(57)【要約】  この発明は、目標までの距離を算出するレーダ装置に関するものである。従来は、ビート信号の周波数がナイキスト周波数よりも大きい場合、ビート信号の周波数がナイキスト周波数で折り返してしまうため、ビート信号の周波数から被測定物までの距離を算出することができず、遠方に存在している被測定物までの距離を算出することができないという課題があった。  時間の経過に伴って、前記時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を生成するレーダ信号生成部（１）を備え、距離算出部（１１）が、ビート信号検出部（８）により変換されたデジタル信号から、目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、距離対応値から目標までの距離を算出するように、レーダ装置を構成した。
2019224880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間の経過に伴って、前記時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を生成するレーダ信号生成部と、  前記レーダ信号生成部により生成されたレーダ信号を参照波として出力するとともに、前記レーダ信号を目標に向けて送信し、前記目標に反射されて戻ってきたレーダ信号を反射波として受信する送受信部と、  前記レーダ信号生成部から出力された参照波の周波数と、前記送受信部により受信された反射波の周波数との差分の周波数を示すビート信号を検出し、前記ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するビート信号検出部と、  前記ビート信号検出部により変換されたデジタル信号から、前記目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、前記距離対応値から前記目標までの距離を算出する距離算出部と  を備えたレーダ装置。
【請求項２】
前記距離算出部は、  前記ビート信号検出部により変換されたデジタル信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量を計算する変化量計算器と、  前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記変化量計算器により計算された変化量の絶対値を計算する絶対値計算器と、  前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器とを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記距離算出部は、  前記デジタル信号のレプリカ信号として、前記ビート信号検出部によりビート信号がアナログ信号からデジタル信号に変換される際の前記ビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するレプリカ信号生成器と、  前記ビート信号検出部により変換されたデジタル信号と前記レプリカ信号生成器により生成されたレプリカ信号との内積を計算する内積計算器と、  前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記内積計算器により計算された内積の絶対値を計算する絶対値計算器と、  前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器とを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記ビート信号検出部は、  前記ビート信号を第１のビート信号としてアナログ信号から第１のデジタル信号に変換するとともに、前記第１のビート信号よりも位相が９０度遅れている第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換し、  前記距離算出部は、  前記第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、前記ビート信号検出部により第１のビート信号がアナログ信号から第１のデジタル信号に変換される際の前記第１のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するとともに、前記第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、前記サンプリング周期を有する信号を生成し、前記第１のレプリカ信号と前記第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成する複素レプリカ信号生成器と、  前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、前記複素デジタル信号と前記複素レプリカ信号との内積を計算する内積計算器と、  前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記内積計算器により計算された内積の絶対値を計算する絶対値計算器と、  前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器とを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記ビート信号検出部は、  前記ビート信号を２つに分配し、分配後の一方のビート信号を第１のビート信号、分配後の他方のビート信号を第２のビート信号として、前記第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号に変換するとともに、前記第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号に変換する際の前記第１のビート信号のサンプリング周期よりも位相が９０度遅れているサンプリング周期で、前記第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換し、  前記距離算出部は、  前記第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、前記第１のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するとともに、前記第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、前記第２のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成し、前記第１のレプリカ信号と前記第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成する複素レプリカ信号生成器と、  前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、前記複素デジタル信号と前記複素レプリカ信号との内積を計算する内積計算器と、  前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記内積計算器により計算された内積の絶対値を計算する絶対値計算器と、  前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器とを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記ビート信号検出部は、  前記ビート信号を第１のビート信号としてアナログ信号から第１のデジタル信号に変換するとともに、前記第１のビート信号よりも位相が９０度遅れている第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換し、  前記距離算出部は、  前記第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、前記ビート信号検出部により第１のビート信号がアナログ信号から第１のデジタル信号に変換される際の前記第１のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するとともに、前記第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、前記サンプリング周期を有する信号を生成し、前記第１のレプリカ信号と前記第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成する複素レプリカ信号生成器と、  前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、前記複素デジタル信号と前記複素レプリカ信号との相互相関を計算する相互相関計算器と、  前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記相互相関計算器により計算された相互相関の絶対値を計算する絶対値計算器と、  前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器とを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記ビート信号検出部は、  