JP2002189074A - Fm-cw radar - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、送信信号として
周波数変調された連続波信号を用い、受信信号と送信信
号とのビート信号からターゲットの距離等を検知するＦ
Ｍ−ＣＷレーダ装置に関するものであり、特に、ビート
信号をデジタルビート信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備
え、デジタルビート信号に対してデジタル演算処理を施
してターゲット検知を行うＦＭ−ＣＷレーダ装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a continuous wave signal which has been frequency-modulated as a transmission signal, and detects a target distance and the like from a beat signal between the reception signal and the transmission signal.
The present invention relates to an M-CW radar device, and more particularly to an FM-CW radar device including an A / D converter for converting a beat signal into a digital beat signal, and performing digital arithmetic processing on the digital beat signal to detect a target. It is about.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種のＦＭ−ＣＷレーダ装置として、
特開平１１−１６０４２３号に開示されたレーダ装置が
ある。この従来のレーダ装置は、複数の素子アンテナを
備えたアレーアンテナを受信アンテナとして備え、各素
子アンテナの受信信号を高速に周期的に切り換えて一系
列の受信信号とし、この一系列の受信信号を一つのミキ
サにおいて送信信号とミキシングすることによりダウン
コンバートする構成を備えている。このような構成にす
ることにより、それまでは素子アンテナ毎に設けられて
いた高価なミキサ等の高周波回路を素子アンテナ間で共
用化し、製造コストの大幅な低減を図ることを可能にし
た。2. Description of the Related Art As this kind of FM-CW radar device,
There is a radar device disclosed in JP-A-11-160423. This conventional radar device includes an array antenna having a plurality of element antennas as a receiving antenna, and periodically switches a received signal of each element antenna at high speed to form a series of received signals. A down-conversion is provided by mixing with a transmission signal in one mixer. By adopting such a configuration, a high-frequency circuit such as an expensive mixer provided for each element antenna can be shared between the element antennas, and the manufacturing cost can be significantly reduced.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＦＭ−ＣＷ
レーダ装置では、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズと呼ばれる送信
部に起因するノイズが発生する。ＦＭ−ＣＷレーダ装置
では周波数が直線的に上下に変化する三角波変調された
送信信号が一般に用いられ、この三角波変調の三角波に
同期した電圧変動がビート信号上に重畳される。この電
圧変動がＦＭ−ＡＭ変換ノイズであり、三角波変調の場
合には特に三角波ノイズとも呼ばれる。このようなＦＭ
−ＡＭ変換ノイズは、発振器パワーの周波数特性やミキ
サゲインの周波数特性等によりそのノイズ特性が決定さ
れるが、各素子アンテナ毎に回り込み量および位相が相
違するため、素子アンテナ毎に異なるノイズとなる。However, FM-CW
In the radar device, noise due to a transmission unit called FM-AM conversion noise occurs. In the FM-CW radar device, a transmission signal modulated by a triangular wave whose frequency changes linearly up and down is generally used, and a voltage fluctuation synchronized with the triangular wave of the triangular modulation is superimposed on the beat signal. This voltage fluctuation is FM-AM conversion noise, and in the case of triangular wave modulation, is also particularly called triangular wave noise. FM like this
The noise characteristics of the −AM conversion noise are determined by the frequency characteristics of the oscillator power, the frequency characteristics of the mixer gain, and the like. However, since the amount of wraparound and the phase of each element antenna differ, the noise differs for each element antenna.
【０００４】ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを含んだ状態でビー
ト信号を歪みなくデジタルビート信号に変換するために
は、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを含めたビート信号の振幅が
Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジに納まるようにしな
ければならない。しかし、この場合には、ビート信号の
振幅はＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを充分に使い
切ることができなくなるという問題が生じる。たとえ
ば、１２ビットＡ／Ｄ変換器であるにもかかわらずビー
ト信号に対しては最大９ビットまでしか使えないという
事態が生じる。つまり、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズのために
Ａ／Ｄ変換器の実質的なダイナミックレンジが狭くな
り、Ａ／Ｄ変換器に能力に見合った十分なＳ／Ｎを確保
することができなくなる。In order to convert a beat signal into a digital beat signal without distortion with FM-AM conversion noise included, the amplitude of the beat signal including the FM-AM conversion noise falls within the dynamic range of the A / D converter. It must fit. However, in this case, a problem arises in that the amplitude of the beat signal cannot fully use the dynamic range of the A / D converter. For example, although a 12-bit A / D converter is used, only a maximum of 9 bits can be used for a beat signal. That is, the substantial dynamic range of the A / D converter is narrowed due to the FM-AM conversion noise, and it is not possible to secure sufficient S / N for the A / D converter in accordance with the performance.
【０００５】この問題に関して、素子アンテナ毎にミキ
サ等の高周波回路が設けられているＦＭ−ＣＷレーダ装
置であれば、適切なハイパスフィルタ等をミキサの直後
に設けることでＦＭ−ＡＭ変換ノイズを除去することが
できる。Regarding this problem, in the case of an FM-CW radar device in which a high-frequency circuit such as a mixer is provided for each element antenna, an FM-AM conversion noise is removed by providing an appropriate high-pass filter or the like immediately after the mixer. can do.
