JPH11281729A - ビーム切替型レーダー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のターゲットが存在するような使用環境
において、位相モノパルスの左右チャンネルでのピーク
のペアリング、ＦＭＣＷ方式の上り、下りフェーズでの
ピークのペアリングを的確に行う。 【解決手段】 レーダ切替前後の周波数分析をしたビー
ト信号のピークの振幅変化量に着目し、レーダ切替によ
る振幅変化量の小さいピーク同士を左右チャンネル又は
上り、下りフェーズごとにペアリングさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送信側または受信
側の少なくとも一方でビームを切り替えてターゲットの
方位または距離、速度を検出するビーム切替型レーダ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ターゲットの方位を検出する
ためのレーダーとして、位相モノパルス方式のレーダー
装置が知られている。この位相モノパルス方式のレーダ
ー装置では、ターゲットからの受信波を複数の受信チャ
ネル（例えば、左右２つの受信機）で受信し、複数の受
信信号の位相差に基づいて方位を検出する。

【０００３】また、ターゲットとの距離、速度を検出す
るためのレーダーとして、ＦＭＣＷ（周波数変調連続
波）方式のレーダ装置が知られている。このＦＭＣＷ方
式のレーダー装置では、連続波に周波数変調（ＦＭ）を
施したものを送信波として用いる。例えば、三角波で周
波数変調し、上りフェーズ期間（周波数が上昇する期
間）と下りフェーズ期間（周波数が下降する期間）から
なる送信波を用いる。そして、受信波を送信波に基づい
て検波することによって、ビート信号を得、このビート
信号の周波数（ビート周波数）に基づいて相対距離と相
対速度を検出する。

【０００４】この両方式のレーダー装置を組み合わせる
ことにより、ターゲットの方位、距離、速度を検出する
レーダーを構成することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、位相モノパル
ス方式においては、例えば左右２つのアンテナにより受
信した同一のターゲットからの反射波について、その位
相を比較しなければならない。送信波に周波数変調波を
用いるＦＭＣＷ方式の場合には、２つの受信波について
それぞれ複素ＦＦＴなどにより、周波数分析を行い、２
つの受信波において対応するビーク同士の位相比較を行
う。

【０００６】また、ＦＭＣＷ方式では、ビート信号につ
いて複素ＦＦＴ等の周波数分析を行い、同一のターゲッ
トについての上り、下りフェーズのピークを検出し、両
ピークのビート周波数から相対距離と相対速度を検出す
る。

【０００７】したがって、位相モノパルス方式による方
位検出においては左右アンテナによる受信チャネルのピ
ークのペアリングが、また、ＦＭＣＷ方式による距離、
速度検出においては上り、下りフェーズのピークのペア
リングがそれぞれ必要である。

【０００８】単一のターゲットだけが存在するようなき
わめて理想的な環境においては、単に位相モノパルス方
式及びＦＭＣＷ方式におけるピークの対応付け（以下ペ
アリングという）に何ら問題はない。

【０００９】しかし、自動車用レーダーとしての使用環
境下においては、複数のターゲットが存在し、またター
ゲット以外の樹木やガードレールなどの物体が存在する
ため、様々な物体からの反射波が受信され、上記ピーク
が複数存在し、ピークのペアリングが困難であるという
問題があった。

【００１０】本発明は、送信側または受信側の少なくと
も一方でビームを切り替えるレーダー装置において、正
確なピークのペアリングを行うことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は送信側または受
信側の少なくとも一方でビームを切り替えてターゲット
の方位または距離、速度を検出するビーム切替型レーダ
装置において、位相モノパルス方式又はＦＭＣＷ方式の
ターゲットに対する反射波に基づくピークを検出し、ビ
ーム切替によるピークの振幅変化に基づいて、対応する
ピークのペアを求めることを特徴とする。さらに、送信
側または受信側の少なくとも一方でビームを切り替えて
ターゲットの方位を検出するビーム切替型レーダ装置に
おいて、位相モノパルス方式に基づいてターゲットの方
位を検出する際に、複数の受信チャネルで同一ターゲッ
トに対応する信号を、ビーム切替による信号の振幅変化
に基づいて求めることを特徴とする。さらに、周波数の
上昇期間および下降期間を有する周波数変調波を送信す
るとともに、送信側または受信側の少なくとも一方でビ
ームを切り替えてターゲットの距離、速度を検出するビ
ーム切替型レーダ装置において、ＦＭＣＷ方式に基づい
てターゲットの距離、速度を検出する際に、上昇期間、
下降期間、で同一ターゲットに対応する信号を、ビーム
切替による信号の振幅変化に基づいて求めることを特徴
とする。

