(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が時間軸上で増大する周波数上昇区間、周波数が時間軸上で減少する周波数下降区間及び周波数が時間軸上で一定となる周波数無変調区間からなる送信波を生成する周波数変調手段と、生成された送信波を送出するとともに、測定対象による反射波を受信する送受信手段と、送受信手段の送受信方向を所定の走査範囲において繰り返し走査させる走査手段と、送信波及び受信波に基づいて、２以上の各測定対象ごとに距離又は相対速度を求める信号処理手段とを備えたレーダ装置において、
周波数変調手段が、周波数上昇区間、周波数下降区間及び周波数無変調区間のいずれか２つの区間を交互に繰り返す第１の送信波と、残る１つの区間を繰り返す第２の送信波とを生成し、第１の送信波及び第２の送信波が走査周期に同期して切り替えられることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
第１の送信波及び第２の送信波が、走査周期ごとに交互に送出されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
上記第１の送信波が、周波数上昇区間及び周波数下降区間からなり、上記第２の送信波が周波数無変調区間からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
周波数が時間軸上で増大する周波数上昇区間、周波数が時間軸上で減少する周波数下降区間及び周波数が時間軸上で一定となる周波数無変調区間からなる送信波を生成する周波数変調手段と、生成された送信波を送出するとともに、測定対象による反射波を受信する送受信手段と、送受信手段の送受信方向を所定の走査範囲において繰り返し走査させる走査手段と、送信波及び受信波に基づいて測定対象との距離又は相対速度を求める信号処理手段とを備えたレーダ装置において、
周波数変調手段が、周波数上昇区間、周波数下降区間及び周波数無変調区間のいずれか２つの区間を交互に繰り返す第１の送信波と、残る１つの区間及び第１の送信波を構成するいずれか１つの区間を交互に繰り返す第２の送信波とを生成し、第１の送信波及び第２の送信波が走査周期に同期して切り替えられることを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
第１の送信波及び第２の送信波が、走査周期ごとに交互に送出されることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項６】
上記第１の送信波が、周波数上昇区間及び周波数下降区間からなり、上記第２の送信波が周波数上昇区間及び周波数無変調区間からなることを特徴とする請求項４又は５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
上記第１の送信波が、周波数上昇区間及び周波数下降区間からなり、上記第２の送信波が周波数下降区間及び周波数無変調区間からなることを特徴とする請求項４又は５に記載のレーダ装置。
【請求項８】
上記第１の送信波が、周波数上昇区間及び周波数無変調区間からなり、上記第２の送信波が周波数下降区間及び周波数無変調区間からなることを特徴とする請求項４又は５に記載のレーダ装置。
【請求項９】
送信波を生成する周波数変調手段と、生成された送信波を送出するとともに、測定対象による反射波を受信する送受信手段と、送受信手段の送受信方向を所定の走査範囲において繰り返し走査させる走査手段と、送信波及び受信波からビート周波数を生成するビート信号生成手段と、ビート周波数に基づいて、２以上の各測定対象ごとに距離又は相対速度を求める信号処理手段とを備えたレーダ装置において、
周波数変調手段が、周波数が時間軸上で増大する周波数上昇区間、周波数が時間軸上で減少する周波数下降区間及び周波数が時間軸上で一定となる周波数無変調区間のうち２以下の区間を繰り返す第１の送信波と、残りの全ての区間を含む２以下の区間を繰り返す第２の送信波とを生成し、第１の送信波及び第２の送信波が走査周期に同期して切り替えられることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
第１の送信波及び第２の送信波が、走査周期ごとに交互に送出されることを特徴とする請求項９に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
上記信号処理手段は、走査範囲に含まれる複数の走査方向のそれぞれについて、周波数上昇区間、周波数下降区間及び周波数無変調区間の各ビート周波数から測定対象との距離又は相対速度を求めることを特徴とする請求項９又は１０に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
上記信号処理手段が、周波数上昇区間のビート周波数及び周波数下降区間のビート周波数の各組合わせについて、周波数和及び周波数差の絶対値を求めるステップと、周波数和又は周波数差の絶対値が周波数無変調区間のビート周波数と等しくなる周波数上昇区間のビート周波数及び周波数下降区間のビート周波数の組合わせを選択するステップと、周波数和に基づいて測定目標までの距離を求めるステップと、周波数差に基づいて測定目標との相対速度を求めるステップからなる処理を各走査方向ごとに実行することを特徴とする請求項１１に記載のレーダ装置。
【請求項１３】
上記ビート信号生成手段は、送信波及び受信波から得られるビート信号の実数部の周波数成分を求め、信号処理手段が、求められたビート周波数に基づいて、測定対象との距離又は相対速度を求めることを特徴とする請求項９、１０又は１１に記載のレーダ装置。
【請求項１４】
上記信号処理手段が、周波数上昇区間のビート周波数及び周波数下降区間のビート周波数の各組合わせについて、周波数和及び周波数差の絶対値を求めるステップと、周波数和又は周波数差の絶対値が周波数無変調区間のビート周波数と等しくなる周波数上昇区間のビート周波数及び周波数下降区間のビート周波数の組合わせを選択するステップと、周波数和又は周波数差の絶対値のうち周波数無変調区間のビート周波数と異なる値に基づいて、測定目標までの距離を求めるステップと、周波数和又は周波数差の絶対値のうち周波数無変調区間のビート周波数と等しくなる値に基づいて、測定目標との相対速度を求めるステップからなる処理を各走査方向ごとに実行することを特徴とする請求項１３に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置に係り、更に詳しくは、電波を送信し、その反射波を受信することによって測定対象を検出し、検出された測定対象までの距離や相対速度等を算出するレーダ装置、例えば車載レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、従来のレーダ装置を用いて１つの測定対象についてレーダ測定を行う場合の様子を示した図である。図中の７１はレーダ装置、７２はレーダ装置の走査範囲、７３は測定対象、Ｒは測定対象までの距離、Ｖは測定対象との相対速度、θは測定対象の方向を示している。レーダ装置７１は車両等の移動体に搭載され、レーダ信号を送受信し、その周波数解析を行うことにより、他の移動体との距離、相対速度、方向を測定するレーダ送受信装置であり、ここでは、測定対象７３である車両に後続する車両に搭載されたレーダ装置であるものとする。
【０００３】
このレーダ装置７１は、送信波に周波数変調を施して送信するとともに、当該送信波の測定対象７３における反射波を受信し、この反射波及び送信波のビート信号の周波数に基づいて、測定対象７３との距離Ｒ、相対速度Ｖを算出している。また、所定角度からなる走査範囲７２内で送信方向を変化させて、測定対象７３の方向θを算出している。なお、相対速度Ｖはレーダ装置７１及び測定対象７３が離反する方向を正とし、方向θは、レーダ装置７１の搭載車両の進行方向に対する角度とする。
【０００４】
図１６は、図１５のレーダ装置７１の送受信波形の一例を示した図であり、縦軸に周波数、横軸に時間をとり、送信波（実線）及び受信波（破線）の波形が示されている。送信波には、周波数を時間軸上で線形に増大させる上昇区間８１と、時間軸上で線形に減少させる下降区間８２とを交互に繰り返す三角波の周波数変調が施されており、その繰返周波数をｆｍ、中心周波数をｆ０、変調幅を△ｆとする。なお、繰返周期１／ｆｍに相当する送信波を送信し始めてから、その反射波を受信し終えるまでの時間を送受時間８６とする。
【０００５】
送信波と受信波との間には、測定対象７３までの距離Ｒに基づく送受信時刻のずれ△ｔが生じるとともに、測定対象７３との相対速度Ｖに基づく中心周波数のずれ（ドップラーシフト）ｆｂが生じる。このため、送受信信号をミキシングすることによって、上昇区間８１では周波数ｆｕのビート信号が得られ、下降区間８２では周波数ｆｄのビート信号が得られる。
