(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットからの反射信号に基づいて該ターゲットの位置または速度を検出するレーダ装置であって、
周波数変調された送信信号を前記ターゲットに送信する送信手段と、
前記ターゲットからの反射信号を受信アンテナを用いて受信する反射信号受信手段と、
該反射信号受信手段により受信した反射信号を周波数分析して前記ターゲットにより生じるエコーを検出するエコー検出手段と、
該検出されたエコーのうちいずれかが検出周波数範囲の上下限で折り返されているかを判定する折り返し判定手段と、
該判定結果と前記検出されたエコーとに基づいて前記ターゲットの位置または速度を推定する位置速度推定手段とを備え、
前記反射信号受信手段は、前記ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置で受信アンテナを用いて受信する手段であり、
前記エコー検出手段は、前記異なる位置毎に受信した反射信号を周波数分析して該異なる位置毎に前記ターゲットにより生じるエコーを検出する手段であり、
前記折り返し判定手段は、前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定し、該推定された方位が許容範囲内にないときにエコーが前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定する手段である
レーダ装置。
【請求項２】
前記折り返し判定手段は、前記ターゲットの方位を検出する方位検出手段と、前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定する方位推定手段とを備え、該推定された方位と前記検出された方位とが許容範囲内にないときに該推定された方位の推定に用いたエコーが前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定する手段である請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
請求項１記載のレーダ装置であって、
前記送信手段は、時間当たりの周波数変化量が同じで増減が異なる２つのフェーズを少なくとも有する周波数変調された送信信号を送信する手段であり、
前記折り返し判定手段は、前記検出された異なる位置の各フェーズのエコーに基づいて各々前記ターゲットの方位を推定する方位推定手段を備え、該推定された各々の方位が許容範囲内にないときに周波数の低い方のエコーが前記検出周波数範囲の下限で折り返されていると判定する手段である
レーダ装置。
【請求項４】
請求項１記載のレーダ装置であって、
前記送信手段は、時間当たりの周波数変化量が同じで増減が異なる２つのフェーズを少なくとも有する周波数変調された送信信号を送信する手段であり、
前記折り返し判定手段は、前記検出された異なる位置の各フェーズのエコーに基づいて各々前記ターゲットの方位を推定する方位推定手段を備え、該推定された各々の方位が許容範囲内にないときに周波数の高い方のエコーが前記検出周波数範囲の上限で折り返されていると判定する手段である
レーダ装置。
【請求項５】
前記位置速度推定手段は、前記折り返し判定手段により前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定されたとき、該判定に係るエコーの周波数を折り返されていない周波数に補正すると共に該周波数を補正したエコーに基づいて前記ターゲットの位置または速度を推定する手段である請求項１ないし４いずれか記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記送信手段は、送信信号の掃引周期を変更可能な手段である請求項１ないし５いずれか記載のレーダ装置。
【請求項７】
請求項６記載のレーダ装置であって、
前記送信手段は、第１の掃引周期の送信信号と該第１の掃引周期より大きな第２の掃引周期の送信信号とを切り換えて送信可能な手段であり、
比較的遠方のターゲットを探索するときには前記第１の掃引周期の送信信号を送信すると共に比較的近傍のターゲットを探索するときには前記第２の掃引周期の送信信号を送信するよう前記送信手段による送信を切り換える送信切換手段を備える
レーダ装置。
【請求項８】
ターゲットの位置または速度を推定する位置速度推定方法であって、
（ａ）周波数変調された送信信号を前記ターゲットに送信し、
（ｂ）前記ターゲットからの反射信号を受信アンテナを用いて受信し、
（ｃ）該受信した反射信号を周波数分析して前記ターゲットにより生じるエコーを検出し、
（ｄ）該検出されたエコーが検出周波数範囲の上下限で折り返されているかを判定し、
（ｅ）該折り返しが判定されたとき、前記エコーの周波数を折り返されていない周波数に補正し、
（ｆ）該周波数の補正されたエコーまたは前記検出されたエコーに基づいて前記ターゲットの位置または速度を推定し、
前記ステップ（ｂ）は、前記ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置で受信アンテナを用いて受信するステップであり、
前記ステップ（ｃ）は、前記異なる位置毎に受信した反射信号を周波数分析して該異なる位置毎に前記ターゲットにより生じるエコーを検出するステップであり、
前記ステップ（ｄ）は、前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定し、該推定された方位が許容範囲内にないときにエコーが前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定するステップである
