JP2002372580A - Ｆｍ−ｃｗレーダ装置 - Google Patents
Ｆｍ−ｃｗレーダ装置Info
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- 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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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。
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