００における第４受信ＰＣＲパルス５４８と関連のある対象物、第２検出周期６００における第２受信ＰＣＲパルス６４４と関連のある対象物、及び第３検出周期７００における第３受信ＰＣＲパルス７４６と関連のある対象物）のすぐ近くに位置する可能性のある１つ以上の未検出の対象物を検索することが可能となる。
受信ＰＣＲパルス（例えば、第１、第２、第３、及び第４受信ＰＣＲパルス８４２、８４４、８４６、及び８４８）のタイミングと受信順により、第２複製ＰＣＲパルス８３１のみが第１受信ＰＣＲパルス８４２と相関関係８０１にある。相関関係８０１の結果、アナログ相関信号１１７は、受信ＰＣＲ信号１４５が第２複製ＰＣＲパルス８３１で乗算されると、自己相関量８１７を有する。一方、アナログ相関信号１１７は、受信ＰＣＲ信号１４５が他の複製ＰＣＲパルス（例えば、第１複製ＰＣＲパルス８３０、第３複製ＰＣＲパルス８３２、第４複製ＰＣＲパルス８３３、第５複製ＰＣＲパルス８３４、第６複製ＰＣＲパルス８３５、第７複製ＰＣＲパルス８３６、第８複製ＰＣＲパルス８３７、第９複製ＰＣＲパルス８３８、及び第１０複製ＰＣＲパルス８３９）で乗算されると、実質的にゼロである大きさを有する。
アナログ相関信号１１７は、複製レート信号１２５と実質的に同期するレートでサンプリング及び／又はデジタル化される。ある実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、サンプリングパルス（例えば、第１サンプリングパルス８２０、第２サンプリングパルス８２１、第３サンプリングパルス８２２、第４サンプリングパルス８２３、第５サンプリングパルス８２４、第６サンプリングパルス８２５、第７サンプリングパルス８２６、第８サンプリングパルス８２７、第９サンプリングパルス８２８、及び第１０サンプリングパルス８２９）の各々の立ち上がりエッジでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。他の実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、サンプリングパルスの各々の立ち下りエッジでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。更に他の実施形態では、例えば、アナログ相関信号１１７は、各サンプリングパルスでサンプリング及び／又はデジタル化されてもよい。
アナログ相関信号１１７がサンプリング及び／又はデジタル化された後、この位置検出方式で、第２サンプリングパルス８２１で又はそのあたりで対象物を検出する。この位置検出方式では、検出された対象物が３単位のサブパルス幅ＴＳと１つのパルス幅ＴＰとの和に実質的に等しい飛行時間を有することを更に確認する。最後に、この位置検出方式で、検出された対象物の確認された飛行時間に基づいて対象物の位置を抽出及び／又は計算する。
４つの検出周期を図５から図８に示したが、この位置検出方式では、本発明の種々の実施形態によれば、より少ない又はより多い検出周期を有していてもよい。ＭがＰＣＲパルス幅ＴＰに対するパルス反復期間ＰＲＩの比とすると、検出周期で起こりうる相関の総数はＭ以下となるであろう。更に、Ｎが単位サブパルス幅ＴＳに対するＰＣＲパルス幅ＴＰの比とすると、検出周期の総数はＮ以下となるであろう。そのため、相関の総数ＣＴｏｔａｌ（又は、検出可能な位置の最大数）はＭとＮの積に等しくなるであろう。
すなわち、相関の総数ＣＴｏｔａｌは、単位サブパルス幅ＴＳに対するパルス反復期間ＰＲＩの比によって本質的に定めることができる。パルスの反復が、単位サブパルス幅ＴＳに比べて比較的大きいままであるならば、位置検出方式で、広い検出範囲と高い分解能を同時に達成できる。一方、位置検出方式で、いくつかの検出周期と各検出周期でのいくつかの複製ＰＣＲパルスにわたって相関の総数ＣＴｏｔａｌを分散させる。このように分散させることによって、１つの検出周期に複数の相関を含めることで検出処理の性能を向上することができる。更に、このように分散させることによって、アナログ−デジタル変換器１１８のサンプリングレートを低くすることで、全体の消費電力を低減することができる。ＴＳに対するＰＲＩの比率を高くして相関を分散することで、レーダセンサ１００は、検出処理の消費電力を制限しながら、高い分解能、広い検出範囲、及びロバストな動作という利点を達成する。
次に、レーダセンサ１００の機能構成を実現するための種々の回路構成を説明する。本明細書では、以下の回路構成とそれによって実行される位置検出方式によって、図１〜図８に説明したレーダセンサ１００と位置検出方式の意図と目的を更に展開する。そのため、以下の回路構成及びそれによって実行される位置検出方式は、図１〜図８で説明したレーダセンサ１００及び位置検出方式の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
図９は、本発明の第２の実施形態によるレーダセンサ９００の概略図を示す。レーダセンサ９００は、レーダシステムに実装される。レーダセンサ９００は、ＰＣＲ信号生成器９３２と、アナログ相関器モジュール９１０と、検出制御器９３０と、ＲＦフロントエンドモジュール９４０と、アンテナモジュール９５０とを備える。アナログ相関器モジュール９１０は、１つ以上の対象物の位置を検出する際に検出制御器９３０と通信し協働する。高レベルの観点でみると、アナログ相関器モジュール９１０は、アナログ相関器１１０と同様に機能し、検出制御器９３０は検出制御器１３０と同様に機能する。
検出周期の初期で、検出制御器９３０は、ＰＣＲ信号生成器９３２に起動ＰＣＲ信号９３３を生成させる検出周期信号９３５を生成する。起動ＰＣＲ信号９３３は、ＰＣＲパルス幅ＴＰを持つＰＣＲパルスと、圧縮符号列とを有する。圧縮符号列は、複数のビットを有し、各ビットは単位サブパルス幅ＴＳを有するサブパルスで表すことができる。一般に、ＰＣＲパルス幅ＴＰは、単位サブパルス幅ＴＳの数値による倍数であり、それによってＰＣＲパルス幅ＴＰはＮ＊ＴＳとして表すことができる。ここで、ＮはＰＣＲパルスによって表されるビット数である。
起動ＰＣＲ信号９３３は、伝送路と複製路とに供給される。伝送路に沿って、起動ＰＣＲ信号９３３は、位相偏移変調（ＰＳＫ）、二相位相変調（ＢＰＳＫ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、及び／又は振幅偏移変調（ＡＳＫ）等の１つ以上の周波数変調方式で、ＲＦ変調器９４２によって周波数変調される。ＲＦ変調器９４２は、ＲＦ復調器９４４も含んでいるＲＦフロントエンドモジュール９４０の一部に組み込まれてもよい。