位置速度推定方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｄ）は、前記ターゲットの方位を検出し、前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定し、該推定された方位と前記検出された方位とが許容範囲内にないときに該推定された方位の推定に用いたエコーが前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定するステップである請求項８記載の位置速度推定方法。
【請求項１０】
請求項８記載の位置速度推定方法であって、
前記ステップ（ａ）は、時間当たりの周波数変化量が同じで増減が異なる２つのフェーズを少なくとも有する周波数変調された送信信号を送信するステップであり、
前記ステップ（ｄ）は、前記検出された異なる位置の各フェーズのエコーに基づいて各々前記ターゲットの方位を推定し、該推定された各々の方位が許容範囲内にないときに周波数の低い方のエコーが前記検出周波数範囲の下限で折り返されていると判定するステップである
位置速度推定方法。
【請求項１１】
請求項８記載の位置速度推定方法であって、
前記ステップ（ａ）は、時間当たりの周波数変化量が同じで増減が異なる２つのフェーズを少なくとも有する周波数変調された送信信号を送信するステップであり、
前記ステップ（ｄ）は、前記検出された異なる位置の各フェーズのエコーに基づいて各々前記ターゲットの方位を推定し、該推定された各々の方位が許容範囲内にないときに周波数の高い方のエコーが前記検出周波数範囲の上限で折り返されていると判定するステップである
位置速度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置および位置速度推定方法に関し、詳しくは、ターゲットからの反射信号に基づいてターゲットの位置または速度を検出するレーダ装置および周波数変調された送信信号のターゲットからの反射信号に基づいてターゲットの位置または速度を推定する位置速度推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のレーダ装置としては、遠方のターゲットに対してＦＭ−ＣＷレーダを用いると共に近傍のターゲットに対して位相差レーダを用いるものが提案されている（例えば、特開平８−１７０９８５号公報など）。このレーダ装置では、遠方のターゲットの位置と速度を検出する際にはＦＭ−ＣＷレーダを用いて検出し、近傍のターゲットの位置と速度を検出する際にはＦＭ−ＣＷレーダから位相差レーダに切り換えて検出している。ターゲットとの相対速度はターゲットが近傍に位置するときに比して遠方に位置するときの方が大きい場合が多いことから、ＦＭ−ＣＷレーダ装置は相対速度の大きなターゲットの位置と速度をも検出するよう設計されることが多い。こうした設計のＦＭ−ＣＷレーダ装置で近傍のターゲットを検出しようとすると、検出される周波数領域では、受信信号に含まれる直流成分のために、そのサイドローブの影響を受けて検出が困難になる。上述のレーダ装置は、こうした問題を近傍のターゲットに対しては位相差レーダを用いることにより解決しようとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたレーダ装置では、ＦＭ−ＣＷレーダと位相差レーダとを備える必要があり、装置が複雑化すると共に大型化してしまう。そのため、前述の問題を他の手法により解決し、ＦＭ−ＣＷレーダだけで近傍から遠方までのターゲットに対応できる別の手法が望まれていた。また、ＦＭ−ＣＷレーダでは、直流成分のサイドローブの影響の他に、検出されたエコーが反射信号を受信する際のサンプリング周期により定まるエコー検出周波数範囲を超えるために、物理現象としてはエコー検出周波数範囲の上限で折り返されて検出され、この折り返されたエコーに基づいた推定によって誤りが生じるという問題があった。
【０００４】
本発明のレーダ装置および位置速度推定方法は、ターゲットの遠近に拘わらず、ターゲットの位置と速度をより正確に推定することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のレーダ装置および位置速度推定方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明のレーダ装置は、ターゲットからの反射信号に基づいて該ターゲットの位置または速度を検出するレーダ装置であって、周波数変調された送信信号を前記ターゲットに送信する送信手段と、前記ターゲットからの反射信号を受信アンテナを用いて受信する反射信号受信手段と、該反射信号受信手段により受信した反射信号を周波数分析して前記ターゲットにより生じるエコーを検出するエコー検出手段と、該検出されたエコーのうちいずれかが検出周波数範囲の上下限で折り返されているかを判定する折り返し判定手段と、該判定結果と前記検出されたエコーとに基づいて前記ターゲットの位置または速度を推定する位置速度推定手段とを備え、前記反射信号受信手段は、前記ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置で受信アンテナを用いて受信する手段であり、前記エコー検出手段は、前記異なる位置毎に受信した反射信号を周波数分析して該異なる位置毎に前記ターゲットにより生じるエコーを検出する手段であり、前記折り返し判定手段は、前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定し、該推定された方位が許容範囲内にないときにエコーが前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定する手段であることを要旨とする。
