(57)【要約】      （修正有）【課題】位相シフタの制御誤差による問題を解消する回路、当該回路を含むレーダー装置およびレーダーシステム、ならびに当該回路による信号処理方法を提供する。【解決手段】符号パターンを生成するランダムコード生成器５０と、送信器による送信のために、前記符号パターンに応じた位相の送信信号を生成する位相シフタ６０と、受信器が受信した受信信号を、前記送信信号でダウンコンバートしてＩＦ信号を生成するダウンコンバージョンミキサ８０とを備える回路を提供する。【選択図】図１
2020112423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号パターンを生成するランダムコード生成器と、
送信器による送信のために、前記符号パターンに応じた位相の送信信号を生成する位相シフタと、
受信器が受信した受信信号を、前記送信信号でダウンコンバートしてＩＦ信号を生成するダウンコンバージョンミキサと、
を備える回路。
【請求項２】
基準周波数信号を生成する発振器と、
前記基準周波数信号を周波数変調することで生成した周波数変調信号を、前記位相シフタに提供する周波数変調部と、
を更に備え、
前記位相シフタは、前記周波数変調信号を前記符号パターンに応じた位相で変調して前記送信信号を生成する、
請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記周波数変調部は、基準周波数信号に対して周期的な周波数変調を行い、
前記回路は、
前記周期的な周波数変調における周期ごとに、前記ＩＦ信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行い、これにより、絶対値成分と位相成分とを周期ごとに含む周波数成分を生成する第１ＦＦＴ処理部を有する、
請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記回路は、
前記周期的な周波数変調における周期ごとに、前記周波数成分中の予め定められたビンに対して高速フーリエ変換処理を行うことで、前記位相成分の時間変化を取得する第２ＦＦＴ処理部を更に有する、
請求項３に記載の回路。
【請求項５】
前記周波数成分中の予め定められたビンは、前記周波数成分中のベクトルの絶対値成分が最大になるビンである、
請求項４に記載の回路。
【請求項６】
前記ＩＦ信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号を前記第１ＦＦＴ処理部に出力するＡＤ変換器を更に備える、
請求項３から５のいずれか１項に記載の回路。
【請求項７】
前記送信信号に基づいて無線信号を送信する前記送信器と、
無線信号を受信して受信信号を生成する前記受信器と、
を更に備える請求項１から６のいずれか１項に記載の回路。
【請求項８】
請求項３から６のいずれか１項に記載の回路と、
前記周波数成分に基づいて、対象物との距離を推定する距離推定部とを備える、
レーダー装置。
【請求項９】
前記周波数成分中のベクトルの絶対値成分が最大になるビンの前記位相成分に基づいて、対象物との相対速度を推定する速度推定部を更に備える、
請求項８に記載のレーダー装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のレーダー装置を複数備えるレーダーシステムであって、
複数の前記レーダー装置における任意の２個の前記符号パターンは直交符号となる、
レーダーシステム。
【請求項１１】
ランダムコード生成器により、符号パターンを生成する段階と、
位相シフタにより、送信器による送信のために、前記符号パターンに応じた位相の送信信号を生成する段階と、
ダウンコンバージョンミキサにより、受信器が受信した受信信号を前記送信信号でダウンコンバートしてＩＦ信号を生成する段階と、
を備える信号処理方法。
【請求項１２】
発振器により、基準周波数信号を生成する段階と、
周波数変調部により、前記基準周波数信号を周波数変調することで生成した周波数変調信号を前記位相シフタに提供する段階と、
前記位相シフタにより、前記周波数変調信号を前記符号パターンに応じた位相で変調して前記送信信号を生成する段階と、
を更に備える請求項１１に記載の信号処理方法。
【請求項１３】
前記周波数変調部により、基準周波数信号に対して周期的な周波数変調を行う段階と、
第１ＦＦＴ処理部により、前記周期的な周波数変調における周期ごとに、前記ＩＦ信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行い、これにより、絶対値成分と位相成分とを周期ごとに含む周波数成分を生成する段階と、
