JP3619811B2 - パルスレーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電波を送信し、その送信した電波がターゲットで反射した反射波を受信することによってターゲットの有無を検出し、検出したターゲットまでの距離及び相対速度を計測するパルスレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパルスレーダ装置としては、特開平７−７２２３７号公報にて提案されているものがある。この装置は、図１７に示すように、パルス信号送出手段１０１によってパルス状の信号を周期的に出力する。そして、ターゲットからの反射パルスを反射パルス信号受信手段１０３によって連続的に受信し、２値化手段によって２値化する。そしてサンプリング手段１０４が、送出手段１０１の送出タイミング後、一定の一つまたは複数のサンプリング点毎に２値化信号をサンプリングして０または１のサンプリング値を得て、これをサンプリング点それぞれの点に対応する加算・記憶手段１０５に与える。そこで、加算・記憶手段１０５は送出手段１０１によるパルス信号の所定の送出回数分ずつ０または１のサンプリング値を加算する。所定回数分の加算処理が終了すると、判定手段１０６が加算・記憶手段１０５毎の加算値を加算回数で除算して得られる正規化加算値を所定の閾値と比較し、その大小に基づいて外部のターゲットからの反射信号が存在するか否かを判定し、これに基づいて外部のターゲットの有無を判定する。１０２はパルス信号送出手段１０１、サンプリング手段１０４、加算・記憶手段１０５、及び判定手段１０６を制御する制御手段である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、送信と受信のアイソレーションが悪く、いわゆる漏れ波形が存在する場合、あるいはレドームがある場合、次のような理由により、上記の装置を用いて１０ｍ未満の距離に存在するターゲットの検出、及びそのターゲットまでの距離の測定を行うことは困難である。すなわち、提案されている装置では、その送信パルス幅が距離にして１０ｍに相当する６６．７ｎｓであるので、図１８に示すように、１０ｍよりも近い距離にターゲットが存在する場合、漏れ波形あるいは２次レドームによる反射波とターゲットによる反射波の波形が重なり合った波形が検出される。そのため、非送信中の受信レベル、いわゆるノイズレベルをもとに閾値を設定したのでは、漏れ波形の立ち上がりしか検出できず、本当に検出したい反射波の立ち上がりを検出することができない。
【０００４】
こういった課題への対策として、Ｗ．Ｗｅｉｄｍａｎｎ ａｎｄ Ｄ．Ｓｔｅｉｎｂｕｃｈ，“Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｒａｄａｒ ｆｏｒ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，２８ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，１９９８に記載のように、パルス幅を３５０ｐｓといった非常に短いものにする方法や、特開平１０−６２５１８号公報に記載のように、送信波形を利用して漏れ波形を打ち消してしまう方法が提案されている。前者の文献に記載されているように送信パルス幅を３５０ｐｓまで短くすると、ターゲットまでの距離が約５ｃｍ以下の場合しか漏れ波形と反射波の波形が重ならないので、上述の課題は解決されるものの、その占有帯域幅が非常に広くなるので、現行の電波法の範囲では使用できないという問題点がある。また、特開平１０−６２５１８号公報のように送信波形を利用して漏れ波形を打ち消す方法の場合、個体差あるいは使用条件の違いによる送信と漏れ波形の受信までの時間間隔の違い、漏れ波形の大きさの違いなどに対応することが難しく、状況に合わせて調整しなければならないという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記のような問題点を解消するために発明されたものであり、図２に示すように、送受信間の漏れ信号、あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号と、移動しているターゲットからの反射信号との位相差が変化すると受信信号が変化することを利用して、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号が存在しても、現行の電波法の範囲内で正しくターゲットを検出できるパルスレーダ装置を実現するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、 ビート信号を出力する受信手段と、送信からの所定の時間間隔でビート信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングタイミング毎にサンプリング手段の時系列出力をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとにターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明の請求項２に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、送信からの所定の時間間隔でビート信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングタイミング毎にサンプリング手段の時系列出力をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとにターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、 ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明の請求項３に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、 ビート信号を出力する受信手段と、送信からの所定の時間間隔でビート信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングタイミング毎にサンプリング手段の時系列出力をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとにターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、 ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段と、自車両の速度を検出する車速検出手段と、道路などの不要な信号を除去する不要信号除去手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の請求項２または請求項３に記載のパルスレーダ装置において、ターゲットを弁別する上記弁別手段は、上記ＦＦＴ演算手段から得られるピーク周波数を用いてターゲットを弁別することを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の請求項４に記載のパルスレーダ装置において、上記弁別手段が近距離相当のサンプリングタイミングから順にターゲットを弁別していく際、検出されたターゲットのピーク周波数が初めて検出される周波数の場合、そのサンプリングタイミングからターゲットまでの距離を求め、その周波数からターゲットとの相対速度を求める距離・相対速度演算手段を持つことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の請求項６に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、この受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔でコンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する受信信号積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記受信信号積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとに、ターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の請求項７に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、この受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔で上記コンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する受信信号積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記受信信号積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとに、ターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の請求項８に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、この受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔で上記コンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する受信信号積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記受信信号積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとに、ターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段と、自車両の速度を検出する車速検出手段と、道路などの不要な信号を除去する不要信号除去手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
