レーダ装置
【課題】 自身が動作中に電磁波を送出していることを自己診断可能なレーダ装置を提供すること。
【解決手段】 レーダ装置は、第１の周波数を有する第１の変調信号と、当該第１の変調信号よりも所定時間だけ遅延が与えられかつ当該第１の周波数帯とは異なる第２の周波数を有する第２の変調信号とを含む合波信号を外部に送出する送信用アンテナ１１と、送信用アンテナ１１の近傍に設置され、送信用アンテナ１１から送出された合波信号が通過するレドーム１２とを備える。ここで、レドーム１２の厚みｄは第１の周波数に基づいて選ばれ、レドーム１２は、合波信号に含まれる第１の変調信号の成分を反射し、第２の変調信号の成分を透過する。レーダ装置はさらに、第１の変調信号成分に基づいて、送信用アンテナ１１から高周波信号が送出されているか否かを判断する信号処理系１とを備える。
【解決手段】 レーダ装置は、第１の周波数を有する第１の変調信号と、当該第１の変調信号よりも所定時間だけ遅延が与えられかつ当該第１の周波数帯とは異なる第２の周波数を有する第２の変調信号とを含む合波信号を外部に送出する送信用アンテナ１１と、送信用アンテナ１１の近傍に設置され、送信用アンテナ１１から送出された合波信号が通過するレドーム１２とを備える。ここで、レドーム１２の厚みｄは第１の周波数に基づいて選ばれ、レドーム１２は、合波信号に含まれる第１の変調信号の成分を反射し、第２の変調信号の成分を透過する。レーダ装置はさらに、第１の変調信号成分に基づいて、送信用アンテナ１１から高周波信号が送出されているか否かを判断する信号処理系１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に関し、より特定的には、自身が送出した電磁波の反射波を受信し処理して、周囲の物体に関する情報を取得するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、自身が送出した電磁波の反射波を受信し処理して、周囲の物体に関する情報を取得する。ここで、取得される情報としては、レーダ装置から物体までの距離、レーダ装置からみた物体の相対速度、及びレーダ装置からみた物体の方位が典型的である。
【０００３】
また、以上のようなレーダ装置の中には、自身が正常に動作しているか否かを判断する自己診断機能を備えるもの（以下、従来のレーダ装置と称する）がある。従来のレーダ装置の第１例は、自身の構成する逓倍器に生じるドレイン電圧を検出し、検出された電圧をモニタリングすることによって、自身の故障を検知する（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、第２例は、予め近距離に障害物があるという前提条件の下で、その障害物からの反射波の大きさの変化に基づいて、自身の故障を検知する（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−３４１０３２号公報
【特許文献２】特開平５−２９７１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のようなレーダ装置では、送出された電磁波の反射波が正しく受信されていることを判断することが重要となる。さもなければ、レーダ装置は正しい情報を取得することができない。
【０００６】
しかしながら、上述の第１例では、単に逓倍器のドレイン電圧をモニタリングしているだけであるから、たとえレーダ装置が電磁波を送出していなくとも、例えば他のレーダ装置から送出された電磁波そのもの又はその反射波が受信された場合、レーダ装置が故障していないと判断される可能性がある。従って、第１例では、レーダ装置が電磁波を送出しているか否かを正しく判断できない場合があるという問題点がある。
【０００７】
また、電磁波が正しく送出されているか否かについては、レーダ装置が実際に動作している間にも検出される必要がある。しかしながら、上述の第２例では、近くに障害物があるという前提条件が必要となるので、レーダ装置は、実際の動作中に自己診断を行えないことが多いという問題点がある。特に、レーダ装置が車両に搭載される場合、車両は一般的に周囲の物体を避けながら移動するので、上述の第２例では、車両が走行中にレーダ装置が自己診断を実行することはさらに難しい。
【０００８】
それ故に、本発明の目的は、自身が動作中に電磁波を送出していることを自己診断可能なレーダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、自身が送出した高周波信号の反射波を受信し処理することで、周囲の物体の情報を取得するレーダ装置であって、第１の周波数を有する第１の変調信号と、当該第１の変調信号よりも所定時間だけ遅延が与えられかつ当該第１の周波数帯とは異なる第２の周波数を有する第２の変調信号とを含む合波信号を外部に送出する送信用アンテナと、送信用アンテナの近傍に設置され、送信用アンテナから送出された合波信号が通過するレドームとを備える。ここで、レドームの厚みは第１の周波数に基づいて選ばれ、レドームは、合波信号に含まれる第１の変調信号の成分を反射し、第２の変調信号の成分を透過する。レーダ装置はさらに、第１の変調信号成分に基づいて、送信用アンテナから高周波信号が送出されているか否かを判断する信号処理系とを備える。
【００１０】
また、レーダ装置は好ましくは、信号処理系の判断結果を出力する出力器をさらに備える。
