WO2014147941A1 - レーダ装置 - Google Patents

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WO2014147941A1 PCT/JP2014/000598 JP2014000598W WO2014147941A1 WO 2014147941 A1 WO2014147941 A1 WO 2014147941A1 JP 2014000598 W JP2014000598 W JP 2014000598W WO 2014147941 A1 WO2014147941 A1 WO 2014147941A1
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code
pulse
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森田 忠士
岸上 高明
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a radar apparatus that transmits high-frequency transmission pulses.
  • the radar device transmits a high-frequency (for example, microwave, millimeter wave) transmission pulse from the measurement point to the space for each transmission period, receives a reflected wave signal reflected by the target, and determines the distance and direction between the measurement point and the target. At least one of them is measured.
  • a high-frequency (for example, microwave, millimeter wave) transmission pulse from the measurement point to the space for each transmission period, receives a reflected wave signal reflected by the target, and determines the distance and direction between the measurement point and the target. At least one of them is measured.
  • transmission pulses a plurality of transmission pulse signals
  • reception pulse a reception SNR (Signal to Noise Ratio) of a reflected pulse signal reflected by a target
  • the present inventors examined a radar apparatus that transmits a high-frequency (for example, millimeter wave) transmission pulse.
  • a high-frequency (for example, millimeter wave) transmission pulse since a plurality of transmission pulses using different code sequences are transmitted overlapping in time within one transmission cycle, the configuration of the transmission system becomes complicated, and further interference between transmission pulses occurs. As a result, it was difficult to obtain a high received SNR.
  • an object of the present disclosure is to provide a radar apparatus that obtains a high reception SNR by suppressing interference between transmission pulses with a simple configuration.
  • the present disclosure is based on N (N: integer greater than or equal to 2) transmission code sequences and N ⁇ M (M: integer greater than or equal to 2) orthogonal code sequences.
  • a transmission signal generating unit that generates N transmission pulses by multiplying each of the transmission codes by N orthogonal codes selected from the N ⁇ M types of orthogonal code sequences, and within one transmission period
  • a transmission radio unit that converts the N transmission pulses into a high-frequency signal and transmits the high-frequency signal from the transmission antenna, and the N ⁇ M types of orthogonal code sequences satisfy a predetermined mathematical expression in M transmission cycles
  • CNM is a radar device that is an orthogonalized code that is multiplied by the Nth transmission code in the Mth transmission cycle.
  • interference between transmission pulses can be suppressed with a simple configuration, and a high reception SNR can be obtained.
  • the block diagram which shows the internal structure of the radar apparatus of 1st Embodiment.
  • the figure which shows each correlation calculation period of the transmission pulse for every transmission period in the radar apparatus of 1st Embodiment, a selector output, an orthogonalization code
  • an explanatory diagram of a transmission pulse that may interfere with a transmission pulse using the first code sequence (A) Configuration diagram of the first code sequence correlator in the radar device of the first embodiment, (B) Configuration diagram of the second code sequence correlator in the radar device of the first embodiment.
  • a schematic diagram for explaining the output of the first code sequence correlator and the coherent addition result in 16 transmission cycles The block diagram which shows the internal structure of the radar apparatus of 2nd Embodiment.
  • the radar apparatus 100 sequentially generates N transmission pulses by multiplying N different transmission codes and an orthogonalization code (to be described later) within one transmission period T, and converts each transmission pulse into a high-frequency signal. Convert and transmit from the transmit antenna.
  • the radar apparatus 100 repeats transmission of transmission pulses converted into N ⁇ M high frequency signals every M transmission periods T.
  • a transmission pulse converted into a high-frequency signal is also referred to as a transmission pulse.
  • the radar apparatus 100 sequentially receives N high-frequency reflected wave signals in which N transmission pulses are reflected by the target within one transmission cycle, and N transmission pulses and N received signals at any time are received. N correlation values with a received signal (hereinafter referred to as “received pulse”) obtained by down-converting the reflected wave signal to baseband are calculated. The radar apparatus 100 measures (measures) the distance between the radar apparatus 100 and the target based on N ⁇ M correlation values calculated over M transmission cycles.
  • N and M are integers of 2 or more.
  • the transmission period is a fixed value that is set assuming a distance (for example, 50 m) that the radar apparatus 100 can measure. In each of the following embodiments, it is assumed that the period from the transmission timing to the reception timing of the transmission pulse does not exceed the transmission cycle.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of the radar apparatus 100 according to the first embodiment.
  • a code sequence storage unit 200 In the radar apparatus 100 shown in FIG. 1, a code sequence storage unit 200, a selector 210, an orthogonal code storage unit 220, an orthogonal code multiplier 230, a DAC (Digital Analog Converter) 240, and a transmission antenna 260 are connected.
  • ADC Analog Digital Converter
  • the code sequence storage unit 200 as a transmission code storage unit includes a first code sequence storage unit 201, a second code sequence storage unit 202 to an Nth code sequence storage unit 20N, and stores N different types of transmission code sequences.
  • the code sequence correlator 330 as a correlation calculation unit includes a first code sequence correlator 331 and a second code sequence correlator 332 to an N-th code sequence correlator 33N, and N types of transmission code sequences are different from the N types. Has a correlator.
  • the code sequence storage unit 200, the selector 210, the orthogonalization code storage unit 220, and the orthogonalization code multiplication unit 230 can be used to configure the transmission signal generation unit in the radar apparatus 100 of the present embodiment.
  • the first code sequence storage unit 201 stores a first transmission code sequence An (hereinafter referred to as “first code sequence”) An used by the radar apparatus 100 to generate a transmission pulse, and selects the transmission code sequence An as a selector. Output to 210.
  • first code sequence a first transmission code sequence An (hereinafter referred to as “first code sequence”) An used by the radar apparatus 100 to generate a transmission pulse, and selects the transmission code sequence An as a selector.
  • n represents the ordinal number of the transmission period of the transmission pulse, and is an integer in the range of 1 to M, and so on.
  • the second code sequence storage unit 202 stores a second transmission code sequence (hereinafter referred to as “second code sequence”) Bn used by the radar apparatus 100 to generate a transmission pulse, and selects the transmission code sequence Bn as a selector. Output to 210.
  • second code sequence a second transmission code sequence
  • the Nth code sequence storage unit 20N stores an Nth transmission code sequence (hereinafter referred to as “Nth code sequence”) Dn used by the radar apparatus 100 to generate a transmission pulse, and transmits the transmission code sequence. Dn is output to the selector 210.
  • Nth code sequence Nth transmission code sequence
  • Each transmission code sequence An, Bn to Dn is a different code sequence, but may be an arbitrary code sequence, for example, a pulse including a known M sequence, Gold code sequence, Golay code sequence, complementary code sequence, or spano code sequence. It may be a code sequence.
  • the transmission code sequence is not limited to the pulse code sequence described above, and for example, a chirp signal whose frequency continuously changes in the transmission period Tw may be used.
  • the chirp signal the same chirp signal may be used in one transmission cycle, or different chirp signals may be used.
  • the code sequence storage unit 200 shown in FIG. 1 may be provided with a code sequence storage unit that stores one chirp signal. In the case of using a plurality of chirp signals as transmission code sequences, the code sequence storage unit 200 shown in FIG. 1 may be provided with the same number of code sequence storage units as the types of chirp signals.
  • the first code sequence An is (A1, A2, A3, A4 to A16)
  • the second code sequence Bn is (B1, B2, B3, B4 to B16)
  • the third code sequence Cn is (C1, C2, C3, C4 to C16)
  • the fourth code sequence Dn is (D1, D2, D3, D4 to D16), It becomes.
  • the code sequences may be correlated or uncorrelated, but if there is no correlation, interference between transmission pulses described later can be further suppressed.
  • each transmission code sequence is a complementary code sequence
  • the first code sequence (An, Bn) is (A1, B1, A2, B2 to A8, B8)
  • the second code sequence (Cn, Dn) is (C1, D1, C2, D2 to C8, D8)
  • the third code sequence (En, Fn) is (E1, F1, E2, F2 to E8, F8)
  • the fourth code sequence (Gn, Hn) is (G1, H1, G2, H2 to G8, H8), It becomes.
  • (An, Bn), (Cn, Dn), (En, Fn), and (Gn, Hn) are mutually complementary code sequences. Further, between An, Cn, En, and Gn, and between Bn, Dn, Fn, and Hn may be correlated or uncorrelated. However, if there is no correlation, interference between transmission pulses described later is further increased. Can be suppressed.
  • the first code sequence (An, Bn) stored in the first code sequence storage unit 201 is: (A, B, A, B, A, B, A, B)
  • the second code sequence (Cn, Dn) stored in the second code sequence storage unit 202 is: (C, D, C, D, C, D, C, D)
  • the third code sequence (En, Fn) stored in the third code sequence storage unit 203 (not shown) is: (E, F, E, F, E, F, E, F)
  • the transmission code sequences (An, Bn, Cn, Dn, En, Fn, Gn, Hn) are all the same transmission code sequence (A, B, C, D, E, regardless of the transmission period of the transmission pulse). F, G, H) are used.
  • Transmission code A [-1, -1, -1, 1]
  • Transmission code B [-1, -1, 1, -1]
  • Transmission code C [-1, 1, 1, 1]
  • Transmission code D [1, 1, -1, 1]
  • Transmission code E [1, -1, -1, -1]
  • Transmission code F [-1, 1, -1, -1]
  • Transmission code G [1, 1, 1, -1]
  • Transmission code H [1, -1,1,1,], Is used. That is, the transmission code A and transmission code B, the transmission code C and transmission code D, the transmission code E and transmission code F, and the transmission code G and transmission code H are complementary codes.
  • the selector 210 selects N transmission codes according to a predetermined order within one transmission period from each transmission code sequence stored in the first code sequence storage unit 201 to the Nth code sequence storage unit 20N.
  • the transmission code is sequentially output to the orthogonalization code multiplication unit 230 (see FIG. 2).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating transmission pulse, selector output, orthogonalized code, and correlation calculation periods of the first code sequence correlator to the Nth code sequence correlator for each transmission period in the radar apparatus 100 according to the first embodiment. is there.
  • the selector 210 performs the transmission code sequence A of the first code sequence storage unit 201 and the transmission code sequences C to N of the second code sequence storage unit 202 in the leftmost (first) transmission cycle shown in FIG. Selection is made in the order of the transmission code sequence G in the code sequence storage unit 20N. Similarly, in the second transmission cycle, the selector 210 transmits the transmission code sequence B of the first code sequence storage unit 201, the transmission code sequence D of the second code sequence storage unit 202 to the transmission of the Nth code sequence storage unit 20N. The code sequence H is selected in this order.
  • the selector 210 selects a set of transmission code sequences selected in the first and second transmission cycles after the third transmission cycle shown in FIG. Similarly, the selection is repeated and output to the orthogonal code multiplier 230.
  • the orthogonalized code storage unit 220 stores orthogonalized code sequences (C11 to CNM) including N ⁇ M orthogonalized codes.
  • CNM is an orthogonalized code that is multiplied by the Nth transmission code sequence selected by the selector 210 within the Mth transmission cycle.
  • the orthogonal code sequence (C11 to CNM) is a code sequence provided to suppress interference between transmission pulses when the radar apparatus 100 sequentially transmits N transmission pulses within one transmission period.
  • the orthogonalization code multiplication unit 230 multiplies N transmission codes sequentially selected by the selector 210 and N orthogonalization codes read from the orthogonalization code storage unit 220 within one transmission period, and performs N processing. Transmission pulses are sequentially generated, and N transmission pulses are output to the DAC 240 and the code sequence correlator 330.
  • the orthogonalization code multiplication unit 230 sequentially reads the orthogonalization codes C11 and C21 to CN1 from the orthogonalization code storage unit 220 in the first transmission cycle shown in FIG.
  • the orthogonal code multiplier 230 multiplies the first selector output (transmission code A) and the orthogonal code C11 to generate a transmission pulse P11, and orthogonalizes the second selector output (transmission code C).
  • the transmission pulse P21 is generated by multiplying the code C21.
  • the orthogonalization code multiplication unit 230 repeats multiplication processing, and multiplies the Nth selector output (transmission code G) by the orthogonalization code CN1 to generate a transmission pulse PN1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a transmission pulse that may interfere with a transmission pulse using the first code sequence, for example.
  • the transmission pulse that may interfere with the transmission pulse P11 is a transmission pulse that is received during the correlation calculation period Tp11 of the first code sequence correlator 331 that uses the code of the transmission pulse P11 as a correlation coefficient described later. That is, a transmission pulse used as a correlation coefficient by a code sequence correlator having a correlation calculation period partially overlapping with the correlation calculation period Tp11 of the first code sequence correlator 331 may interfere with the transmission pulse P11.
  • the transmission pulse that may interfere with the transmission pulse P11 is transmitted by the transmission pulse P11 itself, transmission pulses P21, P31 to PN1 transmitted after the transmission pulse P11 is transmitted, and the transmission pulse P11.
  • a total of 2N ⁇ 1 ( 1 + 2 (N ⁇ 1)) transmission pulses P2M and P3M to PNM transmitted before being transmitted.
  • Equation (2) in which the inner product is zero with respect to the orthogonalized code is established.
  • Equation (3) is established for the orthogonal code so that the inner product becomes zero.
  • Equation (4) is established for the orthogonal code so that the inner product is zero.
  • transmission pulses P11, P12 to P1M using the first code sequence transmitted at transmission timing Tt1, and the previous transmission cycle T are transmitted at transmission timing Tt3.
  • the mathematical formula (5) in which the inner product is zero is established for the orthogonalized code.
  • transmission pulses P11, P12 to P1M in which the first code sequence transmitted at transmission timing Tt1 is used every M transmission cycles T and the previous transmission cycle T, and transmission is performed at transmission timing Ttn.
  • the mathematical expression (6) in which the inner product is zero is established for the orthogonalized code.
  • Equation (7) is established for the orthogonalized code.
  • Equation (8) is a multiplication of an N ⁇ M matrix of N ⁇ M orthogonal code sequences (C11 to CNM) and an M ⁇ 2N matrix.
  • the matrix of M rows and 2N columns is obtained by synthesizing a matrix in which the elements of the M row of the transposed M rows and N columns matrix are shifted to the first row to the M rows and N columns matrix obtained by transposing the N rows and M columns. It is a matrix.
  • Equation (8) The right side of Equation (8) is a matrix with M rows and 2 M columns, and a matrix in which two diagonal matrices with M rows and M columns are combined.
  • each orthogonal code of the orthogonal code sequence (C11 to CNM) is +1 or ⁇ 1, but is not limited to +1 or ⁇ 1 as long as Equation (8) is satisfied.
  • Each term on the left side of Equation (9) includes a transmission pulse (for example, P11 corresponding to C11) in which the Xth transmission code sequence (X: any one of 1 to N) is used, and the previous one.
  • This is a calculation with a transmission pulse (for example, P1M corresponding to C1M) in which the Xth transmission code sequence in the transmission cycle T is used. For these reasons, orthogonality does not matter.
  • [-1] [1, 1, -1, 1]
  • the DAC 240 D / A converts the digital transmission pulse multiplied by the orthogonal code multiplication unit 230 into an analog transmission pulse, and outputs the analog transmission pulse to the transmission radio unit 250.
  • the transmission radio unit 250 converts the analog transmission pulse D / A converted by the DAC 240 into a high-frequency signal using a local oscillation signal (local signal) generated by a local oscillation signal oscillator (not shown).
  • the transmission radio unit 250 transmits N high frequency signals from the transmission antenna 260 within one transmission period T. Note that the transmission period Tw of N transmission pulses transmitted in each transmission cycle T does not overlap in time with adjacent transmission pulses and is constant, and further, the transmission timing interval (Tt2 ⁇ ) of each transmission pulse. Tt1) may or may not be equally spaced (see FIG. 2).
  • the reception radio unit 310 receives, at the reception antenna 300, N transmission pulses obtained by reflecting N transmission pulses transmitted within one transmission period T by the target.
  • Reception radio section 310 uses a local oscillation signal (local signal) generated by a local oscillation signal oscillator (not shown) to convert a high-frequency signal received by reception antenna 300 into a baseband reception pulse and output it to ADC 320.
  • the received high-frequency signal is also referred to as a received pulse.
  • ADC 320 A / D converts analog baseband received pulses into digital baseband received pulses, and outputs the result to code sequence correlator 330. That is, the digital baseband received pulse is input to the first code sequence correlator 331 to the Nth code sequence correlator 33N. Further, the code of the transmission pulse multiplied by the orthogonal code multiplier 230 is also input to the first code sequence correlator 331 to the Nth code sequence correlator 33N.
  • the operations of the first code sequence correlator 331 to the Nth code sequence correlator 33N are the same, for example, the operation of the first code sequence correlator 331 will be mainly described below, and the second code sequence correlator 332 to the Nth code sequence correlator will be described.
