JP2001318143A - Fm-cw radar - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、比較的近距離の対
象物の検出に利用されるＦＭ−ＣＷレーダに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an FM-CW radar used for detecting an object at a relatively short distance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】周知のようにＦＭ−ＣＷレーダは、所定
周波数の変調信号で周波数変調して得られた周波数変調
信号を送信波として送信アンテナを介して空中に放射
し、該送信波が離間した位置にある対象物に反射して受
信アンテナに受信された反射波と上記送信波との位相
差、より具体的には当該位相差に起因する反射波と送信
波とのビート信号の周波数（ビート周波数）に基づいて
対象物までの距離を計測するものである。2. Description of the Related Art As is well known, an FM-CW radar radiates a frequency-modulated signal obtained by frequency-modulating with a modulation signal of a predetermined frequency into the air as a transmission wave via a transmission antenna, and the transmission wave Phase difference between the reflected wave received by the receiving antenna and reflected by the receiving antenna at the position indicated by the target position, and more specifically, the frequency of the beat signal between the reflected wave and the transmitted wave caused by the phase difference ( The distance to the target is measured based on the beat frequency.
【０００３】変調信号を鋸歯状波とした場合において、
送信波（及び反射波）の伝搬速度をｃ、送信アンテナ
（及び受信アンテナ）と対象物との距離をＬ、送信波が
対象物に反射し反射波として受信されるまでの遅延時間
を△ｔ、周波数変移を△Ｆ、変調周期をＴ、変調信号の
周波数をＦm（＝１／Ｔ）及びビート信号のビート周波
数をｆbとすると、当該ビート周波数ｆbは下式に基づい
て与えられる。すなわち、ビート周波数ｆbは、対象物
までの距離Ｌに比例するので、当該ビート周波数ｆbを
検出することにより当該距離Ｌを算出することができ
る。 △ｔ＝２Ｌ/ｃ （１） ｆb ＝（△Ｆ/Ｔ）・△ｔ ＝（２Ｌ・△Ｆ・Ｆm）/ｃ （２） なお、変調信号を三角波とした場合には、下式（３）に
よってビート周波数ｆbは与えられる。 ｆb ＝｛△Ｆ/（Ｔ/２）｝・△ｔ ＝（４Ｌ・△Ｆ・Ｆm）/ｃ （３）When the modulation signal is a sawtooth wave,
The propagation speed of the transmitted wave (and the reflected wave) is c, the distance between the transmitting antenna (and the receiving antenna) and the object is L, and the delay time from when the transmitted wave is reflected by the object and is received as a reflected wave is Δt. If the frequency shift is ΔF, the modulation period is T, the frequency of the modulation signal is Fm (= 1 / T), and the beat frequency of the beat signal is fb, the beat frequency fb is given by the following equation. That is, since the beat frequency fb is proportional to the distance L to the target, the distance L can be calculated by detecting the beat frequency fb. Δt = 2L / c (1) fb = (ΔF / T) △ Δt = (2L △ ΔF · Fm) / c (2) When the modulation signal is a triangular wave, the following equation (3) ) Gives the beat frequency fb. fb = {F / (T / 2)}｝ t = (4LＬF ・ Fm) / c (3)
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ＦＭ−ＣＷレーダでは、周波数変調信号の一部をミキサ
に供給して反射波とミキシング（乗算）し、該ミキシン
グによって生成されるビート信号のビート周波数ｆbを
検出するが、上記ミキサの出力には反射波あるいは送信
波の周波数成分である変調信号も出力される。この変調
信号は、一般に単一周波数からなる正弦波あるいは余弦
波ではなく、その周波数スペクトラムは周波数Ｆmの基
本波と該基本波Ｆmの高調波からなる。ＦＭ−ＣＷレー
ダでは、このような変調信号の周波数スペクトラムがノ
イズとして作用するため、反射波の受信レベルが低下し
てビート信号の信号レベルが低下すると、ビート周波数
ｆbを正確に識別することが困難となり、よって反射波
の受信レベルに対するＦＭ−ＣＷレーダの距離検出限界
が低下すると共に距離検出精度が低下する。By the way, in such an FM-CW radar, a part of the frequency modulation signal is supplied to a mixer and mixed (multiplied) with a reflected wave, and a beat signal generated by the mixing is mixed. Although the beat frequency fb is detected, a modulated signal that is a frequency component of a reflected wave or a transmitted wave is also output to the output of the mixer. This modulated signal is not generally a sine wave or cosine wave having a single frequency, and its frequency spectrum is composed of a fundamental wave having a frequency Fm and a harmonic wave of the fundamental wave Fm. In the FM-CW radar, since the frequency spectrum of such a modulated signal acts as noise, when the reception level of the reflected wave decreases and the signal level of the beat signal decreases, it is difficult to accurately identify the beat frequency fb. Therefore, the distance detection limit of the FM-CW radar with respect to the reception level of the reflected wave decreases, and the distance detection accuracy decreases.
