(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
等価時間サンプリングパルスレーダにおいて、
外部へ送信パルスを送信する送信回路と、
前記送信回路が送信した前記送信パルスのうち、ターゲットで反射されたパルスを少なくとも含む受信パルスを受信する受信回路と、
前記受信回路が受信した前記受信パルスを、等価時間サンプリングすることによって、フレーム信号を取得するサンプル回路と、
前記サンプル回路が取得した前記フレーム信号の時間軸のうち、前記ターゲットで反射されたパルスが重畳しないノイズ判定領域を検出し、前記ノイズ判定領域における前記フレーム信号に基づいて、当該フレーム信号による測距が可能であるか否かを判定するノイズ判定部と、
前記サンプル回路が等価時間サンプリングするタイミングを規定する掃引パルスを生成する掃引回路とを有し、
前記掃引回路は、
周期的にオンオフを繰り返す矩形波に応じて、ランプ波を繰り返し生成するランプ波生成器と、
前記矩形波を時間的にオフセットされたオフセット波を繰り返し生成するオフセット波生成器と、
前記ランプ波と前記オフセット波とを加算することで、前記掃引パルスを繰り返し生成する加算器と
を有することを特徴とする等価時間サンプリングパルスレーダ。
【請求項２】
前記送信回路は、所定のタイミングにおいて、前記送信パルスの送信タイミングを遅らせることを特徴とする請求項１に記載された等価時間サンプリングパルスレーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等価時間サンプリングパルスレーダに係り、特に、ノイズ判定に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な等価時間サンプリングパルスレーダでは、送信されたパルス信号が測拒対象となるターゲットで反射し受信されるまでの往復伝播時間に基づいて距離が算出される。例えば、特許文献１には、パルスを広帯域で外部へ送信し、広帯域で受信した受信波形を広帯域のサンプリングパルスでサンプリングする等価時間サンプリングパルスレーダが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特表平１０−５１１１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、実際の等価時間サンプリンパルスレーダ（以下、パルスレーダという）が受信する送信パルスには、送信アンテナから外部に送信した送信パルス以外に外来ノイズが重畳する。外来ノイズが重畳した環境下でも、測距可能な状態であるか否かの判断は、例えば、現在のタイミングで受信した波形と、その前のタイミングで受信した波形との差分波形を観測する手法がある。しかしながら、このような手法は、両波形の受信時点で、外部環境が相対的にあまり変化しない場合に有効であって、パルスレーダ自体が移動した場合等では必ずしも有効ではない。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パルスレーダの周囲に外来ノイズが存在する場合であっても、測距可能な状態であるか否かの判別を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本発明は、等価時間サンプリングパルスレーダを提供する。この等価時間サンプリングパルスレーダは、送信回路と、受信回路と、サンプル回路と、ノイズ判定部と、掃引回路とを有する。送信回路は、外部へ送信パルスを送信する。受信回路は、送信回路が送信した送信パルスのうち、ターゲットで反射されたパルスを少なくとも含む受信パルスを受信する。サンプル回路は、受信回路が受信した受信パルスを、等価時間サンプリングすることによって、フレーム信号を取得する。ノイズ判定部は、サンプル回路が取得したフレーム信号の時間軸のうち、ターゲットで反射されたパルスが重畳しないノイズ判定領域を検出し、このノイズ判定領域におけるフレーム信号に基づいて、フレーム信号による測距が可能であるか否かを判定する。掃引回路は、ランプ波生成器と、オフセット波生成器と、加算器とを有し、サンプル回路が等価時間サンプリングするタイミングを規定する掃引パルスを生成する。ランプ波生成器は、周期的にオンオフを繰り返す矩形波に応じて、ランプ波を繰り返し生成する。オフセット波生成器は、矩形波を時間的にオフセットされたオフセット波を繰り返し生成する。加算器は、ランプ波とオフセット波とを加算することで、掃引パルスを繰り返し生成する。
