ベースバンド増幅ユニット及びパルスレーダ装置
【課題】妨害信号を減衰させることができ、且つ、妨害信号を飽和させることなく、大きく反射波を増幅させるパルスレーダ装置を提供する。
【解決手段】送信制御信号を変調した送信パルス波をアンテナ３から送信した後、送信パルス波が対象物体に反射された反射波の待機モードに移行するパルスレーダ装置１に、ベースバンド増幅ユニット５が設けられる。ベースバンド増幅ユニット５は、反射波を増幅する第１反転増幅器５２と、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えられ、送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻り、第１反転増幅器５２へ入力される反射波を通過させる第１スイッチ回路５１と、第１スイッチ回路５１が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えられ、送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻り、第１反転増幅器５２から出力された信号を通過させる第２スイッチ回路５３と、を有する。
【解決手段】送信制御信号を変調した送信パルス波をアンテナ３から送信した後、送信パルス波が対象物体に反射された反射波の待機モードに移行するパルスレーダ装置１に、ベースバンド増幅ユニット５が設けられる。ベースバンド増幅ユニット５は、反射波を増幅する第１反転増幅器５２と、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えられ、送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻り、第１反転増幅器５２へ入力される反射波を通過させる第１スイッチ回路５１と、第１スイッチ回路５１が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えられ、送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻り、第１反転増幅器５２から出力された信号を通過させる第２スイッチ回路５３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近距離の測距の精度を改善することができる近距離パルスレーダ装置及びその部分品に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーダ装置は、送信パルス波を生成して、これをアンテナから対象物体に向けて送信するとともに、検知時間内に対象物体で反射されたパルス波（反射波）をアンテナで受信する。受信した反射波は、ヘテロダイン方式或いはホモダイン方式等で検波される。検波された反射波は、ベースバンド増幅ユニットで増幅される。その後、Ａ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変換回路でデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、ＣＰＵに入力され、ソフトウエアにより距離や相対速度等の検出を行っている。
【０００３】
パルスレーダ装置のベースバンド増幅ユニットでは、測距の精度確保のために、Ａ／Ｄ変換可能なレベルとなるように比較的大きな利得で反射波を増幅しなければならない。このとき、増幅回路内で回り込んできた送信パルス波やパルスレーダ装置内で送受信の切替動作時に発生する切替ノイズが、妨害信号としてベースバンド増幅ユニットに入力される。この対策として、増幅器が検知時間のみ信号増幅すれば良いのであるが、増幅器では、内部や周辺回路の充放電により、高速に利得を制御することが難しい。そのため、妨害信号を除去する技術が求められる。
【０００４】
妨害信号の除去対策として、特許文献１に開示された技術がある。この技術は、送信パルス波に同期して、受信信号の通過と遮断とを切替素子で制御し、制御した後に、受信信号のパルス波形の立ち下がりを遅らせ、受信制御手段が、受信信号の通過を開始してから、所定時間遅れて受信信号をＡ／Ｄ変換するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３９６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術では、受信信号のパルス波形の立ち下がりを遅らせるために、近距離の測距が不可能になる。また、遅らせた分、精度も悪化してしまう。
精度の向上のために反射波を増幅しようとした場合、妨害信号も増幅器で増幅され、この妨害信号のレベルが反射波よりも大きいために、信号が飽和してしまうという問題が生じる。妨害信号が飽和すると妨害信号の波形が肥大化し、また、信号の基線（ＧＮＤ）の乱れが生じ、反射波と重畳してしまい、信号が正確にＡ／Ｄ変換できず、測距の精度が著しく低下する。特に、妨害信号が送信パルス波に近いために、近距離で大きな影響を受ける。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するために、送信パルス波の回り込みや切替ノイズ等の妨害信号を減衰させることができ、且つ、妨害信号を飽和させることなく、大きく反射波を増幅させ、これにより、測距精度を向上させることができる近距離パルスレーダ装置を提供することを、主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決する本発明のベースバンド増幅ユニットは、送信制御信号を変調した送信パルス波をアンテナから近距離に存する対象物体に向けて送信した後、前記対象物体からの反射波の待機モードに移行するパルスレーダ装置に設けられる。このベースバンド増幅ユニットは、前記反射波を増幅する増幅器と、前記増幅器へ入力される反射波を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第１切替手段と、前記増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第２切替手段と、前記第１切替手段を、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第１切替制御信号を出力し、他方、前記第２切替手段を、第１切替手段が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第２切替制御信号を出力する制御手段と、を備えている。
【０００９】
