ＦＭＣＷレーダーシステム
【課題】１つのアンテナで間欠的に送受信を行う場合にもターゲット検出能力の劣化を防止することのできるＦＭＣＷレーダーシステムを提供する。
【解決手段】送信部と、アンテナと、受信部と、アンテナ共用部とを備えるＦＭＣＷレーダーシステムであって、送信部がローカル信号発生部と、送信信号発生部と、送信側ミクサと、間欠的に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、受信部が、ビート波を生成する受信側ミクサと、ハイパスフィルタと、ターゲット情報抽出部と、を備え、送信信号発生部が、送受信開始指令の読み込み後に、振幅が零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および振幅が零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する。
【解決手段】送信部と、アンテナと、受信部と、アンテナ共用部とを備えるＦＭＣＷレーダーシステムであって、送信部がローカル信号発生部と、送信信号発生部と、送信側ミクサと、間欠的に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、受信部が、ビート波を生成する受信側ミクサと、ハイパスフィルタと、ターゲット情報抽出部と、を備え、送信信号発生部が、送受信開始指令の読み込み後に、振幅が零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および振幅が零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＦＭＣＷレーダーシステムに係り、特に、受信側ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを適用するとともに、１つのアンテナで間欠的に送受信を行うＦＭＣＷレーダーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダーシステムの一形式としてＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダーシステムが公知である。
このＦＭＣＷレーダーシステムはターゲットまでの距離を測定できるだけでなく、ドップラー効果に起因する送信波と受信波の周波数差からターゲットの相対速度を検出することも可能であるため、車間距離測定を目的とする自動車搭載用ＦＭＣＷレーダーシステムがすでに提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記提案に係るＦＭＣＷレーダーシステムでは、システム構成を単純にするために、アンテナを送受信共用とするとともに、ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを使用する構成も含まれている。
そして、１つのアンテナを送受信共用とした場合に、送信波が受信部へ漏洩したリーク信号に起因する検出能力の低下を防止する構成も提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０２４８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１２は特許文献１に開示されているレーダーシステムをＦＭＣＷレーダーシステムとして構成した場合の概略構成図および波形グラフであって、（ａ）は概略構成を、（ｂ）は送受信のタイミングを、（ｃ）は送信波波形を、（ｄ）は送信波ミクサ出力波形を、（ｅ）はハイパスフィルタ出力波形を示す。
【０００６】
すなわち、特許文献１に開示されているＦＭＣＷレーダーシステムは、（ａ）に示すように送信部２、アンテナ３、受信部４、アンテナ共用部５から成り、受信部４は増幅器４０、２端子シングルエンド型の受信側ミクサ４１およびハイパスフィルタ（以下「ＨＰＦ」と記す）４２を含んでいる。
【０００７】
送信部２は（ｂ）の実線および（ｃ）に示すように所定の周期Ｔごとに周波数が所定範囲で変化するチャープ信号を発生し、アンテナ共用部５を介してアンテナ３からターゲットＴＧに向かって放射する。
ターゲットＴＧで反射された送信波である反射波はアンテナ３で受信波として受信され、受信側ミクサ４１に供給される。
【０００８】
送信波はすべてがアンテナ３に供給されるのではなく、一部はアンテナ共用部５から漏洩し、リーク波となって増幅器４０で増幅された後に受信側ミクサ４１に供給される。
そして受信側ミクサ４１は、リーク波をローカル信号、受信波を受信信号として、（ｄ）に示すビート波を出力する。
【０００９】
ここで、受信側ミクサ４１はシングルエンド型であるため、受信側ミクサ４１の出力には直流成分が発生する。
この直流成分はビート波からターゲット情報を抽出する処理においてはダイナミックレンジを狭めることとなるため、ＨＰＦ４２で直流成分を除去し、（ｅ）に示すように直流成分が零であるビート波からターゲット情報を抽出している。
すなわち、受信側ミクサ４１として２端子シングルエンド型ミクサを適用する場合には、後段にＨＰＦ４２を設置することが必要となる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されたレーダーシステムは送受信を連続的に実行するものであって、送受信を間欠的に実行するＦＭＣＷレーダーシステム、たとえばアンテナの指向性制御と送受信とを交互に実行するＦＭＣＷレーダーシステムに適用する際には以下の課題が発生する。
【００１１】
図１３は従来のＦＭＣＷレーダーシステムでアンテナの指向性制御と送受信とを交互に実行した場合の波形グラフであって、（ｆ）は送受信のタイミングを、（ｇ）は送信波波形を、（ｈ）は受信側ミクサの出力波形を、（ｉ）はＨＰＦの出力波形を示す。
すなわち、送受信を間欠的に実行する場合には、送信開始時点および終了時点において受診側ミクサ４１の出力の直流成分がステップ状に変化する。
直流成分のステップ状変化は高周波成分を含むため、ＨＰＦ４２の出力にはパルス状の波形（リンギング）が発生する。
このためビート波がリンギングに埋没してしまい、ターゲット検出能力が低下してしまうという課題が発生する。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、受信側ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを適用するとともに、１つのアンテナで間欠的に送受信を行う場合にもターゲット検出能力の劣化を防止することのできるＦＭＣＷレーダーシステム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】
【００１３】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムは、ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムであって、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、送信信号を発生する送信信号発生部と、前記ローカル信号と前記送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に間欠的に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成する受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、低周波成分が除去された前記ビート波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部と、を備え、
前記送信信号発生部が、前記送受信開始指令の読み込み後に、振幅が零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および振幅が前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力するものである構成を有している。
【００１４】
上記構成によれば、受信側ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを適用し間欠的に送受信を実行した場合でも、ＨＰＦの出力に発生するリンギングを抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムは、前記アンテナが、可変指向性アンテナであり、前記アンテナの指向性を制御するアンテナ指向性制御部を備え、前記送信側制御部が、前記アンテナ指向性制御部が前記アンテナの指向性変更制御を実行中は前記送信波の生成を停止し、前記アンテナの指向性の変更制御が完了した後に前記送受信開始指令を出力するものである構成を有している。
