(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号である矩形信号を生成する矩形信号生成手段と、
送信タイミングを決定するための電圧値を設定する送信タイミング電圧設定手段と、
上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号と上記送信タイミング電圧設定手段からの上記電圧値とに基づいて送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、
生成された上記送信パルスの電波を送信する送信手段と、
上記送信手段によって送信された上記電波が複数の物体に反射した反射波を受信し、その受信信号を出力する受信手段と、
上記送信パルス生成手段から出力される上記送信パルスに同期したノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成手段と、
上記受信用ノコギリ波生成手段からの上記ノコギリ波と上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号とに基づいて、上記受信手段から上記受信信号が入力されるときの上記ノコギリ波のレベルをサンプルホールドする受信信号サンプルホールド手段と、
上記受信信号サンプルホールド手段からのサンプルホールド出力に基づいて、上記物体の検出および上記物体までの距離を測定する検出・測距手段と
を備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。
【請求項２】
上記送信タイミング電圧設定手段は、送信タイミングを決定する電圧値を複数用意し、それらを予め定められた所定の順序で設定することを特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【請求項３】
上記送信タイミング電圧設定手段は、送信タイミングを決定する電圧値を複数用意し、それらをランダムな順序で設定することを特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパルスレーダ装置に関し、特に、電波を送信し、その送信した電波が物体に反射した反射波を受信することによって、物体の有無を検出し、検出された物体までの距離を計測するためのパルスレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパルスレーダ装置は、送出手段によってパルス状の信号を周期的に出力する。そして、物体からの反射パルスを受信手段によって連続的に受信し、２値化手段によって２値化する。そしてサンプリング手段が、送出手段の送出タイミング後、一定の１つ又は複数のサンプリング点毎に２値化信号をサンプリングして０又は１のサンプリング値を得て、これをサンプリング点それぞれの点に対応する加算手段に与える。そこで、加算手段が送出手段による信号の所定の送出回数分ずつ０又は１のサンプリング値を加算する。所定回数分の加算処理が終了すると、判定手段が加算手段毎の加算値を加算回数で除算して得られる正規化加算値を所定の閾値と比較し、その大小に基づいて外部の物体からの反射信号が存在するか否かを判定し、これに基づいて外部の物体の有無を判定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−７２２３７号公報（第１頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の装置において、物体の距離精度が必要な場合には、サンプリング手段のサンプリング間隔を細かくする必要があるが、そのためには高周波のクロックを要し、装置が高価になってしまうという問題点があった。また、受信波をＡＤ変換し、その受信波形より、距離精度を向上させる方法も考えられるが、高速なＡＤ変換器を必要とし、これも装置の高価格化を招いてしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、低価格かつ高精度のパルスレーダ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基準信号である矩形信号を生成する矩形信号生成手段と、送信タイミングを決定するための電圧値を設定する送信タイミング電圧設定手段と、上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号と上記送信タイミング電圧設定手段からの上記電圧値とに基づいて送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、