広帯域レーダ装置及び広帯域レーダ装置の制御方法
【課題】送信信号の送信条件及び受信信号の受信条件の少なくとも一方を適切に設定すること。
【解決手段】遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部２０と、前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信信号として受信する受信部３０と、前記受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する設定部６０と、を具備する広帯域レーダ装置。
【解決手段】遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部２０と、前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信信号として受信する受信部３０と、前記受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する設定部６０と、を具備する広帯域レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域レーダ装置（以下、レーダ装置とする）及びレーダ装置の制御方法に関し、例えば送信信号が遮蔽物を透過するレーダ装置及びレーダ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信信号をコンクリートや木材等の遮蔽物を透過させ、目標物において反射した送信信号を受信することにより、遮蔽物越しに目標物を検出するレーダ装置が開発されている。このようなレーダ装置として、例えばＵＷＢ（Ultra Wideband：超広帯域）を用いたレーダ装置がある（例えば特許文献１）。ＵＷＢレーダ装置は、例えば建造物外から壁を透過し建造物内を監視するために用いられる。例えば、犯罪やテロ対策、災害時の救助活動において、ＵＷＢレーダ装置を用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９４７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、遮蔽物の材質及び厚さにより、送信信号の通過特性が異なる。このため、遮蔽物が異なった場合、レーダ装置の送信信号の送信条件及び受信信号の受信条件の少なくとも一方が適切となっていない場合がある。これらの条件を適切に設定する場合、レーダ装置を使用可能とするまで、時間を要することになる。
【０００５】
本レーダ装置及びレーダ装置の制御方法は、送信信号の送信条件及び受信信号の受信条件の少なくとも一方を適切に設定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例えば、遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部と、前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信信号として受信する受信部と、前記受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する設定部と、を具備することを特徴とするレーダ装置を用いる。
【０００７】
例えば、遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部と、前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信する受信部と、を具備するレーダ装置の制御方法において、受信された受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定するステップを含むことを特徴とするレーダ装置の制御方法を用いる。
【発明の効果】
【０００８】
本レーダ装置及びレーダ装置の制御方法によれば、送信信号の送信条件及び受信信号の受信条件の少なくとも一方を適切に設定することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１に係るレーダ装置のブロック図である。
【図２】図２は、レーダ装置を遮蔽物の例として壁に設置した図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、レーダ装置の表面を示した図である。
【図４】図４は、送信部のブロック図である。
【図５】図５は、受信部のブロック図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｄ）は、等価時間サンプリングについて説明する図である。
【図７】図７は、ＡＤ変換部のブロック図である。
【図８】図８は、処理部の機能ブロック図である。
【図９】図９は、制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、雑音レベルのレンジに対する振幅を示す図である。
【図１１】図１１は、受信部が受信した受信信号のレンジに対する振幅の例を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）から図１２（ｄ）は、遮蔽物を透過する信号を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、図１２（ａ）から図１２（ｄ）に対応するレンジに対する受信信号の振幅を示す図である。
【図１４】図１４は、制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、受信部が受信した受信信号のレンジに対する振幅の例を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）から図１６（ｄ）は、図１４のステップＳ４０における操作表示部の表示の例を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）は、目標物の距離に対する送信電力の例を示す図であり、図１７（ｂ）は、目標物の距離に対する受信利得の例を示す図である
【図１８】図１８は、制御部の処理を示すフローチャートであり、図９のステップＳ２２に対応する図である。
【図１９】図１９（ａ）から図１９（ｄ）は、信号処理を説明するための図である。
【図２０】図２０（ａ）から図２０（ｄ）は、実施例２における等価時間サンプリングの方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照し実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１に係るレーダ装置のブロック図である。図１のように、レーダ装置１００は、送信空中線１０、受信空中線１２、送信部２０、受信部３０、ＡＤ変換部４０、処理部５０、制御部６０及び操作表示部７０を備えている。送信部２０は、送信信号（例えば広帯域なインパルス信号）を発生し、送信信号を増幅させる。送信部２０は、送信信号を送信空中線１０を介し送信する。送信空中線１０は、送信信号を空中に電波放射する。送信信号は、壁等の遮蔽物を透過し目標物で反射する。受信空中線１２は、遮蔽物及び目標物のうち少なくとも遮蔽物で反射された送信信号を受信する。受信部３０は、受信空中線１２で受信された送信信号を受信信号として受信する。受信部３０は受信信号を増幅し、ダウンコンバートする。受信空中線１２及び受信部３０は、目標物の角度を検出するため複数設けられているが、受信空中線を機械的に走査する場合、受信空中線１２及び受信部３０は、１つでもよい。
【００１２】
ＡＤ変換部４０はダウンコンバートされた受信信号をＡＤ（アナログ−デジタル）変換する。処理部５０は、デジタル信号化された受信信号から、目標物の角度、距離を検出し、目標物を追尾する。処理部５０は、送信部２０が送信信号を送信してから受信部３０が受信信号を受信するまでの時間から目標物の距離を検出する。また、複数の受信部３０が受信信号を受信した時間差から目標物の角度を検出する。操作表示部７０は、処理結果を表示する。また、操作表示部７０は、制御部６０に操作信号を送信する。制御部６０は送信部２０、受信部３０、ＡＤ変換部４０及び処理部５０を制御する。また、制御部６０は設定部として機能する。
【００１３】
図２は、レーダ装置を遮蔽物の例として壁に設置した図である。図２では、壁１１０内の鉄筋１１２及びレーダ装置１００を透視して示している。図２のように、壁１１０はコンクリートを含み、コンクリート内に鉄筋１１２が設けられている。レーダ装置１００を壁１１０に当接する。レーダ装置１００の表面には、複数の受信空中線１２及び送信空中線１０が設けられている。鉄筋１１２は導電性のため、受信空中線１２が鉄筋１１２に対応する位置となると、その受信空中線１２は、目標物から反射された送信信号を受信することが難しくなる。そこで、鉄筋１１２を避けてレーダ装置１００を設置する。
