专利名称：雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达装置，特别涉及利用宽带脉冲技术的雷达装置。
背景技术：
以往，存在通过发送电波，接收该发送信号在物体中反射的反射波来确定物体的位置的雷达装置。这种雷达装置大多使用变换为无线频率的脉冲信号作为发送信号。脉冲信号的信号功率在发送后到被物体反射而再次接收为止产生衰减。因此，接收信号的功率越是来自近距离的物体的反射则其反射波就越大，越是来自远距离的物体的反射则其反射波就越小。因此，在雷达装置中，需要用于将来自远距离的物体的反射的反射波进行放大的电路。作为雷达装置的放大电路，以往一直使用STC(Sensitive-Time-Control ;灵敏度时间控制)电路。图17是表示传统例子的雷达装置的结构的方框图。在该雷达装置中，将在发送机1001产生的脉冲信号的发送信号通过发送接收切换器1002由空中线路1003发送到空间。此外由空间线路1003从空间接收到的接收信号通过发送接收切换器1002输入到接收机1004。在接收机1004中，由放大器1005、1006放大接收信号，进行解调处理，获得解调信号。解调后的接收信号传送到监视器等的指示器1007并被显示(参照专利文献I)。图18(a) (C)是用于说明传统例子的雷达装置的动作的波形图。图18(a)是表示雷达装置中的接收信号的图。在图中，纵轴表示接收功率，横轴表示距离(时间)。该图18(a)表示在时间O发送的脉冲信号随着时间的经过而衰减并被接收的状况。此外，图18(a)中的el、e2、e3表示来自反射物的较强的反射波。尽管电波的反射系数因反射物的大小或形状而不同，但在雷达装置中，反射物的距离对接收信号的信号功率产生很大影响。图18(b)是表示雷达装置的接收机中的放大器的放大率的图。在图中，纵轴表示放大率，横轴表示时间(距离)。对放大接收信号时的放大率进行控制，以使其随着发送脉冲信号后的时间的经过而增加。由此，在接收到来自近的物体的反射波的情况下，放大率变小，在接收到来自远的物体的反射波的情况下，放大率变大。图18(c)是表示雷达装置中的放大后的信号功率的图。在图中，纵轴表示信号功率，横轴表示时间(距离)。于是，可以使来自近距离的反射波和来自远距离的反射波的接收功率之差变小。使用上述方法，通过将放大器的放大率根据距离(时间)进行调整，可以减小接收信号的动态范围，并减小接续在接收机的后级的AD变换器的量化比特数。此外，在专利文献2中，公开了通过改变连接到放大器的前级或后级的衰减器(STC衰减器)的衰减率，以取代调整放大器的放大率的方法的结构。在该结构的情况下，与图18(b)所示的放大器的放大率控制方法相反，进行随着时间的经过减小衰减器的衰减率的控制。由此，可以获得与图18(c)所示的接收信号同样的信号。现有技术文献
专利文献专利文献1:日本特开昭61-77775号公报专利文献2 :日本特开平11-23696号公报

发明内容
发明要解决的课题在以往的用于船舶等的雷达装置中，在放大器或衰减器的增益(放大率或衰减率)调整时产生的信号的失真的影响不大，不会产生特别的问题。但是，在用于包含10米以下的近距离的位置作为探测区域的计测(sensing)的用途的情况下，就需要有高分辨率的雷达装置。在发送信号中使用脉冲信号的脉冲雷达的情况下，要得到高分辨率的手法那就是使用宽带的脉冲信号。宽带下的脉冲信号，脉冲宽度非常短。因此，相比从输入控制放大器或衰减器的增益的增益控制信号后至实际上反映该设定的响应时间，脉冲宽度短的情况下会产生问题。该情况下，相对于接收信号的脉冲宽度，响应时间中的信号的失真的影响变大而不能忽略。此外，在将接收信号进行正交解调的方式、或者经正交解调的信号进行信号处理的方式中，有时响应时间中的信号的失真的影响是不能忽略的。在由普通的TTL等构成的衰减器中，响应速度(响应时间)为75纳秒(ns)左右。这表示在设定衰减率后至衰减率稳定在设定的值为止的时间需要75纳秒。例如，要获得
O.3米(m)的分辨率，需要使用I纳秒宽度的脉冲。在3米的分辨率时为10纳秒宽度的脉冲。上述响应时间相对脉冲宽度为不容忽略的时间。因此，产生在放大器或衰减器的增益调整的响应时间中接收到的接收信号因失真而劣化，致使接收脉冲的检测精度下降的课题。本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，降低在雷达装置中的接收单元的增益调整时产生的信号的失真的影响，并改善接收信号的劣化。用于解决课题的方案本发明的雷达装置包括发送信号生成单元，生成具有规定的信号宽度及信号间隔的间歇信号即发送信号；射频发送单元，将所述发送信号无线发送到测定对象空间；射频接收单元，从所述测定对象空间接收包含来自物体的反射波的接收信号；电平调整单元，根据可变增益调整所述接收信号的电平；增益调整单元，生成对所述电平调整单元中的增益进行调整的增益控制信号；定时调整单元，生成对所述电平调整单元中的增益调整定时进行控制的增益调整定时信号；以及物体检测单元，基于所述接收信号检测物体，所述增益调整单元生成将所述接收信号的电平从所述发送信号的发送时刻起随着时间的经过而增大的增益控制信号，所述定时调整单元生成所述电平调整单元中的所述增益调整定时对每个所述发送信号的发送都不同的增益调整定时信号。根据上述结构，雷达装置可以使电平调整单元的增益调整所需的响应时间中产生的接收信号的劣化部分分散在对每个发送信号的发送都不同的区间中。因此，雷达装置可抑制接收信号的劣化造成的反射波的信号的检测精度的下降。发明效果根据本发明，可以降低雷达装置中的接收单元的增益调整时产生的信号的失真的影响，并改善接收信号的劣化。


图1是表示本发明的第I实施方式的雷达装置的结构的方框图。
图2是表示第I实施方式的距离检测单元的结构的方框图。
图3是表示本实施方式的雷达装置中进行信号的发送接收的一个实例的动作说明图。
