JPH11160423A - レーダ装置 - Google Patents

レーダ装置

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JPH11160423A
JPH11160423A JP9328644A JP32864497A JPH11160423A JP H11160423 A JPH11160423 A JP H11160423A JP 9328644 A JP9328644 A JP 9328644A JP 32864497 A JP32864497 A JP 32864497A JP H11160423 A JPH11160423 A JP H11160423A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】安価なディジタル・ビーム・フォーミングレー
ダ装置を提供すること。 【解決手段】 送信信号を電磁波として放射する送信部
と、電磁波が物体に到達してこの物体から再放射された
電磁波を受信信号として受信する複数の素子アンテナか
らなるアレーアンテナと、出力端子を切換信号によりこ
の出力端子に択一的に接続される複数の入力端子とを有
し各入力端子が素子アンテナのいずれかに接続される切
換手段と、切換手段の出力端子から得られた受信信号を
送信信号の一部を用いてダウンコンバートすることによ
り送信信号と受信信号との差信号を生成し、この差信号
をディジタル信号に変換する受信部と、この受信部から
のディジタル信号に対して所定の処理を施して物体まで
の距離または物体の相対速度を検出するディジタル信号
処理部とを備えたレーダ装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号処理をディジ
タル的に行うレーダ装置に関するものであり、特に、複
数の素子アンテナからなるアレーアンテナを備え、アン
テナビームをディジタル処理で形成するディジタル・ビ
ーム・フォーミング（ＤＢＦ）型のレーダ装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】ＤＢＦ型のレーダ装置として、特開平６
−８８８６９号に記載されたものがある。この従来のレ
ーダ装置では、アレーアンテナを構成する各素子アンテ
ナごとにＲＦアンプ、ミキサ、フィルタ、Ａ／Ｄ変換器
が接続されており、各Ａ／Ｄ変換器から出力されるディ
ジタル信号をディジタル・ビーム・フォーミング・プロ
セッサに取り込んで、ディジタル・ビーム・フォーミン
グ処理を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に、レーダ装置で
は、マイクロ波やミリ波のような高周波電磁波を用いて
いるが、このような高周波で動作するアナログデバイス
（ＲＦアンプやミキサなど）は非常に高価である。
【０００４】上述した従来のレーダ装置では、素子アン
テナ毎にこれらのアナログデバイスが設けられているの
で多数のアナログデバイスが必要であり、高い製造コス
トを余儀なくされている。特に、性能向上のための一つ
の手段として、素子アンテナの数を増加することが挙げ
られるが、素子アンテナの増加はそれに付随する高周波
アナログデバイスの増加につながり、コストの増加をも
たらす。したがって、素子アンテナ数の増加が困難であ
った。また、アナログデバイスの増加はレーダ装置の大
型化にもつながってしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために本発明のレーダ装置は、送信信号を電磁波とし
て放射する送信部と、電磁波が物体に到達してこの物体
から再放射された電磁波を受信信号として受信する複数
の素子アンテナからなるアレーアンテナと、出力端子を
切換信号によりこの出力端子に択一的に接続される複数
の入力端子とを有し各入力端子が素子アンテナのいずれ
かに接続される切換手段と、切換手段の出力端子から得