【０００７】
この本発明のレーダ装置では、折り返し判定手段を用いて検出されたエコーが検出周波数範囲の上下限で折り返されているかを判定し、その判定結果に基づいてターゲットの位置や速度を推定するから、ターゲットのより適正な位置や速度を推定することができる。ここで、「ターゲットの位置」にはターゲットとの距離の概念も含まれ、「ターゲットの速度」にはターゲットの相対速度も含まれる。また、エコーの折り返しの判定は、エコーの位相を検出できる装置を用いて時間の経過と共に変化する位相の変化方向を検出し、これが異なることを利用すれば実現できる。
【０００８】
こうした本発明のレーダ装置において、前記反射信号受信手段は前記ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置で受信アンテナを用いて受信する手段であり、前記エコー検出手段は前記異なる位置毎に受信した反射信号を周波数分析して該異なる位置毎に前記ターゲットにより生じるエコーを検出する手段であり、前記折り返し判定手段は前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定することによりエコーの折り返しを判定する手段であるものとすることもできる。
【０００９】
このターゲットからの反射信号を異なる複数の位置に配置された受信アンテナを用いて受信する態様の本発明のレーダ装置において、前記折り返し判定手段は、前記ターゲットの方位を検出する方位検出手段と、前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定する方位推定手段とを備え、該推定された方位と前記検出された方位とが許容範囲内にないときに該推定された方位の推定に用いたエコーが前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定する手段であるものとすることもできる。ターゲットの方位を検出する方位検出手段により検出された方位を用いて折り返しの判定をするから、より容易かつ適正に折り返しを判定することができる。
【００１０】
また、ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置に配置された受信アンテナを用いて受信する態様の本発明のレーダ装置において、前記送信手段は時間当たりの周波数変化量が同じで増減が異なる２つのフェーズを少なくとも有する周波数変調された送信信号を送信する手段であり、前記折り返し判定手段は、前記検出された異なる位置の各フェーズのエコーに基づいて各々前記ターゲットの方位を推定する方位推定手段を備え、該推定された各々の方位が許容範囲内にないときに周波数の低い方のエコーが前記検出周波数範囲の下限で折り返されていると判定する手段であるものとすることもできる。レーダ装置では、エコーの検出周波数範囲は反射信号を受信する際のサンプリング周期により定まるから、サンプリング周期を調節することによりエコーの検出周波数範囲をある程度設定することができる。したがって、対象となるターゲットの位置と速度に対して検出周波数範囲の上限が十分に高くなるようサンプリング周期を設計することもできる。この場合には、周波数の高い方のエコーの検出周波数範囲の上限での折り返しはないと考えることができるから、周波数の低い方のエコーの検出周波数範囲の下限での折り返しを判定すればよいことになる。周波数の高い方のエコーは検出周波数範囲の上限での折り返しはないと考えることができるから、これにより推定されるターゲットの方位は正しい方位と考えることができる。したがって、この方位と周波数の低い方のエコーにより推定される方位とを比較すれば、周波数の低い方のエコーが検出周波数範囲の下限で折り返されたものであるか否かを判定することができる。
【００１１】
あるいは、ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置に配置された受信アンテナを用いて受信する態様の本発明のレーダ装置において、前記送信手段は時間当たりの周波数変化量が同じで増減が異なる２つのフェーズを少なくとも有する周波数変調された送信信号を送信する手段であり、前記折り返し判定手段は、前記検出された異なる位置の各フェーズのエコーに基づいて各々前記ターゲットの方位を推定する方位推定手段を備え、該推定された各々の方位が許容範囲内にないときに周波数の高い方のエコーが前記検出周波数範囲の上限で折り返されていると判定する手段であるものとすることもできる。前述の対象となるターゲットの位置と速度に対して検出周波数範囲の上限が十分に高くなるようサンプリング周期を設計するものとは逆に、対象となるターゲットの位置と速度に対して検出周波数範囲の下限が十分に低くなるようサンプリング周期を設計することもできる。この場合には、周波数の低い方のエコーの検出周波数範囲の下限での折り返しはないと考えることができるから、周波数の高い方のエコーの検出周波数範囲の上限での折り返しを判定すればよく、周波数の低い方のエコーにより推定されるターゲットの方位を正しい方位としてこの方位と周波数の高い方のエコーにより推定される方位とを比較して、周波数の高い方のエコーが検出周波数範囲の上限で折り返されたものであるか否かを判定することができる。
【００１２】
