(57)【要約】  送信出力を高めることなく、遠くの目標からのエコーのＳ／Ｎ比を改善して目標検出精度を高め、かつ近くの目標の運動諸元算出を応答性よく行う。  パルス送信から第１の時間を経た第１のレンジセルにおける送信パルスのエコーを複数のパルス受信区間に亘って受信し、受信したエコーに基づく第１の信号を出力するとともに、パルス送信から第１の時間とは異なる第２の時間を経た第２のレンジセルにおける送信パルスのエコーを複数のパルス受信区間に亘って受信し、受信したエコーに基づく第２の信号を出力する受信部５と、受信部５が出力する第１の個数の第１の信号を積算して、その積算結果を第１のレンジ積算信号として出力するとともに、第１の個数と異なる第２の個数の第２の信号を積算して、その積算結果を第２のレンジ積算信号として出力する信号積算部６と、第１及び第２のレンジ積算信号に基づいて目標物を検出する目標物検出部７とを備えた。【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス送信から第１の時間を経た第１のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく信号を生成するとともに、生成した信号のうちの第１の個数の信号を積算して、その積算結果を第１のレンジセル積算信号として出力する第１の信号積算工程と、
パルス送信から第１の時間と異なる第２の時間を経た第２のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく信号を生成するとともに、生成した信号のうちの第１の個数と異なる第２の個数の信号を積算して、その積算結果を第２のレンジセル積算信号として出力する第２の信号積算工程と、
第１及び第２のレンジセル積算信号に基づいて目標物を検出する目標物検出工程を有することを特徴とする目標物検出方法。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の目標物検出方法において、
第２の信号積算工程で、第２の時間が第１の時間よりも後に経過する場合に、第２の個数を第１の個数よりも大きくしたことを特徴とする目標物検出方法。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載の目標物検出方法において、
第１の信号積算工程は、受信したエコーの受信信号を周波数分析して周波数信号を生成するとともに、生成した周波数信号のうちの第１の個数の周波数信号を積算して、その積算結果を第１のレンジセル積算信号として出力し、
第２の信号積算工程は、受信したエコーの受信信号を周波数分析して周波数信号を生成するとともに、生成した周波数信号のうちの第２の個数の周波数信号を積算して、その積算結果を第２のレンジセル積算信号として出力する、
ことを特徴とする目標物検出方法
【請求項４】
パルス送信から第１の時間を経た第１のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく第１の信号を出力するとともに、パルス送信から第１の時間とは異なる第２の時間を経た第２のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく第２の信号を出力する受信手段と、
前記受信手段が出力する第１の個数の第１の信号を積算して、その積算結果を第１のレンジ積算信号として出力するとともに、第１の個数と異なる第２の個数の第２の信号を積算して、その積算結果を第２のレンジ積算信号として出力する信号積算手段と、
第１及び第２のレンジ積算信号に基づいて目標物を検出する目標物検出手段とを備えたことを特徴とする目標物検出装置。
【請求項５】
請求の範囲第４項に記載の目標物検出装置において、
信号積算手段は、第２の時間が第１の時間よりも後に経過する場合に、第２の個数を第１の個数よりも大きくしたことを特徴とする目標物検出方法。
【請求項６】
請求の範囲第５項に記載の目標物検出装置において、
広角ビームのパルスを送信するパルス送信手段をさらに備え、
受信手段は、複数の素子アンテナを有するアレーアンテナを備えて、このアレーアンテナの素子アンテナに、第１及び第２のレンジセルにおける送信パルスのエコーを複数のパルス受信区間に亘って受信させることを特徴とする目標物検出装置。
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載の目標物検出装置において、
目標物検出手段は、第１のレンジ積算信号を用いてマルチビーム形成を行い、マルチビーム形成によって形成したビーム信号を用いて第１のレンジセルにて受信したエコーの反射源を目標として検出するとともに、第２のレンジ積算信号を用いてマルチビーム形成を行い、マルチビーム形成によって形成したビーム信号を用いて第２のレンジセルにて受信したエコーの反射源を目標として検出することを特徴とする目標物検出装置。
