WO2006013615A1

WO2006013615A1 - レーダ装置

Info

Publication number: WO2006013615A1
Application number: PCT/JP2004/011056
Authority: WO
Inventors: Takayuki Inaba
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-02-09
Also published as: EP1775600A1; JPWO2006013615A1; US20090278727A1; EP1775600A4; US7768445B2

Abstract

　ＦＭＣＷレーダを初めとするＣＷレーダ方式を用いるレーダ装置において、干渉波の発生を回避し、制約された周波数変調帯域内に同時に多くのレーダ装置を収容可能とする。　周波数変調を伴う基準連続波に基づく送信波を空間に放射し、外部目標に反射されたこの送信波を受信して受信信号を取得するとともに、取得した受信信号と上記基準連続波からビート信号を求め、求めたビート信号から上記外部目標の距離及び速度を算出するレーダ装置１において、　上記基準連続波を上記レーダ装置に特有の間隔でパルス化してパルス送信信号を生成するパルス生成手段１３と、　上記パルス送信信号を上記送信波として空間に放射するアンテナ１６と、を備えた。

Description

明細書

レーダ装置

技術分野

[0001] この発明は、周波数変調を伴う連続波を空間に照射して外部目標の位置や速度を検出するレーダ技術に係るものであり、特に複数のレーダ装置の存在を許容し、その送信波同士による干渉を回避する技術に関する。

背景技術

[0002] 自動車の安全性をより高めるために、自動運転制御システム、あるいは運転者支援システムの検討がなされている。これらのシステムでは、運転者の知覚や感覚を補う目的で、自動車周囲の状況を観測するレーダ装置が搭載されることが多い。このような自動車搭載用レーダの方式として、パルスレーダ、パルス圧縮レーダ (スペクトル拡散レーダ）、 FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave)レーダ、 2周波 CW (Continuous Wave)レーダなどの各種方式が提案されている。

[0003] 気象レーダや防衛用途のレーダに代表されるように、従来、レーダ装置は比較的高価な装置であることが多力た。しかし、自動車搭載用レーダでは、その普及を図るために、低価格'簡易な方式が求められている。かかる観点から前述の各レーダ方式をみてみると、パルスレーダやパルス圧縮レーダは高速の信号処理を要求するので、レーダ装置の価格は高騰せざるを得ない。一方、 FMCWレーダや 2周波 CWレーダは、比較的低速な信号処理でも所要の距離分解能が得られる方式であり、自動車搭載用レーダの主要な方式として有力視されて、る。

[0004] 一方、 FMCWレーダや 2周波 CWレーダなどの連続波レーダは、連続波の周波数をある程度の帯域幅 (スイープ幅)の範囲で変調させ、変調させた連続波を目標物に向かって放射し、反射した受信波と変調させている連続波とのビート信号を得て、所定の距離分解能を得る方式である。このためこれらの方式では、路面反射や他の車両に搭載された同種のレーダ装置力の干渉を受けやす、と、う問題を有して、る。このような問題の解決策の一つとしては、レーダ装置毎に異なる電波の帯域を割り当てる方法がある。このようにレーダ装置毎に異なるスイープ幅を割り当てる方法を周波数ホッピングと呼んで、る。

[0005] これらのレーダ方式の原理によれば、より高い距離分解能を得るためにスイープ幅をさらに広げる必要がある。例えば、 lmの距離分解能を得るために 150(MHz)の帯域を必要とすることが知られている。この結果、レーダ装置が n台存在し、それぞれのレーダ装置が lmの距離分解能を得られるようにする〖こは、 150 X n(MHz)の帯域幅力 S要求されること〖こなる。

[0006] 一方、電波の帯域は電波関連法規によって利用目的毎に割り当てられている。自動車搭載用レーダ用に割り当てられている帯域幅が l(GHz)程度であるとすると、 15 O X n(MHz)< l(GHz)を満たす最大の nは 6となる。すなわち l(GHz)では、 6台程度のレーダ装置しか収容できな、こととなるのである。

[0007] 現在においても、自動車搭載用レーダ装置の測定精度向上に対する要求は高まる傾向にあり、レーダ装置毎に要求されるスイープ幅はさらに広がる傾向にある。その一方で、現在の道路事情では、ある所要のエリアに最大 6台しか自動車が走行できないという状況は許容されない。また情報通信技術が発展するにつれて、電波の用途は一貫して拡大しており、自動車搭載用レーダ装置に割り当てられる帯域幅が広力 ¾ことも期待できない。すなわち、レーダ装置間の干渉の発生状況は悪ィ匕する傾向にあり、周波数ホッピングのみでこの課題に対応することは困難であって、周波数ホッピングに替わる新たな解決策を見出さない限り、自動車搭載用レーダ装置の本格的普及は難しいといえる。

[0008] このような問題の解決策として、連続波をパルス化し、パルス間の位相を符号変調した上で、その位相符号パターンを考慮したミキシングを行う手法が提案されてヽる ( 例えば非特許文献 1)。

[0009] 非特許文献 1 :梶原昭博，〃自動車衝突警告用ステップド FMパルスレーダ"，信学論 B-II, Vol.J-81-Β-ΙΙ, No.3.pp.234- 239, May. 1998.

