(57)【要約】【課題】  パルス波レーダー装置では、対象物までの距離によって電波の伝搬往復時間が異なる。このため、受信波と発振器からの発振波との位相関係によっては、復調回路からの出力に強度変化が生じる。最悪の場合は、対象物が近くにあり、受信アンテナで大きい強度の受信波を受信しても、復調回路からの出力がゼロとなることがある。このような課題を解決するために、本願発明は、簡単な回路構成で、受信波の復調出力が常にはゼロになることを防止することのできるパルス波レーダー装置を提供することを目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するために、本願発明のパルス波レーダー装置は、受信波の変調周波数とミキシングする発振波の周波数とに位相差が生じるように、変調パルス波の周波数と受信波をミキシングする周波数とが異なるようにするものである。【選択図】  図１
2005257607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振波を出力する第一の発振器と、
前記第一の発振器と異なる発振周波数の発振波を出力する第二の発振器と、
所定周期でパルスを出力するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路からの前記所定周期のパルスの有無で前記第一の発振器からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力するパルス変調器と、
前記パルス変調器からの変調パルス波を放射する送信アンテナと、
対象物から反射した受信波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナからの受信波と前記第二の発振器からの発振波とをミキシングして復調パルスを出力するミキサ回路と、
前記ミキサ回路からの復調パルスを検出するパルス検出回路と、
を備えるパルス波レーダー装置。
【請求項２】
前記第一の発振器の発振周波数と前記第二の発振器の発振周波数との差周波数の逆数が前記変調パルス波のパルス幅よりも長いことを特徴とする請求項１に記載のパルス波レーダー装置。
【請求項３】
前記第一の発振器の発振周波数と前記第二の発振器の発振周波数との差周波数の逆数が、前記所定周期の８００倍より長いことを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス波レーダー装置。
【請求項４】
前記第一の発振器の発振周波数と前記第二の発振器の発振周波数との差周波数の逆数が、前記変調パルス波の１波長分を前記対象物との相対速度で移動するのに要する時間よりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス波レーダー装置。
【請求項５】
前記第一の発振器の発振周波数と前記第二の発振器の発振周波数との差周波数の逆数が、２２５μｓｅｃよりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス波レーダー装置。
【請求項６】
発振周波数を一定周期で連続的に変化させて発振波を出力する発振器と、
前記発振器からの発振波を分岐して出力する分岐回路と、
所定周期でパルスを出力するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路からの前記所定周期のパルスの有無で、前記分岐回路を経由してきた前記発振器からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力するパルス変調器と、
前記パルス変調器からの変調パルス波を放射する送信アンテナと、
対象物から反射した受信波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナからの受信波と前記分岐回路を経由してきた前記発振器からの発振波とをミキシングして復調パルスを出力するミキサ回路と、
前記ミキサ回路からの復調パルスを検出するパルス検出回路と、
を備えるパルス波レーダー装置。
【請求項７】
前記発振器が制御電圧で発振周波数を制御できる発振素子を備え、前記制御電圧を前記一定周期で連続的に変化させて発振波を出力することを特徴とする請求項６に記載のパルス波レーダー装置。
【請求項８】
前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数が前記変調パルス波のパルス幅よりも長いことを特徴とする請求項６又は７に記載のパルス波レーダー装置。
【請求項９】
前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数が、前記所定周期の８００倍より長いことを特徴とする請求項６から８に記載のいずれかのパルス波レーダー装置。
【請求項１０】
前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数が、前記変調パルス波の１波長分を前記対象物との相対速度で移動するのに要する時間よりも短いことを特徴とする請求項６から８に記載のいずれかのパルス波レーダー装置。
【請求項１１】
前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数が、２２５μｓｅｃよりも短いことを特徴とする請求項６から８に記載のいずれかのパルス波レーダー装置。
【請求項１２】
