JP7203817B2 - レーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法 - Google Patents

レーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法に関するものである。
特許文献１には、電圧制御発振部（ＶＣＯ）と送信アンテナの間に強度変調部を配置し、強度変調部によって搬送波を変調することでパルス信号を生成し、パルス信号によって対象物を検出するレーダ装置に関する技術が開示されている。
特開２０１５－４０７６５号公報
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、送信アンテナから出力される送信信号が受信アンテナに直接受信される回り込み信号や、車両に搭載された際にバンパ等から反射された信号等の不要な信号成分が存在し、このような不要信号が存在する場合、レーダ装置の近傍に存在する対象物からの反射波と不要信号との区別が困難であることから、近傍に存在する対象物を検出することが困難という問題点がある。
本発明は、近傍に存在する対象物を検出可能なレーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明は、対象物を検出するレーダ装置において、同期した複数の周波数成分を有する信号を出力する出力回路と、前記出力回路から出力される信号に基づいて局発信号を生成する生成回路と、前記局発信号に基づいて送信信号を生成して送信アンテナを介して送信する送信回路と、前記対象物によって反射された前記送信信号を、受信アンテナを介して受信して受信信号として出力する受信回路と、前記受信信号に含まれる複数の周波数成分の位相に基づいて、前記対象物を検出する処理を実行する検出回路と、前記検出回路によって検出された前記対象物に関する情報を外部に供給する供給回路と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、レーダ装置の近傍に存在する対象物を検出することができる。
また、本発明は、前記送信回路は、前記局発信号に含まれる複数の周波数成分のそれぞれに対して同一の変調信号を重畳することで前記送信信号を生成することを特徴とする。
このような構成によれば、所望の波形を有する送信信号を容易に生成することができる。
また、本発明は、前記出力回路が出力する複数の周波数成分を有する信号は、一定の間隔で周波数成分がコム状に配置され、前記生成回路は、周波数成分がコム状に配置される信号を逓倍または分周することで前記局発信号を生成し、前記送信回路は、同一のベースバンド信号を前記局発信号によってアップコンバートすることで前記送信信号を生成し、前記受信回路は、前記局発信号によって前記受信信号をダウンコンバートすることで前記受信信号を生成し、前記検出回路は、前記ダウンコンバートされた信号に含まれる複数の周波数成分に基づいて前記対象物を検出する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、簡易な構成によって、レーダ装置の近傍に存在する対象物を検出することができる。
また、本発明は、前記検出回路は、前記ダウンコンバートされた信号に基づいて、所定の距離に存在する前記対象物を強調または減衰させることを特徴とする。
このような構成によれば、対象物を強調または減衰することで、所望の対象物を確実に検出することができる。
また、本発明は、前記受信信号は、複数の対象物から反射された信号を含み、
前記検出回路は、前記ダウンコンバートされた信号に含まれる、前記複数の対象物のうち所定の距離の対象物に対応する位相成分を検出し、当該検出した位相成分を差し引くことで、前記所定の距離の対象物の信号を減衰させることを特徴とする。
このような構成によれば、不要な対象物の信号を減衰させることが可能になる。
また、本発明は、前記検出回路は、前記ダウンコンバートされた信号に含まれる同相成分を検出し、当該検出した同相成分を差し引くことで、前記送信アンテナから前記受信アンテナに直接入力される回り込み信号を減衰して前記対象物を検出することを特徴とする。
このような構成によれば、回り込み信号を除去することで、近傍に存在する対象物を確実に検出することができる。
また、本発明は、前記送信回路は、前記局発信号を、振幅変調、位相変調、または、これらの組み合わせによって変調することで、前記送信信号を生成することを特徴とする。
このような構成によれば、用途に応じた最適な変調方式を選択することができる。
また、本発明は、前記出力回路は、所定の波形を所定の周期で繰り返す信号に基づいて、同期した複数の周波数成分を有する信号を生成することを特徴とする。
このような構成によれば、簡易な構成によって、複数の周波数成分を有する信号を生成することができる。