を更に備える請求項１２に記載の信号処理方法。
【請求項１４】
第２ＦＦＴ処理部により、前記周期的な周波数変調における周期ごとに、前記周波数成分中の予め定められたビンに対して高速フーリエ変換処理を行い、これにより、前記位相成分の時間変化を取得する段階と、
を更に備える請求項１３に記載の信号処理方法。
【請求項１５】
前記周波数成分中の予め定められたビンは、前記周波数成分中のベクトルの絶対値成分が最大になるビンである、
請求項１４に記載の信号処理方法。
【請求項１６】
ＡＤ変換器により、前記ＩＦ信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号を前記第１ＦＦＴ処理部に出力する段階を更に備える、請求項１３から１５のいずれか１項に記載の信号処理方法。
【請求項１７】
前記送信器により、前記送信信号に基づいて無線信号を送信する段階と、
前記受信器により、無線信号を受信して受信信号を生成する段階と、
を更に備える請求項１１から１６のいずれか１項に記載の信号処理方法。
【請求項１８】
距離推定部により、前記周波数成分に基づいて、対象物との距離を推定する段階を更に備える、請求項１３から１６のいずれか１項に記載の信号処理方法。
【請求項１９】
速度推定部により、前記周波数成分中のベクトルの絶対値成分が最大になるビンの前記位相成分に基づいて、対象物との相対速度を推定する段階を更に備える、
請求項１８に記載の信号処理方法。
【請求項２０】
請求項１０に記載のレーダーシステムを用いる、距離および速度の少なくとも一つを測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路、レーダー装置、レーダーシステム、および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波の反射を用いたレーダーによる測距技術は、自動車、軍事、航空機、気象観測などの多くの分野で用いられている。周波数変調を行う周波数変調連続波方式（Frequency Modulated Continuous Wave；ＦＭＣＷ方式）は、自動車用レーダーに広く用いられている。しかし、レーダーが使用できる周波数帯域には限りがあるため、多くのＦＭＣＷレーダー装置を使用した場合に、電波の干渉が生じる懸念が存在する。これに対し、特許文献１には、レーダーの送信波の位相をレーダー装置固有のパターンで変更していく方法が開示されている。
【０００３】
しかし、特許文献１の方法では、送信器に備えられた位相シフタの位相制御誤差が問題となる。位相シフタにより生じる位相制御誤差は受信器の符号復調部分では補正できない。そのため、検出精度に誤差が生じ、非常に近い距離や速度を持つ２つの対象物を分離できない。
【０００４】
また、この位相制御誤差を、レーダーモジュールの完成時に出荷前検査で測定して解消する方法も考えられる。しかし、この方法によると、煩雑な測定を必要とし、検査コストの増加をもたらす。また、位相制御誤差は温度に依存するため、温度条件を変えた検査も必要となり、検査コストが多大になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１６−５２４１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記問題に鑑みて、位相シフタの制御誤差による問題を解消する回路、当該回路を含むレーダー装置およびレーダーシステム、ならびに当該回路による信号処理方法を提供することを課題とする。
【０００７】
本発明の第１の態様においては、符号パターンを生成するランダムコード生成器と、送信器による送信のために、前記符号パターンに応じた位相の送信信号を生成する位相シフタと、受信器が受信した受信信号を、前記送信信号でダウンコンバートしてＩＦ信号を生成するダウンコンバージョンミキサとを備える回路を提供する。
【０００８】
また、第１の態様においては、ランダムコード生成器により、符号パターンを生成する段階と、位相シフタにより、送信器による送信のために、前記符号パターンに応じた位相の送信信号を生成する段階と、ダウンコンバージョンミキサにより、受信器が受信した受信信号を前記送信信号でダウンコンバートしてＩＦ信号を生成する段階とを備える信号処理方法をも提供する。
