モノパルスドップラレーダ装置
【課題】方位を含むターゲット検知データを短い周期で算出できるモノパルスドップラレーダ装置を提供する。
【解決手段】モノパルスドップラレーダ装置１００は、Ａ／Ｄ変換部１２６からＩ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値を入力してターゲットの距離、相対速度及び方位を算出するディジタル演算処理部として、主演算処理部１３０と高速演算が可能な補助演算処理部１４０の２つを備える構成としている。補助演算処理部１４０では、演算量が多いプリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を行わせ、主演算処理部１３０では、方位算出処理を行わせている。また、主演算処理部１３０における方位算出処理は、ターゲット判定処理でターゲットが検出された距離ゲートおよび周波数ゲートに対してのみ行わせるようにすることで、方位算出処理で行う演算量を大幅に低減している。
【解決手段】モノパルスドップラレーダ装置１００は、Ａ／Ｄ変換部１２６からＩ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値を入力してターゲットの距離、相対速度及び方位を算出するディジタル演算処理部として、主演算処理部１３０と高速演算が可能な補助演算処理部１４０の２つを備える構成としている。補助演算処理部１４０では、演算量が多いプリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を行わせ、主演算処理部１３０では、方位算出処理を行わせている。また、主演算処理部１３０における方位算出処理は、ターゲット判定処理でターゲットが検出された距離ゲートおよび周波数ゲートに対してのみ行わせるようにすることで、方位算出処理で行う演算量を大幅に低減している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近傍のターゲットまでの距離とその相対速度、および方位を同時に検知するモノパルスドップラレーダ装置に関し、特に、超広帯域パルスを利用するモノパルスドップラレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、距離と相対速度を検知する車載用パルスレーダ装置として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の車載用パルスレーダ装置のブロック図を図１１に示す。特許文献１では、送受切り替えスイッチ９０１を送信アンプ９０２側に切り替えてパルスを放射し、これがターゲットで反射された反射波を受信するように構成されている。
【０００３】
受信された反射波は、ＡＤ変換器９０３で距離ゲート（又はレンジビン）毎にサンプリングされ、サンプリングされたデータを信号処理装置９０４に出力している。信号処理装置９０４では、ＡＤ変換器９０３から入力したデータをプリサム処理し、その結果をＦＦＴ処理している。このＦＦＴ処理の結果であるスペクトルの周波数及び振幅情報から、自車両とターゲットとの距離及び相対速度を求めている。さらに、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、受信回路で複数の距離ゲートにまたがるプリサム処理を行うことが提案されている。特許文献１では、ＡＤ変換器９０３でディジタルデータに変換されたのちの処理を、信号処理装置９０４ですべて行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２５５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、車載用のレーダ装置では、ターゲットの距離及び相対速度だけでなく、その方位の検出も要求されることが多い。ターゲットの方位を検出する方法として、超広帯域レーダではモノパルス処理により角度計測を行う方法が知られている。モノパルス処理では、モノパルスアンテナに付随するハイブリッド回路の出力である和信号、差信号毎に、検出されたターゲットからの反射波の位相と振幅情報が必要となる。
【０００６】
すなわち、ターゲットの方位を計測するためには、ＦＦＴ処理結果である距離ゲートと周波数ゲートをパラメータとする２次元の振幅データを、和信号と差信号のそれぞれに対して作成する必要がある。そして、各距離ゲート及び各周波数ゲートに対して和信号と差信号の振幅比を算出し、これを事前に作成された振幅比と方位との関係を示すテーブルと比較することで方位を求める必要がある。
【０００７】
このように、ターゲットの方位の検出といったより高機能な車載レーダを実現しようとすると、ターゲットの有無の判定処理に伴う演算が膨大で複雑となってしまい、安全システムとして重要なターゲット情報の報知周期が長くなってしまうといった問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、方位を含むターゲット検知データを短い周期で算出できるモノパルスドップラレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のモノパルスドップラレーダ装置の第１の態様は、搬送波を発振させる高周波発振部と、所定の時間間隔でパルストリガ信号を入力すると所定の帯域幅のインパルスを生成する広帯域インパルス生成部と、前記広帯域インパルス生成部から入力した前記インパルスを前記高周波発振部から入力した前記搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成する送信信号生成手段と、前記送信信号生成手段から前記高周波送信パルスを入力して送信パルスとして空間に放射する送信アンテナと、前記送信パルスがターゲットで反射されて戻ってきた反射パルスを所定の間隔だけ離れて受信し、２つの受信信号として出力するモノパルス受信アンテナと、前記モノパルス受信アンテナから前記２つの受信信号を入力して和信号、差信号を生成するハイブリッド回路と、前記送信パルス毎に所定の選択信号に従って前記和信号と前記差信号のいずれか一方を選択して通過させる受信スイッチと、前記受信スイッチから前記和信号または前記差信号のいずれか一方を入力して前記搬送波で直交位相検波し、位相が直交するＩ信号及びＱ信号を出力する直交位相検波部と、前記パルストリガ信号及び距離ゲート設定信号を入力し、前記パルストリガ信号の入力時点を基準として前記距離ゲート設定信号で指定された距離ゲートの遅延時間から決定されるタイミングで距離ゲート信号を出力する距離ゲート設定部と、前記直交位相検波部から前記Ｉ信号及びＱ信号を入力し、前記距離ゲート設定部から前記距離ゲート信号を入力したタイミングで前記Ｉ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換してＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部から前記Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を入力し、それぞれを所定の回数に達するまで積算して積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を出力するプリサムユニットと、前記プリサムユニットから前記和信号及び差信号のそれぞれの前記積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を入力し、前記和信号及び差信号毎に周波数解析を行って前記距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値を算出するＦＦＴ処理ユニットと、前記和信号及び差信号に対して、前記ＦＦＴ処理ユニットから入力した前記距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値から所定の閾値を減算した結果の符号ビットの否定の論理和をとり、該論理和の結果が”１”のときをターゲット有りと判定し、”０”のときをターゲット無しと判定するターゲット判定ユニットとを有する補助演算処理部と、前記ターゲット判定ユニットから前記符号ビットの否定の論理和の結果を入力し、これが”１”となっている前記距離ゲート及び周波数ゲートの前記積算Ｉ信号、積算Ｑ信号から前記ターゲットの方位を算出する方位算出処理ユニットを有する主演算処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、プリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を補助演算処理部で行わせ、前記距離ゲート及び周波数ゲート毎の振幅値から所定の閾値を減算した結果の符号ビットの否定の結果が“１”となっている距離ゲート及び周波数ゲートについてのみ方位を算出することで、主演算処理部と補助演算処理部との通信量を削減し、方位を含むターゲット検知データを短い周期で報知できるモノパルスドップラレーダ装置を提供することができる。また、本発明の第１の態様によれば、和信号及び差信号のそれぞれに対する符号ビットの否定の論理和を取ることで、和信号と差信号の両方の検知範囲でターゲットを検知できる。
【００１１】
本発明のモノパルスドップラレーダ装置の他の態様は、前記主演算処理部は、前記所定の時間間隔で前記広帯域インパルス生成部及び前記距離ゲート設定部に前記パルストリガ信号を出力し、前記受信スイッチに前記選択信号を出力する制御ユニットをさらに備えるとともに、前記距離ゲート設定部及び前記プリサムユニットに前記距離ゲート設定信号を出力することを特徴とする。これにより、主演算処理部で、モノパルスドップラレーダ装置の動作を管理することができる。
【００１２】
本発明のモノパルスドップラレーダ装置の他の態様は、前記方位算出処理ユニットは、前記符号ビットの否定の論理和の結果が”１”となっている前記距離ゲート及び周波数ゲートのうち、接近するターゲットに対応する距離ゲート及び周波数ゲートについてのみ前記ターゲットの方位を算出することを特徴とする。周波数ゲートのうち相対速度が接近する方向のものを優先的に読み出すことで、接近中のターゲットを優先的に検知するとともに、データ転送量を半減して処理時間をさらに短縮することが可能となる。
【００１３】
本発明のモノパルスドップラレーダ装置の他の態様は、前記ＦＦＴ処理ユニットは、１つ置き、あるいはそれ以上の間隔毎に前記距離ゲートを選択して前記周波数ゲート毎の振幅値を算出することを特徴とする。これにより、ターゲット検出をさらに高速に処理することが可能となる。
【００１４】
本発明のモノパルスドップラレーダ装置の他の態様は、前記補助演算処理部は、前記主演算処理部よりも高いタイミング制御精度を有していることを特徴とする。プリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を高いタイミング制御精度による演算が可能な補助演算処理部で行わせることで、時間分解能の高いモノパルスドップラレーダ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を別の演算部で行わせることで、方位の算出量を減らして方位を含むターゲット検知データを短い周期で報知できるモノパルスドップラレーダ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態のモノパルスドップラレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】１つの距離ゲートに対するプリサム処理の一例を示す模式図である。
【図４】本実施形態のプリサムユニットのブロック図である。
【図５】本実施形態のＦＦＴ処理ユニットの概要を説明するためのフローチャートである。
【図６】本実施形態のターゲット判定ユニットの概要を説明するためのフローチャートである。
【図７】本実施形態のターゲット判定ユニットにおけるターゲット判定処理を説明するための模式図である。
【図８】和信号による検知範囲と差信号による検知範囲を模式的に示す説明図である。
【図９】距離ゲートと周波数ゲートの２次元からなるビットマップを説明するための説明図である。