【０００６】しかし、上述した素子アンテナ切り換え型
のＦＭ−ＣＷレーダ装置の場合には、ミキサの後段に単
にローパスフィルタを設けるだけではＦＭ−ＡＭ変換ノ
イズを除去することはできない。なぜなら、ＦＭ−ＡＭ
変換ノイズは素子アンテナ毎に異なっており、それらの
ＦＭ−ＡＭ変換ノイズがビート信号と一緒に高速で切り
換えられているため、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズの周波数は
元々の三角波変調周波数とは全く異なる高速切り換え周
波数近辺の周波数域に移っているからである。However, in the case of the above-described FM-CW radar device of the element antenna switching type, it is not possible to remove the FM-AM conversion noise simply by providing a low-pass filter after the mixer. Because FM-AM
The conversion noise is different for each element antenna, and the FM-AM conversion noise is switched at high speed together with the beat signal. Therefore, the frequency of the FM-AM conversion noise is a high-speed that is completely different from the original triangular wave modulation frequency. This is because the frequency has shifted to a frequency range near the switching frequency.
【０００７】そこで、素子アンテナ切り換え型のＦＭ−
ＣＷレーダ装置であっても、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを除
去してからビート信号をＡ／Ｄ変換器に入力することが
できるＦＭ−ＣＷレーダ装置が求められていた。Therefore, the element antenna switching type FM-
There has been a demand for an FM-CW radar device that can input a beat signal to an A / D converter after removing FM-AM conversion noise even in a CW radar device.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のＦＭ−ＣＷレー
ダ装置はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、周波数変調の施された連続波である送信信号を
送信する送信部と、複数の素子アンテナを備えた受信用
アレーアンテナと、各素子アンテナとの接続が周期的に
高速で切り換えられる切換スイッチと、切換スイッチで
周期的に切り換えられて一系列に多重化された各素子ア
ンテナで受信した受信信号に送信信号をミキシングして
ビート信号を出力するミキサと、ビート信号をデジタル
ビート信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、デジタルビート
信号を素子アンテナ別のデジタルビート信号に分離した
後に所定の信号処理を施してターゲット検出を行う信号
処理部とを備えたＦＭ−ＣＷレーダ装置において、ビー
ト信号に重畳された送信部の周波数変調動作に起因する
ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを、素子アンテナ別デジタルビー
ト信号から素子アンテナ別にデジタル形式で抽出するノ
イズ抽出手段と、ノイズ抽出手段で抽出されたデジタル
形式の素子アンテナ別ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを切換スイ
ッチの切り換えタイミングおよび切り換え順に従ってサ
ンプリングすることにより一系列の合成ＦＭ−ＡＭ変換
ノイズをデジタル形式で生成するノイズ合成手段と、デ
ジタル形式の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズをアナログ形式
の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズに変換するＤ／Ａ変換器
と、アナログ形式の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズをビート
信号から引き算する引き算手段とを備えたことを特徴と
する。SUMMARY OF THE INVENTION An FM-CW radar apparatus according to the present invention has been made in order to solve such a problem, and has a transmitting unit for transmitting a transmission signal which is a continuous wave subjected to frequency modulation. A receiving array antenna having a plurality of element antennas, a changeover switch in which connection with each elemental antenna is periodically switched at a high speed, and a switch which is periodically switched by the changeover switch and multiplexed into one series. A mixer that mixes a transmission signal with a reception signal received by an element antenna to output a beat signal, an A / D converter that converts the beat signal into a digital beat signal, and a digital beat signal into a digital beat signal for each element antenna In the FM-CW radar device including a signal processing unit that performs predetermined signal processing after separation and performs target detection, the signal is superimposed on the beat signal. Noise extraction means for extracting FM-AM conversion noise caused by the frequency modulation operation of the transmission section from the digital beat signal for each element antenna in digital form for each element antenna, and FM for each element antenna in digital form extracted by the noise extraction means A noise synthesizing means for generating a series of combined FM-AM conversion noise in a digital form by sampling the AM conversion noise in accordance with the switching timing and switching order of the changeover switch; And a subtracting means for subtracting the analog FM-AM conversion noise in analog form from the beat signal.
【０００９】ＦＭ−ＡＭ変換ノイズは変調周期の一周期
毎に大幅に変化することはない。すなわち、ノイズ抽出
手段、ノイズ合成手段およびＤ／Ａ変換器を経て生成さ
れたアナログ形式の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズは、その
後しばらくは、任意の一周期において取得されるビート
信号に重畳されているＦＭ−ＡＭ変換ノイズと実質的に
同じものといえる。したがって、このアナログ形式の合
成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを引き算回路で後続のビート信
号から除去すれば、実質的にＦＭ−ＡＭ変換ノイズを含
まないビート信号を取得できる。[0009] The FM-AM conversion noise does not change significantly every modulation period. In other words, the synthesized FM-AM conversion noise in the analog format generated through the noise extraction unit, the noise synthesis unit, and the D / A converter is superimposed on a beat signal acquired in an arbitrary period for a while after that. This can be said to be substantially the same as the FM-AM conversion noise. Therefore, if the analog FM-AM conversion noise in the analog format is removed from the subsequent beat signal by the subtraction circuit, a beat signal substantially not including the FM-AM conversion noise can be obtained.
