(57)【要約】【課題】複数のレーダを備えるレーダシステムにおいて、各レーダが測定を行えない待ち時間を短縮可能とする手段を提供する。【解決手段】レーダシステムはスイープ信号を送信する周波数変調連続波方式のレーダを複数備える。各レーダは、掃引時間Ｔでスイープ信号を送信した後、待ち時間ｔの経過後、再び、掃引時間Ｔでスイープ信号を送信する、という処理を繰り返す。複数のレーダは、巡回する順序でスイープ信号の送信を順次開始する。異なるレーダから送信され、送信の開始タイミングが互いに隣接している２つのスイープ信号の送信期間は、各レーダが送信する信号の周期（Ｔ＋ｔ）を、レーダシステムが備えるレーダの個数で除した時間だけずれている。各レーダは送信信号と受信信号を乗算した信号に含まれる干渉信号の成分をローパスフィルタにより除去し、ビート信号を取り出す。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダを複数備え、前記複数のレーダは巡回する順序で信号の送信を順次開始し、前記複数のレーダから順次送信される信号は、各々の送信開始タイミングが１つ前の信号の送信開始タイミングより所定時間ずれており、隣接する２つの信号の送信期間の一部が重なり合っているレーダシステム。
【請求項２】
前記複数のレーダの各々は、スイープ信号を送信する周波数変調連続波方式のレーダである
請求項１に記載のレーダシステム。
【請求項３】
前記送信期間の一部が重なり合っている隣接する２つの信号の送信期間は、各レーダが送信する信号の周期を前記複数のレーダの個数で除した時間だけずれている
請求項１または２に記載のレーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーダを備えるレーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電波を用いた信号を送信し、送信した信号が対象物で反射した信号を受信し、送信した信号と受信した信号に基づき対象物の存在の検出または対象物までの距離を測定するレーダが広く知られている。また、レーダによる対象物の位置の計測精度と高める等の理由で、複数のレーダを備えるレーダシステムが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、周波数スイープ勾配をもつ連続波をレーダ波として送信し、送信したレーダ波の目標における反射波を受信する送受信レーダ装置と、送受信レーダ装置が送信したレーダ波の目標における反射波を受信する複数の受信レーダ装置との出力を統合処理し、目標の３次元位置を算出するレーダシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０４５０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
同じ周波数帯域の電波を用いた複数のレーダを備えるレーダシステムにおいては、２以上のレーダが同時に信号を送受信すると、それらの信号が互いに干渉し、正しい測定が行われない、という問題がある。従って、従来技術にかかる一般的なレーダシステムにおいては、巡回的に割り当てられるタイムスロット内で各々のレーダが信号の送受信を行う構成が採用されている。
【０００６】
巡回的に割り当てられるタイムスロット内で各々のレーダが信号の送受信を行うレーダシステムにおいては、各レーダは他のレーダが測定を行っている待ち時間中は測定が行えない。そして、レーダシステムが備えるレーダの数が増える程、各レーダが計測を行えない待ち時間は長くなる。例えば、レーダシステムが高速で移動する対象物の存在の検出や高速で移動する対象物までの距離の測定を行う場合、短い周期で測定を繰り返す必要がある。従って、各レーダの待ち時間を短縮したい、というニーズがある。
【０００７】
上述したレーダシステムにおける各レーダの待ち時間を短縮するために、各レーダが１回の測定に用いる時間を短くすることが考えられる。この場合、レーダは高速に信号を送信可能な送信系と、短時間で送信された弱い信号の反射信号を受信可能な受信系を備える必要がある。そのため、レーダがコスト高となる。
【０００８】
