JP3031094B2 - Frequency modulation radar equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明の周波数変調レーダ装置、
特に車両に搭載され、移動物体を検出するレーダ装置に
関する。The present invention relates to a frequency-modulated radar device,
In particular, the present invention relates to a radar device that is mounted on a vehicle and detects a moving object.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来より、運転者の運転操作低減や安全
性向上等を目的とした種々の装置が開発、車両に搭載さ
れており、先行車等の周囲物体までの距離や相対速度を
検出するためのレーダ装置の開発も盛んに行われてい
る。レーダ装置としては、ミリ波等の電波を用いたも
の、あるいはレーザ光を用いたものが提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, various devices have been developed and mounted on vehicles for the purpose of reducing driving operations and improving safety of a driver, and detecting a distance and a relative speed to a surrounding object such as a preceding vehicle. The development of radar equipment for performing this is also being actively pursued. As a radar device, a device using a radio wave such as a millimeter wave or a device using a laser beam has been proposed.

【０００３】ミリ波レーダ装置においては、例えば特開
平２−１９８３８０号公報に開示されたレーダ装置のよ
うに、時間経過に伴って周波数が三角形状で、あるいは
台形形状に変化する周波数変調波を用いたレーダ装置が
提案されている。このレーダ装置においては、物体から
反射された受信周波数変調波と送信周波数変調波からビ
ート信号が生成され、このビート信号の周波数上昇部分
の周波数をｆup、周波数下降部分をｆdownとした場合、 ｆd ＝（ｆdown−ｆup）／２ により物体までの相対速度を演算し、 ｆr ＝（ｆup＋ｆdown）／２ により物体までの距離を演算する。In a millimeter wave radar device, a frequency modulation wave whose frequency changes in a triangular shape or a trapezoidal shape with the passage of time, such as the radar device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-198380, is used. Radar systems have been proposed. In this radar device, a beat signal is generated from the reception frequency modulation wave and the transmission frequency modulation wave reflected from the object, and when the frequency of the frequency rising portion of the beat signal is fup and the frequency falling portion is fdown, fd = The relative speed to the object is calculated by (fdown-fup) / 2, and the distance to the object is calculated by fr = (fup + fdown) / 2.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ここで、ビート信号の
周波数上昇部分のビート周波数及び周波数下降部分のビ
ート周波数の計測は、ビート信号をある一定のスレッシ
ョルドでパルス化し、このパルスをカウントすることに
より計測される。しかしながら、レーダビーム内に複数
の反射物体が存在した場合、反射レベルの大きい遠方物
体が検知されたり、また各物体の中間的な距離が検知さ
れてしまう問題があった。Here, the measurement of the beat frequency of the rising frequency portion and the beat frequency of the falling frequency portion of the beat signal is performed by pulsing the beat signal at a certain threshold and counting the pulses. Measured. However, when a plurality of reflective objects exist in the radar beam, there are problems that a distant object having a large reflection level is detected or an intermediate distance between the objects is detected.

【０００５】すなわち、レーダビーム内の複数の反射物
体までの距離をＲ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 とした場合、ビート信
号の距離周波数にはそれぞれの距離に応じた周波数ｆR
1，ｆR2，ｆR3が混合されて歪んだ複合波形となる。こ
の複合波形を一定のスレッショルドでパルス化すると、
反射レベルが最も強い物体の距離周波数のみが検出され
るか、あるいは各距離周波数が平均化された周波数が検
出されてしまうのである。従って、例えば、遠方に反射
強度の大きい構造物等の静止物体がある場合、この静止
物体に影響されて本来検出すべき車両等の移動物体を検
出することができない問題が生じていた。That is, when the distances to a plurality of reflecting objects in the radar beam are R1, R2, and R3, the distance frequency of the beat signal is the frequency fR corresponding to each distance.
1, fR2 and fR3 are mixed to form a distorted composite waveform. When this composite waveform is pulsed at a certain threshold,
Either only the distance frequency of the object having the highest reflection level is detected, or a frequency obtained by averaging the distance frequencies is detected. Therefore, for example, when there is a stationary object such as a structure having a large reflection intensity in a distant place, there has been a problem that a moving object such as a vehicle which should be originally detected cannot be detected due to the influence of the stationary object.

【０００６】もちろん、このような車両等の移動物体を
検出するために、ドプラレーダを用いることも考えられ
るが、この場合相対速度は検出されるものの、その物体
までの距離が計測できない問題が生じる。Of course, in order to detect such a moving object such as a vehicle, a Doppler radar may be used. In this case, although the relative speed is detected, there is a problem that the distance to the object cannot be measured.

