JP2002372580A - Fm−cwレーダ装置 - Google Patents
Fm−cwレーダ装置Info
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- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
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- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
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- G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S13/583—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
- G01S13/584—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
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- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 周波数上昇変調および周波数下降変調による
物体の距離および速度の計測手段を適用しながら、物理
的な計測時間を半減させたFM−CWレーダ装置を得
る。 【解決手段】 周波数上昇方向の第1のFM変調波と周
波数下降方向の第2のFM変調波とを個別に発生させて
同時に送信する送信手段1〜8と、第1および第2のF
M変調波の物体9からの反射波を受信する受信手段10
と、反射波と第1および第2のFM変調波との第1およ
び第2のビ−ト信号を分離して検出するビート信号検出
手段11〜15と、第1および第2のビ−ト信号の周波
数成分を解析して物体の距離および速度を測定する解析
装置とを備えた。
物体の距離および速度の計測手段を適用しながら、物理
的な計測時間を半減させたFM−CWレーダ装置を得
る。 【解決手段】 周波数上昇方向の第1のFM変調波と周
波数下降方向の第2のFM変調波とを個別に発生させて
同時に送信する送信手段1〜8と、第1および第2のF
M変調波の物体9からの反射波を受信する受信手段10
と、反射波と第1および第2のFM変調波との第1およ
び第2のビ−ト信号を分離して検出するビート信号検出
手段11〜15と、第1および第2のビ−ト信号の周波
数成分を解析して物体の距離および速度を測定する解析
装置とを備えた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、道路上の物体
(障害物や走行車両)を検出するために自動車に搭載さ
れたり道路施設に設置されるレーダ装置であって、FM
変調された送信波の物体からの反射波によるビート信号
を検出し、ビート信号の周波数成分を解析して物体の距
離および速度を算出するFM−CWレーダ装置に関し、
特に周波数上昇方向のFM変調波と周波数下降方向のF
M変調波とを同時に送信して各変調波に対するビート周
波数成分を解析することにより、物体検出に要する観測
時間を半減させたFM−CWレーダ装置に関するもので
ある。
(障害物や走行車両)を検出するために自動車に搭載さ
れたり道路施設に設置されるレーダ装置であって、FM
変調された送信波の物体からの反射波によるビート信号
を検出し、ビート信号の周波数成分を解析して物体の距
離および速度を算出するFM−CWレーダ装置に関し、
特に周波数上昇方向のFM変調波と周波数下降方向のF
M変調波とを同時に送信して各変調波に対するビート周
波数成分を解析することにより、物体検出に要する観測
時間を半減させたFM−CWレーダ装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】一般に、自動車用レーダ装置としては、
たとえば特開昭63−275976号公報(特許公報第
2550574号)などに参照されるように、FM−C
W方式のレーダ装置が広く知られている。
たとえば特開昭63−275976号公報(特許公報第
2550574号)などに参照されるように、FM−C
W方式のレーダ装置が広く知られている。
【0003】図7および図8は従来のFM−CWレーダ
装置の原理を示す説明図であり、図7は静止物体に信号
を送信した場合の受信周波数およびビート周波数の変化
を示し、図8は移動物体に信号を送信した場合の受信周
波数およびビート周波数の変化を示している。
装置の原理を示す説明図であり、図7は静止物体に信号
を送信した場合の受信周波数およびビート周波数の変化
を示し、図8は移動物体に信号を送信した場合の受信周
波数およびビート周波数の変化を示している。
【0004】各図においては、検出対象となる物体(タ
ーゲット)への送信信号の送信周波数と、物体により反
射されて受信される受信周波数と、周波数上昇(アッ
プ)変調時および周波数下降(ダウン)変調時の各ビー
ト周波数fbu、fbdとが、それぞれ時間tに対する
関係として波形で示されている。
ーゲット)への送信信号の送信周波数と、物体により反
射されて受信される受信周波数と、周波数上昇(アッ
プ)変調時および周波数下降(ダウン)変調時の各ビー
ト周波数fbu、fbdとが、それぞれ時間tに対する
関係として波形で示されている。
【0005】図7において、中心周波数f0の搬送波
(FM変調波)は、三角波状に繰り返し変化されたFM
変調により送信される。図7内の実線三角波は、送信信
号の周波数と時間tとの関係を示し、破線三角波は、た
とえば距離Rに位置する物体から反射されて受信される
受信信号と時間tとの関係を示し、送信から反射信号の
受信までの時間分遅れている。
