(57)【要約】【課題】低コストで複数のターゲットを検出し、検出した各ターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を測定することができるＦＭＣＷレーダ装置を得る。【解決手段】観測可能な距離範囲に対応し、かつアップチャープ期間とダウンチャープ期間とからなる複数の距離範囲観測期間を設定する距離範囲観測期間設定部と、距離範囲観測期間毎に、互いに異なる複数の変調周波数幅を設定する変調周波数幅設定部と、送信信号と受信信号とから、距離範囲観測期間毎にビート信号を生成するビート信号生成部と、ビート信号生成部で生成されたビート信号の通過帯域幅を設定する通過帯域幅設定部と、を備え、変調周波数幅設定部は、距離範囲観測期間毎に生成されるビート信号の最大周波数の差が、ゼロまたはあらかじめ定められた範囲内に収まるように、距離範囲観測期間毎の変調周波数幅を設定する。【選択図】図１
2016099143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を電磁波として送信し、ターゲットで反射した前記電磁波を受信信号として受信し、前記送信信号と前記受信信号とをミキシングしてビート信号を生成して、前記ビート信号に基づいて前記ターゲットを検出し、検出した前記ターゲットまでの距離および前記ターゲットに対する相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、
観測可能な距離範囲に対応し、かつアップチャープ期間とダウンチャープ期間とからなる複数の距離範囲観測期間を設定する距離範囲観測期間設定部と、
前記距離範囲観測期間毎に、互いに異なる複数の変調周波数幅を設定する変調周波数幅設定部と、
前記送信信号と前記受信信号とから、前記距離範囲観測期間毎にビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記ビート信号生成部で生成されたビート信号の通過帯域幅を設定する通過帯域幅設定部と、を備え、
前記変調周波数幅設定部は、前記距離範囲観測期間毎に生成されるビート信号の最大周波数の差が、ゼロまたはあらかじめ定められた範囲内に収まるように、前記距離範囲観測期間毎の変調周波数幅を設定する
ＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項２】
前記通過帯域幅設定部の通過帯域幅の最大値は、前記距離範囲観測期間毎に生成されるビート信号の最大周波数と同一である
請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置。
【請求項３】
送信信号を電磁波として送信し、ターゲットで反射した前記電磁波を受信信号として受信し、前記送信信号と前記受信信号とをミキシングしてビート信号を生成して、前記ビート信号に基づいて前記ターゲットを検出し、検出した前記ターゲットまでの距離および前記ターゲットに対する相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置で実行されるＦＭＣＷレーダ用信号処理方法であって、
観測可能な距離範囲に対応し、かつアップチャープ期間とダウンチャープ期間とからなる複数の距離範囲観測期間を設定する距離範囲観測期間設定ステップと、
前記距離範囲観測期間毎に、互いに異なる複数の変調周波数幅を設定する変調周波数幅設定ステップと、を備え、
前記変調周波数幅設定ステップは、前記距離範囲観測期間毎に生成されるビート信号の最大周波数の差が、ゼロまたはあらかじめ定められた範囲内に収まるように、前記距離範囲観測期間毎の変調周波数幅を設定する
ＦＭＣＷレーダ用信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象となる物体（以下、「ターゲット」と称する）を検出するとともに、ターゲットまでの距離やターゲットに対する相対速度を測定するＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パルスレーダ等に比べて安価かつ単純な構成で、距離が数百ｍ以下のターゲットに対応できるＦＭＣＷレーダ装置（以下、単に「ＦＭＣＷレーダ」とも称する）が用いられている。ＦＭＣＷレーダは、特定の変調を施した送信信号を電磁波として放射（送信）し、ターゲットで反射した電磁波を受信し、受信した電磁波を受信信号として、送信信号と受信信号とから、ビート信号を生成する。
【０００３】
また、ビート信号は、ＡＤ変換器（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によりデジタルデータに変換された後、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等に入力され、ＣＰＵでの信号処理により、ターゲットの検出、およびターゲットまでの距離やターゲットに対する相対速度が測定される。
【０００４】