  • movement of the code sequence correlator 33N description of the content same as the operation
  • the first code sequence correlator 331 is between the transmission timing of the transmission pulse P11 using the first code sequence A or B and the period of the transmission cycle T elapses.
  • a correlation value between the N transmission pulses P11 to PN1 transmitted and the N reception pulses input until the period of the transmission cycle T elapses from the transmission timing of the transmission pulse P11 is calculated (see FIG. 2). .
  • the first code sequence correlator 331 performs correlation calculation as a correlation calculation period from the transmission timing of the transmission pulse P11 using the first code sequence A or B until the period of the transmission cycle T elapses (FIG. 2).
  • the first code sequence correlator 331 also passes the transmission period T from the transmission timing of the transmission pulse using the first code sequence A or B in the second and subsequent transmission cycles shown in FIG.
  • the correlation calculation is performed as the correlation calculation period (see the hatched portion shown in FIG. 2).
  • FIG. 4A is a configuration diagram of the first code sequence correlator 331 in the radar apparatus 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 4B is a configuration diagram of the second code sequence correlator 332 in the radar apparatus 100 according to the first embodiment.
  • Each code sequence correlator shown in FIGS. 4A and 4B can be configured using, for example, an FIR (Finite Impulse Response) filter.
  • FIR Finite Impulse Response
  • First code sequence correlator 331 shown in FIG. 4A includes L correlation coefficient holding units K1, K2 to KL, L ⁇ 1 delay units (z ⁇ 1 ), and an adder.
  • Second code sequence correlator 332 shown in FIG. 4B includes L correlation coefficient holding units Q1, Q2 to QL, L ⁇ 1 delay units (z ⁇ 1 ), and an adder.
  • L is an integer that is a power of 2 and represents the code length of the transmission pulse.
  • the first code sequence correlator 331 converts the code of the transmission pulse using the first code sequence A or B into the L correlation coefficients shown in FIG. (Tap coefficients) K1, K2, K3 to KL are set, and correlation coefficients K1 to KL are held during the correlation calculation period.
  • the first code sequence correlator 331 deletes the correlation coefficient in the previous first correlation calculation period, and the first code in the second correlation calculation period
  • the code of the transmission pulse using the sequence A or B is set as the correlation coefficients K1 to KL shown in FIG.
  • the first code sequence correlator 331 uses the code of the transmission pulse using the first code sequence A or B as a correlation coefficient within each correlation calculation period shown in FIG. 2 (see the hatched portion shown in FIG. 2).
  • the sliding correlation value of each of the received N received pulses is calculated and output to the coherent adder 340.
  • the second code sequence correlator 332 converts the code of the transmission pulse using the second code sequence C or D into the correlation coefficient within each correlation calculation period shown in FIG. 2 (see the dot pattern portion shown in FIG. 2). As above, the sliding correlation value of each of the received N received pulses is calculated and output to the coherent adder 340.
  • the N-th code sequence correlator 33N correlates the code of the transmission pulse using the N-th code sequence G or H within each correlation calculation period shown in FIG. 2 (see the white pattern portion shown in FIG. 2). As a number, the sliding correlation value of each of the received N received pulses is calculated and output to the coherent adder 340.
  • the first code sequence correlator 331 does not start the correlation calculation period at the transmission timing Tt1 of the transmission pulse P11.
  • the first code sequence correlator 331 may start the correlation calculation period after a predetermined time has elapsed from the transmission timing Tt1 of the transmission pulse P11. good. Note that the end timing of the correlation calculation period is not changed.
  • the radar apparatus 100 may not receive the transmission pulse in which the transmission pulse P11 is reflected by the target at the transmission timing Tt1 of the transmission pulse P11, for example. Therefore, for example, assuming a situation where the distance between the radar apparatus 100 and the target is closest, the first code sequence correlator 331 determines the time for the transmission pulse to pass between the proximity distance between the radar apparatus 100 and the target.
  • the correlation calculation period may be set with a delay from the start timing of the correlation calculation period.
  • the other second code sequence correlator 332 to Nth code sequence correlator 33N may also start the correlation calculation period after a similar predetermined time has elapsed. Note that the end timing of each correlation calculation period is not changed.
  • the coherent adder 340 receives the sliding correlation values calculated by the first code sequence correlator 331 to the Nth code sequence correlator 33N in M transmission cycles.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining, for example, the output of the first code sequence correlator 331 and the coherent addition result in 16 transmission cycles. In FIG. 5, the sliding correlation value when one target exists is shown.
  • the sliding correlation value as the correlation output of the first code sequence correlator 331 has a peak sliding correlation value between the transmission pulse 11 in the first transmission cycle and the reception pulse that received the transmission pulse P11 reflected by the target. appear.
  • the sliding correlation value as the correlation output of the first code sequence correlator 331 has a peak sliding correlation value between the transmission pulse 12 in the second transmission cycle and the reception pulse that has received the transmission pulse P12 reflected by the target. Appears as
  • the sliding correlation value as the correlation output of the first code sequence correlator 331 has a peak sliding correlation value between the transmission pulse 13 in the third transmission cycle and the reception pulse that has received the transmission pulse P13 reflected by the target. Appears as
  • the sliding correlation value as the correlation output of the first code sequence correlator 331 is the sliding correlation value between the transmission pulse 116 in the sixteenth transmission period and the reception pulse that has received the transmission pulse P116 reflected by the target. Appears as a peak.
  • the coherent adding unit 340 uses, for example, N ⁇ 1 delay units in accordance with the first code sequence correlator 331 to the Nth code sequence correlator 33N, and inputs N sliding correlation values.
  • the start timing of the correlation calculation period is aligned, and each sliding correlation value calculated over M transmission cycles is added (see FIG. 5).
  • the coherent adding unit 340 transmits the same transmission pulse as the transmission pulse using the first code sequence A or B as the addition result of each sliding correlation value calculated by the first code sequence correlator 331 over M transmission cycles, for example.
  • a peak is obtained in the result of the coherent addition of the sliding correlation value with the received pulse that has received the transmitted pulse reflected by the target.
  • the coherent addition unit 340 calculates the distance between the radar apparatus 100 and the target based on the peak of the coherent addition result of the sliding correlation value.
  • the coherent adding unit 340 adds, for example, a code sequence other than the first code sequence A or B (second code) as the addition result of the sliding correlation values calculated by the first code sequence correlator 331 over M transmission periods.
  • the sliding correlation value between the transmission pulse using the code sequence to the Nth code sequence and the reception pulse having received the transmission pulse reflected by the target that is, interference that interferes with the transmission pulse using the first code sequence Waves can be canceled or suppressed (see FIG. 5), and the same effect can be obtained from the result of coherent addition to the correlation output of another code sequence correlator.
  • the radar apparatus 100 multiplies N different transmission codes and N orthogonal codes within one transmission period to transmit N transmission pulses, and performs M transmissions.
  • the transmission of N ⁇ M transmission pulses is repeated over a period.
  • the radar apparatus 100 calculates a sliding correlation value between the transmitted N transmission pulses and the reception pulse received from the transmission pulse reflected by the target over M transmission periods, and performs coherent addition.
  • the radar apparatus 100 can transmit a plurality of N different transmission pulses by using the transmission radio unit 250 to which the single DAC 240 and the transmission antenna 260 are connected within one transmission period. Since there is no need to provide N transmission radio units 250 to which the DAC 240 and the transmission antenna 260 are connected for transmission, the configuration of the transmission circuit can be simplified, the circuit scale can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. it can.
  • the radar apparatus 100 determines that the same transmission pulse as each transmission pulse is obtained based on the coherent addition result of each sliding correlation value calculated by the first code sequence correlator 331 to the Nth code sequence correlator 33N over M transmission periods. A peak is obtained in the result of the coherent addition of the sliding correlation value between the transmission pulse reflected by the target and the reception pulse received.
  • the radar apparatus 100 performs a sliding correlation value between a transmission pulse using a transmission code sequence different from the transmission code sequence used to generate each transmission pulse and a reception pulse received from the transmission pulse reflected by the target, that is, An interference wave that interferes with a transmission pulse using a transmission code sequence can be canceled or suppressed.
  • the radar apparatus 100 can suppress interference between different transmission pulses based on the coherent addition result of each sliding correlation value calculated by the first code sequence correlator 331 to the Nth code sequence correlator 33N over M transmission periods.
  • N times as many coherent addition gains as the number of code sequences used to generate the transmission pulse are obtained, and N times as many received SNRs are obtained as communication characteristics between the radar apparatus 100 and the target.
  • the radar apparatus 100 transmits the transmission periods Tw of N types of transmission pulses while shifting the transmission period T in one transmission period T.
  • this modified example N transmission systems, that is, N sets of DACs and transmission radio units to which transmission antennas are connected are used.
  • one transmission cycle T one type of transmission pulse is transmitted simultaneously from each transmission system.
  • FIG. 14 is a block diagram showing an internal configuration of a radar apparatus 100D according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a time chart for transmitting a transmission pulse from each transmission system of the radar apparatus according to the modification of the first embodiment.
  • description of the same content as the radar device 100 of the first embodiment will be simplified or omitted, and different content will be described.
  • the radar apparatus 100D shown in FIG. 14 includes a code sequence storage unit 200, an orthogonal code storage unit 220, an orthogonal code multiplication unit 230, N DACs 2401 to 240N, and N transmission antennas 2601 to 260N.
  • a code sequence storage unit 200 an orthogonal code storage unit 220, an orthogonal code multiplication unit 230, N DACs 2401 to 240N, and N transmission antennas 2601 to 260N.
  • transmission radio units transmission RF units
  • reception RF unit reception RF unit
  • a coherent addition unit 340 Including.
  • the orthogonal code multiplication unit 230 performs N types of orthogonal codes C11 to C11 to N types of transmission code sequences read from the code sequence storage unit 200 in one transmission cycle T.
  • N types of transmission pulses P11 to PN1 are generated by superimposing (multiplying) CN1.
  • N types of transmission pulses are transmitted simultaneously from N transmission systems. Since transmission pulses are transmitted simultaneously from the N transmission systems, the processing start timing of the code sequence correlator 330 is also the same as when the transmission pulses are transmitted.
  • the orthogonality of the total N ⁇ M orthogonal codes used in this modification may be ensured in each transmission sequence in which transmission pulses are simultaneously transmitted in one transmission cycle T.
  • orthogonality of N types of transmission pulses is required in consideration of two transmission periods before and after a specific transmission period.
  • N types of transmission pulses are transmitted simultaneously in one transmission cycle, and it is only necessary to ensure the orthogonality of each transmission pulse in one transmission cycle.
  • the orthogonalized code (see Expression (10)) of this modification example is used. Useful.
  • the radar apparatus 100D of the present modification can obtain a high SNR because the number of transmission pulses can be transmitted N times in a certain transmission period T, as with the radar apparatus 100 of the first embodiment.
  • the number of code sequence correlators 330 required is the same as the number of transmission code sequences used to generate N transmission pulses transmitted within one transmission period.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an internal configuration of the radar apparatus 100A according to the second embodiment.
  • the radar apparatus 100A shown in FIG. 6 includes a code sequence storage unit 200, a selector 210, an orthogonal code storage unit 220, an orthogonal code multiplication unit 230, a DAC 240, and a transmission radio unit 250 to which a transmission antenna 260 is connected.
  • the output of the ADC 320 is input to N ⁇ 1 delay units 401 to 40N ⁇ 1. Since the operation of each delay unit is the same except for the delay amount given to the received digital baseband reception pulse, the delay unit 401 will be mainly described, and the other delay units 402 to 40 (N ⁇ 1) will be described. Regarding the operation, contents different from those of the delay unit 401 will be described.
  • the delay unit 401 gives a predetermined delay amount to the digital baseband reception pulse as the output of the ADC 320 and outputs the pulse to the adder 410.
  • the delay amount given by the delay unit 401 is predetermined, for example, from the transmission timing of the transmission pulse P11 using the first code sequence A or B to the transmission timing of the transmission pulse P12 using the second code sequence C or D. It is a time difference.
  • the delay amount given by the delay unit 402 is predetermined, for example, from the transmission timing of the transmission pulse P11 using the first code sequence A or B to the transmission timing of the transmission pulse P13 using the third code sequence E or F. It is a time difference.
  • the adder 410 adds a total of N received pulses of the received pulse to which the N-1 delay units 401 to 40 (N-1) have different delay amounts and the received pulse to which the delay amount is not added. And output to the code sequence correlator 420.
  • the code sequence correlator 420 shown in FIG. 7 includes L correlation coefficient holding units (K1 + Q1), (K2 + Q2) to (KL + QL), L ⁇ 1 delay units (z ⁇ 1 ), and an adder. Including. L is an integer that is a power of 2 and represents the code length of the transmission pulse. The code sequence correlator 420 performs correlation calculation using a period of M transmission cycles as a correlation calculation period.
  • the correlation coefficients (tap coefficients) K1 + Q1, K2 + Q2, K3 + Q3 to KL + QL are set in the number holding unit, and the correlation coefficients (K1 + Q1 to KL + QL) are held during the correlation calculation period.
  • the correlation coefficient in the code sequence correlator 420 is any of +2, 0, -2.
  • the code sequence correlator 420 uses the addition result of the code of each transmission pulse using the first code sequence and the second code sequence as a correlation coefficient, and calculates the sliding correlation value of each of the N received pulses added by the adder 410. Calculate and output to the coherent adder 340. Since the operation of the coherent adder 340 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the radar apparatus 100A of the present embodiment has a single code sequence correlator instead of the configuration of the first code sequence correlator 331 to the Nth code sequence correlator 33N in the radar apparatus 100 of the first embodiment.
  • Using 420 a sliding correlation value between N transmission pulses and reception pulses transmitted within one transmission period is calculated.
  • the radar apparatus 100A can obtain the same effect as the radar apparatus of the first embodiment, and can further simplify the configuration of the code sequence correlator compared to the radar apparatus 100 of the first embodiment.
  • the circuit scale of the radar apparatus 100A can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • At least one set of adjacent N transmission pulses transmitted within one transmission period, that is, the transmission timing interval of two transmission pulses is M transmission periods.
  • the description is based on the assumption that it is fixed.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of the radar apparatus 100B according to the third embodiment.
  • the radar apparatus 100B illustrated in FIG. 8 includes a transmission timing control unit 500, a code sequence storage unit 200, a selector 210B, an orthogonalized code storage unit 220, an orthogonalized code multiplication unit 230, a DAC 240, and a transmission antenna 260.
  • a transmission radio unit (transmission RF unit) 250B connected, a reception radio unit (reception RF unit) 310 connected to the reception antenna 300, an ADC 320, a code sequence correlator 330B, and a coherent addition unit 340 are included.
  • a code sequence correlator 330B as a correlation calculation unit includes a first code sequence correlator 331B, a second code sequence correlator 332B to an Nth code sequence correlator 33NB, and N types of transmission codes are the same as the types of transmission code sequences. Has a correlator.
  • the code sequence storage unit 200, the selector 210B, the orthogonal code storage unit 220, and the orthogonal code multiplication unit 230 can be used to configure the transmission signal generation unit in the radar apparatus 100B of the present embodiment.
  • the transmission timing control unit 500 changes at least one set of adjacent N transmission pulses transmitted within one transmission period, that is, an interval between transmission timings of two transmission pulses, every M transmission periods.
  • a transmission timing control signal is generated.
  • Transmission timing control section 500 outputs a transmission timing control signal to selector 210B, transmission radio section 250B, and code sequence correlator 330B.
