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JP3930376B2 - FMCW radar equipment - Google Patents

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JP3930376B2
JP3930376B2 JP2002160933A JP2002160933A JP3930376B2 JP 3930376 B2 JP3930376 B2 JP 3930376B2 JP 2002160933 A JP2002160933 A JP 2002160933A JP 2002160933 A JP2002160933 A JP 2002160933A JP 3930376 B2 JP3930376 B2 JP 3930376B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はFMCWレーダ装置に関し、特に近距離の高分解能測距を行うFMCWレーダ装置に属する。
【0002】
【従来の技術】
FMCWレーダ装置は、その送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定する。
一般的なFMCWレーダ装置のセンサ部をブロックで示す図6を参照すると、このセンサ部1は、送信信号TXを送信する送信アンテナ11と、ターゲットからの反射信号RXを受信し受信信号Rを出力する受信アンテナ12と、FMCWレーダ用の鋸歯状波の変調信号Mを発生する変調器14と、変調信号Mにより発振周波数が制御(周波数変調)されFM変調された高周波信号RFを出力する高周波発振器13と、受信アンテナ12から供給を受けた受信信号Rと発振器13から供給を受けた高周波信号RFとをミキシングしビート信号Bを出力する混合器15と、ビート信号Bを増幅しビート信号BOを出力する増幅器16とを備える。
【0003】
次に、図6を参照して、センサ部1の動作について説明すると、変調器14が、鋸歯状波の変調信号Mを発生し、発振器13に供給する。発振器13は、搬送波周波数と同一周波数の電圧制御発振器(VCO)により構成され、変調信号Mにより発振周波数が制御、すなわち、周波数変調(FM)された連続波(CW)の高周波信号RFを発生し、送信アンテナ11及び混合器15に供給する。ここでは、説明の便宜上、発振器13の周波数変調特性、すなわち、変調信号電圧(レベル)対発振周波数特性として、変調信号Mのレベルに正比例、すなわち、変調信号Mのレベルの増大に従い直線的に発振周波数が上昇するものとする。従って、変調信号Mのレベルが最低値の場合は高周波信号RFの周波数が最低であり、変調信号Mのレベルが最高値の場合は高周波信号RFの周波数が最高となり、変調信号Mの最低電圧と最高電圧の丁度中間の電圧である中央電圧の時、高周波信号RFはキャリア(搬送波)周波数f0となるものとする。また、高周波信号RFの最低・最高周波数の差を周波数変調帯域幅ΔFと呼ぶ。
【0004】
送信アンテナ11は、測距対象のターゲットに対し送信信号TXを照射する。送信信号TXの照射を受けたターゲットは対応する散乱波を放射する。この散乱波のうち送信方向に戻る成分が後方散乱信号(以下、反射信号RXと呼ぶ)である。受信アンテナ12はこの反射信号RXを受信信号Rとして受信し、混合器15に供給する。混合器15は、受信信号Rと上述した高周波信号RFとをミキシングし、両信号R,RFのミキシング結果であるビート信号Bを生成し、増幅器16に供給する。増幅器16は、ビート信号Bを増幅し、増幅されたビート信号BOを出力する。
【0005】
次に、FMCWレーダ装置の送信信号と受信信号の時間に対する周波数の変化をタイムチャートで示す図7を併せて参照して、FMCWレーダの測距の原理について説明すると、ビート信号Bは、送信から受信までの往復の空間伝搬に要する時間である伝搬時間t遅延した受信信号と送信信号との混合により生じる周波数Fbの信号である。
この周波数偏移幅Fbから、送信信号の送信から受信までの伝搬時間tを算出し、距離Rに換算する。
FMCWレーダの伝搬時間tは数式1により求められる。
また、ターゲットとの距離Rは数式2により求められる。
【0006】
【数1】
t=T×Fb/ΔF
但し、T:変調周期、ΔF:周波数変調帯域数幅
【0007】
【数2】
R=C×t/2
但し、R:距離、C:光速
【0008】
このように、送信波と受信波とのビート信号Bを求め、得られたビート信号Bの周波数を測定することによって、遅延時間すなわち伝搬時間tを求める。この伝搬時間tから、距離Rに換算することができる。
【0009】
次に、上記測距原理を用いた従来のFMCWレーダ装置をブロックで示す図8を参照すると、この従来のFMCWレーダ装置は、鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された反射信号を受信して対応するビート信号BOを出力する上述のセンサ部1と、ビート信号BOを処理しビート周波数、すなわち、周波数Fbを求め目標情報を検出し目標検出信号Lを出力する信号処理部2と、目標検出信号Lの供給を受けディスプレイ等に表示する表示部3とを備える。信号処理部2は、ビート信号BOをディジタル信号に変換しディジタルビート信号DBを出力するA/D変換器21と、ディジタルビート信号DBに窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号WBを出力する重み付け回路22と、重み付けビート信号WBをフーリエ変換し複素信号IQを出力するフーリエ変換回路23と、複素信号IQの絶対値である振幅を演算し振幅信号ABを出力する振幅演算回路24と、振幅信号ABから目標情報の検出処理を行い目標検出信号Lを出力する検出回路25とを備える。
【0010】
次に、図8を参照して、従来のFMCWレーダ装置の動作について、特に信号処理部2の動作を重点的に説明すると、センサ部1は、上述したように、周波数変調送信信号を放射し、ターゲットからの反射信号を受信して対応するビート信号BOを出力し、信号処理部2に供給する。
信号処理部2では、A/D変換器21は、センサ部1から供給を受けたビート信号BOをアナログディジタル変換し対応するディジタルビート信号DBを生成し、重み付け回路22に供給する。重み付け回路22は、周波数スペクトルのサイドローブを低減するためハニング窓等の窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号WBを出力し、フーリエ変換回路23に供給する。フーリエ変換回路23は、重み付けビート信号WBのフーリエ変換処理を行い複素信号IQを生成し、振幅演算回路24に供給する。振幅演算回路24は、複素信号IQの振幅演算処理を行い、複素信号IQの絶対値である振幅信号ABを生成し、検出回路25に供給する。検出回路25は、振幅信号ABに対しピーク検出、エッジ検出あるいはしきい値処理等の振幅情報に基づく目標検出である振幅検出により目標情報を検出し、目標検出信号Lを出力する。ここでは、振幅検出をピーク検出として説明する。
【0011】
表示部3は、信号処理部2が出力した目標検出信号Lをディスプレイに表示する。このようなFMCWレーダ装置における距離測定では、公知のように、距離分解能ΔRは数式3のように表される。
【0012】
【数3】
ΔR=C/2△F
【0013】
そのため、非常に高い距離分解能、例えば数cmオーダを実現するには、周波数変調帯域幅を超広帯域(1GHzオーダ)に拡大する必要がある。
しかし、これらの改善策は、ハードウェアの制約や電波法等による制約から必ずしも実現可能ではなかった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のFMCWレーダ装置は、非常に高い距離分解能を必要とする場合、超広帯域の周波数変調帯域幅を用いることが必要であるが、これらの方策は、ハードウェアの制約や電波法等による制約から必ずしも実現可能ではないという欠点があった。
【0015】
本発明の目的は、周波数変調帯域幅の拡大をすることなく高い距離分解能のFMCWレーダ装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明のFMCWレーダ装置の第1の構成は、送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定するFMCWレーダ装置であって、下記(イ)、(ロ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記三角波又は鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された前記反射信号を受信して対応する前記周波数のビート信号を出力するセンサ部、
(ロ)前記ビート信号の時間的な後半及び前半のいずれか一方の信号の位相を反転した後位相反転しない方の半部の信号と連結することにより前記周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号として出力する信号処理部。