また、好ましくは、レドームの厚みは、第２の変調信号の半波長に選ばれる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、レーダ装置は、互いに異なる第１及び第２の周波数成分を含みかつ第２の周波数成分が第１の周波数成分よりも時間軸上で遅れている合波信号を生成し、送信用アンテナから送出する。ここで、レドームは、第１の周波数成分を有する第１の変調信号を反射する。信号処理系は、このようなレドームにより反射された第１の変調信号成分を使って、レーダ装置が正常に動作していると判断する。このように、上述のような合波信号を送出し、レドームを第１の変調信号を反射可能に構成することで、たとえ自身が動作中であっても、正しく電磁波が送出されていることを自己診断可能なレーダ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置の全体構成を示す模式図である。図１において、レーダ装置は、信号処理系１と、パルス発生器２と、発振器３と、送信側ミキサ４と、分岐器５と、送信側低域通過回路（以下、送信側ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ））６と、高域通過回路（以下、ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）と称する）７と、遅延回路８と、合波器９と、送信側アンプ１０と、送信用アンテナ１１と、レドーム１２と、受信用アンテナ１３と、受信側アンプ１４と、受信側ミキサ１５と、受信側ＬＰＦ１６と、出力器１７とを備える。
【００１３】
信号処理系１は、本レーダ装置の構成各部を制御する。本信号処理系１の典型的な処理としては、パルス発生器２へパルスの出力を命令する。また、信号処理系１は、後述する受信側ＬＰＦ１５の出力信号から、レーダ装置の周囲の物体に関する情報を取得する。取得される情報としては、レーダ装置から物体までの距離、レーダ装置からみた物体の相対速度、及びレーダ装置からみた物体の方位が典型的である。また、信号処理系１は、ＬＰＦ１５の出力信号から、送信用アンテナ１０から電磁波が送出されているか否かを判断する。なお、本実施形態では、送信用アンテナ１０から電磁波が送出されていることを、本レーダ装置が正常であると称し、そうでないことを異常と称する。
【００１４】
パルス発生器２は、信号処理系１からの命令に従って、ベースバンド帯（周波数ｆ１帯）でパルス幅がＴｗのパルス信号を生成して、送信側ミキサ４に出力する。
【００１５】
発振器３は、予め定められた周波数ｆ２の搬送波を生成し、送信側ミキサ４に出力する。ここで、ｆ２は、ｆ１よりも大きい。
【００１６】
送信側ミキサ４は、入力された搬送波とパルス信号とを周波数混合して変調信号を生成し、生成した変調信号を分岐器５に出力する。ここで、変調信号は、｜ｆ２＋ｆ１｜周辺の周波数帯と、｜ｆ２−ｆ１｜周辺の周波数帯とを占有する。
【００１７】
分岐器５は、入力された変調信号を少なくとも２分岐して、第１の変調信号を送信側ＬＰＦ６に出力し、第２の変調信号をＨＰＦ７に出力する。
【００１８】
送信側ＬＰＦ６は、入力された第１の変調信号のうち、｜ｆ２−ｆ１｜周辺の低周波成分だけを通過させ、それによって得られる低周波信号を合波器９に出力する。
【００１９】
ＨＰＦ７は、入力された第２の変調信号のうち、｜ｆ２＋ｆ１｜周辺の高周波成分だけ通過させ、それによって得られる高周波信号を遅延回路８に出力する。
【００２０】
遅延回路８は、入力高周波信号の位相を時間Δｔだけ遅らせて、合波器９に出力する。ここでΔｔは、少なくともパルス幅Ｔｗに相当する時間であるが、これに限らず、パルス幅Ｔｗを超える時間であっても構わない。
【００２１】
合波器９は、送信側ＬＰＦ６から出力された低周波信号と、遅延回路８から出力された高周波信号とを合波し、その結果得られる合波信号を送信側アンプ１０に出力する。ここで、合波信号において、高周波信号の成分は、低周波信号の成分に対して少なくとも時間Δｔだけ実質的に遅れて時間軸上に現れる。
【００２２】
以上のような合波信号、つまり電磁波は、送信側アンプ１０により増幅された後、送信用アンテナ１１から送出される。
【００２３】
レドーム１２は、少なくとも送信用アンテナ１１を外部環境から保護するために覆う誘電体のハウジングであり、図２に示すように送信用アンテナ１１の放射面から所定距離だけ離れた位置に、その放射面と対向するように設置される。なお、レドーム１２は、受信用アンテナ１３を覆っていても良い。この場合、レドーム１２はさらに、図２に示すように、受信用アンテナ１３の受信面と対向するよう設置される。
【００２４】
以上のようなレドーム１２の厚みｄは、上述の低周波信号よりも上述の高周波信号（周波数｜ｆ２＋ｆ１｜）に対し透過特性が最適になるように、高周波信号の波長の１／２に選ばれることが好ましい。この場合、図２に示すように、送信用アンテナ１１から送出された合波信号のうち、｜ｆ２＋ｆ１｜帯の高周波成分のほぼ全てがレドーム１２を透過し、｜ｆ２−ｆ１｜帯の低周波成分は部分的にレドーム１２で反射する。
【００２５】
次に、図３を参照して、以上のようなレドーム１２の具体的な構成の一例について説明する。図３において、送信用アンテナ１１から送出された合波信号の電界（以下、初期電界と称する）をＥ０と仮定する。また、レドーム１２の比誘電体εを２、レドーム１２の透磁率μを４π×１０-7、導電率φを１×１０-20 と仮定する。以上のような仮定下において、レドーム１２を通過した後の合波信号の電界Ｅは、合波信号の周波数をｆとした場合、次式（１）で表される。
