JP7033375B2 - レーダ装置およびレーダ装置の調整方法 - Google Patents

レーダ装置およびレーダ装置の調整方法 Download PDF

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Description

開示の実施形態は、レーダ装置およびレーダ装置の調整方法に関する。
従来、周期的に周波数が変化する変調波の送信波を送信し、送信波が物標で反射された反射波を受信し、反射波に基づいて物標を検知するレーダ装置がある（例えば、特許文献１参照）。
かかるレーダ装置は、送信波と反射波とをミキシングしてビート信号を生成し、送信波の変調周期に同期したタイミングでビート信号をサンプリングした情報に基づいて物標の方位、物標までの距離、および物標との相対速度を算出して物標を検知する。
特開２０１７－９０１４３号公報
しかしながら、レーダ装置は、送信波の変調周期とビート信号のサンプリング周期とにズレが生じる場合があり、かかる場合に物標の検知精度が低下する。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、物標の検知精度の低下を防止することができるレーダ装置およびレーダ装置の調整方法を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係るレーダ装置は、送信部と、受信部と、検知部と、調整部とを備える。送信部は、周期的に周波数が変化する変調波の送信波を送信する。受信部は、前記送信波が物標で反射された反射波を受信する。検知部は、前記受信部によって受信される前記反射波に基づいて前記物標を検知する。調整部は、既知の位置に標的として設置された物標が前記検知部によって前記既知の位置で検知され、且つ前記物標が前記検知部によって前記既知の位置以外の位置で検知されなくなるように前記送信部から送信させる前記送信波の変調波形を調整する。
実施形態の一態様に係るレーダ装置およびレーダ装置の調整方法は、物標の検知精度の低下を防止することができる。
図１は、実施形態に係るレーダ装置の調整方法の説明図である。 図２は、実施形態に係るレーダ装置の構成の一例を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る調整部が送信波の変調波形を調整する場合のレーダ装置の動作説明図である。 図４は、実施形態に係る調整部が送信波の変調波形を調整する場合のＦＦＴ処理の処理結果を示す説明図である。 図５は、実施形態に係る調整部が送信波の変調波形を調整する場合のＦＦＴ処理の処理結果を示す説明図である。 図６は、実施形態に係る調整部が送信波の変調波形を調整する場合のレーダ装置の動作説明図である。 図７は、実施形態に係る調整部が送信波の変調波形を調整する場合のＦＦＴ処理の処理結果を示す説明図である。 図８は、実施形態に係る調整部が送信波の変調波形を調整する場合のＦＦＴ処理の処理結果を示す説明図である。 図９は、実施形態に係るレーダ装置が実行する処理を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態に係るレーダ装置が実行する処理を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するレーダ装置およびレーダ装置の調整方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
図１は、実施形態に係るレーダ装置の調整方法の説明図である。図１の上段、中断、および下段には、それぞれレーダ装置が送信する変調波の送信波と、レーダ装置がビート信号をアナログデジタルサンプリング（以下、「ＡＤサンプリング」と記載する）するタイミングとを示している。
図１の上段に示すように、レーダ装置は、のこぎり波状に周波数が周期的に変化するように変調された変調波である送信波の一つの波形を１チャープとし、複数の連続するチャープを物標の検知領域へ送信する。そして、レーダ装置は、送信波が物標で反射された反射波を受信し、送信波と反射波とをミキシングして送信波と反射波との差分を取ることによりビート信号を生成する。
さらに、レーダ装置は、生成したビート信号を所定周期のタイミングでＡＤサンプリングすることによってアナログのビート信号をデジタル信号に変換する。レーダ装置は、こうしてデジタル信号に変換したビート信号の周波数および位相に基づいて物標までの距離、および物標との相対速度を算出して物標を検知する。
このとき、レーダ装置は、送信波の変調周期に同期したタイミングでビート信号をＡＤサンプリングすることによって、高精度に物標を検知する。例えば、図１の上段に示すように、レーダ装置は、送信波の各チャープにおける周波数が低下する所定のタイミングに同期したタイミングでビート信号をＡＤサンプリングする。
ここで、レーダ装置は、送信波を送信する送信部の動作クロックと、ビート信号をＡＤサンプリングする受信部の動作クロックとがわずかにずれていた場合、送信波の変調周期とビート信号のＡＤサンプリング周期とのズレが徐々に大きくなる。
そして、レーダ装置は、例えば、図１の中段に示すように、送信波の各チャープにおける周波数が上昇する期間にビート信号のＡＤサンプリングを行うようになると、物標を検知できなくなることがあり、物標の検知精度が低下する。
そこで、実施形態に係るレーダ装置の調整方法では、例えば、レーダ装置の検知領域内で既知の位置に標的となる物標を設置して、レーダ装置によって物標の検知を行わせる。このとき、レーダ装置は、設置された物標が１つの場合、図１の上段に示すＡＤサンプリングタイミングでビート信号をＡＤサンプリングしていれば、既知の位置で１つの物標を検知する。
