(57)【要約】【課題】本発明は、送信波と反射波の間のビート周波数に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定する周波数変調レーダ装置において、反射波に対する妨害波を幅広い周波数領域で検出することを目的とする。【解決手段】本発明は、期間Ｔ１中に、周波数変調された送信波ＷＴと、目標Ｔから反射された反射波ＷＲと、の間のビート周波数に基づいて、目標Ｔ及び自装置Ｒの間の距離を測定する目標距離測定部１と、期間Ｔ１と異なる期間Ｔ２中に、周波数変調されたローカル信号ＳＬと、反射波ＷＲに対する妨害波ＷＰと、の間のビート周波数に基づいて、ローカル信号ＳＬの周波数の変調幅の範囲内に周波数を有する妨害波ＷＰを検出する妨害波検出部２と、を備えることを特徴とする周波数変調レーダ装置Ｒである。【選択図】図２
2015083931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の期間中に、周波数変調された送信波と、目標から反射された反射波と、の間のビート周波数に基づいて、前記目標及び自装置の間の距離を測定する目標距離測定部と、
前記第一の期間と異なる第二の期間中に、周波数変調されたローカル信号と、前記反射波に対する妨害波と、の間のビート周波数に基づいて、前記ローカル信号の周波数の変調幅の範囲内に周波数を有する前記妨害波を検出する妨害波検出部と、
を備えることを特徴とする周波数変調レーダ装置。
【請求項２】
前記目標距離測定部は、前記送信波と前記反射波の間のビート周波数を一定にする前記送信波の周波数の変調速度に基づいて、前記目標及び自装置の間の距離を測定する
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数変調レーダ装置。
【請求項３】
前記目標距離測定部は、前記送信波と前記妨害波の間のビート周波数が、前記送信波と前記反射波の間のビート周波数の測定帯域の範囲内に、前記送信波の周波数の変調速度に対するフィードバック制御のループ時定数より短い時間しか滞留しないように、前記送信波の周波数の変調速度と、前記送信波と前記反射波の間のビート周波数の測定帯域の帯域幅と、前記送信波の周波数の変調速度に対するフィードバック制御のループ時定数と、のうち少なくともいずれか一つのパラメータを制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の周波数変調レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変調された送信波と、目標から反射された反射波と、の間のビート周波数に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定する周波数変調レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数変調レーダ装置は、周波数変調された送信波と、目標から反射された反射波と、の間のビート周波数に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定するものであり、パルスレーダ装置と比較して、連続波を使用することから低電力消費を実現することができ、ナノ秒パルスを増幅するような高周波部品を省略することができる。
【０００３】
周波数変調レーダ方式として、通常のＦＭ／ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ／Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）方式と、ＦＭ／ＣＷサーボスロープ方式と、があげられる。通常のＦＭ／ＣＷ方式では、送信波の周波数の変調速度を一定にして、送信波と反射波の間のビート周波数に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定する。ＦＭ／ＣＷサーボスロープ方式では、送信波と反射波の間のビート周波数を一定にする、送信波の周波数の変調速度に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０４３１３８号公報
【特許文献２】特開２００４−３４７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、反射波に妨害波が混入することがある。特許文献１、２では、送信波と反射波の間のビート周波数に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定している間に、送信波と妨害波の間のビート信号を除去し、送信波と反射波の間のビート信号を抽出する。しかし、送信波と妨害波の間のビート信号及び送信波と反射波の間のビート信号を区別することは、困難である。そこで、送信波の送出を停止してローカル信号の送出のみ行なう状態で、目標及び自装置の間の距離を計算している間に、ローカル信号と妨害波の間のビート周波数に基づいて、妨害波を検出することが考えられる。
【０００６】
従来技術の妨害波の検出方法を図１に示す。図１の説明では、ＦＭ／ＣＷサーボスロープ方式を適用しているが、通常のＦＭ／ＣＷ方式を適用してもよい。
【０００７】
期間Ｔ１では、下限周波数ｆＬから上限周波数ｆＨへと、送信波ＷＴを周波数変調させる。そして、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数ｆＢを一定にする、送信波ＷＴの周波数の変調速度に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定する。
