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技術 レーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機

出願人 サクラテック株式会社
発明者 酒井文則牧本三夫
出願日 2013年9月24日 (7年8ヶ月経過) 出願番号 2013-196629
公開日 2015年4月9日 (6年2ヶ月経過) 公開番号 2015-064210
状態 特許登録済
技術分野 レーダ方式及びその細部 送信機 無線伝送方式一般(ダイバーシチ方式等) パルス発生器
主要キーワード IC化 トリガ周波数 F端子 インパルス波 トリガ周期 インパルス間隔 トリガ信号発生器 インパルス発生器
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図面 (11)

課題

高分解能かつ探知距離の長い遠近両用レーダ送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること。

解決手段

トリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力をインパルス発生器に接続して構成されるインパルス波発生回路を備え、前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、同一の前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させるレーダ信号送信部を備えることを特徴とするレーダ装置

概要

背景

現在,我が国においては近距離用レーダとして準ミリ波帯に二つの周波数帯域割り当てられている。一つは26GHz帯広帯域(24.25〜29.0GHz、帯域幅:4.75GHz)レーダ用であり、他の一つは24GHz帯の狭帯域(24.05〜24.25GHz、帯域幅:0.2GHz)レーダ用である。

前者は広帯域であるため分解能が15cm程度と良好であるが、出力電力制約があるため、探知距離自動車で約30mと短くなっている。

後者は狭帯域となるので分解能は150cm以上となるが、出力電力が高くまたアンテナ利得も大きく設定可能なため、探知距離は自動車で約150mとなる特長がある。

またレーダモード(方式)としては、前者はインパルスレーダ等のUWB(Ultra-Wideband)レーダが適用され、後者にはCW(連続波)によるドップラー・レーダ、FMCW(FM変調波)レーダやパルスRFパルス)レーダなどの方式が適用されている。

図1は、24GHz帯及び26GHz帯の二つの帯域で適用されるレーダモードの送受信機実装し、前記レーダモードの切り替えが可能な従来のデュアルモードレーダ100の構成を表す。

デュアルモードレーダ100は、24GHz帯の帯域で適用されるレーダモードの送受信機(パルスレーダ)101、26GHz帯の帯域で適用されるレーダモードの送受信機(インパルスレーダ)102、送信および受信用広帯域アンテナ103、24GHz帯又は26GHz帯の帯域で適用されるレーダモードを切り替えるモード切り替え端子104で構成される。図中105は遠方にある自動車などの遠距離探知物体(レーダ標的)、106はヒトなどの近距離探知物体(レーダ標的)を示す。

26GHz帯の広帯域レーダと24GHz帯の狭帯域レーダのレーダモードを切り替えて利用できれば、近距離では高分解能でかつ探知距離の長いレーダが実現できるが、周波数帯域とレーダモード(方式)が異なり、図1図示のデュアルモードレーダ100は、基本的に二つの帯域のレーダ送受信機を実装して、アンテナだけ広帯域化して共有する構成となるため、装置が大きくコスト高となる。

なお、レーダのモード切り替えに関しては、下記の特許文献および非特許文献で提案されており、レーダモードを切り替えてレーダの機能を向上する手法そのものは既知である。

特許文献1には、同一周波数帯で単純パルス方式パルス圧縮方式を交互に切り替える発明が提案されている。

特許文献2には、送信パルス信号変調方式相関性の低い変調方式に切り替える発明が提案されている。

特許文献3には、24GHz帯で2周波CW方式周波数パルスCW方式などに切り換えてレーダ特性を改善する発明が提案されている。

また、非特許文献には、RF回路はそのまま(周波通帯域も同一)で、ベースバンドで各種のレーダ変調信号ソフトウェアで処理する方法が提示されている。

このように、レーダ方式(モード)を切り換えてレーダ特性を改善する手法そのものは既に提案されている。しかし、これらの先行技術はいずれも同一の周波数帯域におけるモード切り替えであること、切り替えるレーダ方式にインパルス方式を対象にしていないことがあるためにレーダ特性の改善にも限界がある。

概要

高分解能かつ探知距離の長い遠近両用のレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること。トリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力をインパルス発生器に接続して構成されるインパルス波発生回路を備え、前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、同一の前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させるレーダ信号送信部を備えることを特徴とするレーダ装置

目的

この発明は、高分解能かつ探知距離の長い遠近両用のレーダ装置に適用できるレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

トリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力をインパルス発生器に接続して構成されるインパルス波発生回路を備え、前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、同一の前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させることを特徴とするレーダ送信回路

請求項2

トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調制御手段で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させることを特徴とする請求項1記載のレーダ送信回路。

請求項3

トリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力をインパルス発生器に接続して構成されるインパルス波発生回路を備え、前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、同一の前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、これらの信号を基準信号として相関器への一つの入力とし、前記相関器の他の一つの入力を受信アンテナからの受信信号とし、前記二つの入力信号相関をとり距離情報を得ることを特徴とするレーダ受信回路

