JP2001337160A - 連続波レーダ及び距離速度測定装置並びに周波数変調方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の測定対象が存在する場合、個々の距
離、相対速度を決定することのできる連続波レーダ、距
離速度測定装置、周波数変調方法を提供する。 【解決手段】 周波数変調を施して受信波２７と送信波
２６のビート周波数から距離、速度を求める連続波レー
ダにおいて、時間的に送信波の周波数が変化する区間２
１，２３と時間的に送信波の周波数が変化しない区間２
２からなり、時間的に送信波の周波数が変化する区間２
１，２３が、区間の開始点での送信波の周波数よりも区
間の終了点での送信波の周波数が大なる区間２１と、区
間の開始点での送信波の周波数よりも区間の終了点での
送信波の周波数が小なる区間２３とから構成される周波
数変調を送信波に施す機構を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続波レーダの送
信波に周波数変調を施して送信し、測定対象からの反射
波を受信して測定対象の距離、速度を測定する連続波レ
ーダ、距離速度測定装置、周波数変調方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、図５に示すように、後続の車両
に搭載された連続波レーダ５０の送信波に周波数変調を
施して送信し、測定対象５からの反射波を上記連続波レ
ーダ５０で受信し、この反射波と受信波のビート信号の
周波数に基づいて、測定対象５との距離Ｒ、相対速度Ｖ
を測定する距離速度測定装置が知られている。

【０００３】この場合、図６に示すように、送信波（実
線で示す。）５６に繰返し周波数ｆｍ、変調幅△Ｆの３
角波の周波数変調が施される。５７は受信波（点線で示
す。）を示す。送信波５６および受信波５７の周波数は
それぞれ時間的に変化し、各周波数が時間的に線形に増
加する上昇区間６１で得られるビート信号の周波数をｆ
ｕ、各周波数が時間的に線形に減少する下降区間６３で
得られるビート信号の周波数をｆｄとすると、これらは
次式により求まる。

【０００４】 ｆｕ＝ｆｒ−ｆｐ …（１） ｆｄ＝ｆｒ＋ｆｐ …（２） ここでｆｒは測定対象５までの距離Ｒに比例する量、ｆ
ｐは測定対象５の相対速度Ｖに比例する量で、それぞれ
次式により求まる。

【０００５】 ｆｒ＝４・Ｒ・ｆｍ・△Ｆ／ｃ …（３） ｆｐ＝２・ｆＯ・Ｖ／ｃ …（４） ここで、Ｃは光速をｆＯは送信波の中心周波数を示す。

【０００６】図７は、測定対象５が１つの場合の送信波
５６と受信波５７のビート信号のパワースペクトル例で
ある。式（１）、（２）の関係を周波数領域で表すと、
図７に示すようになる。式（１）、（２）、（３）、
（４）から、測定対象５の距離Ｒ、相対速度Ｖは、ｆ
ｕ，ｆｄを用いて次式のように表される。

【０００７】 Ｒ＝Ｃｌ・ｆｒ＝Ｃｌ・（ｆｕ＋ｆｄ）／２ …（５） Ｖ＝Ｃ２・ｆｐ＝Ｃ２・（ｆｕ−ｆｄ）／２ …（６） ただし、 Ｃｌ＝Ｃ／（４・ｆｍ・△Ｆ） …（７） Ｃ２＝Ｃ／（２・ｆＯ） …（８） 式（５）、（６）、（７）、（８）から、上昇区間６１
のビート信号の周波数ｆｕと下降区間６３のビート信号
の周波数ｆｄが分かれば測定対象５の距離Ｒ、相対速度
Ｖを求めることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この変調方式では、測
定対象５が単一の場合、その距離Ｒ、相対速度Ｖを正確
に求めることができるが、路上の車両を測定する場合な
ど、測定対象５が複数存在する場合、それぞれの測定対
象５の距離Ｒ、相対速度Ｖを決定することができないと
いう問題がある。

【０００９】例えば、図８に示すように、連続波レーダ
５０に対して２つの測定対象５ａ，５ｂが存在する場
合、図６に示した３角波の周波数変調の上昇区間６１、
下降区間６３のビート信号は、測定対象５ａ，５ｂの数
に応じて、それぞれ２つの周波数成分から構成される。