られた受信信号を送信信号の一部を用いてダウンコンバ
ートすることにより送信信号と受信信号との差信号を生
成し、この差信号をディジタル信号に変換する受信部
と、この受信部からのディジタル信号に対して所定の処
理を施して物体までの距離または物体の相対速度を検出
するディジタル信号処理部とを備えたことを特徴とす
る。
【０００６】切換手段の切換動作により各素子アンテナ
で受信した受信信号を時間的に区切り順番に繰り返し受
信部に入力することができる。受信部では素子アンテナ
別に順次入力される受信信号をダウンコンバートして送
信信号と受信信号との差信号を生成し、素子アンテナ別
に連続する差信号をディジタル信号に変換する。ディジ
タル信号処理部では、受信部からのディジタル信号に所
定の処理を施して物体の位置情報または速度情報を検出
する。受信部には各素子アンテナからの信号が直列に入
力されるので、ダウンコンバートに必要なデバイスを素
子アンテナ毎に用意する必要が無く、一組だけあれば十
分である。
【０００７】切換手段は、切換信号周波数よりも高く送
信信号周波数よりも低い周波数の断続信号により出力端
子と入力端子の接続を断続するものであり、受信部は切
換手段からの受信信号を送信信号の一部を用いてダウン
コンバートし、このダウンコンバートされた信号をさら
に断続信号を用いてダウンコンバートして差信号を生成
するものであることが望ましい。
【０００８】受信部では２段階のダウンコンバートを行
って送信信号と受信信号との差信号を生成するので、１
段階でダウンコンバートする、いわゆるホモダイン検波
においては分離除去できなかった１／ｆノイズやＦＭ−
ＡＭ変換ノイズ等を有効に分離除去することができる。
一段目のダウンコンバートで得られる信号周波数が断続
信号分だけ引き上げられているので、低周波のノイズ成
分と分離することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
レーダ装置を示す構成図である。このレーダ装置は、連
続波（ＣＷ）に周波数変調（ＦＭ）を掛けた送信信号を
用いるＦＭ−ＣＷレーダ装置であり、且つ、ディジタル
・ビーム・フォーミング処理を行うＤＢＦレーダ装置で
ある。
【００１０】本実施形態の具体的な構成および動作を説
明するのに先だって、ＦＭ−ＣＷレーダ装置の探知原理
およびＤＢＦ技術の基本概念を説明する。
【００１１】はじめに、ＦＭ−ＣＷレーダの探知原理を
図２および図３のグラフを用いて説明する。図２（Ａ）
は、送信周波数の変化と、距離Ｒの位置にあり相対速度
が零の目標物から再放射された受信周波数の変化とを示
したグラフであり、縦軸に周波数、横軸に時間をとって
いる。実線は送信信号周波数を示し、破線は受信信号周
波数を示している。このグラフから判るように、送信信
号には連続波に三角状の周波数変調を掛けた変調信号を
用いる。変調波の中心周波数はｆ０、周波数偏移幅はΔ
Ｆ、三角波の繰り返し周波数はｆｍである。また、図３
（Ａ）は、目標物の相対速度が零でなく速度Ｖのときの
受信信号の変化とを示したグラフであり、実線は送信信
号周波数を示し、破線は受信信号周波数を示している。
なお、送信信号および座標軸の意義は図２（Ａ）と同じ
である。
【００１２】図２（Ａ）および図３（Ａ）から、このよ
うな送信信号を放射しているときの受信信号は、目標物
の相対速度が零のときには距離に応じた時間遅れＴ（Ｔ
＝２Ｒ／Ｃ：Ｃは光の速度）を受け、目標物の相対速度
がＶのときには距離に応じた時間遅れＴと、相対速度に
相当する周波数偏移Ｄを受けることが判る。なお、図３
（Ａ）に示す例は、受信信号周波数が同グラフにおいて
上方に偏移しており、目標物が接近する場合を示してい
る。
【００１３】この受信信号に対して送信信号の一部をミ
キシングすれば、ビート信号が得られる。図２（Ｂ）お
よび図３（Ｂ）は、それぞれ目標物の相対速度が零のと
きとＶのときのビート周波数を示すグラフであり、時間
軸（横軸）はそれぞれ図２（Ａ）および図３（Ａ）とタ