【図１０】本実施形態の方位算出処理ユニットの概要を説明するためのフローチャートである。
【図１１】従来の車載用パルスレーダ装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態におけるモノパルスドップラレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。以下では、本発明のモノパルスドップラレーダ装置を車両に搭載して用いる場合を例に説明する。
【００１８】
本発明の実施の形態に係るモノパルスドップラレーダ装置の構成を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。モノパルスドップラレーダ装置１００は、送信系として、所定の時間間隔でパルストリガ信号を入力すると所定の帯域幅のインパルスを生成する広帯域インパルス生成部１１１と、広帯域インパルス生成部１１１からインパルスを入力するととともに高周波発振部１０１から搬送波を入力し、インパルスを搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成する送信信号生成手段１１２と、送信信号生成手段１１２から高周波送信パルスを入力して空間に放射する送信アンテナ１１３と、を備えている。
【００１９】
また、受信系として、送信アンテナ１１３から放射された送信パルスがターゲットで反射されて戻ってきた反射パルスを所定の間隔だけ離れた位置で受信し、２つの受信信号を出力するモノパルス受信アンテナ１２１と、モノパルス受信アンテナ１２１から２つの受信信号を入力して和信号、差信号を生成するハイブリッド回路１２２と、送信パルスが放射される毎にハイブリッド回路１２２から和信号と差信号を交互に選択して通過させる受信スイッチ１２３と、受信スイッチ１２３を通過して入力した和信号または前記差信号を、送信パルスの搬送波で直交位相検波してＩ信号、Ｑ信号を出力する直交位相検波部１２４と、Ｉ信号、Ｑ信号をサンプリングするタイミングで距離ゲート信号を出力する距離ゲート設定部１２５と、直交位相検波部１２４からＩ信号、Ｑ信号を入力し、これを距離ゲート設定部１２５から距離ゲート信号を入力したタイミングでＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１２６と、を備えている。
【００２０】
モノパルス受信アンテナ１２１は、所定の間隔だけ離れて受信した２つの受信信号を出力する。すなわち、所定の間隔で配置された２つのアンテナで受信した２つの信号を、上記の２つの受信信号として出力する。あるいは、例えば２以上の受信アンテナを垂直方向に１列に配置し、これを所定の間隔で２列配置することもでき、各列の受信信号をそれぞれで合計したものを上記の２つの受信信号としてもよい。
【００２１】
ハイブリッド回路１２２は、モノパルス受信アンテナ１２１から２つの受信信号を入力し、これを加算した和信号（Σ）と、一方の受信信号から他方の受信信号を減算した差信号（Δ）を出力する。直交位相検波部１２４は、受信スイッチ１２３から入力した和信号または差信号を、高周波発振部１０１から入力した搬送波でダウンコンバートし、これを位相が同相のＩ信号と、位相が９０°ずれたＱ信号とに変換して出力する。
【００２２】
距離ゲート設定部１２５は、Ａ／Ｄ変換部１２６でＩ信号、Ｑ信号をサンプリングするタイミングを決定し、そのタイミングでＡ／Ｄ変換部１２６に距離ゲート信号を出力する。距離ゲート信号が出力されるタイミングは、広帯域インパルス生成部１１１が受け取るパルストリガ信号を基準に、サンプリングの対象とする距離ゲートに相当する遅延時間から決定される。Ａ／Ｄ変換部１２６は、距離ゲート設定部１２５から距離ゲート信号を入力すると、そのタイミングで直交位相検波部１２４から入力したＩ信号、Ｑ信号をＡ／Ｄ変換し、これをＩ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値として出力する。
【００２３】
本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置１００では、Ａ／Ｄ変換部１２６からＩ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値を入力してターゲットの距離、相対速度及び方位を算出するディジタル演算処理部として、主演算処理部１３０と補助演算処理部１４０の２つを備える構成としている。主演算処理部１３０は、通常のタイミング制御精度（例えば、1us程度）を有するディジタル演算処理部であり、補助演算処理部１４０は、主演算処理部１３０より高いタイミング制御精度（例えば、0.5ns程度）を有するディジタル演算処理部である。
【００２４】
Ｉ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値の演算処理として、Ｉ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値を所定回数に達するまで積算して積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を算出するプリサム処理と、所定個数の積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を用いて周波数解析を行い、これから距離ゲート毎及び周波数ゲート毎に振幅値を算出するＦＦＴ処理と、距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値からターゲットの有無を判定し、ターゲットが検出されるとターゲットまでの距離及びその相対速度を算出するターゲット判定処理と、積算Ｉ信号、積算Ｑ信号からターゲットの方位を算出する方位算出処理とがある。上記のプリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理は、和信号および差信号のそれぞれについて行われる。また、方位算出処理では、和信号と差信号の両方の積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を用いて方位の算出が行われる。
【００２５】
上記演算処理のうち、プリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理は、演算量が膨大であり、ターゲット情報を適正な周期で報知するためにはこれらを高速に行う必要がある。特にこれらの処理は、送信側へのパルストリガ信号の発出に高精度に同期させて、高い時間分解能で処理する必要がある。また、方位算出処理も、距離ゲートと周波数ゲートの組み合わせ毎に和信号と差信号の振幅比を算出し、その結果を事前に作成されたテーブルに参照させて方位を求めるといった時間のかかる処理となる。そこで、本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置１００では、ターゲット判定処理でターゲットが検出された距離ゲートおよび周波数ゲートに対してのみ方位算出処理を行うようにすることで、方位算出処理で行う演算量を大幅に低減している。
【００２６】
上記のように、方位算出処理の演算処理量を大幅に低減することで、この処理を主演算処理部１３０で行えるようにし、高速演算処理が必要なプリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を補助演算処理部１４０で行わせる構成とすることができる。このような構成とすることで、ターゲット情報を適正な周期で報知することが可能となっている。モノパルスドップラレーダ装置１００では、補助演算処理部１４０にプリサム処理を行うプリサムユニット１４１、ＦＦＴ処理を行うＦＦＴ処理ユニット１４２、及びターゲット判定処理を行うターゲット判定ユニット１４３を設けている。また、主演算処理部１３０には、方位算出処理を行う方位算出処理ユニット１３１を設けている。
【００２７】
主演算処理部１３０は、距離ゲート毎の遅延時間を決定して距離ゲート設定部１２５及び補助演算処理部１４０のプリサムユニット１４１に距離ゲート設定信号を出力している。主演算処理部１３０は、さらに制御ユニット１３２を備えている。制御ユニット１３２は、広帯域インパルス生成部１１１及び距離ゲート設定部１２５にパルストリガ信号を出力する。また、制御ユニット１３２は、受信スイッチ１２３に対し、和信号と差信号のいずれかを選択する選択信号を出力している。
【００２８】
次に、本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置１００における動作を、図２を用いてさらに詳細に説明する。図２は、モノパルスドップラレーダ装置１００の動作の流れを示すフローチャートである。モノパルスドップラレーダ装置１００によるターゲットの計測を開始すると、まずステップＳ１において、主演算処理部１３０の制御ユニット１３２で計測処理に必要なパラメータの初期化を行う。パラメータの初期化として、距離ゲートカウンタｎ、パルス送信カウンタｉをそれぞれ１に設定する。次のステップＳ２では、主演算処理部１３０から距離ゲート設定部１２５及び補助演算処理部１４０のプリサムユニット１４１に距離ゲート設定信号を転送して距離ゲートｎを設定する。ステップＳ３では、制御ユニット１３２が受信スイッチ１２３を和信号側に切り替える。
【００２９】
続いて送信アンテナ１１３から送信パルスを放射させるために、ステップＳ４では、送信系の送信処理を行う。すなわち、制御ユニット１３２が所定のタイミングでパルストリガ信号を広帯域インパルス生成部１１１及び距離ゲート設定部１２５に発出する。これにより、広帯域インパルス生成部１１１は直ちに広帯域インパルス信号を送信信号生成手段１１２に出力し、送信信号生成手段１１２は入力した広帯域インパルス信号を高周波発振部１０１から入力した搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成する。生成された高周波送信パルスは、送信信号生成手段１１２から送信アンテナ１１３に出力され、送信アンテナ１１３から空間に放射される。
【００３０】
送信アンテナ１１３から放射された電波は、ターゲットなどで反射されてモノパルス受信アンテナ１２１に受信され、ステップＳ５で受信処理を行う。すなわち、モノパルス受信アンテナ１２１は、２以上のアンテナで構成されており、モノパルス受信アンテナ１２１からハイブリッド回路１２２に２つの受信信号を出力する。ハイブリッド回路１２２は、２つの受信信号から和信号及び差信号を算出して受信スイッチ１２３に出力する。受信スイッチ１２３では、制御ユニット１３２からの制御により和信号側に切り替えられていることから、和信号のみが直交位相検波部１２４に出力される。直交位相検波部１２４では、和信号を高周波発振部１０１から入力した搬送波でダウンコンバートし、広帯域複素ベースバンド信号に変換してＩ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換部１２６に出力する。Ａ／Ｄ変換部１２６では、距離ゲート設定部１２５から距離ゲート信号が出力されるタイミングでＩ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換し、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を補助演算処理部１４０に出力する。
【００３１】
ステップＳ５の受信処理の結果、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値が補助演算処理部１４０に出力されると、補助演算処理部１４０において、ステップＳ６でプリサムユニット１４１がＡ／Ｄ変換部１２６から入力したＩ信号及びＱ信号をそれぞれプリサム処理する。
【００３２】
