(57)【要約】  位相差検出回路は、第１の送受信回路（４０ｉ）、第２の送受信回路（４０ｊ）、計測部（５５ｉ，５５ｊ）および位相差算出部（５４ｊ）を有する。第１の送受信回路（４０ｉ）および第２の送受信回路（４０ｊ）はそれぞれ測距モードで動作することでターゲット（Ｔｇｔ）までの往復伝播時間を示す第１の計測値および第２の計測値をそれぞれ算出する。その後、第１の送受信回路（４０ｉ）は送信モードで動作して周波数無変調信号を送信する。第２の送受信回路（４０ｊ）は受信モードで動作して、第１の送受信回路（４０ｉ）からターゲットＴｇｔを経由して到来した反射波を受信し、その受信信号を基にビート信号を生成する。第２の送受信回路（４０ｊ）は、第１の計測値、第２の計測値およびビート信号に基づき、第１のアンテナ素子（６１ｉ）および第２のアンテナ素子（６１ｊ）から送信された送信信号間の位相差を算出する。
2019123613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子と接続された状態で使用される位相差検出回路であって、
第１の測距モードで動作した後に送信モードで動作するように制御され、前記第１の測距モードでは、周波数変調された第１の測距信号を生成し、前記第１の測距信号を前記第１のアンテナ素子から送信させた後に外部空間内のターゲットから反射波を受信して第１の受信信号を生成し、前記送信モードでは、周波数変調されない高周波信号を生成し、前記高周波信号を前記第１のアンテナ素子から送信させる第１の送受信回路と、
第２の測距モードで動作した後に受信モードで動作するように制御され、前記第２の測距モードでは、周波数変調された第２の測距信号を生成し、前記第２の測距信号を前記第２のアンテナ素子から送信させた後に前記ターゲットから反射波を受信して第２の受信信号を生成し、前記受信モードでは、前記高周波信号に対応する反射波を前記ターゲットから受信して第３の受信信号を生成する第２の送受信回路と、
前記第１の受信信号に基づき、前記第１の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第１の測距信号の往復伝播時間を示す第１の計測値を算出し、かつ、前記第２の受信信号に基づき、前記第２の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第２の測距信号の往復伝播時間を示す第２の計測値を算出する計測部と、
前記第１の測距信号と前記第２の測距信号との間の位相差を算出する位相差算出部と
を備え、
前記第２の送受信回路は、前記第３の受信信号と前記第２の測距信号との間の周波数差を示すビート信号を生成し、
前記位相差算出部は、前記第１の計測値、前記第２の計測値および前記ビート信号に基づいて前記位相差を算出する
ことを特徴とする位相差検出回路。
【請求項２】
請求項１記載の位相差検出回路であって、
位相制御部を更に備え、
前記第１の送受信回路は、前記第１の測距信号を出力する第１の信号生成器を有し、
前記第２の送受信回路は、前記第２の測距信号を出力する第２の信号生成器と、当該第２の信号生成器の出力位相を可変に調整する位相調整回路とを含み、
前記位相制御部は、前記位相差算出部で算出された位相差に基づき、前記位相調整回路を制御して前記第２の信号生成器の出力位相の誤差を補正させることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項３】
請求項２記載の位相差検出回路であって、前記位相調整回路は可変移相器からなることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項４】
請求項１記載の位相差検出回路であって、
前記第１の送受信回路は、基準信号発生器と第１の信号伝送路を介して接続された第１の信号生成器を有し、
前記第２の送受信回路は、前記基準信号発生器と第２の信号伝送路を介して接続された第２の信号生成器を有し、
前記第１の信号生成器および前記第２の信号生成器は、前記基準信号発生器から供給された基準信号に基づいて前記第１の測距信号および前記第２の測距信号をそれぞれ生成することを特徴とする位相差検出回路。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の位相差検出回路であって、前記位相差算出部は、前記ビート信号の直流成分および該ビート信号の振幅を検出し、当該検出された直流成分、当該検出された振幅、前記第１の計測値および前記第２の計測値に基づいて前記位相差を算出することを特徴とする位相差検出回路。
【請求項６】
請求項５記載の位相差検出回路であって、前記ビート信号の直流成分がＤｂｃｗ２、該ビート信号の振幅がα、前記第１の計測値がτ１、前記第２の計測値がτ２、前記高周波信号の周波数がｆｃｗ１、前記位相差がΔφでそれぞれ表されるとき、前記位相差は、
Δφ＝Ａｒｃｃｏｓ（２×Ｄｂｃｗ２／α）−２πｆｃｗ１（τ１＋τ２）／２、
との式に基づいて算出されることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項７】
請求項１記載の位相差検出回路であって、
前記第２の送受信回路は、
前記第２の測距信号を出力する第２の信号生成器と、
前記第２の信号生成器の信号出力端と前記第２のアンテナ素子との間に設けられたスイッチ回路とを有し、
前記スイッチ回路は、前記第２の送受信回路が前記第２の測距モードで動作するときは、前記第２の信号生成器の信号出力端と前記第２のアンテナ素子との間を接続し、前記第２の送受信回路が前記受信モードで動作するときは、前記第２の信号生成器の信号出力端と前記第２のアンテナ素子との間の信号経路を切断することを特徴とする位相差検出回路。
【請求項８】
請求項１または請求項２記載の位相差検出回路であって、
前記計測部は、前記第１の受信信号に基づいて前記第１の計測値を算出する第１の計測回路と、前記第２の受信信号に基づいて前記第２の計測値を算出する第２の計測回路とを含み、
前記第１の送受信回路および前記第１の計測回路は、第１のレーダ回路を構成し、
前記第２の送受信回路および前記第２の計測回路は、第２のレーダ回路を構成する
ことを特徴とする位相差検出回路。
【請求項９】
請求項２または請求項３記載の位相差検出回路と、
前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子を含むアレイアンテナと
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子および第３のアンテナ素子と接続された状態で使用される位相差検出回路であって、
第１の測距モードで動作した後に第１の送信モードで動作するように制御され、前記第１の測距モードでは、周波数変調された第１の測距信号を生成し、前記第１の測距信号を前記第１のアンテナ素子から送信させた後に外部空間内のターゲットから反射波を受信して第１の受信信号を生成し、前記第１の送信モードでは、周波数変調されない第１の高周波信号を生成し、前記第１の高周波信号を前記第１のアンテナ素子から送信させると同時に前記第１の高周波信号の位相を時間とともに変化させる第１の送受信回路と、
第２の測距モードで動作した後に第２の送信モードで動作するように制御され、前記第２の測距モードでは、周波数変調された第２の測距信号を生成し、前記第２の測距信号を前記第２のアンテナ素子から送信させた後に前記ターゲットから反射波を受信して第２の受信信号を生成し、前記第２の送信モードでは、周波数変調されない第２の高周波信号を生成し、前記第２の高周波信号を前記第２のアンテナ素子から送信させる第２の送受信回路と、
前記第１の高周波信号および前記第２の高周波信号の双方に対応する反射波を前記ターゲットから受信して第３の受信信号を生成し、当該第３の受信信号と予め設定された周波数を有するローカル信号との間の周波数差を示すビート信号を生成する受信回路と、
前記第１の受信信号に基づき、前記第１の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第１の測距信号の往復伝播時間を示す第１の計測値を算出し、かつ、前記第２の受信信号に基づき、前記第２の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第２の測距信号の往復伝播時間を示す第２の計測値を算出する計測部と、
前記ビート信号の振幅を最大化させる当該第１の高周波信号の移相量を検出する移相量検出部と、
当該検出された移相量、前記第１の計測値および前記第２の計測値に基づき、前記第１の測距信号と前記第２の測距信号との間の位相差を算出する位相差算出部と
を備えることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１１】
請求項１０記載の位相差検出回路であって、
位相制御部を更に備え、
前記第１の送受信回路は、前記第１の測距信号を出力する第１の信号生成器を有し、
前記第２の送受信回路は、前記第２の測距信号を出力する第２の信号生成器を有し、
前記第１の信号生成器および前記第２の信号生成器のうちの少なくとも一方の信号生成器は、当該少なくとも一方の信号生成器の出力位相を可変に調整する位相調整回路を含み、
前記位相制御部は、前記位相差算出部で算出された位相差に基づき、前記位相調整回路を制御して前記第１の信号生成器の出力位相および前記第２の信号生成器の出力位相のうちの少なくとも一方の誤差を補正させることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１２】
請求項１１記載の位相差検出回路であって、前記位相調整回路は可変移相器からなることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１３】
請求項１０記載の位相差検出回路であって、
前記第１の送受信回路は、基準信号発生器と第１の信号伝送路を介して接続された第１の信号生成器を有し、
前記第２の送受信回路は、前記基準信号発生器と第２の信号伝送路を介して接続された第２の信号生成器を有し、
前記第１の信号生成器および前記第２の信号生成器は、前記基準信号発生器から供給された基準信号に基づいて前記第１の測距信号および前記第２の測距信号をそれぞれ生成することを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１４】
請求項１０または請求項１１記載の位相差検出回路であって、前記第１の計測値がτ１、前記第２の計測値がτ２、前記移相量がφｃｎｔ０、前記第１および第２の高周波信号の共通の周波数がｆｃｗ、前記位相差がΔφでそれぞれ表されるとき、前記位相差は、
Δφ＝φｃｎｔ０＋２πｆｃｗ×（τ１−τ２）／２、
との式に基づいて算出されることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１５】
