レーダ装置
【課題】相対速度が０の物体があった場合でも、検出できるとともに、測定誤差を低減できるレーダ装置を提供することにある。
【解決手段】ランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂは、時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する。ランプ波形発生手段は、任意電流を発生する任意電流発生手段１２２と、任意電流発生手段が出力する電流を積分してランプ電圧を発生する積分手段１２４，１２６とを備える。スイッチ手段１４０は、ランプ波形発生手段１２０Ｂの出力と基準電圧とを交互に切り替えて出力する。合成手段１５０は、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力と、スイッチ手段１４０の出力とを合成する。高周波発生手段は、合成手段１５０の出力電圧を周波数信号に変換し、高周波信号を出力する。制御手段１１は、任意電流発生手段１２２及びスイッチ手段１４０を制御する。
【解決手段】ランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂは、時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する。ランプ波形発生手段は、任意電流を発生する任意電流発生手段１２２と、任意電流発生手段が出力する電流を積分してランプ電圧を発生する積分手段１２４，１２６とを備える。スイッチ手段１４０は、ランプ波形発生手段１２０Ｂの出力と基準電圧とを交互に切り替えて出力する。合成手段１５０は、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力と、スイッチ手段１４０の出力とを合成する。高周波発生手段は、合成手段１５０の出力電圧を周波数信号に変換し、高周波信号を出力する。制御手段１１は、任意電流発生手段１２２及びスイッチ手段１４０を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的な電波を用いて障害物を検知するレーダ装置に関し、特に、検知物の位置と自車に対する相対速度とを計測する車載用に用いるに好適なレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行時に障害物や前方走行車までの距離を計測する装置として、ミリ波を利用したレーダ装置が広く利用されている。レーダ装置は、電波を放射し、障害物や車両などの物体からの反射波を受信する。そして、受信した反射波の強弱、周波数のドップラーシフト、電波の発射から反射波の受信までの伝搬時間などを検出し、その結果から物体までの距離や相対速度を計測する。近年では、このようなレーダ装置を自動車に搭載し、障害物や先行車を検出し、その結果に基づいて運転制御をおこなう定速走行装置や車間距離制御装置が開発、実用化されている。
【０００３】
以上のような目的で使用されるレーダの変調方式として、２周波ＣＷ(Continuous Wave)方式が知られている。２周波ＣＷ方式では、周波数f1、f2の２つの電波を切り替え遷移しながら送信する。そして物体で反射して戻ってきた反射波を受信し、送受信信号をミキシングすることで、周波数f1、f2の二つの送信信号に対してそれぞれビート信号が得られる。このビート信号を用いて、ターゲットとの相対速度や、ターゲットまでの距離を得ることができる。
【０００４】
しかしながら、２周波ＣＷ方式では、相対速度０のターゲットについては、ドップラーシフトが生じないためビート信号が検出されず、ターゲットを検出することができないものである。また、相対速度が同じ複数のターゲットが存在する場合では、それらの反射信号が同一のビート周波数として計測されるため、分離検出することができないものである。
【０００５】
それに対して、２つの送信波に周波数勾配を持たせた周波数パターンを送信するもの（以下、「２周波ランプ方式」と称する）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この方式では、例えばレーダとの相対速度が０の物体があった場合、その物体で反射して戻ってきた受信波の周波数は、その受信波を受信した時に送信している電波の周波数と異なる。そのため、送受信信号をミキシングすると、物体までの距離に応じたビート周波数が計測される。そしてその物体までの距離や相対速度は２周波ＣＷ方式と同じ演算によって求めることができる。
【０００７】
また、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合であっても、それらの物体までの距離が異なっていればビート周波数も異なる。そして物体までの距離や相対速度は２周波ＣＷ方式と同じ演算によって求めることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２５３７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、２周波ランプ方式においては、次の問題があることが判明した。すなわち、２周波ランプ方式のレーダでは、電波の周波数は時間に対して直線的に変化させる必要がある。放射する電波の周波数を変化させる手段として、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）を用いて、ＶＣＯの入力電圧を時間に対して直線的に変化させるのが一般的である。しかし、ＶＣＯの入力電圧に対する出力周波数の変化が直線的でない場合、時間が進むにつれて理想的な直線の傾きに対して実際の周波数がずれることになる。その結果、物体までの距離や相対速度に対して、測定誤差が生じることになる。
【００１０】
すなわち、２周波ＣＷ方式レーダにおいては、レーダが放射する電波の周波数は時間に対して２つの固定値を遷移するのみであったので、ＶＣＯの入力電圧に対する出力周波数の直線性は問題とならなかったが、２周波ランプ方式のレーダでは、これが時間に対する出力周波数の直線性となり、測定誤差が生じ、レーダ性能劣化の原因となることが判明した。
【００１１】
本発明の目的は、２周波ランプ方式を用いることにより、相対速度が０の物体があった場合や、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合でも、検出できるとともに、測定誤差を低減できるレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記課題を解決するために、本発明は、時間軸に対して周波数傾きを持つ少なくとも２つの周波数掃引直線に従う電波を周期的に切り替え遷移しながら送出する２周波ランプ発生手段を有し、この電波を放射しその反射波を処理して物体までの距離や相対速度を求めるレーダ装置であって、前記２周波ランプ発生手段は、時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する第１のランプ波形発生手段と、時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する第２のランプ波形発生手段と、該第２のランプ波形発生手段の出力と基準電圧とを交互に切り替えて出力するスイッチ手段と、前記第１のランプ波形発生手段の出力と、前記スイッチ手段の出力とを合成する合成手段と、該合成手段の出力電圧を周波数信号に変換し、高周波信号を出力する高周波発生手段と、前記第１及び第２のランプ波形発生手段及び前記スイッチ手段を制御する制御手段を備え、前記第１及び第２のランプ波形発生手段は、それぞれ、任意電流を発生する任意電流発生手段と、該任意電流発生手段が出力する電流を積分してランプ電圧を発生する積分手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、２周波ランプ方式を用いることにより、相対速度が０の物体があった場合や、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合でも、検出できるとともに、測定誤差を低減できるものとなる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記合成手段は、前記第１のランプ波形発生手段の出力電圧に対して、前記第２のランプ波形発生手段の出力を１／ｎ倍で合成するようにしたものである。
