JP2010066111A - Radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射した送信波に対するターゲットからの反射波を用い、このターゲットの検出を行う、車載用に好適な電子走査型のレーダ装置及び目標物体検知方法に関する。 The present invention relates to an electronic scanning radar apparatus suitable for in-vehicle use and a target object detection method, which detects a target using a reflected wave from a target with respect to a radiated transmission wave.
従来、目標物体と自車との距離、相対速度を計測できるレーダとして、FM−CWレーダやパルスレーダ等各種のレ−ダ方式がある。この中でFM−CWレーダ方式は、図12に示すような構成である(例えば、特許文献1参照)。
図12に示すごとく、電圧制御発振器12にECU(電子制御ユニット)14から三角波の制御電圧が供給されて、送信アンテナ10からミリ波が送信される。
また、電圧制御発振器12が送信アンテナ10に出力した送信信号の一部が、電圧制御発振器12から分岐されてミキサー13に供給される。
そして、送信アンテナ10から送信されたミリ波は、目標物体において反射して受信アンテナ11で受信される。
Conventionally, there are various radar methods such as FM-CW radar and pulse radar as radar that can measure the distance and relative speed between the target object and the vehicle. Among them, the FM-CW radar system has a configuration as shown in FIG. 12 (see, for example, Patent Document 1).
As shown in FIG. 12, a triangular wave control voltage is supplied from an ECU (electronic control unit) 14 to the voltage controlled oscillator 12, and a millimeter wave is transmitted from the transmission antenna 10.
A part of the transmission signal output from the voltage controlled oscillator 12 to the transmission antenna 10 is branched from the voltage controlled oscillator 12 and supplied to the mixer 13.
The millimeter wave transmitted from the transmission antenna 10 is reflected by the target object and received by the reception antenna 11.
次に、ミキサー13は、上記受信された受信信号と電圧制御発振器12から分岐された上記送信信号の一部とを混合し、ビート信号を生成する。
ECU4は、上記ビート信号をデシタル信号解析することにより、目標物体の距離と相対速度を算出す。
また、図12に示す構成において、送受アンテナを共用とした構成を図13に示す。この図13に示すごとく、電圧制御発振器17にECU19から三角波の制御電圧が供給されて、サーキュレータ16を介して送受共用アンテナ15からミリ波が送信される。
また、送信出力の一部が電圧制御発振器17から分岐されてミキサー18に供給される。送受信用アンテナ15から送信されたミリ波は目標物体に反射して反射波として送受共用アンテナ15により受信される。受信信号と電圧制御発振器17から分岐された送信信号の一部は、ミキサー18により混合されてビート信号が生成される。ビート信号はECU19でデジタル信号解析されて目標物体の距離と相対速度が算出される。
The ECU 4 calculates the distance and relative speed of the target object by analyzing the beat signal with a digital signal.
FIG. 13 shows a configuration in which the transmission / reception antenna is shared in the configuration shown in FIG. As shown in FIG. 13, a triangular wave control voltage is supplied from the
A part of the transmission output is branched from the voltage controlled
しかしながら、図12に示す従来例においては、送信アンテナと受信アンテナとを別個に設けているため、送信信号の要求仕様として、ビーム幅を3度、送信周波数を76.59GHzとするとアンテナの直径は90mm程度必要となる。
そして、図12に示す構成においては、送信と受信とのアンテナが別個であるために、直径90mm程度のアンテナを並列にレイアウトする必要がある。
しかしながら、車載用の電子走査型レーダを搭載するためには、ほとんどがグリル位置に設置する必要があり、デザイン面及び車両上の構造面への影響を考慮すると、小型であることか望ましい。
However, in the conventional example shown in FIG. 12, since the transmitting antenna and the receiving antenna are provided separately, if the beam width is 3 degrees and the transmission frequency is 76.59 GHz, the antenna diameter is About 90 mm is required.
In the configuration shown in FIG. 12, since the antennas for transmission and reception are separate, it is necessary to lay out antennas having a diameter of about 90 mm in parallel.
However, in order to mount an on-vehicle electronic scanning radar, most of them need to be installed at the grill position, and considering the influence on the design surface and the structural surface on the vehicle, it is desirable that the size is small.
しかしながら、図12の従来の技術においては、送受アンテチを別個に設ける必要があるため、電子走査型レーダ装置の小型化を阻害していた。
一方、送信アンテナと受信アンテナとを共用化して小型化を図るため、図13示すように送受信共用アンテナ方式がある。
この送受信共用方式においては、送信信号の一部がザーキュレータを通して受信ミキサ側へ回り込み、受信部のノイズ成分を増加させてしまう。
受信部のノイズ成分が増加すると、遠方の目標物体にて送信信号が反射した信号である、強度が低い受信信号がノイズ成分に埋もれてしまい、所望の検知距離が得られないという問題がある。
However, in the prior art of FIG. 12, since it is necessary to provide a transmission / reception antenna separately, miniaturization of the electronic scanning radar apparatus has been hindered.
On the other hand, in order to reduce the size by sharing the transmission antenna and the reception antenna, there is a transmission / reception shared antenna system as shown in FIG.
In this transmission / reception shared system, a part of the transmission signal passes through the circulator to the reception mixer side and increases the noise component of the reception unit.
