JPH11271428A - Ｆｍ−ｃｗレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電圧制御型発振器の電圧−周波数特性の劣化を
自動補正する検出精度の高いＦＭ−ＣＷレーダ装置を提
供すること。 【解決手段】周波数変調が施された連続波信号を送信信
号として送信し、送信信号が目標物で反射して戻ってき
た受信信号と送信信号とのビート信号周波数から目標物
を検出するＦＭ−ＣＷレーダ装置であって、送信信号を
出力する手段であって印加電圧に応じて出力信号周波数
が変化する電圧制御型発振器と、電圧制御型発振器から
線形の周波数変調が繰り返し施された送信信号が出力さ
れるように制御電圧を電圧制御型発振器に与える電圧制
御手段と、線形の周波数変調区間を複数の小区間に時間
分割して各小区間ごとのビート信号周波数スペクトラム
を検出するスペクトラム検出手段と、スペクトラム検出
手段で検出された小区間毎のビート信号周波数スペクト
ラムを比較し、比較結果に応じて制御電圧を補正する補
正手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＭ−ＣＷレーダ
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、特開昭５８−
７２０７８号公報に開示されているように、周波数変調
が施された連続波信号を送信信号として送信し、送信信
号が目標物で反射して戻ってきた受信信号と送信信号と
をミキシングしてビート信号を生成し、そのビート信号
の周波数から目標物の位置および相対速度を検出するも
のである。

【０００３】ＦＭ−ＣＷレーダ装置における送信信号発
生器には、バイアス電圧に応じて出力周波数が制御され
る電圧制御型発振器（ＶＣＯ）が一般に用いられる。Ｖ
ＣＯにおける制御電圧と発振周波数との関係はあらかじ
めわかっているので、所望の周波数変調を制御電圧の調
整により達成できる。

【０００４】ところで、制御電圧と発振周波数の関係
は、温度の影響を受ける場合が多い。ＦＭ−ＣＷレーダ
装置では、一般に三角波変調を行うことが多く、直線的
に変調させている区間におけるビート信号を検出するの
であるが、温度の影響で変調の直線性が崩れてしまう
と、目標物の正確な検出が不可能となってしまう。

【０００５】そこで、特開昭６２−１７７４６８号公報
に開示された技術では、発振周波数対制御電圧の関係を
温度の影響も考慮して予め記憶しておくことにより、温
度が変化しても適切な周波数変調を達成するようにして
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、制御電圧と発
振周波数の関係、すなわち、電圧−周波数特性は、温度
の影響だけでなく、使用年数等の影響もうける。また、
温度に起因する特性の変化の程度は、ＶＣＯ毎に必ずし
も同じではない。したがって、従来技術のように、温度
の影響のみを考慮して制御電圧と発振周波数の関係を予
め記憶させるだけでは、所望の周波数変調を行うことが
できない。

【０００７】また、この従来技術と同様の技術的思想に
基づいて、電圧−周波数特性を、経年変化や個別の温度
変化に対応させて予め記憶させておくことも考えられる
が、現実的ではない。

【０００８】本発明は、経年変化がある場合や、ＶＣＯ
毎に温度変化量が異なる場合でも、所望の周波数変調を
維持することができるＦＭ−ＣＷレーダ装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のＦＭ−ＣＷレー
ダ装置は、周波数変調が施された連続波信号を送信信号
として送信し、送信信号が目標物で反射して戻ってきた
受信信号と送信信号とのビート信号周波数から目標物を
検出するＦＭ−ＣＷレーダ装置であって、送信信号を出
力する手段であって印加電圧に応じて出力信号周波数が
変化する電圧制御型発振器と、電圧制御型発振器から線
形の周波数変調が繰り返し施された送信信号が出力され
るように制御電圧を電圧制御型発振器に与える電圧制御
手段と、線形の周波数変調区間を複数の小区間に時間分
割して各小区間ごとのビート信号周波数スペクトラムを
検出するスペクトラム検出手段と、スペクトラム検出手
段で検出された小区間毎のビート信号周波数スペクトラ
ムを比較し、比較結果に応じて制御電圧を補正する補正
手段とを備えたことを特徴とする。