【0017】
本発明のFMCWレーダ装置の第2の構成は、送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定するFMCWレーダ装置であって、下記(イ)、(ロ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記三角波又は鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された前記反射信号を受信して対応する前記周波数のビート信号を出力するセンサ部、
(ロ)前記ビート信号を処理し周波数スペクトルの振幅情報に基づく目標検出である振幅検出によりビート周波数を検出する粗測定モードと、前記ビート信号の時間的な後半及び前半のいずれか一方の信号を逆相として逆相としない方の半部の信号と連結することにより前記周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号として出力する精測定モードとを有する信号処理部。
【0018】
また、本発明の第3の構成は、前記第2の構成のFMCWレーダ装置において、前記振幅検出が、周波数スペクトルのピーク検出であることを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明の第4の構成は、前記第2の構成のFMCWレーダ装置において、前記信号処理部が、下記(イ)〜(チ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記ビート信号をディジタル信号に変換しディジタルビート信号を出力するA/D変換器、
(ロ)前記ディジタルビート信号に窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号を出力する重み付け回路、
(ハ)前記重み付けビート信号をフーリエ変換し複素信号を出力する第1のフーリエ変換回路、
(ニ)前記複素信号の絶対値である振幅を演算し振幅信号を出力する第1の振幅演算回路、
(ホ)前記重み付けビート信号の時間的な前半部と後半部とに分割してこれら後半部と前半部のビート信号のいずれか一方の位相を反転した後位相反転しない方の半部のビート信号に連結して半部の一方が逆相となった逆相重み付けビート信号を出力する逆相処理回路、
(ヘ)前記逆相重み付けビート信号をフーリエ変換し逆相複素信号を出力する第2のフーリエ変換回路、
(ト)前記逆相複素信号の振幅を演算し逆相振幅信号を出力する第2の振幅演算回路、
(チ)前記粗測定モードと前記精測定モードとを切り替える精粗切替信号が前記粗測定モードを指示するときは前記振幅信号の前記振幅検出による検出処理を行い、前記精粗切替信号が前記精測定モードを指示するときは前記逆相振幅信号のヌル点検出処理を行い前記ヌル点を検出してそれぞれ前記目標検出信号を生成するヌル検出回路。
【0020】
また、本発明の第5の構成は、前記第2の構成のFMCWレーダ装置において、前記信号処理部が、下記(イ)〜(リ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記ビート信号をディジタル信号に変換しディジタルビート信号を出力するA/D変換器、
(ロ)前記ディジタルビート信号に窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号を出力する重み付け回路、
(ハ)前記重み付けビート信号をフーリエ変換し複素信号を出力する第1のフーリエ変換回路、
(ニ)前記複素信号の絶対値である振幅を演算し振幅信号を出力する第1の振幅演算回路、
(ホ)前記重み付けビート信号を時間的な前半部と後半部とに分割してこれら後半部と前半部のいずれか一方の位相を反転した後位相反転しない方の半部に連結して半部の一方が逆相となった逆相重み付けビート信号を出力する逆相処理回路、
(ヘ)前記逆相重み付けビート信号をフーリエ変換し逆相複素信号を出力する第2のフーリエ変換回路、
(ト)前記逆相複素信号の振幅を演算し逆相振幅信号を出力する第2の振幅演算回路、
(チ)前記粗測定モードと精測定モードとを切り替える精粗切替信号が前記粗測定モードを指示するときは前記振幅信号をそのまま出力し、前記精粗切替信号が前記精測定モードを指示するときは前記振幅信号を前記逆相振幅信号で除算し除算振幅信号を出力する除算回路、
(リ)前記振幅信号又は前記除算振幅信号の前記振幅検出を行い前記目標検出信号を出力する検出回路。
【0021】
また、本発明の第6の構成は、前記第1又は第2の構成のFMCWレーダ装置において、前記センサ部が、下記(イ)〜(ヘ)の構成要素を備えて構成されている。
(イ)前記送信信号を送信する送信アンテナ、
(ロ)前記ターゲットからの前記反射信号を受信し受信信号を出力する受信アンテナ、
(ハ)前記三角波又は鋸歯状波の変調信号を発生する変調器、
(ニ)前記変調信号により発振周波数が制御(周波数変調)されFM変調された高周波信号を出力する高周波発振器、
(ホ)前記受信信号と前記高周波信号とをミキシングし前記ビート信号を出力する混合器、
(へ)前記ビート信号を増幅する増幅器。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、受信信号と高周波信号とのミキシング結果であるビート信号を出力する従来と共通のセンサをそのまま利用して、ビート信号の前半あるいは後半データのみを逆相にして、フーリエ変換することにより得られる周波数スペクトルのヌル点を検出することにより、ヌル点に近づくほど振幅変化率が増大しヌル点で無限大となる差検出の特徴を利用して距離精度の向上を図ることを特徴とするものである。
【0023】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施例の構成を示すブロック図である。なお、図8の構成と同一機能のブロックには同じ符号を付してある。この図に示すFMCWレーダ装置は、従来と共通の鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された反射信号を受信して対応するビート信号BOを出力する上述のセンサ部1と、目標検出信号Lの供給を受けディスプレイ等に表示する表示部3とに加えて、信号処理部2の代わりにビート信号BOを処理し周波数スペクトルのピーク検出等の振幅検出(以下、説明の便宜上、振幅検出をピーク検出とする)によりビート周波数Fbを求める粗測定モードに加えて、ビート信号BOの時間的な後半を逆相としてビート信号BOの前半と連結することにより周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号Lとして出力する精測定モードを有する信号処理部2Aを備える。
信号処理部2Aは、従来と共通のビート信号BOをディジタル信号に変換しディジタルビート信号DBを出力するA/D変換器21と、ディジタルビート信号DBに窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号WBを出力する重み付け回路22と、重み付けビート信号WBをフーリエ変換し複素信号IQを出力するフーリエ変換回路23と、複素信号IQの絶対値である振幅を演算し振幅信号ABを出力する振幅演算回路24とに加え、重み付けビート信号WBを前半部のデータと後半部のデータとに分割して後半部のデータの位相を反転した後前半部のデータに連結して後半部が逆相となった逆相重み付けビート信号WRBを出力する逆相処理回路26と、逆相重み付けビート信号WRBをフーリエ変換し逆相複素信号IQRを出力するフーリエ変換回路27と、逆相複素信号IQRの振幅を演算し逆相振幅信号ABRを出力する振幅演算回路28と、上記粗測定モードと精測定モードとを切り替える精粗切替信号CFが低レベル(論理値0)のときは振幅信号ABのピーク検出処理を行い精粗切替信号CFが高レベル(論理値1)のときは逆相振幅信号ABRのヌル点検出処理を行いヌル点を検出してそれぞれ目標検出信号Lを生成するヌル検出回路29とを備える。
【0024】
次に、図1及び各部の波形を波形図で示す図2,図3を参照して本実施例の動作について従来との相違点を重点的に説明すると、センサ部1は、周波数変調送信信号を放射し、ターゲットからの反射信号を受信して対応するビート信号BOを出力し、信号処理部2Aに供給する。
信号処理部2AのA/D変換器21は、センサ部1から供給を受けたビート信号BOをアナログディジタル変換し対応するディジタルビート信号DBを生成し、重み付け回路22に供給する。説明の便宜上、アナログ信号の形式で表したディジタルビート信号DBの波形の一例を波形図で示す図2の(a)を参照すると、このディジタルビート信号DBは、ターゲットの存続期間中、時間とは無関係に振幅が一定の信号である。なお、説明の便宜上、図2,図3に示す各波形では、時間の単位は任意とし、振幅は±1.0を正負の各々の最大値とする相対値で表す。
【0025】
