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JP2000046932A - Fm-cw radar apparatus - Google Patents

Fm-cw radar apparatus

Info

Publication number
JP2000046932A
JP2000046932A JP10209373A JP20937398A JP2000046932A JP 2000046932 A JP2000046932 A JP 2000046932A JP 10209373 A JP10209373 A JP 10209373A JP 20937398 A JP20937398 A JP 20937398A JP 2000046932 A JP2000046932 A JP 2000046932A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
oscillator
output
frequency
mixer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10209373A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masafumi Iwamoto
雅史 岩本
Takahiko Fujisaka
貴彦 藤坂
Hirokazu Tanaka
宏和 田中
Taikichi Jiyoutou
泰吉 上等
Yasumasa Hisada
安正 久田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Space Development Agency of Japan
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
National Space Development Agency of Japan
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Space Development Agency of Japan, Mitsubishi Electric Corp filed Critical National Space Development Agency of Japan
Priority to JP10209373A priority Critical patent/JP2000046932A/en
Publication of JP2000046932A publication Critical patent/JP2000046932A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an FM-CW radar apparatus which can measure a desired distance range with a desired accuracy with using only one fixed filter. SOLUTION: The apparatus includes a VCO 15 controlled by a microcomputer 11, mixers 4a-4d for mixing an output of the VCO with echoes at an IF stage, and a BPF 16 as a fixed filter of a superior characteristic like a quartz filter. By selecting a desired signal frequency band, a desired distance range is measured with a necessary accuracy without increasing a process amount of data by the microcomputer 11. A linear FM modulated CW wave is irradiated to a target, the echo and a beat signal of a transmission signal are obtained, thereby generating an IF signal. The BPF 16 selects the echo from the target in a fixed distance range and generates a video signal. An A/D converter 10 converts the signal to digital data and the microcomputer 11 calculates a distance and a velocity. Moreover, the microcomputer 11 changes an oscillation frequency of the VCO 15, thereby adjusting the signal in the desired distance range to agree with a pass band of the BPF 16.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、車載用のレーダ
や電波高度計など目標物体までの距離を測定するFM−
CWレーダ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an FM-based radar for measuring a distance to a target object such as an on-vehicle radar or a radio altimeter.
The present invention relates to a CW radar device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の装置として、図3に示す
ものがある。図3は特開平4−223286号公報に掲
載されたものと同様なFM−CWレーダ装置の構成図を
示したもので、図3において、1は送信アンテナ、2は
受信アンテナ、3は方向性結合器、4はミキサ、5はC
W発振器、6は三角波発振器、7は増幅器、8はローパ
スフィルタ(LPF)、9はハイパスフィルタ(HP
F)、10はA/D変換器、11は制御手段としてのマ
イコンである。また、図4は三角波で周波数変調した信
号を送信した場合の送受信信号周波数を示す図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is an apparatus of this type shown in FIG. FIG. 3 shows a configuration diagram of an FM-CW radar device similar to that disclosed in JP-A-4-223286. In FIG. 3, 1 is a transmitting antenna, 2 is a receiving antenna, and 3 is directional. Coupler, 4 is a mixer, 5 is C
W oscillator, 6 is a triangular wave oscillator, 7 is an amplifier, 8 is a low-pass filter (LPF), 9 is a high-pass filter (HP
F), 10 is an A / D converter, and 11 is a microcomputer as control means. FIG. 4 is a diagram illustrating a transmission / reception signal frequency when a signal frequency-modulated by a triangular wave is transmitted.

【0003】次に動作について説明する。この種のレー
ダでは、図4に示すように、送信周波数が時間とともに
三角波状に変化するリニアFM信号を送信し、そのアッ
プチャープとダウンチャープそれぞれにおいて送受信信
号(TrとRec)のビート信号(fupとfdn)を求め
て、その周波数から目標までの距離とその時間変化(速
度)を計測する。
Next, the operation will be described. In this type of radar, as shown in FIG. 4, a linear FM signal whose transmission frequency changes in a triangular waveform with time is transmitted, and beat signals (f and f) of transmission / reception signals (Tr and Rec) are respectively transmitted in up-chirp and down-chirp. Up and f dn ) are obtained, and the distance from the frequency to the target and its time change (speed) are measured.

