JP3285872B2 - 自走車両の追跡のためのモノパルス方位レーダシステム - Google Patents

自走車両の追跡のためのモノパルス方位レーダシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の属する技術分野 本発明は車両用のレーダシステムに関し、より詳しく
云うと、狭く絞られたレーダのビーム幅内の標的を追跡
する車両の衝突防止レーダシステムに関する。
2.従来の技術の説明 世界の道路を走行する車両の交通量を増大させる必要
は相変わらずあり、そして同時に、高速道路の車輌と
（路側の障害物や他の車両のような）固定物または移動
している物体との衝突を防止することによって、高速道
路の車両の運転の安全性を改善することもやはり必要で
ある。こうした一見したところ矛盾している目標を達成
する１つの手段は、道路を共用している車両間の相対速
度と、走行の方向と、そして間隔を監視し、それからこ
のような情報を用いて車両の運転者に潜在的な危険性に
ついての直接的な指示を与えることである。このような
周囲の状況を監視する手段としてマイクロ波レーダシス
テムの使用を考慮することは、自走車両の技術者にとっ
て益々共通の課題になりつつある。
時間分割ベースに３つの異なる周波数で送受信する車
両搭載のレーダシステムであって、これの周波数のうち
の２つは距離を測定するために用いられ、そして第３の
周波数は接近速度と衝突の可能性とを測定するために最
初の２つの周波数のうちの１つと組み合わされるシステ
ムが、現在でも公知である。このようなシステムの１つ
は、アナログレーダシステム処理フロントエンドを提案
している、渡辺などに与えられた米国特許US−3,952,30
3号に開示されている。
自動車用のレーダシステムのもう一つの例は、本発明
の譲受人に譲渡された米国特許出願、通し番号第07/69
5,951号『多周波数の自動車用レーダシステム』に記載
されている。このシステムにおいては、発信された信号
と反射された受信信号は無線周波ミクサに連結される。
この無線周波ミクサからの関連する出力は、発信周波数
と受信周波数との差に等しい周波数を有する信号であ
る。反射された受信信号の周波数は、それが戻るときに
は「ドップラー」効果により発信信号の周波数から偏移
していることもある。発信された信号が、トランシーバ
に対して運動している標的から反射されるときはいつで
も、ドップラー効果が生じる。その結果の周波数の偏移
は「ドップラー偏移」と呼ばれる。
更に、自動車用のレーダシステムのもう一つの例は、
基本的にはデジタル方式を用いているが、本発明の譲受
人に譲渡された米国特許出願、通し番号第07/930,066号
『デジタル信号処理を用いる多周波数、多数標的の自動
車用レーダシステム』に記載されている。２チャンネル
の発信周波数を生成するための発信部を含むこのシステ
ムにおいては、アンテナが発信信号を発するとともに、
反射された受信信号も受ける。ダイオードミクサが、発
信周波数から受信周波数を差し引いた値に等しい周波数
を有する差信号を発生させる。フロントエンドのエレク
トロニクス区分時における信号スイッチが、チャンネル
１の信号とチャンネル２の信号を多重送信しそしてサン
プリングし、その後、サンプルは２チャンネルのアナロ
グ・デジタル変換器に連結される。デジタルエレクトロ
ニクス部はデジタル情報を受信し、そして位相を等しく
する２チャンネルの周波数と差に基づいて標的の相対速
度と距離を決定するために、デジタルデータの各チャン
ネルにおいて高速フーリエ変換を行う。デジタルエレク
トロニクス部はまた、車両の運転状況に関する情報を受
信し、かつ／または、確認された標的によって生じる危
険度を決定するために制御される。
車両の衝突防止レーダシステムにおいては、標的がボ
アサイト（すなわち基準方位）に対しオフボアサイト
（すなわち、照準軸から外れている）の角度にあるか否
かを何時でも知り、そしてもしそうならば、角誤差の方
向と量（基準方位からの角偏差）を知ることが頻繁に必
要にある。また、標的の間隔すなわち距離を知ること
も、望ましいかまたは必要である。連続的な追跡を行う
ために信号を発し、次に様々に受信された信号の多様な
複製を結合する。このようなシステムの例は、バグダッ
ディの米国特許US−4,060,809号、バグダッディの4,97
5,710号、バグダッディの5,084,709号、そしてバグダッ
ディの5,128,969号によって供されている。しかし、こ
のようなシステムには欠点があることが判明しており、
車両の衝突防止レーダシステムに利用するときに、これ
らを望ましくないものにしたり、実際的ではないものに
している。このようなシステムはしばしば、基準方位か
らの標的の偏移を決定する正確度を欠いており、そして
またレーダシステムを搭載している車両の側方に離れて
いる車両のような他の潜在的標的を除いて、限定された
角度範囲内の標的を追跡することができるように追跡ビ
ームを絞るのが困難であるか、または不可能であるとい
う欠点を持っている。
本発明は、基準方位に対して鋭角である標的と、基準
方位に対して鈍角である標的とを識別することによっ
て、レーダシステムのビーム幅を限るシステムを提供す
るものである。
本発明の概要 本発明は、ボアサイト（すなわち基準方位）からの標
的の偏移を連続的に決定することによって、オフボアサ
イト角内にある標的を追跡することができる車両の衝突
防止レーダシステムを提供する。これを達成するため
に、前方のある範囲にある標的の距離と、相対運動と、
そして基準方位からの偏移とをともに決定する、モノパ
ルスレーダシステムを含む、レーダシステムが提供され
る。
このシステムは、制限されかつ制御可能な寸法の追跡
ビーム幅を提供するために設計されているモノパルスア
ンテナを用いる。このようにして、基準方位から測定さ
れた特定の角偏移よりも大きい角偏移を有する車両のよ
うな他の潜在的標的を除いて、本システムを装備してい
る車両と同じ車線にある車両、あるいは隣接する車線に
ある車両でも、高速道路の真っ直ぐな延長線上において
