JP3988571B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数変調されたレーダ波を、複数のアンテナを用いて送受信することにより、ターゲットとの距離及び相対速度やターゲットが存在する方位を検出するレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーダ装置を車両に搭載し、衝突防止等の安全装置として役立てることが行われている。この種のレーダ装置としては、ターゲットとの距離及び相対速度を同時に検出可能であり、しかも構成が比較的簡単で小型化，低価格化に適したＦＭＣＷ方式のレーダ装置（以下「ＦＭＣＷレーダ装置」という）が用いられている。
【０００３】
このＦＭＣＷレーダ装置では、図９（ａ）に実線で示すように、三角波状の変調信号により周波数変調され周波数が時間に対して直線的に漸次増減する送信信号Ｓｓをレーダ波として送信し、ターゲットにより反射されたレーダ波（以下では「反射波」ともいう）を受信する。この時、受信信号Ｓｒは、図９（ａ）に点線で示すように、レーダ波がターゲットとの間を往復するのに要する時間、即ちターゲットまでの距離に応じた時間Ｔｒだけ遅延し、ターゲットとの相対速度に応じた周波数ｆｄだけドップラシフトする。
【０００４】
このような受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｓとをミキサで混合することにより、図９（ｂ）に示すように、両信号Ｓｒ，Ｓｓの差の周波数成分であるビート信号Ｂを発生させる。なお、送信信号Ｓｓの周波数が増加する時のビート信号Ｂの周波数（以下「上り変調時のビート周波数」という）ｆb1と、送信信号Ｓｓの周波数が減少する時のビート信号Ｂの周波数（以下「下り変調時のビート周波数」という）ｆb2とから、遅延時間Ｔｒに基づく周波数ｆｒは（１）式、ドップラシフト周波数ｆｄは（２）式にて表される。
【０００５】
そして、これらの周波数ｆｒ，ｆｄに基づいて、（３）（４）式からターゲットとの距離Ｒ及び相対速度Ｖを求めるようにされている。
【０００６】
【数１】
【０００７】
但し、ｃは電波伝搬速度，ｆｍは送信信号の変調周波数，ΔＦは送信信号の周波数変動幅，Ｆｏは送信信号の中心周波数である。
また、ビート周波数ｆb1，ｆb2の特定には一般に信号処理が用いられている。具体的には、ビート信号Ｂをサンプリングし、上り／下りの各変調時毎に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行うことにより、各変調時毎にビート信号Ｂの周波数分布を求め、信号強度がピークとなる成分の周波数をビート周波数ｆb1，ｆb2としている。
【０００８】
なお、ビート信号Ｂのサンプリング周波数ｆｓは、周知のように、ビート信号Ｂの上限周波数の２倍以上に設定する必要がある。つまり、予め設定された検知範囲内に存在するターゲットからの反射波に基づいて生成されるビート信号Ｂの周波数成分が、この上限周波数以下の信号帯域内に入るようにレーダ波の変調幅ΔＦや変調周期１／ｆｍなどが設定される。
【０００９】
但し、歩道橋や道路近傍の建物等、車両と比較してサイズの大きい固定建造物等からの反射波は、検知範囲外に位置する遠距離からのもの（以下では「遠距離ターゲット」という）であっても十分に大きく、従って、このような遠距離ターゲットからの反射波を受信すると、ビート信号Ｂには、図１０（ａ）に示すように、上限周波数以上の周波数成分が含まれてしまう。但し、図はビート信号Ｂの周波数分布を表すグラフである。このビート信号ＢをサンプリングしてＦＦＴ処理を行うと、遠距離ターゲットに基づく上限周波数以上の周波数成分が、図中点線で示すように、サンプリング周波数の１／２の周波数を対称軸として折り返されることにより、信号帯域内に偽のピークが出現し、検知範囲内にターゲットが存在するものとして誤検出されてしまう。
【００１０】
また、上述のような遠距離ターゲットが存在しない場合でも、ビート信号ＢをサンプリングしてＦＦＴ処理を行うと、図１０（ｂ）に示すように、信号帯域内に折り返されたノイズ成分により、信号帯域のノイズフロアが上昇してＳＮ比が劣化するため、検知能力を低下させてしまう。
【００１１】
そこで、一般的には、ミキサの出力側にアンチエイリアシングフィルタを設けることにより、図１０（ｃ）に示すように、ミキサにて生成されたビート信号から、信号帯域外のノイズ成分、特にサンプリング周波数の１／２以上の周波数成分を除去し、上述したようなＦＦＴ処理によって生じる折り返しの影響を抑えることが行われている。
【００１２】
一方、レーダ装置によるターゲットの検出範囲を拡大したり、ターゲットが存在する方位を精度よく測定するため、ターゲットからの反射波を複数のアンテナにて受信し、各アンテナの位置に応じて生じる受信信号の位相や強度の違いから、ターゲットの方位を求める電子スキャン方式のレーダ装置が知られている。
【００１３】
この種のレーダ装置の一つとして、例えば特開２０００−２８４０４７号公報には、装置を安価に構成するため、これら複数のアンテナに対して、ビート信号を生成するための受信器（ミキサ）を一つだけ設け、この単一のミキサにより、各アンテナからの受信信号を時分割処理するものが開示されている。以下では、レーダ波の送受信に使用する送信側のアンテナと受信側のアンテナとの組合せパタンのそれぞれをチャンネルという。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように複数チャンネルからの受信信号をミキサが時分割処理する場合、アンチエイリアシングフィルタを用いると、正確な検出結果を得ることができなくなってしまうという問題があった。
【００１５】
即ち、ミキサに供給される時分割多重された受信信号には、チャンネル切替周期を１／ｆｘとして、周波数ｆｘの整数倍の高調波が含まれるため、ミキサが生成するビート信号Ｂもこの高調波に基づく周波数成分が付加されることにより広帯域化する。つまり、上述のアンチエイリアシングフィルタは、多重化された各チャンネルの信号の分離に必要な情報も除去してしまうため、その結果、各チャンネルの信号が互いに重なり合ってしまい、正確な信号レベルをサンプリングできなくなってしまうのである。
【００１６】
なお、ここでは、受信側のアンテナが複数ある場合について説明したが、送信側のアンテナが複数ある場合には、時分割多重されたレーダ波が送受信されることになるため、受信側がアンテナ毎にミキサを設けたとしても、各ミキサには時分割多重された受信信号が供給されることになり、受信側で受信信号の多重化を行うか否かによらず同様の問題が生じる。
【００１７】
ところで、複数チャンネル間の受信信号の位相や強度の差に基づいて方位を求める場合、比較する信号の同時性が要求されるため、送信信号の上り変調及び下り変調の各変調に必要な掃引時間Ｔ（＝１／２ｆｍ）内で、それぞれ各チャンネル毎にＦＦＴ処理に必要なデータを全て収集しなければならない。
【００１８】
つまり、掃引時間Ｔ内にサンプリングすべきデータの総数をｎ（＝Ｎｃ（チャンネル数）×Ｄpc（１チャンネル当たりのデータ数））、チャンネル切替間隔を１／ｆｘとすると、掃引時間Ｔは（５）式にて表すことができる。この時、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓは、ｆｓ＝ｆｘ／Ｎｃとなる。
【００１９】
【数２】
【００２０】
なお、チャンネル切替間隔１／ｆｘは、アンテナ，ミキサ間の接続切替を行う高周波スイッチの切替速度、或いはビート信号のサンプリングを行うＡＤ変換器の動作（サンプリング）速度のうち遅い方によって制限され、その制限を越えて短縮することができない。
【００２１】
従って、通常、掃引時間Ｔは、サンプリングデータの総数ｎ、特に１チャンネル当たりのデータ数Ｄpcが決まっている場合には、チャンネル数Ｎｃによって決まる。このため、方位検出性能を向上させるためにチャンネル数Ｎｃを増やすほど、掃引時間Ｔが長くなることになる。
【００２２】
しかし、ＦＭＣＷレーダ装置では、掃引時間Ｔが長くなると、相対速度Ｖの検知範囲が狭くなってしまうという問題があった。
即ち、ＦＦＴ処理の結果として得られるビート周波数ｆb1，ｆb2は、掃引時間Ｔによって規定される単位周波数１／Ｔの整数倍で計測される。つまり、ビート信号ｆb1，ｆb2の分解能Δｆ、ひいては周波数ｆｒ，ｆｄの分解能Δｆｒ，Δｆｄは、（６）式にて表すことができる。
【００２３】
【数３】
【００２４】
そして、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置にて検出される距離分解能ΔＲは、（３）式の右辺のｆｒの変わりにΔｆｒを代入して得られる（７）式により、また、速度分解能ΔＶは、（４）式の右辺のｆｄの変わりにΔｆｄを代入し、（６）式を用いて変形して得られる（８）式により表すことができる。
【００２５】
【数４】
【００２６】
これら（７）（８）式から明らかなように、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置では、周波数変動幅ΔＦを大きくすると、距離分解能ΔＲが高くなり、また、送信信号の掃引時間Ｔを長くすると、速度分解能ΔＶが高くなる一方で相対速度Ｖの検知範囲が狭くなってしまうのである。
【００２７】
なお、図１１は、周波数変動幅ΔＦを一定（２００ＭＨｚ）とし、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓを変化（変調Ａ：１８５ｋＨｚ，変調Ｂ：３７０ｋＨｚ）させることにより掃引時間Ｔを変化させた時の距離Ｒ，相対速度Ｖの検知可能エリアの変化を表すグラフである。図示されているように、掃引時間Ｔが長くなると（変調Ａ）、検知可能な相対速度Ｖの範囲が狭くなることがわかる。但し、最大距離が得られるのはｆｒ＝ｆｓ／２の時、最大相対速度が得られるのはｆｄ＝ｆｓ／４の時であり、ここでは、１チャンネル当たりのサンプリング数Ｄpcを５１２とした。
【００２８】
そして、特に、送信側に複数のアンテナを設けることで多チャンネル化が図られている場合、チャンネルの切替時には、新たなチャンネルのビート信号のサンプリングを開始する前に、前チャンネルのレーダ波に基づくビート信号をサンプリングしてしまうことがないように、少なくともレーダ波が最大検知距離を往復するのに必要な時間だけ待機しなければならず、掃引時間Ｔが更に長くなってしまうという問題があった。
【００２９】
また更に、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置では、アンテナが形成するビームにて、路面反射波を受信してしまうことにより、ビート信号に不要な信号成分が重畳され、その信号成分が発生する周波数帯でのビート周波数の検出の妨げになるという問題もあった。
【００３０】
例えば、図１２に示すように、サイドロープにて受信される路面反射波は、通常、レーダ装置の距離分解能に満たない極近距離からのものであるため、送信信号に対して受信信号が遅延することにより生じる周波数成分は十分に小さい。しかし、レーダ波は、車両の進行方向に沿った路面に対して、ある角度にて入射され、その入射角θはレーダ波が反射する位置によって様々に異なる。従って、路車間相対速度の入射方向成分、即ちレーダ波にて検出される見かけ上の相対速度が大きくばらつき、その相対速度のばらつきに応じて、受信信号のドップラシフト量もばらつくため、ビート信号に周波数広がりのある不要な信号成分が重畳されてしまうのである。
【００３１】
本発明は、上記問題点を解決するために、時分割多重された受信信号から生成したビート信号をサンプリングして信号処理することでターゲットを検出するレーダ装置において、様々な状況に対応したターゲットの検出を可能とし、検出の信頼性を向上させることを目的とし、特に距離や相対速度の検出能力を犠牲にすることなく、検出範囲外に位置する遠距離ターゲットの誤検出を防止でき、更には、路面反射波の影響も低減できるようにすることを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明のレーダ装置では、送信信号生成部が、周波数が時間と共に周期的に変動する送信信号を生成し、送信アンテナと受信アンテナとの組み合わせからなるチャンネルを複数有する送受信部が、これらチャンネルのいずれかを使用し、送信信号に基づくレーダ波の送信、及びそのレーダ波を反射したターゲットからの反射波の受信を行う。
【００３３】
この時、切替制御部が、送受信部が使用するチャンネルの切替を制御し、ビート信号生成部は、切替制御部の切替制御によって選択された単一のチャンネルからの受信信号、又は選択された複数のチャンネルからの受信信号が時分割多重されたものを、ローカル信号と混合することでビート信号を生成する。
【００３４】
但し、切替制御部は、送信信号の変調周期の間に、全てのチャンネルを繰り返し選択する第１切替制御と、送信信号の変調周期の間に、予め設定された一部のチャンネルを繰り返し選択する第２切替制御とを適宜実行する。
つまり、全てのチャンネルを使用する第１切替制御と比較して、一部のチャンネルを使用する第２切替制御では、変調周期や変調傾きを設定する際の自由度が高く、例えば、変調周期を短くして変調傾きを急峻にしたり、チャンネル単位でみればサンプリング周期を短くしたりすることが可能となる。
【００３５】
従って、本発明のレーダ装置によれば、第１及び第２切替制御中にそれぞれ得られたビート信号に基づく信号処理の結果を、必要に応じて適宜組み合わせることにより、ターゲットの検出の際に必要となる検出精度や検知範囲についての様々な要求に応えることができる。
【００３６】
そして、特に請求項１に記載のレーダ装置において、信号処理部は、第１切替制御中に得られたビート信号に基づいて、第１演算手段が、ターゲットの存在する方位を求め、また、第２切替制御中に得られたビート信号に基づいて、第２演算手段が、ターゲットとの距離及び相対速度を求めるように構成されている。
