(57)【要約】【課題】簡単な構成で個別に動作する複数のセンサを同期させてレーダーシステムの検知範囲を拡張する。【解決手段】個別に動作する第１のドップラーセンサと第２のドップラーセンサを用いて移動体を計測するレーダーシステムにおいて、前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサのいずれか一方における送信信号の出力の一時停止と再開を制御する制御部と、前記第１のドップラーセンサと、前記第２のドップラーセンサのそれぞれで、受信信号を検波する受信回路と、前記送信信号の出力の変化に対応して前記受信信号の検波結果に現れる所定のタイミングを同期タイミングと判定する同期判定部と、を有する。【選択図】図４
2020030159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個別に動作する第１のドップラーセンサと第２のドップラーセンサを用いて移動体を計測するレーダーシステムにおいて、
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサのいずれか一方における送信信号の出力の一時停止と再開を制御する制御部と、
前記第１のドップラーセンサと、前記第２のドップラーセンサのそれぞれで、受信信号を検波する受信回路と、
前記送信信号の出力の変化に対応して前記受信信号の検波結果に現れる所定のタイミングを同期タイミングと判定する同期判定部と、
を有することを特徴とするレーダーシステム。
【請求項２】
前記第１のドップラーセンサは、外部から同期設定の指示信号を受け付ける入力部と、前記制御部とを有し、
前記制御部は、前記指示信号の入力に応じて、前記送信信号の出力を一時的に停止し、所定時間経過後に、前記送信信号の出力を再開し、
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサの各々に前記同期判定部が設けられ、前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサで前記同期タイミングが決定されることを特徴とする請求項１に記載のレーダーシステム。
【請求項３】
前記第１のドップラーセンサ及び前記第２のドップラーセンサと通信可能に接続されるホストシステム、
をさらに有し、
前記ホストシステムは、外部から同期設定の指示信号を受け付ける入力部と、前記指示信号の入力に基づいて前記第１のドップラーセンサに送信停止信号を送信する通信部と、前記同期判定部とを有し、
前記第１のドップラーセンサは、前記送信停止信号に基づいて、前記送信信号の出力を一時的に停止し、所定時間経過後に前記送信信号の出力を再開し、
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサの各々は、前記検波結果を前記ホストシステムに通知し、前記同期判定部で前記同期タイミングを決定することを特徴とする請求項１に記載のレーダーシステム。
【請求項４】
前記同期タイミングは、前記送信信号の出力が一時的に停止される第１のタイミングと関連して決定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダーシステム。
【請求項５】
前記同期タイミングは、前記第１のタイミングに応じて、前記受信信号の前記検波結果が所定の許容範囲を超えて変化する時点、または所定の閾値まで変化する時点であることを特徴とする請求項４に記載のレーダーシステム。
【請求項６】
前記同期タイミングは、前記送信信号の出力が再開される第２のタイミングと関連して決定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダーシステム。
【請求項７】
前記同期タイミングは、前記第２のタイミングに応じて、前記受信信号の前記検波結果が所定範囲を超えて変化する時点、または所定の閾値まで回復する時点であることを特徴とする請求項６に記載のレーダーシステム。
【請求項８】
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサは、検知範囲が一部重複されるように配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーダーシステム。
【請求項９】
互いに独立して動作する第１のドップラーセンサと第２のドップラーセンサを含むレーダーシステムの同期方法であって、
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサを、それぞれの検知範囲が一部重複するように配置し、