請求項１０または請求項１１記載の位相差検出回路であって、
前記計測部は、前記第１の受信信号に基づいて前記第１の計測値を算出する第１の計測回路と、前記第２の受信信号に基づいて前記第２の計測値を算出する第２の計測回路とを含み、
前記第１の送受信回路および前記第１の計測回路は、第１のレーダ回路を構成し、
前記第２の送受信回路および前記第２の計測回路は、第２のレーダ回路を構成する
ことを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１６】
請求項１１または請求項１２記載の位相差検出回路と、
前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子および前記第３のアンテナ素子を含むアレイアンテナと
を備えた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】
本発明は、複数のアンテナ素子から出力される送信信号間の位相差を検出する技術に関し、特に、レーダ装置のアレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子から出力される送信信号間の位相差を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターゲット（物標）との距離およびターゲットの相対速度といったターゲット情報を探知するレーダ装置においては、周波数変調方式が広く採用されている。周波数変調方式としては、たとえば、周波数変調連続波（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ，ＦＭＣＷ）方式が広く知られている。ＦＭＣＷ方式では、時間とともに直線的に変化する送信周波数を有するチャープ（ｃｈｉｒｐ）と呼ばれる送信信号を使用することが多い。ＦＭＣＷ方式で動作するレーダ装置は、送信信号と受信信号との間の周波数差であるビート周波数を測定し、そのビート周波数を基にターゲットとの距離および当該ターゲットの相対速度を検出することが可能である。【０００３】
たとえば、特許文献１（特開２００６−１０４０４号公報）には、Ｎ本のアンテナ（Ｎは２以上の整数）間の位相差を検出するＦＭＣＷ方式のレーダ装置が開示されている。このレーダ装置は、送信信号を生成する信号生成器（電圧制御発振器）と、当該Ｎ本のアンテナの中からいずれか１本のアンテナを選択して当該選択されたアンテナから送信信号を出力させる１対Ｎスイッチと、信号生成器の出力の一部と受信信号とを混合するミキサと、このミキサの出力の電圧レベルを測定する信号処理部とを備える。特許文献１によれば、送信信号の周波数変調が停止された状態で、１対ＮスイッチがＮ本のアンテナを順次選択する。当該選択された各アンテナは周波数無変調の送信信号を送信し、ミキサは、当該送信信号と受信信号との位相差に相当する直流電圧レベルを出力する。そして、信号処理部は、Ｎ本のアンテナそれぞれについて測定された直流電圧レベルからＮ本のアンテナについての位相値を算出し、これら位相値に基づき、アンテナ間の位相差を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０４０４号公報（たとえば、請求項１および図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１記載の位相差検出技術は、Ｎ本のアンテナについて共通の信号生成器（電圧制御発振器）を使用することを前提とする技術である。このため、複数のアンテナについて個別に複数の信号生成器を有するレーダ装置の場合、特許文献１記載の位相差検出技術を適用することが難しいという課題がある。【０００６】
上記に鑑みて本発明の目的は、複数のアンテナ素子について個別に複数の信号生成器が設けられている場合でも、当該複数のアンテナ素子から出力される送信信号間の位相差を高精度に検出することができる位相差検出回路およびレーダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による位相差検出回路は、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子と接続された状態で使用される位相差検出回路であって、第１の測距モードで動作した後に送信モードで動作するように制御され、前記第１の測距モードでは、周波数変調された第１の測距信号を生成し、前記第１の測距信号を前記第１のアンテナ素子から送信させた後に外部空間内のターゲットから反射波を受信して第１の受信信号を生成し、前記送信モードでは、周波数変調されない高周波信号を生成し、前記高周波信号を前記第１のアンテナ素子から送信させる第１の送受信回路と、第２の測距モードで動作した後に受信モードで動作するように制御され、前記第２の測距モードでは、周波数変調された第２の測距信号を生成し、前記第２の測距信号を前記第２のアンテナ素子から送信させた後に前記ターゲットから反射波を受信して第２の受信信号を生成し、前記受信モードでは、前記高周波信号に対応する反射波を前記ターゲットから受信して第３の受信信号を生成する第２の送受信回路と、前記第１の受信信号に基づき、前記第１の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第１の測距信号の往復伝播時間を示す第１の計測値を算出し、かつ、前記第２の受信信号に基づき、前記第２の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第２の測距信号の往復伝播時間を示す第２の計測値を算出する計測部と、前記第１の測距信号と前記第２の測距信号との間の位相差を算出する位相差算出部とを備え、前記第２の送受信回路は、前記第３の受信信号と前記第２の測距信号との間の周波数差を示すビート信号を生成し、前記位相差算出部は、前記第１の計測値、前記第２の計測値および前記ビート信号に基づいて前記位相差を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数のアンテナ素子から送信される測距信号間の位相差を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施の形態１であるレーダ装置１の概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における信号生成器の一例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１のアレイアンテナの動作状態を概略的に示す図である。
【図４】送信周波数Ｆｔと受信周波数Ｆｒとの間の関係を概略的に示すグラフである。
【図５】実施の形態１に係る動作制御処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、位相差検出に使用されるビート信号の信号波形の例を示すグラフである。
【図７】本発明に係る実施の形態２のレーダ装置の概略構成を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る制御処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図９】実施の形態２に係るビート信号の電力波形の一例を概略的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成および同一機能を有するものとする。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１であるレーダ装置１の概略構成を示す図である。図１に示されるように、このレーダ装置１は、１次元状または面状（平面状もしくは曲面状）に配列されたＮ個のアンテナ素子６１１〜６１Ｎ（Ｎは２以上の整数）を含むアレイアンテナ６０と、これらＮ個のアンテナ素子６１１〜６１Ｎにそれぞれ接続されたＮ個のスレーブモジュール３０１〜３０Ｎと、これらスレーブモジュール３０１〜３０Ｎの動作を個別に制御するマスタモジュール２０とを備えて構成されている。スレーブモジュール３０１〜３０Ｎの各々は、レーダモジュールとして機能することができるレーダ回路である。
【００１２】
本実施の形態のレーダ装置１には、一組のアンテナ素子６１ｉ，６１ｊ（ｉ≠ｊ）から出力される送信信号間の位相差を検出する機能を有する位相差検出回路が組み込まれている。本実施の形態の位相差検出回路は、たとえば、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎとマスタモジュール２０とによって構成可能である。
【００１３】
マスタモジュール２０は、予め設定された基準周波数を有する基準信号ＲＳを発生させてこの基準信号ＲＳをスレーブモジュール３０１〜３０Ｎに供給する基準信号発生器２２と、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎの動作を個別に制御する動作制御回路２３と、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎで得られた計測データを格納するデータ記憶部２８とを有する。基準信号発生器２２は、たとえば、水晶発振器などの発振器を用いて構成されればよい。
【００１４】
基準信号発生器２２とスレーブモジュール３０１〜３０Ｎとの間には、Ｎ本の信号伝送路Ｃ１〜ＣＮが設けられている。信号伝送路Ｃ１〜ＣＮの一方の端部は、基準信号発生器２２の信号出力端と接続されており、信号伝送路Ｃ１〜ＣＮの他方の端部は、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎの信号入力端とそれぞれ接続されている。基準信号発生器２２は、信号伝送路Ｃ１〜ＣＮを介してスレーブモジュール３０１〜３０Ｎに基準信号ＲＳを供給する信号源である。信号伝送路Ｃ１〜ＣＮは、たとえば、同軸ケーブルなどの伝送ケーブルで構成可能である。
【００１５】
なお、信号伝送路Ｃ１〜ＣＮの配線長は等長であるとは限らず、信号伝送路Ｃ１〜ＣＮの電気長も等長であるとは限らない。
【００１６】
動作制御回路２３は、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎの動作順序を決定する機能と、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎの各々の動作モードを指定する機能とを有する。動作制御回路２３のハードウェア構成は、たとえば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ），ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などの半導体集積回路を有するプロセッサで実現されればよい。あるいは、動作制御回路２３のハードウェア構成は、メモリから読み出されたソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの演算装置を含むプロセッサで実現されてもよい。前記半導体集積回路と前記演算装置との組み合わせを有するプロセッサで動作制御回路２３のハードウェア構成を実現することも可能である。更には、互いに連携して動作する複数個のプロセッサで動作制御回路２３のハードウェア構成が実現されてもよい。
