JP2002168946A - 測距レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 限られた周波数帯域の中で細かい距離分解能
を持つ測距レーダ装置を提供する。 【解決手段】 周波数変調をして生成した周波数が三角
波状に変化する送信信号により電波を放射する送信器１
と、その電波の放射方向からの到来電波を受波して受信
信号を得て、この受信信号と送信信号の一部とを混合し
て出力とする受信器２と、この出力からビート信号の周
波数を計測する周波数計測器３と、上記周波数変調幅の
両端周波数にそれぞれ対応する両周波数のビート信号間
の位相差を計測する位相差計測器４と、これら周波数お
よび位相差から、送信器１により放射された電波を到来
電波として反射させる物体との距離を求める詳細距離演
算部６とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離の測定可能な
電波方式のセンサ、すなわちレーダに関連し、特に、限
られた周波数帯域に適応し距離測定のための改善された
分解能を持つ測距レーダ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４に各種レーダ方式のうち一般的な
ＦＭ−ＣＷ方式を用いた測距レーダ装置の従来構成例を
示す。

【０００３】図１４に示す測距レーダ装置は、いわゆる
ビート信号の周波数およびドップラシフト周波数から物
体との相対的な距離および速度を求めるものであり、送
信器１と、受信器２と、周波数計測器３とを備えてい
る。

【０００４】送信器１は、周波数変調器１１と、発振器
１２と、送信アンテナ１３とにより構成され、発振器１
２の信号を周波数変調器１１で周波数変調をして生成し
た送信信号により送信アンテナ１３から電波を放射する
ものである。受信器２は、受信アンテナ２１と、送信器
１の発振器１２および送信アンテナ１３間に介設される
方向性結合器２２と、ミキサ２３とにより構成され、上
記電波の放射方向からの到来電波を受信アンテナ２１で
受波して受信信号を得て、この受信信号と方向性結合器
２２から得られる上記送信信号の一部とを混合して出力
とするものである。周波数計測器３は、受信器２の出力
からビート信号の周波数を計測するものである。

【０００５】上記構成の測距レーダ装置では、周波数変
調器１１から発せられた変調信号が発振器１２に入力さ
れ、そこから周波数変調された送信信号が出力され、こ
の送信信号により送信アンテナ１３から電波が放射す
る。このとき、電波の放射方向に物体が存在している
と、物体の存在位置で電波が反射して到来電波として受
信アンテナ２１で受波されて受信信号が得られる。この
受信信号は方向性結合器２２で分割された送信信号の一
部とミキサ２３で混合され、このミキサ２３の出力か
ら、ビート信号の周波数が周波数計測器３で計測され
る。

【０００６】図１５にＦＭ−ＣＷ方式による相対的な距
離および速度の測定原理図を示す。ただし、図１５
（ａ）は物体との相対速度が０である場合における時間
軸に対する送受信信号およびビート信号の各周波数変動
の様子を示し、図１５（ｂ）は物体との相対速度がｖで
ある場合における時間軸に対する送受信信号およびビー
ト信号の各周波数変動の様子を示している。例えば、送
信信号の周波数は、周波数変調幅ΔＦ内で、一定に上昇
して一定に降下する三角波状に変動している。

【０００７】相対速度０の場合、放射された電波は測距
レーダ装置と物体との間の距離（Ｒとする）を往復する
ので、光速をＣとすると、電波の受波時点は電波の放射
時点から時間Ｔｄ＝２Ｒ／Ｃだけ遅れる。このため、図
１５（ａ）に示すように、受信器２の出力は、三角波状
の送受信信号の互いに隣接する各頂点間で周波数が０と
ｆｒとの範囲で変動し、反復する周波数ｆｒを持つビー
ト信号になる。

【０００８】これに対して、相対速度ｖの場合、受信信
号が周波数偏移を含んだものとなるので、図１５（ｂ）
に示すように、受信器２の出力は、ドップラシフト周波
数ｆｄの偏移により周波数ｆｒ±ｆｄを持つビート信号
に変化する。

【０００９】従来のＦＭ−ＣＷ方式では、ビート信号の
周波数ｆｒ，ｆｄを計測した上で、それら周波数ｆｒ，
ｆｄから、次式を用いた演算を通じて距離Ｒおよび相対
速度ｖが算出される。ただし、Ｔｍは周波数変調の周
期、ｆ０は変調の中心周波数である。

【００１０】 Ｒ＝Ｃ×Ｔｍ×ｆｒ／(４×ΔＦ) ｖ＝Ｃ×ｆｄ／(２×ｆ０) 図１６に各種レーダ方式のうち２周波ＣＷ方式を用いた
測距レーダ装置の従来構成例を、図１７に２周波ＣＷ方
式による相対的な距離の測定原理図を示す。ただし、図
１７（ａ）は、時間軸に対する送信信号の周波数変動お
よびビート信号の時間波形を示し、図１７（ｂ）は位相
の分割（Ｎ分割）例を示す図である。