【００１４】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記任意電流発生手段が出力する電流を変化させることで、前記高周波発生手段における時間に対する周波数の変化の非直線性を補完するように、前記ランプ波形発生手段が出力するランプ電圧の非直線性を変えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２周波ランプ方式を用いることにより、相対速度が０の物体があった場合や、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合でも、検出できるとともに、測定誤差を低減できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１〜図６を用いて、本発明の一実施形態によるレーダ装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態によるレーダ装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１７】
２周波ランプ信号発生手段１００は、２つの送信波に周波数勾配を持たせた周波数パターンを送信する。すなわち、２周波ランプ信号発生手段１００は、時間軸に対して周波数傾きを持つ少なくとも２つの周波数掃引直線に従う電波を周期的に切り替え遷移しながら送出する、２周波ランプ信号発生手段１００が発生した２周波ランプ信号は、送信用電力アンプTxAmpにより増幅された上で、送信アンテナTxから放射される。ターゲットにより反射され、戻ってきた信号は、受信アンテナRxにより受信される。受信機Rcvは、受信アンテナRxにより受信された信号と、２周波ランプ信号発生手段１００が発生した２周波ランプ信号と混合され、両者の位相差に対応した出力信号が得られる。受信機Revにより得られた信号は、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換され、信号処理手段MPUに入力する。信号処理手段MPUは、受信機Rcvから得られた信号に、所望の演算をすることで、ターゲットとの相対速度や、ターゲットまでの距離を算出する。
【００１８】
次に、図２を用いて、本実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段１００の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段の構成を示すブロック図である。
【００１９】
２周波ランプ信号発生手段１００は、制御手段１１０と、ランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂと、基準電圧発生手段１３０と、スイッチ手段１４０と、合成手段１５０と、高周波発生手段１６０とを備えている。
【００２０】
高周波発生手段１６０は、その内部に、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）を備えている。また、ランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂは、時間とともに、その出力電圧が変化するランプ波形信号を出力する。高周波発生手段１６０の中のＶＣＯの入力電圧が、ランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂが出力するランプ波形信号に応じて変化することで、高周波発生手段１６０が発生する高周波の周波数を時間とともに変化させることができる。
【００２１】
ここで、ＶＣＯは、入力電圧に対する出力周波数の変化が直線的でない。そこで、本実施形態におけるランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂは、このＶＣＯにおける入力電圧に対する出力周波数の非直線性を補正して、高周波発生手段１６０が発生する高周波の周波数が時間とともに直線的に変化するようにしている。この原理については、図３を用いて説明する。
【００２２】
ここで、図３〜図５を用いて、本実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段における各部の特性について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段における各部の特性図である。図４及び図５は、２周波ランプ信号発生手段の出力信号の周波数が時間と共に非直線的に変化した場合の問題点の説明図である。
【００２３】
図３において、図３（Ａ）は、仮に、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖが、時間ｔとともに直線的に変化した場合について示している。高周波発生手段１６０の中に用いられるＶＣＯの特性は、横軸を入力電圧Ｖとし、縦軸を出力周波数ｆとすると、図示するように、下に凸の非線形性を有する。したがって、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖが、時間ｔとともに直線的に変化した場合、高周波発生手段の出力信号の周波数ｆは、時間ｔとともに、下に凸の非直線的に変化することになる。この場合は、図４及び図５により後述する理由により、測定誤差を生じることになる。
【００２４】
それに対して、図３（Ｂ）は、本実施形態において、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖが、時間ｔとともに、上に凸の非直線的に変化させた場合について示している。高周波発生手段１６０の中に用いられるＶＣＯの特性は、横軸を入力電圧Ｖとし、縦軸を出力周波数ｆとすると、図示するように、下に凸の非線形性を有する。したがって、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖが、時間ｔとともに非直線的に変化した場合、その時間変化分を適切に制御することで、高周波発生手段の出力信号の周波数ｆは、時間ｔとともに、直線的に変化するようにできる。
【００２５】
次に、図４及び図５を用いて、高周波発生手段１６０の出力信号が非直線的に変化した場合の問題点について説明する。
【００２６】
図４（Ａ）は、一般的なＶＣＯの入力電圧に対する出力周波数の関係を示している。すなわち、図３（Ａ），（Ｂ）に示したＶＣＯの特性と同じものである。図４（Ｂ）は、ランプ信号発生手段が出力する時間に対する電圧の関係を示している。ここでは、ランプ信号発生手段が、図３（Ａ）に示したように、直線的に変化した場合を示している。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示したＶＣＯを用いたレーダの時間に対する出力周波数の関係を示している。
【００２７】
図４（Ａ）に示すＶＣＯの特性として、入力電圧Ｖが上昇するにつれて単位電圧あたりの周波数ｆの変化幅（変調感度）は大きくなるものとし、電圧Ｖ１からＶ２の区間での変調感度をＭＳ１２、電圧Ｖ２からＶ３の区間での変調感度をＭＳ２３、電圧Ｖ３からＶ４の区間での変調感度をＭＳ３４…とする。