上記のステップＳ３からステップＳ６では和信号の処理を行ったが、続くステップＳ７からステップＳ１０では、上記と同様にして差信号の処理を行う。まず、ステップＳ７で制御ユニット１３２が受信スイッチ１２３を差信号側に切り替え、続くステップＳ８で送信系の送信処理を行う。すなわち、ステップＳ８ではステップＳ４と同様に、制御ユニット１３２が所定のタイミングでパルストリガ信号を広帯域インパルス生成部１１１及び距離ゲート設定部１２５に発出し、これにより広帯域インパルス生成部１１１が直ちに広帯域インパルス信号を送信信号生成手段１１２に出力し、送信信号生成手段１１２がこれを高周波発振部１０１から入力した搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成し、これを送信アンテナ１１３から空間に放射する。
【００３３】
送信アンテナ１１３から放射された電波が、ターゲットなどで反射されてモノパルス受信アンテナ１２１に受信されると、ステップＳ９でステップＳ５と同様の受信処理を行う。すなわち、モノパルス受信アンテナ１２１からハイブリッド回路１２２に２つの受信信号が出力されると、ハイブリッド回路１２２は、２つの受信信号から和信号及び差信号を算出して受信スイッチ１２３に出力する。受信スイッチ１２３では、制御ユニット１３２からの制御により、ここでは差信号側に切り替えられていることから、差信号のみが直交位相検波部１２４に出力される。直交位相検波部１２４では、差信号を高周波発振部１０１から入力した搬送波でダウンコンバートして広帯域複素ベースバンド信号に変換し、Ｉ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換部１２６に出力する。Ａ／Ｄ変換部１２６では、距離ゲート設定部１２５から距離ゲート信号が出力されるタイミング（ステップＳ５と同じ遅延時間のタイミング）でＩ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換し、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を補助演算処理部１４０に出力する。
【００３４】
ステップＳ９の受信処理の結果、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値が補助演算処理部１４０に出力されると、ステップＳ１０では、補助演算処理部１４０において、プリサムユニット１４１がＡ／Ｄ変換部１２６から入力したＩ信号及びＱ信号をそれぞれプリサム処理する。
【００３５】
ステップＳ２からステップＳ１０までの処理で、和信号及び差信号の両方について、距離ゲートｎに対するサンプリングが実施される。これが終了すると、ステップＳ１１において、パルス送信カウンタｉが所定の回数（図２では２０４８回としている）に達したか否かを制御ユニット１３２で判定する。その結果、目標回数に達していないと判定した場合には、ステップＳ１２において制御ユニット１３２がパルス送信カウンタｉに１を加算し、再びステップＳ３に戻る。以下、ステップＳ１１でパルス送信カウンタｉが所定の回数に達したと判定されるまで、ステップＳ３からステップＳ１０までの処理を繰り返し実施する。一方、ステップＳ１１でパルス送信カウンタｉが所定の回数に達したと判定されると、次にステップＳ１３に進む。
【００３６】
ステップＳ１３では、距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数（図２では３２０としている）に達したか否かを制御ユニット１３２で判定する。その結果、距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達していないと判定された場合には、制御ユニット１３２がステップＳ１４で距離ゲートカウンタｎに１を加算し、ステップＳ１５でパルス送信カウンタｉを１に初期化する。その後、再びステップＳ２に戻る。以下、ステップＳ１３で距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されるまで、ステップＳ２からステップＳ１２までの処理を繰り返し実施する。一方、ステップＳ１３で距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されると、次にステップＳ１６に進む。
【００３７】
ステップＳ１６では、補助演算処理部１４０において、ステップＳ６及びステップＳ１０で行ったプリサム処理の結果を用いてＦＦＴ処理ユニット１４２がＦＦＴ処理を行う。続くステップＳ１７でも、補助演算処理部１４０においてターゲット判定ユニット１４３がＦＦＴ処理結果を用いてターゲットの有無を判定するターゲット判定処理を行う。ターゲット判定ユニット１４３の処理が終了したことが主演算処理部１３０に通知されると、ステップＳ１８において、主演算処理部１３０の方位算出処理ユニット１３１が、補助演算処理部１４０からデータを入力してターゲットが検出された距離ゲート及び周波数ゲートについてのみ方位演算を実施する。
【００３８】
以上の処理により、ターゲットまでの距離、ターゲットの相対速度及び方位が得られ、これらのターゲット情報が上位に伝達されて適宜所定の表示部等から報知される。以下、同様にして観測周期毎にターゲットの検出処理を繰り返し行うことができる。なお、次の検出処理は主演算処理部１３０における方位算出処理ユニット１３１の終了を待つ必要はなく、補助演算処理部１４０からのデータ転送処理が終了すると直ちに開始することができる。
【００３９】
次に、プリサムユニット１４１におけるプリサム処理の概要を、図３、４を用いて説明する。図３は、一例として１つの距離ゲートの和信号に対するプリサム処理を示す模式図であり、図４は、プリサムユニット１４１の動作を説明するためのブロック図である。プリサムユニット１４１では、加算手段１４１ａがＡ／Ｄ変換部１２６からＡ／Ｄ変換されたＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を入力し、これをプリサム処理する。和信号及び差信号のそれぞれに対してＡ／Ｄ変換部１２６からＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を入力するが、この複素ディジタル値のそれぞれ（以下では、単にサンプル値と称する）をｓｉとすると、図３に示すように、サンプル値ｓｉが所定個数ずつ加算されて圧縮され、これをプリサム値Ｐｊとする。
【００４０】
図２のフローチャートでは、パルス送信繰り返し回数ｉの目標回数を２０４８として説明したが、この場合、例えばパルス送信繰り返し回数３２回分のサンプル値をプリサム処理すると、６４点のプリサム値Ｐｊが得られる。図３は、このようなプリサム処理を行ったときのサンプル値ｓｉとプリサム値Ｐｊとの関係を模式的に示している。プリサムユニット１４１は、図４に示すように、内部にメモリ１４１ｂを備えており、ここにプリサム値Ｐｊを保存している。加算手段１４１ａがＡ／Ｄ変換部１２６からＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値（サンプル値ｓｉ）を入力すると、データ読出手段１４１ｃを用いてメモリ１４１ｂに保存されているそれまでの加算結果（それぞれの加算結果をＳＩ、ＳＱとする）を読み出し、これにサンプル値ｓｉを加算して再びメモリ１４１ｂに保存する。そして、加算回数が３２回に達すると、次のサンプル値からはプリサム値Ｐｊ＋１に対する加算を行う。
【００４１】
上記のようにして、１つの距離ゲートの和信号及び差信号のそれぞれに対して、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を用いてそれぞれ６４点のプリサム値Ｐｊがメモリ１４１ｂに保存される。これにより、メモリ１４１ｂには、６４点×２（Ｉ信号、Ｑ信号）×２（和信号、差信号）×３２０（距離ゲート数）のデータが保存される。
【００４２】
次に、補助演算処理部１４０のＦＦＴ処理ユニット１４２におけるＦＦＴ処理の概要を、図５を用いて説明する。図５は、ＦＦＴ処理の概要を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１６−１において、距離ゲートカウンタｎを１に初期化する。ステップＳ１６−２では、距離ゲートｎに対応する和信号のプリサム値Ｐｊをメモリ１４１ｂから読み込む。和信号のプリサム値Ｐｊとして、Ｉ信号に対するプリサム値６４点とＱ信号に対するプリサム値６４点の１２８点がメモリ１４１ｂから読み込まれる。ステップＳ１６−３では、Ｉ信号及びＱ信号に対するそれぞれ６４点のプリサム値を用いて複素ＦＦＴ演算が行われる。ＦＦＴ演算結果として、和信号のＩ信号に対する周波数ゲート毎の振幅ＡＩとＱ信号に対する周波数ゲート毎の振幅ＡＱがそれぞれ６４点ずつ算出され、所定のメモリに保存される。
【００４３】
ステップＳ１６−２、３で距離ゲートｎの和信号に対するＦＦＴ演算が行われると、続くステップＳ１６−４、５で差信号に対するＦＦＴ処理を行う。すなわち、ステップＳ１６−４で距離ゲートｎに対応する差信号のプリサム値Ｐｊをメモリ１４１ｂから読み込み、ステップＳ１６−５で読み込んだプリサム値を用いて複素ＦＦＴ演算を行う。ＦＦＴ演算結果として、差信号のＩ信号に対する周波数ゲート毎の振幅ＡＩとＱ信号に対する周波数ゲート毎の振幅ＡＱがそれぞれ６４点ずつ算出され、所定のメモリに保存される。
【００４４】
その後、ステップＳ１６−６において距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したか否かを判定し、最大ゲート数に達していないと判定されると、ステップＳ１６−７に進む。ステップＳ１６−７で距離ゲートカウンタｎに１を加算し、その後再びステップＳ１６−２〜５の処理を行う。一方、ステップＳ１６−６において距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されると、ＦＦＴ処理ユニット１４２の処理を終了する。
【００４５】
なお、図５のフローチャートでは、ステップＳ１６−７で距離ゲートカウンタｎに１を加算するとしたが、ターゲットの形状や配置状況等によっては、例えば距離ゲートカウンタｎに２、３等の１より大きい数を加算する、あるいは距離ゲートカウンタｎが偶数または奇数のものだけを選択するように、ステップＳ１６−７の処置を観測の途中で変更可能としてもよい。距離ゲートカウンタｎの更新をこのように変更する一例として、例えばターゲットの形状に拡がりがあるため隣接する距離ゲートが同じターゲットからの反射波をサンプリングしている場合がある。この場合、距離ゲートカウンタｎに１より大きい数を加算してＦＦＴ処理する距離ゲートを間引くことで、高速に処理することが可能となる。
【００４６】
次に、補助演算処理部１４０のターゲット判定ユニット１４３におけるターゲット判定処理の概要を、図６、７を用いて説明する。図６は、ターゲット判定処理の概要を説明するためのフローチャートであり、図７は、ターゲット判定処理を説明するための模式図である。ターゲット判定ユニット１４３は、ＦＦＴ処理ユニット１４２で処理されたＦＦＴ演算結果を用いてターゲットの有無を判定する。まずステップＳ１７−１において、距離ゲートカウンタｎを１に初期化する。ステップＳ１７−２では、距離ゲートｎに対応する和信号のＦＦＴ結果である周波数ゲート６４点の振幅ＡＩ、ＡＱを所定のメモリから読み出し、ステップＳ１７−３で周波数ゲート毎の振幅の絶対値の２乗（以下では単に振幅の絶対値という）ＡＩ２＋ＡＱ２を算出する。次のステップＳ１７−４では、周波数ゲート毎のＡＩ２＋ＡＱ２からターゲット有無判定のための所定の閾値Ｔｈを減算する。
【００４７】
さらに、ステップＳ１７−５では、周波数ゲート毎に算出した（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の最上位ビットを抽出し、その否定を記録する。（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）が正、すなわちＡＩ２＋ＡＱ２が閾値Ｔｈより大きいときは、（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の減算結果の最上位ビットが”０”となる。そこで、その否定”１”を記録しておく。また、（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）が負、すなわちＡＩ２＋ＡＱ２が閾値Ｔｈより小さいときは、（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の減算結果の最上位ビットが”１”となる。そこで、その否定”０”を記録しておく。これにより、距離ゲートｎに対応する和信号においてターゲットが検知された周波数ゲートに”１”のビットが記録され、ターゲットが検知されない周波数ゲートに”０”のビットが記録された６４ビットのビット列からなる判定結果（ＳＴｎとする）が記録される。
