特許 6696968 位相符号化データチャネルを有するＦＭＣＷレーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6696968

(24)【登録日】2020年4月27日

(45)【発行日】2020年5月20日

(54)【発明の名称】位相符号化データチャネルを有するＦＭＣＷレーダ

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/34 20060101AFI20200511BHJP

   G01S 13/46 20060101ALI20200511BHJP

【ＦＩ】

   G01S13/34

   G01S13/46

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-503858(P2017-503858)

(86)(22)【出願日】2015年7月14日

(65)【公表番号】特表2017-525949(P2017-525949A)

(43)【公表日】2017年9月7日

(86)【国際出願番号】US2015040248

(87)【国際公開番号】WO2016053439

(87)【国際公開日】20160407

【審査請求日】2018年7月12日

(31)【優先権主張番号】62/027,818

(32)【優先日】2014年7月23日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/028,768

(32)【優先日】2014年7月24日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/637,102

(32)【優先日】2015年3月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500575824

【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100147991

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 健一

(72)【発明者】

【氏名】フランセスチーニ，マイケル・アール．

(72)【発明者】

【氏名】マッキッタリック，ジョン・ビー．

【審査官】 山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０５１０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２６７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１５０５４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−１３３７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２４３９１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１５２８７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０１４１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０６５９２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／００− ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００−１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相エンコードデータチャネルを含む第１の周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）信号を受信するように構成された１つ又は複数のアンテナであって、前記位相エンコードデータチャネルはデータ及びタイミング情報を含み、前記タイミング情報はタイムスタンプ又は到着時間情報のうちの少なくとも１つを含む、１つ又は複数のアンテナと、
前記１つ又は複数のアンテナから前記位相エンコードデータチャネルを含む前記第１のＦＭＣＷ信号を受信し、差信号を生成するように構成されたミキサと、
前記ミキサの前記差信号をデジタル差信号に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
信号処理ユニットを駆動するように構成されたクロックと、
前記データ及び前記タイミング情報を同時に決定するように、前記デジタル差信号を処理するように構成された信号処理ユニットの１つ又は複数のプロセッサと、
前記データ及び前記タイミング情報を記憶するように構成されたメモリと
を備える、ＦＭＣＷレーダデバイス。

【請求項2】

位相エンコードデータチャネルを含む第２のＦＭＣＷ信号を送信するように構成された１つ又は複数のアンテナをさらに備え、
前記信号処理ユニットの前記１つ又は複数のプロセッサが、
前記第２のＦＭＣＷ信号の前記位相エンコードデータチャネルで送信データを生成し、
前記ＦＭＣＷレーダデバイスの前記１つ又は複数のアンテナから、前記位相エンコードデータチャネルを含む前記第２のＦＭＣＷ信号を送信するように、送信器を制御する
ように構成された、請求項１に記載のＦＭＣＷレーダデバイス。

【請求項3】

データ通信のために周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダユニットを使用する方法であって、
位相エンコードデータチャネルを含むＦＭＣＷ信号を受信するステップであって、前記位相エンコードデータチャネルはデータ及びタイミング情報を含み、前記タイミング情報はタイムスタンプ又は到着時間情報のうちの少なくとも１つを含む、ステップと、
前記データ及び前記タイミング情報を同時に決定するように、前記位相エンコードデータチャネルを含む前記ＦＭＣＷ信号を処理するステップと
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本出願は、以下の米国特許仮出願及び以下の米国特許出願のそれぞれの利益を主張するものである。
２０１４年７月２３日出願の米国特許仮出願シリアルナンバー第６２／０２７，８１８号、
２０１４年７月２４日出願の米国特許仮出願シリアルナンバー第６２／０２８，７６８号、及び
２０１５年３月３日出願の米国特許出願シリアルナンバー第１４／６３７，１０２号。

【0002】

[0002]本開示は、レーダシステムに関し、より詳細には、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

[0003]周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダは、一種のレーダシステムであり、周知の適した周波数連続波が、変調信号によって固定期間にわたって周波数が上下に変化する。受信信号と送信信号との間の周波数差は、遅延ひいては距離に伴って増大する。次いでレーダシステムは、標的からのエコーを送信した信号と混合して、復調後、標的の距離を示すようなビート信号を生成する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、位相符号化データチャネルを有するＦＭＣＷレーダを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

[0004]一般には、本開示の種々の例は、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダを対象とする。本開示の種々の例により、データとタイミング情報を同時に決定するように信号を処理することが可能になり得る。本開示の種々の例により、データとタイミング情報に加えて障害物検出情報を同時に決定するように信号を処理することも可能になり得る。

【0006】

[0005]一例では、本開示は、位相エンコードデータチャネルをもつ信号を受信し、データとタイミング情報を同時に決定するように、位相エンコードデータチャネルをもつ信号を処理する方法を対象とする。

【0007】

[0006]別の例では、本開示は、ＦＭＣＷレーダデバイスを対象とし、そのＦＭＣＷレーダデバイスが、位相エンコードデータチャネルをもつ信号を受信するように構成された１つ又は複数のアンテナと、１つ又は複数のアンテナから信号を受信し、差信号を生成するように構成されたミキサと、ミキサの差信号をデジタル差信号に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、信号処理ユニットを駆動するように構成されたクロックと、データとタイミング情報を同時に決定するように、デジタル差信号を処理するように構成された信号処理ユニットの１つ又は複数のプロセッサと、メモリとを含み、そのメモリは、データとタイミング情報を記憶するように構成される。