もカーブの曲線上においてもこれを確認し、識別し、そ
して追跡することができる。
本発明による車両のレーダシステムでは、発信信号が
このシステムによって発せられる。この発信信号は標的
から反射され、そして２つの異なる位置で受信される。
２つの位置で受信された信号は結合されて和信号と差信
号とを生成させられる。次に、この和信号と差信号の比
が、基準方位からの標的の偏移を決定するために用いら
れる。
２つの異なるチャンネルに和ドップラー周波数信号と
差ドップラー周波数信号を供給するために、ミクサが和
信号と差信号とを源周波数にホモダイン結合させる。和
と差の両周波数信号はそれぞれ、標的の偏差を決定する
ために分析される前に、増幅される。２つのチャンネル
内で接続されているスイッチは源信号の２つの周波数の
いずれか１つを選んで切り換えて、この信号をデマルチ
プレックスさせるために用いられる。この２つの周波数
は標的への距離を決定する。
本発明によれば、二又ローブモノパルスアンテナのよ
うな多重ローブモノパルスアンテナは、発信信号を送る
ためにも、また標的によって反射されたこの発信信号を
このアンテナの異なる幾つかのローブに受信するために
も、用いることができる。ガンダイオードのような信号
の発信源は、４ポートまたは４アームの連結によりアン
テナに結合される。周波数はアンテナにより異なる２つ
の位相で発信され、複数の信号は、あたかも１つの信号
が発信されているように合算される。発生源は、標的の
距離が公知の方法で決定できるように、異なる２つの周
波数のうちのいずれか１つに周期的に切り換えられる。
本発明においては、基準方位からの標的の偏差は、差信
号を和信号で除した商により決定される。デジタル方式
では、和および差のドップラー周波数信号は濾過され、
そして次にデジタルの等価値に変換される。次いで、偏
差すなわち標的がオフボアサイトしている量を表す差／
和の比を計算するために、デジタル信号処理器が用いら
れる。本発明によるアナログ方式は、和と差の周波数信
号を増幅する。次に、これらの信号は、和周波数信号を
２乗し、そして和と差の周波数信号を乗算する回路に向
けられる。この積算と乗算の回路の出力は、標的の偏差
を表す信号を提供するために増幅器に連結されている除
算回路に向けられる前に濾過される。
アナログ方式では、標的の偏差は和と差の信号の比に
等しい方位電圧によって表される。アンテナの有効指向
性またはビーム幅は、方位電圧が頂点に達する点と方向
を変える点との間の角範囲により決定される。二又ロー
ブモノパルスアンテナは所望のビーム幅を有するシステ
ムを提供するために設計されており、そのビーム幅の範
囲内で基準方位からの標的の偏差を高い正確度で決定す
ることができる。このビーム幅の側方にある、したがっ
てビーム幅の外側にある車両およびその他の標的を除い
て、このビームは同時に、同じ車線にある車両、または
隣接する車線にある標的を包むように選択される。ビー
ム幅は、基準方位に対する特定の角偏移内にあるこうし
た標的のみを選択することによって決定されるので、動
的に決定される（すなわち、道路のカーブや所望の変更
のような、条件の変化による要求に応じて時々刻々と変
更することができる）。
本発明の１実施例では、和と差のドップラー周波数信
号は対応する前置増幅器により対応する数対のスイッチ
に送ることができる。このスイッチの時限はデジタル方
式の時限信号発生器により与えられる。対のデータスイ
ッチの各出力は分離されて、２つのアナログ・デジタル
変換器のそれぞれの対の出力にフィルタを介して連結さ
れている異なる２つの発信周波数に対応するチャンネル
に向けられ、このアナログ・デジタル変換器の時限は時
限信号発生器によって与えられる。アナログ・デジタル
変換器の出力は、所望の出力信号を供給するためにライ
ンドライバに連結されている直列のデータ同期装置に向
けられる。ラインレシーバは、時限信号発生器にコマン
ドデータを供給するために、用いることができる。
図面の簡単な説明 図１は、車両に搭載されているモノパルスレーダシス
テムが標的の車両を他の車両を除いて追跡するために所
望のビーム幅を備えている様子を示す道路の一部の平面
図である。
図２は、図１の平面図と同様な平面図であり、そして
本レーダシステムが標的の距離と、当該のビーム幅内の
オフボアサイトの偏差とを決定する様子を図示してい
る。
図３は、図１と図２の平面図と多少類似している平面
図であり、そして本レーダシステムの二又ローブモノパ
ルスアンテナが信号を発し、それから標的の車両からの
その反射を異なる２つの位置で検出している様子を図示
している。
図４は、和と差の信号を比較することによって生成さ
れる方位電圧とともに、角度による標的の偏差の関数と
して表されている本発明によるモノパルスレーダシステ
ムにおける和と差の信号のグラフを図示している。
図５は、デジタル処理を用いて標的の偏差を決定する
本発明によるモノパルスレーダシステムのブロックダイ
ヤグラムである。
図６は、図５に示されているものと同様なモノパルス
レーダシステムのブロックダイヤグラムであるが、ミク
サが拡大されて示されておりそして標的の偏差を決定す
るためにアナログ方式が用いられている。
図７は、本発明にしたがって実際に製造されかつ成功
裏に試験された二又ローブモノパルスアンテナにより生
成された和と差の信号のグラフである。
図８は、図６のものと多少類似しているモノパルスレ
ーダシステムのブロックダイヤグラムであるが、これは
ミクサにより生成される和と差のドップラー周波数信号
を処理するためにまた別の配置を用いている。
本発明の詳細な説明 図１は、本発明によるモノパルスレーダシステム12を
搭載している車両11が走行している道路10の一部を示し
ている。この車両11は道路10の車線16内を矢印14で示さ
れている方向に走っている。車両11のモノパルスレーダ
システム12は、このモノパルスレーダシステム12を取り
付けている車両11のフロントエンドから延びているレー
ダビーム18を発している。レーダビーム18は追跡される
車両20を包むように示されている。この追跡される車両
