JP4302746B2

JP4302746B2 - 複合モードレーダ装置

Info

Publication number: JP4302746B2
Application number: JP2007051528A
Authority: JP
Inventors: 靖青柳
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008215937A

Description

本発明は、電波を用いた車載用レーダ装置の技術分野に関するもので、特に複数の周波数帯域モードを用いた複合モードレーダ装置の技術分野に関するものである。

電波を用いて物体までの距離や角度等の位置データを測定する機能、すなわちレーダ機能は既に多くの技術が開示されている。例えば、測距機能として単調に繰り返し送信されるパルスを用いたレーダ等が知られている。また、連続波（ＣＷ：ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）を利用したレーダとして、単一周波数の連続波を用いて速度を検出するドップラーレーダや、数十ＭＨｚ乃至は２００ＭＨｚの帯域を利用して測距及び速度検出を行うＦＭＣＷ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）レーダが知られている（特許文献１）。

上記従来のレーダ方式は、単純にトーン信号を出して返ってきた信号のドップラーを検出する方式、または、２００ＭＨｚまでの狭帯域において周波数を順次時系列で変えていくＦＭＣＷ方式を利用している。このような狭帯域の電波を用いて測距や速度検出等を行う方式では、距離分解能が低いため、例えば対象物が１０ｍ以下の短距離にある場合には十分な検出精度が得られないといった問題があった。従来から車載用に用いられている７６ＧＨｚ帯のミリ波レーダは、１００ｍ程度前方の車両に対する距離や相対速度を検出するのに好適なレーダである。

これに対し、近年新しいコンセプトの無線通信技術として、４５０ＭＨｚ乃至は数ＧＨｚの帯域を利用した超広帯域無線システムであるＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）レーダが知られており、特に車載近距離レーダとして注目されている。

ＵＷＢは、広帯域を利用可能とすることでパルス幅がナノ秒程度かそれ以下の超短パルス波を用いたインパルス無線方式である。パルスを用いた測距システムでは、パルス幅が狭くなるほど高い分解能が得られることから、ＵＷＢを用いることで高性能な測距機能を実現することが可能となる。その一方で、パルス幅を狭くすることで平均送信電力が小さくなり、到達距離が短くなる。このことから、ＵＷＢは近距離を高い分解能で測定するのに好適な方式といえる。

ＵＷＢ無線システムでは、ＵＷＢ波送信源からインパルスを送信した後、このインパルスが所定の物体表面で反射して再び送信源で受信されるまでの時間を計測することによって、物体とＵＷＢ波送信源との距離を高精度に測定することが可能となる。

ＵＷＢ無線システムでは、２２〜２９ＧＨｚの準ミリ波帯において、４５０ＭＨｚ〜数ＧＨｚの広帯域を利用して超短パルス波の信号を生成しており、従来の狭帯域の電波を用いたレーダ方式では十分な精度が得られなかった１０ｍ以下の近距離の測定において、高い検出精度が得られる。例えば、３０ｍ程度以内の物体を数十ｃｍの高い精度で検知するといったことが可能となる。

一方、ＵＷＢ無線システムは広帯域の周波数を利用するため、他の無線システムとの干渉が問題となる可能性があり、これを防止するために、ＵＷＢ信号の出力を極めて低く抑えて用いる、等の規制が検討されている。従って、ＵＷＢ無線システムを近距離の測定に用いることで、信号出力を低くするのが好ましい。

このような事情から、近距離をＵＷＢの信号を用いて測定し、遠距離を狭帯域の信号を用いて測定する複合モードレーダの検討が進められている。例えば、欧州ではＳＲＤバンドにおける狭帯域信号を用いた狭帯域モードのドップラーレーダと、この狭帯域信号と同じ周波数でスペクトル拡散して得られる広帯域信号を用いた広帯域モードのＵＷＢレーダとを併用した複合モードレーダが検討されている（非特許文献１）。
特開平１１−２７１４３０号公報 Th. Wixforth, W. Ritschel, "Multimode-Radar-Technologie fur 24 GHz," auto & elektronik, vol.3/2004, pp.56-58

しかしながら、非特許文献１に記載の複合モードレーダでは、狭帯域モードで利用する周波数帯域と広帯域モードで利用する周波数帯域とを同一、または共用しているため、狭帯域レーダとＵＷＢレーダの両機能を同時に使用することができず、時分割して両者を切り替えて用いるようにしていた。

