JP4549587B2

JP4549587B2 - FMCW radar equipment

Info

Publication number: JP4549587B2
Application number: JP2001226104A
Authority: JP
Inventors: 雅之井田
Original assignee: Nidec Elesys Corp
Current assignee: Nidec Elesys Corp
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003043137A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦＭＣＷレーダ装置に関し、特にミリ波を用いた車載用のＦＭＣＷレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、道路上で前方を走行する車両を捕捉し、自車に対し安全を確保できない衝突危険性がある場合にアラーム音等によりドライバに警告を与える車両用衝突警報装置が用いられるようになってきた。このセンシング装置としては、ミリ波を用いたＦＭＣＷレーダ装置は構成の簡単さ、全天候性等の理由で広く用いられている。
【０００３】
ＦＭＣＷレーダ装置は、その送信信号に三角波による周波数変調をかけ、送信信号の送信から対象物で反射された反射信号の受信までの時間によって変調された周波数の偏移量である変調周波数偏移幅から検知距離を決定する。
【０００４】
しかし、この変調周波数偏移幅は信号源となる発振器の変調感度と変調制御信号の温度特性等により変化が生じ、検知距離に誤差を生じさせる。とくに、この種の車載用ＦＭＣＷレーダ装置では環境条件、特に温度条件が厳しく温度変動に対する測距精度劣化が問題となる。
【０００５】
従来、ＦＭＣＷレーダ装置では、測距精度を確保するための一般な解決方法として、送信信号の周波数変調幅を一定とする構成がある。例えば、送信信号の源であるミリ波発振器の発振信号を分周し、測定容易な低い周波数にて変調幅の測定を行い変調幅を一定に保つ低周波数変換ループ制御方式や、温度変動等による周波数変調偏差を予め見込んでおいて、ロム（ＲＯＭ）テーブルに見込んだ偏差補正データを格納し変調制御する温度偏差テーブル補正方式などの方法が提案されている。
【０００６】
しかし、上記の方法では、周波数変調幅を一定にするための回路を特別に追加するため、実現にはコスト及び回路規模が増大するという問題があった。
【０００７】
【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、発振器の変調感度や変調制御信号の温度特性に起因する周波数変調幅の変動を抑制して測距精度を確保するため、低周波数変換ループ制御方式や温度偏差テーブル補正方式などの方法を用いていたが、周波数変調幅を一定化するための回路を特別に追加する必要があり、コスト及び回路規模が増大するというという欠点があった。
【０００８】
本発明の目的は、温度変動に起因する測距精度劣化を防止した高測距精度で、かつ、回路規模及びコストの増大を抑制したＦＭＣＷレーダ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明のＦＭＣＷレーダ装置は、送信信号に三角波による周波数変調をかけ、送信信号の照射から対象物であるターゲットの後方散乱信号である反射信号の受信までの時間によって変調された周波数の偏移量である変調周波数偏移幅から前記ターゲットまでの距離を求めるＦＭＣＷレーダ装置において、
通常動作であり前記変調周波数偏移幅から検知距離を求めるＦＭＣＷレーダモードで動作するＦＭＣＷレーダ部と、
送信信号をパルス変調し送信パルス信号を発生するパルス変調手段と、前記送信パルス信号を前記ターゲットに照射してから前記反射信号を受信するまでの伝播時間を求める距離カウント手段とを備え、
前記ＦＭＣＷレーダモードの予め定めた一定時間毎に前記送信パルス信号を照射し前記伝播時間から前記ターゲットまでの距離を検知するパルスレーダモードで動作させこのパルスレーダモードによる検知距離により前記ＦＭＣＷレーダモードによる検知距離を校正することを特徴とすることを特徴である。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のＦＭＣＷレーダ装置において、ミリ波帯周波数を用いた車載用であり、Ｓ／Ｎ比の高い近距離の車両をターゲットとして選択して前記ＦＭＣＷレーダモードの検知距離の前記パルスレーダモードによる校正を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３記載の発明のＦＭＣＷレーダ装置は、送信信号に三角波による周波数変調をかけ、送信信号の照射から対象物であるターゲットの後方散乱信号である反射信号の受信までの時間によって変調された周波数の偏移量である変調周波数偏移幅から前記ターゲットまでの距離を求めるＦＭＣＷレーダ装置において、
前記送信信号を発生する送信部と、
前記送信信号を送信する送信アンテナと前記ターゲットからの反射信号を受信し受信信号を出力する受信アンテナとを有するアンテナ部と、
前記受信アンテナからの受信信号の処理を行い受信検波信号を生成する受信部と、
レーダ全体の制御を行う制御部とを備え、
前記送信部が、ＦＭＣＷレーダモード用の三角波及びパルスレーダモード用の一定電圧の変調信号を発生する変調電圧発生器と、
前記変調信号により発振周波数が制御されＦＭ変調又は無変調の高周波信号を出力する高周波発振器と、
前記高周波信号を所定のレベルに増幅し増幅信号を出力するとともに後述する高周波ミキサに供給する送信サンプル信号を出力する高周波増幅器と、
前記パルスレーダモード時に前記増幅信号をパルス変調したパルス送信信号を生成し前記ＦＭＣＷレーダモード時には前記増幅信号をそのまま通過させて前記送信信号を出力し前記送信アンテナに供給するパルス変調回路と、
前記パルス変調回路に供給するパルス変調信号を発生するパルス発生器とを備え、
前記受信部が、前記ＦＭＣＷレーダモード時に前記受信信号と前記送信サンプル信号とをミキシングしビート信号を出力する高周波ミキサと、
前記ビート信号の周波数解析処理を含む受信信号処理を行いターゲット情報を出力するＦＦＴ部と、
前記パルスレーダモード時に前記受信信号の受信レベルを検知し検知信号を出力する検波増幅器と、
前記検知信号が予め設定したしきい値を超えるとストップ信号を生成するコンパレータとを備え、
前記制御部が、前記パルス送信信号の送信開始から前記受信信号の受信までの時間を計測しこの計測時間から距離を算出する距離校正部と、