前記ビート信号を２つに分配し、分配後の一方のビート信号を第１のビート信号、分配後の他方のビート信号を第２のビート信号として、前記第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号に変換するとともに、前記第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号に変換する際の前記第１のビート信号のサンプリング周期よりも位相が９０度遅れているサンプリング周期で、前記第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換し、  前記距離算出部は、  前記第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、前記第１のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するとともに、前記第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、前記第２のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成し、前記第１のレプリカ信号と前記第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成する複素レプリカ信号生成器と、  前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、前記複素デジタル信号と前記複素レプリカ信号との相互相関を計算する相互相関計算器と、  前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記相互相関計算器により計算された相互相関の絶対値を計算する絶対値計算器と、  前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器とを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、目標までの距離を算出するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  以下の特許文献１には、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅｓ）方式のレーダ装置が開示されている。  ＦＭＣＷ方式のレーダ装置は、時間の経過に伴って周波数が変化するチャープ信号を送信波として送信して、被測定物に反射された送信波の反射波を受信し、反射波と送信波の混合波からビート信号を生成する。  ビート信号の周波数は、反射波の時間遅れに対応する周波数であるため、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置は、ビート信号の周波数から被測定物までの距離を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９８７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来のレーダ装置は、ビート信号の周波数が、ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器のナイキスト周波数よりも小さければ、ビート信号の周波数から被測定物までの距離を算出することができる。  しかし、従来のレーダ装置は、ビート信号の周波数がナイキスト周波数よりも大きい場合、ビート信号の周波数がナイキスト周波数で折り返してしまうため、ビート信号の周波数から被測定物までの距離を算出することができない。  したがって、従来のレーダ装置は、ビート信号の周波数がナイキスト周波数よりも大きくなるような遠方に存在している被測定物までの距離を算出することができないという課題があった。【０００５】  この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ビート信号の周波数がナイキスト周波数よりも大きくなるような遠方に存在している目標までの距離を算出することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  この発明に係るレーダ装置は、時間の経過に伴って、時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を生成するレーダ信号生成部と、レーダ信号生成部により生成されたレーダ信号を参照波として出力するとともに、レーダ信号を目標に向けて送信し、目標に反射されて戻ってきたレーダ信号を反射波として受信する送受信部と、レーダ信号生成部から出力された参照波の周波数と、送受信部により受信された反射波の周波数との差分の周波数を示すビート信号を検出し、ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するビート信号検出部と、ビート信号検出部により変換されたデジタル信号から、目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、距離対応値から目標までの距離を算出する距離算出部とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】  この発明によれば、距離算出部が、ビート信号検出部により変換されたデジタル信号から、目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、距離対応値から目標までの距離を算出するように、レーダ装置を構成した。したがって、この発明に係るレーダ装置は、ビート信号の周波数がナイキスト周波数よりも大きくなるような遠方に存在している目標までの距離を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
【図２】時間の経過に伴って、時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を示す説明図である。
【図３】周波数ミキサ９から出力されたビート信号が示す周波数の時間変化及びＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号が示す周波数の時間変化を示す説明図である。
【図４】デジタル信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量の絶対値と、目標までの距離との関係を示す説明図である。
【図５】実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。
【図６】実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図である。
【図７】実施の形態３による他のレーダ装置を示す構成図である。
【図８】実施の形態３による他のレーダ装置を示す構成図である。
【図９】実施の形態４によるレーダ装置を示す構成図である。
【図１０】実施の形態４による他のレーダ装置を示す構成図である。
【図１１】実施の形態４による他のレーダ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１０】実施の形態１．  図１は、実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。  図１において、レーダ信号生成部１は、信号源制御装置２及び信号源３を備えている。  レーダ信号生成部１は、時間の経過に伴って、時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を生成し、レーダ信号を分配器５に出力する。  信号源制御装置２は、ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ）及びＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）などによって実現される。  信号源制御装置２は、時間の経過に伴って、周波数が単調に増加又は単調に減少し、かつ、周波数が時間と非線形である制御信号を信号源３に出力する。
【００１１】  信号源３は、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅｄ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）又はＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）を備える回路などによって実現される。  信号源３は、信号源制御装置２から出力された制御信号によって発振周波数が制御される信号源であり、時間の経過に伴って、時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を分配器５に出力する。
【００１２】  送受信部４は、分配器５、送信アンテナ６及び受信アンテナ７を備えている。  送受信部４は、信号源３から出力されたレーダ信号を参照波として周波数ミキサ９に出力するとともに、レーダ信号を目標に向けて送信し、目標に反射されて戻ってきたレーダ信号を反射波として受信する。  分配器５は、例えば、ウィルキンソン型分配器によって実現される。  分配器５は、信号源３から出力されたレーダ信号を２つに分配し、分配後の一方のレーダ信号を参照波として周波数ミキサ９に出力し、分配後の他方のレーダ信号を送信アンテナ６に出力する。