請求項4

トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調制御手段で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させることを特徴とする請求項3記載のレーダ受信回路。

請求項5

変調端子を備えるトリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力に遅延時間が同一な(N-1)個(Nは2以上の整数)の固定遅延線を直列に接続するとともに、前記固定遅延線の入出力および接続部に同一特性を有するN個のインパルス発生器を接続し、当該インパルス発生器の各出力にN個のアレイアンテナ素子を接続して構成されるレーダ送信部を備え、前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、前記トリガ信号発生器の周波数を変え、前記インパルス発生器から発生する信号の発生タイミングを変化させることで、アレイアンテナ送信ビームを制御することを特徴とするレーダ送信機

請求項6

トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調端子で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させることを特徴とする請求項5記載のレーダ送信機。

請求項7

変調端子を備えるトリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力にN個(Nは2以上の整数)の可変遅延線並列に接続するとともに、前記可変遅延線の出力にN個のインパルス発生器を接続し、当該インパルス発生器の各出力にN個のアレイアンテナ素子を接続して構成されるレーダ送信部を備え、前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、前記可変遅延線の遅延時間を変え、前記インパルス発生器から発生する信号の発生タイミングを変化させることで、アレイアンテナの送信ビームを制御することを特徴とするレーダ送信機。

請求項8

トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調端子で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させることを特徴とする請求項7記載のレーダ送信機

請求項9

変調端子を備えるトリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力に遅延時間が同一な(N-1)個(Nは2以上の整数)の固定遅延線を直列に接続するとともに、前記固定遅延線の入出力および接続部に同一特性を有するN個のインパルス発生器を接続して構成されるレーダ受信部を備え、前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、これらの信号を基準信号として相関器への一つの入力とし、前記相関器の他の一つの入力を受信アンテナからの受信信号とし、前記二つの入力信号の相関をとり距離情報を得て、前記インパルス発生器の各出力を基準信号としてN個の相関器それぞれの一つの入力とし、前記相関器の他の一つの入力をN個の受信アレイアンテナ素子からの受信信号とし、前記トリガ信号発生器の周波数を変え、前記インパルス発生器から発生する信号の発生タイミングを変化させることで、アレイアンテナへの受信ビームを制御することを特徴とするレーダ受信機

請求項10

トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調端子で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させることを特徴とする請求項9記載のレーダ受信機。

請求項11

変調端子を備えるトリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力にN個(Nは2以上の整数)の可変遅延線を並列に接続するとともに、前記可変遅延線の出力にN個のインパルス発生器を接続して構成されるレーダ受信部を備え、トリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力をインパルス発生器に接続して構成されるインパルス波発生回路を備え、前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、これらの信号を基準信号として相関器への一つの入力とし、前記相関器の他の一つの入力を受信アンテナからの受信信号とし、前記二つの入力信号の相関をとり距離情報を得て、前記インパルス発生器の各出力をN個の相関器それぞれの一つの入力とし、前記相関器の他の一つの入力をN個の受信アレイアンテナ素子からの受信信号とし、前記可変遅延線の遅延時間を変え、前記インパルス発生器から発生する信号の発生タイミングを変化させることで、アレイアンテナへの受信ビームを制御することを特徴とするレーダ受信機。

請求項12

トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調端子で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させることを特徴とする請求項11記載のレーダ受信機。

技術分野

0001

本発明は、レーダ送信回路及び受信回路に関する。特に、24GHz帯及び26GHz帯の周波数帯域で使用され、小型で省電力及び低コストレーダ装置を構成できるレーダ送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機に関する。

背景技術

0002

現在,我が国においては近距離用のレーダとして準ミリ波帯に二つの周波数帯域が割り当てられている。一つは26GHz帯の広帯域(24.25〜29.0GHz、帯域幅:4.75GHz)レーダ用であり、他の一つは24GHz帯の狭帯域(24.05〜24.25GHz、帯域幅:0.2GHz)レーダ用である。

0003

前者は広帯域であるため分解能が15cm程度と良好であるが、出力電力制約があるため、探知距離自動車で約30mと短くなっている。

0004

後者は狭帯域となるので分解能は150cm以上となるが、出力電力が高くまたアンテナ利得も大きく設定可能なため、探知距離は自動車で約150mとなる特長がある。

0005

またレーダモード(方式)としては、前者はインパルスレーダ等のUWB(Ultra-Wideband)レーダが適用され、後者にはCW(連続波)によるドップラー・レーダ、FMCW(FM変調波)レーダやパルスRFパルス)レーダなどの方式が適用されている。

0006

図1は、24GHz帯及び26GHz帯の二つの帯域で適用されるレーダモードの送受信機実装し、前記レーダモードの切り替えが可能な従来のデュアルモードレーダ100の構成を表す。