(FM変調波)は、三角波状に繰り返し変化されたFM
変調により送信される。図7内の実線三角波は、送信信
号の周波数と時間tとの関係を示し、破線三角波は、た
とえば距離Rに位置する物体から反射されて受信される
受信信号と時間tとの関係を示し、送信から反射信号の
受信までの時間分遅れている。
【0006】ここで、送信信号と受信信号との周波数差
からなるビート信号の上昇変調時および下降変調時での
周波数を、それぞれ、fbuおよびfbdとすると、各
ビート周波数fbuおよびfbdは、以下の(1)式で
表される。
からなるビート信号の上昇変調時および下降変調時での
周波数を、それぞれ、fbuおよびfbdとすると、各
ビート周波数fbuおよびfbdは、以下の(1)式で
表される。
【0007】 fbu=−fr fbd=fr ・・・(1)
【0008】ただし、(1)式において、frは距離R
に位置する静止物体からの反射信号によるビート周波数
であり、FM変調波の繰り返し周波数fm、FM変調波
の周波数変移幅ΔFおよび光速cを用いて、以下の
(2)式で与えられる。
に位置する静止物体からの反射信号によるビート周波数
であり、FM変調波の繰り返し周波数fm、FM変調波
の周波数変移幅ΔFおよび光速cを用いて、以下の
(2)式で与えられる。
【0009】 fr=4×R・fm・ΔF/c ・・・(2)
【0010】(2)式より、距離Rは、以下の(3)式
のように求められる。
のように求められる。
【0011】 R=fr・c/(4×fm・ΔF) ・・・(3)
【0012】一方、物体が移動している場合には、ドッ
プラー効果により、送信信号および受信信号の時間に対
する周波数変化は、図8のようになる。一般に、ドップ
ラー周波数fvは、以下の(4)式により与えられる。
プラー効果により、送信信号および受信信号の時間に対
する周波数変化は、図8のようになる。一般に、ドップ
ラー周波数fvは、以下の(4)式により与えられる。
【0013】fv=2×vr・f0/c ・・・(4)
【0014】ただし、(4)式において、vrは物体の
速度であり、物体の速度vrは、以下の(5)式で求め
られる。
速度であり、物体の速度vrは、以下の(5)式で求め
られる。
【0015】 vr=fv・c/(2×f0) ・・・(5)
【0016】また、図8において、接近中の物体からの
反射信号によるビート周波数fbu、fbdは、以下の
(6)式のように、静止物体の場合のビート周波数にド
ップラー周波数fvを加算した値となる。
反射信号によるビート周波数fbu、fbdは、以下の
(6)式のように、静止物体の場合のビート周波数にド
ップラー周波数fvを加算した値となる。
【0017】 fbu=−fr+fv fbd=fr+fv ・・・(6)
【0018】上記(6)式より、ドップラー周波数fv
およびビート周波数frは、以下の(7)式で表され
る。
およびビート周波数frは、以下の(7)式で表され
る。
【0019】 fv=(fbd+fbu)/2 fr=(fbd−fbu)/2 ・・・(7)
【0020】(7)式を上記(3)式および(5)式に
代入することにより、物体の距離Rおよび速度vrは、
測定された各ビート周波数fbu、fbdを用いて、以
下の(8)式のように算出することができる。
代入することにより、物体の距離Rおよび速度vrは、
測定された各ビート周波数fbu、fbdを用いて、以
下の(8)式のように算出することができる。
【0021】 R=(fbd−fbu)・c/(8×fm・ΔF) vr=(fbd+fbu)・c/(4×f0) ・・・(8)
【0022】ここで、速度vrの分解能Δvは、ビート
周波数fdおよびfrの解析可能な最低周波数で決定さ
れ、FM変調波の繰り返し周波数がfmであるから、1
回の周波数上昇または下降期間(=2×fm)で決定さ
れる。すなわち、速度vrの分解能Δvは、以下の
(9)式で表される。
周波数fdおよびfrの解析可能な最低周波数で決定さ
れ、FM変調波の繰り返し周波数がfmであるから、1
回の周波数上昇または下降期間(=2×fm)で決定さ
れる。すなわち、速度vrの分解能Δvは、以下の
(9)式で表される。
【0023】Δv=fm・c/f0 ・・・(9)
【0024】一方、路上に複数の物体が存在する場合に
は、周波数上昇変調時、周波数下降変調時の各ビート信
号は、それぞれ物体の数だけ発生することになる。ここ
で、特定の物体のみを検知するためには、複数のビート
信号から該当する物体のビート信号を選別し、周波数上
昇変調時および周波数下降変調時の各ビート信号から距
離Rおよび速度vrを計算する。
は、周波数上昇変調時、周波数下降変調時の各ビート信
号は、それぞれ物体の数だけ発生することになる。ここ
で、特定の物体のみを検知するためには、複数のビート
信号から該当する物体のビート信号を選別し、周波数上
昇変調時および周波数下降変調時の各ビート信号から距
離Rおよび速度vrを計算する。
【0025】また、ビート信号の組み合わせを選別する
ためには、ビート信号の信号成分の大きさなどのデータ
を参考にすればよい。すなわち、信号レベルが同程度の
ビート信号を周波数上昇変調時および周波数下降変調時
の信号から選択して組み合わせることになる。
ためには、ビート信号の信号成分の大きさなどのデータ
を参考にすればよい。すなわち、信号レベルが同程度の
ビート信号を周波数上昇変調時および周波数下降変調時
の信号から選択して組み合わせることになる。
【0026】ところで、自動車の車間距離制御において
は、先行車両との車間距離の変化よりも、速度変化が乗
り心地に大きな影響を与えることが知られている。した
がって、先行車両との相対速度に応じてなめらかに制御
して、乗り心地を向上させるためには、相対速度を分解
能良く測定する必要がある。
は、先行車両との車間距離の変化よりも、速度変化が乗
り心地に大きな影響を与えることが知られている。した