【００１０】線形変調領域における変調の線形性が保持
されていれば、線形変調領域内の各小区間毎に検出され
たビート信号の周波数スペクトラムが一致している。逆
に、線形性が崩れていると、小区間毎のビート信号周波
数スペクトラムが不一致となる。したがって、小区間毎
のビート信号周波数スペクトラムを比較することにより
送信信号における変調の線形性の保持状態が検出でき、
線形性が崩れていると判断した場合には、電圧制御型発
振器に与えられる制御電圧を補正するので、送信信号に
おける変調の線形性が常に維持される。

【００１１】ビート信号の周波数スペクトラムを比較す
る際には、スペクトラムのＱ値を比較することが望まし
い。変調の直線性が高い小区間では、スペクトラムが鋭
くなりＱ値が大きくなるので、スペクトラムのＱ値が小
さい小区間について制御電圧を補正すれば、線形変調領
域全体の線形性が高くなる。

【００１２】制御電圧の補正方向、すなわち、電圧を上
げる補正を行うか、下げる補正を行うかは、選択された
２つの各小区間のビート信号周波数の大小に基づいて決
定することが望ましい。

【００１３】さらに、周波数スペクトラムのＱ値が小さ
い一方の小区間のビート信号周波数が、他方の小区間の
ビート信号周波数よりも小さい場合には、一方の小区間
の送信信号周波数を上げる方向に制御電圧を補正し、一
方の小区間のビート信号周波数が他方の小区間のビート
信号周波数よりも大きい場合には、一方の小区間の送信
信号周波数を下げる方向に制御電圧を補正することが望
ましい。

【００１４】このように補正すると、線形変調領域の線
形性が精度よく保たれる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態を示す
ブロック図である。ＦＭ−ＣＷレーダ装置１のフロント
エンド部１０は送信部と受信部とで構成されており、送
信部は電圧制御型発振器１１と、バッファアンプ１２
と、送信アンテナ１３を備える。

【００１６】電圧制御型発振器１１は、後述するＤ／Ａ
変換器２０から与えられる制御電圧により、周波数ｆ０
（たとえば７６ＧＨｚ）の搬送波に対して周波数変調幅
ΔＦの三角波変調を掛けた信号、すなわち周波数ｆ０±
ΔＦ／２の被変調波（送信信号）を出力する。被変調波
はバッファアンプ１２で増幅され、送信アンテナ１３か
ら電磁波として放射される。送信信号の一部は受信検波
用のローカル信号として受信部のミキサ１６に与えられ
る。

【００１７】電圧制御型発振器１１は、出力される発振
周波数が制御電圧に比例するようになっている。

【００１８】図２は、一般的な電圧制御型発振器の制御
電圧に対する発振周波数を示すものである。横軸に制御
電圧、縦軸に発振周波数をとっており、実線３０が電圧
制御型発振器の電圧−周波数特性曲線である。この図か
らわかるように、制御電圧Ｖ０〜Ｖ１の間では、制御電
圧に対して発振周波数がＦ０〜Ｆ１の間でリニアに変化
するので、通常はこの領域を用いて発振周波数制御がな
される。

【００１９】ところが、この電圧−周波数特性は、温度
や使用年数によって、たとえば、一点鎖線３１や３２に
示すように変化することがある。このように、電圧−周
波数特性が初期状態から変化してしまうと、正常な変調
を行うことができなくなる。しかし、本実施形態では、
後述する補正装置により制御電圧の補正を行うので所望
の周波数変調を維持できる。

【００２０】電圧制御型発振器１１には、三角波発生装
置２４で生成されたデジタル三角波信号をＤ／Ａ変換器
２０でアナログ電圧信号変換したものが与えられる。三
角波発生装置２４は、予め設定された周波数および振幅
の三角波をデジタル形式で出力するものであるが、補正
装置２３からの指令に基づいて出力波形を適宜補正する
ことが可能である。

【００２１】フロントエンド部１０の受信部は、受信ア
ンテナ１４と、ＲＦアンプ１５と、ミキサ１６と、アン
プ１７と、フィルタ１８を備えている。目標物で反射さ
れた送信信号は受信信号として受信アンテナ１４で受信
される。受信信号はＲＦアンプ１５で増幅された後、ミ
キサ１６で送信信号とミキシングされ、両信号のビート
信号が取り出される。ビート信号はアンプ１７およびフ
ィルタ１８を経てフロントエンド部１０から出力され、
Ａ／Ｄ変換器２１でデジタル信号に変換されＦＦＴ処理
装置２２に入力される。

