JP6797339B1 - レーダ装置 - Google Patents

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Abstract

レーダ装置（２００）において、受信アンテナ（４−１，４−２）は、複数のモジュール（１０１−１，１０１−２）のうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナ（３−１，３−２）が送信したチャープ信号を直接受信し、ミキサ（５−１，５−２）は、チャープ信号源（２−１，２−２）が生成したチャープ信号と、受信アンテナ（４−１，４−２）が受信したチャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成し、アナログ−デジタル変換器（６−１，６−２）は、ミキサ（５−１，５−２）が生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成する。

Description

本開示は、レーダ装置に関する。
レーダ装置は、送信アンテナから電波をターゲットに放射し、ターゲットによって反射された反射波を受信アンテナによって受信し、受信した信号を処理することにより、当該ターゲットまでの距離、方位又は相対速度等を測定する。レーダ装置が複数のアンテナを備えている構成では、距離、方位又は相対速度等を正確に測定するためには、一方のアンテナにおける信号の出力開始タイミングと他方のアンテナにおける信号の出力開始タイミングとの時間差、又は一方のアンテナにおける信号経路と他方のアンテナにおける信号経路との経路差等によって生じる、アンテナ間での信号の位相差を考慮する必要がある。なお、ここにおける「アンテナにおける信号経路」の例として、信号が信号源から出力されてから送信用アンテナによって送信されるまでの経路、又は、信号が受信用アンテナによって受信されてからミキサで混合用の信号と混合されるまでの経路等が挙げられる。
例えば、特許文献１では、複数のアンテナを備えているレーダ装置において、一方のアンテナから信号を送信し、反射物によって反射された反射波を他方のアンテナが受信することにより、アンテナ間での信号の位相差を検出する方法が開示されている。
特開２００６−１０４０４号公報
特許文献１の方法では、送信アンテナが送信した電波を受信アンテナに向けて反射させる反射物を用意する必要があり、レーダ装置を運用している最中に、アンテナ間での信号の位相差を検出するには制限が大きいという問題がある。
本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、反射物を用意することなく、アンテナ間での信号の位相差を検出する技術を提供することを目的とする。
本開示に係るレーダ装置は、複数のモジュールを備えているレーダ装置であって、複数のモジュールは、それぞれ、チャープ信号源、送信アンテナ、受信アンテナ、ミキサ、及びアナログ−デジタル変換器を備え、チャープ信号源は、チャープ信号を生成し、送信アンテナは、チャープ信号源が生成したチャープ信号を送信し、受信アンテナは、複数のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信し、ミキサは、チャープ信号源が生成したチャープ信号と、受信アンテナが受信したチャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成し、アナログ−デジタル変換器は、ミキサが生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成し、複数のモジュールの各チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミングが異なるチャープ信号を生成するように制御するチャープ信号制御部と、アナログ−デジタル変換器が生成したデジタル信号に基づいて、チャープ信号制御部による制御によって生じた、モジュール間でのチャープ信号の周波数差を検出することにより、当該デジタル信号の基となったチャープ信号の信号源のモジュールを識別する位相差検出部と、をさらに備えている。
本開示に係るレーダ装置は、複数のモジュールを備えているレーダ装置であって、複数のモジュールは、それぞれ、チャープ信号源、送信アンテナ、受信アンテナ、ミキサ、及びアナログ−デジタル変換器を備え、チャープ信号源は、チャープ信号を生成し、送信アンテナは、チャープ信号源が生成したチャープ信号を送信し、受信アンテナは、複数のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信し、ミキサは、チャープ信号源が生成したチャープ信号と、受信アンテナが受信したチャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成し、アナログ−デジタル変換器は、ミキサが生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成し、チャープ信号源は、送信用チャープ信号を生成する送信用チャープ信号源、及び、混合用チャープ信号を生成する混合用チャープ信号源から構成され、送信アンテナは、送信用チャープ信号源が生成した送信用チャープ信号を送信し、受信アンテナは、複数のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信した送信用チャープ信号を直接受信し、ミキサは、混合用チャープ信号源が生成した混合用チャープ信号と、受信アンテナが受信した送信用チャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成する。
本開示によれば、反射物を用意することなく、アンテナ間での信号の位相差を検出することができる。
実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図２Ａは、４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図２Ｂは、図２Ａのグラフを拡大した拡大図である。 図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、それぞれ、実施の形態１の具体例においてミキサが生成したビート信号の周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態１に係るレーダ装置が備えるモジュール数が様々な値をとった場合における、各チャープ信号源によるチャープ信号の生成開始タイミングの遅延時間の例を示す。 図５Ａは、実施の形態１の変形例に係る４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図５Ｂは、図５Ａのグラフを拡大した拡大図である。 図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、それぞれ、実施の形態１の変形例におけるビート信号のスペクトルを示すグラフである。 実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図８Ａは、４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図８Ｂは、図８Ａのグラフを拡大した拡大図である。 実施の形態２の具体例において各モジュールのミキサが生成したビート信号の周波数スペクトルを示すグラフである。 図１０Ａは、実施の形態２の変形例に係る４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図１０Ｂは、図１０Ａのグラフを拡大した拡大図である。 実施の形態２の変形例において各モジュールのミキサが生成したビート信号の周波数スペクトルを示すグラフである。 図１２Ａは、実施の形態２の別の変形例に係る４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図１２Ｂは、図１２Ａのグラフを拡大した拡大図である。 実施の形態２の別の変形例において各モジュールのミキサが生成したビート信号の周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図１５Ａは、実施の形態３の具体例に係る４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図１５Ｂは、図１５Ａのグラフを拡大した拡大図である。 実施の形態３の具体例に係る第２のモジュールのミキサが生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。 図１７Ａは、各実施の形態に係るレーダ装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１７Ｂは、各実施の形態に係るレーダ装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
例えば、車載レーダ装置では、周波数変調されたチャープ信号を送信用チャープ信号として用い、送信用チャープ信号と同じチャープ信号を混合用チャープ信号として用いて、当該混合用チャープ信号と、受信したチャープ信号とを混合することによりビート信号を生成し、当該ビート信号に基づいてターゲットまでの距離等を計算する。
車載レーダ装置は、送信アンテナ及び受信アンテナ、又は送受信アンテナを複数備えることにより、結果的に、アンテナの開口サイズを大きくすることにより得られる効果と同様の効果が得られ、ターゲットに対する角度分解能を上げることができる。ただし、その場合、上述の通り、アンテナ間での信号の位相差を考慮する必要がある。そして、製造ばらつき、経年変化又は温度変化等によりアンテナ間での信号の位相差に変動が生じた場合は、その補正を行う必要がある。
また、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離が大きい場合には、上述の混合用のチャープ信号源として、送信用のチャープ信号源と異なる信号源を用いる構成も考えられる。しかし、その場合、送信用のチャープ信号源と混合用のチャープ信号源との間の出力位相差に変動が生じた場合、その補正を行う必要がある。また、複数のチャープ信号源の各出力信号の位相関係は、例えば、モジュール毎に有線で測定したり、基準ターゲットで校正したりすることにより求めることができるが、レーダ装置の経年劣化、温度変動又は電源電圧変動等により位相特性が変動することがあり、常時、位相変動を観測することが重要である。
以下、本開示をより詳細に説明するため、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置２００の構成を示すブロック図である。図１が示すように、レーダ装置２００は、ＲＥＦ１（基準クロック生成部）、第１のモジュール１０１−１及び第２のモジュール１０１−２を含むｎ個のモジュール（複数のモジュール）、チャープ信号制御部７、並びに、位相差検出部８を備えている。なお、本明細書において、ｎは２以上の正の整数である。
ＲＥＦ１は、レーダ装置２００内で生成される全ての信号源を同期する基準クロックを生成する回路である。ＲＥＦ１は、生成した基準クロックを、ｎ個のモジュールにそれぞれ出力する。
ｎ個のモジュールは、それぞれ、チャープ信号源、送信アンテナ、受信アンテナ、ミキサ、及びアナログ−デジタル変換器を備えている。ｎ個のモジュールは、それぞれ、同様の構成を有しているため、以下では、代表して、第１のモジュール１０１−１が備えているチャープ信号源２−１、送信アンテナ３−１、受信アンテナ４−１、ミキサ５−１、及びアナログ−デジタル変換器６−１（図では、ＡＤＣ）について説明する。なお、第２のモジュール１０１−２も第１のモジュール１０１−１と同様に、チャープ信号源２−２、送信アンテナ３−２、受信アンテナ４−２、ミキサ５−２、及びアナログ−デジタル変換器６−２を備えている。
チャープ信号源２−１（チャープ信号生成部）は、チャープ信号を生成する。より詳細には、実施の形態１では、チャープ信号源２−１は、基準信号に同期してチャープ信号を生成する。つまり、ｎ個のモジュールの各チャープ信号源は、基準信号に同期してチャープ信号を生成する。
さらに詳細には、実施の形態１では、チャープ信号源２−１は、チャープ信号制御部７による制御に基づいて、チャープ信号を生成する。チャープ信号源２−１は、生成したチャープ信号を送信アンテナ３−１及びミキサ５−１にそれぞれ出力する。