上述した事情に鑑み、本発明は、複数のレーダを備えるレーダシステムにおいて、各レーダが測定を行えない待ち時間を短縮可能とする手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は、レーダを複数備え、前記複数のレーダは巡回する順序で信号の送信を順次開始し、前記複数のレーダから順次送信される信号は、各々の送信開始タイミングが１つ前の信号の送信開始タイミングより所定時間ずれており、隣接する２つの信号の送信期間の一部が重なり合っているレーダシステムを第１の態様として提供する。
【００１０】
上記の第１の態様のレーダシステムによれば、各レーダは先行して信号を送信している他のレーダによる当該信号の送信が完了する前に信号の送信を開始するため、測定を行えない待ち時間が短縮される。
【００１１】
上記の第１の態様のレーダシステムにおいて、前記複数のレーダの各々は、スイープ信号を送信する周波数変調連続波方式のレーダである、という構成が第２の態様として採用されてもよい。
【００１２】
上記の第２の態様のレーダシステムによれば、周波数変調連続波方式のレーダを複数備えるレーダシステムにおいて、各レーダが測定を行えない待ち時間が短縮される。
【００１３】
上記の第１または第２の態様のレーダシステムにおいて、前記送信期間の一部が重なり合っている隣接する２つの信号の送信期間は、各レーダが送信する信号の周期を前記複数のレーダの個数で除した時間だけずれている、という構成が第３の態様として採用されてもよい。
【００１４】
上記の第３の態様のレーダシステムによれば、各レーダが測定を行えない待ち時間がより短くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態にかかるレーダシステムの全体構成を示した図。
【図２】一実施形態にかかるレーダシステムが備えるレーダの構成を示した図。
【図３】一実施形態にかかるレーダシステムが送受信する信号の周波数の経時変化を示したグラフ群。
【図４】従来技術にかかるレーダシステムが送受信する信号の周波数の経時変化を示したグラフ群。
【図５】一実施形態にかかるレーダシステムが備えるレーダのミキサから出力される信号の周波数の経時変化を示したグラフ群。
【図６】一実施形態にかかるレーダシステムが備えるレーダのローパスフィルタから出力される信号の周波数の経時変化を示したグラフ群。
【図７】一変形例にかかるレーダシステムが備えるレーダが送受信する信号の周波数の経時変化を示したグラフ。
【図８】一変形例にかかるレーダシステムが備えるレーダが送受信する信号の周波数の経時変化を示したグラフ。
【図９】一変形例にかかるレーダシステムが備えるレーダが送受信する信号の周波数の経時変化を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施形態］
以下に本発明の実施形態にかかるレーダシステム１を説明する。図１はレーダシステム１の全体構成を模式的に示した図である。レーダシステム１は、ｎ個（ただし、ｎはｎ＞１である自然数）のレーダモジュールであるレーダ１１（１）〜１１（ｎ）と、これらｎ個のレーダモジュールの各々に接続された測定制御ユニット１２（１）〜１２（ｎ）と、これらｎ個の測定制御ユニットに接続されたプロセッサ１３を備える。以下、レーダモジュール１１（１）〜１１（ｎ）の各々を区別しない場合、「レーダ１１」という。また、以下、測定制御ユニット１２（１）〜１２（ｎ）の各々を区別しな場合、「測定制御ユニット１２」という。
【００１７】
レーダ１１は時間の経過に伴い連続的に周波数が変化するスイープ信号を送信する周波数変調連続波方式のレーダモジュールである。図２は、レーダ１１の構成を示した図である。レーダ１１は、測定制御ユニット１２から入力される変調信号に従い周波数変調したスイープ信号の発振を行う発振器１１１と、発振器１１１により発振されたスイープ信号を電波により送信する送信アンテナ１１２と、発振器１１１から送信アンテナ１１２に入力されるスイープ信号を分配する方向性結合器１１３を備える。
【００１８】