【００１６】
上記構成によれば、アンテナの指向性制御と、ターゲットの探索を交互に実行することが可能となる。
【００１７】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの制御方法は、ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、前記送信部で生成された前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、を備え、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、送信信号を発生する送信信号発生部と、前記ローカル信号と前記送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成するシングルエンド型の受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部と、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムの制御方法であって、
前記送信側制御部が前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始信号を間欠的に出力する段階と、前記送信信号発生部が前記送受信開始指令の読み込み後に前記送信信号の振幅を零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する段階と、前記ターゲット情報抽出部が低周波成分の除去された前記ビート波の周波数に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する段階と、から成る。
【００１８】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの制御用プログラムは、ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、前記送信部で生成された前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、前記送信部および前記受信部を制御する制御部と、を備え、前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、前記ローカル信号と送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、を備え、前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成するシングルエンド型の受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムの制御プログラムであって、
前記制御部を、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始信号を間欠的に出力する送信側制御部、前記送受信開始指令の読み込み後に、前記送信信号の振幅を零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する送信信号発生部、低周波成分の除去された前記ビート波の周波数に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部として機能させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、受信側ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを適用し、１つのアンテナで間欠的に送受信を行う場合にもターゲット検出能力の劣化を防止することのできるＦＭＣＷレーダーシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの機能ブロック線図である。
【図２】本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムのハードウエア構成図である。
【図３】メイン制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】送信信号生成ルーチンのフローチャートである。
【図５】送信信号の時間的変化を示すグラフである。
【図６】テーパー処理の効果を示すグラフである。
【図７】受信ルーチンのフローチャートである。
【図８】補正ルーチンのフローチャートである。
【図９】補正処理を適用する場合の受信ルーチンのフローチャートである。
【図１０】補正処理の効果を示すグラフである。
【図１１】テーパー処理と補正処理を同時に行った場合の効果を示すグラフである。
【図１２】従来のＦＭＣＷレーダーシステムの概略構成図および波形図である。
【図１３】従来のＦＭＣＷレーダーシステムでアンテナの指向性制御と送受信とを交互に実行した場合の波形グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図面を参照しつつ本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの実施形態を説明する。
【００２２】
なお、実施例においては、アンテナとして可変指向性アンテナを適用し、アンテナ指向性の制御とターゲット探索を交互に繰り返し、２次元または３次元のターゲット情報を抽出するＦＭＣＷレーダーシステムについて説明する。
【００２３】
図１は本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの機能ブロック線図である。
すなわち、本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステム１は、ターゲットＴＧに向けて放射する送信波を生成する送信部２と、送信波を空中に放射しターゲットＴＧにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナ３と、受信波に基づいてターゲットに関する情報を抽出する受信部４と、送信波をアンテナ３に出力し受信波を受信部４に出力するアンテナ共用部５と、を備える。
【００２４】
そして、送信部２は、ローカル信号を発生するローカル信号発生部２１と、送信信号を発生する送信信号発生部２２と、ローカル信号と送信信号を混合して送信波とする送信側ミクサ２３と、ローカル信号発生部２１および送信信号発生部２２に間欠的に送受信開始指令を出力する送信側制御部２４と、を備える。
【００２５】
また、受信部４は、送信波と受信波とを混合してビート波を生成する２端子シングルエンド型の受信側ミクサ４１と、ビート波の低周波成分を除去するＨＰＦ４２と、低周波成分が除去されたビート波に基づいてターゲットＴＧに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部４３と、を備える。
【００２６】
図２は本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムのハードウエア構成図である。
すなわち、本発明に係るレーダーシステム１は、ローカル信号発生部２１、送信側ミクサ２３、アンテナ３、受信側ミクサ４１、ＨＰＦ４２、アンテナ共用部５、およびマイクロコンピュータ６から構成されている。
そして、送信信号発生部２２、送信側制御部２４およびターゲット情報抽出部４３はマイクロコンピュータ６内に組み込まれるプログラムによりソフトウエア的に構成される。
【００２７】
なお、マイクロコンピュータ６は、たとえば、バス６１を中心に、ＣＰＵ６２、メモリ６３、操作部６４、ターゲット情報表示部６５およびレーダーインターフェイス（Ｉ／Ｆ）６６が相互に結合された構成を有する。
【００２８】
ここで、ＣＰＵ６２はレーダーシステム１の動作を制御するレーダー制御プログラムを実行するものであり、メモリ６３はレーダー制御プログラムを記憶するとともにＣＰＵ６２の処理結果を記憶するものであり、操作部６４およびターゲット情報表示部６５はマン・マシーンＩ／Ｆとして機能するものであり、レーダーＩ／Ｆ６６はローカル信号発生部２１、送信側ミクサ２３、アンテナ３、受信側ミクサ４１、ＨＰＦ４２およびアンテナ共用部５に対して動作指令を出力するとともにこれらからのフィードバック信号をマイクロコンピュータ６に取り込むためのものである。
【００２９】
以下レーダー制御プログラムのフローチャートを参照しつつ、本発明に係るレーダーシステムの動作を説明する。
