(57)【要約】【課題】  電波を対象物に照射し、対象物からの反射波を受信することで対象物を検知する対象物検知装置において、自装置と対象物との相対速度が０の場合、対象物を正しく検出できない。【解決手段】  対象物検知装置は、対象物に電磁波を照射し、前記電磁波の反射波を受信するアンテナと、複数の周波数の信号を切り替えて前記アンテナに出力する第１の発振器と、前記第１の発振器が出力する周波数とは異なる周波数の信号を出力する第２の発振器と、前記信号と前記反射波の信号とに基づいて生成された中間周波数信号に基づいて、前記対象物を検知する検知部と、を備える。【選択図】      図１
2017078696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に電磁波を照射し、前記電磁波の反射波を受信するアンテナと、
複数の周波数の信号を切り替えて前記アンテナに出力する第１の発振器と、
前記第１の発振器が出力する周波数とは異なる周波数の信号を出力する第２の発振器と、
前記信号と前記反射波の信号とに基づいて生成された中間周波数信号に基づいて、前記対象物を検知する検知部と、を備える対象物検知装置。
【請求項２】
前記中間周波数信号から不要信号を除去するフィルタと、
前記フィルタから出力された前記中間周波数信号をＡ／Ｄ変換器を介して取得し、スペクトルに変換するスペクトル分析部と、
スペクトル変換後の前記中間周波数信号のピーク周波数と前記ピーク周波数におけるスペクトル位相とを計算し、前記ピーク周波数に基づいて前記相対速度と前記スペクトル位相に基づいて前記距離とを計算する演算部と、をさらに備え、
前記検知部は、前記相対速度および前記距離が測定された場合、前記対象物を検知する請求項１に記載の対象物検知装置。
【請求項３】
前記第１の発振器が出力する信号の周波数と前記第２の発振器が出力する信号の周波数との差の絶対値は、想定される前記相対速度の最大値に基づいて算出されるドップラー周波数の最大値よりも高い値である請求項１に記載の対象物検知装置。
【請求項４】
前記第１の発振器が出力する信号の周波数と前記第２の発振器が出力する信号の周波数との大小関係に基づいて、前記ドップラー周波数の符号と前記相対速度の符号とは決定される請求項３に記載の対象物検知装置。
【請求項５】
前記フィルタの通過帯域は、前記第１の発振器が出力する信号の周波数と前記第２の発振器が出力する信号の周波数との差の絶対値と、想定される前記相対速度の最大値に基づいて算出されるドップラー周波数の最大値との和によって決定される請求項２に記載の対象物検知装置。
【請求項６】
前記アンテナは、前記電磁波を照射する送信アンテナと、前記反射波を受信する受信アンテナとから構成される請求項１に記載の対象物検知装置。
【請求項７】
前記第２の発振器は、複数の周波数の信号を切り替えて前記第１の発振器が出力する周波数とは異なる周波数の信号を出力する請求項１に記載の対象物検知装置。
【請求項８】
前記第２の発振器が出力する信号の周波数を切り替える周波数制御部をさらに備える請求項７に記載の対象物検知装置。
【請求項９】
前記第２の発振器が出力する信号の周波数は一定値である請求項１に記載の対象物検知装置。
【請求項１０】
複数の周波数の信号を切り替えて対象物に送信し、
前記対象物から反射信号を受信し、
前記反射信号と前記反射信号と異なる周波数の信号とに基づいて生成された中間周波数信号に基づいて、前記対象物を検知する対象物検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を対象物に照射し、対象物からの反射波を受信することで対象物を検知するための対象物検知装置および対象物検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載レーダシステムでは、電波（ＲＦ信号、ＲＦ：Radio Frequency）を放射し、他車や障害物などの対象物から反射波を受信することによって、対象物の存在を検知し、対象物までの距離および対象物の速度を測定する。これらの情報は、衝突軽減（ブレーキ）システムや先行車追従システムなど、自動車の安全性をより高めるシステムにおいて活用される。車載レーダによる対象物の検知において、検知の分解能をより高めることは、自動車運転における安全性と効率性を高める上で重要である。また、所定の検知分解能を得るために、使用するＲＦ信号またはベースバンド信号（ＢＢ信号）の帯域幅は狭いことが望ましい。その理由は、信号帯域幅を狭くすることによって、信号処理に必要な回路の設計難度およびコストを低減できるからである。また、より狭いＲＦ信号帯域幅で所定の検知分解能を得ることができれば、使用できるチャネル数が増える。したがって、車載レーダ間の干渉を抑制しやすくなるという利点が得られる。