この発明の請求項７または請求項８に記載のパルスレーダ装置において、ターゲットを弁別する上記弁別手段は、上記ＦＦＴ演算手段から得られるピーク周波数を用いてターゲットを弁別することを特徴とするものである。
【００１５】
この発明の請求項９に記載のパルスレーダ装置は、上記弁別手段が近距離相当のサンプリングタイミングから順にターゲットを弁別していく際、検出されたターゲットのピーク周波数が初めて検出される周波数の場合、そのサンプリングタイミングからターゲットまでの距離を求め、その周波数からターゲットとの相対速度を求める距離・相対速度演算手段を持つことを特徴とするものである。
【００１６】
この発明の請求項６乃至請求項１０のいずれか一項に記載のパルスレーダ装置において、上記受信信号積算手段の積算結果に応じて、受信信号のグランドレベルを変更するグランドレベル変更手段を付加したことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明の請求項１１に記載のパルスレーダ装置において、上記グランドレベル変更手段は、上記受信信号積算手段によるサンプリングタイミング毎の積算結果の平均値が所定の範囲を超えている場合に信号を出力するグランドレベル制御手段により制御されることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。本実施の形態におけるパルスレーダ装置は、図１に示すように、大きく５つの部分から構成される。
【００１９】
すなわち、所定幅、例えば９６ｎｓのパルス状の電磁波（中心周波数２４．１２５ＧＨｚ）を一定の周期、例えば１０２４ｎｓで送信する送信手段５０１及びその電磁波の周辺対象物（ターゲット）による反射波を受信する受信手段５０２から構成されるＲＦモジュール１、受信手段５０２により受信した信号が飽和しないように、後述のＣＰＵによる指示に基づきグランドレベルを変更するグランドレベル変更手段５１１を備えた加算器回路２、加算回路２の出力を２値化するためのコンパレータ手段５０３を備えたコンパレータ回路３、タイミング制御手段５０９及び受信信号積算手段５０４を備えサンプリング手段として機能するフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（＝ＦＰＧＡと略す）４、高速フーリエ変換（＝ＦＦＴと略す）演算手段５０５、検出判定手段５０６、ターゲット弁別手段５０７、距離・相対速度演算手段５０８、及びクランドレベル制御手段５１０を備えたＣＰＵ５である。
【００２０】
ここでは、受信信号を２値化し、積算する例を示すが、受信信号をＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ５にて、ＦＦＴ演算、検出判定、ターゲット弁別、距離・相対速度演算を行う構成にしてもよい。
【００２１】
先ず、ＲＦモジュール１の構成を図３に示す。発振器６０１による１０．８３７５ＧＨｚの信号は、電力分配器６０２で二分され、その一方はミキサ６０３にて発振器６０４による１．２２５ＧＨｚの信号とミキシングされ、その後、変調器６０５にて送信信号に基づいてパルス状の信号となる。
【００２２】
次に逓倍器６０６にて２逓倍され、続くフィルタ６０７を通して２４．１２５ＧＨｚの信号となり、送信アンテナ６０８より電波として外部に放射される。外部のターゲットにより反射された電波は、受信アンテナ６０９で受信され、ＲＦ増幅器６１０により増幅された後、ミキサ６１１において、発振器６０１からの信号とミキシングされ、ビート信号として中間周波数まで落とされる。その後、中間周波増幅器６１２、フィルタ６１３、増幅器６１４を経由し、検波器６１５にて包絡線検波され受信信号となる。
【００２３】
次に、タイミング制御手段５０９及び受信信号積算手段５０４を備えサンプリング手段として機能するＦＰＧＡ４の内部構成を図４（ａ）に、その動作タイミングチャートを図４（ｂ）に示す。
【００２４】
図４（ａ）（ｂ）について説明すると、このＦＰＧＡ４はタイミング制御手段５０９と受信信号積算手段５０４を備えており、これはタイミング制御回路１１、シフトレジスタ１２、シフトレジスタ１２の各ビットに対応した加算器Ｋ１〜Ｋｎと積算用レジスタＲ１〜Ｒｎから構成されている。タイミング制御回路１１は、ＦＰＧＡ４外部からの発振器によるクロック信号ａ（例えば１２５ＭＨｚ＝８ｎｓ周期）に基づき、送信手段５０１が電磁波放射をＯＮ／ＯＦＦするための送信信号ｂ（例えば、幅９６ｎｓ、周期１０２４ｎｓ）と、後述のシフトレジスタ１２に対してビットシフトするタイミングを伝えるシフト信号ｄと、加算器Ｋ１〜Ｋｎに対して加算タイミングを伝える加算信号ｅと、積算用レジスタＲ１〜Ｒｎに対して加算器Ｋ１〜Ｋｎの出力を保持するタイミングを伝える積算信号ｅと、積算処理終了をＣＰＵ５に対して伝える積算処理終了信号ｆとを生成する。シフトレジスタ１２は、タイミング制御回路１１のシフト信号ｄに基づき１ビットずつシフトしながら、コンパレータ回路５０３の出力する受信信号の２値化データを記憶していく。加算器Ｋ１〜Ｋｎは、タイミング制御回路１１からの加算信号ｅに従って、各ビットの２値化データ（０または１）と積算用レジスタＲ１〜Ｒｎの内容を加算する。積算用レジスタＲ１〜Ｒｎは、加算器Ｋ１〜Ｋｎによる出力を積算データとして保持し、ＣＰＵ５からの要求があるときには積算用レジスタの内容を出力する。
【００２５】
次にこのＦＰＧＡ４の動作を説明する。まず、外部クロック信号ａに基づき、送信信号ｂを立ち上げ、１０クロック後に立ち下げる。送信信号ｂの立ち上げと同時にクロック信号ａに同期したシフト信号ｄをシフトレジスタ１２のビット数だけ出力する。このシフト信号ｄに基づき、シフトレジスタ１２はコンパレータ回路３の出力する２値化データ（受信信号）ｃを各ビットに保持していく。続いて、シフトレジスタ１２のビット数分のシフト信号ｄを出力した後、加算／積算信号ｅを出力する。この信号に基づいて、加算器Ｋ１〜Ｋｎ、積算用レジスタＲ１〜Ｒｎはそれぞれ加算・積算データの保持を行う。そして、所定回数（例えば１０００回）、この動作を繰り返した後、ＣＰＵ５に対して積算処理終了信号ｆを出力する。この積算処理終了信号ｆを受信すると、ＣＰＵ５は各積算用レジスタＲ１〜Ｒｎの内容を読み出す。
【００２６】
続いて、ＦＦＴ演算手段５０５、検出判定手段５０６、ターゲット弁別手段５０７、距離・相対速度算出手段５０８、及びグランドレベル制御手段５１０を有するＣＰＵ５における処理について説明する。
【００２７】
ＣＰＵ５では、図５に示すように、まずステップ８０１にてＣＰＵ５内部の初期化を行う。続いてステップ８０２でデータの初期化を行った後、ステップ８０３でＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号を待つ。ＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号を受信すると、ステップ８０４で各サンプリングタイミングでの積算結果をＦＰＧＡ［ｉ］［ｊ］という２次元配列に格納していく。ここで、ｉ（＝０〜Ｎ；Ｎはシフトレジスタ１２のビット数）はサンプリングタイミンクを、ｊ（＝０〜６３；格納データ数を６４回とした場合）は格納の順番を示す。
【００２８】
ＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号ｆの受信回数が所定回数（ここでは６４回）に達すると、ステップ８０５からステップ８０６以降の処理、すなわち、グラントレベル制御処理（ステップ８０６）、ＦＦＴ演算処理（ステップ８０７）、検出判定処理（ステップ８０８）、ターゲット弁別処理（ステップ８０９）、距離・相対速度演算処理（ステップ８１０）を行う。その後、ステップ８１１にて処理周期である５０ｍｓが経過したか否かを確認し、もし経過していれば、ステップ８０２に戻って同じ動作を繰り返す。
【００２９】
