(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低減すべき雑音が１／Ｆｋの関係にあり、レーダが送信の符号化を少なくとも二つの周波数で実行するレーダ受信機の雑音を低減する装置であって、該装置が少なくとも、
受信された信号を少なくとも二つのチャンネルに経路指定し、目標が第一の符号周波数（Ｆ１）での送信により照射された場合には、対応の受信信号（Ｓ１）をサンプリングして第一のチャンネルへ経路指定し、目標が第二の符号周波数（Ｆ２）で照射された場合には対応の受信信号（Ｓ２）をサンプリングして第二のチャンネルへ経路指定する手段と、
第一のチャンネルの信号（Ｓ１）と、第二のチャンネルの信号（Ｓ２）または絶対値が１に等しく位相が０に近い複素数Ｗを掛けた第二のチャンネルの信号（Ｓ２）との間の減算を行うことにより、第一のチャンネルに存在する信号（Ｓ１）と第二のチャンネルに存在する信号（Ｓ２）とを直線的に組み合わせる手段とを有しており、該直線的組み合せが雑音のフィルタリングを合成する雑音低減装置。
【請求項２】
直線的に組み合わせる手段が、第一のチャンネルの信号（Ｓ１）と第二のチャンネルの信号（Ｓ２）との間の減算を行う請求項１に記載の装置。
【請求項３】
経路指定手段が、目標から送り返される信号と局部発振信号とを受信するマイクロ波ミキサの出力に接続される請求項１に記載の装置。
【請求項４】
各チャンネルが周波数フィルタリング装置を含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
各チャンネルがドップラーフィルタバンクを含む請求項４に記載の装置。
【請求項６】
一つのチャンネルを除き、すべてのチャンネルが遅延手段を含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】
直線的に組み合わせる手段が、第一のチャンネルの信号（Ｓ１）と、絶対値が１に等しく位相が０に近い複素数Ｗを掛けた第二のチャンネルの信号（Ｓ２）との間の減算を行う請求項１に記載の装置。
【請求項８】
レーダが四つの周波数で送信の符号化を行い、符号化周波数にそれぞれ関連付けられた四つのチャンネルを含み、前記チャンネルが二つずつグループ化され、第一の減算手段が第一のチャンネルの信号から第二のチャンネルの信号を減算し、第二の減算手段が第三のチャンネルの信号から第四のチャンネルの信号を減算する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
受信機がホモダイン受信機である請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーダ受信機の雑音を低減する装置に関する。本発明は特に自動車に搭載されるレーダに用いることができる。より一般的に言えば、本発明は低コストで製造され、同時に雑音の低減に関して高パフォーマンスを実現することが要求されるレーダに用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
レーダ受信回路の構成にはさまざまなタイプがある。ヘテロダイン受信機は感度が高いことで知られているが高価である。従って車載レーダなどの低コスト機器には向かない。車載レーダの場合、中程度の価格の自動車に交通規制及び制御用のレーダを組み込むことを想定しているため、コスト削減という目標はそれだけ重大になる。例えばこの種のレーダはレーダを搭載した自動車とその前を走行する自動車の間の距離と相対速度を計測し、レーダを搭載した自動車が特に安全基準を満たすためにその前を走行する自動車に合わせてその速度を調整する機能を備える。
【０００３】
ホモダイン受信機の利点は、構造が簡便なため特に製造コストが安いことである。この利点のため、自動車にホモダイン受信機を使用することが計画されている。ただし、この受信機は感度が低い。実際、目標からの信号は特別の増幅もなく、また多くの場合、全く増幅されないままベースバンド、すなわち極めて低い周波帯域に変換される。例えば、ミキサやビデオ周波数増幅器などのコンポーネントはスペクトル密度が１／Ｆk（Ｆは送信される搬送波の周波数）の関係に従って変動する高レベルの色付付加雑音の影響を受ける。
【０００４】
