JP3668941B2 - パルスレーダ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に車両の車間距離測定用の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は、送信波を高速高周波スイッチでパルス変調しその受信期間に反射波を検出することにより、車両を検出するようにしたものである(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特許第2586184号公報(第2頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなレーダ装置では、サーキュレータでの漏れ込みや、アンテナでの反射等により,目標物体からの反射波に比べて大きな信号(以下“漏れ込み信号”)が受信信号と同様にミキサに入力される。このため、増幅器の飽和を招いて目標物体からの反射波が検出できなくなるという問題点があった。
【0005】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、サーキュレータの漏れ込みや、アンテナ反射等が存在しても、良好に目標物体を検出することができるパルスレーダ装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るパルスレーダ装置は、変調信号を発生する変調信号発生部と、前記変調信号に基づき周波数変調された搬送波を発振する発振手段と、前記発振手段によって発生された搬送波を分配する分配器と、前記分配器によって分配された搬送波をパルス変調するパルス変調手段と、前記パルス変調手段により変調されたパルス波を電磁波として送信する送信手段と、前記送信手段により送信された電磁波が目標物体により反射された反射波を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された受信信号を前記分配器によって分配された搬送波に基いて復調する復調手段と、前記復調手段により復調されたパルス信号に現れる漏れ込み信号の振幅を制限する可変リミッタと、前記パルス信号から直流成分を除去するコンデンサと、前記コンデンサを通過した前記パルス信号を増幅する可変ゲインアンプと、前記可変ゲインアンプによって増幅されたパルス信号を量子化するADコンバータと、前記A/Dコンバータによって量子化されたパルス信号に基づき前記目標物体までの距離と相対速度を計算するとともに、前記復調されたパルス信号が振幅制限されないよう前記可変リミッタの振幅制限値を制御し、かつ高調波が現れないよう前記可変ゲインアンプの利得を制御するCPUとを有する。
【0007】
この発明に係るパルスレーダ装置は、前記送信手段及び前記受信手段を、パルス変調手段より変調されたパルス波を電磁波として送信し、かつ受信した反射波を復調手段に入力することを兼ね備えた一つの送受信手段としたものである。
【0008】
この発明に係るパルスレーダ装置は、前記CPUが、前記A/Dコンバータによって量子化されたパルス信号に基づき高調波を検出した場合には、前記可変ゲインアンプの利得を所定量だけ小さくし、前記可変リミッタの振幅制限値をL、前記可変ゲインアンプの利得をG、前記ADコンバータの最大入力範囲をVadとすると、式L=Vad/Gにしたがい前記可変リミッタの振幅制限値を制御するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るパルスレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るパルスレーダ装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0010】
図1において、CPU1に、変調信号を発生する変調信号発生部2が接続されている。この変調信号発生部2にVCO(Voltage Controlled Oscillator;電圧制御発振器)(発振手段)3が接続され、このVCO3に分配器4が接続されている。さらに、この分配器4にスイッチ(パルス変調手段)5が接続され、このスイッチ5にCPU1と送信アンテナ(送信手段)7が接続されている。
【0011】
また、同図において、分配器4と受信アンテナ(受信手段)8にミキサ(復調手段)6が接続されている。さらに、このミキサ6にリミッタ(制限手段)9が接続され、このリミッタ9にコンデンサ10が接続されている。また、コンデンサ10に増幅器(増幅手段)11が接続され、この増幅器11にADコンバータ12が接続されている。ADコンバータ12は、またCPU1にも接続されている。