ここで、このようなＦＭＣＷレーダ装置において、広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出した各ターゲットまでの距離および相対速度を測定するために、ターゲットを検出可能な距離範囲に対応する距離範囲観測期間毎に、通過帯域幅の互いに異なる複数の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ−Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）を備え、距離範囲観測期間毎にスイッチでＢＰＦを切り替えるＦＭＣＷレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−８８２７３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、従来技術には、以下のような課題がある。
すなわち、従来のＦＭＣＷレーダ装置では、広い距離範囲に渡って複数のターゲットを検出し、検出した各ターゲットまでの距離および相対速度を測定するために、距離範囲観測期間毎にスイッチでＢＰＦを切り替えている。そのため、複数のＢＰＦおよびスイッチを備える必要があり、装置が高コストになるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低コストで複数のターゲットを検出し、検出した各ターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を測定することができるＦＭＣＷレーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るＦＭＣＷレーダ装置は、送信信号を電磁波として送信し、ターゲットで反射した電磁波を受信信号として受信し、送信信号と受信信号とをミキシングしてビート信号を生成して、ビート信号に基づいてターゲットを検出し、検出したターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、観測可能な距離範囲に対応し、かつアップチャープ期間とダウンチャープ期間とからなる複数の距離範囲観測期間を設定する距離範囲観測期間設定部と、距離範囲観測期間毎に、互いに異なる複数の変調周波数幅を設定する変調周波数幅設定部と、送信信号と受信信号とから、距離範囲観測期間毎にビート信号を生成するビート信号生成部と、ビート信号生成部で生成されたビート信号の通過帯域幅を設定する通過帯域幅設定部と、を備え、変調周波数幅設定部は、距離範囲観測期間毎に生成されるビート信号の最大周波数の差が、ゼロまたはあらかじめ定められた範囲内に収まるように、距離範囲観測期間毎の変調周波数幅を設定するものである。
【０００９】
この発明に係るＦＭＣＷレーダ用信号処理方法は、送信信号を電磁波として送信し、ターゲットで反射した電磁波を受信信号として受信し、送信信号と受信信号とをミキシングしてビート信号を生成して、ビート信号に基づいてターゲットを検出し、検出したターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置で実行されるＦＭＣＷレーダ用信号処理方法であって、観測可能な距離範囲に対応し、かつアップチャープ期間とダウンチャープ期間とからなる複数の距離範囲観測期間を設定する距離範囲観測期間設定ステップと、距離範囲観測期間毎に、互いに異なる複数の変調周波数幅を設定する変調周波数幅設定ステップと、を備え、変調周波数幅設定ステップは、距離範囲観測期間毎に生成されるビート信号の最大周波数の差が、ゼロまたはあらかじめ定められた範囲内に収まるように、距離範囲観測期間毎の変調周波数幅を設定するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るＦＭＣＷレーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法によれば、変調周波数幅設定部（ステップ）は、距離範囲観測期間毎に生成されるビート信号の最大周波数の差が、ゼロまたはあらかじめ定められた範囲内に収まるように、距離範囲観測期間毎の変調周波数幅を設定する。
そのため、低コストで複数のターゲットを検出し、検出した各ターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の観測期間内における時間と変調電圧との関係を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の観測期間内における時間と送信信号周波数との関係を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の観測期間内における時間と送信信号周波数との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明に係るＦＭＣＷレーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１３】
なお、以下の実施の形態では、この発明に係るＦＭＣＷレーダ装置が車両に搭載されてターゲットの検出処理を行う場合を例に挙げて説明する。しかしながら、これに限定されず、この発明に係るＦＭＣＷレーダ装置を車両以外の、例えば船舶や航空機等、他の移動体に適用した場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置を示すブロック構成図である。
【００１５】