ホモダイン受信機はさらに別のタイプの雑音にも影響される。これらの雑音は、アンテナ、マイクロ波ミキサ、又はアンテナとミキサとの間に挿入された増幅器が拾う広帯域白色熱雑音の場合がある。また、マイクロ波回路の分離不良が原因で発振器の出力信号に含まれる位相及び振幅雑音が目標からの信号又は雑音に乗る場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、特にホモダイン受信機構成を使用しながら同時にヘテロダイン受信機を備えたレーダに匹敵する感度を達成することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明は、低減すべき雑音が１／Ｆkの関係にあり、レーダが送信の符号化を少なくとも二つの周波数で実行するレーダ受信機の雑音を低減する装置であって、
受信された信号を少なくとも二つのチャンネルに経路指定し、目標が第一の符号周波数での送信により照射された場合には対応の受信信号をサンプリングして第一のチャンネルへ経路指定し、目標が第二の符号周波数で照射された場合には対応の受信信号をサンプリングして第二のチャンネルへ経路指定する手段と、
第一のチャンネルに存在する信号と第二のチャンネルに存在する信号とを直線的に組み合わせる手段とを有しており、該直線的組み合せが雑音のフィルタリングを合成するレーダ受信機の雑音を低減する装置を提供する。
【０００７】
本発明の主な利点は、ホモダイン受信機のＳ／Ｎ比を改善し、構成が簡単で経済的であることである。
【０００８】
本発明の他の機能と利点は、添付の図面と以下の詳細な説明から明らかになろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はホモダインレーダ受信機のブロック図である。同じ波発生器１が送信信号を生成し、同時に受信時には局部発振器として使用される。送信信号はパルス変調が可能である。図１には受信部のみを示す。ここでは局部発振器として動作している発生器１の出力はマイクロ波ミキサ２の二つの入力のいずれかに接続され、このミキサ２の他方の入力はアンテナ信号３を受信する。ミキサ２の出力は、信号を検波器へ送るビデオ周波数増幅器４の入力に接続される。
【００１０】
検波器で検出される雑音は、アンテナ３、マイクロ波ミキサ２、及び場合によってはアンテナ３とミキサ２との間に挿入される増幅器が拾う広帯域付加白色熱雑音と、マイクロ波回路の分離不良により、目標から受信した信号及び／又は雑音により発生する発生器１の位相及び振幅雑音と、ミキサのビデオ周波数ポート及びその後に置かれたビデオ周波数増幅器が発生する、１／Ｆkの関係にある、色付付加雑音の組み合わせとによって発生する。
【００１１】
上述したように、本発明の目的は特に最後に述べた雑音を低減することである。図２にＸ軸に雑音の周波数Ｆ、Ｙ軸に雑音の振幅をとって、１／Ｆkの関係にある色付雑音を表す曲線１０を示す。この例の雑音はマイクロ波ミキサ２の雑音である。
【００１２】
図３に本発明による装置の動作原理を示す。色付雑音を表す曲線１０に加えて、周波数の軸に平行な直線１１で熱雑音が示されている。この雑音は、最小限の通常の雑音である。この直線１１は、色付雑音を表す曲線１０と、ほぼ１ｋＨｚの周波数で交差する。この周波数を超えると、色付雑音は熱雑音より下のレベルとなる。したがって、色付雑音を低減する必要があるのは、曲線と直線の交点１２のポイントに対応する、周波数Ｆｃより下の周波数に関してである。本発明は、レーダが、少なくとも二つの周波数から選択される送信周波数をさらに符号化することを利用して、色付雑音のフィルタリングを簡単且つ経済的に合成する。振幅変換機能の一例を、ゼロ周波数でゼロとなり、受信信号のサンプリング用の周波数Ｆｅでゼロとなる正弦を法（modulus）とする曲線１３で表す。この周波数はさらに例えば送信周波数の切り換え速度Ｆｒの二倍である。
【００１３】
図４に符号化区間４１の数が２である簡単な場合における、レーダが送信する信号の符号化の例を示す。区間４１は毎回所定の時間周期Ｔｆに等しい。符号化によってレーダは、Ｔｆの間の第一の周波数Ｆ1の信号、次にこれと同じＴｆの間の第二の周波数Ｆ2の信号、以下同様に連続する信号を含むシーケンス４２を送出する。したがって送信周波数間の切り換え速度はＦｒは１／Ｔｆに等しい。目標から受信する信号の部分４３は、送信シーケンスＦ２に往復の伝搬時間に等しい遅延τ＝２Ｄ／Ｃを加え、目標への距離、光速、目標の速度、及び送信信号の周波数をそれぞれ表す目標の動きＤ、Ｃ、Ｖｒ、及びλを考慮して、ドップラー周波数Ｆd＝２Ｖｒ／λで瞬時周波数を変換することで得られる。送信周波数は互いに近接しているため、波長λはほとんど変わらず、ドップラー周波数はスペクトル分解能に関して一定と考えることができる。曲線４４は例としてマイクロ波ミキサからの信号の雑音を、受信及び送信信号のシーケンス４２、４３と並べて示している。この雑音は、本発明が特に低減させることを目的とする直線１１で表される広帯域白色熱雑音と曲線１１で示される色付雑音とを含む。