【0012】
つぎに、この実施の形態1に係るパルスレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【0013】
図2は、この発明の実施の形態1に係るパルスレーダ装置のミキサから出力される受信信号の波形を示す図である。また、図3は、この発明の実施の形態1に係るパルスレーダ装置のリミッタから出力される信号の波形を示す図である。さらに、図4は、この発明の実施の形態1に係るパルスレーダ装置の増幅器から出力される信号の波形を示す図である。
【0014】
CPU1が制御する変調信号発生部2は、VCO3の周波数変調を行う変調信号を発生する。VCO3が発生する周波数変調された搬送波は、分配器4によってスイッチ5とミキサ6に分配される。スイッチ5ではCPU1の制御によりパルス変調が行われ、送信アンテナ7に供給される。送信アンテナ7によってパルス変調された信号は電磁波として目標物体に向けて送信される。
【0015】
目標物体によって反射された反射波は、受信アンテナ8によって受信される。受信された信号はミキサ6へ伝達される。ミキサ6では受信信号が分配器4からのローカル信号によって復調され、図2に示すような目標物体までの距離に応じた遅延時間をもつパルス信号となる。
【0016】
ここで、ミキサ6で復調された受信信号について、図2を用いて説明する。一般的なパルスレーダと同様に、送信信号が電磁波となって送信アンテナ7から放出され、距離Rだけ離れた目標物体で反射され、受信アンテナ8で受信されるまでに要する時間Tdだけ遅れて受信信号に現れる。ここで、光速をcとして時間Tdは、以下の式(1)により計算される。
【0017】
Td=2R/c ・・・(1)
【0018】
また、本実施の形態1に示すパルスレーダ装置では、例えば送信アンテナ7から受信アンテナ8への電磁結合などによって、遅延時間が0の信号、すなわち漏れ込み信号が受信信号に現れる。
【0019】
さらに、搬送波は一般的なFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダと同様な周波数変調がなされているため、目標物体からの反射信号の高さは、目標物体までの距離と相対速度に応じたビート周波数で変動する。漏れ込み信号もまた、漏れ込み量の周波数特性に起因して、搬送波の変調にともなって高さが変動する。
【0020】
次に、復調されたパルス信号は、リミッタ9により振幅制限がなされる。この様子を図3に示す。漏れ込み信号はリミッタ9で振幅制限されることにより、変動がなくなり一定になる。
【0021】
次に、振幅制限されたパルス信号は、直流成分を除去するコンデンサ10を介した後、増幅器11によって増幅される。増幅器11の出力信号を図4に示す。コンデンサ10による逆応答が現れ、目標物体による反射信号は、逆応答に重畳する。
【0022】
次に、増幅器11によって増幅されたパルス信号はADコンバータ12によって量子化され、CPU1により目標物体までの距離と相対速度が算出される。
【0023】
以上のように、コンデンサ10による逆応答が現れる前にリミッタ9で振幅制限を行っているので、漏れ込み信号の変動が逆応答に影響することなく、良好に目標物体の検出を行うことができる。
【0024】
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るパルスレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態2に係るパルスレーダ装置の構成を示す図である。
【0025】
図5において、図1に示すパルスレーダ装置の送信アンテナ7及び受信アンテナ8の代わりに、この実施の形態2では、スイッチ5及びミキサ6に接続されてサーキュレータ13と、このサーキュレータ13に接続されたアンテナ(送受信手段)14を設けたものである。
【0026】
つぎに、この実施の形態2に係るパルスレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【0027】
CPU1が制御する変調信号発生部2は、VCO3の周波数変調を行う変調信号を発生する。VCO3が発生する周波数変調された搬送波は、分配器4によってスイッチ5とミキサ6に分配される。スイッチ5ではCPU1の制御によりパルス変調が行われ、サーキュレータ13を介してアンテナ14に供給される。このアンテナ14によってパルス変調された信号は電磁波として目標物体に向けて送信される。
【0028】
目標物体によって反射された反射波は、アンテナ14によって受信される。受信された信号は、サーキュレータ13を介してミキサ6へ伝達される。