【０００８】
期間Ｔ２では、下限周波数ｆＬにおいて、ローカル信号ＳＬを送出する。そして、目標及び自装置の間の距離を計算し、次回の期間Ｔ１に備える。ここで、期間Ｔ１及び期間Ｔ２のいずれに関わらず、妨害周波数ｆＰを有する妨害波ＷＰが存在している。そこで、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数に基づいて、妨害波ＷＰを検出する。
【０００９】
ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数は、ｆＰ−ｆＬである。一方で、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数の測定帯域は、ｆＢを中心として±１０ｋＨｚ程度である。そして、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数の検出帯域は、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数の測定帯域とほぼ同様であり、ｆＤを中心として±１０ｋＨｚ程度である。よって、妨害周波数ｆＰが上限周波数ｆＨと下限周波数ｆＬの間に存在していても、妨害波ＷＰを幅広い周波数領域で検出することができなかった。
【００１０】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、送信波と反射波の間のビート周波数に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定する周波数変調レーダ装置において、反射波に対する妨害波を幅広い周波数領域で検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、第一の期間中に、送信波と反射波の間のビート周波数に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定しつつも、第一の期間と異なる第二の期間中に、ローカル信号と妨害波の間のビート周波数に基づいて、ローカル信号の周波数の変調幅の範囲内に周波数を有する妨害波を検出することとした。
【００１２】
具体的には、本発明は、第一の期間中に、周波数変調された送信波と、目標から反射された反射波と、の間のビート周波数に基づいて、前記目標及び自装置の間の距離を測定する目標距離測定部と、前記第一の期間と異なる第二の期間中に、周波数変調されたローカル信号と、前記反射波に対する妨害波と、の間のビート周波数に基づいて、前記ローカル信号の周波数の変調幅の範囲内に周波数を有する前記妨害波を検出する妨害波検出部と、を備えることを特徴とする周波数変調レーダ装置である。
【００１３】
この構成によれば、送信波と反射波の間のビート周波数に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定する周波数変調レーダ装置において、ローカル信号の周波数の変調幅の範囲内の幅広い周波数領域で、反射波に対する妨害波を検出することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記目標距離測定部は、前記送信波と前記反射波の間のビート周波数を一定にする前記送信波の周波数の変調速度に基づいて、前記目標及び自装置の間の距離を測定することを特徴とする周波数変調レーダ装置である。
【００１５】
この構成によれば、ＦＭ／ＣＷサーボスロープ方式を適用することにより、送信波と反射波の間のビート周波数の測定帯域の帯域幅を狭くしたときには、送信波と妨害波の間のビート周波数が、送信波と反射波の間のビート周波数の測定帯域の範囲内に、長い時間滞留することを防止することができ、妨害波の悪影響を除去することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記目標距離測定部は、前記送信波と前記妨害波の間のビート周波数が、前記送信波と前記反射波の間のビート周波数の測定帯域の範囲内に、前記送信波の周波数の変調速度に対するフィードバック制御のループ時定数より短い時間しか滞留しないように、前記送信波の周波数の変調速度と、前記送信波と前記反射波の間のビート周波数の測定帯域の帯域幅と、前記送信波の周波数の変調速度に対するフィードバック制御のループ時定数と、のうち少なくともいずれか一つのパラメータを制御することを特徴とする周波数変調レーダ装置である。
【００１７】
この構成によれば、ＦＭ／ＣＷサーボスロープ方式を適用することにより、送信波と反射波の間のビート周波数の測定帯域の帯域幅を狭くするにあたり、送信波と妨害波の間のビート周波数が、送信波と反射波の間のビート周波数の測定帯域の範囲内に、長い時間滞留することをより防止することができ、妨害波の悪影響をより除去することができる。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明は、送信波と反射波の間のビート周波数に基づいて、目標及び自装置の間の距離を測定する周波数変調レーダ装置において、反射波に対する妨害波を幅広い周波数領域で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術の妨害波の検出方法を示す図である。
【図２】本発明の周波数変調レーダ装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の妨害波の検出方法を示す図である。
