JPWO2015098223A1 - レーダ装置及び距離速度計測方法 - Google Patents

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Abstract

ミキサ（６）から出力された周波数差信号をスライドサンプリングし、その周波数差信号のサンプリングデータを制御器（１）により設定されたパルス幅に対応する距離分解能によるレンジビン毎に仕分けるＡＤＣ（７）と、ＡＤＣ（７）により仕分けられた各レンジビンのサンプリングデータを物体の相対速度別に分離する速度弁別部（１０）とを設け、距離速度計測部（１１）が、速度弁別部（１０）により相対速度別に分離されたサンプリングデータを用いて、送信パルスを反射している物体との距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出する。

Description

この発明は、例えば、比較的狭い占有周波数帯域幅の電波を用いて、道路環境上の先行車両等を検出するレーダ装置及び距離速度計測方法に関するものである。
以下の非特許文献１に開示されているレーダ装置では、パルスを空間に放射するパルスドップラーレーダ方式を採用している。
このレーダ装置は、パルスを空間に放射する際、送信パルスのパルス幅と送信周期を設定するが、高い距離分解能と高い速度分解能を得るために、狭いパルス幅と短い送信周期を設定するようにしている。
このように、送信パルスのパルス幅を狭くして、送信パルスの送信周期を短くする場合、電波の占有周波数帯域幅として、広い占有周波数帯域幅を確保する必要がある。
「改訂レーダ技術」 電子情報通信学会出版、第３章 レーダ信号処理
従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、電波の占有周波数帯域幅として、広い占有周波数帯域幅を確保することができれば、狭いパルス幅と短い送信周期を設定して、高い距離分解能と高い速度分解能を得ることができる。しかし、電波の利用者が多く広い占有周波数帯域幅を確保することが困難な環境下では、狭いパルス幅と短い送信周期を設定することができず、高い距離分解能と高い速度分解能を得ることができないという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広い占有周波数帯域幅を確保することが困難な環境下でも、高精度に先行車両等の物体との距離及び相対速度を算出することができるレーダ装置及び距離速度計測方法を得ることを目的とする。
この発明に係るレーダ装置は、送信パルスのパルス幅及び送信周期を設定するパルス設定手段と、パルス設定手段により設定されたパルス幅の送信パルスを生成し、パルス設定手段により設定された送信周期で前記送信パルスを繰り返し空間に放射するパルス送信手段と、パルス送信手段から放射された送信パルスのうち、物体に反射されて戻ってきた送信パルスを反射パルスとして受信し、その反射パルスとパルス送信手段から放射された送信パルスの周波数差を示す周波数差信号を出力するパルス受信手段と、パルス受信手段から出力された周波数差信号をサンプリングし、その周波数差信号のサンプリングデータをパルス設定手段により設定されたパルス幅に対応する距離分解能によるレンジビン毎に仕分けるサンプリング手段と、サンプリング手段により仕分けられた各レンジビンのサンプリングデータを物体の相対速度別に分離する信号分離手段とを設け、距離速度算出手段が、信号分離手段により相対速度別に分離されたサンプリングデータを用いて、送信パルスを反射している物体との距離及び相対速度を算出するようにしたものである。
この発明によれば、パルス受信手段から出力された周波数差信号をサンプリングし、その周波数差信号のサンプリングデータをパルス設定手段により設定されたパルス幅に対応する距離分解能によるレンジビン毎に仕分けるサンプリング手段と、サンプリング手段により仕分けられた各レンジビンのサンプリングデータを物体の相対速度別に分離する信号分離手段とを設け、距離速度算出手段が、信号分離手段により相対速度別に分離されたサンプリングデータを用いて、送信パルスを反射している物体との距離及び相対速度を算出するように構成したので、広い占有周波数帯域幅を確保することが困難な環境下でも、高精度に物体との距離及び相対速度を算出することができる効果がある。
この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の処理内容（距離速度計測方法）を示すフローチャートである。 ＡＤＣ７によるスライドサンプリング処理を示す説明図である。 送信パルスのパルス幅Ｗ及び送信周期Ｐと距離分解能の関係を示す説明図である。 レーダ装置が先行車両を検知する様子を示す説明図である。 先行車両、樹木及び路面が存在しているレンジビンＲ4の合成データから先行車両のデータＲｘ３が分離される様子を示す説明図である。 速度弁別部１０によるフィルタ処理前の信号強度とフィルタ処理後の信号強度との差異を示す説明図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明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はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。図１のレーダ装置は、比較的近距離の範囲に存在している物体を検知するものである。