イミングを一致させてある。
【００１４】いま、相対速度が零のときのビート周波数
をｆｒ、相対速度に基づくドップラ周波数をｆｄ、周波
数が増加する区間（アップ区間）のビート周波数をｆｂ
１、周波数が減少する区間（ダウン区間）のビート周波
数をｆｂ２とすると、 ｆｂ１＝ｆｒ−ｆｄ …（１） ｆｂ２＝ｆｒ＋ｆｄ …（２） が成り立つ。
【００１５】したがって、変調サイクルのアップ区間と
ダウン区間のビート周波数ｆｂ１およびｆｂ２を別々に
測定すれば、次式（３）（４）からｆｒおよびｆｄを求
めることができる。
【００１６】 ｆｒ＝（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２ …（３） ｆｄ＝（ｆｂ１−ｆｂ２）／２ …（４） ｆｒおよびｆｄが求まれば、目標物の距離Ｒと速度Ｖを
次の（５）（６）式により求めることができる。
【００１７】 Ｒ＝（Ｃ／（４・ΔＦ・ｆｍ））・ｆｒ …（５） Ｖ＝（Ｃ／（２・ｆ０））・ｆｄ …（６） ここに、Ｃは光の速度である。
【００１８】このようにして任意のビーム方向について
目標物の距離Ｒおよび速度Ｖを求めることができるの
で、ビーム走査を行いながら距離Ｒおよび速度Ｖを順次
算出すれば、目標物の方位、距離、速度を探知すること
ができる。これがＦＭ−ＣＷレーダの原理である。
【００１９】つぎに、本発明において利用するディジタ
ルビームフォーミング（ＤＢＦ）技術の基本概念につい
て説明する。ＤＢＦは、複数の素子アンテナで構成され
るアレーアンテナの各々の信号をＡ／Ｄ変換してディジ
タル信号処理部に取り込み、ビーム走査やサイドローブ
特性等の調整をディジタル信号処理部で実現する技術で
ある。ＤＢＦによるビーム走査原理は、フェーズドアレ
ーアンテナレーダと比較すると理解しやすいので、ま
ず、フェーズドアレーアンテナレーダについて説明す
る。
【００２０】図４はフェーズドアレーアンテナレーダの
基本構成を示す図である。レーダの中心方向Ｘに対し
て、角度θの方向から到来する電波を間隔ｄで配列され
たｎ個の素子アンテナからなるアレーアンテナで受信す
る場合、素子アンテナ（ＣＨ１）に対する電波の伝搬経
路長を基準とすると、素子アンテナ（ＣＨ２）、…、素
子アンテナ（ＣＨｎ）に対する各伝搬経路長は、図４に
示すように、それぞれｄsinθ、…、（ｎ−１）ｄsinθ
だけ長くなる。したがって、その分だけ素子アンテナ
（ＣＨ２）、…、素子アンテナ（ＣＨｎ）に到達する電
波の位相が素子アンテナ（ＣＨ１）に到達する電波の位
相よりも遅れる。
【００２１】この遅れ量は、それぞれ（２πｄsinθ）
／λ、…、（２（ｎ−１）πｄsinθ）／λとなる。こ
こに、λは電波の波長である。この遅れ分を各素子アン
テナの後段に設けられた移相器で戻して位相を進めてや
ると、θ方向からの電波が全素子アンテナにおいて同位
相で受信されることになり、指向性がθ方向に向けられ
たことになる。各移相器を経た受信信号を合成した後の
信号処理は機械式走査と同様であり、低雑音増幅器（ア
ンプ）で増幅し、送信信号とミキシングすることにより
ダウンコンバートして信号処理回路に送られる。
【００２２】このようなフェーズドアレーアンテナレー
ダによれば、各移相器の移相量を適宜制御することによ
り、素子アンテナで構成されるアレーアンテナを固定し
たまま任意の方向に指向性を動かすことができる。
【００２３】ＤＢＦレーダは、フェーズドアレーアンテ
ナレーダの移相器の機能をディジタル信号処理で行うも
のである。図５にＤＢＦレーダの基本構成を示す。各素
子アンテナ毎にそれぞれ低雑音増幅器（アンプ）が設け
られ、それぞれミキサにおいてダウンコンバートされ
る。ダウンコンバート後の信号は、フィルタをかけられ
た後にＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に置き換えら
れ、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）回路に送られる。