そのため、例えば狭帯域レーダで測距中にＵＷＢレーダで高分解能の測距を行う、といった高度な利用方法が実現できなかった。また、広帯域レーダが好適な測定範囲と狭帯域レーダが好適な測定範囲との境界があいまいなため、どの距離になったときに広帯域レーダと狭帯域レーダとを切り替えて用いるのがよいか明確に規定することができず、狭帯域レーダと広帯域レーダとを独立に動作させて不感帯を生じさせてしまうといった問題もあった。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、狭帯域レーダと広帯域レーダとを併用して協調動作させることで、高精度な位置測定を可能とするとともに、他システムとの干渉を低減させた複合モードレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明の複合モードレーダ装置の第１の態様は、第１の周波数を中心周波数とする狭帯域信号を発生する狭帯域信号発生部と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を中心周波数とする広帯域信号を発生する広帯域信号発生部と、前記狭帯域信号発生部及び前記広帯域信号発生部からそれぞれ前記狭帯域信号及び前記広帯域信号を入力して送信するとともに、前記狭帯域信号及び前記広帯域信号の反射波を受信するアンテナ部と、前記アンテナ部から受信信号を入力して前記狭帯域信号の受信波をろ波する第１のろ波部と、前記アンテナ部から受信信号を入力して前記広帯域信号の受信波をろ波する第２のろ波部と、前記第１のろ波部でろ波された受信波を入力して前記狭帯域信号の反射波を検波する狭帯域受信部と、前記第２のろ波部でろ波された受信波を入力して前記広帯域信号の反射波を検波する広帯域受信部と、前記狭帯域受信部及び前記広帯域受信部からそれぞれの検波データを入力して位置データを判定する演算部と、を備え、前記狭帯域信号の周波数帯域と前記広帯域信号の周波数帯域とが分離されるよう前記第１の周波数と前記第２の周波数とが隔離して設定されており、前記狭帯域受信部は、前記狭帯域信号発生部から前記狭帯域信号を入力して前記狭帯域信号の受信波と混合することで、前記受信波の周波数帯をベースバンドまでダウンコンバートし、前記広帯域受信部は、前記狭帯域信号発生部から前記狭帯域信号を入力して前記広帯域信号の受信波と混合することで、前記受信波の周波数帯をベースバンドに近い周波数帯までダウンコンバートしていることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記狭帯域信号発生部は、前記狭帯域信号の連続波を発生させる連続波発生源と、前記連続波を出力又は遮断する切替操作を行うスイッチとを備え、前記スイッチは、前記演算部からの制御信号に基づいて前記切替操作を行うよう制御されていることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記狭帯域信号発生部は、利用する周波数帯域が２以上に分割されたいずれか１つの帯域で前記狭帯域信号を発生するよう、前記演算部で制御されていることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記広帯域信号発生部は、前記広帯域のインパルス信号を発生させる広帯域インパルス源を備え、前記広帯域インパルス源は、前記演算部からの制御信号に基づいて前記インパルス信号を発生するよう制御されていることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記演算部は、前記位置データの判定結果に基づいて、前記狭帯域信号発生部のみを動作させる、または前記広帯域信号発生部のみを動作させる、または前記狭帯域信号発生部と前記広帯域信号発生部の両方を動作させる、いずれかの前記制御信号を出力することを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記アンテナ部は、送信と受信とを選択的に行える送受信共用アンテナと、前記送受信共用アンテナを前記演算部からの制御によって送信用又は受信用に切替えるアンテナ共用器とを備え、前記送受信共用アンテナが送信用に切替えられたときは、前記狭帯域信号と前記広帯域信号とを混合して送信し、前記送受信共用アンテナが受信用に切替えられたときは、前記受信信号を前記第１のろ波部と前記第２のろ波部とに分波して出力することを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記アンテナ部は、送信用アンテナと受信用アンテナとを備え、前記送信用アンテナは、前記狭帯域信号と前記広帯域信号とを混合して送信し、前記受信用アンテナは、前記受信信号を前記第１のろ波部と前記第２のろ波部とに分波して出力することを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記アンテナ部は、狭帯域送信用アンテナと、広帯域送信用アンテナと、狭帯域受信用アンテナと、広帯域受信用アンテナとを備え、前記狭帯域送信用アンテナは、前記狭帯域信号を入力して所定の角度範囲に送信し、前記広帯域送信用アンテナは、前記広帯域信号を入力して前記所定の角度範囲よりも広い広角度範囲に送信し、前記狭帯域受信用アンテナは、前記所定の角度範囲から受信した前記受信信号を前記第１のろ波部に出力し、前記広帯域受信用アンテナは、前記広角度範囲から受信した前記受信信号を前記第２のろ波部に出力することを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記第１の中心周波数及び前記第２の中心周波数は、２２ＧＨｚ以上２９ＧＨｚ以下においてそれぞれの帯域に重なりが生じないいずれかであることを特徴とする。

本発明の複合モードレーダ装置の他の態様は、前記広帯域信号は、帯域幅が少なくとも４５０ＭＨｚ以上のＵＷＢ信号であることを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、狭帯域レーダと広帯域レーダとを併用して協調動作させることで、高精度な位置測定を可能とするとともに、他システムとの干渉を低減させた複合モードレーダ装置を提供することが可能となる。この発明によれば、遠距離の測定が可能な狭帯域レーダと、近距離を高精度に測定可能な広帯域レーダとを組み合わせることで、近距離から遠距離までを高精度に測定可能な複合モードレーダ装置を提供することができる。

本発明の好ましい実施の形態における複合モードレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。なお、以下では本発明の複合モードレーダ装置による位置測定として、物体までの距離を測定する測距機能を例に説明する。

本発明の複合モードレーダ装置は、狭帯域レーダで利用する周波数帯と広帯域レーダで利用する周波数帯とが重ならないように分割することで、両方のレーダ機能を同時に利用できるように構成されている。本発明の複合モードレーダ装置で用いる周波数帯の１例を図２に示す。同図において、（ａ）は本発明の複合モードレーダ装置で用いる周波数帯を示しており、（ｂ）は非特許文献１に記載の欧州で検討されている複合モードレーダ装置で用いる周波数帯を示している。

非特許文献１に記載の複合モードレーダ装置では、図２（ｂ）に示す通り、狭帯域レーダに用いる信号の中心周波数と広帯域レーダに用いる信号の中心周波数とが、ともに同じＳＲＤバンドの約２４ＧＨｚに設定されていることから、狭帯域レーダの帯域１３と広帯域レーダの帯域１４とが重なっている。そのため、狭帯域レーダと広帯域レーダとを同時に用いることはできず、必要に応じて両者を切り替えて用いる必要があった。