【0004】図3において、三角波発振器6は、マイコ
ン11が指示する周期で周期的に電圧が変化する三角波
信号を生成し出力する。CW発振器5は、その三角波信
号の電圧に応じて周波数が変化するリニアFM信号を生
成し、方向性結合器3を介して送信アンテナ1から目標
へ送信する。エコーは受信アンテナ2で受信され、方向
性結合器3で分配された送信信号とミキサ4でミキシン
グされてビート信号を生成する。ビート信号は増幅器7
で増幅されて、ローパスフィルタ8とハイパスフィルタ
9を介してフィルタリングされた後、A/D変換器10
でディジタル信号に変換されてマイコン11に入力され
る。
In FIG. 3, a triangular wave oscillator 6 generates and outputs a triangular wave signal whose voltage periodically changes at a cycle designated by the microcomputer 11. The CW oscillator 5 generates a linear FM signal whose frequency changes according to the voltage of the triangular wave signal, and transmits the signal from the transmitting antenna 1 to the target via the directional coupler 3. The echo is received by the receiving antenna 2 and is mixed with the transmission signal distributed by the directional coupler 3 and the mixer 4 to generate a beat signal. The beat signal is output from the amplifier 7
, And after being filtered through a low-pass filter 8 and a high-pass filter 9, the A / D converter 10
Is converted into a digital signal and input to the microcomputer 11.

【0005】ミキサ4から出力されるビート信号の周波
数と目標の距離および速度との間には次の関係が存在す
る。但し、fupはアップチャープにおけるビート周波
数、fdnはダウンチャープにおけるビート周波数、fr
は距離によって生じるビート周波数、fdは速度によっ
て生じるドップラー周波数、rは距離、vは速度、αは
リニアFMの周波数変化率、λは波長、cは電波伝播速
度である。
The following relationship exists between the frequency of the beat signal output from the mixer 4 and the target distance and speed. Here, f up is the beat frequency in the up chirp, f dn is the beat frequency in the down chirp, fr
Is a beat frequency generated by a distance, f d is a Doppler frequency generated by a speed, r is a distance, v is a speed, α is a frequency change rate of a linear FM, λ is a wavelength, and c is a radio wave propagation speed.

【0006】[0006]

【数1】 (Equation 1)

【0007】したがって、マイコン11はこれを解くこ
とにより距離rと速度vを求めることができる。
Accordingly, the microcomputer 11 can obtain the distance r and the speed v by solving the above.

【0008】また、この種のレーダ装置において、距離
分解能Δrと速度分解能Δvは次式で与えられる。但
し、Bは送信帯域幅、TはリニアFMの周期の二分の一
(アップチャープあるいはダウンチャープの持続時間)
である。
In this type of radar apparatus, the distance resolution Δr and the velocity resolution Δv are given by the following equations. Here, B is the transmission bandwidth, and T is a half of the period of the linear FM (duration of up-chirp or down-chirp).
It is.

【0009】[0009]

【数2】 (Equation 2)

【0010】一方、観測可能な距離の幅Rと速度の幅V
は次式で与えられる。但し、bwはBPFの通過帯域幅
である。
On the other hand, the width R of the observable distance and the width V of the velocity are
Is given by the following equation. However, b w is a pass-band width of the BPF.

【0011】[0011]

【数3】 (Equation 3)

【0012】すなわち、距離分解能Δrを上げるために
は送信帯域幅Bを広げ、速度分解能Δvを上げるにはリ
ニアFMの周期2Tを伸ばせば良く、また、距離rと速
度vの観測範囲を広げるにはBPFの通過帯域幅bw
広げれば良い。しかし、そのためには、A/D変換器1
0のサンプリング周波数を上げ、かつサンプル時間を伸
ばす必要があるため、データサンプル数が増大してマイ
コン11の負荷が増加する問題が生じる。
That is, in order to increase the distance resolution Δr, the transmission bandwidth B is increased, and in order to increase the speed resolution Δv, the period 2T of the linear FM may be extended, and in order to increase the observation range of the distance r and the velocity v. it may should widen the pass band width b w of the BPF. However, for that purpose, the A / D converter 1
Since it is necessary to increase the sampling frequency of 0 and extend the sampling time, there arises a problem that the number of data samples increases and the load on the microcomputer 11 increases.

