(57)【要約】【課題】ＦＭＣＷレーダ装置における狭帯域干渉の発生を回避する。【解決手段】レーダ装置１は、所定の掃引周波数幅Ｂの範囲内で周波数が連続的に時間変化するように周波数変調された送信信号を生成する電圧制御発振器１０２と、送信信号の送信を許可または禁止するスイッチ１１１と、低雑音増幅器１０４を介して受信信号または既送信のレーダ信号が入力されてビート信号を生成するミキサ１０５と、ビート信号のうち所定の通過帯域幅Ｆの周波数成分を通過させる低域通過フィルタ１０６とを備える。既送信のレーダ信号の検出を行うときには、電圧制御発振器１０２は検出周波数ｆsで送信信号を生成し、スイッチ１１１は送信信号の送信を禁止する。ＤＳＰ１０８は、低域通過フィルタ１０６を通過したレーダ信号によるビート信号に基づいてレーダ信号の検出を行い、その検出結果に基づいて送信信号の送信開始タイミングを決定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の掃引周波数幅の範囲内で周波数が連続的に時間変化するように周波数変調された送信信号を送信し、前記送信信号が対象物で反射された受信信号を受信して前記対象物との距離を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、
前記送信信号の送信開始前に、前記送信信号と同一の掃引周期により前記掃引周波数幅内で周波数が連続的に時間変化する既送信のレーダ信号の検出を行い、前記レーダ信号の検出結果に基づいて、前記レーダ信号からずらすように前記送信信号の送信開始タイミングを決定する制御部を備えるＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
前記制御部は、前記掃引周波数幅内の所定の検出周波数において前記レーダ信号が検出されない場合、所定の確率で前記送信信号の送信を開始または待機するように、前記送信信号の送信開始タイミングを決定するＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
前記制御部は、前記送信信号の送信を待機する場合、前記レーダ信号の検出を行ったタイミングにランダムな時間を加えたタイミングを新たな前記レーダ信号の検出タイミングに再設定して、前記レーダ信号の検出を再度行うＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
前記制御部は、前記掃引周波数幅内で予め設定された複数の周波数の中からランダムに選択した検出周波数において前記レーダ信号が検出されない場合、所定の処理時間後に前記送信信号の送信を開始し、前記検出周波数に基づいて設定した送信開始周波数から掃引を開始するように、前記送信信号の送信開始タイミングを決定するＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
前記制御部は、前記送信信号のチャープ率に前記処理時間を乗じて前記検出周波数に加算した値を前記送信開始周波数に設定するＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
前記送信信号を生成する発振器と、
前記送信信号の送信を許可または禁止するスイッチと、
前記受信信号または前記レーダ信号が入力され、前記送信信号を用いて前記受信信号または前記レーダ信号によるビート信号を生成するミキサと、
前記ビート信号のうち所定の通過帯域幅の周波数成分を通過させる低域通過フィルタと、を備え、
前記発振器は、前記レーダ信号の検出を行うときには前記検出周波数で前記送信信号を生成し、
前記スイッチは、前記レーダ信号の検出を行うときには前記送信信号の送信を禁止し、
前記制御部は、前記低域通過フィルタを通過した前記レーダ信号による前記ビート信号に基づいて前記レーダ信号を検出するＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項７】
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のＦＭＣＷレーダ装置において、
前記制御部は、前記検出周波数において前記レーダ信号が検出された場合、前記レーダ信号の検出を行ったタイミングにランダムな時間を加えたタイミングを新たな前記レーダ信号の検出タイミングに再設定して、前記レーダ信号の検出を再度行うＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項８】
所定の掃引周波数幅の範囲内で周波数が連続的に時間変化するように周波数変調された送信信号をそれぞれ送信し、前記送信信号が対象物で反射された受信信号を受信して前記対象物との距離をそれぞれ測定する複数のＦＭＣＷレーダ装置を用いたＦＭＣＷレーダ装置の多元接続方法であって、
前記複数のＦＭＣＷレーダ装置のうちいずれかを対象ＦＭＣＷレーダ装置として、前記対象ＦＭＣＷレーダ装置により、前記送信信号の送信開始前に、他のＦＭＣＷレーダ装置から送信された前記送信信号の検出を行い、
