(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信回路で送信信号に拡散符号によるスペクトラム拡散変調を施して送信するとともに、受信回路で取り込んだ電波を前記拡散符号による逆拡散を行い、相関を検出して受信信号を得るスペクトラム拡散変調方法において、
検出距離に応じて前記相関が最大となるようにパルス変調周波数を決定し、
前記送信回路では、
前記パルス変調周波数で開閉する第１の開閉手段によって、前記送信信号をパルス信号に変調して送信し、
前記受信回路では、
前記パルス変調周波数で開閉する第２の開閉手段によって、少なくとも前記第１の開閉手段が閉状態のときに前記電波をパルス信号に変調する
ことを特徴とするスペクトラム拡散変調方法。
【請求項２】
前記第１の開閉手段を開から閉に切り替えたのち所定の時間差を設けて前記第２の開閉手段を閉から開に切り替えることで、前記電波を変調したパルス信号のデューティ比を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載のスペクトラム拡散変調方法。
【請求項３】
送信回路で送信信号に拡散符号によるスペクトラム拡散変調を施して送信するとともに、受信回路で取り込んだ電波を前記拡散符号による逆拡散を行い、相関を検出して受信信号を得るスペクトラム拡散変調装置において、
前記送信信号を所定のパルス変調周波数でパルス信号に変調する第１の開閉手段と、
受信した前記電波を前記パルス変調周波数でパルス信号に変調する第２の開閉手段と、
所定の検出距離のときに前記相関が大きくなるように前記パルス変調周波数を決定する
とともに、少なくとも前記第１の開閉手段が閉状態のときに前記第２の開閉手段が開状態になるように前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段を前記パルス変調周波数で開閉させる制御手段とを備えた
ことを特徴とするスペクトラム拡散変調装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１の開閉手段を開から閉に切り替えたのち所定の時間差を設けて前記第２の開閉手段を閉から開に切り替えることで、前記電波を変調したパルス信号のデューティ比を調整している
ことを特徴とする請求項３に記載のスペクトラム拡散変調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信信号に拡散符号によるスペクトラム拡散変調を施すとともに、取り込んだ電波に拡散符号による逆拡散を行って受信信号を得るスペクトラム拡散変調方法及びその装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
従来、この種の装置は、スペクトラム拡散変調方式を利用したレーダ装置や通信装置等に用いられており、例えば図１２に示す構成のものがあった。
すなわち、図１２に示す送信回路１０において、ＰＮ符号発生器１１からの疑似雑音信号（以下、「ＰＮ符号」）によって、送信信号である中間周波数帯域の信号（以下、「中間周波信号」という）ＩＦを二重平衡変調器１２でスペクトラム拡散変調している。さらに、上記変調された信号ＦIFは、分配器１４を介して入力する局部発振器１３からの高周波信号ＦLOによって、周波数変換器１５でアップコンバートされた後に、ろ波器１６を経てＦLO＋ＦIF＝Ｆｃの信号となって送信空中線１７から送信されていた。
【０００３】
また、伝搬される電波は、受信回路２０の受信空中線２１で受信信号として受信されており、周波数変換器２２で局部発振器１３からの高周波信号ＦLOによってダウンコンバートされた後に、低雑音増幅器２３で増幅され、さらに遅延回路２４で遅延された上記ＰＮ符号に基づき、相関器１８で逆拡散を行って自己相関を検出していた。このように検出された自己相関は、図１３の理想的な自己相関特性に示すように、ピークａとフラットなサイドローブｂを持っており、例えば上記スペクトラム拡散変調装置を用いてレーダ装置を実現すると、検出部２６でこの自己相関のピークａを計測し、サイドローブｂよりもやや大きいレベルに設定された閾値Ｔｈに基づき、制御部２７でこの相関のピークａを検出することでターゲットの有無を検出していた。
【０００４】
すなわち、自己相関関数は、ピークとサイドローブを持ち、そのレベル差は使用する符号系列の符号長Ｎによって決まる。このレベル差を、弁別指数（１／Ｎ）と呼ぶことにする。スペクトラム拡散変調方式を利用したレーダの受信信号ダイナミックレンジは、この弁別指数（１／Ｎ）によって決まる。言い換えれば、スペクトラム拡散変調方式のレーダでは、受信信号のダイナミックレンジをこの弁別指数以内に圧縮する必要がある。例えば符号長Ｎに対する弁別指数は、以下の表のようになる。
