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【発明の名称】 レーダ装置
【発明者】 【氏名】川久保 淳史
【要約】 【課題】安価なディジタル・ビーム・フォーミングレーダ装置を提供すること。

【解決手段】送信信号を電磁波として放射する送信部と、電磁波が物体に到達してこの物体から再放射された電磁波を受信信号として受信する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、出力端子を切換信号によりこの出力端子に択一的に接続される複数の入力端子とを有し各入力端子が素子アンテナのいずれかに接続される切換手段と、切換手段の出力端子から得られた受信信号を送信信号の一部を用いてダウンコンバートすることにより送信信号と受信信号との差信号を生成し、この差信号をディジタル信号に変換する受信部と、この受信部からのディジタル信号に対して所定の処理を施して物体までの距離または物体の相対速度を検出するディジタル信号処理部とを備えたレーダ装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 送信信号を電磁波として放射する送信部と、前記電磁波が物体に到達してこの物体から再放射された電磁波を受信信号として受信する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、出力端子を切換信号によりこの出力端子に択一的に接続される複数の入力端子とを有し前記各入力端子が前記素子アンテナのいずれかに接続される切換手段と、前記切換手段の出力端子から得られた前記受信信号を前記送信信号の一部を用いてダウンコンバートすることにより前記送信信号と前記受信信号との差信号を生成し、この差信号をディジタル信号に変換する受信部と、前記受信部からのディジタル信号に対して所定の処理を施して前記物体までの距離または前記物体の相対速度を検出するディジタル信号処理部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】 前記切換信号の周波数は前記送信信号の周波数よりも小さく前記差信号の周波数よりも大きい範囲で設定されることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】 前記切換手段は、前記切換信号周波数よりも高く前記送信信号周波数よりも低い周波数の断続信号により前記出力端子と前記入力端子の接続を断続するものであり、前記受信部は前記切換手段からの受信信号を送信信号を用いてダウンコンバートし、このダウンコンバートされた信号をさらに前記断続信号を用いてダウンコンバートして前記差信号を生成するものであることを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】 前記切換手段の出力端子から出力される前記別受信信号に対して前記素子アンテナ別に前記切換信号周波数に応じた位相補正を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号処理をディジタル的に行うレーダ装置に関するものであり、特に、複数の素子アンテナからなるアレーアンテナを備え、アンテナビームをディジタル処理で形成するディジタル・ビーム・フォーミング（ＤＢＦ）型のレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＤＢＦ型のレーダ装置として、特開平６−８８８６９号に記載されたものがある。この従来のレーダ装置では、アレーアンテナを構成する各素子アンテナごとにＲＦアンプ、ミキサ、フィルタ、Ａ／Ｄ変換器が接続されており、各Ａ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号をディジタル・ビーム・フォーミング・プロセッサに取り込んで、ディジタル・ビーム・フォーミング処理を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に、レーダ装置では、マイクロ波やミリ波のような高周波電磁波を用いているが、このような高周波で動作するアナログデバイス（ＲＦアンプやミキサなど）は非常に高価である。