【０００６】
図１７は、図１６の送受信波に基づいて求められるビート信号のパワースペクトルの一例を示した図であり、縦軸に受信強度、横軸に周波数をとって、上昇区間８１及び下降区間８２におけるビート信号のスペクトル分布が示されている。図中のｆｒはｆｕ及びｆｄの平均値、ｆｐはｆｕ及びｆｄからｆｒまでの距離であり、ｆｕ，ｆｄはｆｒ及びｆｐを用いて次式（１），（２）により表される。
【数１】
0003716229.tif 000002
【０００７】
ここで、ｆｒは測定対象７３までの距離Ｒに比例する量、ｆｐは測定対象７３の相対速度Ｖに比例する量であり、ｆｒ，ｆｐは光速Ｃ、距離Ｒ、相対速度Ｖを用いて次式（３），（４）により表される。
【数２】
0003716229.tif 000003
【０００８】
上式（１）〜（４）から、レーダ装置７１から測定対象７３までの距離Ｒ、レーダ装置７１及び測定対象７３の相対速度Ｖは、それぞれｆｕ，ｆｄの加減算処理を用いて次式のように表される。
【数３】
0003716229.tif 000004
【０００９】
但し、
【数４】
0003716229.tif 000005
【００１０】
上式（７）〜（１０）に示したように、上昇区間８１のビート信号の周波数ｆｕと下降区間８２のビート信号の周波数ｆｄが得られれば、測定対象７３までの距離Ｒ、測定対象７３との相対速度Ｖを求めることができる。
【００１１】
ところで、上述したレーダ装置は、測定対象７３が１つしか存在しない場合には、その距離Ｒ及び相対速度Ｖを正確に求めることができるが、測定対象７３が複数存在する場合は、各々の測定対象との距離Ｒ及び相対速度Ｖを決定することが困難になるという問題があった。
【００１２】
図１８は、従来のレーダ装置を用いて２つの測定対象についてレーダ測定を行う場合の様子を示した図である。図中の７１はレーダ装置、７２はレーダ装置の走査範囲、７ａ，７ｂは測定対象、Ｒａ，Ｒｂは測定対象までの距離、Ｖａ，Ｖｂは各測定対象との相対速度を示している。レーダ装置７１は、測定対象７ａ、７ｂである２台の車両に後続する車両に搭載されたレーダ装置である。
【００１３】
図１９は、図１７と同様にして、測定対象が２つの場合に求められるビート信号のパワースペクトルの一例を示した図であり、図１６に示された変調信号をレーダ装置７１から送信した場合が示されている。測定対象が２つの場合、図１６に示した三角波の周波数変調の上昇区間８１、下降区間８２において得られるビート信号の周波数成分は、それぞれ少なくとも測定対象の数（ここでは２）だけ発生する。すなわち、上昇区間８１の送信波が２つの測定対象７ａ，７ｂに反射して得られたビート信号の周波数成分ｆｕａ、ｆｕｂと、下降区間８２の送信波が２つの測定対象７ａ、７ｂに反射して得られたビート信号の周波数成分ｆｄａ，ｆｄｂが発生することになる。
【００１４】
このため、測定対象が２つ存在する場合には、｛ｆｕａ，ｆｄａ｝、｛ｆｕａ，ｆｄｂ｝、｛ｆｕｂ，ｆｄａ｝、｛ｆｕｂ，ｆｄｂ｝の４つの組み合わせの中から測定対象７ａ、７ｂのものとしての正しい２つの組み合わせを選択しなければ、測定対象７ａ、７ｂとの距離Ｒａ，Ｒｂ及び相対速度Ｖａ，Ｖｂとして間違った値を算出してしまうという問題があった。
【００１５】
図２０は、従来のレーダ装置７１の送受信波形の他の例を示した図であり、縦軸に周波数、横軸に時間をとり、送信波（実線）及び受信波（破線）の波形が示されている。この信号波形は、測定対象が２以上の場合における上記課題を解決するために特開平７−２０２３３号公報に開示されたものである。
【００１６】
この送信波は、周波数が時間的に変化する上昇区間１２１及び下降区間１２２と、周波数が時間的に変化しない無変調区間１２３とを繰り返す周波数変調が施され、上昇区間１２１及び下降区間１２２でのビート信号から得られる複数の周波数成分の組み合わせの中から、無変調区間１２２のビート信号の周波数成分に基づいて、正しい組み合わせを選択している。以下、この特開平７−２０２３３号公報にかかる従来の技術について、詳しく述べる。
【００１７】
２つの測定対象７ａ，７ｂが存在する場合、図２０に示された上昇区間１２１、下降区間１２２における送信波によって得られるビート信号の周波数成分は、図１９と同様、上昇区間８１に基づく周波数成分ｆｕａ，ｆｕｂと、下降区間８２に基づく周波数成分ｆｄａ，ｆｄｂからなる。そして、２つの測定対象７ａ，７ｂの距離Ｒａ，Ｒｂは、前述したように｛ｆｕａ，ｆｄａ｝｛ｆｕａ，ｆｄｂ｝｛ｆｕｂ，ｆｄａ｝｛ｆｕｂ，ｆｄｂ｝の４つの組み合わせの中から正しい組み合わせを２つ選択して求めなければならない。
【００１８】
また、図２０に示された無変調区間１２３における送信波によって得られるビート信号の周波数成分は、２つの周波数成分ｆｃａ，ｆｃｂからなる。２つの測定対象７ａ，７ｂのうち、走行速度の遅い方を７ａ、走行速度の速い方を７ｂとする、つまりｆｃａ＜ｆｃｂとすると、それぞれの速度Ｖａ，Ｖｂは、次式（１１），（１２）により求まる。
【数５】
0003716229.tif 000006
【００１９】
ここで、上昇区間１２１、下降区間１２２及び無変調区間１２３において得られる周波数成分ｆｕａ，ｆｕｂ，ｆｄａ，ｆｄｂ，ｆｃａ，ｆｃｂの間には、次式（１３），（１４）の関係が成り立つ。
【数６】
0003716229.tif 000007
【００２０】
すなわち、上昇区間１２１で得られるビート信号の周波数ｆｕと、下降区間１２２で得られるビート信号の周波数ｆｄと、無変調区間１２３で得られるビート信号の周波数ｆｃとの間に、ｆｄ−ｆｕ＝２・ｆｃなる関係が成り立つ時、これら３つの周波数成分が単一の測定対象に属するものと判断できる。
【００２１】
従って、測定対象７ａに関するビート信号の周波数成分を｛ｆｕａ，ｆｄａ｝、測定対象７ｂに関するビート信号の周波数成分を｛ｆｕｂ，ｆｄｂ｝と決定することができる。測定対象が複数存在する場合でも、先の上昇区間と下降区間のみからなる送信波を利用するレーダ装置と比較して、正しい距離及び相対速度を求めることができる可能性が高くなる。
【００２２】
ところで、送信波と受信波をミキサー等によって検波する際に、ビート信号の実数部（以下同相成分と記す）のみの周波数成分を用いれば、レーダを構成するハードウェア要素を少なくすることができるため、小型化、低価格化に有利であり、各種レーダ装置において採用されている。しかしながら、このような構成とした場合、計測すべき周波数の絶対値を得ることはできるが、正負の符号を得ることができなくなってしまう。具体的には、全て非負の周波数範囲に折り返したものとなるので、式（１），（２）は、次式（１５），（１６）のように変形される。
【数７】
0003716229.tif 000008
【００２３】
式（１５），（１６）をｆｕとｆｄの符号に応じて場合分けすると、次のように表される。
【数８】
0003716229.tif 000009
【００２４】
以上のように、ビート信号の実数部のみの周波数成分を用いると、組み合わせの種類（選択肢）が４倍になるため、これらの周波数成分の組み合わせの中から正しい組み合わせを選択することがさらに困難になるという問題があった。
【００２５】
特開平１０−１３２９２５号公報には、このような課題を解決するためのレーダ信号処理方法が開示されている。このレーダ信号処理方法によれば、図２０と同様にして、送信波の周波数を上昇区間１２１、無変調区間１２３、下降区間１２２に周波数変調するレーダ装置を用いて、ｆｕとｆｄの加減算処理を行うだけで測定対象の距離Ｒ、相対速度Ｖを求めることができる。以下、具体的にその内容を説明する。
【００２６】
無変調区間１２３では、ビート信号の周波数ｆｃが測定対象との相対速度Ｖによって決まるため、ｆｃは相対速度Ｖを用いて次式（２５）のように表される。
【数９】
0003716229.tif 000010
式（１７）〜（２４）によれば｜ｆｕ＋ｆｄ｜，｜ｆｕ−ｆｄ｜のどちらか一方がｆｐの２倍に一致しており、式（２５）によればｆｐ＝ｆｃであるから、これらのうち２ｆｃに一致する方がｆｐの倍数であり、一致しない方がｆｒの倍数であると判定することができる。
【００２７】
図２１は、離反、接近する各測定対象について、レーダ装置７１の送受信波形と、そのビート信号の例を示した図であり、（ａ）には離反する測定対象の場合が示され、（ｂ）には接近する測定対象の場合が示されている。図２１から分かるように同相成分のみの検波では、
【数１０】
0003716229.tif 000011
となるため、ｆｕとｆｄを比較することでドップラー周波数成分ｆｃの符号が判別できる。
【００２８】