重み付け回路22は、供給を受けたディジタルビート信号DBに対し周波数スペクトルのサイドローブを低減するためハニング窓等の窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号WBを出力し、フーリエ変換回路23と逆相処理回路26とに供給する。説明の便宜上、窓関数をハニング窓とした重み付けビート信号WBの一例を波形図で示す図2の(b)を参照すると、この重み付けビート信号WBは、ターゲットの始点(時間=0近傍)から緩やかに振幅Aが増大し、ターゲットの中心(時間=70近傍)では振幅Aが最大となり、終点(時間=130近傍)に向かって振幅が緩やかに減少する。
【0026】
フーリエ変換回路23は、重み付けビート信号WBのフーリエ変換処理を行い複素信号IQを生成し、振幅演算回路24は、複素信号IQの振幅演算処理を行い、複素信号IQの絶対値である振幅信号ABを生成しヌル検出回路29に供給する。振幅信号ABは、重み付けビート信号WBの周波数スペクトルに相当し、その一例をフーリエ変換後の周波数スペクトル波形の波形図で示す図2の(c)を参照すると、この図に示す横軸は距離を表し、縦軸は振幅を表す。なお、距離の単位は任意とする。
【0027】
ヌル検出回路29は、従来と同様の検出処理で距離検出を行う粗測定モードと本実施例のヌル検出で距離検出を行う精測定モードに切り替える精粗切替信号CFが低レベルのとき、粗測定モードとなる。このとき、ヌル検出回路29は、供給を受けた振幅信号ABに対し従来の検出回路25と同様の処理、ここではピーク検出処理により目標情報、すなわち、周波数偏移幅Fbに相当する振幅信号を検出し、目標検出信号Lを出力する。この場合は、幅のある山型曲線のピーク近傍を上記振幅信号として検出し、目標検出信号Lとして出力する。
【0028】
並行して、逆相処理回路26は、重み付けビート信号WBを時間的に前半部の周波数領域のデータと後半部の周波数領域のデータとに分割し、後半部のデータの位相を反転する逆相処理を行い後半部のデータが逆相である逆相重み付けビート信号WRBを出力し、フーリエ変換回路27に供給する。逆相重み付けビート信号WRBの一例を波形図で示す図3の(a)を参照して、図2の(b)に示す上述のビート信号WBと比較すると、この逆相重み付けビート信号WRBは、ターゲットの中心(時間=70近傍)から後半部で位相が反転していることがわかる。
【0029】
フーリエ変換回路27は、逆相重み付けビート信号WRBをフーリエ変換し、逆相複素信号IQRを出力して振幅演算回路28に供給する。振幅演算回路28は、逆相複素信号IQRの振幅演算処理を行い、逆相複素信号IQRの絶対値である逆相振幅信号ABRを生成し、ヌル検出回路29に供給する。逆相振幅信号ABRは、逆相重み付けビート信号WRBの周波数スペクトルにおける時間(距離)領域の振幅情報に相当する。
ヌル検出回路29は、精粗切替信号CFが高レベルのとき、精測定モードとなる。このとき、ヌル検出回路29は、供給を受けた逆相振幅信号ABRに対しヌル検出を行う。
【0030】
逆相振幅信号ABRの一例をフーリエ変換後の周波数スペクトルの波形図で示す図3の(b)を参照すると、この図に示す横軸は距離を表し、縦軸は振幅を表す。なお、距離の単位は上述の振幅信号ABと共通とする。図示するように、逆相振幅信号ABRは、等価的に周波数スペクトルの時間的な前半部と後半部の距離に対する振幅差を表し、前半部と後半部の振幅が等しくなる点が0となる、いわゆるヌル点を有する。このヌル点近傍の振幅変化は、差検出の本質によりその変化率、すなわち、微係数がヌル点に近づくほど大きくなり、ヌル点では無限大となる。従って、振幅信号ABのピーク位置近傍における振幅変化率がピーク点に近づくほど小さくなりピーク点では0となるピーク点と比較するとはるかに急峻であることがわかる。すなわち、従来技術によるものと共通の振幅信号ABでは、上述のピーク点の性質から分解能が悪く、十分な精度で測定することは困難である。
【0031】
一方、本実施例の逆相振幅信号ABRでは、ターゲット位置(距離)において急峻なヌル点が形成され、これを検出することにより精度の良い測定値が得られることがわかる。
【0032】
しかし、逆相振幅信号ABRは、目標が存在しない位置においてもヌル点と区別不可能な振幅0の点ができる場合があるため、ヌル検出処理29においては、精粗切替信号CFを最初は低レベルとして粗測定モードとし、振幅信号ABによりターゲット距離の粗測定を行って目標情報を検出し、粗目標検出信号を出力する。続いて、精粗切替信号CFを高レベルとして精測定モードに切替え、上記粗目標検出信号(ターゲット)近傍のみのヌル検出、すなわち、精測定を行って目標情報を検出し、目標検出信号Lを出力する。換言すれば、粗目標検出信号をオープンゲートとして精目標検出を行う。それらの結果を表示部3によって表示する。
これにより、周波数変調帯域幅の拡大を行うことなく、測距分解能を向上できる。
【0033】
次に、本発明の第2の実施例を説明する。
図4は、第2の実施例の構成を示すブロック図である。図1と同じ構成要素には同一の符号を付してある。
図1の第1の実施例との相違点は、ヌル検出回路29の代わりに、精粗切替信号CFが低レベルのときは振幅信号ABをそのまま出力し、精粗切替信号CFが高レベルのときは振幅信号ABを逆相振幅信号ABRで除算し除算振幅信号ADを出力する除算回路30と、振幅信号AB又は除算振幅信号ADのピーク検出を行い目標検出信号Lを出力する従来と共通の検出回路25とを備えることである。
【0034】
次に、図4及び除算振幅信号ADの波形を横軸に距離を縦軸に振幅を表す波形図で示す図5を参照して本実施例の動作について第1の実施例との相違点を説明すると、精粗切替信号CFが高レベルの精測定モードのとき、振幅信号ABを逆相振幅信号ABRで除算することによりヌル点がさらに強調され、結果として生成される除算振幅信号ADは、逆相振幅信号ABRより急峻な特性を得る。この除算振幅信号ADを検出回路25によりピーク検出し、目標検出信号Lを出力する。
【0035】
なお、上述の実施例では、後半部のデータを逆相として逆相重み付けビート信号を生成していたが、前半部のデータを逆相として逆相重み付けビート信号を生成しても同一の効果が得られる。
また、粗測定モードにおける振幅信号(周波数スペクトル)における目標検出方法をピーク検出としていたが、エッジ検出やしきい値処理等の検出方法を用いて良いことは明らかである。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のFMCWレーダ装置は、ビート信号の後半及び前半のいずれか一方のデータを逆相としてビート信号の前半及び後半のいずれか一方のデータと連結することにより周波数スペクトル上での周波数偏移幅のヌル点を検出し目標検出信号として出力する信号処理部を備え、ターゲットのビート信号の周波数スペクトルのピーク検出出力に加えて、ビート信号の前半/後半周波数領域データの一方を逆相として求めたより急峻な特性を持つ周波数スペクトルのヌル検出出力を使用することにより、より高精度の距離測定を行うことができるので、周波数変調帯域幅の拡大を行うことなく、測距分解能を向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のFMCWレーダ装置の第1の実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の構成中の従来のFMCWレーダ装置における動作の一例を示すビート信号、重み付けビート信号及びフーリエ変換後の周波数スペクトル波形をそれぞれ示す波形図である。
【図3】本発明実施例のFMCWレーダ装置における動作の一例を示すビート信号の後半部を逆相にして前半部と連結した波形、逆相処理後の信号のフーリエ変換後の周波数スペクトル波形をそれぞれ示す波形図である。
【図4】本発明のFMCWレーダ装置の第2の実施例の構成を示すブロック図である。
【図5】本発明第2の実施例における動作の一例を示す重み付けビート信号及びフーリエ変換後の周波数スペクトル波形を逆相処理後の信号のフーリエ変換後の周波数スペクトル波形で除算した後の周波数スペクトル波形を示す波形図である。
【図6】一般的なFMCWレーダ装置のセンサ部の構成の一例を示すブロック図である。
【図7】FMCWレーダ装置の送信信号と受信信号の時間に対する周波数の変化を示すタイムチャートである。
【図8】従来のFMCWレーダ装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 センサ部
2,2A,2B 信号処理部
3 表示部
11 送信アンテナ
12 受信アンテナ
13 発振器
14 変調器
15 混合器
16 増幅器
21 A/D変換器
22 重み付け回路
23,27 フーリエ変換回路
24,28 振幅演算回路
25 検出回路
26 逆相処理回路
29 ヌル検出回路
30 除算回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an FMCW radar apparatus, and particularly to an FMCW radar apparatus that performs short-range high-resolution ranging.