パルスレーダモードのインターバル時間を設定するタイマとを備えて構成されている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載のＦＭＣＷレーダ装置において、前記高周波発振器が、前記変調信号の電圧レベルにより発振周波数が制御る電圧制御発振器を備えて構成されている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項３記載のＦＭＣＷレーダ装置において、前記パルス変調回路が、前記パルス変調信号の供給に応答して伝送路の導通／遮断のスイッチイングを行うミリ波帯のＲＦスィッチを備えて構成されている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項３記載のＦＭＣＷレーダ装置において、前記距離校正部が、前記パルス変調信号の供給に応答してサンプルパルスの発生を開始し前記ストップ信号の供給に応答して前記サンプルパルスの発生を停止するサンプルパルス発生器と、
前記サンプルパルスをカウントし時間計数値を出力するカウンタと、
前記時間計数値を距離に変換する距離計算部とを備えて構成されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
本実施の形態のＦＭＣＷレーダ装置は、送信信号に三角波による周波数変調をかけ、送信信号の照射から対象物であるターゲットの後方散乱信号である反射信号の受信までの時間によって変調された周波数の偏移量である変調周波数偏移幅から上記ターゲットまでの距離を求めるＦＭＣＷレーダ装置において、通常動作であり上記変調周波数偏移幅から検知距離を求めるＦＭＣＷレーダモードで動作するＦＭＣＷレーダ部と、送信信号をパルス変調し送信パルス信号を発生するパルス変調手段と、上記送信パルス信号を上記ターゲットに照射してから上記反射信号を受信するまでの伝播時間を求める距離カウント手段とを備え、上記ＦＭＣＷレーダモードの予め定めた一定時間毎に上記送信パルス信号を照射し上記伝播時間から上記ターゲットまでの距離を検知するパルスレーダモードで動作させこのパルスレーダモードによる検知距離により上記ＦＭＣＷレーダモードによる検知距離を校正することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本実施の形態のＦＭＣＷレーダ装置は、自動車に搭載され、ミリ波帯周波数、例えば７６．５ＧＨｚを用いて１５０ｍ程度の近距離を測定する車載用のＦＭＣＷレーダ装置であり、上記ＦＭＣＷレーダモードの検知距離の校正を、Ｓ／Ｎ比の高い近距離の車両をターゲットとして選択して行うことで、高信頼度な校正を行うことができる。
【００１８】
次に、本発明の実施の形態をブロックで示す図１を参照すると、この図に示す本実施の形態のＦＭＣＷレーダ装置は、送信信号ＴＸを発生する送信部１と、送信信号ＴＸを送信する送信アンテナ２１とターゲットからの反射信号を受信し受信信号Ｒを出力する受信アンテナ２２とから成るアンテナ部２と、受信アンテナ２２からの受信信号の処理を行い受信検波信号を生成する受信部３と、レーダ全体の制御を行う制御部４とを備える。
【００１９】
送信部１は、ＦＭＣＷレーダモード用の三角波及びパルスレーダモード用の一定電圧の変調信号Ｍを発生する変調電圧発生器１１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変調された又は無変調の高周波信号ＲＦを出力する高周波発振器１２と、高周波信号ＲＦを所定のレベルに増幅し増幅信号ＴＡを出力するとともに後述する高周波ミキサに供給する送信サンプル信号ＳＴを出力する高周波増幅器１３と、パルスレーダモード動作時に増幅信号ＴＡをパルス変調しＦＭＣＷレーダモード時には増幅信号ＴＡをそのまま通過させて送信信号ＴＸを出力し送信アンテナ２１に供給するパルス変調回路１４と、パルス変調回路１４へのパルス変調信号Ｐを発生するパルス発生器１５とを備える。
【００２０】
受信部３は、ＦＭＣＷレーダモード時に受信アンテナ２２から供給を受けた受信信号Ｒと高周波増幅器１３から供給を受けた送信サンプル信号ＳＴとをミキシングしビート信号Ｂを出力する高周波ミキサ３１と、ビート信号Ｂの周波数解析処理等の受信信号処理を行いターゲット情報Ｋを出力するＦＦＴ部３２と、パルスレーダモード時に受信信号Ｒの受信レベルを検知し検知信号Ｄを出力する検波増幅器３３と、検知信号Ｄが予め設定したしきい値を超えると後述する制御部４のサンプルパルス発生器４１のサンプルパルスＰＳの発生を停止させるストップ信号Ｇを生成するコンパレータ３４とを備える。
【００２１】
制御部４は、パルスレーダとしての時間カウント用のクロックであるサンプルパルスＰＳを発生するサンプルパルス発生器４１と、パルス送信開始からパルス受信するまでのサンプルパルスＰＳをカウントしカウント結果である時間計数値を時間／距離変換し変換結果の距離を記憶する距離校正部４２と、制御用のＣＰＵ４３と、パルスレーダ動作のインターバル時間を設定するタイマ４４とを備える。
【００２２】
次に、図１及び本実施の形態のレーダ動作モードを説明図で示す図２を参照して本実施の形態の動作について説明すると、本実施の形態の動作モードは通常動作であるＦＭＣＷレーダモードと、距離校正動作であるパルスレーダモードの２つの動作モードを有する。
【００２３】
まず、通常動作時には、ＦＭＣＷレーダ動作を行う。次に、ＦＭＣＷレーダモードで動作中に、タイマ４４が予め設定したパルスレーダ動作のインターバル時間ＴＦ毎に一定時間ＴＰの間、距離校正のためのパルスレーダモードを行う。
【００２４】
ＦＭＣＷレーダモードは、まず、送信部１の変調電圧発生器１１が、三角波の変調信号Ｍを発生し、高周波発振器１２に供給する。高周波発振器１２は、搬送波周波数と同一のミリ波帯の電圧制御発振器（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、高周波増幅器１３に供給する。ここでは、説明の便宜上、高周波発振器１２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）周波数となるものとする。
【００２５】
高周波増幅器１３は、高周波信号ＲＦを所定電力レベルまで増幅し、ＦＭＣＷ増幅信号ＴＡをパルス変調回路１４に供給する。また、増幅信号ＴＡの一部を抽出し送信サンプル信号ＳＴとして後述する受信部３の高周波ミキサ３１に供給する。送信サンプル信号ＳＴの抽出は、例えば、所定の結合度を有する方向性結合器を用いる。
【００２６】
このＦＭＣＷレーダモードでは、パルス変調回路１４は、後述する変調素子であるＲＦスイッチが閉じられ導通状態となっており、供給を受けたＦＭＣＷ増幅信号ＴＡは、そのまま通過して、送信信号ＴＸとして送信アンテナ２１に供給する。
【００２７】
送信アンテナ２１は、自車の前方の自動車等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（以下反射信号と呼ぶ）である。受信アンテナ２２はこの反射信号を受信信号Ｒとして受信し、受信部３に供給する。
【００２８】
受信部３は、供給を受けた受信信号Ｒが、高周波ミキサ３１に入力する。高周波ミキサ３１は、受信信号Ｒと上述した送信サンプル信号ＳＴとをミキシングし、両信号Ｒ，ＳＴのミキシング結果であるビート信号Ｂを生成し、ＦＦＴ３２に供給する。
【００２９】
ＦＦＴ３２は、ビート信号Ｂの周波数解析処理を含む受信信号処理を行い、詳細は後述するように、ターゲットまでの距離、及び距離変化等の情報を含むターゲット情報Ｋを出力し、ＣＰＵ４３に供給する。