【0013】特開平4−223286号公報では触れて
いないが、この装置では次の方法によってこのような問
題を回避することが可能である。始めに、帯域幅Bとサ
ンプル時間Tを小さく設定することにより分解能を落と
し、代わりにBPFの通過帯域幅bw を拡げて、広い距
離範囲と速度範囲を荒く観測して目標を検出する。目標
の距離と速度がわかったら、BPFの通過帯域幅bw
狭くして、代わりに送信帯域幅Bとサンプル時間Tを大
きくして、目標の距離と速度の近傍だけを精度良く測定
する。このような手順によって、データサンプル数を一
定にしたままで、広範囲を荒い精度で観測するモード
と、狭い範囲を高精度に観測するモードを実現すること
ができる。
Although not mentioned in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-223286, this device can avoid such a problem by the following method. First, dropping the resolution by setting small the bandwidth B and the sample time T, instead by expanding the passband width b w of BPF, it detects the rough observation to target a wide range of distance and speed range. Once you know the target distance and speed, by narrowing the pass bandwidth b w of BPF, by increasing the transmission bandwidth B and sample time T, instead, to only accurately measure near the target distance and speed. By such a procedure, it is possible to realize a mode for observing a wide range with rough accuracy and a mode for observing a narrow range with high accuracy while keeping the number of data samples constant.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】従来のFM−CWレー
ダはこのように構成されているので、BPFの通過帯域
幅bw を可変にするためにスイッチドキャパシタなどに
よって可変設定可能なフィルタを実装する必要がある。
しかし、このようなフィルタ素子は周波数の可変範囲が
狭く、水晶フィルタに比べてカットオフ特性や通過特性
が劣っているため、精度の高いFM−CWレーダを実現
することが困難であった。
Since INVENTION Problems to be Solved conventional FM-CW radar is constructed as this, implementing a variable settable filter or the like switched capacitor to the pass bandwidth b w of the BPF variable There is a need to.
However, such a filter element has a narrow frequency variable range and is inferior in cutoff characteristics and pass characteristics as compared with a crystal filter, so that it has been difficult to realize a highly accurate FM-CW radar.

【0015】また、水晶フィルタのように特性の優れた
固定フィルタを複数並べることによって実現することも
考えられるが、重量やコストが増加する問題があった。
Further, it is conceivable to realize this by arranging a plurality of fixed filters having excellent characteristics such as a crystal filter, but there is a problem in that the weight and cost increase.

【0016】あるいはまた、フィルタの通過帯域を変え
ることによって、後段のA/D変換器の変換速度も変え
なければならず、構成が複雑になるという問題があっ
た。
Alternatively, by changing the pass band of the filter, the conversion speed of the subsequent A / D converter must also be changed, resulting in a problem that the configuration becomes complicated.

【0017】あるいはまた、A/D変換されるサンプル
データの点数が増加して、マイコン11の負荷が増加す
るという問題があった。
Alternatively, there is a problem that the number of sample data to be A / D converted increases and the load on the microcomputer 11 increases.

【0018】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、水晶フィルタなどの特性の優れ
た固定フィルタを1つだけ使用して、所望の距離範囲を
所望の精度で測定することのできるFM−CWレーダ装
置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and measures a desired distance range with a desired accuracy by using only one fixed filter having excellent characteristics such as a quartz filter. It is an object of the present invention to obtain an FM-CW radar device capable of performing the following.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】この発明に係るFM−C
Wレーダ装置は、三角波信号を生成する三角波発振器
と、上記三角波発振器から出力される三角波の電圧に応
じて周波数が変化するリニアFM信号を生成するCW発
振器と、上記CW発振器から出力されるリニアFM信号
を目標へ送信する送信アンテナと、上記CW発振器と上
記送信アンテナとの間に設けられた方向性結合器と、エ
コーを受信する受信アンテナと、IF周波数に相当する
一定周波数の信号を発振するコヒーレント発振器と、上
記方向性結合器で分配された送信信号と上記コヒーレン
ト発振器から出力される信号とをミキシングする第1の
ミキサと、上記受信アンテナからの受信信号と上記第1
のミキサによりミキシングされた信号とをミキシングし
てIF信号を生成する第2のミキサと、上記第2のミキ
サから出力されるIF信号を増幅する増幅器と、指示周
波数に応じた信号を出力する電圧制御発振器と、上記増
幅器の出力と上記電圧制御発振器の出力をミキシングす
る第3のミキサと、上記第3のミキサの出力側に設けら
れた通過周波数帯域が設定されたバンドパスフィルタ
と、上記バンドパスフィルタを介した出力と上記コヒー
レント発振器からの出力とをミキシングしてビデオ信号
を得る第4のミキサと、上記第4のミキサからの出力を
A/D変換してサンプルするA/D変換器と、上記電圧
制御発振器に指示周波数を与えて発振周波数を可変制御
することにより、上記A/D変換器によってサンプルさ
れたビデオ信号を入力してその周波数スペクトルを求め
て、目標の距離と速度を求める制御手段とを備えたもの
である。
An FM-C according to the present invention.
The W radar device includes a triangular wave oscillator that generates a triangular wave signal, a CW oscillator that generates a linear FM signal whose frequency changes according to the voltage of the triangular wave output from the triangular wave oscillator, and a linear FM output from the CW oscillator. A transmitting antenna for transmitting a signal to a target, a directional coupler provided between the CW oscillator and the transmitting antenna, a receiving antenna for receiving an echo, and oscillating a signal having a constant frequency corresponding to an IF frequency. A coherent oscillator, a first mixer for mixing a transmission signal distributed by the directional coupler and a signal output from the coherent oscillator, a reception signal from the reception antenna, and a first mixer
A second mixer for generating an IF signal by mixing a signal mixed by the first mixer, an amplifier for amplifying the IF signal output from the second mixer, and a voltage for outputting a signal corresponding to the indicated frequency. A controlled oscillator, a third mixer for mixing the output of the amplifier and the output of the voltage controlled oscillator, a band-pass filter provided on the output side of the third mixer and having a pass frequency band set, A fourth mixer for obtaining a video signal by mixing an output from the coherent oscillator with an output via a pass filter, and an A / D converter for A / D converting and sampling the output from the fourth mixer And the video signal sampled by the A / D converter is input by variably controlling the oscillation frequency by giving the indicated frequency to the voltage controlled oscillator. The frequency spectrum obtained by, in which a control means for determining the distance of the target and the speed.