[0002]
[Prior art]
The FMCW radar device applies frequency modulation to the transmission signal by a triangular wave or sawtooth wave, mixes the reflected signal reflected by the object of the transmission signal and the transmission signal, and the frequency of the beat signal generated by the time difference between the two signals Determine the distance from
Referring to FIG. 6 showing a block diagram of a sensor unit of a general FMCW radar apparatus, the sensor unit 1 receives a transmission antenna 11 that transmits a transmission signal TX, a reflection signal RX from a target, and outputs a reception signal R. Receiving antenna 12, a modulator 14 that generates a sawtooth wave modulation signal M for FMCW radar, and a high-frequency oscillator that outputs an FM-modulated high-frequency signal RF whose oscillation frequency is controlled (frequency-modulated) by the modulation signal M 13, a mixer 15 that mixes the received signal R supplied from the receiving antenna 12 and the high-frequency signal RF supplied from the oscillator 13 to output the beat signal B, and amplifies the beat signal B to generate the beat signal BO. And an amplifier 16 for outputting.
[0003]
Next, the operation of the sensor unit 1 will be described with reference to FIG. 6. The modulator 14 generates a sawtooth wave modulation signal M and supplies it to the oscillator 13. The oscillator 13 is composed of a voltage controlled oscillator (VCO) having the same frequency as the carrier frequency, and generates a high frequency signal RF of a continuous wave (CW) whose oscillation frequency is controlled by the modulation signal M, that is, frequency modulated (FM). To the transmission antenna 11 and the mixer 15. Here, for convenience of explanation, the frequency modulation characteristic of the oscillator 13, that is, the modulation signal voltage (level) versus the oscillation frequency characteristic, is directly proportional to the level of the modulation signal M, that is, linearly oscillates as the level of the modulation signal M increases. Assume that the frequency rises. Therefore, when the level of the modulation signal M is the lowest value, the frequency of the high-frequency signal RF is the lowest, and when the level of the modulation signal M is the highest value, the frequency of the high-frequency signal RF is the highest. It is assumed that the high-frequency signal RF has a carrier (carrier wave) frequency f 0 when the central voltage, which is an intermediate voltage of the highest voltage, is used. The difference between the lowest and highest frequencies of the high-frequency signal RF is called a frequency modulation bandwidth ΔF.
[0004]
The transmission antenna 11 irradiates the transmission target TX to the target to be measured. The target irradiated with the transmission signal TX emits a corresponding scattered wave. The component returning to the transmission direction in the scattered wave is a backscattered signal (hereinafter referred to as a reflected signal RX). The receiving antenna 12 receives this reflected signal RX as a received signal R and supplies it to the mixer 15. The mixer 15 mixes the reception signal R and the above-described high-frequency signal RF, generates a beat signal B that is a result of mixing both the signals R and RF, and supplies the beat signal B to the amplifier 16. The amplifier 16 amplifies the beat signal B and outputs the amplified beat signal BO.
[0005]
Next, the principle of distance measurement of the FMCW radar will be described with reference to FIG. 7 showing the change in frequency with respect to time of the transmission signal and the reception signal of the FMCW radar apparatus together with the time chart. This is a signal having a frequency F b generated by mixing a reception signal and a transmission signal delayed by a propagation time t, which is a time required for round-trip spatial propagation until reception.
From this frequency shift width F b , a propagation time t from transmission to reception of the transmission signal is calculated and converted into a distance R.
The propagation time t of the FMCW radar can be obtained from Equation 1.
Further, the distance R to the target can be obtained by Equation 2.
[0006]
[Expression 1]
t = T × F b / ΔF
Where T: modulation period, ΔF: frequency modulation band number width
[Expression 2]
R = C × t / 2
Where R: distance, C: speed of light
As described above, the beat signal B of the transmission wave and the reception wave is obtained, and the frequency of the obtained beat signal B is measured to obtain the delay time, that is, the propagation time t. From this propagation time t, the distance R can be converted.
[0009]
Next, referring to FIG. 8, which shows a block diagram of a conventional FMCW radar device using the above-described ranging principle, this conventional FMCW radar device radiates a frequency-modulated transmission signal by a sawtooth wave and is reflected by a target. a sensor section 1 above for outputting a beat signal BO corresponding receiving a reflected signal, the beat frequency to process the beat signal BO, i.e., the signal and outputs the detected target information determined frequency F b target detection signal L A processing unit 2 and a display unit 3 that receives the target detection signal L and displays it on a display or the like are provided. The signal processor 2 converts the beat signal BO into a digital signal and outputs a digital beat signal DB, and a weighting unit that performs a weighting operation on the digital beat signal DB using a window function and outputs a weighted beat signal WB. A circuit 22, a Fourier transform circuit 23 that Fourier-transforms the weighted beat signal WB and outputs a complex signal IQ, an amplitude calculation circuit 24 that calculates an amplitude that is an absolute value of the complex signal IQ and outputs an amplitude signal AB, and an amplitude signal And a detection circuit 25 that performs target information detection processing from AB and outputs a target detection signal L.
[0010]
Next, with reference to FIG. 8, the operation of the conventional FMCW radar apparatus will be described with particular emphasis on the operation of the signal processing unit 2. The sensor unit 1 radiates a frequency-modulated transmission signal as described above. The reflected signal from the target is received and the corresponding beat signal BO is output and supplied to the signal processing unit 2.