【００３７】
つまり、第２切替制御では、第１切替制御の時より、切替制御に使用するチャンネル数を少なくしているため、チャンネルの切替間隔が一定であれば、１チャンネル当たりのサンプリング間隔を短縮、即ち１チャンネル当たりのサンプリング周波数を高くすることが可能となる。また、距離及び相対速度を求めるには、最低１チャンネルについてのデータが得られればよいため、使用するチャンネル数を少なくしても、距離及び相対速度の検出に悪影響を及ぼすことがない。
【００３８】
従って、本発明のレーダ装置によれば、１チャンネル当たりのサンプリング周波数の１／２が、遠距離ターゲットに基づく周波数成分の最大周波数より高くなるように、第２切替制御での切替制御の対象となるチャンネル数を減少させれば、遠距離ターゲットに基づく周波数成分が信号帯域内に折り返されてしまうことがなく、この遠距離ターゲットを検知範囲内のターゲットであるとして誤検出してしまうことを確実に防止できる。
【００３９】
また、この場合、第２切替制御中に得られるビート信号は、第１切替制御中に得られるビート信号と比較して、フーリエ変換などの信号処理を行った時に、ビート信号の信号帯域内に折り返されるノイズ成分も減少し、信号帯域内のノイズフロアの上昇も抑制されるため、ビート周波数の検知能力を向上させることができる。
【００４０】
更に、請求項１に記載のレーダ装置において、第１演算手段は、第２演算手段での演算結果から、ターゲットからの反射波に基づいてビート信号に現れるべき周波数成分を予測し、その予測された周波数成分について方位検出処理（例えばデジタルビームフォーミング）を行うことによりターゲットが存在する方位を求めるように構成されている。
【００４１】
即ち、全てのチャンネルを使用した場合、遠距離ターゲットに基づく周波数成分の信号帯域内への折り返しが発生する場合があるが、ターゲットの周波数成分は判っているため、その周波数成分のみを対象として方位の検出を行えばよく、遠距離ターゲットに基づく周波数成分を除去できなくても、その周波数成分がターゲットからの反射波に基づく周波数成分と一致しない限り、誤検出してしまうことがない。
【００４２】
そして、請求項２記載のように、送信信号生成部を、送受信部が切替制御するチャンネル数に応じて、信号処理部での信号処理に必要なデータが得られる長さに、送信信号の変調周期を変化させるように構成すれば、変調の傾きが緩やかな第１切替制御では、相対速度を高い分解能にて検出でき、一方、変調の傾きが急峻な第２切替制御では、相対速度の検知範囲を広げることができる。
【００４３】
また、変調周期を短くすると、ビート信号をフーリエ変換した演算結果において、路面反射波に基づく不要信号成分の広がりが縮小され、その結果、ターゲットからの反射波に基づく周波数成分の検出が容易になり、ビート周波数の検出精度向上させることもできる。
【００４４】
即ち、ビート信号をサンプリングしてフーリエ変換した場合、ビート信号ｆ b1 ，ｆ b2 、ひいては周波数ｆｒ，ｆｄは、上述の（６）式で示された周波数分解能Δｆを最小単位として検出され、これが周波数ｆｒ，ｆｄをデジタル値を表す時の１単位（ＬＳＢ）に相当する。以下、この最小単位を用いて表された値を「周波数ポイント」という。つまり、上述の（８）式から明らかなように、この周波数ポイントの１ポイントが表す周波数の大きさは、変調周期（掃引時間Ｔ）が短くなるほど大きくなる。
【００４５】
但し、この周波数分解能Δｆに基づいて算出される距離分解能ΔＲ（（７）式参照）は、変調周期Ｔとは無関係であり、従って、ターゲットまでの距離Ｒが一定であれば、Ｒ／ΔＲは一定値となることから、距離Ｒ（即ち周波数ｆｒ）に基づく周波数ポイントも変調周期Ｔに関わらず一定となる。一方、同じく周波数分解能Δｆに基づいて算出される速度分解能ΔＶ（（８）式参照）は、変調周期Ｔに応じて変化するため、ターゲットとの相対速度Ｖが一定であっても、相対速度Ｖ（即ち周波数ｆｄ）に基づく周波数ポイントは、変調周期Ｔが長いほど大きくなる。
【００４６】
なお、路面反射波に基づく不要な信号成分は、ほぼドップラシフトのみによりにより生じたものであるため、周波数ポイントでみた場合、変調周期Ｔを短くするほど、その広がりは周波数ポイントがゼロの点に向けて縮小されることになる。一方、ターゲットからの反射波に基づくビート周波数ｆ b1 ，ｆ b2 は、距離Ｒに基づく周波数ｆｒを中心として、両側に相対速度Ｖに基づく周波数ｆｄだけ離れた大きさを有するが、周波数ポイントでみれば、変調周期Ｔを短くするほど、ビート周波数ｆ b1 ，ｆ b2 の周波数ポイントは、周波数ｆｒの周波数ポイントに近付くことになる。
【００４７】
従って、図１３（ａ）に示すように、変調周期Ｔを長くして測定した時には、不要な信号成分の周波数ポイントと、ターゲットに基づくビート周波数ｆ b1 の周波数ポイントとが重なりあっていたとしても、変調周期Ｔを短くして測定すれば、図１３（ｂ）に示すように、不要な信号成分の周波数ポイントの広がりが縮小されると共に、ビート周波数ｆ b1 の周波数ポイントも、不要な信号成分の周波数ポイントから離れる方向に移動するため、両者（ビート周波数，不要な信号成分）の周波数ポイントを明確に分離することが可能となるのである。
【００４８】
次に、請求項３に記載のレーダ装置では、信号処理部は、第１演算手段が、第１切替制御中に得られたビート信号に基づいて特定される周波数ペアのそれぞれについて、距離及び相対速度を求めると共に、第２演算手段が、第２切替制御中に得られたビート信号に基づいて特定される周波数ペアのそれぞれについて、距離及び相対速度を求め、これら第１及び第２演算手段での演算結果が一致したものをターゲットとして認識すように構成されている。
【００４９】
この場合、同一のターゲットを、第１切替制御での測定結果と第２切替制御での測定結果とから二重に検出し、その両方で検出された場合のみ、正式にターゲットとして認識されるため、認識されたターゲットの信頼性を向上させることができる。
【００５０】
ところで、ＦＭＣＷレーダにおいて、（３）（４）式を用いた距離及び相対速度の算出は、図９に示すように、上り変調時には、送信波の周波数が高く、下り変調時には、受信波の周波数が高いことを前提として行われる。しかし、近距離に相対速度の大きいターゲットでは、上り変調時でも受信波の周波数が高くなったり、下り変調時でも送信波の周波数が高くなったりすることがある。なお、このようなケースは、変調傾きが小さいほど発生しやすい。
【００５１】
そして、この場合、送信波と受信波との関係が逆転した変調時の周波数を負値として（３）（４）式を適用する必要があるが、通常通りに距離や相対速度を算出すると、誤った結果が得られることになる。
その結果、第１及び第２切替制御のいずれでも周波数ペアが検出されているにも関わらず、第１及び第２演算手段での演算結果が一致しないため、ターゲットして認識されないという問題があった。
【００５２】
そこで、請求項４記載のように、第１演算手段は、第２演算手段での演算結果に対応するものが存在しない周波数ペアについて、その周波数ペアのうち、周波数の低い側を負値として距離及び相対速度を再度求め、その演算結果を、再度、第２演算手段での演算結果と比較するように構成することが望ましい。
【００５３】
即ち、図１４に示すように、変調傾きの大きい第２切替制御の場合（図中（ｂ）参照）、第１切替制御の場合（図中（ａ）参照）と比較して、送信波と受信波との関係の逆転が発生し難いため、上述の再計算を行うことにより、第１切替制御中に得られるビート信号でのみ逆転が生じている場合には、これを確実にターゲットとして認識することができるのである。
【００５４】
また、図１５に示すように、ビート信号をサンプリングすることにより、サンプリング周波数ｆｓの１／２より周波数の高い周波数成分ｆｂは、ｆｓ／２で折り返された周波数成分ｆｂ’として検出される。
このため、請求項５記載のように、第１演算手段は、第２演算手段での演算結果に対応するものが存在しない周波数ペアがある場合、該周波数ペアのうち、片方または両方を、前記ビート信号をサンプリングする際のサンプリング周波数にて折り返された周波数成分であるものとして、距離及び相対速度を再度求め、その演算結果を、再度、第２演算手段での演算結果と比較するように構成することが望ましい。
【００５５】
この場合、折り返される前の周波数成分は、ｆｂ＝ｆｓ−ｆｂ’にて求めることができる。
ところで、送受信部が、少なくとも複数の受信アンテナを備える場合には、請求項６記載のように、送受信部には、これら受信アンテナからの受信信号のいずれかを択一的に選択してヒ゛ート信号生成部に供給する受信スイッチを設けることが望ましい。この場合、ビート信号生成部は、単一のミキサにて構成することができ、装置を安価に構成できる。
【００５６】
次に、請求項７記載のレーダ装置では、ノイズ判定手段が、ビート信号生成手段からのビート信号に基づいて、ＦＭ−ＡＭ変換雑音の有無を判定し、ノイズ無しと判定された場合に、通知手段が、故障を通知する。
なお、ＦＭ−ＡＭ変換雑音とは、レーダ波の送信信号を生成する発振器が発振周波数に応じてパワー（振幅）が変化してしまうことにより、レーダ波に重畳されてしまう雑音のことである。
【００５７】
即ち、発振器は発振周波数に関わらずパワー（振幅）が一定であることが理想的であるが、実際には、発振周波数が高くなるほどパワーが低下するため、送信信号はＦＭ変調と共にＡＭ変調もかかったものとなる。このＡＭ変調分が、図８に示すように、受信信号に重畳された低周波ノイズとなり、受信信号やビート信号のノイズフロアを上昇させる。
【００５８】
換言すれば、このＦＭ−ＡＭ変換雑音は、当該レーダ装置が正常に動作している限り、必ず検出されるものであるため、このノイズが存在しない場合には、何等かの故障であると判定することができるのである。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態の車載用レーダ装置の全体構成を表すブロック図である。
【００６０】
図１に示すように、本実施形態のレーダ装置２は、変調指令に従って、三角波状の変調信号を生成するＤ／Ａ変換器１０と、Ｄ／Ａ変換器１０にて生成された変調信号がバッファ１２を介して印加され、その変調信号に従って発振周波数が変化する電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４と、ＶＣＯ１４の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１６と、送信信号Ｓｓに応じたレーダ波を放射する送信側アンテナ部としての送信アンテナ１８と、レーダ波を受信するＮｃ（本実施形態では８）個の受信アンテナからなる受信側アンテナ部２０と、受信側アンテナ部２０を構成するアンテナのいずれかを選択信号Ｘに従って択一的に選択し、選択されたアンテナからの受信信号Ｓｒを後段に供給する受信スイッチ２２と、受信スイッチ２２から供給される受信信号Ｓｒにローカル信号Ｌを混合してビート信号Ｂを生成するミキサ２４と、ミキサ２４が生成したビート信号Ｂを増幅する増幅器２６と、増幅器２６にて増幅されたビート信号Ｂをタイミング信号Ｐに従ってサンプリングしデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２８と、タイミング信号Ｐ及びモード信号Ｍを生成するタイミング制御部３０と、タイミング制御部３０からのタイミング信号Ｐ及びモード信号Ｍに従って選択信号Ｘを生成するＳＷ制御部３２と、タイミング制御部３０からのモード信号Ｍに従って、Ｄ／Ａ変換器１０に対する変調指令を出力すると共に、Ａ／Ｄ変換器２８を介して取り込んだビート信号Ｂのサンプリングデータの信号処理を行うことにより、レーダ波を反射したターゲットとの距離や相対速度、及びターゲットが存在する方位を求める信号処理部３４とを備えている。
【００６１】
なお、ＶＣＯ１４が送信信号生成部、送信アンテナ１８，受信側アンテナ部２０，受信スイッチ２２が送受信部、分配器１６，ミキサ２４がビート信号生成部、タイミング制御部３０，ＳＷ制御部３２が切替制御部に相当する。
このうち、ＶＣＯ１４は、三角波状の変調信号に従って、時間に対して周波数が直線的に漸増，漸減するよう変調されたミリ波帯の高周波信号を生成し、その中心周波数がＦｏ＝７６．５ＧＨｚ、周波数変動幅がΔＦ＝１００ＭＨｚとなるように設定されている。
【００６２】
受信側アンテナ部２０を構成する各アンテナは、そのビーム幅（正面方向に対する利得の低下が３ｄＢ以内の角度範囲）がいずれも送信アンテナ１８のビーム幅全体を含むように設定されている。なお、各アンテナをそれぞれｃｈ１〜ｃｈＮｃに割り当てるものとする。
【００６３】
タイミング制御部３０は、周期が１／ｆｘのパルス列からなるタイミング信号Ｐを生成すると共に、第１変調モードを表す信号レベルと第２変調モードを表す信号レベルとを交互に繰り返すモード信号Ｍを生成する。
但し、第２変調モードを表す信号レベルは、１チャンネル当たりのサンプリング数Ｄpc（本実施形態では５１２）個分のパルスを出力するのに要する時間だけ継続し、一方、第２変調モードを表す信号レベルは、Ｎｃ×Ｄpc個分のパルスを出力するのに要する時間だけ継続する。また、周期１／ｆｘは、受信スイッチ２２の切替周期、或いはＡ／Ｄ変換器２８の変換周期のうち、いずれか遅い方に設定すればよく、本実施形態では２００［ｎｓ］に設定されている。
【００６４】
本実施形態では、第１変調モードを方位検出モード、第２変調モードを距離検出モードともよぶ。
ＳＷ制御部３２は、モード信号Ｍが距離測定モードを表す信号レベルの時（以下単に「距離測定モードの時」という）には、受信スイッチ２２の接続先を、予め設定された単一のチャンネル（例えばｃｈ１）が固定的に選択され、モード信号Ｍが方位測定モードを表す信号レベルの時（以下単に「方位測定モードの時」という）には、タイミング信号Ｐに従って、Ｎｃ個の全てのチャンネル（ｃｈ１〜ｃｈＮｃ）が順番に選択されるように受信スイッチ２２を制御する。
