DE112018001287T5 - Radarschaltung, radarsystem und radarprogramm - Google Patents

Abstract

Es ist eine Radartechnologie zur Messung des Abstands oder der Relativgeschwindigkeit unter Verwendung eines Frequenzmodulationsverfahrens vorgesehen, wodurch die Abstandsauflösung erhöht werden kann, während eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert wird. Die Radarschaltung weist Folgendes auf: eine Signalerzeugungseinheit, die ein Sendesignal für eine Sendewelle erzeugt, eine Modulationssteuereinheit, welche die Frequenzmodulation des Sendesignals steuert, eine empfangsseitige Schaltungseinheit, die ein Erfassungssignal auf der Grundlage einer Differenzfrequenz zwischen einem Empfangssignal einer Empfangswelle und dem Sendesignal erfasst, und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Analyseverarbeitung auf der Grundlage des Erfassungssignals ausführt und den Abstand und die Relativgeschwindigkeit berechnet. Die Frequenzmodulations-Wellenform des Sendesignals weist eine Anzahl (n) von Teilwellenformen auf, bei denen die Steigung der Modulationsfrequenz positiv oder negativ ist. Wenn für benachbarte Teilwellenformen die Steigung beispielsweise positiv ist, ist die Anfangsfrequenz einer folgenden Teilwellenform höher als die Endfrequenz einer vorhergehenden Teilwellenform (beispielsweise Fs2 > Fe1).