  • At least one pair of adjacent N transmission pulses transmitted within one transmission cycle that is, two transmission pulses have different transmission timing intervals, and the transmission period with other transmission pulses is time. If there is no overlap, there is no particular limitation.
  • the transmission timing interval may be monotonously increased every M transmission cycles, or may be changed using a random number value.
  • the selector 210B based on the transmission timing control signal generated by the transmission timing control unit 500, at least one set of adjacent N transmission pulses transmitted within one transmission period, that is, 2 for every M transmission periods.
  • the transmission code selection timing interval used for generating one transmission pulse is changed and selected.
  • the transmission radio section 250B Based on the transmission timing control signal generated by the transmission timing control section 500, the transmission radio section 250B has at least one set of adjacent N transmission pulses transmitted within one transmission period for every M transmission periods, That is, the transmission timing interval of two transmission pulses is changed and transmitted.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the transmission timing interval of transmission pulses in the radar apparatus 100B of the third embodiment.
  • FIG. 9 illustrates an example in which the transmission timing interval between the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21 is changed every M transmission cycles.
  • the changed interval is not limited to the interval of each transmission timing between the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21.
  • the interval between the transmission timings of the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21 is a constant T12 (1).
  • the transmission timing control unit 500 changes the interval between the transmission timings of the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21 to T12 (2) ( ⁇ T12 (1)).
  • a transmission timing control signal for generating the transmission timing is generated. Accordingly, the radar apparatus 100B can change the transmission timing interval between the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21 to T12 (2) in the second M transmission cycles shown in FIG.
  • each code sequence correlator that uses a transmission pulse whose transmission timing interval is changed as a correlation coefficient is the transmission generated by the transmission timing control unit 500.
  • the interval of each transmission timing between the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21 is changed. Accordingly, the first code sequence correlator 331B and the second code sequence correlator 332B calculate the correlation of their own sliding correlation values every M transmission periods based on the transmission timing control signal generated by the transmission timing control unit 500. Change the start timing of the period.
  • the transmission timing control unit 500 sends a transmission timing control signal to the delay units 401 to 40 (N ⁇ 1). Is output.
  • the delay device that gives each time difference between each transmission pulse whose transmission timing interval is changed and the first transmission pulse to be transmitted as a delay amount is Based on the transmission timing control signal generated by the timing control unit 500, the delay amount of the digital baseband reception pulse as the output of the ADC 320 is changed for every M transmission cycles according to the changed transmission timing interval. To do.
  • the delay unit 401 calculates the delay amount of the digital baseband reception pulse as the output of the ADC 320 for each M transmission cycles based on the transmission timing control signal generated by the transmission timing control unit 500 by T12 (1 ) To T12 (2).
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a coherent addition result in the radar apparatus 100B of the third embodiment.
  • the leftmost diagram shown in FIG. 10 shows, for example, the first code sequence over M transmission cycles before the transmission timing interval between the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21 is changed from T12 (1) to T12 (2).
  • the coherent addition result of the sliding correlation value calculated by the correlator 331B is shown.
  • the result of coherent addition is, for example, the peak of the sliding correlation value of the transmission pulse (desired wave) using the first code sequence, the transmission pulse using the first code sequence, and the transmission pulse using the second code sequence.
  • FIG. 10 including the residual interference component is, for example, the peak of the sliding correlation value of the transmission pulse (desired wave) using the first code sequence, the transmission pulse using the first code sequence, and the transmission pulse using the second code sequence.
  • the central diagram shown in FIG. 10 shows the first code over the M transmission cycles after the transmission timing interval between the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21 is changed from T12 (1) to T12 (2), for example.
  • the coherent addition result of the sliding correlation value calculated by the sequence correlator 331B is shown.
  • the rightmost diagram shown in FIG. 10 shows a coherent addition result over a total of 2M transmission cycles of the leftmost diagram shown in FIG. 10 and the central diagram shown in FIG.
  • the interference component between the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21 is an ideal environment (for example, a direct wave is used by a coherent addition result of sliding correlation values calculated over M transmission periods. Canceled where possible line-of-sight communication is possible).
  • the interval between the transmission timings of the transmission pulse P11 and the transmission pulse P21 is changed from T12 (1) to T12 (2).
  • the period in which components appear is different.
  • the transmission pulse P11 is doubled by the coherent addition of the respective coherent addition results in the leftmost diagram and the central diagram shown in FIG.
  • an addition gain is obtained, since the transmission timing interval of the residual interference component is changed, the magnitude of the residual interference component is the same as that generated in the coherent addition result over the M transmission cycles.
  • the radar apparatus 100B according to the transmission timing control signal generated by the transmission timing control unit 500, transmits at least two transmission pulses among N transmission pulses transmitted within one transmission period. Change the transmission timing interval.
  • the radar apparatus 100B transmits the transmission pulse P11 as a desired wave based on the coherent addition result over the transmission cycle of 2M times shown in the rightmost diagram of FIG.
  • the coherent addition gain that is twice as high can be obtained at 1 and the received SNR can be further improved compared to the magnitude of the residual interference component.
  • a radar apparatus 100C that switches the directivity (main beam direction) of N transmission pulses transmitted within one transmission cycle will be described.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an internal configuration of a radar apparatus 100C according to the fourth embodiment.
  • a radar apparatus 100C illustrated in FIG. 11 includes a transmission beam control unit 600, a code sequence storage unit 200, a selector 210, an orthogonalized code storage unit 220, an orthogonalized code multiplication unit 230, a DAC 240, and, for example, four pieces.
  • the transmission beam control unit 600 transmits a transmission beam control signal indicating the different main beam directions of the transmission pulses of N transmission pulses P11 to PN1 to be transmitted within the first transmission period to N transmission pulses. Generate every time.
  • the transmission beam control unit 600 sequentially outputs N transmission beam control signals generated for each transmission pulse to the transmission radio unit 250C in the first transmission cycle, for example.
  • the transmission radio unit 250C includes a phase shifter (not shown) that changes the phase of the transmission pulse for each of the four transmission antennas 261 to 264.
  • the transmission radio section 250C changes the phase of the transmission pulse in each phase shifter based on the N transmission beam control signals generated for each transmission pulse by the transmission beam control section 600, and thereby responds to the transmission beam control signal.
  • a transmission pulse forming the main beam direction is transmitted (see FIG. 12).
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of a transmission beam in the radar apparatus 100C according to the fourth embodiment.
  • Transmission radio section 250C switches the main beam direction of the transmission pulse transmitted from the transmission antenna by electronically changing the phase of the transmission pulse in the phase shifter using the plurality of transmission antennas 261 to 264.
  • the main beam direction of the transmission pulse may be mechanically switched.
  • the radar apparatus 100C may have a plurality of reception antennas as well as the transmission antenna, and switch the directivity of the reception pulse electronically or mechanically.
  • the transmission beam BMR (transmission pulse) to which the beam direction is given is transmitted, and further, the transmission beam BML (transmission pulse) to which the left main beam direction is given to the transmission pulse using the second code sequence is transmitted (FIG. 12). And FIG. 13).
  • the radar apparatus 100C transmits the transmission beam BMR in which the right main beam direction is added to the transmission pulse P11 using the first code sequence within the first transmission period shown in FIG. A transmission beam BML in which the left main beam direction is added to the transmission pulse using the sequence is transmitted. In addition, the radar apparatus 100C also transmits the transmission beam BMR to which the main beam direction in the right direction is given and the main beam in the left direction in each of the second and subsequent transmission cycles shown in FIG. 13, as in the first transmission cycle. The transmission with the transmission beam BML provided with the beam direction is repeated.
  • the signal power of the reception pulse reflected by the target TG of the transmission beam BMR to which the main beam direction in the right direction is given increases,
  • the signal power of the reception pulse in which the transmission beam BML to which the main beam direction is given is reflected by the target TG is small.
  • the code of the transmission pulse using the first code sequence is used as a correlation coefficient in each transmission cycle.
  • the sliding correlation value between the reception pulse and the transmission pulse reflected by the target TG of the transmission beam BMR to which the right main beam direction is given is large, and the transmission beam BMR to which the left main beam direction is given is the target.
  • the sliding correlation value between the reception pulse and the transmission pulse reflected by the TG is small.
  • the coherent addition unit 341 In the coherent addition unit 341 to which the correlation output of the first code sequence correlator 331 is input, the sliding correlation value between the reception pulse and the transmission pulse of the transmission beam BMR to which the right main beam direction is given is reflected by the target TG.
  • the coherent addition gain is obtained in the result of coherent addition.
  • the interference residual component becomes small.
  • the code of the transmission pulse using the second code sequence is used as a correlation coefficient in each transmission cycle.
  • the sliding correlation value between the reception pulse and the transmission pulse reflected by the target TG of the transmission beam BMR to which the right main beam direction is given is small, and the transmission beam BML to which the left main beam direction is given is the target.
  • the sliding correlation value between the reception pulse and the transmission pulse reflected by the TG is also small.
  • the sliding correlation value between the reception pulse and the transmission pulse of the transmission beam BML to which the main beam direction in the left direction is given is reflected by the target TG.
  • the coherent addition gain cannot be obtained in the coherent addition result.
  • the coherent addition result of the sliding correlation value between the reception pulse and the transmission pulse reflected by the target TG of the transmission beam BMR to which the right main beam direction is given that is, the interference residual component becomes small.
  • the radar apparatus 100 ⁇ / b> C performs transmission by switching different main beam directions to N transmission pulses transmitted within one transmission period in accordance with the transmission beam control signal generated by the transmission beam control unit 600. Send the beam.
  • the radar apparatus 100C can obtain the effects of the radar apparatus 100 of the first embodiment. Further, in the coherent addition results of the coherent addition units 341 to 34N, the target exists in the main beam direction of the transmission beam. A coherent addition gain is obtained.
  • the radar apparatus 100C uses the coherent addition results of the coherent addition units 341 to 34N to which the correlation outputs of the first code sequence correlator 331 to the Nth code sequence correlator 33N are input as the coherent addition of N sector radars. It can be used as a result.
  • the radar apparatus 100C transmits a transmission beam in which the main beam is switched to a transmission pulse for each transmission code sequence, interference between the transmission beams of each transmission pulse can be suppressed.
  • the center frequency of the local signal used when the transmission radio unit of the radar apparatus converts the transmission code sequence into a high frequency signal is the same.
  • a radar apparatus 100E that varies the center frequency of a local signal used when a transmission radio unit converts a transmission code sequence into a high-frequency signal for each transmission code sequence will be described.
  • FIG. 16 is a block diagram illustrating an internal configuration of a radar apparatus 100E according to the fifth embodiment.
  • the radar apparatus 100E shown in FIG. 16 includes a code sequence storage unit 200, N DACs 2401 to 240N, transmission radio units (transmission RF units) 2501 to 250N to which N transmission antennas 2601 to 260N are connected, Reception radio units (reception RF units) 3101 to 310N to which N reception antennas 3001 to 300N are connected, N ADCs 3201 to 320N, a code sequence correlator 330, and a coherent addition unit 340 are included.
  • the difference between the radar apparatus 100E shown in FIG. 16 and the radar apparatus 100 shown in FIG. 1 is that the number of combinations of DACs, transmission radio units, and transmission antennas (hereinafter referred to as “transmission system”) is the same as the number of transmission code sequences.
  • the number of sets of reception antennas, reception radio units, and ADCs (hereinafter referred to as “reception system”) is N, which is the same as the type of transmission code sequence, and an orthogonal code is not used.
  • N is an integer equal to or greater than 2, and is the same number as the type of transmission code sequence stored in the code sequence storage unit 200.
  • the center frequencies used in the transmission radio units 2501 to 250N of each transmission system and the reception radio units 3101 to 310N of each reception system are different.
  • the center frequency used in the k (k: integer from 1 to N) th transmission radio unit and the center frequency used in the kth reception radio unit are the same.
  • the N transmission code sequences may be the same or different.
  • the kth reception system performs a correlation operation using a code sequence corresponding to the transmission pulse generated in the kth transmission system.
  • the radar apparatus 100E uses the transmission radio units 2501 to 250N that generate signals of different N types of center frequencies and the reception radio units 3101 to 310N that convert high-frequency reception signals into baseband signals. In this way, it is possible to suppress the occurrence of interference of transmission pulses transmitted between the transmission systems by omitting the superimposition of orthogonal codes in each transmission code sequence.
  • the radar apparatus 100E can transmit N transmission pulses in one transmission cycle T, and can obtain a good SNR N times as compared with the case of transmitting one transmission pulse. Further, by combining the radar apparatus 100E of the present embodiment and the radar apparatus 100 of the first embodiment, that is, the orthogonal code is further superimposed (multiplied) on the transmission code sequence and further used between the transmission systems. By changing the center frequency, a better SNR can be obtained.
  • the radar apparatus 100C transmits a transmission beam whose main beam direction is switched to a transmission pulse for each transmission code sequence.
  • a plurality of transmission code sequences are used. A transmission beam whose main beam direction is switched every time may be transmitted.
  • the radar apparatus 100C transmits a transmission beam having a right main beam direction to each transmission pulse using the first code sequence and the second code sequence, and transmits the third code sequence and the second code sequence.
  • a transmission beam having a left main beam direction is transmitted to each transmission pulse using a 4-code sequence.
  • the radar apparatus 100 ⁇ / b> C uses the coherent addition result of the sliding correlation value between the reception pulse and the transmission pulse in which each transmission pulse using the first and second code sequences is reflected by the target, and the third and fourth code sequences.
  • the received pulse reflected by the target is compared with the result of coherent addition of the sliding correlation value of the transmitted pulse.
  • the radar apparatus 100C uses each coherent addition result as each coherent addition result in the first sector radar and the second sector radar, so that the radar apparatus according to the related art can transmit one transmission code within one transmission period. Compared to the case of transmitting a transmission pulse using a sequence, twice as many received SRNs are obtained.
  • the configuration of the radar device 100C according to the fourth embodiment and the modified example of the fourth embodiment described above is added to each configuration of the radar device 100A according to the second embodiment or the radar device 100B according to the third embodiment. And may be combined.
  • the present disclosure is useful as a radar apparatus that obtains a high reception SNR by suppressing interference between transmission pulses with a simple configuration.
  • 100, 100A, 100B, 100C Radar device 200 Code sequence storage unit 201 First code sequence storage unit 202 Second code sequence storage unit 20N Nth code sequence storage unit 210 Selector 220 Orthogonal code storage unit 230 Orthogonal code multiplication unit 240 DAC 250, 250C Transmission radio unit 260 Transmission antenna 300 Reception antenna 310 Reception radio unit 320 ADC 330, 420 Code sequence correlator 331 First code sequence correlator 332 Second code sequence correlator 33N Nth code sequence correlator 340, 341, 342, 34N Coherent adder 401, 40 (N-1) delay unit 410 Addition 500 Transmission Timing Control Unit 600 Transmission Beam Control Unit