さらに、距離Ｒ＞０なので、距離による周波数成分ｆｒは、次式（２７）となる。
【数１１】
0003716229.tif 000012
【００２９】
以上の説明により理解される通り、式（２５）〜（２８）によってｆｒ、ｆｐの大小及び正負関係が得られ、式（７）〜（１０）、式（１７）〜（２４）によって測定対象７３の距離Ｒ、相対速度Ｖを求めることができる。
【００３０】
図２２及び図２３のステップ２２０１〜２２１５は、上記公報に記載された従来のレーダ信号処理方法を示すフローチャート図であり、測定対象が複数存在する場合におけるレーダ信号処理方法が示されている。このフローチャートに従えば、測定対象が複数存在する場合でも、各測定対象との距離Ｒｍｎ及び相対速度Ｖｍｎを求めることができる。以下、図２２及び図２３の各ステップについて詳細に説明する。
【００３１】
ステップ２２０１：変調周波数の上昇区間１２１におけるビート信号の周波数スペクトルから１又は２以上の目標候補を検出し、それぞれの周波数を求める。例えば、受信強度を所定の閾値と比較して当該閾値以上となる周波数スペクトルのピークを検出し、これらの周波数ｆｕ（ｉ）｛ｉ＝１，２，…，Ｉ｝を求める。
【００３２】
ステップ２１０２：周波数の無変調区間１２３におけるビート信号の周波数スペクトルから１又は２以上の目標候補を検出し、それぞれの周波数を求める。例えば、受信強度を所定の閾値と比較して当該閾値以上となる周波数スペクトルのピークを検出し、これらの周波数ｆｃ（ｋ）｛ｋ＝１，２，…，Ｋ｝を求める。
【００３３】
ステップ２２０３：変調周波数の下降区間１２２におけるビート信号の周波数スペクトルから１又は２以上の目標候補を検出し、それぞれの周波数を求める。例えば、受信強度を所定の閾値と比較して当該閾値以上となる周波数スペクトルのピークを検出し、これらの周波数ｆｄ（ｊ）｛ｊ＝１，２，…，Ｊ｝を求める。
【００３４】
ステップ２２０４：ステップ２２０１及びステップ２２０３で検出された目標候補のスペクトルの周波数ｆｕ（ｉ）｛ｉ＝１，２，…，Ｉ｝とｆｄ（ｊ）｛ｊ＝１，２，…，Ｊ｝の全ての組み合わせについて、次式（２９），（３０）に従って、周波数和ｆｓｕｍ（ｉ，ｊ）及び周波数差ｆｄｉｆ（ｉ，ｊ）を求める。
【数１２】
0003716229.tif 000013
【００３５】
ステップ２２０５：ステップ２２０２で検出された各目標候補の周波数ｆｃ（ｋ）｛ｋ＝１，２，…，Ｋ｝を、ステップ２２０４で求められたｆｓｕｍ（ｉ，ｊ）及びｆｄｉｆ（ｉ，ｊ）と比較し、ｆｃ（ｌ）＝ｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）あるいはｆｃ（ｌ）＝ｆｄｉｆ（ｍ，ｎ）となるｆｕ（ｍ）及びｆｄ（ｎ）を正しい組み合わせとして選択する。
【００３６】
ステップ２２０６：ｆｃ（ｌ）がｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）と等しいかどうかを判定し、等しければステップ２２０７へ進み、等しくなければステップ２２１１へ進む。
【００３７】
ステップ２２０７：ｆｃ（ｌ）＝ｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）の場合、まず、距離周波数ｆｒ（ｍ，ｎ）をｆｄｉｆ（ｍ，ｎ）とする。
【００３８】
ステップ２２０８：次に、ｆｕ（ｍ）とｆｄ（ｎ）の大きさを比較し、ｆｕ（ｍ）≧ｆｄ（ｎ）であればステップ２２０９へ進み、ｆｕ（ｍ）＜ｆｄ（ｎ）であればステップ２２１０へ進む。
【００３９】
ステップ２２０９：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）をｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）としてステップ２２１５へ進む。
【００４０】
ステップ２２１０：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）を−ｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）としてステップ２２１５へ進む。
【００４１】
ステップ２２１１：一方、ｆｃ（ｌ）≠ｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）の場合、まず、距離周波数ｆｒ（ｍ，ｎ）をｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）とする。
【００４２】
ステップ２２１２：次に、ｆｕ（ｍ）とｆｄ（ｎ）の大きさを比較し、ｆｕ（ｍ）≧ｆｄ（ｎ）であればステップ２２１３へ進み、ｆｕ（ｍ）＜ｆｄ（ｎ）であればステップ２２１４へ進む。
【００４３】
ステップ２２１３：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）をｆｄｉｆ（ｍ，ｎ）としてステップ２２１５へ進む。
【００４４】
ステップ２２１４：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）を−ｆｄｉｆ（ｍ，ｎ）としてステップ２２１５へ進む。
【００４５】
ステップ２２１５：求められたｆｒ（ｍ，ｎ），ｆｐ（ｍ，ｎ）に基づいて、式（３），（４）から相対距離Ｒｍｎと相対速度Ｖｍｎを求める。
【００４６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通り、送信波として周波数の上昇区間８１及び下降区間８２からなる周波数変調波を用いるレーダ装置の場合、測定対象が複数存在する場合に、各々の測定対象との距離及び相対速度を決定することが困難であるという問題があった。
【００４７】
この様な問題を解決するため、上記公報（特開平７−２０２３３号、特開平１０−１３２９２５号）に記載の従来のレーダ装置では、送信波として周波数の上昇区間１２１、下降区間１２２及び無変調区間１２３からなる周波数変調波を用いることにより、複数ある各測定対象との距離Ｒ及び相対速度Ｖを求めている。
【００４８】
しかしながら、この様なレーダ装置の場合、上昇区間１２１及び下降区間１２２に加え、無変調区間１２３についても周波数スペクトル解析を行う必要があるため、無変調区間についての演算時間の分だけ、走査中の一方向当たりの測距周期（距離及び相対速度を取得する周期）が長くなってしまうという問題があった。
【００４９】
また、上昇区間１２１、下降区間１２２及び無変調区間１２３の各送信波を送信する時の走査方向が異なると、測定対象の整合性が取りにくくなるため、送信波を送信してから受信波を受信するまでの間、送受信方向が同一となるように、走査することを止めるか、あるいは走査の速度を下げることが望ましい。しかしながら、走査することを止めることができる走査の機構系は一般的に複雑かつ高価になってしまうという問題があった。また、走査速度を下げると走査範囲が狭くなるか所定の走査範囲を走査するための走査周期が長くなってしまうという問題があった。
【００５０】
さらに、測距周期１／ｆｍを所定時間以下に抑えるために、図２０における送受時間１２６を図１６における送受時間８６と等しくしようとする場合、図２０に示した送信波の中に無変調区間１２３の分だけ、上昇区間１２１、下降区間１２２の時間が上昇区間８１、下降区間８２の時間に比べて短くなり、ＦＦＴ（First Fourier Transfer）処理部におけるサンプリング数が少なくなって、距離及び相対速度の測定精度を悪化させてしまうという問題があった。
【００５１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、測定対象が２以上存在する場合でも各測定対象の距離又は相対速度を測定することができるとともに、走査中の一方向当たりの測距周期の短いレーダ装置を提供することを目的とする。
【００５２】
また、本発明は、測定精度の低下、測距周期の増加、機構系の複雑化、高価格化、あるいは走査範囲の狭域化を招くことなく、測定対象が２以上存在する場合でも各測定対象の距離又は相対速度を測定することができるレーダ装置を提供することを目的とする。
【００５３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明によるレーダ装置は、周波数が時間軸上で増大する周波数上昇区間、周波数が時間軸上で減少する周波数下降区間及び周波数が時間軸上で一定となる周波数無変調区間からなる送信波を生成する周波数変調手段と、生成された送信波を送出するとともに、測定対象による反射波を受信する送受信手段と、送受信手段の送受信方向を所定の走査範囲において繰り返し走査させる走査手段と、送信波及び受信波に基づいて、２以上の各測定対象ごとに距離又は相対速度を求める信号処理手段とを備えたレーダ装置であって、周波数変調手段が、周波数上昇区間、周波数下降区間及び周波数無変調区間のいずれか２つの区間を交互に繰り返す第１の送信波と、残る１つの区間を繰り返す第２の送信波とを生成し、第１の送信波及び第２の送信波が走査周期に同期して切り替えられるように構成される。
