JP3613952B2 - FM-CW radar equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば走行する車両に搭載され、前方に存在する走行車両や障害物などの位置及び速度情報を検出するのに有効に働く装置としてFM−CWレーダ装置に関するものであり、その原理は「60GHz帯自動車用ミリ波レーダ」(FUJITSU.vo147、4、pp.332−337 1996年7月)などに詳述され、広く知られている。
【0002】
【従来の技術】
図4は従来のFM−CWレーダ装置の代表的な系統図を示したもので、図中、1は変調電圧記憶部、2はタイミング制御部、3はD/A変換器、4は電圧制御発振器、5は高周波増幅器、6は方向性結合器、7は送信空中線、8は受信空中線、9は受信ミクサ、10はビデオ増幅器、11は低域通過型フィルタ、12はA/D変換器、13は周波数解析手段、14は距離・速度計測手段であり、これらの部品1〜3で変調電圧発生部15を、部品4〜6で送信信号変換部16を、部品7及び8でアンテナ部17を、部品9〜11で受信信号検出部18を、部品2及び12〜14で受信ベースバンド信号処理部19をそれぞれ構成する。
【0003】
このFM−CWレーダ装置の動作、原理を概説すると、変調電圧記憶部1には、電圧制御発振器4において、その発振周波数が特定の下限値と上限値の間で直線的かつ周期的に増減する送信信号を励振する変調電圧をディジタルデータとして記憶している。タイミング制御部2はこの変調電圧を所定のタイミングで取り出すタイミング信号をD/A変換器3に出力する。この出力タイミング信号を受信したD/A変換器3は上記のタイミングで変調電圧記憶部1よりディジタル変調電圧を取り出し、変調電圧をディジタル信号からビット数に対応したアナログ信号に変換し、送受信部の電圧制御発振器の発振周波数を制御する変調電圧として出力する。
【0004】
電圧制御発振器4は、信号処理部のD/A変換器3から入力された変調電圧に比例した発振周波数を有する高周波送信信号を励振し、特定の下限値と上限値の間で直線的かつ周期的に増減する直線周波数変調された高周波送信信号を出力する。高周波増幅器5は電圧制御発振器4からの高周波送信信号を入力し、この高周波送信信号と周波数及び位相が時間的に同期しかつ高周波増幅された信号を出力する。方向性結合器6はこの高周波増幅された信号を所定の電力比で2つの高周波送信信号に分割する。この方向性結合器6の出力信号の一方は送信空中線7により電磁波に変換され、目標物に照射される。
【0005】
照射された電磁波は送信空中線7から相対距離Rに存在しかつ相対速度Vで移動する目標物で反射され、目標物とFM−CWレーダ装置との相対速度Vに比例したドップラシフトを受けて、かつ目標物との相対距離Rに比例した時間2* R/C(C:光速)だけ遅れて、受信空中線8で受信され受信高周波信号に変換される。このとき目標物とFM−CWレーダ装置との速度差により生じる周波数偏移は2* fc* V/C(fc:送信信号の中心周波数)となる。
【0006】
FM−CWレーダ装置から距離R、相対速度Vで移動する目標物からの受信高周波信号は受信ミクサ9において、上記の方向性結合器6の出力である送信高周波信号と混合され、受信ベースバンド信号に変換される。この受信ベースバンド信号はビデオ増幅器10で所定の利得で増幅された後、低域通過型フィルタ11により、計測に不要な高周波部分を遮断して、目標情報を含む受信ビート周波数のみを取り出される。
【0007】
図5は従来のFM−CWレーダ装置の送信空中線7から目標物へ照射される送信信号28と目標物から反射してくる受信信号29の周波数の時間変化を示したものであり、図中のfu は送信周波数の上限値、f1 はその下限値である(この上限値と下限値の差を変調帯域幅Bとする)。送信信号28は周波数が直線的に増加する区間30、周波数が一定の値となる区間31、周波数が直線的に減少する区間32の3つの区間からなり(これらの区間を以後、それぞれupチャープ、CW、downチャープとする)、1周期(時間3Tm/2)を構成する。受信信号29は送信信号28がFM−CWレーダ装置から目標までの距離Rを伝播し、反射して戻ってくる電波伝播時間の遅れに相当する時間偏移33(τとする)と、両者の速度差から生ずるドップラシフトにより周波数偏移34(Δfv とする)を受ける。
受信信号検出部18からの出力として得られた受信ベースバンド信号は上記の送信信号28と受信信号29の周波数の差分をとった信号(ビート信号)に相当する。このビート信号の周波数の時間的な変化を図6に示す。図中35がビート信号を表している。図5における各チャープに対応した区間30、31、32では上記の相対距離Rによる周波数成分Δfr と速度ドップラによる周波数成分Δfv によって定まるビート周波数fup、fCW、fdownが得られる。上記の周波数成分及び各チャープのビート周波数はそれぞれ次式のように与えられる。
【0008】
【数1】
【0009】
【数2】
【0010】
【数3】
【0011】
【数4】
【0012】
【数5】
【0013】
受信信号検出部18内の低域通過型フィルタ11の出力ベースバンド信号は、タイミング制御部2からD/A変換器3に出力された上記のタイミング信号と時間的に同期したタイミング信号に基づいて、A/D変換器12に入力され、アナログ信号からディジタル信号に変換される。離散化・量子化された受信ベースバンド信号は周波数解析手段13にて離散フーリエ変換により信号周波数の分析が行われ、図7(B)及び(C)のように目標の相対距離Rによる周波数成分37(=Δfr )と図7(A)のように速度ドップラによる周波数成分38(=Δfv )ドップラ周波数を含む周波数スペクトルとして出力される。検出された周波数スペクトルは距離・速度計測手段14により、次式の組み合わせ計算を行うことによりFM−CWレーダ装置から目標までの相対距離R及び相対速度Vを算出することが可能となる。
【0014】
【数6】
【0015】
【数7】