図１において、このＦＭＣＷレーダ装置は、制御部１、変調電圧発生部（距離範囲観測期間設定部、変調周波数幅設定部）２、電圧制御発振器（以下、「ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）」と称する）３、分配回路４、高周波アンプ回路５、送信アンテナ６、受信アンテナ７、ミキサ（ビート信号生成部）８、アンプ回路９、フィルタ回路（通過帯域幅設定部）１０、ＡＤＣ１１および信号処理部１２を備えている。
【００１６】
ここで、制御部１、変調電圧発生部２および信号処理部１２は、例えば専用のロジック回路や、汎用のＣＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）内のプログラム、またはこれらの組み合わせとデータ記憶メモリとで構成されている。
【００１７】
制御部１は、ＦＭＣＷレーダ装置の各構成要素（例えば、変調電圧発生部２、ＡＤＣ１１および信号処理部１２）の動作タイミングを制御する。
【００１８】
変調電圧発生部２は、制御部１の制御により、図２に示されるような、第１距離範囲から第Ｍ（＞１）距離範囲までの距離範囲毎に、ＦＭＣＷ用の変調電圧を発生する。図２は、この発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の観測期間内における時間と変調電圧との関係を示す説明図である。
【００１９】
図２において、変調電圧は、あらかじめ設定された一定の全観測期間で、第１距離範囲〜第Ｍ距離範囲を観測するための期間（第１距離範囲観測期間〜第Ｍ距離範囲観測期間）を有し、それぞれの距離範囲観測期間毎に、時間経過につれて印加電圧が高くなるアップチャープ期間と、時間経過につれて印加電圧が低くなるダウンチャープ期間とを有している。
【００２０】
ＶＣＯ３は、変調電圧発生部２から印加される変調電圧に応じて、図３に示されるような、距離範囲観測期間毎に、時間経過につれて周波数が変化する送信信号を生成する。図３は、この発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の観測期間内における時間と送信信号周波数との関係を示す説明図である。
【００２１】
図３において、送信信号は、変調電圧と同じく、あらかじめ設定された一定の全観測期間内で、第１距離範囲観測期間〜第Ｍ距離範囲観測期間を有し、それぞれの距離範囲観測期間毎に、時間経過につれて送信信号の周波数が高くなるアップチャープ期間（Ｔ１〜ＴＭ）と、時間経過につれて送信信号の周波数が低くなるダウンチャープ期間（Ｔ１〜ＴＭ）とを有している。
【００２２】
なお、特許文献１に記載されているように、アップチャープ期間とダウンチャープ期間とからなる距離範囲観測期間毎に、それぞれ異なる変調周波数幅（Ｂ１〜ＢＭ）を設定することによって、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により周波数が得られる距離範囲を、距離範囲観測期間毎に複数設定することができる。
【００２３】
以下、説明を簡単にするために、変調電圧発生部２が２つの距離範囲観測期間を設定する場合（すなわち、Ｍ＝２の場合）を例に挙げて説明する。
【００２４】
距離範囲観測期間が２つある場合、図４に示されるように、第１距離範囲観測期間（変調周波数幅Ｂ１）のアップチャープ期間Ｔ１および第１距離範囲観測期間のダウンチャープ期間Ｔ１、並びに第２距離範囲観測期間（変調周波数幅Ｂ２）のアップチャープ期間Ｔ２および第２距離範囲観測期間のダウンチャープ期間Ｔ２が設定される。
【００２５】
ここで、変調電圧発生部２は、距離範囲観測期間毎に生成されるビート信号の最大周波数の差分の絶対値が、ゼロまたはあらかじめ定められた範囲内に収まるように、第１距離範囲観測期間の変調周波数幅Ｂ１および第２距離範囲観測期間の変調周波数幅Ｂ２を設定する。以下、変調電圧発生部２による変調周波数幅Ｂ１および変調周波数幅Ｂ２の設定方法について具体的に説明する。
【００２６】
まず、変調電圧発生部２は、ＶＣＯ３のハードウェアの制約や電波法の制約に基づいて、第１距離範囲観測期間における変調周波数幅Ｂ１［Ｈｚ］を設定する。また、第１距離範囲観測期間のビート信号の最大周波数ｆｂ＿ｍａｘ１は、最小周波数ビンｂｉｎ＿ｍｉｎ１と最大周波数ビンｂｉｎ＿ｍａｘ１との積であり、ｂｉｎ＿ｍｉｎ１およびｂｉｎ＿ｍａｘ１は、ＦＭＣＷレーダの原理から、次式（１）、（２）により設定される。
【００２７】
ｂｉｎ＿ｍｉｎ１＝１／Ｔ１＝ｆｓ／Ｆ１                                （１）
【００２８】
ｂｉｎ＿ｍａｘ１＝Ｒｍａｘ１／△Ｒ１＋Ｖｍａｘ１／△Ｖ１
＝（２×Ｒｍａｘ１×Ｂ１＋２×Ｖｍａｘ１×ｆｃ×Ｔ１）／Ｃ        （２）
【００２９】
なお、式（１）、（２）において、Ｔ１［ｓ］は第１距離範囲観測期間の１チャープ観測時間、ｆｓ［Ｈｚ］はサンプリング周波数、Ｆ１は第１距離範囲観測期間のＦＦＴ点数、Ｒｍａｘ１［ｍ］は第１距離範囲観測期間に観測する最大検知距離、ΔＲ１［ｍ］は第１距離範囲観測期間の距離分解能、Ｖｍａｘ１［ｍ／ｓ］は第１距離範囲観測期間に観測する最大相対速度、ΔＶ１［ｍ／ｓ］は第１距離範囲観測期間の相対速度分解能、ｆｃ［Ｈｚ］は変調周波数幅の中心周波数、Ｃ［ｍ／ｓ］は光速を示している。
【００３０】
続いて、変調電圧発生部２は、第１距離範囲観測期間のビート信号の最大周波数ｆｂ＿ｍａｘ１と第２距離範囲観測期間のビート信号の最大周波数ｆｂ＿ｍａｘ２との差分の絶対値ｆｂ＿ｍａｘが、ゼロまたはあらかじめ定められた範囲内に収まるように、次式（３）により、第２距離範囲観測期間の変調周波数幅Ｂ２を設定する。