When the noise component of the receiving unit increases, there is a problem that a received signal having a low intensity, which is a signal reflected by a distant target object, is buried in the noise component, and a desired detection distance cannot be obtained.
この送信信号の回り込みを抑制する手段としては、サーキュレータのアイソレーションを高く設計する手法が考えられるが、ミリ波帯域で高アイソレーションのサーキュレータ設計は技術的に難易度が高いことが知られている。
また、図13の構成の電子走査型レーダにおいては、近距離の物体を検知する際、送信出力がオフとされる極めて短い時間内、すなわち、送受信アンテナ15から送信信号が出力されていない状態にサンプリングを行う必要がある。
図14に示すように、例えば、最小探知距離Rmin=1mとすると、Rminにある目標物体からの反射波の反射時間△tmin=6.67nsecという非常に短い時間となる。
そのため、図13の電子走査型レーダにおいては、高速AD変換と高速データ格納手段とが必要となり、データ処理を高速に行う必要があり、極めて技術的に難易度が高く、コストも高価にならざるを得ないという課題がある。
As a means for suppressing the sneak in the transmission signal, a method of designing a circulator with high isolation can be considered, but it is known that designing a circulator with high isolation in the millimeter wave band is technically difficult. .
In the electronic scanning radar having the configuration shown in FIG. 13, when detecting an object at a short distance, the transmission signal is not output from the transmission /
As shown in FIG. 14, for example, when the minimum detection distance R min = 1 m, the reflection time Δt min = 6.67 nsec of the reflected wave from the target object at R min becomes a very short time.
For this reason, the electronic scanning radar shown in FIG. 13 requires high-speed AD conversion and high-speed data storage means, and it is necessary to perform data processing at high speed, which is extremely technically difficult and expensive. There is a problem of not obtaining.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、データ処理を高速に行う必要が無くコストを抑制し、送受信共用アンテナにより近距離から遠距離までの検知距離性能を可能とするレーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is not necessary to perform data processing at high speed, thus reducing costs, and enabling a detection distance performance from a short distance to a long distance by using a transmission / reception shared antenna. The purpose is to provide.
本発明のレーダ装置は、送信波と、該送信波の目標物体からの反射波とからビート信号を生成し、該ビート信号により前記目標物体の検知を行うFM−CW方式のレーダ装置であり、電波の送信及び受信を共用する送受共用アンテナと、三角波変調された前記送信波を出力する発振器と、前記送信波を第1送信波と第2送信波とに分配する分配器と、前記第1送信波を前記送受共用アンテナに出力し、該第1送信波が目標物体により反射された前記反射波を入力するサーキュレータと、前記分配器及び前記サーキュレータの間の接続をオンオフするスイッチと、前記反射波及び前記第2送信波をミキシングしてビート信号を生成するミキサーと、前記ビート信号から前記目標物体を検出する第1検出部及び第2検出部と、前記第1検出部または前記第2検出部のいずれかに、前記ミキサーからのビート信号を入力させる切り替えスイッチと、該切り替えスイッチの切り替えタイミングにより、前記第1検出部または前記第2検出部からの前記目標物体の検出結果を合成する物体合成部とを有することを特徴とする。 The radar apparatus of the present invention is an FM-CW radar apparatus that generates a beat signal from a transmission wave and a reflected wave of the transmission wave from a target object, and detects the target object based on the beat signal. A transmission / reception shared antenna that shares transmission and reception of radio waves, an oscillator that outputs the transmission wave that has undergone triangular wave modulation, a distributor that distributes the transmission wave into a first transmission wave and a second transmission wave, and the first A circulator for outputting a transmission wave to the transmission / reception antenna and inputting the reflected wave reflected by a target object; a switch for turning on / off a connection between the distributor and the circulator; and the reflection A mixer that generates a beat signal by mixing the wave and the second transmission wave, a first detector and a second detector that detect the target object from the beat signal, and the first detector or A changeover switch for inputting a beat signal from the mixer to any one of the second detection units, and a detection result of the target object from the first detection unit or the second detection unit according to a switching timing of the changeover switch. And an object synthesizer for synthesizing.
本発明のレーダ装置は、前記第1検出部及び前記第2検出部は、前記ビート信号を予め設定した周期毎にサンプリングしてA/D変換するA/D変換部と、A/D変換された周波数データに対して周波数解析を行うフーリエ変換部と、前記周波数解析の結果から目標物体の検知を行う検出部とを有することを特徴とする。 In the radar apparatus of the present invention, the first detection unit and the second detection unit are A / D-converted with an A / D conversion unit that samples the beat signal at predetermined intervals and performs A / D conversion. And a Fourier transform unit for performing frequency analysis on the frequency data, and a detection unit for detecting a target object from the result of the frequency analysis.
本発明のレーダ装置は、前記第1送信波を前記送受共用アンテナに送信する送信期間において前記スイッチをオンし、前記反射波を受信する受信期間において前記スイッチをオフとする切り替え制御回路をさらに有することを特徴とする。 The radar apparatus according to the present invention further includes a switching control circuit that turns on the switch during a transmission period in which the first transmission wave is transmitted to the shared antenna, and turns off the switch in a reception period in which the reflected wave is received. It is characterized by that.
