JP6092785B2 - レーダ装置 - Google Patents

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本開示は、ターゲットに反射された反射波のパルス信号をアンテナにより受信してターゲットを検出するレーダ装置に関する。
パルス信号を用いたレーダ装置は、送信するパルス信号に基づく電波を測定地点から空間に放射し、ターゲットに反射された反射波のパルス信号を受信し、測定地点とターゲットとの距離、方向の少なくとも1つ以上を測定する。近年、マイクロ波又はミリ波を含む波長の短い電波を用いた高分解能な測定によって、自動車及び歩行者を含むターゲットを検出可能なレーダ装置の開発が進められている。
各セクタレーダの測定時間を低減して干渉を抑圧するレーダ装置として、例えば特許文献1が知られている。特許文献1に示す従来のレーダ装置の概要に関して、図23を参照して説明する。図23は、従来のレーダ装置の動作を説明するタイミングチャートを示す説明図である。
特許文献1のレーダ装置は、2つのAレーダ装置及びBレーダ装置を有する。Aレーダ装置は、Aレーダ装置が送信するAパルス信号のタイミングを制御する同期部と、Bレーダ装置が送信するBパルス信号に同期するB同期トリガ信号を受信するI/F部とを有する。Aレーダ装置は、Bレーダ装置からB同期トリガ信号を、I/F部を介して受信する。Aレーダ装置は、受信したB同期トリガ信号に基づいて、Aレーダ装置が発射するAパルス信号の発射のタイミングを制御する。
従って、図23に示す様に、Aレーダ装置の干渉波信号、即ち、Bレーダ装置がAレーダ装置から受信した干渉波信号の到来時間は、Bレーダ装置の受信有効期間の時間間隔外Txに固定化される。Bレーダ装置が受信したAレーダ装置からの干渉波信号は、Bレーダ装置の測定に影響を与えない。
Bレーダ装置の干渉波信号、即ち、Aレーダ装置がBレーダ装置から受信した干渉波信号の到来時間は、Aレーダ装置の受信有効期間の時間内である。但し、Aレーダ装置は、Bレーダ装置の干渉波信号に対して限定的な干渉抑圧処理又はゲート処理により、干渉信号を効果的に除去できる。なお、図23において、パラメータTmは受信有効期間、パラメータTxは受信有効期間の間の時間間隔、パラメータTdは他レーダ装置からの干渉波が到来するまでに要する時間をそれぞれ表す。
また、完全相補系列系の相補符号(P1,P2)及び(Q1,Q2)を用いることにより、ターゲットにより反射された反射波信号を非同期状態において受信しても干渉の発生を抑圧するレーダ装置として、例えば特許文献2が知られている。
特許文献2の2つのレーダシステムP,Qは、完全相補系列の符号化パルスとして、互いに異なる符号化パルス(P1,P2,Q1,Q2)を、同一周波数帯域の搬送波を用いて送受信する。
自レーダシステムが送信した複数個の符号化パルスを受信した場合は、複数個の符号化パルス(P1,P2,Q1,Q2)に各々対応する複数個の自己相関関数信号RP1P1(τ),RP2P2(τ),RQ1Q1(τ)及びRQ2Q2(τ)のうち、いずれか1つを出力する。他のレーダシステムが送信した複数個の符号化パルスを自レーダシステムが受信した場合は、他のレーダシステムが送信した複数個の符号化パルス(P1,P2)又は(Q1,Q2)に各々対応する複数個の相互相関関数信号RQ1P1(τ),RQ2P2(τ),RP1Q1(τ)及びRP2Q2(τ)のうち、いずれか1つを出力する。
完全相補系列の性質により、自己相関関数信号の複数の出力の和(RP1P1(τ)+RP2P2(τ)又はRQ1Q1(τ)+RQ2Q2(τ))はτ=0以外は0となり、相互相関関数信号の複数の出力の和(RQ1P1(τ)+RQ2P2(τ)又はRP1Q1(τ)+RP2Q2(τ))はτに拘わらず0となる。
受信側は、自レーダシステムが送信した複数個の符号化パルス(P1,P2,Q1,Q2)に対し、それぞれに対応する複数個の自己相関関数信号を計算する受信処理を行う。これにより、サイドローブの無い圧縮パルスが得られ、他レーダシステムが送信した複数の符号化パルスを受信した場合でも、自己相関関数信号の和を算出する過程において、他レーダシステムの信号成分をゼロにできる。即ち、隣接した周波数帯域において同一周波数帯域を用いても、相互に干渉のない複数のレーダシステムを提供できる。
日本国特開平7−333328号公報 日本国特開昭61−096482号公報
しかし、特許文献1では、Aレーダ装置及びBレーダ装置間の各パルス信号の送信周期が同期している必要がある。また、Bレーダ装置からの干渉波信号をAレーダ装置が抑圧するためには、Aレーダ装置は、干渉を抑圧するための付加回路(例えばフィルタ回路)を更に設ける必要があり、Aレーダ装置の受信部の構成が複雑化する。又は、Aレーダ装置がBレーダ装置からの干渉波信号をゲート処理することにより、Aレーダ装置の受信有効期間Tmに、Bレーダ装置からの干渉波の受信時間分に相当する測定不能領域が発生する。
また、特許文献2では、符号化パルス(P1,P2,Q1,Q2)の送信周期が同期している必要があるため、各レーダシステムP.Q間の符号化パルスの送信周期を同期させる必要がある。
本開示は、上述従来の事情に鑑みてなされたもので、複数のセクタレーダを対向配置させた場合に、対向する各セクタレーダ間の送信周期の同期を不要とし、簡易な構成によってセクタレーダ間における干渉を抑圧するレーダ装置を提供することを目的とする。
本開示は、上述したレーダ装置であって、所定の符号長の第1符号系列を用いて生成した第1レーダ送信信号を第1送信アンテナから第1高周波信号として送信する第1レーダ送信部と、所定の符号長の第2符号系列を用いて生成した第2レーダ送信信号を第2送信アンテナから第2高周波信号として送信する第2レーダ送信部と、を備え、前記第1レーダ送信信号は、第1送信タイミング信号を基に前記第1符号系列を変調して生成した第1ベースバンド信号を位相シフトした信号であり、前記第2レーダ送信信号は、第2送信タイミング信号を基に前記第2符号系列を変調して生成した第2ベースバンド信号を位相シフトした信号であり、前記第1ベースバンド信号がシフトされる位相と、前記第2ベースバンド信号がシフトされる位相とは、逆位相であり、前記第1レーダ送信部は、前記第1送信タイミング信号を送信周期毎に生成する第1パルス送信制御部と、前記第1符号系列を生成する第1レーダ符号生成部と、前記第1送信タイミング信号を基に、前記第1符号系列を変調し、前記第1ベースバンド信号を生成する第1変調部と、前記第1送信タイミング信号を基に、前記第1ベースバンド信号の位相をシフトする第1送信位相シフト部と、位相シフト後の第1ベースバンド信号である前記第1レーダ送信信号を前記第1高周波信号に変換し、第1送信アンテナから送信する第1送信RF部と、を有する。
本開示によれば、複数のセクタレーダを対向配置させた場合に、対向する各セクタレーダ間の送信周期の同期を不要とし、簡易な構成によってセクタレーダ間における干渉を抑圧できる。
(a)ペアとなる相補符号系列のうち一方の相補符号系列の自己相関演算結果を示す説明図、(b)ペアとなる相補符号系列のうち他方の相補符号系列の自己相関演算結果を示す説明図、(c)ペアとなる2つの相補符号系列の自己相関演算結果の加算値を示す説明図 第1の実施形態のレーダ装置を構成する各セクタレーダと各セクタレーダの測定範囲を示す説明図 第1の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSR(s=1,2)の内部構成を簡易に示すブロック図 第1の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSR(s=1,2)の内部構成を詳細に示すブロック図 第1の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSR(s=1,2)におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信位相シフト成分との関係を示す説明図 セクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信区間がセクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信周期の開始時に跨る場合におけるセクタレーダSRの測定期間を説明するための説明図 第s番目のセクタレーダSRにおける測定範囲を説明するための説明図 (a)従来のレーダ装置の受信信号に含まれるDCオフセット成分とドップラ周波数成分との関係を示す説明図、(b)本開示に係るレーダ装置を構成する各セクタレーダSRの受信位相シフト前における各受信信号に含まれるDCオフセット成分とドップラ周波数成分との関係を示す説明図、(c)本開示に係るレーダ装置を構成する各セクタレーダSRの受信位相シフト後における各受信信号に含まれるDCオフセット成分とドップラ周波数成分との関係を示す説明図 セクタレーダSR及びSR間における周波数誤差による位相回転量と自セクタレーダにおける他セクタレーダからの干渉信号の干渉抑圧量との関係を示すグラフ (a)セクタレーダSR及びSRにおける送信符号の符号長が異なる場合のセクタレーダSRにおける測定範囲を説明するための説明図、(b)セクタレーダSR及びSRにおける送信符号の符号長が異なる場合のセクタレーダSRにおける測定範囲を説明するための説明図 第1の実施形態の変形例のレーダ装置を構成するセクタレーダSRaの内部構成を詳細に示すブロック図 第2の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRb(s=1,2)の内部構成を簡易に示すブロック図 第2の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRb(s=1,2)の内部構成を詳細に示すブロック図 第2の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRb(s=1,2)におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信位相シフト成分との関係を示す説明図 第2の実施形態の変形例のレーダ装置を構成するセクタレーダSRcの内部構成を詳細に示すブロック図 第3の実施形態のレーダ装置を構成する各セクタレーダを示す説明図 第4の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRd(s=1,2)の内部構成を簡易に示すブロック図 第4の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRd(s=1,2)の内部構成を詳細に示すブロック図 第4の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRd(s=1,2)の第1レーダ送信部及び第2レーダ送信部におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信符号との関係を示す説明図 第5の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRe(s=1,2)の内部構成を簡易に示すブロック図 第5の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRe(s=1,2)の内部構成を詳細に示すブロック図 第5の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRe(s=1,2)の第1レーダ送信部及び第2レーダ送信部におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信符号との関係を示す説明図 従来のレーダ装置の動作を説明するタイミングチャートを示す説明図 第2の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRb(s=1,2)毎に異なる相補符号系列が用いられる場合におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信位相シフト成分との関係を示す説明図
(各実施形態の内容に至る経緯)
レーダ装置は、近距離に存在するターゲットと遠距離に存在するターゲットとからの反射波が混合された信号を受信する。ここで、近距離に存在するターゲットからの反射波の信号によって、レンジサイドローブが生じる。レンジサイドローブと遠距離に存在するターゲットからの反射波の信号のメインローブとが混在する場合、レーダ装置における遠距離に存在するターゲットを検出する精度が劣化する。
従って、複数のターゲットに対して高分解能な測定が要求されるパルス信号を用いたレーダ装置には、低いレンジサイドローブレベルとなる自己相関特性(以下「低レンジサイドローブ特性」という)を有するパルス波又はパルス変調波の送信が要求される。
また、レーダ装置は、測定地点から同じ距離に自動車及び歩行者が存在すると、レーダ反射断面積(RCS: Radar cross section)の異なる自動車及び歩行者からの各反射波の信号が混合された信号を受信する。一般に、歩行者のレーダ反射断面積は、自動車のレーダ反射断面積に比べると低い。
レーダ装置は、たとえ測定地点から同じ距離に、自動車及び歩行者が存在していても、自動車及び歩行者からの反射波信号を適正に受信する必要がある。ターゲットの距離又は種別によって反射波信号の出力レベル(受信レベル)は変化するため、レーダ装置には、様々な受信レベルとなる反射波信号が受信可能な受信ダイナミックレンジが要求される。
上述したレーダ装置の一例として、異なる測定エリアに対し各測定エリアに存在するターゲットを検出するための複数のレーダユニットを設けた構成のレーダ装置が知られている。以下、ターゲット検出において、異なる測定エリアをそれぞれ測定する各レーダユニットを、「セクタレーダ」という。各セクタレーダの測定エリアは、それぞれ異なるが、測定エリアが近接している場合には一部重複することもある。
各セクタレーダの測定エリアが近接する場合、各セクタレーダから送信された送信信号間において干渉が発生する。干渉が発生した場合にはSINR(Signal to Interference and Noise power Ratio:信号対干渉雑音電力比)が劣化するため、従来のレーダ装置では、ターゲットの測位推定精度が劣化するという課題があった。
この課題に対して、従来のレーダ装置におけるセクタレーダ間における干渉の抑圧対策として、以下の方法が検討されている。
第1の方法は、各セクタレーダの用いる周波数帯域を、複数の異なる周波数帯域或いは所定の狭帯域な周波数帯域(サブバンド)として、送信信号を周波数分割多重(FDM:Frequency Division Multiplexing)して送信する方法である。
第1の方法によれば、異なる周波数帯域を用いることにより各セクタレーダ間における干渉を抑圧できるが、次の課題が残る。即ち、前者の複数の異なる周波数帯域を用いる場合、多くの周波数資源が必要となる。後者の狭帯域な周波数帯域を用いる場合、各セクタレーダにおけるターゲットの測位推定の時間分解能(距離分解能に相当)が低下する。
第2の方法は、各セクタレーダ間において送信信号を順番に時分割送信する方法である。しかし、第2の方法では、ターゲットからの反射波信号に対するSNRを所定値以上得るために送信信号を繰り返して送信する必要があり、測定時間が長くなる。ここで、測定時間が制約されている場合、所定値のSNRを満たすまでに送信信号を繰り返して送信することが難しくなり、ターゲットの検出精度が劣化する。
第3の方法は、各セクタレーダが、複数の相互相関の低い符号系列を用いて、送信信号を符号分割多重(CDM:Code Division Multiplexing)して送信する方法である。第3の方法によれば、新たな周波数帯域及びサブバンドの追加も必要なく、各セクタレーダにおけるターゲットの測位推定の時間分解能は低下しない。
しかし、送信信号をセクタレーダ毎に符号分割多重して送信した場合、他のセクタレーダからの各送信信号のターゲットにより反射された各反射波信号が、非同期状態において受信され、自セクタレーダにおいて干渉が発生する。ここで、反射波信号の受信レベルが高いほど、自セクタレーダにおけるSINRが劣化し、自セクタレーダにおけるターゲット検出精度が劣化する。
そこで、以下の各実施形態では、複数のセクタレーダを対向配置させた場合に、対向する各セクタレーダ間の送信周期の同期を不要とし、簡易な構成によってセクタレーダ間における干渉を抑圧するレーダ装置の例を説明する。
本開示に係るレーダ装置の各実施形態を説明する前に、以下、各実施形態の前提となる技術内容として、相補符号を簡単に説明する。
(相補符号)
図1(a)は、ペアとなる相補符号系列のうち一方の相補符号系列の自己相関演算結果を示す説明図である。図1(b)は、ペアとなる相補符号系列のうち他方の相補符号系列の自己相関演算結果を示す説明図である。図1(c)は、ペアとなる2つの相補符号系列の自己相関演算結果の加算値を示す説明図である。
相補符号は、複数の相補符号系列、例えば、ペアとなる2つの相補符号系列(A、B)を用いた符号である。相補符号は、一方の相補符号系列Aと他方の相補符号系列Bとの各自己相関演算結果において、遅延時間τ[秒]を一致させた各自己相関演算結果の加算によって、レンジサイドローブがゼロとなる性質を有する。なお、パラメータnはn=1〜Lである。パラメータLは、符号系列長又は単に符号長を示す。
相補符号の生成方法は、例えば下記参考非特許文献1に開示されている。
(参考非特許文献1)BUDISIN, S. Z,「NEW COMPLEMENTARY PAIRS OF SEQUENCES」,Electron. Lett., 26,(13), pp.881−883(1990)
相補符号系列(A,B)のうち、一方の相補符号系列Aの自己相関値演算結果は、数式(1)により演算される。他方の相補符号系列Bの自己相関値演算結果は、数式(2)により演算される。なお、パラメータRは自己相関値演算結果を示す。但し、n>L又はn<1においては、相補符号系列A,Bはゼロとする(すなわち、n>L又はn<1において、A=0、B=0)。なお、アスタリスク*は複素共役演算子を示す。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
数式(1)に従って演算された相補符号系列Aの自己相関値演算結果RAA(τ)は、遅延時間(あるいはシフト時間)τがゼロであるとピークが発生し、遅延時間τがゼロ以外では、レンジサイドローブが存在する。同様に、数式(2)に従って演算された相補符号系列Bの自己相関値演算結果RBB(τ)は、遅延時間τがゼロであるとピークが発生し、遅延時間τがゼロ以外では、レンジサイドローブが存在する。
自己相関値演算結果(RAA(τ),RBB(τ))の加算値は、遅延時間τがゼロであるとピークが発生し、遅延時間τがゼロ以外ではレンジサイドローブが存在せずにゼロになる。以下、遅延時間τがゼロであると発生するピークを「メインローブ」という。上記の関係を数式(3)に示す。
Figure 0006092785
相補符号においては、上述した自己相関特性から、より短い符号長によってピークサイドローブレベルを低減できる。短い符号長を用いる相補符号においては、近距離に存在するターゲットと遠距離に存在するターゲットとからの反射波が混合された信号を受信しても、レーダ装置における受信ダイナミックレンジを低減できる。
(第1の実施形態)
先ず、本開示に係るレーダ装置の第1の実施形態を、図面を参照して説明する。図2は、第1の実施形態のレーダ装置10を構成する各セクタレーダSR及びSRと各セクタレーダSR及びSRの測定範囲を示す説明図である。レーダ装置10は、複数の例えば2つのセクタレーダSR及びSRを含む構成である。
セクタレーダSRが受信する受信信号には、セクタレーダSRから送信されたレーダ送信信号がターゲットTARにより反射された反射波信号と、セクタレーダSRから送信された干渉波信号としてのレーダ送信信号とが含まれる。同様に、セクタレーダSRが受信する受信信号には、セクタレーダSRから送信されたレーダ送信信号がターゲットTARにより反射された反射波信号と、セクタレーダSRから送信された干渉波信号としてのレーダ送信信号とが含まれる。
図2に示すセクタレーダSR及びSRは、各セクタレーダSR及びSRの測定エリアA及びBがほぼ同一直線上となり、各測定エリアA及びBの一部が重複する様に対向的に配置される。セクタレーダSR及びSR間の距離Rと、各セクタレーダSR及びSRの最大測定距離R及びRとの間には数式(4)が成立する。
Figure 0006092785
