レーダ装置
【課題】複数のFMCW変調方式などのレーダ装置が、接近したときに発生する干渉問題を改善するレーダ装置を提供する。
【解決手段】FMCW変調方式のレーダ装置において、送信信号及び受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくする。
【解決手段】FMCW変調方式のレーダ装置において、送信信号及び受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)変調方式あるいはFMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)変調方式のレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、FMCW変調方式において、受信信号の振幅だけを掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくする振幅変調が行われている。一方、FMICW変調方式のレーダ装置において、送信信号の振幅のあるときと、振幅のないときの間を急激に変化しないようにする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これは、送信変調信号の形成方法に係るもので、時間的に滑らかな繰り返し信号を形成するとともに、送信期間と受信期間とを切り替える送受切り替え信号を時間的に滑らかな繰り返し信号の任意の周期に同期させて形成し、該切り替え信号の立ち上がり及び立ち下がりエッジ部分であって送信期間内にあり、かつ時間的に滑らかな繰り返し信号の最低値から最高値に変化する期間、あるいは最高値から最低値に変化する期間をそれぞれ時間的に滑らかな繰り返し信号の最低値から最高値までの期間、最高値から最低値までの期間に置き換える方法である。
【0003】
つまり、各送信パルスの立ち上がりと立ち下がりを滑らかにして送信信号のスペクトルの広がりを減らしているが、掃引周期の初期と中期と終期の振幅は略一定である。
【特許文献1】特許第2560222号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の従来技術によるレーダ装置においては、複数の同じFMCM変調方式等のレーダが接近した場合、干渉問題が発生し、不要の反射体からの反射波のクラッタ電力が大きい場合及び送受のアイソレーションが不十分な場合は、誤動作し易いという問題があった。
【0005】
また、FMICW変調方式のレーダ装置においても、FMCW変調方式のレーダ装置と同様に、干渉問題が発生する。
【0006】
そこで本発明では、複数の同じFMCM変調方式等のレーダ装置が接近した場合に、発生した干渉問題を解決する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】
【0007】
本発明の一態様によれば、周波数を掃引した送信信号と目標から反射してきた受信信号をミキシングしたベースバンド周波数で、該目標との距離及び相対速度の少なくとも1つを測定するFMCW変調方式のレーダ装置であって、
前記送信信号及び前記受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくすることを特徴とするレーダ装置が提供される。
【0008】
本発明のレーダ装置においては、前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形が略同形であることを特徴とする。
【0009】
また、本発明のレーダ装置においては、前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形を異にしていることを特徴とする。
【0010】
また、本発明のレーダ装置においては、前記ベースバンド周波数帯にローパスフィルタを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、複数の同じ変調方式のレーダ装置が接近した場合であっても、干渉することなく、目標との距離、相対速度を正確に把握できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【0013】
まず、本発明の一実施形態について説明する。
【0014】
図1は本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。図1において、レーダ装置1は、掃引信号発生器10、送信増幅器11、振幅変調器12、送受切替・振幅変調信号発生器13、受信機14、送受信切替器15、送受信アンテナ16、振幅変調器17等から構成されている。
【0015】
掃引信号発生器10の出力の一部は、受信機14へローカル信号として送られる。残りは、振幅変調器12へ送られ、振幅変調される。振幅変調器12の出力信号は送信増幅器11に送られ、増幅される。増幅された送信信号は、送受信切替器15を介して送受信アンテナ16から出力される。目標から反射してきた受信信号は、送受信アンテナ16で受け取られる。受信信号は、送受信切替器15を介して受信機14に送られる。送信増幅器11、振幅変調器12、送受信切替器15、受信機14、振幅変調器17は、送受切替・振幅変調信号発生器13によって、制御されている。
【0016】
図1のレーダ装置は、上述した構成で、周波数を掃引した送信信号と目標から反射してきた受信信号とをミキシングしたベースバンド周波数で、目標の距離及び相対速度の少なくともいずれかを測定する。
【0017】
次に、FMCW変調方式の動作原理に関して説明する。図2において、目標までの距離をR,光速をcとすると、送信信号が目標で反射して戻ってくるまでの遅延時間τは、次の(1)式により算出される。
【0018】
τ=2・R/c・・・(1)
また、図2において、掃引時間をT、掃引帯域幅をBとすると、遅延時間によるベースバンド周波数は、
ベースバンド周波数=τ・B/T=2・R・B/(c・T)・・・(2)
により算出される。
【0019】
また、目標との相対速度をv、送信信号の波長をλとすると、トラップ周波数は、
トラップ周波数=2・v/λ・・・(3)
により算出される。
【0020】
