(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の電波を送信する送信手段と、
該送信手段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受信手段と、
該受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、
送信からの所定の時間間隔で上記コンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する第１の積算手段と、
各サンプリングタイミングにおける上記第１の積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、積算結果のサンプリング方向の微分を演算する微分演算手段と、  各サンプリングタイミング毎に上記微分演算手段からの出力をもとに設定された複数の基準値を持ち、上記複数の基準値と上記微分演算手段からの出力との差をもとに差分値を求める差分演算手段と、
該差分演算手段の出力を所定回数分だけサンプリングタイミング毎に積算する第２の積算手段と、
該第２の積算手段からの出力をもとにピークを検出するピーク検出手段と、
該ピーク検出手段からの出力をもとにターゲットまでの距離を算出し、ターゲットの有無を判断する測距・検出手段と、
上記電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段と
を備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。
【請求項２】
上記差分演算手段は、上記複数の基準値と上記微分演算手段からの出力との差の絶対値の和を求めることを特徴とする請求項１記載のパルスレーダ装置。
【請求項３】
各サンプリングタイミング毎の上記微分演算手段からの出力をもとに設定された複数の基準値は、第１の基準値および第２の基準値から成り、上記第１の基準値は前回の上記微分演算手段からの出力、上記第２の基準値は予め設定した回数分の上記微分演算手段の出力の平均値とすることを特徴とする請求項１または２記載のパルスレーダ装置。
【請求項４】
上記微分演算手段は、注目するサンプリングタイミングにおける上記第１の積算手段の出力と、その隣のサンプリングタイミングにおける該第１の積算手段の出力との差を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパルスレーダ装置。
【請求項５】
上記微分演算手段は、注目するサンプリングタイミングにおける上記第１の積算手段の出力と、その隣のサンプリングタイミングおよびその隣々のサンプリングタイミングにおける該第１の積算手段の出力との差をそれぞれ求め、それらの和を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパルスレーダ装置。
【請求項６】
上記ピーク検出手段は、各サンプリングタイミングにおける上記第２の積算手段の積算結果において、極大となるサンプリングタイミングのうち、あらかじめ設定した値を超えるサンプリングタイミングを出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパルスレーダ装置。
【請求項７】
検出しきい値を設定する検出しきい値設定手段を備え、上記ピーク検出手段は、各サンプリングタイミングにおける上記第２の積算手段の積算結果において、極大となるサンプリングタイミングのうち、該第２の積算手段の積算結果をもとに、上記検出しきい値設定手段が設定した検出しきい値を超えるサンプリングタイミングを出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパルスレーダ装置。
【請求項８】
上記検出しきい値設定手段は、１つあるいは複数のサンプリングタイミングにおける上記第２の積算手段による積算結果の平均値を求め、その平均値をノイズレベルとするノイズレベル設定手段と、該ノイズレベル設定手段によるノイズレベルをもとに検出しきい値を算出する検出しきい値算出手段とを有することを特徴とする請求項７記載のパルスレーダ装置。
【請求項９】
上記測距・検出手段は、上記ピーク検出手段が出力するサンプリングタイミングでの上記第２の積算手段による積算結果、およびその前後のサンプリングタイミングでの該第２の積算手段による積算結果をもとに距離を算出する距離算出手段と、該距離算出手段の算出結果に基づきターゲットが存在するか否かを判定する検出判定手段とを有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のパルスレーダ装置。
【請求項１０】
上記第１の積算手段の積算結果に応じて、受信信号のグランドレベルを変更するグランドレベル変更手段を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のパルスレーダ装置。
【請求項１１】
上記第１の積算手段によるサンプリングタイミング毎の積算結果の平均値を求め、該平均値が所定の範囲を超えている場合、グランドレベルを変更する信号を上記グランドレベル変更手段へ出力するグランドレベル制御手段を備えたことを特徴とする請求項１０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】