【０００７】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、レーダビーム内に
静止物体、移動物体を含む複数の反射物体が存在する場
合にも、移動物体のみを抽出し、この移動物体間での距
離及び相対速度を正確に検出することが可能な周波数変
調レーダ装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems of the related art, and has as its object to provide a method for controlling a moving object only when a plurality of reflecting objects including a stationary object and a moving object exist in a radar beam. It is an object of the present invention to provide a frequency-modulated radar device that can extract the distance and accurately detect the distance and the relative speed between the moving objects.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の周波数変調レーダ装置は、時間とともに周
波数が上昇する周波数上昇部分及び時間とともに周波数
が下降する周波数下降部分を有する周波数変調された搬
送波の送受信を行ない、そのビート信号の周波数上昇部
分の周波数及び周波数下降部分の周波数から物体を捕捉
する周波数変調レーダ装置において、前記ビート信号の
周波数上昇部分及び周波数下降部分をそれぞれスペクト
ル分析するスペクトル分析手段と、相対的静止物体及び
相対的移動物体を識別すべく、高速フーリエ変換処理さ
れた周波数上昇部分のパワースペクトラムと周波数下降
部分のパワースペクトラムの差分を算出する差分算出手
段と、前記差分算出手段から出力される差分信号から前
記相対的移動物体までの距離及び相対速度を演算する演
算手段とを有することを特徴とする。In order to achieve the above object, a frequency modulation radar apparatus according to the present invention is frequency-modulated having a frequency rising portion in which the frequency rises with time and a frequency falling portion in which the frequency falls with time. In a frequency modulation radar apparatus that transmits and receives a carrier wave and captures an object from the frequency of the frequency rising part and the frequency of the frequency falling part of the beat signal, the spectrum for spectrum analysis of the frequency rising part and the frequency falling part of the beat signal respectively. Analysis means, a relative stationary object and
In order to identify the relative moving object, a difference calculating means for calculating a difference between the power spectrum of the power spectrum and the frequency falling section of the fast Fourier transform frequency rising portion, before the differential signal output from the difference calculation means
Calculating means for calculating the distance to the relative moving object and the relative speed.

【０００９】[0009]

【作用】このように、本発明においては、ビート信号の
周波数上昇部分及び周波数下降部分をそれぞれスペクト
ル分析してパワースペクトラムを算出する。静止物体か
らの反射信号は周波数上昇部分と周波数下降部分とで同
一周波数スペクトルになるが、移動物体の場合には、ド
プラ効果のため周波数上昇部分と周波数下降部分とで周
波数が異なることになる。As described above, according to the present invention, the power spectrum is calculated by performing spectrum analysis on the frequency rising portion and the frequency falling portion of the beat signal. The reflected signal from a stationary object has the same frequency spectrum in the frequency rising part and the frequency falling part, but in the case of a moving object, the frequency is different between the frequency rising part and the frequency falling part due to the Doppler effect.

【００１０】従って、周波数上昇部分のパワースペクト
ラムと周波数下降部分のパワースペクトラムとの差分を
算出することにより、静止物体のスペクトルは除去さ
れ、移動物体の情報だけが抽出されることになる。Therefore, by calculating the difference between the power spectrum of the frequency rising part and the power spectrum of the frequency falling part, the spectrum of the stationary object is removed and only the information of the moving object is extracted.

【００１１】そこで、この移動物体のスペクトルから距
離及び相対速度を演算することにより、静止物体及び移
動物体がレーダビームの中に含まれていても、移動物体
のみの距離及び相対速度を検出することができる。Therefore, by calculating the distance and the relative speed from the spectrum of the moving object, the distance and the relative speed of only the moving object can be detected even if the stationary object and the moving object are included in the radar beam. Can be.

【００１２】[0012]