これに対し、本発明の複合モードレーダ装置では、図２（ａ）に示すように、狭帯域レーダの中心周波数を例えば２４．１２５ＧＨｚとし、広帯域レーダの中心周波数を例えば２６．５ＧＨｚとすることにより、狭帯域レーダの帯域１１と広帯域レーダの帯域１２とが重ならないようにしており、その結果両者を切り替えることなく協調させて用いることが可能となっている。以下では、狭帯域レーダと広帯域レーダで周波数帯域が異なるように構成された本発明の複合モードレーダ装置の実施形態について説明する。

本発明の実施の形態に係る複合モードレーダ装置の基本構成を、図１に示すブロック図を用いて説明する。本実施形態の複合モードレーダ装置１００は、狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とが同じ筐体内に設けられており、演算部１０１からの制御で両者が協調して動作するように構成されている。また、狭帯域レーダ部１０２及び広帯域レーダ部１０３で測定されたデータはともに演算部１０１に入力され、両者から入力した測定データをもとに演算部１０１で測距を高精度に行えるようにしている。

狭帯域レーダ部１０２は、狭帯域信号を生成する狭帯域信号発生部１１０と、受信信号から所定の狭帯域の受信波のみをろ波する第１のろ波部１３１と、第１のろ波部１３１でろ波された受信波を処理して検知データを取得する狭帯域受信部１３０とを備えている。また、広帯域レーダ１０３は、広帯域信号を生成する広帯域信号発生部１２０と、受信信号から所定の広帯域の受信波のみをろ波する第２のろ波部１４１と、第２のろ波部１４１でろ波された受信波から検知データを取得する広帯域受信部１４０とを備えている。

狭帯域信号発生部１１０及び広帯域信号発生部１２０にはそれぞれ狭帯域波源１１１及び広帯域インパルス源１２１が備えられており、それぞれで生成された狭帯域信号及び広帯域信号が、合波器１５０で合波されて送信信号となり、これがアンテナ部１６０から送信される。

一方、アンテナ部１６０で受信された受信信号は、分波器１７０で分波されて第１のろ波部１３１及び第２のろ波部１４１に出力され、それぞれで狭帯域の受信波と広帯域の受信波がろ波される。第１のろ波部１３１及び第２のろ波部１４１でろ波された狭帯域受信波及び広帯域受信波は、それぞれ狭帯域受信部１３０及び広帯域受信部１４０に入力され、ここでそれぞれの受信波から所定の検波データが取得され、これが演算部１０１に入力されて距離判定のための所定の処理が行われる。

なお、本実施形態のアンテナ部１６０は、アンテナ１６１を共用して送信と受信とを行うように構成されており、アンテナ共用器１６２を用いて送信と受信との切替えが可能となっている。アンテナ１６１には、狭帯域信号と広帯域信号をともに送受信可能なものを用いている。

本実施形態の複合モードレーダ装置１００は、狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを演算部１０１からの制御により協調動作させることが可能に構成されており、狭帯域レーダ部１０２で検出された測定データと広帯域レーダ部１０３で検出された測定データとを組み合わせて高精度な測距が可能となっている。すなわち、狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを図３に示すような基本動作で用いることが可能であり、この基本動作をみ合わせることで狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを協調させて好適なレーダ機能を実現することができる。

上記の基本動作として、図３（ａ）に示す狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを適宜切り替えて動作させる切り替え方式と、図３（ｂ）に示す狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを並行して動作させる並用方式の２種類がある。このような基本動作を用いて測距を行う一実施例を図４に示す流れ図を用いて以下に説明する。このような狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３との協調動作は、演算部１０１からの制御で実現される。

図４の処理は演算部１０１で周期的に実行され、ステップＳ１では、前回測定された距離Ｌ０と第１の基準値ＬＴ１とを比較し、前回測定された距離Ｌ０が第１の基準値ＬＴ１より大きい場合には、ステップＳ２で切り替え方式により狭帯域レーダ部１０２のみを用いて測距を行う。また、前回測定された距離Ｌ０が第１の基準値ＬＴ１以下の場合には、ステップＳ３の判定に進む。

ステップＳ３では、前回測定された距離Ｌ０と第２の基準値ＬＴ２とを比較し、前回測定された距離Ｌ０が第１の基準値ＬＴ１以下でかつ第２の基準値ＬＴ２より大きい場合には、ステップＳ４で併用方式を用いて狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とをともに動作させて測距を行わせる。この場合、演算部１０１では、両者の測定結果をもとに、例えば距離の短い方を採用する、あるいは両者の平均値を算出する、等の方法で距離を好適に決定することが可能となる。

前回測定された距離Ｌ０が第２の基準値ＬＴ２以下の場合には、ステップＳ５において、切り替え方式を用いて広帯域レーダ部１０３のみで測距を行わせる。このように、本実施形態の複合モードレーダ装置１００では、狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを同時に使えるように構成しておくことで、高精度な測距機能を実現することが可能となっている。

図４に示す処理方法では、物体までの距離に基づいて狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを使い分けるようにしているが、別の処理方法として、例えば通常は狭帯域レーダ部１０２を用い、高分解能が必要なときだけ広帯域レーダ部１０３を用いるようにすることも可能である。これにより、広帯域レーダ部１０３の使用を限定することができ、他システムとの干渉を低減させることができる。

広帯域レーダ部１０３の使用が他システムとの干渉の問題を発生させる恐れがある場合には、一時的に狭帯域レーダ部１０２のみを用いるように制御することが可能であり、このような制御方式を演算部１０１のソフトウェア処理だけで実現することができる。さらに、狭帯域レーダ部１０２の使用において、他の狭帯域レーダとの干渉が問題となることが予想される場合には、狭帯域レーダ部１０２で用いる周波数帯域を予め複数の利用帯域に分割して用いるようにすることができる。

