広帯域レーダ装置
【課題】 距離の離れた目標物を精度よく検出することができる広帯域レーダ装置を提供する。
【解決手段】 生成する信号の周期が連続的に又は段階的に小さくなる受信クロック信号を生成する受信クロック生成部１１５と、受信クロック信号に同期したゲートパルス信号を発生するゲートパルス信号発生部２２１と、ＵＷＢ送信パルス信号の反射波を受信アンテナ部２１０で受信した受信パルス信号を、ゲートパルス信号の信号レベルが所定レベルにある期間に検波して、受信パルス検波信号を出力する検波部２２２と、検波部２２２で検波した受信パルス検波信号を積分して信号を取り出す積分部２２３と、積分部２２３で取り出された信号に信号レベルの減衰分を補正する係数を積算して時間感度制御を行う時間感度制御部２４１と、信号レベルを補正した信号の所定時間ごとの差分を計算して、目標物の移動を検出する差分計算部２４２とを有している。
【解決手段】 生成する信号の周期が連続的に又は段階的に小さくなる受信クロック信号を生成する受信クロック生成部１１５と、受信クロック信号に同期したゲートパルス信号を発生するゲートパルス信号発生部２２１と、ＵＷＢ送信パルス信号の反射波を受信アンテナ部２１０で受信した受信パルス信号を、ゲートパルス信号の信号レベルが所定レベルにある期間に検波して、受信パルス検波信号を出力する検波部２２２と、検波部２２２で検波した受信パルス検波信号を積分して信号を取り出す積分部２２３と、積分部２２３で取り出された信号に信号レベルの減衰分を補正する係数を積算して時間感度制御を行う時間感度制御部２４１と、信号レベルを補正した信号の所定時間ごとの差分を計算して、目標物の移動を検出する差分計算部２４２とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域レーダ装置に関する。特に、本発明は、超広帯域（以下、UWB:Ultra-Wide Bandと略記する）の電波を送受信して移動物体等の目標物（以下、ターゲットと呼ぶ）の位置を高精度に検出する広帯域レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超広帯域の電波をターゲット等に出力して、反射波からターゲットの位置（距離、方位、高さ）を高精度で検出する広帯域レーダ装置が知られている。ＵＷＢの電波を使用した広帯域レーダ装置は、超高距離分解能で高精度の位置評定が可能となる。また、ＵＷＢの電波は、電波の周波数が数ＧＨｚ以下の低い帯域が含まれる場合、コンクリートや木材等の非金属（減衰媒質）を透過する性質がある。これら２つの特徴を活かして、広帯域レーダ装置は種々の装置への適用が検討されている。
例えば、超高距離分解能と減衰媒質透過性の２つの特徴を活かした広帯域レーダ装置として以下に示すものが検討されている。
建物内や部屋内の不正侵入者の動きを壁越しに検知するＵＷＢレーダ（壁透過レーダ、スルーウォールレーダ）
森林に潜む危険動物等の動きを植林や植栽を透過させて検知するＵＷＢレーダ（森林透過レーダ、群葉透過レーダ、ＦＯＰＥＮレーダ（Foliage Penetration Radar））
瓦礫や土砂等の下に埋もれた生存者を検知するＵＷＢレーダ（生存者探知レーダ）
施設等の侵入者が危険物を隠し持っていないかを服越しに検知するＵＷＢレーダ（セキュリティゲート用危険物探知レーダ）
自動車のフロント内部に設置して非金属のバンパーやフロントグリル越しに前方を走行する自動車や停車する自動車、駐車場の壁等との距離を高精度に計測するＵＷＢレーダ（衝突防止レーダ）
【０００３】
また、ＵＷＢの電波を使用した広帯域レーダ装置においては、ターゲットからの反射波の波形を再現するために等価時間サンプリングという方法が用いられている。等価時間サンプリングとは、ターゲットに向けて送信した送信パルス信号の応答波に対して、１周期毎に一定時間ずつオフセットした時刻でサンプリングを行う方法である。複数の送信パルス信号の反射波からサンプリングを行い、反射波の波形を時間軸上で再現していく。図１には、１周期ごとにΔｔ時間ずつオフセットした時刻でサンプリングを行い、送信パルス信号の反射波を再現する様子を示す。
【０００４】
特許文献１には、物体により反射された反射波のピーク位置を検出して、ピーク位置近傍の範囲の反射波のサンプリング間隔を密に設定してサンプリングを行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許番号第３４３３７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
反射波の波形の再現性能は、サンプリング回数を増やすことで高めることができる。しなしながら、等価時間サンプリングでは、送信パルス信号の１周期分の反射波を再現するためにサンプリングする回数は常に一定である。このため、広帯域レーダ装置とターゲットとの距離が離れると、ターゲットからの反射波の信号レベルが小さくなってノイズ成分が大きくなり、反射波の波形の再現性能が低下してしまう。
図２（Ａ）に、送信装置から送信されたＵＷＢの送信パルス信号の信号波形の一例を示す。図２（Ｂ）に、ターゲットで反射された送信パルス信号を受信装置で受信した受信パルス信号の波形の一例を示す。図２（Ｃ）に、受信した受信パルス信号を取り込んで検波するタイミングを示す受信パルス検波信号の波形の一例を示す。図２（Ｄ）に、受信パルス信号に検波、積分等の信号処理を施して取り出したベースバンド信号の信号波形を示す。図２（Ｅ）に、ベースバンド信号に、ベースバンド信号の信号レベルの減衰分を補正する時間感度制御を施した信号の波形を示す。なお、等価時間サンプリングであるため、図２（Ｃ）に示す受信パルス検波信号の周期は、送信パルス信号の１周期毎に一定時間（図２（Ｃ）に示すΔｆ）ずつ周期が大きくなっている。また、図２（Ｅ）に示す時間感度制御を施したベースバンド信号は、広帯域レーダ装置からターゲットまでの距離が遠くなるに従ってノイズが大きくなっていることが分かる。
【０００７】
また、特許文献１の開示技術は、等価時間サンプリングに関する技術ではなく、反射波の信号レベルがピークの位置でのサンプリング回数を増やすものである。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、距離の離れた目標物を精度よく検出することができる広帯域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】
【０００９】
本明細書に開示の広帯域レーダ装置は、周期一定の送信クロック信号を生成する送信クロック生成手段と、前記送信クロック信号に同期したパルス信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段で発生させたパルス信号を対象エリアに放射する送信アンテナと、前記送信アンテナにより送信したパルス信号の対象物での反射波を受信パルス信号として受信する受信アンテナと、生成する信号の周期が連続的に又は段階的に小さくなる受信クロック信号を生成する受信クロック生成手段と、受信クロック信号に同期したゲートパルス信号を発生するゲートパルス信号発生手段と、前記受信アンテナで受信した受信パルス信号を、前記ゲートパルス信号の信号レベルが所定レベルにある期間で検波して、受信パルス検波信号を出力する検波手段と、前記検波手段で検波した受信パルス検波信号を積分して信号を取り出す積分手段と、前記積分手段で取り出された信号に信号レベルの減衰分を補正する係数を積算して時間感度制御を行う時間感度制御手段と、信号レベルを補正した信号の所定時間ごとの差分を計算して、前記対象物の移動を検出する差分計算手段とを備えている。
従って、本明細書に開示の広帯域レーダ装置によれば、ターゲットまでの距離が遠く、ターゲットで反射した受信パルス信号の信号レベルが小さくなってしまう場合であっても、受信パルス信号のサンプリング回数を増やして、信号レベルの低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書に開示の広帯域レーダ装置によれば、距離の離れた目標物を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】等価時間サンプリングを説明するための図である。