【００１７】
マスタモジュール２０とスレーブモジュール３０１〜３０Ｎとの間には、制御信号およびデータ信号を伝送する信号線群（図示せず）が設けられている。動作制御回路２３は、動作命令を当該信号線群を介してスレーブモジュール３０１〜３０Ｎの各々に供給することができる。また、動作制御回路２３は、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎのいずれかから計測データを当該信号線群を介して取得することができ、また、データ記憶部２８に記憶済みの計測データを当該信号線群を介してスレーブモジュール３０１〜３０Ｎに供給することもできる。
【００１８】
データ記憶部２８は、計測データの計測値を格納する第１記憶領域２８１〜第Ｎ記憶領域２８Ｎを有している。動作制御回路２３は、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎから得た計測値をそれぞれ第１記憶領域２８１〜第Ｎ記憶領域２８Ｎに記憶させることができる。データ記憶部２８は、１個または複数個の記憶装置で構成されていればよい。
【００１９】
次に、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎの構成について説明する。本実施の形態のスレーブモジュール３０１〜３０Ｎは、同一の回路構成を有する。ｎ番目のスレーブモジュール３０ｎは、送受信回路４０ｎおよび信号処理回路５０ｎを含む。これら送受信回路４０ｎおよび信号処理回路５０ｎは、動作制御回路２３により指定された動作モードで動作する。図１に示されるように、送受信回路４０ｎは、信号生成器４２ｎ、スイッチ回路４３ｎ、サーキュレータ４４ｎ、ミキサ４５ｎおよびＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）４６ｎを有して構成されている。
【００２０】
信号生成器４２ｎは、基準信号発生器２２から信号伝送路Ｃｎを介して供給された基準信号ＲＳを入力とし、信号処理回路５０ｎから供給された変調制御信号ＭＣｎに従って、周波数変調信号である測距信号（ｒａｎｇｉｎｇ  ｓｉｇｎａｌ）または周波数変調されないＣＷ（連続波）信号であるＲＦ信号（以下「周波数無変調信号」という。）のいずれか一方の送信信号を生成することができる。たとえば、信号生成器４２ｎは、周波数変調連続波（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ，ＦＭＣＷ）方式に従って、一定の変調帯域幅で直線的に変化することを繰り返す送信周波数を有するチャープ信号を測距信号として生成することができる。信号生成器４２ｎは、生成された送信信号（測距信号または周波数無変調信号）を、スイッチ回路４３ｎの一端とミキサ４５ｎの入力端との双方に供給する。また、信号生成器４２ｎは、信号処理回路５０ｎから供給された位相制御信号ＰＣｎに従い、当該信号生成器４２ｎの出力位相を、指定された移相量だけシフトさせる位相調整機能を有している。
【００２１】
このような信号生成器４２ｎは、たとえば、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路を含む集積回路（ＩＣ）で構成されればよい。具体的には、小数分周（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ）型のＰＬＬ回路を内蔵するディスクリートＩＣを使用することができる。
【００２２】
図２は、小数分周型のＰＬＬ回路を内蔵する信号生成器４２ｎの一例を示すブロック図である。図２に示される信号生成器４２ｎは、小数分周型のＰＬＬ回路４２０と、分周比制御回路として機能するΔΣ（デルタ−シグマ）変調器４２８とを有する。ＰＬＬ回路４２０は、位相比較器４２１、チャージポンプ回路４２２、ループフィルタ４２３、電圧制御発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ＶＣＯ）４２４、方向性結合器４２５、可変移相器４２６および可変分周器４２７を含んで構成されている。
【００２３】
位相比較器４２１は、入力された基準信号ＲＳの位相と可変分周器４２７から出力された帰還信号の位相とを互いに比較して、基準信号ＲＳの位相と帰還信号の位相との差分を位相差量として出力する。チャージポンプ回路４２２は、当該位相差量に比例した電圧または電流を出力する。ループフィルタ４２３は、チャージポンプ回路４２２から出力された電圧信号または電流信号を平滑化してＰＬＬ動作を安定化させる回路である。ＶＣＯ４２４は、ループフィルタ４２３の出力に応じた送信周波数を有するＲＦ信号を方向性結合器４２５を介して外部に出力する。ここで、方向性結合器４２５は、ＶＣＯ４２４の出力から当該出力の一部を分岐させる。
【００２４】
可変移相器４２６は、信号生成器４２ｎの出力位相を可変に調整する位相調整回路として機能する。可変移相器４２６は、位相制御信号ＰＣｎに従い、方向性結合器４２５からの入力信号の位相をシフトさせることができる。図１に示される位相制御部５６ｎは、位相制御信号ＰＣｎを信号生成器４２ｎに供給することにより信号生成器４２ｎの出力位相を制御することができる。
【００２５】
可変分周器４２７は、可変移相器４２６の出力信号を、ΔΣ変調器４２８の出力で指定された分周数で分周することにより分周信号を生成し、当該分周信号を帰還信号として位相比較器４２１に供給する。ΔΣ変調器４２８は、入力された変調制御信号ＭＣｎにΔΣ変調を施して分周制御信号を生成し、当該分周制御信号を可変分周器４２７に出力する。ここで、ΔΣ変調を採用することで、可変分周器４２７で生ずる量子化位相ノイズを低減させることができる分周比パターンの形成が可能となる。
【００２６】
信号生成器４２ｎで生成されるべき送信信号の周波数帯域は、レーダ装置１の用途に応じて適宜決定されればよい。たとえば、レーダ装置１が自動車搭載用のＦＭＣＷレーダとして設計される場合には、ミリ波帯域または準ミリ波帯域の送信信号を生成するように信号生成器４２ｎが構成されればよい。この場合、アレイアンテナ６０としては、セラミックス基板上に導体パターンが形成された平面アンテナを使用することができる。
【００２７】
図１を参照すると、スイッチ回路４３ｎは、信号処理回路５０ｎから供給された切替制御信号に応じたスイッチング動作を行う。すなわち、スイッチ回路４３ｎは、切替制御信号に従い、信号生成器４２ｎとサーキュレータ４４ｎとの間の信号経路を形成するオン動作、または信号生成器４２ｎとサーキュレータ４４ｎとの間の信号経路を切断するオフ動作のいずれか一方を行う。スイッチ回路４３ｎとしては、パワーＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子を使用することができる。
【００２８】
サーキュレータ４４ｎは、スイッチ回路４３ｎの出力端から順方向に入力された送信信号に対しては、スイッチ回路４３ｎをアンテナ素子６１ｎと結合するが、スイッチ回路４３ｎをミキサ４５ｎの入力端と結合しない。よって、当該送信信号のほとんどがアンテナ素子６１ｎに伝搬され、外部空間に放射される。一方、アンテナ素子６１ｎから逆方向に入力された受信信号に対しては、サーキュレータ４４ｎは、アンテナ素子６１ｎをミキサ４５ｎの入力端と結合するが、アンテナ素子６１ｎをスイッチ回路４３ｎと結合しない。よって、当該受信信号のほとんどがミキサ４５ｎに伝搬される。このようなサーキュレータ４４ｎとしては、たとえば、ドロップインタイプのサーキュレータ（Ｄｒｏｐ−ｉｎ  Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）を使用することができる。
【００２９】
ミキサ４５ｎは、信号生成器４２ｎから入力された送信信号とサーキュレータ４４ｎから入力された受信信号とを混合して当該送信信号と当該受信信号との間の周波数差を示すアナログビート信号を生成する回路である。ミキサ４５ｎは、生成されたアナログビート信号をＡＤＣ４６ｎに出力する。このようなミキサ４５ｎには、たとえば、ディスクリート部品を使用すればよい。ＡＤＣ４６ｎは、入力されたアナログビート信号を所定周波数でサンプリングすることでアナログビート信号をディジタルビート信号に変換し、当該ディジタルビート信号（以下、単に「ビート信号」という。）を信号処理回路５０ｎに出力する。
【００３０】
図１に示される信号処理回路５０ｎは、動作制御回路２３から入力された動作命令に応じて信号生成器４２ｎの変調動作を制御する変調制御部５２ｎと、当該動作命令に応じてスイッチ回路４３ｎのスイッチング動作を制御する送信制御部５３ｎと、当該動作命令に応じて信号生成器４２ｎの出力位相をシフトさせる位相制御部５６ｎと、一組のアンテナ素子６１ｉ，６１ｎ（ｉ≠ｎ）から出力された送信信号間の位相差を算出する位相差算出部５４ｎと、外部空間内のターゲットＴｇｔに関する計測データを計測する測距部５５ｎとを備えている。本実施の形態の計測部は、測距部５５１〜５５Ｎによって構成可能である。
【００３１】
なお、ターゲットＴｇｔは、レーダ装置１の出荷前に用意された既知の反射物体でもよいし、あるいは、レーダ装置１の出荷後に適当なタイミングで（たとえば、周期的に）選択される、運用環境に存在する任意の反射物体でもよい。たとえば、レーダ装置１の正面に設置されている金属の平面壁がターゲットＴｇｔとして使用可能である。また、レーダ装置１が車載レーダ装置として運用される場合には、任意の距離だけ離れた静止車両がターゲットＴｇｔとして使用されてもよい。
【００３２】
動作制御回路２３は、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎにおける、変調制御部５２１〜５２Ｎ、送信制御部５３１〜５３Ｎおよび位相制御部５６１〜５６Ｎの動作を個別に制御することで、アレイアンテナ６０をフェーズドアレイアンテナとして機能させることができる。この場合、送信制御部５３１〜５３Ｎは、スイッチ回路４３１〜４３Ｎをすべてオン動作にする。同時に、変調制御部５２１〜５２Ｎおよび位相制御部５６１〜５６Ｎは、信号生成器４２１〜４２Ｎからそれぞれ位相調整された送信信号を出力させることで、アレイアンテナ６０から放射されるビームの伝搬方向を制御することができる。
【００３３】