本発明のベースバンド増幅ユニットは、第１切替手段で発生する切替ノイズにより、送信パルス波の送信及び反射波の受信により発生する妨害信号を減衰させることができる。そのために、増幅器では妨害信号を飽和させることなく、大きく反射波を増幅させることができる。また、第１切替手段で発生する切替ノイズは、第２切替手段で発生する切替ノイズにより減衰させることができる。そのために、切替ノイズを大幅に減衰することができる。このように妨害電波を減衰させて反射波を増幅させることができるので、測距精度を向上させることができる。
【００１０】
ベースバンド増幅ユニットは、前記第２切替手段から出力された信号を増幅する第２増幅器と、前記第２増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第３切替手段と、を更に備えていてもよい。この場合、前記制御手段は、前記第３切替手段を前記送信制御信号の立ち上がり時間前で前記第１切替手段が遮断状態になった後に通過状態に切り替えるとともに前記反射波を受信するのに十分な時間で遮断状態に戻すように制御する第３切替制御信号を出力するように構成される。
このような構成では、第２切替手段で発生する切替ノイズを第３切替手段で減衰させることができる。また、第２増幅器により、より大きく反射波を増幅することができる。
前記第１切替手段、前記第２切替手段、及び前記第３切替手段は、好適には同じ極性で動作する。また、前記第１増幅器及び前記第２増幅器は、好適には反転増幅器である。
【００１１】
本発明のパルスレーダ装置は、送信制御信号を高周波信号で変調した送信パルス波を生成してアンテナから対象物体に向けて送信する送信機と、アンテナで受信される前記対象物体からの反射波を検波する受信器と、前記反射波を増幅する増幅器と、前記増幅器へ入力される反射波を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第１切替手段と、前記増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第２切替手段と、前記第１切替手段を、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第１切替制御信号を出力し、他方、前記第２切替手段を、第１切替手段が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第２切替制御信号を出力する制御手段と、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明は、切替手段及び増幅器を備えることで、妨害信号を極力抑えつつ反射波を増幅可能である。これにより、測距精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】パルスレーダ装置の構成図。
【図２】第１〜第３スイッチ回路の動作タイミングを説明するための図。
【図３】ベースバンド増幅ユニットへの入力信号及び第１〜第３スイッチ回路の出力波形の例示図。
【図４】ベースバンド増幅ユニットの有無による、パルスレーダ装置の出力信号の違いを表す図であり、図４（ａ）は、ベースバンド増幅ユニットを設けない場合であり、図４（ｂ）はベースバンド増幅ユニットを設ける場合である。
【図５】ベースバンド増幅ユニットの別の例の構成図。
【図６】別の例のベースバンド増幅ユニットの動作タイミングを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明をミリ波帯で使用するレーダ装置に適用した場合の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明を適用したパルスレーダ装置１の構成図である。
パルスレーダ装置１は、送受信用の高周波発振器２、送受信用アンテナ３、パルス波送受信器４、及びベースバンド増幅ユニット５を備える。パルスレーダ装置１は、高周波発振器２で生成される高周波信号を用いて送信パルス波を生成して対象物体に向けて送信する。また、送信パルス波の送信後に対象物体からの反射波の待機モードに移行して反射波を受信する。送信パルス波の送信から反射波の受信までの時間により、受信内容から対象物体までの距離や相対速度が検出可能である。好ましくは、パルス波送受信器４、及びベースバンド増幅ユニット５が、同一の容器若しくは筐体に収容される。このようなパルスレーダ装置１は、例えば車載可能な短距離用レーダに用いることができる。
【００１５】
高周波発振器２は、高周波信号、例えばミリ波信号を発生してパルス波送受信機４に入力する。高周波信号は、送信時に送信パルス波の生成に用いられ、受信時にヘテロダイン検波或いはホモダイン検波等の検波に用いられる。
送受信用アンテナ３は、送信時に３ｄＢカプラ４１から送られる送信パルス波を送信する。受信時には、対象物体からの反射波を受信する。反射波は、受信信号としてパルス波送受信機４に送られる。
【００１６】
パルス波送受信器４は、３ｄＢカプラ４１及び二状態デバイス４２を備えている。パルス波送受信器４は、後述する送信制御信号を高周波信号により変調して送信パルス波を生成し、反射波を高周波信号により検波する。
【００１７】
３ｄＢカプラ４１は、例えば第１〜第４端子を備える４端子デバイスである。第１、第２端子から入力される信号は、第３、第４端子のそれぞれから、電力が１／２で位相が互いに９０度異なる信号として出力される。同様に、第３、第４端子から入力される信号は、第１、第２端子のそれぞれから、電力が１／２で位相が互いに９０度異なる信号として出力される。第１端子と第２端子との間、第３端子と第４端子との間では、信号の入出力が行われない。
第１端子には、高周波発振器２から高周波信号が入力される。第２端子には、送受信用アンテナ３が接続される。第２端子は、送信時に送受信用アンテナ３へ送信パルス波を送り、受信時に送受信用アンテナ４から反射波が入力される。第３、第４端子には、それぞれ二状態デバイス４２が接続される。
【００１８】
二状態デバイス４２は、３ｄＢカプラ４１の第３、第４端子との間でインピーダンス整合状態とインピーダンス不整合状態とを取る。二状態デバイス４２がインピーダンス整合状態になると、３ｄＢカプラ４１から出力される信号がベースバンド増幅ユニット５側に送られる。反射波の受信時はこの状態である。二状態デバイス４２がインピーダンス不整合状態になると、３ｄＢカプラ４１の二状態デバイス４２側で送信パルス波が実質的に全反射される。送信パルス波の送信時はこの状態である。二状態デバイス６、７には、例えばショットキーバリアダイオードを用いることができる。