【請求項８】
請求の範囲第７項に記載の目標物検出装置において、
受信手段は、第１のレンジセルのエコーの受信信号を周波数分析して第１の周波数信号を出力するとともに、第２のレンジセルのエコーの受信信号を周波数分析して第２の周波数信号を出力し、
信号積算手段は、前記受信手段が出力した第１の個数の周波数信号を積算して、その積算結果を第１のレンジセル積算信号と出力するとともに、前記受信手段が出力した第２の個数の周波数信号を積算して、その積算結果を第２のレンジセル積算信号と出力することを特徴とする目標物検出装置。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載の目標物検出装置において、
パルス送信手段は、所定の周波数変調を伴う連続波をパルス化し、このパルス信号を広角ビームによるパルスとして送信する、
ことを特徴とする目標物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はパルスレーダ及びパルス化したレーダ波を用いて遠隔に存在する目標の運動諸元（位置又は相対距離、相対速度など）を検出する方法に係るものであり、特に安価な装置構成にて近距離から遠距離までの幅広い距離範囲に存在する目標の運動諸元を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ技術は、防衛・気象といった分野が主だった適用分野だった。これらの分野向けレーダ装置は少量生産で足りるものであり、どちらかといえばコストを犠牲にしてでも要求性能を達成することが求められた。しかし、レーダ技術の新しい利用分野である自動車搭載用レーダは、普及状況次第では量産規模が数万台から数十万台、場合によっては数百万台の規模となりうる。そして、自動車搭載レーダを普及させるためには製造コストを抑える必要がある。【０００３】
このような要求を満足する低廉なレーダ装置を供給するためには、従来のレーダ技術で用いられていたような高性能な処理回路を要求する信号処理方式に代わる負荷の低い信号処理方式に加え、アンテナ構成の簡略化・低出力化が求められる。【０００４】
その一方で、自動車搭載用レーダは、走行上の障害物を検出し危険回避することで、走行の安全性を高めることを目的としている。場合によっては、人命に関わる重大な処理を精度よく実行しなければならない。したがってコスト削減が求められているといえども、目標物を検出する性能を犠牲にすることが容認されるものではない。具体的には、相対距離にして０ｍ〜約２００ｍ程度の範囲に存在する比較的広い角度の目標物を１ｍ程度の分解能で数ミリ秒以内に検出することが要求される。【０００５】
従来から知られているレーダの方式として、パルス方式、パルス圧縮方式（スペクトル拡散レーダ）、ＦＭＣＷ方式、２周波ＣＷ方式などがあるが、パルス方式やパルス圧縮方式のレーダ装置では、例えば１ｍの分解能を得るためには１５０ＭＨｚという広帯域を必要とする。特にパルス圧縮レーダの場合は、相関処理の演算負荷が大きく高速の信号処理が必要となる。その結果、これらの方式は製造コスト削減の上では不利となる。【０００６】
一方、ＦＭＣＷ(Frequency Modulated Continuous Wave)方式、２周波ＣＷ方式、多周波ＣＷ方式などの方式は、比較的低速の信号処理で所望の距離分解能が得られることが知られている。したがって、これらの方式によれば、製造コスト削減の要求と高分解能化の要求を同時に満たしうるという利点があるため、自動車搭載用レーダの方式として有力視されている。【０００７】
しかしながら、連続波(Continuous Wave : CW)を送信波として用いるこれらの方式（以下、連続波を用いるこれらのレーダ方式を「ＣＷ方式」と総称する）は、送受信のアイソレーション確保、近距離からの伝播損失の小さい不要反射波対策（近距離クラッタ）などの深刻な課題を有しているのが実情である。そこで、このような問題に対処するために、ＦＭＩＣＷ(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)方式を初めとする送信連続波をパルス化した方式が知られている。【０００８】
また、自動車搭載用レーダには、複数の車線を走行する先行車両など、広い角度に存在する目標物を検出するという要求がある。この要求を満たすために、開口面アンテナを機械駆動するアンテナ方式、マルチビームアンテナ方式、およびアレーアンテナを備えたフェーズドアレー方式およびＤＢＦ(Digital Beam Forming)方式などが知られている。【０００９】
