JP3930376B2 - Fmcwレーダ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はFMCWレーダ装置に関し、特に近距離の高分解能測距を行うFMCWレーダ装置に属する。
【0002】
【従来の技術】
FMCWレーダ装置は、その送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定する。
一般的なFMCWレーダ装置のセンサ部をブロックで示す図6を参照すると、このセンサ部1は、送信信号TXを送信する送信アンテナ11と、ターゲットからの反射信号RXを受信し受信信号Rを出力する受信アンテナ12と、FMCWレーダ用の鋸歯状波の変調信号Mを発生する変調器14と、変調信号Mにより発振周波数が制御(周波数変調)されFM変調された高周波信号RFを出力する高周波発振器13と、受信アンテナ12から供給を受けた受信信号Rと発振器13から供給を受けた高周波信号RFとをミキシングしビート信号Bを出力する混合器15と、ビート信号Bを増幅しビート信号BOを出力する増幅器16とを備える。
【0003】
次に、図6を参照して、センサ部1の動作について説明すると、変調器14が、鋸歯状波の変調信号Mを発生し、発振器13に供給する。発振器13は、搬送波周波数と同一周波数の電圧制御発振器(VCO)により構成され、変調信号Mにより発振周波数が制御、すなわち、周波数変調(FM)された連続波(CW)の高周波信号RFを発生し、送信アンテナ11及び混合器15に供給する。ここでは、説明の便宜上、発振器13の周波数変調特性、すなわち、変調信号電圧(レベル)対発振周波数特性として、変調信号Mのレベルに正比例、すなわち、変調信号Mのレベルの増大に従い直線的に発振周波数が上昇するものとする。従って、変調信号Mのレベルが最低値の場合は高周波信号RFの周波数が最低であり、変調信号Mのレベルが最高値の場合は高周波信号RFの周波数が最高となり、変調信号Mの最低電圧と最高電圧の丁度中間の電圧である中央電圧の時、高周波信号RFはキャリア(搬送波)周波数f0となるものとする。また、高周波信号RFの最低・最高周波数の差を周波数変調帯域幅ΔFと呼ぶ。
【0004】
送信アンテナ11は、測距対象のターゲットに対し送信信号TXを照射する。送信信号TXの照射を受けたターゲットは対応する散乱波を放射する。この散乱波のうち送信方向に戻る成分が後方散乱信号(以下、反射信号RXと呼ぶ)である。受信アンテナ12はこの反射信号RXを受信信号Rとして受信し、混合器15に供給する。混合器15は、受信信号Rと上述した高周波信号RFとをミキシングし、両信号R,RFのミキシング結果であるビート信号Bを生成し、増幅器16に供給する。増幅器16は、ビート信号Bを増幅し、増幅されたビート信号BOを出力する。
【0005】
次に、FMCWレーダ装置の送信信号と受信信号の時間に対する周波数の変化をタイムチャートで示す図7を併せて参照して、FMCWレーダの測距の原理について説明すると、ビート信号Bは、送信から受信までの往復の空間伝搬に要する時間である伝搬時間t遅延した受信信号と送信信号との混合により生じる周波数Fbの信号である。
この周波数偏移幅Fbから、送信信号の送信から受信までの伝搬時間tを算出し、距離Rに換算する。
FMCWレーダの伝搬時間tは数式1により求められる。
また、ターゲットとの距離Rは数式2により求められる。
【0006】
【数1】
t=T×Fb/ΔF
但し、T:変調周期、ΔF:周波数変調帯域数幅
【0007】
【数2】
R=C×t/2
但し、R:距離、C:光速
【0008】
このように、送信波と受信波とのビート信号Bを求め、得られたビート信号Bの周波数を測定することによって、遅延時間すなわち伝搬時間tを求める。この伝搬時間tから、距離Rに換算することができる。
【0009】
次に、上記測距原理を用いた従来のFMCWレーダ装置をブロックで示す図8を参照すると、この従来のFMCWレーダ装置は、鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された反射信号を受信して対応するビート信号BOを出力する上述のセンサ部1と、ビート信号BOを処理しビート周波数、すなわち、周波数Fbを求め目標情報を検出し目標検出信号Lを出力する信号処理部2と、目標検出信号Lの供給を受けディスプレイ等に表示する表示部3とを備える。信号処理部2は、ビート信号BOをディジタル信号に変換しディジタルビート信号DBを出力するA/D変換器21と、ディジタルビート信号DBに窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号WBを出力する重み付け回路22と、重み付けビート信号WBをフーリエ変換し複素信号IQを出力するフーリエ変換回路23と、複素信号IQの絶対値である振幅を演算し振幅信号ABを出力する振幅演算回路24と、振幅信号ABから目標情報の検出処理を行い目標検出信号Lを出力する検出回路25とを備える。
