JP2006267016A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より安価な装置コストで実現でき、時間的誤差を低減して正確なデジタルビームフォーミング処理を行い得るレーダ装置を提供する。
【解決手段】 送信波を送信する送信系Ｔｘと、送信波の反射波を受信する５個の受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５と、送信波の送信信号と受信波の受信信号とを混合処理した信号について、所定タイミングでサンプリングして所定期間そのサンプリングしたレベルに固定するサンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５と、該サンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５の出力を順次デジタル信号に変換する切り替え器１１０およびＡ／Ｄ変換器１１１と、サンプリングタイミングを決定し、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力に基づきデジタルビームフォーミング処理を行う信号処理装置１１２と、を備えて構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルビームフォーミングを用いてビーム毎の周波数分析結果を得て目標物体の検出等を行うレーダ装置に関する。

従来、車両前方に位置する物体との距離、方位、相対速度等を検出して、衝突防止や追従走行などを実現するための車載用のレーダ装置が知られている。この種のレーダ装置では、アンテナのビームによって検出範囲が決まることから、検出距離を低下させずに検出可能な角度範囲を拡げる場合や、決められた検出範囲内で目標物体の方位を特定できるようにする場合には、アンテナのビームをマルチビーム化する手法が有用である。

一方で、回路技術の進展により、高速なデジタル信号処理が可能となってきており、このマルチビーム化手法として、ビーム形成をデジタル信号処理によって実現するデジタルビームフォーミングが注目されている（例えば、特許文献１参照）。

従来のデジタルビームフォーミングを用いたレーダ装置（従来例１）の構成図を図３に示す。この従来例１のレーダ装置は、送信系ＴｘにＶＣＯ（電圧制御発振器）２０１、アンプ２０２および送信アンテナ２０３を備え、５個の受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５にそれぞれ受信アンテナ２０４−１〜２０４−５、ＲＦアンプ２０５−１〜２０５−５、ミキサ２０６−１〜２０６−５、ＢＢアンプ２０７−１〜２０７−５およびバンドパスフィルタ２０８−１〜２０８−５を備え、さらに、Ａ／Ｄ変換器２１１−１〜２１１−５および信号処理装置２１２を備えた構成である。

このような構成の従来例１に係るレーダ装置では、送信系Ｔｘにおいて送信アンテナ２０３を介してＶＣＯ２０１により変調した送信波を送信し、受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５では、アレーアンテナを構成する複数の受信アンテナ２０４−１〜２０４−５により送信した送信波の反射波を同時受信する。その受信信号に送信信号と同じ周波数を有するローカル信号（ＶＣＯ２０１出力）をそれぞれ混合することによりビート信号Ｂ１〜Ｂ５を生成し、このビート信号Ｂ１〜Ｂ５を同一タイミングでＡ／Ｄ変換器２１１−１〜２１１−５によってデジタル信号にＡ／Ｄ変換し、該デジタル信号を取り込んだ信号処理装置２１２が、各信号の振幅および位相情報によりデジタルビームフォーミング処理（各ビート信号Ｂ１〜Ｂ５に位相演算を含む重み付けをして加算する等のデジタル信号処理）を行うことによりビーム形成を行う。
特開平６−８８８６９号公報

しかしながら、上述した従来例１係るレーダ装置においては、アレーアンテナを構成する受信アンテナ（２０４−１〜２０４−５）の素子数と同数の高価なＡ／Ｄ変換器（２１１−１〜２１１−５）を必要とする構成であり、レーダ装置全体として大変高価になるという問題があった。

次に、上記従来例２に係る問題点に対応して、Ａ／Ｄ変換器の個数を１つにして装置コストの低減を図ったレーダ装置（従来例２）の構成図を図４に示す。この従来例２のレーダ装置は、送信系ＴｘにＶＣＯ３０１、アンプ３０２および送信アンテナ３０３を備え、５個の受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５にそれぞれ受信アンテナ３０４−１〜３０４−５、ＲＦアンプ３０５−１〜３０５−５、ミキサ３０６−１〜３０６−５、ＢＢアンプ３０７−１〜３０７−５およびバンドパスフィルタ３０８−１〜３０８−５を備え、さらに、切り替え器３１０、Ａ／Ｄ変換器３１１および信号処理装置３１２を備えた構成である。