【００１３】  送信アンテナ６は、例えば、パッチアンテナによって実現される。  送信アンテナ６は、分配器５から出力されたレーダ信号を目標に向けて送信する。  受信アンテナ７は、例えば、パッチアンテナによって実現される。  受信アンテナ７は、送信アンテナ６からレーダ信号が目標に向けて送信されたのち、目標に反射されて戻ってきたレーダ信号を反射波として受信する。
【００１４】  ビート信号検出部８は、周波数ミキサ９及びアナログデジタル変換器（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０を備えている。  ビート信号検出部８は、分配器５から出力された参照波の周波数と、受信アンテナ７により受信された反射波の周波数との差分の周波数を示すビート信号を検出し、ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。  周波数ミキサ９は、ギルバートセル又はダイオードミキサなどによって実現される。  周波数ミキサ９は、分配器５から出力された参照波の周波数と、受信アンテナ７により受信された反射波の周波数との差分の周波数を示すビート信号を検出し、ビート信号をＡＤＣ１０に出力する。
【００１５】  ＡＤＣ１０は、周波数ミキサ９から出力されたビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を変化量計算器１２に出力する。  即ち、ＡＤＣ１０は、周波数ミキサ９から出力されたビート信号をサンプリング周波数ｆｓでサンプリングして、ビート信号を時間的に離散化し、離散化したビート信号の電圧値を量子化することで、ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
【００１６】  距離算出部１１は、変化量計算器１２、絶対値計算器１３及び距離計算器１４を備えている。  距離算出部１１は、ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号から、目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、距離対応値から目標までの距離を算出する。  変化量計算器１２は、ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量を計算し、変化量を絶対値計算器１３に出力する。  絶対値計算器１３は、目標までの距離と対応している距離対応値として、変化量計算器１２から出力された変化量の絶対値を計算し、絶対値を距離計算器１４に出力する。  距離計算器１４は、絶対値計算器１３より出力された絶対値から目標までの距離を計算する。
【００１７】  ここで、変化量計算器１２、絶対値計算器１３及び距離計算器１４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。  変化量計算器１２、絶対値計算器１３及び距離計算器１４のそれぞれは、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。  ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
【００１８】  次に、図１に示すレーダ装置について説明する。  信号源制御装置２は、時間の経過に伴って、周波数が単調に増加又は単調に減少し、かつ、周波数が時間と非線形である制御信号を信号源３に出力する。  信号源制御装置２は、例えば、波形が２次関数で表される制御信号を信号源３に出力する。  信号源３は、信号源制御装置２から制御信号を受けると、制御信号によって発振周波数が制御され、時間の経過に伴って、時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を分配器５に出力する。
【００１９】  図２は、時間の経過に伴って、時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を示す説明図である。  図２において、１００は、信号源３から出力されるレーダ信号である。  信号源３から出力されるレーダ信号１００の周波数ｆｔｘ（ｔ）は、以下の式（１）のように表すことができる。2019224880.tif 000003
式（１）において、ｔは時刻、α, β, γは係数である。  また、レーダ信号１００の位相θｔｘ（ｔ）は、以下の式（２）のように表すことができる。2019224880.tif 000004
図２に示すレーダ信号１００の周波数ｆｔｘ（ｔ）は、波形が２次関数で表されているが、これは一例に過ぎず、例えば、波形が３次関数で表されるものであってもよい。  レーダ信号１００の周波数ｆｔｘ（ｔ）の波形が３次関数で表されるものである場合、信号源制御装置２は、波形が３次関数で表される制御信号を信号源３に出力する。
【００２０】  分配器５は、信号源３からレーダ信号を受けると、レーダ信号を２つに分配し、分配後の一方のレーダ信号を参照波として周波数ミキサ９に出力し、分配後の他方のレーダ信号を送信アンテナ６に出力する。  送信アンテナ６は、分配器５から出力されたレーダ信号を目標に向けて送信する。  送信アンテナ６から送信されたレーダ信号は、目標によって反射される。  受信アンテナ７は、目標に反射されて戻ってきたレーダ信号を反射波として受信する。  受信アンテナ７により受信されたレーダ信号は、目標とレーダ装置との間を往復しているため、送信アンテナ６から送信されたレーダ信号よりも遅延している。  よって、受信アンテナ７により受信されたレーダ信号は、図２に示すレーダ信号１１０のように表される。  図２に示すレーダ信号１１０は、レーダ装置から目標までの距離が近い場合のレーダ信号を示しており、レーダ装置から目標までの距離が遠いレーダ信号は、レーダ信号１１５のように表される。レーダ信号１１５は、レーダ信号１１０よりも遅延時間が大きくなっている。  ここで、“目標までの距離が近い”と“目標までの距離が遠い”とは、２つの距離を比べての距離の違いである。
【００２１】  受信アンテナ７により受信されたレーダ信号は、周波数ミキサ９に入力される。  受信アンテナ７により受信されたレーダ信号の位相θｒｘ（ｔ）は、以下の式（３）のように表すことができる。2019224880.tif 000005
式（３）において、ｃは光速、Ｒは目標までの距離である。
【００２２】  周波数ミキサ９は、分配器５から出力された参照波の周波数と、受信アンテナ７により受信された反射波の周波数との差分の周波数を示すビート信号を検出し、ビート信号をＡＤＣ１０に出力する。  ビート信号の位相θｂ（ｔ）は、以下の式（４）のように表すことができる。2019224880.tif 000006
また、ビート信号の周波数ｆｂ（ｔ）は、以下の式（５）のように表すことができる。2019224880.tif 000007
式（５）に示すビート信号の周波数ｆｂは、時間に関する１次関数である。
【００２３】  ＡＤＣ１０は、周波数ミキサ９からビート信号を受けると、ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を変化量計算器１２に出力する。  即ち、ＡＤＣ１０は、周波数ミキサ９から出力されたビート信号をサンプリング周波数ｆｓでサンプリングして、ビート信号を時間的に離散化し、離散化したビート信号の電圧値を量子化することで、ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
【００２４】  ここで、周波数ミキサ９から出力されたビート信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量は、目標までの距離に対応している。  図３は、周波数ミキサ９から出力されたビート信号が示す周波数の時間変化及びＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号が示す周波数の時間変化を示す説明図である。  図３において、１２０は、レーダ装置から目標までの距離が近い場合のビート信号が示す周波数の時間変化であり、１３０は、レーダ装置から目標までの距離が遠い場合のビート信号が示す周波数の時間変化である。  レーダ装置から目標までの距離が異なることで、ビート信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量の傾きが異なる。
【００２５】  ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号が示す周波数は、ＡＤＣ１０のナイキスト周波数ｆｎと０Ｈｚで折り返される。ナイキスト周波数ｆｎは、サンプリング周波数ｆｓの２分の１である。  １４０は、レーダ装置から目標までの距離が近い場合のデジタル信号が示す周波数の時間変化であり、１５０は、レーダ装置から目標までの距離が遠い場合のデジタル信号が示す周波数の時間変化である。  デジタル信号が示す周波数は、ナイキスト周波数ｆｎで折り返されることで、時間の経過に伴って増加している状態から、時間の経過に伴って減少している状態に変化する。  また、デジタル信号が示す周波数は、０Ｈｚで折り返されることで、時間の経過に伴って減少している状態から、時間の経過に伴って増加している状態に変化する。