本発明のレーダ装置は、前記切り替え制御回路が、前記送信期間における予め設定された測定期間において、前記切り替えスイッチによりミキサーと前記第1検出部とを接続し、前記受信期間における予め設定された測定期間において、前記切り替えスイッチによりミキサーと前記第2検出部とを接続することを特徴とする。 In the radar apparatus according to the aspect of the invention, the switching control circuit connects the mixer and the first detection unit with the changeover switch during the preset measurement period in the transmission period, and the preset measurement in the reception period. In the period, the mixer and the second detection unit are connected by the changeover switch.
本発明の目標物体検知方法は、送信波と、該送信波の目標物体からの反射波とからビート信号を生成し、該ビート信号により前記目標物体の検知を行うFM−CW方式のレーダ装置を用いた目標物体検知方法であり、発振器により三角波変調された前記送信波を出力する過程と、分配器により前記送信波を第1送信波と第2送信波とに分配する過程と、サーキュレータにより電波の送信及び受信を共用する前記送受共用アンテナに前記第1送信波を出力し、該第1送信波が目標物体により反射された前記反射波を入力する過程と、スイッチにより前記分配器及び前記サーキュレータの間の接続をオンオフする過程と、ミキサーにより前記反射波及び前記第2送信波をミキシングしてビート信号を生成する過程と、第1検出部または第2検出部により、前記ビート信号から前記目標物体を検出する過程と、切り替えスイッチにより、前記第1検出部または前記第2検出部のいずれかに、前記ミキサーからのビート信号を入力させる過程と、物体合成部により、該切り替えスイッチの切り替えタイミングにおいて、前記第1検出部または前記第2検出部からの前記目標物体の検出結果を合成する過程とを有することを特徴とする。 The target object detection method of the present invention is an FM-CW radar device that generates a beat signal from a transmission wave and a reflected wave of the transmission wave from the target object, and detects the target object using the beat signal. The target object detection method used includes a step of outputting the transmission wave modulated by a triangular wave by an oscillator, a step of distributing the transmission wave to a first transmission wave and a second transmission wave by a distributor, and a radio wave by a circulator. A step of outputting the first transmission wave to the transmission / reception shared antenna sharing both transmission and reception, and inputting the reflected wave reflected by the target object, and the distributor and the circulator by a switch A process of turning on and off the connection between the two, a process of generating a beat signal by mixing the reflected wave and the second transmission wave by a mixer, and a first detection unit or a second detection unit A process of detecting the target object from the beat signal, a process of inputting a beat signal from the mixer to either the first detection unit or the second detection unit by a changeover switch, and an object synthesis unit. Thus, at the switching timing of the changeover switch, there is a step of combining the detection results of the target object from the first detection unit or the second detection unit.
以上説明したように、本発明によれば、送受共用アンテナを用いることにより、送信用及び受信用とで2つ用いていたアンテナを1つとし、レーダ装置のサイズを小さくすることができ、かつ切り替え制御部により切り替えスイッチの切り替えを行うことにより、第1送信波を送受共用アンテナに対して出力する期間において比較的近距離の目標物体からの反射波の解析を行い、一方、第1送信波を送受共用アンテナに対して出力しない期間において中距離及び遠距離における目標物体からの反射波の解析を行い、反射波の電波強度が弱い中距離及び遠距離の解析の期間における送信波の回り込みを抑制し、最大探知距離を確保することができる。
また、本発明によれば、ミキサーからのビート信号のサンプリング処理を、送信波の送信期間と反射波の受信期間とに分けて行うことにより、A/D変換部におけるサンプリング処理を高速に行う必要がなく、サンプリング回路のコストを低減できる。
As described above, according to the present invention, by using a transmission / reception shared antenna, it is possible to reduce the size of the radar apparatus by using two antennas for transmission and reception as one antenna, and By switching the changeover switch by the switching control unit, the reflected wave from the target object at a relatively short distance is analyzed in the period in which the first transmission wave is output to the transmission / reception shared antenna, while the first transmission wave Analysis of the reflected wave from the target object at medium and long distances during the period when it is not output to the shared antenna, and the transmission wave wraparound during the medium and long distance analysis periods when the reflected wave strength is weak It can be suppressed and the maximum detection distance can be secured.
Further, according to the present invention, the sampling process of the beat signal from the mixer is divided into the transmission period of the transmission wave and the reception period of the reflected wave, so that the sampling process in the A / D conversion unit needs to be performed at high speed. The cost of the sampling circuit can be reduced.
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態によるFM−CW方式による電子走査型のレーダ装置を図面を参照して説明する。図1は同実施形態によるレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
この図において、レーダ装置は、アンテナ20、スイッチ21、分配器22、ミキサー23、切替スイッチ24、切替制御回路25、VCO(電圧制御発振器)26、第1A/D変換器27、第2A/D変換器28、第1フーリエ変換器29、第2フーリエ変換器30、第1検出器31、第2検出器32、物体合成器33、三角波生成回路34、ECU(電子制御ユニット)35及びサーキュレータ36を有している。
<First Embodiment>
Hereinafter, an FM-CW electronic scanning radar apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a radar apparatus according to the embodiment.