この発明は、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としては、特開平７−７２２３７号公報にて提案されているものがある。この装置は、図２３に示すように、制御手段１０２の制御の元にパルス信号送出手段１０１によってパルス状の信号を周期的に出力する。そして、物標からの反射パルスを反射パルス信号受信手段１０３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１０４が、パルス信号送出手段１０１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・記憶手段１０５に与える。そこで、加算・記憶手段１０５がパルス信号送出手段１０１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１０６が加算・記憶手段１０５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標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標の有無を判定するものから構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のパルスレーダ装置は、送信・受信のアイソレーションが悪く、いわゆる漏れ波形が存在する場合、あるいはレドームがある場合、次のような理由により、上記の装置を用いて１０ｍ未満の距離に存在する物体の検出、およびその物体までの距離の測定を行うことは困難である。すなわち、提案されている装置では、その送信パルス幅が距離にして10mに相当する66.7nsであるので、図２３に示すように10mよりも近い距離に物体が存在する場合、漏れ波形あるいは２次レドームによる反射波と物体による反射波の波形が重なり合った波形が検出される。そのため、非送信中の受信レベル、いわゆるノイズレベルをもとに閾値を設定したのでは、漏れ波形の立ち上がりしか検出できず、本当に検出したい反射波の立ち上がりを検出することができない。
【０００４】
こういった課題への対策として、Ｗ．  Ｗｅｉｄｍａｎｎ  ａｎｄ  Ｄ．  Ｓｔｅｉｎｂｕｃｈ，  ”Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｒａｄａｒ  ｆｏｒ  Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，  ２８ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，  １９９８に記載のようにパルス幅を３５０ｐｓといった非常に短いものにする方法や特開平１０−６２５１８号公報に記載のように送信波形を利用して漏れ波形を打ち消してしまう方法が提案されている。しかしながら、この文献に記載されているように送信パルス幅を３５０ｐｓまで短くすると、物体までの距離が約５ｃｍ以下の場合しか漏れ波形と反射波の波形が重ならないので上述の課題は解決されるものの、その占有帯域幅が非常に広くなるので、現行の電波法の範囲では使用できないという問題点がある。また、上記の特開平１０−６２５１８号公報のように送信波形を利用して漏れ波形を打ち消す方法の場合、個体差あるいは使用条件の違いによる送信と漏れ波形の受信までの時間間隔の違い、漏れ波形の大きさの違いなどに対応することが難しく状況に合わせて調整しなければならないという課題がある。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決すべく考案されたものであり、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号と、移動しているターゲットからの反射信号との位相差が変化すると受信信号が変化することを利用して、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号が存在しても、現行の電波法の範囲内で正しく物体を検出できるパルスレーダを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、該送信手段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受信手段と、該受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔で上記コンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する第１の積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記第１の積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、積算結果のサンプリング方向の微分を演算する微分演算手段と、各サンプリングタイミング毎に上記微分演算手段からの出力をもとに設定された複数の基準値を持ち、上記複数の基準値と上記微分演算手段からの出力との差をもとに差分値を求める差分演算手段と、該差分演算手段の出力を所定回数分だけサンプリングタイミング毎に積算する第２の積算手段と、該第２の積算手段からの出力をもとにピークを検出するピーク検出手段と、該ピーク検出手段からの出力をもとにターゲットまでの距離を算出し、ターゲットの有無を判断する測距・検出手段と、上記電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたものである。
【０００７】
請求項２の発明に係るパルスレーダ装置は、上記差分演算手段は、上記複数の基準値と上記微分演算手段からの出力との差の絶対値の和を求めるものである。
【０００８】
請求項３の発明に係るパルスレーダ装置は、各サンプリングタイミング毎の上記微分演算手段からの出力をもとに設定された複数の基準値は、第１の基準値および第２の基準値から成り、上記第１の基準値は前回の上記微分演算手段からの出力、上記第２の基準値は予め設定した回数分の上記微分演算手段の出力の平均値とするものである。