【００１９】
ベースバンド増幅ユニット５は、パルス波送受信器４から入力される信号（以下、「入力信号」という。）を増幅する。パルス波送受信器４からの入力信号には、パルス波送受信器４で検波された反射波の他に、送信パルス波の回り込みやパルス波送受信器４により送受信の切替時に発生する切替ノイズ等の妨害信号が含まれる。この実施形態では、ベースバンド増幅ユニット５が第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５と第１、第２反転増幅器５２、５４とが直列に接続されて構成され、更に第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の切替制御及び二状態デバイス４２の動作制御を行う制御器５６を備えている。第１反転増幅器５２の前後に第１、第２スイッチ回路５１、５３が配置され、第２反転増幅器５４の前後に第２、第３スイッチ回路５３、５５が配置される。
【００２０】
制御器５６は、二状態デバイス４２のインピーダンスの整合状態、不整合状態を切り替えるためのパルス信号である送信制御信号、及びベースバンド増幅ユニット５の第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の通過・遮断状態を制御するための第１〜第３切替制御信号を生成して各々に送る。制御器５６は、送信制御信号及び第１〜第３切替制御信号を、外部から入力される基準信号に同期して生成する。制御器５６が第１〜第３切替制御信号により第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の個々の通過・遮断を制御するために、第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５による遅延時間をコントロールすることが可能である。
【００２１】
第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５は、汎用の高周波対応のダイオード、高速で低電流なＦＥＴ、低歪みを重視する場合にはＭＥＭＳ等を用いることができる。なお、制御器５６は、ベースバンド増幅ユニット５とは独立して、別に設けられていてもよい。
図２は、第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の動作タイミングを説明する図である。
【００２２】
第１スイッチ回路５１では、入力信号に含まれる送信パルス波の回り込みやパルス波送受信器４により発生する切替ノイズを減衰させる。第１スイッチ回路５１は、通常、通過状態であり、送信パルス波の送信開始（立ち上がり）前に遮断状態になり、送信パルス波の送信終了（立ち下がり）時に通過状態になる。第１スイッチ回路５１の通過・遮断の切替によりノイズが発生するが、パルス波送受信器４により発生する切替ノイズと合成されて、切替ノイズの減衰になる。
第１反転増幅器５２は、第１スイッチ回路５１から入力される信号を反転増幅する。
【００２３】
第２スイッチ回路５３は、第１反転増幅器５２で反転増幅された送信パルス波の回り込みやパルス波送受信器４による切替ノイズ及び第１スイッチ回路５１による通過・遮断切替時のノイズを減衰させる。第２スイッチ回路５３は、通常、通過状態であり、第１スイッチ回路５１が遮断状態に遷移する前に遮断状態になり、送信パルス波の送信終了（立ち下がり）時に通過状態になる。パルス波送受信器４による切替ノイズ及び第１スイッチ回路５１によるノイズの合成波形は、第１反転増幅器５２により極性が反転しているため、第２スイッチ回路５３によるノイズと合成されて減衰される。
第２反転増幅器５４は、第２スイッチ回路５３から入力される信号を反転増幅する。
【００２４】
第３スイッチ回路５５は、第２反転増幅器５４で反転増幅された第１、第２スイッチ回路５１、５３により発生するノイズを減衰させる。第３スイッチ回路５５は、通常、遮断状態であり、第１スイッチ回路５１が遮断状態で且つ送信パルス波の送信開始前に通過状態になり、測距のための検知時間の経過後に遮断状態になる。第３スイッチ回路５５により通過・遮断の切替時に発生するノイズは、検知時間外となり増幅もされないので反射波に影響しない。
【００２５】
第３スイッチ回路５５の後段に、更に増幅器を設けてもよい。この増幅器は、第３スイッチ回路５５により発生するノイズが飽和しないような利得を有する。また、高周波ノイズ用にフィルタを付加してもよい。この場合のフィルタには、位相偏移と群遅延特性が良好な、ベッセル・フィルタ、ガウシャン・フィルタ等を用いて、パルス波の波形の乱れを少なくすることが望ましい。
このような構成のベースバンド増幅ユニット５は、第１、第２反転増幅器５２、５４及びハイアクティブな第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５を用い、第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５が個々に連動して動作することで、利得の配分が可能で反射波の極性の反転がない。また、同種の第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５を用いるために、回路を簡素化できて、ノイズを大幅に減衰させ且つ反射波を大きく増幅することができる。なお、この実施形態では第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５をハイアクティブで構成して回路構成を簡素化しているが、すべてのスイッチ回路がローアクティブであってもよい。つまり、第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の極性は同じであればよい。
【００２６】
第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の切替動作により、それぞれでノイズが発生する。しかし、上述の通り、第１スイッチ回路５１で発生する切替ノイズは、第１反転増幅器５２で反転されるために、第２スイッチ回路５３で発生する切替ノイズにより減衰される。また、第２スイッチ回路５３で発生する切替ノイズは、第２反転増幅器５４で反転されるために、第３スイッチ回路５５で発生する切替ノイズにより減衰される。つまり、第１、第２反転増幅器５２、５４により、前後の第１、第２スイッチ回路５１、５３で発生する切替ノイズが反転されることで、これらの切替ノイズが減衰されて入力信号の反射波のみが増幅される。