0007

デュアルモードレーダ100は、24GHz帯の帯域で適用されるレーダモードの送受信機(パルスレーダ)101、26GHz帯の帯域で適用されるレーダモードの送受信機(インパルスレーダ)102、送信および受信用広帯域アンテナ103、24GHz帯又は26GHz帯の帯域で適用されるレーダモードを切り替えるモード切り替え端子104で構成される。図中105は遠方にある自動車などの遠距離探知物体(レーダ標的)、106はヒトなどの近距離探知物体(レーダ標的)を示す。

0008

26GHz帯の広帯域レーダと24GHz帯の狭帯域レーダのレーダモードを切り替えて利用できれば、近距離では高分解能でかつ探知距離の長いレーダが実現できるが、周波数帯域とレーダモード(方式)が異なり、図1図示のデュアルモードレーダ100は、基本的に二つの帯域のレーダ送受信機を実装して、アンテナだけ広帯域化して共有する構成となるため、装置が大きくコスト高となる。

0009

なお、レーダのモード切り替えに関しては、下記の特許文献および非特許文献で提案されており、レーダモードを切り替えてレーダの機能を向上する手法そのものは既知である。

0010

特許文献1には、同一周波数帯で単純パルス方式パルス圧縮方式を交互に切り替える発明が提案されている。

0011

特許文献2には、送信パルス信号変調方式相関性の低い変調方式に切り替える発明が提案されている。

0012

特許文献3には、24GHz帯で2周波CW方式周波数パルスCW方式などに切り換えてレーダ特性を改善する発明が提案されている。

0013

また、非特許文献には、RF回路はそのまま(周波通帯域も同一)で、ベースバンドで各種のレーダ変調信号ソフトウェアで処理する方法が提示されている。

0014

このように、レーダ方式(モード)を切り換えてレーダ特性を改善する手法そのものは既に提案されている。しかし、これらの先行技術はいずれも同一の周波数帯域におけるモード切り替えであること、切り替えるレーダ方式にインパルス方式を対象にしていないことがあるためにレーダ特性の改善にも限界がある。

0015

特開2012−103196号公報
特開2010−181273号公報
特開2006−317456号公報
国際公開第WO2010/064723号公報
特開2012−100234号公報

先行技術

0016

塚田、植田、矢野、稲田、「ソフトウェアレーダの構築と各種レーダ方式の実験的検証」、電子情報通信学会技術研究報告、2010年11月、SANE2010-117、vol.110 No.308、pp.1-6、

発明が解決しようとする課題

0017

上述したように、従来技術で高分解能かつ探知距離の長い遠近両用レーダを実現するには、二つの帯域の送受信機が必要となるが、装置が大きくコストも高くなる。

0018

そこで、この発明は、高分解能かつ探知距離の長い遠近両用のレーダ装置に適用できるレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供することを目的とする。

0019

特に、
1)単純な回路構成で二つ以上のレーダモードを生成可能なレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること
2)インパルス方式が適用できるレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること
3)IC化が可能でコスト低減が見込めるレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること
4)レーダモード切り替えが容易であるレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること
を目的とする。

課題を解決するための手段

0020

発明者らは、上記課題を解決するため、インパルス発生器とそれを駆動するトリ発振器、トリガ発振器の出力に設けられたトリガー制御回路で構成される回路において、トリガ制御回路でトリガ発振器の出力を時間制御することでインパルス発生器よりインパルス波パルス波、CW(連続波)、FMCW(周波数変調連続波)を生成することに成功し、本発明を完成させた。

0021

すわわち、請求項1の発明は、
トリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力をインパルス発生器に接続して構成されるインパルス波発生回路を備え、
前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、同一の前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させる
ことを特徴とするレーダ送信回路である。

0022

請求項2の発明は、
トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調制御手段で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させる
ことを特徴とする請求項1記載のレーダ送信回路である。

0023

請求項3の発明は、
トリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力をインパルス発生器に接続して構成されるインパルス波発生回路を備え、
前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、同一の前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、これらの信号を基準信号として相関器への一つの入力とし、
記相関器の他の一つの入力を受信アンテナからの受信信号とし、
前記二つの入力信号相関をとり距離情報を得る
ことを特徴とするレーダ受信回路である。

0024

請求項4の発明は、
トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調制御手段で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させる
ことを特徴とする請求項3記載のレーダ受信回路である。

0025

請求項5の発明は、
変調端子を備えるトリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力に遅延時間が同一な(N-1)個(Nは2以上の整数)の固定遅延線を直列に接続するとともに、前記固定遅延線の入出力および接続部に同一特性を有するN個のインパルス発生器を接続し、当該インパルス発生器の各出力にN個のアレイアンテナ素子を接続して構成されるレーダ送信部を備え、
前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、
前記トリガ信号発生器の周波数を変え、前記インパルス発生器から発生する信号の発生タイミングを変化させることで、アレイアンテナ送信ビームを制御する
ことを特徴とするレーダ送信機である。

0026

請求項6の発明は、
トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調端子で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させる
ことを特徴とする請求項5記載のレーダ送信機である。