图4是表示第I实施方式的可变衰减器的增益调整方法的动作说明图。
图5是表示可变衰减器的增益控制和变更了该可变衰减器的增益时直至被实际设定为止的响应时间(衰减量变更的响应时间)之间的关系的图。
图6是表示第I实施方式的变形例的雷达装置的结构的方框图。
图7是表示第I实施方式的变形例的可变放大器的增益调整方法的动作说明图。
图8是表示本发明的第2实施方式的雷达装置的结构的方框图。
图9是表示第2实施方式的距离检测单元的结构的方框图。
图10是表示第2实施方式的可变衰减器的增益调整方法及比较器的阈值设定方法的动作说明图。
图11是表示第2实施方式的变形例的雷达装置的结构的方框图。
图12是表示第2实施方式的变形例的可变放大器的增益调整方法及比较器的阈值设定方法的动作说明图。
图13是表示本发明的第3实施方式的雷达装置的结构的方框图。
图14是表示第3实施方式的位置检测单元的结构的方框图。
图15是表示第3实施方式的天线开关进行的天线切换方法及可变衰减器的增益调整方法的动作说明图。
图16是表示第3实施方式的变形例的雷达装置的结构的方框图。
图17是表示传统例子的雷达装置的结构的方框图。
图18是用于说明传统例子的雷达装置的动作的波形图。
标号说明
101脉冲生成单元
102、110变频单元
103放大器
104、106、306a、306b、306c、306d 天线
105本机振荡器
107、109放大器
108可变衰减器
111、211距离检测单元
112定时调整单元
113、152增益调整单元
121,321检波器
122、222、322 比较器
123加法运算单元
124、324距离计算单元
151可变放大器
314天线控制单元
315天线开关
316位置检测单元
323第I加法运算单元
325第2加法运算单元
326波束形成单元
327方向检测单元
具体实施例方式以下，作为本发明的实施方式，说明雷达装置的结构例子及其动作。在本实施方式中，为了实现雷达装置的高分辨率，例示使用宽带的脉冲信号作为发送信号的情况下的结构。(第I实施方式)图1是表示本发明的第I实施方式的雷达装置的结构的方框图。作为雷达装置的发送部分，包括脉冲生成单元101、变频单元102、放大器103、天线104、本机振荡器105。此外，作为雷达装置的接收部分，包括天线106、放大器107、109、可变衰减器108、变频单元
110、距离检测单元111、定时调整单元112、增益调整单元113。这里，设置变频单元102、放大器103、天线104作为实现射频发送单元的功能的结构的一个实例。此外，设置天线106、放大器107、变频单元110作为实现射频接收单元的功能的结构的一个实例。脉冲生成单元101是实现发送信号生成单元的功能的结构的一个实例，以固定时间间隔反复生成并输出规定的脉冲宽度的脉冲信号(发送脉冲)，作为发送信号。所生成的脉冲信号输入到变频单元102。此时，脉冲生成单元101将表示脉冲信号的生成定时(脉冲发送定时)的发送定时信号输出到接收单元的距离检测单元111及定时调整单元112。在发送信号使用脉冲信号的情况下，发送脉冲的发送间隔表示可以测定的距离。即，以比雷达装置发送脉冲信号后，至由预计的最大检测距离的物体反射，再次由雷达装置接收为止的时间更长的时间(宽的时间间隔)设为脉冲信号的发送间隔。此外，发送脉冲的脉冲宽度与测定时的分辨率关联。这里，脉冲宽度越短，可分离的来自多个物体的反射波的距离就越短，实现高分辨率。再有，发送信号，在本实施方式中使用将具有规定的脉冲宽度的单一的脉冲信号以规定周期反复发送的信号，但根据检测物体的距离的范围及分辨率，只要是具有规定的信号宽度和信号间隔的间歇信号即可，并不限于此。例如，也可以是将包含多个脉冲串的脉冲信号、或者是包含单一或多个脉冲串的脉冲信号进行了频率调制或相位调制的调制信号
坐寸ο变频单元102包括混频器等，将脉冲生成单元101生成的脉冲信号和从本机振荡器105输出的本机信号进行混合，从而将基带的脉冲信号上变频到无线频率。上变频后的信号输入到放大器103。这里，示出了在变频单元102中，使用混频器将脉冲信号上变频到无线频率的结构，但不限于此。例如，也可以是使用阶跃恢复二极管(step-recovery diode),使无线频率的脉冲信号直接振荡的结构。放大器103将上变频为无线频率的无线信号的发送信号放大。放大后的无线信号从发送用的天线104发送到测定对象空间。在测定对象空间中存在物体的情况下，从雷达装置的天线104发送的信号被该物体反射，该反射波的信号被接收用的天线106接收。再有，也可以是将发送用的天线和接收用的天线以一个天线共用的结构。由雷达装置的天线106接收的无线信号输入到前级的放大器107。放大器107将天线106接收的无线信号的接收信号放大。在该接收信号中，包含来自物体的反射波的信号。由放大器107放大的接收信号输入到可变衰减器108。可变衰减器108是实现电平调整单元的功能的结构的一个实例，包括能够变更衰减率的可变增益型的衰减器。可变衰减器108将来自增益调整单元113的增益控制信号和从放大器107输入的接收信号作为输入。可变衰减器108根据增益控制信号调整增益(衰减量)，并且将从放大器107输入的接收信号根据调整过的增益进行衰减，并调整接收信号的电平。后面论述有关该增益调整。后级的放大器109将从可变衰减器108输出的可变增益衰减后的接收信号放大输出。由放大器109放大的信号输入到变频单元110。变频单元110包括混频器等，将放大器109的输出信号和从本机振荡器105输出的本机信号进行混合，从而将无线频率的接收信号下变频到基带。经下变频的信号输入到距离检测单元111。距离检测单元111是实现物体检测单元的功能的结构的一个实例。该距离检测单元111输入下变频到基带的接收信号，进行检波处理、脉冲检测处理、距离检测处理的各处理，计算到物体的距离。