ＦＭＣＷレーダ装置
【課題】広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出した各ターゲットまでの距離および相対速度の測定が可能であるＦＭＣＷレーダ装置を提供する。
【解決手段】複数の距離範囲観測期間を設定する手段（１０１）と、距離範囲観測期間ごとで異なる複数の変調周波数幅を設定する手段（１０１）と、送信信号と受信信号から距離範囲観測期間ごとにビート信号を生成する手段（１０７）と、生成されたビート信号の通過帯域幅を設定する手段（１０９、１１１）と、通過帯域幅設定手段を通過するビート信号を増幅する手段（１１０、１１２）と、増幅されたビート信号をデジタルデータに変換する手段（１１３）と、距離範囲観測期間ごとに通過帯域幅設定手段および増幅手段を切り替える手段（１０８ａ、１０８ｂ）を備える。
【解決手段】複数の距離範囲観測期間を設定する手段（１０１）と、距離範囲観測期間ごとで異なる複数の変調周波数幅を設定する手段（１０１）と、送信信号と受信信号から距離範囲観測期間ごとにビート信号を生成する手段（１０７）と、生成されたビート信号の通過帯域幅を設定する手段（１０９、１１１）と、通過帯域幅設定手段を通過するビート信号を増幅する手段（１１０、１１２）と、増幅されたビート信号をデジタルデータに変換する手段（１１３）と、距離範囲観測期間ごとに通過帯域幅設定手段および増幅手段を切り替える手段（１０８ａ、１０８ｂ）を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標となる物体（以下ターゲットと記す）を検出し、その距離や相対速度を測定する装置であって、さらに詳しくは、広い距離範囲で複数ターゲットの検出を行い、検出したターゲットまでの距離やターゲットとの相対速度の測定が可能なＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーダなどに比べて安価かつ単純な構成で、数百ｍ以下の近距離ターゲットに対応できるＦＭＣＷレーダ装置（以下、単に、ＦＭＣＷレーダとも記す）は、特定の送信信号を電磁波として放射（送波）し、ターゲットで反射した電磁波を受波し、受波した電磁波を受信信号にして、送信信号と受信信号からビート信号を生成する。
近年では、ビート信号は、Ａ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換された後、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に入力され、ＣＰＵにて信号処理することにより、「ター
ゲットの検出」および「ターゲットまでの距離とターゲットとの相対速度の測定」が行なわれる。
【０００３】
ＦＭＣＷレーダが受波する電磁波の強度（電力）は、ターゲットまでの距離などによって大きく変動し、これに伴いビート信号の電圧値も大きく変動する。このため、受信回路のダイナミックレンジが不足すると、様々な問題が発生する。
例えば、ターゲットからの受波電磁波の強度が小さく、生成されたターゲットのビート信号電圧の絶対的な大きさ、あるいは相対的な変化の大きさが、Ａ／Ｄ変換器の１ビット（最小）電圧値より小さければ、デジタルデータとして取扱うことができなかったり、もとの正しい信号情報が失われたりしてしまう。
また、ターゲットから受波する電磁波の強度が大きく、生成されたターゲットのビート信号電圧の絶対的な大きさがＡ／Ｄ変換器が変換できる最大電圧値より大きければ、もとの正しい信号情報が失われてしまう。
さらに、ターゲットからの受波電磁波の強度が大きく、生成されたターゲットのビート信号電圧の絶対的な大きさがＡ／Ｄ変換器が変換できる最大電圧値より小さくても、受信回路で信号の飽和が起これば、生成されたターゲットのビート信号は、実際とは異なる「歪んだ波形」になり、もとの正しい信号情報を得られなかったり、高調波のような不要な情報が現れたりする。
【０００４】
このようなＦＭＣＷレーダで強度が大きく変動する受波電磁波の受信回路に関する従来技術として、特開２００１−２２８２４０号公報（特許文献１）がある。
特開２００１−２２８２４０号公報には、「１つの目標物（ターゲット）に対して電波を送信し、目標物からの反射波を受信して目標物までの距離または目標物との相対速度を求めるＦＭＣＷレーダの受信信号増幅装置において、受信信号を増幅するために縦続接続した複数の増幅器と、この増幅器の中から、その出力電圧がＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲に適合し、且つ、そのレベルが最も高い増幅器を選択して、その出力をＡ／Ｄ変換手段に導く出力選択手段とを設ける」ことが記載されている。
すなわち、特開２００１−２２８２４０号公報では、１つのターゲットに対して電波を送信するＦＭＣＷレーダの受信信号増幅装置であって、受信信号を増幅するために縦続接続した複数の増幅器を備え、各増幅器の出力電圧の大きさを参照して、最適な増幅器を選択している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＦＭＣＷレーダが運用される環境下では、ターゲットが一つだけとは限らない。
例えば、ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）や衝突軽減（あるいは防止）に用いられ
る車載用ＦＭＣＷレーダにおいては、図５に示すように、ＦＭＣＷレーダ５１１を搭載している車両５１０の前方を走行しているターゲット５２０が最も注目すべきターゲット（車両）であるが、電磁波を反射するターゲットは他にも複数存在しうる。
車両５１０が走行している車線の隣車線において、車両５１０の走行方向前方のターゲット５２０よりも近距離のターゲット５３０が存在し、車両５１０に搭載されたＦＭＣＷレーダ５１１にてターゲット５３０のビート信号に関して最良な出力（すなわち、最適な増幅器の出力）が選択されたとする。
このとき、最も注目すべきターゲット５２０のビート信号は、ターゲット５３０のビート信号よりも電圧が小さいため、受信回路のダイナミックレンジが狭いと、選択された増幅器出力ではターゲット５２０のビート信号は十分に増幅されず、デジタルデータとして扱えない、あるいは信号情報の一部が失われる状況が起こりうる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであって、複数のターゲットが存在している状況下で、かつ、受信回路のダイナミックレンジが狭い場合であっても、広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出した各ターゲットまでの距離および検出したターゲットとの相対速度の測定が可能であるＦＭＣＷ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】
【０００８】
本発明に係るＦＭＣＷレーダ装置は、広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出したターゲットとの距離および相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、