【００１４】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、レーダ装置の表面を示した図である。図３（ａ）の例では、送信空中線１０がレーダ装置１００の表面１０２の中央付近に設けられ、受信空中線１２がレーダ装置１００の表面１０２の対角線上に４個設けられている。送信空中線１０と複数の受信空中線１２とのそれぞれの距離Ｌはほぼ等しく設定する。これにより、処理部５０が目標物の角度を算出する際に算出が容易となる。図３（ｂ）の例では、送信空中線１０がレーダ装置１００の表面１０２の中央付近に設けられ、受信空中線１２がレーダ装置１００の表面１０２の四角形の各辺の中央付近に４個設けられている。図３（ｂ）の場合も送信空中線１０と複数の受信空中線１２とのそれぞれの距離Ｌはほぼ等しく設定することができる。図３（ｃ）の例では、複数の受信空中線１２が台形の頂点に対応する位置に設けられている。図２のように、鉄筋１１２は壁１１０内に直交して設けられることが多い。よって、複数の受信空中線１２の位置を長方形の頂点に対応する位置からずらすことにより、複数の受信空中線１２全てが鉄筋１１２に対応する位置となることを抑制することができる。
【００１５】
図４は、送信部のブロック図である。図４のように、送信部２０は、インパスル発生器２２及び増幅器２４を備えている。インパルス発生器２２は、制御部６０から受信した送信タイミング信号に同期し、インパルス信号を発生させる。インパルス信号のパルス幅は、例えば数百ピコ秒以下である。インパルス発生器２２は、帯域フィルタを用いインパルス信号の周波数成分から使用する帯域の広帯域インパルス信号を生成する。増幅器２４は、広帯域インパルス信号を増幅し、送信信号として送信空中線１０から空中に送信する。増幅器２４は、利得可変増幅器であり、制御部６０から受信したレベル調整信号に基づき、広帯域インパルス信号を増幅する利得を可変させることができる。これにより、送信部２０は、送信信号の電力を設定することができる。
【００１６】
図５は、受信部のブロック図である。受信部３０は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）３１、減衰器３２、増幅器３３、ミキサー３４、発生器３５、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３６、増幅器３８及びＢＰＦ（バンドパスフィルタ）３９を備える。ＬＮＡ３１は、受信空中線１２が受信した受信信号を増幅する。減衰器３２は、ＬＮＡ３１が増幅した信号を減衰させる。減衰器３２は、可変減衰器であり、制御部６０から受信したレベル調整信号に基づき、受信信号の減衰率を可変させることができる。増幅器３３は、受信信号を増幅する。発生器３５は制御部６０の受信タイミング信号に同期し、Ｌｏ（相関）信号を出力する。発生器３５は、複数の受信部３０に対し共通に設けられていてもよい。ミキサー３４は、Ｌｏ信号に基づき、受信信号をサンプリングする。ＬＰＦ３６は、受信信号の高調波成分等の高周波数成分を除去する。増幅器３８は、受信信号を増幅する。ＢＰＦ３９は、用いる帯域の信号以外を除去する。
【００１７】
受信部３０は、受信信号を等価時間サンプリングすることによりダウンコンバートし、ダウンコンバートされた受信信号をＡＤ変換部４０に出力する。等価時間サンプリングすることにより、低速処理のＡＤ変換部４０を用いることができる。これにより、レーダ装置１００を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。なお、等価時間サンプリングを行わず、高速処理可能なＡＤ変換部４０を用いることもできる。
【００１８】
図６（ａ）から図６（ｄ）は、等価時間サンプリングについて説明する図である。図６（ａ）は、送信タイミング信号のタイミングチャート、図６（ｂ）は、受信タイミング信号のタイミングチャート、図２（ｃ）は、等価時間サンプリング前の受信信号のタイミングチャート、図２（ｄ）は、等価時間サンプリング後の受信信号のタイミングチャートである。
【００１９】
図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、パルス０において受信タイミング信号は送信タイミング信号に同期している。パルス１において受信タイミング信号は送信タイミング信号よりΔｔ遅れている。パルス２において受信タイミング信号は送信タイミング信号より２Δｔ遅れている。このように、パルスが増すたびに、受信タイミング信号は送信タイミング信号よりΔｔづつ遅れるように設定されている。これにより、１つのパルスで１つのサンプリングを行なう。例えば、図６（ｃ）及び図６（ｄ）のように、パルス０を用い時間０におけるパルス信号の振幅のサンプリングを行なう。パルス１を用い、時間Δｔにおける振幅のサンプリングを行なう。パルス２を用い、時間２Δｔにおける振幅のサンプリングを行なう。このようにして、パルス０からパルス１６を用い、１つのパルス１つのサンプリングを行なう。各時間は、送信信号が目標物で反射し戻ってきた時間であるため、レーダ装置１００からの距離にも対応する。また、処理部５０においてデジタル処理する際は、時間をレンジとして処理する。
【００２０】
図７は、ＡＤ変換部のブロック図である。図７のように、ＡＤ変換部４０は、ＡＤ変換器４２及びバッファ４４を備えている。ＡＤ変換器４２は受信部３０に対応し複数設けられている。各ＡＤ変換器４２は、各受信部３０でダウンコンバートされた受信信号を受信する。各ＡＤ変換器４２は、制御部６０から受信された受信タイミング信号に同期し、受信信号をデジタル信号に変換する。バッファ４４は、各ＡＤ変換器４２でデジタル変換された受信信号をバッファし、処理部５０に送信する。
【００２１】
図８は、処理部の機能ブロック図である。図８のように、処理部５０は、バッファ５１、移動平均部５２、移動目標処理部５９ａ及び静止目標処理部５９ｂを備えている。バッファ５１は、ＡＤ変換部４０から受信した受信信号をバッファする。移動平均部５２は、受信部３０に対応し、複数設けられている。各移動平均部５２は、各受信部３０に対応する受信信号を移動平均する。例えば、複数回のパルス信号を平均する。
【００２２】
移動目標処理部５９ａは、移動目標を検出する。例えば、壁１１０を介し移動する人間等を検出する。静止目標処理部５９ｂは、静止目標を検出する。例えば、壁１１０を介し静止している人間等を検出する。例えば、呼吸等に応じた微小な動きを検出することにより静止した人間であることを検出する。移動目標処理部５９ａは、移動する人間等を補足するため、分解能は落ちるが高速処理可能なＳＴＦＴ（Short Time Fourier Transform）処理を用いる。これに対し、静止目標処理部５９ｂは、静止する人間を細くするため、低速であるが分解能の高いＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を用いる。
【００２３】
移動目標処理部５９ａは、ＳＴＦＴ部５３、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Ratio）部５５、目標レンジ検出部５６、測角部５７及び情報出力部５８を備えている。ＳＴＦＴ部５３、ＣＦＡＲ部５５及び目標レンジ検出部５６は、受信部３０に対応し複数設けられている。ＳＴＦＴ部５３は、複数のパルス（例えば８個）を用い、各レンジに対する受信信号の振幅を、フーリエ変換する。各レンジにおけるフーリエ変換後の最大振幅を、各レンジの振幅とする。ＣＦＡＲ部５５は、ＣＦＡＲ処理を行なう。ＣＦＡＲ処理は、前後のレンジに対し振幅の大きいレンジを抽出する処理である。目標レンジ検出部５６は、抽出されたレンジから目標物までの距離を検出する。測角部５７は、複数の受信信号に対応する目標物までの距離から目標物の角度を算出する。情報出力部５８は、操作表示部７０に目標物までの距離及び角度の情報を出力する。
【００２４】
静止目標処理部５９ｂは、ＳＴＦＴ部５３がＦＦＴ部５４に置き換わっている以外は移動目標処理部５９ａと同じである。ＦＦＴ部５４は、ＳＴＦＴ部５３に比べ多い数の複数のパルス（例えば２５６個）を用い各レンジに対する受信信号の振幅を、フーリエ変換する。その他の構成は、移動目標処理部５９ａと同じであり説明を省略する。
【００２５】