【0008】

[0007]さらに別の例では、本開示は、ＦＭＣＷレーダデバイスを対象とし、そのＦＭＣＷレーダデバイスが、位相エンコードデータチャネルをもつ信号を受信するように構成された１つ又は複数のアンテナと、１つ又は複数のアンテナから信号を受信し、差信号を生成するように構成されたミキサと、ミキサの差信号をデジタル差信号に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、信号処理ユニットを駆動するように構成されたクロックと、データ、タイミング情報及び障害物検出情報を同時に決定するように、位相エンコードデータチャネルをもつ信号を処理するように構成された信号処理ユニットの１つ又は複数のプロセッサと、メモリとを含み、そのメモリは、データ、タイミング情報及び障害物情報を記憶するように構成される。

【0009】

[0008]１つ又は複数の例の詳細について、添付の図面及び以降の説明で明らかにする。他の特徴、目的及び有利点は、説明及び図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】[0009]本開示の種々の態様による、例示的な周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダシステムのブロック図である。

【図2】[0010]本開示の種々の態様による、例示的なＦＭＣＷレーダのブロック図である。

【図3】[0011]本開示の種々の態様による、位相エンコードデータチャネルをもつ例示的なＦＭＣＷランプを含む信号の概念図である。

【図4】[0012]本開示の種々の態様による、ＦＭＣＷレーダデバイスを操作する例示的な処理の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

[0013]以降で説明する種々の例は、一般に、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダと位相エンコードデータチャネルとを組み合わせるレーダシステムのための、デバイス、集積回路、システム及び方法を対象とする。本開示は、既存のＦＭＣＷレーダをもつプラットフォームにデータ通信を追加するための技術を説明する。一般には、ＦＭＣＷレーダは、視界中の物体（地勢又は他の障害物など）までの範囲（例えば距離）を測定するために使用され得る。

【0012】

[0014]本開示の技術は、追加のハードウェアを必要としないことによって、重量の追加又は電力消費の著しい増大なしに実施され得る。この方式では、ナビゲーション、監視及び通信をサポートするための多数のセンサを運搬する容量をもつことができない無人航空機（ＵＡＳ）などの小型の乗物（ｖｅｈｉｃｌｅ）が、通信能力を可能にしながらシステム効率を低下させることなく本開示の技術を使用することができる。

【0013】

[0015]図１に、本開示の種々の態様による、例示的な周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダシステム１のブロック図を示す。図１の例では、ＦＭＣＷレーダシステム１は、レーダ２及び８、障害物検出システム４及び１０、ならびに通信システム６及び１２を含む。ただし、レーダ２及び８は、それぞれ「レーダ」、「レーダデバイス」又は「レーダユニット」とも呼ばれ、レーダ２及び８は、それぞれレーダシステムでもよく、またレーダ２及び８は集合的に、ＦＭＣＷレーダシステム１を形成してもよいということを理解されたい。

【0014】

[0016]レーダ２及び８は、それぞれがＦＭＣＷレーダとすることができる。レーダ２は信号１６を送信し、信号１８を受信する。レーダ８は、信号２０を送信し、信号２２を受信する。

【0015】

[0017]障害物検出システム４及び１０は、障害物からの反射として受信した信号１８及び２２に基づいて、障害物を検出するように構成され得る。例えば、レーダ２は、信号１６を送信することができ、信号１６の反射された形を信号１８として受信する。信号１６は、例えば、標的から反射され得る。いくつかの例では、信号１６が、障害物検出情報を決定するように処理され得る。同様に、レーダ８は、信号２０を送信し、信号２０の反射された形を受信することができる。信号２０の反射された形は、信号２２として図１に示され得る。いくつかの例では、信号２２は、障害物検出情報を決定するように処理され得る。これらの例では、障害物検出情報が、障害物検出システム４によって、測位情報を得る及び／又はナビゲーション機能を実施するために使用され得る。

【0016】

[0018]通信システム６及び１２は、信号１６及び２０中に位相エンコードデータチャネルを含むことによってデータを送信し、データとタイミング情報を同時に決定するように、レーダ２及び８で受信した信号１８及び２２中の位相エンコードデータチャネルを処理することによって、データとタイミング情報を受信するように構成され得る。例えば、レーダ２は、信号１６を送信し、信号１８として受信することができる。信号１８は、例えば、レーダ８によって送信された信号２０とすることができる。レーダ８は、同様に、信号２０を送信し、信号２２を受信することができる。信号２２は、例えば、図１に示すようにレーダによって送信された信号１６とすることができる。いくつかの例では、レーダ２及び８が、信号１６〜２２中の位相エンコードデータチャネルを使用して、互いに又は他のＦＭＣＷ互換システムと通信するように構成され得る。いくつかの例では、データとタイミング情報を同時に決定するということは、ほぼ同じ時間にデータとタイミング情報の両方を決定すること、としてもよい。他の例では、データとタイミング情報を同時に決定するということは、同じ信号又は同じ複数の信号からデータとタイミング情報の両方を決定すること、としてもよい。さらに他の例では、データとタイミング情報を同時に決定するということは、ほぼ同じ時間に、同じ信号又は同じ複数の信号からデータとタイミング情報の両方を決定すること、としてもよい。

【0017】

[0019]レーダ２及び８は、短い期間（例えば１ミリ秒（ｍｓ））にわたって反復する線形ランプとなる周波数をもつ信号１６及び２０を送信することができる。式１は、送信された信号１６又は２０の周波数を表すことができる。