【００４８】
ステップＳ１７−２〜５で距離ゲートｎの和信号に対するターゲット判定の処理が行われると、続くステップＳ１７−６〜９で差信号に対するターゲット判定の処理を行う。すなわち、ステップＳ１７−６で距離ゲートｎに対応する差信号の周波数ゲート毎の振幅ＡＩ、ＡＱを所定のメモリから読み出し、ステップＳ１７−７で周波数ゲート毎の振幅の絶対値ＡＩ２＋ＡＱ２を算出する。次のステップＳ１７−８では、周波数ゲート毎のＡＩ２＋ＡＱ２から所定の閾値Ｔｈを減算する。さらに、ステップＳ１７−９では、周波数ゲート毎に算出した（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の最上位ビットを抽出し、その否定を記録する。これにより、距離ゲートｎに対応する差信号による判定結果（ＤＴｎとする）が６４ビットのビット列として記録される。
【００４９】
図７（ａ）は、距離ゲートｎに対応する和信号（上段）及び差信号（下段）のＦＦＴ結果であるＡＩ、ＡＱの一例を模式的に示している。ここでは、２つの周波数ゲートにスペクトルピークが存在していることを示している。この周波数ゲートにおけるＡＩ、ＡＱから周波数ゲート毎の振幅の絶対値ＡＩ２＋ＡＱ２を算出した結果を、図７（ｂ）に模式的に示している。さらに、ＡＩ２＋ＡＱ２から閾値Ｔｈを減算した結果を図７（ｃ）に模式的に示す。図７（ｃ）に示す（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の最上位のビット（符号ビット）だけを抽出したものを、図７（ｄ）に示す。さらに、その否定を求めたものが図７（ｅ）に示すビット列である。上記のＳＴｎ及びＤＴｎは、図７（ｅ）に示すような６４ビットのビット列となっている。
【００５０】
距離ゲートｎの和信号及び差信号に対するターゲット判定の処理が終了すると、ステップＳ１７−１０において、和信号に対する判定結果であるＳＴｎと差信号に対する判定結果であるＤＴｎとの論理和（ＣＴｎとする）を求める。すなわち、
ＣＴｎ＝ＳＴｎ ＯＲ ＤＴｎ
となる。ＣＴｎは、長さ６４ビット長の”１”と”０”とからなる符号列となり、その要素が”１”の周波数ゲートには、距離ゲートｎにおいて閾値Ｔｈ以上の反射波が和信号、差信号のいずれか、あるいはその両方に存在することを示している。
【００５１】
和信号によるターゲットの検知範囲と差信号による検知範囲を、模式的に図８に示す。一般にモノパルス処理においては、和信号による検知範囲と差信号によるターゲットの検知範囲に差があることから、両方の検知範囲でターゲットを検出する方が、検知範囲をより広くすることができる。図８では、所定の間隔で配置された２つの受信アンテナ（モノパルスアンテナ）の出力を加算した和信号で検知できる領域を和信号検知範囲、減算した差信号で検知できる領域を差信号検知範囲として示している。和信号検知範囲は２つの受信アンテナの両方で検知できる範囲、差信号検知範囲は、２つの受信アンテナのいずれか一方で検知できる範囲となる。
【００５２】
ステップＳ１７−１０において、和信号に対する判定結果ＳＴｎと差信号に対する判定結果ＤＴｎとの論理和を求めることにより、和信号検知範囲と差信号検知範囲を合わせた広い検知範囲でターゲットを検知していることになる。なお、ステップＳ１７−１０の論理和の処理を行わず、例えば和信号から求めたビット列ＳＴｎのみを用いるようにすることも可能である。
【００５３】
次に、ステップＳ１７−１１において、距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したか否かを判定し、最大ゲート数に達していないと判定されると、ステップＳ１７−１２に進む。ステップＳ１７−１２で距離ゲートカウンタｎに１を加算し、その後再びステップＳ１７−２〜１０の処理を行う。一方、ステップＳ１７−１１において距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されると、ターゲット判定ユニット１４３の処理を終了する。
【００５４】
ターゲット判定ユニット１４３における判定結果は、距離ゲートと周波数ゲートの２次元からなるビットマップで表すことができる。すなわち、距離ゲートｎに対して算出した６４ビットのビット列からなるＣＴｎを１列とし、これをすべての距離ゲート（３２０点）について配列すると、図９に示すような６４×３２０の２次元のビットマップとなる。同図において、”１”が設定されているところ以外は、”０”が設定されている。
【００５５】
次に、主演算処理部１３０の方位算出処理ユニット１３１における方位算出処理を、図１０を用いて以下に説明する。図１０は、方位算出処理の概要を説明するためのフローチャートである。方位算出処理ユニット１３１は、補助演算処理部１４０における処理の終了を補助演算処理部１４０から通知されると、まず、ステップＳ１８−１において、距離ゲートカウンタｎを１に初期化する。ステップＳ１８−２では、距離ゲートｎに対するターゲット判定ユニット１４３の判定結果ＣＴｎを読み込む。次に、ステップＳ１８−３において、ＣＴｎで”１”が立っている周波数ゲートに対してのみ、補助演算処理部１４０からＦＦＴ結果、すなわち、和信号及び差信号のそれぞれの振幅の絶対値ＡＩ２＋ＡＱ２を読み込む。
【００５６】
ステップＳ１８−４では、方位算出処理として和信号ＡＩ２＋ＡＱ２と差信号ＡＩ２＋ＡＱ２の比を求め、事前に作成したテーブルを参照して方位を求める。その後、ステップＳ１８−５において、距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したか否かを判定し、最大ゲート数に達していないと判定されると、ステップＳ１８−６に進む。ステップＳ１８−６で距離ゲートカウンタｎに１を加算し、その後再びステップＳ１８−２〜４の処理を行う。一方、ステップＳ１８−５において距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されると、方位算出処理ユニット１３１の処理を終了する。
【００５７】
なお、上記ではＣＴｎの６４ビットすべてについて、”１”が立っている周波数ゲートのＦＦＴ結果を補助演算処理部１４０から読み込むようにしたが、周波数ゲートのうち接近するターゲットに対応するものを優先的に読み出すようにすると、接近中のターゲットを優先的に検知することになり、より好ましいモノパルスドップラレーダ装置を提供することができる。また、データ転送量を半減して処理時間をさらに短縮することが可能となる。
【００５８】
演算処理部１３０において、方位算出処理ユニット１３１で算出した方位とともに、距離ゲートｎに対応する距離及び周波数ゲートに対応する相対速度を１つの配列としてメモリに記録しておき、ターゲット検出データとして報知することができる。
【００５９】
補助演算処理部１４０におけるプリサムユニット１４１、ＦＦＴ処理ユニット１４２、及びターゲット判定ユニット１４３の処理は、処理データ量が膨大になることから、メモリバンクを切り替える方式を用いて並列に処理させることによりさらに高速化を図るように構成することも可能である。
【００６０】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るモノパルスドップラレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるモノパルスドップラレーダ装置の細部構成及び詳細な動作などに関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００ モノパルスドップラレーダ装置
１０１ 高周波発振部
１１１ 広帯域インパルス生成部
１１２ 送信信号生成手段
１１３ 送信アンテナ
１２１ モノパルス受信アンテナ
１２２ ハイブリッド回路
１２３ 受信スイッチ
１２４ 直交位相検波部
１２５ 距離ゲート設定部
１２６ Ａ／Ｄ変換部
１３０ 主演算処理部
１３１ 方位算出処理ユニット
１３２ 制御ユニット
１４０ 補助演算処理部
１４１ プリサムユニット
１４２ ＦＦＴ処理ユニット
１４３ ターゲット判定ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近傍のターゲットまでの距離とその相対速度、および方位を同時に検知するモノパルスドップラレーダ装置に関し、特に、超広帯域パルスを利用するモノパルスドップラレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、距離と相対速度を検知する車載用パルスレーダ装置として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の車載用パルスレーダ装置のブロック図を図１１に示す。特許文献１では、送受切り替えスイッチ９０１を送信アンプ９０２側に切り替えてパルスを放射し、これがターゲットで反射された反射波を受信するように構成されている。
【０００３】
受信された反射波は、ＡＤ変換器９０３で距離ゲート（又はレンジビン）毎にサンプリングされ、サンプリングされたデータを信号処理装置９０４に出力している。信号処理装置９０４では、ＡＤ変換器９０３から入力したデータをプリサム処理し、その結果をＦＦＴ処理している。このＦＦＴ処理の結果であるスペクトルの周波数及び振幅情報から、自車両とターゲットとの距離及び相対速度を求めている。さらに、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、受信回路で複数の距離ゲートにまたがるプリサム処理を行うことが提案されている。特許文献１では、ＡＤ変換器９０３でディジタルデータに変換されたのちの処理を、信号処理装置９０４ですべて行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２５５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、車載用のレーダ装置では、ターゲットの距離及び相対速度だけでなく、その方位の検出も要求されることが多い。ターゲットの方位を検出する方法として、超広帯域レーダではモノパルス処理により角度計測を行う方法が知られている。モノパルス処理では、モノパルスアンテナに付随するハイブリッド回路の出力である和信号、差信号毎に、検出されたターゲットからの反射波の位相と振幅情報が必要となる。
【０００６】
すなわち、ターゲットの方位を計測するためには、ＦＦＴ処理結果である距離ゲートと周波数ゲートをパラメータとする２次元の振幅データを、和信号と差信号のそれぞれに対して作成する必要がある。そして、各距離ゲート及び各周波数ゲートに対して和信号と差信号の振幅比を算出し、これを事前に作成された振幅比と方位との関係を示すテーブルと比較することで方位を求める必要がある。
【０００７】