【図２】従来の広帯域レーダ装置から出力される送信パルス信号の波形と、ターゲットで反射した反射波を広帯域レーダ装置で受信して処理した信号の波形とを示す図である。
【図３】実施例１の広帯域レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】実施例１の広帯域レーダ装置において処理される信号波形を示す図であり、（Ａ）はＵＷＢ送信パルス信号の波形を示し、（Ｂ）は受信したＵＷＢ受信パルス信号の波形を示し、（Ｃ）はＵＷＢゲートパルス信号の信号波形を示し、（Ｄ）は受信パルス検波信号の波形を示し、（Ｅ）はベースバンド信号の波形を示し、（Ｆ）は信号レベルを補正した時間感度制御信号の波形を示している。
【図５】検波部に入力される入力電力と、検波部から出力される検波電圧との関係を示す図である。
【図６】処理部のハードウェア構成を示す図である。
【図７】（Ａ）は、時間感度制御部に入力されるデジタルのベースバンド信号の波形を示し、（Ｂ）は、ＲＡＭに記録されるＳＴＣ係数テーブルの一例を示し、（Ｃ）は、ベースバンド信号にＳＴＣ係数を掛け合わせ、信号レベルを補正したベースバンド信号の波形を示す図である。
【図８】ベースバンド信号から移動物体成分を検出する方法を説明するための図である。
【図９】時間感度制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】実施例２の広帯域レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施例３の広帯域レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】実施例４の広帯域レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
実施例１の広帯域レーダ装置１Ａについて、図３を参照しながら説明する。本実施例の広帯域レーダ装置１Ａは、送信側装置１００として、制御部１１０と、ＵＷＢパルス発生部１２０と、送信アンテナ部１３０とを有している。また、受信側装置２００として、受信アンテナ部２１０と、受信部２２０と、データ編集部２３０と、処理部２４０と、データ表示部２５０とを備えている。以下、各部について説明する。
【００１４】
制御部１１０は、第１基準クロック生成部１１１と、送信クロック生成部１１２と、第２基準クロック生成部１１３と、時間遅延制御部１１４Ａと、受信クロック生成部１１５と、受信トリガ生成部１１６とを備えている。
【００１５】
第１基準クロック生成部１１１は、ターゲット検出に使用するＵＷＢパルス信号を生成するための基準クロック（以下、送信基準クロック信号と呼ぶ）を生成する。第１基準クロック生成部１１１は、生成した送信基準クロック信号を送信クロック生成部１１２と時間遅延制御部１１４Ａとに出力する。
【００１６】
送信クロック生成部１１２は、第１基準クロック生成部１１１から出力された送信基準クロック信号を入力して、この送信基準クロック信号を分周又は逓倍した送信クロック信号を生成する。送信クロック生成部１１２は、生成した送信クロック信号を受信トリガ生成部１１６と、ＵＷＢパルス発生部１２０とに出力する。
【００１７】
第２基準クロック生成部１１３は、受信部２２０でＵＷＢパルス信号の受信に使用する基準クロック（以下、受信基準クロック信号と呼ぶ）を生成する。第２基準クロック生成部１１３は、生成した受信基準クロック信号を時間遅延制御部１１４Ａに出力する。
【００１８】
時間遅延制御部１１４Ａは、第１基準クロック生成部１１１から出力された送信基準クロック信号と、第２基準クロック生成部１１３から出力された受信基準クロック信号とを入力する。時間遅延制御部１１４Ａは、入力した受信基準クロック信号の信号繰り返し周期を連続的に小さくする時間遅延制御を行う。また、時間遅延制御部１１４Ａは、受信基準クロック信号の信号繰り返し周期を連続的に小さくしていく期間を送信基準クロック信号と受信基準クロック信号との位相に基づいて決定する。この処理の詳細については、受信クロック生成部１１５の説明において行う。時間遅延制御部１１４Ａは、信号繰り返し周期が連続的に小さくなるように調整した受信基準クロック信号を受信クロック生成部１１５に出力する。
【００１９】
受信クロック生成部１１５は、時間遅延制御部１１４Ａから出力された受信基準クロック信号を入力する。受信クロック生成部１１５は、入力した受信基準クロック信号を分周又は逓倍して受信クロック信号を生成する。
例えば、送信クロック生成部１１２で生成される送信クロック信号の信号繰り返し周期が１００［ｎｓ］であったとする。受信クロック生成部１１５は、受信基準クロック信号に基づいて、例えば、２００［ｍｓ］の間に、信号繰り返し周期が１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］に連続的に変化する受信クロック信号を生成する。
すなわち、２００［ｍｓ］の期間の最初には、受信クロック生成部１１５は、信号繰り返し周期が１００．０００８［ｎｓ］の受信クロック信号を生成する。その後、受信クロック生成部１１５は、受信クロック信号の信号繰り返し周期を連続的に小さくしていく。そして、２００［ｍｓ］の期間の最後には、受信クロック生成部１１５は、信号繰り返し周期が１００．００００５［ｎｓ］の受信クロック信号を生成する。２００［ｍｓ］を経過すると、受信クロック生成部１１５は、最初に戻って信号繰り返し周期が１００．０００８［ｎｓ］の受信クロック信号を生成する。受信クロック生成部１１５は、生成した受信クロック信号を受信部２２０のゲートパルス信号発生部２２１と、受信トリガ生成部１１６に出力する。なお、２００［ｍｓ］の期間は、時間遅延制御部１１４Ａで決定される。時間遅延制御部１１４Ａは、送信基準クロック信号と受信基準クロック信号との位相が一致してから次に一致するまでの時間に基づいて受信クロック信号の信号繰り返し周期を変化させる期間を決定する。
【００２０】
受信トリガ生成部１１６は、送信クロック生成部１１２から出力された送信クロック信号と、受信クロック生成部１１５から出力される受信クロック信号とを入力する。受信トリガ生成部１１６は、送信クロック信号と、受信クロック信号とを用いてデータ編集部２３０のデータ読込部２３１がデータ読み込みに使用するトリガ信号を生成する。受信トリガ生成部１１６は、受信クロック信号の位相が送信クロック信号の位相に一致するタイミングで信号レベルが変化するトリガ信号を生成する。受信トリガ生成部１１６は、生成したトリガ信号をデータ編集部２３０のデータ読込部２３１に出力する。
【００２１】
ＵＷＢパルス発生部１２０は、制御部１１０から出力された送信クロック信号を入力する。ＵＷＢパルス発生部１２０は、入力した送信クロック信号の信号繰り返し周期に同期させて、ＵＷＢ送信パルス信号を送信アンテナ部１３０に出力する。例えば、送信クロック信号の信号繰り返し周期が１００［ｎｓ］であれば、ＵＷＢパルス発生部１２０からはパルス繰り返し周期が１００［ｎｓ］のＵＷＢ送信パルス信号が送信アンテナ部１３０に出力される。
ＵＷＢ送信パルス信号は、送信アンテナ部１３０からターゲットに向けて放射される。図４（Ａ）に送信アンテナ部３０から放射されるＵＷＢ送信パルス信号の一例を示す。
【００２２】
送信アンテナ部１３０から放射されたＵＷＢ送信パルス信号は、ターゲットで反射する。広帯域レーダ装置１Ａは、ターゲットで反射したＵＷＢ送信パルス信号を受信アンテナ部２１０で受信する。受信アンテナ部２１０で受信したＵＷＢ送信パルス信号の反射波（以下、ＵＷＢ受信パルス信号と呼ぶ）の波形の一例を図４（Ｂ）に示す。ＵＷＢ受信パルス信号は、ＵＷＢ送信パルス信号がターゲットで反射した反射波であるため、送信クロック信号の信号繰り返し周期ごとに受信アンテナ部２１０で繰り返し受信される。