【００２２】ＦＦＴ処理装置２２は、三角波のアップ区
間およびダウン区間においてそれぞれＦＦＴ処理を行
い、それぞれの区間におけるビート信号の周波数スペク
トラムを生成する。ここで得られたビート信号の周波数
は、外部処理装置２５に入力され、目標物の検出に利用
される。

【００２３】すなわち、外部処理装置２５ではつぎの演
算が行われる。三角波変調ＦＭ−ＣＷ方式において、相
対速度が零のときのビート周波数をｆｒ、相対速度に基
づくドップラ周波数をｆｄ、周波数が増加する区間（ア
ップ区間）のビート周波数をｆｂ１、周波数が減少する
区間（ダウン区間）のビート周波数をｆｂ２とすると、 ｆｂ１＝ｆｒ−ｆｄ …（１） ｆｂ２＝ｆｒ＋ｆｄ …（２） が成り立つ。

【００２４】したがって、変調サイクルのアップ区間と
ダウン区間のビート周波数ｆｂ１およびｆｂ２を別々に
測定すれば、次式（３）（４）からｆｒおよびｆｄを求
めることができる。

【００２５】 ｆｒ＝（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２ …（３） ｆｄ＝（ｆｂ２−ｆｂ１）／２ …（４） ｆｒおよびｆｄが求まれば、目標物の距離Ｒと速度Ｖを
次の（５）（６）式により求めることができる。

【００２６】 Ｒ＝（Ｃ／（４・ΔＦ・ｆｍ））・ｆｒ …（５） Ｖ＝（Ｃ／（２・ｆ０））・ｆｄ …（６） ここに、Ｃは光の速度、ｆｍはＦＭ変調周波数である。

【００２７】図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それ
ぞれ、電圧制御型発振器１１の電圧−周波数特性が所望
の制御電圧区間においてリニアである場合の送受信周波
数、ビート信号周波数およびビート信号スペクトラムを
示す波形である。なお、ここでは簡単のために目標物の
相対速度が零の場合を示しており、ｆｂ１＝ｆｂ２＝ｆ
ｒである。

【００２８】また、図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）
は、それぞれ、電圧制御型発振器１１の電圧−周波数特
性が所望の制御電圧区間におけるリニアリティが温度等
の影響で維持されなくなった場合の送受信周波数、ビー
ト信号周波数およびビート信号スペクトラムを示す波形
である。この図も、目標物の相対速度が零の場合を示し
ており、図４（ａ）を図３（ａ）に示す適正な波形と対
比すると明らかなように周波数の高い領域において制御
電圧に対する発振周波数が落ち込み気味になっている。
そのために、本来は図３（ｂ）に示すように均一な値を
とるべきビート信号周波数が図４（ｂ）に示すように不
均一となる。これにより、ＦＦＴ周波数スペクトラムが
図４（ｃ）に示すように図３（ｃ）と比較して鋭さがな
くなり、しかも、頂点の位置がずれるため正確なビート
信号周波数を検出できなくなる。

【００２９】そこで、このような状態を補正装置２３に
おいて検出すると共に制御電圧を補正し、変調波形のア
ップ区間およびダウン区間の線形性を維持させる。

【００３０】補正装置２３による制御電圧の補正を行う
ために、ＦＦＴ処理装置２２では目標物検出のためのの
ＦＦＴ処理とは異なるＦＦＴ処理を行う。すなわち、Ｆ
ＦＴ処理装置２２は、目標物の検出のために、上述した
ように三角波変調サイクルのアップ区間とダウン区間に
おいてそれぞれＦＦＴ処理を行っているが、併せて、電
圧制御型発振器１１に対する制御電圧を補正するため
に、アップ区間またはダウン区間をさらに２つの小区間
に時間分割し、それぞれの小区間ＡおよびＢにおいても
ＦＦＴ処理を行う。

【００３１】図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それ
ぞれ、図４のときと同様に電圧制御型発振器１１の電圧
−周波数特性が所望の制御電圧区間におけるリニアリテ
ィが温度等の影響で維持されなくなった場合の送受信周
波数、ビート信号周波数およびビート信号スペクトラム
を示す波形であるが、アップ区間を２つの小区間Ａおよ
びＢに区分してそれぞれに対してＦＦＴ処理を行い、周
波数スペクトラムを生成している。

【００３２】小区間ＡおよびＢにおけるＦＦＴ処理の結
果である周波数スペクトラムＡおよびＢは補正装置２３
入力され、補正装置２３では周波数スペクトラムＡおよ
びＢに対して所定の処理を施し、その処理結果に基づい
て三角波発生装置２４に対して補正指令を出す。

