JP5554384B2 - Fmcwレーダ装置およびfmcwレーダ用信号処理方法 - Google Patents
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すなわち、例えば自動車に搭載され、車速/車間制御(ACC:Adaptive Cruise Control)や衝突被害の軽減または衝突防止に用いられるFMCWレーダ装置は、搭載性の観点から、装置サイズの小型化が要求される。
そのため、観測されるビート信号が同相成分のみであっても、ターゲットに対応する正しい符号のビート周波数を得ることにより、ターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を正しく測定することができる。
図1は、この発明の実施の形態1に係るFMCWレーダ装置1を示すブロック構成図である。
制御部11は、例えば専用のロジック回路や、汎用のCPU、DSP(Digital Signal Processor)内のプログラム、またはこれらの組み合わせで構成され、FMCWレーダ装置1の各構成要素の動作タイミング等を制御する。
VCO13は、図3で表されるような、変調周波数幅がB[Hz]で、変調時間幅がT[s]のアップチャープ期間送信信号を生成する。分配回路14は、VCO13で生成された送信信号の一部を高周波アンプ回路15に出力し、送信信号の残りをミキサ18a、18bに出力する。
VCO13は、図3で表されるような、変調周波数幅がB[Hz]で、変調時間幅がT[s]のダウンチャープ期間送信信号を生成する。分配回路14は、VCO13で生成された送信信号の一部を高周波アンプ回路15に出力し、送信信号の残りをミキサ18a、18bに出力する。
=−{(2×B)/(C×T)}×(0)−{(2×Fc)/C}×(−Vmax)
=−{(2×Fc)/C}×(−Vmax) (6)
=RoundUp〔(−Fumax)/(1/T)〕
=−RoundUp〔(+Fumax)×T〕
=−RoundUp〔−{(2×Fc)/C}×(−Vmax)×T〕
=−RoundUp〔{(2×Fc×T)/C}×(Vmax)〕 (8)
ただし、RoundUp〔 〕は小数点以下を切り上げる関数
={(2×B)/(C×T)}×(0)−{(2×Fc)/C}×(+Vmax)
=−{(2×Fc)/C}×(+Vmax) (10)
=RoundUp〔(+Fdmax)/(1/T)〕
=RoundUp〔(+Fdmax)×T〕
RoundUp〔{(2×Fc)/C}×(+Vmax)×T〕
=RoundUp〔{(2×Fc×T)/C}×(Vmax)〕 (12)
ただし、RoundUp〔 〕は小数点以下を切り上げる関数
そのため、観測されるビート信号が同相成分のみであっても、ターゲットに対応する正しい符号のビート周波数を得ることにより、ターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を正しく測定することができる。
したがって、受信回路を簡素にして装置サイズを小型化することができる。
図6は、この発明の実施の形態2に係るFMCWレーダ装置1Aを示すブロック構成図である。
制御部11は、例えば専用のロジック回路や、汎用のCPU、DSP内のプログラム、またはこれらの組み合わせで構成され、FMCWレーダ装置1Aの各構成要素の動作タイミング等を制御する。
VCO13は、距離範囲#1用として、図9で表されるような、変調周波数幅がB_1[Hz]で、変調時間幅がT_1[s]のアップチャープ期間送信信号を生成する。分配回路14は、VCO13で生成された送信信号の一部を高周波アンプ回路15に出力し、送信信号の残りをミキサ18a、18bに出力する。
VCO13は、距離範囲#1用として、図9で表されるような、変調周波数幅がB_1[Hz]で、変調時間幅がT_1[s]のダウンチャープ期間送信信号を生成する。分配回路14は、VCO13で生成された送信信号の一部を高周波アンプ回路15に出力し、送信信号の残りをミキサ18a、18bに出力する。
V=−{C/(4×Fc×T_1)}×(U_1+D_1) (14)
VCO13は、距離範囲#2用として、図9で表されるような、変調周波数幅がB_2[Hz]で、変調時間幅がT_2[s]のアップチャープ期間送信信号を生成する。分配回路14は、VCO13で生成された送信信号の一部を高周波アンプ回路15に出力し、送信信号の残りをミキサ18a、18bに出力する。
VCO13は、距離範囲#2用として、図9で表されるような、変調周波数幅がB_2[Hz]で、変調時間幅がT_2[s]のダウンチャープ期間送信信号を生成する。分配回路14は、VCO13で生成された送信信号の一部を高周波アンプ回路15に出力し、送信信号の残りをミキサ18a、18bに出力する。
V=−{C/(4×Fc×T_2)}×(U_2+D_2) (16)
=−RoundUp〔{(2×Fc×T_1)/C}×(Vmax)〕 (17)
ただし、RoundUp〔 〕は小数点以下を切り上げる関数
=−{(2×B_1)/(C×T_1)}×R−{(2×Fc)/C}×V (18)
=−{(2×B_1)/(C×T_1)}×R−{(2×Fc)/C}×V (19)
=RoundUp〔{(2×Fc×T_1)/C}×(Vmax)〕 (20)
ただし、RoundUp〔 〕は小数点以下を切り上げる関数
={(2×B_1)/(C×T_1)}×R−{(2×Fc)/C}×V (21)
={(2×B_1)/(C×T_1)}×R−{(2×Fc)/C}×V (22)
=−{(2×B_2)/(C×T_2)}×R−{(2×Fc)/C}×V (23)
=−RoundUp〔{(2×Fc×T_2)/C}×(Vmax)〕 (24)