レーダ１１は、さらに、送信アンテナ１１２から送信され、対象物において反射してレーダ１１に到達するスイープ信号を受信する受信アンテナ１１４と、方向性結合器１１３から入力されるスイープ信号と受信アンテナ１１４から入力されるスイープ信号とを乗算するミキサ１１５と、ミキサ１１５から出力される信号からカットオフ周波数以下の周波数帯の成分を取り出すローパスフィルタ１１６を備える。ローパスフィルタ１１６により高周波数帯の成分が取り除かれた信号は測定制御ユニット１２に出力される。
【００１９】
図１に戻り、レーダシステム１の構成の説明を続ける。測定制御ユニット１２は、変調信号発生器等を備え、プロセッサ１３から指示されたタイミングで、時間の経過に伴い連続的に変化する周波数を示す変調信号を生成し、レーダ１１に出力する。また、測定制御ユニット１２は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）ユニット等を備え、レーダ１１から入力される信号の周波数を特定する。測定制御ユニット１２が特定する周波数は、後述するように、レーダ１１と対象物との間の距離に比例する。測定制御ユニット１２は特定した周波数を示す周波数データをプロセッサ１３に出力する。
【００２０】
プロセッサ１３は、ｎ個の測定制御ユニット１２の各々に、巡回する順序で、所定時間だけずれたタイミングで順次、変調信号の生成の開始を指示する。また、プロセッサ１３は、ｎ個の測定制御ユニット１２の各々から順次、周波数データを受け取る。プロセッサ１３は、測定制御ユニット１２から受け取った周波数データに応じた距離を特定し、特定した距離を用いた各種処理を行う。
【００２１】
図３は、プロセッサ１３の指示に従うタイミングでｎ個の測定制御ユニット１２の各々から出力される変調信号に従い、ｎ個のレーダ１１の各々の送信アンテナ１１２から送信される信号と、それらｎ個のレーダ１１の受信アンテナ１１４が受信する信号の周波数の経時変化を示したグラフ群である。
【００２２】
図３のグラフ群に含まれるグラフＡ（ｋ）（ただし、ｋは１≦ｋ≦ｎのいずれかの自然数）はレーダ１１（ｋ）の送信アンテナ１１２が送信する信号を示し、グラフＢ（ｋ）はレーダ１１（ｋ）の受信アンテナ１１４が受信する信号を示す。
【００２３】
レーダ１１の各々は、先行するスイープ信号の送信が完了した後、待ち時間ｔの経過を待って、後続のスイープ信号の送信を開始する。待ち時間ｔは、レーダ１１から対象物までの距離の２倍を電波が移動するために要する時間に、当該距離の変動幅を考慮した時間を加算した時間である。
【００２４】
レーダ１１（ｋ）（ただし、ｋは１≦ｋ≦（ｎ−１）のいずれかの自然数）によるスイープ信号の送信の開始タイミングから遅延時間ｄだけ経過した後、レーダ１１（ｋ＋１）がスイープ信号の送信を開始する。そして、レーダ１１（ｎ）によるスイープ信号の送信の開始タイミングから遅延時間ｄだけ経過した後、レーダ１１（１）がスイープ信号の送信を開始する。すなわち、ｎ個のレーダ１１が巡回する順序で順次、遅延時間ｄだけずれたタイミングでスイープ信号の送信を開始する。遅延時間ｄは待ち時間ｔより十分に大きい時間（例えば、待ち時間ｔの２倍以上）であればよい。
【００２５】
レーダ１１の各々が送信するスイープ信号の開始タイミングから終了タイミングまでの時間である掃引時間Ｔは、（Ｔ＋ｔ）／ｎ＝ｄ（ただし、ｔは待ち時間、ｎはレーダ１１の個数、ｄは遅延時間）を満たす時間である。すなわち、遅延時間ｄは、レーダ１１の各々が送信する信号の周期（Ｔ＋ｔ）を、レーダシステム１が備えるレーダ１１の個数で除した時間である。
【００２６】
電波の干渉がない環境下で、レーダ１１の各々においてミキサ１１５から出力される信号はビート信号と呼ばれる。ビート信号の周波数は、送信アンテナ１１２から送信されるスイープ信号の周波数と、受信アンテナ１１４が受信するスイープ信号の周波数との差である。ビート信号の周波数は、レーダ１１と対象物との間の距離に比例する。従って、測定制御ユニット１２によりビート信号の周波数が正しく特定されれば、レーダ１１と対象物との間の距離が特定される。
【００２７】
ビート信号の周波数が正しく特定されるためには、他のレーダ１１が送信する信号による干渉の影響が排除される必要がある。図４は、従来技術にかかる広く知られたレーダシステムにおいて、複数のレーダモジュールの各々が送信する信号の周波数の経時変化を示したグラフ群である。図４に示されるように、従来技術にかかかるレーダシステムにおいては、同時に信号を送受信するレーダモジュールが１つとなるように、遅延時間ｄと待ち時間ｔが長く取られている。