【００１０】なお、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジ
を、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを含まないビート信号振幅に
合わせて設定している場合、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを含
むビート信号がＡ／Ｄ変換器に最初に入力される時点で
は、その入力信号はＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジ
を飽和してしまう。したがって、ノイズ抽出手段で抽出
される当初の素子アンテナ別ＦＭ−ＡＭ変換ノイズは本
来のノイズレベルよりも低い値を示し、結果として、Ｄ
／Ａ変換器で生成される合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズも本
来のレベルよりも低くなる。しかし、引き算手段におい
て繰り返し合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズの引き算を行うこ
とにより、徐々にＦＭ−ＡＭ変換ノイズを低下させるこ
とができるので、複数回の引き算処理を重ねれば、ＦＭ
−ＡＭ変換ノイズをほぼ完全に除去することができる。
したがって、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを、Ｆ
Ｍ−ＡＭ変換ノイズを含まないビート信号振幅に合わせ
て狭く設定しても、飽和なくＡ／Ｄ変換を行うことが可
能となる。[0010] When the dynamic range of the A / D converter is set according to the beat signal amplitude not including the FM-AM conversion noise, the beat signal including the FM-AM conversion noise is converted to the A / D converter. At the first input to the A / D converter, the input signal saturates the dynamic range of the A / D converter. Therefore, the initial FM-AM conversion noise for each element antenna extracted by the noise extraction means shows a value lower than the original noise level, and as a result, D
The combined FM-AM conversion noise generated by the / A converter is also lower than the original level. However, it is possible to gradually reduce the FM-AM conversion noise by repeatedly subtracting the combined FM-AM conversion noise in the subtraction means.
-The AM conversion noise can be almost completely removed.
Therefore, the dynamic range of the A / D converter is set to F
A / D conversion can be performed without saturation even if the width is set to be narrow according to the beat signal amplitude that does not include M-AM conversion noise.
【００１１】ノイズ抽出手段の具体例としては、デジタ
ルローパスフィルタが考えられる。また、デジタルロー
パスフィルタから出力されたデジタル形式のＦＭ−ＡＭ
変換ノイズに揺らぎが残る場合があるので、この揺らぎ
を除去するための平滑手段を設けることが望ましい。A specific example of the noise extracting means is a digital low-pass filter. Also, a digital FM-AM output from a digital low-pass filter
Since fluctuation may remain in the conversion noise, it is desirable to provide a smoothing unit for removing the fluctuation.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
ＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
このＦＭ−ＣＷレーダ装置は、複数の素子アンテナから
なる受信用アレーアンテナを備え、各素子アンテナの受
信信号をデジタル演算により合成することによりアンテ
ナビームの形成および走査を行うＤＢＦレーダ装置でも
ある。つまり、各素子アンテナで受信した受信信号に対
して適当な移相処理を施して合成することにより所望の
方位にアンテナビームを形成する。そして、ビーム方位
を順にずらしてゆくことによりビーム走査を達成する。
素子アンテナ別の受信信号移相処理および合成処理はデ
ジタル演算により行われる。すなわち、ディジタル・ビ
ーム・フォーミング（ＤＢＦ）技術を用いてアンテナビ
ームの形成および走査が電子的に行われる。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an FM-CW radar apparatus according to one embodiment of the present invention.
This FM-CW radar device is also a DBF radar device that includes a receiving array antenna composed of a plurality of element antennas, and forms an antenna beam and scans by combining received signals of the element antennas by digital operation. In other words, an antenna beam is formed in a desired direction by subjecting the received signals received by each element antenna to an appropriate phase shift process and combining the signals. The beam scanning is achieved by sequentially shifting the beam directions.
The received signal phase shift processing and the synthesis processing for each element antenna are performed by digital operation. That is, the formation and scanning of the antenna beam are performed electronically using digital beam forming (DBF) technology.
【００１３】このＦＭ−ＣＷレーダ装置は送信部１およ
び受信部２を備える。送信部１は、中心周波数がｆ０
（たとえば７６ＧＨｚ）の電圧制御型発振器（ＶＣＯ）
１１と、バッファアンプ１２と、送信アンテナ１３と、
ＲＦアンプ１４と、分配器１５とを備えている。ＶＣＯ
１１は、図示省略した変調制御手段から出力される制御
電圧によって、ｆ０±ΔＦ／２の三角波周波数変調され
た被変調波（送信信号）を出力する。周波数変調幅ΔＦ
は例えば１００ＭＨｚ程度であり、変調周波数（三角波
の周波数）は一例として数百Ｈｚ程度である。被変調波
はバッファアンプ１２で増幅され、送信アンテナ１３か
ら電磁波として広範囲に放射される。なお、分配器１５
で分波された送信信号の一部はＲＦアンプ１４で増幅さ
れ受信検波用のローカル信号として出力される。This FM-CW radar device has a transmitting unit 1 and a receiving unit 2. The transmitting unit 1 has a center frequency f0
(Eg, 76 GHz) voltage controlled oscillator (VCO)
11, a buffer amplifier 12, a transmission antenna 13,
An RF amplifier 14 and a distributor 15 are provided. VCO
Reference numeral 11 outputs a modulated wave (transmission signal) that has been subjected to triangular wave frequency modulation of f0 ± ΔF / 2 by a control voltage output from a modulation control unit (not shown). Frequency modulation width ΔF
Is, for example, about 100 MHz, and the modulation frequency (frequency of the triangular wave) is, for example, about several hundred Hz. The modulated wave is amplified by the buffer amplifier 12 and is radiated from the transmission antenna 13 over a wide range as an electromagnetic wave. The distributor 15
A part of the transmission signal demultiplexed by the above is amplified by the RF amplifier 14 and output as a local signal for reception detection.
