(57)【要約】【課題】ＦＭＣＷレーダを初めとするＣＷレーダ方式を用いるレーダ装置において、干渉波の発生を回避し、制約された周波数変調帯域内に同時に多くのレーダ装置を収容可能とする。【解決手段】周波数変調を伴う基準連続波に基づく送信波を空間に放射し、外部目標に反射されたこの送信波を受信して受信信号を取得するとともに、取得した受信信号と上記基準連続波からビート信号を求め、求めたビート信号から上記外部目標の距離及び速度を算出するレーダ装置１において、上記基準連続波を上記レーダ装置に特有の間隔でパルス化してパルス送信信号を生成するパルス生成手段１３と、上記パルス送信信号を上記送信波として空間に放射するアンテナ１６と、干渉波の発生を検出する干渉波モニタ１９とを備え、パルス生成手段１３は、干渉波モニタ１９が検出した干渉波のパルス間隔と異なる間隔を上記特有の間隔に選択する。【選択図】図１０
2010025944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調を伴う基準連続波に基づく送信波を空間に放射し、外部目標に反射されたこの送信波を受信して受信信号を取得するとともに、取得した受信信号と上記基準連続波からビート信号を求め、求めたビート信号から上記外部目標の距離及び速度を算出するレーダ装置において、
上記基準連続波を上記レーダ装置に特有の間隔でパルス化してパルス送信信号を生成するパルス生成手段と、
上記パルス送信信号を上記送信波として空間に放射するアンテナと、
干渉波の発生を検出する干渉波モニタと
を備え、
上記パルス生成手段は、上記干渉波モニタが検出した干渉波のパルス間隔と異なる間隔を上記特有の間隔に選択することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載のレーダ装置において、
上記パルス生成手段は、所定の時間パルスの生成を停止することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
周波数変調を伴う基準連続波に基づく送信波を空間に放射し、外部目標に反射されたこの送信波を受信して受信信号を取得するとともに、取得した受信信号と上記基準連続波からビート信号を求め、求めたビート信号から上記外部目標の距離及び速度を算出するレーダ装置において、
上記基準連続波を上記レーダ装置に特有の間隔でパルス化してパルス送信信号を生成するパルス生成手段と、
上記パルス送信信号を上記送信波として空間に放射するアンテナと、
このレーダ装置が使用するパルス送信間隔を符号化してコードを生成するとともに、生成したコードを他のレーダ装置に送信するコード送信手段と、
他のレーダ装置が使用するパルス送信間隔に対応するコードを受信するコードモニタと
を備え、
上記パルス生成器は、上記コード送信手段が送信するコードと上記コードモニタが受信した受信結果に基づいてこのレーダ装置が使用するパルス送信間隔を選択することを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求の範囲第３項記載のレーダ装置において、
上記コード送信手段は、上記パルス生成手段によって生成されたパルス送信信号を取得して第１のパルス送信信号とし、上記コードをパルス化して得たパルス送信信号を第２のパルス送信信号として、第１及び第２のパルス送信信号を時分割で出力し、
上記アンテナは上記コード送信手段が出力する第１及び第２のパルス送信信号を上記送信波として空間に放射するとともに、外部目標に反射されたこの送信波を受信して受信信号を出力し、
上記コードモニタは、上記アンテナが出力した受信信号からコードを抽出して上記他のレーダ装置が使用するパルス送信間隔に対応するコードを取得することを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周波数変調を伴う連続波を空間に照射して外部目標の位置や速度を検出するレーダ技術に係るものであり、特に複数のレーダ装置の存在を許容し、その送信波同士による干渉を回避する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の安全性をより高めるために、自動運転制御システム、あるいは運転者支援システムの検討がなされている。これらのシステムでは、運転者の知覚や感覚を補う目的で、自動車周囲の状況を観測するレーダ装置が搭載されることが多い。このような自動車搭載用レーダの方式として、パルスレーダ、パルス圧縮レーダ（スペクトル拡散レーダ）、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ、２周波ＣＷ（Continuous Wave）レーダなどの各種方式が提案されている。
【０００３】
気象レーダや防衛用途のレーダに代表されるように、従来、レーダ装置は比較的高価な装置であることが多かった。しかし、自動車搭載用レーダでは、その普及を図るために、低価格・簡易な方式が求められている。かかる観点から前述の各レーダ方式をみてみると、パルスレーダやパルス圧縮レーダは高速の信号処理を要求するので、レーダ装置の価格は高騰せざるを得ない。一方、ＦＭＣＷレーダや２周波ＣＷレーダは、比較的低速な信号処理でも所要の距離分解能が得られる方式であり、自動車搭載用レーダの主要な方式として有力視されている。
【０００４】
一方、ＦＭＣＷレーダや２周波ＣＷレーダなどの連続波レーダは、連続波の周波数をある程度の帯域幅（スイープ幅）の範囲で変調させ、変調させた連続波を目標物に向かって放射し、反射した受信波と変調させている連続波とのビート信号を得て、所定の距離分解能を得る方式である。このためこれらの方式では、路面反射や他の車両に搭載された同種のレーダ装置からの干渉を受けやすいという問題を有している。このような問題の解決策の一つとしては、レーダ装置毎に異なる電波の帯域を割り当てる方法がある。このようにレーダ装置毎に異なるスイープ幅を割り当てる方法を周波数ホッピングと呼んでいる。
