JPH09222474A - Fmcwレーダ装置 - Google Patents
Fmcwレーダ装置Info
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- JPH09222474A JPH09222474A JP8179227A JP17922796A JPH09222474A JP H09222474 A JPH09222474 A JP H09222474A JP 8179227 A JP8179227 A JP 8179227A JP 17922796 A JP17922796 A JP 17922796A JP H09222474 A JPH09222474 A JP H09222474A
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Abstract
よらず、物標との距離や相対速度を常に正しく検出でき
るFMCWレーダ装置を提供する。 【解決手段】 送信信号と受信信号とを混合してなるビ
ート信号を、各受信チャネルCH1,CH2毎、及び送
信信号の周波数が増大する上昇部、周波数が減少する下
降部毎にフーリエ変換し、ピーク周波数成分の周波数と
位相を検出する。同一障害物に基づくピーク周波数成分
について、上昇部及び下降部毎に、受信チャネルCH
1,CH2間で位相差△φu(i),△φd(j)を算出(210〜
230)し、その符号が互いに等しいか否かにより送信信号
と受信信号の周波数の大小関係を判定し、その判定結果
に応じて、送信信号と受信信号の周波数差の絶対値とし
て検出される各ピーク周波数fu(i),fd(j)に符号を付
与して、障害物との距離D及び相対速度Vを算出(240〜
260)する。
Description
や一定距離追従走行等に使用するために、レーダ波の送
受信により移動体の外部に存在する物標との相対速度や
距離を検出するFMCWレーダ装置に関する。
角波状の変調信号により周波数変調され、周波数が漸次
増減する送信信号をレーダ波として送信し、物標により
反射されたレーダ波を受信すると共に、受信信号を送信
信号とミキシングすることによりビート信号を発生さ
せ、このビート信号をA/D変換した後、デジタルシグ
ナルプロセッサ(DSP)等の信号処理器を用いてフー
リエ変換を施すことにより、ビート信号の周波数(ビー
ト周波数)を、送信信号の周波数が増加する上昇部及び
周波数が減少する下降部の各区間毎に特定し、この特定
された上昇部のビート周波数fu及び下降部のビート周
波数fdに基づいて、次式(1)(2)から物標との距
離Dや相対速度Vを算出するように構成されている。
0は送信信号の中心周波数、1/fmは1周期の変調に
要する時間、Cは光速を表す。また、(1)(2)式に
おいて、ビート周波数fu,fdに絶対値の記号を付し
ているのは、ビート周波数fu,fdが、送信信号の周
波数(以下、単に送信周波数)及び受信信号の周波数
(以下、単に受信周波数)の大小関係によらず、これら
送信周波数と受信周波数の差の絶対値として検出される
ことを表すためである。
を往復することによる遅延に基づく周波数成分(以下、
遅延周波数とよぶ)であり、また、fdpは、物標との相
対速度によるドップラシフトに基づく周波数成分(以
下、ドップラ周波数とよぶ)であり、夫々ビート周波数
fu,fdから算出されるパラメータである。
と受信周波数fr(点線)の関係を表すグラフである。
図9に示すように、送信周波数fsと受信周波数frの
大小関係は、次の3通りに分類される。即ち、図9
(a)に示すように、上昇部では、送信周波数fsが受
信周波数frより大きく(fs>fr)、下降部では、
逆に送信周波数fsが受信周波数frより小さい(fs
<fr)場合、図9(b)に示すように、上昇部及び下
降部のいずれにおいても、送信周波数fsが受信周波数
frより小さい(fs<fr)場合、図9(c)に示す
ように、上昇部及び下降部のいずれにおいても、送信周
波数fsが受信周波数frより大きい(fs>fr)場
合である。
部では、送信周波数fsが受信周波数より小さく(fs
<fr)、下降部では、送信周波数fsが受信周波数f
rより大きい(fs>fr)場合は、送信信号の送信よ
り速く受信信号を受信することになり有り得ない状態で
あるため、ここでは考える必要がない。
dには、送信周波数fsと受信周波数frの大小関係が
反映されないため、各場合毎に、ビート周波数fu,f
dから物標との距離Dや相対速度Vを求める算出式、延
いては、遅延周波数fdy及びドップラ周波数fdpを求め
る算出式は、表1に示すように、夫々異なったものとな