前記所定周期が、前記パルス波レーダー装置の最大検知距離の電波伝搬往復時間に相当する時間よりも長いことを特徴とする請求項１から１１に記載のいずれかのパルス波レーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物までの電波伝搬往復時間を測定するパルス波レーダー装置に関する。特に、近距離の対象物であっても、対象物までの距離を正確に測定することのできるパルス波レーダー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス波を送信して対象物からの反射を受信するまでの時間によって、対象物までの距離を測定する各種のパルス波レーダー装置が知られている。このようなパルス波レーダー装置においては、変調パルス波を放射してから受信波を受信するまでの時間を測定することにより、パルス波レーダー装置から対象物までの距離に比例した信号を得て、その信号から距離を算出している。
【０００３】
パルス波レーダー装置は、対象物から反射した受信波を受信し、復調回路で受信波と発振器からの発振波とをミキシングして強度復調する。一方、パルス波レーダー装置は、対象物までの距離によって電波の伝搬往復時間が異なる。このため、受信波と発振器からの発振波との位相関係によっては、復調回路からの出力に強度変化が生じる。例えば、２４ＧＨｚの発振周波数で変調パルス波を放射し、復調回路で対象物からの受信波と２４ＧＨｚの発振波とをミキシングすると、対象物までの往復距離に対して１．２５ｃｍの周期で出力強度変化が生じる。最悪の場合は、対象物が近くにあり、受信アンテナで大きい強度の受信波を受信しても、復調回路からの出力がゼロとなることがある。復調回路からの出力がゼロになると、対象物が存在しないように判別してしまうおそれがある。
【０００４】
従来の、復調回路からの出力がゼロになることを防止する方法として、異なる位相差を持った複数の発振波と受信波とをミキシングして復調回路からの出力がゼロになることを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この技術では、復調回路や増幅回路などの受信系が複数系統必要になる。複数系統の受信系では、回路構成が複雑になり、調整も困難になる。
【特許文献１】特開２００３−２７０３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、このような課題を解決するために、本願発明は、簡単な回路構成で、受信波の復調出力が常にはゼロになることを防止することのできるパルス波レーダー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】
【０００６】
このような目的を達成するために、本願発明のパルス波レーダー装置は、受信波の変調周波数とミキシングする発振波の周波数とに位相差が生じるように、変調パルス波の周波数と受信波をミキシングする周波数とが異なるようにするものである。
【０００７】
具体的には、本願第一発明は、発振波を出力する第一の発振器と、前記第一の発振器と異なる発振周波数の発振波を出力する第二の発振器と、所定周期Ｔ１でパルスを出力するパルス発生回路と、前記パルス発生回路からの前記所定周期Ｔ１のパルスの有無で前記第一の発振器からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力するパルス変調器と、前記パルス変調器からの変調パルス波を放射する送信アンテナと、対象物から反射した受信波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナからの受信波と前記第二の発振器からの発振波とをミキシングして復調パルスを出力するミキサ回路と、前記ミキサ回路からの復調パルスを検出するパルス検出回路と、を備えるパルス波レーダー装置である。
【０００８】
本願発明のパルス波レーダー装置により、簡単な回路構成で、受信波の復調出力が常にはゼロになることを防止することができる。
【０００９】
本願第一発明には、前記第一の発振器の発振周波数と前記第二の発振器の発振周波数との差周波数の逆数が前記変調パルス波のパルス幅よりも長いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００１０】
本願発明のパルス波レーダー装置により、第一の発振器の発振周波数と第二の発振器の発振周波数との差周波数の逆数が変調パルス波のパルス幅よりも長いと、受信波を復調した復調パルスの途中で第一発振器からの発振波と第二発振器からの発振波との位相が揃ったりずれたりすることにより復調パルスが途中で立ち上がったり、常にはゼロになることを防止することができる。その結果、閾値を超える復調パルスの立ち上がり又は立ち下りでパルスの有無を検出して伝搬往復時間を測定する際の測定誤差を小さくすることができる。
【００１１】
本願第一発明には、前記第一の発振器の発振周波数と前記第二の発振器の発振周波数との差周波数の逆数が、前記所定周期Ｔ１の８００倍より長いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００１２】
本願発明のパルス波レーダー装置により、所定周期Ｔ１の間に復調パルスの最大振幅変化を２５６分の１以下とすることができる。その結果、パルス検出回路が許容誤差範囲内でパルス強度を検出することができる。
【００１３】