前記他のＦＭＣＷレーダ装置から送信された前記送信信号の検出結果に基づいて、前記他のＦＭＣＷレーダ装置と互いにずらすように、前記対象ＦＭＣＷレーダ装置による前記送信信号の送信開始タイミングを決定するＦＭＣＷレーダ装置の多元接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＭＣＷレーダ装置およびＦＭＣＷレーダ装置の多元接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の自動運転や運転支援システムにおいて利用するために、車両周囲の障害物等を検出するレーダ装置が知られている。自動運転や運転支援システムの普及に伴ってレーダ装置を搭載した車両が増加すると、他の車両のレーダ装置から送信されたレーダ信号が干渉信号として受信されることで、障害物等を正確に検出できない危険性が高まる。そのため、こうしたレーダ装置では、干渉が生じているときにはこれを検出して適切な対処を行うことが求められる。特許文献１には、送信信号と受信信号を混合することにより得られるビート信号の振幅密度を演算し、この振幅密度に基づいてビート信号の許容上限値および許容下限値を設定することで、突発性ノイズを検出して除去するＦＭＣＷレーダの信号処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１０３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の信号処理装置では、基準となるビート信号の振幅が変動しないことを前提として、ビート信号の許容上限値および許容下限値を設定し、突発性ノイズを除去している。しかしながら、同一周波数帯のレーダ信号が、ターゲットからの反射信号とほぼ同じタイミングで干渉信号として入力される場合に発生する狭帯域干渉に対しては、これを効果的に抑制するのは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるＦＭＣＷレーダ装置は、所定の掃引周波数幅の範囲内で周波数が連続的に時間変化するように周波数変調された送信信号を送信し、前記送信信号が対象物で反射された受信信号を受信して前記対象物との距離を測定するものであって、前記送信信号の送信開始前に、前記送信信号と同一の掃引周期により前記掃引周波数幅内で周波数が連続的に時間変化する既送信のレーダ信号の検出を行い、前記レーダ信号の検出結果に基づいて、前記レーダ信号からずらすように前記送信信号の送信開始タイミングを決定する制御部を備える。
本発明によるＦＭＣＷレーダ装置の多元接続方法は、所定の掃引周波数幅の範囲内で周波数が連続的に時間変化するように周波数変調された送信信号をそれぞれ送信し、前記送信信号が対象物で反射された受信信号を受信して前記対象物との距離をそれぞれ測定する複数のＦＭＣＷレーダ装置を用いたものであって、前記複数のＦＭＣＷレーダ装置のうちいずれかを対象ＦＭＣＷレーダ装置として、前記対象ＦＭＣＷレーダ装置により、前記送信信号の送信開始前に、他のＦＭＣＷレーダ装置から送信された前記送信信号の検出を行い、前記他のＦＭＣＷレーダ装置から送信された前記送信信号の検出結果に基づいて、前記他のＦＭＣＷレーダ装置と互いにずらすように、前記対象ＦＭＣＷレーダ装置による前記送信信号の送信開始タイミングを決定する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ＦＭＣＷレーダ装置における狭帯域干渉の発生を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一般的なＦＭＣＷレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】従来のレーダ装置において干渉信号がある場合の動作を説明するための図である。
【図３】従来のレーダ装置において狭帯域干渉が発生したときのビート信号の周波数スペクトルの例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置における送信信号の送信開始タイミングの決定処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置における狭帯域干渉の発生回避を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置における送信信号の送信開始タイミングの決定処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置における狭帯域干渉の発生回避を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（ＦＭＣＷレーダ装置）
レーダ装置の一つに、周波数を掃引したチャープ信号を送信信号として送信するＦＭＣＷレーダ装置がある。この送信信号が対象物で反射されると、対象物との距離に応じた時間だけ遅延した信号が受信されるため、送信信号と受信信号を乗算して得られるビート信号の周波数から、対象物との距離を測定することができる。ＦＭＣＷレーダ装置は、自動車の自動運転において周囲環境を認識する手段の一つとして有望である。
【０００９】
図１は、一般的なＦＭＣＷレーダ装置の構成例を示す図である。図１のレーダ装置は、波形発生器１０１、電圧制御発振器１０２、増幅器１０３、低雑音増幅器１０４、ミキサ１０５、低域通過フィルタ１０６、ＡＤ変換器１０７、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１０８、送信アンテナ１０９、および受信アンテナ１１０を備える。
【００１０】
波形発生器１０１は、ＤＳＰ１０８の制御により、所定の周期で電圧が連続的に変化する電圧波形を発生して電圧制御発振器１０２に出力する。電圧制御発振器１０２は、波形発生器１０１から入力した電圧波形に応じて制御された発振周波数の送信信号を生成し、増幅器１０３およびミキサ１０５に出力する。増幅器１０３は、電圧制御発振器１０２から入力した送信信号を増幅して送信アンテナ１０９に出力する。送信アンテナ１０９は、増幅器１０３から入力した送信信号を空間に放出する。これにより、連続波が周波数変調されたＦＭＣＷ信号がレーダ装置から送信される。
【００１１】