計測可能な距離範囲を変えて、アップチャープ期間とダウンチャープ期間からなる複数の距離範囲観測期間を設定する距離範囲観測期間設定手段と、前記距離範囲観測期間ごとで異なる複数の変調周波数幅を設定する変調周波数幅設定手段と、送信信号と受信信号から前記距離範囲観測期間ごとにビート信号を生成するビート信号生成手段と、前記ビート信号生成手段で生成された前記距離範囲観測期間ごとのビート信号の通過帯域幅を設定する通過帯域幅設定手段と、前記通過帯域幅設定手段を通過する前記ビート信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅されたビート信号をデジタルデータに変換する変換手段と、前記距離範囲観測期間ごとに前記通過帯域幅設定手段および前記増幅手段を切り替える切り替え手段を備えているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数のターゲットが存在している状況下で、かつ、受信回路のダイナミックレンジが狭い場合であっても、広い距離範囲に渡って存在する複数のターゲットのそれぞれを検出し、検出した各ターゲットまでの距離および検出したターゲットとの相対速度の測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置おいて、２つの距離範囲観測期間がある場合の送信信号を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置における第１および第２の帯域通過フィルタの特性を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置おいて、受信回路のダイナミックレンジが狭い場合でも、所望する距離範囲においてビート信号を得ることができることを説明するための図である。
【図５】ＦＭＣＷレーダ装置搭載車両と複数ターゲットの走行状態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
実施の形態１．
図１は、の実施の形態１によるＦＭＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１０１は制御および信号処理部、１０２は電圧制御発振器（以下、ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator と記す）、１０３は分配回路、１０４は高周波アンプ、１０５は送波アンテナ、１０６は受波アンテナ、１０７はミキサ、１０８ａ、１０８ｂは連動スイッチ、１０９は第１の帯域通過フィルタ（以下、ＢＰＦ：Band-Pass Filterと記す）、１１０は第１のアンプ、１１１は第２のＢＰＦ、１１２は第２のアンプ、１１３はＡ／Ｄ変換器（以下、ＡＤＣ：Analog-Digital Converter と記す）である。
【００１２】
制御および信号処理部１０１は、例えば、専用のロジック回路、汎用のＣＰＵ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）内のプログラム、あるいはこれらの組み合わせとデータ記憶回路（メモリ）で構成されており、ＦＭＣＷレーダ装置の各構成要素（例えば、ＶＣＯ１０２、連動スイッチ１０８ａ、１０８ｂ、ＡＤＣ１１３など）の動作タイミングを制御する。
また、制御および信号処理部１０１は、後述するデジタルデータに変換されたビート信号に対して信号処理を実施して、ターゲットついて、その存在の有無を判定し、ターゲットまでの距離の測定やターゲットとの相対速度を測定する。
【００１３】
ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、印加される電圧に応じて時間的に周波数が変化する送信信号を生成する。
送信信号としては、第１の距離範囲から第Ｍ（＞１）の距離範囲までのＭ種類の距離範囲ごとに、時間的に周波数が高くなるアップチャープ（up-chirp）期間と時間的に周波数が低くなるダウンチャープ（down-chirp）期間からなる距離範囲観測期間を設ける。
【００１４】
ここで、ＦＭＣＷレーダの原理に基づき、距離範囲の変え方について説明する。
各チャープ期間の長さをＴ［ｓ］、変調周波数幅をＢ［Ｈｚ］、変調幅の中心周波数をＦ［Ｈｚ］、電磁波の速度をＣ［ｍ／ｓ］とすると、距離がＲ［ｍ］、相対速度がＶ［ｍ／ｓ］（接近時にマイナス値と定義）のターゲットについて、
アップチャープ期間で観測されるビート周波数（Ｕ［Ｈｚ］）は、
Ｕ［Ｈｚ］＝−｛（２×Ｂ）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ−｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖ （１）
ダウンチャープ期間で観測されるビート周波数（Ｄ［Ｈｚ］）は、
Ｄ［Ｈｚ］＝｛（２×Ｂ）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ−｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖ （２）
で表される。
近年では、Ａ／Ｄ変換器によってデジタルデータに変換されたビート信号を、ＣＰＵやＤＳＰなどにおいてＦＦＴ（Fast Fourier Transform）により周波数パワースペクトラムに変換し、パワーが極大で、かつ予め設定されたしきい値より大きな周波数を抽出するなどして、これらのビート周波数Ｕやビート周波数Ｄを得ている。
【００１５】
ＦＦＴでは、その離散周波数幅（刻み）は、チャープ期間がＴ［ｓ］であるので、１／Ｔ［Ｈｚ］である。
従って、チャープ期間ＴのサンプルデータＮ個（ただし、Ｎは２のべき乗）をＦＦＴした場合、得られる周波数の範囲は、
−（Ｎ／２）×（１／Ｔ）［Ｈｚ］〜（Ｎ／２−１）×（１／Ｔ）［Ｈｚ］ （３）
である。
【００１６】
ここで、アップチャープ期間のビート周波数が、マイナス値側の限界周波数になる最大距離Ｒｕは、
−（Ｎ／２）×（１／Ｔ）＝−｛（２×Ｂ）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒｕ−
｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖ （４）
の式変形により、
Ｒｕ［ｍ］＝｛（Ｃ×Ｎ）／（４×Ｂ）｝−｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ｝×Ｖ （５）
であり、
第１項、第２項の両方に含まれる変調周波数幅Ｂを変えることで、ＦＦＴで得られる周波数範囲内における最大距離Ｒｕを変えることができる。
なお、チャープ期間Ｔを変えることで、最大距離Ｒｕを変えることもできる。
【００１７】
同様に、ダウンチャープ期間のビート周波数が、プラス値側の限界周波数になる最大距離Ｒｄは、
（Ｎ／２−１）×（１／Ｔ）＝｛（２×Ｂ）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒｄ−
｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖ （６）
の式変形により、
Ｒｄ［ｍ］＝｛Ｃ／（２×Ｂ）｝×（Ｎ／２−１）＋｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ｝×Ｖ （７）であり、第１項、第２項の両方に含まれる変調周波数幅Ｂを変えることで、ＦＦＴで得られる周波数範囲内における最大距離Ｒｄを変えることができる。
なお、チャープ期間Ｔを変えることで、最大距離Ｒｄを変えることもできる。
【００１８】
ただし、一般的に、測定すべきターゲットとの相対速度Ｖは、マイナス値からプラス値に渡って幅を有するので、その相対速度範囲内で得られる上記式（５）のＲｕ、上記式（７）のＲｄのうち、最小値を運用上の最大距離とする。
【００１９】
上記を踏まえ、アップチャープ期間とダウンチャープ期間からなる各距離範囲観測期間ごとで異なる変調周波数幅Ｂを設けることにより、ＦＦＴにより周波数が得られる距離範囲を各距離範囲観測期間ごとに複数設定できる。
以下では、説明を簡単にするために、距離範囲観測期間が２つある場合（すなわち、Ｍ＝２の場合）を例として、説明する。
距離範囲観測期間が２つある場合、チャープ期間として、図２に示すように、第１の距離範囲観測期間のアップチャープ期間、第１の距離範囲観測期間のダウンチャープ期間、第２の距離範囲観測期間のアップチャープ期間、第２の距離範囲観測期間のダウンチャープ期間を設ける。
ただし、