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radar(Radio Detecting and Ranging)-Technologie und eine wirksame Technologie zur Verbesserung der Abstandsauflösung eines Millimeterwellenradars.
• Technischer Hintergrund
• Ein Beispiel einer Radartechnologie zur Messung des Abstands von einem Zielobjekt (das als Ziel bezeichnet werden kann) umfasst ein an einem Fahrzeug angebrachtes Radarsystem oder dergleichen. Eine Radarschaltung eines Radarsystems sendet eine Sendewelle auf der Grundlage eines Sendesignals beispielsweise unter Verwendung einer Frequenzmodulation (FM) aus und empfängt ein Empfangssignal unter Verwendung einer von einem Ziel reflektierten Welle als Empfangswelle. Die Radarschaltung berechnet den Abstand vom Ziel unter Verwendung der Differenzfrequenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal.
• Ein Beispiel eines allgemeinen Radarmodulationsverfahrens ist ein Frequenzmodulierte-kontinuierliche-Welle-Radar(FMCW)-Verfahren. Beim FMCW-Verfahren wird die Wellenform einer vorgegebenen Frequenzmodulation auf der Zeitachse kontinuierlich wiederholt.
• Beispiele des Stands der Technik in Bezug auf ein Radar, wobei eine Frequenzmodulation verwendet wird, umfassen WO2016/184850 (PTL 1) und US-Patent 9 134 415 (PTL 2). PTL 1 offenbart ein an einem Fahrzeug angebrachtes Radarsystem, bei dem mehrere FMCW-Modulationen kombiniert sind. PTL 2 offenbart ein bildgebendes Synthetic-Aperture-Radar (SAR), das durch Kombinieren mehrerer FMCW-Modulationen (lineare Frequenzmodulation: LFM) ein breites Band überstreicht.
• Literatur zum Stand der Technik
• Patentliteratur
• PTL 1: WO2016/184850
• PTL 2: US-Patent 9 134 415 ( US9 134 415 B2 )
• Kurzfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Bei einem Radargerät zur Messung des Abstands oder der Relativgeschwindigkeit unter Verwendung eines Frequenzmodulationsverfahrens als Beispiel des Stands der Technik treten Probleme in Bezug auf die Abstandsauflösung und das Signal-Rausch-Verhältnis (SN-Verhältnis) auf, insbesondere wenn der Abstand oder die Relativgeschwindigkeit eines Ziels, das sich in einer verhältnismäßig geringen Entfernung befindet, gemessen wird. Beim allgemeinen FMCW-Verfahren (einem ersten Verfahren des Vergleichsbeispiels) aus dem Stand der Technik reicht es nicht aus, die Abstandsauflösung zu erhöhen, weil das Frequenzband schmal ist.
• Bei einem das FMCW-Verfahren verwendenden Radargerät wird zur Erhöhung der Abstandsauflösung ein Verfahren (zweites Verfahren des Vergleichsbeispiels) zur Erzeugung eines Sendesignals in einem breiten Frequenzband durch Kombinieren und Verbinden mehrerer Modulationsfrequenz-Wellenformen verwendet. Beim vorstehenden Verfahren tritt jedoch, wenn ein Empfangssignal auf der Grundlage eines Sendesignals verarbeitet wird, das Problem auf, dass das Rauschen zunimmt und dass das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert wird und sich die Erfassungsempfindlichkeit und - genauigkeit des Abstands oder der Relativgeschwindigkeit verringern. Das heißt, dass das Signal-Rausch-Verhältnis abnimmt, wenn die Abstandsauflösung erhöht wird. Mit anderen Worten lässt sich die Abstandsauflösung nur schwer erhöhen, ohne das Signal-Rausch-Verhältnis zu verringern.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Radartechnologie zur Messung des Abstands oder der Relativgeschwindigkeit unter Verwendung eines Frequenzmodulationsverfahrens bereitzustellen, wodurch die Abstandsauflösung erhöht werden kann, während die Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert wird.
• Lösung des Problems
• Eine repräsentative Ausführungsform der Erfindung sieht eine Radarschaltung oder dergleichen vor, welche die folgende Konfiguration aufweist.
• Eine Radarschaltung gemäß einer Ausführungsform erfasst den Abstand von einem Ziel und seine Relativgeschwindigkeit unter Verwendung eines Frequenzmodulationsverfahrens. Die Radarschaltung weist Folgendes auf: eine Signalerzeugungseinheit, die ein Sendesignal für eine Sendewelle erzeugt, eine Modulationssteuereinheit, welche die Frequenzmodulation des Sendesignals steuert, eine empfangsseitige Schaltungseinheit, die ein Erfassungssignal auf der Grundlage einer Differenzfrequenz zwischen einem Empfangssignal einer Empfangswelle in Bezug auf die Sendewelle und dem Sendesignal erfasst, und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Analyseverarbeitung auf der Grundlage des Erfassungssignals ausführt und den Abstand und die Relativgeschwindigkeit berechnet. Die Frequenzmodulations-Wellenform des Sendesignals weist eine Anzahl (n) von Teilwellenformen auf, bei denen die Steigung der Modulationsfrequenz positiv oder negativ ist. Für benachbarte Teilwellenformen von der Anzahl (n) von Teilwellenformen ist die Anfangsfrequenz einer folgenden Teilwellenform größer als die Endfrequenz einer vorhergehenden Teilwellenform, wenn die Steigung positiv ist, und die Anfangsfrequenz der folgenden Teilwellenform ist kleiner als die Endfrequenz der vorhergehenden Teilwellenform, wenn die Steigung negativ ist.
• Vorteilhafte Wirkung
• Gemäß der repräsentativen Ausführungsform der Erfindung ist eine Radartechnologie zur Messung des Abstands oder der Relativgeschwindigkeit unter Verwendung eines Frequenzmodulationsverfahrens vorgesehen, wodurch die Abstandsauflösung erhöht werden kann, während die Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert wird.
• Figurenliste
• Es zeigen:
• 1 die Konfiguration eines an einem Fahrzeug angebrachten Systems mit einer Radarschaltung und einem Radarsystem sowie des Abstands von einem Ziel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
• 2 ein Diagramm, das hauptsächlich eine Konfiguration einer HF-Schaltungseinheit in der Radarschaltung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt,
• 3 eine Frequenzmodulations-Wellenform, eine Empfangssignal-Kennlinie und eine Empfangssignal-Kennlinie eines ersten Modifikationsbeispiels gemäß der ersten Ausführungsform,
• 4 Konfigurationsbeispiele kontinuierlicher Wellen mit Wellenformen mehrerer Zyklen gemäß der ersten Ausführungsform,
• 5 ein Signal einer Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform,
• 6 Wirkungen und dergleichen verglichen mit Vergleichsbeispielen gemäß der ersten Ausführungsform,
• 7 Entwurfsbeispiele einer Wellenform gemäß der ersten Ausführungsform und den Vergleichsbeispielen,
• 8 Wellenformentwürfe gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform,
• 9 Wellenformentwürfe gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform,
• 10 einen Wellenformentwurf gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform,
• 11 eine Konfiguration einer Radarschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
• 12 eine Konfiguration einer Radarschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
• 13 einen Entwurf einer Frequenzmodulations-Wellenform in jedem Modus gemäß der dritten Ausführungsform,
• 14 eine Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform,
• 15 Beispiele einer Modusschaltsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform,
• 16 eine Konfiguration einer Radarschaltung gemäß einem Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform,
• 17 Wellenformen einer kontinuierlichen Welle und eines Differenzsignals eine Radarschaltung gemäß dem Vergleichsbeispiel und
• 18 Wellenformen eines ersten und eines zweiten Verfahrens der Radarschaltung gemäß dem Vergleichsbeispiel.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In allen der Veranschaulichung der Ausführungsformen dienenden Zeichnungen sind die gleichen Komponenten grundsätzlich mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und es wird auf wiederholte Beschreibungen von ihnen verzichtet.
• [Problem]
• Technologische Voraussetzungen, Probleme und dergleichen der Radarschaltung und dergleichen gemäß den Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Radartechnologie eines Vergleichsbeispiels ergänzend beschrieben.
• 16 zeigt eine Konfiguration einer Radarschaltung 90 gemäß einem Vergleichsbeispiel. Ein Radarsystem, das die Radarschaltung 90 aufweist, misst und erkennt den Abstand von einem Ziel und die Relativgeschwindigkeit des Ziels unter Verwendung eines FMCW-Modulationsverfahrens. Das Radarsystem weist die Radarschaltung 90, eine Sendeantenne 41 und eine Empfangsantenne 42 auf. Die Radarschaltung 90 weist eine Signalverarbeitungseinheit 91, eine Modulationssteuereinheit 92, eine Signalerzeugungseinheit 20 mit einer PLL-Schaltung 21, einen Verstärker 31, einen rauscharmen Verstärker 32, einen Abwärtswandler 33, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 34 und dergleichen auf.
• Die Signalverarbeitungseinheit 91 besteht aus einer CPU oder dergleichen und steuert die Messung und Erfassung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit unter Verwendung einer Frequenzmodulation nach dem FMCW-Modulationsverfahren. Die Signalverarbeitungseinheit 91 stellt der Modulationssteuereinheit 92 ein Frequenzmodulations-Steuersignal C1 bereit. Die Modulationssteuereinheit 92 stellt der Signalerzeugungseinheit 20 entsprechend dem Steuersignal C1 ein Modulationssteuersignal SM bereit, das die Frequenzmodulation steuert. Die Signalerzeugungseinheit 20 erzeugt ein Sendesignal ST mit einer vorgegebenen Frequenz entsprechend dem Modulationssteuersignal SM unter Verwendung der PLL-Schaltung 21 und gibt dieses aus. Das Sendesignal ST wird in den Verstärker 31 und den Abwärtswandler 33 eingegeben. Der Verstärker 31 gibt ein durch Verstärken des Sendesignals ST erhaltenes Signal (Sendewellen-Ausgangssignal) TXOUT an die Sendeantenne 41 aus. Die Sendeantenne 41 strahlt das Signal TXOUT als Sendewelle in Form einer Funkwelle aus.
• Ein Teil der Sendewelle kehrt als reflektierte Welle, wobei es sich um die das Ziel treffende reflektierte Funkwelle handelt, zurück. Die Empfangsantenne 42 empfängt die reflektierte Welle als Empfangswelle und gibt die Welle als Signal (Empfangswellen-Eingangssignal) RXIN aus. Der rauscharme Verstärker 32 verstärkt das Signal RXIN und gibt es als Empfangssignal SR aus. Der Abwärtswandler 33 empfängt das Empfangssignal SR und das Sendesignal ST und erfasst ein Differenzsignal SD, das die Differenzfrequenz zwischen dem Empfangssignal SR und dem Sendesignal ST repräsentiert, durch Multiplizieren des Empfangssignals SR und des Sendesignals ST. Der ADC 34 wandelt das Differenzsignal SD, wobei es sich um ein Analogsignal handelt, in ein Digitalsignal um und gibt das Digitalsignal als Erkennungssignal SF aus. Die Signalverarbeitungseinheit 91 empfängt das Erfassungssignal SF und berechnet und erfasst den Abstand vom Ziel und die Relativgeschwindigkeit des Ziels auf der Grundlage des durch Ausführen einer Analyseverarbeitung in der Art einer schnellen Fouriertransformation (FFT) erhaltenen Ergebnisses (Frequenzspektrums). Die Signalverarbeitungseinheit 91 gibt Erfassungsinformationen in der Art des erfassten Abstands, der erfassten Relativgeschwindigkeit und dergleichen aus.