る。
sと受信周波数frが、図9(b)(c)に示す大小関
係となることは稀であるとみなして、図9(a)に示す
大小関係にある場合に、物標との距離Dや相対速度Vが
正しく算出されるように定義されたものであり、当然、
稀であるとはいえ、送信周波数fsと受信周波数fr
が、図9(b)(c)に示す大小関係にある時には、物
標との距離Dや相対速度Vが誤って算出されてしまうと
いう問題があった。
0=60[GHz],周波数偏移幅△F=75[MH
z],繰り返し周波数fm=391[Hz]とすると、
物標との距離D=5[m]、相対速度V=−100[k
m/h]の時に、送信周波数fsと受信周波数frの関
係は、図9(b)に示す状態となり、上昇部及び下降部
の各部にて検出されるビート周波数fu,fdは、fu
=9156[Hz],fd=13066[Hz]となる
が、このビート周波数fu,fdに基づき、(1)
(2)式から距離D及び相対速度Vを算出すると、D=
28.4[m],V=−17.6[km/h]となり、
正しい結果を得ることができない。
と受信周波数frの大小関係が、(1)(2)式で前提
としている大小関係とは逆転しているため、上昇部のビ
ート周波数fuを負値として計算しなければ、正しく距
離Dや相対速度Vを算出することができないのである。
(1)(2)式を用いて物標との距離D及び相対速度V
の算出を行っても実用上問題がないように、送信信号及
び受信信号の周波数fs,frが、図9(b)(c)に
示す関係となることが稀にしか発生しないようにするに
は、繰り返し周期1/fmを小さくするか、周波数偏移
幅△Fを大きくして、周波数偏移の傾きが大きくなるよ
うにしなければならない。
偏移の繰り返し周期1/fmを大きくし、周波数偏移の
傾きを小さくした場合を、図10(b)は、繰り返し周
期1/fmを小さくし、周波数偏移の傾きを大きくした
場合を示したものであるが、送信信号(実線)に対して
同じ時間Tだけ受信信号(点線)を遅延させた場合を比
較すると、周波数偏移の傾きが大きい方(図10
(b))が、同じ遅延量でも遅延周波数fdyが大きくな
るため、同じ大きさのドップラ周波数fvが重畳された
としても(一点鎖線)、送信信号と受信信号との周波数
の大小関係が反転しにくくなるのである。
波数偏移の傾きを大きくした場合、検出すべきビート周
波数fu,fdが大きくなるため、A/D変換器のサン
プリングを高速に行わなければならず、A/D変換器や
信号処理器を高速動作が可能な高価なものを用いて装置
を構成しなければならないという問題があった。
波数fdyとドップラ周波数fdpとの和及び差により表さ
れるため、周波数偏移の傾きを大きくして、大きな遅延
周波数fdyが発生するようにすると、必然的にビート周
波数fu,fdが大きくなるのである。
より誤検出を防止できるようにはなるが、図9(b)
(c)の状態は、遅延周波数fdyよりドップラ周波数f
dpが大きくなると発生するのであり、遅延周波数fdy
は、検出すべき物標が近い程、小さな値となるため、ど
れだけ周波数偏移の傾きを大きくしても、物標との距離
がある程度以上近づけば、必ず遅延周波数fdyよりドッ
プラ周波数fdpが大きくなるため、完全に誤検出を防止
することができないという問題があった。
送信信号及び受信信号の周波数の大小関係がどのような
状態となっても、物標との距離や相対速度を常に正しく
検出できるFMCWレーダ装置を提供することを目的と
する。
になされた請求項1に記載の発明においては、受信手段
を2つ備え、各受信手段に対応して解析手段、周波数検
出手段、位相検出手段が夫々設けられており、解析手段
が、受信手段からのビート信号をフーリエ変換すると、
周波数検出手段が、その解析結果から各変調時毎に周波
数スペクトル上でピークとなるピーク周波数成分を検出
すると共に、位相算出手段が検出されたピーク周波数成
分の位相を算出する。
にて算出されるピーク周波数成分の位相に基づき、各変
調時毎に各受信手段間でのピーク周波数成分の位相差を
算出し、位相差比較手段が、この位相差算出手段にて算
出されたピーク周波数成分の位相差を比較することによ
り、送信信号と受信信号との周波数の大小関係を判定す
る。
の判定結果に応じて正負符号を付与したピーク周波数の
和又は差をパラメータとし、所定の演算式を用いて物標
との距離及び相対速度の少なくともいずれか一方を算出
する。ここで、送信信号と受信信号との周波数の大小関
係と、ピーク周波数成分の位相差との関係について説明
すると、まず、受信信号の周波数をfr,送信信号の周
波数をfsとすると、一方の受信手段のミキサに入力さ