这里，脉冲检测处理是检测来自物体的反射波的脉冲(接收脉冲)的处理，使用比较器等来检测接收信号中的脉冲成分。距离检测处理是检测到产生上述反射波的物体的距离的处理，测定从发送脉冲信号起至检测到反射波的接收脉冲的时间，并换算为距离。距离检测单元111将计算出的距离信息输出到后级的信息处理单元、显示单元等。使用该距离信息，由信息处理单元进行与检测物体有关的各种信息处理，而且，可在显示单元上显示距离信息。定时调整单元112将从脉冲生成单元101输出的发送定时信号作为输入。定时调整单元112计测从脉冲发送定时起的经过时间。定时调整单元112根据该经过时间而生成用于调整可变衰减器108的增益的增益调整定时信号，并输出到增益调整单元113。后面论述有关该增益调整的定时的控制方法。增益调整单元113将从定时调整单元112输出的增益调整定时信号作为输入。增益调整单元113根据增益调整定时信号，生成用于将可变衰减器108的增益(衰减量)设定为预先设定的值的增益控制信号，并输入到可变衰减器108。图2是表示第I实施方式的距离检测单元的结构的方框图。距离检测单元111包括检波器121、比较器122、加法运算单元123、距离计算单元124。检波器121将下变频到基带的接收信号作为输入。检波器121从该接收信号的实部及虚部的信号变换为功率次元的信号(以下，将该信号记载为“信号功率”)，并输出表示功率值的信号功率(检波信号)。变换为该功率维度的检波信号输入到比较器122。比较器122是实现反射波检测单元的功能的结构的一个实例。该比较器122将输入的检波信号的信号功率和规定的阈值进行比较。比较器122根据比较结果，判定信号功率大于还是小于规定的阈值，从而进行接收脉冲的检测(脉冲检测)，将脉冲检测结果以二值输出。该接收脉冲的脉冲检测结果输入到加法运算单元123。加法运算单元123将从发送单元发送脉冲信号后至发送下一个脉冲信号的区间的脉冲检测结果进行规定次数加法运算。加法运算次数设为后述的可变衰减器108的增益控制模式(pattern)数的N倍。这里，N为整数。例如，加法运算单元123将脉冲检测结果进行100次左右加法运算。通过该加法运算处理，检测过的接收脉冲被平均。加法运算处理的开头，根据从脉冲生成单元101输出的发送定时信号来决定。该加法运算结果输入到距离计算单元124。 距离计算单元124通过将加法运算单元123输出的加法运算结果和来自脉冲生成单元101的发送定时信号作为输入，求从发送脉冲的发送定时起至检测到接收脉冲的时间，从该时间来计算距物体的距离。图3是表示本实施方式的雷达装置中进行信号的发送接收的一个实例的动作说明图。在图3中，上段表示发送信号，下段表示接收信号，横轴表示时间t，纵轴表示信号功率P。再有，下段中表示的接收信号表示不进行可变衰减器108的增益调整而设为固定的情况。上段中表示的发送信号是将Ins宽度的脉冲信号以I μ s间隔反复发送的例子。此时，从发送一个脉冲起至经过I μ s的期间，不发送下一个脉冲。再有，上述所示的脉冲宽度(1ns)、脉冲发送间隔(Ius)是一个实例，不限于此。下段中表示的接收信号是存在三个物体(反射物)的情况下的从检波器121输出的信号的例子。假设反射物各自距离不同，反射物I配置在最近的距离，反射物3配置在最远的距离，反射物2存在于反射物I和反射物3之间。该位置关系中存在反射物1、反射物2、反射物3的情况下的雷达装置的接收信号(检波器的输出)为图3下段中所示的接收信号。该情况下，来自反射物I的反射波的接收脉冲为到来波1，来自反射物2的反射波的接收脉冲为到来波2，来自反射物3的反射波的接收脉冲为到来波3。至反射物的距离，根据从发送脉冲信号起至接收到来波的时间，使用以下的式⑴来求。L = cXt + 2…(I)其中，L是至反射物的距离，c为光速，t为从发送脉冲信号起至接收反射波的到来波的时间。至反射物I的距离，通过在上述式⑴的t中代入t = tl来求。此外，对反射物2和反射物3也同样地对上述式(I)的t中分别代入t = t2、t3来求。由于发送信号以固定间隔反复发送，所以反复接收到来波1、到来波2、到来波3。图4是表示第I实施方式的可变衰减器108的增益调整方法的动作说明图，表示发送信号和可变衰减器的增益调整之间的时间关系。在图4中，横轴表示时间t。上段表示发送信号，纵轴表示信号功率P。下段表示对发送信号的增益控制量(增益控制模式)，纵轴表示可变衰减器的衰减量Gatt (dB)。图示例子是增益控制模式数为3的情况。对可变衰减器108的增益(衰减量)进行控制，以使在刚发送完脉冲信号后为最大，随着时间的经过而变小。即，调整可变衰减器108的增益，以使接收信号的电平从发送信号的发送时刻起随着时间的经过增大。这里，作为可变衰减器108的衰减量的例子，使用以三级调整的方法来说明控制方法。再有，衰减量并不限定为三级。这里，是为了说明而在三级的衰减量中，将最大的衰减量设为衰减量[I]，将中间的衰减量设为衰减量[2]，将最小的衰减量设为衰减量[3]。在发送第I脉冲信号的Tx脉冲I区间，将从发送脉冲信号起至衰减量从衰减量变更为衰减量[2]的时间设为tl-ι。而且，将从发送脉冲信号起至衰减量从衰减量[2]变更到衰减量[3]的时间设为t2-l。 同样地，在发送第2脉冲信号的Tx脉冲2区间，将从发送脉冲信号后至衰减量从衰减量[I]变更到衰减量[2]的时间设为tl-2。而且，将从发送脉冲信号起至衰减量从衰减量[2]变更到衰减量[3]的时间设为t2-2。同样地，在发送第3脉冲信号的Tx脉冲3区间，将从发送脉冲信号起至衰减量从衰减量[I]变更到衰减量[2]的时间设为tl-3。而且，将从发送脉冲信号起至衰减量从衰减量[2]变更到衰减量[3]的时间设为t2-3。这里，将衰减量从衰减量[I]变更到衰减量[2]的时间设为tl-1 ^ tl-2 ^ tl-3。而且，设 I (tl-l)-(tl-2) I = RT, I (tl-2)-(tl-3) | = RT。其中，RT 是“衰减量调整上必要的响应时间”。