【００２３】
受信部２２０は、ゲートパルス信号発生部２２１と、検波部２２２と、積分部２２３と、ベースバンド信号増幅部２２４とを備えている。
【００２４】
ゲートパルス信号発生部２２１は、制御部１１０の受信クロック生成部１１５が生成して出力した受信クロック信号を入力する。ゲートパルス信号発生部２２１は、入力した受信クロック信号に同期したＵＷＢゲートパルス信号を発生させる。受信クロック信号の繰返し周期が２００［ｍｓ］の時間間隔で１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］への連続的な変化を繰り返すため、ＵＷＢゲートパルス信号の発生タイミングは、受信クロック信号同様、２００［ｍｓ］の時間間隔で１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］への変化を繰り返す。ＵＷＢゲートパルス信号の信号波形の一例を図４（Ｃ）に示す。ゲートパルス信号発生部２２１は、発生させたＵＷＢゲートパルス信号を検波部２２２に出力する。
【００２５】
検波部２２２は、ゲートパルス信号発生部２２１から出力されるＵＷＢゲートパルス信号と、受信アンテナ部２１０で受信したＵＷＢ受信パルス信号とを入力する。検波部２２２は、例えばＳ帯検波用ショットキーバリアダイオードを用いた検波器で構成される。検波部２２２は、ＵＷＢゲートパルス信号の信号レベルが、例えばハイレベルの期間のＵＷＢ受信パルス信号を取り込んで、図５に示すようにＵＷＢ受信パルス信号の入力電力レベルに応じた検波電圧（出力電圧）を出力する。検波部２２２から出力される検波電圧は、受信パルス検波信号として積分部２２３に出力される。図４（Ｄ）に受信パルス検波信号の信号波形の一例を示す。
【００２６】
積分部２２３は、ゲートパルス信号発生部２２１から出力されるＵＷＢゲートパルス信号と、検波部２２２から出力される受信パルス検波信号を入力する。積分部２２３は、入力した受信パルス検波信号を積分する。積分部２２３の積分は、ＵＷＢゲートパルス信号の信号立ち上がりタイミングがＵＷＢ受信パルス信号のパルス繰り返し周期の開始タイミングに一致するまで行われる（等価時間サンプリング）。すなわち、上述した例では、ＵＷＢゲートパルス信号の立ち上がりタイミングがＵＷＢ受信パルス信号の信号繰り返し周期の開始タイミングに２００［ｍｓ］の周期で一致する。従って、積分部２２３から出力される信号は、時間軸が２００００００倍に拡張された信号となり、信号の周期は２００［ｍｓ］となる。積分部２２３は、積分したＵＷＢゲートパルス信号をベースバンド信号としてベースバンド信号増幅部２２４に出力する。
【００２７】
ベースバンド信号増幅部２２４は、オペアンプ等のデバイスからなり、積分部２２３から出力されたベースバンド信号を入力して増幅する。ベースバンド信号増幅部２２４で増幅後のベースバンド信号の一例を図４（Ｅ）に示す。
【００２８】
データ編集部２３０は、データ読込部２３１と、ＡＤ変換部２３２とを備えている。
【００２９】
データ読込部２３１は、制御部１１０の受信トリガ生成部１１６で生成されたトリガ信号と、ベースバンド信号増幅部２２４で増幅されたベースバンド信号とを入力する。データ読込部２３１は、トリガ信号の立ち上がりタイミング又は立ち下がりタイミングに合わせてベースバンド信号を読み込む。データ読込部２３１で読み込まれたベースバンド信号は、ＡＤ変換部２３２に出力される。
【００３０】
ＡＤ変換部２３２は、データ読込部２３１から出力されたアナログのベースバンド信号を入力してＡＤ変換を行う。例えば、ＡＤ変換のサンプリングレートを３０００［サンプル／秒］とすると、ベースバンド信号の周期２００［ｍｓ］当たり６００サンプルのデータとなる。ＵＷＢ送信パルス信号のパルス繰り返し周波数が１０ＭＨｚであることから、最大探知距離は１５ｍ（光速３×１０８［ｍ／ｓ］×１０［ＭＨｚ］×２）であり、距離分解能が０．０２５［ｍ］のディジタル信号となる。ＡＤ変換部２３２は、ＡＤ変換したデジタルのベースバンド信号を処理部２４０に出力する。
【００３１】
処理部２４０は、時間感度制御部２４１と、差分計算部２４２とを備えている。処理部２４０は、ハードウェアと、ソフトウェアとの協働作業によって実現される。処理部２４０は、ハードウェアとして図６に示すＣＰＵ２６０、ＲＯＭ２６１、ＲＡＭ２６２、入出力部２６３、グラフィックインターフェース２６４を備えている。ＣＰＵ２６０がＲＯＭ２６１に記録されたソフトウェアを読み込んで、読み込んだソフトウェアに従った制御を実行することで、図３に示す時間感度制御部２４１と、差分計算部２４２とが実現される。なお、ＲＡＭ２６２には、ＣＰＵ２６０が演算に使用するデータが保存される。例えば、後述するＳＴＣ（Sensitivity Time Control）係数のデータが記録されている。また、入出力部２６３は、データ編集部２３０から入力したデータをＣＰＵ２６０に出力したり、ＣＰＵ２６０によって処理されたデータを外部装置に出力する。
グラフィックインターフェース２６４は、ＣＰＵ２６０によって処理されたデータをデータ表示部２５０のディスプレイに表示させるためのインターフェースであり、ディスプレイにグラフィックデータを表示させるためにグラフィックデータを波形電気信号に変換する。
【００３２】
時間感度制御部２４１は、ＡＤ変換部２３２から出力されたデジタルのベースバンド信号に時間感度制御を行い、時間感度制御信号を生成する。
時間感度制御は、例えば、ＵＷＢ送信パルス信号を送信してからＵＷＢ受信パルス信号を受信するまでの信号到達時間（距離）に対応して設定されたＳＴＣ係数を、デジタルのベースバンド信号に対して掛け合わせる処理を行う。図７（Ａ）にデジタルのベースバンド信号の信号波形を示す。図７（Ｂ）にベースバンド信号に掛け合わせるＳＴＣ係数を記録したテーブルの一例を示す。このテーブルは、図６に示すＲＡＭ２６１に記録されている。図４（Ｆ）、図７（Ｃ）に、ベースバンド信号にＳＴＣ係数を掛け合わせ、信号レベルを補正した時間感度制御後のベースバンド信号の波形の一例を示す。ＵＷＢ送信パルス信号の信号レベルは、大気中を伝播する際に距離に応じて減衰するので、ＳＴＣ係数は、ＵＷＢ送信パルス信号の伝播距離に応じた減衰分を補正するような係数に設定されている。時間感度制御部２４１は、時間感度制御したベースバンド信号を差分計算部２４２に出力する。
【００３３】
差分計算部２４２は、時間感度制御部２４１から出力されたベースバンド信号を入力する。差分計算部２４２は、時間感度制御部２４１から今回取得したベースバンド信号と、前回取得済みのベースバンド信号との差分を求め、ベースバンド信号の差分により移動物体成分を検出する。図８（Ａ）にはあるサンプリング時刻ｔ１におけるベースバンド信号の信号波形を示す。また、図８（Ｂ）には、次のサンプリング時刻ｔ２におけるベースバンド信号の信号波形を示す。さらに図８（Ｃ）には次のサンプリング時刻ｔ３におけるベースバンド信号の信号波形を示す。差分計算部２４２は、例えば、図８（Ｄ）に示すように時刻ｔ１と時刻ｔ２のベースバンド信号の差分を求める。また、図８（Ｅ）に示すように時刻ｔ２と時刻ｔ３のベースバンド信号の差分を求める。このようにしてベースバンド信号の差分を求めることで、静止物体からの応答成分は消去され、移動物体からの応答成分のみが検出される。差分計算部２４２（ＣＰＵ２６０）は、検出した移動体成分をデータ表示部２５０に出力する。データ表示部２５０は、ディスプレイを備え、差分計算部２４２から出力されたベースバンド信号の移動体成分を表示させる。
【００３４】
ここで、図９に示すフローチャートを参照しながら、時間遅延制御部１１４Ａの処理手順を説明する。
