JP2513466B2 - Ｆｍレ−ダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、FMレーダ装置の改良に関する。

従来技術 一般に、FMレーダ装置は一定周期で周波数変調された
電波を物標に向けて発射させ、その物標からの反射波を
受信して送信波との間における位相のずれによて生ずる
ビート信号の周波数から物標までの距離を計測するよう
にしているが、このようなFMレーダ装置を自動車などの
走行車両に搭載して前方障害物の有無の監視を行なわせ
るようにする場合、レーダ監視エリア内にある複数の物
標を個々に識別しながら検知することができるようにす
る必要がある。また物標との間の相対距離のみならず、
検知された物標の方向をも求めることができるようにす
れば、運転者に前方障害物に関するより最適な情報を与
えることができるようになる。

目的 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、特に車
載レーダ装置として最適なように、複数物標の個別検知
およびその検知された各物標の方向検出をなすべく物標
の検知能力の拡大を図ったFMレーダ装置を提供するもの
である。

構成 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について
詳述する。

第２図はFMレーダ装置の具体的な構成を示しており、
そのレーダ装置本体１としては、三角波発生器から搬送
波が掃引発振器３に与えられ、掃引発振器３からの所定
の掃引周波数をもってFM信号が分配器４を通してサーキ
ュレータ５に与えられたアンテナANTから電波として物
標Ｏに向けて発射させるようになっている。またアンテ
ナANTによって受信される物標Ｏからの反射波がサーキ
ュレータ５を通してミキサ６に与えられ、そこで分配器
４から与えられる送信波と混合させて物標Ｏとの相対距
離に応じた両者の周波数差によるビート周波数信号を生
じさせる。そして、物標Ｏからの反射波による受信レベ
ルは物標Ｏまでの距離の４乗に反比例して減衰するもの
であるために、周波数信号が最適な特性として周波数の
４乗に比例する利得特性をもった増幅器７に与えられて
距離減衰補償すなわち物標までの距離が遠くなるほどそ
の反射信号の受信レベルひいてはビート周波数信号のレ
ベルが低下することの補償がなされたうえでそのとき検
知された物標Ｏに対する距離信号Ｓとしてとり出される
ようになっている。

このようなFMレーダ装置を用いて物標の検知を行なわ
せるに際して、まず複数物標の個別検知を行なわせるた
めの基本原理について以下説明する。

いまレーダ監視エリア内に相対距離が各々異なる複数
の物標が存在する場合、レーダ装置本体１からは各物標
までの距離にそれぞれ応じた周波数で、それぞれの物標
からの反射波に比例した振幅の信号を混在した距離信号
Ｓが得られる。

そのときのスペクトラムは、第３図に示すように複数
の周波数成分を含んでいる。なおこの場合は、物標が４
つあるときを示している。

したがって、距離信号Ｓの有する周波数範囲全体を複
数の周波数帯域ごとに分割し、第４図に示すようにそれ
ぞれ分割された帯域の各チャンネルCH1〜CHnに対応する
帯域フィルタ81〜8nを並設し、その各フィルタ出力を検
波器91〜9nによってそれぞれ検波させ、その各検波出力
をスイッチSWの切り換えによってAD変換器10を介してマ
イクロコンピュータ11に順次読み込ませ、そこで各チャ
ンネルごとに予め設定されたしきい値を用いたレベル判
定を行なわせることにより、各チャンネルの周波数帯域
に応じた距離範囲内に物標があるか否かの検知をそれぞ
れ行なわせることができる。

このような手段をとることにより、FMレーダ装置にお
いてもそのレーダ監視エリア内にある複数の物標をそれ
ぞれの相対距離をもって個別的に検知することができる
ようになる。

次に、路面反射やクラッタなどのノイズ除去の基本原
理について以下説明する。

レーダ装置本体１から出力される距離信号Ｓのスペク
トラム分布は、真の物標Ｏから反射波による場合は第５
図（ａ）に示すように比較的急峻なパルス状となるが、
平坦路における路面からの反射波による場合は同図
（ｂ）に示すように比較的広い周波数帯域にわたってな
だらかに山形に変化するようになる。それは道路尾の種
類によらずほぼ一定となるので、その路面反射波による
データをチャンネル分けしてマイクロコンピュータ11に
予め記憶させておき、マイクロコンピュータ11において
距離信号Ｓにもとづく各チャンネルの出力データからそ
の記憶された路面反射分のデータを減ずるような演算処
理を施すようにすれば路面反射の影響を有効に抑制する
ことができるようになる。