【０００９】
請求項４の発明に係るパルスレーダ装置は、上記微分演算手段は、注目するサンプリングタイミングにおける上記第１の積算手段の出力と、その隣のサンプリングタイミングにおける該第１の積算手段の出力との差を求めるものである。
【００１０】
請求項５の発明に係るパルスレーダ装置は、上記微分演算手段は、注目するサンプリングタイミングにおける上記第１の積算手段の出力と、その隣のサンプリングタイミングおよびその隣々のサンプリングタイミングにおける該第１の積算手段の出力との差をそれぞれ求め、それらの和を求めるものである。
【００１１】
請求項６の発明に係るパルスレーダ装置は、上記ピーク検出手段は、各サンプリングタイミングにおける上記第２の積算手段の積算結果において、極大となるサンプリングタイミングのうち、あらかじめ設定した値を超えるサンプリングタイミングを出力するものである。
【００１２】
請求項７の発明に係るパルスレーダ装置は、検出しきい値を設定する検出しきい値設定手段を備え、上記ピーク検出手段は、各サンプリングタイミングにおける上記第２の積算手段の積算結果において、極大となるサンプリングタイミングのうち、該第２の積算手段の積算結果をもとに、上記検出しきい値設定手段が設定した検出しきい値を超えるサンプリングタイミングを出力するものである。
【００１３】
請求項８の発明に係るパルスレーダ装置は、上記検出しきい値設定手段は、１つあるいは複数のサンプリングタイミングにおける上記第２の積算手段による積算結果の平均値を求め、その平均値をノイズレベルとするノイズレベル設定手段と、該ノイズレベル設定手段によるノイズレベルをもとに検出しきい値を算出する検出しきい値算出手段とを有するものである。
【００１４】
請求項９の発明に係るパルスレーダ装置は、上記測距・検出手段は、上記ピーク検出手段が出力するサンプリングタイミングでの上記第２の積算手段による積算結果、およびその前後のサンプリングタイミングでの該第２の積算手段による積算結果をもとに距離を算出する距離算出手段と、該距離算出手段の算出結果に基づきターゲットが存在するか否かを判定する検出判定手段とを有するものである。
【００１５】
請求項１０の発明に係るパルスレーダ装置は、上記第１の積算手段の積算結果に応じて、受信信号のグランドレベルを変更するグランドレベル変更手段を備えたものである。
【００１６】
請求項１１の発明に係るパルスレーダ装置は、上記第１の積算手段によるサンプリングタイミング毎の積算結果の平均値を求め、該平均値が所定の範囲を超えている場合、グランドレベルを変更する信号を上記グランドレベル変更手段へ出力するグランドレベル制御手段を備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるパルスレーダ装置の構成を概略的に示すブロック図である。
図１において、４０１はパルス状の電波を送信する送信手段、４０２は電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段、４０３は送信手段４０１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受信手段、４０４は受信手段４０３からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段、４０５は送信からの所定の時間間隔でコンパレータ手段４０４の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する第１の積算手段、４０６各サンプリングタイミングにおける第１の積算手段４０５の積算結果を所定時間毎に読み出し、積算結果のサンプリング方向の微分を演算する微分演算手段、４０７は各サンプリングタイミング毎に微分演算手段４０６からの出力をもとに設定された基準値との差の絶対値を求める差分演算手段、４０８は差分演算手段４０７の出力を所定回数分だけサンプリングタイミング毎に積算する第２の積算手段、４０９は第２の積算手段４０８からの出力をもとにピークを検出するピーク検出手段、４１０はピーク検出手段４０９からの出力をもとにターゲットまでの距離を算出し、ターゲットの有無を判断する測距・検出手段である。
【００１８】
図２は、この発明の実施の形態１によるパルスレーダ装置の構成の具体的な一例を示すブロック図である。
本実施の形態におけるパルスレーダ装置は、図２に示すように、大きく５つの部分から構成される。すなわち、所定幅（例えば９６ｎｓ）のパルス状の電磁波（中心周波数２４．１２５ＧＨｚ）を一定の周期（例えば１０２４ｎｓ）で送信する送信手段５０１、およびその電磁波の周辺対象物による反射波を受信する受信手段５０２から構成されるＲＦモジュール１、受信手段５０２により受信した信号が飽和しないように、後述のＣＰＵ５による指示に基づきグランドレベルを変更するためのグランドレベル変更手段５１３としての加算器回路２、加算器回路２の出力を２値化するためのコンパレータ手段５０３としてのコンパレータ回路３、タイミング制御手段５１０および第１の積算手段５０４からなるフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（以下、ＦＰＧＡと称する。）、微分演算手段５０５、差分演算手段５０６、第２の積算手段５０７、ピーク検出手段５０８、距離算出手段５１１、検出判定手段５１２およびグランドレベル制御手段５１４を実現するＣＰＵから構成される。なお、距離算出手段５１１、検出判定手段５１２は測距・検出手段５０９を構成する。
【００１９】