此外，将衰减量从衰减量[2]变更到衰减量[3]的时间也同样地设为t2-l 幸 t2-2 幸 t2-3。而且，设 I (t2-l)-(t2-2) | = RT, | (t2_2) - (t2_3) | = RT。S卩，使对每个脉冲信号的发送，从衰减量[I]到衰减量[2]的增益调整定时、及从衰减量[2]到衰减量[3]的增益调整定时不同。此外，使各发送区间的增益调整定时之差为衰减量调整上必要的响应时间RT以上。“衰减量调整上必要的响应时间”也是“衰减量变更的响应时间”，相当于“增益调整上必要的响应时间”的一个实例。换句话说，对每个发送信号的发送错开相当于可变衰减器108中的增益调整上必要的响应时间以上的时间的增益调整定时来变更衰减量。由此，使在各发送脉冲区间，从输入控制衰减器的增益的增益控制信号起至实际上反映该设定的响应时间与其他的发送脉冲区间不重叠。即，在可变衰减器108中直至增益调整稳定为止的过渡期间与其他的发送脉冲区间不重叠。再有，在图示例子中，表示了三种将变更了增益调整定时的增益控制模式，但不同的增益调整定时的数并不限定于三种。此外，在图示例子中，为了避免接收信号中的衰减量变更的响应时间的影响，对每个发送信号的发送错开相当于衰减量变更的响应时间的增益调整定时，但不限定于此。根据可变衰减器等的电平调整单元的响应时间及发送信号的脉冲宽度等，只要对每个发送信号的发送使增益调整定时的不同至少在增益调整上必要的响应时间以上，就可获得能够抑制接收信号的劣化的效果。图5是表示可变衰减器的增益控制和变更该可变衰减器的增益时直至实际上设定为止的增益的响应时间(衰减量变更的响应时间)之间的关系的图。在图5中，最上段表示发送信号，下段的三个表示各发送脉冲区间的增益控制量。而且，横轴表示时间t，纵轴仅最上段表示发送信号的发送功率P，除此以外表示各发送脉冲区间的可变衰减器的衰减
量 Gatt。图5中的Tx脉冲I区间中，在衰减量变更的响应时间内产生接收信号的失真的区间是(I)和(4)。在Tx脉冲2区间中，在衰减量变更的响应时间内产生接收信号的失真的区间是⑵和(5)。在Tx脉冲3区间中，在衰减量变更的响应时间内产生接收信号的失真的区间是⑶和(6)。如上所述，在本实施方式中，对每个脉冲信号的反复发送，错开增益调整定时，调整可变衰减器的衰减量。由此，对每个脉冲信号的反复发送(每个发送脉冲区间)，可以使在可变衰减器的衰减量变更的响应时间内产生的脉冲的失真部分分散，可以抑制接收信号的劣化造成的接收脉冲的检测精度的下降。此外，可以使测定精度的劣化造成的、发生不能进行特定时间(距离)的测定的区间分散。因此，可以降低雷达装置中的接收单元的增益调整时产生的信号的失真的影响，改善接收信号的劣化。此外，使用增益调整的响应速度慢的衰减器，可以实现雷达装置的AGC，所以可以实现雷达装置的低成本。再有，在图2中的加法运算单元123中，也可以除去可变衰减器108的衰减量变更的响应时间内的数据。该情况下，在加法运算单元123中输入从定时调整单元112输出的增益调整定时信号，根据增益调整的定时进行加法运算处理。通过这样的处理，在接收脉冲的脉冲检测结果的加法运算中，可以去除因衰减量变更的响应时间内的失真而劣化的接收信号，所以可以抑制测定精度的劣化。再有，也可以在加法运算单元123进行加法运算前，将衰减量变更的响应时间以外的接收信号、即不受增益调整的影响的接收脉冲的脉冲检测结果输出。此外，在脉冲信号的发送次数多的情况下，优选可变衰减器108的增益控制模式随机地产生。这里，还考虑在发送了脉冲信号后直至发送下一个脉冲信号，将可变衰减器的增益设为固定，在即将发送下一个脉冲信号前变更增益的方法，即对每个脉冲信号的发送来变更可变衰减器的增益的方法。但是，该情况下，在减小了衰减量的情况下，来自近距离的反射物的到来波过大，有可能超过第二放大器的输出功率的上限。因此，放大器会饱和，在接收信号中产生对到来波以后的部分的影响，所以不理想。(第I实施方式的变形例)在上述第I实施方式中，说明了包括可变衰减器的情况下的例子，但在设有可变放大器进行放大器的增益调整的结构中，通过使用相应的增益控制方法，也可以获得同样的效果。以下说明第I实施方式的变形例的结构及动作。图6是表示第I实施方式的变形例的雷达装置的结构的方框图。在该变形例中，取代可变衰减器而具有可变放大器15，增益调整单元152的动作与上述第I实施方式不同。其他与第I实施方式是同样的，这里仅说明不同的部分。可变放大器151是实现电平调整单元的功能的结构的一个实例，包括可以变更放大率的可变增益型的放大器。可变放大器151将来自增益调整单元152的增益控制信号和从放大器107输入的接收信号作为输入。可变放大器151根据增益控制信号来调整增益(放大量)，同时将从放大器107输入的接收信号通过经调整的增益进行放大，并调整接收信号的电平。增益调整单元152将从定时调整单元112输出的增益调整定时信号作为输入。增益调整单元152根据增益调整定时信号，生成用于将可变放大器151的增益(放大量)设定为预先设定的值的增益控制信号，并输入到可变放大器151。变频单兀110将可变放大器151的输出信号和从本机振荡器105输出的本机信号进行混合而将无线频率的接收信号下变频到基带。变频单元110以后的处理与使用第I实施方式的可变衰减器的情况是同样的。图7是表示第I实施方式的变形例中的可变放大器151的增益调整方法的动作说明图。在图7中，横轴表示时间t。上段表示发送信号，纵轴表示信号功率P。下段表示对发送信号的增益控制量(增益控制模式)，纵轴表示可变放大器的放大量Gamp(dB)。这里，作为可变放大器151的放大量的例子，使用以三级进行调整的方法来说明控制方法。调整可变放大器151的增益(放大量)的增益调整定时，与可变衰减器的情况不变是相同的。可变衰减器的情况下，使衰减量随着时间的经过而减小，但可变放大器的情况下，由于表示增益控制的纵轴为放大量，所以大小关系与衰减量相反，使放大量随着从脉冲信号的发送定时起的时间的经过而增大。