0027

請求項7の発明は、
変調端子を備えるトリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力にN個(Nは2以上の整数)の可変遅延線並列に接続するとともに、前記可変遅延線の出力にN個のインパルス発生器を接続し、当該インパルス発生器の各出力にN個のアレイアンテナ素子を接続して構成されるレーダ送信部を備え、
前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、
前記可変遅延線の遅延時間を変え、前記インパルス発生器から発生する信号の発生タイミングを変化させることで、アレイアンテナの送信ビームを制御する
ことを特徴とするレーダ送信機である。

0028

請求項8の発明は、
トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調端子で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させる
ことを特徴とする請求項7記載のレーダ送信機である
請求項9の発明は、
変調端子を備えるトリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力に遅延時間が同一な(N-1)個(Nは2以上の整数)の固定遅延線を直列に接続するとともに、前記固定遅延線の入出力および接続部に同一特性を有するN個のインパルス発生器を接続して構成されるレーダ受信部を備え、
前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、これらの信号を基準信号として相関器への一つの入力とし、
前記相関器の他の一つの入力を受信アンテナからの受信信号とし、
前記二つの入力信号の相関をとり距離情報を得て、
前記インパルス発生器の各出力を基準信号としてN個の相関器それぞれの一つの入力とし、前記相関器の他の一つの入力をN個の受信アレイアンテナ素子からの受信信号とし、前記トリガ信号発生器の周波数を変え、前記インパルス発生器から発生する信号の発生タイミングを変化させることで、アレイアンテナへの受信ビームを制御する
ことを特徴とするレーダ受信機である。

0029

請求項10の発明は、
トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調端子で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させる
ことを特徴とする請求項9記載のレーダ受信機である。

0030

請求項11の発明は、
変調端子を備えるトリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力にN個(Nは2以上の整数)の可変遅延線を並列に接続するとともに、前記可変遅延線の出力にN個のインパルス発生器を接続して構成されるレーダ受信部を備え、
トリガ信号発生器の出力にトリガ信号制御回路が接続され、当該トリガ信号制御回路の出力をインパルス発生器に接続して構成されるインパルス波発生回路を備え、
前記トリガー信号制御回路を制御して、前記インパルス発生器を駆動させる異なるトリガ信号が出力されることで、前記インパルス発生器からインパルス波もしくはパルス波又は連続波(CW)を発生させ、これらの信号を基準信号として相関器への一つの入力とし、
前記相関器の他の一つの入力を受信アンテナからの受信信号とし、
前記二つの入力信号の相関をとり距離情報を得て、
前記インパルス発生器の各出力をN個の相関器それぞれの一つの入力とし、前記相関器の他の一つの入力をN個の受信アレイアンテナ素子からの受信信号とし、前記可変遅延線の遅延時間を変え、前記インパルス発生器から発生する信号の発生タイミングを変化させることで、アレイアンテナへの受信ビームを制御する
ことを特徴とするレーダ受信機である。

0031

請求項12の発明は、
トリガ信号発生器に変調端子を設け、当該変調端子で前記トリガ信号発生器の周波数を変化させて、前記インパルス発生器からインパルス波又は周波数変調連続波(FMCW)もしくは周波数ステップ変調波を発生させる
ことを特徴とする請求項11記載のレーダ受信機である。

発明の効果

0032

この発明によれば、高分解能かつ探知距離の長い遠近両用のレーダ装置に適用できるレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供することができる。

0033

特に、
1)単純な回路構成で二つ以上のレーダモードを生成可能なレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること
2)インパルス方式が適用できるレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること
3)IC化が可能でコスト低減が見込めるレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること
4)レーダモード切り替えが容易であるレーダの送信回路及びこれを備えるレーダ送信機並びにレーダの受信回路及びこれを備えるレーダ受信機を提供すること
ができる。

図面の簡単な説明

0034

従来のデュアルモードレーダの概念図である。
本発明によるレーダの送信部の構成の一例を表す図である。
インパルス発生器の動作説明図を表し、(a)回路構成、(b)入力端子又は出力端子における信号の波形を表す。
インパルス波生成を説明するタイミングチャートを表す図である。
パルス波生成を説明するタイミングチャートを表す図である。
(a)インパルス波出力スペクトルの例を表す図である。(b)パルス波の出力スペクトルの例を表す図である。
本発明のマルチモードレーダの送信回路の構成の一例を表す図である。
本発明によるレーダの受信部の構成の一例を表す図である。
本発明の第一の実施例を表す図である。
本発明の第二の実施例を表す図である。

0035

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

0036

本発明は、トリガ信号で駆動されるインパルス発生器のトリガ信号を制御することで、同一の回路でインパルス波、パルス波、連続波(CW)、周波数変調連続波(FMCW)を生成回路である。

0037

図2は、本発明によるレーダの送信部200の構成の一例を表す図である。

0038

図示のレーダの送信部200は、トリガ信号発生器201、トリガ信号制御回路202、インパルス発生器203、24GHzと26GHzの周波数帯通過帯域を持つ24GHz/26GHzデュアルバンドフィルタ204、24GHz帯又は26GHz帯の帯域で適用されるレーダモードを切り替えるレーダモード制御端子205、広帯域電力増幅器206、広帯域送信アンテナ207を備えている。