【０００７】
ここで、本発明において、送信回路は、所定のタイミングにおいて、送信パルスの送信タイミングを遅らせることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ターゲットで反射されたパルスが重畳しないノイズ判定領域を検出する。この領域におけるフレーム信号は、ターゲットで反射されたパルスが重畳しない純粋な外来ノイズとして顕在化するため、これを判定することで、測距可能な状態か否かの判別を容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（ノイズ判定）
本実施形態に係る等価時間サンプリングパルスレーダ（以下、単にパルスレーダという）の具体的な構成に説明に先立ち、まず、本実施形態に係るノイズ判定のメカニズムを図１および図２を参照しつつ説明する。図１は、ノイズ判定領域に関する説明図であり、パルスレーダでサンプリングされたフレーム信号（ベースバンド波形）である。ノイズ判定領域とは、サンプリングされるフレーム信号のうち、送信パルス（ターゲットに反射されたもの含む）が重畳していない時間的領域をいう。フレーム信号とは、パルスレーダが受信した受信パルスを時間軸上で伸張した長周期受信パルスである。
【００１２】
ノイズ判定領域におけるフレーム信号には、外来ノイズであるノイズフロア（ヒスノイズ）が顕在化している。ノイズフロアとは、高い周波数範囲に主成分を持つ雑音の総称であり、例えば、テープ等への録音時における、テープの磁気性粉の分布に起因する変調雑音、あるいは、テープ等の摩擦力に起因するテープの縦振動による雑音である。本実施形態のノイズフロアとは、外部に送信された送信パルスが、ターゲットを経由して受信パルスとして再びパルスレーダに戻ってくるまでの間に受信する外来ノイズである。
【００１３】
図２は、ノイズの判定手法の説明図である。ノイズの判定は、図１に示したノイズ判定領域におけるフレーム信号に基づいて行われる。具体的には、ノイズ判定領域におけるフレーム信号の電圧（振幅）が、所定のしきい値を超えるか否かを判定することで、測距可能かを判断する。所定のしきい値には、＋（プラス）側の値（＋ノイズ判定しきい値）と−（マイナス）側の値（−ノイズ判定しきい値）とがあり、両値の絶対値は同一である。
【００１４】
例えば、同図（ａ）に示すように、ノイズ判定領域におけるフレーム信号の電圧が、いずれの判定しきい値を超えない場合、すなわち、フレーム信号に混入される外来ノイズが無視できるほど小さい場合、測距可能であると判断する。また、同図（ｂ）に示すように、ノイズ判定領域におけるフレーム信号の電圧が、いずれかの判定しきい値を超える場合、すなわち、フレーム信号に混入される外来ノイズが無視できないほど大きい場合、測距可能であると判断する。
【００１５】
（等価時間サンプリングパルスレーダ）
図３は、図１，２で示した手法を実装したパルスレーダの構成図である。この等価時間サンプリングレーダは、基準クロック生成器１と、送信回路２と、掃引回路３と、サンプルパルス生成器４と、受信回路５と、サンプル回路６と、ノイズ判定部７とを有する。図４は、図３に示したＡ〜Ｇ点における信号波形を示す図である。
【００１６】
基準クロック生成器１は、一定周期でオンオフが繰り返される矩形状の基準クロック（図４・Ａ点）を生成する。基準クロックは、Ｈレベル（オン）とＬレベル（オフ）とが所定の間隔で交互に切り替えられる繰り返し波形である。本実施形態では、ＨレベルからＬレベルに変化するタイミングを「変化タイミング」と称する。
【００１７】