【0020】また、上記制御手段は、上記三角波発振器
に指示周期及び指示振幅を与えて上記CW発振器から出
力されるリニアFM信号の帯域及び周期を変えることを
特徴とするものである。
Further, the control means changes the band and the cycle of the linear FM signal output from the CW oscillator by giving an indicated cycle and an indicated amplitude to the triangular wave oscillator.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】この発明に係るFM−CWレーダ
を概略説明すると、この発明に係るFM−CWレーダ
は、制御手段としてのマイクロコンピュータ(以下、マ
イコンと称す)によって制御される電圧制御発振器と、
その出力をIF段でエコーとミキシングするミキサと、
水晶フィルタのように特性の優れた固定フィルタを備
え、所望の信号周波数帯域を選択することによって、マ
イコンの処理データ量を増加させることなく所望の距離
範囲を必要な精度で測定するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The FM-CW radar according to the present invention will be briefly described. The FM-CW radar according to the present invention is a voltage-controlled oscillator controlled by a microcomputer (hereinafter, referred to as a microcomputer) as control means. When,
A mixer for mixing the output with an echo in an IF stage,
A fixed filter having excellent characteristics such as a crystal filter is provided, and by selecting a desired signal frequency band, a desired distance range is measured with necessary accuracy without increasing the amount of processing data of the microcomputer.

【0022】すなわち、この発明に係るFM−CWレー
ダにおいては、リニアFM変調されたCW波を目標へ照
射し、そのエコーと送信信号のビート信号を求めてIF
信号を生成し、バンドパスフィルタが一定距離範囲の目
標からのエコーを選択してビデオ信号を生成し、A/D
変換器がディジタルデータに変換して、マイコンが距離
と速度を算出する。さらに、マイコンが電圧制御発振器
の発振周波数を変化させて、所望の距離範囲の信号がバ
ンドパスフィルタの通過帯域に一致するように調整す
る。
That is, in the FM-CW radar according to the present invention, a target is irradiated with a linear FM-modulated CW wave, and its echo and a beat signal of a transmission signal are obtained to obtain an IF.
A signal is generated, and a bandpass filter selects echoes from a target within a certain distance range to generate a video signal.
The converter converts the data into digital data, and the microcomputer calculates the distance and speed. Further, the microcomputer changes the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator so that a signal in a desired distance range matches the pass band of the band-pass filter.

【0023】また、上記FM−CWレーダのバンドパス
フィルタの帯域幅および電圧制御発振器の発振周波数
を、所望の距離範囲に応じて算出するもので、与えられ
た距離分解能とデータ点数からバンドパスフィルタの帯
域幅を求める。また、所望の距離範囲とリニアFM信号
の諸元から電圧制御発振器の発振周波数を求める。
The bandwidth of the band-pass filter of the FM-CW radar and the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator are calculated in accordance with a desired distance range. Find the bandwidth of Further, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator is obtained from the desired distance range and the specifications of the linear FM signal.

【0024】実施の形態1. (距離切り替え)以下、この発明の実施の形態1による
FM−CWレーダ装置を図を参照して説明する。図1は
実施の形態1によるFM−CWレーダ装置を示す構成図
である。図1において、1ないし11は図3に示す従来
例と同一部分を示し、その説明は省略する。新たな符号
として、14はIF周波数に相当する一定周波数の信号
を発振するコヒーレント発振器(COHO:Coherent O
scllator、以下、COHOと称す)、15は指示周波数
に応じた信号を出力する電圧制御発振器(VCO:Volt
age Controlled Oscllator、以下、VCOと称す)、1
6はVCO15の出力側に設けられた通過周波数帯域が
設定されたバンドパスフィルタ(BPF:Band Pass Fi
lter、以下、BPFと称す)である。
Embodiment 1 (Distance Switching) Hereinafter, an FM-CW radar device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an FM-CW radar device according to the first embodiment. 1, reference numerals 1 to 11 denote the same parts as in the conventional example shown in FIG. 3, and a description thereof will be omitted. As a new code, reference numeral 14 denotes a coherent oscillator (COHO: Coherent Oscillator) which oscillates a signal of a constant frequency corresponding to the IF frequency.
A voltage controlled oscillator (VCO: Volt) 15 outputs a signal corresponding to the indicated frequency.
age Controlled Oscllator (hereinafter referred to as VCO), 1
Reference numeral 6 denotes a band-pass filter (BPF) provided on the output side of the VCO 15 and having a set pass frequency band.
lter, hereinafter referred to as BPF).