生成された上記送信パルスの電波を送信する送信手段と、上記送信手段によって送信された上記電波が複数の物体に反射した反射波を受信し、その受信信号を出力する受信手段と、上記送信パルス生成手段から出力される上記送信パルスに同期したノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成手段と、上記受信用ノコギリ波生成手段からの上記ノコギリ波と上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号とに基づいて、上記受信手段から上記受信信号が入力されるときの上記ノコギリ波のレベルをサンプルホールドする受信信号サンプルホールド手段と、上記受信信号サンプルホールド手段からのサンプルホールド出力に基づいて、上記物体の検出および上記物体までの距離を測定する検出・測距手段とを備えたパルスレーダ装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明のパルスレーダ装置の構成について図を用いて説明する。図１は、本発明のパルスレーダ装置の構成を示したブロック図である。本発明のパルスレーダ装置は、図１に示すように、基準信号である矩形信号を生成する矩形信号生成手段１と、送信タイミングを決定するための電圧値を設定する送信タイミング電圧設定手段２とが設けられており、矩形信号生成手段１と送信タイミング電圧設定手段２の出力をもとに送信パルスを生成する送信パルス生成手段３に接続されている。また、送信パルス生成手段３によって生成されたパルス状の電波である送信パルスは、送信手段４によって測定対象の物体に向かって送信される。受信手段５は、送信手段４によって送信した電波が複数の物体に反射した反射波を受信しその受信信号を出力する。送信パルス生成手段３の出力をもとにノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成手段６が設けられており、さらに、受信用ノコギリ波生成手段６と矩形信号生成手段１の出力をもとに受信信号をサンプルホールドする受信信号サンプルホールド手段７が設けられている。また、受信信号サンプルホールド手段７と送信タイミング電圧設定手段２の出力をもとに物体の検出および物体までの距離を測定する検出・測距手段８がさらに設けられている。
【０００８】
次に、図１に示した本発明のパルスレーダ装置の実際の具体的な構成例について説明する。本構成例におけるパルスレーダ装置は、図２に示すように、大きく分けて５つの部分から構成される。すなわち、基準矩形信号と送信タイミング電圧から送信パルスを生成する送信パルス生成回路２０１、パルス状の電波を送信する送信回路２０２１と反射波を受信する受信回路２０２２とから構成されるＲＦモジュール２０２、送信パルス生成回路２０１の出力をもとにノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成回路２０３、受信用ノコギリ波発生回路２０３と基準矩形信号の出力をもとに受信信号をサンプルホールドする受信信号サンプルホールド回路２０４、前述した基準矩形信号と送信タイミング電圧を生成し、受信信号サンプルホールド回路２０４の出力と送信タイミング電圧をもとに物体の検出および物体までの距離を測定するＣＰＵ２０５から構成される。
【０００９】
なお、図１と図２との対応関係を説明すれば、図２の送信回路２０２１が図１の送信手段４を構成しており、同様に、図２の受信回路２０２２が図１の受信手段５を、図２の送信パルス生成回路２０１が図１の送信パルス生成手段３を、図２の受信用ノコギリ波発生回路２０３が図１の受信用ノコギリ波生成手段６を、図２の受信信号サンプルホールド回路２０４が図１の受信信号サンプルホールド手段７を構成している。また、図２のＣＰＵ２０５が図１の矩形信号生成手段１、送信タイミング電圧設定手段２および検出・測距手段８を構成している。
【００１０】
図２のＲＦモジュール２０２の具体的な構成の一例を図３に示す。ＲｘＬＯ発振器３０１によって生成される１０．８３７５ＧＨｚの信号は、パワーデバイダ３０２により２つに分けられ、一方は、ミクサ１（３０３）において、ＴｘＬＯ発振器３０４によって生成される１．２２５ＧＨｚの信号とミキシングされ、その後、変調器３０５において、変調器３０５に入力される送信信号３１６に基づいてパルス状の信号となる。次に、ダブラー４０６にて２逓倍され、続くフィルター１（３０７）にて２４．１２５ＧＨｚの信号となり、Ｔｘアンテナ（３０８）より電波として外部に放射される。なお、フィルター１は、所定の帯域内の周波数成分のみを通過させるように構成されている。こうして放射されて外部の物体により反射された電波は、Ｒｘアンテナ（３０９）より受信され、ＲｘＲＦ増幅器３１０により増幅された後、ミクサ２（３１１）により、パワーデバイダ３０２により２つに分けられたもう一方のＲｘＬＯ発振器３０１からの信号とミキシングされ中間周波数まで落とされる。その後、ＲｘＩＦアンプ１（３１２）、フィルター２（３１３）、ＲｘＩＦ増幅器２（３１４）を経由し、検出器３１５にて包絡線検波され受信信号３１７となる。なお、フィルター２は、所定の帯域内の周波数成分のみを通過させるように構成されている。
