CN1293391C - Fm－cw雷达处理装置 - Google Patents

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Abstract

在FM-CW雷达处理装置中，配对经高速傅立叶变换处理在FM-CW波中的三角波的上升区间和下降区间的差拍信号得到的峰值，从在该配对中得到的上升区间的峰值频率和下降区间的峰值频率，计算与目标物体的距离和相对速度，在FM-CW波的调制信号的切换前和切换后，比较分别得到的上述距离或者相对速度。在调制信号的切换前和切换后的各个距离或者相对速度不同时，把该配对作为错误配对。

Description

FM-CW雷达处理装置
技术领域
本发明涉及在采用FM-CW(频率调制连续波)方式的雷达处理装置中的信号处理，特别涉及频率分析接收信号和发送信号的差拍(ビ一ト)信号，针对在对目标物体得到的三角波形的FM-CW波中的上升区间以及下降区间的峰值信号的配对处理。
背景技术
采用FM-CW方式的雷达装置，被安装在车辆等上，输出经三角波形的频率调制后的连续发送波，求与作为目标物体的前方车辆等的距离，或者相对速度。即，雷达发出的发送波在前方的车辆上反射，得到反射波的接收信号和发送信号的差拍信号(雷达信号)。通过高速傅立叶变换该差拍信号(FFT处理)进行频率分析。经频率分析的差拍信号，产生对目标物体强度变大的峰值，而与该峰值对应的峰值频率，具有与距离有关的信息，因为具有因和前方车辆等的相对速度产生的多普乐效果，所以在上述三角波形的FM-CW波的上升区间和下降区间中该峰值频率不同。而后，从该上升区间和下降区间的峰值频率，得到和前方的车辆的距离以及相对速度。此外，当前方有多辆车的情况下，对各辆车产生一对上升区间和下降区间的峰值频率。把该上升区间和下降区间的一对的峰值频率的形成称为配对(ペアリング)。
在FM-CW雷达处理装置中，作为调制用信号多采用三角波，用三角波等进行FM调制，把FM调制波作为发送波发送，接收从目标物体反射的接收波，把FM调制波作为局部(ロ-カル)FM检波接收信号。来自目标物体的接收波，对应雷达天线和目标间的距离，另外，还对应因相对速度产生的多普乐频移(ドツプラ一シフト)产生和发送波的偏移(差拍)。因而，可以根据该频率偏差检测与目标物体的距离和相对速度。
如上所述，收发信号差拍频率在CPU中通过高速傅立叶变换等进行信号处理，对其峰值频率进行配对处理，求距离以及相对速度。
这样，在以往的FM-CW雷达处理装置中的配对处理中，在三角波中的上升区间和下降区间中，仅仅采用峰值频率的频率差接近，或者，在上升区间和下降区间，仅仅采用峰值频率的强度接近，另外，因扫描方式等存在角度信息的情况下，采用其角度接近的方式进行。
但是，如果进行同样反射的目标物体存在多个等的条件重复时，仅对在上升区间和下降区间中出现的峰值频率进行配对处理，有时会进行出错的组合。
但是，原本，应该峰值A1和峰值D1配对，并且，峰值B1和峰值C1配对，但却进行错误的配对。可是，却无法检测出该配对是错误配对。如果在该错误配对的状态下计算距离以及相对速度，则不能算出原本的结果，特别是相对速度的错误，对车辆的速度控制等影响很大，存在问题。
作为解决此问题的方法，可以采用比较距离的微分值和相对速度，在是相同值时，判断为进行了正确的配对，而在是不同的值时，判断为错误配对的方法。但是，用这种方法，当是相对速度小的目标物体的情况下，在判断处理中需要时间，仍然会对车辆的速度控制等产生大的影响。
发明内容
因而，本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种对于发送波，可以分别切换2种调制频率、三角波频率或者中心频率的发送波，比较得到的配对结果判断错误配对的FM-CW雷达处理装置。
本发明，为了实现该目的，提出了如以下的FM-CW雷达处理装置中的配对处理的提案。
首先，在采用本发明的FM-CW雷达处理装置中，在发送FM-CW波，接收来自目标物体的反射波的FM-CW雷达处理装置中，包含：调制信号控制装置，可以切换上述FM-CW波的调制信号；配对处理装置，对与上述FM-CW波的上升区间和下降区间有关的差拍信号，配对经高速傅立叶变换处理得到的峰值信号；计算装置，根据在上述配对得到的上述上升区间的峰值信号，和上述下降区间的峰值信号，计算出和上述目标物体的距离或者相对速度；比较装置，比较在上述调制信号的切换前和切换后用上述计算装置分别得到的上述距离或者相对速度。