【００１０】上昇区間６１における送信波と２つの測定
対象５ａ，５ｂからの反射波の、それぞれのビート信号
の周波数をｆｕａ、ｆｕｂとし、下降区間６３における
それぞれのビート信号の周波数をｆｄａ，ｆｄｂとした
場合、測定対象５ａ，５ｂの距離Ｒａ，Ｒｂ、速度Ｖ
ａ，Ｖｂを求めるためには、その測定対象５ａ，５ｂの
上昇区間６１、下降区間６３におけるビート信号の周波
数の対を見つけ、式（５）、（６）に代入すればよい。

【００１１】しかし、測定対象５ａ，５ｂが２つの場
合、上昇区間６１、下降区間６３のビート信号周波数の
組み合わせは｛ｆｕａ，ｆｄａ｝｛ｆｕａ，ｆｄｂ｝
｛ｆｕｂ，ｆｄａ｝｛ｆｕｂ，ｆｄｂ｝の４対が存在す
る。

【００１２】測定対象５ａ，５ｂの距離Ｒａ，Ｒｂ、速
度Ｖａ，Ｖｂは｛ｆｕａ，ｆｕｂ｝｛ｆｕｂ，ｆｄｂ｝
の対から求められるが、｛ｆｕａ・ｆｄｂ｝｛ｆｕｂ，
ｆｄａ｝の対からは、実際の測定対象５ａ，５ｂの距離
Ｒａ，Ｒｂ、速度Ｖａ，Ｖｂとは異なる値が計算され
る。このように、従来の方式では、複数存在するビート
信号周波数の対の中から、１つの測定対象から得られる
ビート信号周波数の対を見つけ出すための情報がないた
め、個々の測定対象の距離、速度を決定するのが困難に
なるという問題があった。

【００１３】そこで、本発明の目的は、複数の測定対象
が存在する場合であっても、個々の距離、相対速度を決
定することのできる連続波レーダ、距離速度測定装置、
周波数変調方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
時間的に送信波の周波数が変化する区間と時間的に送信
波の周波数が変化しない区間からなる周波数変調を送信
波に施す機構を備えたことを特徴とするものである。

【００１５】請求項２記載の発明は、送信波に周波数変
調を施して受信波と送信波のビート周波数から距離、速
度を求める連続波レーダにおいて、時間的に送信波の周
波数が変化する区間と時間的に送信波の周波数が変化し
ない区間からなり、時間的に送信波の周波数が変化する
区間が、区間の開始点での送信波の周波数よりも区間の
終了点での送信波の周波数が大なる区間と、区間の開始
点での送信波の周波数よりも区間の終了点での送信波の
周波数が小なる区間とから構成される周波数変調を送信
波に施す機構を備えた、ことを特徴とする。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項２記載のも
のにおいて、各区間のビート信号に複数の周波数成分が
含まれる場合、区間の開始点での送信波の周波数よりも
区間の終了点での送信波の周波数が大なる区間で得られ
るビート周波数ｆｕと、区間の開始点での送信波の周波
数よりも区間の終了点での送信波の周波数が小なる区間
で得られるビート周波数ｆｄと、時間的に送信波の周波
数が変化しない区間で得られるビート周波数ｆｃとの間
に、｜ｆｕ−ｆｄ｜＝２ｆｃなる関係が成り立つ３つの
ビート周波数を単一の測定対象からの信号であると認
め、周波数ｆｕ，ｆｄを用いて測定対象の距離を算出
し、周波数ｆｃを用いて速度を算出する機構を備えた、
ことを特徴とする。

【００１７】請求項４記載の発明は、送信波に周波数変
調を施して受信波と送信波のビート周波数から距離、速
度を求める距離速度測定装置において、時間的に送信波
の周波数が変化する区間と時間的に送信波の周波数が変
化しない区間からなり、時間的に送信波の周波数が変化
する区間が、区間の開始点での送信波の周波数よりも区
間の終了点での送信波の周波数が大なる区間と、区間の
開始点での送信波の周波数よりも区間の終了点での送信
波の周波数が小なる区間とから構成される周波数変調を
送信波に施す機構を備えた、ことを特徴とする。