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] し力しながら、この文献に開示された方法によれば、符号パターンの直交化の方法によってはミキシング後にも干渉波が残留し、入力信号対干渉波電力が小さい場合など十分な目標検出性能が得られな、ことが容易に想像できる。また現実に採用可能な位相幅は最小でも π Ζ64程度と考えられるので、渋滞や駐車場など多数の自動車が周囲に存在する状況では完全な直交性が得られない場合があり、収容可能なレーダ装置の台数にも制限が生じることとなる。

[0011] この発明は、複数のレーダ装置が周囲に存在しても、安定して外部目標の検出を行うことのできるレーダ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0012] この発明に係るレーダ装置は、

周波数変調を伴う基準連続波に基づく送信波を空間に放射し、外部目標に反射されたこの送信波を受信して受信信号を取得するとともに、取得した受信信号と上記基準連続波からビート信号を求め、求めたビート信号から上記外部目標の距離及び速度を算出するレーダ装置において、

上記基準連続波を上記レーダ装置に特有の間隔でパルス化することによりパルス送信信号を出力するパルス化手段と、

上記ノルス送信信号を上記送信波として空間に放射するアンテナとを備えたことを特徴とするものである。

発明の効果

[0013] この発明に係るレーダ装置によれば、周波数変調を伴う連続波をパルス化し、さらにパルス送信間隔を他のレーダ装置とは異なる間隔に設定して外部目標に照射することとしたので、他のレーダ装置の送信波との干渉が生じにくくなり、周波数の掃引帯域幅が制限された環境であっても、同時に多数のレーダ装置を安定して共存させることができる、という極めて有利な効果を奏するのである。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]この発明の実施の形態 1に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、

[図 2]この発明の実施の形態 1に係るレーダ装置が発生する基準信号の波形の例を示す図、

[図 3]この発明の実施の形態 1に係るレーダ装置における送信周波数変換後の送信波の波形の例を示す図、 [図 4]この発明の実施の形態 1に係るレーダ装置による送受信パルスと受信サンプリング間隔との関係を示す図、

[図 5]この発明の実施の形態 2に係るレーダ装置が発生する基準信号の波形の例を示す図、

[図 6]この発明の実施の形態 3に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、

[図 7]この発明の実施の形態 4に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。

[図 8]この発明の実施の形態 5に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。

[図 9]この発明の実施の形態 6に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。

[図 10]この発明の実施の形態 7に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。

[図 11]この発明の実施の形態 8に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。

[図 12]この発明の実施の形態 9に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。

[図 13]この発明の実施の形態 10に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。符号の説明

[0015] 13 パルス生成器、

16 アンテナ。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 実施の形態 1.

図 1は、この発明の実施の形態 1によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図に示したレーダ装置 1は、基準信号発生器 11、送信周波数変換器 12、パルス化装置 13、制御器 14、サーキユレータ 15、アンテナ 16、受信器 17、信号処理器 18を備えている。このうち、基準信号発生器 11、送信周波数変換器 12、パルス化装置 13 、制御器 14までは、主として送信信号を発生するための部品群である。また、サーキユレータ 15とアンテナ 16は送受信兼用で用、られる部品群である。さらに受信器 17 と信号処理器 18は受信信号を処理するための部品群である。

[0017] 基準信号発生器 11は所定の連続波形を有する基準信号を発生する回路又は素子である。基準信号発生器 11が生成する基準信号の周波数は、所定の期間 τごとに連続的に上昇と下降とを繰り返すようになって!/、る。

[0018] なお、ある 1つの周波数上昇期間あるいは周波数下降期間のことを「スイープ」と呼ぶ。また、 1つの周波数上昇期間とその周波数上昇期間に続く 1つの周波数下降期間とによって形成される連続的な時間帯のことを「バースト」と呼ぶ。

[0019] 送信周波数変換器 12は、必要に応じて基準信号発生器 11が発生した基準信号に対して周波数変調を行い、レーダ装置 1の送信波の帯域を、他のレーダ装置の送信波の帯域とは異なる帯域とする回路又は素子である。これによつて、他のレーダ装置と送信周波数が重ならな、ようにすることができ、周波数ホッピングが実現される。

[0020] パルス生成器 13は、基準信号発生器 11が生成した基準信号をパルス幅 T (Tは

P P

所定の長さを有する時間）でパルス信号に変換する回路である。制御器 14は送信周波数変換器 12及びパルス生成器 13の双方の動作を制御するための回路又は素子である。

[0021] サーキユレータ 15は、パルス生成器が行うパルス送信信号生成タイミングに合わせて、アンテナ 16の接続をパルス生成器 13と受信器 17とに切り替える素子又は回路である。この結果、アンテナ 16がサーキユレータ 15によってパルス生成器 12に接続されている場合は、アンテナ 16は送信アンテナとして機能する。また、アンテナ 16がサーキユレータ 15によって受信器 17に接続されている場合は、アンテナ 16は受信ァンテナとして機能することとなる。

[0022] なお、レーダ装置 1では、装置の構成を簡素にするためにアンテナ 16を送受信兼用アンテナとして構成しているが、送信アンテナと受信アンテナとを独立させる構成を採用してもよいことはいうまでもない。また、その場合にはサーキユレータ 15を省略することが可能である。

[0023] アンテナ 16は、パルス生成器 13が生成したパルス信号を送信波 81— aとして外部目標 2に照射するようになっている。その結果、送信波 8 liは外部目標 2によって反射され、反射波 81-bとして再びアンテナ 16に到来することとなる。

[0024] 受信器 17は、アンテナ 16が反射波 81-bを受信して得た受信信号の検波処理を行い、サンプリング間隔 Tによってディジタル信号に変換した上で、ディジタルィ匕され k

た受信信号と基準信号発生器 11が出力する基準信号とを混合して、ビート信号を発生する回路又は素子である。

[0025] 信号処理器 18は、受信器 15が生成したビート信号に基づいて外部目標 2の相対距離及び相対速度を検出する回路又は素子である。

[0026] 続いてこの発明の実施の形態 1によるレーダ装置の動作について説明する。基準信号発生器 11は、図 2に示すような帯域幅 Bからなる周波数変調を伴う基準信号を発生する。この基準信号は所定のベースバンド Bを最低周波数としていて、周波数