送信アンテナ３−１は、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号を送信する。より詳細には、送信アンテナ３−１は、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号を電波として送信する。さらに詳細には、送信アンテナ３−１は、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号をｎ個のモジュールの各受信アンテナに向けて電波として送信する。例えば、送信アンテナ３−１は、送信されたチャープ信号をｎ個のモジュールの各受信アンテナが受信できるような範囲に向けて、チャープ信号を電波として送信する。
なお、実施の形態１では、チャープ信号源２−１と送信アンテナ３−１とが直接接続されている構成を説明するが、例えば、チャープ信号源２−１と送信アンテナ３−１との間に、周波数逓倍器又はミキサ等が設けられてもよい。その場合、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号は、周波数逓倍器又はミキサ等によって周波数変換された後に、送信アンテナ３−１によって送信される。
受信アンテナ４−１は、ｎ個のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信する。例えば、受信アンテナ４−１は、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信できる方向を向いている。または、例えば、受信アンテナ４−１は、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信できる位置に配置されている。
なお、ここにおける「属するモジュール」は、第１のモジュール１０１−１であり、受信アンテナ４−１は、第１のモジュール１０１−１以外の少なくとも１つ以上のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信する。また、受信アンテナ４−１は、属するモジュールの送信アンテナである送信アンテナ３−１が送信したチャープ信号をさらに直接受信してもよい。受信アンテナ４−１は、受信したチャープ信号をミキサ５−１に出力する。
ミキサ５−１は、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号と、受信アンテナ４−１が受信したチャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成する。なお、ここにおけるベースバンド信号は、ビート信号である。
より詳細には、実施の形態１では、ミキサ５−１は、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号を用いて、受信アンテナ４−１が受信したチャープ信号をダウンコンバートすることによりベースバンド信号を生成する。ミキサ５−１は、生成したベースバンド信号をアナログ−デジタル変換器６−１に出力する。
なお、上記のように、実施の形態１では、ミキサ５−１は、受信アンテナ４−１が受信したチャープ信号と混合するための混合用チャープ信号として、送信アンテナ３−１が送信したチャープ信号と同一のチャープ信号を用いる。しかし、例えば、レーダ装置２００は、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号を周波数逓倍する周波数逓倍器をさらに備え、送信アンテナ３−１が、当該周波数逓倍器によって周波数逓倍されたチャープ信号を送信用チャープ信号として送信し、ミキサ５−１が、周波数逓倍されていないチャープ信号を混合用チャープ信号として用いてもよい。その場合、ミキサ５−１は、ハーモニックミキサであり得る。これにより、ミキサ５−１は、周波数逓倍されたチャープ信号と、周波数逓倍されていないチャープ信号とを混合可能である。
アナログ−デジタル変換器６−１は、ミキサ５−１が生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成する。アナログ−デジタル変換器６−１は、生成したデジタル信号を位相差検出部８に出力する。
チャープ信号制御部７は、ｎ個のモジュールの各チャープ信号源を制御する。より詳細には、チャープ信号制御部７は、ｎ個のモジュールの各チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミング及び周波数のうちの少なくとも１つ以上が異なるチャープ信号を生成するように制御する。例えば、チャープ信号制御部７は、ｎ個のモジュールの各チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミングが異なるチャープ信号を生成するように、各チャープ信号源によるチャープ信号の生成開始のタイミングを異ならせる。詳細については後述する。
位相差検出部８は、アナログ−デジタル変換器６−１が生成したデジタル信号に基づいて、モジュール間でのチャープ信号の位相差を検出する。また、実施の形態１では、位相差検出部８は、アナログ−デジタル変換器６−１が生成したデジタル信号に基づいて、チャープ信号制御部７による制御によって生じた、モジュール間でのチャープ信号の周波数差を検出することにより、当該デジタル信号の基となったチャープ信号の信号源のモジュールを識別する。詳細については後述する。
なお、チャープ信号制御部７は、位相差検出部８が検出した位相差に基づいて、チャープ信号源２−１のチャープ信号の生成開始タイミングを調整してもよい。また、図示しないが、レーダ装置２００は、位相差検出部８が検出した位相差を画像として表示する構成をさらに有していてもよい。
なお、実施の形態１では、レーダ装置２００は、チャープ信号制御部７と、位相差検出部８とを別の構成として備えている構成について説明するが、レーダ装置２００は、チャープ信号制御部７の機能と位相差検出部８の機能との両方を有する制御部を備えていてもよい。その場合、例えば、当該制御部は、位相差検出部８の機能により検出した位相差に基づいて、チャープ信号制御部７の機能により、チャープ信号源２−１のチャープ信号の生成開始タイミングを調整してもよい。
なお、本明細書において、「モジュール間でのチャープ信号の位相差」とは、一方のモジュールの内部におけるチャープ信号の位相と、他方のモジュールの内部におけるチャープ信号の位相との位相差を意味する。「モジュール間でのチャープ信号の位相差」は、例えば、一方のモジュールにおける信号の出力開始タイミングと他方のモジュールにおける信号の出力開始タイミングとの時間差によって生じた位相差、又は一方のモジュールにおける信号経路と他方のモジュールにおける信号経路との経路差によって生じた位相差等である。
以下で、実施の形態１に係るレーダ装置２００の動作について説明する。以下では、代表して、第１のモジュール１０１−１と第２のモジュール１０１−２との間でのチャープ信号の位相差を検出する構成を想定する。なお、以下で説明する動作は、「第１」をｉとし、「第２」をｈとすることにより（ｉ及びｈはそれぞれ正の整数）、一般化可能である。
まず、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１は、基準信号に同期してチャープ信号を生成する。チャープ信号源２−１は、生成したチャープ信号を送信アンテナ３−１に出力する。第１のモジュール１０１−１の送信アンテナ３−１は、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号を、電波として、第２のモジュール１０１−２に向けて送信する。
一方、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２は、基準信号に同期してチャープ信号を生成し、生成したチャープ信号をミキサ５−２に出力する。第２のモジュール１０１−２の受信アンテナ４−２は、第１のモジュール１０１−１の送信アンテナ３−１が送信したチャープ信号を直接受信する。
次に、第２のモジュール１０１−２のミキサ５−２は、チャープ信号源２−２が生成したチャープ信号と、受信アンテナ４−２が受信したチャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成する。
次に、第２のモジュール１０１−２のアナログ−デジタル変換器６−２は、ミキサ５−２が生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成する。アナログ−デジタル変換器６−２は、生成したデジタル信号を位相差検出部８に出力する。
次に、位相差検出部８は、アナログ−デジタル変換器６−２が生成したデジタル信号に基づいて、第１のモジュール１０１−１と第２のモジュール１０１−２との間でのチャープ信号の位相差を検出する。
第１のモジュール１０１−１と第２のモジュール１０１−２との間でのチャープ信号の位相差についてより詳細には、例えば、上述の第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が生成し、送信アンテナ３−１が送信したチャープ信号の位相をφｓ（１）とすると、第２のモジュール１０１−２の受信アンテナ４−２が受信したチャープ信号の位相は、φｓ（１）＋φｄ（２、１）となる。φｄ（２、１）は、第１のモジュール１０１−１の送信アンテナ３−１から第２のモジュール１０１−２の受信アンテナ４−１までの伝搬の位相遅延量である。なお、ここでは、第１のモジュール１０１−１内でのチャープ信号源２−１から送信アンテナ３−１までの経路によるチャープ信号の位相遅延量は無視した。
そして、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が生成したチャープ信号の位相をφｓ（２）とすると、第２のモジュール１０１−２のミキサ５−２における、チャープ信号源２−２が生成したチャープ信号と受信アンテナ４−２が受信したチャープ信号の位相との位相差は、φｓ（１）＋φｄ（２、１）−φｓ（２）となる。なお、ここでも、第２のモジュール１０１−２内の回路間におけるチャープ信号の位相遅延量は無視した。
つまり、φｄ（２、１）を不変と仮定すると、レーダ装置２００は、この位相差を観測することで、位相差検出部８により、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が生成するチャープ信号の位相と第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が生成するチャープ信号の位相との位相差φｓ（１）−φｓ（２）を検出することができる。
なお、上記の説明では、φｄ（２、１）は不変としたが、ｎ個のモジュール間におけるチャープ信号の送受信情報が得られれば、φｄ（２、１）の値を算出することも可能である．つまり、モジュール間の距離が変化した場合にも、上記の方式により、一方のモジュールから他方のモジュールへの直接波を観測することで、モジュール間の距離の変化量を検出することができる。
なお、ここで、第２のモジュール１０１−２の受信アンテナ４−２で受信されるチャープ信号は、他の複数のモジュールの各送信信号が加算された信号である。そのため、レーダ装置２００は、その加算信号を分離し、信号源のモジュールを識別する必要がある。そこで、上述のように、チャープ信号制御部７は、各チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミング及び周波数のうちの少なくとも１つ以上が異なるチャープ信号を生成するように制御する。そして、各ミキサは、属するモジュールのチャープ信号源が生成したチャープ信号と、属するモジュール以外の複数のモジュールから送信された各チャープ信号とを混合する。以下では、上記のようなチャープ信号制御部７による制御の具体例について図面を参照してより詳細に説明する。
図２Ａは、４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図２Ｂは、図２Ａのグラフ（点線部分）を拡大した拡大図である。なお、以下の説明では、レーダ装置２００が備えているモジュール数は、４つであるものとする（ｎ＝４）。図２Ａ及び図２Ｂにおける縦軸は、各チャープ信号の周波数を示し、横軸は、時間である。