ステップ８０６のグランドレベル制御処理について、より詳細に説明する。図６に示すように、図中Ａの位置に閾値を設定して２値化した場合、周辺ターゲットの有無に関わらず常時１となりターゲットを検出できない。グランドレベル制御処理は、受信信号のクランドレベルを調整することで、受信信号全体を上下させ、閾値が図中Ｂの位置に来るようにするための処理である。
【００３０】
図７にグランドレベル制御処理のフローチャートを示す。ステップ１００１からステップ１００９の処理にて、各サンプリングタイミングにおける６４回分の積算値の和Ｓｕｍ[i] の平均値ＳｕｍＭｅａｎを算出する。ステップ１０１０にてＳｕｍＭｅａｎとあらかじめ設定した値ＳＵＭＭＥＡＮ１とを比較し、ＳｕｍＭｅａｎがＳＵＭＭＥＡＮ１以上の場合、ステップ１０１２でグラントレベル変更手段５１１である加算器回路２への指示値を減らす。一方、ＳＵＭＭＥＡＮ１のほうが大きい場合、ステップ１０１１にてＳｕｍＭｅａｎとＳＵＭＭＥＡＮ２（ただしＳＵＭＭＥＡ１＞ＳＵＭＭＥＡＮ２）とを比較し、ＳｕｍＭｅａｎがＳＵＭＭＥＡＮ２以下の場合、ステップ１０１４でグランドレベル変更手段５１１である加算器回路２への指示値を増やす。また、ＳＵＭＭＥＡＮ２の方が小さい場合は、ステップ１０１３にて前回の指示値をそのまま保持する。そして、ステップ１０１５にて指示値をＤ／Ａ変換してＣＰＵ５から出力し、加算器回路２にて受信信号と加算することで受信信号のグランドレベルを調整する。なお、本実施の形態では、受信信号のグランドレベルを変更することで、閾値の位置を調整しているが、閾値自体を制御してもかまわない。
【００３１】
図５のステップ８０７のＦＦＴ演算処理についてより詳細に説明する。図８に示すように、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号と、移動しているターゲットからの反射信号とが重畳された部分は、その位相が変化するために、ターゲットの相対速度に応じて、そのレベルが変化する。図８では、時刻がｔ＝Ｔ１からＴ４まで変化する間に、前述した重畳部分のレベルが変化する様子を示している。いま、その変化の割合すなわち周波数をｆａ［Ｈｚ］とすると、以下の式１で表される。
ｆａ＝（２×Ｖ／ｃ）×ｆｏ （式１）
ただし、Ｖ：ターゲットの相対速度［ｍ／ｓ］、
ｃ：光速×１０４［ｍ／ｓ］、
ｆｏ：キャリア周波数［Ｈｚ］
よって、（式１）より、ターゲットの相対速度は、以下の式２で表される。
Ｖ＝（ｃ／（２×ｆｏ））×ｆａ （式２）
従って、送信タイミングからある時間後のポイントに着目し、時系列データをＦＦＴ演算処理すると、そのピーク周波数からターゲットの相対速度の絶対値を知ることができる。
【００３２】
コンパレータを用いて受信信号を２値化し、所定回数分積分した結果に対しても同様のことがいえる。図９に示すように受信信号Ｒｘに第１の閾値を設け、２値化し、所定回数例えば１０００回積分する。この積分結果のうち、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号と、移動しているターゲットからの反射信号とが重畳された部分は、その位相差が変化するために、ターゲットの相対速度に応じてそのレベルが変化する。よって、積分結果の時系列データ（図９では６４データ）をＦＦＴ演算処理することで、同様にターゲットの相対速度の絶対値を知ることができる。
【００３３】
図１０にＦＦＴ演算処理のフローチャートを示す。まず、ステップ１３０１にて注目するサンプリングタイミングを初期化する。次のステップ１３０２にて、注目するサンプリングタイミングの格納されたＦＰＧＡ４からの出力データ（受信信号積算手段５０４からの出力）について、ＦＦＴ演算を行い、その結果をＦＦＴ［ｉ］［ｊ］という２次元配列に格納する。ステップ１３０３にて注目するサンプリングタイミングを一つ進め、ステップ１３０４にて全てのサンプリングタイミングについてＦＦＴ演算処理を行ったかどうかをチェックし、全て終わっていなければ、ステップ１３０２に戻り、同様の処理を行う。ステップ１３０４にて全てのサンブリングタイミングについてＦＦＴ演算処理が終わっている場合には、処理を終える。
【００３４】
図５のステップ８０８の検出判定処理では、ステップ８０７のＦＦＴ積算処理からの出力のうち、予め設定したレベルを超えるものについて、ターゲットが有りと判断する。
【００３５】
次に、図５のステップ８０９のターゲット弁別処理について、より詳細に説明する。例えば、図１１のように、パルスレーダ装置を搭載した車両０に対して、車両１、車両２が並走しているような状況の場合、ステップ８０８の検出判定処理により、サンプリングタイミング０では何も検出されないが、サンプリングタイミング１では路面等の反射による周波数成分が検出される。よって、サンプリングタイミング１で新たなターゲットが存在すると判定する。同様にサンプリングタイミング２，３・・・と順次検出判定処理結果を調べていくと、サンプリングタイミング４で車両１からの反射による新たな周波数成分が検出される。よって、サンプリングタイミング４で新たなターゲットが存在すると判定する。同様にして、サンプリングタイミング８で車両２からの反射による新たな周波数成分が検出されるので、サンプリングタイミング８で新たなターゲットが存在すると判定する。以上のようにしてターゲット弁別を行う。
【００３６】
図１２にターゲット弁別処理のフローチャートを示す。まず、ステップ１５０１にて注目するサンプリングタイミングを初期化する。次にステップ１５０２にて、ステップ８０８の検出判定処理で検出された新たな周波数ピークが存在するかどうかをチェックし、新たな周波数ピークが存在するときには、ステップ１５０３にてそのサンプリングタイミングのターゲット存在フラグ［ｉ］をセットし、ステップ１５０４へすすむ。新たな周波数ピークが存在しない場合には、ステップ１５０４にて注目するサンプリングタイミングを一つ進め、ステップ１５０５で全てのサンプリングタイミングで上記処理を行ったかどうかをチェックし、行っていない場合には、ステップ１５０２に戻り、上記の処理を行う。全てのサンプリングタイミングにて処理を終えた場合には、ターゲット弁別処理を終える。
【００３７】
次に、図５のステップ８１０の距離・相対速度演算処理について、より詳細に説明する。ステップ８０９のターゲット弁別処理でターゲットが存在すると判定されたサンプリングタイミングから距離を算出し、そのピーク周波数から相対速度を算出する。
【００３８】
図１３に距離・相対速度演算処理のフローチャートを示す。まず、ステップ１６０１にて注目するサンプリングタイミングを初期化する。ステップ１６０２では、前回求めた距離及び相対速度の情報を保存し、ステップ１６０３ではターゲット番号ｋを初期化し、距離及び相対速度情報を初期化する（Ｄｉｓｔ[ｋ]＝末検出相当距離、Ｓｐｅｅｄ[ｋ]＝末検出相当相対速度、ｋ＝０〜Ｎｔ、ただし、Ｎｔ＝最大検出ターゲット数）。次にステップ１６０４にて、ターゲット存在フラグ[i]がセットされているか否かをチェックし、セットされている場合には、ステップ１６０５にて、そのサンプリングタイミングから距離を算出する（→Ｄｉsｔ[ｋ]）。また、ステップ１６０６にて、そのピーク周波数から相対速度を算出する(→Ｓｐｅｅｄ[ｋ]、式２参照)。ステップ１６０７にて、ターゲット番号ｋをインクリメントし、ステップ１６０８へ進む。ターゲット存在フラグ[i]がセットされていない場合には、ステップ１６０８にて注目するサンプリングタイミングを一つ進め、ステップ１６０９にて、 全てのサンプリングタイミングにて上記処理を行ったか否かをチェックし、行っていなければ、ステップ１６０４に戻り、上記の処理を行う。全てのサンプリングタイミングにて上記処理を終えた場合は、距離・相対速度演算処理を終える。
【００３９】
図１３では、距離を算出する際、ターゲット存在フラグ[i]がセットされたサンプリングタイミングのみから距離を算出したが、ターゲット存在フラグ[i]がセットされたサンプリングタイミングと次のサンプリングタイミングで得られた同一の周波数のピークレベルの比から距離を求めてもよい。
【００４０】
実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１におけるＣＰＵ５内の処理を変更したものであり、図１４に示すように、車速検出手段１７１２、不要信号除去手段１７１３がＣＰＵ５の中に入っている以外は、実施の形態１と同様である。
【００４１】
本実施の形態におけるＣＰＵ５の処理フローチャートを図１５に示す。ステップ１８０１〜ステップ１８１０については、実施の形態１における図５のステップ８０１〜８１０と同様のものである。
【００４２】
以下、実施の形態１と異なる処理である、車速検出処理（ステップ１８１１）、不要信号除去処理（ステップ１８１２）について説明する。
【００４３】
車速検出処理（ステップ１８１１）では、入力された車速パルスから車速を算出する。
【００４４】
不要信号除去処理（ステップ１８１２）では、車速相当の相対速度を持つターゲットについて、道路あるいは路側の停止障害物と判断し、不要な信号として検出対象から除去する。
【００４５】