【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る周波数
変調レーダ装置の好適な実施例を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the frequency modulation radar apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００１３】図１には本実施例の構成ブロック図が示さ
れている。送信側回路は、搬送波発生器１０、周波数変
調器１２、変調電圧発生器１４、サーキュレータ１６、
及び送信アンテナ１８から構成される。搬送波発生器１
０からは搬送波が出力され、周波数変調器１２に供給さ
れる。一方、変調電圧発生器１４からは振幅が三角形状
に変化する三角波が出力され、変調波として周波数変調
器１２に供給される。これによって、搬送波発生器１０
からの搬送波は周波数変調され、図３（Ａ）において実
線で示されるような時間経過に伴って周波数が三角形状
に変化する送信信号が出力される。この送信信号はサー
キュレータ１６を介して送信アンテナ１８に供給され、
被検出物体に向けて放射される。一方、サーキュレータ
１６を介して、送信信号の一部は後述する受信側回路の
ミキサに供給される。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. The transmitting side circuit includes a carrier generator 10, a frequency modulator 12, a modulation voltage generator 14, a circulator 16,
And a transmission antenna 18. Carrier generator 1
From 0, a carrier is output and supplied to the frequency modulator 12. On the other hand, a triangular wave whose amplitude changes in a triangular shape is output from the modulation voltage generator 14 and supplied to the frequency modulator 12 as a modulation wave. Thereby, the carrier wave generator 10
Is frequency-modulated, and a transmission signal whose frequency changes in a triangular shape with time as shown by a solid line in FIG. 3A is output. This transmission signal is supplied to the transmission antenna 18 via the circulator 16,
It is emitted toward the object to be detected. On the other hand, a part of the transmission signal is supplied to a mixer of a reception-side circuit described later via the circulator 16.

【００１４】受信側回路は、受信アンテナ２０、ミキサ
２２、増幅器２４、フィルタ２６、高速フーリエ変換処
理器（ＦＦＴ信号処理器）２８、ターゲット認識器３
０、危険判定器３２、及び警報器３４から構成される。
被検出物体からの反射波は受信アンテナ２０で受信さ
れ、ミキサ２２に供給される。図３（Ａ）には点線で受
信波が示されている。ミキサ２２では受信信号とサーキ
ュレータ１６からの送信信号の一部が差分演算により結
合され、ビート信号が生成される。図３（Ｂ）にはビー
ト信号が示されており、三角変調波の上昇部分（上り区
間）の周波数がｆup、三角変調波の下降部分（下り区
間）の周波数がｆdownで示されている。ミキサ２２から
のビート信号は増幅器２４で増幅され、アンチエリアシ
ングフィルタ２６を介してＦＦＴ信号処理器２８に供給
される。そして、ＦＦＴ処理された信号はターゲット認
識器３０に供給されて後述する処理により移動物体のみ
が検出され、危険と判定されたときには警報を発する構
成である。The receiving side circuit includes a receiving antenna 20, a mixer 22, an amplifier 24, a filter 26, a fast Fourier transform processor (FFT signal processor) 28, and a target recognizer 3.
0, a danger determiner 32, and an alarm 34.
The reflected wave from the detected object is received by the receiving antenna 20 and supplied to the mixer 22. FIG. 3 (A) shows the received wave by a dotted line. In the mixer 22, the received signal and a part of the transmitted signal from the circulator 16 are combined by a difference operation to generate a beat signal. FIG. 3B shows a beat signal, in which the frequency of the rising part (upward section) of the triangular modulated wave is indicated by fup, and the frequency of the falling part (downward section) of the triangular modulated wave is indicated by fdown. The beat signal from the mixer 22 is amplified by the amplifier 24 and supplied to the FFT signal processor 28 via the anti-aliasing filter 26. Then, the signal subjected to the FFT processing is supplied to the target recognizer 30, and only the moving object is detected by the processing described later, and an alarm is issued when it is determined that the moving object is dangerous.