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサから送信信号を送信し、
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサのそれぞれで受信信号を検波し、
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサのいずれか一方で前記送信信号の出力を一時的に停止した後、所定時間の経過後に前記送信信号の出力を再開し、
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサにおいて、前記送信信号の出力の変化に対応して前記受信信号の検波結果に現れる所定のタイミングを同期タイミングに設定する、
ことを特徴とする同期方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドップラー効果を利用したレーダーシステムと、同期方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電磁波の反射、散乱を利用して物体の位置と移動速度を検知するレーダーシステムが用いられている。車両に搭載して自動車や人の動きを検知する車載レーダーでは、７０〜８０ＧＨｚという高周波（ミリ波）を利用して人や車を検知し、交通の安全を支援している。レーダーシステムは、一般に電磁波（電波）が移動する物体で散乱されたときにその電磁波（電波）の周波数がシフトするというドップラー効果を利用している。ドップラー効果を利用したセンサは、ゴルフ、野球などの打球の追跡にも適用されつつある。
【０００３】
車載レーダーに２つのレーダー装置を用い、各レーダー装置の送信アンテナの指向性を制御して、２つのアンテナからのビームの放射範囲が互いに重ならないタイミングを低減する手法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、複数の撮影装置で対象物を撮影する際に複数の装置間で撮影動作を同期させる構成が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１２１９８６号公報
【特許文献２】特許第６１６７７９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ゴルフ、野球などで打球を追跡する場合、広い検知範囲が望まれる。アンテナに供給される電力レベルを維持したまま検知可能な角度範囲を広げるためには、ビーム幅を広く設計する必要がある。この場合、アンテナの最大ゲインは低下し、結果として検知距離が短くなる。一方、電力レベルを維持したまま検知距離を伸ばすためには、ビーム幅を狭く設計する必要がある。この場合、検知可能な角度範囲は狭くなる。
【０００６】
そこで、複数のレーダー装置を用いて検知範囲を拡張することが考えられるが、互いに独立して動作するレーダー装置をどのようにして同期させるかが問題となる。
【０００７】
本発明は、簡単な構成で個別に動作する複数のセンサを同期させて検知範囲を拡張することのできる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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、個別に動作する第１のドップラーセンサと第２のドップラーセンサを用いて移動体を計測するレーダーシステムにおいて、
前記第１のドップラーセンサと前記第２のドップラーセンサのいずれか一方における送信信号の出力の一時停止と再開を制御する制御部と、
前記第１のドップラーセンサと、前記第２のドップラーセンサのそれぞれで、受信信号を検波する受信回路と、
前記送信信号の出力の変化に対応して前記受信信号の検波結果に現れる所定のタイミングを同期タイミングと判定する同期判定部と、
が設けられる。
【発明の効果】
【０００９】
簡単な構成で個別に動作する複数のセンサを同期させてレーダーシステムの検知範囲を拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態のレーダーシステムの基本原理を説明する概略図である。
【図２】実施形態の同期処理を説明する図である。
【図３】実施形態の同期処理の別の例を説明する図である。
【図４】第１実施形態のレーダーシステムの概略構成図である。
【図５】図４のシステムの送受信フロントエンドの概略図である。
【図６】実施形態の同期方法のフローチャートである。