【００２６】
Ｅ＝Ｅ０×ｅ［−ｄ√｛１／π・ｆ・μ・φ｝］ …（１）
今、ｆ１を１ＧＨｚと、ｆ２＝２４ＧＨｚと仮定すると、｜ｆ２＋ｆ１｜は２５ＧＨｚであるから、高周波成分の空気中の波長λは、光速をｃとすると、λ＝ｃ／（｜ｆ２＋ｆ１｜）となり、高周波成分のレドーム１２（誘電体）内の波長λｇは、λｇ＝λ／√ε≒０．００８５ｍとなる。従って、レドーム１２の厚さｄは、概ね０．００４ｍとなる。なお、誘電体の厚さを通過させるべき電磁波の半波長にすることで、この電磁波をほとんど減衰させずに誘電体が通過させることは、半波長板としてよく知られている（例えば、電子情報通信学会 レーダ技術 Ｐ．１４２ ４．７．１項を参照）。
【００２７】
このようなレドーム１２を通過した高周波成分の電界をＥ１とし、さらにレドーム１２で反射することなくレドーム１２を通過した低周波成分の電界をＥ２と仮定する。さらに、レドーム１２で反射した低周波成分の電界をＥ２’と仮定する。
【００２８】
以上の仮定下では、Ｅ１＝Ｅ０×ｅ［−ｄ√｛１／π・｜ｆ２＋ｆ１｜・μ・φ｝］＝Ｅ０となり、高周波成分はレドーム１２においてほぼ減衰することなく通過する。
【００２９】
次に、Ｅ２は、上式（１）おいてＥ＝Ｅ２／Ｅ１とでき、同式（１）中のＥ０、ｄ、μ及びφは共通であることから、最終的に高周波成分及び低周波成分の周波数の比率、すなわちＥ２／Ｅ１＝｜ｆ１−ｆ２｜／｜ｆ１＋ｆ２｜＝２３／２５＝０．９２％だけ、低周波成分はレドーム１２を通過する。また、低周波成分の残りの８％は、レドーム１２における反射することになる。以下、このような反射波を第１の反射波と称し、第１の反射波は受信用アンテナ１３により受信される。
【００３０】
また、レーダ装置の検知エリアに物体が存在する場合、レドーム１２を通過した合波信号は、その物体に当たって反射する。このようにして生成される反射波（以下、第２の反射波と称する）は、受信用アンテナ１３により受信される。
【００３１】
以上のことから、受信用アンテナ１３の受信信号において、第２の反射波の成分は、第１の反射波の成分に対して時間Δｔ以上遅れて時間軸上に現れる。また、以上のような受信信号は、受信側アンプ１４により増幅された後、受信側ミキサ１５に入力される。
【００３２】
受信側ミキサ１５は、受信側アンプ１４の出力信号と、発振器３からの搬送波とを周波数混合して中間信号を生成し、生成した中間信号を受信側ＬＰＦ１６に出力する。
【００３３】
また、受信側ＬＰＦ１６は、入力された中間信号のうち、ｆ１以下の周波数成分だけ通過させ、それによって得られるベースバンド信号を信号処理系１に出力する。ここで、ベースバンド信号には、まず、第１の反射波をベースとするｆ１帯の周波数成分が時間軸上に現れ、それよりも時間Δｔ以上遅れて第２の反射波をベースとするｆ１帯の周波数成分が現れる。
【００３４】
信号処理系１は、自身がパルス発生器２に命令してから、Ｔｗ＋αの時間内に、ベースバンド信号の振幅値が予め定められた基準値以上になれば、レーダ装置が正常に動作していると判断する。つまり、信号処理系１は、Ｔｗ＋αの時間内に、第１の反射波をベースとするｆ１帯の周波数成分を検出できれば、レーダ装置１が正常に動作していると判断する。また、そうでなければ、信号処理系１は、レーダ装置が正常に動作していないと判断する。
【００３５】
また、レーダ装置が正常に動作していると判断した後、信号処理系１は、ベースバンド信号における第２の反射波の成分から、周知のようにして、周囲の物体に関する情報を取得する。
【００３６】
出力器１７は主として、信号処理系１で取得された物体に関する情報を表示する。また、出力器１７は特徴的には、本レーダ装置が正常か異常かを、信号処理系１の判断に従って表示する。
【００３７】
次に、図４のフローチャートを参照して、図１に示すレーダ装置の動作を説明する。図４において、信号処理系１は、パルス発生器２に対してパルスを送出するよう命令する。さらに、信号処理系１は、時間カウントを行うタイマを初期値に設定した後、タイマを能動化する（ステップＳＴ１）。
【００３８】
信号処理系１からの命令に応答して、パルス発生器２は、前述のように、パルス幅Ｔｗのパルス信号を生成する。また、発振器３は搬送波を生成する。送信側ミキサ４は、入力された搬送波とパルス信号とから変調信号を生成する。このような変調信号のうち低周波成分は送信側ＬＰＦ６により選択された後、合波器９に出力される。また、高周波信号は、ＨＰＦ７により選択された後、時間Δｔの遅延が与えられた後、合波器９に出力される。合波器９は、これら２成分からなる合波信号を生成する。このような合波信号は、送信側アンプ１０により増幅された後、送信用アンテナ１１から送出される。このようにして送出された合波信号のうち、高周波成分はレドーム１２をほぼ全透過して外界に送出される。このように外界に送出された合波信号は、レーダ装置の検知エリアに物体が存在する場合、それに当たって反射して、第２の反射波として受信用アンテナ１３により受信される。また、合波信号のうち、低周波成分はレドーム１２において部分反射して、第１の反射波として受信用アンテナ１３により受信される。
【００３９】