【００５４】
請求項２に記載の本発明によるレーダ装置は、第１の送信波及び第２の送信波が、走査周期ごとに交互に送出されるように構成される。
【００５５】
請求項３に記載の本発明によるレーダ装置は、上記第１の送信波が、周波数上昇区間及び周波数下降区間からなり、上記第２の送信波が周波数無変調区間からなる。
【００５６】
請求項４に記載の本発明によるレーダ装置は、周波数変調手段が、周波数上昇区間、周波数下降区間及び周波数無変調区間のいずれか２つの区間を交互に繰り返す第１の送信波と、残る１つの区間及び第１の送信波を構成するいずれか１つの区間を交互に繰り返す第２の送信波とを生成し、第１の送信波及び第２の送信波が走査周期に同期して切り替えられるように構成される。
【００５７】
請求項５に記載の本発明によるレーダ装置は、第１の送信波及び第２の送信波が、走査周期ごとに交互に送出されるように構成される。
【００５８】
請求項６に記載の本発明によるレーダ装置は、上記第１の送信波が、周波数上昇区間及び周波数下降区間からなり、上記第２の送信波が周波数上昇区間及び周波数無変調区間からなる。
【００５９】
請求項７に記載の本発明によるレーダ装置は、上記第１の送信波が、周波数上昇区間及び周波数下降区間からなり、上記第２の送信波が周波数下降区間及び周波数無変調区間からなる。
【００６０】
請求項８に記載の本発明によるレーダ装置は、上記第１の送信波が、周波数上昇区間及び周波数無変調区間からなり、上記第２の送信波が周波数下降区間及び周波数無変調区間からなる。
【００６１】
請求項９に記載の本発明によるレーダ装置は、送信波を生成する周波数変調手段と、生成された送信波を送出するとともに、測定対象による反射波を受信する送受信手段と、送受信手段の送受信方向を所定の走査範囲において繰り返し走査させる走査手段と、送信波及び受信波によるビート信号を生成するビート信号生成手段と、このビート信号に基づいて、２以上の各測定対象ごとに距離又は相対速度を求める信号処理手段とを備えたレーダ装置であって、周波数変調手段が、周波数が時間軸上で増大する周波数上昇区間、周波数が時間軸上で減少する周波数下降区間及び周波数が時間軸上で一定となる周波数無変調区間のうち２以下の区間を繰り返す第１の送信波と、残りの全ての区間を含む２以下の区間を繰り返す第２の送信波とを生成し、第１の送信波及び第２の送信波が走査周期に同期して切り替えられるように構成される。
【００６２】
請求項１０に記載の本発明によるレーダ装置は、第１の送信波及び第２の送信波が、走査周期ごとに交互に送出されるように構成される。
【００６３】
請求項１１に記載の本発明によるレーダ装置は、上記信号処理手段が、走査範囲に含まれる複数の走査方向のそれぞれについて、周波数上昇区間、周波数下降区間及び周波数無変調区間の各ビート周波数から測定対象との距離又は相対速度を求めるように構成される。
【００６４】
請求項１２に記載の本発明によるレーダ装置は、上記信号処理手段が、周波数上昇区間のビート周波数及び周波数下降区間のビート周波数の各組合わせについて、周波数和及び周波数差の絶対値を求めるステップと、周波数和又は周波数差の絶対値が周波数無変調区間のビート周波数と等しくなる周波数上昇区間のビート周波数及び周波数下降区間のビート周波数の組合わせを選択するステップと、周波数和に基づいて測定目標までの距離を求めるステップと、周波数差に基づいて測定目標との相対速度を求めるステップからなる処理を各走査方向ごとに実行するように構成される。
【００６５】
請求項１３に記載の本発明によるレーダ装置は、上記ビート信号生成手段が、送信波及び受信波から得られるビート信号の実数部の周波数成分を求め、信号処理手段が、求められたビート周波数に基づいて、測定対象との距離又は相対速度を求めるように構成される。
【００６６】
請求項１４に記載の本発明によるレーダ装置は、上記信号処理手段が、周波数上昇区間のビート周波数及び周波数下降区間のビート周波数の各組合わせについて、周波数和及び周波数差の絶対値を求めるステップと、周波数和又は周波数差の絶対値が周波数無変調区間のビート周波数と等しくなる周波数上昇区間のビート周波数及び周波数下降区間のビート周波数の組合わせを選択するステップと、周波数和又は周波数差の絶対値のうち周波数無変調区間のビート周波数と異なる値に基づいて、測定目標までの距離を求めるステップと、周波数和又は周波数差の絶対値のうち周波数無変調区間のビート周波数と等しくなる値に基づいて、測定目標との相対速度を求めるステップからなる処理を各走査方向ごとに実行するように構成される。
【００６７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるレーダ装置の一構成例を示したブロック図である。図中の１はレーダ装置、１０は信号処理装置、１１は発振器、１２はパワーデバイダ、１３は送信アンプ、１４はサーキュレータ、１５ａはホーンアンテナ、１５ｂはアンテナ反射鏡、１６は受信アンプ、１７はミキサー、１８はフィルタ、１９はアンプ、２０はＡ／Ｄ変換器、２１はアンテナ走査用モータである。
【００６８】
ホーンアンテナ１５ａは、送受信共用のアンテナであり、アンテナ反射鏡１５ｂは、ホーンアンテナ１５ａの送受信波を反射して、ホーンアンテナ１５ａに指向性を持たせている。つまり、ホーンアンテナ１５ａ及びアンテナ反射鏡１５ｂにより指向性アンテナを構成している。アンテナ走査用モータ２１は、アンテナ反射鏡１５ｂを回転駆動させるための駆動装置であり、信号処理装置１０から出力される走査方向に応じた制御信号に基づいて、アンテナ角度（例えば水平面内におけるアンテナの方位）を制御し、送受信方向を制御している。
【００６９】
発振器１１は、信号処理装置１０からの制御信号に基づいて、周波数変調が施された送信信号を発生させる。発振器１１で生成された送信信号は、パワーデバイダ１２において２つに分岐され、その一方はミキサー１７に入力され、他方は送信アンプ１３で増幅された後、サーキュレータ１４を経由してホーン１５ａから放射される。
【００７０】
ホーンアンテナ１５ａから出力された電波は、アンテナ反射鏡１５ｂで反射され、所定の送信方向へ向けて空間に放射される。空間へ出射された電波は測定対象（不図示）で乱反射され、その反射波の一部が、再びアンテナ反射鏡１５ｂにより反射され、ホーンアンテナ１５ａに入射され受信される。
【００７１】
この受信信号は、サーキュレータ１４を経由して受信アンプ１６で増幅された後、ミキサー１７により上記送信信号とミキシングされる。受信信号は、送信信号に対して遅延時間△ｔを持ってホーンアンテナ１５ａに入射され、また、測定対象がレーダ装置に対して相対速度を持つ場合、送信信号に対してドップラーシフトｆｂを持ってホーンアンテナ１５ａに入力される。
【００７２】
このため、ミキサー１７において、遅延時間△ｔとドップラーシフトｆｂに対応したビート周波数信号が生成される。なお、実施の形態１及び２では、ミキサー１７で求められるビート信号の周波数には符号が付されているものとする。
【００７３】
生成されたビート周波数信号は、フィルタ１８を通過し、アンプ１９により増幅されてＡ／Ｄ変換器２０、さらには信号処理装置１０に入力される。信号処理装置１０では、ビート周波数信号の周波数スペクトル解析を行い、この解析結果に基づいて、測定対象までの距離、相対速度が求められる。
【００７４】
このレーダ装置は、アンテナ走査用モータ２１がアンテナ反射鏡１５ｂを駆動することにより、レーダ装置の送受信方向を所定の走査範囲において繰り返し走査させている。走査範囲は、更に複数の走査方向からなり、レーダ装置１は、各走査方向について、以上の動作を繰り返し行っている。
【００７５】
図２は、図１のレーダ装置１の送受信波形の一例を示した図であり、縦軸に周波数、横軸に時間をとり、送信波（実線）及び受信波（破線）の波形が示されている。（ａ）には、図１６と同様、周波数を時間軸上で線形に増大させる上昇区間３１と、時間軸上で線形に減少させる下降区間３２とを繰返周期１／ｆｍで交互に繰り返す三角波の周波数変調が施された送受信信号が示されている。一方、（ｂ）には、周波数が時間的に変化しない周波数無変調信号が示されている。つまり、周波数無変調区間３３のみからなる。発振器１１は、信号処理装置１０の指示に基づいて、２種類の送信信号、すなわち図６の（ａ）又は（ｂ）のいずれかの送信信号を生成している。
【００７６】
