(57)【要約】【課題】パルスレーダ装置において、検知対象物の遠近にかかわらず正確かつ精度良く検知対象物体までの距離を検出可能とする。【解決手段】パルス生成手段２と、パルス信号をパルス波Ｓとして送信する送信手段３と、送信され物体Ｂで反射された反射パルス波Ｒを受信して受信信号を出力する受信手段４と、出力された受信信号を増幅する増幅手段５と、受信信号の強度が略一定値となるように信号強度を調整する自動利得制御手段６と、その受信信号を含む信号を微分して微分信号を出力する微分手段７と、微分信号を用いて物体Ｂまでの距離を求める距離演算手段８とを備えている。自動利得制御手段６によって受信信号の強度を調整するので、至近距離から遠方距離にわたって、検出物体の距離に左右されることなく安定して受信信号および微分信号が得られ、微分信号によりパルス信号が重なった状態の受信信号から所望の反射パルス波の信号を検出できる。【選択図】図１
2008089460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を生成するパルス生成手段と、前記パルス生成手段によって生成したパルス信号をパルス波として送信する送信手段と、前記送信手段によって送信され物体で反射された反射パルス波を受信しその受信信号を出力する受信手段と、を備え、前記受信信号に基づいて物体までの距離を検出するパルスレーダ装置において、
前記受信信号を含む信号を微分して微分信号を出力する微分手段と、
前記微分信号を用いて前記物体までの距離を求める距離演算手段と、
前記受信信号または微分信号の強度が略一定値となるように信号強度を調整する自動利得制御手段と、を備えることを特徴とするパルスレーダ装置。
【請求項２】
前記距離演算手段は、前記微分信号の重畳を検出することにより複数の反射物体に基づく微分信号を分離して各反射物体の距離を求めることを特徴とする請求項１記載のパルスレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を送受信して検知対象物体までの距離を検出するパルスレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルスレーダ装置について、図６、図７を参照して説明する。パルスレーダ装置は、図６に示すように、図７（ａ）に示すようなパルス信号を生成するパルス生成手段９２と、パルス信号をパルス波Ｓとして送信する送信手段９３と、送信手段９３によって送信され物体Ｂで反射されたパルス波Ｒを受信し、図７（ｂ）に示すようなパルス信号から成る受信信号を出力する受信手段９４と、出力された受信信号を増幅する増幅手段９５と、パルス生成手段９２から出力されるパルス波送信のタイミング信号および増幅手段９５から出力された受信信号を用いて物体Ｂまでの距離を求める距離演算手段９８と、を備えている。
【０００３】
距離演算手段９８は、送信手段９３による送信パルスの送出から受信手段９４による受信パルスの受信までの間、図７（ｃ）に示すように、クロックパルスの発生回数を計数し、図７（ｄ）に示すように、物体Ｂまでの往復時間Δｔを取得し、得られた往復時間Δｔと電波の伝播速度とに基づいて物体Ｂまでの距離を求める。
【０００４】
ところで、受信手段９４に近い物体を検出しようとすると、送信手段９３から受信手段９４に直接回り込むパルス波Ｓ１の信号などのパルス信号が受信信号に重なり、また、互いに接近した物体を識別して検出しようとすると、複数の受信信号が重なるということがある。このように、受信信号が複数のパルス信号の重なりからなる場合には、受信信号の強度を閾値によって評価するだけでは、所望の反射パルス波Ｒについての受信信号を検出して往復時間Δｔを取得することは困難である。
【０００５】
そこで、微分回路から成る変化点検出手段を設け、これにより受信信号における信号レベルの変化点を検出して、重なった信号から受信タイミングを個別に抽出して時間測定を行うパルスレーダ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０２４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に示されるようなパルスレーダ装置においては、受信信号を適切に捕捉しきれない可能性がある。すなわち、対象物からの受信波の強度は、検出物体の距離や、パルス波を反射する物体の材質や形状などの特性に著しく左右されるので、例えば、同じ物体でもその出力は至近距離と遠方では数十ｄＢ以上のレベル差を生じる。このような場合、受信信号を検出して信号レベルの変化点を検出することが困難である。
