(57)【要約】【課題】ＤＣ近傍の低周波ノイズの影響を受けないように、近距離のターゲットを検出できる、レーダ装置を提供すること。【解決手段】変調された送信信号Ｓｓに基づいて、レーダ波を送信する送信アンテナ１４と、前記レーダ波を反射したターゲットからの反射波を受信し、受信した反射波に応じた受信信号Ｓｒ１を出力する受信アンテナ１５と、受信信号Ｓｒ１を遅延させる信号遅延部１９と、送信信号Ｓｓに応じたローカル信号Ｌと、受信信号Ｓｒ１が信号遅延部１９によって遅延した信号Ｓｒ２とに基づいて、ビート信号Ｓｂ２を生成する生成部（混合器１６，フィルタ１７）と、ビート信号Ｓｂ２の強度のピークを検知する信号処理部１８とを備える、レーダ装置。【選択図】図４
2013083609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調された送信信号に基づいて、レーダ波を送信する送信部と、
前記レーダ波を反射したターゲットからの反射波を受信し、受信した反射波に応じた受信信号を出力する受信部と、
前記受信信号を遅延させる遅延部と、
前記送信信号に応じたローカル信号と、前記受信信号が前記遅延部によって遅延した信号とに基づいて、ビート信号を生成する生成部と、
前記ビート信号の強度のピークを検知する検知部とを備える、レーダ装置。
【請求項２】
前記遅延部は、前記ターゲットとの間隔が無いときのビート周波数が予め所定値以上になるように、前記受信信号を遅延させる、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記遅延部が、前記受信部と前記生成部との間に設けられた、請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記遅延部は、前記送信信号の信号経路部よりも比誘電率が大きい誘電体を有する、請求項３に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記遅延部は、前記受信部に接続された導体と、前記誘電体とが設けられた基板を有する、請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記導体と前記誘電体が隣接配置された、請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記誘電体が、前記基板のスルーホールの内部に設けられた、請求項６に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記遅延部は、前記受信信号が通る導波管を有する、請求項３に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＭＣＷ（Frequency  Modulated  Continuous  Wave）方式のレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のレーダ装置１１０の構成を示したブロック図である。発振器１１２は、変調信号生成部１１１によって生成される三角波の変調信号Ｓｍａに従って、周波数が連続的に変化する送信信号Ｓｓａを発生させる。受信アンテナ１１５は、送信信号Ｓｓａに基づいて送信アンテナ１１４から送信されたレーダ波を反射した不図示のターゲットからの反射波を受信し、受信した反射波に応じた受信信号Ｓｒａを出力する。混合器１１６は、受信信号Ｓｒａに、送信信号Ｓｓａを分配する分配器１１３からのローカル信号Ｌａを混合して、ビート信号Ｓｂ１ａを発生させる。信号処理部１１８は、ビート信号Ｓｂ１ａからフィルタ１１７によって高周波側のノイズ成分が取り除かれたビート信号Ｓｂ２ａについて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行うことによって、ビート信号Ｓｂ２ａの信号強度がピークとなる成分の周波数をビート周波数ｆｕａ（図２参照）として検知する。ターゲットとの距離及び相対速度は、周知の通り、このビート周波数ｆｕａを用いて演算可能である。
【０００３】