図１６に不要信号除去処理のフローチャートを示す。まず、ステップ１９０１にてターゲット番号を初期化する。次にステップ１９０２にて、距離・相対速度演算処理（ステップ１８１０）で求めた相対速度値Ｓｐｅｅｄ［ｋ］が未検出相当値であるか判定し、未検出相当値でない場合には、ステップ１９０３へ進む。未検出相当値である場合には、ステップ１９０５へ進む。ステップ１９０３では、相対速度値Ｓｐｅｅｄ［ｋ］が自車速±α以内にあるかどうか判定し、自車速±α以内となる場合には、ステップ１９０４にてその距離値Ｄｉｓｔ［ｋ］及び相対速度値Ｓｐｅｅｄ［ｋ］に未検出相当値を代入し、不要信号とする。ステップ１９０５では、ターゲット番号をインクリメントし、ターゲット番号が最大ターゲット数より小さい場合は、ステップ１９０２に戻り、上記の処理を行う。ターゲット番号が最大ターゲット数以上の場合は、不要信号除去処理を終える。
【００４６】
以上より、本実施の形態２によれば、自車速と同程度の相対速度を持つターゲットは、道路等の停止物と判断することで、不要な信号を除去できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、漏れ込み信号成分と反射信号成分の位相差によって発生する、各サンプリングタイミングにおける信号の大きさの変化を、ＦＦＴ処理及びピーク算出によって検出することで、周辺ターゲットまでの距離及び相対速度を算出するので、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号といった、いわゆる漏れ込み信号成分が存在する場合でも、正しくターゲットを検出できる。
【００４８】
また、複数のターゲットが同じ距離に存在する場合でも、相対速度の違いにより、正しく弁別されるため、複数のターゲットを正しく検出できる。
【００４９】
また、ターゲットが新たに存在するサンプリングタイミング及びその次のサンプリングタイミンクにおける同一周波数のピークレベルの比から距離を算出するので、粗いサンプリング間隔でも距離精度を向上させることができる。
【００５０】
また、幅広い送信パルスを用いることができるので、占有帯域幅を狭くすることができ、現行の電波法の範囲内で使用することができる。
【００５１】
また、相対速度を測定できるので、速度に応じて危険度を判定し、ドライバーの感覚と一致する警報を鳴らすなど、システムにおける制御適用範囲を拡大することができる。
【００５２】
さらに、全体としての受信信号の大きさに応じてそのグランドレベルを調整することで２値化する際の閾値が自動的に適正なところに設定されるので、取付け状態が異なり漏れ込み信号成分が異なる場合でも、レーダに対して特別な調整あるいは変更をすることなく使用することができる。
【００５３】
また、自車速と同程度の相対速度を持つターゲットは、道路等の停止物と判断することで、不要な信号を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るパルスレーダ装置を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の送受信波の波形を示す図である。
【図３】実施の形態１のＲＦモジュールの構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１のＦＰＧＡの構成を示すブロック図（ａ）及びタイムチャート（ｂ）である。
【図５】実施の形態１のＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１のグランドレベル変更の動作を説明する波形図である。
【図７】実施の形態１のグランドレベル制御手段の処理を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態１の移動ターゲットの反射波を示す波形図である。
【図９】実施の形態１のＦＦＴ演算処理を説明する波形図である。
【図１０】実施の形態１のＦＦＴ演算処理を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態１のターゲット弁別処理を説明する図である。
【図１２】実施の形態１のターゲット弁別処理を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態１の距離・相対速度演算処理を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態２に係るパルスレーダ装置を示すブロック図である。
【図１５】実施の形態２のＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態２の不要信号除去処理を示すフローチャートである。
【図１７】従来のパルスレーダ装置を示すブロック図である。
【図１８】従来のパルスレーダ装置の送受信波の波形を示す図である。
【符号の説明】
１ ＲＦモジュール、 ２ 加算器回路、
３ コンパレータ回路、 ４ ＦＰＧＡ、
５ ＣＰＵ、 １１ タイミング制御回路、
１２ シフトレジスタ、 Ｋ１〜Ｋｎ 加算器、
Ｒ１〜Ｒｎ 積算用レジスタ、 ５０１ 送信手段、
５０２ 受信手段、 ５０３ コンパレータ手段、
５０４ 受信信号積算手段、 ５０５ ＦＦＴ演算手段、
５０６ 検出判定手段、 ５０７ ターゲット弁別手段、
５０８ 距離・相対速度演算手段、５０９ タイミング制御手段、
６０１ 発振器、 ６０２ 電力分配器、
６０３ ミキサ、 ６０４ 発振器、
６０５ 変調器、 ６０６ 逓倍器、
６０７ フィルタ、 ６０８ 送信アンテナ、
６０９ 受信アンテナ、 ６１０ ＲＦ増幅器、
６１１ ミキサ、 ６１２ ＩＦ増幅器、
６１３ フィルタ、 ６１４ 増幅器、
６１５ 検波器、 １７１２ 車速検出手段、
１７１３ 不要信号除去手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電波を送信し、その送信した電波がターゲットで反射した反射波を受信することによってターゲットの有無を検出し、検出したターゲットまでの距離及び相対速度を計測するパルスレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパルスレーダ装置としては、特開平７−７２２３７号公報にて提案されているものがある。この装置は、図１７に示すように、パルス信号送出手段１０１によってパルス状の信号を周期的に出力する。そして、ターゲットからの反射パルスを反射パルス信号受信手段１０３によって連続的に受信し、２値化手段によって２値化する。そしてサンプリング手段１０４が、送出手段１０１の送出タイミング後、一定の一つまたは複数のサンプリング点毎に２値化信号をサンプリングして０または１のサンプリング値を得て、これをサンプリング点それぞれの点に対応する加算・記憶手段１０５に与える。そこで、加算・記憶手段１０５は送出手段１０１によるパルス信号の所定の送出回数分ずつ０または１のサンプリング値を加算する。所定回数分の加算処理が終了すると、判定手段１０６が加算・記憶手段１０５毎の加算値を加算回数で除算して得られる正規化加算値を所定の閾値と比較し、その大小に基づいて外部のターゲットからの反射信号が存在するか否かを判定し、これに基づいて外部のターゲットの有無を判定する。１０２はパルス信号送出手段１０１、サンプリング手段１０４、加算・記憶手段１０５、及び判定手段１０６を制御する制御手段である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、送信と受信のアイソレーションが悪く、いわゆる漏れ波形が存在する場合、あるいはレドームがある場合、次のような理由により、上記の装置を用いて１０ｍ未満の距離に存在するターゲットの検出、及びそのターゲットまでの距離の測定を行うことは困難である。すなわち、提案されている装置では、その送信パルス幅が距離にして１０ｍに相当する６６．７ｎｓであるので、図１８に示すように、１０ｍよりも近い距離にターゲットが存在する場合、漏れ波形あるいは２次レドームによる反射波とターゲットによる反射波の波形が重なり合った波形が検出される。そのため、非送信中の受信レベル、いわゆるノイズレベルをもとに閾値を設定したのでは、漏れ波形の立ち上がりしか検出できず、本当に検出したい反射波の立ち上がりを検出することができない。
【０００４】