0039

トリガ信号発生器201からの信号はトリガ信号制御回路202へ送られ、トリガ信号制御回路202で各レーダモードに対応し、時間制御してインパルス発生器203を駆動するトリガ信号が生成される。

0040

インパルス発生器203の前に図示していないゲート回路を設けることで前記トリガ信号を生成することができる。

0041

インパルス発生器203は、トリガ信号制御回路202で生成された前記トリガ信号を受け、インパルス波を生成する。

0042

生成されたインパルスは、24GHz/26GHzデュアルバンドフィルタ204でそれぞれのレーダモードに応じて帯域制限がなされる。帯域制限がなされたインパルス波は、広帯域送信アンテナ207から送信波として放射される。

0043

帯域制限がなされ、インパルス波の出力レベル不足した場合、広帯域電力増幅器206で増幅された後、広帯域送信アンテナ207から送信波として放射される。

0044

図3(a)、(b)はインパルス発生器203の動作説明を表す図である。図3(a)は回路構成を表すものであり、ゲート回路(AND回路)301を備えている。ゲート回路(AND回路)301は、図1図示の従来のデュアルモードレーダ100におけるゲート制御回路(非図示)に相当する機能を果たすものである。

0045

ゲート回路(AND回路)301には、トリガ信号入力端子302及びゲート制御端子303が接続されている。ゲート制御端子303は、図1図示の従来のデュアルモードレーダ100におけるモード切り替え端子104に相当するものである。

0046

ゲート回路(AND回路)301からの出力は、正相逆相二つの出力を持つ緩衝増幅器304に入力される。緩衝増幅器304は、信号の波形整形機能を有している。

0047

緩衝増幅器304から正相の出力は、可変遅延線305a、固定遅延線306を介してAND回路307へ入力される。一方、緩衝増幅器304から逆相の出力は、可変遅延線305bを介してAND回路307へ入力される。

0048

AND回路307からの出力は出力端子309を介して出力される。

0049

図3(b)はAND回路307の入力又は出力側の信号の波形を表す。図3(b)図示の(1)は、緩衝増幅器304からの正相の出力が可変遅延線305a、固定遅延線306を介してAND回路307へ入力される際の時間波形310である。図3(b)図示の(2)は、緩衝増幅器304からの逆相の出力が可変遅延線305bを介してAND回路307へ入力される際の時間波形311である。図3(b)図示の(3)は、AND回路307から出力されるインパルス波形312である。

0050

図3(a)図示の回路構成により、緩衝増幅器304からの正相の出力が可変遅延線305a、固定遅延線306を介してAND回路307へ入力するのと、緩衝増幅器304からの逆相の出力が可変遅延線305bを介してAND回路307へ入力するのとの間の時間差で決定されるパルス幅を持つインパルスを生成できる。

0051

可変遅延線305a、305bは時間の微調整を行う回路であり、準ミリ波帯のインパルス波を発生するため、1ps程度の分解能を持つ必要がある。またパルス幅は26GHz帯では19.2ps、24GHz帯では20.7psに調整することが望ましい。

0052

このような可変遅延線305a、305b及び固定遅延線306はCMOS回路で実現できる。そのためインパルス発生器回路はIC化に極めて適している。そこで、回路全体の1チップ化が可能となり、レーダの低コスト化が期待できる。

0053

図4はインパルス波発生を説明するためのタイミングチャートを表す図である。図4には、トリガ信号発生器201から出力された信号の波形401、インパルス発生のためのゲート信号の波形402、インパルス発生器203を駆動するトリガ信号の波形403が表されている。

0054

トリガ信号の周波数は高いほうが望ましいが、可変遅延線305a、305b、固定遅延線306の安定動作や時間制御の精度を考えると1〜2GHzが適している。

0055

インパルス波発生のためのゲート信号はトリガ信号発生器201の周波数の整数分の1に設定され、この時間間隔周期的にトリガ信号発生器201の出力が1個だけ抽出される。この出力がインパルス発生器203を駆動するトリガ信号となり周期的なインパルス波の出力が得られる。

0056

インパルス波は26GHz帯で近距離モードのレーダに適用するため、探知距離を30mとすると、インパルス波の周期は200ns以下に設定されるので、インパルス波発生のためのインパルス波ゲート信号も200ns以下に設定される。

0057

また、前述したようにインパルス発生器203のパルス幅は19.2psに調整することが望ましい。

0058

図5はパルス波発生を説明するためのタイミングチャートを表す図である。図5には、トリガ信号発生器201から出力された信号の波形401、パルス波発生のためのゲート信号の波形501、インパルス発生器203を駆動するトリガ信号の波形502が表されている。図5中、503はパルス波ゲート信号のパルス幅、504はパルス波ゲート信号のパルス間隔を示している。

