(57)【要約】【課題】送受信の同期を取るための信号配線を不要として耐ノイズ性を向上すると共に搭載上の自由度を高め、コスト低減を図る。【解決手段】送信パルス生成部２ａで送信タイミングクロックＴｘＣＬＫによる送信パルスＴｘを生成し、送信アンテナ２ｂから送信する。ターゲットで反射された信号は受信アンテナ３ａで受信され、送信タイミングクロックＴｘＣＬＫとは独立した受信タイミングクロックＲｘＣＬＫに基づくサンプリングパルスがサンプリング設定部３ｂで生成され、サンプルホールド部３ｃで受信信号Ｒｘがサンプルホールドされる。更に、サンプリングデータから一定時間間隔の受信信号のデータをサンプリングデータ補間部３ｄで推定し、非サンプリング区間を補間する。これにより、送受信の同期を取るための信号配線を不要として耐ノイズ性を向上すると共に搭載上の自由度を高め、コスト低減を図ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットに放射した送信パルスの反射波を受信して測距を行うレーダ装置であって、  上記反射波を受信した受信信号をサンプリングするタイミングを、上記送信パルスと独立したランダムなタイミングに設定するサンプリング設定部と、
上記サンプリング設定部で設定したタイミングでサンプリングしたデータから一定時間間隔の上記受信信号のデータを推定し、推定したデータで非サンプリング区間を補間するサンプリングデータ補間部と
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
上記サンプリング設定部は、サンプリングを行うフレーム間隔と、単一のフレーム間隔で上記受信信号をアナログ信号からデジタル化するために必要となるサンプリング数とに基づいて、上記受信信号に対するサンプリング回数を適応的に制御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】
上記サンプリング部は、サンプリング数とサンプリングを行うフレーム間隔とに基づいて、フレーム内の或る一定の区間が少なくとも１回はサンプリングされる確率が一定値以上となるように適応的に制御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４】
上記サンプリング部は、サンプリング数とサンプリングを行うフレーム間隔とに基づいて、非サンプリング区間が連続する確率を一定値以下とするように適応的に制御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５】
上記サンプリングデータ補間部は、非サンプリング区間のデータを、その近傍の複数点のサンプリング値から導出した最適関数を用いて推定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６】
上記サンプリングデータ補間部は、非サンプリング区間のデータを、最近接区間のサンプリング値から統計的に最尤推定を行って推定す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】
本発明は、ターゲットに放射したレーダ電波の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】
従来、自動車等の車両に搭載される車載レーダ装置としては、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レーダ装置や、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装置等が用いられている。
【０００３】
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。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、高速な送信パルスに対して、低速なランプ信号を利用してサンプリングタイミングを遅延させ、元の波形を時間軸方向に拡大している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
従来の等価時間サンプリング方式を採用したレーダ装置は、距離分解能を確保するため、送信パルスのタイミングと同期して受信波のサンプリング点を少しずつ遅延させながらサンプリングすることで時間軸を伸張する、いわゆるシーケンシャルサンプリング方式を採用せざるを得なかった。
【０００７】
すなわち、図１０に示すように、従来の等価時間サンプリング方式を採用したレーダ装置は、本体ユニット５０内のコントローラ５０ａによって制御されるタイミング生成回路部５０ｂで送信タイミングクロックＣＬＫを生成し、この送信タイミングクロックＣＬＫを送信ユニット６０と受信ユニット７０とに供給する。
【０００８】
送信ユニット６０は、送信パルス生成部６０ａで送信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６０ｂからターゲットに放射する。受信ユニット７０は、受信アンテナ７０ａ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７０ｂで本体ユニット５０から供給される送信タイミングクロックＣＬＫに基づいて生成する。
