レーダ装置
【課題】絶対位相を求めることにより位相変化を補正する手段を備えたレーダ装置。
【解決手段】図１は、レーダ装置の受信チャンネル部を示すブロック図である。信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６から入力する信号は位相が同期している。信号線路Ｌ１より入力した周波数７７ＧＨｚの信号を、信号線路Ｌ６より入力した周波数５ＭＨｚの信号を用いてオンオフ変調させる。その後信号線路Ｌ２より入力した周波数７７ＧＨｚの信号とミキサ１３で混合し、信号線路Ｌ５より入力した周波数５ＭＨｚの信号を用いて直交復調し、位相値を検出する。反射波の受信による受信信号の検出位相から、この位相値を引くことで位相値を補正している。
【解決手段】図１は、レーダ装置の受信チャンネル部を示すブロック図である。信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６から入力する信号は位相が同期している。信号線路Ｌ１より入力した周波数７７ＧＨｚの信号を、信号線路Ｌ６より入力した周波数５ＭＨｚの信号を用いてオンオフ変調させる。その後信号線路Ｌ２より入力した周波数７７ＧＨｚの信号とミキサ１３で混合し、信号線路Ｌ５より入力した周波数５ＭＨｚの信号を用いて直交復調し、位相値を検出する。反射波の受信による受信信号の検出位相から、この位相値を引くことで位相値を補正している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、経時劣化や温度変化に起因する位相変化を補正する手段を備えたレーダ装置に関するもので、絶対位相を求めることにより位相変化を補正する手段を備えたレーダ装置である。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置において、対象物までの方向を測る方法の１つに、複数のアンテナで受信した信号間の位相差を用いるものがある。送信アンテナにより放射された送信信号が目標物により反射され、その反射された送信信号を複数の受信アンテナにより受信する。そして、各受信アンテナで受信した受信信号の位相差から目標物の方向を求めることができる。
【０００３】
そのようなレーダ装置では、レーダ装置のチャンネルを構成する部品の特性のばらつきがあり、また、経時変化や温度変化を起こすため、チャンネル内で位相が変化してしまう。そのため、各受信アンテナ間の位相差も経時変化して誤差が生じ、目標物までの方向の測定結果にも誤差が生じてしまう。
【０００４】
このような位相変化を補正する方法として、特許文献１、特許文献２が知られている。
図８は、特許文献１に記載のレーダ装置である。受信アンテナは正面に対して対称に配置されている。このレーダ装置では、変調した補正用信号を線路Ｌ１０を通してチャンネルＣＨ１０、ＣＨ２０に入力し、低雑音増幅器ＬＮＡ１０、ＬＮＡ２０により増幅され、ミキサＭＩＸ３、ＭＩＸ４で発振器ＯＳＣ６からの信号と混合され中間周波数に変換されたのち、チャンネルＣＨ１０のフェイズシフタＰＳ１を調整することで位相を補正している。したがって、補正の対象となっているのは、低雑音増幅器ＬＮＡ１０、ＬＮＡ２０とミキサＭＩＸ３、ＭＩＸ４である。この方法では、発振器ＯＳＣ１、５、６、７間での位相の同期を取っていないが、ミキサＭＩＸ３、ＭＩＸ４は同じ発振器ＯＳＣ６から、ミキサＭＩＸ５、ＭＩＸ６は同じ発振器ＯＳＣ７からの信号と混合しているので、チャンネルＣＨ１０、ＣＨ２０の相対的な位相差は正しく求めることができ、この相対的な位相差をゼロになるよう調整することで経時変化や温度変化による位相変化を補正できる。また、特許文献１では、この相対的な位相差をゼロに補正する方法として、フェイズシフタを用いずに、直接、信号処理手段Ｐ１において補正データを求め、メモリに格納し、その補正データを用いて位相差を補正する方法も記載されている。
【０００５】
また、図９は、特許文献２に記載のレーダ装置である。アンテナＲ×１を基準として、アンテナＲ×１と各アンテナＲ×２〜Ｒ×（ｎ）との位相差の実測値φ２〜φ（ｎ）と、レーダ装置の出荷時に測定される初期位相差Δ２〜Δ（ｎ）から、低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ（ｍ）の温度変化、経時変化による位相変化Δ’１〜Δ’（ｍ）を求めている。そして、Δ’１〜Δ’（ｍ）の値を元に位相補正している。つまり、補正の対象となっているのは、低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ（ｍ）の位相変化である。
【０００６】
このように、特許文献１、特許文献２に記載の位相補正方法は、各チャンネルの相対位相から位相差の変化を求め、その値を用いて位相を補正している。
【特許文献１】特開２００３−２４８０５４
【特許文献２】特開２００１−１６６０２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の方法では、各チャンネル間で搬送波の位相を合わせるために発振器ＯＳＣ６から各受信チャンネルのミキサまでの長さを揃える必要がある。たとえば、図１０のように線路を分岐させて長さを揃える方法では、受信チャンネルが多い場合には、発振器ＯＳＣ８（図８のＯＳＣ６に対応）から各受信チャンネルのミキサまでの長さが等しい正確な分岐をさせることが難しく、また、場所をとるため実装が容易ではない。さらに、発振器ＯＳＣ６は出力電力の大きいものが必要となる。同様に、補正用信号を供給する線路Ｌ１０の長さも各チャンネル間で等しくする必要がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法では、初期位相差を検出する必要があり、通常はレーダ装置の出荷時に検査官によるスイッチ操作等により、基準となる目標物からの反射波を用いてアンテナ間の初期位相差を検出している。このように特許文献２では、出荷時にキャリブレーション操作が必要な点が問題となる。
【０００９】
そこで本発明の目的は、出荷時のキャリブレーション操作が必要なく、各チャンネル間で発振器からミキサまでの線路の長さを揃える必要のない、位相変化を補正することができる手段を備えたレーダ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、送信信号に基づく電波を目標物に対して放射する送信チャンネルと、その反射波を受信して受信信号を得る複数の受信チャンネルとを有し、目標物の方位を測定するレーダ装置において、受信信号を送信信号により復調してＩＦ周波数のＩＦ信号に変換するためのミキサと、ＩＦ信号に変換するための第１搬送波を入力するミキサに接続された変換用線路と、ＩＦ信号を処理する信号処理装置と、各受信チャンネルに、補正用信号を接続点から入力するための補正用線路と、補正用信号がミキサにより変換されたＩＦ信号を第２搬送波により直交復調して補正位相を検出する位相検出手段とを有し、補正用信号と第１搬送波と第２搬送波は、位相が同期していて、補正用信号の周波数と第１搬送波の周波数の差が、第２搬送波の周波数と等しい信号であって、受信チャンネルが受信した反射波の受信信号に対する検出位相を、位相検出手段において検出された補正位相だけ補正する位相補正手段を有することを特徴とするレーダ装置である。
【００１１】
ここで、検出位相とは、目標物からの反射波を受信チャンネルが受信し、その受信信号の位相が位相検出手段により求められたときの位相をいう。また、補正位相とは、補正用信号を入力した場合に位相検出手段により求められる位相で、検出位相を補正するための位相をいう。
【００１２】