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
従来のFM−CWレーダ装置はこのように構成されかつ動作するから、このFM−CWレーダ装置を車両に搭載した図8に示すように、受信信号検出部18の出力として得られる受信ベースバンド信号に、送信空中線7と受信空中線8との間の相互結合(電磁波の漏れ込み)38や通常送信空中線7及び受信空中線8前方に配置されるレドーム39の反射40などにより生ずる直流及び低周波成分が含まれており、FM−CWレーダ装置から特定の距離に存在しかつ相対速度で移動する目標の受信ビ−ト信号の振幅レベルが図9の41(b)に示すように、上記の直流及び低周波成分42の振幅レベルに比べて低い場合、当該目標物の検出が不可能となるという問題があった。
【0017】
図10は上記のFM−CWレーダ装置を搭載した自車両と道路及び先行走行車両の相対的な位置関係を示した図である。図中の43はFM−CWレーダ装置、44は自車両、45は先行走行車両、46は道路、47、48は送信波及び受信波をそれぞれ表している。送信中心周波数fc を60.5GHz、変調帯域幅Bを150MHz、掃引時間Tmを8.4msとしたFM−CWレーダ装置43を搭載した車両44の前方を図10のように相対速度40km/hで先行車両45が遠ざかる場合、前述のupチャープ、CW、downチャープにおけるビート周波数の相対距離Rに対する変化は図11のようになる。この図において、直流及び低周波の漏れ込み52により700Hz以下のビート周波数をもつ目標信号が検出できないとすると、先行車両がFM−CWレーダ装置より16mから21mの距離範囲に位置する場合はdownチャープの受信ベースバンド信号50が検出できないため、測距・測速度が不可能となる。図12における53は上記と同様の条件で受信ベースバンド信号が検出できないために生ずる不検知領域を示している。図中の横軸の相対速度、縦軸の相対速度を持つ移動目標からの受信信号レベルが十分な大きさであっても検知が不可能となる。以上のように、直流及び低周波の漏れ込みによって発生する不検知領域は実用上の必然的な問題となり、改善が望まれている。
【0018】
この発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、目標物の距離や速度の如何に関わらず、受信ベースバンド信号に含まれる直流及び低周波により発生する上記の目標物の不検知領域を低減することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
第1の発明によるFM−CWレーダ装置は、周波数の変動幅が異なる少なくとも2種類の変調帯域幅を有する送信信号を励振するための異なる少なくとも2種類の変調電圧を発生する変調電圧発生手段を備えたものである。
また、第2の発明によるFM−CWレーダ装置は、周波数の変動幅が異なる少なくとも2種類の変調帯域幅を有する送信信号を励振するための異なる少なくとも2種類の変調電圧を記憶する変調電圧記憶部と、この異なる少なくとも2種類の変調電圧を所定のタイミングで切り替えて出力するタイミング制御器と、変調電圧をディジタル信号からアナログ信号に変換するD/A変換器と、タイミング制御器の変調電圧出力タイミングと同期したタイミングで変調帯域幅の異なる受信信号毎のベースバンド信号を入力し、このベースバンド信号をアナログからディジタルに変換するA/D変換器と、ベースバンド信号を離散フーリエ変換により周波数分析を行い、周波数スペクトルとして出力する周波数解祈手段と、周波数スペクトルを変調帯域幅の異なる受信信号毎に算出係数を変えて、距離・速度計算を行う距離・速度計測手段とを備えたものである。
また、第3の発明によるFM−CWレーダ装置は、従来のFM−CWレーダ装置の信号処理部内の変調電圧発生部及び受信ベースバンド信号処理部の構成を以下のように変更したものである。
【0020】
即ち、電圧制御発振器において、upチャープ、CW、downチャープの1周期毎に送信中心周波数を起点とした特定の変調帯域幅を有する送信信号と、上記の変調帯域幅とは異なる変調帯域幅を有する送信信号を励振する少なくとも2種類の変調電圧を記憶する変調電圧記憶部と、これらの変調電圧信号を所定の周期毎に切り替えるタイミングでタイミング信号を発生させるタイミング制御部と、変調電圧記憶部から上記のタイミング信号に基づいて出力変調電圧を切り替えるスイッチと、上記のタイミング信号に基づいて変調電圧を入力し、アナログーディジタル変換を行い、電圧制御発振器に出力するD/A変換器とを備えたものである。
【0021】
一方、受信ベースバンド信号処理部は上記のタイミング制御部により、上記の異なる変調電圧により励振される異なる変調帯域幅を有する受信ベースバンド信号を上記のタイミングでA/D変換器へ入力させ、かつ上記の変調帯域幅に対応した周波数解析、相対距離・相対速度計算を行う周波数解析手段及び距離・速度計測手段とを備えたものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1を示すFM−CWレーダ装置の構成図であり、1は変調電圧記憶部、20はスイッチ、2はタイミング制御部、3はD/A変換器であり、これらの部品1〜3及び部品20で変調電圧発生部15を構成する。また、図中の12はA/D変換器、13は周波数解析手段、14は距離・速度計測手段であり、これらの部品12〜14及び部品2で受信ベースバンド信号処理部19を構成する。なお、この発明は従来のFM−CWレーダ装置の一部を変更したものであるため、従来のものと同一機能を有する部品については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0023】
