(57)【要約】【課題】最小限の構成で、送受信信号の周波数差信号をサンプリングできるレーダ送受信機を提供する。      【解決手段】レーダ信号を送信信号として送信し、物体により反射された前記送信信号を受信信号として受信するアンテナ部と、前記送信信号と前記受信信号のいずれか一方をスイッチング周波数信号でスイッチングするスイッチング手段と、前記レーダ信号と前記受信信号の第１の周波数差信号を生成するミキサと、前記スイッチング周波数と同期して前記第１の周波数差信号のサンプリングを行い、前記レーダ信号と受信信号の第２の周波数差信号を検出するサンプリング部とを有するレーダ送受信機によれば、第１の周波数差信号から第２の周波数差信号を直接サンプリングできるので、第１の周波数差信号とスイッチング周波数信号との周波数差信号を生成するミキサ等を省略できる。【選択図】図７
2009281882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調されたレーダ信号を生成するレーダ信号生成部と、
前記レーダ信号を送信信号として送信し、物体により反射された前記送信信号を受信信号として受信するアンテナ部と、
前記送信信号と前記受信信号のいずれか一方をスイッチング周波数信号でスイッチングするスイッチング手段と、
前記レーダ信号と前記受信信号の第１の周波数差信号を生成するミキサと、
前記スイッチング周波数信号と同期して前記第１の周波数差信号のサンプリングを行い、前記レーダ信号と受信信号の第２の周波数差信号を検出するサンプリング部とを有するレーダ送受信機。
【請求項２】
請求項１において、
前記スイッチング周波数信号を整数分の１に分周する分周器をさらに有し、
前記サンプリング部は、前記分周されたスイッチング周波数信号により前記サンプリングを行うことを特徴とするレーダ送受信機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１の周波数差信号から前記スイッチング周波数帯域を抽出する帯域通過フィルタをさらに有し、
前記サンプリング部は、前記抽出された第１の周波数差信号に対し前記サンプリングを行うことを特徴とするレーダ送受信機。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記アンテナ部は前記受信信号を受信する受信用アンテナを複数有し、
前記受信用アンテナごとに前記ミキサと前記サンプリング部とを有するレーダ送受信機。
【請求項５】
請求項１乃至４のレーダ送受信機と、前記サンプリングされた第２の周波数差信号を処理して前記物体の相対距離または相対速度を検出する信号処理装置とを有するレーダ装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変調されたレーダ信号を送信信号として送信し、物体により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ送受信機に関し、特に、送信用のレーダ信号と受信信号のいずれか一方をスイッチング周波数でスイッチングするレーダ送受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の相対距離と相対速度を検出するレーダ装置として、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）式のレーダ装置が知られている。
【０００３】
図１は、ＦＭ−ＣＷ式のレーダ装置が、物体の相対距離と相対速度を検出する原理について説明する図である。ＦＭ−ＣＷ式のレーダ装置は、時間とともに周波数が漸次増減する周波数変調を施したレーダ信号（電磁波）を送信し、物体により反射されたレーダ信号を受信する。図１（Ａ）は、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒの、時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化を示す。図示するように、送信信号Ｓｔは、周波数ｆｍの三角波に従って、中心周波数をｆｃとする周波数変調幅ΔＦで周波数変調される。送信信号Ｓｔに対し、受信信号Ｓｒの周波数は、物体までの距離を往復する時間的遅れΔＴとドップラシフトΔＤを受けて変移する。よって、かかる周波数変移量から物体の相対距離と相対速度が求められる。