図３によりこのことを説明する。図３は、パルスレーダ装置１のベースバンド増幅ユニット５への入力信号及び第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の出力波形の例示図である。入力信号は、回り込んだ送信パルス波Ｗ１、パルス波送受信器４により発生した切替ノイズ、及び反射波を含んでいる。
【００２７】
第１スイッチ回路５１の出力信号は、図２の第１切替制御信号による切替動作で第１スイッチ回路５１において発生したノイズが入力信号に加算される。これにより、図３に示すように、入力信号に含まれる回り込んだ送信パルス波及び切替ノイズが減衰される。ただし、第１スイッチ回路５１が遮断状態に遷移するときのノイズが加算される。
【００２８】
第２スイッチ回路５３の出力信号は、第１スイッチ回路５１の出力信号が第１反転増幅器５２で反転増幅され、且つ図２の第２切替制御信号による切替動作で第２スイッチ回路５３において発生したノイズが加算されている。これにより、図３に示すように、第１スイッチ回路５１のノイズ、及び入力信号に含まれる回り込んだ送信パルス波及び切替ノイズが減衰される。また、第２スイッチ回路５３が遮断状態に遷移するときのノイズが加算される。ただし、反射波が第１反転増幅器５２により反転増幅される。
【００２９】
第３スイッチ回路５５の出力信号は、第２スイッチ回路５３の出力信号が第２反転増幅器５４で反転増幅され、且つ図２の第３切替制御信号による切替動作で第３スイッチ回路５５において発生したノイズが加算されている。これにより、図３に示すように、第１、第２スイッチ回路５１、５３のノイズ、及び入力信号に含まれる回り込んだ送信パルス波及び切替ノイズが減衰される。また、第３スイッチ回路５３が通過状態に遷移するときのノイズが加算される。ただし、反射波が第２反転増幅器５４により反転増幅される。
【００３０】
このようにしてベースバンド増幅ユニット５では、回り込んだ送信パルス波、パルス波送受信器４及び第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５により発生するノイズ等の妨害信号を極力抑制しつつ反射波を増幅することができる。第１、第２反転増幅器５２、５４により、反射波は２度反転増幅されるので、入力信号と同じ位相の反射波が、ベースバンド増幅ユニット５の出力信号には含まれる。ベースバンド増幅ユニット５の出力信号が、Ａ／Ｄ変換後にＣＰＵに入力されて、ソフトウエアにより距離や相対速度等の検出に用いられる。
【００３１】
以上のようなパルスレーダ装置１は、ベースバンド増幅ユニット５を用いることで、妨害信号に比べて十分大きな振幅の反射波を含んだ出力信号をＡ／Ｄ変換回路に入力することができる。図４は、ベースバンド増幅ユニット５の有無による、パルスレーダ装置１の出力信号の違いを表す図である。図４（ａ）は、ベースバンド増幅ユニット５を設けない場合であり、妨害信号が反射波に比べて大きな振幅を有している。そのために、この信号をＡ／Ｄ変換して距離や相対速度の検出に用いても、正確な値を得ることができない。
これに対してベースバンド増幅ユニット５を設けた図４（ｂ）は、妨害信号が反射波に比べて十分に小さな振幅になる。また、ベースバンド増幅ユニット５を設けた場合の方が基線に対する変動が少ない。そのために、この信号をＡ／Ｄ変換して距離や相対速度の検出用いると、従来よりも正確な値が得られる。
【００３２】
図５に示すように、パルスレーダ装置１のベースバンド増幅ユニット５は、第１、第２スイッチ回路５１、５３及び第１反転増幅回路５２による３段構成であってもよい。この場合に第１、第２スイッチ回路５１、５３の切替動作を制御する第１、第２切替制御信号を、図６に示す。第１、第２切替制御信号は、図２の第１、第２切替制御信号と同様の状態遷移を行う。よって、３段構成であっても第１、第２スイッチ回路５１、５３は、５段構成の第１、第２スイッチ回路と同様に動作する。その結果、ベースバンド増幅ユニット５の出力信号は、図３の第２スイッチ回路５３の出力信号になる。
【符号の説明】
【００３３】
１…パルスレーダ装置、２…高周波発振器、３…送受信用アンテナ、４…パルス波送受信器、４１…３ｄＢカプラ、４２…二状態デバイス、５…ベースバンド増幅ユニット、５１…第１スイッチ回路、５２…第１反転増幅器、５３…第２スイッチ回路、５４…第２反転増幅器、５５…第３スイッチ回路、５６…制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近距離の測距の精度を改善することができる近距離パルスレーダ装置及びその部分品に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーダ装置は、送信パルス波を生成して、これをアンテナから対象物体に向けて送信するとともに、検知時間内に対象物体で反射されたパルス波（反射波）をアンテナで受信する。受信した反射波は、ヘテロダイン方式或いはホモダイン方式等で検波される。検波された反射波は、ベースバンド増幅ユニットで増幅される。その後、Ａ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変換回路でデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、ＣＰＵに入力され、ソフトウエアにより距離や相対速度等の検出を行っている。
【０００３】
パルスレーダ装置のベースバンド増幅ユニットでは、測距の精度確保のために、Ａ／Ｄ変換可能なレベルとなるように比較的大きな利得で反射波を増幅しなければならない。このとき、増幅回路内で回り込んできた送信パルス波やパルスレーダ装置内で送受信の切替動作時に発生する切替ノイズが、妨害信号としてベースバンド増幅ユニットに入力される。この対策として、増幅器が検知時間のみ信号増幅すれば良いのであるが、増幅器では、内部や周辺回路の充放電により、高速に利得を制御することが難しい。そのため、妨害信号を除去する技術が求められる。
【０００４】
妨害信号の除去対策として、特許文献１に開示された技術がある。この技術は、送信パルス波に同期して、受信信号の通過と遮断とを切替素子で制御し、制御した後に、受信信号のパルス波形の立ち下がりを遅らせ、受信制御手段が、受信信号の通過を開始してから、所定時間遅れて受信信号をＡ／Ｄ変換するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３９６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術では、受信信号のパルス波形の立ち下がりを遅らせるために、近距離の測距が不可能になる。また、遅らせた分、精度も悪化してしまう。