こういった課題への対策として、Ｗ．Ｗｅｉｄｍａｎｎ ａｎｄ Ｄ．Ｓｔｅｉｎｂｕｃｈ，“Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｒａｄａｒ ｆｏｒ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，２８ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，１９９８に記載のように、パルス幅を３５０ｐｓといった非常に短いものにする方法や、特開平１０−６２５１８号公報に記載のように、送信波形を利用して漏れ波形を打ち消してしまう方法が提案されている。前者の文献に記載されているように送信パルス幅を３５０ｐｓまで短くすると、ターゲットまでの距離が約５ｃｍ以下の場合しか漏れ波形と反射波の波形が重ならないので、上述の課題は解決されるものの、その占有帯域幅が非常に広くなるので、現行の電波法の範囲では使用できないという問題点がある。また、特開平１０−６２５１８号公報のように送信波形を利用して漏れ波形を打ち消す方法の場合、個体差あるいは使用条件の違いによる送信と漏れ波形の受信までの時間間隔の違い、漏れ波形の大きさの違いなどに対応することが難しく、状況に合わせて調整しなければならないという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記のような問題点を解消するために発明されたものであり、図２に示すように、送受信間の漏れ信号、あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号と、移動しているターゲットからの反射信号との位相差が変化すると受信信号が変化することを利用して、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号が存在しても、現行の電波法の範囲内で正しくターゲットを検出できるパルスレーダ装置を実現するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、 ビート信号を出力する受信手段と、送信からの所定の時間間隔でビート信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングタイミング毎にサンプリング手段の時系列出力をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとにターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明の請求項２に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、送信からの所定の時間間隔でビート信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングタイミング毎にサンプリング手段の時系列出力をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとにターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、 ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明の請求項３に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、 ビート信号を出力する受信手段と、送信からの所定の時間間隔でビート信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングタイミング毎にサンプリング手段の時系列出力をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとにターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、 ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段と、自車両の速度を検出する車速検出手段と、道路などの不要な信号を除去する不要信号除去手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の請求項２または請求項３に記載のパルスレーダ装置において、ターゲットを弁別する上記弁別手段は、上記ＦＦＴ演算手段から得られるピーク周波数を用いてターゲットを弁別することを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の請求項４に記載のパルスレーダ装置において、上記弁別手段が近距離相当のサンプリングタイミングから順にターゲットを弁別していく際、検出されたターゲットのピーク周波数が初めて検出される周波数の場合、そのサンプリングタイミングからターゲットまでの距離を求め、その周波数からターゲットとの相対速度を求める距離・相対速度演算手段を持つことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の請求項６に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、この受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔でコンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する受信信号積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記受信信号積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとに、ターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の請求項７に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、この受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔で上記コンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する受信信号積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記受信信号積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとに、ターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の請求項８に係るパルスレーダ装置は、パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、この受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔で上記コンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する受信信号積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記受信信号積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとに、ターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段と、自車両の速度を検出する車速検出手段と、道路などの不要な信号を除去する不要信号除去手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
この発明の請求項７または請求項８に記載のパルスレーダ装置において、ターゲットを弁別する上記弁別手段は、上記ＦＦＴ演算手段から得られるピーク周波数を用いてターゲットを弁別することを特徴とするものである。
【００１５】
この発明の請求項９に記載のパルスレーダ装置は、上記弁別手段が近距離相当のサンプリングタイミングから順にターゲットを弁別していく際、検出されたターゲットのピーク周波数が初めて検出される周波数の場合、そのサンプリングタイミングからターゲットまでの距離を求め、その周波数からターゲットとの相対速度を求める距離・相対速度演算手段を持つことを特徴とするものである。
【００１６】
この発明の請求項６乃至請求項１０のいずれか一項に記載のパルスレーダ装置において、上記受信信号積算手段の積算結果に応じて、受信信号のグランドレベルを変更するグランドレベル変更手段を付加したことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明の請求項１１に記載のパルスレーダ装置において、上記グランドレベル変更手段は、上記受信信号積算手段によるサンプリングタイミング毎の積算結果の平均値が所定の範囲を超えている場合に信号を出力するグランドレベル制御手段により制御されることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。本実施の形態におけるパルスレーダ装置は、図１に示すように、大きく５つの部分から構成される。
【００１９】
すなわち、所定幅、例えば９６ｎｓのパルス状の電磁波（中心周波数２４．１２５ＧＨｚ）を一定の周期、例えば１０２４ｎｓで送信する送信手段５０１及びその電磁波の周辺対象物（ターゲット）による反射波を受信する受信手段５０２から構成されるＲＦモジュール１、受信手段５０２により受信した信号が飽和しないように、後述のＣＰＵによる指示に基づきグランドレベルを変更するグランドレベル変更手段５１１を備えた加算器回路２、加算回路２の出力を２値化するためのコンパレータ手段５０３を備えたコンパレータ回路３、タイミング制御手段５０９及び受信信号積算手段５０４を備えサンプリング手段として機能するフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（＝ＦＰＧＡと略す）４、高速フーリエ変換（＝ＦＦＴと略す）演算手段５０５、検出判定手段５０６、ターゲット弁別手段５０７、距離・相対速度演算手段５０８、及びクランドレベル制御手段５１０を備えたＣＰＵ５である。