【００３０】
ＣＰＵ４３は、ターゲット情報Ｋに基づき、周波数対距離変換等の処理を行い、距離を求める。
【００３１】
パルスレーダモードは、まずＦＭＣＷレーダモードの動作において、捕捉中のターゲットから反射（後方散乱）した受信信号レベルが充分高いＳ／Ｎ比を有することを認識し、このターゲットを距離校正用ターゲットとして確立する。
【００３２】
距離校正用ターゲットが確立すると、まず、ＦＭＣＷレーダモードの送信信号ＴＸを一時停止する。すなわち、変調電圧発生器１１の動作を停止して変調信号Ｍの供給を停止し、高周波発振器１２の発振を停止させることにより、高周波信号ＲＦの出力を停止する。次に、その状態から、再度変調電圧発生器１１から三角波のほぼ中央（０レベル）レベルに相当する一定電圧の変調信号Ｍを高周波発振器１２に供給し、高周波発振器１２は、変調信号Ｍ対応の一定周波数（キャリア周波数）の高周波信号ＲＦ（無変調の連続波ＣＷ）を出力し、高周波増幅器１３に供給する。高周波増幅器１３は、高周波信号ＲＦを増幅し無変調の増幅信号ＴＡをパルス変調回路１４に供給する。
【００３３】
パルス発生器１５は、所定タイミングのパルス変調信号Ｐを生成して、パルス変調回路１４に供給する。パルス変調回路１４は増幅信号ＴＡをパルス変調し送信信号ＴＸを出力し送信アンテナ２１に供給する。送信アンテナ２１は距離校正用ターゲットに向けてパルス変調された送信信号ＴＸを放射する。
【００３４】
パルス変調回路１４は、例えば、パルス変調信号Ｐの供給に応答して伝送路の導通／遮断のスイッチイングを行うミリ波帯のＲＦスィッチを備えて構成されており、パルス変調信号Ｐに対する応答特性の良いＲＦスィッチを用いると、送信信号ＴＸとしてパルス変調信号Ｐの波形と相似のミリ波パルス信号が得られる。
【００３５】
例えば、ターゲットの距離を６０ｍとすると、送信信号ＴＸの送信からターゲットで反射して受信するまでの時間は、約４００ｎＳとなるため、受信信号Ｒが送信信号ＴＸと重ならないための送信信号ＴＸ、すなわち、パルス変調信号Ｐの適切なパルス幅は若干の余裕をみて１００〜２００ｎＳとする。
【００３６】
また、パルス変調信号Ｐの立ち上がりタイミングに同期して時間測定用のクロックであるサンプルパルスＰＳを生成するサンプルパルス発生器４１も同時に動作を開始する。
【００３７】
次に、ターゲットで反射された反射信号は、受信アンテナ２２により受信信号Ｒとして受信され、受信部３に供給される。
【００３８】
受信部３の検波増幅器３３は、供給を受けた受信信号Ｒを振幅検波し、さらに検波出力信号を増幅して受信信号Ｒの振幅レベル（以下レベル）に対応するレベルの検波信号Ｄを出力し、コンパレータ３４に供給する。コンパレータ３４は、検波信号Ｄが予め設定したしきい値を超えると、ストップパルスＧを出力し、動作中のサンプルパルス発生器４１のサンプルパルスＰＳの発生を停止させる。
【００３９】
距離校正部４２は、例えば、パルス送信開始、すなわち、パルス変調信号Ｐの入力時刻から、ストップパルスＧの入力時刻までサンプルパルス発生器４１が出力したサンプルパルスＰＳをパルス動作時の時間の間計数し時間計数値を出力するするカウンタと、この計数値に対し公知の時間／距離変換演算を実施して距離に変換する距離計算部とから成り、算出した距離を距離校正データＣＤとして記憶し、保持する。
【００４０】
ＣＰＵ４３は、距離校正部４２から距離校正データＣＤを読出し、ＦＭＣＷレーダモードで求めた同一ターゲットの距離データとを比較し、パルスレーダモードの距離校正データＣＤを基準として両レーダモードの差分を補正することにより、距離校正を実施する。
【００４１】
次に、ＦＭＣＷレーダモードの距離検知方法を説明図で示す図３を併せて参照して、ＦＭＣＷレーダモードとパルスレーダモードの各々の場合の距離検知方法とその精度について詳細に説明する。
【００４２】
ＦＭＣＷレーダの距離検知方法は、上述したように、その送信信号ＴＸの基となる高周波発振器１２を直線スロープを有する三角波で連続的に周波数偏移を行いうことにより、送信信号ＴＸとして周波数変調された信号を放射する。ターゲットは送信信号ＴＸの照射を受け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（後方散乱信号）である反射信号を受信信号Ｒとして受信し、この受信信号Ｒと、送信信号ＴＸの一部をサンプリングした送信サンプル信号ＳＴとをミキシングすることにより両信号Ｒ，ＳＴのミキシング結果であるビート信号Ｂを生成する。
【００４３】
このビート信号Ｂは、送信から受信までの往復の空間伝播に要する時間である伝播時間Ｔで変化した変調周波数の偏移幅である周波数偏移幅Ｆｒの信号である。
【００４４】
この周波数偏移幅Ｆｒから、送信信号の送信から受信までの伝播時間Ｔを算出し、距離Ｌに換算する（図３（Ａ））。
【００４５】
ＦＭＣＷレーダモードの伝播時間Ｔは次式により求められる。
【００４６】
Ｔ＝Ｆｒ×Ｔｍ／２×ΔＦ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、Ｔｍ：変調周期、ΔＦ：ＦＭ変調周波数幅、を表す。
【００４７】
また、ターゲットとの距離Ｌは次式により求められる。
【００４８】
Ｌ＝Ｃ×Ｔ／２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ここで、Ｌ：距離、Ｃ：光速、を表す。
【００４９】
具体的な数値例を示すと、高周波発振器１２の変調感度を３００ＭＨｚ／Ｖであるとすると、ＦＭ変調周波数幅ΔＦ＝７５ＭＨｚを得るには変調電圧発生器１１の供給すべき変調信号Ｍの信号レベルは、０．２５Ｖｐ−ｐとなる。
【００５０】
また、変調周期Ｔｍ＝１０ｋＨｚとした場合、距離Ｌ＝４０ｍのターゲットに対する距離測定を行うとすると、送信信号ＴＸが、レーダターゲットに反射し受信信号Ｒとして受信するまでの伝播時間Ｔは、２式より次のよう求められる。
【００５１】
Ｔ＝２×Ｌ／Ｃ＝２６７（ｎｓ）
この間に高周波発振器１２の周波数偏移幅Ｆｒは、１式及び２式より次のよう求められる。
【００５２】
Ｆｒ＝ΔＦ×ＴＦ×Ｔｍ＝１００（ｋＨｚ）
この周波数１００ｋＨｚは、予め設定されている距離換算データにより距離４０ｍと判断される。
【００５３】
本実施の形態のＦＭＣＷレーダ装置を車載レーダに応用する場合の要求性能の一例を表１に示す。
【００５４】
【表１】

【００５５】
表１に示す距離精度±３％以下を得るには、高周波発振器１２の変調感度及び変調信号Ｍの精度も±３％以下を保持する必要がある。
【００５６】
しかし、一般的に高周波発振器の変調感度や変調信号のレベルは温度等の条件にて変化し、以下に述べるように検知距離に誤差が生じる（図３（Ｂ））。
【００５７】
高周波発振器１２は、上述のように、ＧａＡｓＦＥＴ等のミリ波増幅素子を用いたミリ波帯のＶＣＯであり、その変調信号レベル対発振周波数特性は、温度の影響を受けることが知られている。
【００５８】