図９は、制御部の処理を示すフローチャートである。制御部６０は、壁等の遮蔽物の減衰特性を観測し、その観測データからレーダ装置１００の設定を自動的に行なう。制御部６０が設定を行なう際の前提として、壁等の遮蔽物がない状態において、レーダ装置１００がパルス信号の送受信を行なったとき、想定している目標物（例えば人間等）のＲＣＳ（Rader Cross Section）では、受信部３０が飽和しないように、レーダ装置１００が設定されている。例えば、送信部２０が送信する送信電力及び受信部３０の利得が適切に設定されている。この状態で、レーダ装置１００を使用場所（例えば壁等の遮蔽物に面するように）に設置する。
【００２６】
図９を参照し、制御部６０は、レーダ装置１００固有の雑音レベルを取得する（ステップＳ１０）。例えば、制御部６０は、各受信部３０に対応し、送信信号の送信を行なわず、レンジに対する受信信号の振幅を所定時間（例えば数秒間）取得する。図１０は、雑音レベルのレンジに対する振幅を示す図である。図１０のように、雑音レベルの平均をオフ電力Ｒｏｆｆとする。オフ電力Ｒｏｆｆは、雑音レベルの時間平均以外にも、所定時間内の最大電力等とすることもできる。
【００２７】
次に、制御部６０は、送信部２０に送信信号を送信させる（ステップＳ１２）。例えば、送信部２０は、所定間隔のインパルス信号を送信信号として数秒間送信する。次に、制御部６０は、各受信部３０に受信信号を受信させる（ステップＳ１４）。図１１は、受信部３０が受信した受信信号のレンジに対する振幅の例を示す図である。図１１のように、レンジが０付近（時間が０付近）の振幅が大きい、レンジが０付近は、レーダ装置１００の近傍で反射されて信号であり、遮蔽物で反射された信号である。
【００２８】
制御部６０は、受信信号に基づき、送信信号が遮蔽物を透過しているか判断する（ステップＳ１６）。Ｎｏの場合、送信信号が遮蔽物を透過していないことを操作者に通知する（ステップＳ１８）。操作者は、レーダ装置１００の設置場所等を変更する。ステップＳ１０に戻る。ステップＳ１６においてＹｅｓの場合、制御部６０は、受信信号に基づき。送信部２０が送信信号を送信する条件及び受信部３０が受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する（ステップＳ２０）。制御部６０は、ＣＦＡＲの最小閾値を設定する（ステップＳ２２）。制御部６０は、レーダ装置１００の運用を開始する（ステップＳ２４）。制御部６０は、レーダ装置１００運用中にレーダ装置１００のモードが変更されたか判断する（ステップＳ２６）。Ｎｏの場合、終了する。Ｙｅｓの場合、ステップＳ２２に戻り、ＣＦＡＲの最小閾値を再設定する（ステップＳ２２）。
【００２９】
次に、図９のステップＳ１６及びＳ２０における処理の例について説明する。図１２（ａ）から図１２（ｄ）は、遮蔽物を透過する信号を示す図である。図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、図１２（ａ）から図１２（ｄ）に対応するレンジに対する受信信号の振幅を示す図である。なお、図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、送信空中線１０が送信信号を出力してからの時間に対応するレンジについて図示している。これに対し、図１１は受信信号のピーク（壁のレーダ装置１００に対する反対の面に相当）からのレンジを示している。
【００３０】
図１２（ａ）のように、金属壁１１４の場合、金属壁１１４により送信信号はほぼ全て反射される。このため、図１３（ａ）のように、受信信号のピーク振幅は大きくなる。図１２（ｂ）のように、非金属の壁１１０が薄い場合、送信信号は、壁１１０のレーダ装置１００に対する反対の面１１６で主に反射される。このため、壁１１０で吸収される信号は少ない。送信信号の一部は壁１１０を透過する。図１３（ｂ）のように、図１３（ａ）より受信信号のピーク振幅は、比較的小さいが後述する図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）よりは大きくなる。図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）のように、送信信号は、面１１６で主に反射される。壁１１０に吸収される信号は、壁１１０が厚くなると大きくなる。図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）のように、受信信号のピーク振幅は、壁１１０が厚くなると小さくなる。
【００３１】
図１４は、制御部の処理を示すフローチャートである。以下の処理は、各受信部３０に対しそれぞれ行なうこともできる。制御部６０は、図９のステップＳ１４において受信した受信信号を解析する（ステップＳ３０）。例えば、受信信号のうち壁１１０からの反射に相当する近傍のレンジのデータを切り出す。切り出されたデータから受信信号の振幅ピーク値を抽出する。切り出されたデータは、例えば図１３（ａ）から図１３（ｄ）のようなデータとなる。図１３（ａ）から図１３（ｄ）のように、振幅のピーク値Ｐｎを抽出する。ピーク値Ｐｎが大きいと、壁１１０による信号の減衰が小さいことを示している。また、ピークの位置は面１１６の位置にほぼ対応している。
【００３２】
制御部６０は、ピーク値Ｐｎが閾値Ａ以上か判断する（ステップＳ３２）。Ｎｏの場合、制御部６０は、ピーク値Ｐｎが閾値Ａ１以上か判断する（ステップＳ３４）。Ｎｏの場合、さらに、制御部６０は、閾値Ａ２以上か判断する。このようにして、制御部６０は、ピーク値Ｐｎが閾値Ａ２〜Ａｎ−１以上か順次判断する。最後に、制御部６０は、ピーク値Ｐｎが閾値Ａｎ以上か判断する（ステップＳ３６）。閾値Ａ〜Ａｎは、図１３（ａ）から図１３（ｄ）のように順に小さくなる値である。図１３（ａ）の場合、ピーク値Ｐｎは閾値Ａ以上のためステップＳ３２においてＹｅｓと判断される。図１３（ｂ）の場合、ピーク値Ｐｎは閾値Ａより小さく閾値Ａ１以上のためステップＳ３２においてＹｅｓと判断される。図１３（ｃ）の場合、ピーク値Ｐｎは閾値Ａｎ−１より小さく閾値Ａｎ以上のためステップＳ３４においてＹｅｓと判断される。図１３（ｄ）の場合、ピーク値Ｐｎは閾値Ａｎより小さいためステップＳ３６においてＮｏと判断される。このように、ピーク値Ｐｎの大きさに基づき場合分けされる。
【００３３】
ステップＳ３２からＳ３６においてＹｅｓの場合及びステップＳ３６においてＮｏの場合、制御部６０は、近傍以遠の受信電力Ｒｆが閾値Ｂ以下か判断する（ステップＳ３８）。図１５は、受信部が受信した受信信号のレンジに対する振幅の例を示す図である。図１５のように、近傍以遠の反射してきた信号の受信電力の平均を受信電力Ｒｆとする。受信電力Ｒｆが閾値Ｂより小さい場合、近傍以遠から反射してくる信号はほとんどない。つまり、送信信号が遮蔽物を透過していない可能性が強い。そこで、ステップＳ３８においてＹｅｓの場合、制御部６０は、送信信号が遮蔽物を透過していないことを操作者に通知する（ステップＳ４０）。ステップＳ３８は、図９のステップＳ１６に対応し、ステップＳ４０は図９のステップＳ１８に対応する。ステップＳ３８においてＮｏの場合、制御部６０は、金属のように送信信号の透過を阻害するものがないと判断する（ステップＳ４２）。閾値Ｂとしては、例えば図９のステップＳ１０で取得したオフ電力Ｒｏｆｆとすることができる。または、閾値Ｂとしてはオフ電力Ｒｏｆｆより十分大きな値とすることができる。例えば、閾値Ｂは、オフ電力Ｒｏｆｆに一定量を加えた値、もしくはオフ電力Ｒｏｆｆに１より大きい一定量を乗じた値とすることができる。
【００３４】
図１６（ａ）から図１６（ｄ）は、図１４のステップＳ４０における操作表示部の表示の例を示す図である。図１６（ａ）は、操作表示部７０の画面７２を示している。画面７２内の領域７４に図１６（ｂ）から図１６（ｄ）の画像が表示される。図１６（ｂ）から図１６（ｃ）のように、レーダ装置１００内の受信空中線１２のうち近傍以遠の受信信号を得られない受信空中線１２の色を変えて表示する（図１２（ｂ）から図１２（ｄ）においてはクロスで図示している）。図１２（ｂ）では、左下以外の受信空中線１２が受信信号を得られない。図１２（ｃ）では、全ての受信空中線１２が受信信号を得られない。これにより、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）の点線のように遮蔽物内に鉄筋１１２が設けられていると考えられる。そこで、操作者はレーダ装置１００の位置を変える。これにより、図１２（ｄ）のように、全ての受信空中線１２が受信信号を得られるようになる。このように、操作者は、受信信号を得られない受信空中線１２を認識することができる。
【００３５】