変調電圧記憶部1には、図2の21のように出力送信周波数が特定の下限値f1 と上限値fu の間で直線的かつ周期的に増減するように電圧制御発振器4を制御する変調電圧と、22のように出力送信周波数が下限2fl −fc と上限値2fu −fc の間で直線的かつ周期的に増減するように電圧制御発振器4を制御する変調電圧が記憶されている。電圧制御発振器4は印加電圧に比例した周波数を有する高周波送信信号を励振する電圧制御発振器である。上記の2種類の変調帯域幅を有する送信信号の周波数の時間変化は図2に示すように、時間Tm/2毎に周波数が直線的に増加する区間23、周波数が一定の値となる区間24、周波数が直線的に減少する区間25の3つの区間からなり、1周期(時間3Tm/2)を構成する。
【0024】
タイミング制御部2はこれらの変調電圧を図2に示す1周期毎(時間3Tm/2)に切り替えるタイミング信号を発生し、スイッチ20に出力する。タイミング信号を受信したスイッチ20はそれまでに接続していた端子と別のもう一方の端子に接続を切り替えて、変調電圧記憶部1からそれまで読み込んでいた変調電圧(これを#1とする)とは別のもう一方の変調電圧(これを#2とする)の読み込みを開始し、この変調電圧#2をD/A変換器3に転送する。スイッチを切り替えて3Tm/2時間後に、再びタイミング制御部2からタイミング信号が発生し、このタイミング信号に基づいて再びスイッチ20を切り替えて、変調電圧#1がD/A変換器3に転送される。以後同様に、時間3Tm/2毎にスイッチ20が切り替わり、変調電圧#1と#2が交互にD/A変換器3に転送される。
【0025】
D/A変換器3は変調電圧記憶部1から読み込んだディジタルの変調電圧信号を所定のビット数に相当するアナログ変調電圧信号に変換する。変換された変調電圧信号は従来のFM−CWレーダ装置と同様に電圧制御発振器4に出力される。
【0026】
送信信号変換部16では従来のFM−CWレーダ装置と同様に、変調電圧に比例した発振周波数を有する高周波送信信号を出力し、高周波増幅を行った後、送信空中線7より目標物に送信波として照射される。目標物から相対速度に比例したドップラシフトを受けて反射し、相対距離に比例した電波伝播時間の遅れをもった反射波は再び受信空中線8で受信され、受信信号検出部18にて周波数変換、中間周波数増幅、濾波された後、受信ベースバンド信号が出力される。この際得られる受信ベースバンド信号は上記の変調電圧の1周期即ち3Tm/2時間毎に異なる変調帯域幅を有している。
【0027】
上記の異なる変調帯域幅を有する受信ベースバンド信号は、受信ベースバンド信号処理部19内のタイミング制御部2により、時間3Tm/2毎の単位でA/D変換器12へ入力され、ディジタル信号に変換する。離散化・量子化された受信ベースバンド信号は周波数解析手段13にて離散フーリエ変換により信号周波数の分析が行われ、目標のドップラ周波数を含む周波数スペクトルとして出力される。検出された周波数スペクトルは距離・速度計測手段14により、上記の変調帯域幅に対応した相対距離・相対速度計算が行われ(具体的には、数6及び数7の計算が行われ)、目標の位置・速度情報を得る。
【0028】
上記の2種類の異なる変調帯域幅を有する受信ベースバンド信号には、前述のように直流及び低周波成分の漏れ込みが含まれており、この周波数帯域に目標の受信ビート信号が得られた場合、受信ビート信号スペクトルが直流及び低周波成分のフロアノイズに隠れてしまい、当該目標物の検出が不可能となる。例えば送信中心周波数fcを60.5GHz、掃引時間Tmを8.4msとし、2つの変調帯域幅Bを150MHz及び300MHzに設定した場合、直流及び低周波の漏れ込みによりフロアノイズの拡がりが700Hzとすると、ビート信号が検出できないために生ずる不検知領域は図3の26ようになる。図中の変調帯域幅300MHzの送信信号に対する不検知領域を、変調帯域幅150MHzの場合の不検知領域53に比べた場合、同一相対速度に対して目標を検知できない相対距離は半分となる。以上のように変調帯域幅を大きくすることにより、不検知領域を低減することが可能となる。
【0029】
一方、変調電圧発生部15と受信ベースバンド信号処理部19において、送信信号の変調帯域幅を時間3Tm/2毎に切り替えて、相対距離・相対速度計測を行うことにより、異なる変調帯域幅に対する目標の不検知領域は図3のように、時間3Tm/2毎に領域26と領域53に変化するため、図中の領域27以外の不検知領域に存在する目標は、相対距離・相対速度を2回計測する内の1回は検出されることになる。即ち、図中の領域27以外の不検知領域は時間的に半分に低減されたことになる。
【0030】
【発明の効果】
第1乃至第3の発明によれば、FM−CWレーダ装置において受信ベースバンド信号に直流及び低周波成分が混入し、目標のドップラ周波数スペクトルが検出できない不検出領域を時間的に低減することができる。
【0031】
また、第3の発明によれば、変調電圧発生部の出力変調電圧のみを変化させることにより送信信号の変調帯域幅を制御し、送信信号変換部、受信信号検出部及びアンテナ部のハードウエア部品を変更する必要がないため、従来のFM−CWレーダ装置からの構成部品変更や改修の規模が小さく、かつ受信ベースバンド信号の検波方式を変更していないために、信号の送受信におけるS/Nの劣化を少なくすることができる。
【0032】
更に変調電圧発生部では、記憶部への変調電圧の追加と、記憶部からの読み出しの切り替えだけで送信信号の変調帯域幅を制御できるため、タイミング制御器のタイミング信号発生周期やタイミング信号品質に対する性能・条件は変更されないため、容易にこの発明の構成が実現できる。同時に受信ベースバンド信号処理部では、相対距離・相対速度の算出係数の変更のみで目標の位置・速度情報が得られるため、従来のFM−CWレーダ装置と比べて信号処理負荷が大きく増大しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるFM−CWレーダ装置の実施の形態1の構成を示すシステムブロック図である。
【図2】この発明によるFM−CWレーダ装置の実施の形態1の送信信号の変調周波数の時間変化を示す図である。
【図3】この発明によるFM−CWレーダ装置の実施の形態1の不検知領域を示す図である。
【図4】従来のFM−CWレーダ装置の構成を示すシステムブロック図である。
【図5】従来のFM−CWレーダ装置の送信信号と受信信号の周波数の時間変化を示す図である。