以下、セクタレーダSR及びSRの各送信周期T及び送信区間Tは同一とするが、各セクタレーダSR及びSRからの各レーダ送信信号は、非同期状態において送信される。また、図2では便宜的に2つの異なるターゲットTAR1及びTAR2を各測定エリアA及びBにそれぞれ存在しているが、例えば1つのターゲットTAR1が各測定エリアA若しくはB又はA及びBの重複範囲に存在してもよい。
第1の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSR及びSRの構成及び動作について、図3〜図5を参照して説明する。図3は、第1の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSR(s=1,2)の内部構成を簡易に示すブロック図である。図4は、第1の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSR(s=1,2)の内部構成を詳細に示すブロック図である。図5は、第1の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSR(s=1,2)におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信位相シフト成分との関係を示す説明図である。
以下の各実施形態では説明を簡略にするために、セクタレーダSRとセクタレーダSRとの共通の動作についてはパラメータsを用いて包括的に説明し、セクタレーダSRとセクタレーダSRとの異なる動作についてはそれぞれ個別に説明する。パラメータsは1又は2であり、セクタレーダの序数を表す。
セクタレーダSRsは、レーダ送信部Txにおいて生成された高周波のレーダ送信信号を、送信アンテナAnt−Txから送信する。セクタレーダSR1は、ターゲットTARにより反射されたレーダ送信信号の反射波信号を、受信アンテナAnt−Rxにおいて受信する。セクタレーダSR1は、受信アンテナAnt−Rxにおいて受信された反射波信号の信号処理によって、ターゲットTARの有無を検出する。なお、ターゲットTARはセクタレーダSRが検出する対象の物体であり、例えば自動車又は人を含み、以下の各実施形態においても同様である。
先ず、セクタレーダSRの各部の構成について簡略に説明する。
図3に示すセクタレーダSRは、基準信号発振器Lo、レーダ送信部Tx及びレーダ受信部Rxを含む構成である。レーダ送信部Txは、送信信号生成部2、及び、送信アンテナAnt−Txと接続される送信RF部3を有する構成である。送信信号生成部2は、パルス送信制御部21、符号生成部22、変調部23及び第s送信位相シフト部25を含む構成である。なお、本実施形態を含む各実施形態において、各送信アンテナ又は受信アンテナは、送信アンテナ素子又は受信アンテナ素子を用いて構成されてもよい。
レーダ送信部Tx及びレーダ受信部Rxは、基準信号発振器Loに接続され、基準信号発振器Loからリファレンス信号(基準信号)が供給される。従って、レーダ送信部Tx及びレーダ受信部Rxの処理は同期する。
レーダ受信部Rxは、受信RF部4、VGA(Variable Gain Amplifier)部5、及び信号処理部6を有する構成である。信号処理部6は、第s受信位相シフト部62、相関値演算部63、コヒーレント積分部64及び距離推定部65を含む構成である。
(レーダ送信部)
次に、セクタレーダSRのレーダ送信部Txの各部の構成について、図4を参照して詳細に説明する。
送信信号生成部2は、パルス送信制御部21、符号生成部22、変調部23、LPF(Low Pass Filter)24、第s送信位相シフト部25及びD/A(Digital Analog)変換部26を含む構成である。図4では、送信信号生成部2はLPF24を含む構成であるが、LPF24は送信信号生成部2と独立してレーダ送信部Txの中に構成されてもよい。送信RF部3は、直交変調部31、周波数変換部32及び増幅器33を含む構成である。
次に、レーダ送信部Txの各部の動作について詳細に説明する。
送信信号生成部2は、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号を生成する。送信信号生成部2の各部は、生成された送信基準クロック信号に基づいて動作する。送信基準クロック周波数をfTxBBと表すと、送信周期Tは、送信基準クロック周波数fTxBBにより定まる離散時刻間隔(1/fTxBB)の整数N倍として表せる(数式(5)参照)。なお、送信基準クロック周波数fTxBBは公称値であり、実際上はレーダ送信部Tx毎に異なる周波数誤差を含む。
Figure 0006092785
送信信号生成部2は、パルス送信制御部21からの送信周期T毎に出力されたレーダ送信信号の送信タイミング信号を基に、符号長Lの符号系列Cの変調によって、数式(6)のベースバンドの送信信号G(t)を周期的に生成する。パラメータn=1〜Lであり、パラメータLは符号系列Cの符号長を表す。jは、j=−1を満たす虚数単位である。パラメータtは、離散時刻を表す。
Figure 0006092785
送信信号G(t)は、図5に示す様に、例えば各送信周期Tの送信区間T[秒]では、符号系列Cの1つの符号あたり送信基準クロック信号のN[個]のサンプルを用いて変調されている。従って、送信区間Tにおいては、N(=N×L)のサンプルを用いて変調されている。各送信周期Tの無信号区間(T−T)[秒]では、N(=N−N)[個]のサンプルを用いて変調されている。従って、数式(6)の送信信号G(t)は、数式(7)を用いて表せる。
Figure 0006092785
パルス送信制御部21は、高周波のレーダ送信信号の送信タイミング信号を、送信周期T毎に生成し、符号生成部22、第s送信位相シフト部25及び第s受信位相シフト部62にそれぞれ出力する。
符号生成部22は、パルス送信制御部21からの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、符号長Lの符号系列Cの送信符号を生成する。符号生成部22は、生成された符号系列Cの送信符号を変調部23に出力する。即ち、1つの符号生成部22が、1つの符号系列を生成する。
符号系列Cの要素は、例えば、[−1,1]の2値、若しくは[1,−1,j,−j]の4値を用いて構成される。送信符号は、低レンジサイドローブ特性が得られる例えばBarker符号系列、M系列符号及びGold符号系列のうちいずれかの符号系列である。以下、符号系列Cの送信符号を、便宜的に送信符号Cと記載する。
変調部23は、符号生成部22から出力された送信符号Cを入力する。変調部23は、入力された送信符号Cをパルス変調し、数式(6)のベースバンドの送信信号G(t)を生成する。パルス変調は、振幅変調(ASK)又は位相変調(PSK)であり、以下の各実施形態においても同様である。
例えば位相変調(PSK)は、符号系列Cが例えば[−1,1]の2値の位相変調ではBPSK(Binary Phase Shift Keying)となり、符号系列Cが例えば[1,−1,j,−j]の4値の位相変調ではQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)若しくは4相PSKとなる。即ち、位相変調(PSK)では、IQ平面上のコンスタレーションにおける所定の変調シンボルが割り当てられる。
数式(6)のベースバンドの送信信号G(t)において、I(t)は変調信号の同相成分(Inphase成分)を表し、Q(t)は変調信号の直交成分(Quadrature成分)を表す。変調部23は、LPF24を介して、生成された送信信号G(t)のうち、予め設定された制限帯域以下の送信信号G(t)を第s送信位相シフト部25に出力する。なお、LPF24は送信信号生成部2において省略されても良く、以下の各実施形態においても同様である。
ここで、セクタレーダSR(s=1)における第s送信位相シフト部25の動作を個別に説明する。第s送信位相シフト部25は、変調部23又はLPF24から出力された送信信号G(t)を入力する。第s送信位相シフト部25は、パルス送信制御部21からの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された送信信号G(t)に、1個の送信周期毎に、所定の送信位相シフトを付与する(図5参照)。
具体的には、第s送信位相シフト部25は、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21からの送信タイミング信号を基に、送信周期Tの序数に応じた送信位相シフトexp(j(m−1)φ)を送信信号G(t)に付与する(数式(8)参照)。パラメータmは、送信周期Tの序数を表す。パラメータφは、第s送信位相シフト部25において付与される位相回転量(例えば90度)であり、数式(9)の関係を満たすことが好ましい。第s送信位相シフト部25は、送信位相シフトが付与された送信信号GP(N(m−1)+t)をD/A変換部26に出力する。数式(9)のFdmaxは図8を参照して後述する。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSR(s=2)における第s送信位相シフト部25の動作において、セクタレーダSR(s=1)における動作との相違点は、数式(10)における位相回転量としてのパラメータφが、φと異なるものである。例えば、パラメータφが90度となり、パラメータφが−90度となる。
更に、セクタレーダSRの第s送信位相シフト部25により付与される送信位相シフトのパラメータφと、セクタレーダSRの第s送信位相シフト部25により付与される送信位相シフトのパラメータφとは、逆位相の関係を有する(φ=−φ)。
Figure 0006092785
D/A変換部26は、第s送信位相シフト部25から出力されたデジタルの送信信号GP(N(m−1)+t)をアナログの送信信号に変換する。D/A変換部26は、アナログの送信信号を送信RF部3に出力する。
送信RF部3は、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍数に逓倍したキャリア周波数帯域の送信基準信号を生成する。送信RF部3の各部は、生成された送信基準信号に基づいて動作する。
直交変調部31は、D/A変換部26から出力された送信信号を入力して直交変調する。直交変調部31は、直交変調された送信信号を周波数変換部32に出力する。
周波数変換部32は、直交変調部31から出力された送信信号を入力し、入力された送信信号と送信基準信号とを用いて、ベースバンドの送信信号をアップコンバートする。周波数変換部32は、高周波のレーダ送信信号を生成する。周波数変換部32は、生成されたレーダ送信信号を増幅器33に出力する。
増幅器33は、周波数変換部32から出力されたレーダ送信信号を入力し、入力されたレーダ送信信号のレベルを所定のレベルに増幅し、送信アンテナAnt−Txに出力する。増幅されたレーダ送信信号は、送信アンテナAnt−Txを介した空間への放射によって送信される。
送信アンテナAnt−Txは、送信RF部3により出力されたレーダ送信信号を空間に放射することによって送信する。図5に示す様に、レーダ送信信号は、送信周期Tのうち送信区間Tの間に送信され、無信号区間(T−T)の間には送信されない。
なお、送信RF部3及び受信RF部4には、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号が共通に供給されている。これにより、送信RF部3及び受信RF部4間が同期した動作ができる。
(レーダ受信部)
次に、レーダ受信部Rxの各部の構成について、図4を参照して詳細に説明する。
図4に示すレーダ受信部Rxは、受信アンテナAnt−Rxが接続された受信RF部4、VGA部5及び信号処理部6を含む構成である。受信RF部4は、増幅器41、周波数変換部42及び直交検波部43を含む構成である。信号処理部6は、A/D変換部61、第s受信位相シフト部62、相関値演算部63、コヒーレント積分部64及び距離推定部65を含む構成である。信号処理部6の各部は、各送信周期Tを信号処理区間として周期的に演算する。
次に、レーダ受信部Rxの各部の動作について詳細に説明する。
受信アンテナAnt−Rxは、レーダ送信部Txから送信されたレーダ送信信号がターゲットTARにより反射された反射波信号、及び対向的に配置された他セクタレーダからのレーダ送信信号を受信する。受信アンテナAnt−Txにおいて受信された受信信号は、受信RF部4に入力される。
受信RF部4は、送信RF部3と同様に、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍したキャリア周波数帯域の受信基準信号を生成する。
増幅器41は、受信アンテナAnt−Txにおいて受信された高周波の受信信号を入力し、入力された受信信号のレベルを増幅して周波数変換部42に出力する。
周波数変換部42は、増幅器41から出力された高周波の受信信号を入力し、入力された高周波の受信信号と受信基準信号とを用いて、高周波の受信信号をベースバンドの受信信号にダウンコンバートする。周波数変換部42は、ベースバンドの受信信号を生成し、生成されたベースバンドの受信信号を直交検波部43に出力する。
直交検波部43は、周波数変換部42から出力されたベースバンドの受信信号を直交検波することによって、同相信号(In-phase signal、I信号)及び直交信号(Quadrate signal、Q信号)を用いて構成されるベースバンドの受信信号を生成する。直交検波部43は、生成された受信信号をVGA部5に出力する。
VGA部5は、直交検波部43から出力されたベースバンドのI信号及びQ信号を含む受信信号をそれぞれ入力し、入力された受信信号の出力レベルを調整して、入力されたベースバンドの受信信号の出力レベルをA/D変換部61の入力レンジ(ダイナミックレンジ)内に収める。
VGA部5は、出力レベルが調整されたベースバンドのI信号及びQ信号を含む受信信号をA/D変換部61に出力する。本実施形態においては、説明を簡単にするため、VGA部5における利得は、受信信号の出力レベルがA/D変換部61の入力レンジ(ダイナミックレンジ)内に収まる様に予め調整されている。
信号処理部6は、受信RF部4と同様に、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した受信基準クロック信号を生成する。信号処理部6の各部は、生成された受信基準クロック信号に基づいて動作する。
受信基準クロック周波数をfRxBBと表すと、送信周期Tは、受信基準クロック周波数fRxBBにより定まる離散時刻間隔(1/fRxBB)の整数倍N倍として表せる(数式(11)参照)。送信基準クロック周波数fTxBBは、受信基準クロック周波数fRxBBの整数NTR倍の関係にあるとする(数式(12)参照)。なお、受信基準クロック周波数fRxBBは公称値であり、実際上はレーダ受信部Rx毎に異なる周波数誤差を含む。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
A/D変換部61は、VGA部5から出力されたI信号及びQ信号を含む受信信号を入力し、入力されたI信号及びQ信号を含む受信信号を、受信基準クロック周波数fRxBBを基に、離散時刻(1/fRxBB)毎にそれぞれサンプリングすることにより、アナログデータの受信信号をデジタルデータに変換する。
A/D変換部61は、離散時刻k毎に変換されたデジタルデータの受信信号を、離散サンプル値として第s受信位相シフト部62に出力する。変換された離散サンプル値である受信信号x(k)は、離散時刻kにおける離散サンプル値であるI信号Ir(k)及びQ信号Qr(k)を用いて、数式(13)により複素数として表せる。
Figure 0006092785
ここで、レーダ装置10の測定範囲を、図6及び図7を参照して説明する。図6は、セクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信区間がセクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信周期の開始時に跨る場合におけるセクタレーダSRの測定期間を説明するための説明図である。図7は、第s番目のセクタレーダSRにおける測定範囲を説明するための説明図であり、図6に示すレーダ送信信号の送信区間T、送信周期T及び測定範囲(T−T)を、離散時刻kを用いて具体的に説明した図である。
図6の説明を簡単にするため、レーダ送信信号の送信符号(点線参照)は相補符号とし、相補符号のペアとなる各符号系列a,bのレーダ送信信号は、2個の送信周期を単位として、各送信周期Tの送信区間Tにおいて出力されている。
セクタレーダSRからのレーダ送信信号(実線参照)の送信区間がセクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信周期Tの開始時に跨る場合、送信周期Tの開始時点の前後において送信位相シフト及び受信位相シフトが異なる場合がある。レーダ装置10は、セクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信区間がセクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信周期Tの開始時に跨る場合、セクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信区間の開始時からセクタレーダSRの送信周期Tの開始時までの区間を測定範囲に含めない。
即ち、レーダ装置10は、セクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信区間の開始時からセクタレーダSRからのレーダ送信信号の送信周期Tの開始時までの区間Tを測定範囲に含めない。図7では、送信区間Tは離散時刻k=1〜N/NTRとなり、測定範囲の区間(T−T)は送信区間Tを含む離散時刻k=1〜(N−N)/NTRとなり、測定範囲外の区間T(=T)は離散時刻k=(N−N)/NTR〜N/NTRとなる。
離散時刻kはA/D変換部61においてサンプリングされるタイミングを表し、離散時刻k=1は送信周期Tの開始時点を表し、離散時刻k=Nは送信周期Tの終了時点を表す。離散時刻kは実際には1〜Nを取り得るが、レーダ装置10の送信周期Tのうち測定範囲外Tは測定範囲に含まれないため、実質的には離散時刻kは1〜(N−N)/NTRとなる。
数式(13)の第m番目の送信周期Tにおいて、A/D変換部61から出力された受信信号x(k)は、複素ベースバンド信号X(N(m−1)+k)として数式(14)を用いて表せる。
Figure 0006092785
ここで、セクタレーダSR(s=1)における第s受信位相シフト部62の動作を個別に説明する。第s受信位相シフト部62は、A/D変換部61から出力された受信信号X(N(m−1)+k)を入力する。第s受信位相シフト部62は、パルス送信制御部21からの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された受信信号X(N(m−1)+k)に、1個の送信周期毎に、第s送信位相シフト部25において付与された位相シフト成分の逆方向の受信位相シフトを付与する。
具体的には、第s受信位相シフト部62は、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21からの送信タイミング信号を基に、1個の送信周期毎に、送信周期Tの序数に応じた受信位相シフトexp(j(m−1)(−φ))を受信信号X(N(m−1)+k)に付与する(数式(15)参照)。第s受信位相シフト部62は、受信位相シフトが付与された受信信号XP(N(m−1)+k)を相関値演算部63に出力する。
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSR(s=2)における第s受信位相シフト部62の動作において、セクタレーダSR(s=1)における動作との相違点は、受信位相シフトφがφと異なる点である(数式(16)参照)。例えば、パラメータφが90度となり、パラメータφが−90度となる。
Figure 0006092785
相関値演算部63は、第s受信位相シフト部62から出力された受信信号XP(N(m−1)+k)を入力する。相関値演算部63は、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻kに応じて、第m番目の送信周期Tにおいて送信する符号長Lの符号系列Cの送信符号を周期的に生成する。
相関値演算部63は、入力された受信信号XP(N(m−1)+k)と、送信符号Cとのスライディング相関値AC(k,m)を演算する。スライディング相関値AC(k,m)は、第m番目の送信周期Tの離散時刻kにおける、送信符号と受信信号とのスライディング相関演算によって演算された値である。