ある実施形態では、ＲＦ変調器９４２は、周波数変調（ＦＭ）搬送波生成器９７１と、変調ミキサ（アップコンバータ）９７３と、送信増幅器９７５とを備えていてもよい。ＦＭ搬送波生成器９７１は、ＦＭ搬送波信号９７２を生成するために用いられる。変調ミキサ９７３は、起動ＰＣＲ信号９３３と搬送波信号９７２とを、１つ以上の変調方式によって合成する。この合成の結果、変調ミキサ９７３は、ベースバンド信号でありうる起動ＰＣＲ信号９３３を、アウトバウンドＲＦ変調信号９４３に変換する。送信増幅器９７５は、アウトバウンドＲＦ変調信号９４３の送信の前処理をする。特に、送信増幅器９７５は、アウトバウンドＲＦ変調信号９４３が送信アンテナ９５２によって送信される前に、アウトバウンドＲＦ変調信号９４３の振幅を増幅する。
送信ＰＣＲ信号（例えば、送信アンテナ９５２によって送信されるアウトバウンドＲＦ変調信号９４３）は、１つ以上の対象物によって反射されることになる。この反射の結果として、１つ以上の反射ＰＣＲ信号が戻されて、最終的に受信アンテナ９５４で受信される。ＲＦ復調器９４４は、反射ＰＣＲ信号を復調して、１つ以上の反射ＰＣＲパルスを抽出する。ＲＦ復調器９４４は、受信増幅器９７７と、復調フィルタ（ダウンコンバータ）９７９とを備え、ＲＦ変調器９４２とＦＭ搬送波生成器９７１を共有してもよい。又は、本発明の別の実施形態によれば、ＲＦ復調器９４４は、ＲＦ変調器９４２から独立した個別のＦＭ搬送波生成器を有していてもよい。
受信増幅器９７７は、反射ＰＣＲ信号を復調する前に増幅する。復調フィルタ９７９は、搬送周波数を反射ＰＣＲ信号から切り離す際にＦＭ搬送波信号９７２を適用する。元の変調方式とは逆に、復調フィルタ９７９が反射ＰＣＲ信号のベースバンドメッセージを復号する。これらのベースバンドメッセージは、複数の受信ＰＣＲパルスを含んでいてもよく、各受信ＰＣＲパルスは検出可能な対象物と関連づけられる。このフィルタリングと復号の結果として、復調フィルタ９７９は反射ＰＣＲ信号を受信ＰＣＲ信号９４５に変換する。受信ＰＣＲ信号９４５は複数の受信ＰＣＲパルスを含む。
複製路に沿って、起動ＰＣＲ信号９３３がアナログ相関器モジュール９１０によって複製され相関される。アナログ相関器モジュール９１０は、可変利得増幅器（ＶＧＡ）９１１と、複製生成器９１２と、乗算器９１４と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）９１８と、タイミングモジュール９２０とを備える。タイミングモジュール９２０は、タイミングモジュール１２０と同様に機能する。例えば、タイミングモジュール９２０は、起動ＰＣＲパルスの複製レートとＡＤＣ９１８のサンプリングレートを制御するために用いられてもよい。
更に詳細には、タイミングモジュール９２０は、サンプリングクロック生成器９２２と、第１可変時間遅延素子（ＶＴＤＣ）９２４と、第２可変時間遅延素子（ＶＴＤＣ）９２８と、タイミング制御器９２６とを備える。サンプリングクロック生成器９２２は、サンプリング制御信号９３９を受信するために検出制御器９３０に接続されている。サンプリング制御信号９３９は、起動ＰＣＲパルスが複製されるレートを調整するために用いられる、ＰＣＲパルス幅Ｔ Ｐ に関連する情報に埋め込まれている。これに対して、サンプリングクロック生成器９２２は、サンプリング制御信号９３９に埋め込まれた情報に基づいてサンプリング信号９２３を生成する。
複製生成器９１２は、サンプリング信号９２３を受信するためにサンプリングクロック生成器９２２に接続されている。サンプリング信号９２３のサンプリングレートに駆動されて、複製生成器９１２は、テンプレート信号９１３を生成する。テンプレート信号９１３は、起動ＰＣＲ信号９３３が生成されている時に起動ＰＣＲ信号９３３の起動ＰＣＲパルスを複製する。これにより、テンプレート信号９１３の第１複製ＰＣＲパルスは、起動ＰＣＲ信号９３３の起動ＰＣＲパルスと同期される。テンプレート信号９１３の中の次の複製ＰＣＲパルスは、起動ＰＣＲパルスよりＰＣＲパルス幅ＴＰの倍数分だけ遅れる。例えば、第２複製ＰＣＲパルスは、起動ＰＣＲパルスより１ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ遅れており、第３複製ＰＣＲパルスは、起動ＰＣＲパルスより２ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ遅れている。
テンプレート信号９１３は、第１ＶＴＤＣ９２４によって時間シフトされる。第１ＶＴＤＣ９２４は、遅延調整信号９２７によって選択的に作動される種々の時間遅延素子を備える。タイミング制御器９２６は、検出周期信号９３５の数を数えるレジスタを備える。レジスタは、各パルス反復期間ＰＲＩの終わりにリセットされることになる。レジスタに記憶された値に基づき、タイミング制御器９２６は、終了した検出周期の数を計算する。タイミング制御器９２６は、終了した検出周期の数に基づいて遅延調整信号９２７を生成する。
ある実施形態では、遅延調整信号９２７は、１つの検出周期が終了すると、１単位のサブパルス幅ＴＳだけ時間遅延を起こさせるために１つの時間遅延素子を起動してもよい。他の実施形態では、遅延調整信号９２７は、２つの検出周期が終了すると２単位のサブパルス幅ＴＳだけ時間遅延を起こさせるために２つの時間遅延素子を起動してもよい。更に他の実施形態では、遅延調整信号９２７は、ｎ個の検出周期が終了すると、ｎ単位のサブパルス幅ＴＳだけ時間遅延を起こさせためにｎ個の時間遅延素子を起動してもよい。
この時間シフトの結果として、テンプレート信号９１３の複製ＰＣＲパルスは、複製レートを持つ。複製レートは、サンプリングレートと実質的に同じであり、起動ＰＣＲ信号９３３より調整可能時間遅延ＴＤＡだけ遅れている。調整可能時間遅延ＴＤＡのこの実施形態は、テンプレート信号９１３が生成されたあと、この実施形態の時間シフトが行われるため、図２で述べたものとわずかに異なる。しかし、両実施形態では、受信ＰＣＲ信号９４５との相関のために、又はＶＧＡ９１１を配置した場合は増幅ＰＣＲ信号９１６との相関のために、起動ＰＣＲパルスを遅延及び複製したものを提供するという同じ結果が達成されうる。
第２ＶＴＤＣ９２８は、サンプリングクロック生成器９２２と接続されて、サンプリング信号９２３を時間シフトするために用いられる。第２ＶＴＤＣ９２８は、遅延調整信号９２７によって選択的に作動される種々の時間遅延素子を備える。従って、タイミング制御器９２６は、第１ＶＴＤＣ９２４の制御と同様の態様で第２ＶＴＤＣ９２８を制御できる。ある実施形態では、遅延調整信号９２７は、１つの検出周期が終了すると１単位のサブパルス幅ＴＳだけ時間遅延を起こさせるために１つの時間遅延素子を起動してもよい。他の実施形態では、遅延調整信号９２７は、２つの検出周期が終了すると、２単位のサブパルス幅ＴＳだけ時間遅延を起こさせるために２つの時間遅延素子を起動してもよい。更に他の実施形態では、遅延調整信号９２７は、ｎ個の検出周期が終了すると、ｎ単位のサブパルス幅ＴＳだけ時間遅延を起こさせるためにｎ個の時間遅延素子を起動してもよい。