【００１１】図１６に示す測距レーダ装置は、ビート信
号の位相差から物体との相対的な距離を求めるものであ
り、受信器２を図１４に示した測距レーダ装置と同様に
備えているほか、それとの相違点として、送信器１ｐ
と、位相差計測器４ｐとを備えている。

【００１２】送信器１ｐは、周波数変調器１１ｐと、発
振器１２と、送信アンテナ１３とにより構成され、図１
７（ａ）に示すように、発振器１２の信号を周波数変調
器１１ｐで周波数ｆ１，ｆ２に切り替える周波数変調を
して生成した送信信号により送信アンテナ１３から電波
を放射するものである。ここで、周波数ｆ１，ｆ２の周
波数変調により送信信号を生成すると、図１７（ａ）に
示す「ビート信号時間波形」のように、見かけ上、周波
数ｆ１の信号に対応するビート信号ｆｄ１と周波数ｆ２
の信号に対応するビート信号ｆｄ２とが得られることに
なる。

【００１３】位相差計測器４ｐは、周波数変調幅ΔＦの
両端周波数ｆ１，ｆ２の信号にそれぞれ対応する両ビー
ト信号ｆｄ１，ｆｄ２の位相差を計測するものである。

【００１４】上記構成の測距レーダ装置では、周波数変
調器１１ｐから発せられた変調信号が発振器１２に入力
され、そこから周波数変調された送信信号が出力され、
この送信信号により送信アンテナ１３から電波が放射す
る。このとき、電波の放射方向に物体が存在している
と、物体の存在位置で電波が反射して到来電波として受
信アンテナ２１で受波されて受信信号が得られる。この
受信信号は方向性結合器２２で分割された送信信号の一
部とミキサ２３で混合され、このミキサ２３の出力か
ら、ビート信号が位相差計測器４ｐで同期検波され、位
相差が計測される。

【００１５】ここで、電波の受波時点が電波の放射時点
から時間Ｔｄ＝２Ｒ／Ｃだけ遅れるので、時間Ｔｄだけ
位相が回転し、相対速度に応じたドップラ周波数ｆｄ
１，ｆｄ２を持つビート信号が受信器２から出力され
る。

【００１６】従来の２周波ＣＷ方式では、周波数変調幅
ΔＦの両端周波数ｆ１，ｆ２の信号にそれぞれ対応する
両ビート信号ｆｄ１，ｆｄ２の位相差Δφを計測した上
で、次式を用いた演算を通じて距離Ｒが算出され、距離
Ｒは両ビート信号間の位相差Δφに比例して決定され
る。

【００１７】Ｒ＝Ｃ×Δφ／(４π×ΔＦ)

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のＦＭ
−ＣＷ方式では、接近した２つの物体を区別して認識で
きる距離、すなわち測定可能な距離分解能ΔＲは、周波
数計測区間内に１周期分の周波数差が必要となることか
ら、以下の式で表される。

【００１９】ΔＲ＝Ｃ／(２×ΔＦ) よって、これ以上に分解能を高めるためには、周波数変
調幅ΔＦを増大させるか、または複雑な信号処理を用い
る必要があり、それぞれ、必要な周波数帯域が増大す
る、または回路規模が増大するという問題があった。

【００２０】一方、従来の２周波ＣＷ方式では、距離分
解能δＲは、位相分解能、すなわち位相差の識別可能な
位相の最小単位δφｍｉｎで制限され、また最大検知距
離Ｒｍａｘは位相差が２π（位相差検出方式によっては
π）以上になると、１回転以上の位相差を検出できない
ので距離を確定できなくなるため、各々以下の式で表さ
れる。

【００２１】 ただし、Ｎは位相差計測器にて位相１回転内を識別可能
な位相の分割数（Ｎ＝２π／δφｍｉｎ）である。

【００２２】よって、これ以上に分解能を高めるには、
信号処理の精度を上げる等して位相の分解能を高める必
要があり、やはり回路規模が増大する等の問題があっ
た。

【００２３】本発明は上記の点に鑑みてなしたものであ
り、その目的とするところは、限られた周波数帯域の中
で細かい距離分解能を持つ測距レーダ装置を提供するこ
とにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１記載の発明の測距レーダ装置は、周波数変調
をして生成した送信信号により電波を放射する送信手段
と、前記電波の放射方向からの到来電波を受波して受信
信号を得て、この受信信号と前記送信信号の一部とを混
合して出力とする受信混合手段と、この受信混合手段の
出力からビート信号の周波数を計測する周波数計測手段
と、前記周波数変調の周波数変調幅の両端周波数にそれ
ぞれ対応する両周波数のビート信号間の位相差を計測す
る位相差計測手段と、これら周波数計測手段および位相
差計測手段により計測された周波数および位相差から、
前記送信手段により放射された電波を前記到来電波とし
て反射させる物体との距離を求める距離演算手段とを備
えることを特徴とする。