0

上昇期間 Tの間に B +Bまで周波数が上昇する。そして周波数下降期間 Tの間に B

0 0 まで戻るようになって、る。

[0027] 送信周波数変換器 12は、基準信号発生器 11が発生した周波数変調を伴う基準信号の周波数を、さらに所定の許容帯域内の周波数に変調させる。ここで許容帯域の最低周波数 f—mは制御器 14からの制御信号に基づ、て決定される。制御器 14は、例えばレーダ装置 1に特有の許容周波数を予め記憶しており、その許容周波数を送信周波数変換器 12に制御信号として供給する。レーダ装置 1に特有の許容周波数を予め記憶する方法としては、レーダ装置 1を工場出荷する際に他のレーダ装置と重ならないように予め許容周波数を割り振っておいてもよい。また使用時に、利用者がレーダ装置 1がおかれた環境 (例えば、レーダ装置 1が自動車搭載用レーダである場合には、周囲の交通状況を考慮しながら利用者が判断する）に合わせて許容周波数を設定するようにしてもょ、。

[0028] この結果、 B力 B +Bまで周波数変調されて、た基準信号は、送信周波数変換

0 0

器 12によって、 B +f mから B +B+f mまでの周波数変調を伴う FM送信信号と

0 一 0 一

なる。図 3はこのような FM送信信号を図示したものである。このようにレーダ装置毎に異なる許容帯域内に周波数変調することで周波数ホッピングが実現され、受信波の信号処理にぉ、て干渉波の抑圧が容易になる。

[0029] 続いてパルス生成器 13は、送信周波数変換器 12が発生した FM送信信号をパルス幅 Tp、パルス間隔 PRIでパルス化する。ここで、パルス間隔 PRIは制御器 14からの制御信号に基づいて決定される。同様に制御器 14は、レーダ装置 1に特有のパルス間隔 PRIを予め記憶しており、記憶しているノルス間隔 PRIをパルス生成器 13に制御信号として供給する。なお、パルス間隔 PRIを予め記憶する方法は、許容帯域 f— mの記憶方法と同じ方法を用いることができる。その結果、パルス生成器 13は送信周波数変が発生した FM送信信号の一部をパルス送信信号として出力する [0030] ノルス生成器 13によって出力されたパルス送信信号は、サーキユレータ 15を経由してアンテナ 16から空間に送信波 81ιとして照射され、そのうちの一部は外部目標 2に反射されて反射波 81-bとしてアンテナ 16に戻ってくる。

[0031] アンテナ 16は反射波 81-bを受信波として受信すると、アナログ信号である受信信号をサーキユレータ 15を介して受信器 17に出力する。図 4は、送信周波数変 1 2が発生した FM送信信号の一部をパルス生成器 13がパルス化して得た送信パルスと反射波として得られる受信パルスとの関係を示す図である。図が示すように、周波数上昇期間における連続信号は複数の送信パルス (例えば送信パルス 82— aや 83— aなど）となるが、各送信パルスは基準信号の周波数変調に伴って、徐々に周波数が上昇していくことになる。また送信パルスを複数照射すると、その反射波である受信パルスも複数個得られる。それぞれの受信パルス (例えば受信パルス 82 - bや 83 - b) は、外部目標 2まで到着して再びアンテナ 16に戻るものなので、送信時から所定の時間遅延が発生することになる。さらに外部目標が移動している場合には、ドッブラ一効果による周波数変調が発生する。

[0032] 受信器 17は、アンテナ 16によって受信された受信信号を、所定のサンプリング間隔 Tでディジタル信号に変換する。さらに送信周波数変 12が発生しているその

Κ

時点での FM送信信号（内部信号)と混合してビート信号を生成する。受信器 17によつて生成されたビート信号は信号処理器 18に出力される。

[0033] 受信器 17における受信信号は、外部目標 2までの距離による時間遅延と外部目標 2の運動の効果に基づく周波数変調の影響を受けているので、受信信号と内部信号から得られたビート信号を解析することで、外部目標 2の相対距離及び相対速度を得ることができる。このような原理に基づくレーダは、 FMCWレーダとして広く知られるものである。

[0034] ここで、レーダ装置 1において特徴的なことは、送信波として連続波を用いる替わりに、周波数変調を伴った連続波をパルス化して得たパルス波を用いており、さらにパルス送信間隔 PRIをレーダ装置 1に特有な値に設定して、る点である。パルス送信間隔 PRIがレーダ装置 1に特有であるので、受信パルスと他のレーダ装置による送信波あるいは反射波との間で干渉が生じないようになっているのである。このため、レーダ装置 1は多くのレーダ装置が混在する環境においても、安定して外部目標 2の測定を行うことが可能となる。

[0035] 信号処理器 18は、周波数上昇期間と周波数下降期間の双方において、ビート信号を周波数解析することによって、ビート信号の周波数 f

upと f

downとを算出する。 FMC

Wレーダの原理によれば、周波数上昇期間において受信器 17によって得られたビート信号の周波数を f 、周波数下降期間において受信器 17によって得られたビート

up

信号の周波数を f とするならば、外部目標 2までの相対距離 R及び外部目標 2の相

down

対速度 Vは式（1)及び式（2)によって与えられる。そこで、信号処理器 18は、式（1)と式（2)に算出した f と f を代入して Rと Vを算出する。なおこれらの式において、 cは

up down

光速である。

[数 1]

[数 2]