また、本発明は、前記レーダ装置は車両に搭載され、前記供給回路から供給される前記対象物に関する情報に基づいて、前記車両の走行状態が制御される、ことを特徴とする。
このような構成によれば、車両の周辺に存在する対象物に基づいて、車両を適切に制御することが可能になる。
また、本発明は、対象物を検出するレーダ装置の対象物検出方法において、同期した複数の周波数成分を有する信号を出力する出力し、出力される信号に基づいて局発信号を生成し、前記局発信号に基づいて送信信号を生成して送信アンテナを介して送信し、前記対象物によって反射された前記送信信号を、受信アンテナを介して受信して受信信号として出力し、前記受信信号に含まれる複数の周波数成分の位相に基づいて、前記対象物を検出する処理を実行し、検出された前記対象物に関する情報を外部に供給する、ことを特徴とする。
このような方法によれば、レーダ装置の近傍に存在する対象物を検出することができる。
本発明によれば、近傍に存在する対象物を検出可能なレーダ装置およびレーダ装置の対象物検出方法を提供することが可能となる。
本発明の第１実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。 図１に示す周波数コム生成部の詳細な構成例を示す図である。 図１に示す周波数コム生成部の他の詳細な構成例を示す図である。 図１に示す逓倍部から出力される局発信号の周波数特性を示す図である。 図１に示す増幅部から出力される送信信号の周波数特性を示す図である。 図１に示すミキサによってダウンコンバートされた信号の周波数特性を示す図である。 レーダ装置の近傍に存在する対象物を検出する動作を説明するための図である。 異なる波長の信号を用いて対象物を検出する場合の動作を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。
次に、本発明の実施形態について説明する。
（Ａ）本発明の第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。この図に示すように、本発明の第１実施形態に係るレーダ装置１０は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車両の周囲に存在する他の車両、歩行者、障害物等の対象物を検出する。
ここで、レーダ装置１０は、制御部１１、ベースバンド信号生成部１２、周波数コム（Comb）生成部１３、逓倍部１４、ミキサ１５、ＢＰＦ（Band Pass Filter）１６、増幅部１７、送信アンテナ１８、受信アンテナ１９－１～１９－４、選択部２０、増幅部２２、ミキサ２３，２４、ＬＰＦ（Low Pass Filter）２５，２６、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２７，２８、および、受信信号処理部２９を有している。
ここで、制御部１１は、ベースバンド信号生成部１２、周波数コム生成部１３、選択部２０、受信信号処理部２９、および、その他の部分を制御する。なお、図１において、破線は制御信号を伝送するための信号線を示している。
ベースバンド信号生成部１２は、ベースバンド信号を生成して、ミキサ１５に供給する。周波数コム生成部１３は、複数の周波数成分が周波数軸状にコム（櫛）状に配置されるコム信号を生成して逓倍部１４に供給する。
逓倍部１４は、周波数コム生成部１３から供給されるコム信号を逓倍してミキサ１５、遅延部２１、および、ミキサ２３に局発信号として供給する。ミキサ１５は、ベースバンド信号生成部１２から供給されるベースバンド信号を、逓倍部１４から供給される局発信号によってアップコンバートして出力する。
ＢＰＦ１６は、ミキサ１５から出力される信号に含まれる所定の帯域の成分を通過させ、それ以外の成分を減衰してＲＦ（Radio Frequency）信号として出力する。増幅部１７は、ＢＰＦ１６から出力されるＲＦ信号を所定のゲインで増幅して送信信号として出力する。送信アンテナ１８は、増幅部１７から出力される送信信号を電磁波として送信する。
受信アンテナ１９－１～１９－４は、送信アンテナ１８から送信され、対象物で反射された電磁波を受信し、電気信号に変換して出力する。選択部２０は、制御部１１の制御に応じて、受信アンテナ１９－１～１９－４のいずれかを選択して増幅部２２に接続する。
遅延部２１は、逓倍部１４から出力される局発信号の位相をπ／２遅延して出力する。増幅部２２は、選択部２０から出力される受信信号を所定のゲインで増幅して出力する。
ミキサ２３は、増幅部２２から出力される信号を逓倍部１４から出力される局発信号によってダウンコンバートしてＩＦ（Intermediate Frequency）信号として出力する。ミキサ２４は、増幅部２２から出力される信号を遅延部２１から出力される局発信号によってダウンコンバートしてＩＦ信号として出力する。