図３は、図１のレーダ装置１の走査方向の一例を示した図である。アンテナ走査用モータ２１により駆動されるアンテナ反射鏡１５ｂは、ホーンアンテナ１５ａを各走査方向４０〜４４に変化させ、走査範囲４０〜４４を所定の走査周期で走査している。
【００７７】
図４は発振器１１により生成される送信波の切替タイミングの一例を示した図である。図２に示した２種類の送信波を生成する発振器１１は、同一の走査周期内においては同一の送信波を生成し、走査周期に同期して送信波を切り替えている。図４では、走査周期ごとに送信波を切り替える例が示されている。すなわち、２ｎ回目（ｎ＝０，１，２…）の走査周期では、図３の各走査方向４０〜４４に対して、図２（ａ）に示された上昇区間３１及び下降区間３２からなる周波数変調信号が送信される。また、（２ｎ＋１）回目の走査周期では、図３の各走査方向４０〜４４に対して、図２（ｂ）に示された周波数無変調信号が送信される。
【００７８】
図５のステップ５０１〜５０６は、本発明の実施の形態１によるレーダ信号処理方法の一例を示したフローチャートであり、図６〜図８は、それぞれ図５のステップ５０４〜５０６の詳細を示したフローチャートである。これらのフローチャートに従えば、一方向当たりの測定周期を長くすることなく、測定対象が複数存在する場合でも、各測定対象との距離Ｒｍｎ及び相対速度Ｖｍｎを求めることができる。以下、図５のフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【００７９】
ステップ５０１：信号処理装置１０は、何番目の走査周期であるのかを認識するためのカウンタScanCntを備え、この走査周期を示すカウンタScanCntをインクリメントして、走査周期ごとの処理を開始する。
【００８０】
ステップ５０２：信号処理装置１０は、同一の走査周期中の何番目の走査方向４０〜４４であるのかを認識するためのカウンタDCntを備え、このカウンタDCntをリセットする。このため、その値はゼロとなり、まず最初の走査方向４０を対象として以下の処理が行われる。
【００８１】
ステップ５０３：カウンタScanCntが偶数の時はステップ５０４に進み、奇数の時は、ステップ５０５に進む。つまり、ステップ５０４及びステップ５０５は、走査周期ごとに交互に実行される。
【００８２】
ステップ５０４：図２（ａ）に示した上昇・下降変調信号からなる送信波を走査しながら、各走査方向４０〜４４について、上昇区間におけるビート信号のピーク周波数ｆｕと、下降区間におけるビート信号のピーク周波数ｆｄが求められた後、ステップ５０６に進む。
【００８３】
ステップ５０５：図２（ｂ）に示した無変調信号からなる送信波を走査しながら、各走査方向４０〜４４について、ビート信号のピーク周波数ｆｃが求められた後、ステップ５０６に進む。
【００８４】
ステップ５０６：ステップ５０４及びステップ５０５において求められたｆｕ、ｆｄ及びｆｃに基づいて信号処理装置１０による演算処理が行われ、各走査方向４０〜４４について、１又は２以上の測定対象との距離Ｒ及び相対速度Ｖが求められる。その後、再びステップ５０１に戻る。
【００８５】
図６のステップ６０１〜６０６は、図５のステップ５０４（上昇・下降変調信号による走査）の詳細を示したフローチャートであり、上昇・下降変調信号を用いて、各走査方向ごとに上昇区間と下降区間のそれぞれにおけるビート信号のピーク周波数ｆｕ、ｆｄを求めるための処理方法が示されている。以下、図６のフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【００８６】
ステップ６０１：カウンタDCntの値に基づき、アンテナ走査用モータ２１がアンテナ反射鏡１５ｂを回転駆動させ、ホーンアンテナ１５ａによる送受信方向を変化させる。
【００８７】
ステップ６０２：発振器１１は、信号処理装置１０の指令に基づいて、図２（ａ）に示した変調周波数の上昇区間３１及び周波数下降区間３２からなる送信波を生成し、この送信波がホーンアンテナ１５ａから出力される。
【００８８】
ステップ６０３：１つの走査方向に関して、変調周波数の上昇区間３１におけるビート信号の周波数スペクトルから１又は２以上の目標候補を検出し、それぞれの周波数を求める。例えば、受信強度を所定の閾値と比較して当該閾値以上となる周波数スペクトルのピークをＩ個（Ｉは１又は２以上）検出し、これらの周波数ｆｕ（ｉ、DCnt）｛ｉ＝１，２，３，…，Ｉ｝を求める。
【００８９】
ステップ６０４：１つの走査方向に関して、変調周波数の下降区間３２におけるビート信号の周波数スペクトルから１又は２以上の目標候補を検出し、それぞれの周波数を求める。例えば、受信強度を所定の閾値と比較して当該閾値以上となる周波数スペクトルのピークをＪ個（Ｊは１又は２以上）検出し、これらの周波数ｆｄ（ｊ，DCnt）｛ｊ＝１，２，３，…，Ｊ｝を求める。
【００９０】
ステップ６０５：走査方向を示すカウンタDCntをインクリメントして、次の走査方向４１、４２，…が処理の対象とされる。
【００９１】
ステップ６０６：カウンタDCntが５未満であればステップ６０１に戻り、新たな走査方向について同様の動作（ステップ６０１〜６０５）を繰り返す。カウンタDCntが５以上であれば、全ての走査方向４０〜４４について走査が完了しているため、当該処理を終了して図５のステップ５０６に進む。
【００９２】
図７のステップ７０１〜７０５は、図５のステップ５０５（無変調信号による走査）の詳細を示したフローチャートであり、無変調信号を用いて、各走査方向ごとにビート信号のピーク周波数ｆｃを求めるための処理方法が示されている。以下、図７のフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【００９３】
ステップ７０１：カウンタDCntの値に基づき、アンテナ走査用モータ２１がアンテナ反射鏡１５ｂを回転駆動させ、ホーンアンテナ１５ａによる送受信方向を変化させる。
【００９４】
ステップ７０２：発振器１１は、信号処理装置１０の指令に基づいて、図２（ｂ）に示した周波数を無変調とした送信波を生成し、この送信波がホーンアンテナ１５ａから出力される。
【００９５】
ステップ７０３：１つの走査方向に関して、無変調周波数のビート信号の周波数スペクトルから１又は２以上の目標候補を検出し、それぞれの周波数を求める。例えば、受信強度を所定の閾値と比較して当該閾値以上となる周波数スペクトルの１又は２以上のピークをＫ個（Ｋは１又は２以上）検出し、これらの周波数ｆｃ（ｋ、DCnt）｛ｋ＝１，２，３，…，Ｋ｝を求める。
【００９６】
ステップ７０４：走査方向を示すカウンタDCntをインクリメントして、次の走査方向４１、４２，…が処理の対象とされる。
【００９７】
ステップ７０５：カウンタDCntが５未満であればステップ７０１に戻り、新たな走査方向について同様の動作（ステップ７０１〜７０４）を繰り返す。カウンタDCntが５以上であれば全ての走査方向４０〜４４について走査が完了しているため、当該処理を終了して図５のステップ５０６に進む。
【００９８】
図８のステップ８０１〜８１０は、図５のステップ５０６（演算処理）の詳細を示したフローチャートであり、２以上の測定対象までの距離及び相対速度を各走査方向ごとに求めるための処理方法が示されている。以下、図８のフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【００９９】
ステップ８０１：走査方向を示すカウンタDCntをリセットして、その値がゼロとなり、まず最初の走査方向４０について以下の演算が行われる。
【０１００】
ステップ８０２：図６のステップ６０３及びステップ６０４で検出された目標候補のスペクトルの周波数ｆｕ（ｉ，DCnt）｛ｉ＝１，２，…，Ｉ｝とｆｄ（ｊ，DCnt）｛ｊ＝１，２，…，Ｊ｝について、全てのｉ，ｊの組み合わせについて、周波数和ｆｓｕｍ（ｉ，ｊ）と周波数差ｆｄｉｆ（ｉ，ｊ）を次式（３１），（３２）により求める。
【数１３】
0003716229.tif 000014
【０１０１】
ステップ８０３：図７のステップ７０３で検出された目標候補の周波数ｆｃ（ｋ，DCnt）｛ｋ＝１，２，…，Ｋ｝と、ステップ８０２で求められたｆｓｕｍ（ｉ，ｊ）およびｆｄｉｆ（ｉ，ｊ）を比較して、次式（３３）又は（３４）を満足するｆｃ（ｌ），ｆｕ（ｍ），ｆｄ（ｎ）の１又は２以上の組み合わせを正しい組み合わせとして選択する。
【数１４】
0003716229.tif 000015
【０１０２】
ステップ８０４：距離周波数ｆｒ（ｍ，ｎ）を周波数和ｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）とする。
【０１０３】