図３は、フェーズドアレイアンテナとして機能するアレイアンテナ６０の動作状態を概略的に示す図である。図３に示されるように、アレイアンテナ６０は、送信信号（送信波）の等位相面に垂直な方向に伝搬するビームを形成することができる。ここで、前述のとおり、信号伝送路Ｃ１〜ＣＮの配線長は等長であるとは限らず、信号伝送路Ｃ１〜ＣＮの電気長も等長であるとは限らない。たとえば、ｉ番目の信号伝送路Ｃｉの電気長とｊ番目の信号伝送路Ｃｊの電気長とが等長ではない場合には、スレーブモジュール３０ｉ，３０ｊにそれぞれ入力される２本の基準信号ＲＣの間に、当該電気長の差に起因した位相ずれが発生する。この位相ずれは、信号生成器４２ｉ，４２ｊ内のＰＬＬ回路によって逓倍され、アンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力される送信信号間の位相差を生じさせてビーム形状を劣化させるおそれがある。
【００３４】
本実施の形態のレーダ装置１は、一組のアンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力された送信信号間の位相差を検出する位相差検出機能と、当該検出された位相差を基に信号生成器４２ｉ，４２ｊの出力位相の誤差を補正する位相誤差補正機能とを有している。位相差検出のための動作モードとしては、「測距モード」、「送信モード」および「受信モード」が組み込まれている。
【００３５】
測距モードを指定する動作命令が信号処理回路５０ｎに入力されたとき、送信制御部５３ｎは、スイッチ回路４３ｎをオン動作にする切替制御信号を出力する。同時に、変調制御部５２ｎは、周波数変調された測距信号を生成させる変調制御信号ＭＣｎを信号生成器４２ｎに供給する。また位相差算出部５４ｎは動作しないように制御される。このとき、アンテナ素子６１ｎは、信号生成器４２ｎからスイッチ回路４３ｎおよびサーキュレータ４４ｎを介して入力された測距信号の送信波を、ターゲットＴｇｔに向けて放射する。
【００３６】
その後、送受信回路４０ｎは、ターゲットＴｇｔから当該測距信号に対応する反射波を受信する。この反射波は、サーキュレータ４４ｎを介してミキサ４５ｎに伝達される。ミキサ４５ｎは、当該反射波を示す受信信号と信号生成器４２ｎから出力されたローカル信号（測距信号の一部）とを混合してアナログビート信号を生成する。ＡＤＣ４６ｎは、そのアナログビート信号をディジタル形式のビート信号に変換し、当該ビート信号を信号処理回路５０ｎに供給する。測距部５５ｎは、ビート信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの周波数解析を実行して当該ビート信号の周波数すなわちビート周波数ｆｂを検出する。更に、測距部５５ｎは、当該ビート周波数ｆｂに基づき、スレーブモジュール３０ｎとターゲットＴｇｔとの間の測距信号の往復伝播時間τを計測値として算出することができる。
【００３７】
図４は、送信信号（ＦＭＣＷ信号）の送信周波数Ｆｔと受信信号の周波数Ｆｒとの間の関係を概略的に示すグラフである。図４の例では、変調帯域幅ＢＷにおいて変調周期Ｔで直線状に上昇することを繰り返す送信周波数Ｆｔが示されている。受信信号は、往復伝播時間である遅延時間τだけ遅れた後に観測される。図４の例の場合、遅延時間τは、次式（１）に従って算出可能である。
2019123613.tif 000003
【００３８】
測距部５５ｎは、当該計測値を示す計測データをマスタモジュール２０に転送する。動作制御回路２３は、測距部５５ｎから転送された計測データを、データ記憶部２８の第ｎ記憶領域２８ｎに記憶させる。
【００３９】
一方、送信モードを指定する動作命令が信号処理回路５０ｎに入力されたときは、送信制御部５３ｎは、スイッチ回路４３ｎをオン動作にする切替制御信号を出力する。同時に、変調制御部５２ｎは、周波数無変調信号を生成させる変調制御信号ＭＣｎを信号生成器４２ｎに供給する。また位相差算出部５４ｎおよび測距部５５ｎは動作しないように制御される。このとき、アンテナ素子６１ｎは、信号生成器４２ｎからスイッチ回路４３ｎおよびサーキュレータ４４ｎを介して入力された周波数無変調信号の送信波を、ターゲットＴｇｔに向けて放射する。
【００４０】
他方、受信モードを指定する動作命令が信号処理回路５０ｎに入力されたときは、変調制御部５２ｎは、周波数無変調のローカル信号を生成させる変調制御信号ＭＣｎを信号生成器４２ｎに供給する。同時に、送信制御部５３ｎは、スイッチ回路４３ｎをオフ動作にする切替制御信号を出力することにより、信号生成器４２ｎとアンテナ素子６１ｎとの間の信号経路を切断させる。また測距部５５ｎは動作しないように制御される。
【００４１】
このとき、受信モードで動作するスレーブモジュール３０ｎと対をなす他のスレーブモジュール３０ｉが送信モードで動作しているので、他のスレーブモジュール３０ｉから送信された周波数無変調信号に対応する反射波がターゲットＴｇｔからスレーブモジュール３０ｎに伝播する。送受信回路４０ｎでは、ミキサ４５ｎは、アンテナ素子６１ｎおよびサーキュレータ４４ｎを介して伝達された受信信号を入力とし、この受信信号と信号生成器４２ｎから出力されたローカル信号とを混合してアナログビート信号を生成する。ＡＤＣ４６ｎは、そのアナログビート信号をディジタル形式のビート信号に変換し、当該ビート信号を位相差算出部５４ｎに供給する。
【００４２】
位相差算出部５４ｎは、データ記憶部２８から得た計測データとＡＤＣ４６ｎから出力されたビート信号とに基づき、一組のアンテナ素子６１ｉ，６１ｎから出力された測距信号間の位相差を算出することができる。位相制御部５６ｎは、当該算出された位相差に基づき、信号生成器４２ｎ内の位相調整回路（可変移相器）を制御して信号生成器４２ｎの出力位相の誤差を補正させることができる。
【００４３】
上記した信号処理回路５０ｎのハードウェア構成は、たとえば、ＤＳＰ，ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどの半導体集積回路を有するプロセッサで実現されればよい。あるいは、信号処理回路５０ｎのハードウェア構成は、メモリから読み出されたソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、ＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置を含むプロセッサで実現されてもよい。前記半導体集積回路と前記演算装置との組み合わせを有するプロセッサで信号処理回路５０ｎのハードウェア構成を実現することも可能である。更には、複数個のプロセッサで信号処理回路５０ｎのハードウェア構成が実現されてもよい。
【００４４】
以下、図５を参照しつつ、上記レーダ装置１における位相差検出および位相誤差補正の詳細について説明する。図５は、実施の形態１に係る動作制御処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。図５に示される動作制御処理は、動作制御回路２３によって実行される。
【００４５】
まず、動作制御回路２３は、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎの組み合わせの中から一組のスレーブモジュール３０ｉ，３０ｊを選択する（ステップＳＴ１０）。以下、一方のスレーブモジュール３０ｉを第１のスレーブモジュール３０ｉと呼び、他方のスレーブモジュール３０ｊを第２のスレーブモジュール３０ｊと呼ぶこととする。
【００４６】
次に、動作制御回路２３は、測距モードを指定する動作命令を第１のスレーブモジュール３０ｉに供給することによって、第１のスレーブモジュール３０ｉを測距モード（第１の測距モード）で動作させる（ステップＳＴ１１）。このとき、第１のスレーブモジュール３０ｉでは、測距部５５ｉは、ターゲットＴｇｔとの距離に対応する遅延時間（往復伝播時間）τ１を計測値として算出し、その計測値を示す計測データをマスタモジュール２０に転送する。動作制御回路２３は、測距部５５ｉから転送された計測データを第ｉ記憶領域２８ｉに格納する（ステップＳＴ１２）。
【００４７】
次に、動作制御回路２３は、測距モードを指定する動作命令を第２のスレーブモジュール３０ｊに供給することによって、第２のスレーブモジュール３０ｊを測距モード（第２の測距モード）で動作させる（ステップＳＴ１３）。このとき、第２のスレーブモジュール３０ｊでは、測距部５５ｊは、ターゲットＴｇｔとの距離に対応する遅延時間（往復伝播時間）τ２を計測値として算出し、その計測値を示す計測データをマスタモジュール２０に転送する。動作制御回路２３は、測距部５５ｊから転送された計測データを第ｊ記憶領域２８ｊに格納する（ステップＳＴ１４）。
【００４８】
その後、動作制御回路２３は、送信モードを指定する動作命令を第１のスレーブモジュール３０ｉに供給し、かつ受信モードを指定する動作命令を第２のスレーブモジュール３０ｊに供給することによって、第１のスレーブモジュール３０ｉを送信モードで動作させ、かつ第２のスレーブモジュール３０ｊを受信モードで動作させる（ステップＳＴ１５）。
【００４９】
このとき、送信モードで動作する第１のスレーブモジュール３０ｉは、第２のスレーブモジュール３０ｊと対応する送信回路として動作する。第１のスレーブモジュール３０ｉは、送信周波数ｆｃｗ１を有する周波数無変調の送信信号ＳＴＸ１をターゲットＴｇｔに向けて送信する。送信信号ＳＴＸ１は、ターゲットＴｇｔで反射された後に第２のスレーブモジュール３０ｊに伝播する。送信信号ＳＴＸ１は、たとえば、次式（２）で表される。
2019123613.tif 000004
ここで、Ａ０は信号振幅、ｔは時間、φ１は位相状態値である。
【００５０】
一方、受信モードで動作する第２のスレーブモジュール３０ｊは、第１のスレーブモジュール３０ｉと対応する受信回路として動作する。送受信回路４０ｊでは、ミキサ４５ｊは、アンテナ素子６１ｊおよびサーキュレータ４４ｊを介して伝達された受信信号ＳＲＸ２を入力とし、この受信信号ＳＲＸ２と、信号生成器４２ｊから出力された周波数無変調のローカル信号ＳＬＯ（周波数：ｆｃｗ２）とを混合してアナログビート信号を生成する。ＡＤＣ４６ｊは、そのアナログビート信号をディジタル形式のビート信号Ｓｂｃｗ２に変換し、ビート信号Ｓｂｃｗ２を位相差算出部５４ｊに供給する。ローカル信号ＳＬＯは、たとえば、次式（３）で表される。
2019123613.tif 000005
ここで、Ｂ０は信号振幅、φ２は位相状態値である。
【００５１】
また、受信信号ＳＲＸ２は、たとえば、次式（４）で表される。
2019123613.tif 000006
ここで、Ａ１は信号振幅である。
【００５２】
ビート信号Ｓｂｃｗ２は、たとえば、次式（５）で表される。
2019123613.tif 000007
【００５３】
更に、位相差算出部５４ｊは、ステップＳＴ１１，ＳＴ１３で算出された計測値τ１，τ２をデータ記憶部２８から取得し、計測値τ１，τ２とビート信号Ｓｂｃｗ２とに基づき、アンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力された測距信号間の位相差Δφ（＝φ２−φ１）を算出する。