本願第一発明には、前記第一の発振器の発振周波数と前記第二の発振器の発振周波数との差周波数の逆数が、前記変調パルス波の１波長分を前記対象物との相対速度で移動するのに要する時間よりも短いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００１４】
本願発明のパルス波レーダー装置により、移動する対象物を検出するときであっても、変調パルス波の１波長分を移動する間に、移動する対象物からの反射波を復調して少なくとも１回は復調パルスの強度ピークを検出することができる。
【００１５】
本願第一発明には、前記第一の発振器の発振周波数と前記第二の発振器の発振周波数との差周波数の逆数が、２２５μｓｅｃよりも短いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００１６】
本願発明のパルス波レーダー装置により、前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数を２２５μｓｅｃより短く設定すると、対向する車両を検出するときの相対速度が２００ｋｍとなる場合であっても、変調パルス波の１波長分を移動する間、移動する対象物からの反射波を復調して少なくとも１回は復調パルスの強度ピークを検出することができる。
【００１７】
本願第一発明には、前記所定周期Ｔ１が、前記パルス波レーダー装置の最大検知距離の電波伝搬往復時間に相当する時間よりも長いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００１８】
本願発明のパルス波レーダー装置により、変調パルス波の反射が重畳することなく受信波を受信することができる。
【００１９】
本願第二発明は、発振周波数を一定周期Ｔ２で連続的に変化させて発振波を出力する発振器と、前記発振器からの発振波を分岐して出力する分岐回路と、所定周期でパルスを出力するパルス発生回路と、前記パルス発生回路からの前記所定周期のパルスの有無で、前記分岐回路を経由してきた前記発振器からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力するパルス変調器と、前記パルス変調器からの変調パルス波を放射する送信アンテナと、対象物から反射した受信波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナからの受信波と前記分岐回路を経由してきた前記発振器からの発振波とをミキシングして復調パルスを出力するミキサ回路と、前記ミキサ回路からの復調パルスを検出するパルス検出回路と、を備えるパルス波レーダー装置である。
【００２０】
本願発明のパルス波レーダー装置により、簡単な回路構成で、受信波の復調出力が常にはゼロになることを防止することができる。
【００２１】
本願第二発明には、前記発振器が制御電圧で発振周波数を制御できる発振素子を備え、前記制御電圧を前記一定周期Ｔ２で連続的に変化させて発振波を出力することを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００２２】
本願発明のパルス波レーダー装置により、簡単な構成で変調パルス波の周波数と受信波をミキシングする周波数とが異なるように設定することができる。
【００２３】
本願第二発明には、前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数が前記変調パルス波のパルス幅よりも長いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００２４】
本願発明のパルス波レーダー装置は、発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数が変調パルス波のパルス幅よりも長いと、受信波を復調した復調パルスの途中で受信波と発振器からの発振波との位相が揃ったりずれたりすることにより復調パルスが途中で立ち上がったり、常にはゼロになることを防止することができる。その結果、閾値を超える復調パルスの立ち上がり又は立ち下りでパルスの有無を検出して伝搬往復時間を測定する際の測定誤差を小さくすることができる。
【００２５】
本願第二発明には、前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数が、前記所定周期の８００倍より長いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００２６】
本願発明のパルス波レーダー装置により、所定周期Ｔ１の間に復調パルスの最大振幅変化を２５６分の１以下とすることができる。その結果、パルス検出回路が許容誤差範囲内でパルス強度を検出することができる。
【００２７】
本願第二発明には、前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数が、前記変調パルス波の１波長分を前記対象物との相対速度で移動するのに要する時間よりも短いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００２８】
本願発明のパルス波レーダー装置により、移動する対象物を検出するときであっても、変調パルス波の１波長分を移動する間に、移動する対象物からの反射波を復調して少なくとも１回は復調パルスの強度ピークを検出することができる。
【００２９】