図１において、制御器１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、送信パルスのパルス幅Ｗ及び送信周期Ｐを設定するとともに、発振器２から発振される電波の周波数を制御する処理を実施する。なお、制御器１はパルス設定手段を構成している。
発振器２は制御器１が指示する周波数の電波（以下、「送信信号」と称する）を発振する。
パルス変調器３は発振器２により発振された送信信号をパルス変調して、制御器１により設定されたパルス幅Ｗの送信パルスを生成し、制御器１により設定された送信周期Ｐで当該送信パルスを送信アンテナ４に繰り返し出力する。
送信アンテナ４はパルス変調器３から出力された送信パルスを空間に放射する。
なお、発振器２、パルス変調器３及び送信アンテナ４からパルス送信手段が構成されている。
受信アンテナ５は送信アンテナ４から放射された送信パルスのうち、物体（例えば、先行車両、樹木、路面など）に反射されて戻ってきた送信パルスを反射パルスとして受信し、その反射パルスを受信信号としてミキサ６に出力する。
ミキサ６は発振器２により発振された送信信号と受信アンテナ５から出力された受信信号を乗算して、その送信信号と受信信号の周波数差を示す周波数差信号を出力する混合回路である。
なお、受信アンテナ５及びミキサ６からパルス受信手段が構成されている。
Ａ／Ｄ変換器であるＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）７はミキサ６から出力された周波数差信号の同相成分（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ成分）及び直交成分（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ成分）をスライドサンプリングする。
即ち、ＡＤＣ７は制御器１により設定された送信周期Ｐより若干長い周期（送信周期Ｐより長く、かつ、その送信周期Ｐとパルス幅Ｗの和の周期より短い周期）毎に、ミキサ６から出力された周波数差信号のサンプリングを行うスライドサンプリング処理を実施する。
また、ＡＤＣ７は周波数差信号のサンプリングデータを制御器１により設定されたパルス幅Ｗに対応する距離分解能によるレンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）毎に仕分ける処理を実施する。
距離カウンタ８は各レンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）に対応するメモリを備えており、ＡＤＣ７からサンプリングデータが出力される毎に、当該サンプリングデータを該当のレンジビンに対応するメモリに蓄積することで、同一レンジビンに属する複数のサンプリングデータを合成する処理を実施する。
例えば、ＡＤＣ７から出力されたサンプリングデータのレンジビンがＲ1であれば、レンジビンＲ1に対応するメモリに蓄積され、レンジビンＲ1に対応するメモリに蓄積されている複数のサンプリングデータが合成される。
切替スイッチ９は距離カウンタ８の各レンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）に対応するメモリのうち、制御器１が指示するメモリに接続され、当該メモリに格納されている複数のサンプリングデータの合成データを速度弁別部１０に出力する。
なお、ＡＤＣ７、距離カウンタ８及び切替スイッチ９からサンプリング手段が構成されている。
速度弁別部１０は周波数特性が異なる複数のフィルタ（例えば、周波数特性がｅ-j(2πfdH)tのＨＰＦ（ハイパスフィルタ）、周波数特性がｅ-j(2πfdL)tのＬＰＦ（ローパスフィルタ）など）を備えており、切替スイッチ９から出力された合成データを複数のフィルタに通すことで、その合成データを物体の相対速度別に分離する処理を実施する。なお、速度弁別部１０は信号分離手段を構成している。
距離速度計測部１１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、速度弁別部１０により相対速度別に分離された合成データを用いて、各レンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）に存在している物体（送信パルスを反射している物体）との距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出する処理を実施する。なお、距離速度計測部１１は距離速度算出手段を構成している。
図１の例では、レーダ装置の構成要素である制御器１、発振器２、パルス変調器３、送信アンテナ４、受信アンテナ５、ミキサ６、ＡＤＣ７、距離カウンタ８、切替スイッチ９、速度弁別部１０及び距離速度計測部１１のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーダ装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
