WO2016084468A1 - レーダ装置、レーダ出力調整システム、及びレーダ出力調整方法 - Google Patents

Abstract

　レーダ装置（２）は、調整パラメータを任意の値に設定してレーダ波を送信し、当該レーダ装置の外部から、該レーダ波の送信レベルの計測結果である初期送信レベルを取得する。これと共に、当該レーダ装置の外部から、該レーダ波の遅延波を受信し、該遅延波の受信レベルの計測結果である初期受信レベルを取得する（３０：Ｓ１２０～Ｓ１５０）。そして、予め設定された目標送信レベル、取得された初期送信レベルおよび初期受信レベルに従って、目標受信レベルを設定する（３０：Ｓ１６０）。そして、受信レベルが目標受信レベルと一致するまで、調整パラメータの更新と受信レベルの計測を繰り返す（３０：Ｓ１７０）。

Description

レーダ装置、レーダ出力調整システム、及びレーダ出力調整方法

　本開示は、レーダ装置の送信電力を調整する技術に関する。

　従来では、出荷前等に検査ラインでレーダ装置の送信レベルを調整する手法の一つとして以下のものが知られている。
　従来の手法では、まず、レーダ装置から送信されたレーダ波を、レーダ装置の近くに配置された受信アンテナによって受信し、その受信レベルをパワーメータ等で計測する。このパワーメータの計測結果を、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）に取り込み、そのＰＣを介してレーダ装置に供給する。その結果、レーダ装置では、ＰＣから取得した送信レベルの計測結果が、予め設定された目標送信レベルと一致するように、レーダ波の出力を変化させる調整パラメータを変化させる（特許文献１参照）。

特許第４４２９３４７号公報

　従来技術では、レーダ装置は、調整パラメータを変化させる毎に、外部のＰＣから送信レベルの計測結果を取得する必要がある。つまり、調整パラメータを変更する毎に、その都度、ＰＣとの通信を行う必要があり、送信レベルの調整に時間がかかるという問題があった。

　本開示は、レーダ装置の送信電力の調整に要する時間を短縮する技術を提供することを目的とする。

　本開示のレーダ装置は、初期計測手段と、目標設定手段と、調整実行手段とを備える。初期計測手段は、レーダ波の出力を変化させる調整パラメータを任意の値に設定してレーダ波を送信し、当該レーダ装置の外部に設けられ、レーダ波を計測する計測装置から、レーダ波の送信レベルの計測結果である初期送信レベルを取得する。これと共に、当該レーダ装置の外部に設けられ、レーダ波を遅延させて返送する遅延装置から、レーダ波の遅延波を受信し、その遅延波の受信レベルの計測結果である初期受信レベルを取得する。目標設定手段は、予め設定された目標送信レベル、初期計測手段により取得された初期送信レベルおよび初期受信レベルに従って、目標受信レベルを設定する。調整実行手段は、受信レベルが目標受信レベルと一致するまで、調整パラメータの更新と受信レベルの計測を繰り返す。

　このような構成によれば、本開示のレーダ装置は、計測装置での計測結果を取得するために行う通信を、最初の１回だけ実施すればよいため、送信レベルの調整に要する時間を短縮することができる。

　また、本開示のレーダ出力調整システムは、上記レーダ装置と、受信アンテナと、計測装置と、遅延装置とを備える。受信アンテナは、レーダ装置が出力するレーダ波を受信する。計測装置は、受信アンテナによる受信電力を計測すると共に、計測結果をレーダ装置に提供する。遅延装置は、レーダ装置が出力するレーダ波を遅延させて返送し、レーダ装置に受信させる。

　なお、遅延装置としては、リフレクタを用いてもよいし、受信アンテナが受信した信号を、遅延線を用いて遅延させた後、送信アンテナを用いてレーダ装置に向けて再放射するように構成されたものを用いてもよい。