【０００５】
これらのレーダ方式の原理によれば、より高い距離分解能を得るためにスイープ幅をさらに広げる必要がある。例えば、１ｍの距離分解能を得るために１５０(MHz)の帯域を必要とすることが知られている。この結果、レーダ装置がｎ台存在し、それぞれのレーダ装置が１ｍの距離分解能を得られるようにするには、１５０×ｎ(MHz)の帯域幅が要求されることになる。
【０００６】
一方、電波の帯域は電波関連法規によって利用目的毎に割り当てられている。自動車搭載用レーダ用に割り当てられている帯域幅が１(GHz)程度であるとすると、１５０×ｎ(MHz)＜１(GHz)を満たす最大のｎは６となる。すなわち１(GHz)では、６台程度のレーダ装置しか収容できないこととなるのである。
【０００７】
現在においても、自動車搭載用レーダ装置の測定精度向上に対する要求は高まる傾向にあり、レーダ装置毎に要求されるスイープ幅はさらに広がる傾向にある。その一方で、現在の道路事情では、ある所要のエリアに最大６台しか自動車が走行できないという状況は許容されない。また情報通信技術が発展するにつれて、電波の用途は一貫して拡大しており、自動車搭載用レーダ装置に割り当てられる帯域幅が広がることも期待できない。すなわち、レーダ装置間の干渉の発生状況は悪化する傾向にあり、周波数ホッピングのみでこの課題に対応することは困難であって、周波数ホッピングに替わる新たな解決策を見出さない限り、自動車搭載用レーダ装置の本格的普及は難しいといえる。
【０００８】
このような問題の解決策として、連続波をパルス化し、パルス間の位相を符号変調した上で、その位相符号パターンを考慮したミキシングを行う手法が提案されている（例えば非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】梶原昭博，"自動車衝突警告用ステップドFMパルスレーダ"，信学論Ｂ−II，Vol.J-81-Ｂ−II, No.3.pp.234-239, May. 1998．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、この文献に開示された方法によれば、符号パターンの直交化の方法によってはミキシング後にも干渉波が残留し、入力信号対干渉波電力が小さい場合など十分な目標検出性能が得られないことが容易に想像できる。また現実に採用可能な位相幅は最小でもπ／６４程度と考えられるので、渋滞や駐車場など多数の自動車が周囲に存在する状況では完全な直交性が得られない場合があり、収容可能なレーダ装置の台数にも制限が生じることとなる。
【００１１】
この発明は、複数のレーダ装置が周囲に存在しても、安定して外部目標の検出を行うことのできる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】
【００１２】
この発明に係るレーダ装置は、
周波数変調を伴う基準連続波に基づく送信波を空間に放射し、外部目標に反射されたこの送信波を受信して受信信号を取得するとともに、取得した受信信号と上記基準連続波からビート信号を求め、求めたビート信号から上記外部目標の距離及び速度を算出するレーダ装置において、
上記基準連続波を上記レーダ装置に特有の間隔でパルス化してパルス送信信号を生成するパルス生成手段と、
上記パルス送信信号を上記送信波として空間に放射するアンテナと、
干渉波の発生を検出する干渉波モニタと
を備え、
上記パルス生成手段は、上記干渉波モニタが検出した干渉波のパルス間隔と異なる間隔を上記特有の間隔に選択するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係るレーダ装置によれば、周波数変調を伴う連続波をパルス化し、干渉波モニタが検出した干渉波のパルス間隔と異なる間隔を特有の間隔に選択して外部目標に照射することとしたので、他のレーダ装置の送信波との干渉が生じにくくなり、周波数の掃引帯域幅が制限された環境であっても、同時に多数のレーダ装置を安定して共存させることができる、という極めて有利な効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置が発生する基準信号の波形の例を示す図、である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置における送信周波数変換後の送信波の波形の例を示す図、である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置による送受信パルスと受信サンプリング間隔との関係を示す図、である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置が発生する基準信号の波形の例を示す図、である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。
【図７】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。
【図８】この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。
【図９】この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。
【図１０】この発明の実施の形態７に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。
【図１１】この発明の実施の形態８に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。
【図１２】この発明の実施の形態９に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。