【００３１】
Ｂ２＝（（ｆｂ＿ｍａｘ−α）×Ｔ２×Ｃ−２×ｆｃ×Ｔ２×Ｖｍａｘ２）／（２×Ｒｍａｘ２）                                                              （３）
【００３２】
なお、式（３）において、αはゼロまたはあらかじめ定められた範囲、Ｔ２［ｓ］は第２距離範囲観測期間の１チャープ観測時間、Ｖｍａｘ２［ｍ／ｓ］は第２距離範囲観測期間に観測する最大相対速度、Ｒｍａｘ２［ｍ］は第２距離範囲観測期間に観測する最大検知距離を示している。
【００３３】
ここで、最大周波数ｆｂ＿ｍａｘ２は、上記式（１）、（２）に、上述したＴ２［ｓ］、Ｖｍａｘ２［ｍ／ｓ］およびＲｍａｘ２［ｍ］、並びに第２距離範囲観測期間のＦＦＴ点数を示すＦ２、第２距離範囲観測期間の距離分解能を示すΔＲ２［ｍ］および第２距離範囲観測期間の相対速度分解能を示すΔＶ２［ｍ／ｓ］を適用することによって算出することができる。
【００３４】
図１に戻って、ＶＣＯ３は、変調電圧発生部２から印加される変調電圧に応じて、図４に示されるような距離範囲観測期間毎に、時間経過につれて周波数が変化する送信信号を生成し、分配回路４に出力する。分配回路４は、ＶＣＯ３で生成された送信信号の一部を高周波アンプ回路５に出力し、送信信号の残りをミキサ８に出力する。
【００３５】
高周波アンプ回路５は、分配回路４からの送信信号の電力をあらかじめ設定された大きさに増幅して、送信アンテナ６に出力する。送信アンテナ６は、高周波アンプ回路５で増幅された送信信号を電磁波として空間に放射（送信）する。送信された電磁波は、ターゲット（図示せず）に照射され、受信アンテナ７は、ターゲットで反射した電磁波を受信する。
【００３６】
受信アンテナ７は、ターゲットで反射した電磁波を受信し、受信した電磁波を受信信号としてミキサ８に出力する。ミキサ８は、分配回路４からの送信信号と受信アンテナ７からの受信信号とをミキシングし、ビート信号を生成して、アンプ回路９に出力する。アンプ回路９は、ミキサ８からのビート信号の電圧をあらかじめ設定された大きさに増幅して、フィルタ回路１０に出力する。
【００３７】
フィルタ回路１０は、アンプ回路９からのビート信号に対して、不要な周波数成分を抑圧した（所望の帯域の信号を取り出した）ビート信号を、ＡＤＣ１１に出力する。ここで、フィルタ回路１０の通過帯域幅の最大値は、第１距離範囲観測期間または第２距離範囲観測期間のビート信号の最大周波数と同一とする。ＡＤＣ１１は、フィルタ回路１０からのビート信号の電圧値をデジタルデータに変換して信号処理部１２に出力する。
【００３８】
信号処理部１２は、まず、ＡＤＣ１１からの第１距離範囲観測期間および第２距離範囲観測期間のそれぞれにおけるアップチャープ期間およびダウンチャープ期間のビート信号のデジタルデータに対し、ＦＦＴによりそれぞれの期間でのビート周波数を抽出する。
【００３９】
このとき、信号処理部１２は、ＡＤＣ１１によってデジタルデータに変換されたビート信号をＦＦＴにより周波数パワースペクトラムに変換し、パワーが極大で、かつあらかじめ設定されたしきい値よりも大きな周波数を抽出する等して、ビート周波数を得ることで、ターゲットの有無を検出する。
【００４０】
続いて、信号処理部１２は、第１距離範囲観測期間のアップチャープ期間のビート周波数と第１距離範囲観測期間のダウンャープ期間のビート周波数と、および第２距離範囲観測期間のアップチャープ期間のビート周波数と第２距離範囲観測期間のダウンャープ期間のビート周波数とから、それぞれ公知であるＦＭＣＷレーダの原理に基づいて、ターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を算出する。
【００４１】
以上のように、実施の形態１によれば、変調周波数幅設定部は、距離範囲観測期間毎に生成されるビート信号の最大周波数の差が、ゼロまたはあらかじめ定められた範囲内に収まるように、距離範囲観測期間毎の変調周波数幅を設定する。
これにより、受信帯域を切り替える必要がなく、受信系統を１系統とすることができるので、複数のフィルタやスイッチを備える必要がなくなる。
そのため、低コストで複数のターゲットを検出し、検出した各ターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を測定することができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態１では、距離範囲観測期間が２つ（Ｍ＝２）である場合を例に挙げて説明したが、距離範囲観測期間が３つ以上（Ｍ≧３）の場合であっても、同様の方法により、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  制御部、２  変調電圧発生部、３  ＶＣＯ、４  分配回路、５  高周波アンプ回路、６  送信アンテナ、７  受信アンテナ、８  ミキサ、９  アンプ回路、１０  フィルタ回路、１１  ＡＤＣ、１２  信号処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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