【０００９】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴のすべてを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の回路およびレーダー装置の一例を示す。
【図２】本実施形態の回路内の処理フローの一例を示す。
【図３】レーダーによる対象物との距離を計測する原理を示す。
【図４】レーダーの送信波の周期的な周波数の変調により、対象物との距離を計測する原理を示す。
【図５】レーダーの送信波と受信波とで位相が変化することにより、対象物との相対速度を計測する原理を示す。
【図６】本実施形態における第１ＦＦＴ処理の原理を示す。
【図７】本実施形態における第１ＦＦＴ処理の原理を示す。
【図８】本実施形態における第１および第２の２種類のＦＦＴ処理を行った後で得られるスペクトル図の一例である。
【図９】本実施形態における、レーダーが対象物とは異なる妨害物から受信波を受け取る一例を示す。
【図１０】本実施形態における回路を用いたレーダーシステムから得られるスペクトル図の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本実施形態のレーダー装置１００の一例を示す。レーダー装置１００は、送信器の位相シフタの制御誤差による問題を解消する。レーダー装置１００は、送信アンテナ１０、受信アンテナ１１、回路１１０、距離推定部１２０、および速度推定部１２１を備える。
【００１３】
送信アンテナ１０は、対象物との距離および相対速度を測定するための無線信号を送信する。受信アンテナ１１は、対象物から反射された無線信号を受信する。
【００１４】
回路１１０は、対象物との距離および相対速度を測定するための送信信号を生成して送信アンテナ１０に供給し、対象物から反射して得られた受信信号を処理する。回路１１０は、発振器３０、周波数変調部４０、ランダムコード生成器５０、位相シフタ６０、送信器７０、受信器７１、ダウンコンバージョンミキサ８０、ＡＤ変換器８１、第１ＦＦＴ処理部９０、および第２ＦＦＴ処理部９１を有する。
【００１５】
発振器３０は、基準周波数で発振する基準周波数信号を生成する。発振器３０は、基準周波数信号を、周波数変調部４０に出力する。
【００１６】
周波数変調部４０は、発振器３０で生成された基準周波数信号の周波数を変調し、変調した周波数変調信号を位相シフタ６０に提供してよい。例えば、周波数変調部４０は、基準周波数信号に対して周期的な周波数の変調を行う。これに代えて、例えば、周波数変調部４０が発振器３０に対して基準周波数を変調する指示を与え、発振器３０が変調された周波数変調信号を発振するものであってよい。
【００１７】
ランダムコード生成器５０は、符号パターンを生成する。例えば、ランダムコード生成器５０は、符号パターンとして、ランダムな２進コードを生成する。ランダムコード生成器５０は、生成した符号パターンを位相シフタ６０に提供する。
【００１８】
位相シフタ６０は、送信器７０による送信のために、周波数変調部４０で生成された周波数変調信号の位相を変化させる。例えば、位相シフタ６０は、周波数変調部４０で周波数を変調された周波数変調信号を、符号パターンに応じた位相で変調して送信信号を生成する。位相シフタ６０は、送信信号を送信器７０、およびダウンコンバージョンミキサ８０の両方に出力する。
【００１９】
送信器７０は、位相シフタ６０が生成した送信信号に基づいて無線信号を送信する。例えば、送信器７０は、位相シフタ６０によって位相を変調された周波数変調信号に基づいて無線信号を送信する。また、送信器７０は、送信アンテナ１０に接続され、送信アンテナ１０を介して無線信号を送信してよい。
【００２０】
受信器７１は、無線信号を受信して、受信信号を生成する。受信器７１は、受信アンテナ１１に接続され、受信アンテナ１１を介して無線信号を受信してよい。例えば、受信器７１は、送信アンテナ１０から送信されて、対象物で反射された無線信号を受信する。受信器７１は、生成した受信信号をダウンコンバージョンミキサ８０に出力する。
【００２１】
ダウンコンバージョンミキサ８０は、受信信号と送信信号を混合する。例えば、ダウンコンバージョンミキサ８０は、受信器７１で生成した受信信号を、位相シフタ６０で位相を変調した周波数変調信号と混合して差分周波数を取り出し、取り出した差分周波数をダウンコンバートしてＩＦ信号を生成する。ダウンコンバージョンミキサ８０は、生成したＩＦ信号をＡＤ変換器８１に出力する。
【００２２】