【００１５】図２には本実施例の動作を示すフローチャ
ートが示されている。まず、ミキサ２２にて生成され、
増幅器２４で増幅されたビート信号はアンチエリアシン
グフィルタ２６を介して上昇部分及び下降部分それぞれ
に分離される（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。上昇部分及び下
降部分のビート信号はＦＦＴ信号処理器２８に供給さ
れ、各区間それぞれにＦＦＴ処理されてパワースペクト
ラムが算出される（Ｓ１０３）。そして、ＦＦＴ信号処
理器２８からのパワースペクトラムはターゲット認識器
３０に供給され、パワースペクトラムのピークサーチを
行い（Ｓ１０４）、さらにピークとその近傍の周波数を
メモリに格納する（Ｓ１０５）。図４には上昇部分のＦ
ＦＴ信号処理の一例が示されており、また、図５には下
降部分のＦＦＴ信号処理の一例が示されている。両図に
おいて、横軸は周波数、縦軸はパワーであり、レーダの
探知範囲に移動物体及び静止物体が共に存在する場合が
示されている。そして、ターゲット認識器３０は上昇区
間のピーク周波数、パワーと下降区間のピーク周波数、
パワーとの差分を算出する（Ｓ１０６）。すなわち、図
５に示された下降部分のパワースペクトラムを反転させ
て上昇部分のパワースペクトラムに加算する。このと
き、自車に対して相対的に静止している被検出物体は上
昇部分と下降部分で同一周波数スペクトラム、すなわち
図４と図５においてｆs1＝ｆs2となるが、自車に対して
相対的に移動している被検出物体はドプラ効果による周
波数偏位のため、上昇部分と下降部分とで周波数スペク
トラムがずれる、すなわち図４と図５においてｆm1≠ｆ
m2となるため、その差分を演算すると図６のように相対
的静止物体のスペクトルは消滅し、相対的移動物体のみ
のスペクトルが残ることになる。FIG. 2 is a flowchart showing the operation of this embodiment. First, generated by the mixer 22,
The beat signal amplified by the amplifier 24 is separated into an ascending portion and a descending portion via the anti-aliasing filter 26 (S101, S102). The ascending and descending beat signals are supplied to the FFT signal processor 28, which performs FFT processing on each section to calculate a power spectrum (S103). Then, the power spectrum from the FFT signal processor 28 is supplied to the target recognizing device 30 to perform a peak search of the power spectrum (S104), and further store the peak and its neighboring frequencies in a memory (S105). FIG.
An example of the FT signal processing is shown, and FIG. 5 shows an example of the FFT signal processing in the descending portion. In both figures, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents power, and shows a case where both a moving object and a stationary object exist in the radar detection range. Then, the target recognizer 30 outputs the peak frequency of the rising section, the power and the peak frequency of the falling section,
The difference from the power is calculated (S106). That is, the power spectrum of the falling part shown in FIG. 5 is inverted and added to the power spectrum of the rising part. At this time, the detected object that is relatively stationary with respect to the own vehicle has the same frequency spectrum in the ascending portion and the descending portion, that is, fs1 = fs2 in FIGS. Is shifted by the Doppler effect, the frequency spectrum is shifted between the rising part and the falling part, that is, fm1 ≠ f in FIGS.
Since the difference is m2, when the difference is calculated, the spectrum of the relatively stationary object disappears as shown in FIG. 6, and the spectrum of only the relatively moving object remains.

【００１６】従って、差分が算出された後、逆符号で周
波数の近い２つのピークが存在するか否かを判定し（Ｓ
１０７）、存在する場合にはさらに２つのピークのパワ
ーの絶対値の差を演算して所定値εと比較して、所定値
ε以下、すなわち２つのピークの絶対値が十分等しく同
一物体からの反射波であると判定された場合には（Ｓ１
０８）、距離、相対速度演算に移行する。一方、逆符号
で周波数の近いピークがない場合（例えば静止物体だけ
がレーダの探知範囲にある場合）やピークがあってもそ
の絶対値の差が大きい場合には前述の処理を繰り返す。Therefore, after the difference is calculated, it is determined whether or not there are two peaks having opposite signs and close in frequency (S
107), if present, the difference between the absolute values of the powers of the two peaks is further calculated and compared with a predetermined value ε, and is equal to or less than the predetermined value ε, that is, the absolute values of the two peaks are sufficiently equal, and If it is determined that it is a reflected wave (S1
08), and proceeds to distance and relative speed calculation. On the other hand, when there is no peak with a reverse frequency and a frequency close to that (for example, when only a stationary object is within the radar detection range), or when there is a large difference between the absolute values of the peaks, the above process is repeated.

【００１７】このようにして移動物体のスペクトルが検
出され、距離及び相対速度が検出される。距離、及び相
対速度は前述した距離周波数、相対速度周波数 ｆd ＝（ｆdown−ｆup）／２ ｆr ＝（ｆdown＋ｆup）／２ 及び ｆd ＝２ｖ／ｃ・ｆ0 ｆr ＝４ｆm Δｆ／ｃ・Ｒ 但し、ｖ：相対速度、ｃ：光速、ｆ0 ：中心周波数、ｆ
m ：変調周波数、Δｆ：周波数偏位幅 により算出される（Ｓ１１０）。In this manner, the spectrum of the moving object is detected, and the distance and the relative speed are detected. The distance and the relative velocity are the above-mentioned distance frequency, the relative velocity frequency fd = (fdown-fup) / 2 fr = (fdown + fup) / 2 and fd = 2v / c. Relative speed, c: speed of light, f0: center frequency, f
m: modulation frequency, Δf: frequency deviation width (S110).