このような受信側アンテナ１３の受信信号は、受信側アンプ１４により増幅された後、受信側ミキサ１５に入力される。受信側ミキサ１５は、入力信号から中間信号を生成し、ＬＰＦ１６は、ｆ１以下の周波数を選択し、これによって、ベースバンド信号が生成される。
【００４０】
信号処理系１は、タイマを能動化した後、時間Ｔｗ＋αの間、第１の反射波の成分が到着することを待機する。ここで、Ｔｗ＋αは、パルス発生器２に命令を発生してから、第１の反射波の成分が信号処理系１に到着していることが保証される時間である。このようなＴｗ＋Δαは、パルス発生器２、送信用アンテナ８、コイル１０、信号生成回路１１、ＬＰＦ１６及び信号処理系１で構成される伝搬経路の長さに基づいて定められる。
【００４１】
信号処理系１は、タイマの能動化後時間Ｔｗ＋αが経過するまでに、予め定められた値以上の電圧を検出した場合（ステップＳＴ２でＹｅｓ）、第１の反射波の成分が到着したとみなして、レーダ装置が現在正常に動作していると判断する（ステップＳＴ３）。この場合、出力器１７は、レーダ装置が現在正常に動作していることを出力する。また、信号処理系１は、このような判断の後、ベースバンド信号に含まれる第２の反射波の成分を使って、レーダ装置の周囲の物体に関する情報を取得する。
【００４２】
逆に、ステップＳＴ２でＮｏと判断した場合、レーダ装置が現在正常に動作していないと判断する（ステップＳＴ４）。この場合、出力器１７は、レーダ装置が現在正常に動作していないことを表示する。また、信号処理系１は、このような判断の後、好ましくは、動作を終了する。
【００４３】
以上説明したように、レーダ装置は、互いに異なる複数の周波数成分（本実施形態では、｜ｆ２＋ｆ１｜及び｜ｆ２−ｆ１｜の周波数成分）を含む合波信号を生成し、送信用アンテナ１１から送出する。ここで、レドーム１２は、いずれか１つの周波数成分（上述の実施形態では｜ｆ２−ｆ１｜の周波数成分）の一部分を反射するように選ばれた厚さｄを有する。信号処理系１は、パルス発生器２がパルスを発生し始めた後、時間Ｔｗ＋αが経過するまでに、レドーム１２で反射された信号成分が到着すれば、レーダ装置が正常に動作していると判断する。このように、上述のような合波信号を送出し、レドーム１２を適切な厚さｄに設定することで、たとえ自身が動作中であっても、正しく電磁波が送出されていることを自己診断可能なレーダ装置を提供することが可能となる。
【００４４】
また、レドーム１２の厚みｄを調整することにより、付加的な技術的効果として、外観を損ねることなく、レーダ装置は自己診断を行うことが可能となる。
【００４５】
なお、以上の説明では、レーダ装置は、１個の受信側ＬＰＦ１６を備えるとして説明した。しかし、これに限らず、レーダ装置は、１個の受信側ＬＰＦ及び１個の帯域通過回路を受信側ミキサ１５及び信号処理系１の間に備えていても構わない。ただし、受信側ＬＰＦは、物体の情報取得用に用いられ、ｆ１以下の周波数を通過させる。また、帯域通過回路は、レーダ装置の自己診断用に用いられ、｜２×ｆ２−ｆ１｜周辺の周波数を通過させる。
【００４６】
また、以上の説明では、ステップＳＴ２において、信号処理系１は、予め定められた値以上の電圧を検出したか否かを判断していた。しかし、これに限らず、信号処理系１は、｜ｆ１｜周辺の周波数成分を時間Ｔｗ＋αの間に検出したか否かに基づいて、レーダ装置が正常に動作しているか否かを判断しても構わない。また、上述のように、１個の受信側ＬＰＦ及び１個の帯域通過回路を受信側ミキサ１５及び信号処理系１の間に備えていて居る場合、信号処理系１は、｜２×ｆ２−ｆ１｜周辺の周波数成分を時間Ｔｗ＋αの間に検出したか否かに基づいて、レーダ装置が正常に動作しているか否かを判断しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係るレーダ装置は、自身が動作中に電磁波を送出していることを自己診断可能な車載用途等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーダ装置の全体構成を示す模式図
【図２】図１に示すレドーム１２の配置例を示す模式図
【図３】図１に示すレドーム１２を通過する合波信号を説明するための模式図
【図４】図１に示す信号処理系１の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００４９】
１ 信号処理系
２ パルス発生器
３ 発振器
４ 送信側ミキサ
５ 分岐器
６ 送信側低域通過回路
７ 高域通過回路
８ 遅延回路
９ 合波器
１０ 送信側アンプ
１１ 送信用アンテナ
１２ レドーム
１３ 受信用アンテナ
１４ 受信用アンプ
１５ 受信用ミキサ
１６ 受信側低域通過回路
１７ 出力器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に関し、より特定的には、自身が送出した電磁波の反射波を受信し処理して、周囲の物体に関する情報を取得するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、自身が送出した電磁波の反射波を受信し処理して、周囲の物体に関する情報を取得する。ここで、取得される情報としては、レーダ装置から物体までの距離、レーダ装置からみた物体の相対速度、及びレーダ装置からみた物体の方位が典型的である。
【０００３】