【図１３】この発明の実施の形態１０に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図に示したレーダ装置１は、基準信号発生器１１、送信周波数変換器１２、パルス化装置１３、制御器１４、サーキュレータ１５、アンテナ１６、受信器１７、信号処理器１８を備えている。このうち、基準信号発生器１１、送信周波数変換器１２、パルス化装置１３、制御器１４までは、主として送信信号を発生するための部品群である。また、サーキュレータ１５とアンテナ１６は送受信兼用で用いられる部品群である。さらに受信器１７と信号処理器１８は受信信号を処理するための部品群である。
【００１６】
基準信号発生器１１は所定の連続波形を有する基準信号を発生する回路又は素子である。基準信号発生器１１が生成する基準信号の周波数は、所定の期間Ｔごとに連続的に上昇と下降とを繰り返すようになっている。
【００１７】
なお、ある１つの周波数上昇期間あるいは周波数下降期間のことを「スイープ」と呼ぶ。また、１つの周波数上昇期間とその周波数上昇期間に続く１つの周波数下降期間とによって形成される連続的な時間帯のことを「バースト」と呼ぶ。
【００１８】
送信周波数変換器１２は、必要に応じて基準信号発生器１１が発生した基準信号に対して周波数変調を行い、レーダ装置１の送信波の帯域を、他のレーダ装置の送信波の帯域とは異なる帯域とする回路又は素子である。これによって、他のレーダ装置と送信周波数が重ならないようにすることができ、周波数ホッピングが実現される。
【００１９】
パルス生成器１３は、基準信号発生器１１が生成した基準信号をパルス幅Ｔｐ（Ｔｐは所定の長さを有する時間）でパルス信号に変換する回路である。制御器１４は送信周波数変換器１２及びパルス生成器１３の双方の動作を制御するための回路又は素子である。
【００２０】
サーキュレータ１５は、パルス生成器が行うパルス送信信号生成タイミングに合わせて、アンテナ１６の接続をパルス生成器１３と受信器１７とに切り替える素子又は回路である。この結果、アンテナ１６がサーキュレータ１５によってパルス生成器１２に接続されている場合は、アンテナ１６は送信アンテナとして機能する。また、アンテナ１６がサーキュレータ１５によって受信器１７に接続されている場合は、アンテナ１６は受信アンテナとして機能することとなる。
【００２１】
なお、レーダ装置１では、装置の構成を簡素にするためにアンテナ１６を送受信兼用アンテナとして構成しているが、送信アンテナと受信アンテナとを独立させる構成を採用してもよいことはいうまでもない。また、その場合にはサーキュレータ１５を省略することが可能である。
【００２２】
アンテナ１６は、パルス生成器１３が生成したパルス信号を送信波８１−ａとして外部目標２に照射するようになっている。その結果、送信波８１−ａは外部目標２によって反射され、反射波８１−ｂとして再びアンテナ１６に到来することとなる。
【００２３】
受信器１７は、アンテナ１６が反射波８１−ｂを受信して得た受信信号の検波処理を行い、サンプリング間隔Ｔｋによってディジタル信号に変換した上で、ディジタル化された受信信号と基準信号発生器１１が出力する基準信号とを混合して、ビート信号を発生する回路又は素子である。
【００２４】
信号処理器１８は、受信器１５が生成したビート信号に基づいて外部目標２の相対距離及び相対速度を検出する回路又は素子である。
【００２５】
続いてこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の動作について説明する。基準信号発生器１１は、図２に示すような帯域幅Ｂからなる周波数変調を伴う基準信号を発生する。この基準信号は所定のベースバンドＢ0を最低周波数としていて、周波数上昇期間Ｔの間にＢ0＋Ｂまで周波数が上昇する。そして周波数下降期間Ｔの間にＢ0まで戻るようになっている。
【００２６】
送信周波数変換器１２は、基準信号発生器１１が発生した周波数変調を伴う基準信号の周波数を、さらに所定の許容帯域内の周波数に変調させる。ここで許容帯域の最低周波数ｆ＿ｍは制御器１４からの制御信号に基づいて決定される。制御器１４は、例えばレーダ装置１に特有の許容周波数を予め記憶しており、その許容周波数を送信周波数変換器１２に制御信号として供給する。レーダ装置１に特有の許容周波数を予め記憶する方法としては、レーダ装置１を工場出荷する際に他のレーダ装置と重ならないように予め許容周波数を割り振っておいてもよい。また使用時に、利用者がレーダ装置１がおかれた環境（例えば、レーダ装置１が自動車搭載用レーダである場合には、周囲の交通状況を考慮しながら利用者が判断する）に合わせて許容周波数を設定するようにしてもよい。
【００２７】
この結果、Ｂ0からＢ0＋Ｂまで周波数変調されていた基準信号は、送信周波数変換器１２によって、Ｂ0＋ｆ＿ｍからＢ0＋Ｂ＋ｆ＿ｍまでの周波数変調を伴うＦＭ送信信号となる。図３はこのようなＦＭ送信信号を図示したものである。このようにレーダ装置毎に異なる許容帯域内に周波数変調することで周波数ホッピングが実現され、受信波の信号処理において干渉波の抑圧が容易になる。
【００２８】
続いてパルス生成器１３は、送信周波数変換器１２が発生したＦＭ送信信号をパルス幅Ｔp、パルス間隔ＰＲＩでパルス化する。ここで、パルス間隔ＰＲＩは制御器１４からの制御信号に基づいて決定される。同様に制御器１４は、レーダ装置１に特有のパルス間隔ＰＲＩを予め記憶しており、記憶しているパルス間隔ＰＲＩをパルス生成器１３に制御信号として供給する。なお、パルス間隔ＰＲＩを予め記憶する方法は、許容帯域ｆ＿ｍの記憶方法と同じ方法を用いることができる。その結果、パルス生成器１３は送信周波数変換器１２が発生したＦＭ送信信号の一部をパルス送信信号として出力する。
【００２９】