このうち、機械駆動方式は、幅広い覆域の反射源を観測するために長い観測時間を要することとなって、応答性能を高めることが難しい。また同時に複数方向の送信ビームを照射するマルチビームアンテナ方式、および電気的な位相制御を用いて短時間のうちにビームの走査方向を変化させるアレーアンテナを備えたフェーズドアレー方式といった方式であれば、応答性能上の問題はないものの、アンテナ機構が複雑になりすぎるため、量産に不向きである。【００１０】
一方、ＤＢＦ方式は、ビーム形成をディジタル信号処理により実現するものであり、処理の適応性、拡張性、高分解能性に優れるという利点がある。特に、自動車搭載用レーダでは、幅広い覆域に存在する障害物を短時間（理想的には数ミリ秒）で検出することが要求される。このため、広角ビームあるいはファンビームと呼ばれるビーム幅の広いビームとＤＢＦ方式の組み合わせが自動車搭載用レーダの方式として有利である。【００１１】
広角ビームは、一回のパルスで要求覆域全体を照射する程度にビーム幅の広いビームである。広角ビームとＤＢＦ方式との組み合わせによって、要求覆域を同時にカバーしうるビーム幅の広いビームを送信した上で、送信したビームのエコーをアレーアンテナによって取り込んでおき、以降ＤＢＦ方式によって、取り込んだアレーアンテナの各素子アンテナの出力信号をディジタル信号処理して任意の方向のビーム形成する（例えば、特許文献１や特許文献２）。【００１２】
こうすることで、ビーム方向の制御機構を単純化しつつビーム走査のオーバーヘッドを最小に抑え、同時に要求覆域の目標物を短時間で検出することが可能となる。さらに広角ビームとＤＢＦ方式との組み合わせは、ＦＭＣＷ方式や２周波ＣＷ方式、多周波ＣＷ方式といったレーダ原理と組み合わせることが可能である。また広角送信ビームをパルス化することで、実用的な自動車搭載用レーダを提供する上で生ずる問題の大部分は解決される。【００１３】
【特許文献１】米国特許第５４９７１６１号公報
【特許文献２】日本国特許第３６２２５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、広角ビームはビーム幅が広いために、受信信号のＳ／Ｎ比が低下するという問題がある。このような問題を改善する方法として、パルスレーダではパルスのエコーとして得られる受信信号を時間軸方向に、あるいは複数パルスに亘って積算してＳ／Ｎ比を確保する方法が用いられる。このような処理は信号の積分処理として知られている。しかしながら積分処理を行うためには、積算する信号を複数の観測期間に亘って収集する必要があるので、信号収集に必要となる観測期間が経過するまで観測値が得られず、応答性能が劣化してしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる問題を解決するために、この発明による目標物検出方法では、
パルス送信から第１の時間を経た第１のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく信号を生成するとともに、生成した信号のうちの第１の個数の信号を積算して、その積算結果を第１のレンジセル積算信号として出力する第１の信号積算工程と、
パルス送信から第１の時間と異なる第２の時間を経た第２のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく信号を生成するとともに、生成した信号のうちの第１の個数と異なる第２の個数の信号を積算して、その積算結果を第２のレンジセル積算信号として出力する第２の信号積算工程と、
第１及び第２のレンジセル積算信号に基づいて目標物を検出する目標物検出工程を有することとした。【００１６】
なおレンジセルとは、送信されたパルスのエコーを受信する区間であって、所定の時間幅で細分化された観測期間である。また、レンジセルは、別の言い方としてレンジゲート（距離ゲート）あるいはレンジビンとも呼ばれることもある。【００１７】
レーダが一つの送信パルスを送信すると、観測覆域内に存在する距離の異なる複数の反射源によって反射される。エコーが再びレーダシステムに到着する場合、異なる距離にある反射源によって反射された各エコーには経路長の差に起因する到着時間のばらつきが生じる。【００１８】
レーダの受信アンテナは、まず到着時間にばらつきの生じた状態のエコーを時間的に連続したアナログ受信信号に変換する。ついで、時間的に連続したアナログ受信信号は所定の間隔毎にサンプリングされ、ディジタル信号に変換される。異なる距離にある反射源は異なるサンプリング区間のディジタル信号として表現される。このサンプリング区間の一つ一つがレンジセルとなる。すなわち、第１のレンジセルと第２のレンジセルはともに、時間的に連続した一つのアナログ受信信号を時間的に分割するための区間である。【００１９】
一般に、電波の伝播経路が長くなると、電波の到着地点における強度やＳ／Ｎ比が劣化する。このため、第１のレンジセルと第２のレンジセルとでは、観測されるエコーの強度やＳ／Ｎ比が異なる。Ｓ／Ｎ比が劣化すると、真の目標に由来するエコーの信号成分がノイズに埋もれてしまい、検出が困難となる。