一例として、図５に示すように、狭帯域レーダ部１０２で利用可能な帯域幅を２００ＭＨｚとし、狭帯域信号の帯域幅を２０ＭＨｚとしたとき、利用可能な帯域幅２００ＭＨｚを１０分割した第１の利用帯域２０から第１０の利用帯２９までに分けて用いることが可能となる。この場合、他の狭帯域システムが第１の利用帯域２０と第２の利用帯域２１を使用しているとすると、狭帯域レーダ部１０２は第３から第１０の利用帯域２２〜２９のいずれかに切り替えることで、他の狭帯域システムとの干渉を回避することが可能となる。

上記の通り、本実施形態の複合モードレーダ装置１００によれば、遠距離の測定が可能な狭帯域レーダ部１０２と、近距離を高精度に測定可能な広帯域レーダ部１０３とを協調させて用いることで、近距離から遠距離までを高精度に測定することが可能となる。また、演算部１０１における処理により、狭帯域レーダ部１０２と広帯域レーダ部１０３とを制御して他システムとの干渉を容易に回避することが可能となる。

本発明の別の実施の形態に係る複合モードレーダ装置の構成を、図６を用いて以下に説明する。図６は、本実施形態の複合モードレーダ装置２００の詳細な構成を示している。
本実施形態の複合モードレーダ装置２００では、狭帯域波源としてＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２１１を用いている。狭帯域レーダ部２０２では、三角波生成器２１２からの信号に基づいてＶＣＯ２１１で周波数を変調させた狭帯域信号を生成し、これを増幅器２１３で増幅した後、スイッチ２１４がオンのときに合波器２５０に出力させる。三角波生成器２１２の各種制御パラメータは演算部２０１から設定可能となっており、スイッチ２１４の切替は演算部２０１からのトリガ信号で制御されている。

また、広帯域インパルス源にはＢＯ（ＢｕｒｓｔＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２２１が用いられており、演算部２０１からインパルストリガが出力されると、ＢＯ２２１において１ｎｓｅｃ程度の期間だけ高周波の広帯域インパルス信号が発振される。ＢＯ２２１で発振された広帯域インパルス信号は、増幅器２２３で増幅された後合波器２５０に出力され、ここで狭帯域信号と合波されて送信信号としてアンテナ部２６０に送られる。

本実施形態のアンテナ部２６０は、送信アンテナ２６１と受信アンテナ２６２とを備える構成としており、アンテナ共用器を不要としている。合波器２５０で合波された送信信号は広帯域な信号となることから、これに対応して送信アンテナ２６１を、広帯域の信号を送信可能な広帯域送信アンテナとしている。同様に、受信アンテナ２６２にも、狭帯域信号及び広帯域インパルス信号の各反射波を受信可能なアンテナを用いている。

受信アンテナ２６２で受信された受信信号は、分波器２７０で分波された後第１のろ波部２３１と第２のろ波部２４１に伝送され、さらに狭帯域受信部２３０と広帯域受信部２４０とに伝送される。第１のろ波部２３１では、受信信号から狭帯域の周波数の受信波がろ波される。そして、狭帯域受信部２３０において、第１のろ波部２３１でろ波された受信波が増幅器２３２で増幅された後、ミキサ２３３で送信信号と混合されて所定のビート信号に変換される。ミキサ２３３で受信波と混合される送信信号は、狭帯域信号発生部２１０の方向性結合器２１５から分波されたものである。

ミキサ２３３で生成された混合波をＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）２３４でろ波することにより、観測された物体までの距離に対応するビート周波数を有するビート信号を取得することができる。このビート信号を増幅器２３５で増幅した後、Ｓ／Ｈ（Ｓａｍｐｌｅ／Ｈｏｌｄ）回路２３７に伝送し、ここで狭帯域レーダ部２０２による検波データを取得して演算部２０１に出力する。

同様に、第２のろ波部２４１でも、受信信号から広帯域の周波数の受信波がろ波される。そして、広帯域受信部２４０において、第２のろ波部２４１でろ波された受信波が増幅器２４２で増幅された後、ミキサ２４３で狭帯域信号発生部２１０の方向性結合器２１５から分波された送信信号と混合される。但し、ミキサ２４３における送信信号との混合は、広帯域信号をダウンコンバートするためのものであり、これによりベースバンドに近い周波数帯までダウンコンバートされる。このように、広帯域信号をダウンコンバートすることで、後段のＬＰＦ２４４や増幅器２４５には、低周波数対応の比較的低価格のものを用いることが可能となる。

ミキサ２４３で生成された混合波をＬＰＦ２４４でろ波することにより、ダウンコンバートされた広帯域受信波を得ることができ、これを増幅器２４５で増幅させた後検波器２４６に入力してインパルス信号の検波を行わせる。検波器２４６で検波されたインパルス信号は、Ｓ／Ｈ回路２４７に伝送され、ここで広帯域レーダ部２０３による検波データを取得して演算部２０１に出力する。

本実施形態の複合モードレーダ装置２００では、狭帯域信号としてＦＭＣＷを用いている。ＦＭＣＷを用いたレーダは、周波数を時系列で順次変化させた電波を用いており、これにより物体までの距離及び相対速度を測定することが可能となっている。ＦＭＣＷレーダでは、遠方の物体で反射された場合は周波数が高くなり、近傍で反射された場合には周波数が低くなる。ＦＭＣＷを用いた距離及び相対速度の測定方法を、図７を用いて説明する。