また、上り坂状態の路面からの反射波による場合や搬
送波周波数が極めて高いFM波を送信したときの浮遊雨雪
粒からの反射波（クラッタ）による場合のスペクトラム
分布は第５図（ｃ）に示すように比較的なだらかな山形
となり、同図（ａ）に示す真の物標Ｏからの反射波によ
るものと明らかに異なる特性となっている。したがって
マイクロコンピュータ11において、全チャンネルのデー
タ平均の各チャンネルデータとの差（または比）および
隣接チャンネル同志間の各データの差（または比）をそ
れぞれ算出し、その結果が予め設定しているしきい値以
上であれば物標，そうでないならクラッタなどによるノ
イズと判別してノイズ除去を行なわせることができるよ
うになる。

次に、物標の方向を検知するための基本原理について
以下説明する。

一般に、第６図に示すように２つのレーダ装置LA,LB
における各アンテナANT−a,ANT−ｂからそれぞれ発射さ
れるビームB1,B2の一部が重なり合うように各ビームB1,
B2の発射方向を設定し、そのビームが重なり合うエリア
内にある物標Ｏを各レーダ装置LA,LBによってそれぞれ
検知したときの各レーダ出力信号Sa,Sbのレベルをla,lb
とし、その各レベルの和と差との比（la−lb）／（la＋
lb）をＦとすると、そのＦ値と物標Ｏの方向角θとの間
には第７図に示すような一定のＳ字特性の関係にあるこ
とが知られている。

したがって、予めＦとθとの関係を実測などによって
求めておき、そのＦ−θ特性をメモリに記憶させておく
ようにすれば、各レーダ装置LA,LBによって同一の物標
Ｏをそれぞれ検知したときの各出力信号Sa,Sbのレベルl
a,lbにしたがってＦ値を算出することにより、そのとき
の物標Ｏの方向角θを求めることができるようになる。

本発明では、特に各レーダ装置LA,LBのビームB1,B2が
重なり合うエリア内に複数の物標が存在しても、それら
各物標の方向をそれぞれ個別的に検知することができる
ようにしている。

第８図に、複数物標を個別的にそれぞれの物標方向と
ともに検知することができるようにしたときの基本的な
構成例を示している。

ここでは第４図の構成による物標の個別検知機能をも
ったFMレーダ装置をマイクロコンピュータ11を共用とす
るように２台並設し、一方側Ａにおけるレーダ装置本体
1aのアンテナANT−ａから発射されるビームB1と他方側
Ｂにおけるレーダ装置本体1bのアンテナANT−ｂから発
射されるビームB2とが一部重なるように各アンテナによ
るビームの発射方向が設定されている。また各A,B側に
おける各対応する帯域フィルタ81〜8nは、それぞれ互い
に同一の周波数帯域となるように設定されている。

このように構成されたものにあって、まず先にレーダ
装置本体1a側を動作状態（このときレーザ装置本体1b側
は不動作）としたときの各チャンネルごとの出力信号を
マイクロコンピュータ11に読み込ませて物標の検知を行
なわせる。次に、レーザ装置本体1b側を動作状態（この
ときレーザ装置本体1a側は不動作）としたときの各チャ
ンネルごとの出力信号をマイクロコンピュータ11に読み
込ませて物標の検知を行なわせる。その結果、マイクロ
コンピュータ11において、A,B両側の同一チャンネルに
おいて物標がそれぞれ検知されているチャンネルをわり
出し、その各チャンネル出力信号のレベルから前述のよ
うにＦ値を算出し、そのＦ値にしたがって予め内部メモ
リに設定されているテーブルから対応するθ値を読み出
してそのチャンネルにおける検知物標の方向角を求める
ようにする。

なおその際、物標がそれぞれ検知されているチャンネ
ルの番号によって検知物標までの距離が求められること
になる。また同一チャンネルにおいて物標がそれぞれ検
知状態にあるチャンネルが複数組あるとき、すなわち各
々異なる距離範囲にわたって複数の物標が検知されてい
るときには、各組ごとにＦ値を求めて方位角θをわり出
すための処理をそれぞれ行なうことによって各物標の方
向が個別的に求められる。