状況によっては、サンプリング信号９２３は、テンプレート信号９１３とは異なる寄生効果を有してもよい。このような違いによって、第１ＶＴＤＣ９２４の時間遅延素子が第２ＶＴＤＣ９２８の時間遅延素子と同じ時間遅延特性を有する場合、サンプリング信号９２３とテンプレート信号９１３との間で非対称な時間シフトが生じることになるであろう。非対称な時間シフトを排除又は最小限に抑えるために、種々の時間遅延素子は、寄生効果における差異を相殺するために、第１ＶＴＤＣ９２４の時間遅延特性とは異なる時間遅延特性を有する。時間遅延されたサンプリング信号９２３によって駆動され、ＡＤＣ９１８は、テンプレート信号９１３の複製レートと実質的に同期したレートで積分器モジュール９６０の出力をサンプリング及び／又はデジタル化する。
積分器モジュール９６０は、１つ以上のアナログ相関信号を生成するのに、交互方式（交互構成とも呼ばれる）を採用してもよい。積分器モジュール９６０は、第１積分器９６３及び第２積分器９６４などの、個別の積分器からなる積分器群を有してもよい。第１積分器９６３と第２積分器９６４の各々は、キャパシタ等の電荷蓄積素子と、切り替え可能な放電路とを備える。交互方式では、第１積分器９６３は、第１組の複製ＰＣＲパルスの間は第１アナログ相関信号９６５を生成する役割を担い、第２積分器９６４は、第２組の複製ＰＣＲパルスの間は第２アナログ相関信号９６６を生成する役割を担う。
第１組の複製ＰＣＲパルスが第２組の複製ＰＣＲパルスの間に入れられて交互パターンが形成される場合、第１積分器９６３及び第２積分器９６４は、交互の順序で充放電されうる。積分器モジュール９１０は、入力スイッチ９６１と出力スイッチ９６２とを備え、交互の順序で作動する。入力スイッチ９６１は、サンプリング信号９２３に制御されうる。サンプリング信号９２３のサンプリングレートに基づいて、入力スイッチ９６１は、第１積分器９６３と第２積分器９６４とを選択的に乗算器９１４に接続する。サンプリング信号９２３のサンプリングレートは複製レートと実質的に同期されるので、入力スイッチ９６１と、第１積分器９６３及び第２積分器９６４との接続及び分断もまた、複製レートと同期される。これにより、第１積分器９６３と第２積分器９６４は、連続した複製ＰＣＲパルスが受信ＰＣＲ信号９４５で乗算されている時、又はＶＧＡ９１１が配置されている場合は連続した複製ＰＣＲパルスが増幅ＰＣＲ信号９１６で乗算されている時、乗算信号９１５を乗算器９１４から交互に受信する。
同様に、出力スイッチ９６２は、サンプリング信号９２３によって制御されうる。サンプリング信号９２３のサンプリングレートに基づいて、出力スイッチ９６２は、第１積分器９６３と第２積分器９６４とを選択的にＡＤＣ９１８に接続する。サンプリング信号９２３のサンプリングレートは複製レートと実質的に同期されるので、出力スイッチ９６２と、第１積分器９６３及び第２積分器９６４との接続及び分断もまた、複製レートと同期される。これにより、第１積分器９６３と第２積分器９６４は、連続したサンプリングパルスがＡＤＣ９１８に送信される時、第１アナログ相関信号９６５と第２アナログ相関信号９６６をＡＤＣ９１８に交互に供給する。
ＡＤＣ９１８は、同じ交互の順序で第１アナログ相関信号９６５と第２アナログ相関信号９６６をサンプリング及び／又はデジタル化する。この結果、ＡＤＣ９１８は、第１及び第２アナログ相関信号９６５及び９６６の両方の自己相関の大きさを含むデジタル信号９１９を生成する。デジタル信号９１９は、検出制御器９３０に送信される。デジタル信号９１９は、検出制御器９３０に送信される前に任意に処理利得部９３１で更に処理されてもよい。
この交互方式は、相互に近接して位置する一群の対象物を検出するのに有用である。主に、近接して位置する一群の対象物は、一連の反射ＰＣＲパルスを反射できる。反射ＰＣＲパルスの各々は、相互に短く時間的に分離していてもよい。前回の乗算から累積された電荷が時間内に放出されない場合、アナログ相関信号の自己相関量は、今回の乗算で歪を生じる可能性がある。交互方式では、一方の積分器は、他方の積分器がアナログ相関信号を生成している間、全ＰＣＲパルス幅Ｔ Ｐ の間に累積した電荷を放出できる。これにより、第１アナログ相関信号９６５及び第２アナログ相関信号９６６は、実質的に歪を生じないことになる。
図１０は、重相関状態１０００を示す。状態１０００では、交互方式を用いて、第１アナログ相関信号９６５と第２アナログ相関信号９６６の潜在的な歪を防ぐ。重相関状態１０００は、起動ＰＣＲ信号９３３の第１起動ＰＣＲパルス１０６２によって起動されうる。第１起動ＰＣＲパルス１０６２が生成された後、起動ＰＣＲ信号９３３が変調され送信されることになる。
送信ＰＣＲ信号は、分離して位置する５つの対象物によって反射されるであろう。例えば、第１対象物は、第１増幅ＰＣＲパルス１０４１に関連づけられ、第２対象物は、第２増幅ＰＣＲパルス１０４２に関連づけられ、第３対象物は、第３増幅ＰＣＲパルス１０４３に関連づけられ、第４対象物は、第４増幅ＰＣＲパルス１０４４に関連づけられ、第５対象物は、第５増幅ＰＣＲパルス１０４５に関連づけられる。これにより、増幅ＰＣＲ信号９１６は、第１増幅ＰＣＲパルス１０４１と、第２増幅ＰＣＲパルス１０４２と、第３増幅ＰＣＲパルス１０４３と、第４増幅ＰＣＲパルス１０４４と、第５増幅ＰＣＲパルス１０４５とを含む。
第１増幅ＰＣＲパルス１０４１は、第２増幅ＰＣＲパルス１０４２よりも３単位のサブパルス幅ＴＳ足す１ＰＣＲパルス幅ＴＰ、先にある。第２増幅ＰＣＲパルス１０４２は、第３増幅ＰＣＲパルス１０４３よりも１単位のサブパルス幅ＴＳ足す１ＰＣＲパルス幅ＴＰ、先にある。第３増幅ＰＣＲパルス１０４３は、第４増幅ＰＣＲパルス１０４４よりも１ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ先にあり、第４増幅ＰＣＲパルス１０４４は、第５増幅ＰＣＲパルス１０４５よりも１ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ先にある。
この受信順序に基づいて、第１増幅ＰＣＲパルス１０４１に関連づけられた第１対象物は、レーダセンサ１００に最も近く、第５増幅ＰＣＲパルス１０４５に関連づけられた第５対象物は、レーダセンサ１００から最も遠い。更に、第３、第４、及び第５増幅ＰＣＲパルス１０４３、１０４４、及び１０４５が生成される時間的近さに基づくと、第３、第４、及び第５対象物は、相互に近接して配置されている。更に、第３、第４、及び第５増幅ＰＣＲパルス１０４３、１０４４、及び１０４５は連続したパルスであるため、これらのパルスの間には時間的な空間はないことを意味し、これらのパルスはすべて、１つの信号検出周期の３つの連続した複製ＰＣＲパルスと相関させることができる。