【０００４】上述した従来のレーダ装置では、素子アンテナ毎にこれらのアナログデバイスが設けられているので多数のアナログデバイスが必要であり、高い製造コストを余儀なくされている。特に、性能向上のための一つの手段として、素子アンテナの数を増加することが挙げられるが、素子アンテナの増加はそれに付随する高周波アナログデバイスの増加につながり、コストの増加をもたらす。したがって、素子アンテナ数の増加が困難であった。また、アナログデバイスの増加はレーダ装置の大型化にもつながってしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような問題を解決するために本発明のレーダ装置は、送信信号を電磁波として放射する送信部と、電磁波が物体に到達してこの物体から再放射された電磁波を受信信号として受信する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、出力端子を切換信号によりこの出力端子に択一的に接続される複数の入力端子とを有し各入力端子が素子アンテナのいずれかに接続される切換手段と、切換手段の出力端子から得られた受信信号を送信信号の一部を用いてダウンコンバートすることにより送信信号と受信信号との差信号を生成し、この差信号をディジタル信号に変換する受信部と、この受信部からのディジタル信号に対して所定の処理を施して物体までの距離または物体の相対速度を検出するディジタル信号処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】切換手段の切換動作により各素子アンテナで受信した受信信号を時間的に区切り順番に繰り返し受信部に入力することができる。受信部では素子アンテナ別に順次入力される受信信号をダウンコンバートして送信信号と受信信号との差信号を生成し、素子アンテナ別に連続する差信号をディジタル信号に変換する。ディジタル信号処理部では、受信部からのディジタル信号に所定の処理を施して物体の位置情報または速度情報を検出する。受信部には各素子アンテナからの信号が直列に入力されるので、ダウンコンバートに必要なデバイスを素子アンテナ毎に用意する必要が無く、一組だけあれば十分である。
【０００７】切換手段は、切換信号周波数よりも高く送信信号周波数よりも低い周波数の断続信号により出力端子と入力端子の接続を断続するものであり、受信部は切換手段からの受信信号を送信信号の一部を用いてダウンコンバートし、このダウンコンバートされた信号をさらに断続信号を用いてダウンコンバートして差信号を生成するものであることが望ましい。
【０００８】受信部では２段階のダウンコンバートを行って送信信号と受信信号との差信号を生成するので、１段階でダウンコンバートする、いわゆるホモダイン検波においては分離除去できなかった１／ｆノイズやＦＭ−ＡＭ変換ノイズ等を有効に分離除去することができる。一段目のダウンコンバートで得られる信号周波数が断続信号分だけ引き上げられているので、低周波のノイズ成分と分離することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態であるレーダ装置を示す構成図である。このレーダ装置は、連続波（ＣＷ）に周波数変調（ＦＭ）を掛けた送信信号を用いるＦＭ−ＣＷレーダ装置であり、且つ、ディジタル・ビーム・フォーミング処理を行うＤＢＦレーダ装置である。
【００１０】本実施形態の具体的な構成および動作を説明するのに先だって、ＦＭ−ＣＷレーダ装置の探知原理およびＤＢＦ技術の基本概念を説明する。
【００１１】はじめに、ＦＭ−ＣＷレーダの探知原理を図２および図３のグラフを用いて説明する。図２（Ａ）は、送信周波数の変化と、距離Ｒの位置にあり相対速度が零の目標物から再放射された受信周波数の変化とを示したグラフであり、縦軸に周波数、横軸に時間をとっている。実線は送信信号周波数を示し、破線は受信信号周波数を示している。このグラフから判るように、送信信号には連続波に三角状の周波数変調を掛けた変調信号を用いる。変調波の中心周波数はｆ０、周波数偏移幅はΔＦ、三角波の繰り返し周波数はｆｍである。また、図３（Ａ）は、目標物の相対速度が零でなく速度Ｖのときの受信信号の変化とを示したグラフであり、実線は送信信号周波数を示し、破線は受信信号周波数を示している。なお、送信信号および座標軸の意義は図２（Ａ）と同じである。