ＲＦモジュール１のの具体的な構成を図３に示す。受信側局部発振器（ＲｘＬＯ）２２による１０．８３７５ＧＨｚの信号は、Ｍｉｘｅｒ１１にて送信側局部発振器（ＴｘＬＯ）１２による１．２２５ＧＨｚの信号とミキシングされ、その後Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ１３にて送信信号に基づいてパルス状の信号となる。次のＤｏｕｂｌｅｒ１４にて２逓倍され、続くＦｉｌｔｅｒ１５にて２４．１２５ＧＨｚの信号となり、Ｔｘアンテナ７より電波として外部に放射される。外部の物体により反射された電波は、Ｒｘアンテナ６より受信され、ＲｘＲＦＡｍｐ１６により増幅された後、Ｍｉｘｅｒ１７により、受信側局部発振器ＲｘＬＯ２２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、ＲｘＩＦＡｍｐ１８、Ｆｉｌｔｅｒ１９、ＲｘＩＦＡｍｐ２０を経由し、Ｄｅｔｅｃｔｏｒ２１にて包絡線検波され受信信号となる。
【００２０】
タイミング制御手段５１０および第１の積算手段５０４で構成されるＦＰＧＡ４の内部構成を図４に、その動作に関するタイミングチャートを図５に示す。
このＦＰＧＡ４は、タイミング制御回路４１、シフトレジスタ４２、シフトレジスタ４２の各ビットに対応した加算器４３〜４６と積算用レジスタ４７〜５０により構成している。タイミング制御回路４１は、ＦＰＧＡ４外部に接続した発振器（図示せず）によるクロック信号（例えば１２５ＭＨｚ＝８ｎｓ周期）に基づき、送信手段５０１が電磁波放射をＯｎ／Ｏｆｆするための送信信号（例えば、幅９６ｎｓ、周期１０２４ｎｓ）、後述のシフトレジスタ４２に対してビットシフトするタイミングを伝えるシフト信号、加算器４３〜４６に対して加算タイミングを伝える加算信号、積算用レジスタ４７〜５０に対して加算器４３〜４６の出力を保持するタイミングを伝える積算信号および積算処理終了をＣＰＵ５に対して伝える積算処理終了信号を生成する。シフトレジスタ４２は、タイミング制御回路４１のシフト信号に基づき１ビットずつシフトしながら、コンパレータ回路３の出力する２値化データを記憶していく。加算器４３〜４６は、タイミング制御回路４１からの加算信号に従って各ビットの２値化データ（０又は１）と積算用レジスタ４７〜５０の内容をそれぞれ加算する。積算用レジスタ４７〜５０は、加算器４３〜４６による出力を積算データとして保持し、ＣＰＵ５からの要求があるときには、レジスタの内容を出力する。
【００２１】
次に、このＦＰＧＡの動作を、図５を参照して説明する。
まず、外部クロック信号に基づき、送信信号を立ち上げ１０クロック後に立ち下げる。送信信号の立ち上げと同時にクロック信号に同期したシフト信号をシフトレジスタ４２のビット数だけ出力する。このシフト信号に基づき、シフトレジスタ４２はコンパレータ回路３の出力する２値化データを各ビットに保持していく。続いて、シフトレジスタ４２のビット数分のシフト信号を出力した後、加算／積算信号を出力する。この信号に基づいて、加算器４３〜４６、積算用レジスタ４７〜５０はそれぞれ加算、積算データの保持を行う。そして、所定回数（例えば１０００回）この動作を繰り返した後、ＣＰＵ５に対して積算処理終了信号を出力する。この積算処理終了信号を受信すると、ＣＰＵ５は各積算用レジスタ４７〜５０の内容を読み出す。
【００２２】
続いて、微分演算手段５０５、差分演算手段５０６、第２の積算手段５０７、ピーク検出手段５０８、距離算出手段５１１、検出判定手段５１２およびグランドレベル制御手段５１４を実現するＣＰＵ５における処理について説明する。
【００２３】
ＣＰＵ５では、図６に示すように、まずステップ８０１にてＣＰＵ５内部の初期化を行う。続いてステップ８０２でデータの初期化を行った後、ステップ８０３でＦＰＧＡからの積算処理終了信号を待つ。ＦＰＧＡからの積算処理終了信号を受信すると、ステップ８０４で各サンプリングタイミングでの積算結果をＦＰＧＡ［ｉ］［ｊ］という２次元配列に格納していく。ここで、ｉ（＝０〜Ｎ；Ｎはシフトレジスタのビット数）はサンプリングタイミングを、ｊ（＝０〜５９；第２の積算手段５０７での積算回数を６０回とした場合）は格納の順番を示す。
【００２４】
ＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号の受信回数が所定回数（ここでは、６０回）に達すると、ステップ８０５からステップ８０６以降の処理、すなわち、グランドレベル制御処理（ステップ８０６）、微分演算処理（ステップ８０７）、差分演算処理（ステップ８０８）、第２の積算処理（ステップ８０９）、ピーク検出処理（ステップ８１０）、距離算出処理（ステップ８１１）、検出判定処理（ステップ８１２）を行う。その後、ステップ８１３にて処理周期である５０ｍｓが経過したか否かを確認し、もし経過していれば、ステップ８０２に戻って同じ動作を繰り返す。
【００２５】
ステップ８０６のグランドレベル制御処理について、より詳細に説明する。
図７に示すように、図中Ａの位置にしきい値を設定して２値化した場合、周辺物体の有無に関わらず常時１となり物体を検出できない。グランドレベル制御処理は、受信信号のグランドレベルを調整することで、受信信号全体を上下させ、しきい値が図中Ｂの位置に来るようにするための処理である。
【００２６】
図８にグランドレベル制御処理のフローチャートを示す。
ステップ１００１から１００９の処理にて、各サンプリングタイミングにおける６０回分の積算値の和Sum[i]を求める。次のステップ１０１０で各サンプリングタイミングにおける積算値の和Sum[i]の平均値SumMeanを算出する。ステップ１０１０にてSumMeanとあらかじめ設定した値SUMMEAN1を比較し、SumMeanがSUMMEAN1以上の場合、ステップ１０１２でグランドレベル変更手段５１３である加算器回路２への指示値を減らす。