【０００３】
車載レーダの方式として、特許文献１および２には、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ方式、特許文献３および４には、ＦＭＣＷ方式またはパルスレーダ方式が記載されている。他にも、パルス圧縮レーダ方式、周波数を時間的に切り替える連続波（ＣＷ：Continuous Wave）を用いる多周波ＣＷレーダ方式、多周波ＣＷレーダ方式とパルスレーダ方式を組み合わせた多周波ＩＣＷ（Interrupted Continuous Wave）レーダ方式（非特許文献１に記載）、多周波ＣＷレーダ方式とパルス圧縮レーダ方式を組み合わせた多周波ＣＰＣ（Complementary Phase Code）レーダ方式（非特許文献２に記載）など、各種方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９２５３０号公報
【特許文献２】特開２００２−７１７９３号公報
【特許文献３】特開２００４−６９６９３号公報
【特許文献４】特開２００６−３１７４５６号公報
【特許文献５】特開２００６−２５８７０９号公報
【特許文献６】特開２００９−３６５１４号公報
【特許文献７】特開２００９−２４４１３６号公報
【特許文献８】特開２００３−１６７０４８号公報
【特許文献９】特開２００９−４２０６１号公報
【特許文献１０】特開平１１−１９８６７８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】稲葉敬之、“多周波ステップＩＣＷレーダによる多目標分離法、”電子情報通信学会論文誌Ｂ、Ｖｏｌ．Ｊ８９−Ｂ、Ｎｏ．３、ｐｐ．３７３−３８３、２００６
【非特許文献２】Ｍａｓａｔｏ  Ｗａｔａｎａｂｅ、Ｍａｎａｂｕ  Ａｋｉｔａ、Ｔａｋａｙｕｋｉ  Ｉｎａｂａ、“Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｗａｖｅ  Ｒａｄａｒ  ｕｓｉｎｇ  Ｓｔｅｐｐｅｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、”ＩＴＳ  ＷＯＲＬＤ  ＣＯＮＧＲＥＳＳ  ＴＯＫＹＯ  ２０１３、２０１３
【非特許文献３】桐本哲郎、“自動車レーダの基礎、”ＭＷＥ２００７  Ｄｉｇｅｓｔ、２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
関連技術における第１の問題点は、ＲＦ信号またはＢＢ信号の帯域を狭帯域とするために２周波ＣＷ方式のレーダ装置（非特許文献３に記載）を用いた場合、レーダ装置と対象物との相対速度が０のとき、その対象物を検知できないことである。
【０００７】
その理由は、レーダ装置と対象物との相対速度が０の場合、ドップラー周波数ｆdも０となるため、ビート信号の周波数も０となる。この場合、ビート信号が直流となるため、スペクトル位相φ1およびφ2を抽出することができず、対象物とレーダ装置との距離Ｒを算出できないためである。
【０００８】
本発明の目的は、ＲＦ信号またはＢＢ信号の帯域を狭帯域とし、かつ、対象物との相対速度が０の場合においても対象物を検知する対象物検知装置および対象物検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様における対象物検知装置は、対象物に電磁波を照射し、前記電磁波の反射波を受信するアンテナと、複数の周波数の信号を切り替えて前記アンテナに出力する第１の発振器と、前記第１の発振器が出力する周波数とは異なる周波数の信号を出力する第２の発振器と、前記信号と前記反射波の信号とに基づいて生成された中間周波数信号に基づいて、前記対象物を検知する検知部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明における第１の効果は、ＲＦ信号およびＢＢ信号の帯域を狭帯域としつつ、対象物検知装置と対象物との相対速度が０の場合においても対象物を検知できる点である