　リフレクタを用いる場合は、レーダ出力調整システムの構成を簡易なものとすることができる。また、遅延線を用いる場合は、リフレクタを用いる場合と比較して、狭いスペースでレーダ装置の送信レベルの調整を実施することができる。

　なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、第１実施形態のレーダ出力調整システムの構成を示すブロック図である。 図２は、レーダ装置の信号処理部が実行する出力調整処理のフローチャートである。 図３は、ＦＦＴの処理結果と受信レベルとの関係を示す説明図である。 図４は、調整パラメータ更新処理の詳細を表すフローチャートである。 図５は、第２実施形態のレーダ出力調整システムの構成を示すブロック図である。

　以下に本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。
　［第１実施形態］
　［構成］
　図１に示すように、本実施形態に係るレーダ出力調整システム１は、調整対象となるレーダ装置２、レーダ装置２とは別体に用意される外部装置系４とを備える。

　［外部装置系］
　本実施形態に係る外部装置系４は、受信アンテナ４１、パワーメータ４２、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）４３、リフレクタ４４を備える。

　受信アンテナ４１は、レーダ装置２と対向する位置に配置され、レーダ装置２が出力するレーダ波を受信する。なお、受信アンテナ４１とレーダ装置２との間隔はできるだけ接近していることが望ましく、例えば、１ｍ以下に設定される。

　パワーメータ４２は、受信アンテナ４１からの受信信号に従って受信アンテナ４１で受信したレーダ波の受信レベル（ここでは受信電力）を計測する。これにより、レーダ装置２が出力するレーダ波の送信レベル（ここでは送信電力）を計測する。

　ＰＣ４３は、パワーメータ４２の計測結果を取得し、計測結果をレーダ装置２に送信する。つまり、ＰＣ４３は、レーダ波の送信レベルＰｓを、レーダ波を出力したレーダ装置２に送信する。

　リフレクタ４４は、レーダ装置２と対向する位置に配置され、レーダ装置２が出力するレーダ波をレーダ装置２に反射する。なお、レーダ装置２とリフレクタ４４との間隔は、後述する周波数解析処理により取得される反射波の周波数成分が、ＤＣノイズの影響を受けない程度の距離、例えば、５ｍ以上に設定する。また、ＤＣノイズとは、レーダ装置２の送信アンテナ２５から受信アンテナ２６に直接回り込む信号成分や、レーダ装置２の回路内で同様に直接回り込む信号成分のことをいう。

　［レーダ装置］
　本実施形態に係るレーダ装置２は、発振器２１、増幅器２２、分配器２３、パワーアンプ２４、送信アンテナ２５、受信アンテナ２６、ミキサ２７、増幅器２８、ＡＤコンバータ２９、信号処理部３０を備える。

　発振器２１は、高周波信号を生成する。ここでは、周波数が三角波状に直線的に変化するＦＭＣＷ波を生成する。高周波信号として、本実施形態ではミリ波帯のものを使用するが、これに限るものではない。

　増幅器２２は、発振器２１が生成した高周波信号を増幅する。
　分配器２３は、増幅器２２の出力を電力分配し、パワーアンプ２４およびミキサ２７に供給する。

　パワーアンプ２４は、分配器２３から供給される信号を増幅する。なお、パワーアンプ２４は、信号処理部３０からの調整信号に従って調整パラメータを変化させることにより、増幅率を変化させることができる。これにより、送信アンテナ２５から出力されるレーダ波の送信レベルを変化させることができる。本実施形態では、調整パラメータとして、増幅に関わる回路に印加するバイアス電圧が用いられ、調整パラメータの値が大きいほど、パワーアンプ２４の増幅率が大きくなるものとする。つまり、調整パラメータの値が大きいほど、レーダ波の送信レベルが大きくなるものとする。

　送信アンテナ２５は、パワーアンプ２４から供給される送信信号をミリ波帯の電波からなるレーダ波に変換して出力する。
　受信アンテナ２６は、送信アンテナ２５によるレーダ波の照射方向から到来するミリ波帯の電波を受信する。