20は、矢印22によって示されているように、車線16内を
車両11と同じ方向に移動している。第３の車両24は道路
10の第２の車線26内に示されており、そして矢印28によ
り示されているように、車両11と20とは反対の方向に走
行している。
本発明の好ましい実施例によるモノパルスレーダシス
テムは、本システムを搭載している車両と同じ車線にあ
る標的を追跡するために選択された調整可能なレーダビ
ーム18を発する。例えば、車両11のモノパルスレーダシ
ステム12によって、当該の車両11が走行している車線16
を走査できることは、普通では望ましいことである。同
時に、レーダビーム18は道路10のカーブにそって車線16
を走査することができるほど充分な幅を有していなけれ
ばならない。しかしながらレーダビーム18は、車両11の
側面に位置する車両24かまたは隣接する走行車線にある
車両のような潜在的な標的を含むほどの広い幅を有して
いないことが、望ましいことであろう。車両24は車両11
により安全に追い越される位置にあるので、車両11が図
１に示されている位置にあるときには、車両24を追跡し
ない。
車両11のモノパルスレーダシステム12が目標を追跡す
るためにレーダビーム18を用いる方法は、図２に示され
ている。レーダビーム18は、その中心を通って延びてい
る０゜の基準方位32を含む。車両11のモノパルスレーダ
システム12は、車両11内のモノパルスレーダシステム12
からの標的の距離と相対運動とともに、基準方位32から
の標的の偏差を連続的に指示することによって、レーダ
ビーム18内の追跡される車両20のような標的を追跡する
ことができなければならない。下記のように、追跡され
る車両20により反射されモノパルスレーダシステム12に
よって受信される発信信号の反射に基づき、モノパルス
レーダシステム12は追跡される車両20の偏差角34すなわ
ちオフボアサイト状況を決定する。モノパルスレーダシ
ステム12は、０゜の基準方位32からの偏差角34の値と、
方位36の符号すなわち方向に関する追跡される車両20の
実際の方位とを表す信号を計算する。更に、このモノパ
ルスレーダシステム12は、両周波数の発信と受信を用い
る従来の方法で、追跡される車両20のモノパルスレーダ
システム12からの距離を決定する。
本発明によると、車両11のモノパルスレーダシステム
12は発信信号を発し、そして次に、物理的に分離された
異なる２つの位置において、追跡される車両20により送
り返された発信信号を検知する。この発信信号は、モノ
パルスレーダシステム12内の単一の点から信号が発せら
れたように見える方法で、モノパルスアンテナの各ロー
ブによって位相を異にして送られる源周波数信号を含
む。次に、発信信号は追跡される車両20によって反射さ
れ、そして物理的に分離された異なる２つの位置で異な
る２つの受信信号として検知される。この受信信号は、
和と差の信号を生成するために、加算されかつ減算され
る。その結果の和と差の信号の比は、偏差角34を決定す
る。
図３に示されているように、発信信号を送り、そして
追跡される車両20から送り返された受信信号を受けるた
めに、モノパルスレーダシステム12は二又ローブモノパ
ルスアンテナ40を使用する。モノパルスアンテナの２つ
のローブから発信された信号の位相のために、図３の破
線46によって示されているように、発信信号はアンテナ
40の一つの位置から発生しているように見える。破線46
により示されているように、発信信号は、追跡される車
両20に向かってアンテナ40から発せられ、そこで反射さ
れる。追跡される車両20は、破線48と50に沿ってこの発
信信号を、それぞれアンテナのローブ42と44に送り返
す。以下に詳細に説明されるように、信号の和と各信号
間の差を決定し次に和と差の信号の比を計算することに
よって、モノパルスレーダシステム12は、アンテナのロ
ーブ42と44により検知された受信信号間の振幅の差を決
定する。
オフボアサイト角にあって追跡される車両20のような
標的を追跡するために、角誤差（すねわち、照準方位か
らの角偏差）が存在するか否かを実質的には何時でも知
ることと、そしてこの誤差の向きすなわち方向（符号）
を知ることとは、必要なことである。これは、標的から
受信した信号を１対のチャンネルに、つまり受信した信
号の和を含む上記の対の一方のチャンネルとそして受信
した信号の差を含む他方のチャンネルとに分割すること
によって達成される。次に、和と差の信号の比が計算さ
れる。差信号がゼロのときに和信号が存在することは、
追跡される車両20の方位36が０゜の方位32と一致するこ
とを示している。異なる２つのチャンネル内の和と差の
信号の増幅は、比の値を維持するように、本質的に同等
でなければならない。増幅されるとすぐに、和と差の信
号はオフボアサイトすなわち偏差角34を計算するため
に、比較される。
本発明によるモノパルスレーダシステムは、オフボア
サイト角の決定のために振幅比較モノパルス技術を用い
る。以下により詳細に述べるように、オフセットアンテ
ナビームから受信される無線周波数信号は同時に得られ
る。受信された信号の和と差は、和と差の信号の大きさ
と位相の双方を得るために処理される。この振幅比較モ
ノパルスは、レーダビーム18の平面に対する方位36の角
偏差を得るために重複している２つのアンテナ指向性を
採用している。重複している２つのアンテナビームは、
二又ローブモノパルスアンテナ40の形態をなしている単
一の平面アンテナを用いて発生させられる。下記に述べ
るような方法で各ローブで受信した信号の和と差を比較
することによって、和信号は標的の間隔すなわち距離38
を決定するために用いられる。和と差の双方の信号は、
角偏差の大きさと符号とを決定するために用いられる。
本発明を考察するもう一つの方法は、アンテナのロー
ブ42、44によって受信される反射信号の周波数は基本的
に等しいという事実に留意することである。したがっ
て、180゜位相を異にするときの信号の和はゼロであ
る。完全に位相が一致しているときの信号の和は各信号