れる受信信号R1(t)及び送信信号S1(t) 及び他方の
受信手段のミキサに入力される受信信号R2(t) 及び送
信信号S2(t) は、次式(3)(4)(5)(6)にて
表される。
ナ,受信アンテナからミキサへの配線等によって決まる
値であり、一方、(β2−β1)の値は、送信器に設け
られた送信信号を発生させる発振器からミキサへの配線
によって決まる値であり、これらは、受信周波数fr,
送信周波数fsに殆ど影響されることがない。
B1(t) は(7)または(8)式、ビート信号B2(t)
は(9)または(10)式で表され、その位相差△φ
は、fr>fsの時に(11)式、fr<fsの時に
(12)式にて表される。 B1(t)=(1/2)・cos{2π・(fr-fs)・t+α1ーβ1} ・・・(7) =(1/2)・cos{2π・(fs-fr)・t-α1+β1} ・・・(8) B2(t)=(1/2)・cos{2π・(frーfs)・t+α2-β2} ・・・(9) =(1/2)・cos{2π・(fsーfr)・tーα2+β2} ・・・(10) (i)fr>fsのときfr−fs>0より、(7),
(9)式を用いて、 △φ=(α2−β2)−(α1−β1) =(α2−α1)−(β2−β1) ・・・(11) (ii)fr<fsのときfs−fr>0より、
(8),(10)式を用いて、 △φ=(−α2+β2)−(−α1+β2) =−α2+α1+β2−β1 =−{(α2−α1)−(β2−β1)} ・・・(12) ここで、(α2−α1)及び(β2−β1)の値は前述
したように、受信周波数fr、送信周波数fsに殆ど影
響されず、物標の方位が変化していないとみなせる短い
時間内ならば変化しない。例えば、上昇変調につづいて
下降変調を行う一連の変調中には変化しない。
信周波数fsと受信周波数frの大小関係が反転する
と、ビート信号B1(t),B2(t)間の位相差△φの符号
も反転することがわかる。従って、ビート信号B1
(t),B2(t)間の位相差△φを調べ、位相差△φが各変
調時で一致していなければ、送信周波数fsと受信周波
数frの大小関係は、各変調時で逆転しており、即ち図
9(a)の状態にあると判定でき、また、位相差△φが
各変調時で一致していれば、送信周波数fsと受信周波
数frの大小関係は、各変調時で変化がなく、即ち図9
(b)或は(c)の状態にあると判定できるのである。
によれば、送信周波数と受信周波数の大小関係を判定で
きるようにされているので、その大小関係に応じて適宜
ピーク周波数の符号を設定してパラメータとなるピーク
周波数の和や差を求めることにより、送信周波数と受信
周波数の大小関係によらず、物標との距離や相対速度を
常に正しく算出することができ、信頼性の高い物標検出
を行うことができる。
周波数の大小関係を識別できるので、従来装置とは違
い、図9(b)及び(c)に示すような状態の発生を防
止する必要がなく、送信信号の周波数偏移の傾きを大き
くする必要がないため、フーリエ変換のためにビート信
号をA/D変換する際のサンプリングを高速にする必要
がなく、フーリエ変換の処理量も増大することがないの
で、安価で小形な装置を構成できる。
物標検出手段が、パラメータ算出手段と、距離算出手段
と、速度算出手段と、符号反転手段とにより構成されて
いる。そして、パラメータ算出手段が、位相差比較手段
にて、ピーク周波数成分の位相差の符号が各変調時で一
致していると判断された時には、各変調時で異なる正負
符号を付与したピーク周波数を用いてパラメータを算出
し、一方、位相差の符号が各変調時で相違していると判
断された時には、各変調時とも正符号を付与したピーク
周波数を用いてパラメータを算出する。
手段にて算出されるピーク周波数の和に基づき物標との
距離を算出し、速度算出手段が、パラメータ算出手段に
て算出されるピーク周波数の差に基づき物標との相対速
度を算出する。そして、距離算出手段の算出結果が負値
である場合には、符号反転手段が、距離算出手段及び速
度算出手段の算出結果の正負符号を反転させる。
符号が各変調時で一致し、図9(b)あるいは(c)の
状態にあると判定できた場合において、例えば真の状態
が(c)であるとき(b)と仮定して距離、速度を算出
すると、それぞれの値として真の値の符号を反転させた
ものが得られ、距離値の符号が負になり、仮定の誤りが
判定できることによる。
によれば、送信周波数と受信周波数とがどのような大小
関係にあっても、物標との距離や相対速度を常に正しく
算出することができ、信頼性の高い物標検出を行うこと
ができる。次に、請求項3に記載の発明においては、更
にピークペア特定手段を備えており、受信手段が複数物