レーダ装置の一部（例えば、制御器１、距離カウンタ８、切替スイッチ９、速度弁別部１０、距離速度計測部１１）をコンピュータで構成する場合、制御器１、距離カウンタ８、切替スイッチ９、速度弁別部１０、距離速度計測部１１の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の処理内容（距離速度計測方法）を示すフローチャートである。
次に動作について説明する。
制御器１は、例えば、２４ＧＨｚ帯のような狭い占有周波数帯域幅の電波を発振する旨を発振器２に指示する。
発振器２は、制御器１の指示の下、例えば、周波数が２４ＧＨｚの電波を発振し、その電波を送信信号としてパルス変調器３及びミキサ６に出力する。
また、制御器１は、送信パルスのパルス幅Ｗ及び送信周期Ｐを設定する（ステップＳＴ１）。
送信パルスのパルス幅Ｗを狭くして、送信パルスの送信周期Ｐを短くすると、電波の占有周波数帯域幅として、広い占有周波数帯域幅を確保する必要があるため、例えば、５０ｎｓｅｃのような広いパルス幅を設定し、１００ｎｓｅｃ（＝１／１０ＭＨｚ）のような長い送信周期Ｐを設定する。
ここで、図３はＡＤＣ７によるスライドサンプリング処理を示す説明図であり、図３の例では、送信パルスの送信周期Ｐを１００ｎｓｅｃ（＝１／１０ＭＨｚ）に設定している。
なお、送信パルスのパルス幅Ｗを狭くして、送信パルスの送信周期Ｐを短くすれば、図４（ａ）に示すように、距離分解能を高めることができるが、上述したように、電波の占有周波数帯域幅として、広い占有周波数帯域幅を確保する必要がある。
一方、送信パルスのパルス幅Ｗを広くして、送信パルスの送信周期Ｐを長くすれば、電波の占有周波数帯域幅を狭くすることができるが、図４（ｂ）に示すように、距離分解能が低下する。
パルス変調器３は、発振器２から送信信号を受けると、その送信信号をパルス変調して、制御器１により設定されたパルス幅Ｗの送信パルスを生成し、制御器１により設定された送信周期Ｐで当該送信パルスを送信アンテナ４に繰り返し出力する。
これにより、送信アンテナ４からパルス幅Ｗの送信パルスが送信周期Ｐで繰り返し空間に放射される（ステップＳＴ２）。
受信アンテナ５は、送信アンテナ４から放射された送信パルスのうち、物体（例えば、先行車両、樹木、路面など）に反射されて戻ってきた送信パルスを反射パルスとして受信し、その反射パルスを受信信号としてミキサ６に出力する（ステップＳＴ３）。
反射パルスは、図３に示すように、送信アンテナ４より送信パルスが放射されてから、物体までの距離に比例する時間が経過した後に受信される。
図３の例では、５個の送信パルスが繰り返し放射されて、５個の反射パルスが受信されている。
ミキサ６は、受信アンテナ５から受信信号を受けると、発振器２により発振された送信信号と当該受信信号を乗算して、その送信信号と受信信号の周波数差を示す周波数差信号（受信信号の周波数をダウンコンバートしたベースバンド帯の信号）をＡＤＣ７に出力する（ステップＳＴ４）。
ＡＤＣ７は、ミキサ６から周波数差信号を受けると、その周波数差信号の同相成分（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ成分）及び直交成分（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ成分）をスライドサンプリングする（ステップＳＴ５）。
ここで、スライドサンプリングは、制御器１により設定された送信周期Ｐより若干長い周期毎に、ミキサ６から出力された周波数差信号をサンプリングする処理である。
図３では、ミキサ６によって周波数がダウンコンバートされる前の反射パルス（受信信号）をスライドサンプリングする例を示しているが、ミキサ６によって周波数がダウンコンバートされた後の周波数差信号をスライドサンプリングする場合も同様である。
例えば、サンプリング周期（送信周期Ｐより若干長い周期）として、１００．１ｎｓｅｃ（＝１／９．９９ＭＨｚ）が設定された場合、１００．１ｎｓｅｃのサンプリング周期毎に、ミキサ６から出力された周波数差信号のサンプリングが行われる。
１００．１ｎｓｅｃの周期＝１００ｎｓｅｃ（送信周期Ｐ）＋０．１ｎｓｅｃ
この場合、送信パルスの送信周期Ｐが１００ｎｓｅｃ、周波数差信号のサンプリング周期が１００．１ｎｓｅｃ、両周期の差が０．１ｎｓｅｃとなるため、周波数差信号に対するサンプリングのポイントが０．１ｎｓｅｃずつスライドする。図３では、反射パルスに対するサンプリングのポイントが図中右方向に０．１ｎｓｅｃずつスライドしている例を示している。
このため、後述する距離カウンタ８が、図３に示すように、サンプリングのポイントが０．１ｎｓｅｃずつスライドしている複数のサンプリングデータを合成すると、その合成データは、１／０．１ｎｓｅｃ（＝１０ＧＨｚ）の高い周期で、周波数差信号をサンプリングしたサンプリングデータと等価になる。