【図6】従来のFM−CWレーダ装置のビート信号の周波数の時間変化を示す図である。
【図7】従来のFM−CWレーダ装置のビート信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図8】従来のFM−CWレーダ装置の受信ベースバンド信号へ直流及び低周波の漏れ込みが混入する原理を示す図である。
【図9】従来のFM−CWレーダ装置の直流及び低周波の漏れ込みとビート信号の周波数スペクトルの関係を説明するための図である。
【図10】従来のFM−CWレーダ装置を搭載した自車両と先行車両との位置関係を示す図である。
【図11】従来のFM−CWレーダ装置のビート信号と相対距離の関係を示す図である。
【図12】従来のFM−CWレーダ装置の不検知領域を示す図である。
【符号の説明】
1 変調電圧記憶部、2 タイミング制御部、3 D/A変換器、4 電圧制御発振器、5 高周波増幅器、6 方向性結合器、7 送信空中線、8 受信空中線、9 受信ミクサ、10 ビデオ増幅器、11 低域通過型フィルタ、12A/D変換器、13 周波数解析手段、14 距離・速度計測手段、15 変調電圧発生部、16 送信信号変換部、17 アンテナ部、18 受信信号検出部、19 受信ベースバンド信号検出部、20 スイッチ、21 150MHz変調波形、22 300MHz変調波形、23 upチャープ、24 CW、25 downチャープ、26 変調帯域幅300MHzのときの不検知領域、27 変調帯域幅150MHz、300MHzの両方が検知できない領域、28 送信信号、29 受信信号、30 upチャープ、31 CW、32 downチャープ、33 遅延時間、34 周波数偏移、35 ビート信号、 36 ドップラシフト、37 距離による周波数偏移、38 送信アンテナから受信アンテナヘの漏れ込み、39 レドーム、40 レドームによる反射、41 ビート周波数、42 直流及び低周波の漏れ込みによるフロアノイズ、43 従来のFM−CWレーダ装置、44 自車両、45 先行走行車両、46 2車線の道路、47 送信波、48 受信波、49 upチャープのビート周波数、50 downチャープのビート周波数、51 CWのビート周波数、52 直流及び低周波の漏れ込みによる不検知領域、53 変調帯域幅150MHzのときの不検知領域。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an FM-CW radar device as a device that is mounted on a traveling vehicle and works effectively to detect position and speed information of a traveling vehicle or an obstacle existing in front of the vehicle. 60 GHz band automotive millimeter wave radar "(FUJITSU.vo147, 4, pp.332-337 July 1996) and the like, and is widely known.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows a typical system diagram of a conventional FM-CW radar apparatus, in which 1 is a modulation voltage storage unit, 2 is a timing control unit, 3 is a D / A converter, and 4 is voltage control. Oscillator, 5 is a high frequency amplifier, 6 is a directional coupler, 7 is a transmission antenna, 8 is a reception antenna, 9 is a reception mixer, 10 is a video amplifier, 11 is a low-pass filter, 12 is an A / D converter,
[0003]
The operation and principle of this FM-CW radar apparatus will be outlined. In the voltage control oscillator 4, the oscillation frequency of the modulation
[0004]
The voltage controlled oscillator 4 excites a high frequency transmission signal having an oscillation frequency proportional to the modulation voltage input from the D / A converter 3 of the signal processing unit, and linearly and periodically between a specific lower limit value and an upper limit value. A high-frequency transmission signal that is linearly frequency-modulated and increased or decreased is output. The high frequency amplifier 5 receives a high frequency transmission signal from the voltage controlled oscillator 4 and outputs a signal whose frequency and phase are synchronized with each other in time and amplified. The directional coupler 6 divides the high frequency amplified signal into two high frequency transmission signals at a predetermined power ratio. One of the output signals of the directional coupler 6 is converted into an electromagnetic wave by the transmission antenna 7 and irradiated to the target.