時間遅延制御部１１４Ａは、まず、第１基準クロック生成部１１１で生成した送信基準クロック信号と第２基準クロック生成部１１３で生成した受信基準クロック信号とを入力する（ステップＳ１）。これらの信号を入力した場合には（ステップＳ１／ＹＥＳ）、時間遅延制御部１１４Ａは、入力した受信基準クロック信号の信号繰り返し周期が経過時間に応じて連続的に小さくなる受信基準クロック信号を生成する（ステップＳ２）。時間遅延制御部１１４Ａは、生成した受信基準クロック信号を受信クロック生成部１１５に出力する。例えば、受信クロック生成部１１５は、入力した受信基準クロック信号に基づいて、繰返し周期が１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］に連続的に変化する受信クロック信号を生成する。
【００３５】
次に、時間遅延制御部１１４Ａは、第１基準クロック生成部１１１から入力した送信基準クロック信号と、第２基準クロック生成部１１３から入力した受信基準クロック信号の位相を比較する（ステップＳ３）。受信基準クロック信号と、送信基準クロック信号との位相が一致すると（ステップＳ３／ＹＥＳ）、時間遅延制御部１１４Ａは、生成する基準クロック信号の繰り返し周期を初期状態（１００．０００８［ｎｓ］）に戻す（ステップＳ４）。また、受信基準クロック信号と、送信基準クロック信号との位相が一致していない場合には（ステップＳ３／ＮＯ）、時間遅延制御部１１４Ａは、ステップＳ２の処理を繰り返す。また、送信基準クロック信号と受信基準クロック信号とを入力することができなかった場合には（ステップＳ１／ＮＯ）、この処理を終了させる。
【００３６】
このように、本実施例は、受信基準クロック信号の信号繰り返し周期が所定期間ごとに連続的に小さくなるようにしている。このため、受信したＵＷＢ受信パルス信号のサンプリング間隔を規定する受信クロック信号の繰り返し周期も所定間隔内で連続的に小さくなるように設定できる。従って、ターゲットまでの距離が遠く、反射波の信号レベルが小さくなってしまう場合であっても、受信したＵＷＢ受信パルス信号のサンプリング回数を増やして、信号レベルの低下を防ぐことができる。このため、ターゲットが広帯域レーダ装置から遠く離れている場合であっても、ターゲットからの反射信号がノイズに埋もれることなく、目標検出の確度を高めることができる。
【実施例２】
【００３７】
添付図面を参照しながら実施例２の広帯域レーダ装置について説明する。
図１０に実施例２の広帯域レーダ装置１Ｂの構成を示す。なお、実施例１の広帯域レーダ装置１Ａと同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施例は、図１０に示すように時間遅延制御部１１４Ａに代えて、段階的時間遅延制御部１１４Ｂを設けている。段階的時間遅延制御部１１４Ｂは、第２基準クロック生成部１１３が生成した受信基準クロック信号の信号繰り返し周期を一定時間間隔毎に段階的に遅延させる制御を行う。例えば、上述した実施例１では、受信クロック信号を、２００［ｍｓ］の間に、信号繰り返し周期が１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］に連続的に変化させていたが、本実施例では、２００［ｍｓ］のうちの４０［ｍｓ］ごとに、受信クロック信号の周期を１００．０００８［ｎｓ］、１００．０００４［ｎｓ］、１００．０００２［ｎｓ］、１００．０００１［ｎｓ］、１００．００００５［ｎｓ］と段階的に小さくしていく。
【００３８】
このように本実施例は、受信基準クロック信号（受信クロック信号）の繰り返し周期を一定時間間隔毎に段階的に小さく制御であるので、時間遅延制御が容易になる。また、上述した実施例１と同様にターゲットが広帯域レーダ装置１Ｂから遠く離れている場合であっても、ターゲットからの反射信号がノイズに埋もれることなく、目標検出の確度を高めることができる。
【実施例３】
【００３９】
添付図面を参照しながら実施例３の広帯域レーダ装置について説明する。
図１１に実施例３の広帯域レーダ装置１Ｃの構成を示す。なお、本実施例も実施例１の広帯域レーダ装置１Ａと同一の構成部分には、同一の符号を付し説明を省略する。
【００４０】
本実施例は、実施例１の時間遅延制御部１１４Ａに変えて、距離別時間遅延制御部１１４Ｃを設けている。距離別時間遅延制御部１１４Ｃは、第２基準クロック生成部１０３が生成した受信基準クロック信号を入力し、ターゲットまでの距離に応じて、サンプリング数がターゲットまでの距離の４乗に比例して増加するように信号繰り返し周期を設定した受信クロック信号を生成する。
電波の強度は、大気中で距離の４乗に比例して減衰していく。このため、距離別時間遅延制御部１１４Ｃは、ターゲットまでの距離の４乗に比例してサンプリング数が増加するように受信基準クロック信号の信号繰り返し周期を設定する。
サンプリング数がターゲットまでの距離の４乗に比例して増加するように受信基準クロック信号の繰り返し周期を設定しているので、時間感度制御した信号のノイズ成分がターゲットまでの距離によらず一定となる。従って、ターゲットが広帯域レーダ装置１Ｃから遠く離れている場合であっても、目標反射信号がノイズに埋もれることなく、目標検出の確度を高めることができる。
【実施例４】
【００４１】
添付図面を参照しながら実施例４の広帯域レーダ装置について説明する。
図１２に実施例４の広帯域レーダ装置１Ｄの構成を示す。なお、本実施例も実施例１の広帯域レーダ装置１Ａと同一の構成部分には、同一の符号を付し説明を省略する。
【００４２】
本実施例は、第１基準クロック生成部１１１の生成する基準クロック信号に基づいて送信基準クロック信号と受信基準クロック信号とを生成する。すなわち、第１基準クロック生成部１１１の生成する基準クロック信号を送信クロック生成部１１２に出力して送信クロック信号を生成する。また、第１基準クロック生成部１１１の生成する基準クロック信号を時間遅延制御部１１４Ｄを介して受信クロック生成部１１５に出力し、受信クロック信号を生成する。このため、実施例４の広帯域レーダ装置１Ｄは、実施例１〜３の広帯域レーダ装置１Ａ〜１Ｃの備える第２基準クロック生成部１１３を備えていない。
時間遅延制御部１１４Ｄは、第１基準クロック生成部１１１の生成する基準クロック信号を入力する。時間遅延制御部１１４Ｄは、入力した基準クロック信号から、送信基準クロック信号と受信基準クロック信号との位相のずれ分も含んだ受信基準クロック信号を生成する。
このように本実施例は、基準クロック生成部を１つにすることができ、装置の小型軽量化が可能となる。また、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
上述した実施例は、本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ〜１Ｄ 広帯域レーダ装置
１００ 送信側装置
１１０ 制御部
１１４Ａ、１１４Ｄ 時間遅延制御部
１１４Ｂ 段階的時間遅延制御部
１１４Ｃ 距離別時間遅延制御部
１２０ ＵＷＢパルス発生部
１３０ 送信アンテナ
２００ 受信側装置
２１０ 受信アンテナ部
２２０ 受信部
２３０ データ編集部
２４０ 処理部
２５０ データ表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域レーダ装置に関する。特に、本発明は、超広帯域（以下、UWB:Ultra-Wide Bandと略記する）の電波を送受信して移動物体等の目標物（以下、ターゲットと呼ぶ）の位置を高精度に検出する広帯域レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超広帯域の電波をターゲット等に出力して、反射波からターゲットの位置（距離、方位、高さ）を高精度で検出する広帯域レーダ装置が知られている。ＵＷＢの電波を使用した広帯域レーダ装置は、超高距離分解能で高精度の位置評定が可能となる。また、ＵＷＢの電波は、電波の周波数が数ＧＨｚ以下の低い帯域が含まれる場合、コンクリートや木材等の非金属（減衰媒質）を透過する性質がある。これら２つの特徴を活かして、広帯域レーダ装置は種々の装置への適用が検討されている。