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における対象物検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における対象物検知装置で用いられるＲＦ信号およびＬＯ信号の周波数の時間変化を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２の変形例における対象物検知装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の第２の変形例における対象物検知装置で用いられるＲＦ信号およびＬＯ信号の周波数の時間変化を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第３の変形例における対象物検知装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、２周波ＣＷ方式のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、２周波ＣＷ方式のレーダ装置で用いられるＲＦ信号の周波数の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面及び明細書記載の各実施の形態において、同様の機能を備える構成要素には同様の符号が与えられている。
【００１３】
以下の分析は本発明において与えられる。
【００１４】
まず、各種のレーダ方式において必要とされるＲＦ信号およびＢＢ信号の帯域幅について議論する。例として、ＲＦ周波数ｆcが６０．５ＧＨｚの電波（ＲＦ信号）を用いて、距離Ｒが５０ｍ、速度Ｖが３０ｋｍ／ｈの対象物を検知する場合、距離分解能ΔＲが０．３ｍ、速度分解能ΔＶが０．３ｋｍ／ｓとなる状態を実現するのに必要なＲＦ信号およびＢＢ信号の帯域幅を表１に示す。
【００１５】
【表１】
2017078696.tif 000003
【００１６】
表１において、ＦＭ−ＣＷ方式、二周波ＣＷ方式（多周波ＣＷ方式で使用する周波数の数を２としたもの）、およびパルス／パルス圧縮方式の信号帯域幅（ＲＦ帯域幅およびＢＢ帯域幅）は、各方式の下段の欄に示した公式（非特許文献３に記載）に基づいて算出された。また、表１において、多周波ＣＰＣ方式における信号帯域幅は、非特許文献２における実測値が引用された。表１より、所定の距離分解能を得るために求められた信号帯域幅を狭くするには、２周波ＣＷ方式の採用が有効であることが分かる。
【００１７】
ＦＭ−ＣＷ方式とパルス／パルス圧縮方式は、ともにｃ／２ΔＲで与えられる広帯域のＲＦ信号帯域幅が必要となる（ｃは光速）。多周波ＣＰＣ方式は、多周波ＣＷ方式とパルス圧縮方式の組み合わせであるが、組み合わせに用いたパルス圧縮方式と同程度の広帯域のＲＦ信号帯域幅が要求される。
【００１８】
２周波ＣＷ方式または多周波ＣＷ方式は、ＲＦ信号の帯域幅およびＢＢ信号の帯域幅の両方を狭くできるという利点がある。しかし、レーダ装置と対象物との相対速度が０となる場合、その対象物を検知できないという問題点がある。
【００１９】
上記２周波ＣＷ方式の問題点の原因を説明するにあたり、図６に示した２周波ＣＷ方式のレーダ装置１０００の構成を示すブロック図を用いて、２周波ＣＷ方式の動作原理を説明する。
【００２０】
図６に示した２周波ＣＷ方式のレーダ装置１０００は、アンテナ１と、アイソレータ２と、受信ミキサ３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４と、発振器（ＶＣＯ）５と、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６と、フーリエ変換器７と、演算部８と、制御部１２と、を少なくとも含んで構成される。発振器５は、図７で示すように周波数を２つの値ｆ1およびｆ2で時間的に切り替えたＲＦ信号を、アイソレータ２および受信ミキサ３にそれぞれ出力する。制御部１２は、発振器５から出力されるＲＦ信号の周波数を切り替える。発振器５からアイソレータ２に出力されたＲＦ信号は、アンテナ１を経由して送信波９として出力される。送信波９は、対象物１１において反射されて受信波１０となる。受信波１０の周波数は、対象物の速度Ｖに応じてドップラー効果により送信波９の周波数からドップラー周波数ｆd（＝２Ｖ／λ、λは送信波９の波長）だけシフトする。アンテナ１は、受信波１０を受信する。受信波１０は、アイソレータ２を経由して受信ミキサ３に入力される。受信ミキサ３は、発振器５が出力した送信波９（周波数ｆ1、ｆ2）と受信波１０（周波数ｆ1＋ｆd、ｆ2＋ｆd）とをミキシングする。ＬＰＦ４は、このミキシングされた信号を入力としてビート信号（周波数ｆd）をＡ／Ｄ変換器６に出力する。