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項４記載のも
のにおいて、各区間のビート信号に複数の周波数成分が
含まれる場合、区間の開始点での送信波の周波数よりも
区間の終了点での送信波の周波数が大なる区間で得られ
るビート周波数ｆｕと、区間の開始点での送信波の周波
数よりも区間の終了点での送信波の周波数が小なる区間
で得られるビート周波数ｆｄと、時間的に送信波の周波
数が変化しない区間で得られるビート周波数ｆｃとの間
に、｜ｆｕ−ｆｄ｜＝２ｆｃなる関係が成り立つ３つの
ビート周波数を単一の測定対象からの信号であると認
め、周波数ｆｕ，ｆｄを用いて測定対象の距離を算出
し、周波数ｆｃを用いて速度を算出する機構を備えた、
ことを特徴とする。

【００１９】請求項６記載の発明は、受信波と送信波の
ビート信号から距離、速度を求める連続波レーダまたは
距離速度測定装置における前記送信波に周波数変調を施
こす周波数変調方法において、時間的に送信波の周波数
が変化する区間と時間的に送信波の周波数が変化しない
区間からなり、時間的に送信波の周波数が変化する区間
が、区間の開始点での送信波の周波数よりも区間の終了
点での送信波の周波数が大なる区間と、区間の開始点で
の送信波の周波数よりも区間の終了点での送信波の周波
数が小なる区間とから構成される周波数変調を送信波に
施す、ことを特徴とするものである。

【００２０】以上の発明によれば、上記の周波数変調を
送信波に施すことによって、距離を求めるために使用す
るビート信号と、速度を求めるために使用するビート信
号を異なる時間帯に取得することができる。

【００２１】このため、複数の測定対象が存在する場合
も、各測定対象ごとのビート信号の組を決定することが
できる。そのため、各測定対象の距離、速度を正確に求
めることが可能となるものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２３】図１は、本実施形態の前提となる連続波レ
ーダを用いた距離速度測定装置の構成例を示す。この図
において１６は連続波レーダを示し、この連続波レーダ
１６は、例えば後続の車両に搭載されている。この連続
波レーダ１６は発振器１を有している。この発振器１か
らは送信波２６が発せられ、この送信波２６は変調器２
に入射される。この変調器２では送信波２６に周波数変
調がかけられる。この周波数変調がかけられた送信波２
６はカプラ３によって分波され、一方は送信アンテナ４
から放射される。

【００２４】この送信波２６は測定対象５によって反射
され、この反射波２７は連続波レーダ１６の受信アンテ
ナ６によって受信される。

【００２５】この反射波２７と上記カプラ３によって分
波された送信波２６とがカプラ７に入射され、このカプ
ラ７で合波された受信波が、周波数混合器８に入射され
る。この周波数混合器８からの出力のうち送信波２６と
反射波２７のビート信号のみがフィルタ９を介して取得
され、信号処理部１０に送られ、そこで測定対象５の距
離相対速度が計算される。

【００２６】図２は、本実施形態における周波数変調の
プロファイルである。

【００２７】本実施形態では、変調器２による周波数変
調に特徴を有している。送信波（実線で示す。）２６お
よび受信波（点線で示す。）２７の周波数はそれぞれ時
間的に変化し、ここでは送信波２６に、各周波数が時間
的に線形に増加する上昇区間２１と、時間的に変化しな
い平行区間２２と、時間的に線形に減少する下降区間２
３とを持つ、変調幅△Ｆの周波数変調が施される。上昇
区間２１は、区間の開始点での送信波の周波数よりも区
間の終了点での送信波の周波数が大なる区間に相当し、
下降区間２３は、区間の開始点での送信波の周波数より
も区間の終了点での送信波の周波数が小なる区間に相当
する。