【0029】
このミキサ6以降の動作は、上記実施の形態1と全く同様であるので、説明は省略する。
【0030】
以上のように、サーキュレータ13によって送信および受信の動作を1個のアンテナ14によって行うことができるため、小型化、低価格化が可能となる。
【0031】
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係るパルスレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図6は、この発明の実施の形態3に係るパルスレーダ装置の構成を示す図である。
【0032】
図6において、図5に示すパルスレーダ装置のリミッタ9及び増幅器11の代わりに、この実施の形態3では、可変リミッタ(制限手段)15及び可変ゲインアンプ(増幅手段)16を設けたものである。
【0033】
つぎに、この実施の形態3に係るパルスレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【0034】
図7は、この発明の実施の形態3に係るパルスレーダ装置の受信信号が振幅制限される様子を示す図である。また、図8は、この発明の実施の形態3に係るパルスレーダ装置の受信信号が振幅制限されない場合と振幅制限された場合の受信スペクトラムを示す図である。
【0035】
動作初期状態において、可能な限り小さな目標物体も検出できるよう、可変ゲインアンプ16の利得はCPU1によって最大利得に設定される。また、可変リミッタ15の振幅制限値は、CPU1により、復調信号がADコンバータ12の最大入力範囲に収まるように制御される。すなわち、可変リミッタ15の振幅制限値をL、可変ゲインアンプ16の利得をG、ADコンバータ12の最大入力範囲をVadとすると、次の式(2)により振幅制限値Lが制御される。
【0036】
L=Vad/G ・・・(2)
【0037】
上記の実施の形態2と同様な動作により、ADコンバータ12によって量子化された受信信号はCPU1によってFFT(Fast Fourier Transform)演算が行われ、ビート周波数が抽出される。このとき、受信信号に対して可変リミッタ15の振幅制限値が小さすぎる場合、図7のように漏れ込み信号のみならず、受信信号までもが振幅制限されることになる。
【0038】
受信信号が振幅制限されない正常な状態では図8(a)に示すように、ビート周波数fbなる周波数に単一スペクトラムが現れるが、受信信号が振幅制限された場合は、ビート信号が歪むために図8(b)に示すスペクトラムとなる。すなわち、歪みによる整数倍の高調波が現れる。
【0039】
このような高調波を検出した場合は、可変ゲインアンプ16の利得Gが過大であると判断し、可変ゲインアンプ16の利得Gを所定量だけ小さくする。また、それにともなって式(2)にしたがい可変リミッタ15の振幅制限値Lを制御する。このような制御により、高調波が現れない状態になったら、再び小さな目標物体を検出するために可変ゲインアンプ16の利得Gを上昇させていく。
【0040】
以上のように、CPU1により高調波の発生を検知して可変ゲインアンプ16の利得を制御することにより、受信信号の振幅制限を避けながら小さな目標物体の検出を行うことができる。
【0041】
【発明の効果】
この発明に係るパルスレーダ装置は、以上説明したとおり、変調信号を発生する変調信号発生部と、前記変調信号に基づき周波数変調された搬送波を発振する発振手段と、前記発振手段によって発生された搬送波を分配する分配器と、前記分配器によって分配された搬送波をパルス変調するパルス変調手段と、前記パルス変調手段により変調されたパルス波を電磁波として送信する送信手段と、前記送信手段により送信された電磁波が目標物体により反射された反射波を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された受信信号を前記分配器によって分配された搬送波に基いて復調する復調手段と、前記復調手段により復調されたパルス信号に現れる漏れ込み信号の振幅を制限する可変リミッタと、前記パルス信号から直流成分を除去するコンデンサと、前記コンデンサを通過した前記パルス信号を増幅する可変ゲインアンプと、前記可変ゲインアンプによって増幅されたパルス信号を量子化するADコンバータと、前記A/Dコンバータによって量子化されたパルス信号に基づき前記目標物体までの距離と相対速度を計算するとともに、前記復調されたパルス信号が振幅制限されないよう前記可変リミッタの振幅制限値を制御し、かつ高調波が現れないよう前記可変ゲインアンプの利得を制御するCPUとを有するので、漏れ込み信号の変動が逆応答に影響することなく、良好に目標物体検出を行うことができるという効果を奏する。