【０００４】
かかる周波数変移量を求めるため、ＦＭ−ＣＷ式のレーダ装置は、送信信号Ｓｔの一部と受信信号Ｓｒを混合して両者の周波数差信号Ｓｂを生成する。図１（Ｂ）は、周波数差信号Ｓｂの周波数変化を示す。ＦＭ−ＣＷ式のレーダ装置は、送受信信号の周波数上昇期間と下降期間ごとの周波数差信号Ｓｂの周波数（以下、ビート周波数という）ｆｕ、ｆｄから、次式により物体の相対距離Ｒと相対速度Ｖを検出する。ここで、Ｃは光速である。
【０００５】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆｃ）
ＦＭ−ＣＷ式レーダ装置は、その回路構成は比較的小型かつ低廉であって移動体間の相対距離、相対速度が同時に求まるので、車載用レーダ装置として広く用いられる。
【０００６】
図２は、ＦＭ−ＣＷ式レーダ装置の基本的な構成を示す図である。レーダ装置２は、レーダ送受信機４と信号処理装置６により構成される。レーダ送受信機４は、三角波の周波数変調信号を生成する変調信号生成部１２と、周波数変調信号に従って周波数変調されたレーダ信号を出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４とを有し、さらに、レーダ信号の一部（送信信号）Ｓｔ１として増幅する増幅器１５と、増幅した送信信号を送信する送信アンテナ１６とを有する。なお、車載用のレーダ装置では、電波法の定めるところにより、ミリ波帯（７６．０ＧＨｚ〜７７．０ＧＨｚ）のレーダ信号が用いられる。
【０００７】
また、レーダ送受信機４は、物体により反射された送信信号Ｓｔ１を受信信号Ｓｒとして受信する受信用のアンテナ１８と、受信信号ＳｒとＶＣＯ１４が生成したレーダ信号の一部（以下、ローカル信号という）Ｓｔ２を混合して両者の周波数差信号Ｓｂ１を生成するミキサ２０とを有する。ここで、ローカル信号Ｓｔ２と送信信号Ｓｔ１は同じ周波数であるので、周波数差信号Ｓｂ１の周波数は送信信号Ｓｔ１と受信信号Ｓｒの周波数差に対応する。
【０００８】
さらに、レーダ送受信機４は、発振器２４が生成する所定のサンプリング周波数（例えば５００ｋＨｚ）信号Ｓｐで周波数差信号Ｓｂ１をサンプリングして、そのデジタルデータであるサンプリングデータＤｂ１を生成するサンプリング部２２を有する。そして、サンプリングデータＤｂ１は、マイクロコンピュータを有する信号処理装置６にて処理される。
【０００９】
信号処理装置６は、物体の相対距離と相対速度を検出するために、サンプリングデータＤｂ１に対しＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行って、その結果からビート周波数を検出する。ここで、送信信号Ｓｔ１、受信信号Ｓｒの周波数はミリ波帯であるのに対し、周波数差信号Ｓｂ１は、例えば、物体の相対距離数十メートルに対し数百ｋＨｚ程度の低周波帯となる。すると、ＦＦＴ処理結果からビート周波数を検出しようとするとき、種々の低周波雑音による信号対雑音比の低下が問題となる。かかる低周波雑音の例として、いわゆるＦＭＡＭ雑音や１／ｆ雑音があげられる。ＦＭＡＭ雑音は、ＶＣＯ１４が生成するレーダ信号の振幅が完全に平坦とならないことに起因して、振幅変動に対応した数百Ｈｚ程度の低周波信号がミリ波の送信信号Ｓｔ１に重畳することにより生じる雑音である。また、１／ｆ雑音は、レーダ送受信機４の各回路素子に存在する雑音が周波数差信号Ｓｂ１に混入したものであり、周波数ｆに反比例して量が増大する。よって、低周波帯域に多く含まれる。
【００１０】