また、ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置に配置された受信アンテナを用いて受信する態様の本発明のレーダ装置において、前記位置速度推定手段は、前記折り返し判定手段により前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定されたとき、該判定に係るエコーの周波数を折り返されていない周波数に補正すると共に該周波数を補正したエコーに基づいて前記ターゲットの位置または速度を推定する手段であるものとすることもできる。補正された周波数のエコーを用いるから、より正確にターゲットの位置と速度を推定することができる。
【００１３】
さらに、ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置に配置された受信アンテナを用いて受信する態様の本発明のレーダ装置において、前記送信手段は、送信信号の掃引周期を変更可能な手段であるものとすることもできる。送信信号の掃引周波数を変更することにより、ターゲットに対する直流成分のサイドローブの影響が異なるから、エコーの検出の際に直流成分のサイドローブの影響を軽減することができる。この結果、より正確にターゲットの位置と速度とを推定することができる。この態様の本発明のレーダ装置において、前記送信手段は第１の掃引周期の送信信号と該第１の掃引周期より大きな第２の掃引周期の送信信号とを切り換えて送信可能な手段であり、比較的遠方のターゲットを探索するときには前記第１の掃引周期の送信信号を送信すると共に比較的近傍のターゲットを探索するときには前記第２の掃引周期の送信信号を送信するよう前記送信手段による送信を切り換える送信切換手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、遠方のターゲットでも近傍のターゲットでもより正確にその位置や速度を推定することができる。
【００１４】
本発明の位置速度推定方法は、ターゲットの位置または速度を推定する位置速度推定方法であって、（ａ）周波数変調された送信信号を前記ターゲットに送信し、（ｂ）前記ターゲットからの反射信号を受信アンテナを用いて受信し、（ｃ）該受信した反射信号を周波数分析して前記ターゲットにより生じるエコーを検出し、（ｄ）該検出されたエコーが検出周波数範囲の上下限で折り返されているかを判定し、（ｅ）該折り返しが判定されたとき、前記エコーの周波数を折り返されていない周波数に補正し、（ｆ）該周波数の補正されたエコーまたは前記検出されたエコーに基づいて前記ターゲットの位置または速度を推定し、前記ステップ（ｂ）は、前記ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置で受信アンテナを用いて受信するステップであり、前記ステップ（ｃ）は、前記異なる位置毎に受信した反射信号を周波数分析して該異なる位置毎に前記ターゲットにより生じるエコーを検出するステップであり、前記ステップ（ｄ）は、前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定し、該推定された方位が許容範囲内にないときにエコーが前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定するステップであることを要旨とする。
【００１５】
この本発明の位置速度推定方法によれば、検出周波数範囲の上下限で折り返されたエコーについては折り返されていない周波数に補正し、この周波数が補正されたエコーに基づいてターゲットの位置や速度を推定するから、ターゲットのより適正な位置や速度を推定することができる。ここで、「ターゲットの位置」にはターゲットとの距離の概念も含まれ、「ターゲットの速度」にはターゲットの相対速度も含まれる。
【００１６】
こうした本発明の位置速度推定方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置で受信アンテナを用いて受信するステップであり、前記ステップ（ｃ）は、前記異なる位置毎に受信した反射信号を周波数分析して該異なる位置毎に前記ターゲットにより生じるエコーを検出するステップであり、前記ステップ（ｄ）は、前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定することによりエコーの折り返しを判定するステップであるものとすることもできる。
【００１７】
このターゲットからの反射信号を異なる複数の位置に配置された受信アンテナを用いて受信する態様の本発明の位置速度推定方法において、前記ステップ（ｄ）は、前記ターゲットの方位を検出し、前記検出された異なる位置のエコーに基づいて前記ターゲットの方位を推定し、該推定された方位と前記検出された方位とが許容範囲内にないときに該推定された方位の推定に用いたエコーが前記検出周波数範囲の上下限で折り返されていると判定するステップであるものとすることもできる。検出されたターゲットの方位を用いて折り返しの判定をするから、より容易かつ適正に折り返しを判定することができる。
【００１８】