【００２６】  図４は、デジタル信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量の絶対値と、目標までの距離との関係を示す説明図である。  １６０は、変化量の絶対値に対する距離を示す特性である。  レーダ装置から目標までの距離が近い場合、特性１６０の傾きが小さくなり、レーダ装置から目標までの距離が遠い場合、特性１６０の傾きが大きくなる。
【００２７】  変化量計算器１２は、ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号を受けると、例えば、デジタル信号の周波数を時間で微分することで、デジタル信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量Δｆを計算し、変化量Δｆを絶対値計算器１３に出力する。  デジタル信号が示す周波数の時間微分値は、デジタル信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量Δｆに相当する。  デジタル信号が示す周波数が０Ｈｚからナイキスト周波数ｆｎまで変化している間は、時間微分値の符号がプラスであり、時間微分値の符号がプラスであれば、デジタル信号が示す周波数は、時間の経過に伴って増加している。  デジタル信号が示す周波数がナイキスト周波数ｆｎから０Ｈｚまで変化している間は、時間微分値の符号がマイナスであり、微分値の符号がマイナスであれば、デジタル信号が示す周波数は、時間の経過に伴って減少している。
【００２８】  絶対値計算器１３は、変化量計算器１２から変化量Δｆを受けると、目標までの距離と対応している距離対応値として、変化量Δｆの絶対値｜Δｆ｜を計算し、絶対値｜Δｆ｜を距離計算器１４に出力する。  距離計算器１４は、絶対値計算器１３から絶対値｜Δｆ｜を受けると、以下の式（６）に示すように、絶対値｜Δｆ｜から目標までの距離Ｒを計算する。2019224880.tif 000008
【００２９】  以上の実施の形態１は、距離算出部１１が、ビート信号検出部８により変換されたデジタル信号から、目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、距離対応値から目標までの距離を算出するように、レーダ装置を構成した。したがって、レーダ装置は、ビート信号の周波数がナイキスト周波数よりも大きくなるような遠方に存在している目標までの距離を算出することができる。
【００３０】実施の形態２．  実施の形態１のレーダ装置では、距離算出部１１が、変化量計算器１２、絶対値計算器１３及び距離計算器１４を備えている。  実施の形態２では、距離算出部２０が、レプリカ信号生成器２１、内積計算器２２、絶対値計算器２３及び距離計算器２４を備えているレーダ装置について説明する。
【００３１】  図５は、実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。図５において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。  距離算出部２０は、図１に示す距離算出部１１と同様に、ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号から、目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、距離対応値から目標までの距離を算出する。  レプリカ信号生成器２１は、ＡＤＣ１０から出力されるデジタル信号のレプリカ信号として、ＡＤＣ１０のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成し、レプリカ信号を内積計算器２２に出力する。  内積計算器２２は、ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号とレプリカ信号生成器２１から出力されたレプリカ信号との内積を計算する。  絶対値計算器２３は、目標までの距離と対応している距離対応値として、内積計算器２２により計算された内積の絶対値を計算し、内積の絶対値を距離計算器２４に出力する。  距離計算器２４は、絶対値計算器２３より出力された絶対値から目標までの距離を計算する。
【００３２】  ここで、レプリカ信号生成器２１、内積計算器２２、絶対値計算器２３及び距離計算器２４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。  レプリカ信号生成器２１、内積計算器２２、絶対値計算器２３及び距離計算器２４のそれぞれは、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
【００３３】  次に、図５に示すレーダ装置について説明する。  ただし、距離算出部２０以外は、図１に示すレーダ装置と同様であるため、ここでは、距離算出部２０の動作を主に説明する。
【００３４】  ＡＤＣ１０のサンプリング周期がｔｓであれば、ＡＤＣ１０のｎ番目のサンプリングにおけるデジタル信号の位相θＡＤＣ（ｎ）は、以下の式（７）のように表すことができる。2019224880.tif 000009
【００３５】  レプリカ信号生成器２１は、ＡＤＣ１０から出力されるデジタル信号のレプリカ信号として、ＡＤＣ１０のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成し、レプリカ信号を内積計算器２２に出力する。  例えば、目標までの距離が約１０メートルであることが想定される場合、レプリカ信号生成器２１は、目標の検出距離範囲に１０メートルの距離を含むレプリカ信号を生成する。  レプリカ信号生成器２１から出力されるレプリカ信号の位相θＲＥＰ（ｎ，ｒ）は、以下の式（８）のように表すことができる。2019224880.tif 000010
式（８）において、ｒは、目標の検出距離範囲に含まれている距離である。  レプリカ信号生成器２１から出力されるレプリカ信号は、サンプリング周期ｔｓがＡＤＣ１０のサンプリング周期ｔｓと等しい。したがって、レプリカ信号が示す周波数は、ＡＤＣ１０から出力されるデジタル信号が示す周波数と同様に、ナイキスト周波数ｆｎと０Ｈｚで折り返される。
【００３６】  内積計算器２２は、以下の式（９）に示すように、ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号とレプリカ信号生成器２１から出力されたレプリカ信号との内積Ｘｒ（ｒ）を計算する。2019224880.tif 000011
式（９）において、ｘｒ（ｎ）は、ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号、Ｎは、ＡＤＣ１０におけるビート信号のサンプリング数である。
【００３７】  また、内積計算器２２は、レプリカ信号生成器２１から出力されたレプリカ信号と直交しているレプリカ信号を求め、以下の式（１０）に示すように、ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号と、直交しているレプリカ信号との内積Ｘｉ（ｒ）を計算する。2019224880.tif 000012
内積計算器２２は、内積Ｘｒ（ｒ）及び内積Ｘｉ（ｒ）のそれぞれを絶対値計算器２３に出力する。
【００３８】  絶対値計算器２３は、内積計算器２２から内積Ｘｒ（ｒ）及び内積Ｘｉ（ｒ）を受けると、目標までの距離と対応している距離対応値として、以下の式（１１）に示すように、内積Ｘｒ（ｒ）及び内積Ｘｉ（ｒ）の絶対値Ｘ（ｒ）を計算する。2019224880.tif 000013
絶対値計算器２３は、絶対値Ｘ（ｒ）を距離計算器２４に出力する。
【００３９】  距離計算器２４は、絶対値計算器２３から絶対値Ｘ（ｒ）を受けると、絶対値Ｘ（ｒ）から目標までの距離を計算する。  即ち、距離計算器２４は、目標の検出距離範囲において、距離ｒを任意の粒度で掃引し、目標までの距離として、絶対値Ｘ（ｒ）が最大になる距離ｒを探索する。  内積の絶対値Ｘ（ｒ）は、レーダ信号の反射強度に比例するため、距離ｒの位置に存在している目標に反射されたレーダ信号の反射強度もＸ（ｒ）として得ることができる。
【００４０】  以上の実施の形態２は、距離算出部２０が、ＡＤＣ１０から出力されるデジタル信号のレプリカ信号として、ＡＤＣ１０のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成するレプリカ信号生成器２１と、ＡＤＣ１０から出力されたデジタル信号とレプリカ信号生成器２１から出力されたレプリカ信号との内積を計算する内積計算器２２とを備えている。また、距離算出部１１は、目標までの距離と対応している距離対応値として、内積計算器２２により計算された内積の絶対値を計算する絶対値計算器２３と、絶対値計算器２３により計算された絶対値から目標までの距離を計算する距離計算器２４とを備えている。  したがって、実施の形態２のレーダ装置は、実施の形態１のレーダ装置と同様に、ビート信号の周波数がナイキスト周波数よりも大きくなるような遠方に存在している目標までの距離を算出することができる。また、実施の形態２のレーダ装置は、目標に反射されたレーダ信号の反射強度も得ることができる。
【００４１】実施の形態３．  実施の形態３では、距離算出部４０が、複素レプリカ信号生成器４１、複素内積計算器４２、絶対値計算器４３及び距離計算器４４を備えているレーダ装置について説明する。