【００２５】請求項２記載の発明の測距レーダ装置は、
複数の周波数変調幅を持たせる周波数変調をして生成し
た送信信号により電波を放射する送信手段と、前記電波
の放射方向からの到来電波を受波して受信信号を得て、
この受信信号と前記送信信号の一部とを混合して出力と
する受信混合手段と、この受信混合手段の出力から、前
記複数の周波数変調幅のうち、一の周波数変調幅の両端
周波数の信号にそれぞれ対応する両ビート信号の位相差
と別の周波数変調幅の両端周波数の信号にそれぞれ対応
する両ビート信号の位相差とを計測する位相差計測手段
と、この位相差計測手段により計測された両位相差か
ら、前記送信手段により放射された電波を前記到来電波
として反射させる物体との距離を求める距離演算手段と
を備え、前記複数の周波数変調幅のうち、一の周波数変
調幅の両端周波数の差は、他の周波数変調幅の両端周波
数の差に対して、前記受信混合手段の位相分解能の分割
数倍以上に広く設定されていることを特徴とする。

【００２６】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の測距レーダ装置において、前記距離演算手段によ
り求められる距離の分解能が前記送信信号の周波数の波
長以下となるように、前記送信信号の周波数変調幅、周
波数差および前記受信混合手段の位相分解能の分割数が
設定されており、前記距離演算手段は、前記ビート信号
の絶対位相をさらに用いて前記距離を求めることを特徴
とする。

【００２７】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の測距レーダ装置において、前記受信混
合手段は、前記送信信号の一部を、そのままの位相の第
１信号と９０度位相をシフトした第２信号とに分け、前
記第１信号と前記受信信号とを混合して第１ビート信号
を得るとともに、前記第２信号と前記受信信号とを混合
して第２ビート信号を得ることを特徴とする。

【００２８】請求項５記載の発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の測距レーダ装置において、前記ビート
信号をこの最高周波数の２倍以上の速度でサンプリング
する手段を備えることを特徴とする。

【００２９】請求項６記載の発明は、請求項１から５の
いずれかに記載の測距レーダ装置において、前記距離演
算手段により求められた距離に応じて、前記物体と衝突
しそうであるか否かの判定を行う判定手段を備え、この
判定手段による前記物体と衝突しそうであるという判定
結果は、車両の制動手段による衝突回避動作に利用され
ることを特徴とする。

【００３０】請求項７記載の発明は、請求項１から５の
いずれかに記載の測距レーダ装置において、前記距離演
算手段により求められた距離に応じて、前記物体と衝突
しそうであるか否かの判定を行う判定手段を備え、この
判定手段による前記物体と衝突しそうであるという判定
結果は、車両の操舵手段による衝突回避動作に利用され
ることを特徴とする。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る第１実施形態
の測距レーダ装置の構成図であり、この図を用いて以下
に第１実施形態の説明を行う。

【００３２】図１に示す測距レーダ装置は、ビート信号
の周波数および位相差から、物体との距離を求めるもの
であり、送信器１と、受信器２と、周波数計測器３と、
位相差計測器４と、詳細距離演算部６とを備えている。

【００３３】送信器１は、周波数変調器１１と、発振器
１２と、送信アンテナ１３とにより構成され、発振器１
２の信号に対して周波数変調器１１で周波数変調をして
生成した送信信号により、送信アンテナ１３から電波を
放射するものである。

【００３４】受信器２は、受信アンテナ２１と、送信器
１の発振器１２および送信アンテナ１３間に介設される
方向性結合器２２と、ミキサ２３とにより構成され、上
記電波の放射方向からの到来電波を受信アンテナ２１で
受波して受信信号を得て、この受信信号と方向性結合器
２２から得られる上記送信信号の一部とを混合して出力
とするものである。

【００３５】周波数計測器３は、受信器２の出力からビ
ート信号の周波数を計測するものであり、位相差計測器
４は、上記周波数変調の周波数変調幅ΔＦの両端周波数
にそれぞれ対応する両周波数のビート信号間の位相差を
計測するものである。

【００３６】詳細距離演算部６は、周波数計測器３およ
び位相差計測器４により計測された周波数および位相差
から、送信器１により放射された電波を上記到来電波と
して反射させる物体との距離を求めるものである。

【００３７】上記構成の測距レーダ装置では、周波数変
調器１１から発せられた変調信号が発振器１２に入力さ
れ、そこから周波数変調された送信信号が出力され、こ
の送信信号により送信アンテナ１３から電波が放射す
る。このとき、電波の放射方向に物体が存在している
と、物体の存在位置で電波が反射して到来電波として受
信アンテナ２１で受波されて受信信号が得られる。この
受信信号は方向性結合器２２で分割された送信信号の一
部とミキサ２３で混合され、このミキサ２３の出力から
ビート信号が得られる。このビート信号の周波数が周波
数計測器３で計測される一方、周波数差が周波数変調幅
ΔＦとなる２周波数によるビート信号間の位相差Δφが
位相差計測器４で計測され、これら計測された周波数お
よび位相差から、分解能の細かい距離データが詳細距離
演算部６で求められる。