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Abstract

 送信信号生成部は、N種類(N:2以上の整数)の送信符号系列及びN×M種類(M:2以上の整数)の直交化符号系列から、送信周期毎に、N種類の送信符号系列の各送信符号と、N×M種類の直交化符号系列のうち選択されたN個の直交化符号とを乗算してN個の送信パルスを生成する。送信無線部は、1送信周期内に、N個の送信パルスを高周波信号に変換して送信アンテナから送信する。N×M種類の直交化符号系列は、M個の送信周期において所定の数式を満たす符号系列である。

Description

レーダ装置
 本開示は、高周波の送信パルスを送信するレーダ装置に関する。
 レーダ装置は、高周波(例えばマイクロ波、ミリ波)の送信パルスを送信周期毎に測定地点から空間に送信し、ターゲットに反射された反射波信号を受信し、測定地点とターゲットとの距離、方向のうち、少なくとも1つを測定する。
 測定地点とターゲットとの距離を測定する測距装置に関する先行技術として、例えば1つの送信周期内に異なる符号系列を用いた複数の送信パルス信号(以下、「送信パルス」)を送信することで、ターゲットにより反射された反射パルス信号(以下、「受信パルス」という)の受信SNR(Signal to Noise Ratio)を向上する測距装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
日本国特許第2675683号公報
 本発明者らは、高周波(例えばミリ波)の送信パルスを送信するレーダ装置を検討した。しかし、特許文献1では、1つの送信周期内に異なる符号系列を用いた複数の送信パルスが時間的に重複して送信されるので、送信系統の構成が複雑となり、更に、送信パルス間に干渉が生じ、高い受信SNRを得ることが困難であった。
 本開示は、上述した課題を解決するために、簡易な構成によって、送信パルス間の干渉を抑圧して高い受信SNRを得るレーダ装置を提供することを目的とする。
 本開示は、N種類(N:2以上の整数)の送信符号系列及びN×M種類(M:2以上の整数)の直交化符号系列から、送信周期毎に、前記N種類の送信符号系列の各送信符号と、前記N×M種類の直交化符号系列のうち選択されたN個の直交化符号とを乗算したN個の送信パルスを生成する送信信号生成部と、1送信周期内に、前記N個の送信パルスを高周波信号に変換して送信アンテナから送信する送信無線部と、を含み、前記N×M種類の直交化符号系列は、M個の送信周期において所定の数式を満たす符号系列であり、前記所定の数式において、CNMは、第M番目の送信周期において、第N番目の送信符号に乗算される直交化符号である、レーダ装置である。
 本開示によれば、簡易な構成によって、送信パルス間の干渉を抑圧でき、高い受信SNRが得られる。
第1の実施形態のレーダ装置の内部構成を示すブロック図 第1の実施形態のレーダ装置における送信周期毎の送信パルス、セレクタ出力、直交化符号、第1符号系列相関器~第N符号系列相関器の各相関演算期間を示す図 例えば第1符号系列を用いた送信パルスと干渉する可能性のある送信パルスの説明図 (A)第1の実施形態のレーダ装置における第1符号系列相関器の構成図、(B)第1の実施形態のレーダ装置における第2符号系列相関器の構成図 例えば16回分の送信周期における第1符号系列相関器の出力と、コヒーレント加算結果とを説明するための模式図 第2の実施形態のレーダ装置の内部構成を示すブロック図 例えばN=2での第2の実施形態のレーダ装置における相関器の構成図 第3の実施形態のレーダ装置の内部構成を示すブロック図 第3の実施形態のレーダ装置における送信パルスの送信タイミングの間隔の一例を示す図 第3の実施形態のレーダ装置におけるコヒーレント加算結果を示す図 第4の実施形態のレーダ装置の内部構成を示すブロック図 第4の実施形態のレーダ装置における送信ビームの説明図 例えばN=2での第4の実施形態のレーダ装置における送信パルス、ビーム方向、第1符号系列相関器及び第2符号系列相関器の各相関演算期間を示す図 第1の実施形態の変形例のレーダ装置の内部構成を示すブロック図 第1の実施形態の変形例のレーダ装置の各送信系統から送信パルスを送信するタイムチャートの一例を示す図 第5の実施形態のレーダ装置の内部構成を示すブロック図
 以下、本開示に係るレーダ装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
 本実施形態のレーダ装置100は、1送信周期T内に、N個の異なる送信符号と後述する直交化符号とを乗算してN個の送信パルスを順次生成し、各送信パルスを高周波信号に変換して送信アンテナから送信する。レーダ装置100は、M回の送信周期T毎に、N×M個の高周波信号に変換された送信パルスの送信を繰り返す。なお、以後は、高周波信号に変換された送信パルスについても、送信パルスと記載する。
 更に、レーダ装置100は、1送信周期内に、N個の送信パルスがターゲットにより反射されたN個の高周波の反射波信号を順次受信し、N個の送信パルスと随時受信されたN個の反射波信号がベースバンドにダウンコンバートされた受信信号(以下、「受信パルス」という)とのN個の相関値を演算する。レーダ装置100は、M回の送信周期にわたって演算されたN×M個の相関値を基に、レーダ装置100とターゲットとの間の距離を測定(測距)する。
 N,Mは2以上の整数である。送信周期は、レーダ装置100が測距可能な距離(例えば50m)を想定して既定された固定値である。また、以下の各実施形態では、送信パルスの送信タイミングから受信タイミングまでの期間は送信周期を超えない場合を想定する。
 図1は、第1の実施形態のレーダ装置100の内部構成を示すブロック図である。図1に示すレーダ装置100は、符号系列記憶部200と、セレクタ210と、直交化符号記憶部220と、直交化符号乗算部230と、DAC(Digital Analog Converter)240と、送信アンテナ260が接続された送信無線部(送信RF部)250と、受信アンテナ300が接続された受信無線部(受信RF部)310と、ADC(Analog Digital Converter)320と、符号系列相関器330と、コヒーレント加算部340とを含む。
 送信符号記憶部としての符号系列記憶部200は、第1符号系列記憶部201、第2符号系列記憶部202~第N符号系列記憶部20Nを含み、N種類の異なる送信符号系列を格納する。相関演算部としての符号系列相関器330は、第1符号系列相関器331、第2符号系列相関器332~第N符号系列相関器33Nを含み、送信符号系列の種類と同数のN種類の異なる相関器を有する。
 なお、少なくとも符号系列記憶部200と、セレクタ210と、直交化符号記憶部220と、直交化符号乗算部230とを用いて、本実施形態のレーダ装置100における送信信号生成部が構成できる。
 第1符号系列記憶部201は、レーダ装置100が送信パルスを生成するために用いる第1番目の送信符号系列(以下、「第1符号系列」という)Anを格納し、送信符号系列Anをセレクタ210に出力する。nは、送信パルスの送信周期の序数を表し、1~Mの範囲の整数であり、以下同様である。
 第2符号系列記憶部202は、レーダ装置100が送信パルスを生成するために用いる第2番目の送信符号系列(以下、「第2符号系列」という)Bnを格納し、送信符号系列Bnをセレクタ210に出力する。
 同様に、第N符号系列記憶部20Nは、レーダ装置100が送信パルスを生成するために用いる第N番目の送信符号系列(以下、「第N符号系列」という)Dnを格納し、送信符号系列Dnをセレクタ210に出力する。
 各送信符号系列An,Bn~Dnは、異なる符号系列であるが、任意の符号系列でも良いし、例えば公知のM系列、Gold符号系列、Golay符号系列、相補符号系列又はスパノ符号系列を含むパルス符号系列でも良い。更に、送信符号系列は、上述したパルス符号系列に限定されず、例えば送信期間Twにおいて周波数が連続的に変化するチャープ信号を用いても良い。チャープ信号は、1個の送信周期において同一のチャープ信号を用いても良いし、異なるチャープ信号を用いても良い。また、同一のチャープ信号を送信符号系列として用いる場合には、図1に示す符号系列記憶部200には、1個のチャープ信号を記憶する符号系列記憶部が設けられれば良い。複数個のチャープ信号を送信符号系列として用いる場合には、図1に示す符号系列記憶部200には、チャープ信号の種類と同数の符号系列記憶部が設けられれば良い。
 なお、N=4、M=16では、
 