【００６５】
また、信号処理部３４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、更に、Ａ／Ｄ変換器２８を介して取り込んだデータについて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するための演算処理装置（例えばＤＳＰ）を備えている。そして、変調周波数が最低周波数から最高周波数に到るまで（上り変調）の時間、或いは最高周波数から最低周波数に到るまで（下り変調）の時間を掃引時間とし、距離測定モード（第２変調モード）の時の掃引時間がＴ２＝Ｄpc×１／ｆｘ、方位測定モード（第１変調モード）の時の掃引時間がＴ１＝Ｎｃ×Ｄpc×１／ｆｘとなるような変調指令を生成する処理を実行すると共に、距離測定モードの時にＡ／Ｄ変換器２８を介して得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、ターゲットとの距離及び相対速度を求める第２演算手段（請求項１における）としての距離／相対速度検出処理、及び方位測定モードのＴ時にＡ／Ｄ変換器２８を介して得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、ターゲットが存在する方位を求める第１演算手段（請求項１における）としての方位検出処理などを実行する。
【００６６】
このように構成された本実施形態のレーダ装置２では、ＶＣＯ１４が変調信号に従って生成した高周波信号を、分配器１６が電力分配することにより、送信信号Ｓｓ及びローカル信号Ｌが生成され、このうち送信信号Ｓｓは、送信アンテナ１８を介してレーダ波として送出される。
【００６７】
この送信アンテナ１８から送出されターゲットに反射して戻ってきたレーダ波（反射波）は、受信側アンテナ部２０を構成する全ての受信アンテナにて受信されるが、受信スイッチ２２によって選択されている受信チャンネルｃｈｉ（ｉ＝１〜Ｎｃ）の受信信号Ｓｒのみがミキサへ供給される。すると、ミキサでは、この受信信号Ｓｒに分配器１６からのローカル信号Ｌを混合することによりビート信号Ｂを生成し、増幅器にて増幅されたビート信号Ｂは、Ａ／Ｄ変換器にて、タイミング信号Ｐに従ってサンプリングされ信号処理部３４に取り込まれる。
【００６８】
なお、図２に示すように、モード信号Ｍが距離測定モードの時には、使用するチャンネルがｃｈ１に固定され、信号処理部３４には、１チャンネル分のデータが連続的に供給される。つまり、サンプリング周波数ｆｓは、チャンネル切替周波数ｆｘに等しくなる。一方、方位測定モードの時には、全てのチャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃが順番に使用され、時分割多重された受信信号がミキサ２４に供給される。従って、ミキサ２４が生成するビート信号Ｂも、各受信チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃの受信信号Ｓｒに基づくビート信号が時分割多重されたものとなる。つまり、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓは、チャンネル切替周波数ｆｘをチャンネル数Ｎｃで等分割した大きさ（ｆｓ＝ｆｘ／Ｎｃ）となる。
【００６９】
ここで、信号処理部３４が実行する距離／相対速度検出処理、及び方位検出処理を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。なお、両処理は並列に実行されるものとする。
距離／相対速度検出処理が起動すると、まず、距離／相対速度検出用データの収集が完了したか否かを、モード信号Ｍが距離検出モードの信号レベルから方位検出モードの信号レベルに変化したか否かにより判断し（Ｓ１１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
そして、距離／相対速度検出用データの収集が完了したと判断されると、距離検出モードの間の上り変調時及び下り変調時のそれぞれの間にサンプリングされた各Ｄpc（＝５１２）個のデータについて、各変調時毎にＦＦＴ処理を実行する（Ｓ１２０）。
【００７０】
このＦＦＴ処理により各変調時毎に得られたビート信号の周波数分布から、信号強度がピークとなる成分の周波数を特定するピークサーチ処理を実行し（Ｓ１３０）、ピークが複数ある場合には、周波数成分の信号強度や位相を比較することにより、両変調時の間で対になる周波数成分を特定するペアマッチ処理を実行する（Ｓ１４０）。
【００７１】
このペアマッチ処理により対になった信号成分の周波数をビート周波数ｆb1，ｆb2として、各対毎に上述の（３）（４）式を用いて、ターゲットとの距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出し（Ｓ１５０）、その距離Ｒ及び相対速度Ｖから、方位検出用データを周波数分析した時に、ターゲットからの反射波に基づく信号成分の周波数（ターゲット周波数という）を予測して（Ｓ１６０）、Ｓ１１０に戻る。なお、ターゲット周波数は、変調の精度やターゲットの不測の挙動などを考慮して、多少幅をもって設定することが望ましい。
【００７２】
一方、方位検出処理が起動されると、まず、方位検出用データの収集が完了したか否かを、モード信号の信号レベルが、方位検出モードから距離検出モードに変化したか否かにより判断し（Ｓ２１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
【００７３】
そして、方位検出用データの収集が完了したと判断されると、方位検出モードの間の上り変調時及び下り変調時のそれぞれの間にサンプリングされたデータを、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃ毎に分離し（Ｓ２２０）、各チャンネル毎且つ各変調時毎にＦＦＴ処理を実行する（Ｓ２３０）。
【００７４】
次に、先のＳ１６０にて処理されるターゲット周波数の算出が終了しているか否かを判断し（Ｓ２４０）、算出が終了していなければ、終了するまで待機する。そして、ターゲット周波数の算出が終了していれば、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃのＦＦＴ処理結果から、ターゲット周波数の信号成分を抽出し（Ｓ２５０）、この抽出した信号成分について、チャンネル間のサンプリングタイミングの違いに基づくチャンネル間のばらつきを補正（Ｓ２６０）した後、これらターゲット周波数の信号成分に基づいてデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）処理を実行し（Ｓ２７０）、その処理結果に基づいてターゲットが存在する方位を特定して（Ｓ２８０）、Ｓ２１０に戻る。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置２においては、距離検出モード時には、１チャンネルのみを使用し、同一チャンネルのビート信号を連続的にサンプリングすることにより、サンプリング周波数ｆｓを方位検出モード時のＮｃ倍（ｆｘ／Ｎｃ→ｆｘ）だけ高くすると共に、これに応じて掃引時間Ｔも必要最小限の長さに短縮している。
【００７６】
従って、本実施形態のレーダ装置２によれば、距離検出モード時には、サンプリング周波数ｆｓの１／２が、遠距離ターゲットに基づく周波数成分より十分に高くなり、ＦＦＴ処理によって遠距離ターゲットに基づく周波数成分が信号帯域内に折り返されてしまうことがないため、この遠距離ターゲットを検知範囲内のターゲットであるとして誤検出してしまうことを確実に防止できる。
【００７７】
また、距離検出モード時には、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓが低い方位検出モード時と比較して、ＦＦＴ処理によってビート信号Ｂの信号帯域内に折り返されるノイズ成分も減少し、信号帯域内のノイズフロアの上昇も抑制されるため、ビート周波数ｆb1，ｆb2の検知能力を向上させることができる。
【００７８】
更に、距離検出モード時では、掃引時間Ｔが短縮されるため、ビート信号ＢをＦＦＴ処理した演算結果（周波数ポイント）において、路面反射波に基づく不要信号成分の広がりが縮小され、その結果、ターゲットからの反射波に基づく周波数成分の検出が容易になり、ビート周波数ｆb1，ｆb2の検出精度を向上させることができる。
【００７９】
また、本実施形態のレーダ装置２では、遠距離ターゲットや路面反射波の影響の少ない状態で検出されたターゲットとの距離Ｒや相対速度Ｖから、方位検出モード時に収集されたデータをＦＦＴ処理した時に検出されるべきビート周波数（ターゲット周波数）を予測し、そのターゲット周波数の信号成分についてデジタルビームフォーミングを行うことによりターゲットが存在する方位を求めている。
【００８０】
即ち、全チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃを使用する方位検出モードでは、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓが低くなり、遠距離ターゲットに基づく周波数成分の信号帯域内への折り返しが発生する可能性がある。しかし、本実施形態のレーダ装置２では、距離検出モードにて検出されたターゲット周波数のみを対象として方位の検出を行えばよいため、遠距離ターゲットに基づく周波数成分を除去できなくても、その周波数成分が上記ターゲット周波数と一致しない限り、誤検出してしまうことがなく、信頼性の高い方位検出を行うことができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、距離／相対速度検出処理の検出結果から、ターゲット周波数を予測して方位検出処理に用いているが、方位検出用データから、再度、距離・相対速度を算出してもよい。この場合、距離・相対速度の測定精度を向上させることができると共に、距離検出用データを用いた場合には、相対速度の検知範囲が広く、一方、方位検出用データを用いた場合には、相対速度の分解能が高くなるため、用途に応じて使用する測定結果を選択することもできる。
【００８２】
また、本実施形態では、距離検出モード時に使用するチャンネルを１チャンネルに固定したが、サンプリング周波数の１／２が、遠距離ターゲットの最大周波数より大きくすることができる範囲内であれば、複数チャンネルを使用するように構成してもよい。この場合、各チャンネル毎に求めたＦＦＴ処理の結果の平均を求めるようにすれば、ノイズやチャンネル間のばらつき等が抑制されるため、ビート信号Ｂの周波数分布のピークの検出を容易に行うことができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００８３】
本実施形態では、アンテナの切替制御方法、及び信号処理部３４での処理が、第１実施形態とは異なっているため、これらの相異点を中心に説明する。
即ち、本実施形態において、タイミング制御部３０が生成するモード信号Ｍの第１変調モードを表す信号レベルは、図４に示すように、第１実施形態と同様、Ｎｃ×Ｄpc個分のパルスを出力するのに要する時間だけ継続し、第２変調モードを表す信号レベルは、Ｎｄ（＜Ｎｃ：本実施形態では４）×Ｄpc個分のパルスを出力するのに要する時間だけ継続する。
【００８４】
また、ＳＷ制御部３２は、モード信号Ｍが第１変調モードを表す信号レベルの時（以下単に「第１変調モードの時」という）には、タイミング信号Ｐに従って、Ｎｃ個の全てのチャンネル（ｃｈ１〜ｃｈＮｃ）が順番に選択され、モード信号Ｍが第２変調モードを表す信号レベルの時（以下単に「第２変調モードの時」という）には、タイミング信号Ｐに従って、予め設定されたＮｄ個のチャンネル（例えばｃｈ１〜ｃｈＮｄ）が順番に選択されるように受信スイッチ２２を制御する。
【００８５】
そして、信号処理部３４は、第１変調モードでの掃引時間がＴ１＝Ｎｃ×Ｄpc×１／ｆｘ、第２変調モードでの掃引時間がＴ２＝Ｎｄ×Ｄpc×１／ｆｘとなるような変調指令を生成する処理を実行すると共に、Ａ／Ｄ変換器２８を介して得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、ターゲットとの距離及び相対速度、ターゲットが存在する方位を求める距離／相対速度／方位検出処理などを実行する。
【００８６】
ここで、信号処理部３４が実行する距離／相対速度／方位検出処理を、図５に示すフローチャートに沿って説明する。
距離／相対速度／方位検出処理が起動すると、まず、第１変調モードでのデータ収集が完了しているか否かを判断し（Ｓ３１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
【００８７】
そして、第１変調モードでのデータ収集が完了したと判断されると、その第１変調モードの間にサンプリングされたデータを、各チャンネル毎、且つ各変調時毎に分離して、その分離したそれぞれについてＦＦＴ処理を実行し、更にそのＦＦＴ処理結果に基づいてピークサーチ処理，ペアマッチ処理を実行することで対になった信号成分の周波数（周波数ペア）を仮ターゲットとして抽出する仮ターゲット抽出処理を実行する（Ｓ３２０）。なお、ＦＦＴ処理、ピークサーチ処理、ペアマッチ処理は、Ｓ１２０〜Ｓ１４０と全く同様である。
【００８８】
このターゲット抽出処理により抽出された各仮ターゲットとの距離Ｒ及び相対速度Ｖを、上述の（３）（４）式を用いて算出する（Ｓ３３０）。
このようにして第１変調モードについての処理が終了すると、今度は、第２変調モードでのデータ収集が完了しているか否かを判断し（Ｓ３４０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