【0018】

【数1】

【0019】

[0020]式１では、ｆ_ｂはベースバンド周波数、ｆ_１は周波数ランプの１秒あたりのメガヘルツ（ＭＨｚ／ｓ）で示すレート、Ｔは反復周波数ランプの周期、ｔ_ｂは追加された周波数がピーク周波数からゼロに戻る時間である。例えば、Ｔは４ミリ秒（ｍｓ）とすることができ、周波数ランプは、ベースバンド周波数を超える８００ＭＨｚとなり得るピーク周波数を有することができる。いくつかの例では、Ｔは、１〜５０ミリ秒（ｍｓ）とすることができ、周波数ランプは、ベースバンド周波数を超える５０〜８００ＭＨｚとなり得るピーク周波数を有することができる。

【0020】

[0021]レーダ２及び８は、受信した信号を送信した信号と混合するミキサをそれぞれ含むことができる。受信した信号１８は、標的まで移動し返ってこなければならないので、受信した信号１８は、２ｄ÷ｃの時間遅延をもち、式中ｄは標的までの距離、ｃは光の速度である。いくつかの例では、時間遅延は、受信した信号１８の周波数にも影響を与え得る。ミキサの出力は、ビート信号（例えば、差信号）とすることができ、ビート信号は、送信した信号と受信した信号との瞬間的な周波数差とする。レーダ２のミキサは、例えば、信号１６と信号１８を混合して、信号１６と信号１８との瞬間的な差に対応してビート信号を決定することができる。いくつかの例では、ミキサの出力（例えば、差信号）は、２つの周波数ランプの差に対応する単一の周波数とすることができ、各周波数ランプは、図３に示す周波数ランプと同様のものとすることができる。これらの例では、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して適切なレートで差信号をサンプリングすることにより、簡単な高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、周波数を測定することが可能になる。この方式では、ＦＦＴの出力のピークが、標的からの反射に対応する。レーダ８のミキサは、同様に、信号２０と２２を混合して、信号２０と２２との瞬間的な時間差に対応してビート信号を決定することができ、レーダ８のＡＤＣは、ビート信号をサンプリングすることができ、これにより簡単なＦＦＴを使用して周波数の測定をすることが可能となり得る。

【0021】

[0022]図１の例では、レーダ２及び８は、それぞれ多機能センサとすることができ、波形変調オーバーレイをもつＦＭＣＷレーダコアと、データ及びプラットフォーム間の精密な転送時間をサポートするアルゴリズムを処理する増補型ソフトウェア／ハードウェアとを含むことができる。いくつかの例では、これらの信号フォーマットエンハンスメント（例えば、位相エンコードデータチャネル）は、レーダ２とレーダ８との間の精密な相対的タイミングに関する高精度な到着時間推定を同時に可能にしながら、レーダ２及び８のレーダ検出モードを補足し、測位機能とナビゲーション機能を保持する並行処理を追加することができる。例えば、位相シフトキー（ＰＳＫ）データシンボルは、レーダ２及び８の全ＦＭＣＷランプの位相変調のより短い時間／周波数細分化によって、タイムスタンプ及び分散ネットワーク同期メッセージ用に使用され得る。いくつかの例では、これらのより短いサブセグメント（例えばＰＳＫデータシンボル）は、迅速なレーダ取得用の部分帯域プリアンブル、直接シーケンススペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）、及び／又は低妨害確率／対妨信（ＬＰＩ／ＡＪ：Ｌｏｗ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ／Ａｎｔｉ−Ｊａｍ）に有益な周波数ホップスペクトラム拡散（ＦＨＳＳ）としても使用され得る。

【0022】

[0023]図１の例では、レーダ２とレーダ８との間（例えば２ノード）の精密な時間同期及びデータ転送には、受信した信号１８及び２２の初期（時間及び／又は周波数）探索不確定性が大きいので、ＦＭＣＷレーダモードより複雑な信号処理を利用することができる。例えば、ＦＭＣＷレーダモードでは、受信した信号１８が、送信した信号２０の遅延した複製とすることができ、受信した信号２２は、送信した信号１６の遅延した複製とすることができ、これらは最大範囲によって制限される遅延をもつ。この例では、ＦＭＣＷがデチャープ（ｄｅ−ｃｈｉｒｐ）した後、探索のための最大の周波数不確定性ΔＦに対応する探索不確定性は、デチャープに関連するいくらかのデコンプレッションがあるので、全ランプスパンより少なくなる。この様式では、レーダ２及び８が、鋸歯掃引を連続的に送信するので、レーダ２及び８が互いからのリターンにロックオンするまで、レーダ２及び８は、複数のＦＭＣＷランプにわたる不確定領域を探索することができる。この方式では、レーダ２及び８が、他のレーダからの初期送信の受信に成功した後、返信として肯定応答が、レーダ２かレーダ８のどちらかから送信され得る。いくつかの例では、レーダ２及び８は、データメッセージ及び到着時間（ＴｏＡ）モードに関してレーダ２とレーダ８との間の想定されるランプタイミングを予め知ることはできず、その結果、レーダ２及び８は、ＦＭＣＷランプスパン全体及び潜在的ベースバンドΔＦより小さくなるまで不確定性探索を狭めることができない。いくつかの実施形態では、レーダ２及び８が、効率的なデータ復元を確実にするために、パケットメッセージバースト（例えば、望ましくは１ＦＭＣＷランプ４ミリ秒以内）の前部で不確定性探索を迅速に達成しなければならない可能性がある。いくつかの例では、２つの技術が、サイズ、重量及び電力（ＳＷａＰ）ならびにデータオーバーレイをもつＦＭＣＷランプの同期を実行する性能のためにトレードオフされ得る。１つの技術では、レーダ２及び８は、リアルタイム短縮シンボル相関処理（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）用に、チャープ有限インパルス応答（ＦＩＲ）整合フィルタを使用することができる。別の技術では、レーダ２及び８は、記憶した全ＦＭＣＷランプのサンプルにわたって逐次探索相関処理を使用することができる。