の大きさの２倍である。同様にして、180゜位相を異に
するときの信号の差は各信号の大きさの２倍であり、そ
して２つの信号が完全に位相を一致させているときの信
号の差はゼロである。
方位角がゼロまたはオンボアサイトからオフボアサイ
トに変わると、和と差の信号の大きさはこれに比例して
ゼロから各信号の大きさの２倍までの範囲内で変動す
る。和と差の信号の大きさの比の符号（すなわち、正ま
たは負の出力）は、もし和信号が差信号と位相が等しけ
れば正であり、もし和信号が差信号と180゜位相を異に
していれば負である、と云うことができる。
したがって、和と差の信号の大きさと位相を決定しそ
してこの２つの信号の比をとることによって、差信号を
和信号で除した大きさの比に比例する方位電圧が生成さ
れる。しかし、デジタル信号処理器が受信された複数の
信号の関係を定める本発明の１実施例においては、方位
電圧は生成されない。むしろ方位角がデジタルで表され
る。
標的の方位36すなわちオフボアサイト状況を決定する
ために、和と差の信号がモノパルスレーダシステムによ
って用いられている様子が、図４のグラフに示されてい
る。図４には、標的の方位36の角度の関数として作図さ
れている和信号の大きさ54と差信号の大きさ56と58が示
されている。基準方位32を表す０゜の角度は図４におい
ては破線60で示されている。
図４に示されているように、差信号56は０゜よりもほ
んの僅か大きい角度における−30.00dBの相対利得か
ら、約＋4.00゜の角度におけるほぼ0.00dBの相対利得ま
で増大している。負の値の角度では、差信号58は０゜よ
りも僅か小さい角度における−30.00dBの相対利得から
約−4.00゜の角度におけるほぼ0.00dBの相対利得まで増
大している。和信号54は、＋4.00゜の角度において0.00
dBよりも僅か小さい値まで減少する前に、−4.00゜にお
ける0.00dBよりも僅か小さい相対利得から０゜の基準方
位32における最大値5.00dBまで増大する。本発明によれ
ば、和信号54により示されているような和は、差信号56
と58によって示されているような差と比較される。より
特定的に云えば、和信号54に対する差信号56または58の
比は、図２に示されているような標的の方位を表す電圧
を生成する。図４はまた、和信号54と差信号56および58
との比の関数としての方位信号62のグラフも示してい
る。図４に示されているように、和信号54に対する差信
号56または58の比を決定することによって得られる方位
信号62は、角度−４゜においてちょうど0.80ボルトを越
える最大値を有し、０゜における0.00ボルトの値を経過
して＋4.00゜における−0.80ボルトよりも僅か大きい負
の値まで次第に減少していく。方位信号62は、＋4.00゜
よりも大きい角度において、また−4.00゜よりも少ない
角度において方向を変えるので、＋4.00゜から−4.00゜
までの範囲で、図２に示されているようなモノパルスレ
ーダシステムの有効なレーダビームを決定する。図４
は、本発明における約８゜の幅のある有効レーダビーム
を示すものである。
基準方位32に対する標的の角位置を決定するために方
位信号を用いて、このレーダシステムの有効ビーム幅
は、選択されたビーム幅の外にある標的を無視すること
によって、狭めることができる。ビーム幅は何時でも、
そして異なる距離に対しては異なるようにさえも設定す
ることができるので、この技術によってシステムの設計
者は有効なアンテナ指向性を決定することができる。こ
のようにして、関係のある標的のみが追跡される必要が
ある。更に、標的の運動を監視することによって、この
システムの処理器は、いつ道路がカーブするかを測定す
ることができる。例えば、このシステムの前方にある各
標的が、（特定の静止点に写像することができる）特定
の距離において曲がり始めるならば、このシステムはそ
のとき、道路がカーブしているか、または障害物が走行
車線にあるかもしれないことを警告される。前方の交通
を追跡することによって、人が前方の車両の尾燈から推
測して暗闇の中でも視覚的に道路を頭に描くのと全く同
じように、このシステムは前方の道路の現実の状態に関
する手掛かりを受け取る。
図５は、本発明によるモノパルスレーダシステム66の
ブロックダイヤグラムである。本発明のこの好ましい実
施例は、ローブ42、44を備えている二又ローブモノパル
スアンテナ40を含む図１と２における車両11のモノパル
スレーダシステム12を含む。ローブ42と44は、第３のア
ーム74と第４のアーム76を有する４アームのハイブリッ
ド結合器72の第１と第２のアームまたはポート68および
70に連結されている。周波数発生源84により生成された
源周波数は、方向性結合器85を介してハイブリッド結合
器の第３のアーム74に連結される。このようにして、源
信号はアンテナ40のローブ42および44によって発信され
る。標的から反射されて戻りそしてローブ42および44に
よって検知された受信信号は、ハイブリッド結合器72の
第１と第２のアーム68と70に向けられる。第３のアーム
74における出力は、ローブ42および44において受信され
る信号の和になる。第３のアーム74は和チャンネル78に
連結される。第４のアーム76の出力は、ローブ42におい
て受信された信号と、ローブ44において受信された信号
との差である。第４のアーム76は差チャンネル80に連結
される。和チャンネル78と差チャンネル80とはそれぞ
れ、ミクサ82と83に連結される。和ドップラー周波数信
号を前置増幅器86に供給するために、ミクサ82は和チャ
ンネル78内の和信号を源周波数にホモダイン結合させる
（すなわち、和信号と源信号の周波数の差に等しい周波
数を有する信号を含む出力を生成するために、和信号を
源信号と結合させる）。差ドップラー周波数信号を前置
増幅器88に供給するために、ミクサ83は、差チャンネル
80内の差信号を源周波数にホモダイン結合させる。
前置増幅器86と88は、F1/F2スイッチ90または91にこ
のような複数の信号を送る前に、和と差のドップラー周