本願第二発明には、前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数が、２２５μｓｅｃよりも短いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００３０】
本願発明のパルス波レーダー装置により、前記発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数を２２５μｓｅｃより短く設定すると、対向する車両を検出するときの相対速度が２００ｋｍとなる場合であっても、変調パルス波の１波長分を移動する間、移動する対象物からの反射波を復調して少なくとも１回は復調パルスの強度ピークを検出することができる。
【００３１】
本願第二発明には、前記所定周期Ｔ１が、前記パルス波レーダー装置の最大検知距離の電波伝搬往復時間に相当する時間よりも長いことを特徴とするパルス波レーダー装置も含まれる。
【００３２】
本願発明のパルス波レーダー装置により、変調パルス波の反射が重畳することなく受信波を受信することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本願発明のパルス変調器は、簡単な回路構成で、受信波の復調出力が常にはゼロになることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、図を参照しながら本願発明のパルス波レーダー装置の実施形態を説明する。なお、本願発明のパルス波レーダー装置は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
本実施形態は、パルス変調器が、パルス発生回路からの所定周期Ｔ１のパルスの有無で第一の発振器からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力し、ミキサ回路が、変調パルスの変調周波数と異なる周波数の第二の発振器からの発振波で受信波を復調するようにしたパルス波レーダー装置である。
【００３６】
本願発明のパルス波レーダー装置において、変調パルス波の変調周波数は、第一の発振器の発振周波数によって決定される。受信波を復調するときのミキシングする周波数は第二の発振器の発振周波数によって決定される。第一の発振器の周波数と第二の発振器の周波数とが異なるため、第二の発振器からの発振波と受信波とをミキシングすると差周波数に応じて所定周期Ｔ１ごとの復調パルスの振幅が変化する。これは、第一の発振器からの発振波の位相と第二の発振器からの発振波の位相とが差周波数に応じて少しずつずれて、所定周期Ｔ１ごとの受信波が復調されることによるものである。
【００３７】
差周波数を適切に定めれば、対象物までの距離によらず、復調パルスの振幅が常にはゼロになることを防止して、復調パルスの位置を正確に検出することができる。
【００３８】
図１、図２、図３、図４を用いて本実施形態のパルス波レーダー装置を説明する。図１は、本実施の形態のパルス波レーダー装置の概略構成を説明するブロック図であって、１１は発振波を出力する第一の発振器、１２は第一の発振器と異なる発振周波数の発振波を出力する第二の発振器、１３は所定周期Ｔ１でパルスを出力するパルス発生回路、１４はパルス発生回路１３からの所定周期のパルスの有無で第一の発振器１１からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルスを出力するパルス変調器、１５はパルス変調器１４からの変調パルス波を放射する送信アンテナ、２１は対象物から反射した受信波を受信する受信アンテナ、２２は受信アンテナ２１からの受信波と第二の発振器１２からの発振波とをミキシングして復調パルスを出力するミキサ回路、２３はミキサ回路２２からの復調パルスを検出するパルス検出回路である。
【００３９】
通常のパルス波レーダー装置では、受信波を復調する際に変調パルス波を放射するときの発振周波数と同じ周波数の発振波を利用するのに対し、本実施の形態のパルス波レーダー装置では、受信波を復調する際に変調パルス波を放射するときの発振周波数と異なる周波数の発振波を利用するものである。
【００４０】
まず、本実施形態のパルス波レーダー装置の送信系について説明する。図１において、パルス発生回路１３は所定周期Ｔ１でパルスを発生する。所定周期Ｔ１は、最大検知距離の電波伝搬往復時間に相当する時間よりも長く設定する。例えば、最大検知距離を４０ｍとすると、所定周期Ｔ１を電波伝搬往復時間である２６７ｎｓｅｃより長く設定する。最大検知距離を２０ｍとすると、所定周期Ｔ１を電波伝搬往復時間である１３３ｎｓｅｃより長く設定する。
【００４１】
図１において、第一の発振器１１は、変調パルス波を出力するときの発振周波数ｆ１の発振波を出力し、第二の発振器１２は、変調パルス波を復調する発振周波数ｆ２の発振波を出力する。発振周波数ｆ１と発振周波数ｆ２とは異なる周波数となるように設定する。パルス変調器１４は、パルス発生回路１３からの所定周期Ｔ１のパルスの有無で第一の発振器１１からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力する。
【００４２】
図２は、本実施形態のパルス波レーダー装置の送信動作を説明するタイミングチャート図である。図２の（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図１におけるＡ、Ｃ、Ｄ各点における動作波形を示す。図２（Ａ）は、第一の発振器からの発振波である。図２（Ｃ）はパルス発生回路からのパルス波形であり、パルス変調器は、このパルスの有無で発振器からの発振波（図２（Ａ））の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力し、図２（Ｄ）に示す変調パルス波が得られる。