【0023】

[0024]いくつかの例では、レーダ２及び８が、レーダ取得及びデータ通信、ならびに全ＦＭＣＷランプ上の高分解能到着時間推定のために、部分ランプ・サブセグメント・シンボルを使用することができる。これらの例では、レーダ２及び８は、レーダ機能（例えば、障害物検出）に対してＦＭＣＷレーダ通信モード（例えば、位相エンコードデータチャネル）での有意に高いレーダ信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を利用することができる。例えば、レーダ２から送信されレーダ８で信号２２として受信される、送信信号１６のパスロス（ｐａｔｈ ｌｏｓｓ）が、単方向（ｏｎｅ−ｗａｙ）送信−受信パス（例えば、受信電力は１／Ｒ^２）を有することができる。別の例では、レーダ８から送信されレーダ２で信号１８として受信される、送信信号２０のパスロスが、単方向送信−受信パス（例えば、受信電力は１／Ｒ^２）を有することができる。反対に、レーダ２から送信され物体から反射されレーダ２で信号１８として受信される、送信信号１６のパスロスは、双方向送信−受信パス（例えば、受信電力は１／Ｒ^４）を有することができる。別の例では、レーダ８から送信され物体から反射されレーダ８で信号２２として受信される、送信信号２０のパスロスは、双方向送信−受信パス（例えば、受信電力は１／Ｒ^４）を有することができる。いくつかの例では、レーダ２及び８は、アンテナ利得及び指向性をより迅速なビーム取得とトレードオフすることができる。例えば、３５ギガヘルツ（ＧＨｚ）のベースバンド周波数で、１キロメートル（ｋｍ）リンクレンジ（Ｒ）は、大気効果を含まずに、自由空間で約１２４デシベル（ｄＢ）の単方向パスロス（例えば、１／Ｒ^２）となるはずである。この例では、双方向パスロス（例えば、１／Ｒ^４）は、約２４８ｄＢとなるはずである。この方式では、４０ｄＢのアンテナ利得が、レーダ２及び８の送信器及び受信器それぞれで得られ得る。いくつかの例では、レーダ２及び８は、初期信号取得用のリンクの両端で全方向性（ｏｍｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）ビームを使用すること（例えば、非指向性探索）もでき、これは単方向パスロスに対して依然として４４ｄＢ高いＳＮＲのままとなり得る。言い換えれば、単方向パスロスは、より短い時間−帯域幅（ＴＢ）デバイスで受信したＦＭＣＷ信号の迅速な取得を達成するのに十分なＳＮＲを有することができる。いくつかの例では、レーダ２及び８は、受信器でオムニパターンを使用することができるが、レーダ２及び８は、指向性送信器を維持することもできる。これらの例では、レーダ２及び８は、タイミング及びデータ機能に対して８８ｄＢの余剰ＳＮＲを有することができ、これは、ビーム同時発生の可能性を向上することができる。これらの例では、オムニアンテナでのビームの同時発生の可能性がより高いことに加えてシングルエンド形指向性ステップ探索であるということは、リンクレンジ及びパスロスに基づいて与えられる十分なＳＮＲがある限り、ダブルエンド形指向性ステップ探索パターンへの好ましい手法となり得る。いくつかの例では、レーダ２及び８が、チャープＦＩＲシンボル取得技術と併せて、全方向性送信及び受信の組合せを使用して、パッシブレーダ検出レンジをはるかに超えて動作する迅速かつ効率的な近隣発見モードを可能にすることができる。これらの例では、レーダ２及び８が、迅速かつ効率的な近隣発見モードを使用し、その結果、フレンドリーなノードＩＤ及びネットワーク同期は迅速に実行され、フレンドリーでないレーダリターンは非協調プラットフォームとして調整され得る。

【0024】

[0025]図２に、本開示の種々の態様による、例示的なＦＭＣＷレーダ２０のブロック図を示す。図２のレーダ２０は、図１に示すレーダ２及び／又はレーダ８用の例示的な一構成を示す。

【0025】

[0026]図２の例では、レーダ２０が、信号処理ユニット３８、送信器２４、送信アンテナ２６、受信アンテナ２８、ミキサ３０、ＡＤＣ３２、クロック３４及びメモリ３６を含む。図２の例では、レーダ２０は、信号４２を送信し、信号４２を受信するように構成され得る。

【0026】

[0027]信号処理ユニット３８は、送信器２４を制御するように構成された回路である。信号処理ユニット３８は、本明細書で信号処理ユニット３８それぞれに帰する技術を実行するように、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアの任意の適した構成、又はその組合せを備えることができる。例えば、信号処理ユニット３８は、いずれか１つ又は複数の、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、又は任意の等価な集積化又は個別の論理回路、ならびにこうした構成部品の任意の組合せを含むことができる。いくつかの例では、信号処理ユニット３８は、ダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）を含むことができる。これらの例では、ＤＤＳは、単一周波数の基準クロックから波形を作成するための周波数シンセサイザとすることができる。いくつかの例では、信号処理ユニット３８は、レーダ２０の受信器とすることができる。

【0027】

[0028]送信器２４は、線形周波数ランプをもつＲＦ信号を生成するように構成された回路である。送信器２４は、電圧制御発振器、又は線形周波数ランプをもつＲＦ信号を生成することが可能な任意の他の構成部品を含むことができるがこれに限定しない。