【図７】第２実施形態のレーダーシステムの概略構成図である。
【図８】実施形態の効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、実施形態のレーダーシステム１の基本原理を説明する図である。実施形態では互いに独立した複数のドップラーセンサ（以下、単に「センサ」とする）を用いて、アンテナに供給する電力レベルを増大させずに検知範囲を拡張する。レーダーシステム１は、センサ１０−１（図中、「センサＡ」と表記）と、センサ１０−２（図中、「センサＢ」と表記）と、表示装置４０を有する。センサ１０−１とセンサ１０−２は、それぞれ単体で動作可能であり、個別の販売、流通、使用が予定されている。
【００１２】
センサ１０−１とセンサ１０−２（以下、適宜「センサ１０」と総称する）は、センサ１０−１の検知範囲ＲAと、センサ１０−２の検知範囲ＲBが所定の重複範囲Ｐで重なり合うように配置される。センサ１０−１の検知範囲ＲAとセンサ１０−２の検知範囲ＲBは、各センサ１０の送信アンテナの指向性、すなわちビーム幅とアンテナゲインによって決まっている。センサ１０−１とセンサ１０−２を、不感帯が生じないように隣接して配置することで、連続的な検知範囲が形成される。
【００１３】
一つのセンサ１０を用いると、そのセンサ１０の検知範囲でしか移動体を追跡することができない。センサ１０−１と１０−２を、連続した検知範囲が形成されるように配置することで、広い範囲にわたって移動体を追跡することができる。
【００１４】
センサ１０−１とセンサ１０−２のセンサ出力に基づいて、計測対象物である移動体の位置、軌跡、速度等の情報が計算され、必要に応じてグラフィック処理等が行われて、表示装置４０に計測結果が表示される。対象物の位置、軌跡、速度等の情報を計算する演算器（プロセッサ）は、センサ１０−１またはセンサ１０−２に設けられていてもよいし、表示装置４０に一体的に組み込まれていてもよい。
【００１５】
図１のシステムで重要なことは、本来個別に動作するセンサ１０−１とセンサ１０−２をどのようにして同期させるかである。ひとつの装置またはシステム内にあらかじめ組み込まれた複数のセンサ間では、共通の同期クロックを用いるなどして、設計または製造の段階で同期がとられている。しかし、個別に販売され、使用されるセンサ１０−１とセンサ１０−２では、同期して動作することが想定されていない。各センサ１０にＧＰＳ受信機が備わっていれば、ＧＰＳに同期することで、複数のセンサ間で同期をとることができるが、製造コストが高くなる。
【００１６】
実施形態では、一方のセンサ１０で生じるイベントをトリガとして、センサ１０−１とセンサ１０−２の間で同期設定のための動作を自律的に行う。同期の設定後は、センサ１０−１とセンサ１０−２の協働したセンシング動作により、広範囲にわたって移動体の軌跡を追跡することが可能になる。
【００１７】
図２は、実施形態の同期設定を説明する図である。図２のタイミングチャートは、上から順に、センサＡの送信信号、センサＡの受信信号、センサＢの送信信号、及びセンサＢの受信信号である。
【００１８】
センサＡとセンサＢは、図１のセンサ１０−１と１０−２に対応する。センサＡとセンサＢは、たとえば一緒にゴルフコースを回るユーザＡとユーザＢの各人の所持品であってもよいし、一人のユーザが所有する２つの個別のセンサであってもよい。センサＡとセンサＢを協働動作させる場合、センサＡとセンサＢを、図１に示すようにそれぞれの検知範囲が一部重複するような角度に配置する。センサＡとセンサＢの検知範囲は、地面と水平な面内方向（方位角方向）だけではなく、垂直な方向（仰角方向）も含む。
【００１９】
センサＡとセンサＢで電源が投入されると、センサＡとセンサＢの送信アンテナから、それぞれ測定用の信号（たとえばミリ波信号）が送信される。センサＡとセンサＢの送信信号は、たとえば無変調の連続波（ＣＷ）である。この送信信号は正弦波であるが数十ＧＨｚの高周波であるため、その振幅ピークを模式的に直線で示している。
【００２０】
電源の投入から時刻ｔ１まで、センサＡは自局の送信アンテナから送信信号を放射し、センサＢは自局の送信アンテナから送信信号を放射する。センサＡとセンサＢは、同一タイプのセンサであり、同じ送信周波数を用いている。センサＡとセンサＢは、検知範囲が一部重複するように隣接して配置されているので、時刻ｔ１までの間、センサＡの受信アンテナは、センサＢからの送信信号を受信し、センサＢの受信アンテナはセンサＡからの送信信号を受信する。
【００２１】