なお、マイクロコンピュータ６は、所定時間間隔ごとにビーム方向制御開始指令および送受信開始指令を発生するタイマを含むものとする。
【００３０】
図３はＣＰＵ６２が実行するメイン制御ルーチンのフローチャートであって、ＣＰＵ６２はビーム方向制御開始指令の読み込みを準備する（ステップＳ３１）。
ＣＰＵ６２はビーム方向制御開始指令を読み込んだか否かを判定し（ステップＳ３２）、読み込んでいない場合はステップＳ３１に戻る。
ＣＰＵ６２は、ビーム方向制御開始指令を読み込んだときは、ビーム方向制御を実行する（ステップＳ３３）。
【００３１】
ビーム方向制御については公知技術であるので詳細説明は省略するが、アンテナ３をアレイアンテナとし、アンテナ３とアンテナ共用部４の間に設けた移相器（図示せず）を制御することによりアンテナ指向性を変更するフェーズドアレイアンテナを適用することができる。
【００３２】
次に、ＣＰＵ６２は送受信開始指令の読み込みを準備する（ステップＳ３４）。
ＣＰＵ６２は送受信開始指令を読み込んだか否かを判定し（ステップＳ３５）、読み込んでいない場合はステップＳ３４に戻る。
ＣＰＵ６２は、送受信開始指令を読み込んだときは、送受信を実行して（ステップＳ３６）、ステップＳ３１に戻り上記の処理を繰り返す。
【００３３】
図４はＣＰＵ６２が送受信実行時に実行する送信信号生成ルーチンのフローチャートであって、ＣＰＵ６２はまず所定の初期周波数ＦＩ（例えば１５０ＭＨｚ）で振幅が零から所定値まで徐々に増大する振幅増大信号を発生する（ステップＳ４１）。
【００３４】
ＣＰＵ６２は、次に初期周波数から最終周波数ＦＦ（例えば６５０ＭＨｚ）まで周波数が時間とともに変化するチャープ信号を発生し（ステップＳ４２）、その後周波数が最終周波数であって振幅が所定値から零まで徐々に減少する振幅漸減信号を発生して（ステップＳ４３）、このルーチンを終了する。
【００３５】
図５は送信信号生成ルーチンで生成される送信信号の時間的変化を示すグラフであって、（Ａ）は波形、（Ｂ）は周波数、（Ｃ）は振幅の時間的変化を示している。
すなわち、振幅増大信号発生時には、送信信号の周波数がＦＩであって、その振幅は零から所定の振幅Ａまで徐々に増大する。
チャープ信号発生時には、送信信号の振幅は所定振幅Ａに維持され、その周波数は初期周波数ＦＩから最終周波数ＦＦまで時間とともに変化する。
そして、振幅漸減信号発生時には、送信信号の周波数がＦＦであって、その振幅は所定の振幅Ａから零まで徐々に減少する。
なお、振幅の時間的変化は連続的微分可能な滑らかであることが望ましい。
【００３６】
ここで、いったんマイクロコンピュータ６による処理の説明を中断し、受信部４の中でハードウエア素子により構成されている受信側ミクサ４１およびＨＰＦ４２の動作を説明する。
すなわち、本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステム１の受信部４の受信側ミクサ４１は、２端子シングルエンド型ミクサであって、例えばダイオードである半波整流素子により構成されている。なお、半波整流素子として、バイポーラトランジスタまたはユニポーラトランジスタ（ＦＥＴ）を適用可能であることは当業者にとって周知である。
また、２端子とは入力端子と出力端子を意味しており、ローカル信号と受信信号は１つの入力端子から入力される。
【００３７】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステム１にあっては、アンテナ３は送受信兼用であり、送信部２から出力される送信波はアンテナ共用部５を介してアンテナ３に供給される。
しかし、実際にはアンテナ共用部５に漏洩が存在するため、すべての送信波がアンテナ３に供給されることはなく、送信波の一部がリーク信号として受信側ミクサ４１に供給されローカル信号として機能する。なお、リーク信号をローカル信号として使用するためにはある程度の増幅が必要となるため、実際には２端子シングルエンド型ミクサの前段に増幅器４０を配置している。ここで、増幅器４０は低雑音型増幅器を適用することが望ましい。
【００３８】
ターゲットＴＧで反射された送信波である反射波はアンテナ３で受信波として受信され、アンテナ共用部５を介して受信側ミクサ４１に供給される。
この結果、１つの入力端子からローカル信号と受信信号が受信側ミクサ４１に供給されることとなる。
【００３９】
そして、受信側ミクサ４１は受信信号とローカル信号のビート信号を出力端子に出力する。
受信側ミクサ４１は、前述したように基本的には半波整流素子であり、受信波の強度に比較してローカル信号の強度が強いため、ビート信号は直流成分を含む。
この直流成分はマイクロコンピュータ６のレーダーＩ／Ｆ６６に含まれるＡ／Ｄ変換器（図示せず）のダイナミックレンジを狭めることとなるため、２端子シングルエンドミクサを適用するＦＭＣＷレーダーシステムでは受信側ミクサ４１の後段にＨＰＦ４２を配置し、この直流成分を取り除いている。
【００４０】
しかし、本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムのように送受信を間欠的に実行すると、受信側ミクサ４１の出力に含まれる直流成分は、送受信を中断しているときは零であり、送受信開始時にステップ状に発生し、送受信終了時にステップ状に零となることとなる。
このステップ状の直流成分の変動のために、ＨＰＦ４２の出力に高いピークのリンギングが発生し、ターゲット情報の含まれているビート信号を埋没させてしまうこととなる。
【００４１】
そこで、本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムにあっては、上記のように送信開始時に振幅漸増信号を付加し、送信終了時に振幅漸減信号を付加するテーパー処理によりリンギングのピークを抑制し、ビート信号のダイナミックレンジを確保するようにしている。
【００４２】
図６はテーパー処理の効果を示すグラフであって、縦軸はＨＰＦ４２の出力信号の振幅を、横軸は時間を表す。
（Ｄ）はテーパー処理を行わない場合、（Ｅ）は２．５マイクロ秒の送信時間に対してそれぞれ１０％（＝０．２５マイクロ秒）の振幅漸増信号および振幅漸減信号を付加した場合、（Ｆ）は２．５マイクロ秒の送信時間に対してそれぞれ２０％（＝０．５マイクロ秒）の振幅漸増信号および振幅漸減信号を付加した場合を示す。
図６から、テーパー処理を行うことにより、テーパー区間を長くするほどビート信号のダイナミックレンジが拡大することがわかる。
しかし、テーパー区間を長くすると送信時間も長くなるため、必然的に反射波を受信する受信時間も長くなり、ターゲットＴＧの高速探索には弊害となる。
一方、送受信時間を一定とした場合には、テーパー区間を長くするとチャープ信号区間が相対的に短くなるためターゲット情報の抽出精度が劣化する。
したがって、テーパー区間は本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの用途に応じて適宜決定することが望ましい。
【００４３】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムにおいては、ＨＰＦ４２の出力をマイクロコンピュータ６に取り込み、ターゲットＴＧの情報抽出処理を行っているので、再びフローチャートを参照しつつ受信ルーチンの動作を説明する。
図７はＣＰＵ６２が送受信実行時に実行する受信ルーチンのフローチャートであって、まずレーダーＩ／Ｆ６６を介してＨＰＦ４２の出力信号を読み込む（ステップＳ７１）。
【００４４】
次に、ＣＰＵ６２はＨＰＦ４２の出力信号をフーリエ変換して周波数スペクトラムを算出し（ステップＳ７２）、周波数スペクトラムからターゲット情報を抽出する（ステップＳ７３）。なお、フーリエ変換を高速に実行するために、マイクロコンピュータ６内に専用のＤＳＰを設けてもよい。
そして、ＣＰＵ６２はターゲット情報をたとえばディスプレイパネルであるターゲット情報表示部６５に表示して、このルーチンを終了する。
【００４５】
なお、ターゲット情報としてどのような情報を抽出するかは特に規定されないが、以下ではターゲットＴＧまでの距離の抽出方法について説明する。
すなわち、ＨＰＦ４２の出力信号をフーリエ変換した周波数スペクトラムについて、その強度がある閾値を越える周波数ｆｂを求める。ここで、閾値とはターゲットＴＧを判別するための基準値となる強度（レベル）のことを指し、利用者が任意に設定できるパラメータである。
【００４６】
そして、［数１］に基づいてターゲットＴＧまでの距離Ｒを算出する。
【数１】
たとえば、ｆｂ＝３ＭＨｚ、Ｔ＝２．５マイクロ秒、Δｆ＝４５０ＭＨｚ、Ｃ＝３×１０８ｍ／秒とすると、Ｒ＝２．５メートルとなる。