【０００９】
このサンプリングパルスは、例えば、図１１に示すように、送信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ＦＲとランプ波ＳＲとを用いて生成される。そして、サンプルホールド部７０ｃにおいて、送信タイミングクロックＣＬＫの立ち上がりに対して少しずつ遅延されたタイミングＳＰで受信信号Ｒｘがサンプリングされ、時間軸を伸張した波形出力ｏｕｔを得る。サンプリングされた波形は、増幅部７０ｄにて増幅され、増幅されたビデオ信号が本体ユニット５０のデータ生成処理部５０ｃに送られて測距のためのデータ処理が行われる。
【００１０】
従って、従来のレーダ装置では、図１２に示すように、車両８０に搭載する場合、本体ユニット５０と送信ユニット６０及び受信ユニット７０の間で、送受信の同期を取るためのタイミング生成回路や生成されたクロック信号の配線が必要となる。このため、車両の限られたスペースにレーダユニットを搭載する際、各ユニットの配置が制限される。更に、車載時には、電気信号の伝播に対して外来ノイズによる影響が大きく、高速な信号を伝播させるためには、耐ノイズ性能を向上させなくてはならないため、シールド対策や安定化回路の追加等のコストアップに繋がることになる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、送受信の同期を取るための信号配線を不要として耐ノイズ性を向上すると共に搭載上の自由度を高め、コスト低減を図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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明によるレーダ装置は、ターゲットに放射した送信パルスの反射波を受信して測距を行うレーダ装置であって、上記反射波を受信した受信信号をサンプリングするタイミングを、上記送信パルスと独立したランダムなタイミングに設定するサンプリング設定部と、上記サンプリング設定部で設定したタイミングでサンプリングしたデータから一定時間間隔の上記受信信号のデータを推定し、推定したデータで非サンプリング区間を補間するサンプリングデータ補間部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、送受信の同期を取るための信号配線を不要として耐ノイズ性を向上すると共に搭載上の自由度を高めることができ、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】レーダ装置を示す説明図
【図２】レーダ装置の回路構成を示す説明図
【図３】ランダム等価時間サンプリングのタイミングを示す説明図
【図４】ランダムサンプリングの遅延時間を示す説明図
【図５】フレームデータを示す説明図
【図６】サンプリング回数の最適化を示す説明図
【図７】サンプリングデータに対する線形補間処理を示す説明図
【図８】サンプリングデータに対する最適関数補間処理を示す説明図
【図９】サンプリングタイミングの適応化を示す説明図
【図１０】従来の車載レーダ装置の回路構成を示す説明図
【図１１】従来の車載レーダ装置における等価時間サンプリングのタイミングを示す説明図
【図１２】従来の車載レーダ装置のユニット配置例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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に示すように、本実施の形態におけるレーダ装置１は、自動車等の車両１００に搭載される車載レーダ装置であって、送信したパルス波がターゲット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である。図１においては、パルス状のレーダ波を放射する送信ユニット２と、ターゲットからの反射波を受信する受信ユニット３とが車両１００の前部に配設され、受信ユニット３からの信号を処理する本体ユニット４が車室内に配設されている。本体ユニット４には、受信ユニット３からの信号を処理するコントローラ４ａが備えられている。
【００１６】
受信ユニット３は、ターゲットからの反射波を等価時間サンプリング方式によって時間軸上で伸張してサンプリングし、本体ユニット４に送る。このとき、受信信号のサンプリングには、ランダム等価時間サンプリング方式を用いている。従って、送信ユニット２と受信ユニット３との間の同期用のクロック信号の配線が不要となり、車両に搭載する際に、送信ユニット２及び受信ユニット３の艤装上の自由度を高め、コスト低減を図ることができる。
【００１７】