【００４２】  図６は、実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図である。図６において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。  ビート信号検出部３０は、分配器３１，３２、周波数ミキサ３３，３５、移相器３４及びＡＤＣ３６，３７を備えている。  分配器３１は、分配器５から出力された参照波を２つに分配し、分配後の一方の参照波を周波数ミキサ３３に出力し、分配後の他方の参照波を移相器３４に出力する。  分配器３２は、受信アンテナ７により受信された反射波を２つに分配し、分配後の一方の反射波を周波数ミキサ３３に出力し、分配後の他方の反射波を周波数ミキサ３５に出力する。
【００４３】  周波数ミキサ３３は、分配器３１から出力された参照波の周波数と、分配器３２から出力された反射波の周波数との差分の周波数を示す第１のビート信号を検出し、第１のビート信号をＡＤＣ３６に出力する。  移相器３４は、分配器３１から出力された参照波の位相を９０度遅延し、位相遅延後の参照波を周波数ミキサ３５に出力する。  周波数ミキサ３５は、移相器３４から出力された参照波の周波数と、分配器３２から出力された反射波の周波数との差分の周波数を示す第２のビート信号を検出し、第２のビート信号をＡＤＣ３７に出力する。
【００４４】  ＡＤＣ３６は、周波数ミキサ３３から出力された第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号に変換し、第１のデジタル信号を複素内積計算器４２に出力する。  ＡＤＣ３７は、周波数ミキサ３５から出力された第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換し、第２のデジタル信号を複素内積計算器４２に出力する。
【００４５】  距離算出部４０は、ＡＤＣ３６から出力された第１のデジタル信号及びＡＤＣ３７から出力された第２のデジタル信号から、目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、距離対応値から目標までの距離を算出する。  複素レプリカ信号生成器４１は、ＡＤＣ３６から出力される第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、ＡＤＣ３６のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。  複素レプリカ信号生成器４１は、ＡＤＣ３７から出力される第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、ＡＤＣ３７のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。  複素レプリカ信号生成器４１は、第１のレプリカ信号と第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成し、複素レプリカ信号を複素内積計算器４２に出力する。
【００４６】  複素内積計算器４２は、ＡＤＣ３６から出力された第１のデジタル信号とＡＤＣ３７から出力された第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成する。  複素内積計算器４２は、複素デジタル信号と複素レプリカ信号生成器４１から出力された複素レプリカ信号との内積を計算する。  絶対値計算器４３は、目標までの距離と対応している距離対応値として、複素内積計算器４２により計算された内積の絶対値を計算する。  距離計算器４４は、絶対値計算器４３により計算された絶対値から目標までの距離を計算する。
【００４７】  ここで、複素レプリカ信号生成器４１、複素内積計算器４２、絶対値計算器４３及び距離計算器４４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。  複素レプリカ信号生成器４１、複素内積計算器４２、絶対値計算器４３及び距離計算器４４のそれぞれは、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
【００４８】  次に、図６に示すレーダ装置について説明する。  ただし、ビート信号検出部３０及び距離算出部４０以外は、図１に示すレーダ装置と同様であるため、ここでは、ビート信号検出部３０及び距離算出部４０の動作のみを説明する。
【００４９】  分配器３１は、分配器５から参照波を受けると、参照波を２つに分配し、分配後の一方の参照波を周波数ミキサ３３に出力し、分配後の他方の参照波を移相器３４に出力する。  分配器３２は、受信アンテナ７により受信された反射波を２つに分配し、分配後の一方の反射波を周波数ミキサ３３に出力し、分配後の他方の反射波を周波数ミキサ３５に出力する。
【００５０】  周波数ミキサ３３は、分配器３１から参照波を受け、分配器３２から反射波を受けると、参照波の周波数と反射波の周波数との差分の周波数を示す第１のビート信号を検出し、第１のビート信号をＡＤＣ３６に出力する。  移相器３４は、分配器３１から参照波を受けると、参照波の位相を９０度遅延し、位相遅延後の参照波を周波数ミキサ３５に出力する。  周波数ミキサ３５は、移相器３４から位相遅延後の参照波を受け、分配器３２から反射波を受けると、位相遅延後の参照波の周波数と反射波の周波数との差分の周波数を示す第２のビート信号を検出し、第２のビート信号をＡＤＣ３７に出力する。
【００５１】  ＡＤＣ３６は、周波数ミキサ３３から第１のビート信号を受けると、第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号ｘｒ（ｎ）に変換し、第１のデジタル信号ｘｒ（ｎ）を複素内積計算器４２に出力する。  ＡＤＣ３７は、周波数ミキサ３５から第２のビート信号を受けると、第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号ｘｉ（ｎ）に変換し、第２のデジタル信号ｘｉ（ｎ）を複素内積計算器４２に出力する。  ＡＤＣ３６，３７は、図１に示すＡＤＣ１０と同様に、ビート信号をサンプリング周波数ｆｓでサンプリングする。
【００５２】  複素レプリカ信号生成器４１は、ＡＤＣ３６から出力される第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、ＡＤＣ３６のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。  また、複素レプリカ信号生成器４１は、ＡＤＣ３７から出力される第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、ＡＤＣ３７のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。  複素レプリカ信号生成器４１は、第１のレプリカ信号と第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号ｅ−ｊθＲＥＰ（ｎ，ｒ）を生成し、複素レプリカ信号ｅ−ｊθＲＥＰ（ｎ，ｒ）を複素内積計算器４２に出力する。
【００５３】  複素内積計算器４２は、以下の式（１２）に示すように、ＡＤＣ３６から出力された第１のデジタル信号ｘｒ（ｎ）と、ＡＤＣ３７から出力された第２のデジタル信号ｘｉ（ｎ）とから複素デジタル信号ｘ（ｎ）を生成する。2019224880.tif 000014
次に、複素内積計算器４２は、複素デジタル信号ｘ（ｎ）と複素レプリカ信号生成器４１から出力された複素レプリカ信号ｅ−ｊθＲＥＰ（ｎ，ｒ）との内積を計算し、内積を絶対値計算器４３に出力する。
【００５４】  絶対値計算器４３は、複素内積計算器４２から内積を受けると、以下の式（１３）に示すように、目標までの距離と対応している距離対応値として、内積の絶対値Ｘ（ｒ）を計算する。2019224880.tif 000015
絶対値計算器４３は、内積の絶対値Ｘ（ｒ）を距離計算器４４に出力する。
【００５５】  距離計算器４４は、絶対値計算器４３から絶対値Ｘ（ｒ）を受けると、絶対値Ｘ（ｒ）から目標までの距離を計算する。  即ち、距離計算器４４は、目標の検出距離範囲において、距離ｒを任意の粒度で掃引し、目標までの距離として、絶対値Ｘ（ｒ）が最大になる距離ｒを探索する。  内積の絶対値Ｘ（ｒ）は、レーダ信号の反射強度に比例するため、距離ｒの位置に存在している目標に反射されたレーダ信号の反射強度もＸ（ｒ）として得ることができる。