即，调整可变放大器151的增益，以使接收信号的电平从发送信号的发送时刻起随着时间的经过而增大。于是，即使取代可变衰减器而具有可变放大器的情况下，通过如上述那样控制可变放大器的增益，可以获得与可变衰减器的情况同样的效果。(第2实施方式)图8是表示本发明的第2实施方式的雷达装置的结构的方框图。第2实施方式是变更了第I实施方式的雷达装置中的距离检测单元的结构及动作的例子。这里，以与第I实施方式不同的部分为中心进行说明。作为雷达装置的发送部分，包括脉冲生成单元101、变频单元102、放大器103、天线104、本机振荡器105。此外，作为雷达装置的接收部分，包括天线106、放大器107、109、可变衰减器108、变频单元110、距离检测单元211、定时调整单元112、增益调整单元113。距离检测单元211将由变频单元110下变频到基带的信号、从定时调整单元112输出的增益调整定时信号、以及从脉冲生成单元101输出的发送定时信号作为输入。距离检测单元211输入下变频过的接收信号，进行检波处理、脉冲检测处理、距离检测处理的各处理，计算距物体的距离。图9是表示第2实施方式的距离检测单元的结构的方框图。距离检测单元211包括检波器121、比较器222、加法运算单元123、距离计算单元124。第2实施方式的距离检测单元211，与第I实施方式的不同是变更了比较器222的动作，这里以不同的部分为中心进行说明。比较器222是实现反射波检测单元的功能的结构的一个实例。该比较器222将从检波器121输出的检波信号和从定时调整单元112输出的增益调整定时信号作为输入。比较器222将从检波器121输入的信号功率与可变设定的阈值进行比较，信号功率变换为大于阈值的情况和小于阈值的情况下的二值。通过该比较处理，进行接收脉冲的检测(脉冲检测)。比较器222将变换为二值的信号作为脉冲检测结果输出。该接收脉冲的脉冲检测结果输入到加法运算单元123。这里，比较器222中设定的阈值，根据增益调整定时信号而改变。图10是表示第2实施方式的可变衰减器108的增益调整方法及比较器222的阈值设定方法的动作说明图，表示发送信号、可变衰减器的增益调整、比较器的阈值调整之间的时间关系。在图10中，横轴表示时间t。上段表示发送信号，纵轴表示信号功率P。中段表示对发送信号的增益控制量(增益控制模式)，纵轴表示可变衰减器的衰减量Gatt (dB)。下段表示阈值电平设定值的变化，作为对可变衰减器的增益控制模式的比较器的阈值控制，纵轴表示阈值电平的振幅TH。有关可变衰减器108的增益调整，与上述第I实施方式是同样的，所以这里省略说明。对比较器222的阈值进行控制，以使阈值电平随着时间减小。到来波的接收功率从发送了脉冲信号的定时起信号功率随着时间的经过而减小。这是因为反射物和雷达装置之间的距离随着时间的经过变远。但是，在使可变衰减器108的增益变化以使其随着时间的经过而减少时，在使增益变化的定时(增益调整定时)，输入到比较器222的接收信号的信号功率也变化。输入到比较器222的信号功率，在增益调整定时后，比增益调整定时前增大。因此，比较器222的阈值也需要根据增益调整定时进行变更。如图10下段所示，首先在发送第I脉冲信号的Tx脉冲I区间中，对比较器222进行控制，以使从发送脉冲信号起阈值电平随着时间的经过缓慢地下降。这里，使比较器222的阈值电平随着时间的经过缓慢地减小，例如可使用数字信号处理电路来实现。该情况下，在数字信号处理电路中，根据对时间进行计时的计数器的计数值，通过一步(step) —步将阈值电平进行减法运算，可运算并设定可变的阈值电平。然后，对比较器222在经过的时间是增益调整定时即tl-Ι定时进行控制，以使阈值电平升高。在图示例子中，表示阈值电平返回到初始值的情况。此后，对比较器222进行控制，以使阈值电平从tl-Ι起随着时间经过缓慢地下降。然后，在经过的时间是增益调整定时即t2-l定时，对比较器进行控制，以使阈值电平升高。此后，对比较器222进行控制，以使从t2_l起阈值电平随着时间的经过下降。即，比较器222与可变衰减器108的增益调整定时同步，使阈值电平变化，以与接收信号的电平调整联动。在发送第2脉冲信号的Tx脉冲2区间、发送第3脉冲信号的Tx脉冲3区间中，与上述同样地与可变衰减器108的增益调整定时匹配地控制比较器222的阈值电平。在Tx脉冲2的区间，在增益调整定时即tl-2和t2_2增大比较器222的阈值电平。在Tx脉冲3的区间，在增益调整定时即tl-3和t2-3增大比较器222的阈值电平。在除此以外的期间，将阈值电平随着时间的经过缓慢地减小。再有，在进行比较器的阈值控制时，只需通过数字信号处理来调整阈值，则响应时间没有问题。根据第2实施方式，可以同步控制可变衰减器的增益调整和比较器的阈值调整，所以可以与增益调整的定时匹配而将比较器的阈值调整到最合适的位置，可以高精度地检测反射波的接收脉冲。此外，可以将接收信号的信号电平和用于脉冲检测的比较器阈值控制为合适的值，所以在设有将接收信号变换为数字信号的AD变换器的情况下，AD变换器的动态范围得到改善。(第2实施方式的变形例)在上述第2实施方式中，说明了包括可变衰减器的情况下的例子，但在设有可变放大器进行放大器的增益调整的结构中，通过适用与其对应的增益控制方法及比较器阈值设定方法，也可以获得同样的效果。以下说明第2实施方式的变形例的结构及动作。图11是表示第2实施方式的变形例的雷达装置的结构的方框图。在该变形例中，取代可变衰减器而包括可变放大器151，增益调整单元152的动作与上述第2实施方式不同。其他与第2实施方式是同样的，这里仅说明有关不同的部分。可变放大器151根据来自增益调整单元152的增益控制信号来调整放大率，并且将从放大器107输入的接收信号根据调整的增益进行放大。