【0028】

[0029]送信アンテナ２６は、ＲＦ信号を別のソースに送信することが可能な任意の形状のアンテナであり、例えば、指向性アンテナ又は全方向性アンテナとすることができるがこれに限定しない。受信アンテナ２８は、ＲＦ信号を別のソースから受信することが可能な任意の形状のアンテナであり、例えば、指向性アンテナ又は全方向性アンテナとすることができるがこれに限定しない。いくつかの例では、送信アンテナ２６及び受信アンテナ２８は、同じアンテナとしてもよい。

【0029】

[0030]ミキサ３０は、ビート信号出力を作成するために送信信号４０を受信した信号４２と組み合わせ、そのビート信号出力をＡＤＣ３２に送る。ＡＤＣ３２は、ミキサ３０からのビート信号出力のデジタル変換を実行し、そのデジタル化ビート信号を信号処理ユニット３８に送る。信号処理ユニット３８は、デジタルビート信号を周波数領域に変形する。次いで信号処理ユニット３８は、提示用に出力デバイスに送られる出力を生成する。

【0030】

[0031]クロック３４は、ベースバンド周波数を生成し信号処理ユニット３８に提供するように構成された回路である。例えば、クロック３４は、信号処理ユニット３８のＤＤＳを用いて使用され得る。メモリ３６は、データ及び／又は命令を記憶するように構成された回路であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）集積回路、キャッシュ回路、及び／又は、１つもしくは複数の揮発性の又は概ね短時間用のデータストレージデバイスを含むことができる。メモリ３６は、長時間用データストレージ及び／又は短時間用メモリとして機能するか、使用され得る１つもしくは複数のデバイス又はシステム（例えば、ハードドライブ、ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｒｉｖｅ））も含むことができる。例えばメモリ３６は、他のレーダに又はそこからデータを記憶するように構成され得る。

【0031】

[0032]いくつかの例では、レーダ２０は、信号処理ユニット３８を使用して、短期間（例えば、１ミリ秒（ｍｓ））にわたって反復する線形ランプである周波数をもつ信号４０を送信するように送信器２４を制御することができる。例えば、図１で説明する式１は、送信した信号４０の周波数を表すことができる。

【0032】

[0033]レーダ２０から送信した信号４０は、標的から反射し、レーダ２０は、反射した信号を受信した信号４２として受信することができる。レーダ２０は、ミキサ３０を用いて、標的から受信した信号４２を送信した信号４０と混合することができる。ミキサ３０の出力は、ビート信号（例えば、差信号）とすることができ、ビート信号は、送信した信号４０と受信した信号４２との瞬間的な差（例えば、周波数及び／又は時間）である。ミキサ３０の出力は、送信した信号４０と受信した信号４２との間の周波数ランプの差に対応する単一周波数とすることができる。ＡＤＣ３２を使用して適切なレートで混合信号をサンプリングすることにより、簡単なＦＦＴを使用して、周波数を測定することが可能になる。この方式では、ＦＦＴの出力のピークが、標的からの反射に対応する。

【0033】

[0034]図２の例では、レーダ２０が、信号処理ユニット３８を使用して、データ及びそのデータを用いて位相エンコードデータチャネルを信号４０中に生成し、別のレーダに信号４０を送信するように送信器２４を制御することができる。レーダ２０は、他のレーダから距離が離れており、その結果、他のレーダから受信した信号４２は、送信信号４０が送信されたときと比較すると、時間遅延（例えば、「飛行時間遅延」）を有することができる。

【0034】

[0035]いくつかの例では、有限−無限応答（ＦＩＲ）整合フィルタ手法が、シンボル記憶及びマルチパス逐次処理アーキテクチャで遅延が生じることなしに、リアルタイム取得及びデータ復元の利益を提供することができる。言い換えれば、シンボル積分検出及びデータ復元は、フィルタで受信したシンボル相関処理時に即座に行われ得る。いくつかの例では、位相エンコードデータチャネルを送信した信号４０に組み入れる技術は、ＦＰＧＡによって実施され得る。いくつかの例では、位相エンコードデータチャネルを送信した信号４０に組み入れる技術は、データシンボル長及び集積化空間が実際に不足する場合に、改良され得る。例えば、５０ＭＨｚのスパンの２５０マイクロ秒（μｓ）のサブセグメントデータシンボルの場合、ＡＤＣ３２のサンプルレートは、１秒あたり１００メガサンプル（ＭＳｐｓ）ほどとすることができ、ＦＩＲは、低ＳＷａＰ用の合理的な実施限界内となり得る２５０００タップだけ有することができる。反対に、例えば、全ＦＭＣＷランプスパンは、８００ＭＨｚＦＭＣＷランプ及び４ミリ秒の掃引時間に基づいて、３．２×１０^６ほどの時間−帯域幅（ＴＢ）を得ることができるが、現実的ではないＦＩＲフィルタ長（例えば６．４ミリオントラップ）及びＡＤＣサンプルレート（例えば１６００ＭＳｐｓ）とすることもできる。

【0035】

[0036]いくつかの例では、位相エンコードデータチャネルは、全時間−帯域幅（ＴＢ）積利得のために全ＦＭＣＷ掃引処理の増大が必要になるような、通常のＦＭＣＷレーダモードとは異なる局部発振器（ＬＯ）スキームを要求することがあり、位相エンコードデータチャネルは、ＦＩＲからの１６相関処理出力から再構成される必要があり得る。いくつかの例では、位相エンコードデータチャネルの再構成は、最小の損失をもつ非コヒーレント（例えば、これらの出力ＳＮＲで１ｄＢより少ない）を用いて、又はコヒーレント積分が望ましい場合データシンボルのデータ決定支援位相フリップを用いて、再帰型積算器でなされ得る。この様式では、フィルタの設計値、掃引、シンボル長及びシンボル積分手法は、特定用途設計に基づいて決定され得る。