第1符号系列Anは、(A1,A2,A3,A4~A16)、
第2符号系列Bnは、(B1,B2,B3,B4~B16)、
第3符号系列Cnは、(C1,C2,C3,C4~C16)、
第4符号系列Dnは、(D1,D2,D3,D4~D16)、
 
となる。なお、各符号系列間は有相関でも無相関でも良いが、無相関であれば後述する送信パルス間の干渉を一層抑圧できる。
 また、N=4、M=16において、各送信符号系列が相補符号系列である場合には、
 
第1符号系列(An,Bn)は、(A1,B1,A2,B2~A8,B8)、
第2符号系列(Cn,Dn)は、(C1,D1,C2,D2~C8,D8)、
第3符号系列(En,Fn)は、(E1,F1,E2,F2~E8,F8)、
第4符号系列(Gn,Hn)は、(G1,H1,G2,H2~G8,H8)、
 
となる。(An,Bn)、(Cn,Dn)、(En,Fn)及び(Gn,Hn)は互いに相補符号系列である。また、AnとCnとEnとGnとの間、更に、BnとDnとFnとHnとの間は、有相関でも無相関でも良いが、無相関であれば後述する送信パルス間の干渉を一層抑圧できる。
 以下、説明を簡単にするために、N=4、M=16とし、
 
第1符号系列記憶部201が格納する第1符号系列(An,Bn)は、
(A,B,A,B,A,B,A,B)
第2符号系列記憶部202が格納する第2符号系列(Cn,Dn)は、
(C,D,C,D,C,D,C,D)
第3符号系列記憶部203(不図示)が格納する第3符号系列(En,Fn)は、
(E,F,E,F,E,F,E,F)
第N(=4)符号系列記憶部20N(=4)が格納する第N(=4)符号系列(Gn,Hn)は、
(G,H,G,H,G,H,G,H)とする。即ち、送信符号系列(An,Bn,Cn,Dn,En,Fn,Gn,Hn)は、送信パルスの送信周期に拘わらず、全て同一の送信符号系列(A,B,C,D,E,F,G,H)が用いられる。
 更に、各送信符号系列(A,B,C,D,E,F,G,H)として、
 
送信符号A=[-1,-1,-1, 1]、
送信符号B=[-1,-1, 1,-1]、
送信符号C=[-1, 1, 1, 1]、
送信符号D=[ 1, 1,-1, 1]、
送信符号E=[ 1,-1,-1,-1]、
送信符号F=[-1, 1,-1,-1]、
送信符号G=[ 1, 1, 1,-1]、
送信符号H=[ 1,-1, 1, 1]、
 
を用いる。即ち、送信符号Aと送信符号B、送信符号Cと送信符号D、送信符号Eと送信符号F、送信符号Gと送信符号Hは、それぞれ相補符号である。
 セレクタ210は、第1符号系列記憶部201~第N符号系列記憶部20Nが格納する各送信符号系列のうち、1送信周期内に、所定の順序に従って送信符号をN個選択し、N個の送信符号を順次、直交化符号乗算部230に出力する(図2参照)。図2は、第1の実施形態のレーダ装置100における送信周期毎の送信パルス、セレクタ出力、直交化符号、第1符号系列相関器~第N符号系列相関器の各相関演算期間を示す図である。
 例えば、セレクタ210は、図2に示す最左端(第1番目)の送信周期では、第1符号系列記憶部201の送信符号系列A、第2符号系列記憶部202の送信符号系列C~第N符号系列記憶部20Nの送信符号系列Gの順に選択する。同様に、セレクタ210は、第2番目の送信周期では、第1符号系列記憶部201の送信符号系列B、第2符号系列記憶部202の送信符号系列D~第N符号系列記憶部20Nの送信符号系列Hの順に選択する。
 セレクタ210は、各送信符号系列が相補符号系列である場合、図2に示す第3番目の送信周期以降では、第1番目及び第2番目の各送信周期において選択した各送信符号系列の組を同様に繰り返して選択して直交化符号乗算部230に出力する。
 直交化符号記憶部220は、N×M個の直交化符号を含む直交化符号系列(C11~CNM)を格納する。CNMは、第M番目の送信周期内において、セレクタ210が選択した第N番目の送信符号系列に乗算される直交化符号である。直交化符号系列(C11~CNM)は、レーダ装置100が1送信周期内にN個の送信パルスを順次送信した場合に、送信パルス間の干渉を抑圧するために設けられた符号系列である。
 直交化符号乗算部230は、1送信周期内に、セレクタ210が順次選択したN個の送信符号と直交化符号記憶部220から読み出したN個の直交化符号とを乗算処理してN個の送信パルスを順次生成し、N個の送信パルスをDAC240及び符号系列相関器330に出力する。
 例えば、直交化符号乗算部230は、図2に示す第1番目の送信周期では、直交化符号C11,C21~CN1を直交化符号記憶部220から順次読み出す。直交化符号乗算部230は、第1番目のセレクタ出力(送信符号A)と直交化符号C11とを乗算して送信パルスP11を生成し、第2番目のセレクタ出力(送信符号C)と直交化符号C21とを乗算して送信パルスP21を生成する。直交化符号乗算部230は、同様に乗算処理を繰り返し、第N番目のセレクタ出力(送信符号G)と直交化符号CN1とを乗算して送信パルスPN1を生成する。
 ここで、本実施形態のレーダ装置100に用いられるN×M個の直交化符号系列(C11~CNM)について、図3を参照して説明する。図3は、例えば第1符号系列を用いた送信パルスと干渉する可能性のある送信パルスの説明図である。
 例えば、図3に示す第1番目の送信周期の第1番目に送信される送信パルスP11に着目する。送信パルスP11と干渉する可能性がある送信パルスは、送信パルスP11の符号を後述する相関係数とする第1符号系列相関器331の相関演算期間Tp11に受信される送信パルスである。即ち、第1符号系列相関器331の相関演算期間Tp11と一部重複する相関演算期間を有する符号系列相関器が相関係数として用いる送信パルスは、送信パルスP11と干渉する可能性がある。
 具体的には、送信パルスP11と干渉する可能性がある送信パルスは、送信パルスP11自身と、送信パルスP11が送信された後に送信される送信パルスP21,P31~PN1と、送信パルスP11が送信される前に送信された送信パルスP2M,P3M~PNMとの合計2N-1(=1+2(N-1))個である。
 従って、M回の送信周期T毎において、送信タイミングTt1において送信される第1符号系列が用いられる送信パルスP11,P12~P1Mと、同じ送信周期Tの送信タイミングTt2において送信される第2符号系列が用いられる送信パルスP21,P22~P2Mとの間の干渉を抑圧するためには、直交化符号に関して、内積がゼロとなる数式(1)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 また、M回の送信周期T毎において、送信タイミングTt1において送信される第1符号系列が用いられる送信パルスP11,P12~P1Mと、同じ送信周期Tの送信タイミングTt3において送信される第3符号系列が用いられる送信パルスP31,P32~P3Mとの間の干渉を抑圧するためには、直交化符号に関して、内積がゼロとなる数式(2)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 同様に、M回の送信周期T毎において、送信タイミングTt1において送信される第1符号系列が用いられる送信パルスP11,P12~P1Mと、同じ送信周期Tの送信タイミングTtnにおいて送信される第N符号系列が用いられる送信パルスPN1,PN2~PNMとの間の干渉を抑圧するためには、直交化符号に関して、内積がゼロとなる数式(3)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 また、M回の送信周期T毎において、送信タイミングTt1において送信される第1符号系列が用いられる送信パルスP11,P12~P1Mと、1つ前の送信周期Tであり、送信タイミングTt2において送信される第2符号系列が用いられる送信パルスP2M,P21~P2(M-1)との間の干渉を抑圧するためには、直交化符号に関して、内積がゼロとなる数式(4)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 また、M回の送信周期T毎において、送信タイミングTt1において送信される第1符号系列が用いられる送信パルスP11,P12~P1Mと、1つ前の送信周期Tであり、送信タイミングTt3において送信される第3符号系列が用いられる送信パルスP3M,P31~P3(M-1)との間の干渉を抑圧するためには、直交化符号に関して、内積がゼロとなる数式(5)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 同様に、M回の送信周期T毎において、送信タイミングTt1において送信される第1符号系列が用いられる送信パルスP11,P12~P1Mと、1つ前の送信周期Tであり、送信タイミングTtnにおいて送信される第N符号系列が用いられる送信パルスPNM,PN1~PN(M-1)との間の干渉を抑圧するためには、直交化符号に関して、内積がゼロとなる数式(6)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 更に、M回の送信周期T毎において、送信タイミングTt1において送信される第1符号系列が用いられる送信パルスP11,P12~P1Mは、自己の送信パルスP11,P12~P1Mとの間において自己相関ピークを生じるためには、直交化符号に関して、数式(7)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 数式(1)~数式(7)は、第1符号系列が用いられる送信パルスP11,P12~P1Mとの間の干渉を抑圧するための直交化符号の関係式と、第1符号系列が用いられる送信パルスP11,P12~P1Mが自己の送信パルスP11,P12~P1Mとの間において自己相関ピークを生じるための直交化符号の関係式である。
 同様に、第2符号系列~第N符号系列が用いられる送信パルスとの干渉を抑圧するための直交化符号の関係式と、自己相関ピークを生じるための直交化符号との関係式とが成り立つので、N×M個の直交化符号系列(C11~CNM)に関して、数式(8)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 数式(8)の左辺は、N×M個の直交化符号系列(C11~CNM)であるN行M列の行列とM行2N列の行列との乗算である。M行2N列の行列は、N行M列の行列を転置したM行N列の行列に、転置したM行N列の行列のM行目の要素を1行目にシフトした行列を合成した行列である。
 数式(8)の右辺は、M行2M列の行列となり、M行M列の対角行列が2つ合成した行列となる。
 数式(8)において、直交化符号系列(C11~CNM)の各直交化符号は+1又は-1であるが、数式(8)を満たせば+1又は-1に限定されない。
 また、以下の各実施形態では送信パルスの送信タイミングから受信パルスの受信タイミングまでの期間は送信周期Tを超えない場合を想定している、例えば、C11とC12、C1MとC11は、お互いに直交性は考慮しないで良いため、数式(8)において、*(アスタリスク)は任意の数字で良い。
 これは、送信パルスの送信タイミングから受信パルスの受信タイミングまでの期間が送信周期Tを超えた場合でも受信パルスの信号レベルは小さいため、直交性を考慮しなくても良いためである。
 数式(8)のうち*(アスタリスク)となる要素に関連する演算結果として、例えば、1行目、m+1列目の*に関連する演算結果は、数式(9)により示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 数式(9)の左辺における各項は、第X番目(X:1~Nのうちいずれか)の送信符号系列が用いられた送信パルス(例えば、C11に相当するP11)と、一つ前の送信周期Tにおける第X番目の送信符号系列が用いられた送信パルス(例えば、C1Mに相当するP1M)と、の演算であり、これらは上記の理由により直交性を問わない。
 なお、*(アスタリスク)が0である場合には、送信パルスの送信タイミングから受信タイミングまでの期間が送信周期を超えたとしても、第X番目の送信符号系列が用いられた送信パルスと一つ前の送信周期における第X番目の送信符号系列とを直交でき、十分な長さの送信周期Tを用いる必要がないので、送信周期Tを短くできる。
 例えば、直交化符号系列(C11~CNM)は、N=4、M=16では、
 
C1(m)=[ 1,-1, 1,-1, 1,-1, 1,-1,
        1,-1, 1,-1, 1,-1, 1,-1]、
C2(m)=[ 1, 1,-1,-1, 1, 1,-1,-1,
        1, 1,-1,-1, 1, 1,-1,-1]、
C3(m)=[ 1, 1, 1, 1,-1,-1,-1,-1,
        1, 1, 1, 1,-1,-1,-1,-1]、
C4(m)=[ 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
       -1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1]、
 
である。
 従って、直交化符号乗算部230は、N=4、M=16では、送信パルスP11,P116の各符号を以下のとおり演算する。
 
送信パルスP11=第1符号系列A・直交化符号C11
=[-1,-1,-1, 1]・[ 1]=[-1,-1,-1, 1]、
送信パルスP21=第2符号系列C・直交化符号C21
=[-1, 1, 1, 1]・[ 1]=[-1, 1, 1, 1]、
送信パルスP31=第3符号系列E・直交化符号C31
=[ 1,-1,-1,-1]・[ 1]=[ 1,-1,-1,-1]、
送信パルスP41=第4符号系列G・直交化符号C41
=[ 1, 1, 1,-1]・[ 1]=[ 1, 1, 1,-1]、
送信パルスP12=第1符号系列B・直交化符号C12
=[-1,-1, 1,-1]・[-1]=[ 1, 1,-1, 1]、
送信パルスP22=第2符号系列D・直交化符号C22
=[ 1, 1,-1, 1]・[ 1]=[ 1, 1,-1, 1]、
送信パルスP32=第3符号系列F・直交化符号C32
=[-1, 1,-1,-1]・[ 1]=[-1, 1,-1,-1]、
送信パルスP42=第4符号系列H・直交化符号C42
=[ 1,-1, 1, 1]・[ 1]=[ 1,-1, 1, 1]、
送信パルスP13=第1符号系列A・直交化符号C13
=[-1,-1,-1, 1]・[ 1]=[-1,-1,-1, 1]、
送信パルスP23=第2符号系列C・直交化符号C23
=[-1, 1, 1, 1]・[-1]=[ 1,-1,-1,-1]、
送信パルスP33=第3符号系列E・直交化符号C33
=[ 1,-1,-1,-1]・[ 1]=[ 1,-1,-1,-1]、
送信パルスP43=第4符号系列G・直交化符号C43
=[ 1, 1, 1,-1]・[ 1]=[ 1, 1, 1,-1]、
~、
送信パルスP116=第1符号系列B・直交化符号C116
=[-1,-1, 1,-1]・[-1]=[ 1, 1,-1, 1]、
送信パルスP216=第2符号系列D・直交化符号C216
=[ 1, 1,-1, 1]・[-1]=[-1,-1, 1,-1]、
送信パルスP316=第3符号系列F・直交化符号C316
=[-1, 1,-1,-1]・[-1]=[ 1,-1, 1, 1]、
送信パルスP416=第4符号系列H・直交化符号C416
=[ 1,-1, 1, 1]・[-1]=[-1, 1,-1,-1]
 