具体的には、相関値演算部63は、各送信周期T、即ち離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて、第m番目の送信周期Tの離散時刻kにおけるスライディング相関値AC(k,m)を、数式(17)に従って演算する。相関値演算部63は、数式(17)に従って演算されたスライディング相関値AC(k,m)をコヒーレント積分部64に出力する。数式(17)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子である。
Figure 0006092785
相関値演算部63は、本実施形態を含む各実施形態において、離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて演算するが、レーダ装置10の測定対象となるターゲットTARの存在範囲に応じて、測定レンジ(kの範囲)を、例えばk=(N/NTR)+1〜(N−N)/NTRの範囲に更に限定してもよい。これにより、レーダ装置10は、相関値演算部63の演算量を更に低減できる。即ち、レーダ装置10は、信号処理部6における演算量の削減に基づく消費電力量を更に低減できる。
レーダ装置10は、相関値演算部63が離散時刻k=(N/NTR)+1〜(N−N)/NTRの範囲におけるスライディング相関値AC(k,m)を演算する場合には、各セクタレーダSRからの各レーダ送信信号の送信区間Tにおける反射波信号の測定を省略できる。
レーダ装置10は、各セクタレーダSRからの各レーダ送信信号が各レーダ受信部Rxに直接的に回り込んだとしても、回り込みによる影響を排除して測定できる。測定レンジ(離散時刻kの範囲)の限定によって、コヒーレント積分部64及び距離推定部65の動作も同様の測定レンジに限定した範囲において動作する。
コヒーレント積分部64は、相関値演算部63から出力されたスライディング相関値AC(k,m)を入力する。コヒーレント積分部64は、第m番目の送信周期Tにおける離散時刻k毎に演算されたスライディング相関値AC(k,m)を基に、所定回数(NP回)の送信周期Tの期間(NP×T)にわたるスライディング相関値AC(k,m)を加算する。
コヒーレント積分部64は、所定回数(NP回)の送信周期Tの期間(NP×T)にわたるスライディング相関値AC(k,m)の離散時刻k毎の加算により、第v番目のコヒーレント積分値ACC(k,v)を、離散時刻k毎に数式(18)に従って演算する。パラメータNPは、コヒーレント積分部64におけるコヒーレント積分回数を表す。パラメータvは、セクタレーダSRにおけるコヒーレント積分部64のコヒーレント積分回数NPを1個の単位とした場合におけるコヒーレント積分回数の序数を表す。コヒーレント積分部64は、演算されたコヒーレント積分値ACC(k,v)を距離推定部65に出力する。
Figure 0006092785
数式(18)において所定回数NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、コヒーレント積分部64は、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、回路誤差の影響を低減できる。即ち、レーダ装置10は、セクタレーダSRにおける所定回数NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、ターゲット測距性能の劣化を防ぐことができる。更に、レーダ装置10は、NP回のコヒーレント積分により反射波信号に含まれる雑音成分を抑圧することにより、反射波信号の受信品質(SNR:Signal to Noise Ratio)を改善できる。
図8(a)は、従来のレーダ装置の受信信号に含まれるDCオフセット成分とドップラ周波数成分との関係を示す説明図である。図8(b)は、本開示に係るレーダ装置10を構成する各セクタレーダSRの受信位相シフト前における各受信信号に含まれるDCオフセット成分とドップラ周波数成分との関係を示す説明図である。図8(c)は、本開示に係るレーダ装置10を構成する各セクタレーダSRの受信位相シフト後における各受信信号に含まれるDCオフセット成分とドップラ周波数成分との関係を示す説明図である。
なお、パルスレーダにおけるターゲットからの反射波に含まれるドップラ周波数成分の検出は、例えば下記の参考非特許文献2において記載されている。
(参考非特許文献2)Sang−Dong KIM,Jong−Hun LEE,“A Memory−Efficient Hardware Architecture for a Pulse Doppler Radar Vehicle Detector.”, IEICE Trans, Fundamentals, Vol.E94−A No.5 pp.1210−1213,2011
図8(a)〜(c)は受信信号に定常的にDCオフセット成分が含まれる場合を示す。ターゲットTARが移動することを想定した場合に、ターゲットTARにより反射された反射波信号に含まれるドップラ周波数をf、fの正方向の最大値をFdmax、fの負方向の最大値を−Fdmaxと表す。
図8(a)に示す従来のレーダ装置による受信信号では、DCオフセット成分は反射波信号に含まれるドップラ周波数Fの取り得る範囲(2Fdmax)におけるドップラスペクトラムに現れ、ドップラスペクトラムとDCオフセット成分とを分離することが困難である。従って、従来のレーダ装置はDCオフセット成分の影響を受けることになり、反射波信号におけるレンジサイドローブ比が増加し、ターゲット測距特性が劣化する。
各セクタレーダSRは、各レーダ送信部Txにおいて、所定の符号系列を送信符号として用いたベースバンドの送信信号に、送信周期に応じた送信位相シフトを付与し、高周波のレーダ送信信号を生成する。
送信位相シフトにおける位相回転量をφ、送信周期をTと表すと、図8(b)に示す様に、送信位相シフトにより、ドップラ周波数fの取り得る範囲(2Fdmax)におけるドップラスペクトラムが(φ/2πT)シフトする。図8(b)においては、位相回転量φ、送信周期T及びドップラ周波数の最大値Fdmaxの間には、数式(19)が成立している場合を示す。
これにより、図8(b)に示す様に、各セクタレーダSRは、反射波信号に含まれるドップラ周波数fの取り得る範囲(2Fdmax)におけるドップラスペクトラムとDCオフセット成分とを分離できる。
Figure 0006092785
更に、各セクタレーダSRは、各レーダ受信部Rxにおいて、高周波の受信信号をベースバンドの受信信号に変換し、ベースバンドの受信信号に、送信位相シフトの付与時における位相回転量の逆方向の受信位相シフトを付与する。
即ち、図8(c)に示す様に、各セクタレーダSRは、受信信号に含まれるドップラ周波数fの取り得る範囲(2Fdmax)におけるドップラスペクトラムとDCオフセットとを(−φ/2πT)シフトする。これにより、レーダ装置10は、DCオフセット成分とドップラスペクトラムとを分離でき、ドップラスペクトラムの送信位相シフトによる影響を抑制できる。
本実施形態では、各コヒーレント積分部64は、2個の送信周期毎にコヒーレント積分することにより、セクタレーダSRからのレーダ送信信号とセクタレーダSRからのレーダ送信信号との間における干渉を効果的に抑圧できる。干渉抑圧効果の理由を説明する。例えば、セクタレーダSRにおいて、セクタレーダSRからのレーダ送信信号が干渉波信号として到来する場合を想定する。
セクタレーダSRの第m番目の送信周期Tにおける受信信号と、干渉波信号としてのセクタレーダSRからのレーダ送信信号とを含めた場合のA/D変換部61(s=1)の出力は、数式(20)により示される。
Figure 0006092785
数式(20)の第1項は、セクタレーダSRのレーダ送信部Txからのレーダ送信信号がターゲットTARに反射されてセクタレーダSRのレーダ受信部Rxにおいて受信される所望信号成分を表す。数式(20)の第2項は、セクタレーダSRのレーダ送信部Txからのレーダ送信信号が同じターゲットTARに反射されてセクタレーダSRのレーダ受信部Rxにおいて受信される干渉波信号成分を表す。
パラメータh11は、セクタレーダSRから送信されたレーダ送信信号がセクタレーダSRにおいて受信される場合の振幅及び位相の複素減衰係数である。パラメータh12は、セクタレーダSRから送信されたレーダ送信信号がセクタレーダSRにおいて受信される場合の振幅及び位相の複素減衰係数である。パラメータmは数式(21)、パラメータNdelayは数式(22)により表される。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
|_x_|は、実数xの整数部を出力する演算子である。パラメータτ11は、レーダ送信信号がセクタレーダSRから送信されてターゲットTAR(s=1)に反射されてセクタレーダSRにおいて受信されるまでの遅延時間である。パラメータτ12は、レーダ送信信号がセクタレーダSRから送信されてターゲットTAR(s=2)に反射され若しくは直接的に伝搬されてセクタレーダSRにおいて受信されるまでの遅延時間である。なお、説明を簡単にするために、各セクタレーダSRのレーダ送信部Tx及びレーダ受信部Rxのフィルタの応答特性を含めていない。
更に、セクタレーダSRの第(m+1)番目の送信周期Tにおける受信信号と、干渉波信号としてのセクタレーダSRからのレーダ送信信号とを含めた場合のセクタレーダSRのA/D変換部61の出力は、第m番目の送信周期Tと同じ伝搬環境であると仮定した場合には数式(23)により示される。第m番目の送信周期Tと同じ伝搬環境である場合とは、複素減衰係数h11,h12、遅延時間τ11,τ12が変化しないと見なせる場合である。
Figure 0006092785
セクタレーダSRの第m番目の送信周期Tと第(m+1)番目の送信周期Tとにおける2個の送信周期における相関値演算部63の出力、即ちスライディング相関値の加算値は、数式(24)により表される。
Figure 0006092785
セクタレーダSRの第m番目の送信周期T及び第(m+1)番目の送信周期Tにおける第s受信位相シフト部62の各出力は、数式(25)及び数式(26)により表される。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
数式(25)及び数式(26)の各第1項は、セクタレーダSRのレーダ送信部Txからのレーダ送信信号がターゲットTARに反射されてセクタレーダSR1のレーダ受信部Rxにおいて受信される所望信号成分である。従って、数式(25)及び数式(26)の各第1項は、数式(27)に示す様に同相の信号となり、数式(24)のコヒーレント積分によってコヒーレント積分利得を得ることができる。∠[x]は、複素数xの位相成分を出力する演算子である。
Figure 0006092785
一方、数式(25)及び数式(26)の各第2項は、セクタレーダSR2のレーダ送信部Txからのレーダ送信信号がターゲットTARに反射されてセクタレーダSR1のレーダ受信部Rxにおいて受信される干渉波信号成分である。
セクタレーダSR1とセクタレーダSR2とのキャリア周波数誤差がほぼ同一、即ち数式(28)が成立する場合には、第m番目及び第(m+1)番目の各送信周期Tにおける各干渉波信号成分の位相関係は、数式(29)の様に、ほぼ位相が反転する関係となる。従って、レーダ装置10は、数式(24)のコヒーレント積分によって、干渉波信号成分を効果的に抑圧できる。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
パラメータfdevは、セクタレーダSR1とセクタレーダSR2との間のキャリア周波数誤差を表し、送信基準クロック信号の周波数誤差から生じるキャリア周波数誤差及び受信基準クロック信号の周波数誤差から生じるサンプリング周波数誤差により規定される。
例えば、セクタレーダSR1の送信RF部3におけるキャリア周波数を76GHzとし、セクタレーダSR1及びSR2間のキャリア周波数誤差を0.5ppm(=0.5×10−6)とし、送信周期Tを300nsとする。セクタレーダSR1の測定可能距離が45m(=C×Tr/2、C:光速度)でも、セクタレーダSR1とセクタレーダSR2との間のキャリア周波数誤差fdevに起因する位相変動は、5度以下となる(図9参照)。
即ち、数式(30)に示す様に、セクタレーダSR1とセクタレーダSR2との間のキャリア周波数誤差fdevに起因する位相変動は、4.1度となり180度の約2.5%程度の値であるため無視できる。レーダ装置10は、干渉波信号成分の20dB以上を抑圧できる。図9は、セクタレーダSR1及びSR2間における周波数誤差による位相回転量と自セクタレーダにおける他セクタレーダからの干渉信号の干渉抑圧量との関係を示すグラフである。
Figure 0006092785
上述した説明は、セクタレーダSR1においてセクタレーダSR2からの干渉波信号が到来する場合を想定したが、セクタレーダSR2においてセクタレーダSR1からの干渉波信号が到来する場合についても同様に適用可能である。
距離推定部65は、NP回の送信周期T毎にコヒーレント積分部64から出力された離散時刻k毎のコヒーレント積分値ACC(k,v)を入力する。距離推定部65は、入力された離散時刻k毎のコヒーレント積分値ACC(k,v)を基に、ターゲットTARまでの距離を推定する。距離推定部65における距離推定は、例えば下記参考非特許文献3において開示されている推定方法を適用可能である。
(参考非特許文献3)Bussgang, J.J.;Nesbeda, P.;Safran,H.,“A Unified Analysis of Range Performance of CW, Pulse, and Pulse Doppler Radar”,Proceedings of the IRE, Volume:47, Issue:10, pp.1753−1762,1959
第v番目の出力周期(v×NP×T)において得られたコヒーレント積分部64からのコヒーレント積分値の絶対値の自乗値|ACC(k,v)|は、離散時刻k毎の反射波信号の受信レベルに相当する。距離推定部65は、セクタレーダSRの周囲の雑音レベルから所定値以上を上回るピーク受信レベルの検出時刻kpsを基に、数式(31)に従って距離Range(kps)を推定する。数式(31)において、パラメータCは光速度である。
Figure 0006092785
以上により、第1の実施形態のレーダ装置10は、複数のセクタレーダを対向配置させた場合に、対向する各セクタレーダ間の送信周期の同期を不要とし、簡易な構成によってセクタレーダ間における干渉を抑圧できる。更に、レーダ装置10は、回路誤差、例えば、DCオフセット、IQインバランスを含む場合においても、回路誤差の補正回路を設けることなく、レンジサイドローブの増加を防ぎ、ターゲット測距性能の劣化を効果的に抑圧できる。
なお、本実施形態ではセクタレーダSR1及びSR2において用いられる送信符号は、符号長Lの同一の符号系列Cとしたが、同一の符号系列Cに限定されず、同一の符号長Lの異なる符号系列C(1),C(2)でもよい。特に、セクタレーダSR1及びSR2の各符号生成部21が異なる符号系列C(1),C(2)に互いに相互相関が小さい符号系列をそれぞれ選択することにより、レーダ装置10は、各セクタレーダSR間における干渉を一層抑圧できる。
また、本実施形態ではセクタレーダSR1及びSR2において用いられる送信符号は、異なる符号長L,Lの異なる符号系列C(1)n1,C(2)n2でもよい。特に、セクタレーダSR1及びSR2の各符号生成部21が異なる符号系列C(1),C(2)に互いに相互相関が小さい符号系列をそれぞれ選択することにより、レーダ装置10は、各セクタレーダSR間における干渉を一層抑圧できる。セクタレーダSR1及びSR2が異なる符号系列C(1),C(2)のレーダ送信信号を送信するため、各セクタレーダSR1及びSR2からの各レーダ送信信号の送信区間がそれぞれ異なる(図10(a)及び(b)参照)。
図10(a)は、セクタレーダSR1及びSR2における送信符号の符号長が異なる場合のセクタレーダSR1における測定範囲を説明するための説明図である。図10(b)は、セクタレーダSR1及びSR2における送信符号の符号長が異なる場合のセクタレーダSR2における測定範囲を説明するための説明図である。
レーダ装置10は、セクタレーダSR2からのレーダ送信信号の送信区間がセクタレーダSR1からのレーダ送信信号の送信周期Tの開始時に跨る場合、セクタレーダSR2からのレーダ送信信号の送信区間の開始時からセクタレーダSR1の送信周期Tの開始時までの区間を測定範囲に含めない。
即ち、図10(a)に示す様に、セクタレーダSR1では、送信区間Tw1は離散時刻k=1〜Nw1/NTRとなり、測定範囲の区間(T−Tw2)は送信区間Tw1を含む離散時刻k=1〜(N−Nw2)/NTRとなり、測定範囲外の区間T(=Tw1)は離散時刻k=(N−Nw2)/NTR〜N/NTRとなる。
即ち、図10(b)に示す様に、セクタレーダSR2では、送信区間Tw2は離散時刻k=1〜Nw2/NTRとなり、測定範囲の区間(T−Tw1)は送信区間Tw2を含む離散時刻k=1〜(N−Nw1)/NTRとなり、測定範囲外の区間T(=Tw2)は離散時刻k=(N−Nw1)/NTR〜N/NTRとなる。
更に、本実施形態では、セクタレーダSR1の第s送信位相シフト部25は送信位相シフトφ=90度、セクタレーダSR2の第s送信位相シフト部25は送信位相シフトφ=−90度を付与したが、φ,φは90度,−90度に限定されない。
セクタレーダSR1の第s送信位相シフト部25とセクタレーダSR2の第s送信位相シフト部25とは、互いに異なる位相回転方向(φ,φ)=(φ(q,N)+α,−φ(q,N)+α)(=((qπ/N)+α,(−qπ/N)+α)))の位相シフトを付与する。これにより、各セクタレーダSR1及びSR2は、それぞれ対向的に配置された他セクタレーダとなるセクタレーダSR2及びSR1からの各干渉波信号を同様に抑圧し、回路誤差、例えば、DCオフセット、IQインバランスを含む場合においても、回路誤差の補正回路を設けることなく、レンジサイドローブの増加を防ぎ、ターゲット測距性能の劣化を効果的に抑圧できる。
パラメータqは1〜Nであって、パラメータNは2以上の自然数であって、パラメータαは固定の位相値である。各第sコヒーレント積分部64は、N個の送信周期毎にコヒーレント積分することにより、セクタレーダSR1からのレーダ送信信号とセクタレーダSR2からのレーダ送信信号との間における干渉を効果的に抑圧できる。
例えば、N=3、q=1、α=0での位相シフトは、(φ,φ)=(φ(1,3,−φ(1,3))=(π/3,−π/3)となる。N=3、q=2、α=0での位相シフトは、(φ,φ)=(φ(2,3,−φ(2,3))=(2π/3,−2π/3)となる。各第sコヒーレント積分部64は、3個の送信周期毎にコヒーレント積分することにより、セクタレーダSR1からのレーダ送信信号とセクタレーダSR2からのレーダ送信信号との間における干渉を効果的に抑圧できる。
干渉抑圧効果の理由を、3個の送信周期に限定せずにN個の送信周期に一般化して説明する。例えば、セクタレーダSR1において、セクタレーダSR2からのレーダ送信信号が干渉波信号として到来する場合を想定する。
セクタレーダSR1の第m番目の送信周期Tにおける受信信号と、干渉波信号としてのセクタレーダSR2からのレーダ送信信号とを含めた場合のA/D変換部61(s=1)の出力は、数式(20)により示される。
更に、セクタレーダSR1の第(m+1)番目から第(m+(N−1))番目までの各送信周期Tにおける受信信号と、干渉波信号としてのセクタレーダSR2からのレーダ送信信号とを含めた場合のセクタレーダSR1のA/D変換部61の出力は、第m番目の送信周期Tと同じ伝搬環境であると仮定した場合には数式(32)により示される。数式(32)において、パラメータwは1〜(N−1)である。
Figure 0006092785
セクタレーダSR1の第m番目から第(m+(N−1))番目までのN個の各送信周期Tにおける相関値演算部63の出力、即ちスライディング相関値の加算値は、数式(33)により表される。
Figure 0006092785
セクタレーダSR1の第m番目及び第(m+w)番目の各送信周期Tにおける各第s受信位相シフト部62の出力は、数式(34)及び数式(35)により表される。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
数式(34)及び数式(35)の各第1項は、セクタレーダSR1のレーダ送信部Txからのレーダ送信信号がターゲットTARに反射されてセクタレーダSR1のレーダ受信部Rxにおいて受信される所望信号成分である。従って、数式(34)及び数式(35)の各第1項は、数式(36)に示す様に同相の信号となり、数式(33)のコヒーレント積分によってコヒーレント積分利得を得ることができる。∠[x]は、複素数xの位相成分を出力する演算子である。
Figure 0006092785