【００１１】
次に、図２の送信パルス生成回路２０１について説明する。図４に送信パルス生成回路の回路図、図５にタイミングチャートをそれぞれ示す。図４および図５に示すように、基準矩形信号５０１に同期したノコギリ波５０２を作成する回路４０１が設けられ、その出力５０２と送信タイミング電圧５０３とをコンパレータ４０２にて比較し、送信パルス用の矩形信号５０４を生成する。次に、ＮＯＲゲート４０３〜４０５にて上記送信パルス用の矩形信号５０４を遅延および反転させて新たな矩形信号５０５を生成し、コンパレータ４０２の出力５０４とともにＮＯＲゲート４０６に入力する。次に、ＮＯＲゲート４０６の出力５０６をさらにＮＯＲゲート４０７に通し、送信パルス５０７を得る。
【００１２】
次に、図２の受信用ノコギリ波生成回路２０３および受信信号サンプルホールド回路２０４について説明する。図６に、受信用ノコギリ波生成回路２０３および受信信号サンプルホールド回路２０４の回路図、図７にタイミングチャートをそれぞれ示す。図６および図７に示すように、送信パルス信号５０１（図５参照）に同期したノコギリ波７０１を作成する回路６０１（受信用ノコギリ波発生回路２０３）が設けられており、その後段の回路（受信信号サンプルホールド回路２０４）にて、受信信号７０２は入力されたときのノコギリ波７０１のレベルをサンプルホールドし、サンプルホールド出力７０３を得る。
【００１３】
次に、ＣＰＵ２０５の内部処理について説明する。図８にフローチャートを、図９にタイミングチャートをそれぞれ示す。まず、ステップＳ８０１にてＣＰＵ２０５内部の初期化を行う。続いてステップＳ８０２で基準矩形信号９０１を発生させ、ステップＳ８０３ではデータの初期化を行う（ここまでの処理が、矩形信号生成手段１に相当する。）。
【００１４】
ステップＳ８０４では、送信パルスのタイミングを決める電圧値を所定の値にＤ／Ａ出力設定する。ここでは、Ｄ／Ａによる設定としたが、ＰＷＭ信号を出力し、ＰＷＭ制御回路と組み合わせて送信パルスのタイミング電圧を設定してもよい。ここで、送信タイミング電圧９０２は、複数用意しておく。つまり、図９に示すように、観測区間ｔｏ９０３において、Ｎ個の送信タイミング電圧９０２を用意し、Ｎ個のレンジビンを設定する。よって、このときサンプリング時間は、ｔｏ／Ｎとなる。送信タイミング電圧９０２は、図９の送信タイミング１（９０４）から順番に送信タイミングＮ（９０５）まで設定する（ここまでの処理が、送信タイミング電圧設定手段２に相当する。）。設定方法としては、図９に示すように、送信用ノコギリ波信号が、所定の値に定められた送信タイミング電圧値１〜Ｎのレベルに達したときを、それぞれ、送信タイミング１〜Ｎとしている。従って、図９の例では、送信タイミングは、時系列で、Ｎ，・・・，３，２，１の順となっている。なお、図９の例においては、各送信タイミング電圧１〜Ｎの値は、順に、一定間隔の電圧値幅で減少しているが（すなわち、送信タイミング電圧１と２との差と、送信タイミング電圧ｉとｉ＋１との差は同じ。）、この場合に限らず、間隔に多少変化をもたせるようにしてもよい。
【００１５】
ステップＳ８０５では、サンプルホールド出力のＡ／Ｄ値を読み込み、レジスタにデータを格納する（Ｄａｔａ［ｉ］、ｉ：レンジビン）。ステップＳ８０６では、全レンジビンのＡ／Ｄ値を読み込んだか否かを判定し、読み込んでいなければステップＳ８０４へ、全レンジビンについて読み込み完了の場合には、ステップＳ８０７の検出・測距処理へすすむ。次のステップＳ８０８では、所定時間（例えば５０ｍｓ）が経過したか否かを判定し、経過した場合はステップＳ８０３へ、経過していない場合には、経過するまで、時間待ちを行う。
【００１６】