【００１２】図２（Ａ）および図３（Ａ）から、このような送信信号を放射しているときの受信信号は、目標物の相対速度が零のときには距離に応じた時間遅れＴ（Ｔ＝２Ｒ／Ｃ：Ｃは光の速度）を受け、目標物の相対速度がＶのときには距離に応じた時間遅れＴと、相対速度に相当する周波数偏移Ｄを受けることが判る。なお、図３（Ａ）に示す例は、受信信号周波数が同グラフにおいて上方に偏移しており、目標物が接近する場合を示している。
【００１３】この受信信号に対して送信信号の一部をミキシングすれば、ビート信号が得られる。図２（Ｂ）および図３（Ｂ）は、それぞれ目標物の相対速度が零のときとＶのときのビート周波数を示すグラフであり、時間軸（横軸）はそれぞれ図２（Ａ）および図３（Ａ）とタイミングを一致させてある。
【００１４】いま、相対速度が零のときのビート周波数をｆｒ、相対速度に基づくドップラ周波数をｆｄ、周波数が増加する区間（アップ区間）のビート周波数をｆｂ１、周波数が減少する区間（ダウン区間）のビート周波数をｆｂ２とすると、ｆｂ１＝ｆｒ−ｆｄ …（１）
ｆｂ２＝ｆｒ＋ｆｄ …（２）
が成り立つ。
【００１５】したがって、変調サイクルのアップ区間とダウン区間のビート周波数ｆｂ１およびｆｂ２を別々に測定すれば、次式（３）（４）からｆｒおよびｆｄを求めることができる。
【００１６】
ｆｒ＝（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２ …（３）
ｆｄ＝（ｆｂ１−ｆｂ２）／２ …（４）
ｆｒおよびｆｄが求まれば、目標物の距離Ｒと速度Ｖを次の（５）（６）式により求めることができる。
【００１７】
Ｒ＝（Ｃ／（４・ΔＦ・ｆｍ））・ｆｒ …（５）
Ｖ＝（Ｃ／（２・ｆ０））・ｆｄ …（６）
ここに、Ｃは光の速度である。
【００１８】このようにして任意のビーム方向について目標物の距離Ｒおよび速度Ｖを求めることができるので、ビーム走査を行いながら距離Ｒおよび速度Ｖを順次算出すれば、目標物の方位、距離、速度を探知することができる。これがＦＭ−ＣＷレーダの原理である。
【００１９】つぎに、本発明において利用するディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）技術の基本概念について説明する。ＤＢＦは、複数の素子アンテナで構成されるアレーアンテナの各々の信号をＡ／Ｄ変換してディジタル信号処理部に取り込み、ビーム走査やサイドローブ特性等の調整をディジタル信号処理部で実現する技術である。ＤＢＦによるビーム走査原理は、フェーズドアレーアンテナレーダと比較すると理解しやすいので、まず、フェーズドアレーアンテナレーダについて説明する。
【００２０】図４はフェーズドアレーアンテナレーダの基本構成を示す図である。レーダの中心方向Ｘに対して、角度θの方向から到来する電波を間隔ｄで配列されたｎ個の素子アンテナからなるアレーアンテナで受信する場合、素子アンテナ（ＣＨ１）に対する電波の伝搬経路長を基準とすると、素子アンテナ（ＣＨ２）、…、素子アンテナ（ＣＨｎ）に対する各伝搬経路長は、図４に示すように、それぞれｄsinθ、…、（ｎ−１）ｄsinθだけ長くなる。したがって、その分だけ素子アンテナ（ＣＨ２）、…、素子アンテナ（ＣＨｎ）に到達する電波の位相が素子アンテナ（ＣＨ１）に到達する電波の位相よりも遅れる。
【００２１】この遅れ量は、それぞれ（２πｄsinθ）／λ、…、（２（ｎ−１）πｄsinθ）／λとなる。ここに、λは電波の波長である。この遅れ分を各素子アンテナの後段に設けられた移相器で戻して位相を進めてやると、θ方向からの電波が全素子アンテナにおいて同位相で受信されることになり、指向性がθ方向に向けられたことになる。各移相器を経た受信信号を合成した後の信号処理は機械式走査と同様であり、低雑音増幅器（アンプ）で増幅し、送信信号とミキシングすることによりダウンコンバートして信号処理回路に送られる。
【００２２】このようなフェーズドアレーアンテナレーダによれば、各移相器の移相量を適宜制御することにより、素子アンテナで構成されるアレーアンテナを固定したまま任意の方向に指向性を動かすことができる。