精度の向上のために反射波を増幅しようとした場合、妨害信号も増幅器で増幅され、この妨害信号のレベルが反射波よりも大きいために、信号が飽和してしまうという問題が生じる。妨害信号が飽和すると妨害信号の波形が肥大化し、また、信号の基線（ＧＮＤ）の乱れが生じ、反射波と重畳してしまい、信号が正確にＡ／Ｄ変換できず、測距の精度が著しく低下する。特に、妨害信号が送信パルス波に近いために、近距離で大きな影響を受ける。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するために、送信パルス波の回り込みや切替ノイズ等の妨害信号を減衰させることができ、且つ、妨害信号を飽和させることなく、大きく反射波を増幅させ、これにより、測距精度を向上させることができる近距離パルスレーダ装置を提供することを、主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決する本発明のベースバンド増幅ユニットは、送信制御信号を変調した送信パルス波をアンテナから近距離に存する対象物体に向けて送信した後、前記対象物体からの反射波の待機モードに移行するパルスレーダ装置に設けられる。このベースバンド増幅ユニットは、前記反射波を増幅する増幅器と、前記増幅器へ入力される反射波を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第１切替手段と、前記増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第２切替手段と、前記第１切替手段を、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第１切替制御信号を出力し、他方、前記第２切替手段を、第１切替手段が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第２切替制御信号を出力する制御手段と、を備えている。
【０００９】
本発明のベースバンド増幅ユニットは、第１切替手段で発生する切替ノイズにより、送信パルス波の送信及び反射波の受信により発生する妨害信号を減衰させることができる。そのために、増幅器では妨害信号を飽和させることなく、大きく反射波を増幅させることができる。また、第１切替手段で発生する切替ノイズは、第２切替手段で発生する切替ノイズにより減衰させることができる。そのために、切替ノイズを大幅に減衰することができる。このように妨害電波を減衰させて反射波を増幅させることができるので、測距精度を向上させることができる。
【００１０】
ベースバンド増幅ユニットは、前記第２切替手段から出力された信号を増幅する第２増幅器と、前記第２増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第３切替手段と、を更に備えていてもよい。この場合、前記制御手段は、前記第３切替手段を前記送信制御信号の立ち上がり時間前で前記第１切替手段が遮断状態になった後に通過状態に切り替えるとともに前記反射波を受信するのに十分な時間で遮断状態に戻すように制御する第３切替制御信号を出力するように構成される。
このような構成では、第２切替手段で発生する切替ノイズを第３切替手段で減衰させることができる。また、第２増幅器により、より大きく反射波を増幅することができる。
前記第１切替手段、前記第２切替手段、及び前記第３切替手段は、好適には同じ極性で動作する。また、前記第１増幅器及び前記第２増幅器は、好適には反転増幅器である。
【００１１】
本発明のパルスレーダ装置は、送信制御信号を高周波信号で変調した送信パルス波を生成してアンテナから対象物体に向けて送信する送信機と、アンテナで受信される前記対象物体からの反射波を検波する受信器と、前記反射波を増幅する増幅器と、前記増幅器へ入力される反射波を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第１切替手段と、前記増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第２切替手段と、前記第１切替手段を、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第１切替制御信号を出力し、他方、前記第２切替手段を、第１切替手段が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第２切替制御信号を出力する制御手段と、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明は、切替手段及び増幅器を備えることで、妨害信号を極力抑えつつ反射波を増幅可能である。これにより、測距精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】パルスレーダ装置の構成図。
【図２】第１〜第３スイッチ回路の動作タイミングを説明するための図。
【図３】ベースバンド増幅ユニットへの入力信号及び第１〜第３スイッチ回路の出力波形の例示図。
【図４】ベースバンド増幅ユニットの有無による、パルスレーダ装置の出力信号の違いを表す図であり、図４（ａ）は、ベースバンド増幅ユニットを設けない場合であり、図４（ｂ）はベースバンド増幅ユニットを設ける場合である。
【図５】ベースバンド増幅ユニットの別の例の構成図。
【図６】別の例のベースバンド増幅ユニットの動作タイミングを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明をミリ波帯で使用するレーダ装置に適用した場合の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明を適用したパルスレーダ装置１の構成図である。
パルスレーダ装置１は、送受信用の高周波発振器２、送受信用アンテナ３、パルス波送受信器４、及びベースバンド増幅ユニット５を備える。パルスレーダ装置１は、高周波発振器２で生成される高周波信号を用いて送信パルス波を生成して対象物体に向けて送信する。また、送信パルス波の送信後に対象物体からの反射波の待機モードに移行して反射波を受信する。送信パルス波の送信から反射波の受信までの時間により、受信内容から対象物体までの距離や相対速度が検出可能である。好ましくは、パルス波送受信器４、及びベースバンド増幅ユニット５が、同一の容器若しくは筐体に収容される。このようなパルスレーダ装置１は、例えば車載可能な短距離用レーダに用いることができる。