補正用信号と第１搬送波と第２搬送波は位相が同期しているため、補正用線路の接続点における補正用信号に含まれる第１搬送波の位相と、ミキサに入力される第１搬送波の位相の位相差（以下、この位相差を「第１搬送波位相差」という）がゼロである場合は、補正位相は補正用線路の接続点からミキサの出力までの間の各受信チャンネルの位相遷移（絶対位相）となる。第１搬送波位相差がゼロでない場合は、第２の発明のように、補正用線路と変換用線路の長さの差と第１搬送波の周波数とから第１搬送波位相差を求め、それを記憶しておき、その第１搬送波位相差を用いて補正位相値を補正し、絶対位相を求めることができる。
【００１３】
そのため、受信信号の復調搬送波のミキサ入力点での位相が各受信チャンネルで等しいならば、検出位相から、上記の様にして求めた絶対位相を減算するだけで、受信チャンネルの増幅器やミキサによる位相特性（温度変化、経時変化も含む）を補償することができる。
【００１４】
補正用線路の受信チャンネルへの接続位置は、その接続位置より下流側に経時変化や温度変化による位相変化の大きい部分が含まれるような接続位置であるとよい。また、接続位置は、受信点に近いほど望ましい。受信点から接続位置までの位相変化量を小さくでき、より正確に補正できる。受信アンテナに接続することも可能である。
【００１５】
また、各受信チャンネルにおける補正位相は絶対位相として、各チャンネルで独立に測定される。そのため、各受信チャンネルへ入力される第１搬送波の位相が各受信チャンネル間で同期している必要はない。よって従来のように変換用線路や補正用線路を分岐させて長さを揃える必要がなく、各変換用線路の長さは異なっていてもよい。
【００１６】
位相補正手段としては、位相を検出する手段において検出された位相値が所定値となるように、誤差をフェイズシフタにフィードバックし、フェイズシフタに補正を加える方法も可能である。また、送信信号はモノパルスやＦＭ−ＣＷでもよい。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、補正用信号と第１搬送波はＰＬＬを用いて位相が同期されることを特徴とするレーダ装置である。このとき、第２搬送波もＰＬＬを用いて同期されてもよいが、コスタス方式を用いてもよい。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明または第２の発明において、第１搬送波と第２搬送波は、ＰＬＬを用いて位相が同期されていて、補正用信号は、第１搬送波により第２搬送波をオンオフ変調したものであることを特徴とするレーダ装置である。補正用信号を別途作り出す必要がないため、より簡単に同期をとることができる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明のいずれかの発明において、各受信チャンネルは第１搬送波を増幅する増幅器を有し、第１搬送波はこれらの増幅器を介して複数の受信チャンネルへ供給されることを特徴とするレーダ装置である。上述のように、各受信チャンネルごとに変換用線路の長さと補正用線路の長さが等しく第１搬送波位相差がゼロであれば、補正位相は線路長に影響を受けないので、第１搬送波をアンプで分岐させて、他の受信チャンネルへ供給させることができる。
【００２０】
第６の発明は、第５の発明において、各受信チャンネルの増幅器の位相遷移量を測定する回路を各受信チャンネルごとに設け、補正位相を位相遷移量だけ補正することを特徴とするレーダ装置である。
【００２１】
受信信号を復調するときの復調搬送波を第１搬送波を供給する線路と同一線路によりミキサに供給する場合には、各チャンネル間での復調搬送波の相対的な位相関係が分かっていないと、正確に目標物の方向を確定することができない。そこで、各チャンネルの復調搬送波の位相を記憶しておき、補正位相からさらにその位相遷移量を減算する。
【００２２】
また、本発明はミリ波レーダ装置に適用できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第１の発明から第４の発明によると、受信信号の復調搬送波のミキサ入力点での位相が各受信チャンネルで等しい場合、検出位相から補正位相を減算するだけで、受信チャンネル内の増幅器やミキサによる位相変化（温度変化、経時変化も含む）を補償することができる。補正用信号と第１搬送波と第２搬送波の位相が同期しているため、各受信チャンネルの補正用線路の接続点からミキサまでの位相変化を絶対的に求めることができる。そのため、受信チャンネルごとに位相を補正することができる。また、補正を随時行うことで目標物の方位検出の精度を高めることができ、出荷時に初期位相を求めて補正する必要もない。また、第１搬送波位相差が分かればよいので、各受信チャンネル間で補正用線路および変換用線路の長さを揃える必要がない。したがって、第５の発明のように増幅器を使用することができ、高出力の発振器を用いる必要がない。また、第６の発明のように、復調搬送波の各チャンネル間の位相で補正することでより正確に角度を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明によるレーダ装置の受信チャンネル部を示したブロック図であり、レーダ装置は、図２のブロック図のように送信チャンネルＣＨ６と受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５とレーダ信号処理装置１からなる。受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５はすべて図１に示すように同一の構成である。この実施例１のレーダ装置は、送信チャンネルＣＨ６から送信された送信信号が目標物により反射され、その反射された信号を受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５が受信し、その受信信号の位相差をもって目標物の方位を測定することができるものである。
【００２６】
以下の説明では、受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５のすべてに同様に説明が適用されるものである。
【００２７】
受信チャンネル部は、図１のように、受信アンテナ１０、導波路１１、低雑音増幅器１２、ミキサ１３、ＩＦフィルタ１４、Ａ／Ｄ変換器１５と、位相測定部２から成り、この順番に接続されている。導波路１１と低雑音増幅器１２をつなぐ信号線路Ｌ３には、スイッチ１７を有する位相補正用の信号線路（補正用線路）Ｌ１が接続位置ｐにおいて接続し、ミキサ１３には、周波数変換用（復調）の第１搬送波を伝搬させる信号線路（変換用線路）Ｌ２が接続している。また、Ａ／Ｄ変換器１５は信号線路Ｌ４を通してレーダ信号処理装置１に接続し、位相測定部２もレーダ信号処理装置１に接続している。また、スイッチ１７には信号線路Ｌ６が接続している。ここで、各受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５で第１搬送波位相差はレーダ信号処理装置１のメモリに記憶されている。第１搬送波位相差とは、接続位置ｐにおける第１搬送波の位相と、ミキサ１３入力点での第１搬送波の位相の位相差のことである。第１搬送波位相差は、主として信号線路Ｌ１と信号線路Ｌ２の長さの差によって生じる。信号線路Ｌ１、Ｌ２の経時劣化、温度変化はごくわずかであり、したがって、位相の変化も極小さいものとする。
【００２８】
位相測定部２は、同期復調をおこなう直交復調部であり、位相を測定することができる。位相測定部２は、ミキサ２０、ミキサ２１、π／２移相器２２、位相検出器２３とから成る。また、復調用の信号線路Ｌ５がミキサ２１、π／２移相器２２、位相検出器２３に接続され、π／２移相器２２はミキサ２０に接続している。図１では位相測定部２はブロック図で示しているが、実際はデジタル回路またはコンピュータによる処理装置である。なお、位相測定部２をアナログ処理する回路とする場合には、Ａ／Ｄ変換器１５は必要ない。