上述比较装置，在检测出上述调制信号的切换前和切换后相关的各个上述距离或者相对速度不同时，判定为上述配对是错误配对。
此外，上述调制信号控制装置，是切换与上述调制信号有关的调制频率或者调制波周期的装置，上述计算装置，在上述调制信号的切换后，计算与上述目标物体的距离。进而，上述调制信号控制装置，是切换与上述调制信号有关的中心频率的装置，上述计算装置，在上述调制信号的上述切换后，计算与上述目标物体的相对速度。
附图说明
以下，参照附图说明本发明。
图1是展示以往的FM-CW雷达处理装置的构成的图示。
图2A以及2B是用于说明以往的FM-CW雷达处理装置的原理的图示。
图3A以及3B，是说明在以往的FM-CW雷达处理装置中的上升区间的峰值频率和下降区间的峰值频率的配对处理的图示。
图4A以及图4B，是说明在本发明的FM-CW雷达处理装置中的上升区间的峰值频率和下降区间的峰值频率的配对处理的图示。
图5A至图5D，是说明在本发明的FM-CW雷达处理装置中使用的三角波形的频率调制波的具体的波形例子的图示。
图6是展示本发明的FM-CW雷达处理装置的构成的图示。
图7是展示本发明的FM-CW雷达处理装置中的配对处理的控制以及动作的流程图。
具体实施方式
为了明确本发明具有的效果，首先，说明在未适用本发明的一般的FM-CW雷达处理装置中的配对处理。
在此，图1展示以往的FM-CW雷达装置的构成。如该图所示，从调制信号发生器3向电压控制振荡器4施加调制用信号进行FM调制，把FM调制波从雷达天线1发送到外部。而后，分出送信号的一部分，加在混合器(MIX)那样的频率变换器5上。
另一方面，在前面车辆等的目标物体上反射的反射信号，经由雷达天线1接收，在频率变换器5中和电压控制振荡器4的输出信号混合生成差拍信号。该差拍信号，经过基带滤波器6在A/D转换器7中被A/D转换后，在CPU8中通过高速傅立叶变换等进行信号处理，求与目标物体的距离以及相对速度。
进而，在雷达天线1中，还可以采用1天线方式，或者2天线方式的天线，而在图1中，展示扫描方式的例子，因此，在雷达天线1中具备扫描机构2。但是，在图中，控制该扫描机构2的控制部分省略了图示。
有关该FM-CW雷达装置的发送波和接收波的关系，展示在图2A以及图2B中。
在FM-CW雷达装置中，作为调制用信号多使用三角波，在以后的叙述中说明作为调制波信号使用三角波的情况，但除了三角波以外，还可以使用锯齿波和梯形波等三角波以外的调制波。
例如，用三角波等FM调制，把FM调制波作为发送波发送，接收从目标物体反射的接收波，把FM调制波作为局部，FM检波接收信号。来自目标物体的接收波，对应雷达天线1和目标物体之间的距离，另外，对应由相对速度产生的多普乐频移，产生与发送波的偏差(差拍)。由此，可以根据该频率的偏移测量与目标物体的距离和相对速度。
在图2A中，展示与目标物体的相对速度是0的情况下的以往的FM-CW雷达装置的发送波和接收波的关系。用实线表示发送波，用虚线表示接收波。发送波的发送中心频率用f0表示，调制频率用Δf表示，重复周期用Tm表示。如果把三角波频率设置为fm，则fm＝1/Tm。该发送波，在目标物体上被反射由雷达天线1接收，变为在图2A中用虚线表示的接收波。与目标物体之间的电波的往复时间T，如果把与目标物体之间的距离设为R，把电波的传播速度设为C，则T＝2r/C。
该接收波，对应雷达和目标物体之间的距离，产生与发送信号的频率的偏差(差拍)。
该差拍频率成分fb可以用下式表示。
fb＝(4·Δf/C·Tm)r    (1)
另一方面，当与目标物体的相对速度是v的情况下，图2B中展示了把FM-CW雷达处理装置中的发送波和接收波的关系。
用实线表示的发送波，在目标物体上被反射后用天线1接收，成为用虚线表示的接收波。该接收波，对应雷达装置和目标物体之间的距离，产生与发送波信号的频率偏移(差拍)。这种情况下，因为在与目标物体之间具有相对速度v，所以出现多普乐频移，差拍频率成分fb可以用下式表示。
fb＝fr±fd
＝(4·Δf/C·Tm)r±(2·f0/C)v    (2)