このような問題を解決するために、送信信号Ｓｔ１と受信信号Ｓｒを１ＭＨｚ程度のスイッチング周波数信号でスイッチングし、その結果周波数差信号に含まれるスイッチング周波数信号の側帯波としてビート周波数を検出する方法が提案されている。特許文献１には、かかる方法が記載されている。  
【特許文献１】特開２００３−１７２７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図３は、上記方法を実行するレーダ装置の構成を示す。このレーダ装置２ａのレーダ送受信機４ａは、図２で示したレーダ送受信機４の構成（図２と同じ番号を付す）に加え、デューティ比５０％の１ＭＨｚの矩形波であるスイッチング周波数信号Ｓｓを生成する発振器２６と、このスイッチング周波数信号Ｓｓにより送信信号Ｓｔ１、受信信号Ｓｒをそれぞれスイッチングするスイッチ２８、３０を有する。さらに、レーダ送受信機４ａは、第１のミキサ２０により生成される周波数差信号Ｓｂ１からスイッチング周波数（１ＭＨｚ）帯域を周波数差信号Ｓｂ２として抽出する第１の帯域通過フィルタ３２と、周波数差信号Ｓｂ２とスイッチング周波数信号Ｓｓとを混合して両者の周波数差信号Ｓｂ３を生成する第２のミキサ３４と、いわゆるサンプリング定理におけるエイリアシングを防止するために、サンプリング周波数の２分の１以上の周波数信号を周波数差信号Ｓｂ３から除去する第２の帯域通過フィルタ３６とを有する。そして、第２の帯域通過フィルタ３６が出力する周波数差信号Ｓｂ４が、サンプリング部２２にてサンプリングされ、サンプリングデータＤｂ４が生成される。そしてサンプリングデータＤｂ４が信号処理装置６に入力される。
【００１２】
ここで、レーダ送受信機４ａにより生成される各種信号について、図４、図５、及び図６を用いて説明する。
【００１３】
まず、図４を用いて、送信信号Ｓｔ１、ローカル信号Ｓｔ２、及び受信信号Ｓｒについて説明する。図４（Ａ）は、ＶＣＯ１４が生成した送信信号Ｓｔ１とローカル信号Ｓｔ２の周波数スペクトラムを示す。両信号の周波数スペクトラムは、ミリ波帯の周波数ｆｃが周波数変調幅ΔＦで周波数変調されたものである。以下では、説明の便宜のため、周波数上昇期間中のある時間での周波数スペクトラムを示す。
【００１４】
次に、図４（Ｂ）は、送信信号Ｓｔ１を１ＭＨｚのスイッチング周波数信号Ｓｓでスイッチングして得られる、送信信号Ｓｔ１の周波数スペクトラムを示す。送信信号Ｓｔ１は、１ＭＨｚのスイッチング周波数信号Ｓｓで振幅変調されているので、周波数ｆｃ±１ＭＨｚの信号を有する。
【００１５】
そして、図４（Ｃ）は、物体からの反射されて受信されるときの受信信号Ｓｒの周波数スペクトラムを示す。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示した周波数スペクトラムが物体の相対距離に応じた遅延時間分のアップビート周波数ｆｕ変移した周波数スペクトラムとなる。すなわち、図４（Ｂ）における周波数ｆｃ±１ＭＨｚの各信号は、図４（Ｃ）において周波数ｆｃ±１ＭＨｚ-ｆｕの各信号となる。なお、送信信号Ｓｔ１が送信されたときと受信信号Ｓｒが受信されたときとでは、ローカル信号Ｓｔ２の周波数は物体の相対距離に応じた遅延時間分変移するので、ローカル信号Ｓｔ２をスイッチング周波数信号Ｓｓでスイッチングした場合における受信信号Ｓｒが受信されたときのローカル信号Ｓｔ２の周波数スペクトラムも、図４（Ｃ）で表される。
【００１６】
次に、周波数差信号Ｓｂ１〜Ｓｂ４について、図５、図６を用いて説明する。まず、図５（Ａ）は、ミキサ２０により生成される、周波数差信号Ｓｂ１の周波数スペクトラムを示す。周波数差信号Ｓｂ１の周波数は、ローカル信号Ｓｔ２と受信信号Ｓｒの周波数差に対応する。よって、図５（Ａ）の周波数スペクトラムは、図４（Ａ）と図４（Ｃ）の差分に対応する。ここにおいて、図４で示したミリ波帯から、１ＭＨｚ前後の中間周波数へダウンコンバートされる。そして、図示するように、周波数差信号Ｓｂ１は、低周波帯域におけるビート周波数ｆｕの信号と、１ＭＨｚの側帯波の一部としての１ＭＨｚ±ｆｕの信号を含む。
【００１７】
