(57)【要約】【課題】マイクロ波パルスレーダ装置において、簡単な構成により反射波の立ち上がりを精度良く検出して検知対象物までの距離を精度良く検出することを可能とする。【解決手段】パルスレーダ装置は、マイクロ波をパルス化して、送信信号をパルス状の電波として送信する発信器２及び送信アンテナ７を含む送信手段と、送信した電波が物体に反射して形成した反射波を受信アンテナ８を介して受信する受信手段と、受信信号を送信信号とミキシングしてドップラ信号を得るミキシング手段１１と、ドップラ信号の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力する立ち上がり信号検出手段３と、信号検出手段３の出力情報である立上り時刻（受信時刻）ｔ２及び発信器２からの出力情報である送信時刻ｔ１に基づいて物体までの距離ｄ＝（ｔ２−ｔ１）×Ｃ／２（Ｃは光速）を算出し、物体の有無を判断する測距検出手段（距離演算器）６と、を備えている。【選択図】図１
2005214672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号をパルス状の電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した電波が物体に反射して形成した反射波を受信する受信手段と、前記受信手段からの受信信号を前記送信信号とミキシングしてドップラ信号を得るミキシング手段と、ドップラ信号の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力する立ち上がり信号検出手段と、前記立ち上がり信号検出手段の出力に基づいて前記物体までの距離を算出し、前記物体の有無を判断する測距検出手段と、を備えたことを特徴とするマイクロ波パルスレーダ装置。
【請求項２】
前記立ち上がり信号検出手段は、前記ドップラ信号の絶対値をとった信号の立ち上がりを検出する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波パルスレーダ装置。
【請求項３】
前記ミキシング手段は２つ有り、前記立ち上がり信号検出手段は、第１のミキシング手段によるドップラ信号の絶対値と、第２のミキシング手段による前記送信信号を９０°移相した信号及び前記受信手段からの受信信号をミキシングして得たドップラ信号の絶対値と、の和信号の立ち上がりを検出する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波パルスレーダ装置。
【請求項４】
前記ミキシング手段は２つ有り、前記立ち上がり信号検出手段は、第１のミキシング手段によるドップラ信号の２乗と、第２のミキシング手段による前記送信信号を９０°移相した信号及び前記受信手段からの受信信号をミキシングして得たドップラ信号の２乗と、の和信号の立ち上がりを検出する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波パルスレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波パルスレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波を送受し、その送受の時間差で距離を計測することが行われている。例えば、送信回路からの２４．１２５ＧＨｚの高周波信号をＯｎ／Ｏｆｆするとともに装置外部に向かって送信し、送信された高周波信号の物体による反射波を受信し、送信回路の発生した２４．１２５ＧＨｚの高周波信号とミキシングするとともに、ＡＭ検波を行い、その検波波形を微分回路で微分して、正の微分出力から反射波の立ち上がりを検出し、物体までの距離を測定するパルスレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３６５３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようなＡＭ検波して得た波形を微分して反射波の立ち上がりを検出する方法においては、立上り時間の検出に誤差を生じるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により反射波の立ち上がりを精度良く検出して検知対象物までの距離を精度良く検出できるマイクロ波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】
【０００５】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、送信信号をパルス状の電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した電波が物体に反射して形成した反射波を受信する受信手段と、前記受信手段からの受信信号を前記送信信号とミキシングしてドップラ信号を得るミキシング手段と、ドップラ信号の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力する立ち上がり信号検出手段と、前記立ち上がり信号検出手段の出力に基づいて前記物体までの距離を算出し、前記物体の有無を判断する測距検出手段と、を備えたマイクロ波パルスレーダ装置である。