【００３８】図２に図１の周波数計測器、位相差計測器
および詳細距離演算部に適用される距離測定方式の原理
図を示す。ただし、図２において、δＲ（＝Ｃ／(２×
ΔＦ)×(１／Ｎ)）は距離分解能、Ｒｍａｘ（＝Ｃ／(２
×ΔＦ)）は最大検知距離である。

【００３９】図２（ａ），（ｂ）に示すように、従来の
ＦＭ−ＣＷ方式と同様に周波数計測器３により計測され
たビート信号の周波数ｆｒから、次式を用いた演算を通
じて物体との距離Ｒｆが算出される。

【００４０】Ｒｆ＝Ｃ×Ｔｍ×ｆｒ／(４×ΔＦ) ここで、既述の如く、距離分解能ΔＲは周波数変調幅Δ
Ｆで制限され、ΔＲ＝Ｃ／(２×ΔＦ)の関係が成り立
つ。このため、ビート信号の周波数ｆｒから求めた距離
Ｒｆは、図２（ｂ）に示す「ビート信号スペクトル」の
ように、測距レーダ装置と物体との間の実際の距離Ｒｔ
ｒに対して、距離分解能ΔＲを最小単位とする離散的な
距離の中で最寄りの距離として検出される。

【００４１】一方、位相差計測器４により２周波ＣＷ方
式と同じ原理で計測された位相差Δφから、次式を用い
た演算を通じて距離Ｒφが算出される。

【００４２】Ｒφ＝Ｃ／(２×ΔＦ)×(Δφ／２π) この距離Ｒφは、実際の距離Ｒｔｒを最大検知距離Ｒｍ
ａｘで割った余りの距離に対して、距離分解能δＲを最
小単位とする離散的な距離の中で最寄りの距離として検
出される。

【００４３】そして、図２（ｃ）に示すように、詳細距
離演算部６により、距離Ｒｆと距離Ｒφとを足す演算を
通じて最終的な距離Ｒが求められる。これにより、ＦＭ
−ＣＷ方式での距離分解能に対して、Ｎ倍だけ細かく距
離を計測することができる。なお、距離Ｒｆは周波数計
測器３で求められる構成であればよいが、詳細距離演算
部６で求められる構成でもよく、同様に、距離Ｒφは位
相差計測器４で求められる構成であればよいが、詳細距
離演算部６で求められる構成でもよい。

【００４４】図３は本発明に係る第２実施形態の測距レ
ーダ装置の構成図、図４は図３の位相差計測器および詳
細距離演算部に適用される距離測定方式の原理図であ
り、これらの図を用いて以下に第２実施形態の説明を行
う。

【００４５】図３に示す測距レーダ装置は、ビート信号
の位相差から、物体との距離を求めるものであり、受信
器２を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施
形態との相違点として、送信器１ａと、位相差計測器４
ａと、詳細距離演算部６ａとを備えている。

【００４６】送信器１ａは、周波数変調器１１ａと、発
振器１２と、送信アンテナ１３とにより構成され、図４
（ａ）に示すように、発振器１２の信号に対して、周波
数変調器１１ａで複数の周波数変調幅ΔＦ／Ｎ，ΔＦを
持たせる周波数変調をして生成した送信信号により、送
信アンテナ１３から電波を放射するものである。ここ
で、複数の周波数変調幅のうち、周波数変調幅ΔＦの両
端周波数ｆ１，ｆ３の差は、周波数変調幅ΔＦ／Ｎの両
端周波数ｆ１，ｆ２の差に対して、受信器２の位相分解
能の分割数倍（Ｎ倍）になっている。

【００４７】位相差計測器４ａは、位相差計測器４１，
４２により構成され、図４（ｂ）に示すように、受信器
２の出力から、複数の周波数変調幅のうち、周波数変調
幅ΔＦ／Ｎの両端周波数ｆ１，ｆ２の信号にそれぞれ対
応する両ビート信号ｆｄ１，ｆｄ２の位相差Δφ１２
と、別の周波数変調幅ΔＦの両端周波数ｆ１，ｆ３の信
号にそれぞれ対応する両ビート信号ｆｄ１，ｆｄ３の位
相差とを、それぞれ例えば位相差計測器４１，４２で計
測するものである。

【００４８】詳細距離演算部６ａは、位相差計測器４ａ
により計測された両位相差から、送信器１ａにより放射
された電波を到来電波として反射させる物体との距離を
求めるものである。

【００４９】上記構成の測距レーダ装置では、周波数変
調器１１ａで複数組の周波数に変調が行われる。受信信
号は方向性結合器２２で分割された送信信号の一部とミ
キサ２３で混合され、このミキサ２３の出力から、複数
組の２周波数によるビート信号間の位相差が位相差計測
器４ａで計測され、位相差計測器４ａの両位相差計測器
４１，４２の結果を併せて演算することで分解能の細か
い距離が詳細距離演算部６ａで求められる。