【００１４】受信部２は、受信用アレーアンテナ２１、
切換スイッチ２２、ＲＦアンプ２３、ミキサ２４、アン
プ２５、フィルタ２６、引き算回路２７、Ａ／Ｄ変換器
２８、デジタル信号処理部２９、Ｄ／Ａ変換器３０およ
びスイッチコントローラ３１を備えている。The receiving section 2 includes a receiving array antenna 21,
A changeover switch 22, an RF amplifier 23, a mixer 24, an amplifier 25, a filter 26, a subtraction circuit 27, an A / D converter 28, a digital signal processing unit 29, a D / A converter 30, and a switch controller 31 are provided.
【００１５】受信用アレーアンテナ２１は３個の素子ア
ンテナを備え、各素子アンテナは切換スイッチ２２の固
定端子に接続されている。この例では簡単のために素子
アンテナ数を３個としたが、アンテナビームの生成精度
を高めるためには、素子アンテナ数は大きいほど好まし
い。車載用レーダ装置として利用する場合には、配置ス
ペースの制約等もあるので、１０個前後が平均的であ
る。The receiving array antenna 21 has three element antennas, and each element antenna is connected to a fixed terminal of the changeover switch 22. In this example, the number of element antennas is set to three for simplicity. However, in order to increase the accuracy of antenna beam generation, the larger the number of element antennas, the better. When used as an on-vehicle radar device, there are restrictions on the arrangement space and the like, so that around 10 are average.
【００１６】切換スイッチ２２は、素子アンテナと同数
の固定端子とこれらのいずれかと選択的に接続される一
つの可動端子とを備えている。切り換え動作は切換スイ
ッチコントローラ３１からの切換信号に基づいて行わ
れ、３つの固定端子のいずれかと可動端子とが周期的に
数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高速で切り換えられる。The changeover switch 22 has the same number of fixed terminals as the element antennas and one movable terminal selectively connected to any one of them. The switching operation is performed based on a switching signal from the switch controller 31, and one of the three fixed terminals and the movable terminal are periodically switched at a high speed of several MHz to several hundred MHz.
【００１７】切換スイッチ２２により周期的に素子アン
テナの接続が切り換えられることにより可動端子から一
系列になって出力される受信信号は、ＲＦアンプ２３で
増幅されミキサ２４に入力される。ミキサ２４は、一系
列になった受信信号を送信信号とミキシングしてダウン
コンバートし、数十から数百ＫＨｚ程度の周波数を持つ
ビート信号を生成する。Received signals output in a series from the movable terminals by periodically switching the connection of the element antennas by the changeover switch 22 are amplified by the RF amplifier 23 and input to the mixer 24. The mixer 24 mixes a series of received signals with a transmission signal and down-converts it to generate a beat signal having a frequency of about several tens to several hundreds KHz.
【００１８】このビート信号はアンプ２５で増幅されフ
ィルタ２６でＦＭ−ＡＭ変換ノイズ以外の各種のノイズ
が除去される。フィルタ２６から出力されたビート信号
は引き算回路２７に入力され、後述するデジタル信号処
理部２９およびＤ／Ａ変換器３０で生成されたアナログ
形式の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズが引き算される。これ
により、ビート信号から実質的にＦＭ−ＡＭ変換ノイズ
が除去される。ＦＭ−ＡＭ変換ノイズが除去されたビー
ト信号は、Ａ／Ｄ変換器２８でデジタルビート信号に変
換されてデジタル信号処理部２９に入力される。The beat signal is amplified by an amplifier 25, and various noises other than FM-AM conversion noise are removed by a filter 26. The beat signal output from the filter 26 is input to a subtraction circuit 27, where the analog-format synthesized FM-AM conversion noise generated by a digital signal processing unit 29 and a D / A converter 30, which will be described later, is subtracted. Thereby, the FM-AM conversion noise is substantially removed from the beat signal. The beat signal from which the FM-AM conversion noise has been removed is converted into a digital beat signal by the A / D converter 28 and input to the digital signal processing unit 29.
【００１９】デジタル信号処理部２９では、一系列のデ
ジタルビート信号を切換信号に同期した切換スイッチコ
ントローラ３１からの信号に基づいて、素子アンテナ別
のデジタルビート信号に変換し、これを一時的に記憶す
る。このようにして得られた素子アンテナ別デジタルビ
ート信号に対して種々の処理を施してターゲット情報す
なわちターゲットの距離、相対速度、方位、幅等を取得
する。The digital signal processor 29 converts a digital beat signal of one series into a digital beat signal for each element antenna based on a signal from the changeover switch controller 31 synchronized with the changeover signal, and temporarily stores the digital beat signal. I do. The digital beat signal for each element antenna obtained in this manner is subjected to various processes to obtain target information, that is, the distance, relative speed, azimuth, width, and the like of the target.