【００２９】
このレーダ装置では、信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６より信号を入力することで、接続位置ｐから、ミキサ１３とＩＦフィルタ１４間の線路上の位置ｑまでの遷移位相を検出し、その位相値を用いてレーダ信号処理装置１にてアンテナ１０での受信信号の検出位相を補正している。信号線路Ｌ１からの入力信号（補正用信号）は、受信アンテナ１０の真正面に位置する擬似目標物からの反射信号を受信した信号と見なせる。ここで、接続位置ｐから位置ｑまでの位相値を求めるためには、信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６より入力する信号は、位相が同期されている必要がある。
【００３０】
そこで、信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６より入力する信号の位相を同期するために、図３のブロック図に示す位相同期回路３のようにＰＬＬを用いる。この位相同期回路３は、位相比較器２４、ループフィルタ２５、ＶＣＯ（電圧制御発振器）２６、１／Ｍ分周器２７、水晶振動子からなる基準発振器２８、で構成されている。基準発振器２８からの信号をこの位相同期回路３を用いてＶＣＯ２６の出力信号を信号線路Ｌ１、Ｌ２への入力信号とし、１／Ｍ分周器２７から位相比較器２４へフィードバックされる信号を取り出し信号線路Ｌ５、Ｌ６への入力信号とする。こうすることで信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６への入力信号の位相を同期させることができる。なお、実施例１では基準発振器２８の周波数は５ＭＨｚとし、信号線路Ｌ１、Ｌ２への入力信号の周波数は７７ＧＨｚとした。そのため、信号線路Ｌ５、Ｌ６への入力信号の周波数は基準発振器２８の周波数と同じ５ＭＨｚで、Ｍの値は１５４００となる。なお、ＶＣＯ２６の出力信号は、アンプにより分岐されて受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５へ供給される。
【００３１】
次に、実施例１のレーダ装置による位相補正について詳しく説明する。
信号線路Ｌ１に入力された周波数７７ＧＨｚの第１搬送波は、スイッチ１７により信号線路Ｌ６に入力された周波数５ＭＨｚの信号とＯＮ／ＯＦＦ変調される。変調されて得られた補正用信号は、信号線路Ｌ１を通り、信号線路Ｌ３を通り、低雑音増幅器１２により増幅された後、ミキサ１３により、信号線路Ｌ２に入力された周波数７７ＧＨｚの信号（第１搬送波）と混合され同期検波される。その後ＩＦフィルタ１４で周波数５ＭＨｚの信号のみを通し、Ａ／Ｄ変換器１５でデジタル信号に変換し、位相測定部２に送られる。
【００３２】
ここで、接続位置ｐでの変調された補正用信号に含まれる第１搬送波の位相をβとし、信号線路Ｌ２へ入力された第１搬送波の、信号線路Ｌ２とミキサ１３の接続位置での位相をαとし、伝送路の位相遷移がないとすると、ＩＦフィルタ１４により出力される信号は周波数５ＭＨｚで位相β−αの信号となる。さらに、接続位置ｐから位置ｑまでの絶対位相をΔとし、これを考慮すると、ＩＦフィルタ１４により出力される信号は周波数５ＭＨｚで位相β−α＋Δの信号である。
【００３３】
位相測定部２では、Ａ／Ｄ変換器１５から送られてきた周波数５ＭＨｚ、位相β−α＋Δのデジタル信号が、信号線路Ｌ５に入力された周波数５ＭＨｚの信号（第２搬送波）とミキサ２１により混合し、また、第２搬送波をπ／２移相器２２により位相をπ／２変化させた信号とミキサ２０により混合することで、直交復調され、ミキサ２０、２１から出力された２信号の成分（Ｉ、Ｑ成分）から位相検出器２３により求めると、補正位相β−α＋Δを求めることができる。ただし、この補正位相には、接続位置ｐでの補正用信号に含まれる第１搬送波の位相と、信号線路Ｌ２とミキサ１３の接続位置での第１搬送波の位相の位相差（第１搬送波位相差）β−αが含まれる。この第１搬送波位相差β−αをあらかじめ測定してレーダ信号処理装置１内のメモリに記憶しておき、補正位相β−α＋Δを第１搬送波位相差β−αを用いて補正すると、補正位相は接続位置ｐから位置ｑまでの絶対位相Δと等しくなり、より精度がよくなる。第１搬送波位相差β−αは、信号線路Ｌ１、信号線路Ｌ２の長さの差に起因するので、各チャンネルごとに信号線路Ｌ１と信号線路Ｌ２の長さを等しくすれば、ゼロとすることができる。信号線路Ｌ１とＬ２の長さは各受信チャンネルにおいては等しくし、各チャンネル間では異なっていてもよい。補正位相Δは、レーダ信号処理装置１内のメモリに記憶される。
【００３４】
一方、送信チャンネルＣＨ６から位相γ0 の電波が放射され、アンテナ１０が位相δの反射波を受信し、ミキサ１３で位相τの復調搬送波と混合したと仮定すると、検出位相δ＋γ0 −τ＋Δが求められる。この検出位相δ＋γ0 −τ＋Δから補正位相Δを引く処理をレーダ信号処理装置１にて行うと、位相δ＋γ0 −τが求まる。
【００３５】
実際に角度を求めるのに必要となるのは、各チャンネル間での位相差、つまり、δの差である。受信チャンネルＣＨ１、ＣＨ２での上記補正後の位相をそれぞれδ1 ＋γ0 −τ1 、δ2 ＋γ0 −τ2 とすると、その差は、（δ2 −δ1 ）−（τ2 −τ1 ）となる。
【００３６】
したがって、τの値を補正するには、（１）各受信チャンネルのτの値を等しくする（各受信チャンネルの発振器からミキサまでの線路長を同一にしておく）、（２）各受信チャンネルのγ0 −τの値を測定し記憶しておく、（３）各受信チャンネル間ごとのτの差を測定し記憶しておく、の３つの方法がある。（２）、（３）の方法は、線路長を同一にしなくてもよいし、増幅器を用いて復調搬送波を他の受信チャンネルに配分することができることに利点がある。
【００３７】
この３つの方法のいずれかでτの値を補正すると、δの差を正確に求めることができるので、精度よく受信信号の到来角度を求めることができる。
【００３８】
以上の補正では、接続位置ｐをアンテナ１０に近い位置にすることで、アンテナ１０から接続位置ｐ間の位相遷移を小さくできるのでより正確に補正することができる。特に、接続位置ｐがアンテナ１０であればさらに正確である。また、各受信チャンネルにおいて、アンテナ１０から接続位置ｐまでの距離を同一にしておくと、各受信チャンネルでのアンテナ１０から接続位置ｐ間の位相遷移が等しくなるので、位相差にはその位相遷移が効いてこないため正確に補正できる。また、各受信チャンネルで接続位置ｐが異なるのであれば、それによる位相差で補正位相をさらに補正すればよい。
【実施例２】
【００３９】
実施例２は、実施例１において、位相測定部２を、図４に示す位相補正部４に置き換えたものである。Ａ／Ｄ変換器１５から送られてきたデジタル信号は、位相補正部４により処理される。位相検出器２３により求められた補正位相Δのデータをフェイズシフタ２９にフィードバックさせ、出力がゼロとなるように位相を補正している。したがって、データ処理装置１には位相補正済みのデジタル信号が信号線路Ｌ４を通して送られる。
【実施例３】
【００４０】