【図４】本発明の妨害波の悪影響の除去方法を示す図である。
【図５】本発明の送信波及びローカル信号の波形パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２１】
本発明の周波数変調レーダ装置の構成を図２に示す。周波数変調レーダ装置Ｒは、目標距離測定部１、妨害波検出部２、周波数変調部３、高周波発振部４、方向性結合部５、スイッチング部６、送信アンテナ７、受信アンテナ８、周波数ミキサ部９、スイッチング部１０から構成され、目標Ｔ及び自装置Ｒの間の距離を測定する。
【００２２】
目標距離測定部１は、期間Ｔ１中に、周波数変調された送信波ＷＴと、目標Ｔから反射された反射波ＷＲと、の間のビート周波数に基づいて、目標Ｔ及び自装置Ｒの間の距離を測定する。妨害波検出部２は、期間Ｔ１と異なる期間Ｔ２中に、周波数変調されたローカル信号ＳＬと、反射波ＷＲに対する妨害波ＷＰと、の間のビート周波数に基づいて、ローカル信号ＳＬの周波数の変調幅の範囲内に周波数を有する妨害波ＷＰを検出する。
【００２３】
まず、期間Ｔ１について、説明する。周波数変調部３は、送信波ＷＴの周波数を高周波発振部４に指示する。高周波発振部４は、送信波ＷＴを方向性結合部５に出力する。方向性結合部５は、スイッチング部６がオンとなっているため、送信波ＷＴを送信アンテナ７に出力するとともに、送信波ＷＴの一部であるローカル信号ＳＬを周波数ミキサ部９に出力する。送信アンテナ７は、送信波ＷＴを目標Ｔへと送信する。
【００２４】
受信アンテナ８は、反射波ＷＲを目標Ｔから受信する。周波数ミキサ部９は、スイッチング部１０が目標距離測定部１側にオンとなっているため、送信波ＷＴの一部であるローカル信号ＳＬと反射波ＷＲの間のビート周波数を、目標距離測定部１に通知する。目標距離測定部１の処理は、上述の通りであるが、図３及び図４を用いて詳述する。
【００２５】
次に、期間Ｔ２について、説明する。周波数変調部３は、ローカル信号ＳＬの周波数を高周波発振部４に指示する。高周波発振部４は、ローカル信号ＳＬを方向性結合部５に出力する。方向性結合部５は、スイッチング部６がオフとなっているため、ローカル信号ＳＬを送信アンテナ７に出力することなく、ローカル信号ＳＬを周波数ミキサ部９に出力する。送信アンテナ７は、ローカル信号ＳＬを目標Ｔへと送信しない。
【００２６】
受信アンテナ８は、妨害波ＷＰを図２に不図示の妨害装置から受信する。周波数ミキサ部９は、スイッチング部１０が妨害波検出部２側にオンとなっているため、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数を、妨害波検出部２に通知する。妨害波検出部２の処理は、上述の通りであるが、図３及び図４を用いて詳述する。
【００２７】
本発明の妨害波の検出方法を図３に示す。図３の説明では、ＦＭ／ＣＷサーボスロープ方式を適用しているが、通常のＦＭ／ＣＷ方式を適用してもよい。
【００２８】
期間Ｔ１では、下限周波数ｆＬから上限周波数ｆＨへと、送信波ＷＴを周波数変調させる。そして、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数ｆＢを一定にする、送信波ＷＴの周波数の変調速度に基づいて、目標Ｔ及び自装置Ｒの間の距離を測定する。
【００２９】
期間Ｔ２では、上限周波数ｆＨから下限周波数ｆＬへと、ローカル信号ＳＬを周波数変調させる。そして、目標Ｔ及び自装置Ｒの間の距離を計算し、次回の期間Ｔ１に備える。ここで、期間Ｔ１及び期間Ｔ２のいずれに関わらず、妨害周波数ｆＰを有する妨害波ＷＰが存在している。そこで、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数に基づいて、妨害波ＷＰを検出する。ここで、ローカル信号ＳＬが有する周波数は、時間変化するため、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数も、時間変化している。
【００３０】
本発明の図３においても、従来技術の図１と同様に、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数の測定帯域は、ｆＢを中心として±１０ｋＨｚ程度であり、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数の検出帯域は、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数の測定帯域とほぼ同様であり、ｆＤを中心として±１０ｋＨｚ程度である。
【００３１】
期間Ｔ２の最初において、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数は、ｆＨ−ｆＰであり、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数の検出帯域の範囲内に入らない。ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの周波数が等しくなる時刻ＴＣにおいて、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数は、０であり、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数の検出帯域の範囲内に入らない。期間Ｔ２の最後において、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数は、ｆＰ−ｆＬであり、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数の検出帯域の範囲内に入らない。