【0036】

[0037]いくつかの例では、データ転送が、掃引を直接生成するＤＤＳによってエンコードする位相を有し、データ復元は、それぞれのシンボル上の相関処理されたチャープＦＩＲ出力の位相検出とすることができる。いくつかの例では、ランプ部が、開始周波数によって実施され、信号処理ユニット３８のＤＤＳで又はルックアップテーブルによってインクリメントされ得る。これらの例では、データビットオーバーレイは、ランプ回数に同期され得る。例えば、パケットメッセージバーストの最初の掃引の最初のデータシンボルを位相基準とし、その後の各データシンボルをデータビットとすることができる。いくつかの例では、２５０マイクロ秒（μｓ）データシンボルの場合、最初の掃引で１位相基準ビット及び最大１５データビット、最初の掃引後、各掃引で１６データビットとなり得る。これらの例では、各掃引は、４ミリ秒（ｍｓ）とすることができる。いくつかの例では、より短いデータシンボルが、必要に応じて、より長いデータペイロードをサポートするために使用され得る（例えば、より短いＴＢ積データシンボル用の多くの余剰ＳＮＲがあることがあり、ＦＩＲフィルタ長は、シンボル長と共に短縮され得る）。この方式では、信号処理ユニット３８が、送られたデータオーバーレイを知ることができるので、レーダ機能は、元の送信器ノードに保持され、ＦＦＴ中のリターン掃引を積分する前にリターン信号からデータオーバーレイを取り除く（ｓｔｒｉｐ）ことができる。いくつかの例では、リターン信号タイミングが、ほぼ知られており、リターン信号からのデータオーバーレイの取り除きを改良することができる。いくつかの例では、ＦＭＣＷレーダ機能（例えば、障害物検出システム）と併せて、送信時間及びデータ受信時間をタイムスタンプするための単方向データリンクが、同時に動作することができる。これらの例では、同時動作により、レーダ２０と離れているレーダの往復到着時間（ＴＯＡ）及び距離／時間の不確定性を解決することができる。いくつかの例では、レーダ２０の信号処理ユニット３８が、信号４２のデータとタイミング情報を同時に決定するように、信号４２を処理することができる。これらの例では、信号処理ユニット３８が、信号４２のデータとタイミング情報と併せて障害物検出情報を同時に決定するように信号４２を処理することもできる。

【0037】

[0038]いくつかの例では、データとタイミング情報を同時に決定するということは、ほぼ同じ時間にデータとタイミング情報の両方を決定すること、としてもよい。他の例では、データとタイミング情報を同時に決定するということは、同じ信号又は同じ複数の信号からデータとタイミング情報の両方を決定すること、としてもよい。さらに他の例では、データとタイミング情報を同時に決定するということは、ほぼ同じ時間に、同じ信号又は同じ複数の信号から、データとタイミング情報の両方を決定すること、としてもよい。

【0038】

[0039]いくつかの例では、レーダ２０の単方向通信受信器での精密な到着時間（ＴＯＡ）は、位相符号化データシンボルにわたる非コヒーレント積分を用いて、又はＦＦＴ積分処理の前にデータを分析し取り除くデータ決定支援を用いて、全ＦＭＣＷ掃引にわたって積分することができる。いくつかの例では、精密な到着時間により、約１／８００ＭＨｚの基本的掃引シンボル分解能又は１．２５ナノ秒（ｎｓ）時間分解能を得ることができる。いくつかの例では、高度単方向リンクＳＮＲｄＢにより、先に検討したレーダリターンＳＮＲに対する単方向リンク交換用に与えられたマージンの十分範囲内である、わずか１２５^２×ＳＮＲ又は４２ｄＢで、サブシンボル分解能を所望の１０ピコ秒（ｐｓ）に下げることができる。いくつかの例では、次いで、送信した信号４２の精密な到着時間が、往復タイミング／レンジ処理中に返信信号（例えば、送信した信号４０）のデータとしてインプレスされ、したがってレーダ２０と別のレーダとのクロック時間オフセット及びドップラーオフセットを解決することができる。

【0039】

[0040]図３に、本開示の種々の態様による、位相エンコードデータチャネルをもつ例示的なＦＭＣＷランプを含む信号５０の概念図を示す。図３は、レーダ２０に関して説明するが、レーダ２及び８は、図３の信号５０などの信号を生成し送信することができるレーダの例でもあることを理解されたい。これに関しては、図３の信号５０は、一般に、信号１６〜２２又は信号４０〜４２に対応することができる。

【0040】

[0041]図３の例では、レーダ２０は、図２で説明したレーダ２０から送信した信号４０に対応し得る信号５０を送信することができる。図３の例では、レーダ２０は、図２で説明したレーダ２０で受信した信号４２に対応し得る信号５０を受信することができる。

【0041】

[0042]図３の例では、信号５０は、一期間にわたってレーダ２０によって送信又は受信されたレーダ信号である。信号５０は、ベースバンド周波数５２、周波数ランプ５４、ピーク周波数５６、周期５８及びデータシンボル６０を含むことができる。