【００２１】
このビート信号は、以下の式（１）および（２）で表現される。
【００２２】
【数１】
2017078696.tif 000004
【００２３】
【数２】
2017078696.tif 000005
【００２４】
ここで、Ｓf1（ｔ）とＳf2（ｔ）とは、発振器５から出力されるＲＦ信号の周波数がそれぞれｆ1とｆ2とである場合のビート信号である。また、φ0はレーダ装置１０００が持つ不定定数である。
【００２５】
ビート信号は、Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号として取り込まれた後、フーリエ変換器７でスペクトルに変換される。なお、送信波９の周波数がｆ1である場合、フーリエ変換器７1は、受信波１０のスペクトル位相φ1（＝φ0−４πｆ1Ｒ／ｃ）を算出し、送信波９の周波数がｆ2である場合、フーリエ変換器７2は、受信波１０のスペクトル位相φ2（＝φ0−４πｆ2Ｒ／ｃ）を算出する。制御部１２は、発振器５が出力するＲＦ信号（送信波９）の周波数の切り替えと同期して、使用するフーリエ変換器７1または７2を選択する。演算部８は、送信波９の周波数がｆ1およびｆ2である場合のビート信号のスペクトル位相φ1およびφ2の差分Δφ＝φ1−φ2に基づいて、対象物１１とレーダ装置１０００との距離Ｒを以下の式（３）を用いて算出する。
【００２６】
【数３】
2017078696.tif 000006
【００２７】
レーダ装置１０００と対象物１１との相対速度が０の場合、ドップラー周波数ｆdが０となるため、ビート信号の周波数も０となる。この場合、ビート信号が直流となるため、スペクトル位相φ1およびφ2は抽出されない。つまり、対象物１１とレーダ装置１０００との距離Ｒを算出することができないという問題が生じる。
【００２８】
上記の２周波ＣＷ方式の問題点を解決する方法として、２周波ＣＷ方式と他のレーダ方式を、レーダ装置と対象物との相対速度に応じて切り替えて用いる方式が提案されている。上記の提案では、レーダ装置と対象物との相対速度が０でない場合に２周波ＣＷ方式が用いられ、相対速度が０の場合に２周波ＣＷ以外の方式が用いられる。相対速度が０の場合に用いる方式の例として、特許文献１および特許文献２ではＦＭＣＷ方式、特許文献３および特許文献４ではＦＭＣＷ方式または周波数パルスＣＷ方式、特許文献５ではＤＳ−ＳＳ方式、特許文献６では２周波Ｒａｍｐ変調方式がそれぞれ用いられている。しかしながら、これらの提案方式では、レーダ装置と対象物との相対速度が０の場合に用いる２周波ＣＷ以外の方式において、ＲＦ信号およびＢＢ信号が広帯域となる。したがって、回路の設計難度およびコストが増大するという問題がある。また、レーダ装置と対象物との相対速度が０の場合に用いる２周波ＣＷ以外の方式において、ＲＦ信号の広帯域化によりスペクトル効率が低下するため、レーダ装置間の干渉が問題となる。
【００２９】
または、上記の２周波ＣＷ方式の問題点を解決する方法として、特許文献７で開示されているように多周波ＣＷ方式とパルス方式を組み合わせた時間波形をレーダに用いる方式（多周波ＣＰＣ方式と同等）があるが、この場合もＲＦ信号またはＢＢ信号が広帯域となる。
【００３０】
または、上記２周波ＣＷ方式の問題点を解決する方法として、特許文献８で開示されるように、送信波に通常の２周波ＣＷの波形を用い、受信部において受信波と高速なのこぎり波とをミキシングすることで、レーダ装置と対象物との相対速度が０の場合も対象物を検知できる方式が提案されている。この場合、ＲＦ信号（送信波）の帯域幅は狭帯域で済む。しかし、ＢＢ信号（受信部）の帯域幅は、のこぎり波の影響で広帯域となる。この場合、やはり回路の設計難度およびコストの増大が問題となる。
【００３１】
または、上記２周波ＣＷ方式の問題点を解決する方法として、特許文献９で開示されるように、Ａ／Ｄ変換６のサンプル周波数と同期したタイミングで、送信波の送信周波数を切り替えるという方式が提案されている。しかし、この方式においても、ＲＦ信号が広帯域になるという問題がある。（特許文献９の実施例では、ＲＦ信号の帯域幅は１ＧＨｚとされている。）