標からの反射波を同時に受信し、周波数検出手段にて各
変調時毎に複数のピーク周波数成分を検出すると、ピー
クペア特定手段が、同一物標からの反射波に基づく、上
り変調時のピーク周波数成分と下り変調時のピーク周波
数成分とのペアを特定する。
つ各受信手段間で同一周波数のピーク周波数成分毎に、
該ピーク周波数成分の位相差を算出し、また位相差比較
手段は、ピークペア特定手段にて特定されたペア毎に、
ピーク周波数成分の位相差を比較する。そして、物標検
出手段は、ピークペア特定手段により特定されたペア毎
に、位相比較手段での比較結果に基づいて、各物標との
距離及び相対速度を求める。
によれば、検出すべき物標が複数存在する場合であって
も、各物標毎に、該物標との距離や相対速度を正しく求
めることができる。次に、請求項4に記載の発明におい
ては、ピークペア特定手段が、位相差算出手段にて算出
される位相差の絶対値を、上り変調時と下り変調時とで
夫々比較し、該位相差の絶対値が等しいピーク周波数成
分をペアとして特定する。
れば、ピーク周波数成分のペアを特定する処理と、送信
周波数と受信周波数の大小関係を識別する処理とを、同
じ演算値、即ちピーク周波数成分の位相差に基づいて行
うため、演算処理の効率化、高速化を図ることができ
る。
に説明する。図1は、本発明が適用された第1実施例の
障害物検出用レーダ装置の全体構成を表すブロック図で
ある。
2は、変調信号Smに応じて所定の周波数に変調された
レーダ波を送信する送信器12、送信器12から放射さ
れ、障害物に反射されたレーダ波を受信する一対の受信
器14,16からなる送受信部10と、送信器12に変
調信号Smを供給すると共に、受信器14,16から出
力される中間周波のビート信号B1,B2に基づき、障
害物を検出するための処理を実行する信号処理部20と
により構成されている。
受信器14,16が受信手段に相当する。そして、本実
施例では、当該レーダ装置2により自動車前方の障害物
を検出するために、送受信部10が自動車の前面に取り
付けられ、信号処理部20が、車室内又は車室近傍の所
定位置に取り付けられている。
て、ミリ波帯の高周波信号を生成する電圧制御発振器
(VCO)12bと、変調信号Smを電圧制御発振器1
2bの調整レベルに変換して電圧制御発振器12bに供
給する変調器(MOD)12aと、電圧制御発振器12
bからの送信信号を電力分配して各受信器14,16に
供給されるローカル信号を生成する電力分配器(COU
P)12c,12dと、送信信号に応じてレーダ波を放
射する送信アンテナ12eとにより構成されている。
受信アンテナ14aと、受信アンテナ14aからの受信
信号に電力分配器12dからのローカル信号を混合する
ミキサ14bと、ミキサ14bの出力を増幅する前置増
幅器14cと、前置増幅器14cの出力から不要な高周
波成分を除去し、送信信号及び受信信号の周波数の差成
分であるビート信号B1を抽出するローパスフィルタ1
4dと、ビート信号B1を必要な信号レベルに増幅する
後置増幅器14eと、により構成されている。なお、受
信器16は、受信器14と全く同様の構成(14a〜1
4eが16a〜16eに対応)をしており、電力分配器
12cからローカル信号の供給を受け、ビート信号B2
を出力する。そして、受信器14を受信チャネルCH
1、受信器16を受信チャネルCH2と呼ぶ。
より起動され、三角波状の変調信号Smを発生する三角
波発生器22と、起動信号C2により起動され、受信器
14,16からのビート信号B1,B2をデジタルデー
タD1,D2に変換するA/D変換器24a,24b
と、CPU26a,ROM26b,RAM26cを中心
に構成され、起動信号C1,C2を送出して三角波発生
器22及びA/D変換器24a,24bを動作させると
共に、A/D変換器24a,24bを介して得られるデ
ジタルデータD1,D2に基づき障害物との距離、相対
速度、及び障害物の方位の検出を行う障害物検出処理
(後述する)を実行する周知のマイクロコンピュータ2
6と、マイクロコンピュータ26の指令に基づき高速フ
ーリエ変換(FFT)の演算を実行する演算処理装置2
8と、により構成されている。ここで、演算処理装置2
8が本発明の解析手段に相当する。
動信号C2により動作を開始すると、所定時間間隔毎に
ビート信号B1,B2をA/D変換して、RAM26c
の所定領域に書き込むと共に、所定回数のA/D変換を
終了すると、RAM26c上に設定された終了フラグ
(図示せず)をセットして、動作を停止するように構成
されている。
器22が起動され、変調器12aを介して電圧制御発振
器12bに変調信号Smが入力されると、電圧制御発振