【０００７】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、検知対象物の遠近にかかわらず正確かつ精度良く検知対象物体までの距離を検出できるパルスレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、パルス信号を生成するパルス生成手段と、前記パルス生成手段によって生成したパルス信号をパルス波として送信する送信手段と、前記送信手段によって送信され物体で反射された反射パルス波を受信しその受信信号を出力する受信手段と、を備え、前記受信信号に基づいて物体までの距離を検出するパルスレーダ装置において、前記受信信号を含む信号を微分して微分信号を出力する微分手段と、前記微分信号を用いて前記物体までの距離を求める距離演算手段と、前記受信信号または微分信号の強度が略一定値となるように信号強度を調整する自動利得制御手段と、を備えたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載のパルスレーダ装置において、前記距離演算手段は、前記微分信号の重畳を検出することにより複数の反射物体に基づく微分信号を分離して各反射物体の距離を求めるものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、受信信号を微分した微分信号を用いるので、パルス信号が重なった状態の受信信号の強度変化から各パルス信号の先頭位置を検出することができ、従って、所望の反射パルス波についての受信信号を検出して正確かつ精度良く検出対象物体までの距離を検出できる。さらに、自動利得制御手段によって受信信号または微分信号の強度が略一定値となるように信号強度を調整するので、至近距離から遠方距離にわたって、検出物体の距離に左右されることなく、安定して正確かつ精度良く距離を検出できる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、微分信号が重なるように互いに接近した物体を区別して距離検出できる。重畳した微分信号からのピーク位置の検出は、微分波形の形状の時間変化を追跡したり、ピーク高さを揃える処理を行った後に信号レベルを閾値によって評価したりして行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係るパルスレーダ装置について、図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係るパルスレーダ装置１のブロック構成を示し、図２、図３、図４はパルスレーダ装置１によって処理される送信信号、受信信号、微分信号等の波形の時間変化を示す。
【００１３】
パルスレーダ装置１は、図１に示すように、図２（ａ）に示すパルス信号を生成するパルス生成手段２と、パルス生成手段２によって生成したパルス信号をパルス波Ｓとして送信する送信手段３と、送信手段３によって送信され物体Ｂで反射された反射パルス波Ｒを受信し、図２（ｂ）に示すような受信信号を出力する受信手段４と、出力された受信信号を増幅する増幅手段５と、増幅手段５によって増幅されて出力される受信信号の強度が略一定値となるように信号強度を調整する自動利得制御手段６と、増幅手段５から出力される受信信号を微分して、図２（ｃ）に示すような微分信号を出力する微分手段７と、微分信号を用いて物体Ｂまでの距離を求める距離演算手段８と、を備えている。
【００１４】
送信手段３と受信手段４とは、レーダ波としてのパルス波を送信または受信するアンテナを備えており、これらは通常、送受信装置として一体化されている。また、パルスレーダ装置１は、この送受信装置を含め、図１に示した構成要素の全体を一体化したモジュールとして構成される。このようなパルスレーダ装置１は、車載用の周辺障害物検知用として用いることができる。
【００１５】