ＡＤ変換器８１は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。例えば、ＡＤ変換器８１は、ダウンコンバージョンミキサ８０で生成されたＩＦ信号をＡ／Ｄ変換し、変換したデジタル信号を第１ＦＦＴ処理部９０に出力する。
【００２３】
第１ＦＦＴ処理部９０は、ダウンコンバージョンミキサ８０で生成されたＩＦ信号、またはＡＤ変換器８１でＡ／Ｄ変換したデジタル信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行う。第１ＦＦＴ処理部９０は、周期的な周波数変調における周期ごとに、ＩＦ信号に対してＦＦＴを行うことにより、実成分（Ｒｅａｌ成分）と虚成分（Ｉｍａｇｉｎａｒｙ成分）を有するベクトルを取得する。当該ベクトルの実成分と虚成分は、絶対値成分と位相成分とに変換することができる。
【００２４】
すなわち、第１ＦＦＴ処理部９０は、ＦＦＴにより、絶対値成分と位相成分とを周期ごとに含む周波数成分を生成する。以下では、上記の周波数成分を周波数ごとに並べてグラフ化したものをスペクトルともいう。第１ＦＦＴ処理部９０は、生成したベクトルを、第２ＦＦＴ処理部９１および距離推定部１２０に出力する。
【００２５】
第２ＦＦＴ処理部９１は、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた結果に対して、さらにＦＦＴを行う。例えば、第２ＦＦＴ処理部９１は、周期的な周波数変調における周期ごとに、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分中の予め定められたビンに対してＦＦＴを行い、位相成分の時間変化を取得する。ここで、ビンとは、スペクトルにおける周波数ごとの区切り単位を意味する。
【００２６】
第２ＦＦＴ処理部９１は、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分中のベクトルの絶対値成分が最大になるビンに対してＦＦＴを行ってもよいし、すべてのビンに対して行ってもよい。例えば、第２ＦＦＴ処理部９１は、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分中のベクトルの絶対値成分が最大になるビンを、チャープシーケンスの周期ごとに並べて生成した時系列のスペクトル情報に対して、さらにＦＦＴを行う。第２ＦＦＴ処理部９１は、上記の処理によって得られた位相成分の情報を、速度推定部１２１に出力する。
【００２７】
距離推定部１２０は、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分に基づいて、レーダー装置１００と対象物との距離を推定する。速度推定部１２１は、第２ＦＦＴ処理部９１で処理されて得られた位相成分の情報により、レーダー装置１００と対象物との相対速度を推定する。例えば、速度推定部１２１は、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分中のベクトルの絶対値成分が最大になるビンの位相成分に基づいて、相対速度を推定する。
【００２８】
図２は、本実施形態のレーダー装置１００による対象物の距離および相対速度の推定方法の処理フローの一例である。レーダー装置１００は、図２のＳ１１０〜Ｓ２００の処理を行うことによって、対象物との距離および相対速度を位相誤差なく推定することができる。なお、説明の便宜上、Ｓ１１０〜Ｓ２００の処理を順番に説明するが、これらの処理はパイプラインのように並列に実行されるものであってもよい。
【００２９】
まず、Ｓ１１０において、発振器３０が、基準周波数で発振する基準周波数信号を生成する。発振器３０は、基準周波数信号を周波数変調部４０に出力する。基準周波数信号の周波数は、例えば１〜１５０ＧＨｚの範囲に含まれてよい。
【００３０】
次に、Ｓ１２０において、周波数変調部４０が、基準周波数信号の周波数を変調し、周波数変調信号を生成する。周波数変調部４０は、生成した周波数変調信号を、位相シフタ６０に出力する。例えば、周波数変調部４０は、基準周波数信号に対して周期的な周波数の変調を行う。一例として、周波数変調部４０は、時間とともに周波数が増加または減少するチャープシーケンス変調法に従って周期的な周波数の変調を行う。周波数の偏移は、０．０１〜１０ＧＨｚであってよい。
【００３１】
次に、Ｓ１３０において、ランダムコード生成器５０が、符号パターンを生成し、符号パターンを位相シフタ６０に提供する。例えば、ランダムコード生成器５０は、符号パターンとして、ランダムな２進コード、４進コード、８進コード、または１６進コードを生成する。一例として、ランダムコード生成器５０は、符号パターンとして、アダマールコードを生成し、位相シフタ６０に供給してよい。