【００１２】このように、本発明は、送信側または受信
側の少なくとも一方でビームを切り替えるビーム切替型
レーダ装置に関する。このような切替によって、レーダ
ーの検出範囲を広げることができる。例えば、自動車用
のレーダー装置において、複数車線の道路などにおい
て、十分な視野を確保できる。そして、本発明では、ビ
ーム切替前後における各ピークの振幅変化量に基づき、
どのピークとどのピークをペアリングするかを判断す
る。これは、１つのターゲットからの反射波は、ビーム
の切替に応じて同様に変化するはずだからである。

【００１３】位相モノパルス方式の方位検出において
は、ビーム切替前後のピークの振幅変化量が最も近い左
右チャンネルでのピークをペアリングする。また、ＦＭ
ＣＷ方式の速度、距離検出においては、ビーム切替前後
のピークの振幅変化量の最も近い上りフェーズと下りフ
ェーズでのピークをペアリングする。

【００１４】このように、本発明によれば、ビーム切替
前後におけるピークの振幅変化量に基づいてピークのペ
アリングを行う。したがって、複数のターゲットや検出
に無関係な物体が存在する自動車レーダの使用環境にお
いて、ターゲットの方位、距離、速度を検出するために
必要な各左右チャンネル及び上り、下りフェーズでのピ
ークのペアリングを確実に行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係るＦＭＣＷ・位
相モノパルス方式のレーダ装置の構成の例を示したもの
である。

【００１６】本装置は、電圧制御発振器１０と切替器１
２と送信アンテナ部１４と受信アンテナ１６と検波器１
８と信号処理装置４０とからなる。

【００１７】ここで、電圧制御発振器１０は、入力され
てくる三角波に応じて周波数が変化する高周波を出力す
る。

【００１８】電圧制御発振器１０からの三角波で周波数
変調された高周波信号は、切替器１２を介して、複数の
送信アンテナ１４に供給される。切替器１２は、電圧制
御発振器１０から供給される高周波信号を複数の送信ア
ンテナ１４に順次供給する。従って、複数の送信アンテ
ナ１４から高周波信号に応じた電波（ミリ波）が指向性
ビームとしてターゲットに向けて放射される。複数の送
信アンテナ１４は、その指向性が互いに異なっており、
切替器１２により送信アンテナ１４を切り替えること
で、送信ビームの指向性を所望の範囲に掃引することが
できる。

【００１９】上記送信アンテナ１４からの電波（送信ビ
ーム）がターゲットで反射した反射波は左右２つの受信
アンテナ１６ａ，１６ｂによって受信される。なお、受
信側でビームを切り替えられる様に構成してもよいし、
あるいは送受信の両側でビームを切り替える構成とする
ことも可能である。

【００２０】左右の受信アンテナ１６ａ，１６ｂはそれ
ぞれ検波器１８ａ，１８ｂに接続しており、検波器１８
ａ，１８ｂは電圧制御発振器１０とも接続している。そ
こで、左右受信アンテナ１６ａ，１６ｂからの受信信号
（左右チャンネルの受信信号）はそれぞれの検波器１８
ａ，１８ｂで送信信号に基づいて検波され、送信周波数
と受信周波数の差の周波数成分を持つ左右チャンネルの
ビート信号が得られる。

【００２１】得られた左右チャンネルのビート信号は、
周波数分析部２２ａ，２２ｂに送られる。周波数分析部
２２ａ，２２ｂは、左右チャンネルで得られたビート信
号に対し、複素ＦＦＴ等の周波数分析を行い、適当な周
波数間隔（周波数ｂｉｎ）毎に複素振幅（電圧）が求め
られる。以降は、ｂｉｎの番号が周波数を表す。次に、
ピーク検出部２４ａ，２４ｂにおいて、それらの周波数
分析結果に基づき、位相モノパルスの左右チャンネルの
それぞれのピーク（ピークを示すｂｉｎの番号及びその
ｂｉｎの複素振幅値）が検出される。上記処理が、切替
器１２により切り替えられた各ビーム毎になされ、ピー
ク振幅変化検出部２６において、ビーム切替による左右
チャンネルそれぞれにおいて検出したピークの振幅の切
替に基づく変化量を検出する。