ＦＭＣＷレーダでは、図７（ａ）に示すように、周波数を時系列的に増加・減少させて三角状に変調させたものを送信波に用いている。図７（ａ）に示す周波数の変化幅（帯域幅）は２０ＭＨｚ程度と小さく、ＦＭＣＷレーダに用いる信号は狭帯域な信号であるといえる。このような信号を送信して距離Ｌだけ離れた物体で反射されると、往復距離２Ｌの時間遅れを伴って受信アンテナ２６２に受信される。この受信波と送信波とをミキサ２３３でミキシングすることにより、図７（ｂ）に示すような距離Ｌに比例したビート周波数を持つ信号を抽出することができる。そこで、このビート信号を演算部２０１でＦＦＴ解析してピーク周波数を検出する。

図７（ａ）に示す増加区間のビート周波数ｆｂｕと減少区間のビート周波数ｆｂｄとから、距離に相当する周波数ｆｂを次式で求めることができる。
［数１］
ｆｂ＝（｜ｆｂｕ｜＋｜ｆｂｄ｜）／２（式１）
また、物体がレーダ装置に対し相対速度を有している場合には、反射波の周波数はドップラー効果により図７に示すｆｄだけシフトする。

一方、広帯域レーダ部２０３では、ＢＯ２２１で発振された広帯域インパルス信号が観測物体までの往復距離２Ｌに相当する時間遅れで検出され、これを広帯域受信部２４０で検波処理して検波データとして演算部２０１に出力され、これを演算部２０１で処理して距離Ｌを算出する。

本実施形態でも、狭帯域レーダ部２０２と広帯域レーダ部２０３とを協調させて用いることで、近距離から遠距離までを高精度に測定することが可能であり、また演算部２０１における処理により、狭帯域レーダ部２０２と広帯域レーダ部２０３とを制御して他システムとの干渉を容易に回避することが可能となっている。

これに加えて、広帯域受信部２４０に入力される受信信号が、狭帯域信号発生部２１０で生成された狭帯域信号と混合されてダウンコンバートされることにより、広帯域受信波をろ波するためのＬＰＦ２４４やこれを増幅するための増幅器２４５には、低周波数帯対応の比較的低価格のものを用いることが可能となる。周波数変調された狭帯域信号は、広帯域インパルス信号の帯域から見れば十分狭帯域な信号であり、インパルスの検出に問題となることはない。

さらに本実施形態では、アンテナ部２６０に送信アンテナ２６１と受信アンテナ２６２とを備えるように構成することで、送信と受信とを並行して行えるようにしており、これにより例えば物体を追跡観測する等のより高度な利用が可能となる。

なお、送信アンテナ２６１と受信アンテナ２６２とを備えて送信と受信とを並行して行えるようにした場合、送信信号にＦＭＣＷのような連続波を用いるためには、送信アンテナ２６１と受信アンテナ２６２とをある程度離して設置する必要がある。これは、送信アンテナ２６１から送信された連続波の一部が、回り込みによって受信アンテナ２６２に直接受信されてしまうのを防止するためである。

送信アンテナ２６１と受信アンテナ２６２とを接近させて設置すると、送信信号が連続波の場合には回り込みによって一部の送信波が受信アンテナ２６２に常時受信されてしまい、受信回路が飽和して測定不能になってしまう。これを防止するために、本実施形態では送信アンテナ２６１と受信アンテナ２６２との距離をある程度大きくしてアイソレーションをとるように構成している。なお、本実施形態の複合モードレーダ装置２００では、狭帯域信号発生部２１０から狭帯域信号が出力されるのは、スイッチ２１４がオンの期間だけに限定されているため、受信回路が飽和してしまう恐れはないが、送信アンテナ２６１と受信アンテナ２６２とのアイソレーションをとるように構成するのがより好ましい。

一方、インパルス信号を送信する場合には、この信号が所定の間隔をおいて出力されることから、受信回路が飽和してしまうような問題は発生しない。本実施形態では、広帯域信号としてインパルス信号を用いており、広帯域レーダ部２０３では上記のような問題は発生しない。

本発明のさらに別の実施の形態に係る複合モードレーダ装置の構成を、図８を用いて以下に説明する。本実施形態の複合モードレーダ装置３００では、狭帯域レーダ部３０２による観測領域と広帯域レーダ部３０３による観測領域とが異なるように設定している。それぞれの観測領域の一例を図９に示す。

図９では、狭帯域レーダ部３０２による観測領域３１として、狭い角度範囲でかつ遠距離までを設定しているのに対し、広帯域レーダ部３０３の観測領域３２を広角度でかつ近距離までの領域としている。広帯域レーダ部３０３による広帯域インパルス信号を用いたレーダ機能では、近距離を広範囲に観測することが可能なことから、狭帯域レーダ部３０２及び広帯域レーダ部３０３のそれぞれの観測領域を、例えば図９のように設定するのが好ましい。

狭帯域レーダ部３０２及び広帯域レーダ部３０３のそれぞれの観測領域を、例えば図９のような異なる領域に設定した場合、それぞれの送信範囲及び受信範囲も異なることから、送受信に用いるアンテナも狭帯域レーダ部３０２に用いるものと広帯域レーダ部３０３に用いるものの両方が必要となる。

本実施形態では、図８に示すように、アンテナ部３６０に狭帯域送信用アンテナ３６１、広帯域送信用アンテナ３６２、狭帯域受信用アンテナ３６３、及び広帯域受信用アンテナ３６４が設けられており、それぞれ狭帯域信号発生部３１０、広帯域信号発生部３２０、狭帯域受信部３３０、及び広帯域受信部３４０に接続されている。