【0042】

[0043]いくつかの例では、信号５０がレーダ２によって送信され、送信した周波数は図１で説明した式１で表すことができ、式中、ｆ_ｂはベースバンド周波数５２、ｆ_１は、周波数ランプ５４の１秒あたりのメガヘルツ（ＭＨｚ／ｓ）で示すレート、Ｔは反復周波数ランプの周期５８、ｔ_ｂは追加された周波数がピーク周波数からゼロに戻る時間とすることができる。いくつかの例では、Ｔ（例えば、周期５８）は、４ミリ秒（ｍｓ）とすることができ、ピーク周波数５６は、ベースバンド周波数５２を超える８００ＭＨｚとすることができ、ベースバンド周波数５２は、実施に応じて任意のおおよその搬送周波数（例えば、３５ＧＨｚ）とすることができる。

【0043】

[0044]データシンボル６０は、周波数ランプ５４の一部分である。いくつかの例では、データシンボルは、周波数ランプ５４の２５０マイクロ秒（μｓ）部分とすることができる。いくつかの例では、データシンボル６０は、積分するためのより低い時間−帯域幅（ＴＢ）積を有することができ、全周波数ランプ５４にわたって積分するより低いＳＮＲを得ることができる。例えば、周波数ランプ５４は、４ミリ秒（ｍｓ）とし、データシンボル６０を含む１６データシンボルに細分化されてよく、次いで、各データシンボルで利用可能な、全周波数ランプ５４にわたって積分する場合より１２ｄＢ低いＳＮＲとなり得る。この例では、周波数ランプ５４のデータシンボル６０を含む１６データシンボルは、信号５０の位相エンコードデータチャネルとすることができる。いくつかの例では、データシンボル６０がそれ自体、信号５０の位相エンコードデータチャネルとすることができる。

【0044】

[0045]いくつかの例では、信号５０は、レーダ２によって送信され、ベースバンド周波数５２からピーク周波数５４までの線形周波数ランプをもつことができる。他の例では、信号５０は、レーダ２によって受信され、ベースバンド周波数５２からピーク周波数５４までの線形周波数ランプをもつことができる。

【0045】

[0046]いくつかの例では、信号５０が、レーダ８からレーダ２で受信され、次いで信号５０は、４０ｄＢを超える追加信号電力を有することができる。これらの例では、４０ｄＢの追加信号電力は、各データシンボルで利用可能な１２ｄＢより低いＳＮＲを補償することができる。この様式では、レーダ２による信号５０中のデータシンボルのシンボル検出は、送信した信号のレーダリターンがレーダ２によってまだ検出されてない場合でも実行可能とすることができる。

【0046】

[0047]いくつかの例では、各データシンボル（例えば、データシンボル６０）のコヒーレント積分は、ＦＭＣＷランプのチャープを整合させるＦＩＲセットのタップを有することができるようなＦＩＲで達成され得る。いくつかの例では、同じタップ設定は、これらの線形ＦＭＣＷ用の周波数進行が、一度ダウンコンバートされてベースバンドに一致し、位相オーバーレイデータ（例えば、０°又は１８０°）のみ異なるので、全てのデータシンボルに適用することができる。固定型局部発振器（ＬＯ）が、そのサブセグメントランプの各開始周波数にセットされなければならないので、ベースバントへのダウンコンバートは、各データシンボルに特有とすることができる。固定型ＬＯを用いたダウンコンバートは、デチャープ用のＦＭＣＷランプ（移動式で固定ではないＬＯ）を使用することとは異なることに留意されたい。いくつかの例では、初期取得の場合、ＬＯは、ランプの任意のデータシンボルとなり得る所望のデータシンボルを最初に検出するようにセットされ得る。例えば、最初のデータシンボルは、取得（各掃引の開始を言う）のために使用され、その結果最初のデータシンボルの後全てのデータシンボルが位相オーバーレイデータを伝達することができ、これによりメッセージビットパック効率を最大にすることができる。いくつかの例では、データシンボル進行及びＬＯ周波数は、対妨信（ＡＪ）及び／又は低妨害確率（ＬＰＩ）性能をより良好にするためにＦＭＣＷ掃引にわたってランダムにホップすることもできる。いくつかの例では、レーダ２の受信器をデータビット及びランプ掃引回数に同期させることができる最初のデータシンボルの後、次いで、ＬＯは、各データシンボルの開始周波数にステップされ得る。図３の例で、信号５０は、ＤＤＳがＬＯを２５０マイクロ秒（μｓ）毎に５０ＭＨｚステップさせなければならないことがあることを表し得る。ビット回数及びデータレートは、例としてのみ示し、他のビット回数及びデータレートが同様の結果を達成し得るということを理解されたい。

【0047】

[0048]図４に、本開示の種々の態様による、ＦＭＣＷレーダユニット２０を操作する例示的な処理１００の流れ図を示す。図４は、図２のコンテキストの範囲内で説明される。図４の例では、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダユニット２０の信号処理ユニット３８は、位相エンコードデータチャネルをもつ信号４２を受信する（１０２）ことができ、ＦＭＣＷレーダユニット２０の信号処理ユニット３８は、データとタイミング情報を同時に決定するように、位相エンコードデータチャネルをもつ信号４２を処理する（１０４）ことができる。図４の例では、信号処理ユニット３８は、第２の信号４０の位相エンコードデータチャネル中に送信データを生成する（１０６）ことができ、ＦＭＣＷレーダユニット２０の送信器２４は、位相エンコードデータチャネルをもつ第２の信号４０を送信する（１０８）ことができる。図４の例では、信号処理ユニット３８は、測位情報を得るために信号４２を処理する（１１０）ことができる。図４の例では、信号処理ユニット３８は、ナビゲーション機能を実行するために、信号４２を処理する（１１２）ことができる。図４の例では、位相エンコードデータチャネルをもつ第２の信号４０は、反射面から反射されて第２のＦＭＣＷレーダユニットによって受信されるか、又はＦＭＣＷレーダユニット２０によって送信されて第２のＦＭＣＷレーダユニットによって直接受信されるか、のうちの少なくとも１つとなるように構成されてよく、第２のＦＭＣＷレーダユニットは、ＦＭＣＷレーダユニット２０から離れている。

