(57)【要約】【課題】ＵＷＢレーダの短パルスを放射してから受信するまでの時間遅延を測るため、遅延時間の異なる複数の固定遅延回路を組み合わせる方法では装置が大型化してしまう。【解決手段】送信トリガを発生する送信トリガ発生回路と、送信トリガのタイミングで所定周波数でパルス変調した送信波を生成する送信パルス生成部と、送信波を送受信するアンテナ部と、アンテナ部で受信した受信信号より物体からの反射波を検出する検波回路と、検波された信号と送信トリガ信号から基準信号を生成する基準信号生成回路と、制御電圧により発振周波数の変る電圧制御発振器と、基準信号生成回路で生成された基準信号と電圧制御発振器で生成される信号の位相差を出力する位相比較器と、電圧制御発振器の制御電圧と物体までの距離との関係を記憶したき記憶部と、制御電圧と記憶した関係を参照して物体までの距離を算出する距離演算部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載され、前記移動体の周囲に存在する物体を検出するパルスレーダ装置であって、
所定の繰り返し周期毎に送信トリガ信号を発生させる送信トリガ発生回路と、
前記送信トリガ発生回路で生成された送信トリガ信号をトリガとして所定周波数でパルス変調した送信パルス信号を生成する送信パルス生成部と、
前記送信パルス生成部で生成された送信パルス信号を送信し、かつ、前記物体で反射した反射波を受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部で受信した反射波を検出する検波回路と、
前記検波回路で検出された信号と前記送信トリガ発生回路で生成された送信トリガ信号から基準信号を生成する基準信号生成回路と、
外部より入力される制御電圧に応じてその発振周波数を変化させる電圧制御発振器と、
前期基準信号生成回路で生成された基準信号と前記電圧制御発振器で生成される信号の位相を比較して位相差に応じた電圧値を出力する位相比較部と、
前記電圧制御発振器の制御電圧と前記物体までの距離との関係を記憶した記憶部と、
前記物体までの距離を算出する距離演算部とを備え、
前記電圧制御発振器は前記位相比較部の出力する電圧値が所定の値になるように前記制御電圧を調整し、
前記距離演算部は前記調整された制御電圧と前記記憶部に記憶された関係に基づいて前記物体までの距離を算出することを特徴とするパルスレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に搭載され周囲に存在する物体を検出するパルスレーダ装置に関し、特に、ＵＷＢ(Ultra Wide Band)を用いたパルスレーダの短パルスを高精度に検出するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なパルスレーダ装置は図５に示すように構成される。図５において、送信トリガ発生回路５１は、図６のようにパルス繰返し周期Ｔで送信トリガ信号６１を生成する。送信パルス生成部は、送信トリガ信号６１に応じて所定の周波数で変調された所定パルス幅の送信パルス信号６２を、アンテナ部５３により空間中に放射する。放射された送信パルス信号６２は空間内の物体に反射して受信パルスとしてアンテナ部５３により受信される。受信した信号は検波回路５４によって所定のレベルの信号に変換され、信号処理部５５において物体までの距離の検出等、所定の処理が行われる。
【０００３】
ＵＷＢを用いたパルスレーダ装置の特徴としては、その広帯域を利用した非常に幅の短いパルスの送受信が可能なことである。その結果、例えば幅1nsのパルスを送受信した場合には距離分解能15cmという極めて高分解能なレーダを実現できる。しかし、このような高分解能なレーダを実現するためには、短パルスを放射してから受信するまでの時間遅延を送信した短パルスの幅以下の分解能で正確に計測する必要がある。従来、このような遅延時間を計測するために、異なる遅延時間をもつ複数の固定遅延素子を組み合わせその出力をスイッチングによって切り替えることで、任意の遅延時間を生成する方法が用いられてきた（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】George T. Ruck,“Ultra-wideband radar receiver,” SPIE Proceedings, Vol.1631, Ultra-wideband Radar, 1992, pp.174-180