ＡＤＣ７は、ミキサ６から出力された周波数差信号をスライドサンプリングすると、その周波数差信号のサンプリングデータを制御器１により設定されたパルス幅に対応する距離分解能によるレンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）毎に仕分ける処理を実施する（ステップＳＴ６）。
サンプリングデータをレンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）毎に仕分ける処理は、送信アンテナ４から送信パルスが放射されてから、受信アンテナ５が反射パルスを受信するまでの時間に基づいて行うことができるが、レンジビン毎に仕分ける処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
なお、ＡＤＣ７は、例えば、サンプリングデータのレンジビンがＲ0であれば、そのサンプリングデータをレンジビンＲ0に対応する距離カウンタ８のメモリに出力し、サンプリングデータのレンジビンがＲ1であれば、そのサンプリングデータをレンジビンＲ1に対応する距離カウンタ８のメモリに出力する。
距離カウンタ８は、各レンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）に対応するメモリを備えており、ＡＤＣ７からサンプリングデータが出力される毎に、当該サンプリングデータを該当のレンジビンに対応するメモリに蓄積することで、同一レンジビンに属する複数のサンプリングデータを合成し、図３に示すような合成データを生成する（ステップＳＴ７）。
これにより、各レンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）に対応するメモリには、高い周期（１／０．１ｎｓｅｃ）でのサンプリングデータに相当する合成データが保持される。
切替スイッチ９は、距離カウンタ８の各レンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）に対応するメモリのうち、制御器１が指示するメモリに接続され、当該メモリに格納されている複数のサンプリングデータの合成データを速度弁別部１０に出力する。
例えば、レンジビンＲ0→Ｒ1→Ｒ2→・・・の順番で、各レンジビンの合成データが速度弁別部１０に出力される。
速度弁別部１０は、周波数特性が異なる複数のフィルタ（例えば、周波数特性がｅ-j(2πfdH)tのＨＰＦ（ハイパスフィルタ）、周波数特性がｅ-j(2πfdL)tのＬＰＦ（ローパスフィルタ）など）を備えている。
ここで、図５はレーダ装置が先行車両を検知する様子を示す説明図である。
図５の例では、レーダ装置の計測方向（例えば、車両の前方）には、レンジビンＲ4において、先行車両のほかに、樹木や路面などが存在している。
このため、レンジビンＲ4の合成データには、先行車両からの反射パルスに係るデータだけでなく、樹木や路面からの反射パルスに係るデータが含まれている。
このとき、自車両に対する先行車両の相対速度ｆd3、樹木の相対速度ｆd1及び路面の相対速度ｆd2は異なり、樹木の相対速度ｆd1及び路面の相対速度ｆd2と比較して、先行車両の相対速度ｆd3が低い値となる。
ｆd1＞ｆd2＞ｆd3
このように、先行車両のほかに、樹木や路面などが存在している環境下では、速度弁別部１０は、少なくとも、先行車両の相対速度ｆd3に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd3)tを有するフィルタ、樹木の相対速度ｆd1に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd1)tを有するフィルタ、路面の相対速度ｆd2に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd2)tを有するフィルタを備えている。
速度弁別部１０は、切替スイッチ９から何れかのレンジビンの合成データを受けると、その合成データを複数のフィルタに通すことで、その合成データを物体の相対速度別に分離する（ステップＳＴ８）。
図５の例では、先行車両の相対速度ｆd3に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd3)tを有するフィルタから、先行車両からの反射パルスに係るデータＲｘ３が分離後の合成データとして得られる。
また、樹木の相対速度ｆd1に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd1)tを有するフィルタから、樹木からの反射パルスに係るデータＲｘ１が分離後の合成データとして得られ、路面の相対速度ｆd2に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd2)tを有するフィルタから、路面からの反射パルスに係るデータＲｘ３が分離後の合成データとして得られる。
これらのフィルタ以外のフィルタからは、分離後の合成データが出力されない。例えば、レンジビンＲ4には存在していない対向車両の相対速度に対応する周波数特性を有するフィルタからは、対向車両からの反射パルスに係るデータが得られない。
ここで、図６は先行車両、樹木及び路面が存在しているレンジビンＲ4の合成データから先行車両のデータＲｘ３が分離される様子を示す説明図である。