また、以上のようなレーダ装置の中には、自身が正常に動作しているか否かを判断する自己診断機能を備えるもの（以下、従来のレーダ装置と称する）がある。従来のレーダ装置の第１例は、自身の構成する逓倍器に生じるドレイン電圧を検出し、検出された電圧をモニタリングすることによって、自身の故障を検知する（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、第２例は、予め近距離に障害物があるという前提条件の下で、その障害物からの反射波の大きさの変化に基づいて、自身の故障を検知する（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−３４１０３２号公報
【特許文献２】特開平５−２９７１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のようなレーダ装置では、送出された電磁波の反射波が正しく受信されていることを判断することが重要となる。さもなければ、レーダ装置は正しい情報を取得することができない。
【０００６】
しかしながら、上述の第１例では、単に逓倍器のドレイン電圧をモニタリングしているだけであるから、たとえレーダ装置が電磁波を送出していなくとも、例えば他のレーダ装置から送出された電磁波そのもの又はその反射波が受信された場合、レーダ装置が故障していないと判断される可能性がある。従って、第１例では、レーダ装置が電磁波を送出しているか否かを正しく判断できない場合があるという問題点がある。
【０００７】
また、電磁波が正しく送出されているか否かについては、レーダ装置が実際に動作している間にも検出される必要がある。しかしながら、上述の第２例では、近くに障害物があるという前提条件が必要となるので、レーダ装置は、実際の動作中に自己診断を行えないことが多いという問題点がある。特に、レーダ装置が車両に搭載される場合、車両は一般的に周囲の物体を避けながら移動するので、上述の第２例では、車両が走行中にレーダ装置が自己診断を実行することはさらに難しい。
【０００８】
それ故に、本発明の目的は、自身が動作中に電磁波を送出していることを自己診断可能なレーダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、自身が送出した高周波信号の反射波を受信し処理することで、周囲の物体の情報を取得するレーダ装置であって、第１の周波数を有する第１の変調信号と、当該第１の変調信号よりも所定時間だけ遅延が与えられかつ当該第１の周波数帯とは異なる第２の周波数を有する第２の変調信号とを含む合波信号を外部に送出する送信用アンテナと、送信用アンテナの近傍に設置され、送信用アンテナから送出された合波信号が通過するレドームとを備える。ここで、レドームの厚みは第１の周波数に基づいて選ばれ、レドームは、合波信号に含まれる第１の変調信号の成分を反射し、第２の変調信号の成分を透過する。レーダ装置はさらに、第１の変調信号成分に基づいて、送信用アンテナから高周波信号が送出されているか否かを判断する信号処理系とを備える。
【００１０】
また、レーダ装置は好ましくは、信号処理系の判断結果を出力する出力器をさらに備える。
また、好ましくは、レドームの厚みは、第２の変調信号の半波長に選ばれる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、レーダ装置は、互いに異なる第１及び第２の周波数成分を含みかつ第２の周波数成分が第１の周波数成分よりも時間軸上で遅れている合波信号を生成し、送信用アンテナから送出する。ここで、レドームは、第１の周波数成分を有する第１の変調信号を反射する。信号処理系は、このようなレドームにより反射された第１の変調信号成分を使って、レーダ装置が正常に動作していると判断する。このように、上述のような合波信号を送出し、レドームを第１の変調信号を反射可能に構成することで、たとえ自身が動作中であっても、正しく電磁波が送出されていることを自己診断可能なレーダ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置の全体構成を示す模式図である。図１において、レーダ装置は、信号処理系１と、パルス発生器２と、発振器３と、送信側ミキサ４と、分岐器５と、送信側低域通過回路（以下、送信側ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ））６と、高域通過回路（以下、ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）と称する）７と、遅延回路８と、合波器９と、送信側アンプ１０と、送信用アンテナ１１と、レドーム１２と、受信用アンテナ１３と、受信側アンプ１４と、受信側ミキサ１５と、受信側ＬＰＦ１６と、出力器１７とを備える。
【００１３】
信号処理系１は、本レーダ装置の構成各部を制御する。本信号処理系１の典型的な処理としては、パルス発生器２へパルスの出力を命令する。また、信号処理系１は、後述する受信側ＬＰＦ１５の出力信号から、レーダ装置の周囲の物体に関する情報を取得する。取得される情報としては、レーダ装置から物体までの距離、レーダ装置からみた物体の相対速度、及びレーダ装置からみた物体の方位が典型的である。また、信号処理系１は、ＬＰＦ１５の出力信号から、送信用アンテナ１０から電磁波が送出されているか否かを判断する。なお、本実施形態では、送信用アンテナ１０から電磁波が送出されていることを、本レーダ装置が正常であると称し、そうでないことを異常と称する。