第１図は本発明を最適に実施するためのFMレーダ装置
の具体的な構成例を示すもので、ここでは全体の構成の
簡素化を図るために１台のレーダ装置本体１のみを設け
てアンテナスイッチANT−SWを切り換えることにより２
つのアンテナANT−a,ANT−ｂからビームB1,B2を交互に
発射させることができるようにしている。なおここでは
三角波発生器２としては、周波数50KHzの方形波信号を
発生する方形波発振器21と、その方形波信号を三角波信
号に変換する。波形変換器22と、その三角波信号を掃引
発振器３における発信周波数が直線的に変化するように
補正する直線性補正器23とからなっている。掃引発振器
３では、掃引幅400MHzのFM波を発生する。

また、第４図に示す帯域フィルタ群81〜8n,検波器群9
1〜9nおよび切換スイッチSWの構成に代えて、マイクロ
コンピュータ11からDA変換器12を介して順次与えられる
各チャンネル指定信号に応じて他段階に分けられた周波
数信号を順次発生する掃引発振器13と、その掃引発振周
波数信号とレーダ装置本体１から出力される距離信号Ｓ
とを混合するミキサ14と、そのミキサ14の出力信号をろ
波する帯域フィルタ８と、そのフィルタ出力を増幅器15
を通して検波する検波器９とからなる構成をとるように
している。

このように構成されたものでは、マイクロコンピュー
タ11の制御下で、まずアンテナスイッチANT−SWがａ接
点側に閉じられたうえで、アンテナANT−ａから所定方
向にビームB1の発射がなされる。このとき物標の検知能
力距離範囲を１〜100mとしたとき、距離信号Ｓの周波数
範囲は0.267〜26.7MHzとなる。またマイクロコンピュー
タ11からDA変換器12にチャンネル指定が出され、そのチ
ャンネル指定に適した直流電圧信号が掃引発振器13に与
えられる。掃引発振器13では、チャンネル指定信号にし
たがって31.3〜57.466MHzの周波数範囲内で267KHzごと
に分割された99種の周波数信号を発振する。その掃引発
振器13から出力される周波数信号と距離信号Ｓとがミキ
サ14において混合され、その混合出力が通過周波数帯域
57.733〜58.0MHzの帯域フィルタ８でろ波され、そのろ
波された周波数信号が増幅器15を通して検波器９により
検波され、その検波された直流電圧信号がAD変換器10を
介してマイクロコンピュータ11に読み込まれる。その
際、マイクロコンピュータ11はDA変換器12に与えるチャ
ンネル指定を１〜99まで順次変えていき、その各チャン
ネル指定ごとにAD変換器10の出力データを読み込んで内
部メモリに逐次格納していく。

下記表に、各チャンネルごとにおける掃引発振器13の
発信周波数fc,距離信号Ｓの周波数範囲fs,物標までの距
離範囲Ｌの関係を示している。

次に、マイクロコンピュータ11はアンテナスイッチAN
T−SWをｂ接点側に閉成してアンテナNAT−ｂから所定方
向にビームB2を発射し、前述と同様にして１〜99チャン
ネルにおける各データを内部メモリに格納する。

このようにして２グループの各１〜99チャンネルのデ
ータが格納し終ると、マイクロコンピュータ11は各グル
ープごとに前述した路面反射やクラッタなどのノイズ除
去の処理をなしたうえで各チャンネルにおける物標の検
知を個別的に行ない。その結果物標の検知状態にあるチ
ャンネルの検出を行なう。そして、その選出されたチャ
ンネルについて両グループにおけるデータを用いて前述
のようにＦ値を演算によって求めて対応する物標の方位
角θをわり出し、そのチャンネル数に応じた検知物標の
距離Ｌのデータとその方向角θのデータとを外部に出力
する。

効果 以上、本発明にあっては、従来のように複雑な演算処
理によって各チャンネルごとに検知される物標までの距
離を求めるのではなく、何ら演算処理によることなく、
レーダ出力信号としてのビート周波数信号をチャンネル
ごとに掃引して検波した各信号のレベルを予めチャンネ
ルごとに設定されたしきい値と比較するだけで、各チャ
ンネルにより設定された距離分解能をもって物標の有無
を直接に検知するようにし、また、距離に応じて物標の
有無を検知するべくマルチチャンネル化を図るに際し
て、マルチフィルタを用いた複数のチャンネル系統の構
成をとるようなことなく、レーダ出力信号をチャンネル
分割された掃引周波数信号と順次混合して帯域フィルタ
を通すことにより得られる信号を検波するという１系統
の構成のみによってマルチチャンネル化を図ることによ
り、簡素化された構成をもって、各チャンネルにより設
定された距離分解能をもって物標の検知を効率良く行わ
せることができるという利点を有している。