高周波発振器１２の変調特性（ΔＦ／Ｍ）が温度等により変化すると、ＦＭＣＷレーダモードにて測定している周波数偏移幅Ｆｒの値が変化する。
【００５９】
ところが、距離Ｌを算出するパラメータとしてのＦＭ変調周波数幅ΔＦの値は一定のままなので、算出された検知距離Ｌには誤差が生じる。
【００６０】
高周波発振器１２の変調信号Ｍ（Ｖ）対発振周波数Ｆの温度特性データの一例をグラフで示す図４を参照すると、温度変化＋２５℃〜＋９０℃での変調感度の変化は、発振周波数７６．５ＧＨｚでは３２０ＭＨｚ／Ｖから２６０ＭＨｚ／Ｖとなり、約２０％の低下となる。
【００６１】
従って、上述の発振周波数Ｆが変調信号Ｍのレベルに正比例するという仮定により、高周波発振器１２へ入力する変調信号Ｍのレベル範囲が一定であるとすると高周波発振器１２のＦＭ変調周波数幅ΔＦも２０％低下する。
【００６２】
ＦＭ変調周波数幅ΔＦが低下するとレーダターゲットの距離Ｌが一定で伝播時間ＴＦが一定であってもミキサの出力であるビート信号Ｂの周波数偏移幅Ｆｒはそのまま２０％低下する。
【００６３】
この周波数偏移幅Ｆｒの低下はそのまま距離換算の結果として検知距離Ｌの低下（誤差）として現れる。例えば、ターゲットの距離Ｌが４０ｍの場合、誤差は約−８ｍとなり、従って距離測定値は３２ｍとなってしまう。
【００６４】
次に、パルスレーダモードでの距離検知方法をタイムチャートで示す図５を参照すると、距離検知は、上述したように、送信信号ＴＸの放射から、反射信号対応の受信信号Ｒを受信するまでの伝播時間Ｔを、送信信号ＴＸの放射時刻、すなわち、パルス発生器１５のパルス変調信号Ｐの発生時刻に出力開始し受信信号Ｒの受信時刻、すなわち、コンパレータ３４からのストップパルスＧの出力時刻に出力を停止するサンプルパルス発振器４１からのサンプルパルスＰＳを距離校正部４２のカウンタでカウントすることにより求める。サンプルパルスＰＳとして、後述する高精度のクロック信号を用いることにより伝播時間Ｔを高精度に計測可能である。
【００６５】
ターゲットとの距離Ｌは次式により表される。
【００６６】
Ｌ＝Ｃ×Ｔ／２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
また、サンプルパルスＰＳは、距離精度を確保するため、例えば、周波数１００ＭＨｚ、すなわち、パルス周期１０ｎｓ、デューテイサイクル０．５とすると、パルス幅５ｎｓで周波数安定度０．１％程度のパルスが要求される。この程度のパルス幅、周波数安定度のパルスを発生することは、例えば、サンプルパルスＰＳの基準周波数源として水晶振動子を用いる公知の発振回路により容易に実現できる。
【００６７】
これは、距離校正部４２でのカウントにおける１パルス分の誤差として５ｎｓは距離換算して約０．７５ｍとなり、本レーダの目標性能を確保する条件となる。
【００６８】
例えば、ＦＭＣＷモードと同様に、ターゲットの距離Ｌが４０ｍの場合、誤差が１パルス分、すなわち、０．７５ｍとすると、測定値は３９．２５〜４０．７５ｍとなる。
【００６９】
以上より、現状では、ＦＭＣＷレーダモードに比べパルスレーダモードの方が距離検知の精度ははるかに高い。ただし、パルスレーダモードが高精度を発揮するのは信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が、例えば２０ｄＢ以上と十分高い場合であり、このためこのような高Ｓ／Ｎを確保可能な比較的近距離の測距に限定される。
【００７０】
すなわち、パルスレーダモードはＦＭＣＷレーダモードに較べ測距精度は高いが、同一探知距離を得ようとすると、一般に高いＳ／Ｎ比が必要なため、高電力送信機、低雑音受信機や複雑な信号処理を必要とし、高価になる。
【００７１】
従って、通常時はＦＭＣＷモードで動作し、ＦＭＣＷレーダモードの動作中において、上記高Ｓ／Ｎ条件が確保できる適切なターゲットが存在する場合、距離校正のためのパルスレーダモードに切替ることが望ましい。
【００７２】
本実施の形態では、距離校正のためのパルスレーダモードへの切替は、通常のＦＭＣＷレーダモードの動作中において、一定時間のインターバル毎に、かつ上記条件を満たす４０〜６０ｍ程度の近距離ターゲットの存在を確認した場合に行うものとする。
【００７３】
例えば、ＦＭＣＷレーダモードの連続動作時間内にて０．５〜１時間／回程度の頻度で実施する。これは、瞬時に校正を行うことができるため車載レーダにおいては通常のＦＭＣＷレーダモード動作の合間に処理ができること、また、発振器変調感度等の変動は温度変化等によるものであり、短時間に起こらないためである。
【００７４】
これにより、ＦＭＣＷによる検知距離の誤差補正のための校正を、高電力化等の送信機性能及び低雑音化等の受信機性能を向上させること無く、従って回路規模及びコストの増大を抑制した小規模の回路追加により実現できる。
【００７５】
【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、通常動作であり変調周波数偏移幅から検知距離を求めるＦＭＣＷレーダモードで動作するＦＭＣＷレーダ部と、送信信号をパルス変調し送信パルス信号を発生するパルス変調手段と、送信パルス信号をターゲットに照射してから反射信号を受信するまでの伝播時間を求める距離カウント手段とを備え、ＦＭＣＷレーダモードの予め定めた一定時間毎に送信パルス信号を照射し伝播時間からターゲットまでの距離を検知するパルスレーダモードで動作させこのパルスレーダモードによる高精度の検知距離によりＦＭＣＷレーダモードによる検知距離を校正することにより、ＦＭＣＷによる検知距離の誤差補正を、高電力化等の送信機性能及び低雑音化等の受信機性能を向上させること無く、従って回路規模及びコストの増大を抑制した小規模の回路追加により実現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レーダ装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態のＦＭＣＷレーダ装置におけるレーダ動作モードの一例を示すタイムチャートである。
【図３】ＦＭＣＷレーダモードにおける距離検知方法を示す説明図である。
【図４】高周波発振器の変調信号対発振周波数の温度特性データの一例を示すグラフである。
【図５】パルスレーダモードにおける距離検知方法を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１送信部
２アンテナ部
３受信部
４制御部
１１変調電圧発生器
１２高周波発振器
１３高周波増幅器
１４パルス変調回路
１５パルス発生器
２１送信アンテナ
２２受信アンテナ
３１高周波ミキサ
３２ＦＦＴ部
３３検波増幅器
３４コンパレータ
４１サンプルパルス発生器
４２距離校正部
４３ＣＰＵ
４４タイマ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an FMCW radar apparatus, and more particularly to an in-vehicle FMCW radar apparatus using millimeter waves.