【００２４】ＤＳＰ回路では、位相と振幅を自由に変え
ることができるため、各チャネルのディジタル受信信号
をある規則で位相、振幅変換して全チャネルの合成を行
うと、任意の方向に任意の形状でアンテナの指向性を形
成することができる。これをディジタルビームフォーミ
ング（ＤＢＦ）という。
【００２５】ＤＢＦの大きな特徴は、全素子アンテナ
（全受信チャネル）の信号を一旦ディジタル信号として
取り込んでしまうと、それをもとに任意の方向にビーム
合成ができるため、一回の信号取り込みで複数のビーム
を形成することができることにある。
【００２６】図１に示す本発明の一実施形態であるレー
ダ装置は、このようなＤＢＦの原理をＦＭ−ＣＷレーダ
装置に適用し、さらに、従来のＤＢＦレーダ装置では素
子アンテナごとに設けられていたＲＦアンプやミキサな
どのアナログデバイスを全体で一組備えた構成としてい
る。
【００２７】このレーダ装置は、送信部１、アレーアン
テナ２、切換スイッチ３、受信部４、およびディジタル
信号処理部５を備えている。
【００２８】送信部１は、中心周波数がｆ０（たとえば
６０ＧＨｚ）の電圧制御型発振器１１と、バッファアン
プ１２と、送信アンテナ１３と、ＲＦアンプ１４とを備
えている。発振器１１は、図示省略した変調用の直流電
源から出力される制御電圧によって、ｆ０±ΔＦの被変
調波（送信信号）を出力する。被変調波はバッファアン
プ１２で増幅され、送信アンテナ１３から電磁波として
放射される。なお、送信信号の一部はＲＦアンプ１４で
増幅され受信検波用のローカル信号として出力される。
【００２９】受信用アレーアンテナ２は、第１チャネル
（ＣＨ１）から第ｎチャネル（ＣＨｎ）までの各チャネ
ルに対応するｎ個の素子アンテナを備えている。切換ス
イッチ３は、ｎ個の入力端子と１個の出力端子とを有
し、各入力端子にはアレーアンテナ２の各素子アンテナ
が１個づつ接続されている。出力端子は入力端子のいず
れか一つと接続されるものであり、切換信号（クロック
信号）により、その接続は周期的に切り換えられる。接
続切換は、回路上で電気的に行われる。
【００３０】受信部４は、ＲＦアンプ４１、ミキサ４
２、アンプ４３、フィルタ４４、Ａ／Ｄ変換器４５およ
び切換信号発振器４６を備えている。切換スイッチ３の
出力端子から出力された信号、すなわち、アレーアンテ
ナ２のいずれかの素子アンテナで受信した信号は、ＲＦ
アンプ４１で増幅され、ミキサ４２でＲＦアンプ１４か
らの送信信号の一部とミキシングされる。このミキシン
グにより受信信号はダウンコンバートされ、送信信号と
受信信号との差信号であるビート信号が生成される。ビ
ート信号は、アンプ４３およびローパスフィルタ４４を
介してＡ／Ｄ変換器４５に入力され、発振器４６の出力
信号すなわち切換スイッチ３での接続切換を行うための
クロック信号のタイミングでディジタル信号に変換され
る。
【００３１】ディジタル信号処理部５は、Ａ／Ｄ変換器
４５からのディジタルビート信号を入力して上述した原
理に基づいてディジタル・ビーム・フォーミング（ＤＢ
Ｆ）を行う。
【００３２】つぎに、このように構成されたレーダ装置
の全体動作を説明する。
【００３３】送信信号の周波数をｆTX、受信信号の周波
数をｆRX（ｉ）、ただし（ｉ＝１,2,…,n）、ビート信
号の周波数をｆｂ（ｉ）ただし（ｉ＝１,2,…,n）とす
ると、ビート信号の周波数ｆｂ（ｉ）は、 ｆｂ（ｉ）＝｜ｆTX−ｆRX（ｉ）｜ …（７） と表される。
【００３４】ここで、自動車搭載用のレーダ装置を例に
とってみると、ｆTX≒ｆRX（ｉ）≒６０ＧＨｚ、ｆｂ
（ｉ）＜１００ｋＨｚ程度になる。このとき、切換スイ
ッチ３の切換信号であるクロック信号の周波数ｆｓｗを
数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚとなるように設定すると、ミキサ
４２では、各チャネル（素子アンテナ）からの受信波
（６０ＧＨｚ帯）を数百〜数千周期ずつダウンコンバー
