WO2011122269A1 - レーダ装置 - Google Patents

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禎央 松嶋
福地　稔栄
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Definitions

  • the radar apparatus signal processing on the transmission side for generating a transmission signal and radiating from the antenna and signal processing on the reception side for obtaining information on the object from the reception signal are performed.
  • various noise signals are generated in the radar apparatus.
  • a transmission circuit that performs signal processing on the transmission side and a reception circuit that performs signal processing on the reception side are arranged close to each other in response to a request for downsizing.
  • a noise signal propagates due to electromagnetic coupling with the circuit.
  • a radar device is configured by connecting multiple units with multi-terminal connectors, lines (terminals) that conduct various signals at the connector are close to each other, so electromagnetic coupling occurs between the lines and noise signals are generated. The effects of may be noticeable.
  • a transmission circuit and a reception circuit that process a high-frequency signal are mounted on a high-frequency substrate, and a signal processing unit that performs signal processing of a baseband signal down-converted by the high-frequency circuit, and a control unit that controls the transmission circuit and the reception circuit Are mounted on a low-frequency substrate, and the high-frequency substrate and the low-frequency substrate are connected by a connector.
  • the transmission line for the baseband signal and the transmission line for the control signal are electromagnetically coupled within the connector, and a noise signal may be mixed into the baseband signal.
  • the noise signal processing unit includes three signal delay units for delaying a passing signal by different predetermined delay times, and the baseband signal input from the down-conversion unit.
  • a signal selector switch for selecting and passing one of the three signal delay units; and a signal synthesizer for synthesizing a signal that has passed through the three signal delay units.
  • a noise signal when one switch is turned on alone, a noise signal when the second switch is turned on alone, and the baseband signal are respectively transmitted to the three signal delay devices.
  • the delay time of each of the three signal delay units is selected so that the noise signal when the first switch is turned on alone and the second switch are used alone.
  • the baseband received signal is adjusted to be input to the signal synthesizer at a predetermined timing, and the signal synthesizer Two noise signals are subtracted.
  • the other of the first and second switches has a time substantially equal to the RF pulse signal in a cycle that is 1/2 the cycle.
  • the two signal delay units are adjusted so that each of the two signals distributed by the signal distributor passes through each of the two signal delay units and the difference between the delay times is equal to 1 ⁇ 2 of the repetition period.
  • the signal synthesizer subtracts a signal passing through the other from a signal passing through one of the two signal delay units.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a radar apparatus 100 according to the present embodiment.
  • the radar apparatus 100 according to the present embodiment includes a transmission antenna 101, a reception antenna 102, a high frequency unit (RF unit) 103, and a signal processing unit 104.
  • the RF unit 103 includes a transmission RF unit 110, a reception RF unit 120, and a local oscillator 130.
  • the local oscillator 130 outputs an oscillation signal having a predetermined frequency.
  • the mixer 123 mixes the received RF pulse signal with the oscillation signal input from the local oscillator 130 to convert it into a baseband pulse signal. Note that an envelope detector or the like may be used instead of the mixer 123 as a down-conversion unit that performs conversion into a baseband pulse signal.
  • the baseband pulse signal down-converted by the mixer 123 is input to the signal processing unit 104 via the noise signal processing unit 140.
  • a pulse train 11 including a set of a pulse 11a and a pulse 11b is repeated at a predetermined cycle T1
  • a pulse train 12 including a pulse 12a and a pulse 12b as a set is repeated at period T1.
  • the timings of the pulse train 11 and the pulse train 12 are adjusted so that the timings of the pulse 11a and the pulse 12b substantially coincide.
  • An RF pulse signal 13 is output from the second switch 112.
  • the RF pulse signal 13 is also output with a period T1.
  • the pulse width of the RF pulse signal 13 is 0.1 to 10 nanoseconds, and the on / off ratio time ratio of the RF pulse signal 13 is 1% or less.
  • the noise signals 21a and 22b mixed in the pulse signal 23a are synthesized so as to cancel the noise signals 21b and 22a, respectively.
  • the pulse signal 23a is output from the signal synthesizer 145.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the radar apparatus 200 of the present embodiment.
  • a noise signal processing unit 240 having the same configuration as the noise signal processing unit 140 of the first embodiment is provided in the signal processing unit 204.
  • the noise signal processing unit 240 it is possible to prevent a control signal for switching the signal changeover switch 141 from becoming a noise source for the baseband pulse signal. That is, it becomes easy to output the control signal for switching the signal changeover switch 141 from the control unit 151 so as not to be a noise source for the baseband pulse signal.
  • the signal processing method in the noise signal processing unit 340 will be described below with reference to FIG.
  • the delay time ⁇ a of the signal delay unit 342 and the delay time ⁇ b of the signal delay unit 343 are adjusted so that the difference becomes 1/2 of the repetition period T1 of the RF pulse signal 33.
  • the signal synthesizer 344 the difference between the first signal 44 in which the baseband pulse signal 43 has passed through the signal delay 342 and the second signal 45 in which the signal delay 343 has passed is calculated. That is, the second signal 45 is subtracted from the first signal 44.