【0025】また、4aは方向性結合器3で分配された
送信信号とCOHO14から出力される信号とをミキシ
ングする第1のミキサ、4bは受信アンテナ2からの受
信信号と第1のミキサ4aによりミキシングされた信号
とをミキシングしてIF信号を生成する第2のミキサ、
4cは増幅器7の出力とVCO15の出力とをミキシン
グする第3のミキサ、4dはBPF16の出力とCOH
O14の出力とをミキシングしてビデオ信号を得る第3
のミキサであり、マイコン11は、VCO15に指示周
波数を与えて発振周波数を可変制御することにより、A
/D変換器10によってサンプルされたビデオ信号を入
力してその周波数スペクトルを求めて、目標の距離と速
度を求めるようになされ、また、三角波発振器6に指示
周期及び指示振幅を与えてCW発振器5から出力される
リニアFM信号の帯域及び周期を変えることができるよ
うになっている。
Reference numeral 4a denotes a first mixer for mixing the transmission signal distributed by the directional coupler 3 and the signal output from the COHO 14, and 4b denotes a reception signal from the reception antenna 2 and a first mixer 4a. A second mixer that mixes the mixed signal with the mixed signal to generate an IF signal;
4c is a third mixer for mixing the output of the amplifier 7 and the output of the VCO 15, and 4d is the third mixer for mixing the output of the BPF 16 and COH.
Third to obtain a video signal by mixing with the output of O14
The microcomputer 11 gives an instruction frequency to the VCO 15 and variably controls the oscillation frequency, so that A
The video signal sampled by the / D converter 10 is input, its frequency spectrum is obtained, and the target distance and speed are obtained. Further, the triangular wave oscillator 6 is given an instruction period and an instruction amplitude to give the CW oscillator 5 Can change the band and cycle of the linear FM signal output from.

【0026】さらに、図2はIF段の信号周波数を示
し、17a,17bは目標のエコー、18はBPF16
の通過帯域である。
FIG. 2 shows the signal frequency of the IF stage, 17a and 17b are target echoes, and 18 is a BPF 16
Is the pass band of

【0027】次に動作について説明する。三角波発振器
6はマイコン11が指示する周期で周期的に電圧が変化
する三角波を発生し出力する。CW発振器5はその電圧
で周波数変調をかけてリニアFM変調信号を生成する。
方向性結合器3は信号の一部を分配し、送信アンテナ1
が目標へ向けて電波を放射する。これらの動作は図3に
示す従来例のFM−CWレーダ装置と同様である。
Next, the operation will be described. The triangular wave oscillator 6 generates and outputs a triangular wave whose voltage periodically changes at a cycle specified by the microcomputer 11. The CW oscillator 5 performs a frequency modulation with the voltage to generate a linear FM modulation signal.
The directional coupler 3 distributes a part of the signal, and the transmission antenna 1
Emits radio waves towards the target. These operations are the same as those of the conventional FM-CW radar apparatus shown in FIG.

【0028】また、COHO14がIF周波数に相当す
る一定周波数の信号を発振し、ミキサ4aが送信信号を
分配したものとミキシングする。この信号をミキサ4b
が受信アンテナ2で受信された受信信号とミキシングし
てIF信号を生成し、増幅器7が増幅する。VCO15
はマイコン11から指示された周波数の信号を発生し、
ミキサ4cでIF信号とミキシングする。BPF16は
この出力をろ過して、ミキサ4dがCOHO14の出力
とミキシングし、ビデオ信号が得られる。A/D変換器
10はビデオ信号をサンプルし、マイコン11はその周
波数スペクトルを求めて、式(1)から(4)に基づい
て目標の距離と速度を求める。
Further, the COHO 14 oscillates a signal having a constant frequency corresponding to the IF frequency, and the mixer 4a mixes the signal with the transmission signal. This signal is sent to mixer 4b
Is mixed with the reception signal received by the reception antenna 2 to generate an IF signal, and the amplifier 7 amplifies the IF signal. VCO15
Generates a signal of the frequency specified by the microcomputer 11,
Mixing with the IF signal is performed by the mixer 4c. The BPF 16 filters this output, and the mixer 4d mixes with the output of the COHO 14 to obtain a video signal. The A / D converter 10 samples the video signal, the microcomputer 11 obtains the frequency spectrum, and obtains the target distance and speed based on the equations (1) to (4).