パルス生成器１３によって出力されたパルス送信信号は、サーキュレータ１５を経由してアンテナ１６から空間に送信波８１−ａとして照射され、そのうちの一部は外部目標２に反射されて反射波８１−ｂとしてアンテナ１６に戻ってくる。
【００３０】
アンテナ１６は反射波８１−ｂを受信波として受信すると、アナログ信号である受信信号をサーキュレータ１５を介して受信器１７に出力する。図４は、送信周波数変換器１２が発生したＦＭ送信信号の一部をパルス生成器１３がパルス化して得た送信パルスと反射波として得られる受信パルスとの関係を示す図である。図が示すように、周波数上昇期間における連続信号は複数の送信パルス（例えば送信パルス８２−ａや８３−ａなど）となるが、各送信パルスは基準信号の周波数変調に伴って、徐々に周波数が上昇していくことになる。また送信パルスを複数照射すると、その反射波である受信パルスも複数個得られる。それぞれの受信パルス（例えば受信パルス８２−ｂや８３−ｂ）は、外部目標２まで到着して再びアンテナ１６に戻るものなので、送信時から所定の時間遅延が発生することになる。さらに外部目標が移動している場合には、ドップラー効果による周波数変調が発生する。
【００３１】
受信器１７は、アンテナ１６によって受信された受信信号を、所定のサンプリング間隔ＴKでディジタル信号に変換する。さらに送信周波数変換器１２が発生しているその時点でのＦＭ送信信号（内部信号）と混合してビート信号を生成する。受信器１７によって生成されたビート信号は信号処理器１８に出力される。
【００３２】
受信器１７における受信信号は、外部目標２までの距離による時間遅延と外部目標２の運動の効果に基づく周波数変調の影響を受けているので、受信信号と内部信号から得られたビート信号を解析することで、外部目標２の相対距離及び相対速度を得ることができる。このような原理に基づくレーダは、ＦＭＣＷレーダとして広く知られるものである。
【００３３】
ここで、レーダ装置１において特徴的なことは、送信波として連続波を用いる替わりに、周波数変調を伴った連続波をパルス化して得たパルス波を用いており、さらにパルス送信間隔ＰＲＩをレーダ装置１に特有な値に設定している点である。パルス送信間隔ＰＲＩがレーダ装置１に特有であるので、受信パルスと他のレーダ装置による送信波あるいは反射波との間で干渉が生じないようになっているのである。このため、レーダ装置１は多くのレーダ装置が混在する環境においても、安定して外部目標２の測定を行うことが可能となる。
【００３４】
信号処理器１８は、周波数上昇期間と周波数下降期間の双方において、ビート信号を周波数解析することによって、ビート信号の周波数ｆupとｆdownとを算出する。ＦＭＣＷレーダの原理によれば、周波数上昇期間において受信器１７によって得られたビート信号の周波数をｆup、周波数下降期間において受信器１７によって得られたビート信号の周波数をｆdownとするならば、外部目標２までの相対距離Ｒ及び外部目標２の相対速度ｖは式（１）及び式（２）によって与えられる。そこで、信号処理器１８は、式（１）と式（２）に算出したｆupとｆdownを代入してＲとｖを算出する。なおこれらの式において、ｃは光速である。
【００３５】
【数１】
2010025944.tif 000003
【００３６】
【数２】
2010025944.tif 000004
【００３７】
なお、信号処理器１８で行われる周波数解析の方法としては、高速フーリエ変換などすでに知られている各種の方法を用いることができる。ところで、レーダ装置１はパルス波を用いているので、信号処理器１８においてパルス方向にフーリエ変換することで、干渉波の影響をさらに低減することが可能となる。
【００３８】
ここで、パルス方向にフーリエ変換する、とは次のような意味を有する。すなわち、送信パルスの送信時から数えてｋ回目のサンプリング時に得られたビート信号を、複数の送信パルスそれぞれについて積算してフーリエ変換するとき、ｋ回目のサンプリング値をパルス方向についてフーリエ変換する、という。
【００３９】
レーダ装置１が用いるパルス送信間隔ＰＲＩはレーダ装置１に特有な送信間隔であるので、たまたま送信パルスの一部において他のレーダ装置の送信波や反射波と干渉し合ってしまったとしても、他のパルスでは干渉波が発生しないことが期待される。したがって、パルス方向にフーリエ変換を行うことで、一部のパルスにおける干渉波の影響を低減することができる。
【００４０】
以上、この発明の実施の形態１では、レーダ装置１に特有のパルス送信間隔ＰＲＩでパルスを送信するようにした。この結果、他のレーダ装置のパルス送信間隔とは異なる間隔でパルス送信を行うため、干渉波の発生頻度を低く抑えることができるのである。
【００４１】
なお、この発明の実施の形態１において、送信周波数変換器１２を省略し、レーダ装置１に特有なパルス送信間隔ＰＲＩを用いるだけでも、干渉波の発生頻度を抑制することができることは明らかである。その場合は、制御器１４においても許容帯域に関する処理や機能を省略することができる。
【００４２】
実施の形態２．
実施の形態１によるレーダ装置１は、ＦＭＣＷレーダ方式を採用していたが、２周波ＣＷ方式を採用してもよい。実施の形態２によるレーダ装置はかかる特徴を有するものである。実施の形態２によるレーダ装置の構成のブロック図も図１によって示される。実施の形態２では、図の基準信号発生器１１は、第１周波数期間において一定の周波数ｆ1の連続波基準信号を発生し、第２周波数期間において一定の周波数ｆ2（ただしｆ2＞ｆ1とする）の連続波基準信号を発生するようになっている。ここで第１周波数期間と第２周波数期間はともにＴであるものとする。また連続する１つずつの第１周波数期間と第２周波数期間とで１つのバーストが構成されるものとする。
【００４３】