【００２０】
ここでは、受信信号を２値化し、積算する例を示すが、受信信号をＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ５にて、ＦＦＴ演算、検出判定、ターゲット弁別、距離・相対速度演算を行う構成にしてもよい。
【００２１】
先ず、ＲＦモジュール１の構成を図３に示す。発振器６０１による１０．８３７５ＧＨｚの信号は、電力分配器６０２で二分され、その一方はミキサ６０３にて発振器６０４による１．２２５ＧＨｚの信号とミキシングされ、その後、変調器６０５にて送信信号に基づいてパルス状の信号となる。
【００２２】
次に逓倍器６０６にて２逓倍され、続くフィルタ６０７を通して２４．１２５ＧＨｚの信号となり、送信アンテナ６０８より電波として外部に放射される。外部のターゲットにより反射された電波は、受信アンテナ６０９で受信され、ＲＦ増幅器６１０により増幅された後、ミキサ６１１において、発振器６０１からの信号とミキシングされ、ビート信号として中間周波数まで落とされる。その後、中間周波増幅器６１２、フィルタ６１３、増幅器６１４を経由し、検波器６１５にて包絡線検波され受信信号となる。
【００２３】
次に、タイミング制御手段５０９及び受信信号積算手段５０４を備えサンプリング手段として機能するＦＰＧＡ４の内部構成を図４（ａ）に、その動作タイミングチャートを図４（ｂ）に示す。
【００２４】
図４（ａ）（ｂ）について説明すると、このＦＰＧＡ４はタイミング制御手段５０９と受信信号積算手段５０４を備えており、これはタイミング制御回路１１、シフトレジスタ１２、シフトレジスタ１２の各ビットに対応した加算器Ｋ１〜Ｋｎと積算用レジスタＲ１〜Ｒｎから構成されている。タイミング制御回路１１は、ＦＰＧＡ４外部からの発振器によるクロック信号ａ（例えば１２５ＭＨｚ＝８ｎｓ周期）に基づき、送信手段５０１が電磁波放射をＯＮ／ＯＦＦするための送信信号ｂ（例えば、幅９６ｎｓ、周期１０２４ｎｓ）と、後述のシフトレジスタ１２に対してビットシフトするタイミングを伝えるシフト信号ｄと、加算器Ｋ１〜Ｋｎに対して加算タイミングを伝える加算信号ｅと、積算用レジスタＲ１〜Ｒｎに対して加算器Ｋ１〜Ｋｎの出力を保持するタイミングを伝える積算信号ｅと、積算処理終了をＣＰＵ５に対して伝える積算処理終了信号ｆとを生成する。シフトレジスタ１２は、タイミング制御回路１１のシフト信号ｄに基づき１ビットずつシフトしながら、コンパレータ回路５０３の出力する受信信号の２値化データを記憶していく。加算器Ｋ１〜Ｋｎは、タイミング制御回路１１からの加算信号ｅに従って、各ビットの２値化データ（０または１）と積算用レジスタＲ１〜Ｒｎの内容を加算する。積算用レジスタＲ１〜Ｒｎは、加算器Ｋ１〜Ｋｎによる出力を積算データとして保持し、ＣＰＵ５からの要求があるときには積算用レジスタの内容を出力する。
【００２５】
次にこのＦＰＧＡ４の動作を説明する。まず、外部クロック信号ａに基づき、送信信号ｂを立ち上げ、１０クロック後に立ち下げる。送信信号ｂの立ち上げと同時にクロック信号ａに同期したシフト信号ｄをシフトレジスタ１２のビット数だけ出力する。このシフト信号ｄに基づき、シフトレジスタ１２はコンパレータ回路３の出力する２値化データ（受信信号）ｃを各ビットに保持していく。続いて、シフトレジスタ１２のビット数分のシフト信号ｄを出力した後、加算／積算信号ｅを出力する。この信号に基づいて、加算器Ｋ１〜Ｋｎ、積算用レジスタＲ１〜Ｒｎはそれぞれ加算・積算データの保持を行う。そして、所定回数（例えば１０００回）、この動作を繰り返した後、ＣＰＵ５に対して積算処理終了信号ｆを出力する。この積算処理終了信号ｆを受信すると、ＣＰＵ５は各積算用レジスタＲ１〜Ｒｎの内容を読み出す。
【００２６】
続いて、ＦＦＴ演算手段５０５、検出判定手段５０６、ターゲット弁別手段５０７、距離・相対速度算出手段５０８、及びグランドレベル制御手段５１０を有するＣＰＵ５における処理について説明する。
【００２７】
ＣＰＵ５では、図５に示すように、まずステップ８０１にてＣＰＵ５内部の初期化を行う。続いてステップ８０２でデータの初期化を行った後、ステップ８０３でＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号を待つ。ＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号を受信すると、ステップ８０４で各サンプリングタイミングでの積算結果をＦＰＧＡ［ｉ］［ｊ］という２次元配列に格納していく。ここで、ｉ（＝０〜Ｎ；Ｎはシフトレジスタ１２のビット数）はサンプリングタイミンクを、ｊ（＝０〜６３；格納データ数を６４回とした場合）は格納の順番を示す。
【００２８】
ＦＰＧＡ４からの積算処理終了信号ｆの受信回数が所定回数（ここでは６４回）に達すると、ステップ８０５からステップ８０６以降の処理、すなわち、グラントレベル制御処理（ステップ８０６）、ＦＦＴ演算処理（ステップ８０７）、検出判定処理（ステップ８０８）、ターゲット弁別処理（ステップ８０９）、距離・相対速度演算処理（ステップ８１０）を行う。その後、ステップ８１１にて処理周期である５０ｍｓが経過したか否かを確認し、もし経過していれば、ステップ８０２に戻って同じ動作を繰り返す。
【００２９】
ステップ８０６のグランドレベル制御処理について、より詳細に説明する。図６に示すように、図中Ａの位置に閾値を設定して２値化した場合、周辺ターゲットの有無に関わらず常時１となりターゲットを検出できない。グランドレベル制御処理は、受信信号のクランドレベルを調整することで、受信信号全体を上下させ、閾値が図中Ｂの位置に来るようにするための処理である。
【００３０】
図７にグランドレベル制御処理のフローチャートを示す。ステップ１００１からステップ１００９の処理にて、各サンプリングタイミングにおける６４回分の積算値の和Ｓｕｍ[i] の平均値ＳｕｍＭｅａｎを算出する。ステップ１０１０にてＳｕｍＭｅａｎとあらかじめ設定した値ＳＵＭＭＥＡＮ１とを比較し、ＳｕｍＭｅａｎがＳＵＭＭＥＡＮ１以上の場合、ステップ１０１２でグラントレベル変更手段５１１である加算器回路２への指示値を減らす。一方、ＳＵＭＭＥＡＮ１のほうが大きい場合、ステップ１０１１にてＳｕｍＭｅａｎとＳＵＭＭＥＡＮ２（ただしＳＵＭＭＥＡ１＞ＳＵＭＭＥＡＮ２）とを比較し、ＳｕｍＭｅａｎがＳＵＭＭＥＡＮ２以下の場合、ステップ１０１４でグランドレベル変更手段５１１である加算器回路２への指示値を増やす。また、ＳＵＭＭＥＡＮ２の方が小さい場合は、ステップ１０１３にて前回の指示値をそのまま保持する。そして、ステップ１０１５にて指示値をＤ／Ａ変換してＣＰＵ５から出力し、加算器回路２にて受信信号と加算することで受信信号のグランドレベルを調整する。なお、本実施の形態では、受信信号のグランドレベルを変更することで、閾値の位置を調整しているが、閾値自体を制御してもかまわない。
【００３１】
図５のステップ８０７のＦＦＴ演算処理についてより詳細に説明する。図８に示すように、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号と、移動しているターゲットからの反射信号とが重畳された部分は、その位相が変化するために、ターゲットの相対速度に応じて、そのレベルが変化する。図８では、時刻がｔ＝Ｔ１からＴ４まで変化する間に、前述した重畳部分のレベルが変化する様子を示している。いま、その変化の割合すなわち周波数をｆａ［Ｈｚ］とすると、以下の式１で表される。
ｆａ＝（２×Ｖ／ｃ）×ｆｏ （式１）
ただし、Ｖ：ターゲットの相対速度［ｍ／ｓ］、
ｃ：光速×１０４［ｍ／ｓ］、
ｆｏ：キャリア周波数［Ｈｚ］
よって、（式１）より、ターゲットの相対速度は、以下の式２で表される。
Ｖ＝（ｃ／（２×ｆｏ））×ｆａ （式２）
従って、送信タイミングからある時間後のポイントに着目し、時系列データをＦＦＴ演算処理すると、そのピーク周波数からターゲットの相対速度の絶対値を知ることができる。
【００３２】
コンパレータを用いて受信信号を２値化し、所定回数分積分した結果に対しても同様のことがいえる。図９に示すように受信信号Ｒｘに第１の閾値を設け、２値化し、所定回数例えば１０００回積分する。この積分結果のうち、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号と、移動しているターゲットからの反射信号とが重畳された部分は、その位相差が変化するために、ターゲットの相対速度に応じてそのレベルが変化する。よって、積分結果の時系列データ（図９では６４データ）をＦＦＴ演算処理することで、同様にターゲットの相対速度の絶対値を知ることができる。
【００３３】