[0036] なお、信号処理器 18で行われる周波数解析の方法としては、高速フーリエ変換などすでに知られている各種の方法を用いることができる。ところで、レーダ装置 1はパルス波を用いて、るので、信号処理器 18にお、てパルス方向にフーリエ変換することで、干渉波の影響をさらに低減することが可能となる。

[0037] ここで、パルス方向にフーリエ変換する、とは次のような意味を有する。すなわち、送信パルスの送信時力も数えて k回目のサンプリング時に得られたビート信号を、複数の送信パルスそれぞれについて積算してフーリエ変換するとき、 k回目のサンプリング値をパルス方向にっ、てフーリエ変換する、と、う。

[0038] レーダ装置 1が用いるノルス送信間隔 PRIはレーダ装置 1に特有な送信間隔であるので、たまたま送信パルスの一部にお!、て他のレーダ装置の送信波や反射波と干渉し合ってしまったとしても、他のパルスでは干渉波が発生しな、ことが期待される。したがって、パルス方向にフーリエ変換を行うことで、一部のパルスにおける干渉波の影響を低減することができる。

[0039] 以上、この発明の実施の形態 1では、レーダ装置 1に特有のパルス送信間隔 PRIでパルスを送信するようにした。この結果、他のレーダ装置のパルス送信間隔とは異なる間隔でパルス送信を行うため、干渉波の発生頻度を低く抑えることができるのである。

[0040] なお、この発明の実施の形態 1において、送信周波数変換器 12を省略し、レーダ装置 1に特有なパルス送信間隔 PRIを用いるだけでも、干渉波の発生頻度を抑制することができることは明らかである。その場合は、制御器 14においても許容帯域に関する処理や機能を省略することができる。

[0041] 実施の形態 2.

実施の形態 1によるレーダ装置 1は、 FMCWレーダ方式を採用していた力 2周波 CW方式を採用してもよい。実施の形態 2によるレーダ装置は力かる特徴を有するものである。実施の形態 2によるレーダ装置の構成のブロック図も図 1によって示される。実施の形態 2では、図の基準信号発生器 11は、第 1周波数期間において一定の周波数 fの連続波基準信号を発生し、第 2周波数期間において一定の周波数 f (た

1 2 だし f >f

2 1とする）の連続波基準信号を発生するようになっている。ここで第 1周波数期間と第 2周波数期間はともに Tであるものとする。また連続する 1つずつの第 1周波数期間と第 2周波数期間とで 1つのバーストが構成されるものとする。

[0042] この発明の実施の形態 2において、図 1の構成要素のうち、送信周波数変換器 12 、ノルス生成器 13、制御器 14、サーキユレータ 15、アンテナ 16、受信器 17については実施の形態 1と同様であるので説明を省略する。

[0043] 次に、この発明の実施の形態 2のレーダ装置について動作を説明する。基準信号発生器 11が発生した連続波基準信号は、送信波周波数変換器 12に出力される。送信波周波数変翻 12は実施の形態 1と同様に、このレーダ装置 1に特有の最低周波数 f—mに基づいて第 1周波数期間においては周波数 f +f— m (—定)の連続波

― 1 ―

基準信号を発生する。さらには第 2周波数期間において、周波数 f +f— m (—定)の連続波基準信号を発生する。ここで、レーダ装置 1に特有の最低周波数 f—mは制御器 14が予め記憶している値である。発生した連続波基準信号はノルス生成器 13に出力される。

[0044] またパルス生成器 13は、制御器 14が予め記憶して、るレーダ装置 1に特有なパルス送信間隔 PRIに基づ、てパルス化される。パルス化された送信信号はサーキユレータ 15を介してアンテナ 16から空間に照射され、一部が外部目標 2に反射されてァンテナ 16に受信される。ここで実施の形態 1でも説明したように、送信波はレーダ装置 1に特有な PRIによってパルス化され、さらに送信周波数変^ ^12によってレーダ装置 1に特有な周波数帯に周波数ホッピングされているので、干渉波が生じにくいという特'性がある。

[0045] アンテナ 16で受信された受信波は、サーキユレータ 15を介して受信器 17に出力される。受信器 17はこの受信信号をディジタル変換するとともに、送信周波数変換器 1 2が生成する内部基準信号と混合してビート信号を生成し、生成したビート信号を信号処理器 18に出力する。

[0046] 信号処理器 18は、各サンプリングデータをスペクトル分析してピークが得られる周波数から目標速度を得る。また距離については次のようにして算出する。まず、第 1 周波数期間のピークが得られる周波数成分の位相を Φ 1、第 2周波数期間のピークが得られる周波数成分の位相を Φ 2として、その周波数の位相差 Δ φ = φ 1— φ 2を算出する。そして算出した Δ φを用いて、式 (3)により距離 Rを算出するのである。

[数 3]

_R _ ^C >

[0047] 以上のように、レーダ装置 1を 2周波 CW方式で構成した場合であっても、周波数ホッビングによりレーダ装置 1特有の周波数帯域を使用するようにし、さらにレーダ装置 1特有のパルス送信間隔でパルス送信を行うようにしたので、干渉波の発生を抑制することが可能となる。

[0048] なお、実施の形態 1で示したように、この発明の実施の形態 2におヽてもパルス方向のフーリエ変換を行うことによって、一部のパルスで発生した干渉波の影響を小さくすることがでさる。

[0049] また実施の形態 1と同様に、周波数ホッピングを行わずに、このレーダ装置 1に特有なノルス送信間隔でパルス送信を行うようにするだけでも干渉波の発生を抑制することができることは明らかである。

[0050] なお、実施の形態 1や実施の形態 2で示したこの発明の特徴は、階段状の周波数変調を行うステップチヤープレーダ方式のレーダ装置に対しても容易に適用できることはいうまでもない。

[0051] 実施の形態 3.