【００２７】
一方、SUMMEAN1の方が大きい場合、ステップ１０１１にてSumMeanとSUMMEAN2(ただしSUMMEAN1>SUMMEAN2)とを比較し、SumMeanがSUMMEAN2以下の場合、ステップ１０１４でグランドレベル変更手段５１３である加算器回路２への指示値を増やす。また、SUMMEAN２のほうが小さい場合は、ステップ１０１３にて前回の指示値をそのまま保持する。そして、ステップ１０１５にて指示値をＤ／Ａ変換してＣＰＵから出力し、加算器回路２にて受信信号と加算することで、受信信号のグランドレベルを調整する。なお、本実施の形態では、受信信号のグランドレベルを変更することで、しきい値の位置を調整しているが、しきい値自体を制御してもかまわない。
【００２８】
次に、微分演算処理（ステップ８０７）、差分演算処理（ステップ８０８）、第２の積算処理（ステップ８０９）について詳細に説明する。
周辺物体とレーダとの相対的な距離が変化している場合、図９に示すように、漏れ込み信号成分と周辺物体からの反射信号成分が重畳されている部分に相当するサンプリングタイミングでは、信号の大きさが変化する。よって、ＦＰＧＡからの積算データ（第１の積算処理）に対して、サンプリング方向に微分をとる。つまり、注目するサンプリングタイミングにおける積算データとその隣のサンプリングタイミングにおける積算データとの差を求めると、漏れ込み信号成分と周辺物体からの反射信号成分が強めあう場合には、図１０（ａ）のようになる。一方、漏れ込み信号成分と周辺物体からの反射信号成分が弱めあう場合には、図１０（ｂ）のようになる。よって、周辺物体とレーダとの相対的な距離が変化している場合には、微分値はプラスからマイナス、マイナスからプラスへ変化することになる。
【００２９】
差分演算処理（ステップ８０８）では、各サンプリングタイミング毎に、複数の基準値を導入する。ここでは、２つの基準値を考えることにする。第１の基準値を前回の微分値、第２の基準値を予め設定した回数分の微分値の平均値とする。図１１（ａ）に、第１の基準値つまり前回の微分値との差、図１１（ｂ）に、第２の基準値つまり予め設定した回数分の微分値の平均値との差をとる様子を示している。このように、前回の微分値との差のみではなく、予め設定した回数分の微分値の平均値との差も演算することにより、相対速度の小さなつまりは、前回の微分値との差が小さい場合においても、変化を抽出できる。
【００３０】
したがって、これら、２つの基準値との差を求め、それらの絶対値の和を積算していけば、図１２のようになるので、これからピークを求め、あらかじめ設定したしきい値と比較することで周辺物体を検出する。
【００３１】
上記を実現するために、まずステップ８０７の微分演算処理では、図１３のフローチャートに示すように処理を行い、各サンプリングタイミングにおける微分値を算出する。次のステップ８０８の差分演算処理では、図１４のフローチャートに示すような処理を行い、各サンプリングタイミングにおける送信タイミング毎の微分値の差分を算出する。ステップ８０９第２の積算処理では、図１５のフローチャートに示すような処理を行い、各サンプリングタイミングにおける微分値の差分を積算する。
【００３２】
ステップ８１０ピーク検出処理では、図１６のフローチャートに示すような処理を行い、第２の積算処理の出力を用い、極大となるサンプリングタイミングを求め、そのうち、あらかじめ設定した検出しきい値ＴｈＳｕｍを超えるサンプリングタイミングＰｅａｋ［ＰｅａｋＮｏ］を出力する。
【００３３】
続くステップ８１１距離算出処理では、図１７のフローチャートに示すような処理を行い、距離を算出する。
すなわち、まずステップ１８０１で、ステップ８１０で演算したＰｅａｋＮｏが０か否かを判定する。ＰｅａｋＮｏが０の場合は、あらかじめ設定した値を超えるピークが存在しなかったということなので、検出距離ＤｅｔＤｉｓｔ［０］、ＤｅｔＤｉｓｔ［１］を最大距離ＤＥＴＤＩＳＴ＿ＭＡＸとする（ステップ１８１２）。一方、ＰｅａｋＮｏが０より大きい場合は、ステップ１８０２にて、１つ目のピークＰｅａｋ［０］の両隣のサンプリングタイミングにおける第２積算値を比較し、左隣のサンプリングタイミングにおける第２積算値が、右隣の第２積算値よりも大きい場合には、ステップ１８０３へ進む。
【００３４】
ステップ１８０３では、Ｐｅａｋ［０］の他、Ｐｅａｋ［０］−２、Ｐｅａｋ［０］−１、Ｐｅａｋ［０］＋１のサンプリングタイミングにおける第２積算値を使用し、加重平均をとる。また、左隣のサンプリングタイミングにおける第２積算値が、右隣の第２積算値よりも小さい場合には、ステップ１８０４へ進み、Ｐｅａｋ［０］の他、Ｐｅａｋ［０］−１、Ｐｅａｋ［０］＋１、Ｐｅａｋ［０］＋２のサンプリングタイミングにおける第２積算値を使用し、加重平均をとる。ステップ１８０５では、１サンプリングに相当する距離ＤＩＳＴ＿ＵＮＩＴを乗じ、単位を［ｍ／２５６］とするために、２５６を乗ずる。ステップ１８０６では、もう１つピークが存在するかを否かを判定し、存在する場合には、ステップ１８０７へ進み、上記同様の処理を行う。２つ目のピークが存在しない場合には、ＤｅｔＤｉｓｔ［１］を最大距離ＤＥＴＤＩＳＴ＿ＭＡＸとする（ステップ１８１１）。なお、ここでは、２つまでのピークを求める場合について示したが、それ以上を求める場合でも処理は同様である。また、ここでは、ピーク前後の第２積算値について加重平均を用いたが、それ以外の方法を用いて、距離の補間を行ってもよい。
【００３５】
ステップ８１２検出判定処理では、図１８のフローチャートに示すようなカウンタ処理を行うことで、ある程度安定して検出距離が算出された場合のみ、検出フラグを設定することで、何らかのノイズによる誤検出を防止している。
【００３６】