【００５４】
ここで、上式（５）は、次式（６）に変形可能である。
2019123613.tif 000008
【００５５】
送信周波数ｆｃｗ１とローカル信号ＳＬＯの周波数ｆｃｗ２とが一致しない場合には、ビート信号Ｓｂｃｗ２は、図６Ａに例示されるような交流電圧波形を示す。たとえば、位相差算出部５４ｊは、ビート信号Ｓｂｃｗ２の電圧波形の最大値および最小値を検出し、これら最大値と最小値との差（ピーク間電圧）からビート信号Ｓｂｃｗ２の信号振幅Ａ１Ｂ０を算出することができる。また、位相差算出部５４ｊは、ビート信号Ｓｂｃｗ２の直流成分Ｄｂｃｗ２を検出することができる。直流成分Ｄｂｃｗ２は、図６Ｂに例示されるような直流電圧波形を示す。
【００５６】
直流成分Ｄｂｃｗ２を表す式は、上式（５）においてｆｃｗ１＝ｆｃｗ２とすることで導出できる。よって、直流成分Ｄｂｃｗ２に対する位相差Δφは、たとえば、次式（７）で表される。
2019123613.tif 000009
ここで、α＝Ａ１×Ｂ０である。
【００５７】
位相差算出部５４ｊは、式（７）に基づいて位相差Δφを算出することができる。
【００５８】
上記ステップＳＴ１５の実行後、動作制御回路２３は、位相制御部５６ｊを制御して、第１のスレーブモジュール３０ｉ内の信号生成器４２ｉの出力位相と、第２のスレーブモジュール３０ｊ内の信号生成器４２ｊの出力位相との間の誤差を補正させる（ステップＳＴ１６）。具体的には、位相制御部５６ｊは、当該算出された位相差Δφに基づき、信号生成器４２ｊ内の位相調整回路（可変移相器）を制御することで、信号生成器４２ｉの出力位相に対する、信号生成器４２ｊの出力位相の誤差を補正することができる。
【００５９】
その後、動作制御回路２３は、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎの中からすべての組が選択されたか否かを判定する（ステップＳＴ１７）。すべての組が選択されていない場合は（ステップＳＴ１７のＮＯ）、動作制御回路２３は新たな組を選択し（ステップＳＴ１０）、この新たな組についてステップＳＴ１１〜ＳＴ１６を実行する。一方、すべての組が選択されている場合は（ステップＳＴ１７のＹＥＳ）、動作制御回路２３は、動作制御処理を終了する。
【００６０】
ステップＳＴ１０でスレーブモジュールの組を選択する方法としては、たとえば、第１のスレーブモジュール３０１（ｉ＝１）を基準とし、第１のスレーブモジュール３０１と対をなす第２のスレーブモジュール３０２，…，３０Ｎを順番に選択する方法を採用すればよい。スレーブモジュールの組が（３０ｉ，３０ｊ）で表されるとき、（３０１，３０２），（３０１，３０３），…，（３０１，３０Ｎ）の順に組を選択することが可能である。
【００６１】
以上に説明したように、実施の形態１によれば、第１および第２のスレーブモジュール３０ｉ，３０ｊは測距モードで動作することにより、第１および第２の計測値τ１，τ２をそれぞれ計測する。その後、第１のスレーブモジュール３０ｉが送信モードで動作すると同時に、第２のスレーブモジュール３０ｊが受信モードで動作してビート信号Ｓｂｃｗ２を生成する。そして、第２のスレーブモジュール３０ｊ内の位相差算出部５４ｊは、計測値τ１，τ２とビート信号Ｓｂｃｗ２とに基づき、アンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力された測距信号間の位相差Δφを算出する。したがって、本実施の形態のレーダ装置１は、複数のアンテナ素子６１１〜６１Ｎについて複数の信号生成器４２１〜４２Ｎを有しているにもかかわらず、これらアンテナ素子６１１〜６１Ｎから出力された測距信号間の位相差を高精度に算出することができる。たとえ、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎが分散して配置されている場合でも、測距信号間の位相差の高精度な算出が可能である。よって、本実施の形態の位相差検出回路は、スレーブモジュール３０１〜３０Ｎにおける信号生成器４２１〜４２Ｎの出力位相を高い精度で互いに同期させることができる。
【００６２】
なお、上記した位相差検出および位相誤差補正は、レーダ装置１の出荷前に実行されてもよいし、あるいは、予め設定されたスケジュールで定期的に、もしくは、指定されたタイミングで実行されてもよい。
【００６３】
実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。上記のとおり、実施の形態１によれば、２台のスレーブモジュール３０ｉ，３０ｊがアンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力された測距信号間の位相差を検出する。これに対し、実施の形態２は、３台のスレーブモジュールが連携して位相差を検出する。
【００６４】
図７は、本発明に係る実施の形態２であるレーダ装置２の概略構成を示す図である。図７に示されるように、このレーダ装置２は、Ｎ個のアンテナ素子６１１〜６１Ｎ（Ｎは３以上の整数）を含むアレイアンテナ６０と、これらＮ個のアンテナ素子６１１〜６１Ｎにそれぞれ接続されたＮ個のスレーブモジュール３１１〜３１Ｎと、これらスレーブモジュール３１１〜３１Ｎの動作を個別に制御するマスタモジュール２１とを備えて構成されている。スレーブモジュール３１１〜３１Ｎの各々は、レーダモジュールとして機能することができるレーダ回路である。
【００６５】
本実施の形態のレーダ装置２には、一組のアンテナ素子６１ｉ，６１ｊ（ｉ，ｊは、１〜Ｎ−１の範囲内の整数）から出力された送信信号間の位相差を検出する機能を有する位相差検出回路が組み込まれている。本実施の形態の位相差検出回路は、たとえば、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎとマスタモジュール２１とによって構成可能である。
【００６６】
マスタモジュール２１は、基準信号ＲＳを信号伝送路Ｃ１〜ＣＮを介してスレーブモジュール３１１〜３１Ｎにそれぞれ供給する基準信号発生器２２と、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎの動作を個別に制御する制御回路２４と、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎで得られた計測データを格納するデータ記憶部２８とを有する。
【００６７】
制御回路２４は、動作制御部２５，位相差算出部２６および位相制御部２７を備えて構成されている。制御回路２４のハードウェア構成は、たとえば、ＤＳＰ，ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどの半導体集積回路を有するプロセッサで実現されればよい。あるいは、制御回路２４のハードウェア構成は、メモリから読み出されたソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、ＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置を含むプロセッサで実現されてもよい。前記半導体集積回路と前記演算装置との組み合わせを有するプロセッサで制御回路２４のハードウェア構成を実現することも可能である。更には、互いに連携して動作する複数個のプロセッサで制御回路２４のハードウェア構成が実現されてもよい。
【００６８】
マスタモジュール２１とスレーブモジュール３１１〜３１Ｎとの間には、制御信号およびデータ信号を伝送する信号線群（図示せず）が設けられている。制御回路２４は、動作命令を当該信号線群を介してスレーブモジュール３１１〜３１Ｎの各々に供給することができる。
【００６９】
動作制御部２５は、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎのいずれかから計測データを当該信号線群を介して取得し、当該計測データをデータ記憶部２８に記憶させることができる。また、動作制御部２５は、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１の動作順序を決定する機能と、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎの各々の動作モードを指定する機能とを有する。
【００７０】
位相差算出部２６は、Ｎ番目のスレーブモジュール３１Ｎから供給された移相量とデータ記憶部２８から得た計測データとに基づき、一組のアンテナ素子６１ｉ，６１ｊ（ｉ，ｊは、１〜Ｎ−１の範囲内の整数）から出力された送信信号間の位相差を算出する。移相量の検出方法については、後述する。位相制御部２７は、位相差算出部２６で算出された位相差に基づき、スレーブモジュール３１ｉ，３１ｊ内の信号生成器４２ｉ，４２ｊを制御してこれら信号生成器４２ｉ，４２ｊの出力位相の誤差を補正させることができる。
【００７１】
次に、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎの構成について説明する。本実施の形態では、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１は、同一の回路構成を有する。一方、Ｎ番目のスレーブモジュール３１Ｎは、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１とは異なる回路構成を有している。
【００７２】
Ｎ番目のスレーブモジュール３１Ｎ以外のｍ番目（ｍは、Ｎ以外の１〜Ｎ−１の範囲内の整数）のスレーブモジュール３１ｍは、送受信回路４１ｍおよび信号処理回路５１ｍを含む。これら送受信回路４１ｍおよび信号処理回路５１ｍは、動作制御部２５により指定された動作モード（「測距モード」，「通常送信モード」または「位相掃引送信モード」）で動作する。
【００７３】
図７に示されるように、送受信回路４１ｍは、信号生成器４２ｍ、サーキュレータ４４ｍ、ミキサ４５ｍおよびＡＤＣ４６ｍを有して構成されている。信号生成器４２ｍ，サーキュレータ４４ｍ、ミキサ４５ｍおよびＡＤＣ４６ｍの構成は、実施の形態１における信号生成器４２ｎ，サーキュレータ４４ｎ、ミキサ４５ｎおよびＡＤＣ４６ｎの構成（図１）と同じである。また、信号処理回路５１ｍは、変調制御部５２ｍおよび測距部５５ｍを含む。これら変調制御部５２ｍおよび測距部５５ｍの構成は、実施の形態１における変調制御部５２ｎおよび測距部５５ｎの構成（図１）と同じである。なお、本実施の形態の計測部は、測距部５５１〜５５Ｎ−１によって構成可能である。
【００７４】