しかし、レーダ装置は、例えば、図１の中段に示すＡＤサンプリングタイミングでビート信号をＡＤサンプリングしていた場合、既知の位置で物標を検知しなかったり、既知の位置や既知の位置以外の位置等の複数の位置で物標を検知したりすることがある。
このため、レーダ装置は、例えば、既知の位置に１つの物標が設置される場合に、既知の位置で１つの物標を検知し、且つ既知の位置以外で物標を検知しなくなるように、送信波の変調波形を調整する。
例えば、レーダ装置は、図１の下段に示すように、送信波の位相をシフトさせる調整を行うことによって送信波の変調波形を調整する。これにより、レーダ装置は、送信波の各チャープにおける周波数が低下する所定のタイミングに同期したタイミングでビート信号をＡＤサンプリングできるようになるので、物標の検知精度の低下を防止することができる。
なお、ここでは、レーダ装置が送信波の位相をシフトすることによって送信波の変調波形を調整する場合について説明したが、レーダ装置は、送信波の周波数を調整することによって送信波の変調波形を調整することもできる。
これによっても、レーダ装置は、送信波の各チャープにおける周波数が低下する所定のタイミングに同期したタイミングでビート信号をＡＤサンプリングできるようになるので、物標の検知精度の低下を防止することができる。
また、ここでは、既知の位置に物標を設置し、レーダ装置によって物標を検知させて送信波の変調波形を調整する場合について説明したが、レーダ装置は、物標の現物を設置することなく送信波の変調波形を調整することもできる。かかるレーダ装置の調整方法の一例については、後述する。
次に、図２を参照して、実施形態に係るレーダ装置の構成の一例について説明する。図２は、実施形態に係るレーダ装置１の構成の一例を示すブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。
換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。
レーダ装置１は、車両（以下、「自車両」と記載する）に搭載され、自車両の周囲に存在する物標を検知する。なお、レーダ装置１は、航空機や船舶に搭載されて周囲の物標を検知することも可能である。
以下では、レーダ装置１がＦＣＭ（Fast Chip Modulation）方式によって物標を検知する装置である場合について説明する。なお、レーダ装置１が物標を検知する方式は、ＦＣＭ方式に限定されるものではなく、ＦＭ－ＣＷ方式であってもよい。
図２に示すように、レーダ装置１は、送信系を構成する構成要素として、送信部２と、送信アンテナ４とを備える。送信部２は、信号生成部２１と、発振器２２と、反射波生成部２３とを備える。
また、レーダ装置１は、受信系を構成する構成要素として、受信アンテナ５－１～５－ｎと、受信部６－１～６－ｎとを備える。受信部６－１～６－ｎはそれぞれ、ミキサ６１と、Ａ／Ｄ変換部６２とを備える。また、レーダ装置１は、信号処理系を構成する構成要素として、信号処理装置７を備える。
なお、以下では、説明の簡略化のため、単に「受信アンテナ５」と記載した場合には、受信アンテナ５－１～５－ｎを総称するものとする。かかる点は、「受信部６」についても同様とする。
送信部２は、送信波を生成する処理を行う。信号生成部２１は、後述する信号処理装置７が備える送信制御部７１の制御により、のこぎり波状に周波数が周期的に変化する送信波を生成するための変調信号を生成して発振器２２へ出力する。
発振器２２は、かかる信号生成部２１によって生成された変調信号に基づいて、変調した周期的に周波数が変化する変調波の送信波（複数の連続するチャープ）を生成して送信アンテナ４へ出力する。
送信アンテナ４は、発振器２２によって生成された送信波を、たとえば、自車両の前方へ送出する。なお、図２に示すように、発振器２２によって生成された送信波は、後述するミキサ６１に対しても分配される。
また、発振器２２は、例えば、起動時のイニシャル処理中またはレーダ装置１の故障診断を行う故障診断動作中に、送信波を反射波生成部２３へ出力する。ここでのイニシャル処理は、レーダ装置１が起動後、最初に行う処理であり、電源が投入された場合にレーダ装置１が備えるハードウェアの設定を初期化する処理である。反射波生成部２３の機能および動作については後述する。
受信アンテナ５は、送信アンテナ４から送出された送信波が物標において反射することで、かかる物標から到来する反射波を受信する。受信部６のそれぞれは、受信した各反射波を信号処理装置７へ渡すまでの前段処理を行う。
具体的には、ミキサ６１のそれぞれは、上述のように分配された送信波と、受信アンテナ５のそれぞれにおいて受信された反射波とをミキシングし、送信波と反射波との差の絶対値をとることにより、ビート信号を生成する。なお、受信アンテナ５とミキサ６１との間にはそれぞれ対応する増幅器を配してもよい。
Ａ／Ｄ変換部６２は、ミキサ６１において生成されたビート信号をデジタル変換し、信号処理装置７に対して出力する。かかるＡ／Ｄ変換部６２は、ミキサ６１によって生成されたビート信号を所定周期のタイミングでＡＤサンプリングすることによってアナログのビート信号をデジタル信号に変換する。
例えば、Ａ／Ｄ変換部６２は、前述したように、送信波の各チャープにおける周波数が低下する所定のタイミングでビート信号をＡＤサンプリングする。ここで、図２に示すように、受信部６と送信部２との間には物理的な距離があり、それぞれ別基板に設けられる。
このため、例えば、基板上に基準クロック用電装用の配線を引き回し、配線を介して送信部２の動作クロックを受信部６のＡ／Ｄ変換部６２へ供給すると、配線での伝送遅延等に起因して基準クロックとしての精度悪化やノイズの発生が懸念される。
このため、送信部２と受信部６とは、ぞれぞれ個別の動作クロックを使用して動作するように構成される。しかしながら、送信部２および受信部６の動作クロックは、完全に一致させることは容易ではなく、ごくわずかなズレが生じる場合がある。