【0010】
次に、図8を参照して、従来のFMCWレーダ装置の動作について、特に信号処理部2の動作を重点的に説明すると、センサ部1は、上述したように、周波数変調送信信号を放射し、ターゲットからの反射信号を受信して対応するビート信号BOを出力し、信号処理部2に供給する。
信号処理部2では、A/D変換器21は、センサ部1から供給を受けたビート信号BOをアナログディジタル変換し対応するディジタルビート信号DBを生成し、重み付け回路22に供給する。重み付け回路22は、周波数スペクトルのサイドローブを低減するためハニング窓等の窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号WBを出力し、フーリエ変換回路23に供給する。フーリエ変換回路23は、重み付けビート信号WBのフーリエ変換処理を行い複素信号IQを生成し、振幅演算回路24に供給する。振幅演算回路24は、複素信号IQの振幅演算処理を行い、複素信号IQの絶対値である振幅信号ABを生成し、検出回路25に供給する。検出回路25は、振幅信号ABに対しピーク検出、エッジ検出あるいはしきい値処理等の振幅情報に基づく目標検出である振幅検出により目標情報を検出し、目標検出信号Lを出力する。ここでは、振幅検出をピーク検出として説明する。
【0011】
表示部3は、信号処理部2が出力した目標検出信号Lをディスプレイに表示する。このようなFMCWレーダ装置における距離測定では、公知のように、距離分解能ΔRは数式3のように表される。
【0012】
【数3】
ΔR=C/2△F
【0013】
そのため、非常に高い距離分解能、例えば数cmオーダを実現するには、周波数変調帯域幅を超広帯域(1GHzオーダ)に拡大する必要がある。
しかし、これらの改善策は、ハードウェアの制約や電波法等による制約から必ずしも実現可能ではなかった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のFMCWレーダ装置は、非常に高い距離分解能を必要とする場合、超広帯域の周波数変調帯域幅を用いることが必要であるが、これらの方策は、ハードウェアの制約や電波法等による制約から必ずしも実現可能ではないという欠点があった。
【0015】
本発明の目的は、周波数変調帯域幅の拡大をすることなく高い距離分解能のFMCWレーダ装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明のFMCWレーダ装置の第1の構成は、送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定するFMCWレーダ装置であって、下記(イ)、(ロ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記三角波又は鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された前記反射信号を受信して対応する前記周波数のビート信号を出力するセンサ部、
(ロ)前記ビート信号の時間的な後半及び前半のいずれか一方の信号の位相を反転した後位相反転しない方の半部の信号と連結することにより前記周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号として出力する信号処理部。
【0017】
本発明のFMCWレーダ装置の第2の構成は、送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定するFMCWレーダ装置であって、下記(イ)、(ロ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記三角波又は鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された前記反射信号を受信して対応する前記周波数のビート信号を出力するセンサ部、