【００２８】
図４（Ｂ）に示すランプ信号発生手段の出力は、図示のように、時間ｆに対して一定の傾きで電圧Ｖが変化するものとする。本実施形態では、２周波ランプ方式を用いるため、第１の周波数掃引直線の初期値ｆ１を決定する電圧をＶ１とし、第２の周波数掃引直線の初期値ｆ２を決定する電圧をＶ２とする。
【００２９】
この場合に、時間に対してレーダが放射する電波の周波数は、図４(Ｃ)に示すようになる。時間Ｔ１からＴ２までの期間において第１の周波数掃引直線はＶＣＯ入力が電圧Ｖ１からＶ２まで変化するので変調感度ＭＳ１２に相当する傾きＳ１２で変化し、第２の周波数掃引直線はＶＣＯ入力が電圧Ｖ２からＶ３のまで変化するので変調感度ＭＳ２３に相当する傾きＳ２３で変化する。時間Ｔ２からＴ３までの期間においては第１の周波数掃引直線は傾きＳ２３で変化し、第２の周波数掃引直線は傾きＳ３４で変化する。以下同様に出力されることになり、時間が進むにつれて理想的な直線の傾きＳ１２に対して実際の周波数がずれることになる。
【００３０】
図５は、図４で説明した電波と、この電波がある距離に存在するレーダとの相対速度０の物体にあたって反射し戻ってきた電波との関係を示している。また、簡単の為単位時間毎に切替えている周波数掃引直線のうち第１の周波数掃引直線のみに着目して説明する。時間Ｔ１で送信した周波数Ｆｔ１の電波は物体にあたって反射し時間Ｔ１’後にレーダに受信されるとする。時間Ｔ１’の時点ではレーダはＦｔ１’の周波数を出力しているのでミキサの出力はＦｔ１’−Ｆｔ１でとなる。時間の経過と共にミキサの出力はＦｔ２’−Ｆｔ２やＦｔ３’−Ｆｔ３のように期待値であるＦｔ１’−Ｆｔ１よりも大きくなり、相対速度における測定誤差となる。
【００３１】
更に図４で説明したように第１の周波数掃引直線と第２の周波数掃引直線が並行でない場合には、ターゲットまでの距離を演算する際にも誤差が生じる。
【００３２】
次に、図２及び図６を用いて、本実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段１００の構成及び動作について説明する。
図６は、本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段の動作説明図である。
【００３３】
図２に示したランプ波形発生手段１２０Ａと、ランプ波形発生手段１２０Ｂは、同一の構成を有している。ただし、制御手段１１０からランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂに与えられる制御信号が異なるため、それぞれの出力電圧は異なるものである。ここでは、ランプ波形発生手段１２０Ａを例にして、その具体的な構成を説明する。
【００３４】
ランプ波形発生手段１２０Ａは、任意電流発生手段１２２と、オペアンプ１２４と、オペアンプ１２４の入出力端子間に接続されたコンデンサ１２６と、コンデンサ１２６と平行に接続されたスイッチ１２８とを備えている。
【００３５】
任意電流発生手段１２２は、任意の電流を発生する手段である。任意電流発生手段１２２は、例えば、Ｄ／Ａコンバータと、Ｄ／Ａコンバータの出力に接続される抵抗とから構成される。制御手段１１０から任意電流発生手段１２２に出力するディジタル電圧値を可変することで、任意電流発生手段１２２の出力電流が変化する。
【００３６】
オペアンプ１２４とコンデンサ１２６とにより積分器を構成する。その積分定数は、コンデンサ１２６の容量と入力抵抗Rinによって決定される固定値である。スイッチ１２８がオフからオンに変わると、積分を開始し、ランプ波形の電圧を出力する。スイッチ１２８のオンオフは、制御手段１１０によって制御される。
【００３７】
ここで、前述のように、制御手段１１０から任意電流発生手段１２２に出力するディジタル電圧値を可変することで、任意電流発生手段１２２の出力電流が変化し、結果として、オペアンプ１２４の出力電圧Ｖ１は、制御手段１１０の出力ディジタル電圧に応じて、時間と共に、非直線的に変化するようにすることができる。すなわち、第１電圧波形Ｖｓ１の傾きＳ１と、第２電圧波形Ｖｓ２の傾きＳ２からなるランプ波形の傾きを変更できる。図６（Ａ）の電圧Ｖ１は、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力を示しており、その傾きは（Ｓ１＋Ｓ２）／２である。スイッチ１２８がオンしている期間は、例えば、４０ｍｓである。スイッチ１２８がオンしている期間は、コンデンサ１２４にチャージされた電荷が放電されるに十分な短期間である。
【００３８】
次に、ランプ波形発生手段１２０Ｂと、基準電圧発生手段１３０と、スイッチ手段１４０と、合成手段１５０との動作を説明する前に、図６（Ｂ）を用いて、合成手段１５０の出力電圧波形について説明する。
【００３９】
図６（Ｂ）において、破線は、図６（Ａ）における電圧Ｖ１の波形である。合成手段１５０の出力は、電圧Ｖｆ１から始まり、時間Ｔｓ１の間電圧が上昇する微小ランプ電圧波形と、電圧Ｖｆ２から電圧が上昇したものとして、時間Ｔｓ１が経過した時点における電圧から始まり、時間Ｔｓ２の間電圧が上昇する微小ランプ電圧波形と、電圧Ｖｆ１から始まり、時間Ｔｓ１＋Ｔｓ２経過した時点における電圧から始まり、再び時間Ｔｓ１の間電圧が上昇する微小ランプ電圧波形と、電圧Ｖｆ１から始まり、時間Ｔｓ１＋Ｔｓ２＋Ｔｓ１経過した時点における電圧から始まり、再び時間Ｔｓ２の間電圧が上昇する微小ランプ電圧波形との繰り返し波形となる。すなわち、電圧Ｖｆ１から電圧上昇が始まる電圧波形をパルス状にした第１電圧波形Ｖｓ１と、電圧Ｖｆ２から電圧上昇が始まる電圧波形をパルス状にした第２電圧波形Ｖｓ２との間を時間単位で遷移した波形となる。第１電圧波形Ｖｓ１の傾きは、Ｓ１であり、第２電圧波形Ｖｓ２の傾きはＳ２である。
【００４０】
ここで、時間Ｔｓ１と時間Ｔｓ２とは等しいものとして、例えば、それぞれ１０μｓである。すなわち、周波数１００ｋＨｚのパルス波形である。このパルス波形は、時間Ｔ１，例えば、４０ｍｓ毎に繰り返される。
【００４１】
また、電圧Ｖｆ１は、例えば、３．４９７Ｖであり、電圧Ｖｆ２は、例えば、３．５０３Ｖである。時刻ｔ０から時間Ｔ１後の時刻ｔ１における電圧Ｖｆ１’は、例えば、４．４９８Ｖであり、電圧Ｖｆ２’は、例えば、４．５０２Ｖである。すなわち、時刻ｔ０における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆは、０．００６Ｖであるのに対して、時刻ｔ１における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆ’は、０．００４Ｖであり、両者の差が次第に小さくなるように電圧が変化する。なお、時刻ｔ０における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆと、時刻ｔ１における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆ’が等しいものでもよく、また、時刻ｔ０における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆよりも、時刻ｔ１における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆ’が大きくなるように電圧が変化するものでもよい。ここでは、時刻ｔ０における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆよりも、時刻ｔ１における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆ’が小さくなるものとして説明する。
【００４２】