受信アンテナ１１０は、送信信号が対象物で反射された受信信号を受信し、低雑音増幅器１０４に出力する。低雑音増幅器１０４は、受信アンテナ１１０から入力した受信信号を増幅してミキサ１０５に出力する。ミキサ１０５は、乗算器で構成されており、電圧制御発振器１０２から入力した送信信号と、低雑音増幅器１０４から入力した受信信号との乗算を行うことで、これらの信号の周波数差に応じたビート信号を生成し、低域通過フィルタ１０６に出力する。低域通過フィルタ１０６は、ミキサ１０５から入力したビート信号の低周波成分を取り出し、ＡＤ変換器１０７に出力する。ＡＤ変換器１０７は、低域通過フィルタ１０６から入力したビート信号を所定のサンプリング周期ごとにディジタル信号に変換することで、ビート信号のディジタル値を生成し、ＤＳＰ１０８に出力する。ＤＳＰ１０８は、ＡＤ変換器１０７で得られたビート信号のディジタル値に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことで、ビート信号を周波数成分に分解した信号波形を求める。そして、この信号波形において予め設定された閾値を上回るピークを検出することで、対象物までの距離に応じたビート信号の周波数を求め、対象物までの距離を算出する。
【００１２】
図１のＦＭＣＷレーダ装置は、たとえば三角波やのこぎり波の電圧波形を波形発生器１０１で生成し、これを電圧制御発振器１０２に出力することで、連続波を周波数変調した送信信号を送信する。この送信信号が対象物で反射された反射波は、対象物との距離dに比例した遅延時間の後、ミキサ１０５に受信信号として入力される。そのため、遅延時間に比例した周波数のビート信号が得られる。
【００１３】
近年、自動運転や運転者支援システムの普及に伴い、車両へのレーダ装置の搭載が進められている。こうした車載レーダ装置は、車両の周囲に存在する人、障害物、他車両等を対象物として、対象物との距離や対象物の位置などを車両の周囲環境として検出するために利用されている。レーダ装置を搭載した車両が増加すると、近距離の他車両から送信されるレーダ信号が干渉信号として受信される場合がある。
【００１４】
ここで、同一周波数帯の送信信号を用いるＦＭＣＷレーダ装置が近距離内に２つ存在する場合を考える。この場合、一方のＦＭＣＷレーダ装置の送信信号は、他方のＦＭＣＷレーダ装置に対する干渉信号となって干渉が生じる。なお、干渉信号となるレーダ信号はＦＭＣＷレーダ方式に限らず、他のレーダ方式、たとえばパルスレーダ方式やＣＷレーダ方式のレーダ信号であっても、同一周波数帯であれば干渉信号となり得る。
【００１５】
図２は、従来のレーダ装置において干渉信号がある場合の動作を説明するための図である。図２では、上記のようにＦＭＣＷレーダ装置が近距離内に２つある場合の一方のＦＭＣＷレーダ装置における狭帯域干渉での干渉動作の例を示している。図２上段には、一方のＦＭＣＷレーダ装置の送信信号および受信信号と、当該ＦＭＣＷレーダ装置において干渉信号として検出される他方のＦＭＣＷレーダ装置の送信信号とについて、それぞれの周波数の時間変化の様子を示している。図２下段には、受信信号と干渉信号によってそれぞれ得られるビート信号における周波数の時間変化の様子を示している。
【００１６】
図２上段において、二重線で示した送信信号は、所定の掃引周波数幅Ｂの範囲内で周波数が上り方向に連続的に時間変化する期間を繰り返すように、その周波数が鋸歯状に変化している。また、実線で示した受信信号は、送信信号から遅延時間τ1だけ遅れたタイミングで、送信信号と同様に周波数が変化している。一方、破線で示した干渉信号は、送信信号から遅延時間τ2だけ遅れたタイミングで、これらと同様に周波数が変化している。ここで、受信信号の遅延時間τ1および干渉信号の遅延時間τ2は、低域通過フィルタ１０６の通過帯域幅Ｆの範囲内に相当する一定値以下であるものとする。
【００１７】
一般に、レーダ装置における目標物との距離dは、送信信号に対する受信信号の遅延時間τ1を用いて次の式（１）で与えられる。式（１）において、ｃは光速を表している。
ｄ＝（τ1/2）・ｃ    ・・・（１）
【００１８】
図２のような鋸歯状の送信信号を用いるＦＭＣＷレーダ装置において、周波数が上昇するアップチャープ区間で得られるビート信号の周波数をｆBとすると、式（１）の遅延時間τ1は次の式（２）で与えられる。式（２）において、Ｂは掃引周波数幅、Ｔはアップチャープ区間の掃引周期をそれぞれ表している。また、式（２）の右辺の分母Ｂ／Ｔは、チャープ率（Hz/s）と呼ばれる。
τ1＝ｆB/(Ｂ/Ｔ)    ・・・（２）
【００１９】
鋸歯状に周波数掃引を行うＦＭＣＷレーダ装置では、アップチャープ区間毎のビート周波数を計測し、その差を計算することで、目標物の距離と相対速度を算出できる。
【００２０】
ここで、上記のようなタイミングで送信信号、受信信号および干渉信号がそれぞれ周波数変調されており、これらの掃引周波数幅および掃引周期がそれぞれ等しい場合、受信信号によるビート周波数と、干渉信号によるビート周波数とは、図２下段において実線と破線でそれぞれ示すように変化する。すなわち、受信信号によるビート周波数は、送信信号と受信信号の周波数がともに上り方向に変化している期間において、低域通過フィルタ１０６の通過帯域Ｆ内で一定となる。同様に、干渉信号によるビート周波数も、送信信号と干渉信号の周波数がともに上り方向に変化している期間において、低域通過フィルタ１０６の通過帯域Ｆ内で一定となる。これらのビート信号をフーリエ変換すると、たとえば図３の波形例で示すような周波数スペクトルが得られる。図３の波形例では、ターゲットを示す受信信号によるビート周波数のピークとともに、干渉信号によるビート周波数のピークが含まれているため、これがゴーストターゲットとして誤検出されることとなる。
【００２１】