[0005]
The irradiated electromagnetic wave is reflected by a target that exists at a relative distance R from the transmission antenna 7 and moves at a relative speed V, and undergoes a Doppler shift proportional to the relative speed V between the target and the FM-CW radar device. Further, it is delayed by a time 2 * R / C (C: speed of light) proportional to the relative distance R to the target, and is received by the receiving
[0006]
A reception high-frequency signal from a target moving at a distance R and a relative speed V from the FM-CW radar apparatus is mixed with a transmission high-frequency signal which is an output of the directional coupler 6 in the
[0007]
FIG. 5 shows the time change of the frequency of the
The reception baseband signal obtained as an output from the
[0008]
[Expression 1]
[0009]
[Expression 2]
[0010]
[Equation 3]
[0011]
[Expression 4]
[0012]
[Equation 5]
[0013]
The output baseband signal of the low-
[0014]
[Formula 6]
[0015]
[Expression 7]
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional FM-CW radar apparatus is configured and operates in this manner, the received baseband signal obtained as the output of the received
[0017]
FIG. 10 is a diagram showing a relative positional relationship between the host vehicle on which the FM-CW radar device is mounted, a road, and a preceding traveling vehicle. In the figure, 43 represents an FM-CW radar device, 44 represents the host vehicle, 45 represents a preceding vehicle, 46 represents a road, and 47 and 48 represent transmission waves and reception waves, respectively. 60.5GHz transmission center frequency f c, 150 MHz modulation bandwidth B, the
[0018]
The present invention has been made in view of such a problem, and reduces the above-described non-detection region of the target generated by direct current and low frequency included in the received baseband signal regardless of the distance and speed of the target. The purpose is to do.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The FM-CW radar apparatus according to the first invention includes modulation voltage generating means for generating at least two different modulation voltages for exciting transmission signals having at least two types of modulation bandwidths having different frequency fluctuation ranges. It is a thing.