0059

インパルス波の場合と異なり、パルス波ゲート信号がONのときだけ連続した信号がトリガ信号発生器201から出力される。この信号でインパルス発生器203を駆動すると、繰り返し周期の短いインパルス波が発生し、パルス間隔504周期のRFパルスが得られる。
パルスレーダの場合は、24GHz帯を適用し探知距離は150m程度に長くなるため、パルス間隔504は1μs以下に設定され、インパルス発生器203のパルス幅は20.7ps程度に設定するほうが望ましい。

0060

図6は、本発明の回路方式を用いて生成したインパルス信号およびパルス信号周波数スペクトルの出力結果を示す。

0061

図6において、601は26GHz帯におけるインパルス信号の周波数スペクトル、602は24GHz帯におけるパルス信号の周波数スペクトル、603は26GHz帯のUWB帯域幅、604は24GHz帯の狭帯域(0.2GHZ)の帯域幅を表す。

0062

この例ではトリガ信号発生器201の周波数を1.5GHzとし、インパルス波ゲート信号402の周波数を0.3GHz(3.3ns)とした。

0063

インパルス信号の周波数スペクトル601から、インパルス波のスペクトルが0.3GHzの周波数成分を持って広い帯域に分布していることが確認できる。レーダ信号として利用する場合は、この信号より帯域幅4.7GHzを持つ広帯域フィルタで帯域制限して用いる必要がある。

0064

また、パルス波の場合は、トリガ信号発生器201の周波数は1.5GHzで同一であるが、パルス幅を400ns、パルス間隔を800nsとした。

0065

パルス信号の周波数スペクトル602から、パルス信号は24GHzを中心に1.5GHz間隔で分布し、源信(トリガ信号発生器201)の逓倍波となっていることが確認できる。24GHz帯は狭帯域レーダであるから、レーダ波に適用する場合はこの信号を0.2GHz帯域フィルタで抽出して用いることになる。

0066

本発明によるマルチモードレーダの実施形態に関わる他の回路構成について図7を参照して説明する。

0067

図2図示の形態では、26GHz帯のインパルス信号波と24GHz帯のパルスレーダ波それぞれのレーダモードで使用するデュアルモードレーダの送信回路の構成例について説明した。

0068

本発明はその他、26GHz帯インパルスレーダと24GHz帯CWレーダFMCWレーダなど24GHz帯の他のレーダ方式との組み合わせによるデュアルモード、あるいは26GHz帯インパルスレーダと24GHz帯のパルスレーダ、CWレーダ、FMCWレーダなどの複数の組み合わせによるマルチモードレーダにも拡張できる。

0069

図7は、本発明におけるマルチモードレーダ信号送信回路700の構成を表す図である。

0070

マルチモードレーダ信号送信回路700は、変調端子を有するトリガ信号発生器701、変調制御端子702、トリガ信号制御回路202、インパルス発生器203、モード制御端子205、24GHz/26GHzデュアルバンドフィルタおよび増幅機能を有する回路703、インパルス/パルス信号出力端子704を備える。

0071

マルチモードレーダ信号送信回路700を用いて26GHz帯のインパルス波を生成させる場合は、トリガ信号発生器701を無変調に設定して用いる。回路の動作制御図2図3図示の形態での説明と同一であるからその説明を省略する。

0072

マルチモードレーダ信号送信回路700を用いて24GHz帯のパルス波を生成する場合は、トリガ信号発生器701を無変調に設定して、インパルス発生器203のモード制御信号でインパルス発生器203の入力ゲートを常時ONにすることで生成することができる。

0073

マルチモードレーダ信号送信回路700を用いて連続波(CW)を生成する場合は、インパルス発生器203のモード制御信号でインパルス発生器203のゲート制御を行うことで生成することができる。

0074

マルチモードレーダ信号送信回路700を用いて周波数変調連続波(FMCW)を生成する場合は、モード制御信号でインパルス発生器203のゲート制御を行い、図5図示のパルス幅503の周期でトリガ信号発生器701に周波数変調を行わせることで得られる。

0075

また、トリガ信号発生器701の変調を連続的に変化させる周波数変調のほかに、周波数をステップ状に変化させるステップ周波数変調も適用可能となる。

0076

したがって、24GHz帯ではレーダ方式として多様な選択が可能となり、1方式ではなく上述した複数の周波数帯を組み合わせた方式を選択できるレーダ送信回路とすることができる。

0077

本発明によるマルチモードレーダの実施形態に関わる他の回路構成について図8を参照して説明する。

0078

これまではレーダ送信機に本発明が適用されている実施形態・実施例を説明してきたが、本発明はレーダ受信機にも適用できる。

0079

図8は、本発明をレーダ受信機に適用した場合のレーダの受信回路800の構成の一例を表す図である。

0080

レーダの受信回路800は、トリガ信号発生器201、インパルス/パルス発生器203、24GHz及び26GHz帯デュアルバンドフィルタ204、モード制御端子205を備えている。これらの回路構成は、図2を用いて説明した送信部の回路構成を基本的に同一である。