第１の距離範囲における最大距離Ｒ１ ＜ 第２の距離範囲における最大距離Ｒ２の関係が成立するように、第１の距離範囲用の変調周波数幅Ｂ１と、第２の距離範囲用の変調周波数幅Ｂ２が設定されているものとする。
【００２０】
例えば、測定すべきターゲットの相対速度Ｖが“−Ｖｘ〜＋Ｖｘ”の場合、
式（５）と式（７）の最小値が、
｛Ｃ／（２×Ｂ）｝×（Ｎ／２−１） − ｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ｝×Ｖｘ （８）
であるとして、
｛Ｃ／（２×Ｂ１）｝×（Ｎ／２−１） − ｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ１｝×Ｖｘ ＜
｛Ｃ／（２×Ｂ２）｝×（Ｎ／２−１） − ｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ２｝×Ｖｘ （９）
の条件を満足するＢ１とＢ２が設定される。
また、第１の距離範囲は“Ｒｍｉｎ［ｍ］〜Ｒ１［ｍ］”、第２の距離範囲は“Ｒ１［ｍ］〜Ｒ２［ｍ］”であるとする。
【００２１】
ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、変調周波数幅がＢ１である第１の距離範囲観測期間のアップチャープ期間送信信号を生成する。
ＶＣＯ１０２で生成された送信信号は、分配回路１０３を介して、一部は高周波アンプ１０４へ、残りはミキサ１０７へ入力される。
高周波アンプ１０４は、送信信号を既定の大きさに増幅して、送波アンテナ１０５へ入力する。
送波アンテナ１０５は、高周波アンプ１０４で増幅された送信信号を電磁波として空間へ送波する。
送波された電磁波は、ターゲット（図示せず）に照射され、ターゲットで反射した電磁波が受波アンテナ１０６で受波される。
受波アンテナ１０６で受波された電磁波は、受信信号としてミキサ１０７へ入力される。
ミキサ１０７は、受信信号と分配回路１０３を介して入力される送信信号から、ビート信号を生成する。
制御および信号処理部１０１の制御によって端子Ｐ１側に切り替えられた連動スイッチ１０８ａを介して、生成されたビート信号は、第１のＢＰＦ１０９に入力される。
【００２２】
第１のＢＰＦ１０９は、図３（ａ）に示す特性を有しており、不要な低い周波数成分と、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ１より高い成分を抑圧したビート信号を第１のアンプ１１０へ入力する。
ここで、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ１は、例えば、測定すべきターゲットの相対速度Ｖが“−Ｖｘ〜＋Ｖｘ”の場合、式（１）のＶに“−Ｖｘ”を代入して右辺の絶対値を求めた値、あるいは式（２）のＶに“＋Ｖｘ”を代入して右辺の絶対値を求めた値として、次式により設定される。
Ｆ１＝｛（２×Ｂ１）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ１−｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖｘ （１０）
このとき、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ１より高い成分のビート信号は抑圧される。
すなわち、第１の距離範囲外である距離Ｒ１より遠い距離のターゲットのビート信号電圧は抑圧される。
【００２３】
第１のアンプ１１０は、第１の距離範囲用に予め設定された大きさにビート信号電圧を増幅し、増幅されたビート信号は、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ１側に切り替えられた連動スイッチ１０８ｂを介して、ＡＤＣ１１３に入力する。
ＡＤＣ１１３は、入力されたビート信号の電圧値をデジタルデータに変換し、制御および信号処理部１０１に入力する。
制御および信号処理部１０１では、入力されたビート信号のデジタルデータに対して、ＦＦＴによりアップチャープ期間のビート周波数Ｕ１を抽出し、記憶する。
このとき、Ｆ１よりも高い周波数成分は抑圧されているため、不要な高い周波数成分が折り返されて低い周波数に現れる「いわゆるエリアシング」が防げる。
なお、ターゲットが複数の場合は、アップチャープ期間で複数のビート周波数を抽出し、全て記憶する。
【００２４】
続いて、ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、変調周波数幅がＢ１である第１の距離範囲観測期間のダウンチャープ期間送信信号を生成する。
生成された送信信号に対して、分配回路１０３、高周波アンプ１０４、送波アンテナ１０５、受波アンテナ１０６およびミキサ１０７は、前記と同じように動作してビート信号を生成する。
生成されたビート信号は、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ１側に切り替えられた連動スイッチ１０８ａを介して、第１のＢＰＦ１０９に入力される。
第１のＢＰＦ１０９、第１のアンプ１１０、連動スイッチ１０８ｂおよびＡＤＣ１１３は、前記と同じように動作して、ビート信号電圧値のデジタルデータが、制御および信号処理部１０１に入力される。
【００２５】
制御および信号処理部１０１では、入力されたビート信号のデジタルデータに対し、ＦＦＴによりダウンチャープ期間のビート周波数Ｄ１を抽出し、記憶されているアップチャープ期間のビート周波数Ｕ１とで、公知であるＦＭＣＷレーダの原理に基づきターゲットの距離と相対速度を算出する。
なお、ターゲットが複数の場合は、ダウンチャープ期間で抽出された複数のビート周波数と、記憶されているアップチャープ期間で抽出された複数のビート周波数で、予め定められた制約条件など（例えば、公知であるピークパワーの大きさが近いものをペアリングして）に基づいて、複数のターゲットについて、それぞれ、距離と相対速度を算出する。
【００２６】
さらに続いて、ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、変調周波数幅がＢ２である第２の距離範囲観測期間のアップチャープ期間送信信号を生成する。
生成された送信信号に対して、分配回路１０３、高周波アンプ１０４、送波アンテナ１０５、受波アンテナ１０６およびミキサ１０７は、前記と同じように動作してビート信号を生成する。
生成されたビート信号は、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ２側に切り替えられた連動スイッチ１０８ａを介して、第２のＢＰＦ１１１に入力される。
第２のＢＰＦ１１１は、図３（ｂ）に示す特性を有しており、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ２Ｌより低い成分と第２の距離範囲における最大距離Ｒ２に相当する周波数Ｆ２Ｈより高い成分を抑圧したビート信号を、第２のアンプ１１２へ入力する。
【００２７】
ここで、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ２Ｌと、第２の距離範囲における最大距離Ｒ２に相当する周波数Ｆ２Ｈは、例えば、測定すべきターゲットの相対速度Ｖが“−Ｖｘ〜＋Ｖｘ”の場合、式（１）、（２）で右辺絶対値のうちの最小値として以下の式で設定される。
Ｆ２Ｌ＝｛（２×Ｂ２）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ１ − ｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖｘ （１１）
Ｆ２Ｈ＝｛（２×Ｂ２）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ２ − ｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖｘ （１２）