【０００５】一方、受信アンテナでは上記反射波に加え
て空中を伝搬する各種電波に起因する背景ノイズが同時
に受信される。この背景ノイズもビート信号に対するノ
イズととして作用するため、ＦＭ−ＣＷレーダの距離検
出限界の低下及び距離検出精度の低下の原因となる。On the other hand, in the receiving antenna, in addition to the above reflected waves, background noise caused by various radio waves propagating in the air is simultaneously received. Since this background noise also acts as noise for the beat signal, it causes a reduction in the distance detection limit of the FM-CW radar and a reduction in the distance detection accuracy.
【０００６】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、反射波の受信レベルに対する距離検出限界及
び距離検出精度の向上を目的とするものである。The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to improve a distance detection limit and a distance detection accuracy with respect to a reception level of a reflected wave.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の手段として、所定の変調信号で周波数変調し
た周波数変調信号を送信波として送信アンテナを介して
空中に放射し、この送信波と当該送信波が対象物に反射
して受信アンテナに受信された反射波とをミキシングし
て得られたビート信号のビート周波数に基づいて対象物
までの距離を計測するＦＭ−ＣＷレーダにおいて、対象
物からの反射波が存在しない状態において、受信アンテ
ナに受信された背景ノイズ受信信号と前記送信波とをミ
キシングして得られた第１の信号情報を記憶するメモリ
と、対象物からの反射波が存在する状態において、受信
アンテナに受信された反射波と前記送信波とをミキシン
グして得られた第２の信号情報から前記メモリから読み
出された第１の信号情報を減算して差分情報を生成する
差分演算部と、前記差分情報に含まれる前記ビート信号
のビート周波数に基づいて対象物までの距離を算出する
距離演算部とを具備する手段を採用する。In order to achieve the above-mentioned object, as a first means, a frequency-modulated signal frequency-modulated with a predetermined modulation signal is radiated into the air as a transmission wave via a transmission antenna and transmitted. In an FM-CW radar that measures a distance to a target based on a beat frequency of a beat signal obtained by mixing a wave and a reflected wave received by a receiving antenna with the transmitted wave reflected from the target, A memory storing first signal information obtained by mixing the transmitted wave with a background noise reception signal received by a receiving antenna in a state where no reflected wave from the object exists; In a state where a wave exists, a first signal read from the memory from second signal information obtained by mixing the reflected wave received by the receiving antenna and the transmitted wave. A difference calculation unit for generating difference information by subtracting the information, to adopt a means for and a distance calculator for calculating a distance to the object based on the beat frequency of the beat signal included in the difference information.
【０００８】第２の手段として、上記第１の手段におい
て、第１の信号情報の所定期間に亘る平均値を順次演算
する平均値演算部を備え、メモリは、反射波を受信して
対象物までの距離を計測する時刻に近接した一定期間内
に演算された前記平均値を対象物までの距離を計測する
度に更新記憶するという手段を採用する。As a second means, in the first means, an average value calculating section for sequentially calculating an average value of the first signal information over a predetermined period is provided. Means for updating and storing the average calculated within a fixed period close to the time when the distance to the object is measured each time the distance to the object is measured.
【０００９】第３の手段として、上記第１の手段におい
て、第１の信号情報の所定期間に亘る平均値を順次演算
する平均値演算部を備え、メモリは、対象物までの距離
を計測する前に演算された第１の信号情報の平均値を固
定的に記憶するという手段を採用する。As a third means, in the first means, there is provided an average value calculating section for sequentially calculating an average value of the first signal information over a predetermined period, and the memory measures a distance to the object. Means for fixedly storing the average value of the first signal information calculated before is employed.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わるＦＭ−ＣＷレーダの一実施形態について説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an FM-CW radar according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１１】図１は、本ＦＭ−ＣＷレーダの機能構成を
示すブロック図である。この図において、符号１は変調
信号発生部、２はＶＣＯ（Voltage Controled Oscilato
r）、３は分岐器、４は送信アンテナ、５はミキサ、６
は受信アンテナ、７は増幅器、８はＢＰＦ（Band Pass
Filter）、９はＡ／Ｄ変換器、１０はＦＦＴ（FirstFou
rier Transform）、１１は差分演算部、１２は平均値演
算部、１３はメモリ、１４は距離演算部である。FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of the FM-CW radar. In this figure, reference numeral 1 denotes a modulation signal generator, and 2 denotes a VCO (Voltage Controlled Oscilato).
r) 3 is a branching device, 4 is a transmitting antenna, 5 is a mixer, 6
Is a receiving antenna, 7 is an amplifier, 8 is a BPF (Band Pass
Filter), 9 is an A / D converter, 10 is FFT (FirstFou)
11 is a difference calculation unit, 12 is an average value calculation unit, 13 is a memory, and 14 is a distance calculation unit.