レーダ装置１は、送信部２および受信部６の動作クロックにズレがあると、送信波の変調周期とビート信号のＡＤサンプリング周期とのズレが次第に大きくなり、各チャープの周波数が低下するタイミングでビート信号をＡＤサンプリングすることができなくなる。
そして、レーダ装置１は、例えば、送信波の各チャープにおける周波数が上昇する期間にビート信号のＡＤサンプリングを行うようになると、物標を検知できなくなることがあり、物標の検知精度が低下する。
レーダ装置１は、送信部２および受信部６の動作クロックのズレを所定範囲内に抑えるために、例えば、より高精度な部品を採用することも可能であるが、そうするとコストが嵩む。
また、レーダ装置１は、送信部２および受信部６の動作クロックのズレを許容するために、例えば、送信波の周波数が低下する時間を延長するなどして、Ｗａｉｔ時間を設けることも可能である。
ただし、レーダ装置１は、Ｗａｉｔ時間を設ける構成にすると、送信波を送信している時間が長くなり、送信部２が発熱する恐れがあるため、発熱に対する対策費用が必要となり、コストが嵩む。
そこで、レーダ装置１は、後段の信号処理装置７に調整部７３を備え、Ａ／Ｄ変換部６２が送信波の各チャープにおける周波数が低下する所定のタイミングでビート信号をＡＤサンプリングできるように、調整部７３によって送信波の変調波形を調整する。
これにより、調整部７３は、レーダ装置１のコストが増大することを抑制しつつ、物標の検知精度の低下を防止することができる。かかる調整部７３による変調波形の調整方法については、後述する。
信号処理装置７は、送信制御部７１と、検知部７２と、調整部７３とを備える。送信制御部７１は、送信波を生成して出力させるように信号生成部２１の動作を制御する。検知部７２は、ＦＣＭ方式によって物標の方位、物標までの距離、および物標との相対速度を算出して物標を検知する。
ここで、検知部７２がＦＣＭ方式によって物標までの距離、および物標との相対速度を算出する算出方法について簡単に説明する。検知部７２は、各Ａ／Ｄ変換部６２から入力されたデジタル信号に変換されたビート信号に基づいて、物標までの距離、および物標との相対速度を算出する。
このとき、検知部７２には、送信波の１周期毎（チャープ毎）にビート信号が入力される。かかる場合、送信部２によって送信波が送信されてから、送信波が物標で反射された反射波が受信部６によって受信されるまでの時間（遅延時間）が物標とレーダ装置１との距離に比例して増減するため、ビート信号の周波数は物標までの距離に比例する。
このため、検知部７２は、ビート信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理すると、ＦＦＴ処理の処理結果では、物標の距離に対応する周波数の位置にピークが出現する。
このとき、ＦＦＴ処理では、所定の周波数間隔で設定された周波数ポイント（以下、「距離ＢＩＮ」と記載する）毎に受信レベルや位相情報が抽出されるため、正確には物標との距離に対応する周波数の距離ＢＩＮにピークが出現する。したがって、検知部７２は、ピーク周波数を検出することで物標までの距離を求めることができる。
また、ＦＣＭ方式では自車両と物標との間に相対速度が生じている場合は、検知部７２へ順次入力されるビート信号間にドップラ周波数に応じた位相の変化が現れる。このため、検知部７２は、ビート信号間のドップラ周波数を検出して相対速度を算出する。
例えば、レーダ装置１と物標との相対速度が０の場合、反射波にドップラ成分は生じていないため、各チャープに対応する反射波の位相は全て同じになる。一方、レーダ装置１と物標との間に相対速度がある場合、各チャープに対応する反射波の間にドップラの位相変化が生じる。また、ビート信号をＦＦＴ処理して得られたピーク情報にはこの位相情報が含まれている。
このため、検知部７２は、各ビート信号から得られた同じ物標のピーク情報について、時系列で２回目のＦＦＴ処理を行うことにより、位相情報からドップラ周波数を算出することができる。そして、２回目のＦＦＴ処理の処理結果では、その周波数位置にピークが出現する。
このとき、２回目のＦＦＴ処理では、速度分解能に応じて所定の周波数間隔で設定された周波数ポイント（以下、「速度ＢＩＮ」と記載する）毎に位相情報が抽出されるため、物標の相対速度に対応する周波数の速度ＢＩＮにピークが出現する。したがって、検知部７２は、ピーク周波数を検出することで物標との相対速度を求めることができる。
かかる検知部７２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。
検知部７２は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された物標検知プログラムを、ＲＡＭを作業領域として使用して実行することにより機能する複数の処理部を備える。具体的には、検知部７２は、ＦＦＴ部８１、ピーク抽出部８２、方位演算部８３、および距離相対速度演算部８４を備える。
なお、検知部７２が備える各処理部は、それぞれ一部または全部がＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成されてもよい。
ＦＦＴ部８１は、各受信部６のＡ／Ｄ変換部６２から順次入力されるビート信号について１回目のＦＦＴ処理を行い、所定の周波数間隔で設定された距離ＢＩＮ毎に処理結果を求める。
さらに、ＦＦＴ部８１は、１回目のＦＦＴ処理の処理結果を複数のビート信号について同一の距離ＢＩＮ毎に２回目のＦＦＴ処理を行い、所定の周波数間隔で設定された速度ＢＩＮ毎に処理結果を求める。
そして、ＦＦＴ部８１は、１回目のＦＦＴ処理の処理結果と、２回目のＦＦＴ処理の処理結果とをピーク抽出部８２へ出力する。ピーク抽出部８２は、１回目のＦＦＴ処理の処理結果、および２回目のＦＦＴ処理の処理結果から、それぞれピークを抽出して方位演算部８３へ出力する。