(ロ)前記ビート信号を処理し周波数スペクトルの振幅情報に基づく目標検出である振幅検出によりビート周波数を検出する粗測定モードと、前記ビート信号の時間的な後半及び前半のいずれか一方の信号を逆相として逆相としない方の半部の信号と連結することにより前記周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号として出力する精測定モードとを有する信号処理部。
【0018】
また、本発明の第3の構成は、前記第2の構成のFMCWレーダ装置において、前記振幅検出が、周波数スペクトルのピーク検出であることを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明の第4の構成は、前記第2の構成のFMCWレーダ装置において、前記信号処理部が、下記(イ)〜(チ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記ビート信号をディジタル信号に変換しディジタルビート信号を出力するA/D変換器、
(ロ)前記ディジタルビート信号に窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号を出力する重み付け回路、
(ハ)前記重み付けビート信号をフーリエ変換し複素信号を出力する第1のフーリエ変換回路、
(ニ)前記複素信号の絶対値である振幅を演算し振幅信号を出力する第1の振幅演算回路、
(ホ)前記重み付けビート信号の時間的な前半部と後半部とに分割してこれら後半部と前半部のビート信号のいずれか一方の位相を反転した後位相反転しない方の半部のビート信号に連結して半部の一方が逆相となった逆相重み付けビート信号を出力する逆相処理回路、
(ヘ)前記逆相重み付けビート信号をフーリエ変換し逆相複素信号を出力する第2のフーリエ変換回路、
(ト)前記逆相複素信号の振幅を演算し逆相振幅信号を出力する第2の振幅演算回路、
(チ)前記粗測定モードと前記精測定モードとを切り替える精粗切替信号が前記粗測定モードを指示するときは前記振幅信号の前記振幅検出による検出処理を行い、前記精粗切替信号が前記精測定モードを指示するときは前記逆相振幅信号のヌル点検出処理を行い前記ヌル点を検出してそれぞれ前記目標検出信号を生成するヌル検出回路。
【0020】
また、本発明の第5の構成は、前記第2の構成のFMCWレーダ装置において、前記信号処理部が、下記(イ)〜(リ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記ビート信号をディジタル信号に変換しディジタルビート信号を出力するA/D変換器、
(ロ)前記ディジタルビート信号に窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号を出力する重み付け回路、
(ハ)前記重み付けビート信号をフーリエ変換し複素信号を出力する第1のフーリエ変換回路、
(ニ)前記複素信号の絶対値である振幅を演算し振幅信号を出力する第1の振幅演算回路、
(ホ)前記重み付けビート信号を時間的な前半部と後半部とに分割してこれら後半部と前半部のいずれか一方の位相を反転した後位相反転しない方の半部に連結して半部の一方が逆相となった逆相重み付けビート信号を出力する逆相処理回路、
(ヘ)前記逆相重み付けビート信号をフーリエ変換し逆相複素信号を出力する第2のフーリエ変換回路、
(ト)前記逆相複素信号の振幅を演算し逆相振幅信号を出力する第2の振幅演算回路、
(チ)前記粗測定モードと精測定モードとを切り替える精粗切替信号が前記粗測定モードを指示するときは前記振幅信号をそのまま出力し、前記精粗切替信号が前記精測定モードを指示するときは前記振幅信号を前記逆相振幅信号で除算し除算振幅信号を出力する除算回路、
(リ)前記振幅信号又は前記除算振幅信号の前記振幅検出を行い前記目標検出信号を出力する検出回路。
【0021】
また、本発明の第6の構成は、前記第1又は第2の構成のFMCWレーダ装置において、前記センサ部が、下記(イ)〜(ヘ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記送信信号を送信する送信アンテナ、
(ロ)前記ターゲットからの前記反射信号を受信し受信信号を出力する受信アンテナ、
(ハ)前記三角波又は鋸歯状波の変調信号を発生する変調器、
(ニ)前記変調信号により発振周波数が制御(周波数変調)されFM変調された高周波信号を出力する高周波発振器、
(ホ)前記受信信号と前記高周波信号とをミキシングし前記ビート信号を出力する混合器、