[0002]
[Prior art]
Recently, a vehicle collision warning device has been used to capture a vehicle traveling ahead on a road and warn the driver with an alarm sound or the like when there is a collision risk that cannot ensure safety for the vehicle. I came. As this sensing device, FMCW radar devices using millimeter waves are widely used for reasons such as simplicity of construction and weatherability.
[0003]
The FMCW radar device modulates the frequency of the transmission signal with a triangular wave, and the modulation frequency shift width, which is a frequency shift amount modulated by the time from transmission of the transmission signal to reception of the reflected signal reflected by the object The detection distance is determined from
[0004]
However, the modulation frequency shift width varies depending on the modulation sensitivity of the oscillator serving as the signal source, the temperature characteristics of the modulation control signal, and the like, and causes an error in the detection distance. In particular, in this type of in-vehicle FMCW radar apparatus, environmental conditions, particularly temperature conditions are severe, and degradation of ranging accuracy with respect to temperature fluctuations becomes a problem.
[0005]
Conventionally, in the FMCW radar apparatus, there is a configuration in which the frequency modulation width of a transmission signal is made constant as a general solution for ensuring ranging accuracy. For example, by dividing the oscillation signal of the millimeter wave oscillator that is the source of the transmission signal, measuring the modulation width at a low frequency that is easy to measure, and keeping the modulation width constant, or by temperature fluctuation etc. There has been proposed a method such as a temperature deviation table correction method in which a frequency modulation deviation is estimated in advance and deviation correction data expected in a ROM (ROM) table is stored and modulated.
[0006]
However, in the above method, since a circuit for making the frequency modulation width constant is specially added, there is a problem that the cost and circuit scale increase in the realization.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional FMCW radar apparatus is designed to suppress the variation of the frequency modulation width caused by the modulation sensitivity of the oscillator and the temperature characteristics of the modulation control signal to ensure the ranging accuracy. Although a method such as a correction method has been used, it is necessary to add a circuit for making the frequency modulation width constant, and there is a disadvantage that the cost and the circuit scale increase.
[0008]
An object of the present invention is to provide an FMCW radar apparatus that has high ranging accuracy that prevents deterioration in ranging accuracy due to temperature fluctuations, and that suppresses an increase in circuit scale and cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The FMCW radar apparatus according to the first aspect of the present invention applies frequency modulation by a triangular wave to a transmission signal, and a frequency modulated by a time from irradiation of the transmission signal to reception of a reflected signal that is a backscatter signal of a target that is an object. In the FMCW radar apparatus for obtaining the distance from the modulation frequency deviation width which is the deviation amount of the target to the target,
An FMCW radar unit operating in an FMCW radar mode, which is a normal operation and obtains a detection distance from the modulation frequency deviation width;
Pulse modulation means for pulse-modulating a transmission signal to generate a transmission pulse signal, and distance counting means for obtaining a propagation time from irradiation of the transmission pulse signal to the target until reception of the reflection signal,
In the FMCW radar mode, the transmission pulse signal is irradiated every predetermined time in the FMCW radar mode to operate in the pulse radar mode for detecting the distance from the propagation time to the target. It is characterized by calibrating the detection distance.
[0010]
The invention according to claim 2 is the FMCW radar apparatus according to claim 1, wherein the FMCW radar apparatus is for in-vehicle use using a millimeter-wave band frequency, and a short-range vehicle having a high S / N ratio is selected as a target and the FMCW radar apparatus is selected. The radar mode detection distance is calibrated in the pulse radar mode.
[0011]
The FMCW radar apparatus according to the third aspect of the present invention applies a frequency modulation by a triangular wave to a transmission signal, and a frequency modulated by a time from irradiation of the transmission signal to reception of a reflected signal that is a backscatter signal of a target as a target. In the FMCW radar apparatus for obtaining the distance from the modulation frequency deviation width which is the deviation amount of the target to the target,
A transmitter for generating the transmission signal;
An antenna unit having a transmission antenna that transmits the transmission signal and a reception antenna that receives a reflection signal from the target and outputs a reception signal;
A reception unit for processing a reception signal from the reception antenna and generating a reception detection signal;
A control unit that controls the entire radar,
A modulation voltage generator for generating a modulation signal of a triangular voltage for FMCW radar mode and a constant voltage for pulse radar mode;
A high frequency oscillator whose oscillation frequency is controlled by the modulation signal and which outputs an FM modulated or non-modulated high frequency signal;
A high-frequency amplifier that amplifies the high-frequency signal to a predetermined level and outputs an amplified signal and outputs a transmission sample signal to be supplied to a high-frequency mixer described later;
A pulse modulation circuit that generates a pulse transmission signal obtained by pulse-modulating the amplified signal in the pulse radar mode and outputs the transmission signal by passing the amplified signal as it is in the FMCW radar mode;
A pulse generator for generating a pulse modulation signal to be supplied to the pulse modulation circuit,
A high-frequency mixer that mixes the reception signal and the transmission sample signal and outputs a beat signal in the FMCW radar mode;
An FFT unit that performs reception signal processing including frequency analysis processing of the beat signal and outputs target information;
A detection amplifier that detects a reception level of the reception signal and outputs a detection signal in the pulse radar mode;
A comparator that generates a stop signal when the detection signal exceeds a preset threshold value,
The control unit measures a time from the start of transmission of the pulse transmission signal to reception of the reception signal, and calculates a distance from the measurement time; and
And a timer for setting an interval time in the pulse radar mode.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the FMCW radar apparatus according to the third aspect, the high-frequency oscillator includes a voltage-controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled by the voltage level of the modulation signal.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the FMCW radar apparatus according to the third aspect, the pulse modulation circuit performs millimeter wave band switching of conduction / cutoff of a transmission line in response to the supply of the pulse modulation signal. The RF switch is provided.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, in the FMCW radar device according to the third aspect, the distance calibration unit starts generating a sample pulse in response to the supply of the pulse modulation signal and responds to the supply of the stop signal. A sample pulse generator for stopping the generation of the sample pulse,
A counter that counts the sample pulses and outputs a time count value;
A distance calculation unit that converts the time count value into a distance.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
The FMCW radar apparatus according to the present embodiment performs frequency modulation using a triangular wave on a transmission signal, and the frequency deviation modulated by the time from irradiation of the transmission signal to reception of a reflected signal that is a backscattered signal of a target that is an object. In an FMCW radar apparatus that obtains a distance from a modulation frequency deviation width that is a shift amount to the target, an FMCW radar section that operates in an FMCW radar mode that is a normal operation and obtains a detection distance from the modulation frequency deviation width, and a transmission signal Pulse modulation means for generating a transmission pulse signal, and distance counting means for obtaining a propagation time from irradiation of the transmission pulse signal to the target until reception of the reflected signal, and the FMCW radar mode The transmission pulse signal is irradiated at predetermined intervals of time and the target is calculated from the propagation time. The detection distance by the pulse radar mode is operated in the pulse radar mode for detecting the distance to is characterized in calibrating the detection distance by the FMCW radar mode.
