(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のアンテナを所定の切替周波数で送信側と受信側に切替える送受切替手段と、前記アンテナから周波数変調信号を送信する手段と、前記アンテナで受信した信号からビート信号を得る手段と、前記ビート信号の周波数分布に基づいてターゲットを検出する判定手段と、前記ビート信号を通すフィルタと、前記ビート信号と前記フィルタを通したビート信号とを比較するコンパレータとを具備し、
前記送受切替手段は、前記所定の送受切替周波数で送受信を切替える間に、近距離のターゲットに対する受信レベルを向上させるために、前記所定の送受切替周波数より高い周波数の送受切替周波数で送受信を切替える区間を有し、
前記判定手段は、前記コンパレータの出力に基づいて近距離ターゲットの有無を検出する、
ことを特徴とする１アンテナミリ波レーダ装置。
【請求項２】
前記フィルタがローパスフィルタである請求項１に記載の１アンテナミリ波レーダ装置。
【請求項３】
単一のアンテナを所定の切替周波数で送信側と受信側に切替える送受切替手段と、前記アンテナから周波数変調信号を送信する手段と、前記アンテナで受信した信号からビート信号を得る手段と、前記ビート信号の周波数分布に基づいてターゲットを検出する判定手段と、前記ビート信号と一定のしきい値とを比較するコンパレータとを具備し、
前記送受切替手段は、前記所定の送受切替周波数で送受信を切替える間に、近距離のターゲットに対する受信レベルを向上させるために、前記所定の送受切替周波数より高い周波数の送受切替周波数で送受信を切替える区間を有し、
前記判定手段は、前記コンパレータの出力に基づいて近距離ターゲットの有無を検出する、
ことを特徴とする１アンテナミリ波レーダ装置。
【請求項４】
単一のアンテナを所定の切替周波数で送信側と受信側に切替える送受切替手段と、前記アンテナから周波数変調信号を送信する手段と、前記アンテナで受信した信号からビート信号を得る手段と、前記ビート信号の周波数分布に基づいてターゲットを検出する判定手段と、前記ビート信号を検波する検波回路と、前記ビート信号と前記検波回路を通したビート信号とを比較するコンパレータとを具備し、
前記送受切替手段は、前記所定の送受切替周波数で送受信を切替える間に、近距離のターゲットに対する受信レベルを向上させるために、前記所定の送受切替周波数より高い周波数の送受切替周波数で送受信を切替える区間を有し、
前記判定手段は、前記コンパレータの出力に基づいて近距離ターゲットの有無を検出する、
ことを特徴とする１アンテナミリ波レーダ装置。
【請求項５】
前記コンパレータの出力のパルスに基づいて近距離ターゲットとの間の距離を算出する請求項１ないし４の何れか一項に記載の１アンテナミリ波レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲット（目標物体）との間の距離及びターゲットの相対速度を計測する１アンテナミリ波レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車等に搭載されて、ターゲットと自車との間の距離及び相対速度を計測するレーダ装置が提案されている。車載用のレーダ装置の場合は、０〜１５０ｍの範囲で、バイクからトラックまでのターゲットを検知する必要がある。
【０００３】
レーダ装置としてミリ波レーダ装置がある。ミリ波レーダ装置は、ミリ波の周波数変調された信号をアンテナから送信し、ターゲットから反射された信号をアンテナで受信する。この受信信号に送信信号の一部をミキシングすることによりビート信号を得て、このビート信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて解析することにより、ターゲットまでの距離及び相対速度を測定する。
【０００４】