【００５６】  以上の実施の形態３は、複素レプリカ信号生成器４１が、ＡＤＣ３６から出力される第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、ＡＤＣ３６のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。また、複素レプリカ信号生成器４１が、ＡＤＣ３７から出力される第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、ＡＤＣ３７のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。さらに、複素レプリカ信号生成器４１が、第１のレプリカ信号と第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成し、複素レプリカ信号を複素内積計算器４２に出力する。  複素内積計算器４２が、ＡＤＣ３６から出力された第１のデジタル信号とＡＤＣ３７から出力された第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、複素デジタル信号と複素レプリカ信号生成器４１から出力された複素レプリカ信号との内積を計算する。絶対値計算器４３が、目標までの距離と対応している距離対応値として、複素内積計算器４２により計算された内積の絶対値を計算する。そして、距離計算器４４が、絶対値計算器４３により計算された絶対値から目標までの距離を計算する。  したがって、実施の形態３のレーダ装置は、実施の形態２のレーダ装置と同様に、ビート信号の周波数がナイキスト周波数よりも大きくなるような遠方に存在している目標までの距離を算出することができる。また、実施の形態３のレーダ装置は、目標に反射されたレーダ信号の反射強度も得ることができる。  実施の形態３のレーダ装置は、複素内積計算器４２が、複素デジタル信号と複素レプリカ信号との内積を計算しているため、目標までの距離の算出に与える雑音の影響を低減することができる。
【００５７】  図６に示すレーダ装置では、ビート信号検出部３０が、分配器３１から出力された参照波の位相を９０度遅延し、位相遅延後の参照波を周波数ミキサ３５に出力する移相器３４を備えている。  図７に示すレーダ装置では、ビート信号検出部３０が、移相器３４の代わりに、分配器３２から出力された反射波の周波数の位相を９０度遅延し、位相遅延後の反射波を周波数ミキサ３５に出力する移相器３８を備えているものであってもよい。ビート信号検出部３０が、移相器３４の代わりに、移相器３８を備える場合でも、第１のデジタル信号及び第２のデジタル信号のそれぞれを距離算出部４０の複素内積計算器４２に出力することができる。  図７は、実施の形態３による他のレーダ装置を示す構成図である。
【００５８】  図６に示すレーダ装置では、ＡＤＣ３６，３７が、第１及び第２のビート信号を同じサンプリング周波数ｆｓでサンプリングすることで、第１及び第２のビート信号のそれぞれをアナログ信号から第１及び第２のデジタル信号に変換している。  図８に示すレーダ装置では、ＡＤＣ５２が、ＡＤＣ３６における第１のビート信号のサンプリング周期ｔｓよりも位相が９０度遅れているサンプリング周期で、第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換している。  図８は、実施の形態３による他のレーダ装置を示す構成図である。  図８に示すレーダ装置では、ビート信号検出部３０が分配器５１を備えている。  分配器５１は、周波数ミキサ３３から出力されたビート信号を２つに分配し、分配後の一方のビート信号を第１のビート信号としてＡＤＣ３６に出力し、分配後の他方のビート信号を第２のビート信号としてＡＤＣ５２に出力する。  ビート信号検出部３０が、分配器５１及びＡＤＣ５２を備える場合でも、第１のデジタル信号及び第２のデジタル信号のそれぞれを距離算出部４０の複素内積計算器４２に出力することができる。
【００５９】実施の形態４．  実施の形態４では、距離算出部６０が、複素レプリカ信号生成器４１、相互相関計算器６１、絶対値計算器６２及び距離計算器６３を備えているレーダ装置について説明する。  図９は、実施の形態４によるレーダ装置を示す構成図である。図９において、図１及び図６と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００６０】  距離算出部６０は、ＡＤＣ３６から出力された第１のデジタル信号及びＡＤＣ３７から出力された第２のデジタル信号から、目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、距離対応値から目標までの距離を算出する。  相互相関計算器６１は、ＡＤＣ３６から出力された第１のデジタル信号とＡＤＣ３７から出力された第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成する。  相互相関計算器６１は、複素デジタル信号と複素レプリカ信号生成器４１から出力された複素レプリカ信号との相互相関を計算する。  絶対値計算器６２は、目標までの距離と対応している距離対応値として、相互相関計算器６１により計算された相互相関の絶対値を計算する。  距離計算器６３は、絶対値計算器６２により計算された絶対値から目標までの距離を計算する。
【００６１】  ここで、相互相関計算器６１、絶対値計算器６２及び距離計算器６３のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。  相互相関計算器６１、絶対値計算器６２及び距離計算器６３のそれぞれは、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
【００６２】  次に、図９に示すレーダ装置について説明する。  ただし、距離算出部６０以外は、図６に示すレーダ装置と同様であるため、ここでは、距離算出部６０の動作のみを説明する。
【００６３】  複素レプリカ信号生成器４１は、ＡＤＣ３６から出力される第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、ＡＤＣ３６のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。  また、複素レプリカ信号生成器４１は、ＡＤＣ３７から出力される第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、ＡＤＣ３７のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。  複素レプリカ信号生成器４１は、第１のレプリカ信号と第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号ｅ−ｊθＲＥＰ（ｎ，ｒ）を生成し、複素レプリカ信号ｅ−ｊθＲＥＰ（ｎ，ｒ）を相互相関計算器６１に出力する。
【００６４】  相互相関計算器６１は、図６に示す複素内積計算器４２と同様に、ＡＤＣ３６から出力された第１のデジタル信号ｘｒ（ｎ）と、ＡＤＣ３７から出力された第２のデジタル信号ｘｉ（ｎ）とから複素デジタル信号ｘ（ｎ）を生成する。複素デジタル信号ｘ（ｎ）は、式（１２）に示す信号である。  次に、相互相関計算器６１は、以下の式（１４）に示すように、複素デジタル信号ｘ（ｎ）と複素レプリカ信号生成器４１から出力された複素レプリカ信号ｅ−ｊθＲＥＰ（ｎ，ｒ）との相互相関Ｙ（ｒ，ｍ）を計算し、相互相関Ｙ（ｒ，ｍ）を絶対値計算器６２に出力する。2019224880.tif 000016
式（１４）において、ｍは変数である。
【００６５】  絶対値計算器６２は、相互相関計算器６１から相互相関Ｙ（ｒ，ｍ）を受けると、目標までの距離と対応している距離対応値として、相互相関Ｙ（ｒ，ｍ）の絶対値｜Ｙ（ｒ，ｍ）｜を計算する。  式（１４）において、ｍを可変させたときに最大値になる絶対値｜Ｙ（ｒ，ｍ）｜は、以下の式（１５）に示すように、目標までの距離ｒに対応する。2019224880.tif 000017
絶対値計算器６２は、相互相関Ｙ（ｒ，ｍ）の絶対値｜Ｙ（ｒ，ｍ）｜を距離計算器６３に出力する。
【００６６】  距離計算器６３は、絶対値計算器６２から絶対値｜Ｙ（ｒ，ｍ）｜を受けると、絶対値｜Ｙ（ｒ，ｍ）｜から目標までの距離を計算する。  即ち、距離計算器６３は、目標の検出距離範囲において、距離ｒを任意の粒度で掃引し、目標までの距離として、絶対値｜Ｙ（ｒ，ｍ）｜が最大になる距離ｒを探索する。  相互相関Ｙ（ｒ，ｍ）の絶対値｜Ｙ（ｒ，ｍ）｜は、レーダ信号の反射強度に比例するため、距離ｒの位置に存在している目標に反射されたレーダ信号の反射強度もＹ（ｒ，ｍ）として得ることができる。  また、相互相関を利用しているため、ビート信号の位相がサンプリングタイミング又は雑音等の影響で、レプリカ信号の位相とずれてしまっていても、反射強度の情報を得ることができる。
【００６７】  以上の実施の形態４は、複素レプリカ信号生成器４１が、ＡＤＣ３６から出力される第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、ＡＤＣ３６のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。また、複素レプリカ信号生成器４１が、ＡＤＣ３７から出力される第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、ＡＤＣ３７のサンプリング周期ｔｓと同じサンプリング周期ｔｓを有する信号を生成する。さらに、複素レプリカ信号生成器４１が、第１のレプリカ信号と第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成し、複素レプリカ信号を相互相関計算器６１に出力する。  相互相関計算器６１が、ＡＤＣ３６から出力された第１のデジタル信号とＡＤＣ３７から出力された第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、複素デジタル信号と複素レプリカ信号生成器４１から出力された複素レプリカ信号との相互相関を計算する。絶対値計算器６２が、目標までの距離と対応している距離対応値として、相互相関計算器６１により計算された相互相関の絶対値を計算する。そして、距離計算器６３が、絶対値計算器６２により計算された絶対値から目標までの距離を計算する。  したがって、実施の形態４のレーダ装置は、ビート信号の周波数がナイキスト周波数よりも大きくなるような遠方に存在している目標までの距離を算出することができる。また、実施の形態４のレーダ装置は、目標に反射されたレーダ信号の反射強度も得ることができる。  実施の形態４のレーダ装置は、相互相関計算器６１が、複素デジタル信号と複素レプリカ信号との相互相関を計算しているため、ビート信号の位相がサンプリングタイミング又は雑音等の影響で、レプリカ信号の位相とずれてしまっていても、反射強度の情報を得ることができる。