(へ)前記ビート信号を増幅する増幅器。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、受信信号と高周波信号とのミキシング結果であるビート信号を出力する従来と共通のセンサをそのまま利用して、ビート信号の前半あるいは後半データのみを逆相にして、フーリエ変換することにより得られる周波数スペクトルのヌル点を検出することにより、ヌル点に近づくほど振幅変化率が増大しヌル点で無限大となる差検出の特徴を利用して距離精度の向上を図ることを特徴とするものである。
【0023】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施例の構成を示すブロック図である。なお、図8の構成と同一機能のブロックには同じ符号を付してある。この図に示すFMCWレーダ装置は、従来と共通の鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された反射信号を受信して対応するビート信号BOを出力する上述のセンサ部1と、目標検出信号Lの供給を受けディスプレイ等に表示する表示部3とに加えて、信号処理部2の代わりにビート信号BOを処理し周波数スペクトルのピーク検出等の振幅検出(以下、説明の便宜上、振幅検出をピーク検出とする)によりビート周波数Fbを求める粗測定モードに加えて、ビート信号BOの時間的な後半を逆相としてビート信号BOの前半と連結することにより周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号Lとして出力する精測定モードを有する信号処理部2Aを備える。
信号処理部2Aは、従来と共通のビート信号BOをディジタル信号に変換しディジタルビート信号DBを出力するA/D変換器21と、ディジタルビート信号DBに窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号WBを出力する重み付け回路22と、重み付けビート信号WBをフーリエ変換し複素信号IQを出力するフーリエ変換回路23と、複素信号IQの絶対値である振幅を演算し振幅信号ABを出力する振幅演算回路24とに加え、重み付けビート信号WBを前半部のデータと後半部のデータとに分割して後半部のデータの位相を反転した後前半部のデータに連結して後半部が逆相となった逆相重み付けビート信号WRBを出力する逆相処理回路26と、逆相重み付けビート信号WRBをフーリエ変換し逆相複素信号IQRを出力するフーリエ変換回路27と、逆相複素信号IQRの振幅を演算し逆相振幅信号ABRを出力する振幅演算回路28と、上記粗測定モードと精測定モードとを切り替える精粗切替信号CFが低レベル(論理値0)のときは振幅信号ABのピーク検出処理を行い精粗切替信号CFが高レベル(論理値1)のときは逆相振幅信号ABRのヌル点検出処理を行いヌル点を検出してそれぞれ目標検出信号Lを生成するヌル検出回路29とを備える。
【0024】
次に、図1及び各部の波形を波形図で示す図2,図3を参照して本実施例の動作について従来との相違点を重点的に説明すると、センサ部1は、周波数変調送信信号を放射し、ターゲットからの反射信号を受信して対応するビート信号BOを出力し、信号処理部2Aに供給する。
信号処理部2AのA/D変換器21は、センサ部1から供給を受けたビート信号BOをアナログディジタル変換し対応するディジタルビート信号DBを生成し、重み付け回路22に供給する。説明の便宜上、アナログ信号の形式で表したディジタルビート信号DBの波形の一例を波形図で示す図2の(a)を参照すると、このディジタルビート信号DBは、ターゲットの存続期間中、時間とは無関係に振幅が一定の信号である。なお、説明の便宜上、図2,図3に示す各波形では、時間の単位は任意とし、振幅は±1.0を正負の各々の最大値とする相対値で表す。
【0025】
重み付け回路22は、供給を受けたディジタルビート信号DBに対し周波数スペクトルのサイドローブを低減するためハニング窓等の窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号WBを出力し、フーリエ変換回路23と逆相処理回路26とに供給する。説明の便宜上、窓関数をハニング窓とした重み付けビート信号WBの一例を波形図で示す図2の(b)を参照すると、この重み付けビート信号WBは、ターゲットの始点(時間=0近傍)から緩やかに振幅Aが増大し、ターゲットの中心(時間=70近傍)では振幅Aが最大となり、終点(時間=130近傍)に向かって振幅が緩やかに減少する。
【0026】