　ミキサ２７は、受信アンテナ２６からの受信信号に、分配器２３からのローカル信号を混合して両信号の周波数差の成分からなるビート信号を生成する。
　増幅器２８は、ミキサ２７が生成したビート信号を増幅する。

　ＡＤコンバータ２９は、増幅器２８から出力された増幅後のビート信号を、所定のサンプリング間隔毎にサンプリングして、デジタル値に変換することで受信データを生成する。

　信号処理部３０は、ＣＰＵ３０ａ，ＲＯＭ３０ｂ，ＲＡＭ３０ｃから構成されたマイクロコンピュータを備え、更に、外部のＰＣ４３とのデータ通信を可能とするＩ／Ｏポート３０ｄを備えている。信号処理部３０は、ＡＤコンバータ２９にて生成された受信データに基づいて、少なくとも物標検出処理および出力調整処理を実行する。

　なお、物標検出処理は、受信データに基づいて、レーダ波を反射した物標に関する情報を求める周知の処理であるため説明を省略する。
　以下では、本実施形態に係る出力調整処理について詳述する。

　［出力調整処理］
　本実施形態に係る出力調整処理は、レーダ装置２に対して、レーダ波を送受信することができるように外部装置系４を設置し、更に、信号処理部３０とＰＣ４３との通信が可能となるように接続した状態で実行される。また、本処理は、例えば、ＰＣ４３から起動コマンドを入力することによって、信号処理部３０で起動される。

　信号処理部３０で本処理が起動すると、図２に示すように、ＣＰＵ３０ａは、まず、Ｓ１１０にて、パワーアンプ２４の調整パラメータの調整が実行可能な検査用モードに移行する。
　続くＳ１２０にて、調整パラメータＧをデフォルト値に設定する。デフォルト値は、例えば、調整パラメータＧの値域の中間値が用いられる。これに限らず、調整パラメータの値域の上限値、または下限値などを用いてもよい。

　ＣＰＵ３０ａは、続くＳ１３０にて、ＡＤコンバータ２９によるＡＤ変換後の受信データを取得する。より具体的には、レーダ装置２では、送信アンテナ２５が電波を送信し、リフレクタ４４からの反射波を受信アンテナ２６が受信し、その受信信号をＡＤコンバータ２９がＡＤ変換する。ＣＰＵ３０ａは、このようにしてＡＤ変換された受信データを取得する。

　続くＳ１４０にて、パワーメータ４２での計測結果を外部装置系４のＰＣ４３から取得する。より具体的には、外部装置系４では、レーダ装置２から送信された電波を受信アンテナ４１が受信し、受信した電波の送信レベルをパワーメータ４２が計測し、ＰＣ４３が計測結果をレーダ装置２に送信する。ＣＰＵ３０ａは、このようにして送信された計測結果を、Ｉ／Ｏポート３０ｄを介して取得する。以下では、この計測結果を、初期送信レベルＰｓｉという。ＣＰＵ３０ａは、このようにして初期送信レベルＰｓｉを取得する。

　ＣＰＵ３０ａは、続くＳ１５０にて、Ｓ１３０で取得した受信データを用いて周波数解析処理を実行し、周波数スペクトルを算出する。ここでは、周波数解析処理として、具体的には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行する。

　続いてＣＰＵ３０ａは、算出した周波数スペクトルから、リフレクタ４４からの反射波を表すピーク周波数成分を抽出し、その受信強度、即ち、受信レベルを算出する（図３参照）。以下では、この受信レベルを、初期受信レベルＡｒｉという。ＣＰＵ３０ａは、このようにして初期受信レベルＡｒｉを取得する。