ドップラーセンサの場合、送信信号の周波数と、移動体で散乱または反射されて戻ってきた受信信号の周波数の差分（ビート周波数または中間周波数）が検波結果として出力される。計測を開始する前の段階で、隣接するセンサからの送信信号だけを受信する場合、送信信号と受信信号の差分は０Ｈｚとなり、一定強度の直流信号が検波結果として出力される。実際は、遠方の樹木、建造物等の固定物からの反射波や、自局のアンテナ端での反射波があり得るが、これらは無視できるものとする。あるいは、これらの直流成分については、あらかじめＤＣオフセットを設定しておいてもよい。
【００２２】
時刻ｔ１で、センサＡに同期設定の指示信号が入力されると、センサＡは送信信号の出力を一時的に停止する。この同期設定の指示信号は、たとえばユーザによるセンサＡへの入力操作であってもよいし、ユーザの携帯端末からセンサＡへ送信される信号であってもよい。センサＡの送信出力が一時的に停止される結果、図２の最上段に示すように、センサＡの送信信号の出力はゼロになる。このとき、センサＢは、送信信号の出力を継続している。
【００２３】
センサＢは時刻ｔ１の後も送信信号を出力しているので、センサＡは、受信アンテナでセンサＢからの送信信号を受信する。センサＡは、自局の送信信号の周波数を用いて受信信号を検波するが、時刻ｔ１で自局の送信信号の出力が停止された結果、中間周波数（差分周波数）の検出出力に変化が生じる。すなわち、受信信号だけが周波数ミキサに入力され、検波用の送信信号の入力がゼロになる。周波数ミキサは一般に乗算器で構成されており、いずれか一方の入力がゼロになると、出力値もゼロになる。その結果、センサＡでの検波出力レベルが低下する（上から２段目）。
【００２４】
一方、センサＢでは、センサＡの送信出力が一時的に停止されたことにより、センサＡからの送信信号を受信せず、受信レベルがゼロに近づく。センサＢの周波数ミキサには自局の送信信号出力だけが入力され、周波数ミキシングによる検波出力レベルが低下する（最下段）。
【００２５】
時刻ｔ２で、センサＡは送信信号の出力を再開する。送信信号の出力再開のタイミングは、あらかじめセンサＡに設定されていてもよい。この場合、タイマーやカウンタ機能を用いて、時刻ｔ１から所定時間経過後に、センサＡで送信信号の出力が再開される。センサＡでの送信信号出力の再開により、センサＢで、センサＡからの送信信号が受信され、検波結果としての中間周波数の出力が回復する。センサＡでも、自局の送信周波数を用いて受信周波数との差周波数（０Ｈｚ）を検出することができ、センサＡの検波出力レベルが回復する。
【００２６】
この時刻ｔ２と関連する所定のタイミングを、同期設定のタイミングとしてもよい。たとえば、センサＡとセンサＢにおいて、受信信号の検波出力レベルが所定の許容範囲を超えて増大する方向に変化するタイミングを同期タイミング、すなわちクロック開始のタイミングとしてもよい。許容範囲は、湿度等の無線環境の変動や、誤差等に起因する変動要因に基づいてあらかじめ決められていてもよい。
【００２７】
センサＡとセンサＢにおいて、受信信号の検波出力レベルが所定の許容範囲を超えて増大する方向に変化する変化点は、センサＡでの送信出力再開のタイミングｔ２とほぼ同じタイミングとみなすことができる。この構成により、特別の同期信号やＧＰＳ受信機を使用せずに、センサＡとセンサＢを同期させることができる。
【００２８】
検波出力レベルの変化点に替えて、センサＡとセンサＢで受信信号の検波出力レベルが所定の閾値レベルまで回復した時点を同期タイミングとしてもよい。センサＡにおいて時刻ｔ１で送信信号の出力を停止すると、センサＡとセンサＢのそれぞれにおいて、受信信号の検波出力レベルはいったん最小になる。その後、送信信号の出力再開によって検波出力レベルは増大する。受信信号の検波出力レベルが、最小値から所定の閾値レベルまで回復した時点を同期タイミング、またはクロック開始のタイミングとしてもよい。
【００２９】
センサＡのアンテナとセンサＢのアンテナは、同じ無線環境にあり、それぞれの検知範囲が一部重複するように隣接して配置されている。送信信号の出力変化に対する応答特性は、センサＡとセンサＢでほぼ同じであるとみなすことができ、受信信号の検波出力レベルはほぼ同じタイミングで所定のレベルに回復すると想定できる。
【００３０】
この場合、センサＡとセンサＢの同期設定のタイミングは、センサＡで送信信号の出力を再開した時刻ｔ２よりもわずかに後になるが、センサＡとセンサＢが同期できればよいので、かならずしも送信再開のタイミング（ｔ２）と一致していなくてもよい。双方の検波出力レベルが所定の閾値に回復した時点を、センサＡとセンサＢの間の同期タイミングとして用いることができる。