また、上記のようにトラップ周波数は、2・v/λ、となるので、ダウンスイープのベースバンド周波数fdownは、
fdown=2・B・R/(c・T)−2・v/λ・・・(4)
により算出される。
【0021】
一方、アップスイープのベースバンド周波数fupは、
fup=−2・B・R/(c・T)−2・v/λ・・・(5)
により算出される。
【0022】
これらから、目標までの距離Rは、
R=−c・T・(fup−fdown)/(4・B) ・・・(6)
により算出される。
【0023】
また、目標との相対速度vは、
v=−λ(fup+fdown)/4・・・(7)
により算出される。
【0024】
次に、図3は、送信波をパルス化して送受を断続的に切り替えるFMICW変調方式の動作原理を説明するものである。上記のFMCW変調方式の受信サンプリング間隔をT/Nとすると、図3の送信パルスの間隔はT/Nで、受信サンプリング間隔Tkは、
Tk=T/(N・K)・・・(8)
により算出される。
【0025】
送信パルス幅Tpを、受信サンプリング間隔Tkと同じにして、送信パルスのデューティーファクタを、1/Kとしている。また、送信パルスが終了してから、最初の受信パルスk=1までに遅れ時間tbを設定している。これにより、送受のアイソレーション不足及びアンテナ近傍の不要反射体からの反射波に対する対策に対応させるものである。
【0026】
ここで、同じFMCW変調方式の車載レーダを搭載した車が、並走している場合の影響について考察する。図4は、同じ車載レーダを搭載した車が並走し、近くに対向車、遠くに人がいる場合の説明図である。車aと車bが図4のようにほぼ並走している場合、掃引帯域幅Bと掃引時間Tは殆ど同じでも、送信周波数や掃引開始のタイミングが同じになる確率は低いといえる。例えば、車aと車bにおいて、掃引時間T=2ms、掃引帯域幅B=300MHz、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)のサンプル数1024、アンテナの指向性利得22dB、アンテナの回路損失3dB、アンテナ給電点における送信電力8dBm、受信系の雑音指数13dBがそれぞれ同じとする。そして、送信信号の中心周波数が車aでは76.5GHz、車bでは76.35GHzであり、車bの掃引開始が車aより1ms遅れている場合、送信周波数はダウンスイープでは図5に示すように変化し、アップスイープでは図6に示すように変化する。図5は、送信周波数のダウンスイープでの変化の様子を説明するもので、図6は、送信周波数のアップスイープでの変化の様子を説明するものである。ここでは、車aの送信周波数をftxa、車bの送信周波数をftxbとしている。
【0027】
例えば、図4において、車aは車bより2m先(=Rab)を走っており、車aの前方15m(=Rla)の対向車線に車1(断面積10dBsmとする)がおり、さらにそのR21=55m先に静止した人2(断面積−5dBsmとする)がいる。このとき、車aの速度がva=100km/h、車bの速度がvb=120km/h、車1の速度がv1=100km/hとする。このような状況にあるとき、車aの受信ベースバンド周波数はダウンスイープで図7に示すように変化する。図7において、車aの送信信号の車1からの反射波を車aが受信したベースバンド周波数をfrxa1a、車aの送信信号の人2からの反射波を車aが受信したベースバンド周波数をfrxa2a、車bの送信信号の車1からの反射波を車aが受信したベースバンド周波数をfrxa1b、車bの送信信号の人2からの反射波を車aが受信したベースバンド周波数をfrxa2bとしている。
【0028】
図7における縦軸の周波数を拡大したものが、図8である。図8に示すように、ダウンスイープの中央のt=1msで急激に、frxa1b=47kHz、frxa2b=88kHzが一定になり、frxa1a=43kHz、frxa2a=84kHzに近くなっていることがわかる。
【0029】
一方、車aの受信ベースバンド周波数のアップスイープでの変化について考察する。図9は、受信ベースバンド周波数のアップスイープでの変化の様子を表した図である。また、図10は、図9の縦軸の周波数を拡大したものである。アップスイープでは、図9、図10に示すように、中央のt=1msで急激に、frxa1b=−299985kHz、frxa2b=−300054kHzが一定になるが、frxa1a=13kHzは、frxa2a=−56kHzから離れていることがわかる。
【0030】
ここで、受信ベースバンド信号の電圧に振幅変調をかけた場合を考察する。ここでは、図11に示すように、受信信号の振幅だけを掃引周期Tの初期と終期で小さくし滑らかに中央で大きくする。このような場合、ベースバンド周波数に対応したダウンスイープの電力スペクトルは、図12に示すようになる。図12は、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタなし、受信だけ振幅変調)を表した図である。図12から明らかなように、frxa1aとfrxa1bは識別できるが、frxa2aとfrxa2bは識別しにくいことがわかる。また、受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタなし、受信だけ振幅変調)を表わすと、図13のようになる。図13から明らかなように、frxa1aは識別できるが、frxa2aは識別しにくいことがわかる。
【0031】
図13において、約47kHzのスペクトルは、標本化定理のナイキスト周波数256kHz(=N/(2・T))より高周波の成分の折り返しによるものである。したがって、256kHzを越える高周波成分を減衰するローパスフィルタを、FFTより前に挿入すれば消すことができる。例えば、3dB帯域幅が2.56MHzで、それより高い周波数では−12dB/オクターブとなるローパスフィルタを挿入した場合、電力スペクトルは図14及び図15に示すようになる。すなわち、アップスイープの約47kHzの折り返しが消えるだけでなく、ノイズフロアも下がっていることがわかる。
【0032】