実施例３は、図５のブロック図に示すように、実施例１とはスイッチ１７および信号線路Ｌ６を有さない点が異なる。信号線路Ｌ１への入力信号（補正用信号）と信号線路Ｌ２への入力信号（第１搬送波）は周波数が異なり、かつ位相が同期している必要があるので、図６のブロック図に示す位相同期回路５のように２つのＰＬＬを用いる。この位相同期回路５は、位相比較器２４ａ、２４ｂ、ループフィルタ２５ａ、２５ｂ、ＶＣＯ（電圧制御発振器）２６ａ、２６ｂ、１／Ｍ1 分周器２７ａ、１／Ｍ2 分周器２７ｂ、水晶振動子からなる基準発振器２８、で構成されている。ＶＣＯ２６ａからの出力信号は、信号線路Ｌ２への入力信号とされ、１／Ｍ1 分周器２７ａから位相比較器２４ａへフィードバックされる。この信号を取り出し、信号線路Ｌ５への入力信号とし、ＶＣＯ２６ｂからの出力信号を信号線路Ｌ１への入力信号とすることで、補正用信号と第１搬送波の位相を同期させている。また、Ｍ1 とＭ2 の値を変えることで、信号線路Ｌ１への入力信号と信号線路Ｌ２への入力信号の周波数が異なるようにしている。
【００４１】
実施例３では基準発振器２８の周波数は実施例１と同様５ＭＨｚとし、信号線路Ｌ１への入力信号の周波数は７７．００５ＧＨｚ、信号線路Ｌ２への入力信号の周波数は７７ＧＨｚとした。したがって、信号線路Ｌ５への入力信号（第２搬送波）の周波数は５ＭＨｚであり、Ｍ1 の値は１５４００、Ｍ2 の値は１５４０１となる。
【実施例４】
【００４２】
実施例４は、信号線路Ｌ２への入力信号をアンプにより分岐させて入力する例で、図７では受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５のうち受信チャンネルＣＨ１、２についての接続を示している。２つの受信チャンネル部は実施例１と同様のものであり、位相測定部２についても同様であるので省略してある。第１搬送波は、信号線路Ｌ１ａへの入力とアンプ１８ａへの入力に分岐されている。アンプ１８ａへ入力された第１搬送波は、信号線路Ｌ１ａ、Ｌ２ａへ入力される信号と、受信チャンネルＣＨ２へ入力される信号に分岐されている。受信チャンネルＣＨ２へ入力される信号は、信号線路Ｌ１ｂへ入力される信号とアンプ１８ｂに入力される信号に分岐され、アンプ１８ｂに入力された信号は、信号線路Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂへ入力される信号と、図示していない受信チャンネルＣＨ３に入力される信号へ分岐されている。また、信号線路Ｌ１ａにはスイッチ４０ａ、４１ａ、信号線路Ｌ１ｂにはスイッチ４０ｂ、４１ｂが設置され、導通と遮断を切り換えることができる。
【００４３】
受信チャンネルＣＨ１において、スイッチ４０ａにより導通、スイッチ４１ａにより遮断した状態で測定した補正位相と、スイッチ４０ａにより遮断、スイッチ４１ａにより導通した状態で測定した補正位相を比較すると、アンプ１８ａによる位相変化が求められる。アンプ１８ｂによる位相変化も同様にして求められる。
【００４４】
検出位相を求める際には、スイッチ４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂを遮断し、第１搬送波の代わりに復調搬送波を入力する。復調搬送波としては、ＦＭ−ＣＷであれば周波数が鋸歯状波で周波数変調された信号が用いられ、モノパルスレーダであれば第１搬送波と同じ信号が用いられる。
【００４５】
各受信チャンネルのミキサ１３に入力する第１搬送波のチャンネル間の相対位相をηとする。各受信チャンネル間で信号線路Ｌ２が等しいとすると、ηは、各受信チャンネルのアンプ１８による位相変化に比例する。他の位相値は実施例１と同様の位相値を仮定すると、実施例４の受信チャンネルＣＨ１において検出位相から補正位相を引いた値として位相δ＋γ0 −ηが求まる。ここからさらにηの値を用いて補正することで、実施例１と同様に位相δ＋γ0 が求まる。各受信チャンネル間で信号線路Ｌ２の長さが等しくない場合には、各受信チャンネル間ごとに線路長差に応じた位相差も含めてηをあらかじめ求め、記憶しておく。
【００４６】
このように、実施例４ではアンプの位相変化を求めることができるので、アンプにより分岐させる構成をとることができる。したがって、高出力の発振器を用いる必要がなくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、自動車用ミリ波レーダ装置などに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１のレーダ装置の受信チャンネル部を示すブロック図。
【図２】実施例１のレーダ装置を示すブロック図。
【図３】実施例１の位相同期回路を示すブロック図。
【図４】実施例２の位相補正部を示すブロック図。
【図５】実施例３のレーダ装置の受信チャンネル部を示すブロック図。
【図６】実施例３の位相同期回路を示すブロック図。
【図７】実施例４の信号をアンプにより分岐させる例を示すブロック図。
【図８】特許文献１に記載のレーダ装置を示すブロック図。
【図９】特許文献２に記載のレーダ装置を示すブロック図。
【図１０】発振器からの線路の分岐を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１：レーダ信号処理装置
２：位相測定部
３、５：位相同期回路
４：位相補正部
１０：受信アンテナ
１２：低雑音増幅器
１３、２０、２１：ミキサ
１７、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ：スイッチ
２２：π／２移相器
２３：位相検出器
２４、２４ａ、２４ｂ：位相比較器
２５、２５ａ、２５ｂ：ループフィルタ
２６、２６ａ、２６ｂ：ＶＣＯ
２７：１／Ｍ分周器
２７ａ：１／Ｍ1 分周器
２７ｂ：１／Ｍ2 分周器
２８：基準発振器
２９：フェイズシフタ
Ｌ１〜Ｌ５：信号線路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、経時劣化や温度変化に起因する位相変化を補正する手段を備えたレーダ装置に関するもので、絶対位相を求めることにより位相変化を補正する手段を備えたレーダ装置である。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置において、対象物までの方向を測る方法の１つに、複数のアンテナで受信した信号間の位相差を用いるものがある。送信アンテナにより放射された送信信号が目標物により反射され、その反射された送信信号を複数の受信アンテナにより受信する。そして、各受信アンテナで受信した受信信号の位相差から目標物の方向を求めることができる。
【０００３】
そのようなレーダ装置では、レーダ装置のチャンネルを構成する部品の特性のばらつきがあり、また、経時変化や温度変化を起こすため、チャンネル内で位相が変化してしまう。そのため、各受信アンテナ間の位相差も経時変化して誤差が生じ、目標物までの方向の測定結果にも誤差が生じてしまう。
【０００４】
このような位相変化を補正する方法として、特許文献１、特許文献２が知られている。
図８は、特許文献１に記載のレーダ装置である。受信アンテナは正面に対して対称に配置されている。このレーダ装置では、変調した補正用信号を線路Ｌ１０を通してチャンネルＣＨ１０、ＣＨ２０に入力し、低雑音増幅器ＬＮＡ１０、ＬＮＡ２０により増幅され、ミキサＭＩＸ３、ＭＩＸ４で発振器ＯＳＣ６からの信号と混合され中間周波数に変換されたのち、チャンネルＣＨ１０のフェイズシフタＰＳ１を調整することで位相を補正している。したがって、補正の対象となっているのは、低雑音増幅器ＬＮＡ１０、ＬＮＡ２０とミキサＭＩＸ３、ＭＩＸ４である。この方法では、発振器ＯＳＣ１、５、６、７間での位相の同期を取っていないが、ミキサＭＩＸ３、ＭＩＸ４は同じ発振器ＯＳＣ６から、ミキサＭＩＸ５、ＭＩＸ６は同じ発振器ＯＳＣ７からの信号と混合しているので、チャンネルＣＨ１０、ＣＨ２０の相対的な位相差は正しく求めることができ、この相対的な位相差をゼロになるよう調整することで経時変化や温度変化による位相変化を補正できる。また、特許文献１では、この相対的な位相差をゼロに補正する方法として、フェイズシフタを用いずに、直接、信号処理手段Ｐ１において補正データを求め、メモリに格納し、その補正データを用いて位相差を補正する方法も記載されている。