In this figure, the radar apparatus includes an antenna 20, a
アンテナ20は、電波の送信と受信とを兼用する送受共用アンテナである。
サーキュレータ36は、VCO26から出力される送信信号をアンテナ20に対して出力し、一方アンテナ20が受信した受信信号(上記送信信号が目標物体により反射された反射波)をミキサー23に対して出力する。
スイッチ21は、サーキュレータ36及びVCO26との接続をオン(導通状態)/オフ(非導通状態)する切替スイッチである。
VCO26は、印加される電圧に応じた周波数の発振信号を発振するものであり、本実施形態において、三角波生成回路34から出力される三角波電圧に応じた周波数の発振信号を生成し(すなわち、三角波の電圧により発振信号の周波数を変調する三角波変調が行われる)、この発振信号を送信信号として、分配器22に出力する。
三角波生成回路34は、ECU35から入力されるパルスデータの周期に基づいて、VCO26における発振信号の周波数を制御するための電圧を印加する三角波(電圧信号)を生成して、VCO26へ出力する。
The antenna 20 is a transmission / reception shared antenna that combines transmission and reception of radio waves.
The circulator 36 outputs a transmission signal output from the
The
The
The triangular
分配器22は、VCO26から入力される送信信号をスイッチ21に対して出力するとともに、その送信信号の一部を分岐させてローカル信号とし、ミキサー23へ出力する。
ミキサー23は、サーキュレータ36から入力される受信信号と、上記ローカル信号とをミキシングし、ビート信号を生成して切替スイッチ24へ出力する。
切替スイッチ24は、入力されるビート信号を、第1A/D変換器27または第2A/D変換器28のいずれかに出力する。
第1A/D変換器27は、入力されるビート信号を予め設定されたサンプリング周期毎にサンプリングして、A/D変換を行い、得られた離散ビート信号を第1フーリエ変換器29へ出力する。
第2A/D変換器28は、入力されるビート信号を予め設定されたサンプリング周期毎にサンプリングして、A/D変換を行い、得られた離散ビート信号を第2フーリエ変換器30へ出力する。
The
The mixer 23 mixes the reception signal input from the circulator 36 and the local signal, generates a beat signal, and outputs the beat signal to the
The
The first A /
The second A /
第1フーリエ変換器29は、A/D変換された離散ビート信号をスペクトラム解析し、スペクトラムデータを第1検出器31へ出力する。
第2フーリエ変換器30は、A/D変換された離散ビート信号をスペクトラム解析し、スペクトラムデータを第2検出器32へ出力する。
第1検出器31は、入力されるスペクトラムデータから物体を検知し、物体情報を物体合成器33へ出力する。
第2検出器32は、入力されるスペクトラムデータから物体を検知し、物体情報を物体合成器33へ出力する。
物体合成器33は、第1検出器31及び第2検出器32から出力される物体情報を合成し、レーダ検出結果を生成する。
The first Fourier
The second Fourier
The
The
The
ECU35は、切替制御回路25と三角波生成回路34との制御を行うとともに、物体合成器33からの物体情報に基づいて目標物体である移動体や静止物の位置や速度を演算する。
また、ECU35は、START端子から切替制御回路25に対し、制御開始信号を出力するとともに、それと同時にMODOUT端子から三角波生成回路34に対し、三角波生成のためのパルスデータを予め設定された周期にて出力する。ここで、ECU35は、内部に記憶されたプログラムに応じて、切替制御回路25と三角波生成回路34との制御、及び目標物体の位置や速度を演算する。
切替制御回路25は、ECU35から制御開始信号が入力されると、予め設定された周期内にて、スイッチ21及び切替スイッチ24をオン/オフ制御する。
The
In addition, the
When a control start signal is input from the
次に、図2を参照して、本実施形態によるレーダ装置の動作を説明する。図2は、本実施形態におけるレーダ装置の動作を説明する波形図である。
時刻t1において、ECU35は、切替制御回路25に対して制御開始信号を出力するとともに、三角波生成回路34に対してパルスデータを出力する。
これにより、切替制御回路25は、スイッチ21をオン状態とし、分配器22からの送信信号をサーキュレータ36を介し、アンテナ20に出力する。
また、切替制御回路25は、切替スイッチ24を制御し、ミキサー23と第1A/D変換器27とを接続させる。
このとき、三角波生成回路34は三角波電圧をVCO26に対して出力し、VCO26はこの三角波電圧に対応する周波数の送信信号を出力する。
Next, the operation of the radar apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the radar apparatus according to this embodiment.
At time t <b> 1, the
Thereby, the switching
The
At this time, the triangular
そして、アンテナ20は、送信信号を空間に対し、送信波として放射する。
上記送信波が目標物体にて反射され、この反射波がアンテナ20にて受信され、受信信号としてサーキュレータ36に入力される。ここで、受信波は、上記送信波に対して目標物体までの距離に応じた時間だけ遅延して受信されることになる。
サーキュレータ36は、アンテナ20が出力する受信信号を、ミキサー23に対して出力する。
送信周期として、Tx送信ONの期間において、スイッチ21はオン状態であり、Tx送信OFFの期間において、スイッチ21はオフ状態である。
すなわち、最小検知距離Rminから近距離Rnearまでの距離範囲における目標物体の検出に対しては、第1A/D変換器27、第1フーリエ変換器29及び第1検出器31を用いた第1の物体検知処理が行われる。
Tx送信ONの状態にて、送信波の回り込みが有ったとしても、近距離Rnearまでであれ目標物体からの反射波の強度が大きいため、上述した回り込んだノイズに埋もれることなく受信することができる。また、第1A/D変換器27は、Tx送信ONとなったタイミングから、変換時間tsp経過後に離散ビート信号を出力する。
And the antenna 20 radiates | transmits a transmission signal with respect to space as a transmission wave.