図１４において、制御部６０は、近傍の受信電力の大きさ（例えば、ピーク値Ｐｎ）に応じ、送信部２０が送信信号を送信する条件及び受信部３０が受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する（ステップＳ４４）。図１７（ａ）は、目標物の距離に対する送信電力の例を示す図であり、図１７（ｂ）は、目標物の距離に対する受信利得の例を示す図である。図１７（ａ）のように、送信電力は、目標物との距離が長くなると、大きくなるように設定する。距離が長い領域において送信電力が飽和しているのは、送信電力が最大となるためである。図１７（ｂ）のように、受信利得は、目標物との距離が長くなると、大きくなるように設定する。距離が長い領域において受信利得が飽和しているのは、受信利得が最大となるためである。図１４のステップＳ３２においてＹｅｓの場合（近傍の受信電力が閾値Ａ以上の場合）、制御部６０は送信電力及び受信利得を設定１に設定する。図１４のステップＳ３４においてＹｅｓの場合（近傍の受信電力が閾値Ａ１より小さくＡ２以上の場合）、制御部６０は送信電力及び受信利得を設定２に設定する。図１４のステップＳ３６においてＮｏの場合（近傍の受信電力が閾値Ａｎより小さい場合）、制御部６０は送信電力及び受信利得を設定ｎに設定する。
【００３６】
このように、制御部６０は、遮蔽物において反射された送信信号の受信電力が大きくなると、送信電力が小さくなるように送信電力を設定する。また、制御部６０は、遮蔽物において反射された送信信号の受信電力が大きくなると、受信利得が小さくなるように受信利得を設定する。これにより、遮蔽物による減衰が小さい場合は、送信電力及び受信利得を小さくすることで、受信信号が飽和することを抑制できる。一方、遮蔽物による減衰が大きい場合は、送信電力及び受信利得を大きくすることで、信号の遮蔽物による損失を補うことができる。なお、受信利得の変更は、図５における受信部３０の減衰器３２の減衰率を変更することにより行なうことができる。また、受信部３０の増幅器の増幅率を変更することにより行なうこともできる。さらに、受信利得の変更は、各受信部３０ごとに行なうこともできる。
【００３７】
図１８は、制御部の処理を示すフローチャートであり、図９のステップＳ２２に対応する図である。図１９（ａ）から図１９（ｄ）は、信号処理を説明するための図である。図１８のように、制御部６０は、送信部２０に送信信号を送信させ、受信部３０に受信信号を受信させる（ステップＳ５０）。図１９（ａ）は、受信した受信信号のレンジに対する振幅を示す図である。制御部６０は、ＳＴＦＴまたはＦＦＴ処理後、平均化処理する（ステップＳ５２）。図１９（ｂ）は、ＳＴＦＴ処理後のレンジに対する振幅の図である。図１９（ｃ）は、平均化処理後のレンジに対する振幅の図である。制御部６０は、図１９（ｃ）の振幅の分布を求める（ステップＳ５４）。図１９（ｄ）は、図１９（ｃ）の振幅の分布を求めた図である。制御部６０は、図１９（ｄ）において、振幅の頻度のピーク値に基づき、ＣＦＡＲの最小閾値を設定する（ステップＳ５６）。例えば、図１９（ｄ）において、ピーク値のｎ倍をＣＦＡＲの最小閾値Ｔｈとする。図１９（ｃ）のように、ＣＦＡＲの最小閾値Ｔｈを設定する。図９のステップＳ２２を終了する。このように、目標物との距離（レンジ）に対する受信信号の振幅の分布のピークに基づき、ＣＦＡＲの最小閾値を設定する。これにより、ＣＦＡＲ処理の際に、雑音レベルの振幅の変動に起因し目標物が検出されてしまうことを抑制することができる。
【００３８】
実施例１によれば、図９のステップＳ２０のように、制御部６０（設定部）が受信信号に基づき、送信部２０が送信信号を送信する条件及び受信部３０が受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する。これにより、遮蔽物の電気的性質に応じ、送信部２０の送信条件及び受信部３０の受信条件の少なくとも一方を適切に設定することができる。
【００３９】
例えば、図１７（ａ）のように、制御部６０は、遮蔽物において反射された送信信号の受信電力に基づき、送信信号の送信電力を設定することができる。また、制御部６０は、遮蔽物において反射された送信信号の受信電力に基づき、受信信号の利得を設定することができる。
【００４０】
また、図１５のステップＳ３８のように、制御部６０は、遮蔽物以遠において反射されたパルス信号の受信電力に基づき、送信信号が遮蔽物を透過しているか否か判断することができる。これにより、操作者は、レーダ装置１００を適切に設置することができる。例えば、制御部６０は、遮蔽物以遠において反射された送信信号の受信電力が閾値より小さい場合、送信信号が遮蔽物を透過していないと判断することができる。
【００４１】
さらに、図１８のステップＳ５６のように、制御部６０は、目標物との距離に対する受信信号の振幅の分布のピークより大きい振幅をＣＦＡＲの最小閾値とすることができる。ＣＦＡＲ処理の際に、ノイズレベルの振幅の振動により目標物を検出されることを抑制できる。
【実施例２】
【００４２】
図２０（ａ）から図２０（ｄ）は、実施例２における等価時間サンプリングの方法を示す図である。図２０（ｂ）のように、パルス０からパルス２は、受信タイミング信号が送信タイミング信号と同期している。パルス３からパルス６は、受信タイミング信号が送信タイミング信号から時間Δｔ遅れている。図２０（ｃ）及び図２０（ｄ）のように、パルス０からパルス３までのサンプリングされた振幅を平均して時間０の振幅とする。パルス４からパルス６までのサンプリングされた振幅を平均して時間Δｔの振幅とする。このように、受信部３０は、受信信号を等価時間サンプリングする際に、同じサンプリングポイントで連続して複数回サンプリングを行なう。これにより、サンプリング間隔における目標物の移動を小さくできる。よってＳ／Ｎ比を改善することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 送信空中線
１２ 受信空中線
２０ 送信部
３０ 受信部
４０ ＡＤ変換部
５０ 処理部
６０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域レーダ装置（以下、レーダ装置とする）及びレーダ装置の制御方法に関し、例えば送信信号が遮蔽物を透過するレーダ装置及びレーダ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信信号をコンクリートや木材等の遮蔽物を透過させ、目標物において反射した送信信号を受信することにより、遮蔽物越しに目標物を検出するレーダ装置が開発されている。このようなレーダ装置として、例えばＵＷＢ（Ultra Wideband：超広帯域）を用いたレーダ装置がある（例えば特許文献１）。ＵＷＢレーダ装置は、例えば建造物外から壁を透過し建造物内を監視するために用いられる。例えば、犯罪やテロ対策、災害時の救助活動において、ＵＷＢレーダ装置を用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９４７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、遮蔽物の材質及び厚さにより、送信信号の通過特性が異なる。このため、遮蔽物が異なった場合、レーダ装置の送信信号の送信条件及び受信信号の受信条件の少なくとも一方が適切となっていない場合がある。これらの条件を適切に設定する場合、レーダ装置を使用可能とするまで、時間を要することになる。
【０００５】
本レーダ装置及びレーダ装置の制御方法は、送信信号の送信条件及び受信信号の受信条件の少なくとも一方を適切に設定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例えば、遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部と、前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信信号として受信する受信部と、前記受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する設定部と、を具備することを特徴とするレーダ装置を用いる。
【０００７】
例えば、遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部と、前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信する受信部と、を具備するレーダ装置の制御方法において、受信された受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定するステップを含むことを特徴とするレーダ装置の制御方法を用いる。