【００４３】
次に、本実施形態のパルス波レーダー装置の受信系について説明する。図１において、受信アンテナ２１は、送信アンテナ１５の放射した変調パルス波が対象物で反射された受信波を受信する。図１では、送信アンテナ１５と受信アンテナ２１を別々に記載しているが、送受信共用のアンテナであってもよい。また、指向性のあるアンテナであれば、特定の方向の対象物までの伝搬往復時間を算出でき、広指向性のアンテナであれば、広い角度にわたって対象物までの伝搬往復時間を算出できる。アンテナの設置場所は問わない。車載用であれば、フロントバンパー内、エンジンルーム内や運転席前部に装備される。変調パルス波が送信アンテナ１５によって放射されてから、対象物で反射された受信波が受信アンテナ２１で受信されるまでの時間が対象物までの電波伝搬往復時間となる。
【００４４】
図３は、本実施形態のパルス波レーダー装置の動作を説明するタイミングチャート図である。図３の（Ｄ）、（Ｅ）は図１におけるＤ、Ｅ各点における動作波形を示す。図３（Ｄ）は、送信アンテナから放射される変調パルス波である。ここでは、変調パルス波ｄ１とｄ２との間隔である所定周期Ｔ１で変調パルス波を放射している。図３（Ｅ）は、受信アンテナで受信する受信波である。ここでは、放射した変調パルス波ｄ１とｄ２をそれぞれ受信波ｅ１、ｅ２として受信している。変調パルス波ｄ１と受信波ｅ１との間隔ｔｐは対象物までの電波伝搬往復時間に相当する。これは、伝搬往復時間ｔｐに相当する距離に対象物が存在することを示す。
【００４５】
対象物までの距離Ｌ（ｍ）は、（１）式で与えられる。
Ｌ＝ｔｐ・Ｃ／２    （１）
但し、ｔｐ（ｓｅｃ）はパルス波レーダー装置が変調パルス波を放射してから受信波を受信するまでの時間、Ｃ（ｍ／ｓｅｃ）は光速である。パルス波レーダー装置は対象物までの伝搬往復時間ｔｐを検出するため、２で割ることになる。
【００４６】
図１において、ミキサ回路２２は、受信アンテナ２１からの受信波と第二の発振器１２からの発振波とをミキシングして出力する。ミキサ回路２２において、受信アンテナ２１からの受信波が微弱なときは、前段に受信波を増幅する低雑音アンプを備える。低雑音アンプにより、ＮＦ（Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｇｕｒｅ）の増大を抑制しながら、受信波を増幅する。ミキサ回路２２での受信波の受信強度が十分であれば、低雑音アンプは必ずしも必要でない。ミキサ回路２２がミキシングすると、受信アンテナ２１からの受信波と第二の発振器１２からの発振波との和周波数成分と差周波数成分が生成される。ここでは、受信波の変調周波数はｆ１、第二の発振器１２の発振周波数はｆ２としている。その結果、（ｆ１＋ｆ２）の和周波数成分及び｜ｆ１−ｆ２｜の差周波数成分が生成される。パルス検出回路２３で、低周波成分を通過させて、差周波数成分を含む受信パルスを再生し、受信パルスの立ち上がり位置又は立ち下り位置を検出する。パルス検出回路２３の受信パルスの立ち上がり位置又は立ち下り位置の検出には、閾値との大小を比較する振幅軸方向の識別をできるものであればよい。例えば、ゲート回路や閾値を可変できるコンパレータ回路を適用することができる。
【００４７】
図４は、本実施形態のパルス波レーダー装置の受信動作を説明するタイミングチャート図である。図４の（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）は図１におけるＥ、Ｆ、Ｇ各点における動作波形を示す。図４（Ｅ）は、受信アンテナの受信した受信波である。変調周波数はｆ１である。ミキサ回路で受信波と第二の発振器からの発振周波数ｆ２の発振波とをミキシングすると、図４（Ｆ）の復調パルスの波形が得られる。パルス検出回路２３で、復調パルスの低周波成分を通過させた後、識別値を定めて、識別値よりも振幅値が大きいか否かによって識別再生すると、図４（Ｇ）の受信パルス波形が得られる。
【００４８】
ここで、差周波数の逆数である１／｜ｆ１−ｆ２｜が変調パルス波のパルス幅よりも長いと、復調パルスの振幅がパルスの途中で変化する割合が小さくなる。この結果、識別値を定めて復調パルスを識別再生すると、パルスの立ち上がり位置又は立ち下がり位置を特定して、電波伝搬往復時間ｔｐを誤差なく検出することができる。
【００４９】
そこで、所定周期Ｔ１で前記の検出動作を複数回繰り返すと、差周波数｜ｆ１−ｆ２｜の周期で復調パルスの振幅は最小値から最大値の間を増減する。パルス検出回路はその繰り返し周期の中で、少なくとも１回は最大値の復調パルスを検出することができるので、復調パルスが常にはゼロになることを防止することができる。
【００５０】
復調パルスをディジタル処理することを考える。ディジタル処理に当たって、通常使用される８ビットのＡ−Ｄ変換回路でディジタル化すると、分解能は１／２５６となる。復調パルスのピーク値が所定周期Ｔ１の間に最大振幅に対して、８ビットの分解能である１／２５６以下の変化となるためには、
ΔＶ／（２Ｖｏ）≦１／２５６    （２）
である必要がある。ΔＶは変化量、Ｖｏは復調パルスのピーク値の最大振幅である。
ΔＶ＝Ｖｏ×sin（２πｆ×Ｔ１）    （３）
