(57)【要約】【課題】近接する複数の物体からの反射波が重畳して受信される場合であっても物体毎の反射波を識別して距離分解能を確保し、距離分解能を確保するために送信波のパルス幅を縮小することによるコスト増加を回避する。【解決手段】時間軸を伸張してサンプリングした応答波形を、データ生成処理部３２のＡ／Ｄ変換部３２ａでデジタルデータに変換し、信号解析部３２ｂで応答波形の立ち上がり部分及び立ち下がり部分を抽出する。そして、波形識別部３２ｃで立ち上がり部分及び立ち下がり部分の対から物体毎の反射波を識別し、測距部３２ｄで反射波と送信波との時間差から距離を算出する。これにより、距離分解能を確保するために送信波のパルス幅を縮小化することなく、近接する複数の物体からの反射波が重畳して受信される場合であっても物体毎の反射波を識別して距離分解能を確保することができ、コスト増加を回避することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の送信波が物体で反射された応答波を受信し、等価時間サンプリング方式で時間軸を伸張して上記応答波をサンプリングするレーダ装置であって、
近接する複数の物体からの反射波が重畳した応答波のサンプリングデータを信号解析し、該応答波の立ち上がり部分と立下り部分とを抽出する信号解析部と、
上記信号解析部で抽出した応答波の立ち上がり部分と立下り部分とに基づいて、各物体毎の反射波を識別する波形識別部と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
上記信号解析部は、上記等価時間サンプリング方式による時間軸の伸張に対応して上記送信波のパルス幅を拡大したウィンドウ幅内で上記応答波の上記立ち上がり部分と立下り部分とを抽出し、
上記波形識別部は、上記ウィンドウ幅内で抽出された立ち上がり部分と立下り部分との対により、各物体毎の反射波を識別す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】
上記送信波のパルス幅をフレーム毎に変化させることを特徴とする請求項１又は２記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス状の送信波が物体で反射された反射波を受信して測距を行うレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダは、空間に電波を放射して物体からの反射波を受信し、その受信信号を処理して物体までの距離を算出するものであり、ドップラー効果を利用して対象物との相対速度を計測するＣＷレーダや、送信したパルスが対象物から反射して戻ってくる反射波を受信し、その遅延時間から対象物までの距離を測定するパルス型レーダ等が知られている。
【０００３】
特に、パルス型レーダ装置では、電波の伝播速度はほぼ光の伝播速度と同じで高速であるため、近距離の対象物からの反射波の解析において距離分解能を確保するためには、非常に高速なサンプリングが必要となる。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示されているように、パルスを連続して送信したときに反射波が繰り返す性質を利用し、時間軸を伸張して等価的に高速のサンプリングを可能とする、いわゆる等価時間サンプリング方式で受信波をサンプリングする技術が一般的に用いられている。
【０００５】
この等価時間サンプリング方式を用いたレーダ装置では、送信パルスと同期した高速なランプ信号と時間軸を拡大するための低速なランプ信号とを利用して、サンプリングタイミングを少しずつ遅延させることにより元の波形を時間軸方向に拡大し、距離分解能を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２３５８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、パルス型レーダ装置では、送信したパルス信号が測距対象となるターゲットで反射されて受信されるまでの往復伝播時間に基づいて距離を算出しているため、近距離の測定において距離分解能を確保するには、送信波のパルス幅を極短くする必要がある。
【０００８】