【００１２】変調信号発生部１は、所定周期Ｔ（周波数
ｆm＝１／Ｔ）の鋸歯状波信号ａを発生してＶＣＯ２に
出力するものである。ＶＣＯ２は、鋸歯状波信号ａをコ
ントロール信号として発信周波数ｆaが制御される電圧
制御型発振器、つまり鋸歯状波信号ａを変調信号とする
周波数変調器であり、周波数変調信号ｂを分岐器３に出
力するものである。分岐器３は、この周波数変調信号ｂ
を送信アンテナ４とミキサ５とに分岐出力するものであ
る。送信アンテナ４は、周波数変調信号ｂを送信波とし
て空中に放射するものである。受信アンテナ６は、上記
送信波が対象物によって反射されて得られた反射波及び
空中を伝搬する各種電波等に起因する背景ノイズを受信
し、これら反射波と背景ノイズとを受信信号ｃとしてミ
キサ５に出力するものである。The modulation signal generator 1 generates a sawtooth signal a having a predetermined period T (frequency fm = 1 / T) and outputs the signal to the VCO 2. The VCO 2 is a voltage-controlled oscillator in which the transmission frequency fa is controlled using the sawtooth signal a as a control signal, that is, a frequency modulator that uses the sawtooth signal a as a modulation signal. Output. The splitter 3 outputs the frequency modulated signal b
Is branched and output to the transmission antenna 4 and the mixer 5. The transmission antenna 4 radiates the frequency modulation signal b into the air as a transmission wave. The receiving antenna 6 receives the reflected wave obtained by reflecting the transmission wave by the object and background noise caused by various radio waves propagating in the air, and uses the reflected wave and the background noise as a reception signal c as a mixer. 5 is output.
【００１３】ここで、上記受信信号ｃについてさらに詳
しく説明する。本実施形態では、受信信号ｃを２つに分
けて取り扱う。すなわち、対象物からの反射波が存在し
ない状態において受信アンテナ６に受信される受信信号
ｃは背景ノイズに基づくものであり、このような受信信
号ｃを背景ノイズ受信信号ｃ1とする。これに対して、
対象物からの反射波が存在する状態において受信アンテ
ナ６に受信される受信信号ｃは、当該反射波と背景ノイ
ズに基づくものである。このような反射波と背景ノイズ
に基づく受信信号ｃを反射波受信信号ｃ2とする。Here, the received signal c will be described in more detail. In the present embodiment, the received signal c is divided into two and handled. That is, the reception signal c received by the reception antenna 6 in a state where there is no reflected wave from the object is based on the background noise, and such a reception signal c is referred to as a background noise reception signal c1. On the contrary,
The reception signal c received by the receiving antenna 6 in a state where the reflected wave from the object exists, is based on the reflected wave and the background noise. The received signal c based on such a reflected wave and background noise is referred to as a reflected wave received signal c2.
【００１４】ミキサ５は、上記周波数変調信号ｂと受信
信号ｃとをミキシング（乗算）するものであり、該ミキ
シングによって得られる周波数変換信号ｄを増幅器７に
出力するものである。この周波数変換信号ｄは、受信信
号ｃとして上記背景ノイズ受信信号ｃ1を周波数変調信
号ｂとミキシングした場合は、背景ノイズ受信信号ｃ1
が周波数変調信号ｂによって低域変換された変換ノイズ
信号ｄ1である。一方、受信信号ｃとして反射波受信信
号ｃ2を周波数変調信号ｂとミキシングした場合には、
上記変換ノイズ信号ｄ1及び反射波と周波数変調信号ｂ
（つまり送信波）との位相差に起因するビート信号ｄ2
である。The mixer 5 mixes (multiplies) the frequency modulation signal b and the reception signal c, and outputs a frequency conversion signal d obtained by the mixing to the amplifier 7. When the background noise reception signal c1 is mixed with the frequency modulation signal b as the reception signal c, the frequency conversion signal d becomes the background noise reception signal c1.
Is a converted noise signal d1 subjected to low-frequency conversion by the frequency modulation signal b. On the other hand, when the reflected wave reception signal c2 is mixed with the frequency modulation signal b as the reception signal c,
The conversion noise signal d1, the reflected wave and the frequency modulation signal b
(That is, the beat signal d2 due to the phase difference with the transmitted wave)
It is.
【００１５】増幅器７は、このような周波数変換信号ｄ
を増幅してＢＰＦ８に出力するものである。ＢＰＦ８
は、周波数変換信号ｄの帯域を制限し、ビート信号ｄ’
としてＡ／Ｄ変換器９に出力するものである。このＢＰ
Ｆ８の低域側遮断周波数は周波数変換信号ｄに含まれる
変調信号ａの基本波成分を減衰させるために設定され、
高域側遮断周波数は、後段のＡ／Ｄ変換器９におけるエ
リアシング（周知のサンプリングによるスペクトラムの
重畳ひずみ）の発生を回避するために設定されている。The amplifier 7 has the frequency conversion signal d
Is amplified and output to the BPF 8. BPF8
Restricts the band of the frequency conversion signal d, and sets the beat signal d ′
And outputs it to the A / D converter 9. This BP
The lower cut-off frequency of F8 is set to attenuate the fundamental component of the modulated signal a included in the frequency conversion signal d,
The high-frequency cutoff frequency is set in order to avoid the occurrence of aliasing (superimposed distortion of the spectrum due to well-known sampling) in the A / D converter 9 at the subsequent stage.