次にステップＳ８０７の検出・測距処理（検出・測距手段８）について、図１０のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１００１で、レンジビン番号ｉを初期化（ｉ＝０）する。次にステップＳ１００２にて、レンジビンｉのＡ／Ｄ値（Ｄａｔａ［ｉ］）が、予め定めた最小値ＭＩＮより大きいか否かを判定する。大きい場合はステップＳ１００３の距離算出処理へ、ＭＩＮ以下ならば、ステップＳ１００４へすすみ、距離値として未検出相当距離（ＮｏｎＤｉｓｔ）をレジスタＤｉｓｔ［ｉ］へ代入する。ステップＳ１００５では、レンジビン番号ｉをインクリメントし、ステップＳ１００６で全レンジビンについて上記処理を行ったか否かを判定する。全レンジビンについて処理が終了していないときは、ステップＳ１００２に戻り、終了しているときは、ステップＳ１００７のターゲット抽出処理へ移行し、検出・測距処理を終える。
【００１７】
次にステップＳ１００３の距離算出処理について詳細に説明する。図１１に示すように、送信パルス幅をＴｗ［ｎｓ］（符号１１０１）、受信用ノコギリ信号のスロープ部ののべ時間をＴｍａｘ［ｎｓ］（符号１１０２）、サンプルホールド出力をＶｉ［Ｖ］、受信用ノコギリ波信号の最大レベルをＶｍａｘ［Ｖ］（符号１１０３）、受信パルス信号の上記スロープ開始点からの遅延時間をＴｉ［ｎｓ］（符号１１０４）としたとき、Ｔｉは、以下のように表される。
Ｔｉ＝Ｔｍａｘ×（Ｖｉ／Ｖｍａｘ）［ｎｓ］  （式１）
よって、ターゲットまでの距離Ｄｉｓｔ［ｉ］は以下のように計算される。
Ｄｉｓｔ［ｉ］＝（Ｔｉ＋Ｔｗ）×０．１５［ｍ］  （式２）
ここで、Ｖｉ＞Ｖｍａｘの場合は、Ｔｉ＝Ｔｍａｘとする。
【００１８】
次にステップＳ１００７のターゲット抽出処理について、図１２のフローチャートを用いて詳細に説明する。まず、ステップ１２０１でレンジビン番号ｉ、ターゲット距離ＤｉｓｔＴｇｔ［ｊ］（ｊ＝０〜Ｍ、Ｍ：抽出ターゲット数）をそれぞれ初期化する。レンジビン番号ｉついては０を代入し、ターゲット距離については、未検出距離ＮｏｎＤｉｓｔを代入する。次にステップＳ１２０２で、ターゲット番号ｊ＝０とする。
【００１９】
ステップＳ１２０３では、注目しているレンジビンの距離値Ｄｉｓｔ［ｉ］が未検出距離ＮｏｎＤｉｓｔか否かを判定し、未検出距離の場合には、後述するステップＳ１２０９へすすむ。未検出距離でない場合には、ステップＳ１２０４でターゲット番号ｊが０か否かを判定し、０の場合にはステップＳ１２０５でターゲット距離ＤｉｓｔＴｇｔ［ｊ］にＤｉｓｔ［ｉ］を代入する。さらにステップＳ１２０６でターゲット番号ｊをインクリメントし、後述するステップＳ１２０９へすすむ。ステップＳ１２０４にて、ターゲット番号ｊが０でない場合には、ステップＳ１２０７へすすみ、注目しているレンジビンの距離値Ｄｉｓｔ［ｉ］がターゲット距離ＤｉｓｔＴｇｔ［ｊ−１］＋ａ（ａ：同一ターゲットか否かを判定するためのしきい値）より大きいか否かを判定し、大きい場合は、ステップ１２０５へすすむ。大きくない場合には、Ｄｉｓｔ［ｉ］もＤｉｓｔＴｇｔ［ｊ−１］と同一ターゲットの距離値とみなし、ステップＳ１２０８にて平均化処理を行う。
【００２０】
その後、ステップＳ１２０９にて、レンジビン番号ｉをインクリメントし、ステップＳ１２１０で、全レンジビンについて、上記処理を終了していない、かつ、ターゲット数が抽出ターゲット数（Ｍ）を超えていない場合には、ステップＳ１２０３に戻り、上記の処理を行う。全レンジビンについて、上記処理を実施、あるいはターゲット数がＭを超えている場合には、ターゲット抽出処理を終える。
【００２１】
以上より、本実施の形態によれば、受信サンプルタイミングは一定間隔かつ比較的長い周期とし、送信タイミングを変化させることで、実質的にサンプリングタイミングを変え、受信側では、受信波とノコギリ波を用いてサンプルホールドし、そのサンプルホールド電圧を読み込み、距離値に換算するので、低価格かつ精度よく複数ターゲットの距離を測定することができる。
【００２２】
実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１におけるＣＰＵ内の処理を変更したものであり、その他の部分については実施の形態１と同様のものである。なお、全体の構成については、図１および図２に示したものと同様であるため、これらの図を参照することとし、ここではその説明を省略する。
【００２３】
変更点は、図８におけるステップＳ８０４の送信タイミング電圧設定である。実施の形態１では、送信タイミング１から順番に送信タイミングＮまで設定したが、ここではランダムに送信タイミング電圧を設定する。図１３にランダムに送信タイミング電圧を設定する方法を示す。まず、ステップＳ１３０１で、レンジビン番号をレジスタＢｉｎ［ｋ］に入れる（ｋ＝０〜Ｎ−１）。次にステップ１３０２でレンジビン番号をランダムに並べ替え、レジスタＢｉｎ［ｋ］に入れ直す。そしてステップ１３０３で、Ｂｉｎ［０］から順次Ｂｉｎ［Ｎ−１］までＶ［Ｂｉｎ［ｋ］］を設定する。
【００２４】