一方、数式(34)及び数式(35)の各第2項は、セクタレーダSR2のレーダ送信部Txからのレーダ送信信号がターゲットTARに反射されてセクタレーダSR1のレーダ受信部Rxにおいて受信される干渉波信号成分である。
セクタレーダSR1とセクタレーダSR2とのキャリア周波数誤差が許容程度内では、即ち数式(28)が成立する場合には、第m番目から第(m+w)番目までの各送信周期Tにおける干渉波信号成分の位相関係は、数式(37)の様な位相関係となる。数式(38)は、セクタレーダSR1のコヒーレント積分部64による干渉波信号成分のコヒーレント積分を表す。従って、レーダ装置10は、数式(33)のコヒーレント積分によって、数式(38)に示す様に干渉成分が互いに打ち消す位相関係となり、干渉波信号成分を効果的に抑圧できる。但し、Nが大きくなるほど、周波数誤差fdevに起因する位相変動の影響を受け易くなるため、レーダ装置10における基準クロック信号の周波数精度に応じたNの上限値が存在する。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
なお、上述した説明は、セクタレーダSR1においてセクタレーダSR2からの干渉波信号が到来する場合を想定したが、セクタレーダSR2においてセクタレーダSR1からの干渉波信号が到来する場合についても同様に適用可能である。
(第1の実施形態の変形例)
第1の実施形態の変形例では、セクタレーダSRの第s受信位相シフト部62を、相関値演算部63から出力されたスライディング相関値AC(k,m)に受信位相シフトを付与するために配置する(図11参照)。
図11は、第1の実施形態の変形例のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRaの内部構成を詳細に示すブロック図である。セクタレーダSRaとセクタレーダSRとの各部の構成及び動作が同様のブロックには同一の符号を付し、以下、セクタレーダSRaの構成及び動作の説明において、セクタレーダSRと同様の内容の説明は省略し、異なる内容に関して説明する。
図11に示すレーダ受信部Rxaは、受信RF部4、VGA部5及び信号処理部6aを含む構成である。信号処理部6aは、A/D変換部61、相関値演算部63a、第s受信位相シフト部62a、コヒーレント積分部64a及び距離推定部65を含む構成である。
相関値演算部63aは、A/D変換部61から出力された受信信号X(N(m−1)+k)を入力する。相関値演算部63aは、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻kに応じて、第m番目の送信周期Tにおいて送信する符号長Lの符号系列Cの送信符号を周期的に生成する。
相関値演算部63aは、入力された受信信号X(N(m−1)+k)と、送信符号Cとのスライディング相関値AC(k,m)を演算する。
具体的には、相関値演算部63aは、各送信周期T、即ち離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて、第m番目の送信周期Tの離散時刻kにおけるスライディング相関値AC(k,m)を、数式(39)に従って演算する。相関値演算部63aは、数式(39)に従って演算されたスライディング相関値AC(k,m)を第s受信位相シフト部62aに出力する。数式(39)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子である。
Figure 0006092785
ここで、セクタレーダSRa(s=1)における第s受信位相シフト部62の動作を個別に説明する。第s受信位相シフト部62aは、相関値演算部63aから出力されたスライディング相関値AC(k,m)を入力する。第s受信位相シフト部62aは、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21からの送信タイミング信号を基に、入力されたスライディング相関値AC(k,m)に、1個の送信周期毎に、第s送信位相シフト部25において付与された位相シフト成分の逆方向の受信位相シフトを付与する。
具体的には、第s受信位相シフト部62aは、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21からの送信タイミング信号を基に、1個の送信周期毎に、送信周期Tの序数に応じた受信位相シフトexp(j(m−1)(−φ))をスライディング相関値AC(k,m)に付与する(数式(40)参照)。第s受信位相シフト部62aは、受信位相シフトが付与されたスライディング相関値ACP(k,m)をコヒーレント積分部64aに出力する。
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSRa(s=2)における第s受信位相シフト部62の動作において、セクタレーダSRa(s=1)における動作との相違点は、位相回転量としてのパラメータφが、φと異なるものである(数式(41)参照)。例えば、パラメータφが90度となり、パラメータφが−90度となる。
Figure 0006092785
コヒーレント積分部64aは、第s受信位相シフト部62aから出力されたスライディング相関値ACP(k,m)を入力する。コヒーレント積分部64aは、第m番目の送信周期Tにおける離散時刻k毎に演算されたスライディング相関値ACP(k,m)を基に、所定回数(NP回)の送信周期Tの期間(NP×T)にわたるスライディング相関値ACP(k,m)を離散時刻k毎に加算する。
コヒーレント積分部64aは、所定回数(NP回)の送信周期Tの期間(NP×T)にわたるスライディング相関値ACP(k,m)を離散時刻k毎に加算することにより、第v番目のコヒーレント積分値ACC(k,v)を、離散時刻k毎に数式(42)に従って演算する。パラメータNPは、コヒーレント積分部64aにおけるコヒーレント積分回数を表す。コヒーレント積分部64aは、演算されたコヒーレント積分値ACC(k,v)を距離推定部65に出力する。
Figure 0006092785
数式(42)において所定回数NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、コヒーレント積分部64aは、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、回路誤差の影響を低減できる。即ち、レーダ装置10は、セクタレーダSRaにおける所定回数NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、ターゲット測距性能の劣化を防ぐことができる。更に、レーダ装置10は、NP回のコヒーレント積分により反射波信号に含まれる雑音成分(ノイズ成分)を抑圧することにより、反射波信号の受信品質(SNR)を改善できる。
以上により、第1の実施形態の変形例のレーダ装置10は、第1の実施形態のレーダ装置10と同様の効果を得ることができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では送信符号に低レンジサイドローブ特性が得られる、例えばBarker符号系列、M系列符号及びGold符号系列のうちいずれかの符号系列を用いる例を説明した。第2の実施形態では、送信符号に相補符号を用いる例を説明する。
第2の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRb(s=1,2)の構成及び動作について、図12〜図14を参照して説明する。図12は、第2の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRb(s=1,2)の内部構成を簡易に示すブロック図である。図13は、第2の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRb(s=1,2)の内部構成を詳細に示すブロック図である。図14は、第2の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRb(s=1,2)におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信位相シフト成分との関係を示す説明図である。
セクタレーダSRbとセクタレーダSRとの各部の構成及び動作が同様のブロックには同一の符号を付し、以下、セクタレーダSRbの構成及び動作の説明において、セクタレーダSRと同様の内容の説明は省略し、異なる内容に関して説明する。
図12に示すセクタレーダSRbは、基準信号発振器Lo、レーダ送信部Txb及びレーダ受信部Rxbを含む構成である。レーダ送信部Txbは、送信信号生成部2b、及び、送信アンテナAnt−Txと接続される送信RF部3を有する構成である。送信信号生成部2bは、パルス送信制御部21b、符号生成部22b、変調部23b及び第s送信位相シフト部25bを含む構成である。符号生成部22bは、少なくとも1個以上の符号生成部として、第1符号生成部22b1及び第2符号生成部22b2を含む構成であり、少なくとも1個以上の符号系列を生成する。
レーダ送信部Txb及びレーダ受信部Rxbは、基準信号発振器Loに接続され、基準信号発振器Loからリファレンス信号(基準信号)が供給され、レーダ送信部Txb及びレーダ受信部Rxbの処理は同期する。
レーダ受信部Rxbは、受信RF部4、VGA部5、及び信号処理部6bを有する構成である。信号処理部6bは、第s受信位相シフト部62b、相関値演算部63b、コヒーレント積分部64b及び距離推定部65を含む構成である。
(レーダ送信部)
次に、セクタレーダSRbのレーダ送信部Txbの各部の構成について、図13を参照して詳細に説明する。
送信信号生成部2bは、パルス送信制御部21b、符号生成部22b、変調部23b、LPF24、第s送信位相シフト部25b及びD/A変換部26を含む構成である。図12では、送信信号生成部2bはLPF24を含む構成であるが、LPF24は送信信号生成部2bと独立してレーダ送信部Txbの中に構成されてもよい。送信RF部3の構成及び動作は、セクタレーダSRにおける送信RF部3と同様のため、送信RF部3の構成及び動作の説明を省略する。
次に、レーダ送信部Txbの各部の動作について詳細に説明する。
送信信号生成部2bは、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号を生成する。送信信号生成部2bの各部は、生成された送信基準クロック信号に基づいて動作する。送信基準クロック周波数をfTxBBと表すと、送信周期Tは、送信基準クロック周波数fTxBBにより定まる離散時刻間隔(1/fTxBB)の整数N倍として表せる(数式(5)参照)。
送信信号生成部2bは、パルス送信制御部21bからの送信周期T毎に出力されたレーダ送信信号の送信タイミング信号を基に、符号長Lの相補符号系列A,Bの変調によって、数式(6)のベースバンドの送信信号G(t)を周期的に生成する。パラメータn=1〜Lであり、パラメータLは、符号系列A,Bの各符号長を表す。jは、j=−1を満たす虚数単位である。パラメータtは、離散時刻を表す。
送信信号G(t)は、図14に示す様に、例えば各送信周期Tの送信区間T[秒]では、符号系列A,Bの1つの符号あたり送信基準クロック信号のN[個]のサンプルを用いて変調されている。従って、送信区間Tにおいては、N(=N×L)のサンプルを用いて変調されている。各送信周期Tの無信号区間(T−T)[秒]では、N(=N−N)[個]のサンプルを用いて変調されている。従って、数式(6)の送信信号G(t)は、数式(7)を用いて表せる。
パルス送信制御部21bは、高周波のレーダ送信信号の送信タイミング信号を、送信周期T毎に生成し、符号生成部22b、第s送信位相シフト部25b及び第s受信位相シフト部62bにそれぞれ出力する。
第1符号生成部22b1は、パルス送信制御部21bからの奇数番目の送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、符号長Lの相補符号系列A,Bのうち一方の相補符号系列Aの送信符号を生成する。第1符号生成部22b1は、生成された相補符号系列Aの送信符号を変調部23bに出力する。以下、符号系列Aの送信符号を、便宜的に送信符号Aと記載する。
第2符号生成部22b2は、パルス送信制御部21bからの偶数番目の送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、符号長Lの相補符号系列A,Bのうち一方の相補符号系列Bの送信符号を生成する。第2符号生成部22b2は、生成された相補符号系列Bの送信符号を変調部23bに出力する。以下、符号系列Bの送信符号を、便宜的に送信符号Bと記載する。
なお、本実施形態では、第1符号生成部22b1は符号長Lの相補符号系列Aを生成し、第2符号生成部22b2は符号長Lの相補符号系列Bを生成する旨を説明した。但し、第1符号生成部22b1が符号長Lの相補符号系列Bを生成し、第2符号生成部22b2が符号長Lの相補符号系列Aを生成してもよい。
変調部23bは、符号生成部22から出力された送信符号A又は送信符号Bを入力する。変調部23bは、入力された送信符号A又は送信符号Bをパルス変調し、数式(6)のベースバンドの送信信号G(t)を生成する。変調部23bは、LPF24を介して、生成された送信信号G(t)のうち、予め設定された制限帯域以下の送信信号G(t)を第s送信位相シフト部25bに出力する。
ここで、セクタレーダSRb(s=1)における第s送信位相シフト部25bの動作を個別に説明する。第s送信位相シフト部25bは、変調部23b又はLPF24から出力された送信信号G(t)を入力する。第s送信位相シフト部25bは、パルス送信制御部21bからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された送信信号G(t)に、2個の送信周期毎に、所定の送信位相シフトを付与する(図14参照)。
具体的には、第s送信位相シフト部25bは、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21bからの送信タイミング信号を基に、2個の送信周期毎に、送信周期Tの序数に応じた送信位相シフトexp(j floor[(m−1)/2]φ)を送信信号G(t)に付与する(数式(43)参照)。パラメータφは、第s送信位相シフト部25bにおいて付与される位相回転量(例えば90度)であり、数式(9)の関係を満たすことが好ましい。第s送信位相シフト部25bは、送信位相シフトが付与された送信信号GP(N(m−1)+t)をD/A変換部26に出力する。floor[x]は、実数xの小数点以下を切り下げた整数値を出力する演算子である。
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSRb(s=2)における第s送信位相シフト部25bの動作において、セクタレーダSRb(s=1)における動作との相違点は、数式(44)における送信位相シフトexp(j floor[(m−1)/2]φ)において、位相回転量としてのパラメータφがφと異なるもので、例えば、パラメータφが90度となり、パラメータφが−90度となる。つまり、パラメータφ(s=1)とパラメータφ(s=2)とは逆位相の関係を有する(φ=−φ)。
Figure 0006092785
(レーダ受信部)
次に、レーダ受信部Rxbの各部の構成について、図13を参照して詳細に説明する。
図13に示すレーダ受信部Rxbは、受信アンテナAnt−Rxが接続された受信RF部4、VGA部5及び信号処理部6bを含む構成である。信号処理部6bは、A/D変換部61、第s受信位相シフト部62b、相関値演算部63b、コヒーレント積分部64b及び距離推定部65を含む構成である。信号処理部6bの各部は、各送信周期Tを信号処理区間として周期的に演算する。
次に、レーダ受信部Rxbの各部の動作について詳細に説明する。
信号処理部6bは、受信RF部4と同様に、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した受信基準クロック信号を生成する。信号処理部6bの各部は、生成された受信基準クロック信号に基づいて動作する。
ここで、セクタレーダSRb(s=1)における第s受信位相シフト部62bの動作を個別に説明する。第s受信位相シフト部62bは、A/D変換部61から出力された受信信号X(N(m−1)+k)を入力する。第s受信位相シフト部62bは、パルス送信制御部21bからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された受信信号X(N(m−1)+k)に、2個の送信周期毎に、第s送信位相シフト部25bにおいて付与された位相シフト成分の逆方向の受信位相シフトを付与する。
具体的には、第s受信位相シフト部62bは、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21bからの送信タイミング信号を基に、2個の送信周期毎に、送信周期Tの序数に応じた受信位相シフトexp(j floor[(m−1)/2](−φ))を受信信号X(N(m−1)+k)に付与する(数式(45)参照)。第s受信位相シフト部62bは、受信位相シフトが付与された受信信号XP(N(m−1)+k)を相関値演算部63bに出力する。
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSRb(s=2)における第s受信位相シフト部62bの動作において、セクタレーダSRb(s=2)における動作との相違点は、位相回転量としてのパラメータφが、φと異なるものである(数式(46)参照)。例えば、パラメータφが90度となり、パラメータφが−90度となる。
Figure 0006092785
相関値演算部63bは、第s受信位相シフト部62bから出力された受信信号XP(N(m−1)+k)を入力する。相関値演算部63bは、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻kに応じて、奇数番目の第m番目(m=2z−1、z:自然数)の送信周期Tにおいて送信する符号長Lの符号系列Aの送信符号を周期的に生成する。
また、相関値演算部63bは、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻kに応じて、偶数番目の第m番目(m=2z)の送信周期Tにおいて送信する符号長Lの符号系列Bの送信符号を周期的に生成する。
相関値演算部63bは、入力された受信信号XP(N(m−1)+k)と、送信符号A又はBとのスライディング相関値AC(k,m)を演算する。スライディング相関値AC(k,m)は、第m番目の送信周期Tの離散時刻kにおける、送信符号と受信信号とのスライディング相関演算によって演算された値である。
具体的には、相関値演算部63bは、各送信周期T、即ち離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて、奇数番目の第m番目(m=2z−1)の送信周期Tの離散時刻kにおけるスライディング相関値AC(k,2z−1)を、数式(47)に従って演算する。相関値演算部63bは、数式(47)に従って演算されたスライディング相関値AC(k,2z−1)をコヒーレント積分部64bに出力する。数式(47)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子である。
Figure 0006092785
また、相関値演算部63bは、各送信周期T、即ち離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて、偶数番目の第m番目(m=2z)の送信周期Tの離散時刻kにおけるスライディング相関値AC(k,2z)を、数式(48)に従って演算する。相関値演算部63bは、数式(48)に従って演算されたスライディング相関値AC(k,2z)をコヒーレント積分部64bに出力する。数式(48)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子である。
Figure 0006092785
相関値演算部63bは、本実施形態を含む各実施形態において、離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて演算するが、レーダ装置10の測定対象となるターゲットTARの存在範囲に応じて、測定レンジ(離散時刻kの範囲)を、例えばk=(N/NTR)+1〜(N−N)/NTRの範囲に更に限定してもよい。これにより、レーダ装置10は、相関値演算部63bの演算量を更に低減できる。即ち、レーダ装置10は、信号処理部6bにおける演算量の削減に基づく消費電力量を更に低減できる。