【０００５】
【表１】
0004297306.tif 000002
【０００６】
すなわち、Ｎ＝１６３８３の符号系列を用いても、弁別指数は４０ｄＢ程度である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際のレーダ装置では、例えば図１４に示すように、受信信号のダイナミックレンジは約８０ｄＢにも及ぶものである。このような場合に上述したレーダ装置をそのまま適用すると、いわゆる遠近問題が生じる。すなわち、図１４に示すように、近距離から信号レベルの大きな受信信号が受信されると、この信号のもつ自己相関のサイドローブが雑音のように影響してしまうために、遠距離からの信号レベルの小さな受信信号に対して十分なＳ／Ｎが確保できなくなってしまう。例えば前記レーダ装置を自動車に搭載して物体検出を行う場合、１０ｍ前方に散乱断面積σ＝２０ｄＢのトラックが存在する時に、１００ｍ前方の散乱断面積σ＝０ｄＢのバイクが検出できなくなるという問題点がある。
【０００８】
また、前記レーダ装置では、送信アンテナから送出された電波が隣接する受信アンテナに回り込み、ターゲットとして受信される、いわゆる「回り込み信号」が存在する。この回り込み信号は、前方のターゲットの有無に拘わらず常時存在するごく近傍のターゲットとして検出され、そのレベルが大きい場合、前記遠近問題の原因になる。図１４の場合を考えると、回り込み信号の信号レベルが問題にならないレベルにまで低減するためには、送信及び受信アンテナ間で８０ｄＢ以上のアイソレーションが必要となり、このような大きなアイソレーションを実現するのはきわめて困難であるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、距離に応じて受信感度を変化させることにより、ダイナミックレンジの圧縮を可能にするスペクトラム拡散変調方法及びその装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、回り込み信号を積極的に抑圧することで、受信信号を正確に検出することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、送信回路は、所定のパルス変調周波数で開閉する第１の開閉手段によって、例えばスペクトラム拡散変調された送信信号をパルス信号に変調して送信し、受信回路は、例えば検出距離に応じたパルス変調周波数で開閉する第２の開閉手段によって、受信信号をパルス信号に変調した後に、前記逆拡散を行うスペクトラム拡散変調方法が提供される。
【００１１】
すなわち、パルス発生器から発生させるパルス変調周波数を検出距離に応じて調整し、前記パルス変調周波数によって第２の開閉手段を開閉させて受信信号を変調してパルス化を行うことによって、受信感度を変化させ、ダイナミックレンジの圧縮を可能にし、回り込み信号を積極的に抑圧する。
また、本発明では、送信回路は、所定のデューティ比で開閉する第１の開閉手段によって、送信信号をパルス信号に変調して送信し、受信回路は、検出距離に応じたデューティ比で開閉する第２の開閉手段によって、受信信号をパルス信号に変調することで、距離に対する受信感度を変化させ、ダイナミックレンジの圧縮を可能にし、回り込み信号を積極的に抑圧する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスペクトラム拡散変調方法及びその装置の実施形態を図１乃至図１１の図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係るスペクトラム拡散変調方法を用いたレーダ装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１において、図１２の従来例と同様の構成部分については、説明の都合上、同一符号とする。
【００１３】
図において、図１２の構成と異なる点は、二重平衡変調器１２と周波数変調器１５間にスイッチ１８を設け、低雑音増幅器２３と相関器２５間にスイッチ２８と通過帯域を制限するためのろ波器２９とを設け、かつパルス信号を発生させて両スイッチ１８，２８をオン／オフさせるパルス発生器１９とを備えた点にある。パルス発生器１９は、制御部２７によってパルス化のために発生させる発生周波数が制御されており、図２に示すように、発生周波数を変えてスイッチ１８，２８の切り替えを行う送信パルスと受信パルスを出力している。なお、スイッチ１８，２８は、本発明の第１及び第２の開閉手段を構成し、パルス発生器１９及び制御部２７は、本発明の制御手段を構成する。
【００１４】