しかしながら、レーダ装置１１０からターゲットまでの距離が短くなるほど、ビート周波数ｆｕａは零に近づくため、図３に示されるように、ノイズレベルの高いＤＣ近傍に発生するピークを検知することが難しい場合がある。
【０００４】
このような問題に対応する技術として、例えば特許文献１には、ＤＣ近傍から離れた帯域に発生させた高調波に基づいて、近距離のターゲットを検出するレーダ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のレーダ装置の場合、高調波を利用するために、信号レベルの低下や回路が複雑になってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、ＤＣ近傍の低周波ノイズの影響を受けないように、近距離のターゲットを検出できる、レーダ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るレーダ装置は、
変調された送信信号に基づいて、レーダ波を送信する送信部と、
前記レーダ波を反射したターゲットからの反射波を受信し、受信した反射波に応じた受信信号を出力する受信部と、
前記受信信号を遅延させる遅延部と、
前記送信信号に応じたローカル信号と、前記受信信号が前記遅延部によって遅延した信号とに基づいて、ビート信号を生成する生成部と、
前記ビート信号の強度のピークを検知する検知部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＤＣ近傍の低周波ノイズの影響を受けないように、近距離のターゲットを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のレーダ装置１１０の構成を示したブロック図である。
【図２】横軸を時間ｔ、縦軸を周波数ｆとした場合の、送信信号Ｓｓａと受信信号Ｓｒａとの関係図である。
【図３】ビート信号Ｓｂ２ａの周波数分布図である。
【図４】本発明の第１の実施形態であるレーダ装置１０の構成を示したブロック図である。
【図５】横軸を時間ｔ、縦軸を周波数ｆとした場合の、送信信号Ｓｓと受信信号Ｓｒ１と受信信号Ｓｒ２の関係図である。
【図６】ビート信号の周波数分布図である。
【図７】信号遅延部１９の第１の具体例である遅延回路部１９Ａの構成図である。
【図８】信号遅延部１９の第２の具体例である遅延回路部１９Ｂの構成図である。
【図９】信号遅延部１９の第３の具体例である遅延回路部１９Ｃの構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態であるレーダ装置２０の構成を示したブロック図である。
【図１１】横軸を時間ｔ、縦軸を周波数ｆとした場合の、送信信号Ｓｓ１とローカル信号Ｓｓ２との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００１２】
図４は、本発明の第１の実施形態であるレーダ装置１０の構成を示したブロック図である。レーダ装置１０は、車両に搭載され、他の車両等の目標物（ターゲット）との距離及び相対速度を同時に検出可能なＦＭＣＷ方式のレーダ装置である。レーダ装置１０は、変調信号生成部１１と、発振器１２と、分配器１３と、送信アンテナ１４と、受信アンテナ１５と、混合器（ミキサ）１６と、フィルタ１７と、信号処理部１８と、信号遅延部１９とを備える。
【００１３】
変調信号生成部１１は、三角波の変調信号Ｓｍを生成して出力する。発振器１２は、変調信号Ｓｍに従って、周波数が連続的に増減する送信信号Ｓｓを発生させる送信信号生成部である。送信信号Ｓｓの周波数帯は、例えば、ミリ波帯、マイクロ波帯である。分配器１３は、送信信号Ｓｓを電力分配することによって、送信信号Ｓｓと同じ周波数を有するローカル信号Ｌを生成する。
【００１４】
送信アンテナ１４は、変調信号Ｓｍにより変調された送信信号Ｓｓに基づいて、レーダ波を送信する送信部である。受信アンテナ１５は、送信信号Ｓｓに基づいて送信アンテナ１４から送信されたレーダ波が不図示のターゲットに反射して到来する反射波を受信し、受信した反射波に応じた受信信号Ｓｒ１を出力する受信部である。送信アンテナ１４と受信アンテナ１５の具体例として、パッチアンテナが挙げられる。