１つの検出周期の間、例えば、テンプレート信号９１３の調整可能時間遅延ＴＤＡは、実質的に約３単位のサブパルス幅ＴＳに等しい。１０個の複製パルスの中で、第５複製ＰＣＲパルス１０３４は、第３増幅ＰＣＲパルス１０４３と相関され、第６複製ＰＣＲパルス１０３５は、第４増幅ＰＣＲパルス１０４４と相関され、第７複製ＰＣＲパルス１０３６は、第５増幅ＰＣＲパルス１０４５と相関される。これらの相関の結果、乗算器９１４は、第５、第６、及び第７複製ＰＣＲパルス１０３４、１０３５、及び１０３６にわたる期間にひと続きの正電荷を出す。
交互方式では、第１積分器９６３と第２積分器９６４とは、連続した複製ＰＣＲパルスの間で交互にオンとされる。第１積分器９６３と第２積分器９６４は、入力スイッチ９６１と時間シフトされたサンプリング信号９２３とによって、作動及び／又は停止される。本明細書においては、積分器は、作動されている時は乗算信号９１５によって出された電荷を累積する。積分器は、停止されている時は累積した電荷を放出する。更に詳細には、第１積分器９６３と第２積分器９６４の各々の切り替え可能な放電路は、時間シフトされたサンプリング信号９２３によって開かれる及び／又は閉じられることとなる。これにより、切り替え可能な放電路は、各積分器が作動される時は開かれて導通せず、各積分器が停止される時は閉じられて導通する。
ある実施形態では、例えば、第１積分器９６３は奇数の複製ＰＣＲパルス（例えば、第１、第３、第５、第７、及び第９複製ＰＣＲパルス１０３０、１０３２、１０３４、１０３６、及び１０３８）の時作動されて、第２積分器６９４は、偶数の複製ＰＣＲパルス（例えば、第２、第４、第６、第８、及び第１０複製ＰＣＲパルス１０３１、１０３３、１０３５、１０３７、及び１０３９）の時作動されてもよい。別の実施形態では、例えば、第１積分器９６３は、偶数の複製ＰＣＲパルス（例えば、第２、第４、第６、第８、及び第１０複製ＰＣＲパルス１０３１、１０３３、１０３５、１０３７、及び１０３９）の時作動されて、第２積分器６９４は、奇数の複製ＰＣＲパルス（例えば、第１、第３、第５、第７、及び第９複製ＰＣＲパルス１０３０、１０３２、１０３４、１０３６、及び１０３８）の時作動されてもよい。
第１積分器９６３が奇数の複製ＰＣＲパルスの時作動される構成では、第１アナログ相関信号９６５は第５複製ＰＣＲパルス１０３４で第１自己相関量１０１４を持つ。ＡＤＣ９１８でサンプリングされる前、第１自己相関量１０１４は、第５複製ＰＣＲパルス１０３４で、第１帯電エッジ１０２１を持つ。
第６複製ＰＣＲパルス１０３５が第４増幅ＰＣＲパルス１０４４と相関されると、第１積分器９６３は停止して、第２積分器９６４が作動される。この作動の結果、第２アナログ相関信号９６６は、第６複製ＰＣＲパルス１０３５で、第２自己相関量１０１５を持つ。更に、第６複製ＰＣＲパルス１０３５の間、第２自己相関量１０１５は、ＡＤＣ９１８でサンプリングされる前、第１帯電エッジ１０２３を持つ。第２積分器９６４が電荷を累積する間、第１積分器９６３は、第６複製ＰＣＲパルス１０３５で、累積した電荷を放出するのにＰＣＲパルス幅ＴＰ分の時間を有する。その結果、第１自己相関量１０１４は、第１放電エッジ１０２２を持つ。
第７複製ＰＣＲパルス１０３６が、第５増幅ＰＣＲパルス１０４５と相関されると、第１積分器９６３が再び作動されて、第２積分器９６４が停止する。この作動の結果、第１アナログ相関信号９６５は、第７複製ＰＣＲパルス１０３６で、第３自己相関量１０１６と第３帯電エッジ１０２５を持つ。第１積分器９６３は、前回累積した電荷を放出するのに十分な時間を持つため、第１アナログ相関信号９６５は、実質的に、前回の相関によって生じる歪を含まない。有利には、次の第３自己相関量１０１６は、複製ＰＣＲパルスと増幅ＰＣＲパルスとの相関を正確に表すことができる。
第１積分器９６３が電荷を累積している間、第２積分器９６４は、第７複製ＰＣＲパルス１０３６で、累積した電荷を放出するのにＰＣＲパルス幅ＴＰ分の時間を有する。その結果、第２自己相関量１０１５は、第１放電エッジ１０２４を有する。この放電の後、第２積分器９６４は、次の複製ＰＣＲパルスの間に再び電荷を累積する準備をする。
図１０は、交互方式が、複製ＰＣＲパルス列によって統制されていることを示すが、別の実施形態では、交互方式は、検出制御器９３０によって統制されてもよい。まず、検出制御器９３０は、第１積分器９６３と第２積分器９６４の一方を作動させることができる。検出制御器９３０が、複製ＰＣＲパルスのどれかで対象物を検出すると、検出制御器９３０は、作動状態を第１積分器９６３と第２積分器９６４との間で切り替える。一方、対象物が検出されない場合は、作動された積分器は、相当量の電荷を累積する可能性は低い。これにより、作動された積分器は、放電に時間がかからないであろうため、検出制御器９３０は第１積分器９６３と第２積分器９６４との間の作動状態を続行できる。この方式は、有利なことに、積分器に放電のための時間を十分に残しながら、積分器モジュール９６０での切り替え動作を減らすことができる。
次に、受信ＰＣＲ信号９４５のための補償方式（すなわち補償構成）について説明する。一般に、受信ＰＣＲ信号９４５の振幅レベルは、検出周期の終わりに向かって徐々に弱くなる。これは、送信ＰＣＲ信号と反射ＰＣＲ信号が長い距離を進むと、喪失するパワーが多くなる（信号の減衰）ことによる。受信ＰＣＲ信号９４５の振幅レベルが弱いと、受信ＰＣＲ信号９４５の処理に関連した信号対雑音比（ＳＮＲ）は通常低くなる。これにより、ＡＤＣ９１８の出力は、背景雑音によってより歪みやすくなるであろう。
図９に示す実施形態を再び参照すると、可変利得増幅器（ＶＧＡ）９１１を用いて、信号の減衰の問題を緩和して、ＡＤＣ９１８の出力でのＳＮＲを改善する。ＶＧＡ９１１は、受信ＰＣＲ信号９４５を選択的に増幅する。この選択的な増幅は、起動ＰＣＲ信号９３３の生成から測る待ち時間に基づいてもよい。この待ち時間は、送信ＰＣＲ信号と反射ＰＣＲ信号の移動距離に対応する。これにより、待ち時間を利用して、信号の減衰の程度を概算できる。
特に、ＶＧＡ９１１の利得は、検出周期が始めから終わりまで進むにつれて、徐々に増す。この選択的な増幅の結果、ＶＧＡ９１１は、増幅ＰＣＲ信号９１６を生成して受信ＰＣＲ信号９４５の減衰した振幅を修正及び／又は補償する。ある実施形態において、ＶＧＡ９１１の調整可能な利得は、可変利得制御信号９９１で検出制御器９３０によって制御される。他の実施形態では、ＶＧＡ９１１の調整可能な利得は、タイミングモジュール９２０によって直接制御される。