当該具体例では、チャープ信号制御部７は、４つのチャープ信号源から出力される４つのチャープ信号を、受信側で分離できるようにするため、４つのチャープ信号源がそれぞれ異なるタイミングでチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
以下で、当該具体例に係るチャープ信号制御部７の動作を説明する。まず、チャープ信号制御部７は、第１のステップとして、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が、第１のモジュール１０１−１、第２のモジュール１０１−２、第３のモジュール（図示せず）及び第４のモジュール（図示せず）の各チャープ信号源のうちで、最も早くチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
次に、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１がチャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第２のステップとして、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が生成したチャープ信号のパラメータと同じパラメータのチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２がチャープ信号の生成を開始してから時間２Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第３のステップとして、第３のモジュールのチャープ信号源が、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が生成したチャープ信号のパラメータと同じパラメータのチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
次に、第３のモジュールのチャープ信号源がチャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第４のステップとして、第４のモジュールのチャープ信号源が、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が生成したチャープ信号のパラメータと同じパラメータのチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
これにより、図２Ａ及び図２Ｂがそれぞれ示すように、各チャープ信号は、チャープ開始タイミングがずれる。
各チャープ信号源から出力されるチャープ信号の開始周波数は、同一であり、且つ、各チャープ信号源から出力されるチャープ信号の周波数の変化率（α）は、同一である。そのため、チャープ信号の出力開始時間がＴｄずれると、周波数は、ｆｄ＝α×Ｔｄだけずれることになる。より具体的には、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が出力したチャープ信号の周波数と、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が出力したチャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が出力したチャープ信号の周波数と、第３のモジュールのチャープ信号源が出力したチャープ信号の周波数との周波数差は、２ｆｄである。第３のモジュールのチャープ信号源が出力したチャープ信号の周波数と、第４のモジュールのチャープ信号源が出力したチャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。
上記のように各チャープ信号源で生成されたチャープ信号は、以下のように処理される。例えば、第２のモジュール１０１−２の送信アンテナ３−２は、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が出力したチャープ信号を送信し、第３のモジュールの送信アンテナは、第３のモジュールのチャープ信号源が出力したチャープ信号を送信し、第４のモジュールの送信アンテナは、第４のモジュールのチャープ信号源が出力したチャープ信号を送信する。第１のモジュール１０１−１の受信アンテナ４−１は、第２のモジュール１０１−２の送信アンテナ３−２、第３のモジュールの送信アンテナ及び第４のモジュールの送信アンテナが送信した各チャープ信号を受信する。次に、第１のモジュール１０１−１のミキサ５−１は、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が生成したチャープ信号と、第１のモジュール１０１−１の受信アンテナ４−１が第２のモジュール１０１−２の送信アンテナ３−２から受信したチャープ信号と、第１のモジュール１０１−１の受信アンテナ４−１が第３のモジュールの送信アンテナから受信したチャープ信号と、第１のモジュール１０１−１の受信アンテナ４−１が第４のモジュールの送信アンテナから受信したチャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成する。
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、それぞれ、当該具体例においてミキサが生成したビート信号（ベースバンド信号）の周波数スペクトルを示すグラフである。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄにおいて、縦軸は、ビート信号の電力であり、横軸は、ビート信号の周波数である。
より詳細には、図３Ａは、第１のモジュール１０１−１のミキサ５−１が生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。第１のモジュール１０１−１では、受信アンテナ４−１が、第２のモジュール１０１−２、第３のモジュール（図示しないが、１０１−３に相当）及び第４のモジュール（図示しないが、１０１−４に相当）から出力された各チャープ信号を受信し、ミキサ５−１が、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号と、受信アンテナ４−１が受信した各チャープ信号とを混合することによりベースバンド信号であるビート信号を生成する。
例えば、図３Ａが示す周波数ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が生成したチャープ信号と、第１のモジュール１０１−１の受信アンテナ４−１が第２のモジュール１０１−２の送信アンテナ３−２から受信したチャープ信号との混合波（ビート信号）の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第１のモジュール１０１−１と第２のモジュール１０１−２との間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
同様に、図３Ａが示す周波数３ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が生成したチャープ信号と、第１のモジュール１０１−１の受信アンテナ４−１が第３のモジュールの送信アンテナから受信したチャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第１のモジュール１０１−１と第３のモジュールとの間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
図３Ａが示す周波数４ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が生成したチャープ信号と、第１のモジュール１０１−１の受信アンテナ４−１が第４のモジュールの送信アンテナから受信したチャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第１のモジュール１０１−１と第４のモジュールとの間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
このように、第１のモジュール１０１−１以外の３つのモジュールから受信した各チャープ信号に由来する混合波は、全て異なる周波数を有するため、スペクトル解析により容易に分離でき、各チャープ信号の位相を算出することが可能である。
同様に、図３Ｂは、第２のモジュール１０１−２のミキサ５−２が生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。図３Ｃは、第３のモジュールのミキサが生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。図３Ｄは、第４のモジュールのミキサが生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。図３Ｂ、図３Ｃ又は図３Ｄが示すように、第２のモジュール１０１−２、第３のモジュール又は第４のモジュールにおいても、各混合波の周波数が、由来するモジュール毎にずれており、容易に分離可能である。
そして、位相差検出部８は、アナログ−デジタル変換器６−１が生成したデジタル信号に基づいて、チャープ信号制御部７による制御によって生じた、モジュール間でのチャープ信号の周波数差を検出し、当該周波数差から、当該デジタル信号の基となったチャープ信号の信号源のモジュールを識別することが可能となる。
図４は、レーダ装置２００が備えるモジュール数ｎが様々な値をとった場合における、各チャープ信号源によるチャープ信号の生成開始タイミングの遅延時間の例を示す。当該具体例では、ｎ＝４の場合を例にとって、チャープ信号制御部７による制御を説明したが、図４が示すように、レーダ装置２００が備えるモジュール数がさらに増えた場合にも、チャープ信号制御部７による制御には、当該具体例の構成と同様の構成が適用可能である。
例えば、複数のモジュールが送信する各チャープ信号の多重化を行わない構成の場合、２つのモジュール間でのチャープ信号の位相差検出を１組ずつ順次行って、全てのモジュールの組み合わせで、チャープ信号の位相差を求める必要がある。しかし、当該具体例の構成によれば、複数のモジュールが送信した各チャープ信号が混合されることによってベースバンド信号が生成されても、そのベースバンド信号の基となったチャープ信号の信号源のモジュールを識別することが可能となる。これによって、複数のモジュール間での各チャープ信号の位相関係を同時に検出することが可能となり、検出時間を大幅に短縮することができる。
なお、当該具体例では、各モジュールのチャープ信号を多重化するため、各チャープ信号源が互いに異なるタイミングでチャープ信号の生成及び出力を開始する構成を説明したが、チャープ信号制御部７は、各チャープ信号源が、互いに、周波数が異なるチャープ信号を生成するように制御してもよい。これによっても、同様の効果が得られる。
以下で、実施の形態１に係るレーダ装置２００の各モジュールが備えているミキサの変形例について説明する。当該変形例では、レーダ装置２００の各モジュールが備えているミキサは、イメージリジェクションミキサ（ＩＲＭ）である。
図５Ａは、当該変形例に係る４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図５Ｂは、図５Ａのグラフ（点線部分）を拡大した拡大図である。図５Ａ及び図５Ｂにおける縦軸は、各チャープ信号の周波数を示し、横軸は、時間である。
当該変形例においても、チャープ信号制御部７は、４つのチャープ信号源から出力される４つのチャープ信号を、受信側で分離できるようにするため、４つのチャープ信号源がそれぞれ異なるタイミングでチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
チャープ信号制御部７は、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が、第１のモジュール１０１−１、第２のモジュール１０１−２、第３のモジュール（図示せず）及び第４のモジュール（図示せず）の各チャープ信号源のうちで、最も早くチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１がチャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２がチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２がチャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第３のモジュールのチャープ信号源が、チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第３のモジュールのチャープ信号源がチャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第４のモジュールのチャープ信号源が、チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