このとき、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ２Ｌより低い成分のビート信号は抑圧される。すなわち、第２の距離範囲外である距離Ｒ１より近い距離のターゲットのビート信号電圧は抑圧されるため、連動スイッチ、ＢＰＦ、アンプ等で構成された受信回路で飽和は起こらず、高調波のような不要な情報が現れることはない。
また、第２の距離範囲における最大距離Ｒ２に相当する周波数Ｆ２Ｈより高い成分のビート信号は抑圧される。すなわち、第２の距離範囲外である距離Ｒ２より遠い距離のターゲットのビート信号電圧は抑圧される。
【００２８】
第２のアンプ１１２は、第２の距離範囲用に予め設定され、第１のアンプ１１０よりも大きい増幅度合いでビート信号を増幅し、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ２側に切り替えられた連動スイッチ１０８ｂを介してＡＤＣ１１３に入力する。
ＡＤＣ１１３は、ビート信号の電圧値をデジタルデータに変換し、制御および信号処理部１０１に入力する。
制御および信号処理部１０１では、入力されたビート信号のデジタルデータに対し、ＦＦＴによりアップチャープ期間のビート周波数Ｕ２を抽出する。
このとき、Ｆ２Ｈよりも高い周波数成分は抑圧されているため、不要な高い周波数成分が折り返されて低い周波数に現れるエリアシングが防げる。
なお、ターゲットが複数の場合は、アップチャープ期間で複数のビート周波数を抽出し、全て記憶する。
【００２９】
最後に、ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、変調周波数幅がＢ２である第２の距離範囲観測期間のダウンチャープ期間送信信号を生成する。
生成された送信信号に対して、分配回路１０３、高周波アンプ１０４、送波アンテナ１０５、受波アンテナ１０６およびミキサ１０７は、前記と同じように動作してビート信号を生成する。
生成されたビート信号は、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ２側に切り替えられた連動スイッチ１０８ａを介して、第２のＢＰＦ１１１に入力される。
第２のＢＰＦ１１１、第２のアンプ１１２、連動スイッチ１０８ｂおよびＡＤＣ１１３は、が前記と同じように動作して、ビート信号電圧値のデジタルデータが、制御および信号処理部１０１に入力される。
【００３０】
制御および信号処理部１０１では、入力されたビート信号のデジタルデータに対し、ＦＦＴによりダウンチャープ期間のビート周波数Ｄ２を抽出し、記憶されているアップチャープ期間のビート周波数Ｕ２とで、公知であるＦＭＣＷレーダの原理に基づきターゲットの距離と相対速度を算出する。
なお、ターゲットが複数の場合は、ダウンチャープ期間で抽出された複数のビート周波数と記憶されているアップチャープ期間で抽出された複数のビート周波数で、予め定められた制約条件などに基づいて、複数のターゲットについて、それぞれ、距離と相対速度を算出する。
【００３１】
上記のように設定した距離範囲ごとにアンプによる増幅度合いを変えることで、図４（ａ）のように距離によって変動するターゲットの電力、すなわちビート信号の電圧に対して、コストなどの制限により、受信回路が対応可能なダイナミックレンジを狭くしても、図４（ｂ）のようにハッチングした部分の遠距離で信号が得られなくなることなく、また、図４（ｃ）のようにハッチングした部分の至近距離で、正しい信号情報が得られなくなることなく、図４（ｄ）のように、所望する全ての距離範囲において信号を得ることができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態によるＦＭＣＷレーダ装置は、広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出したターゲットとの距離および相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、計測可能な距離範囲を変えて、アップチャープ期間とダウンチャープ期間からなる複数の距離範囲観測期間（例えば、第１の距離範囲観測期間、第２の距離範囲観測期間）を設定する距離範囲観測期間設定手段（制御および信号処理部１０１）と、距離範囲観測期間ごとで異なる複数の変調周波数幅（例えば、Ｂ１、Ｂ２）を設定する変調周波数幅設定手段（制御および信号処理部１０１）と、送信信号と受信信号から距離範囲観測期間ごとにビート信号を生成するビート信号生成手段（ミキサ１０７）と、ビート信号生成手段で生成された距離範囲観測期間ごとのビート信号の通過帯域幅を設定する通過帯域幅設定手段（例えば、第１のＢＰＦ１０９、第２のＢＰＦ１１１）と、通過帯域幅設定手段を通過するビート信号を増幅する増幅手段（例えば、第１のアンプ１１０、第２のアンプ１１２）と、記増幅手段で増幅されたビート信号をデジタルデータに変換する変換手段（ＡＤＣ１１３）と、距離範囲観測期間ごとに通過帯域幅設定手段および前記増幅手段を切り替える切り替え手段（連動スイッチ１０８ａ、１０８ｂ）を備えている。
【００３３】
また、本実施の形態によるＦＭＣＷレーダ装置は、ある距離範囲観測期間（例えば、第１の距離範囲観測期間）で計測可能な最大距離によって、別な距離範囲観測期間（例えば、第２の距離範囲観測期間）用の帯域通過フィルタの低域側抑圧周波数を決定する。
【００３４】
上記した実施の形態１の説明においては、フィルタゲイン＝１．０である第１のＢＰＦと第１のアンプおよびフィルタゲイン＝１．０である第２のＢＰＦと第２のアンプを用いた構成としたが、第１のＢＰＦ、第２のＢＰＦそれぞれが、通過帯域で各距離範囲用に予め設定された大きさの増幅機能を有するようにして、第１のアンプ、第２のアンプがなくてもよい。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形あるいは省略することは可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、車両に搭載するのに好適なＦＭＣＷレーダ装置の実現のみならず、車両以外の船舶や航空機などへの搭載にも適したＦＭＣＷレーダ装置の実現にも有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１０１ 制御および信号処理部
１０２ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１０３ 分配回路、
１０４ 高周波アンプ
１０５ 送波アンテナ
１０６ 受波アンテナ
１０７ ミキサ
１０８ａ、１０８ｂ 連動スイッチ
１０９ 第１の帯域通過フィルタ（第１のＢＰＦ）
１１０ 第１のアンプ
１１１ 第２の帯域通過フィルタ（第２のＢＰＦ）
１１２ 第２のアンプ
１１３ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）
５１０ ＦＭＣＭレーダを搭載した車両
５２０、５３０ ターゲット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標となる物体（以下ターゲットと記す）を検出し、その距離や相対速度を測定する装置であって、さらに詳しくは、広い距離範囲で複数ターゲットの検出を行い、検出したターゲットまでの距離やターゲットとの相対速度の測定が可能なＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーダなどに比べて安価かつ単純な構成で、数百ｍ以下の近距離ターゲットに対応できるＦＭＣＷレーダ装置（以下、単に、ＦＭＣＷレーダとも記す）は、特定の送信信号を電磁波として放射（送波）し、ターゲットで反射した電磁波を受波し、受波した電磁波を受信信号にして、送信信号と受信信号からビート信号を生成する。