【００２０】距離および相対速度については通常のＦＭ
−ＣＷレーダ装置の探知原理により取得する。すなわ
ち、変調サイクルのアップ区間およびダウン区間のビー
ト周波数ｆｂ１およびｆｂ２を次式（１）（２）に代入
してターゲットの相対速度が零のときのビート周波数ｆ
ｒおよび相対速度に基づくドップラ周波数ｆｄを求め、
ｆｒおよびｆｄを次式（３）（４）に代入してターゲッ
トの距離Ｒと速度Ｖを求める。For the distance and the relative speed, a normal FM
-Acquired by the detection principle of the CW radar device. That is, the beat frequencies fb1 and fb2 in the up and down sections of the modulation cycle are substituted into the following equations (1) and (2), and the beat frequency f when the relative speed of the target is zero is obtained.
determining the Doppler frequency fd based on r and the relative velocity,
The distance R and the velocity V of the target are obtained by substituting fr and fd into the following equations (3) and (4).
【００２１】 ｆｒ＝（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２ …（１） ｆｄ＝（ｆｂ２−ｆｂ１）／２ …（２） Ｒ＝（Ｃ／（４・ΔＦ・ｆｍ））・ｆｒ …（３） Ｖ＝（Ｃ／（２・ｆ０））・ｆｄ …（４） ここに、Ｃは光の速度である。Fr = (fb1 + fb2) / 2 (1) fd = (fb2-fb1) / 2 (2) R = (C / (4 · ΔF · fm)) · fr (3) V = (C) / (2 · f0)) · fd (4) where C is the speed of light.
【００２２】また、方位については、ＤＢＦ技術による
アンテナビームの電子走査により取得する。The azimuth is obtained by electronic scanning of the antenna beam by the DBF technique.
【００２３】デジタル信号処理部２９はターゲット検出
手段として機能する他に、ノイズ抽出手段およびノイズ
合成手段としても機能する。ここに、ノイズ抽出手段と
は、ビート信号に重畳された送信部１の周波数変調動作
に起因するＦＭ−ＡＭ変換ノイズを素子アンテナ別デジ
タルビート信号から素子アンテナ別にデジタル形式で抽
出する手段である。また、ノイズ合成手段とは、ノイズ
抽出手段で抽出されたデジタル形式の素子アンテナ別Ｆ
Ｍ−ＡＭ変換ノイズを切換スイッチ２２の切り換えタイ
ミングおよび切り換え順に従ってサンプリングすること
により一系列の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズをデジタル形
式で生成する手段である。The digital signal processor 29 functions not only as a target detecting means but also as a noise extracting means and a noise synthesizing means. Here, the noise extracting means is means for extracting FM-AM conversion noise superimposed on the beat signal due to the frequency modulation operation of the transmitting unit 1 from the digital beat signal for each element antenna in a digital form for each element antenna. In addition, the noise synthesizing means refers to a digital element element antenna F extracted by the noise extracting means.
This is a means for generating a series of combined FM-AM conversion noise in digital form by sampling the M-AM conversion noise in accordance with the switching timing and switching order of the changeover switch 22.
【００２４】ノイズ抽出手段で生成されたデジタル形式
の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズは、Ｄ／Ａ変換器３０によ
ってアナログ形式の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズに変換さ
れ、引き算回路２７においてビート信号から引き算され
る。The digital-format synthesized FM-AM conversion noise generated by the noise extracting means is converted by the D / A converter 30 into analog-format synthesized FM-AM conversion noise, and is subtracted from the beat signal by the subtraction circuit 27. You.
【００２５】図２は本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置
の動作タイミングを示すタイミングチャートであり、波
形４０および４１は送信信号の三角波変調を示してい
る。ＤＢＦ合成計算等を含むターゲット検出処理のため
の１演算周期は１００ｍｓ程度であり、１演算周期の先
頭において三角波変調の１周期分のビート信号を取り込
みＡ／Ｄ変換する。三角波変調の変調周波数は数百Ｈｚ
であり、したがって、たとえば１周期は数ｍｓ程度であ
る。FIG. 2 is a timing chart showing the operation timing of the FM-CW radar apparatus according to the present embodiment, and waveforms 40 and 41 show triangular wave modulation of a transmission signal. One operation cycle for target detection processing including DBF synthesis calculation and the like is about 100 ms. At the beginning of one operation cycle, a beat signal for one cycle of triangular wave modulation is taken and A / D converted. Modulation frequency of triangular wave modulation is several hundred Hz
Therefore, for example, one cycle is about several ms.
【００２６】図３はビート信号の一例を示すものであ
り、横軸に時間、縦軸に電圧をとっている。図３（ａ）
〜図３（ｃ）はそれぞれ各素子アンテナで受信した受信
信号を個別に送信信号とミキシングしたと仮定した場合
のビート信号であり、図３（ｄ）は、切換スイッチ２２
によって一系列に変換された受信信号を送信信号とミキ
シングしたときのビート信号である。FIG. 3 shows an example of a beat signal, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage. FIG. 3 (a)
3C show beat signals when it is assumed that the received signals received by the respective element antennas are individually mixed with the transmission signals, and FIG. 3D shows the changeover switch 22.