【００２８】つぎに、測定対象５が１つの場合（例え
ば、図５参照。）における、本実施形態による距離速度
測定の手順を説明する。

【００２９】図２の上昇区間２１における送信波と受信
波のビート信号の周波数をｆｕ，平行区間２２における
ビート信号の周波数をｆｃ、下降区間２３におけるビー
ト信号の周波数をｆｄとすると、これらは次式により求
まる。

【００３０】 ｆｕ＝ｆｒ−ｆｐ …（９） ｆｄ＝ｆｒ＋ｆｐ …（１０） ｆｃ＝ｆｐ …（１１） ここでｆｒは測定対象５までの距離Ｒに比例する量、ｆ
ｐは測定対象５の相対速度Ｖに比例する量で、それぞれ
次式により求まる。

【００３１】 ｆｒ＝４・Ｒ・ｆｍ・△Ｆ／ｃ …（１２） ｆｐ＝２・ｆＯ・Ｖ／ｃ …（１３） ここで、Ｃは光速をｆＯは送信波の中心周波数を示す。

【００３２】式（９）、（１０）、（１１）、（１
２）、（１３）から測定対象５の距離、速度は、 Ｒ＝Ｃｌ・ｆｒ＝Ｃｌ・（ｆｕ＋ｆｄ）／２ …（１４） Ｖ＝Ｃ２・ｆｐ＝Ｃ２・ｆｃ …（１５） ただし、 Ｃｌ＝Ｃ／（４・ｆｍ・△Ｆ） …（１６） Ｃ２＝Ｃ／（２・ｆＯ） …（１７） と表される。

【００３３】上記距離、速度算出式において、従来の算
出式と本実施形態のそれとを比較してみると、従来の算
出式では、式（５）と式（６）から明らかなように、距
離Ｒ、速度Ｖの算出のために、いずれの場合も、上昇区
間、下降区間のビート信号の周波数ｆｕ，ｆｄが必要に
なる。これに対して、本実施形態では、式（１４）と式
（１５）から明らかなように、距離Ｒは、上昇区間、下
降区間のビート信号ｆｕ，ｆｄに基づいて求められ、速
度Ｖは、平行区間のビート信号の周波数ｆｃに基づいて
求められる。

【００３４】従来の算出方式と本実施形態のそれとの大
きな違いは、異なる時間帯に得られるビート信号の周波
数ｆｕ，ｆｄ，ｆｃに基づいて、距離Ｒ、速度Ｖをそれ
ぞれ独立して計算できるとした点にある。

【００３５】このことを利用して本実施形態では、複数
の測定対象５が存在する場合であっても、上昇区間、平
行区間、下降区間におけるビート信号の周波数の組をそ
れぞれの測定対象５に対して作ることができ、それぞれ
の測定対象５の距離Ｒ、相対速度Ｖを決定することがで
きる。

【００３６】つぎに、測定対象５が２つの場合（例え
ば、図８参照。）における、本実施形態による距離速度
測定の手順を説明する。

【００３７】図８に示すように、２つの測定対象５ａ，
５ｂが存在する場合、測定対象５ａ，５ｂの連続波レー
ダからの距離Ｒａ、Ｒｂ、相対速度Ｖａ、Ｖｂは、以下
の手順で求められる。

【００３８】まず、最初に図２に示す平行区間２２のビ
ート信号の周波数成分を調べる。２つの測定対象５ａ，
５ｂが存在する場合、平行区間２２のビート信号は２つ
の周波数成分ｆｃａ，ｆｃｂ（ｆｃａ＜ｆｃｂ）から成
る。２つの測定対象５ａ，５ｂのうち、速度の遅い方の
測定対象を５ａ、速度の速い方の測定対象を５ｂとする
と、それぞれの速度Ｖａ，Ｖｂは、（１５）式にｆｃ
ａ，ｆｃｂを代入して、次式により求められる。

【００３９】Ｖａ＝Ｃ２・ｆｃａ …（１８） Ｖｂ＝Ｃ２・ｆｃｂ …（１９） つぎに、２つの測定対象５ａ，５ｂの距離Ｒａ，Ｒｂを
上昇区間２１、下降区間２３のビート信号の周波数から
求める。