この発明の実施の形態２において、図１の構成要素のうち、送信周波数変換器１２、パルス生成器１３、制御器１４、サーキュレータ１５、アンテナ１６、受信器１７については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
次に、この発明の実施の形態２のレーダ装置について動作を説明する。基準信号発生器１１が発生した連続波基準信号は、送信波周波数変換器１２に出力される。送信波周波数変換器１２は実施の形態１と同様に、このレーダ装置１に特有の最低周波数ｆ＿ｍに基づいて第１周波数期間においては周波数ｆ1＋ｆ＿ｍ（一定）の連続波基準信号を発生する。さらには第２周波数期間において、周波数ｆ2＋ｆ＿ｍ（一定）の連続波基準信号を発生する。ここで、レーダ装置１に特有の最低周波数ｆ＿ｍは制御器１４が予め記憶している値である。発生した連続波基準信号はパルス生成器１３に出力される。
【００４５】
またパルス生成器１３は、制御器１４が予め記憶しているレーダ装置１に特有なパルス送信間隔ＰＲＩに基づいてパルス化される。パルス化された送信信号はサーキュレータ１５を介してアンテナ１６から空間に照射され、一部が外部目標２に反射されてアンテナ１６に受信される。ここで実施の形態１でも説明したように、送信波はレーダ装置１に特有なＰＲＩによってパルス化され、さらに送信周波数変換器１２によってレーダ装置１に特有な周波数帯に周波数ホッピングされているので、干渉波が生じにくいという特性がある。
【００４６】
アンテナ１６で受信された受信波は、サーキュレータ１５を介して受信器１７に出力される。受信器１７はこの受信信号をディジタル変換するとともに、送信周波数変換器１２が生成する内部基準信号と混合してビート信号を生成し、生成したビート信号を信号処理器１８に出力する。
【００４７】
信号処理器１８は、各サンプリングデータをスペクトル分析してピークが得られる周波数から目標速度を得る。また距離については次のようにして算出する。まず、第１周波数期間のピークが得られる周波数成分の位相をφ1、第２周波数期間のピークが得られる周波数成分の位相をφ2として、その周波数の位相差Δφ＝φ1−φ2を算出する。そして算出したΔφを用いて、式（３）により距離Ｒを算出するのである。
【数３】
2010025944.tif 000005
【００４８】
以上のように、レーダ装置１を２周波ＣＷ方式で構成した場合であっても、周波数ホッピングによりレーダ装置１特有の周波数帯域を使用するようにし、さらにレーダ装置１特有のパルス送信間隔でパルス送信を行うようにしたので、干渉波の発生を抑制することが可能となる。
【００４９】
なお、実施の形態１で示したように、この発明の実施の形態２においてもパルス方向のフーリエ変換を行うことによって、一部のパルスで発生した干渉波の影響を小さくすることができる。
【００５０】
また実施の形態１と同様に、周波数ホッピングを行わずに、このレーダ装置１に特有なパルス送信間隔でパルス送信を行うようにするだけでも干渉波の発生を抑制することができることは明らかである。
【００５１】
なお、実施の形態１や実施の形態２で示したこの発明の特徴は、階段状の周波数変調を行うステップチャープレーダ方式のレーダ装置に対しても容易に適用できることはいうまでもない。
【００５２】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において新規な要素は、送信周波数制御器２１である。その他の構成要素は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００５３】
送信周波数制御器２１は、実施の形態１における制御器１４に替わる部位であって、送信周波数変換器１２が基準信号に対して行う周波数変調の最低周波数ｆ＿ｍの値を所定の周期毎に変更するように送信周波数変換器１２を制御するものである。ここで、送信周波数制御器２１がｆ＿ｍの値を変更する周期は、例えばバーストやパルス送信間隔（ＰＲＩ）を基準に設定するとよい。すなわち、バーストを基準に周期を設定する場合には、ｎ×バースト（ｎは自然数）を周期長さとして設定する。またパルスの送信間隔を基準に設定する場合もｎ×パルスを周期長さとして設定する。
【００５４】
異なるｆ＿ｍを選択する方法としては、例えば送信周波数制御器２１が予め最低周波数ｆ＿ｍを複数個記憶しておき、記憶している複数のｆ＿ｍから一つのｆ＿ｍを選択する方法が考えられる。その場合には、乱数を発生させて発生した乱数に基づいていずれかのｆ＿ｍを選択するようにする。こうすると、他に同様のレーダ装置が近くに存在しても、互いに異なるｆ＿ｍを選択することとなるので、周波数帯域の競合を回避して共存が可能となる。
【００５５】
一般にＦＭＣＷレーダ方式においてより高い距離分解能を得るには、スイープ幅を広げる必要があるが、電波の帯域幅は電波関連法規によって利用目的毎に制約されるので、狭い領域に同種のレーダ装置が多数存在する場合には、レーダ装置間でスイープ周波数帯が衝突する可能性が避けられない。この結果、同一のスイープ周波数帯に複数のレーダ装置が存在してしまうことによって干渉波が発生することになる。しかし、この発明の実施の形態３による方法のように、所定の周期毎に最低周波数を切り替えるようにすれば、一時的に同一周波数帯を使用する複数のレーダ装置が周囲に存在することで干渉波が多発し、測定精度が大きく劣化しても、パルス送信間隔の数倍あるいはバーストの数倍の時間が経過するうちに、周波数帯の衝突が回避されて、測定精度が回復するのである。
【００５６】
なお、実施の形態２に示した２周波ＣＷ方式の構成にこの実施の形態の構成を適用しても同様の効果が得られる。
【００５７】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において新規な要素は、ＰＲＩ制御器２２である。その他の構成要素は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００５８】