 DAC240は、直交化符号乗算部230が乗算処理したデジタルの送信パルスをアナログの送信パルスにD/A変換して送信無線部250に出力する。
 送信無線部250は、不図示の局所発振信号発振器が生成した局所発振信号(ローカル信号)を用いて、DAC240がD/A変換したアナログの送信パルスを高周波信号に変換する。送信無線部250は、1送信周期T内に、N個の高周波信号を送信アンテナ260から送信する。なお、各送信周期Tにおいて送信されるN個の送信パルスの送信期間Twは、隣接する送信パルスと時間的に重複せず、一定であり、更に、各送信パルスの送信タイミングの間隔(Tt2-Tt1)は等間隔でも良いし等間隔でなくても良い(図2参照)。
 受信無線部310は、1送信周期T内に送信されたN個の送信パルスがターゲットにより反射されたN個の送信パルスを受信アンテナ300において受信する。受信無線部310は、不図示の局所発振信号発振器が生成した局所発振信号(ローカル信号)を用いて、受信アンテナ300において受信された高周波信号をベースバンドの受信パルスに変換してADC320に出力する。なお、以後は、受信した高周波信号についても受信パルスと記載する。
 ADC320は、アナログのベースバンドの受信パルスをデジタルのベースバンドの受信パルスにA/D変換して符号系列相関器330に出力する。即ち、デジタルのベースバンドの受信パルスは第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33Nに入力される。また、直交化符号乗算部230が乗算処理した送信パルスの符号も第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33Nに入力される。
 第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33Nの動作は同様なので、以下では、例えば第1符号系列相関器331の動作を主に説明し、第2符号系列相関器332~第N符号系列相関器33Nの動作については、第1符号系列相関器331の動作と同一の内容の説明は省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
 第1符号系列相関器331は、図2に示す第1番目の送信周期では、第1符号系列A又はBを用いた送信パルスP11の送信タイミングから送信周期Tの期間が経過するまでの間に送信されたN個の送信パルスP11~PN1と、送信パルスP11の送信タイミングから送信周期Tの期間が経過するまでに入力されたN個の受信パルスとの相関値を演算する(図2参照)。
 つまり、第1符号系列相関器331は、第1符号系列A又はBを用いた送信パルスP11の送信タイミングから送信周期Tの期間が経過するまでの間を、相関演算期間として相関演算する(図2に示すハッチング部参照)。なお、第1符号系列相関器331は、図2に示す第2番目以降の各送信周期でも、同様に第1符号系列A又はBを用いた送信パルスの送信タイミングから送信周期Tの期間が経過するまでの間を、相関演算期間として相関演算する(図2に示すハッチング部参照)。
 図4(A)は、第1の実施形態のレーダ装置100における第1符号系列相関器331の構成図である。図4(B)は、第1の実施形態のレーダ装置100における第2符号系列相関器332の構成図である。図4(A)及び図4(B)に示す各符号系列相関器は、例えばFIR(Finite Impulse Response)フィルタを用いて構成できる。
 図4(A)に示す第1符号系列相関器331は、L個の相関係数保持部K1,K2~KLと、L-1個の遅延器(z-1)と、加算器とを含む。図4(B)に示す第2符号系列相関器332は、L個の相関係数保持部Q1,Q2~QLと、L-1個の遅延器(z-1)と、加算器とを含む。Lは2のべき乗の整数であり、送信パルスの符号長を表す。
 第1符号系列相関器331は、例えば第1番目の相関演算期間が開始すると、第1符号系列A又はBを用いた送信パルスの符号を、図4(A)に示すL個の相関係数(タップ係数)K1,K2,K3~KLとして設定し、相関演算期間中は相関係数K1~KLを保持する。第1符号系列相関器331は、第2番目の相関演算期間が開始すると、1つ前の第1番目の相関演算期間における相関係数を削除し、第2番目の相関演算期間における第1符号系列A又はBを用いた送信パルスの符号を、図4(A)に示す相関係数K1~KLとして設定する。
 即ち、第1符号系列相関器331は、図2に示す各相関演算期間内では(図2に示すハッチング部参照)、第1符号系列A又はBを用いた送信パルスの符号を相関係数として、入力されたN個の各受信パルスのスライディング相関値を演算してコヒーレント加算部340に出力する。
 また、第2符号系列相関器332は、図2に示す各相関演算期間内では(図2に示すドットパターン部参照)、第2符号系列C又はDを用いた送信パルスの符号を相関係数として、入力されたN個の各受信パルスのスライディング相関値を演算してコヒーレント加算部340に出力する。
 同様に、第N符号系列相関器33Nは、図2に示す各相関演算期間内では(図2に示す白色パターン部参照)、第N符号系列G又はHを用いた送信パルスの符号を相関係数として、入力されたN個の各受信パルスのスライディング相関値を演算してコヒーレント加算部340に出力する。
 なお、第1符号系列相関器331は、送信パルスP11の送信タイミングTt1において相関演算期間を開始せず、例えば送信パルスP11の送信タイミングTt1から所定時間の経過後に、相関演算期間を開始しても良い。なお、相関演算期間の終了タイミングは変更されない。
 レーダ装置100は、例えば送信パルスP11の送信タイミングTt1において、送信パルスP11がターゲットにより反射された送信パルスを受信しない場合がある。従って、例えばレーダ装置100とターゲットとの間の距離が最も近接する状況を想定した場合、第1符号系列相関器331は、送信パルスがレーダ装置100とターゲットとの近接距離間を通過する時間を、相関演算期間の開始タイミングから遅延させて相関演算期間を設定しても良い。
 これにより、第1符号系列相関器331は、相関演算期間を低減できるので、相関演算に要する消費電力を低減できる。なお、他の第2符号系列相関器332~第N符号系列相関器33Nも、同様な所定時間の経過後に相関演算期間を開始しても良い。なお、各相関演算期間の終了タイミングは変更されない。
 コヒーレント加算部340は、M回分の送信周期において第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33Nが演算した各スライディング相関値が入力される。図5は、例えば16回分の送信周期における第1符号系列相関器331の出力と、コヒーレント加算結果とを説明するための模式図である。なお、図5では、1つのターゲットが存在する場合のスライディング相関値が示される。
 例えば第1符号系列相関器331の相関出力としてのスライディング相関値は、第1回目の送信周期における送信パルス11とターゲットにより反射された送信パルスP11を受信した受信パルスとのスライディング相関値がピークとして現れる。
 また、第1符号系列相関器331の相関出力としてのスライディング相関値は、第2回目の送信周期における送信パルス12とターゲットにより反射された送信パルスP12を受信した受信パルスとのスライディング相関値がピークとして現れる。
 また、第1符号系列相関器331の相関出力としてのスライディング相関値は、第3回目の送信周期における送信パルス13とターゲットにより反射された送信パルスP13を受信した受信パルスとのスライディング相関値がピークとして現れる。
 同様に、第1符号系列相関器331の相関出力としてのスライディング相関値は、第16回目の送信周期における送信パルス116とターゲットにより反射された送信パルスP116を受信した受信パルスとのスライディング相関値がピークとして現れる。
 コヒーレント加算部340に入力された各スライディング相関値は、第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33Nの各スライディング相関値の相関演算期間が異なる。従って、第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33NのM(=16)回分のスライディング相関値における各ピークが生じるタイミングがずれる。
 従って、コヒーレント加算部340は、第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33Nに応じて、例えばN-1個の遅延器を用いて、入力されたN個の各スライディング相関値の相関演算期間の開始タイミングを揃え、更に、M回分の送信周期にわたって演算された各スライディング相関値を加算する(図5参照)。
 これにより、コヒーレント加算部340は、例えば第1符号系列相関器331がM回の送信周期にわたって演算した各スライディング相関値の加算結果として、第1符号系列A又はBを用いた送信パルスと同送信パルスがターゲットにより反射された送信パルスを受信した受信パルスとのスライディング相関値のコヒーレント加算結果においてピークが得られる。コヒーレント加算部340は、スライディング相関値のコヒーレント加算結果のピークを基に、レーダ装置100とターゲットとの間の距離を算出する。
 更に、コヒーレント加算部340は、例えば第1符号系列相関器331がM回の送信周期にわたって演算した各スライディング相関値の加算結果として、第1符号系列A又はB以外の他の符号系列(第2符号系列~第N符号系列)を用いた送信パルスと同送信パルスがターゲットにより反射された送信パルスを受信した受信パルスとのスライディング相関値、即ち第1符号系列を用いた送信パルスと干渉する干渉波をキャンセル又は抑圧でき(図5参照)、更に、他の符号系列相関器の相関出力に対するコヒーレント加算結果からも同様な効果が得られる。
 以上により、本実施形態のレーダ装置100は、1送信周期内に、N個の異なる送信符号とN個の直交化符号とを乗算処理してN個の送信パルスを送信し、M回の送信周期にわたって、N×M個の送信パルスの送信を繰り返す。レーダ装置100は、送信されたN個の送信パルスと、ターゲットにより反射された送信パルスを受信した受信パルスとのスライディング相関値をM回の送信周期にわたって演算してコヒーレント加算する。
 これにより、レーダ装置100は、1送信周期内に、単一のDAC240と送信アンテナ260が接続された送信無線部250とを用いて複数のN個の異なる送信パルスを送信できるので、送信パルスの送信のためにDAC240と送信アンテナ260が接続された送信無線部250とをN個分設ける必要が無いので、送信回路の構成を簡易化でき、回路規模を低減でき、また、製造コストを安価にできる。
 更に、レーダ装置100は、第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33NがM回の送信周期にわたって演算した各スライディング相関値のコヒーレント加算結果によって、各送信パルスと同一の送信パルスがターゲットにより反射された送信パルスを受信した受信パルスとのスライディング相関値のコヒーレント加算結果においてピークが得られる。
 更に、レーダ装置100は、各送信パルスを生成するために用いた送信符号系列と異なる送信符号系列を用いた送信パルスがターゲットにより反射された送信パルスを受信した受信パルスとのスライディング相関値、即ち送信符号系列を用いた送信パルスと干渉する干渉波をキャンセル又は抑圧できる。
 従って、レーダ装置100は、第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33NがM回の送信周期にわたって演算した各スライディング相関値のコヒーレント加算結果によって、異なる送信パルス間の干渉を抑圧でき、送信パルスの生成に用いた符号系列数と同数のN倍のコヒーレント加算利得が得られ、レーダ装置100とターゲットとの通信特性として、N倍の受信SNRが得られる。
(第1の実施形態の変形例)
 上述した第1の実施形態のレーダ装置100は、1回の送信周期TにおいてN種類の送信パルスの送信区間Twをずらして送信した。
 第1の実施形態の変形例(以下、「本変形例」という)では、N個の送信系統、即ち、DACと送信アンテナが接続された送信無線部とのN個の組を用いて、1回の送信周期Tにおいて、各送信系統から1種類の送信パルスを同時に送信する。
 図14は、第1の実施形態の変形例のレーダ装置100Dの内部構成を示すブロック図である。図15は、第1の実施形態の変形例のレーダ装置の各送信系統から送信パルスを送信するタイムチャートの一例を示す図である。本変形例では、第1の実施形態のレーダ装置100と同一の内容の説明は簡略化又は省略し、異なる内容について説明する。
 図14に示すレーダ装置100Dは、符号系列記憶部200と、直交化符号記憶部220と、直交化符号乗算部230と、N個のDAC2401~240Nと、N個の各送信アンテナ2601~260Nが接続された送信無線部(送信RF部)2501~250Nと、受信アンテナ300が接続された受信無線部(受信RF部)310と、ADC320と、符号系列相関器330と、コヒーレント加算部340とを含む。
 本変形例のレーダ装置100Dでは、直交化符号乗算部230は、1回の送信周期Tでは、符号系列記憶部200から読み出したN種類の送信符号系列に対し、N種類の直交化符号C11~CN1を重畳(乗算)することで、N種類の送信パルスP11~PN1を生成する。N種類の送信パルスは、N個の送信系統から同時に送信される。なお、N個の送信系統から同時に送信パルスが送信されるので、符号系列相関器330の処理開始タイミングも送信パルスの送信時と同時となる。
 本変形例において用いる合計N×M個の直交化符号は、1回の送信周期Tにおいて送信パルスが同時に送信される各送信系列において直交性が担保されれば良い。第1の実施形態では、特定の送信周期の前後にわたる2回の送信周期も考慮してN種類の送信パルスの直交性が必要であった。本変形例では1回の送信周期にN種類の送信パルスが同時に送信されるため、1回の送信周期において各送信パルスの直交性が担保されれば良い。
 このため、本変形例における直交化符号が満たすべき条件(数式(10)参照)は、上述した第1の実施形態における直交化符号が満たすべき条件(数式(8)参照)に比べて、簡易になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 本変形例では、1回の送信周期Tでは各送信系統では1種類の送信パルスが送信されるため、1回の送信周期T内の送信期間Twが大きな場合、又は1回の送信周期Tが小さな場合において有用となる。なお、1回の送信周期T<M×Twとなる場合には、第1の実施形態における直交化符号を用いることが困難となる。
 例えば、レーダ装置から極めて近い位置に存在するターゲットを測定する場合、第1の実施形態における直交化符号を用いることが困難となるので、本変形例の直交化符号(数式(10)参照)が有用である。
 また、本変形例のレーダ装置100Dは、第1の実施形態のレーダ装置100と同様に、一定の送信周期Tにおいて送信パルスの送信回数をN回にできるので、高いSNRが得られる。
(第2の実施形態)
 第1の実施形態では、符号系列相関器330は、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスの生成に用いる送信符号系列数と同数必要であった。
 第2の実施形態では、第1の実施形態のレーダ装置100における符号系列相関器330の構成を簡易化するレーダ装置100Aを説明する。
 図6は、第2の実施形態のレーダ装置100Aの内部構成を示すブロック図である。図6に示すレーダ装置100Aは、符号系列記憶部200と、セレクタ210と、直交化符号記憶部220と、直交化符号乗算部230と、DAC240と、送信アンテナ260が接続された送信無線部250と、受信アンテナ300が接続された受信無線部310と、ADC320と、N-1個の遅延器401,402~40N-1と、加算器410と、符号系列相関器420と、コヒーレント加算部340とを含む。
 図6に示すレーダ装置100Aの説明では、図1に示すレーダ装置100の各部の構成及び動作と同一のものには同一の符号を付して説明を省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
 図6に示すレーダ装置100Aでは、ADC320の出力は、N-1個の遅延器401~40N-1に入力される。各遅延器の動作は、入力されるデジタルのベースバンドの受信パルスに付与される遅延量以外は同一なので、遅延器401を主に説明し、他の遅延器402~40(N-1)の動作については、遅延器401と異なる内容について説明する。
 遅延器401は、ADC320の出力としてのデジタルのベースバンドの受信パルスに所定の遅延量を付与して加算器410に出力する。遅延器401が付与する遅延量は、予め既定され、例えば第1符号系列A又はBを用いた送信パルスP11の送信タイミングから第2符号系列C又はDを用いた送信パルスP12の送信タイミングまでの時間差分である。
 遅延器402が付与する遅延量は、予め既定され、例えば第1符号系列A又はBを用いた送信パルスP11の送信タイミングから第3符号系列E又はFを用いた送信パルスP13の送信タイミングまでの時間差分である。
 同様に、遅延器40(N-1)が付与する遅延量は、予め既定され、例えば第1符号系列A又はBを用いた送信パルスP11の送信タイミングから第N(例えばN=4)符号系列G又はHを用いた送信パルスP1Nの送信タイミングまでの時間差分である。
 加算器410は、N-1個の遅延器401~40(N-1)が異なる遅延量を付与した受信パルスと、遅延量が付与されていない受信パルスとの合計N個の受信パルスを加算して符号系列相関器420に出力する。
 ここで、本実施形態の符号系列相関器420の構成について、図7を参照して説明する。図7は、説明を簡単にするために、例えばN=2での第2の実施形態のレーダ装置100Aにおける符号系列相関器420の構成図である。
 図7に示す符号系列相関器420は、L個の相関係数保持部(K1+Q1),(K2+Q2)~(KL+QL)と、L-1個の遅延器(z-1)と、加算器とを含む。Lは2のべき乗の整数であり、送信パルスの符号長を表す。符号系列相関器420は、M個の送信周期の期間を相関演算期間として相関演算する。
 符号系列相関器420は、相関演算期間が開始すると、第1符号系列及び第2(N=2)符号系列を用いた各送信パルスの符号の加算結果を、図7に示すL個の相関係数保持部における相関係数(タップ係数)K1+Q1,K2+Q2,K3+Q3~KL+QLとして設定し、相関演算期間中は各相関係数(K1+Q1~KL+QL)を保持する。
 相関係数K1,Q1~KL,QLは+1又は-1の値となるので、符号系列相関器420における相関係数は+2,0,-2の値のいずれかとなる。
 符号系列相関器420は、第1符号系列及び第2符号系列を用いた各送信パルスの符号の加算結果を相関係数として、加算器410が加算したN個の各受信パルスのスライディング相関値を演算してコヒーレント加算部340に出力する。コヒーレント加算部340の動作は第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
 以上により、本実施形態のレーダ装置100Aは、第1の実施形態のレーダ装置100における第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33Nの構成の代わりに、単一の符号系列相関器420を用いて、1送信周期内に送信されたN個の送信パルスと受信パルスとのスライディング相関値を演算する。
 これにより、レーダ装置100Aは、第1の実施形態のレーダ装置と同様の効果が得られ、更に、第1の実施形態のレーダ装置100と比べて、符号系列相関器の構成を簡易化できるので、レーダ装置100Aの回路規模を削減でき、製造コストを安価にできる。
(第3の実施形態)
 第1,第2の各実施形態では、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスのうち隣接する少なくとも1組、即ち2個の送信パルスの送信タイミングの間隔は、M回の送信周期にわたって固定である場合を想定して説明した。
 第3の実施形態では、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスのうち隣接する少なくとも1組、即ち2個の送信パルスの送信タイミングの間隔を変更するレーダ装置100Bを説明する。
 図8は、第3の実施形態のレーダ装置100Bの内部構成を示すブロック図である。図8に示すレーダ装置100Bは、送信タイミング制御部500と、符号系列記憶部200と、セレクタ210Bと、直交化符号記憶部220と、直交化符号乗算部230と、DAC240と、送信アンテナ260が接続された送信無線部(送信RF部)250Bと、受信アンテナ300が接続された受信無線部(受信RF部)310と、ADC320と、符号系列相関器330Bと、コヒーレント加算部340とを含む。
 相関演算部としての符号系列相関器330Bは、第1符号系列相関器331B、第2符号系列相関器332B~第N符号系列相関器33NBを含み、送信符号系列の種類と同数のN種類の異なる相関器を有する。
 なお、少なくとも符号系列記憶部200と、セレクタ210Bと、直交化符号記憶部220と、直交化符号乗算部230とを用いて、本実施形態のレーダ装置100Bにおける送信信号生成部が構成できる。
 図8に示すレーダ装置100Bの説明では、図1に示すレーダ装置100の各部の構成及び動作と同一のものには同一の符号を付して説明を省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