【0029】BPF16を固定周波数フィルタで構成し
ている場合には、これを通過する周波数も決まるので、
式(1)から(4)で明らかなように、観測できる距離
範囲(距離ゲート)も固定される。距離ゲートの中心r
cとその幅rwは次式で与えられる。但し、fFCはBPF
16の中心周波数、fIFはIF周波数、fVCO はVCO
15の発振周波数である。
When the BPF 16 is composed of a fixed frequency filter, the frequency passing therethrough is also determined.
As is clear from equations (1) to (4), the observable distance range (distance gate) is also fixed. Distance gate center r
c and its width r w are given by the following equation. However, f FC is BPF
16 center frequency, f IF is IF frequency, f VCO is VCO
15 oscillation frequency.

【0030】[0030]

【数4】 (Equation 4)

【0031】式(9)からわかるように、距離ゲートの
中心は、IF周波数fIFとBPF16の中心周波数
FC、およびVCO15の発振周波数fVCO から決定さ
れるので、VCO15によって可変にできることがわか
る。図2を用いてこれを説明する。目標の信号17aの
周波数がBPF16の通過帯域18からはずれている場
合には、VCO15の周波数を変えてこれを通過帯域1
8の中へ移動することができて、目標17bの距離と速
度を求めることができる。
As can be seen from equation (9), the center of the distance gate is determined by the IF frequency f IF , the center frequency f FC of the BPF 16, and the oscillation frequency f VCO of the VCO 15, and can be made variable by the VCO 15. . This will be described with reference to FIG. If the frequency of the target signal 17a is out of the pass band 18 of the BPF 16, the frequency of the VCO 15 is changed to
8, the distance and speed of the target 17b can be determined.

【0032】このように本実施の形態の構成によれば、
固定周波数フィルタを用いて任意の距離の目標を観測す
ることができて、従来の装置に比べて距離や速度と測定
精度の高いFM−CWレーダ装置を得ることができる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment,
A target at an arbitrary distance can be observed using the fixed frequency filter, and an FM-CW radar device having higher distance, speed, and measurement accuracy than conventional devices can be obtained.

【0033】実施の形態2. (ズーミング)以下、この発明の実施の形態2によるF
M−CWレーダについて説明する。この装置の構成は図
1のものと同一である。実施の形態1では、任意の距離
の目標を観測可能であることを説明したが、実施の形態
2では,サンプルデータ数一定の条件のもとで、任意の
分解能を実現できることについて述べる。
Embodiment 2 FIG. (Zooming) Hereinafter, F according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
The M-CW radar will be described. The configuration of this device is the same as that of FIG. In the first embodiment, it has been described that a target at an arbitrary distance can be observed. However, in the second embodiment, it is described that an arbitrary resolution can be realized under a condition that the number of sample data is constant.

【0034】距離分解能△rを変えるには、式(5)に
示したように、リニアFMの帯域Bを変える必要があ
る。一方、A/D変換器10によってサンプルされる1
周期あたりのデータ点数Nは次式で与えられる。
In order to change the distance resolution Δr, it is necessary to change the band B of the linear FM as shown in Expression (5). On the other hand, 1 sampled by the A / D converter 10
The number N of data points per cycle is given by the following equation.

【0035】[0035]

【数5】 (Equation 5)

【0036】ここで、bw はBPF16の帯域幅であり
一定であるので、データ点数Nを一定にするためにはT
を一定にする必要がある。したがって、送信帯域幅Bを
増やして分解能△rを上げる場合には、Tを一定に設計
してやれば、サンプルデータ数を一定に保つことができ
る。
Here, bw is the bandwidth of the BPF 16 and is constant. Therefore, in order to keep the number of data points N constant, T w
Needs to be constant. Therefore, when the resolution Δr is increased by increasing the transmission bandwidth B, if T is designed to be constant, the number of sample data can be kept constant.

【0037】また、式(7)において、分母のαはリニ
アFMの周波数変化率なので、α=B/Tの関係にあ
り、したがって、距離ゲートの幅Rは、Tとbw を一定
に設計すれば、送信帯域幅Bに反比例することがわか
る。式(5)からレンジ分解能Δrも送信帯域幅Bに反
比例するので、距離ゲートの幅Rとレンジ分解能Δrの
比が一定になることがわかる。したがって、Tとbw
一定に設計した上で送信帯域幅Bを変えることによっ
て、広い距離範囲を低い分解能で観測するモードと、狭
い距離範囲を高い分解能で観測するモードを切り替えて
実現することができる。
In equation (7), α in the denominator is the frequency change rate of the linear FM, so that α = B / T. Therefore, the width R of the distance gate is designed so that T and bw are fixed. Then, it can be seen that it is inversely proportional to the transmission bandwidth B. Equation (5) shows that the range resolution Δr is also inversely proportional to the transmission bandwidth B, so that the ratio between the range gate width R and the range resolution Δr is constant. Therefore, by changing the transmission bandwidth B after designing T and bw constant, it is possible to switch between a mode in which a wide range is observed at a low resolution and a mode in which a narrow range is observed at a high resolution. Can be.