その際、特に本発明によれば、物標までの距離が遠く
なるほどその反射信号の受信レベルひいてはビート周波
数信号のレベルが低下してしまうのを、そのビート周波
数を周波数に応じて増幅率が比較的に変化する増幅器に
より増幅することによってその信号レベルの距離減衰補
償をなしたうえで、その距離減衰補償がなされたビート
周波数信号の検波レベルをしきい値と比較するようにし
ているため、遠方にある物標にあってもその検知を確実
に行わせることができるようになる。

さらに、本願の発明は、１台のレーダ装置本体を用い
て、少なくとも２つのビームをその一部が重複するよう
に順次送信して検知される物標の方向を求めることがで
きるようにすることにより、簡素化された構成をもっ
て、各チャンネルにより設定された距離分解能をもって
検知された各分標の方向を効率良く求めて、レーダ監視
エリア内において検知される物標の位置を特定すること
ができるという利点を有しており、車両走行に際して前
方障害物などの検知を行なわせる車載レーダ装置として
最適なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるFMレーダ装置の一実施例を示すブ
ロック構成図、第２図はFMレーダ装置本体の基本的な構
成を示すブロック図、第３図は物標が複数ある場合のFM
レーダ装置本体から出力される距離信号の周波数スペク
トラム特性を示す図、第４図は複数物標を個別的に検知
させるための基本構成を示すブロック図、第５図（ａ）
は真の物標からの反射波による周波数スペクトラム特性
を示す図、同図（ｂ）は平坦な路面からの反射波による
周波数スペクトラム特性を示す図、同図（ｃ）は上り坂
の路面からの反射波やクラッタなどによる周波数スペク
トラム特性を示す図、第６図は２つのレーダ装置を用い
て物標の方向検知を行なわせるための基本構成を示すブ
ロック図、第７図はＦ−θ特性を示す図、第８図は本発
明によるFMレーダ装置の基本的な構成例を示すブロック
図である。 １……レーダ装置本体、２……三角波発生器、3,13……
掃引発振器、４……分配器、５……サーキュレート、6,
14……ミキサ、7,15……増幅器、8,81〜8n……帯域フィ
ルタ、9,91〜9n……検波器、10……AD変換器、11……マ
イクロコンピュータ、12……DA変換器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数が時間的に変化するFM波による送信
   信号を送信したときの物標からの反射波を受信して、送
   信信号と受信信号とを混合することによって物標との相
   対距離に応じたビート周波数信号を得て、そのビート周
   波数信号を周波数に応じて増幅率が比例的に変化する増
   幅器により増幅することによってその信号レベルの距離
   減衰補償をなすレーダ装置本体と、チャンネル指定に応
   じて各チャンネルごとに分けられた周波数信号を発生す
   る掃引発振器と、その各チャンネルごとの発振周波数信
   号とレーダ装置本体から出力される距離減衰補償がなさ
   れたビート周波数信号とを混合するミキサと、その混合
   された周波数信号をろ波する帯域フィルタと、そのフィ
   ルタを通した周波数信号を検波する検波器と、その検波
   信号のレベルを予めチャンネルごとに設定されたしきい
   値と比較して各チャンネルごとに物標の有無を検知する
   手段とによって構成されたFMレーダ装置。
2. 【請求項２】周波数が時間的に変化するFM波による送信
   信号を送信したときの物標からの反射波を受信して、送
   信信号と受信信号とを混合することによって物標との相
   対距離に応じたビート周波数信号を得て、そのビート周
   波数信号を周波数に応じて増幅率が比例的に変化する増
   幅器により増幅することによってその信号レベルの距離
   減衰補償をなすとともに、少なくとも２つのビームをそ
   の一部が重複するように順次送信するレーダ装置本体
   と、チャンネル指定に応じて各チャンネルごとに分けら
   れた周波数信号を発生する掃引発振器と、その各チャン
   ネルごとの発振周波数信号とレーダ装置本体から出力さ
   れる距離減衰補償がなされたビート周波数振号とを混合
   するミキサと、その混合された周波数信号をろ波する帯
   域フィルタと、そのフィルタを通した周波数信号を検波
   する検波器と、その検波信号のレベルを予めチャンネル
   ごとに設定されたしきい値と比較して各チャンネルごと
   に物標の有無を検知する手段と、一部が重複するように
   各ビームをそれぞれ送信したときの物標が検知された同
   一チャンネルにおける各検波信号のレベルにもとづいて
   その検知された物標の方向を求める手段とによって構成
   されたFMレーダ装置。