がって、先行車両との相対速度に応じてなめらかに制御
して、乗り心地を向上させるためには、相対速度を分解
能良く測定する必要がある。
【0027】上記レーダ装置において速度vrの分解能
Δvを向上させるためには、上記のように、変調の繰り
返し周期を長く設定する必要がある。しかしながら、繰
り返し周期を長く設定すると、これに比例してデータ更
新周期が低下するので、検出の応答性が低下するという
問題が生じる。
Δvを向上させるためには、上記のように、変調の繰り
返し周期を長く設定する必要がある。しかしながら、繰
り返し周期を長く設定すると、これに比例してデータ更
新周期が低下するので、検出の応答性が低下するという
問題が生じる。
【0028】特に、自動車用レーダ装置においては、先
行車両の方向を認識するために、レーダビームを走査し
て複数方向の距離測定を行うのが一般的であり、1回の
データ更新に対し、走査方向に対応して複数回の測定を
行う必要がある。
行車両の方向を認識するために、レーダビームを走査し
て複数方向の距離測定を行うのが一般的であり、1回の
データ更新に対し、走査方向に対応して複数回の測定を
行う必要がある。
【0029】また、上述した通り、FM−CWレーダ装
置においては、アップ(上昇)変調およびダウン(下
降)変調の2回の変調期間での反射信号のビート信号を
計測して距離Rおよび速度vrを計測するので、速度v
rを測定するのに要する時間は、ドップラー計測に必要
な時間の2倍の時間が必要である。
置においては、アップ(上昇)変調およびダウン(下
降)変調の2回の変調期間での反射信号のビート信号を
計測して距離Rおよび速度vrを計測するので、速度v
rを測定するのに要する時間は、ドップラー計測に必要
な時間の2倍の時間が必要である。
【0030】たとえば、中心周波数f0(=76.5G
Hz)のレーダ装置において、相対速度0.5km/h
の分解能で測定するためには、1方向当たり、1/fm
(=c/(f0・Δv)=0.028s)の時間が必要
であり、5方向当たりでは、その5倍(=0.14s)
の時間が必要となる。
Hz)のレーダ装置において、相対速度0.5km/h
の分解能で測定するためには、1方向当たり、1/fm
(=c/(f0・Δv)=0.028s)の時間が必要
であり、5方向当たりでは、その5倍(=0.14s)
の時間が必要となる。
【0031】通常、より高精度に角度を計測したり、ま
たは、より広い範囲を計測するためには、走査の方向数
を増やす必要があり、このことは、計測時間が増すこと
になる。すなわち、1回の走査に要する時間が増えるこ
とになり、この結果、制御応答性の低下や制御性能の悪
化を招くおそれがある。
たは、より広い範囲を計測するためには、走査の方向数
を増やす必要があり、このことは、計測時間が増すこと
になる。すなわち、1回の走査に要する時間が増えるこ
とになり、この結果、制御応答性の低下や制御性能の悪
化を招くおそれがある。
【0032】たとえば、上記特開昭63−275976
号公報(特許公報第2550574号)に参照される装
置においては、一定周期で上昇および下降を繰返す上側
波帯信号および下側波帯信号を同時に送信して、反射信
号の周波数差から物体の距離Rおよび速度vrを測定し
ている。
号公報(特許公報第2550574号)に参照される装
置においては、一定周期で上昇および下降を繰返す上側
波帯信号および下側波帯信号を同時に送信して、反射信
号の周波数差から物体の距離Rおよび速度vrを測定し
ている。
【0033】上記公報記載の従来装置は、測定時間の短
縮を目的としていないが、結果として、速度を測定する
のに1回の変調で済むので、原理上は測定時間が半減さ
れる構成となっている。
縮を目的としていないが、結果として、速度を測定する
のに1回の変調で済むので、原理上は測定時間が半減さ
れる構成となっている。
【0034】しかしながら、この場合、基準発振信号
(搬送波)および周波数変調信号をアップコンバータで
ミックスし、ミックス後の上側波帯および下側波帯の信
号を、送信波ならびに反射波のビート信号抽出用のロー
カル信号としているので、基本波を抑圧して上側波帯お
よび下側波帯を完全に分離する必要がある。
(搬送波)および周波数変調信号をアップコンバータで
ミックスし、ミックス後の上側波帯および下側波帯の信
号を、送信波ならびに反射波のビート信号抽出用のロー
カル信号としているので、基本波を抑圧して上側波帯お
よび下側波帯を完全に分離する必要がある。
【0035】これに反して、自動車用レーダに用いられ
る中心周波数76GHzのミリ波帯では、占有帯域幅と
して最大1GHzまでしか許容されず、また、ミリ波帯
で急峻な遮断特性を有する実用的なフィルタを構成する
技術が確立されていない。したがって、上記公報記載の
装置は、実際には実現不可能である。
る中心周波数76GHzのミリ波帯では、占有帯域幅と
して最大1GHzまでしか許容されず、また、ミリ波帯
で急峻な遮断特性を有する実用的なフィルタを構成する
技術が確立されていない。したがって、上記公報記載の
装置は、実際には実現不可能である。
【0036】
【発明が解決しようとする課題】従来のFM−CWレー
ダ装置は以上のように、物体との相対速度を分解能良く
測定するために、変調の繰り返し周期を長く設定する
と、データ更新周期が低下して検出応答性が低下すると
いう問題点があった。
ダ装置は以上のように、物体との相対速度を分解能良く
測定するために、変調の繰り返し周期を長く設定する
と、データ更新周期が低下して検出応答性が低下すると
いう問題点があった。
【0037】また、自動車の車間距離制御に適用した場
合、乗り心地を向上させるために速度変化を抑制制御し
ようとすると、速度測定に多大な時間を要し、制御応答
性および制御性能の低下を招くという問題点があった。
合、乗り心地を向上させるために速度変化を抑制制御し
ようとすると、速度測定に多大な時間を要し、制御応答