【0038】このように、本実施の形態2の構成によれ
ば、マイコン11の負荷を増やすことなく距離の高分解
能化を実現できて、低分解能で広い距離ゲートを探索す
るモードと、高分解能で狭い距離範囲を精測するモード
を切り替えて実現することができる。
As described above, according to the configuration of the second embodiment, it is possible to realize a high resolution of the distance without increasing the load on the microcomputer 11, and a mode for searching for a wide distance gate with a low resolution is provided. It can be realized by switching the mode for precisely measuring a narrow distance range.

【0039】実施の形態3. (VCO周波数、bwの設計)以下、この発明の実施の
形態3について説明する。実施の形態3では、図1の構
成の装置において、BPF16の帯域幅の設計方法とV
CO15の発振周波数の算出方法について述べる。はじ
めに、式(7)を変形して次式を得る。
Embodiment 3 (VCO frequency, the design of b w) will be described below a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, in the apparatus having the configuration shown in FIG.
A method for calculating the oscillation frequency of the CO 15 will be described. First, the following equation is obtained by modifying equation (7).

【0040】[0040]

【数6】 (Equation 6)

【0041】したがって、BPF16の帯域幅bw は、
リニアFMの周期2Tと、レンジビン数R/△rによっ
て決定できることがわかる。次に、式(9)を変形して
次式を得る。
Therefore, the bandwidth b w of the BPF 16 is
It can be seen that it can be determined by the period 2T of the linear FM and the range bin number R / レ ン ジ r. Next, the following equation is obtained by modifying equation (9).

【0042】[0042]

【数7】 (Equation 7)

【0043】すなわち、VCO15の発振周波数fvco
はレンジゲートの中心距離rcから式(13)により決
定することができる。
That is, the oscillation frequency f vco of the VCO 15
It can be determined by equation (13) from the center distance r c of the range gate.

【0044】このように、本実施の形態の方法によれ
ば、図1のFM−CWレーダで任意の距離を、任意の分
解能で観測するために必要な設計値を決定することがで
きる。
As described above, according to the method of the present embodiment, it is possible to determine a design value necessary for observing an arbitrary distance at an arbitrary resolution with the FM-CW radar of FIG.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、固定
周波数フィルタを用いて所望の距離範囲を所望の精度で
測定することができ、任意の距離の目標を観測すること
ができて、しかも従来の装置に比べて距離や速度の測定
精度の高いFM−CWレーダ装置を得ることができる。
また、制御手段の負荷を増やすことなく距離の高分解能
化を実現できる。また、低分解能で広い距離ゲートを探
索するモードと高分解能で狭い距離範囲を精測するモー
ドを切り替えて実現することができる。
As described above, according to the present invention, a desired distance range can be measured with a desired accuracy using a fixed frequency filter, and a target at an arbitrary distance can be observed. In addition, it is possible to obtain an FM-CW radar device having higher distance and speed measurement accuracy than the conventional device.
Further, high resolution of the distance can be realized without increasing the load on the control means. Further, the mode can be realized by switching between a mode for searching for a wide range gate with low resolution and a mode for precisely measuring a narrow range with high resolution.

【0046】さらに、制御手段により、上角波発振器に
指示周期及び指示振幅を与えてCW発振器から出力され
るリニアFM信号の帯域及び周期を変えることにより、
距離分解能及び速度分解能を上げることができる。
Further, the control means gives an instruction cycle and an instruction amplitude to the upper angular wave oscillator to change the band and the cycle of the linear FM signal output from the CW oscillator.
Distance resolution and speed resolution can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1のFM−CWレーダ
の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an FM-CW radar according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1のFM−CWレーダ
の受信信号のパワースペクトルを示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a power spectrum of a received signal of the FM-CW radar according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 従来のFM−CWレーダの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional FM-CW radar.