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のパルスレーダ装置では、最小の遅延単位をより細かくすればするほど、また、最大検知距離を長くすればするほど、固定遅延素子の数が多くなって、車載用途のレーダとしては装置が大型化してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明のパルスレーダ装置は、移動体に搭載され、移動体の周囲に存在する物体を検出するパルスレーダ装置であって、所定の繰り返し周期毎に送信トリガ信号を発生させる送信トリガ発生回路と、送信トリガ発生回路で生成された送信トリガ信号をトリガとして所定周波数でパルス変調した送信パルス信号を生成する送信パルス生成部と、送信パルス生成部で生成された送信パルス信号を送信し、かつ、物体で反射した反射波を受信するアンテナ部と、アンテナ部で受信した反射波を検出する検波回路と、検波回路で検出された信号と送信トリガ発生回路で生成された送信トリガ信号から基準信号を生成する基準信号生成回路と、外部より入力される制御電圧に応じてその発振周波数を変化させる電圧制御発振器と、基準信号生成回路で生成された基準信号と電圧制御発振器で生成される信号の位相を比較して位相差に応じた電圧値を出力する位相比較部と、電圧制御発振器の制御電圧と物体までの距離との関係を記憶した記憶部と、物体までの距離を算出する距離演算部とを備え、電圧制御発振器は位相比較部の出力する電圧値が所定の値になるように前記制御電圧を調整し、距離演算部は、調整された制御電圧と記憶部に記憶された関係に基づいて物体までの距離を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のパルスレーダ装置によれば、電圧制御発振器を用いたフィードバックループ構成によりパルス送信から検波までの遅延時間を正確に生成することができ、ターゲットまでの距離を正確に求めることができる。その結果、従来のように1ns以下の任意の遅延時間を生成するための可変遅延回路が不要となり、簡易な構成で回路規模の拡大や検出精度の劣化のない高精度なパルスレーダ装置を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施の形態のパルスレーダ装置について、図面を用いて説明する。
【０００８】
本発明の実施の形態におけるパルスレーダ装置の構成を図１に示す。図１において、送信トリガ発生回路１は、所定の周期Ｔでクロック信号を発生する発振器であり、例えば水晶発振器を用いて構成される。また、発振周期については、測定対象や測定条件に応じて設定すればよい。例えば、測定したい物体までの最大距離がＤｍａｘのとき、
Ｔ＞２×Ｄｍａｘ／ｃ  （ｃ：光速）
となるように周期Ｔを設定すれば、距離あいまいさを生じずに物体の検出が可能である。
【０００９】
送信パルス生成部２は、例えば局部発振器を用いて構成され、図６のように送信トリガ発生回路１で生成される送信トリガ信号６１をトリガとして、所定の周波数でパルス変調した送信パルス信号６２を生成する。このときＵＷＢを用いたパルスレーダ装置の特徴として、非常に広い帯域を利用した短パルスを生成する。その周波数帯域として車載用途では２２ＧＨｚから２９ＧＨｚ帯が割り当てられており、本発明における送信パルス生成部２においても例えば２４ＧＨｚを中心とした１〜２GHｚの広帯域を利用した幅1nsのパルスを送受信する。ここで、送信波のパルス幅については本パルスレーダ装置における分解能を決定する要因となり、パルス幅と分解能の間には以下の関係が成立する。
【００１０】
Ｒ＝ｗ×ｃ／２
（Ｒ：分解能、ｗ：パルス幅、ｃ：光速）
ここでいう分解能とは本パルスレーダ装置において検出した物体で、分離可能な２つの物体の最小距離のことであり、分解能以下の距離にある２つの物体は分離して検出することができない。したがって、パルス幅ｗは測定対象や測定条件に応じて適切な値に設定すればよい。上述のようにＵＷＢを用いた1ns幅のパルスを送受信した場合、その分解能は15cmと非常に高い分解能が得られる。
【００１１】
アンテナ部３は送信パルス生成部２で生成された送信波を空間に放射し、また、空間に放射された送信波が物体で反射した反射波を受信する。アンテナ部３は、図１のように送信用と受信用を別にしても、共用にしてスイッチングによる切り替えを行っても良い。
【００１２】
検波回路４はアンテナ部３で受信した信号から、物体で反射した反射波を検出する回路である。検波回路４の例としては、図２に示すようにショットキーバリアダイオード２１を用いたダイオード検波回路などがある。図２では、ダイオード検波された信号を電圧比較器２２に通すことで、所定の電圧レベルを持った検波信号が得られる。検波回路４については反射信号の立上り、もしくは立下りを検出できればよいので、自乗検波回路など他の回路構成を用いてもかまわない。