車両に搭載されるＦＭＣＷレーダ装置では、以上説明したような狭帯域干渉を低減し、ターゲットの誤検出が発生しないようにすることが求められている。特に、レーダ装置を用いた自動運転等の場面では、ターゲットの誤検出により運転操作を誤り、交通事故につながることになる。また、自動運転の普及が進んでレーダ装置を搭載した車両の数が増加するにつれて、自車両と同一周波数帯の送信信号を用いるレーダ装置を搭載した車両が付近に存在する可能性が高くなるため、狭帯域干渉が発生する確率が増大する。したがって、狭帯域干渉を回避、除去することが極めて重要である。以下では、図面を用いて、ＦＭＣＷレーダ装置における狭帯域干渉の発生を回避し、同一周波数帯を利用するＦＭＣＷレーダ装置の多元接続を実現するための本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図４は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置の構成を示す図である。図４に示すレーダ装置１は、ＦＭＣＷレーダ装置であり、図１と同様のハードウェア構成にスイッチ１１１が追加されている。すなわち、レーダ装置１は、図１でそれぞれ説明した波形発生器１０１、電圧制御発振器１０２、増幅器１０３、低雑音増幅器１０４、ミキサ１０５、低域通過フィルタ１０６、ＡＤ変換器１０７、ＤＳＰ１０８、送信アンテナ１０９、および受信アンテナ１１０を備えるとともに、電圧制御発振器１０２と増幅器１０３の間にスイッチ１１１を備える。
【００２３】
ＤＳＰ１０８は、図１で説明したように、ＡＤ変換器１０７から入力したビート信号のディジタル値に基づき、対象物までの距離を算出する処理を行う。また、波形発生器１０１およびスイッチ１１１の制御を行うと共に、レーダ装置１の動作タイミング等の制御を行う。
【００２４】
レーダ装置１は、上記の各機能を、ＤＳＰ１０８が実行するソフトウェア処理により実現することができる。なお、ＤＳＰ１０８の代わりに、論理回路等を組み合わせたハードウェアにより実現してもよい。
【００２５】
波形発生器１０１は、図１で説明したように、所定の周期で電圧が連続的に変化する電圧波形を発生し、電圧制御発振器１０２およびスイッチ１１１に出力する。電圧制御発振器１０２は、波形発生器１０１から入力した電圧波形に基づき、図２で説明したような鋸波状の送信信号を生成し、スイッチ１１１およびミキサ１０５に出力する。
【００２６】
スイッチ１１１は、ＤＳＰ１０８の制御に応じて、電圧制御発振器１０２と増幅器１０３の間の接続状態をオンからオフに、またはオフからオンに切り替える。これにより、電圧制御発振器１０２から増幅器１０３への送信信号の出力を許可または禁止する。増幅器１０３は、電圧制御発振器１０２から出力された送信信号がスイッチ１１１を介して入力されると、入力した送信信号を増幅して送信アンテナ１０９に出力する。送信アンテナ１０９は、増幅器１０３から入力した送信信号を空間に放出する。これにより、スイッチ１１１がオンである期間にのみ、連続波が周波数変調されたＦＭＣＷ信号がレーダ装置１から送信され、スイッチ１１１がオフである期間にはＦＭＣＷ信号の送信が停止される。すなわち、スイッチ１１１の動作に応じて、レーダ装置１から対象物への送信信号の送信が許可または禁止される。
【００２７】
本実施形態では、送信信号の送信を開始する前に、ＤＳＰ１０８において既送信のレーダ信号の有無を判断し、その判断結果を基にスイッチ１１１の切り替えタイミングおよび電圧制御発振器１０２による送信信号の送信開始タイミングの制御を行う。具体的には、最初にスイッチ１１１をオフ状態として、電圧制御発振器１０２からミキサ１０５に一定の周波数で送信信号を出力し、このときのＡＤ変換器１０７からの出力に基づいて既送信のレーダ信号の有無の検出を行う。その結果、レーダ信号が検出されなければ、電圧制御発振器１０２から周波数変調された送信信号の出力を開始するとともに、スイッチ１１１をオフからオンに切り替えて、レーダ装置１による送信信号の送信を許可する。
【００２８】
図５は、本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置１における送信信号の送信開始タイミングの決定処理を示すフローチャートである。本実施形態のレーダ装置１は、送信信号の送信を開始する際に、ＤＳＰ１０８において図５のフローチャートに示す処理を実行する。
【００２９】
ステップＳ１０において、ＤＳＰ１０８は、スイッチ１１１をオフにすることで、レーダ装置１からの送信信号の送信を停止する。これにより、ステップＳ２０以降で既送信のレーダ信号の検出を行うときには、レーダ装置１から空間に送信信号が放出されないようにする。
【００３０】
ステップＳ２０において、ＤＳＰ１０８は、既送信のレーダ信号の有無を検出するためのキャリアセンスを実施する。ここでは、波形発生器１０１から出力される電圧波形の出力が一定値となるように波形発生器１０１を制御することで、電圧制御発振器１０２から出力される送信信号の周波数を所定の検出周波数ｆsに設定する。なお、ここで設定される検出周波数ｆsは、前述の掃引周波数幅Ｂの範囲内の周波数である。具体的には、掃引周波数幅Ｂにおける最大周波数をｆmax、最小周波数をｆminとすると、以下の式（３）の範囲内で検出周波数ｆsを設定することが好ましい。式（３）において、ｆLPFは低域通過フィルタ１０６の通過帯域幅Ｆに相当する送信信号の周波数を表している。
ｆmin＋ｆLPF≦ｆs≦ｆmax−ｆLPF    ・・・（３）
【００３１】