また、ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置に配置された受信アンテナを用いて受信する態様の本発明の位置速度推定方法において、前記ステップ（ａ）は時間当たりの周波数変化量が同じで増減が異なる２つのフェーズを少なくとも有する周波数変調された送信信号を送信するステップであり、前記ステップ（ｄ）は前記検出された異なる位置の各フェーズのエコーに基づいて各々前記ターゲットの方位を推定し、該推定された各々の方位が許容範囲内にないときに周波数の低い方のエコーが前記検出周波数範囲の下限で折り返されていると判定するステップであるものとすることもできる。対象となるターゲットの位置と速度に対して検出周波数範囲の上限が十分に高くなるようサンプリング周期が設計された場合、周波数の高い方のエコーの検出周波数範囲の上限での折り返しはないと考えられるから、周波数の高い方のエコーにより推定されるターゲットの方位を正しい方位としてこの方位と周波数の低い方のエコーにより推定される方位とを比較することにより、周波数の低い方のエコーが検出周波数範囲の下限で折り返されたものであるか否かを判定することができる。
【００１９】
あるいは、ターゲットからの反射信号を異なる複数の位置に配置された受信アンテナを用いて受信する態様の本発明の位置速度推定方法において、前記ステップ（ａ）は時間当たりの周波数変化量が同じで増減が異なる２つのフェーズを少なくとも有する周波数変調された送信信号を送信するステップであり、前記ステップ（ｄ）は、前記検出された異なる位置の各フェーズのエコーに基づいて各々前記ターゲットの方位を推定し、該推定された各々の方位が許容範囲内にないときに周波数の高い方のエコーが前記検出周波数範囲の上限で折り返されていると判定するステップであるものとすることもできる。対象となるターゲットの位置と速度に対して検出周波数範囲の下限が十分に高くなるようサンプリング周期が設計された場合、周波数の低い方のエコーの検出周波数範囲の下限での折り返しはないと考えられるから、周波数の低い方のエコーにより推定されるターゲットの方位を正しい方位としてこの方位と周波数の高い方のエコーにより推定される方位とを比較することにより、周波数の高い方のエコーが検出周波数範囲の上限で折り返されたものであるか否かを判定することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例であるＦＭ−ＣＷレーダ装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０は、図示するように、供給された電圧振幅の三角波による周波数変調により、時間当たりの周波数変化量が同じで増減が異なる上りフェーズと下りフェーズを有する高周波信号を発生する電圧制御発振器２２と、この高周波信号を送信する送信アンテナ２４と、車両の前方に各々配置されターゲット１０からの反射信号を受信する左右二つの受信アンテナ２６ａ，２６ｂと、受信アンテナ２６ａ，２６ｂにより各々受信された反射信号と電圧制御発振器２２からの高周波信号とを受けて反射信号の周波数と高周波信号の周波数との差の周波数成分を持つ左右のビート信号を得るミキサ２８ａ，２８ｂと、左右のビート信号の供給を受けてターゲット１０との距離と相対速度を推定する信号処理装置３０とを備える。なお、受信アンテナ２６ａ，２６ｂは、同じアンテナを機械的に移動させて実現してもよい。
【００２１】
信号処理装置３０は、左右のビート信号を周波数分析する周波数分析部３２ａ，３２ｂと、周波数分析の結果に基づいて左右の上りフェーズおよび下りフェーズのエコーを検出するエコー検出部３４ａ，３４ｂと、左右の同一フェーズのエコーを用いてターゲット１０の方位を検出する方位検出部３６と、検出されたターゲット１０の方位に基づいて周波数の低い方のエコーが折り返しによるものであるかを判定すると共に折り返しと判定されたときには判定に係るエコーの周波数を折り返されていない周波数に補正する折り返し判定補正部３８と、検出されたエコーと補正されたエコーとに基づいてターゲット１０の距離と速度と方位を演算する距離・速度・方位演算部４０とを備える。
【００２２】
周波数分析部３２ａ，３２ｂは、実施例では左右のビート信号を複素ＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分析を行ない適当な周波数間隔（周波数ｂｉｎ）毎に複素振幅（電圧）を求めるものとした。周波数分析の結果の一例を図２に示す。図２（ａ）は左の受信アンテナ２６ａにより受信された反射信号に対するビート信号を周波数分析したものであり、図２（ｂ）は右の受信アンテナ２６ｂにより受信された反射信号に対するビート信号を周波数分析したものである。
【００２３】
エコー検出部３４ａ，３４ｂでは、周波数分析の結果のピークをエコーとして検出する。図２の周波数分析結果では、上りフェーズのピークの周波数ｆｂｕと下りフェーズの周波数ｆｂｄが相当する。なお、図２では、上りフェーズが下りフェーズより高い周波数となっているのは、ターゲット１０が相対的に遠ざかっていることを表わしている。
【００２４】
方位検出部３６は、左右の同一フェーズのエコーを用いて、即ち左右の上りフェーズのエコーおよび左右の下りフェーズのエコーをそれぞれ用いてターゲット１０の方位を次式（１）により演算する。式中、θは方位角、λは受信した反射波の波長、Ｌは左右の受信アンテナ２６ａ，２６ｂの距離、Δφは受信アンテナ２６ａ，２６ｂにより受信した反射波の位相差である。
【００２５】
【数１】
0004461599.tif 000002
【００２６】