さらに、ミリ波レーダ装置として、送信用アンテナと受信用アンテナを１つのアンテナで兼用してレーダ装置を小型化した１アンテナミリ波レーダ装置が提案されている（特開平９−２４３７３８号公報）。この１アンテナミリ波レーダ装置では、所定の周波数（送受切替周波数）でもって、単一のアンテナを送信側と受信側に切替えて動作させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１及び図２は、１アンテナミリ波レーダ装置における送受切替周波数に関する特性を示すグラフである。
図１は、送受切替周波数とヌル点距離との関係を示す。１アンテナミリ波レーダ装置においては、ターゲットの検出が不可能となる距離（ヌル点距離）がある。このヌル点距離は送受切替周波数により変化し、送受切替周波数が高くなると距離が短くなり、低くなると長くなる。
【０００６】
図２は、ターゲットとの距離により相対受信効率が変化することと、その特性が送受切替周波数により変化することを示している。送受切替周波数は、曲線Ａ1 が一番高く、次いで、Ａ2 、Ａ3 の順に低くなっていく。なお、曲線Ａ1 、Ａ2 のＢ1 、Ｂ2 で示す点が、ヌル点である。図２から明らかなように、低い送受切替周波数の曲線Ａ2 とＡ3 では、遠距離にまで高い相対受信効率が得られるが、近距離での効率が低下する。一方、高い送受切替周波数の曲線Ａ1 では近距離における相対受信効率が高くなるが、近距離においてヌル点が発生する。
【０００７】
１アンテナミリ波レーダ装置は、図１及び図２のヌル点距離及び相対受信効率などを考慮して、最適な送受切替周波数を決めている（例えば、図２の曲線Ａ2 ）。しかしながら、遠距離での相対受信効率を高くすると、近距離では相対受信効率が低下するので、オートバイのような反射レベルの低いターゲットが近距離にあるときは、それを検知できないという問題がある。
【０００８】
本発明は、近距離のターゲットを確実に検知できる１アンテナミリ波レーダ装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものである。
本発明は、単一のアンテナを所定の切替周波数で送信側と受信側に切替える送受切替手段と、前記アンテナから周波数変調信号を送信する手段と、前記アンテナで受信した信号からビート信号を得る手段と、前記ビート信号の周波数分布に基づいてターゲットを検出する判定手段とを具備する１アンテナミリ波レーダ装置において、前記送受切替手段は、前記所定の送受切替周波数で送受信を切替える間に、近距離のターゲットに対する受信レベルを向上させるために、前記所定の送受切替周波数より高い周波数の送受切替周波数で送受信を切替える区間を有する。
【００１０】
本発明の１アンテナミリ波レーダ装置によれば、通常時は、比較的遠距離にあるターゲットを検出できるように設定された所定の送受切替周波数で、送受切替手段が切替えられる。この所定の送受切替周波数で送受信が切替えられるときは、比較的遠距離にあるターゲットから反射される信号を高い受信レベルで受信することができるので、判定手段はこの期間では比較的遠距離にあるターゲットについての判定を行う。
【００１１】
また、送受切替手段は、適当な周期で、所定の送受切替周波数より高い周波数の送受切替周波数で切替えられる。この高い周波数の送受信切替周波数で送受信が切替えられるときは、近距離にあるターゲットから反射される信号を高い受信レベルで受信することができるので、判定手段は、この期間では、近距離にあるターゲットについての判定を行う。
【００１２】
このように、本発明では、１アンテナミリ波レーダ装置において、送受信切替周波数を時分割的に変更をすることにより、近距離のターゲットから遠距離のターゲットに至るまで、高い受信レベルを得て、ターゲットの検出を確実に実行する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図を用いて説明する。
図３は、本発明を適用した１アンテナミリ波レーダ装置の回路構成を示す。
最初に、図３に示す回路の構成を説明する。