  • the signal calculated by the signal synthesizer 344 is a signal from which the noise signal 42 resulting from the operation of the second switch 312 has been removed.
  • the noise signal 41 mainly composed of low-frequency components resulting from the operation of the first switch 111 is removed.
  • a signal 46 composed of the reception signal reflected by the object and its inverted signal is output to the signal processing unit 104.
  • both the non-inverted signal and the inverted signal may be received signals by inverting the inverted signal after digital conversion.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the radar apparatus 400 according to the present embodiment.
  • a noise signal processing unit 440 having the same configuration as the noise signal processing unit 340 of the third embodiment is provided in the signal processing unit 404.
  • the noise signal processing unit 440 can be provided in the signal processing unit 404, and, similar to the radar apparatus 300 of the third embodiment, the noise signal is removed before digital conversion with a simple configuration, and the target object is obtained. Can be detected with high accuracy.

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Abstract

　簡単な構成でデジタル変換前に雑音信号を除去して対象物を高精度に検出できるレーダ装置を提供する。送信ＲＦ部１１０では、第１スイッチ１１１の動作により発生する雑音信号が信号遅延器１４２を通過するように信号切替スイッチ１４１を切り替える。また、第２スイッチ１１２の動作により発生する雑音信号が信号遅延器１４３を通過するように信号切替スイッチ１４１を切り替える。さらに、第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２が同時に動作したときのベースバンドパルス信号が信号遅延器１４４を通過するように信号切替スイッチ１４１を切り替える。信号合成器１４５では、パルス信号に混入している雑音信号がキャンセルするように合成される。

Description

レーダ装置
　本発明は、雑音信号を低減してごく近距離までの対象物の検出が可能なレーダ装置に関するものである。
　レーダ装置は、所定の送信信号を電波としてアンテナから放射し、これが対象物で反射された反射波をアンテナで受信し、この受信信号を処理して対象物までの距離及び／または対象物の相対速度及び／または対象物の方位角、といった対象物の情報を検出するものである。アンテナから放射された電波は、対象物で反射されて再びアンテナで受信されるまでの間にその強度が低下するため、受信信号の強度は送信信号に比べて小さくなる。特に、電波の反射率が小さい対象物をより遠方で検出できるようにするためには、強度の小さい受信信号まで処理できるようにする必要がある。
　ところで、レーダ装置では、送信信号を生成してアンテナから放射するための送信側の信号処理や、受信信号から対象物の情報が得られるようにするための受信側の信号処理が行われるが、これらの信号処理に伴ってレーダ装置内では各種の雑音信号が発生する。特に、移動体等に取り付けられるレーダ装置では、小型化の要請から送信側の信号処理を行う送信回路と受信側の信号処理を行う受信回路とが近接して配置されるため、送信回路と受信回路との間で電磁結合が生じて雑音信号が伝播するおそれがある。また、複数のユニットを多端子のコネクタで接続してレーダ装置を構成する場合には、コネクタ部で各種信号を導通させる線路（端子）が近接するため、線路間で電磁結合が生じて雑音信号の影響が顕著になることがある。
　レーダ装置では、高周波信号を処理する送信回路及び受信回路が高周波用基板に搭載され、高周波回路でダウンコンバートされたベースバンド信号を信号処理する信号処理部と送信回路及び受信回路を制御する制御部とが低周波用基板に搭載されており、高周波用基板と低周波用基板とがコネクタで接続されている。このような構成の場合、ベースバンド信号の伝送線路と制御信号の伝送線路とがコネクタ内で電磁結合し、ベースバンド信号に雑音信号が混入するおそれがある。
　高周波信号を処理する送信回路及び受信回路と、高周波回路でダウンコンバートされたベースバンド信号を信号処理する信号処理部とが、同じ基板に搭載される場合もある。このような構成の場合にも、ベースバンド信号の伝送線路と制御信号の伝送線路とが接近することで電磁結合し、ベースバンド信号に雑音信号が混入するおそれがある。