送信回路２は、基準クロック生成器１によって生成された基準クロックの変化タイミング、すなわちＨレベルからＬレベルに変化するタイミングで、送信パルスを外部へ送信する。送信回路２は、送信アンテナ（図示せず）等を主体に構成されている。まず、基準クロック生成器１によって生成された基準クロックの変化タイミング毎に、送信アンテナから外部に放射する送信パルスが生成される。具体的には、送信回路２に入力する基準クロックが立ち下がるタイミングで、送信パルスがワンショットで生成される。送信回路２によって生成された送信パルスは、国内の法規制によって規定された通信帯域に制限すべく設けられた帯域通過フィルタ等を経て、送信アンテナから外部に放射される。
【００１８】
掃引回路３は、サンプル回路６が等価時間サンプリングするタイミングを規定する掃引パルスを生成する。掃引回路３は、掃引クロック生成器３１と、パルス波生成器３２と、オフセット波３３と、加算器３４とを有する。掃引クロック生成器３１は、上述した基準クロックの周期に応じて、周期的に電圧がオンオフする矩形状の掃引クロック（図４・Ｂ点）を繰り返し生成する。本実施形態における掃引クロックの周期は、基準クロックのそれの整数倍である。
【００１９】
パルス波生成器３２は、掃引クロックの周期に応じて、ランプ波（図４・Ｃ点）を繰り返し生成する。本実施形態におけるランプ波の電圧レベルは、掃引クロックが立ち下がるまでは線形的に増加し、掃引クロックの立ち下がった時点で０にリセットされる。また、オフセット波生成器３３は、矩形波を時間的にオフセットされたオフセット波（図４・Ｄ点）を繰り返し生成する。本実施形態におけるオフセット波は、掃引クロックと同一周期であるが、オフの期間は短く、オンの期間は長い。すなわち、電圧の立ち下がるタイミングは同一であるが、電圧の立ち上がるタイミングは早い。
【００２０】
加算器３４は、ランプ波生成器３２からのランプ波と、オフセット波生成器３３からのオフセット波とを加算することで、掃引パルス（図４・Ｅ点）を繰り返し生成する。掃引パルスの電圧レベルは、ランプ波と同様に時間の経過とともに増加していくが、オフセット波の立ち上がりのタイミングで大幅に増加する。ここで生成された掃引パルスは、ノイズ判定領域を作るために用いられる。
【００２１】
サンプルパルス生成器４は、掃引回路３によって生成された掃引パルスと、基準クロック生成器１によって生成された基準クロックとに基づいて、矩形状のサンプルパルス（図４・Ｆ点）を生成する。この生成は、基準クロック生成器１で生成された基準クロックを掃引回路３４で生成された掃引パルスが示す電圧の高さに応じて遅延（伸長）させることによって達成される。本実施形態では、掃引パルスの電圧が増加するにつれて基準クロックの遅延量が大きくなるようにしている。
【００２２】
受信回路５は、送信回路２が送信した送信パルスのうち、ターゲットで反射されたパルスを少なくとも含む受信パルス（図４・Ｆ点）を受信する。受信回路５は、受信アンテナ（図示せず）等を主体に構成されており、外部からのパルスは、受信アンテナによって受信パルスとして受信され、帯域通過フィルタ等を経てサンプル回路６に入力される。
【００２３】
サンプル回路６は、受信回路５が受信した受信パルスを、等価時間サンプリングすることによって、受信パルスを時間軸上で伸張したフレーム信号（図４・Ｇ点）を取得する。具体的には、サンプルパルス生成器４で生成されたサンプルパルスの変化タイミングによって、受信回路５によって受信された受信パルスの電圧を一時的にホールドして等価時間サンプリングを行う。受信パルスのサンプルタイミングは、サンプルパルスが立ち下がるタイミングである。生成された長周期受信パルスは、ターゲットの測距に用いられる。なお、本実施形態における１フレームは約２５ｍｓを想定している。
【００２４】
ノイズ判定部７は、サンプル回路６が取得したフレーム信号の時間軸のうち、ターゲットで反射されたパルスが重畳しないノイズ判定領域を検出する。ノイズ判定領域は、取得したフレーム信号の波形を観察することで検出されてもよいが、例えば、一時的にサンプルパルスを生成するタイミングの遅延量を示す掃引パルスを、本実施形態（図４・Ｅ点）のように一時的に低減させてもよい。これにより、サンプル回路６は、ターゲットで反射された送信パルスが受信回路５に到達する前の状態をサンプリングし、意図的にノイズ判定領域を設定することができる。
【００２５】