The transmission wave is reflected by the target object, and the reflected wave is received by the antenna 20 and input to the circulator 36 as a reception signal. Here, the received wave is received with a delay corresponding to the distance to the target object with respect to the transmitted wave.
The circulator 36 outputs the reception signal output from the antenna 20 to the mixer 23.
As a transmission cycle, the
That is, for the detection of the target object in the distance range from the minimum detection distance Rmin to the short distance Rnear, the first A /
Even if there is a wraparound of the transmission wave in the Tx transmission ON state, it is received without being buried in the wraparound noise described above because the intensity of the reflected wave from the target object is large up to the short distance Rnear. Can do. The first A /
次に、時刻t2において、切替制御回路25は、スイッチ21をオフとし、送信信号が分配器22からサーキュレータ36に対して出力させる。
サーキュレータ36は、アンテナ20が出力する受信信号を、ミキサー23に対して出力する。
また、切替制御回路25は、ミキサー23と第2A/D変換器28とを接続し、受信信号が第2A/D変換器28へ出力させる。
上述したように、送信周期として、Tx送信ONの期間において、スイッチ21はオン状態であり、Tx送信OFFの期間において、スイッチ21はオフ状態である。
すなわち、最大検知距離Rmaxを超える距離範囲における目標物体の検出に対しては、第2A/D変換器28、第2フーリエ変換器30及び第2検出器32を用いた第2の物体検知処理が行われる。
Next, at time t2, the switching
The circulator 36 outputs the reception signal output from the antenna 20 to the mixer 23.
In addition, the switching
As described above, as a transmission cycle, the
That is, the second object detection process using the second A /
上述した処理において、TX送信ONの時間幅は、アンテナ20から照射された送信波が最大探知距離Rmaxを往復する時間で設定されており、Rmax相当時間tmaxにより表される。
例えば、最大探知距離Rmax=120mとするとtmax=0.8usecになる。
この最大探知距離Rmaxを超える距離範囲においては、徐々に目標物体からの反射波の強度が小さくなるため、回り込みのノイズに埋もれないように、Tx送信をOFF状態にして上述した第2物体検知処理を実施する。
ここで、最大探知距離Rmaxは各レーダ装置にて、目標物体からの反射波の強度が、送信波の回り込みによるノイズが存在したとしても検知できるか否かを実験し、個々に設定することが必要である。
In the above-described processing, the TX transmission ON time width is set by the time for the transmission wave irradiated from the antenna 20 to reciprocate the maximum detection distance Rmax, and is represented by the Rmax equivalent time tmax.
For example, if the maximum detection distance Rmax = 120 m, tmax = 0.8 usec.
In the distance range exceeding the maximum detection distance Rmax, the intensity of the reflected wave from the target object gradually decreases, so that the second object detection process described above is performed with Tx transmission turned off so as not to be buried in the wraparound noise. To implement.
Here, the maximum detection distance Rmax can be set individually by experimenting whether or not the intensity of the reflected wave from the target object can be detected even if there is noise due to the wraparound of the transmission wave in each radar device. is necessary.
そして、切替制御回路25は、レーダ装置における目標物体検知のサンプリング周期において、すなわち、レーダ仕様に基づいたサンプリング周期に従い、内部に予め設定されているRmax相当時間tmaxの期間(時刻t1−t2)において第1の物体検知処理が行われるようスイッチ21及び切替スイッチ24を制御し、Rmax相当時間tmaxの期間を超えたサンプリング周期内の期間(時刻t2−t3)において第2の物体検知処理が行われるようスイッチ21及び切替スイッチ24を制御する。
上述した第1の物体検知処理及び第2の物体検知処理を繰り返して、全距離範囲における目標物体の検知を行う。この取得及び目標物体の検知は、三角波生成回路34の出力する三角波の上り区間と下り区間について連続して行われる。
Then, the switching
The first object detection process and the second object detection process described above are repeated to detect the target object in the entire distance range. This acquisition and detection of the target object are continuously performed for the up and down sections of the triangular wave output from the triangular
上述した第1の物体検知処理において、第1フーリエ変換器29は、第1A/D変換器27から出力される離散ビート信号を連続したデータに纏めて、スペクトラム解析、すなわち図3に示すようにFFT変換してスペクトラムデータとして出力する。図3において、横軸は距離(周波数)であり、縦軸はスペクトラムの強度である。この距離とビート信号の周波数とは予め対応付けられて、第1検出器31及び第2検出器32に記憶され、第1検出器31及び第2検出器32ビート信号の周波数を、距離に変換している。