図１１は、本発明の第２の実施形態による動的利得制御方式１１００における種々の信号の波形図を示す。本明細書においては、動的利得制御方式１１００は、多数の選択実行可能な補償方式の１つを表しているに過ぎないため、動的利得制御方式１１００は補償方式の一部分である。従って、動的利得制御方式１１００では、補償方式の動作の詳細を示しているが、補償方式の持つ一般的な概念と範囲を限定するものではない。
動的利得制御方式１１００は、起動ＰＣＲ信号９３３の第１起動ＰＣＲパルス１０６２によって起動されうる。第１起動ＰＣＲパルス１０６２が生成された後、起動ＰＣＲ信号９３３が変調され送信される。送信ＰＣＲ信号は、離間して位置する５つの対象物によって反射されるであろう。例えば、第１対象物は第１受信ＰＣＲパルス１１４１に関連づけられ、第２対象物は、第２受信ＰＣＲパルス１１４２に関連づけられ、第３対象物は第３受信ＰＣＲパルス１１４３に関連づけられ、第４対象物は第４受信ＰＣＲパルス１１４４に関連づけられ、第５対象物は第５受信ＰＣＲパルス１１４５に関連づけられる。これにより、受信ＰＣＲ信号９４５は、第１受信ＰＣＲパルス１１４１と、第２受信ＰＣＲパルス１１４２と、第３受信ＰＣＲパルス１１４３と、第４受信ＰＣＲパルス１１４４と、第５受信ＰＣＲパルス１１４５とを含む。
第１受信ＰＣＲパルス１１４１は時間Ｔ１の後で受信される。第２受信ＰＣＲパルス１１４２は、時間Ｔ１よりも約１ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ遅い時間Ｔ２の後で受信される。第３受信ＰＣＲパルス１１４３は、時間Ｔ１よりも約３ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ遅い時間Ｔ４で受信される。第４受信ＰＣＲパルス１１４４は、時間Ｔ１よりも約４ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ遅い時間Ｔ５で受信される。第５受信ＰＣＲパルス１１４５は、時間Ｔ１よりも約５ＰＣＲパルス幅ＴＰだけ遅い時間Ｔ ６ で受信される。
この受信順に基づくと、第１受信ＰＣＲパルス１１４１の信号強度が最も大きく、第５受信ＰＣＲパルス１１４５の信号強度が最も弱いといえる。振幅レベルで表される各受信ＰＣＲパルスの信号強度は、受信時間が検出周期内で進むにつれて、指数関数的に小さくなるものである。この信号強度の指数関数的な減少を補償及び／又は修正するために、可変利得制御信号９９１は、ＶＧＡ９１１に動的利得値１１１０を与えて、ＶＧＡ９１１はそれによって利得を調整できる。
ある実施形態では、動的利得値１１１０は、時間シフトされたサンプリング信号９２３のサンプリングレートに基づいて更新されてもよい。他の実施形態では、動的利得値１１１０は、以下の式で表すことができる、今回の調整可能な時間Ｔｎと前回の調整可能な時間Ｔｎ−１との関数でありうる。
Figure 0006025075
この式によれば、動的利得値１１１０は、第２複製ＰＣＲパルス１０３１で第１調整可能な利得１１１１を、第３複製ＰＣＲパルス１０３２で第２調整可能な利得１１１２を、第４複製ＰＣＲパルス１０３３で第３調整可能な利得１１１３を、第５複製ＰＣＲパルス１０３４で第４調整可能な利得１１１４を、第６複製ＰＣＲパルス１０３５で第５調整可能な利得１１１５を、第７複製ＰＣＲパルス１０３６で第６調整可能な利得１１１６を、第８複製ＰＣＲパルス１０３７で第７調整可能な利得１１１７を、第９複製ＰＣＲパルス１０３８で第８調整可能な利得１１１８を、第１０複製ＰＣＲパルス１０３１で第９調整可能な利得１１１９を有することができる。第２起動ＰＣＲ信号１０６４が生成されると、それは新しい検出周期の始まりを示し、動的利得値１１１０はその起動値にリセットされる。
可変利得制御信号９９１によって与えられる各調整可能な利得に基づいて、ＶＧＡ９１１は、第１増幅ＰＣＲパルス１０４１と、第２増幅ＰＣＲパルス１０４２と、第３増幅ＰＣＲパルス１０４３と、第４増幅ＰＣＲパルス１０４４と、第５増幅ＰＣＲパルス１０４５とを生成する。動的利得制御方式１１００のために、増幅ＰＣＲパルスの各々は、比較的均一で比較的高い増幅レベルに復元される。有利には、このような復元は、ＡＤＣ９１８の出力端でのＳＮＲの改善に寄与する。
次に、図９に示すようなレーダセンサ９００を改変するための種々の実施形態を説明する。これらの変更形態によって、レーダセンサ９００の検出速度を向上でき、レーダセンサ９００は、高速で動く対象物の感知が可能となる。これらの変更形態のいくつかの構成要素は既にレーダセンサ９００の中で示されている。これらの構成要素は、図９〜図１１で説明したものと実質的に同じ機能を果たす。これにより、以下では、新たに示す構成要素にのみに焦点を当てて説明する。
図１２は、本発明の第３の実施形態による高速レーダセンサ１２００の概略図を示す。レーダセンサ９００と比べると、高速レーダセンサ１２００は、いくつかの改良点を含む。例えば、アナログ相関器モジュール９１０は、速い対象物の検出のための並列の構成を含むアナログ相関器モジュール１２１０に置き換えられる。この並列構成において、積分器モジュール９６０は、積分器群１２５０に置き換えられる。積分器群１２５０は、数期間で多数の相関処理を行い、検出周期数と全体の検出時間を等比級数的に減少させる。積分器群１２５０は、第１積分器モジュール１２６０及び第２積分器モジュール１２８０などの、２つ以上の並列の積分器モジュールを備えることができる。第１積分器モジュール１２６０及び第２積分器モジュール１２８０の各々は、積分器モジュール９６０と同様の構造的及び機能的構成を有することができる。
ある実施形態では、例えば、第１積分器モジュール１２６０は、第１入力スイッチ１２６１と、第１出力スイッチ１２６２と、第１積分器１２６３と、第２積分器１２６６とを備える。第１積分器１２６３及び第２積分器１２６４は、図９から図１１で述べた第１積分器９６３及び第２積分器９６４と同様の機能を果たす。例えば、第１積分器１２６３及び第２積分器１２６４は、１つ以上の交互方式を実行するために用いられる。これにより、第１積分器１２６３は第１アナログ相関信号１２６５を生成し、第２積分器１２６４は、第２アナログ相関信号１２６６を生成する。
第１入力スイッチ１２６１は、入力スイッチ９６１と同様の機能を果たす。例えば、第１入力スイッチ１２６１は、第１積分器１２６３と第２積分器１２６４とを選択的に第１乗算器１２３２に接続することで、１つ以上の交互方式を作動させる。第１出力スイッチ１２６２は、出力スイッチ９６２と同様の機能を果たす。例えば、第１出力スイッチ１２６２は、第１積分器１２６３と第２積分器１２６４とを第１アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１２３６に選択的に接続することで、１つ以上の交互方式を作動させる。