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のマイクロ波パルスレーダ装置において、前記立ち上がり信号検出手段は、前記ドップラ信号の絶対値をとった信号の立ち上がりを検出する手段を備えたものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１に記載のマイクロ波パルスレーダ装置において、前記ミキシング手段は２つ有り、前記立ち上がり信号検出手段は、第１のミキシング手段によるドップラ信号の絶対値と、第２のミキシング手段による前記送信信号を９０°移相した信号及び前記受信手段からの受信信号をミキシングして得たドップラ信号の絶対値と、の和信号の立ち上がりを検出する構成としたものである。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１に記載のマイクロ波パルスレーダ装置において、前記ミキシング手段は２つ有り、前記立ち上がり信号検出手段は、第１のミキシング手段によるドップラ信号の２乗と、第２のミキシング手段による前記送信信号を９０°移相した信号及び前記受信手段からの受信信号をミキシングして得たドップラ信号の２乗と、の和信号の立ち上がりを検出する構成としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、受信信号を送信信号とミキシングして得たドップラ信号の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力するようにして反射波の立ち上がりを検出するので、微分処理などよりも直接的に立上りを検出でき、従って、精度良い時間差情報を得て検知対象物までの正確な距離検出が可能になる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、受信信号を送信信号とミキシングして得たドップラ信号に対して絶対値処理を施した信号の立ち上がりを検出するので、検知対象物上における反射条件に依存する反射波形の位相情報の不確定さを除去することができ、上記効果に加えてさらに、精度向上の効果を奏する。
【００１１】
請求項３の発明によれば、ドップラ信号の絶対値処理、及び９０°移相処理したドップラ信号の絶対値処理を行った２つの信号波形を加えることで反射波形の位相情報の不確定さを除去でき、上記同様の効果を奏する。
【００１２】
請求項４の発明によれば、ドップラ信号の２乗処理、及び９０°移相処理したドップラ信号の２乗処理を行った２つの信号波形を加えることで反射波形の位相情報の不確定さを除去でき、上記同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係るマイクロ波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の実施形態によるパルスレーダ装置のブロック構成を示し、図２は本装置による送信波ａと立上り検出対象波ｃを示す。パルスレーダ装置は、マイクロ波をパルス化して、送信信号をパルス状の電波として送信する発信器２及び送信アンテナ７を含む送信手段と、この送信手段によって送信した電波が物体（検知対象物）に反射して形成した反射波を受信アンテナ８を介して受信する受信手段と、この受信手段からの受信信号を送信信号とミキシングしてドップラ信号を得るミキシング手段１１と、ドップラ信号Ｄ（図２）の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力する立ち上がり信号検出手段（波形立上り検出器）３と、物体までの距離を算出する測距検出手段（距離演算器）６と、を備えている。この距離演算器６は、立ち上がり信号検出手段３の出力情報である立上り時刻（受信時刻）ｔ２及び発信器２からの出力情報である送信時刻ｔ１に基づいて物体までの距離を算出する。
【００１４】
上記構成の本装置において、送信信号の送信から受信までの時間ｔは、図２に示すように、ｔ＝ｔ２−ｔ１で得られ、距離ｄは、ｄ＝ｔ×Ｃ／２（ただし、Ｃは光速）で求められる。具体的には、クロック発生器ＣＬが発生する時間基準パルスの数をカウンタで送信時刻ｔ１から数え始め、受信時刻ｔ２に数え終わったときのパルス数とパルス間隔とからｔ、従って距離ｄが得られる。
【００１５】
上述のように、受信信号を送信信号とミキシングして得たドップラ信号の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力するようにして反射波の立ち上がりを検出するので、微分処理などよりも直接的に立上りを検出でき、従って、精度良い時間差情報を得て検知対象物までの正確な距離検出が可能になる。なお、求められた距離ｄには、検知対象物上での反射条件に依存して発生する反射波形の位相情報の不確定さに起因する誤差を含む可能性があり、さらに距離検出の精度を向上できる。これを、図３により説明する。受信波形の位相は、検知対象物の反射面における境界条件等によって変化し、通常、どのような状態で反射波が返ってくるか分からない。波形立上りを検出する場合、図３の上図に示す受信波ｂ１のように、常に受信と同時に波形が立ち上がる（すなわち、位相が０°）状態の波形が望ましい。しかし、受信波ｂ２のように、受信波ｂ１とは位相が１８０°ずれている場合、受信信号が立ち上がるのは受信してから波形の半周期Δｔ後になるため、受信信号の受信時刻を波形の立上りにより検出しようとすると、Δｔに相当する時間誤差が生じ、従って距離の精度誤差が生じることになる。
【００１６】