【発明の効果】
【００２０】
これによって、電波の伝播経路が短く強度やＳ／Ｎ比が十分なエコーについては、積分演算に用いる信号を収集する観測回数を少なくすることで、観測結果を得るまでの応答時間を短くする一方、電波の伝播経路が長く強度やＳ／Ｎ比が不十分なエコーについては、積分演算に用いる観測回数を多くすることで、観測結果を得る上で十分なＳ／Ｎ比を確保することが可能となる。【００２１】
ただしこの発明は、遠くの反射源からのエコーの積分処理に用いる信号を取得するための観測回数を近くの反射源からのエコーの積分処理に用いる信号を取得するための観測回数よりも多くするという構成に限定されるものではない。例えば、これまでの観測結果に基づいて行った予測処理や追尾処理を通じて、観測覆域の一定の範囲に反射率の大きい反射源が存在していることが分かっている場合は、その反射源からエコーが含まれるレンジセルについて観測回数を少なくし、その前後のレンジセルについては観測回数を多くする、という構成を採用してもよいのである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１の目標物検出装置のブロック図。
【図２】この発明の実施の形態１の送信パルスとエコーの関係を示す図。
【図３】この発明の実施の形態１の周波数変調方法の説明図。
【図４】この発明の実施の形態１のパルス化方法を説明する図。
【図５】この発明の実施の形態１のアレーアンテナの構成を説明する図。
【図６】この発明の実施の形態１の素子切換のタイミングチャート。
【図７】この発明の実施の形態１のレンジセルの説明図。
【図８】この発明の実施の形態１の周波数分析処理の説明図。
【符号の説明】
【００２３】
２  パルス送信部、
３  送信パルス、
４  エコー、
５  受信部、
６  信号積算部、
７  目標物検出部、
１１  基準信号発生器、
１２  送信信号変換器、
１３  パルス化器、
１４  送信アンテナ、
１５  アレーアンテナ、
１６  切換部、
１７  受信信号変換器、
１８  Ａ／Ｄ変換器、
１９  周波数分析部、
１００  基準信号、
１０１  送信信号、
１０２  パルス信号、
１０７  差信号、
１０８  ディジタル差信号、
１０９  周波数信号、
１１０、１１１  積算信号、
１１２  目標物観測値。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による目標物検出装置の構成を示すブロック図である。図に示す目標物検出装置１は、ＦＭＣＷレーダ方式を用いて目標物の観測を行う装置であって、パルス送信部２、受信部５、信号積算部６、目標物検出部７を備えている。【００２５】
パルス送信部２は、周波数変調を施された送信信号を発生し、発生した送信信号をパルス化して送信パルス３を出力する部位である。図２に示すように、送信パルス３の一部は目標物検出装置１の外部に存在する反射源に反射され、エコー４として再び目標物検出装置１に戻ってくる。【００２６】
ここで、反射源と目標物検出装置１との距離をＲ、反射源の速度をＶとすると、送信パルス３は長さＲの経路を往復した後にエコー４に届くこととなるので、光速をｃとすれば送信パルス３の送信からエコー４の受信までの間にＴ＝２Ｒ／ｃの時間が経過する。また送信パルス３が反射されてエコー４が発生する際に反射源の速度Ｖに応じた周波数変調がなされる。受信部５は、このエコー４を検出してエコー４に基づく信号を生成する。ここで生成された信号は、最終的に目標物検出部７に出力され、ここでエコー４の到着時刻と周波数とに基づいて反射源となる目標物の検出が行われる。【００２７】
目標物検出装置１の特徴とするところは、目標物検出部７と受信部５との間に信号積算部６を設けている点にある。信号積算部６は受信部５が出力する信号のＳ／Ｎ比を改善して、改善結果となる信号を目標物検出部７に入力する部位である。信号積算部６によって、例えば遠くに存在するために強いエコーが得られない目標物の検出精度を高めることができる。【００２８】
続いて、目標物検出装置１の詳細な構成と動作を、図を用いて説明する。図１が示すように、パルス送信部２は、基準信号発生器１１と送信信号変換器１２，パルス化器１３、送信アンテナ１４を備えている。【００２９】
パルス送信部２の基準信号発生器１１は、電圧制御発信器（Voltage Controlled Oscillator）によって所定の周期による周波数変調を伴った基準信号１００を発生する。目標物検出装置１は、ＦＭＣＷレーダ方式を採用しているが、そのために基準信号発生器１は、基準信号１００の周波数変調方法として、周波数を上昇させる過程である周波数上昇過程と周波数を下降させる過程である周波数下降過程とを有する周波数変調を基準信号１００に施す。【００３０】