レーダ装置10は、相関値演算部63bが離散時刻k=(N/NTR)+1〜(N−N)/NTRの範囲におけるスライディング相関値AC(k,m)を演算する場合には、レーダ送信信号の送信区間Tにおける反射波信号の測定を省略できる。
レーダ装置10は、各セクタレーダSRからの各レーダ送信部Txbからのレーダ送信信号が各レーダ受信部Rxbに直接的に回り込んだとしても、回り込みによる影響を排除して測定できる。測定レンジ(離散時刻kの範囲)の限定によって、コヒーレント積分部64b及び距離推定部65の動作も同様の測定レンジに限定した範囲において動作する。
コヒーレント積分部64bは、相関値演算部63bから出力されたスライディング相関値AC(k,2z−1)及びAC(k,2z)を入力する。コヒーレント積分部64bは、奇数番目及び偶数番目の2個の送信周期Tにおける離散時刻k毎に演算されたスライディング相関値AC(k,2z−1)及びAC(k,2z)を基に、所定回数(2NP回)の送信周期Tの期間(2NP×T)にわたるスライディング相関値AC(k,2z−1)及びAC(k,2z)を加算する。
コヒーレント積分部64bは、所定回数(2NP回)の送信周期Tの期間(NP×T)にわたるスライディング相関値AC(k,2z−1)及びAC(k,2z)の離散時刻k毎の加算により、第v番目のコヒーレント積分値ACC(k,v)を、離散時刻k毎に数式(49)に従って演算する。パラメータ2NPは、コヒーレント積分部64bにおけるコヒーレント積分回数を表す。コヒーレント積分部64bは、演算されたコヒーレント積分値ACC(k,v)を距離推定部65に出力する。
Figure 0006092785
数式(49)において所定回数2NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、コヒーレント積分部64bは、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、回路誤差の影響を低減できる。即ち、レーダ装置10は、所定回数2NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、ターゲット測距性能の劣化を防ぐことができる。更に、レーダ装置10は、2NP回のコヒーレント積分により反射波信号に含まれる雑音成分を抑圧することにより、反射波信号の受信品質(SNR)を改善できる。
以上により、第2の実施形態のレーダ装置10は、送信符号に相補符号を用いた場合においても、第1の実施形態のレーダ装置10と等価な効果を得ることができる。
(第2の実施形態の変形例)
第2の実施形態の変形例1では、第1の実施形態の変形例と同様に、第2の実施形態の第s受信位相シフト部62bを、相関値演算部63bから出力されたスライディング相関値AC(k,2z)及びAC(k,2z−1)に受信位相シフトを付与するために配置する(図15参照)。
図15は、第2の実施形態の変形例のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRcの内部構成を詳細に示すブロック図である。セクタレーダSRcとセクタレーダSRbとの各部の構成及び動作が同様のブロックには同一の符号を付し、以下、セクタレーダSRcの構成及び動作の説明において、セクタレーダSRbと同様の内容の説明は省略し、異なる内容に関して説明する。
図15に示すレーダ受信部Rxcは、受信RF部4、VGA部5及び信号処理部6cを含む構成である。信号処理部6cは、A/D変換部61、相関値演算部63c、第s受信位相シフト部62c、コヒーレント積分部64c及び距離推定部65を含む構成である。
相関値演算部63cは、A/D変換部61から出力された受信信号X(N(m−1)+k)を入力する。相関値演算部63cは、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻kに応じて、奇数番目の第m番目(m=2z−1)の送信周期Tにおいて送信する符号長Lの符号系列Aの送信符号を周期的に生成する。
相関値演算部63cは、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻kに応じて、偶数番目の第m番目(m=2z)の送信周期Tにおいて送信する符号長Lの符号系列Bの送信符号を周期的に生成する。相関値演算部63cは、入力された受信信号X(N(m−1)+k)と、パルス圧縮符号A又はBとのスライディング相関値AC(k,m)を演算する。
具体的には、相関値演算部63cは、各送信周期T、即ち離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて、奇数番目の第m番目の送信周期Tの離散時刻kにおけるスライディング相関値AC(k,2z−1)を、数式(50)に従って演算する。相関値演算部63cは、数式(50)に従って演算されたスライディング相関値AC(k,2z−1)を第s受信位相シフト部62cに出力する。数式(50)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子である。
Figure 0006092785
また、相関値演算部63cは、各送信周期T、即ち離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて、偶数番目の第m番目の送信周期Tの離散時刻kにおけるスライディング相関値AC(k,2z)を、数式(51)に従って演算する。相関値演算部63cは、数式(51)に従って演算されたスライディング相関値AC(k,2z)を第s受信位相シフト部62cに出力する。数式(51)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子である。
Figure 0006092785
ここで、セクタレーダSRc(s=1)における第s受信位相シフト部62の動作を個別に説明する。第s受信位相シフト部62cは、相関値演算部63cから出力されたスライディング相関値AC(k,2z−1)及びAC(k,2z)、即ちスライディング相関値AC(k,m)を入力する。第s受信位相シフト部62cは、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21からの送信タイミング信号を基に、入力されたスライディング相関値AC(k,m)に、2個の送信周期毎に、第s送信位相シフト部25において付与された位相シフト成分の逆方向の受信位相シフトを付与する。
具体的には、第s受信位相シフト部62cは、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21からの送信タイミング信号を基に、2個の送信周期毎に、送信周期Tの序数に応じた受信位相シフトexp(j floor[(m−1)/2](−φ))をスライディング相関値AC(k,m)に付与する(数式(52)参照)。第s受信位相シフト部62cは、受信位相シフトが付与されたスライディング相関値ACP(k,m)をコヒーレント積分部64cに出力する。
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSRc(s=2)における第s受信位相シフト部62の動作において、セクタレーダSRc(s=1)における動作との相違点は、位相回転量としてのパラメータφが、φと異なるものである。(数式(53)参照)。例えば、パラメータφが90度となり、パラメータφが−90度となる。
Figure 0006092785
コヒーレント積分部64cは、第s受信位相シフト部62cから出力されたスライディング相関値ACP(k,m)を入力する。コヒーレント積分部64cは、第m番目の送信周期Tにおける離散時刻k毎に演算されたスライディング相関値ACP(k,m)を基に、所定回数(2NP回)以上の送信周期Tの期間(2NP×T)にわたるスライディング相関値ACP(k,m)を離散時刻k毎に加算する。
コヒーレント積分部64cは、所定回数(2NP回)以上の送信周期Tの期間(2NP×T)にわたるスライディング相関値ACP(k,m)を、離散時刻k毎に加算することにより、第v番目のコヒーレント積分値ACC(k,v)を、離散時刻k毎に数式(54)に従って演算する。パラメータ2NPは、コヒーレント積分部64cにおけるコヒーレント積分回数を表す。コヒーレント積分部64cは、演算されたコヒーレント積分値ACC(k,v)を距離推定部65に出力する。
Figure 0006092785
数式(54)において所定回数2NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、コヒーレント積分部64cは、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、回路誤差の影響を低減できる。即ち、レーダ装置10は、所定回数2NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、ターゲット測距性能の劣化を防ぐことができる。更に、レーダ装置10は、2NP回のコヒーレント積分により反射波信号に含まれる雑音成分を抑圧することにより、反射波信号の受信品質(SNR)を改善できる。
以上により、第2の実施形態の変形例のレーダ装置10は、相補符号を送信符号として用いた場合においても、第1の実施形態のレーダ装置1と同様の効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
上述した各実施形態では、対向的に配置された2つのセクタレーダSR1及びSR2間において非同期状態において送信されるレーダ送信信号間の干渉を抑圧する例を説明した。第3の実施形態では、対向的に配置されたN個(N≧3の自然数)のセクタレーダ間において非同期状態において送信されるレーダ送信信号間の干渉を抑圧する例を説明する。
本実施形態では、パラメータsは1〜Nであり、各セクタレーダの構成は第2の実施形態のセクタレーダSRb又は第2の実施形態の変形例のセクタレーダSRcと同様である。本実施形態では、例えば第2の実施形態のセクタレーダSRbと異なる内容について説明する。
また、本実施形態では、第2の実施形態と同様に送信符号に相補符号を用いる例を説明するが、第1の実施形態と同様の送信符号を用いても同様に適用可能である。各セクタレーダの構成は第1の実施形態のセクタレーダSR又は第1の実施形態の変形例のセクタレーダSRaと同様である。
(レーダ送信部)
セクタレーダSRbの第s送信位相シフト部25bは、変調部23b又はLPF24から出力された送信信号G(t)を入力する。第s送信位相シフト部25bは、パルス送信制御部21bからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された送信信号G(t)に、2個の送信周期毎に、所定の送信位相シフトを付与する(図14参照)。
具体的には、第s送信位相シフト部25bは、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21bからの送信タイミング信号を基に、2個の送信周期毎に、送信周期Tの序数mに応じた送信位相シフトexp(j floor[(m−1)/2]φ)を送信信号G(t)に付与する(数式(43)参照)。パラメータφは、第s送信位相シフト部25bにおいて付与される位相回転量(例えば90度)であり、数式(9)の関係を満たすことが好ましい。第s送信位相シフト部25bは、送信位相シフトが付与された送信信号GP(N(m−1)+t)をD/A変換部26に出力する。
(レーダ受信部)
第s受信位相シフト部62bは、A/D変換部61から出力された受信信号X(N(m−1)+k)を入力する。第s受信位相シフト部62bは、パルス送信制御部21bからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された受信信号X(N(m−1)+k)に、2個の送信周期毎に、第s送信位相シフト部25bにおいて付与された位相シフト成分の逆方向の受信位相シフトを付与する。
具体的には、第s受信位相シフト部62bは、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21bからの送信タイミング信号を基に、2個の送信周期毎に、送信周期Tの序数mに応じた受信位相シフトexp(j floor[(m−1)/2](−φ))を受信信号X(N(m−1)+k)に付与する(数式(45)参照)。第s受信位相シフト部62bは、受信位相シフトが付与された受信信号XP(N(m−1)+k)を相関値演算部63bに出力する。
コヒーレント積分部64bは、相関値演算部63bから出力されたスライディング相関値AC(k,2z−1)及びAC(k,2z)を入力する。コヒーレント積分部64bは、奇数番目及び偶数番目の2送信周期Tにおける離散時刻k毎に演算されたスライディング相関値AC(k,2z−1)及びAC(k,2z)を基に、所定回数(2NP回)の送信周期Tの期間(2NP×T)にわたるスライディング相関値AC(k,2z−1)及びAC(k,2z)を加算する。
コヒーレント積分部64bは、所定回数(2NP回)の送信周期Tの期間(2NP×T)にわたるスライディング相関値AC(k,2z−1)及びAC(k,2z)の離散時刻k毎の加算により、第v番目のコヒーレント積分値ACC(k,v)を、離散時刻k毎に数式(49)に従って演算する。パラメータ2NPは、コヒーレント積分部64bにおけるコヒーレント積分回数を表す。コヒーレント積分部64bは、演算されたコヒーレント積分値ACC(k,v)を距離推定部65に出力する。
数式(49)において所定回数2NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、コヒーレント積分部64bは、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、回路誤差の影響を低減できる。即ち、レーダ装置10は、所定回数2NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、ターゲット測距性能の劣化を防ぐことができる。更に、レーダ装置10は、2NP回のコヒーレント積分により反射波信号に含まれる雑音成分(ノイズ成分)を抑圧することにより、反射波信号の受信品質(SNR)を改善できる。
セクタレーダSRb(s=1〜N)の第s送信位相シフト部25は、互いに異なる位相回転方向φ=φ(q,N)+α(=((2q−1)π/N)+α)の位相シフトを付与する。これにより、各セクタレーダSRbは、他セクタレーダからの干渉波信号を同様に抑圧し、回路誤差、例えば、DCオフセット、IQインバランスを含む場合においても、回路誤差の補正回路を設けることなく、レンジサイドローブの増加を防ぎ、ターゲット測距性能の劣化を効果的に抑圧できる。
パラメータq=0〜N−1=s−1であって、パラメータαは固定の位相値である。各第sコヒーレント積分部64は、2N個の送信周期毎にコヒーレント積分することにより、自セクタレーダからのレーダ送信信号と他セクタレーダからのレーダ送信信号との間における干渉を効果的に抑圧できる。
例えば、N=3、α=0での位相シフトは、(φ,φ,φ)=(φ(−1,3,φ(1,3),φ(2,3))=(π/3,−π/3,π)となる。各第sコヒーレント積分部64は、2N個の送信周期毎にコヒーレント積分することにより、自セクタレーダからのレーダ送信信号と他セクタレーダからのレーダ送信信号との間における干渉を効果的に抑圧できる。
干渉抑圧効果の理由を、2N個の送信周期に一般化して説明する。例えば、セクタレーダSR1において、第z番目のセクタレーダからのレーダ送信信号が干渉波信号として到来する場合を想定する。パラメータzは、2〜Nである。
セクタレーダSR1の第m番目の送信周期Tにおける受信信号と、干渉波信号としての第z番目のセクタレーダからのレーダ送信信号とを含めた場合のA/D変換部61(s=1)の出力は、数式(55)により示される。パラメータmは数式(56)、パラメータNdelay(z)は数式(57)により表される。
更に、セクタレーダSR1の第(m+1)番目から第(m+(2N−1))番目までの各送信周期Tにおける受信信号と、干渉波信号としての第z番目のセクタレーダからのレーダ送信信号とを含めた場合のセクタレーダSR1のA/D変換部61の出力は、第m番目の送信周期Tと同じ伝搬環境であると仮定した場合には数式(58)により示される。数式(58)において、パラメータwは1〜(2N−1)である。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
Figure 0006092785
Figure 0006092785
セクタレーダSR1の第m番目から第(m+(2N−1))番目までの2N個の各送信周期における相関値演算部63の出力、即ちスライディング相関値の加算値は、数式(59)により表される。数式(59)において、符号系列Cは、相補符号系列A,Bのうちいずれかである。
Figure 0006092785
セクタレーダSR1の第m番目及び第(m+w)番目の各送信周期Tの各第s受信位相シフト部62の出力は、数式(60)及び数式(61)により表される。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
数式(60)及び数式(61)の各第1項は、セクタレーダSR1のレーダ送信部Txからのレーダ送信信号がターゲットTARに反射されてセクタレーダSR1のレーダ受信部Rxにおいて受信される所望信号成分である。従って、数式(60)及び数式(61)の各第1項は、数式(62)に示す様に同相の信号となり、数式(59)によってコヒーレント積分利得を得ることができる。∠[x]は、複素数xの位相成分を出力する演算子である。
Figure 0006092785
一方、数式(60)及び数式(61)の各第2項は、第z番目のセクタレーダのレーダ送信部からのレーダ送信信号がターゲットに反射されてセクタレーダSRのレーダ受信部Rxにおいて受信される干渉波信号成分である。
セクタレーダSRと第z番目のセクタレーダとのキャリア周波数誤差が許容程度内であれば、即ち数式(63)が成立する場合には、第m番目から第(m+w)番目までの各送信周期Tにおける干渉波信号成分の位相関係は、数式(64)の位相関係となる。数式(65)は、コヒーレント積分部64による干渉波信号成分のコヒーレント積分を表す。従って、レーダ装置10は、数式(59)のコヒーレント積分によって、干渉信号成分は、互いの信号成分を打ち消しあう関係となり、数式(65)に示す様に干渉波信号成分を効果的に抑圧できる。但し、Nが大きくなるほど、周波数誤差fdevに起因する位相変動の影響を受け易くなるため、レーダ装置10における基準クロック信号の周波数精度に応じたNの上限値が存在する。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
Figure 0006092785
なお、上述した説明は、セクタレーダSRにおいて第z番目のセクタレーダからの干渉波信号が到来する場合を想定したが、第z番目のセクタレーダにおいてセクタレーダSR1からの干渉波信号が到来する場合についても同様に適用可能である。
(第4の実施形態)
上述した各実施形態では、対向的に配置された複数のセクタレーダ間において非同期状態において送信されるレーダ送信信号間の干渉を抑圧する例を説明した。第4の実施形態では、各セクタレーダが同期してレーダ送信信号を送信する複数のレーダ送信部及びレーダ受信部を有する構成である場合に、対向的に配置された複数のセクタレーダ間において非同期状態において送信されるレーダ送信信号間の干渉を抑圧する例を説明する。本実施形態のレーダ装置10を構成する複数のセクタレーダは、例えば図2又は図16に示す様に、対向的に配置されている。以下、本実施形態のレーダ装置10を構成する複数のセクタレーダは2つとし、パラメータsは1又は2とする。
図17は、第4の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRd(s=1,2)の内部構成を簡易に示すブロック図である。図18は、第4の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRd(s=1,2)の内部構成を詳細に示すブロック図である。図19は、第4の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRd(s=1,2)の第1レーダ送信部及び第2レーダ送信部におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信符号との関係を示す説明図である。