他の実施形態では、例えば、第２積分器モジュール１２８０は、第２入力スイッチ１２８１と、第２出力スイッチ１２８２と、第３積分器１２８３と、第２積分器１２８６とを備えていてもよい。第３積分器１２８３及び第４積分器１２８４は、図９〜図１１で述べた第１積分器９６３及び第２積分器９６４と同様の機能を果たす。例えば、第３積分器１２８３及び第４積分器１２８４は、１つ以上の交互方式を実行するために用いられうる。これにより、第３積分器１２８３は、第３アナログ相関信号１２８５を生成でき、第４積分器１２８４は、第４アナログ相関信号１２８６を生成できる。
第２入力スイッチ１２８１は、入力スイッチ９６１と同様の機能を果たす。例えば、第２入力スイッチ１２８１は、第３積分器１２８３と第４積分器１２８４とを選択的に第２乗算器１２３４に接続することで、１つ以上の交互方式を作動させる。第２出力スイッチ１２８２は、出力スイッチ９６２と同様の機能を果たす。例えば、第２出力スイッチ１２８２は、第３積分器１２８３と第４積分器１２８４とを選択的に第２アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１２３８に接続することで、１つ以上の交互方式を作動させる。
この並列構成に対応するために、アナログ相関器モジュール１２１０は、追加的な乗算器、時間遅延素子、及びテンプレート信号を含む。複製路に沿って，例えば、アナログ相関器モジュール１２１０は、第１可変時間遅延素子（ＶＴＤＣ）１２２１と第１一定時間遅延素子（ＣＴＤＣ）１２２３とを備える。第１ＶＴＤＣ１２２１は、図９で説明した第１ＶＴＤＣ９２４と同様の機能を果たす。これにより、第１ＶＴＤＣ１２２１は、第１ＶＴＤＣ９２４と同様の態様で、タイミング制御器９２６によって調整されうる。
第１ＶＴＤＣ１２２１は、第１乗算器１２３２及び第１ＣＴＤＣ１２２３に供給される第１テンプレート信号１２２２を生成する。第１テンプレート信号１２２２は、増幅ＰＣＲ信号９１６で乗算されて、第１乗算信号１２３３を生成する。これに対応して、この第１乗算信号を用いて、第１アナログ相関信号１２６５及び第２アナログ相関信号１２６６を生成する。
第１ＣＴＤＣ１２２３は、一定の時間遅延ＴＤＣを第１テンプレート信号１２２２に与えて、第２テンプレート信号１２２４を生成する。これにより、第２テンプレート信号１２２４は、第１テンプレート信号１２２２の時間シフトされた信号となる。第２テンプレート信号１２２４は、第２乗算器１２３４で、増幅ＰＣＲ信号９１６と乗算される。第２乗算器１２３４では、このような乗算に基づいて第２乗算信号１２３５を生成する。これに対応して、第２乗算信号１２３５用いて、第３アナログ相関信号１２８５及び第４アナログ相関信号１２８６を生成する。
この並列構成の動作を更に詳しく述べるために、図１３は、本発明の第３の実施形態による高速感知方式１３００における種々の信号の波形図を示す。本明細書において、高速感知方式１３００は、アナログ相関器モジュール１２１０が実行可能な多数の高速感知方式の中の１つのみを表している。高速感知方式１３００は、他の設計の目的にかなうよう更に改良されてもよい。これにより、高速感知方式１３００は、アナログ相関器１２１０の一般的な範囲と概念を示しているが、この範囲と概念を限定するものではない。
簡潔にするため、高速感知方式１３００を用いて、受信ＰＣＲ信号９４５の一部である、受信ＰＣＲパルス１３１０（又は、ＶＧＡが配置されている場合は、増幅ＰＣＲパルス）を検出する。第１テンプレート信号１２２２は、第１複製ＰＣＲパルス１３２０を含む。高速感知方式１３００が、数回の検出周期を経るにつれて、第１テンプレート信号１２２２の調整可能時間遅延ＴＤ１は、実質的にｎ＊ＴＳと等しくなる。ここで、ｎは第１検出周期後の、検出周期の数を示す。
第１ＣＴＤＣ１２２３によって時間シフトされた後、第２テンプレート信号１２２４は、第１複製ＰＣＲパルス１３２０に対して一定の時間的分離を保つ、第２複製ＰＣＲパルス１３３０を含む。ある実施形態では、第１ＣＴＤＣ１２２３は、１／２ＰＣＲパルス幅であるＴＰ／２の一定の時間遅延ＴＤＣを、第２複製ＰＣＲパルス１３３０に与えてもよい。高速感知方式１３００が、数回の検出周期を経るにしたがって、第２テンプレート信号１２２４の調整可能時間遅延ＴＤ２は、実質的にＴＰ／２＋ｎ＊ＴＳと等しくなる。各検出周期では、受信ＰＣＲ信号９４５は、２つの時間シフトされたテンプレート信号（例えば、第１及び第２テンプレート信号１２２２及び１２２４）によって乗算されている。
この結果、時間遅延調整の最大数を、約ＴＰ／ＴＳから約ＴＰ／（２＊ＴＳ）に減少させることができる。レーダセンサ９００と比べると、高速レーダセンサ１２００は、検出周期の半分で全体の検出可能範囲をスイープすることができる。図１３は、２つの時間シフトされたテンプレート信号が用いられていることを示すが、高速レーダセンサ１２００は、３つ以上のテンプレート信号を用いて、検出処理の速度を更に向上してもよい。例えば、３つのテンプレート信号を３つの積分器モジュールとともに用いると、全スイープ時間を、元のスイープ時間の１／３に減らすことができる。
図１２を再び参照すると、アナログ相関器モジュール１２１０は、サンプリング経路に沿って第２ＶＴＤＣ１２２５と第２ＣＴＤＣ１２２７とを備える。第２ＶＴＤＣ１２２５は、図９で述べた第２ＶＴＤＣ９２８と同様の機能を果たす。これにより、第２ＶＴＤＣ１２２５は、第２ＶＴＤＣ９２８と同様の態様で、タイミング制御器９２６によって調整されうる。
第２ＶＴＤＣ１２２５は、第１ＡＤＣ１２３６及び第２ＣＴＤＣ１２２７に送信される、第１時間シフトサンプリング信号１２２６を生成する。この第１時間シフトサンプリング信号１２２６は、第１ＡＤＣ１２３６のサンプリングレートを制御するのに用いられる。第１時間シフトサンプリング信号１２２６を受信すると、第２ＣＴＤＣ１２２７は、第２時間シフトサンプリング信号１２２８を生成することになる。第２時間シフトサンプリング信号１２２８は、第２ＡＤＣ１２３８のサンプリングレートを制御するために用いられる。第１乗算器１２３２、第１積分器モジュール１２６０、及び第１ＡＤＣ１２３６の動作を統制するために、第１時間シフトサンプリング信号１２２６のサンプリングレートは、実質的に第１テンプレート信号１２２２の複製レートと同期される。同様に、第２乗算器１２３４、第２積分器モジュール１２８０、及び第２ＡＤＣ１２３８の動作を統制するために、第２時間シフトサンプリング信号１２２８のサンプリングレートは、実質的に第２テンプレート信号１２２４の複製レートと同期される。