【００４７】
次に、リンギングの影響を一層低減する補正処理について説明する。
この補正処理は、ターゲットＴＧの無い状態で送受信を実行しＨＰＦ４２の出力を補正信号として記憶しておき、ターゲットＴＧの存在する状態でのＨＰＦ４２の出力から補正信号を減算した後にターゲット情報を抽出するものである。
【００４８】
図８はＣＰＵ６２がメイン制御ルーチン（図３）の実行前に実行する補正ルーチンのフローチャートであって、ＣＰＵ６２は送信信号生成ルーチン（図４）を実行して送信信号を生成し、ターゲットＴＧの無い状態の空間に放射する（ステップＳ８１）。
次に、ＣＰＵ６２は、レーダーＩ／Ｆ６６を介してＨＰＦ４２の出力信号を読み込み（ステップＳ８２）、補正信号としてメモリ６３に記憶する（ステップＳ８３）。
【００４９】
図９は補正処理を適用する場合の受信ルーチンのフローチャートであって、図７の受信ルーチンのステップＳ７１とステップＳ７２の間にレーダーＩ／Ｆ６６を介して読み込んだＨＰＦ出力信号から補正信号を減算する補正処理（ステップＳ９１）が追加される。
他のステップの処理は図７の受信ルーチンと同一であるので、説明は省略する。
【００５０】
図１０は補正処理の効果を示すグラフであって、縦軸は周波数スペクトラムの強度を、横軸は［数１］により換算したターゲットＴＧまでの距離を表す。
そして、（Ｇ）は補正処理の無い場合のスペクトルを、（Ｈ）は補正処理を行った場合のスペクトルを表す。
図１０から、補正処理を行うことによりリンギングの影響を約１０ｄＢ低減できることがわかる。
【００５１】
図１１はテーパー処理と補正処理を同時に行った場合の効果を示すグラフであって、縦軸は周波数スペクトラムの強度を、横軸は［数１］により換算したターゲットＴＧまでの距離を表す。
【００５２】
（Ｉ）は３マイクロ秒の送信時間に対してそれぞれ１０％（＝０．３マイクロ秒）の振幅漸増信号および振幅漸減信号を付加するとともに補正処理を行った場合、（Ｊ）は３マイクロ秒の送信時間に対してそれぞれ２０％（＝０．６マイクロ秒）の振幅漸増信号および振幅漸減信号を付加するとともに補正処理を行った場合を示す。
図１１から、テーパー処理と補正処理を同時に行うことにより、スペクトルの最大値が一層明確となり、ターゲットを確実に捕捉できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムは、１つのアンテナで間欠的に送受信を行う場合にもターゲット検出能力の劣化が防止され、産業上有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１…本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステム
２…送信部
３…アンテナ
４…受信部
５…アンテナ共用部
６…マイクロコンピュータ
２１…ローカル信号発生部
２２…送信信号発生部
２３…送信側ミクサ
２４…送信側制御部
４０…増幅器
４１…受信側ミクサ
４２…ＨＰＦ
４３…ターゲット情報抽出部
６１…バス
６２…ＣＰＵ
６３…メモリ
６４…操作部
６５…ターゲット情報表示部
６６…レーダーインターフェイス
【技術分野】
【０００１】
本発明はＦＭＣＷレーダーシステムに係り、特に、受信側ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを適用するとともに、１つのアンテナで間欠的に送受信を行うＦＭＣＷレーダーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダーシステムの一形式としてＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダーシステムが公知である。
このＦＭＣＷレーダーシステムはターゲットまでの距離を測定できるだけでなく、ドップラー効果に起因する送信波と受信波の周波数差からターゲットの相対速度を検出することも可能であるため、車間距離測定を目的とする自動車搭載用ＦＭＣＷレーダーシステムがすでに提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記提案に係るＦＭＣＷレーダーシステムでは、システム構成を単純にするために、アンテナを送受信共用とするとともに、ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを使用する構成も含まれている。
そして、１つのアンテナを送受信共用とした場合に、送信波が受信部へ漏洩したリーク信号に起因する検出能力の低下を防止する構成も提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０２４８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１２は特許文献１に開示されているレーダーシステムをＦＭＣＷレーダーシステムとして構成した場合の概略構成図および波形グラフであって、（ａ）は概略構成を、（ｂ）は送受信のタイミングを、（ｃ）は送信波波形を、（ｄ）は送信波ミクサ出力波形を、（ｅ）はハイパスフィルタ出力波形を示す。
【０００６】
すなわち、特許文献１に開示されているＦＭＣＷレーダーシステムは、（ａ）に示すように送信部２、アンテナ３、受信部４、アンテナ共用部５から成り、受信部４は増幅器４０、２端子シングルエンド型の受信側ミクサ４１およびハイパスフィルタ（以下「ＨＰＦ」と記す）４２を含んでいる。
【０００７】
送信部２は（ｂ）の実線および（ｃ）に示すように所定の周期Ｔごとに周波数が所定範囲で変化するチャープ信号を発生し、アンテナ共用部５を介してアンテナ３からターゲットＴＧに向かって放射する。
ターゲットＴＧで反射された送信波である反射波はアンテナ３で受信波として受信され、受信側ミクサ４１に供給される。
【０００８】
送信波はすべてがアンテナ３に供給されるのではなく、一部はアンテナ共用部５から漏洩し、リーク波となって増幅器４０で増幅された後に受信側ミクサ４１に供給される。
そして受信側ミクサ４１は、リーク波をローカル信号、受信波を受信信号として、（ｄ）に示すビート波を出力する。
【０００９】
ここで、受信側ミクサ４１はシングルエンド型であるため、受信側ミクサ４１の出力には直流成分が発生する。
この直流成分はビート波からターゲット情報を抽出する処理においてはダイナミックレンジを狭めることとなるため、ＨＰＦ４２で直流成分を除去し、（ｅ）に示すように直流成分が零であるビート波からターゲット情報を抽出している。
すなわち、受信側ミクサ４１として２端子シングルエンド型ミクサを適用する場合には、後段にＨＰＦ４２を設置することが必要となる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されたレーダーシステムは送受信を連続的に実行するものであって、送受信を間欠的に実行するＦＭＣＷレーダーシステム、たとえばアンテナの指向性制御と送受信とを交互に実行するＦＭＣＷレーダーシステムに適用する際には以下の課題が発生する。
【００１１】
図１３は従来のＦＭＣＷレーダーシステムでアンテナの指向性制御と送受信とを交互に実行した場合の波形グラフであって、（ｆ）は送受信のタイミングを、（ｇ）は送信波波形を、（ｈ）は受信側ミクサの出力波形を、（ｉ）はＨＰＦの出力波形を示す。
すなわち、送受信を間欠的に実行する場合には、送信開始時点および終了時点において受診側ミクサ４１の出力の直流成分がステップ状に変化する。
直流成分のステップ状変化は高周波成分を含むため、ＨＰＦ４２の出力にはパルス状の波形（リンギング）が発生する。
このためビート波がリンギングに埋没してしまい、ターゲット検出能力が低下してしまうという課題が発生する。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、受信側ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを適用するとともに、１つのアンテナで間欠的に送受信を行う場合にもターゲット検出能力の劣化を防止することのできるＦＭＣＷレーダーシステム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】