【0048】

[0049]いくつかの例では、データとタイミング情報を同時に決定するように位相エンコードデータチャネルをもつ信号４２を処理する信号処理ユニット３８は、障害物検出情報用に位相エンコードデータチャネルをもつ信号４２を同時に処理するステップをさらに含むことができる。いくつかの例では、データは、位相シフトキー（ＰＳＫ）データシンボルを含むことができる。これらの例では、ＰＳＫデータシンボルの一部は、ＦＭＣＷ掃引のサブセグメントとすることができ、ＰＳＫデータシンボルの一部は、対妨信（ＡＪ）又は低妨害確率（ＬＰＩ）防護のうちの少なくとも１つを提供するように、別々に、ホップ又はスクランブルされた周波数のうちの少なくとも１つとすることもできる。いくつかの例では、タイミング情報は、タイムスタンプ又は到着時間情報のうちの少なくとも１つを含むことができる。いくつかの例では、データは、１つ又は複数のネットワーク同期メッセージを含むことができる。いくつかの例では、位相エンコードデータチャネルを処理する信号処理ユニット３８は、部分帯域プリアンブルとして位相エンコードデータチャネルのサブセグメントを処理する信号処理ユニット３８を含むことができる。いくつかの例では、位相エンコードデータチャネルをもつ信号４２は、反射面からの反射された信号とすることができる。いくつかの例では、位相エンコードデータチャネルをもつ信号４２は、ＦＭＣＷレーダユニット２０から離れている第２のＦＭＣＷレーダユニットからのものとすることができる。

【0049】

[0050]１つ又は複数の例では、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はその任意の組合せで実施され得る。ソフトウェアで実施する場合、その機能は、１つ又は複数の命令又はコードとして、コンピュータ可読媒体上で記憶又は送信され、ハードウェアベースの処理ユニットによって実行され得る。コンピュータ可読媒体は、データ記憶媒体などの有形的媒体に対応するコンピュータ可読記憶媒体、又は、例えば通信プロトコルに従って、一箇所から別の個所にコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体を含むことができる。この様式では、コンピュータ可読媒体は、一般に、（１）固定型の有形的コンピュータ可読記憶媒体、又は（２）信号又は搬送波などの通信媒体に対応することができる。データ記憶媒体は、本開示で説明する技術を実施するために、命令、コード及び／又はデータ構造を回収する、１つもしくは複数のコンピュータ又は１つもしくは複数のプロセッサによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体とすることができる。コンピュータプログラム製品には、コンピュータ可読媒体が含まれ得る。

【0050】

[0051]限定ではなく例として、こうしたコンピュータ可読記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、フラッシュメモリ、又は、命令もしくはデータ構造の形で所望のプログラムコードを記憶するために使用され、コンピュータによってアクセスされ得る任意の他の媒体を備えることができる。任意の接続も、適切にはコンピュータ可読媒体と呼ばれる。例えば、命令が、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、又は赤外線、無線及びマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、他の遠隔ソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、又は赤外線、無線及びマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。コンピュータ可読記憶媒体及びデータ記憶媒体には、接続、搬送波、信号、又は他の一時的媒体は含まれないが、代わりに、一時的ではない有形的記憶媒体は対象となることを理解されたい。本明細書で使用されるディスク（ｄｉｓｋ及びｄｉｓｃ）には、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク及びブルーレイディスクが含まれ、ｄｉｓｋは通常データを磁気的に再生するものであり、ｄｉｓｃはレーザを用いてデータを光学的に再生するものである。先に挙げたものの組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

【0051】

[0052]命令は、１つ又は複数のＤＳＰ、汎用型マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は他の等価な集積化もしくは個別の論理回路などの１つ又は複数のプロセッサによって実行され得る。したがって、本明細書で使用する用語「プロセッサ」は、前述の構造のうちのいずれか又は本明細書で説明する技術を実施するのに適した任意の他の構造を言うことができる。加えて、いくつかの態様では、本明細書で説明する機能性は、ＦＭＣＷ信号処理用に構成された、専用ハードウェア及び／又はソフトウェアモジュールの範囲内で提供され得る。技術は、１つ又は複数の回路又は論理要素でも完全に実施され得る。

【0052】

[0053]本開示の技術は、多種多様なデバイス、又は送信もしくは受信レーダ用に構成された装置で実施され得る。デバイス及び装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）又はＩＣのセット（例えば、チップセット）を含むことができる。種々の構成部品、モジュール又はユニットについて、開示した技術を実行するように構成されたデバイスの機能的態様を強調するために本開示で説明するが、別個のハードウェアによって実現することが必ずしも必須ではない。むしろ、先に説明したように、種々のユニットは、適したソフトウェア及び／又はハードウェアを一体化して、先に説明した１つ又は複数のプロセッサを含む、ハードウェアユニットで組み合わされてよく、又は相互に作用するハードウェアユニットの集合体によって提供することもできる。

【0053】

[0054]本開示の種々の例示的な態様を先に説明した。これらの、及び他の態様は添付の特許請求の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】