【００８９】
そして、第２変調モードでのデータ収集が完了したと判断されると、その第２変調モードの間にサンプリングされたデータに基づいて、先のＳ３２０，Ｓ３３０と同様に、仮ターゲット抽出処理（Ｓ３５０）、抽出された仮ターゲット（周波数ペア）毎に距離Ｒ及び相対速度Ｖの算出（Ｓ３６０）を実行する。
【００９０】
そして、Ｓ３３０及びＳ３６０にて算出された距離Ｒ及び相対速度Ｖが、予め設定された許容範囲内で一致する仮ターゲットを同一ターゲットとして、これを正式なターゲットとして抽出するターゲット抽出処理を実行する（Ｓ３７０）。このターゲット抽出処理にて抽出されたターゲットについて、第１変調モードにて得られた情報に基づいて、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃのＦＦＴ処理結果から、ターゲット周波数の信号成分を抽出し（Ｓ３８０）、この抽出した信号成分について、チャンネル間のサンプリングタイミングの違いに基づくチャンネル間のばらつきを補正（Ｓ３９０）した後、これらターゲット周波数の信号成分に基づいてデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）処理を実行し（Ｓ４００）、その処理結果に基づいてターゲットが存在する方位を特定して（Ｓ４１０）、Ｓ３１０に戻る。
【００９１】
ここで、Ｓ３７０にて実行するターゲット抽出処理を、図６に示すフローチャートに沿って説明する。
本処理が起動すると、まず、Ｓ３２０にて抽出された仮ターゲットの中で、Ｓ３５０にて抽出された仮ターゲットと、Ｓ３３０及びＳ３６０での算出値が不一致となるものがあるか否かを判断し（Ｓ３７１）、不一致となるものがあれば、その全ての仮ターゲットについて、周波数ペアのうち周波数が低い側のビート周波数を負値とし、（３）（４）式を用いて距離Ｒ及び相対速度Ｖを再計算する（Ｓ３７２）。
【００９２】
この再計算した算出値が、Ｓ３６０での算出値と不一致となるものがあるか否かを判断し（Ｓ３７３）、不一致となるものがあれば、その不一致となったデータを削除する（Ｓ３７４）。
そして、Ｓ３７１又はＳ３７３にて不一致データが無いと判定されるか、又はＳＳ３７４にて不一致データの除去が行われた後、距離Ｒ及び相対速度Ｖが一致する仮ターゲットのペアを正式なターゲットとして登録し、各ターゲットについて、第１変調データに基づいて算出された距離Ｒ及び相対速度Ｖを、ターゲット情報として設定して（Ｓ３７５）、本処理を終了する。
【００９３】
なお、Ｓ３１０〜Ｓ３３０，Ｓ３７１〜Ｓ３７２が請求項３，４における第１演算手段、Ｓ３４０〜Ｓ３６０が請求項３における第２演算手段に相当する。
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置によれば、同一ターゲットを、第１変調モードでの測定結果と第２変調モードでの測定結果とから二重に検出し、その両方で検出された場合にのみ正式にターゲットとして認識するため、他方の変調モードに対応する周波数ペアのない、ノイズの影響等で生じた周波数ペアを確実に除去でき、検出の信頼性を向上させることができる。
【００９４】
また、本実施形態のレーダ装置によれば、第１変調モードで検出された仮ターゲット（周波数ペア）のうち、第２変調モードで検出された仮ターゲット中に対応するものが存在しないものについては、その周波数ペアのうち周波数の低い側のビート周波数を負値として、距離Ｒ及び相対速度Ｖを再計算して、対応する仮ターゲットの存在を再度探すようにされている。従って、第１変調モード時にて生成されるビート信号にて、送信波と受信波との周波数の大小関係が本来の状態から反転しているものがあったとしても、そのビート信号を発生させたターゲットを確実に検出することができる。
【００９５】
なお、本実施形態では、Ｓ３７１において、ビート周波数の符号が反転している場合のみを想定して再計算を行っているが、サンプリングによりビート周波数がサンプリング周波数の１／２にて折り返されている場合も想定して再計算を行うようにしてもよい。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。
【００９６】
本実施形態では、第１実施形態のものとは、タイミング制御部３０が生成するモード信号Ｍ、及び信号処理部３４での処理が異なるだけであるため、これらの相異点を中心に説明する。
即ち、本実施形態において、タイミング制御部３０は、第１変調モードと第２変調モードとが交互ではなく、予め決められた割合で第２変調モードが挿入されるようなモード信号Ｍを生成する。そして、信号処理部３４は、第１変調モード時に得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、ターゲットとの距離及び相対速度、ターゲットが存在する方位を求める距離／相対速度／方位検出処理や、第２変調モード時に得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、当該装置の故障の有無を検出する故障検出処理を実行する。
【００９７】
ここで、信号処理部３４が実行する距離／相対速度／方位検出処理、及び故障検出処理の詳細を、図７に示すフローチャートに沿って説明する。
距離／相対速度／方位検出処理が起動すると、まず、第１変調モードでのデータ収集が完了しているか否かを判断し（Ｓ５１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
【００９８】
そして、第１変調モードでのデータ収集が完了したと判断されると、その第１変調モードの間にサンプリングされたデータを、各チャンネル毎、且つ各変調時毎に分離して、その分離したそれぞれについてＦＦＴ処理を実行し、更にそのＦＦＴ処理結果に基づいてピークサーチ処理，ペアマッチ処理を実行することで対になった信号成分の周波数（周波数ペア）をターゲットとして抽出するターゲット抽出処理を実行する（Ｓ５２０）。なお、ＦＦＴ処理、ピークサーチ処理、ペアマッチ処理は、Ｓ１２０〜Ｓ１４０と全く同様である。
【００９９】
このターゲット抽出処理により抽出されたターゲットとの距離Ｒ及び相対速度Ｖを、上述の（３）（４）式を用いて算出し、これを各ターゲットのターゲット情報として設定する（Ｓ５３０）。
そして、ターゲット抽出処理にて抽出されたターゲットについて、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃのＦＦＴ処理結果から、ターゲット周波数の信号成分を抽出し（Ｓ５４０）、この抽出した信号成分について、チャンネル間のサンプリングタイミングの違いに基づくチャンネル間のばらつきを補正（Ｓ５５０）した後、これらターゲット周波数の信号成分に基づいてデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）処理を実行し（Ｓ５６０）、その処理結果に基づいてターゲットが存在する方位を特定して（Ｓ５７０）、Ｓ５１０に戻る。
【０１００】
一方、故障検出処理が起動すると、まず、第２変調モードでのデータ収集が完了しているか否かを判断し（Ｓ６１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
そして、第２変調モードでのデータ収集が完了したと判断されると、その第２変調モードの間にサンプリングされたデータに基づいて、ビート信号のノイズフロアレベルを検出し（Ｓ６２０）、そのノイズフロアレベルが予め設定されたしきい値以上あるか否かを判断する（Ｓ６３０）。そして、ノイズフロアレベルがしきい値以上であれば、当該レーダ装置は正常動作をしているものとして、Ｓ６１０に戻る。一方、ノイズフロアレベルがしきい値より小さければ、当該レーダ装置は故障しているものとして、故障ダイアグを図示しない表示装置に表示させ（Ｓ６４０）、レーダ装置の動作を停止して（Ｓ６５０）、本処理を終了する。
【０１０１】
なお、Ｓ６１０〜Ｓ６３０がノイズ判定手段、Ｓ６４０が通知手段に相当する。
つまり、ビート信号のノイズフロアとして検出されるＦＭ−ＡＭ変換雑音は、レーダ装置が動作していれば必ず検出されるものであるため、レーダが動作中にも関わらず、このＦＭ−ＡＭ変換雑音が検出されなければ、レーダ装置が故障しているものと判定することができる。
【０１０２】
なお、ノイズフロアの検出では、サンプリング値の大きさ（信号レベル）がわければよく、ＦＦＴも行う必要がないため、第２変調モードの全期間に渡ってデータを収集する必要はなく、故障の判定に必要な最小限のサンプリング値を収集すればよい。
【０１０３】
また、ＦＭ−ＡＭ変換雑音は、ＶＣＯ１４の周波数変動幅ΔＦが大きいほど、大きくなるため、第２変調モードの時には、この周波数変調幅ΔＦを大きくとるように構成してもよい。
そして、本実施形態では、第２変調モードで収集したデータを、故障検出処理にのみ用いているが、第１及び第２実施形態のレーダ装置おいて故障検出処理を実行して、第２変調モードで収集したデータを、ターゲットの検出と故障検出との双方に利用するように構成してもよい。
【０１０４】
以上本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、送信側のアンテナを一つと受信側のアンテナを複数設けたが、送信側のアンテナを複数と受信側のアンテナを一つ設けたり、送信側及び受信側ともにアンテナを複数設けてもよい。なお、送信側に複数のアンテナが設けられている場合、距離検出モード時に使用するチャンネル数を少なくする時に、掃引時間Ｔをできるだけ短くするには、送信側のアンテナを減らす方が、送信側のアンテナを切り替える際に必要な待ち時間を無くすことができる分だけ効果的である。
【０１０５】
また、上記実施形態では、ターゲットの方位を、ＤＢＦにより求めているが、モノパルス方式により求めるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車載用レーダ装置の構成を表すブロック図である。
【図２】 第１実施形態における各部の動作を表す説明図である。
【図３】 第１実施形態において信号処理部が実行する処理の内容を表すフローチャートである。
【図４】 第２実施形態における各部の動作を表す説明図である。
【図５】 第２実施形態において信号処理部が実行する処理の内容を表すフローチャートである。
【図６】 ターゲット抽出処理の詳細を表すフローチャートである。
【図７】 第３実施形態において信号処理部が実行する処理の内容を表すフローチャートである。
【図８】 ＦＭ−ＡＭ変換雑音の波形等を示す説明図である。
【図９】 ＦＭＣＷ方式の動作原理を表す説明図である。
【図１０】 アンチエイリアシングフィルタの効果を表す説明図である。
【図１１】 変調周期（掃引時間）と検知範囲との関係を表すグラフである。
【図１２】 路面反射波の影響を表す説明図である。
【図１３】 変調周期（掃引時間）と周波数ポイントとの関係を表す説明図である。
【図１４】 送信波と受信波とで周波数の大小関係が逆転した場合を表わす説明図である。
【図１５】 サンプリング周波数の１／２より大きな周波数成分の折り返しが発生した場合を表わす説明図である。
【符号の説明】
２…レーダ装置 １０…Ｄ／Ａ変換器 １２…バッファ
１４…電圧制御発振器（ＶＣＯ） １６…分配器 １８…送信アンテナ
２０…受信側アンテナ部 ２２…受信スイッチ ２４…ミキサ
２６…増幅器 ２８…Ａ／Ｄ変換器 ３０…タイミング制御部
３２…ＳＷ制御部 ３４…信号処理部
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数変調されたレーダ波を、複数のアンテナを用いて送受信することにより、ターゲットとの距離及び相対速度やターゲットが存在する方位を検出するレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーダ装置を車両に搭載し、衝突防止等の安全装置として役立てることが行われている。この種のレーダ装置としては、ターゲットとの距離及び相対速度を同時に検出可能であり、しかも構成が比較的簡単で小型化，低価格化に適したＦＭＣＷ方式のレーダ装置（以下「ＦＭＣＷレーダ装置」という）が用いられている。
【０００３】
このＦＭＣＷレーダ装置では、図９（ａ）に実線で示すように、三角波状の変調信号により周波数変調され周波数が時間に対して直線的に漸次増減する送信信号Ｓｓをレーダ波として送信し、ターゲットにより反射されたレーダ波（以下では「反射波」ともいう）を受信する。この時、受信信号Ｓｒは、図９（ａ）に点線で示すように、レーダ波がターゲットとの間を往復するのに要する時間、即ちターゲットまでの距離に応じた時間Ｔｒだけ遅延し、ターゲットとの相対速度に応じた周波数ｆｄだけドップラシフトする。
【０００４】
このような受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｓとをミキサで混合することにより、図９（ｂ）に示すように、両信号Ｓｒ，Ｓｓの差の周波数成分であるビート信号Ｂを発生させる。なお、送信信号Ｓｓの周波数が増加する時のビート信号Ｂの周波数（以下「上り変調時のビート周波数」という）ｆb1と、送信信号Ｓｓの周波数が減少する時のビート信号Ｂの周波数（以下「下り変調時のビート周波数」という）ｆb2とから、遅延時間Ｔｒに基づく周波数ｆｒは（１）式、ドップラシフト周波数ｆｄは（２）式にて表される。
【０００５】
そして、これらの周波数ｆｒ，ｆｄに基づいて、（３）（４）式からターゲットとの距離Ｒ及び相対速度Ｖを求めるようにされている。
【０００６】
【数１】
但し、ｃは電波伝搬速度，ｆｍは送信信号の変調周波数，ΔＦは送信信号の周波数変動幅，Ｆｏは送信信号の中心周波数である。