図６（Ａ）に戻り、パルス状の電圧波形Ｖ２は、スイッチ手段１４０の出力電圧Ｖ２を示している。電圧Ｖ２は、０Ｖを基準としたパルス状の電圧である。パルス状の電圧は、時刻ｔ０から時間Ｔｓ１の間ハイレベルであり、次の時間Ｔｓ２の間ローレベルである電圧の繰り返しである。時刻ｔ０においては、パルスの波高値が、ｎ×（Ｖｆ１−Ｖｆ２）となっている。ここで、前述の説明では、電圧Ｖｆ１は、例えば、３．４９７Ｖであり、電圧Ｖｆ２は、例えば、３．５０３Ｖであるので、ｎを１００とすると、時刻ｔ０におけるパルスの波高値は、０．６Ｖとなる。一方、時刻ｔ１においては、パルスの波高値が、ｎ×（Ｖｆ１’−Ｖｆ２’）となっている。前述の説明では、電圧Ｖｆ１’は、例えば、３．４９８Ｖであり、電圧Ｖｆ２’は、例えば、３．５０２Ｖであるので、ｎを１００とすると、時刻ｔ０におけるパルスの波高値は、０．４Ｖとなる。すなわち、波高値は、点線Ｖ３で示すように、０．６Ｖから０．４Ｖまで徐々に変化する電圧波形をパルス状にしたものである。ここで、点線Ｖ３で示す電圧波形は、ランプ波形であり、その傾きは、ｎ×（Ｓ２−Ｓ１）である。
【００４３】
電圧Ｖ３は、図２に示したランプ波形発生手段１２０Ｂの出力電圧である。すなわち、ランプ波形発生手段１２０Ｂの構成は、ランプ波形発生手段１２０Ａと同様であるが、制御手段１１０からランプ波形発生手段１２０Ｂの任意電流発生手段に与えられるディジタル電圧を０．６Ｖとし、徐々に電圧値を減少させることで、図６（Ｂ）に点線Ｖ３で示される電圧を発生する。
【００４４】
一方、図２の基準電圧発生手段１３０は、０Ｖを出力する。なお、基準電圧発生手段１３０は、他の固定値の電圧を発生するようにしてもよいものである。スイッチ手段１４０は、制御手段１１０から指令により、ランプ波形発生手段１２０Ｂの出力と、基準電圧発生手段１３０の出力を交互に切り替えて、合成手段１５０に出力する。制御手段１１０からスイッチ手段１４０に供給される切替信号は、１００ｋＨｚの信号である。その結果、スイッチ手段１４０の出力電圧は、図６（Ａ）に示す電圧Ｖ２の波形となる。
【００４５】
図２の合成手段１５０は、直流分カット用のコンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒｎとから構成される。コンデンサＣ１と抵抗Ｒｎの直列回路がスイッチ手段１４０の出力に接続され、抵抗Ｒ１は、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力に接続されている。図６（Ａ）に示したスイッチ手段１４０の出力である直流パルス電圧は、コンデンサＣ１によって直流分をカットされ、交流パルス信号となる。ここで、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒｎの抵抗値の比は、１：ｎとしている。すなわち、コンデンサＣ１の出力である交流パルス信号は、１／ｎに減圧された上で、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力であるランプ電圧Ｖ１に合成される。その結果、合成手段１５０の出力電圧は、図６（Ｂ）に示した２種類の電圧に対するパルス状のランプ電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２となる。
【００４６】
合成手段１５０の出力は、高周波発生手段１６０の内部のＶＣＯにより周波数信号に変換される。このとき、２種類の電圧に対するパルス状のランプ電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２の傾きＳ１，Ｓ２が、図３（Ｂ）で示したように、ＶＣＯのＶ−ｆ特性の非直線状の傾きを補完するように制御手段１１０により制御することで、高周波発生手段１６０が出力する高周波信号の周波数を、直線状に時間変化させることができる。
【００４７】
なお、以上の説明では、ランプ波形発生手段１２０Ｂは、本来必要な差電圧（Ｖｆ２−Ｖｆ１）のｎ倍（上述の例では、１００倍）の電圧を発生するようにしている。差電圧（Ｖｆ２−Ｖｆ１）は、上述の例では、０．００６Ｖと数ｍＶと小さい電圧であるが、これをｎ倍（例えば、１００倍）することで、電圧精度を向上できる。ｎ倍した電圧を合成手段１５０で１／ｎ倍することで、本来必要とする電圧が得られ、しかも、精度を向上できるものである。
【００４８】
また、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖｓ１と、ランプ波形発生手段１２０Ｂの出力電圧Ｖｓ２の時間に対する傾きの差（Ｓ２−Ｓ１）についても同様に従来のｎ倍の精度が実現できるため、制御回路の設計が簡単になる。
【００４９】
従来、２種類のランプ波形発生手段の直線性精度が悪い場合には、傾きＳ１とＳ２がともすれば逆転する可能性があったが、本実施形態では、逆転することが無くなる。これにより、高周波発生手段１６０の電圧Ｖに対する発振周波数ｆの非直線性を、高周波発生手段に入力する非直線状の電圧波形により、補完する場合にも両者の誤差分の周波数Δｆを意図通りに制御することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、高周波発生装置の電圧に対する発振周波数の直線性を補正し、高周波発生装置の出力が時間軸に対して直線的な周波数掃引直線となる様に制御することができる。その結果、２周波ランプ方式を用いることにより、相対速度が０の物体があった場合や、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合でも、検出できるとともに、測定誤差を低減できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態によるレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段における各部の特性図である。
【図４】２周波ランプ信号発生手段の出力信号の周波数が時間と共に非直線的に変化した場合の問題点の説明図である。
【図５】２周波ランプ信号発生手段の出力信号の周波数が時間と共に非直線的に変化した場合の問題点の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段の動作説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００…２周波ランプ発生手段
１２０Ａ，１２０Ｂ…ランプ波形発生手段
１３０…基準電圧発生手段
１４０…スイッチ手段
１５０…合成手段
１６０…高周波発生手段
１２８…スイッチ
１２４…オペアンプ
１２６…コンデンサ
１２２…任意電流発生手段
１１０…制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的な電波を用いて障害物を検知するレーダ装置に関し、特に、検知物の位置と自車に対する相対速度とを計測する車載用に用いるに好適なレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行時に障害物や前方走行車までの距離を計測する装置として、ミリ波を利用したレーダ装置が広く利用されている。レーダ装置は、電波を放射し、障害物や車両などの物体からの反射波を受信する。そして、受信した反射波の強弱、周波数のドップラーシフト、電波の発射から反射波の受信までの伝搬時間などを検出し、その結果から物体までの距離や相対速度を計測する。近年では、このようなレーダ装置を自動車に搭載し、障害物や先行車を検出し、その結果に基づいて運転制御をおこなう定速走行装置や車間距離制御装置が開発、実用化されている。
【０００３】