図11に示すように、車bの送信信号の車1からの反射波を車aが受信した電圧振幅Va1bが、ダウンスイープの中央のt=1ms(frxa1b=47kHz 一定の開始点)で大きくなっている。そのため、図14に示すように、frxa1bの電力スペクトルの広がりに、frxa2aが埋もれているのがわかる。一方、車aと車bの送信周波数が、t=0msの1点だけで近付くアップスイープでは、t=1ms以降に一定となるfrxa1aがfrxa2aから離れている。しかも、ローパスフィルタで減衰するので、図15に示すように、frxa2aは電力スペクトルの広がりに埋もれない。
【0033】
次に、送信信号だけを掃引周期Tの初期と終期で小さくし滑らかに中央で大きくする場合について考察する。図16は、送信信号の電圧振幅(送信だけ振幅変調)の変化を表した図である。また、図17は、受信ベースバンド信号の電圧振幅(送信だけ振幅変調)の変化を表した図である。図17に示すように、車bの送信信号の車1からの反射波を車aが受信した電圧振幅Va1bは、ダウンスイープの終わりのt=2ms(frxa1b=47kHz 一定の終了点)で大きくなっているのがわかる。
【0034】
図18は、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタあり、送信だけ振幅変調)を表した図である。したがって、図18のダウンスイープの電力スペクトルに示すように、frxa1bの電力スペクトルの広がりにfrxa2aが埋もれているのがわかる。
【0035】
一方、車aと車bの送信周波数がt=0msの1点だけで近付くアップスイープでは、t=1msまで一定となるfrxa1aがfrxa2aから離れている。図19は、受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタあり、送信だけ振幅変調)を表した図である。図19から明らかなように、frxa2aはfrxa1aの電力スペクトルの広がりに埋もれないのがわかる。
【0036】
上述したように、受信信号だけあるいは送信信号だけを掃引周期Tの初期と終期で小さくし滑らかに中央で大きくする場合、ダウンスイープにおいてfrxa1bの電力スペクトルの広がりにfrxa2aが埋もれるという干渉問題が発生する。
【0037】
また、FMICW変調方式の一例を示す図3において、K=4、tb=20nsとすると、受信サンプルk=1で受信する往復の距離は6m〜152mとなる(kが2以上では、距離は152m以上)。frxa1a、frxa2a、frxa1b、frxa2bの全てをk=1で受信するので、FMCW変調方式と同様に、frxa1bの電力スペクトルの広がりにfrxa2aが埋もれるという干渉問題が発生する。
【0038】
そこで、本実施の形態においては、受信信号だけを振幅変調するのではなく、図20に示すように送信信号も振幅変調する。すなわち、送信信号及び受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくする。図21は、受信ベースバンド信号の電圧振幅を示す説明図である。図21に示すように、車bの送信信号の車1からの反射波を車aが受信した電圧振幅Va1bは、中央のt=1msと終わりのt=2msで小さくなる。図22は、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。図22に示すように、ダウンスイープの中央のt=1msから終わりのt=2msにおいて、frxa1bがfrxa2aの近くで一定になっても、frxa1bの電力スペクトルの広がりにfrxa2aは埋もれない。車aと車bの送信周波数がt=0msの1点だけで近付くアップスイープでは、t=1msから一定となるfrxa1bがfrxa2aから離れている。図23は、受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。アップスイープでは、ローパスフィルタで減衰するので、frxa2aはfrxa1aの電力スペクトルの広がりに埋もれない。このように、受信信号だけを振幅変調するのではなく送信信号も振幅変調することにより、干渉問題を引き起こさずに、車aは人2の距離と相対速度を測定できる。
【0039】
上述した実施形態では、送信信号と受信信号の振幅変調の波形を同じとした。他の実施形態として、送信信号と受信信号の振幅変調の波形を変える場合を説明する。図24は、送信信号と受信信号の振幅変調の波形を変えた場合の、受信ベースバンド信号の電圧振幅を示している。また、図25は、送信信号と受信信号の振幅変調の波形を変えた場合の、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表したものである。
【0040】
図26は、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表したものである。また、図27は、受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化を表したものである。図26、図27に示すように、電力スペクトルは、ダウンスイープのfrxa1bやfrxa2bは図22、図23と比べて相対的に低くでき、frxa1aやfrxa2aのスペクトルの分離性を良くすることが出来る。
【0041】
また、FMICW変調方式の一例を示す図3において、K=4、tb=20nsとすると、受信サンプルk=1で受信する往復の距離は6m〜152mとなり(kが2以上では距離は152m以上)、frxa1a、frxa2a、frxa1b、frxa2bの全てをk=1で受信するが、本発明によって、FMCW変調方式と同様に干渉問題を引き起こさずに、車aは人2の距離と相対速度を測定できる。
【0042】
なお、送信信号あるいは受信信号の振幅変調をRF帯で行うには、アナログ回路の方が簡易に実現できる。しかし、ベースバンドの振幅変調は、アナログ回路と同様にデジタル回路による信号処理でも簡易な構成で実現できる。
【0043】
上記したように、本発明の実施の形態によれば、複数の同じ変調方式のレーダ装置が接近した場合であっても、干渉することなく、目標との距離、相対速度を正確に把握できる。
【0044】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】FMCW変調方式の動作原理を示す説明図である。