以上より、本実施の形態によれば、漏れ込み信号成分と反射信号成分の位相差によって発生する、各サンプリングタイミングにおける信号の大きさの変化開始点を微分をとることにより検出し、さらにその前回の微分値との差分をとるとともに、その時間的な平均値との差分もとり、それらを足し合わせ、積算し検出することで周辺物体までの距離を算出するので、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号といった、いわゆる漏れ込み信号成分が存在しても、正しく物体を検出でき、広範囲な相対速度領域において物体を正しく検出できる。
つまり、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号と、移動しているターゲットからの反射信号との位相差が変化すると受信信号が変化することを利用して、物体検出と測距を行うので、近距離において受信信号に漏れ込み信号が含まれていても、正しく物体を検出し、距離を測定することができる。
【００３７】
また、ピークとなるサンプリングタイミングにおける第２の積算値およびその前後のサンプリングタイミングにおける第２の積算値を用いて補間し、距離を算出するので、粗いサンプリング間隔でも、距離計測の分解能を向上させることができる。
【００３８】
さらに、全体としての受信信号の大きさに応じてそのグランドレベルを調整することで２値化する際のしきい値が自動的に適正なところに設定されるので、取付け状態が異なり漏れ込み信号成分が異なる場合でも、レーダに対して特別な調整あるいは変更をすることなく使用することができる。
【００３９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態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、すなわちＲＦモジュール、加算器回路、コンパレータ回路、ＦＰＧＡの内容は上記実施の形態１と同様のものである。その処理の概要を図１８に示す。
【００４０】
本実施の形態におけるＣＰＵの処理について説明する。
図１９に示すように、まずステップ２００１にてＣＰＵ内部の初期化を行う。続いてステップ２００２でデータの初期化を行った後、ステップ２００３でＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号を待つ。ＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号を受信すると、ステップ２００４で各サンプリングタイミングでの積算結果をＦＰＧＡ［ｉ］［ｊ］という２次元配列に格納していく。ここで、ｉ（＝０〜Ｎ；Ｎはシフトレジスタのビット数）はサンプリングタイミングを、ｊ（＝０〜５９；第２の積算手段５０７での積算回数を６０回とした場合）は格納の順番を示す。
【００４１】
ＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号の受信回数が所定回数（ここでは、６０回）に達すると、ステップ２００５からステップ２００６以降の処理、すなわち、グランドレベル制御処理（ステップ２００６）、微分演算処理（ステップ２００７）、差分演算処理（ステップ２００８）、第２の積算処理（ステップ２００９）、検出しきい値設定処理（ステップ２０１０）、ピーク検出処理（ステップ２０１１）、距離算出処理（ステップ２０１２）、検出判定処理（ステップ２０１３）を行う。その後、ステップ２０１４にて処理周期である５０ｍｓが経過したか否かを確認し、もし経過していれば、ステップ２００２に戻って同じ動作を繰り返す。
【００４２】
以降、上記実施の形態１と異なる処理である、微分演算処理（ステップ２００７）、検出しきい値設定処理（ステップ２０１０）、ピーク検出処理（ステップ２０１１）について説明する。
【００４３】
微分演算処理（ステップ２００７）では、ＦＰＧＡ４からの積算データ（第１の積算処理）に対して、サンプリング方向に微分をとる。つまり、注目するサンプリングタイミングにおける積算データとその隣のサンプリングタイミングにおける積算データとの差、および注目するサンプリングタイミングにおける積算データとその隣々のサンプリングタイミングにおける積算データとの差を求め、それぞれの和を算出する。このようにすることで、ノイズレベルに対する信号レベル、すなわちＳ／Ｎを向上できる。上記を実現するために、ステップ２００７の微分演算処理では、図２０のフローチャートに示すように処理を行い、各サンプリングタイミングにおける微分値を算出する。
【００４４】
次に検出しきい値設定処理（ステップ２０１０）およびピーク検出処理（ステップ２０１１）について説明する。検出しきい値設定処理およびピーク検出処理は、上記実施の形態１におけるピーク検出処理に相当するものであり、レーダの使用環境が変化してノイズレベルが変化しても自動的にそれを学習し、特別な変更なく使用できるようにするためのものである。
【００４５】
検出しきい値設定処理について説明する。本処理では、図２１に示すように、まずステップ２２０１にて、微分変化積算値（第２の積算処理出力）Ｓｕｍ［ｉ］（ただし、ｉ  ＝  Ｍ１〜Ｍ２）の平均値ＡｖｅＳｕｍを求める。Ｍ１、Ｍ２については、通常物体が存在しない範囲を選択する。また、Ｍ１＝Ｍ２としてどれか１つのサンプリングタイミングにおける変化積算値をそのままＡｖｅＳｕｍとしても良い。次にステップ２２０２にて、ＡｖｅＳｕｍに所定値を加え、検出しきい値ＴｈＳｕｍＶａｌとする。この加算する量は、ノイズレベルのばらつきからあらかじめ設定しておいても良いし、ＡｖｅＳｕｍとＳｕｍ［ｉ］とのばらつきの最大値を算出しその値を用いて設定しても良い。
【００４６】