つまり、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が最初にチャープ信号を出力してから、時間Ｔｄ間隔で、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２、第３のモジュールのチャープ信号源、第４のモジュールのチャープ信号源の順で、チャープ信号の出力が開始される。この場合、時間的に隣り合うチャープ信号の周波数差は、全てｆｄとなる。つまり、第１のモジュール１０１−１のチャープ信号源２−１が出力したチャープ信号の周波数と、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が出力したチャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が出力したチャープ信号の周波数と、第３のモジュールのチャープ信号源が出力したチャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。第３のモジュールのチャープ信号源が出力したチャープ信号の周波数と、第４のモジュールのチャープ信号源が出力したチャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、それぞれ、当該変形例におけるビート信号（ベースバンド信号）のスペクトルを示すグラフである。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄにおいて、縦軸は、ビート信号の電力であり、横軸は、ビート信号の周波数である。
より詳細には、図６Ａは、第１のモジュール１０１−１のミキサ５−１であるイメージリジェクションミキサが生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。図６Ｂは、第２のモジュール１０１−２のミキサ５−２であるイメージリジェクションミキサが生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。図６Ｃは、第３のモジュールのミキサであるイメージリジェクションミキサが生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。図６Ｄは、第４のモジュールのミキサであるイメージリジェクションミキサが生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。
例えば、図６Ｂが示す周波数ｆｄのスペクトルは、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が生成したチャープ信号と、第２のモジュール１０１−２の受信アンテナ４−２が第３のモジュールの送信アンテナから受信したチャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第２のモジュール１０１−２と第３のモジュールとの間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
また、図６Ｂが示す周波数−ｆｄのスペクトルは、第２のモジュール１０１−２のチャープ信号源２−２が生成したチャープ信号と、第２のモジュール１０１−２の受信アンテナ４−２が第１のモジュール１０１−１の送信アンテナ３−１から受信したチャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第１のモジュール１０１−１と第２のモジュール１０１−２との間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
このように、レーダ装置２００の各モジュールが備えているミキサがイメージリジェクションミキサであるため、各混合波の周波数の正又は負の符号を区別することが可能である。このため、各チャープ信号源によるチャープ信号の生成及び出力の開始タイミングが等間隔ずつずれていても、互いに異なるモジュールに由来する混合波同士で、周波数が重なることが無く、容易に分離が可能である。
なお、当該変形例の構成では、上述の具体例で示した構成に比べて、ビート信号に現れる混合波の周波数の最大値が小さくなる（４ｆｄ→３ｆｄ）。つまり、アナログ−デジタル変換器で変換すべき信号の周波数帯域が狭くてよいという利点がある。
以上のように、実施の形態１に係るレーダ装置２００は、複数のモジュールを備えているレーダ装置２００であって、複数のモジュールは、それぞれ、チャープ信号源、送信アンテナ、受信アンテナ、ミキサ、及びアナログ−デジタル変換器を備え、チャープ信号源は、チャープ信号を生成し、送信アンテナは、チャープ信号源が生成したチャープ信号を送信し、受信アンテナは、複数のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信し、ミキサは、チャープ信号源が生成したチャープ信号と、受信アンテナが受信したチャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成し、アナログ−デジタル変換器は、ミキサが生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成する。
上記の構成によれば、一方のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を他方のモジュールの受信アンテナが直接受信する。これにより、反射物を用意することなく、アンテナ間での信号の位相差を検出することができる。よって、レーダ装置を運用している最中でも、アンテナ間での信号の位相差を検出することができる。そして、当該位相差に変動が生じた場合でも、その補正を行うことができる。
また、上記の構成では、例えば、受信アンテナが複数のモジュールからチャープ信号を受信した場合、複数のモジュールから到来した各チャープ信号を分離する必要がある。そこで、実施の形態１に係るレーダ装置２００は、複数のモジュールの各チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミング及び周波数のうちの少なくとも１つ以上が異なるチャープ信号を生成するように制御するチャープ信号制御部をさらに備えている。
上記の構成によれば、複数のモジュールが送信した各チャープ信号が混合されることによってベースバンド信号であるビート信号が生成されても、各チャープ信号に由来するビート信号の周波数が重ならない。よって、そのビート信号の基となったチャープ信号の信号源のモジュールを識別することが可能となる。これによって、複数のモジュール間での各チャープ信号の位相関係を同時に検出することが可能となり、検出時間を大幅に短縮することができる。
また、実施の形態１に係るレーダ装置２００が備えている複数のモジュールの各ミキサは、イメージリジェクションミキサである。
上記の構成によれば、ベースバンド信号の周波数スペクトルにおいて、各混合波の周波数の正又は負の符号を区別することが可能である。このため、チャープ信号の生成及び出力の開始タイミングが等間隔ずつずれていても、互いに異なるモジュールに由来する混合波同士で、周波数が重なることが無く、容易に分離が可能である。
また、実施の形態１に係るレーダ装置２００は、アナログ−デジタル変換器が生成したデジタル信号に基づいて、モジュール間でのチャープ信号の位相差を検出する位相差検出部８をさらに備えている。
上記の構成によれば、位相差検出部により、モジュール間での信号の位相差を好適に検出することができる。つまり、アンテナ間でのチャープ信号の位相差を好適に検出することができる。
また、実施の形態１に係るレーダ装置２００が備えている位相差検出部８は、アナログ−デジタル変換器が生成したデジタル信号に基づいて、チャープ信号制御部７による制御によって生じた、モジュール間でのチャープ信号の周波数差を検出することにより、当該デジタル信号の基となったチャープ信号の信号源のモジュールを識別する。
上記の構成によれば、複数のモジュールが送信した各チャープ信号が混合されることによってベースバンド信号が生成されても、そのベースバンド信号の基となったチャープ信号の信号源のモジュールを識別することが可能となる。
実施の形態２．
実施の形態１では、各モジュールにおいて、送信アンテナが送信する送信用チャープ信号と、ミキサが、受信アンテナによって受信されたチャープ信号と混合する混合用チャープ信号とが同一である構成について説明した。実施の形態２では、各モジュールにおいて、送信用チャープ信号と混合用チャープ信号とを別々に生成する構成について説明する。
以下で、実施の形態２について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図７は、実施の形態２に係るレーダ装置２０１の構成を示すブロック図である。図７が示すように、レーダ装置２０１は、実施の形態１に係るレーダ装置２００と比較して、第１のモジュール１０１−１及び第２のモジュール１０１−２を含むｎ個のモジュールの代わりに、第１のモジュール１０２−１及び第２のモジュール１０２−２を含むｎ個のモジュールを備えている。
より詳細には、レーダ装置２０１におけるｎ個のモジュールの各チャープ信号源は、送信用チャープ信号源、及び混合用チャープ信号源から構成されている。実施の形態２に係るｎ個のモジュールの各チャープ信号源は、それぞれ、同様の構成を有しているため、以下では、代表して、第１のモジュール１０２−１のチャープ信号源９−１について説明する。チャープ信号源９−１は、送信用チャープ信号源９ａ−１、及び混合用チャープ信号源９ｂ−１から構成されている。なお、第２のモジュール１０２−２のチャープ信号源９−２は、送信用チャープ信号源９ａ−２、及び混合用チャープ信号源９ｂ−２から構成されている。
第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１は、送信用チャープ信号を生成する。より詳細には、送信用チャープ信号源９ａ−１は、基準信号に同期して送信用チャープ信号を生成する。さらに詳細には、送信用チャープ信号源９ａ−１は、チャープ信号制御部７による制御に基づいて、送信用チャープ信号を生成する。送信用チャープ信号源９ａ−１は、生成した送信用チャープ信号を送信アンテナ３−１に出力する。
第１のモジュール１０２−１のチャープ信号源９−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１は、混合用チャープ信号を生成する。より詳細には、混合用チャープ信号源９ｂ−１は、基準信号に同期して混合用チャープ信号を生成する。さらに詳細には、混合用チャープ信号源９ｂ−１は、チャープ信号制御部７による制御に基づいて、混合用チャープ信号を生成する。混合用チャープ信号源９ｂ−１は、生成した混合用チャープ信号をミキサ５−１に出力する。
第１のモジュール１０２−１の送信アンテナ３−１は、送信用チャープ信号源９ａ−１が生成した送信用チャープ信号を送信する。
第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１は、ｎ個のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信した送信用チャープ信号を直接受信する。ここにおける「属するモジュール」は、第１のモジュール１０２−１であり、受信アンテナ４−１は、第１のモジュール１０２−１以外の少なくとも１つ以上のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信する。受信アンテナ４−１は、受信したチャープ信号をミキサ５−１に出力する。
第１のモジュール１０２−１のミキサ５−１は、混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、受信アンテナ４−１が受信した送信用チャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成する。