性および制御性能の低下を招くという問題点があった。
【0038】また、特開昭63−275976号公報
(特許公報第2550574号)に記載の装置のよう
に、一定周期で上昇および下降を繰返す上側波帯信号お
よび下側波帯信号を同時に送信した場合、基本波を完全
に抑圧して上側波帯および下側波帯を完全に分離する必
要があり、自動車用レーダ装置に用いられる波帯で実現
することができないという問題点があった。
(特許公報第2550574号)に記載の装置のよう
に、一定周期で上昇および下降を繰返す上側波帯信号お
よび下側波帯信号を同時に送信した場合、基本波を完全
に抑圧して上側波帯および下側波帯を完全に分離する必
要があり、自動車用レーダ装置に用いられる波帯で実現
することができないという問題点があった。
【0039】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、周波数上昇変調および周波数下
降変調による物体の距離および速度の計測手段を適用し
ながら、物理的な計測時間を半減させたFM−CWレー
ダ装置を得ることを目的とする。
ためになされたもので、周波数上昇変調および周波数下
降変調による物体の距離および速度の計測手段を適用し
ながら、物理的な計測時間を半減させたFM−CWレー
ダ装置を得ることを目的とする。
【0040】
【課題を解決するための手段】この発明に係るFM−C
Wレーダ装置は、周波数上昇方向の第1のFM変調波と
周波数下降方向の第2のFM変調波とを個別に発生させ
て同時に送信する送信手段と、第1および第2のFM変
調波の物体からの反射波を受信する受信手段と、反射波
と第1および第2のFM変調波との第1および第2のビ
−ト信号を分離して検出するビート信号検出手段と、第
1および第2のビ−ト信号の周波数成分を解析して物体
の距離および速度を測定する解析装置とを備えたもので
ある。
Wレーダ装置は、周波数上昇方向の第1のFM変調波と
周波数下降方向の第2のFM変調波とを個別に発生させ
て同時に送信する送信手段と、第1および第2のFM変
調波の物体からの反射波を受信する受信手段と、反射波
と第1および第2のFM変調波との第1および第2のビ
−ト信号を分離して検出するビート信号検出手段と、第
1および第2のビ−ト信号の周波数成分を解析して物体
の距離および速度を測定する解析装置とを備えたもので
ある。
【0041】また、この発明に係るFM−CWレーダ装
置の第1および第2のFM変調波の周波数は、互いに交
差しないように設定されたものである。
置の第1および第2のFM変調波の周波数は、互いに交
差しないように設定されたものである。
【0042】また、この発明に係るFM−CWレーダ装
置の第1および第2のFM変調波の周波数は、第1およ
び第2のFM変調波の各中心周波数近傍で互いに交差す
るように設定されたものである。
置の第1および第2のFM変調波の周波数は、第1およ
び第2のFM変調波の各中心周波数近傍で互いに交差す
るように設定されたものである。
【0043】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、図面を参照
しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明
する。図1はこの発明の実施の形態1を示すブロック構
成図であり、図2は図1内の鋸歯状波発振器の出力電圧
波形およびその反転電圧波形を示す波形図である。
しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明
する。図1はこの発明の実施の形態1を示すブロック構
成図であり、図2は図1内の鋸歯状波発振器の出力電圧
波形およびその反転電圧波形を示す波形図である。
【0044】図3は図1内の各電圧制御発振器の入力信
号レベルと発振周波数との関係を示す説明図である。ま
た、図4は図1内の各電圧制御発振器の発振周波数、受
信信号(電波信号)の周波数およびビート信号の周波数
を示す波形図である。
号レベルと発振周波数との関係を示す説明図である。ま
た、図4は図1内の各電圧制御発振器の発振周波数、受
信信号(電波信号)の周波数およびビート信号の周波数
を示す波形図である。
【0045】図1において、鋸歯状波発振器1、反転増
幅器2、第1の電圧制御発振器3、第2の電圧制御発振
器4、第1の結合器5、第2の結合器6、電力合成器
7、送信アンテナ8、レーダ装置のターゲット(物体)
9、受信アンテナ10、電力分配器11、第1の周波数
ミクサ12、第2の周波数ミクサ13、第1のローパス
フィルタ14、第2のローパスフィルタ15が示されて
いる。
幅器2、第1の電圧制御発振器3、第2の電圧制御発振
器4、第1の結合器5、第2の結合器6、電力合成器
7、送信アンテナ8、レーダ装置のターゲット(物体)
9、受信アンテナ10、電力分配器11、第1の周波数
ミクサ12、第2の周波数ミクサ13、第1のローパス
フィルタ14、第2のローパスフィルタ15が示されて
いる。
【0046】第1の電圧制御発振器3は、鋸歯状波発振
器1に接続され、第2の電圧制御発振器4は、反転増幅
器2を介して鋸歯状波発振器1に接続されている。第1
の結合器5は、第1の電圧制御発振器3の出力の一部を
取り出し、第2の結合器6は、第2の電圧制御発振器4
の出力の一部を取り出す。
器1に接続され、第2の電圧制御発振器4は、反転増幅
器2を介して鋸歯状波発振器1に接続されている。第1
の結合器5は、第1の電圧制御発振器3の出力の一部を
取り出し、第2の結合器6は、第2の電圧制御発振器4
の出力の一部を取り出す。
【0047】電力合成器7は、第1の結合器5と第2の
結合器6との各出力を合成し、送信アンテナ8は、電力
合成器7で合成された電力を電波として放射する。受信
アンテナ10は、ターゲット9で反射された電波を受信
し、電力分配器11は、受信アンテナ10の受信電力を