ＬＰＦ２５は、ミキサ２３から出力されるＩＦ信号から高調波成分を減衰して出力する。ＬＰＦ２６は、ミキサ２４から出力されるＩＦ信号から高調波成分を減衰して出力する。
ＡＤＣ２７は、ＬＰＦ２５から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して受信信号処理部２９に供給する。ＡＤＣ２８は、ＬＰＦ２６から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して受信信号処理部２９に供給する。
受信信号処理部２９は、ＡＤＣ２７，２８から供給されるデジタル化された受信信号を入力し、プリサム処理、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理、クラスタリング処理、トラッキング処理等を実行することで対象物を検出し、検出した結果を図示しない上位のＥＣＵ（Electric Control Unit）等に供給する。
なお、受信信号処理部２９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信部、Ｉ／Ｆ（Interface）等によって構成し、ＲＯＭに格納されている実行可能な命令群をＣＰＵが読み出して実行することで後述する処理を実現可能としてもよい。なお、複数のＣＰＵによって分散処理を実行するようにしてもよい。また、ＣＰＵの代わりに、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、または、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって構成するようにしてもよい。
（Ｂ）本発明の第１実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第１実施形態の動作を説明する。以下では、本発明の第１実施形態の動作原理について説明した後、詳細な動作を説明する。
レーダ装置１０が動作を開始すると、制御部１１は、ベースバンド信号生成部１２を制御してベースバンド信号の生成を開始させるとともに、周波数コム生成部１３を制御してコム信号の生成を開始させる。
図２は、図１に示す周波数コム生成部１３の構成例を示す図である。図２では、周波数コム生成部１３は、パルス生成部１２１およびＢＰＦ１２２を有している。パルス生成部１２１は、図２（Ａ）に示すように、周期Ｔ＝１／Δｆのインパルス状のパルス信号を生成して出力する。このようなパルス信号を周波数領域に変換すると、図２（Ｂ）に示すように、櫛歯状に飛び飛びの信号となる。なお、周波数のコム間隔はΔｆであり、これは、図２（Ａ）に示すパルス信号の周期の逆数である。
ＢＰＦ１２２は、パルス生成部１２１から供給される信号から、所定の帯域幅を有する信号を通過させ、それ以外を減衰して出力する。その結果、図２（Ｃ）に示すように、所定の帯域幅を有する信号がコム信号として出力される。
図３は、図１に示す周波数コム生成部１３の他の構成例を示す図である。図３では、周波数コム生成部１３は、周期電圧波形生成部１２３、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）１２４、および、ＢＰＦ１２５を有している。周期電圧波形生成部１２３は、図３（Ａ）に示すように、周期Ｔ＝１／Δｆの周期的な電圧波形を生成して出力する。この波形は、例えば、サイン波やノコギリ波、三角波、方形波や階段状波形等の周期的な波形であればよい。ＶＣＯ１２４は周期電圧波形生成部１２３の出力電圧に応じて発振周波数を変化させてＢＰＦ１２５に出力する。ＢＰＦ１２５は、ＶＣＯ１２４から供給される信号から、所定の帯域幅を有する信号を通過させ、それ以外を減衰して出力する。その結果、図３（Ｂ）に示すような信号がコム信号として出力される。
逓倍部１４は、周波数コム生成部１３から出力される信号を逓倍して局発信号として出力する。図４は、逓倍部１４から出力される局発信号の一例を示す図である。なお、図４では、説明を簡略化するために、局発信号は３波から構成されるものとする。しかしながら、本発明は３波の場合のみに限定されるものではない。
図４に示す局発信号は、中心周波数ｆ０と、中心周波数よりも高い周波数ｆ＋１と、中心周波数よりも低い周波数ｆ－１と、を有している。なお、ｆ０の信号をＬｏ．０と称し、ｆ＋１の信号をＬｏ．＋１と称し、ｆ－１の信号をＬｏ．－１と称する。
ミキサ１５は、ベースバンド信号生成部１２から出力されるベースバンド信号を、逓倍部１４から供給される図４に示す局発信号によってアップコンバートして出力する。ＢＰＦ１６は、ミキサ１５から供給される信号の所定の周波数帯を通過させ、それ以外の不要な成分を減衰してＲＦ信号として出力する。