【発明の効果】
【０００８】
本レーダ装置及びレーダ装置の制御方法によれば、送信信号の送信条件及び受信信号の受信条件の少なくとも一方を適切に設定することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１に係るレーダ装置のブロック図である。
【図２】図２は、レーダ装置を遮蔽物の例として壁に設置した図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、レーダ装置の表面を示した図である。
【図４】図４は、送信部のブロック図である。
【図５】図５は、受信部のブロック図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｄ）は、等価時間サンプリングについて説明する図である。
【図７】図７は、ＡＤ変換部のブロック図である。
【図８】図８は、処理部の機能ブロック図である。
【図９】図９は、制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、雑音レベルのレンジに対する振幅を示す図である。
【図１１】図１１は、受信部が受信した受信信号のレンジに対する振幅の例を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）から図１２（ｄ）は、遮蔽物を透過する信号を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、図１２（ａ）から図１２（ｄ）に対応するレンジに対する受信信号の振幅を示す図である。
【図１４】図１４は、制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、受信部が受信した受信信号のレンジに対する振幅の例を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）から図１６（ｄ）は、図１４のステップＳ４０における操作表示部の表示の例を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）は、目標物の距離に対する送信電力の例を示す図であり、図１７（ｂ）は、目標物の距離に対する受信利得の例を示す図である
【図１８】図１８は、制御部の処理を示すフローチャートであり、図９のステップＳ２２に対応する図である。
【図１９】図１９（ａ）から図１９（ｄ）は、信号処理を説明するための図である。
【図２０】図２０（ａ）から図２０（ｄ）は、実施例２における等価時間サンプリングの方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照し実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１に係るレーダ装置のブロック図である。図１のように、レーダ装置１００は、送信空中線１０、受信空中線１２、送信部２０、受信部３０、ＡＤ変換部４０、処理部５０、制御部６０及び操作表示部７０を備えている。送信部２０は、送信信号（例えば広帯域なインパルス信号）を発生し、送信信号を増幅させる。送信部２０は、送信信号を送信空中線１０を介し送信する。送信空中線１０は、送信信号を空中に電波放射する。送信信号は、壁等の遮蔽物を透過し目標物で反射する。受信空中線１２は、遮蔽物及び目標物のうち少なくとも遮蔽物で反射された送信信号を受信する。受信部３０は、受信空中線１２で受信された送信信号を受信信号として受信する。受信部３０は受信信号を増幅し、ダウンコンバートする。受信空中線１２及び受信部３０は、目標物の角度を検出するため複数設けられているが、受信空中線を機械的に走査する場合、受信空中線１２及び受信部３０は、１つでもよい。
【００１２】
ＡＤ変換部４０はダウンコンバートされた受信信号をＡＤ（アナログ−デジタル）変換する。処理部５０は、デジタル信号化された受信信号から、目標物の角度、距離を検出し、目標物を追尾する。処理部５０は、送信部２０が送信信号を送信してから受信部３０が受信信号を受信するまでの時間から目標物の距離を検出する。また、複数の受信部３０が受信信号を受信した時間差から目標物の角度を検出する。操作表示部７０は、処理結果を表示する。また、操作表示部７０は、制御部６０に操作信号を送信する。制御部６０は送信部２０、受信部３０、ＡＤ変換部４０及び処理部５０を制御する。また、制御部６０は設定部として機能する。
【００１３】
図２は、レーダ装置を遮蔽物の例として壁に設置した図である。図２では、壁１１０内の鉄筋１１２及びレーダ装置１００を透視して示している。図２のように、壁１１０はコンクリートを含み、コンクリート内に鉄筋１１２が設けられている。レーダ装置１００を壁１１０に当接する。レーダ装置１００の表面には、複数の受信空中線１２及び送信空中線１０が設けられている。鉄筋１１２は導電性のため、受信空中線１２が鉄筋１１２に対応する位置となると、その受信空中線１２は、目標物から反射された送信信号を受信することが難しくなる。そこで、鉄筋１１２を避けてレーダ装置１００を設置する。
【００１４】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、レーダ装置の表面を示した図である。図３（ａ）の例では、送信空中線１０がレーダ装置１００の表面１０２の中央付近に設けられ、受信空中線１２がレーダ装置１００の表面１０２の対角線上に４個設けられている。送信空中線１０と複数の受信空中線１２とのそれぞれの距離Ｌはほぼ等しく設定する。これにより、処理部５０が目標物の角度を算出する際に算出が容易となる。図３（ｂ）の例では、送信空中線１０がレーダ装置１００の表面１０２の中央付近に設けられ、受信空中線１２がレーダ装置１００の表面１０２の四角形の各辺の中央付近に４個設けられている。図３（ｂ）の場合も送信空中線１０と複数の受信空中線１２とのそれぞれの距離Ｌはほぼ等しく設定することができる。図３（ｃ）の例では、複数の受信空中線１２が台形の頂点に対応する位置に設けられている。図２のように、鉄筋１１２は壁１１０内に直交して設けられることが多い。よって、複数の受信空中線１２の位置を長方形の頂点に対応する位置からずらすことにより、複数の受信空中線１２全てが鉄筋１１２に対応する位置となることを抑制することができる。
【００１５】
図４は、送信部のブロック図である。図４のように、送信部２０は、インパスル発生器２２及び増幅器２４を備えている。インパルス発生器２２は、制御部６０から受信した送信タイミング信号に同期し、インパルス信号を発生させる。インパルス信号のパルス幅は、例えば数百ピコ秒以下である。インパルス発生器２２は、帯域フィルタを用いインパルス信号の周波数成分から使用する帯域の広帯域インパルス信号を生成する。増幅器２４は、広帯域インパルス信号を増幅し、送信信号として送信空中線１０から空中に送信する。増幅器２４は、利得可変増幅器であり、制御部６０から受信したレベル調整信号に基づき、広帯域インパルス信号を増幅する利得を可変させることができる。これにより、送信部２０は、送信信号の電力を設定することができる。
【００１６】
図５は、受信部のブロック図である。受信部３０は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）３１、減衰器３２、増幅器３３、ミキサー３４、発生器３５、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３６、増幅器３８及びＢＰＦ（バンドパスフィルタ）３９を備える。ＬＮＡ３１は、受信空中線１２が受信した受信信号を増幅する。減衰器３２は、ＬＮＡ３１が増幅した信号を減衰させる。減衰器３２は、可変減衰器であり、制御部６０から受信したレベル調整信号に基づき、受信信号の減衰率を可変させることができる。増幅器３３は、受信信号を増幅する。発生器３５は制御部６０の受信タイミング信号に同期し、Ｌｏ（相関）信号を出力する。発生器３５は、複数の受信部３０に対し共通に設けられていてもよい。ミキサー３４は、Ｌｏ信号に基づき、受信信号をサンプリングする。ＬＰＦ３６は、受信信号の高調波成分等の高周波数成分を除去する。増幅器３８は、受信信号を増幅する。ＢＰＦ３９は、用いる帯域の信号以外を除去する。
【００１７】
受信部３０は、受信信号を等価時間サンプリングすることによりダウンコンバートし、ダウンコンバートされた受信信号をＡＤ変換部４０に出力する。等価時間サンプリングすることにより、低速処理のＡＤ変換部４０を用いることができる。これにより、レーダ装置１００を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。なお、等価時間サンプリングを行わず、高速処理可能なＡＤ変換部４０を用いることもできる。