　このように、様々な要因でレーダ装置内に雑音信号が発生する可能性があり、このような雑音信号が受信信号に混入するおそれがある。受信信号に雑音信号が混入すると、電波を反射させる対象物が無いにもかかわらず信号が検出され、その結果対象物を誤検出してしまう、といった問題がある。また、雑音信号によって増幅器や信号処理部が飽和するおそれがあり、その場合には受信信号の強度が正しく処理できず、対象物の情報を誤検出してしまうといった問題が生じる。
　このような雑音信号を除去する従来の技術として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の通信処理装置では、受信信号を復調したビート信号をＡＤ変換し、これを高速フーリエ変換した信号からノイズ成分相当の信号を取り出して逆フーリエ変換し、これをメモリに記憶させている。そして、受信信号を復調したビート信号に対し、これをＡＤ変換したのちメモリに記憶している信号を減算してノイズ成分を除去している。
　また、雑音信号を除去する別の従来技術として、特許文献２では、アンテナから送信波を送信するための送信信号を生成するとともに、アンテナで受信した受信波から受信信号を生成する送受信信号生成部と、送受信信号生成部と同一構成のノイズ生成部を設けて受信信号と逆相の雑音信号を生成し、この逆相の雑音信号を送受信信号生成部で生成した受信信号に加算することで、雑音信号が除去された受信信号を生成するレーダ装置が開示されている。
特開２００３－１３９８４７号公報 特開２００８－２０９２２５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の通信処理装置では、高速フーリエ変換した信号からノイズ成分相当の信号を取り出して逆フーリエ変換し、これをメモリに記憶させるための処理に時間がかかり、高コストになるといった問題がある。また、ＡＤ変換する前の信号には雑音信号が含まれていることから、この雑音信号によって増幅器や信号処理部が飽和してしまうといった問題もある。
　さらに、特許文献２に記載のレーダ装置では、ノイズ信号を生成するために、受信信号を生成する送受信信号生成部とは別に、同じ構造のノイズ生成部を設ける必要があり、装置が大型化・複雑化して高コストになるといった問題がある。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でデジタル変換前に雑音信号を除去して対象物を高精度に検出できるレーダ装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明のレーダ装置の第１の態様は、所定周波数の発信信号を生成する発振器と、前記発信信号をパルス状に切り出す第１スイッチと、前記第１スイッチで切り出された信号をさらに切り出して高周波（ＲＦ）パルス信号を生成する第２スイッチと、前記第２スイッチから前記ＲＦパルス信号を入力して電波として空間に放射するとともに前記電波が対象物で反射された反射波を受信するアンテナと、前記アンテナから受信信号を入力してベースバンド信号にダウンコンバートするダウンコンバート部と、前記ダウンコンバート部から前記ベースバンド信号を入力して雑音信号を低減した低雑音ベースバンド信号を出力する雑音信号処理部と、前記雑音信号処理部から前記低雑音ベースバンド信号を入力して前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を演算する対象物情報演算部と、を備え、前記第１スイッチと前記第２スイッチは、略同時にオン状態となって前記ＲＦパルス信号を生成し、前記雑音信号処理部は、前記第１スイッチと前記第２スイッチの少なくともいずれか一方が単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記ベースバンド信号とを、それぞれ異なる遅延時間で遅延させて前記ベースバンド信号から前記雑音信号を除去して前記低雑音ベースバンド信号を出力することを特徴する。
　本発明のレーダ装置の他の態様は、前記雑音信号処理部は、通過する信号にそれぞれ異なる所定の遅延時間だけ遅延させる３つの信号遅延器と、前記ダウンコンバート部から入力した前記ベースバンド信号を前記３つの信号遅延器のいずれかを選択して通過させる信号切替スイッチと、前記３つの信号遅延器を通過した信号を合成する信号合成器と、を有し、前記信号切替スイッチは、前記第１スイッチが単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記第２スイッチが単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記ベースバンド信号とを、前記３つの信号遅延器のそれぞれを選択して通過させ、前記３つの信号遅延器のそれぞれの遅延時間は、前記第１スイッチが単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記第２スイッチが単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記ベースバンド受信信号とが所定のタイミングで前記信号合成器に入力されるように調整されており、前記信号合成器は、前記ベースバンド受信信号から前記２つの雑音信号を減算することを特徴とする。
　本発明のレーダ装置の他の態様は、前記信号遅延器を通過させる前記雑音信号は、前記第１スイッチと前記第２スイッチが略同時にオン状態になった時点の直前に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがそれぞれ単独でオン状態になったときの雑音信号であることを特徴とする。