以上のような目的で使用されるレーダの変調方式として、２周波ＣＷ(Continuous Wave)方式が知られている。２周波ＣＷ方式では、周波数f1、f2の２つの電波を切り替え遷移しながら送信する。そして物体で反射して戻ってきた反射波を受信し、送受信信号をミキシングすることで、周波数f1、f2の二つの送信信号に対してそれぞれビート信号が得られる。このビート信号を用いて、ターゲットとの相対速度や、ターゲットまでの距離を得ることができる。
【０００４】
しかしながら、２周波ＣＷ方式では、相対速度０のターゲットについては、ドップラーシフトが生じないためビート信号が検出されず、ターゲットを検出することができないものである。また、相対速度が同じ複数のターゲットが存在する場合では、それらの反射信号が同一のビート周波数として計測されるため、分離検出することができないものである。
【０００５】
それに対して、２つの送信波に周波数勾配を持たせた周波数パターンを送信するもの（以下、「２周波ランプ方式」と称する）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この方式では、例えばレーダとの相対速度が０の物体があった場合、その物体で反射して戻ってきた受信波の周波数は、その受信波を受信した時に送信している電波の周波数と異なる。そのため、送受信信号をミキシングすると、物体までの距離に応じたビート周波数が計測される。そしてその物体までの距離や相対速度は２周波ＣＷ方式と同じ演算によって求めることができる。
【０００７】
また、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合であっても、それらの物体までの距離が異なっていればビート周波数も異なる。そして物体までの距離や相対速度は２周波ＣＷ方式と同じ演算によって求めることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２５３７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、２周波ランプ方式においては、次の問題があることが判明した。すなわち、２周波ランプ方式のレーダでは、電波の周波数は時間に対して直線的に変化させる必要がある。放射する電波の周波数を変化させる手段として、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）を用いて、ＶＣＯの入力電圧を時間に対して直線的に変化させるのが一般的である。しかし、ＶＣＯの入力電圧に対する出力周波数の変化が直線的でない場合、時間が進むにつれて理想的な直線の傾きに対して実際の周波数がずれることになる。その結果、物体までの距離や相対速度に対して、測定誤差が生じることになる。
【００１０】
すなわち、２周波ＣＷ方式レーダにおいては、レーダが放射する電波の周波数は時間に対して２つの固定値を遷移するのみであったので、ＶＣＯの入力電圧に対する出力周波数の直線性は問題とならなかったが、２周波ランプ方式のレーダでは、これが時間に対する出力周波数の直線性となり、測定誤差が生じ、レーダ性能劣化の原因となることが判明した。
【００１１】
本発明の目的は、２周波ランプ方式を用いることにより、相対速度が０の物体があった場合や、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合でも、検出できるとともに、測定誤差を低減できるレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記課題を解決するために、本発明は、時間軸に対して周波数傾きを持つ少なくとも２つの周波数掃引直線に従う電波を周期的に切り替え遷移しながら送出する２周波ランプ発生手段を有し、この電波を放射しその反射波を処理して物体までの距離や相対速度を求めるレーダ装置であって、前記２周波ランプ発生手段は、時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する第１のランプ波形発生手段と、時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する第２のランプ波形発生手段と、該第２のランプ波形発生手段の出力と基準電圧とを交互に切り替えて出力するスイッチ手段と、前記第１のランプ波形発生手段の出力と、前記スイッチ手段の出力とを合成する合成手段と、該合成手段の出力電圧を周波数信号に変換し、高周波信号を出力する高周波発生手段と、前記第１及び第２のランプ波形発生手段及び前記スイッチ手段を制御する制御手段を備え、前記第１及び第２のランプ波形発生手段は、それぞれ、任意電流を発生する任意電流発生手段と、該任意電流発生手段が出力する電流を積分してランプ電圧を発生する積分手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、２周波ランプ方式を用いることにより、相対速度が０の物体があった場合や、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合でも、検出できるとともに、測定誤差を低減できるものとなる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記合成手段は、前記第１のランプ波形発生手段の出力電圧に対して、前記第２のランプ波形発生手段の出力を１／ｎ倍で合成するようにしたものである。
【００１４】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記任意電流発生手段が出力する電流を変化させることで、前記高周波発生手段における時間に対する周波数の変化の非直線性を補完するように、前記ランプ波形発生手段が出力するランプ電圧の非直線性を変えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２周波ランプ方式を用いることにより、相対速度が０の物体があった場合や、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合でも、検出できるとともに、測定誤差を低減できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１〜図６を用いて、本発明の一実施形態によるレーダ装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態によるレーダ装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１７】
２周波ランプ信号発生手段１００は、２つの送信波に周波数勾配を持たせた周波数パターンを送信する。すなわち、２周波ランプ信号発生手段１００は、時間軸に対して周波数傾きを持つ少なくとも２つの周波数掃引直線に従う電波を周期的に切り替え遷移しながら送出する、２周波ランプ信号発生手段１００が発生した２周波ランプ信号は、送信用電力アンプTxAmpにより増幅された上で、送信アンテナTxから放射される。ターゲットにより反射され、戻ってきた信号は、受信アンテナRxにより受信される。受信機Rcvは、受信アンテナRxにより受信された信号と、２周波ランプ信号発生手段１００が発生した２周波ランプ信号と混合され、両者の位相差に対応した出力信号が得られる。受信機Revにより得られた信号は、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換され、信号処理手段MPUに入力する。信号処理手段MPUは、受信機Rcvから得られた信号に、所望の演算をすることで、ターゲットとの相対速度や、ターゲットまでの距離を算出する。
【００１８】
次に、図２を用いて、本実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段１００の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段の構成を示すブロック図である。