• Wie vorstehend beschrieben, wird, wenn der Abstand und die Relativgeschwindigkeit des Ziels in der Radarschaltung 90 gemäß dem Vergleichsbeispiel erfasst werden, ein Modulationsverfahren verwendet, bei dem eine Frequenzmodulation des Ausgangssignals der PLL-Schaltung 21 der Signalerzeugungseinheit 20 ausgeführt wird. Im Stand der Technik umfassen wesentliche Modulationsverfahren eine CW-Modulation, eine FMCW-Modulation, eine Schrittmodulation, eine 2FCW-Modulation und dergleichen. Beim Vergleichsbeispiel und bei der ersten Ausführungsform wird das am weitesten verbreitete FMCW-Modulationsverfahren verwendet.
• 17 zeigt Entwürfe des Sendesignals, bei dem die FMCW-Modulation in der Radarschaltung 90 gemäß dem Vergleichsbeispiel verwendet wird. 17(A) zeigt eine Frequenz-Zeit-Kennlinie einer Wellenform der FMCW-Modulation (Modulationsfrequenz-Wellenform). Die durchgezogene Linie gibt die Kennlinie eines dem Sendesignal ST entsprechenden Sendesignals 910 an, und die unterbrochene Linie gibt die Kennlinie eines dem Empfangssignal SR entsprechenden Empfangssignals 920 an. Das Sendesignal 910 wird der FMCW-Modulation durch die Signalerzeugungseinheit 20 unterzogen. Die Kennlinie (A) gibt einen zeitlichen Übergang der Frequenz (F) im Signal an. Beim Sendesignal 910 wird eine Frequenzmodulation in einer Modulationsperiode TM ausgeführt, so dass die Frequenz proportional zur Zeit linear ansteigt. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, ist auch eine Frequenzmodulation möglich, bei der die Frequenz proportional zur Zeit abnimmt.
• Die Radarschaltung 90 sendet die Sendewelle auf der Grundlage des frequenzmodulierten Sendesignals 910 und empfängt die reflektierte Welle vom Ziel als Empfangssignal 920. Das Empfangssignal 920 ist wegen seiner Laufzeit um eine Verzögerungszeit TD in Bezug auf das Sendesignal 910 verzögert. Die Verzögerungszeit TD ist die Zeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Sendewelle gesendet wird, und dem Zeitpunkt des Empfangs der vom Ziel reflektierten und zurückgeworfenen Em pfangswelle.
• Beim FMCW-Modulationsverfahren wird die Frequenzmodulations-Wellenform, wie vorstehend beschrieben, in der gleichen Weise als kontinuierliche Welle auf der Zeitachse wiederholt. Beim Beispiel (A) wird nach einer ersten Modulationsperiode TM und nach einer vorgegebenen Pausenzeit TR ähnlich in der nächsten Modulationsperiode TM ein frequenzmoduliertes Signal ausgegeben. Die Frequenzmodulations-Wellenform in jeder von mehreren Modulationsperioden TM hat das gleiche vorgegebene Frequenzband W0.
• 17(B) zeigt ein Differenzsignal mit einer Differenzfrequenz (FD) zwischen dem Empfangssignal 920 und dem Sendesignal 910 in 17(A). Der Abwärtswandler 33 gibt durch die Multiplikation des Empfangssignals 920 und des Sendesignals 910 das Differenzsignal SD aus, das die Differenzfrequenz FD zwischen der Frequenz des Empfangssignals 920 und der Frequenz des Sendesignals 910 repräsentiert. Die Differenzfrequenz FD ist proportional zur Verzögerungszeit TD. Daher kann die Signalverarbeitungseinheit 91 den Abstand vom Ziel durch Kennen der Differenzfrequenz FD auf der Grundlage des Differenzsignals SD berechnen. Die Signalverarbeitungseinheit 91 führt die Analyseverarbeitung in der Art einer FFT vom Erfassungssignal SF auf der Grundlage des Differenzsignals SD aus und erkennt die Spitzenfrequenz anhand des FFT-Spektrums des Ergebnisses. Der Abstand kann anhand der Spitzenfrequenz der FFT berechnet werden. Demgemäß werden die Abstandsinformationen für jedes Signal in jeder Modulationsperiode TM extrahiert.
• Andererseits kann die Relativgeschwindigkeit des Ziels durch Erkennen einer bekannten Dopplerverschiebung (Dopplereffekt) berechnet werden. Es gibt mehrere Berechnungsverfahren. Hier wird ein Berechnungsverfahren beschrieben, bei dem eine sekundäre FFT verwendet wird. Wenn eine Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Ziel gegeben ist, d. h. wenn sich die Geschwindigkeit des Ziels von der Geschwindigkeit der Radarschaltung 90 unterscheidet und die Relativgeschwindigkeit berechnet wird, wird die mehrere Male auf der Zeitachse wiederholte kontinuierliche Welle wie beim Sendesignal 910 von (A) verwendet. Die jeweiligen Zeiten sind als (1), (2), ..., (N) dargestellt. Zuerst kann jeder Abstand anhand jedes Frequenzmodulationssignals berechnet werden, wie vorstehend beschrieben. Wenn eine Relativgeschwindigkeit existiert, ändert sich der jeweilige Abstand allmählich auf der Zeitachse. Dadurch ändert sich die Phase der komplexen Zahl, welche der Wert der Spitzenfrequenz der erhaltenen FFT ist. Die Signalverarbeitungseinheit 91 kann die Relativgeschwindigkeit durch Erfassen der Phasenänderung berechnen. Im vorliegenden Beispiel ist ein Fall dargestellt, in dem sich die Relativgeschwindigkeit nicht ändert.
• Der maximale Erfassungsabstand des Ziels, der durch das vorstehend beschriebene FMCW-Modulationsverfahren berechnet werden kann, ist D_MAX, die Abstandsauflösung ist RES_D, die maximale Relativgeschwindigkeit ist V_MAX, und die Relativgeschwindigkeitsauflösung ist RES_V. D_MAX, RES_D, V_MAX und RES_V werden durch die folgenden Formeln (1) bis (4) repräsentiert.
  [Formel 1] $$\text{D\_MAX}=\raisebox{1ex}{$fs\cdot c\cdot T_{mod}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$4\cdot \mathrm{\Delta }f$}\right.$$