図５のように、先行車両、樹木及び路面が同一のレンジビンＲ4に存在している場合、先行車両からの反射パルスと、樹木からの反射パルスと、路面からの反射パルスとが混合されて受信されるため、図６に示すように、これらの反射パルスに係るデータＲｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３が合成されたｅ-j(2π(fd1+fd2+fd3))tの合成ベクトルが、レンジビンＲ4の合成データとして得られる。
レンジビンＲ4の合成データが、先行車両の相対速度ｆd3に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd3)tを有するフィルタに入力されると、当該フィルタでは、反射パルスに係るデータＲｘ２，Ｒｘ３が除去されるため、反射パルスに係るデータＲｘ１だけが当該フィルタから出力される。
図７は速度弁別部１０によるフィルタ処理前の信号強度とフィルタ処理後の信号強度との差異を示す説明図である。
図７の例では、レンジビンＲ4の合成データが、先行車両の相対速度ｆd3に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd3)tを有するフィルタに入力されると、先行車両からの反射パルスに係るデータＲｘ１以外のデータが除去されて、先行車両からの反射パルスに係るデータＲｘ１だけが高精度に得られている様子を示している。
距離速度計測部１１は、速度弁別部１０により相対速度別に分離された合成データを用いて、各レンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）に存在している物体との距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出する（ステップＳＴ９）。
図５の例では、レンジビンＲ4において、先行車両、樹木及び路面が存在しているので、先行車両の相対速度ｆd3に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd3)tを有するフィルタから出力されたデータＲｘ３から、先行車両との距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出し、樹木の相対速度ｆd1に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd1)tを有するフィルタから出力されたデータＲｘ１から、樹木との距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出する。
また、路面の相対速度ｆd2に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd2)tを有するフィルタから、路面との距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出する。
以下、物体との距離Ｒ及び相対速度Ｖの算出処理を具体的に説明する。
距離速度計測部１１は、例えば、先行車両の相対速度ｆd3に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd3)tを有するフィルタからデータＲｘ３を受けると、そのデータＲｘ３のパルス立ち上がり位置を特定することで、送信アンテナ４より送信パルスが放射されてから、先行車両に反射されて戻ってくるまでの遅延時間Ｔdを特定する。
例えば、データＲｘ３のパルス立ち上がり位置が、スライドサンプルにおける２００番目のサンプリングポイントであれば、上記のように０．１ｎｓｅｃずつスライドしている場合、遅延時間Ｔdは、２０ｎｓｅｃになる。
遅延時間Ｔd＝２００×０．１ｎｓｅｃ＝２０ｎｓｅｃ
距離速度計測部１１は、遅延時間Ｔdを特定すると、その遅延時間Ｔdを下記の式（１）に代入することで、自車両から先行車両までの距離Ｒを算出する。

Figure 2015098223
式（１）において、Ｃは電波伝搬速度（＝３．０×１０8ｍ／ｓｅｃ）である。
したがって、遅延時間Ｔdが２０ｎｓｅｃであれば、自車両から先行車両までの距離Ｒとして３ｍが算出される。
距離速度計測部１１は、例えば、先行車両との相対速度Ｖを算出する場合、反射パルスの単位時間Ｔｓ（＝１００μｓｅｃ＝１０００回サンプル×１００ｎｓｅｃ（＝１／１０ＭＨｚ））当りの位相回転の変化量θ（ｒａｄ）を特定する。
先行車両の相対速度ｆd3に対応する周波数特性ｅ-j(2πfd3)tを有するフィルタから出力されるデータＲｘ３には、同相成分（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ成分）と直交成分（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ成分）があるので、同相成分と直交成分からなるベクトルの方向の変化から、単位時間Ｔｓ当りの位相回転の変化量θを特定することができる。
距離速度計測部１１は、位相回転の変化量θを特定すると、位相回転の変化量θを下記の式（２）に代入することで、自車両と先行車両の相対速度Ｖを算出する。

Figure 2015098223