つまり、Ａ／Ｄ変換器３１１の前段に切り替え器３１０を設けて、ビート信号Ｂ１〜Ｂ５を時分割にＡ／Ｄ変換器３１１によってデジタル信号にＡ／Ｄ変換し、該デジタル信号を取り込んだ信号処理装置３１２が、各信号の振幅および位相情報によりデジタルビームフォーミング処理を行うものである。しかしながら、従来例２に係るレーダ装置においては、複数の受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５により同一タイミングで受信した受信信号を処理することができない構成であるため、各受信信号（ビート信号Ｂ１〜Ｂ５）の振幅および位相情報に誤差を生じてしまうという問題があった。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、より安価な装置コストで実現できると共に、信号の振幅および位相情報に含まれる時間的誤差を低減して正確なデジタルビームフォーミング処理を行い得るレーダ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のレーダ装置は、送信波を送信する送信手段（例えば、実施例での送信系Ｔｘ）と、前記送信波の反射波を受信するＮ個（Ｎは２以上の正整数）の受信手段（例えば、実施例での受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５）と、前記送信波の送信信号と前記受信波の受信信号とを混合処理した信号を所定のタイミングでサンプリングして、所定期間そのサンプリングしたレベルに固定するＮ個のサンプルホールド手段（例えば、実施例でのサンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５）と、前記Ｎ個のサンプルホールド手段の出力を順次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段（例えば、実施例での切り替え器１１０およびＡ／Ｄ変換器１１１）と、前記Ｎ個のサンプルホールド手段におけるサンプリングタイミングを決定し、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づきデジタルビームフォーミング処理を行う信号処理手段（例えば、実施例での信号処理装置１１２）とを有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の本発明のレーダ装置は、送信波を送信して該送信波の反射波を受信するＮ個（Ｎは２以上の正整数）の送受信手段と、前記送信波の送信信号と前記受信波の受信信号とを混合処理した信号を所定のタイミングでサンプリングして、所定期間そのサンプリングしたレベルに固定するＮ個のサンプルホールド手段と、前記Ｎ個のサンプルホールド手段の出力を順次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ｎ個のサンプルホールド手段におけるサンプリングタイミングを決定し、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づきデジタルビームフォーミング処理を行う信号処理手段と、を有することを特徴とする。

以上の構成を備えた本発明のレーダ装置は、送信信号と受信信号を混合処理した信号を所定タイミングでサンプリングして該サンプリングレベルに固定した信号をＡ／Ｄ変換手段により順次デジタル信号に変換するので、受信手段または送受信手段アンテナの個数Ｎと同数の高価なＡ／Ｄ変換器を必要とすることなく、１個のＡ／Ｄ変換手段で構成でき、レーダ装置のコストを安価なものとすることができる。また、Ｎ個のサンプルホールド手段におけるサンプリングタイミングを調整することにより、信号処理手段は、ほぼ同一時刻の混合処理した信号に基づいてデジタルビームフォーミング処理を行うことができるので、信号の振幅および位相情報に含まれる時間的誤差を低減して正確な処理を行うことができる。

また、請求項３に記載の本発明のレーダ装置は、請求項１または請求項２に記載のレーダ装置において、前記Ｎ個のサンプルホールド手段は、同一タイミングでサンプリングすることを特徴とする。

以上の構成を備えた本発明のレーダ装置は、Ｎ個のサンプルホールド手段において同一タイミングでサンプリングを行うことにより、信号処理手段は、同一時刻の混合処理した信号に基づいてデジタルビームフォーミング処理を行うことができるので、信号の振幅および位相情報に時間的誤差が生じることなく正確な処理を行うことができる。

さらに、請求項４に記載の本発明のレーダ装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーダ装置において、前記送信手段または前記送受信手段の送信部は、所定周波数を持つ送信信号に基づいて前記送信波を送信し、前記受信手段または前記送受信手段の受信部は、前記反射波を受信してなる受信信号を前記送信信号と同じ周波数を持つローカル信号と混合することによりビート信号を得て、前記Ｎ個のサンプルホールド手段は、前記ビート信号について、所定タイミングでサンプリングして所定期間そのサンプリングしたレベルに固定することを特徴とする。

以上の構成を備えた本発明のレーダ装置は、送信信号と受信信号を混合処理したビート信号を所定タイミングでサンプリングして該サンプリングレベルに固定した信号をＡ／Ｄ変換手段により順次デジタル信号に変換するので、１個のＡ／Ｄ変換手段による構成でレーダ装置のコストを安価なものとすることができると共に、信号処理手段は、ほぼ同一時刻の混合処理したビート信号に基づいてデジタルビームフォーミング処理を行うことができるので、信号の振幅および位相情報に含まれる時間的誤差を低減して正確な処理を行うことができる。

本発明のレーダ装置によれば、送信波を送信する送信手段と、送信波の反射波を受信するＮ個の受信手段と、送信波の送信信号と受信波の受信信号とを混合処理した信号について、所定タイミングでサンプリングして所定期間そのサンプリングしたレベルに固定するＮ個のサンプルホールド手段と、Ｎ個のサンプルホールド手段の出力を順次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ｎ個のサンプルホールド手段におけるサンプリングタイミングを決定し、Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づきデジタルビームフォーミング処理を行う信号処理手段と、を備えた構成としたので、受信手段または送受信手段アンテナの個数Ｎと同数の高価なＡ／Ｄ変換器を必要とすることなく、１個のＡ／Ｄ変換手段で構成でき、レーダ装置のコストを安価なものとすることができる。