フーリエ変換回路23は、重み付けビート信号WBのフーリエ変換処理を行い複素信号IQを生成し、振幅演算回路24は、複素信号IQの振幅演算処理を行い、複素信号IQの絶対値である振幅信号ABを生成しヌル検出回路29に供給する。振幅信号ABは、重み付けビート信号WBの周波数スペクトルに相当し、その一例をフーリエ変換後の周波数スペクトル波形の波形図で示す図2の(c)を参照すると、この図に示す横軸は距離を表し、縦軸は振幅を表す。なお、距離の単位は任意とする。
【0027】
ヌル検出回路29は、従来と同様の検出処理で距離検出を行う粗測定モードと本実施例のヌル検出で距離検出を行う精測定モードに切り替える精粗切替信号CFが低レベルのとき、粗測定モードとなる。このとき、ヌル検出回路29は、供給を受けた振幅信号ABに対し従来の検出回路25と同様の処理、ここではピーク検出処理により目標情報、すなわち、周波数偏移幅Fbに相当する振幅信号を検出し、目標検出信号Lを出力する。この場合は、幅のある山型曲線のピーク近傍を上記振幅信号として検出し、目標検出信号Lとして出力する。
【0028】
並行して、逆相処理回路26は、重み付けビート信号WBを時間的に前半部の周波数領域のデータと後半部の周波数領域のデータとに分割し、後半部のデータの位相を反転する逆相処理を行い後半部のデータが逆相である逆相重み付けビート信号WRBを出力し、フーリエ変換回路27に供給する。逆相重み付けビート信号WRBの一例を波形図で示す図3の(a)を参照して、図2の(b)に示す上述のビート信号WBと比較すると、この逆相重み付けビート信号WRBは、ターゲットの中心(時間=70近傍)から後半部で位相が反転していることがわかる。
【0029】
フーリエ変換回路27は、逆相重み付けビート信号WRBをフーリエ変換し、逆相複素信号IQRを出力して振幅演算回路28に供給する。振幅演算回路28は、逆相複素信号IQRの振幅演算処理を行い、逆相複素信号IQRの絶対値である逆相振幅信号ABRを生成し、ヌル検出回路29に供給する。逆相振幅信号ABRは、逆相重み付けビート信号WRBの周波数スペクトルにおける時間(距離)領域の振幅情報に相当する。
ヌル検出回路29は、精粗切替信号CFが高レベルのとき、精測定モードとなる。このとき、ヌル検出回路29は、供給を受けた逆相振幅信号ABRに対しヌル検出を行う。
【0030】
逆相振幅信号ABRの一例をフーリエ変換後の周波数スペクトルの波形図で示す図3の(b)を参照すると、この図に示す横軸は距離を表し、縦軸は振幅を表す。なお、距離の単位は上述の振幅信号ABと共通とする。図示するように、逆相振幅信号ABRは、等価的に周波数スペクトルの時間的な前半部と後半部の距離に対する振幅差を表し、前半部と後半部の振幅が等しくなる点が0となる、いわゆるヌル点を有する。このヌル点近傍の振幅変化は、差検出の本質によりその変化率、すなわち、微係数がヌル点に近づくほど大きくなり、ヌル点では無限大となる。従って、振幅信号ABのピーク位置近傍における振幅変化率がピーク点に近づくほど小さくなりピーク点では0となるピーク点と比較するとはるかに急峻であることがわかる。すなわち、従来技術によるものと共通の振幅信号ABでは、上述のピーク点の性質から分解能が悪く、十分な精度で測定することは困難である。
【0031】
一方、本実施例の逆相振幅信号ABRでは、ターゲット位置(距離)において急峻なヌル点が形成され、これを検出することにより精度の良い測定値が得られることがわかる。
【0032】
しかし、逆相振幅信号ABRは、目標が存在しない位置においてもヌル点と区別不可能な振幅0の点ができる場合があるため、ヌル検出処理29においては、精粗切替信号CFを最初は低レベルとして粗測定モードとし、振幅信号ABによりターゲット距離の粗測定を行って目標情報を検出し、粗目標検出信号を出力する。続いて、精粗切替信号CFを高レベルとして精測定モードに切替え、上記粗目標検出信号(ターゲット)近傍のみのヌル検出、すなわち、精測定を行って目標情報を検出し、目標検出信号Lを出力する。換言すれば、粗目標検出信号をオープンゲートとして精目標検出を行う。それらの結果を表示部3によって表示する。
これにより、周波数変調帯域幅の拡大を行うことなく、測距分解能を向上できる。
【0033】
次に、本発明の第2の実施例を説明する。
図4は、第2の実施例の構成を示すブロック図である。図1と同じ構成要素には同一の符号を付してある。
図1の第1の実施例との相違点は、ヌル検出回路29の代わりに、精粗切替信号CFが低レベルのときは振幅信号ABをそのまま出力し、精粗切替信号CFが高レベルのときは振幅信号ABを逆相振幅信号ABRで除算し除算振幅信号ADを出力する除算回路30と、振幅信号AB又は除算振幅信号ADのピーク検出を行い目標検出信号Lを出力する従来と共通の検出回路25とを備えることである。