図 6は、この発明の実施の形態 3によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において新規な要素は、送信周波数制御器 21である。その他の構成要素は実施の形態 1と同じであるので説明を省略する。

[0052] 送信周波数制御器 21は、実施の形態 1における制御器 14に替わる部位であって、送信周波数変換器 12が基準信号に対して行う周波数変調の最低周波数 f—mの値を所定の周期毎に変更するように送信周波数変^^ 12を制御するものである。ここで、送信周波数制御器 21が f—mの値を変更する周期は、例えばバーストやパルス送信間隔 (PRI)を基準に設定するとよい。すなわち、バーストを基準に周期を設定する場合には、 n Xバースト (nは自然数)を周期長さとして設定する。またパルスの送信間隔を基準に設定する場合も n Xパルスを周期長さとして設定する。

[0053] 異なる f—mを選択する方法としては、例えば送信周波数制御器 21が予め最低周波数 f—mを複数個記憶しておき、記憶して、る複数の f—mから一つの f—mを選択する方法が考えられる。その場合には、乱数を発生させて発生した乱数に基づいていずれかの f—mを選択するようにする。こうすると、他に同様のレーダ装置が近くに存在しても、互いに異なる f—mを選択することとなるので、周波数帯域の競合を回避して共存が可能となる。

[0054] 一般に FMCWレーダ方式においてより高い距離分解能を得るには、スイープ幅を広げる必要があるが、電波の帯域幅は電波関連法規によって利用目的毎に制約されるので、狭い領域に同種のレーダ装置が多数存在する場合には、レーダ装置間でスイープ周波数帯が衝突する可能性が避けられない。この結果、同一のスイープ周波数帯に複数のレーダ装置が存在してしまうことによって干渉波が発生することになる。しかし、この発明の実施の形態 3による方法のように、所定の周期毎に最低周波数を切り替えるようにすれば、一時的に同一周波数帯を使用する複数のレーダ装置が周囲に存在することで干渉波が多発し、測定精度が大きく劣化しても、パルス送信間隔の数倍あるいはバーストの数倍の時間が経過するうちに、周波数帯の衝突が回避されて、測定精度が回復するのである。

[0055] なお、実施の形態 2に示した 2周波 CW方式の構成にこの実施の形態の構成を適用しても同様の効果が得られる。

[0056] 実施の形態 4.

図 7は、この発明の実施の形態 4によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において新規な要素は、 PRI制御器 22である。その他の構成要素は実施の形態 1と同じであるので説明を省略する。

[0057] PRI制御器 21は、実施の形態 1における制御器 14に替わる部位であって、パルス生成器 13が連続波送信信号に対して行うパルス化処理のパルス間隔 (PRI)を所定の周期毎に変更するようにパルス生成器 13とサーキユレータ 15を制御するものである。ここで、 PRI変翻21が PRIの値を変更する周期は、例えばバーストや送信したパルスの個数を基準に設定するとよい。すなわち、バーストを基準に周期を設定する場合には、 nXバースト (nは自然数)毎に新たな PRIを設定する。またパルスの送信個数を基準に設定する場合は、例えばパルス n個毎に新たな PRIを設定する。

[0058] 異なる PRIを選択する方法としては、例えば PRI制御器 22が予め PRIを複数個記憶しておき、記憶して、る複数の PRIから一つの PRIを選択する方法が考えられる。その場合には、乱数を発生させて発生した乱数に基づ、て、ずれかの PRIを選択するようにする。こうすると、他に同様のレーダ装置が近くに存在しても、互いに異なる P RIを選択することとなるので、周波数帯域の競合を回避して共存が可能となる。

[0059] なお、この場合にはサーキユレータ 15の送受信切り替え間隔もあわせて変更する。

これによつて、設定した PRIに合わせた受信波の受信が可能となる。

[0060] 以上のように構成することで、複数の送信パルスに対する受信パルスのうち、一部のパルスにぉ、て干渉波が発生してしまったとしても、すべての受信パルスで干渉波が発生することはほとんど起こり得ないこととなる。したがって一時的に測定精度が劣化しても、送信ノルス数個分あるいは数バーストのうちに測定精度が回復するのである。

[0061] またこの結果、狭い領域内に複数のレーダ装置が同時に存在してままであっても、安定して外部目標の測定を行うことができるのである。

[0062] なお、この実施の形態で示した PRIを所定の周期で変更する構成と実施の形態 1 で示したパルス方向のフーリエ変換を組み合わせるようにしてもよい。これによつて、さらに干渉波の影響を低減することが可能となる。

[0063] また、実施の形態 1や 2で示した周波数ホッピングと組み合わせることにより、さらに干渉波の発生頻度を小さくすることが可能である。

[0064] なお、実施の形態 2に示した 2周波 CW方式の構成にこの実施の形態の構成を適用しても同様の効果が得られる。

[0065] 実施の形態 5.