また、ビート周波数ｆb1，ｆb2の特定には一般に信号処理が用いられている。具体的には、ビート信号Ｂをサンプリングし、上り／下りの各変調時毎に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行うことにより、各変調時毎にビート信号Ｂの周波数分布を求め、信号強度がピークとなる成分の周波数をビート周波数ｆb1，ｆb2としている。
【０００８】
なお、ビート信号Ｂのサンプリング周波数ｆｓは、周知のように、ビート信号Ｂの上限周波数の２倍以上に設定する必要がある。つまり、予め設定された検知範囲内に存在するターゲットからの反射波に基づいて生成されるビート信号Ｂの周波数成分が、この上限周波数以下の信号帯域内に入るようにレーダ波の変調幅ΔＦや変調周期１／ｆｍなどが設定される。
【０００９】
但し、歩道橋や道路近傍の建物等、車両と比較してサイズの大きい固定建造物等からの反射波は、検知範囲外に位置する遠距離からのもの（以下では「遠距離ターゲット」という）であっても十分に大きく、従って、このような遠距離ターゲットからの反射波を受信すると、ビート信号Ｂには、図１０（ａ）に示すように、上限周波数以上の周波数成分が含まれてしまう。但し、図はビート信号Ｂの周波数分布を表すグラフである。このビート信号ＢをサンプリングしてＦＦＴ処理を行うと、遠距離ターゲットに基づく上限周波数以上の周波数成分が、図中点線で示すように、サンプリング周波数の１／２の周波数を対称軸として折り返されることにより、信号帯域内に偽のピークが出現し、検知範囲内にターゲットが存在するものとして誤検出されてしまう。
【００１０】
また、上述のような遠距離ターゲットが存在しない場合でも、ビート信号ＢをサンプリングしてＦＦＴ処理を行うと、図１０（ｂ）に示すように、信号帯域内に折り返されたノイズ成分により、信号帯域のノイズフロアが上昇してＳＮ比が劣化するため、検知能力を低下させてしまう。
【００１１】
そこで、一般的には、ミキサの出力側にアンチエイリアシングフィルタを設けることにより、図１０（ｃ）に示すように、ミキサにて生成されたビート信号から、信号帯域外のノイズ成分、特にサンプリング周波数の１／２以上の周波数成分を除去し、上述したようなＦＦＴ処理によって生じる折り返しの影響を抑えることが行われている。
【００１２】
一方、レーダ装置によるターゲットの検出範囲を拡大したり、ターゲットが存在する方位を精度よく測定するため、ターゲットからの反射波を複数のアンテナにて受信し、各アンテナの位置に応じて生じる受信信号の位相や強度の違いから、ターゲットの方位を求める電子スキャン方式のレーダ装置が知られている。
【００１３】
この種のレーダ装置の一つとして、例えば特開２０００−２８４０４７号公報には、装置を安価に構成するため、これら複数のアンテナに対して、ビート信号を生成するための受信器（ミキサ）を一つだけ設け、この単一のミキサにより、各アンテナからの受信信号を時分割処理するものが開示されている。以下では、レーダ波の送受信に使用する送信側のアンテナと受信側のアンテナとの組合せパタンのそれぞれをチャンネルという。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように複数チャンネルからの受信信号をミキサが時分割処理する場合、アンチエイリアシングフィルタを用いると、正確な検出結果を得ることができなくなってしまうという問題があった。
【００１５】
即ち、ミキサに供給される時分割多重された受信信号には、チャンネル切替周期を１／ｆｘとして、周波数ｆｘの整数倍の高調波が含まれるため、ミキサが生成するビート信号Ｂもこの高調波に基づく周波数成分が付加されることにより広帯域化する。つまり、上述のアンチエイリアシングフィルタは、多重化された各チャンネルの信号の分離に必要な情報も除去してしまうため、その結果、各チャンネルの信号が互いに重なり合ってしまい、正確な信号レベルをサンプリングできなくなってしまうのである。
【００１６】
なお、ここでは、受信側のアンテナが複数ある場合について説明したが、送信側のアンテナが複数ある場合には、時分割多重されたレーダ波が送受信されることになるため、受信側がアンテナ毎にミキサを設けたとしても、各ミキサには時分割多重された受信信号が供給されることになり、受信側で受信信号の多重化を行うか否かによらず同様の問題が生じる。
【００１７】
ところで、複数チャンネル間の受信信号の位相や強度の差に基づいて方位を求める場合、比較する信号の同時性が要求されるため、送信信号の上り変調及び下り変調の各変調に必要な掃引時間Ｔ（＝１／２ｆｍ）内で、それぞれ各チャンネル毎にＦＦＴ処理に必要なデータを全て収集しなければならない。
【００１８】
つまり、掃引時間Ｔ内にサンプリングすべきデータの総数をｎ（＝Ｎｃ（チャンネル数）×Ｄpc（１チャンネル当たりのデータ数））、チャンネル切替間隔を１／ｆｘとすると、掃引時間Ｔは（５）式にて表すことができる。この時、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓは、ｆｓ＝ｆｘ／Ｎｃとなる。
【００１９】
【数２】
なお、チャンネル切替間隔１／ｆｘは、アンテナ，ミキサ間の接続切替を行う高周波スイッチの切替速度、或いはビート信号のサンプリングを行うＡＤ変換器の動作（サンプリング）速度のうち遅い方によって制限され、その制限を越えて短縮することができない。
【００２１】
従って、通常、掃引時間Ｔは、サンプリングデータの総数ｎ、特に１チャンネル当たりのデータ数Ｄpcが決まっている場合には、チャンネル数Ｎｃによって決まる。このため、方位検出性能を向上させるためにチャンネル数Ｎｃを増やすほど、掃引時間Ｔが長くなることになる。
【００２２】
しかし、ＦＭＣＷレーダ装置では、掃引時間Ｔが長くなると、相対速度Ｖの検知範囲が狭くなってしまうという問題があった。
即ち、ＦＦＴ処理の結果として得られるビート周波数ｆb1，ｆb2は、掃引時間Ｔによって規定される単位周波数１／Ｔの整数倍で計測される。つまり、ビート信号ｆb1，ｆb2の分解能Δｆ、ひいては周波数ｆｒ，ｆｄの分解能Δｆｒ，Δｆｄは、（６）式にて表すことができる。
【００２３】
【数３】
そして、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置にて検出される距離分解能ΔＲは、（３）式の右辺のｆｒの変わりにΔｆｒを代入して得られる（７）式により、また、速度分解能ΔＶは、（４）式の右辺のｆｄの変わりにΔｆｄを代入し、（６）式を用いて変形して得られる（８）式により表すことができる。
【００２５】
【数４】
これら（７）（８）式から明らかなように、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置では、周波数変動幅ΔＦを大きくすると、距離分解能ΔＲが高くなり、また、送信信号の掃引時間Ｔを長くすると、速度分解能ΔＶが高くなる一方で相対速度Ｖの検知範囲が狭くなってしまうのである。
【００２７】
なお、図１１は、周波数変動幅ΔＦを一定（２００ＭＨｚ）とし、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓを変化（変調Ａ：１８５ｋＨｚ，変調Ｂ：３７０ｋＨｚ）させることにより掃引時間Ｔを変化させた時の距離Ｒ，相対速度Ｖの検知可能エリアの変化を表すグラフである。図示されているように、掃引時間Ｔが長くなると（変調Ａ）、検知可能な相対速度Ｖの範囲が狭くなることがわかる。但し、最大距離が得られるのはｆｒ＝ｆｓ／２の時、最大相対速度が得られるのはｆｄ＝ｆｓ／４の時であり、ここでは、１チャンネル当たりのサンプリング数Ｄpcを５１２とした。
【００２８】
そして、特に、送信側に複数のアンテナを設けることで多チャンネル化が図られている場合、チャンネルの切替時には、新たなチャンネルのビート信号のサンプリングを開始する前に、前チャンネルのレーダ波に基づくビート信号をサンプリングしてしまうことがないように、少なくともレーダ波が最大検知距離を往復するのに必要な時間だけ待機しなければならず、掃引時間Ｔが更に長くなってしまうという問題があった。
【００２９】
また更に、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置では、アンテナが形成するビームにて、路面反射波を受信してしまうことにより、ビート信号に不要な信号成分が重畳され、その信号成分が発生する周波数帯でのビート周波数の検出の妨げになるという問題もあった。
【００３０】
例えば、図１２に示すように、サイドロープにて受信される路面反射波は、通常、レーダ装置の距離分解能に満たない極近距離からのものであるため、送信信号に対して受信信号が遅延することにより生じる周波数成分は十分に小さい。しかし、レーダ波は、車両の進行方向に沿った路面に対して、ある角度にて入射され、その入射角θはレーダ波が反射する位置によって様々に異なる。従って、路車間相対速度の入射方向成分、即ちレーダ波にて検出される見かけ上の相対速度が大きくばらつき、その相対速度のばらつきに応じて、受信信号のドップラシフト量もばらつくため、ビート信号に周波数広がりのある不要な信号成分が重畳されてしまうのである。
【００３１】
本発明は、上記問題点を解決するために、時分割多重された受信信号から生成したビート信号をサンプリングして信号処理することでターゲットを検出するレーダ装置において、様々な状況に対応したターゲットの検出を可能とし、検出の信頼性を向上させることを目的とし、特に距離や相対速度の検出能力を犠牲にすることなく、検出範囲外に位置する遠距離ターゲットの誤検出を防止でき、更には、路面反射波の影響も低減できるようにすることを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明のレーダ装置では、送信信号生成部が、周波数が時間と共に周期的に変動する送信信号を生成し、送信アンテナと受信アンテナとの組み合わせからなるチャンネルを複数有する送受信部が、これらチャンネルのいずれかを使用し、送信信号に基づくレーダ波の送信、及びそのレーダ波を反射したターゲットからの反射波の受信を行う。
【００３３】
この時、切替制御部が、送受信部が使用するチャンネルの切替を制御し、ビート信号生成部は、切替制御部の切替制御によって選択された単一のチャンネルからの受信信号、又は選択された複数のチャンネルからの受信信号が時分割多重されたものを、ローカル信号と混合することでビート信号を生成する。
【００３４】
但し、切替制御部は、送信信号の変調周期の間に、全てのチャンネルを繰り返し選択する第１切替制御と、送信信号の変調周期の間に、予め設定された一部のチャンネルを繰り返し選択する第２切替制御とを適宜実行する。
つまり、全てのチャンネルを使用する第１切替制御と比較して、一部のチャンネルを使用する第２切替制御では、変調周期や変調傾きを設定する際の自由度が高く、例えば、変調周期を短くして変調傾きを急峻にしたり、チャンネル単位でみればサンプリング周期を短くしたりすることが可能となる。
【００３５】
従って、本発明のレーダ装置によれば、第１及び第２切替制御中にそれぞれ得られたビート信号に基づく信号処理の結果を、必要に応じて適宜組み合わせることにより、ターゲットの検出の際に必要となる検出精度や検知範囲についての様々な要求に応えることができる。
【００３６】
そして、特に請求項１に記載のレーダ装置において、信号処理部は、第１切替制御中に得られたビート信号に基づいて、第１演算手段が、ターゲットの存在する方位を求め、また、第２切替制御中に得られたビート信号に基づいて、第２演算手段が、ターゲットとの距離及び相対速度を求めるように構成されている。
【００３７】
つまり、第２切替制御では、第１切替制御の時より、切替制御に使用するチャンネル数を少なくしているため、チャンネルの切替間隔が一定であれば、１チャンネル当たりのサンプリング間隔を短縮、即ち１チャンネル当たりのサンプリング周波数を高くすることが可能となる。また、距離及び相対速度を求めるには、最低１チャンネルについてのデータが得られればよいため、使用するチャンネル数を少なくしても、距離及び相対速度の検出に悪影響を及ぼすことがない。
【００３８】
従って、本発明のレーダ装置によれば、１チャンネル当たりのサンプリング周波数の１／２が、遠距離ターゲットに基づく周波数成分の最大周波数より高くなるように、第２切替制御での切替制御の対象となるチャンネル数を減少させれば、遠距離ターゲットに基づく周波数成分が信号帯域内に折り返されてしまうことがなく、この遠距離ターゲットを検知範囲内のターゲットであるとして誤検出してしまうことを確実に防止できる。
【００３９】
また、この場合、第２切替制御中に得られるビート信号は、第１切替制御中に得られるビート信号と比較して、フーリエ変換などの信号処理を行った時に、ビート信号の信号帯域内に折り返されるノイズ成分も減少し、信号帯域内のノイズフロアの上昇も抑制されるため、ビート周波数の検知能力を向上させることができる。
【００４０】
更に、請求項１に記載のレーダ装置において、第１演算手段は、第２演算手段での演算結果から、ターゲットからの反射波に基づいてビート信号に現れるべき周波数成分を予測し、その予測された周波数成分について方位検出処理（例えばデジタルビームフォーミング）を行うことによりターゲットが存在する方位を求めるように構成されている。
【００４１】
即ち、全てのチャンネルを使用した場合、遠距離ターゲットに基づく周波数成分の信号帯域内への折り返しが発生する場合があるが、ターゲットの周波数成分は判っているため、その周波数成分のみを対象として方位の検出を行えばよく、遠距離ターゲットに基づく周波数成分を除去できなくても、その周波数成分がターゲットからの反射波に基づく周波数成分と一致しない限り、誤検出してしまうことがない。
【００４２】
そして、請求項２記載のように、送信信号生成部を、送受信部が切替制御するチャンネル数に応じて、信号処理部での信号処理に必要なデータが得られる長さに、送信信号の変調周期を変化させるように構成すれば、変調の傾きが緩やかな第１切替制御では、相対速度を高い分解能にて検出でき、一方、変調の傾きが急峻な第２切替制御では、相対速度の検知範囲を広げることができる。