波数信号を増幅する。本発明の１実施例では、増幅器86
または88のうちの少なくとも１つに連結されている可変
減衰器93のような利得調整手段が、和と差の信号に与え
られる利得を均等にすることによってこのシステムを較
正するために備えられている。本発明のこの好ましい実
施例では、公知の方法で距離を決定するように多重送信
された２つの周波数の信号を供給するために、源周波数
は交互に第１の周波数と第２の周波数に交替する。時限
信号発生器回路89は、周波数源84の周波数の時限を制御
し、そしてスイッチ90と91を周波数の変化に同期させ
る。このようにして、各スイッチの各出力はデマルチプ
レックスされた周波数である。異なる２つの周波数F1と
F2を使用することによって、和チャンネル78内の和信号
が、従来の２周波数方法で標的の間隔すなわち距離38を
決定するように処理されることが可能になる。和信号は
また、従来の方法で、受信アンテナに対する標的の相対
的運動を決定するためにも用いられる。同様に、本発明
のもう一つ別の実施例では、距離の正確度を改善するた
めに、差信号がデマルチプレックスされることがあり得
る。
図５のスイッチ90と91の出力はそれぞれ、第１の和信
号と、第２の和信号と、そして差信号とを供給するため
に、異なる３つのフィルタ92、94および96によって濾過
される。この３つの信号はアナログ・デジタル（A/D）
変換器98によって対応するデジタル信号に変換される。
この変換器98により供給されたデジタル化された信号
は、デジタル信号処理器100に向けられる。デジタル信
号処理器100は、差信号と和信号との振幅および相対的
位相の比を決定することによって、和チャンネル78と差
チャンネル80とにおける和信号と差信号とを比較する。
その結果は、図４の方位信号62に対応する信号のデジタ
ル表示であり、そして標的の偏差角34を示す。本発明の
この好ましい実施例では、同じデジタル信号処理器100
が、標的の距離と、相対運動と、そして相対的方位角を
計算するために用いられる。
図６は、本発明によるモノパルスレーダシステム104
の更にもう１つの実施例を示している。図６のモノパル
スレーダシステム104には、ローブ42および44を備えて
いるアンテナ40と、４アームのハイブリッド結合器72と
そしてミクサ82と83とが含まれている。源信号は、ガン
ダイオード110のような周波数発生源により生成され
る。「マジックＴ」112のような出力分割装置が、ガン
ダイオード110の出力を和チャンネル78と差チャンネル8
0とに分割する。和チャンネル78への経路をとる信号部
分は第１の方向性結合器109に入ることが好ましく、こ
の結合器は信号の一部をミクサ82に、そして一部を交差
案内結合器106に連結する。交差案内結合器106はガンダ
イオードからの源信号をハイブリッド結合器72の第３の
アーム74に連結する。次に、源信号はハイブリッド結合
器72によってアンテナ40の２つのローブ42および44に分
割される。図５のシステムの場合のように、アンテナ40
の各ローブ42および44から発信される複数の信号の位相
関係のために、発信される信号は単一の点から発信して
いるかのように見える。発信信号の反射は、アンテナ40
の各ローブ42および44により受信され、そしてハイブリ
ッド結合器72に向けられる。ハイブリッド結合器72は和
信号を和チャンネル78に、そして差信号を差チャンネル
80に供給する。
受信された和信号は和チャンネル78に向けられ、一方
受信された差信号は差チャンネル80に向けられる。和信
号はハイブリッド結合器72の第３のアーム74から交差案
内結合器106に向けられる。交差案内結合器106はこの信
号をミクサ82につなぎ、ミクサは受信信号を源信号にホ
モダイン結合する。源周波数は、マジックT112を介して
方向性結合器109に連結されているガン発振器110によ
り、ミクサ82に供給される。マジックT112からの他の出
力は移相器114を介してミクサ83に連結され、このミク
サは差信号をホモダイン結合する。
差信号はサーキュレータ108を介してミクサ83に向け
られる。サーキュレータ108は和チャンネル78と差チャ
ンネル80との遮断を行う。移相器114は和チャンネル78
と差チャンネル80の電気的な長さを均等にする（すなわ
ち、和信号経路の長さと差信号経路の長さが、関連する
特殊な周波数において、なんらかの波長整数とともに、
同一の波長小数部分であるようにする）。マジックT112
は、和と差のミクサ82と83に位相の等しい同じ出力周波
数を確保している間、和チャンネル78と差チャンネル80
とを隔離している。
ミクサ82と83の出力点において、チャンネル78と80内
の和と差のドップラー周波数信号は、１対の前置増幅器
116と118によって、次に１対の増幅器120と122によって
増幅される。前置増幅器116と118は40dBの利得の低雑音
前置増幅器から成り、そして増幅器120と122は40dBの増
幅器から成る。
図６のモノパルスレーダシステム104においては、図
５のモノパルスレーダシステム66とは異なり、和と差の
信号の比較はデジタル方式ではなくアナログ方式でなさ
れる。これを達成するために、モノパルスレーダシステ
ム104は位相／比検出器124を利用する。この検出器124
には、前置増幅器116と増幅器120により増幅された和の
ドップラー周波数信号を２乗するための積算回路126が
含まれている。和のドップラー周波数信号はまた、差チ
ャンネル80内の前置増幅器118と増幅器122とにより増幅
された差のドップラー周波数信号とともに、乗算回路に
向けられる。積算回路126の出力は、４極15Hzの低域フ
ィルタから成る、２重周波数区間を濾過して取り除くた
めのフィルタ130を通して送られる。フィルタ130により
濾過された積算回路126からの信号は、除算回路132に供
給される。同様に、乗算回路128の出力を除算回路132に
連結するフィルタ134は、２重周波数区間を濾過して取
り除く。除算回路132により供給される基本的に直流の
電圧は、図２に示されている偏差角34を表す出力端子13