[0017]
The FMCW radar apparatus according to the present embodiment is an on-vehicle FMCW radar apparatus that is mounted on an automobile and measures a short distance of about 150 m using a millimeter waveband frequency, for example, 76.5 GHz. The detection distance can be calibrated with high reliability by selecting a short-range vehicle with a high S / N ratio as a target.
[0018]
Next, referring to FIG. 1 showing the embodiment of the present invention in block form, the FMCW radar apparatus of the present embodiment shown in this figure transmits the transmission signal TX and the transmission unit 1 that generates the transmission signal TX. An antenna unit 2 including a transmission antenna 21 and a reception antenna 22 that receives a reflected signal from the target and outputs a reception signal R; a reception unit 3 that processes a reception signal from the reception antenna 22 and generates a reception detection signal; And a control unit 4 that controls the entire radar.
[0019]
The transmitter 1 includes a modulation voltage generator 11 that generates a modulation signal M having a constant voltage for the FMCW radar mode and a pulse radar mode, and the oscillation frequency is controlled (frequency modulated) and modulated by the modulation signal M. Alternatively, a high-frequency oscillator 12 that outputs an unmodulated high-frequency signal RF, a high-frequency amplifier 13 that amplifies the high-frequency signal RF to a predetermined level, outputs an amplified signal TA, and outputs a transmission sample signal ST to be supplied to a high-frequency mixer described later; In the pulse radar mode operation, the amplified signal TA is pulse-modulated, and in the FMCW radar mode, the amplified signal TA is passed as it is to output the transmission signal TX and supplied to the transmission antenna 21, and the pulse to the pulse modulation circuit 14 And a pulse generator 15 for generating a modulation signal P.
[0020]
The receiving unit 3 mixes the received signal R supplied from the receiving antenna 22 in the FMCW radar mode with the transmission sample signal ST supplied from the high frequency amplifier 13 and outputs a beat signal B, and a beat signal. FFT unit 32 that performs reception signal processing such as frequency analysis processing of B and outputs target information K, detection amplifier 33 that detects the reception level of reception signal R and outputs detection signal D in the pulse radar mode, and detection signal D Is provided with a comparator 34 that generates a stop signal G for stopping the generation of a sample pulse PS of a sample pulse generator 41 of the control unit 4 to be described later.
[0021]
The control unit 4 includes a sample pulse generator 41 that generates a sample pulse PS that is a clock for time counting as a pulse radar, and a time meter that counts the sample pulse PS from the start of pulse transmission until the pulse is received. A distance calibration unit 42 that converts a numerical value into a time / distance and stores the distance of the conversion result, a control CPU 43, and a timer 44 that sets an interval time of a pulse radar operation are provided.
[0022]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 2 showing the radar operation mode of the present embodiment in an explanatory view. The operation mode of the present embodiment is the FMCW radar mode which is a normal operation. And two operation modes of a pulse radar mode which is a distance calibration operation.
[0023]
First, during normal operation, FMCW radar operation is performed. Next, during operation in the FMCW radar mode, the pulse radar mode for distance calibration is performed for a predetermined time TP for each interval time TF of the pulse radar operation set in advance by the timer 44.
[0024]
In the FMCW radar mode, first, the modulation voltage generator 11 of the transmission unit 1 generates a triangular wave modulation signal M and supplies it to the high frequency oscillator 12. The high-frequency oscillator 12 includes a voltage-controlled oscillator (VCO) having the same millimeter wave band as the carrier frequency, and the oscillation frequency is controlled by the modulation signal M, that is, a continuous-wave (CW) high-frequency signal whose frequency is modulated (FM). RF is generated and supplied to the high-frequency amplifier 13. Here, for convenience of explanation, the frequency modulation characteristic of the high-frequency oscillator 12, that is, the modulation signal voltage (level) versus the oscillation frequency characteristic, is directly proportional to the level of the modulation signal M, that is, linearly as the level of the modulation signal M increases. Assume that the oscillation frequency increases. Therefore, when the level of the modulation signal M is the lowest value, the frequency of the high-frequency signal RF is the lowest, and when the level of the modulation signal M is the highest value, the frequency of the high-frequency signal RF is the highest. It is assumed that the high-frequency signal RF has a carrier (carrier wave) frequency when the central voltage, which is an intermediate voltage of the highest voltage, is used.
[0025]
The high frequency amplifier 13 amplifies the high frequency signal RF to a predetermined power level and supplies the FMCW amplified signal TA to the pulse modulation circuit 14. Further, a part of the amplified signal TA is extracted and supplied as a transmission sample signal ST to a high frequency mixer 31 of the receiving unit 3 described later. For extracting the transmission sample signal ST, for example, a directional coupler having a predetermined coupling degree is used.
[0026]
In this FMCW radar mode, the pulse modulation circuit 14 is in a conductive state by closing an RF switch, which will be described later, and the supplied FMCW amplified signal TA passes through as it is and is transmitted as a transmission signal TX. The antenna 21 is supplied.
[0027]
The transmission antenna 21 irradiates a transmission signal TX to a target such as an automobile in front of the host vehicle. The target irradiated with the transmission signal TX emits a corresponding scattered wave. The component returning to the transmission direction in the scattered wave is a backscattered signal (hereinafter referred to as a reflected signal). The receiving antenna 22 receives this reflected signal as a received signal R and supplies it to the receiving unit 3.
[0028]
The receiving unit 3 inputs the received reception signal R to the high frequency mixer 31. The high frequency mixer 31 mixes the reception signal R and the transmission sample signal ST described above, generates a beat signal B that is a result of mixing both the signals R and ST, and supplies the beat signal B to the FFT 32.
[0029]
The FFT 32 performs reception signal processing including frequency analysis processing of the beat signal B, and outputs target information K including information such as a distance to the target and a distance change as will be described in detail later, and supplies the target information K to the CPU 43.
[0030]
Based on the target information K, the CPU 43 performs processing such as frequency-to-distance conversion to obtain a distance.
[0031]
In the pulse radar mode, first, in the operation of the FMCW radar mode, it is recognized that the received signal level reflected (backscattered) from the target being captured has a sufficiently high S / N ratio, and this target is established as a target for distance calibration. To do.
[0032]
When the distance calibration target is established, first, the transmission signal TX in the FMCW radar mode is temporarily stopped. That is, the operation of the modulation voltage generator 11 is stopped, the supply of the modulation signal M is stopped, and the oscillation of the high frequency oscillator 12 is stopped, thereby stopping the output of the high frequency signal RF. Next, from this state, the modulation voltage generator 11 again supplies a modulation signal M having a constant voltage corresponding to the substantially center (0 level) level of the triangular wave to the high-frequency oscillator 12, and the high-frequency oscillator 12 corresponds to the modulation signal M. A high frequency signal RF (unmodulated continuous wave CW) having a constant frequency (carrier frequency) is output and supplied to the high frequency amplifier 13. The high frequency amplifier 13 amplifies the high frequency signal RF and supplies an unmodulated amplified signal TA to the pulse modulation circuit 14.