【００３２】
時刻ＴＣの直前及び直後において、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数は、ｆＤとなるときがあり、ローカル信号ＳＬと妨害波ＷＰの間のビート周波数の検出帯域の範囲内に入るときがある。このように、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数に基づいて、目標Ｔ及び自装置Ｒの間の距離を測定する周波数変調レーダ装置Ｒにおいて、ローカル信号ＳＬの周波数の変調幅の範囲内の幅広い周波数領域（ｆＬ〜ｆＨ）で、反射波ＷＲに対する妨害波ＷＰを検出することができる。
【００３３】
本発明の妨害波の悪影響の除去方法を図４に示す。図４の説明では、ＦＭ／ＣＷサーボスロープ方式を適用するが、通常のＦＭ／ＣＷ方式を適用しない。
【００３４】
図４では、期間Ｔ１及び期間Ｔ２のいずれに関わらず、妨害周波数ｆＰ１〜３を有する妨害波ＷＰが存在している。妨害周波数ｆＰ１〜３は、互いに近接している。送信波ＷＴと妨害波ＷＰの間のビート周波数の存在帯域の帯域幅をＷＰ、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数の測定帯域の帯域幅をＷＭ、送信波ＷＴの周波数の変調速度をＶＭ＝（ｆＨ−ｆＬ）／Ｔ１とする。送信波ＷＴと妨害波ＷＰの間のビート周波数が、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数の測定帯域の範囲内に滞留する時間は、（ＷＰ＋ＷＭ）／ＶＭである。
【００３５】
（ＷＰ＋ＷＭ）／ＶＭが、送信波ＷＴの周波数の変調速度ＶＭに対するフィードバック制御のループ時定数ＴＬより長いときには、妨害波ＷＴの悪影響が、目標Ｔ及び自装置Ｒの間の距離の測定に現われる。妨害波ＷＴの悪影響が、目標Ｔ及び自装置Ｒの間の距離の測定に現われないようにするためには、（ＷＰ＋ＷＭ）／ＶＭが、送信波ＷＴの周波数の変調速度ＶＭに対するフィードバック制御のループ時定数ＴＬより長くならないようにすればよい。
【００３６】
例えば、目標距離測定部１は、送信波ＷＴの周波数の変調速度ＶＭを速くすることと、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数の測定帯域の帯域幅ＷＭを狭くすることと、送信波ＷＴの周波数の変調速度ＶＭに対するフィードバック制御のループ時定数ＴＬを長くすることと、のうち少なくともいずれか一つの処理を実行すればよい。
【００３７】
ＦＭ／ＣＷサーボスロープ方式を適用することにより、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数の測定帯域の帯域幅を狭くするにあたり、送信波ＷＴと妨害波ＷＰの間のビート周波数が、送信波ＷＴと反射波ＷＲの間のビート周波数の測定帯域の範囲内に、長い時間滞留することを防止することができ、妨害波の悪影響を除去することができる。
【００３８】
本発明の送信波及びローカル信号の波形パターンを図５に示す。図５の説明では、ＦＭ／ＣＷサーボスロープ方式を適用しているが、通常のＦＭ／ＣＷ方式を適用してもよい。
【００３９】
波形パターン（１）においては、期間Ｔ１では、下限周波数ｆＬから上限周波数ｆＨへと、送信波ＷＴを周波数変調させ、期間Ｔ２では、上限周波数ｆＨから下限周波数ｆＬへと、ローカル信号ＳＬを周波数変調させる。波形パターン（２）においては、期間Ｔ１では、下限周波数ｆＬから上限周波数ｆＨへと、送信波ＷＴを周波数変調させ、期間Ｔ２では、下限周波数ｆＬから上限周波数ｆＨへと、ローカル信号ＳＬを周波数変調させる。
【００４０】
波形パターン（３）においては、期間Ｔ１では、上限周波数ｆＨから下限周波数ｆＬへと、送信波ＷＴを周波数変調させ、期間Ｔ２では、下限周波数ｆＬから上限周波数ｆＨへと、ローカル信号ＳＬを周波数変調させる。波形パターン（４）においては、期間Ｔ１では、上限周波数ｆＨから下限周波数ｆＬへと、送信波ＷＴを周波数変調させ、期間Ｔ２では、上限周波数ｆＨから下限周波数ｆＬへと、ローカル信号ＳＬを周波数変調させる。
【００４１】
送信波ＷＴ及びローカル信号ＳＬについて、上限周波数ｆＨは、必ずしも一致していなくてもよく、下限周波数ｆＬも、必ずしも一致していなくてもよい。要は、期間Ｔ２において、ローカル信号ＳＬを幅広い周波数領域で周波数変調させればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の周波数変調レーダ装置は、航空機に搭載され対地高度を測定するセンサや、一般的に目標及び自装置の間の距離を測定するセンサとして、適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
Ｒ：周波数変調レーダ装置
Ｔ：目標
１：目標距離測定部
２：妨害波検出部
３：周波数変調部
４：高周波発振部
５：方向性結合部
６：スイッチング部
７：送信アンテナ
８：受信アンテナ
９：周波数ミキサ部
１０：スイッチング部
ＷＴ：送信波
ＷＲ：反射波
ＷＰ：妨害波
ＳＬ：ローカル信号
【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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