自動利得制御手段６は、受信手段４から出力される信号強度に応じて増幅手段５の増幅利得を変化させ、微分手段７に入力する受信信号の強度が略一定値となるように信号強度を調整する。一般に、受信手段４によって受信されるパルス波の強度は、検出物体の距離や、パルス波を反射する物体の材質や形状などの特性に著しく左右され、その出力は至近距離と遠方では数十ｄＢ以上のレベル差を生じる。自動利得制御手段６は、このようなレベル差を解消し、至近距離から遠方距離にわたって、検出物体の距離に左右されることなく、受信信号を適切に補捉し安定して正確かつ精度良く距離を検出できるようにする。
【００１６】
また、自動利得制御手段６による自動利得調整の方法として、パルス波送信後の経過時間と共に増幅手段５の増幅利得を小さくする、という方法を用いてもよい。これは、時間が経過するほど、より遠方からの反射パルス波が受信されるという理由に基づく。時間と利得との関係を予め測定することにより、利得の時間変化を設定することができる。例えば、近距離では目標を見失わない範囲で利得を下げ、パルスレーダ装置１の感度を抑制し、遠距離になるに従って、パルスレーダ装置１の感度を上げる。このような、経過時間に基づく自動利得制御は、上述の、受信手段４から出力される信号強度に応じて増幅手段５の増幅利得を変化させる方法と組み合わせて用いることができる。
【００１７】
微分手段７は、増幅手段５から出力される受信信号を微分する。微分手段７から出力される微分信号は、受信信号の時間変化の情報、つまり、パルス波の立上りおよび立下りの位置を抽出したものとなる。距離演算手段８は、このような微分信号からパルス波の伝播時間を求めて物体Ｂまでの距離を求める。距離演算手段から出力される距離情報は、距離に応じた物体検知の報知による注意喚起などのための信号として用いられる。
【００１８】
パルスレーダ装置１による距離測定の例を説明する。図２（ｃ）に示す受信信号は、時間ｔ０に送信手段３から送信されたパルス波が受信手段４に直接入射したことによる受信信号ａと、物体によって反射され減衰して受信手段４に入射したことによる所望の受信信号ｂとが互いに重なって形成されている。このような受信信号を微分手段７によって微分することにより、図２（ｃ）に示すように、受信信号ａ，ｂの立上り位置を示す波形ａ１，ａ２を含む微分信号が得られる。
【００１９】
距離演算手段８は、微分信号から、受信信号ａ，ｂのそれぞれの立上り時間ｔ１，ｔ２を取得すると共に、パルス生成手段２から、パルス波の送信開始時間ｔ０を取得し、これらの時間データを用いて、各受信信号ａ，ｂに対応するパルス波の伝播距離を求める。なお、直接波の伝播距離や伝播時間は予め予測可能であり、距離演算手段８は、時間ｔ１が直接波に基づくとしてこれを棄却し、時間ｔ２を選択採用する。そこで、反射物体の距離ｘは、Ｃをパルス波の伝播速度として、ｘ＝（ｔ１−ｔ０）×Ｃ／２、と求められる。なお、受信信号ａ，ｂの立下り位置を示す波形ｂ１，ｂ２に基づく時間は、立上り位置を示す波形ａ１，ａ２に基づく時間ｔ１，ｔ２に対応するものであり、対応しない波形はノイズであるなどの判断に基づいてノイズ除去などに用いることができる。
【００２０】
上述した例は、近距離における反射波の受信信号に、直接波の受信信号が重なったものであるが、同様の受信信号の重なりは、遠方においても発生する。図３（ａ）の受信信号は、互いに近接した３つの反射物体からの反射パルス波による受信信号ａ，ｂ，ｃが重なっている状態を示す。この「互いに近接した」の意味は、パルスレーダ装置１からの距離が互いに近い位置という意味である。このような受信信号に対しても、微分手段７によって微分することにより、複数の反射物体から反射した信号の少なくとも先頭位置を分離でき、得られた微分波形ａ１，ａ２，ａ３の立上り位置から反射パルスの到達時間ｔ１，ｔ２，ｔ３が得られるので、反射物体の距離の検出ができる。
【００２１】
また、図４（ａ）に示す受信信号は、上述した図２、図３におけるものよりも受信パルス波の重なりが多い例を示す。２つの反射物体からの距離がより接近している場合に、図４（ｂ）に示すように、微分後の信号においても、受信信号ａ，ｂに基づく微分波形ａ１，ａ２が重なることになる。このような受信信号であっても、微分波形ａ１，ａ２のピークが分離されている限り、各微分波形ａ１，ａ２の立上り位置を求めて、反射パルスの到達時間ｔ１，ｔ２を求めることができる。
【００２２】