次に、複合モードレーダ装置２００を例に、演算部２０１における処理について説明する。演算部２０１では、狭帯域レーダ部２０２に係る処理、広帯域レーダ部２０３に係る処理、及びこれらを統括する処理が実行されており、図１０に示すように、それぞれＮＢＲ用ＣＰＵ４２０、ＷＢＲ用ＣＰＵ４３０、及び統括用ＣＰＵ４１０で実行するよう構成されている。各ＣＰＵにおける動作状態遷移図を図１１に、また処理の流れ図を図１２、１３に示す。

統括用ＣＰＵ４１０では、上位系４０からの指令等に基づいてＮＢＲ（ＮａｒｒｏｗＢａｎｄＲａｄａｒ）用ＣＰＵ４２０及びＷＢＲ（ＷｉｄｅＢａｎｄＲａｄａｒ）用ＣＰＵ４３０における各処理を制御する統括処理部４１１が実行される。図１１（ａ）に示す統括用ＣＰＵ４１０の動作状態遷移図では、統括処理部４１１の処理として、所定のタイミングで狭帯域レーダ部２０２及び広帯域レーダ部２０３を作動させるためのトリガ出力、所定のタイミングでＮＢＲ用ＣＰＵ４２０とＷＢＲ用ＣＰＵ４３０とから測定データの判定結果を取得して観測物体までの距離判定等を行う識別処理、及び上位系４０からの情報要求に従って識別処理の結果を出力する上位系情報出力、の各処理を行うことを示している。

また、ＮＢＲ用ＣＰＵ４２０では、統括処理部４１１からの要求等に基づいて、狭帯域レーダ部２０２に係る各処理を行うＮＢＲ処理部４２１とＮＢＲ制御部４２２とが実行される。図１１（ｂ）に示すＮＢＲ用ＣＰＵ４２０の動作状態遷移図では、ＮＢＲ処理部４２１の処理として、統括処理部４１１からのトリガによるＮＢＲ制御部４２２の起動、及び統括処理部４１１からのポーリング処理による測定データの出力、の各処理を行うことを示している。ＮＢＲ制御部４２２では、狭帯域レーダ部２０２の制御が行われる。

さらに、ＷＢＲ用ＣＰＵ４３０では、統括処理部４１１からの要求等に基づいて、広帯域レーダ部２０３に係る各処理を行うＷＢＲ処理部４３１とＷＢＲ制御部４３２とが実行される。図１１（ｃ）に示すＷＢＲ用ＣＰＵ４３０の動作状態遷移図では、ＷＢＲ処理部４３１の処理として、統括処理部４１１からのトリガによるＷＢＲ制御部４３２の起動、及び統括処理部４１１からのポーリング処理による測定データの出力、の各処理を行うことを示している。ＷＢＲ制御部４３２では、広帯域レーダ部２０３の制御が行われる。

演算部２０１には、広帯域レーダ部２０３による検波データをサンプリングしてＷＢＲ用ＣＰＵ４３０に取込むために、さらにＲＡＭＰ生成回路４３３と比較器４３４と積分器４３５が設けられている。

統括処理部４１１の処理の流れを、図１２に示す流れ図を用いて説明する。統括処理部４１１は、統括用ＣＰＵ４１０の起動直後のステップＳ１１で上記の各処理に用いるパラメータ等の初期化を行った後、次のステップＳ１２以降の処理を所定の周期で実行する。ステップＳ１２では、上位系４０からの情報要求があるか否かを判定し、情報要求があった場合には次のステップＳ１３の処理を実行する一方、情報要求がない場合にはステップＳ１４に進む。

ステップＳ１３では、上位系４０からの情報要求に対し、それまでに行われている識別処理の結果を出力する。次のステップＳ１４では、狭帯域レーダ部２０２及び広帯域レーダ部２０３を作動させるためのトリガ出力のタイミングか否かを判定し、トリガ出力のタイミングと判定した場合には次のステップＳ１５の処理を実行する一方、トリガ出力のタイミングでないと判定した場合にはステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５では、狭帯域レーダ部２０２及び広帯域レーダ部２０３を作動させるためのトリガを、ＮＢＲ用ＣＰＵ４２０及びＷＢＲ用ＣＰＵ４３０に出力する。次のステップＳ１６では、ＮＢＲ用ＣＰＵ４２０とＷＢＲ用ＣＰＵ４３０とから測定データを取込むタイミングか否かを判定し、データ取込タイミングと判定した場合には次のステップＳ１７以降の処理を実行する一方、データ取込タイミングでないと判定した場合には次の周期でステップＳ１２の処理から開始させる。

ステップＳ１７では、ＮＢＲ用ＣＰＵ４２０及びＷＢＲ用ＣＰＵ４３０に対するポーリング処理を行ってそれぞれから測定データを取込み、ステップＳ１８で測定データの追跡処理を行う。さらにステップＳ１９では、ステップＳ１８の追跡処理の結果をもとに観測物体までの距離を決定する識別処理を行う。

次に、ＮＢＲ処理部４２１の処理の流れを、図１３（ａ）、（ｂ）に示す流れ図を用いて説明する。ＮＢＲ処理部４２１は、ＮＢＲ用ＣＰＵ４２０の起動直後のステップＳ２１で上記の各処理に用いるパラメータ等の初期化を行った後、次のステップＳ２２以降の処理を所定の周期で実行する。ステップＳ２２では、統括処理部４１１からのデータ要求があるか否かを判定し、データ要求があった場合には次のステップＳ２３の処理を実行する一方、データ要求がない場合にはステップＳ２４に進む。