ここで、周波数差信号Ｓｂ１には、上述した低周波雑音ＬＮが含まれ、ビート周波数ｆｕの信号の検出に支障を来たす。よって、スイッチング周波数帯域ＭＦが第１の帯域通過フィルタ３２で抽出されることで、低周波雑音ＬＮの影響を受けない周波数差信号Ｓｂ２が得られる。
【００１８】
ここで、図６（Ａ）に周波数差信号Ｓｂ２の波形を示す。この波形は、図６（Ｂ）に示すビート周波数ｆｕの信号波形に、図６（Ｃ）に示すスイッチング周波数信号Ｓｓの波形が重畳したものである。
【００１９】
そして、第２のミキサ３４により、周波数差信号Ｓｂ２とスイッチング周波数信号Ｓｓの周波数差信号Ｓｂ３が生成され、さらに低周波帯へダウンコンバートされる。そして、周波数差信号Ｓｂ３の比較的周波数が低い部分が、第２の帯域通過フィルタ３６により周波数差信号Ｓｂ４として抽出される。
【００２０】
図５に戻ると、図５（Ｂ）は、周波数差信号Ｓｂ４の周波数スペクトラムを示す。図示するように、ビート周波数ｆｕの信号を含んだものとなる。これは、図５（Ａ）における１ＭＨｚ±ｆｕの信号と１ＭＨｚのスイッチング周波数信号Ｓｓとの差分に対応する。
【００２１】
また、ここで、図６（Ｄ）に周波数差信号Ｓｂ４の波形を示す。これは、図６（Ａ）の周波数差信号Ｓｂ２から図６（Ｃ）のスイッチング周波数信号Ｓｓの波形が除去されたものであり、図６（Ｂ）に示した、求めるビート周波数ｆｕの信号の波形と一致する。
【００２２】
そして、この周波数差信号Ｓｂ４は、図６（Ｅ）に示すサンプリング周波数信号Ｓｐでサンプリングされて、図６（Ｆ）に示すサンプリングデータＤｂ４が生成される。信号処理装置６は、このサンプリングデータＤｂ４をＦＦＴすることで、低周波雑音の影響を受けずにビート周波数を検出する。
【００２３】
ところで、上述した構成では、第２のミキサ３４と帯域通過フィルタ３２、３６が追加されることにより、回路構成が増大し、コスト高となる。すると、車載用レーダ装置においては、設置スペース上の制約による小規模化の要請と低コスト化の要請が大きいので、問題となる。
【００２４】
特に、上述した構成を、複数の受信アンテナにおける受信信号の位相差に基づいて物体の方位角を検出する電子スキャン式（あるいは位相モノパルス式）レーダ装置に適用する場合において、ミキサ２０、３４、帯域通過フィルタ３２、３６、サンプリング部２２からなる受信系の回路構成を受信アンテナごとに備えようとすると、回路規模の増大量が大きくなる。すると、コストの増加量も大きくなる。
【００２５】
そこで、本発明の目的は、最小限の構成で、送受信信号の周波数差信号をサンプリングできるレーダ送受信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面によれば、周波数変調されたレーダ信号を生成するレーダ信号生成部と、第１の前記レーダ信号を送信信号として送信し、物体により反射された前記送信信号を受信信号として受信するアンテナ部と、前記第１のレーダ信号と前記受信信号のいずれか一方をスイッチング周波数信号でスイッチングするスイッチング手段と、第２の前記レーダ信号と前記受信信号の第１の周波数差信号を生成するミキサと、前記スイッチング周波数信号と同期して前記第１の周波数差信号のサンプリングを行い、前記レーダ信号と受信信号の第２の周波数差信号を検出するサンプリング部とを有するレーダ送受信機が提供される。
【００２７】
上記側面の好ましい態様によれば、前記スイッチング周波数信号を整数分の１に分周する分周器をさらに有し、前記サンプリング部は、前記分周されたスイッチング周波数信号により前記サンプリングを行うことを特徴とする。
【００２８】
上記側面のさらに好ましい態様によれば、前記第１の周波数差信号から前記スイッチング周波数帯域を抽出する帯域通過フィルタをさらに有し、前記サンプリング部は、前記抽出された第１の周波数差信号に対し前記サンプリングを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