 送信タイミング制御部500は、M回の送信周期毎に、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスのうち隣接する少なくとも1組、即ち2個の送信パルスの送信タイミングの間隔を変更させるための送信タイミング制御信号を生成する。送信タイミング制御部500は、送信タイミング制御信号を、セレクタ210B、送信無線部250B及び符号系列相関器330Bに出力する。
 なお、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスのうち隣接する少なくとも1組、即ち2個の送信パルスの送信タイミングの間隔は、異なる間隔となり、他の送信パルスとの送信期間が時間的に重複しなければ特に限定されない。例えば、送信タイミングの間隔は、M回の送信周期毎に単調増加しても良いし、乱数値を用いて変更されても良い。
 セレクタ210Bは、送信タイミング制御部500が生成した送信タイミング制御信号に基づき、M回の送信周期毎に、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスのうち隣接する少なくとも1組、即ち2個の送信パルスを生成するために用いる送信符号の選択タイミングの間隔を変更して選択する。
 送信無線部250Bは、送信タイミング制御部500が生成した送信タイミング制御信号に基づき、M回の送信周期毎に、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスのうち隣接する少なくとも1組、即ち2個の送信パルスの送信タイミングの間隔を変更して送信する。
 図9は、第3の実施形態のレーダ装置100Bにおける送信パルスの送信タイミングの間隔の一例を示す図である。なお、図9では説明を簡単にするために、送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔がM回の送信周期毎に変更される例を説明する。但し、変更される間隔は、送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔に限定されない。
 例えば図9に示す最初のM回の送信周期では、送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔は一定のT12(1)である。
 図9に示す第2番目のM回の送信周期では、送信タイミング制御部500は、送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔をT12(2)(≠T12(1))に変更させるための送信タイミング制御信号を生成する。これにより、レーダ装置100Bは、図9に示す第2番目のM回の送信周期では、送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔をT12(2)に変更できる。
 第1符号系列相関器331B~第N符号系列相関器33NBのうち、送信タイミングの間隔が変更される送信パルスを相関係数として用いる各符号系列相関器は、送信タイミング制御部500が生成した送信タイミング制御信号に基づき、M回の送信周期毎に、送信タイミングの間隔が変更された少なくとも1組、即ち2個の送信パルスを生成するために用いる送信符号系列に応じて、自己のスライディング相関値の相関演算期間の開始タイミングを変更する。
 例えば図9では、送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔が変更される。従って、第1符号系列相関器331B及び第2符号系列相関器332Bは、送信タイミング制御部500が生成した送信タイミング制御信号に基づき、M回の送信周期毎に、自己のスライディング相関値の相関演算期間の開始タイミングを変更する。
 また、図示していないが、図6に示すレーダ装置100Bが送信タイミング制御部500を更に含む場合には、送信タイミング制御部500は、遅延器401~40(N-1)に送信タイミング制御信号を出力する。
 遅延器401~40(N-1)のうち、送信タイミングの間隔が変更される各送信パルスと第1番目に送信される送信パルスとの各時間差分を遅延量として付与する遅延器は、送信タイミング制御部500が生成した送信タイミング制御信号に基づき、M回の送信周期毎に、変更後の送信タイミングの間隔に応じて、ADC320の出力としてのデジタルのベースバンドの受信パルスの遅延量を変更する。
 例えば図9では、送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔がT12(1)からT12(2)に変更される。従って、遅延器401は、送信タイミング制御部500が生成した送信タイミング制御信号に基づき、M回の送信周期毎に、ADC320の出力としてのデジタルのベースバンドの受信パルスの遅延量を、T12(1)からT12(2)に変更する。
 図10は、第3の実施形態のレーダ装置100Bにおけるコヒーレント加算結果を示す図である。図10に示す最左図は、例えば送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔がT12(1)からT12(2)に変更される前のM回分の送信周期にわたって第1符号系列相関器331Bが演算したスライディング相関値のコヒーレント加算結果を示す。
 なお、コヒーレント加算結果は、例えば第1符号系列を用いた送信パルス(所望波)のスライディング相関値のピークと、第1符号系列を用いた送信パルスと第2符号系列を用いた送信パルスとの残留干渉成分とを含み、図10において以下同様である。
 また、図10に示す中央図は、例えば送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔がT12(1)からT12(2)に変更された後のM回分の送信周期にわたって第1符号系列相関器331Bが演算したスライディング相関値のコヒーレント加算結果を示す。
 更に、図10に示す最右図は、図10に示す最左図と図10に示す中央図との合計2M回分の送信周期にわたるコヒーレント加算結果を示す。
 図10に示す最左図において、送信パルスP11と送信パルスP21との干渉成分は、M回分の送信周期にわたって演算されたスライディング相関値のコヒーレント加算結果によって理想的な環境下(例えば直接波が利用可能な見通し通信が可能な場所)ではキャンセルされる。
 しかし、非理想的な環境下では、環境変動(例えば通信伝搬路の変動)によって、送信パルスP11と送信パルスP21との干渉成分のキャンセルが困難となる場合があり、第1符号系列相関器331Bの相関出力のコヒーレント加算結果に残留干渉成分が生じる(図10に示す最左図及び中央図参照)。
 なお、図10に示す最左図及び中央図では、送信パルスP11と送信パルスP21との各送信タイミングの間隔がT12(1)からT12(2)に変更されるので、コヒーレント加算結果における残留干渉成分が現れる期間が異なる。
 図10に示す最右図では、2M回分の送信周期にわたるコヒーレント加算結果において、送信パルスP11は、図10に示す最左図及び中央図の各コヒーレント加算結果の更なるコヒーレント加算によって2倍のコヒーレント加算利得が得られるが、残留干渉成分は送信タイミングの間隔が変更されるので、各M回分の送信周期にわたるコヒーレント加算結果に生じる大きさと同じである。
 以上により、本実施形態のレーダ装置100Bは、送信タイミング制御部500が生成した送信タイミング制御信号に応じて、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスのうち少なくとも2個の送信パルスの送信タイミングの間隔を変更する。
 これにより、レーダ装置100Bは、図10の最右図に示す2M回分の送信周期にわたるコヒーレント加算結果によって、例えば送信パルスP11ではM回分の送信周期にわたるコヒーレント加算結果では、所望波としての送信パルスP11において2倍のコヒーレント加算利得が得られ、残留干渉成分の大きさに比べて一層受信SNRを改善できる。
(第4の実施形態)
 第1~第3の各実施形態では、レーダ装置が1送信周期T内に送信するN個の送信パルスをM回繰り返す送信において指向性は固定であることを想定して説明した。なお、第1~第3の各実施形態においても、複数のアンテナを用いたアレイアンテナを用意して、N×M個の送信パルスを単位として指向性を制御すれば、送信ビーム制御は可能である。
 第4の実施形態では、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスの指向性(主ビーム方向)を切り換えるレーダ装置100Cを説明する。
 図11は、第4の実施形態のレーダ装置100Cの内部構成を示すブロック図である。図11に示すレーダ装置100Cは、送信ビーム制御部600と、符号系列記憶部200と、セレクタ210と、直交化符号記憶部220と、直交化符号乗算部230と、DAC240と、例えば4個の送信アンテナ261,262,263,264が接続された送信無線部(送信RF部)250Cと、受信アンテナ300が接続された受信無線部(受信RF部)310と、ADC320と、符号系列相関器330と、コヒーレント加算部341,342~34Nとを含む。
 図11に示すレーダ装置100Cの説明では、図1に示すレーダ装置100の各部の構成及び動作と同一のものには同一の符号を付して説明を省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
 送信ビーム制御部600は、例えば第1番目の送信周期内に、送信されるN個の送信パルスP11~PN1の各送信パルスの異なる主ビーム方向を示す送信ビーム制御信号を、N個の送信パルス毎に生成する。送信ビーム制御部600は、例えば第1番目の送信周期内に、送信パルス毎に生成したN個の送信ビーム制御信号を順次、送信無線部250Cに出力する。
 送信無線部250Cは、4個の送信アンテナ261~264毎に、送信パルスの位相を変更する移相器(不図示)を含む。送信無線部250Cは、送信ビーム制御部600が送信パルス毎に生成したN個の送信ビーム制御信号に基づき、各移相器において送信パルスの位相を変更することで、送信ビーム制御信号に応じた主ビーム方向を形成した送信パルスを送信する(図12参照)。図12は、第4の実施形態のレーダ装置100Cにおける送信ビームの説明図である。
 なお、送信無線部250Cは、複数の送信アンテナ261~264を用いて、送信パルスの位相を移相器において電子的に変更することで、送信アンテナから送信される送信パルスの主ビーム方向を切り換えるが、送信パルスの主ビーム方向を機械的に切り換えても良い。更に、レーダ装置100Cは、送信アンテナと同様に複数の受信アンテナを有し、受信パルスの指向性を電子的又は機械的に切り換えても良い。
 本実施形態のレーダ装置100Cは、説明を簡単にするために、1送信周期内に、例えば2種類(N=2)の送信ビームとして、第1符号系列を用いた送信パルスに右方向の主ビーム方向を付与した送信ビームBMR(送信パルス)を送信し、更に、第2符号系列を用いた送信パルスに左方向の主ビーム方向を付与した送信ビームBML(送信パルス)を送信する(図12及び図13参照)。
 図13は、例えばN=2での第4の実施形態のレーダ装置100Cにおける送信パルス、主ビーム方向、第1符号系列相関器331及び第2符号系列相関器332の各相関演算期間を示す図である。
 レーダ装置100Cは、図13に示す第1番目の送信周期内に、第1符号系列を用いた送信パルスP11に右方向の主ビーム方向を付与した送信ビームBMRを送信し、更に、第2符号系列を用いた送信パルスに左方向の主ビーム方向を付与した送信ビームBMLを送信する。また、レーダ装置100Cは、図13に示す第2番目以降の各送信周期内でも、第1番目の送信周期内と同様に、右方向の主ビーム方向を付与した送信ビームBMRと左方向の主ビーム方向を付与した送信ビームBMLとの送信を繰り返す。
 例えば図12に示す送信ビームBMRの方向にターゲットTGが存在する場合、右方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMRがターゲットTGにより反射された受信パルスの信号電力は大きくなり、左方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMLがターゲットTGにより反射された受信パルスの信号電力は小さい。
 第1符号系列相関器331では、各送信周期において、第1符号系列を用いた送信パルスの符号が相関係数として用いられる。
 従って、右方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMRがターゲットTGにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値は大きく、左方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMRがターゲットTGにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値は小さい。
 第1符号系列相関器331の相関出力が入力されるコヒーレント加算部341では、右方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMRがターゲットTGにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値のコヒーレント加算結果においてコヒーレント加算利得が得られる。
 一方、左方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMRがターゲットTGにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値のコヒーレント加算結果、即ち、干渉残留成分は小さくなる。
 第2符号系列相関器332では、各送信周期において、第2符号系列を用いた送信パルスの符号が相関係数として用いられる。
 従って、右方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMRがターゲットTGにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値は小さく、左方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMLがターゲットTGにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値も同様に小さい。
 第2符号系列相関器332の相関出力が入力されるコヒーレント加算部342では、左方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMLがターゲットTGにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値のコヒーレント加算結果においてコヒーレント加算利得が得られない。
 更に、右方向の主ビーム方向が付与された送信ビームBMRがターゲットTGにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値のコヒーレント加算結果、即ち、干渉残留成分は小さくなる。
 以上により、本実施形態のレーダ装置100Cは、送信ビーム制御部600が生成した送信ビーム制御信号に応じて、1送信周期内に送信されるN個の送信パルスに異なる主ビーム方向を切り換えた送信ビームを送信する。
 これにより、レーダ装置100Cは、第1の実施形態のレーダ装置100の効果が得られ、更に、各コヒーレント加算部341~34Nのコヒーレント加算結果では、送信ビームの主ビーム方向にターゲットが存在する場合にコヒーレント加算利得が得られる。
 従って、レーダ装置100Cは、第1符号系列相関器331~第N符号系列相関器33Nの各相関出力が入力される各コヒーレント加算部341~34Nのコヒーレント加算結果を、N個のセクタレーダのコヒーレント加算結果として用いることができる。
 更に、レーダ装置100Cは、送信符号系列毎の送信パルスに主ビームを切り換えた送信ビームを送信するので、各送信パルスの送信ビーム間の干渉を抑圧できる。
(第5の実施形態)
 上述した各実施形態では、レーダ装置の送信無線部が送信符号系列を高周波信号に変換する場合に用いるローカル信号の中心周波数は同一であった。
 第5の実施形態では、送信符号系列毎に、送信無線部が送信符号系列を高周波信号に変換する場合に用いるローカル信号の中心周波数を異ならせるレーダ装置100Eを説明する。
 図16は、第5の実施形態のレーダ装置100Eの内部構成を示すブロック図である。図16に示すレーダ装置100Eは、符号系列記憶部200と、N個のDAC2401~240Nと、N個の各送信アンテナ2601~260Nが接続された送信無線部(送信RF部)2501~250Nと、N個の各受信アンテナ3001~300Nが接続された受信無線部(受信RF部)3101~310Nと、N個のADC3201~320Nと、符号系列相関器330と、コヒーレント加算部340とを含む。
 図16に示すレーダ装置100Eと図1に示すレーダ装置100との違いは、DACと送信無線部と送信アンテナとの組(以下、「送信系統」という)が送信符号系列の種類と同数のN個となり、受信アンテナと受信無線部とADCとの組(以下、「受信系統」という)も送信符号系列の種類と同数のN個となり、直交化符号を用いないことが異なる。Nは2以上の整数であり、符号系列記憶部200において記憶されている送信符号系列の種類と同じ数である。
 レーダ装置100Eでは、各送信系統の送信無線部2501~250Nと各受信系統の受信無線部3101~310Nにおいて用いる中心周波数が異なる。k(k:1~Nの整数)番目の送信無線部において用いる中心周波数とk番目の受信無線部において用いる中心周波数とは同一である。なお、N個の送信符号系列は、同一でも良いし、異なっても良い。
 レーダ装置100Eでは、k番目の送信系統において生成された送信パルスに対して、k番目の受信系統は、k番目の送信系統において生成された送信パルスに対応した符号系列を用いて相関演算する。
 以上により、本実施形態のレーダ装置100Eは、異なるN種類の中心周波数の信号を生成する送信無線部2501~250Nと高周波の受信信号をベースバンド信号に変換する受信無線部3101~310Nとを用いることで、各送信符号系列において直交化符号の重畳を省略して、各送信系統間において送信される送信パルスの干渉の発生を抑圧できる。
 これにより、レーダ装置100Eは、1回の送信周期TにおいてN個の送信パルスを送信でき、1個の送信パルスを送信する場合に比べてN倍、良好なSNRが得られる。また、本実施形態のレーダ装置100Eと第1の実施形態のレーダ装置100とを組み合わせることで、即ち、送信符号系列に更に直交化符号を重畳(乗算)し、更に、各送信系統間において用いる中心周波数を異ならせることで、更に良好なSNRが得られる。
 以上、図面を参照して各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
 なお、第4の実施形態では、レーダ装置100Cは、送信符号系列毎の送信パルスに主ビーム方向を切り換えた送信ビームを送信するが、第4の実施形態の変形例として、複数の送信符号系列毎に主ビーム方向を切り換えた送信ビームを送信しても良い。
 例えば、レーダ装置100Cは、N=4では、第1符号系列及び第2符号系列を用いた各送信パルスには右方向の主ビーム方向を付与した送信ビームを送信し、第3符号系列及び第4符号系列を用いた各送信パルスには左方向の主ビーム方向を付与した送信ビームを送信する。
 レーダ装置100Cは、第1,第2符号系列を用いた各送信パルスがターゲットにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値のコヒーレント加算結果と、第3,第4符号系列を用いた各送信パルスがターゲットにより反射された受信パルスと送信パルスとのスライディング相関値のコヒーレント加算結果とを比較する。
 これにより、レーダ装置100Cは、各コヒーレント加算結果を第1番目のセクタレーダ及び第2番目のセクタレーダにおける各コヒーレント加算結果として用いることで、従来技術のレーダ装置が1送信周期内に1個の送信符号系列を用いた送信パルスを送信する場合に比べて、2倍の受信SRNが得られる。
 なお、第4の実施形態及び上述した第4の実施形態の変形例のレーダ装置100Cの構成を、第2の実施形態のレーダ装置100A又は第3の実施形態のレーダ装置100Bの各構成に付加して組み合わせても良い。
 なお、本出願は、2013年3月21日出願の日本特許出願(特願2013-058611)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
 本開示は、簡易な構成によって、送信パルス間の干渉を抑圧して高い受信SNRを得るレーダ装置として有用である。
100、100A、100B、100C レーダ装置
200 符号系列記憶部
201 第1符号系列記憶部
202 第2符号系列記憶部
20N 第N符号系列記憶部
210 セレクタ
220 直交化符号記憶部
230 直交化符号乗算部
240 DAC
250、250C 送信無線部
260 送信アンテナ
300 受信アンテナ
310 受信無線部
320 ADC
330、420 符号系列相関器
331 第1符号系列相関器
332 第2符号系列相関器
33N 第N符号系列相関器
340、341、342、34N コヒーレント加算部
401、40(N-1) 遅延器
410 加算器
500 送信タイミング制御部
600 送信ビーム制御部