実施の形態１と同様に、第１のモジュール１０２−１のアナログ−デジタル変換器６−１は、ミキサ５−１が生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成する。
第１のモジュール１０２−１のチャープ信号制御部７は、ｎ個のモジュールの各送信用チャープ信号源及び各混合用チャープ信号源を制御する。より詳細には、第１のモジュール１０２−１のチャープ信号制御部７は、ｎ個のモジュールの各送信用チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミング及び周波数のうちの少なくとも１つ以上が異なるチャープ信号を生成するように制御する。また、実施の形態２では、第１のモジュール１０２−１のチャープ信号制御部７は、ｎ個のモジュールの各送信用チャープ信号源と、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源とが、互いに、チャープ開始タイミング及び周波数のうちの少なくとも１つ以上が異なるチャープ信号を生成するように制御する。
実施の形態１と同様に、第１のモジュール１０２−１の位相差検出部８は、アナログ−デジタル変換器６−１が生成したデジタル信号に基づいて、モジュール間でのチャープ信号の位相差を検出する。なお、ここにおけるモジュール間でのチャープ信号の位相差は、送信用チャープ信号と混合用チャープ信号との位相差である。また、位相差検出部８は、アナログ−デジタル変換器６−１が生成したデジタル信号に基づいて、チャープ信号制御部７による制御によって生じた、モジュール間でのチャープ信号の周波数差を検出することにより、当該デジタル信号の基となった送信用チャープ信号の信号源のモジュールを識別する。なお、ここにおけるモジュール間でのチャープ信号の周波数差は、送信用チャープ信号と混合用チャープ信号との周波数差である。
以下で、実施の形態２に係るレーダ装置２０１の動作について説明する。以下では、代表して、第１のモジュール１０２−１のチャープ信号と第２のモジュール１０２−２のチャープ信号との位相差を検出する構成を想定する。なお、以下で説明する動作は、「第１」をｉとし、「第２」をｈとすることにより（ｉ及びｈはそれぞれ正の整数）、一般化可能である。
まず、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１は、基準信号に同期して送信用チャープ信号を生成する。送信用チャープ信号源９ａ−１は、生成した送信用チャープ信号を送信アンテナ３−１に出力する。第１のモジュール１０２−１の送信アンテナ３−１は、送信用チャープ信号源９ａ−１が生成した送信用チャープ信号を、電波として、第２のモジュール１０２−２に向けて送信する。
一方、第２のモジュール１０２−２の混合用チャープ信号源９ｂ−２は、基準信号に同期して混合用チャープ信号を生成し、生成した混合用チャープ信号をミキサ５−２に出力する。第２のモジュール１０２−２の受信アンテナ４−２は、第１のモジュール１０２−１の送信アンテナ３−１が送信した送信用チャープ信号を直接受信する。
次に、第２のモジュール１０２−２のミキサ５−２は、混合用チャープ信号源９ｂ−２が生成したチャープ信号と、受信アンテナ４−２が受信した送信用チャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成する。
次に、第２のモジュール１０２−２のアナログ−デジタル変換器６−２は、ミキサ５−２が生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成する。アナログ−デジタル変換器６−２は、生成したデジタル信号を位相差検出部８に出力する。
次に、位相差検出部８は、アナログ−デジタル変換器６−２が生成したデジタル信号に基づいて、第１のモジュール１０２−１と第２のモジュール１０２−２との間でのチャープ信号の位相差を検出する。
第１のモジュール１０２−１と第２のモジュール１０２−２との間でのチャープ信号の位相差についてより詳細には、例えば、上述の第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が生成し、送信アンテナ３−１が送信した送信用チャープ信号の位相をφｓａ（１）とすると、第２のモジュール１０２−２の受信アンテナ４−２が受信した送信用チャープ信号の位相は、φｓａ（１）＋φｄ（２、１）となる。φｄ（２、１）は、第１のモジュール１０２−１の送信アンテナ３−１から第２のモジュール１０２−２の受信アンテナ４−２までの伝搬の位相遅延量である。なお、ここでは、第１のモジュール１０２−１内での送信用チャープ信号源９ａ−１から送信アンテナ３−１までの経路による送信用チャープ信号の位相遅延量は無視した。
そして、第２のモジュール１０２−２の混合用チャープ信号源９ｂ−２が生成した混合用チャープ信号の位相をφｓｂ（２）とすると、第２のモジュール１０２−２のミキサ５−２における、混合用チャープ信号源９ｂ−２が生成した混合用チャープ信号と受信アンテナ４−２が受信した送信用チャープ信号の位相との位相差は、φｓａ（１）＋φｄ（２、１）−φｓｂ（２）となる。なお、ここでも、第２のモジュール１０２−２内の回路間におけるチャープ信号の位相遅延量は無視した。
つまり、φｄ（２、１）を不変と仮定すると、レーダ装置２０１は、この位相差を観測することで、位相差検出部８により、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が生成する送信用チャープ信号の位相と第２のモジュール１０２−２の混合用チャープ信号源９ｂ−２が生成する混合用チャープ信号の位相との位相差φｓａ（１）−φｓｂ（２）を検出することができる。
なお、実施の形態２では、レーダ装置２０１が、各モジュール内に、それぞれが基準クロックに同期してチャープ信号を生成する２つのチャープ信号源（送信用チャープ信号源及び混合用チャープ信号源）を備えている構成について説明した。しかし、チャープ信号源を２つ用意する必要はなく、レーダ装置２０１は、例えば、各モジュールがチャープ信号源を１つだけ備え、当該チャープ信号源から出力されたチャープ信号に対して、時間遅延又は周波数オフセットを設ける構成をさらに有することにより、送信用チャープ信号又は混合用チャープ信号を生成してもよい。このような構成でも、同様の効果が得られる。
以下で、実施の形態２に係るチャープ信号制御部７による制御の具体例について図面を参照してより詳細に説明する。
図８Ａは、４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図８Ｂは、図８Ａのグラフ（点線部分）を拡大した拡大図である。なお、以下の説明では、レーダ装置２０１が備えているモジュール数は、４つであるものとする（ｎ＝４）。図８Ａ及び図８Ｂにおける縦軸は、各チャープ信号の周波数を示し、横軸は、時間である。
当該具体例では、チャープ信号制御部７は、４つのチャープ信号源から出力される４つのチャープ信号を、受信側で分離できるようにするため、４つのチャープ信号源がそれぞれ異なるタイミングでチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
まず、チャープ信号制御部７は、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１、第２のモジュール１０２−２の混合用チャープ信号源９ｂ−２、第３のモジュールの混合用チャープ信号源（図示せず）、及び第４のモジュールの混合用チャープ信号源（図示せず）が、同時に混合用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
次に、各モジュールの混合用チャープ信号源が混合用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が、第１のモジュール１０２−１、第２のモジュール１０２−２、第３のモジュール及び第４のモジュールの各送信用チャープ信号源のうちで、最も早く送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
次に、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が送信用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が生成した送信用チャープ信号のパラメータと同じパラメータの送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
次に、第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が送信用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第３のモジュールの送信用チャープ信号源が、送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第３のモジュールの送信用チャープ信号源が送信用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第４のモジュールの送信用チャープ信号源が、送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
これにより、図８Ａ及び図８Ｂがそれぞれ示すように、各チャープ信号は、開始タイミングがずれる。
各送信用チャープ信号源及び各混合用チャープ信号源から出力されるチャープ信号の開始周波数は、同一であり、且つ、各送信用チャープ信号源及び各混合用チャープ信号源から出力されるチャープ信号の周波数の変化率（α）は、同一である。そのため、チャープ信号の出力開始時間がＴｄずれると、周波数は、ｆｄ＝α×Ｔｄだけずれることになる。より具体的には、各モジュールの混合用チャープ信号源が出力した混合用チャープ信号の周波数と、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が出力した送信用チャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が出力した送信用チャープ信号の周波数と、第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が出力した送信用チャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が出力した送信用チャープ信号の周波数と、第３のモジュールの送信用チャープ信号源が出力した送信用チャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。第３のモジュールの送信用チャープ信号源が出力した送信用チャープ信号の周波数と、第４のモジュールの送信用チャープ信号源が出力した送信用チャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。
図９は、当該具体例において各モジュールのミキサが生成したビート信号（ベースバンド信号）の周波数スペクトルを示すグラフである。つまり、各モジュールのミキサが生成したビート信号の周波数スペクトルは、同一のスペクトルを示す。図９において、縦軸は、ビート信号の電力であり、横軸は、ビート信号の周波数である。なお、以下では、代表して、第１のモジュール１０２−１のミキサ５−１が生成したビート信号について説明する。
第１のモジュール１０２−１において、受信アンテナ４−１は、送信アンテナ３−１、第２のモジュール１０２−２、第３のモジュール及び第４のモジュールから出力された各送信用チャープ信号を受信する。次に、第１のモジュール１０２−１において、ミキサ５−１は、混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、受信アンテナ４−１が受信した各送信用チャープ信号とを混合することによりベースバンド信号であるビート信号を生成する。
例えば、図９が示す周波数ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第１のモジュール１０２−１の送信アンテナ３−１から受信した送信用チャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、送信アンテナ３−１と受信アンテナ４−１との間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