上記側面によれば、サンプリング部は前記スイッチング周波数信号と同期して前記第１の周波数差信号のサンプリングを行うので、スイッチング周波数信号が重畳した第１の周波数差信号から前記送信信号と受信信号の第２の周波数差信号を検出できる。よって、第１の周波数差信号とスイッチング周波数信号との周波数差信号を生成する第２のミキサ等を省略でき、最小限の構成で低周波雑音を除去して送受信信号の第２の周波数差信号をサンプリングできる。
【００３０】
上記の好ましい態様によれば、分周器によってスイッチング周波数信号をサンプリング部の処理速度に合わせた周波数に分周するので、処理速度が遅い廉価なサンプリング部を用いた場合であっても、前記送信信号と受信信号の第２の周波数差信号を検出できる。
【００３１】
上記のさらに好ましい態様によれば、前記第１の周波数差信号から前記スイッチング周波数帯域を抽出する帯域通過フィルタをさらに有するので、低周波雑音を除去してからサンプリングが行える。よって、低周波雑音の影響を受けずに、前記送信信号と受信信号の第２の周波数差信号を検出できる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００３３】
[第１の実施形態]
図７は、第１の実施形態におけるレーダ装置の構成を示す図である。このレーダ装置２ｂは、周波数変調したミリ波をレーダ信号として用いるＦＭ−ＣＷ式レーダ装置である。レーダ装置２ｂは、レーダ信号の送受信を行うレーダ送受信機４ｂと、レーダ送受信機４ｂから出力されるサンプリングデータを処理して物体の相対距離、相対速度を検出する信号処理装置６とを有する。なお、本図において、図１、図３で示した構成と同じ構成には同じ符号が付してある。
【００３４】
レーダ送受信機４ｂの構成において、変調信号生成部１２と、ＶＣＯ１４が「レーダ信号生成部」に対応し、送信用アンテナ１６と、受信用アンテナ１８が「アンテナ部」に対応する。
【００３５】
また、１ＭＨｚのスイッチング周波数信号Ｓｓを生成する発振器２６と、送信信号Ｓｔ１をスイッチング周波数信号Ｓｓでスイッチングするスイッチ２８と、受信信号Ｓｒをスイッチング周波数信号Ｓｓでスイッチングするスイッチ３０が「スイッチング手段」に対応する。なお、送信信号Ｓｔ１をスイッチングするスイッチング周波数信号Ｓｓと受信信号Ｓｒをスイッチング周波数信号Ｓｓとは、逆相の信号が用いられる。各信号のタイミング図を図８に示すと、スイッチング周波数信号Ｓｓ（図８（Ａ））によりスイッチングされた送信信号Ｓｔ１は、時間軸においてΔＴ遅延した受信信号Ｓｒ（図８（Ｂ））として受信される。この受信信号Ｓｒが逆相のスイッチング周波数信号Ｓｓ（図８（Ｃ））によりスイッチングされると、ミキサ２０に入力される受信信号Ｓｒは図８（Ｄ）となる。ここで、物体の相対距離が小さくなるほど遅延時間ΔＴは小さくなり、その結果、スイッチング周波数信号Ｓｓの１周期でミキサ２０に入力される受信信号Ｓｒ（図８（Ｄ））の電力が低下する。すると、検出精度が低下してしまう。よって、スイッチング周波数信号Ｓｓの周波数を高く（１ＭＨｚ）することで、近距離の物体から得られる時間あたりの受信電力を大きくし、検出精度の低下を防ぐことができる。
【００３６】
そして、本実施形態のレーダ送受信機４ｂは、図３で示した構成と比べたとき、第２のミキサ３４と第２の帯域通過フィルタ３６を有さないという点と、サンプリング部２３がスイッチング周波数信号Ｓｓに同期して、帯域通過フィルタ３２が出力する周波数差信号Ｓｂ２のサンプリングを行うという点に特徴を有する。
【００３７】
図９は、第１の実施形態における周波数差信号Ｓｂ２のサンプリングについて説明する図である。図９（Ａ）は周波数差信号Ｓｂ２、図９（Ｂ）はスイッチング周波数信号Ｓｓの波形をそれぞれ示し、図９（Ｃ）は周波数差信号Ｓｂ２をスイッチング周波数信号Ｓｓでサンプリングを行って得られるサンプリングデータＤｂ２を示す。
【００３８】