2系統に分配する。
結合器6との各出力を合成し、送信アンテナ8は、電力
合成器7で合成された電力を電波として放射する。受信
アンテナ10は、ターゲット9で反射された電波を受信
し、電力分配器11は、受信アンテナ10の受信電力を
2系統に分配する。
【0048】第1の周波数ミクサ12は、電力分配器1
1で分配された受信電力と、第1の結合器5の結合電力
とを混合する。第2の周波数ミクサ13は、電力分配器
11で分配された受信電力と、第2の結合器6の結合電
力とを混合する。
1で分配された受信電力と、第1の結合器5の結合電力
とを混合する。第2の周波数ミクサ13は、電力分配器
11で分配された受信電力と、第2の結合器6の結合電
力とを混合する。
【0049】第1のローパスフィルタ14は、第1の周
波数ミクサ12の出力に接続され、第2のローパスフィ
ルタ15は、第2の周波数ミクサ13の出力に接続され
る。
波数ミクサ12の出力に接続され、第2のローパスフィ
ルタ15は、第2の周波数ミクサ13の出力に接続され
る。
【0050】第1および第2のローパスフィルタ14、
15は、ターゲット9の距離および速度などを測定する
ための解析装置(図示せず)に接続されており、解析装
置にビート信号fbuおよびfbdを入力する。
15は、ターゲット9の距離および速度などを測定する
ための解析装置(図示せず)に接続されており、解析装
置にビート信号fbuおよびfbdを入力する。
【0051】次に、図1〜図4を参照しながら、この発
明の実施の形態1によるFM−CWレーダ装置の動作に
ついて説明する。まず、鋸歯状波発振器1の出力電圧波
形Va(図2参照)は、第1の電圧制御発振器3の電圧
制御端子に入力され、反転増幅器2の出力電圧波形Vb
(出力電圧波形Vaの反転波形)は、第2の電圧制御発
振器4の電圧制御端子に入力される。
明の実施の形態1によるFM−CWレーダ装置の動作に
ついて説明する。まず、鋸歯状波発振器1の出力電圧波
形Va(図2参照)は、第1の電圧制御発振器3の電圧
制御端子に入力され、反転増幅器2の出力電圧波形Vb
(出力電圧波形Vaの反転波形)は、第2の電圧制御発
振器4の電圧制御端子に入力される。
【0052】第1および第2の電圧制御発振器3、4の
電圧制御端子に入力される信号レベルと発振周波数との
関係は、図3のようになる。
電圧制御端子に入力される信号レベルと発振周波数との
関係は、図3のようになる。
【0053】図3に示す特性から、各出力電圧波形V
a、Vb(図2参照)を各電圧制御発振器3、4に入力
すると、各電圧制御発振器3、4の発振周波数は、それ
ぞれ、図4内の実線f1およびf2のように変化する。
すなわち、第1の電圧制御発振器3の出力信号は、周波
数上昇方向の変調波となり、第2の電圧制御発振器4の
出力信号は、周波数下降方向の変調波となる。
a、Vb(図2参照)を各電圧制御発振器3、4に入力
すると、各電圧制御発振器3、4の発振周波数は、それ
ぞれ、図4内の実線f1およびf2のように変化する。
すなわち、第1の電圧制御発振器3の出力信号は、周波
数上昇方向の変調波となり、第2の電圧制御発振器4の
出力信号は、周波数下降方向の変調波となる。
【0054】各電圧制御発振器3、4の出力信号は、各
結合器5、6を通過した後、電力合成器7で合成され、
送信アンテナ8から電波として空間に放射される。空間
に放射された電波は、レーダ装置から所定距離だけ離れ
た位置に存在するターゲット9で反射され、その反射波
は、受信アンテナ10で受信される。
結合器5、6を通過した後、電力合成器7で合成され、
送信アンテナ8から電波として空間に放射される。空間
に放射された電波は、レーダ装置から所定距離だけ離れ
た位置に存在するターゲット9で反射され、その反射波
は、受信アンテナ10で受信される。
【0055】このとき、受信アンテナ10で受信された
電波は、送信アンテナ8からターゲット9に到達して受
信アンテナ10に戻るまでの時間τだけ遅れる。したが
って、受信電波の周波数は、図4内の破線fr1および
fr2のように時間τだけ遅れて変化することになる。
電波は、送信アンテナ8からターゲット9に到達して受
信アンテナ10に戻るまでの時間τだけ遅れる。したが
って、受信電波の周波数は、図4内の破線fr1および
fr2のように時間τだけ遅れて変化することになる。
【0056】受信アンテナ10で受信された電波は、電
力分配器11で等分配されて各周波数ミクサ12、13
に入力される。各周波数ミクサ12、13は、分配され
た受信電波と、各結合器5、6から供給される各電圧制
御発振器3、4の出力信号の一部とを混合して、送信周
波数と受信周波数との差信号(ビート信号)および和信
号を生成する。
力分配器11で等分配されて各周波数ミクサ12、13
に入力される。各周波数ミクサ12、13は、分配され
た受信電波と、各結合器5、6から供給される各電圧制
御発振器3、4の出力信号の一部とを混合して、送信周
波数と受信周波数との差信号(ビート信号)および和信
号を生成する。
【0057】各ローパスフィルタ14、15は、各周波
数ミクサ12、13の出力信号から、各ローパスフィル
タ14、15の通過帯域幅内の低周波ビート成分のみを
抽出して出力する。
数ミクサ12、13の出力信号から、各ローパスフィル
タ14、15の通過帯域幅内の低周波ビート成分のみを
抽出して出力する。
【0058】第1のローパスフィルタ14から出力され
るビート信号fbuは、第1の電圧制御発振器3から出
力される周波数上昇方向の変調波とその反射波との差信
号に相当し、図4のように周波数が変化する。
るビート信号fbuは、第1の電圧制御発振器3から出
力される周波数上昇方向の変調波とその反射波との差信
号に相当し、図4のように周波数が変化する。
【0059】このとき、第1の周波数ミクサ12の出力
信号には、第1の電圧制御発振器3から出力される周波