【００１４】
図５に、構成が極めて簡単であり経済的である本発明による装置の可能な一実施形態を示す。送信時には発生器１が生成した信号は図には示されていない各増幅器を通ってアンテナ３へ送られる。受信時にはアンテナ３が受信した信号は図には示されていない各回路によってミキサ２へ向けられる。ミキサ２は、周波数符号によって標識され目標から送り返される信号を受信し、受信時には局部発振器として動作をする発生器１によって生成される信号を受け取る。ミキサ２の出力は経路指定手段２２の入力に接続される。経路指定手段は、目標が第一の周波数Ｆ1での送信によって照射された場合には対応の受信信号Ｓ1をサンプリングして第一のチャンネル２１０へ経路指定し、目標が第二の周波数Ｆ2での送信によって照射された場合には対応の受信信号Ｓ2をサンプリングして第二のチャンネル２１１へ経路指定するようにミキサの出力信号をサンプリングして二つのチャンネル２１０及び２１１上に経路指定する。経路指定手段２２は例えば、当業者には周知の多重分離装置を含む。これらの手段は、特にサンプリングの瞬間には例えば送信信号を符号化する手段に同期化される。これらの手段は図には示されていない。各チャンネルは例えば特定周波数のフィルタリング装置２３、例えばドップラーフィルタバンクを含み、特に目標の速度を検出する。少なくとも一つのチャンネル２１０は下記のものを補償する遅延線タイプ装置２４をさらに含む。
【００１５】
符号のＮ個の周波数の信号が考慮される瞬間の非同時性。
【００１６】
各チャンネル固有のフィルタによってもたらされる差分遅延。
【００１７】
遅延手段２４は例えば遅延線タイプの装置である。チャンネル２１０、２１１は減算手段２５に接続される。これらの減算手段は一方のチャンネルの信号を他方のチャンネルの信号から減算する。例えば、これらの手段は第一のチャンネル２１０の遅延手段２４の出力信号から第二のチャンネル２１１のフィルタ２３の出力信号を減算する。減算手段２５の出力に得られる信号Ｓは低減されたレベルの色付雑音によって影響を受ける。これを以下に示す。
【００１８】
図４に示す二つの周波数の符号化では、経路指定手段２２はミキサ２からのビートの後で目標の信号の以下の二つのサンプルを取る。
【００１９】
周波数信号Ｆ1＋Ｆdが第一の周波数Ｆ1の局部発振信号とビートする区間内の第一のサンプルＳ1。この局部発振機能は例えば波発生器１により実行される。
【００２０】
周波数Ｆ2＋Ｆdが第二の周波数Ｆ2の局部発振信号とビートする区間内の第二のサンプルＳ2。
【００２１】
これらの二つのサンプルは、区間の継続時間である時間周期Ｔｆによって分離される。
【００２２】
減算手段２５の出力信号Ｓは、以下の式で与えられる。
【００２３】
Ｓ＝Ｓ1−Ｓ2                  （１）
周波数コードとは無関係に追加された信号の場合、すなわち、ミキサで発生する熱雑音又は色付雑音の場合、関係式（１）は、周波数伝達関数Ｈ（ｆ）が次の関係式で得られるフィルタを構成する。ただしｆは周波数変数、Ｔは各チャンネルでの信号のサンプリング周期であり、２チャンネルの場合、Ｔ＝２Ｔｆである。
【００２４】
Ｈ（ｆ）＝−２ｊｅj(πfT)ｓｉｎ（πｆＴ）    （２）
この伝達関数のモジュールは関数２ｓｉｎ（πｆＴ）の法である。
【００２５】
このタイプの伝達関数を表す曲線は、ゼロ周波数の場合にゼロであり、各チャンネル２１０、２１１の信号のサンプリングの周波数Ｆｅ＝１／Ｔに等しい周波数においてもゼロである図３の曲線１３に類似のタイプのものである。このサンプリング周波数はこの例では送信周波数の切り換え周波数Ｆｒ＝２／Ｔの半分に等しい。この値は実際にＮ個の符号化周波数とそれに対応するＮ個のチャンネルがある場合は、切り換え周波数のＮ分の１になる。
【００２６】
例えば、車載レーダを考えると、二つの周波数による符号化の場合のサンプリング周波数Ｆｅは例えば１００ｋＨｚ程度である。上述したように、色付雑音１０はゼロから約１ｋＨｚの交点周波数Ｆｃまでの範囲の周波数帯域でのみ低減される必要があり、この周波数帯域は、いずれにせよサンプリング周波数よりかなり低い。伝達関数Ｈ（ｆ）の色付雑音１０の曲線は、交点周波数Ｆｃ内で、その最大値から遠く離れている伝達関数Ｈ（ｔ）が色付雑音を減衰させることを示す。
【００２７】