すなわち、図６に示すように、レーダ装置１００から距離Ｘに物体Ａが存在し、更に、物体Ａに距離ΔＸで近接して他の物体Ａ’が存在する場合、送信アンテナ１０１から送信パルスＴｘを出力すると、物体Ａ，Ａ’で反射された反射波Ｒｘ，Ｒｘ’が距離ΔＸに応じた時間差Δｔ（Δｔ＝２×ΔＸ／ｃ：ｃは光速）でレーダ装置１００の受信アンテナ１０２に戻ってくる。従って、送信パルスＴｘのパルス幅が大きく、近接する物体Ａの反射波Ｒｘと物体Ａ’の反射波Ｒｘ’とが重なってしまうと、物体Ａの距離Ｘと、物体Ａ’の距離（Ｘ＋ΔＸ）とを正しく算出することができず、距離分解能が低下してしまう。
【０００９】
例えば、必要とする距離分解能を１０ｃｍ程度とすると、電波の進む速度は、光速である３．０×１０8ｍ／ｓｅｃであり、電波が１０ｃｍの距離を進む時間は、０．３３ｎｓｅｃであることから、従来のレーダ装置では、０．６７ｎｓｅｃ以下のパルス幅で送信波を出力する必要があり、１．５ＧＨｚ以上の帯域幅となってパルス信号の発生及び取り扱いが容易でなく、装置全体のコストアップを招いてしまう。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、近接する複数の物体からの反射波が重畳して受信される場合であっても物体毎の反射波を識別して距離分解能を確保することができ、距離分解能を確保するために送信波のパルス幅を縮小することによるコスト増加を回避することのできるレーダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によるレーダ装置は、パルス状の送信波が物体で反射された応答波を受信し、等価時間サンプリング方式で時間軸を伸張して上記応答波をサンプリングするレーダ装置であって、近接する複数の物体からの反射波が重畳した応答波のサンプリングデータを信号解析し、該応答波の立ち上がり部分と立下り部分とを抽出する信号解析部と、上記信号解析部で抽出した応答波の立ち上がり部分と立下り部分とに基づいて、各物体毎の反射波を識別する波形識別部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、近接する複数の物体からの反射波が重畳して受信される場合であっても物体毎の反射波を識別して距離分解能を確保することができ、距離分解能を確保するために送信波のパルス幅を縮小することによるコスト増加を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】レーダ装置の構成図
【図２】データ生成処理部の構成を示す説明図
【図３】送信波と複数の物体からの反射波とを示す説明図
【図４】複数の物体の反射波が重畳された応答波を示す説明図
【図５】ノイズを含む応答波を示す説明図
【図６】従来のレーダ装置における送信波と複数の物体からの反射波とを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
図１に示すレーダ装置１は、外界に送信した送信波がターゲット（物体）で反射されて受信されるまでの時間差から測距を行うパルスレーダ装置であり、ターゲットとの相対速度が電波の速度（光速）と比較して十分小さい範囲において、例えば自動車等の車両、航空機等の移動体に搭載可能である。
【００１５】
図１においては、レーダ装置１は、送信アンテナ２と受信アンテナ３とが分離している送信・受信アンテナ分離型の装置を示している。すなわち、本実施の形態のレーダ装置１は、パルス状の送信波を送信アンテナ２を介して外部に放射するための送信ユニット１０と、外部に存在する物体で反射された反射波を受信アンテナ３を介して受信する受信ユニット２０と、送信ユニット１０及び受信ユニット２０に基準クロックとしてのタイミングクロックＣＬＫを供給すると共に、受信ユニット２０からの信号を処理する本体ユニット３０とを備えて構成されている。
【００１６】
詳細には、送信ユニット１０は、本体ユニット３０からのタイミングクロックＣＬＫに基づいて送信パルスＴｘを生成する送信パルス生成部１１を備えている。送信パルス生成部１１は、送信パルスＴｘを送信アンテナ２に出力し、送信アンテナ２からパルス状の送信波（レーダ波）を外部へ放射する。
【００１７】
一方、受信ユニット２０は、送信アンテナ２から放射されたレーダ波が外部の物体で反射された反射波を応答波として受信アンテナ３で受信し、この応答波を時間軸上で伸張してサンプリングする周知の等価時間サンプリング方式による構成を有している。本実施の形態においては、等価時間サンプリング方式であって、レーダ装置で一般的に用いられるシーケンシャルサンプリング方式、すなわち送信パルスのタイミングと同期して応答波のサンプリング点を順次遅延させながらサンプリングする方式を採用するものとする。
【００１８】