【００１６】Ａ／Ｄ変換器９は、ＢＰＦ８によって帯域
制限された周波数変換信号ｄ’を標本化かつ量子化し、
デジタル周波数変換信号ｄ”としてＦＦＴ１０に出力す
るものである。ＦＦＴ１０は、デジタル周波数変換信号
ｄ”を高速フーリエ変換してデジタル周波数変換信号
ｄ”の周波数スペクトラムｅを差分演算部１１及び平均
値演算部１２に出力するものである。平均値演算部１２
は、周波数スペクトラムｅの一定時間に亘る平均値ｆを
順次算出してメモリ１３に出力するものである。The A / D converter 9 samples and quantizes the frequency-converted signal d ′ band-limited by the BPF 8,
The FFT 10 outputs the digital frequency conversion signal d "to the FFT 10. The FFT 10 performs a fast Fourier transform on the digital frequency conversion signal d" and converts the frequency spectrum e of the digital frequency conversion signal d "into a difference calculation unit 11 and an average value calculation unit The average value calculator 12 outputs the average value.
Is for sequentially calculating the average value f of the frequency spectrum e over a certain period of time and outputting it to the memory 13.
【００１７】メモリ１３は、本ＦＭ−ＣＷレーダの動作
モードがノイズ記憶モードに設定された場合に平均値演
算部１２から順次入力される平均値ｆを更新記憶し、動
作モードが距離計測モードに設定された場合には、既に
記憶された平均値ｆを読み出して差分演算部１１に出力
するものである。When the operation mode of the FM-CW radar is set to the noise storage mode, the memory 13 updates and stores the average value f sequentially input from the average value calculation unit 12, and sets the operation mode to the distance measurement mode. If it is set, the average value f already stored is read out and output to the difference calculation unit 11.
【００１８】差分演算部１１は、上記距離計測モードの
場合にＦＦＴ１０から入力された周波数変換信号ｄの周
波数スペクトラムｅからメモリ１３から入力された周波
数変換信号ｄの周波数スペクトラムｅの平均値ｆを減算
し、差分信号ｇとして距離演算部１４に出力するもので
ある。距離演算部１４は、差分信号ｇに含まれる上記ビ
ート信号ｄ2のビート周波数ｆbに基づいて対象物までの
距離Ｌを算出するものである。The difference calculator 11 subtracts the average value f of the frequency spectrum e of the frequency conversion signal d input from the memory 13 from the frequency spectrum e of the frequency conversion signal d input from the FFT 10 in the distance measurement mode. Then, the difference signal g is output to the distance calculation unit 14. The distance calculator 14 calculates the distance L to the target based on the beat frequency fb of the beat signal d2 included in the difference signal g.
【００１９】次に、このように構成された本ＦＭ−ＣＷ
レーダの動作について、以下に詳説する。Next, the present FM-CW constructed as described above
The operation of the radar will be described in detail below.
【００２０】まず、ＶＣＯ２によって生成された周波数
変調信号ｂは、分岐器３及び送信アンテナ４を介して送
信波として空中に放射されるが、この送信波は、対象物
が存在する状態では、当該対象物によって反されて反射
波として受信アンテナ６に捉えられる。この送信波は、
変調信号発生部１から出力された鋸歯状波信号ａを変調
信号として周波数変調して生成されたものであり、図２
に示すように鋸歯状の周波数変移△Ｆ、つまり鋸歯状波
信号ａのレベル変化に沿った周波数変移△Ｆを周期Ｔ毎
に繰り返すものである。First, the frequency modulated signal b generated by the VCO 2 is radiated into the air as a transmission wave via the splitter 3 and the transmission antenna 4, and this transmission wave is transmitted in the presence of an object. It is reflected by the receiving antenna 6 as a reflected wave that is deflected by the object. This transmitted wave is
It is generated by frequency-modulating the sawtooth signal a output from the modulation signal generator 1 as a modulation signal.
As shown in FIG. 7, the sawtooth frequency shift ΔF, that is, the frequency shift ΔF along the level change of the sawtooth wave signal a is repeated every cycle T.
【００２１】そして、このような送信波に基づく反射波
は、図２に示すように送信波に対して遅延時間△ｔだけ
遅れて受信アンテナ６によって捉えられることになる。
この遅延時間△ｔは、送信波が送信アンテナ４から放射
されて対象物に到達するまでの伝搬時間と反射波が対象
物から受信アンテナ６に到達するまでの伝搬時間とを加
算した時間である。このような反射波は受信アンテナ６
によって捉えられて反射波受信信号ｃ2として増幅器７
に出力されるが、この際に受信アンテナ６には反射波と
共に背景ノイズも捉えられるので、受信アンテナ６から
出力される受信信号ｃは、背景ノイズ受信信号ｃ1及び
反射波受信信号ｃ2となる。The reflected wave based on the transmission wave is received by the receiving antenna 6 with a delay of Δt from the transmission wave as shown in FIG.
The delay time Δt is a time obtained by adding the propagation time from when the transmission wave is emitted from the transmission antenna 4 to reach the target and the propagation time when the reflected wave reaches the reception antenna 6 from the object. . Such a reflected wave is received by the receiving antenna 6.
Amplifier 7 as a reflected wave reception signal c2
However, at this time, the receiving antenna 6 can catch the background noise together with the reflected wave, and the received signal c output from the receiving antenna 6 becomes the background noise received signal c1 and the reflected wave received signal c2.