【００１３】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムは、ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムであって、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、送信信号を発生する送信信号発生部と、前記ローカル信号と前記送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に間欠的に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成する受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、低周波成分が除去された前記ビート波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部と、を備え、
前記送信信号発生部が、前記送受信開始指令の読み込み後に、振幅が零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および振幅が前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力するものである構成を有している。
【００１４】
上記構成によれば、受信側ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを適用し間欠的に送受信を実行した場合でも、ＨＰＦの出力に発生するリンギングを抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムは、前記アンテナが、可変指向性アンテナであり、前記アンテナの指向性を制御するアンテナ指向性制御部を備え、前記送信側制御部が、前記アンテナ指向性制御部が前記アンテナの指向性変更制御を実行中は前記送信波の生成を停止し、前記アンテナの指向性の変更制御が完了した後に前記送受信開始指令を出力するものである構成を有している。
【００１６】
上記構成によれば、アンテナの指向性制御と、ターゲットの探索を交互に実行することが可能となる。
【００１７】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの制御方法は、ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、前記送信部で生成された前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、を備え、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、送信信号を発生する送信信号発生部と、前記ローカル信号と前記送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成するシングルエンド型の受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部と、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムの制御方法であって、
前記送信側制御部が前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始信号を間欠的に出力する段階と、前記送信信号発生部が前記送受信開始指令の読み込み後に前記送信信号の振幅を零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する段階と、前記ターゲット情報抽出部が低周波成分の除去された前記ビート波の周波数に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する段階と、から成る。
【００１８】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの制御用プログラムは、ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、前記送信部で生成された前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、前記送信部および前記受信部を制御する制御部と、を備え、前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、前記ローカル信号と送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、を備え、前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成するシングルエンド型の受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムの制御プログラムであって、
前記制御部を、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始信号を間欠的に出力する送信側制御部、前記送受信開始指令の読み込み後に、前記送信信号の振幅を零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する送信信号発生部、低周波成分の除去された前記ビート波の周波数に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部として機能させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、受信側ミクサとして２端子シングルエンド型ミクサを適用し、１つのアンテナで間欠的に送受信を行う場合にもターゲット検出能力の劣化を防止することのできるＦＭＣＷレーダーシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの機能ブロック線図である。
【図２】本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムのハードウエア構成図である。
【図３】メイン制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】送信信号生成ルーチンのフローチャートである。
【図５】送信信号の時間的変化を示すグラフである。
【図６】テーパー処理の効果を示すグラフである。
【図７】受信ルーチンのフローチャートである。
【図８】補正ルーチンのフローチャートである。
【図９】補正処理を適用する場合の受信ルーチンのフローチャートである。
【図１０】補正処理の効果を示すグラフである。
【図１１】テーパー処理と補正処理を同時に行った場合の効果を示すグラフである。
【図１２】従来のＦＭＣＷレーダーシステムの概略構成図および波形図である。
【図１３】従来のＦＭＣＷレーダーシステムでアンテナの指向性制御と送受信とを交互に実行した場合の波形グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図面を参照しつつ本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの実施形態を説明する。
【００２２】
なお、実施例においては、アンテナとして可変指向性アンテナを適用し、アンテナ指向性の制御とターゲット探索を交互に繰り返し、２次元または３次元のターゲット情報を抽出するＦＭＣＷレーダーシステムについて説明する。
【００２３】
図１は本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの機能ブロック線図である。
すなわち、本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステム１は、ターゲットＴＧに向けて放射する送信波を生成する送信部２と、送信波を空中に放射しターゲットＴＧにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナ３と、受信波に基づいてターゲットに関する情報を抽出する受信部４と、送信波をアンテナ３に出力し受信波を受信部４に出力するアンテナ共用部５と、を備える。
【００２４】
そして、送信部２は、ローカル信号を発生するローカル信号発生部２１と、送信信号を発生する送信信号発生部２２と、ローカル信号と送信信号を混合して送信波とする送信側ミクサ２３と、ローカル信号発生部２１および送信信号発生部２２に間欠的に送受信開始指令を出力する送信側制御部２４と、を備える。
【００２５】
また、受信部４は、送信波と受信波とを混合してビート波を生成する２端子シングルエンド型の受信側ミクサ４１と、ビート波の低周波成分を除去するＨＰＦ４２と、低周波成分が除去されたビート波に基づいてターゲットＴＧに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部４３と、を備える。
【００２６】