近年では、ビート信号は、Ａ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換された後、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に入力され、ＣＰＵにて信号処理することにより、「ター
ゲットの検出」および「ターゲットまでの距離とターゲットとの相対速度の測定」が行なわれる。
【０００３】
ＦＭＣＷレーダが受波する電磁波の強度（電力）は、ターゲットまでの距離などによって大きく変動し、これに伴いビート信号の電圧値も大きく変動する。このため、受信回路のダイナミックレンジが不足すると、様々な問題が発生する。
例えば、ターゲットからの受波電磁波の強度が小さく、生成されたターゲットのビート信号電圧の絶対的な大きさ、あるいは相対的な変化の大きさが、Ａ／Ｄ変換器の１ビット（最小）電圧値より小さければ、デジタルデータとして取扱うことができなかったり、もとの正しい信号情報が失われたりしてしまう。
また、ターゲットから受波する電磁波の強度が大きく、生成されたターゲットのビート信号電圧の絶対的な大きさがＡ／Ｄ変換器が変換できる最大電圧値より大きければ、もとの正しい信号情報が失われてしまう。
さらに、ターゲットからの受波電磁波の強度が大きく、生成されたターゲットのビート信号電圧の絶対的な大きさがＡ／Ｄ変換器が変換できる最大電圧値より小さくても、受信回路で信号の飽和が起これば、生成されたターゲットのビート信号は、実際とは異なる「歪んだ波形」になり、もとの正しい信号情報を得られなかったり、高調波のような不要な情報が現れたりする。
【０００４】
このようなＦＭＣＷレーダで強度が大きく変動する受波電磁波の受信回路に関する従来技術として、特開２００１−２２８２４０号公報（特許文献１）がある。
特開２００１−２２８２４０号公報には、「１つの目標物（ターゲット）に対して電波を送信し、目標物からの反射波を受信して目標物までの距離または目標物との相対速度を求めるＦＭＣＷレーダの受信信号増幅装置において、受信信号を増幅するために縦続接続した複数の増幅器と、この増幅器の中から、その出力電圧がＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲に適合し、且つ、そのレベルが最も高い増幅器を選択して、その出力をＡ／Ｄ変換手段に導く出力選択手段とを設ける」ことが記載されている。
すなわち、特開２００１−２２８２４０号公報では、１つのターゲットに対して電波を送信するＦＭＣＷレーダの受信信号増幅装置であって、受信信号を増幅するために縦続接続した複数の増幅器を備え、各増幅器の出力電圧の大きさを参照して、最適な増幅器を選択している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＦＭＣＷレーダが運用される環境下では、ターゲットが一つだけとは限らない。
例えば、ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）や衝突軽減（あるいは防止）に用いられ
る車載用ＦＭＣＷレーダにおいては、図５に示すように、ＦＭＣＷレーダ５１１を搭載している車両５１０の前方を走行しているターゲット５２０が最も注目すべきターゲット（車両）であるが、電磁波を反射するターゲットは他にも複数存在しうる。
車両５１０が走行している車線の隣車線において、車両５１０の走行方向前方のターゲット５２０よりも近距離のターゲット５３０が存在し、車両５１０に搭載されたＦＭＣＷレーダ５１１にてターゲット５３０のビート信号に関して最良な出力（すなわち、最適な増幅器の出力）が選択されたとする。
このとき、最も注目すべきターゲット５２０のビート信号は、ターゲット５３０のビート信号よりも電圧が小さいため、受信回路のダイナミックレンジが狭いと、選択された増幅器出力ではターゲット５２０のビート信号は十分に増幅されず、デジタルデータとして扱えない、あるいは信号情報の一部が失われる状況が起こりうる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであって、複数のターゲットが存在している状況下で、かつ、受信回路のダイナミックレンジが狭い場合であっても、広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出した各ターゲットまでの距離および検出したターゲットとの相対速度の測定が可能であるＦＭＣＷ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】
【０００８】
本発明に係るＦＭＣＷレーダ装置は、広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出したターゲットとの距離および相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、
計測可能な距離範囲を変えて、アップチャープ期間とダウンチャープ期間からなる複数の距離範囲観測期間を設定する距離範囲観測期間設定手段と、前記距離範囲観測期間ごとで異なる複数の変調周波数幅を設定する変調周波数幅設定手段と、送信信号と受信信号から前記距離範囲観測期間ごとにビート信号を生成するビート信号生成手段と、前記ビート信号生成手段で生成された前記距離範囲観測期間ごとのビート信号の通過帯域幅を設定する通過帯域幅設定手段と、前記通過帯域幅設定手段を通過する前記ビート信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅されたビート信号をデジタルデータに変換する変換手段と、前記距離範囲観測期間ごとに前記通過帯域幅設定手段および前記増幅手段を切り替える切り替え手段を備えているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数のターゲットが存在している状況下で、かつ、受信回路のダイナミックレンジが狭い場合であっても、広い距離範囲に渡って存在する複数のターゲットのそれぞれを検出し、検出した各ターゲットまでの距離および検出したターゲットとの相対速度の測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置おいて、２つの距離範囲観測期間がある場合の送信信号を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置における第１および第２の帯域通過フィルタの特性を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置おいて、受信回路のダイナミックレンジが狭い場合でも、所望する距離範囲においてビート信号を得ることができることを説明するための図である。
【図５】ＦＭＣＷレーダ装置搭載車両と複数ターゲットの走行状態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
実施の形態１．
図１は、の実施の形態１によるＦＭＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１０１は制御および信号処理部、１０２は電圧制御発振器（以下、ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator と記す）、１０３は分配回路、１０４は高周波アンプ、１０５は送波アンテナ、１０６は受波アンテナ、１０７はミキサ、１０８ａ、１０８ｂは連動スイッチ、１０９は第１の帯域通過フィルタ（以下、ＢＰＦ：Band-Pass Filterと記す）、１１０は第１のアンプ、１１１は第２のＢＰＦ、１１２は第２のアンプ、１１３はＡ／Ｄ変換器（以下、ＡＤＣ：Analog-Digital Converter と記す）である。
【００１２】