【００２２】なお、対象物が存在しない状態では、反射
波が受信アンテナ６に入射することなく、背景ノイズの
みが受信アンテナ６に捉えられることになる。したがっ
て、対象物が存在しない状態では、受信アンテナ６から
出力される受信信号ｃは、背景ノイズ受信信号ｃ1のみ
となる。When no object is present, the reflected wave does not enter the receiving antenna 6 and only the background noise is captured by the receiving antenna 6. Therefore, when no object is present, the received signal c output from the receiving antenna 6 is only the background noise received signal c1.
【００２３】このような受信信号ｃは、ミキサ５によっ
て周波数変調信号ｂ（すなわち送信波）とミキシングさ
れて周波数変換信号ｄに変換された後、増幅器７によっ
て増幅され、さらにＢＰＦ８によって帯域制限された後
にＡ／Ｄ変換器９によってデジタル周波数変換信号ｄ”
に変換され、最終的にＦＦＴ１０において周波数スペク
トラムｅに変換される。The received signal c is mixed with the frequency-modulated signal b (ie, transmission wave) by the mixer 5 and converted into a frequency-converted signal d, amplified by the amplifier 7, and band-limited by the BPF 8. Later, the digital frequency conversion signal d ″ is output by the A / D converter 9.
And finally converted by the FFT 10 into a frequency spectrum e.
【００２４】対象物が存在する状態では、上述したよう
に互いに同一周波数かつ上記遅延時間△ｔに相当する位
相差を有する反射波受信信号ｃ2に周波数変調信号ｂが
ミキシング（乗算）されるので、ミキサ５からは周波数
変換信号ｄとして、式（２）に示されるビート周波数ｆ
bに相当するビート信号ｄ1と変換ノイズ信号ｄ1及び変
調信号ａが出力される。これに対して、対象物が存在し
ない状態では、反射波受信信号ｃ2が存在しないので、
ミキサ５からは周波数変換信号ｄとして変換ノイズ信号
ｄ1と変調信号ａとが出力される。In the state where the object is present, the frequency modulation signal b is mixed (multiplied) with the reflected wave reception signal c2 having the same frequency and a phase difference corresponding to the delay time Δt as described above. The beat frequency f shown in the equation (2) is output from the mixer 5 as the frequency conversion signal d.
The beat signal d1, the conversion noise signal d1, and the modulation signal a corresponding to b are output. On the other hand, in the state where the object does not exist, the reflected wave reception signal c2 does not exist.
The conversion noise signal d1 and the modulation signal a are output from the mixer 5 as the frequency conversion signal d.
【００２５】図３（ａ）及び（ｂ）は、平均値演算部１
２によって上記周波数変換信号ｄの周波数スペクトラム
ｅを一定時間に亘って平均化した平均値ｆを示すもので
ある。このうち、（ａ）は対象物が存在しない状態にお
ける周波数変換信号ｄの周波数スペクトラムｅの平均値
ｆを示しており、背景ノイズ受信信号ｃ1に含まれる背
景ノイズ成分と変調信号ａの周波数成分とからなるもの
である。また、（ｂ）は対象物が存在する状態における
周波数変換信号ｄの周波数スペクトラムｅの平均値ｆを
示しており、上記背景ノイズ成分と変調信号ａの周波数
成分にビート信号ｄ1のビート周波数成分ｓ（ビート周
波数ｆb）を加えたものである。FIGS. 3A and 3B show the average value calculation unit 1.
2 shows an average value f obtained by averaging the frequency spectrum e of the frequency conversion signal d over a certain period of time. Among them, (a) shows the average value f of the frequency spectrum e of the frequency conversion signal d in a state where the object is not present, and includes the background noise component included in the background noise reception signal c1 and the frequency component of the modulation signal a. It consists of (B) shows the average value f of the frequency spectrum e of the frequency conversion signal d in the state where the target object is present. (Beat frequency fb).
【００２６】ここで、（ａ）及び（ｂ）共に、変調信号
ａの基本波成分についてはＢＰＦ８の低域側遮断周波数
の作用によって減衰していることが解る。また、（ｂ）
において、周波数成分ｓのレベルは、反射波の受信レベ
ルが比較的低レベルなために背景ノイズ成分と変調信号
ａの周波数成分のレベルとほぼ同等のレベルになってい
る。Here, in both (a) and (b), it is understood that the fundamental wave component of the modulation signal a is attenuated by the action of the lower cut-off frequency of the BPF 8. (B)
In the example, the level of the frequency component s is substantially the same as the level of the frequency component of the modulation signal a and the background noise component because the reception level of the reflected wave is relatively low.
【００２７】本ＦＭ−ＣＷレーダでは、上記対象物が存
在しない状態のときに動作モードをノイズ記憶モードに
設定することにより上記（ａ）に該当する周波数スペク
トラムｅの平均値ｆをメモリ１３に記憶させる。しか
も、対象物との距離を計測する直前にノイズ記憶モード
に設定することにより、反射波を受信する時刻に近接し
た一定期間内に受信された背景ノイズ受信信号の変換ノ
イズ信号ｄ1と変調信号ａとに基づく周波数スペクトラ
ムｅの平均値ｆが距離をメモリ１３に更新記憶される。In this FM-CW radar, the average value f of the frequency spectrum e corresponding to the above (a) is stored in the memory 13 by setting the operation mode to the noise storage mode when the object is not present. Let it. In addition, by setting the noise storage mode immediately before measuring the distance to the object, the converted noise signal d1 and the modulation signal a of the background noise reception signal received within a certain period close to the time of receiving the reflected wave. The average value f of the frequency spectrum e based on the distance is updated and stored in the memory 13.