【００３１】
図３は、実施形態の同期設定のさらに別の例を示す図である。図２と同様に、上から順にセンサＡの送信信号、センサＡの受信信号、センサＢの送信信号、及びセンサＢの受信信号を示す。図２では、センサＡの送信信号の出力再開の時刻ｔ２と関連するタイミングを、同期設定のタイミングとした。図３では、送信信号の出力を一時的に停止する時刻ｔ１と関連するタイミングを同期設定のタイミングとする。
【００３２】
電源投入後、時刻ｔ１でセンサＡに同期設定の指示信号が入力されると、センサＡは送信信号の出力を一時的に停止する。これによって、センサＢの受信信号の検出レベルは、センサＡの送信出力の停止に応じて低下する。
【００３３】
センサＡでは、センサＢからの送信信号の受信を継続するが、自局の送信信号の出力が停止されたため、周波数ミキシングによる乗算結果がゼロになる。この結果、センサＡでの受信信号の検波出力レベルも低下する（上から２段目）。
【００３４】
センサＡとセンサＢで、受信信号の検波出力レベルが所定の許容範囲を超えて減少する方向に変化するタイミングを同期タイミングとしてもよい。この変化点は、ｔ１とほぼ同じタイミングとみなすことができる。センサＡとセンサＢで、受信信号の検波出力レベルが低減する方向に変化する変化点を同期タイミング、すなわちクロック開始点に設定することで、特別の同期信号やＧＰＳ受信機を使用せずに、センサＡとセンサＢを同期させることができる。
【００３５】
受信信号の検波レベルが減少する変化点に替えて、センサＡとセンサＢの受信信号の検波出力レベルが所定の閾値レベルまで低下した時点を同期タイミングとしてもよい。電源投入後、かつ計測の開始前に、センサＡでの送信信号出力を一時的に停止することで、センサＡとセンサＢの双方で、検波出力レベルが低下する。センサＡのアンテナとセンサＢのアンテナは、同じ無線環境にあり、検知範囲が一部重複するように配置されているので、送信信号出力の変化に対する応答特性は、センサＡとセンサＢでほぼ同じであるとみなすことができる。したがって、センサＡとセンサＢで、受信信号の検波レベルが所定の閾値レベルまで低下するタイミングを同期タイミング、またはクロック開始タイミングとすることができる。
【００３６】
この場合、センサＡとセンサＢの同期設定のタイミングは、センサＡで送信信号の出力停止の時刻ｔ１よりもわずかに後になる。しかし、センサＡとセンサＢが同期できればよいので、同じ無線環境にあるセンサＡとセンサＢの検波出力レベルが所定レベルに低下した時点を同期タイミングとして用いることができる。
【００３７】
この場合も、特別の同期信号やＧＰＳ受信機を用いなくても、センサＡとセンサＢを同期させて、協働動作させることができる。
【００３８】
同期設定後に、センサＡとセンサＢを用いて計測を開始する。センサＡの検知範囲とセンサＢの検知範囲が一部重複し、かつセンサＡとセンサＢが同期して動作するので、検知距離を損なうことなく、拡張された検知範囲にわたって打球等の移動体の軌跡を計測することができる。
【００３９】
上述のようにして同期設定された複数のセンサを用いたレーダーシステムの具体的な構成例を以下で説明する。
【００４０】
＜第１実施形態＞
図４は、第１実施形態のレーダーシステム１の概略構成図である。第１実施形態ではマスター−スレーブ構成を用いる。レーダーシステム１は、センサ１０−１と、センサ１０−２と、表示装置４０を含む。一例として、センサ１０−１はマスターとして動作し、センサ１０−２はスレーブとして動作する。センサ１０−１とセンサ１０−２は、役割りが違うだけで、構成は同じである。センサ１０−１とセンサ１０−２は、無線またはケーブル配線によって表示装置４０と接続されていてもよい。以下の説明では、センサ１０−１を例にとって説明するが、同じ構成がセンサ１０−２にも当てはまる。
【００４１】
センサ１０−１は、送信アンテナ１１１、受信アンテナ１２１、送受信フロントエンド回路１１０、ＡＤコンバータ１３（図中、「ＡＤＣ」と表記）、プロセッサ１５、入力部１６、及び出力部１７を有する。
【００４２】
送受信フロントエンド回路１１０は、送信アンテナ１１１に接続される送信回路１１（図中、「ＴＸ」と表記）と、受信アンテナ１２１に接続される受信回路１２（図中、「ＲＸ」と表記）を有する。
【００４３】
プロセッサ１５は、制御部１５１、同期信号判定部１５３、及び信号処理部１５４を有する。表示装置４０としてスマートフォン等のユーザ端末を用いる場合は、センサ１０−１は、ユーザ端末との間で近距離無線通信を行う無線通信部を備えていてもよい。
【００４４】