ＰＲＩ制御器２１は、実施の形態１における制御器１４に替わる部位であって、パルス生成器１３が連続波送信信号に対して行うパルス化処理のパルス間隔（ＰＲＩ）を所定の周期毎に変更するようにパルス生成器１３とサーキュレータ１５を制御するものである。ここで、ＰＲＩ変換器２１がＰＲＩの値を変更する周期は、例えばバーストや送信したパルスの個数を基準に設定するとよい。すなわち、バーストを基準に周期を設定する場合には、ｎ×バースト（ｎは自然数）毎に新たなＰＲＩを設定する。またパルスの送信個数を基準に設定する場合は、例えばパルスｎ個毎に新たなＰＲＩを設定する。
【００５９】
異なるＰＲＩを選択する方法としては、例えばＰＲＩ制御器２２が予めＰＲＩを複数個記憶しておき、記憶している複数のＰＲＩから一つのＰＲＩを選択する方法が考えられる。その場合には、乱数を発生させて発生した乱数に基づいていずれかのＰＲＩを選択するようにする。こうすると、他に同様のレーダ装置が近くに存在しても、互いに異なるＰＲＩを選択することとなるので、周波数帯域の競合を回避して共存が可能となる。
【００６０】
なお、この場合にはサーキュレータ１５の送受信切り替え間隔もあわせて変更する。これによって、設定したＰＲＩに合わせた受信波の受信が可能となる。
【００６１】
以上のように構成することで、複数の送信パルスに対する受信パルスのうち、一部のパルスにおいて干渉波が発生してしまったとしても、すべての受信パルスで干渉波が発生することはほとんど起こり得ないこととなる。したがって一時的に測定精度が劣化しても、送信パルス数個分あるいは数バーストのうちに測定精度が回復するのである。
【００６２】
またこの結果、狭い領域内に複数のレーダ装置が同時に存在してままであっても、安定して外部目標の測定を行うことができるのである。
【００６３】
なお、この実施の形態で示したＰＲＩを所定の周期で変更する構成と実施の形態１で示したパルス方向のフーリエ変換を組み合わせるようにしてもよい。これによって、さらに干渉波の影響を低減することが可能となる。
【００６４】
また、実施の形態１や２で示した周波数ホッピングと組み合わせることにより、さらに干渉波の発生頻度を小さくすることが可能である。
【００６５】
なお、実施の形態２に示した２周波ＣＷ方式の構成にこの実施の形態の構成を適用しても同様の効果が得られる。
【００６６】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において、実施の形態１と比して新規な要素は次のとおりである。まず、サーキュレータ１５を廃して代わりに送信専用アンテナ１６ａをパルス生成器１３に接続した。そして、受信専用アンテナとして素子アンテナ１６ｂ−１〜１６ｂ−ｎ（ｎは自然数）を設けてアレーアンテナ構成とするとともに、受信素子アンテナ毎に個別の受信器（受信器１７−１〜１７−ｎとする）を設けた。さらに受信器１７−１〜１７−ｎの受信信号に基づいてマルチビーム形成処理を行うマルチビーム形成処理器１８ａを設け、マルチビーム形成処理器１８ａが形成したビーム毎に個別の信号処理器（信号処理器１８ｂ−１〜１８ｂ−ｎ）を設けた。その他の構成要素は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００６７】
次に、この発明の実施の形態５によるレーダ装置１の動作について説明する。基準信号発生器１１は、図２に示すような帯域幅Ｂからなる周波数変調を伴う基準信号を発生する。送信周波数変換器１２は、基準信号発生器１１が発生した周波数変調を伴う基準信号の周波数を、さらに所定の許容帯域内の周波数に変調させる。ここで、制御器１４は実施の形態１と同様に、送信周波数変換器１２に対してレーダ装置１に特有となる許容帯域の最低周波数ｆ＿ｍを与える。これによって周波数ホッピングが実現される。なお、制御器１４に替えて、実施の形態３で用いる送信周波数制御器２１のような部位を用いて数バーストあるいは数個のパルス送信毎に最低周波数ｆ＿ｍを変更する構成を用いてもよい。
【００６８】
そして、パルス生成器１３は、送信周波数変換器１２が発生したＦＭ送信信号をパルス幅Ｔp、パルス間隔ＰＲＩでパルス化する。ここで、制御器１４は実施の形態１と同様に、送信周波数変換器１２に対してレーダ装置１特有のパルス間隔ＰＲＩを与える。この結果、パルス間隔がレーダ装置１に特有であるため、一部のパルスで干渉波が発生したとしても、送信パルスの大部分では干渉波が発生しないこととなる。このことにより、一定の周波数帯域内で多くのレーダ装置が同時に動作することが可能となる。
【００６９】
なお、制御器１４に替えて、実施の形態４で用いるＰＲＩ制御器２２のような部位を用いて数バーストあるいは数個のパルス送信毎にパルス送信間隔ＰＲＩを変更する構成を用いてもよい。
【００７０】
パルス生成器１３によってパルス化された送信信号は、アンテナ１６ａから空間に照射され、外部目標に反射されて、素子アンテナ１６ｂ−１〜１６ｂ−ｎに受信される。その結果、素子アンテナ１６ｂ−１〜１６ｂ−ｎは対応する受信器１７−１〜１７−ｎに受信信号を出力する。受信器１７−１〜１７−ｎでは、それぞれの信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換し、送信周波数変換器１２が出力する周波数変調を伴う内部基準信号と混合することでビート信号を生成して、マルチビーム形成処理器１８ａに出力する。
【００７１】
マルチビーム形成処理器１８ａは、受信器１７−１〜１７−ｎが出力したビート信号をアレーアンテナ方向にフーリエ変換してマルチビームを形成する。このようにして、ビート信号は各マルチビーム方向へ指向性利得を持つビーム出力信号に変換される。続いて信号処理器１８ｂ−１〜１８ｂ−ｎは出力された各ビーム出力信号に対して、実施の形態１または２と同様にピーク検出を行ってその周波数を算出し、式（１）と式（２）に代入して目標の距離・速度を算出する。