【００３２】
次に、Ｓ１３５において、位相シフタ６０は、送信器７０による送信のために、周波数変調部４０で生成された周波数変調信号の位相を変調する。例えば、位相シフタ６０は、周波数変調信号を、ランダムコード生成器５０が生成した符号パターンに応じた位相で変調して、送信信号を生成する。位相シフタ６０は、生成した送信信号を、送信器７０、およびダウンコンバージョンミキサ８０の両方に出力する。
【００３３】
ランダムコード生成器５０は、互いに直交性を有する２以上の符号パターンを生成してもよい。ここで、「直交する」とは、異なる２つの符号パターンにおいて、それらを積算したものがゼロであることを意味する。これは、異なる２つの符号パターンが直交性を有することから、レーダー装置１００自身が発信した無線信号は、その後の処理において、他のレーダー装置から発信された信号に干渉されないという性質を有してもよい。
【００３４】
ここで、レーダー装置１００を複数備えるレーダーシステムは、その複数のレーダー装置における任意の２個の符号パターンが、互いに直交性を有するものを生成してよい。この場合、各々のレーダー装置は、互いに他のレーダー装置から発信された信号に干渉されず、目的とする対象物からの信号から効果的に距離および相対速度を推定し得る。
【００３５】
次に、Ｓ１４０において、送信器７０は、位相シフタ６０から提供された送信信号に基づいて、無線信号を送信する。例えば、送信器７０は送信アンテナ１０に接続される。一例として、送信器７０は、生成した無線信号を送信アンテナ１０を介して送信する。
【００３６】
次に、Ｓ１５０において、受信アンテナ１１は、無線信号を受信する。例えば、無線信号は送信アンテナ１０から送信され、対象物で反射されたものである。また、このとき、無線信号には、目的とする対象物から反射された無線信号だけでなく、他のレーダー装置から送信された無線信号や、目的とする対象物以外の物体から反射された無線信号をも含み得る。受信アンテナ１１は、受信器７１に接続される。受信器７１は、受信アンテナ１１が受信した無線信号から受信信号を生成する。受信器７１は、受信信号をダウンコンバージョンミキサ８０に出力する。
【００３７】
次に、Ｓ１６０において、ダウンコンバージョンミキサ８０は、受信器７１から出力された受信信号と、位相シフタ６０より出力された送信信号とを混合する。例えば、ダウンコンバージョンミキサ８０は、受信器７１から出力された受信信号と、位相シフタ６０より出力された周波数変調信号とを混合し、受信信号と周波数変調信号から差分周波数を取り出し、取り出した差分周波数をダウンコンバートして中間周波数に変換し、ＩＦ信号を生成する。ダウンコンバージョンミキサ８０は、生成したＩＦ信号をＡＤ変換器８１に出力する。
【００３８】
次に、Ｓ１７０において、ＡＤ変換器８１は、ダウンコンバージョンミキサ８０が出力したアナログ信号であるＩＦ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器８１は、アナログデジタル変換したデジタル信号を、第１ＦＦＴ処理部９０に出力する。
【００３９】
次に、Ｓ１８０において、第１ＦＦＴ処理部９０は、ＡＤ変換器８１により出力されたデジタル信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行う。例えば、第１ＦＦＴ処理部９０は、周期的な周波数変調におけるチャープシーケンス変調の周期ごとに、デジタル信号に対してＦＦＴを行う。第１ＦＦＴ処理部９０は、ＦＦＴを行って、実成分（Ｒｅａｌ成分）と虚成分（Ｉｍａｇｉｎａｒｙ成分）を有するベクトルを取得する。当該ベクトルの実成分と虚成分は、絶対値成分と位相成分とに変換することができる。すなわち、第１ＦＦＴ処理部９０は、ＦＦＴにより、絶対値成分と位相成分とを周期ごとに含む周波数成分を生成する。
【００４０】
取得したベクトルはビンごとに区切られ、それぞれのビンごとに絶対値成分と位相成分を含む。第１ＦＦＴ処理部９０は、ＦＦＴを行って生成したベクトルを、第２ＦＦＴ処理部９１および距離推定部１２０に出力する。
【００４１】