0081

図8図示のレーダの受信回路800は、更に、低雑音増幅器801、広帯域受信アンテナ802、相関器803、IF(相関器検波)出力端子804を備える。

0082

24GHz/26GHzデュアルバンドフィルタ804の出力として得られるインパルス波あるいはパルス波の信号は基準信号として相関器803への一つの入力信号となり、広帯域受信アンテナ802で受信され、低雑音増幅器801で増幅された受信波相関検波されて、IF出力端子804から遠距離探知物体105等の距離情報等が出力される。

0083

図9を参照して、本発明の実施例1を説明する。図9は、ビーム走査が可能なアレイアンテナレーダ送信部900を表す。なお、本実施例において、出願人によって提案されている特許文献4に記載のインパルスアレイアンテナのビーム制御技術を利用している。

0084

特許文献4に記載のインパルスアレイアンテナのビーム制御技術は、占有帯域が500MHz以上もあるUWBレーダとして採用できる電子走査アレイアンテナに関するものである。電子走査アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子のそれぞれにインパルス発生器を接続し、前記各アンテナ素子に接続されている各インパルス発生器への送信トリガ時間を変化させることにより、等価的にアンテナから放射される電波位相を変化させる。また、送信トリガの繰返し間隔を変化させることによりアレイアンテナから放射されるビームの方向を制御する。各アンテナ素子に接続されている各インパルス発生器への送信トリガタイミングを変化させる手段として、送信トリガパルスの周波数を変化させる方式とパルスポジションを変化させる方式を採用するようになっている。

0085

このような特許文献4に記載のインパルスアレイアンテナのビーム制御技術を利用することにより、ビーム走査が可能なデュアルモードレーダ装置を実現させている。

0086

図9図示のアレイアンテナレーダ送信部900は、ビーム制御端子901を有するトリガ信号発生器201、モード制御端子205を有するトリガ信号制御回路(ゲート回路)202、n個のインパルス発生器203−1〜203−n、(n-1)個の同一の遅延時間を有する個数固定遅延線902−1〜902-(n-1)、デュアルバンドフィルタと増幅器を備えるn個の回路903−1〜903−n、送信アレイアンテナ904、アレイアンテナを構成するn個の送信アレイアンテナ素子905−1〜905−nを備える。

0087

送信アレイアンテナ素子905−1〜905−nにはそれぞれインパルス発生器203−1〜203−nと、デュアルバンドフィルタと増幅器を備える回路903−1〜903−nが直列に接続されている。

0088

各インパルス発生器203−1〜203−nの入力はそれぞれ固定遅延線902−1〜902-(n-1)を介して並列に接続されている。

0089

トリガ信号制御回路(ゲート回路)202からの出力信号は、インパルス発生器203−1には直接送られ、他のインパルス発生器203−2〜203−nには通過する固定遅延線902−1〜902-(n-1)の数に比例した遅延時間の遅れで送られ、それぞれのインパルス発生器を駆動する。この遅延時間により送信アレイアンテナ素子905−1〜905−nからは一定の時間間隔で電波が放射される。

0090

放射方向は放射される時間を制御することで変えることが可能で、この実施例では特許文献4に記載されているように、トリガ信号発生器201のトリガ周波数を変えて電波の放射方向を制御する。

0091

特許文献4ではインパルス波のビーム制御についてのみ言及しているが、パルス波であっても送信アレイアンテナ素子905−1〜905−nからの放射電波の時間制御は可能である。したがって、26GHz帯インパルスレーダのレーダモード又は24GHz帯CWレーダ、FMCWレーダなど24GHz帯のレーダモードどちらのレーダモード(方式)であってもビーム制御は可能である。

0092

図10を参照して、本発明の実施例2を説明する。図10は、ビーム走査が可能なアレイアンテナレーダ受信部1000を表す。インパルスアレイアンテナのビーム制御技術に関しては、前述した特許文献4に記載されている技術ではなく、出願人によって提案されている特許文献5に記載のインパルスアレイアンテナのビーム制御技術を利用することもできる。この実施例では、している。特許文献5に記載されているインパルスアレイアンテナのビーム制御技術を利用している。

0093

特許文献5に記載されているインパルスアレイアンテナのビーム制御技術は、高価な広帯域移相器及び移相器のコントローラが不要で、送信トリガ間隔でビーム方向走査でき低価格なトリガ周期でビーム制御するアレイアンテナに関するものである。各素子に移相器の代わりにインパルス発生器を接続し、さらに可変遅延線を接続した構成をとる。インパルス発生タイミングをコントロールするため、送信トリガを可変遅延線の遅延時間を変えることで対応するようにした。可変遅延線は5から6ビットプログラマブル遅延線が適用でき、高速制御が可能で、送信スペクトルが変化せず、かつ低コストなUWBアレイアンテナのビーム制御回路を実現できるものである。

0094

特許文献5に記載されているインパルスアレイアンテナのビーム制御技術を利用することにより、前述したように、特許文献4に記載されているインパルスアレイアンテナのビーム制御技術を利用する場合と同じく、ビーム走査が可能なデュアルモードレーダ装置を実現させることができる。