【００１９】
２周波ランプ信号発生手段１００は、制御手段１１０と、ランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂと、基準電圧発生手段１３０と、スイッチ手段１４０と、合成手段１５０と、高周波発生手段１６０とを備えている。
【００２０】
高周波発生手段１６０は、その内部に、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）を備えている。また、ランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂは、時間とともに、その出力電圧が変化するランプ波形信号を出力する。高周波発生手段１６０の中のＶＣＯの入力電圧が、ランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂが出力するランプ波形信号に応じて変化することで、高周波発生手段１６０が発生する高周波の周波数を時間とともに変化させることができる。
【００２１】
ここで、ＶＣＯは、入力電圧に対する出力周波数の変化が直線的でない。そこで、本実施形態におけるランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂは、このＶＣＯにおける入力電圧に対する出力周波数の非直線性を補正して、高周波発生手段１６０が発生する高周波の周波数が時間とともに直線的に変化するようにしている。この原理については、図３を用いて説明する。
【００２２】
ここで、図３〜図５を用いて、本実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段における各部の特性について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段における各部の特性図である。図４及び図５は、２周波ランプ信号発生手段の出力信号の周波数が時間と共に非直線的に変化した場合の問題点の説明図である。
【００２３】
図３において、図３（Ａ）は、仮に、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖが、時間ｔとともに直線的に変化した場合について示している。高周波発生手段１６０の中に用いられるＶＣＯの特性は、横軸を入力電圧Ｖとし、縦軸を出力周波数ｆとすると、図示するように、下に凸の非線形性を有する。したがって、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖが、時間ｔとともに直線的に変化した場合、高周波発生手段の出力信号の周波数ｆは、時間ｔとともに、下に凸の非直線的に変化することになる。この場合は、図４及び図５により後述する理由により、測定誤差を生じることになる。
【００２４】
それに対して、図３（Ｂ）は、本実施形態において、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖが、時間ｔとともに、上に凸の非直線的に変化させた場合について示している。高周波発生手段１６０の中に用いられるＶＣＯの特性は、横軸を入力電圧Ｖとし、縦軸を出力周波数ｆとすると、図示するように、下に凸の非線形性を有する。したがって、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖが、時間ｔとともに非直線的に変化した場合、その時間変化分を適切に制御することで、高周波発生手段の出力信号の周波数ｆは、時間ｔとともに、直線的に変化するようにできる。
【００２５】
次に、図４及び図５を用いて、高周波発生手段１６０の出力信号が非直線的に変化した場合の問題点について説明する。
【００２６】
図４（Ａ）は、一般的なＶＣＯの入力電圧に対する出力周波数の関係を示している。すなわち、図３（Ａ），（Ｂ）に示したＶＣＯの特性と同じものである。図４（Ｂ）は、ランプ信号発生手段が出力する時間に対する電圧の関係を示している。ここでは、ランプ信号発生手段が、図３（Ａ）に示したように、直線的に変化した場合を示している。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示したＶＣＯを用いたレーダの時間に対する出力周波数の関係を示している。
【００２７】
図４（Ａ）に示すＶＣＯの特性として、入力電圧Ｖが上昇するにつれて単位電圧あたりの周波数ｆの変化幅（変調感度）は大きくなるものとし、電圧Ｖ１からＶ２の区間での変調感度をＭＳ１２、電圧Ｖ２からＶ３の区間での変調感度をＭＳ２３、電圧Ｖ３からＶ４の区間での変調感度をＭＳ３４…とする。
【００２８】
図４（Ｂ）に示すランプ信号発生手段の出力は、図示のように、時間ｆに対して一定の傾きで電圧Ｖが変化するものとする。本実施形態では、２周波ランプ方式を用いるため、第１の周波数掃引直線の初期値ｆ１を決定する電圧をＶ１とし、第２の周波数掃引直線の初期値ｆ２を決定する電圧をＶ２とする。
【００２９】
この場合に、時間に対してレーダが放射する電波の周波数は、図４(Ｃ)に示すようになる。時間Ｔ１からＴ２までの期間において第１の周波数掃引直線はＶＣＯ入力が電圧Ｖ１からＶ２まで変化するので変調感度ＭＳ１２に相当する傾きＳ１２で変化し、第２の周波数掃引直線はＶＣＯ入力が電圧Ｖ２からＶ３のまで変化するので変調感度ＭＳ２３に相当する傾きＳ２３で変化する。時間Ｔ２からＴ３までの期間においては第１の周波数掃引直線は傾きＳ２３で変化し、第２の周波数掃引直線は傾きＳ３４で変化する。以下同様に出力されることになり、時間が進むにつれて理想的な直線の傾きＳ１２に対して実際の周波数がずれることになる。
【００３０】
図５は、図４で説明した電波と、この電波がある距離に存在するレーダとの相対速度０の物体にあたって反射し戻ってきた電波との関係を示している。また、簡単の為単位時間毎に切替えている周波数掃引直線のうち第１の周波数掃引直線のみに着目して説明する。時間Ｔ１で送信した周波数Ｆｔ１の電波は物体にあたって反射し時間Ｔ１’後にレーダに受信されるとする。時間Ｔ１’の時点ではレーダはＦｔ１’の周波数を出力しているのでミキサの出力はＦｔ１’−Ｆｔ１でとなる。時間の経過と共にミキサの出力はＦｔ２’−Ｆｔ２やＦｔ３’−Ｆｔ３のように期待値であるＦｔ１’−Ｆｔ１よりも大きくなり、相対速度における測定誤差となる。
【００３１】
更に図４で説明したように第１の周波数掃引直線と第２の周波数掃引直線が並行でない場合には、ターゲットまでの距離を演算する際にも誤差が生じる。
【００３２】
次に、図２及び図６を用いて、本実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段１００の構成及び動作について説明する。
図６は、本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段の動作説明図である。
【００３３】
図２に示したランプ波形発生手段１２０Ａと、ランプ波形発生手段１２０Ｂは、同一の構成を有している。ただし、制御手段１１０からランプ波形発生手段１２０Ａ，１２０Ｂに与えられる制御信号が異なるため、それぞれの出力電圧は異なるものである。ここでは、ランプ波形発生手段１２０Ａを例にして、その具体的な構成を説明する。
【００３４】
ランプ波形発生手段１２０Ａは、任意電流発生手段１２２と、オペアンプ１２４と、オペアンプ１２４の入出力端子間に接続されたコンデンサ１２６と、コンデンサ１２６と平行に接続されたスイッチ１２８とを備えている。
【００３５】
任意電流発生手段１２２は、任意の電流を発生する手段である。任意電流発生手段１２２は、例えば、Ｄ／Ａコンバータと、Ｄ／Ａコンバータの出力に接続される抵抗とから構成される。制御手段１１０から任意電流発生手段１２２に出力するディジタル電圧値を可変することで、任意電流発生手段１２２の出力電流が変化する。