このため、受信ユニット２０は、本体ユニット３０からのタイミングクロックＣＬＫに基づいて、受信アンテナ３で受信した応答波の信号Ｒｘを時間軸で伸張してサンプリングするためのサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成部２１を備えている。更に、受信ユニット２０は、受信信号Ｒｘをサンプリングパルスに従ってサンプルホールドするサンプルホールド部２２と、サンプリングした波形を所定のレベルに増幅し、増幅した信号をアナログのビデオ信号ＶＤＳとして本体ユニット３０へ送る増幅部２３とを備えている。
【００１９】
尚、受信ユニット２０の構成としては、シーケンシャル等価時間サンプリング方式の構成に限定されることなく、ランダム等価時間サンプリング方式による構成としても良い。ランダム等価時間サンプリング方式のレーダ装置については、本出願人による特願２００９−２０９６５７号に詳述されている。このランダム等価時間サンプリング方式では、受信ユニット２０は、本体ユニット３０からのタイミングクロックＣＬＫを用いることなく送信パルスと独立したランダムなタイミングでサンプリングパルスを生成し、受信波形のサンプリングを行う。
【００２０】
本体ユニット３０は、送信ユニット１０及び受信ユニット２０に供給するタイミングクロックＣＬＫを生成するタイミングクロック生成部３１と、受信ユニット２０でサンプリングしたデータを処理するデータ生成処理部３２と、タイミングクロック生成部３１を制御すると共に、データ生成処理部３２で処理したデータに基づいて、物体の有無や認識処理等を行うコントローラ３３とを備えて構成されている。
【００２１】
データ生成処理部３２は、近接する複数の物体からの反射波が重畳して受信される場合であっても、従来のレーダ装置のように送信波のパルス幅を複数の物体間の距離に相当する時間幅以下に短くすることなく、物体毎の反射波を識別することができ、距離分解能を確保することができる。
【００２２】
このため、データ生成処理部３２は、図２に示すように、受信ユニット２０からのビデオ信号ＶＤＳをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部３２ａと、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータを信号解析し、複数の物体からの反射波が重畳された波形に対して立ち上がり部分及び立ち下がり部分を抽出する信号解析部３２ｂと、抽出した立ち上がり部分及び立ち下がり部分がどの物体からの反射波の示すものであるか否かを判定し、物体毎の反射波を識別する波形識別部３２ｃと、識別した反射波の送信波に対する遅延時間から物体までの距離を算出する測距部３２ｄとを備えている。
【００２３】
次に、以上の構成を有するレーダ装置１の動作について説明する。  
先ず、本体ユニット３０において、タイミングクロック生成部３１でタイミングクロックＣＬＫが生成され、送信ユニット１０と受信ユニット２０とに供給される。送信ユニット１０は、送信パルス生成部１１でタイミングクロックＣＬＫに基づいて送信パルスＴｘを生成し、この送信パルスＴｘを送信アンテナ２から外部に放射する。
【００２４】
一方、受信ユニット２０は、本体ユニット３０から供給されるタイミングクロックＣＬＫに基づいて、受信アンテナ３で受信した信号Ｒｘをサンプリングするためのサンプリングパルスをサンプリングパルス生成部２１で生成する。このサンプリングパルスは、例えば、タイミングクロックＣＬＫに同期した三角波等のトリガ信号とランプ波とを用いて生成され、タイミングクロックＣＬＫに対して順次遅延時間が大きくされる。
【００２５】
そして、サンプルホールド部２２において、タイミングクロックＣＬＫに同期する送信パルスＴｘに対して少しずつ遅延されたタイミングで受信信号Ｒｘがサンプリングされ、１フレーム毎に時間軸を伸張した波形を得る（等価時間サンプリング）。このサンプリングパルスによる時間軸の伸張は、受信アンテナ３で受信した応答波のアナログ信号を、本体ユニット３０でデジタル信号に変換可能な周波数にするものであり、サンプリングされた受信信号が増幅部２３にて増幅され、アナログビデオ信号ＶＤＳとして本体ユニット３０のデータ生成処理部３２に送られる。
【００２６】
データ生成処理部３２は、受信ユニット２０からのアナログビデオ信号ＶＤＳをＡ／Ｄ変換部３２ａでデジタルデータに変換し、信号解析部３２ｂに送る。信号解析部３２ｂは、デジタルデータに変換された受信信号を解析処理し、応答波形の立ち上がり部分及び立ち下がり部分を抽出する。この波形の立ち上がり部分及び立ち下がり部分は、複数の物体からの反射波が重畳された応答波である場合、それぞれの反射波の立ち上がり部分及び立ち下がり部分が対となって抽出される。