ここで、従来例では、第２のミキサ３４により周波数差信号Ｓｂ２とスイッチング周波数信号Ｓｓとの周波数差信号Ｓｂ３を生成し、その周波数差信号Ｓｂ３から第２の帯域通過フィルタ３６により抽出した周波数差信号Ｓｂ４に対しサンプリングを行い、サンプリングデータＤｂ４を生成していた（図６（Ｆ））。これに対し、本実施形態では、周波数差信号Ｓｂ２に対し直接サンプリングを行うが、スイッチング周波数信号Ｓｓと同期してサンプリングを行う。これにより、得られたサンプリングデータＤｂ４を補間した結果と、サンプリングデータＤｂ２を補間した結果とが一致する。よって、信号処理装置６は、従来例ではサンプリングデータＤｂ４からビート周波数を検出していたが、本実施形態ではサンプリングデータＤｂ２から同じビート周波数を検出できる。
【００３９】
また、図９（Ｄ）は、スイッチング周波数信号Ｓｓを２分の１に分周したスイッチング周波数信号Ｓｓ１の波形を示し、図９（Ｅ）はそのとき得られるサンプリングデータＤｂ４を示す。さらに、図９（Ｆ）は、スイッチング周波数信号Ｓｓを３分の１に分周したスイッチング周波数信号Ｓｓ１の波形を示し、図９（Ｇ）はそのとき得られるサンプリングデータＤｂ４を示す。いずれの場合においても、スイッチング周波数信号Ｓｓ１と同期してサンプリングを行うことで、得られるサンプリングデータＤｂ２を補間した結果はサンプリングデータＤｂ４を補間した結果と一致する。よって、信号処理装置６は、従来例でサンプリングデータＤｂ４から検出したのと同じビート周波数をサンプリングデータＤｂ２から検出できる。
【００４０】
このように、本実施形態のレーダ送受信機４ｂによれば、第２のミキサ３４、第２の帯域通過フィルタ３６、サンプリング周波数信号Ｓｐを生成する発振器２４を省略し、最小限の構成で送信信号Ｓｔ１と受信信号Ｓｒの周波数差信号、つまりビート周波数を含んだ信号をサンプリングできる。よって、回路規模の小型化と低廉化が可能となる。
【００４１】
また、帯域通過フィルタ３２により低周波雑音を除去することで、周波数差信号のサンプリングデータＤｂ２から信号処理装置６がビート周波数を検出する際に、低周波雑音の影響を排除でき、精度のよいビート周波数の検出ができる。
【００４２】
また、帯域通過フィルタ３２の通過帯域を、サンプリングに用いるスイッチング周波数の２分の１以上の周波数信号を周波数差信号Ｓｂ１から除去するように設定することで、エイリアシングを防止できる。
【００４３】
さらに、サンプリング周波数信号Ｓｐを生成する発振器２４を省略することで、１つのレーダ送受信機内で複数の異なる周波数信号の発振を行うことにより生じる雑音の影響を回避できる。
【００４４】
ところで、上記構成において、サンプリング部２３の処理速度とスイッチング周波数信号Ｓｓの周波数が乖離している場合、例えばサンプリング部２３の処理速度が５００ＫＨｚに対し、スイッチング周波数信号Ｓｓが１ＭＨｚである場合には、さらに図１０に示すように、スイッチング周波数信号Ｓｓの周波数を整数分の１に分周する分周器４０を設けて、分周されたスイッチング周波数信号Ｓｓ１を用いてサンプリング部２３がサンプリングを行う構成としてもよい。そうすることで、サンプリング部２３の処理速度に応じたサンプリングを行うことができる。そうすることで、サンプリング部２３を低廉な部品で構成することができる。
【００４５】
なお、上述の説明では、送信信号Ｓｔ１と受信信号Ｓｒの両方をスイッチングする構成を示した。しかし、本実施形態は、送信信号Ｓｔ１と受信信号Ｓｒの少なくともいずれか１つをスイッチングする場合にも適用できる。その場合においても、周波数差信号Ｓｂ２には、１ＭＨｚの側帯波の一部として１ＭＨｚ±ビート周波数の信号が含まれる。よって、１ＭＨｚのスイッチング周波数信号Ｓｓに同期してサンプリングを行うことで、得られるサンプリングデータＤｂ２を補間した結果と、従来例で周波数差信号Ｓｂ４から得られたサンプリグデータＤｂ４を補間した結果は一致する。
【００４６】
ところで、本実施形態のレーダ装置により物体の方位角を検出する方法として、受信用アンテナを複数設けてレーダ信号を電子的に走査する電子スキャン式（あるいは位相モノパルス式）と、アンテナ部を機械的に回動させるメカニカルスキャン式があげられる。