次に、Ｓ１９０において、第２ＦＦＴ処理部９１は、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分中のベクトルの絶対値成分が最大になるビンを、チャープシーケンスの周期ごとに並べて生成した時系列のスペクトル情報に対して、さらにＦＦＴを行う。例えば、第２ＦＦＴ処理部９１は、周期的な周波数変調における周期ごとに、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分中の予め定められたビンに対してＦＦＴを行い、位相成分の時間変化を取得する。一例として、第２ＦＦＴ処理部９１は、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分中のベクトルの実成分と虚成分から算出された絶対値成分が最大となるビンに対してＦＦＴを行うものであってよい。また、第２ＦＦＴ処理部９１は、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分のすべてのビンに対してＦＦＴを行うものであってもよい。
【００４２】
第２ＦＦＴ処理部９１は、上記の処理で得られた位相成分の情報を、速度推定部１２１に出力する。
【００４３】
次に、Ｓ２００において、距離推定部１２０は、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分に基づいて、レーダー装置１００と対象物との距離を推定する。また、速度推定部１２１は、第２ＦＦＴ処理部９１で得られた周波数成分中のベクトルの絶対値成分が最大になるビンの位相成分に基づいて、対象物との相対速度を推定する。レーダー装置１００が対象物との距離および相対速度を推定する原理を以下に示す。
【００４４】
図３は、Ｓ２００において、レーダー装置１００が対象物３００との距離Ｌを推定する方法の原理を示す。送信器７０から送信された無線信号が対象物３００で反射され、受信器７１で受信されるまでに要する時間をΔｔとする。無線信号の速度は光速ｃに等しいので、レーダー装置１００と対象物３００との往復距離２ＬがｃΔｔに等しい。よって、距離Ｌは、
［式１］
Ｌ＝ｃΔｔ／２
で求められる。
【００４５】
図４は、レーダー装置１００が対象物３００との距離Ｌを推定するためにＳ１２０で用いる、チャープシーケンス変調法の原理を示す。図４の横軸は時刻ｔを、縦軸は周波数ｆを表す。上記のように、レーダー装置１００が対象物３００との距離Ｌを推定するためには、Δｔを計測する必要がある。チャープシーケンス変調法では、時間の経過に応じて、周波数を１次関数的、つまり直線的に増加または減少させるように変調を行う。
【００４６】
図４では、送信器７０から送信する無線信号の周波数の変化４００と、受信器７１で受信する無線信号の周波数の変化４１０が示される。ある時刻Ｔにおいて、送信された無線信号と受信された無線信号との周波数の差をΔｆとする。すると、チャープシーケンス変調法では、周波数を直線的に変化させているので、図４の直線の傾き、つまり、周波数の時間変化は一定である。この傾きをａとすれば、
［式２］
Δｔ＝Δｆ／ａ
で求められる。Ｓ２００において、距離推定部１２０は、Δｆの値から式２に基づいてΔｔを求め、Δｔを式１に代入し、レーダー装置１００と対象物３００との距離Ｌを出力する。
【００４７】
図５は、Ｓ２００において、レーダー装置１００が対象物５００との相対速度ｖを推定する方法の原理を示す。対象物５００が時間Ｔの間にレーダー装置１００に向かって距離ΔＲだけ移動したとする。すると、対象物５００の位置が移動したことに伴い、送信した無線信号の位相に対して、受信した無線信号の位相がΔθだけ変動することになる。これは、送信器７０から送信した無線信号が対象物５００に反射されて受信器７１に到達するまでの距離が時間Ｔの間に２ΔＲだけ短くなっているため、この２ΔＲに応じて受信器７１に到達する位相が変動するためである。
【００４８】
送信信号の波長をλとすれば、送信した無線信号と受信した無線信号との位相差Δθを計測することで、
［式３］
２ΔＲ＝λΔθ／２π
が求まり、対象物５００の相対速度ｖは、
［式４］
ｖ＝ΔＲ／Ｔ
＝λΔθ／４πＴ
で求められる。Ｓ２００において、速度推定部１２１は、Δθの値から式３に基づいてΔＲを求め、ΔＲを式４に代入し、レーダー装置１００と対象物５００との相対速度ｖを出力する。
【００４９】
図６は、Ｓ１８０において、第１ＦＦＴ処理の説明を示す。図６（Ａ）の横軸は時刻ｔを、縦軸は周波数ｆを表す。また、送信器７０から送信する無線信号の周波数の変化６００と、受信器７１で受信する無線信号の周波数の変化６１０もあわせて示される。レーダー装置１００は、チャープシーケンス変調法に従って、周波数を一定の速度で変化させるスイープ動作を周期的に行う。スイープ動作のそれぞれの周期で、受信信号を送信信号と同じ周波数でダウンコンバートして得られたＩＦ信号を時系列順にデータ６２１、データ６２２、データ６２３、データ６２４のように定義する。ここで、データとは、チャープシーケンスの周期ごとのデジタル信号を意味する。