ステップＳ２３では、統括処理部４１１からのデータ要求に対し、直前に処理された測定データを出力する。次のステップＳ２４では、狭帯域レーダ部２０２を作動させるためのトリガを統括処理部４１１から入力したか否かを判定し、トリガを入力したと判定した場合には次のステップＳ２５の処理を実行する一方、トリガを入力していないと判定した場合には、次の周期でステップＳ２２の処理から開始させる。ステップＳ２５では、同じＮＢＲ用ＣＰＵ４２０でＮＢＲ制御部４２２を実行させ、実行を終了したＮＢＲ制御部４２２から測定データを取得する。

ＮＢＲ制御部４２２は、ＮＢＲ処理部４２１から実行要求されると、ステップＳ２６において、狭帯域信号発生部２１０から狭帯域信号を出力させるために、スイッチ２１４に対し送信トリガを出力する。次のステップＳ２７では、Ｓ／Ｈ回路２３７からデータサンプリングを行い、このサンプリングデータをステップＳ２８でＦＦＴ解析して図７に示すビート周波数を判定し、さらにステップＳ２９ではＦＦＴ解析で得られたビート周波数から距離等の測定データを判定する。

ＷＢＲ処理部４３１の処理の流れを、図１３（ｃ）、（ｄ）に示す流れ図を用いて説明する。ＷＢＲ処理部４３１は、ＷＢＲ用ＣＰＵ４３０の起動直後のステップＳ３１で上記の各処理に用いるパラメータ等の初期化を行った後、次のステップＳ３２以降の処理を所定の周期で実行する。ステップＳ３２では、統括処理部４１１からのデータ要求があるか否かを判定し、データ要求があった場合には次のステップＳ３３の処理を実行する一方、データ要求がない場合にはステップＳ３４に進む。

ステップＳ３３では、統括処理部４１１からのデータ要求に対し、直前に処理された測定データを出力する。次のステップＳ３４では、広帯域レーダ部２０３を作動させるためのトリガを統括処理部４１１から入力したか否かを判定し、トリガを入力したと判定した場合には次のステップＳ３５の処理を実行する一方、トリガを入力していないと判定した場合には、次の周期でステップＳ３２の処理から開始させる。ステップＳ３５では、同じＷＢＲ用ＣＰＵ４３０でＷＢＲ制御部４３２を実行させ、実行を終了したＷＢＲ制御部４３２から測定データを取得する。

ＷＢＲ制御部４３２は、ＷＢＲ処理部４３１から実行要求されると、ステップＳ３６においてＢＯ２２１に対しインパルストリガを出力する。次のステップＳ３７では、ＲＡＭＰ生成回路４３３及び比較器４３４で決定されるタイミングでＳ／Ｈ回路２４７によるデータサンプリングを行い、ステップＳ３８においてこのサンプリングデータを所定数のインパルス分だけ積分器４３５で積分し、この積分値からステップＳ３９で距離等の測定データを判定する。

上記のステップＳ３７における処理では、図１０（ａ）に示したＲＡＭＰ生成回路４３３で生成されたランプ波４３３ａとＷＢＲ制御部４３２で設定された閾値４３２ａとを比較器４３４で比較し、ランプ波４３３ａが閾値４３２ａを超えたときにトリガをＳ／Ｈ回路２４７に出力している。Ｓ／Ｈ回路２４７では、このトリガを入力すると、検波器２４６から入力したインパルスの振幅をラッチして積分器４３５に出力している。

ＲＡＭＰ生成回路４３３は、定電流源充電により図１０（ｂ）に示すようランプ波４３３ａを生成して比較器４３４に出力している。このランプ波４３３ａは、所定の周期で繰返し生成されるよう構成されている。Ｓ／Ｈ回路２４７で入力データをラッチするタイミングを上記のランプ波４３３ａを用いて決定するよう構成することで、閾値４３２ａの変更だけでデータサンプリングのタイミングを調整することが可能となっている。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る複合モードレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における複合モードレーダ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態に係る複合モードレーダ装置のブロック図を示す図である。本発明の複合モードレーダ装置で用いる周波数帯の１例を示す図である。狭帯域レーダ部と広帯域レーダ部の基本動作を示す図である。基本動作を用いて測距を行う一実施例を示す流れ図である。狭帯域レーダ部で利用可能な帯域幅を１０分割して利用する形態を示す図である。本発明の別の実施形態に係る複合モードレーダ装置のブロック図を示す図である。ＦＭＣＷを用いた距離及び相対速度の測定方法を説明する図である。本発明のさらに別の実施形態に係る複合モードレーダ装置のブロック図を示す図である。狭帯域レーダ部による観測領域と広帯域レーダ部による観測領域とが異なる例を示す図である。演算部の構成を示す図である。統括用ＣＰＵ、ＮＢＲ用ＣＰＵ、及びＷＢＲ用ＣＰＵの動作状態遷移図である。統括用ＣＰＵにおける処理の流れを示す図である。ＮＢＲ用ＣＰＵ、及びＷＢＲ用ＣＰＵにおける処理の流れを示す図である。