增益调整单元152根据从定时调整单元112输出的增益调整定时信号，生成用于将可变放大器151的增益(放大量)设定为预先设定的值的增益控制信号，并输入到可变放大器151。图12是表示第2实施方式的变形例的可变放大器151的增益调整方法及比较器222的阈值设定方法的动作说明图。在图12中，横轴表示时间t。上段表示发送信号，纵轴表示信号功率P。中段表示对发送信号的增益控制量(增益控制模式)，纵轴表示可变放大器的放大量Gamp (dB)。下段表示阈值电平设定值的变化，作为对可变放大器的增益控制模式的比较器的阈值控制，纵轴表示阈值电平的振幅TH。有关可变放大器151的增益调整，与上述第I实施方式的变形例是同样的。该情况下，大小关系与可变衰减器的情况的衰减量相反，放大量随着从脉冲信号的发送定时起的时间的经过，使在规定的增益调整定时中增大。而且，与第2实施方式同样，对距离检测单元211的比较器222的阈值进行控制，以使阈值电平从脉冲信号的发送定时起随着时间的经过缓慢地下降，并在上述增益调整定时中，控制阈值电平，以使其升高。这样，在取代可变衰减器而包括可变放大器的情况下，通过如上述的控制可变放大器的增益，与该增益调整同步地调整比较器的阈值，也可以获得与可变衰减器的情况同样的效果。(第3实施方式)图13是表示本发明的第3实施方式的雷达装置的结构的方框图。第3实施方式在接收天线上使用阵列天线进行反射波的接收脉冲的到来方向测定，是具有反射体位置测定功能的雷达装置的结构例子。下面展示几个进行到来波的到来方向测定的方法。这里，说明使用了一般的波束形成法的结构。再有，波束形成法与本发明没有直接关系，所以这里省略详细说明。作为雷达装置的发送部分，包括脉冲生成单元101、变频单元102、放大器103、天线104、本机振荡器105。此外，作为雷达装置的接收部分，包括多个天线306a、306b、306c、306d、天线控制单元314、天线开关315、放大器107、109、可变衰减器108、变频单元110、定时调整单元112、增益调整单元113、位置检测单元316。第3实施方式，相对于第I或第2实施方式，追加天线306a 306d、天线控制单元314、天线开关315，取代距离检测单元而设有位置检测单元316。这里，对与第I或第2实施方式同样的结构单元，附加相同标号而省略说明。
作为接收用的天线而设置的多个天线306a 306d，配置为一维或二维的阵列状而构成阵列天线。天线开关315是实现天线切换单元的功能的结构的一个实例。该天线开关315根据从天线控制单元314输入的天线切换定时信号，切换所连接的多个天线306a 306d。天线控制单元314将从脉冲生成单元101输出的发送定时信号作为输入。天线控制单元314与脉冲发送定时同步来生成天线切换定时信号作为用于在规定的定时切换天线开关315的控制信号。后面论述有关该天线切换的定时。这样，通过设有天线开关315及天线控制单元314来切换天线，可以将接收单元的射频(RF)电路共用而实现成本降低。在切换多个天线的情况下，在变更增益调整定时进行多次测定的期间，有时产生通信环境的变化的影响。在第3实施方式中，通过与增益调整定时同步来适当切换天线，降低通信环境的变化造成的接收信号的劣化。位置检测单元316是实现物体检测单元的功能的结构的一个实例。该位置检测单元316将由变频单元110下变频到基带的信号、从定时调整单元112输出的增益调整定时信号、从脉冲生成单元101输出的发送定时信号、以及从天线控制单元314输出的天线切换定时信号作为输入。位置检测单元316输入经下变频的接收信号，进行检波处理、脉冲检测处理、距离检测处理、加法运算处理、波束形成处理、到来方向检测处理的各处理。由此，位置检测单元316计算距到来波产生的地点的距离和到来波的到来方向，并检测物体的位置。图14是表示第3实施方式的位置检测单元的结构的方框图。位置检测单元316包括检波器321、比较器322、第I加法运算单元323、距离计算单元324、第2加法运算单元325、波束形成单元326、方向检测单元327。检波器321将下变频到基带的接收信号作为输入，从该接收信号的实部及虚部的信号求变换为功率维度的信号功率，将表示该功率值的信号功率(检波信号)输出。比较器322将从检波器321输出的检波信号和从定时调整单元112输出的增益调整定时信号作为输入。比较器322将从检波器321输入的检波信号的信号功率和阈值进行比较。比较器322根据比较结果，判定信号功率大于还是小于阈值从而进行接收脉冲的检测(脉冲检测)，将脉冲检测结果以二值输出。该接收脉冲的脉冲检测结果输入到第I加法运算单元323。对该比较器322与上述第2实施方式的比较器222同样地进行控制，以使阈值电平从脉冲发送定时起随着时间的经过减小，而且，对阈值进行控制，以使阈值电平与可变衰减器108的增益调整定时匹配地提高。或者，也可以与上述第I实施方式的比较器122同样地以规定的阈值进行脉冲检测。第I加法运算单元323将从发送单元发送脉冲信号起至发送下一个脉冲信号的区间的脉冲检测结果加法运算规定次数。加法运算次数设为可变衰减器108的增益控制模式数的N倍(N为整数)。加法运算处理的开头，根据从脉冲生成单元101输出的发送定时信号来决定。该加法运算的结果输入到距离计算单元324。距离计算单元324将第I加法运算单元323输出的加法运算结果和来自脉冲生成单元101的发送定时信号作为输入，求从发送脉冲的发送定时起至检测到接收脉冲的时间，从该时间计算距物体的距离。