【００５０】ここで、第２実施形態の距離測定方式の原
理を説明する。従来の２周波ＣＷ方式では、距離分解能
δＲは位相分解能δφｍｉｎで制限され、また最大検知
距離Ｒｍａｘは、位相差が２π（位相差検出方式によっ
てはπ）以上になると、１回転以上の位相差を検出でき
ないことから、距離を確定できなくなる。

【００５１】そこで、第２実施形態の距離測定方式で
は、位相差計測器で識別可能な位相の分割数Ｎ（Ｎ＝２
π／δφｍｉｎ）に対して、周波数変調器１１ａによる
周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３が ｆ２−ｆ１＝ΔＦ／Ｎ ｆ３−ｆ１＝ΔＦ を満足するように設定され、そして、送信信号の周波数
がｆ１とｆ２に関して求めた距離Ｒ１２、最大検知距離
Ｒｍａｘ１２、距離分解能δＲ１２、およびｆ１とｆ３
に関して求めた距離Ｒ１３、最大検知距離Ｒｍａｘ１
３、距離分解能δＲ１３は、２周波ＣＷ方式と同じ原理
で求められ、各々以下の式で与えられる。

【００５２】 Ｒ１２＝Ｃ／(２×ΔＦ)×(Δφ１３／２π)×Ｎ δＲ１２＝Ｃ／(２×ΔＦ) Ｒｍａｘ１２＝Ｃ／(２×ΔＦ)×Ｎ Ｒ１３＝Ｃ／(２×ΔＦ)×(Δφ１２／２π) δＲ１３＝Ｃ／(２×ΔＦ)×(１／Ｎ) Ｒｍａｘ１３＝Ｃ／(２・ΔＦ)＝δＲ１２ すなわち、実際の距離Ｒｔｒを、周波数差ｆ１，ｆ２の
ビート信号の位相差測定によって距離分解能δＲ１２単
位でＮポイント分測定でき、さらに、周波数差ｆ１，ｆ
３のビート信号の位相差測定によって検出できる最大距
離Ｒｍａｘ１３（＝δＲ１２）で割った余りの距離に対
して、距離分解能δＲ１３を最小単位とする離散的な距
離の中で最寄りの距離として検出できる。

【００５３】第２実施形態では、図４（ｃ）に示すよう
に、詳細距離演算部６ａにより、距離Ｒ１２と距離Ｒ１
３とを足す演算を通じて最終的な距離Ｒが求められる。
これにより、２周波ＣＷ方式に対して、細かい距離分解
能を維持したままＮ倍長距離まで距離計測することがで
きる。

【００５４】図５，図６は測距レーダ装置の構成図、図
７は図５，図６に適用される距離測定方式の原理図であ
り、これらの図を用いて以下に本発明に係る第３実施形
態の測距レーダ装置について説明する。

【００５５】図５に示す測距レーダ装置は、送信器１
と、受信器２と、周波数計測器３と、位相差計測器４と
を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態
との相違点として、絶対位相計測器５と、詳細距離演算
部６ｂとを備えている。一方、図６に示す測距レーダ装
置は、送信器１ａと、受信器２と、位相差計測器４ａと
を第２実施形態と同様に備えているほか、第２実施形態
との相違点として、絶対位相計測器５と、詳細距離演算
部６ｃとを備えている。

【００５６】絶対位相計測器５は、ビート信号の位相を
計測するものであり、詳細距離演算部６ｂ，６ｃは、ビ
ート信号の絶対位相をさらに用いて物体との距離を求め
る以外はそれぞれ詳細距離演算部６，６ａと同様に構成
される。

【００５７】ここで、絶対位相計測器５では、時間Ｔｄ
（＝２Ｒ／Ｃ）だけ遅れた受信信号と送信信号とがミキ
シングされた差分の位相φが計測されるため、逆算する
と微少な距離Ｒを求めることができる。

【００５８】 φ＝２πＦｃ×Ｔｄ ＝２πＦｃ×(２Ｒ／Ｃ) ∴Ｒ＝(Ｃ／２Ｆｃ)×(φ／２π) ＝(λ／２)×(φ／２π) (∵λ＝Ｃ／Ｆｃ) ただし、Ｆｃ、λは送信信号の周波数、波長である。

【００５９】絶対位相計測による距離分解能ｄＲ、最大
検知距離ｄＲｍａｘは、それぞれ位相分解能φｍｉｎ、
２πで制限され、識別可能な位相の分割数をｍ（ｍ＝２
π／φｍｉｎ）としたとき、次式で表される。

【００６０】 従って、第１実施形態の距離測定方式では、距離分解能
δＲまで、第２実施形態の距離測定方式では、距離分解
能δＲ１３まで細かく距離測定が行えるため、絶対位相
測定による最大検知距離ｄＲｍａｘをその値となるよう
に（δＲ＝δＲ１３＝ｄＲｍａｘ）設定すると、距離分
解能ｄＲは、以下で与えられる。