例えば、超高距離分解能と減衰媒質透過性の２つの特徴を活かした広帯域レーダ装置として以下に示すものが検討されている。
建物内や部屋内の不正侵入者の動きを壁越しに検知するＵＷＢレーダ（壁透過レーダ、スルーウォールレーダ）
森林に潜む危険動物等の動きを植林や植栽を透過させて検知するＵＷＢレーダ（森林透過レーダ、群葉透過レーダ、ＦＯＰＥＮレーダ（Foliage Penetration Radar））
瓦礫や土砂等の下に埋もれた生存者を検知するＵＷＢレーダ（生存者探知レーダ）
施設等の侵入者が危険物を隠し持っていないかを服越しに検知するＵＷＢレーダ（セキュリティゲート用危険物探知レーダ）
自動車のフロント内部に設置して非金属のバンパーやフロントグリル越しに前方を走行する自動車や停車する自動車、駐車場の壁等との距離を高精度に計測するＵＷＢレーダ（衝突防止レーダ）
【０００３】
また、ＵＷＢの電波を使用した広帯域レーダ装置においては、ターゲットからの反射波の波形を再現するために等価時間サンプリングという方法が用いられている。等価時間サンプリングとは、ターゲットに向けて送信した送信パルス信号の応答波に対して、１周期毎に一定時間ずつオフセットした時刻でサンプリングを行う方法である。複数の送信パルス信号の反射波からサンプリングを行い、反射波の波形を時間軸上で再現していく。図１には、１周期ごとにΔｔ時間ずつオフセットした時刻でサンプリングを行い、送信パルス信号の反射波を再現する様子を示す。
【０００４】
特許文献１には、物体により反射された反射波のピーク位置を検出して、ピーク位置近傍の範囲の反射波のサンプリング間隔を密に設定してサンプリングを行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許番号第３４３３７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
反射波の波形の再現性能は、サンプリング回数を増やすことで高めることができる。しなしながら、等価時間サンプリングでは、送信パルス信号の１周期分の反射波を再現するためにサンプリングする回数は常に一定である。このため、広帯域レーダ装置とターゲットとの距離が離れると、ターゲットからの反射波の信号レベルが小さくなってノイズ成分が大きくなり、反射波の波形の再現性能が低下してしまう。
図２（Ａ）に、送信装置から送信されたＵＷＢの送信パルス信号の信号波形の一例を示す。図２（Ｂ）に、ターゲットで反射された送信パルス信号を受信装置で受信した受信パルス信号の波形の一例を示す。図２（Ｃ）に、受信した受信パルス信号を取り込んで検波するタイミングを示す受信パルス検波信号の波形の一例を示す。図２（Ｄ）に、受信パルス信号に検波、積分等の信号処理を施して取り出したベースバンド信号の信号波形を示す。図２（Ｅ）に、ベースバンド信号に、ベースバンド信号の信号レベルの減衰分を補正する時間感度制御を施した信号の波形を示す。なお、等価時間サンプリングであるため、図２（Ｃ）に示す受信パルス検波信号の周期は、送信パルス信号の１周期毎に一定時間（図２（Ｃ）に示すΔｆ）ずつ周期が大きくなっている。また、図２（Ｅ）に示す時間感度制御を施したベースバンド信号は、広帯域レーダ装置からターゲットまでの距離が遠くなるに従ってノイズが大きくなっていることが分かる。
【０００７】
また、特許文献１の開示技術は、等価時間サンプリングに関する技術ではなく、反射波の信号レベルがピークの位置でのサンプリング回数を増やすものである。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、距離の離れた目標物を精度よく検出することができる広帯域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】
【０００９】
本明細書に開示の広帯域レーダ装置は、周期一定の送信クロック信号を生成する送信クロック生成手段と、前記送信クロック信号に同期したパルス信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段で発生させたパルス信号を対象エリアに放射する送信アンテナと、前記送信アンテナにより送信したパルス信号の対象物での反射波を受信パルス信号として受信する受信アンテナと、生成する信号の周期が連続的に又は段階的に小さくなる受信クロック信号を生成する受信クロック生成手段と、受信クロック信号に同期したゲートパルス信号を発生するゲートパルス信号発生手段と、前記受信アンテナで受信した受信パルス信号を、前記ゲートパルス信号の信号レベルが所定レベルにある期間で検波して、受信パルス検波信号を出力する検波手段と、前記検波手段で検波した受信パルス検波信号を積分して信号を取り出す積分手段と、前記積分手段で取り出された信号に信号レベルの減衰分を補正する係数を積算して時間感度制御を行う時間感度制御手段と、信号レベルを補正した信号の所定時間ごとの差分を計算して、前記対象物の移動を検出する差分計算手段とを備えている。
従って、本明細書に開示の広帯域レーダ装置によれば、ターゲットまでの距離が遠く、ターゲットで反射した受信パルス信号の信号レベルが小さくなってしまう場合であっても、受信パルス信号のサンプリング回数を増やして、信号レベルの低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書に開示の広帯域レーダ装置によれば、距離の離れた目標物を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】等価時間サンプリングを説明するための図である。
【図２】従来の広帯域レーダ装置から出力される送信パルス信号の波形と、ターゲットで反射した反射波を広帯域レーダ装置で受信して処理した信号の波形とを示す図である。
【図３】実施例１の広帯域レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】実施例１の広帯域レーダ装置において処理される信号波形を示す図であり、（Ａ）はＵＷＢ送信パルス信号の波形を示し、（Ｂ）は受信したＵＷＢ受信パルス信号の波形を示し、（Ｃ）はＵＷＢゲートパルス信号の信号波形を示し、（Ｄ）は受信パルス検波信号の波形を示し、（Ｅ）はベースバンド信号の波形を示し、（Ｆ）は信号レベルを補正した時間感度制御信号の波形を示している。
【図５】検波部に入力される入力電力と、検波部から出力される検波電圧との関係を示す図である。
【図６】処理部のハードウェア構成を示す図である。
【図７】（Ａ）は、時間感度制御部に入力されるデジタルのベースバンド信号の波形を示し、（Ｂ）は、ＲＡＭに記録されるＳＴＣ係数テーブルの一例を示し、（Ｃ）は、ベースバンド信号にＳＴＣ係数を掛け合わせ、信号レベルを補正したベースバンド信号の波形を示す図である。
【図８】ベースバンド信号から移動物体成分を検出する方法を説明するための図である。
【図９】時間感度制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】実施例２の広帯域レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施例３の広帯域レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】実施例４の広帯域レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
実施例１の広帯域レーダ装置１Ａについて、図３を参照しながら説明する。本実施例の広帯域レーダ装置１Ａは、送信側装置１００として、制御部１１０と、ＵＷＢパルス発生部１２０と、送信アンテナ部１３０とを有している。また、受信側装置２００として、受信アンテナ部２１０と、受信部２２０と、データ編集部２３０と、処理部２４０と、データ表示部２５０とを備えている。以下、各部について説明する。
【００１４】