【００６８】  図９に示すレーダ装置では、ビート信号検出部３０が、分配器３１から出力された参照波の位相を９０度遅延し、位相遅延後の参照波を周波数ミキサ３５に出力する移相器３４を備えている。  図１０に示すレーダ装置では、ビート信号検出部３０が、移相器３４の代わりに、分配器３２から出力された反射波の周波数の位相を９０度遅延し、位相遅延後の反射波を周波数ミキサ３５に出力する移相器３８を備えているものであってもよい。ビート信号検出部３０が、移相器３４の代わりに、移相器３８を備える場合でも、第１のデジタル信号及び第２のデジタル信号のそれぞれを距離算出部６０の相互相関計算器６１に出力することができる。  図１０は、実施の形態４による他のレーダ装置を示す構成図である。
【００６９】  図９に示すレーダ装置では、ＡＤＣ３６，３７が、第１及び第２のビート信号を同じサンプリング周波数ｆｓでサンプリングすることで、第１及び第２のビート信号のそれぞれをアナログ信号から第１及び第２のデジタル信号に変換している。  図１１に示すレーダ装置では、ＡＤＣ５２が、ＡＤＣ３６における第１のビート信号のサンプリング周期ｔｓよりも位相が９０度遅れているサンプリング周期で、第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換している。  図１１は、実施の形態４による他のレーダ装置を示す構成図である。  図１１に示すレーダ装置では、ビート信号検出部３０が分配器５１を備えている。  分配器５１は、周波数ミキサ３３から出力されたビート信号を２つに分配し、分配後の一方のビート信号を第１のビート信号としてＡＤＣ３６に出力し、分配後の他方のビート信号を第２のビート信号としてＡＤＣ５２に出力する。  ビート信号検出部３０が、分配器５１及びＡＤＣ５２を備える場合でも、第１のデジタル信号及び第２のデジタル信号のそれぞれを距離算出部６０の相互相関計算器６１に出力することができる。
【００７０】  なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において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】
【００７１】  この発明は、目標までの距離を算出するレーダ装置に適している。
【符号の説明】
【００７２】  １  レーダ信号生成部、２  信号源制御装置、３  信号源、４  送受信部、５  分配器、６  送信アンテナ、７  受信アンテナ、８，３０  ビート信号検出部、９  周波数ミキサ、１０  ＡＤＣ、１１，２０，４０，６０  距離算出部、１２  変化量計算器、１３  絶対値計算器、１４  距離計算器、２１  レプリカ信号生成器、２２  内積計算器、２３  絶対値計算器、２４  距離計算器、３１，３２  分配器、３３，３５  周波数ミキサ、３４，３８  移相器、３６，３７  ＡＤＣ、４０  距離算出部、４１  複素レプリカ信号生成器、４２  複素内積計算器、４３  絶対値計算器、４４  距離計算器、５１  分配器、５２  ＡＤＣ、６１  相互相関計算器、６２  絶対値計算器、６３  距離計算器、１００，１１０，１１５  レーダ信号、１２０，１３０  ビート信号が示す周波数の時間変化、１４０，１５０  デジタル信号が示す周波数の時間変化、１６０  変化量の絶対値に対する距離を示す特性。
【図１】
2019224880.tif 000018
【図２】
2019224880.tif 000019
【図３】
2019224880.tif 000020
【図４】
2019224880.tif 000021
【図５】
2019224880.tif 000022
【図６】
2019224880.tif 000023
【図７】
2019224880.tif 000024
【図８】
2019224880.tif 000025
【図９】
2019224880.tif 000026
【図１０】
2019224880.tif 000027
【図１１】
2019224880.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月29日(2020.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係るレーダ装置は、時間の経過に伴って、時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を生成するレーダ信号生成部と、レーダ信号生成部により生成されたレーダ信号を参照波として出力するとともに、レーダ信号を目標に向けて送信し、目標に反射されて戻ってきたレーダ信号を反射波として受信する送受信部と、レーダ信号生成部から出力された参照波の周波数と、送受信部により受信された反射波の周波数との差分の周波数を示すビート信号を検出し、ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するビート信号検出部と、ビート信号検出部により変換されたデジタル信号から、目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、距離対応値から目標までの距離を算出する距離算出部とを備え、距離算出部は、ビート信号検出部により変換されたデジタル信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量を計算する変化量計算器と、目標までの距離と対応している距離対応値として、変化量計算器により計算された変化量の絶対値を計算する絶対値計算器と、絶対値計算器により計算された絶対値から目標までの距離を計算する距離計算器とを備えるようにしたものである。
【手続補正２】
【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】
時間の経過に伴って、前記時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を生成するレーダ信号生成部と、
前記レーダ信号生成部により生成されたレーダ信号を参照波として出力するとともに、前記レーダ信号を目標に向けて送信し、前記目標に反射されて戻ってきたレーダ信号を反射波として受信する送受信部と、
前記レーダ信号生成部から出力された参照波の周波数と、前記送受信部により受信された反射波の周波数との差分の周波数を示すビート信号を検出し、前記ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するビート信号検出部と、
前記ビート信号検出部により変換されたデジタル信号から、前記目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、前記距離対応値から前記目標までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
前記距離算出部は、
前記ビート信号検出部により変換されたデジタル信号が示す周波数の時間変化に伴う変化量を計算する変化量計算器と、
前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記変化量計算器により計算された変化量の絶対値を計算する絶対値計算器と、
前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器とを備えていることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
時間の経過に伴って、前記時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を生成するレーダ信号生成部と、
前記レーダ信号生成部により生成されたレーダ信号を参照波として出力するとともに、前記レーダ信号を目標に向けて送信し、前記目標に反射されて戻ってきたレーダ信号を反射波として受信する送受信部と、
前記レーダ信号生成部から出力された参照波の周波数と、前記送受信部により受信された反射波の周波数との差分の周波数を示すビート信号を検出し、前記ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するビート信号検出部と、
前記ビート信号検出部により変換されたデジタル信号から、前記目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、前記距離対応値から前記目標までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
前記距離算出部は、
前記デジタル信号のレプリカ信号として、前記ビート信号検出部によりビート信号がアナログ信号からデジタル信号に変換される際の前記ビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するレプリカ信号生成器と、