図５は、増幅部１７から出力される送信信号の周波数特性を示す図である。この図５の例では、送信信号にはｆ－１，ｆ０，ｆ＋１の３波の信号が含まれている。このような送信信号は、増幅部１７によって所定のゲインで増幅された後、送信アンテナ１８から電磁波として送信される。送信アンテナ１８から送信された電磁波は、対象物で反射され、受信アンテナ１９－１～１９－４によって受信され、受信信号として選択部２０に供給される。
選択部２０は、制御部１１によって接続状態が制御され、例えば、送信信号が送信される毎に、選択部２０によって受信アンテナ１９－１～１９－４の順に選択され、受信信号が増幅部２２に供給される。
増幅部２２は、選択部２０から供給された受信信号を所定のゲインで増幅してミキサ２３，２４に供給する。ミキサ２３は、増幅部２２から供給される受信信号を、逓倍部１４から供給される局発信号によってダウンコンバートして出力する。ミキサ２４は、増幅部２２から供給される受信信号を、遅延部２１によって位相がπ／２遅延された局発信号によってダウンコンバートして出力する。なお、ミキサ２３，２４は、増幅部２２から出力される受信信号を直交復調し、ＩＱ成分として出力する。
図６は、ミキサ２３，２４から出力される信号の一例を示している。図５の送信信号の周波数に対して、この例では、周波数がｆ－１－ｆ＋１，ｆ－１－ｆ０，０，ｆ＋１－ｆ０，ｆ＋１－ｆ－１の５波の信号が示されている。より詳細には、図６に示す各成分は、以下の（１）～（５）によって表される。
（１）ＩＦ－２はＲＦ－１をＬｏ．＋１でダウンコンバートされた成分
（２）ＩＦ＋２はＲＦ＋１をＬｏ．－１でダウンコンバートされた成分
（３）ＩＦ０はＲＦｘをＬｏ．ｘ（ｘ：－１，０，＋１）でダウンコンバートされた成分が合成された成分
（４）ＩＦ－１はＲＦｘをＬｏ．ｘ＋１（ｘ：－１，０）でダウンコンバートされた成分が合成された成分
（５）ＩＦ＋１はＲＦｘをＬｏ．ｘ－１（ｘ：０，＋１）でダウンコンバートされた成分が合成された成分
ミキサ２３，２４から出力された信号は、ＬＰＦ２５，２６によって不要な高周波成分が減衰された後、ＡＤＣ２７，２８に供給される。ＡＤＣ２７，２８は、ＬＰＦ２５，２６から供給されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、受信信号処理部２９に供給する。受信信号処理部２９は、ＡＤＣ２７，２９から供給されるデジタル信号に対して、プリサム処理、ＦＦＴ処理、クラスタリング処理、および、トラッキング処理を施すことで対象物を検出する。
ところで、複数の対象物が近接して存在している場合、レーダ装置１０は、これら複数の対象物の弁別が困難なことがある。例えば、距離ゲートをＤＧとし、各コムの周波数番号をＦＣＮとする場合に、例えば、受信アンテナ１９－１による受信信号のＩＱ成分を以下とする。
Ｉ（ＤＧ，ＦＣＮ）
Ｑ（ＤＧ，ＦＣＮ）
例えば、１距離ゲートを電波の往復時間が１［ｎｓｅｃ］に対応する１５［ｃｍ］としたとき、距離ゲートＤＧに対応する距離は、Ｄ［ｍ］＝０．１５・ＤＧである。また、コムの数がＮ＋１個である場合にＦＣＮは－Ｎ／２≦ＦＣＮ≦Ｎ／２の整数であり、各コムの周波数はｆＦＣＮ［ＧＨｚ］＝ｆ０＋Δｆ・（ＦＣＮ）である。
なお、直交復調による距離ゲートＤＧのＩＱデータとは、パルスが距離Ｄ＝０．１５・ＤＧの往復時間に対応するタイミングで測定したデータを意味する。例えば、パルス幅が１０［ｎｓｅｃ］としたとき、１０距離ゲート分（約１．５ｍ）の距離幅の情報が同じ距離ゲートのＩＱデータとして混ざってしまう。
具体的には、図７（Ａ）に示すように、対象物Ｔ１，Ｔ２が１．５ｍを隔ててレーダ装置１０の検出範囲内に配置されている場合を考える。この場合、前述したように、パルス幅が１０［ｎｓｅｃ］＝１０距離ゲート分（約１．５ｍ）の場合には、図７（Ｂ）に実線の曲線で示すパルス信号のパルス幅の中に収まってしまうことから、反射波が合成され、合成された反射波を時間領域では弁別することができない。
しかしながら、周波数番号ＦＣＮが異なる場合、つまり、送信信号の波長（周波数）を変化させた場合には、受信信号の位相が対象物までの距離に応じて変化するので、このような位相変化を参照することで、対象物を弁別することができる。図７（Ａ）の例において、例えば、波長がλ＋Δλの送信信号を用いて対象物Ｔ１，Ｔ２を検出し、ＩＱ平面上に表示すると、図８（Ａ）および図８（Ｂ）の破線で示す矢印のようになる。このような場合において、波長がλの送信信号を用いて対象物Ｔ１，Ｔ２を検出し、ＩＱ平面上に表示すると、図８（Ａ）および図８（Ｂ）の実線で示す矢印のようになる。このとき、図８（Ａ）では破線と実線の位相差はΔφＴ１であり、図８（Ｂ）では破線と実線の位相差はΔφＴ２であり、ΔφＴ１≠ΔφＴ２である。なお、ΔφＴ１，ΔφＴ２は、後述するように、レーダ装置１０と対象物Ｔ１，Ｔ２の距離に応じて変化する。