Further, the FM-CW radar apparatus according to the second invention is a modulation voltage storage unit for storing at least two different modulation voltages for exciting transmission signals having at least two modulation bandwidths having different frequency fluctuation ranges. A timing controller that switches and outputs at least two different modulation voltages at a predetermined timing, a D / A converter that converts the modulation voltage from a digital signal to an analog signal, and a modulation voltage output timing of the timing controller A baseband signal for each received signal with a different modulation bandwidth is input at a timing synchronized with the A / D converter that converts the baseband signal from analog to digital, and frequency analysis is performed on the baseband signal by discrete Fourier transform. And frequency output means to output as a frequency spectrum and the frequency spectrum to the modulation band Changing the calculated coefficients for each reception signals of different widths, in which a distance and speed measurement means for performing distance and speed calculations.
The FM-CW radar apparatus according to the third invention is obtained by changing the configurations of the modulation voltage generation unit and the reception baseband signal processing unit in the signal processing unit of the conventional FM-CW radar apparatus as follows.
[0020]
That is, in the voltage controlled oscillator, a transmission signal having a specific modulation bandwidth starting from the transmission center frequency for each period of up chirp, CW, and down chirp and a modulation bandwidth different from the above modulation bandwidth A modulation voltage storage unit that stores at least two types of modulation voltages for exciting a transmission signal, a timing control unit that generates a timing signal at a timing at which these modulation voltage signals are switched at predetermined intervals, and a modulation voltage storage unit those of a switch for switching the output modulated voltage based on the timing signal, and inputs the modulated voltage based on the timing signal, performs analog-to-digital converter, and a D / a converter which outputs a voltage controlled oscillator It is .
[0021]
On the other hand, the reception baseband signal processing unit causes the timing control unit to input reception baseband signals having different modulation bandwidths excited by the different modulation voltages to the A / D converter at the above timing, and those with frequency analysis corresponding to the modulation bandwidth, and a frequency analyzing means and the distance and speed measurement means for performing a relative distance and a relative speed calculation.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram of an FM-CW radar
[0023]
The modulation
[0024]
The
[0025]
The D / A converter 3 converts the digital modulation voltage signal read from the modulation
[0026]
As in the conventional FM-CW radar apparatus, the
[0027]
The reception baseband signal having the different modulation bandwidth is input to the A /
[0028]
The reception baseband signal having the two different modulation bandwidths described above includes leakage of direct current and low frequency components as described above, and a target reception beat signal is obtained in this frequency band. The received beat signal spectrum is hidden by the floor noise of direct current and low frequency components, and the target cannot be detected. For example, when the transmission center frequency fc is 60.5 GHz, the sweep time Tm is 8.4 ms, and the two modulation bandwidths B are set to 150 MHz and 300 MHz, the spread of floor noise is 700 Hz due to leakage of direct current and low frequency. The non-detection region that occurs because the beat signal cannot be detected is as shown in FIG. When the non-detection region for the transmission signal with the modulation bandwidth of 300 MHz in the figure is compared with the
[0029]
On the other hand, the modulation
[0030]
【The invention's effect】
According to the first to third inventions, in the FM-CW radar apparatus, direct current and low frequency components are mixed in the received baseband signal, and the non-detection region where the target Doppler frequency spectrum cannot be detected can be reduced in time. it can.
[0031]
In addition, according to the third aspect of the invention, the modulation bandwidth of the transmission signal is controlled by changing only the output modulation voltage of the modulation voltage generation unit, and the hardware components of the transmission signal conversion unit, the reception signal detection unit, and the antenna unit Since there is no need to change the components, the scale of the component change or modification from the conventional FM-CW radar apparatus is small, and the detection method of the received baseband signal is not changed. Can be reduced.