そして、第1検出器31は、FFT結果のスペクトラム信号から、ピーク検出処理によりターゲットとしての目標物体が検出される。
In the first object detection process described above, the
Then, the
ここで、第1検出器31は、ピーク検出処理として、図3(a)に示すように、上り区間において、ノイズフロアLnunから一定の閾値マージンを設けて検出閾値Lnuthとして、スペクトラム強度が同検出閾値Lnuthを超えたときにターゲットが存在すると判定する。
また、第1検出器31は、ピーク検出処理として、図3(b)に示すように、下り区間でノイズフロアLndnから一定の閾値マージンを設けて検出閾値Lndthとして、スペクトラム強度が同検出閾値を超えたときにターゲットが存在すると判定する。
図3において、第1検出器31は、例えば、上り区間でターゲットfup1、下り区間でfdn1を検出する。
Here, as shown in FIG. 3A, the
Further, as shown in FIG. 3B, the
In FIG. 3, the
一方、上述した第2の物体検知処理において、第2フーリエ変換器30は、第2A/D変換器28から出力される離散ビート信号を連続したデータに纏めて、スペクトラム解析、すなわち図4に示すようにFFT変換してスペクトラムデータとして出力する。図4において、横軸は距離(周波数)であり、縦軸はスペクトラムの強度である。
そして、第2検出器32は、FFT結果のスペクトラム信号から、ピーク検出処理によりターゲットとしての目標物体が検出される。
そして、第2検出器32は、ピーク検出処理として、図4(a)に示すように、上り区間において、ノイズフロアLinunから一定の閾値マージンを設けて検出閾値Lmuthとして、スペクトラム強度が同検出閾値Lmuthを超えたときにターゲットが存在すると判定する。
また、第2検出器32は、ピーク検出処理として、図4(b)に示すように、下り区間において、ノイズフロアLmdnから一定の閾値マージンを設けて検出閾値Lmdthとして、スペクトラム強度が同検出閾値Lmdthを超えたときにターゲットが存在すると判定する。
図4において、第2検出器32は、上り区間でターゲットfup2、下り区間でfdn2を検出する。
On the other hand, in the second object detection process described above, the
Then, the
Then, as shown in FIG. 4A, the
Further, as shown in FIG. 4B, the
In FIG. 4, the
そして、物体合成器33は、第1検出器31と第2検出器32から出力された個別のピーク情報を、図5(a)に示す三角波の上り区間と、図5(b)に示す三角波の下り区間とにおいて、Rmin〜Rmaxまでの全距離区間におけるピーク情報として合成し、ECU35の端子PKDINへ、合成されたスペクトラム信号として出力する。図5において、横軸は距離(周波数)であり、縦軸はスペクトラムの強度である。
Then, the
ここで、三角波生成回路34は図6に示す三角波を発生し、VCO26がこの三角波に対応した周波数の送信波を生成する。ここで、三角波発生回路34は、例えば、ECU35から入力されるパルスデータが「H」レベルの期間において三角波の上り区間の電圧波形を生成し、「L」レベルの期間において三角波の下り区間の電圧波形を生成する。
そして、ミキサー23は、送信波と受信波とからビート周波数を生成する。次に、例えば、第1A/D変換器27はTx送信波ONの期間にN回サンプリングしてN個の離散ビート信号を生成し、第2A/D変換器28はTx送信波OFFの期間にN回サンプリングしてN個の離散ビート信号を生成する。
次に、ECU35は、上記図5に示すスペクトラム信号におけるピーク情報に基づいて、目標物体までの距離と相対速度を、以下に示す数式により算出する。
Here, the triangular
Then, the mixer 23 generates a beat frequency from the transmission wave and the reception wave. Next, for example, the first A /
Next, the
上記(1)式において、三角波の上り区間における距離R(レーダ装置と目標物体との距離)が求められる。
また、上記(2)式において、三角波の上り区間における相対速度(レーダ装置と目標物体との相対速度)が求められる。
同様に、上記(3)式において、三角波の下り区間における距離R(レーダ装置と目標物体との距離)が求められる。
また、上記(4)式において、三角波の下り区間における相対速度(レーダ装置と目標物体との相対速度)が求められる。
上記(1)、(3)式において、krはC・T/(2・Δf)であり、kvはC/(2・f0である。ここで、Cは光速度であり、Tは変調時間(上昇部分/下降部分)であり、Δfは三角波の周波数変調幅であり、f0は三角波の中心周波数である。
In the above equation (1), the distance R (distance between the radar device and the target object) in the upward section of the triangular wave is obtained.
In the above equation (2), the relative speed (relative speed between the radar apparatus and the target object) in the uphill section of the triangular wave is obtained.
Similarly, in the above equation (3), the distance R (distance between the radar device and the target object) in the downward section of the triangular wave is obtained.
In the above equation (4), the relative speed (relative speed between the radar apparatus and the target object) in the downward section of the triangular wave is obtained.
In the above equations (1) and (3), kr is C · T / (2 · Δf), kv is C / (2 · f0, where C is the speed of light and T is the modulation time. (Rising part / falling part), Δf is the frequency modulation width of the triangular wave, and f 0 is the center frequency of the triangular wave.
図7は、本実施形態における他の構成例を示すブロック図であり、図1のサーキュレータ36をHybrid56へ代えた構成である。
Hybrid56は、サーキュレータ36と同様に、スイッチ21からアンテナ20に対して送信波を伝達し、アンテナ20からミキサー23に対して受信波を伝達する。
また、図8は、本実施形態における他の構成例を示すブロック図であり、図1のサーキュレータ36を除去し、スイッチ21を直接にアンテナ20へ接続し、アンテナ20とミキサー23との間にスイッチ63を介挿し、切替制御回路25は、送信状態(図2のTx送信ONの期間)においてはスイッチ21をONとし、スイッチ63をオフとし、一方、受信状態(図2のTx送信OFFの期間)においてはスイッチ21をOFFとし、スイッチ63をオンとする。
FIG. 7 is a block diagram showing another configuration example in the present embodiment, in which the circulator 36 in FIG.