以上に説明したように、図７（Ａ）に示すように、対象物Ｔ１，Ｔ２が分解能未満の距離隔てて存在する場合であっても、周波数を変化させることで、ＩＱ平面上における位相差に基づいて、これらを弁別することができる。
つぎに、第１実施形態の動作について、周波数領域に着目して説明する。前述したように、ミキサ２３，２４から出力される信号ＩＦ０，ＩＦ±１は複数のＲＦ成分が合成された結果として生成される信号である（前述した（３）～（５）参照）。ここで、ＩＦ±２を用いてＲＦ０とＲＦ±１の成分を分離することができる。
例えば、ＩＦ－２はＲＦ－１をＬｏ．―１でダウンコンバートした結果であり、Ｌｏ．―１の周波数も位相も既知であるので、ＲＦ―１を再生することができる。そして、ＩＦ―１はＲＦ―１をＬｏ．０でダウンコンバートした成分とＲＦ０をＬｏ．＋１でダウンコンバートした成分の合成されたものである。このとき、局発信号は周波数コム生成部１３により各周波数成分が生成されているため、Ｌｏ．―１とＬｏ．０は、周波数が異なるのみの同期した信号である。そのため、ＲＦ―１をＬｏ．―１でダウンコンバートした結果であるＩＦ―２を周波数変換すると、ＩＦ―１におけるＲＦ―１をＬｏ．０でダウンコンバートした成分を求めることができる。そのため、ＩＦ―１からＩＦ―２の周波数変換したものを差し引き、周波数変換することによってＲＦ０を求めることができる。ＲＦ―１とＲＦ０が求まることにより同様な処理で、ＩＦ０からもＩＦ＋１からもＲＦ＋１を求めることができる。
ＲＦｘ（ｘ：－１,０,＋１）を用いて、送信アンテナ１８から出力される送信信号が、例えば、基板上を介し受信アンテナ１９－１～１９－４に直接受信される回り込み信号を除去する例を説明する。例えば、ＲＦ０とＲＦ－１の波長をそれぞれ、λ０＋Δλおよびλ０とすると、対象物までの往復距離（２Ｌ）と波長の差分（Δλ）の関係から、以下の式（１）に示す位相変化が生じる。
Figure 0007203817000001
 ・・・（１）
このとき、上式において送信アンテナ１８から出力される送信信号が受信アンテナ１９－１～１９－４に直接受信される回り込み信号はＬ＝０に相当するため、Δφもまた０である。そして、ＲＦ０とＲＦ＋１の関係においても同様に、距離Ｌの対象物においては位相差が生じるが、回り込み信号は位相差なしの同相である。これを利用して、各ＲＦｘ（ｘ：－１,０,＋１）を同じ周波数（たとえば０Ｈｚ）に周波数変換し、それらをＩＱ平面上で平均すると波長によって位相差が生じた距離Ｌの対象物の成分は打ち消しあって弱められるが、同相成分はそのまま残るので回り込み信号成分のみを抽出することが可能になる。
回り込み信号成分は、光速をＣとし、レーダ装置１０の周波数帯域幅をＢＷとする場合、距離Ｄ＝Ｃ／（２×ＢＷ）程度のパルス幅に相当する範囲で生じ、このパルス幅よりも近傍の対象物は回り込み信号に埋れてしまい、従来は検出が困難であったが、第１実施形態によれば、受信信号から回り込み信号成分を差し引くことが可能になるため、レーダ装置１０の近傍に存在する対象物からの反射信号が、回り込み信号に埋れてしまい、検出が困難になることを解消できる。
また、受信系でダウンコンバートされた信号の周波数帯域幅は、送信信号の帯域幅よりも広くなる。これにより、対象物のピーク位置の検出が容易になる。
受信信号処理部２９は、ＡＤＣ２７，２８から供給されるデジタル化されたＩＱ信号から各ＲＦｘ（ｘ：－１,０,＋１）の同相成分を求め、同相成分を減算等によって除去することで回り込み信号成分を減衰することができる。
本発明の第１実施形態によれば、前述した処理によって、回り込み信号成分を除去することで、レーダ装置１０の近傍に存在する対象物の検出が容易になる。また、ダウンコンバートされた信号の周波数帯域幅が送信信号の帯域幅よりも広くなることから、対象物のピーク位置の検出が容易になる。
また、上記例はＬ＝０の回り込み信号に対してであるため、同相成分を抽出したが、任意の距離の対象においても式（１）の分だけ位相差を差引いて同様な処理を行うことにより、任意距離の対処物を強調したり減衰させたりすることが可能になり、本発明の第１実施形態によれば、図７（Ａ）に示すように、レーダ装置１０の分解能未満の距離に近接して配置された対象物を検出することが可能になる。より詳細には、２つの対象物が存在する場合、これらの距離をＤとし、光速をＣとし、レーダ装置１０の周波数帯域幅をＢＷとする場合、従来においては、Ｄ＞Ｃ／（２×ＢＷ）を満たす距離Ｄだけ離隔された対象物しか検出できなかったが、第１実施形態によれば、このような条件を満たさない対象物も検出することができる。