また、ノイズ判定部７は、ノイズ判定領域におけるフレーム信号に基づいて、このフレーム信号による測距が可能であるか否かを判定する。判定は、該当領域における周波数等を測定する手法や、統計結果の値と比較する手法等があるが、本実施形態では、図２に示すような、ノイズ判定領域におけるフレーム信号の電圧（振幅）が、所定のしきい値を超えるか否かを判定することで、測距可能かを判断する。
【００２６】
しきい値を超えて測距不能であると判定された場合、サンプル回路６で取得されたフレーム信号は破棄される。一方、しきい値を超えず測距可能であると判定された場合、以降の処理回路（図示せず）によって、サンプル回路６で取得されたフレーム信号に基づく、測距対象であるターゲット（障害物等）の測距が行われる。周知のように、ターゲットＴまでの距離は、障害物に起因した正のピークまたは負のピークを形成する時間値に基づいて、一義的に算出される。
【００２７】
このように、本実施形態によれば、ノイズ判定部７は、ターゲットで反射されたパルスが重畳しないノイズ判定領域を検出する。この領域におけるフレーム信号は、ターゲットで反射されたパルスが重畳しない純粋な外来ノイズとして顕在化するため、これを判定することで、測距可能な状態か否かの判別を容易にできる。
【００２８】
本実施形態におけるノイズ判定部７は、図３のパルスレーダに含まれるユニット（ハードウェア）であったが、これに限定されずソフトウェア処理によって、これと同様の機能を実現してもよい。その場合、基準クロック生成器１や、掃引クロック生成器３１といった周期的なタイミングを規定するユニットもハードウェアとして必ずしも必要ない。
【００２９】
また、本実施形態では、掃引回路３を設けることで図５（ａ）に示すように、ノイズ判定領域が周期的に受信パルス内に形成されていた。しかしながら、この場合、１フレーム内にノイズ判定領域が数多く含まれるため、１フレームあたりの測距時間が長くなる。そこで、掃引回路３で生成される掃引パルスの周期を短くすることで図５（ｂ）に示すように、１フレームあたりの測距時間を短くする。このとき、ノイズ判定領域も短くなるが、送信回路２が、所定のタイミングにおいて、送信パルスの送信タイミングを遅らせるように（または、送信しないように）制御することによって、周期的にノイズ判定領域を確保し、ノイズ判定を可能にすることができる。
【００３０】
さらに、本実施形態におけるサンプルパルス生成器４が生成するサンプルパルスは、掃引パルスに基づいて生成されていたが、本発明は、ノイズ判定領域を検出し、この領域を利用したノイズ判定ができれば足りる。具体的には、基準クロックの変化タイミングを基準に周期毎に一定の割合で順次増加／減少させたり、周期毎にランダムで選択させたりすることもできる。例えば、基準クロックの立ち下がりタイミングｔから、±δ，±２δ，±３δ・・・の時間で立ち下がりがあるサンプルパルスを生成してもよい。また、基準クロックの立ち下がりｔから、＋δ，−２δ，＋３δ・・・の時間で立ち下がるサンプルパルスを生成してもよい。
【００３１】
本実施形態において、送信回路および受信回路は、それぞれ別体として設けられているが、本発明は、パルスレーダが受送信できれば足りる。そのため、送信アンテナおよび受信アンテナは、一体形成されたアンテナであってもよい。その場合、パルスレーダは、送信時のパルスと受信時のパルスとを、時間的ないし周波数的に分離する構成となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ノイズ判定領域に関する説明図
【図２】ノイズの判定手法に関する説明図
【図３】等価時間サンプリングパルスレーダの構成図
【図４】図３に示したＡ〜Ｇ点における波形を示す図
【図５】ノイズ判定領域のバリエーションを示す説明図
【符号の説明】
【００３３】
１  基準クロック生成器
２  送信回路
３  掃引回路
４  サンプルパルス生成器
５  受信回路
６  サンプル回路
７  ノイズ判定部
【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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