図 8は、この発明の実施の形態 5によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において、実施の形態 1と比して新規な要素は次のとおりである。まず、サーキユレータ 15を廃して代わりに送信専用アンテナ 16aをパルス生成器 13に接続した。そして、受信専用アンテナとして素子アンテナ 16b— 1— 16b— n (nは自然数)を設けてァレーアンテナ構成とするとともに、受信素子アンテナ毎に個別の受信器 (受信器 17- 1一 17— nとする）を設けた。さらに受信器 17-1-17— nの受信信号に基づ、てマルチビーム形成処理を行うマルチビーム形成処理器 18aを設け、マルチビーム形成処理器 18aが形成したビーム毎に個別の信号処理器 (信号処理器 18b— 1一 18b— n) を設けた。その他の構成要素は実施の形態 1と同じであるので説明を省略する。

[0066] 次に、この発明の実施の形態 5によるレーダ装置 1の動作について説明する。基準信号発生器 11は、図 2に示すような帯域幅 Bからなる周波数変調を伴う基準信号を発生する。送信周波数変換器 12は、基準信号発生器 11が発生した周波数変調を伴う基準信号の周波数を、さらに所定の許容帯域内の周波数に変調させる。ここで、制御器 14は実施の形態 1と同様に、送信周波数変翻 12に対してレーダ装置 1に特有となる許容帯域の最低周波数 f—mを与える。これによつて周波数ホッピングが実現される。なお、制御器 14に替えて、実施の形態 3で用いる送信周波数制御器 21 のような部位を用いて数バーストあるいは数個のパルス送信毎に最低周波数 f—mを変更する構成を用いてもょヽ。

[0067] そして、パルス生成器 13は、送信周波数変換器 12が発生した FM送信信号をパルス幅 T、パルス間隔 PRIでパルス化する。ここで、制御器 14は実施の形態 1と同様に

P

、送信周波数変換器 12に対してレーダ装置 1特有のパルス間隔 PRIを与える。この結果、パルス間隔がレーダ装置 1に特有であるため、一部のパルスで干渉波が発生したとしても、送信パルスの大部分では干渉波が発生しないこととなる。このことにより、一定の周波数帯域内で多くのレーダ装置が同時に動作することが可能となる。

[0068] なお、制御器 14に替えて、実施の形態 4で用いる PRI制御器 22のような部位を用 Vヽて数バーストあるいは数個のパルス送信毎にパルス送信間隔 PRIを変更する構成を用いてもよい。

[0069] ノルス生成器 13によってパルス化された送信信号は、アンテナ 16aから空間に照射され、外部目標に反射されて、素子アンテナ 16b— 1一 16b— nに受信される。その結果、素子アンテナ 16b— 1— 16b— nは対応する受信器 17-1-17— nに受信信号を出力する。受信器 17— 1一 17— nでは、それぞれの信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換し、送信周波数変換器 12が出力する周波数変調を伴う内部基準信号と混合することでビート信号を生成して、マルチビーム形成処理器 18aに出力する。

[0070] マルチビーム形成処理器 18aは、受信器 17— 1— 17— nが出力したビート信号をァレーアンテナ方向にフーリエ変換してマルチビームを形成する。このようにして、ビート信号は各マルチビーム方向へ指向性利得を持つビーム出力信号に変換される。続いて信号処理器 18b-l— 18b-nは出力された各ビーム出力信号に対して、実施の形態 1または 2と同様にピーク検出を行ってその周波数を算出し、式（1)と式 (2)に代入して目標の距離'速度を算出する。

[0071] こうすることで、一部のビーム方向で他のレーダ装置と同じ周波数や PRIを用いているために干渉波が生じてしまったとしても、このビーム方向とは異なるビーム方向では干渉波が生じないこととなる。また、ピークが検出されたマルチビーム力もビーム方向が得られる。

[0072] なおこの実施の形態では、素子アンテナ 16b— 1一 16b— nとして別個の素子アンテナを配置し、アレーアンテナ構成とすることとした力機械スキャンや電子スキャンによるマルチビーム構成としてもよい。またその場合は受信器を実施の形態 1と同様に受信器 17を一つだけ配置し、時分割で各ビームを処理するようにすればよい。このような構成を採用しても、この発明の特徴は失われることがなぐしたがって干渉波を抑制するという効果を奏することは明らかである。

[0073] またこの実施の形態では、 FMCWレーダ方式を用いることとした力 2周波 CW方式に基づくレーダ装置で構成することも容易である。

[0074] 実施の形態 6.

図 9は、この発明の実施の形態 6によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。実施の形態 6は、実施の形態 5に加えてさらに送信側もマルチビーム構成にした点が特徴である。送信側の構成もマルチビーム構成としたので、 PRIと最低周波数 f— mとビーム方向の組み合わせをレーダ装置 1に特有のものとすることで、さらに干渉波の抑制を行うことができる。

[0075] 図において、実施の形態 5と比して新規な要素は次のとおりである。まず基準信号発生器 11が発生した周波数変調を伴う基準信号に基づヽて送信マルチビーム形成処理を行う送信マルチビーム形成処理器 11—2を設けた。さらに送信マルチビーム形成処理によって形成されたマルチビームのそれぞれに対して送信周波数変換を行うために、複数の送信周波数変換器 (送信周波数変換器 12 - 1一 12 - n、ただし n は 2以上の自然数。以下同じ)を設けた。またアンテナ素子として送受兼用のアンテナ素子 16— 1— 16— nを設け、アンテナ素子 16— 1— 16— nの送受信を切り替えるためにサーキユレータ 15—1— 15-nを設けた。

[0076] また実施の形態 6における制御器 14は、送信周波数変換器 12— 1一 12— nのそれぞれに対して周波数ホッピングのベース周波数を与え、ノレス生成器 13に対して P RIを与えるとともに、送信マルチビーム形成処理器 11 2と受信マルチビーム形成処理器 18aに対してビーム方向を与えるようになつている。なおここで、ビーム方向とは、方向を直接的に指示する情報である必要はない。例えば、ビームが異なる方向に向けて構成されている場合には、その中の一つのビームを識別するための情報を与えることで、間接的に方向を指示していることになる。ビーム方向としては、このような情報で十分なのである。

[0077] これによつてビーム方向と周波数ホッピングのベース数波数、パルス送信間隔の組み合わせがレーダ装置 1に特有のものとなる。なお。ビーム方向と周波数ホッピングのベース数波数、パルス送信間隔の組み合わせがレーダ装置 1に特有である、とは、ビーム方向と周波数ホッピングのベース数波数、パルス送信間隔の組み合わせが全く同じになるレーダ装置が他に存在しないことを意味している。こうすることで、複数のレーダ装置間で、一部のビームにお!、て周波数ホッピングの周波数帯域やパルス送信間隔の競合が発生し、その結果として干渉が生じていても、他のビームでは競合が発生せず、干渉波の発生を回避できる。そのため、干渉波が生じないビームを用いての補正や補間が可能となって、外部目標の距離や位置を算出することが可能となるのである。

[0078] 実施の形態 7.