数上昇方向の変調波と、第2の電圧制御発振器4から出
力される周波数下降方向の変調波による反射信号との差
信号(ビート信号)も含まれる。
信号には、第1の電圧制御発振器3から出力される周波
数上昇方向の変調波と、第2の電圧制御発振器4から出
力される周波数下降方向の変調波による反射信号との差
信号(ビート信号)も含まれる。
【0060】しかし、第1の周波数ミクサ12の出力信
号に含まれるビート信号の周波数は、周波数上昇方向の
変調波と周波数下降方向の変調波との差にほぼ一致して
おり、非常に高いので、第1のローパスフィルタ14の
通過帯域外となり、第1のローパスフィルタ14から出
力されることはない。
号に含まれるビート信号の周波数は、周波数上昇方向の
変調波と周波数下降方向の変調波との差にほぼ一致して
おり、非常に高いので、第1のローパスフィルタ14の
通過帯域外となり、第1のローパスフィルタ14から出
力されることはない。
【0061】同様に、第2のローパスフィルタ15から
出力されるビート信号fbdは、第2の電圧制御発振器
4から出力される周波数下降方向の変調波とその反射波
との差信号に相当し、図4のように周波数が変化する。
出力されるビート信号fbdは、第2の電圧制御発振器
4から出力される周波数下降方向の変調波とその反射波
との差信号に相当し、図4のように周波数が変化する。
【0062】こうして各ローパスフィルタ14、15で
抽出されたビート信号を、それぞれサンプリングし、解
析装置においてFFT周波数解析することにより、周波
数上昇方向の変調波によるターゲット9からの反射波の
ビート周波数fbuと、周波数上昇方向の変調波による
ターゲット9からの反射波のビート周波数fbdとを同
時に検出することができる。
抽出されたビート信号を、それぞれサンプリングし、解
析装置においてFFT周波数解析することにより、周波
数上昇方向の変調波によるターゲット9からの反射波の
ビート周波数fbuと、周波数上昇方向の変調波による
ターゲット9からの反射波のビート周波数fbdとを同
時に検出することができる。
【0063】以下、従来装置の場合と同様に、ビート周
波数fbuおよびfbdから、ターゲット9の距離Rお
よび速度vrを演算で求めることができる。ただし、こ
の場合、FM変調の繰り返し周波数fmは、従来装置に
おけるFM変調の繰り返し周波数の2倍になるので、距
離Rおよび速度vrは、繰り返し周波数fmを2で除算
した値を用いて、以下の(10)式のように表される。
波数fbuおよびfbdから、ターゲット9の距離Rお
よび速度vrを演算で求めることができる。ただし、こ
の場合、FM変調の繰り返し周波数fmは、従来装置に
おけるFM変調の繰り返し周波数の2倍になるので、距
離Rおよび速度vrは、繰り返し周波数fmを2で除算
した値を用いて、以下の(10)式のように表される。
【0064】 R=(fbd−fbu)*c/8/(fm/2)/ΔF vr=(fbd+fbu)*c/4/f0 ・・・(10)
【0065】このように、個別の電圧制御発振器3、4
で発生させた周波数上昇方向の変調波と周波数下降方向
の変調波とを同時に送信して、各変調波と反射信号との
ビート信号を同時に測定し、反射信号中に含まれる周波
数上昇変調波成分による反射信号と、周波数下降変調成
分による反射信号とを分離検出することにより、各ビー
ト周波数成分を解析してターゲット9の距離Rおよび速
度vrを算出することができる。
で発生させた周波数上昇方向の変調波と周波数下降方向
の変調波とを同時に送信して、各変調波と反射信号との
ビート信号を同時に測定し、反射信号中に含まれる周波
数上昇変調波成分による反射信号と、周波数下降変調成
分による反射信号とを分離検出することにより、各ビー
ト周波数成分を解析してターゲット9の距離Rおよび速
度vrを算出することができる。
【0066】したがって、距離分解能および速度分解能
を損なうことなく、従来装置の半分の観測時間で、ター
ゲット9の距離Rおよび速度vrを計測することができ
る。
を損なうことなく、従来装置の半分の観測時間で、ター
ゲット9の距離Rおよび速度vrを計測することができ
る。
【0067】また、この実施の形態1によるレーダ装置
を用いて、自動車の衝突防止装置や車間距離制御装置を
構成すれば、従来装置に比べて半分の時間周期で自動車
制御が可能となり、より安全で高性能な装置を実現する
ことができる。
を用いて、自動車の衝突防止装置や車間距離制御装置を
構成すれば、従来装置に比べて半分の時間周期で自動車
制御が可能となり、より安全で高性能な装置を実現する
ことができる。
【0068】また、半分の時間で計測が可能であること
から、走査方向数を倍増することにより、従来装置より
も広い範囲を計測することができ、自動車周辺の多方向
に存在する障害物や割り込み車の早期検出が可能とな
り、衝突防止や車間距離制御の安全性を向上させること
ができる。
から、走査方向数を倍増することにより、従来装置より
も広い範囲を計測することができ、自動車周辺の多方向
に存在する障害物や割り込み車の早期検出が可能とな
り、衝突防止や車間距離制御の安全性を向上させること
ができる。
【0069】また、周波数上昇方向変調および周波数下
降方向変調での観測を同時に行うことにより、ドップラ
ー計測が1回の変調で済むので、従来装置の半分の観測
時間で同じ速度分解能の測定が可能となる。
降方向変調での観測を同時に行うことにより、ドップラ
ー計測が1回の変調で済むので、従来装置の半分の観測
時間で同じ速度分解能の測定が可能となる。
【0070】さらに、周波数上昇方向のFM変調波と周
波数下降方向のFM変調波とを個別の発振手段3、4で
発生させることにより、搬送波や逆方向の側波帯信号を
抑圧する必要がなくなるので、装置の実現が容易とな
る。
波数下降方向のFM変調波とを個別の発振手段3、4で
発生させることにより、搬送波や逆方向の側波帯信号を