先ず、セクタレーダSRdの各部の構成について簡略に説明する。以下、同一のセクタレーダSRd内の複数のレーダ送信部又は複数のレーダ受信部の動作が共通の内容についてはパラメータyを用いて包括的に説明し、複数のレーダ送信部又は複数のレーダ受信部の動作が異なる内容についてはそれぞれ個別に説明する。パラメータyは、1又は2であり、同一セクタレーダSRd内のレーダ送信部及びレーダ受信部の序数を表す。
図17に示すセクタレーダSRdは、基準信号発振器Lo、パルス送信制御部21d、第1レーダ送信部Txd1、第2レーダ送信部Txd2、第1レーダ受信部Rxd1及び第2レーダ受信部Rxd2を含む構成である。第1レーダ送信部Txd1は、送信信号生成部2d1、及び、送信アンテナAnt−Tx1と接続される送信RF部31を有する構成である。送信信号生成部2d1は、符号生成部221、変調部231及び第s送信位相シフト部25d1を含む構成である。なお、各送信アンテナAnt−Tx1又は受信アンテナAnt−Rx1は、送信アンテナ素子又は受信アンテナ素子を用いて構成されてもよい。第2レーダ送信部Txd2の構成は第1レーダ送信部Txd1の構成と同様であるため、説明を省略する。
第1レーダ送信部Txd1、第2レーダ送信部Txd2、第1レーダ受信部Rxd1及び第2レーダ受信部Rxd2は、基準信号発振器Loに接続され、基準信号発振器Loからリファレンス信号(基準信号)が供給されている。第1レーダ送信部Txd1、第2レーダ送信部Txd2、第1レーダ受信部Rxd1及び第2レーダ受信部Rxd2の処理は同期する。
第1レーダ受信部Rxd1は、受信RF部41、VGA部51、及び信号処理部6d1を有する構成である。信号処理部6d1は、第s受信位相シフト部62d1、相関値演算部63d1、コヒーレント積分部64d1及び距離推定部651を含む構成である。第2レーダ受信部Rxd2の構成は第1レーダ受信部Rxd1の構成と同様であるため、構成の説明を省略する。
(第y番目のレーダ送信部:yは1又は2)
次に、セクタレーダSRdの第y番目(y=1)の第1レーダ送信部Txd1の各部の構成について、図18を参照して詳細に説明する。
送信信号生成部2d1は、符号生成部221、変調部231、LPF241、第s送信位相シフト部25d1及びD/A変換部261を含む構成である。図18では、送信信号生成部2d1はLPF241を含む構成であるが、LPF241は送信信号生成部2d1と独立して第1レーダ送信部Txd1の中に構成されてもよい。送信RF部31の構成及び動作は上述した各実施形態の送信RF部3と同様の構成及び動作のため、送信RF部31の構成及び動作の説明を省略する。
次に、第y番目のレーダ送信部の各部の動作について、y=1である第1レーダ送信部Txd1を例示して詳細に説明するが、以下の説明はy=2である第2レーダ送信部Txd2についても同様に適用可能である。以下の各実施形態では説明を簡略にするために、同一のセクタレーダSRd内における複数のレーダ送信部の動作のうち共通の動作についてはパラメータyを用いて包括的に説明し、複数のレーダ送信部の動作のうち異なる動作についてはそれぞれ個別に説明する。
パルス送信制御部21dは、高周波のレーダ送信信号の送信タイミング信号を、送信周期T毎に生成する。パルス送信制御部21dは、送信タイミング信号を、第1レーダ送信部Txd1及び第2レーダ送信部Txd2の各符号生成部及び各第s送信位相シフト部、並びに第1レーダ受信部Rxd1及び第2レーダ受信部Rxd2の各第s受信位相シフト部にそれぞれ出力する。
送信信号生成部2d1は、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号を生成する。送信信号生成部2d1の各部は、生成された送信基準クロック信号に基づいて動作する。送信基準クロック周波数をfTxBBと表すと、送信周期Tは、送信基準クロック周波数fTxBBにより定まる離散時刻間隔(1/fTxBB)の整数N倍として表せる(数式(66)参照)。なお、送信基準クロック周波数fTxBBは公称値であり、実際上はレーダ送信部Tx毎に異なる周波数誤差を含む。
Figure 0006092785
送信信号生成部2d1は、パルス送信制御部21dからの送信周期T毎に出力されたレーダ送信信号の送信タイミング信号を基に、符号長Lの符号系列C(1)の変調によって、数式(67)のベースバンドの送信信号G(t)を周期的に生成する。パラメータn=1〜Lであり、パラメータLは、符号系列C(1)の符号長を表す。jは、j=−1を満たす虚数単位である。パラメータtは、離散時刻を表す。
Figure 0006092785
なお、第2レーダ送信部Txd2の送信信号生成部は、パルス送信制御部21dからの送信周期T毎に出力されたレーダ送信信号の送信タイミング信号を基に、符号長Lの符号系列C(2)の変調によって、数式(67)のベースバンドの送信信号G(t)を周期的に生成する。符号系列C(1),C(2)は、異なる符号系列であって、互いに直交する符号系列又は互いに相関の低い符号系列とする。
送信信号G(t)は、図19に示す様に、例えば各送信周期Tの送信区間T[秒]では、符号系列C(1)又は符号系列C(2)の1つの符号あたり送信基準クロック信号のN[個]のサンプルを用いて変調されている。従って、送信区間Tにおいては、N(=N×L)のサンプルを用いて変調されている。各送信周期Tの無信号区間(T−T)[秒]では、N(=N−N)[個]のサンプルを用いて変調されている。従って、数式(67)の送信信号G(t)は、数式(68)を用いて表せる。
Figure 0006092785
符号生成部221は、パルス送信制御部21dからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、符号長Lの符号系列C(1)の送信符号を生成する。符号生成部221は、生成された符号系列C(1)の送信符号を変調部231に出力する。即ち、1つの符号生成部22が、1つの符号系列を生成する。
第2レーダ送信部Txd2の符号生成部は、パルス送信制御部21dからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、符号長Lの符号系列C(2)の送信符号を生成する。符号生成部は、生成された符号系列C(2)の送信符号を変調部に出力する。即ち、1つの符号生成部が、1つの符号系列を生成する。
符号系列C(1),C(2)の要素は、例えば、[−1,1]の2値、若しくは[1,−1,j,−j]の4値を用いて構成される。送信符号は、低レンジサイドローブ特性が得られる、例えばBarker符号系列、M系列符号及びGold符号系列のうちいずれかの符号系列である。
変調部231は、符号生成部221から出力された送信符号C(1)又はC(2)を入力する。変調部231は、入力された送信符号C(1)又はC(2)をパルス変調し、数式(67)のベースバンドの送信信号G(t)を生成する。
数式(67)のベースバンドの送信信号G (t)において、I (t)は変調信号の同相成分を表し、Q (t)は変調信号の直交成分を表す。変調部231は、LPF241を介して、生成された送信信号G (t)のうち、予め設定された制限帯域以下の送信信号G (t)を第s送信位相シフト部25d1に出力する。なお、LPF241は送信信号生成部2d1において省略されても良く、以下の各実施形態においても同様である。
ここで、セクタレーダSRd(s=1)における各第s送信位相シフト部の動作を個別に説明する。第1レーダ送信部Txd1及び第2レーダ送信部Txd2の各第s送信位相シフト部は、変調部又はLPFから出力された送信信号G (t)を入力する。各第s送信位相シフト部は、パルス送信制御部21dからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された送信信号G(t)に、1個の送信周期毎に、共通の所定の送信位相シフトを付与する(図19参照)。
具体的には、第1レーダ送信部Txd1及び第2レーダ送信部Txd2の各第s送信位相シフト部は、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21dからの送信タイミング信号を基に、1個の送信周期毎に、送信周期Tの序数に応じた共通の送信位相シフトexp(j(m−1)φ)を送信信号G (t)に付与する(数式(69)参照)。パラメータmは、自然数であって、送信周期Tの序数を表す。パラメータφは、第s送信位相シフト部において付与される共通の位相回転量(例えば90度)であり、数式(9)の関係を満たすことが好ましい。第s送信位相シフト部は、送信位相シフトが付与された送信信号GP (N(m−1)+t)をD/A変換部261に出力する。
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSRd(s=2)における各第s送信位相シフト部の動作において、セクタレーダSRd(s=2)における動作との相違点は、数式(70)における送信位相シフトexp(j(m−1)(φ))において、位相回転量であるパラメータφがφと異なるものであり、例えばφ=90度、φ=−90度となる点である。
更に、セクタレーダSRd(s=1)の第1レーダ送信部Txd1及び第2レーダ送信部Txd2の各第s送信位相シフト部により付与される送信位相シフトのパラメータφと、セクタレーダSRd(s=2)の第1レーダ送信部及び第2レーダ送信部の各第s送信位相シフト部により付与される送信位相シフトのパラメータφとは、逆位相の関係を有する(φ=−φ)。
Figure 0006092785
D/A変換部261は、第s送信位相シフト部25d1から出力されたデジタルの送信信号GP (N(m−1)+t)をアナログの送信信号に変換する。D/A変換部261は、アナログの送信信号を送信RF部31に出力する。
(第y番目のレーダ受信部:yは1又は2)
次に、セクタレーダSRdの第y番目(y=1)の第1レーダ受信部Rxd1の各部の構成について、図18を参照して詳細に説明する。
第1レーダ受信部Rxd1は、受信アンテナAnt−Rx1が接続された受信RF部41、VGA部51及び信号処理部6d1を含む構成である。受信RF部41の構成及び動作は、上述した各実施形態の受信RF部4と同様の構成及び動作であるため、説明を省略する。信号処理部6d1は、A/D変換部611、第s受信位相シフト部62d1、相関値演算部63d1、コヒーレント積分部64d1及び距離推定部651を含む構成である。信号処理部6d1の各部は、各送信周期Tを信号処理区間として周期的に演算する。
次に、第y番目のレーダ受信部の各部の動作について、y=1である第1レーダ受信部Rxd1を例示して詳細に説明するが、以下の説明はy=2である第2レーダ受信部Rx2についても同様に適用可能である。
受信アンテナAnt−Rx1は、第1レーダ送信部Txd1又は第2レーダ送信部Txd2から送信されたレーダ送信信号がターゲットTARにより反射された反射波信号、及び対向的に配置された他セクタレーダからのレーダ送信信号を受信する。受信アンテナAnt−Tx1において受信された受信信号は、受信RF部41に入力される。
受信RF部41は、送信RF部31と同様に、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した受信基準信号を生成する。
VGA部51は、受信RF部41から出力されたベースバンドのI信号及びQ信号を含む受信信号がそれぞれ入力され、入力された受信信号の出力レベルを調整して、入力されたベースバンドの受信信号の出力レベルをA/D変換部611の入力レンジ(ダイナミックレンジ)内に収める。
VGA部51は、出力レベルが調整されたベースバンドのI信号及びQ信号を含む受信信号をA/D変換部611に出力する。本実施形態においては、説明を簡単にするため、VGA部51における利得は、受信信号の出力レベルがA/D変換部611の入力レンジ(ダイナミックレンジ)内に収まる様に予め調整されているとする。
信号処理部6d1は、受信RF部41と同様に、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した受信基準クロック信号を生成する。信号処理部61の各部は、生成された受信基準クロック信号に基づいて動作する。
受信基準クロック周波数をfRxBBと表すと、送信周期Tは、受信基準クロック周波数fRxBBにより定まる離散時刻間隔(1/fRxBB)の整数倍N倍として表せる(数式(71)参照)。以下、送信基準クロック周波数fTxBBは、受信基準クロック周波数fRxBBの整数NTR倍の関係にあるとする(数式(72)参照)。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
A/D変換部611は、VGA部51から出力されたI信号及びQ信号を含む受信信号を入力し、入力されたI信号及びQ信号を含む受信信号を、受信基準クロック周波数fRxBBを基に、離散時刻(1/fRxBB)毎にそれぞれサンプリングすることにより、アナログデータの受信信号をデジタルデータに変換する。
A/D変換部611は、離散時刻k毎に変換されたデジタルデータの受信信号を、離散サンプル値として第s受信位相シフト部621に出力する。変換された離散サンプル値である受信信号x(k)は、離散時刻kにおける離散サンプル値であるI信号Ir (k)及びQ信号Qr (k)を用いて、数式(73)により複素数として表せる。
Figure 0006092785
数式(73)の第m番目の送信周期Tにおいて、A/D変換部61から出力された受信信号x (k)は、複素ベースバンド信号X (N(m−1)+k)として数式(74)を用いて表せる。
Figure 0006092785
ここで、セクタレーダSRd(s=1)における各第s受信位相シフト部の動作を個別に説明する。第1レーダ受信部Rx1及び第2レーダ受信部Rx2の各第s受信位相シフト部は、A/D変換部から出力された受信信号X (N(m−1)+k)を入力する。各第s受信位相シフト部は、パルス送信制御部21dからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された受信信号X (N(m−1)+k)に、1個の送信周期毎に、各第s送信位相シフト部において付与された位相シフト成分の逆方向の共通の受信位相シフトを付与する。
具体的には、第1レーダ受信部Rx1及び第2レーダ受信部Rx2の各第s受信位相シフト部は、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21dからの送信タイミング信号を基に、1個の送信周期毎に、送信周期Tの序数に応じた共通の受信位相シフトexp(j(m−1)(−φ))を受信信号X (N(m−1)+k)に付与する(数式(75)参照)。パラメータφは、第s送信位相シフト部において付与される共通の位相回転量(例えばφ=−90度)であり、数式(9)の関係を満たすことが好ましい。第s受信位相シフト部は、受信位相シフトが付与された受信信号XP (N(m−1)+k)を相関値演算部に出力する。
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSRd(s=2)における各第s受信位相シフト部の動作において、セクタレーダSRd(s=1)における動作との相違点は、位相回転量としてのパラメータφが、φと異なるものである。(数式(76)参照)。例えば、パラメータφ=90度となり、パラメータφ=−90度となる。
Figure 0006092785
相関値演算部63d1は、第s受信位相シフト部62d1から出力された受信信号XP (N(m−1)+k)を入力する。相関値演算部63d1は、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻kに応じて、第m番目の送信周期Tにおいて送信する符号長Lの符号系列C(y)の送信符号を周期的に生成する。
相関値演算部63d1は、入力された受信信号XP (N(m−1)+k)と、送信符号C(y)とのスライディング相関値AC(k,m)を演算する。スライディング相関値AC(k,m)は、第m番目の送信周期Tの離散時刻kにおける、送信符号と受信信号とのスライディング相関演算によって演算された値である。
具体的には、相関値演算部63d1は、各送信周期T、即ち離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて、第m番目の送信周期Tの離散時刻kにおけるスライディング相関値AC(k,m)を、数式(77)に従って演算する。相関値演算部63d1は、数式(77)に従って演算されたスライディング相関値AC(k,m)をコヒーレント積分部64d1に出力する。数式(77)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子である。
Figure 0006092785
相関値演算部63d1は、本実施形態を含む各実施形態において、離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて演算するが、レーダ装置10の測定対象となるターゲットTARの存在範囲に応じて、測定レンジ(離散時刻kの範囲)を、例えばk=(N/NTR)+1〜(N−N)/NTRの範囲に更に限定してもよい。これにより、レーダ装置10は、相関値演算部63d1の演算量を更に低減できる。即ち、レーダ装置10は、信号処理部6d1における演算量の削減に基づく消費電力量を更に低減できる。
レーダ装置10は、相関値演算部63d1が離散時刻k=(N/NTR)+1〜(N−N)/NTRの範囲におけるスライディング相関値AC(k,m)を演算する場合には、レーダ送信信号の送信区間Tにおける反射波信号の測定を省略できる。
レーダ装置10は、レーダ送信信号が第1レーダ受信部Rx1又は第2レーダ受信部Rx2に直接的に回り込んだとしても、回り込みによる影響を排除して測定できる。測定レンジ(離散時刻kの範囲)の限定によって、コヒーレント積分部64d1及び距離推定部651の動作も同様の測定レンジに限定した範囲において動作する。
コヒーレント積分部64d1は、相関値演算部63d1から出力されたスライディング相関値AC (k,m)を入力する。コヒーレント積分部64d1は、第m番目の送信周期Tにおける離散時刻k毎に演算されたスライディング相関値AC (k,m)を基に、所定回数(NP回)の送信周期Tの期間(NP×T)にわたるスライディング相関値AC (k,m)を加算する。
コヒーレント積分部64d1は、所定回数(NP回)の送信周期Tの期間(NP×T)にわたるスライディング相関値AC (k,m)の離散時刻k毎の加算により、第v番目のコヒーレント積分値ACC (k,v)を、離散時刻k毎に数式(78)に従って演算する。パラメータNPは、コヒーレント積分部64d1におけるコヒーレント積分回数を表す。コヒーレント積分部64d1は、演算されたコヒーレント積分値ACC (k,v)を距離推定部651に出力する。
Figure 0006092785
数式(78)において所定回数NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、コヒーレント積分部64d1は、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、回路誤差の影響を低減できる。即ち、レーダ装置10は、セクタレーダSRdにおける所定回数NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、ターゲット測距性能の劣化を防ぐことができる。更に、レーダ装置10は、NP回のコヒーレント積分により反射波信号に含まれる雑音成分を抑圧することにより、反射波信号の受信品質(SNR)を改善できる。
セクタレーダSRdの第1レーダ受信部Rx1及び第2レーダ受信部Rx2の各第s送信位相シフト部は、互いに異なる位相回転方向φ=φ(q,N)+α(=((2q−1)π/N)+α)の位相シフトを付与する。これにより、各セクタレーダSRdは、他セクタレーダからの干渉波信号を同様に抑圧し、回路誤差、例えば、DCオフセット、IQインバランスを含む場合においても、回路誤差の補正回路を設けることなく、レンジサイドローブの増加を防ぎ、ターゲット測距性能の劣化を効果的に抑圧できる。
パラメータq=0〜N−1=s−1であって、パラメータαは固定の位相値である。各第sコヒーレント積分部は、N個の送信周期毎にコヒーレント積分することにより、自セクタレーダからのレーダ送信信号と他セクタレーダからのレーダ送信信号との間における干渉を効果的に抑圧できる。
例えば、N=2、q=1、α=0での位相シフトは、(φ,φ)=(π/2,−π/2)となる。各第sコヒーレント積分部は、N個(2個)の送信周期毎にコヒーレント積分することにより、自セクタレーダからのレーダ送信信号と他セクタレーダからのレーダ送信信号との間における干渉を効果的に抑圧できる。
例えば、N=3、q=1、α=0での位相シフトは、(φ,φ,φ)=(φ(−1,3,φ(1,3),φ(2,3))=(π/3,−π/3,π)となる。各第sコヒーレント積分部64は、N個(3個)の送信周期毎にコヒーレント積分することにより、自セクタレーダからのレーダ送信信号と他セクタレーダからのレーダ送信信号との間における干渉を効果的に抑圧できる。