具体的には、図２に示すように、送信ユニット２は、一定の送信タイミングクロックＴｘＣＬＫによる一定のタイミングで送信パルスＴｘを生成する送信パルス生成部２ａと、生成した送信パルスＴｘを外部へ送信する送信アンテナ２ｂとを備えて構成されている。送信タイミングクロックＴｘＣＬＫは、送信ユニット２内でのみ使用され、受信ユニット３で受信信号をサンプリングする際の同期信号として受信ユニット３へ供給されることはない。
【００１８】
一方、受信ユニット３は、ターゲットから反射された信号を受信する受信アンテナ３ａと、受信アンテナ３ａで受信した信号Ｒｘをサンプリングするタイミングを、受信タイミングクロックＲｘＣＬＫに基づく任意のタイミングに設定し、サンプリングパルスＳＰＣＬＫを生成するサンプリング設定部３ｂと、受信信号ＲｘをサンプリングパルスＳＰＣＬＫに従ってサンプルホールドするサンプルホールド部３ｃと、サンプリングしたデータから一定時間間隔の受信信号のデータを推定し、推定したデータで非サンプリング区間を補間するサンプリングデータ補間部３ｄとを備えて構成されている。
【００１９】
尚、受信ユニット３にはサンプリングデータ補間部３ｄを備えず、本体ユニット４にサンプリングデータ補間部を備えるようにしても良い。その場合には、受信ユニット３はサンプルホールドしたデータをＡ／Ｄ変換し、デジタルデータとして本体ユニット４に送信する。
【００２０】
このような構成を有するレーダ装置１は、図３に示すように、送信パルスのタイミングと独立したタイミングで受信データのサンプリングを行う。すなわち、送信ユニット２は、一定周期の送信タイミングクロックＴｘＣＬＫの立ち上がりに同期して送信アンテナ２ｂから送信パルスＴｘを送信する。受信ユニット３は、送信タイミングクロックＴｘＣＬＫとは独立した受信タイミングクロックＲｘＣＬＫを用い、この受信タイミングクロックＲｘＣＬＫから任意の時間（ランダム値）だけ遅延させたサンプリングパルスＳＰＣＬＫにより、受信アンテナ３ａで受信したアナログ信号Ｒｘをサンプルホールド部３ｃでサンプリングする。
【００２１】
詳細には、サンプリングパルスＳＰＣＬＫは、図４に示すように、受信タイミングクロックＲｘＣＬＫに対して任意の遅延時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，…だけ遅延させて生成される。このサンプリングパルスＳＰＣＬＫの立ち上がりのサンプリングタイミングＳＰで受信信号Ｒｘが複数回サンプルホールドされることで、受信信号Ｒｘをランダムに切り出して時間軸を伸張した波形データｏｕｔを得ることができる。サンプリング毎に受信信号から切り出すデータは、それぞれのサンプリングタイミングの遅延量によって決定され、図５に示すように、各遅延時間のタイミング毎に連続するＮ個のデータＤ1，Ｄ2，…，ＤN-1，ＤNを切り出し、フレームデータとする。
【００２２】
ここで、サンプリング回数について説明する。電波の進む速度は、光速である３．０×１０8ｍ／ｓｅｃであり、通常必要とされる距離分解能、例えば距離分解能として１０ｃｍ程度を例に取ると、電波が１０ｃｍの距離を進む時間は、０．３３ｎｓｅｃである。ここで、時速１００ｋｍ／ｈの車両が０．３３ｎｓｅｃの間に移動する距離は、９．２６ｎｍである。従って、通常要求される分解能に相当する距離を電波が進む時間は車速を考慮すると十分に短く、複数回サンプリングする過程において車両とターゲットとの距離は一定と見なすことができる。
【００２３】
従って、サンプリング回数を多くする程、信号の精度は向上するが、サンプリング回数を多くし過ぎると、車速の影響が大きくなって車両とターゲットとの距離が一定とは見なせなくなる。このため、サンプリング周期Ｔｓとサンプリング回数Ｎとの積をブロック周期Ｂｆとするとき、距離分解能Ｒと車速Ｖによる以下の（１）式の条件によってサンプリングの最大回数が制限される。  
Ｂｆ≦Ｒ／Ｖ  …（１）
【００２４】
（１）式の条件を満たすようにサンプリング回数を設定することにより、レーダの測距性能を確保し、送信ユニット２と受信ユニット３との同期を取ることなく、入力波形を精度良く再現することができる。但し、入力波形を精度良く時間伸張するためには、サンプリング回数Ｎの下限は、サンプリングタイミング調整における遅延幅の最小時間幅Ｔｄminとサンプリング間隔（サンプリング周期）Ｔｓとによる以下の（２）式の条件を満足することが必要である。尚、遅延幅の最小時間幅Ｔｄminは、受信ユニット３を構成する回路の特性によって決定される値である。  
Ｎ≧Ｔｓ／Ｔｄmin  …（２）
【００２５】
一方、サンプリング回数を調整することなく、ランダムに設定した場合には、そのランダム性によりサンプリング回数をできるだけ大きく取る必要があるが、（１）式の制限下で車両と対象物の関係が一定状態を保つ時間内に設定しなければならない。そこで、受信タイミングクロックＲｘＣＬＫに対するサンプリングタイミングの遅延量に関して、実験計画法に基づく統計的処理により、図６に示すように、サンプリング回数の最適化を行う。
【００２６】
このサンプリング回数の最適化は、例えば、以下の（ａ）〜（ｃ）に記載するように、サンプリング回数とフレームの積算回数との２つの因子に対する分散分析を行って誤差を解析することで行われる。
【００２７】