【００１５】
高周波発振器２は、高周波信号、例えばミリ波信号を発生してパルス波送受信機４に入力する。高周波信号は、送信時に送信パルス波の生成に用いられ、受信時にヘテロダイン検波或いはホモダイン検波等の検波に用いられる。
送受信用アンテナ３は、送信時に３ｄＢカプラ４１から送られる送信パルス波を送信する。受信時には、対象物体からの反射波を受信する。反射波は、受信信号としてパルス波送受信機４に送られる。
【００１６】
パルス波送受信器４は、３ｄＢカプラ４１及び二状態デバイス４２を備えている。パルス波送受信器４は、後述する送信制御信号を高周波信号により変調して送信パルス波を生成し、反射波を高周波信号により検波する。
【００１７】
３ｄＢカプラ４１は、例えば第１〜第４端子を備える４端子デバイスである。第１、第２端子から入力される信号は、第３、第４端子のそれぞれから、電力が１／２で位相が互いに９０度異なる信号として出力される。同様に、第３、第４端子から入力される信号は、第１、第２端子のそれぞれから、電力が１／２で位相が互いに９０度異なる信号として出力される。第１端子と第２端子との間、第３端子と第４端子との間では、信号の入出力が行われない。
第１端子には、高周波発振器２から高周波信号が入力される。第２端子には、送受信用アンテナ３が接続される。第２端子は、送信時に送受信用アンテナ３へ送信パルス波を送り、受信時に送受信用アンテナ４から反射波が入力される。第３、第４端子には、それぞれ二状態デバイス４２が接続される。
【００１８】
二状態デバイス４２は、３ｄＢカプラ４１の第３、第４端子との間でインピーダンス整合状態とインピーダンス不整合状態とを取る。二状態デバイス４２がインピーダンス整合状態になると、３ｄＢカプラ４１から出力される信号がベースバンド増幅ユニット５側に送られる。反射波の受信時はこの状態である。二状態デバイス４２がインピーダンス不整合状態になると、３ｄＢカプラ４１の二状態デバイス４２側で送信パルス波が実質的に全反射される。送信パルス波の送信時はこの状態である。二状態デバイス６、７には、例えばショットキーバリアダイオードを用いることができる。
【００１９】
ベースバンド増幅ユニット５は、パルス波送受信器４から入力される信号（以下、「入力信号」という。）を増幅する。パルス波送受信器４からの入力信号には、パルス波送受信器４で検波された反射波の他に、送信パルス波の回り込みやパルス波送受信器４により送受信の切替時に発生する切替ノイズ等の妨害信号が含まれる。この実施形態では、ベースバンド増幅ユニット５が第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５と第１、第２反転増幅器５２、５４とが直列に接続されて構成され、更に第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の切替制御及び二状態デバイス４２の動作制御を行う制御器５６を備えている。第１反転増幅器５２の前後に第１、第２スイッチ回路５１、５３が配置され、第２反転増幅器５４の前後に第２、第３スイッチ回路５３、５５が配置される。
【００２０】
制御器５６は、二状態デバイス４２のインピーダンスの整合状態、不整合状態を切り替えるためのパルス信号である送信制御信号、及びベースバンド増幅ユニット５の第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の通過・遮断状態を制御するための第１〜第３切替制御信号を生成して各々に送る。制御器５６は、送信制御信号及び第１〜第３切替制御信号を、外部から入力される基準信号に同期して生成する。制御器５６が第１〜第３切替制御信号により第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の個々の通過・遮断を制御するために、第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５による遅延時間をコントロールすることが可能である。
【００２１】
第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５は、汎用の高周波対応のダイオード、高速で低電流なＦＥＴ、低歪みを重視する場合にはＭＥＭＳ等を用いることができる。なお、制御器５６は、ベースバンド増幅ユニット５とは独立して、別に設けられていてもよい。
図２は、第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の動作タイミングを説明する図である。
【００２２】
第１スイッチ回路５１では、入力信号に含まれる送信パルス波の回り込みやパルス波送受信器４により発生する切替ノイズを減衰させる。第１スイッチ回路５１は、通常、通過状態であり、送信パルス波の送信開始（立ち上がり）前に遮断状態になり、送信パルス波の送信終了（立ち下がり）時に通過状態になる。第１スイッチ回路５１の通過・遮断の切替によりノイズが発生するが、パルス波送受信器４により発生する切替ノイズと合成されて、切替ノイズの減衰になる。
第１反転増幅器５２は、第１スイッチ回路５１から入力される信号を反転増幅する。
【００２３】
第２スイッチ回路５３は、第１反転増幅器５２で反転増幅された送信パルス波の回り込みやパルス波送受信器４による切替ノイズ及び第１スイッチ回路５１による通過・遮断切替時のノイズを減衰させる。第２スイッチ回路５３は、通常、通過状態であり、第１スイッチ回路５１が遮断状態に遷移する前に遮断状態になり、送信パルス波の送信終了（立ち下がり）時に通過状態になる。パルス波送受信器４による切替ノイズ及び第１スイッチ回路５１によるノイズの合成波形は、第１反転増幅器５２により極性が反転しているため、第２スイッチ回路５３によるノイズと合成されて減衰される。
第２反転増幅器５４は、第２スイッチ回路５３から入力される信号を反転増幅する。
【００２４】
第３スイッチ回路５５は、第２反転増幅器５４で反転増幅された第１、第２スイッチ回路５１、５３により発生するノイズを減衰させる。第３スイッチ回路５５は、通常、遮断状態であり、第１スイッチ回路５１が遮断状態で且つ送信パルス波の送信開始前に通過状態になり、測距のための検知時間の経過後に遮断状態になる。第３スイッチ回路５５により通過・遮断の切替時に発生するノイズは、検知時間外となり増幅もされないので反射波に影響しない。
【００２５】