図４は、第２の実施形態によるパルスレーダ装置のブロック構成を示し、図５は本装置における送信波ａと立上り検出対象波ｃを示す。本実施形態は、上述した検知対象物上での反射条件に依存する反射波形の位相情報の不確定さを除去することができるものである。本装置は、上述した図１に示す装置と、立ち上がり信号検出手段３がドップラ信号の絶対値をとった信号の立ち上がりを検出する点で相違する。すなわち、受信信号は送信信号とともにミキシング手段１１でミキシングされ、ミキシングして得られたドップラ信号は、絶対値変換器４により絶対値化処理される。絶対値化されたドップラ信号｜Ｄ｜の波形立ち上がりタイミングが波形立ち上がり検出器３によって検出される。距離演算器６は、前記同様に、送信から受信までの時間ｔを計測し、物体までの距離を求める。この装置により、前述の図１に示した装置及び手法に較べて距離精度が向上する。
【００１７】
図６は、第３の実施形態によるパルスレーダ装置のブロック構成を示し、図７、図８は本装置における各部の信号波形を示す。本装置は、位相情報の不確定さを除去するものであり、ミキシング手段１１，１２、及び絶対値変換器４１，４２をそれぞれ２つ備え、さらにπ／２移相器９を備えている。立ち上がり信号検出手段３は、第１のミキシング手段１１によるドップラ信号を絶対値変換器４１で処理した絶対値出力波ｄ１と、送信信号を移相器９で９０°移相したものと受信アンテナ８からの受信信号を第２のミキシング手段１２によりミキシングして得たドップラ信号を絶対値変換器４２で処理した絶対値出力波ｄ２と、の和信号の波形（ｄ１＋ｄ２）の立ち上がりを検出する。距離演算器６にて、送信から受信までの時間ｔを計測し、物体までの距離を求める。
【００１８】
本実施形態の装置においては、図７、図８に示すように、絶対値変換器４１の信号絶対値出力波ｄ１と絶対値変換器４２の信号絶対値出力波ｄ２とが足し合わされる。この処理により、受信波の位相がどのような状態であっても、立ち上がり信号検出手段３の処理対象とする立上り対象波ｃは、受信と同時に立ち上がる波形となる。この装置により、距離を誤差なく算出することが可能になる。
【００１９】
図９は、第４の実施形態によるパルスレーダ装置のブロック構成を示し、図１０は本装置における各部の信号波形を示す。本装置は、位相情報の不確定さを除去するものであり、前出の図６に示した装置において、絶対値変換器４１，４２の替わりに、２乗変換器５１，５２で置き換えたものである。立ち上がり信号検出手段３は、第１のミキシング手段１１によるドップラ信号を２乗変換器５１で処理した２乗値出力波ｅ１と、送信信号を移相器９で９０°移相したものと受信アンテナ８からの受信信号を第２のミキシング手段１２によりミキシングして得たドップラ信号を２乗変換器５２で処理した２乗値出力波ｅ２と、の和信号の波形（ｅ１＋ｅ２）の立ち上がりを検出する。距離演算器６により、送信から受信までの時間ｔを計測し、物体までの距離を求める。この装置により、上述同様に距離を誤差なく算出することが可能になる。
【００２０】
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、各装置説明図では送信と受信のアンテナは別アンテナとして示したが、一体型でも適用することができる。また、ミキシング手段として１個及び２個のミキシング手段を含むものを示したが、３個以上のミキシング手段を設けるようにしてもよい。この場合、９０゜移相以外の移相を行った送信信号や、移相処理を受信信号に対して行った信号などをミキシングの対象としてミキシングを行い、立上り検出対象波を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】同上装置で取扱われる送信波と立上り検出対象波の波形図。
【図３】受信波の位相状態を説明する波形図。
【図４】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５】同上装置で取扱われる送信波と立上り検出対象波の波形図。
【図６】本発明の第３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７】同上装置で取扱われる信号の合成を説明する波形図。
【図８】同上装置で取扱われる送信波と立上り検出対象波の波形図。
【図９】本発明の第４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１０】同上装置で取扱われる送信波と立上り検出対象波の波形図。
【符号の説明】
【００２２】
２    発信器
３    波形立ち上がり検出器（信号検出手段）
４，４１，４２    絶対値変換器
６    距離演算器（測距検出手段）
７    送信アンテナ
８    受信アンテナ
９    π／２移相器
１１，１２    ミキシング手段
５１，５２    ２乗変換器
【図１】
2005214672.tif 000003
【図２】
2005214672.tif 000004
【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】
2005214672.tif 000009
【図８】
2005214672.tif 000010
【図９】
2005214672.tif 000011
【図１０】
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