図 10は、この発明の実施の形態 7によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において新規な要素は、干渉波モニタ 19である。干渉波モニタ 19は受信器 17 が出力する受信信号の周波数と PRIを監視する。またこの発明の実施の形態 7における制御器 14はこの監視結果に基づ、て、レーダ装置の周波数や PRIを変更する。その他の構成要素は実施の形態 1と同じであるので説明を省略する。

[0079] 続いてこの発明の実施の形態 7によるレーダ装置の動作について説明する。基準信号発生器 11力送信周波数変 12、パルス生成器 13、サーキユレータ 15、ァンテナ 16、受信器 17の動作は実施の形態 1と同様である。干渉波モニタ 19は受信器 17の出力に基づ、て干渉波の検出を行う。そして干渉波が発生して、ると判断される場合には、制御器 14に信号を送出する。

[0080] 制御器 14は、干渉波モニタ 19から干渉波発生を検知する信号を受信すると、近接する他のレーダ装置との間で現在の周波数ホッピングの使用周波数帯域や PRIの競合が発生して、ると判断し、現在の周波数ホッピング帯域あるいは PRIを変更する。周波数ホッピング帯域や PRIの変更方法にはいくつかの方法が考えられる。例えば、干渉波が他の CW (連続波）レーダによるものである場合には、他の PRIを採用しても複数のパルスで干渉波の影響を受けてしまうので、周波数ホッピング帯域を変更し、周波数帯が重ならなヽようにする。また干渉波がパルスの場合は PRIを変更すれば足りるので、 PRIのみを変更するようにしてもよい。

[0081] このようにして、干渉波モニタ 19を設けることにより、この発明の実施の形態 7によるレーダ装置は、他のレーダ装置の送信波との間で干渉波の発生を抑制することができるのである。

[0082] 実施の形態 8.

図 11は、この発明の実施の形態 8によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において実施の形態 7に比較して新規な要素は、送信停止制御付パルス生成器 20を設けた点にある。送信停止制御付パルス生成器 20は連続波をパルス化するとともに、一時的にパルス波の発生を停止する機能を有する。その他の構成要素は実施の形態 7と同じであるので説明を省略する。

[0083] このようにすることで、実施の形態 8によるレーダ装置は一時的に自身のレーダ波の照射を停止する。一方その間、干渉波モニタ 19では他のレーダの照射した送信波を受信して得た信号の有無を識別することができる。この場合、この信号の中には自身のレーダ波による信号が含まれないこととなり、ほとんどすべての信号が干渉波によるものとなる。したがって干渉波の発生を検出するために自分自身の照射したレーダの影響を抑え、より正確に他のレーダとの干渉発生を検出できるのである。

[0084] 実施の形態 9.

図 12は、この発明の実施の形態 9によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において実施の形態 1に比較して新規な要素は、コード送信回路 21とコードモユタ 22とを設けた点にある。コード送信器 21は、レーダ装置 1で使用している周波数ホッピングの周波数帯域と PRIとをコード化した情報をパルス信号とし、このパルス信号とパルス生成器 13が出力する FMCW波に基づくパルス波とを時分割で送信する回路又は素子である。またコードモニタ 22は、他のレーダ装置が送信してきた周波数ホッピングの周波数帯域と PRIとをコード化した情報をモニタリングする回路又は素子である。制御器 14は、コードモニタ 22が取得した情報に基づいてレーダ装置 1 の周波数ホッピングの周波数帯域と PRIとを制御するとともに、コード送信器 21が送信するコードをコードモニタ 22が受信した他のレーダ装置のコードに基づいて決定するようになつている。その他の構成要素は実施の形態 1と同じであるので説明を省略する。

[0085] このように構成することで、レーダ装置 1に特有の周波数ホッピング帯域や PRIを簡易に選択することができるようになる。

[0086] なお、コード送信の方法としては図 12に示すように連続波をパルス化した送信波と時分割とする方法の他、コード送信用に所定の周波数帯域を予め割り当てておき、常時この帯域を用いて FMCWなどの連続波のパルスとは別に信号を送受信するような構成としてもよい。

[0087] また他のレーダ装置の用いるコードと別のコードをレーダ装置 1に簡易に割り当てる方法としては、例えば次のように行う。

(1)レーダ装置毎に順位を割り当てる予め識別値を付与しておき、コードとしては周波数ホッピング帯域、 PRIを表すコードとこの識別値とを送出する。またコードは周波数ホッピング帯域、 PRIの組み合わせ毎に複数個準備しておく。複数のコードについても順番を付与しておく。

(2)コードモニタ 22では自己の識別値と他のレーダ装置との識別値の大小関係を判断し、他のレーダ装置と自己のレーダ装置のコードが一致し、さらに自己の識別値の方が他のレーダ装置の識別値よりも大きい場合は、一つ順序の大きいコードに移行し、他のレーダ装置よりも識別値が小さい場合は、一つ順序の小さいコードに移行する。

[0088] このようにすることで、コードが衝突していることを検知した場合に、コード値を調整した後もさらにコードの衝突が発生することを避けることが可能となる。

[0089] 実施の形態 10.