これまで説明したように、積分器群１２５０の各積分器モジュールは、並列構成の中で同様の物理的性質を持っていてもよい。例えば、各積分器の電荷蓄積素子は、同様の時定数を有してもよく、各積分器の放電路は、同様に構成されてもよい。しかしながら、種々の別の実施形態によれば、積分器群１２５０は、それぞれ異なった物理的性質を持つ、数個の積分器モジュールを備えていてもよい。このような非対称の配置によって、積分器群１２５０は、種々の符号長さの符号列を処理できる。一般に、長い符号化パルスは、遠方の対象物を検出するのに用いられ、短い符号化パルスは、近傍の対象物を検出するのに用いられうる。長い符号化パルスと短い符号化パルスの両方に対応するため、アナログ相関器モジュールは、大きな時定数を持つ積分器と、小さい時定数を持つ積分器とを選択的に作動させてもよい。
図１４は、本発明の第４の実施形態による動き感知レーダセンサ１４００の概略図を示す。高速レーダセンサ１２００と比べると、動き感知レーダセンサ１４００は、いつくかの改良点を含む。例えば、アナログ相関器モジュール１２１０内の時間シフト（すなわち時間遅延）素子が改良されて、高速動き感知方式を実施する。
動き感知方式は、第１時間インスタンスで対象物の第１位置を検出し、第２時間インスタンスで同じ対象物の第２位置を検出することを含む。第１位置を検出した後、動き感知方式では、次に受信するＰＣＲパルスを、一対のテンプレート信号と相関させる。この一対のテンプレート信号は、反対方向に（例えば、前方及び後方に）時間シフトすなわち遅延されている。対象物が動き感知レーダセンサ１４００に近づいているか、遠ざかっているかによって、テンプレート信号の中の１つが、次の受信ＰＣＲパルスと相関される。これにより、動き感知方式では、相関されたテンプレート信号を用いて、第２位置を検出する。
第１検出位置を第２検出位置と比較することで、動き感知方式では、対象物の動きを判定する。動き感知方式では、検出された対象物を、前方と後方の両方に向かうテンプレート信号と比較するようになされているので、動き感知方式では、上述の方式に比べて、より敏活な態様で、速い動きの対象物の動きを感知する。
より詳細には、アナログ相関器モジュール１４１０は、第１後方可変時間遅延素子ＶＴＤＣ１４２１と、第１前方ＶＴＤＣ１４２３と、第２後方ＶＴＤＣ１４２５と、第２前方ＶＴＤＣ１４２７とを備える。タイミング制御器９２６は、第１後方ＶＴＤＣ１４２１及び第２後方ＶＴＤＣ１４２５における１つ以上の時間遅延素子を作動させる後方遅延調整信号１４５１を生成する。タイミング制御器９２６はまた、第１前方ＶＴＤＣ１４２３及び第２前方ＶＴＤＣ１４２７における１つ以上の時間遅延素子を作動させる前方遅延調整信号１４５３を生成する。
後方遅延調整信号１４５１に基づいて、第１後方ＶＴＤＣ１４２１は、第１後方テンプレート信号１４２２を生成する。第１後方テンプレート信号１４２２は、増幅ＰＣＲ信号９１６で乗算されて、第１乗算信号１２３３を生成する。これに対応して、第１乗算信号を用いて、第１アナログ相関信号１２６５及び第２アナログ相関信号１２６６を生成する。
同様に、前方遅延調整信号１４５３に基づいて、第１前方ＶＴＤＣ１４２３は、第１前方テンプレート信号１４２４を生成する。第１前方テンプレート信号１４２４は、増幅ＰＣＲ信号９１６で乗算されて、第２乗算信号１２３５を生成する。これに対応して、第１乗算信号を用いて、第３アナログ相関信号１２８５及び第４アナログ相関信号１２８６を生成する。
対象物の動きを判定する際に、検出制御器９３０は、第１アナログ相関信号１２６５と、第２アナログ相関信号１２６６と、第３アナログ相関信号１２８５と、第４アナログ相関信号１２８６とで、連続する自己相関量を比較する。ある実施形態では、例えば、検出制御器９３０は、第１アナログ相関信号１２６５及び／又は第２アナログ相関信号１２６６の自己相関量が、連続した回数の検出周期において、所定の閾値を超えたら、対象物が後方移動していると判定してもよい。他の実施形態では、例えば、検出制御器９３０は、第３アナログ相関信号１２８５及び／又は第４アナログ相関信号１２８６の自己相関量が、連続した回数の検出周期において、所定の閾値を超えたら、対象物が前方移動していると判定してもよい。
この動き感知方式の動作を更に詳細に述べるために、図１５は、本発明の第４の実施形態による動き感知方式１５００における種々の信号の波形図を示す。本明細書中において、動き感知方式１５００は、アナログ相関器モジュール１４１０が実行可能な多数の動き検出方式の中の１つのみを表している。動き感知方式１５００は、他の設計の目的にかなうよう更に改良されてもよい。これにより、動き感知方式１５００は、アナログ相関器１４１０の一般的な範囲と概念を示しているが、この範囲と概念を限定するものではない。
簡潔にするため、図１５は、動き感知方式１５００が、前回の検出周期において移動している対象物の第１位置を既に検出したことを示す。検出された第１位置は、増幅ＰＣＲ信号９１６の相関ＰＣＲパルス１５１２で表される。今回の検出周期で、移動している対象物は、第１位置にとどまったままであるか、レーダセンサ１４００に近づいているか、レーダセンサ１４００から遠ざかっているかである。
対象物が静止したままであるならば、次回の増幅ＰＣＲパルスは、相関ＰＣＲパルス１５１２と同じ時間位置を持つことになる。対象物がレーダセンサ１４００に近づくならば、次回の増幅ＰＣＲパルスは、後方移動ＰＣＲパルス１５１４と重複することになる。後方移動ＰＣＲパルス１５１４は、相関ＰＣＲパルス１５１２に対して後方時間変位１５０１を有する。対象物が、レーダセンサ１４００から遠ざかるならば、次回の増幅ＰＣＲパルスは、前方移動ＰＣＲパルス１５１６と重複することになる。前方移動ＰＣＲパルス１５１６は、相関ＰＣＲパルス１５１２に対して前方時間変位１５０２を有する。
増幅ＰＣＲ信号９１６に表れているのは後方移動ＰＣＲパルス１５１４であるか前方移動ＰＣＲパルス１５１６であるかを判定するために、動き感知方式１５００で、増幅ＰＣＲ信号９１６を、後方テンプレート信号１４２２と前方テンプレート信号１４２４とに相関させる。後方テンプレート信号１４２２は、後方ＰＣＲパルス１５２０を含む。ｎを起動検出周期後の検出周期数とすると、後方ＰＣＲパルス１５２０は、約ｎ＊ＴＳの後方時間遅延ＴＤ１を有することになるであろう。