【００３２】
または、上記２周波ＣＷ方式の問題点を解決する方法として、特許文献１０で開示されるように、レーダ装置と対象物との相対速度が０に近づいた場合、相対速度を変えるように車の速度（スロットル／ブレーキ）を自動制御するという方式が提案されている。しかし、この方式の場合、自車の運転状態（速度）が不安定になるという問題点がある。
【００３３】
以下に、上記の問題を解決する本発明の実施の形態を示す。
【００３４】
（本発明の概要）
本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明の概要を説明する。
【００３５】
本発明の対象物検知装置は、対象物に電磁波を照射し、前記電磁波の反射波を受信するアンテナと、複数の周波数の信号（ＲＦ信号）を切り替えて前記アンテナに出力する第１の発振器と、前記第１の発振器が出力する周波数とは異なる周波数の信号（局発信号、ＬＯ信号：Local Oscillator）を出力する第２の発振器と、前記信号と前記反射波の信号とに基づいて生成された中間周波数信号に基づいて、前記対象物を検知する検知部と、を備える。
【００３６】
上記の構成により、対象物検知装置は、狭帯域のＲＦ信号およびベースバンド信号を用いて、電波を対象物に照射し、対象物からの反射波を検知することで対象物を検知することができる。狭帯域の信号で上記の検知ができることから、回路のコストおよび設計難度を低減し、かつスペクトル効率を改善し、電波を放射する他の装置との干渉を抑制する効果が得られる。
【００３７】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明による第１の実施の形態における対象物検知装置１００の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図４を参照すると、本発明の第１の実施の形態における対象物検知装置１００は、アンテナ１０１と、アイソレータ１０２と、受信ミキサ１０３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０４と、発振器１０５および１１３と、Ａ／Ｄ変換器１０６と、フーリエ変換器１０７と、演算部１０８と、制御部１１２と、検知部１２０と、を備える。
【００３９】
第１の実施の形態における対象物検知装置１００は、図６に示した２周波ＣＷ方式のレーダ装置１０００に発振器１１３および検知部１２０を追加し、ローパスフィルタ４をバンドパスフィルタ１０４に置換した構成となっている。
【００４０】
発振器１０５は、図２に示すように、周波数を２つの値ｆRF1およびｆRF2で時間的に切り替えたＲＦ信号を、アイソレータ１０２に出力する。
【００４１】
発振器１１３は、図２に示すように、周波数を２つの値ｆLO1およびｆLO2で時間的に切り替えたＬＯ信号を、受信ミキサ１０３に出力する。ＲＦ信号とＬＯ信号との周波数は、図２に示すように同時に切り替えられる。
【００４２】
制御部１１２は、発振器１０５および１１３の発振周波数を制御することによって、ＲＦ信号とＬＯ信号との周波数を切り替える。
【００４３】
ＲＦ信号およびＬＯ信号の周波数は、以下の関係式（４）を満たすように設定される。
【００４４】
【数４】
2017078696.tif 000007
【００４５】
ここで、ｆIFはＩＦ周波数（Intermediate Frequency）に相当する。
【００４６】
発振器１０５からアイソレータ１０２に出力されたＲＦ信号は、アンテナ１０１を経由して送信波１０９として出力される。送信波１０９は、対象物１１において反射されて受信波１１０となる。受信波１１０の周波数は、対象物検知装置１００と対象物１１との相対速度Ｖに応じてドップラー効果により送信波１０９の周波数からドップラー周波数ｆd（＝２Ｖ／λ、λは送信波１０９の波長）だけシフトする。
【００４７】
ここで、対象物検知装置１００に対して対象物１１が近接する相対速度を持つ場合、ドップラー周波数ｆdは正の値を持つ。対象物検知装置１００に対し対象物１１が離れる相対速度を持つ場合、ドップラー周波数ｆdは負の値を持つ。
【００４８】
受信波１１０は、アンテナ１０１において受信される。アンテナ１０１で受信された受信波１１０は、アイソレータ１０２を経由して受信ミキサ１０３に入力される。
【００４９】