周波数Ｆｃ、これより低い帯域ではノイズが大きくなる、がサンプリング周波数Ｆｅに比べ、この雑音を減衰させるには十分低くない場合には、例えば、伝達関数曲線１３を図６に示すように増加周波数の方へシフトする、すなわち、フィルタの伝達関数のゼロをシフトすることができる。このために、図７に示すように、減算手段２５を、チャンネル２１０、２１１の信号Ｓ1及びＳ2の以下の組み合わせを実行する直線的な組み合わせ手段７１で置き換えることができる。ただし、Ｓは直線的な組み合わせ手段７１の出力信号である。
【００２８】
Ｓ＝Ｓ1−ＷＳ2                （４）
ここでＷは絶対値が１に等しく位相Ψが０に近い、以下で表される複素数である。
【００２９】
Ｗ＝ｅJΨ                      （５）
伝達関数Ｈ（ｆ）は次のように表すことができる。
【００３０】
【数１】
0004180683.tif 000002
【００３１】
その絶対値は次の関係式を証明する。
【００３２】
【数２】
0004180683.tif 000003
【００３３】
Ψ／２はΨ／４πＴの伝達関数の周波数シフトを生じさせる。
【００３４】
しかし最後に述べた手法は、直線的な組み合わせの構成はやや複雑であり、特に、ビート信号を複素数の形式で再構成し得るＳＳＢ（単一側波帯）タイプのミキサを必要とするため、第一の方法に比べ経済的でない。このタイプのミキサは高価である。
【００３５】
図８に本発明による別の可能な実施形態を示す。このケースでは、送信は四つの周波数で符号化されているため、本発明による装置は符号化周波数にそれぞれ関連付けられた四つのチャンネル２１０、２１１、２１２、２１３を備える。これらのチャンネルは二つで一組になっており、第一の減算手段２５が第一のチャンネル２１０の信号から第二のチャンネル２１１の信号を減算し、第二の減算手段８１が第三のチャンネル２１２の信号から第四のチャンネル２１３の信号を減算する。したがって減算手段２５、８１の出力信号Ｓ１'及びＳ２'は、１／Ｆkの関係にある色付雑音を含まず、二つの検波信号に基づいて以降の処理に使用できる。実際、この処理を色付雑音を含まない検波信号について実行することは極めて有利である。このタイプの処理によって例えばいくつかの目標の速度の間隔を与える。各チャンネル２１０、２１１、２１２、２１３は、フィルタリング装置、例えば一組のドップラーフィルタを含む。チャンネル２１１以外のすべてのチャンネルは、例えば四つの符号化信号に関する信号を考慮する瞬間の非同時性と各チャンネルに固有の差分遅延とを補償する遅延手段２４を含む。
【００３６】
以上、本発明について二つ又は四つの送信符号周波数に基づく実施形態の例を参照しながら説明した。しかし、本発明は符号周波数の数がいくつであっても適用できる。雑音フィルタリング動作を合成する、関連する受信信号についてのあらゆる直線的な組み合わせが考えられる。さらに、上記の実施形態では、サンプリングは経路指定手段によって行われるが、これは該手段が一般にこのような機能を実行するからである。ただし、本発明装置の別の場所で信号のサンプリングを行うことも可能である。特に、サンプリングを減算手段で行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ホモダインレーダ受信機のブロック図である。
【図２】１／Ｆkの関係にある色付雑音の例である。
【図３】本発明による装置の動作原理を示す図である。
【図４】レーダ送信の周波数符号化の例を示す図である。
【図５】本発明による装置の可能な一実施形態を示す図である。
【図６】本発明による装置の転送機能の周波数シフトの例を示す図である。
【図７】本発明による装置の別の可能な一実施形態を示す図である。
【図８】本発明による装置の別の可能な一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１  波発生器
２２  経路指定手段
２３  フィルタリング装置
２４  遅延装置
２５  第一の減算手段
２１０  第一のチャンネル
２１１  第二のチャンネル
７１  直線的な組み合わせ手段
２１２  第三のチャンネル
２１３  第四のチャンネル
８１  第二の減算手段
【図１】
0004180683.tif 000004
【図２】
0004180683.tif 000005
【図３】
0004180683.tif 000006
【図４】
0004180683.tif 000007
【図５】
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【図６】
0004180683.tif 000009
【図７】
0004180683.tif 000010
【図８】
0004180683.tif 000011