一方、Ｎ番目のスレーブモジュール３１Ｎは、送受信回路４１Ｎおよび信号処理回路５１Ｎを含む。これら送受信回路４１Ｎおよび信号処理回路５１Ｎは、動作制御部２５により指定された動作モード（「測距モード」または「受信モード」）で動作する。図７の送受信回路４１Ｎは、実施の形態１の送受信回路４０Ｎ（図１）と同一の構成を有する。また、図７の信号処理回路５１Ｎの構成は、図１の位相差算出部５４Ｎに代えて移相量検出部５８Ｎを有する点を除いて、実施の形態１の信号処理回路５０Ｎの構成と同じである。
【００７５】
信号処理回路５１ｎ（ｎは１〜Ｎの範囲内の整数）のハードウェア構成は、たとえば、ＤＳＰ，ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどの半導体集積回路を有するプロセッサで実現されればよい。あるいは、信号処理回路５１ｎのハードウェア構成は、メモリから読み出されたソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、ＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置を含むプロセッサで実現されてもよい。前記半導体集積回路と前記演算装置との組み合わせを有するプロセッサで信号処理回路５１ｎのハードウェア構成を実現することも可能である。更には、複数個のプロセッサで信号処理回路５１ｎのハードウェア構成が実現されてもよい。
【００７６】
動作制御部２５および位相制御部２７は、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１における変調制御部５２１〜５２Ｎ−１および信号生成器４２１〜４２Ｎ−１の動作を個別に制御することで、アレイアンテナ６０をフェーズドアレイアンテナとして機能させることができる。実施の形態１の場合と同様に、信号伝送路Ｃ１〜ＣＮ−１の配線長は等長であるとは限らず、信号伝送路Ｃ１〜ＣＮ−１の電気長も等長であるとは限らない。たとえば、ｉ番目の信号伝送路Ｃｉの電気長とｊ番目の信号伝送路Ｃｊの電気長とが等長ではない場合には、スレーブモジュール３１ｉ，３１ｊにそれぞれ入力される２本の基準信号ＲＣの間に、当該電気長の差に起因した位相ずれが発生する。この位相ずれは、信号生成器４２ｉ，４２ｊ内のＰＬＬ回路によって逓倍され、アンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力される送信信号間の位相差を生じさせてビーム形状を劣化させるおそれがある。
【００７７】
本実施の形態のレーダ装置２は、一組のアンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力された送信信号間の位相差を検出する位相差検出機能と、当該検出された位相差を基に信号生成器４２ｉ，４２ｊの出力位相の誤差を補正する位相誤差補正機能とを有している。位相差検出のための動作モードとしては、「測距モード」、「通常送信モード」，「位相掃引送信モード」および「受信モード」が組み込まれている。
【００７８】
スレーブモジュール３１１〜３１Ｎのいずれかについて、測距モードを指定する動作命令が信号処理回路５１ｎ（ｎは１〜Ｎの範囲内の整数）に入力されたとき、変調制御部５２ｎは、周波数変調された測距信号を生成させる変調制御信号ＭＣｎを信号生成器４２ｎに供給する。ここで、Ｎ番目のスレーブモジュール３１Ｎでは、送信制御部５３Ｎが、スイッチ回路４３Ｎをオン動作にする切替制御信号を出力する。アンテナ素子６１Ｎは、信号生成器４２Ｎからサーキュレータ４４Ｎを介して入力された測距信号の送信波を、ターゲットＴｇｔに向けて放射する。
【００７９】
その後、送受信回路４１ｎは、ターゲットＴｇｔから当該測距信号に対応する反射波を受信する。この反射波は、サーキュレータ４４ｎを介してミキサ４５ｎに伝達される。ミキサ４５ｎは、当該反射波を示す受信信号と信号生成器４２ｎから出力されたローカル信号とを混合してアナログビート信号を生成する。ＡＤＣ４６ｎは、そのアナログビート信号をディジタル形式のビート信号に変換し、当該ビート信号を信号処理回路５１ｎの測距部５５ｎに供給する。
【００８０】
測距部５５ｎは、ビート信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの周波数解析を実行して当該ビート信号の周波数すなわちビート周波数ｆｂを検出する。更に、測距部５５ｎは、当該ビート周波数ｆｂに基づき、スレーブモジュール３１ｎとターゲットＴｇｔとの間の測距信号の往復伝播時間τを計測値として算出することができる。そして、測距部５５ｎは、当該計測値を示す計測データをマスタモジュール２１に転送する。動作制御部２５は、測距部５５ｎから転送された計測データを、データ記憶部２８の第ｎ記憶領域２８ｎに記憶させる。
【００８１】
一方、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１のいずれかについて、第１の送信モードである位相掃引送信モードを指定する動作命令が信号処理回路５１ｍ（ｍは、１〜Ｎ−１の範囲内の整数）に入力されたときは、変調制御部５２ｍは、周波数無変調信号を生成させると同時にその周波数無変調信号の位相を一定範囲内（たとえば０°〜３６０°の範囲内）で掃引させる（すなわち時間とともに変化させる）変調制御信号ＭＣｍを、信号生成器４２ｍに供給する。また測距部５５ｍは動作しないように制御される。このとき、アンテナ素子６１ｍは、信号生成器４２ｍからサーキュレータ４４ｎを介して入力された周波数無変調信号の送信波を、ターゲットＴｇｔに向けて放射する。
【００８２】
他方、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１のいずれかについて、第２の送信モードである通常送信モードを指定する動作命令が信号処理回路５１ｍ（ｍは、１〜Ｎ−１の範囲内の整数）に入力されたときは、変調制御部５２ｍは、周波数無変調信号を生成させる変調制御信号ＭＣｍを信号生成器４２ｍに供給する。また測距部５５ｍは動作しないように制御される。このとき、アンテナ素子６１ｍは、信号生成器４２ｍからサーキュレータ４４ｎを介して入力された周波数無変調信号の送信波を、ターゲットＴｇｔに向けて放射する。
【００８３】
Ｎ番目のスレーブモジュール３１Ｎについて、受信モードを指定する動作命令が信号処理回路５１Ｎに入力されたときは、変調制御部５２Ｎは、周波数無変調のローカル信号を生成させる変調制御信号ＭＣＮを信号生成器４２Ｎに供給する。同時に、送信制御部５３Ｎは、スイッチ回路４３Ｎをオフ動作にする切替制御信号を出力することにより、信号生成器４２Ｎとアンテナ素子６１Ｎとの間の信号経路を切断させる。また測距部５５Ｎは動作しないように制御される。
【００８４】
このとき、受信モードで動作するスレーブモジュール３１Ｎと対応する２台のスレーブモジュール３１ｉ，３１ｊがそれぞれ位相掃引送信モードおよび通常送信モードで動作している。このため、一方のスレーブモジュール３１ｉからは、位相が掃引された周波数無変調信号（以下「位相掃引信号」という。）に対応する反射波がターゲットＴｇｔからスレーブモジュール３１Ｎに伝播し、同時に、他方のスレーブモジュール３１ｊからは、位相が掃引されない周波数無変調信号に対応する反射波がターゲットＴｇｔからスレーブモジュール３１Ｎに伝播する。よって、２台のスレーブモジュール３１ｉ，３１ｊからターゲットＴｇｔを経由して到来した２波の反射波が、アンテナ素子６１Ｎで互いに重畳される。送受信回路４１Ｎのミキサ４５Ｎは、アンテナ素子６１Ｎおよびサーキュレータ４４Ｎを介して伝達された受信信号を入力とし、この受信信号と信号生成器４２Ｎから出力されたローカル信号とを混合してアナログビート信号を生成する。そして、ＡＤＣ４６Ｎは、そのアナログビート信号をディジタル形式のビート信号に変換し、当該ビート信号を移相量検出部５８Ｎに出力する。
【００８５】
移相量検出部５８Ｎは、入力されたビート信号の信号振幅を最大化させる位相掃引信号の移相量φｃｎｔ０を検出することができる。位相掃引送信モードで動作するスレーブモジュール３１ｉでは、信号生成器４２ｉは、予め決められた掃引速度で送信信号の位相を変化させるので、２台のスレーブモジュール３１ｉ，３１ｊからターゲットＴｇｔを経由してスレーブモジュール３１Ｎに到来した２波の反射波が互いに干渉する干渉状態は、信号生成器４２ｉにおける移相量の時間変化に応じて変化する。これにより、ビート信号の信号振幅も時間とともに変化する。たとえば、移相量検出部５８Ｎは、入力されたビート信号の電力が最大化する時刻ｔ０を計測し、計測時刻ｔ０に対応する移相量φｃｎｔ０を得ることできる。移相量検出部５８Ｎは、検出された移相量φｃｎｔ０を示すデータをマスタモジュール２０に転送する。
【００８６】
位相差算出部２６は、移相量検出部５８Ｎから転送された移相量φｃｎｔ０と、データ記憶部２８から得た計測データとに基づき、アンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力された測距信号間の位相差を算出することができる。位相制御部２７は、当該算出された位相差に基づき、スレーブモジュール３１ｉ，３１ｊ内の信号生成器４２ｉ，４２ｊの少なくとも一方を制御してこれら信号生成器４２ｉ，４２ｊの出力位相間の誤差を補正させることができる。
【００８７】
以下、図８を参照しつつ、上記レーダ装置２における位相差検出および位相誤差補正の詳細について説明する。図８は、実施の形態２に係る制御処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。図８に示される制御処理は、制御回路２４によって実行される。
【００８８】
まず、動作制御部２５は、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１の組み合わせの中から一組のスレーブモジュール３１ｉ，３１ｊを選択する（ステップＳＴ２０）。以下、一方のスレーブモジュール３１ｉを第１のスレーブモジュール３１ｉと呼び、他方のスレーブモジュール３１ｊを第２のスレーブモジュール３１ｊと呼び、スレーブモジュール３１Ｎを第３のスレーブモジュール３１Ｎと呼ぶこととする。
【００８９】
次に、動作制御部２５は、測距モードを指定する動作命令を第１のスレーブモジュール３１ｉに供給することによって、第１のスレーブモジュール３１ｉを測距モード（第１の測距モード）で動作させる（ステップＳＴ２１）。このとき、第１のスレーブモジュール３１ｉでは、測距部５５ｉは、ターゲットＴｇｔとの距離に対応する遅延時間（往復伝播時間）τ１を計測値として算出し、その計測値を示す計測データをマスタモジュール２１に転送する。動作制御部２５は、測距部５５ｉから転送された計測データを第ｉ記憶領域２８ｉに格納する（ステップＳＴ２２）。
【００９０】
次に、動作制御部２５は、測距モードを指定する動作命令を第２のスレーブモジュール３１ｊに供給することによって、第２のスレーブモジュール３１ｊを測距モード（第２の測距モード）で動作させる（ステップＳＴ２３）。このとき、第２のスレーブモジュール３１ｊでは、測距部５５ｊは、ターゲットＴｇｔとの距離に対応する遅延時間（往復伝播時間）τ２を計測値として算出し、その計測値を示す計測データをマスタモジュール２１に転送する。動作制御部２５は、測距部５５ｊから転送された計測データを第ｊ記憶領域２８ｊに格納する（ステップＳＴ２４）。