制御および信号処理部１０１は、例えば、専用のロジック回路、汎用のＣＰＵ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）内のプログラム、あるいはこれらの組み合わせとデータ記憶回路（メモリ）で構成されており、ＦＭＣＷレーダ装置の各構成要素（例えば、ＶＣＯ１０２、連動スイッチ１０８ａ、１０８ｂ、ＡＤＣ１１３など）の動作タイミングを制御する。
また、制御および信号処理部１０１は、後述するデジタルデータに変換されたビート信号に対して信号処理を実施して、ターゲットついて、その存在の有無を判定し、ターゲットまでの距離の測定やターゲットとの相対速度を測定する。
【００１３】
ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、印加される電圧に応じて時間的に周波数が変化する送信信号を生成する。
送信信号としては、第１の距離範囲から第Ｍ（＞１）の距離範囲までのＭ種類の距離範囲ごとに、時間的に周波数が高くなるアップチャープ（up-chirp）期間と時間的に周波数が低くなるダウンチャープ（down-chirp）期間からなる距離範囲観測期間を設ける。
【００１４】
ここで、ＦＭＣＷレーダの原理に基づき、距離範囲の変え方について説明する。
各チャープ期間の長さをＴ［ｓ］、変調周波数幅をＢ［Ｈｚ］、変調幅の中心周波数をＦ［Ｈｚ］、電磁波の速度をＣ［ｍ／ｓ］とすると、距離がＲ［ｍ］、相対速度がＶ［ｍ／ｓ］（接近時にマイナス値と定義）のターゲットについて、
アップチャープ期間で観測されるビート周波数（Ｕ［Ｈｚ］）は、
Ｕ［Ｈｚ］＝−｛（２×Ｂ）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ−｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖ （１）
ダウンチャープ期間で観測されるビート周波数（Ｄ［Ｈｚ］）は、
Ｄ［Ｈｚ］＝｛（２×Ｂ）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ−｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖ （２）
で表される。
近年では、Ａ／Ｄ変換器によってデジタルデータに変換されたビート信号を、ＣＰＵやＤＳＰなどにおいてＦＦＴ（Fast Fourier Transform）により周波数パワースペクトラムに変換し、パワーが極大で、かつ予め設定されたしきい値より大きな周波数を抽出するなどして、これらのビート周波数Ｕやビート周波数Ｄを得ている。
【００１５】
ＦＦＴでは、その離散周波数幅（刻み）は、チャープ期間がＴ［ｓ］であるので、１／Ｔ［Ｈｚ］である。
従って、チャープ期間ＴのサンプルデータＮ個（ただし、Ｎは２のべき乗）をＦＦＴした場合、得られる周波数の範囲は、
−（Ｎ／２）×（１／Ｔ）［Ｈｚ］〜（Ｎ／２−１）×（１／Ｔ）［Ｈｚ］ （３）
である。
【００１６】
ここで、アップチャープ期間のビート周波数が、マイナス値側の限界周波数になる最大距離Ｒｕは、
−（Ｎ／２）×（１／Ｔ）＝−｛（２×Ｂ）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒｕ−
｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖ （４）
の式変形により、
Ｒｕ［ｍ］＝｛（Ｃ×Ｎ）／（４×Ｂ）｝−｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ｝×Ｖ （５）
であり、
第１項、第２項の両方に含まれる変調周波数幅Ｂを変えることで、ＦＦＴで得られる周波数範囲内における最大距離Ｒｕを変えることができる。
なお、チャープ期間Ｔを変えることで、最大距離Ｒｕを変えることもできる。
【００１７】
同様に、ダウンチャープ期間のビート周波数が、プラス値側の限界周波数になる最大距離Ｒｄは、
（Ｎ／２−１）×（１／Ｔ）＝｛（２×Ｂ）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒｄ−
｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖ （６）
の式変形により、
Ｒｄ［ｍ］＝｛Ｃ／（２×Ｂ）｝×（Ｎ／２−１）＋｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ｝×Ｖ （７）であり、第１項、第２項の両方に含まれる変調周波数幅Ｂを変えることで、ＦＦＴで得られる周波数範囲内における最大距離Ｒｄを変えることができる。
なお、チャープ期間Ｔを変えることで、最大距離Ｒｄを変えることもできる。
【００１８】
ただし、一般的に、測定すべきターゲットとの相対速度Ｖは、マイナス値からプラス値に渡って幅を有するので、その相対速度範囲内で得られる上記式（５）のＲｕ、上記式（７）のＲｄのうち、最小値を運用上の最大距離とする。
【００１９】
上記を踏まえ、アップチャープ期間とダウンチャープ期間からなる各距離範囲観測期間ごとで異なる変調周波数幅Ｂを設けることにより、ＦＦＴにより周波数が得られる距離範囲を各距離範囲観測期間ごとに複数設定できる。
以下では、説明を簡単にするために、距離範囲観測期間が２つある場合（すなわち、Ｍ＝２の場合）を例として、説明する。
距離範囲観測期間が２つある場合、チャープ期間として、図２に示すように、第１の距離範囲観測期間のアップチャープ期間、第１の距離範囲観測期間のダウンチャープ期間、第２の距離範囲観測期間のアップチャープ期間、第２の距離範囲観測期間のダウンチャープ期間を設ける。
ただし、
第１の距離範囲における最大距離Ｒ１ ＜ 第２の距離範囲における最大距離Ｒ２の関係が成立するように、第１の距離範囲用の変調周波数幅Ｂ１と、第２の距離範囲用の変調周波数幅Ｂ２が設定されているものとする。
【００２０】
例えば、測定すべきターゲットの相対速度Ｖが“−Ｖｘ〜＋Ｖｘ”の場合、
式（５）と式（７）の最小値が、
｛Ｃ／（２×Ｂ）｝×（Ｎ／２−１） − ｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ｝×Ｖｘ （８）
であるとして、
｛Ｃ／（２×Ｂ１）｝×（Ｎ／２−１） − ｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ１｝×Ｖｘ ＜
｛Ｃ／（２×Ｂ２）｝×（Ｎ／２−１） − ｛（Ｔ×Ｆ）／Ｂ２｝×Ｖｘ （９）
の条件を満足するＢ１とＢ２が設定される。
また、第１の距離範囲は“Ｒｍｉｎ［ｍ］〜Ｒ１［ｍ］”、第２の距離範囲は“Ｒ１［ｍ］〜Ｒ２［ｍ］”であるとする。
【００２１】
ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、変調周波数幅がＢ１である第１の距離範囲観測期間のアップチャープ期間送信信号を生成する。
ＶＣＯ１０２で生成された送信信号は、分配回路１０３を介して、一部は高周波アンプ１０４へ、残りはミキサ１０７へ入力される。
高周波アンプ１０４は、送信信号を既定の大きさに増幅して、送波アンテナ１０５へ入力する。
送波アンテナ１０５は、高周波アンプ１０４で増幅された送信信号を電磁波として空間へ送波する。
送波された電磁波は、ターゲット（図示せず）に照射され、ターゲットで反射した電磁波が受波アンテナ１０６で受波される。
受波アンテナ１０６で受波された電磁波は、受信信号としてミキサ１０７へ入力される。
ミキサ１０７は、受信信号と分配回路１０３を介して入力される送信信号から、ビート信号を生成する。
制御および信号処理部１０１の制御によって端子Ｐ１側に切り替えられた連動スイッチ１０８ａを介して、生成されたビート信号は、第１のＢＰＦ１０９に入力される。
【００２２】