器12bは、変調信号Smの三角波状の波形の上り勾配
に応じて所定の割合で周波数が増大(以後、この区間を
上昇部と呼ぶ)し、それに引き続く下り勾配に応じて周
波数が減少(以後、この区間を下降部と呼ぶ)するよう
に変調された送信信号を出力する。
である。図2に示すように、変調信号Smにより、送信
信号の周波数は、1/fmの期間に△Fだけ増減するよ
うに変調され、その変化の中心周波数はf0である。な
お、100ms間隔で周波数が変調されているのは、後
述する障害物検出処理が100ms周期で実行され、そ
の処理の中で起動信号C1が生成されるからである。
2から送出され、障害物に反射したレーダ波が、受信器
14,16にて受信される。そして、受信器14,16
では、受信アンテナ14a,16aから出力される受信
信号と、送信器12からの送信信号とが混合されること
により、ビート信号B1,B2が生成される。なお、受
信信号は、レーダ波が障害物までの間を往復する時間だ
け送信信号に対して遅延し、且つ、障害物との間に相対
速度がある場合には、これに応じてドップラシフトを受
ける。
24aによりビート信号B1をA/D変換してなるデジ
タルデータD1は、RAM26c上のデータブロックD
B1,DB2に順次格納され、一方、A/D変換器24
bによりビート信号B2をA/D変換してなるデジタル
データD2は、同様に、データブロックDB3,DB4
に格納される。ところで、A/D変換器24a,24b
は、三角波発生器22の起動と共に起動され、変調信号
Smが出力されている間に、所定回数のA/D変換を行
うようにされているため、前半数のデータが格納される
データブロックDB1,DB3には、送信信号の上昇部
に対応した上昇部データが格納され、後半数のデータが
格納されるデータブロックDB2,DB4には、送信信
号の下降部に対応した下降部データが格納されることに
なる。
DB4に格納されたデータは、マイクロコンピュータ2
6及び演算処理装置28にて処理され、障害物の検出の
ために使用される。次に、マイクロコンピュータ26の
CPU26aにて実行される障害物検出処理を、図4に
示すフローチャートを参照して説明する。なお、この障
害物検出処理は、前述したように100ms周期で起動
される。
と、まず、ステップ110にて、起動信号C1を出力し
て三角波発生器22を起動し、続くステップ120に
て、RAM26c上の終了フラグをクリアすると共に、
起動信号C2を出力してA/D変換器24a,24bを
起動する。
信号Smを受けた送信器12により、周波数変調された
レーダ波が送信されると共に、障害物により反射したレ
ーダ波を受信することにより受信器14,16から出力
されるビート信号B1,B2が、A/D変換器24a,
24bを介してデジタルデータD1,D2に変換されR
AM26cに書き込まれる。
の終了フラグを調べることにより、A/D変換が終了し
たか否かを判断する。そして、終了フラグがセットされ
ていなければ、A/D変換は終了していないものとし
て、同ステップ130を繰り返し実行することで待機
し、一方、終了フラグがセットされていれば、A/D変
換は終了したものとしてステップ140に移行する。
ータブロックDB1〜DB4のいずれか一つを順次選択
し、そのデータブロックDBi(i=1〜4)のデータ
を演算処理装置28に入力してFFTの演算を実行させ
る。なお、演算処理装置28に入力されるデータは、F
FTの演算により表れるサイドローブを抑制するため
に、ハニング窓や三角窓等を用いた周知のウィンドウ処
理が施される。そして、この演算結果として、各周波数
毎の複素ベクトルが得られる。
値、即ちその複素ベクトルが示す周波数成分の振幅に基
づき、周波数スペクトル上でピークとなる全ての周波数
成分(以下ピーク周波数成分と呼ぶ)を検出して、その
周波数をピーク周波数として特定し、ステップ160に
進む。なお、ピークの検出方法としては、例えば、周波
数に対する振幅の変化量を順次求め、その前後にて変化
量の符号が反転する周波数にピークがあるものとして、
その周波数を特定すればよい。
特定されたピーク周波数成分の位相を算出する。この位
相は、複素ベクトルが実数軸となす角度に等しく、複素
ベクトルから簡単に求められる。続くステップ170で
は、未処理のデータブロックDBiがあるか否かを判断
し、未処理のものがあれば、ステップ140に戻って、
その未処理のデータブロックDBiについて、ステップ
140〜160の処理を実行し、一方、未処理のものが
なければ、ステップ180に移行する。
結果として得られる複素ベクトルに基づき、各周波数成