【図3】FMICW変調方式の動作原理を示す説明図である。
【図4】同じ車載レーダを搭載した車及び人が並走及び対向している場合の説明図である。
【図5】送信周波数のダウンスイープでの変化の様子を説明する図である。
【図6】送信周波数のアップスイープでの変化の様子を説明する図である。
【図7】受信ベースバンド周波数のダウンスイープでの変化の様子を表した図である。
【図8】図7の縦軸の周波数の拡大図である。
【図9】受信ベースバンド周波数のアップスイープでの変化の様子を表した図である。
【図10】図9の縦軸の周波数の拡大図である。
【図11】受信ベースバンド信号の電圧振幅(受信だけ振幅変調)による変化を表した図である。
【図12】受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタなし、受信だけ振幅変調)を表した図である。
【図13】受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタなし、受信だけ振幅変調)を表した図である。
【図14】図12でローパスフィルタを挿入した場合を表した図である。
【図15】図13でローパスフィルタを挿入した場合を表した図である。
【図16】送信信号の電圧振幅(送信だけ振幅変調)による変化を表した図である。
【図17】受信ベースバンド信号の電圧振幅(送信だけ振幅変調)による変化を表した図である。
【図18】受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタあり、送信だけ振幅変調)を表した図である。
【図19】受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタあり、送信だけ振幅変調)を表した図である。
【図20】送信信号の電圧振幅を示す説明図である。
【図21】受信ベースバンド信号の電圧振幅を示す説明図である。
【図22】受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。
【図23】受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。
【図24】送信信号の電圧振幅を示す説明図である。
【図25】受信ベースバンド信号の電圧振幅を示す説明図である。
【図26】受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。
【図27】受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。
【符号の説明】
【0046】
1・・・レーダ装置、10・・・掃引信号発生器、11・・・送信増幅器、12・・・振幅変調器、13・・・送受切替・振幅変調信号発生器、14・・・受信機、15・・・送受切替器、16・・・送受信アンテナ、17・・・振幅変調器。
【技術分野】
【0001】
本発明は、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)変調方式あるいはFMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)変調方式のレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、FMCW変調方式において、受信信号の振幅だけを掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくする振幅変調が行われている。一方、FMICW変調方式のレーダ装置において、送信信号の振幅のあるときと、振幅のないときの間を急激に変化しないようにする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これは、送信変調信号の形成方法に係るもので、時間的に滑らかな繰り返し信号を形成するとともに、送信期間と受信期間とを切り替える送受切り替え信号を時間的に滑らかな繰り返し信号の任意の周期に同期させて形成し、該切り替え信号の立ち上がり及び立ち下がりエッジ部分であって送信期間内にあり、かつ時間的に滑らかな繰り返し信号の最低値から最高値に変化する期間、あるいは最高値から最低値に変化する期間をそれぞれ時間的に滑らかな繰り返し信号の最低値から最高値までの期間、最高値から最低値までの期間に置き換える方法である。
【0003】
つまり、各送信パルスの立ち上がりと立ち下がりを滑らかにして送信信号のスペクトルの広がりを減らしているが、掃引周期の初期と中期と終期の振幅は略一定である。
【特許文献1】特許第2560222号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の従来技術によるレーダ装置においては、複数の同じFMCM変調方式等のレーダが接近した場合、干渉問題が発生し、不要の反射体からの反射波のクラッタ電力が大きい場合及び送受のアイソレーションが不十分な場合は、誤動作し易いという問題があった。
【0005】
また、FMICW変調方式のレーダ装置においても、FMCW変調方式のレーダ装置と同様に、干渉問題が発生する。
【0006】
そこで本発明では、複数の同じFMCM変調方式等のレーダ装置が接近した場合に、発生した干渉問題を解決する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】
【0007】
本発明の一態様によれば、周波数を掃引した送信信号と目標から反射してきた受信信号をミキシングしたベースバンド周波数で、該目標との距離及び相対速度の少なくとも1つを測定するFMCW変調方式のレーダ装置であって、
前記送信信号及び前記受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくすることを特徴とするレーダ装置が提供される。
【0008】
本発明のレーダ装置においては、前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形が略同形であることを特徴とする。
【0009】
また、本発明のレーダ装置においては、前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形を異にしていることを特徴とする。