【００６１】 ｄＲ＝ｄＲｍａｘ×(１／ｍ) ＝Ｃ／(２×ΔＦ)／(Ｎ×ｍ) すなわち、第３実施形態の距離測定方式では、従来のＦ
Ｍ‐ＣＷ方式または２周波ＣＷ方式の距離測定を、Ｎ×
ｍ倍までさらに細かく測定できるのである。

【００６２】図８は受信器の他の構成例を示す図、図９
は図８の受信器による位相シフト例を示す図であり、こ
れらの図を用いて以下に本発明に係る第４実施形態の測
距レーダ装置の受信器について説明する。

【００６３】第４実施形態の受信器２ａは、上記第１か
ら第３の各実施形態に適用可能なものであり、図８に示
すように、受信アンテナ２１と、方向性結合器２２とを
上記各実施形態と同様に備えているほか、これら各実施
形態との相違点として、ミキサ２３１，２３２と、π／
２位相シフタ２４とを備え、送信器（図８の例では送信
器１）の送信信号の一部を、そのままの位相の第１信号
と、π／２位相シフタ２４で９０度位相をシフトした第
２信号とに分け、第１信号と受信信号とをミキサ２３１
で混合してビート信号Ａを得るとともに、第２信号と受
信信号とをミキサ２３２で混合してビート信号Ｂを得る
ものである。

【００６４】上記構成の受信器２ａによれば、方向性結
合器２２で分割された送信信号の一部がそのままの位相
の信号と９０度位相がシフトした信号とに分けられ、そ
れぞれが個々に受信信号と混合されて出力されるので、
位相が互いに直交するビート信号Ａ，Ｂが得られる。こ
れにより、ビート信号Ａ，Ｂを直交座標上に展開するこ
とで、絶対位相または２信号間の位相差を求めることが
できる。

【００６５】図１０は受信器の他の構成例を示す図、図
１１は図１０のＡ／Ｄコンバータの分解能の例を示す図
であり、これらの図を用いて以下に本発明に係る第５実
施形態の測距レーダ装置の受信器について説明する。

【００６６】第５実施形態の受信器２ｂは、上記第１か
ら第３の各実施形態に適用可能なものであり、図１０に
示すように、受信アンテナ２１と、方向性結合器２２
と、ミキサ２３とを上記各実施形態と同様に備えている
ほか、これら各実施形態との相違点として、Ａ／Ｄコン
バータ２５を備え、このＡ／Ｄコンバータ２５により、
ミキサ２３の出力から得られるビート信号をこの最高周
波数の２倍以上の速度でサンプリングするものである。

【００６７】また、このようにビート信号をサンプリン
グする場合、各サンプリング時点の値を正確に読みとれ
るように、図１１の縦軸方向におけるＡ／Ｄコンバータ
２５の振幅分解能を設定する必要がある。つまり、位相
分解能に対する振幅の変化率が最も小さい地点（ｓｉｎ
値で位相がπ／２の地点等）において振幅値を識別する
ことができるようにするため、振幅のビット数Ｍに関し
て、以下の式を満たすようにＡ／Ｄコンバータ２５を設
計する必要がある。

【００６８】 １／２^M ≦１−ｓｉｎ(π／２−２π／ｎ) 上記構成の受信器２ｂによれば、ビート信号がこの最高
周波数の２倍以上の速度でサンプリングされるとともに
ビート信号の振幅が高精度に計測されるので、図１１の
時間軸（横軸）に沿った各点のように、サンプリングに
より得られたデータから、ビート信号の絶対位相または
位相差を２倍以上細かい精度で検出することができる。

【００６９】図１２は測距レーダ装置の車両への適用例
を示す図であり、この図を用いて以下に本発明に係る第
６実施形態の測距レーダ装置について説明する。

【００７０】上述した第１から第５の各実施形態の測距
レーダ装置は、車両に適用可能であり、図１２の例で
は、第１実施形態の測距レーダ装置を車両に適用してあ
る。この適用例では、詳細距離演算部６により求められ
た距離に応じて、物体としての例えば別の車両ないし建
物などと衝突しそうであるか否かの判定を行う判定部７
が設けられており、例えば、距離が所定長以下など、判
定部７による物体と衝突しそうであるという判定結果
は、車両の制動部８による衝突回避動作（アクセルまた
はブレーキなどを制御する制動信号の出力）に利用され
る。

【００７１】この構成によれば、詳細距離演算部６によ
り求められた距離から物体と衝突しそうであるという判
定結果が得られると、制動部８による衝突回避動作によ
りその物体との衝突が回避されることになる。

【００７２】図１３は測距レーダ装置の車両への適用例
を示す図であり、この図を用いて以下に本発明に係る第
７実施形態の測距レーダ装置について説明する。

【００７３】上述した第１から第５の各実施形態の測距
レーダ装置は、車両に適用可能であり、図１３の例で
は、第１実施形態の測距レーダ装置を車両に適用してあ
る。この適用例では、詳細距離演算部６により求められ
た距離に応じて、物体としての例えば別の車両ないし建
物などと衝突しそうであるか否かの判定を行う判定部７
が設けられており、例えば、距離が所定長以下など、判
定部７による物体と衝突しそうであるという判定結果
は、車両の操舵部９による衝突回避動作（ハンドルなど
を制御するための操舵信号）に利用される。