　本発明のレーダ装置の他の態様は、前記雑音信号処理部は、前記ダウンコンバート部から入力した前記ベースバンド信号を２つの信号に分配する信号分配器と、前記信号分配器から出力される前記２つの信号のそれぞれを通過させて異なる所定の遅延時間だけ遅延させる２つの信号遅延器と、前記２つの信号遅延器を通過した信号を合成する信号合成器と、前記信号合成器からの信号を入力して前記低雑音ベースバンド信号の帯域を通過させる高域通過フィルタと、を有し、前記第１、第２スイッチの一方は、前記ＲＦパルス信号の繰返し周期の１／２周期だけオン状態となり続く１／２周期だけオフ状態となる周期を繰り返す一方、前記第１、第２スイッチの他方は、前記繰返し周期の１／２の周期で前記ＲＦパルス信号と略等しい時間幅だけオン状態となり、前記２つの信号遅延器は、前記信号分配器で分配された２つの信号のそれぞれを通過させてそれぞれの遅延時間の差が前記繰返し周期の１／２に等しくなるように調整されており、前記信号合成器は、前記２つの信号遅延器の一方を通過した信号から他方を通過した信号を減算させることを特徴とする。
　本発明のレーダ装置の他の態様は、前記発振器と、前記第１スイッチと、前記第２スイッチと、前記アンテナと、前記ダウンコンバート部と、前記雑音信号処理部と、が高周波用基板上に配置され、前記対象物情報演算部が低周波用基板に配置されていることを特徴とする。
　本発明のレーダ装置の他の態様は、前記発振器と、前記第１スイッチと、前記第２スイッチと、前記アンテナと、前記ダウンコンバート部と、が高周波用基板上に配置され、前記対象物情報演算部と、前記雑音信号処理部と、が低周波用基板に配置されていることを特徴とする。
　本発明のレーダ装置の他の態様は、前記発振器と、前記第１スイッチと、前記第２スイッチと、前記アンテナと、前記ダウンコンバート部と、が高周波用基板上に配置され、前記対象物情報演算部と、前記雑音信号処理部と、前記信号切替スイッチを制御する制御部と、が低周波用基板に配置されていることを特徴とする。
　本発明のレーダ装置の他の態様は、前記ＲＦパルス信号のパルス幅が０．１乃至１０ナノ秒であり、前記ＲＦパルス信号のオン・オフ比時間率が１パーセント以下であることを特徴とする。
　本発明によれば、簡単な構成でデジタル変換前に雑音信号を除去して対象物を高精度に検出できるレーダ装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における第１スイッチ及び第２スイッチの動作を説明する図である。 第１実施形態における第１スイッチ及び第２スイッチの動作により発生する雑音信号を模式的に示す図である。 第１実施形態の雑音信号処理部での処理を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 第３実施形態における第１スイッチ及び第２スイッチの動作を説明する図である。 第３実施形態における第１スイッチ及び第２スイッチの動作により発生する雑音信号を模式的に示す図である。 第３実施形態の雑音信号処理部での処理を説明する図である。 本発明の第４実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
　本発明の好ましい実施の形態におけるレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
　（第１実施形態）
　本発明の第１の実施の形態に係るレーダ装置を、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態のレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置１００は、送信アンテナ１０１、受信アンテナ１０２、高周波部（ＲＦ部）１０３、及び信号処理部１０４で構成される。また、ＲＦ部１０３は、送信ＲＦ部１１０と受信ＲＦ部１２０と局部発振器１３０とを有している。局部発振器１３０は、所定の周波数の発振信号を出力する。
　送信ＲＦ部１１０は、第１スイッチ（ＳＷ１）１１１、第２スイッチ（ＳＷ２）１１２、及び増幅器１１３を有している。送信ＲＦ部１１０では、局部発振器１３０から発振信号が入力され、これから第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２で切り出されたＲＦパルス信号が生成される。このＲＦパルス信号は、増幅器１１３で必要な強度まで増幅される。なお、第２スイッチから出力されるＲＦパルス信号が十分な強度を有しているときは、増幅器１１３を省略することができる。また、送信ＲＦ部１１０の構成上、増幅器１１３は第１スイッチ１１１、第２スイッチの間に設置しても、局部発振器１３０、第一スイッチ１１１の間に設置しても良い。増幅されたＲＦパルス信号が送信アンテナ１０１に伝送され、電波として空間に放射される。
　送信アンテナ１０１から放射された電波は、対象物で反射されて受信アンテナ１０２で受信され、受信アンテナ１０２から受信ＲＦ部１２０に伝送される。なお、送信アンテナ１０１及び受信アンテナ１０２を１つのアンテナとし、これを送信時と受信時で切り替えて用いるようにしてもよい。受信ＲＦ部１２０は、増幅器１２１、１２２、ミキサ１２３、及び雑音信号処理部１４０を有している。受信ＲＦ部１２０では、受信されたＲＦパルス信号が増幅器１２１、１２２で適切な強度まで増幅されてミキサ１２３に入力される。なお、増幅器１２１、１２２は、必ずしも２段に限定されず、受信されるＲＦパルス信号の強度によって必要な個数を決定すればよく、十分な強度が得られる場合にはこれを省略してもよい。
　ミキサ１２３では、受信されたＲＦパルス信号を局部発振器１３０から入力した発振信号とミキシングすることで、ベースバンドパルス信号に変換する。なお、ベースバンドパルス信号への変換を行うダウンコンバート部として、ミキサ１２３に代えて包絡線検波器などを用いてもよい。ミキサ１２３でダウンコンバートされたベースバンドパルス信号は、雑音信号処理部１４０を経由して信号処理部１０４に入力される。