【００４０】図３は、測定対象５ａ，５ｂが２つの場合
の送信波２６と受信波２７のビート信号のパワースペク
トル例である。

【００４１】上昇区間２１、下降区間２３におけるビー
ト信号は、それぞれ２つの周波数成分ｆｕａ，ｆｕｂ，
ｆｄａ，ｆｄｂから成る。これらの周波数の関係を周波
数領域で表すと、図３に示すようになり、式（９）（１
０）（１１）より各周波数成分ｆｕａ，ｆｕｂ，ｆｄ
ａ，ｆｄｂ，ｆｃａ，ｆｃｂの間には、 ｆｄａ−ｆｕａ＝２・ｆｃａ …（２０） ｆｄｂ−ｆｕｂ＝２・ｆｃｂ …（２１） の関係が成り立つ。

【００４２】本実施形態では、各区間のビート信号に一
定のしきい値パワーを超える複数の周波数成分が含まれ
る場合、上昇区間２１で得られるビート周波数ｆｕと、
下降区間２３で得られるビート周波数ｆｄと、平行区間
２２で得られるビート周波数ｆｃとの間に、｜ｆｕ−ｆ
ｄ｜＝２ｆｃなる関係が成り立つ３つのビート周波数が
単一の測定対象からの信号であると認められる。

【００４３】よって式（２０）を満たす上昇区間２１、
下降区間２３におけるビート信号の周波数の対を、測定
対象５ａに関するビート信号の周波数成分ｆｕａ，ｆｄ
ａとし、式（２１）を満たす上昇区間２１、下降区間２
３におけるビート信号の周波数の対を、測定対象５ｂに
関するビート信号の周波数成分ｆｕｂ，ｆｄｂと決定す
ることができる。式（１４）から測定対象５ａ，５ｂの
距離Ｒａ，Ｒｂは、以下のように求められる。

【００４４】 Ｒａ＝Ｃ１・（ｆｕａ＋ｆｄａ）／２ …（２２） Ｒｂ＝Ｃ１・（ｆｕｂ＋ｆｄｂ）／２ …（２３） 以上のようにして測定対象５ａ，５ｂが２つの場合に、
それぞれの距離、速度を決定することができる。なお、
測定対象５が２つ以上の場合でも、同様な手順によって
それぞれの距離、速度を求めることができる。

【００４５】図４は、別の実施形態を示している。

【００４６】上記実施形態では、上昇区間２１、下降区
間２３において周波数が時間的に線形に変化するとした
が、周波数変化が可逆であり、その変化の様子がある関
数によって一意に定められる非線形な周波数変化を、上
昇区間２１、下降区間２３にもつ周波数変調を施しても
よい。

【００４７】図４は、周波数変化部分が線形でない周波
数変調のプロファイル例である。この場合、上昇区間２
１、下降区間２３の周波数変化が非線形である。上昇区
間２１、下降区間２３のビート信号の周波数スペクトル
は非線形性の度合いに応じて広がりを持つため、測定精
度は悪くなるが、これによっても測定対象５の距離、速
度を測定することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、送信波の周波数が時間
的に変化する区間と送信波の周波数が時間的に変化しな
い区間を有する周波数変調を送信波に施すことによっ
て、距離を求めるために使用するビート信号と、速度を
求めるために使用するビート信号を異なる時間帯に取得
することができる。

【００４９】このため、複数の測定対象が存在する場合
も、各測定対象ごとのビート信号の組を決定することが
できる。そのため、各測定対象の距離、速度を正確に求
めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による連続波レーダの一実施形態を示す
構成図である。

【図２】本実施形態における周波数変調のプロファイル
を示す図である。

【図３】測定対象が２つの場合の送信波と受信波のビー
ト信号のパワースペクトル例を示す図である。

【図４】別の実施形態を示す図である。

【図５】測定対象が１つの場合の距離速度測定配置例を
示す図である。

【図６】従来の周波数変調のプロファイルを示す図であ
る。

【図７】測定対象が１つの場合の送信波と受信波のビー
ト信号のパワースペクトル例を示す図である

【図８】測定対象が２つの場合の距離速度測定配置例を
示す図である。

【符号の説明】

２ 変調器 ５，５ａ，５ｂ 測定対象 ９ フィルタ １０ 信号処理部 １６ 連続波レーダ ２１ 上昇区間 ２２ 平行区間 ２３ 下降区間 ２６ 送信波 ２７ 受信波