[0033]
The pulse generator 15 generates a pulse modulation signal P with a predetermined timing and supplies it to the pulse modulation circuit 14. The pulse modulation circuit 14 performs pulse modulation on the amplified signal TA, outputs a transmission signal TX, and supplies it to the transmission antenna 21. The transmission antenna 21 radiates a pulse-modulated transmission signal TX toward the distance calibration target.
[0034]
The pulse modulation circuit 14 includes, for example, a millimeter-wave band RF switch that switches conduction / cutoff of a transmission line in response to supply of the pulse modulation signal P, and has response characteristics with respect to the pulse modulation signal P. When a good RF switch is used, a millimeter wave pulse signal similar to the waveform of the pulse modulation signal P can be obtained as the transmission signal TX.
[0035]
For example, if the distance of the target is 60 m, the time from transmission of the transmission signal TX to reception by reflection from the target is about 400 nS, so that the transmission signal TX for preventing the reception signal R from overlapping the transmission signal TX, That is, an appropriate pulse width of the pulse modulation signal P is set to 100 to 200 nS with a slight margin.
[0036]
Further, the sample pulse generator 41 that generates the sample pulse PS that is a clock for time measurement in synchronization with the rising timing of the pulse modulation signal P also starts to operate simultaneously.
[0037]
Next, the reflected signal reflected by the target is received as a received signal R by the receiving antenna 22 and supplied to the receiving unit 3.
[0038]
The detection amplifier 33 of the receiving unit 3 detects the amplitude of the received reception signal R, further amplifies the detection output signal, and outputs a detection signal D having a level corresponding to the amplitude level (hereinafter, level) of the reception signal R. , And supplied to the comparator 34. When the detection signal D exceeds a preset threshold value, the comparator 34 outputs a stop pulse G and stops the generation of the sample pulse PS of the sample pulse generator 41 in operation.
[0039]
For example, the distance calibration unit 42 counts the sample pulse PS output from the sample pulse generator 41 from the start of pulse transmission, that is, from the input time of the pulse modulation signal P to the input time of the stop pulse G during the time of pulse operation. And a counter that outputs a time count value and a distance calculation unit that converts the count value into a distance by performing a known time / distance conversion operation, and stores the calculated distance as distance calibration data CD. Hold.
[0040]
The CPU 43 reads the distance calibration data CD from the distance calibration unit 42, compares it with the distance data of the same target obtained in the FMCW radar mode, and corrects the difference between the two radar modes with reference to the distance calibration data CD in the pulse radar mode. Therefore, the distance calibration is performed.
[0041]
Next, the distance detection method and the accuracy in each of the FMCW radar mode and the pulse radar mode will be described in detail with reference to FIG. 3 showing the distance detection method in the FMCW radar mode together with an explanatory diagram.
[0042]
As described above, the distance detection method of the FMCW radar is frequency-modulated as the transmission signal TX by continuously shifting the frequency of the high-frequency oscillator 12 that is the basis of the transmission signal TX with a triangular wave having a linear slope. Radiate the signal. The target is irradiated with the transmission signal TX and emits a corresponding scattered wave. A reflected signal which is a component returning in the transmission direction (backscatter signal) of the scattered wave is received as a received signal R, and the received signal R and a transmission sample signal ST obtained by sampling a part of the transmitted signal TX are mixed. As a result, a beat signal B, which is a mixing result of both signals R and ST, is generated.
[0043]
The beat signal B is a signal having a frequency shift width Fr that is a shift width of a modulation frequency that has changed at a propagation time T that is a time required for round-trip spatial propagation from transmission to reception.
[0044]
From this frequency shift width Fr, a propagation time T from transmission to reception of the transmission signal is calculated and converted to a distance L (FIG. 3A).
[0045]
The propagation time T in the FMCW radar mode is obtained by the following equation.
[0046]
T = Fr × Tm / 2 × ΔF (1)
Here, Tm: modulation period and ΔF: FM modulation frequency width are represented.
[0047]
Further, the distance L to the target is obtained by the following equation.
[0048]
L = C × T / 2 (2)
Here, L: distance, C: speed of light.
[0049]
As a specific numerical example, if the modulation sensitivity of the high-frequency oscillator 12 is 300 MHz / V, the signal level of the modulation signal M to be supplied from the modulation voltage generator 11 is obtained in order to obtain the FM modulation frequency width ΔF = 75 MHz. Is 0.25 Vp-p.
[0050]
Further, when the modulation period Tm = 10 kHz, and when distance measurement is performed on a target having a distance L = 40 m, the propagation time T until the transmission signal TX is reflected by the radar target and received as the reception signal R is expressed by two formulas. The following is required.
[0051]
T = 2 × L / C = 267 (ns)
During this time, the frequency shift width Fr of the high-frequency oscillator 12 is obtained as follows from

Equations

1 and 2.
[0052]
Fr = ΔF × TF × Tm = 100 (kHz)
This frequency of 100 kHz is determined as a distance of 40 m based on preset distance conversion data.
[0053]
Table 1 shows an example of required performance when the FMCW radar apparatus of the present embodiment is applied to an in-vehicle radar.
[0054]
[Table 1]

[0055]
In order to obtain the distance accuracy of ± 3% or less shown in Table 1, it is necessary to keep the modulation sensitivity of the high-frequency oscillator 12 and the accuracy of the modulation signal M also within ± 3%.
[0056]
However, generally, the modulation sensitivity and the level of the modulation signal of the high-frequency oscillator change depending on conditions such as temperature, and an error occurs in the detection distance as described below (FIG. 3B).
[0057]
As described above, the high-frequency oscillator 12 is a millimeter-wave band VCO using a millimeter-wave amplifying element such as GaAsFET, and its modulation signal level versus oscillation frequency characteristic is known to be affected by temperature.
[0058]
When the modulation characteristic (ΔF / M) of the high-frequency oscillator 12 changes due to temperature or the like, the value of the frequency shift width Fr measured in the FMCW radar mode changes.
[0059]
However, since the value of the FM modulation frequency width ΔF as a parameter for calculating the distance L remains constant, an error occurs in the calculated detection distance L.
[0060]
Referring to FIG. 4 that shows an example of temperature characteristic data of the modulation signal M (V) of the high-frequency oscillator 12 versus the oscillation frequency F, a change in modulation sensitivity at a temperature change of + 25 ° C. to + 90 ° C. Then, 320 MHz / V to 260 MHz / V, a decrease of about 20%.
[0061]
Accordingly, assuming that the level range of the modulation signal M input to the high frequency oscillator 12 is constant on the assumption that the oscillation frequency F is directly proportional to the level of the modulation signal M, the FM modulation frequency width ΔF of the high frequency oscillator 12 is also 20%. descend.
[0062]
When the FM modulation frequency width ΔF decreases, the frequency shift width Fr of the beat signal B, which is the output of the mixer, decreases by 20% as it is even if the distance L of the radar target is constant and the propagation time TF is constant.
[0063]
This decrease in the frequency shift width Fr appears as a decrease (error) in the detection distance L as a result of distance conversion. For example, when the target distance L is 40 m, the error is about −8 m, and thus the distance measurement value is 32 m.