受信ミキサ１０３は、発振器１１３から出力されたＬＯ信号と受信波１１０とをミキシングする。
【００５０】
ＬＯ信号の周波数ｆLO(i)と送信波１０９の周波数ｆRF(i)とを比較し（ただし、ｉ＝１，２）、ｆLO(i)＜ｆRF(i)となる場合、受信ミキサ１０３は、周波数ｆIF＋ｆdを持つビート信号を出力する。この場合、ビート信号の周波数ｆIF＋ｆdと、式（１）で与えられるＩＦ周波数ｆIFとからの差分ｆdによって、対象物検知装置１００と対象物１１との相対速度Ｖ（＝２ｆd／λ）が決まる。
【００５１】
ここで、相対速度Ｖが正の場合、対象物検知装置１００に対して対象物１１は近接している。相対速度Ｖが負の場合、対象物検知装置１００に対して対象物１１は離れている。
【００５２】
ＬＯ信号の周波数ｆLO(i)と送信波１０９の周波数ｆRF(i)とを比較し、ｆLO(i)＞ｆRF(i)となる場合、受信ミキサ１０３は、周波数ｆIF−ｆdを持つビート信号を出力する。この場合、ビート信号の周波数ｆIF−ｆdと、式（１）で与えられるＩＦ周波数ｆIFとからの差分−ｆdによって、対象物検知装置１００と対象物１１との相対速度Ｖ（＝−２ｆd／λ）が決まる。
【００５３】
ここで、相対速度Ｖが正の場合、対象物検知装置１００に対して対象物１１は近接している。相対速度Ｖが負の場合、対象物検知装置１００に対して対象物１１は離れている。
【００５４】
上記の通り、ｆLO(i)＜ｆRF(i)となる場合と、ｆLO(i)＞ｆRF(i)となる場合とで、相対速度Ｖを算出する式は異なる。ＬＯ信号の周波数ｆLO(i)と送信波１０９の周波数ｆRF(i)とは既知であるので、場合分けすることによって相対速度Ｖを算出する式を正しく選択することが可能である。
【００５５】
ビート信号は、バンドパスフィルタ１０４を経由してＡ／Ｄ変換器１０６に出力される。このビート信号は、以下の式（５）および（６）で表現される。
【００５６】
【数５】
2017078696.tif 000008
【００５７】
【数６】
2017078696.tif 000009
【００５８】
ここで、Ｓf1（ｔ）とＳf2（ｔ）とは、発振器１０５から出力されるＲＦ信号の周波数がそれぞれｆ1とｆ2とである場合のビート信号である。
【００５９】
φ0は、対象物検知装置１００が持つ不定定数である。
【００６０】
車両の運転状態から想定される対象物検知装置１００と対象物１１との相対速度Ｖの範囲を−Ｖmaxから＋Ｖmaxと定義する。この場合、ドップラー周波数の範囲は、ｆdmax＝Ｖmax／２λとして−ｆdmaxから＋ｆdmaxとなる。
【００６１】
バンドパスフィルタ１０４の通過帯域は、ビート信号が取ると想定される周波数範囲であるｆIF−ｆdmaxからｆIF＋ｆdmaxであることが望ましい。このようにすることで、バンドパスフィルタ１０４は、受信ミキサ１０３で発生するイメージ周波数ｆRF＋ｆIFの成分を除去することに加え、ビート信号の帯域外のノイズ成分を除去することができる。したがって、対象物検知装置１００は受信感度を高めることができる。
【００６２】
ビート信号は、Ａ／Ｄ変換器１０６にデジタル信号として取り込まれた後、フーリエ変換器（スペクトル分析手段）１０７でスペクトルに変換される。ビート信号は、スペクトルの振幅が最大となる成分（ピーク信号）から検出される。ピーク信号の周波数は、ｆIF＋ｆdに相当する。ＩＦ周波数ｆIFは既知であるため、ピーク信号の周波数の測定値に基づいてドップラー周波数ｆdは算出される。
【００６３】
演算部１０８は、ドップラー周波数ｆdから、対象物検知装置１００と対象物との相対速度Ｖを算出する。演算部１０８は、上記ｆLO(i)＜ｆRF(i)となる場合と、ｆLO(i)＞ｆRF(i)となる場合とにおける相対速度Ｖの算出式を決定する。
【００６４】
送信波１０９の周波数がｆ1である場合、フーリエ変換器１０７1は、受信波１１０のスペクトル位相φ1（＝φ0−４πｆ1Ｒ／ｃ）を算出する。送信波１０９の周波数がｆ2である場合、フーリエ変換器１０７2は、受信波１１０のスペクトル位相φ2（＝φ0−４πｆ2Ｒ／ｃ）を算出する。
【００６５】
制御部１１２は、発振器１０５が出力するＲＦ信号（送信波１０９）の周波数の選択と、使用するフーリエ変換器１０７1または１０７2の選択とを同期する。
【００６６】
演算部１０８は、送信波１０９の周波数がｆ1およびｆ2である時のビート信号のスペクトル位相φ1およびφ2の差分Δφ＝φ1−φ2から、対象物１１と対象物検知装置１００との距離Ｒを以下の式（７）に基づいて算出する。
