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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