抑圧する必要がなくなるので、装置の実現が容易とな
る。
【0071】実施の形態2.なお、上記実施の形態1で
は、図2のように周波数上昇方向の変調波と周波数下降
方向の変調波との各周波数が交差(ラップ)しないよう
に構成したが、各周波数が互いに交差するように各電圧
制御発振器3、4の発振周波数を変調してもよい。
は、図2のように周波数上昇方向の変調波と周波数下降
方向の変調波との各周波数が交差(ラップ)しないよう
に構成したが、各周波数が互いに交差するように各電圧
制御発振器3、4の発振周波数を変調してもよい。
【0072】以下、各変調波の周波数が互いに交差する
ように構成したこの発明の実施の形態2について説明す
る。この場合、FM−CWレーダ装置の構成は、前述
(図1参照)と同様である。
ように構成したこの発明の実施の形態2について説明す
る。この場合、FM−CWレーダ装置の構成は、前述
(図1参照)と同様である。
【0073】図5はこの発明の実施の形態2による鋸歯
状波発振器1の出力電圧波形Va1およびその反転電圧
波形Vb1を示す波形図である。図6はこの発明の実施
の形態2による各電圧制御発振器3、4の発振周波数、
受信信号の周波数およびビート信号の周波数を示す波形
図である。
状波発振器1の出力電圧波形Va1およびその反転電圧
波形Vb1を示す波形図である。図6はこの発明の実施
の形態2による各電圧制御発振器3、4の発振周波数、
受信信号の周波数およびビート信号の周波数を示す波形
図である。
【0074】図5に示す出力電圧波形Va1、Vb1を
各電圧制御発振器3、4に入力すると、図3に示す周波
数特性から、各電圧制御発振器3、4の発振周波数は、
それぞれ、図6内の実線f11およびf21に示すよう
に変化する。
各電圧制御発振器3、4に入力すると、図3に示す周波
数特性から、各電圧制御発振器3、4の発振周波数は、
それぞれ、図6内の実線f11およびf21に示すよう
に変化する。
【0075】この場合も、受信電波の周波数は、図6内
の破線fr11およびfr21に示すように、時間τだ
け遅れて変化する。
の破線fr11およびfr21に示すように、時間τだ
け遅れて変化する。
【0076】第1の周波数ミクサ12の出力信号には、
第1の電圧制御発振器3から出力される周波数上昇方向
の変調波によるターゲット9からの反射信号の差信号
(計測すべきビート信号)と、第2の電圧制御発振器4
から出力される周波数下降方向の変調波による反射信号
の差信号(ビート信号)とが含まれる。
第1の電圧制御発振器3から出力される周波数上昇方向
の変調波によるターゲット9からの反射信号の差信号
(計測すべきビート信号)と、第2の電圧制御発振器4
から出力される周波数下降方向の変調波による反射信号
の差信号(ビート信号)とが含まれる。
【0077】ビ−ト信号成分(周波数上昇方向の変調波
と周波数下降方向の変調波との差にほぼ一致する)は、
通常非常に大きいが、周波数上昇方向の変調波と周波数
下降方向の変調波との各周波数がほぼ一致するときに
は、ビート信号の周波数が低くなって第1のローパスフ
ィルタ14の通過帯域内となる。
と周波数下降方向の変調波との差にほぼ一致する)は、
通常非常に大きいが、周波数上昇方向の変調波と周波数
下降方向の変調波との各周波数がほぼ一致するときに
は、ビート信号の周波数が低くなって第1のローパスフ
ィルタ14の通過帯域内となる。
【0078】したがって、図6内の破線で示すように、
第1のローパスフィルタ14から出力されるビート信号
fbuの周波数は時間的に変化する。
第1のローパスフィルタ14から出力されるビート信号
fbuの周波数は時間的に変化する。
【0079】このように、ビート周波数が瞬時に変化す
るので、ビート信号fbuをサンプリングしてFFT周
波数解析すれば、ビート信号fbuの成分名は、解析周
波数範囲内で一様に分布することになり、このことは白
色雑音が重畳されたことと等価である。
るので、ビート信号fbuをサンプリングしてFFT周
波数解析すれば、ビート信号fbuの成分名は、解析周
波数範囲内で一様に分布することになり、このことは白
色雑音が重畳されたことと等価である。
【0080】したがって、他のビート周波数成分を発生
させることはなく、周波数上昇方向の変調波によるター
ゲット9からの反射波のビート周波数に影響を与えるこ
ともない。
させることはなく、周波数上昇方向の変調波によるター
ゲット9からの反射波のビート周波数に影響を与えるこ
ともない。
【0081】同様に、図6内の破線で示すように、第2
のローパスフィルタ15から出力されるビート信号fb
dの周波数は、時間的に変化する。
のローパスフィルタ15から出力されるビート信号fb
dの周波数は、時間的に変化する。
【0082】このとき、白色雑音相当の雑音が重畳され
るが、その雑音の電力は、第2のローパスフィルタ15
の帯域幅を周波数変調幅で除算した値であり、反射波の
電力に対して1000分の1程度の極めて小さい電力量
となり、実用上問題ない。
るが、その雑音の電力は、第2のローパスフィルタ15
の帯域幅を周波数変調幅で除算した値であり、反射波の
電力に対して1000分の1程度の極めて小さい電力量
となり、実用上問題ない。
【0083】また、前述の実施の形態1では、周波数上
昇方向の変調波と周波数下降方向の変調波との各周波数
がラップしないように構成したので、従来装置の少なく
とも2倍の変調波帯域幅を必要としたが、この実施の形
態2では、各変調波の周波数がラップするように構成し
たので、従来装置と同様の変調波帯域幅で実現すること
ができ、電波法により規程された周波数範囲をより有効
に活用することができる。
昇方向の変調波と周波数下降方向の変調波との各周波数
がラップしないように構成したので、従来装置の少なく
とも2倍の変調波帯域幅を必要としたが、この実施の形
態2では、各変調波の周波数がラップするように構成し