【００１５】
信号遅延部１９は、信号処理部１８に入力されるビート信号Ｓｂ２のビート周波数ｆｕが、所定のノイズレベル以下の高周波側の帯域にシフトするように、受信アンテナ１５から入力される受信信号Ｓｒ１を遅延させる遅延部である。信号遅延部１９は、レーダ装置１０のアンテナ１４，１５からターゲットまでの間隔Ｄが無いときのビート周波数ｆｕが予め所定値以上になるように、受信信号Ｓｒ１を遅延させる。「間隔Ｄが無い」には、送信アンテナ１４によって送信されるレーダ波と受信アンテナ１５によって受信される反射波との位相差が実質的に零であるほど、レーダ装置１０のアンテナ１４，１５からターゲットまでの距離が近いことも含んでよい。
【００１６】
信号遅延部１９は、受信信号Ｓｒ１が所定の遅延時間遅延した信号である受信信号Ｓｒ２を出力する。信号遅延部１９によって、図５に示されるように、送信信号Ｓｓと受信信号Ｓｒ２との周波数差（ビート周波数ｆｕ）を、送信信号Ｓｓと受信信号Ｓｒ１との周波数差よりも大きくできる。
【００１７】
信号遅延部１９は、例えば図４に示されるように、受信アンテナ１５と混合器１６との間の信号経路に挿入されている。信号遅延部１９は、受信アンテナ１５から混合器１６に入力される受信信号を遅延させるため、例えば、送信信号Ｓｓの信号経路部（例えば、発振器１２と分配器１３と送信アンテナ１４とを結ぶ信号経路）よりも比誘電率εｒが大きい誘電体を使用して信号経路部が形成されている。そのような比誘電率εｒが大きい誘電体は、信号遅延部１９の信号経路部の一部に使用されてもよいし、全部に使用されてもよい。
【００１８】
混合器１６は、受信信号Ｓｒ２にローカル信号Ｌを混合して、受信信号Ｓｒ２とローカル信号Ｌとの周波数差（受信信号Ｓｒ２と送信信号Ｓｓとの周波数差）を周波数成分として有するビート信号Ｓｂ１を発生させる。フィルタ１７は、ビート信号Ｓｂ１から高周波側のノイズ成分を取り除いたビート信号Ｓｂ２を出力する。フィルタ１７は、典型的には、アンチエイリアシングフィルタである。
【００１９】
信号処理部１８は、ビート信号Ｓｂ２についてＦＦＴ処理を行うことによって、ビート信号Ｓｂ２の信号強度がピークとなる成分の周波数をビート周波数ｆｕとして検知する。これにより、信号処理部１８は、検知したビート周波数ｆｕを用いて、レーダ装置１０とターゲットとの距離及び相対速度を演算できる。
【００２０】
なお、ビート周波数ｆｕは、送信信号Ｓｓの周波数が増加する期間におけるビート信号Ｓｂ２の周波数であるが、信号処理部１８は、レーダ装置１０とターゲットとの距離及び／又は相対速度を演算するにあたり、送信信号Ｓｓの周波数が減少する期間におけるビート信号Ｓｂ２の周波数も同様に検知する。
【００２１】
したがって、信号遅延部１９を備えるレーダ装置１０によれば、レーダ装置１０からターゲットまでの実距離が最小の計測可能距離以下の値（例えば、零又は零よりも僅かに大きい値）のときに、混合器１６に入力されるローカル信号Ｌと受信信号Ｓｒ２の初期周波数差を、零より大きい値にすることができる。これにより、図６（ａ）に示されるように、信号強度がピークとなるビート周波数ｆｕが高周波側にシフトするので、ＳＮ比が向上し、近距離のターゲットの検知性能が向上する。また、ビート周波数ｆｕにおけるピークが減衰しないように、ビート周波数ｆｕよりも低周波のノイズを抑制可能なフィルタを使用できるため、図６（ｂ）に示されるように、ノイズフロアの平坦化ができる。また、オーバーサンプリングや平均化などのＳＮ比向上効果が得られる。
【００２２】
次に、信号遅延部１９の具体例について説明する。
【００２３】
図７は、信号遅延部１９の第１の具体例である遅延回路部１９Ａの構成図である。図７は、遅延回路部１９Ａの斜視断面図である。遅延回路部１９Ａは、導体層２１と、誘電体層２２と、誘電体層２３と、導体層２４とを層状に有する。導体層２１は、グランドプレーンが形成される金属層であり、導体層２４は、パターン配線が形成される金属層である。導体層２４の給電点２４ａに、受信アンテナ１５が接続され、導体層２４の配線部２４ｃに混合器１６が接続される。導体層２４において、給電点２４ａと配線部２４ｃとの間には、配線部２４ｂが形成されている。配線部２４ｂは、誘電体層２２よりも比誘電率が高い誘電体層２３の上側に隣接して配置されている。誘電体層２３に接触し且つ誘電体層２２に非接触の配線部２４ｂは、インピーダンス整合のため、誘電体層２２に接触し且つ誘電体層２３に非接触の配線部２４ｃよりも狭い線幅を有する。