式（２）において、λは周波数が２４ＧＨｚの電波の波長（例えば、１２．４ｍｍ）である。
したがって、位相回転の変化量θが、例えば、３０°（＝π／６（ｒａｄ））であれば、先行車両との相対速度Ｖとして、５．１７ｍｍ／ｍｓｅｃ＝１８．６Ｋｍ／時間が算出される。
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ミキサ６から出力された周波数差信号の同相成分（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ成分）及び直交成分（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ成分）をスライドサンプリングし、その周波数差信号のサンプリングデータを制御器１により設定されたパルス幅Ｗに対応する距離分解能によるレンジビン毎に仕分けるＡＤＣ７と、ＡＤＣ７により仕分けられた各レンジビンのサンプリングデータを物体の相対速度別に分離する速度弁別部１０とを設け、距離速度計測部１１が、速度弁別部１０により相対速度別に分離されたサンプリングデータを用いて、物体との距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出するように構成したので、広い占有周波数帯域幅を確保することが困難な環境（送信パルスのパルス幅Ｗを狭くして、送信パルスの送信周期Ｐを短くすることが困難な環境）下でも、高精度に物体との距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出することができる効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、距離カウンタ８が、各レンジビン（Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，・・・）に対応するメモリを備えており、ＡＤＣ７からサンプリングデータが出力される毎に、当該サンプリングデータを該当のレンジビンに対応するメモリに蓄積することで、同一レンジビンに属する複数のサンプリングデータを合成して、その合成データを生成するように構成したので、高い周期（１／０．１ｎｓｅｃ）でのサンプリングデータと等価な合成データを速度弁別部１０に与えることができるようになり、その結果、低いサンプリング周期であっても、物体との距離Ｒ及び相対速度Ｖの算出精度を高めることができる効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、速度弁別部１０が、周波数特性が異なる複数のフィルタを備え、切替スイッチ９から出力された合成データを複数のフィルタに通すことで、その合成データを物体の相対速度別に分離するように構成したので、広い占有周波数帯域幅を確保することができずに距離分解能が低くなり、同一のレンジビンにおいて、複数の物体からの反射パルスが受信される状況であっても、同一のレンジビンに存在している複数の物体との距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出することができる効果を奏する。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
この発明のレーダ装置及び距離速度計測方法は、反射パルスと送信パルスの周波数差信号のサンプリングデータをレンジビン毎に仕分けし、各レンジビンのサンプリングデータを物体の相対速度別に分離し、相対速度別に分離されたサンプリングデータを用いて物体との距離及び相対速度を算出する。これにより、広い占有周波数帯域幅を確保することが困難な環境下でも、高精度に物体との距離及び相対速度を算出することができるので、道路環境上の先行車両等を検出するのに適している。
１ 制御器（パルス設定手段）、２ 発振器（パルス送信手段）、３ パルス変調器（パルス送信手段）、４ 送信アンテナ（パルス送信手段）、５ 受信アンテナ（パルス受信手段）、６ ミキサ（パルス受信手段）、７ ＡＤＣ（サンプリング手段）、８ 距離カウンタ（サンプリング手段）、９ 切替スイッチ（サンプリング手段）、１０ 速度弁別部（信号分離手段）、１１ 距離速度計測部（距離速度算出手段）。
この発明に係るレーダ装置は、送信パルスのパルス幅及び送信周期を設定するパルス設定手段と、パルス設定手段により設定されたパルス幅の送信パルスを生成し、パルス設定手段により設定された送信周期で前記送信パルスを繰り返し空間に放射するパルス送信手段と、パルス送信手段から放射された送信パルスのうち、物体に反射されて戻ってきた送信パルスを反射パルスとして受信し、その反射パルスとパルス送信手段から放射された送信パルスの周波数差を示す周波数差信号を出力するパルス受信手段と、パルス設定手段により設定された送信周期より長い周期毎に、パルス受信手段から出力された周波数差信号をサンプリングし、複数のサンプリング結果を合成して、周波数差信号のサンプリングデータを生成し、サンプリングデータをパルス設定手段により設定されたパルス幅に対応する距離分解能によるレンジビン毎に仕分けるサンプリング手段と、サンプリング手段により仕分けられた各レンジビンのサンプリングデータを物体の相対速度別に分離する信号分離手段とを設け、距離速度算出手段が、信号分離手段により相対速度別に分離されたサンプリングデータを用いて、送信パルスを反射している物体との距離及び相対速度を算出するようにしたものである。