【図4】 FM−CWレーダの送受信信号を示す説明図
である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing transmission / reception signals of the FM-CW radar.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 送信アンテナ、2 受信アンテナ、3 方向性結合
器、4a,4b,4c,4d ミキサ、5 CW発振
器、6 三角波発振器、7 増幅器、10 A/D変換
器、11 マイコン、14 COHO、15 VCO、
16 BPF、17 目標エコーのパワースペクトル、
18 BPFの通過帯域。
1 transmitting antenna, 2 receiving antenna, 3 directional coupler, 4a, 4b, 4c, 4d mixer, 5 CW oscillator, 6 triangular wave oscillator, 7 amplifier, 10 A / D converter, 11 microcomputer, 14 COHO, 15 VCO,
16 BPF, 17 power spectrum of target echo,
18 BPF passband.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤坂 貴彦 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 田中 宏和 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 上等 泰吉 茨城県つくば市千現二丁目1番1号 宇宙 開発事業団 筑波宇宙センター内 (72)発明者 久田 安正 茨城県つくば市千現二丁目1番1号 宇宙 開発事業団 筑波宇宙センター内 Fターム(参考) 5J070 AB19 AB21 AC02 AC03 AC06 AD02 AF03 AH25 AH31 AH42 AH50 AJ11 AJ20 AK22 AK27 BA01 BF02 BF03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takahiko Fujisaka 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Inventor Hirokazu Tanaka 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo 3 Inside Ryo Denki Co., Ltd. (72) Inventor Taikichi 2-1-1 Sengen, Tsukuba City, Ibaraki Pref. Space Development Corporation Tsukuba Space Center (72) Inventor Yasumasa Hisa 2-1-1 Sengen, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture No. Space Development Corporation Tsukuba Space Center F term (reference) 5J070 AB19 AB21 AC02 AC03 AC06 AD02 AF03 AH25 AH31 AH42 AH50 AJ11 AJ20 AK22 AK27 BA01 BF02 BF03

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 三角波信号を生成する三角波発振器と、 上記三角波発振器から出力される三角波の電圧に応じて
周波数が変化するリニアFM信号を生成するCW発振器
と、 上記CW発振器から出力されるリニアFM信号を目標へ
送信する送信アンテナと、 上記CW発振器と上記送信アンテナとの間に設けられた
方向性結合器と、 エコーを受信する受信アンテナと、 IF周波数に相当する一定周波数の信号を発振するコヒ
ーレント発振器と、 上記方向性結合器で分配された送信信号と上記コヒーレ
ント発振器から出力される信号とをミキシングする第1
のミキサと、 上記受信アンテナからの受信信号と上記第1のミキサに
よりミキシングされた信号とをミキシングしてIF信号
を生成する第2のミキサと、 上記第2のミキサから出力されるIF信号を増幅する増
幅器と、 指示周波数に応じた信号を出力する電圧制御発振器と、 上記増幅器の出力と上記電圧制御発振器の出力をミキシ
ングする第3のミキサと、 上記第3のミキサの出力側に設けられた通過周波数帯域
が設定されたバンドパスフィルタと、 上記バンドパスフィルタを介した出力と上記コヒーレン
ト発振器からの出力とをミキシングしてビデオ信号を得
る第4のミキサと、 上記第4のミキサからの出力をA/D変換してサンプル
するA/D変換器と、 上記電圧制御発振器に指示周波数を与えて発振周波数を
可変制御することにより、上記A/D変換器によってサ
ンプルされたビデオ信号を入力してその周波数スペクト
ルを求めて、目標の距離と速度を求める制御手段とを備
えたFM−CWレーダ装置。
1. A triangular wave oscillator that generates a triangular wave signal, a CW oscillator that generates a linear FM signal whose frequency changes according to a voltage of a triangular wave output from the triangular wave oscillator, and a linear FM output from the CW oscillator A transmitting antenna for transmitting a signal to a target, a directional coupler provided between the CW oscillator and the transmitting antenna, a receiving antenna for receiving an echo, and oscillating a signal having a constant frequency corresponding to an IF frequency A first coherent oscillator for mixing a transmission signal distributed by the directional coupler with a signal output from the coherent oscillator;
A second mixer that mixes a signal received from the receiving antenna with a signal mixed by the first mixer to generate an IF signal; and an IF signal output from the second mixer. An amplifier for amplifying; a voltage-controlled oscillator for outputting a signal corresponding to an instruction frequency; a third mixer for mixing the output of the amplifier and the output of the voltage-controlled oscillator; and an output side of the third mixer A band-pass filter in which a pass frequency band is set, a fourth mixer that obtains a video signal by mixing an output through the band-pass filter and an output from the coherent oscillator, A / D converter for A / D converting and sampling the output, and variably controlling the oscillation frequency by giving an instruction frequency to the voltage controlled oscillator. Ri, Searching for the frequency spectrum by inputting a video signal sampled by the A / D converter, FM-CW radar apparatus provided with a control means for determining the distance of the target and the speed.
【請求項2】 上記制御手段は、上記三角波発振器に指
示周期及び指示振幅を与えて上記CW発振器から出力さ
れるリニアFM信号の帯域及び周期を変えることを特徴
とする請求項1記載のFM−CWレーダ装置。
2. The FM-controller according to claim 1, wherein said control means changes a band and a cycle of a linear FM signal output from said CW oscillator by giving a designated period and a designated amplitude to said triangular wave oscillator. CW radar device.
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