（Ｃ）本発明の第２実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。図９は、本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。なお、図９において、図１と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図９では、図１と比較すると、選択部２０が除外され、受信アンテナ１９－１～１９－４が受信アンテナ１９－１～１９－ｎのｎ（ｎ＞１）系統に変更されるとともに、増幅部２２、ミキサ２３，２４、ＬＰＦ２５，２６、および、ＡＤＣ２７，２８がｎ系統に変更されている。それ以外の構成は、図１の場合と同様である。
（Ｄ）本発明の第２実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第２実施形態の動作について説明する。図９に示す第２実施形態では、送信アンテナ１８から送信信号が電磁波として送信されるまでの動作は、図１と同様である。
図９に示す第２実施形態では、対象物によって反射された電磁波は、受信アンテナ１９－１～１９－ｎによって受信され、増幅部２２－１～２２－ｎによって所定のゲインでそれぞれ増幅された後、ミキサ２３－１～２３－ｎ，２４－１～２４－ｎに供給される。ミキサ２３－１～２３－ｎ，２４－１～２４－ｎは、増幅部２２－１～２２－ｎから供給される受信信号をダウンコンバートするとともに、直交復調し、得られたＩＱ信号をそれぞれ出力する。
ＬＰＦ２５－１～２５－ｎ，２６－１～２６－ｎは、ミキサ２３－１～２３－ｎ，２４－１～２４－ｎから出力される信号に含まれる不要な高調波成分を減衰し、必要な成分を通過しＡＤＣ２７－１～２７－ｎ，２８－１～２８－ｎに供給する。ＡＤＣ２８－１～２８－ｎは、ＬＰＦ２５－１～２５－ｎ，２６－１～２６－ｎから供給されるアナログ信号をデジタル信号に変換して受信信号処理部２９に供給する。
受信信号処理部２９は、前述の場合と同様の処理を、デジタル信号に対して施すことで、回り込み信号成分を除去し、レーダ装置１０の近傍に存在する対象物の検出が容易になる。また、ダウンコンバートされた信号の周波数帯域幅が送信信号の帯域幅よりも広くなることから、対象物のピーク位置の検出が容易になる。また、検出分解能未満の距離を隔てて存在する対象物を検出することができる。
（Ｅ）本発明の第３実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第３実施形態について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態の構成例を示す図である。なお、図１０において、図９と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１０では、図９と比較すると、ミキサ１５およびＢＰＦ１６が除外され、ＬＰＦ３１，３２、および、ミキサ３３，３４が新たに追加されている。これら以外の構成は、図９と同様である。
（Ｆ）本発明の第３実施形態の動作の説明
図１０に示す第３実施形態では、図９に示す第２実施形態に比較すると、ベースバンド信号が直交変調されている。図９に示す第２実施形態では、ミキサ１５から出力される信号には、局発信号周波数の高域側および低域側に周波数変換されたベースバンド信号成分が生じることから、ＢＰＦ１６によって高域側か低域側の一方のみを使用して、もう一方を減衰する必要がある。これらの不要な周波数成分は、送信信号の近傍に存在することから、ＢＰＦ１６として遮断特性が急峻なものを使用する必要があるが、急峻な特性のＢＰＦ１６は高価であり、サイズも大きい。しかしながら、図１０に示す第３実施形態では、直交変調することで、使用する成分のみの出力を可能にし、ＢＰＦ１６を不要としている。なお、図１０に示す第３実施形態の基本的な動作は、図９に示す第２実施形態と同様であるのでその説明は省略する。
本発明の第３実施形態によれば、回り込み信号を除去し、レーダ装置１０の近傍に存在する対象物の検出が容易になる。また、ダウンコンバートされた信号の周波数帯域幅が送信信号の帯域幅よりも広くなることから、対象物のピーク位置の検出が容易になる。また、検出分解能未満の距離を隔てて存在する対象物を検出することができる。さらに、ＢＰＦ１６を除外することで、製造コストを低減するとともに、回路サイズを縮小することができる。
（Ｇ）本発明の第４実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第４実施形態について説明する。図１１は、本発明の第４実施形態の構成例を示す図である。なお、図１１において、図１０と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１では、図１０と比較すると、ベースバンド信号生成部１２、ＬＰＦ３１，３２、ミキサ３３，３４、増幅部１７、および、送信アンテナ１８が１系統からｍ（ｍ＞１）系統に変更されている。これら以外の構成は、図１０と同様である。なお、送信アンテナ１８－１～１８－ｍおよび受信アンテナ１９－１～１９－ｎは、例えば、水平方向にそれぞれ並べて配置されている。