この発明によれば、パルス設定手段により設定された送信周期より長い周期毎に、パルス受信手段から出力された周波数差信号をサンプリングし、複数のサンプリング結果を合成して、周波数差信号のサンプリングデータを生成し、サンプリングデータをパルス設定手段により設定されたパルス幅に対応する距離分解能によるレンジビン毎に仕分けるサンプリング手段と、サンプリング手段により仕分けられた各レンジビンのサンプリングデータを物体の相対速度別に分離する信号分離手段とを設け、距離速度算出手段が、信号分離手段により相対速度別に分離されたサンプリングデータを用いて、送信パルスを反射している物体との距離及び相対速度を算出するように構成したので、広い占有周波数帯域幅を確保することが困難な環境下でも、高精度に物体との距離及び相対速度を算出することができる効果がある。

Claims (6)

  1. 送信パルスのパルス幅及び送信周期を設定するパルス設定手段と、
    前記パルス設定手段により設定されたパルス幅の送信パルスを生成し、前記パルス設定手段により設定された送信周期で前記送信パルスを繰り返し空間に放射するパルス送信手段と、
    前記パルス送信手段から放射された送信パルスのうち、物体に反射されて戻ってきた送信パルスを反射パルスとして受信し、前記反射パルスと前記パルス送信手段から放射された送信パルスの周波数差を示す周波数差信号を出力するパルス受信手段と、
    前記パルス受信手段から出力された周波数差信号をサンプリングし、前記周波数差信号のサンプリングデータを前記パルス設定手段により設定されたパルス幅に対応する距離分解能によるレンジビン毎に仕分けるサンプリング手段と、
    前記サンプリング手段により仕分けられた各レンジビンのサンプリングデータを物体の相対速度別に分離する信号分離手段と、
    前記信号分離手段により相対速度別に分離されたサンプリングデータを用いて、前記送信パルスを反射している物体との距離及び相対速度を算出する距離速度算出手段と
    を備えたレーダ装置。
  2. 前記サンプリング手段は、前記パルス設定手段により設定された送信周期より長い周期毎に、前記パルス受信手段から出力された周波数差信号をサンプリングし、複数のサンプリング結果を合成して、前記周波数差信号のサンプリングデータを生成することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  3. 前記信号分離手段は、周波数特性が異なる複数のフィルタを備えており、前記サンプリング手段により仕分けられた各レンジビンのサンプリングデータを前記複数のフィルタに通すことで、前記サンプリングデータを物体の相対速度別に分離することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  4. 前記距離速度算出手段は、前記信号分離手段により相対速度別に分離されたサンプリングデータの位相回転の変化量を特性し、前記位相回転の変化量から前記物体との相対速度を算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  5. 前記パルス送信手段は、周波数が２４ＧＨｚ帯の電波をパルス変調して、前記パルス設定手段により設定されたパルス幅の送信パルスを生成することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  6. パルス設定手段が、送信パルスのパルス幅及び送信周期を設定するパルス設定処理ステップと、
    パルス送信手段が、前記パルス設定処理ステップで設定されたパルス幅の送信パルスを生成し、前記パルス設定処理ステップで設定された送信周期で前記送信パルスを繰り返し空間に放射するパルス送信処理ステップと、
    パルス受信手段が、前記パルス送信処理ステップで放射された送信パルスのうち、物体に反射されて戻ってきた送信パルスを反射パルスとして受信し、前記反射パルスと前記パルス送信処理ステップで放射された送信パルスの周波数差を示す周波数差信号を出力するパルス受信処理ステップと、
    サンプリング手段が、前記パルス受信処理ステップで出力された周波数差信号をサンプリングし、前記周波数差信号のサンプリングデータを前記パルス設定処理ステップで設定されたパルス幅に対応する距離分解能によるレンジビン毎に仕分けるサンプリング処理ステップと、
    信号分離手段が、前記サンプリング処理ステップで仕分けられた各レンジビンのサンプリングデータを物体の相対速度別に分離する信号分離処理ステップと、
    距離速度算出手段が、前記信号分離処理ステップで相対速度別に分離されたサンプリングデータを用いて、前記送信パルスを反射している物体との距離及び相対速度を算出する距離速度算出処理ステップと
    を備えた距離速度計測方法。
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