図３は基準信号発生器１１が発生する基準信号１００の周波数の時間変動を表す図である。図において、直線１００−１及び直線１００−２は基準信号１００の周波数の遷移を表している。直線１００−１は、１次関数的に周波数を上昇させていく第１の周波数変調期間(周波数上昇期間)に対応している。また直線１００−２は、１次関数的に周波数を下降させていく第２の周波数変調期間（周波数下降期間）に対応している。【００３１】
このように、基準信号発生器１１は、第１の周波数変調期間と第２の周波数変調期間とを順次繰り返しことで周波数変調を行う。なお第１の周波数変調期間と第２の周波数変調期間の長さはともにTｃであるとし、周波数掃引幅（変調させる周波数の上限と下限の差）はＢであるものとする。【００３２】
なお、以降の説明において基準信号発生器１１における周波数上昇過程と周波数下降過程の各期間のことを周波数変更期間と記す。【００３３】
送信信号変換器１２は基準信号１００をＲＦ(Radio Frequency)帯の送信信号１０１に周波数変換する。さらにパルス化器１３は、パルス送信間隔ＴPRIで送信信号１０１をパルス化することでパルス信号１０２を生成し送信アンテナ１４に出力する。【００３４】
このパルス信号１０２と送信信号１０１の関係は図４に示すようになる。図４において、符号１０１−１及び１０２−１が示す直線は送信信号１０１の周波数の遷移を表している。また太字による台形１０２−１〜１０２−１１は、送信信号１０１をパルス化したことによって得られるパルス信号１０２に対応する。このように、連続信号である送信信号１０１の一部がパルス化されてパルス信号１０２になる。なお、送信信号１０１はＲＦ帯の信号であって、図３で示した基準信号１００とはベースバンド（最低周波数）が異なっていることに注意すべきである。【００３５】
なお、パルス信号１０２を出力する時間間隔はパルス繰り返し間隔（Pulse Repetition Interval）とも呼ばれ、ＰＲＩと略されることもある。それと同時に、パルス化器１３はＰＲＩに同期した切換信号２００を出力する。この切換信号２００は後の処理において受信切換に供されるものである。【００３６】
送信アンテナ１４は、パルス送信部２によって出力されたパルス信号１０２を広角ビームによる送信パルス３として外部に放射する。これによって、目標物検出装置１の観測要求覆域全体が一回のパルス送信のみで照射される。【００３７】
受信部５は、送信パルス３のエコー４を検出して受信し、受信したエコー４に基づく信号を生成して出力する部位であって、アレーアンテナ１５、切換部１６、受信信号変換器１７、Ａ／Ｄ変換器１８、周波数分析器１９を備えている。【００３８】
アレーアンテナ１５は、素子間隔ｄ、個数Ｎ（Ｎ＞１）の素子アンテナを備えている。アレーアンテナ１５を構成する各素子アンテナはそれぞれの位置においてエコー４を受信し、受信したエコー４に基づくアナログ受信信号１０５を出力する。以後の説明において、アレーアンテナ１５を構成する各素子アンテナを０〜Ｎ−１からなる素子番号ｎを添えて記すこととする。【００３９】
このようなアレーアンテナ１５を備えた場合に、エコー４の波長をλとし、アレーアンテナ１５に対するエコー４の開口面への入射角をθとすると、図５に示されるように、隣接する素子アンテナ間で式（１）で与えられる位相差φが発生する。
【数１】
2007020704.tif 000002
【００４０】
そこで、各素子アンテナの受信信号間の位相差φを検出することで、式（１）からエコー４の入射角θ、すなわち反射源の方位を推定することが可能となる。【００４１】
切換部１６は、アレーアンテナ１５の素子アンテナの個数Ｎに等しい入力端子を備えており、各入力端子はアレーアンテナの中の素子アンテナ０〜Ｎ−１の何れかと接続されている。また出力端子を１つ備えており、図６に示すようなタイミングチャートに基づいて、パルス化器１３から切換信号２００が入力されるたびに出力端子に接続する入力端子を択一的に切り換えて、何れかの入力端子からの受信信号１０５を受信信号１０６として出力する。【００４２】
この結果、たとえば、現在切換部１６が素子アンテナｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）からの受信信号１０５を受信信号１０６として出力している場合、新たな切換信号２００が切換部１６に入力されると、素子アンテナｎ＋１からの受信信号１０５を受信信号１０６として出力することになる。ただし素子アンテナの個数はＮであるので、ｎがＮ−１に等しい場合、新たな切換信号２００が切換部１６に入力されると、素子アンテナ０からの受信信号１０５を受信信号１０６として出力することになる。【００４３】