【００２３】ＤＢＦレーダは、フェーズドアレーアンテナレーダの移相器の機能をディジタル信号処理で行うものである。図５にＤＢＦレーダの基本構成を示す。各素子アンテナ毎にそれぞれ低雑音増幅器（アンプ）が設けられ、それぞれミキサにおいてダウンコンバートされる。ダウンコンバート後の信号は、フィルタをかけられた後にＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に置き換えられ、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）回路に送られる。
【００２４】ＤＳＰ回路では、位相と振幅を自由に変えることができるため、各チャネルのディジタル受信信号をある規則で位相、振幅変換して全チャネルの合成を行うと、任意の方向に任意の形状でアンテナの指向性を形成することができる。これをディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）という。
【００２５】ＤＢＦの大きな特徴は、全素子アンテナ（全受信チャネル）の信号を一旦ディジタル信号として取り込んでしまうと、それをもとに任意の方向にビーム合成ができるため、一回の信号取り込みで複数のビームを形成することができることにある。
【００２６】図１に示す本発明の一実施形態であるレーダ装置は、このようなＤＢＦの原理をＦＭ−ＣＷレーダ装置に適用し、さらに、従来のＤＢＦレーダ装置では素子アンテナごとに設けられていたＲＦアンプやミキサなどのアナログデバイスを全体で一組備えた構成としている。
【００２７】このレーダ装置は、送信部１、アレーアンテナ２、切換スイッチ３、受信部４、およびディジタル信号処理部５を備えている。
【００２８】送信部１は、中心周波数がｆ０（たとえば６０ＧＨｚ）の電圧制御型発振器１１と、バッファアンプ１２と、送信アンテナ１３と、ＲＦアンプ１４とを備えている。発振器１１は、図示省略した変調用の直流電源から出力される制御電圧によって、ｆ０±ΔＦの被変調波（送信信号）を出力する。被変調波はバッファアンプ１２で増幅され、送信アンテナ１３から電磁波として放射される。なお、送信信号の一部はＲＦアンプ１４で増幅され受信検波用のローカル信号として出力される。
【００２９】受信用アレーアンテナ２は、第１チャネル（ＣＨ１）から第ｎチャネル（ＣＨｎ）までの各チャネルに対応するｎ個の素子アンテナを備えている。切換スイッチ３は、ｎ個の入力端子と１個の出力端子とを有し、各入力端子にはアレーアンテナ２の各素子アンテナが１個づつ接続されている。出力端子は入力端子のいずれか一つと接続されるものであり、切換信号（クロック信号）により、その接続は周期的に切り換えられる。接続切換は、回路上で電気的に行われる。
【００３０】受信部４は、ＲＦアンプ４１、ミキサ４２、アンプ４３、フィルタ４４、Ａ／Ｄ変換器４５および切換信号発振器４６を備えている。切換スイッチ３の出力端子から出力された信号、すなわち、アレーアンテナ２のいずれかの素子アンテナで受信した信号は、ＲＦアンプ４１で増幅され、ミキサ４２でＲＦアンプ１４からの送信信号の一部とミキシングされる。このミキシングにより受信信号はダウンコンバートされ、送信信号と受信信号との差信号であるビート信号が生成される。ビート信号は、アンプ４３およびローパスフィルタ４４を介してＡ／Ｄ変換器４５に入力され、発振器４６の出力信号すなわち切換スイッチ３での接続切換を行うためのクロック信号のタイミングでディジタル信号に変換される。
【００３１】ディジタル信号処理部５は、Ａ／Ｄ変換器４５からのディジタルビート信号を入力して上述した原理に基づいてディジタル・ビーム・フォーミング（ＤＢＦ）を行う。
【００３２】つぎに、このように構成されたレーダ装置の全体動作を説明する。
【００３３】送信信号の周波数をｆTX、受信信号の周波数をｆRX（ｉ）、ただし（ｉ＝１,2,…,n）、ビート信号の周波数をｆｂ（ｉ）ただし（ｉ＝１,2,…,n）とすると、ビート信号の周波数ｆｂ（ｉ）は、ｆｂ（ｉ）＝｜ｆTX−ｆRX（ｉ）｜ …（７）
と表される。