【００６７】
【数７】
2017078696.tif 000010
【００６８】
検知部１２０は、演算部１０８が対象物１１の相対速度Ｖまたは対象物１１と対象物検知装置１００との距離Ｒのうち少なくとも一方を算出した場合、対象物１１を検知する。
【００６９】
本発明において、ＩＦ周波数ｆIFは、車両の運転状態から想定される対象物検知装置１００と対象物１１との相対速度Ｖの最大値Ｖmaxから計算されるドップラーシフトの最大値である、ｆdmax以上の値に設定されることが望ましい。式（５）および（６）で示すとおり、ビート信号の周波数はｆIF＋ｆdである。この周波数は最小でｆIF−ｆdmaxであるが、ｆIF＞ｆdmaxを満たすようにＩＦ周波数ｆIFを設定した場合、任意の状況（特に、相対速度Ｖが０になる状況）において、ビート信号の周波数は、０となることを回避できる。この場合、ビート信号が直流となることによってスペクトル位相φ1およびφ2が抽出されなくなる状況は回避される。したがって、対象物１１とレーダ装置との距離Ｒを常に算出可能な対象物検知装置１００を実現できる。
【００７０】
本発明において、例えば、対象物検知装置１００と対象物１１との相対速度Ｖの最大値Ｖmaxを３００ｋｍ／ｈと想定した場合、算出されるドップラーシフトの最大値ｆdmax（＝Ｖmax／２λ）は１０．６ｋＨｚである。すなわち、この例において、ＩＦ周波数は、１０．６ｋＨｚ以上に設定すればよい。すなわち、本発明の対象物検知装置１００において、ビート信号は、数十ｋＨｚ程度の狭帯域信号となる。
【００７１】
本発明において、送信波１０９は、２周波ＣＷ方式と同じく、２つの周波数ｆ1とｆ2とに切り替えられる。したがって、本発明における送信波１０９の帯域幅は、２周波ＣＷ方式と同じになる。表１に示すように、本発明と２周波ＣＷ方式とにおける送信波１０９の帯域幅（ＲＦ帯域幅）は、他の方式（ＦＭＣＷ方式、パルス／パルス圧縮方式、または多周波ＣＰＣ方式）と比べて、十分に狭帯域である。
【００７２】
また、本発明において、受信部のＢＢ信号帯域幅（ビート信号の帯域幅）は、上記のとおり、車載用途で想定される相対速度の範囲では数十ｋＨｚ程度の狭帯域となる。
【００７３】
本発明の対象物検知装置１００は、特許文献１乃至７とは異なり、広帯域な信号を必要とする２周波ＣＷ方式以外のレーダ方式（ＦＭＣＷ方式、パルス／パルス圧縮方式、周波数パルスＣＷ方式、ＤＳ−ＳＳ方式、または２周波Ｒａｍｐ変調方式など）を併用していない。また、本発明の対象物検知装置１００は、特許文献８のように、受信部で高速（広帯域）なのこぎり波を使用していない。また、本発明の対象物検知装置１００は、特許文献９のように、Ａ／Ｄ変換のサンプル周波数と同期したタイミングで送信電波の送信周波数を切り替えるという、ＲＦ信号が広帯域になる方式を使用していない。したがって、本発明の対象物検知装置１００は、ＲＦ信号（送信波）およびＢＢ信号（受信部）の帯域幅を、特許文献１乃至特許文献９に記載の従来方式よりも狭帯域にすることができる。これにより、本発明の対象物検知装置１００は、相対速度が０となる場合でも対象物を検知することができる。これによって、本発明の対象物検知装置１００は、回路の設計難度およびコストを特許文献１乃至特許文献９に記載の従来方式よりも低減することができる。また、本発明の対象物検知装置１００は、特許文献１乃至特許文献９に記載の従来方式で問題になっていたＲＦ信号の広帯域化に伴うスペクトル効率の低下や干渉の問題も回避できる効果を有する。
【００７４】
また、本発明の対象物検知装置１００は、（自車に搭載された）対象物検知装置と１００対象物との相対速度が０の場合においても対象物の検知を可能とする。このため、本発明の対象物検知装置１００は、特許文献１０に記載の従来方式のように、相対速度が０にならないように車の速度（スロットル／ブレーキ）を自動制御することも不要である。したがって、本発明の対象物検知装置１００を車載のレーダ装置として用いれば、自車と他車が同じ速度の運行を維持した状態においても他車が検知される。よって、本発明の対象物検知装置１００は、特許文献１０に記載の従来方式よりも安定した運行を可能にする。
【００７５】
＜第１の変形例＞
第１の実施の形態の第１の変形例において、ＩＦ周波数は、第１の実施の形態における式（４）の代わりに、以下の式（８）によって算出される。
【００７６】