入力部１６は、たとえば、センサ１０−１の本体に設けられた同期設定の指示信号の入力ボタンであってもよいし、本体の一部に設けられたタッチパネル等のユーザインタフェースであってもよい。出力部１７は、解析結果を表示装置４０に出力する出力インタフェースである。センサ１０−１が表示装置４０と無線接続される場合は、出力部１７は近距離無線通信部の無線通信インタフェースであってもよい。
【００４５】
センサ１０−１の送信系は、制御部１５１と、送信回路１１と、送信アンテナ１１１を含む。センサ１０−１の受信系は、受信アンテナ１２１と、受信回路１２と、ＡＤコンバータ１３と、同期信号判定部１５３と、信号処理部１５４を含む。
【００４６】
センサ１０−１の電源が投入されると、制御部１５１は、送信回路１１に送信信号の出力命令を供給する。送信回路１１は、たとえば無変調の連続波を出力し、この連続波を送信アンテナ１１１から放射する。
【００４７】
ユーザ入力等により、入力部１６に同期設定の指示信号が入力されると、制御部１５１は、送信回路１１に送信停止信号を出力する。送信回路１１は、送信停止信号に基づいて連続波の出力を一時的に停止する。これにより、送信アンテナ１１１から送信信号の放射が停止される。受信系では、送信信号の一部を用いた受信信号の検波が行われなくなる。
【００４８】
制御部１５１は、同期設定の指示信号の入力から所定時間の経過後に、送信出力の再開信号を送信回路１１に供給する。これにより、送信アンテナ１１１から送信信号の放射が再開される。また、送信信号の一部が受信信号の検波に用いられる。
【００４９】
図５は、送受信フロントエンド回路１１０の模式図である。送信回路１１は、発振器１１２と、分波器１１３を含む。センサ１０−１の電源がオンされると、発振器１１２は所定の周波数の連続波を出力する。この連続波は、分波器１１３で分波されて、一方は送信アンテナ１１１から放射され、他方は受信回路１２に供給される。
【００５０】
受信回路１２は、周波数ミキサ１２２を有する。受信アンテナ１２１で受信された信号は、周波数ミキサ１２２によって送信信号と混合され、周波数差を表わすビート周波数（中間周波数）の信号が出力される。周波数ミキサ１２２が乗算器の場合、周波数の差を表わす成分と、周波数の和を表わす成分が出力されるが、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）等により差分の成分だけを取り出してもよい。
【００５１】
対象物の移動速度に応じて、対象物で反射された受信信号の周波数が異なるため、周波数ミキサ１２２から出力される差分周波数に基づいて、対象物の速度を検出することができる。
【００５２】
図５の構成は一例であり、他の構成の送受信フロントエンド回路を用いてもよい。たとえば、発振器１１２と分波器１１３の間に、周波数逓倍器を挿入して、発振器１１２の周波数の整数倍の高周波信号を用いてもよい。また、送信回路１１に周波数掃引機能を持たせてもよい。この場合、発振器１１２の出力は周波数変調され、所定の掃引時間ごとに周波数が変化するチャープ信号が送信アンテナ１１１から出力される。受信回路１２は、周波数変調された送信信号を用いて、周波数ミキサ１２２で位相検波する。送信信号と受信信号を混合して得られるヒート信号は、対象物の距離に応じた周波数を持つため、対象物の距離の特定も可能である。周波数変調された連続波を用いる場合にも、本発明の自律的な同期設定処理は適用可能である。
【００５３】
図４に戻って、計測を開始する前の段階で、受信アンテナ１２１は、スレーブであるセンサ１０−２からの送信信号を受信する。なお、センサ１０−１の送信アンテナ１１１のアンテナ端での反射波や、遠方の固定物からの反射波は無視できるか、あるいはＤＣオフセットが設定されているものとする。
【００５４】
受信回路１２は、送信信号の一部を用いて受信信号を検波し、周波数差を表わす検出信号を出力する。この検出信号は、ＡＤコンバータ１３でデジタル信号に変換されて同期信号判定部１５３に入力される。
【００５５】
同期信号判定部１５３は、受信検出信号のデジタルサンプリング値をモニタして、同期設定のタイミングを判定する。同期判定では、図２を参照して説明したように、検波された信号レベルが許容範囲を超えて増加する方向へ変化する変化点、または所定の閾値レベルに回復した時点を、同期タイミングと判定してもよい。または、図３のように、送信出力の一時停止に応じて、デジタルサンプリング値が許容変動範囲から減少する方向に変化する変化点を同期タイミングとしてもよいし、デジタルサンプリング値が所定の閾値レベルまで低下した時点を同期タイミングとしてもよい。
【００５６】