【００１８】
図６（ａ）から図６（ｄ）は、等価時間サンプリングについて説明する図である。図６（ａ）は、送信タイミング信号のタイミングチャート、図６（ｂ）は、受信タイミング信号のタイミングチャート、図２（ｃ）は、等価時間サンプリング前の受信信号のタイミングチャート、図２（ｄ）は、等価時間サンプリング後の受信信号のタイミングチャートである。
【００１９】
図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、パルス０において受信タイミング信号は送信タイミング信号に同期している。パルス１において受信タイミング信号は送信タイミング信号よりΔｔ遅れている。パルス２において受信タイミング信号は送信タイミング信号より２Δｔ遅れている。このように、パルスが増すたびに、受信タイミング信号は送信タイミング信号よりΔｔづつ遅れるように設定されている。これにより、１つのパルスで１つのサンプリングを行なう。例えば、図６（ｃ）及び図６（ｄ）のように、パルス０を用い時間０におけるパルス信号の振幅のサンプリングを行なう。パルス１を用い、時間Δｔにおける振幅のサンプリングを行なう。パルス２を用い、時間２Δｔにおける振幅のサンプリングを行なう。このようにして、パルス０からパルス１６を用い、１つのパルス１つのサンプリングを行なう。各時間は、送信信号が目標物で反射し戻ってきた時間であるため、レーダ装置１００からの距離にも対応する。また、処理部５０においてデジタル処理する際は、時間をレンジとして処理する。
【００２０】
図７は、ＡＤ変換部のブロック図である。図７のように、ＡＤ変換部４０は、ＡＤ変換器４２及びバッファ４４を備えている。ＡＤ変換器４２は受信部３０に対応し複数設けられている。各ＡＤ変換器４２は、各受信部３０でダウンコンバートされた受信信号を受信する。各ＡＤ変換器４２は、制御部６０から受信された受信タイミング信号に同期し、受信信号をデジタル信号に変換する。バッファ４４は、各ＡＤ変換器４２でデジタル変換された受信信号をバッファし、処理部５０に送信する。
【００２１】
図８は、処理部の機能ブロック図である。図８のように、処理部５０は、バッファ５１、移動平均部５２、移動目標処理部５９ａ及び静止目標処理部５９ｂを備えている。バッファ５１は、ＡＤ変換部４０から受信した受信信号をバッファする。移動平均部５２は、受信部３０に対応し、複数設けられている。各移動平均部５２は、各受信部３０に対応する受信信号を移動平均する。例えば、複数回のパルス信号を平均する。
【００２２】
移動目標処理部５９ａは、移動目標を検出する。例えば、壁１１０を介し移動する人間等を検出する。静止目標処理部５９ｂは、静止目標を検出する。例えば、壁１１０を介し静止している人間等を検出する。例えば、呼吸等に応じた微小な動きを検出することにより静止した人間であることを検出する。移動目標処理部５９ａは、移動する人間等を補足するため、分解能は落ちるが高速処理可能なＳＴＦＴ（Short Time Fourier Transform）処理を用いる。これに対し、静止目標処理部５９ｂは、静止する人間を細くするため、低速であるが分解能の高いＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を用いる。
【００２３】
移動目標処理部５９ａは、ＳＴＦＴ部５３、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Ratio）部５５、目標レンジ検出部５６、測角部５７及び情報出力部５８を備えている。ＳＴＦＴ部５３、ＣＦＡＲ部５５及び目標レンジ検出部５６は、受信部３０に対応し複数設けられている。ＳＴＦＴ部５３は、複数のパルス（例えば８個）を用い、各レンジに対する受信信号の振幅を、フーリエ変換する。各レンジにおけるフーリエ変換後の最大振幅を、各レンジの振幅とする。ＣＦＡＲ部５５は、ＣＦＡＲ処理を行なう。ＣＦＡＲ処理は、前後のレンジに対し振幅の大きいレンジを抽出する処理である。目標レンジ検出部５６は、抽出されたレンジから目標物までの距離を検出する。測角部５７は、複数の受信信号に対応する目標物までの距離から目標物の角度を算出する。情報出力部５８は、操作表示部７０に目標物までの距離及び角度の情報を出力する。
【００２４】
静止目標処理部５９ｂは、ＳＴＦＴ部５３がＦＦＴ部５４に置き換わっている以外は移動目標処理部５９ａと同じである。ＦＦＴ部５４は、ＳＴＦＴ部５３に比べ多い数の複数のパルス（例えば２５６個）を用い各レンジに対する受信信号の振幅を、フーリエ変換する。その他の構成は、移動目標処理部５９ａと同じであり説明を省略する。
【００２５】
図９は、制御部の処理を示すフローチャートである。制御部６０は、壁等の遮蔽物の減衰特性を観測し、その観測データからレーダ装置１００の設定を自動的に行なう。制御部６０が設定を行なう際の前提として、壁等の遮蔽物がない状態において、レーダ装置１００がパルス信号の送受信を行なったとき、想定している目標物（例えば人間等）のＲＣＳ（Rader Cross Section）では、受信部３０が飽和しないように、レーダ装置１００が設定されている。例えば、送信部２０が送信する送信電力及び受信部３０の利得が適切に設定されている。この状態で、レーダ装置１００を使用場所（例えば壁等の遮蔽物に面するように）に設置する。
【００２６】
図９を参照し、制御部６０は、レーダ装置１００固有の雑音レベルを取得する（ステップＳ１０）。例えば、制御部６０は、各受信部３０に対応し、送信信号の送信を行なわず、レンジに対する受信信号の振幅を所定時間（例えば数秒間）取得する。図１０は、雑音レベルのレンジに対する振幅を示す図である。図１０のように、雑音レベルの平均をオフ電力Ｒｏｆｆとする。オフ電力Ｒｏｆｆは、雑音レベルの時間平均以外にも、所定時間内の最大電力等とすることもできる。
【００２７】
次に、制御部６０は、送信部２０に送信信号を送信させる（ステップＳ１２）。例えば、送信部２０は、所定間隔のインパルス信号を送信信号として数秒間送信する。次に、制御部６０は、各受信部３０に受信信号を受信させる（ステップＳ１４）。図１１は、受信部３０が受信した受信信号のレンジに対する振幅の例を示す図である。図１１のように、レンジが０付近（時間が０付近）の振幅が大きい、レンジが０付近は、レーダ装置１００の近傍で反射されて信号であり、遮蔽物で反射された信号である。
【００２８】
制御部６０は、受信信号に基づき、送信信号が遮蔽物を透過しているか判断する（ステップＳ１６）。Ｎｏの場合、送信信号が遮蔽物を透過していないことを操作者に通知する（ステップＳ１８）。操作者は、レーダ装置１００の設置場所等を変更する。ステップＳ１０に戻る。ステップＳ１６においてＹｅｓの場合、制御部６０は、受信信号に基づき。送信部２０が送信信号を送信する条件及び受信部３０が受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する（ステップＳ２０）。制御部６０は、ＣＦＡＲの最小閾値を設定する（ステップＳ２２）。制御部６０は、レーダ装置１００の運用を開始する（ステップＳ２４）。制御部６０は、レーダ装置１００運用中にレーダ装置１００のモードが変更されたか判断する（ステップＳ２６）。Ｎｏの場合、終了する。Ｙｅｓの場合、ステップＳ２２に戻り、ＣＦＡＲの最小閾値を再設定する（ステップＳ２２）。
【００２９】
次に、図９のステップＳ１６及びＳ２０における処理の例について説明する。図１２（ａ）から図１２（ｄ）は、遮蔽物を透過する信号を示す図である。図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、図１２（ａ）から図１２（ｄ）に対応するレンジに対する受信信号の振幅を示す図である。なお、図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、送信空中線１０が送信信号を出力してからの時間に対応するレンジについて図示している。これに対し、図１１は受信信号のピーク（壁のレーダ装置１００に対する反対の面に相当）からのレンジを示している。
【００３０】