である。ｆは復調パルスのピーク値の変化する周期である。（２）、（３）式より、
２πｆ×Ｔ１≦sin−１（１／１２８）  （４）
となる。（４）式より、
１／ｆ≧８００×Ｔ１    （５）
となる。１／ｆは、第一の発振器の発振周波数ｆ１と第二の発振器の発振周波数ｆ２との差周波数の逆数である１／｜ｆ１−ｆ２｜に相当する。つまり、第一の発振器の発振周波数ｆ１と第二の発振器の発振周波数ｆ２との差周波数の逆数が、所定周期Ｔ１の８００倍より長いことが望ましい。
【００５１】
また、第一の発振器の発振周波数ｆ１と第二の発振器の発振周波数ｆ２との差周波数の逆数を、変調パルス波を出力するときの発振器の発振周波数の１波長分を対象物との相対速度で移動するのに要する時間よりも短く設定する。例えば、本パルス波レーダー装置を車両に搭載し、対向する車両を検出するときの相対速度が２００ｋｍとなる場合、第一の発振器の発振周波数を２４ＧＨｚとすると、１波長である１．２５ｃｍを移動するのに要する時間は２２５μｓｅｃとなる。そこで、第一の発振器の発振周波数ｆ１と第二の発振器の発振周波数ｆ２との差周波数の逆数を２２５μｓｅｃよりも短く設定する。第一の発振器の発振周波数ｆ１と第二の発振器の発振周波数ｆ２との差周波数の逆数を２２５μｓｅｃよりも短く設定すると、対向する車両を検出するときの相対速度が２００ｋｍとなる場合であっても、１波長を移動する間に少なくとも１回変調パルス波を放射して対向する車両を検出することができる。
【００５２】
従って、変調パルス波の変調周波数と異なる周波数の発振波で受信波を復調するようにすると、対象物までの距離によらず、受信波をミキシングした復調出力が常にはゼロになることを防止することができる。また、変調パルス波の変調周波数ｆ１と復調するときの周波数ｆ２との差周波数｜ｆ１−ｆ２｜の逆数が変調パルス波のパルス幅よりも長いと、変調パルス波のミキシングの途中で両方の位相が揃うことが少なくなり、伝搬往復時間の測定誤差を小さくすることができる。
【００５３】
図１において、必要により変調パルス波を放射してから受信波を受信するまでの時間を検出して対象物までの伝搬往復時間を算出する時間算出回路を設けてもよい。伝搬往復時間から対象物までの距離が算出できる。時間算出回路では、予めパルス波レーダー装置内の各回路での伝搬遅延時間を測定しておき、検出した時間をパルス波レーダー装置が変調パルス波を放射してから、受信波を受信するまでの時間に換算することで、対象物までの伝搬往復時間を算出することが好ましい。
【００５４】
時間算出回路には、パルスカウント方式やフリップフロップ回路方式等が適用できる。パルスカウント方式は、パルス発生回路がパルスを出力したときをスタートタイミングとし、再生増幅回路が再生した対応するパルスを出力したときをストップタイミングとして、その間にカウントされたパルス数から、時間を算出するものである。
【００５５】
フリップフロップ回路方式に適用するフリップフロップ回路は、セットリセット型が好ましい。パルス発生回路からのパルスはフリップフロップ回路のセット入力端子に入力され、再生増幅回路からのパルスはフリップフロップ回路のリセット入力端子に入力される。対象物までの変調パルス波の往復する時間が短いと、フリップフロップ回路のセットからリセットまでの時間が短くなる。対象物までの変調パルス波の往復する時間が長いと、フリップフロップ回路のセットからリセットまでの時間が長くなる。このフリップフロップ回路の出力を低域通過フィルタで平滑化すると、対象物までのパルス符号の往復時間に対応した直流レベルが出力される。必要に応じて、Ａ−Ｄ変換回路を設け、対象物までのパルス符号の往復時間に対応した直流レベルをディジタル信号に変換してもよい。
【００５６】
次に、他のパルス波レーダー装置について説明する。本実施形態は、パルス変調器が、パルス発生回路からの所定周期Ｔ１のパルスの有無で発振器からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力し、ミキサ回路が、当該発振器からの発振波で受信波を復調するようにしたパルス波レーダー装置であって、当該発振器が発振周波数を一定周期Ｔ２で連続的に変化させるパルス波レーダー装置である。
【００５７】
本願発明のパルス波レーダー装置において、変調パルス波の変調周波数は、発振器の発振周波数によって決定される。受信波を復調するときのミキシングする周波数も当該発振器の発振周波数によって決定される。当該発振器は発振周波数を一定周期Ｔ２で連続的に変化させて発振波を出力する。変調パルス波を出力するときの発振周波数と受信波を復調するときの発振周波数の差周波数に応じて所定周期Ｔ１ごとの復調パルスの振幅が変化する。これは、変調パルス波の発振波の位相と復調するときの発振波の位相とが差周波数に応じてすこしずつずれて、所定周期Ｔ１ごとの受信波が復調されることによるものである。
【００５８】
差周波数を適切に定めれば、対象物までの距離によらず、復調パルスの振幅が常にはゼロになることを防止して、復調パルスの位置を正確に検出することができる。
【００５９】