方位演算部８３は、複数の受信アンテナ５によって受信された反射波の位相差に基づいて、レーダ装置１に対する物標の方位を導出し、導出した物標の方位と、ピーク抽出部８２によって抽出されたピークとを距離相対速度演算部８４へ出力する。
距離相対速度演算部８４は、方位演算部８３を介してピーク抽出部８２から入力される１回目のＦＦＴ処理の処理結果から抽出されたピークの周波数を検出し、ピークの周波数が検出された距離ＢＩＮに対応する距離を物標までの距離として導出する。
また、距離相対速度演算部８４は、方位演算部８３を介してピーク抽出部８２から入力される２回目のＦＦＴ処理の処理結果から抽出されたピークの周波数を検出し、ピークの周波数が検出された速度ＢＩＮに対応する速度を物標の相対速度として導出する。
そして、距離相対速度演算部８４は、導出した物標までの距離、物標との相対速度、および方位演算部８３によって導出された物標の方位を含む物標情報を外部装置へ出力する。また、距離相対速度演算部８４は、物標までの距離および物標との相対速度の導出結果を調整部７３へ出力する。
ここで、外部装置は、たとえば車両制御装置１０である。車両制御装置１０は、自車両の各装置を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。車両制御装置１０は、たとえば、車速センサ１１と、舵角センサ１２と、スロットル１３と、ブレーキ１４と、電気的に接続されている。
車両制御装置１０は、レーダ装置１から取得した物標情報に基づき、たとえばＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）やＰＣＳ（Pre-Crash Safety System）等の車両制御を行う。
たとえば、車両制御装置１０は、ＡＣＣを行う場合、レーダ装置１から取得した物標情報を使用し、先行車との車間距離を一定距離に保ちつつ、自車両が先行車に追従するように、スロットル１３やブレーキ１４を制御する。また、車両制御装置１０は、随時変化する自車両の走行状況、すなわち車速や舵角等を、車速センサ１１や舵角センサ１２等から都度取得し、レーダ装置１へフィードバックする。
また、たとえば、車両制御装置１０は、ＰＣＳを行う場合、レーダ装置１から取得した物標情報を使用し、自車両の進行方向に衝突の危険性がある先行車や静止物等が存在することが検知される場合には、ブレーキ１４を制御して自車両を減速させる。また、たとえば、自車両の搭乗者に対して図示略の警報器を用いて警告したり、車室内のシートベルトを引き込んで搭乗者を座席に固定したりする。
調整部７３は、Ａ／Ｄ変換部６２が各チャープの周波数が低下するタイミングでビート信号をＡＤサンプリングできていない場合に、各チャープの周波数が低下するタイミングでビート信号をＡＤサンプリングできるように送信波の変調波形を調整させる。
かかる調整部７３は、既知の位置に標的とする物標が存在する場合に、検知部７２によって既知の位置で物標が検知され、且つ既知の位置以外の位置で物標が検知されなくなるように送信部２から送信させる送信波の変調波形を調整する。
調整部７３は、レーダ装置１の出荷前、出荷後の起動時に実行するイニシャル処理中、およびレーダ装置１の故障診断動作中に、距離相対速度演算部８４から入力される物標までの距離および物標との相対速度の導出結果に基づいて送信波の変調波形を調整する。
ここで、図３～図８を参照し、調整部７３が行う送信波の変調波形の調整手順について説明する。図３および図６は、実施形態に係る調整部７３が送信波の変調波形を調整する場合のレーダ装置１の動作説明図である。図４、図５、図７、および図８は、実施形態に係る調整部７３が送信波の変調波形を調整する場合のＦＦＴ処理の処理結果を示す説明図である。
図３に示すように、レーダ装置１は、出荷前に送信波の変調波形を調整する場合、既知の位置に設置される標的となる物標Ｔへ向けて送信部２から送信波Ｓ１を送信する。このとき、レーダ装置１は、物標Ｔへ向けて送信する送信波Ｓ１と同一の送信波Ｓ１を受信部６のミキサ６１へ入力する（図２参照）。
そして、レーダ装置１は、送信波Ｓ１が物標Ｔで反射された反射波Ｓ２を受信部６によって受信する。受信部６は、反射波Ｓ２と送信部２から入力される送信波Ｓ１とをミキシングし、送信波Ｓ１と反射波Ｓ２との差の絶対値をとることによりビート信号Ｓ３を生成し、生成したビート信号Ｓ３を検知部７２へ出力する。
検知部７２は、受信部６から入力されるビート信号Ｓ３に基づいて物標Ｔまでの距離を導出する。このとき、検知部７２は、前述したように、ビート信号Ｓ３をＦＦＴ処理し、ＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４を調整部７３へ出力する。
このとき、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換部６２が各チャープの周波数が低下するタイミングでビート信号をＡＤサンプリングできていない場合、ＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４では、設置される物標Ｔが一つでも複数のピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３が出現することがある。
ここで、ピークＰ１は、既知の位置に対応する距離ＢＩＮに出現したピークである。一方、ピークＰ２，Ｐ３は、既知の位置以外の位置に対応する距離ＢＩＮに出現したピークである。かかる場合、レーダ装置１は、実際には１つしか存在しないにも関わらず、３つの物標を検知してしまい、標的とする物標Ｔの検知精度が低下する。