【0034】
次に、図4及び除算振幅信号ADの波形を横軸に距離を縦軸に振幅を表す波形図で示す図5を参照して本実施例の動作について第1の実施例との相違点を説明すると、精粗切替信号CFが高レベルの精測定モードのとき、振幅信号ABを逆相振幅信号ABRで除算することによりヌル点がさらに強調され、結果として生成される除算振幅信号ADは、逆相振幅信号ABRより急峻な特性を得る。この除算振幅信号ADを検出回路25によりピーク検出し、目標検出信号Lを出力する。
【0035】
なお、上述の実施例では、後半部のデータを逆相として逆相重み付けビート信号を生成していたが、前半部のデータを逆相として逆相重み付けビート信号を生成しても同一の効果が得られる。
また、粗測定モードにおける振幅信号(周波数スペクトル)における目標検出方法をピーク検出としていたが、エッジ検出やしきい値処理等の検出方法を用いて良いことは明らかである。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のFMCWレーダ装置は、ビート信号の後半及び前半のいずれか一方のデータを逆相としてビート信号の前半及び後半のいずれか一方のデータと連結することにより周波数スペクトル上での周波数偏移幅のヌル点を検出し目標検出信号として出力する信号処理部を備え、ターゲットのビート信号の周波数スペクトルのピーク検出出力に加えて、ビート信号の前半/後半周波数領域データの一方を逆相として求めたより急峻な特性を持つ周波数スペクトルのヌル検出出力を使用することにより、より高精度の距離測定を行うことができるので、周波数変調帯域幅の拡大を行うことなく、測距分解能を向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のFMCWレーダ装置の第1の実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の構成中の従来のFMCWレーダ装置における動作の一例を示すビート信号、重み付けビート信号及びフーリエ変換後の周波数スペクトル波形をそれぞれ示す波形図である。
【図3】本発明実施例のFMCWレーダ装置における動作の一例を示すビート信号の後半部を逆相にして前半部と連結した波形、逆相処理後の信号のフーリエ変換後の周波数スペクトル波形をそれぞれ示す波形図である。
【図4】本発明のFMCWレーダ装置の第2の実施例の構成を示すブロック図である。
【図5】本発明第2の実施例における動作の一例を示す重み付けビート信号及びフーリエ変換後の周波数スペクトル波形を逆相処理後の信号のフーリエ変換後の周波数スペクトル波形で除算した後の周波数スペクトル波形を示す波形図である。
【図6】一般的なFMCWレーダ装置のセンサ部の構成の一例を示すブロック図である。
【図7】FMCWレーダ装置の送信信号と受信信号の時間に対する周波数の変化を示すタイムチャートである。
【図8】従来のFMCWレーダ装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 センサ部
2,2A,2B 信号処理部
3 表示部
11 送信アンテナ
12 受信アンテナ
13 発振器
14 変調器
15 混合器
16 増幅器
21 A/D変換器
22 重み付け回路
23,27 フーリエ変換回路
24,28 振幅演算回路
25 検出回路
26 逆相処理回路
29 ヌル検出回路
30 除算回路
Claims (6)
- 送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定するFMCWレーダ装置であって、下記(イ)、(ロ)の構成要素を備えることを特徴とするFMCWレーダ装置。
(イ)前記三角波又は鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された前記反射信号を受信して対応する前記周波数のビート信号を出力するセンサ部、
(ロ)前記ビート信号の時間的な後半及び前半のいずれか一方の信号の位相を反転した後位相反転しない方の半部の信号と連結することにより前記周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号として出力する信号処理部。 - 送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定するFMCWレーダ装置であって、下記(イ)、(ロ)の構成要素を備えることを特徴とするFMCWレーダ装置。