ステップ８０５：ｆｕ（ｍ）とｆｄ（ｎ）の大きさを比較し、ｆｕ（ｍ）≧ｆｄ（ｎ）であればステップ８０６へ、ｆｕ（ｍ）＜ｆｄ（ｎ）であればステップ８０７へ進む。
【０１０４】
ステップ８０６：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）を周波数差ｆｄｉｆ（ｍ，ｎ）として、ステップ８０８へ進む。
【０１０５】
ステップ８０７：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）を−ｆｄｉｆ（ｍ，ｎ）として、ステップ８０８へ進む。
【０１０６】
ステップ８０８：ステップ８０６およびステップ８０７で求められたｆｒ（ｍ，ｎ）およびｆｐ（ｍ，ｎ）から、次式（３５），（３６）により距離Ｒｍｎ及び相対速度Ｖｍｎが求められる。
【数１５】
0003716229.tif 000016
【０１０７】
ステップ８０９：走査方向を示すカウンタDCntをインクリメントして、次の走査方向４１、４２，…が処理の対象とされる。
【０１０８】
ステップ８１０：カウンタDCntが５未満であればステップ８０２に戻り、新たな走査方向について同様の動作（ステップ８０２〜８０９）を繰り返す。カウンタDCntが５以上であれば全ての走査方向４０〜４４について走査が完了しているため、当該処理を終了して図５のステップ５０１に戻る。
【０１０９】
本実施の形態によるレーダ装置では、変調周波数の上昇区間及び下降区間から構成され無変調区間を有しない図２（ａ）の送信波と、無変調区間のみで構成される図２（ｂ）の送信波とを各走査周期ごとに切り替えて送信している。そして、走査周期の単位で時間的に前後して得られる、図２（ａ）の送信波に基づくビート信号の周波数成分ｆｕ，ｆｄと、図２（ｂ）の送信波に基づくビート信号の周波数成分ｆｃを用いて、測定対象の距離及び相対速度を算出している。
【０１１０】
すなわち、従来のレーダ装置のように、変調周波数の上昇区間及び下降区間とともに無変調区間を有する図２０に示したような送信波を用いることなく、従来の装置と同様にして、上昇区間、下降区間及び無変調区間におけるビート周波数を用いて測定対象との距離及び相対速度を求めている。
【０１１１】
これにより、測定対象が２以上存在する場合でも、周波数成分の誤組み合わせを防止して正しく測定することができるとともに、測定精度の低下、測距周期の増加、機構系の複雑化あるいは高価格化、走査範囲の狭域化などの問題を引き起こすことがない。従って、２以上の測定対象が存在する場合でも、各測定対象までの距離及び相対速度を精度よく求めることができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態では、上昇区間及び下降区間からなる送信波信号と、無変調区間のみからなる送信波信号とを走査周期ごとに切り替えて送信する場合について説明したが、本発明はこのような送信波信号の場合に限定されない。つまり、上昇区間、下降区間、無変調区間の３区間を任意に組み合わせて２種類の送信波信号を生成し、走査周期に同期して切り替えて送信すれば、同様の効果を奏することができるため、３区間の組み合わせは他の組み合わせであってもよい。具体的には、上昇区間及び無変調区間からなる送信波信号と、下降区間のみからなる送信波信号とを用いてもよいし、無変調区間及び下降区間からなる送信波信号と、上昇区間のみからなる送信波信号とを用いてもよい。
【０１１３】
実施の形態２．
本実施の形態における構成及び動作は、実施の形態１の場合と基本的には同じであるが、発振器１１によって生成される２種類の送信波が異なる。また、これに伴って信号処理装置１０における処理内容が異なる。
【０１１４】
図９は、図１のレーダ装置１の送受信波形の他の例を示した図であり、縦軸に周波数、横軸に時間をとり、送信波（実線）及び受信波（破線）の波形が示されている。図９（ａ）には、図２（ａ）と同様、周波数を時間軸上で線形に増大させる上昇区間３１と、時間軸上で線形に減少させる下降区間３２とを交互に繰り返す三角波の周波数変調が施された送受信信号が示されている。一方、図９（ｂ）には、周波数を時間軸上で線形に増大させる上昇区間３４と、周波数が時間的に変化しない無変調区間３３が示されている。発振器１１は、信号処理装置１０の指示に基づいて、２種類の送信信号、すなわち図９の（ａ）又は（ｂ）のいずれかの送信信号を生成している。
【０１１５】
図１０は発振器１１により生成される送信波の切替タイミングの一例を示した図である。図９に示した２種類の送信波を生成する発振器１１は、同一の走査周期内においては同一の送信波を生成し、走査周期に同期して送信波を切り替えている。図１０では、走査周期ごとに送信波が切り替えられている。すなわち、２ｎ回目（ｎ＝０，１，２…）の走査周期では、各走査方向４０〜４４に対して、図９（ａ）に示された上昇区間及び下降区間からなる周波数変調信号が送信される。また、（２ｎ＋１）回目の走査周期では、各走査方向４０〜４４に対して、図９（ｂ）に示された上昇区間及び無変調区間からなる周波数変調信号が送信される。
【０１１６】
図１１のステップ１１０１〜１１０６は、本発明の実施の形態２によるレーダ信号処理方法の一例を示したフローチャートであり、図１２は、図１１のステップ１１０５（無変調信号による走査）の詳細を示したフローチャートである。図１１のフローチャートを図５の場合と比較すれば、ステップ１１０５のみが異なり、他のステップ１１０１〜１１０４及び１１０６は図５の対応するステップと同じである。以下、図１１のフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【０１１７】
ステップ１１０１：信号処理装置１０は、何番目の走査周期であるのかを認識するためのカウンタScanCntを備え、この走査周期を示すカウンタScanCntをインクリメントして、走査周期ごとの処理を開始する。
【０１１８】
ステップ１１０２：信号処理装置１０は、同一の走査周期中の何番目の走査方向４０〜４４であるのかを認識するためのカウンタDCntを備え、このカウンタDCntをリセットする。このため、その値はゼロとなり、まず最初の走査方向４０を対象として以下の処理が行われる。
【０１１９】
ステップ１１０３：カウンタScanCntが偶数の時はステップ１１０４に進み、奇数の時は、ステップ１１０５に進む。つまり、ステップ１１０４及びステップ１１０５は、走査周期ごとに交互に実行される。
【０１２０】
ステップ１１０４：図９（ａ）に示した上昇・下降変調信号からなる送信波を走査しながら、各走査方向４０〜４４について、上昇区間３１におけるビート信号のピーク周波数ｆｕと、下降区間３２におけるビート信号のピーク周波数ｆｄが求められた後、ステップ１１０６に進む。
【０１２１】
ステップ１１０５：図９（ｂ）に示した上昇・無変調信号からなる送信波を走査しながら、各走査方向４０〜４４について、上昇区間３４におけるビート信号のピーク周波数ｆｕと、無変調区間３３におけるビート信号の周波数ｆｃが求められた後、ステップ１１０６に進む。
【０１２２】
ステップ１１０６：ステップ１１０４及びステップ１１０５において求められたｆｕ、ｆｄ及びｆｃに基づいて信号処理装置１０による演算処理が行われ、各走査方向４０〜４４について、１又は２以上の測定対象との距離Ｒ及び相対速度Ｖが求められる。このとき、上昇区間における周波数ｆｕは、ステップ１１０４及び１１０５で求められた値の中から、より新しい方の値が用いられる。その後、再びステップ１１０１に戻る。
【０１２３】
図１２は、図１１のステップ１１０５（上昇・無変調信号による走査）の詳細を示したフローチャートであり、上昇・無変調信号を用いて、各走査方向ごとに上昇区間３４と無変調区間３３のそれぞれにおけるビート信号のピーク周波数ｆｕ、ｆｃを求めるための処理方法が示されている。図１２のフローチャートを図７の場合と比較すれば、ステップ１２０３のみが異なり、他のステップ１２０１，１２０２及び１２０４〜１２０６は図７の対応するステップと同じである。以下、図１２のフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【０１２４】
ステップ１２０１：カウンタDCntの値に基づき、アンテナ走査用モータ２１がアンテナ反射鏡１５ｂを回転駆動させ、ホーンアンテナ１５ａによる送受信方向を変化させる。
【０１２５】
ステップ１２０２：発振器１１は、信号処理装置１０の指令に基づいて、図９（ｂ）に示した変調周波数の上昇区間３４及び周波数無変調区間３３からなる送信波を生成し、この送信波がホーンアンテナ１５ａから出力される。
【０１２６】