Like the circulator 36, the
FIG. 8 is a block diagram showing another configuration example in the present embodiment. The circulator 36 in FIG. 1 is removed, the
<第2の実施形態>
また、第1の実施形態の図2における動作に比較し、Tx送信ON時間を縮小した第2の実施形態を図9を用いて説明する。ここで、Tx送信ON時間を縮小することにより、送信デバイス(例えば、アンテナ20及びサーキュレータ36など)の発熱を抑制することが可能となる。
TX送信時間のON時間は、アンテナ20から照射された電波が最大探知距離Rmaxの1/2を往復する時間に対し、第1A/D変換器27または第2A/D変換器28の変換時間tspを加えた時間として設定する。
また、最低探知距離Rmin〜最大探知距離Rmax/2までの距離におては、第1の実施形態における第1の物体検知処理が実施され、一方、最大探知距離Rmax/2〜最大探知距離Rmaxまでの距離においては第2の物体検知処理が行われる。
<Second Embodiment>
Further, a second embodiment in which the Tx transmission ON time is reduced as compared with the operation in FIG. 2 of the first embodiment will be described with reference to FIG. Here, by reducing the Tx transmission ON time, it is possible to suppress heat generation of the transmission device (for example, the antenna 20 and the circulator 36).
The ON time of the TX transmission time is the conversion time tsp of the first A /
In addition, the first object detection process in the first embodiment is performed for the distance from the minimum detection distance Rmin to the maximum detection distance Rmax / 2, while the maximum detection distance Rmax / 2 to the maximum detection distance Rmax. In the distance up to, the second object detection process is performed.
本実施形態において、第2A/D変換器28は、Tx送信ONから最大探知距離Rmaxを往復する時間tmax経過後に、ミキサー23から入力されるビート信号のA/D変換を行う。
第1の実施形態と同様に、第1A/D変換器27によるTx送信ON期間におけるA/D変換と、Tx送信OFF期間に行われるA/D変換とを全距離範囲におけるビート信号のA/D変換として組み合わせて扱う。
また、第1の実施形態と同様に、レーダ仕様に基づいたサンプリング周期に従い、このA/D変換された離散ビート信号の組合わせを繰り返して取得する。そして、この離散ビート信号の組合せの取得は、三角波の上り区間と下り区間とについて連続して行われる。
In the present embodiment, the second A /
As in the first embodiment, the A / D conversion by the first A /
Further, as in the first embodiment, the combination of the A / D converted discrete beat signals is repeatedly acquired according to the sampling period based on the radar specification. The acquisition of the combination of the discrete beat signals is continuously performed for the up and down sections of the triangular wave.
上述した第1の物体検知処理において、第1フーリエ変換器29は、第1A/D変換器27から出力される離散ビート信号を連続したデータに纏めて、スペクトラム解析、すなわち図10に示すようにFFT変換してスペクトラムデータとして出力する。図10において、横軸は距離(周波数)であり、縦軸はスペクトラムの強度である。
そして、第1検出器31は、FFT結果のスペクトラム信号から、ピーク検出処理によりターゲットとしての目標物体が検出される。
ここで、第1検出器31は、ピーク検出処理として、図10(a)に示すように、上り区間において、ノイズフロアLnunから一定の閾値マージンを設けて検出閾値Lnuthとして、スペクトラム強度が同検出閾値Lnuthを超えたときにターゲットが存在すると判定する。
また、第1検出器31は、ピーク検出処理として、図10(b)に示すように、下り区間でノイズフロアLndnから一定の閾値マージンを設けて検出閾値Lndthとして、スペクトラム強度が同検出閾値を超えたときにターゲットが存在すると判定する。
図10において、第1検出器31は、例えば、上り区間でターゲットfup1、下り区間でfdn1を検出する。
In the first object detection process described above, the
Then, the
Here, as shown in FIG. 10A, the
Further, as shown in FIG. 10B, the
In FIG. 10, the
一方、上述した第2の物体検知処理において、第2フーリエ変換器30は、第2A/D変換器28から出力される離散ビート信号を連続したデータに纏めて、スペクトラム解析、すなわち図11に示すようにFFT変換してスペクトラムデータとして出力する。図11において、横軸は距離(周波数)であり、縦軸はスペクトラムの強度である。
そして、第2検出器32は、FFT結果のスペクトラム信号から、ピーク検出処理によりターゲットとしての目標物体が検出される。
そして、第2検出器32は、ピーク検出処理として、図11(a)に示すように、上り区間において、ノイズフロアLinunから一定の閾値マージンを設けて検出閾値Lmuthとして、スペクトラム強度が同検出閾値Lmuthを超えたときにターゲットが存在すると判定する。
また、第2検出器32は、ピーク検出処理として、図11(b)に示すように、下り区間において、ノイズフロアLmdnから一定の閾値マージンを設けて検出閾値Lmdthとして、スペクトラム強度が同検出閾値Lmdthを超えたときにターゲットが存在すると判定する。
図11において、第2検出器32は、上り区間でターゲットfup2、下り区間でfdn2を検出する。
On the other hand, in the second object detection process described above, the
Then, the
Then, as shown in FIG. 11 (a), the
Further, as shown in FIG. 11 (b), the
In FIG. 11, the
そして、物体合成器33は、第1検出器31と第2検出器32から出力された個別のピーク情報を、図5(a)に示す三角波の上り区間と、図5(b)に示す三角波の下り区間とにおいて、Rmin〜Rmaxまでの全距離区間におけるピーク情報として保持される。図5において、横軸は距離(周波数)であり、縦軸はスペクトラムの強度である。
次に、ECU35は、上記図5に示すスペクトラム信号におけるピーク情報に基づいて、目標物体までの距離と相対速度を、第1の実施形態における(1)式から(4)式による数式により算出する。
Then, the
Next, the
20…アンテナ
21,63…スイッチ
22…分配器
23…ミキサー
24…切替スイッチ
25…切替制御回路
26…VCO
27…第1A/D変換器
28…第2A/D変換器
29…第1フーリエ変換器
30…第2フーリエ変換器
31…第1検出器
32…第2検出器
33…物体合成器
34…三角波生成回路
35…ECU
56…Hybrid
20 ...