図１０にＦＦＴ演算処理のフローチャートを示す。まず、ステップ１３０１にて注目するサンプリングタイミングを初期化する。次のステップ１３０２にて、注目するサンプリングタイミングの格納されたＦＰＧＡ４からの出力データ（受信信号積算手段５０４からの出力）について、ＦＦＴ演算を行い、その結果をＦＦＴ［ｉ］［ｊ］という２次元配列に格納する。ステップ１３０３にて注目するサンプリングタイミングを一つ進め、ステップ１３０４にて全てのサンプリングタイミングについてＦＦＴ演算処理を行ったかどうかをチェックし、全て終わっていなければ、ステップ１３０２に戻り、同様の処理を行う。ステップ１３０４にて全てのサンブリングタイミングについてＦＦＴ演算処理が終わっている場合には、処理を終える。
【００３４】
図５のステップ８０８の検出判定処理では、ステップ８０７のＦＦＴ積算処理からの出力のうち、予め設定したレベルを超えるものについて、ターゲットが有りと判断する。
【００３５】
次に、図５のステップ８０９のターゲット弁別処理について、より詳細に説明する。例えば、図１１のように、パルスレーダ装置を搭載した車両０に対して、車両１、車両２が並走しているような状況の場合、ステップ８０８の検出判定処理により、サンプリングタイミング０では何も検出されないが、サンプリングタイミング１では路面等の反射による周波数成分が検出される。よって、サンプリングタイミング１で新たなターゲットが存在すると判定する。同様にサンプリングタイミング２，３・・・と順次検出判定処理結果を調べていくと、サンプリングタイミング４で車両１からの反射による新たな周波数成分が検出される。よって、サンプリングタイミング４で新たなターゲットが存在すると判定する。同様にして、サンプリングタイミング８で車両２からの反射による新たな周波数成分が検出されるので、サンプリングタイミング８で新たなターゲットが存在すると判定する。以上のようにしてターゲット弁別を行う。
【００３６】
図１２にターゲット弁別処理のフローチャートを示す。まず、ステップ１５０１にて注目するサンプリングタイミングを初期化する。次にステップ１５０２にて、ステップ８０８の検出判定処理で検出された新たな周波数ピークが存在するかどうかをチェックし、新たな周波数ピークが存在するときには、ステップ１５０３にてそのサンプリングタイミングのターゲット存在フラグ［ｉ］をセットし、ステップ１５０４へすすむ。新たな周波数ピークが存在しない場合には、ステップ１５０４にて注目するサンプリングタイミングを一つ進め、ステップ１５０５で全てのサンプリングタイミングで上記処理を行ったかどうかをチェックし、行っていない場合には、ステップ１５０２に戻り、上記の処理を行う。全てのサンプリングタイミングにて処理を終えた場合には、ターゲット弁別処理を終える。
【００３７】
次に、図５のステップ８１０の距離・相対速度演算処理について、より詳細に説明する。ステップ８０９のターゲット弁別処理でターゲットが存在すると判定されたサンプリングタイミングから距離を算出し、そのピーク周波数から相対速度を算出する。
【００３８】
図１３に距離・相対速度演算処理のフローチャートを示す。まず、ステップ１６０１にて注目するサンプリングタイミングを初期化する。ステップ１６０２では、前回求めた距離及び相対速度の情報を保存し、ステップ１６０３ではターゲット番号ｋを初期化し、距離及び相対速度情報を初期化する（Ｄｉｓｔ[ｋ]＝末検出相当距離、Ｓｐｅｅｄ[ｋ]＝末検出相当相対速度、ｋ＝０〜Ｎｔ、ただし、Ｎｔ＝最大検出ターゲット数）。次にステップ１６０４にて、ターゲット存在フラグ[i]がセットされているか否かをチェックし、セットされている場合には、ステップ１６０５にて、そのサンプリングタイミングから距離を算出する（→Ｄｉsｔ[ｋ]）。また、ステップ１６０６にて、そのピーク周波数から相対速度を算出する(→Ｓｐｅｅｄ[ｋ]、式２参照)。ステップ１６０７にて、ターゲット番号ｋをインクリメントし、ステップ１６０８へ進む。ターゲット存在フラグ[i]がセットされていない場合には、ステップ１６０８にて注目するサンプリングタイミングを一つ進め、ステップ１６０９にて、 全てのサンプリングタイミングにて上記処理を行ったか否かをチェックし、行っていなければ、ステップ１６０４に戻り、上記の処理を行う。全てのサンプリングタイミングにて上記処理を終えた場合は、距離・相対速度演算処理を終える。
【００３９】
図１３では、距離を算出する際、ターゲット存在フラグ[i]がセットされたサンプリングタイミングのみから距離を算出したが、ターゲット存在フラグ[i]がセットされたサンプリングタイミングと次のサンプリングタイミングで得られた同一の周波数のピークレベルの比から距離を求めてもよい。
【００４０】
実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１におけるＣＰＵ５内の処理を変更したものであり、図１４に示すように、車速検出手段１７１２、不要信号除去手段１７１３がＣＰＵ５の中に入っている以外は、実施の形態１と同様である。
【００４１】
本実施の形態におけるＣＰＵ５の処理フローチャートを図１５に示す。ステップ１８０１〜ステップ１８１０については、実施の形態１における図５のステップ８０１〜８１０と同様のものである。
【００４２】
以下、実施の形態１と異なる処理である、車速検出処理（ステップ１８１１）、不要信号除去処理（ステップ１８１２）について説明する。
【００４３】
車速検出処理（ステップ１８１１）では、入力された車速パルスから車速を算出する。
【００４４】
不要信号除去処理（ステップ１８１２）では、車速相当の相対速度を持つターゲットについて、道路あるいは路側の停止障害物と判断し、不要な信号として検出対象から除去する。
【００４５】
図１６に不要信号除去処理のフローチャートを示す。まず、ステップ１９０１にてターゲット番号を初期化する。次にステップ１９０２にて、距離・相対速度演算処理（ステップ１８１０）で求めた相対速度値Ｓｐｅｅｄ［ｋ］が未検出相当値であるか判定し、未検出相当値でない場合には、ステップ１９０３へ進む。未検出相当値である場合には、ステップ１９０５へ進む。ステップ１９０３では、相対速度値Ｓｐｅｅｄ［ｋ］が自車速±α以内にあるかどうか判定し、自車速±α以内となる場合には、ステップ１９０４にてその距離値Ｄｉｓｔ［ｋ］及び相対速度値Ｓｐｅｅｄ［ｋ］に未検出相当値を代入し、不要信号とする。ステップ１９０５では、ターゲット番号をインクリメントし、ターゲット番号が最大ターゲット数より小さい場合は、ステップ１９０２に戻り、上記の処理を行う。ターゲット番号が最大ターゲット数以上の場合は、不要信号除去処理を終える。
【００４６】
以上より、本実施の形態２によれば、自車速と同程度の相対速度を持つターゲットは、道路等の停止物と判断することで、不要な信号を除去できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、漏れ込み信号成分と反射信号成分の位相差によって発生する、各サンプリングタイミングにおける信号の大きさの変化を、ＦＦＴ処理及びピーク算出によって検出することで、周辺ターゲットまでの距離及び相対速度を算出するので、送受間の漏れ信号あるいはレドームなどレーダに対して固定されたターゲットからの反射信号といった、いわゆる漏れ込み信号成分が存在する場合でも、正しくターゲットを検出できる。
【００４８】
また、複数のターゲットが同じ距離に存在する場合でも、相対速度の違いにより、正しく弁別されるため、複数のターゲットを正しく検出できる。
【００４９】
また、ターゲットが新たに存在するサンプリングタイミング及びその次のサンプリングタイミンクにおける同一周波数のピークレベルの比から距離を算出するので、粗いサンプリング間隔でも距離精度を向上させることができる。
【００５０】
また、幅広い送信パルスを用いることができるので、占有帯域幅を狭くすることができ、現行の電波法の範囲内で使用することができる。
【００５１】
また、相対速度を測定できるので、速度に応じて危険度を判定し、ドライバーの感覚と一致する警報を鳴らすなど、システムにおける制御適用範囲を拡大することができる。
【００５２】
さらに、全体としての受信信号の大きさに応じてそのグランドレベルを調整することで２値化する際の閾値が自動的に適正なところに設定されるので、取付け状態が異なり漏れ込み信号成分が異なる場合でも、レーダに対して特別な調整あるいは変更をすることなく使用することができる。
【００５３】
また、自車速と同程度の相対速度を持つターゲットは、道路等の停止物と判断することで、不要な信号を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るパルスレーダ装置を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の送受信波の波形を示す図である。
【図３】実施の形態１のＲＦモジュールの構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１のＦＰＧＡの構成を示すブロック図（ａ）及びタイムチャート（ｂ）である。
【図５】実施の形態１のＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１のグランドレベル変更の動作を説明する波形図である。