【００４３】
また、変調周期を短くすると、ビート信号をフーリエ変換した演算結果において、路面反射波に基づく不要信号成分の広がりが縮小され、その結果、ターゲットからの反射波に基づく周波数成分の検出が容易になり、ビート周波数の検出精度向上させることもできる。
【００４４】
即ち、ビート信号をサンプリングしてフーリエ変換した場合、ビート信号ｆ b1 ，ｆ b2 、ひいては周波数ｆｒ，ｆｄは、上述の（６）式で示された周波数分解能Δｆを最小単位として検出され、これが周波数ｆｒ，ｆｄをデジタル値を表す時の１単位（ＬＳＢ）に相当する。以下、この最小単位を用いて表された値を「周波数ポイント」という。つまり、上述の（８）式から明らかなように、この周波数ポイントの１ポイントが表す周波数の大きさは、変調周期（掃引時間Ｔ）が短くなるほど大きくなる。
【００４５】
但し、この周波数分解能Δｆに基づいて算出される距離分解能ΔＲ（（７）式参照）は、変調周期Ｔとは無関係であり、従って、ターゲットまでの距離Ｒが一定であれば、Ｒ／ΔＲは一定値となることから、距離Ｒ（即ち周波数ｆｒ）に基づく周波数ポイントも変調周期Ｔに関わらず一定となる。一方、同じく周波数分解能Δｆに基づいて算出される速度分解能ΔＶ（（８）式参照）は、変調周期Ｔに応じて変化するため、ターゲットとの相対速度Ｖが一定であっても、相対速度Ｖ（即ち周波数ｆｄ）に基づく周波数ポイントは、変調周期Ｔが長いほど大きくなる。
【００４６】
なお、路面反射波に基づく不要な信号成分は、ほぼドップラシフトのみによりにより生じたものであるため、周波数ポイントでみた場合、変調周期Ｔを短くするほど、その広がりは周波数ポイントがゼロの点に向けて縮小されることになる。一方、ターゲットからの反射波に基づくビート周波数ｆ b1 ，ｆ b2 は、距離Ｒに基づく周波数ｆｒを中心として、両側に相対速度Ｖに基づく周波数ｆｄだけ離れた大きさを有するが、周波数ポイントでみれば、変調周期Ｔを短くするほど、ビート周波数ｆ b1 ，ｆ b2 の周波数ポイントは、周波数ｆｒの周波数ポイントに近付くことになる。
【００４７】
従って、図１３（ａ）に示すように、変調周期Ｔを長くして測定した時には、不要な信号成分の周波数ポイントと、ターゲットに基づくビート周波数ｆ b1 の周波数ポイントとが重なりあっていたとしても、変調周期Ｔを短くして測定すれば、図１３（ｂ）に示すように、不要な信号成分の周波数ポイントの広がりが縮小されると共に、ビート周波数ｆ b1 の周波数ポイントも、不要な信号成分の周波数ポイントから離れる方向に移動するため、両者（ビート周波数，不要な信号成分）の周波数ポイントを明確に分離することが可能となるのである。
【００４８】
次に、請求項３に記載のレーダ装置では、信号処理部は、第１演算手段が、第１切替制御中に得られたビート信号に基づいて特定される周波数ペアのそれぞれについて、距離及び相対速度を求めると共に、第２演算手段が、第２切替制御中に得られたビート信号に基づいて特定される周波数ペアのそれぞれについて、距離及び相対速度を求め、これら第１及び第２演算手段での演算結果が一致したものをターゲットとして認識すように構成されている。
【００４９】
この場合、同一のターゲットを、第１切替制御での測定結果と第２切替制御での測定結果とから二重に検出し、その両方で検出された場合のみ、正式にターゲットとして認識されるため、認識されたターゲットの信頼性を向上させることができる。
【００５０】
ところで、ＦＭＣＷレーダにおいて、（３）（４）式を用いた距離及び相対速度の算出は、図９に示すように、上り変調時には、送信波の周波数が高く、下り変調時には、受信波の周波数が高いことを前提として行われる。しかし、近距離に相対速度の大きいターゲットでは、上り変調時でも受信波の周波数が高くなったり、下り変調時でも送信波の周波数が高くなったりすることがある。なお、このようなケースは、変調傾きが小さいほど発生しやすい。
【００５１】
そして、この場合、送信波と受信波との関係が逆転した変調時の周波数を負値として（３）（４）式を適用する必要があるが、通常通りに距離や相対速度を算出すると、誤った結果が得られることになる。
その結果、第１及び第２切替制御のいずれでも周波数ペアが検出されているにも関わらず、第１及び第２演算手段での演算結果が一致しないため、ターゲットして認識されないという問題があった。
【００５２】
そこで、請求項４記載のように、第１演算手段は、第２演算手段での演算結果に対応するものが存在しない周波数ペアについて、その周波数ペアのうち、周波数の低い側を負値として距離及び相対速度を再度求め、その演算結果を、再度、第２演算手段での演算結果と比較するように構成することが望ましい。
【００５３】
即ち、図１４に示すように、変調傾きの大きい第２切替制御の場合（図中（ｂ）参照）、第１切替制御の場合（図中（ａ）参照）と比較して、送信波と受信波との関係の逆転が発生し難いため、上述の再計算を行うことにより、第１切替制御中に得られるビート信号でのみ逆転が生じている場合には、これを確実にターゲットとして認識することができるのである。
【００５４】
また、図１５に示すように、ビート信号をサンプリングすることにより、サンプリング周波数ｆｓの１／２より周波数の高い周波数成分ｆｂは、ｆｓ／２で折り返された周波数成分ｆｂ’として検出される。
このため、請求項５記載のように、第１演算手段は、第２演算手段での演算結果に対応するものが存在しない周波数ペアがある場合、該周波数ペアのうち、片方または両方を、前記ビート信号をサンプリングする際のサンプリング周波数にて折り返された周波数成分であるものとして、距離及び相対速度を再度求め、その演算結果を、再度、第２演算手段での演算結果と比較するように構成することが望ましい。
【００５５】
この場合、折り返される前の周波数成分は、ｆｂ＝ｆｓ−ｆｂ’にて求めることができる。
ところで、送受信部が、少なくとも複数の受信アンテナを備える場合には、請求項６記載のように、送受信部には、これら受信アンテナからの受信信号のいずれかを択一的に選択してヒ゛ート信号生成部に供給する受信スイッチを設けることが望ましい。この場合、ビート信号生成部は、単一のミキサにて構成することができ、装置を安価に構成できる。
【００５６】
次に、請求項７記載のレーダ装置では、ノイズ判定手段が、ビート信号生成手段からのビート信号に基づいて、ＦＭ−ＡＭ変換雑音の有無を判定し、ノイズ無しと判定された場合に、通知手段が、故障を通知する。
なお、ＦＭ−ＡＭ変換雑音とは、レーダ波の送信信号を生成する発振器が発振周波数に応じてパワー（振幅）が変化してしまうことにより、レーダ波に重畳されてしまう雑音のことである。
【００５７】
即ち、発振器は発振周波数に関わらずパワー（振幅）が一定であることが理想的であるが、実際には、発振周波数が高くなるほどパワーが低下するため、送信信号はＦＭ変調と共にＡＭ変調もかかったものとなる。このＡＭ変調分が、図８に示すように、受信信号に重畳された低周波ノイズとなり、受信信号やビート信号のノイズフロアを上昇させる。
【００５８】
換言すれば、このＦＭ−ＡＭ変換雑音は、当該レーダ装置が正常に動作している限り、必ず検出されるものであるため、このノイズが存在しない場合には、何等かの故障であると判定することができるのである。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態の車載用レーダ装置の全体構成を表すブロック図である。
【００６０】
図１に示すように、本実施形態のレーダ装置２は、変調指令に従って、三角波状の変調信号を生成するＤ／Ａ変換器１０と、Ｄ／Ａ変換器１０にて生成された変調信号がバッファ１２を介して印加され、その変調信号に従って発振周波数が変化する電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４と、ＶＣＯ１４の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１６と、送信信号Ｓｓに応じたレーダ波を放射する送信側アンテナ部としての送信アンテナ１８と、レーダ波を受信するＮｃ（本実施形態では８）個の受信アンテナからなる受信側アンテナ部２０と、受信側アンテナ部２０を構成するアンテナのいずれかを選択信号Ｘに従って択一的に選択し、選択されたアンテナからの受信信号Ｓｒを後段に供給する受信スイッチ２２と、受信スイッチ２２から供給される受信信号Ｓｒにローカル信号Ｌを混合してビート信号Ｂを生成するミキサ２４と、ミキサ２４が生成したビート信号Ｂを増幅する増幅器２６と、増幅器２６にて増幅されたビート信号Ｂをタイミング信号Ｐに従ってサンプリングしデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２８と、タイミング信号Ｐ及びモード信号Ｍを生成するタイミング制御部３０と、タイミング制御部３０からのタイミング信号Ｐ及びモード信号Ｍに従って選択信号Ｘを生成するＳＷ制御部３２と、タイミング制御部３０からのモード信号Ｍに従って、Ｄ／Ａ変換器１０に対する変調指令を出力すると共に、Ａ／Ｄ変換器２８を介して取り込んだビート信号Ｂのサンプリングデータの信号処理を行うことにより、レーダ波を反射したターゲットとの距離や相対速度、及びターゲットが存在する方位を求める信号処理部３４とを備えている。
【００６１】
なお、ＶＣＯ１４が送信信号生成部、送信アンテナ１８，受信側アンテナ部２０，受信スイッチ２２が送受信部、分配器１６，ミキサ２４がビート信号生成部、タイミング制御部３０，ＳＷ制御部３２が切替制御部に相当する。
このうち、ＶＣＯ１４は、三角波状の変調信号に従って、時間に対して周波数が直線的に漸増，漸減するよう変調されたミリ波帯の高周波信号を生成し、その中心周波数がＦｏ＝７６．５ＧＨｚ、周波数変動幅がΔＦ＝１００ＭＨｚとなるように設定されている。
【００６２】
受信側アンテナ部２０を構成する各アンテナは、そのビーム幅（正面方向に対する利得の低下が３ｄＢ以内の角度範囲）がいずれも送信アンテナ１８のビーム幅全体を含むように設定されている。なお、各アンテナをそれぞれｃｈ１〜ｃｈＮｃに割り当てるものとする。
【００６３】
タイミング制御部３０は、周期が１／ｆｘのパルス列からなるタイミング信号Ｐを生成すると共に、第１変調モードを表す信号レベルと第２変調モードを表す信号レベルとを交互に繰り返すモード信号Ｍを生成する。
但し、第２変調モードを表す信号レベルは、１チャンネル当たりのサンプリング数Ｄpc（本実施形態では５１２）個分のパルスを出力するのに要する時間だけ継続し、一方、第２変調モードを表す信号レベルは、Ｎｃ×Ｄpc個分のパルスを出力するのに要する時間だけ継続する。また、周期１／ｆｘは、受信スイッチ２２の切替周期、或いはＡ／Ｄ変換器２８の変換周期のうち、いずれか遅い方に設定すればよく、本実施形態では２００［ｎｓ］に設定されている。
【００６４】
本実施形態では、第１変調モードを方位検出モード、第２変調モードを距離検出モードともよぶ。
ＳＷ制御部３２は、モード信号Ｍが距離測定モードを表す信号レベルの時（以下単に「距離測定モードの時」という）には、受信スイッチ２２の接続先を、予め設定された単一のチャンネル（例えばｃｈ１）が固定的に選択され、モード信号Ｍが方位測定モードを表す信号レベルの時（以下単に「方位測定モードの時」という）には、タイミング信号Ｐに従って、Ｎｃ個の全てのチャンネル（ｃｈ１〜ｃｈＮｃ）が順番に選択されるように受信スイッチ２２を制御する。
【００６５】
また、信号処理部３４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、更に、Ａ／Ｄ変換器２８を介して取り込んだデータについて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するための演算処理装置（例えばＤＳＰ）を備えている。そして、変調周波数が最低周波数から最高周波数に到るまで（上り変調）の時間、或いは最高周波数から最低周波数に到るまで（下り変調）の時間を掃引時間とし、距離測定モード（第２変調モード）の時の掃引時間がＴ２＝Ｄpc×１／ｆｘ、方位測定モード（第１変調モード）の時の掃引時間がＴ１＝Ｎｃ×Ｄpc×１／ｆｘとなるような変調指令を生成する処理を実行すると共に、距離測定モードの時にＡ／Ｄ変換器２８を介して得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、ターゲットとの距離及び相対速度を求める第２演算手段（請求項１における）としての距離／相対速度検出処理、及び方位測定モードのＴ時にＡ／Ｄ変換器２８を介して得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、ターゲットが存在する方位を求める第１演算手段（請求項１における）としての方位検出処理などを実行する。
【００６６】
このように構成された本実施形態のレーダ装置２では、ＶＣＯ１４が変調信号に従って生成した高周波信号を、分配器１６が電力分配することにより、送信信号Ｓｓ及びローカル信号Ｌが生成され、このうち送信信号Ｓｓは、送信アンテナ１８を介してレーダ波として送出される。
【００６７】
この送信アンテナ１８から送出されターゲットに反射して戻ってきたレーダ波（反射波）は、受信側アンテナ部２０を構成する全ての受信アンテナにて受信されるが、受信スイッチ２２によって選択されている受信チャンネルｃｈｉ（ｉ＝１〜Ｎｃ）の受信信号Ｓｒのみがミキサへ供給される。すると、ミキサでは、この受信信号Ｓｒに分配器１６からのローカル信号Ｌを混合することによりビート信号Ｂを生成し、増幅器にて増幅されたビート信号Ｂは、Ａ／Ｄ変換器にて、タイミング信号Ｐに従ってサンプリングされ信号処理部３４に取り込まれる。
【００６８】