上記のようにして検出周波数ｆsを設定したら、この検出周波数ｆsの送信信号に応じてＡＤ変換器１０７から出力されるビート信号に基づき、送信信号に対するレーダ信号の有無を判断する。たとえば、検出時刻ｔ0の前後に所定の時間Δｔをそれぞれ設定することで、検出時刻ｔ0を中心に２Δｔの時間幅で検出時間を設定し、この検出時間内でビート信号の振幅を検出する。そして、検出したビート信号の振幅が所定値以上であるか否かを判断することで、既送信のレーダ信号の有無を判断することができる。なお、検出時間の時間幅２Δｔは前述の掃引周期Ｔ以下であり、ＤＳＰ１０８において、低域通過フィルタ１０６の通過帯域幅Ｆに基づいて予め設定されている。具体的には、送信信号と同一の掃引周波数幅Ｂおよび掃引周期Ｔで周波数が連続的に変化するレーダ信号について、検出時間の時間幅２Δｔ内で変化するレーダ信号の周波数幅が少なくとも前述の式（３）における周波数ｆLPFの２倍以上となるように、Δｔの値が設定される。
【００３２】
ステップＳ３０において、ＤＳＰ１０８は、ステップＳ２０で実施したキャリアセンスの結果に基づいて、チャネルアイドルであるか否かの判定を行う。ここでは、ステップＳ２０のキャリアセンスにおいて既送信のレーダ信号が検出されなかった場合、チャネルアイドルであると判定してステップＳ４０に進み、既送信のレーダ信号が検出された場合、チャネルアイドルではない、すなわちチャネルビジーであると判定してステップＳ７０に進む。
【００３３】
ステップＳ４０において、ＤＳＰ１０８は、０から１の間で乱数Ｒを発生する。ここでは、例えば周知の疑似乱数生成アルゴリズムを用いて乱数Ｒを発生することができる。
【００３４】
ステップＳ５０において、ＤＳＰ１０８は、ステップＳ４０で発生した乱数Ｒを所定の確率ｐと比較する。ここで比較される確率ｐの値は、ＤＳＰ１０８において０以上１以下の範囲内で予め設定されている。その結果、乱数Ｒが確率ｐよりも大きければステップＳ６０に進み、確率ｐ以下であればステップＳ７０に進む。これにより、ステップＳ３０でチャネルアイドルと判定された場合であっても、所定の確率ｐで送信信号の送信を開始せずに、ステップＳ７０に進んで送信を待機する。
【００３５】
なお、上記の確率ｐは、固定の値であってもよいし、レーダ装置１の周囲環境に応じて動的に変更してもよい。例えば、レーダ装置１の周囲に他のレーダ装置が多数存在する状況では、確率ｐの値を大きくすることでチャネルアイドル時に送信を待機する確率を大きくし、他のレーダ装置との干渉が生じにくいようにする。一方、レーダ装置１の周囲に他のレーダ装置があまり存在しない状況では、確率ｐの値を小さくすることでチャネルアイドル時に送信を待機する確率を小さくし、送信信号をスムーズに送信できるようにする。このようにすれば、レーダ装置１による送信信号の送信タイミングを周囲環境に応じて適切に制御できる。さらに、レーダ装置ごとに優先度を設定し、優先度の高いレーダ装置ほど確率ｐの値を小さくすることで、優先的に送信信号を送信できるようにしてもよい。これ以外にも、任意の方法で確率ｐの値を設定することが可能である。
【００３６】
ステップＳ６０において、ＤＳＰ１０８は、レーダ装置１からの送信信号の送信を開始する。このときＤＳＰ１０８は、例えば以下の式（４）により、送信信号の送信を開始するタイミングである送信開始時間ｔsを決定する。式（４）において、検出周波数ｆsは前述のようにステップＳ２０で設定されるものであり、検出時刻ｔ0はステップＳ２０でキャリアセンスを実施したタイミングから決定される。また、式（４）のCRはチャープ率を表している。すなわち、前述の式（２）で説明したように、Ｂを掃引周波数幅、Ｔを掃引周期とすると、CR＝Ｂ／Ｔである。
ｔs＝ｔ0＋（ｆmax−ｆs）／CR    ・・・（４）
【００３７】
上記のようにして決定した送信開始時間ｔsになると、ＤＳＰ１０８は、送信信号の周波数を最小周波数ｆminに設定し、スイッチ１１１をオフからオンに切り替えて、レーダ装置１からの送信信号の送信を開始する。ステップＳ６０で送信を開始したら、図５のフローチャートに示す処理を終了する。その後は、送信信号の周波数を最小周波数ｆminから最大周波数ｆmaxの間で連続的に変化させる動作を掃引周期Ｔごとに繰り返し、送信信号の送信を継続する。
【００３８】
一方、ステップＳ３０またはステップＳ５０からステップＳ７０に進んだ場合、ステップＳ７０においてＤＳＰ１０８は、１より大きい乱数ｎを発生する。
【００３９】
ステップＳ８０において、ＤＳＰ１０８は、レーダ信号の検出時刻ｔ0を再設定する。ここでは、ステップＳ７０で発生した乱数ｎと、ステップＳ２０でキャリアセンスを実施した際に設定した時間Δｔとを用いて、以下の式（５）により新たな検出時刻ｔ0_newをランダムに決定する。そして、この新たな検出時刻ｔ0_newを次回のキャリアセンス時における検出時刻ｔ0として用いることで、検出時刻ｔ0を再設定する。
ｔ0_new＝ｔ0＋n・Δt    ・・・（５）
【００４０】
ステップＳ８０で検出時刻ｔ0を再設定したら、ステップＳ２０に戻り、再設定後の検出時刻ｔ0に応じて決定される検出時間においてキャリアセンスを実施することで、レーダ信号の検出を再度行う。
【００４１】
上記のようにしてチャネルアイドル時であっても所定の確率ｐで送信信号の送信を待機することで、２台のレーダ装置が互いの送信開始前にキャリアセンスを行った場合でも、これらがほぼ同じタイミングで送信信号を送信する確率を（１−ｐ）２に低減できる。したがって、２台のレーダ装置の送信開始タイミングを互いにずらして、狭帯域干渉の発生を回避することができる。
【００４２】
図６は、本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置１における狭帯域干渉の発生回避を説明するための図である。図６（ａ）は、図５のステップＳ４０、Ｓ５０の処理を省略した比較例のレーダ装置における送信信号と干渉信号の変化の様子を示しており、図６（ｂ）は、本実施形態のレーダ装置１における送信信号と干渉信号の変化の様子を示している。これらの図では、掃引周波数幅Ｂおよび掃引周期Ｔがそれぞれ等しい信号を送信する２台のレーダ装置が近距離内に存在しており、一方のレーダ装置の送信開始前に他方のレーダ装置がキャリアセンスを行った場合の例をそれぞれ示している。