図２は本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムのハードウエア構成図である。
すなわち、本発明に係るレーダーシステム１は、ローカル信号発生部２１、送信側ミクサ２３、アンテナ３、受信側ミクサ４１、ＨＰＦ４２、アンテナ共用部５、およびマイクロコンピュータ６から構成されている。
そして、送信信号発生部２２、送信側制御部２４およびターゲット情報抽出部４３はマイクロコンピュータ６内に組み込まれるプログラムによりソフトウエア的に構成される。
【００２７】
なお、マイクロコンピュータ６は、たとえば、バス６１を中心に、ＣＰＵ６２、メモリ６３、操作部６４、ターゲット情報表示部６５およびレーダーインターフェイス（Ｉ／Ｆ）６６が相互に結合された構成を有する。
【００２８】
ここで、ＣＰＵ６２はレーダーシステム１の動作を制御するレーダー制御プログラムを実行するものであり、メモリ６３はレーダー制御プログラムを記憶するとともにＣＰＵ６２の処理結果を記憶するものであり、操作部６４およびターゲット情報表示部６５はマン・マシーンＩ／Ｆとして機能するものであり、レーダーＩ／Ｆ６６はローカル信号発生部２１、送信側ミクサ２３、アンテナ３、受信側ミクサ４１、ＨＰＦ４２およびアンテナ共用部５に対して動作指令を出力するとともにこれらからのフィードバック信号をマイクロコンピュータ６に取り込むためのものである。
【００２９】
以下レーダー制御プログラムのフローチャートを参照しつつ、本発明に係るレーダーシステムの動作を説明する。
なお、マイクロコンピュータ６は、所定時間間隔ごとにビーム方向制御開始指令および送受信開始指令を発生するタイマを含むものとする。
【００３０】
図３はＣＰＵ６２が実行するメイン制御ルーチンのフローチャートであって、ＣＰＵ６２はビーム方向制御開始指令の読み込みを準備する（ステップＳ３１）。
ＣＰＵ６２はビーム方向制御開始指令を読み込んだか否かを判定し（ステップＳ３２）、読み込んでいない場合はステップＳ３１に戻る。
ＣＰＵ６２は、ビーム方向制御開始指令を読み込んだときは、ビーム方向制御を実行する（ステップＳ３３）。
【００３１】
ビーム方向制御については公知技術であるので詳細説明は省略するが、アンテナ３をアレイアンテナとし、アンテナ３とアンテナ共用部４の間に設けた移相器（図示せず）を制御することによりアンテナ指向性を変更するフェーズドアレイアンテナを適用することができる。
【００３２】
次に、ＣＰＵ６２は送受信開始指令の読み込みを準備する（ステップＳ３４）。
ＣＰＵ６２は送受信開始指令を読み込んだか否かを判定し（ステップＳ３５）、読み込んでいない場合はステップＳ３４に戻る。
ＣＰＵ６２は、送受信開始指令を読み込んだときは、送受信を実行して（ステップＳ３６）、ステップＳ３１に戻り上記の処理を繰り返す。
【００３３】
図４はＣＰＵ６２が送受信実行時に実行する送信信号生成ルーチンのフローチャートであって、ＣＰＵ６２はまず所定の初期周波数ＦＩ（例えば１５０ＭＨｚ）で振幅が零から所定値まで徐々に増大する振幅増大信号を発生する（ステップＳ４１）。
【００３４】
ＣＰＵ６２は、次に初期周波数から最終周波数ＦＦ（例えば６５０ＭＨｚ）まで周波数が時間とともに変化するチャープ信号を発生し（ステップＳ４２）、その後周波数が最終周波数であって振幅が所定値から零まで徐々に減少する振幅漸減信号を発生して（ステップＳ４３）、このルーチンを終了する。
【００３５】
図５は送信信号生成ルーチンで生成される送信信号の時間的変化を示すグラフであって、（Ａ）は波形、（Ｂ）は周波数、（Ｃ）は振幅の時間的変化を示している。
すなわち、振幅増大信号発生時には、送信信号の周波数がＦＩであって、その振幅は零から所定の振幅Ａまで徐々に増大する。
チャープ信号発生時には、送信信号の振幅は所定振幅Ａに維持され、その周波数は初期周波数ＦＩから最終周波数ＦＦまで時間とともに変化する。
そして、振幅漸減信号発生時には、送信信号の周波数がＦＦであって、その振幅は所定の振幅Ａから零まで徐々に減少する。
なお、振幅の時間的変化は連続的微分可能な滑らかであることが望ましい。
【００３６】
ここで、いったんマイクロコンピュータ６による処理の説明を中断し、受信部４の中でハードウエア素子により構成されている受信側ミクサ４１およびＨＰＦ４２の動作を説明する。
すなわち、本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステム１の受信部４の受信側ミクサ４１は、２端子シングルエンド型ミクサであって、例えばダイオードである半波整流素子により構成されている。なお、半波整流素子として、バイポーラトランジスタまたはユニポーラトランジスタ（ＦＥＴ）を適用可能であることは当業者にとって周知である。
また、２端子とは入力端子と出力端子を意味しており、ローカル信号と受信信号は１つの入力端子から入力される。
【００３７】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステム１にあっては、アンテナ３は送受信兼用であり、送信部２から出力される送信波はアンテナ共用部５を介してアンテナ３に供給される。
しかし、実際にはアンテナ共用部５に漏洩が存在するため、すべての送信波がアンテナ３に供給されることはなく、送信波の一部がリーク信号として受信側ミクサ４１に供給されローカル信号として機能する。なお、リーク信号をローカル信号として使用するためにはある程度の増幅が必要となるため、実際には２端子シングルエンド型ミクサの前段に増幅器４０を配置している。ここで、増幅器４０は低雑音型増幅器を適用することが望ましい。
【００３８】
ターゲットＴＧで反射された送信波である反射波はアンテナ３で受信波として受信され、アンテナ共用部５を介して受信側ミクサ４１に供給される。
この結果、１つの入力端子からローカル信号と受信信号が受信側ミクサ４１に供給されることとなる。
【００３９】
そして、受信側ミクサ４１は受信信号とローカル信号のビート信号を出力端子に出力する。
受信側ミクサ４１は、前述したように基本的には半波整流素子であり、受信波の強度に比較してローカル信号の強度が強いため、ビート信号は直流成分を含む。
この直流成分はマイクロコンピュータ６のレーダーＩ／Ｆ６６に含まれるＡ／Ｄ変換器（図示せず）のダイナミックレンジを狭めることとなるため、２端子シングルエンドミクサを適用するＦＭＣＷレーダーシステムでは受信側ミクサ４１の後段にＨＰＦ４２を配置し、この直流成分を取り除いている。
【００４０】
しかし、本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムのように送受信を間欠的に実行すると、受信側ミクサ４１の出力に含まれる直流成分は、送受信を中断しているときは零であり、送受信開始時にステップ状に発生し、送受信終了時にステップ状に零となることとなる。
このステップ状の直流成分の変動のために、ＨＰＦ４２の出力に高いピークのリンギングが発生し、ターゲット情報の含まれているビート信号を埋没させてしまうこととなる。
【００４１】
そこで、本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムにあっては、上記のように送信開始時に振幅漸増信号を付加し、送信終了時に振幅漸減信号を付加するテーパー処理によりリンギングのピークを抑制し、ビート信号のダイナミックレンジを確保するようにしている。
【００４２】
図６はテーパー処理の効果を示すグラフであって、縦軸はＨＰＦ４２の出力信号の振幅を、横軸は時間を表す。
（Ｄ）はテーパー処理を行わない場合、（Ｅ）は２．５マイクロ秒の送信時間に対してそれぞれ１０％（＝０．２５マイクロ秒）の振幅漸増信号および振幅漸減信号を付加した場合、（Ｆ）は２．５マイクロ秒の送信時間に対してそれぞれ２０％（＝０．５マイクロ秒）の振幅漸増信号および振幅漸減信号を付加した場合を示す。
図６から、テーパー処理を行うことにより、テーパー区間を長くするほどビート信号のダイナミックレンジが拡大することがわかる。
しかし、テーパー区間を長くすると送信時間も長くなるため、必然的に反射波を受信する受信時間も長くなり、ターゲットＴＧの高速探索には弊害となる。
一方、送受信時間を一定とした場合には、テーパー区間を長くするとチャープ信号区間が相対的に短くなるためターゲット情報の抽出精度が劣化する。
したがって、テーパー区間は本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムの用途に応じて適宜決定することが望ましい。
【００４３】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムにおいては、ＨＰＦ４２の出力をマイクロコンピュータ６に取り込み、ターゲットＴＧの情報抽出処理を行っているので、再びフローチャートを参照しつつ受信ルーチンの動作を説明する。