（ａ）サンプリングを行うフレーム間隔と、単一のフレーム間隔で受信信号をアナログ信号からデジタル化するために必要となるサンプリング数とに基づいて、サンプリング回数を制御する。
【００２８】
（ｂ）サンプリング数とサンプリングを行うフレーム間隔とに基づいて、フレーム内の或る一定の区間が少なくとも１回はサンプリングされる確率が一定値以上となるように制御する。
【００２９】
（ｃ）サンプリング数とサンプリングを行うフレーム間隔とに基づいて、非サンプリング区間が連続する確率を一定値以下とするように制御する。
【００３０】
更に、受信ユニット３は、サンプリングが行われない空白部分に対して、サンプリングデータ補間部３ｄにてデータ補間処理を行うことにより、波形データを生成し、本体ユニット４に送る。本体ユニット４は、補間データを含むサンプリングデータを並べ替え、元の信号の時間軸を拡大したデータとして復元する。
【００３１】
サンプリングの空白部分に対するデータは、最近接区間のサンプリング値からの統計的な最尤推定による補間処理や、近傍の複数点による最適関数を用いた補間処理で補間することができる。以下、図７に示すように、複数のデータ点Ｍ-2，Ｍ-1，Ｍ，Ｍ+1，Ｍ+2，Ｍ+3に対して、実際にサンプリングが行われてデータを取得した点がＭ-2，Ｍ，Ｍ+3である場合を例に取って説明する。尚、図７及び以下に説明する図８中のデータは、例えば受信信号のレベルを示す数値であるものとする。
【００３２】
（１）統計的な最尤推定による補間処理
複数のデータ点Ｍ-2，Ｍ-1，Ｍ，Ｍ+1，Ｍ+2，Ｍ+3のデータ系列に対する最尤推定により、例えば線形補間を行う場合、データ空白部分であるＭ-1点に対しては、最近接区間であるＭ，Ｍ-2点のデータ３０，５０を用いて中間値のデータ４０を割り当てることで補間する。また、Ｍ，Ｍ+3点の間のデータ空白部分であるＭ+1，Ｍ+2点に対しては、最近接区間であるＭ，Ｍ+3点のデータ３０，４５から線形的に増分値５を求め、それぞれ、３５（３０＋５）、４０（３０＋５＋５）のデータを割り当てることで補間を行う。
【００３３】
（２）最適関数を用いた補間処理
同様に、複数のデータ点Ｍ-2，Ｍ-1，Ｍ，Ｍ+1，Ｍ+2，Ｍ+3に対して、実際にサンプリングが行われてデータを取得した点がＭ-2，Ｍ，Ｍ+3である場合、点Ｍ-2，Ｍ，Ｍ+3のデータ５０，３０，４５を用いて、例えば、最小二乗法によるｎ次関数や正弦波を基本とするｎ次関数により、受信波形を再現可能な最適関数を推定する。そして、図８に示すように、データ空白部分であるＭ-1，Ｍ+1，Ｍ+2の各点に対して、最適関数から求めたデー３７，３３，３８を割り当てることで、データ補間処理を行う。
【００３４】
この場合、受信データのサンプリングタイミングを適応的に制御する回路を追加することにより、サンプリングタイミングの遅延量が所定の範囲内に収まるように制御することができる。例えば、図９に示すように、距離分解能を確保したい部分としてＡ点からＢ点の間を重点的にサンプリングするように、サンプリングタイミングの遅延量を制御することが可能となる。これにより、サンプリング回数を抑えて希望範囲内の測距性能を向上することができる。
【００３５】
このように本実施の形態においては、送信ユニット２と受信ユニット３との間の同期を不要とすることができ、送信ユニット２と受信ユニット３との同期をとるクロック配線が不要となり、送信ユニット２と受信ユニット３の設置場所が離れていても動作が可能となる。また、本体ユニット４、送信ユニット２、受信ユニット３との間には、高周波を伝達するケーブルがなく、作動を制御するための制御信号線や時間軸で伸張された低周波の受信データ用信号線のみであるため、耐外来ノイズ対策として高度なシールド性能を持ったケーブルを使わなくても良く、コスト低減を図ることができる。
【００３６】
また、受信ユニット３内でサンプリングデータに対する補間処理を行わず、本体ユニット４内でサンプリングデータの補間及び受信波形の復元処理を行う場合には、本体ユニット４と受信ユニット３とのデータ通信は、デジタルデータのみであり、耐外来ノイズ性能をより向上することができる。
【００３７】
尚、本実施の形態では、レーダ装置を車両に搭載する例について説明したが、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、その他の移動体、航空機等にも搭載できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
１  レーダ装置
２  送信ユニット
３  受信ユニット
３ｂ  サンプリング設定部
３ｃ  サンプルホールド部
３ｄ  サンプリングデータ補間部
４  本体ユニット
１００  車両
ＴｘＣＬＫ  送信タイミングクロック
ＲｘＣＬＫ  受信タイミングクロック
ＳＰＣＬＫ  サンプリングパルス
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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