【００１３】
基準信号生成回路５は、送信トリガ発生回路１で生成された送信トリガ信号と、検波回路４から出力された検波信号の２つの信号を入力として、その２つの信号の位相情報を保った信号を基準信号として出力する。単純には２つの入力信号の論理和を出力する構成とする。
【００１４】
位相比較部６は、図３のように入力信号の位相を比較する位相比較器３１と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３２より構成される。本実施の形態では、基準信号生成回路５で生成された基準信号と、電圧制御発振器７で生成される発振信号を入力とし、これら２つの入力信号の位相を比較し、その位相差に応じた電圧を出力する。例えば、位相比較器３１は排他的論理和を応用した回路やトライステート出力を用いた位相比較回路などで実現され、ＬＰＦ３２は抵抗とコンデンサよりなるラグリード型フィルタなどが利用可能である。
【００１５】
電圧制御発振器７は、外部より入力される制御電圧に応じて発振する周波数を変化させることのできる発振器であり、一般的には図４のように、水晶発振器４１、可変容量コンデンサ４２を用いたものが利用可能である。構成に関しては図４に示す限りではなく、外部からの入力信号に応じてその発振周波数を変えることのできるものであればよい。位相比較部６の出力する電圧値が所定の値になるように（すなわち、生成される発振信号と、基準信号生成回路５で生成された基準信号との位相差が無くなるように）、制御電圧が調整される。
【００１６】
距離演算部８は、電圧制御発振器７の制御電圧が集束して、その出力周波数が安定したときの電圧レベルを読み込み、その電圧レベルから後述の記憶部９に記憶した電圧−距離マップを用いて物体までの距離を算出する。
【００１７】
記憶部９は、基準信号生成回路５で生成される信号と、電圧制御発振器７より出力される信号との位相が一致したときに、電圧制御発振器７より出力される制御電圧とその電圧値に対応する物体までの距離の関係を示す対応表である電圧−距離マップを記憶している。この電圧−距離マップの記憶領域を大きく取れば、電圧と距離の関係をより細かく格納することができ、しいては検出する物体の距離分解能を向上させることが可能となる。また、記憶部９の種類としては、レーダの使用環境に応じてリアルタイムに書き換えが可能なタイプの記憶素子を用いても、起動時、あるいは、出荷時のみに書込みが可能なタイプの記憶素子を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明にかかるパルスレーダ装置では、簡易な構成で回路規模の拡大や検出精度の劣化のない、高精度なＵＷＢパルスレーダを実現することが可能になるため、移動体に搭載され周囲に存在する障害物を検出するレーダ装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態におけるパルスレーダ装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態における検波回路の構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態における位相比較部の構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態における電圧制御発振器の構成を示す図
【図５】従来の一般的なパルスレーダ装置の構成を示すブロック図
【図６】一般的なパルスレーダ装置の動作原理を示す図
【符号の説明】
【００２０】
１，５１    送信トリガ発生回路
２，５２    送信パルス生成部
３，５３    アンテナ部
４，５４    検波回路
５    基準信号生成回路
６    位相比較部
７    電圧制御発振器
８    距離演算部
９    記憶部
２１    ショットキバリアダイオード
２２    電圧比較器
３１    位相比較器
３２    ＬＰＦ
４１    水晶発振器
４２    可変容量コンデンサ
５５    信号処理部
６１    送信トリガ信号
６２    送信パルス信号
【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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