本実施形態では、セクタレーダSRd(s=1)の第1レーダ受信部Rxd1及び第2レーダ受信部Rxd2の各コヒーレント積分部64d1は、2個の送信周期毎にコヒーレント積分する。これにより、セクタレーダSRd(s=1)の第1レーダ受信部Rxd1及び第2レーダ受信部Rxd2の各コヒーレント積分部64d1は、セクタレーダSRd(s=1)からのレーダ送信信号とセクタレーダSRd(s=2)からのレーダ送信信号との間における干渉を効果的に抑圧できる。干渉抑圧効果の理由を説明する。例えば、セクタレーダSRd(s=1)において、セクタレーダSRd(s=2)からのレーダ送信信号が干渉波信号として到来する場合を想定する。
セクタレーダSRd(s=1)の第m番目の送信周期Tにおける受信信号と、干渉波信号としてのセクタレーダSRd(s=2)からのレーダ送信信号とを含めた場合のA/D変換部61(s=1)の出力は、数式(79)により示される。
Figure 0006092785
数式(79)の第1項は、セクタレーダSRd(s=1)の各レーダ送信部からのレーダ送信信号がターゲットTARにより反射されてセクタレーダSRd(s=1)の各レーダ受信部において受信される所望信号成分を表す。数式(79)の第2項は、セクタレーダSRd(s=2)の各レーダ送信部からのレーダ送信信号が同じターゲットTARにより反射されてセクタレーダSRd(s=1)の各レーダ受信部において受信される干渉波信号成分を表す。
数式(79)において、パラメータh11 は、セクタレーダSRd(s=1)の第y番目のレーダ送信部から送信されたレーダ送信信号がセクタレーダSRd(s=1)の第y番目のレーダ受信部において受信される場合の振幅及び位相の複素減衰係数である。パラメータh12 は、セクタレーダSRd(s=2)の第y番目のレーダ送信部から送信されたレーダ送信信号がセクタレーダSRd(s=1)の第y番目のレーダ受信部において受信される場合の振幅及び位相の複素減衰係数である。パラメータmは数式(80)、パラメータNdelayは数式(81)により表される。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
|_x_|は、実数xの整数部を出力する演算子である。パラメータτ11 は、セクタレーダSRd(s=1)の第y番目のレーダ送信部からのレーダ送信信号がターゲットTAR(s=1)に反射されてセクタレーダSRd(s=1)において受信されるまでの遅延時間である。なお、y=1である場合のパラメータτ11 と、y=2である場合のパラメータτ11 とは、同一の送信周期Tにあるとする。
パラメータτ12 は、セクタレーダSRd(s=2)の第y番目のレーダ送信部からのレーダ送信信号がターゲットTAR(s=2)に反射され若しくは直接的に伝搬されてセクタレーダSRd(s=1)において受信されるまでの遅延時間である。なお、y=1である場合のパラメータτ12 と、y=2である場合のパラメータτ12 とは、同一の送信周期Tにあるとする。
なお、説明を簡単にするために、各セクタレーダSRdの各レーダ送信部Tx及びレーダ受信部Rxのフィルタの応答特性を含めていない。
更に、セクタレーダSRd(s=1)の第y番目のレーダ受信部における第(m+1)番目の送信周期Tにおける受信信号と、干渉波信号としてのセクタレーダSRd(s=2)からのレーダ送信信号とを含めた場合のセクタレーダSRd(d=1)のA/D変換部611の出力は、第m番目の送信周期Tと同じ伝搬環境であると仮定した場合には数式(82)により示される。第m番目の送信周期Tと同じ伝搬環境である場合とは、複素減衰係数h11 ,h12 、遅延時間τ11 ,τ12 が変化しないと見なせる場合である。
Figure 0006092785
セクタレーダSRd(s=1)の第y番目のレーダ受信部における第m番目の送信周期Tから第(m+(N−1))番目までのN個の各送信周期における相関値演算部の出力、即ちスライディング相関値の加算値は、数式(83)により表される。数式(83)において、符号系列Cは、符号系列A,Bのうちいずれかである。
Figure 0006092785
セクタレーダSRd(s=1)の第m番目及び第(m+w)番目の送信周期Tの各第s受信位相シフト部の出力は、数式(84)及び数式(85)により表される。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
数式(84)及び数式(85)の各第1項は、セクタレーダSRd(s=1)の各レーダ送信部Txd1からのレーダ送信信号がターゲットTARに反射されて各レーダ受信部Rxd1において受信される所望信号成分である。従って、数式(84)及び数式(85)の各第1項は、数式(86)に示す様に同相の信号となり、数式(83)によってコヒーレント積分利得を得ることができる。∠[x]は、複素数xの位相成分を出力する演算子である。
Figure 0006092785
一方、数式(84)及び数式(85)の各第2項は、セクタレーダSRd(s=2)の各レーダ送信部からのレーダ送信信号がターゲットTARに反射されてセクタレーダSRd(s=1)の各レーダ受信部Rxd1において受信される干渉波信号成分である。
セクタレーダSRd(s=1)とセクタレーダSRd(s=2)とのキャリア周波数誤差が許容程度内では、即ち数式(63)が成立する場合には、第m番目及び第(m+w)番目の各送信周期Tにおける干渉波信号成分の位相関係は、数式(87)に示す位相関係となる。
Figure 0006092785
数式(87)において、パラメータfdevは、セクタレーダSRd(s=1)とセクタレーダSRd(s=2)との間のキャリア周波数誤差を表し、送信基準クロック信号の周波数誤差から生じるキャリア周波数誤差及び受信基準クロック信号の周波数誤差から生じるサンプリング周波数誤差により規定される。
セクタレーダSR1とセクタレーダSR2との間のキャリア周波数誤差が許容程度内では、即ち数式(63)が成立する場合には、第m番目から第(m+w)番目までの各送信周期Tにおける各干渉波信号成分の位相関係は、数式(87)に示す位相関係となる。数式(88)は、コヒーレント積分部64による干渉波信号成分のコヒーレント積分を表す。従って、レーダ装置10は、数式(83)のコヒーレント積分によって、数式(88)に示す様に干渉信号成分は、互いの信号成分を打ち消しあう関係となり、干渉波信号成分を効果的に抑圧できる。但し、Nが大きくなるほど、周波数誤差fdevに起因する位相変動の影響を受け易くなるため、レーダ装置10における基準クロック信号の周波数精度に応じたNの上限値が存在する。
Figure 0006092785
上述した説明は、セクタレーダSRd(s=1)においてセクタレーダSRd(s=2)からの干渉波信号が到来する場合を想定したが、セクタレーダSRd(s=2)においてセクタレーダSRd(s=1)からの干渉波信号が到来する場合についても同様に適用可能である。
距離推定部651は、NP回の送信周期T毎にコヒーレント積分部641から出力された離散時刻k毎のコヒーレント積分値ACC (k,v)を入力する。距離推定部651は、入力された離散時刻k毎のコヒーレント積分値ACC (k,v)を基に、ターゲットTARまでの距離を推定する。距離推定部651における距離推定は、例えば上記参考非特許文献3において開示されている推定方法を適用可能である。
第v番目の出力周期(v×NP×T)において得られたコヒーレント積分部641からのコヒーレント積分値の絶対値の自乗値|ACC (k,v)|は、離散時刻k毎の反射波信号の受信レベルに相当する。距離推定部651は、セクタレーダSRdの周囲の雑音レベルから所定値以上を上回るピーク受信レベルの検出時刻kpsを基に、数式(31)に従って距離Range(kps)を推定する。数式(31)において、パラメータCは光速度である。
以上により、第4の実施形態のレーダ装置10は、複数のセクタレーダを対向配置させた場合に、対向する各セクタレーダ間の送信周期の同期を不要とし、簡易な構成によってセクタレーダ間における干渉を抑圧できる。更に、レーダ装置10は、回路誤差、例えば、DCオフセット、IQインバランスを含む場合においても、回路誤差の補正回路を設けることなく、レンジサイドローブの増加を防ぎ、ターゲット測距性能の劣化を効果的に抑圧できる。
(第5の実施形態)
第5の実施形態では、第4の実施形態のレーダ装置10が送信符号として相補符号を用いる例を説明する。
第5の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRe(s=1,2)の構成及び動作について、図20〜図22を参照して説明する。図20は、第5の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRe(s=1,2)の内部構成を簡易に示すブロック図である。図21は、第5の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRe(s=1,2)の内部構成を詳細に示すブロック図である。図22は、第5の実施形態のレーダ装置10を構成するセクタレーダSRe(s=1,2)の第1レーダ送信部及び第2レーダ送信部におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信符号との関係を示す説明図である。
セクタレーダSReとセクタレーダSRdとの各部の構成及び動作が同様のブロックには同一の符号を付し、以下、セクタレーダSReの構成及び動作の説明において、セクタレーダSRdと同様の内容の説明は省略し、異なる内容に関して説明する。
図20に示すセクタレーダSReは、基準信号発振器Lo、パルス送信制御部21e、第1レーダ送信部Txe1、第2レーダ送信部Txe2、第1レーダ受信部Rxe1及び第2レーダ受信部Rxe2を含む構成である。第1レーダ送信部Txe1は、送信信号生成部2e1、及び、送信アンテナAnt−Tx1と接続される送信RF部31を有する構成である。送信信号生成部2e1は、符号生成部22e1、変調部231及び第s送信位相シフト部25e1を含む構成である。符号生成部22e1は、少なくとも1個以上の符号生成部として、第1符号生成部22e11及び第2符号生成部22e12を含む構成であり、少なくとも1個以上の符号系列を生成する。
第1レーダ送信部Txe1、第2レーダ送信部Txe2、第1レーダ受信部Rxe1及び第2レーダ受信部Rxe2は、基準信号発振器Loに接続され、基準信号発振器Loからリファレンス信号(基準信号)が供給される。第1レーダ送信部Txe1、第2レーダ送信部Txe2、第1レーダ受信部Rxe1及び第2レーダ受信部Rxe2の処理は同期する。
第1レーダ受信部Rxe1は、受信RF部41、VGA部51、及び信号処理部6e1を有する構成である。信号処理部6e1は、第s受信位相シフト部62e1、相関値演算部63e1、コヒーレント積分部64e1及び距離推定部651を含む構成である。第2レーダ受信部Rxe2の構成は第1レーダ受信部Rxe1の構成と同様であるため、構成の説明を省略する。
(第y番目のレーダ送信部:yは1又は2)
次に、セクタレーダSReの第y番目(y=1)の第1レーダ送信部Txe1の各部の構成について、図21を参照して詳細に説明する。
送信信号生成部2e1は、符号生成部22e1、変調部231、LPF241、第s送信位相シフト部25e1及びD/A変換部261を含む構成である。図21では、送信信号生成部2e1はLPF241を含む構成であるが、LPF241は送信信号生成部2e1と独立して第1レーダ送信部Txe1の中に構成されてもよい。送信RF部31の構成及び動作は上述した各実施形態の送信RF部3と同様のため、送信RF部31の構成及び動作の説明を省略する。
次に、第y番目のレーダ送信部の各部の動作について、y=1である第1レーダ送信部Txe1を例示して詳細に説明するが、以下の説明はy=2である第2レーダ送信部Txd2についても同様に適用可能である。
パルス送信制御部21eは、高周波のレーダ送信信号の送信タイミング信号を、送信周期T毎に生成する。パルス送信制御部21eは、送信タイミング信号を、第1レーダ送信部Txe1及び第2レーダ送信部Txe2の各符号生成部及び各第s送信位相シフト部、並びに第1レーダ受信部Rxe1及び第2レーダ受信部Rxe2の各第s受信位相シフト部にそれぞれ出力する。
送信信号生成部2e1は、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号を生成する。送信信号生成部2e1の各部は、生成された送信基準クロック信号に基づいて動作する。送信基準クロック周波数をfTxBBと表すと、送信周期Tは、送信基準クロック周波数fTxBBにより定まる離散時刻間隔(1/fTxBB)の整数N倍として表せる(数式(66)参照)。なお、送信基準クロック周波数fTxBBは公称値であり、実際上はレーダ送信部Tx毎に異なる周波数誤差を含む。
送信信号生成部2e1は、パルス送信制御部21eからの送信周期T毎に出力されたレーダ送信信号の送信タイミング信号を基に、符号長Lの相補符号系列Aの変調によって、数式(67)のベースバンドの送信信号G(t)を周期的に生成する。パラメータn=1〜Lであり、パラメータLは、符号系列Aの符号長を表す。jは、j=−1を満たす虚数単位である。パラメータtは、離散時刻を表す。
なお、第2レーダ送信部Txe2の送信信号生成部は、パルス送信制御部21eからの送信周期T毎に出力されたレーダ送信信号の送信タイミング信号を基に、符号長Lの相補符号系列Bの変調によって、数式(67)のベースバンドの送信信号G(t)を周期的に生成する。パラメータn=1〜Lであり、パラメータLは、符号系列Bの符号長を表す。
送信信号G(t)は、図22に示す様に、例えば各送信周期Tの送信区間T[秒]では、符号系列A,Bの1つの符号あたり送信基準クロック信号のN[個]のサンプルを用いて変調されている。従って、送信区間Tにおいては、N(=N×L)のサンプルを用いて変調されている。各送信周期Tの無信号区間(T−T)[秒]では、N(=N−N)[個]のサンプルを用いて変調されている。従って、数式(67)の送信信号G(t)は、数式(68)を用いて表せる。
第1符号生成部22e11は、パルス送信制御部21eからの奇数番目の送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、符号長Lの相補符号系列A,Bのうち一方の相補符号系列Aの送信符号を生成する。第1符号生成部22e11は、生成された相補符号系列Aの送信符号を変調部231に出力する。
第2符号生成部22e12は、パルス送信制御部21eからの偶数番目の送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、符号長Lの相補符号系列A,Bのうち一方の相補符号系列Bの送信符号を生成する。第2符号生成部22e12は、生成された相補符号系列Bの送信符号を変調部231に出力する。
なお、第2レーダ送信部Txe2の第1符号生成部は、パルス送信制御部21eからの奇数番目の送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、符号長Lの相補符号系列A,Bのうち一方の相補符号系列Bの送信符号を生成する。第1符号生成部は、生成された相補符号系列Bの送信符号を変調部に出力する。
更に、第2レーダ送信部Txe2の第2符号生成部は、パルス送信制御部21eからの偶数番目の送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、符号長Lの相補符号系列A,Bのうち一方の相補符号系列Aの送信符号を生成する。第2符号生成部は、生成された相補符号系列Aの送信符号を変調部に出力する。
変調部231は、符号生成部22e1から出力された送信符号A又は送信符号Bを入力する。変調部231は、入力された送信符号A又は送信符号Bをパルス変調し、数式(67)のベースバンドの送信信号G(t)を生成する。変調部231は、LPF241を介して、生成された送信信号G(t)のうち、予め設定された制限帯域以下の送信信号G(t)を第s送信位相シフト部25e1に出力する。
ここで、セクタレーダSRe(s=1)における各第s送信位相シフト部の動作を個別に説明する。第1レーダ送信部Txe1及び第2レーダ送信部Txe2の各第s送信位相シフト部は、変調部又はLPFから出力された送信信号G(t)を入力する。各第s送信位相シフト部は、パルス送信制御部21eからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された送信信号G(t)に、2個の送信周期毎に、共通の所定の送信位相シフトを付与する(図22参照)。
具体的には、第1レーダ送信部Txe1及び第2レーダ送信部Rxe2の各第s送信位相シフト部は、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21eからの送信タイミング信号を基に、2個の送信周期毎に、送信周期Tの序数に応じた共通の送信位相シフトexp(j floor[(m−1)/2]φ)を送信信号G(t)に付与する(数式(89)参照)。パラメータφは、第s送信位相シフト部25e1において付与される位相回転量(例えば90度)であり、数式(9)の関係を満たすことが好ましい。各第s送信位相シフト部は、送信位相シフトが付与された送信信号GP (N(m−1)+t)をD/A変換部261に出力する。floor[x]は、実数xの小数点以下を切り下げた整数値を出力する演算子である。
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSRe(s=2)における各第s送信位相シフト部の動作において、セクタレーダSRe(s=1)における動作との相違点は、数式(90)における送信位相シフトexp(j floor[(m−1)/2]φ)において、位相回転量としてのパラメータφが、φと異なるもので、例えば位相回転量としたのパラメータφが−90度となる点である。
更に、セクタレーダSRe(s=1)の第1レーダ送信部Txe1及び第2レーダ送信部Txe2の各第s送信位相シフト部により付与される送信位相シフトのパラメータφと、セクタレーダSRe(s=2)の第1レーダ送信部及び第2レーダ送信部の各第s送信位相シフト部により付与される送信位相シフトのパラメータφとは、逆位相の関係を有する(φ=−φ)。
Figure 0006092785
(第y番目のレーダ受信部:yは1又は2)
次に、セクタレーダSReの第y番目(y=1)の第1レーダ受信部Rxe1の各部の構成について、図21を参照して詳細に説明する。
レーダ受信部Rx1は、受信アンテナAnt−Rx1が接続された受信RF部41、VGA部51及び信号処理部6e1を含む構成である。受信RF部41の構成及び動作は、上述した各実施形態の受信RF部4と同様の構成及び動作であるため、説明を省略する。信号処理部6e1は、A/D変換部611、第s受信位相シフト部62e1、相関値演算部63e1、コヒーレント積分部64e1及び距離推定部651を含む構成である。信号処理部6e1の各部は、各送信周期Tを信号処理区間として周期的に演算する。
次に、第y番目のレーダ受信部の各部の動作について、y=1である第1レーダ受信部Rxe1を例示して詳細に説明するが、以下の説明はy=2である第2レーダ受信部Rxe2についても同様に適用可能である。
受信アンテナAnt−Rx1は、第1レーダ送信部Txe1又は第2レーダ送信部Txe2から送信されたレーダ送信信号がターゲットTARにより反射された反射波信号、及び対向的に配置された他セクタレーダからのレーダ送信信号を受信する。受信アンテナAnt−Tx1において受信された受信信号は、受信RF部41に入力される。
VGA部51は、受信RF部41から出力されたベースバンドのI信号及びQ信号を含む受信信号がそれぞれ入力され、入力された受信信号の出力レベルを調整して、入力されたベースバンドの受信信号の出力レベルをA/D変換部611の入力レンジ(ダイナミックレンジ)内に収める。
VGA部51は、出力レベルが調整されたベースバンドのI信号及びQ信号を含む受信信号をA/D変換部611に出力する。本実施形態においては、説明を簡単にするため、VGA部51における利得は、受信信号の出力レベルがA/D変換部611の入力レンジ(ダイナミックレンジ)内に収まる様に予め調整されているとする。
信号処理部6e1は、受信RF部41と同様に、基準信号発振器Loにより生成されたリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した受信基準クロック信号を生成する。信号処理部6e1の各部は、生成された受信基準クロック信号に基づいて動作する。