なお、図２に示すように、モード信号Ｍが距離測定モードの時には、使用するチャンネルがｃｈ１に固定され、信号処理部３４には、１チャンネル分のデータが連続的に供給される。つまり、サンプリング周波数ｆｓは、チャンネル切替周波数ｆｘに等しくなる。一方、方位測定モードの時には、全てのチャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃが順番に使用され、時分割多重された受信信号がミキサ２４に供給される。従って、ミキサ２４が生成するビート信号Ｂも、各受信チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃの受信信号Ｓｒに基づくビート信号が時分割多重されたものとなる。つまり、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓは、チャンネル切替周波数ｆｘをチャンネル数Ｎｃで等分割した大きさ（ｆｓ＝ｆｘ／Ｎｃ）となる。
【００６９】
ここで、信号処理部３４が実行する距離／相対速度検出処理、及び方位検出処理を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。なお、両処理は並列に実行されるものとする。
距離／相対速度検出処理が起動すると、まず、距離／相対速度検出用データの収集が完了したか否かを、モード信号Ｍが距離検出モードの信号レベルから方位検出モードの信号レベルに変化したか否かにより判断し（Ｓ１１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
そして、距離／相対速度検出用データの収集が完了したと判断されると、距離検出モードの間の上り変調時及び下り変調時のそれぞれの間にサンプリングされた各Ｄpc（＝５１２）個のデータについて、各変調時毎にＦＦＴ処理を実行する（Ｓ１２０）。
【００７０】
このＦＦＴ処理により各変調時毎に得られたビート信号の周波数分布から、信号強度がピークとなる成分の周波数を特定するピークサーチ処理を実行し（Ｓ１３０）、ピークが複数ある場合には、周波数成分の信号強度や位相を比較することにより、両変調時の間で対になる周波数成分を特定するペアマッチ処理を実行する（Ｓ１４０）。
【００７１】
このペアマッチ処理により対になった信号成分の周波数をビート周波数ｆb1，ｆb2として、各対毎に上述の（３）（４）式を用いて、ターゲットとの距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出し（Ｓ１５０）、その距離Ｒ及び相対速度Ｖから、方位検出用データを周波数分析した時に、ターゲットからの反射波に基づく信号成分の周波数（ターゲット周波数という）を予測して（Ｓ１６０）、Ｓ１１０に戻る。なお、ターゲット周波数は、変調の精度やターゲットの不測の挙動などを考慮して、多少幅をもって設定することが望ましい。
【００７２】
一方、方位検出処理が起動されると、まず、方位検出用データの収集が完了したか否かを、モード信号の信号レベルが、方位検出モードから距離検出モードに変化したか否かにより判断し（Ｓ２１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
【００７３】
そして、方位検出用データの収集が完了したと判断されると、方位検出モードの間の上り変調時及び下り変調時のそれぞれの間にサンプリングされたデータを、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃ毎に分離し（Ｓ２２０）、各チャンネル毎且つ各変調時毎にＦＦＴ処理を実行する（Ｓ２３０）。
【００７４】
次に、先のＳ１６０にて処理されるターゲット周波数の算出が終了しているか否かを判断し（Ｓ２４０）、算出が終了していなければ、終了するまで待機する。そして、ターゲット周波数の算出が終了していれば、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃのＦＦＴ処理結果から、ターゲット周波数の信号成分を抽出し（Ｓ２５０）、この抽出した信号成分について、チャンネル間のサンプリングタイミングの違いに基づくチャンネル間のばらつきを補正（Ｓ２６０）した後、これらターゲット周波数の信号成分に基づいてデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）処理を実行し（Ｓ２７０）、その処理結果に基づいてターゲットが存在する方位を特定して（Ｓ２８０）、Ｓ２１０に戻る。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置２においては、距離検出モード時には、１チャンネルのみを使用し、同一チャンネルのビート信号を連続的にサンプリングすることにより、サンプリング周波数ｆｓを方位検出モード時のＮｃ倍（ｆｘ／Ｎｃ→ｆｘ）だけ高くすると共に、これに応じて掃引時間Ｔも必要最小限の長さに短縮している。
【００７６】
従って、本実施形態のレーダ装置２によれば、距離検出モード時には、サンプリング周波数ｆｓの１／２が、遠距離ターゲットに基づく周波数成分より十分に高くなり、ＦＦＴ処理によって遠距離ターゲットに基づく周波数成分が信号帯域内に折り返されてしまうことがないため、この遠距離ターゲットを検知範囲内のターゲットであるとして誤検出してしまうことを確実に防止できる。
【００７７】
また、距離検出モード時には、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓが低い方位検出モード時と比較して、ＦＦＴ処理によってビート信号Ｂの信号帯域内に折り返されるノイズ成分も減少し、信号帯域内のノイズフロアの上昇も抑制されるため、ビート周波数ｆb1，ｆb2の検知能力を向上させることができる。
【００７８】
更に、距離検出モード時では、掃引時間Ｔが短縮されるため、ビート信号ＢをＦＦＴ処理した演算結果（周波数ポイント）において、路面反射波に基づく不要信号成分の広がりが縮小され、その結果、ターゲットからの反射波に基づく周波数成分の検出が容易になり、ビート周波数ｆb1，ｆb2の検出精度を向上させることができる。
【００７９】
また、本実施形態のレーダ装置２では、遠距離ターゲットや路面反射波の影響の少ない状態で検出されたターゲットとの距離Ｒや相対速度Ｖから、方位検出モード時に収集されたデータをＦＦＴ処理した時に検出されるべきビート周波数（ターゲット周波数）を予測し、そのターゲット周波数の信号成分についてデジタルビームフォーミングを行うことによりターゲットが存在する方位を求めている。
【００８０】
即ち、全チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃを使用する方位検出モードでは、１チャンネル当たりのサンプリング周波数ｆｓが低くなり、遠距離ターゲットに基づく周波数成分の信号帯域内への折り返しが発生する可能性がある。しかし、本実施形態のレーダ装置２では、距離検出モードにて検出されたターゲット周波数のみを対象として方位の検出を行えばよいため、遠距離ターゲットに基づく周波数成分を除去できなくても、その周波数成分が上記ターゲット周波数と一致しない限り、誤検出してしまうことがなく、信頼性の高い方位検出を行うことができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、距離／相対速度検出処理の検出結果から、ターゲット周波数を予測して方位検出処理に用いているが、方位検出用データから、再度、距離・相対速度を算出してもよい。この場合、距離・相対速度の測定精度を向上させることができると共に、距離検出用データを用いた場合には、相対速度の検知範囲が広く、一方、方位検出用データを用いた場合には、相対速度の分解能が高くなるため、用途に応じて使用する測定結果を選択することもできる。
【００８２】
また、本実施形態では、距離検出モード時に使用するチャンネルを１チャンネルに固定したが、サンプリング周波数の１／２が、遠距離ターゲットの最大周波数より大きくすることができる範囲内であれば、複数チャンネルを使用するように構成してもよい。この場合、各チャンネル毎に求めたＦＦＴ処理の結果の平均を求めるようにすれば、ノイズやチャンネル間のばらつき等が抑制されるため、ビート信号Ｂの周波数分布のピークの検出を容易に行うことができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００８３】
本実施形態では、アンテナの切替制御方法、及び信号処理部３４での処理が、第１実施形態とは異なっているため、これらの相異点を中心に説明する。
即ち、本実施形態において、タイミング制御部３０が生成するモード信号Ｍの第１変調モードを表す信号レベルは、図４に示すように、第１実施形態と同様、Ｎｃ×Ｄpc個分のパルスを出力するのに要する時間だけ継続し、第２変調モードを表す信号レベルは、Ｎｄ（＜Ｎｃ：本実施形態では４）×Ｄpc個分のパルスを出力するのに要する時間だけ継続する。
【００８４】
また、ＳＷ制御部３２は、モード信号Ｍが第１変調モードを表す信号レベルの時（以下単に「第１変調モードの時」という）には、タイミング信号Ｐに従って、Ｎｃ個の全てのチャンネル（ｃｈ１〜ｃｈＮｃ）が順番に選択され、モード信号Ｍが第２変調モードを表す信号レベルの時（以下単に「第２変調モードの時」という）には、タイミング信号Ｐに従って、予め設定されたＮｄ個のチャンネル（例えばｃｈ１〜ｃｈＮｄ）が順番に選択されるように受信スイッチ２２を制御する。
【００８５】
そして、信号処理部３４は、第１変調モードでの掃引時間がＴ１＝Ｎｃ×Ｄpc×１／ｆｘ、第２変調モードでの掃引時間がＴ２＝Ｎｄ×Ｄpc×１／ｆｘとなるような変調指令を生成する処理を実行すると共に、Ａ／Ｄ変換器２８を介して得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、ターゲットとの距離及び相対速度、ターゲットが存在する方位を求める距離／相対速度／方位検出処理などを実行する。
【００８６】
ここで、信号処理部３４が実行する距離／相対速度／方位検出処理を、図５に示すフローチャートに沿って説明する。
距離／相対速度／方位検出処理が起動すると、まず、第１変調モードでのデータ収集が完了しているか否かを判断し（Ｓ３１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
【００８７】
そして、第１変調モードでのデータ収集が完了したと判断されると、その第１変調モードの間にサンプリングされたデータを、各チャンネル毎、且つ各変調時毎に分離して、その分離したそれぞれについてＦＦＴ処理を実行し、更にそのＦＦＴ処理結果に基づいてピークサーチ処理，ペアマッチ処理を実行することで対になった信号成分の周波数（周波数ペア）を仮ターゲットとして抽出する仮ターゲット抽出処理を実行する（Ｓ３２０）。なお、ＦＦＴ処理、ピークサーチ処理、ペアマッチ処理は、Ｓ１２０〜Ｓ１４０と全く同様である。
【００８８】
このターゲット抽出処理により抽出された各仮ターゲットとの距離Ｒ及び相対速度Ｖを、上述の（３）（４）式を用いて算出する（Ｓ３３０）。
このようにして第１変調モードについての処理が終了すると、今度は、第２変調モードでのデータ収集が完了しているか否かを判断し（Ｓ３４０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
【００８９】
そして、第２変調モードでのデータ収集が完了したと判断されると、その第２変調モードの間にサンプリングされたデータに基づいて、先のＳ３２０，Ｓ３３０と同様に、仮ターゲット抽出処理（Ｓ３５０）、抽出された仮ターゲット（周波数ペア）毎に距離Ｒ及び相対速度Ｖの算出（Ｓ３６０）を実行する。
【００９０】
そして、Ｓ３３０及びＳ３６０にて算出された距離Ｒ及び相対速度Ｖが、予め設定された許容範囲内で一致する仮ターゲットを同一ターゲットとして、これを正式なターゲットとして抽出するターゲット抽出処理を実行する（Ｓ３７０）。このターゲット抽出処理にて抽出されたターゲットについて、第１変調モードにて得られた情報に基づいて、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃのＦＦＴ処理結果から、ターゲット周波数の信号成分を抽出し（Ｓ３８０）、この抽出した信号成分について、チャンネル間のサンプリングタイミングの違いに基づくチャンネル間のばらつきを補正（Ｓ３９０）した後、これらターゲット周波数の信号成分に基づいてデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）処理を実行し（Ｓ４００）、その処理結果に基づいてターゲットが存在する方位を特定して（Ｓ４１０）、Ｓ３１０に戻る。
【００９１】
ここで、Ｓ３７０にて実行するターゲット抽出処理を、図６に示すフローチャートに沿って説明する。
本処理が起動すると、まず、Ｓ３２０にて抽出された仮ターゲットの中で、Ｓ３５０にて抽出された仮ターゲットと、Ｓ３３０及びＳ３６０での算出値が不一致となるものがあるか否かを判断し（Ｓ３７１）、不一致となるものがあれば、その全ての仮ターゲットについて、周波数ペアのうち周波数が低い側のビート周波数を負値とし、（３）（４）式を用いて距離Ｒ及び相対速度Ｖを再計算する（Ｓ３７２）。
【００９２】
この再計算した算出値が、Ｓ３６０での算出値と不一致となるものがあるか否かを判断し（Ｓ３７３）、不一致となるものがあれば、その不一致となったデータを削除する（Ｓ３７４）。
そして、Ｓ３７１又はＳ３７３にて不一致データが無いと判定されるか、又はＳＳ３７４にて不一致データの除去が行われた後、距離Ｒ及び相対速度Ｖが一致する仮ターゲットのペアを正式なターゲットとして登録し、各ターゲットについて、第１変調データに基づいて算出された距離Ｒ及び相対速度Ｖを、ターゲット情報として設定して（Ｓ３７５）、本処理を終了する。