以上により、本実施の形態によれば、送信タイミングをランダムに設定するので、同種レーダおよび外乱からの耐干渉性能を向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明は、基準信号である矩形信号を生成する矩形信号生成手段と、送信タイミングを決定するための電圧値を設定する送信タイミング電圧設定手段と、上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号と上記送信タイミング電圧設定手段からの上記電圧値とに基づいて送信パルスを生成する送信パルス生成手段と、生成された上記送信パルスの電波を送信する送信手段と、上記送信手段によって送信された上記電波が複数の物体に反射した反射波を受信し、その受信信号を出力する受信手段と、上記送信パルス生成手段から出力される上記送信パルスに同期したノコギリ波を生成する受信用ノコギリ波生成手段と、上記受信用ノコギリ波生成手段からの上記ノコギリ波と上記矩形信号生成手段からの上記矩形信号とに基づいて、上記受信手段から上記受信信号が入力されるときの上記ノコギリ波のレベルをサンプルホールドする受信信号サンプルホールド手段と、上記受信信号サンプルホールド手段からのサンプルホールド出力に基づいて、上記物体の検出および上記物体までの距離を測定する検出・測距手段とを備えたパルスレーダ装置であるので、受信サンプルタイミングは一定間隔かつ比較的長い周期とし、送信タイミングを変化させることで、実質的にサンプリングタイミングを変え、受信側では、受信波とノコギリ波を用いてサンプルホールドし、そのサンプルホールド電圧を上記受信サンプルタイミング毎に読み込むことで、低価格かつ距離精度のよいパルスレーダを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるパルスレーダ装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるＲＦモジュールの構成を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１における送信パルス生成回路の構成を示した回路図である。
【図５】本発明の実施の形態１における送信パルス生成回路の動作を示すタイミング図である。
【図６】本発明の実施の形態１における受信用ノコギリ波生成回路の構成を示した回路図である。
【図７】本発明の実施の形態１における受信用ノコギリ波生成回路の動作を示すタイミング図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるＣＰＵ内の処理の流れを説明するための流れ図である。
【図９】本発明の実施の形態１における送信タイミング電圧設定処理を説明するためのタイミング図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における検出・測距処理を説明するための流れ図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における距離算出処理を説明するためのタイミング図である。
【図１２】本発明の実施の形態１におけるターゲット抽出処理を説明するための流れ図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における送信タイミング電圧設定処理を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
１  矩形信号生成手段、２  送信タイミング電圧設定手段、３  送信パルス生成手段、４  送信手段、５  受信手段、６  受信用ノコギリ波生成手段、７  受信信号サンプルホールド手段、８  検出・測距手段、２０１  送信パルス生成回路、２０２  ＲＦモジュール、２０３  受信用ノコギリ波発生回路、２０４  受信信号サンプルホールド回路、２０５  ＣＰＵ、３０１  ＲｘＬＯ発振器、３０２  パワーデバイダ、３０３  ミクサ１、３０４  ＴｘＬＯ発振器、３０５  変調器、３０６  ダブラー、３０７  フィルター１、３０８  Ｔｘアンテナ、３０９  Ｒｘアンテナ、３１０，３１２，３１４  増幅器、３１１  ミクサ２、３１３  フィルター２、３１５  検出器、３１６  送信信号、３１７  受信信号、４０１  回路、４０２  コンパレータ、４０３，４０４，４０５，４０６，４０７ＮＯＲゲート、６０１  回路、２０２１  送信回路、２０２２  受信回路。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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