【０００５】
また、図９は、特許文献２に記載のレーダ装置である。アンテナＲ×１を基準として、アンテナＲ×１と各アンテナＲ×２〜Ｒ×（ｎ）との位相差の実測値φ２〜φ（ｎ）と、レーダ装置の出荷時に測定される初期位相差Δ２〜Δ（ｎ）から、低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ（ｍ）の温度変化、経時変化による位相変化Δ’１〜Δ’（ｍ）を求めている。そして、Δ’１〜Δ’（ｍ）の値を元に位相補正している。つまり、補正の対象となっているのは、低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ（ｍ）の位相変化である。
【０００６】
このように、特許文献１、特許文献２に記載の位相補正方法は、各チャンネルの相対位相から位相差の変化を求め、その値を用いて位相を補正している。
【特許文献１】特開２００３−２４８０５４
【特許文献２】特開２００１−１６６０２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の方法では、各チャンネル間で搬送波の位相を合わせるために発振器ＯＳＣ６から各受信チャンネルのミキサまでの長さを揃える必要がある。たとえば、図１０のように線路を分岐させて長さを揃える方法では、受信チャンネルが多い場合には、発振器ＯＳＣ８（図８のＯＳＣ６に対応）から各受信チャンネルのミキサまでの長さが等しい正確な分岐をさせることが難しく、また、場所をとるため実装が容易ではない。さらに、発振器ＯＳＣ６は出力電力の大きいものが必要となる。同様に、補正用信号を供給する線路Ｌ１０の長さも各チャンネル間で等しくする必要がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法では、初期位相差を検出する必要があり、通常はレーダ装置の出荷時に検査官によるスイッチ操作等により、基準となる目標物からの反射波を用いてアンテナ間の初期位相差を検出している。このように特許文献２では、出荷時にキャリブレーション操作が必要な点が問題となる。
【０００９】
そこで本発明の目的は、出荷時のキャリブレーション操作が必要なく、各チャンネル間で発振器からミキサまでの線路の長さを揃える必要のない、位相変化を補正することができる手段を備えたレーダ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、送信信号に基づく電波を目標物に対して放射する送信チャンネルと、その反射波を受信して受信信号を得る複数の受信チャンネルとを有し、目標物の方位を測定するレーダ装置において、受信信号を送信信号により復調してＩＦ周波数のＩＦ信号に変換するためのミキサと、ＩＦ信号に変換するための第１搬送波を入力するミキサに接続された変換用線路と、ＩＦ信号を処理する信号処理装置と、各受信チャンネルに、補正用信号を接続点から入力するための補正用線路と、補正用信号がミキサにより変換されたＩＦ信号を第２搬送波により直交復調して補正位相を検出する位相検出手段とを有し、補正用信号と第１搬送波と第２搬送波は、位相が同期していて、補正用信号の周波数と第１搬送波の周波数の差が、第２搬送波の周波数と等しい信号であって、受信チャンネルが受信した反射波の受信信号に対する検出位相を、位相検出手段において検出された補正位相だけ補正する位相補正手段を有することを特徴とするレーダ装置である。
【００１１】
ここで、検出位相とは、目標物からの反射波を受信チャンネルが受信し、その受信信号の位相が位相検出手段により求められたときの位相をいう。また、補正位相とは、補正用信号を入力した場合に位相検出手段により求められる位相で、検出位相を補正するための位相をいう。
【００１２】
補正用信号と第１搬送波と第２搬送波は位相が同期しているため、補正用線路の接続点における補正用信号に含まれる第１搬送波の位相と、ミキサに入力される第１搬送波の位相の位相差（以下、この位相差を「第１搬送波位相差」という）がゼロである場合は、補正位相は補正用線路の接続点からミキサの出力までの間の各受信チャンネルの位相遷移（絶対位相）となる。第１搬送波位相差がゼロでない場合は、第２の発明のように、補正用線路と変換用線路の長さの差と第１搬送波の周波数とから第１搬送波位相差を求め、それを記憶しておき、その第１搬送波位相差を用いて補正位相値を補正し、絶対位相を求めることができる。
【００１３】
そのため、受信信号の復調搬送波のミキサ入力点での位相が各受信チャンネルで等しいならば、検出位相から、上記の様にして求めた絶対位相を減算するだけで、受信チャンネルの増幅器やミキサによる位相特性（温度変化、経時変化も含む）を補償することができる。
【００１４】
補正用線路の受信チャンネルへの接続位置は、その接続位置より下流側に経時変化や温度変化による位相変化の大きい部分が含まれるような接続位置であるとよい。また、接続位置は、受信点に近いほど望ましい。受信点から接続位置までの位相変化量を小さくでき、より正確に補正できる。受信アンテナに接続することも可能である。
【００１５】
また、各受信チャンネルにおける補正位相は絶対位相として、各チャンネルで独立に測定される。そのため、各受信チャンネルへ入力される第１搬送波の位相が各受信チャンネル間で同期している必要はない。よって従来のように変換用線路や補正用線路を分岐させて長さを揃える必要がなく、各変換用線路の長さは異なっていてもよい。
【００１６】
位相補正手段としては、位相を検出する手段において検出された位相値が所定値となるように、誤差をフェイズシフタにフィードバックし、フェイズシフタに補正を加える方法も可能である。また、送信信号はモノパルスやＦＭ−ＣＷでもよい。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、補正用信号と第１搬送波はＰＬＬを用いて位相が同期されることを特徴とするレーダ装置である。このとき、第２搬送波もＰＬＬを用いて同期されてもよいが、コスタス方式を用いてもよい。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明または第２の発明において、第１搬送波と第２搬送波は、ＰＬＬを用いて位相が同期されていて、補正用信号は、第１搬送波により第２搬送波をオンオフ変調したものであることを特徴とするレーダ装置である。補正用信号を別途作り出す必要がないため、より簡単に同期をとることができる。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明のいずれかの発明において、各受信チャンネルは第１搬送波を増幅する増幅器を有し、第１搬送波はこれらの増幅器を介して複数の受信チャンネルへ供給されることを特徴とするレーダ装置である。上述のように、各受信チャンネルごとに変換用線路の長さと補正用線路の長さが等しく第１搬送波位相差がゼロであれば、補正位相は線路長に影響を受けないので、第１搬送波をアンプで分岐させて、他の受信チャンネルへ供給させることができる。
【００２０】
第６の発明は、第５の発明において、各受信チャンネルの増幅器の位相遷移量を測定する回路を各受信チャンネルごとに設け、補正位相を位相遷移量だけ補正することを特徴とするレーダ装置である。
【００２１】
受信信号を復調するときの復調搬送波を第１搬送波を供給する線路と同一線路によりミキサに供給する場合には、各チャンネル間での復調搬送波の相対的な位相関係が分かっていないと、正確に目標物の方向を確定することができない。そこで、各チャンネルの復調搬送波の位相を記憶しておき、補正位相からさらにその位相遷移量を減算する。