また、レーダ波を通じて PRIや周波数ホッピングの帯域の衝突を検出するのではなぐ通信手段を設けて通信による他のレーダ装置との間で情報交換をし、ここで得られた情報に基づいてレーダ装置に特有な PRIや周波数ホッピングの帯域を選択するようにしてもよい。図 13は、このような特徴を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、このレーダ装置では通信手段 23を設けた。この通信手段 23は他のレーダ装置と通信による情報交換を行う。具体的には、このレーダ装置の P RIや周波数ホッピングの周波数帯域を他のレーダ装置に送信する。また他のレーダ装置力そのレーダ装置が使用している PRIや周波数ホッピングの周波数帯域を受信する。これによつて周囲の状況に基づいて、このレーダ装置に特有な PRIや周波数帯域を選択するのである。

[0090] このように構成することで、パルスの一部や観測時間の一部を干渉波検出用に用いずに他のレーダ装置との間で周波数ホッピングの周波数帯域や PRIの衝突が発生するかどうかを検出できるので、観測精度を常時一定以上の精度に保つことができる。またこの結果として受信器 17や信号処理器 18の構成を単純とすることができる産業上の利用可能性

[0091] この発明は、特に自動車搭載用レーダのように、所定の領域内に複数の連続波レーダが存在する状況下で、各レーダ装置が安定的に外部目標の観測を行うことができるようにするものである。

Claims

請求の範囲

[1] 周波数変調を伴う基準連続波に基づく送信波を空間に放射し、外部目標に反射されたこの送信波を受信して受信信号を取得するとともに、取得した受信信号と上記基準連続波からビート信号を求め、求めたビート信号から上記外部目標の距離及び速度を算出するレーダ装置において、

上記基準連続波を上記レーダ装置に特有の間隔でパルス化してパルス送信信号を生成するパルス生成手段と、

上記ノルス送信信号を上記送信波として空間に放射するアンテナと、を備えたことを特徴とするレーダ装置。

[2] 請求の範囲第 1項記載のレーダ装置において、

上記パルス生成手段は、上記特有の間隔を所定の周期毎に異なる間隔に変更することを特徴とするレーダ装置。

[3] 請求の範囲第 1項記載のレーダ装置において、

上記パルス生成手段は、上記特有の間隔を乱数に基づ!/、て決定する、ことを特徴とするレーダ装置。

[4] 請求の範囲第 1項記載のレーダ装置において、

FMCW連続波を発生する基準信号発生手段を備えたことを特徴とするレーダ装置

[5] 請求の範囲第 1項記載のレーダ装置において、

ステップ連続波を発生する基準信号発生手段を備えたことを特徴とするレーダ装置

[6] 請求の範囲第 1項記載のレーダ装置において、

上記基準連続波に基づ、て複数の方向に照射するマルチビームを形成するマルチビーム形成手段を備え、

上記ノルス生成手段は、上記マルチビームの方向とパルス送信間隔との組み合わせが上記レーダ装置に特有となるようにパルス送信間隔を選択し、このパルス送信間隔に基づき上記マルチビームの連続送信波をパルス化して上記マルチビーム毎のパルス送信信号を生成し、上記アンテナは、上記マルチビーム毎のパルス送信信号を各ビーム方向に照射する

ことを特徴とするレーダ装置。

[7] 請求の範囲第 1項記載のレーダ装置において、

干渉波の発生を検出する干渉波モニタを備え、

上記パルス生成手段は、上記干渉波モニタが検出した干渉波のパルス間隔と異なる間隔を上記特有の間隔に選択することを特徴とするレーダ装置。

[8] 請求の範囲第 7項記載のレーダ装置において、

上記ノルス生成手段は、所定の時間ノルスの生成を停止することを特徴とするレーダ装置。

[9] 請求の範囲第 1項記載のレーダ装置において、

このレーダ装置が使用するパルス送信間隔を符号ィ匕してコードを生成するとともに、生成したコードを他のレーダ装置に送信するコード送信手段と、

他のレーダ装置が使用するパルス送信間隔に対応するコードを受信するコードモユタとを備え、

上記ノルス生成器は、上記コード送信手段が送信するコードと上記コードモニタが受信した受信結果に基づいてこのレーダ装置が使用するパルス送信間隔を選択することを特徴とするレーダ装置。

[10] 請求の範囲第 9項記載のレーダ装置において、

上記コード送信手段は、上記パルス生成手段によって生成されたパルス送信信号を取得して第 1のパルス送信信号とし、上記コードをパルス化して得たパルス送信信号を第 2のパルス送信信号として、第 1及び第 2のパルス送信信号を時分割で出力し上記アンテナは上記コード送信手段が出力する第 1及び第 2のパルス送信信号を上記送信波として空間に放射するとともに、外部目標に反射されたこの送信波を受信して受信信号を出力し、

上記コードモニタは、上記アンテナが出力した受信信号力コードを抽出して上記他のレーダ装置が使用するパルス送信間隔に対応するコードを取得することを特徴とするレーダ装置。

請求の範囲第 1項記載のレーダ装置において、

上記基準連続波の周波数を変調する周波数変調手段と、

上記パルス生成手段がパルス化するパルス送信間隔と上記周波数変調手段が変調する周波数の周波数帯域との組み合わせを上記レーダ装置に特有なものとする制御手段と、

を備えたことを特徴とするレーダ装置。