ステップ１２０３：１つの走査方向に関して、変調周波数の上昇区間３４におけるビート信号の周波数スペクトルから１又は２以上の目標候補を検出し、それぞれの周波数を求める。例えば、受信強度を所定の閾値と比較して当該閾値以上となる周波数スペクトルのピークをＩ個（Ｉは１又は２以上）検出し、これらの周波数ｆｕ（ｉ、DCnt）｛ｉ＝１，２，３，…，Ｉ｝を求める。
【０１２７】
このとき、図１１のステップ１１０４において求められた上昇区間の周波数ｆｕ（ｉ、DCnt）｛ｉ＝１，２，３，…，Ｉ｝に上書きすることにより、ｆｕを新たなデータに置き換えている。全く同様にして、図１１のステップ１１０４が実行される場合には、ステップ１２０３で求められたｆｕに上書きし、新たなデータへの置き換えが行われる。
【０１２８】
ステップ１２０４：１つの走査方向に関して、周波数の無変調区間３３におけるビート信号の周波数スペクトルから１又は２以上の目標候補を検出し、それぞれの周波数を求める。例えば、受信強度を所定の閾値と比較して当該閾値以上となる周波数スペクトルのピークをＫ個（Ｋは１又は２以上）検出し、これらの周波数ｆｃ（ｋ，DCnt）｛ｋ＝１，２，３，…，Ｋ｝を求める。
【０１２９】
ステップ１２０５：走査方向を示すカウンタDCntをインクリメントして、次の走査方向４１、４２，…が処理の対象とされる。
【０１３０】
ステップ１２０６：カウンタDCntが５未満であればステップ１２０１に戻り、新たな走査方向について同様の動作（ステップ１２０１〜１２０５）を繰り返す。カウンタDCntが５以上であれば、全ての走査方向４０〜４４について走査が完了しているため、当該処理を終了して図１１のステップ１１０６に進む。
【０１３１】
本実施の形態によるレーダ装置では、変調周波数の上昇区間及び下降区間から構成される図９（ａ）の送信波と、上昇区間及び無変調区間で構成される図９（ｂ）の送信波とを走査周期に同期して切り替えて送信している。このため、各走査周期ごとに上昇区間におけるビート信号の周波数成分を得ることができる。つまり、走査周期の単位で時間的に前後して得られる下降区間及び無変調区間でのビート信号の周波数成分と、全ての走査周期で得られる上昇区間でのビート信号の周波数成分とを用いて、測定対象の距離及び相対速度を算出している。
【０１３２】
従って、実施の形態１と同様の効果を奏することができるのは勿論であるが、更に、実施の形態１の場合と比較して、測定対象の距離及び相対速度を検出するリアルタイム性を向上させることができるという効果も奏する。
【０１３３】
なお、本実施の形態では、無変調信号による走査周期において変調周波数上昇区間を加える場合の例について説明したが、周波数上昇区間の代わりに変調周波数下降区間を加えてもよい。この場合、各走査周期ごとに周波数下降区間におけるビート信号の周波数成分を得ることができるため、同様の効果が得られる。
【０１３４】
さらに、２種類の送信波の一方を周波数上昇区間及び周波数無変調区間の繰返信号として構成し、他方を周波数下降区間及び周波数無変調区間の繰返信号として構成してもよい。この場合、各走査周期ごとに無変調区間におけるビート信号の周波数成分を得ることができるため、同様の効果が得られる。
【０１３５】
すなわち、周波数の上昇区間、下降区間および無変調区間のうち、異なるいずれか２区間を組み合わせた送信波として２種類生成し、これらの送信波のいずれかに３区間全てが含まれていれば、２種類の送信波の両方に含まれる区間については、各走査周期ごとにその区間のビート信号の周波数成分を得ることができ、リアルタイム性を向上させることができる。
【０１３６】
実施の形態３．
本実施の形態における構成及び動作は、実施の形態１の場合と基本的には同じであるが、送信波と受信波をミキサー１７によって検波する際、ビート信号の同相成分のみを用いる点で異なる。また、これに伴って信号処理装置１０における処理内容が異なる。
【０１３７】
図１３のステップ１３０１〜１３０６は、本発明の実施の形態３によるレーダ信号処理方法の一例を示したフローチャートであり、図１４は、図１３のステップ１３０６（演算処理）の詳細を示したフローチャートである。図１３のフローチャートを図５の場合と比較すれば、ステップ１３０６のみが異なり、他のステップ１３０１〜１３０５は図５の対応するステップと同じである。以下、図１３のフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【０１３８】
ステップ１３０１：信号処理装置１０は、何番目の走査周期であるのかを認識するためのカウンタScanCntを備え、この走査周期を示すカウンタScanCntをインクリメントして、走査周期ごとの処理を開始する。
【０１３９】
ステップ１３０２：信号処理装置１０は、同一の走査周期中の何番目の走査方向４０〜４４であるのかを認識するためのカウンタDCntを備え、このカウンタDCntをリセットする。このため、その値はゼロとなり、まず最初の走査方向４０を対象として以下の処理が行われる。
【０１４０】
ステップ１３０３：カウンタScanCntが偶数の時はステップ１３０４に進み、奇数の時は、ステップ１３０５に進む。つまり、ステップ１３０４及びステップ１３０５は、走査周期ごとに交互に実行される。
【０１４１】
ステップ１３０４：図２（ａ）に示した上昇・下降変調信号からなる送信波を走査しながら、各走査方向４０〜４４について、上昇区間におけるビート信号のピーク周波数ｆｕと、下降区間におけるビート信号のピーク周波数ｆｄが求められる。このとき、ピーク周波数ｆｕ，ｆｄとして周波数の絶対値のみが求められる。その後、ステップ１３０６に進む。
【０１４２】
ステップ１３０５：図２（ｂ）に示した無変調信号からなる送信波を走査しながら、各走査方向４０〜４４について、ビート信号のピーク周波数ｆｃが求められる。このとき、ピーク周波数ｆｃとして周波数の絶対値のみが求められる。その後、ステップ１３０６に進む。
【０１４３】
ステップ１３０６：ステップ１３０４及びステップ１３０５において求められたｆｕ、ｆｄ及びｆｃに基づいて信号処理装置１０による演算処理が行われ、各走査方向４０〜４４について、１又は２以上の測定対象との距離Ｒ及び相対速度Ｖが求められる。ただし、実施の形態１，２の場合と異なり、ビート信号のピーク周波数ｆｕ，ｆｄ，ｆｃは絶対値として求められているため、処理方法が異なる。その後、再びステップ１３０１に戻る。
【０１４４】
図１４のステップ１４０１〜１４１５は、図１３のステップ１３０６（演算処理）の詳細を示したフローチャートであり、２以上の測定対象までの距離及び相対速度を各走査方向ごとに求めるための処理方法が示されている。以下、図１４のフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【０１４５】
ステップ１４０１：走査方向を示すカウンタDCntをリセットして、その値がゼロとなり、まず最初の走査方向４０について以下の演算が行われる。
【０１４６】
ステップ１４０２：図１３のステップ１３０４で検出された目標候補のスペクトルの周波数ｆｕ（ｉ，DCnt）｛ｉ＝１，２，…，Ｉ｝とｆｄ（ｊ，DCnt）｛ｊ＝１，２，…，Ｊ｝について、全てのｉ，ｊの組み合わせについて、周波数和ｆｓｕｍ（ｉ，ｊ）と周波数差ｆｄｉｆ（ｉ，ｊ）を次式（３７），（３８）により求める。
【数１６】
0003716229.tif 000017
【０１４７】
ステップ１４０３：図１３のステップ１３０５で検出された目標候補の周波数ｆｃ（ｋ，DCnt）｛ｋ＝１，２，…，Ｋ｝と、ステップ１４０２で求められたｆｓｕｍ（ｉ，ｊ）およびｆｄｉｆ（ｉ，ｊ）を比較して、次式（３９）又は（４０）を満足するｆｃ（ｌ），ｆｕ（ｍ），ｆｄ（ｎ）の１又は２以上の組み合わせを正しい組み合わせとして選択する。
【数１７】
0003716229.tif 000018
【０１４８】
ステップ１４０４：ｆｃ（ｌ）がｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）と等しいかどうかを判定し、等しければステップ１４０５へ進み、等しくなければステップ１４０９へ進む。
【０１４９】
ステップ１４０５：ｆｃ（ｌ）＝ｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）の場合、まず、距離周波数ｆｒ（ｍ，ｎ）を周波数差ｆｄｉｆ（ｍ，ｎ）とする。
【０１５０】
ステップ１４０６：次に、ｆｕ（ｍ）とｆｄ（ｎ）の大きさを比較し、ｆｕ（ｍ）≧ｆｄ（ｎ）であればステップ１４０７へ進み、ｆｕ（ｍ）＜ｆｄ（ｎ）であればステップ１４０８へ進む。
【０１５１】
ステップ１４０７：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）をｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）としてステップ１４１３へ進む。