【００１４】
パルス発生器２は、信号処理系１からの命令に従って、ベースバンド帯（周波数ｆ１帯）でパルス幅がＴｗのパルス信号を生成して、送信側ミキサ４に出力する。
【００１５】
発振器３は、予め定められた周波数ｆ２の搬送波を生成し、送信側ミキサ４に出力する。ここで、ｆ２は、ｆ１よりも大きい。
【００１６】
送信側ミキサ４は、入力された搬送波とパルス信号とを周波数混合して変調信号を生成し、生成した変調信号を分岐器５に出力する。ここで、変調信号は、｜ｆ２＋ｆ１｜周辺の周波数帯と、｜ｆ２−ｆ１｜周辺の周波数帯とを占有する。
【００１７】
分岐器５は、入力された変調信号を少なくとも２分岐して、第１の変調信号を送信側ＬＰＦ６に出力し、第２の変調信号をＨＰＦ７に出力する。
【００１８】
送信側ＬＰＦ６は、入力された第１の変調信号のうち、｜ｆ２−ｆ１｜周辺の低周波成分だけを通過させ、それによって得られる低周波信号を合波器９に出力する。
【００１９】
ＨＰＦ７は、入力された第２の変調信号のうち、｜ｆ２＋ｆ１｜周辺の高周波成分だけ通過させ、それによって得られる高周波信号を遅延回路８に出力する。
【００２０】
遅延回路８は、入力高周波信号の位相を時間Δｔだけ遅らせて、合波器９に出力する。ここでΔｔは、少なくともパルス幅Ｔｗに相当する時間であるが、これに限らず、パルス幅Ｔｗを超える時間であっても構わない。
【００２１】
合波器９は、送信側ＬＰＦ６から出力された低周波信号と、遅延回路８から出力された高周波信号とを合波し、その結果得られる合波信号を送信側アンプ１０に出力する。ここで、合波信号において、高周波信号の成分は、低周波信号の成分に対して少なくとも時間Δｔだけ実質的に遅れて時間軸上に現れる。
【００２２】
以上のような合波信号、つまり電磁波は、送信側アンプ１０により増幅された後、送信用アンテナ１１から送出される。
【００２３】
レドーム１２は、少なくとも送信用アンテナ１１を外部環境から保護するために覆う誘電体のハウジングであり、図２に示すように送信用アンテナ１１の放射面から所定距離だけ離れた位置に、その放射面と対向するように設置される。なお、レドーム１２は、受信用アンテナ１３を覆っていても良い。この場合、レドーム１２はさらに、図２に示すように、受信用アンテナ１３の受信面と対向するよう設置される。
【００２４】
以上のようなレドーム１２の厚みｄは、上述の低周波信号よりも上述の高周波信号（周波数｜ｆ２＋ｆ１｜）に対し透過特性が最適になるように、高周波信号の波長の１／２に選ばれることが好ましい。この場合、図２に示すように、送信用アンテナ１１から送出された合波信号のうち、｜ｆ２＋ｆ１｜帯の高周波成分のほぼ全てがレドーム１２を透過し、｜ｆ２−ｆ１｜帯の低周波成分は部分的にレドーム１２で反射する。
【００２５】
次に、図３を参照して、以上のようなレドーム１２の具体的な構成の一例について説明する。図３において、送信用アンテナ１１から送出された合波信号の電界（以下、初期電界と称する）をＥ０と仮定する。また、レドーム１２の比誘電体εを２、レドーム１２の透磁率μを４π×１０-7、導電率φを１×１０-20 と仮定する。以上のような仮定下において、レドーム１２を通過した後の合波信号の電界Ｅは、合波信号の周波数をｆとした場合、次式（１）で表される。
【００２６】
Ｅ＝Ｅ０×ｅ［−ｄ√｛１／π・ｆ・μ・φ｝］ …（１）
今、ｆ１を１ＧＨｚと、ｆ２＝２４ＧＨｚと仮定すると、｜ｆ２＋ｆ１｜は２５ＧＨｚであるから、高周波成分の空気中の波長λは、光速をｃとすると、λ＝ｃ／（｜ｆ２＋ｆ１｜）となり、高周波成分のレドーム１２（誘電体）内の波長λｇは、λｇ＝λ／√ε≒０．００８５ｍとなる。従って、レドーム１２の厚さｄは、概ね０．００４ｍとなる。なお、誘電体の厚さを通過させるべき電磁波の半波長にすることで、この電磁波をほとんど減衰させずに誘電体が通過させることは、半波長板としてよく知られている（例えば、電子情報通信学会 レーダ技術 Ｐ．１４２ ４．７．１項を参照）。
【００２７】
このようなレドーム１２を通過した高周波成分の電界をＥ１とし、さらにレドーム１２で反射することなくレドーム１２を通過した低周波成分の電界をＥ２と仮定する。さらに、レドーム１２で反射した低周波成分の電界をＥ２’と仮定する。
【００２８】
以上の仮定下では、Ｅ１＝Ｅ０×ｅ［−ｄ√｛１／π・｜ｆ２＋ｆ１｜・μ・φ｝］＝Ｅ０となり、高周波成分はレドーム１２においてほぼ減衰することなく通過する。
【００２９】
次に、Ｅ２は、上式（１）おいてＥ＝Ｅ２／Ｅ１とでき、同式（１）中のＥ０、ｄ、μ及びφは共通であることから、最終的に高周波成分及び低周波成分の周波数の比率、すなわちＥ２／Ｅ１＝｜ｆ１−ｆ２｜／｜ｆ１＋ｆ２｜＝２３／２５＝０．９２％だけ、低周波成分はレドーム１２を通過する。また、低周波成分の残りの８％は、レドーム１２における反射することになる。以下、このような反射波を第１の反射波と称し、第１の反射波は受信用アンテナ１３により受信される。
【００３０】
また、レーダ装置の検知エリアに物体が存在する場合、レドーム１２を通過した合波信号は、その物体に当たって反射する。このようにして生成される反射波（以下、第２の反射波と称する）は、受信用アンテナ１３により受信される。
【００３１】
以上のことから、受信用アンテナ１３の受信信号において、第２の反射波の成分は、第１の反射波の成分に対して時間Δｔ以上遅れて時間軸上に現れる。また、以上のような受信信号は、受信側アンプ１４により増幅された後、受信側ミキサ１５に入力される。
