JP4437804B2 - レーダ装置および距離測定方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、カオスレーザーレーダ装置では、距離の分解能がパルスの(電磁波の速度/クロック周波数)となっているために、分解能を向上させるためには非常に高いクロック周波数で作動する高速の回路を必要とし、例えばコスト等の理由により高速の回路が使用できない場合には、距離の測定精度が悪くなるという問題点があった。
また、本発明では、送信信号をパルスが正弦波状のランダムパルス信号とすることにより、位相限定相関法で処理する周波数帯域を制限することができ、遅延時間の誤算出率を低減することができるので、耐ノイズ性と高分解能を両立させたレーダ装置を実現することができる。
なお、本実施の形態の送信信号は、略非周期性を有するとしているが、この略非周期性とは、送信信号の周期をT、高速をCとすると、次式を満たすことを意味する。
T>(2×Lmax)/C ・・・(1)
式(1)におけるLmaxは本実施の形態のレーダ装置で想定している測定可能な最大距離である。
以下、本発明の参考例について図面を参照して説明する。図1は本発明の参考例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。本参考例のレーダ装置は、略非周期性の疑似ランダム信号である送信信号を生成する送信信号生成部1と、レーザー光を送信信号で強度変調した送信光を放射する送信部2と、送信光の反射光を受光して受信信号を出力する受信部3と、ローパスフィルタ(LPF)4と、送信信号に対する受信信号の遅延時間を求め、この遅延時間を基に、送信光を反射した物体までの距離を算出する位相限定相関演算部5とを有する。
受信部3は、フォトダイオード(PD)30と、PD30から出力される信号を増幅する増幅回路31とから構成される。
PD30は、入射した光を電流に変換し、増幅回路31は、PD30の出力電流を電圧に変換して増幅し、受信信号として出力する。
次に、位相限定相関演算部5は、送信信号生成部1が生成した送信信号とLPF4を通過した受信信号とを受けて、送信信号に対する受信信号の遅延時間を求め、この遅延時間を基に目標物10までの距離を計算する。位相限定相関演算部5は、送信信号に対する受信信号の遅延時間を求める手法として、位相限定相関法を用いる。
A×B×ej(θ-φ)=A×B×cos(θ−φ)+j×A×B×sin(θ−φ)
・・・(2)
d=(2×L)/C ・・・(3)
距離算出部56は、遅延時間検出部55が検出した遅延時間dから、式(3)により目標物10までの距離Lを算出する(ステップS106)。
次に、本発明の第1の実施の形態について説明する。図5は本発明の第1の実施の形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のレーダ装置は、送信信号生成部1と、送信部2と、受信部3と、LPF4と、位相限定相関演算部5と、送信信号と受信信号をそれぞれ2値化する2値化回路6と、カオスレーザーレーダ方式により送信信号に対する受信信号の遅延時間を求めるカオスレーザーレーダ演算部7とを有する。
2値化回路6は、送信信号生成部1から出力された送信信号を+1と−1の2値に変換すると共に、LPF4を通過した受信信号を同様に2値に変換する。LPF4を通過した受信信号を用いるのはノイズ低減のためである。
遅延時間検出部73は、この加算信号SUMのゼロクロス点の位置に基づいて、送信信号の基準時刻に対する受信信号の遅延時間を求める(ステップS202)。そして、遅延時間検出部73は、検出した遅延時間を位相限定相関演算部5に通知する。なお、図9の加算信号SUMでは、記載を容易にするために、連続した時間で処理した場合の波形を示しているが、実際には離散的に受信信号を処理するため、加算信号も図9のSUM’のように離散的な値となる。
距離算出部56は、図3のステップS106と同様に目標物10までの距離Lを算出する(ステップS204)。
また、参考例および第1の実施の形態では、送信信号としてパルスが台形波又は略台形波状のランダムパルス信号を用いたが、パルスが正弦波状のランダムパルス信号(正弦波とランダムパルス信号との積算信号)を用いてもよい。正弦波を用いると、送信信号が生成し易い上に、位相限定相関法による遅延時間の誤算出される可能性を低減することができる。この場合のランダムパルス信号と送信信号の波形を図8に示す。この場合、LPF4の代わりに狭帯域のバンドパスフィルタを用いることができる。ランダムパルス信号のクロックとサンプリング周期は、サンプリング定理から見て、正弦波の2倍の周波数よりも高い周波数である必要がある。正弦波の4倍の周波数以上であればより好ましい。
一般的な位相限定相関法のように送信信号の周波数が様々な周波数を含んでいると、周波数に対する位相差の比例係数を求めるときに、ノイズと受信信号の分離ができないため、ノイズの位相ずれを含む結果で比例係数を求めることになる。