This is a beat signal when the received signal converted into a series by the above is mixed with the transmitted signal.
【００２７】区間５０は、図２の波形４０あるいは４１
に相当する三角波変調の１周期分に相当し、左半分が周
波数増加区間（アップ区間）、右半分が周波数減少区間
（ダウン区間）となっている。この１周期における第１
素子アンテナのビート信号は、図３（ａ）に示すよう
に、アップ区間においてビート信号の包絡線は比較的高
い電圧で直線的に単調減少し、ダウン区間において直線
的に単調増加している。このような三角波変調の変調周
期に同期した低周波成分がＦＭ−ＡＭ変換ノイズ（三角
波ノイズ）である。ＦＭ−ＡＭ変換ノイズは素子アンテ
ナ毎に異なっており、第２素子アンテナのビート信号お
よび第３素子アンテナのビート信号は、この例ではそれ
ぞれ図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、アップ
区間において単調増加しダウン区間において単調減少し
ている。The section 50 corresponds to the waveform 40 or 41 in FIG.
The left half is a frequency increase section (up section) and the right half is a frequency decrease section (down section). The first in this one cycle
In the beat signal of the element antenna, as shown in FIG. 3A, the envelope of the beat signal linearly and monotonically decreases at a relatively high voltage in the up period and linearly increases in the down period. Such a low frequency component synchronized with the modulation cycle of the triangular wave modulation is FM-AM conversion noise (triangular wave noise). The FM-AM conversion noise differs for each element antenna. In this example, the beat signal of the second element antenna and the beat signal of the third element antenna are, as shown in FIGS. 3B and 3C, respectively. , Monotonically increase in the up section and monotonically decrease in the down section.
【００２８】もしＦＭ−ＡＭ変換ノイズが重畳されてい
なければ、素子アンテナ別の各ビート信号の包絡線は、
いずれもほぼ同じ電圧レベルで水平になっている。しか
し、実際には素子アンテナ別の各ビート信号は、図３
（ａ）〜図３（ｃ）に示されているようにＦＭ−ＡＭ変
換ノイズが重畳されているのである。したがって、ミキ
サ２４から出力される切り換えビート信号は図３（ｄ）
に示すような波形となる。図３（ｄ）において、垂直に
引かれた縞状の直線群は、ビート信号の切り換えの様子
を模式化して示したものである。If the FM-AM conversion noise is not superimposed, the envelope of each beat signal for each element antenna is:
Both are horizontal at approximately the same voltage level. However, actually, each beat signal for each element antenna is shown in FIG.
As shown in FIGS. 3A to 3C, FM-AM conversion noise is superimposed. Therefore, the switching beat signal output from the mixer 24 is as shown in FIG.
The waveform is as shown in FIG. In FIG. 3D, a group of stripes drawn in a vertical direction schematically shows how the beat signal is switched.
【００２９】つぎに、このようなＦＭ−ＡＭ変換ノイズ
の除去手順を説明する。引き算回路２７では、デジタル
信号処理部２９で生成されＤ／Ａ変換器３０でアナログ
形式に変換された合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを減算する
のだが、最初の演算周期における合成ＦＭ−ＡＭ変換ノ
イズは零であるため、図３（ｄ）に示すようなＦＭ−Ａ
Ｍ変換ノイズが重畳されたままの切り換えビート信号が
出力される。この切り換えビート信号はＡ／Ｄ変換器２
８でデジタル信号に変換されデジタル信号処理部２９に
入力される。Next, a procedure for removing such FM-AM conversion noise will be described. The subtraction circuit 27 subtracts the combined FM-AM conversion noise generated by the digital signal processing unit 29 and converted to the analog form by the D / A converter 30, but the combined FM-AM conversion noise in the first operation cycle is Since it is zero, FM-A as shown in FIG.
A switching beat signal with the M conversion noise superimposed is output. This switching beat signal is supplied to the A / D converter 2
The digital signal is converted into a digital signal at 8 and input to the digital signal processing unit 29.
【００３０】図４はデジタル信号処理部２９内でなされ
る合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズの生成手順を示すものであ
り、各波形６０、７１〜７３、８１〜８３、９１〜９３
および１００は、アップ区間の信号波形を示している。
波形６０は、デジタル信号処理部２９に入力されたデジ
タルビート信号のうちのアップ区間を示している。この
信号はスイッチコントローラ３１の切換信号に同期した
信号を用いて、第１素子アンテナのデジタルビート信号
７１、第２素子アンテナのデジタルビート信号７２、第
３素子アンテナのデジタルビート信号７３に分離され
る。FIG. 4 shows a procedure for generating the synthesized FM-AM conversion noise performed in the digital signal processing section 29. The waveforms 60, 71-73, 81-83, 91-93 are shown.
And 100 show signal waveforms in the up section.
The waveform 60 indicates an up section of the digital beat signal input to the digital signal processing unit 29. This signal is separated into a digital beat signal 71 of the first element antenna, a digital beat signal 72 of the second element antenna, and a digital beat signal 73 of the third element antenna using a signal synchronized with the switching signal of the switch controller 31. .