このような構成とした結果、受信部５の受信信号変換器１７、Ａ／Ｄ変換器１８、周波数分析器１９以下の各部位、さらには信号積算部６、目標物検出部７などのディジタル信号処理系を１つの系統だけ持ち、これらの回路を時分割で用いる構成が可能となる。なお、このように複数の素子アンテナを有するアレーアンテナからの受信信号を時分割で信号処理する構成は、例えば米国特許第５，４９７，１６１号「Angle Of Arrival(AOA) Solution Using A Single Receiver」公報や米国特許第３，９１６，４０７号「Doppler Navigation System With Angle And Radial Velocity」公報などを初めとする文献に開示されており、この技術分野では周知の技術であるため、その動作原理の詳細については説明を省略する。【００４４】
なお、以降の説明において、切換部１６が素子アンテナ０に接続する時点から、その後順次素子アンテナ１、２、…、Ｎ−１を経て、再び素子アンテナ０に接続する時点までの期間をスキャン期間と呼び、周波数上昇期間あるいは周波数下降期間のうちの何れかの周波数変調過程が開始されてからのスキャン期間の回数を変数ｍ（ｍは０以上の整数）で表すこととする。【００４５】
受信信号変換器１７は、送信信号変換器１２が出力する送信信号１０１とアナログ受信信号１０６とをミキシング（混合）することにより、両者の差信号１０７を生成して出力する。目標物検出装置１はＦＭＣＷ方式を採用しているので、差信号１０７はビート信号とも呼ばれる。このようにして、結果的にＲＦ帯であったアナログ受信信号１０６は、ビデオ信号帯の差信号１０７にダウンコンバートされることとなる。【００４６】
その後、Ａ／Ｄ変換器１８は所定の時間幅を有するサンプリング区間ごとに差信号１０７をサンプリングし、ディジタル差信号１０８を出力する。ここでは、パルス送信後のＡ／Ｄ変換器１８におけるサンプリング区間をレンジセルとして扱う。各レンジセルをパルス送信後のこのレンジセルが開始されるまでに行われたサンプリングの回数ｋをレンジセル番号と呼ぶ。最初のレンジセルのレンジセル番号は、それまでに一度もサンプリングが行われていないので０である。【００４７】
目標物検出装置１は広角ビームによる送信パルス３を送信してそのエコー４を受信する方式を採用するため、一個の送信パルスにより覆域全体が照射される。しかし、覆域内には距離の異なる複数の反射源が存在しうるため、図７に示されるように、送信パルス３の照射が１回だけであっても、目標物検出装置１からの距離が異なる反射源からのエコーは異なるレンジセルにおいて検出されることになる。【００４８】
パルス方式のレーダの場合は、原理的に各パルスのエコーのレンジセル番号（送信パルスからの経過時間）のみから反射源までの距離を求めることができる。またエコーの周波数と送信パルスの周波数の関係から反射源の速度も算出可能である。しかしながら、パルスレーダでは、各パルスの送受信処理で目標物の検出処理を完結させる必要があり、パルス送受信処理と信号処理はほぼ同程度の演算速度で実行されなければならない。このため、極めて高速な信号処理回路が求められることになる。また、パルス幅やサンプリング周期を短くすると、信号処理の演算負荷が高くなる。【００４９】
しかし、この発明の実施の形態１による目標物検出装置１は図３で示すような周波数変調を施した連続基準信号１００をパルス化して得た送信パルス３を用いているので、パルス方式ではなくＣＷ方式の原理を用いることが可能である。すなわち個々のパルス送受信ですべての信号処理を行うことに替えて、送信波の周波数変調と受信エコーの周波数との関係に基づいて反射源の検出を行う。これによって信号処理の演算負荷を低減し、回路の規模縮小と低廉化が可能となる。【００５０】
そこで、以下においては、ＦＭＣＷ方式による信号処理を通じて目標物の検出を行う。まず、あるスキャン期間ｍにおいて、切換部１６が選択している素子アンテナの番号ｎ、レンジセル番号ｋのレンジセルにおける周波数上昇期間の差信号１０８は、図２に示した反射源（方向はθとする）の場合、式（２）で表され、周波数下降期間の差信号１０８は式（３）で表される。
【数２】
2007020704.tif 000003
【００５１】
式（２）、式（３）において、ＴｓはＴｓ＝ＴPRI×Ｎとして与えられる値、すなわちスキャン期間の長さである。なお、ミキシング法や速度符号のとり方によりビート周波数の符号が異なることとなるが、本質的な差異はない。またφup(ｋ)、φdn(ｋ)は時間遅延に依存した一定位相項である。【００５２】
式（２）、式（３）において、変数ｎに対する周波数は、変数ｍに関するビート周波数と入射方向による周波数の和として表現される。また目標が複数の場合は、各目標に対し線形和として表現されることになる。【００５３】