第１のＢＰＦ１０９は、図３（ａ）に示す特性を有しており、不要な低い周波数成分と、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ１より高い成分を抑圧したビート信号を第１のアンプ１１０へ入力する。
ここで、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ１は、例えば、測定すべきターゲットの相対速度Ｖが“−Ｖｘ〜＋Ｖｘ”の場合、式（１）のＶに“−Ｖｘ”を代入して右辺の絶対値を求めた値、あるいは式（２）のＶに“＋Ｖｘ”を代入して右辺の絶対値を求めた値として、次式により設定される。
Ｆ１＝｛（２×Ｂ１）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ１−｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖｘ （１０）
このとき、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ１より高い成分のビート信号は抑圧される。
すなわち、第１の距離範囲外である距離Ｒ１より遠い距離のターゲットのビート信号電圧は抑圧される。
【００２３】
第１のアンプ１１０は、第１の距離範囲用に予め設定された大きさにビート信号電圧を増幅し、増幅されたビート信号は、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ１側に切り替えられた連動スイッチ１０８ｂを介して、ＡＤＣ１１３に入力する。
ＡＤＣ１１３は、入力されたビート信号の電圧値をデジタルデータに変換し、制御および信号処理部１０１に入力する。
制御および信号処理部１０１では、入力されたビート信号のデジタルデータに対して、ＦＦＴによりアップチャープ期間のビート周波数Ｕ１を抽出し、記憶する。
このとき、Ｆ１よりも高い周波数成分は抑圧されているため、不要な高い周波数成分が折り返されて低い周波数に現れる「いわゆるエリアシング」が防げる。
なお、ターゲットが複数の場合は、アップチャープ期間で複数のビート周波数を抽出し、全て記憶する。
【００２４】
続いて、ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、変調周波数幅がＢ１である第１の距離範囲観測期間のダウンチャープ期間送信信号を生成する。
生成された送信信号に対して、分配回路１０３、高周波アンプ１０４、送波アンテナ１０５、受波アンテナ１０６およびミキサ１０７は、前記と同じように動作してビート信号を生成する。
生成されたビート信号は、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ１側に切り替えられた連動スイッチ１０８ａを介して、第１のＢＰＦ１０９に入力される。
第１のＢＰＦ１０９、第１のアンプ１１０、連動スイッチ１０８ｂおよびＡＤＣ１１３は、前記と同じように動作して、ビート信号電圧値のデジタルデータが、制御および信号処理部１０１に入力される。
【００２５】
制御および信号処理部１０１では、入力されたビート信号のデジタルデータに対し、ＦＦＴによりダウンチャープ期間のビート周波数Ｄ１を抽出し、記憶されているアップチャープ期間のビート周波数Ｕ１とで、公知であるＦＭＣＷレーダの原理に基づきターゲットの距離と相対速度を算出する。
なお、ターゲットが複数の場合は、ダウンチャープ期間で抽出された複数のビート周波数と、記憶されているアップチャープ期間で抽出された複数のビート周波数で、予め定められた制約条件など（例えば、公知であるピークパワーの大きさが近いものをペアリングして）に基づいて、複数のターゲットについて、それぞれ、距離と相対速度を算出する。
【００２６】
さらに続いて、ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、変調周波数幅がＢ２である第２の距離範囲観測期間のアップチャープ期間送信信号を生成する。
生成された送信信号に対して、分配回路１０３、高周波アンプ１０４、送波アンテナ１０５、受波アンテナ１０６およびミキサ１０７は、前記と同じように動作してビート信号を生成する。
生成されたビート信号は、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ２側に切り替えられた連動スイッチ１０８ａを介して、第２のＢＰＦ１１１に入力される。
第２のＢＰＦ１１１は、図３（ｂ）に示す特性を有しており、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ２Ｌより低い成分と第２の距離範囲における最大距離Ｒ２に相当する周波数Ｆ２Ｈより高い成分を抑圧したビート信号を、第２のアンプ１１２へ入力する。
【００２７】
ここで、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ２Ｌと、第２の距離範囲における最大距離Ｒ２に相当する周波数Ｆ２Ｈは、例えば、測定すべきターゲットの相対速度Ｖが“−Ｖｘ〜＋Ｖｘ”の場合、式（１）、（２）で右辺絶対値のうちの最小値として以下の式で設定される。
Ｆ２Ｌ＝｛（２×Ｂ２）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ１ − ｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖｘ （１１）
Ｆ２Ｈ＝｛（２×Ｂ２）／（Ｃ×Ｔ）｝×Ｒ２ − ｛（２×Ｆ）／Ｃ｝×Ｖｘ （１２）
このとき、第１の距離範囲における最大距離Ｒ１に相当する周波数Ｆ２Ｌより低い成分のビート信号は抑圧される。すなわち、第２の距離範囲外である距離Ｒ１より近い距離のターゲットのビート信号電圧は抑圧されるため、連動スイッチ、ＢＰＦ、アンプ等で構成された受信回路で飽和は起こらず、高調波のような不要な情報が現れることはない。
また、第２の距離範囲における最大距離Ｒ２に相当する周波数Ｆ２Ｈより高い成分のビート信号は抑圧される。すなわち、第２の距離範囲外である距離Ｒ２より遠い距離のターゲットのビート信号電圧は抑圧される。
【００２８】
第２のアンプ１１２は、第２の距離範囲用に予め設定され、第１のアンプ１１０よりも大きい増幅度合いでビート信号を増幅し、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ２側に切り替えられた連動スイッチ１０８ｂを介してＡＤＣ１１３に入力する。
ＡＤＣ１１３は、ビート信号の電圧値をデジタルデータに変換し、制御および信号処理部１０１に入力する。
制御および信号処理部１０１では、入力されたビート信号のデジタルデータに対し、ＦＦＴによりアップチャープ期間のビート周波数Ｕ２を抽出する。
このとき、Ｆ２Ｈよりも高い周波数成分は抑圧されているため、不要な高い周波数成分が折り返されて低い周波数に現れるエリアシングが防げる。
なお、ターゲットが複数の場合は、アップチャープ期間で複数のビート周波数を抽出し、全て記憶する。
【００２９】
最後に、ＶＣＯ１０２は、制御および信号処理部１０１の制御によって、変調周波数幅がＢ２である第２の距離範囲観測期間のダウンチャープ期間送信信号を生成する。
生成された送信信号に対して、分配回路１０３、高周波アンプ１０４、送波アンテナ１０５、受波アンテナ１０６およびミキサ１０７は、前記と同じように動作してビート信号を生成する。
生成されたビート信号は、制御および信号処理部１０１の制御により端子Ｐ２側に切り替えられた連動スイッチ１０８ａを介して、第２のＢＰＦ１１１に入力される。
第２のＢＰＦ１１１、第２のアンプ１１２、連動スイッチ１０８ｂおよびＡＤＣ１１３は、が前記と同じように動作して、ビート信号電圧値のデジタルデータが、制御および信号処理部１０１に入力される。
【００３０】
制御および信号処理部１０１では、入力されたビート信号のデジタルデータに対し、ＦＦＴによりダウンチャープ期間のビート周波数Ｄ２を抽出し、記憶されているアップチャープ期間のビート周波数Ｕ２とで、公知であるＦＭＣＷレーダの原理に基づきターゲットの距離と相対速度を算出する。