In the signal processing unit 2, the A / D converter 21 converts the beat signal BO supplied from the sensor unit 1 from analog to digital, generates a corresponding digital beat signal DB, and supplies it to the weighting circuit 22. The weighting circuit 22 performs a weighting operation using a window function such as a Hanning window in order to reduce side lobes of the frequency spectrum, outputs a weighted beat signal WB, and supplies it to the Fourier transform circuit 23. The Fourier transform circuit 23 performs a Fourier transform process on the weighted beat signal WB, generates a complex signal IQ, and supplies the complex signal IQ to the amplitude calculation circuit 24. The amplitude calculation circuit 24 performs amplitude calculation processing of the complex signal IQ, generates an amplitude signal AB that is an absolute value of the complex signal IQ, and supplies the amplitude signal AB to the detection circuit 25. The detection circuit 25 detects target information by amplitude detection that is target detection based on amplitude information such as peak detection, edge detection, or threshold processing for the amplitude signal AB, and outputs a target detection signal L. Here, amplitude detection is described as peak detection.
[0011]
The display unit 3 displays the target detection signal L output from the signal processing unit 2 on the display. In the distance measurement in such an FMCW radar apparatus, the distance resolution ΔR is expressed as Equation 3 as is well known.
[0012]
[Equation 3]
ΔR = C / 2ΔF
[0013]
Therefore, in order to realize a very high distance resolution, for example, on the order of several centimeters, it is necessary to expand the frequency modulation bandwidth to an ultra-wide band (1 GHz order).
However, these improvement measures are not always feasible due to hardware restrictions and restrictions imposed by the Radio Law.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned conventional FMCW radar apparatus needs to use an ultra-wideband frequency modulation bandwidth when a very high distance resolution is required. These measures are based on hardware restrictions, radio wave laws, etc. There was a drawback that it was not always feasible due to restrictions.
[0015]
An object of the present invention is to provide an FMCW radar device with high distance resolution without increasing the frequency modulation bandwidth.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the first configuration of the FMCW radar apparatus of the present invention, the transmission signal is subjected to frequency modulation by a triangular wave or a sawtooth wave, the reflected signal reflected by the object of the transmission signal is mixed with the transmission signal, and both signals are mixed. An FMCW radar apparatus that determines a distance from the frequency of a beat signal generated by a time difference, and includes the following components (A) and (B).
(A) A sensor unit that emits a frequency-modulated transmission signal by the triangular wave or sawtooth wave, receives the reflected signal reflected by the target, and outputs a beat signal of the corresponding frequency;
(B) Detecting a null point on the frequency spectrum by linking the half-time signal of either one of the latter half or the first half of the beat signal and then linking with the signal of the other half of the beat signal. A signal processing unit that outputs a target detection signal.
[0017]
In the second configuration of the FMCW radar apparatus of the present invention, the transmission signal is frequency-modulated by a triangular wave or a sawtooth wave, the reflected signal reflected by the object of the transmission signal is mixed with the transmission signal, and both signals are mixed. An FMCW radar apparatus that determines a distance from the frequency of a beat signal generated by a time difference, and includes the following components (A) and (B).
(A) A sensor unit that emits a frequency-modulated transmission signal by the triangular wave or sawtooth wave, receives the reflected signal reflected by the target, and outputs a beat signal of the corresponding frequency;
(B) A coarse measurement mode for processing the beat signal and detecting a beat frequency by amplitude detection, which is target detection based on amplitude information of a frequency spectrum, and either one of the second half and the first half of the beat signal in time A signal processing unit having a fine measurement mode in which a null point on the frequency spectrum is detected and output as a target detection signal by connecting with a half-phase signal that is not reversed phase as a reversed phase .
[0018]
According to a third configuration of the present invention, in the FMCW radar apparatus having the second configuration, the amplitude detection is a peak detection of a frequency spectrum.
[0019]
According to a fourth configuration of the present invention, in the FMCW radar apparatus of the second configuration, the signal processing unit includes the following components (A) to (H).
(A) an A / D converter for converting the beat signal into a digital signal and outputting the digital beat signal;
(B) a weighting circuit for performing a weighting operation by a window function on the digital beat signal and outputting a weighted beat signal;
(C) a first Fourier transform circuit that Fourier-transforms the weighted beat signal and outputs a complex signal;
(D) a first amplitude calculation circuit that calculates an amplitude that is an absolute value of the complex signal and outputs an amplitude signal;
(E) The half beat signal which is divided into the temporal first half and the second half of the weighted beat signal and inverts the phase of one of the latter half and the first half beat signals and then does not invert the phase. An anti-phase processing circuit that outputs an anti-phase weighted beat signal in which one of the halves is in anti-phase,
(F) a second Fourier transform circuit that Fourier transforms the antiphase weighted beat signal and outputs an antiphase complex signal;
(G) a second amplitude calculation circuit for calculating the amplitude of the negative-phase complex signal and outputting a negative-phase amplitude signal;
(H) When the coarse / coarse switching signal for switching between the coarse measurement mode and the fine measurement mode indicates the coarse measurement mode, detection processing by the amplitude detection of the amplitude signal is performed, and the fine / coarse switching signal is A null detection circuit that performs null point detection processing of the negative phase amplitude signal when detecting the measurement mode, detects the null point, and generates the target detection signal.
[0020]
According to a fifth configuration of the present invention, in the FMCW radar apparatus of the second configuration, the signal processing unit includes the following components (A) to (I).
(A) an A / D converter for converting the beat signal into a digital signal and outputting the digital beat signal;
(B) a weighting circuit for performing a weighting operation by a window function on the digital beat signal and outputting a weighted beat signal;
(C) a first Fourier transform circuit that Fourier-transforms the weighted beat signal and outputs a complex signal;
(D) a first amplitude calculation circuit that calculates an amplitude that is an absolute value of the complex signal and outputs an amplitude signal;
(E) the weighting beat signal coupled to half of those who do not phase inversion after inverting any one of the phase of the first half and these latter half portion is divided into a temporal first half and the second half portion halves A negative phase processing circuit that outputs a negative phase weighted beat signal in which one of
(F) a second Fourier transform circuit that Fourier transforms the antiphase weighted beat signal and outputs an antiphase complex signal;
(G) a second amplitude calculation circuit for calculating the amplitude of the negative-phase complex signal and outputting a negative-phase amplitude signal;
(H) When the fine / coarse switching signal for switching between the coarse measurement mode and the fine measurement mode indicates the coarse measurement mode, the amplitude signal is output as it is, and when the fine / coarse switching signal indicates the fine measurement mode. Is a division circuit that divides the amplitude signal by the negative-phase amplitude signal and outputs a divided amplitude signal;
(Li) A detection circuit that detects the amplitude of the amplitude signal or the divided amplitude signal and outputs the target detection signal.
[0021]
According to a sixth configuration of the present invention, in the FMCW radar apparatus having the first or second configuration, the sensor unit includes the following components (a) to (f).
(A) a transmission antenna for transmitting the transmission signal;
(B) a receiving antenna that receives the reflected signal from the target and outputs a received signal;
(C) a modulator for generating a modulation signal of the triangular wave or sawtooth wave;
(D) a high-frequency oscillator that outputs an RF-modulated high-frequency signal whose oscillation frequency is controlled (frequency-modulated) by the modulation signal;
(E) a mixer that mixes the received signal and the high-frequency signal and outputs the beat signal;
(F) An amplifier for amplifying the beat signal.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention uses a sensor in common with the prior art that outputs a beat signal, which is a mixing result of a received signal and a high-frequency signal, and uses only the first half or second half data of the beat signal as a reverse phase to perform Fourier transform. By detecting the null point of the frequency spectrum obtained by conversion, the amplitude change rate increases as it approaches the null point, and the distance accuracy is improved by utilizing the difference detection feature that becomes infinite at the null point. It is characterized by.