スレーブとしてのセンサ１０−２は、同期設定の指示信号の入力に基づく送信停止信号と送信再開信号の生成を除いて、センサ１０−１と同じ動作をする。すなわち、電源の投入により送信回路１１で連続波が生成され、送信アンテナ１１１から送信される。受信系の処理もセンサ１０−１と同じであり、自局の送信信号を用いて受信信号を検波して、周波数差を表わす検出信号を出力する。同期信号判定部１５３で、デジタルサンプリング結果から検波出力レベルの変化をモニタして、所定のタイミングを同期タイミングとして設定する。
【００５７】
センサ１０−１とセンサ１０−２の間で同期が設定されたならば、協働動作による計測が開始される。たとえば、ゴルフボール等の打球を計測する場合、信号処理部１５４は、ビート信号のデジタルサンプリング結果をフーリエ変換し、フーリエ変換出力がピークとなる周波数をドップラー周波数として決定する。信号処理部はまた、ドップラー周波数から打球の速度（半径速度）を計算し、打球の速度と到来角から距離を計算してもよい。
【００５８】
信号処理部１５４の信号処理結果（解析結果）は、出力部１７から表示装置４０に通知される。表示装置４０は、センサ１０−１と１０−２で得られた解析結果を表示する。
【００５９】
センサ１０−１とセンサ１０−２が形成する検知範囲は、単一のセンサ１０を用いる場合と比較して、検知距離を保ったまま、角度範囲が２倍に拡張されている。本発明では、本来独立して動作する個別のセンサ１０−１と１０−２を、簡単な方法で同期させることができるため、広い範囲にわたって弾道を追跡することができる。
【００６０】
図６は、実施形態の同期方法のフローチャートである。複数のセンサ、たとえばセンサＡとセンサＢの電源をオンにする（Ｓ１１）。センサＡとセンサＢは、それぞれ連続波を生成して、アンテナから送信する（Ｓ１２）。電源オンにより、受信系でも受信信号の検波が可能になる。
【００６１】
いずれかのセンサ（たとえばセンサＡ）に、同期設定の指示信号が入力されると（Ｓ１３）、同期設定の指示信号を受け付けたセンサは送信出力をいったん停止し、所定時間経過後に、送信出力を再開する（Ｓ１４）。
【００６２】
センサＡとセンサＢで、受信信号の検波結果をモニタし（Ｓ１５）、所定のタイミングを同期点に設定する（Ｓ１６）。同期設定のための所定のタイミングは、センサＡで送信出力が一時停止される時刻ｔ１を関連するタイミングであってもよいし、送信出力が再開される時刻ｔ２に関連するタイミングであってもよい。センサＡとセンサＢで、同期タイミングが設定されたならば、計測を開始する（Ｓ１７）。
【００６３】
この同期方法により、それぞれ独立して動作する複数のセンサを、特別な同期信号やＧＰＳ機能を用いずに同期させることができる。
【００６４】
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態のレーダーシステム２の概略構成図である。第２実施形態では、同期判定と信号解析をホストシステムで行う。
【００６５】
レーダーシステム２は、センサ２０−１と、センサ２０−２と、ホストシステム３０を含む。センサ２０−１とセンサ２０−２は、それぞれ独立して流通する同じ種類のセンサである。以下の説明では、センサ２０−１に着目して説明するが、同様の構成と機能がセンサ２０−２にも当てはまる。
【００６６】
センサ２０−１は、送信アンテナ２１１、受信アンテナ２２１、送受信フロントエンド回路２１０、ＡＤコンバータ２３（図中、「ＡＤＣ」と表記）、制御部２５、及び通信部２７を有する。
【００６７】
送受信フロントエンド回路２１０は、送信アンテナ２１１に接続される送信回路２１（図中、「ＴＸ」と表記）と、受信アンテナ２２１に接続される受信回路２２（図中、「ＲＸ」と表記）を有する。送受信フロントエンド回路２１０の具体的な構成は、たとえば図５のような構成であり、連続波を出力する機構と、送信周波数を用いて受信信号を検波する機構を有する。
【００６８】
制御部２５は、ホストシステムからの指示に基づいて送受信フロントエンド回路２１０を制御する。制御部２５は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）のようなロジックデバイスであってもよい。
【００６９】
ＡＤコンバータ２３は、受信回路２２での検波結果をデジタルサンプリングし、デジタルデータを通信部２７のデータ転送部２７１にわたす。データ転送部２７１は、検波結果のデジタルデータをホストシステムに転送する。
【００７０】