在上述式子(1)以及(2)中，各符号表示的意义如下。
fb：发送接收信号差拍频率
fr：距离频率
fd：速度频率
f0：发送波的中心频率
Δf：调制频率
Tm：调制波的周期
C：光速(电波的速度)
T：至目标物体的电波的往复时间
r：至目标物体的距离
v：与目标物体的相对速度
如上所述，发送接收差拍频率，在CPU8中经高速傅立叶变换等的信号处理后，对其峰值频率进行配对处理，求距离以及相对速度。
在这样的FM-CW雷达处理装置中的配对处理中，采用以下条件进行，在三角波中的上升区间和下降区间，仅仅是峰值频率的频率差接近，或者在上升区间和下降区间，仅仅是峰值频率强度接近，另外，在用扫描方式等中存在角度信息的情况下该角度接近。
但是，如果进行同样反射的目标物体存在多个等的条件重合，则仅仅配对在上升区间和下降区间出现的峰值频率，有可能进行错误的组合。
图3A以及图3B展示该配对处理的概要。在图3A中展示与三角波的上升区间对应的频率，图3B展示与三角波的下降区间对应的频率。
在此，如图3A所示，在上升区间中，2个峰值A1以及B1出现，把其峰值频率分别设为f1UP以及f2UP。另一方面，在下降区间中，也是如图3B所示，与它们对应，在峰值频率f2DN以及f1DN位置上出现峰值C1以及D1。
可是，根据条件，当在与峰值B1对应的下降区间中的峰值C1，变为比相对峰值A1的下降区间中的峰值D1低的峰值频率F2DN的情况下，如果用上述的方式进行峰值A1以及B1，与峰值C1以及D1的配对，则峰值A1和峰值C1，而后峰值B1和峰值D1分别进行配对。
但是，原本应该是峰值A1和峰值D1，另外，峰值B1和峰值C1进行配对，但进行了错误的配对。可是，不能检测出该配对是错误配对。如果在该错误配对下计算距离以及相对速度，则不能计算出原本的结果，特别是在相对速度出错的情况下，对车辆的速度控制等有很大影响，成为问题。
作为解决方法，可以采用比较距离的微分值和相对速度，在是相同值时，判断为进行了正确的配对，而在是不同的值时，判断为是错误配对的方法。但是，用这种方法，当是相对速度小的目标物体的情况下，判断处理需要时间，仍然会对车辆的速度控制等产生大的影响。
因而，作为解决以上问题的方法，在本发明中，进行可以对FM-CW雷达处理装置的发送波，分别切换2种调制频率、三角波频率或者中心频率的发送波，通过比较得到的配对结果判断错误配对的配对处理。
以下参照附图说明可以进行该配对处理的本发明的实施方式。
对于经配对处理配对后的峰值的峰值频率，在把上升区间的峰值频率设为fUP，把下降区间的峰值频率设为fDN时，Tm＝1/fm，根据上述的式子(1)以及(2)，距离r、相对速度v可以用下式表示。
r＝{(fUP+fDN)/2}/(4·Δf·fm/C)    (3)
v＝(fUP±fDN)/(2·f0/C)            (4)
在此可知，如果传播速度C是已知的，调制频率Δf和三角波频率fm是固定值，则可以根据峰值频率fUP和峰值频率fDN，求距离r以及相对速度v。
因而，当着眼于这些式子(3)以及(4)时，如果是根据从相同目标物体反射的接收波得到的距离r或者相对速度v，则即使峰值频率fUP以及fDN、调制频率Δf、三角波频率fm、发送波的中心频率f0变化，其值也不会改变。
利用此现象，在本实施方式中，对同一目标物体发送使调制频率Δf、三角波频率fm，或者发送波的中心频率f0变化的FN-CW波，把根据反射的接收波得到的距离r或者相对速度v的值，与根据变化前的接收波得到的这些值比较。而后，在这些值不同的情况下，判断为发生了错误配对，如果是相同的值，则进行正确的配对配对，可以确定计算出的距离r以及相对速度v。
进而，峰值频率fUP以及fDN，用A/D转换时的取样频率确定，因为为了使该取样频率变化，处理复杂，所以在本实施方式中，在错误配对判定时不使其变化。
图4A展示上升区间的频谱，图4B展示下降区间的频谱。向和图3A以及3B所示的情况相同的目标物体，发送使调制频率Δf、三角波频率fm，或者发送波的中心频率f0变化的FN-CW波，展示根据反射的接收波FFT处理三角波的差拍信号得到的结果。
在图4A以及图4B中，例如，展示发送使调制频率Δf变化的FM-CW波的情况，峰值频率fUP以及fDN，与在图3A以及3B中展示的变化前的情况相比增高。