[0064]
Next, referring to FIG. 5 showing a distance detection method in the pulse radar mode in a time chart, distance detection is performed from the emission of the transmission signal TX to the reception of the reception signal R corresponding to the reflection signal, as described above. The propagation time T starts to be output at the emission time of the transmission signal TX, that is, the generation time of the pulse modulation signal P of the pulse generator 15 and the reception time of the reception signal R, that is, the output time of the stop pulse G from the comparator 34. The sample pulse PS from the sample pulse oscillator 41 whose output is stopped is obtained by counting with the counter of the distance calibration unit 42. The propagation time T can be measured with high accuracy by using a high-accuracy clock signal described later as the sample pulse PS.
[0065]
The distance L to the target is expressed by the following equation.
[0066]
L = C × T / 2 (3)
In order to ensure distance accuracy, the sample pulse PS requires, for example, a pulse having a frequency stability of about 0.1% with a pulse width of 5 ns, assuming a frequency of 100 MHz, that is, a pulse period of 10 ns and a duty cycle of 0.5. Is done. Generating a pulse having such a pulse width and frequency stability can be easily realized by, for example, a known oscillation circuit using a crystal resonator as a reference frequency source of the sample pulse PS.
[0067]
This is an error for one pulse in the count in the distance calibration unit 42, and 5 ns is converted into a distance of about 0.75 m, which is a condition for ensuring the target performance of the present radar.
[0068]
For example, as in the FMCW mode, when the target distance L is 40 m, if the error is one pulse, that is, 0.75 m, the measured value is 39.25 to 40.75 m.
[0069]
As described above, at present, the accuracy of distance detection is much higher in the pulse radar mode than in the FMCW radar mode. However, the pulse radar mode exhibits high accuracy when the signal-to-noise ratio (S / N) is sufficiently high, for example, 20 dB or more. For this reason, such a high S / N can be secured relatively close. Limited to distance measurement.
[0070]
That is, although the pulse radar mode has a higher ranging accuracy than the FMCW radar mode, generally, a high S / N ratio is required to obtain the same detection distance, so that a high power transmitter, a low noise receiver, and a complicated Requires signal processing and is expensive.
[0071]
Therefore, it is desirable to switch to the pulse radar mode for distance calibration when the FMCW mode operates normally and there is an appropriate target that can ensure the high S / N condition during the operation of the FMCW radar mode. .
[0072]
In the present embodiment, the switching to the pulse radar mode for distance calibration is performed for a short-range target of about 40 to 60 m satisfying the above conditions at regular intervals during the normal FMCW radar mode operation. It shall be performed when existence is confirmed.
[0073]
For example, it is performed at a frequency of about 0.5 to 1 hour / time within the continuous operation time of the FMCW radar mode. This is because calibration can be performed instantaneously, so that in-vehicle radar can be processed between normal FMCW radar mode operations, and fluctuations in oscillator modulation sensitivity and the like are due to temperature changes and the like, and occur in a short time. This is because there is not.
[0074]
As a result, the calibration for error correction of the detection distance by FMCW is performed without improving the transmitter performance such as high power and the receiver performance such as low noise, and therefore, the increase in circuit scale and cost is suppressed. This can be realized by adding a circuit of scale.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, the FMCW radar apparatus according to the present invention is a normal operation and generates the transmission pulse signal by pulse-modulating the transmission signal, the FMCW radar section operating in the FMCW radar mode for obtaining the detection distance from the modulation frequency deviation width. A pulse modulating means for performing transmission, and a distance counting means for obtaining a propagation time from when the transmission pulse signal is irradiated to the target until the reflected signal is received, and irradiating the transmission pulse signal at predetermined time intervals in the FMCW radar mode By operating in the pulse radar mode that detects the distance from the propagation time to the target and calibrating the detection distance in the FMCW radar mode with the high-precision detection distance in the pulse radar mode, the error correction of the detection distance by the FMCW is high. Without improving transmitter performance such as power and receiver performance such as low noise Therefore there is an effect that can be realized by small-scale circuit added with suppressing an increase in circuit scale and cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an FMCW radar apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing an example of a radar operation mode in the FMCW radar apparatus according to the present embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a distance detection method in an FMCW radar mode.
FIG. 4 is a graph showing an example of temperature characteristic data of a modulation signal versus an oscillation frequency of a high frequency oscillator.
FIG. 5 is a time chart showing a distance detection method in a pulse radar mode.
[Explanation of symbols]
1 Transmitter
2 Antenna part
3 receiver
4 Control unit
11 Modulation voltage generator
12 High frequency oscillator
13 High frequency amplifier
14 Pulse modulation circuit
15 Pulse generator
21 Transmitting antenna
22 Receiving antenna
31 high frequency mixer
32 FFT section
33 detector amplifier
34 Comparator
41 Sample pulse generator
42 Distance calibration unit
43 CPU
44 timer

Claims

送信信号に三角波による周波数変調をかけ、送信信号の照射から対象物であるターゲットの後方散乱信号である反射信号の受信までの時間によって変調された周波数の偏移量である変調周波数偏移幅から前記ターゲットまでの距離を求めるＦＭＣＷレーダ装置において、
通常動作であり前記変調周波数偏移幅から検知距離を求めるＦＭＣＷレーダモードで動作するＦＭＣＷレーダ部と、
送信信号をパルス変調し送信パルス信号を発生するパルス変調手段と、前記送信パルス信号を前記ターゲットに照射してから前記反射信号を受信するまでの伝播時間を求める距離カウント手段とを備え、
前記ＦＭＣＷレーダモードの予め定めた一定時間毎に前記送信パルス信号を照射し前記伝播時間から前記ターゲットまでの距離を検知するパルスレーダモードで動作させこのパルスレーダモードによる検知距離により前記ＦＭＣＷレーダモードによる検知距離を校正することを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。From the modulation frequency deviation width, which is the amount of frequency deviation modulated by the time from the irradiation of the transmission signal to the reception of the reflected signal that is the backscatter signal of the target that is the object In the FMCW radar device for obtaining the distance to the target,
An FMCW radar unit operating in an FMCW radar mode, which is a normal operation and obtains a detection distance from the modulation frequency deviation width;
Pulse modulation means for pulse-modulating a transmission signal to generate a transmission pulse signal, and distance counting means for obtaining a propagation time from irradiation of the transmission pulse signal to the target until reception of the reflection signal,
In the FMCW radar mode, the transmission pulse signal is irradiated every predetermined time in the FMCW radar mode to operate in the pulse radar mode for detecting the distance from the propagation time to the target. An FMCW radar apparatus characterized by calibrating a detection distance.

ミリ波帯周波数を用いた車載用であり、Ｓ／Ｎ比の高い近距離の車両をターゲットとして選択して前記ＦＭＣＷレーダモードの検知距離の前記パルスレーダモードによる校正を行うことを特徴とする請求項１記載のＦＭＣＷレーダ装置。 It is for in-vehicle use using a millimeter wave band frequency, and a short distance vehicle having a high S / N ratio is selected as a target, and the detection distance of the FMCW radar mode is calibrated by the pulse radar mode. Item 2. The FMCW radar apparatus according to Item 1 .