　信号処理部１０４は、制御部１５１と対象物情報演算部１５２を有している。受信ＲＦ部１２０の雑音信号処理部１４０から入力するベースバンドパルス信号は、対象物情報演算部１５２に入力され、ここでデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に対し所定のデジタル演算処理を行うことで、目標物までの距離、相対速度、方位角等の情報を算出する。
　図１に示す構成の本実施形態のレーダ装置１００は、１枚の基板上に搭載することが可能である。あるいは、ＲＦ部１０３を高周波用基板上に配置し、信号処理部１０４を低周波用基板に配置するように構成してもよい。
　本実施形態では、第１スイッチ１１１と第２スイッチ１１２がほぼ同時にオンになったときに送信ＲＦ部１１０からＲＦパルス信号が出力されるように構成されており、いずれか一方だけがオンになってもＲＦパルス信号は出力されない。このような構成とすることで、送信ＲＦ部１１０からＲＦパルス信号が出力されないときに、受信ＲＦ部１２０が、受信アンテナ１０２から受信信号を入力することなく、第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２のいずれか一方をオンにしたときの雑音信号だけを取り込む（混入させる）ことができる。本実施形態では、この雑音信号を用いて受信アンテナ１０２から受信信号を入力したときの第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２からの雑音信号をキャンセルさせるようにしている。
　送信ＲＦ部１１０において、第１スイッチ１１１、第２スイッチ１１２を用いて送信用のＲＦパルス信号を生成する方法を図２を用いて説明する。図２は、本実施形態のレーダ装置１００の第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２の動作を説明する図である。横軸を時間として、（ａ）、（ｂ）にそれぞれ第１スイッチ１１１、第２スイッチ１１２のオン／オフ状態を示し、（ｃ）に生成されるＲＦパルス信号を示している。同図に示すように、第１スイッチ１１１は、パルス１１ａ、パルス１１ｂで示すタイミングでオンとなり、第２スイッチ１１２は、パルス１２ａ、パルス１２ｂで示すタイミングでオンとなる。
　図２（ａ）では、パルス１１ａとパルス１１ｂとを一組とするパルス列１１が所定の周期Ｔ１で繰返しており、図２（ｂ）では、パルス１２ａとパルス１２ｂとを一組とするパルス列１２が周期Ｔ１で繰返している。そして、パルス１１ａとパルス１２ｂのタイミングがほぼ一致するように、パルス列１１とパルス列１２のタイミングが調整されている。第１スイッチ１１１と第２スイッチ１１２は、図１に示すように直列に接続されていることから、両者が略同時にオンになるパルス１１ａとパルス１２ｂのタイミングのときに、図２（ｃ）に示すＲＦパルス信号１３が第２スイッチ１１２から出力される。ＲＦパルス信号１３も、周期Ｔ１で出力される。ＲＦパルス信号１３のパルス幅は、０．１乃至１０ナノ秒であり、ＲＦパルス信号１３のオン・オフ比時間率は１パーセント以下である。
　なお、図２では、パルス列１１、１２がそれぞれ２つのパルスからなるとしているが、これに限定されず、それぞれのパルス列１１、１２が２以上のパルスを有しており、そのうちのいずれか１つずつが略同時に出力されていればよい。また、パルス１１ａと１１ｂの間隔と、パルス１２ａと１２ｂの間隔とが必ずしも一致している必要はない。
　第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２を動作させることにより、レーダ装置１００内に雑音信号が発生し、これが受信ＲＦ部１２０に伝播してベースバンドパルス信号に影響する。送信アンテナ１０１からＲＦパルス信号が送信されるのは第１スイッチ１１１と第２スイッチ１１２とが同時にオンに制御されたときであるが、いずれか一方だけが動作したときでも、発生する雑音信号が受信ＲＦ部１２０に伝播してしまう。例えば、第１スイッチ１１１がオフで第２スイッチ１１２のみがオンに動作したときでも、第２スイッチ１１２の動作により発生した雑音信号が、第１スイッチ１１１での電磁結合によりこれを通過して受信ＲＦ部１２０に伝播する。
　また、別の雑音源として、第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２を動作させるための制御信号によるものがある。第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２を動作させるための制御信号は、図１に示す制御部１５１からＲＦ部１０３内の送信ＲＦ部１１０に出力される。この制御信号の出力により、レーダ装置１００内で雑音信号が発生し、この雑音信号が対象物情報演算部１５２に出力されるベースバンドパルス信号に影響を与えてしまう。ＲＦ部１０３と信号処理部１０４とは、図示しない所定の接続手段（例えば多ピンのコネクタ）を用いて接続されていることから、特にこの接続手段において上記の雑音信号がベースバンドパルス信号に混入するおそれがある。
　すなわち、第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２に出力される制御信号は、この接続手段を経由して制御部１５１から送信ＲＦ部１１０に出力される。一方、受信ＲＦ部１２０から対象物情報演算部１５２に出力されるベースバンドパルス信号も、上記の接続手段を経由して伝送される。そのため、制御信号を伝送する制御用伝送線路とベースバンドパルス信号を伝送する信号用伝送線路とが近接し、制御用伝送線路を伝送する制御信号が信号用伝送線路と電磁結合して混入し、上記の雑音信号となる。