【００２７】
すなわち、図３に示すように、レーダ装置１から距離Ｘに物体Ａ１が存在し、更に、物体Ａに距離ΔＸで近接して他の物体Ａ２が存在する場合、アンテナ２から送信パルスＴｘが出力されると、物体Ａ１，Ａ２で反射された反射波Ｒｘ１，Ｒｘ２が距離ΔＸに応じた時間差Δｔ（Δｔ＝２×ΔＸ／ｃ：ｃは光速）を持ってレーダ装置１側に戻ってくる。このとき、レーダ装置１で受信される応答波は、図４（ａ）に示す反射波Ｒｘ１と、図４（ｂ）に示す反射波Ｒｘ２とを重ね合わせた図４（ｃ）に示す波形となる。
【００２８】
図４（ｃ）に示す応答波形の立ち上がり部分及び立ち下がり部分は、時間軸のデータを周波数軸のデータに変換することで抽出することができる。一般に、時間軸のデータを周波数軸のデータに変換するにはフーリエ変換が用いられるが、フーリエ変換では時間に関する情報が失われてしまうため、どのタイミングの立上り部分及び立下り部分が応答波形に含まれるどの波形のものであるかを識別することは困難である。
【００２９】
このため、信号解析部３２ｂは、例えば短時間フーリエ変換やウエーブレット変換等を用いて、応答波の立上り部分及び立下り部分を抽出する。この場合、送信パルスの送信タイミング及びパルス幅が既知であることから、等価時間サンプリングによる時間軸の伸張に対応したウィンドウ幅Ｗを設定し、このウィンドウ幅Ｗ内での応答波のパワースペクトルを調べることにより、立上り部分及び立下り部分を抽出する。図４の例では、（ｃ）に示す応答波に対して、ウィンドウ幅Ｗ内で立上り部分Ｒｘ＿ｕ１，Ｒｘ＿ｕ２、立ち下がり部分Ｒｘ＿ｄ１が抽出され、次のウィンドウ幅Ｗ内で、立上り部分Ｒｘ＿ｕ２、立ち下がり部分Ｒｘ＿ｄ１，Ｒｘ＿ｄ２が抽出される。
【００３０】
応答波形の立ち上がり部分及び立ち下がり部分が抽出されると、次に、波形識別部３２ｃは、どの時刻（時間）に周波数の変動が起きているのかを判断することで、応答波に含まれる物体毎の反射波を識別する。すなわち、送信パルスに対応するウィンドウ幅Ｗとの関係から、物体Ａ１からの反射波Ｒｘ１と物体Ａ２からの反射波Ｒｘ２とが重畳された応答波形に対して、立上り部分Ｒｘ＿ｕ１と立ち下がり部分Ｒｘ＿ｄ１との対で示される波形部分が物体Ａ１からの反射波Ｒｘ１を示し、立上り部分Ｒｘ＿ｕ２と立ち下がり部分Ｒｘ＿ｄ２との対で示される波形部分が物体Ａ２からの反射波Ｒｘ２を示すものであると判断する。
【００３１】
一方、図５に示すように、最初のウィンドウ幅Ｗ内で応答波から立ち上がり部分Ｒｘ＿ｕ３，Ｒｘ＿ｕ４が抽出され、次のウィンドウ幅Ｗ内で立ち上がり部分Ｒｘ＿ｕ４と立ち下がり部分Ｒｘ＿ｄ４とが抽出される場合には、最初の立ち上がり部分Ｒｘ＿ｕ３は、応答波に含まれるノイズによるものであり、立ち上がり部分Ｒｘ＿ｕ４と立ち下がり部分Ｒｘ＿ｄ４との対で示される波形部分が単一の物体からの反射波を示すものであると判断する。
【００３２】
このとき、送信パルスのパルス幅は一定としても良いが、１フレーム毎にパルス幅を変化させることで、耐ノイズ性を向上させ、波形の識別精度を向上することができる。そして、応答波の物体毎の反射波が識別されると、測距部３２ｄでは、送信パルスを出力してから反射波が受信されるまでの時間Ｔに基づいて、物体までの距離Ｘを算出し（Ｘ＝ｃ×Ｔ／２）、コントローラ３３に送る。コントローラ３３は、この測距データに基づいて、物体の存在や種類等を認識する処理を行う。
【００３３】
このように本実施の形態においては、距離分解能を確保するために送信波のパルス幅を縮小化することなく、近接する複数の物体間の距離に相当する時間幅以上であっても、物体毎の反射波を分離して距離分解能を確保することができる。これにより、レーダ装置内で扱う信号の生成や取扱いを容易とすることができ、装置全体のコストダウンが可能となる。
【符号の説明】
【００３４】
１  レーダ装置
１０  送信ユニット
２０  受信ユニット
３０  本体ユニット
３２  データ生成処理部
３２ａ  Ａ／Ｄ変換部
３２ｂ  信号解析部
３２ｃ  波形識別部
３２ｄ  測距部
３３  コントローラ
【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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