ステップ２０１１のピーク検出処理は、図１６のステップ１７０８においてＴｈＳｕｍをＴｈＳｕｍＶａｌに変更した処理を行う。
【００４７】
以上より、本実施の形態によれば、注目するサンプリングタイミングの隣および隣々のサンプリングタイミングでの積算値との差をとり、その和を微分値とすることにより、ノイズレベルに対する信号レベル、すなわちＳ／Ｎを向上できる。
【００４８】
また、ノイズレベルの変動に応じて微分変化積算値に対するしきい値を変更するので、同一レーダであっても使用場所の移動などにより使用条件が異なってノイズレベルが増減した場合でも、レーダに対して特別な調整あるいは変更をすることなく使用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、パルス状の電波を送信する送信手段と、該送信手段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受信手段と、該受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔で上記コンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する第１の積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記第１の積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、積算結果のサンプリング方向の微分を演算する微分演算手段と、各サンプリングタイミング毎に上記微分演算手段からの出力をもとに設定された複数の基準値を持ち、上記複数の基準値と上記微分演算手段からの出力との差をもとに差分値を求める差分演算手段と、該差分演算手段の出力を所定回数分だけサンプリングタイミング毎に積算する第２の積算手段と、該第２の積算手段からの出力をもとにピークを検出するピーク検出手段と、該ピーク検出手段からの出力をもとにターゲットまでの距離を算出し、ターゲットの有無を判断する測距・検出手段と、上記電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたので、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号といった、いわゆる漏れ込み信号成分が存在しても、正しく物体を検出でき、広範囲な相対速度領域において物体を正しく検出でき、正確な距離の測定が可能になるという効果がある。
【００５０】
また、請求項２の発明によれば、上記差分演算手段は、上記複数の基準値と上記微分演算手段からの出力との差の絶対値の和を求めるので、漏れ込み信号成分が存在しても、正しく物体を検出でき広範囲な相対速度領域において物体を正しく検出できるとい効果がある。
【００５１】
また、請求項３の発明によれば、各サンプリングタイミング毎の上記微分演算手段からの出力をもとに設定された複数の基準値は、第１の基準値および第２の基準値から成り、上記第１の基準値は前回の上記微分演算手段からの出力、上記第２の基準値は予め設定した回数分の上記微分演算手段の出力の平均値とするので、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号といった、いわゆる漏れ込み信号成分が存在しても、正しく物体を検出でき、広範囲な相対速度領域において物体を正しく検出できるという効果がある。
【００５２】
また、請求項４の発明によれば、上記微分演算手段は、注目するサンプリングタイミングにおける上記第１の積算手段の出力と、その隣のサンプリングタイミングにおける該第１の積算手段の出力との差を求めるので、漏れ込み信号成分が存在しても、正しく物体を検出でき、広範囲な相対速度領域において物体を正しく検出できるという効果がある。
【００５３】
また、請求項５の発明によれば、上記微分演算手段は、注目するサンプリングタイミングにおける上記第１の積算手段の出力と、その隣のサンプリングタイミングおよびその隣々のサンプリングタイミングにおける該第１の積算手段の出力との差をそれぞれ求め、それらの和を求めるので、Ｓ／Ｎを向上できるという効果がある。
【００５４】
また、請求項６の発明によれば、上記ピーク検出手段は、各サンプリングタイミングにおける上記第２の積算手段の積算結果において、極大となるサンプリングタイミングのうち、あらかじめ設定した値を超えるサンプリングタイミングを出力するので、漏れ込み信号成分が存在しても、正しく物体を検出でき、広範囲な相対速度領域において物体を正しく検出できるとい効果がある。
【００５５】
また、請求項７の発明によれば、検出しきい値を設定する検出しきい値設定手段を備え、上記ピーク検出手段は、各サンプリングタイミングにおける上記第２の積算手段の積算結果において、極大となるサンプリングタイミングのうち、該第２の積算手段の積算結果をもとに、上記検出しきい値設定手段が設定した検出しきい値を超えるサンプリングタイミングを出力するので、同一レーダであっても使用場所の移動などにより使用条件が異なってノイズレベルが増減した場合でも、レーダに対して特別な調整あるいは変更をすることなく使用することができるという効果がある。
【００５６】
また、請求項８の発明によれば、上記検出しきい値設定手段は、１つあるいは複数のサンプリングタイミングにおける上記第２の積算手段による積算結果の平均値を求め、その平均値をノイズレベルとするノイズレベル設定手段と、該ノイズレベル設定手段によるノイズレベルをもとに検出しきい値を算出する検出しきい値算出手段とを有するので、同一レーダであっても使用場所の移動などにより使用条件が異なってノイズレベルが増減した場合でも、レーダに対して特別な調整あるいは変更をすることなく使用することができるという効果がある。