分に対する振幅(即ちパワー)及び位相のスペクトル
を、各データブロックDB1〜DB4毎、即ち、各受信
チャネルCH1,CH2の上昇部データ及び下降部デー
タ毎に算出してグラフ化したものを示す。この図では障
害物が二つ存在する場合を表しており、各データブロッ
クDB1〜DB4にて、ピーク周波数成分は二つずつ検
出される。
の結果、受信チャネルCH1の上昇部におけるピーク周
波数f1u(1),f1u(2)、同じく下降部におけるピーク周
波数f1d(1),f1d(2)、受信チャネルCH2の上昇部に
おけるピーク周波数f2u(1),f2u(2)、同じく下降部に
おけるピーク周波数f2d(1),f2d(2)が求められると共
に、これらピーク周波数成分の位相φ1u(1),φ1u(2),
φ1d(1),φ1d(2),φ2u(1),φ2u(2),φ2d(1),φ2d
(2)が求められることになる。
ルCH1,CH2間で同じ周波数を有するピーク周波数
成分(f1u(1)=f2u(1),f1u(2)=f2u(2),f1d(1)
=f2d(1),f1d(2)=f2d(2))が検出されるが、これ
らは、同一障害物からの反射波に基づくピーク周波数成
分であり、夫々fu(i),fd(j)とする。
分の振幅、即ちパワーを夫々比較することにより、上昇
部と下降部とで同じパワーを有するものを、同一障害物
からの反射波に基づくピーク周波数成分のペアとして特
定するペアリング処理を実行する。
(1),fd(2)の周波数成分が一方のペアとして特定さ
れ、ピーク周波数fu(2),fd(1)の周波数成分が他方の
ペアとして特定される。続くステップ190では、ステ
ップ180にてペアリングされたピーク周波数を用い
て、障害物との距離,相対速度、及び障害物の方位を算
出する距離・速度方位算出処理を実行して本処理を終了
する。
示すように、まずステップ210では、ペアリングされ
たピーク周波数成分のペアのいずれか一つを選択し、続
くステップ220では、上昇部のピーク周波数成分につ
いて、受信チャネルCH1,CH2間で位相差△φu(i)
を(13)式を用いて算出し、続くステップ230で
は、下降部のピーク周波数成分について、同様に受信チ
ャネルCH1,CH2間で位相差△φd(j)を(14)式
を用いて夫々算出する。
れた位相差△φu(i),△φd(j)の符号が互いに等しいか
否かを判断し、符号が等しくなければ、ステップ250
に移行して、ピーク周波数fu(i)(=f1u(i)=f2u
(i))及びfd(j)(=f1d(j)=f2d(j))の符号を正と
して、(1)(2)式を用いて障害物との距離D及び相
対速度Vを算出する。
φu(i),△φd(j)の符号が互いに等しいと判断された場
合には、ステップ260に移行し、(1)(2)式にお
いて、上昇部のピーク周波数fu(i)の符号を正、下降部
のピーク周波数fd(j)の符号を負とした次式(1)′
(2)′を用いて障害物との距離D及び相対速度Vを算
出してステップ270に進む。
算出した距離Dが正値であるか否かを判断し、正値であ
ればステップ290に移行し、正値でなければステップ
280に移行して、ステップ260にて算出した距離D
及び相対速度Vの符号を夫々反転さてステップ290に
進む。
算出された位相差△φu(i)から、次の(15)に示す関
係式に基づいて、各ピーク周波数成分に対応する障害物
が位置する方位θを夫々算出する。 θ=△φu(i)・λ/(2π・W) ・・・(15) なお、Wは受信器14,16間の距離、dは各受信器1
4,16にて受信される同一障害物からの反射波の経路
差、λはレーダ波の波長である。また、位相差△φu(i)
の代わりに、ステップ230にて算出される下降部の位
相差△φd(j)を用いてもよい。
80のペアリング処理にて、ペアリングされた全てのピ
ーク周波数成分のペアについて、距離D,相対速度V,
方位θを算出したか否かを判断し、全てのペアにて終了
していなければ、ステップ210に戻って、まだ、算出
していないピーク周波数成分のペアについて算出を行
い、全てのペアについて終了していれば、本処理を終了
する。
分fu(1),fd(2)のペアについては、△φu(1)=φ1u
(1)−φ2u(1),△φd(2)=△φ1d(2)−△φ2d(2)が求め
られ、ここでは、位相差△φu(1),△φd(2)の符号はい
ずれもマイナスで等しくなるので、送信周波数と受信周
波数の大小関係は、図9(b)又は(c)に示す関係に
あると判断され、(1)′(2)′式により距離D及び
相対速度Vが正しく算出される。
た具体例の場合、(1)(2)式から距離D及び相対速
度Vを算出すると、D=28.4[m],V=−17.