【００３２】
受信側ミキサ１５は、受信側アンプ１４の出力信号と、発振器３からの搬送波とを周波数混合して中間信号を生成し、生成した中間信号を受信側ＬＰＦ１６に出力する。
【００３３】
また、受信側ＬＰＦ１６は、入力された中間信号のうち、ｆ１以下の周波数成分だけ通過させ、それによって得られるベースバンド信号を信号処理系１に出力する。ここで、ベースバンド信号には、まず、第１の反射波をベースとするｆ１帯の周波数成分が時間軸上に現れ、それよりも時間Δｔ以上遅れて第２の反射波をベースとするｆ１帯の周波数成分が現れる。
【００３４】
信号処理系１は、自身がパルス発生器２に命令してから、Ｔｗ＋αの時間内に、ベースバンド信号の振幅値が予め定められた基準値以上になれば、レーダ装置が正常に動作していると判断する。つまり、信号処理系１は、Ｔｗ＋αの時間内に、第１の反射波をベースとするｆ１帯の周波数成分を検出できれば、レーダ装置１が正常に動作していると判断する。また、そうでなければ、信号処理系１は、レーダ装置が正常に動作していないと判断する。
【００３５】
また、レーダ装置が正常に動作していると判断した後、信号処理系１は、ベースバンド信号における第２の反射波の成分から、周知のようにして、周囲の物体に関する情報を取得する。
【００３６】
出力器１７は主として、信号処理系１で取得された物体に関する情報を表示する。また、出力器１７は特徴的には、本レーダ装置が正常か異常かを、信号処理系１の判断に従って表示する。
【００３７】
次に、図４のフローチャートを参照して、図１に示すレーダ装置の動作を説明する。図４において、信号処理系１は、パルス発生器２に対してパルスを送出するよう命令する。さらに、信号処理系１は、時間カウントを行うタイマを初期値に設定した後、タイマを能動化する（ステップＳＴ１）。
【００３８】
信号処理系１からの命令に応答して、パルス発生器２は、前述のように、パルス幅Ｔｗのパルス信号を生成する。また、発振器３は搬送波を生成する。送信側ミキサ４は、入力された搬送波とパルス信号とから変調信号を生成する。このような変調信号のうち低周波成分は送信側ＬＰＦ６により選択された後、合波器９に出力される。また、高周波信号は、ＨＰＦ７により選択された後、時間Δｔの遅延が与えられた後、合波器９に出力される。合波器９は、これら２成分からなる合波信号を生成する。このような合波信号は、送信側アンプ１０により増幅された後、送信用アンテナ１１から送出される。このようにして送出された合波信号のうち、高周波成分はレドーム１２をほぼ全透過して外界に送出される。このように外界に送出された合波信号は、レーダ装置の検知エリアに物体が存在する場合、それに当たって反射して、第２の反射波として受信用アンテナ１３により受信される。また、合波信号のうち、低周波成分はレドーム１２において部分反射して、第１の反射波として受信用アンテナ１３により受信される。
【００３９】
このような受信側アンテナ１３の受信信号は、受信側アンプ１４により増幅された後、受信側ミキサ１５に入力される。受信側ミキサ１５は、入力信号から中間信号を生成し、ＬＰＦ１６は、ｆ１以下の周波数を選択し、これによって、ベースバンド信号が生成される。
【００４０】
信号処理系１は、タイマを能動化した後、時間Ｔｗ＋αの間、第１の反射波の成分が到着することを待機する。ここで、Ｔｗ＋αは、パルス発生器２に命令を発生してから、第１の反射波の成分が信号処理系１に到着していることが保証される時間である。このようなＴｗ＋Δαは、パルス発生器２、送信用アンテナ８、コイル１０、信号生成回路１１、ＬＰＦ１６及び信号処理系１で構成される伝搬経路の長さに基づいて定められる。
【００４１】
信号処理系１は、タイマの能動化後時間Ｔｗ＋αが経過するまでに、予め定められた値以上の電圧を検出した場合（ステップＳＴ２でＹｅｓ）、第１の反射波の成分が到着したとみなして、レーダ装置が現在正常に動作していると判断する（ステップＳＴ３）。この場合、出力器１７は、レーダ装置が現在正常に動作していることを出力する。また、信号処理系１は、このような判断の後、ベースバンド信号に含まれる第２の反射波の成分を使って、レーダ装置の周囲の物体に関する情報を取得する。
【００４２】
逆に、ステップＳＴ２でＮｏと判断した場合、レーダ装置が現在正常に動作していないと判断する（ステップＳＴ４）。この場合、出力器１７は、レーダ装置が現在正常に動作していないことを表示する。また、信号処理系１は、このような判断の後、好ましくは、動作を終了する。
【００４３】
以上説明したように、レーダ装置は、互いに異なる複数の周波数成分（本実施形態では、｜ｆ２＋ｆ１｜及び｜ｆ２−ｆ１｜の周波数成分）を含む合波信号を生成し、送信用アンテナ１１から送出する。ここで、レドーム１２は、いずれか１つの周波数成分（上述の実施形態では｜ｆ２−ｆ１｜の周波数成分）の一部分を反射するように選ばれた厚さｄを有する。信号処理系１は、パルス発生器２がパルスを発生し始めた後、時間Ｔｗ＋αが経過するまでに、レドーム１２で反射された信号成分が到着すれば、レーダ装置が正常に動作していると判断する。このように、上述のような合波信号を送出し、レドーム１２を適切な厚さｄに設定することで、たとえ自身が動作中であっても、正しく電磁波が送出されていることを自己診断可能なレーダ装置を提供することが可能となる。