【００３１】つぎに、各デジタルビート信号７１〜７３
に対して、デジタルローパスフィルタを掛けることによ
りビート信号レベルを低下させて、ＦＭ−ＡＭ変換ノイ
ズ８１〜８３を抽出する。デジタルローパスフィルタに
てＦＭ−ＡＭ変換ノイズを抽出する場合、カットオフ周
波数を下げすぎると、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズ（三角波ノ
イズ）自体が鈍ったり減衰したりするため、カットオフ
周波数をある程度高めに設定せざるを得ない。その結
果、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズだけでなくビート信号もある
程度残るため、揺らぎのあるノイズ抽出となる。Next, each digital beat signal 71-73
, A beat signal level is reduced by applying a digital low-pass filter, and FM-AM conversion noises 81 to 83 are extracted. When extracting FM-AM conversion noise using a digital low-pass filter, if the cutoff frequency is too low, the FM-AM conversion noise (triangular wave noise) itself becomes dull or attenuated. I have to do it. As a result, not only the FM-AM conversion noise but also a beat signal remains to some extent, so that noise with fluctuations is extracted.
【００３２】そこで、抽出されたＦＭ−ＡＭ変換ノイズ
８１〜８３から近似直線を求めて揺らぎのない平滑なＦ
Ｍ−ＡＭ変換ノイズ９１〜９３を作り出す。なお、本実
施形態のように周波数変調が直線的に単調増加と単調減
少を繰り返す三角波変調である場合には通常は直線近似
を求めることになるが、変調方法等によっては曲線近似
する必要がある場合も考えられる。Then, an approximate straight line is obtained from the extracted FM-AM conversion noises 81 to 83 to obtain a smooth F-AM without fluctuation.
It produces M-AM conversion noise 91-93. In the case where the frequency modulation is a triangular wave modulation in which linearly increasing and decreasing monotonically linearly as in the present embodiment, a linear approximation is normally obtained, but a curve approximation may be required depending on a modulation method or the like. It is possible.
【００３３】このようにして求めた素子アンテナ別のＦ
Ｍ−ＡＭ変換ノイズ９１〜９３を切換スイッチ２２の切
り換えタイミングおよび切り換え順に従ってサンプリン
グして、一系列の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズ１００を生
成する。この合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズ１００はデジタ
ル形式のままなので、これをＤ／Ａ変換器３０に送って
アナログ形式に変換し、次の演算周期において取得した
ビート信号から減算する。F obtained for each element antenna obtained in this manner
The M-AM conversion noises 91 to 93 are sampled in accordance with the switching timing and switching order of the changeover switch 22 to generate a series of combined FM-AM conversion noises 100. Since the synthesized FM-AM conversion noise 100 remains in the digital format, it is sent to the D / A converter 30 to be converted into the analog format, and is subtracted from the beat signal acquired in the next operation cycle.
【００３４】次回の演算周期の際には、引き算回路２７
において合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズの引き算が行われる
ので、Ａ／Ｄ変換器２８ではほぼビート信号だけの状態
でＡ／Ｄ変換することが可能となる。In the next operation cycle, the subtraction circuit 27
, The subtraction of the combined FM-AM conversion noise is performed, so that the A / D converter 28 can perform the A / D conversion with almost only the beat signal.
【００３５】なお、上記の説明では、説明を簡単にする
ために、初回の演算周期においてもＡ／Ｄ変換入力が飽
和しないものと仮定し、一回でＦＭ−ＡＭ変換ノイズの
抽出を達成している。しかし、本願発明の目的からＡ／
Ｄ変換器２８のダイナミックレンジはビート信号だけで
使い切るように狭く設定されているので、一回のノイズ
引き算処理でビート信号からＦＭ−ＡＭ変換ノイズを除
去できない。つまり、このようなダイナミックレンジの
狭いＡ／Ｄ変換器を用いた場合には、初回の演算周期に
おいて取得したビート信号はＦＭ−ＡＭ変換ノイズを含
んだままＡ／Ｄ変換器２８に入力されるので飽和し、後
段で取得するＦＭ−ＡＭ変換ノイズレベルも低くなって
しまう。In the above description, for the sake of simplicity, it is assumed that the A / D conversion input is not saturated even in the first calculation cycle, and the FM-AM conversion noise is extracted only once. ing. However, for the purpose of the present invention, A /
Since the dynamic range of the D converter 28 is set narrow so as to use up only the beat signal, the FM-AM conversion noise cannot be removed from the beat signal by a single noise subtraction process. That is, when such an A / D converter having a narrow dynamic range is used, the beat signal acquired in the first calculation cycle is input to the A / D converter 28 while containing the FM-AM conversion noise. Therefore, the saturation occurs, and the FM-AM conversion noise level acquired in the subsequent stage also becomes low.
【００３６】しかし、この問題は、演算周期毎に引き算
回路２７での減算を繰り返すことにより、ノイズ成分の
差分という形でノイズ抽出が行われ、徐々にＦＭ−ＡＭ
変換ノイズレベルを低下させることができるので、いず
れは飽和なくＡ／Ｄ変換することが可能となる。However, this problem is caused by repeating the subtraction in the subtraction circuit 27 for each operation cycle, whereby noise is extracted in the form of a noise component difference, and the FM-AM is gradually extracted.