図７はＣＰＵ６２が送受信実行時に実行する受信ルーチンのフローチャートであって、まずレーダーＩ／Ｆ６６を介してＨＰＦ４２の出力信号を読み込む（ステップＳ７１）。
【００４４】
次に、ＣＰＵ６２はＨＰＦ４２の出力信号をフーリエ変換して周波数スペクトラムを算出し（ステップＳ７２）、周波数スペクトラムからターゲット情報を抽出する（ステップＳ７３）。なお、フーリエ変換を高速に実行するために、マイクロコンピュータ６内に専用のＤＳＰを設けてもよい。
そして、ＣＰＵ６２はターゲット情報をたとえばディスプレイパネルであるターゲット情報表示部６５に表示して、このルーチンを終了する。
【００４５】
なお、ターゲット情報としてどのような情報を抽出するかは特に規定されないが、以下ではターゲットＴＧまでの距離の抽出方法について説明する。
すなわち、ＨＰＦ４２の出力信号をフーリエ変換した周波数スペクトラムについて、その強度がある閾値を越える周波数ｆｂを求める。ここで、閾値とはターゲットＴＧを判別するための基準値となる強度（レベル）のことを指し、利用者が任意に設定できるパラメータである。
【００４６】
そして、［数１］に基づいてターゲットＴＧまでの距離Ｒを算出する。
【数１】
たとえば、ｆｂ＝３ＭＨｚ、Ｔ＝２．５マイクロ秒、Δｆ＝４５０ＭＨｚ、Ｃ＝３×１０８ｍ／秒とすると、Ｒ＝２．５メートルとなる。
【００４７】
次に、リンギングの影響を一層低減する補正処理について説明する。
この補正処理は、ターゲットＴＧの無い状態で送受信を実行しＨＰＦ４２の出力を補正信号として記憶しておき、ターゲットＴＧの存在する状態でのＨＰＦ４２の出力から補正信号を減算した後にターゲット情報を抽出するものである。
【００４８】
図８はＣＰＵ６２がメイン制御ルーチン（図３）の実行前に実行する補正ルーチンのフローチャートであって、ＣＰＵ６２は送信信号生成ルーチン（図４）を実行して送信信号を生成し、ターゲットＴＧの無い状態の空間に放射する（ステップＳ８１）。
次に、ＣＰＵ６２は、レーダーＩ／Ｆ６６を介してＨＰＦ４２の出力信号を読み込み（ステップＳ８２）、補正信号としてメモリ６３に記憶する（ステップＳ８３）。
【００４９】
図９は補正処理を適用する場合の受信ルーチンのフローチャートであって、図７の受信ルーチンのステップＳ７１とステップＳ７２の間にレーダーＩ／Ｆ６６を介して読み込んだＨＰＦ出力信号から補正信号を減算する補正処理（ステップＳ９１）が追加される。
他のステップの処理は図７の受信ルーチンと同一であるので、説明は省略する。
【００５０】
図１０は補正処理の効果を示すグラフであって、縦軸は周波数スペクトラムの強度を、横軸は［数１］により換算したターゲットＴＧまでの距離を表す。
そして、（Ｇ）は補正処理の無い場合のスペクトルを、（Ｈ）は補正処理を行った場合のスペクトルを表す。
図１０から、補正処理を行うことによりリンギングの影響を約１０ｄＢ低減できることがわかる。
【００５１】
図１１はテーパー処理と補正処理を同時に行った場合の効果を示すグラフであって、縦軸は周波数スペクトラムの強度を、横軸は［数１］により換算したターゲットＴＧまでの距離を表す。
【００５２】
（Ｉ）は３マイクロ秒の送信時間に対してそれぞれ１０％（＝０．３マイクロ秒）の振幅漸増信号および振幅漸減信号を付加するとともに補正処理を行った場合、（Ｊ）は３マイクロ秒の送信時間に対してそれぞれ２０％（＝０．６マイクロ秒）の振幅漸増信号および振幅漸減信号を付加するとともに補正処理を行った場合を示す。
図１１から、テーパー処理と補正処理を同時に行うことにより、スペクトルの最大値が一層明確となり、ターゲットを確実に捕捉できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステムは、１つのアンテナで間欠的に送受信を行う場合にもターゲット検出能力の劣化が防止され、産業上有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１…本発明に係るＦＭＣＷレーダーシステム
２…送信部
３…アンテナ
４…受信部
５…アンテナ共用部
６…マイクロコンピュータ
２１…ローカル信号発生部
２２…送信信号発生部
２３…送信側ミクサ
２４…送信側制御部
４０…増幅器
４１…受信側ミクサ
４２…ＨＰＦ
４３…ターゲット情報抽出部
６１…バス
６２…ＣＰＵ
６３…メモリ
６４…操作部
６５…ターゲット情報表示部
６６…レーダーインターフェイス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、
前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、
前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、
前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムであって、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、送信信号を発生する送信信号発生部と、前記ローカル信号と前記送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に間欠的に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成する受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、低周波成分が除去された前記ビート波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部と、を備え、
前記送信信号発生部が、前記送受信開始指令の読み込み後に、振幅が零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および振幅が前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力するものであるＦＭＣＷレーダーシステム。
【請求項２】
前記受信部が、
前記ターゲットが存在しない状態における前記ビート波を補正信号として記憶し、前記ターゲットが存在する状態における前記ビート波から前記補正信号を減算する補正部を備え、
前記ターゲット情報抽出部が、前記補正部で補正後の前記ビート波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するものである請求項１に記載のＦＭＣＷレーダーシステム。
【請求項３】
前記アンテナが、可変指向性アンテナであり、
前記アンテナの指向性を制御するアンテナ指向性制御部を備え、
前記送信側制御部が、前記アンテナ指向性制御部が前記アンテナの指向性変更制御を実行中は前記送信波の生成を停止し、前記アンテナの指向性の変更制御が完了した後に前記送受信開始指令を出力するものである請求項１または請求項２に記載のＦＭＣＷレーダーシステム。
【請求項４】
ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、
前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、
前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、
前記送信部で生成された前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、を備え、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、送信信号を発生する送信信号発生部と、前記ローカル信号と前記送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成するシングルエンド型の受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部と、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムの制御方法であって、
前記送信側制御部が前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始信号を間欠的に出力する段階と、
前記送信信号発生部が前記送受信開始指令の読み込み後に前記送信信号の振幅を零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する段階と、