【００４４】
また、レドーム１２の厚みｄを調整することにより、付加的な技術的効果として、外観を損ねることなく、レーダ装置は自己診断を行うことが可能となる。
【００４５】
なお、以上の説明では、レーダ装置は、１個の受信側ＬＰＦ１６を備えるとして説明した。しかし、これに限らず、レーダ装置は、１個の受信側ＬＰＦ及び１個の帯域通過回路を受信側ミキサ１５及び信号処理系１の間に備えていても構わない。ただし、受信側ＬＰＦは、物体の情報取得用に用いられ、ｆ１以下の周波数を通過させる。また、帯域通過回路は、レーダ装置の自己診断用に用いられ、｜２×ｆ２−ｆ１｜周辺の周波数を通過させる。
【００４６】
また、以上の説明では、ステップＳＴ２において、信号処理系１は、予め定められた値以上の電圧を検出したか否かを判断していた。しかし、これに限らず、信号処理系１は、｜ｆ１｜周辺の周波数成分を時間Ｔｗ＋αの間に検出したか否かに基づいて、レーダ装置が正常に動作しているか否かを判断しても構わない。また、上述のように、１個の受信側ＬＰＦ及び１個の帯域通過回路を受信側ミキサ１５及び信号処理系１の間に備えていて居る場合、信号処理系１は、｜２×ｆ２−ｆ１｜周辺の周波数成分を時間Ｔｗ＋αの間に検出したか否かに基づいて、レーダ装置が正常に動作しているか否かを判断しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係るレーダ装置は、自身が動作中に電磁波を送出していることを自己診断可能な車載用途等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーダ装置の全体構成を示す模式図
【図２】図１に示すレドーム１２の配置例を示す模式図
【図３】図１に示すレドーム１２を通過する合波信号を説明するための模式図
【図４】図１に示す信号処理系１の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００４９】
１ 信号処理系
２ パルス発生器
３ 発振器
４ 送信側ミキサ
５ 分岐器
６ 送信側低域通過回路
７ 高域通過回路
８ 遅延回路
９ 合波器
１０ 送信側アンプ
１１ 送信用アンテナ
１２ レドーム
１３ 受信用アンテナ
１４ 受信用アンプ
１５ 受信用ミキサ
１６ 受信側低域通過回路
１７ 出力器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身が送出した高周波信号の反射波を受信し処理することで、周囲の物体の情報を取得するレーダ装置であって、
第１の周波数を有する第１の変調信号と、当該第１の変調信号よりも所定時間だけ遅延が与えられかつ当該第１の周波数帯とは異なる第２の周波数を有する第２の変調信号とを含む合波信号を外部に送出する送信用アンテナと、
前記送信用アンテナの近傍に設置され、前記送信用アンテナから送出された合波信号が通過するレドームとを備え、
前記レドームの厚みは前記第１の周波数に基づいて選ばれ、前記レドームは、前記合波信号に含まれる前記第１の変調信号の成分を反射し、前記第２の変調信号の成分を透過し、
前記レーダ装置はさらに、前記第１の変調信号成分に基づいて、前記送信用アンテナから前記高周波信号が送出されているか否かを判断する信号処理系とを備える、レーダ装置。
【請求項２】
前記信号処理系の判断結果を出力する出力器をさらに備える、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記レドームの厚みは、前記第２の変調信号の半波長に選ばれる、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項１】
自身が送出した高周波信号の反射波を受信し処理することで、周囲の物体の情報を取得するレーダ装置であって、
第１の周波数を有する第１の変調信号と、当該第１の変調信号よりも所定時間だけ遅延が与えられかつ当該第１の周波数帯とは異なる第２の周波数を有する第２の変調信号とを含む合波信号を外部に送出する送信用アンテナと、
前記送信用アンテナの近傍に設置され、前記送信用アンテナから送出された合波信号が通過するレドームとを備え、
前記レドームの厚みは前記第１の周波数に基づいて選ばれ、前記レドームは、前記合波信号に含まれる前記第１の変調信号の成分を反射し、前記第２の変調信号の成分を透過し、
前記レーダ装置はさらに、前記第１の変調信号成分に基づいて、前記送信用アンテナから前記高周波信号が送出されているか否かを判断する信号処理系とを備える、レーダ装置。
【請求項２】
前記信号処理系の判断結果を出力する出力器をさらに備える、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記レドームの厚みは、前記第２の変調信号の半波長に選ばれる、請求項１に記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−８４３００（Ｐ２００６−８４３００Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６８６４５（Ｐ２００４−２６８６４５）
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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