【００４３】
図６（ａ）では、比較例のレーダ装置の送信信号における周波数の時間変化の様子を二重線で示し、当該レーダ装置に対して干渉信号として作用する他のレーダ装置の送信信号における周波数の時間変化の様子を実線および点線で示している。なお、この干渉信号のうち点線で示した部分は、他のレーダ装置が送信を開始する前の仮想の干渉信号を表しており、実際には送信されない。すなわち、他のレーダ装置は、点線で示した仮想干渉信号の期間内においてキャリアセンスを実施し、その結果からチャネルアイドルと判定することで、実線で示すように干渉信号の送信を開始する。
【００４４】
図６（ａ）の場合、点線で示した仮想干渉信号は、上記のように実際には送信されない信号である。そのため、比較例のレーダ装置のキャリアセンス時に、この仮想干渉信号の周波数が図示のようにｆs±ｆLPFの範囲内にあったとしても、比較例のレーダ装置ではこれを検出することができない。したがって、図５のステップＳ３０ではチャネルアイドルと判定され、ステップＳ６０で送信信号の送信が直ちに開始される。その結果、図６（ａ）に示すように、干渉信号と送信信号がそれぞれ最小周波数ｆminで略同時に送信開始され、同じチャープ率で周波数がそれぞれ変化する。これにより、狭帯域干渉が発生してしまうおそれがある。
【００４５】
図６（ｂ）では、本実施形態のレーダ装置１の送信信号における周波数の時間変化の様子を二重線で示している。なお、図６（ａ）と同様に、実線および点線は、当該レーダ装置１に対して干渉信号として作用する他のレーダ装置の送信信号における周波数の時間変化の様子を示している。ただし点線で示した部分は、実際には送信されない仮想干渉信号を表している。
【００４６】
図６（ｂ）の場合、本実施形態のレーダ装置１では、図５のステップＳ３０でチャネルアイドルと判定しても、ステップＳ４０、Ｓ５０の処理により、所定の確率ｐで送信信号の送信を開始せずに、検出時刻ｔ0からランダムな時間ｎΔｔだけ待機する。そのため、図６（ｂ）に示すように、干渉信号と送信信号の送信開始タイミングを互いにずらすことができる。その結果、狭帯域干渉の発生を回避することができる。
【００４７】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００４８】
（１）ＦＭＣＷレーダ装置であるレーダ装置１は、所定の掃引周波数幅Ｂの範囲内で周波数が連続的に時間変化するように周波数変調された送信信号を送信し、送信信号が対象物で反射された受信信号を受信して対象物との距離を測定する。このレーダ装置１は、制御部としてのＤＳＰ１０８を備えており、ＤＳＰ１０８は、送信信号の開始前に、送信信号と同一の掃引周期Ｔにより掃引周波数幅Ｂ内で周波数が連続的に時間変化する既送信のレーダ信号の検出を行い（図５のステップＳ２０）、このレーダ信号の検出結果に基づいて、当該レーダ信号からずらすように送信信号の送信開始タイミングを決定する（ステップＳ３０〜Ｓ８０）。このようにしたので、ＦＭＣＷレーダ装置における狭帯域干渉の発生を回避することができる。
【００４９】
（２）ＤＳＰ１０８は、掃引周波数幅Ｂ内の所定の検出周波数ｆsにおいてレーダ信号が検出されない場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、所定の確率ｐで送信信号の送信を開始または待機するように、送信信号の送信開始タイミングを決定する（ステップＳ４０〜Ｓ８０）。このようにしたので、２台のレーダ装置が互いの送信開始前にキャリアセンスを行った場合でも、これらがほぼ同じタイミングで送信信号を送信する確率を（１−ｐ）２に低減し、２台のレーダ装置の送信開始タイミングを互いにずらずことができる。
【００５０】
（３）ＤＳＰ１０８は、送信信号の送信を待機する場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）、レーダ信号の検出を行ったタイミングである検出時刻ｔ0にランダムな時間ｎΔｔを加えたタイミングを新たなレーダ信号の検出タイミングに再設定して（ステップＳ８０）、レーダ信号の検出を再度行う（ステップＳ２０）。このようにしたので、送信信号の送信を待機した場合でも、レーダ信号の検出を繰り返して行い、最終的に狭帯域干渉の発生を回避できる送信開始タイミングを決定することができる。
【００５１】
（４）レーダ装置１は、送信信号を生成する電圧制御発振器１０２と、送信信号の送信を許可または禁止するスイッチ１１１と、低雑音増幅器１０４を介して受信信号が入力され、送信信号を用いて受信信号または既送信のレーダ信号によるビート信号を生成するミキサ１０５と、ビート信号のうち所定の通過帯域幅Ｆの周波数成分を通過させる低域通過フィルタ１０６とを備える。電圧制御発振器１０２は、既送信のレーダ信号の検出を行うときには、検出周波数ｆsで送信信号を生成する（ステップＳ２０）。スイッチ１１１は、レーダ信号の検出を行うときには送信信号の送信を禁止する（ステップＳ１０）。ＤＳＰ１０８は、ステップＳ２０において、低域通過フィルタ１０６を通過したレーダ信号によるビート信号に基づいて、既送信のレーダ信号を検出する。このようにしたので、受信信号を検出するための構成を流用して、簡易な構成で送信信号の送信前に既送信のレーダ信号の検出を行うことができる。
【００５２】