6[km/h]となり、正しい結果を得ることができな
かったのであるが、本実施例では、上昇部及び下降部の
夫々にて算出される位相差△φu(i),△φd(j)の符号か
ら、送信周波数と受信周波数の大小関係が判定され、こ
こでは、位相差の符号は等しいものとして検出され、下
降部のビート周波数に負符号が付与された(1)′
(2)′式から距離D及び相対速度Vを算出することに
なり、D=−5[m],V=100[km/h]が得ら
れる。この算出結果では距離Dが負値となっているた
め、算出結果の符号が反転され、その結果、D=5
[m]、V=−100[km/h]となり、正しい結果
が得られる。
の距離D,相対速度V,及び障害物の方位θは、別途実
行される判断処理において、危険の有無を判断するため
等に使用され、危険ありと判断された場合には、例え
ば、図示しない警報機を鳴動させて運転者に危険を知ら
せるといった処理が行われる。
本発明の周波数検出手段、ステップ190が物標検出手
段、ステップ160が位相算出手段、ステップ220,
230が位相差算出手段、ステップ240が位相差比較
手段、ステップ250,ステップ260がパラメータ算
出手段,距離算出手段,速度算出手段、ステップ27
0,280が符号反転手段に相当する。
置2においては、同一障害物からの反射波に基づくピー
ク周波数成分について、上昇部,下降部毎に、各受信チ
ャネルCH1,CH2間で位相差△φu(i),△φd(j)を
求め、その符号を比較することにより、送信周波数と受
信周波数の大小関係を判定し、判定結果に応じて、送信
周波数と受信周波数の差の絶対値として検出されるビー
ト周波数に符号を付与し、符号が付与されたビート周波
数により物標との距離D及び相対速度Vを算出するよう
にされている。
ば、送信周波数と受信周波数の大小関係が、距離D及び
相対速度Vを算出する演算式(1)(2)の前提となる
関係、即ち、上昇部では送信周波数が大きく、下降部で
は受信周波数が大きいという関係からはずれたとして
も、障害物との距離D及び相対速度Vが誤って算出され
ることがなく、常に正しく算出されるので、信頼性の高
い物標検出を行うことができる。
の符号が等しい場合に、ステップ260にて、上昇部の
ビート周波数fu(i)に正符号を、下降部のビート周波数
fd(j)に負符号を付与しているが、反対に、上昇部のビ
ート周波数fu(i)に負符号を、下降部のビート周波数f
d(j)に正符号を付与してもよい。
せで行い、式(1)′(2)′と共に次式(1)″
(2)″を用いて、2通りの距離D,相対速度Vの解の
組み合せを得た後、距離Dが正値となる組み合せの方を
採用してもよい。
施例は、第1実施例とは、障害物検出処理のペアリング
処理(ステップ180)、及び距離・速度・方位算出処
理(ステップ190)の内容が異なるだけで、その他の
装置構成や処理は全く同様であるので、ここでは、第1
実施例と相違するペアリング処理及び距離速度方位算出
処理についてのみ説明する。
装置におけるペアリング処理を表すフローチャートであ
る。図7に示すよう、本処理が起動されると、まずステ
ップ310にて、上昇部において、受信チャネルCH
1,CH2間でピーク周波数が等しい各ピーク周波数成
分、即ち同一障害物からの反射波に基づくピーク周波数
成分間の位相差△φu(i)を(16)式を用いて夫々算出
し、続くステップ320では、下降部において、同様に
受信チャネルCH1,CH2間でピーク周波数が等しい
各ピーク周波数成分間の位相差△φd(j)を(17)式を
用いて夫々算出する。 △φu(i)=φ1u(i)−φ2u(i) ・・・(16) △φd(j)=φ1d(j)−φ2d(j) ・・・(17) 但し、i,j=1〜Np、Npはステップ150にて検
出されるピーク周波数成分の数である。
部から夫々一つずつピーク周波数成分を選択し、先のス
テップ310及び320にて算出された位相差の絶対値
|△φu(i)|,|△φd(j)|の差の絶対値||△φu(i)
|−|△φd(j)||を求め、これが所定値εより小さい
か否かを判断し、所定値εより小さければ位相差の絶対
値|△φu(i)|,|△φd(j)|は等しいとしてステップ
340に移行し、所定値εより大きければ位相差の絶対
値|△φu(i)|,|△φd(j)|は等しくないとしてステ
ップ350に移行する。
φu(i)|,|△φd(j)|が等しいとされたピーク周波数
成分をペアとして決定し、これを位相差△φu(i),△φ
d(j)と共にRAM26cの所定エリアにこれを格納し
て、ステップ350に進む。ステップ350では、全て
のピーク周波数成分のペアが決定したか否かを判断し、
ペアが未決定のピーク周波数成分があれば、ステップ3
30に戻って、ペアが未決定のピーク周波数成分のみを
対象として、ステップ330〜350の処理を繰り返し
実行し、一方、ステップ350にて全てのペアが決定し
ていると判断された場合は本処理を終了する。
を表すフローチャートである。図8に示すように、本処
理が起動されると、まずステップ410では、上述のペ
アリング処理により決定されたピーク周波数成分のペア
の中から、いずれか一つを選択する。続くステップ42
0では、選択したペアの上昇部及び下降部での位相差△
φu(i),△φd(j)をRAM26cから夫々読み込んで、
これら位相差△φu(i),△φd(j)の符号が互いに等しい
か否かを判断し、符号が互いに等しくなければステップ
430へ移行し、符号が互いに等しければステップ44
0へ移行する。
第1実施例での距離・速度・方位算出処理におけるステ