【００２２】
また、本発明はミリ波レーダ装置に適用できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第１の発明から第４の発明によると、受信信号の復調搬送波のミキサ入力点での位相が各受信チャンネルで等しい場合、検出位相から補正位相を減算するだけで、受信チャンネル内の増幅器やミキサによる位相変化（温度変化、経時変化も含む）を補償することができる。補正用信号と第１搬送波と第２搬送波の位相が同期しているため、各受信チャンネルの補正用線路の接続点からミキサまでの位相変化を絶対的に求めることができる。そのため、受信チャンネルごとに位相を補正することができる。また、補正を随時行うことで目標物の方位検出の精度を高めることができ、出荷時に初期位相を求めて補正する必要もない。また、第１搬送波位相差が分かればよいので、各受信チャンネル間で補正用線路および変換用線路の長さを揃える必要がない。したがって、第５の発明のように増幅器を使用することができ、高出力の発振器を用いる必要がない。また、第６の発明のように、復調搬送波の各チャンネル間の位相で補正することでより正確に角度を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明によるレーダ装置の受信チャンネル部を示したブロック図であり、レーダ装置は、図２のブロック図のように送信チャンネルＣＨ６と受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５とレーダ信号処理装置１からなる。受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５はすべて図１に示すように同一の構成である。この実施例１のレーダ装置は、送信チャンネルＣＨ６から送信された送信信号が目標物により反射され、その反射された信号を受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５が受信し、その受信信号の位相差をもって目標物の方位を測定することができるものである。
【００２６】
以下の説明では、受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５のすべてに同様に説明が適用されるものである。
【００２７】
受信チャンネル部は、図１のように、受信アンテナ１０、導波路１１、低雑音増幅器１２、ミキサ１３、ＩＦフィルタ１４、Ａ／Ｄ変換器１５と、位相測定部２から成り、この順番に接続されている。導波路１１と低雑音増幅器１２をつなぐ信号線路Ｌ３には、スイッチ１７を有する位相補正用の信号線路（補正用線路）Ｌ１が接続位置ｐにおいて接続し、ミキサ１３には、周波数変換用（復調）の第１搬送波を伝搬させる信号線路（変換用線路）Ｌ２が接続している。また、Ａ／Ｄ変換器１５は信号線路Ｌ４を通してレーダ信号処理装置１に接続し、位相測定部２もレーダ信号処理装置１に接続している。また、スイッチ１７には信号線路Ｌ６が接続している。ここで、各受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５で第１搬送波位相差はレーダ信号処理装置１のメモリに記憶されている。第１搬送波位相差とは、接続位置ｐにおける第１搬送波の位相と、ミキサ１３入力点での第１搬送波の位相の位相差のことである。第１搬送波位相差は、主として信号線路Ｌ１と信号線路Ｌ２の長さの差によって生じる。信号線路Ｌ１、Ｌ２の経時劣化、温度変化はごくわずかであり、したがって、位相の変化も極小さいものとする。
【００２８】
位相測定部２は、同期復調をおこなう直交復調部であり、位相を測定することができる。位相測定部２は、ミキサ２０、ミキサ２１、π／２移相器２２、位相検出器２３とから成る。また、復調用の信号線路Ｌ５がミキサ２１、π／２移相器２２、位相検出器２３に接続され、π／２移相器２２はミキサ２０に接続している。図１では位相測定部２はブロック図で示しているが、実際はデジタル回路またはコンピュータによる処理装置である。なお、位相測定部２をアナログ処理する回路とする場合には、Ａ／Ｄ変換器１５は必要ない。
【００２９】
このレーダ装置では、信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６より信号を入力することで、接続位置ｐから、ミキサ１３とＩＦフィルタ１４間の線路上の位置ｑまでの遷移位相を検出し、その位相値を用いてレーダ信号処理装置１にてアンテナ１０での受信信号の検出位相を補正している。信号線路Ｌ１からの入力信号（補正用信号）は、受信アンテナ１０の真正面に位置する擬似目標物からの反射信号を受信した信号と見なせる。ここで、接続位置ｐから位置ｑまでの位相値を求めるためには、信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６より入力する信号は、位相が同期されている必要がある。
【００３０】
そこで、信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６より入力する信号の位相を同期するために、図３のブロック図に示す位相同期回路３のようにＰＬＬを用いる。この位相同期回路３は、位相比較器２４、ループフィルタ２５、ＶＣＯ（電圧制御発振器）２６、１／Ｍ分周器２７、水晶振動子からなる基準発振器２８、で構成されている。基準発振器２８からの信号をこの位相同期回路３を用いてＶＣＯ２６の出力信号を信号線路Ｌ１、Ｌ２への入力信号とし、１／Ｍ分周器２７から位相比較器２４へフィードバックされる信号を取り出し信号線路Ｌ５、Ｌ６への入力信号とする。こうすることで信号線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６への入力信号の位相を同期させることができる。なお、実施例１では基準発振器２８の周波数は５ＭＨｚとし、信号線路Ｌ１、Ｌ２への入力信号の周波数は７７ＧＨｚとした。そのため、信号線路Ｌ５、Ｌ６への入力信号の周波数は基準発振器２８の周波数と同じ５ＭＨｚで、Ｍの値は１５４００となる。なお、ＶＣＯ２６の出力信号は、アンプにより分岐されて受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５へ供給される。
【００３１】
次に、実施例１のレーダ装置による位相補正について詳しく説明する。
信号線路Ｌ１に入力された周波数７７ＧＨｚの第１搬送波は、スイッチ１７により信号線路Ｌ６に入力された周波数５ＭＨｚの信号とＯＮ／ＯＦＦ変調される。変調されて得られた補正用信号は、信号線路Ｌ１を通り、信号線路Ｌ３を通り、低雑音増幅器１２により増幅された後、ミキサ１３により、信号線路Ｌ２に入力された周波数７７ＧＨｚの信号（第１搬送波）と混合され同期検波される。その後ＩＦフィルタ１４で周波数５ＭＨｚの信号のみを通し、Ａ／Ｄ変換器１５でデジタル信号に変換し、位相測定部２に送られる。
【００３２】
ここで、接続位置ｐでの変調された補正用信号に含まれる第１搬送波の位相をβとし、信号線路Ｌ２へ入力された第１搬送波の、信号線路Ｌ２とミキサ１３の接続位置での位相をαとし、伝送路の位相遷移がないとすると、ＩＦフィルタ１４により出力される信号は周波数５ＭＨｚで位相β−αの信号となる。さらに、接続位置ｐから位置ｑまでの絶対位相をΔとし、これを考慮すると、ＩＦフィルタ１４により出力される信号は周波数５ＭＨｚで位相β−α＋Δの信号である。
【００３３】