【００４７】
図１１は、第１の実施形態のレーダ装置が、電子スキャン式（あるいは位相モノパルス式）のレーダ装置として用いられる場合の構成例を示す。レーダ送受信機４ｂには、複数の受信アンテナ１８＿ｎ（ｎ＝１、２、…）が備えられるとともに、スイッチング周波数信号Ｓｓに応答して各受信アンテナを順次増幅器１９と接続するスイッチ３０ａが備えられる。
【００４８】
そして、受信アンテナ１８＿ｎごとに生成される周波数差信号が順次信号処理装置６に取り込まれる。そして、信号処理装置６は、受信アンテナ１８＿ｎごとの周波数差信号の位相を解析し、受信アンテナ間の距離と受信位相差とから、受信信号Ｓｒの到来方位角を物体の方位角として算出する。
【００４９】
図１２は、第１の実施形態のレーダ装置が、電子スキャン式（あるいは位相モノパルス式）のレーダ装置として用いられる場合の別の構成例を示す。この構成では、受信アンテナ１８＿ｎごとに、スイッチ３０＿ｎ、増幅器１９＿ｎ、ミキサ２０＿ｎ、帯域通過フィルタ３２＿ｎ、サンプリング部２３＿ｎが設けられる。
【００５０】
このような構成により、レーダ送受信機４ｂは、すべての受信アンテナ１８＿ｎで同時に受信信号Ｓｒを受信できる。よって、図１１の構成では時分割で受信されていた受信信号Ｓｒがすべての受信アンテナ１８＿ｎ同時に受信されるので、時間差に基づく受信位相の誤差を少なくでき、精度よい方位角検出が可能となる。
【００５１】
さらに、このような構成の場合に、図３で示した従来例では受信アンテナ数に応じて第２のミキサ、第２の帯域通過フィルタを設ける必要があったのに対し、これらをすべて省略できる。よって、本実施形態によれば回路規模の小型化、低廉化が可能となる。
【００５２】
図１３は、第１の実施形態のレーダ装置が、メカニカルスキャン式のレーダ装置として用いられる場合の構成例を示す。レーダ送受信機４ｂには、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８とを有するアンテナ部５０が回動可能に設けられる。そして、レーダ送受信機４ｂは、アンテナ部を回動させるモータと、アンテナ部５０の回動角度を検出するエンコーダとを有するアンテナ回動部５２を有する。アンテナ回動部５２は、信号処理装置６からの制御信号に応答してアンテナ部５０を回動させるともに、その回動角度を信号処理装置６に出力する。これにより、信号処理装置６は、受信信号が得られたときの回動角度から物体の方位角を検出する。
【００５３】
[第２の実施形態]
図１４は、第２の実施形態におけるレーダ装置の構成を示す。この構成では、レーダ送受信機４ｂは、送受兼用アンテナ１６ａを有し、スイッチ２８、３０により送信動作と受信動作を切り替える。ここで、送信信号Ｓｔ１をスイッチングするスイッチング周波数信号Ｓｓと受信信号Ｓｒをスイッチング周波数信号Ｓｓとは、逆相の信号が用いられる。
【００５４】
かかる構成によれば、第１の実施形態の場合よりアンテナ数を減らすことができ、さらに低廉化を図ることができる。また、サンプリングに際しては、サンプリング部２３の処理速度がスイッチング周波数以下の場合であっても、分周器４０によりスイッチング周波数信号Ｓｓを適宜分周したスイッチング周波数差信号Ｓｓ２を生成し、これによりサンプリングを行う。そうすることで、サンプリング部２３を低廉な部品で構成することができる。
【００５５】
図１５、図１６は、第２の実施形態におけるレーダ装置が、電子スキャン式（あるいは位相モノパルス式）のレーダ装置として用いられる場合の構成例を示す。図１５の構成例と図１１の構成例、及び、図１６の構成例と図１２の構成例とをそれぞれ比べたとき、受信アンテナの１つが送信アンテナと兼用されている点がそれぞれ異なる。いずれの場合も、アンテナ数を減らすことができ、さらに低廉化を図ることができる。
【００５６】