（５）ＤＳＰ１０８は、検出周波数ｆsにおいてレーダ信号が検出された場合（図５のステップＳ３０：Ｎｏ）、レーダ信号の検出を行ったタイミングである検出時刻ｔ0にランダムな時間ｎΔｔを加えたタイミングを新たなレーダ信号の検出タイミングに再設定して（ステップＳ８０）、レーダ信号の検出を再度行う（ステップＳ２０）。このようにしたので、レーダ信号が検出された場合でも、レーダ信号が検出されなくなるまでレーダ信号の検出を繰り返して行い、最終的に狭帯域干渉の発生を回避できる送信開始タイミングを決定することができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置について説明する。本実施形態のレーダ装置は、ＦＭＣＷレーダ装置であり、図４に示した第１の実施形態に係るレーダ装置１と同一の構成を有している。本実施形態のレーダ装置は、既送信のレーダ信号が検出されない場合に送信信号の送信を開始するタイミングが第１の実施形態とは異なる。それ以外の点は、第１の実施形態に係るレーダ装置１と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態のレーダ装置を「レーダ装置１Ａ」と称する。
【００５４】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置１Ａにおける送信信号の送信開始タイミングの決定処理を示すフローチャートである。本実施形態のレーダ装置１Ａは、送信信号の送信を開始する際に、ＤＳＰ１０８において図７のフローチャートに示す処理を実行する。
【００５５】
ステップＳ１０において、ＤＳＰ１０８は、図５と同様に、スイッチ１１１をオフにすることで、レーダ装置１Ａからの送信信号の送信を停止する。
【００５６】
ステップＳ１１Ａにおいて、ＤＳＰ１０８は、キャリアセンス周波数、すなわちキャリアセンスを実施する際の検出周波数を選択する。ここでは、掃引周波数幅Ｂの範囲内で予め設定された複数の周波数のうちでいずれかの周波数を、キャリアセンス周波数（検出周波数）ｆs(i)としてランダムに選択する。なお、このときにどの周波数をキャリアセンス周波数ｆs(i)として選択するかは、レーダ装置ごとに予めランダムに定められていてもよいし、各レーダ装置が毎回ランダムに選択してもよい。すなわち、複数のレーダ装置が存在する場合に、各レーダ装置においてキャリアセンス周波数ｆs(i)がランダムに選択されれば、どのような選択方法を用いてもよい。
【００５７】
ステップＳ２０において、ＤＳＰ１０８は、電圧制御発振器１０２から出力される送信信号の周波数をステップＳ１１Ａで選択したキャリアセンス周波数ｆs(i)に設定し、第１の実施形態で説明したのと同様のキャリアセンスを実施する。その後ステップＳ３０において、ＤＳＰ１０８は、図５と同様に、ステップＳ２０で実施したキャリアセンスの結果に基づいて、チャネルアイドルであるか否かの判定を行う。その結果、チャネルアイドルであると判定した場合はステップＳ６０Ａに進み、チャネルビジーと判定した場合はステップＳ７０に進む。
【００５８】
ステップＳ６０Ａにおいて、ＤＳＰ１０８は、レーダ装置１Ａからの送信信号の予約送信を開始する。ここでいう予約送信とは、キャリアセンス周波数ｆs(i)を引き継いで周波数の掃引を開始して送信信号を送信することである。このときＤＳＰ１０８は、例えば以下の式（６）、（７）により、予約送信の開始時間ｔrおよび開始周波数ｆrを決定する。式（６）、（７）において、処理時間ｔpはＤＳＰ１０８の演算時間や、電圧制御発振器１０２およびスイッチ１１１の応答時間などに応じて予め定められており、検出時刻ｔ0はステップＳ２０でキャリアセンスを実施したタイミングから決定される。すなわち式（６）では、ステップＳ２０でキャリアセンスを実施してから処理時間ｔp後に予約送信を開始することを表している。また、式（７）のCRは、第１の実施形態で説明した式（４）と同様に、チャープ率を表している。すなわち式（７）では、キャリアセンス周波数ｆs(i)から周波数の掃引を開始したと仮定して、検出時刻ｔ0から処理時間ｔpを経過したときに到達しているはずの周波数を、予約送信の開始周波数ｆrに設定することを表している。
ｔr＝ｔ0＋ｔp    ・・・（６）
ｆr＝ｆs(i)＋CR・ｔp    ・・・（７）
【００５９】
上記のようにして決定した予約送信の開始時間ｔrになると、ＤＳＰ１０８は、送信信号の周波数を予約送信の開始周波数ｆrに設定し、スイッチ１１１をオフからオンに切り替えて、レーダ装置１からの送信信号の予約送信を開始する。ステップＳ６０Ａで予約送信を開始した後は、送信信号の周波数を送信開始周波数ｆrから最大周波数ｆmaxまで連続的に変化させつつ、送信信号の送信を継続する。
【００６０】
ステップＳ６１Ａにおいて、ＤＳＰ１０８は、レーダ装置１Ａからの送信信号の本送信を開始する。ここでいう本送信とは、図５のステップＳ６０と同様に、送信信号の周波数を最小周波数ｆminから最大周波数ｆmaxの間で連続的に変化させる動作を掃引周期Ｔごとに繰り返して、送信信号を送信することである。このときＤＳＰ１０８は、例えば以下の式（８）により、本送信の開始時間ｔsを決定する。
ｔs＝ｔ0＋（ｆmax−ｆs(i)）／CR    ・・・（８）
【００６１】
ステップＳ６０Ａで予約送信を開始した後、上記のようにして決定した本送信の開始時間ｔsになると、ＤＳＰ１０８は、レーダ装置１Ａからの送信信号の送信を継続したままで、送信信号の周波数を最小周波数ｆminに設定する。なお、上記式（８）は、第１の実施形態で説明した式（４）の検出周波数ｆsを、ステップＳ１１Ａで選択されるキャリアセンス周波数ｆs(i)に置き換えたものである。すなわちステップＳ６１Ａでは、図５のステップＳ６０と同様の手順により、ステップＳ６０Ａの予約送信に引き続いて本送信を開始する。ステップＳ６１Ａで本送信を開始したら、図７のフローチャートに示す処理を終了する。その後は、送信信号の周波数を最小周波数ｆminから最大周波数ｆmaxの間で連続的に変化させる動作を掃引周期Ｔごとに繰り返し、送信信号の送信を継続する。