【００２８】
レーダシステム１においては、上述した従来技術にかかるレーダシステムと異なり、同時に複数のレーダ１１が信号を送受信する。従って、レーダ１１の各々のミキサ１１５から出力される信号は、ビート信号と複数の干渉信号が混ざり合った信号となる。
【００２９】
図５は、レーダシステム１が備えるレーダ１１の個数が４個（すなわち、ｎ＝４）の場合において、レーダ１１（３）のミキサ１１５から出力される信号の周波数の経時変化を模式的に示したグラフ群である。
【００３０】
図５のグラフ群に含まれるグラフＣ（３）は、送信アンテナ１１２（３）から送信された信号と、送信アンテナ１１２（３）から送信され対象物で反射してレーダ１１（３）に向かい受信アンテナ１１４（３）により受信された信号とを乗算した信号（ビート信号）の周波数の経時変化を示している。
【００３１】
図５のグラフ群に含まれるグラフＤ（１）は、送信アンテナ１１２（３）から送信された信号と、送信アンテナ１１２（１）から送信された信号とを乗算した信号の周波数の経時変化を示している。
【００３２】
図５のグラフ群に含まれるグラフＤ（２）は、送信アンテナ１１２（３）から送信された信号と、送信アンテナ１１２（２）から送信された信号とを乗算した信号の周波数の経時変化を示している。
【００３３】
図５のグラフ群に含まれるグラフＤ（４）は、送信アンテナ１１２（３）から送信された信号と、送信アンテナ１１２（４）から送信された信号とを乗算した信号の周波数の経時変化を示している。
【００３４】
なお、実際には、レーダ１１（３）のミキサ１１５から出力される信号の周波数には、以下の（ａ）〜（ｃ）の成分も含まれるが、図４においては、図が煩雑とならないように、これらの成分の周波数の経時変化を示すグラフの図示が省略されている。
（ａ）送信アンテナ１１２（３）から送信された信号と、送信アンテナ１１２（１）から送信され対象物で反射してレーダ１１（３）に向かい受信アンテナ１１４（３）により受信された信号とを乗算した信号の成分。
（ｂ）送信アンテナ１１２（３）から送信された信号と、送信アンテナ１１２（２）から送信され対象物で反射してレーダ１１（３）に向かい受信アンテナ１１４（３）により受信された信号とを乗算した信号の成分。
（ｃ）送信アンテナ１１２（３）から送信された信号と、送信アンテナ１１２（４）から送信され対象物で反射してレーダ１１（３）に向かい受信アンテナ１１４（３）により受信された信号とを乗算した信号の成分。
【００３５】
従って、この場合、仮にミキサ１１５が出力する信号がローパスフィルタ１１６を通らずに測定制御ユニット１２に入力されると、測定制御ユニット１２のＦＦＴユニットは複数の周波数を特定してしまい、それらのいずれがビート信号の周波数であるかを特定することができない。
【００３６】
ただし、レーダシステム１においては、ミキサ１１５が出力する信号は、ローパスフィルタ１１６を通過した後、測定制御ユニット１２に入力される。図６は、レーダ１１（３）のローパスフィルタ１１６から出力される信号の周波数の経時変化を模式的に示したグラフである。図６の周波数Ｌはローパスフィルが１１６のカットオフ周波数である。図６に示されるように、ローパスフィルタ１１６を通過した信号は、高周波数帯の干渉成分が除去され、低周波数帯のビート信号の成分が取り出された信号である。従って、レーダ１１（３）から測定制御ユニット１２（３）に出力される信号はビート信号であり、測定制御ユニット１２（３）においてビート信号の周波数が正しく特定される。その結果、測定制御ユニット１２（３）により、レーダ１１（３）と対象物との間の距離が正しく特定される。
【００３７】
上述したように、レーダシステム１が備える複数の測定制御ユニット１２の各々は、対応するレーダ１１と対象物との間の距離を正しく特定することができる。
【００３８】
上述したレーダシステム１によれば、高価なレーダモジュールを要することなく、複数のレーダモジュールの各々により短い周期で測定が行われる。
【００３９】
［変形例］
上述した実施形態は様々に変形することができる。以下にそれらの変形の例を示す。なお、上述した実施形態および以下に示す変形例は適宜組み合わされてもよい。
【００４０】