第３スイッチ回路５５の後段に、更に増幅器を設けてもよい。この増幅器は、第３スイッチ回路５５により発生するノイズが飽和しないような利得を有する。また、高周波ノイズ用にフィルタを付加してもよい。この場合のフィルタには、位相偏移と群遅延特性が良好な、ベッセル・フィルタ、ガウシャン・フィルタ等を用いて、パルス波の波形の乱れを少なくすることが望ましい。
このような構成のベースバンド増幅ユニット５は、第１、第２反転増幅器５２、５４及びハイアクティブな第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５を用い、第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５が個々に連動して動作することで、利得の配分が可能で反射波の極性の反転がない。また、同種の第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５を用いるために、回路を簡素化できて、ノイズを大幅に減衰させ且つ反射波を大きく増幅することができる。なお、この実施形態では第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５をハイアクティブで構成して回路構成を簡素化しているが、すべてのスイッチ回路がローアクティブであってもよい。つまり、第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の極性は同じであればよい。
【００２６】
第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の切替動作により、それぞれでノイズが発生する。しかし、上述の通り、第１スイッチ回路５１で発生する切替ノイズは、第１反転増幅器５２で反転されるために、第２スイッチ回路５３で発生する切替ノイズにより減衰される。また、第２スイッチ回路５３で発生する切替ノイズは、第２反転増幅器５４で反転されるために、第３スイッチ回路５５で発生する切替ノイズにより減衰される。つまり、第１、第２反転増幅器５２、５４により、前後の第１、第２スイッチ回路５１、５３で発生する切替ノイズが反転されることで、これらの切替ノイズが減衰されて入力信号の反射波のみが増幅される。
図３によりこのことを説明する。図３は、パルスレーダ装置１のベースバンド増幅ユニット５への入力信号及び第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５の出力波形の例示図である。入力信号は、回り込んだ送信パルス波Ｗ１、パルス波送受信器４により発生した切替ノイズ、及び反射波を含んでいる。
【００２７】
第１スイッチ回路５１の出力信号は、図２の第１切替制御信号による切替動作で第１スイッチ回路５１において発生したノイズが入力信号に加算される。これにより、図３に示すように、入力信号に含まれる回り込んだ送信パルス波及び切替ノイズが減衰される。ただし、第１スイッチ回路５１が遮断状態に遷移するときのノイズが加算される。
【００２８】
第２スイッチ回路５３の出力信号は、第１スイッチ回路５１の出力信号が第１反転増幅器５２で反転増幅され、且つ図２の第２切替制御信号による切替動作で第２スイッチ回路５３において発生したノイズが加算されている。これにより、図３に示すように、第１スイッチ回路５１のノイズ、及び入力信号に含まれる回り込んだ送信パルス波及び切替ノイズが減衰される。また、第２スイッチ回路５３が遮断状態に遷移するときのノイズが加算される。ただし、反射波が第１反転増幅器５２により反転増幅される。
【００２９】
第３スイッチ回路５５の出力信号は、第２スイッチ回路５３の出力信号が第２反転増幅器５４で反転増幅され、且つ図２の第３切替制御信号による切替動作で第３スイッチ回路５５において発生したノイズが加算されている。これにより、図３に示すように、第１、第２スイッチ回路５１、５３のノイズ、及び入力信号に含まれる回り込んだ送信パルス波及び切替ノイズが減衰される。また、第３スイッチ回路５３が通過状態に遷移するときのノイズが加算される。ただし、反射波が第２反転増幅器５４により反転増幅される。
【００３０】
このようにしてベースバンド増幅ユニット５では、回り込んだ送信パルス波、パルス波送受信器４及び第１〜第３スイッチ回路５１、５３、５５により発生するノイズ等の妨害信号を極力抑制しつつ反射波を増幅することができる。第１、第２反転増幅器５２、５４により、反射波は２度反転増幅されるので、入力信号と同じ位相の反射波が、ベースバンド増幅ユニット５の出力信号には含まれる。ベースバンド増幅ユニット５の出力信号が、Ａ／Ｄ変換後にＣＰＵに入力されて、ソフトウエアにより距離や相対速度等の検出に用いられる。
【００３１】
以上のようなパルスレーダ装置１は、ベースバンド増幅ユニット５を用いることで、妨害信号に比べて十分大きな振幅の反射波を含んだ出力信号をＡ／Ｄ変換回路に入力することができる。図４は、ベースバンド増幅ユニット５の有無による、パルスレーダ装置１の出力信号の違いを表す図である。図４（ａ）は、ベースバンド増幅ユニット５を設けない場合であり、妨害信号が反射波に比べて大きな振幅を有している。そのために、この信号をＡ／Ｄ変換して距離や相対速度の検出に用いても、正確な値を得ることができない。
これに対してベースバンド増幅ユニット５を設けた図４（ｂ）は、妨害信号が反射波に比べて十分に小さな振幅になる。また、ベースバンド増幅ユニット５を設けた場合の方が基線に対する変動が少ない。そのために、この信号をＡ／Ｄ変換して距離や相対速度の検出用いると、従来よりも正確な値が得られる。
【００３２】
図５に示すように、パルスレーダ装置１のベースバンド増幅ユニット５は、第１、第２スイッチ回路５１、５３及び第１反転増幅回路５２による３段構成であってもよい。この場合に第１、第２スイッチ回路５１、５３の切替動作を制御する第１、第２切替制御信号を、図６に示す。第１、第２切替制御信号は、図２の第１、第２切替制御信号と同様の状態遷移を行う。よって、３段構成であっても第１、第２スイッチ回路５１、５３は、５段構成の第１、第２スイッチ回路と同様に動作する。その結果、ベースバンド増幅ユニット５の出力信号は、図３の第２スイッチ回路５３の出力信号になる。
【符号の説明】
【００３３】
１…パルスレーダ装置、２…高周波発振器、３…送受信用アンテナ、４…パルス波送受信器、４１…３ｄＢカプラ、４２…二状態デバイス、５…ベースバンド増幅ユニット、５１…第１スイッチ回路、５２…第１反転増幅器、５３…第２スイッチ回路、５４…第２反転増幅器、５５…第３スイッチ回路、５６…制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信制御信号を変調した送信パルス波をアンテナから近距離に存する対象物体に向けて送信した後、前記対象物体からの反射波の待機モードに移行するパルスレーダ装置に設けられるベースバンド増幅ユニットであって、