　第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２の動作により発生する雑音信号を、模式的に図３に示す。図３において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、第１スイッチ１１１の動作による雑音信号２１、第２スイッチ１１２の動作による雑音信号２２、及びミキサ１２３でダウンコンバートされたベースバンドパルス信号２３を示している。ベースバンドパルス信号２３には、ＲＦパルス信号１３の反射波から得られるパルス信号２３ａ以外に、第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２の動作による雑音信号２１ａ、２２ｂも混入している。
　本実施形態のレーダ装置１００では、上記のような第１スイッチ１１１と第２スイッチ１１２の動作に伴って発生する雑音信号を除去するために、図１に示す雑音信号処理部１４０を設けている。雑音信号処理部１４０は、信号切替スイッチ１４１、信号遅延器１４２、１４３、１４４、及び信号合成器１４５を有している。信号遅延器１４２、１４３、１４４は、信号切替スイッチ１４１から入力される信号を、それぞれ遅延時間τ１、τ２、τ３だけ遅延させて信号合成器１４５に入力する。
　送信ＲＦ部１１０では、送信アンテナ１０１から送信するＲＦパルス信号１３を生成するタイミング以外に、第１スイッチ１１１を図２に示す１１ｂのタイミングでも動作させ、第２スイッチ１１２を１２ａのタイミングでも動作させている。そこで、１１ｂのタイミングで第１スイッチ１１１の動作により発生する雑音信号２１ｂが信号遅延器１４２を通過するように信号切替スイッチ１４１を切り替える。また、１２ａのタイミングで第２スイッチ１１２の動作により発生する雑音信号２２ａが信号遅延器１４３を通過するように信号切替スイッチ１４１を切り替える。
　さらに、第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２が同時に動作したときの受信信号から得られるベースバンドパルス信号２３が信号遅延器１４４を通過するように信号切替スイッチ１４１を切り替える。信号切替スイッチ１４１の切り替えは、制御部１５１から制御信号を出力して行わせるようにすることができるが、この制御信号が別の雑音源となる可能性がある。その場合には、第１スイッチ１１１及び第２スイッチ１１２を動作させるための制御信号を分岐して用いることができる。
　雑音信号２１、２２、及びベースバンドパルス信号２３が、信号遅延器１４２、１４３、１４４を通過して信号合成器１４５で処理される方法を、図４を用いて説明する。ベースバンドパルス信号２３には雑音信号２１、２２が混入しており、特にパルス信号２３ａに雑音信号２１ａと２２ｂが混入している。信号合成器１４５において、信号遅延器１４４を通過したベースバンドパルス信号２３のパルス信号２３ａに混入している雑音信号２１ａ、２２ｂが、信号遅延器１４２を通過した雑音信号２１ｂ、及び信号遅延器１４３を通過した雑音信号２２ａとそれぞれ同じタイミングとなるように、遅延時間τ１、τ２、及びτ３が調整されている。そして、信号合成器１４５では、パルス信号２３ａに混入している雑音信号２１ａ、２２ｂがそれぞれ雑音信号２１ｂ、２２ａとキャンセルするように合成される。これにより、信号合成器１４５からパルス信号２３ａのみが出力される。
　上記説明のように、本実施形態のレーダ装置１００では、ＲＦ部１０３内で発生する雑音信号を、雑音信号処理部１４０で除去できるように構成されており、簡単な構成でデジタル変換前に雑音信号を除去して対象物を高精度に検出することが可能となる。
　（第２実施形態）
　本発明の第２の実施の形態に係るレーダ装置を、図５を用いて以下に説明する。図５は、本実施形態のレーダ装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置２００は、第１の実施形態の雑音信号処理部１４０と同様の構成の雑音信号処理部２４０が、信号処理部２０４に設けられている。このように、雑音信号処理部２４０を信号処理部２０４に設けることにより、信号切替スイッチ１４１の切り替え行うための制御信号が、ベースバンドパルス信号への雑音源となるのを防止することができる。すなわち、信号切替スイッチ１４１の切り替え行うための制御信号を、ベースバンドパルス信号への雑音源とならないように制御部１５１から出力させるのが容易となる。本実施形態によれば、さらに簡単な構成で雑音信号を除去して対象物を高精度に検出することが可能となる。
　本実施形態では、図５に示す構成の本実施形態のレーダ装置２００を１枚の基板上に搭載することができ、あるいはＲＦ部１０３を高周波用基板上に配置し、雑音信号処理部２４０を有する信号処理部２０４を低周波用基板に配置するように構成してもよい。
　（第３実施形態）
　本発明の第３の実施の形態に係るレーダ装置を、図６を用いて以下に説明する。図６は、本実施形態のレーダ装置３００の構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置３００では、ＲＦ部３０３内のＲＦ受信部３２０に設けられている雑音信号処理部３４０の構成が、第１実施形態のレーダ装置１００の雑音信号処理部１４０と異なっている。本実施形態の雑音信号処理部３４０は、信号分配器３４１、信号遅延器３４２、３４３、信号合成器３４４、及び高域通過フィルタ３４５を有している。本実施形態では、雑音信号処理部３４０の各構成部を動作させるための制御信号が不要となり、新たな雑音源を取り込むことなく、簡単な構成で雑音信号を除去することが可能となっている。
　本実施形態では、図６に示す構成の本実施形態のレーダ装置３００を１枚の基板上に搭載することができ、あるいは雑音信号処理部３４０を有するＲＦ部３０３を高周波用基板上に配置し、信号処理部１０４を低周波用基板に配置するように構成してもよい。