ディジタル信号処理装置（Digital Signal Processor、以下「ＤＳＰ」と言う。）１は、装置全体の制御と、ターゲットについての判定処理を行う。
【００１４】
アンテナとして、単一のアンテナ２が設けられる。
切替スイッチ３は、ＤＳＰ１から出力される送受切替信号ｆswにより、送受切替周波数ｆA 又はｆB で、アンテナ２を送信側と受信側に切替える。切替スイッチ３は、通常時は所定の周波数ｆA で送受信の切替えを行い、その間に、より高い周波数ｆB で送受信の切替えを行う。
【００１５】
切替スイッチ３が送信側に切替わると、周波数変調された送信信号ｆt が、アンテナ２からターゲットへ向けて送信される。
切替スイッチ３が受信側に切替わったときに、アンテナ２の受信信号がミキサー１３、１４に入力される。第１のミキサー１３は、送信信号ｆt と受信信号をミキシングし、第２のミキサー１４は、受信信号と送受切替信号ｆswとをミキシングする。これにより、受信信号からビート信号ｆδが抽出される。
【００１６】
ＤＳＰ１は、ビート信号ｆδを解析して、ターゲットに関する判定を行う。この際、切替スイッチ３が所定の送受切替周波数ｆA で切替えられている間は、比較的遠距離にあるターゲットが検出され、より高い送受切替周波数ｆB で切替えられている間は、近距離にあるターゲットが検出される。
表示装置４は、ＤＳＰ１による判定結果を表示する。
【００１７】
周波数変調された送信信号ｆt を生成するために、三角波発生回路１１と電圧制御発振器１２が設けられ、切替スイッチ３の送信側に接続される。
ミキサー１３，１４から出力されたビート信号ｆδは、第１に、ハイパスフィルタ１５、アンプ１６、ローパスフィルタ１７を介してＤＳＰ１に入力される。ビート信号ｆδは、第２に、ローパスフィルタ１８、アンプ１９、コンパレータ２０を介してＤＳＰ１に入力される。ＤＳＰ１は、これらの入力信号に基づいて、ターゲットに関する判定を行う。
【００１８】
次に、図４を用いて、図３の回路の動作を説明する。図４は、図３の回路における各部の信号波形を示す。
ＤＳＰ１は、アンテナ２からターゲットへ向けて送信する信号の基準となるＦＭ信号を出力する。図４Ａに示すように、ＦＭ信号は一定の周期を有する方形波である。ＦＭ信号は三角波発生器１１に入力されて、ＭＯＤ信号に変換される。図４Ｂに示すように、ＭＯＤ信号は時間と共に電圧値を増減する三角波である。ＭＯＤ信号は電圧制御発振器１２に入力され、入力電圧値に依存する周波数の送信信号ｆt に変換される。図４Ｃに示すように、送信信号ｆt は、周波数ｆ0 （ミリ波）を中心として、時間の経過と共にΔｆの範囲で周波数が増減する信号、つまり、周波数変調された信号である。
【００１９】
送信信号ｆt は、切替スイッチ３が送信側に切替わったときにアンテナ２に入力される。
切替スイッチ３は、ＤＳＰ１から出力された送受切替信号ｆswにより、アンテナ２を送信側と受信側に交互に切替える。図４Ｄ、図４Ｅは、ＤＳＰ１が出力する切替信号ｆswを示す。切替信号ｆswは、通常の送受切替周波数ｆA の区間と、それより高い周波数の送受切替周波数ｆB の区間を有する。これらの区間は、ＦＭ信号と同期している。
【００２０】
図４Ｄは、ＦＭ信号の１サイクルごとに、送受切替周波数ｆA とｆB を切替える例を示し、図４Ｅは、ＦＭ信号の１．５サイクルを通常の送受切替周波数ｆA とし、０．５サイクルを高い周波数の送受切替周波数ｆB とする例を示している。切替スイッチ３が送信側に切替えられる期間と受信側に切替えられる期間は等しい、つまり、デューティ比は、０．５となる。
【００２１】
切替スイッチ３が送信側に切替えられている間、送信信号ｆt がアンテナ２からターゲットに向けて送信される。ターゲットが存在すると、アンテナ２から送信された信号は、ターゲットにより反射され、アンテナ２により受信される。