【数８】
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【００７７】
つまり、第１の変形例において、ＩＦ周波数は、ｆIF1とｆIF2との２種類算出される。
【００７８】
ここで、ｆIF1は、ＲＦ信号およびＬＯ信号の周波数がそれぞれｆRF1およびｆLO1の場合におけるＩＦ周波数である。ｆIF2は、ＲＦ信号およびＬＯ信号の周波数がそれぞれｆRF2およびｆLO2の場合におけるＩＦ周波数である。この場合において、バンドパスフィルタ１０４の通過帯域は、ビート信号が取ると想定される周波数範囲であるＭｉｎ（ｆIF1−ｆdmax，ｆIF2−ｆdmax）からＭａｘ（ｆIF1＋ｆdmax，ｆIF2＋ｆdmax）と設定されることが望ましい。他の構成、動作、および発明の効果は第１の実施の形態と同一であるため、詳細な説明は省略される。
【００７９】
＜第２の変形例＞
第１の実施の形態の第２の変形例において、図３および図４に示すように、発振器１１３のＬＯ周波数は一定の値ｆLOに固定される。この場合において、受信ミキサ１０３で出力されるＩＦ周波数は、以下の式（９）において与えられる。
【００８０】
【数９】
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【００８１】
式（９）において、ＩＦ周波数ｆIF1とｆIF2とは同一の値または異なる値のいずれとしてもよい。第１の実施の形態の第２の変形例において、図３で示すように、制御部１１２は、発振器１１３のＬＯ周波数の制御を不要とする。他の構成、動作、および発明の効果は第１の実施の形態および第１の変形例と同一であるので、詳細な説明は省略される。
【００８２】
＜第３の変形例＞
第１の実施の形態の第３の変形例における対象物検知装置１００は、図５に示すように、第１の実施の形態の対象物検知装置１００におけるアンテナ１０１を送信アンテナ１２２と受信アンテナ１２１とに分離し、アイソレータ１０２を省略して構成される。第１の実施の形態の第３の変形例では、発振器１０５が出力するＲＦ信号は、送信波１０９として送信アンテナ１２２から放射される。受信波１１０は、受信アンテナ１２１で受信された後に受信ミキサ１０３に入力される。他の構成、動作、および発明の効果は第１の実施の形態および第１の変形例と同一であるので、詳細な説明は省略される。
【００８３】
なお、本発明の実施の形態およびその変形例において、発振器１０５および１１３から出力される周波数の数は２つに限定されず、３つ以上に拡張されてもよい。
【００８４】
以上、実施の形態および変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しえる様々な変更をすることができる。
【００８５】
また、本発明の実施の形態および変形例における各構成要素は、その機能をハードウェア的に実現することはもちろん、コンピュータとプログラムとで実現することができる。プログラムは、磁気ディスクや半導体メモリなどのコンピュータ可読記録媒体に記録されて提供され、コンピュータの立ち上げ時などにコンピュータに読み取られる。この読み取られたプログラムは、そのコンピュータの動作を制御することにより、そのコンピュータを前述した各実施の形態における構成要素として機能させる。
【００８６】
［産業上の利用可能性］
本発明の活用例として、対象物に電磁波を照射し、その反射波を受信することによって対象物を検知する対象物検知装置および対象物検知方法などがある。
【符号の説明】
【００８７】
１００    対象物検知装置
１０１、１    アンテナ
１０２、２    アイソレータ
１０３、３    受信ミキサ
１０４    バンドパスフィルタ
１０５、１１３、５    発振器
１０６、６    Ａ／Ｄ変換器
１０７、１０７1、１０７2、７、７1、７2    フーリエ変換器
１０８、８    演算部
１０９、９    送信波
１１０、１０    受信波
１２０    検知部
１１    対象物
１１２、１２    制御部
１２１    受信アンテナ
１２２    送信アンテナ
４    ローパスフィルタ
１０００    レーダ装置
【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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