【0010】
また、本発明のレーダ装置においては、前記ベースバンド周波数帯にローパスフィルタを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、複数の同じ変調方式のレーダ装置が接近した場合であっても、干渉することなく、目標との距離、相対速度を正確に把握できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【0013】
まず、本発明の一実施形態について説明する。
【0014】
図1は本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。図1において、レーダ装置1は、掃引信号発生器10、送信増幅器11、振幅変調器12、送受切替・振幅変調信号発生器13、受信機14、送受信切替器15、送受信アンテナ16、振幅変調器17等から構成されている。
【0015】
掃引信号発生器10の出力の一部は、受信機14へローカル信号として送られる。残りは、振幅変調器12へ送られ、振幅変調される。振幅変調器12の出力信号は送信増幅器11に送られ、増幅される。増幅された送信信号は、送受信切替器15を介して送受信アンテナ16から出力される。目標から反射してきた受信信号は、送受信アンテナ16で受け取られる。受信信号は、送受信切替器15を介して受信機14に送られる。送信増幅器11、振幅変調器12、送受信切替器15、受信機14、振幅変調器17は、送受切替・振幅変調信号発生器13によって、制御されている。
【0016】
図1のレーダ装置は、上述した構成で、周波数を掃引した送信信号と目標から反射してきた受信信号とをミキシングしたベースバンド周波数で、目標の距離及び相対速度の少なくともいずれかを測定する。
【0017】
次に、FMCW変調方式の動作原理に関して説明する。図2において、目標までの距離をR,光速をcとすると、送信信号が目標で反射して戻ってくるまでの遅延時間τは、次の(1)式により算出される。
【0018】
τ=2・R/c・・・(1)
また、図2において、掃引時間をT、掃引帯域幅をBとすると、遅延時間によるベースバンド周波数は、
ベースバンド周波数=τ・B/T=2・R・B/(c・T)・・・(2)
により算出される。
【0019】
また、目標との相対速度をv、送信信号の波長をλとすると、トラップ周波数は、
トラップ周波数=2・v/λ・・・(3)
により算出される。
【0020】
また、上記のようにトラップ周波数は、2・v/λ、となるので、ダウンスイープのベースバンド周波数fdownは、
fdown=2・B・R/(c・T)−2・v/λ・・・(4)
により算出される。
【0021】
一方、アップスイープのベースバンド周波数fupは、
fup=−2・B・R/(c・T)−2・v/λ・・・(5)
により算出される。
【0022】
これらから、目標までの距離Rは、
R=−c・T・(fup−fdown)/(4・B) ・・・(6)
により算出される。
【0023】
また、目標との相対速度vは、
v=−λ(fup+fdown)/4・・・(7)
により算出される。
【0024】
次に、図3は、送信波をパルス化して送受を断続的に切り替えるFMICW変調方式の動作原理を説明するものである。上記のFMCW変調方式の受信サンプリング間隔をT/Nとすると、図3の送信パルスの間隔はT/Nで、受信サンプリング間隔Tkは、
Tk=T/(N・K)・・・(8)
により算出される。
【0025】
送信パルス幅Tpを、受信サンプリング間隔Tkと同じにして、送信パルスのデューティーファクタを、1/Kとしている。また、送信パルスが終了してから、最初の受信パルスk=1までに遅れ時間tbを設定している。これにより、送受のアイソレーション不足及びアンテナ近傍の不要反射体からの反射波に対する対策に対応させるものである。
【0026】
ここで、同じFMCW変調方式の車載レーダを搭載した車が、並走している場合の影響について考察する。図4は、同じ車載レーダを搭載した車が並走し、近くに対向車、遠くに人がいる場合の説明図である。車aと車bが図4のようにほぼ並走している場合、掃引帯域幅Bと掃引時間Tは殆ど同じでも、送信周波数や掃引開始のタイミングが同じになる確率は低いといえる。例えば、車aと車bにおいて、掃引時間T=2ms、掃引帯域幅B=300MHz、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)のサンプル数1024、アンテナの指向性利得22dB、アンテナの回路損失3dB、アンテナ給電点における送信電力8dBm、受信系の雑音指数13dBがそれぞれ同じとする。そして、送信信号の中心周波数が車aでは76.5GHz、車bでは76.35GHzであり、車bの掃引開始が車aより1ms遅れている場合、送信周波数はダウンスイープでは図5に示すように変化し、アップスイープでは図6に示すように変化する。図5は、送信周波数のダウンスイープでの変化の様子を説明するもので、図6は、送信周波数のアップスイープでの変化の様子を説明するものである。ここでは、車aの送信周波数をftxa、車bの送信周波数をftxbとしている。
【0027】
例えば、図4において、車aは車bより2m先(=Rab)を走っており、車aの前方15m(=Rla)の対向車線に車1(断面積10dBsmとする)がおり、さらにそのR21=55m先に静止した人2(断面積−5dBsmとする)がいる。このとき、車aの速度がva=100km/h、車bの速度がvb=120km/h、車1の速度がv1=100km/hとする。このような状況にあるとき、車aの受信ベースバンド周波数はダウンスイープで図7に示すように変化する。図7において、車aの送信信号の車1からの反射波を車aが受信したベースバンド周波数をfrxa1a、車aの送信信号の人2からの反射波を車aが受信したベースバンド周波数をfrxa2a、車bの送信信号の車1からの反射波を車aが受信したベースバンド周波数をfrxa1b、車bの送信信号の人2からの反射波を車aが受信したベースバンド周波数をfrxa2bとしている。
【0028】