制御部１１０は、第１基準クロック生成部１１１と、送信クロック生成部１１２と、第２基準クロック生成部１１３と、時間遅延制御部１１４Ａと、受信クロック生成部１１５と、受信トリガ生成部１１６とを備えている。
【００１５】
第１基準クロック生成部１１１は、ターゲット検出に使用するＵＷＢパルス信号を生成するための基準クロック（以下、送信基準クロック信号と呼ぶ）を生成する。第１基準クロック生成部１１１は、生成した送信基準クロック信号を送信クロック生成部１１２と時間遅延制御部１１４Ａとに出力する。
【００１６】
送信クロック生成部１１２は、第１基準クロック生成部１１１から出力された送信基準クロック信号を入力して、この送信基準クロック信号を分周又は逓倍した送信クロック信号を生成する。送信クロック生成部１１２は、生成した送信クロック信号を受信トリガ生成部１１６と、ＵＷＢパルス発生部１２０とに出力する。
【００１７】
第２基準クロック生成部１１３は、受信部２２０でＵＷＢパルス信号の受信に使用する基準クロック（以下、受信基準クロック信号と呼ぶ）を生成する。第２基準クロック生成部１１３は、生成した受信基準クロック信号を時間遅延制御部１１４Ａに出力する。
【００１８】
時間遅延制御部１１４Ａは、第１基準クロック生成部１１１から出力された送信基準クロック信号と、第２基準クロック生成部１１３から出力された受信基準クロック信号とを入力する。時間遅延制御部１１４Ａは、入力した受信基準クロック信号の信号繰り返し周期を連続的に小さくする時間遅延制御を行う。また、時間遅延制御部１１４Ａは、受信基準クロック信号の信号繰り返し周期を連続的に小さくしていく期間を送信基準クロック信号と受信基準クロック信号との位相に基づいて決定する。この処理の詳細については、受信クロック生成部１１５の説明において行う。時間遅延制御部１１４Ａは、信号繰り返し周期が連続的に小さくなるように調整した受信基準クロック信号を受信クロック生成部１１５に出力する。
【００１９】
受信クロック生成部１１５は、時間遅延制御部１１４Ａから出力された受信基準クロック信号を入力する。受信クロック生成部１１５は、入力した受信基準クロック信号を分周又は逓倍して受信クロック信号を生成する。
例えば、送信クロック生成部１１２で生成される送信クロック信号の信号繰り返し周期が１００［ｎｓ］であったとする。受信クロック生成部１１５は、受信基準クロック信号に基づいて、例えば、２００［ｍｓ］の間に、信号繰り返し周期が１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］に連続的に変化する受信クロック信号を生成する。
すなわち、２００［ｍｓ］の期間の最初には、受信クロック生成部１１５は、信号繰り返し周期が１００．０００８［ｎｓ］の受信クロック信号を生成する。その後、受信クロック生成部１１５は、受信クロック信号の信号繰り返し周期を連続的に小さくしていく。そして、２００［ｍｓ］の期間の最後には、受信クロック生成部１１５は、信号繰り返し周期が１００．００００５［ｎｓ］の受信クロック信号を生成する。２００［ｍｓ］を経過すると、受信クロック生成部１１５は、最初に戻って信号繰り返し周期が１００．０００８［ｎｓ］の受信クロック信号を生成する。受信クロック生成部１１５は、生成した受信クロック信号を受信部２２０のゲートパルス信号発生部２２１と、受信トリガ生成部１１６に出力する。なお、２００［ｍｓ］の期間は、時間遅延制御部１１４Ａで決定される。時間遅延制御部１１４Ａは、送信基準クロック信号と受信基準クロック信号との位相が一致してから次に一致するまでの時間に基づいて受信クロック信号の信号繰り返し周期を変化させる期間を決定する。
【００２０】
受信トリガ生成部１１６は、送信クロック生成部１１２から出力された送信クロック信号と、受信クロック生成部１１５から出力される受信クロック信号とを入力する。受信トリガ生成部１１６は、送信クロック信号と、受信クロック信号とを用いてデータ編集部２３０のデータ読込部２３１がデータ読み込みに使用するトリガ信号を生成する。受信トリガ生成部１１６は、受信クロック信号の位相が送信クロック信号の位相に一致するタイミングで信号レベルが変化するトリガ信号を生成する。受信トリガ生成部１１６は、生成したトリガ信号をデータ編集部２３０のデータ読込部２３１に出力する。
【００２１】
ＵＷＢパルス発生部１２０は、制御部１１０から出力された送信クロック信号を入力する。ＵＷＢパルス発生部１２０は、入力した送信クロック信号の信号繰り返し周期に同期させて、ＵＷＢ送信パルス信号を送信アンテナ部１３０に出力する。例えば、送信クロック信号の信号繰り返し周期が１００［ｎｓ］であれば、ＵＷＢパルス発生部１２０からはパルス繰り返し周期が１００［ｎｓ］のＵＷＢ送信パルス信号が送信アンテナ部１３０に出力される。
ＵＷＢ送信パルス信号は、送信アンテナ部１３０からターゲットに向けて放射される。図４（Ａ）に送信アンテナ部３０から放射されるＵＷＢ送信パルス信号の一例を示す。
【００２２】
送信アンテナ部１３０から放射されたＵＷＢ送信パルス信号は、ターゲットで反射する。広帯域レーダ装置１Ａは、ターゲットで反射したＵＷＢ送信パルス信号を受信アンテナ部２１０で受信する。受信アンテナ部２１０で受信したＵＷＢ送信パルス信号の反射波（以下、ＵＷＢ受信パルス信号と呼ぶ）の波形の一例を図４（Ｂ）に示す。ＵＷＢ受信パルス信号は、ＵＷＢ送信パルス信号がターゲットで反射した反射波であるため、送信クロック信号の信号繰り返し周期ごとに受信アンテナ部２１０で繰り返し受信される。
【００２３】
受信部２２０は、ゲートパルス信号発生部２２１と、検波部２２２と、積分部２２３と、ベースバンド信号増幅部２２４とを備えている。
【００２４】
ゲートパルス信号発生部２２１は、制御部１１０の受信クロック生成部１１５が生成して出力した受信クロック信号を入力する。ゲートパルス信号発生部２２１は、入力した受信クロック信号に同期したＵＷＢゲートパルス信号を発生させる。受信クロック信号の繰返し周期が２００［ｍｓ］の時間間隔で１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］への連続的な変化を繰り返すため、ＵＷＢゲートパルス信号の発生タイミングは、受信クロック信号同様、２００［ｍｓ］の時間間隔で１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］への変化を繰り返す。ＵＷＢゲートパルス信号の信号波形の一例を図４（Ｃ）に示す。ゲートパルス信号発生部２２１は、発生させたＵＷＢゲートパルス信号を検波部２２２に出力する。
【００２５】
検波部２２２は、ゲートパルス信号発生部２２１から出力されるＵＷＢゲートパルス信号と、受信アンテナ部２１０で受信したＵＷＢ受信パルス信号とを入力する。検波部２２２は、例えばＳ帯検波用ショットキーバリアダイオードを用いた検波器で構成される。検波部２２２は、ＵＷＢゲートパルス信号の信号レベルが、例えばハイレベルの期間のＵＷＢ受信パルス信号を取り込んで、図５に示すようにＵＷＢ受信パルス信号の入力電力レベルに応じた検波電圧（出力電圧）を出力する。検波部２２２から出力される検波電圧は、受信パルス検波信号として積分部２２３に出力される。図４（Ｄ）に受信パルス検波信号の信号波形の一例を示す。
【００２６】
積分部２２３は、ゲートパルス信号発生部２２１から出力されるＵＷＢゲートパルス信号と、検波部２２２から出力される受信パルス検波信号を入力する。積分部２２３は、入力した受信パルス検波信号を積分する。積分部２２３の積分は、ＵＷＢゲートパルス信号の信号立ち上がりタイミングがＵＷＢ受信パルス信号のパルス繰り返し周期の開始タイミングに一致するまで行われる（等価時間サンプリング）。すなわち、上述した例では、ＵＷＢゲートパルス信号の立ち上がりタイミングがＵＷＢ受信パルス信号の信号繰り返し周期の開始タイミングに２００［ｍｓ］の周期で一致する。従って、積分部２２３から出力される信号は、時間軸が２００００００倍に拡張された信号となり、信号の周期は２００［ｍｓ］となる。積分部２２３は、積分したＵＷＢゲートパルス信号をベースバンド信号としてベースバンド信号増幅部２２４に出力する。