このように、ターゲットの方位の検出といったより高機能な車載レーダを実現しようとすると、ターゲットの有無の判定処理に伴う演算が膨大で複雑となってしまい、安全システムとして重要なターゲット情報の報知周期が長くなってしまうといった問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、方位を含むターゲット検知データを短い周期で算出できるモノパルスドップラレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のモノパルスドップラレーダ装置の第１の態様は、搬送波を発振させる高周波発振部と、所定の時間間隔でパルストリガ信号を入力すると所定の帯域幅のインパルスを生成する広帯域インパルス生成部と、前記広帯域インパルス生成部から入力した前記インパルスを前記高周波発振部から入力した前記搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成する送信信号生成手段と、前記送信信号生成手段から前記高周波送信パルスを入力して送信パルスとして空間に放射する送信アンテナと、前記送信パルスがターゲットで反射されて戻ってきた反射パルスを所定の間隔だけ離れて受信し、２つの受信信号として出力するモノパルス受信アンテナと、前記モノパルス受信アンテナから前記２つの受信信号を入力して和信号、差信号を生成するハイブリッド回路と、前記送信パルス毎に所定の選択信号に従って前記和信号と前記差信号のいずれか一方を選択して通過させる受信スイッチと、前記受信スイッチから前記和信号または前記差信号のいずれか一方を入力して前記搬送波で直交位相検波し、位相が直交するＩ信号及びＱ信号を出力する直交位相検波部と、前記パルストリガ信号及び距離ゲート設定信号を入力し、前記パルストリガ信号の入力時点を基準として前記距離ゲート設定信号で指定された距離ゲートの遅延時間から決定されるタイミングで距離ゲート信号を出力する距離ゲート設定部と、前記直交位相検波部から前記Ｉ信号及びＱ信号を入力し、前記距離ゲート設定部から前記距離ゲート信号を入力したタイミングで前記Ｉ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換してＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部から前記Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を入力し、それぞれを所定の回数に達するまで積算して積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を出力するプリサムユニットと、前記プリサムユニットから前記和信号及び差信号のそれぞれの前記積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を入力し、前記和信号及び差信号毎に周波数解析を行って前記距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値を算出するＦＦＴ処理ユニットと、前記和信号及び差信号に対して、前記ＦＦＴ処理ユニットから入力した前記距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値から所定の閾値を減算した結果の符号ビットの否定の論理和をとり、該論理和の結果が”１”のときをターゲット有りと判定し、”０”のときをターゲット無しと判定するターゲット判定ユニットとを有する補助演算処理部と、前記ターゲット判定ユニットから前記符号ビットの否定の論理和の結果を入力し、これが”１”となっている前記距離ゲート及び周波数ゲートの前記積算Ｉ信号、積算Ｑ信号から前記ターゲットの方位を算出する方位算出処理ユニットを有する主演算処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、プリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を補助演算処理部で行わせ、前記距離ゲート及び周波数ゲート毎の振幅値から所定の閾値を減算した結果の符号ビットの否定の結果が“１”となっている距離ゲート及び周波数ゲートについてのみ方位を算出することで、主演算処理部と補助演算処理部との通信量を削減し、方位を含むターゲット検知データを短い周期で報知できるモノパルスドップラレーダ装置を提供することができる。また、本発明の第１の態様によれば、和信号及び差信号のそれぞれに対する符号ビットの否定の論理和を取ることで、和信号と差信号の両方の検知範囲でターゲットを検知できる。
【００１１】
本発明のモノパルスドップラレーダ装置の他の態様は、前記主演算処理部は、前記所定の時間間隔で前記広帯域インパルス生成部及び前記距離ゲート設定部に前記パルストリガ信号を出力し、前記受信スイッチに前記選択信号を出力する制御ユニットをさらに備えるとともに、前記距離ゲート設定部及び前記プリサムユニットに前記距離ゲート設定信号を出力することを特徴とする。これにより、主演算処理部で、モノパルスドップラレーダ装置の動作を管理することができる。
【００１２】
本発明のモノパルスドップラレーダ装置の他の態様は、前記方位算出処理ユニットは、前記符号ビットの否定の論理和の結果が”１”となっている前記距離ゲート及び周波数ゲートのうち、接近するターゲットに対応する距離ゲート及び周波数ゲートについてのみ前記ターゲットの方位を算出することを特徴とする。周波数ゲートのうち相対速度が接近する方向のものを優先的に読み出すことで、接近中のターゲットを優先的に検知するとともに、データ転送量を半減して処理時間をさらに短縮することが可能となる。
【００１３】
本発明のモノパルスドップラレーダ装置の他の態様は、前記ＦＦＴ処理ユニットは、１つ置き、あるいはそれ以上の間隔毎に前記距離ゲートを選択して前記周波数ゲート毎の振幅値を算出することを特徴とする。これにより、ターゲット検出をさらに高速に処理することが可能となる。
【００１４】
本発明のモノパルスドップラレーダ装置の他の態様は、前記補助演算処理部は、前記主演算処理部よりも高いタイミング制御精度を有していることを特徴とする。プリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を高いタイミング制御精度による演算が可能な補助演算処理部で行わせることで、時間分解能の高いモノパルスドップラレーダ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を別の演算部で行わせることで、方位の算出量を減らして方位を含むターゲット検知データを短い周期で報知できるモノパルスドップラレーダ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態のモノパルスドップラレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】１つの距離ゲートに対するプリサム処理の一例を示す模式図である。
【図４】本実施形態のプリサムユニットのブロック図である。
【図５】本実施形態のＦＦＴ処理ユニットの概要を説明するためのフローチャートである。
【図６】本実施形態のターゲット判定ユニットの概要を説明するためのフローチャートである。
【図７】本実施形態のターゲット判定ユニットにおけるターゲット判定処理を説明するための模式図である。
【図８】和信号による検知範囲と差信号による検知範囲を模式的に示す説明図である。
【図９】距離ゲートと周波数ゲートの２次元からなるビットマップを説明するための説明図である。
【図１０】本実施形態の方位算出処理ユニットの概要を説明するためのフローチャートである。
【図１１】従来の車載用パルスレーダ装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態におけるモノパルスドップラレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。以下では、本発明のモノパルスドップラレーダ装置を車両に搭載して用いる場合を例に説明する。
【００１８】
本発明の実施の形態に係るモノパルスドップラレーダ装置の構成を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。モノパルスドップラレーダ装置１００は、送信系として、所定の時間間隔でパルストリガ信号を入力すると所定の帯域幅のインパルスを生成する広帯域インパルス生成部１１１と、広帯域インパルス生成部１１１からインパルスを入力するととともに高周波発振部１０１から搬送波を入力し、インパルスを搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成する送信信号生成手段１１２と、送信信号生成手段１１２から高周波送信パルスを入力して空間に放射する送信アンテナ１１３と、を備えている。
【００１９】
また、受信系として、送信アンテナ１１３から放射された送信パルスがターゲットで反射されて戻ってきた反射パルスを所定の間隔だけ離れた位置で受信し、２つの受信信号を出力するモノパルス受信アンテナ１２１と、モノパルス受信アンテナ１２１から２つの受信信号を入力して和信号、差信号を生成するハイブリッド回路１２２と、送信パルスが放射される毎にハイブリッド回路１２２から和信号と差信号を交互に選択して通過させる受信スイッチ１２３と、受信スイッチ１２３を通過して入力した和信号または前記差信号を、送信パルスの搬送波で直交位相検波してＩ信号、Ｑ信号を出力する直交位相検波部１２４と、Ｉ信号、Ｑ信号をサンプリングするタイミングで距離ゲート信号を出力する距離ゲート設定部１２５と、直交位相検波部１２４からＩ信号、Ｑ信号を入力し、これを距離ゲート設定部１２５から距離ゲート信号を入力したタイミングでＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１２６と、を備えている。
【００２０】
モノパルス受信アンテナ１２１は、所定の間隔だけ離れて受信した２つの受信信号を出力する。すなわち、所定の間隔で配置された２つのアンテナで受信した２つの信号を、上記の２つの受信信号として出力する。あるいは、例えば２以上の受信アンテナを垂直方向に１列に配置し、これを所定の間隔で２列配置することもでき、各列の受信信号をそれぞれで合計したものを上記の２つの受信信号としてもよい。
【００２１】
ハイブリッド回路１２２は、モノパルス受信アンテナ１２１から２つの受信信号を入力し、これを加算した和信号（Σ）と、一方の受信信号から他方の受信信号を減算した差信号（Δ）を出力する。直交位相検波部１２４は、受信スイッチ１２３から入力した和信号または差信号を、高周波発振部１０１から入力した搬送波でダウンコンバートし、これを位相が同相のＩ信号と、位相が９０°ずれたＱ信号とに変換して出力する。
【００２２】
距離ゲート設定部１２５は、Ａ／Ｄ変換部１２６でＩ信号、Ｑ信号をサンプリングするタイミングを決定し、そのタイミングでＡ／Ｄ変換部１２６に距離ゲート信号を出力する。距離ゲート信号が出力されるタイミングは、広帯域インパルス生成部１１１が受け取るパルストリガ信号を基準に、サンプリングの対象とする距離ゲートに相当する遅延時間から決定される。Ａ／Ｄ変換部１２６は、距離ゲート設定部１２５から距離ゲート信号を入力すると、そのタイミングで直交位相検波部１２４から入力したＩ信号、Ｑ信号をＡ／Ｄ変換し、これをＩ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値として出力する。
【００２３】
本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置１００では、Ａ／Ｄ変換部１２６からＩ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値を入力してターゲットの距離、相対速度及び方位を算出するディジタル演算処理部として、主演算処理部１３０と補助演算処理部１４０の２つを備える構成としている。主演算処理部１３０は、通常のタイミング制御精度（例えば、1us程度）を有するディジタル演算処理部であり、補助演算処理部１４０は、主演算処理部１３０より高いタイミング制御精度（例えば、0.5ns程度）を有するディジタル演算処理部である。
【００２４】
Ｉ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値の演算処理として、Ｉ信号ディジタル値、Ｑ信号ディジタル値を所定回数に達するまで積算して積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を算出するプリサム処理と、所定個数の積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を用いて周波数解析を行い、これから距離ゲート毎及び周波数ゲート毎に振幅値を算出するＦＦＴ処理と、距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値からターゲットの有無を判定し、ターゲットが検出されるとターゲットまでの距離及びその相対速度を算出するターゲット判定処理と、積算Ｉ信号、積算Ｑ信号からターゲットの方位を算出する方位算出処理とがある。上記のプリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理は、和信号および差信号のそれぞれについて行われる。また、方位算出処理では、和信号と差信号の両方の積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を用いて方位の算出が行われる。