在图4A中，峰值A2以及峰值B2，如果设置成与图3A中的峰值A1以及峰值B1分别对应，则由于调制波Δf变化，因而如图4B所示，根据目标物体在下降区间中的峰值的方式也变化。
因而，作为配对处理，如上所述，在三角波中的上升区间和下降区间中，如果在峰值频率的频率差接近，或者峰值频率的强度接近的条件下进行配对，则在图4A和图4B的情况下，峰值A2和峰值D2，另外，峰值B2和峰值C2被配对。
该配对处理的结果，根据上述式子(3)以及式子(4)，从峰值频率f3UP和峰值频率f3DN，另外，从峰值频率f4UP和峰值频率f4DN中，计算各自的距离r以及相对速度v。
比较在此计算出的距离r，和在图3A以及3B的情况下得到的计算结果。这时，例如如果在距离r的值上存在离散(差异)，则判定为有错误配对。经计算的距离r的值，如果在调制频率Δf的变更前后相同，则以从同一目标物体反射的反射波为基础正确地进行了配对。
虽然说明了使调制频率Δf变化的情况，但即使在使三角波频率fm变化的情况下，也和使调制频率Δf变化情况一样，可以用计算出的距离r的离散判定错误配对，此外，即使在使发送波的中心频率f0变化，也可以用计算出的相对速度v的离散判定错误配对。
图5A至图5B展示为了判定是否产生错误配对，使从雷达天线1发送的FM-CW的发送波变化的情况。
图5A展示变化前的FM-CW波。图5B用三角波展示把图5A展示的FM-CW波的调制频率Δf变为k倍的情况，图5C用三角波展示使FM-CW波的三角波频率fm减小，即，把调制波周期Tm设置为n倍的情况，图5D用三角波展示使FM-CW波的中心频率f0变化为f01的情况。
图6展示可以发送使调制频率Δf、三角波频率fm或者中心频率f0变化的FN-CW波的FM-CW雷达处理装置的构成。
在图6所示的FM-CW雷达处理装置的构成中，和图1的以往的FM-CW雷达处理装置的构成不同之处是，具备调制信号发生器控制部分9。其它构成，和图1的FM-CW雷达处理装置相同，在同样的部分上标注相同的符号。
该调制信号发生器控制部分9，根据CPU8的指示定时，控制调制信号发生器3，在该定时，使调制频率Δf、三角波频率fm、或者发送波的中心频率f0变化，从雷达天线1发送FN-CW波。
以下，参照图7的流程图，说明采用在本实施方式的FM-CW雷达装置中的控制以及动作。
该流程图所示的控制以及动作，作为图6的主要部分通过CPU6的雷达信号处理进行。
在图7中，一旦开始动作，则首先，把采用具有规定的调制频率Δf、规定的三角波频率fm、规定的发送波中心频率f0的三角波的FM-CW波，从雷达天线1向目标物体发送(步骤S1)。在此，当FM-CW雷达处理装置是扫描方式的情况下，用扫描机构2，以规定角度发送多个FM-CW波的波束。而后，计算各波束的角度。
接着，发送波在目标物体上被反射，由雷达天线1接收反射波(步骤S2)。
在此，生成发送信号和接收信号的差拍信号，对该差拍信号，在每个波束的上升区间以及下降区间中，进行FFT处理(步骤S3)。
而后，从经FFT处理的峰值数据，在每一波束的上升区间和下降区间上，抽出峰值频率和其强度(步骤S4)。
以下，在每一上升区间和下降区间上，从各波束中使接近的频率数据成组化，计算该成组的角度。因而，在上升区间和下降区间之间，根据各成组角度、频率、强度检索配对对象。对于被配对的峰值，求上升区间的峰值频率fUP、和下降区间的峰值频率fDN(步骤S5)。
根据求得的峰值频率fUP以及峰值频率fDN，从上述的式子(3)以及式子(4)，计算出距离r1以及相对速度v1并存储(步骤S6)。
判断在此计算出的距离r1以及相对速度v1，是否是基于使调制频率Δf、三角波频率fm、或者发送波的中心频率f0变化的FN-CW波的结果(步骤S7)。
此次计算，因为是采用变化前的FM-CW波(Y)，所以切换调制频率Δf、三角波频率fm、或者发送波的中心频率f0之一的值(步骤S8)，返回步骤S1，把切换调制频率Δf、三角波频率fm、或者发送波的中心频率f0之一的值，变化后的FM-CW波，从雷达天线1发送出去。
因而，对于从目标物体反射的接收波，和变化前的FM-CW波的处理一样，在步骤S2至S5中处理，在步骤S6中，计算距离r2或者相对速度v2。计算距离r2、相对速度v2之一即可。在算出相对速度v2时，在步骤S8中，只切换发送波的中心频率f0的值。