【００５０】
第１ＦＦＴ処理部９０は、データ６２１、データ６２２、データ６２３、データ６２４のそれぞれに対してＦＦＴ６３１、ＦＦＴ６３２、ＦＦＴ６３３、ＦＦＴ６３４を実行する。図６（Ｂ）に示すように、ＦＦＴの実行により、ＩＦ周波数の周波数成分にピークを持ったスペクトル情報６４１、スペクトル情報６４２、スペクトル情報６４３、スペクトル情報６４４が得られる。図６（Ｂ）の横軸は周波数成分を、縦軸はシグナル強度成分を表す。
【００５１】
ＦＦＴの結果得られたスペクトル情報は、周波数成分ごとに絶対値成分と位相成分を含んでいる。図６（Ｂ）では一例として、周波数を横軸に、ベクトルの絶対値を計算したシグナル強度成分を縦軸に示している。
【００５２】
図７は、Ｓ１９０において、第１ＦＦＴ処理の説明の続きを示す。図７（Ａ）は、図６（Ａ）において示したスペクトル情報６４１、スペクトル情報６４２、スペクトル情報６４３、スペクトル情報６４４に対応する。図７（Ａ）の横軸は周波数成分を、縦軸はシグナル強度成分を表す。図７（Ｂ）は、一例として、第１ＦＦＴ処理部９０で得られた周波数成分中のベクトルの実成分と虚成分から算出された絶対値成分が最大となるビンにおいて、その位相成分をプロットしたものである。図７（Ｂ）の横軸は時刻ｔを、縦軸は位相を示している。
【００５３】
次に、第２ＦＦＴ処理部９１は、第１ＦＦＴ処理により得られた周波数成分中のベクトル成分をビンごとに分け、それらを時系列に並べ、その絶対値成分であるシグナル強度成分にピークを持つビンをまとめたものに対してさらにＦＦＴを実行する。つまり、第２ＦＦＴ処理は、振幅および位相の時間変化に対してＦＦＴを実行するものである。第２ＦＦＴ処理部９１は、第２ＦＦＴ処理を行い、位相変化を持つスペクトル成分を出力する。
【００５４】
図８に、第１ＦＦＴ処理部９０および第２ＦＦＴ処理部９１によるＦＦＴ処理の実行結果のシグナル強度成分をプロットした一例を示す。図８の横軸はＩＦ信号の周波数スペクトル、すなわち対象物の距離を意味し、奥行きはそれぞれのビンの位相変化、すなわち対象物の相対速度を意味するスペクトルを、高さはシグナル強度成分を示す。
【００５５】
次に図８に示す結果より、Ｓ２００において、距離推定部１２０は周波数スペクトルから対象物との距離を、速度推定部１２１は位相変化スペクトルから対象物との相対距離を推定する。ここで、速度推定部１２１により、レーダー装置１００と対象物９００との相対速度を効果的に推定する原理を、図９および数式を用いて説明する。
【００５６】
ある時刻ｔでの発振器３０から生成される出力Ｖを、
Ｖ＝Ａｓｉｎ｛２πｆ（ｔ）・ｔ｝
とおく。
ここで、Ａは振幅、ｆ（ｔ）は、時刻ｔにおける周波数である。ｆ（ｔ）は、周波数変調部４０がチャープシーケンス変調法に従って周波数を変調するため、時刻によって変化し得るものとする。
【００５７】
すると、時刻ｔで送信器７０により送信した無線信号の出力Ｖｔｘは、
Ｖｔｘ＝Ａｔｘ・ｓｉｎ｛２πｆ（ｔ）・ｔ＋θｃｏｄｅ＋θｅｒｒ｝
で表される。ここで、Ａｔｘは振幅、θｃｏｄｅは、位相シフタ６０により変化した位相、θｅｒｒは、位相シフタ６０の位相制御誤差である。
【００５８】
上記無線信号が対象物９００で反射して、受信器７１に到達したときに、受信した無線信号の出力Ｖｒｘは、
Ｖｒｘ＝Ａｒｘ・ｓｉｎ｛２πｆ（ｔ＋ｔｏｆ）・（ｔ＋ｔｏｆ）＋Δθ（ｖ，ｔ）＋θｃｏｄｅ＋θｅｒｒ｝
で表される。ここで、Ａｒｘは振幅、ｔｏｆは、上記送信された無線信号が対象物９００で反射されて受信器７１に戻るまでに要する時間であり、Δθ（ｖ，ｔ）は対象物９００の相対速度ｖに依存する位相変化である。
【００５９】
一般に、位相シフタ６０の位相制御誤差θｅｒｒは、位相シフタ６０の位相シフト量に応じて異なる値をもつため、ランダムコード生成器５０が付与する符号パターンごとに異なるものとなり、Δθ（ｖ，ｔ）の正確な検出の妨げとなるものである。
【００６０】
次に、ダウンコンバージョンミキサ８０で生成されたＩＦ信号の出力Ｖｉｆは、高周波成分を除くと、
Ｖｉｆ＝Ａｒｘ・ｓｉｎ｛２πｆ（ｔ＋ｔｏｆ）・（ｔ＋ｔｏｆ）＋Δθ（ｖ，ｔ）＋θｃｏｄｅ＋θｅｒｒ｝・Ａｓｉｎ｛２πｆ（ｔ）・ｔ＋θｃｏｄｅ＋θｅｒｒ｝
＝Ｋｓｉｎ［２π｛ｆ（ｔ＋ｔｏｆ）−ｆ（ｔ）｝＋Δθ（ｖ，ｔ）］
で表される。