（１）レーダ１１から送信される信号の周波数の経時変化のパターンは、図３に示したパターンに限られない。例えば、レーダ１１が、図７に示すような周波数の経時変化を示す信号を送受信する構成が採用されてもよい。なお、図７（ｂ）のパターンにおいて、待ち時間ｔは「０」である。このように、各レーダ１１は、先に送信したスイープ信号の反射波の受信が完了する前に次のスイープ信号の送信を開始してもよい。この場合、レーダ１１のごく近くの対象物の検知ができなくなるが、各レーダ１１の測定の周期は僅かに短くなる。
【００４１】
（２）レーダシステム１が備える複数のレーダ１１の各々によるスイープ信号の送信開始タイミングの関係は、図３に示したパターンに限られない。例えば、複数のレーダ１１の各々が、図８または図９に示すタイミングで順次、スイープ信号の送信を行ってもよい。なお、図８および図９においては、レーダシステム１が備える複数のレーダ１１の数が４個である場合が想定されている。
【００４２】
上述した実施形態において、互いに隣接するタイミングで異なるレーダ１１から送信されるスイープ信号の送信開始タイミングのずれ幅（遅延時間ｄ）は常に等しく、信号の送信の周期（Ｔ＋ｔ）をレーダ１１の個数ｎで除した値である。図８および図９に示されるパターンに従う場合、レーダ１１（１）とレーダ１１（２）が送信するスイープ信号の送信開始タイミングのずれ幅（遅延時間ｄ１）、レーダ１１（２）とレーダ１１（３）が送信するスイープ信号の送信開始タイミングのずれ幅（遅延時間ｄ２）、レーダ１１（３）とレーダ１１（４）が送信するスイープ信号の送信開始タイミングのずれ幅（遅延時間ｄ３）、レーダ１１（４）とレーダ１１（１）が送信するスイープ信号の送信開始タイミングのずれ幅（遅延時間ｄ４）は不均等である。このように、スイープ信号の送信開始タイミングのずれ幅が均等でなくてもよい。
【００４３】
上述した実施形態に示したように、スイープ信号の送信開始タイミングのずれ幅が均等である場合、互いに隣接するタイミングで送信されるスイープ信号の間の周波数の差が最大となるため、ビート信号と干渉信号の周波数の差も最大となる。従って、高い精度でローパスフィルタ１１６によるビート信号の取り出しが可能となる。
【００４４】
図９に示されるパターンに従う場合、上述した実施形態における場合と比較し、各レーダ１１は、互いに近いタイミングでスイープ信号の送信を開始する。従って、図９のパターンに従う場合、各レーダ１１が、互いに近いタイミングで、対象物の測定を行うことになる。例えば、複数のレーダ１１の測定結果が対象物の三次元位置の特定に用いられるような場合、図９のようなパターンに従いスイープ信号の送信が行われると、より精度の高い三次元位置が特定される。
【００４５】
（３）レーダシステム１が測定制御ユニット１２（１）〜（ｎ）を備えず、のプロセッサ１３が測定制御ユニット１２（１）〜（ｎ）の役割を果たしてもよい。
【００４６】
（４）ローパスフィルタ１１６がミキサ１１５に統合されてもよい。ミキサ１１５がローパスフィルタを備える場合、ミキサ１１５が備えるローパスフィルタが、上述した実施形態におけるローパスフィルタ１１６の役割を果たしてもよい。
【００４７】
（５）上述した実施形態において、掃引時間Ｔと、待ち時間ｔと、遅延時間ｄの関係は、（Ｔ＋ｔ）／ｎ＝ｄ（ただし、ｎはレーダモジュール１１の個数）を満たすものとしたが、これらの時間の関係はこれに限られない。複数のレーダ１１が巡回する順序で信号の送信を順次開始し、複数のレーダ１１から順次送信される信号の各々の送信開始タイミングが１つ前の信号の送信開始タイミングより遅延時間ｄだけずれており、隣接する２つの信号の送信期間の一部が重なり合っている限り、掃引時間Ｔと、待ち時間ｔと、遅延時間ｄの関係は様々に変更されてよい。
【符号の説明】
【００４８】
１…レーダシステム、１１…レーダ、１２…測定制御ユニット、１３…プロセッサ、１１１…発振器、１１２…送信アンテナ、１１３…方向性結合器、１１４…受信アンテナ、１１５…ミキサ、１１６…ローパスフィルタ
【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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