図7における縦軸の周波数を拡大したものが、図8である。図8に示すように、ダウンスイープの中央のt=1msで急激に、frxa1b=47kHz、frxa2b=88kHzが一定になり、frxa1a=43kHz、frxa2a=84kHzに近くなっていることがわかる。
【0029】
一方、車aの受信ベースバンド周波数のアップスイープでの変化について考察する。図9は、受信ベースバンド周波数のアップスイープでの変化の様子を表した図である。また、図10は、図9の縦軸の周波数を拡大したものである。アップスイープでは、図9、図10に示すように、中央のt=1msで急激に、frxa1b=−299985kHz、frxa2b=−300054kHzが一定になるが、frxa1a=13kHzは、frxa2a=−56kHzから離れていることがわかる。
【0030】
ここで、受信ベースバンド信号の電圧に振幅変調をかけた場合を考察する。ここでは、図11に示すように、受信信号の振幅だけを掃引周期Tの初期と終期で小さくし滑らかに中央で大きくする。このような場合、ベースバンド周波数に対応したダウンスイープの電力スペクトルは、図12に示すようになる。図12は、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタなし、受信だけ振幅変調)を表した図である。図12から明らかなように、frxa1aとfrxa1bは識別できるが、frxa2aとfrxa2bは識別しにくいことがわかる。また、受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタなし、受信だけ振幅変調)を表わすと、図13のようになる。図13から明らかなように、frxa1aは識別できるが、frxa2aは識別しにくいことがわかる。
【0031】
図13において、約47kHzのスペクトルは、標本化定理のナイキスト周波数256kHz(=N/(2・T))より高周波の成分の折り返しによるものである。したがって、256kHzを越える高周波成分を減衰するローパスフィルタを、FFTより前に挿入すれば消すことができる。例えば、3dB帯域幅が2.56MHzで、それより高い周波数では−12dB/オクターブとなるローパスフィルタを挿入した場合、電力スペクトルは図14及び図15に示すようになる。すなわち、アップスイープの約47kHzの折り返しが消えるだけでなく、ノイズフロアも下がっていることがわかる。
【0032】
図11に示すように、車bの送信信号の車1からの反射波を車aが受信した電圧振幅Va1bが、ダウンスイープの中央のt=1ms(frxa1b=47kHz 一定の開始点)で大きくなっている。そのため、図14に示すように、frxa1bの電力スペクトルの広がりに、frxa2aが埋もれているのがわかる。一方、車aと車bの送信周波数が、t=0msの1点だけで近付くアップスイープでは、t=1ms以降に一定となるfrxa1aがfrxa2aから離れている。しかも、ローパスフィルタで減衰するので、図15に示すように、frxa2aは電力スペクトルの広がりに埋もれない。
【0033】
次に、送信信号だけを掃引周期Tの初期と終期で小さくし滑らかに中央で大きくする場合について考察する。図16は、送信信号の電圧振幅(送信だけ振幅変調)の変化を表した図である。また、図17は、受信ベースバンド信号の電圧振幅(送信だけ振幅変調)の変化を表した図である。図17に示すように、車bの送信信号の車1からの反射波を車aが受信した電圧振幅Va1bは、ダウンスイープの終わりのt=2ms(frxa1b=47kHz 一定の終了点)で大きくなっているのがわかる。
【0034】
図18は、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタあり、送信だけ振幅変調)を表した図である。したがって、図18のダウンスイープの電力スペクトルに示すように、frxa1bの電力スペクトルの広がりにfrxa2aが埋もれているのがわかる。
【0035】
一方、車aと車bの送信周波数がt=0msの1点だけで近付くアップスイープでは、t=1msまで一定となるfrxa1aがfrxa2aから離れている。図19は、受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタあり、送信だけ振幅変調)を表した図である。図19から明らかなように、frxa2aはfrxa1aの電力スペクトルの広がりに埋もれないのがわかる。
【0036】
上述したように、受信信号だけあるいは送信信号だけを掃引周期Tの初期と終期で小さくし滑らかに中央で大きくする場合、ダウンスイープにおいてfrxa1bの電力スペクトルの広がりにfrxa2aが埋もれるという干渉問題が発生する。
【0037】
また、FMICW変調方式の一例を示す図3において、K=4、tb=20nsとすると、受信サンプルk=1で受信する往復の距離は6m〜152mとなる(kが2以上では、距離は152m以上)。frxa1a、frxa2a、frxa1b、frxa2bの全てをk=1で受信するので、FMCW変調方式と同様に、frxa1bの電力スペクトルの広がりにfrxa2aが埋もれるという干渉問題が発生する。
【0038】
そこで、本実施の形態においては、受信信号だけを振幅変調するのではなく、図20に示すように送信信号も振幅変調する。すなわち、送信信号及び受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくする。図21は、受信ベースバンド信号の電圧振幅を示す説明図である。図21に示すように、車bの送信信号の車1からの反射波を車aが受信した電圧振幅Va1bは、中央のt=1msと終わりのt=2msで小さくなる。図22は、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。図22に示すように、ダウンスイープの中央のt=1msから終わりのt=2msにおいて、frxa1bがfrxa2aの近くで一定になっても、frxa1bの電力スペクトルの広がりにfrxa2aは埋もれない。車aと車bの送信周波数がt=0msの1点だけで近付くアップスイープでは、t=1msから一定となるfrxa1bがfrxa2aから離れている。図23は、受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。アップスイープでは、ローパスフィルタで減衰するので、frxa2aはfrxa1aの電力スペクトルの広がりに埋もれない。このように、受信信号だけを振幅変調するのではなく送信信号も振幅変調することにより、干渉問題を引き起こさずに、車aは人2の距離と相対速度を測定できる。