【００９１】
その後、動作制御部２５は、位相掃引送信モードを指定する動作命令を第１のスレーブモジュール３１ｉに供給し、通常送信モードを指定する動作命令を第２のスレーブモジュール３１ｊに供給し、かつ、受信モードを指定する動作命令を第３のスレーブモジュール３１Ｎに供給することによって、第１のスレーブモジュール３１ｉを位相掃引送信モードで動作させ、第２のスレーブモジュール３１ｊを通常送信モードで動作させ、かつ、第３のスレーブモジュール３１Ｎを受信モードで動作させる（ステップＳＴ２５）。
【００９２】
このとき、位相掃引送信モードで動作する第１のスレーブモジュール３１ｉは、第３のスレーブモジュール３１Ｎと対応する送信回路として動作する。第１のスレーブモジュール３１ｉは、所定の送信周波数ｆｃｗを有する周波数無変調の位相掃引信号ＳＴＸ１をターゲットＴｇｔに向けて送信する。位相掃引信号ＳＴＸ１は、ターゲットＴｇｔで反射された後に第３のスレーブモジュール３１Ｎに伝播する。位相掃引信号ＳＴＸ１は、たとえば、次式（８）で表される。
2019123613.tif 000010
ここで、Ａ０は信号振幅、ｔは時間、φ１は位相状態値の初期値、φｃｎｔは所定の掃引速度で変化させられる移相量である。
【００９３】
通常送信モードで動作する第２のスレーブモジュール３１ｊは、第３のスレーブモジュール３１Ｎと対応する送信回路として動作する。第２のスレーブモジュール３１ｊは、所定の送信周波数ｆｃｗを有する周波数無変調の送信信号ＳＴＸ２をターゲットＴｇｔに向けて送信する。送信信号ＳＴＸ２は、ターゲットＴｇｔで反射された後に第３のスレーブモジュール３１Ｎに伝播する。送信信号ＳＴＸ２は、たとえば、次式（９）で表される。
2019123613.tif 000011
ここで、Ｂ０は信号振幅、φ２は位相状態値である。
【００９４】
一方、受信モードで動作する第３のスレーブモジュール３１Ｎは、第１および第２のスレーブモジュール３１ｉ，３１ｊと対応する受信回路として動作する。送受信回路４１Ｎでは、ミキサ４５Ｎは、アンテナ素子６１Ｎおよびサーキュレータ４４Ｎを介して伝達された受信信号ＳＲＸ３を入力とし、この受信信号ＳＲＸ３と、信号生成器４２Ｎから出力された周波数無変調のローカル信号ＳＬＯ（周波数：ｆＬＯ）とを混合してアナログビート信号を生成する。ＡＤＣ４６Ｎは、そのアナログビート信号をディジタル形式のビート信号Ｓｂｃｗ３に変換し、ビート信号Ｓｂｃｗ３を移相量検出部５８Ｎに供給する。ローカル信号ＳＬＯは、たとえば、次式（１０）で表される。
2019123613.tif 000012
ここで、Ｃ０は信号振幅である。
【００９５】
また、受信信号ＳＲＸ３は、たとえば、次式（１１）で表される。
2019123613.tif 000013
ここで、Ａ１，Ｂ１は信号振幅である。
【００９６】
ビート信号Ｓｂｃｗ３は、たとえば、次式（１２）で表される。
2019123613.tif 000014
【００９７】
更に、移相量検出部５８Ｎは、入力されたビート信号Ｓｂｃｗ３の信号振幅を最大化させる位相掃引信号ＳＴＸ１の移相量φｃｎｔ＝φｃｎｔ０を検出する。前述のとおり、第１および第２のスレーブモジュール３１ｉ，３１ｊからターゲットＴｇｔを経由して第３のスレーブモジュール３１Ｎに到来した２波の反射波は互いに干渉し、その干渉状態は、信号生成器４２ｉにおける移相量φｃｎｔの時間変化に応じて変化する。移相量検出部５８Ｎは、入力されたビート信号Ｓｂｃｗ３の電力波形を監視し、この電力波形の最大値に対応する移相量φｃｎｔ０を検出すればよい。図９は、ビート信号Ｓｂｃｗ３の電力波形の一例（コサインカーブ）を概略的に示すグラフである。
【００９８】
上式（１２）を参照すると、ビート信号Ｓｂｃｗ３の信号振幅が最大化する条件は、式（１２）の右辺第１項の位相状態と、式（１２）の右辺第２項の位相状態とが互いに一致することである。よって、ビート信号Ｓｂｃｗ３の信号振幅が最大化する条件は、次式（１３）で表される。
2019123613.tif 000015
【００９９】
式（１３）を変形すれば、次式（１４）が導出される。
2019123613.tif 000016
【０１００】
上記ステップＳＴ２５の実行後、位相差算出部２６は、ステップＳＴ２１，ＳＴ２３で算出された計測値τ１，τ２をデータ記憶部２８から取得し、計測値τ１，τ２と移相量φｃｎｔ０とに基づき、アンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力された測距信号間の位相差Δφ（＝φ１−φ２）を算出する（ステップＳＴ２６）。位相差算出部２６は、式（１４）に基づいて位相差Δφを算出することが可能である。
【０１０１】
ステップＳＴ２６の実行後、位相制御部２７は、算出された位相差Δφに基づき、第１および第２のスレーブモジュール３１ｉ，３１ｊ内の信号生成器４２ｉ，４２ｊの少なくとも一方を制御して、信号生成器４２ｉ，４２ｊの出力位相間の誤差を補正させる（ステップＳＴ２７）。具体的には、位相制御部２７は、当該算出された位相差Δφに基づき、信号生成器４２ｉ，４２ｊ内の位相調整回路（可変移相器）を制御することで誤差を補正することができる。
【０１０２】
その後、動作制御部２５は、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１の中からすべての組が選択されたか否かを判定する（ステップＳＴ２８）。すべての組が選択されていない場合は（ステップＳＴ２８のＮＯ）、動作制御部２５は新たな組を選択し（ステップＳＴ２０）、この新たな組についてステップＳＴ２１〜ＳＴ２７を実行する。一方、すべての組が選択されている場合は（ステップＳＴ２８のＹＥＳ）、動作制御部２５は、制御処理を終了する。
【０１０３】
ステップＳＴ２０でスレーブモジュールの組を選択する方法としては、たとえば、第１のスレーブモジュール３０１（ｉ＝１）を基準とし、第１のスレーブモジュール３０１と対をなす第２のスレーブモジュール３０２，…，３０Ｎ−１を順番に選択する方法を採用すればよい。スレーブモジュールの組が（３０ｉ，３０ｊ）で表されるとき、（３０１，３０２），（３０１，３０３），…，（３０１，３０Ｎ−１）の順に組を選択することが可能である。この場合、位相制御部２７は、第２のスレーブモジュール３１ｊ内の信号生成器４２ｊを制御して、信号生成器４２ｉの出力位相に対する、信号生成器４２ｊの出力位相の誤差を補正させる（ステップＳＴ２７）。
【０１０４】
以上に説明したように、実施の形態２によれば、第１および第２のスレーブモジュール３１ｉ，３１ｊは測距モードで動作することにより、第１および第２の計測値τ１，τ２をそれぞれ計測する。その後、第１のスレーブモジュール３１ｉが位相掃引送信モードで動作すると同時に、第２のスレーブモジュール３１ｊが通常送信モードで動作する。第３のスレーブモジュール３１Ｎは、受信モードで動作して、ビート信号Ｓｂｃｗ３の信号振幅を最大化させる移相量φｃｎｔ０を検出する。そして、位相差算出部２６は、計測値τ１，τ２と移相量φｃｎｔ０とに基づき、アンテナ素子６１ｉ，６１ｊから出力された測距信号間の位相差Δφを算出することができる。したがって、本実施の形態のレーダ装置２は、複数のアンテナ素子６１１〜６１Ｎ−１について複数の信号生成器４２１〜４２Ｎ−１を有しているにもかかわらず、これらアンテナ素子６１１〜６１Ｎ−１から出力された測距信号間の位相差を高精度に算出することができる。たとえ、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１が分散して配置されている場合でも、位相差の高精度な算出が可能である。よって、本実施の形態の位相差検出回路は、スレーブモジュール３１１〜３１Ｎ−１における信号生成器４２１〜４２Ｎ−１の出力位相を高い精度で互いに同期させることができる。
【０１０５】
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、上記実施の形態１，２の位相差検出回路はレーダ技術に適用されているが、これに限定されるものではない。実施の形態１，２の位相差検出回路が無線通信システムに適用されてもよい。
【０１０６】
なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態１，２の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明に係る位相差検出回路は、たとえば、車両（たとえば、自動車または鉄道車両）などの移動体に搭載されるレーダシステムまたは無線通信システムに適用されることが可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
Ｔｇｔ  ターゲット、１，２  レーダ装置、２０  マスタモジュール、２１  マスタモジュール、２２  基準信号発生器、２３  動作制御回路、２４  制御回路、２５  動作制御部、２６  位相差算出部、２７  位相制御部、２８  データ記憶部、３０１〜３０Ｎ，３１１〜３１Ｎ  スレーブモジュール、４０１〜４０Ｎ，４１１〜４１Ｎ  送受信回路、４２１〜４２Ｎ  信号生成器、４２０  ＰＬＬ回路、４２１  位相比較器、４２２  チャージポンプ回路、４２３  ループフィルタ、４２４  電圧制御発振器（ＶＣＯ）、４２５  方向性結合器、４２６  可変移相器、４２７  可変分周器、４２８  ΔΣ変調器、４３１〜４３Ｎ  スイッチ回路、４４１〜４４Ｎ  サーキュレータ、４５１〜４５Ｎ  ミキサ、４６１〜４６Ｎ  Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、５０１〜５０Ｎ，５１１〜５１Ｎ  信号処理回路、５２１〜５２Ｎ  変調制御部、５３１〜５３Ｎ  送信制御部、５４１〜５４Ｎ  位相差算出部、５５１〜５５Ｎ  測距部、５６１〜５６Ｎ  位相制御部、５８Ｎ  移相量検出部、６０  アレイアンテナ、６１１〜６１Ｎ  アンテナ素子。
【図１】
2019123613.tif 000017
【図２】
2019123613.tif 000018
【図３】
2019123613.tif 000019
【図４】
2019123613.tif 000020
【図５】
2019123613.tif 000021
【図６】
2019123613.tif 000022
【図７】
2019123613.tif 000023
【図８】
2019123613.tif 000024
【図９】
2019123613.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月10日(2019.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子と接続された状態で使用される位相差検出回路であって、