なお、図１４で示した構成において、図１２と同様のアンテナ回動部５２を設けてアンテナ１６ａを回動させることにより、メカニカルスキャン式のレーダ装置が実現できる。
【００５７】
[レーダ装置の使用例]
図１７は、第１、第２の実施形態におけるレーダ装置が、車両に搭載されて用いられる使用状況を説明する図である。レーダ装置２ｂは、車両１の前部フロントグリル内あるいはバンパー部分などに搭載され、フロントグリルやバンパー前面に形成されるレドームを透過してレーダ信号の送信と、物体により反射されたレーダ信号の受信とを行う。そして、レーダ装置２ｂは、物体の相対距離、相対速度、及び方位角とを検出する。
【００５８】
ここで、物体としては、車両１の先行車両、対向車などが含まれる。そして、これらの物体についての検出結果に基づいて、車両１の図示されない制御装置が、先行車両に追従走行したり、対向車両との衝突を回避したりするように車両１の各種アクチュエータを制御する。
【００５９】
なお、レーダ装置４は、車両１の側部や後部に搭載し、側方や後方の物体を検出するために用いてもよい。また、車両以外の移動体に搭載し、他の移動体を検出するために用いても良い。
【００６０】
以上の説明においては、レーダ信号の周波数変調方式としてＦＭ−ＣＷ方式を例に説明した。しかし、周波数変調方式はこれに限られず、送受信信号の周波数差に基づいて物体の情報を得るレーダ装置であれば、本実施形態が適用される。
【００６１】
また、スイッチング周波数信号は、低周波雑音の影響を受けずにビート周波数を側帯波として検出できるような周波数であれば１ＭＨｚ以外を用いることも可能である。また、サンプリング部２３の処理速度に応じて適宜スイッチング周波数信号を分周することで、スイッチング周波数信号に同期したサンプリングを行うことができる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、最小限の構成で送受信信号の周波数差信号をサンプリングできるレーダ送受信機とこれを備えたレーダ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ＦＭ−ＣＷ式のレーダ装置が、物体の相対距離と相対速度を検出する原理について説明する図である。
【図２】ＦＭ−ＣＷ式レーダ装置の基本的な構成を示す図である。
【図３】従来例のレーダ装置の構成を示す。
【図４】送信信号Ｓｔ１等について説明する図である。
【図５】周波数差信号Ｓｂ１等について説明する図である。
【図６】周波数差信号Ｓｂ２等について説明する図である。
【図７】第１の実施形態におけるレーダ装置の構成を示す図である。
【図８】スイッチング周波数信号Ｓｓ等のタイミング図である。
【図９】変形例におけるレーダ装置の構成を示す図である。
【図１０】第１の実施形態における周波数差信号Ｓｂ２のサンプリングについて説明する図である。
【図１１】第１の実施形態のレーダ装置が、電子スキャン式のレーダ装置として用いられる場合の構成例を示す図である。
【図１２】第１の実施形態のレーダ装置が、電子スキャン式のレーダ装置として用いられる場合の別の構成例を示す図である。
【図１３】第１の実施形態のレーダ装置が、メカニカルスキャン式のレーダ装置として用いられる場合の構成例を示す図である。
【図１４】第２の実施形態におけるレーダ装置の構成を示す。
【図１５】第２実施形態のレーダ装置が、電子スキャン式のレーダ装置として用いられる場合の構成例を示す図である。
【図１６】第２実施形態のレーダ装置が、電子スキャン式のレーダ装置として用いられる場合の構成例を示す図である。
【図１７】レーダ装置の使用状況を説明する図である。
【符号の説明】
【００６４】
２ｂ：レーダ装置、４ｂ：レーダ送受信機、６：信号処理装置、１６、１８：アンテナ、２０：ミキサ、２３：サンプリング部、２６：発振器、３２：帯域通過フィルタ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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