0095

アレイアンテナレーダ受信部1000は、トリガ信号発生器201、モード制御端子205を有するトリガ信号制御回路(ゲート回路)202、n個のインパルス発生器203−1〜203−n、n個の可変遅延線1001−1〜1001-n、ビーム制御端子901、n個の相関器803−1〜803-n、n個のIF端子804、n個の低雑音増幅器801−1〜801−n、受信アレイアンテナ1002、アレイアンテナを構成するn個の受信アレイアンテナ素子1003−1〜1003−nを備える。

0096

受信アレイアンテナ素子1003−1〜1003−nにはそれぞれ低雑音増幅器801−1〜801−nが直列に接続されている。各低雑音増幅器801−1〜801−nの出力は各相関器803−1〜803-nの入力となる。

0097

各インパルス発生器203−1〜203−nの出力は各相関器803−1〜803-nの入力となる。また、インパルス発生器203−1〜203−nの入力には可変遅延線1001−1〜1001-nが接続されている。

0098

トリガ信号発生器201からの信号は、トリガ信号制御回路(ゲート回路)202でレーダモードに対応した出力となり、すべての可変遅延線1001−1〜1001-nに同一のタイミングで入力される。

0099

ビーム制御端子901からは可変遅延線1001−1〜1001-nに、それぞれ別個に遅延時間を設定する情報が供給され、可変遅延線1001−1〜1001-nからの出力でインパルス発生器203−1〜203−nを駆動させる。

0100

それぞれの相関器803−1〜803-nには各可変遅延線1001−1〜1001-nに設定された相対的な時間差を持つ信号が入力される。前記相対的な時間差は自由に制御可能となっており、受信アレイアンテナ素子1003−1〜1003−nとの相関をとることで、受信電波の方向を知ることができる。これは可変遅延線1001−1〜1001-nの遅延時間を設定して受信アンテナビームの制御が可能であることを意味している。

0101

特許文献5では図9の例と同じくインパルス波のビーム制御についてのみ言及しているが、パルス波であっても受信アレイアンテナ素子1003−1〜1003−nへの放射電波の時間制御は可能である。したがって、26GHz帯インパルスレーダのレーダモード又は24GHz帯CWレーダ、FMCWレーダなど24GHz帯のレーダモードどちらのレーダモード(方式)であってもビーム制御は可能である。

実施例

0102

以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

0103

本発明によれば、以下に示す効果が発揮される。

0104

1)26GHz帯又は24GHz帯の二つの帯域で、異なるレーダ方式を用いたマルチモードレーダ装置が実現できる。

0105

2)近距離で高分解能特性を持ち、かつ探知距離の長い遠近両用のレーダが実現可能である。

0106

3)同一の手法でマルチモードレーダのビーム制御が可能である。

0107

4)同一の回路でマルチモードに対応可能であるためレーダ装置の低コスト化が可能である。

0108

100デュアルモードレーダ
101 24GHz帯送受信機(パルスレーダ)
102 26GHz帯送受信機(インパルスレーダ)
103広帯域アンテナ
104モード切り替え端子
105遠距離探知物体(レーダ標的)
106 近距離探知物体(レーダ標的)
200 レーダの送信部
201トリガ信号発生器
202トリガ信号制御回路
203、203−1〜203−nインパルス発生器
204 24GHz/26GHzデュアルバンドフィルタ
205モード制御端子
206広帯域電力増幅器
207広帯域送信アンテナ
301ゲート回路(AND回路)
302トリガ信号入力端子
303ゲート制御端子
304緩衝増幅器
305a、305b可変遅延線
306固定遅延線
307 AND回路
309出力端子
310 トリガ信号の一の時間波形
311 トリガ信号の他の時間波形
312インパルス波形
401 トリガ信号発生器から出力された信号の波形
402インパルス波ゲート信号の波形
403 トリガ信号の波形
404インパルス間隔
501パルス波ゲート信号の波形
502 トリガ信号の波形
503パルス幅
504パルス間隔
601 インパルス波周波数スペクトル
602 パルス波周波数スペクトル
603 インパルス波帯域(UWB帯域)
604 パルス波帯域
700マルチモードレーダ信号送信回路
701変調端子を持つトリガ信号発生器
702変調制御端子
703 デュアルバンドフィルタと増幅器を備える回路
704インパルス/パルス信号出力端子
800 レーダの受信部
801、801−1〜801-n低雑音増幅器
802広帯域受信アンテナ
803、803−1〜803-n相関器
804 IF(相関器)出力端子
805 インパルス/パルス発生器
900アレイアンテナレーダ送信部
901ビーム制御端子
902−1〜902-(n-1) 固定遅延線
903−1〜903-n デュアルバンドフィルタと増幅器を備える回路
904送信アレイアンテナ
905−1〜905-n 送信アレイアンテナ素子
1000 アレイアンテナレーダ受信部
1001−1〜1001−n 可変遅延線
1002受信アレイアンテナ
1003−1〜1003−n 受信アレイアンテナ素子

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