上述の分離されたピークに基づいて時間ｔ１，ｔ２を求める場合、各ピークの高さが揃っているとは限らないので、ある閾値を用いて、その閾値以上のレベルの信号からピーク位置、従って時間ｔ１，ｔ２を求めるということはできない。そこで、微分波形の形状を時間に沿って追跡する方法によれば、ピーク値の高さの変化にかかわらず、時間ｔ１，ｔ２を求めることができる。その方法を説明する。十分分離されたパルス波の先頭部分における微分波形は、最初に立上り、ピーク点を経過した後、所定の時定数に従って減少に転じ（微分波形を微分した微分係数の符号が反転）、最終的に０となる。パルス波が重なっていると、微分波形が０となる前に、他の微分波形が立ち上がることになる。そこで、微分係数の符号の反転後、所定の時定数時間の経過前に所定の変化量以上の増加が起きれば、次のピークが検出されたと判断する。この手法を用いることにより、微分後の信号において波形が畳重する場合でも、パルス波を反射する対象物の検出が精度良く可能となる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係るパルスレーダ装置１のブロック構成を示す。このパルスレーダ装置１は、図１に示した第１の実施形態のパルスレーダ装置１とは、微分手段７の位置が異なっており、他の点は同様である。すなわち、本実施形態では、受信手段４の後に、微分手段７が接続され、その後に、増幅手段５と自動利得制御手段６の組が接続されている。自動利得制御手段６は、微分手段７から出力される微分信号の信号強度に応じて増幅手段５の増幅利得を変化させ、距離演算手段８に入力する微分信号の強度が略一定値となるように信号強度を調整する。一般に、微分信号の強度（つまり微分波形のピークの高さ）は、微分される受信信号の波形形状によって決まるので、ピークの高さは一定とはならない。
【００２４】
本実施形態のパルスレーダ装置１によれば、微分波形のピークを略一定値となるように調整することができる。このような微分波形出力を用いることにより、距離演算手段８によるパルス波の受信時間の検出が容易となる。例えば、上述の図４（ｂ）に示したような重なった微分波形に対しても、ピーク強度が略一定とされるので、強度に対する閾値を用いて、ピーク位置、従って時間ｔ１，ｔ２を検出することができる。
【００２５】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせて、受信手段４からの出力信号を自動利得制御のもとで増幅し、微分した後に、その微分信号の強度を略一定に調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパルスレーダ装置のブロック構成図。
【図２】（ａ）は同上パルスレーダ装置による送信信号の波形図、（ｂ）は同装置による受信信号の波形図、（ｃ）は（ｂ）の受信信号から得られた微分信号の波形図。
【図３】（ａ）は同上パルスレーダ装置による受信信号の他の例を示す波形図、（ｂ）は（ａ）の受信信号から得られた微分信号の波形図。
【図４】（ａ）は同上パルスレーダ装置による受信信号のさらに他の例を示す波形図、（ｂ）は（ａ）の受信信号から得られた微分信号の波形図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るパルスレーダ装置のブロック構成図。
【図６】従来のパルスレーダ装置のブロック構成図。
【図７】（ａ）は同上従来のパルスレーダ装置による送信信号の波形図、（ｂ）は同装置による受信信号の波形図、（ｃ）は同装置に用いられるクロック信号の波形図、（ｄ）は（ａ）（ｂ）（ｃ）の波形信号に基づいて得られたカウンタ信号の波形図。
【符号の説明】
【００２７】
１    パルスレーダ装置
２    パルス生成手段
３    送信手段
４    受信手段
５    微分手段
７    自動利得制御手段
８    距離演算手段
Ｂ    物体
Ｓ    送信パルス波
Ｒ    反射パルス波
【図１】
2008089460.tif 000003
【図２】
2008089460.tif 000004
【図３】
2008089460.tif 000005
【図４】
2008089460.tif 000006
【図５】
2008089460.tif 000007
【図６】
2008089460.tif 000008
【図７】
2008089460.tif 000009