また、Ａ／Ｄ変換部６２が各チャープの周波数が低下するタイミングでビート信号をＡＤサンプリングできていない場合、ＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４では、フロアノイズレベルの閾値を超えるフロアノイズＮが出現する場合もある。レーダ装置１は、かかる閾値を超えるレベルのフロアノイズＮによっても物標Ｔの検知精度が低下する。
そこで、調整部７３は、図４に示す既知の位置以外の位置に対応する距離ＢＩＮにピークＰ２，Ｐ３が出現したり、閾値を超えるレベルのフロアノイズＮが出現したＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４が入力される場合、変調波形の調整指令Ｓ５を送信制御部７１へ出力する。送信制御部７１は、調整部７３から調整指令Ｓ５が入力される場合に、送信波Ｓ１の変調波形を変更させる制御信号Ｓ６を送信部２へ出力する。
送信部２は、送信制御部７１から入力される制御信号Ｓ６に従って送信波Ｓ１の変調波形を変更して、送信波Ｓ１を物標Ｔへ向けて送信すると共に、受信部６へも送信波Ｓ１を入力する。このとき、調整部７３は、送信波Ｓ１である連続するチャープの位相および周波数のうち、少なくとも一方を変更することによって、送信波Ｓ１の変調波形を調整する。
レーダ装置１は、かかる一連の動作を繰り返し、図５に示すように、既知の位置に対応する距離ＢＩＮだけにピークＰ１が出現し、フロアノイズＮのレベルが閾値以下となるＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４が調整部７３へ入力される場合に、変調波形の調整を終了する。
つまり、レーダ装置１は、既知の位置に標的とする物標Ｔが存在する場合に、検知部７２によって既知の位置で物標Ｔが検知され、且つ既知の位置以外の位置で物標Ｔが検知されなくなるまで、送信波Ｓ１の変調波形の調整を繰り返す。
これにより、レーダ装置１は、各チャープの周波数が低下するタイミングでＡ／Ｄ変換部６２によってビート信号をＡＤサンプリングさせることができるので、出荷の前に物標Ｔの検知精度の低下を防止することができる。
また、図６に示すように、レーダ装置１は、出荷後の起動時に実行するイニシャル処理中やレーダ装置１の故障診断動作中に送信波の変調波形を調整する場合、既知の位置に標的となる物標Ｔ（図３参照）が設置されない。このため、レーダ装置１は、送信部２から物標へ向けて送信波Ｓ１を送信することがなく、当然ながら受信部６が物標からの反射波Ｓ２を受信することもない。
その代わりに、レーダ装置１は、既知の位置に物標が存在していれば受信部６へ到来するはずの反射波Ｓ７を送信部２によって生成させ、生成した反射波Ｓ７を送信部２から受信部６へ配線を介して直接入力させて、送信波Ｓ１の変調波形を調整する。
具体的には、レーダ装置１は、まず、出荷後の起動時に実行するイニシャル処理中やレーダ装置１の故障診断動作中に、既知の位置に物標が存在していれば受信部６へ到来するはずの反射波Ｓ７を送信部２の反射波生成部２３（図２参照）によって生成させる。
図２に示すように、反射波生成部２３は、発振器２２から入力される送信波Ｓ１が送信されてから、既知の位置に存在する物標で反射して受信部６へ到来するまでの時間の分だけ送信波Ｓ１の位相をシフトさせて（遅延させて）反射波Ｓ７を生成する。
そして、レーダ装置１は、反射波生成部２３から、例えば、受信部６－１のミキサ６１へ反射波Ｓ７を入力させる（図２参照）。このとき、レーダ装置１は、物標を検知する場合に物標へ向けて送信する送信波Ｓ１と同一の送信波Ｓ１を、例えば、受信部６－１のミキサ６１へ入力する。
なお、レーダ装置１は、反射波生成部２３から受信部６－１～受信部６－ｎのうち、２以上の受信部６のミキサ６１へ、それぞれ送信波Ｓ１および反射波Ｓ７を入力する構成であってもよい。
続いて、受信部６は、送信部２から入力される反射波Ｓ７と送信波Ｓ１とをミキシングし、送信波Ｓ１と反射波Ｓ７との差の絶対値をとることによりビート信号Ｓ３を生成し、生成したビート信号Ｓ３を検知部７２へ出力する。
検知部７２は、受信部６から入力されるビート信号Ｓ３に基づいて物標Ｔまでの距離を導出する。このとき、検知部７２は、前述したように、ビート信号Ｓ３をＦＦＴ処理し、ＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４を調整部７３へ出力する。
調整部７３は、図３および図４を参照して説明した手順と同様に、既知の位置以外の位置に対応する距離ＢＩＮにピークＰ２，Ｐ３が出現したり、閾値を超えるレベルのフロアノイズＮが出現する場合に、変調波形の調整指令Ｓ５を送信制御部７１へ出力する。送信制御部７１は、調整部７３から調整指令Ｓ５が入力される場合に、送信波Ｓ１の変調波形を変更させる制御信号Ｓ６を送信部２へ出力する。
送信部２は、送信制御部７１から入力される制御信号Ｓ６に従って送信波Ｓ１の変調波形を変更して受信部６へ入力する。このとき、調整部７３は、送信波Ｓ１である連続するチャープの位相および周波数のうち、少なくとも一方を変更することによって、送信波Ｓ１の変調波形を調整する。
さらに、送信部２は、変調波形を変更後の送信波Ｓ１が送信されてから、既知の位置に存在する物標で反射して受信部６へ到来するまでの時間の分だけ送信波Ｓ１の位相をシフトさせて（遅延させて）反射波Ｓ７を生成し、受信部６へ直接入力する。
レーダ装置１は、かかる一連の動作を繰り返し、図５に示すように、既知の位置に対応する距離ＢＩＮだけにピークＰ１が出現し、フロアノイズＮのレベルが閾値以下となるＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４が調整部７３へ入力される場合に、変調波形の調整を終了する。
つまり、レーダ装置１は、検知部７２によって既知の位置で物標Ｔが検知され、且つ既知の位置以外の位置で物標Ｔが検知されなくなるまで、送信波Ｓ１の変調波形の調整を繰り返す。