【００２７】
ベースバンド信号増幅部２２４は、オペアンプ等のデバイスからなり、積分部２２３から出力されたベースバンド信号を入力して増幅する。ベースバンド信号増幅部２２４で増幅後のベースバンド信号の一例を図４（Ｅ）に示す。
【００２８】
データ編集部２３０は、データ読込部２３１と、ＡＤ変換部２３２とを備えている。
【００２９】
データ読込部２３１は、制御部１１０の受信トリガ生成部１１６で生成されたトリガ信号と、ベースバンド信号増幅部２２４で増幅されたベースバンド信号とを入力する。データ読込部２３１は、トリガ信号の立ち上がりタイミング又は立ち下がりタイミングに合わせてベースバンド信号を読み込む。データ読込部２３１で読み込まれたベースバンド信号は、ＡＤ変換部２３２に出力される。
【００３０】
ＡＤ変換部２３２は、データ読込部２３１から出力されたアナログのベースバンド信号を入力してＡＤ変換を行う。例えば、ＡＤ変換のサンプリングレートを３０００［サンプル／秒］とすると、ベースバンド信号の周期２００［ｍｓ］当たり６００サンプルのデータとなる。ＵＷＢ送信パルス信号のパルス繰り返し周波数が１０ＭＨｚであることから、最大探知距離は１５ｍ（光速３×１０８［ｍ／ｓ］×１０［ＭＨｚ］×２）であり、距離分解能が０．０２５［ｍ］のディジタル信号となる。ＡＤ変換部２３２は、ＡＤ変換したデジタルのベースバンド信号を処理部２４０に出力する。
【００３１】
処理部２４０は、時間感度制御部２４１と、差分計算部２４２とを備えている。処理部２４０は、ハードウェアと、ソフトウェアとの協働作業によって実現される。処理部２４０は、ハードウェアとして図６に示すＣＰＵ２６０、ＲＯＭ２６１、ＲＡＭ２６２、入出力部２６３、グラフィックインターフェース２６４を備えている。ＣＰＵ２６０がＲＯＭ２６１に記録されたソフトウェアを読み込んで、読み込んだソフトウェアに従った制御を実行することで、図３に示す時間感度制御部２４１と、差分計算部２４２とが実現される。なお、ＲＡＭ２６２には、ＣＰＵ２６０が演算に使用するデータが保存される。例えば、後述するＳＴＣ（Sensitivity Time Control）係数のデータが記録されている。また、入出力部２６３は、データ編集部２３０から入力したデータをＣＰＵ２６０に出力したり、ＣＰＵ２６０によって処理されたデータを外部装置に出力する。
グラフィックインターフェース２６４は、ＣＰＵ２６０によって処理されたデータをデータ表示部２５０のディスプレイに表示させるためのインターフェースであり、ディスプレイにグラフィックデータを表示させるためにグラフィックデータを波形電気信号に変換する。
【００３２】
時間感度制御部２４１は、ＡＤ変換部２３２から出力されたデジタルのベースバンド信号に時間感度制御を行い、時間感度制御信号を生成する。
時間感度制御は、例えば、ＵＷＢ送信パルス信号を送信してからＵＷＢ受信パルス信号を受信するまでの信号到達時間（距離）に対応して設定されたＳＴＣ係数を、デジタルのベースバンド信号に対して掛け合わせる処理を行う。図７（Ａ）にデジタルのベースバンド信号の信号波形を示す。図７（Ｂ）にベースバンド信号に掛け合わせるＳＴＣ係数を記録したテーブルの一例を示す。このテーブルは、図６に示すＲＡＭ２６１に記録されている。図４（Ｆ）、図７（Ｃ）に、ベースバンド信号にＳＴＣ係数を掛け合わせ、信号レベルを補正した時間感度制御後のベースバンド信号の波形の一例を示す。ＵＷＢ送信パルス信号の信号レベルは、大気中を伝播する際に距離に応じて減衰するので、ＳＴＣ係数は、ＵＷＢ送信パルス信号の伝播距離に応じた減衰分を補正するような係数に設定されている。時間感度制御部２４１は、時間感度制御したベースバンド信号を差分計算部２４２に出力する。
【００３３】
差分計算部２４２は、時間感度制御部２４１から出力されたベースバンド信号を入力する。差分計算部２４２は、時間感度制御部２４１から今回取得したベースバンド信号と、前回取得済みのベースバンド信号との差分を求め、ベースバンド信号の差分により移動物体成分を検出する。図８（Ａ）にはあるサンプリング時刻ｔ１におけるベースバンド信号の信号波形を示す。また、図８（Ｂ）には、次のサンプリング時刻ｔ２におけるベースバンド信号の信号波形を示す。さらに図８（Ｃ）には次のサンプリング時刻ｔ３におけるベースバンド信号の信号波形を示す。差分計算部２４２は、例えば、図８（Ｄ）に示すように時刻ｔ１と時刻ｔ２のベースバンド信号の差分を求める。また、図８（Ｅ）に示すように時刻ｔ２と時刻ｔ３のベースバンド信号の差分を求める。このようにしてベースバンド信号の差分を求めることで、静止物体からの応答成分は消去され、移動物体からの応答成分のみが検出される。差分計算部２４２（ＣＰＵ２６０）は、検出した移動体成分をデータ表示部２５０に出力する。データ表示部２５０は、ディスプレイを備え、差分計算部２４２から出力されたベースバンド信号の移動体成分を表示させる。
【００３４】
ここで、図９に示すフローチャートを参照しながら、時間遅延制御部１１４Ａの処理手順を説明する。
時間遅延制御部１１４Ａは、まず、第１基準クロック生成部１１１で生成した送信基準クロック信号と第２基準クロック生成部１１３で生成した受信基準クロック信号とを入力する（ステップＳ１）。これらの信号を入力した場合には（ステップＳ１／ＹＥＳ）、時間遅延制御部１１４Ａは、入力した受信基準クロック信号の信号繰り返し周期が経過時間に応じて連続的に小さくなる受信基準クロック信号を生成する（ステップＳ２）。時間遅延制御部１１４Ａは、生成した受信基準クロック信号を受信クロック生成部１１５に出力する。例えば、受信クロック生成部１１５は、入力した受信基準クロック信号に基づいて、繰返し周期が１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］に連続的に変化する受信クロック信号を生成する。
【００３５】
次に、時間遅延制御部１１４Ａは、第１基準クロック生成部１１１から入力した送信基準クロック信号と、第２基準クロック生成部１１３から入力した受信基準クロック信号の位相を比較する（ステップＳ３）。受信基準クロック信号と、送信基準クロック信号との位相が一致すると（ステップＳ３／ＹＥＳ）、時間遅延制御部１１４Ａは、生成する基準クロック信号の繰り返し周期を初期状態（１００．０００８［ｎｓ］）に戻す（ステップＳ４）。また、受信基準クロック信号と、送信基準クロック信号との位相が一致していない場合には（ステップＳ３／ＮＯ）、時間遅延制御部１１４Ａは、ステップＳ２の処理を繰り返す。また、送信基準クロック信号と受信基準クロック信号とを入力することができなかった場合には（ステップＳ１／ＮＯ）、この処理を終了させる。
【００３６】
このように、本実施例は、受信基準クロック信号の信号繰り返し周期が所定期間ごとに連続的に小さくなるようにしている。このため、受信したＵＷＢ受信パルス信号のサンプリング間隔を規定する受信クロック信号の繰り返し周期も所定間隔内で連続的に小さくなるように設定できる。従って、ターゲットまでの距離が遠く、反射波の信号レベルが小さくなってしまう場合であっても、受信したＵＷＢ受信パルス信号のサンプリング回数を増やして、信号レベルの低下を防ぐことができる。このため、ターゲットが広帯域レーダ装置から遠く離れている場合であっても、ターゲットからの反射信号がノイズに埋もれることなく、目標検出の確度を高めることができる。
【実施例２】
【００３７】
添付図面を参照しながら実施例２の広帯域レーダ装置について説明する。