一方、前方テンプレート信号１４２４は、前方ＰＣＲパルス１５３０を含む。ｎを起動検出周期後の検出周期数とすると、前方ＰＣＲパルス１５３０は、約ｎ＊ＴＳの前方時間遅延Ｔ Ｄ２ を有する。後方時間遅延ＴＤ１は、相関ＰＣＲパルス１５１２の開始時間Ｔ０の基準となりうる。一方、前方時間遅延ＴＤ２は、相関ＰＣＲパルス１５１２の終了時間Ｔ０＋ＴＰの基準となりうる。後方時間遅延Ｔ Ｄ１ と同じ基準点を得るために、前方時間遅延ＴＤ２は、（Ｎ−ｎ）＊ＴＳとして表されてもよい。ここで、Ｎは、単位サブパルス幅ＴＳに対するＰＣＲパルス幅ＴＰの比である。
増幅ＰＣＲ信号９１６が、後方ＰＣＲパルス１５２０又は前方ＰＣＲパルス１５３０と相関されると、動き感知方式１５００は、対象物が前方に移動しているか、後方に移動しているかを判定する。
図１４に再び戻ると、第２後方ＶＴＤＣ１４２５は、後方サンプリング信号１４２６を生成し、第２前方ＶＴＤＣ１４２７は、前方サンプリング信号１４２８を生成する。後方サンプリング信号１４２６は、第１ＡＤＣ１２３６に送信され、第１ＡＤＣ１２３６のサンプリングレートを制御するのに用いられる。同様に、前方サンプリング信号１４２８は、第２ＡＤＣ１２３８に送信され、第２ＡＤＣ１２３８のサンプリングレートを制御するのに用いられる。
第１乗算器１２３２、第１積分器モジュール１２６０、及び第１ＡＤＣ１２３６の動作を統制するために、後方サンプリング信号１４２６のサンプリングレートは、実質的に後方テンプレート信号１４２２の複製レートと同期される。同様に、第２乗算器１２３４、第２積分器モジュール１２８０、及び第２ＡＤＣ１２３８の動作を統制するために、前方サンプリング信号１４２８のサンプリングレートは、実質的に前方テンプレート信号１４２４の複製レートと同期される。
図１２及び図１４は、高速レーダセンサ１２００及び動き感知レーダセンサ１４００が２つの別個の実施形態であることを示しているが、高速レーダセンサ１２００の１つ以上の構造的な構成と、動き感知レーダセンサ１４００の１つ以上の構造的な構成とが、組み合わされて１つの実施形態となされもよい。従って、組み合わされた実施形態は、高速レーダセンサ１２００と動き感知レーダセンサ１４００との両方の機能的利点を有することになる。更に、本開示では、動き感知ーダセンサ１４００の枠組みの中でのみ動き感知方式を述べたが、他の動き感知方式が、レーダセンサ１００、レーダセンサ９００、及び高速レーダセンサ１２００の枠組みの中で実施されてもよい。
本発明の例示的実施形態を例示的に開示してきた。従って、全体を通して用いられた専門用語は、限定的に理解されるべきではない。当業者はこの教示に若干の改変を加えることがあるとしても、この明細書中で正当に述べられた特許の範囲内にあると意図される事項は、この明細書中で述べられた技術に対する提案の範囲に正当に当てはまるすべての実施形態であり、この範囲は、添付の請求項とその均等物との観点から以外では、制限されるものではないことが理解されるべきである。
本発明の範囲と精神を逸脱することなく、上述の好ましい実施形態の種々の適用と改変とが可能であることは、当業者なら理解できるであろう。そのため、補正請求項の範囲内で、本明細書中で詳細に述べた以外で本発明が実行されてもよいことが理解されるであろう。

Claims (8)

  1. デジタル変調を施したパルス圧縮レーダ（ＰＣＲ）パルスを有するＰＣＲ信号を送信する送信器と、反射ＰＣＲ信号を受信する受信器とを有する、レーダセンサ用のアナログ相関器であって、
    前記送信ＰＣＲ信号の前記ＰＣＲパルスを複製した複数の連なった複製ＰＣＲパルスであり、前記送信ＰＣＲ信号に対して調整可能な時間遅延を有する当該複数の複製ＰＣＲパルス、を有するテンプレート信号を生成する複製生成器と、
    前記受信ＰＣＲ信号を前記テンプレート信号の前記複数の複製ＰＣＲパルスで乗算する乗算器と、
    前記受信ＰＣＲ信号と前記テンプレート信号の前記複数の複製ＰＣＲパルスの１つとの乗算に基づいた大きさをそれぞれ有する複数のアナログ相関信号を生成する、前記乗算器に接続された積分器モジュールとを備え、
    前記乗算器は、前記受信ＰＣＲ信号と前記複数の複製ＰＣＲパルスの１つとの相関をそれぞれ表した複数の相関電荷を生成し、
    前記積分器モジュールは、
    前記複数の相関電荷の第１相関電荷を前記乗算器から受信すると、前記複数のアナログ相関信号の第１アナログ相関信号を生成する第１積分器と、
    前記複数の相関電荷の第２相関電荷を前記乗算器から受信すると、前記複数のアナログ相関信号の第２アナログ相関信号を生成する第２積分器と、
    前記複数の複製ＰＣＲパルスの中の１つのパルス幅の間、前記第１積分器及び前記第２積分器の中の１つだけを前記乗算器に接続するスイッチとを含み、
    前記スイッチは、前記ＰＣＲパルス幅の間隔で交互の順序に、前記第１積分器及び前記第２積分器を前記乗算器に接続する、アナログ相関器。
  2. 前記複数の複製ＰＣＲパルスの各々は、前記レーダセンサの距離分解能を定めるサブパルスを含み、前記調整可能な時間遅延は、前記サブパルスのパルス幅の倍数である、請求項１に記載のアナログ相関器。
  3. 前記複数のアナログ相関信号を複数のデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を更に備えた、請求項１に記載のアナログ相関器。
  4. 前記第１積分器及び前記第２積分器のそれぞれは、
    前記第１又は前記第２積分器がそれぞれ前記乗算器に接続されると、前記第１又は第２相関電荷を受信して累積するキャパシタと、
    前記第１又は前記第２積分器がそれぞれ前記乗算器から切断されると、前記第１又は第２相関電荷を前記キャパシタから実質的に放出する放電路とを備えた、請求項１に記載のアナログ相関器。
  5. サンプリングレートを有したサンプリング信号であり、前記送信ＰＣＲ信号の前記ＰＣＲパルスを複製するよう前記複製生成器を駆動する当該サンプリング信号、を生成するサンプリングクロック生成器を更に備えた、請求項１に記載のアナログ相関器。
  6. 前記サンプリングクロック生成器と前記複製生成部との間に接続され、かつ、前記調整可能な時間遅延によって前記サンプリング信号を遅延させる、調整可能時間遅延素子を更に備えた、請求項５に記載のアナログ相関器。
  7. 前記複製生成部と前記乗算器との間に接続され、かつ、前記調整可能な時間遅延によって前記テンプレート信号を遅延させる、調整可能時間遅延素子を更に備えた、請求項１に記載のアナログ相関器。
  8. 前記受信器に接続され、かつ、前記ＰＣＲ信号を送信する頃に始まる期間に基づいて前記受信ＰＣＲ信号を増幅する可変利得増幅器を更に備え、前記増幅ＰＣＲ信号は、前記テンプレート信号で乗算するための前記乗算器によって受信される、請求項１に記載のアナログ相関器。
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