ただし、RoundUp〔 〕は小数点以下を切り上げる関数
=−{(2×B_2)/(C×T_2)}×R−{(2×Fc)/C}×V (25)
={(2×B_2)/(C×T_2)}×R−{(2×Fc)/C}×V (26)
=RoundUp〔{(2×Fc×T_2)/C}×(Vmax)〕 (27)
ただし、RoundUp〔 〕は小数点以下を切り上げる関数
={(2×B_2)/(C×T_2)}×R−{(2×Fc)/C}×V (28)
そのため、観測されるビート信号が同相成分のみであっても、ターゲットに対応する正しい符号のビート周波数を得ることにより、ターゲットまでの距離およびターゲットに対する相対速度を正しく測定することができる。
したがって、受信回路を簡素にして装置サイズを小型化することができる。
Claims (4)
- 送信信号を電磁波として送波し、ターゲットで反射した前記電磁波を受信信号として受波し、前記送信信号と前記受信信号とをミキシングしてビート信号を生成して、前記ビート信号に基づいて、前記ターゲットまでの距離および前記ターゲットに対する相対速度を測定するFMCWレーダ装置であって、
FFT後のアップチャープ期間における前記ビート信号の周波数複素スペクトル、およびダウンチャープ期間における前記ビート信号の周波数複素スペクトルから、所定の範囲における周波数ビンの複素スペクトルのみを抽出する周波数ビン抽出部と、
前記アップチャープ期間における前記ターゲットの周波数ビンと、前記ダウンチャープ期間における前記ターゲットの周波数ビンとから、FMCWレーダの原理に基づき前記ターゲットまでの距離および前記ターゲットに対する相対速度を測定するターゲット測定部と、
を備え、
前記所定の範囲は、前記アップチャープ期間では負(<0)の周波数であり、前記ダウンチャープ期間では正(>0)の周波数であり、
前記アップチャープ期間と前記ダウンチャープ期間とで変調時間幅がともにT[s]であり、前記送信信号の変調中心周波数がFc[Hz]であり、前記電磁波の速度がC[m/s]であり、観測する相対速度の範囲が(−Vmax)[m/s]〜(+Vmax)[m/s]である場合に、
前記所定の範囲として、
前記アップチャープ期間では、負(<0)の周波数の上限を、
−RoundUp〔{(2×Fc×T)/C}×(Vmax)〕
ただし、RoundUp〔 〕は小数点以下を切り上げる関数
とし、
前記ダウンチャープ期間では、正(>0)の周波数の下限を、
RoundUp〔{(2×Fc×T)/C}×(Vmax)〕
とする
ことを特徴とするFMCWレーダ装置。 - 複数の観測期間毎に測定可能な距離範囲が変わるように、前記複数の観測期間毎に変調時間幅が異なる送信変調を生成する距離範囲毎変調電圧発生部を備え、
前記ターゲット測定部に代えて、
前記複数の観測期間毎に、前記アップチャープ期間における前記ターゲットの周波数ビンと、前記ダウンチャープ期間における前記ターゲットの周波数ビンとから、FMCWレーダの原理に基づき前記ターゲットまでの距離および前記ターゲットに対する相対速度を測定する距離範囲毎ターゲット測定部を備えた
ことを特徴とする請求項1に記載のFMCWレーダ装置。 - 前記距離範囲毎ターゲット測定部は、前記複数の観測期間において、測定可能な距離範囲が近いほど、前記送信信号の変調周波数幅を広くして、前記ターゲットまでの距離を測定する
ことを特徴とする請求項2に記載のFMCWレーダ装置。 - 送信信号を電磁波として送波し、ターゲットで反射した前記電磁波を受信信号として受波し、前記送信信号と前記受信信号とをミキシングしてビート信号を生成して、前記ビート信号に基づいて、前記ターゲットまでの距離および前記ターゲットに対する相対速度を測定するFMCWレーダ装置で実行されるFMCWレーダ用信号処理方法であって、
FFT後のアップチャープ期間における前記ビート信号の周波数複素スペクトル、およびダウンチャープ期間における前記ビート信号の周波数複素スペクトルから、所定の範囲における周波数ビンの複素スペクトルのみを抽出する周波数ビン抽出ステップと、
前記アップチャープ期間における前記ターゲットの周波数ビンと、前記ダウンチャープ期間における前記ターゲットの周波数ビンとから、FMCWレーダの原理に基づき前記ターゲットまでの距離および前記ターゲットに対する相対速度を測定するターゲット測定ステップと、
を備え、
前記所定の範囲は、前記アップチャープ期間では負(<0)の周波数であり、前記ダウンチャープ期間では正(>0)の周波数であり、
前記アップチャープ期間と前記ダウンチャープ期間とで変調時間幅がともにT[s]であり、前記送信信号の変調中心周波数がFc[Hz]であり、前記電磁波の速度がC[m/s]であり、観測する相対速度の範囲が(−Vmax)[m/s]〜(+Vmax)[m/s]である場合に、
前記所定の範囲として、
前記アップチャープ期間では、負(<0)の周波数の上限を、
−RoundUp〔{(2×Fc×T)/C}×(Vmax)〕
ただし、RoundUp〔 〕は小数点以下を切り上げる関数
とし、
前記ダウンチャープ期間では、正(>0)の周波数の下限を、
RoundUp〔{(2×Fc×T)/C}×(Vmax)〕
とする
ことを特徴とするFMCWレーダ用信号処理方法。
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JP2012207855A JP5554384B2 (ja) | 2012-09-21 | 2012-09-21 | Fmcwレーダ装置およびfmcwレーダ用信号処理方法 |
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