8における信号を供給するために増幅器136によって増幅
される。
図７には、二又ローブモノパルスアンテナを制作しそ
して試験することによって、また本発明にしたがったモ
ノパルスレーダシステムにこれを使用することによって
得られた和と差の信号が示されている。図７に示されて
いるように、このアンテナは和信号142と差信号144およ
び146とを生成した。差信号144および146のピークはそ
れぞれ、約＋3.15゜と−3.15゜で生じ、6.3゜の有効ビ
ーム幅を提供している。
本発明による別の実施例モノパルスレーダシステム15
0が図８に示されている。モノパルスレーダシステム150
は、図６のモノパルスレーダシステム104と同様な方法
で和チャンネル78と差チャンネル80内に和と差のドップ
ラー周波数信号を発生させるためのハイブリッド結合器
72とミクサ82および83と、そしてアンテナ40とを使用し
ていることにおいて、図６のモノパルスレーダシステム
104と類似している。しかし、本発明の代替の１実施例
においては、ハイブリッド結合器72の出力は、和と差の
信号を生成せずに受信信号を出力する。このような実施
例では、デジタル信号処理器100がアンテナの各ローブ
で受信した信号の和と差を決定する。
図８のシステム150では、和のドップラー周波数信号
は前置増幅器152を介してデータスイッチ156に向けられ
る。同時に、差のドップラー周波数信号は前置増幅器15
4を介してデータスイッチ158に向けられる。本発明の１
実施例においては、前置増幅器152および154は、変調器
・BIT信号および時限信号発生器160内のBIT信号発生器
により生成された試験内蔵（BIT）信号を受信する。こ
の変調器・BIT信号および時限信号発生器160はまた、デ
ータスイッチ156および158を制御するためのスイッチ時
限信号も供給する。
データスイッチ156は、フィルタ166および168へ異な
る２つのチャンネルにサンプリングされた信号Ｓ−CH1
とＳ−CH2を生成する。アナログ値Ｓ−CH1とＳ−CH2か
ら成るフィルタ166および168の出力は、アナログ・デジ
タル（A/D）変換器170の異なる２つの入力に向けられ
る。Ｓ−CH1とＳ−CH2のデジタルデータから成るA/D変
換器170の出力は、変調器・BIT信号および時限信号発生
器160により供給される時限クロックの制御の下でアナ
ログ・デジタル（A/D）データ調節器172に供給される。
データスイッチ156の出力は、和チャンネルであるチ
ャンネル162と164からなる。同様に、データスイッチ15
8は、サンプリングされた信号Ｄ−CH1とＤ−CH2のため
に、差チャンネル174および176からなる１対の出力を有
する。アナログ・デジタル（A/D）変換器182の異なる２
つの入力にアナログ信号Ｄ−CH1とＤ−CH2を供給するた
めに、チャンネル174と176はフィルタ178おいび180を介
して連結される。Ｄ−CH1とＤ−CH2のデジタルデータか
ら成るA/D変換器182の出力は、変調器・BIT信号および
時限信号発生器160から、時限クロックの制御の下でA/D
データ調節器172に供給される。
A/Dデータ調節器172の信号出力は、ラインドライバ18
4を経由して１対のリード撚り線186に連結される。この
ようにして、４つのチャンネル162、164、174および176
からの和と差のデータは、単一対のリード撚線186で送
信されるために、フレームの同期化・逐次クロックによ
って結合される。第２の対のリード撚線187もまた、変
調器・BIT信号および時限信号発生器160にFEコマンドデ
ータを供給するために、ラインレシーバ188を経由して
連結される。
図８の実施例は、和と差のチャンネル双方から距離と
相対運動の情報とを計算することによって、システムの
正確度を検査するための手段を提供する。更に、差信号
は基準方位から離れている角度でより高い利得を有する
ので、距離と相対運動を決定するために和のチャンネル
と差のチャンネルの双方を使用することによって、より
大きい有効ビーム幅が提供される。
本発明の幾つかの実施例が上述された。しかしなが
ら、本発明の精神と範囲を逸脱せずに、様々な修正が可
能であることは理解されるであろう。例えば、本発明
は、標的の距離と相対運動を決定するために、よく知ら
れた方法を用いることもできる。和と差の信号の比を決
定するためには幾つかの方法が可能である。この比を決
定するために用いられる特殊な方法は、本発明には関係
ない。
したがって、本発明は特に図示された実施例によって
限定されず、添付の請求の範囲によってのみ限定され
る。
フロントページの続き (72)発明者 ウォル、ブライアン ディー. アメリカ合衆国 92677 カリフォルニ ア州 ラグナ ニゲル フラミンゴ コ ート ２ (72)発明者 ウォル、ジェリー ディー. アメリカ合衆国 92064 カリフォルニ ア州 ポーウェイ コルテ パウリナ 16571 (72)発明者 タブス、デュエイン、ジー. アメリカ合衆国 92041 カリフォルニ ア州 ラ メサ アルタ ミラ ドライ ヴ 4263 (72)発明者 デイヴィス、ジョン、ダブリュ. アメリカ合衆国 92024 カリフォルニ ア州 エンシニタス カーレ ナルシサ ス 1512 (56)参考文献 特開 昭58−204381（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−134028（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−348294（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−57873（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−11878（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−16630（ＪＰ，Ｂ２) Ｍｅｒｒｉｌｌ Ｉ．