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間的に送信波の周波数が変化する区間
   と時間的に送信波の周波数が変化しない区間からなる周
   波数変調を送信波に施す機構を備えたことを特徴とする
   連続波レーダ。
2. 【請求項２】 送信波に周波数変調を施して受信波と送
   信波のビート周波数から距離、速度を求める連続波レー
   ダにおいて、 時間的に送信波の周波数が変化する区間と時間的に送信
   波の周波数が変化しない区間からなり、時間的に送信波
   の周波数が変化する区間が、区間の開始点での送信波の
   周波数よりも区間の終了点での送信波の周波数が大なる
   区間と、区間の開始点での送信波の周波数よりも区間の
   終了点での送信波の周波数が小なる区間とから構成され
   る周波数変調を送信波に施す機構を備えた、 ことを特徴とする連続波レーダ。
3. 【請求項３】 各区間のビート信号に複数の周波数成分
   が含まれる場合、区間の開始点での送信波の周波数より
   も区間の終了点での送信波の周波数が大なる区間で得ら
   れるビート周波数ｆｕと、区間の開始点での送信波の周
   波数よりも区間の終了点での送信波の周波数が小なる区
   間で得られるビート周波数ｆｄと、時間的に送信波の周
   波数が変化しない区間で得られるビート周波数ｆｃとの
   間に、｜ｆｕ−ｆｄ｜＝２ｆｃなる関係が成り立つ３つ
   のビート周波数を単一の測定対象からの信号であると認
   め、周波数ｆｕ，ｆｄを用いて測定対象の距離を算出
   し、周波数ｆｃを用いて速度を算出する機構を備えた、 ことを特徴とする請求項２記載の連続波レーダ。
4. 【請求項４】 送信波に周波数変調を施して受信波と送
   信波のビート周波数から距離、速度を求める距離速度測
   定装置において、 時間的に送信波の周波数が変化する区間と時間的に送信
   波の周波数が変化しない区間からなり、時間的に送信波
   の周波数が変化する区間が、区間の開始点での送信波の
   周波数よりも区間の終了点での送信波の周波数が大なる
   区間と、区間の開始点での送信波の周波数よりも区間の
   終了点での送信波の周波数が小なる区間とから構成され
   る周波数変調を送信波に施す機構を備えた、 ことを特徴とする距離速度測定装置。
5. 【請求項５】 各区間のビート信号に複数の周波数成分
   が含まれる場合、区間の開始点での送信波の周波数より
   も区間の終了点での送信波の周波数が大なる区間で得ら
   れるビート周波数ｆｕと、区間の開始点での送信波の周
   波数よりも区間の終了点での送信波の周波数が小なる区
   間で得られるビート周波数ｆｄと、時間的に送信波の周
   波数が変化しない区間で得られるビート周波数ｆｃとの
   間に、｜ｆｕ−ｆｄ｜＝２ｆｃなる関係が成り立つ３つ
   のビート周波数を単一の測定対象からの信号であると認
   め、周波数ｆｕ，ｆｄを用いて測定対象の距離を算出
   し、周波数ｆｃを用いて速度を算出する機構を備えた、 ことを特徴とする請求項４記載の距離速度測定装置。
6. 【請求項６】 受信波と送信波のビート信号から距離、
   速度を求める連続波レーダまたは距離速度測定装置にお
   ける前記送信波に周波数変調を施こす周波数変調方法に
   おいて、 時間的に送信波の周波数が変化する区間と時間的に送信
   波の周波数が変化しない区間からなり、時間的に送信波
   の周波数が変化する区間が、区間の開始点での送信波の
   周波数よりも区間の終了点での送信波の周波数が大なる
   区間と、区間の開始点での送信波の周波数よりも区間の
   終了点での送信波の周波数が小なる区間とから構成され
   る周波数変調を送信波に施す、 ことを特徴とする周波数変調方法。