送信信号として単一周波数の正弦波を0で折り返した正弦半波とランダムパルス信号との積算信号を用いた場合には、同様に受信信号をBPFに通してノイズを除去することができると共に、測定点が増えるために傾きの算出精度が向上する。さらに、ランダムパルス信号と積算する正弦波を異なる周波数の複数の正弦波とすれば、さらに測定点を増やすことができ、傾きの算出精度をさらに向上させることができる。
Claims (2)
- 略非周期性の疑似ランダム信号である送信信号を生成する送信信号生成部と、
電磁波を前記送信信号で変調した送信波を放射する送信部と、
前記送信波の反射波を受信して受信信号を出力する受信部と、
前記送信信号に対する前記受信信号の遅延時間を求め、この遅延時間を基に前記送信波を反射した物体までの距離を算出する演算部と、
前記送信信号と前記受信信号をそれぞれ2値化して2値化送信信号と2値化受信信号を生成する2値化回路と、
前記2値化送信信号の基準時刻から複数の立ち上がりエッジまでの時間をそれぞれ検出するエッジ検出部と、
前記2値化受信信号を前記エッジ検出部が検出した複数の時間分だけシフトした複数の受信信号を生成するシフトレジスタと、
このシフトレジスタによって生成された複数の受信信号を加算して加算信号を生成する加算処理部と、
前記加算信号のゼロクロス点の位置に基づいて、前記2値化送信信号の基準時刻に対する前記2値化受信信号の遅延時間を求める第1の遅延時間検出部とを有し、
前記演算部は、
前記送信信号生成部が生成した送信信号と前記受信部が検出した受信信号にそれぞれ1次元離散的フーリエ変換を施してフーリエ送信信号とフーリエ受信信号を生成する第1のフーリエ変換部と、
前記フーリエ送信信号と前記フーリエ受信信号を合成して合成フーリエ信号を生成する合成処理部と、
前記合成フーリエ信号の振幅抑制処理を行う振幅抑制処理部と、
前記振幅抑制処理後の合成フーリエ信号に1次元離散的フーリエ変換又は1次元離散的逆フーリエ変換を施して相関信号を生成する第2のフーリエ変換部と、
前記相関信号のピーク位置に基づいて、前記送信信号生成部が生成した送信信号に対する、前記受信部が検出した受信信号の遅延時間を求める第2の遅延時間検出部と、
この第2の遅延時間検出部が検出した遅延時間を基に前記送信波を反射した物体までの距離を算出する距離算出部とを備え、
前記第1のフーリエ変換部と前記合成処理部と前記振幅抑制処理部と前記第2のフーリエ変換部と前記第2の遅延時間検出部とは、前記第1の遅延時間検出部が検出した遅延時間を中心とする所定の時間範囲についてのみ処理を実行して、前記送信信号生成部が生成した送信信号に対する、前記受信部が検出した受信信号の遅延時間を求め、
前記送信信号生成部が生成する送信信号は、パルスが台形波若しくは略台形波状のランダムパルス信号、又はパルスが正弦波状のランダムパルス信号であることを特徴とするレーダ装置。 - 略非周期性の疑似ランダム信号である送信信号を生成する送信信号生成手順と、
電磁波を前記送信信号で変調した送信波を放射する送信手順と、
前記送信波の反射波を受信して受信信号を出力する受信手順と、
前記送信信号と前記受信信号をそれぞれ2値化して2値化送信信号と2値化受信信号を生成する2値化手順と、
前記2値化送信信号の基準時刻から複数の立ち上がりエッジまでの時間をそれぞれ検出するエッジ検出手順と、
前記2値化受信信号を前記エッジ検出手順で検出した複数の時間分だけシフトした複数の受信信号を生成するシフト手順と、
このシフト手順で生成した複数の受信信号を加算して加算信号を生成する加算処理手順と、
前記加算信号のゼロクロス点の位置に基づいて、前記2値化送信信号の基準時刻に対する前記2値化受信信号の遅延時間を求める第1の遅延時間検出手順と、
前記送信信号生成手順で生成した送信信号と前記受信手順で検出した受信信号にそれぞれ1次元離散的フーリエ変換を施してフーリエ送信信号とフーリエ受信信号を生成する第1のフーリエ変換手順と、
前記フーリエ送信信号と前記フーリエ受信信号を合成して合成フーリエ信号を生成する合成処理手順と、
前記合成フーリエ信号の振幅抑制処理を行う振幅抑制処理手順と、
前記振幅抑制処理後の合成フーリエ信号に1次元離散的フーリエ変換又は1次元離散的逆フーリエ変換を施して相関信号を生成する第2のフーリエ変換手順と、
前記相関信号のピーク位置に基づいて、前記送信信号生成手順で生成した送信信号に対する、前記受信手順で検出した受信信号の遅延時間を求める第2の遅延時間検出手順と、
この第2の遅延時間検出手順で検出した遅延時間を基に前記送信波を反射した物体までの距離を算出する距離算出手順とを備え、
前記第1のフーリエ変換手順と前記合成処理手順と前記振幅抑制処理手順と前記第2のフーリエ変換手順と前記第2の遅延時間検出手順とは、前記第1の遅延時間検出手順で検出した遅延時間を中心とする所定の時間範囲についてのみ処理を実行して、前記送信信号生成手順で生成した送信信号に対する、前記受信手順で検出した受信信号の遅延時間を求め、
前記送信信号生成手順で生成する送信信号は、パルスが台形波若しくは略台形波状のランダムパルス信号、又はパルスが正弦波状のランダムパルス信号であることを特徴とする距離測定方法。
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