ホストシステム３０は、同期信号判定部３１、信号処理部３２、表示装置３３、制御部３５、入力部３６、及び通信部３７を有する。ユーザ操作等によって、ホストシステム３０の入力部３６に同期設定の指示信号が入力されると、制御部３５は、送信停止信号を生成し、通信部３７を介して、いずれか一方のセンサ（たとえばセンサ２０−１）に送信停止信号を送信する。
【００７１】
センサ２０−１は、ホストシステム３０から送信停止信号を受け取ると、送信信号の出力を一時的に停止する。送信信号の出力の再開は、センサ２０−１が有するタイマー機能を用いて所定時間後に再開してもいし、ホストシステム３０からの再開信号に基づいて再開してもよい。
【００７２】
ホストシステム３０は、センサ２０−１とセンサ２０−２からの検波結果（デジタルサンプリング結果）を受け取ると、同期信号判定部３１で同期点を判定し、同期クロックをセンサ２０−１とセンサ２０−２に送信する。同期後に計測が開始されると、信号処理部は、センサ２０−１での計測結果と、センサ２０−２の計測結果に基づいて、対象物（移動体）の速度、距離、回転、軌跡等を計算し、表示装置３３に表示する。センサ２０−１とセンサ２０−２が時刻同期したあとの計測結果には、タイムスタンプが入っていてもよい。これにより、ホストシステム３０は測定開始点を知ることができる。各センサ２０とホストシステム３０の間では、各センサ２０でサンプリングされたデータの受け渡しだけで処理が完結する。
【００７３】
この構成により、センサ２０−１とセンサ２０−２の構成を簡易化し、かつ検知距離を犠牲にすることなく検知範囲を拡張することができる。
【００７４】
図８は、本発明の効果を説明する図である。それぞれ個別に動作する複数のセンサ１０−１と１０−２を、その検知範囲が一部重複するように隣接して配置する。ゴルフボールを計測する場合、たとえば、センサ面（アンテナの方向）をボールが飛ぶ方向に向けてセンサ１０−１と１０−２を設置する。
【００７５】
ゴルフボールのように、約３００ｋｍ／ｈの高速の移動体を計測する場合、その軌跡を１ｃｍ以内の誤差で計測するためには、0.01/(300*1000/3600)μs、すなわち１２０マイクロ秒以下の精度でセンサ間の同期をとる必要がある。一方のセンサの送信出力の一時停止と再開に応答する受信信号の検波出力の変化を利用することで、センサ１０−１とセンサ１０−２を精度良く同期させることができる。センサ間をまたがる軌跡を描く動体の軌道を切れ間なく計測することができ、検知距離を犠牲にすることなく検知範囲を広げることができる。
【００７６】
以上、特定の実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した例に限定されない。本発明の同期処理の構成と方法は、送信信号として周波数変調された連続波を用いる場合にも適用可能である。レーダーシステムで用いるセンサの数は２つに限定されず、３つ以上のセンサを用いて検知範囲を連続させてもよい。送受信フロントエンド回路で、分波器と送信アンテナの間にパワーアンプを挿入してもよいし、受信アンテナと周波数ミキサの間にローノイズアンプを挿入してもよい。受信アンテナ１２１または２２１を複数のアンテナ素子の配列を含むアレイアンテナで構成してもよい。
【００７７】
同期タイミングの判定としては、互いに独立して動作する複数のセンサが、いずれか１つのセンサの送信出力に生じる変化に応答して検波結果に生じる変化をほぼ同時に検出することのできる任意のタイミングを同期タイミングにしてもよい。たとえば、乗算器を用いた周波数混合で、電源オンの後に、受信信号の検波出力が最小になった時点を同期点に設定してもよい。この場合も、特別の同期信号やＧＰＳ機能を用いずに、複数のセンサ間で同期をとることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１、２  レーダーシステム
１０−１、１０−２、２０−１、２０−２  センサ（ドップラーセンサ）
１１  送信回路
１１１  送信アンテナ
１１２  発振器
１２  受信回路
１２１  受信アンテナ
１２２  周波数ミキサ
１３、２３  ＡＤコンバータ
１５、プロセッサ
２５、３５、１５１  制御部
３１、１５３  同期信号判定部
３２、１５４  信号処理部
１６、３６  入力部
１７  出力部
２７、３７  通信部
３０  ホストシステム
３３、４０  表示装置
１１０、２１０  送受信フロントエンド回路
１１１  送信アンテナ
１２１  受信アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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