Since the conversion noise level can be reduced, A / D conversion can eventually be performed without saturation.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上のように本発明のＦＭ−ＣＷレーダ
装置によれば、ビート信号をＡ／Ｄ変換器に入力する前
にＦＭ−ＡＭ変換ノイズを実質的に除去するので、Ａ／
Ｄ変換器のダイナミックレンジをビート信号のために有
効に利用することができ、ビート信号のＳ／Ｎの向上を
図ることができる。As described above, according to the FM-CW radar apparatus of the present invention, the FM-AM conversion noise is substantially removed before the beat signal is input to the A / D converter.
The dynamic range of the D converter can be effectively used for the beat signal, and the S / N of the beat signal can be improved.
【図１】本発明の一実施形態であるＦＭ−ＣＷレーダ装
置の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an FM-CW radar device according to an embodiment of the present invention.
【図２】変調周期と演算周期との関係を示すタイミング
チャート。FIG. 2 is a timing chart showing a relationship between a modulation cycle and a calculation cycle.
【図３】ＦＭ−ＡＭ変換ノイズが重畳されたビート信号
を示す波形図。FIG. 3 is a waveform diagram showing a beat signal on which FM-AM conversion noise is superimposed.
【図４】ＦＭ−ＡＭ変換ノイズ抽出過程を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an FM-AM conversion noise extraction process.
１…送信部、２…受信部、２１…受信用アレーアンテ
ナ、２２…切換スイッチ、２４…ミキサ、２７…引き算
回路、２８…Ａ／Ｄ変換器、２９…デジタル信号処理
部、３０…Ｄ／Ａ変換器、３１…スイッチコントロー
ラ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmission part, 2 ... Reception part, 21 ... Reception array antenna, 22 ... Changeover switch, 24 ... Mixer, 27 ... Subtraction circuit, 28 ... A / D converter, 29 ... Digital signal processing part, 30 ... D / A converter, 31 ... Switch controller.
Claims (3)
号を送信する送信部と、複数の素子アンテナを備えた受
信用アレーアンテナと、前記各素子アンテナとの接続が
周期的に高速で切り換えられる切換スイッチと、前記切
換スイッチで周期的に切り換えられて一系列に多重化さ
れた前記各素子アンテナで受信した受信信号に前記送信
信号をミキシングしてビート信号を出力するミキサと、
前記ビート信号をデジタルビート信号に変換するＡ／Ｄ
変換器と、前記デジタルビート信号を前記素子アンテナ
別のデジタルビート信号に分離した後に所定の信号処理
を施してターゲット検出を行う信号処理部とを備えたＦ
Ｍ−ＣＷレーダ装置において、 前記ビート信号に重畳された前記送信部の周波数変調動
作に起因するＦＭ−ＡＭ変換ノイズを、前記素子アンテ
ナ別デジタルビート信号から素子アンテナ別にデジタル
形式で抽出するノイズ抽出手段と、 前記ノイズ抽出手段で抽出されたデジタル形式の素子ア
ンテナ別ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを前記切換スイッチの切
り換えタイミングおよび切り換え順に従ってサンプリン
グすることにより一系列の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを
デジタル形式で生成するノイズ合成手段と、 前記デジタル形式の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズをアナロ
グ形式の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズに変換するＤ／Ａ変
換器と、 前記アナログ形式の合成ＦＭ−ＡＭ変換ノイズを前記ビ
ート信号から引き算する引き算手段とを備えたことを特
徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。1. A transmitting unit for transmitting a transmission signal which is a continuous wave subjected to frequency modulation, a receiving array antenna having a plurality of element antennas, and connection between each of the element antennas is periodically and rapidly performed. A changeover switch that is switched, a mixer that mixes the transmission signal with a reception signal received by each of the element antennas that are periodically switched by the changeover switch and that are multiplexed in one series, and outputs a beat signal;
A / D for converting the beat signal into a digital beat signal
And a signal processing unit which performs predetermined signal processing after separating the digital beat signal into digital beat signals for the respective element antennas and performs target detection.
In the M-CW radar device, a noise extraction unit that extracts FM-AM conversion noise superimposed on the beat signal due to a frequency modulation operation of the transmission unit from the digital beat signal for each element antenna in a digital format for each element antenna. Generating a series of combined FM-AM conversion noise in digital form by sampling the digital-format FM-AM conversion noise for each element antenna extracted by the noise extraction means in accordance with the switching timing and switching order of the changeover switch. A D / A converter that converts the digital-format synthesized FM-AM conversion noise into an analog-format synthesized FM-AM conversion noise; and a beat signal that converts the analog-format synthesized FM-AM conversion noise into the beat signal. And subtraction means for subtracting from FM-CW radar device.
ィルタであることを特徴とする請求項１に記載のＦＭ−
ＣＷレーダ装置。2. The FM-filter according to claim 1, wherein said noise extracting means is a digital low-pass filter.
CW radar device.
れるＦＭ−ＡＭ変換ノイズを平滑化する平滑手段をさら
に備え、前記Ｄ／Ａ変換器に平滑化されたデジタル形式
のＦＭ−ＡＭ変換ノイズを入力することを特徴とする請
求項１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。3. A smoothing means for smoothing FM-AM conversion noise output from the digital low-pass filter, and inputs the smoothed digital FM-AM conversion noise to the D / A converter. The FM-CW radar device according to claim 1, wherein:
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