【図７】実施の形態１のグランドレベル制御手段の処理を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態１の移動ターゲットの反射波を示す波形図である。
【図９】実施の形態１のＦＦＴ演算処理を説明する波形図である。
【図１０】実施の形態１のＦＦＴ演算処理を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態１のターゲット弁別処理を説明する図である。
【図１２】実施の形態１のターゲット弁別処理を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態１の距離・相対速度演算処理を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態２に係るパルスレーダ装置を示すブロック図である。
【図１５】実施の形態２のＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態２の不要信号除去処理を示すフローチャートである。
【図１７】従来のパルスレーダ装置を示すブロック図である。
【図１８】従来のパルスレーダ装置の送受信波の波形を示す図である。
【符号の説明】
１ ＲＦモジュール、 ２ 加算器回路、
３ コンパレータ回路、 ４ ＦＰＧＡ、
５ ＣＰＵ、 １１ タイミング制御回路、
１２ シフトレジスタ、 Ｋ１〜Ｋｎ 加算器、
Ｒ１〜Ｒｎ 積算用レジスタ、 ５０１ 送信手段、
５０２ 受信手段、 ５０３ コンパレータ手段、
５０４ 受信信号積算手段、 ５０５ ＦＦＴ演算手段、
５０６ 検出判定手段、 ５０７ ターゲット弁別手段、
５０８ 距離・相対速度演算手段、５０９ タイミング制御手段、
６０１ 発振器、 ６０２ 電力分配器、
６０３ ミキサ、 ６０４ 発振器、
６０５ 変調器、 ６０６ 逓倍器、
６０７ フィルタ、 ６０８ 送信アンテナ、
６０９ 受信アンテナ、 ６１０ ＲＦ増幅器、
６１１ ミキサ、 ６１２ ＩＦ増幅器、
６１３ フィルタ、 ６１４ 増幅器、
６１５ 検波器、 １７１２ 車速検出手段、
１７１３ 不要信号除去手段。
Claims (12)
- パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、 ビート信号を出力する受信手段と、送信からの所定の時間間隔でビート信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングタイミング毎にサンプリング手段の時系列出力をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとにターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。
- パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、送信からの所定の時間間隔でビート信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングタイミング毎にサンプリング手段の時系列出力をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとにターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、 ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。
- パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、 ビート信号を出力する受信手段と、送信からの所定の時間間隔でビート信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングタイミング毎にサンプリング手段の時系列出力をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとにターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、 ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段と、自車両の速度を検出する車速検出手段と、道路などの不要な信号を除去する不要信号除去手段とを備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。
- ターゲットを弁別する上記弁別手段は、上記ＦＦＴ演算手段から得られるピーク周波数を用いてターゲットを弁別することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のパルスレーダ装置。
- 上記弁別手段が近距離相当のサンプリングタイミングから順にターゲットを弁別していく際、検出されたターゲットのピーク周波数が初めて検出される周波数の場合、そのサンプリングタイミングからターゲットまでの距離を求め、その周波数からターゲットとの相対速度を求める距離・相対速度演算手段を持つことを特徴とする請求項４に記載のパルスレーダ装置。
- パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、この受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔でコンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する受信信号積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記受信信号積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとに、ターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。
- パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、この受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔で上記コンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する受信信号積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記受信信号積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとに、ターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。
- パルス状の電波を送信する送信手段と、この送信手段から送信した電波が複数のターゲットで反射した反射波を受信し、ビート信号を出力する受信手段と、この受信手段からの信号をあらかじめ設定した所定レベルとの比較により２値化するコンパレータ手段と、送信からの所定の時間間隔で上記コンパレータ手段の出力をサンプリングし、そのサンプリング結果をサンプリングタイミング毎に所定回数分積算する受信信号積算手段と、各サンプリングタイミングにおける上記受信信号積算手段の積算結果を所定時間毎に読み出し、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段と、このＦＦＴ演算手段からの出力をもとに、ターゲットの有無を判断する検出判定手段と、ターゲットを弁別する弁別手段と、ターゲットまでの距離及び相対速度を演算する距離・相対速度演算手段と、電波の送信、受信、信号処理のタイミング制御を行うタイミング制御手段と、自車両の速度を検出する車速検出手段と、道路などの不要な信号を除去する不要信号除去手段とを備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。
- ターゲットを弁別する上記弁別手段は、上記ＦＦＴ演算手段から得られるピーク周波数を用いてターゲットを弁別することを特徴とする請求項７または請求項８に記載のパルスレーダ装置。
- 上記弁別手段が近距離相当のサンプリングタイミングから順にターゲットを弁別していく際、検出されたターゲットのピーク周波数が初めて検出される周波数の場合、そのサンプリングタイミングからターゲットまでの距離を求め、その周波数からターゲットとの相対速度を求める距離・相対速度演算手段を持つことを特徴とする請求項９に記載のパルスレーダ装置。
- 上記受信信号積算手段の積算結果に応じて、受信信号のグランドレベルを変更するグランドレベル変更手段を付加したことを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか一項に記載のパルスレーダ装置。
- 上記グランドレベル変更手段は、上記受信信号積算手段によるサンプリングタイミング毎の積算結果の平均値が所定の範囲を超えている場合に信号を出力するグランドレベル制御手段により制御されることを特徴とする請求項１１に記載のパルスレーダ装置。
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