トしてｆｂ（ｉ）を１からｎまで順番に繰り返し生成す
ることになる。
【００３５】このダウンコンバートされた信号の様子を
図６に示す。この図では、簡単のために、受信チャネル
数ｎをｎ＝８とし、さらに、ｆｓｗの値を小さくしてｆ
ｂ（ｉ）に近い値にしている。また、ＣＨ１からＣＨ８
の各素子アンテナ毎に得られるビート信号の位相が少し
ずつずれているものとする。
【００３６】図６において、細線で示した８つの曲線
は、アレーアンテナ２の各チャネル（素子アンテナ）に
おいて受信された信号をそれぞれダウンコンバートした
と仮定した場合のビート信号を示している。本実施形態
では切換スイッチ３において周波数ｆｓｗでチャネル切
換が行われるので、ミキサ４２で得られるビート信号
は、太線で示した細切れのビート信号となる。このチャ
ネル別の細切れのビート信号は、アンプ４２およびフィ
ルタ４４を経てＡ／Ｄ変換器４５に入力される。
【００３７】Ａ／Ｄ変換器４５では、切換スイッチ３の
切換タイミングと同期させてＡ／Ｄ変換するので、Ａ／
Ｄ変換されたディジタルデータとチャネルとが１対１に
対応する。各チャネルにおけるＡ／Ｄ変換のタイミング
は、切換スイッチ３の切換タイミングよりも少しだけ遅
らせることにより、接続期間の中心とする。図７は図６
における第１チャネルの信号を抽出して示したグラフで
あり、黒い点で示した位置がＡ／Ｄ変換のタイミングで
ある。
【００３８】つぎに、ディジタル信号処理部５では、８
チャネル分の連続データを８系列のバッファにある一定
量、たとえば、各チャネル毎に１０２４点分を蓄積す
る。各チャネルと各バッファは１対１で対応しており、
バッファの第１系列には、第１チャネルの細切れのディ
ジタルビート信号が１０２４点分保存され（図７ではそ
のうちの３点が示されている）、同様に、バッファの第
２系列〜第８系列には、それぞれ第２チャネル〜第８チ
ャネルのディジタルビート信号が保存される。
【００３９】この例では、上述したように、図示を容易
にするためにｆｓｗの値を小さくしてｆｂ（ｉ）に近い
値にしている。しかし、実際にはｆｓｗ＞＞ｆｂ（ｉ）
であり、ビート信号の周期に対して切換信号の周期は図
示されたものより遥かに短く、ビート信号はさらに細か
く細分化されている。なお、ｆｂ（ｉ）の再生は、サン
プリング定理が成り立つ周波数（ｆｓｗ／（２×チャネ
ル数））まで行うことができる。
【００４０】ディジタル信号処理部５では、各チャネル
毎に分かれたデータ系列は、各チャネル毎にダウンコン
バートを行う従来のＤＢＦレーダ装置の場合と同様に処
理される。すなわち、ＦＦＴ処理が行われた後、図４お
よび図５を用いて説明したＤＢＦの考え方に従って位相
回転処理を加えることにより、指向角度別のビーム合成
が行われ、各ビーム毎のビート信号周波数から物体まで
の距離および物体の速度が上記（５）（６）式に基づい
て算出される。そして、最後に、これらの結果を総合し
て物体の位置および速度が認識される。
【００４１】図８は、以上詳細に説明してきた本実施形
態のレーダ装置の動作に関する一連の流れをひとまとめ
にして示すフローチャートである。チャネル番号をｉ、
データサンプリング番号をｊとすると、まず、ステップ
８０１でｉ＝１、ｊ＝１を設定する。ついで、クロック
信号ｆｓｗの取り込みを行い（ステップ８０２）、クロ
ック信号のエッジを検出したら切換スイッチ３の出力端
子をＣＨｉの入力端子に切り換える（ステップ８０３、
８０４）。いま、ｉ＝１であるので、出力端子はＣＨ１
の入力端子に接続される。
【００４２】つづいて、クロック信号の周期の１／２の
時間ｔ（ｔ＝１／２ｆｓｗ）だけ遅延して、Ａ／Ｄ変換
器４５でＡ／Ｄ変換処理を行い、その処理で生成された
ディジタルデータをディジタル信号処理部５内のバッフ
ァへ取り込む（ステップ８０５、８０６）。いま、ｉ＝
１、ｊ＝１であるので、第１系列のバッファに１番目の
サンプルデータが保存される。
【００４３】その後、ｉ＝ｉ＋１の処理を行い（ステッ