ここで、セクタレーダSRe(s=1)における第s受信位相シフト部の動作を個別に説明する。第1レーダ受信部Rxe1及び第2レーダ受信部Rxe2の各第s受信位相シフト部は、A/D変換部から出力された受信信号X (N(m−1)+k)を入力する。各第s受信位相シフト部は、パルス送信制御部21eからの送信周期T毎に出力された送信タイミング信号を基に、入力された受信信号X (N(m−1)+k)に、2個の送信周期毎に、各第s送信位相シフト部において付与された位相シフト成分の逆方向の受信位相シフトを付与する。
具体的には、第1レーダ受信部Rxe1及び第2レーダ受信部Rxe2の各第s受信位相シフト部は、第m番目の送信周期Tにおけるパルス送信制御部21eからの送信タイミング信号を基に、2個の送信周期毎に、送信周期Tの序数に応じた共通の受信位相シフトexp(j floor[(m−1)/2](−φ))を受信信号X (N(m−1)+k)に付与する(数式(91)参照)。各第s受信位相シフト部は、受信位相シフトが付与された受信信号XP (N(m−1)+k)を相関値演算部に出力する。
Figure 0006092785
次に、セクタレーダSRe(s=2)における第s受信位相シフト部の動作において、セクタレーダSRe(s=1)における動作との相違点は、位相回転量としてのパラメータφが、φと異なる点(数式(92)参照)である。例えばφ=90度、φ=−90度となる点である。
Figure 0006092785
相関値演算部63e1は、第s受信位相シフト部62e1から出力された受信信号XP (N(m−1)+k)を入力する。相関値演算部63e1は、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻kに応じて、奇数番目の第m番目(m=2z−1、z:自然数)の送信周期Tにおいて送信する符号長Lの符号系列Aの送信符号を周期的に生成する。また、相関値演算部63e1は、リファレンス信号を所定倍に逓倍された受信基準クロック信号に基づいて、離散時刻kに応じて、偶数番目の第m番目(m=2z)の送信周期Tにおいて送信する符号長Lの符号系列Bの送信符号を周期的に生成する。
相関値演算部63e1は、入力された受信信号XP (N(m−1)+k)と、送信符号A又はBとのスライディング相関値AC (k,m)を演算する。スライディング相関値AC (k,m)は、第m番目の送信周期Tの離散時刻kにおける、送信符号と受信信号とのスライディング相関演算によって演算された値である。
具体的には、相関値演算部63e1は、各送信周期T、即ち離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて、奇数番目の第m番目(m=2z−1)の送信周期Tの離散時刻kにおけるスライディング相関値AC(k,2z−1)を、数式(93)に従って演算する。相関値演算部63e1は、数式(93)に従って演算されたスライディング相関値AC (k,2z−1)をコヒーレント積分部64e1に出力する。数式(93)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子である。
Figure 0006092785
また、相関値演算部63e1は、各送信周期T、即ち離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて、偶数番目の第m番目(m=2z)の送信周期Tの離散時刻kにおけるスライディング相関値AC (k,2z)を、数式(94)に従って演算する。相関値演算部63e1は、数式(94)に従って演算されたスライディング相関値AC (k,2z)をコヒーレント積分部64e1に出力する。数式(94)において、アスタリスク(*)は複素共役演算子である。
Figure 0006092785
相関値演算部63e1は、本実施形態を含む各実施形態において、離散時刻k=1〜(N−N)/NTRにおいて演算するが、レーダ装置10の測定対象となるターゲットTARの存在範囲に応じて、測定レンジ(離散時刻kの範囲)を、例えばk=(N/NTR)+1〜(N−N)/NTRの範囲に更に限定してもよい。これにより、レーダ装置10は、相関値演算部63e1の演算量を更に低減できる。即ち、レーダ装置10は、信号処理部6e1における演算量の削減に基づく消費電力量を更に低減できる。
レーダ装置10は、相関値演算部63e1が離散時刻k=(N/NTR)+1〜(N−N)/NTRの範囲におけるスライディング相関値AC (k,m)を演算する場合には、レーダ送信信号の送信区間Tにおける反射波信号の測定を省略できる。
レーダ装置10は、各レーダ送信部からのレーダ送信信号が各レーダ受信部に直接的に回り込んだとしても、回り込みによる影響を排除して測定できる。測定レンジ(離散時刻kの範囲)の限定によって、コヒーレント積分部64e1及び距離推定部651の動作も同様の測定レンジに限定した範囲において動作する。
コヒーレント積分部64e1は、相関値演算部63e1から出力されたスライディング相関値AC (k,2z−1)及びAC (k,2z)を入力する。コヒーレント積分部64e1は、奇数番目及び偶数番目の2個の送信周期Tにおける離散時刻k毎に演算されたスライディング相関値AC (k,2z−1)及びAC (k,2z)を基に、所定回数(2NP回)の送信周期Tの期間(2NP×T)にわたるスライディング相関値AC (k,2z−1)及びAC (k,2z)を加算する。
コヒーレント積分部64e1は、所定回数(2NP回)の送信周期Tの期間(2NP×T)にわたるスライディング相関値AC (k,2z−1)及びAC(k,2z)の離散時刻k毎の加算により、第v番目のコヒーレント積分値ACC (k,v)を、離散時刻k毎に数式(95)に従って演算する。パラメータ2NPは、コヒーレント積分部64e1におけるコヒーレント積分回数を表す。コヒーレント積分部64e1は、演算されたコヒーレント積分値ACC (k,v)を距離推定部651に出力する。
Figure 0006092785
数式(95)において所定回数2NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、コヒーレント積分部64e1は、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、回路誤差の影響を低減できる。即ち、レーダ装置10は、所定回数2NPを2π/φの整数倍単位に設定することにより、反射波信号にDCオフセット成分及びIQインバランスの回路誤差が含まれていても、ターゲット測距性能の劣化を防ぐことができる。更に、レーダ装置10は、2NP回のコヒーレント積分により反射波信号に含まれる雑音成分を抑圧することにより、反射波信号の受信品質(SNR)を改善できる。
以上により、第5の実施形態のレーダ装置10は、送信符号に相補符号を用いた場合においても、第4の実施形態のレーダ装置10と等価な効果を得ることができる。
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
上述した第1の実施形態では、パルス送信制御部21は各セクタレーダSR(s=1、2)の各レーダ送信部Txに含まれると説明した。しかし、パルス送信制御部21は、2つのセクタレーダSR(s=1、2)の各レーダ送信部Txの外部に設けられてもよく、2つのセクタレーダSR(s=1、2)に対して1つのパルス送信制御部を共用してもよい。また、2つのセクタレーダSR(s=1、2)に対して1つのパルス送信制御部を共用してもよいことは第2及び第3の各実施形態においても同様である。
なお、上述した第2の実施形態s=1、2における第1符号生成部22b1は符号長Lの相補符号系列Aを生成し、第2符号生成部22b2は符号長Lの相補符号系列Bを生成する旨を説明したが、これに限定されず、s=1における第1符号生成部22b1は符号長Lの相補符号系列Aを生成し、第2符号生成部22b2は符号長Lの相補符号系列Bに対し、s=2における第1符号生成部22b1は、符号長Lの相補符号系列Uを生成し、第2符号生成部22b2は符号長Lの相補符号系列Vを生成し、符号Uは符号Aと異なり、符号Vは符号Bと異なる符号を用いても、同様の効果が得られる(図24参照)。
図24は、第2の実施形態のレーダ装置を構成するセクタレーダSRb(s=1,2)毎に異なる相補符号系列が用いられる場合におけるレーダ送信信号の各送信区間及び各送信周期と各送信位相シフト成分との関係を示す説明図である。図24において、相補符号系列Uと、相補符号系列Vとは、相補符号の関係を有する。
更に、符号系列Uと符号系列Aとのうち互いに相互相関値が小さい符号系列をそれぞれ選択することにより、レーダ装置10は、各セクタレーダSRb(s=1,2)間における干渉を一層抑圧できる。
ここで、符号系列Uと符号系列Aとの相互相関値は、符号間の干渉量を規定するため、ゼロとなるものが最良であるが、少なくとも符号間の干渉抑圧量を20[dB]以下とすることが好適であるため、相互相関値は0.1以下の符号系列が選択されることが好ましい。
更に、符号系列Vと符号系列Bとのうち互いに相互相関値が小さい符号系列をそれぞれ選択することにより、レーダ装置10は、各セクタレーダSRb(s=1,2)間における干渉を一層抑圧できる。
更に、符号系列Uと符号Aとの相互相関値と、符号系列Vと符号系列Bとの相互相関値と、の和がゼロとなる符号系列をそれぞれ選択することにより、レーダ装置10は、各セクタレーダSRb(s=1,2)間における干渉を一層抑圧できる。
即ち、相補符号系列(A,B)と相補符号系列(U,V)のうち、前者の相補符号系列のうち一方の符号系列Aと後者の相補符号系列のうち一方の符号系列Uとの相互相関演算結果(相互相関値)RAU(τ)は、数式(96)に従って演算される。
前者の相補符号系列のうち他方の符号系列Bと後者の相補符号系列のうち他方の符号系列Vとの相互相関演算結果(相互相関値)RBV(τ)は、数式(97)により演算される。なお、Rは相互相関値演算結果(相互相関値)を示す。但し、n>L又はn<1においては、相補符号系列A,Bはゼロとする(すなわち、n>L又はn<1において、A=0、B=0、U=0、V=0)。なお、アスタリスク*は複素共役演算子を示す。
Figure 0006092785
Figure 0006092785
数式(96)に従って演算された相互相関値演算結果RAU(τ)は、遅延時間(あるいはシフト時間)τがゼロであるとピークが発生し、遅延時間τがゼロ以外ではレンジサイドローブが存在する。同様に、数式(97)に従って演算された相互相関値演算結果RBV(τ)は、遅延時間τがゼロであるとピークが発生し、遅延時間τがゼロ以外では、レンジサイドローブが存在する。
相互相関値演算結果(RAU(τ),RBV(τ))の遅延時間τをそろえて加算した値が遅延時間τによらずゼロとなる相補符号系列(A,B)と相補符号系列(U,V)を選択することで(数式(98)参照)、レーダ装置10は、各セクタレーダSRbs(s=1,2)間における干渉を一層抑圧できる。
Figure 0006092785
なお、本出願は、2011年11月17日出願の日本特許出願(特願2011−252100)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本開示は、複数のセクタレーダを対向配置させた場合に、対向する各セクタレーダ間の送信周期の同期を不要とし、簡易な構成によってセクタレーダ間における干渉を抑圧するレーダ装置として有用である。
10 レーダ装置
、2b、2d1、2e1 送信信号生成部
、31 送信RF部
、41 受信RF部
、51 VGA部
、6a、6b、6c、6d1、6e1 信号処理部
21、21b、21d、21e パルス送信制御部
22、22b、221、22d1、22e1 符号生成部
22b1、22e11 第1符号生成部
22b2、22e12 第2符号生成部
23、23b、231 変調部
24、24、241 LPF
25、25b、25d1、25e1 第s送信位相シフト部
26、26、261 D/A変換部
31 直交変調部
32、42 周波数変換部
33、41 増幅器
43 直交検波部
61、611 A/D変換部
62、62a、62b、62c、62d1、62e1 第s受信位相シフト部
63、63a、63b、63c、63d1、63e1 相関値演算部
64、64a、64b、64c、64d1、64e1 コヒーレント積分部
65、651 距離推定部
Rx、Rxa、Rxb、Rxc レーダ受信部
SR、SRa、SRb、SRc、SRd、SRe セクタレーダ
Tx、Txb レーダ送信部

Claims (10)

  1. 所定の符号長の第1符号系列を用いて生成した第1レーダ送信信号を第1送信アンテナから第1高周波信号として送信する第1レーダ送信部と、
    所定の符号長の第2符号系列を用いて生成した第2レーダ送信信号を第2送信アンテナから第2高周波信号として送信する第2レーダ送信部と、を備え、
    前記第1レーダ送信信号は、第1送信タイミング信号を基に前記第1符号系列を変調して生成した第1ベースバンド信号を位相シフトした信号であり、
    前記第2レーダ送信信号は、第2送信タイミング信号を基に前記第2符号系列を変調して生成した第2ベースバンド信号を位相シフトした信号であり、
    前記第1ベースバンド信号がシフトされる位相と、前記第2ベースバンド信号がシフトされる位相とは、逆位相であり、
    前記第1レーダ送信部は、
    前記第1送信タイミング信号を送信周期毎に生成する第1パルス送信制御部と、
    前記第1符号系列を生成する第1レーダ符号生成部と、
    前記第1送信タイミング信号を基に、前記第1符号系列を変調し、前記第1ベースバンド信号を生成する第1変調部と、
    前記第1送信タイミング信号を基に、前記第1ベースバンド信号の位相をシフトする第1送信位相シフト部と、
    位相シフト後の第1ベースバンド信号である前記第1レーダ送信信号を前記第1高周波信号に変換し、第1送信アンテナから送信する第1送信RF部と、を有する、
    レーダ装置。
  2. 請求項1に記載のレーダ装置であって、
    前記第1レーダ符号生成部は、
    奇数番目の前記送信周期毎に生成された前記第1送信タイミング信号を基に、所定の符号長の相補符号系列である第3符号系列の送信符号を生成する第1符号生成部と、
    偶数番目の前記送信周期毎に生成された前記第1送信タイミング信号を基に、前記所定の符号長の相補符号系列である第4符号系列の送信符号を生成する第2符号生成部と、を含み、
    前記第1符号系列は、前記第3符号系列及び前記第4符号系列を用いて構成され、
    前記第1送信位相シフト部は、前記送信周期の2周期分に応じた位相をシフトする、
    レーダ装置。
  3. 請求項1に記載のレーダ装置であって、
    前記第2レーダ送信部は、
    前記第2送信タイミング信号を前記送信周期毎に生成する第2パルス送信制御部と、
    前記第2符号系列を生成する第2レーダ符号生成部と、
    前記第2送信タイミング信号を基に、前記第2符号系列を変調し、前記第2ベースバンド信号を生成する第2変調部と、
    前記第2送信タイミング信号を基に、前記第2ベースバンド信号の位相をシフトする第2送信位相シフト部と、
    位相シフト後の第2ベースバンド信号である前記第2レーダ送信信号を前記第2高周波信号に変換し、第2送信アンテナから送信する第2送信RF部と、を有する、
    レーダ装置。
  4. 請求項3に記載のレーダ装置であって、
    前記第2レーダ符号生成部は、
    奇数番目の前記送信周期毎に生成された前記第2送信タイミング信号を基に、所定の符号長の相補符号系列である第5符号系列の送信符号を生成する第3符号生成部と、
    偶数番目の前記送信周期毎に生成された前記第2送信タイミング信号を基に、前記所定の符号長の相補符号系列である第6符号系列の送信符号を生成する第4符号生成部と、を含み、
    前記第2符号系列は、前記第5符号系列及び前記第6符号系列を用いて構成され、
    前記第2送信位相シフト部は、前記送信周期の2周期分に応じた位相をシフトする、
    レーダ装置。
  5. 請求項3又は4に記載のレーダ装置であって、
    前記第1高周波信号のターゲットに対する反射波信号を基に、前記ターゲットの有無を検出する第1レーダ受信部と、を更に備え、
    前記第1レーダ受信部は、
    前記反射波信号を第1受信アンテナにおいて受信し、前記受信された反射波信号をベースバンドの第1受信信号に変換する第1受信RF部と、
    前記第1送信タイミング信号を基に、前記第1受信RF部からの前記第1受信信号に、前記第1送信位相シフト部で付与した位相と逆位相である逆位相シフトを付与する第1受信位相シフト部と、
    前記逆位相シフトが付与された前記第1受信信号と、前記第1符号系列との相関値を演算する第1相関値演算部と、
    所定回数の前記送信周期において前記第1相関値演算部により演算された各々の前記相関値を加算する第1コヒーレント積分部と、を有する、
    レーダ装置。
  6. 請求項5に記載のレーダ装置であって、
    前記第2高周波信号の前記ターゲットに対する反射波信号を基に、前記ターゲットの有無を検出する第2レーダ受信部と、を更に備え、
    前記第2レーダ受信部は、
    前記反射波信号を第2受信アンテナにおいて受信し、前記受信された反射波信号をベースバンドの第2受信信号に変換する第2受信RF部と、
    前記第2送信タイミング信号を基に、前記第2受信RF部からの前記第2受信信号に、前記第2送信位相シフト部で付与した位相と逆位相である逆位相シフトを付与する第2受信位相シフト部と、
    前記逆位相シフトが付与された前記第2受信信号と、前記第2符号系列との相関値を演算する第2相関値演算部と、
    所定回数の前記送信周期において前記第2相関値演算部により演算された各々の前記相関値を加算する第2コヒーレント積分部と、を有する、
    レーダ装置。
  7. 請求項6に記載のレーダ装置であって、
    前記第1レーダ受信部は、
    前記第1受信RF部からの前記第1受信信号の出力レベルを調整する第1VGA部と、
    前記第1VGA部により前記出力レベルが調整されたアナログの前記第1受信信号を、デジタルの前記第1受信信号に変換する第1A/D変換部と、を更に有し、
    前記第2レーダ受信部は、
    前記第2受信RF部からの前記第2受信信号の出力レベルを調整する第2VGA部と、
    前記第2VGA部により前記出力レベルが調整されたアナログの前記第1受信信号を、デジタルの前記第2受信信号に変換する第2A/D変換部と、を更に有する、
    レーダ装置。
  8. 請求項6又は7に記載のレーダ装置であって、
    前記第1レーダ受信部は、
    前記第1コヒーレント積分部からの前記各々の前記相関値の加算結果を基に、前記ターゲットまでの距離を推定する第1距離推定部と、を更に有し、
    前記第2レーダ受信部は、
    前記第2コヒーレント積分部からの前記各々の前記相関値の加算結果を基に、前記ターゲットまでの距離を推定する第2距離推定部と、を更に有する、
    レーダ装置。
  9. 請求項1に記載のレーダ装置であって、
    前記第1送信タイミング信号を基に、前記所定の符号長の第7符号系列を用いた第3ベースバンド信号を生成し、前記第1送信タイミング信号を基に、前記第3ベースバンド信号の位相をシフトし、位相シフト後の第3ベースバンド信号である第3レーダ送信信号を第3高周波信号に変換し、第3送信アンテナから送信する第3レーダ送信部と、
    前記第2送信タイミング信号を基に、前記所定の符号長の第8符号系列を用いた第4ベースバンド信号を生成し、前記第2送信タイミング信号を基に、前記第4ベースバンド信号の位相をシフトし、位相シフト後の第4ベースバンド信号である第4レーダ送信信号を第4高周波信号に変換し、第4送信アンテナから送信する第4レーダ送信部と、を備え、
    前記第3ベースバンド信号がシフトされる位相と、前記第4ベースバンド信号がシフトされる位相とは、逆位相であり、
    前記第1ベースバンド信号がシフトされる位相と、前記第3ベースバンド信号がシフトされる位相とは、逆位相であり、
    前記第2ベースバンド信号がシフトされる位相と、前記第4ベースバンド信号がシフトされる位相とは、逆位相である、
    レーダ装置。
  10. 請求項1〜9のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
    前記第1レーダ送信部においてシフトされる位相は、90度であって、
    前記第2レーダ送信部においてシフトされる位相は、−90度である、
    レーダ装置。
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