【００３４】ここで、自動車搭載用のレーダ装置を例にとってみると、ｆTX≒ｆRX（ｉ）≒６０ＧＨｚ、ｆｂ（ｉ）＜１００ｋＨｚ程度になる。このとき、切換スイッチ３の切換信号であるクロック信号の周波数ｆｓｗを数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚとなるように設定すると、ミキサ４２では、各チャネル（素子アンテナ）からの受信波（６０ＧＨｚ帯）を数百〜数千周期ずつダウンコンバートしてｆｂ（ｉ）を１からｎまで順番に繰り返し生成することになる。
【００３５】このダウンコンバートされた信号の様子を図６に示す。この図では、簡単のために、受信チャネル数ｎをｎ＝８とし、さらに、ｆｓｗの値を小さくしてｆｂ（ｉ）に近い値にしている。また、ＣＨ１からＣＨ８の各素子アンテナ毎に得られるビート信号の位相が少しずつずれているものとする。
【００３６】図６において、細線で示した８つの曲線は、アレーアンテナ２の各チャネル（素子アンテナ）において受信された信号をそれぞれダウンコンバートしたと仮定した場合のビート信号を示している。本実施形態では切換スイッチ３において周波数ｆｓｗでチャネル切換が行われるので、ミキサ４２で得られるビート信号は、太線で示した細切れのビート信号となる。このチャネル別の細切れのビート信号は、アンプ４２およびフィルタ４４を経てＡ／Ｄ変換器４５に入力される。
【００３７】Ａ／Ｄ変換器４５では、切換スイッチ３の切換タイミングと同期させてＡ／Ｄ変換するので、Ａ／Ｄ変換されたディジタルデータとチャネルとが１対１に対応する。各チャネルにおけるＡ／Ｄ変換のタイミングは、切換スイッチ３の切換タイミングよりも少しだけ遅らせることにより、接続期間の中心とする。図７は図６における第１チャネルの信号を抽出して示したグラフであり、黒い点で示した位置がＡ／Ｄ変換のタイミングである。
【００３８】つぎに、ディジタル信号処理部５では、８チャネル分の連続データを８系列のバッファにある一定量、たとえば、各チャネル毎に１０２４点分を蓄積する。各チャネルと各バッファは１対１で対応しており、バッファの第１系列には、第１チャネルの細切れのディジタルビート信号が１０２４点分保存され（図７ではそのうちの３点が示されている）、同様に、バッファの第２系列〜第８系列には、それぞれ第２チャネル〜第８チャネルのディジタルビート信号が保存される。
【００３９】この例では、上述したように、図示を容易にするためにｆｓｗの値を小さくしてｆｂ（ｉ）に近い値にしている。しかし、実際にはｆｓｗ＞＞ｆｂ（ｉ）であり、ビート信号の周期に対して切換信号の周期は図示されたものより遥かに短く、ビート信号はさらに細かく細分化されている。なお、ｆｂ（ｉ）の再生は、サンプリング定理が成り立つ周波数（ｆｓｗ／（２×チャネル数））まで行うことができる。
【００４０】ディジタル信号処理部５では、各チャネル毎に分かれたデータ系列は、各チャネル毎にダウンコンバートを行う従来のＤＢＦレーダ装置の場合と同様に処理される。すなわち、ＦＦＴ処理が行われた後、図４および図５を用いて説明したＤＢＦの考え方に従って位相回転処理を加えることにより、指向角度別のビーム合成が行われ、各ビーム毎のビート信号周波数から物体までの距離および物体の速度が上記（５）（６）式に基づいて算出される。そして、最後に、これらの結果を総合して物体の位置および速度が認識される。
【００４１】図８は、以上詳細に説明してきた本実施形態のレーダ装置の動作に関する一連の流れをひとまとめにして示すフローチャートである。チャネル番号をｉ、データサンプリング番号をｊとすると、まず、ステップ８０１でｉ＝１、ｊ＝１を設定する。ついで、クロック信号ｆｓｗの取り込みを行い（ステップ８０２）、クロック信号のエッジを検出したら切換スイッチ３の出力端子をＣＨｉの入力端子に切り換える（ステップ８０３、８０４）。いま、ｉ＝１であるので、出力端子はＣＨ１の入力端子に接続される。
【００４２】つづいて、クロック信号の周期の１／２の時間ｔ（ｔ＝１／２ｆｓｗ）だけ遅延して、Ａ／Ｄ変換器４５でＡ／Ｄ変換処理を行い、その処理で生成されたディジタルデータをディジタル信号処理部５内のバッファへ取り込む（ステップ８０５、８０６）。いま、ｉ＝１、ｊ＝１であるので、第１系列のバッファに１番目のサンプルデータが保存される。