Ｓｋｏｌｎｉ ｋ，”ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ＴＯ ＲＡＤＡＲ ＳＹＳＴＥＭＳ”，第二 版，米国，Ｍ，米国，160−168 Ｄａｌｅ Ｍ．Ｇｒｉｍｅｓ，Ｃｒａ ｉｇ Ａ．Ｇｒｉｍｅｓ，Ｃｒａｄａｒ −Ａｎ Ｏｐｅｎ−Ｌｏｏｐ Ｅｘｔｅ ｎｄｅｄ−Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ Ａｕｔ ｏｍｏｔｉｖｅ Ｒａｄａｒ，ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ Ｖ ＥＨＩＣＵＬＡＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧ Ｙ，米国，ＶＯＬ．38，ＮＯ．３，Ａｕ ｇｕｓｔ 1989，123−131 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】自走車両に関して基準方位に対する少なく
    とも１つの標的の偏差を決定するための車両のレーダシ
    ステムにおいて、 （ａ）発信信号を発信するための発信手段と、 （ｂ）少なくとも１つの標的から反射されかつ異なる２
    つの信号として異なる２つの位置に受信された前記発信
    信号を検知するための検知手段と、 （ｃ）受信された各信号を発信周波数とホモダイン結合
    することによって、異なる２つの各信号を２つの異なる
    ドップラー信号に変換する変換手段と、 （ｄ）異なる２つのドップラー信号の和と差を決定する
    ために前記異なる２つのドップラー信号に応答する応答
    手段と、そして （ｅ）前記基準方位からの前記標的の前記偏差を決定す
    るために前記和と前記差とを比較するための比較手段
    と、 の組合せを、含む車両のレーダシステム。
  2. 【請求項２】前記異なる２つのドップラー信号の前記和
    と前記差とを決定するために前記異なる２つのドップラ
    ー信号に応答する前記応答手段は、デジタル信号処理器
    である、請求の範囲第１項記載の車両のレーダシステ
    ム。
  3. 【請求項３】発信信号を発信するための前記発信手段
    は、前記発信信号を発信するための少なくとも１対のロ
    ーブであってその間に位相差のあるローブを有するアン
    テナを含み、そして前記検知手段は、前記アンテナを含
    みかつ異なる２つの位置で前記反射された発信信号を検
    知するために前記２つのローブを用いる、請求の範囲第
    １項記載の車両のレーダシステム。
  4. 【請求項４】前記異なる２つの受信信号の前記和と前記
    差とを決定するために前記異なる２つの受信信号に応答
    する応答手段は、前記アンテナの前記１対のローブに連
    結されている第１と第２のアームと、前記和と前記差を
    供給するための第３と第４のアームとを備えている４ア
    ーム結合器を含む、請求の範囲第３項記載の車両のレー
    ダシステム。
  5. 【請求項５】前記変換手段は、和と差のドップラー信号
    を供給するために前記４アーム結合器の前記第３と第４
    のアームにおいて前記和と前記差を源周波数に混合する
    ミクサである、請求の範囲第４項記載の車両のレーダシ
    ステム。
  6. 【請求項６】前記和と前記差とを比較するための前記比
    較手段は、前記差周波数信号を前記和周波数信号によっ
    て除するための除算手段を含む、請求の範囲第５項記載
    の車両のレーダシステム。
  7. 【請求項７】前記異なる２つのドップラー信号の前記和
    と前記差を決定するために前記異なる２つの受信信号に
    応答する前記応答手段は、デジタル信号処理器である、
    請求の範囲第１項記載の車両のレーダシステム。
  8. 【請求項８】自走車両に関して基準方位に対する標的の
    偏差を決定するための車両のレーダシステムにおいて、 （ａ）該ミクサに供給される源周波数を有する少なくと
    も１つのミクサと、 （ｂ）信号を発信しかつ受信するためのアンテナ手段
    と、 （ｃ）発信信号としてそこから発信するための前記アン
    テナ手段に前記源周波数を供給するために前記ミクサを
    前記アンテナ手段に連結するための結合手段と、 （ｄ）２つの異なる位置において検出するための検出手
    段によって検出された発信信号の和と差を供給するため
    に、前記標的から反射されかつ前記異なる２つの位置に
    おいて受信されそして結合器に連結される前記発信信号
    を検出するための検出手段を含む前記アンテナ手段と、
    そして （ｅ）前記基準方位からの前記標的の前記偏差を決定す
    るために前記和と前記差とを比較するための比較手段
    と、 の組合せを含み、 前記ミクサは、和と差のドップラー信号を生成するため
    に前記和と差をホモダイン結合して前記源周波数に一致
    させるように、前記結合手段に応答する、車両のレーダ
    システム。
  9. 【請求項９】前記和と差の周波数信号を増幅するための
    増幅手段を更に含む、請求の範囲第８項記載の車両のレ
    ーダシステム。
  10. 【請求項１０】少なくとも１つの前記和と差の周波数信
    号の利得を調整するための利得調整手段であって、前記
    増幅手段に連結されている利得調整手段を更に含む、請
    求の範囲第９項記載の車両のレーダシステム。
  11. 【請求項１１】前記ミクサに供給された前記源周波数は
    第１と第２の周波数のいずれに交互に繰り返して交替さ
    れ、そして該レーダシステムは更に、前記和周波数信号
    に応答しかつ前記標的の前記距離を決定するための前記
    第１と第２の周波数のいずれかへの前記繰返しの交替に
    応答する応答手段をも更に含む、請求の範囲第９項記載
    の車両のレーダシステム。
  12. 【請求項１２】濾過された信号を供給するために前記増
    幅された和と差の周波数信号を濾過するための濾過手段