【００２８】すなわち、メモリ１３には、対象物との距
離を計測する状態に最も近い状態における変換ノイズ信
号ｄ1と変調信号ａとの周波数スペクトラムｅの平均値
ｆが記憶保持されることになる。したがって、このよう
なメモリ１３に記憶された周波数スペクトラムｅの平均
値ｆは、対象物が存在する状態つまり動作モードをノイ
ズ記憶モードから距離計測モードに移行させて対象物と
の距離を計測する時に、ＦＦＴ１０から差分演算部１１
に入力される周波数スペクトラムｅに対して極めて相関
が強い。That is, the memory 13 stores and holds the average value f of the frequency spectrum e of the converted noise signal d1 and the modulation signal a in the state closest to the state in which the distance to the object is measured. Therefore, the average value f of the frequency spectrum e stored in the memory 13 is used when measuring the distance to the object by shifting the state where the object exists, that is, the operation mode from the noise storage mode to the distance measurement mode. , FFT 10 to difference calculator 11
Has a very strong correlation with the frequency spectrum e input to the.
【００２９】この結果、差分演算部１１から出力される
差分信号ｇは、図３（ｃ）に示すように、変換ノイズ信
号ｄ1（すなわち背景ノイズ受信信号ｃ1）の周波数成分
と変調信号ａの周波数成分とが良好にキャンセルされた
信号となり、ビート信号ｄ1のビート周波数成分ｓが背
景ノイズ成分と変調信号ａの周波数成分に対して強調さ
れたものとなる。距離演算部１４は、このように得られ
た差分信号ｇに含まれるビート周波数成分ｓのビート周
波数ｆbを検出し、該ビート周波数ｆbを式（２）に代入
することにより対象物までの距離Ｌを算出して距離情報
として外部に出力する。As a result, as shown in FIG. 3C, the difference signal g output from the difference calculation unit 11 is composed of the frequency component of the converted noise signal d1 (that is, the background noise reception signal c1) and the frequency of the modulation signal a. The signal is a signal in which the component is well canceled, and the beat frequency component s of the beat signal d1 is emphasized with respect to the background noise component and the frequency component of the modulation signal a. The distance calculation unit 14 detects the beat frequency fb of the beat frequency component s included in the difference signal g thus obtained, and substitutes the beat frequency fb into the equation (2) to obtain the distance L to the object. Is calculated and output to the outside as distance information.
【００３０】本実施形態によれば、ビート周波数成分ｓ
に対して背景ノイズ成分と変調信号ａの周波数成分を抑
圧するので、距離検出限界及び距離検出精度を向上させ
ることができる。すなわち、反射波の受信レベルが低い
ためにビート周波数成分ｓが背景ノイズの周波数成分や
変調信号ａの周波数成分とほぼ同等のレベルの場合であ
っても対象物までの距離Ｌを算出することが可能である
と共に、背景ノイズ成分と変調信号ａの周波数成分とが
抑圧される分、距離検出を高精度に行うことが可能であ
る。According to the present embodiment, the beat frequency component s
In contrast, since the background noise component and the frequency component of the modulation signal a are suppressed, the distance detection limit and the distance detection accuracy can be improved. That is, even if the beat frequency component s has a level substantially equal to the frequency component of the background noise or the frequency component of the modulation signal a due to the low reception level of the reflected wave, the distance L to the target can be calculated. The distance detection can be performed with high accuracy because the background noise component and the frequency component of the modulation signal a are suppressed.
【００３１】しかも、対象物との距離を計測する状態に
最も近い状態における変換ノイズ信号ｄ1と変調信号ａ
との周波数スペクトラムｅの平均値ｆをメモリ１３に記
憶させる、すなわち対象物の距離計測時に差分演算部１
１に入力される周波数スペクトラムｅに相関が強い周波
数スペクトラムｅの平均値ｆをメモリ１３に記憶させる
ようにしているので、周波数特性が時間的に変動する背
景ノイズをより効果的に抑圧することが可能である。In addition, the conversion noise signal d1 and the modulation signal a in the state closest to the state in which the distance to the object is measured.
The average value f of the frequency spectrum e is stored in the memory 13, that is, the difference calculating unit 1
Since the average value f of the frequency spectrum e having a strong correlation with the frequency spectrum e input to 1 is stored in the memory 13, it is possible to more effectively suppress the background noise whose frequency characteristics fluctuate with time. It is possible.
【００３２】なお、変調信号ａは周波数特性の時間変動
がないので、変調信号ａの周波数成分のみを抑圧するこ
とを目的とする場合、あるいは背景ノイズの周波数特性
の時間変動を無視できる場合には、対象物の距離計測の
直前に周波数スペクトラムｅの平均値ｆをメモリ１３に
記憶させることなく、対象物が存在しない状態における
周波数スペクトラムｅの平均値ｆを対象物の距離計測に
先立って予め固定的に記憶させておくことが考えられ
る。Since the frequency characteristic of the modulated signal a does not fluctuate over time, if the purpose is to suppress only the frequency component of the modulated signal a, or if the time fluctuation of the frequency characteristic of the background noise can be neglected. Without storing the average value f of the frequency spectrum e in the memory 13 immediately before the distance measurement of the object, the average value f of the frequency spectrum e in a state where the object is not present is fixed in advance prior to the distance measurement of the object. It is conceivable that the information is stored in advance.