前記ビート信号検出部により変換されたデジタル信号と前記レプリカ信号生成器により生成されたレプリカ信号との内積を計算する内積計算器と、
前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記内積計算器により計算された内積の絶対値を計算する絶対値計算器と、
前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器とを備えていることを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
前記ビート信号検出部は、
前記ビート信号を第１のビート信号としてアナログ信号から第１のデジタル信号に変換するとともに、前記第１のビート信号よりも位相が９０度遅れている第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換し、
前記レプリカ信号生成器は、
前記第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、前記ビート信号検出部により第１のビート信号がアナログ信号から第１のデジタル信号に変換される際の前記第１のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するとともに、前記第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、前記サンプリング周期を有する信号を生成し、前記第１のレプリカ信号と前記第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成する複素レプリカ信号生成器であり、
前記内積計算器は、
前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、前記複素デジタル信号と前記複素レプリカ信号との内積を計算する複素内積計算器であり、
前記絶対値計算器は、
前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記複素内積計算器により計算された内積の絶対値を計算する絶対値計算器であり、
前記距離計算器は、
前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器であることを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記ビート信号検出部は、
前記ビート信号を２つに分配し、分配後の一方のビート信号を第１のビート信号、分配後の他方のビート信号を第２のビート信号として、前記第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号に変換するとともに、前記第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号に変換する際の前記第１のビート信号のサンプリング周期よりも位相が９０度遅れているサンプリング周期で、前記第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換し、
前記レプリカ信号生成器は、
前記第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、前記第１のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するとともに、前記第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、前記第２のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成し、前記第１のレプリカ信号と前記第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成する複素レプリカ信号生成器であり、
前記内積計算器は、
前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、前記複素デジタル信号と前記複素レプリカ信号との内積を計算する複素内積計算器であり、
前記絶対値計算器は、
前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記複素内積計算器により計算された内積の絶対値を計算する絶対値計算器であり、
前記距離計算器は、
前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器であることを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項５】
時間の経過に伴って、前記時間と非線形に周波数が変化するレーダ信号を生成するレーダ信号生成部と、
前記レーダ信号生成部により生成されたレーダ信号を参照波として出力するとともに、前記レーダ信号を目標に向けて送信し、前記目標に反射されて戻ってきたレーダ信号を反射波として受信する送受信部と、
前記レーダ信号生成部から出力された参照波の周波数と、前記送受信部により受信された反射波の周波数との差分の周波数を示すビート信号を検出し、前記ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するビート信号検出部と、
前記ビート信号検出部により変換されたデジタル信号から、前記目標までの距離と対応している距離対応値を算出し、前記距離対応値から前記目標までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
前記ビート信号検出部は、
前記ビート信号を第１のビート信号としてアナログ信号から第１のデジタル信号に変換するとともに、前記第１のビート信号よりも位相が９０度遅れている第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換し、
前記距離算出部は、
前記第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、前記ビート信号検出部により第１のビート信号がアナログ信号から第１のデジタル信号に変換される際の前記第１のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するとともに、前記第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、前記サンプリング周期を有する信号を生成し、前記第１のレプリカ信号と前記第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成する複素レプリカ信号生成器と、
前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、前記複素デジタル信号と前記複素レプリカ信号との相互相関を計算する相互相関計算器と、
前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記相互相関計算器により計算された相互相関の絶対値を計算する絶対値計算器と、
前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器とを備えていることを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
前記ビート信号検出部は、
前記ビート信号を２つに分配し、分配後の一方のビート信号を第１のビート信号、分配後の他方のビート信号を第２のビート信号として、前記第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号に変換するとともに、前記第１のビート信号をアナログ信号から第１のデジタル信号に変換する際の前記第１のビート信号のサンプリング周期よりも位相が９０度遅れているサンプリング周期で、前記第２のビート信号をアナログ信号から第２のデジタル信号に変換し、
前記複素レプリカ信号生成器は、
前記第１のデジタル信号の第１のレプリカ信号として、前記第１のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成するとともに、前記第２のデジタル信号の第２のレプリカ信号として、前記第２のビート信号のサンプリング周期と同じサンプリング周期を有する信号を生成し、前記第１のレプリカ信号と前記第２のレプリカ信号とから複素信号である複素レプリカ信号を生成する複素レプリカ信号生成器であり、
前記相互相関計算器は、
前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とから複素信号である複素デジタル信号を生成し、前記複素デジタル信号と前記複素レプリカ信号との相互相関を計算する相互相関計算器であり、
前記絶対値計算器は、
前記目標までの距離と対応している距離対応値として、前記相互相関計算器により計算された相互相関の絶対値を計算する絶対値計算器であり、
前記距離計算器は、
前記絶対値計算器により計算された絶対値から前記目標までの距離を計算する距離計算器であることを特徴とする請求項５記載のレーダ装置。
【国際調査報告】
2019224880.tif 000029
2019224880.tif 000030
2019224880.tif 000031
2019224880.tif 000032