[0032]
Furthermore, since the modulation voltage generator can control the modulation bandwidth of the transmission signal only by adding the modulation voltage to the storage unit and switching the reading from the storage unit, the timing voltage generation period and timing signal quality of the timing controller can be controlled. Since the performance and conditions are not changed, the configuration of the present invention can be easily realized. At the same time, the reception baseband signal processing unit can obtain target position / velocity information only by changing the relative distance / relative velocity calculation coefficients, and therefore the signal processing load does not increase significantly compared to the conventional FM-CW radar apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system block diagram showing a configuration of a first embodiment of an FM-CW radar apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a time change of a modulation frequency of a transmission signal in the first embodiment of the FM-CW radar apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a non-detection area of the first embodiment of the FM-CW radar apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a system block diagram showing a configuration of a conventional FM-CW radar apparatus.
FIG. 5 is a diagram showing temporal changes in the frequency of a transmission signal and a reception signal of a conventional FM-CW radar apparatus.
FIG. 6 is a diagram illustrating a time change of a frequency of a beat signal of a conventional FM-CW radar apparatus.
FIG. 7 is a diagram showing a frequency spectrum of a beat signal of a conventional FM-CW radar apparatus.
FIG. 8 is a diagram illustrating the principle of leakage of direct current and low frequency mixed into a received baseband signal of a conventional FM-CW radar apparatus.
FIG. 9 is a diagram for explaining a relationship between direct current and low frequency leakage of a conventional FM-CW radar apparatus and a frequency spectrum of a beat signal.
FIG. 10 is a diagram showing a positional relationship between a host vehicle equipped with a conventional FM-CW radar device and a preceding vehicle.
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a beat signal and a relative distance of a conventional FM-CW radar apparatus.
FIG. 12 is a diagram showing a non-detection area of a conventional FM-CW radar apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Modulation voltage memory | storage part, 2 timing control part , 3 D / A converter, 4 voltage control oscillator, 5 high frequency amplifier, 6 directional coupler, 7 transmission antenna, 8 reception antenna, 9 reception mixer, 10 video amplifier, 11 Low-pass filter, 12 A / D converter, 13 Frequency analysis means, 14 Distance / velocity measurement means, 15 Modulation voltage generation section, 16 Transmission signal conversion section, 17 Antenna section, 18 Reception signal detection section, 19 Reception baseband Signal detection unit, 20 switch, 21 150 MHz modulation waveform, 22 300 MHz modulation waveform, 23 up chirp, 24 CW, 25 down chirp, 26 Non-detection area when modulation bandwidth is 300 MHz, 27 Both modulation bandwidth is 150 MHz and 300 MHz Undetectable area, 28 transmission signal, 29 reception signal, 30 up chirp, 31 CW, 32 down chirp, 33 delay time, 34 frequency shift, 35 beat signal, 36 Doppler shift, 37 frequency shift due to distance, 38 leakage from transmitting antenna to receiving antenna, 39 radome, reflection by 40 radome, 41 beat frequency, 42 Floor noise due to leakage of direct current and low frequency, 43 conventional FM-CW radar device, 44 own vehicle, 45 preceding vehicle, 462 two-lane road, 47 transmission wave, 48 reception wave, beat frequency of 49 up chirp, Beat frequency of 50 down chirp, beat frequency of 51 CW, 52 non-detection region due to leakage of direct current and low frequency, 53 non-detection region when modulation bandwidth is 150 MHz.
Claims (1)
この変調電圧発生部から変調電圧を入力しこの変調電圧に比例した発振周波数を有する出力送信信号を励振し出力する電圧制御発振器、上記出力送信信号と周波数および位相が時間的に同期しかつ電力増幅した高周波送信信号を出力する高周波増幅器、および上記高周波送信信号を所定の電力比に分配し出力する方向性結合器を備える送信信号変換部と、
この送信信号変換部から出力される上記高周波送信信号を電磁波に変換して目標物に照射する送信空中線、および目標物からの反射電磁波を受信して高周波の受信信号に変換する受信空中線を備えるアンテナ部と、
上記受信空中線から取り出された高周波受信信号と上記方向性結合器からの高周波送信信号の一方とを周波数混合して受信ベースバンド信号を出力する受信ミクサ、この受信ベースバンド信号と周波数および位相が時間的に同期しかつ所定の利得で増幅された受信ベースバンド信号を出力するビデオ増幅器、および受信ベースバンド信号において計測に不要な高周波部分を遮断して目標情報を含む受信ビート周波数を取り出す低域通過型フィルタを備える受信信号検出部と、
この受信信号検出部の出力信号を上記変調電圧の掃引時間毎に取り込むタイミング信号を出力する第2のタイミング制御器、このタイミングで受信ベースバンド信号を入力しアナログ−ディジタル変換を行うA/D変換器、上記A/D変換器により離散化・量子化された受信ベースバンド信号の周波数解析を行い、この信号に含まれる複数の周波数成分を分離する周波数解析手段、およびこの周波数解析手段によって検出された周波数成分から目標の位置及び速度情報を検出する距離・速度計測手段からなる受信ベースバンド信号処理部と、
を具備するFM−CWレーダ装置において、