【００７２】
こうすることで、一部のビーム方向で他のレーダ装置と同じ周波数やＰＲＩを用いているために干渉波が生じてしまったとしても、このビーム方向とは異なるビーム方向では干渉波が生じないこととなる。また、ピークが検出されたマルチビームからビーム方向が得られる。
【００７３】
なおこの実施の形態では、素子アンテナ１６ｂ−１〜１６ｂ−ｎとして別個の素子アンテナを配置し、アレーアンテナ構成とすることとしたが、機械スキャンや電子スキャンによるマルチビーム構成としてもよい。またその場合は受信器を実施の形態１と同様に受信器１７を一つだけ配置し、時分割で各ビームを処理するようにすればよい。このような構成を採用しても、この発明の特徴は失われることがなく、したがって干渉波を抑制するという効果を奏することは明らかである。
【００７４】
またこの実施の形態では、ＦＭＣＷレーダ方式を用いることとしたが、２周波ＣＷ方式に基づくレーダ装置で構成することも容易である。
【００７５】
実施の形態６．
図９は、この発明の実施の形態６によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。実施の形態６は、実施の形態５に加えてさらに送信側もマルチビーム構成にした点が特徴である。送信側の構成もマルチビーム構成としたので、ＰＲＩと最低周波数ｆ＿ｍとビーム方向の組み合わせをレーダ装置１に特有のものとすることで、さらに干渉波の抑制を行うことができる。
【００７６】
図において、実施の形態５と比して新規な要素は次のとおりである。まず基準信号発生器１１が発生した周波数変調を伴う基準信号に基づいて送信マルチビーム形成処理を行う送信マルチビーム形成処理器１１−２を設けた。さらに送信マルチビーム形成処理によって形成されたマルチビームのそれぞれに対して送信周波数変換を行うために、複数の送信周波数変換器（送信周波数変換器１２−１〜１２−ｎ、ただしｎは２以上の自然数。以下同じ）を設けた。またアンテナ素子として送受兼用のアンテナ素子１６−１〜１６−ｎを設け、アンテナ素子１６−１〜１６−ｎの送受信を切り替えるためにサーキュレータ１５−１〜１５−ｎを設けた。
【００７７】
また実施の形態６における制御器１４は、送信周波数変換器１２−１〜１２−ｎのそれぞれに対して周波数ホッピングのベース周波数を与え、パルス生成器１３に対してＰＲＩを与えるとともに、送信マルチビーム形成処理器１１−２と受信マルチビーム形成処理器１８ａに対してビーム方向を与えるようになっている。なおここで、ビーム方向とは、方向を直接的に指示する情報である必要はない。例えば、ビームが異なる方向に向けて構成されている場合には、その中の一つのビームを識別するための情報を与えることで、間接的に方向を指示していることになる。ビーム方向としては、このような情報で十分なのである。
【００７８】
これによってビーム方向と周波数ホッピングのベース数波数、パルス送信間隔の組み合わせがレーダ装置１に特有のものとなる。なお。ビーム方向と周波数ホッピングのベース数波数、パルス送信間隔の組み合わせがレーダ装置１に特有である、とは、ビーム方向と周波数ホッピングのベース数波数、パルス送信間隔の組み合わせが全く同じになるレーダ装置が他に存在しないことを意味している。こうすることで、複数のレーダ装置間で、一部のビームにおいて周波数ホッピングの周波数帯域やパルス送信間隔の競合が発生し、その結果として干渉が生じていても、他のビームでは競合が発生せず、干渉波の発生を回避できる。そのため、干渉波が生じないビームを用いての補正や補間が可能となって、外部目標の距離や位置を算出することが可能となるのである。
【００７９】
実施の形態７．
図１０は、この発明の実施の形態７によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において新規な要素は、干渉波モニタ１９である。干渉波モニタ１９は受信器１７が出力する受信信号の周波数とＰＲＩを監視する。またこの発明の実施の形態７における制御器１４はこの監視結果に基づいて、レーダ装置の周波数やＰＲＩを変更する。その他の構成要素は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００８０】
続いてこの発明の実施の形態７によるレーダ装置の動作について説明する。基準信号発生器１１から送信周波数変換器１２、パルス生成器１３、サーキュレータ１５、アンテナ１６、受信器１７の動作は実施の形態１と同様である。干渉波モニタ１９は受信器１７の出力に基づいて干渉波の検出を行う。そして干渉波が発生していると判断される場合には、制御器１４に信号を送出する。
【００８１】
制御器１４は、干渉波モニタ１９から干渉波発生を検知する信号を受信すると、近接する他のレーダ装置との間で現在の周波数ホッピングの使用周波数帯域やＰＲＩの競合が発生していると判断し、現在の周波数ホッピング帯域あるいはＰＲＩを変更する。周波数ホッピング帯域やＰＲＩの変更方法にはいくつかの方法が考えられる。例えば、干渉波が他のＣＷ（連続波）レーダによるものである場合には、他のＰＲＩを採用しても複数のパルスで干渉波の影響を受けてしまうので、周波数ホッピング帯域を変更し、周波数帯が重ならないようにする。また干渉波がパルスの場合はＰＲＩを変更すれば足りるので、ＰＲＩのみを変更するようにしてもよい。
【００８２】
このようにして、干渉波モニタ１９を設けることにより、この発明の実施の形態７によるレーダ装置は、他のレーダ装置の送信波との間で干渉波の発生を抑制することができるのである。
【００８３】
実施の形態８．