周波数分析器１９は送信パルス３のエコー４に基づく信号として、エコー４から得た式（２）、式（３）で表されるディジタル差信号１０８を周波数分析し、その分析結果となる周波数信号１０９を出力する。そのためには、M（M＞１）個のスキャン期間において素子番号ｎの素子アンテナから得られたレンジセル番号ｋのレンジセルで得られたディジタル差信号１０８にフーリエ変換を行い、式（３）、式（４）で表されるような周波数信号を生成する。
【数３】
2007020704.tif 000004
【００５４】
式（４）、式（５）から明らかなように、周波数信号は、周波数上昇期間の複数の差信号Ｘup(ｋ，ｍ，ｎ)、あるいは周波数下降期間の複数の差信号Ｘdn(ｋ，ｍ，ｎ)を用いて求められる。つまり周波数信号は、複数のパルス受信区間に亘って受信されたエコーに基づく信号である。このように複数のパルス受信区間から抽出される周波数信号を用いて目的物の検出が可能となれば、パルス送受信の速度に対応した高速な信号処理を行う必要がなくなる。【００５５】
しかし、式（４）、式（５）は、個々の差信号Ｘup(ｋ，ｍ，ｎ)あるいは差信号Ｘdn(ｋ，ｍ，ｎ)に所定の乗数ｅｘｐ[−ｊ{２π(ｍf／Ｍ)ｍ}]を乗じた上で加算する演算であるので、レンジセルのエコーのＳ／Ｎ比が十分でない場合には、反射源以外からのエコー（ノイズ）の周波数信号を多く含むこととなる。【００５６】
そこで、周波数分析器１９は、周波数信号Ｆup(ｋ，ｍf，ｎ)、Ｆdn(ｋ，ｍf，ｎ)において、振幅値が所定の値以上となる出力周波数番号を検出する。この処理は、周波数ピークを与える周波数番号の検出処理としても知られている。この結果として、周波数上昇期間では周波数番号ｍpが検出され、周波数下降期間では周波数番号ｍqが検出されたものとする。この結果、周波数分析器１９は、周波数上昇期間においては式（５）によって表される周波数信号１０９をレンジセル毎に出力する。また、周波数下降期間においては式（６）によって表される周波数信号１０９をレンジセル毎に出力する。
【数４】
2007020704.tif 000005
【００５７】
式（６）、式（７）で表される周波数信号１０９においても、ノイズに由来する周波数信号を多く含んでいる。特にＳ／Ｎ比の低い第１のレンジセル（例えば、遅延時間の大きいレンジセル）では、ノイズと真の反射源との弁別が困難となる。【００５８】
そこで、信号積算部６は、各スキャン期間を１回の観測期間として、レンジセル番号ｋ1の周波数信号Ｆup(ｋ1，ｍp，ｎ)に関してはＳＷ1個の観測期間におけるＦup(ｋ１，ｍp，ｎ)を収集し、式（８）のような積算演算を行い第１の積算信号ＳＦupを求めた上で、積算信号１１０として出力する。また信号積算部６は、レンジセル番号ｋ2の周波数信号Ｆup(ｋ2，ｍp，ｎ)に関してはＳＷ2個の観測期間におけるＦup(ｋ2，ｍp，ｎ)を収集して、式（９）のような積算演算を行い第２の積算信号ＳＦupを求めて、積算信号１１１として出力する。ここでｋ1≠ｋ2である。またＳＷ1とＳＷ2はＳＷ1≠ＳＷ2なる自然数である。
【数５】
2007020704.tif 000006
【００５９】
なお、ｉは積分処理に用いるために収集したＳＷ１個の周波数信号のそれぞれを識別するための識別番号である。＊は複素共役を表す。【００６０】
一般に、複数のスキャン周期の同一レンジセルに亘ってノイズを原因とする周波数信号が検出される確率は小さいので、複数のスキャン周期に亘って同じレンジセル番号の周波数信号１０９を積算していくと、ノイズを原因とする周波数信号の影響は相対的に小さくなる。その一方で、真の反射源のエコーから得られた周波数信号は、複数のスキャン期間に亘ってほぼ同一のレンジセルで観測される。このため、複数のスキャン期間で同一のレンジセルの周波数信号を積算していくと、真の反射源のエコーから得られた周波数信号の積算値のみが増していって、Ｓ／Ｎ比が向上する。この結果、Ｓ／Ｎ比が十分でないために、ノイズに埋もれてしまいがちなレンジセルの反射源の検出精度が向上する。【００６１】
このことから、ＳＷ1とＳＷ2の選択方法については、レンジセル番号ｋ1のレンジセルのＳ／Ｎ比とレンジセル番号ｋ2のレンジセルのＳ／Ｎ比とを比較して、レンジセル番号ｋ1のレンジセルのＳ／Ｎ比の方が低い場合には、ＳＷ1＞ＳＷ2とする方法が考えられる。【００６２】
また積算信号１１０はＳＷ1個の観測期間から収集される周波数信号を積算して得る信号であり、積算信号１１１はＳＷ2個の観測期間から収集される周波数信号を積算して得る信号であるため、積算信号１１０と積算信号１１１とでは算出に要する観測期間の個数が異なる。そこで信号積算部６はＳＷ1個の観測期間に一回ずつレンジセル番号ｋ1について積算信号１１０を出力する。一方、ＳＷ2個の観測期間に一回ずつレンジセル番号ｋ2について積算信号１１１を出力する。【００６３】