【００２４】
誘電体層２２は、導体層２１と導体層２４との間に配置されている。誘電体層２３は、配線部２４ｂと接触するように、誘電体層２２の一部が取り除かれた部分に形成されている。
【００２５】
遅延回路部１９Ａによって信号を遅延させることが可能な時間（遅延時間）ｔｄは、
ｔｄ＝√（εｒ）／ｃ
で表すことができる。εｒは、比誘電率を表し、ｃは、光速を表す。例えば、誘電体層２２が送信信号Ｓｓの信号経路部と同じ比誘電率２．２のテフロン（登録商標）層であり、誘電体層２３が比誘電率５０の高誘電率材料である場合、
ｔｄ＝√（５０−２．２）／（３×１０−８）≒２０ｎｓ／ｍ
と演算できる。つまり、誘電体層２３を比誘電率２．２の誘電体から比誘電率５０の誘電体に変更する場合、配線部２４ｂの配線長１ｍにつき信号を２０ｎｓ遅延させることができる。誘電体層２３が比誘電率５０の誘電体の場合において、
三角波の変調信号Ｓｍの周期：４ＧＨｚ／ｍｓ
受信アンテナ１５と混合器１６との間の配線部２４ｂの配線長：５０ｍｍ
であるときには、ビート周波数ｆｕを高周波側に４ｋＨｚシフトさせることができる。
【００２６】
このように、遅延回路部１９Ａによれば、金属層２４の配線部２４ｂを曲げて遅延時間を確保するのではなく、直線的なパターンで遅延時間を数ｎｓ以上確保することができるため、信号を遅延させる回路部位の面積を小さくできる。また、従来技術のように高調波を利用せずに、ビート周波数ｆｕの基本成分信号を検波すればよいため、高精度にターゲットを検知できる。
【００２７】
図８は、信号遅延部１９の第２の具体例である遅延回路部１９Ｂの構成図である。図８は、遅延回路部１９Ｂの一部の断面図である。遅延回路部１９Ｂは、受信アンテナ１５からの受信信号が通る信号経路３３，３４が配線された誘電体基板３１を有する。誘電体基板３１は、送信信号Ｓｓの信号経路部が実装される基板と同じ基板でもよいし、異なる基板でもよい。信号経路３３は、受信アンテナ１５に接続される導体パターンであり、信号経路３４は、混合器１６に接続される導体パターンである。信号経路３３と信号経路３４は、誘電体基板３１を挟んで配置され、誘電体基板３１に形成されたスルーホール３２を介して接続される。誘電体基板３１よりも比誘電率の高い誘電体３５が、スルーホール３２の内部にスルーホール３２に接触して充填されている。例えば、誘電体基板３１が送信信号Ｓｓの信号経路部と同じ比誘電率２．２のテフロン（登録商標）基板であり、誘電体３５が比誘電率５０の樹脂である。
【００２８】
このように、遅延回路部１９Ｂによれば、誘電体基板３１の表裏面を接続するスルーホール３２を利用して信号を遅延させることができるので、信号を遅延させる回路部位の面積を小さくできる。
【００２９】
図９は、信号遅延部１９の第３の具体例である遅延回路部１９Ｃの構成図である。図９は、遅延回路部１９Ｃの一部の断面図である。遅延回路部１９は、金属層４１，４２，４３で囲まれた導波管である。図中の矢印は電波が導かれる方向を示している。金属層４１に、ガイド穴４６が形成され、金属層４２に、ガイド穴４７が形成され、金属層４３に、ガイド穴４８が形成されている。各金属層を組み合わせることで、ガイド穴４６，４７，４８が連通し、導波管が形成される。ガイド穴４８が、受信アンテナ１５に接続され、ガイド穴４６が、混合器１６に接続される。
【００３０】
図１０は、本発明の第２の実施形態であるレーダ装置２０の構成を示したブロック図である。
【００３１】
レーダ装置２０は、２つの完全同期の発振器１２Ａ，１２Ｂを有する。発振器１２Ｂは、変調信号生成部１１によって生成された変調信号Ｓｍに従って、周波数が連続的に増減するローカル信号Ｓｓ２を生成する。発振器１２Ａは、変調信号生成部１１によって生成された変調信号Ｓｍに従って、図１１に示されるように、ローカル信号Ｓｓ２を一定時間遅延させた送信信号Ｓｓ１を発生させる。送信信号Ｓｓ１とローカル信号Ｓｓ２は、同じ周波数である。