すなわち、制御部２７は、ターゲットを検出する距離に応じてパルス発生器１９が発生する発生周波数を変化させている。この制御によって、パルス発生器１９は、図２（ａ）に示す送信パルスに対し、逆相の受信パルスを発生させて（図２（ｂ）参照）、スイッチ１８，２８をオン／オフさせている。なお、本実施形態では、スイッチ１８，２８のスイッチングに用いる送信パルス及び受信パルスのパルス列は、例えば２ΔＴでデューティ比５０％とする。
【００１５】
スペクトラム拡散変調された中間周波信号は、スイッチ１８によって振幅変調されてパルス化し、周波数変換器１５及びろ波器１６を介して送信アンテナ１７から送出される。また、受信アンテナ２１で取り込まれ、周波数変換器２２で中間周波信号に周波数変換された受信信号は、図２（ｃ）に示すパルス列からなり、スイッチ２８によって再度振幅変調されて最終的には斜線部分がスイッチ２８を通過した受信レベルとなってろ波器２９を介して相関器２５に出力される。
【００１６】
図３は、パルス化による距離に対する感度変化[ｄＢ]を示す図である。図において、この例では、１００ｍ前方からの受信信号、すなわちΔｔ＝６６６．７ｎｓｅｃの遅延時間を持った信号に対して最も感度が良くなるようなパルスを用いた。なお、このパルス列は、デューティ比を５０％とした。
この結果、パルス化における受信信号のダイナミックレンジは、図４に示すように大幅に圧縮されているのがわかる。
【００１７】
このように、本実施形態では、パルス化を行うためのパルス発生器からの発生周波数を調整することにより、任意の距離に対する感度を調整することができ、図５に示すように、相関器からの相関出力を受信信号の距離に応じて変化させることができる。そして、距離ゼロの信号に対しては受信感度を原理的にゼロにできることがわかった。なお、図５において、Ｒｍａｘは最高感度の時の距離を示す。
【００１８】
従って、本実施形態では、前述した回り込み信号のように、ほとんど距離ゼロの受信信号に対しては、パルス化により受信信号の電力を見た目上、きわめて小さく抑圧できるので、回り込み信号の問題を解決して受信信号を正確に検出できる。
また、図６は、図１に示したレーダ装置のパルス化を説明するための他の実施形態の波形図である。本実施形態では、制御部２７はパルス発生器１９が発生するパルスのデューティ比を検出距離に応じて変化させるものである。この制御によって、パルス発生器１９は、図６（ａ）に示す送信パルスに対し、送信パルスがオンからオフに切り替わった後、τだけ時間差があった後に受信パルスがオフからオンに切り替わるようにして（図６（ｂ）参照）、スイッチ１８，２８をオン／オフさせている。
【００１９】
このようにパルス化を行うと、周波数変換器２２で中間周波信号に周波数変換された受信信号は、図６（ｃ）に示すパルス列からなり、スイッチ２８によって再度振幅変調されて最終的には斜線部分がスイッチ２８を通過した受信レベルとなってろ波器２９を介して相関器２５に出力される。
図７は、パルス化による距離に対する感度変化[ｄＢ]を示す図である。図において、この例では、１００ｍ前方からの受信信号、すなわちΔｔ＝６６６．７ｎｓｅｃの遅延時間を持った信号に対して最も感度が良くなるようなパルスを用いた。なお、このパルス列は、デューティ比を５０％とした。
【００２０】
この結果、近距離からの受信信号を積極的に圧縮することができ、パルス化における受信信号のダイナミックレンジは、図８に示すようにさらに大幅に圧縮できる。
このように、本実施形態では、パルス化を行うためのパルス発生器から発生させるパルスのデューティ比を調整することにより、任意の距離に対する感度を調整することができ、特に近距離からの受信信号、すなわち回り込み信号に対して大きな減衰を与えることができる。
【００２１】
図９は、パルス化による距離に対する感度変化について理論値と実測値を比較して検証した。なお、ここでは、検出距離を１８．７５ｍとし、この時の受信信号に対する感度変化を示している。また、実験では、反射信号の遅延時間（距離に相当）を任意に変化させるのは難しいので、固定遅延をもつ反射信号に対してパルス変調周波数を変化させた場合の感度変化を測定したもので、その際のパルスのデューティ比を５０％と４６％とした。なお、このパルス変調周波数の変化と測定距離の変化の置き換えは論理上等価である。
【００２２】
この結果、理論値と実測値は良く一致することがわかる。デューティ比４６％において、パルス変調周波数が低い部分に関しては、理想的には−∞になるが、実測では有限な値になっている。これは、パルス変調を行うマイクロ波スイッチのオン／オフ特性に起因するもので、理論値にも反映できるものである。
なお、上述した実施形態では、パルス発生器から発生させるパルスの波形が矩形波の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば送信パルスの波形を図１０（ａ）に示すように三角波とし、受信パルスを図２（ｂ）と同様に矩形波とすることも可能である。本実施形態では、図１０（ｃ）に示す実際のレーダの受信信号に対して、全ての距離で等しい電力で受信することが可能になる。