[0023]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the block of the same function as the structure of FIG. The FMCW radar apparatus shown in this figure radiates a frequency-modulated transmission signal using a sawtooth wave common to the prior art, receives the reflected signal reflected by the target, and outputs the corresponding beat signal BO. In addition to the display unit 3 that receives the target detection signal L and displays it on a display or the like, the beat signal BO is processed in place of the signal processing unit 2 to detect amplitudes such as frequency spectrum peak detection (hereinafter, for convenience of explanation). In addition to the coarse measurement mode in which the beat frequency F b is obtained by the amplitude detection as a peak detection), the second half of the beat signal BO is connected to the first half of the beat signal BO as the opposite phase. A signal processing unit 2A having a fine measurement mode in which a null point is detected and output as a target detection signal L is provided.
The signal processing unit 2A converts the beat signal BO common to the conventional one into a digital signal and outputs a digital beat signal DB, and performs a weighting operation on the digital beat signal DB by a window function to perform a weighted beat signal WB. , A Fourier transform circuit 23 that Fourier transforms the weighted beat signal WB and outputs a complex signal IQ, and an amplitude calculation circuit 24 that calculates an amplitude that is an absolute value of the complex signal IQ and outputs an amplitude signal AB. In addition, the weighted beat signal WB is divided into the data of the first half and the data of the second half, the phase of the data of the second half is inverted, and then connected to the data of the first half so that the second half is reversed. The anti-phase processing circuit 26 for outputting the phase-weighted beat signal WRB and the anti-phase complex signal IQR by Fourier-transforming the anti-phase weighted beat signal WRB The Fourier transform circuit 27 that performs the calculation, the amplitude calculation circuit 28 that calculates the amplitude of the anti-phase complex signal IQR and outputs the anti-phase amplitude signal ABR, and the fine coarse switching signal CF that switches between the coarse measurement mode and the fine measurement mode is at a low level. When (logic value 0), the peak detection process of the amplitude signal AB is performed, and when the fine switching signal CF is at a high level (logic value 1), the null point detection process of the negative phase amplitude signal ABR is performed to detect the null point. And a null detection circuit 29 for generating the target detection signal L.
[0024]
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 2 and FIG. 3 showing the waveforms of the respective parts in waveform diagrams, the operation of the present embodiment will be described with emphasis on the difference from the prior art. , The reflected signal from the target is received, the corresponding beat signal BO is output, and supplied to the signal processing unit 2A.
The A / D converter 21 of the signal processing unit 2A converts the beat signal BO supplied from the sensor unit 1 from analog to digital, generates a corresponding digital beat signal DB, and supplies it to the weighting circuit 22. For convenience of explanation, referring to FIG. 2 (a) showing an example of the waveform of the digital beat signal DB represented in the form of an analog signal, the digital beat signal DB is the time during the life of the target. Regardless of the signal, the amplitude is constant. For convenience of explanation, in each waveform shown in FIGS. 2 and 3, the unit of time is arbitrary, and the amplitude is expressed as a relative value with ± 1.0 as the maximum value of each positive and negative.
[0025]
The weighting circuit 22 performs a weighting operation with a window function such as a Hanning window on the supplied digital beat signal DB to reduce a side lobe of the frequency spectrum, and outputs a weighted beat signal WB. To the processing circuit 26. For convenience of explanation, referring to FIG. 2B showing an example of a weighted beat signal WB with a window function as a Hanning window, the weighted beat signal WB is moderate from the target start point (time = 0 vicinity). At the center of the target (near time = 70), the amplitude A becomes maximum, and the amplitude gradually decreases toward the end point (near time = 130).
[0026]
The Fourier transform circuit 23 performs a Fourier transform process on the weighted beat signal WB to generate a complex signal IQ, and the amplitude calculation circuit 24 performs an amplitude calculation process on the complex signal IQ, and an amplitude signal AB that is an absolute value of the complex signal IQ. Is generated and supplied to the null detection circuit 29. The amplitude signal AB corresponds to the frequency spectrum of the weighted beat signal WB, and referring to FIG. 2 (c) showing an example of the frequency spectrum waveform after Fourier transform, the horizontal axis shown in FIG. The vertical axis represents amplitude. The unit of distance is arbitrary.
[0027]
The null detection circuit 29 performs rough measurement when the coarse / coarse switching signal CF for switching between the coarse measurement mode for detecting distance by the same detection process as in the prior art and the fine measurement mode for performing distance detection by null detection of this embodiment is at a low level. It becomes a mode. In this case, the null detector circuit 29, the same processing as the conventional detection circuit 25 to the amplitude signal AB which supplied, wherein the target information by the peak detecting process, namely, the amplitude signal corresponding to the frequency deviation width F b And a target detection signal L is output. In this case, the vicinity of the peak of the wide mountain curve is detected as the amplitude signal and output as the target detection signal L.
[0028]
In parallel, the antiphase processing circuit 26 temporally divides the weighted beat signal WB into data in the first half frequency domain and data in the second half frequency domain and inverts the phase of the data in the second half. Processing is performed to output a reverse-phase weighted beat signal WRB in which the latter half of the data is in reverse phase, and this is supplied to the Fourier transform circuit 27. With reference to (a) of FIG. 3 showing an example of the negative phase weighted beat signal WRB in the waveform diagram, when compared with the above beat signal WB shown in (b) of FIG. It can be seen that the phase is inverted from the center of the target (around time = 70) in the latter half.
[0029]
The Fourier transform circuit 27 performs a Fourier transform on the antiphase weighted beat signal WRB, outputs an antiphase complex signal IQR, and supplies it to the amplitude calculation circuit 28. The amplitude calculation circuit 28 performs amplitude calculation processing of the anti-phase complex signal IQR, generates an anti-phase amplitude signal ABR that is an absolute value of the anti-phase complex signal IQR, and supplies it to the null detection circuit 29. The negative phase amplitude signal ABR corresponds to amplitude information in the time (distance) region in the frequency spectrum of the negative phase weighted beat signal WRB.
The null detection circuit 29 is in a fine measurement mode when the fine / fine switching signal CF is at a high level. At this time, the null detection circuit 29 performs null detection on the supplied negative phase amplitude signal ABR.
[0030]
Referring to FIG. 3B showing an example of the negative phase amplitude signal ABR in the waveform diagram of the frequency spectrum after Fourier transform, the horizontal axis shown in this figure represents the distance, and the vertical axis represents the amplitude. The unit of distance is the same as that of the amplitude signal AB described above. As shown in the figure, the antiphase amplitude signal ABR equivalently represents an amplitude difference with respect to the distance between the first half and the second half of the frequency spectrum in time, and the point where the amplitude of the first half and the second half becomes equal is zero. It has a so-called null point. The amplitude change in the vicinity of the null point becomes larger as the rate of change, that is, the differential coefficient approaches the null point, due to the nature of the difference detection, and becomes infinite at the null point. Therefore, it can be seen that the amplitude change rate in the vicinity of the peak position of the amplitude signal AB decreases as it approaches the peak point, and is much steeper than the peak point that is zero at the peak point. That is, the amplitude signal AB common to that according to the prior art has a poor resolution due to the above-described characteristics of the peak point, and it is difficult to measure with sufficient accuracy.