第2加法运算单元325将下变频到基带的接收信号、来自脉冲生成单元101的发送定时信号、从天线控制单元314输出的天线切换定时信号作为输入。第2加法运算单元325在输入的接收信号的数据中，对以相同天线接收的且相同延迟时间的接收信号的数据进行加法运算处理。通过该加法运算处理，对每个天线，生成并输出根据脉冲发送周期的延迟时间而分别加法运算过的接收信号的数据，作为加法运算数据。波束形成单元326将从第2加法运算单元325输出的加法运算数据作为输入。波束形成单元326通过对于输入的加法运算数据进行规定的信号处理来实施波束形成处理。通过该波束形成处理，波束形成单元326计算并输出每个角度的信号功率。这里，说明有关波束形成处理。波束形成处理，如 下述式(2)所示那样，对接收信号的加法运算数据计算每个天线的相关值Rxx。将该Rxx称为相关矩阵。这里，*表示复数共轭。&意味着第η天线的接收信号。式(2)是接收天线为4个的情况的例子。
Ψ *fV\rKT1V1mm厂,2:mmVlvl
(2)接着，将求得的Rxx代入下述的式⑶，计算每个角度的信号功率P-。其中，a(0)是模矢量。H表示埃尔米特转置。波束形成处理的细节，公开在以下非专利文献中([非专利文献]菊间信良著，《7夕' v°r λ Vr 'yrf技術》，才一 A社，2003年10月，ρ· 126参照)。Pout = a11 ( Θ ) Rxxa ( Θ )…(3)方向检测单元327将从波束形成单元326输出的每个角度的信号功率Pout作为输入。方向检测单元327从对每个角度算出的信号功率检测到来波的到来方向。作为到来方向的检测方法，例如，可以使用将信号功率的最高角度设为到来波的方法。方向检测单元327输出检测角度作为到来方向的检测结果。图15是表示第3实施方式的天线开关315的天线切换方法及可变衰减器108的增益调整方法的动作说明图，表示天线的切换、发送信号、可变衰减器的增益调整之间的时间关系。在图15中，横轴表不时间t。上段表不发送信号,纵轴表不信号功率P。下段表不对发送信号的增益控制量(增益控制模式)，纵轴表示可变衰减器的衰减量Gatt (dB)。在发送信号的波形的上部，将发送脉冲信号的区间(Tx脉冲I区间 Tx脉冲3区间)和切换的天线(I 4)关联表示。就可变衰减器108的增益调整来说，与上述第I实施方式是同样的，所以这里省略说明。首先，对每个发送信号的发送，在变更增益调整定时(增益控制模式)的同时，进行可变衰减器108的增益控制，用天线I (306a)接收。在图示例子中，对每一个接收天线，在规定的脉冲发送周期发送三次脉冲信号(Tx脉冲I区间、Tx脉冲2区间、Tx脉冲3区间)，对它们的每个发送脉冲区间，将增益调整定时进行三种切换接收。在用天线I完成了三次脉冲信号的发送和接收后，天线控制单元314将天线切换定时信号输出到天线开关315，将天线开关315切换到天线2 (306b)。然后，通过天线2，与天线I的情况同样，将增益调整定时进行三种切换接收。然后，从天线控制单元314输出天线切换定时信号，将天线开关315切换到天线3 (306c)。将同样的处理反复至天线4 (306d)。这样，在第3实施方式中，将天线开关315的多个天线306a 306d的天线切换定时设为可变衰减器108的增益控制模式数的M倍(M为整数)的时间。即，对设定了不同的增益调整定时的增益控制模式数的每个整数倍的时间，设定天线切换周期，以进行阵列天线的切换。图示例子是增益控制模式数为3、M = I的情况。从天线I至天线4进行脉冲信号的发送接收而获取接收信号，通过位置检测单元316，测定反射波的接收脉冲，计算接收信号的每个天线的相关矩阵。此时，在第2加法运算单元325中，就切换可变衰减器108的增益而获取的接收信号的数据来说，对从发送脉冲信号起的时间的经过相同的数据进行加法运算。再有，在进行上述加法运算时，也可以除去在切换了可变衰减器108的增益时产生的衰减量变更的响应时间的数据。根据第3实施方式，可以将在变更相同天线中的到来波测定时间、即相同天线中的增益调整定时的同时，获取多个接收信号时的获取时间作为近的时间，进行到来波方向的检测。由此，即使在物体移动的动态的环境下，也可以减少一边变更增益调整定时，一边将获取的接收信号的数据进行加法运算时的相关特性的劣化。因此，可以将增益调整的响应时间造成的接收信号的劣化均等地分散给每个天线，可以抑制测定精度的劣化。此外，在第3实施方式中，在使天线切换定时和增益调整定时同步执行时，使增益调整定时的变更比天线切换优先进行。此时，在相同天线中一边变更增益调整定时一边获取多个接收信号，使用对用相同天线接收的且相同延迟时间的接收信号加法运算的结果进行自相关的运算。由此，与在切换天线的同时使用获取的接收信号来运算自相关的情况比较，可以改善自相关运算结果的劣化。(第3实施方式的变形例)在上述第3实施方式中，说明了包括可变衰减器的情况的例子，但在设有可变放大器进行放大器的增益调整的结构中，通过适用与其对应的天线切换方法及增益控制方法，也可以获得同样的效果。以下说明第3实施方式的变形例的结构及动作。图16是表示第3实施方式的变形例的雷达装置的结构的方框图。在该变形例中，取代可变衰减器而包括可变放大器151，增益调整单元152的动作与上述第3实施方式不同。其他与第3实施方式是同样的，这里仅说明不同的部分。可变放大器151根据来自增益调整单元152的增益控制信号调整放大率，并且将从放大器107输入的接收信号根据调整的增益来放大。增益调整单元152根据从定时调整单元112输出的增益调整定时信号，生成用于将可变放大器151的增益(放大量)设定为预先设定的值的增益控制信号，并输入到可变放大器151。就可变放大器151的增益调整来说，与图7所示的第I实施方式的变形例、或图12所示的第2实施方式的变形例是同样的。该情况下，大小关系与可变衰减器的情况的衰减量相反，使放大量随着从脉冲信号的发送定时起的经过时间在规定的增益调整定时中增大。而且，与第3实施方式同样，在切换多个天线的同时对每个天线变更增益调整定时而多次获取进行了增益调整的接收信号，计算距到来波产生的地点的距离和到来波的到来方向，从而进行来自物体的反射波的位置检测。这样，在取代可变衰减器而包括可变放大器的情况下，通过上述那样控制可变放大器的增益，也可以获得与可变衰减器的情况同样的效果。