【００３３】また、上記実施形態の差分演算部１１は周
波数領域の信号すなわち周波数スペクトラムの差分を演
算するものであるが、ＢＰＦ８、Ａ／Ｄ変換器９及びＦ
ＦＴ１０を設けることなく、時間領域の信号すなわち対
象物が存在しない状態における周波数変換信号ｄの一定
期間に亘る平均値と対象物が存在する状態における周波
数変換信号ｄの差分を取るものとしても良い。すなわ
ち、本発明における第１の信号情報、第２の信号情報及
び差分情報は、上記実施形態に限定されるものではな
い。The difference calculation section 11 of the above-described embodiment calculates a signal in the frequency domain, that is, a difference between the frequency spectra. The BPF 8, the A / D converter 9, and the F / F
Without providing the FT 10, a difference between a signal in a time domain, that is, an average value of the frequency conversion signal d in a state where no object is present over a certain period and a frequency conversion signal d in a state where the object exists may be obtained. That is, the first signal information, the second signal information, and the difference information in the present invention are not limited to the above embodiment.
【００３４】また、差分信号ｇに対して所定のしきい値
を設け、当該しきい値を越える場合つまりビート周波数
成分ｓが検出されると、動作モードを自動的にノイズ記
憶モードから距離計測モードに移行させるようにしても
良い。A predetermined threshold value is provided for the difference signal g. When the threshold value is exceeded, that is, when the beat frequency component s is detected, the operation mode is automatically changed from the noise storage mode to the distance measurement mode. It may be made to shift to.
【００３５】さらに、上記距離情報の取得に要する演算
処理時間内において対象物と本ＦＭ−ＣＷレーダとの相
対位置関係に変化がない、あるいはこの変化を無視でき
るような場合には、ＦＦＴ１０と差分演算部１１との間
にも平均値演算部１２と同等機能の構成要素を設けて上
記平均値ｆの演算時間帯の前後に平均値ｆ’を演算する
ようにし、差分演算部１１において各平均値ｆ，ｆ’の
差分を算出することにより、さらに精度を向上させるこ
とができる。Further, if there is no change in the relative positional relationship between the target object and the present FM-CW radar within the calculation processing time required for obtaining the distance information, or if this change can be ignored, the difference between the FFT 10 and the FFT 10 is calculated. A component having the same function as that of the average value calculating unit 12 is provided between the arithmetic unit 11 and the average value f ′ before and after the calculation time period of the average value f. By calculating the difference between the values f and f ′, the accuracy can be further improved.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるＦ
Ｍ−ＣＷレーダによれば、以下のような効果を奏するこ
とができる。As described above, the F according to the present invention is used.
According to the M-CW radar, the following effects can be obtained.
【００３７】（１）請求項１記載の発明によれば、対象
物からの反射波が存在しない状態において得られる第１
の信号情報を対象物からの反射波が存在する状態におい
て得られる第２の信号情報から減算して得られる差分情
報に含まれるビート信号のビート周波数に基づいて対象
物までの距離を算出するので、ビート信号に対して背景
ノイズや変調信号が抑圧される分、反射波の受信レベル
に対する距離検出限界及び距離検出精度を向上させるこ
とができる。(1) According to the first aspect of the present invention, the first signal obtained in a state where no reflected wave from the object exists.
Since the distance to the target is calculated based on the beat frequency of the beat signal included in the difference information obtained by subtracting the signal information from the second signal information obtained in a state where the reflected wave from the target exists. In addition, since the background noise and the modulation signal are suppressed from the beat signal, the distance detection limit and the distance detection accuracy with respect to the reception level of the reflected wave can be improved.
【００３８】（２）請求項２記載の発明によれば、メモ
リは反射波を受信して対象物までの距離を計測する時刻
に近接した一定期間内に演算された平均値を対象物まで
の距離を計測する度に更新記憶するので、メモリに記憶
される第１の信号情報は、対象物の距離計測時の背景ノ
イズや変調信号に対して相関が強いものとなる。したが
って、背景ノイズや変調信号をビート信号に対して効果
的に抑圧することが可能である。(2) According to the second aspect of the present invention, the memory receives the reflected wave and measures the average value calculated within a certain period close to the time at which the distance to the object is measured. Since the first signal information stored in the memory is updated and stored every time the distance is measured, the first signal information has a strong correlation with the background noise and the modulation signal at the time of measuring the distance to the object. Therefore, it is possible to effectively suppress the background noise and the modulation signal from the beat signal.