【００２５】
上記演算処理のうち、プリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理は、演算量が膨大であり、ターゲット情報を適正な周期で報知するためにはこれらを高速に行う必要がある。特にこれらの処理は、送信側へのパルストリガ信号の発出に高精度に同期させて、高い時間分解能で処理する必要がある。また、方位算出処理も、距離ゲートと周波数ゲートの組み合わせ毎に和信号と差信号の振幅比を算出し、その結果を事前に作成されたテーブルに参照させて方位を求めるといった時間のかかる処理となる。そこで、本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置１００では、ターゲット判定処理でターゲットが検出された距離ゲートおよび周波数ゲートに対してのみ方位算出処理を行うようにすることで、方位算出処理で行う演算量を大幅に低減している。
【００２６】
上記のように、方位算出処理の演算処理量を大幅に低減することで、この処理を主演算処理部１３０で行えるようにし、高速演算処理が必要なプリサム処理、ＦＦＴ処理、及びターゲット判定処理を補助演算処理部１４０で行わせる構成とすることができる。このような構成とすることで、ターゲット情報を適正な周期で報知することが可能となっている。モノパルスドップラレーダ装置１００では、補助演算処理部１４０にプリサム処理を行うプリサムユニット１４１、ＦＦＴ処理を行うＦＦＴ処理ユニット１４２、及びターゲット判定処理を行うターゲット判定ユニット１４３を設けている。また、主演算処理部１３０には、方位算出処理を行う方位算出処理ユニット１３１を設けている。
【００２７】
主演算処理部１３０は、距離ゲート毎の遅延時間を決定して距離ゲート設定部１２５及び補助演算処理部１４０のプリサムユニット１４１に距離ゲート設定信号を出力している。主演算処理部１３０は、さらに制御ユニット１３２を備えている。制御ユニット１３２は、広帯域インパルス生成部１１１及び距離ゲート設定部１２５にパルストリガ信号を出力する。また、制御ユニット１３２は、受信スイッチ１２３に対し、和信号と差信号のいずれかを選択する選択信号を出力している。
【００２８】
次に、本実施形態のモノパルスドップラレーダ装置１００における動作を、図２を用いてさらに詳細に説明する。図２は、モノパルスドップラレーダ装置１００の動作の流れを示すフローチャートである。モノパルスドップラレーダ装置１００によるターゲットの計測を開始すると、まずステップＳ１において、主演算処理部１３０の制御ユニット１３２で計測処理に必要なパラメータの初期化を行う。パラメータの初期化として、距離ゲートカウンタｎ、パルス送信カウンタｉをそれぞれ１に設定する。次のステップＳ２では、主演算処理部１３０から距離ゲート設定部１２５及び補助演算処理部１４０のプリサムユニット１４１に距離ゲート設定信号を転送して距離ゲートｎを設定する。ステップＳ３では、制御ユニット１３２が受信スイッチ１２３を和信号側に切り替える。
【００２９】
続いて送信アンテナ１１３から送信パルスを放射させるために、ステップＳ４では、送信系の送信処理を行う。すなわち、制御ユニット１３２が所定のタイミングでパルストリガ信号を広帯域インパルス生成部１１１及び距離ゲート設定部１２５に発出する。これにより、広帯域インパルス生成部１１１は直ちに広帯域インパルス信号を送信信号生成手段１１２に出力し、送信信号生成手段１１２は入力した広帯域インパルス信号を高周波発振部１０１から入力した搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成する。生成された高周波送信パルスは、送信信号生成手段１１２から送信アンテナ１１３に出力され、送信アンテナ１１３から空間に放射される。
【００３０】
送信アンテナ１１３から放射された電波は、ターゲットなどで反射されてモノパルス受信アンテナ１２１に受信され、ステップＳ５で受信処理を行う。すなわち、モノパルス受信アンテナ１２１は、２以上のアンテナで構成されており、モノパルス受信アンテナ１２１からハイブリッド回路１２２に２つの受信信号を出力する。ハイブリッド回路１２２は、２つの受信信号から和信号及び差信号を算出して受信スイッチ１２３に出力する。受信スイッチ１２３では、制御ユニット１３２からの制御により和信号側に切り替えられていることから、和信号のみが直交位相検波部１２４に出力される。直交位相検波部１２４では、和信号を高周波発振部１０１から入力した搬送波でダウンコンバートし、広帯域複素ベースバンド信号に変換してＩ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換部１２６に出力する。Ａ／Ｄ変換部１２６では、距離ゲート設定部１２５から距離ゲート信号が出力されるタイミングでＩ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換し、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を補助演算処理部１４０に出力する。
【００３１】
ステップＳ５の受信処理の結果、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値が補助演算処理部１４０に出力されると、補助演算処理部１４０において、ステップＳ６でプリサムユニット１４１がＡ／Ｄ変換部１２６から入力したＩ信号及びＱ信号をそれぞれプリサム処理する。
【００３２】
上記のステップＳ３からステップＳ６では和信号の処理を行ったが、続くステップＳ７からステップＳ１０では、上記と同様にして差信号の処理を行う。まず、ステップＳ７で制御ユニット１３２が受信スイッチ１２３を差信号側に切り替え、続くステップＳ８で送信系の送信処理を行う。すなわち、ステップＳ８ではステップＳ４と同様に、制御ユニット１３２が所定のタイミングでパルストリガ信号を広帯域インパルス生成部１１１及び距離ゲート設定部１２５に発出し、これにより広帯域インパルス生成部１１１が直ちに広帯域インパルス信号を送信信号生成手段１１２に出力し、送信信号生成手段１１２がこれを高周波発振部１０１から入力した搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成し、これを送信アンテナ１１３から空間に放射する。
【００３３】
送信アンテナ１１３から放射された電波が、ターゲットなどで反射されてモノパルス受信アンテナ１２１に受信されると、ステップＳ９でステップＳ５と同様の受信処理を行う。すなわち、モノパルス受信アンテナ１２１からハイブリッド回路１２２に２つの受信信号が出力されると、ハイブリッド回路１２２は、２つの受信信号から和信号及び差信号を算出して受信スイッチ１２３に出力する。受信スイッチ１２３では、制御ユニット１３２からの制御により、ここでは差信号側に切り替えられていることから、差信号のみが直交位相検波部１２４に出力される。直交位相検波部１２４では、差信号を高周波発振部１０１から入力した搬送波でダウンコンバートして広帯域複素ベースバンド信号に変換し、Ｉ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換部１２６に出力する。Ａ／Ｄ変換部１２６では、距離ゲート設定部１２５から距離ゲート信号が出力されるタイミング（ステップＳ５と同じ遅延時間のタイミング）でＩ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換し、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を補助演算処理部１４０に出力する。
【００３４】
ステップＳ９の受信処理の結果、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値が補助演算処理部１４０に出力されると、ステップＳ１０では、補助演算処理部１４０において、プリサムユニット１４１がＡ／Ｄ変換部１２６から入力したＩ信号及びＱ信号をそれぞれプリサム処理する。
【００３５】
ステップＳ２からステップＳ１０までの処理で、和信号及び差信号の両方について、距離ゲートｎに対するサンプリングが実施される。これが終了すると、ステップＳ１１において、パルス送信カウンタｉが所定の回数（図２では２０４８回としている）に達したか否かを制御ユニット１３２で判定する。その結果、目標回数に達していないと判定した場合には、ステップＳ１２において制御ユニット１３２がパルス送信カウンタｉに１を加算し、再びステップＳ３に戻る。以下、ステップＳ１１でパルス送信カウンタｉが所定の回数に達したと判定されるまで、ステップＳ３からステップＳ１０までの処理を繰り返し実施する。一方、ステップＳ１１でパルス送信カウンタｉが所定の回数に達したと判定されると、次にステップＳ１３に進む。
【００３６】
ステップＳ１３では、距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数（図２では３２０としている）に達したか否かを制御ユニット１３２で判定する。その結果、距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達していないと判定された場合には、制御ユニット１３２がステップＳ１４で距離ゲートカウンタｎに１を加算し、ステップＳ１５でパルス送信カウンタｉを１に初期化する。その後、再びステップＳ２に戻る。以下、ステップＳ１３で距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されるまで、ステップＳ２からステップＳ１２までの処理を繰り返し実施する。一方、ステップＳ１３で距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されると、次にステップＳ１６に進む。
【００３７】
ステップＳ１６では、補助演算処理部１４０において、ステップＳ６及びステップＳ１０で行ったプリサム処理の結果を用いてＦＦＴ処理ユニット１４２がＦＦＴ処理を行う。続くステップＳ１７でも、補助演算処理部１４０においてターゲット判定ユニット１４３がＦＦＴ処理結果を用いてターゲットの有無を判定するターゲット判定処理を行う。ターゲット判定ユニット１４３の処理が終了したことが主演算処理部１３０に通知されると、ステップＳ１８において、主演算処理部１３０の方位算出処理ユニット１３１が、補助演算処理部１４０からデータを入力してターゲットが検出された距離ゲート及び周波数ゲートについてのみ方位演算を実施する。
【００３８】
以上の処理により、ターゲットまでの距離、ターゲットの相対速度及び方位が得られ、これらのターゲット情報が上位に伝達されて適宜所定の表示部等から報知される。以下、同様にして観測周期毎にターゲットの検出処理を繰り返し行うことができる。なお、次の検出処理は主演算処理部１３０における方位算出処理ユニット１３１の終了を待つ必要はなく、補助演算処理部１４０からのデータ転送処理が終了すると直ちに開始することができる。
【００３９】
次に、プリサムユニット１４１におけるプリサム処理の概要を、図３、４を用いて説明する。図３は、一例として１つの距離ゲートの和信号に対するプリサム処理を示す模式図であり、図４は、プリサムユニット１４１の動作を説明するためのブロック図である。プリサムユニット１４１では、加算手段１４１ａがＡ／Ｄ変換部１２６からＡ／Ｄ変換されたＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を入力し、これをプリサム処理する。和信号及び差信号のそれぞれに対してＡ／Ｄ変換部１２６からＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を入力するが、この複素ディジタル値のそれぞれ（以下では、単にサンプル値と称する）をｓｉとすると、図３に示すように、サンプル値ｓｉが所定個数ずつ加算されて圧縮され、これをプリサム値Ｐｊとする。