[0031]
On the other hand, in the antiphase amplitude signal ABR of the present embodiment, a steep null point is formed at the target position (distance), and it can be seen that a highly accurate measurement value can be obtained by detecting this.
[0032]
However, since the negative phase amplitude signal ABR may have a point of amplitude 0 that cannot be distinguished from the null point even at a position where no target exists, the null detection process 29 initially sets the fine switching signal CF to a low level. The level is set to the rough measurement mode, the target signal is roughly measured by the amplitude signal AB, the target information is detected, and the rough target detection signal is output. Subsequently, the fine switching signal CF is set to a high level to switch to the fine measurement mode, null detection only in the vicinity of the rough target detection signal (target), that is, fine measurement is performed to detect target information, and the target detection signal L is Output. In other words, fine target detection is performed using the rough target detection signal as an open gate. Those results are displayed on the display unit 3.
Thereby, ranging resolution can be improved without expanding the frequency modulation bandwidth.
[0033]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The difference from the first embodiment of FIG. 1 is that instead of the null detection circuit 29, the amplitude signal AB is output as it is when the fine switching signal CF is low, and the fine switching signal CF is high. In some cases, the division circuit 30 that divides the amplitude signal AB by the anti-phase amplitude signal ABR and outputs the divided amplitude signal AD, and the peak detection of the amplitude signal AB or the divided amplitude signal AD and outputs the target detection signal L are common. And a detection circuit 25.
[0034]
Next, referring to FIG. 4 and FIG. 5 which shows a waveform of the divided amplitude signal AD with the horizontal axis representing the distance and the vertical axis representing the amplitude, the operation of the present embodiment is different from the first embodiment. To explain, when the fine switching signal CF is in the high level fine measurement mode, the null point is further emphasized by dividing the amplitude signal AB by the antiphase amplitude signal ABR, and the resulting divided amplitude signal AD is: A steeper characteristic than the negative phase amplitude signal ABR is obtained. The division amplitude signal AD is peak detected by the detection circuit 25 and the target detection signal L is output.
[0035]
In the above-described embodiment, the negative-phase weighted beat signal is generated with the latter half of the data as the reverse phase, but the same effect can be obtained even when the negative-phase weighted beat signal is generated with the first half of the data as the reverse phase. can get.
Further, although the target detection method in the amplitude signal (frequency spectrum) in the coarse measurement mode is the peak detection, it is obvious that a detection method such as edge detection or threshold processing may be used.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the FMCW radar apparatus according to the present invention connects the data of either the second half or the first half of the beat signal with the data of either the first half or the second half of the beat signal in the reverse phase. In addition to the peak detection output of the frequency spectrum of the target beat signal, one of the first half / second half frequency domain data of the beat signal is provided. By using the null detection output of the frequency spectrum with a steeper characteristic obtained as a reverse phase, it is possible to perform more accurate distance measurement, so the ranging resolution is not increased without increasing the frequency modulation bandwidth There is an effect that can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of an FMCW radar apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing a beat signal, a weighted beat signal, and a frequency spectrum waveform after Fourier transform, illustrating an example of operation in the conventional FMCW radar apparatus having the configuration of FIG. 1;
FIG. 3 shows an example of operation in the FMCW radar apparatus according to the embodiment of the present invention, a waveform in which the latter half of the beat signal is reversed in phase and connected to the first half, and a frequency spectrum waveform after Fourier transformation of the signal after the reverse phase processing. It is a wave form diagram shown respectively.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the FMCW radar apparatus of the present invention.
FIG. 5 shows a frequency spectrum obtained by dividing the weighted beat signal and the frequency spectrum waveform after Fourier transformation by the frequency spectrum waveform after Fourier transformation of the signal after the reverse phase processing, showing an example of the operation in the second embodiment of the present invention. It is a wave form diagram which shows a waveform.
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a sensor unit of a general FMCW radar apparatus.
FIG. 7 is a time chart showing a change in frequency with respect to time of a transmission signal and a reception signal of the FMCW radar apparatus.
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional FMCW radar apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor part 2, 2A, 2B Signal processing part 3 Display part 11 Transmission antenna 12 Reception antenna 13 Oscillator 14 Modulator 15 Mixer 16 Amplifier 21 A / D converter 22 Weighting circuit 23, 27 Fourier transform circuit 24, 28 Amplitude calculation Circuit 25 Detection circuit 26 Reverse phase processing circuit 29 Null detection circuit 30 Division circuit

Claims (6)

送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定するFMCWレーダ装置であって、下記(イ)、(ロ)の構成要素を備えることを特徴とするFMCWレーダ装置。
(イ)前記三角波又は鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された前記反射信号を受信して対応する前記周波数のビート信号を出力するセンサ部、
(ロ)前記ビート信号の時間的な後半及び前半のいずれか一方の信号の位相を反転した後位相反転しない方の半部の信号と連結することにより前記周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号として出力する信号処理部。
FMCW that applies frequency modulation to the transmission signal with a triangular wave or sawtooth wave, mixes the reflected signal reflected by the object of the transmission signal and the transmission signal, and determines the distance from the frequency of the beat signal generated by the time difference between the two signals A radar apparatus comprising the following components (a) and (b):
(A) A sensor unit that emits a frequency-modulated transmission signal by the triangular wave or sawtooth wave, receives the reflected signal reflected by the target, and outputs a beat signal of the corresponding frequency;
(B) Detecting a null point on the frequency spectrum by linking the half-time signal of either one of the latter half or the first half of the beat signal and then linking with the signal of the other half of the beat signal. A signal processing unit that outputs a target detection signal.
送信信号に三角波又は鋸歯状波による周波数変調をかけ、送信信号の対象物で反射された反射信号と送信信号との混合を行い、両信号の時間差によって生じるビート信号の周波数から距離を決定するFMCWレーダ装置であって、下記(イ)、(ロ)の構成要素を備えることを特徴とするFMCWレーダ装置。
(イ)前記三角波又は鋸歯状波による周波数変調送信信号を放射し、ターゲットで反射された前記反射信号を受信して対応する前記周波数のビート信号を出力するセンサ部、
(ロ)前記ビート信号を処理し周波数スペクトルの振幅情報に基づく目標検出である振幅検出によりビート周波数を検出する粗測定モードと、前記ビート信号の時間的な後半及び前半のいずれか一方の信号を逆相として逆相としない方の半部の信号と連結することにより前記周波数スペクトル上でのヌル点を検出し目標検出信号として出力する精測定モードとを有する信号処理部。
FMCW that applies frequency modulation to the transmission signal with a triangular wave or sawtooth wave, mixes the reflected signal reflected by the object of the transmission signal and the transmission signal, and determines the distance from the frequency of the beat signal generated by the time difference between the two signals A radar apparatus comprising the following components (a) and (b):
(A) A sensor unit that emits a frequency-modulated transmission signal by the triangular wave or sawtooth wave, receives the reflected signal reflected by the target, and outputs a beat signal of the corresponding frequency;
(B) A coarse measurement mode for processing the beat signal and detecting a beat frequency by amplitude detection, which is target detection based on amplitude information of a frequency spectrum, and either one of the second half and the first half of the beat signal in time A signal processing unit having a fine measurement mode in which a null point on the frequency spectrum is detected and output as a target detection signal by connecting with a half-phase signal that is not reversed phase as a reversed phase .