【００３３】図６は補正装置２３の動作を示すフローチ
ャートである。

【００３４】ステップ６１では、ＦＦＴ処理装置２２に
おいて求められた小区間ＡおよびＢにおけるＦＦＴ処理
の結果である周波数スペクトラムＡおよびＢを取り込
む。ステップ６２では、ターゲット（目標物）が存在す
るか否かをステップ６１で取り込んだ周波数スペクトラ
ムＡまたはＢを用いて判断する。すなわち、周波数スペ
クトラムＡまたはＢのピーク値が所定値以下であれば、
目標物が存在しないと判断し、以下の制御電圧補正処理
を実行することなくステップ６１に戻る。

【００３５】ステップ６２で目標物が存在すると判断さ
れた場合にはステップ６３に進み、周波数スペクトラム
ＡとＢの重なり具合を判定する。上述したように、送信
信号のアップ区間またはダウン区間における変調の線形
性が維持されていれば、こららの区間内のいずれの小区
間でＦＦＴ処理を施しても、その周波数スペクトラムは
ほぼ一致する。したがって、周波数スペクトラムＡおよ
びＢがほぼ一致していれば制御電圧を補正する必要がな
く、ステップ６４以下の補正処理を行わずにステップ６
１に戻る。周波数スペクトラムＡおよびＢが図５（ｃ）
に示すようにずれていた場合には、このステップ６４で
一致していないと判断されステップ６４に進む。

【００３６】ステップ６４では、周波数スペクトラムＡ
およびＢのそれぞれについてスペクトラム波形の鋭さを
示すＱ値を求め、両者を比較する。既に述べたようにＱ
値は変調の線形性が維持された領域では大きな値とな
り、逆に、線形性が崩れている領域では小さな値とな
る。

【００３７】図５に示す例では、同図（ａ）に示すよう
に、小区間Ａの方が小区間Ｂよりも線形性が良好に維持
されているので、同図（ｃ）に示すように、小区間Ａで
の周波数スペクトラムの方が小区間Ｂでの周波数スペク
トラムよりも鋭い波形となっている。したがって、周波
数スペクトラムＡのＱ値（Ａ）の方が周波数スペクトラ
ムＢのＱ値（Ｂ）よりも大きくなる。この場合はステッ
プ６６を経てステップ６７または６８に進み、小区間Ｂ
の制御電圧を補正する。逆に、Ｑ値（Ｂ）がＱ値（Ａ）
より大きい場合は、小区間Ａを補正すべく、ステップ６
５を経てステップ６９または７０に進む。

【００３８】ステップ６５および６６では、周波数スペ
クトラムＡおよびＢのピーク値の周波数（Ａ）と（Ｂ）
とをそれぞれ比較する。ステップ６６において、図５
（ｃ）のように周波数（Ａ）が周波数（Ｂ）より大きい
場合には、小区間Ｂの送信信号周波数が同図（ａ）に示
すように理想周波数よりも低くなっているので、これを
引き上げるべくステップ６７に移行し、三角波発生装置
２４に対しその出力波形が小区間Ｂにおいて漸増するよ
うにプラス補正の指令を出力する。

【００３９】逆に、周波数（Ａ）が周波数（Ｂ）より小
さい場合には、ステップ６８に移行して、三角波発生装
置２４の出力波形が小区間Ｂにおいて漸減するようにマ
イナス補正の指令を出力する。

【００４０】この補正により、小区間Ｂにおける変調の
線形性が回復する。補正量をどの程度にするかは適宜選
択すればよく、小さな値に設定した場合には、複数回の
補正を繰り返すことにより最終的に所望の補正を達成で
きる。

【００４１】ステップ６５において、周波数（Ａ）が周
波数（Ｂ）より大きい場合には、小区間Ａの送信信号周
波数が理想周波数よりも高くなっているので、これを引
き下げるべくステップ６９に移行し、三角波発生装置２
４に対しその出力波形が小区間Ａにおいて漸減するよう
にマイナス補正の指令を出力する。周波数（Ａ）が周波
数（Ｂ）より小さい場合には、ステップ７０に移行して
三角波発生装置２４の出力波形が小区間Ａにおいて漸増
するようにプラス補正の指令を出力する。これにより、
小区間Ａにおける変調の線形性が回復する。