位相測定部２では、Ａ／Ｄ変換器１５から送られてきた周波数５ＭＨｚ、位相β−α＋Δのデジタル信号が、信号線路Ｌ５に入力された周波数５ＭＨｚの信号（第２搬送波）とミキサ２１により混合し、また、第２搬送波をπ／２移相器２２により位相をπ／２変化させた信号とミキサ２０により混合することで、直交復調され、ミキサ２０、２１から出力された２信号の成分（Ｉ、Ｑ成分）から位相検出器２３により求めると、補正位相β−α＋Δを求めることができる。ただし、この補正位相には、接続位置ｐでの補正用信号に含まれる第１搬送波の位相と、信号線路Ｌ２とミキサ１３の接続位置での第１搬送波の位相の位相差（第１搬送波位相差）β−αが含まれる。この第１搬送波位相差β−αをあらかじめ測定してレーダ信号処理装置１内のメモリに記憶しておき、補正位相β−α＋Δを第１搬送波位相差β−αを用いて補正すると、補正位相は接続位置ｐから位置ｑまでの絶対位相Δと等しくなり、より精度がよくなる。第１搬送波位相差β−αは、信号線路Ｌ１、信号線路Ｌ２の長さの差に起因するので、各チャンネルごとに信号線路Ｌ１と信号線路Ｌ２の長さを等しくすれば、ゼロとすることができる。信号線路Ｌ１とＬ２の長さは各受信チャンネルにおいては等しくし、各チャンネル間では異なっていてもよい。補正位相Δは、レーダ信号処理装置１内のメモリに記憶される。
【００３４】
一方、送信チャンネルＣＨ６から位相γ0 の電波が放射され、アンテナ１０が位相δの反射波を受信し、ミキサ１３で位相τの復調搬送波と混合したと仮定すると、検出位相δ＋γ0 −τ＋Δが求められる。この検出位相δ＋γ0 −τ＋Δから補正位相Δを引く処理をレーダ信号処理装置１にて行うと、位相δ＋γ0 −τが求まる。
【００３５】
実際に角度を求めるのに必要となるのは、各チャンネル間での位相差、つまり、δの差である。受信チャンネルＣＨ１、ＣＨ２での上記補正後の位相をそれぞれδ1 ＋γ0 −τ1 、δ2 ＋γ0 −τ2 とすると、その差は、（δ2 −δ1 ）−（τ2 −τ1 ）となる。
【００３６】
したがって、τの値を補正するには、（１）各受信チャンネルのτの値を等しくする（各受信チャンネルの発振器からミキサまでの線路長を同一にしておく）、（２）各受信チャンネルのγ0 −τの値を測定し記憶しておく、（３）各受信チャンネル間ごとのτの差を測定し記憶しておく、の３つの方法がある。（２）、（３）の方法は、線路長を同一にしなくてもよいし、増幅器を用いて復調搬送波を他の受信チャンネルに配分することができることに利点がある。
【００３７】
この３つの方法のいずれかでτの値を補正すると、δの差を正確に求めることができるので、精度よく受信信号の到来角度を求めることができる。
【００３８】
以上の補正では、接続位置ｐをアンテナ１０に近い位置にすることで、アンテナ１０から接続位置ｐ間の位相遷移を小さくできるのでより正確に補正することができる。特に、接続位置ｐがアンテナ１０であればさらに正確である。また、各受信チャンネルにおいて、アンテナ１０から接続位置ｐまでの距離を同一にしておくと、各受信チャンネルでのアンテナ１０から接続位置ｐ間の位相遷移が等しくなるので、位相差にはその位相遷移が効いてこないため正確に補正できる。また、各受信チャンネルで接続位置ｐが異なるのであれば、それによる位相差で補正位相をさらに補正すればよい。
【実施例２】
【００３９】
実施例２は、実施例１において、位相測定部２を、図４に示す位相補正部４に置き換えたものである。Ａ／Ｄ変換器１５から送られてきたデジタル信号は、位相補正部４により処理される。位相検出器２３により求められた補正位相Δのデータをフェイズシフタ２９にフィードバックさせ、出力がゼロとなるように位相を補正している。したがって、データ処理装置１には位相補正済みのデジタル信号が信号線路Ｌ４を通して送られる。
【実施例３】
【００４０】
実施例３は、図５のブロック図に示すように、実施例１とはスイッチ１７および信号線路Ｌ６を有さない点が異なる。信号線路Ｌ１への入力信号（補正用信号）と信号線路Ｌ２への入力信号（第１搬送波）は周波数が異なり、かつ位相が同期している必要があるので、図６のブロック図に示す位相同期回路５のように２つのＰＬＬを用いる。この位相同期回路５は、位相比較器２４ａ、２４ｂ、ループフィルタ２５ａ、２５ｂ、ＶＣＯ（電圧制御発振器）２６ａ、２６ｂ、１／Ｍ1 分周器２７ａ、１／Ｍ2 分周器２７ｂ、水晶振動子からなる基準発振器２８、で構成されている。ＶＣＯ２６ａからの出力信号は、信号線路Ｌ２への入力信号とされ、１／Ｍ1 分周器２７ａから位相比較器２４ａへフィードバックされる。この信号を取り出し、信号線路Ｌ５への入力信号とし、ＶＣＯ２６ｂからの出力信号を信号線路Ｌ１への入力信号とすることで、補正用信号と第１搬送波の位相を同期させている。また、Ｍ1 とＭ2 の値を変えることで、信号線路Ｌ１への入力信号と信号線路Ｌ２への入力信号の周波数が異なるようにしている。
【００４１】
実施例３では基準発振器２８の周波数は実施例１と同様５ＭＨｚとし、信号線路Ｌ１への入力信号の周波数は７７．００５ＧＨｚ、信号線路Ｌ２への入力信号の周波数は７７ＧＨｚとした。したがって、信号線路Ｌ５への入力信号（第２搬送波）の周波数は５ＭＨｚであり、Ｍ1 の値は１５４００、Ｍ2 の値は１５４０１となる。
【実施例４】
【００４２】
実施例４は、信号線路Ｌ２への入力信号をアンプにより分岐させて入力する例で、図７では受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５のうち受信チャンネルＣＨ１、２についての接続を示している。２つの受信チャンネル部は実施例１と同様のものであり、位相測定部２についても同様であるので省略してある。第１搬送波は、信号線路Ｌ１ａへの入力とアンプ１８ａへの入力に分岐されている。アンプ１８ａへ入力された第１搬送波は、信号線路Ｌ１ａ、Ｌ２ａへ入力される信号と、受信チャンネルＣＨ２へ入力される信号に分岐されている。受信チャンネルＣＨ２へ入力される信号は、信号線路Ｌ１ｂへ入力される信号とアンプ１８ｂに入力される信号に分岐され、アンプ１８ｂに入力された信号は、信号線路Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂへ入力される信号と、図示していない受信チャンネルＣＨ３に入力される信号へ分岐されている。また、信号線路Ｌ１ａにはスイッチ４０ａ、４１ａ、信号線路Ｌ１ｂにはスイッチ４０ｂ、４１ｂが設置され、導通と遮断を切り換えることができる。
【００４３】
受信チャンネルＣＨ１において、スイッチ４０ａにより導通、スイッチ４１ａにより遮断した状態で測定した補正位相と、スイッチ４０ａにより遮断、スイッチ４１ａにより導通した状態で測定した補正位相を比較すると、アンプ１８ａによる位相変化が求められる。アンプ１８ｂによる位相変化も同様にして求められる。
【００４４】
検出位相を求める際には、スイッチ４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂを遮断し、第１搬送波の代わりに復調搬送波を入力する。復調搬送波としては、ＦＭ−ＣＷであれば周波数が鋸歯状波で周波数変調された信号が用いられ、モノパルスレーダであれば第１搬送波と同じ信号が用いられる。
【００４５】
各受信チャンネルのミキサ１３に入力する第１搬送波のチャンネル間の相対位相をηとする。各受信チャンネル間で信号線路Ｌ２が等しいとすると、ηは、各受信チャンネルのアンプ１８による位相変化に比例する。他の位相値は実施例１と同様の位相値を仮定すると、実施例４の受信チャンネルＣＨ１において検出位相から補正位相を引いた値として位相δ＋γ0 −ηが求まる。ここからさらにηの値を用いて補正することで、実施例１と同様に位相δ＋γ0 が求まる。各受信チャンネル間で信号線路Ｌ２の長さが等しくない場合には、各受信チャンネル間ごとに線路長差に応じた位相差も含めてηをあらかじめ求め、記憶しておく。