【００５７】
また、請求項９の発明によれば、上記測距・検出手段は、上記ピーク検出手段が出力するサンプリングタイミングでの上記第２の積算手段による積算結果、およびその前後のサンプリングタイミングでの該第２の積算手段による積算結果をもとに距離を算出する距離算出手段と、該距離算出手段の算出結果に基づきターゲットが存在するか否かを判定する検出判定手段とを有するので、粗いサンプリング間隔でも、距離計測の分解能を向上させることができるという効果がある。
【００５８】
また、請求項１０の発明によれば、上記第１の積算手段の積算結果に応じて、受信信号のグランドレベルを変更するグランドレベル変更手段を備えたので、取付け状態が異なり漏れ込み信号成分が異なる場合でも、レーダに対して特別な調整あるいは変更をすることなく使用することができるという効果がある。
【００５９】
さらに、請求項１１の発明によれば、上記第１の積算手段によるサンプリングタイミング毎の積算結果の平均値を求め、該平均値が所定の範囲を超えている場合、グランドレベルを変更する信号を上記グランドレベル変更手段へ出力するグランドレベル制御手段を備えたので、取付け状態が異なり漏れ込み信号成分が異なる場合でも、レーダに対して特別な調整あるいは変更をすることなく使用することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるパルスレーダ装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるパルスレーダ装置の構成の具体例を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるＲＦモジュールの構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるＦＰＧＡＡ内の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるＦＰＧＡ内の動作を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態１におけるＣＰＵ内の処理の概略を説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１におけるグランドレベル制御について説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態１におけるグランドレベル制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】位相差の変化により受信信号が変化することを説明するための図である。
【図１０】この発明の実施の形態１における微分演算処理を説明するための図である。
【図１１】この発明の実施の形態１における差分演算処理を説明するための図である。
【図１２】この発明の実施の形態１における第２の積算処理を説明するための図である。
【図１３】この発明の実施の形態１における微分演算処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態１における差分演算処理を説明するためのフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態１における第２の積算処理を説明するためのフローチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態１におけるピーク検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図１７】この発明の実施の形態１における距離算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図１８】この発明の実施の形態１における検出判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１９】この発明の実施の形態２におけるＣＰＵ内の処理の概略を説明するためのフローチャートである。
【図２０】この発明の実施の形態２における微分演算処理を説明するためのフローチャートである。
【図２１】この発明の実施の形態２における検出しきい値設定処理を説明するためのフローチャートである。
【図２２】従来のパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２３】従来のパルスレーダ装置における漏れ波と反射波について説明するための図である。
【符号の説明】
１  ＲＦモジュール、２  加算器回路、３  コンパレータ回路、４  フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、５  ＣＰＵ、５０１  送信手段、５０２  受信手段、５０３  コンパレータ手段、５０４  第１の積算手段、５０５  微分演算手段、５０６  差分演算手段、５０７  第２の積算手段、５０８  ピーク検出手段、５０９  測距・検出手段、５１０  タイミング制御手段、５１１  距離算出手段、５１２  検出判定手段、５１３  グランドレベル変更手段、５１４  グランドレベル制御手段、４０１  送信手段、４０２  タイミング制御手段、４０３  受信手段、４０４  コンパレータ手段、４０５  第１の積算手段、４０６  微分演算手段、４０７  差分演算手段、４０８  第２の積算手段、４０９  ピーク検出手段、４１０  測距・検出手段。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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