【００４２】なお、本実施形態は三角波変調の場合であ
るが、本発明は、線形変調が繰り返される他の変調方
法、たとえば、のこぎり歯変調に対しても適用できる。

【００４３】また、線形区間をＡとＢの２つ小区間に区
分した場合を示したが、３つ以上の小区間に区分し、各
小区間における周波数スペクトラムを本実施形態と同様
の思想に基づいて処理することにより制御電圧補正を行
ってもよい。

【００４４】ＦＦＴ処理装置２２では、制御電圧補正の
ためのＦＦＴ処理とレーダ装置本来のＦＦＴ処理とを別
々に行っているが、たとえば、制御電圧補正のためのＦ
ＦＴ処理結果に対して所定の演算処理を施し、その結果
をレーダ装置本来のＦＦＴデータに利用してもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＦＭ−Ｃ
Ｗレーダ装置によれば、小区間毎のビート信号周波数ス
ペクトラムを比較することにより送信信号における変調
の線形性の保持状態を検出し、線形性が崩れていると判
断した場合には、電圧制御型発振器に与えられる制御電
圧を補正するので、送信信号における変調の線形性が常
に維持される。しかもこの補正は、変調の線形性が崩れ
た理由がいかなるものであっても達成される。すなわ
ち、温度に起因して線形性が崩れた場合であっても、経
年変化による線形性の崩れがあっても自動補正される。
そのため、目標物を見失ったり、誤認したりすることが
なくなり、ＦＭ−ＣＷレーダ装置の検出制度を良好に維
持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるＦＭ−ＣＷレーダ装
置の構成を示すブロック図。

【図２】電圧制御型発振器の電圧−周波数特性を示す
図。

【図３】本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の動作を示
す波形図。

【図４】本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の動作を示
す波形図。

【図５】本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の動作を示
す波形図。

【図６】補正装置の動作を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…ＦＭ−ＣＷレーダ装置、１０…フロントエンド部、
１１…電圧制御型発振器、２２…ＦＦＴ処理装置、２３
…補正装置、２４…三角波発生装置、２５…外部処理装
置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数変調が施された連続波信号を送信
   信号として送信し、前記送信信号が目標物で反射して戻
   ってきた受信信号と前記送信信号とのビート信号周波数
   から前記目標物を検出するＦＭ−ＣＷレーダ装置におい
   て、 前記送信信号を出力する手段であって印加電圧に応じて
   出力信号周波数が変化する電圧制御型発振器と、 前記電圧制御型発振器から線形の周波数変調が繰り返し
   施された送信信号が出力されるように制御電圧を前記電
   圧制御型発振器に与える電圧制御手段と、 前記線形の周波数変調区間を複数の小区間に時間分割し
   て各小区間ごとのビート信号周波数スペクトラムを検出
   するスペクトラム検出手段と、 前記スペクトラム検出手段で検出された前記小区間毎の
   ビート信号周波数スペクトラムを比較し、比較結果に応
   じて前記制御電圧を補正する補正手段とを備えたことを
   特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
2. 【請求項２】前記補正手段は、前記各小区間におけるビ
   ート信号の周波数スペクトラムのＱ値の大小に基づいて
   前記制御電圧を補正するものであることを特徴とする請
   求項１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。
3. 【請求項３】前記補正手段は、前記複数の小区間のうち
   の任意の２つを選択し、そのうちの前記周波数スペクト
   ラムのＱ値が小さい小区間の制御電圧を補正するもので
   あることを特徴とする請求項２に記載のＦＭ−ＣＷレー
   ダ装置。
4. 【請求項４】前記制御電圧の補正方向は、前記選択され
   た２つの各小区間のビート信号周波数の大小に基づいて
   決定することを特徴とする請求項３に記載のＦＭ−ＣＷ
   レーダ装置。
5. 【請求項５】前記補正手段は、前記選択された２つの小
   区間のうちの前記周波数スペクトラムのＱ値が小さい一
   方の小区間のビート信号周波数が、他方の小区間のビー
   ト信号周波数よりも小さい場合には、前記一方の小区間
   の送信信号周波数を上げる方向に前記制御電圧を補正
   し、前記一方の小区間のビート信号周波数が前記他方の
   小区間のビート信号周波数よりも大きい場合には、前記
   一方の小区間の送信信号周波数を下げる方向に前記制御
   電圧を補正するものであることを特徴とする請求項４に
   記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。