（Ｈ）本発明の第４実施形態の動作の説明
本発明の第４実施形態では、送信系統をｍ系統有し、受信系統をｎ系統有している。このため、送受信の系統の組み合わせがｍ×ｎ系統となる。このようなｍ×ｎ系統の送受信系列を用いることで、例えば、対象物の水平方向の存在角度を正確に検出することかできる。なお、図１１に示す第４実施形態の基本的な動作は、図９に示す第２実施形態と同様であるのでその説明は省略する。
本発明の第４実施形態によれば、対象物の水平方向の存在角度を正確に検出することかできるとともに、回り込み信号成分を除去し、レーダ装置１０の近傍に存在する対象物の検出が容易になる。また、ダウンコンバートされた信号の周波数帯域幅が送信信号の帯域幅よりも広くなることから、対象物のピーク位置の検出が容易になる。また、検出分解能未満の距離を隔てて存在する対象物を検出することができる。
（Ｉ）本発明の第５実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第５実施形態について説明する。図１２は、本発明の第５実施形態の構成例を示す図である。なお、図１２において、図９と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１２では、図９と比較すると、ベースバンド信号生成部１２、ミキサ１５、および、ＢＰＦ１６が除外され、変調信号生成部５１および変調部５２が新たに追加されている。これら以外の構成は、図９と同様である。
（Ｊ）本発明の第５実施形態の動作の説明
前述した図９に示す第２実施形態では、ミキサ１５がベースバンド信号生成部１２から供給されるベースバンド信号を、逓倍部１４から供給される局発信号によってアップコンバートすることで、送信信号を生成している。一方、図１２に示す第５実施形態では、逓倍部１４から供給される局発信号を、変調信号生成部５１から供給される変調信号によって変調することで、送信信号を生成する。なお、変調方式としては、例えば、振幅変調、位相変調、または、これらの組み合わせを用いることができる。このようにして生成される送信信号は、図９に示す第２実施形態と同様である。
本発明の第５実施形態によれば、回り込み信号成分を除去し、レーダ装置１０の近傍に存在する対象物の検出が容易になる。また、ダウンコンバートされた信号の周波数帯域幅が送信信号の帯域幅よりも広くなることから、対象物のピーク位置の検出が容易になる。また、検出分解能未満の距離を隔てて存在する対象物を検出することができる。
（Ｋ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、説明を簡略化するために、局発信号は、図４に示すように、３波を有する場合を例に挙げて説明したが、２波または４波以上を有するようにしてもよい。
また、図４に示す例では、３波の局発信号は均等な間隔で配置するようにしたが、これらを均等でない間隔で配置するようにしてもよい。もちろん、局発信号が４波以上の場合も同様である。
また、以上の各実施形態では、局発信号の周波数は固定としたが、局発信号の周波数が時間の経過とともに変化するようにしてもよい。
また、周波数コム生成部１３の構成例としては、図２および図３の構成例を示したが、これら以外の構成としてもよい。例えば、図３に示す三角波ではなく、矩形波を整形するようにしてもよい。
また、前述した各実施形態では、対象物を検出するまでの処理について説明したが、検出された対象物に関する情報を、受信信号処理部が外部のＥＣＵ（外部のプロセッサ）に供給し、当該ＥＣＵが供給された情報に基づいて、車両の状態を制御するようにしてもよい。例えば、検出分解能未満の距離を隔てて存在する対象物を弁別できるので、これらを個別の対象物としてトラッキング処理をすることで、例えば、必要に応じてブレーキ制御を実行したり、回避制御したりすることができる。
１０ レーダ装置
１１ 制御部
１２ ベースバンド信号生成部
１３ 周波数コム生成部
１４ 逓倍部
１５ ミキサ
１６ ＢＰＦ
１７ 増幅部
１８，１８－１～１８－ｍ 送信アンテナ
１９－１～１９－４，１９－ｎ 受信アンテナ
２０ 選択部
２１ 遅延部
２２，２２－１～２２－ｎ 増幅部
２３，２３－１～２３－ｎ ミキサ
２４，２４－１～２４－ｎ ミキサ
２５，２５－１～２５－ｎ ＬＰＦ
２６，２６－１～２６－ｎ ＬＰＦ
２９ 受信信号処理部
３１ ＬＰＦ
３２ ＬＰＦ
３３ ミキサ
３４ ミキサ
５１ 変調信号生成部
５２ 変調部
１２１ パルス生成部
１２２ ＢＰＦ
１２３ 周期電圧波形生成部
１２４ ＶＣＯ
１２５ ＢＰＦ

Claims (8)

  1. 対象物を検出するレーダ装置において、