【0039】
上述した実施形態では、送信信号と受信信号の振幅変調の波形を同じとした。他の実施形態として、送信信号と受信信号の振幅変調の波形を変える場合を説明する。図24は、送信信号と受信信号の振幅変調の波形を変えた場合の、受信ベースバンド信号の電圧振幅を示している。また、図25は、送信信号と受信信号の振幅変調の波形を変えた場合の、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表したものである。
【0040】
図26は、受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表したものである。また、図27は、受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化を表したものである。図26、図27に示すように、電力スペクトルは、ダウンスイープのfrxa1bやfrxa2bは図22、図23と比べて相対的に低くでき、frxa1aやfrxa2aのスペクトルの分離性を良くすることが出来る。
【0041】
また、FMICW変調方式の一例を示す図3において、K=4、tb=20nsとすると、受信サンプルk=1で受信する往復の距離は6m〜152mとなり(kが2以上では距離は152m以上)、frxa1a、frxa2a、frxa1b、frxa2bの全てをk=1で受信するが、本発明によって、FMCW変調方式と同様に干渉問題を引き起こさずに、車aは人2の距離と相対速度を測定できる。
【0042】
なお、送信信号あるいは受信信号の振幅変調をRF帯で行うには、アナログ回路の方が簡易に実現できる。しかし、ベースバンドの振幅変調は、アナログ回路と同様にデジタル回路による信号処理でも簡易な構成で実現できる。
【0043】
上記したように、本発明の実施の形態によれば、複数の同じ変調方式のレーダ装置が接近した場合であっても、干渉することなく、目標との距離、相対速度を正確に把握できる。
【0044】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】FMCW変調方式の動作原理を示す説明図である。
【図3】FMICW変調方式の動作原理を示す説明図である。
【図4】同じ車載レーダを搭載した車及び人が並走及び対向している場合の説明図である。
【図5】送信周波数のダウンスイープでの変化の様子を説明する図である。
【図6】送信周波数のアップスイープでの変化の様子を説明する図である。
【図7】受信ベースバンド周波数のダウンスイープでの変化の様子を表した図である。
【図8】図7の縦軸の周波数の拡大図である。
【図9】受信ベースバンド周波数のアップスイープでの変化の様子を表した図である。
【図10】図9の縦軸の周波数の拡大図である。
【図11】受信ベースバンド信号の電圧振幅(受信だけ振幅変調)による変化を表した図である。
【図12】受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタなし、受信だけ振幅変調)を表した図である。
【図13】受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタなし、受信だけ振幅変調)を表した図である。
【図14】図12でローパスフィルタを挿入した場合を表した図である。
【図15】図13でローパスフィルタを挿入した場合を表した図である。
【図16】送信信号の電圧振幅(送信だけ振幅変調)による変化を表した図である。
【図17】受信ベースバンド信号の電圧振幅(送信だけ振幅変調)による変化を表した図である。
【図18】受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタあり、送信だけ振幅変調)を表した図である。
【図19】受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化(ローパスフィルタあり、送信だけ振幅変調)を表した図である。
【図20】送信信号の電圧振幅を示す説明図である。
【図21】受信ベースバンド信号の電圧振幅を示す説明図である。
【図22】受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。
【図23】受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。
【図24】送信信号の電圧振幅を示す説明図である。
【図25】受信ベースバンド信号の電圧振幅を示す説明図である。
【図26】受信ベースバンド信号のダウンスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。
【図27】受信ベースバンド信号のアップスイープの受信電力スペクトルの変化を表した図である。
【符号の説明】
【0046】
1・・・レーダ装置、10・・・掃引信号発生器、11・・・送信増幅器、12・・・振幅変調器、13・・・送受切替・振幅変調信号発生器、14・・・受信機、15・・・送受切替器、16・・・送受信アンテナ、17・・・振幅変調器。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
周波数を掃引した送信信号と目標から反射してきた受信信号をミキシングしたベースバンド周波数で、該目標との距離及び相対速度の少なくとも1つを測定するFMCW変調方式のレーダ装置であって、
前記送信信号及び前記受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくすることを特徴とするレーダ装置。
【請求項2】
前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形が略同形であることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