また、Ｎ個のサンプルホールド手段におけるサンプリングタイミングを調整することにより、信号処理手段は、ほぼ同一時刻の混合処理した信号に基づいてデジタルビームフォーミング処理を行うことができるので、信号の振幅および位相情報に含まれる時間的誤差を低減して正確な処理を行うことができる。

以下、本発明のレーダ装置の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係るレーダ装置の構成図である。図１において、本実施例のレーダ装置は、送信系ＴｘにＶＣＯ（電圧制御発振器）１０１、アンプ１０２および送信アンテナ１０３を備え、５個の受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５にそれぞれ受信アンテナ１０４−１〜１０４−５、ＲＦアンプ１０５−１〜１０５−５、ミキサ１０５−１〜１０６−５、ＢＢアンプ１０７−１〜１０７−５およびバンドパスフィルタ１０８−１〜１０８−５を備え、さらに、サンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５、切り替え器１１０、Ａ／Ｄ変換器１１１および信号処理装置１１２を備えて構成されている。

図２に、本実施例のレーダ装置における各種信号のタイミングチャートを示す。同図を参照しながら各構成要素の機能および作用について詳しく説明する。
まず、送信系Ｔｘにおいて、ＶＣＯ（電圧制御発振器）１０１は、例えば時間に対して周波数が直線的に漸増，漸減を繰り返すよう変調されたミリ波帯の高周波信号を生成して、送信信号と受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５へのローカル信号Ｌに電力分配して出力する。こうしてＶＣＯ１０１によって変調された送信信号がアンプ１０２によって増幅された後、送信アンテナ１０３を介して送信波が放射される。

次に、受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５においては、送信系Ｔｘより放射された送信波の反射波を、アレーアンテナを構成する複数の受信アンテナ１０４−１〜１０４−５によって同時受信する。受信信号はＲＦアンプ１０５−１〜１０５−５により増幅された後、ミキサ１０５−１〜１０６−５によってＶＣＯ１０１からの送信信号と同じ周波数を有するローカル信号とミキシングされ、ビート信号が得られる。

さらに、ビート信号は、ＢＢアンプ１０７−１〜１０７−５により所定レベルまで増幅され、バンドパスフィルタ１０８−１〜１０８−５によって所定周波数帯域にフィルタリングされて、ビート信号Ｂ１〜Ｂ５となる。

次に、サンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５では、信号処理装置１１２からのサンプルホールド信号ＳＨ１（図２（ａ）参照）に基づくタイミング制御により、ビート信号Ｂ１〜Ｂ５をサンプルホールドする。すなわち、サンプルホールド信号ＳＨ１がＨレベル（図２（ａ）中のＳ）にある期間にビート信号Ｂ１〜Ｂ５がサンプリングされ、該サンプリングタイミングのビート信号Ｂ１〜Ｂ５の信号レベルが、該Ｈレベルの直後にサンプルホールド信号ＳＨ１がＬレベル（図２（ａ）中のＨ）にある期間にわたって保持（ホールド）されることになる。図２（ｂ）〜（ｆ）に、ビート信号Ｂ１〜Ｂ５（図中の破線）とサンプルホールドされたビート信号ＢＨ１〜ＢＨ５（図中の実線）を示す。

次に、切り替え器１１０では、サンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５のホールド期間中に、信号処理装置１１２からの切り替え器選択信号ＳＥＬ１（図２（ｇ）参照）に従って、サンプルホールドされたビート信号ＢＨ１〜ＢＨ５を順次選択して出力する。そしてＡ／Ｄ変換器１１１において、信号処理装置１１２からのＡ／Ｄ変換クロックＡＤＣＬ１（図２（ｈ）参照）の立ち上がりタイミングで、選択されたビート信号ＢＨ１〜ＢＨ５が順次デジタル信号に変換される。

さらに、信号処理装置１１２では、デジタル信号に変換された各ビート信号の振幅および位相情報によりデジタルビームフォーミング処理（各ビート信号Ｂ１〜Ｂ５に位相演算を含む重み付けをして加算する等のデジタル信号処理）を行うことによりビーム形成を行う。