図１０に実施例２の広帯域レーダ装置１Ｂの構成を示す。なお、実施例１の広帯域レーダ装置１Ａと同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施例は、図１０に示すように時間遅延制御部１１４Ａに代えて、段階的時間遅延制御部１１４Ｂを設けている。段階的時間遅延制御部１１４Ｂは、第２基準クロック生成部１１３が生成した受信基準クロック信号の信号繰り返し周期を一定時間間隔毎に段階的に遅延させる制御を行う。例えば、上述した実施例１では、受信クロック信号を、２００［ｍｓ］の間に、信号繰り返し周期が１００．０００８［ｎｓ］から１００．００００５［ｎｓ］に連続的に変化させていたが、本実施例では、２００［ｍｓ］のうちの４０［ｍｓ］ごとに、受信クロック信号の周期を１００．０００８［ｎｓ］、１００．０００４［ｎｓ］、１００．０００２［ｎｓ］、１００．０００１［ｎｓ］、１００．００００５［ｎｓ］と段階的に小さくしていく。
【００３８】
このように本実施例は、受信基準クロック信号（受信クロック信号）の繰り返し周期を一定時間間隔毎に段階的に小さく制御であるので、時間遅延制御が容易になる。また、上述した実施例１と同様にターゲットが広帯域レーダ装置１Ｂから遠く離れている場合であっても、ターゲットからの反射信号がノイズに埋もれることなく、目標検出の確度を高めることができる。
【実施例３】
【００３９】
添付図面を参照しながら実施例３の広帯域レーダ装置について説明する。
図１１に実施例３の広帯域レーダ装置１Ｃの構成を示す。なお、本実施例も実施例１の広帯域レーダ装置１Ａと同一の構成部分には、同一の符号を付し説明を省略する。
【００４０】
本実施例は、実施例１の時間遅延制御部１１４Ａに変えて、距離別時間遅延制御部１１４Ｃを設けている。距離別時間遅延制御部１１４Ｃは、第２基準クロック生成部１０３が生成した受信基準クロック信号を入力し、ターゲットまでの距離に応じて、サンプリング数がターゲットまでの距離の４乗に比例して増加するように信号繰り返し周期を設定した受信クロック信号を生成する。
電波の強度は、大気中で距離の４乗に比例して減衰していく。このため、距離別時間遅延制御部１１４Ｃは、ターゲットまでの距離の４乗に比例してサンプリング数が増加するように受信基準クロック信号の信号繰り返し周期を設定する。
サンプリング数がターゲットまでの距離の４乗に比例して増加するように受信基準クロック信号の繰り返し周期を設定しているので、時間感度制御した信号のノイズ成分がターゲットまでの距離によらず一定となる。従って、ターゲットが広帯域レーダ装置１Ｃから遠く離れている場合であっても、目標反射信号がノイズに埋もれることなく、目標検出の確度を高めることができる。
【実施例４】
【００４１】
添付図面を参照しながら実施例４の広帯域レーダ装置について説明する。
図１２に実施例４の広帯域レーダ装置１Ｄの構成を示す。なお、本実施例も実施例１の広帯域レーダ装置１Ａと同一の構成部分には、同一の符号を付し説明を省略する。
【００４２】
本実施例は、第１基準クロック生成部１１１の生成する基準クロック信号に基づいて送信基準クロック信号と受信基準クロック信号とを生成する。すなわち、第１基準クロック生成部１１１の生成する基準クロック信号を送信クロック生成部１１２に出力して送信クロック信号を生成する。また、第１基準クロック生成部１１１の生成する基準クロック信号を時間遅延制御部１１４Ｄを介して受信クロック生成部１１５に出力し、受信クロック信号を生成する。このため、実施例４の広帯域レーダ装置１Ｄは、実施例１〜３の広帯域レーダ装置１Ａ〜１Ｃの備える第２基準クロック生成部１１３を備えていない。
時間遅延制御部１１４Ｄは、第１基準クロック生成部１１１の生成する基準クロック信号を入力する。時間遅延制御部１１４Ｄは、入力した基準クロック信号から、送信基準クロック信号と受信基準クロック信号との位相のずれ分も含んだ受信基準クロック信号を生成する。
このように本実施例は、基準クロック生成部を１つにすることができ、装置の小型軽量化が可能となる。また、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
上述した実施例は、本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ〜１Ｄ 広帯域レーダ装置
１００ 送信側装置
１１０ 制御部
１１４Ａ、１１４Ｄ 時間遅延制御部
１１４Ｂ 段階的時間遅延制御部
１１４Ｃ 距離別時間遅延制御部
１２０ ＵＷＢパルス発生部
１３０ 送信アンテナ
２００ 受信側装置
２１０ 受信アンテナ部
２２０ 受信部
２３０ データ編集部
２４０ 処理部
２５０ データ表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期一定の送信クロック信号を生成する送信クロック生成手段と、
前記送信クロック信号に同期したパルス信号を発生するパルス発生手段と、
前記パルス発生手段で発生させたパルス信号を対象エリアに放射する送信アンテナと、
前記送信アンテナにより送信したパルス信号の対象物での反射波を受信パルス信号として受信する受信アンテナと、
生成する信号の周期が連続的に又は段階的に小さくなる受信クロック信号を生成する受信クロック生成手段と、
受信クロック信号に同期したゲートパルス信号を発生するゲートパルス信号発生手段と、
前記受信アンテナで受信した受信パルス信号を、前記ゲートパルス信号の信号レベルが所定レベルにある期間で検波して、受信パルス検波信号を出力する検波手段と、
前記検波手段で検波した受信パルス検波信号を積分して信号を取り出す積分手段と、
前記積分手段で取り出された信号に信号レベルの減衰分を補正する係数を積算して時間感度制御を行う時間感度制御手段と、
信号レベルを補正した信号の所定時間ごとの差分を計算して、前記対象物の移動を検出する差分計算手段と、
を有する広帯域レーダ装置。
【請求項２】
前記受信クロック生成手段は、前記対象物までの距離に応じて受信クロック信号の周期を変更する請求項１記載の広帯域レーダ装置。
【請求項３】
前記送信クロック生成手段と前記受信クロック生成手段とは、１つの基準クロックに基づいて送信クロック信号と受信クロック信号とをそれぞれ生成する請求項１又は２記載の広帯域レーダ装置。
【請求項１】
周期一定の送信クロック信号を生成する送信クロック生成手段と、
前記送信クロック信号に同期したパルス信号を発生するパルス発生手段と、
前記パルス発生手段で発生させたパルス信号を対象エリアに放射する送信アンテナと、
前記送信アンテナにより送信したパルス信号の対象物での反射波を受信パルス信号として受信する受信アンテナと、
生成する信号の周期が連続的に又は段階的に小さくなる受信クロック信号を生成する受信クロック生成手段と、
受信クロック信号に同期したゲートパルス信号を発生するゲートパルス信号発生手段と、
前記受信アンテナで受信した受信パルス信号を、前記ゲートパルス信号の信号レベルが所定レベルにある期間で検波して、受信パルス検波信号を出力する検波手段と、
前記検波手段で検波した受信パルス検波信号を積分して信号を取り出す積分手段と、
前記積分手段で取り出された信号に信号レベルの減衰分を補正する係数を積算して時間感度制御を行う時間感度制御手段と、
信号レベルを補正した信号の所定時間ごとの差分を計算して、前記対象物の移動を検出する差分計算手段と、
を有する広帯域レーダ装置。
【請求項２】
前記受信クロック生成手段は、前記対象物までの距離に応じて受信クロック信号の周期を変更する請求項１記載の広帯域レーダ装置。
【請求項３】
前記送信クロック生成手段と前記受信クロック生成手段とは、１つの基準クロックに基づいて送信クロック信号と受信クロック信号とをそれぞれ生成する請求項１又は２記載の広帯域レーダ装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１９０８３１（Ｐ２０１０−１９０８３１Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３７７０６（Ｐ２００９−３７７０６）
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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