【００７４】この構成によれば、詳細距離演算部６によ
り求められた距離から物体と衝突しそうであるという判
定結果が得られると、操舵部９による衝突回避動作によ
りその物体との衝突が回避されることになる。

【００７５】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、周波数変調をして生成した送信
信号により電波を放射する送信手段と、前記電波の放射
方向からの到来電波を受波して受信信号を得て、この受
信信号と前記送信信号の一部とを混合して出力とする受
信混合手段と、この受信混合手段の出力からビート信号
の周波数を計測する周波数計測手段と、前記周波数変調
の周波数変調幅の両端周波数にそれぞれ対応する両周波
数のビート信号間の位相差を計測する位相差計測手段
と、これら周波数計測手段および位相差計測手段により
計測された周波数および位相差から、前記送信手段によ
り放射された電波を前記到来電波として反射させる物体
との距離を求める距離演算手段とを備えるので、限られ
た周波数帯域の中で細かい距離分解能を持つことができ
るから、長距離を高分解能で測定可能となる。

【００７６】請求項２記載の発明によれば、複数の周波
数変調幅を持たせる周波数変調をして生成した送信信号
により電波を放射する送信手段と、前記電波の放射方向
からの到来電波を受波して受信信号を得て、この受信信
号と前記送信信号の一部とを混合して出力とする受信混
合手段と、この受信混合手段の出力から、前記複数の周
波数変調幅のうち、一の周波数変調幅の両端周波数の信
号にそれぞれ対応する両ビート信号の位相差と別の周波
数変調幅の両端周波数の信号にそれぞれ対応する両ビー
ト信号の位相差とを計測する位相差計測手段と、この位
相差計測手段により計測された両位相差から、前記送信
手段により放射された電波を前記到来電波として反射さ
せる物体との距離を求める距離演算手段とを備え、前記
複数の周波数変調幅のうち、一の周波数変調幅の両端周
波数の差は、他の周波数変調幅の両端周波数の差に対し
て、前記受信混合手段の位相分解能の分割数倍以上に広
く設定されているので、限られた周波数帯域の中で細か
い距離分解能を持つことができるから、長距離を高分解
能で測定可能となる。

【００７７】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２記載の測距レーダ装置において、前記距離演算手
段により求められる距離の分解能が前記送信信号の周波
数の波長以下となるように、前記送信信号の周波数変調
幅、周波数差および前記受信混合手段の位相分解能の分
割数が設定されており、前記距離演算手段は、前記ビー
ト信号の絶対位相をさらに用いて前記距離を求めるの
で、さらに細かな測定が可能になる。

【００７８】請求項４記載の発明によれば、請求項１か
ら３のいずれかに記載の測距レーダ装置において、前記
受信混合手段は、前記送信信号の一部を、そのままの位
相の第１信号と９０度位相をシフトした第２信号とに分
け、前記第１信号と前記受信信号とを混合して第１ビー
ト信号を得るとともに、前記第２信号と前記受信信号と
を混合して第２ビート信号を得るので、これら第１，第
２ビート信号から絶対位相または位相差を求めることが
可能となる。

【００７９】請求項５記載の発明によれば、請求項１か
ら３のいずれかに記載の測距レーダ装置において、前記
ビート信号をこの最高周波数の２倍以上の速度でサンプ
リングする手段を備えるので、この手段のサンプリング
により得られたデータから絶対位相または位相差を求め
ることが可能となる。

【００８０】請求項６記載の発明によれば、請求項１か
ら５のいずれかに記載の測距レーダ装置において、前記
距離演算手段により求められた距離に応じて、前記物体
と衝突しそうであるか否かの判定を行う判定手段を備
え、この判定手段による前記物体と衝突しそうであると
いう判定結果は、車両の制動手段による衝突回避動作に
利用されるので、車両の運行時に発生しうる衝突を好適
に回避することが可能になる。

【００８１】請求項７記載の発明によれば、請求項１か
ら５のいずれかに記載の測距レーダ装置において、前記
距離演算手段により求められた距離に応じて、前記物体
と衝突しそうであるか否かの判定を行う判定手段を備
え、この判定手段による前記物体と衝突しそうであると
いう判定結果は、車両の操舵手段による衝突回避動作に
利用されるので、車両の運行時に発生しうる衝突を好適
に回避することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態の測距レーダ装置の
構成図である。