(イ)前記三角波又は鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された前記反射信号を受信して対応する前記周波数のビート信号を出力するセンサ部、
(ロ)前記ビート信号を処理し周波数スペクトルの振幅情報に基づく目標検出である振幅検出によりビート周波数を検出する粗測定モードと、前記ビート信号の時間的な後半及び前半のいずれか一方の信号を逆相として逆相としない方の半部の信号と連結することにより前記周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号として出力する精測定モードとを有する信号処理部。 - 前記振幅検出が、周波数スペクトルのピーク検出であることを特徴とする請求項2記載のFMCWレーダ装置。
- 前記信号処理部が、下記(イ)〜(チ)の構成要素を備えることを特徴とする請求項2記載のFMCWレーダ装置。
(イ)前記ビート信号をディジタル信号に変換しディジタルビート信号を出力するA/D変換器、
(ロ)前記ディジタルビート信号に窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号を出力する重み付け回路、
(ハ)前記重み付けビート信号をフーリエ変換し複素信号を出力する第1のフーリエ変換回路、
(ニ)前記複素信号の絶対値である振幅を演算し振幅信号を出力する第1の振幅演算回路、
(ホ)前記重み付けビート信号の前半部と後半部とに分割してこれら後半部と前半部のビート信号のいずれか一方の位相を反転した後位相反転しない方の半部のビート信号に連結して半部の一方が逆相となった逆相重み付けビート信号を出力する逆相処理回路、
(ヘ)前記逆相重み付けビート信号をフーリエ変換し逆相複素信号を出力する第2のフーリエ変換回路、
(ト)前記逆相複素信号の振幅を演算し逆相振幅信号を出力する第2の振幅演算回路、
(チ)前記粗測定モードと前記精測定モードとを切り替える精粗切替信号が前記粗測定モードを指示するときは前記振幅信号の前記振幅検出による検出処理を行い、前記精粗切替信号が前記精測定モードを指示するときは前記逆相振幅信号のヌル点検出処理を行い前記ヌル点を検出してそれぞれ前記目標検出信号を生成するヌル検出回路。 - 前記信号処理部が、下記(イ)〜(リ)の構成要素を備えることを特徴とする請求項2記載のFMCWレーダ装置。
(イ)前記ビート信号をディジタル信号に変換しディジタルビート信号を出力するA/D変換器、
(ロ)前記ディジタルビート信号に窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号を出力する重み付け回路、
(ハ)前記重み付けビート信号をフーリエ変換し複素信号を出力する第1のフーリエ変換回路、
(ニ)前記複素信号の絶対値である振幅を演算し振幅信号を出力する第1の振幅演算回路、
(ホ)前記重み付けビート信号を時間的な前半部と後半部とに分割してこれら後半部と前半部のいずれか一方の位相を反転した後位相反転しない方の半部に連結して半部の一方が逆相となった逆相重み付けビート信号を出力する逆相処理回路、
(ヘ)前記逆相重み付けビート信号をフーリエ変換し逆相複素信号を出力する第2のフーリエ変換回路、
(ト)前記逆相複素信号の振幅を演算し逆相振幅信号を出力する第2の振幅演算回路、
(チ)前記粗測定モードと精測定モードとを切り替える精粗切替信号が前記粗測定モードを指示するときは前記振幅信号をそのまま出力し、前記精粗切替信号が前記精測定モードを指示するときは前記振幅信号を前記逆相振幅信号で除算し除算振幅信号を出力する除算回路、
(リ)前記振幅信号又は前記除算振幅信号の前記振幅検出を行い前記目標検出信号を出力する検出回路。 - 前記センサ部が、下記(イ)〜(ヘ)の構成要素を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のFMCWレーダ装置。
(イ)前記送信信号を送信する送信アンテナ、
(ロ)前記ターゲットからの前記反射信号を受信し受信信号を出力する受信アンテナ、
(ハ)前記三角波又は鋸歯状波の変調信号を発生する変調器、
(ニ)前記変調信号により発振周波数が制御(周波数変調)されFM変調された高周波信号を出力する高周波発振器、
(ホ)前記受信信号と前記高周波信号とをミキシングし前記ビート信号を出力する混合器、
(へ)前記ビート信号を増幅する増幅器。
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