図１１は、この発明の実施の形態８によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において実施の形態７に比較して新規な要素は、送信停止制御付パルス生成器２０を設けた点にある。送信停止制御付パルス生成器２０は連続波をパルス化するとともに、一時的にパルス波の発生を停止する機能を有する。その他の構成要素は実施の形態７と同じであるので説明を省略する。
【００８４】
このようにすることで、実施の形態８によるレーダ装置は一時的に自身のレーダ波の照射を停止する。一方その間、干渉波モニタ１９では他のレーダの照射した送信波を受信して得た信号の有無を識別することができる。この場合、この信号の中には自身のレーダ波による信号が含まれないこととなり、ほとんどすべての信号が干渉波によるものとなる。したがって干渉波の発生を検出するために自分自身の照射したレーダの影響を抑え、より正確に他のレーダとの干渉発生を検出できるのである。
【００８５】
実施の形態９．
図１２は、この発明の実施の形態９によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において実施の形態１に比較して新規な要素は、コード送信回路２１とコードモニタ２２とを設けた点にある。コード送信器２１は、レーダ装置１で使用している周波数ホッピングの周波数帯域とＰＲＩとをコード化した情報をパルス信号とし、このパルス信号とパルス生成器１３が出力するＦＭＣＷ波に基づくパルス波とを時分割で送信する回路又は素子である。またコードモニタ２２は、他のレーダ装置が送信してきた周波数ホッピングの周波数帯域とＰＲＩとをコード化した情報をモニタリングする回路又は素子である。制御器１４は、コードモニタ２２が取得した情報に基づいてレーダ装置１の周波数ホッピングの周波数帯域とＰＲＩとを制御するとともに、コード送信器２１が送信するコードをコードモニタ２２が受信した他のレーダ装置のコードに基づいて決定するようになっている。その他の構成要素は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００８６】
このように構成することで、レーダ装置１に特有の周波数ホッピング帯域やＰＲＩを簡易に選択することができるようになる。
【００８７】
なお、コード送信の方法としては図１２に示すように連続波をパルス化した送信波と時分割とする方法の他、コード送信用に所定の周波数帯域を予め割り当てておき、常時この帯域を用いてＦＭＣＷなどの連続波のパルスとは別に信号を送受信するような構成としてもよい。
【００８８】
また他のレーダ装置の用いるコードと別のコードをレーダ装置１に簡易に割り当てる方法としては、例えば次のように行う。
（１）レーダ装置毎に順位を割り当てる予め識別値を付与しておき、コードとしては周波数ホッピング帯域、ＰＲＩを表すコードとこの識別値とを送出する。またコードは周波数ホッピング帯域、ＰＲＩの組み合わせ毎に複数個準備しておく。複数のコードについても順番を付与しておく。
（２）コードモニタ２２では自己の識別値と他のレーダ装置との識別値の大小関係を判断し、他のレーダ装置と自己のレーダ装置のコードが一致し、さらに自己の識別値の方が他のレーダ装置の識別値よりも大きい場合は、一つ順序の大きいコードに移行し、他のレーダ装置よりも識別値が小さい場合は、一つ順序の小さいコードに移行する。
【００８９】
このようにすることで、コードが衝突していることを検知した場合に、コード値を調整した後もさらにコードの衝突が発生することを避けることが可能となる。
【００９０】
実施の形態１０．
また、レーダ波を通じてＰＲＩや周波数ホッピングの帯域の衝突を検出するのではなく、通信手段を設けて通信による他のレーダ装置との間で情報交換をし、ここで得られた情報に基づいてレーダ装置に特有なＰＲＩや周波数ホッピングの帯域を選択するようにしてもよい。図１３は、このような特徴を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、このレーダ装置では通信手段２３を設けた。この通信手段２３は他のレーダ装置と通信による情報交換を行う。具体的には、このレーダ装置のＰＲＩや周波数ホッピングの周波数帯域を他のレーダ装置に送信する。また他のレーダ装置からそのレーダ装置が使用しているＰＲＩや周波数ホッピングの周波数帯域を受信する。これによって周囲の状況に基づいて、このレーダ装置に特有なＰＲＩや周波数帯域を選択するのである。
【００９１】
このように構成することで、パルスの一部や観測時間の一部を干渉波検出用に用いずに他のレーダ装置との間で周波数ホッピングの周波数帯域やＰＲＩの衝突が発生するかどうかを検出できるので、観測精度を常時一定以上の精度に保つことができる。またこの結果として受信器１７や信号処理器１８の構成を単純とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
この発明は、特に自動車搭載用レーダのように、所定の領域内に複数の連続波レーダが存在する状況下で、各レーダ装置が安定的に外部目標の観測を行うことができるようにするものである。
【符号の説明】
【００９３】
１３  パルス生成器、１６  アンテナ、１９  干渉波モニタ。
【図１】
2010025944.tif 000006
【図２】
2010025944.tif 000007
【図３】
2010025944.tif 000008
【図４】
2010025944.tif 000009
【図５】
2010025944.tif 000010
【図６】
2010025944.tif 000011
【図７】
2010025944.tif 000012
【図８】
2010025944.tif 000013
【図９】
2010025944.tif 000014
【図１０】
2010025944.tif 000015
【図１１】
2010025944.tif 000016
【図１２】
2010025944.tif 000017
【図１３】
2010025944.tif 000018