図９が示す周波数２ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第２のモジュール１０２−２の送信アンテナ３−２から受信した送信用チャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第１のモジュール１０２−１と第２のモジュール１０２−２との間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
図９が示す周波数３ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第３のモジュールの送信アンテナから受信した送信用チャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第１のモジュール１０２−１と第３のモジュールとの間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
図９が示す周波数４ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第４のモジュールの送信アンテナから受信した送信用チャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第１のモジュール１０２−１と第４のモジュールとの間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
このように、４つのモジュールから受信した各送信用チャープ信号に由来する混合波は、全て異なる周波数を有するため、スペクトル解析により容易に分離でき、各送信用チャープ信号の位相を算出することが可能である。
第２のモジュール１０２−２のミキサ５−２が生成したビート信号のスペクトル、第３のモジュールのミキサが生成したビート信号のスペクトル、及び第４のモジュールのミキサが生成したビート信号のスペクトルは、第１のモジュール１０２−１のミキサ５−１が生成したビート信号のスペクトルと同様である。図９が示すように、第２のモジュール１０２−２、第３のモジュール又は第４のモジュールにおいても、各混合波の周波数が、由来するモジュール毎にずれており、容易に分離可能である。
そして、位相差検出部８は、アナログ−デジタル変換器６−１が生成したデジタル信号に基づいて、チャープ信号制御部７による制御によって生じた、モジュール間でのチャープ信号の周波数差を検出し、当該周波数差から、当該デジタル信号の基となった送信用チャープ信号の信号源のモジュールを識別することが可能となる。
なお、当該具体例では、各モジュールのチャープ信号（送信用チャープ信号及び混合用チャープ信号）を多重化するために、各チャープ信号源が互いに異なるタイミングでチャープ信号の生成及び出力を開始する構成を説明したが、チャープ信号制御部７は、各チャープ信号源が、互いに、周波数が異なるチャープ信号を生成するように制御してもよい。これによっても、同様の効果が得られる。
以下で、実施の形態２に係るレーダ装置２０１の各モジュールが備えているミキサの変形例について説明する。当該変形例では、レーダ装置２０１の各モジュールが備えているミキサは、イメージリジェクションミキサ（ＩＲＭ）である。
図１０Ａは、当該変形例に係る４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図１０Ｂは、図１０Ａのグラフ（点線部分）を拡大した拡大図である。図１０Ａ及び図１０Ｂにおける縦軸は、各チャープ信号の周波数を示し、横軸は、時間である。
当該変形例においても、チャープ信号制御部７は、４つのチャープ信号源から出力される４つのチャープ信号を、受信側で分離できるようにするため、４つのチャープ信号源がそれぞれ異なるタイミングでチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
チャープ信号制御部７は、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が、第１のモジュール１０２−１、第２のモジュール１０２−２、第３のモジュール（図示せず）及び第４のモジュール（図示せず）の各送信用チャープ信号源のうちで、最も早く送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が送信用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
次に、第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が送信用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１、第２のモジュール１０２−２の混合用チャープ信号源９ｂ−２、第３のモジュールの混合用チャープ信号源（図示せず）、及び第４のモジュールの混合用チャープ信号源（図示せず）が、同時に混合用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
次に、各混合用チャープ信号源が混合用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第３のモジュールの送信用チャープ信号源が、送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第３のモジュールの送信用チャープ信号源が送信用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第４のモジュールの送信用チャープ信号源が、送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
つまり、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が最初に送信用チャープ信号を出力してから、時間Ｔｄ間隔で、第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２、各モジュールの混合用チャープ信号源、第３のモジュールの送信用チャープ信号源、第４のモジュールの送信用チャープ信号源の順で、チャープ信号の出力が開始される。この場合、時間的に隣り合うチャープ信号の周波数差は、全てｆｄとなる。つまり、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が出力した送信用チャープ信号の周波数と、第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が出力した送信用チャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が出力した送信用チャープ信号の周波数と、各モジュールの混合用チャープ信号源が出力した混合用チャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。各モジュールの混合用チャープ信号源が出力した混合用チャープ信号の周波数と、第３のモジュールの送信用チャープ信号源が出力した送信用チャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。第３のモジュールの送信用チャープ信号源が出力した送信用チャープ信号の周波数と、第４のモジュールの送信用チャープ信号源が出力した送信用チャープ信号の周波数との周波数差は、ｆｄである。
図１１は、当該変形例において各モジュールのミキサが生成したビート信号（ベースバンド信号）の周波数スペクトルを示すグラフである。つまり、各モジュールのミキサが生成したビート信号の周波数スペクトルは、同一のスペクトルを示す。図１１において、縦軸は、ビート信号の電力であり、横軸は、ビート信号の周波数である。なお、以下では、代表して、第１のモジュール１０２−１のミキサ５−１が生成したビート信号について説明する。
例えば、図１１が示す周波数ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第３のモジュールの送信アンテナから受信した送信用チャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第１のモジュール１０２−１と第３のモジュールとの間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
また、図１１が示す周波数−ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第２のモジュール１０２−２の送信アンテナ３−２から受信したチャープ信号との混合波の周波数を示す。なお、ここでは単純化のために、第１のモジュール１０２−１と第２のモジュール１０２−２との間の電波の伝搬遅延時間は、無視した。
このように、レーダ装置２０１の各モジュールが備えているミキサがイメージリジェクションミキサであるため、各混合波の周波数の正又は負の符号を区別することが可能である。そして、混合用チャープ信号よりも開始タイミングが遅い送信用チャープ信号に基づいた混合波と、混合用チャープ信号よりも開始タイミングが早い送信用チャープ信号に基づいた混合波とを分離することが可能である。
なお、当該変形例の構成では、上述の具体例で示した構成に比べて、ビート信号に現れる混合波の周波数の最大値が小さくなる（４ｆｄ→２ｆｄ）。つまり、アナログ−デジタル変換器で変換すべき信号の周波数帯域が狭くてよいという利点がある。
以下で、実施の形態２に係るレーダ装置２０１が備えているモジュールの変形例について説明する。当該変形例では、ｎ個のモジュールは、ターゲット送信用モジュールを含む。
ターゲット送信用モジュールの送信アンテナは、ターゲット送信用モジュールの送信用チャープ信号源が生成した送信用チャープ信号を、ターゲットに対して送信する。ターゲット送信用モジュールの送信アンテナが送信用チャープ信号をターゲットに対して送信する方法の例として、送信波電力を上げる方法、送信用チャープ信号の送信方向をターゲット方向へ向ける方法等が挙げられる。
当該変形例では、チャープ信号制御部７は、ｎ個のモジュールの各送信用チャープ信号源が、互いに、開始タイミングが異なるチャープ信号を生成し、且つ、ターゲット送信用モジュールの送信用チャープ信号源が、ｎ個のモジュールの各送信用チャープ信号源のうちで、最も開始タイミングが遅いチャープ信号を生成するように制御する。また、当該変形例では、位相差検出部８は、ターゲットまでの距離又はターゲットの速度等に由来するチャープ信号の周波数をさらに検出する。位相差検出部８は、当該周波数に基づいて、ターゲットまでの距離又はターゲットの速度等を算出してもよい。
以下では、ターゲット送信用モジュールを、第４のモジュール（図示せず）とする。つまり、第４のモジュールの送信アンテナは、第４のモジュールのチャープ信号源が生成したチャープ信号を、ターゲットに対して送信する。チャープ信号制御部７は、４個のモジュールの各送信用チャープ信号源が、互いに、開始タイミングが異なるチャープ信号を生成し、且つ、第４の送信用チャープ信号源が、４個のモジュールの各送信用チャープ信号源のうちで、最も開始タイミングが遅いチャープ信号を生成するように制御する。
図１２Ａは、当該変形例に係る４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図１２Ｂは、図１２Ａのグラフ（点線部分）を拡大した拡大図である。図１２Ａ及び図１２Ｂにおける縦軸は、各チャープ信号の周波数を示し、横軸は、時間である。
当該変形例においても、チャープ信号制御部７は、４つのチャープ信号源から出力される４つのチャープ信号を、受信側で分離できるようにするため、４つのチャープ信号源がそれぞれ異なるタイミングでチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
チャープ信号制御部７は、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が、第１のモジュール１０２−１、第２のモジュール１０２−２、第３のモジュール（図示せず）及び第４のモジュール（図示せず）の各送信用チャープ信号源のうちで、最も早く送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第１のモジュール１０２−１の送信用チャープ信号源９ａ−１が送信用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