    同期した複数の周波数成分を有する信号を出力する出力回路と、
    前記出力回路から出力される信号に基づいて局発信号を生成する生成回路と、
    前記局発信号に基づいて送信信号を生成して送信アンテナを介して送信する送信回路と、
    前記対象物によって反射された前記送信信号を、受信アンテナを介して受信して受信信号として出力する受信回路と、
    前記受信信号に含まれる複数の周波数成分の位相に基づいて、前記対象物を検出する処理を実行する検出回路と、
    前記検出回路によって検出された前記対象物に関する情報を外部に供給する供給回路と、を有し、
    前記送信回路は、前記局発信号に含まれる複数の周波数成分のそれぞれに対して同一の変調信号を重畳することで前記送信信号を生成し、
    前記出力回路が出力する複数の周波数成分を有する信号は、一定の間隔で周波数成分がコム状に配置され、
    前記生成回路は、周波数成分がコム状に配置される信号を逓倍または分周することで前記局発信号を生成し、
    前記送信回路は、同一のベースバンド信号を前記局発信号によってアップコンバートすることで前記送信信号を生成し、
    前記受信回路は、前記局発信号によって前記受信信号をダウンコンバートすることで前記受信信号を生成し、
    前記検出回路は、前記ダウンコンバートされた信号に含まれる複数の周波数成分に基づいて前記対象物を検出することを特徴とするレーダ装置。
  2. 前記検出回路は、前記ダウンコンバートされた信号に基づいて、所定の距離に存在する前記対象物を強調または減衰させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 前記受信信号は、複数の対象物から反射された信号を含み、
    前記検出回路は、前記ダウンコンバートされた信号に含まれる、前記複数の対象物のうち所定の距離の対象物に対応する位相成分を検出し、当該検出した位相成分を差し引くことで、前記所定の距離の対象物の信号を減衰させることを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
  4. 前記検出回路は、前記ダウンコンバートされた信号に含まれる同相成分を検出し、当該検出した同相成分を差し引くことで、前記送信アンテナから前記受信アンテナに直接入力される回り込み信号を減衰して前記対象物を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
  5. 前記送信回路は、前記局発信号を、振幅変調、位相変調、または、これらの組み合わせによって変調することで、前記送信信号を生成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のレーダ装置。
  6. 前記出力回路は、所定の波形を所定の周期で繰り返す信号に基づいて、同期した複数の周波数成分を有する信号を生成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のレーダ装置。
  7. 前記レーダ装置は車両に搭載され、
    前記供給回路から供給される前記対象物に関する情報に基づいて、前記車両の走行状態が制御される、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーダ装置。
  8. 対象物を検出するレーダ装置の対象物検出方法において、
    同期した複数の周波数成分を有する信号を出力し、
    出力される信号に基づいて局発信号を生成し、
    前記局発信号に基づいて送信信号を生成して送信アンテナを介して送信し、
    前記対象物によって反射された前記送信信号を、受信アンテナを介して受信して受信信号として出力し、
    前記受信信号に含まれる複数の周波数成分の位相に基づいて、前記対象物を検出する処理を実行し、
    検出された前記対象物に関する情報を外部に供給し、
    前記局発信号に含まれる複数の周波数成分のそれぞれに対して同一の変調信号を重畳することで前記送信信号を生成し、
    出力される複数の周波数成分を有する信号は、一定の間隔で周波数成分がコム状に配置され、
    前記局発信号は、周波数成分がコム状に配置される信号を逓倍または分周することで生成され、
    前記送信信号は、同一のベースバンド信号を前記局発信号によってアップコンバートすることで生成され、
    前記受信信号は、前記局発信号によって前記受信信号をダウンコンバートすることで生成され、
    前記ダウンコンバートされた信号に含まれる複数の周波数成分に基づいて前記対象物を検出することを特徴とするレーダ装置の対象物検出方法。
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