【０１５２】
ステップ１４０８：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）を−ｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）としてステップ１４１３へ進む。
【０１５３】
ステップ１４０９：一方、ｆｃ（ｌ）≠ｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）の場合、まず、距離周波数ｆｒ（ｍ，ｎ）をｆｓｕｍ（ｍ，ｎ）とする。
【０１５４】
ステップ１４１０：次に、ｆｕ（ｍ）とｆｄ（ｎ）の大きさを比較し、ｆｕ（ｍ）≧ｆｄ（ｎ）であればステップ１４１１へ進み、ｆｕ（ｍ）＜ｆｄ（ｎ）であればステップ１４１２へ進む。
【０１５５】
ステップ１４１１：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）をｆｄｉｆ（ｍ，ｎ）としてステップ１４１３へ進む。
【０１５６】
ステップ１４１２：速度周波数ｆｐ（ｍ，ｎ）を−ｆｄｉｆ（ｍ，ｎ）としてステップ１４１３へ進む。
【０１５７】
ステップ１４１３：ステップ１４０５〜１４１２で求められたｆｒ（ｍ，ｎ），ｆｐ（ｍ，ｎ）から、次式（４１），（４２）により距離Ｒｍｎ及び相対速度Ｖｍｎが求められる。
【数１８】
0003716229.tif 000019
【０１５８】
ステップ１４１４：走査方向を示すカウンタDCntをインクリメントして、次の走査方向４１、４２，…が処理の対象とされる。
【０１５９】
ステップ１４１５：カウンタDCntが５未満であればステップ１４０２に戻り、新たな走査方向について同様の動作（ステップ１４０２〜１４１４）を繰り返す。カウンタDCntが５以上であれば全ての走査方向４０〜４４について走査が完了しているため、当該処理を終了して図１３のステップ１３０１に戻る。
【０１６０】
本実施の形態によるレーダ装置では、送信波と受信波をミキサー１７によって検波する際、ビート信号の同相成分のみを用いているが、この様なレーダ装置においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、周波数成分の誤組み合わせを防止して、測定対象が２以上存在する場合でも正しく測定しようとする場合に、測距周期の増加、機構系の複雑化あるいは高価格化、走査範囲の狭域化の問題を引き起こすことがない。従って、測定対象までの距離及び相対速度を精度良く求めることができる。
【０１６１】
なお、本実施の形態では、実施の形態１で用いられた送受信波、すなわち、図２に示された送受信波をミキサー１７によって検波する際、ビート信号の同相成分のみを用いるレーダ装置の例について説明したが、本発明は、実施の形態２で説明した送受信波、すなわち図９に示された送受信波その他の送受信波がミキサー１７で検波されるレーダ装置についても適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
【発明の効果】
本発明によるレーダ装置は、第１の送信波及び第２の送信波を生成し、第１の送信波及び第２の送信波を走査周期に同期して切り替えて送出している。これらの送信波は、それぞれが周波数上昇区間、周波数下降区間及び周波数無変調区間の２以下の区間からなり、各区間は、第１の送信波又は第２の送信波のいずれかに含まれている。
【０１６３】
このため、周波数上昇区間、周波数下降区間及び周波数無変調区間における送信波及び受信波に基づいて、２以上の測定対象が存在する場合であっても、測定対象との距離又は相対速度を測定することができるだけでなく、周波数上昇区間、周波数下降区間及び周波数無変調区間からなる送信波を用いる必要がなく、走査中の一方向当たりの測定周期を短くすることができる。
【０１６４】
従って、測定精度の低下、機構系の複雑化又は高価化、走査範囲の狭域化などの問題を引き起こすことなく、測定対象が２以上存在する場合でも各測定対象の距離又は相対速度について高精度の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１によるレーダ装置の一構成例を示したブロック図である。
【図２】  図１のレーダ装置１の送受信波形の一例を示した図である。
【図３】  図１のレーダ装置１の走査方向の一例を示した図である。
【図４】  発振器１１により生成される送信波の切替タイミングの一例を示した図である。
【図５】  本発明の実施の形態１によるレーダ信号処理方法の一例を示したフローチャートである。
【図６】  図５のステップ５０４（上昇・下降変調信号による走査）の詳細を示したフローチャートである。
【図７】  図５のステップ５０５（無変調信号による走査）の詳細を示したフローチャートである。
【図８】  図５のステップ５０６（演算処理）の詳細を示したフローチャートである。
【図９】  図１のレーダ装置１の送受信波形の他の例を示した図である（実施の形態２）。
【図１０】  発振器１１により生成される送信波の切替タイミングの一例を示した図である。
【図１１】  本発明の実施の形態２によるレーダ信号処理方法の一例を示したフローチャートである。
【図１２】  図１１のステップ１１０５（無変調信号による走査）の詳細を示したフローチャートである。
【図１３】  本発明の実施の形態３によるレーダ信号処理方法の一例を示したフローチャートである。
【図１４】  図１３のステップ１３０６の詳細を示したフローチャートである。
【図１５】  従来のレーダ装置を用いて１つの測定対象についてレーダ測定を行う場合の様子を示した図である。
【図１６】  図１５のレーダ装置７１の送受信波形の一例を示した図である。
【図１７】  図１６の送受信波に基づいて求められるビート信号のパワースペクトルの一例を示した図である。
【図１８】  従来のレーダ装置を用いて２つの測定対象についてレーダ測定を行う場合の様子を示した図である。
【図１９】  測定対象が２つの場合に求められるビート信号のパワースペクトルの一例を示した図である。
【図２０】  従来のレーダ装置７１の送受信波形の他の例を示した図である。
【図２１】  離反、接近する各測定対象について、レーダ装置７１の送受信波形と、そのビート信号の例を示した図である。
【図２２】  測定対象が複数存在する場合における従来のレーダ信号処理方法を示すフローチャート図である。
【図２３】  図２２に引き続き、従来のレーダ信号処理方法を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１  レーダ装置、１０  信号処理装置、１１  発振器、
１２  パワーデバイダ、１３  送信アンプ、１４  サーキュレータ、
１５ａ  ホーンアンテナ、１５ｂ  アンテナ反射鏡、１６  受信アンプ、
１７  ミキサー、１８  フィルタ、１９  アンプ、２０  Ａ／Ｄ変換器、
２１  アンテナ走査用モータ、３１  周波数上昇区間、３２  周波数下降区間、
３３  周波数無変調区間、３４  周波数無変調区間、４０〜４４  走査方位、
ｆｕ  周波数上昇区間のビート周波数、ｆｄ  周波数下降区間のビート周波数、
ｆｕ  周波数無変調区間のビート周波数、ｆｍ  繰返周波数、
ｆ０  中心周波数、△ｆ  変調幅、
【図１】
0003716229.tif 000020
【図２】
0003716229.tif 000021
【図３】
0003716229.tif 000022
【図４】
0003716229.tif 000023
【図５】
0003716229.tif 000024
【図６】
0003716229.tif 000025
【図７】
0003716229.tif 000026
【図８】
0003716229.tif 000027
【図９】
0003716229.tif 000028
【図１０】
0003716229.tif 000029
【図１１】
0003716229.tif 000030
【図１２】
0003716229.tif 000031
【図１３】
0003716229.tif 000032
【図１４】
0003716229.tif 000033
【図１５】
0003716229.tif 000034
【図１６】
0003716229.tif 000035
【図１７】
0003716229.tif 000036
【図１８】
0003716229.tif 000037
【図１９】
0003716229.tif 000038
【図２０】
0003716229.tif 000039
【図２１】
0003716229.tif 000040
【図２２】
0003716229.tif 000041
【図２３】
0003716229.tif 000042