再有，就本发明来说，本领域技术人员不脱离本发明的宗旨及范围而基于说明书的记载及公知的技术进行各种各样的变更、应用也是本发明的预定范围，包含在要求保护的范围中。此外，在不脱离发明的宗旨的范围中，也可以将上述实施方式的各结构单元任意地组合。在上述各实施方式中，通过以硬件构成的情况为例说明了本发明，但本发明也可以用软件来实现。再有，上述实施方式的说明中使用的各功能块通常被作为集成电路的LSI(LargeScale Integration ;大规模集成电路)来实现。这些功能块既可以被单独地集成为一个芯片，也可以包含一部分或全部地被集成为一个芯片。虽然这里称为LSI，但根据集成程度的不同，可以被称为IC(Integrated Circuit ;集成电路)、系统LS1、超大LSI (Super LSI)、或特大 LSI (Ultra LSI)。另外，实现集成电路化的方法不限于LSI，也可使用专用电路或通用处理器来实现。也可以利用LSI制造后能够编程的FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)，或可以利用对LSI内部的电路块(circuit cell)的连接或设定能进行重构的可重构处理器(Reconfigurable Processor)。而且，随着半导体的技术进步或随之派生的其它技术的出现，如果出现能够替代LSI的集成电路化的新技术，当然可利用该新技术进行功能块的集成化。例如，还存在着适用生物技术等的可能性。本申请基于2010年7月28日提交的日本专利申请(特愿2010-169293)，其内容在本申请中作为参照而引入。工业实用性本发明具有可降低雷达装置中的接收单元的增益调整时产生的信号的失真的影响，并改善接收信号的劣化的效果，作为基于对发送信号的来自物体的反射波来确定物体的位置的雷达装置、特别是利用宽带脉冲技术的雷达装置等是有用的。
权利要求
1.雷达装置，包括 发送信号生成单元，生成具有规定的信号宽度及信号间隔的间歇信号即发送信号； 射频发送单元，将所述发送信号无线发送到测定对象空间； 射频接收单元，从所述测定对象空间接收包含来自物体的反射波的接收信号； 电平调整单元，根据可变增益调整所述接收信号的电平； 增益调整单元，生成对所述电平调整单元中的增益进行调整的增益控制信号； 定时调整单元，生成对所述电平调整单元中的增益调整定时进行控制的增益调整定时信号；以及 物体检测单元，基于所述接收信号检测物体， 所述增益调整单元生成将所述接收信号的电平从所述发送信号的发送时刻起随着时间的经过而增大的增益控制信号， 所述定时调整单元生成所述电平调整单元中的所述增益调整定时对每个所述发送信号的发送都不同的增益调整定时信号。
2.权利要求1所述的雷达装置， 所述定时调整单元生成相当于所述电平调整单元中的增益调整所需的响应时间以上的时间的、对每个所述发送信号的发送所述增益调整定时都不同的增益调整定时信号。
3.权利要求1所述的雷达装置， 所述物体检测单元还包括将根据不同的所述增益调整定时各自进行了电平调整的多个接收信号进行加法运算的加法运算单元。
4.权利要求1所述的雷达装置， 所述物体检测单元还包括 反射波检测单元，从所述电平调整后的接收信号检测来自所述物体的反射波的信号；以及 距离计算单元，基于所述反射波的检测结果，计算距所述物体的距离。
5.权利要求4所述的雷达装置， 所述反射波检测单元还包括将所述电平调整后的接收信号与规定的阈值进行比较来检测来自所述物体的反射波的信号的比较器， 所述比较器与所述增益调整定时同步并与所述接收信号的电平调整联动而改变所述阈值。
6.权利要求1所述的雷达装置， 所述射频接收单元还包括阵列状配置的多个天线；进行所述多个天线的切换的天线切换单元；以及控制所述天线切换单元的天线控制单元， 所述天线控制单元与所述增益调整定时同步，生成天线切换定时信号，该天线切换定时信号将所述天线切换单元产生的天线切换定时设为天线切换周期，该天线切换周期为设定了不同的所述增益调整定时的增益控制模式数的每个整数倍时间。
7.权利要求6所述的雷达装置， 所述增益调整单元使所述增益调整定时的变更比所述天线控制单元的天线切换优先进行。
8.权利要求6所述的雷达装置，所述物体检测单元还包括 第2加法运算单元，基于所述天线切换定时，在根据不同的所述增益调整定时各自进行了电平调整的多个接收信号中，对以相同天线接收的信号且相同延迟时间的信号进行加法运算；以及 方向检测单元，基于所述第2加法运算单元的加法运算结果，检测来自所述物体的反射波的到来方向。
9.权利要求1至8中任何一项所述的雷达装置， 所述电平调整单元还包括可变衰减器， 所述增益调整单元调整所述可变衰减器的衰减量。
10.权利要求1至8中任何一项所述的雷达装置， 所述电平调整单元还包括可变放大器， 所述增益调整单元调整所述可变放大器的放大量。
全文摘要
降低在雷达装置的接收单元的增益调整时产生的信号失真的影响，改善接收信号的劣化。由脉冲生成单元(101)生成脉冲信号作为发送信号，通过天线(104)以固定时间间隔反复发送。由放大器(107)放大由天线(106)接收到的包含来自物体的反射波的接收信号，并由可变衰减器(108)进行了增益调整后，由距离检测单元(111)检测反射波的接收脉冲而计算至物体的距离。可变衰减器(108)根据按照来自增益调整单元(113)的增益控制信号调整的增益来衰减接收信号。对可变衰减器(108)的增益(衰减量)进行控制，以使其在刚刚发送脉冲信号后最大，并随着经过时间变小。此外，基于来自定时调整单元(112)的增益调整定时信号，对每个脉冲信号的发送，使变更衰减量的增益调整定时不同。
文档编号G01S7/32GK103026255SQ20118003646
公开日2013年4月3日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年7月28日
发明者向井裕人, 岸上高明, 中川洋一 申请人:松下电器产业株式会社