前記振幅検出が、周波数スペクトルのピーク検出であることを特徴とする請求項2記載のFMCWレーダ装置。  3. The FMCW radar apparatus according to claim 2, wherein the amplitude detection is peak detection of a frequency spectrum. 前記信号処理部が、下記(イ)〜(チ)の構成要素を備えることを特徴とする請求項2記載のFMCWレーダ装置。
(イ)前記ビート信号をディジタル信号に変換しディジタルビート信号を出力するA/D変換器、
(ロ)前記ディジタルビート信号に窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号を出力する重み付け回路、
(ハ)前記重み付けビート信号をフーリエ変換し複素信号を出力する第1のフーリエ変換回路、
(ニ)前記複素信号の絶対値である振幅を演算し振幅信号を出力する第1の振幅演算回路、
(ホ)前記重み付けビート信号の前半部と後半部とに分割してこれら後半部と前半部のビート信号のいずれか一方の位相を反転した後位相反転しない方の半部のビート信号に連結して半部の一方が逆相となった逆相重み付けビート信号を出力する逆相処理回路、
(ヘ)前記逆相重み付けビート信号をフーリエ変換し逆相複素信号を出力する第2のフーリエ変換回路、
(ト)前記逆相複素信号の振幅を演算し逆相振幅信号を出力する第2の振幅演算回路、
(チ)前記粗測定モードと前記精測定モードとを切り替える精粗切替信号が前記粗測定モードを指示するときは前記振幅信号の前記振幅検出による検出処理を行い、前記精粗切替信号が前記精測定モードを指示するときは前記逆相振幅信号のヌル点検出処理を行い前記ヌル点を検出してそれぞれ前記目標検出信号を生成するヌル検出回路。
The FMCW radar apparatus according to claim 2, wherein the signal processing unit includes the following components (a) to (h).
(A) an A / D converter for converting the beat signal into a digital signal and outputting the digital beat signal;
(B) a weighting circuit for performing a weighting operation by a window function on the digital beat signal and outputting a weighted beat signal;
(C) a first Fourier transform circuit that Fourier-transforms the weighted beat signal and outputs a complex signal;
(D) a first amplitude calculation circuit that calculates an amplitude that is an absolute value of the complex signal and outputs an amplitude signal;
(E) The weighted beat signal is divided into the first half and the second half, and after inverting the phase of either one of the latter half or the first half, it is connected to the beat signal of the other half that does not invert the phase. An anti-phase processing circuit that outputs an anti-phase weighted beat signal in which one half is in anti-phase,
(F) a second Fourier transform circuit that Fourier transforms the antiphase weighted beat signal and outputs an antiphase complex signal;
(G) a second amplitude calculation circuit for calculating the amplitude of the negative-phase complex signal and outputting a negative-phase amplitude signal;
(H) When the coarse / coarse switching signal for switching between the coarse measurement mode and the fine measurement mode indicates the coarse measurement mode, detection processing by the amplitude detection of the amplitude signal is performed, and the fine / coarse switching signal is A null detection circuit that performs null point detection processing of the negative phase amplitude signal when detecting the measurement mode, detects the null point, and generates the target detection signal.
前記信号処理部が、下記(イ)〜(リ)の構成要素を備えることを特徴とする請求項2記載のFMCWレーダ装置。
(イ)前記ビート信号をディジタル信号に変換しディジタルビート信号を出力するA/D変換器、
(ロ)前記ディジタルビート信号に窓関数による重み付け演算を行い重み付けビート信号を出力する重み付け回路、
(ハ)前記重み付けビート信号をフーリエ変換し複素信号を出力する第1のフーリエ変換回路、
(ニ)前記複素信号の絶対値である振幅を演算し振幅信号を出力する第1の振幅演算回路、
(ホ)前記重み付けビート信号を時間的な前半部と後半部とに分割してこれら後半部と前半部のいずれか一方の位相を反転した後位相反転しない方の半部に連結して半部の一方が逆相となった逆相重み付けビート信号を出力する逆相処理回路、
(ヘ)前記逆相重み付けビート信号をフーリエ変換し逆相複素信号を出力する第2のフーリエ変換回路、
(ト)前記逆相複素信号の振幅を演算し逆相振幅信号を出力する第2の振幅演算回路、
(チ)前記粗測定モードと精測定モードとを切り替える精粗切替信号が前記粗測定モードを指示するときは前記振幅信号をそのまま出力し、前記精粗切替信号が前記精測定モードを指示するときは前記振幅信号を前記逆相振幅信号で除算し除算振幅信号を出力する除算回路、
(リ)前記振幅信号又は前記除算振幅信号の前記振幅検出を行い前記目標検出信号を出力する検出回路。
The FMCW radar apparatus according to claim 2, wherein the signal processing unit includes the following components (a) to (ii).
(A) an A / D converter for converting the beat signal into a digital signal and outputting the digital beat signal;
(B) a weighting circuit for performing a weighting operation by a window function on the digital beat signal and outputting a weighted beat signal;
(C) a first Fourier transform circuit that Fourier-transforms the weighted beat signal and outputs a complex signal;
(D) a first amplitude calculation circuit that calculates an amplitude that is an absolute value of the complex signal and outputs an amplitude signal;
(E) the weighting beat signal coupled to half of those who do not phase inversion after inverting any one of the phase of the first half and these latter half portion is divided into a temporal first half and the second half portion halves A negative phase processing circuit that outputs a negative phase weighted beat signal in which one of
(F) a second Fourier transform circuit that Fourier transforms the antiphase weighted beat signal and outputs an antiphase complex signal;
(G) a second amplitude calculation circuit for calculating the amplitude of the negative-phase complex signal and outputting a negative-phase amplitude signal;
(H) When the fine / coarse switching signal for switching between the coarse measurement mode and the fine measurement mode indicates the coarse measurement mode, the amplitude signal is output as it is, and when the fine / coarse switching signal indicates the fine measurement mode. Is a division circuit that divides the amplitude signal by the negative-phase amplitude signal and outputs a divided amplitude signal;
(Li) A detection circuit that detects the amplitude of the amplitude signal or the divided amplitude signal and outputs the target detection signal.
前記センサ部が、下記(イ)〜(ヘ)の構成要素を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のFMCWレーダ装置。
(イ)前記送信信号を送信する送信アンテナ、
(ロ)前記ターゲットからの前記反射信号を受信し受信信号を出力する受信アンテナ、
(ハ)前記三角波又は鋸歯状波の変調信号を発生する変調器、
(ニ)前記変調信号により発振周波数が制御(周波数変調)されFM変調された高周波信号を出力する高周波発振器、
(ホ)前記受信信号と前記高周波信号とをミキシングし前記ビート信号を出力する混合器、
(へ)前記ビート信号を増幅する増幅器。
The FMCW radar apparatus according to claim 1, wherein the sensor unit includes the following components (a) to (f).
(A) a transmission antenna for transmitting the transmission signal;
(B) a receiving antenna that receives the reflected signal from the target and outputs a received signal;
(C) a modulator for generating a modulation signal of the triangular wave or sawtooth wave;
(D) a high-frequency oscillator that outputs an RF-modulated high-frequency signal whose oscillation frequency is controlled (frequency-modulated) by the modulation signal;
(E) a mixer that mixes the received signal and the high-frequency signal and outputs the beat signal;
(F) An amplifier for amplifying the beat signal.
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