符号の説明

１１、１３狭帯域レーダの帯域
１２、１４広帯域レーダの帯域
２０〜２９利用帯域
３１、３２観測領域
４０上位系
１００、２００、３００複合モードレーダ装置
１０１演算部
１０２、２０２、３０２狭帯域レーダ部
１０３、２０３、３０３広帯域レーダ部
１１０、２１０、３１０狭帯域信号発生部
１１１狭帯域波源
１２０、２２０、３２０広帯域信号発生部
１２１広帯域インパルス源
１３０、２３０、３３０狭帯域受信部
１３１、２３１第１のろ波部
１３２狭帯域受信回路
１４０、２４０、３４０広帯域受信部
１４１、２４１第２のろ波部
１４２広帯域受信回路
１５０、２５０合波器
１６０、２６０アンテナ部
１６１、２６１、２６２アンテナ
１６２アンテナ共用器
１７０、２７０分波器
２１１ＶＣＯ
２１２三角波生成器
２１３、２２３，２３２、２３５、２４２、２４５増幅器
２１４スイッチ
２１５方向性結合器
２２１ＢＯ
２３３ミキサ
２３７、２４７Ｓ／Ｈ回路
２４６検波器
４１０統括用ＣＰＵ
４１１統括処理部
４２０ＮＢＲ用ＣＰＵ
４２１ＮＢＲ処理部
４２２ＮＢＲ制御部
４３０ＷＢＲ用ＣＰＵ
４３１ＷＢＲ処理部
４３２ＷＢＲ制御部
４３３ＲＡＭＰ生成回路
４３４比較器
４３５積分器

Claims

第１の周波数を中心周波数とする狭帯域信号を発生する狭帯域信号発生部と、
前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を中心周波数とする広帯域信号を発生する広帯域信号発生部と、
前記狭帯域信号発生部及び前記広帯域信号発生部からそれぞれ前記狭帯域信号及び前記広帯域信号を入力して送信するとともに、前記狭帯域信号及び前記広帯域信号の反射波を受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部から受信信号を入力して前記狭帯域信号の受信波をろ波する第１のろ波部と、
前記アンテナ部から受信信号を入力して前記広帯域信号の受信波をろ波する第２のろ波部と、
前記第１のろ波部でろ波された受信波を入力して前記狭帯域信号の反射波を検波する狭帯域受信部と、
前記第２のろ波部でろ波された受信波を入力して前記広帯域信号の反射波を検波する広帯域受信部と、
前記狭帯域受信部及び前記広帯域受信部からそれぞれの検波データを入力して位置データを判定する演算部と、を備え、
前記狭帯域信号の周波数帯域と前記広帯域信号の周波数帯域とが分離されるよう前記第１の周波数と前記第２の周波数とが隔離して設定されており、
前記狭帯域受信部は、前記狭帯域信号発生部から前記狭帯域信号を入力して前記狭帯域信号の受信波と混合することで、前記受信波の周波数帯をベースバンドまでダウンコンバートし、
前記広帯域受信部は、前記狭帯域信号発生部から前記狭帯域信号を入力して前記広帯域信号の受信波と混合することで、前記受信波の周波数帯をベースバンドに近い周波数帯までダウンコンバートしている
ことを特徴とする複合モードレーダ装置。
前記狭帯域信号発生部は、前記狭帯域信号の連続波を発生させる連続波発生源と、前記連続波を出力又は遮断する切替操作を行うスイッチとを備え、
前記スイッチは、前記演算部からの制御信号に基づいて前記切替操作を行うよう制御されている
ことを特徴とする請求項１に記載の複合モードレーダ装置。
前記狭帯域信号発生部は、利用する周波数帯域が２以上に分割されたいずれか１つの帯域で前記狭帯域信号を発生するよう、前記演算部で制御されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の複合モードレーダ装置。
前記広帯域信号発生部は、前記広帯域のインパルス信号を発生させる広帯域インパルス源を備え、
前記広帯域インパルス源は、前記演算部からの制御信号に基づいて前記インパルス信号を発生するよう制御されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合モードレーダ装置。
前記演算部は、前記位置データの判定結果に基づいて、前記狭帯域信号発生部のみを動作させる、または前記広帯域信号発生部のみを動作させる、または前記狭帯域信号発生部と前記広帯域信号発生部の両方を動作させる、いずれかの前記制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の複合モードレーダ装置。
前記アンテナ部は、送信と受信とを選択的に行える送受信共用アンテナと、前記送受信共用アンテナを前記演算部からの制御によって送信用又は受信用に切替えるアンテナ共用器とを備え、
前記送受信共用アンテナが送信用に切替えられたときは、前記狭帯域信号と前記広帯域信号とを混合して送信し、
前記送受信共用アンテナが受信用に切替えられたときは、前記受信信号を前記第１のろ波部と前記第２のろ波部とに分波して出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複合モードレーダ装置。
前記アンテナ部は、送信用アンテナと受信用アンテナとを備え、
前記送信用アンテナは、前記狭帯域信号と前記広帯域信号とを混合して送信し、
前記受信用アンテナは、前記受信信号を前記第１のろ波部と前記第２のろ波部とに分波して出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複合モードレーダ装置。
前記アンテナ部は、狭帯域送信用アンテナと、広帯域送信用アンテナと、狭帯域受信用アンテナと、広帯域受信用アンテナとを備え、
前記狭帯域送信用アンテナは、前記狭帯域信号を入力して所定の角度範囲に送信し、
前記広帯域送信用アンテナは、前記広帯域信号を入力して前記所定の角度範囲よりも広い広角度範囲に送信し、
前記狭帯域受信用アンテナは、前記所定の角度範囲から受信した前記受信信号を前記第１のろ波部に出力し、
前記広帯域受信用アンテナは、前記広角度範囲から受信した前記受信信号を前記第２のろ波部に出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複合モードレーダ装置。
前記第１の中心周波数及び前記第２の中心周波数は、２２ＧＨｚ以上２９ＧＨｚ以下においてそれぞれの帯域に重なりが生じないいずれかである
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複合モードレーダ装置。
前記広帯域信号は、帯域幅が少なくとも４５０ＭＨｚ以上のＵＷＢ信号である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複合モードレーダ装置。