図５、図６を用いて本実施形態のパルス波レーダー装置を説明する。図５は、本実施の形態のパルス波レーダー装置の概略構成を説明するブロック図であって、１３は所定周期Ｔ１でパルスを出力するパルス発生回路、１４はパルス発生回路１３からの所定周期Ｔ１のパルスの有無で発振器１６からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルスを出力するパルス変調器、１５はパルス変調器１４からの変調パルス波を放射する送信アンテナ、１６は発振周波数を一定周期Ｔ２で連続的に変化させて発振波を出力する発振器、２１は対象物から反射した受信波を受信する受信アンテナ、２２は受信アンテナ２１からの受信波と発振器１６からの発振波とをミキシングして復調パルスを出力するミキサ回路、２３はミキサ回路２２からの復調パルスを検出するパルス検出回路である。
【００６０】
通常のパルス波レーダー装置では、受信波を復調する際に変調パルス波を放射するときの発振周波数と同じ周波数の発振波を利用するのに対し、本実施の形態のパルス波レーダー装置では、受信波を復調する際に変調パルス波を放射するときの発振周波数と異なる周波数の発振波を利用するものである。
【００６１】
まず、本実施形態のパルス波レーダー装置の送信系について説明する。図５において、パルス発生回路１３は所定周期Ｔ１でパルスを発生する。所定周期Ｔ１は、最大検知距離の電波伝搬往復時間に相当する時間よりも長く設定する。例えば、最大検知距離を４０ｍとすると、所定周期Ｔ１を電波伝搬往復時間である２６７ｎｓｅｃより長く設定する。最大検知距離を２０ｍとすると、所定周期Ｔ１を電波伝搬往復時間である１３３ｎｓｅｃより長く設定する。
【００６２】
図５において、発振器１６は、一定周期Ｔ２で最小発振周波数ｆ３から最大発振周波数ｆ４まで連続的に発振周波数を変化させて発振波を出力する。発振器１６の構成について説明する。図６は本願発明のパルス波レーダー装置に適用することのできる発振器１６の概略構成を説明するブロック図である。図６において、５１は後述する発振素子５２の発振周波数を制御する制御電圧発生回路、５２は制御電圧発生回路５１からの制御電圧によって発振周波数を制御できる発振素子である。発振器１６は制御電圧発生回路５１と発振素子５２とを備える。
【００６３】
制御電圧発生回路５１は制御電圧をＶ３とし、制御電圧Ｖ３による発振素子５２の発振周波数をｆ３とする。制御電圧発生回路５１は制御電圧を連続的に変化させ、制御電圧によって発振素子５２は発振周波数を連続的に変化させる。制御電圧がＶ４に達したときの発振周波数をｆ４となるように設定する。このように動作すると、変調パルス波を出力するときの発振周波数と変調パルス波を停止しているときの発振周波数とを異なるように設定することができる。発振周波数ｆ３から発振周波数ｆ４になるまで一定周期Ｔ２で繰り返す。制御電圧発生回路５１の制御電圧はパルス発生回路１３からの所定周期のパルスによって、パルスの先頭から制御電圧を変化させてもよい。
【００６４】
図５において、パルス変調器１４は、パルス発生回路１３からの所定周期Ｔ１のパルスの有無で発振器１６からの発振波の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力する。
【００６５】
図７は、本実施形態のパルス波レーダー装置の送信動作を説明するタイミングチャート図である。図７の（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図５におけるＡ、Ｃ、Ｄ各点における動作波形を示す。図７（Ａ）は、発振器からの発振波である。発振器周波数は最小周波数ｆ３から最大周波数ｆ４まで連続的に変化している。図７（Ｃ）はパルス発生回路からのパルス波形であり、パルス変調器は、このパルスの有無で発振器からの発振波（図７（Ａ））の通過と遮断とを切り替えて変調パルス波を出力し、図７（Ｄ）に示す変調パルス波が得られる。
【００６６】
次に、本実施形態のパルス波レーダー装置の受信系について説明する。図５において、受信アンテナ２１は、前述した受信アンテナと同様である。変調パルス波が送信アンテナ１５によって放射されてから、対象物で反射された受信波が受信アンテナ２１で受信されるまでの時間が対象物までの電波伝搬往復時間となる。
【００６７】
本実施形態のパルス波レーダー装置の動作を説明するタイミングチャートは図３と同様である。変調パルス波ｄ１と受信波ｅ１との間隔ｔｐは対象物までの電波伝搬往復時間に相当する。これは、伝搬往復時間ｔｐに相当する距離に対象物が存在することを示す。対象物までの距離Ｌ（ｍ）は、（１）式で与えられる。
【００６８】
図５において、ミキサ回路２２は、受信アンテナ２１からの受信波と発振器１６からの発振波とをミキシングして出力する。ミキサ回路２２において、受信アンテナ２１からの受信波が微弱なときは、前段に受信波を増幅する低雑音アンプを備える。低雑音アンプにより、ＮＦ（Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｇｕｒｅ）の増大を抑制しながら、受信波を増幅する。ミキサ回路２２での受信波の受信強度が十分であれば、低雑音アンプは必ずしも必要でない。ミキサ回路２２がミキシングすると、受信アンテナ２１からの受信波と発振器１６からの発振波との和周波数と差周波数成分が生成される。
【００６９】
受信波の変調周波数をｆ５、受信波を受信したときの発振器の発振周波数をｆ６とすると、ミキサ回路２２で検波すると、（ｆ５＋ｆ６）の和周波数成分及び｜ｆ５−ｆ６｜の差周波数成分が生成される。パルス検出回路２３で低周波成分を通過させて差周波数成分を含む受信パルスを再生し、受信パルスの立ち上がり位置又は立ち下り位置を検出する。パルス検出回路２３の受信パルスの立ち上がり位置又は立ち下がり位置の検出には、閾値との大小を比較する振幅軸方向の識別をできるものであればよい。例えば、ゲート回路や閾値を可変できるコンパレータ回路を適用することができる。