ップ260〜300に夫々対応しており、その処理内容
は同じであるため、ここでは説明を省略する。但し、ス
テップ470の方位算出処理では、ステップ420で用
いたものと同じ位相差△φu(i),△φd(j)を用いて処理
を行う。
レーダ装置によれば、ペアリング処理では、ピーク周波
数成分の位相差の絶対値に基づいてペアの判定を行うと
共に、この処理の際に算出されるピーク周波数成分の位
相差を記憶し、距離・速度・位相差算出処理では、この
記憶値を用いることにより、改めてピーク周波数成分の
位相差を算出することなく処理を行うようにされている
ので、演算処理の効率化、高速化を図ることができる。
ック図である。
る。
る。
る。
トである。
ペクトルを表すグラフである。
ローチャートである。
理を表すフローチャートである。
号の周波数の大小関係を表す説明図である。
表す説明図である。
12a…変調器 12b…電圧制御発振器 12c,12d…電力分配
器 12e…送信アンテナ 14,16…受信器 14a,16a…受信アンテナ 14b,16b…ミ
キサ 14c,16c…前置増幅器 14d,16d…ロ
ーパスフィルタ 14e,16e…後置増幅器 20…信号処理部
22…三角波発生器 24a,24b…A/D変換器 26…マイクロコン
ピュータ 26a…CPU 26b…ROM 26c…RAM
28…演算処理装置
Claims (4)
- 【請求項1】 三角波変調信号によって周波数変調さ
れ、周波数が漸次増減する送信信号を発生し、レーダ波
として送信する送信手段と、 物標により反射された上記レーダ波を受信して受信信号
を発生すると共に、該受信信号と上記送信信号とを混合
してビート信号を発生する少なくとも2つの受信手段
と、 該受信手段毎に設けられ、該受信手段からのビート信号
をフーリエ変換する解析手段と、 上記受信手段に対応して設けられ、上記解析手段でのビ
ート信号の解析結果から、上記送信信号の周波数が上昇
する上り変調時、及び周波数が下降する下り変調時の各
変調時毎に、周波数スペクトル上でピークとなるピーク
周波数成分を検出する周波数検出手段と、 該周波数検出手段にて各変調時毎に検出されたピーク周
波数成分の和又は差をパラメータとし所定の演算式を用
いて物標との距離及び相対速度の少なくともいずれか一
方を算出することで物標を検出する物標検出手段と、 を備えたFMCWレーダ装置において、 上記受信手段毎に対応して設けられ、上記解析手段の解
析結果から、各変調時毎に、上記周波数検出手段にて検
出されたピーク周波数成分の位相を算出する位相算出手
段と、 該位相算出手段にて算出されるピーク周波数成分の位相
に基づき、各変調時毎に各受信手段間でのピーク周波数
成分の位相差を算出する位相差算出手段と、 該位相差算出手段にて算出されるピーク周波数成分の位
相差を比較し、各変調時毎に特定される上記送信信号と
上記受信信号との大小関係を判定する位相差比較手段
と、 を設け、上記物標検出手段は、上記位相差比較手段の判
定結果に応じて正負符号を付与したピーク周波数から上
記パラメータを求めることを特徴とするFMCWレーダ
装置。 - 【請求項2】 上記物標検出手段は、 上記位相差比較手段にて、ピーク周波数成分の位相差が
各変調時で一致していると判断された時には、各変調時
で異なる正負符号を付与したピーク周波数を用いて上記
パラメータを算出し、該位相差が各変調時で相違してい
ると判断された時には、各変調時とも正符号を付与した
ピーク周波数を用いて上記パラメータを算出するパラメ
ータ算出手段と、 該パラメータ算出手段にて算出されるピーク周波数の和
に基づき物標との距離を算出する距離算出手段と、 上記パラメータ算出手段にて算出されるピーク周波数の
差に基づき物標との相対速度を算出する速度算出手段
と、 上記距離算出手段の算出結果が負値である場合に、該距
離算出手段及び上記速度算出手段の算出結果の正負符号
を反転させる符号反転手段と、 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。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のFMC
Wレーダ装置において、 上記受信手段が複数物標からの反射波を同時に受信する
ことにより、上記周波数検出手段にて各変調時毎に複数
検出されるピーク周波数成分から、同一物標からの反射
波に基づく、上り変調時のピーク周波数成分と下り変調
時のピーク周波数成分とのペアを特定するピークペア特
定手段を備え、 上記位相差算出手段は、各変調時毎かつ各受信手段間で
同一周波数のピーク周波数成分毎に、該ピーク周波数成
分の位相差を算出すると共に、上記位相差比較手段は、
上記ピークペア特定手段にて特定されたペア毎に、ピー
ク周波数成分の位相差を比較し、 上記物標検出手段は、上記ピークペア特定手段により特
定されたピーク周波数成分のペア毎に、各物標との距離
及び相対速度を求めることを特徴とするFMCWレーダ
装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載のFMCWレーダ装置に
おいて、 上記ピークペア特定手段は、上記位相差算出手段にて算
出される位相差の絶対値を、上り変調時と下り変調時と
で夫々比較し、該位相差の絶対値が等しいピーク周波数
成分をペアとして特定することを特徴とするFMCWレ
ーダ装置。
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