【００２２】ここで、図３（ａ）（ｂ）は図１の装置に
おける周波数分析の結果を示したものである。説明の容
易のため、下りフェーズのデータを省略しているが、実
際には図４のように上りフェーズの近くに下りフェーズ
のピークも現れる。ここで、ＵＬ１、ＵＲ１がターゲッ
ト１の左右それぞれのピークであり、ＵＬ２，ＵＲ２が
ターゲット２の左右それぞれのピークである。ただし、
実際のレーダ使用環境では、さらに多数のピークが存在
し、どのピークが何を示すかは必ずしも始めから明確な
わけではない。ビーム切替による振幅変化量は各ピーク
についてそれぞれ求められる。図３に示すように、実線
と破線で表されたビーム切替前後のピーク高さの差が振
幅変化量となる。ここでは、見やすくするため、変化量
を誇張して表現している。

【００２３】次に、ピークペア選択部２８において、そ
の振幅変化量が最も近い左、右チャンネルでのピークを
ペアとして選択する。図３では、ＵＬ２とＵＲ２、ＵＬ
１とＵＲ１とがペアとして選択されることになる。ここ
で、ビーム切替による振幅変化量に注目したのは、ピー
クの振幅変化量の小さいもの同士は同一ターゲットから
の信号と仮定できるからである。従って、振幅変化量の
差が最も小さいものが同一のターゲットに対応したピー
クのペアであり、振幅変化量の大きいものは異なるター
ゲットのピークと判断する。

【００２４】さらに、ここでペアとしたピークのｂｉｎ
の差を求め、ペアとしたピークのｂｉｎの差が所定値を
上回る場合は、ピークの振幅の変化量が次に最も近い左
右のペアをピークペア選択部において選択し直す。そし
て、ｂｉｎの差が所定値以下になるまでこの処理を繰り
返す。例えば、仮に図３（ａ）のＵＬ１と図３（ｂ）の
ＵＲ２がペアリングされた場合には、ｂｉｎの差が所定
値以上であるとして、ペアを選択し直すことになる。こ
こで、左右ピークのｂｉｎの差が所定値以上であるとい
うことは、ビート周波数が大きく相違し、このエコーは
対応するターゲットの距離が相違することを意味する。
従って、その場合は左右チャンネルで別ターゲットを検
出していることになる。上記処理を繰り返すことで、ペ
アのｂｉｎの差を所定値以下のものに限定することがで
き、ペアリングが完了する。

【００２５】最後に、方位演算部３０において、これら
ペアリングしたピークを持つビート信号の左右チャンネ
ルにおける位相差から方位が求められる。位相モノパル
ス方式では、ターゲットの方位θを間隔Ｌの左右の受信
アンテナが受信した信号（波長：λ）の位相差Δφから
次式により求める。

【００２６】θ＝ｓｉｎ^-1｛Δφ・（λ／２πＬ）｝ 複数のターゲットが存在する場合はこのペアリングの作
業をターゲットの数だけ行う。

【００２７】尚、上述の説明では、ｂｉｎが所定範囲に
あるものを順次選択するとだけ記載したが、ビーム切替
による振幅変化量が所定の値を越えるピークについて
は、ペアリングの対象としない。あまりに変化量が大き
いものは、同一ターゲットとは考えられないからであ
る。

【００２８】このように、ビーム切替によるピークの振
幅変化量を基準とすることにより、他のターゲットやタ
ーゲット以外の樹木やガードレールなどの物体からの反
射波が受信され、多くのピークが検出される複雑な状況
下においても、位相モノパルスの左、右チャンネル間で
のピークのペアリングが的確に実施可能となる。

【００２９】図２は、本発明に係るビーム切替型レーダ
装置であって、ＦＭＣＷ方式のレーダー装置に適用した
例を示している。図に示すように、図１の構成と最後の
検出対象が異なっている。本構成ではピークペア選択を
ターゲットの距離及び速度を求めるために行い、ＦＭＣ
Ｗ方式の上り、下りフェーズそれぞれで得られる同一の
ターゲットに対するピークのペアリングを行う。このピ
ークペア選択の前には図１の例と同様に、ピーク検出部
２４ａ，２４ｂにおいて各ビーム毎に左及び右チャンネ
ルそれぞれで上り、下りフェーズでのピーク（ピークを
示すｂｉｎの番号及びそのｂｉｎの複素振幅値）を検出
し、ピーク振幅変化検出部２６においてビームを切り替
えた際のそれらのピークの振幅の変化量を求める。そし
て、ピークペア選択部２８において、その振幅変化量が
最も近い上り、下りフェーズでのピークをペアとする。
次に、ペアとしたピークのｂｉｎの差を求め、ペアとし
たピークのｂｉｎの差が所定値を上回る場合は、ピーク
の振幅の変化量が次に最も近い上り、下りフェーズのペ
アをピークペア選択部において選択し直す。そして、上
記処理を繰り返すことで、ペアのｂｉｎの差を所定値以
下にすることでペアリングが完了する。