これによってＳＷ1＞ＳＷ2の場合に、レンジセル番号ｋ2のレンジセルの積算信号１１１の応答性能はレンジセル番号ｋ1のレンジセルの積算信号１１０と比較するとＳＷ1／ＳＷ2倍になって、良好な応答性能が得られる。一方、レンジセル番号ｋ1のレンジセルの周波数信号のＳ／Ｎ比がレンジセル番号ｋ２のレンジセルの周波数信号Ｓ／Ｎ比に対してＳＷ2／ＳＷ1倍しかない状況であっても、式（８）の積算処理によってレンジセル番号ｋ２のレンジセルと同程度まで改善し、目標物の検出能力を高めることになる。【００６４】
以後、目標物検出部７は、積算信号１１０、積算信号１１１に基づいてエコー反射源の運動諸元を算出する。例えば積算信号１１０に対して式（１０）に示すようなフーリエ変換を施しビーム形成処理を行う。
【数６】
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ここで、一般にビーム方向φnaは、
【数７】
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の関係がある。【００６５】
次に、目標物検出部７は、この各検出周波数信号に対するマルチビーム形成信号Ｂup(ｋ，ｍp，ｎ)、Ｂdn(ｋ，ｍq，ｎ)の振幅に関するしきい値処理を行い所定のレベル以上のビーム方向φnaを得る。このときしきい値を超える一つ以上のビーム方向がある場合には、その検出周波数信号が最終的な検出ありと判断される。【００６６】
最後に、目標物検出部７は、ＦＭＣＷレーダの原理に基づいて、周波数上昇期間と周波数下降期間において、同じビーム方向φnaが検出される検出周波数番号ｍｐ、ｍｑをペアリング候補として検出し、式（１１）と式（１２）から目標の距離Ｒと相対速度Ｖを求める。
【数８】
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【００６７】
また、このペアリング処理は、
【数９】
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のような評価基準を用いてもよい。【００６８】
このように、レンジセルのエコーに基づく信号をレンジセルのＳ／Ｎ比に応じて異なる個数だけ収集して積算することとしたので、Ｓ／Ｎ比の低いレンジセルではＳ／Ｎ比を十分に向上して目標物の検出精度を高めることが可能となる。その一方で、Ｓ／Ｎ比が十分に高く、それほど多くの信号を用いて積算処理を行う必要のないレンジセルでは、応答性能を重視して高速に観測値を算出することが可能となる。【００６９】
この結果、出力を高めることなくたった一つの処理回路で遠くから近くまで幅広い覆域に対応できるレーダを実現することが可能となるのである。【００７０】
なお、この実施の形態１では、低速の信号処理回路にて実現することを想定して、ＣＷ方式のレーダでエコーから周波数信号を求め、この周波数信号のＳ／Ｎ比を向上する構成としたが、パルス方式のレーダにおいても異なるレンジセルのエコーのＳ／Ｎ比を積算する処理に対して収集する信号の個数を異なるものとすることで容易に転用できることはいうまでもあるまい。【００７１】
実施の形態２．
実施の形態１による目標物検出装置では、信号積算部６において、式（８）に基づく積分法を用いた。しかしながらこの他にも、式（６）、式（７）によって表される周波数信号１０９から、式（１３）で表されるようなマルチビーム形成処理を行い、その結果に対して積算処理を実施する構成も可能である。
【数１０】
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【００７２】
続いて、ＳＷ個のスキャン期間のマルチビーム形成結果を用いて式（１４）で表されるような積分処理を行い、Ｓ／Ｎ比を調整する。
【数１１】
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【００７３】
要するに、具体的なＳ／Ｎの調整方法はさまざまなものがあるが、レンジセル番号あるいは遅延時間に応じて、異なる個数のスキャン期間の周波数信号を用いて利得調整をすることがこの発明の特徴なのであって、特定の利得調整方法に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
この発明は、パルス波を送信して遠隔にある物体ないし伝播波反射源の運動諸元を算出する分野に広く適用できるものであり、特に自動車搭載用レーダ用の技術として好適である。
【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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【国際調査報告】
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