【0042】
この発明に係るパルスレーダ装置は、以上説明したとおり、前記送信手段及び前記受信手段を、パルス変調手段より変調されたパルス波を電磁波として送信し、かつ受信した反射波を復調手段に入力することを兼ね備えた一つの送受信手段としたので、小型化、低価格化が可能であるという効果を奏する。
【0043】
この発明に係るパルスレーダ装置は、以上説明したとおり、前記CPUが、前記A/Dコンバータによって量子化されたパルス信号に基づき高調波を検出した場合には、前記可変ゲインアンプの利得を所定量だけ小さくし、前記可変リミッタの振幅制限値をL、前記可変ゲインアンプの利得をG、前記ADコンバータの最大入力範囲をVadとすると、式L=Vad/Gにしたがい前記可変リミッタの振幅制限値を制御するので、受信信号の振幅制限を避けながら小さな目標物体の検出を行うことができるという効果を奏する。
【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の構成を示す図である。
【図2】 この発明の実施の形態1に係るパルスレーダ装置のミキサから出力される受信信号の波形を示す図である。
【図3】 この発明の実施の形態1に係るパルスレーダ装置のリミッタから出力される信号の波形を示す図である。
【図4】 この発明の実施の形態1に係るパルスレーダ装置の増幅器から出力される信号の波形を示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態2に係るパルスレーダ装置の構成を示す図である。
【図6】 この発明の実施の形態3に係るパルスレーダ装置の構成を示す図である。
【図7】 この発明の実施の形態3に係るパルスレーダ装置の受信信号が振幅制限される様子を示す図である。
【図8】 この発明の実施の形態3に係るパルスレーダ装置の受信信号が振幅制限されない場合と振幅制限された場合の受信スペクトラムを示す図である。
【符号の説明】
1 CPU、2 変調符号発生部、3 VCO、4 分配器、5 スイッチ、6 ミキサ、7 送信アンテナ、8 受信アンテナ、9 リミッタ、10 コンデンサ、11 増幅器、12 ADコンバータ、13 サーキュレータ、14 アンテナ、15 可変リミッタ、16 可変ゲインアンプ。
Claims (3)
- 変調信号を発生する変調信号発生部と、
前記変調信号に基づき周波数変調された搬送波を発振する発振手段と、
前記発振手段によって発生された搬送波を分配する分配器と、
前記分配器によって分配された搬送波をパルス変調するパルス変調手段と、
前記パルス変調手段により変調されたパルス波を電磁波として送信する送信手段と、
前記送信手段により送信された電磁波が目標物体により反射された反射波を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された受信信号を前記分配器によって分配された搬送波に基いて復調する復調手段と、
前記復調手段により復調されたパルス信号に現れる漏れ込み信号の振幅を制限する可変リミッタと、
前記パルス信号から直流成分を除去するコンデンサと、
前記コンデンサを通過した前記パルス信号を増幅する可変ゲインアンプと、
前記可変ゲインアンプによって増幅されたパルス信号を量子化するADコンバータと、
前記A/Dコンバータによって量子化されたパルス信号に基づき前記目標物体までの距離と相対速度を計算するとともに、前記復調されたパルス信号が振幅制限されないよう前記可変リミッタの振幅制限値を制御し、かつ高調波が現れないよう前記可変ゲインアンプの利得を制御するCPUと
を備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。 - 前記送信手段及び前記受信手段は、パルス変調手段より変調されたパルス波を電磁波として送信し、かつ受信した反射波を復調手段に入力することを兼ね備えた一つの送受信手段である
ことを特徴とする請求項1記載のパルスレーダ装置。 - 前記CPUは、前記A/Dコンバータによって量子化されたパルス信号に基づき高調波を検出した場合には、
前記可変ゲインアンプの利得を所定量だけ小さくし、
前記可変リミッタの振幅制限値をL、前記可変ゲインアンプの利得をG、前記ADコンバータの最大入力範囲をVadとすると、
式L=Vad/Gにしたがい前記可変リミッタの振幅制限値を制御する
ことを特徴とする請求項1又は2記載のパルスレーダ装置。
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