【００４６】
このように、実施例４ではアンプの位相変化を求めることができるので、アンプにより分岐させる構成をとることができる。したがって、高出力の発振器を用いる必要がなくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、自動車用ミリ波レーダ装置などに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１のレーダ装置の受信チャンネル部を示すブロック図。
【図２】実施例１のレーダ装置を示すブロック図。
【図３】実施例１の位相同期回路を示すブロック図。
【図４】実施例２の位相補正部を示すブロック図。
【図５】実施例３のレーダ装置の受信チャンネル部を示すブロック図。
【図６】実施例３の位相同期回路を示すブロック図。
【図７】実施例４の信号をアンプにより分岐させる例を示すブロック図。
【図８】特許文献１に記載のレーダ装置を示すブロック図。
【図９】特許文献２に記載のレーダ装置を示すブロック図。
【図１０】発振器からの線路の分岐を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１：レーダ信号処理装置
２：位相測定部
３、５：位相同期回路
４：位相補正部
１０：受信アンテナ
１２：低雑音増幅器
１３、２０、２１：ミキサ
１７、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ：スイッチ
２２：π／２移相器
２３：位相検出器
２４、２４ａ、２４ｂ：位相比較器
２５、２５ａ、２５ｂ：ループフィルタ
２６、２６ａ、２６ｂ：ＶＣＯ
２７：１／Ｍ分周器
２７ａ：１／Ｍ1 分周器
２７ｂ：１／Ｍ2 分周器
２８：基準発振器
２９：フェイズシフタ
Ｌ１〜Ｌ５：信号線路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号に基づく電波を目標物に対して放射する送信チャンネルと、その反射波を受信して受信信号を得る複数の受信チャンネルと、を有し、目標物の方位を測定するレーダ装置において、
前記受信信号を前記送信信号により復調してＩＦ周波数のＩＦ信号に変換するためのミキサと、
前記ＩＦ信号に変換するための第１搬送波を入力する前記ミキサに接続された変換用線路と、
前記ＩＦ信号を処理する信号処理装置と、
各前記受信チャンネルに、補正用信号を接続点から入力するための補正用線路と、
前記補正用信号が前記ミキサにより変換された前記ＩＦ信号を第２搬送波により直交復調して補正位相を検出する位相検出手段と、を有し、
前記補正用信号と前記第１搬送波と前記第２搬送波は、位相が同期していて、前記補正用信号の周波数と前記第１搬送波の周波数の差が、前記第２搬送波の周波数と等しい信号であって、
前記受信チャンネルが受信した前記反射波の受信信号に対する検出位相を、前記位相検出手段において検出された補正位相だけ補正する位相補正手段を有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
各前記受信チャンネルの前記補正用線路の長さと前記変換用線路の長さの差に基づく、前記接続点での前記補正用信号と前記ミキサでの前記第１搬送波の位相差を各前記受信チャンネルごとに記憶する手段を有し、前記補正位相は前記位相差により補正されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記補正用信号と前記第１搬送波は、ＰＬＬを用いて位相が同期されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記第１搬送波と前記第２搬送波は、ＰＬＬを用いて位相が同期されていて、
前記補正用信号は、前記第１搬送波により前記第２搬送波をオンオフ変調したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項５】
各前記受信チャンネルは、前記第１搬送波を増幅する増幅器を有し、前記第１搬送波は、これらの増幅器を介して複数の前記受信チャンネルへ供給されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
各前記受信チャンネルの前記増幅器の位相遷移量を測定する回路を各前記受信チャンネルごとに設け、前記補正位相を前記位相遷移量だけ補正することを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項１】
送信信号に基づく電波を目標物に対して放射する送信チャンネルと、その反射波を受信して受信信号を得る複数の受信チャンネルと、を有し、目標物の方位を測定するレーダ装置において、
前記受信信号を前記送信信号により復調してＩＦ周波数のＩＦ信号に変換するためのミキサと、
前記ＩＦ信号に変換するための第１搬送波を入力する前記ミキサに接続された変換用線路と、
前記ＩＦ信号を処理する信号処理装置と、
各前記受信チャンネルに、補正用信号を接続点から入力するための補正用線路と、
前記補正用信号が前記ミキサにより変換された前記ＩＦ信号を第２搬送波により直交復調して補正位相を検出する位相検出手段と、を有し、
前記補正用信号と前記第１搬送波と前記第２搬送波は、位相が同期していて、前記補正用信号の周波数と前記第１搬送波の周波数の差が、前記第２搬送波の周波数と等しい信号であって、
前記受信チャンネルが受信した前記反射波の受信信号に対する検出位相を、前記位相検出手段において検出された補正位相だけ補正する位相補正手段を有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
各前記受信チャンネルの前記補正用線路の長さと前記変換用線路の長さの差に基づく、前記接続点での前記補正用信号と前記ミキサでの前記第１搬送波の位相差を各前記受信チャンネルごとに記憶する手段を有し、前記補正位相は前記位相差により補正されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記補正用信号と前記第１搬送波は、ＰＬＬを用いて位相が同期されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記第１搬送波と前記第２搬送波は、ＰＬＬを用いて位相が同期されていて、
前記補正用信号は、前記第１搬送波により前記第２搬送波をオンオフ変調したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項５】
各前記受信チャンネルは、前記第１搬送波を増幅する増幅器を有し、前記第１搬送波は、これらの増幅器を介して複数の前記受信チャンネルへ供給されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
各前記受信チャンネルの前記増幅器の位相遷移量を測定する回路を各前記受信チャンネルごとに設け、前記補正位相を前記位相遷移量だけ補正することを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−３９４９０（Ｐ２００８−３９４９０Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１１４５６（Ｐ２００６−２１１４５６）
【出願日】平成１８年８月２日（２００６．８．２）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２日（２００６．８．２）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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