次に、第２のモジュール１０２−２の送信用チャープ信号源９ａ−２が送信用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１、第２のモジュール１０２−２の混合用チャープ信号源９ｂ−２、第３のモジュールの混合用チャープ信号源（図示せず）、及び第４のモジュールの混合用チャープ信号源（図示せず）が、同時に混合用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
次に、各混合用チャープ信号源が混合用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第３のモジュールの送信用チャープ信号源が、送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第３のモジュールの送信用チャープ信号源が送信用チャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、ターゲット送信用モジュールである第４のモジュールの送信用チャープ信号源が、送信用チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。つまり、チャープ信号制御部７は、第４の送信用チャープ信号源が、４個のモジュールの各送信用チャープ信号源のうちで、最も位相が遅いチャープ信号を生成するように制御する。
図１３は、当該変形例において各モジュールのミキサが生成したビート信号（ベースバンド信号）の周波数スペクトルを示すグラフである。つまり、各モジュールのミキサが生成したビート信号の周波数スペクトルは、同一のスペクトルを示す。図１３において、縦軸は、ビート信号の電力であり、横軸は、ビート信号の周波数である。なお、以下では、代表して、第１のモジュール１０２−１のミキサ５−１が生成したビート信号について説明する。
例えば、図１３が示す周波数ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第１のモジュール１０２−１の送信アンテナ３−１から直接受信した送信用チャープ信号との混合波の周波数を示す。同様に、図１３が示す周波数２ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第２のモジュール１０２−２の送信アンテナ３−２から直接受信した送信用チャープ信号との混合波の周波数を示す。図１３が示す周波数３ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第３のモジュールの送信アンテナから直接受信した送信用チャープ信号との混合波の周波数を示す。図１３が示す周波数４ｆｄのスペクトルは、第１のモジュール１０２−１の混合用チャープ信号源９ｂ−１が生成した混合用チャープ信号と、第１のモジュール１０２−１の受信アンテナ４−１が第４のモジュールの送信アンテナから受信した送信用チャープ信号との混合波の周波数を示す。
つまり、図１３では、４ｆｄ以下の周波数領域において、各モジュールから直接受信されたチャープ信号に由来する混合波のスペクトルが現れる。一方、上述のように第４の送信用チャープ信号源が４個のモジュールの各送信用チャープ信号源のうちで最も開始タイミングが遅いチャープ信号を生成することに起因して、第４のモジュールが送信し、ターゲットから反射されたチャープ信号に由来する混合波のスペクトルは、全て、４ｆｄより高い周波数領域に現れることになる（図示せず）。
つまり、位相差検出部８は、４ｆｄより低い周波数領域の信号を用いてモジュール間でのチャープ信号の位相差を検出すると同時に、４ｆｄより高い周波数領域の信号を用いてターゲットまでの距離又はターゲットの速度等に由来するチャープ信号の周波数を検出することができる。これにより、モジュール間でのチャープ信号の位相差を検出するための専用の時間帯を設ける必要がなくなり、限られた時間を有効にターゲット測定処理に利用することが可能となる。
以上のように、実施の形態２に係るレーダ装置２０１の複数のモジュールが備えている各チャープ信号源は、送信用チャープ信号を生成する送信用チャープ信号源、及び、混合用チャープ信号を生成する混合用チャープ信号源から構成され、送信アンテナは、送信用チャープ信号源が生成した送信用チャープ信号を送信し、受信アンテナは、複数のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信した送信用チャープ信号を直接受信し、ミキサは、混合用チャープ信号源が生成した混合用チャープ信号と、受信アンテナが受信した送信用チャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成する。
上記の構成によれば、一方のモジュールの送信用チャープ信号が送信した送信用チャープ信号を他方のモジュールの受信アンテナが直接受信する。これにより、反射物を用意することなく、アンテナ間でのチャープ信号の位相差を検出することができる。
また、実施の形態２に係るレーダ装置２０１は、複数のモジュールの各送信用チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミング及び周波数のうちの少なくとも１つ以上が異なる送信用チャープ信号を生成するように制御するチャープ信号制御部７をさらに備えている。
上記の構成によれば、複数のモジュールが送信した各送信用チャープ信号が混合されることによってベースバンド信号が生成されても、そのベースバンド信号の基となった送信用チャープ信号の信号源のモジュールを識別することが可能となる。これによって、複数のモジュール間での各チャープ信号の位相関係を同時に検出することが可能となり、検出時間を大幅に短縮することができる。
また、実施の形態２に係るレーダ装置２０１は、複数のモジュールは、ターゲット送信用モジュールを含み、ターゲット送信用モジュールの送信アンテナは、ターゲット送信用モジュールの送信用チャープ信号源が生成した送信用チャープ信号を、ターゲットに対して送信し、チャープ信号制御部は、複数のモジュールの各送信用チャープ信号源が、互いに、開始タイミングが異なるチャープ信号を生成し、且つ、ターゲット送信用モジュールの送信用チャープ信号源が、複数のモジュールの各送信用チャープ信号源のうちで、最も開始タイミングが遅いチャープ信号を生成するように制御する。
上記の構成によれば、ミキサが生成するビート信号のうちで、ターゲット送信用モジュールの送信用チャープ信号源が生成した最も開始タイミングが遅いチャープ信号に由来する混合波の周波数と、ターゲット送信用モジュール以外のモジュールが生成したチャープ信号に由来する混合波の周波数とが異なる。これにより、ターゲット送信用モジュールが送信したチャープ信号を識別することができる。よって、モジュール間でのチャープ信号の位相差を検出すると同時に、ターゲットまでの距離又はターゲットの速度等に由来するチャープ信号の周波数を検出することができる。従って、モジュール間でのチャープ信号の位相差を検出するための専用の時間帯を設ける必要がなくなり、限られた時間を有効にターゲット測定処理に利用することが可能となる。
実施の形態３．
実施の形態１では、各モジュールにおいて、チャープ信号源が生成したチャープ信号が、直接、送信アンテナに出力される構成を説明した。実施の形態３では、各モジュールにおいて、チャープ信号源と送信アンテナとの間に移相器が設けられる構成について説明する。
以下で、実施の形態３について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１４は、実施の形態３に係るレーダ装置２０２の構成を示すブロック図である。図１４が示すように、レーダ装置２０２は、実施の形態１に係るレーダ装置２００と比較して、第１のモジュール１０１−１及び第２のモジュール１０１−２を含むｎ個のモジュールの代わりに、第１のモジュール１０３−１及び第２のモジュール１０３−２を含むｎ個のモジュールを備えている。より詳細には、レーダ装置２０２におけるｎ個のモジュールは、それぞれ、移相器をさらに備えている。実施の形態３に係るｎ個のモジュールの各移相器は、それぞれ、同様の構成を有しているため、以下では、代表して、第１のモジュール１０３−１の移相器１０−１について説明する。なお、第２のモジュール１０３−２は、移相器１０−２をさらに備えている。
実施の形態３に係る第１のモジュール１０３−１のチャープ信号源２−１は、生成したチャープ信号を、移相器１０−１及びミキサ５−１にそれぞれ出力する。
移相器１０−１は、チャープ信号源が生成したチャープ信号に対して、位相変調を行う。より詳細には、実施の形態３では、移相器１０−１は、チャープ信号制御部７による制御に基づいて、チャープ信号源２−１が生成したチャープ信号に対して、位相変調を行う。詳細については後述する。移相器１０−１は、位相変調を行ったチャープ信号を送信アンテナ３−１に出力する。
実施の形態３に係る送信アンテナ３−１は、移相器１０−１が位相変調を行った送信用チャープ信号を送信する。
実施の形態３に係るチャープ信号制御部７は、ｎ個のモジュールの各移相器が、互いに、異なる符号系列を用いた位相変調を行うようにさらに制御する。
以下で、実施の形態３に係るチャープ信号制御部７による制御の具体例について図面を参照してより詳細に説明する。
図１５Ａは、４つのモジュールの各チャープ信号源が生成したチャープ波形を示すグラフである。図１５Ｂは、図１５Ａのグラフ（点線部分）を拡大した拡大図である。なお、以下の説明では、レーダ装置２０２が備えているモジュール数は、４つであるものとする（ｎ＝４）。図１５Ａ及び図１５Ｂにおける縦軸は、各チャープ信号の周波数を示し、横軸は、時間である。
当該具体例においても、チャープ信号制御部７は、４つのチャープ信号源から出力される４つのチャープ信号を、受信側で分離できるようにするため、４つのチャープ信号源がそれぞれ異なるタイミングでチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
チャープ信号制御部７は、第１のモジュール１０３−１のチャープ信号源２−１が、第１のモジュール１０３−１、第２のモジュール１０３−２、第３のモジュール（図示せず）及び第４のモジュール（図示せず）の各チャープ信号源のうちで、最も早くチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第１のモジュール１０３−１のチャープ信号源２−１がチャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第２のモジュール１０３−２のチャープ信号源２−２がチャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第２のモジュール１０３−２のチャープ信号源２−２がチャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第３のモジュールのチャープ信号源が、チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。次に、第３のモジュールのチャープ信号源がチャープ信号の生成を開始してから時間Ｔｄ遅れて、チャープ信号制御部７は、第４のモジュールのチャープ信号源が、チャープ信号の生成及び出力を開始するように制御する。
また、当該具体例では、チャープ信号制御部７は、第１のモジュール１０３−１の移相器１０−１、第２のモジュール１０３−２の移相器１０−２、第３のモジュールの移相器（図示せず）及び第４のモジュールの移相器（図示せず）がそれぞれ行う位相変調の移相量を設定する。ここで、図１５Ａが示すように、チャープ信号制御部７が設定する各移相量をΦ（１）〜Φ（４）とする。図１５Ａが示すように、各移相量は、ヒット（チャープの１スイープ）毎に異なる値となる．例えば、第１のモジュール１０３−１の移相器１０−１における位相変調の移相量Φ（１）は、１ヒット目がＰＮ１［１］＊π（ｒａｄ）、２ヒット目がＰＮ１［２］＊π（ｒａｄ）となる。ここで、ＰＮ１［ｋ］は、Ｍ系列などの疑似雑音系列である（ｋは正の整数）。つまり、当該具体例では、チャープ信号制御部７は、モジュール毎に異なる系列を用いて位相変調の移相量を設定する。