これにより、レーダ装置１は、各チャープの周波数が低下するタイミングでＡ／Ｄ変換部６２によってビート信号をＡＤサンプリングさせることができるので、出荷の後にも、物標の検知精度の低下を防止することができる。
また、レーダ装置１は、上記したように、物標が既知の位置に存在していることを想定して生成した反射波Ｓ７と、送信波Ｓ１とに基づいて送信波Ｓ１の変調波形を調整することができる。したがって、レーダ装置１は、既知の位置に物標が設置されなくても、物標の検知精度の低下を防止することができる。
なお、これまで、レーダ装置１との相対速度が０の物標を想定して、レーダ装置１が送信波Ｓ１の変調波形を調整する場合について説明した。しかし、上記のように、レーダ装置１は、実際に物標を設置しなくても、物標の検知精度の低下を防止するように変調波形を調整することが可能であるため、相対速度が０でない既知の相対速度である物標を想定して変調波形の調整を行うこともできる。
具体的には、２回目のＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４では、レーダ装置１が検知した物標の相対速度に対応する速度ＢＩＮにピークが現れる。このため、レーダ装置１は、相対速度が０でない既知の相対速度である物標を想定して、物標の検知精度の低下を防止するように変調波形を調整する場合、ビート信号について２回目のＦＦＴ処理を行った結果に基づいて、変調波形の調整を行う。
図７に示すように、Ａ／Ｄ変換部６２が各チャープの周波数が低下するタイミングでビート信号をＡＤサンプリングできていない場合、２回目のＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４では、設置される物標Ｔが一つでも複数のピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３が出現することがある。
ここで、ピークＰ１は、既知の相対速度に対応する速度ＢＩＮであり、且つ既知の位置に対応する距離ＢＩＮである点に出現したピークである。一方、ピークＰ２，Ｐ３は、既知の相対速度でない相対速度に対応する速度ＢＩＮであり、且つ既知の位置以外の位置に対応する距離ＢＩＮである点に出現したピークである。
また、Ａ／Ｄ変換部６２が各チャープの周波数が低下するタイミングでビート信号をＡＤサンプリングできていない場合、２回目のＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４では、フロアノイズレベルの閾値を超えるフロアノイズＮが出現する場合もある。かかる場合に、レーダ装置１は、物標Ｔの検知精度が低下する。
そこで、調整部７３は、図７に示す２回目のＦＦＴ処理の処理結果Ｓ４が入力される場合に、変調波形の調整指令Ｓ５を送信制御部７１へ出力し、送信制御部７１から送信部２へ送信波Ｓ１の変調波形を変更させる制御信号を出力させて変調波形の調整を繰り返す。
そして、レーダ装置１は、例えば、図８に示すように、既知の相対速度に対応する速度ＢＩＮであり、且つ既知の位置に対応する距離ＢＩＮである点だけにピークＰ１が出現し、フロアノイズＮのレベルが閾値以下となる場合に、変調波形の調整を終了する。
つまり、レーダ装置１は、既知の相対速度で移動する物標が検知部７２によって既知の位置で検知され、既知の相対速度以外の相対速度で移動する物標が検知部７２によって既知の位置以外の位置で検知されなくなるまで、送信波Ｓ１の変調波形の調整を繰り返す。
これにより、レーダ装置１は、各チャープの周波数が低下するタイミングでＡ／Ｄ変換部６２によってビート信号をＡＤサンプリングさせることができるので、出荷の後に、相対速度が０でない物標の検知精度の低下を防止することができる。
次に、図９および図１０を参照し、実施形態に係るレーダ装置１が実行する処理について説明する。なお、レーダ装置１は、通常の物標検知動作時には一般的なレーダ装置と同様の処理を実行する。このため、ここでは、レーダ装置１が物標の検知精度の低下を防止するために、送信波の変調波形を調整するために実行する処理について説明する。
図９および図１０は、実施形態に係るレーダ装置１が実行する処理を示すフローチャートである。なお、図９には、レーダ装置１が出荷前に実行する処理の一例を示している。また、図１０には、レーダ装置１が起動時のイニシャル処理中または故障診断動作中に実行する処理の一例を示している。
図９に示すように、レーダ装置１は、出荷前に実行する処理では、まず、既知の位置に設置される物標へ向けて送信部２から送信波を送信する（ステップＳ１０１）。このとき、レーダ装置１は、送信部２から受信部６へ送信波を入力する。
続いて、レーダ装置１は、反射波を受信したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。そして、レーダ装置１は、反射波を受信しないと判定した場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）反射波を受信するまでステップＳ１０２の判定処理を繰り返す。
また、レーダ装置１は、反射波を受信したと判定した場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、送信波および反射波に基づいてビート信号を生成する（ステップＳ１０３）。そして、レーダ装置１は、生成したビート信号を１回ＦＦＴ処理する（ステップＳ１０４）。
続いて、レーダ装置１は、ＦＦＴ処理の処理結果からピークを抽出し（ステップＳ１０５）、既知の位置で物標を検知したか否かを抽出したピークに基づいて判定する（ステップＳ１０６）。そして、レーダ装置１は、既知の位置で物標を検知しないと判定した場合（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、処理をステップＳ１０９へ移す。