　ＣＰＵ３０ａは、続くＳ１６０にて、予め設定された目標送信レベルＰｓｔ、Ｓ１４０で取得した初期送信レベルＰｓｉ、Ｓ１５０で取得した初期受信レベルＡｒｉを用いた（１）式に従って、目標受信レベルＡｒｔを算出し設定する。なお、各レベルはデシベル値で表されるものとする。
　　Ａｒｔ＝Ａｒｉ＋Ｐｓｔ－Ｐｓｉ　　　（１）
　より具体的には、目標送信レベルＰｓｔに対する初期送信レベルＰｓｉの偏差を、初期受信レベルＡｒｉに加えて算出された値を、目標受信レベルＡｒｔの値として設定する。

　ＣＰＵ３０ａは、続くＳ１７０にて、レーダ波を繰り返し送信し、反射波の受信レベルがＳ１６０で設定した目標受信レベルＡｒｔと一致するように、調整パラメータを更新する調整パラメータ更新処理を行って、本処理を終了する。

　次に、本実施形態に係る調整パラメータ更新処理の詳細を、図４のフローチャートに沿って説明する。本処理は、検索アルゴリズムの一つである二分探索の手法を用いて調整パラメータＧの値を絞り込むものである。

　ＣＰＵ３０ａは、まずＳ３１０にて、処理の繰り返し回数を表すパラメータＮを１に初期化すると共に、調整パラメータＧの絞り込みに使用する調整範囲の上限値ＲＵおよび下限値ＲＬを初期化する。なお、調整範囲の上限値ＲＵは、調整パラメータＧの値域の上限値であるＢＩＮ＿ｍａｘ、調整範囲の下限値ＲＬは、調整パラメータＧの値域の下限値であるＢＩＮ＿ｍｉｎに設定する。

　ＣＰＵ３０ａは、続くＳ３２０にて、調整範囲の上限値ＲＵおよび下限値ＲＬを用いた（２）式に従って、調整パラメータＧを算出し設定する。
　　Ｇ＝ｃｅｉｌ（（ＲＵ＋ＲＬ）／２）　　（２）
　なお、ｃｅｉｌは、小数点以下の値を切り上げた値を返す関数である。ＣＰＵ３０ａは、このような（２）式に従って算出した調整範囲の中間値を調整パラメータＧの初期値として設定する。

　ＣＰＵ３０ａは、続くＳ３３０にて、図２のＳ１３０と同様に、送信アンテナ２５により電波を送信し、リフレクタ４４からの反射波を受信アンテナ２６により受信し、その受信信号をＡＤコンバータ２９によりＡＤ変換し、ＡＤ変換された受信データを取得する。
　続くＳ３４０にて、図２のＳ１５０と同様に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行して、リフレクタ４４からの反射波の受信レベルＡｒを取得する。

　ＣＰＵ３０ａは、続くＳ３５０にて、目標受信レベルＡｒｔに対する受信レベルＡｒの偏差ΔＡを算出する。
　続くＳ３６０にて、偏差ΔＡの絶対値が、予め設定された許容値ＣＯＮＶより小さいか否かを判断する。その結果、偏差ΔＡの絶対値が許容値ＣＯＮＶより小さいと判断した場合（Ｓ３６０：ＹＥＳ）、受信レベルＡｒが目標受信レベルＡｒｔに一致しているものとして本処理を終了する。

　一方、ＣＰＵ３０ａは、偏差ΔＡの絶対値が許容値ＣＯＮＶ以上と判断した場合（Ｓ３６０：ＮＯ）、Ｓ３７０に移行し、パラメータＮが上限値Ｎｍａｘより小さいか否かを判断する。なお、Ｎｍａｘは、調整パラメータＧの値域内で設定可能な値の段数をＫとして、２Ｎｍａｘ－１＜Ｋ≦２Ｎｍａｘを満たす値に設定される。

　その結果、ＣＰＵ３０ａは、パラメータＮが上限値Ｎｍａｘ以上と判断した場合（Ｓ３７０：ＮＯ）、エラーであるものとして本処理を終了する。この時、別途、エラー対処処理を実行する。一方、パラメータＮが上限値Ｎｍａｘより小さいと判断した場合（Ｓ３７０：ＹＥＳ）、Ｓ３８０に移行し、パラメータＮをインクリメント（Ｎ←Ｎ＋１）してＳ３９０に進む。