Claims (7)

  1.  N種類(N:2以上の整数)の送信符号系列及びN×M種類(M:2以上の整数)の直交化符号系列から、送信周期毎に、前記N種類の送信符号系列の各送信符号と、前記N×M種類の直交化符号系列のうち選択されたN個の直交化符号とを乗算したN個の送信パルスを生成する送信信号生成部と、
     1送信周期内に、前記N個の送信パルスを高周波信号に変換して送信アンテナから送信する送信無線部と、を含み、
     前記N×M種類の直交化符号系列は、M個の送信周期において数式(1)を満たす符号系列であり、
     
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

     
    CNMは、第M番目の送信周期において、第N番目の送信符号に乗算される直交化符号である、
     レーダ装置。
  2.  請求項1に記載のレーダ装置であって、
     前記送信信号生成部は、
     前記N種類の送信符号系列を格納する送信符号記憶部と、
     前記N×M種類の直交化符号系列を格納する直交化符号記憶部と、
     前記N種類の送信符号系列の各送信符号と、前記N×M種類の直交化符号系列のうち前記M番目の送信周期に用いるN個の各直交化符号とを乗算する直交化符号乗算部と、を含む、
     レーダ装置。
  3.  請求項1又は2に記載のレーダ装置であって、
     前記N個の送信パルスがターゲットにより反射された各反射波信号を受信アンテナにおいて受信してベースバンドのN個の受信パルスを生成する受信無線部と、
     前記N個の直交化符号が乗算された前記N個の送信パルスと前記N個の受信パルスとの相関値を演算するN個の相関演算部と、
     前記M個の送信周期にわたって演算された前記相関値を加算するコヒーレント加算部と、を更に含む、
     レーダ装置。
  4.  請求項1又は2に記載のレーダ装置であって、
     前記N個の送信パルスがターゲットにより反射された各反射波信号を受信アンテナにおいて受信してベースバンドのN個の受信パルスを生成する受信無線部と、
     前記N個の送信パルスのうち第1番目と第2番目の各送信パルスの送信タイミングの時間差分から、前記第1番目と第N番目の各送信パルスの送信タイミングの時間差分までに応じた各遅延量を、前記N個の受信パルスのうちN-1個の受信パルスに付与するN-1個の遅延器と、
     前記遅延量が付与された前記N-1個の受信パルスと前記遅延量が付与されない1個の前記受信パルスとを加算する加算器と、
     前記N個の直交化符号が乗算された前記N個の送信パルスと前記加算器の出力との相関値を演算する相関演算部と、
     前記M個の送信周期にわたって演算された前記相関値を加算するコヒーレント加算部と、を更に含む、
     レーダ装置。
  5.  請求項4に記載のレーダ装置であって、
     前記相関演算部は、
     前記N個の送信パルスの符号の加算結果を相関係数として用いて、前記相関値を演算する、
     レーダ装置。
  6.  請求項1~3のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
     前記M個の送信周期毎に、前記N個の送信パルスのうち少なくとも2個の各送信パルスの送信タイミングの間隔を変更させる送信タイミング制御信号を出力する送信タイミング制御部と、を更に備え、
     前記送信信号生成部は、
     前記送信タイミング制御信号を基に、前記N個の送信パルスのうち少なくとも2個の各送信パルスの送信タイミングの間隔を変更する、
     レーダ装置。
  7.  請求項1~3のうちいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
     前記送信周期内における前記N個の送信パルスの異なる主ビーム方向を示す送信ビーム制御信号を、1送信周期にN回出力する送信ビーム制御部と、を更に備え、
     前記送信無線部は、
     前記送信ビーム制御信号を基に、前記N個の送信パルスの主ビーム方向を切り換えて送信する、
     レーダ装置。
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