上記変調電圧記憶部は、その下限値と上限値の周波数幅がこの周波数幅とは異なる少なくとも2種類の変調帯域幅を有する送信信号を励振するための異なる少なくとも2種類の変調電圧を記憶し、
上記スイッチおよび上記第1のタイミング制御器は、上記異なる少なくとも2種類の変調電圧を所定のタイミングで切り替え、
上記D/A変換器は、上記変調電圧をディジタル信号からアナログ信号に変換し、
上記A/D変換器は、上記変調電圧発生部の変調電圧出力タイミングに同期したタイミングで変調帯域幅の異なる受信信号毎に上記受信信号検出部の出力ベースバンド信号を入力し、この受信ベースバンド信号をアナログからディジタルに変換し、
上記周波数解祈手段は、上記受信ベースバンド信号を離散フーリエ変換により信号周波数の分析を行い、目標のドップラ周波数を含む周波数スペクトルとして出力し、
上記距離・速度計測手段は、検出された周波数スペクトルを変調帯域幅の異なる受信信号毎に算出係数を変えて距離・速度計算を行う、
ことを特徴とするFM−CWレーダ装置。In the voltage controlled oscillator, a modulation voltage for storing a modulation voltage for controlling the voltage controlled oscillator so that the oscillation frequency of the output transmission signal to be excited linearly and periodically increases and decreases between a predetermined lower limit value and an upper limit value. A storage unit, a first timing controller that outputs a timing signal for reading the modulation voltage from the modulation voltage storage unit at a predetermined sweep time, and a modulation voltage stored in the modulation voltage storage unit at the above timing. A modulation voltage generator comprising a D / A converter for reading digital-analog conversion and outputting a modulation voltage;
A voltage-controlled oscillator that inputs a modulation voltage from this modulation voltage generator and excites and outputs an output transmission signal having an oscillation frequency proportional to the modulation voltage. The frequency and phase of the output transmission signal are synchronized in time and power is amplified. A high-frequency amplifier that outputs the high-frequency transmission signal, and a transmission signal converter including a directional coupler that distributes and outputs the high-frequency transmission signal to a predetermined power ratio;
An antenna including a transmission antenna that converts the high-frequency transmission signal output from the transmission signal conversion unit into an electromagnetic wave and irradiates the target, and a reception antenna that receives a reflected electromagnetic wave from the target and converts it into a high-frequency reception signal And
A reception mixer that frequency-mixes one of the high-frequency reception signal taken out from the reception antenna and the high-frequency transmission signal from the directional coupler, and outputs a reception baseband signal. Amplifier that outputs a received baseband signal that is synchronized with each other and amplified with a predetermined gain, and a low-pass that extracts a received beat frequency including target information by cutting off a high-frequency portion unnecessary for measurement in the received baseband signal A received signal detector comprising a type filter;
A second timing controller that outputs a timing signal that captures the output signal of the received signal detection unit at every sweep time of the modulation voltage, and an A / D conversion that receives the received baseband signal at this timing and performs analog-digital conversion Frequency analysis means for performing frequency analysis of the received baseband signal discretized and quantized by the A / D converter and separating a plurality of frequency components contained in the signal, and detected by the frequency analysis means A receiving baseband signal processing unit comprising distance / speed measuring means for detecting target position and speed information from the frequency components obtained;
FM-CW radar apparatus comprising:
The modulation voltage storage unit stores at least two different modulation voltages for exciting a transmission signal having at least two types of modulation bandwidths whose frequency widths of the lower limit value and the upper limit value are different from the frequency width,
The switch and the first timing controller switch at least two different modulation voltages at a predetermined timing,
The D / A converter converts the modulation voltage from a digital signal to an analog signal,
The A / D converter inputs the output baseband signal of the reception signal detection unit for each reception signal having a different modulation bandwidth at a timing synchronized with the modulation voltage output timing of the modulation voltage generation unit. Convert the signal from analog to digital,
The frequency praying means analyzes the signal frequency of the received baseband signal by discrete Fourier transform and outputs it as a frequency spectrum including a target Doppler frequency,
The distance / speed measuring means performs distance / speed calculation by changing a calculation coefficient for each received signal having a different modulation bandwidth for the detected frequency spectrum.
An FM-CW radar apparatus characterized by the above.
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