【００６２】
なお、ステップＳ３０からステップＳ７０に進んだ場合、ステップＳ７０、Ｓ８０においてＤＳＰ１０８は、図５と同様の処理をそれぞれ実施することで、検出時刻ｔ0を再設定する。検出時刻ｔ0を再設定したら、ステップＳ２０に戻り、再設定後の検出時刻ｔ0に応じて決定される検出時間においてキャリアセンスを実施することで、レーダ信号の検出を再度行う。
【００６３】
上記のようにしてチャネルアイドル時にはキャリアセンス周波数ｆs(i)で送信信号の予約送信を直ちに開始することで、２台のレーダ装置が互いの本送信開始前にキャリアセンスを行った場合でも、一方のレーダ装置が先に送信信号の予約送信を開始し、他方のレーダ装置はこれを干渉信号として検出できる。したがって、２台のレーダ装置の送信開始タイミングを互いにずらして、狭帯域干渉の発生を回避することができる。
【００６４】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置１Ａにおける狭帯域干渉の発生回避を説明するための図である。図８では、掃引周波数幅Ｂおよび掃引周期Ｔがそれぞれ等しい信号を送信する２台のレーダ装置が近距離内に存在しており、一方のレーダ装置が予約送信を行っているときに、他方のレーダ装置がキャリアセンスを行った場合の例を示している。
【００６５】
図８では、本実施形態のレーダ装置１Ａの送信信号における周波数の時間変化の様子を二重線で示し、当該レーダ装置１Ａに対して干渉信号として作用する他のレーダ装置の送信信号における周波数の時間変化の様子を実線で示している。
【００６６】
図８に示すように、他のレーダ装置がキャリアセンス周波数ｆs(2)で検出時刻ｔ0’にキャリアセンスを行い、その後に干渉信号の予約送信を行っているときに、本実施形態のレーダ装置１Ａがキャリアセンス周波数ｆs(1)でキャリアセンスを行ったとする。このとき、予約送信された干渉信号がｆs(1)±ｆLPFの範囲内となることで、図７のステップＳ３０ではチャネルビジーと判定される。その結果、ステップＳ６０Ａ、Ｓ６１Ａの処理は実行されずに、ステップＳ７０、Ｓ８０において検出時刻ｔ0からランダムな時間ｎΔｔを経過した後、再度キャリアセンスが実施される。この２回目のキャリアセンスで干渉信号が検出されなければ、ステップＳ３０でチャネルアイドルと判定され、送信信号の送信が開始される。そのため、図８に示すように、干渉信号と送信信号の送信開始タイミングを互いにずらすことができ、その結果、狭帯域干渉の発生を回避することができる。
【００６７】
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）、（４）、（５）に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。
【００６８】
（６）ＤＳＰ１０８は、掃引周波数幅Ｂ内で予め設定された複数の周波数の中からランダムに選択した検出周波数（キャリアセンス周波数）ｆs(i)においてレーダ信号が検出されない場合（図７のステップＳ３０：Ｙｅｓ）、所定の処理時間ｔp後に送信信号の送信を開始し、検出周波数ｆs(i)に基づいて式（７）で設定した送信開始周波数ｆrから掃引を開始するように、送信信号の送信開始タイミングを決定する（ステップＳ６０Ａ、Ｓ６１Ａ）。このようにしたので、２台のレーダ装置が互いの本送信開始前にキャリアセンスを行った場合でも、一方のレーダ装置が先に送信信号の送信を開始し、他方のレーダ装置はこれを干渉信号として検出できるため、２台のレーダ装置の送信開始タイミングを互いにずらずことができる。
【００６９】
（７）ＤＳＰ１０８は、式（７）により、送信信号のチャープ率CRに処理時間ｔpを乗じて検出周波数ｆs(i)に加算した値を送信開始周波数ｆrに設定する（ステップＳ６０Ａ）。このようにしたので、キャリアセンス後に検出周波数ｆs(i)を引き継いで予約送信を直ちに開始することができる。
【００７０】
なお、以上説明した実施形態では、送信期間において送信信号の周波数が上り方向に連続的に時間変化し、戻り期間において送信信号の周波数が下り方向に連続的に時間変化する例を説明したが、上り方向と下り方向を互いに入れ替えても本発明を適用可能である。すなわち、送信期間においては、送信信号の周波数が所定の送信開始周波数から所定の送信終了周波数まで下り方向に連続的に時間変化し、戻り期間においては、送信信号の周波数が送信終了周波数から送信開始周波数まで上り方向に時間変化することで周波数を戻すような場合についても、本発明の適用範囲に含まれる。
【００７１】
以上説明した実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１  レーダ装置
１０１  波形発生器
１０２  電圧制御発振器
１０３  増幅器
１０４  低雑音増幅器
１０５  ミキサ
１０６  低域通過フィルタ
１０７  ＡＤ変換器
１０８  ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
１０９  送信アンテナ
１１０  受信アンテナ
１１１  スイッチ
【図１】
2020134280.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020134280.tif 000007
【図６】
2020134280.tif 000008
【図７】
2020134280.tif 000009
【図８】
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