なお、ターゲットが複数の場合は、ダウンチャープ期間で抽出された複数のビート周波数と記憶されているアップチャープ期間で抽出された複数のビート周波数で、予め定められた制約条件などに基づいて、複数のターゲットについて、それぞれ、距離と相対速度を算出する。
【００３１】
上記のように設定した距離範囲ごとにアンプによる増幅度合いを変えることで、図４（ａ）のように距離によって変動するターゲットの電力、すなわちビート信号の電圧に対して、コストなどの制限により、受信回路が対応可能なダイナミックレンジを狭くしても、図４（ｂ）のようにハッチングした部分の遠距離で信号が得られなくなることなく、また、図４（ｃ）のようにハッチングした部分の至近距離で、正しい信号情報が得られなくなることなく、図４（ｄ）のように、所望する全ての距離範囲において信号を得ることができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態によるＦＭＣＷレーダ装置は、広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出したターゲットとの距離および相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、計測可能な距離範囲を変えて、アップチャープ期間とダウンチャープ期間からなる複数の距離範囲観測期間（例えば、第１の距離範囲観測期間、第２の距離範囲観測期間）を設定する距離範囲観測期間設定手段（制御および信号処理部１０１）と、距離範囲観測期間ごとで異なる複数の変調周波数幅（例えば、Ｂ１、Ｂ２）を設定する変調周波数幅設定手段（制御および信号処理部１０１）と、送信信号と受信信号から距離範囲観測期間ごとにビート信号を生成するビート信号生成手段（ミキサ１０７）と、ビート信号生成手段で生成された距離範囲観測期間ごとのビート信号の通過帯域幅を設定する通過帯域幅設定手段（例えば、第１のＢＰＦ１０９、第２のＢＰＦ１１１）と、通過帯域幅設定手段を通過するビート信号を増幅する増幅手段（例えば、第１のアンプ１１０、第２のアンプ１１２）と、記増幅手段で増幅されたビート信号をデジタルデータに変換する変換手段（ＡＤＣ１１３）と、距離範囲観測期間ごとに通過帯域幅設定手段および前記増幅手段を切り替える切り替え手段（連動スイッチ１０８ａ、１０８ｂ）を備えている。
【００３３】
また、本実施の形態によるＦＭＣＷレーダ装置は、ある距離範囲観測期間（例えば、第１の距離範囲観測期間）で計測可能な最大距離によって、別な距離範囲観測期間（例えば、第２の距離範囲観測期間）用の帯域通過フィルタの低域側抑圧周波数を決定する。
【００３４】
上記した実施の形態１の説明においては、フィルタゲイン＝１．０である第１のＢＰＦと第１のアンプおよびフィルタゲイン＝１．０である第２のＢＰＦと第２のアンプを用いた構成としたが、第１のＢＰＦ、第２のＢＰＦそれぞれが、通過帯域で各距離範囲用に予め設定された大きさの増幅機能を有するようにして、第１のアンプ、第２のアンプがなくてもよい。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形あるいは省略することは可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、車両に搭載するのに好適なＦＭＣＷレーダ装置の実現のみならず、車両以外の船舶や航空機などへの搭載にも適したＦＭＣＷレーダ装置の実現にも有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１０１ 制御および信号処理部
１０２ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１０３ 分配回路、
１０４ 高周波アンプ
１０５ 送波アンテナ
１０６ 受波アンテナ
１０７ ミキサ
１０８ａ、１０８ｂ 連動スイッチ
１０９ 第１の帯域通過フィルタ（第１のＢＰＦ）
１１０ 第１のアンプ
１１１ 第２の帯域通過フィルタ（第２のＢＰＦ）
１１２ 第２のアンプ
１１３ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）
５１０ ＦＭＣＭレーダを搭載した車両
５２０、５３０ ターゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出したターゲットとの距離および相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、
計測可能な距離範囲を変えて、アップチャープ期間とダウンチャープ期間からなる複数の距離範囲観測期間を設定する距離範囲観測期間設定手段と、
前記距離範囲観測期間ごとで異なる複数の変調周波数幅を設定する変調周波数幅設定手段と、
送信信号と受信信号から前記距離範囲観測期間ごとにビート信号を生成するビート信号生成手段と、
前記ビート信号生成手段で生成された前記距離範囲観測期間ごとのビート信号の通過帯域幅を設定する通過帯域幅設定手段と、
前記通過帯域幅設定手段を通過する前記ビート信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅されたビート信号をデジタルデータに変換する変換手段と、
前記距離範囲観測期間ごとに前記通過帯域幅設定手段および前記増幅手段を切り替える切り替え手段を備えたことを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項２】
ある距離範囲観測期間で計測可能な最大距離によって、別な距離範囲観測期間用の帯域通過フィルタの低域側抑圧周波数を決定することを特徴とする請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項１】
広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出したターゲットとの距離および相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、
計測可能な距離範囲を変えて、アップチャープ期間とダウンチャープ期間からなる複数の距離範囲観測期間を設定する距離範囲観測期間設定手段と、
前記距離範囲観測期間ごとで異なる複数の変調周波数幅を設定する変調周波数幅設定手段と、
送信信号と受信信号から前記距離範囲観測期間ごとにビート信号を生成するビート信号生成手段と、
前記ビート信号生成手段で生成された前記距離範囲観測期間ごとのビート信号の通過帯域幅を設定する通過帯域幅設定手段と、
前記通過帯域幅設定手段を通過する前記ビート信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅されたビート信号をデジタルデータに変換する変換手段と、
前記距離範囲観測期間ごとに前記通過帯域幅設定手段および前記増幅手段を切り替える切り替え手段を備えたことを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項２】
ある距離範囲観測期間で計測可能な最大距離によって、別な距離範囲観測期間用の帯域通過フィルタの低域側抑圧周波数を決定することを特徴とする請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−８８２７３（Ｐ２０１３−８８２７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８６１１（Ｐ２０１１−２２８６１１）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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