【００３６】
オペアンプ１２４とコンデンサ１２６とにより積分器を構成する。その積分定数は、コンデンサ１２６の容量と入力抵抗Rinによって決定される固定値である。スイッチ１２８がオフからオンに変わると、積分を開始し、ランプ波形の電圧を出力する。スイッチ１２８のオンオフは、制御手段１１０によって制御される。
【００３７】
ここで、前述のように、制御手段１１０から任意電流発生手段１２２に出力するディジタル電圧値を可変することで、任意電流発生手段１２２の出力電流が変化し、結果として、オペアンプ１２４の出力電圧Ｖ１は、制御手段１１０の出力ディジタル電圧に応じて、時間と共に、非直線的に変化するようにすることができる。すなわち、第１電圧波形Ｖｓ１の傾きＳ１と、第２電圧波形Ｖｓ２の傾きＳ２からなるランプ波形の傾きを変更できる。図６（Ａ）の電圧Ｖ１は、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力を示しており、その傾きは（Ｓ１＋Ｓ２）／２である。スイッチ１２８がオンしている期間は、例えば、４０ｍｓである。スイッチ１２８がオンしている期間は、コンデンサ１２４にチャージされた電荷が放電されるに十分な短期間である。
【００３８】
次に、ランプ波形発生手段１２０Ｂと、基準電圧発生手段１３０と、スイッチ手段１４０と、合成手段１５０との動作を説明する前に、図６（Ｂ）を用いて、合成手段１５０の出力電圧波形について説明する。
【００３９】
図６（Ｂ）において、破線は、図６（Ａ）における電圧Ｖ１の波形である。合成手段１５０の出力は、電圧Ｖｆ１から始まり、時間Ｔｓ１の間電圧が上昇する微小ランプ電圧波形と、電圧Ｖｆ２から電圧が上昇したものとして、時間Ｔｓ１が経過した時点における電圧から始まり、時間Ｔｓ２の間電圧が上昇する微小ランプ電圧波形と、電圧Ｖｆ１から始まり、時間Ｔｓ１＋Ｔｓ２経過した時点における電圧から始まり、再び時間Ｔｓ１の間電圧が上昇する微小ランプ電圧波形と、電圧Ｖｆ１から始まり、時間Ｔｓ１＋Ｔｓ２＋Ｔｓ１経過した時点における電圧から始まり、再び時間Ｔｓ２の間電圧が上昇する微小ランプ電圧波形との繰り返し波形となる。すなわち、電圧Ｖｆ１から電圧上昇が始まる電圧波形をパルス状にした第１電圧波形Ｖｓ１と、電圧Ｖｆ２から電圧上昇が始まる電圧波形をパルス状にした第２電圧波形Ｖｓ２との間を時間単位で遷移した波形となる。第１電圧波形Ｖｓ１の傾きは、Ｓ１であり、第２電圧波形Ｖｓ２の傾きはＳ２である。
【００４０】
ここで、時間Ｔｓ１と時間Ｔｓ２とは等しいものとして、例えば、それぞれ１０μｓである。すなわち、周波数１００ｋＨｚのパルス波形である。このパルス波形は、時間Ｔ１，例えば、４０ｍｓ毎に繰り返される。
【００４１】
また、電圧Ｖｆ１は、例えば、３．４９７Ｖであり、電圧Ｖｆ２は、例えば、３．５０３Ｖである。時刻ｔ０から時間Ｔ１後の時刻ｔ１における電圧Ｖｆ１’は、例えば、４．４９８Ｖであり、電圧Ｖｆ２’は、例えば、４．５０２Ｖである。すなわち、時刻ｔ０における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆは、０．００６Ｖであるのに対して、時刻ｔ１における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆ’は、０．００４Ｖであり、両者の差が次第に小さくなるように電圧が変化する。なお、時刻ｔ０における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆと、時刻ｔ１における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆ’が等しいものでもよく、また、時刻ｔ０における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆよりも、時刻ｔ１における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆ’が大きくなるように電圧が変化するものでもよい。ここでは、時刻ｔ０における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆよりも、時刻ｔ１における第１電圧波形と第２電圧波形の差ΔＶｆ’が小さくなるものとして説明する。
【００４２】
図６（Ａ）に戻り、パルス状の電圧波形Ｖ２は、スイッチ手段１４０の出力電圧Ｖ２を示している。電圧Ｖ２は、０Ｖを基準としたパルス状の電圧である。パルス状の電圧は、時刻ｔ０から時間Ｔｓ１の間ハイレベルであり、次の時間Ｔｓ２の間ローレベルである電圧の繰り返しである。時刻ｔ０においては、パルスの波高値が、ｎ×（Ｖｆ１−Ｖｆ２）となっている。ここで、前述の説明では、電圧Ｖｆ１は、例えば、３．４９７Ｖであり、電圧Ｖｆ２は、例えば、３．５０３Ｖであるので、ｎを１００とすると、時刻ｔ０におけるパルスの波高値は、０．６Ｖとなる。一方、時刻ｔ１においては、パルスの波高値が、ｎ×（Ｖｆ１’−Ｖｆ２’）となっている。前述の説明では、電圧Ｖｆ１’は、例えば、３．４９８Ｖであり、電圧Ｖｆ２’は、例えば、３．５０２Ｖであるので、ｎを１００とすると、時刻ｔ０におけるパルスの波高値は、０．４Ｖとなる。すなわち、波高値は、点線Ｖ３で示すように、０．６Ｖから０．４Ｖまで徐々に変化する電圧波形をパルス状にしたものである。ここで、点線Ｖ３で示す電圧波形は、ランプ波形であり、その傾きは、ｎ×（Ｓ２−Ｓ１）である。
【００４３】
電圧Ｖ３は、図２に示したランプ波形発生手段１２０Ｂの出力電圧である。すなわち、ランプ波形発生手段１２０Ｂの構成は、ランプ波形発生手段１２０Ａと同様であるが、制御手段１１０からランプ波形発生手段１２０Ｂの任意電流発生手段に与えられるディジタル電圧を０．６Ｖとし、徐々に電圧値を減少させることで、図６（Ｂ）に点線Ｖ３で示される電圧を発生する。
【００４４】
一方、図２の基準電圧発生手段１３０は、０Ｖを出力する。なお、基準電圧発生手段１３０は、他の固定値の電圧を発生するようにしてもよいものである。スイッチ手段１４０は、制御手段１１０から指令により、ランプ波形発生手段１２０Ｂの出力と、基準電圧発生手段１３０の出力を交互に切り替えて、合成手段１５０に出力する。制御手段１１０からスイッチ手段１４０に供給される切替信号は、１００ｋＨｚの信号である。その結果、スイッチ手段１４０の出力電圧は、図６（Ａ）に示す電圧Ｖ２の波形となる。
【００４５】
図２の合成手段１５０は、直流分カット用のコンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒｎとから構成される。コンデンサＣ１と抵抗Ｒｎの直列回路がスイッチ手段１４０の出力に接続され、抵抗Ｒ１は、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力に接続されている。図６（Ａ）に示したスイッチ手段１４０の出力である直流パルス電圧は、コンデンサＣ１によって直流分をカットされ、交流パルス信号となる。ここで、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒｎの抵抗値の比は、１：ｎとしている。すなわち、コンデンサＣ１の出力である交流パルス信号は、１／ｎに減圧された上で、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力であるランプ電圧Ｖ１に合成される。その結果、合成手段１５０の出力電圧は、図６（Ｂ）に示した２種類の電圧に対するパルス状のランプ電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２となる。