図１６は、当該具体例に係る第２のモジュール１０３−２のミキサ５−２が生成したビート信号のスペクトルを示すグラフである。図１６において、左側のグラフが復号前のビート信号のスペクトルを示すグラフであり、右側のグラフが復号後のビート信号のスペクトルを示すグラフである。図１６において、各グラフの縦軸は、ビート信号の電力であり、各グラフの横軸は、ビート信号の周波数である。
図１６の左側のグラフが示すように、第１のモジュール１０３−１の送信アンテナ３−１から送信されたチャープ信号に由来する混合波の周波数と、第３のモジュールの送信アンテナから送信されたチャープ信号に由来する混合波の周波数とは、それぞれ、ｆｄであり、周波数軸上で重なっている。
ここで、例えば、これらのビート信号を、第１のモジュール１０３−１の移相器１０−１における位相変調で用いられたＰＮ１系列を用いて復号すると、図１６の左側のスペクトルは、図１６の右側のスペクトルとなる。図１６の右側のスペクトルが示すように、第１のモジュール１０３−１からのチャープ信号に由来する混合波に対してのみ、電力が合成されて大きくなっている。これにより、周波数が重なっていた、第３のモジュールからのチャープ信号に由来する混合波の影響を小さくし、第１のモジュール１０３−１からのチャープ信号に由来する混合波のみを分離することが可能となる。他のモジュールからのチャープ信号に由来する混合波を取り出したいときも同様に、対応する系列を用いてビート信号を復号することにより抽出可能である。また、当該具体例により、イメージリジェクションミキサを使わずに、周波数帯域を抑えつつ、複数のモジュールからのチャープ信号を分離することが可能となる。
以上のように、実施の形態３に係るレーダ装置２０２における複数のモジュールは、それぞれ、移相器をさらに備え、移相器は、チャープ信号源が生成したチャープ信号に対して、位相変調を行い、チャープ信号制御部は、複数のモジュールの各移相器が、互いに、異なる符号系列を用いた位相変調を行うようにさらに制御する。
上記の構成によれば、ミキサが生成したビート信号（ベースバンド信号）において、互いに異なるモジュールに由来する混合波同士で、周波数が重なっている場合でも、ビート信号に対して、各移相器の位相変調に応じた信号処理を行うことにより、混合波を分離することができる。つまり、当該ビート信号の基となったチャープ信号の信号源のモジュールを識別することが可能となる。
実施の形態４．
実施の形態１に係るレーダ装置２００、実施の形態２に係るレーダ装置２０１又は実施の形態３に係るレーダ装置２０２における、チャープ信号制御部７及び位相差検出部８のそれぞれの機能は、処理回路により実現される。これらの処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。
図１７Ａは、レーダ装置２００、レーダ装置２０１又はレーダ装置２０２の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１７Ｂは、レーダ装置２００、レーダ装置２０１又はレーダ装置２０２の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図１７Ａ及び図１７Ｂに示す複数のモジュール３０１は、上述の各実施の形態のｎ個のモジュールと同様の機能を実行する。図１７Ａ及び図１７Ｂに示す基準クロック生成装置３０２は、上述のＲＥＦ１と同様の機能を実行する。
上記処理回路が図１７Ａに示す専用のハードウェアの処理回路３００である場合、処理回路３００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はこれらを組み合わせたものが該当する。
レーダ装置２００、レーダ装置２０１又はレーダ装置２０２における、チャープ信号制御部７及び位相差検出部８のそれぞれの機能を別々の処理回路で実現してもよいし、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
上記処理回路が図１７Ｂに示すプロセッサ３０３である場合、レーダ装置２００、レーダ装置２０１又はレーダ装置２０２における、チャープ信号制御部７及び位相差検出部８のそれぞれの機能は、ソフトウェア、ファームウェア又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。
なお、ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ３０４に記憶される。
プロセッサ３０３は、メモリ３０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、レーダ装置２００、レーダ装置２０１又はレーダ装置２０２における、チャープ信号制御部７及び位相差検出部８のそれぞれの上述の機能を実現する。
これらのプログラムは、レーダ装置２００、レーダ装置２０１又はレーダ装置２０２における、チャープ信号制御部７及び位相差検出部８の手順又は方法をコンピュータに実行させる。メモリ３０４は、コンピュータを、レーダ装置２００、レーダ装置２０１又はレーダ装置２０２における、チャープ信号制御部７及び位相差検出部８として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
メモリ３０４には、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
レーダ装置２００、レーダ装置２０１又はレーダ装置２０２における、チャープ信号制御部７及び位相差検出部８のそれぞれの機能について一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。
例えば、チャープ信号制御部７は、専用のハードウェアとしての処理回路で機能を実現する。位相差検出部８については、プロセッサ３０３がメモリ３０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより機能を実現してもよい。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組み合わせにより上記機能のそれぞれを実現することができる。
なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
本開示に係るレーダ装置は、反射物を用意することなく、アンテナ間での信号の位相差を検出することができるため、レーダ装置において、当該位相差を補正する技術に利用可能である。
１ ＲＥＦ、２−１ チャープ信号源、２−２ チャープ信号源、３−１ 送信アンテナ、３−２ 送信アンテナ、４−１ 受信アンテナ、４−２ 受信アンテナ、５−１ ミキサ、５−２ ミキサ、６−１ アナログ−デジタル変換器、６−２ アナログ−デジタル変換器、７ チャープ信号制御部、８ 位相差検出部、９−１ チャープ信号源、９−２ チャープ信号源、９ａ−１ 送信用チャープ信号源、９ａ−２ 送信用チャープ信号源、９ｂ−１ 混合用チャープ信号源、９ｂ−２ 混合用チャープ信号源、１０−１ 移相器、１０−２ 移相器、１０１−１ 第１のモジュール、１０１−２ 第２のモジュール、１０２−１ 第１のモジュール、１０２−２ 第２のモジュール、１０３−１ 第１のモジュール、１０３−２ 第２のモジュール、２００，２０１，２０２ レーダ装置、３００ 処理回路、３０１ 複数のモジュール、３０２ 基準クロック生成装置、３０３ プロセッサ、３０４ メモリ。

Claims (6)

  1. 複数のモジュールを備えているレーダ装置であって、
    前記複数のモジュールは、それぞれ、チャープ信号源、送信アンテナ、受信アンテナ、ミキサ、及びアナログ−デジタル変換器を備え、
    前記チャープ信号源は、チャープ信号を生成し、
    前記送信アンテナは、前記チャープ信号源が生成したチャープ信号を送信し、
    前記受信アンテナは、前記複数のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信し、
    前記ミキサは、前記チャープ信号源が生成したチャープ信号と、前記受信アンテナが受信したチャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成し、
    前記アナログ−デジタル変換器は、前記ミキサが生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成し、
    前記複数のモジュールの各チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミングが異なるチャープ信号を生成するように制御するチャープ信号制御部と、
    前記アナログ−デジタル変換器が生成したデジタル信号に基づいて、前記チャープ信号制御部による制御によって生じた、モジュール間でのチャープ信号の周波数差を検出することにより、当該デジタル信号の基となったチャープ信号の信号源のモジュールを識別する位相差検出部と、をさらに備えていることを特徴とする、レーダ装置。
  2. 前記ミキサは、イメージリジェクションミキサであることを特徴とする、請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 前記複数のモジュールは、それぞれ、移相器をさらに備え、
    前記移相器は、前記チャープ信号源が生成したチャープ信号に対して、位相変調を行い、
    前記チャープ信号制御部は、前記複数のモジュールの各移相器が、互いに、異なる符号系列を用いた位相変調を行うようにさらに制御することを特徴とする、請求項１に記載のレーダ装置。
  4. 複数のモジュールを備えているレーダ装置であって、
    前記複数のモジュールは、それぞれ、チャープ信号源、送信アンテナ、受信アンテナ、ミキサ、及びアナログ−デジタル変換器を備え、
    前記チャープ信号源は、チャープ信号を生成し、
    前記送信アンテナは、前記チャープ信号源が生成したチャープ信号を送信し、
    前記受信アンテナは、前記複数のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信したチャープ信号を直接受信し、
    前記ミキサは、前記チャープ信号源が生成したチャープ信号と、前記受信アンテナが受信したチャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成し、
    前記アナログ−デジタル変換器は、前記ミキサが生成したベースバンド信号をデジタル変換することによりデジタル信号を生成し、
    前記チャープ信号源は、送信用チャープ信号を生成する送信用チャープ信号源、及び、混合用チャープ信号を生成する混合用チャープ信号源から構成され、
    前記送信アンテナは、前記送信用チャープ信号源が生成した送信用チャープ信号を送信し、
    前記受信アンテナは、前記複数のモジュールのうちの、属するモジュール以外のモジュールの送信アンテナが送信した送信用チャープ信号を直接受信し、
    前記ミキサは、前記混合用チャープ信号源が生成した混合用チャープ信号と、前記受信アンテナが受信した送信用チャープ信号とを混合することによりベースバンド信号を生成することを特徴とする、レーダ装置。
  5. 前記複数のモジュールの各送信用チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミング及び周波数のうちの少なくとも１つ以上が異なる送信用チャープ信号を生成するように制御するチャープ信号制御部をさらに備えていることを特徴とする、請求項４に記載のレーダ装置。
  6. 前記複数のモジュールは、ターゲット送信用モジュールを含み、
    前記ターゲット送信用モジュールの送信アンテナは、前記ターゲット送信用モジュールの送信用チャープ信号源が生成した送信用チャープ信号を、ターゲットに対して送信し、
    前記チャープ信号制御部は、複数のモジュールの各送信用チャープ信号源が、互いに、チャープ開始タイミング及び周波数のうちの少なくとも１つ以上が異なるチャープ信号を生成し、且つ、前記ターゲット送信用モジュールの送信用チャープ信号源が、前記複数のモジュールの各送信用チャープ信号源のうちで、最もチャープ開始タイミングが遅いチャープ信号を生成するように制御することを特徴とする、請求項５に記載のレーダ装置。
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