【請求項3】
前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形を異にしていることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
【請求項4】
前記ベースバンド周波数帯にローパスフィルタを具備したことを特徴とする請求項1乃至請求項3記載のレーダ装置。
【請求項5】
前記ローパスフイルタは、最大検知距離及び最高相対速度で設定する、最高ベースバンド周波数を超える高周波成分を減衰させることを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。
【請求項6】
周波数を掃引した信号をパルス化して送信信号とし、送受を断続的に切り替えつつ、前記周波数を掃引した信号と目標から反射してきた受信信号をミキシングしたベースバンド周波数で、該目標との距離及び相対速度の少なくとも1つを測定するFMICW変調方式のレーダ装置であって、
前記送信信号及び前記受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくすることを特徴とするレーダ装置。
【請求項7】
前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形が略同形であることを特徴とする請求項6記載のレーダ装置。
【請求項8】
前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形を異にしていることを特徴とする請求項6記載のレーダ装置。
【請求項9】
前記ベースバンド周波数帯にローパスフィルタを具備したことを特徴とする請求項6乃至請求項8記載のレーダ装置。
【請求項10】
前記ローパスフイルタは、最大検知距離及び最高相対速度で設定する、最高ベースバンド周波数を超える高周波成分を減衰させることを特徴とする請求項9記載のレーダ装置。
【請求項11】
前記FMICW変調方式は、送信パルス幅を、受信サンプル間隔と同幅に設定したことを特徴とする請求項6記載のレーダ装置。
【請求項12】
前記FMICW変調方式は、送信パルスが終了してから、最初の受信サンプルまでに、遅れ時間を設けたことを特徴とする請求項6または7記載のレーダ装置。
【請求項1】
周波数を掃引した送信信号と目標から反射してきた受信信号をミキシングしたベースバンド周波数で、該目標との距離及び相対速度の少なくとも1つを測定するFMCW変調方式のレーダ装置であって、
前記送信信号及び前記受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくすることを特徴とするレーダ装置。
【請求項2】
前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形が略同形であることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
【請求項3】
前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形を異にしていることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
【請求項4】
前記ベースバンド周波数帯にローパスフィルタを具備したことを特徴とする請求項1乃至請求項3記載のレーダ装置。
【請求項5】
前記ローパスフイルタは、最大検知距離及び最高相対速度で設定する、最高ベースバンド周波数を超える高周波成分を減衰させることを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。
【請求項6】
周波数を掃引した信号をパルス化して送信信号とし、送受を断続的に切り替えつつ、前記周波数を掃引した信号と目標から反射してきた受信信号をミキシングしたベースバンド周波数で、該目標との距離及び相対速度の少なくとも1つを測定するFMICW変調方式のレーダ装置であって、
前記送信信号及び前記受信信号の振幅を、掃引周期の初期と終期で小さくし、滑らかに中期で大きくすることを特徴とするレーダ装置。
【請求項7】
前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形が略同形であることを特徴とする請求項6記載のレーダ装置。
【請求項8】
前記送信信号と前記受信信号は、振幅変調の波形を異にしていることを特徴とする請求項6記載のレーダ装置。
【請求項9】
前記ベースバンド周波数帯にローパスフィルタを具備したことを特徴とする請求項6乃至請求項8記載のレーダ装置。
【請求項10】
前記ローパスフイルタは、最大検知距離及び最高相対速度で設定する、最高ベースバンド周波数を超える高周波成分を減衰させることを特徴とする請求項9記載のレーダ装置。
【請求項11】
前記FMICW変調方式は、送信パルス幅を、受信サンプル間隔と同幅に設定したことを特徴とする請求項6記載のレーダ装置。
【請求項12】
前記FMICW変調方式は、送信パルスが終了してから、最初の受信サンプルまでに、遅れ時間を設けたことを特徴とする請求項6または7記載のレーダ装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【公開番号】特開2008−224321(P2008−224321A)
【公開日】平成20年9月25日(2008.9.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−60590(P2007−60590)
【出願日】平成19年3月9日(2007.3.9)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年9月25日(2008.9.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年3月9日(2007.3.9)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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