プ８０７）、ステップ８０２に戻って、ｉ＞８を満足す
るまでステップ８０２〜８０７までの処理を繰り返す
（ステップ８０８）。この繰り返しにより、ディジタル
信号処理部５内の第１〜第８系列の各バッファにそれぞ
れ第１番目のサンプリングデータが保存される。
【００４４】ステップ８０８でｉ＞８が満たされると、
ステップ８０９に移行し、ｉ＝１、ｊ＝ｊ＋１の設定が
行われる。いままでｊ＝１であったから、ここでｊ＝２
となる。ステップ８１０ではｊ＞１０２４か否かの判断
がなされ、ｊ＞１０２４が満たされるまでステップ８０
２〜８０９までの処理が繰り返される。この繰り返しに
よって、ディジタル信号処理部５内の第１〜第８系列の
各バッファにそれぞれ第１番目〜第１０２４番目のサン
プリングデータがすべて保存される。
【００４５】その後、ＤＢＦ合成が行われ、さらにその
合成結果に基づいて物体の認識が行われる（ステップ８
１１）。
【００４６】ところで、この実施形態では、各チャネル
の計測時刻は１／ｆｓｗずつずれているので、正確には
同時刻に得られたデータではない。ｆｓｗ＞＞ｆｂ
（ｉ）が十分に成り立っている場合、たとえば、ｆｓｗ
＞ｆｂ（ｉ）×１０００程度が成り立っている場合であ
れば、同時刻とみなして合成することが可能であるが、
そうでない場合は、位相回転の回転量（指向角度）に対
してチャネル別にその周波数に対応した補正を加えるこ
とが望ましい。
【００４７】その補正量φは、ＣＨ１を基準（補正な
し）とすると、 φ＝（ｆｂ（ｉ）／ｆｓｗ）×（ｉ−１）×２π …（８） ただし、ｉ＝1,2,…,n となる。
【００４８】つぎに、本発明の他の実施形態を説明す
る。図９は本発明の第２実施形態であるレーダ装置の構
成を示す図である。第１実施形態のレーダ装置がホモダ
イン検波を行うものであるのに対し、この実施形態のレ
ーダ装置はヘテロダイン検波を行うことによりノイズの
低減を図ったものである。
【００４９】マイクロ波やミリ波のような高周波信号を
ヘテロダイン検波することは、容易なことではない。そ
れは、受信信号を中間周波数にダウンコンバートする際
に用いる送信周波数±中間周波数のローカル信号を安定
に供給する発振器を安価に構成することが困難だからで
ある。そこで、この実施形態では、そのような発振器が
不要なレーダ装置となっている。
【００５０】図９において、図１と同一の要素には同一
の符号を付してあり、その詳細な説明は省略する。切換
スイッチ６は、図１の切換スイッチ３と同様に、ｎ個の
入力端子と１個の出力端子とを有し、出力端子は入力端
子のいずれか一つと接続され、発振器４６からの切換信
号（クロック信号）によりその接続が周期的に切り換え
られる。切換スイッチ３とは、入力端子と出力端子の接
続を外部入力される断続信号により断続されるようにな
っている点が相違する。
【００５１】受信部７は、図１の受信部５のミキサ４２
とアンプ４３との間にＩＦアンプ７１および第２ミキサ
７２を直列に挿入した構成となっている。発振器４６の
他に発振器７３を有し、発振器７３は切換信号よりも数
十倍の周波数をもつ断続信号ｆIFを出力するものであ
る。各信号周波数の一例を示すと、送信信号周波数ｆ０
がたとえば６０ＧＨｚ、中間周波数帯である断続信号周
波数ｆIFがたとえば１００ＭＨｚ、切換信号周波数がた
とえば５ＭＨｚ、ビート信号周波数がたとえばＤＣ〜１
００ＫＨｚである。
【００５２】つぎに、このように構成された本実施形態
のレーダ装置の動作を説明する。
【００５３】アレーアンテナ２の各素子アンテナで受信
した受信信号（ｆ０±ｆｂ）は、切換スイッチ６によっ
て、順次ＣＨ１、ＣＨ２、…、ＣＨｎの順にＲＦアンプ
４１に接続され、接続されたチャネルは断続信号によっ
てその接続のオン・オフを繰り返す。
【００５４】図１０は、切換スイッチ６におけるスイッ
チングのタイミングチャートを示すものである。この図
から、周波数ｆｓｗの切換信号の立ち上がりエッジおよ
び立ち下がりエッジでチャネルの切り換えが行われ、こ