【００３０】図４は図２の装置における周波数分析の結
果を示したものである。説明の容易のため、右チャンネ
ルのデータを省略した。ここで、ＵＬ１、ＤＬ１がそれ
ぞれターゲット１の上り、下りフェーズのピークであ
り、ＵＬ２、ＤＬ２がターゲット２の上り、下りフェー
ズのピークである。図３と同様に、実線と破線で表され
るビーム切替前後のピーク高さの差が振幅変化量であ
る。次に、ピークのペアリングは図３の位相モノパルス
方式と異なり、上りフェーズと下りフェーズの間で行わ
れる。ここでは、ＵＬ１とＤＬ１がＵＬ２とＤＬ２がそ
れぞれペアとして選択される。

【００３１】この場合、上り、下りフェーズでのピーク
ペアは必ずしも同じチャンネルから選択される必要はな
く、例えば左チャンネルの上りフェーズでのピークと右
チャンネルでの下りフェーズでのピークとをペアとして
も良い。これは左右いずれの受信アンテナを選択して
も、位相が相違するのみで周波数に影響しないからであ
る。

【００３２】最後に、距離・速度演算部３２において、
これらペアリングしたピークを持つビート信号の上り、
下りフェーズでの差から距離、速度を求める。ここで、
相対速度０のターゲットのビート周波数ｆｒは、ＦＭの
繰り返し周波数（図１における三角波の周波数）をｆ
ｍ、ＦＭの周波数偏移幅（参照波の周波数の変化幅）を
Δｆ、ターゲットの相対距離をＲ、光速をｃとすると、 ｆｒ＝４Ｒ・ｆｍ・Δｆ／ｃ で表される。従って、ｆｒが求まれば、相対距離Ｒが決
定される。

【００３３】そして、上りフェーズ期間及び下りフェー
ズ期間におけるビート周波数ｆｂｕ、ｆｂｄは、上述の
通り、それぞれ ｆｂｕ＝ｆｒ＋ｆｄ ｆｂｄ＝ｆｒ−ｆｄ である。そこで、上りフェーズ期間及び下りフェーズ期
間のビート周波数ｆｂｕ、ｆｂｄを個別に求めれば、相
対距離を表すビート周波数ｆｒ、相対速度を表すドップ
ラ周波数ｆｄが求められる。

【００３４】なお、複数のターゲットが存在する場合は
このペアリングの作業をターゲットの数だけ行う。

【００３５】このように、ビーム切替によるピークの振
幅変化量を基準とすることにより、他のターゲットやタ
ーゲット以外の樹木やガードレールなどの物体からの反
射波が受信され、多くのピークが検出される複雑な状況
下においても、ＦＭＣＷ方式の上り下りフェーズ間での
ピークのペアリングが的確に実施可能となる。

【００３６】尚、本実施の形態においては、位相モノパ
ルス方式と、ＦＭＣＷ方式とで別個に方位、距離、速度
を検出する装置を説明した。しかし、一つの装置で位相
モノパルス方式と、ＦＭＣＷ方式の検出装置を有し、方
位、距離、速度を一度に検出できる構成とすることが好
適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ターゲットの方位を検出するビーム切替型レ
ーダ装置を示す図である。

【図２】 ターゲットの距離と速度を検出するビーム切
替型レーダ装置を示す図である。

【図３】 図１の装置の受信信号の周波数分析結果を示
す図である。

【図４】 図２の装置の受信信号の周波数分析結果を示
す図である。

【符号の説明】

１０ 電圧制御発振器、１２ 切替器、１４ 送信アン
テナ、１６ａ，１６ｂ受信アンテナ、１８ａ，１８ｂ
検波器、２２ａ，２２ｂ 周波数分析部、２４ａ，２４
ｂ ピーク検出部、２６ ピーク振幅変化検出部、２８
ピークペア選択部、３０ 方位演算部、３２ 距離・
速度演算部、４０ 信号処理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 知育 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山田 直之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信側または受信側の少なくとも一方で
   ビームを切り替えてターゲットの方位または距離、速度
   を検出するビーム切替型レーダ装置において、 位相モノパルス方式又はＦＭＣＷ方式のターゲットに対
   する反射波に基づくピークを検出し、ビーム切替による
   ピークの振幅変化に基づいて、対応するピークのペアを
   求めることを特徴とするビーム切替型レーダ装置。