　ＣＰＵ３０ａは、Ｓ３９０にて、偏差ΔＡが０より大きいか否か、即ち、受信レベルＡｒが目標受信レベルＡｒｔより大きいか否かを判断する。
　その結果、偏差ΔＡが０より大きいと判断した場合（Ｓ３９０：ＹＥＳ）、Ｓ４００に移行し、受信レベルＡｒを目標受信レベルＡｒｔに一致させるために調整パラメータＧを下げる必要があるものとして、調整範囲の上限値ＲＵを調整パラメータＧで更新し、Ｓ３２０に戻る。

　一方、ＣＰＵ３０ａは、偏差ΔＡが０以下と判断した場合（Ｓ３９０：ＮＯ）、Ｓ４１０に移行し、受信レベルＡｒを目標受信レベルＡｒｔに一致させるために調整パラメータＧを上げる必要があるものとして、調整範囲の下限値ＲＬを調整パラメータＧで更新し、Ｓ３２０に戻る。

　［効果］
　以上説明したように、本実施形態に係るレーダ装置２は、外部装置系４での計測結果を取得するために行う通信を、調整パラメータＧを変更する毎に実施する必要がなく、最初の１回だけ実施すればよい。このため、レーダ波の送信レベルの調整に要する時間を短縮することができる。

　また、本実施形態に係るレーダ装置２では、調整パラメータＧの更新を、二分探索によって行っている。このため、効率よく調整を行うことができる。

　［第２実施形態］
　第２実施形態については、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

　前述した第１実施形態では、レーダ波を遅延させて返送するための構成として、リフレクタ４４を用いている。これに対し、第２実施形態では、図５に示すように、遅延線４５を利用している点で第１実施形態とは相違する。

　［外部装置系］
　本実施形態のレーダ出力調整システム１ａを構成する外部装置系４ａは、受信アンテナ４１、パワーメータ４２、ＰＣ４３、遅延線４５、送信アンテナ４６を備える。つまり、第１実施形態の外部装置系４と比較すると、リフレクタ４４が省略され、代わりに遅延線４５および送信アンテナ４６を備えている。

　遅延線４５は、受信アンテナ４１からの信号を、所定時間だけ遅延させて送信アンテナ４６に供給する。送信アンテナ４６は、レーダ装置２と対向して配置され、遅延線４５による遅延信号を送信信号として、レーダ波をレーダ装置２に向けて再放射する。

　なお、遅延線４５は、リフレクタ４４の場合と同様に、ＤＣノイズの影響が十分に抑制された周波数領域に、ピーク周波数が現れるような遅延量となるように設定する。

　［効果］
　このように構成された本実施形態に係るレーダ出力調整システム１ａでは、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　また、本実施形態に係るレーダ出力調整システム１ａでは、遅延線４５によって遅延量の調整が可能なため、レーダ装置２と外部装置系４ａの送信アンテナ４６との距離を任意に設定することができる。このため、第１実施形態の外部装置系４でリフレクタ４４を使用する場合と比較して、より狭い空間でレーダ出力調整を実施することができる。

　［他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

　（１）上記実施形態では、調整パラメータＧとして、パワーアンプ２４の増幅に関わる回路に印加するバイアス電圧を用いているが、これに限定されるものではない。調整パラメータＧは、送信アンテナ２５から出力されるレーダ波のパワーを調整できるパラメータであればよい。

　（２）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能については、複数の構成要素に分散させてもよい。また、上記実施形態における複数の構成要素が有する機能については、一つの構成要素に統合させてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部については、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部については、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が、本開示の実施形態である。

　（３）本開示は、上記レーダ装置２、上記レーダ出力調整システム１，１ａの他、当該レーダ装置２を構成する各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、レーダ出力調整方法など、種々の形態で実現することもできる。