また、レーダ装置１は、既知の位置で物標を検知したと判定した場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、既知の位置以外の位置で物標を検知したか否かを抽出したピークに基づいて判定する（ステップＳ１０７）。
そして、レーダ装置１は、既知の位置以外の位置で物標を検知したと判定した場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１０９へ移す。また、レーダ装置１は、既知の位置以外の位置で物標を検知しないと判定した場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、フロアノイズのレベルが閾値以下か否かを判定する（ステップＳ１０８）。
そして、レーダ装置１は、フロアノイズのレベルが閾値以下でないと判定した場合（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、送信波の変調波形を調整し（ステップＳ１０９）、処理をステップＳ１０１へ移す。また、レーダ装置１は、フロアノイズのレベルが閾値以下であると判定した場合（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、処理を終了する。
また、図１０に示すように、レーダ装置１は、起動時のイニシャル処理中または故障診断動作中に実行する処理では、まず、送信部２から受信部６へ送信波を入力する（ステップＳ２０１）。さらに、レーダ装置１は、送信部２によって反射波を生成して送信部２から受信部６へ入力する（ステップＳ２０２）。
続いて、レーダ装置１は、送信波および反射波に基づいてビート信号を生成し（ステップＳ２０３）、生成したビート信号を２回ＦＦＴ処理する（ステップＳ２０４）。続いて、レーダ装置１は、ＦＦＴ処理の処理結果からピークを抽出する（ステップＳ２０５）。
その後、レーダ装置１は、既知の位置で既知の相対速度の物標を検知したか否かを抽出したピークに基づいて判定する（ステップＳ２０６）。そして、レーダ装置１は、既知の位置で既知の相対速度の物標を検知しないと判定した場合（ステップＳ２０６，Ｎｏ）、処理をステップＳ２０９へ移す。
また、レーダ装置１は、既知の位置で既知の相対速度の物標を検知したと判定した場合（ステップＳ２０６，Ｙｅｓ）、既知の位置以外の位置で物標を検知したか否かを抽出したピークに基づいて判定する（ステップＳ２０７）。
そして、レーダ装置１は、既知の位置以外の位置で物標を検知したと判定した場合（ステップＳ２０７，Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２０９へ移す。また、レーダ装置１は、既知の位置以外の位置で物標を検知しないと判定した場合（ステップＳ２０７，Ｎｏ）、フロアノイズのレベルが閾値以下か否かを判定する（ステップＳ２０８）。
そして、レーダ装置１は、フロアノイズのレベルが閾値以下でないと判定した場合（ステップＳ２０８，Ｎｏ）、送信波の変調波形を調整し（ステップＳ２０９）、処理をステップＳ２０１へ移す。また、レーダ装置１は、フロアノイズのレベルが閾値以下であると判定した場合（ステップＳ２０８，Ｙｅｓ）、処理を終了する。
上述したように、実施形態に係るレーダ装置１は、送信部２と、受信部６と、検知部７２と、調整部７３とを備える。送信部２は、周期的に周波数が変化する変調波の送信波を送信する。受信部６は、送信波が物標で反射される反射波を受信する。検知部７２は、受信部６によって受信される反射波に基づいて物標を検知する。
調整部７３は、既知の位置に標的とする物標が存在する場合に、検知部７２によって既知の位置で物標が検知され、且つ既知の位置以外の位置で物標が検知されなくなるように送信部２から送信させる送信波の変調波形を調整する。これにより、レーダ装置１は、物標の検知精度の低下を防止することができる。
なお、上述した実施形態では、レーダ装置１がＦＣＭ方式で物標を検知する場合について説明したが、１回のＦＦＴ処理の処理結果に基づいて送信波の変調波形を調整する調整方法は、ＦＭ－ＣＷ方式で物標を検知するレーダ装置に適用することもできる。
また、上述した実施形態では、Ａ／Ｄ変換部６２が各チャープの周波数が低下するタイミングでビート信号をＡＤサンプリングする場合について説明したが、各チャープの周波数が上昇するタイミングでＡＤサンプリングできるように変調波形を調整してもよい。
また、上述した実施形態では、既知の位置に１つの物標が実在、または仮想的に存在する場合について説明したが、本実施形態は、既知の位置に２つ以上の物標が実在、または仮想的に存在する場合にも適用可能である。
かかる場合、レーダ装置１は、検知部７２よって複数の既知の位置で検知される物標の数が予め設定された物標の数と同数となり、且つ物標とともに検知されるフロアノイズＮのレベルが所定の閾値以下となるように、送信波の変調波形を調整する。これにより、レーダ装置１は、複数の物標を検知する場合の検知精度をさらに向上させることができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１ レーダ装置
２ 送信部
４ 送信アンテナ
５ 受信アンテナ
６ 受信部
７ 信号処理装置
２１ 信号生成部
２２ 発振器
２３ 反射波生成部
６１ ミキサ
６２ Ａ／Ｄ変換部
７１ 送信制御部
７２ 検知部
７３ 調整部
８１ ＦＦＴ部
８２ ピーク抽出部
８３ 方位演算部
８４ 距離相対速度演算部

Claims (9)

  1. 周期的に周波数が変化する変調波の送信波を送信する送信部と、
    前記送信波が物標で反射された反射波を受信する受信部と、