    と、そして前記濾過された信号をデジタル信号に変換す
    るためのアナログ・デジタル変換器手段と、を更に含
    み、そのうえ前記和と前記差を比較するための前記比較
    手段は、前記デジタル信号を受信するために連結されて
    いるデジタル信号処理器を含む、請求の範囲第９項記載
    の車両のレーダシステム。
  13. 【請求項１３】前記和と前記差とを比較する前記比較手
    段は、前記増幅された和周波数信号を受信するために連
    結された積算回路と、前記増幅された和と差の周波数信
    号を受信するために連結された乗算回路と、第１と第２
    のフイルタと、そして前記第１のフイルタを介して前記
    積算回路にまた前記第２のフイルタを介して前記乗算回
    路に連結された除算回路と、を含む位相／比検出器を含
    んでおり、前記除算回路は、基準方位から見た標的の方
    向を表す信号を供給する、請求の範囲第９項記載の車両
    のレーダシステム。
  14. 【請求項１４】前記アンテナ手段は、前記結合手段の第
    １と第２のアームに連結された１対のローブを有する二
    又ローブモノパルスアンテナを含む、請求の範囲第８項
    記載の車両のレーダシステム。
  15. 【請求項１５】前記結合手段は、前記ミクサに連結され
    ている第３のアームと、サーキュレータを介して前記ミ
    クサに連結されている第４のアームと、を有する、請求
    の範囲第14項記載の車両のレーダシステム。
  16. 【請求項１６】前記ミクサは、前記結合手段の前記第３
    のアームに連結されている第１の交差案内結合器と、前
    記結合手段の前記第４のアームに連結されているサーキ
    ュレータと、前記サーキュレータに連結されている移相
    器と、前記源周波数を供給するための位相器とに前記発
    振器を連結する絶縁Ｔ継手と、を含む、請求の範囲第15
    項記載の車両のレーダシステム。
  17. 【請求項１７】自走車両に関する標的を追跡するための
    車両のレーダシステムにおいて、 （ａ）多重ローブのモノパルスアンテナと、 （ｂ）前記アンテナに連結されかつ少なくとも１つずつ
    の和ポートと差ポートを有する結合器と、 （ｃ）前記結合器の前記和ポートを介して前記アンテナ
    に発信信号を供給するためのミクサ手段であって、前記
    結合器の前記和と差のポートに連結されかつ源周波数発
    生器を含むミクサ手段において、和周波数信号と差周波
    数信号とを生成するために前記結合器の前記和と差のポ
    ートにおいて和と差の信号を前記源周波数に混合させる
    ために作用するミクサ手段と、 （ｄ）前記和周波数信号と前記差周波数信号を受信する
    ために連結されている第１と第２のデータスイッチと、 （ｅ）第１と、第２と、第３とそして第４のフイルタ
    と、 （ｆ）前記第１と第２のフイルタを介して前記第１のデ
    ータスイッチに連結されかつ前記第３と第４のフイルタ
    を介して前記第２のデータスイッチに連結されているア
    ナログ・デジタル変換器と、 （ｇ）前記第１と前記第２のデータスイッチにスイッチ
    時限信号を供給し、かつ前記アナログ・デジタル変換器
    に時限クロツク信号を供給するための時限信号発生器
    と、 （ｈ）前記アナログ・デジタル変換器に連結されている
    アナログ・デジタルデータ調節器と、そして （ｉ）前記アナログ・デジタルデータ調節器に連結され
    ているラインドライバと、 の組合せを含む車両のレーダシステム。
  18. 【請求項１８】自走車両に関する標的を追跡するための
    車両のレーダシステムにおいて、 （ａ）二又ローブモノパルスアンテナと、 （ｂ）前記アンテナに連結されかつ和ポートと差ポート
    を有する結合器と、 （ｃ）前記結合器の前記和ポートを介して前記アンテナ
    に発信信号を供給するため、前記結合器の前記和と差の
    ポートに連結されかつ源周波数発生器を含むミクサ手段
    であって、和周波数信号と差周波数信号とを生成するた
    めに、前記結合器の前記和と差のポートにおいて和と差
    の信号を前記源周波数に混合させるために作用するミク
    サ手段と、 （ｄ）前記和周波数信号と前記差周波数信号を受信する
    ために連結されている第１と第２のデータスイッチと、 （ｅ）第１と、第２と、第３そして第４のフイルタと、 （ｆ）第１と第２のアナログ・デジタル変換器であっ
    て、前記第１のアナログ・デジタル変換器は、前記第１
    と第２のフイルタを介して前記第１のデータスイッチに
    連結され、そして前記第２のアナログ・デジタル変換器
    は、前記第３と第４のフイルタを介して前記第２のデー
    タスイッチに連結されている、第１と第２のアナログ・
    デジタル変換器と、 （ｇ）前記第１と第２のデータスイッチにスイッチ時限
    信号を供給し、かつ前記第１と第２のアナログ・デジタ
    ル変換器に時限クロツク信号を供給するための時限信号
    発生器と、 （ｈ）前記第１と第２のアナログ・デジタル変換器に連
    結されているアナログ・デジタルデータ調節器と、そし
    て （ｉ）前記データ調節器に連結されているラインドライ
    バと、 の組合せを含む車両のレーダシステム。
  19. 【請求項１９】前記時限信号発生器にコマンドデータを
    供給するために連結されているラインレシーバを更に含
    む、請求の範囲第18項記載の車両のレーダシステム。
  20. 【請求項２０】前記ミクサと前記第１と第２のデータス
    イッチとの間に連結されている第１と第２の前置増幅器
    を更に含み、そして前記時限信号発生器は、前記第１と
    第２の前置増幅器にBIT信号を供給するように作用して
    いる請求の範囲第18項記載の車両のレーダシステム。
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