折り返し判定補正部３８では、上りフェーズと下りフェーズのうち周波数の高い方のフェーズのエコーを用いて演算された方位を正しい方位として周波数の低い方のフェーズのエコーを用いて演算された方位が許容範囲内で正しいとした方位と一致するか否かにより、周波数の低い方のフェーズのエコーがその検出周波数範囲の下限で折り返されているか否かを判定する。実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０では、受信アンテナ２６ａ，２６ｂによる受信の際のサンプリング周期がターゲット１０の距離と速度とに対してエコーの検出周波数範囲の上限が十分に高くなるよう設計されている。このため、対象となる範囲内の距離と速度のターゲット１０に対してはエコーの検出周波数範囲の上限による折り返しはなく、エコーの検出周波数範囲の下限による折り返しだけを判定すればよい。図２の周波数分析結果では、上りフェーズのエコーはその検出周波数範囲の上限による折り返しではなく、下りフェーズのエコーがその検出周波数範囲の下限による折り返しであるか否かを判定する対象となる。折り返し判定補正部３８では、周波数の低い方のエコーがその検出周波数範囲の下限による折り返しと判定されたときには、判定されたエコーの周波数にマイナス１を乗じてエコーの検出周波数範囲の下限で折り返されていない周波数に補正する。例えば、図２の周波数分析結果による下りフェーズのエコーがエコーの検出周波数範囲の下限による折り返しと判定されたときには、周波数ｆｂｄにマイナス１を乗じた「−ｆｂｄ」を下りフェーズのエコーの周波数とするのである。こうした処理により正しい周波数に補正できるのは次の理由による。
【００２７】
距離Ｒで静止したターゲット１０のエコーが周波数ｆｒで得られるものとし、相対速度ｖのターゲット１０で生じるドップラ周波数をｆｄとすると、距離Ｒに存在するターゲット１０では、上りフェーズのエコーは周波数ｆｂｕ＝ｆｒ＋ｆｄで検出され、下りフェーズのエコーは周波数ｆｂｄ＝ｆｒ−ｆｄで検出される。こうした上りフェーズのエコーの周波数ｆｂｕと下りフェーズのエコーの周波数ｆｂｄを用いると、距離Ｒに対する周波数ｆｒと相対速度ｖに対する周波数ｆｄは、次式（２）および式（３）により求めることができる。
【００２８】
ｆｒ＝（ｆｂｕ＋ｆｂｄ）／２    （２）
ｆｄ＝（ｆｂｕ−ｆｂｄ）／２    （３）
【００２９】
いま、図２における下りフェーズのエコーがその検出周波数範囲の下限で折り返されたものとすると、検出された下りフェーズのエコーの周波数ｆｂｄは周波数軸上での折り返しにより本来ｆｂｄ＝ｆｒ−ｆｄとなるものがｆｂｄ＝ｆｄ−ｆｒとして検出される。したがって、エコーの検出周波数範囲の下限で折り返されたものと判定されたときにマイナス１を乗じることにより折り返される前の本来の周波数とすることができる。この関係を図３に例示する。なお、図３に示された実際に検出された下りフェーズのエコーの周波数を上述の式（２）および式（３）に代入すると、距離Ｒに対する周波数ｆｒ＝ｆｄとなり、相対速度ｖに対する周波数ｆｄ＝ｆｒとなって、距離と速度の情報が入れ替わるのが解る。これでは、ターゲット１０の距離と速度を正確に推定することができない。
【００３０】
距離・速度・方位演算部４０では、検出されたエコーと補正されたエコーの周波数ｆｂｕ，ｆｂｄから上述の式（２）および式（３）を用いて距離Ｒに対する周波数ｆｒと相対速度ｖに対する周波数ｆｄとを演算し、演算した周波数ｆｒ，ｆｄを用いて周知の式によりターゲット１０との距離Ｒおよび相対速度ｖを演算する。なお、方位については上述の式（１）により演算する。
【００３１】
次に、こうして構成された実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０でターゲット１０の距離と相対速度とが正しく検出される様子について説明する。ターゲット１０を、図４に示すように、ｒａｎｇｅ方向に向けられた実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０に対して側方からｒａｎｇｅ方向に沿って一定速度で移動させる状況を設定し、実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０によりターゲット１０の距離と速度を検出する。このときにエコー検出部３４ａ，３４ｂで検出される各フェーズのエコーの周波数と方位検出部３６で各フェーズのエコーを用いて演算される方位とを図５に示す。ターゲット１０がレーダから遠ざかっているから、上りフェーズのエコーの周波数の方が下りフェーズのエコーの周波数より高くなっている。ターゲット１０が近くに位置するときには、ターゲット１０が遠ざかっているにも拘わらず下りフェーズのエコーの周波数は低くなっていることから、検出されている下りフェーズのエコーがその検出周波数範囲の下限で折り返されているのが解る。このため、下りフェーズのエコーを用いて演算された方位は、上りフェーズのエコーを用いて演算された方位と符号が反転したものとなっている。したがって、上りフェーズのエコーを用いて演算された方位と下りフェーズのエコーを用いて演算された方位とを比較することにより周波数の低い方のエコー（下りフェーズのエコー）がエコーの検出周波数範囲の下限で折り返されているか否かを判定することができる。時間ｔ１以降ではエコーの検出周波数範囲の下限で折り返されていた下りフェーズのエコーは周波数が検出周波数範囲になるから、下りフェーズのエコーの周波数は上りフェーズのエコーの周波数と同様にターゲット１０が遠ざかっていくにしたがって高くなる。下りフェーズのエコーを用いて演算される方位は、時間ｔ１で正転し、上りフェーズのエコーを用いて演算される方位と同一となる。
【００３２】