【００７０】
本実施形態のパルス波レーダー装置の受信動作を説明するタイミングチャートも図４と同様である。ここで、１／｜ｆ５−ｆ６｜は、本実施の形態では、１／｜ｆ３−ｆ４｜とすることができる。変調周波数ｆ５の最小値は、発振器の最小周波数ｆ３であり、受信波を受信したときの発振器の発振周波数ｆ６の最大値は、発振器の最大周波数ｆ４に等しいからである。つまり、発振器の発振周波数の最大周波数と最小周波数との差周波数の逆数である１／｜ｆ３−ｆ４｜が変調パルス波のパルス幅よりも長いと、復調パルスの振幅がパルスの途中で変化する割合が小さくなるため、識別値を定めて復調パルスを識別再生すると、パルスの立ち上がり位置又は立ち下がり位置を特定して、電波伝搬往復時間ｔｐを誤差なく検出することができる。
【００７１】
そこで、所定周期Ｔ１で前記の検出動作を複数回繰り返すと、差周波数｜ｆ３−ｆ４｜の逆数の周期で復調パルスの振幅は最小値から最大値の間を増減する。パルス検出回路はその繰り返し周期の中で、少なくとも１回は最大値の復調パルスを検出することができるので、復調パルスが常にはゼロになることを防止することができる。
【００７２】
復調パルスをディジタル処理することを考える。ディジタル処理に当たって、通常使用される８ビットのＡ−Ｄ変換回路でディジタル化すると、分解能は１／２５６となる。復調パルスのピーク値が所定周期Ｔ１の間に最大振幅に対して８ビットの分解能である１／２５６以下の変化となるためには、（２）、（３）、（４）式の条件となる。この結果、
１／ｆ≧８００×Ｔ１    （５）
となる。１／ｆは、発振器の発振周波数の最小周波数ｆ３と最大周波数ｆ４との差周波数の逆数である１／｜ｆ３−ｆ４｜に相当する。つまり、発振器の発振周波数の最小周波数ｆ３と最大周波数ｆ４との差周波数の逆数は、所定周期Ｔ１の８００倍より長いことが望ましい。
【００７３】
また、発振器の発振周波数の最小周波数ｆ３と最大周波数ｆ４との差周波数の逆数を、変調パルス波を出力するときの発振器の発振周波数の１波長分を対象物との相対速度で移動するのに要する時間よりも短く設定する。例えば、本パルス波レーダー装置を車両に搭載し、対向する車両を検出するときの相対速度が２００ｋｍとなる場合、発振器の発振周波数を２４ＧＨｚとすると、１波長である１．２５ｃｍを移動するのに要する時間は２２５μｓｅｃとなる。そこで、発振器の発振周波数の最小周波数ｆ３と最大周波数ｆ４との差周波数の逆数を２２５μｓｅｃよりも短く設定する。発振器の発振周波数の最小周波数ｆ３と最大周波数ｆ４との差周波数の逆数を２２５μｓｅｃより短く設定すると、対向する車両を検出するときの相対速度が２００ｋｍとなる場合であっても、１波長を移動する間に少なくとも１回変調パルス波を放射して対向する車両を検出することができる。
【００７４】
従って、変調パルス波の変調周波数と異なる周波数の発振波で受信波を復調するようにすると、対象物までの距離によらず、受信波をミキシングした復調出力が常にはゼロになることを防止することができる。また、発振器の発振周波数の最小周波数ｆ３と最大周波数ｆ４との差周波数の逆数が変調パルス波のパルス幅よりも長いと、変調パルス波のミキシングの途中で両方の位相が揃うことが少なくなり、伝搬往復時間の測定誤差を小さくすることができる。
【００７５】
図５において、必要により変調パルス波を放射してから受信波を受信するまでの時間を検出して対象物までの伝搬往復時間を算出する前述した時間算出回路を設けてもよい。必要に応じて、Ａ−Ｄ変換回路を設け、対象物までのパルス符号の往復時間に対応した直流レベルをディジタル信号に変換してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のパルス波レーダー装置は車載用のみならず、固定して使用するものであっても、近距離用のパルス波レーダー装置の分野でも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本実施形態のパルス波レーダー装置の概略構成を説明するブロック図である。
【図２】本実施形態のパルス波レーダー装置の送信動作を説明するタイミングチャート図である。
【図３】本実施形態のパルス波レーダー装置の動作を説明するタイミングチャート図である。
【図４】本実施形態のパルス波レーダー装置の受信動作を説明するタイミングチャート図である。
【図５】本実施形態の他のパルス波レーダー装置の概略構成を説明するブロック図である。
【図６】本実施形態の他のパルス波レーダー装置に適用する発振器の概略構成を説明するブロック図である。
【図７】本実施形態の他のパルス波レーダー装置の送信動作を説明するタイミングチャート図である。
【符号の説明】
【００７８】
１１  第一の発振器
１２  第二の発振器
１３  パルス発生回路
１４  パルス変調器
１５  送信アンテナ
１６  発振器
２１  受信アンテナ
２２  ミキサ回路
２３  パルス検出回路
５１  制御電圧発生回路
５２  発振素子
【図１】
2005257607.tif 000003
【図２】
2005257607.tif 000004
【図３】
2005257607.tif 000005
【図４】
2005257607.tif 000006
【図５】
2005257607.tif 000007
【図６】
2005257607.tif 000008
【図７】
2005257607.tif 000009