27 ... 1st A /
56 ... Hybrid
Claims (5)
電波の送信及び受信を共用する送受共用アンテナと、
三角波変調された前記送信波を出力する発振器と、
前記送信波を第1送信波と第2送信波とに分配する分配器と、
前記第1送信波を前記送受共用アンテナに出力し、該第1送信波が目標物体により反射された前記反射波を入力するサーキュレータと、
前記分配器及び前記サーキュレータの間の接続をオンオフするスイッチと、
前記反射波及び前記第2送信波をミキシングしてビート信号を生成するミキサーと、
前記ビート信号から前記目標物体を検出する第1検出部及び第2検出部と、
前記第1検出部または前記第2検出部のいずれかに、前記ミキサーからのビート信号を入力させる切り替えスイッチと、
該切り替えスイッチの切り替えタイミングにより、前記第1検出部または前記第2検出部からの前記目標物体の検出結果を合成する物体合成部と
を有することを特徴とするレーダ装置。 An FM-CW radar device that generates a beat signal from a transmission wave and a reflected wave of the transmission wave from a target object, and detects the target object using the beat signal;
A shared antenna for transmitting and receiving radio waves; and
An oscillator that outputs the transmission wave that has undergone triangular wave modulation;
A distributor for distributing the transmission wave into a first transmission wave and a second transmission wave;
A circulator for outputting the first transmission wave to the transmission / reception shared antenna and inputting the reflected wave reflected by a target object;
A switch for turning on and off the connection between the distributor and the circulator;
A mixer that generates a beat signal by mixing the reflected wave and the second transmission wave;
A first detector and a second detector for detecting the target object from the beat signal;
A changeover switch for inputting a beat signal from the mixer to either the first detection unit or the second detection unit;
A radar apparatus comprising: an object synthesis unit that synthesizes a detection result of the target object from the first detection unit or the second detection unit according to a switching timing of the changeover switch.
前記ビート信号を予め設定した周期毎にサンプリングしてA/D変換するA/D変換部と、
A/D変換された周波数データに対して周波数解析を行うフーリエ変換部と、
前記周波数解析の結果から目標物体の検知を行う検出部と
を有することを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 The first detector and the second detector are
An A / D converter that samples the beat signal at predetermined intervals and performs A / D conversion;
A Fourier transform unit for performing frequency analysis on the A / D converted frequency data;
The radar apparatus according to claim 1, further comprising: a detection unit that detects a target object from the result of the frequency analysis.
発振器により三角波変調された前記送信波を出力する過程と、
分配器により前記送信波を第1送信波と第2送信波とに分配する過程と、
サーキュレータにより電波の送信及び受信を共用する前記送受共用アンテナに前記第1送信波を出力し、該第1送信波が目標物体により反射された前記反射波を入力する過程と、
スイッチにより前記分配器及び前記サーキュレータの間の接続をオンオフする過程と、
ミキサーにより前記反射波及び前記第2送信波をミキシングしてビート信号を生成する過程と、
第1検出部または第2検出部により、前記ビート信号から前記目標物体を検出する過程と、
切り替えスイッチにより、前記第1検出部または前記第2検出部のいずれかに、前記ミキサーからのビート信号を入力させる過程と、
物体合成部により、該切り替えスイッチの切り替えタイミングにおいて、前記第1検出部または前記第2検出部からの前記目標物体の検出結果を合成する過程と
を有することを特徴とする目標物体検知方法。 A target object detection method using an FM-CW radar device that generates a beat signal from a transmission wave and a reflected wave from the target object of the transmission wave, and detects the target object using the beat signal.
A process of outputting the transmission wave that is triangular wave modulated by an oscillator;
Distributing the transmission wave into a first transmission wave and a second transmission wave by a distributor;
A step of outputting the first transmission wave to the transmission / reception shared antenna sharing the transmission and reception of radio waves by a circulator, and inputting the reflected wave reflected by the target object;
Turning on and off the connection between the distributor and the circulator by a switch;
A process of generating a beat signal by mixing the reflected wave and the second transmission wave by a mixer;
A process of detecting the target object from the beat signal by the first detector or the second detector;
A process of inputting a beat signal from the mixer to either the first detection unit or the second detection unit by a changeover switch;
And a step of synthesizing the detection results of the target object from the first detection unit or the second detection unit at the switching timing of the changeover switch by an object synthesis unit.
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