図４ＦのＴx は、切替スイッチ３が送信側に切替えられる期間を表す。送信信号ｆt は期間Ｔx ごとにアンテナ２から送信される。図４Ｇは、送信信号ｆt がターゲットにより反射された信号Ｒx を表す。アンテナ２は、この信号Ｒx を受信する。アンテナ受信信号Ｒx は、アンテナ２とターゲットとの間の距離によって、期間Ｔx より時間ｄだけ遅れた信号となる。
【００２２】
図４Ｈの−Ｔx は、切替スイッチ３が受信側に切替えられる期間を表す。受信側に出力される受信信号は、アンテナ受信信号Ｒx の内、受信側期間−Ｔx の開始時点からアンテナ受信信号Ｒx の終了時点までの、図４Ｇにハッチングで示す部分となる。
アンテナ受信信号Ｒx は、送信信号ｆt が、ターゲットまでの距離と相対速度に応じたビート信号ｆδにより周波数変調されたこととなるので、信号Ｒx は、ｆr ＋ｆδの周波数成分を有することとなる。なお、ｆr は送信信号ｆt に対応する受信信号である。アンテナ受信信号Ｒx は、切替スイッチ３を経由することにより、図４Ｇにハッチングで示す波形となる。この受信信号は、アンテナ受信信号Ｒx が更に送受切替周波数ｆA 又はｆB によって周波数変調されることとなり、その周波数成分はｆr ＋ｆδ＋ｆA （又はｆB ）となる。
【００２３】
切替スイッチ３から出力された受信信号は、第１のミキサー１３により、送信信号ｆt とミキシングされる。これにより、送信信号ｆt の周波数成分が排除され、信号の周波数成分はｆδ＋ｆA （又はｆB ）となる。次いで、第２のミキサー１４により、送受切替信号ｆswとミキシングされる。これにより、送受切替周波数ｆA （又はｆB ）の周波数成分が排除され、信号はビート信号ｆδの周波数成分のみとなる。
【００２４】
第２のミキサー１４から出力された信号は、ハイパスフィルタ１５、アンプ１６、ローパスフィルタ１７を通してＤＳＰ１に入力される。さらに、第２のミキサー１４から出力された信号は、ローパスフィルタ１８、アンプ１９を通してコンパレータ２１に入力され、コンパレータ２１の出力信号がＤＳＰ１に入力される。
【００２５】
ＤＳＰ１にローパスフィルタ１７から入力された信号と、コンパレータ２１から入力された信号は、それぞれ、ＤＳＰ１内に設けたゲートを通り、このゲートは、送受切替信号ｆswにより制御される。ＤＳＰ１は、送受切替信号ｆswとして所定の切替周波数ｆA を出力している間、ローパスフィルタ１７から入力された信号のゲートを開き、送受切替信号ｆswとして高い切替周波数ｆB を出力している間、コンパレータ２１から入力された信号のゲートを開く。
【００２６】
ＤＳＰ１は、所定の送受切替周波数ｆA を出力している間、従来より知られている手法で、ビート信号ｆδについてＦＦＴを用いて解析し、ターゲットとの間の距離及び相対速度を算出する。この手法については当該技術分野において周知であるので、ここでの説明は省略する。
また、得られた距離及び相対速度は、表示装置４の画面上に表示される。
【００２７】
既に、図２に関連して説明したとおり、所定の送受切替周波数ｆA で切替スイッチ３を切替えた場合は、中距離から遠距離にあるターゲットについては、受信信号として高い受信レベルが得られ、正確な判定結果が得られる。近距離にあるターゲットについては、以下に説明する手法で検出がされる。
ＤＳＰ１は、高い送受切替周波数ｆB で切替スイッチ３を切替えている間、コンパレータ２１から入力された信号に基づいてターゲットの有無を判定する。高い送受切替周波数ｆB で切替スイッチ３を切替えた場合は、近距離にあるターゲットについて高い受信レベルを得ることができる。
【００２８】
コンパレータ２１においては、受信信号が一定のしきい値２０と比較される。ターゲットが近距離に存在するとき、受信信号はビート信号ｆδの周波数成分を含み、受信信号のレベルがしきい値２０を超える。一方、近距離にターゲットが存在しない場合、受信信号中のレベルはしきい値２０を超えない。ＤＳＰ１では、コンパレータ２１から信号が入力された場合、近距離にターゲットが存在すると判断をし、表示装置４の画面上及び音声にてドライバーに警告を与える。
【００２９】