【００１８】そして、算出された距離データ及び相対速
度データは危険判定器３２に供給される。危険判定器３
２では予め定められた、あるいは自車の走行状態に応じ
て演算される安全距離と算出された距離データとの大小
比較を行い、安全距離以下である場合には危険と判定し
（Ｓ１１１）、警報器３４により運転者に報知する。The calculated distance data and relative speed data are supplied to the danger determiner 32. Danger detector 3
In Step 2, the safety distance calculated in advance or calculated according to the traveling state of the vehicle and the calculated distance data are compared in magnitude, and if the distance is equal to or less than the safety distance, it is determined that there is danger (S111). The driver is notified by the alarm 34.

【００１９】また、例えば自車が停止状態にあり、自車
後方を探知する本実施例のレーダ装置により移動物体が
検出された場合、危険判定器３２は自車が停止状態か否
か、及び移動物体が近づいているか否かを判定し、危険
な場合はドアをロックして開かないようにすることも可
能である。For example, when the own vehicle is stopped and a moving object is detected by the radar device of the present embodiment that detects the rear of the own vehicle, the danger determiner 32 determines whether the own vehicle is in the stopped state, It is also possible to determine whether a moving object is approaching or not, and to lock the door so as not to open it in a dangerous case.

【００２０】なお、本実施例では、スペクトル分析手段
として高速フーリエ変換手段を用いているが、周波数分
析器（スペクトルアナライザ）を利用しても本発明は成
り立つ。In this embodiment, the fast Fourier transform means is used as the spectrum analyzing means, but the present invention can be realized by using a frequency analyzer (spectral analyzer).

【００２１】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る周波
数変調レーダ装置によれば、移動物体のみを確実に検出
することができ、本レーダ装置を組み込んだ警報システ
ム等の信頼性を向上させることができる。As described above, according to the frequency modulation radar apparatus of the present invention, only a moving object can be reliably detected, and the reliability of an alarm system or the like incorporating the radar apparatus is improved. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施例の構成ブロック図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of an embodiment of the present invention.

【図２】同実施例の処理フローチャートである。FIG. 2 is a processing flowchart of the embodiment.

【図３】同実施例の送受信信号及びビート信号の説明図
である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a transmission / reception signal and a beat signal of the embodiment.

【図４】上昇部分のパワースペクトラム説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a power spectrum of a rising portion.

【図５】下降部分のパワースペクトラム説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a power spectrum of a descending portion.

【図６】上昇部分と下降部分の差分演算結果を示す説明
図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a difference calculation result between a rising part and a falling part.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ 搬送波発生器 １２ 周波数変調器 １４ 変調電圧発生器 １６ サーキュレータ １８ 送信アンテナ ２０ 受信アンテナ ２２ ミキサ ２４ 増幅器 ２６ フィルタ ２８ ＦＦＴ信号処理器 ３０ ターゲット認識器 ３２ 危険判定器 ３４ 警報器 Reference Signs List 10 carrier wave generator 12 frequency modulator 14 modulation voltage generator 16 circulator 18 transmitting antenna 20 receiving antenna 22 mixer 24 amplifier 26 filter 28 FFT signal processor 30 target recognizer 32 danger determiner 34 alarm

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 時間とともに周波数が上昇する周波数上
昇部分及び時間とともに周波数が下降する周波数下降部
分を有する周波数変調された搬送波の送受信を行ない、
そのビート信号の周波数上昇部分の周波数及び周波数下
降部分の周波数から物体を捕捉する周波数変調レーダ装
置において、 前記ビート信号の周波数上昇部分及び周波数下降部分を
それぞれスペクトル分析するスペクトル分析手段と、相対的静止物体及び相対的移動物体を識別すべく、 高速
フーリエ変換処理された周波数上昇部分のパワースペク
トラムと周波数下降部分のパワースペクトラムの差分を
算出する差分算出手段と、 前記差分算出手段から出力される差分信号から前記相対
的移動物体までの距離及び相対速度を演算する演算手段
と、 を有することを特徴とする周波数変調レーダ装置。1. Transmitting and receiving a frequency-modulated carrier having a frequency rising portion in which the frequency rises with time and a frequency falling portion in which the frequency falls with time,
In a frequency modulation radar apparatus for capturing an object from a frequency of a frequency rising part and a frequency of a frequency falling part of the beat signal, a spectrum analyzing means for performing spectrum analysis on a frequency rising part and a frequency falling part of the beat signal, respectively , A difference calculating means for calculating a difference between a power spectrum of a frequency rising part and a power spectrum of a frequency falling part which has been subjected to fast Fourier transform processing to identify an object and a relative moving object; and a difference signal output from the difference calculating means. From the relative
And a calculating means for calculating a distance to the moving object and a relative speed.