【００４０】
図２のフローチャートでは、パルス送信繰り返し回数ｉの目標回数を２０４８として説明したが、この場合、例えばパルス送信繰り返し回数３２回分のサンプル値をプリサム処理すると、６４点のプリサム値Ｐｊが得られる。図３は、このようなプリサム処理を行ったときのサンプル値ｓｉとプリサム値Ｐｊとの関係を模式的に示している。プリサムユニット１４１は、図４に示すように、内部にメモリ１４１ｂを備えており、ここにプリサム値Ｐｊを保存している。加算手段１４１ａがＡ／Ｄ変換部１２６からＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値（サンプル値ｓｉ）を入力すると、データ読出手段１４１ｃを用いてメモリ１４１ｂに保存されているそれまでの加算結果（それぞれの加算結果をＳＩ、ＳＱとする）を読み出し、これにサンプル値ｓｉを加算して再びメモリ１４１ｂに保存する。そして、加算回数が３２回に達すると、次のサンプル値からはプリサム値Ｐｊ＋１に対する加算を行う。
【００４１】
上記のようにして、１つの距離ゲートの和信号及び差信号のそれぞれに対して、Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を用いてそれぞれ６４点のプリサム値Ｐｊがメモリ１４１ｂに保存される。これにより、メモリ１４１ｂには、６４点×２（Ｉ信号、Ｑ信号）×２（和信号、差信号）×３２０（距離ゲート数）のデータが保存される。
【００４２】
次に、補助演算処理部１４０のＦＦＴ処理ユニット１４２におけるＦＦＴ処理の概要を、図５を用いて説明する。図５は、ＦＦＴ処理の概要を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１６−１において、距離ゲートカウンタｎを１に初期化する。ステップＳ１６−２では、距離ゲートｎに対応する和信号のプリサム値Ｐｊをメモリ１４１ｂから読み込む。和信号のプリサム値Ｐｊとして、Ｉ信号に対するプリサム値６４点とＱ信号に対するプリサム値６４点の１２８点がメモリ１４１ｂから読み込まれる。ステップＳ１６−３では、Ｉ信号及びＱ信号に対するそれぞれ６４点のプリサム値を用いて複素ＦＦＴ演算が行われる。ＦＦＴ演算結果として、和信号のＩ信号に対する周波数ゲート毎の振幅ＡＩとＱ信号に対する周波数ゲート毎の振幅ＡＱがそれぞれ６４点ずつ算出され、所定のメモリに保存される。
【００４３】
ステップＳ１６−２、３で距離ゲートｎの和信号に対するＦＦＴ演算が行われると、続くステップＳ１６−４、５で差信号に対するＦＦＴ処理を行う。すなわち、ステップＳ１６−４で距離ゲートｎに対応する差信号のプリサム値Ｐｊをメモリ１４１ｂから読み込み、ステップＳ１６−５で読み込んだプリサム値を用いて複素ＦＦＴ演算を行う。ＦＦＴ演算結果として、差信号のＩ信号に対する周波数ゲート毎の振幅ＡＩとＱ信号に対する周波数ゲート毎の振幅ＡＱがそれぞれ６４点ずつ算出され、所定のメモリに保存される。
【００４４】
その後、ステップＳ１６−６において距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したか否かを判定し、最大ゲート数に達していないと判定されると、ステップＳ１６−７に進む。ステップＳ１６−７で距離ゲートカウンタｎに１を加算し、その後再びステップＳ１６−２〜５の処理を行う。一方、ステップＳ１６−６において距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されると、ＦＦＴ処理ユニット１４２の処理を終了する。
【００４５】
なお、図５のフローチャートでは、ステップＳ１６−７で距離ゲートカウンタｎに１を加算するとしたが、ターゲットの形状や配置状況等によっては、例えば距離ゲートカウンタｎに２、３等の１より大きい数を加算する、あるいは距離ゲートカウンタｎが偶数または奇数のものだけを選択するように、ステップＳ１６−７の処置を観測の途中で変更可能としてもよい。距離ゲートカウンタｎの更新をこのように変更する一例として、例えばターゲットの形状に拡がりがあるため隣接する距離ゲートが同じターゲットからの反射波をサンプリングしている場合がある。この場合、距離ゲートカウンタｎに１より大きい数を加算してＦＦＴ処理する距離ゲートを間引くことで、高速に処理することが可能となる。
【００４６】
次に、補助演算処理部１４０のターゲット判定ユニット１４３におけるターゲット判定処理の概要を、図６、７を用いて説明する。図６は、ターゲット判定処理の概要を説明するためのフローチャートであり、図７は、ターゲット判定処理を説明するための模式図である。ターゲット判定ユニット１４３は、ＦＦＴ処理ユニット１４２で処理されたＦＦＴ演算結果を用いてターゲットの有無を判定する。まずステップＳ１７−１において、距離ゲートカウンタｎを１に初期化する。ステップＳ１７−２では、距離ゲートｎに対応する和信号のＦＦＴ結果である周波数ゲート６４点の振幅ＡＩ、ＡＱを所定のメモリから読み出し、ステップＳ１７−３で周波数ゲート毎の振幅の絶対値の２乗（以下では単に振幅の絶対値という）ＡＩ２＋ＡＱ２を算出する。次のステップＳ１７−４では、周波数ゲート毎のＡＩ２＋ＡＱ２からターゲット有無判定のための所定の閾値Ｔｈを減算する。
【００４７】
さらに、ステップＳ１７−５では、周波数ゲート毎に算出した（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の最上位ビットを抽出し、その否定を記録する。（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）が正、すなわちＡＩ２＋ＡＱ２が閾値Ｔｈより大きいときは、（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の減算結果の最上位ビットが”０”となる。そこで、その否定”１”を記録しておく。また、（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）が負、すなわちＡＩ２＋ＡＱ２が閾値Ｔｈより小さいときは、（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の減算結果の最上位ビットが”１”となる。そこで、その否定”０”を記録しておく。これにより、距離ゲートｎに対応する和信号においてターゲットが検知された周波数ゲートに”１”のビットが記録され、ターゲットが検知されない周波数ゲートに”０”のビットが記録された６４ビットのビット列からなる判定結果（ＳＴｎとする）が記録される。
【００４８】
ステップＳ１７−２〜５で距離ゲートｎの和信号に対するターゲット判定の処理が行われると、続くステップＳ１７−６〜９で差信号に対するターゲット判定の処理を行う。すなわち、ステップＳ１７−６で距離ゲートｎに対応する差信号の周波数ゲート毎の振幅ＡＩ、ＡＱを所定のメモリから読み出し、ステップＳ１７−７で周波数ゲート毎の振幅の絶対値ＡＩ２＋ＡＱ２を算出する。次のステップＳ１７−８では、周波数ゲート毎のＡＩ２＋ＡＱ２から所定の閾値Ｔｈを減算する。さらに、ステップＳ１７−９では、周波数ゲート毎に算出した（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の最上位ビットを抽出し、その否定を記録する。これにより、距離ゲートｎに対応する差信号による判定結果（ＤＴｎとする）が６４ビットのビット列として記録される。
【００４９】
図７（ａ）は、距離ゲートｎに対応する和信号（上段）及び差信号（下段）のＦＦＴ結果であるＡＩ、ＡＱの一例を模式的に示している。ここでは、２つの周波数ゲートにスペクトルピークが存在していることを示している。この周波数ゲートにおけるＡＩ、ＡＱから周波数ゲート毎の振幅の絶対値ＡＩ２＋ＡＱ２を算出した結果を、図７（ｂ）に模式的に示している。さらに、ＡＩ２＋ＡＱ２から閾値Ｔｈを減算した結果を図７（ｃ）に模式的に示す。図７（ｃ）に示す（ＡＩ２＋ＡＱ２−Ｔｈ）の最上位のビット（符号ビット）だけを抽出したものを、図７（ｄ）に示す。さらに、その否定を求めたものが図７（ｅ）に示すビット列である。上記のＳＴｎ及びＤＴｎは、図７（ｅ）に示すような６４ビットのビット列となっている。
【００５０】
距離ゲートｎの和信号及び差信号に対するターゲット判定の処理が終了すると、ステップＳ１７−１０において、和信号に対する判定結果であるＳＴｎと差信号に対する判定結果であるＤＴｎとの論理和（ＣＴｎとする）を求める。すなわち、
ＣＴｎ＝ＳＴｎ ＯＲ ＤＴｎ
となる。ＣＴｎは、長さ６４ビット長の”１”と”０”とからなる符号列となり、その要素が”１”の周波数ゲートには、距離ゲートｎにおいて閾値Ｔｈ以上の反射波が和信号、差信号のいずれか、あるいはその両方に存在することを示している。
【００５１】
和信号によるターゲットの検知範囲と差信号による検知範囲を、模式的に図８に示す。一般にモノパルス処理においては、和信号による検知範囲と差信号によるターゲットの検知範囲に差があることから、両方の検知範囲でターゲットを検出する方が、検知範囲をより広くすることができる。図８では、所定の間隔で配置された２つの受信アンテナ（モノパルスアンテナ）の出力を加算した和信号で検知できる領域を和信号検知範囲、減算した差信号で検知できる領域を差信号検知範囲として示している。和信号検知範囲は２つの受信アンテナの両方で検知できる範囲、差信号検知範囲は、２つの受信アンテナのいずれか一方で検知できる範囲となる。
【００５２】
ステップＳ１７−１０において、和信号に対する判定結果ＳＴｎと差信号に対する判定結果ＤＴｎとの論理和を求めることにより、和信号検知範囲と差信号検知範囲を合わせた広い検知範囲でターゲットを検知していることになる。なお、ステップＳ１７−１０の論理和の処理を行わず、例えば和信号から求めたビット列ＳＴｎのみを用いるようにすることも可能である。
【００５３】
次に、ステップＳ１７−１１において、距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したか否かを判定し、最大ゲート数に達していないと判定されると、ステップＳ１７−１２に進む。ステップＳ１７−１２で距離ゲートカウンタｎに１を加算し、その後再びステップＳ１７−２〜１０の処理を行う。一方、ステップＳ１７−１１において距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されると、ターゲット判定ユニット１４３の処理を終了する。
【００５４】
ターゲット判定ユニット１４３における判定結果は、距離ゲートと周波数ゲートの２次元からなるビットマップで表すことができる。すなわち、距離ゲートｎに対して算出した６４ビットのビット列からなるＣＴｎを１列とし、これをすべての距離ゲート（３２０点）について配列すると、図９に示すような６４×３２０の２次元のビットマップとなる。同図において、”１”が設定されているところ以外は、”０”が設定されている。
【００５５】
次に、主演算処理部１３０の方位算出処理ユニット１３１における方位算出処理を、図１０を用いて以下に説明する。図１０は、方位算出処理の概要を説明するためのフローチャートである。方位算出処理ユニット１３１は、補助演算処理部１４０における処理の終了を補助演算処理部１４０から通知されると、まず、ステップＳ１８−１において、距離ゲートカウンタｎを１に初期化する。ステップＳ１８−２では、距離ゲートｎに対するターゲット判定ユニット１４３の判定結果ＣＴｎを読み込む。次に、ステップＳ１８−３において、ＣＴｎで”１”が立っている周波数ゲートに対してのみ、補助演算処理部１４０からＦＦＴ結果、すなわち、和信号及び差信号のそれぞれの振幅の絶対値ＡＩ２＋ＡＱ２を読み込む。
【００５６】