前記反射波を増幅する増幅器と、
前記増幅器へ入力される反射波を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第１切替手段と、
前記増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第２切替手段と、
前記第１切替手段を、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第１切替制御信号を出力し、他方、前記第２切替手段を、第１切替手段が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第２切替制御信号を出力する制御手段と、
を備えてなる、パルスレーダ装置のベースバンド増幅ユニット。
【請求項２】
前記第２切替手段から出力された信号を増幅する第２増幅器と、
前記第２増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第３切替手段と、を更に備えており、
前記制御手段は、前記第３切替手段を前記送信制御信号の立ち上がり時間前で前記第１切替手段が遮断状態になった後に通過状態に切り替えるとともに前記反射波を受信するのに十分な時間で遮断状態に戻すように制御する第３切替制御信号を出力する、
請求項１記載のベースバンド増幅ユニット。
【請求項３】
前記第１切替手段、前記第２切替手段、及び前記第３切替手段は同じ極性で動作する、
請求項２記載のベースバンド増幅ユニット。
【請求項４】
前記第１増幅器及び前記第２増幅器は、反転増幅器である、
請求項２記載のベースバンド増幅ユニット。
【請求項５】
送信制御信号を高周波信号で変調した送信パルス波を生成してアンテナから対象物体に向けて送信する送信機と、
アンテナで受信される前記対象物体からの反射波を検波する受信器と、
前記反射波を増幅する増幅器と、
前記増幅器へ入力される反射波を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第１切替手段と、
前記増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第２切替手段と、
前記第１切替手段を、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第１切替制御信号を出力し、他方、前記第２切替手段を、第１切替手段が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第２切替制御信号を出力する制御手段と、を備えている、
パルスレーダ装置。
【請求項１】
送信制御信号を変調した送信パルス波をアンテナから近距離に存する対象物体に向けて送信した後、前記対象物体からの反射波の待機モードに移行するパルスレーダ装置に設けられるベースバンド増幅ユニットであって、
前記反射波を増幅する増幅器と、
前記増幅器へ入力される反射波を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第１切替手段と、
前記増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第２切替手段と、
前記第１切替手段を、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第１切替制御信号を出力し、他方、前記第２切替手段を、第１切替手段が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第２切替制御信号を出力する制御手段と、
を備えてなる、パルスレーダ装置のベースバンド増幅ユニット。
【請求項２】
前記第２切替手段から出力された信号を増幅する第２増幅器と、
前記第２増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第３切替手段と、を更に備えており、
前記制御手段は、前記第３切替手段を前記送信制御信号の立ち上がり時間前で前記第１切替手段が遮断状態になった後に通過状態に切り替えるとともに前記反射波を受信するのに十分な時間で遮断状態に戻すように制御する第３切替制御信号を出力する、
請求項１記載のベースバンド増幅ユニット。
【請求項３】
前記第１切替手段、前記第２切替手段、及び前記第３切替手段は同じ極性で動作する、
請求項２記載のベースバンド増幅ユニット。
【請求項４】
前記第１増幅器及び前記第２増幅器は、反転増幅器である、
請求項２記載のベースバンド増幅ユニット。
【請求項５】
送信制御信号を高周波信号で変調した送信パルス波を生成してアンテナから対象物体に向けて送信する送信機と、
アンテナで受信される前記対象物体からの反射波を検波する受信器と、
前記反射波を増幅する増幅器と、
前記増幅器へ入力される反射波を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第１切替手段と、
前記増幅器から出力された信号を通過状態と遮断状態の一方の状態から他方の状態へ切り替える第２切替手段と、
前記第１切替手段を、送信制御信号の立ち上がり時間前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第１切替制御信号を出力し、他方、前記第２切替手段を、第１切替手段が遮断状態になる前に遮断状態に切り替えるとともに前記送信制御信号の立ち下がり時間で通過状態に戻るように制御する第２切替制御信号を出力する制御手段と、を備えている、
パルスレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−７８１１９（Ｐ２０１２−７８１１９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１１７８（Ｐ２０１０−２２１１７８）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６７５８）株式会社ヨコオ (158)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６７５８）株式会社ヨコオ (158)
【Ｆターム（参考）】
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