の切り換えによって択一的に選択されたチャネルに対し
て周波数ｆIFの断続信号による接続のオン・オフが行わ
れることが判る。
【００５５】この切換スイッチ６における切換動作およ
び断続動作により、切換スイッチ６の出力端子から出力
される信号の周波数は、（ｆ０±ｆｂ）±ｆIF、すなわ
ちｆ０±ｆIF±ｆｂとなる。
【００５６】この信号をＲＦアンプ４１で増幅した後ミ
キサ４２に入力すると、ＲＦアンプ１４から得られる送
信信号の一部とミキシングされ、ｆIF±ｆｂの周波数を
もつ中間信号が得られる。
【００５７】図１１はミキサ４１から出力される中間信
号を示したタイミングチャートである。この図から判る
ように、ミキサ４１から出力される中間信号は、周波数
ｆIFの断続信号をキャリア信号としてチャネル別にビー
ト信号によりＡＭ変調された信号である。なお、図１１
は、第１実施形態での説明と同様に、説明を容易にする
ために、受信チャネル数ｎをｎ＝８とし、さらに、ｆｓ
ｗを小さくしてｆｂ（ｉ）に近い値にしている。また、
ＣＨ１からＣＨ８の各素子アンテナ毎に得られるビート
信号の位相が少しずつずれているものとしている。
【００５８】このようにして得られた周波数ｆIF±ｆｂ
の中間信号を、ＩＦアンプ７１で増幅した後、第２ミキ
サ７２において周波数ｆIFの断続信号とミキシングする
と、チャネル順に連続したビート信号が得られる。図１
２は、第２ミキサ７２から出力されるビート信号を示し
たものである。
【００５９】この後の処理は、第１実施形態と同様であ
り、アンプ４３、フィルタ４４を経てＡ／Ｄ変換器４５
に入力され、周波数ｆｓｗの切換信号に同期させてＡ／
Ｄ変換され、そのディジタルデータ出力はディジタル信
号処理部５に入力される。ディジタル信号処理部５での
処理も第１実施形態と同様であり、入力されたディジタ
ルデータに対してＦＦＴ処理が行われた後、位相回転処
理を加えることにより、指向角度別のビーム合成が行わ
れ、各ビーム毎のビート信号周波数から物体までの距離
および物体の速度が算出される。そして、最後に、これ
らの結果を総合して物体の位置および速度が認識され
る。
【００６０】図１３は、本実施形態における信号処理過
程での周波数変換の様子を示すスペクトルマップであ
る。本実施形態のレーダ装置では、受信信号１３０を切
換スイッチ６での断続信号に従うオンオフにより信号１
３１および１３２に置き換えた後、ミキサ４２で中間信
号１３３までダウンコンバートし、続いて、第２ミキサ
７２でビート信号１３４までダウンコンバートする。
【００６１】図１３において、曲線１３５はミキサ４２
のノイズフロアを示し、曲線１３６は第２ミキサ７２の
ノイズフロアを示している。この図から判るように、ミ
キサ４２では、そのノイズの影響が低下するＩＦ帯まで
のダウンコンバートが行われ、ついで、低域のノイズが
ミキサ４２よりも低い第２ミキサ７２でビート信号まで
のダウンコンバートが行われる。したがって、ホモダイ
ン方式に比べて大幅にノイズマージンを拡大することが
できる。
【００６２】ミキサ４２は、帯域が非常に広いため、一
般には低域側の１／ｆノイズやＦＭ−ＣＷ方式によるＦ
Ｍ−ＡＭ変換ノイズが多く出てしまうが、第２ミキサ７
２は、帯域が狭くなるので、ノイズフロアが低下する。
本実施形態ではこのような作用を利用してノイズマージ
ンの拡大を達成している。
【００６３】なお、第２ミキサ７２の前段のＩＦアンプ
７１を狭帯域化すると、低周波域で発生するＦＭ−ＡＭ
変換ノイズとＩＦ信号を分離できるので、さらに低域ノ
イズを低下させることができる。
【００６４】上述した第１および第２実施形態はいずれ
もＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置であるが、送信信号と受
信信号の差信号を用いて物体の位置または速度を認識す
るものであれば、他の方式のレーダ装置においても本発
明を適用することができる。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーダ装