図１２（ａ）のように、金属壁１１４の場合、金属壁１１４により送信信号はほぼ全て反射される。このため、図１３（ａ）のように、受信信号のピーク振幅は大きくなる。図１２（ｂ）のように、非金属の壁１１０が薄い場合、送信信号は、壁１１０のレーダ装置１００に対する反対の面１１６で主に反射される。このため、壁１１０で吸収される信号は少ない。送信信号の一部は壁１１０を透過する。図１３（ｂ）のように、図１３（ａ）より受信信号のピーク振幅は、比較的小さいが後述する図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）よりは大きくなる。図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）のように、送信信号は、面１１６で主に反射される。壁１１０に吸収される信号は、壁１１０が厚くなると大きくなる。図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）のように、受信信号のピーク振幅は、壁１１０が厚くなると小さくなる。
【００３１】
図１４は、制御部の処理を示すフローチャートである。以下の処理は、各受信部３０に対しそれぞれ行なうこともできる。制御部６０は、図９のステップＳ１４において受信した受信信号を解析する（ステップＳ３０）。例えば、受信信号のうち壁１１０からの反射に相当する近傍のレンジのデータを切り出す。切り出されたデータから受信信号の振幅ピーク値を抽出する。切り出されたデータは、例えば図１３（ａ）から図１３（ｄ）のようなデータとなる。図１３（ａ）から図１３（ｄ）のように、振幅のピーク値Ｐｎを抽出する。ピーク値Ｐｎが大きいと、壁１１０による信号の減衰が小さいことを示している。また、ピークの位置は面１１６の位置にほぼ対応している。
【００３２】
制御部６０は、ピーク値Ｐｎが閾値Ａ以上か判断する（ステップＳ３２）。Ｎｏの場合、制御部６０は、ピーク値Ｐｎが閾値Ａ１以上か判断する（ステップＳ３４）。Ｎｏの場合、さらに、制御部６０は、閾値Ａ２以上か判断する。このようにして、制御部６０は、ピーク値Ｐｎが閾値Ａ２〜Ａｎ−１以上か順次判断する。最後に、制御部６０は、ピーク値Ｐｎが閾値Ａｎ以上か判断する（ステップＳ３６）。閾値Ａ〜Ａｎは、図１３（ａ）から図１３（ｄ）のように順に小さくなる値である。図１３（ａ）の場合、ピーク値Ｐｎは閾値Ａ以上のためステップＳ３２においてＹｅｓと判断される。図１３（ｂ）の場合、ピーク値Ｐｎは閾値Ａより小さく閾値Ａ１以上のためステップＳ３２においてＹｅｓと判断される。図１３（ｃ）の場合、ピーク値Ｐｎは閾値Ａｎ−１より小さく閾値Ａｎ以上のためステップＳ３４においてＹｅｓと判断される。図１３（ｄ）の場合、ピーク値Ｐｎは閾値Ａｎより小さいためステップＳ３６においてＮｏと判断される。このように、ピーク値Ｐｎの大きさに基づき場合分けされる。
【００３３】
ステップＳ３２からＳ３６においてＹｅｓの場合及びステップＳ３６においてＮｏの場合、制御部６０は、近傍以遠の受信電力Ｒｆが閾値Ｂ以下か判断する（ステップＳ３８）。図１５は、受信部が受信した受信信号のレンジに対する振幅の例を示す図である。図１５のように、近傍以遠の反射してきた信号の受信電力の平均を受信電力Ｒｆとする。受信電力Ｒｆが閾値Ｂより小さい場合、近傍以遠から反射してくる信号はほとんどない。つまり、送信信号が遮蔽物を透過していない可能性が強い。そこで、ステップＳ３８においてＹｅｓの場合、制御部６０は、送信信号が遮蔽物を透過していないことを操作者に通知する（ステップＳ４０）。ステップＳ３８は、図９のステップＳ１６に対応し、ステップＳ４０は図９のステップＳ１８に対応する。ステップＳ３８においてＮｏの場合、制御部６０は、金属のように送信信号の透過を阻害するものがないと判断する（ステップＳ４２）。閾値Ｂとしては、例えば図９のステップＳ１０で取得したオフ電力Ｒｏｆｆとすることができる。または、閾値Ｂとしてはオフ電力Ｒｏｆｆより十分大きな値とすることができる。例えば、閾値Ｂは、オフ電力Ｒｏｆｆに一定量を加えた値、もしくはオフ電力Ｒｏｆｆに１より大きい一定量を乗じた値とすることができる。
【００３４】
図１６（ａ）から図１６（ｄ）は、図１４のステップＳ４０における操作表示部の表示の例を示す図である。図１６（ａ）は、操作表示部７０の画面７２を示している。画面７２内の領域７４に図１６（ｂ）から図１６（ｄ）の画像が表示される。図１６（ｂ）から図１６（ｃ）のように、レーダ装置１００内の受信空中線１２のうち近傍以遠の受信信号を得られない受信空中線１２の色を変えて表示する（図１２（ｂ）から図１２（ｄ）においてはクロスで図示している）。図１２（ｂ）では、左下以外の受信空中線１２が受信信号を得られない。図１２（ｃ）では、全ての受信空中線１２が受信信号を得られない。これにより、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）の点線のように遮蔽物内に鉄筋１１２が設けられていると考えられる。そこで、操作者はレーダ装置１００の位置を変える。これにより、図１２（ｄ）のように、全ての受信空中線１２が受信信号を得られるようになる。このように、操作者は、受信信号を得られない受信空中線１２を認識することができる。
【００３５】
図１４において、制御部６０は、近傍の受信電力の大きさ（例えば、ピーク値Ｐｎ）に応じ、送信部２０が送信信号を送信する条件及び受信部３０が受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する（ステップＳ４４）。図１７（ａ）は、目標物の距離に対する送信電力の例を示す図であり、図１７（ｂ）は、目標物の距離に対する受信利得の例を示す図である。図１７（ａ）のように、送信電力は、目標物との距離が長くなると、大きくなるように設定する。距離が長い領域において送信電力が飽和しているのは、送信電力が最大となるためである。図１７（ｂ）のように、受信利得は、目標物との距離が長くなると、大きくなるように設定する。距離が長い領域において受信利得が飽和しているのは、受信利得が最大となるためである。図１４のステップＳ３２においてＹｅｓの場合（近傍の受信電力が閾値Ａ以上の場合）、制御部６０は送信電力及び受信利得を設定１に設定する。図１４のステップＳ３４においてＹｅｓの場合（近傍の受信電力が閾値Ａ１より小さくＡ２以上の場合）、制御部６０は送信電力及び受信利得を設定２に設定する。図１４のステップＳ３６においてＮｏの場合（近傍の受信電力が閾値Ａｎより小さい場合）、制御部６０は送信電力及び受信利得を設定ｎに設定する。
【００３６】
このように、制御部６０は、遮蔽物において反射された送信信号の受信電力が大きくなると、送信電力が小さくなるように送信電力を設定する。また、制御部６０は、遮蔽物において反射された送信信号の受信電力が大きくなると、受信利得が小さくなるように受信利得を設定する。これにより、遮蔽物による減衰が小さい場合は、送信電力及び受信利得を小さくすることで、受信信号が飽和することを抑制できる。一方、遮蔽物による減衰が大きい場合は、送信電力及び受信利得を大きくすることで、信号の遮蔽物による損失を補うことができる。なお、受信利得の変更は、図５における受信部３０の減衰器３２の減衰率を変更することにより行なうことができる。また、受信部３０の増幅器の増幅率を変更することにより行なうこともできる。さらに、受信利得の変更は、各受信部３０ごとに行なうこともできる。
【００３７】
図１８は、制御部の処理を示すフローチャートであり、図９のステップＳ２２に対応する図である。図１９（ａ）から図１９（ｄ）は、信号処理を説明するための図である。図１８のように、制御部６０は、送信部２０に送信信号を送信させ、受信部３０に受信信号を受信させる（ステップＳ５０）。図１９（ａ）は、受信した受信信号のレンジに対する振幅を示す図である。制御部６０は、ＳＴＦＴまたはＦＦＴ処理後、平均化処理する（ステップＳ５２）。図１９（ｂ）は、ＳＴＦＴ処理後のレンジに対する振幅の図である。図１９（ｃ）は、平均化処理後のレンジに対する振幅の図である。制御部６０は、図１９（ｃ）の振幅の分布を求める（ステップＳ５４）。図１９（ｄ）は、図１９（ｃ）の振幅の分布を求めた図である。制御部６０は、図１９（ｄ）において、振幅の頻度のピーク値に基づき、ＣＦＡＲの最小閾値を設定する（ステップＳ５６）。例えば、図１９（ｄ）において、ピーク値のｎ倍をＣＦＡＲの最小閾値Ｔｈとする。図１９（ｃ）のように、ＣＦＡＲの最小閾値Ｔｈを設定する。図９のステップＳ２２を終了する。このように、目標物との距離（レンジ）に対する受信信号の振幅の分布のピークに基づき、ＣＦＡＲの最小閾値を設定する。これにより、ＣＦＡＲ処理の際に、雑音レベルの振幅の変動に起因し目標物が検出されてしまうことを抑制することができる。
【００３８】
実施例１によれば、図９のステップＳ２０のように、制御部６０（設定部）が受信信号に基づき、送信部２０が送信信号を送信する条件及び受信部３０が受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する。これにより、遮蔽物の電気的性質に応じ、送信部２０の送信条件及び受信部３０の受信条件の少なくとも一方を適切に設定することができる。