以上説明した実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０によれば、上りフェーズと下りフェーズのうち周波数の低い方のフェーズのエコーを用いて演算された方位が周波数の高い方のフェーズのエコーを用いて演算された方位の許容範囲内にあるか否かにより、周波数の低い方のフェーズのエコーがその検出周波数範囲の下限で折り返されているか否かを判定することができる。また、実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０によれば、周波数の低い方のエコーがその検出周波数範囲の下限で折り返されているときには折り返されていない本来の周波数に補正することにより、ターゲット１０の距離と相対速度とを正確に推定することができる。
【００３３】
実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０では、受信アンテナ２６ａ，２６ｂによる受信の際のサンプリング周期がターゲット１０の距離と速度とに対してエコーの検出周波数範囲の上限が十分に高くなるよう設計し、対象となる範囲内の距離と速度のターゲット１０に対してはエコーの検出周波数範囲の上限による折り返しがないようにして、周波数の低い方のエコーの検出周波数範囲の下限による折り返しだけを判定するものとしたが、受信アンテナ２６ａ，２６ｂによる受信の際のサンプリング周期がターゲット１０の距離と速度とに対してエコーの検出周波数範囲の下限が十分に低くなるよう設計し、対象となる範囲内の距離と速度のターゲット１０に対してはエコーの検出周波数範囲の下限による折り返しがないようにして、周波数の高い方のエコーの検出周波数範囲の上限による折り返しだけを判定するものとしてもよい。この場合、エコーの検出周波数範囲の上限による折り返しが判定されたときにはエコーの周波数にマイナス１を乗じてエコーの検出周波数範囲の上限で折り返されていない周波数に補正すればよい。
【００３４】
実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０では、受信アンテナ２６ａ，２６ｂによる受信の際のサンプリング周期がターゲット１０の距離と速度とに対してエコーの検出周波数範囲の上限が十分に高くなるよう設計し、対象となる範囲内の距離と速度のターゲット１０に対してはエコーの検出周波数範囲の上限による折り返しがないようにして、周波数の低い方のエコーの検出周波数範囲の下限による折り返しだけを判定するものとしたが、図６の変形例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｂに示すように、ターゲット１０の方位を検出する方位検出装置３７を設け、折り返し判定補正部３８Ｂをこの方位検出装置３７により検出された方位と方位検出部３６により演算される各フェーズの方位とを比較することにより、いずれかのフェーズのエコーが検出周波数範囲の上下限で折り返されていないかを判定するものとしてもよい。方位検出装置として、指向性ビームを向けてターゲットの方位を確認できる電波レーダやレーザレーダ，超音波レーダなどの各種レーダを用いるものとしたり、画像による検出なども利用することができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施例としてのＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｃについて説明する。図７は、第２実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。第２実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｃは、図示するように、第１実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０と同一の構成に、短い周期の三角波を出力する遠方領域探索用電圧発生器４２と、遠方領域探索用電圧発生器４２から出力される三角波と振幅は同じだが長い周期の三角波を出力する近傍領域探索用電圧発生器４４と、遠方領域探索用電圧発生器４２と電圧制御発振器２２とを接続するか近傍領域探索用電圧発生器４４と電圧制御発振器２２とを接続するかを選択的に切り替えるモード切替器４６とを備える。なお、第２実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｃの構成のうち第１実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０の構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。第２実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｃでは、モード切替器４６の切り替えにより、電圧制御発振器２２から遠方領域探索用電圧発生器４２または近傍領域探索用電圧発生器４４からの長短の周期の三角波により周波数変調された上りフェーズと下りフェーズを有する高周波信号が出力される。
【００３６】
いま、遠方領域探索用電圧発生器４２および近傍領域探索用電圧発生器４４から出力された三角波により周波数変調された高周波信号を用いてターゲット１０の距離Ｒと相対速度ｖとを検出することを考える。図８に例示するように、遠方探索モードと近傍探索モードとにおいて送信アンテナ２４から送信される周波数変調された高周波信号の遷移周波数をΔｆ、掃引周期をＴｃ１，Ｔｃ２、距離Ｒに対する周波数をｆｒ１，ｆｒ２、相対速度ｖに対する周波数ｆｄ１，ｆｄ２とすると、距離Ｒに対する周波数ｆｒ１，ｆｒ２は次式（４）および式（５）により計算され、各モードの周波数に対する最小分解能ｆｍｉｎ１，ｆｍｉｎ２は式（６）および（７）により計算され、各モードの距離Ｒに対する最小分解能Ｒｍｉｎ１，Ｒｍｉｎ２は式（８）および式（９）により計算される。なお式中、ｃは光速である。