以上説明した例は、しきい値２０として一定の値を使用している。この例は、アンプ１９の出力信号Ｓが不要な信号成分を含まない場合に有効である。しかしながら、通常は、第１のミキサー１３のＡＭ復調機能によって、受信信号に周波数変調信号の振幅変動に起因する低周波のノイズが含まれるので、アンプ１９の出力信号Ｓには不要な低周波の信号成分が含まれる。
【００３０】
図５は、上記低周波の信号成分を説明する波形図である。
図５Ａは、ＦＭ信号（図４Ａ）を示す。図５Ｂは、送受切替信号ｆsw（図４Ｄ）を示す。図５Ｃは、アンプ１９の出力信号Ｓを示す。図５Ｄは、コンパレータ２１の出力信号を示す。
図５Ｂに示すように、送受切替信号ｆswの周波数がｔ3 −ｔ4 の区間で高い周波数ｆB であり、その他の区間で通常の所定の周波数ｆA であるとする。また、近距離にターゲットが存在するとする。
【００３１】
図５Ｃに示すように、アンプ１９の出力信号Ｓには、低周波のノイズ成分が現れる。近距離にターゲットが存在する場合、送受切替周波数が高い期間ｔ3 −ｔ4 には、アンプ１９の出力信号Ｓは、ノイズ成分とビート信号成分が重畳したものとなる。
このようにアンプ１９の出力信号Ｓが不要な信号を含む場合は、アンプ１９の出力信号Ｓを一定のしきい値と比較しても、ビート信号のみを取り出すことはできず、ターゲットの有無について正確な判断をすることができない。この場合には、以下に説明するように、アンプ１９の出力信号に追従した信号Ｔを作成してしきい値とする。
【００３２】
図６は、アンプ１９の出力信号Ｓに追従した信号Ｔを作成する手段を示す。
図６Ａは、アンプ１９の出力信号Ｓを、ローパスフィルタなどのフィルタ２２に通すことによって信号Ｔを得る。コンパレータ２１の一方の端子に、アンプ１９の出力信号Ｓを入力し、他方の端子にフィルタ２２の出力信号Ｔを入力する。図６Ｂは、アンプ１９の出力信号Ｓを、検波回路２３に通すことによって信号Ｔを得る。そして、アンプ１９の他方の端子に検波回路２３の出力信号Ｔを入力する。
【００３３】
図６Ａ及びＢの回路を使用した場合、コンパレータ２１は、アンプ１９の出力信号Ｓが信号Ｔを超えた時に、図５Ｄに示す信号を出力する。
なお、ＤＳＰ１は、切替スイッチ３を高い切替周波数ｆA で切替えたときに、ターゲットの有無を判断するだけでなく、コンパレータ２１から入力されたパルスの数、又はパルスの幅などに基づいて、ターゲットまでの距離、相対速度を算出するようにすることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、近距離のターゲットを確実に検知できる１アンテナミリ波レーダ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１アンテナミリ波レーダ装置における送受切替周波数とヌル点距離との関係を示す図。
【図２】１アンテナミリ波レーダ装置における送受切替周波数と点距離と相対受信効率の関係を示す図。
【図３】本発明を適用した１アンテナミリ波レーダ装置の回路構成を示す図。
【図４】図３の回路における各部の信号波形を示す図（その１）。
【図５】図３の回路における各部の信号波形を示す図（その２）。
【図６】図３の回路の一部変形例を示す図。
【符号の説明】
１…ＤＳＰ
２…アンテナ
３…切替スイッチ
４…表示装置
１１…三角波発生器
１２…電圧制御発振器
１３…第１のミキサー
１４…第２のミキサー
１５…ハイパスフィルタ
１６…アンプ
１７…ローパスフィルタ
１８…ローパスフィルタ
１９…アンプ
２０…しきい値
２１…コンパレータ
２２…フィルタ
２３…検波回路
【図１】
0004353583.tif 000002
【図２】
0004353583.tif 000003
【図３】
0004353583.tif 000004
【図４】
0004353583.tif 000005
【図５】
0004353583.tif 000006
【図６】
0004353583.tif 000007