【００３２】
送信アンテナ１４は、変調信号Ｓｍにより変調された送信信号Ｓｓ１に基づいて、レーダ波を送信する送信部である。受信アンテナ１５は、送信信号Ｓｓ１に基づいて送信アンテナ１４から送信されたレーダ波が不図示のターゲットに反射して到来する反射波を受信し、受信した反射波に応じた受信信号Ｓｒを出力する受信部である。
【００３３】
混合器１６は、受信アンテナ１５から入力される受信信号Ｓｒにローカル信号Ｓｓ２を混合して、受信信号Ｓｒとローカル信号Ｓｓ２との周波数差（受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｓ１との周波数差）を周波数成分として有するビート信号Ｓｂ１を発生させる。フィルタ１７及び信号処理部１８の説明については、上述と同様のため省略する。
【００３４】
このように、レーダ装置２０は、レーダ装置１０のアンテナ１４，１５からターゲットまでの間隔Ｄが無いときのビート周波数ｆｕが予め所定値以上になるように、受信信号Ｓｒを遅延させる遅延部として、発振器１２Ａを有している。発振器１２Ａは、混合器１６に入力されるローカル信号Ｓｓ２よりも送信アンテナ１４に入力される送信信号Ｓｓ１を一定時間予め遅らせることで、受信アンテナ１５から混合器１６に入力される受信信号Ｓｒを遅延させる。
【００３５】
したがって、発振器１２Ａを備えるレーダ装置２０によれば、レーダ装置２０からターゲットまでの実距離が最小の計測可能距離以下の値（例えば、零又は零より僅かに大きい値）のときに、混合器１６に入力されるローカル信号Ｓｓ２と受信信号Ｓｒの初期周波数差を、零より大きい値にすることができる。これにより、図６（ａ）に示されるように、信号強度がピークとなるビート周波数ｆｕが高周波側にシフトするので、ＳＮ比が向上し、近距離のターゲットの検知性能が向上する。また、ビート周波数ｆｕにおけるピークが減衰しないように、ビート周波数ｆｕよりも低周波のノイズを抑制可能なフィルタを使用できるため、図６（ｂ）に示されるように、ノイズフロアの平坦化ができる。また、オーバーサンプリングや平均化などのＳＮ比向上効果が得られる。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３７】
例えば、本発明に係るレーダ装置を車両の車幅方向に複数搭載して、各レーダ装置から送信されたレーダ波とそれらのレーダ波を反射したターゲットからの反射波との位相差を利用して、車両に対してターゲットが存在する方向を検出するレーダシステムにも適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０，２０，１１０  レーダ装置
１４，１１４  送信アンテナ
１５，１１５  受信アンテナ
１９  信号遅延部
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ  遅延回路部
２１，２４  導体層
２２，２３  誘電体層
２４ａ  給電点
２４ｂ，２４ｃ  配線部
３１  誘電体基板
３２  スルーホール
３３，３４  信号経路
３５  誘電体
４１，４２，４３  金属層
４６，４７，４８  ガイド穴
Ｌａ，Ｌ，Ｓｓ２  ローカル信号
Ｓｂ１ａ，Ｓｂ２ａ，Ｓｂ１，Ｓｂ２  ビート信号
Ｓｍａ，Ｓｍ  変調信号
Ｓｒａ，Ｓｒ１，Ｓｒ２  受信信号
Ｓｓａ，Ｓｓ，Ｓｓ１  送信信号
【図１】
2013083609.tif 000003
【図２】
2013083609.tif 000004
【図３】
2013083609.tif 000005
【図４】
2013083609.tif 000006
【図５】
2013083609.tif 000007
【図６】
2013083609.tif 000008
【図７】
2013083609.tif 000009
【図８】
2013083609.tif 000010
【図９】
2013083609.tif 000011
【図１０】
2013083609.tif 000012
【図１１】
2013083609.tif 000013