【００２３】
これにより、本実施形態では、通常のレーダに比べて信号のダイナミックレンジがきわめて広い自動車用レーダ等においても、前記ダイナミックレンジを方式的に圧縮できる。また、図１に示した中間周波数帯の信号をパルス化するスイッチの代わりに、ＰＮ符号発生器１１と二重平衡変調器１２間にスイッチ１８を設け、また遅延回路２４と相関器２５間にスイッチ２８を設け、パルス発生器１９の送信パルス及び受信パルスによってＰＮ符号発生器１１から発生されるＰＮ符号をパルス化するように構成することも可能である。この第２の実施形態では、パルス化されたＰＮ符号によって中間周波信号がスペクトラム拡散されて送出され、反射波として受信されて相関器２５内で、例えば図２（ｃ）のような受信信号に対して逆拡散を行って自己相関が検出される。
【００２４】
このように、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、受信信号のダイナミックレンジを圧縮し、ほとんど距離ゼロの受信信号に対しては、パルス化により受信信号の電力を見た目上、きわめて小さく抑圧できるので、回り込み信号の問題を解決して受信信号を正確に検出できる。
本発明は、これら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、所定のパルス変調周波数又はデューティ比によって第１の開閉手段を開閉させて送信信号を変調してパルス化を行って送信し、検出距離に応じて調整したパルス変調周波数又はデューティ比によって第２の開閉手段を開閉させて受信信号を変調してパルス化を行うことによって、受信感度を変化させ、ダイナミックレンジの圧縮を可能にし、回り込み信号を積極的に抑圧する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスペクトラム拡散変調方法を用いたレーダ装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したレーダ装置のパルス化を説明するための各部の波形を示す第１の実施形態の波形図である。
【図３】図２のパルス化による距離に対する感度変化を示す関係図である。
【図４】図２のパルス化における受信信号のダイナミックレンジの圧縮を説明するための図である。
【図５】相関出力と距離の関係を示す関係図である。
【図６】図１に示したレーダ装置のパルス化を説明するための第２の実施形態の波形図である。
【図７】図６のパルス化による距離に対する感度変化を示す関係図である。
【図８】図６のパルス化における受信信号のダイナミックレンジの圧縮を説明するための図である。
【図９】図６のパルス化における感度変化の実測値と理論値を示す図である。
【図１０】図１に示したレーダ装置のパルス化を説明するための第３の実施形態の波形図である。
【図１１】本発明に係るスペクトラム拡散変調方法を用いたレーダ装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】従来のスペクトラム拡散変調装置の構成を示す構成図である。
【図１３】理想的な自己相関特性を示す特性図である。
【図１４】図１２の従来例における受信信号のダイナミックレンジを説明するための図である。
【符号の説明】
１０  送信回路
１１  ＰＮ符号発生器
１２  二重平衡変調器
１３  局部発振器
１４  分配器
１５，２２，３０  周波数変換器
１６，２９  ろ波器
１７  送信空中線
１８，２８  スイッチ
１９  パルス発生器
２０  受信回路
２１  受信空中線
２３，３２  低雑音増幅器
２４  遅延回路
２５  相関器
２６  検出器
２７  制御部
【図１】
0004297306.tif 000003
【図２】
0004297306.tif 000004
【図３】
0004297306.tif 000005
【図４】
0004297306.tif 000006
【図５】
0004297306.tif 000007
【図６】
0004297306.tif 000008
【図７】
0004297306.tif 000009
【図８】
0004297306.tif 000010
【図９】
0004297306.tif 000011
【図１０】
0004297306.tif 000012
【図１１】
0004297306.tif 000013
【図１２】
0004297306.tif 000014
【図１３】
0004297306.tif 000015
【図１４】
0004297306.tif 000016