以上説明したように、本実施例のレーダ装置では、送信波を送信する送信系Ｔｘと、送信波の反射波を受信する５個の受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５と、送信波の送信信号と受信波の受信信号とを混合処理した信号について、所定タイミングでサンプリングして所定期間そのサンプリングしたレベルに固定するサンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５と、該サンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５の出力を順次デジタル信号に変換する切り替え器１１０およびＡ／Ｄ変換器１１１と、サンプリングタイミングを決定し、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力に基づきデジタルビームフォーミング処理を行う信号処理装置１１２と、を備えた構成としたので、受信系の個数と同数の高価なＡ／Ｄ変換器を必要とすることなく、１個のＡ／Ｄ変換器で構成でき、レーダ装置のコストを安価なものとすることができる。また、サンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５におけるサンプリングタイミングをサンプルホールド信号ＳＨ１により同一タイミングに調整することにより、信号処理装置１１２は、同一時刻の混合処理した信号に基づいてデジタルビームフォーミング処理を行うことができるので、信号の振幅および位相情報に含まれる時間的誤差を低減して正確な処理を行うことができる。

なお、以上説明した実施例では、１個の送信系Ｔｘと５個の受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５による構成を示したが、送信系Ｔｘを５個の受信系Ｒｘ１〜Ｒｘ５に融合させた５個の送受信系による構成としても同等の効果を奏することができる。当該レーダ装置の使用目的や適用する装置における配置等を勘案して何れかの構成が選択されることになる。

また、実施例の説明では、サンプルホールド回路１０９−１〜１０９−５におけるサンプリングタイミングを同一としたが、それぞれ独立にタイミング制御を行ってタイミング調整することも可能である。特に、Ｎ個の送受信系による構成とした場合には、ＶＣＯのローカル信号の位相ずれや該ローカル信号の分配による位相ずれなど、他の要因によって時間的誤差が発生する恐れもあるが、このサンプリングタイミングの調整によって補正することが可能である。

本発明の一実施例に係るレーダ装置の構成図である。 実施例のレーダ装置における各種信号のタイミングチャートである。 従来例１に係るレーダ装置の構成図である。 従来例２に係るレーダ装置の構成図である。

符号の説明

Ｔｘ 送信系（送信手段）
Ｒｘ１〜Ｒｘ５ 受信系（受信手段）
１０１ ＶＣＯ（電圧制御発振器）
１０２ アンプ
１０３ 送信アンテナ
１０４−１〜１０４−５ 受信アンテナ
１０５−１〜１０５−５ ＲＦアンプ
１０６−１〜１０６−５ ミキサ
１０７−１〜１０７−５ ＢＢアンプ
１０８−１〜１０８−５ バンドパスフィルタ
１０９−１〜１０９−５ サンプルホールド回路
１１０ 切り替え器（Ａ／Ｄ変換手段）
１１１ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）
１１２ 信号処理装置
Ｂ１〜Ｂ５ ビート信号
ＢＨ１〜ＢＨ５ サンプルホールドされたビート信号
ＳＨ１ サンプルホールド信号
ＡＤＣＬ１ Ａ／Ｄ変換クロック
ＳＥＬ１ 切り替え器選択信号

Claims (4)

1. 送信波を送信する送信手段と、
   前記送信波の反射波を受信するＮ個（Ｎは２以上の正整数）の受信手段と、
   前記送信波の送信信号と前記受信波の受信信号とを混合処理した信号を所定のタイミングでサンプリングして、所定期間そのサンプリングしたレベルに固定するＮ個のサンプルホールド手段と、
   前記Ｎ個のサンプルホールド手段の出力を順次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記Ｎ個のサンプルホールド手段におけるサンプリングタイミングを決定し、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づきデジタルビームフォーミング処理を行う信号処理手段と、
   を有することを特徴とするレーダ装置。
2. 送信波を送信して該送信波の反射波を受信するＮ個（Ｎは２以上の正整数）の送受信手段と、
   前記送信波の送信信号と前記受信波の受信信号とを混合処理した信号を所定のタイミングでサンプリングして、所定期間そのサンプリングしたレベルに固定するＮ個のサンプルホールド手段と、
   前記Ｎ個のサンプルホールド手段の出力を順次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記Ｎ個のサンプルホールド手段におけるサンプリングタイミングを決定し、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づきデジタルビームフォーミング処理を行う信号処理手段と、
   を有することを特徴とするレーダ装置。
3. 前記Ｎ個のサンプルホールド手段は、同一タイミングでサンプリングすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記送信手段または前記送受信手段の送信部は、所定周波数を持つ送信信号に基づいて前記送信波を送信し、前記受信手段または前記送受信手段の受信部は、前記反射波を受信してなる受信信号を前記送信信号と同じ周波数を持つローカル信号と混合することによりビート信号を得て、前記Ｎ個のサンプルホールド手段は、前記ビート信号を所定のタイミングでサンプリングして所定期間そのサンプリングしたレベルに固定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーダ装置。
   
   
   

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