    前記受信部によって受信される前記反射波に基づいて前記物標を検知する検知部と、
    既知の位置に標的として設置された物標が前記検知部によって前記既知の位置で検知され、且つ前記物標が前記検知部によって前記既知の位置以外の位置で検知されなくなるように前記送信部から送信させる前記送信波の変調波形を調整する調整部と
    を備え、
    前記調整部は、
    前記送信波の位相を調整することによって前記送信波の変調波形を調整する
    ことを特徴とするレーダ装置。
  2. 周期的に周波数が変化する変調波の送信波を送信する送信部と、
    前記送信波が物標で反射された反射波を受信する受信部と、
    前記受信部によって受信される前記反射波に基づいて前記物標を検知する検知部と、
    既知の位置に標的として設置された物標が前記検知部によって前記既知の位置で検知され、且つ前記物標が前記検知部によって前記既知の位置以外の位置で検知されなくなるように前記送信部から送信させる前記送信波の変調波形を調整する調整部と
    を備え、
    前記調整部は、
    前記検知部によって検知される前記物標の数が予め設定された前記物標の数と同数となり、且つ前記検知部によって前記物標とともに検知されるフロアノイズのレベルが所定の閾値以下となるように、前記送信波の変調波形を調整する
    ことを特徴とするレーダ装置。
  3. 前記調整部は、
    前記既知の位置に設置された前記物標へ向けて前記送信部から前記送信波を送信させて、前記送信波の変調波形を調整する
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
  4. 周期的に周波数が変化する変調波の送信波を送信する送信部と、
    前記送信波が物標で反射される反射波を受信する受信部と、
    前記受信部によって受信される前記反射波に基づいて前記物標を検知する検知部と、
    既知の位置に前記物標が存在していれば前記受信部へ到来するはずの前記反射波を模擬した模擬信号を前記送信部によって生成させ、前記模擬信号を前記送信部から前記受信部へ入力させて、前記検知部によって前記既知の位置で前記物標が検知され、且つ前記既知の位置以外の位置で前記物標が検知されなくなるように前記送信部から送信させる前記送信波の変調波形を調整する調整部と
    を備え、
    前記調整部は、
    前記送信波の位相を調整することによって前記送信波の変調波形を調整する
    ことを特徴とするレーダ装置。
  5. 周期的に周波数が変化する変調波の送信波を送信する送信部と、
    前記送信波が物標で反射される反射波を受信する受信部と、
    前記受信部によって受信される前記反射波に基づいて前記物標を検知する検知部と、
    既知の位置に前記物標が存在していれば前記受信部へ到来するはずの前記反射波を模擬した模擬信号を前記送信部によって生成させ、前記模擬信号を前記送信部から前記受信部へ入力させて、前記検知部によって前記既知の位置で前記物標が検知され、且つ前記既知の位置以外の位置で前記物標が検知されなくなるように前記送信部から送信させる前記送信波の変調波形を調整する調整部と
    を備え、
    前記調整部は、
    前記検知部によって検知される前記物標の数が予め設定された前記物標の数と同数となり、且つ前記検知部によって前記物標とともに検知されるフロアノイズのレベルが所定の閾値以下となるように、前記送信波の変調波形を調整する
    ことを特徴とするレーダ装置。
  6. 前記調整部は、
    起動時のイニシャル動作中または故障診断動作中に前記送信波の変調波形を調整する
    ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のレーダ装置。
  7. 前記調整部は、
    前記送信波の周波数を調整することによって前記送信波の変調波形を調整する
    ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のレーダ装置。
  8. 周期的に周波数が変化する変調波の送信波を送信する送信工程と、
    前記送信波が物標で反射される反射波を受信する受信工程と、
    前記受信工程によって受信される前記反射波に基づいて前記物標を検知する検知工程と、
    既知の位置に標的とする物標が存在する場合に、前記検知工程によって前記既知の位置で前記物標が検知され、且つ前記既知の位置以外の位置で前記物標が検知されなくなるように前記送信工程で送信させる前記送信波の変調波形を調整する調整工程と
    を含み、
    前記調整工程は、
    前記送信波の位相を調整することによって前記送信波の変調波形を調整する
    ことを特徴とするレーダ装置の調整方法。
  9. 周期的に周波数が変化する変調波の送信波を送信する送信工程と、
    前記送信波が物標で反射される反射波を受信する受信工程と、
    前記受信工程によって受信される前記反射波に基づいて前記物標を検知する検知工程と、
    既知の位置に標的とする物標が存在する場合に、前記検知工程によって前記既知の位置で前記物標が検知され、且つ前記既知の位置以外の位置で前記物標が検知されなくなるように前記送信工程で送信させる前記送信波の変調波形を調整する調整工程と
    を含み、
    前記調整工程は、
    前記検知工程によって検知される前記物標の数が予め設定された前記物標の数と同数となり、且つ前記検知工程によって前記物標とともに検知されるフロアノイズのレベルが所定の閾値以下となるように、前記送信波の変調波形を調整する
    ことを特徴とするレーダ装置の調整方法。
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