【００４３】その後、ｉ＝ｉ＋１の処理を行い（ステップ８０７）、ステップ８０２に戻って、ｉ＞８を満足するまでステップ８０２〜８０７までの処理を繰り返す（ステップ８０８）。この繰り返しにより、ディジタル信号処理部５内の第１〜第８系列の各バッファにそれぞれ第１番目のサンプリングデータが保存される。
【００４４】ステップ８０８でｉ＞８が満たされると、ステップ８０９に移行し、ｉ＝１、ｊ＝ｊ＋１の設定が行われる。いままでｊ＝１であったから、ここでｊ＝２となる。ステップ８１０ではｊ＞１０２４か否かの判断がなされ、ｊ＞１０２４が満たされるまでステップ８０２〜８０９までの処理が繰り返される。この繰り返しによって、ディジタル信号処理部５内の第１〜第８系列の各バッファにそれぞれ第１番目〜第１０２４番目のサンプリングデータがすべて保存される。
【００４５】その後、ＤＢＦ合成が行われ、さらにその合成結果に基づいて物体の認識が行われる（ステップ８１１）。
【００４６】ところで、この実施形態では、各チャネルの計測時刻は１／ｆｓｗずつずれているので、正確には同時刻に得られたデータではない。ｆｓｗ＞＞ｆｂ（ｉ）が十分に成り立っている場合、たとえば、ｆｓｗ＞ｆｂ（ｉ）×１０００程度が成り立っている場合であれば、同時刻とみなして合成することが可能であるが、そうでない場合は、位相回転の回転量（指向角度）に対してチャネル別にその周波数に対応した補正を加えることが望ましい。
【００４７】その補正量φは、ＣＨ１を基準（補正なし）とすると、 φ＝（ｆｂ（ｉ）／ｆｓｗ）×（ｉ−１）×２π …（８）
ただし、ｉ＝1,2,…,nとなる。
【００４８】つぎに、本発明の他の実施形態を説明する。図９は本発明の第２実施形態であるレーダ装置の構成を示す図である。第１実施形態のレーダ装置がホモダイン検波を行うものであるのに対し、この実施形態のレーダ装置はヘテロダイン検波を行うことによりノイズの低減を図ったものである。
【００４９】マイクロ波やミリ波のような高周波信号をヘテロダイン検波することは、容易なことではない。それは、受信信号を中間周波数にダウンコンバートする際に用いる送信周波数±中間周波数のローカル信号を安定に供給する発振器を安価に構成することが困難だからである。そこで、この実施形態では、そのような発振器が不要なレーダ装置となっている。
【００５０】図９において、図１と同一の要素には同一の符号を付してあり、その詳細な説明は省略する。切換スイッチ６は、図１の切換スイッチ３と同様に、ｎ個の入力端子と１個の出力端子とを有し、出力端子は入力端子のいずれか一つと接続され、発振器４６からの切換信号（クロック信号）によりその接続が周期的に切り換えられる。切換スイッチ３とは、入力端子と出力端子の接続を外部入力される断続信号により断続されるようになっている点が相違する。
【００５１】受信部７は、図１の受信部５のミキサ４２とアンプ４３との間にＩＦアンプ７１および第２ミキサ７２を直列に挿入した構成となっている。発振器４６の他に発振器７３を有し、発振器７３は切換信号よりも数十倍の周波数をもつ断続信号ｆIFを出力するものである。各信号周波数の一例を示すと、送信信号周波数ｆ０がたとえば６０ＧＨｚ、中間周波数帯である断続信号周波数ｆIFがたとえば１００ＭＨｚ、切換信号周波数がたとえば５ＭＨｚ、ビート信号周波数がたとえばＤＣ〜１００ＫＨｚである。
【００５２】つぎに、このように構成された本実施形態のレーダ装置の動作を説明する。
【００５３】アレーアンテナ２の各素子アンテナで受信した受信信号（ｆ０±ｆｂ）は、切換スイッチ６によって、順次ＣＨ１、ＣＨ２、…、ＣＨｎの順にＲＦアンプ４１に接続され、接続されたチャネルは断続信号によってその接続のオン・オフを繰り返す。
【００５４】図１０は、切換スイッチ６におけるスイッチングのタイミングチャートを示すものである。この図から、周波数ｆｓｗの切換信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジでチャネルの切り換えが行われ、この切り換えによって択一的に選択されたチャネルに対して周波数ｆIFの断続信号による接続のオン・オフが行われることが判る。
【００５５】この切換スイッチ６における切換動作および断続動作により、切換スイッチ６の出力端子から出力される信号の周波数は、（ｆ０±ｆｂ）±ｆIF、すなわちｆ０±ｆIF±ｆｂとなる。