【００３７】
ｆｒ１＝（２Ｒ・Δｆ）／（Ｔｃ１・ｃ）    （４）
ｆｒ２＝（２Ｒ・Δｆ）／（Ｔｃ２・ｃ）    （５）
ｆｍｉｎ１＝１／Ｔｃ１                    （６）
ｆｍｉｎ２＝１／Ｔｃ２                    （７）
Ｒｍｉｎ１＝ｃ／（２・Δｆ）              （８）
Ｒｍｉｎ２＝ｃ／（２・Δｆ）              （９）
【００３８】
いま、近傍探索モードの掃引周期Ｔｃ２は遠方探索モードの掃引周期Ｔｃ１より大きいから、周波数の最小分解能については式（６）および式（７）からｆｍｉｎ１＞ｆｍｉｎ２の関係となることから、周波数に関して言えば、近傍探索モードの方が遠方探索モードより直流成分のサイドローブの影響を軽減することができる。一方、距離の最小分解能は式（８）および式（９）からＲｍｉｎ１＝Ｒｍｉｎ２と同一となるから、距離に対しては遠方探索モードと近傍探索モードとのいずれのモードを用いて同じ距離に位置するターゲット１０の距離を検出しても同一の結果、即ち直流成分のサイドローブによる影響は同一となる。
【００３９】
ここで、ターゲット１０が相対速度ｖで移動しているものとし、送信アンテナ２４からの送信信号の中心周波数をｆｃとすると、各モードにおけるドップラ周波数ｆｄ１，ｆｄ２は次式（１０）および式（１１）により計算され、ｆｄ１＝ｆｄ２となることから、掃引周期による影響は受けないのが解る。
【００４０】
ｆｄ１＝（２ｖ・ｆｃ）／（ｃ＋ｖ）（１０）
ｆｄ２＝（２ｖ・ｆｃ）／（ｃ＋ｖ）（１１）
【００４１】
各モードで得られるエコーの周波数ｆ１，ｆ２は、それぞれ距離Ｒに対する周波数ｆｒ１，ｆｒ２とドップラ周波数ｆｄ１，ｆｄ２の和であり、周波数の最小分解能についてはｆｍｉｎ１＞ｆｍｉｎ２であるから、ドップラ周波数ｆｄ１，ｆｄ２が同じなら近傍探索モードの方が遠方探索モードより直流成分のサイドローブによる影響を軽減した状態でエコーを検出できることになる。この関係の一例を図９に示す。近傍探索モードでは、ドップラ周波数ｆｄが負の値のときには、ｆｒ＋ｆｄも負の値となって検出されるエコーとしてはエコーの検出周波数範囲の下限により折り返されたものとなることが多くなるが、この場合についての処理については第１実施例で用いた手法により対応することができる。
【００４２】
なお、第２実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｃでは、モード切替器４６による切り替えは、車両の運転席近傍に配置された探索切替スイッチが操作されることにより行なうものとしたが、遠方探索モードと近傍探索モードとを所定時間毎に切り替えるものとしたり、遠方探索モードによりターゲット１０の距離が所定範囲内になったときに近傍探索モードに切り替えるものとしてもよい。
【００４３】
以上説明した第２実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｃによれば、掃引周期の異なる送信信号を切り替えて送信することにより、ターゲット１０の位置が遠方であっても近傍であっても、より高い精度で距離と相対速度とを検出することができる。
【００４４】
第２実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｃでは、異なる二つの掃引周期の送信信号を用いて遠方探索モードと近傍探索モードの二つのモードによりターゲット１０の距離と相対速度を検出するものとしたが、三つ以上の掃引周期の送信信号を用いて三つ以上のモードによりターゲット１０の距離と相対速度を検出するものとしてもよい。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例であるＦＭ−ＣＷレーダ装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  周波数分析部３２ａ，３２ｂによる周波数分析の結果の一例を示す説明図である。
【図３】  エコーの折り返しを説明する説明図である。
【図４】  ターゲット１０の移動を説明する説明図である。
【図５】  エコー検出部３４ａ，３４ｂで検出される各フェーズのエコーの周波数と方位検出部３６で各フェーズのエコーを用いて演算される方位の一例を示す説明図である。
【図６】  変形例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。
【図７】  第２実施例のＦＭ−ＣＷレーダ装置２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。
【図８】  異なる二つの掃引周期の送信信号を説明する説明図である。
【図９】  直流成分のサイドローブとこの影響を受けるエコーの関係を例示する説明図である。
【符号の説明】
２０，２０Ｂ，２０Ｃ  ＦＭ−ＣＷレーダ装置、２２  電圧制御発振器、２４送信アンテナ、２６ａ，２６ｂ  受信アンテナ、２８ａ，２８ｂ  ミキサ、３０，３０Ｂ  信号処理装置、３２ａ，３２ｂ  周波数分析部、３４ａ，３４ｂ  エコー検出部、３６  方位検出部、３７  方位検出装置、３８，３８Ｂ  折り返し判定補正部、４０  距離・速度・方位演算部、４２  遠方領域探索用電圧発生器、４４  近傍領域探索用電圧発生器、４６  モード切替器。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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