【００９３】
なお、Ｓ３１０〜Ｓ３３０，Ｓ３７１〜Ｓ３７２が請求項３，４における第１演算手段、Ｓ３４０〜Ｓ３６０が請求項３における第２演算手段に相当する。
以上説明したように、本実施形態のレーダ装置によれば、同一ターゲットを、第１変調モードでの測定結果と第２変調モードでの測定結果とから二重に検出し、その両方で検出された場合にのみ正式にターゲットとして認識するため、他方の変調モードに対応する周波数ペアのない、ノイズの影響等で生じた周波数ペアを確実に除去でき、検出の信頼性を向上させることができる。
【００９４】
また、本実施形態のレーダ装置によれば、第１変調モードで検出された仮ターゲット（周波数ペア）のうち、第２変調モードで検出された仮ターゲット中に対応するものが存在しないものについては、その周波数ペアのうち周波数の低い側のビート周波数を負値として、距離Ｒ及び相対速度Ｖを再計算して、対応する仮ターゲットの存在を再度探すようにされている。従って、第１変調モード時にて生成されるビート信号にて、送信波と受信波との周波数の大小関係が本来の状態から反転しているものがあったとしても、そのビート信号を発生させたターゲットを確実に検出することができる。
【００９５】
なお、本実施形態では、Ｓ３７１において、ビート周波数の符号が反転している場合のみを想定して再計算を行っているが、サンプリングによりビート周波数がサンプリング周波数の１／２にて折り返されている場合も想定して再計算を行うようにしてもよい。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。
【００９６】
本実施形態では、第１実施形態のものとは、タイミング制御部３０が生成するモード信号Ｍ、及び信号処理部３４での処理が異なるだけであるため、これらの相異点を中心に説明する。
即ち、本実施形態において、タイミング制御部３０は、第１変調モードと第２変調モードとが交互ではなく、予め決められた割合で第２変調モードが挿入されるようなモード信号Ｍを生成する。そして、信号処理部３４は、第１変調モード時に得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、ターゲットとの距離及び相対速度、ターゲットが存在する方位を求める距離／相対速度／方位検出処理や、第２変調モード時に得られたビート信号Ｂのサンプリングデータに基づいて、当該装置の故障の有無を検出する故障検出処理を実行する。
【００９７】
ここで、信号処理部３４が実行する距離／相対速度／方位検出処理、及び故障検出処理の詳細を、図７に示すフローチャートに沿って説明する。
距離／相対速度／方位検出処理が起動すると、まず、第１変調モードでのデータ収集が完了しているか否かを判断し（Ｓ５１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
【００９８】
そして、第１変調モードでのデータ収集が完了したと判断されると、その第１変調モードの間にサンプリングされたデータを、各チャンネル毎、且つ各変調時毎に分離して、その分離したそれぞれについてＦＦＴ処理を実行し、更にそのＦＦＴ処理結果に基づいてピークサーチ処理，ペアマッチ処理を実行することで対になった信号成分の周波数（周波数ペア）をターゲットとして抽出するターゲット抽出処理を実行する（Ｓ５２０）。なお、ＦＦＴ処理、ピークサーチ処理、ペアマッチ処理は、Ｓ１２０〜Ｓ１４０と全く同様である。
【００９９】
このターゲット抽出処理により抽出されたターゲットとの距離Ｒ及び相対速度Ｖを、上述の（３）（４）式を用いて算出し、これを各ターゲットのターゲット情報として設定する（Ｓ５３０）。
そして、ターゲット抽出処理にて抽出されたターゲットについて、各チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮｃのＦＦＴ処理結果から、ターゲット周波数の信号成分を抽出し（Ｓ５４０）、この抽出した信号成分について、チャンネル間のサンプリングタイミングの違いに基づくチャンネル間のばらつきを補正（Ｓ５５０）した後、これらターゲット周波数の信号成分に基づいてデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）処理を実行し（Ｓ５６０）、その処理結果に基づいてターゲットが存在する方位を特定して（Ｓ５７０）、Ｓ５１０に戻る。
【０１００】
一方、故障検出処理が起動すると、まず、第２変調モードでのデータ収集が完了しているか否かを判断し（Ｓ６１０）、データの収集が完了していなければ、完了するまで待機する。
そして、第２変調モードでのデータ収集が完了したと判断されると、その第２変調モードの間にサンプリングされたデータに基づいて、ビート信号のノイズフロアレベルを検出し（Ｓ６２０）、そのノイズフロアレベルが予め設定されたしきい値以上あるか否かを判断する（Ｓ６３０）。そして、ノイズフロアレベルがしきい値以上であれば、当該レーダ装置は正常動作をしているものとして、Ｓ６１０に戻る。一方、ノイズフロアレベルがしきい値より小さければ、当該レーダ装置は故障しているものとして、故障ダイアグを図示しない表示装置に表示させ（Ｓ６４０）、レーダ装置の動作を停止して（Ｓ６５０）、本処理を終了する。
【０１０１】
なお、Ｓ６１０〜Ｓ６３０がノイズ判定手段、Ｓ６４０が通知手段に相当する。
つまり、ビート信号のノイズフロアとして検出されるＦＭ−ＡＭ変換雑音は、レーダ装置が動作していれば必ず検出されるものであるため、レーダが動作中にも関わらず、このＦＭ−ＡＭ変換雑音が検出されなければ、レーダ装置が故障しているものと判定することができる。
【０１０２】
なお、ノイズフロアの検出では、サンプリング値の大きさ（信号レベル）がわければよく、ＦＦＴも行う必要がないため、第２変調モードの全期間に渡ってデータを収集する必要はなく、故障の判定に必要な最小限のサンプリング値を収集すればよい。
【０１０３】
また、ＦＭ−ＡＭ変換雑音は、ＶＣＯ１４の周波数変動幅ΔＦが大きいほど、大きくなるため、第２変調モードの時には、この周波数変調幅ΔＦを大きくとるように構成してもよい。
そして、本実施形態では、第２変調モードで収集したデータを、故障検出処理にのみ用いているが、第１及び第２実施形態のレーダ装置おいて故障検出処理を実行して、第２変調モードで収集したデータを、ターゲットの検出と故障検出との双方に利用するように構成してもよい。
【０１０４】
以上本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、送信側のアンテナを一つと受信側のアンテナを複数設けたが、送信側のアンテナを複数と受信側のアンテナを一つ設けたり、送信側及び受信側ともにアンテナを複数設けてもよい。なお、送信側に複数のアンテナが設けられている場合、距離検出モード時に使用するチャンネル数を少なくする時に、掃引時間Ｔをできるだけ短くするには、送信側のアンテナを減らす方が、送信側のアンテナを切り替える際に必要な待ち時間を無くすことができる分だけ効果的である。
【０１０５】
また、上記実施形態では、ターゲットの方位を、ＤＢＦにより求めているが、モノパルス方式により求めるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車載用レーダ装置の構成を表すブロック図である。
【図２】 第１実施形態における各部の動作を表す説明図である。
【図３】 第１実施形態において信号処理部が実行する処理の内容を表すフローチャートである。
【図４】 第２実施形態における各部の動作を表す説明図である。
【図５】 第２実施形態において信号処理部が実行する処理の内容を表すフローチャートである。
【図６】 ターゲット抽出処理の詳細を表すフローチャートである。
【図７】 第３実施形態において信号処理部が実行する処理の内容を表すフローチャートである。
【図８】 ＦＭ−ＡＭ変換雑音の波形等を示す説明図である。
【図９】 ＦＭＣＷ方式の動作原理を表す説明図である。
【図１０】 アンチエイリアシングフィルタの効果を表す説明図である。
【図１１】 変調周期（掃引時間）と検知範囲との関係を表すグラフである。
【図１２】 路面反射波の影響を表す説明図である。
【図１３】 変調周期（掃引時間）と周波数ポイントとの関係を表す説明図である。
【図１４】 送信波と受信波とで周波数の大小関係が逆転した場合を表わす説明図である。
【図１５】 サンプリング周波数の１／２より大きな周波数成分の折り返しが発生した場合を表わす説明図である。
【符号の説明】
２…レーダ装置 １０…Ｄ／Ａ変換器 １２…バッファ
１４…電圧制御発振器（ＶＣＯ） １６…分配器 １８…送信アンテナ
２０…受信側アンテナ部 ２２…受信スイッチ ２４…ミキサ
２６…増幅器 ２８…Ａ／Ｄ変換器 ３０…タイミング制御部
３２…ＳＷ制御部 ３４…信号処理部
Claims (7)
- 周波数が時間と共に周期的に変動する送信信号を生成する送信信号生成部と、
送信アンテナと受信アンテナとの組み合わせからなるチャンネルを複数有し、該チャンネルのいずれかを使用して、前記送信信号に基づくレーダ波の送信、及び該レーダ波を反射したターゲットからの反射波の受信を行う送受信部と、
該送受信部が使用するチャンネルの切替を制御する切替制御部と、
前記送受信部が受信したレーダ波の受信信号、及び前記送信信号と同じ周波数を有するローカル信号に基づいてビート信号を生成するビート信号生成部と、
該ビート信号生成部が生成するビート信号をサンプリングして信号処理を行うことにより、前記ターゲットに関する情報を求める信号処理部と、
を備えたレーダ装置において、
前記切替制御部は、前記送信信号の変調周期の間に、全てのチャンネルを繰り返し選択する第１切替制御と、予め設定された一部のチャンネルを繰り返し選択する第２切替制御とを適宜実行し、
前記信号処理部は、
前記第１切替制御中に得られたビート信号に基づいて、前記ターゲットが存在する方位を求める第１演算手段と、
前記第２切替制御中に得られたビート信号に基づいて、前記ターゲットとの距離及び相対速度を求める第２演算手段と、
を備え、
前記第１演算手段は、前記第２演算手段での演算結果から、前記ターゲットからの反射波に基づいてビート信号に現れるべき周波数成分を予測し、該予測された周波数成分について方位検出処理を行うことにより前記ターゲットが存在する方位を求めることを特徴とするレーダ装置。 - 前記送信信号生成部は、送信信号の変調周期を、前記切替制御部が切替制御するチャンネル数に応じて、前記信号処理部での信号処理に必要なデータが得られる長さに変化させることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
- 周波数が時間と共に周期的に変動する送信信号を生成する送信信号生成部と、
送信アンテナと受信アンテナとの組み合わせからなるチャンネルを複数有し、該チャンネルのいずれかを使用して、前記送信信号に基づくレーダ波の送信、及び該レーダ波を反射したターゲットからの反射波の受信を行う送受信部と、
該送受信部が使用するチャンネルの切替を制御する切替制御部と、
前記送受信部が受信したレーダ波の受信信号、及び前記送信信号と同じ周波数を有するローカル信号に基づいてビート信号を生成するビート信号生成部と、
該ビート信号生成部が生成するビート信号をサンプリングして信号処理を行うことにより、前記ターゲットに関する情報を求める信号処理部と、
を備えたレーダ装置において、
前記切替制御部は、前記送信信号の変調周期の間に、全てのチャンネルを繰り返し選択する第１切替制御と、予め設定された一部のチャンネルを繰り返し選択する第２切替制御とを適宜実行し、
前記送信信号生成部は、送信信号の変調周期を、前記切替制御部が切替制御するチャンネル数に応じて、前記信号処理部での信号処理に必要なデータが得られる長さに変化させ、
前記信号処理部は、
前記第１切替制御中に得られたビート信号に基づいて特定される周波数ペアのそれぞれについて、距離及び相対速度を求める第１演算手段と、
前記第２切替制御中に得られたビート信号に基づいて特定される周波数ペアのそれぞれ について、距離及び相対速度を求める第２演算手段と、
を備え、前記第１及び第２演算手段での演算結果が一致したものを前記ターゲットとして認識することを特徴とするレーダ装置。 - 前記第１演算手段は、前記第２演算手段での演算結果に対応するものが存在しない周波数ペアがある場合、該周波数ペアのうち、周波数の低い側を負数として、距離及び相対速度を再度求めることを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
- 前記第１演算手段は、前記第２演算手段での演算結果に対応するものが存在しない周波数ペアがある場合、該周波数ペアのうち、片方または両方を、前記ビート信号をサンプリングする際のサンプリング周波数にて折り返された周波数成分であるものとして、距離及び相対速度を再度求めることを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
- 前記送受信部は、少なくとも、複数の受信アンテナと、これら受信アンテナからの受信信号のいずれかを択一的に選択して前記ビート信号生成部に供給する受信スイッチとを備え、
前記ビート信号生成部は、単一のミキサからなることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか記載のレーダ装置。 - 前記ビート信号生成手段からのビート信号に基づいて、ＦＭ−ＡＭ変換雑音の有無を判定するノイズ判定手段と、
該ノイズ判定手段によりノイズ無しと判定された場合に、故障を通知する通知手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれか記載のレーダ装置。
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