置によれば、ダウンコンバートに必要な高価なデバイ
ス、たとえば、ＲＦアンプや高帯域のミキサ等を素子ア
ンテナの数に無関係に一組だけ設ければよい。したがっ
て、装置全体を安価に構成することができ、しかも、小
型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるレーダ装置を示す構
成図。
【図２】ＦＭ−ＣＷレーダの探知原理を説明するための
グラフ。
【図３】ＦＭ−ＣＷレーダの探知原理を説明するための
グラフ。
【図４】フェーズドアレーアンテナの原理を説明するた
めの図。
【図５】ディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）アン
テナの原理を説明するための図。
【図６】第１実施形態においてダウンコンバートされた
信号を示すグラフ。
【図７】図６における第１チャネルの信号を抽出して示
したグラフ。
【図８】第１実施形態の全体動作を示すフローチャー
ト。
【図９】本発明の第２実施形態であるレーダ装置を示す
構成図。
【図１０】切換スイッチ６のスイッチング動作を示すタ
イミングチャート。
【図１１】ミキサ４２の出力信号を示すタイミングチャ
ート。
【図１２】第２ミキサ７２の出力信号を示すタイミング
チャート。
【図１３】周波数変換の様子を示すスペクトルマップ。
【符号の説明】
１…送信部、２…アレーアンテナ、３、６…切換スイッ
チ、４、７…受信部、５…ディジタル信号処理部、１１
…電圧制御型発振器、１３…送信アンテナ、４１…ＲＦ
アンプ、４２、７２…ミキサ、４５…Ａ／Ｄ変換器、４
６…切換信号発生器、７３…断続信号発生器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 送信信号を電磁波として放射する送信部
    と、前記電磁波が物体に到達してこの物体から再放射さ
    れた電磁波を受信信号として受信する複数の素子アンテ
    ナからなるアレーアンテナと、出力端子を切換信号によ
    りこの出力端子に択一的に接続される複数の入力端子と
    を有し前記各入力端子が前記素子アンテナのいずれかに
    接続される切換手段と、前記切換手段の出力端子から得
    られた前記受信信号を前記送信信号の一部を用いてダウ
    ンコンバートすることにより前記送信信号と前記受信信
    号との差信号を生成し、この差信号をディジタル信号に
    変換する受信部と、前記受信部からのディジタル信号に
    対して所定の処理を施して前記物体までの距離または前
    記物体の相対速度を検出するディジタル信号処理部とを
    備えたことを特徴とするレーダ装置。
  2. 【請求項２】 前記切換信号の周波数は前記送信信号の
    周波数よりも小さく前記差信号の周波数よりも大きい範
    囲で設定されることを特徴とする請求項１に記載のレー
    ダ装置。
  3. 【請求項３】 前記切換手段は、前記切換信号周波数よ
    りも高く前記送信信号周波数よりも低い周波数の断続信
    号により前記出力端子と前記入力端子の接続を断続する
    ものであり、前記受信部は前記切換手段からの受信信号
    を送信信号を用いてダウンコンバートし、このダウンコ
    ンバートされた信号をさらに前記断続信号を用いてダウ
    ンコンバートして前記差信号を生成するものであること
    を特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
  4. 【請求項４】 前記切換手段の出力端子から出力される
    前記別受信信号に対して前記素子アンテナ別に前記切換
    信号周波数に応じた位相補正を行うことを特徴とする請
    求項１〜３のいずれか一項に記載のレーダ装置。
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