以下，在步骤S7中，判断此次计算的结果在调制频率Δf、三角波频率fm、或者发送波的中心频率f0的切换的前后，而因为是切换后的采用FM-CW波的结果(N)，所以比较在切换前后的距离以及相对速度的值，检测离散(步骤S9)。
例如，在比较从切换前的信息中算出的距离r1，和在切换后算出的距离r2时，当r1≠r2的情况下(Y)，在该波束中，判定为是错误配对(步骤S10)。
此外，在该比较中，当r1＝r2的情况下(N)，在该波束中，判断为是进行了正确的配对，把计算出的这些值，作为与目标物体的距离以及相对速度(步骤S11)。而后，进入下一处理。
如上所述，如果采用本发明的FM-CW雷达处理装置，因为根据在调制频率Δf、三角波频率fm、或者发送波的中心频率f0的切换的前后变化的FM-CW波，计算距离或者相对速度，比较切换前的结果和切换后的结果检测离散，所以可以简单地判定上升区间的峰值频率和下降区间的峰值频率的错误配对。此外，因为只切换FM-CW波具有的成分，计算距离以及相对速度的功能原本就具备，所以不需要用于错误配对判定的特别的构成。

Claims (6)

1.一种FM-CW雷达处理装置，是发送FM-CW波，接收来自目标物体的反射波的FM-CW雷达处理装置，其特征在于，包括：
调制信号发生部分，生成切换与所发送的上述FM-CW波的调制信号有关的频率的调制信号；
配对处理部分，配对上述频率的切换前的上述FM-CW波所形成的反射波的接收信号中的上升区间和下降区间的峰值信号的频率接近的信号，并配对上述频率的切换后的上述FM-CW波所形成的反射波的接收信号中的上升区间和下降区间的峰值信号的频率接近的信号；
计算部分，根据上述配对的与上述频率的切换前有关的上述接收信号中的上升区间的峰值信号和下降区间的峰值信号，计算与上述目标物体的距离或者相对速度，并根据上述配对的与上述频率的切换后有关的上述接收信号中的上升区间的峰值信号和下降区间的峰值信号，计算与上述目标物体的距离或者相对速度；以及
比较部分，对上述频率的切换前和切换后，比较用上述计算部分分别得到的上述距离或者相对速度；
其中，上述比较部分，在检测出对上述频率的切换前和切换后计算的各上述距离或者相对速度不同时，判定为上述配对是错误配对。
2.权利要求1所述的FM-CW雷达处理装置，其特征在于，上述调制信号发生部分，对于上述频率的切换前和切换后，改变与上述调制信号有关的调制频率或者频率周期的值。
3.权利要求1所述的FM-CW雷达处理装置，其特征在于，上述调制信号发生部分，对于上述频率的切换前和切换后，改变与上述调制信号有关的中心频率的值。
4.一种FM-CW雷达处理装置，是发送FM-CW波，接收来自目标物体的反射波的FM-CW雷达处理装置，其特征在于，包括：
调制信号发生部分，生成切换与所发送的上述FM-CW波的调制信号有关的频率的调制信号；
配对处理部分，配对上述频率的切换前的上述FM-CW波所形成的反射波的接收信号中的上升区间和下降区间的峰值信号的强度接近的信号，并配对上述频率的切换后的上述FM-CW波所形成的反射波的接收信号中的上升区间和下降区间的峰值信号的强度接近的信号；
计算部分，根据上述配对的与上述频率的切换前有关的上述接收信号中的上升区间的峰值信号和下降区间的峰值信号，计算与上述目标物体的距离或者相对速度，并根据上述配对的与上述频率的切换后有关的上述接收信号中的上升区间的峰值信号和下降区间的峰值信号，计算与上述目标物体的距离或者相对速度；以及
比较部分，对上述频率的切换前和切换后，比较用上述计算部分分别得到的上述距离或者相对速度；
其中，上述比较部分，在检测出对上述频率的切换前和切换后计算的各上述距离或者相对速度不同时，判定为上述配对是错误配对。
5.权利要求4所述的FM-CW雷达处理装置，其特征在于，上述调制信号发生部分，对于上述频率的切换前和切换后，改变与上述调制信号有关的调制频率或者频率周期的值。
6.权利要求4所述的FM-CW雷达处理装置，其特征在于，上述调制信号发生部分，对于上述频率的切换前和切换后，改变与上述调制信号有关的中心频率的值。
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