　１，１ａ…レーダ出力調整システム　２…レーダ装置　４，４ａ…外部装置系　２１…発振器　２２，２８…増幅器　２３…分配器　２４…パワーアンプ　２５，４６…送信アンテナ　２６，４１…受信アンテナ　２７…ミキサ　２９…ＡＤコンバータ　３０…信号処理部　４２…パワーメータ　４４…リフレクタ　４５…遅延線

Claims (8)

1. 　レーダ波を送受信することにより、該レーダ波を反射した物標に関する情報を取得するレーダ装置（２）であって、
   　前記レーダ波の出力を変化させる調整パラメータを任意の値に設定して前記レーダ波を送信し、当該レーダ装置の外部に設けられ、前記レーダ波を計測する計測装置から、前記レーダ波の送信レベルの計測結果である初期送信レベルを取得すると共に、当該レーダ装置の外部に設けられ、前記レーダ波を遅延させて返送する遅延装置から、前記レーダ波の遅延波を受信し、該遅延波の受信レベルの計測結果である初期受信レベルを取得する初期計測手段（３０：Ｓ１２０～Ｓ１５０）と、
   　予め設定された目標送信レベル、前記初期計測手段により取得された前記初期送信レベルおよび前記初期受信レベルに従って、目標受信レベルを設定する目標設定手段（３０：Ｓ１６０）と、
   　前記受信レベルが前記目標受信レベルと一致するまで、前記調整パラメータの更新と前記受信レベルの計測を繰り返す調整実行手段（３０：Ｓ１７０）と、
   　を備えるレーダ装置。
2. 　前記目標設定手段は、前記目標送信レベルに対する前記初期送信レベルの偏差を、前記初期受信レベルに加えたものを、前記目標受信レベルとする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 　前記調整パラメータは、前記レーダ波を出力する送信アンテナに送信信号を供給するパワーアンプの増幅に関わる回路に印加するバイアス電圧である請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. 　前記調整実行手段は、二分探索を用いて前記調整パラメータを更新する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
5. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーダ装置（２）と、
   　前記レーダ装置が出力するレーダ波を受信する受信アンテナ（４１）と、
   　前記受信アンテナによる受信レベルを計測すると共に、計測結果を前記レーダ装置に送信する計測装置（４２）と、
   　前記レーダ装置が出力するレーダ波を遅延させて前記レーダ装置に返送する遅延装置（４４，４５，４６）と、
   　を備えるレーダ出力調整システム。
6. 　前記遅延装置は、前記レーダ波を反射するリフレクタ（４４）である請求項５に記載のレーダ出力調整システム。
7. 　前記遅延装置は、
   　前記受信アンテナが受信した信号を遅延させる遅延線（４５）と、
   　前記遅延線により遅延した信号を送信信号として、前記レーダ装置に向けてレーダ波を送信する送信アンテナ（４６）と、
   　を備える請求項５に記載のレーダ出力調整システム。
8. 　レーダ波を送受信することにより、該レーダ波を反射した物標に関する情報を取得するレーダ装置（２）のレーダ出力調整方法であって、
   　前記レーダ波の出力を変化させる調整パラメータを任意の値に設定して前記レーダ波を送信し、当該レーダ装置の外部に設けられ、前記レーダ波を計測する計測装置から、前記レーダ波の送信レベルの計測結果である初期送信レベルを取得すると共に、当該レーダ装置の外部に設けられ、前記レーダ波を遅延させて返送する遅延装置から、前記レーダ波の遅延波を受信し、該遅延波の受信レベルの計測結果である初期受信レベルを取得する工程（３０：Ｓ１２０～Ｓ１５０）と、
   　予め設定された目標送信レベル、取得された前記初期送信レベルおよび前記初期受信レベルに従って、目標受信レベルを設定する工程（３０：Ｓ１６０）と、
   　前記受信レベルが前記目標受信レベルと一致するまで、前記調整パラメータの更新と前記受信レベルの計測を繰り返す工程（３０：Ｓ１７０）と、
   　を含むレーダ出力調整方法。

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