前記ターゲット情報抽出部が低周波成分の除去された前記ビート波の周波数に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する段階と、を含むＦＭＣＷレーダーシステムの制御方法。
【請求項５】
ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、
前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、
前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、
前記送信部で生成された前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、
前記送信部および前記受信部を制御する制御部と、を備え、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、前記ローカル信号と送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成するシングルエンド型の受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムの制御プログラムであって、
前記制御部を、
前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始信号を間欠的に出力する送信側制御部、
前記送受信開始指令の読み込み後に、前記送信信号の振幅を零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する送信信号発生部、
低周波成分の除去された前記ビート波の周波数に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部として機能させるためのＦＭＣＷレーダーシステムの制御プログラム。
【請求項１】
ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、
前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、
前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、
前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムであって、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、送信信号を発生する送信信号発生部と、前記ローカル信号と前記送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に間欠的に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成する受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、低周波成分が除去された前記ビート波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部と、を備え、
前記送信信号発生部が、前記送受信開始指令の読み込み後に、振幅が零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および振幅が前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力するものであるＦＭＣＷレーダーシステム。
【請求項２】
前記受信部が、
前記ターゲットが存在しない状態における前記ビート波を補正信号として記憶し、前記ターゲットが存在する状態における前記ビート波から前記補正信号を減算する補正部を備え、
前記ターゲット情報抽出部が、前記補正部で補正後の前記ビート波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するものである請求項１に記載のＦＭＣＷレーダーシステム。
【請求項３】
前記アンテナが、可変指向性アンテナであり、
前記アンテナの指向性を制御するアンテナ指向性制御部を備え、
前記送信側制御部が、前記アンテナ指向性制御部が前記アンテナの指向性変更制御を実行中は前記送信波の生成を停止し、前記アンテナの指向性の変更制御が完了した後に前記送受信開始指令を出力するものである請求項１または請求項２に記載のＦＭＣＷレーダーシステム。
【請求項４】
ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、
前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、
前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、
前記送信部で生成された前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、を備え、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、送信信号を発生する送信信号発生部と、前記ローカル信号と前記送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始指令を出力する送信側制御部と、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成するシングルエンド型の受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部と、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムの制御方法であって、
前記送信側制御部が前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始信号を間欠的に出力する段階と、
前記送信信号発生部が前記送受信開始指令の読み込み後に前記送信信号の振幅を零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する段階と、
前記ターゲット情報抽出部が低周波成分の除去された前記ビート波の周波数に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する段階と、を含むＦＭＣＷレーダーシステムの制御方法。
【請求項５】
ターゲットに向けて放射する送信波を生成する送信部と、
前記送信波を空中に放射し、前記ターゲットにより反射された送信波である反射波を受信波として受信するアンテナと、
前記受信波に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出する受信部と、
前記送信部で生成された前記送信波を前記アンテナに出力し、前記受信波を前記受信部に出力するアンテナ共用部と、
前記送信部および前記受信部を制御する制御部と、を備え、
前記送信部が、ローカル信号を発生するローカル信号発生部と、前記ローカル信号と送信信号を混合して前記送信波とする送信側ミクサと、を備え、
前記受信部が、前記送信波と前記受信波とを混合してビート波を生成するシングルエンド型の受信側ミクサと、前記ビート波の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、を備えるＦＭＣＷレーダーシステムの制御プログラムであって、
前記制御部を、
前記ローカル信号発生部および前記送信信号発生部に送受信開始信号を間欠的に出力する送信側制御部、
前記送受信開始指令の読み込み後に、前記送信信号の振幅を零から所定の振幅まで徐々に大きくなる振幅漸増信号、前記所定の振幅で周波数が所定の範囲で連続的に変化するチャープ信号、および前記所定の振幅から零まで徐々に小さくなる振幅漸減送信信号を順次出力する送信信号発生部、
低周波成分の除去された前記ビート波の周波数に基づいて前記ターゲットに関する情報を抽出するターゲット情報抽出部として機能させるためのＦＭＣＷレーダーシステムの制御プログラム。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１７３２０９（Ｐ２０１２−１７３２０９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７２７２（Ｐ２０１１−３７２７２）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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