【００３９】
例えば、図１７（ａ）のように、制御部６０は、遮蔽物において反射された送信信号の受信電力に基づき、送信信号の送信電力を設定することができる。また、制御部６０は、遮蔽物において反射された送信信号の受信電力に基づき、受信信号の利得を設定することができる。
【００４０】
また、図１５のステップＳ３８のように、制御部６０は、遮蔽物以遠において反射されたパルス信号の受信電力に基づき、送信信号が遮蔽物を透過しているか否か判断することができる。これにより、操作者は、レーダ装置１００を適切に設置することができる。例えば、制御部６０は、遮蔽物以遠において反射された送信信号の受信電力が閾値より小さい場合、送信信号が遮蔽物を透過していないと判断することができる。
【００４１】
さらに、図１８のステップＳ５６のように、制御部６０は、目標物との距離に対する受信信号の振幅の分布のピークより大きい振幅をＣＦＡＲの最小閾値とすることができる。ＣＦＡＲ処理の際に、ノイズレベルの振幅の振動により目標物を検出されることを抑制できる。
【実施例２】
【００４２】
図２０（ａ）から図２０（ｄ）は、実施例２における等価時間サンプリングの方法を示す図である。図２０（ｂ）のように、パルス０からパルス２は、受信タイミング信号が送信タイミング信号と同期している。パルス３からパルス６は、受信タイミング信号が送信タイミング信号から時間Δｔ遅れている。図２０（ｃ）及び図２０（ｄ）のように、パルス０からパルス３までのサンプリングされた振幅を平均して時間０の振幅とする。パルス４からパルス６までのサンプリングされた振幅を平均して時間Δｔの振幅とする。このように、受信部３０は、受信信号を等価時間サンプリングする際に、同じサンプリングポイントで連続して複数回サンプリングを行なう。これにより、サンプリング間隔における目標物の移動を小さくできる。よってＳ／Ｎ比を改善することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 送信空中線
１２ 受信空中線
２０ 送信部
３０ 受信部
４０ ＡＤ変換部
５０ 処理部
６０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部と、
前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信信号として受信する受信部と、
前記受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する設定部と、
を具備することを特徴とする広帯域レーダ装置。
【請求項２】
前記設定部は、前記遮蔽物において反射された送信信号の受信電力に基づき、前記送信信号の送信電力を設定することを特徴とする請求項１記載の広帯域レーダ装置。
【請求項３】
前記設定部は、前記遮蔽物において反射された送信信号の受信電力に基づき、前記受信部の受信利得を設定することを特徴とする請求項１または２記載の広帯域レーダ装置。
【請求項４】
前記設定部は、前記遮蔽物以遠において反射された送信信号の受信電力に基づき、前記送信信号が前記遮蔽物を透過しているか否か判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の広帯域レーダ装置。
【請求項５】
前記設定部は、前記遮蔽物において反射された送信信号の受信電力が大きくなると、前記送信電力が小さくなるように前記送信電力を設定することを特徴とする請求項２記載の広帯域レーダ装置。
【請求項６】
前記設定部は、前記遮蔽物において反射された送信信号の受信電力が大きくなると、前記受信利得が小さくなるように前記受信利得を設定することを特徴とする請求項３記載の広帯域レーダ装置。
【請求項７】
前記設定部は、前記遮蔽物以遠において反射された送信信号の受信電力が閾値より小さい場合、前記送信信号が前記遮蔽物を透過していないと判断することを特徴とする請求項４載の広帯域レーダ装置。
【請求項８】
前記設定部は、前記目標物との距離に対する前記受信信号の振幅の分布のピークより大きい振幅をＣＦＡＲの最小閾値とすることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の広帯域レーダ装置。
【請求項９】
前記受信部は、前記受信信号を等価時間サンプリングする際に、同じサンプリングポイントで連続して複数回サンプリングを行なうことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の広帯域レーダ装置。
【請求項１０】
遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部と、前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信する受信部と、を具備するレーダ装置の制御方法において、
受信された受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定するステップを含むことを特徴とする広帯域レーダ装置の制御方法。
【請求項１】
遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部と、
前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信信号として受信する受信部と、
前記受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定する設定部と、
を具備することを特徴とする広帯域レーダ装置。
【請求項２】
前記設定部は、前記遮蔽物において反射された送信信号の受信電力に基づき、前記送信信号の送信電力を設定することを特徴とする請求項１記載の広帯域レーダ装置。
【請求項３】
前記設定部は、前記遮蔽物において反射された送信信号の受信電力に基づき、前記受信部の受信利得を設定することを特徴とする請求項１または２記載の広帯域レーダ装置。
【請求項４】
前記設定部は、前記遮蔽物以遠において反射された送信信号の受信電力に基づき、前記送信信号が前記遮蔽物を透過しているか否か判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の広帯域レーダ装置。
【請求項５】
前記設定部は、前記遮蔽物において反射された送信信号の受信電力が大きくなると、前記送信電力が小さくなるように前記送信電力を設定することを特徴とする請求項２記載の広帯域レーダ装置。
【請求項６】
前記設定部は、前記遮蔽物において反射された送信信号の受信電力が大きくなると、前記受信利得が小さくなるように前記受信利得を設定することを特徴とする請求項３記載の広帯域レーダ装置。
【請求項７】
前記設定部は、前記遮蔽物以遠において反射された送信信号の受信電力が閾値より小さい場合、前記送信信号が前記遮蔽物を透過していないと判断することを特徴とする請求項４載の広帯域レーダ装置。
【請求項８】
前記設定部は、前記目標物との距離に対する前記受信信号の振幅の分布のピークより大きい振幅をＣＦＡＲの最小閾値とすることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の広帯域レーダ装置。
【請求項９】
前記受信部は、前記受信信号を等価時間サンプリングする際に、同じサンプリングポイントで連続して複数回サンプリングを行なうことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の広帯域レーダ装置。
【請求項１０】
遮蔽物を透過させ目標物に送信信号を送信する送信部と、前記遮蔽物及び前記目標物のうち少なくとも前記遮蔽物において反射された送信信号を受信する受信部と、を具備するレーダ装置の制御方法において、
受信された受信信号に基づき、前記送信部が前記送信信号を送信する条件及び前記受信部が前記受信信号を受信する条件の少なくとも一方を設定するステップを含むことを特徴とする広帯域レーダ装置の制御方法。
【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】
【公開番号】特開２０１１−２４２２２４（Ｐ２０１１−２４２２２４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３６９３（Ｐ２０１０−１１３６９３）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]