　本実施形態における第１スイッチ３１１及び第２スイッチ３１２の動作を、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態のレーダ装置３００における第１スイッチ３１１及び第２スイッチ３１２の動作を説明する図である。横軸を時間として、（ａ）、（ｂ）にそれぞれ第１スイッチ３１１、第２スイッチ３１２のオン／オフ状態を示し、（ｃ）に生成されるＲＦパルス信号を示している。第１スイッチ３１１は、同図（ａ）に示すように、繰返し信号３１に従ってオン／オフを繰り返す動作をする。繰り返し信号３１は、送信用のＲＦパルス信号３３が出力されるのと同じ周期Ｔ１を有している。これに対し、第２スイッチ３１２は、周期Ｔ１の半分の周期Ｔ２（＝Ｔ１／２）で生成されるパルス３２のタイミングだけオンとなる。
　同図（ｃ）に示す送信用のＲＦパルス信号３３は、第１スイッチ３１１と第２スイッチ３１２がともにオンになるタイミングだけ出力される。また、ＲＦパルス信号３３が出力されないタイミングでも、第１スイッチ３１１のみがオンとなるタイミング、あるいは第２スイッチ３１２のみがオンになるタイミングがある。このように、第１スイッチ３１１及び第２スイッチ３１２がオンになることにより、図８に示すような雑音信号が発生する。図８において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、第１スイッチ３１１の動作による雑音信号４１、第２スイッチ３１２の動作による雑音信号４２、及びミキサ１２３でダウンコンバートされたベースバンドパルス信号４３を示している。
　第１スイッチ３１１の動作による雑音信号４１は、低周波成分が主体であるのに対し、第２スイッチ３１２の動作による雑音信号４２は、パルス３２に対応して高周波成分が主体となっている。ベースバンドパルス信号４３には、ＲＦパルス信号３３の反射波から得られるパルス信号４３ａ以外に、第１スイッチ３１１及び第２スイッチ３１２の動作による雑音信号４１、４２も混入している。
　本実施形態のレーダ装置３００では、上記のような第１スイッチ３１１と第２スイッチ３１２の動作に伴って発生する雑音信号を除去するために、図６に示す雑音信号処理部３４０が設けられている。ミキサ１２３でダウンコンバートされたベースバンドパルス信号は、信号分配器３４１で分配され、それぞれ信号遅延器３４２、３４３を通過して信号合成器３４４に入力される。信号遅延器３４２、３４３では、信号分配器３４１から入力される信号を、それぞれ遅延時間τａ、τｂだけ遅延させて信号合成器３４４に入力する。信号合成器３４４で合成された信号は、さらに高域通過フィルタ３４５を経由して対象物情報演算部１５２に入力される。
　雑音信号処理部３４０における信号処理方法を、図９を用いて以下に説明する。信号遅延器３４２の遅延時間τａと信号遅延器３４３の遅延時間τｂは、その差がＲＦパルス信号３３の繰返し周期Ｔ１の１／２となるように調整されている。信号合成器３４４では、ベースバンドパルス信号４３が信号遅延器３４２を通過した第１の信号４４と、信号遅延器３４３を通過した第２の信号４５との差を演算する。すなわち、第１の信号４４から第２の信号４５を減算する。このように信号合成器３４４で演算された信号は、第２スイッチ３１２の動作に起因する雑音信号４２が除去された信号となる。この信号を高域通過フィルタ３４５に入力して通過させることで、第１スイッチ１１１の動作に起因する低周波成分が主体の雑音信号４１が除去される。これにより、対象物で反射された受信信号とその反転信号からなる信号４６が信号処理部１０４に出力される。信号４６のうち非反転信号のみを用いることで、対象物で反射された受信信号を得ることができる。なお、反転信号をデジタル変換後に反転するなどにより、非反転信号、反転信号ともに受信信号としても良い。
　上記説明のように、本実施形態のレーダ装置３００では、ＲＦ部３０３内で発生する雑音信号を、雑音信号処理部３４０で除去できるように構成されており、簡単な構成でデジタル変換前に雑音信号を除去して対象物を高精度に検出することが可能となる。また、本実施形態では、雑音信号処理部３４０が制御信号を不要とする構成となっていることから、第１実施形態よりさらに簡単な構成で雑音信号を除去することが可能となっている。
　（第４実施形態）
　本発明の第４の実施の形態に係るレーダ装置を、図１０を用いて以下に説明する。図１０は、本実施形態のレーダ装置４００の構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置４００は、第３の実施形態の雑音信号処理部３４０と同様の構成の雑音信号処理部４４０が、信号処理部４０４に設けられている。このように、雑音信号処理部４４０を信号処理部４０４に設けることも可能であり、第３実施形態のレーダ装置３００と同様に、簡単な構成でデジタル変換前に雑音信号を除去して対象物を高精度に検出することが可能となる。
　本実施形態では、図１０に示す構成の本実施形態のレーダ装置４００を１枚の基板上に搭載することができ、あるいはＲＦ部３０３を高周波用基板上に配置し、雑音信号処理部４４０を有する信号処理部４０４を低周波用基板に配置するように構成してもよい。
　なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるレーダ装置の細部構成及び詳細な動作などに関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
１００　　レーダ装置
１０１　　送信アンテナ
１０２　　受信アンテナ
１０３、３０３　　高周波部（ＲＦ部）
１０４、２０４　　信号処理部
１１０、３１０　　送信ＲＦ部
１１１、３１１　　第１スイッチ
１１２、３１２　　第２スイッチ
１１３、１２１、１２２　　増幅器
１２０，３２０　　受信ＲＦ部
１２３ ミキサ
１３０ 局部発振器
１４０、２４０、３４０、４４０ 雑音信号処理部
１４１　　信号切替スイッチ
１４２、１４３、１４４、３４２、３４３　　信号遅延器
１４５、３４４　　信号合成器
１５１　　制御部
１５２　　対象物情報演算部
３４１　　信号分配器
３４５　　高域通過フィルタ

Claims (8)

  1. 　所定周波数の発信信号を生成する発振器と、
    　前記発信信号をパルス状に切り出す第１スイッチと、