【図２】図１の周波数計測器、位相差計測器および詳細
距離演算部に適用される距離測定方式の原理図である。

【図３】本発明に係る第２実施形態の測距レーダ装置の
構成図である。

【図４】図３の位相差計測器および詳細距離演算部に適
用される距離測定方式の原理図である。

【図５】測距レーダ装置の構成図である。

【図６】測距レーダ装置の構成図である。

【図７】図５，図６に適用される距離測定方式の原理図
である。

【図８】受信器の他の構成例を示す図である。

【図９】図８の受信器による位相シフト例を示す図であ
る。

【図１０】受信器の他の構成例を示す図である。

【図１１】図１０のＡ／Ｄコンバータの分解能の例を示
す図である。

【図１２】測距レーダ装置の車両への適用例を示す図で
ある。

【図１３】測距レーダ装置の車両への適用例を示す図で
ある。

【図１４】各種レーダ方式のうち一般的なＦＭ−ＣＷ方
式を用いた測距レーダ装置の従来構成例を示す図であ
る。

【図１５】ＦＭ−ＣＷ方式による相対的な距離および速
度の測定原理図である。

【図１６】各種レーダ方式のうち２周波ＣＷ方式を用い
た測距レーダ装置の従来構成例を示す図である。

【図１７】２周波ＣＷ方式による相対的な距離の測定原
理図である。

【符号の説明】

１，１ａ 送信器 ２，２ａ，２ｂ 受信器 ３ 周波数計測器 ４，４ａ 位相差計測器 ５ 絶対位相計測器 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ 詳細距離演算部 ７ 判定部 ８ 制動部 ９ 操舵部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 聡 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 寺田 直人 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5J070 AB17 AC02 AC06 AD02 AH22 AH23 AK22 BA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数変調をして生成した送信信号によ
   り電波を放射する送信手段と、前記電波の放射方向から
   の到来電波を受波して受信信号を得て、この受信信号と
   前記送信信号の一部とを混合して出力とする受信混合手
   段と、この受信混合手段の出力からビート信号の周波数
   を計測する周波数計測手段と、前記周波数変調の周波数
   変調幅の両端周波数にそれぞれ対応する両周波数のビー
   ト信号間の位相差を計測する位相差計測手段と、これら
   周波数計測手段および位相差計測手段により計測された
   周波数および位相差から、前記送信手段により放射され
   た電波を前記到来電波として反射させる物体との距離を
   求める距離演算手段とを備えることを特徴とする測距レ
   ーダ装置。
2. 【請求項２】 複数の周波数変調幅を持たせる周波数変
   調をして生成した送信信号により電波を放射する送信手
   段と、前記電波の放射方向からの到来電波を受波して受
   信信号を得て、この受信信号と前記送信信号の一部とを
   混合して出力とする受信混合手段と、この受信混合手段
   の出力から、前記複数の周波数変調幅のうち、一の周波
   数変調幅の両端周波数の信号にそれぞれ対応する両ビー
   ト信号の位相差と別の周波数変調幅の両端周波数の信号
   にそれぞれ対応する両ビート信号の位相差とを計測する
   位相差計測手段と、この位相差計測手段により計測され
   た両位相差から、前記送信手段により放射された電波を
   前記到来電波として反射させる物体との距離を求める距
   離演算手段とを備え、 前記複数の周波数変調幅のうち、一の周波数変調幅の両
   端周波数の差は、他の周波数変調幅の両端周波数の差に
   対して、前記受信混合手段の位相分解能の分割数倍以上
   に広く設定されていることを特徴とする測距レーダ装
   置。
3. 【請求項３】 前記距離演算手段により求められる距離
   の分解能が前記送信信号の周波数の波長以下となるよう
   に、前記送信信号の周波数変調幅、周波数差および前記
   受信混合手段の位相分解能の分割数が設定されており、
   前記距離演算手段は、前記ビート信号の絶対位相をさら
   に用いて前記距離を求めることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の測距レーダ装置。
4. 【請求項４】 前記受信混合手段は、前記送信信号の一
   部を、そのままの位相の第１信号と９０度位相をシフト
   した第２信号とに分け、前記第１信号と前記受信信号と
   を混合して第１ビート信号を得るとともに、前記第２信
   号と前記受信信号とを混合して第２ビート信号を得るこ
   とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の測距
   レーダ装置。
5. 【請求項５】 前記ビート信号をこの最高周波数の２倍
   以上の速度でサンプリングする手段を備えることを特徴
   とする請求項１から３のいずれかに記載の測距レーダ装
   置。
6. 【請求項６】 前記距離演算手段により求められた距離
   に応じて、前記物体と衝突しそうであるか否かの判定を
   行う判定手段を備え、この判定手段による前記物体と衝
   突しそうであるという判定結果は、車両の制動手段によ
   る衝突回避動作に利用されることを特徴とする請求項１
   から５のいずれかに記載の測距レーダ装置。
7. 【請求項７】 前記距離演算手段により求められた距離
   に応じて、前記物体と衝突しそうであるか否かの判定を
   行う判定手段を備え、この判定手段による前記物体と衝
   突しそうであるという判定結果は、車両の操舵手段によ
   る衝突回避動作に利用されることを特徴とする請求項１
   から５のいずれかに記載の測距レーダ装置。