たので、従来装置と同様の変調波帯域幅で実現すること
ができ、電波法により規程された周波数範囲をより有効
に活用することができる。
【0084】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、周波
数上昇方向の第1のFM変調波と周波数下降方向の第2
のFM変調波とを個別に発生させて同時に送信する送信
手段と、第1および第2のFM変調波の物体からの反射
波を受信する受信手段と、反射波と第1および第2のF
M変調波との第1および第2のビ−ト信号を分離して検
出するビート信号検出手段と、第1および第2のビ−ト
信号の周波数成分を解析して物体の距離および速度を測
定する解析装置とを備えたので、周波数上昇変調および
周波数下降変調による物体の距離および速度の計測手段
を適用しながら、物理的な計測時間を半減させたFM−
CWレーダ装置が得られる効果がある。
数上昇方向の第1のFM変調波と周波数下降方向の第2
のFM変調波とを個別に発生させて同時に送信する送信
手段と、第1および第2のFM変調波の物体からの反射
波を受信する受信手段と、反射波と第1および第2のF
M変調波との第1および第2のビ−ト信号を分離して検
出するビート信号検出手段と、第1および第2のビ−ト
信号の周波数成分を解析して物体の距離および速度を測
定する解析装置とを備えたので、周波数上昇変調および
周波数下降変調による物体の距離および速度の計測手段
を適用しながら、物理的な計測時間を半減させたFM−
CWレーダ装置が得られる効果がある。
【0085】また、この発明によれば、第1および第2
のFM変調波の周波数は、互いに交差しないように設定
されたので、周波数上昇変調および周波数下降変調によ
る物体の距離および速度の計測手段を適用しながら、物
理的な計測時間を半減させたFM−CWレーダ装置が得
られる効果がある。
のFM変調波の周波数は、互いに交差しないように設定
されたので、周波数上昇変調および周波数下降変調によ
る物体の距離および速度の計測手段を適用しながら、物
理的な計測時間を半減させたFM−CWレーダ装置が得
られる効果がある。
【0086】また、この発明によれば、第1および第2
のFM変調波の周波数は、第1および第2のFM変調波
の各中心周波数近傍で互いに交差するように設定された
ので、変調波帯域幅を広げる必要がなく、電波法により
規程された周波数範囲を有効に活用することのできるF
M−CWレーダ装置が得られる効果がある。
のFM変調波の周波数は、第1および第2のFM変調波
の各中心周波数近傍で互いに交差するように設定された
ので、変調波帯域幅を広げる必要がなく、電波法により
規程された周波数範囲を有効に活用することのできるF
M−CWレーダ装置が得られる効果がある。
【図1】 この発明の実施の形態1を示すブロック構成
図である。
図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による鋸歯状波発振
器および反転増幅器の出力電圧信号を示す波形図であ
る。
器および反転増幅器の出力電圧信号を示す波形図であ
る。
【図3】 この発明の実施の形態1による各電圧制御発
振器の特性を示す説明図である。
振器の特性を示す説明図である。
【図4】 この発明の実施の形態1による動作を説明す
るための波形図である。
るための波形図である。
【図5】 この発明の実施の形態2による鋸歯状波発振
器および反転増幅器の出力電圧信号を示す波形図であ
る。
器および反転増幅器の出力電圧信号を示す波形図であ
る。
【図6】 この発明の実施の形態2による動作を説明す
るための波形図である。
るための波形図である。
【図7】 静止物体に対する従来のFM−CWレーダ装
置の動作を説明する波形図である。
置の動作を説明する波形図である。
【図8】 移動物体に対する従来のFM−CWレーダ装
置の動作を説明する波形図である。
置の動作を説明する波形図である。
1 鋸歯状波発振器、2 反転増幅器、3 第1の電圧
制御発振器、4 第2の電圧制御発振器、5 第1の結
合器、6 第2の結合器、7 電力合成器、8送信アン
テナ、9 ターゲット(物体)、10 受信アンテナ、
11 電力分配器、12 第1の周波数ミクサ、13
第2の周波数ミクサ、14 第1のローパスフィルタ、
15 第2のローパスフィルタ、fbu、fbd ビー
ト信号。
制御発振器、4 第2の電圧制御発振器、5 第1の結
合器、6 第2の結合器、7 電力合成器、8送信アン
テナ、9 ターゲット(物体)、10 受信アンテナ、
11 電力分配器、12 第1の周波数ミクサ、13
第2の周波数ミクサ、14 第1のローパスフィルタ、
15 第2のローパスフィルタ、fbu、fbd ビー
ト信号。
Claims (3)
- 【請求項1】 周波数上昇方向の第1のFM変調波と周
波数下降方向の第2のFM変調波とを個別に発生させて
同時に送信する送信手段と、 前記第1および第2のFM変調波の物体からの反射波を
受信する受信手段と、 前記反射波と前記第1および第2のFM変調波との第1
および第2のビ−ト信号を分離して検出するビート信号
検出手段と、 前記第1および第2のビ−ト信号の周波数成分を解析し
て前記物体の距離および速度を測定する解析装置とを備
えたFM−CWレーダ装置。 - 【請求項2】 前記第1および第2のFM変調波の周波
数は、互いに交差しないように設定されたことを特徴と
する請求項1に記載のFM−CWレーダ装置。 - 【請求項3】 前記第1および第2のFM変調波の周波
数は、前記第1および第2のFM変調波の各中心周波数
近傍で互いに交差するように設定されたことを特徴とす
る請求項1に記載のFM−CWレーダ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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