    　前記第１スイッチで切り出された信号をさらに切り出して高周波（ＲＦ）パルス信号を生成する第２スイッチと、
    　前記第２スイッチから前記ＲＦパルス信号を入力して電波として空間に放射するとともに前記電波が対象物で反射された反射波を受信するアンテナと、
    　前記アンテナから受信信号を入力してベースバンド信号にダウンコンバートするダウンコンバート部と、
    　前記ダウンコンバート部から前記ベースバンド信号を入力して雑音信号を低減した低雑音ベースバンド信号を出力する雑音信号処理部と、
    　前記雑音信号処理部から前記低雑音ベースバンド信号を入力して前記対象物までの距離及び／または前記対象物の相対速度及び／または前記対象物の方位角を演算する対象物情報演算部と、を備え、
    　前記第１スイッチと前記第２スイッチは、略同時にオン状態となって前記ＲＦパルス信号を生成し、
    　前記雑音信号処理部は、
    　前記第１スイッチと前記第２スイッチの少なくともいずれか一方が単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記ベースバンド信号とを、それぞれ異なる遅延時間で遅延させて前記ベースバンド受信信号から前記雑音信号を除去して前記低雑音ベースバンド信号を出力する
    ことを特徴するレーダ装置。
  2. 　前記雑音信号処理部は、
    　通過する信号にそれぞれ異なる所定の遅延時間だけ遅延させる３つの信号遅延器と、前記ダウンコンバート部から入力した前記ベースバンド信号を前記３つの信号遅延器のいずれかを選択して通過させる信号切替スイッチと、前記３つの信号遅延器を通過した信号を合成する信号合成器と、を有し、
    　前記信号切替スイッチは、前記第１スイッチが単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記第２スイッチが単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記ベースバンド信号とを、前記３つの信号遅延器のそれぞれを選択して通過させ、
    　前記３つの信号遅延器のそれぞれの遅延時間は、前記第１スイッチが単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記第２スイッチが単独でオン状態となったときの雑音信号と、前記ベースバンド受信信号とが所定のタイミングで前記信号合成器に入力されるように調整されており、
    　前記信号合成器は、前記ベースバンド受信信号から前記２つの雑音信号を減算する
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 　前記信号遅延器を通過させる前記雑音信号は、前記第１スイッチと前記第２スイッチが略同時にオン状態になった時点の直前に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがそれぞれ単独でオン状態になったときの雑音信号である
    ことを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
  4. 　前記雑音信号処理部は、
    　前記ダウンコンバート部から入力した前記ベースバンド信号を２つの信号に分配する信号分配器と、前記信号分配器から出力される前記２つの信号のそれぞれを通過させて異なる所定の遅延時間だけ遅延させる２つの信号遅延器と、前記２つの信号遅延器を通過した信号を合成する信号合成器と、前記信号合成器からの信号を入力して前記低雑音ベースバンドパルス信号の帯域を通過させる高域通過フィルタと、を有し、
    　前記第１、第２スイッチの一方は、前記ＲＦパルス信号の繰返し周期の１／２周期だけオン状態となり続く１／２周期だけオフ状態となる周期を繰り返す一方、前記第１、第２スイッチの他方は、前記繰返し周期の１／２の周期で前記ＲＦパルス信号と略等しい時間幅だけオン状態となり、
    　前記２つの信号遅延器は、前記信号分配器で分配された２つの信号のそれぞれを通過させてそれぞれの遅延時間の差が前記繰返し周期の１／２に等しくなるように調整されており、
    　前記信号合成器は、前記２つの信号遅延器の一方を通過した信号から他方を通過した信号を減算させる
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
  5. 　前記発振器と、前記第１スイッチと、前記第２スイッチと、前記アンテナと、前記ダウンコンバート部と、前記雑音信号処理部と、が高周波用基板上に配置され、前記対象物情報演算部が低周波用基板に配置されている
    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。
  6. 　前記発振器と、前記第１スイッチと、前記第２スイッチと、前記アンテナと、前記ダウンコンバート部と、が高周波用基板上に配置され、前記対象物情報演算部と、前記雑音信号処理部と、が低周波用基板に配置されている
    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。
  7. 　前記発振器と、前記第１スイッチと、前記第２スイッチと、前記アンテナと、前記ダウンコンバート部と、が高周波用基板上に配置され、前記対象物情報演算部と、前記雑音信号処理部と、前記信号切替スイッチを制御する制御部と、が低周波用基板に配置されている
    ことを特徴とする請求項２または３に記載のレーダ装置。
  8. 　前記ＲＦパルス信号のパルス幅が０．１乃至１０ナノ秒であり、前記ＲＦパルス信号のオン・オフ比時間率が１パーセント以下である
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
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