ステップＳ１８−４では、方位算出処理として和信号ＡＩ２＋ＡＱ２と差信号ＡＩ２＋ＡＱ２の比を求め、事前に作成したテーブルを参照して方位を求める。その後、ステップＳ１８−５において、距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したか否かを判定し、最大ゲート数に達していないと判定されると、ステップＳ１８−６に進む。ステップＳ１８−６で距離ゲートカウンタｎに１を加算し、その後再びステップＳ１８−２〜４の処理を行う。一方、ステップＳ１８−５において距離ゲートカウンタｎが最大ゲート数に達したと判定されると、方位算出処理ユニット１３１の処理を終了する。
【００５７】
なお、上記ではＣＴｎの６４ビットすべてについて、”１”が立っている周波数ゲートのＦＦＴ結果を補助演算処理部１４０から読み込むようにしたが、周波数ゲートのうち接近するターゲットに対応するものを優先的に読み出すようにすると、接近中のターゲットを優先的に検知することになり、より好ましいモノパルスドップラレーダ装置を提供することができる。また、データ転送量を半減して処理時間をさらに短縮することが可能となる。
【００５８】
演算処理部１３０において、方位算出処理ユニット１３１で算出した方位とともに、距離ゲートｎに対応する距離及び周波数ゲートに対応する相対速度を１つの配列としてメモリに記録しておき、ターゲット検出データとして報知することができる。
【００５９】
補助演算処理部１４０におけるプリサムユニット１４１、ＦＦＴ処理ユニット１４２、及びターゲット判定ユニット１４３の処理は、処理データ量が膨大になることから、メモリバンクを切り替える方式を用いて並列に処理させることによりさらに高速化を図るように構成することも可能である。
【００６０】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るモノパルスドップラレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるモノパルスドップラレーダ装置の細部構成及び詳細な動作などに関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００ モノパルスドップラレーダ装置
１０１ 高周波発振部
１１１ 広帯域インパルス生成部
１１２ 送信信号生成手段
１１３ 送信アンテナ
１２１ モノパルス受信アンテナ
１２２ ハイブリッド回路
１２３ 受信スイッチ
１２４ 直交位相検波部
１２５ 距離ゲート設定部
１２６ Ａ／Ｄ変換部
１３０ 主演算処理部
１３１ 方位算出処理ユニット
１３２ 制御ユニット
１４０ 補助演算処理部
１４１ プリサムユニット
１４２ ＦＦＴ処理ユニット
１４３ ターゲット判定ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波を発振させる高周波発振部と、
所定の時間間隔でパルストリガ信号を入力すると所定の帯域幅のインパルスを生成する広帯域インパルス生成部と、
前記広帯域インパルス生成部から入力した前記インパルスを前記高周波発振部から入力した前記搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成する送信信号生成手段と、
前記送信信号生成手段から前記高周波送信パルスを入力して送信パルスとして空間に放射する送信アンテナと、
前記送信パルスがターゲットで反射されて戻ってきた反射パルスを所定の間隔だけ離れて受信し、２つの受信信号として出力するモノパルス受信アンテナと、
前記モノパルス受信アンテナから前記２つの受信信号を入力して和信号、差信号を生成するハイブリッド回路と、
前記送信パルス毎に所定の選択信号に従って前記和信号と前記差信号のいずれか一方を選択して通過させる受信スイッチと、
前記受信スイッチから前記和信号または前記差信号のいずれか一方を入力して前記搬送波で直交位相検波し、位相が直交するＩ信号及びＱ信号を出力する直交位相検波部と、
前記パルストリガ信号及び距離ゲート設定信号を入力し、前記パルストリガ信号の入力時点を基準として前記距離ゲート設定信号で指定された距離ゲートの遅延時間から決定されるタイミングで距離ゲート信号を出力する距離ゲート設定部と、
前記直交位相検波部から前記Ｉ信号及びＱ信号を入力し、前記距離ゲート設定部から前記距離ゲート信号を入力したタイミングで前記Ｉ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換してＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部から前記Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を入力し、それぞれを所定の回数に達するまで積算して積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を出力するプリサムユニットと、前記プリサムユニットから前記和信号及び差信号のそれぞれの前記積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を入力し、前記和信号及び差信号毎に周波数解析を行って前記距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値を算出するＦＦＴ処理ユニットと、前記和信号及び差信号に対して、前記ＦＦＴ処理ユニットから入力した前記距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値から所定の閾値を減算した結果の符号ビットの否定の論理和をとり、該論理和の結果が”１”のときをターゲット有りと判定し、”０”のときをターゲット無しと判定するターゲット判定ユニットとを有する補助演算処理部と、
前記ターゲット判定ユニットから前記符号ビットの否定の論理和の結果を入力し、これが”１”となっている前記距離ゲート及び周波数ゲートの前記積算Ｉ信号、積算Ｑ信号から前記ターゲットの方位を算出する方位算出処理ユニットを有する主演算処理部と、を備える
ことを特徴とするモノパルスドップラレーダ装置。
【請求項２】
前記主演算処理部は、前記所定の時間間隔で前記広帯域インパルス生成部及び前記距離ゲート設定部に前記パルストリガ信号を出力し、前記受信スイッチに前記選択信号を出力する制御ユニットをさらに備えるとともに、
前記距離ゲート設定部及び前記プリサムユニットに前記距離ゲート設定信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載のモノパルスドップラレーダ装置。
【請求項３】
前記方位算出処理ユニットは、前記符号ビットの否定の論理和の結果が”１”となっている前記距離ゲート及び周波数ゲートのうち、接近するターゲットに対応する距離ゲート及び周波数ゲートについてのみ前記ターゲットの方位を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモノパルスドップラレーダ装置。
【請求項４】
前記ＦＦＴ処理ユニットは、１つ置き、あるいはそれ以上の間隔毎に前記距離ゲートを選択して前記周波数ゲート毎の振幅値を算出する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモノパルスドップラレーダ装置。
【請求項５】
前記補助演算処理部は、前記主演算処理部よりも高いタイミング制御精度を有している
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモノパルスドップラレーダ装置。
【請求項１】
搬送波を発振させる高周波発振部と、
所定の時間間隔でパルストリガ信号を入力すると所定の帯域幅のインパルスを生成する広帯域インパルス生成部と、
前記広帯域インパルス生成部から入力した前記インパルスを前記高周波発振部から入力した前記搬送波でアップコンバートして高周波送信パルスを生成する送信信号生成手段と、
前記送信信号生成手段から前記高周波送信パルスを入力して送信パルスとして空間に放射する送信アンテナと、
前記送信パルスがターゲットで反射されて戻ってきた反射パルスを所定の間隔だけ離れて受信し、２つの受信信号として出力するモノパルス受信アンテナと、
前記モノパルス受信アンテナから前記２つの受信信号を入力して和信号、差信号を生成するハイブリッド回路と、
前記送信パルス毎に所定の選択信号に従って前記和信号と前記差信号のいずれか一方を選択して通過させる受信スイッチと、
前記受信スイッチから前記和信号または前記差信号のいずれか一方を入力して前記搬送波で直交位相検波し、位相が直交するＩ信号及びＱ信号を出力する直交位相検波部と、
前記パルストリガ信号及び距離ゲート設定信号を入力し、前記パルストリガ信号の入力時点を基準として前記距離ゲート設定信号で指定された距離ゲートの遅延時間から決定されるタイミングで距離ゲート信号を出力する距離ゲート設定部と、
前記直交位相検波部から前記Ｉ信号及びＱ信号を入力し、前記距離ゲート設定部から前記距離ゲート信号を入力したタイミングで前記Ｉ信号及びＱ信号をＡ／Ｄ変換してＩ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部から前記Ｉ信号ディジタル値及びＱ信号ディジタル値を入力し、それぞれを所定の回数に達するまで積算して積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を出力するプリサムユニットと、前記プリサムユニットから前記和信号及び差信号のそれぞれの前記積算Ｉ信号、積算Ｑ信号を入力し、前記和信号及び差信号毎に周波数解析を行って前記距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値を算出するＦＦＴ処理ユニットと、前記和信号及び差信号に対して、前記ＦＦＴ処理ユニットから入力した前記距離ゲート毎及び周波数ゲート毎の振幅値から所定の閾値を減算した結果の符号ビットの否定の論理和をとり、該論理和の結果が”１”のときをターゲット有りと判定し、”０”のときをターゲット無しと判定するターゲット判定ユニットとを有する補助演算処理部と、
前記ターゲット判定ユニットから前記符号ビットの否定の論理和の結果を入力し、これが”１”となっている前記距離ゲート及び周波数ゲートの前記積算Ｉ信号、積算Ｑ信号から前記ターゲットの方位を算出する方位算出処理ユニットを有する主演算処理部と、を備える
ことを特徴とするモノパルスドップラレーダ装置。
【請求項２】
前記主演算処理部は、前記所定の時間間隔で前記広帯域インパルス生成部及び前記距離ゲート設定部に前記パルストリガ信号を出力し、前記受信スイッチに前記選択信号を出力する制御ユニットをさらに備えるとともに、
前記距離ゲート設定部及び前記プリサムユニットに前記距離ゲート設定信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載のモノパルスドップラレーダ装置。
【請求項３】
前記方位算出処理ユニットは、前記符号ビットの否定の論理和の結果が”１”となっている前記距離ゲート及び周波数ゲートのうち、接近するターゲットに対応する距離ゲート及び周波数ゲートについてのみ前記ターゲットの方位を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモノパルスドップラレーダ装置。
【請求項４】
前記ＦＦＴ処理ユニットは、１つ置き、あるいはそれ以上の間隔毎に前記距離ゲートを選択して前記周波数ゲート毎の振幅値を算出する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモノパルスドップラレーダ装置。
【請求項５】
前記補助演算処理部は、前記主演算処理部よりも高いタイミング制御精度を有している
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモノパルスドップラレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２３０４７３（Ｐ２０１０−２３０４７３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７８１９４（Ｐ２００９−７８１９４）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
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