【００３９】（３）請求項３記載の発明によれば、メモ
リは対象物までの距離を計測する前に演算された第１の
信号情報の平均値を固定的に記憶するので、当該平均値
のメモリへの記憶が簡単である。また、上述したように
対象物の距離計測に近接した時刻に平均値を記憶させる
場合と比較して、平均値のメモリへの記憶が簡単な分、
ＦＭ−ＣＷレーダの構成を単純化することが可能である
と共に取り扱いが容易である。(3) According to the third aspect of the present invention, the memory fixedly stores the average value of the first signal information calculated before measuring the distance to the object. Is easy to store in memory. In addition, as compared with the case where the average value is stored at a time close to the distance measurement of the object as described above, the storage of the average value in the memory is simple,
The configuration of the FM-CW radar can be simplified and handling is easy.
【図１】 本発明の一実施形態の機能構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の一実施形態の距離計測原理を示す説
明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a principle of distance measurement according to an embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の一実施形態の作用効果を示すスペク
トラム特性図である。FIG. 3 is a spectrum characteristic diagram showing the operation and effect of one embodiment of the present invention.
１……変調信号発生部 ２……ＶＣＯ ３……分岐器 ４……送信アンテナ ５……ミキサ ６……受信アンテナ ７……増幅器 ８……ＢＰＦ ９……Ａ／Ｄ変換器 １０……ＦＦＴ １１……差分演算部 １２……平均値演算部 １３……メモリ １４……距離演算部 ａ……鋸歯状波信号（変調信号） ｂ……周波数変調信号（送信波） ｃ……受信信号 ｃ1……背景ノイズ受信信号 ｃ2……反射波受信信号 ｄ……周波数変換信号 ｄ1……変換ノイズ信号 ｄ2……ビート信号 ｅ……周波数スペクトラム ｆ……平均値 ｇ……差分信号（差分情報） ｓ……ビート周波数成分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Modulation signal generation part 2 ... VCO 3 ... Divider 4 ... Transmitting antenna 5 ... Mixer 6 ... Receiving antenna 7 ... Amplifier 8 ... BPF 9 ... A / D converter 10 ... FFT 11 Difference calculation unit 12 Average calculation unit 13 Memory 14 Distance calculation unit a Sawtooth wave signal (modulation signal) b Frequency modulation signal (transmission wave) c Signal reception c1 ... Background noise reception signal c2... Reflected wave reception signal d... Frequency conversion signal d1... Conversion noise signal d2... Beat signal e... Frequency spectrum f... Average value g... ... beat frequency component
Claims (3)
変調信号を送信波として送信アンテナ（４）を介して空
中に放射し、この送信波と当該送信波が対象物に反射し
て受信アンテナ（６）に受信された反射波とをミキシン
グして得られたビート信号のビート周波数に基づいて対
象物までの距離を計測するＦＭ−ＣＷレーダにおいて、 対象物からの反射波が存在しない状態において、受信ア
ンテナ（６）に受信された背景ノイズ受信信号と前記送
信波とをミキシングして得られた第１の信号情報を記憶
するメモリ（１３）と、 対象物からの反射波が存在する状態において、受信アン
テナ（６）に受信された反射波と前記送信波とをミキシ
ングして得られた第２の信号情報から前記メモリ（１
３）から読み出された第１の信号情報を減算して差分情
報を生成する差分演算部（１１）と、 前記差分情報に含まれる前記ビート信号のビート周波数
に基づいて対象物までの距離を算出する距離演算部（１
４）と、 を具備することを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ。A frequency-modulated signal frequency-modulated by a predetermined modulation signal is radiated into the air as a transmission wave via a transmission antenna (4), and the transmission wave and the transmission wave are reflected by a target object and received by a reception antenna (4). 6) In the FM-CW radar that measures the distance to the target based on the beat frequency of the beat signal obtained by mixing the reflected wave received with the reflected wave in a state where the reflected wave from the target does not exist, A memory (13) for storing first signal information obtained by mixing the background wave reception signal received by the reception antenna (6) and the transmission wave, and a state where a reflection wave from the object exists The second signal information obtained by mixing the reflected wave received by the receiving antenna (6) and the transmitted wave with the memory (1).
3) subtracting the first signal information read from 3) to generate difference information, and calculating a distance to a target based on a beat frequency of the beat signal included in the difference information. Distance calculation unit (1
4) and FM-CW radar.
を順次演算する平均値演算部（１２）を備え、メモリ
（１３）は、反射波を受信して対象物までの距離を計測
する時刻に近接した一定期間内に演算された前記平均値
を対象物までの距離を計測する度に更新記憶することを
特徴とする請求項１記載のＦＭ−ＣＷレーダ。2. An apparatus for calculating an average value of a first signal information over a predetermined period of time, an average value calculating section for sequentially calculating an average value of the first signal information, and a memory for measuring a distance to an object by receiving a reflected wave. The FM-CW radar according to claim 1, wherein the average value calculated within a certain period of time close to the time of execution is updated and stored every time the distance to the object is measured.
を順次演算する平均値演算部（１２）を備え、メモリ
（１３）は、対象物までの距離を計測する前に演算され
た第１の信号情報の平均値を固定的に記憶することを特
徴とする請求項１記載のＦＭ−ＣＷレーダ。3. An average value calculating section (12) for sequentially calculating an average value of the first signal information over a predetermined period, wherein the memory (13) is calculated before measuring a distance to the object. 2. The FM-CW radar according to claim 1, wherein an average value of the first signal information is fixedly stored.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000136179A JP2001318143A (en) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | Fm-cw radar |
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