第１の測距モードで動作した後に送信モードで動作するように制御され、前記第１の測距モードでは、周波数変調された第１の測距信号を生成し、前記第１の測距信号を前記第１のアンテナ素子から送信させた後に外部空間内のターゲットから反射波を受信して第１の受信信号を生成し、前記送信モードでは、周波数変調されない高周波信号を生成し、前記高周波信号を前記第１のアンテナ素子から送信させる第１の送受信回路と、
第２の測距モードで動作した後に受信モードで動作するように制御され、前記第２の測距モードでは、周波数変調された第２の測距信号を生成し、前記第２の測距信号を前記第２のアンテナ素子から送信させた後に前記ターゲットから反射波を受信して第２の受信信号を生成し、前記受信モードでは、前記高周波信号に対応する反射波を前記ターゲットから受信して第３の受信信号を生成する第２の送受信回路と、
前記第１の受信信号に基づき、前記第１の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第１の測距信号の往復伝播時間を示す第１の計測値を算出し、かつ、前記第２の受信信号に基づき、前記第２の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第２の測距信号の往復伝播時間を示す第２の計測値を算出する計測部と、
前記第１の測距信号と前記第２の測距信号との間の位相差を算出する位相差算出部と
を備え、
前記第２の送受信回路は、前記第３の受信信号と前記第２の測距信号との間の周波数差を示すビート信号を生成し、
前記位相差算出部は、前記第１の計測値、前記第２の計測値および前記ビート信号に基づいて前記位相差を算出する
ことを特徴とする位相差検出回路。
【請求項２】
請求項１記載の位相差検出回路であって、
位相制御部を更に備え、
前記第１の送受信回路は、前記第１の測距信号を出力する第１の信号生成器を有し、
前記第２の送受信回路は、前記第２の測距信号を出力する第２の信号生成器を有し、
前記第２の信号生成器は、当該第２の信号生成器の出力位相を可変に調整する位相調整回路を含み、
前記位相制御部は、前記位相差算出部で算出された位相差に基づき、前記位相調整回路を制御して前記第２の信号生成器の出力位相の誤差を補正させることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項３】
請求項２記載の位相差検出回路であって、前記位相調整回路は可変移相器からなることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項４】
請求項１記載の位相差検出回路であって、
前記第１の送受信回路は、基準信号発生器と第１の信号伝送路を介して接続された第１の信号生成器を有し、
前記第２の送受信回路は、前記基準信号発生器と第２の信号伝送路を介して接続された第２の信号生成器を有し、
前記第１の信号生成器および前記第２の信号生成器は、前記基準信号発生器から供給された基準信号に基づいて前記第１の測距信号および前記第２の測距信号をそれぞれ生成することを特徴とする位相差検出回路。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の位相差検出回路であって、前記位相差算出部は、前記ビート信号の直流成分および該ビート信号の振幅を検出し、当該検出された直流成分、当該検出された振幅、前記第１の計測値および前記第２の計測値に基づいて前記位相差を算出することを特徴とする位相差検出回路。
【請求項６】
請求項５記載の位相差検出回路であって、前記ビート信号の直流成分がＤｂｃｗ２、該ビート信号の振幅がα、前記第１の計測値がτ１、前記第２の計測値がτ２、前記高周波信号の周波数がｆｃｗ１、前記位相差がΔφでそれぞれ表されるとき、前記位相差は、
Δφ＝Ａｒｃｃｏｓ（２×Ｄｂｃｗ２／α）−２πｆｃｗ１（τ１＋τ２）／２、
との式に基づいて算出されることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項７】
請求項１記載の位相差検出回路であって、
前記第２の送受信回路は、
前記第２の測距信号を出力する第２の信号生成器と、
前記第２の信号生成器の信号出力端と前記第２のアンテナ素子との間に設けられたスイッチ回路とを有し、
前記スイッチ回路は、前記第２の送受信回路が前記第２の測距モードで動作するときは、前記第２の信号生成器の信号出力端と前記第２のアンテナ素子との間を接続し、前記第２の送受信回路が前記受信モードで動作するときは、前記第２の信号生成器の信号出力端と前記第２のアンテナ素子との間の信号経路を切断することを特徴とする位相差検出回路。
【請求項８】
請求項１または請求項２記載の位相差検出回路であって、
前記計測部は、前記第１の受信信号に基づいて前記第１の計測値を算出する第１の計測回路と、前記第２の受信信号に基づいて前記第２の計測値を算出する第２の計測回路とを含み、
前記第１の送受信回路および前記第１の計測回路は、第１のレーダ回路を構成し、
前記第２の送受信回路および前記第２の計測回路は、第２のレーダ回路を構成する
ことを特徴とする位相差検出回路。
【請求項９】
請求項２または請求項３記載の位相差検出回路と、
前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子を含むアレイアンテナと
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子および第３のアンテナ素子と接続された状態で使用される位相差検出回路であって、
第１の測距モードで動作した後に第１の送信モードで動作するように制御され、前記第１の測距モードでは、周波数変調された第１の測距信号を生成し、前記第１の測距信号を前記第１のアンテナ素子から送信させた後に外部空間内のターゲットから反射波を受信して第１の受信信号を生成し、前記第１の送信モードでは、周波数変調されない第１の高周波信号を生成し、前記第１の高周波信号を前記第１のアンテナ素子から送信させると同時に前記第１の高周波信号の位相を時間とともに変化させる第１の送受信回路と、
第２の測距モードで動作した後に第２の送信モードで動作するように制御され、前記第２の測距モードでは、周波数変調された第２の測距信号を生成し、前記第２の測距信号を前記第２のアンテナ素子から送信させた後に前記ターゲットから反射波を受信して第２の受信信号を生成し、前記第２の送信モードでは、周波数変調されない第２の高周波信号を生成し、前記第２の高周波信号を前記第２のアンテナ素子から送信させる第２の送受信回路と、
前記第１の高周波信号および前記第２の高周波信号の双方に対応する反射波を前記ターゲットから受信して第３の受信信号を生成し、当該第３の受信信号と予め設定された周波数を有するローカル信号との間の周波数差を示すビート信号を生成する受信回路と、
前記第１の受信信号に基づき、前記第１の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第１の測距信号の往復伝播時間を示す第１の計測値を算出し、かつ、前記第２の受信信号に基づき、前記第２の送受信回路と前記ターゲットとの間における前記第２の測距信号の往復伝播時間を示す第２の計測値を算出する計測部と、
前記ビート信号の振幅を最大化させる当該第１の高周波信号の移相量を検出する移相量検出部と、
当該検出された移相量、前記第１の計測値および前記第２の計測値に基づき、前記第１の測距信号と前記第２の測距信号との間の位相差を算出する位相差算出部と
を備えることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１１】
請求項１０記載の位相差検出回路であって、
位相制御部を更に備え、
前記第１の送受信回路は、前記第１の測距信号を出力する第１の信号生成器を有し、
前記第２の送受信回路は、前記第２の測距信号を出力する第２の信号生成器を有し、
前記第１の信号生成器および前記第２の信号生成器のうちの少なくとも一方の信号生成器は、当該少なくとも一方の信号生成器の出力位相を可変に調整する位相調整回路を含み、
前記位相制御部は、前記位相差算出部で算出された位相差に基づき、前記位相調整回路を制御して前記第１の信号生成器の出力位相および前記第２の信号生成器の出力位相のうちの少なくとも一方の誤差を補正させることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１２】
請求項１１記載の位相差検出回路であって、前記位相調整回路は可変移相器からなることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１３】
請求項１０記載の位相差検出回路であって、
前記第１の送受信回路は、基準信号発生器と第１の信号伝送路を介して接続された第１の信号生成器を有し、
前記第２の送受信回路は、前記基準信号発生器と第２の信号伝送路を介して接続された第２の信号生成器を有し、
前記第１の信号生成器および前記第２の信号生成器は、前記基準信号発生器から供給された基準信号に基づいて前記第１の測距信号および前記第２の測距信号をそれぞれ生成することを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１４】
請求項１０または請求項１１記載の位相差検出回路であって、前記第１の計測値がτ１、前記第２の計測値がτ２、前記移相量がφｃｎｔ０、前記第１および第２の高周波信号の共通の周波数がｆｃｗ、前記位相差がΔφでそれぞれ表されるとき、前記位相差は、
Δφ＝φｃｎｔ０＋２πｆｃｗ×（τ１−τ２）／２、
との式に基づいて算出されることを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１５】
請求項１０または請求項１１記載の位相差検出回路であって、
前記計測部は、前記第１の受信信号に基づいて前記第１の計測値を算出する第１の計測回路と、前記第２の受信信号に基づいて前記第２の計測値を算出する第２の計測回路とを含み、
前記第１の送受信回路および前記第１の計測回路は、第１のレーダ回路を構成し、
前記第２の送受信回路および前記第２の計測回路は、第２のレーダ回路を構成する
ことを特徴とする位相差検出回路。
【請求項１６】
請求項１１または請求項１２記載の位相差検出回路と、
前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子および前記第３のアンテナ素子を含むアレイアンテナと
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【国際調査報告】
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