【００４６】
合成手段１５０の出力は、高周波発生手段１６０の内部のＶＣＯにより周波数信号に変換される。このとき、２種類の電圧に対するパルス状のランプ電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２の傾きＳ１，Ｓ２が、図３（Ｂ）で示したように、ＶＣＯのＶ−ｆ特性の非直線状の傾きを補完するように制御手段１１０により制御することで、高周波発生手段１６０が出力する高周波信号の周波数を、直線状に時間変化させることができる。
【００４７】
なお、以上の説明では、ランプ波形発生手段１２０Ｂは、本来必要な差電圧（Ｖｆ２−Ｖｆ１）のｎ倍（上述の例では、１００倍）の電圧を発生するようにしている。差電圧（Ｖｆ２−Ｖｆ１）は、上述の例では、０．００６Ｖと数ｍＶと小さい電圧であるが、これをｎ倍（例えば、１００倍）することで、電圧精度を向上できる。ｎ倍した電圧を合成手段１５０で１／ｎ倍することで、本来必要とする電圧が得られ、しかも、精度を向上できるものである。
【００４８】
また、ランプ波形発生手段１２０Ａの出力電圧Ｖｓ１と、ランプ波形発生手段１２０Ｂの出力電圧Ｖｓ２の時間に対する傾きの差（Ｓ２−Ｓ１）についても同様に従来のｎ倍の精度が実現できるため、制御回路の設計が簡単になる。
【００４９】
従来、２種類のランプ波形発生手段の直線性精度が悪い場合には、傾きＳ１とＳ２がともすれば逆転する可能性があったが、本実施形態では、逆転することが無くなる。これにより、高周波発生手段１６０の電圧Ｖに対する発振周波数ｆの非直線性を、高周波発生手段に入力する非直線状の電圧波形により、補完する場合にも両者の誤差分の周波数Δｆを意図通りに制御することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、高周波発生装置の電圧に対する発振周波数の直線性を補正し、高周波発生装置の出力が時間軸に対して直線的な周波数掃引直線となる様に制御することができる。その結果、２周波ランプ方式を用いることにより、相対速度が０の物体があった場合や、相対速度が等しい複数の物体が存在する場合でも、検出できるとともに、測定誤差を低減できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態によるレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段における各部の特性図である。
【図４】２周波ランプ信号発生手段の出力信号の周波数が時間と共に非直線的に変化した場合の問題点の説明図である。
【図５】２周波ランプ信号発生手段の出力信号の周波数が時間と共に非直線的に変化した場合の問題点の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態によるレーダ装置に用いる２周波ランプ信号発生手段の動作説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００…２周波ランプ発生手段
１２０Ａ，１２０Ｂ…ランプ波形発生手段
１３０…基準電圧発生手段
１４０…スイッチ手段
１５０…合成手段
１６０…高周波発生手段
１２８…スイッチ
１２４…オペアンプ
１２６…コンデンサ
１２２…任意電流発生手段
１１０…制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間軸に対して周波数傾きを持つ少なくとも２つの周波数掃引直線に従う電波を周期的に切り替え遷移しながら送出する２周波ランプ発生手段を有し、この電波を放射しその反射波を処理して物体までの距離や相対速度を求めるレーダ装置であって、
前記２周波ランプ発生手段は、
時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する第１のランプ波形発生手段と、
時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する第２のランプ波形発生手段と、
該第２のランプ波形発生手段の出力と基準電圧とを交互に切り替えて出力するスイッチ手段と、
前記第１のランプ波形発生手段の出力と、前記スイッチ手段の出力とを合成する合成手段と、
該合成手段の出力電圧を周波数信号に変換し、高周波信号を出力する高周波発生手段と、
前記第１及び第２のランプ波形発生手段及び前記スイッチ手段を制御する制御手段を備え、
前記第１及び第２のランプ波形発生手段は、それぞれ、任意電流を発生する任意電流発生手段と、該任意電流発生手段が出力する電流を積分してランプ電圧を発生する積分手段とを備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーダ装置において、
前記合成手段は、前記第１のランプ波形発生手段の出力電圧に対して、前記第２のランプ波形発生手段の出力を１／ｎ倍で合成することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１記載のレーダ装置において、
前記制御手段は、前記任意電流発生手段が出力する電流を変化させることで、前記高周波発生手段における時間に対する周波数の変化の非直線性を補完するように、前記ランプ波形発生手段が出力するランプ電圧の非直線性を変えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１】
時間軸に対して周波数傾きを持つ少なくとも２つの周波数掃引直線に従う電波を周期的に切り替え遷移しながら送出する２周波ランプ発生手段を有し、この電波を放射しその反射波を処理して物体までの距離や相対速度を求めるレーダ装置であって、
前記２周波ランプ発生手段は、
時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する第１のランプ波形発生手段と、
時間と共にその出力電圧が変化するランプ電圧を発生する第２のランプ波形発生手段と、
該第２のランプ波形発生手段の出力と基準電圧とを交互に切り替えて出力するスイッチ手段と、
前記第１のランプ波形発生手段の出力と、前記スイッチ手段の出力とを合成する合成手段と、
該合成手段の出力電圧を周波数信号に変換し、高周波信号を出力する高周波発生手段と、
前記第１及び第２のランプ波形発生手段及び前記スイッチ手段を制御する制御手段を備え、
前記第１及び第２のランプ波形発生手段は、それぞれ、任意電流を発生する任意電流発生手段と、該任意電流発生手段が出力する電流を積分してランプ電圧を発生する積分手段とを備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーダ装置において、
前記合成手段は、前記第１のランプ波形発生手段の出力電圧に対して、前記第２のランプ波形発生手段の出力を１／ｎ倍で合成することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１記載のレーダ装置において、
前記制御手段は、前記任意電流発生手段が出力する電流を変化させることで、前記高周波発生手段における時間に対する周波数の変化の非直線性を補完するように、前記ランプ波形発生手段が出力するランプ電圧の非直線性を変えることを特徴とするレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−３００３３５（Ｐ２００９−３００３３５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５７２１７（Ｐ２００８−１５７２１７）
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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