【００６１】
つまり、出力Ｖｉｆは、位相シフタで生じた位相制御誤差θｅｒｒが打ち消されており、かつ、位相変調成分θｃｏｄｅも打ち消されている。このことにより、速度推定部１２１は、位相変化Δθ（ｖ，ｔ）を効果的に取り出し、対象物との相対速度を推定することができる。
【００６２】
このことから、本願発明のレーダー装置の回路によると、これまで、位相θｃｏｄｅを変調したために、位相を復調するのに要していた演算が不要となり、復調の演算のための回路を削減することができ、消費電力を削減することができる。また、位相精度の劣化の要因となる位相制御誤差θｅｒｒが除去されるため、位相精度の劣化を回避し、より正確に相対速度を測定することができ、検査コストも削減することができる。
【００６３】
さらに図９では、レーダー装置１００の受信器７１が、目的とする対象物９００以外の物体（ここでは妨害物９１０と定義する）から送信された無線信号を受信する様子を示している。このとき、妨害物９１０から受信した無線信号は、レーダー装置１００から送信された無線信号とは異なる符号パターンを有している。レーダー装置１００による送信信号は、位相シフタ６０により送信信号の位相が次々と変調されるが、妨害物９１０から送信された無線信号はそのような変調がなされない。
【００６４】
このため、妨害物９１０から送信された無線信号は、第１ＦＦＴ処理部９０および第２ＦＦＴ処理部９１によるＦＦＴ処理を行った後では位相情報の一貫性がなくなり、ピーク成分を持たなくなる。その結果、妨害物９１０から送信される信号が抑制されることになる。
【００６５】
また、本発明の一実施形態によれば、レーダー装置１００を複数備えるレーダーシステムを用いる、距離および速度の少なくとも一つを測定する方法を提供する。図１０は、本発明の一実施例である。レーダー装置１００を複数備えるレーダーシステムが、妨害物からの信号を抑制し、目的とする対象物からの信号から効果的に距離および相対速度を推定する一例である。上記レーダーシステムは、複数のレーダー装置における任意の２個の符号パターンが直交符号となる性質を有するものである。この性質のため、自身のレーダー装置１００から送信された信号のみが、第１ＦＦＴ処理部９０および第２ＦＦＴ処理部９１での処理により、図１０に示すようなピーク７０１を与える。図１０は横方向に対象物の距離、奥行き方向に対象物の相対速度を示すスペクトルである。
【００６６】
また、妨害物から送信された信号や、他のレーダー装置から送信された信号は、第１ＦＦＴ処理部９０および第２ＦＦＴ処理部９１での処理により、積算した結果がゼロとなるため、図１０の７０２に示すように位相変化方向、すなわち相対速度のスペクトルにピークを与えなくなり、対象物として認識されなくなる。
【００６７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先だって」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６９】
１０  送信アンテナ
１１  受信アンテナ
３０  発振器
４０  周波数変調部
５０  ランダムコード生成器
６０  位相シフタ
７０  送信器
７１  受信器
８０  ダウンコンバージョンミキサ
８１  ＡＤ変換器
９０  第１ＦＦＴ処理部
９１  第２ＦＦＴ処理部
１００  レーダー装置
１１０  回路
１２０  距離推定部
１２１  速度推定部
３００  対象物
４００  送信する無線信号の周波数の変化
４１０  受信する無線信号の周波数の変化
５００  対象物
６００  送信する無線信号の周波数の変化
６１０  受信する無線信号の周波数の変化
６２１  データ
６２２  データ
６２３  データ
６２４  データ
６３１  第１のＦＦＴ
６３２  第１のＦＦＴ
６３３  第１のＦＦＴ
６３４  第１のＦＦＴ
６４１  スペクトル情報
６４２  スペクトル情報
６４３  スペクトル情報
６４４  スペクトル情報
７０１  スペクトル
７０２  スペクトル
９００  対象物
【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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【図９】
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【図１０】
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