【００５６】この信号をＲＦアンプ４１で増幅した後ミキサ４２に入力すると、ＲＦアンプ１４から得られる送信信号の一部とミキシングされ、ｆIF±ｆｂの周波数をもつ中間信号が得られる。
【００５７】図１１はミキサ４１から出力される中間信号を示したタイミングチャートである。この図から判るように、ミキサ４１から出力される中間信号は、周波数ｆIFの断続信号をキャリア信号としてチャネル別にビート信号によりＡＭ変調された信号である。なお、図１１は、第１実施形態での説明と同様に、説明を容易にするために、受信チャネル数ｎをｎ＝８とし、さらに、ｆｓｗを小さくしてｆｂ（ｉ）に近い値にしている。また、ＣＨ１からＣＨ８の各素子アンテナ毎に得られるビート信号の位相が少しずつずれているものとしている。
【００５８】このようにして得られた周波数ｆIF±ｆｂの中間信号を、ＩＦアンプ７１で増幅した後、第２ミキサ７２において周波数ｆIFの断続信号とミキシングすると、チャネル順に連続したビート信号が得られる。図１２は、第２ミキサ７２から出力されるビート信号を示したものである。
【００５９】この後の処理は、第１実施形態と同様であり、アンプ４３、フィルタ４４を経てＡ／Ｄ変換器４５に入力され、周波数ｆｓｗの切換信号に同期させてＡ／Ｄ変換され、そのディジタルデータ出力はディジタル信号処理部５に入力される。ディジタル信号処理部５での処理も第１実施形態と同様であり、入力されたディジタルデータに対してＦＦＴ処理が行われた後、位相回転処理を加えることにより、指向角度別のビーム合成が行われ、各ビーム毎のビート信号周波数から物体までの距離および物体の速度が算出される。そして、最後に、これらの結果を総合して物体の位置および速度が認識される。
【００６０】図１３は、本実施形態における信号処理過程での周波数変換の様子を示すスペクトルマップである。本実施形態のレーダ装置では、受信信号１３０を切換スイッチ６での断続信号に従うオンオフにより信号１３１および１３２に置き換えた後、ミキサ４２で中間信号１３３までダウンコンバートし、続いて、第２ミキサ７２でビート信号１３４までダウンコンバートする。
【００６１】図１３において、曲線１３５はミキサ４２のノイズフロアを示し、曲線１３６は第２ミキサ７２のノイズフロアを示している。この図から判るように、ミキサ４２では、そのノイズの影響が低下するＩＦ帯までのダウンコンバートが行われ、ついで、低域のノイズがミキサ４２よりも低い第２ミキサ７２でビート信号までのダウンコンバートが行われる。したがって、ホモダイン方式に比べて大幅にノイズマージンを拡大することができる。
【００６２】ミキサ４２は、帯域が非常に広いため、一般には低域側の１／ｆノイズやＦＭ−ＣＷ方式によるＦＭ−ＡＭ変換ノイズが多く出てしまうが、第２ミキサ７２は、帯域が狭くなるので、ノイズフロアが低下する。本実施形態ではこのような作用を利用してノイズマージンの拡大を達成している。
【００６３】なお、第２ミキサ７２の前段のＩＦアンプ７１を狭帯域化すると、低周波域で発生するＦＭ−ＡＭ変換ノイズとＩＦ信号を分離できるので、さらに低域ノイズを低下させることができる。
【００６４】上述した第１および第２実施形態はいずれもＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置であるが、送信信号と受信信号の差信号を用いて物体の位置または速度を認識するものであれば、他の方式のレーダ装置においても本発明を適用することができる。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーダ装置によれば、ダウンコンバートに必要な高価なデバイス、たとえば、ＲＦアンプや高帯域のミキサ等を素子アンテナの数に無関係に一組だけ設ければよい。したがって、装置全体を安価に構成することができ、しかも、小型化することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）１１月２８日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹 （外１名）
【公開番号】 特開平１１−１６０４２３
【公開日】 平成１１年（１９９９）６月１８日
【出願番号】 特願平９−３２８６４４