  

  [Formel 2] $$\text{RED\_D}=\raisebox{1ex}{$c$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2\cdot \mathrm{\Delta }f$}\right.$$

  

  [Formel 3] $$\text{V\_MAX}=\raisebox{1ex}{$c$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$4\cdot f_c\cdot \left(T_{mod}+T_{rest}\right)$}\right.$$

  

  [Formel 4] $$\text{RES\_V}=\raisebox{1ex}{$c$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$4\cdot f_c\cdot \left(T_{mod}+T_{rest}\right)\cdot N_{chirp}$}\right.$$

  
• Hier ist fs die Abtastfrequenz [Hz] der FFT. fc ist die Mittenfrequenz [Hz] eines von der Signalerzeugungseinheit 20 ausgegebenen Signals (des Sendesignals ST). Δf ist die Modulationsbandbreite [Hz]. c ist die Lichtgeschwindigkeit [m/s]. Tmod ist die Modulationszeit [s]. Trest ist die Modulationswartezeit (Pausenzeit) [s]. Nchirp ist die Anzahl der Chirps [Male]. Es sei bemerkt, dass ein Chirp angibt, dass die Frequenz wie bei der in 17(A) dargestellten Wellenform des Sendesignals 910 im Laufe der Zeit zunimmt.
• 18 zeigt ein erstes und ein zweites Verfahren zum Wellenformentwurf bei der Radarschaltung 90 gemäß dem Vergleichsbeispiel. 18(A) zeigt ein Entwurfsbeispiel, wobei das verhältnismäßig schmale Frequenzband W0 beim ersten Verfahren des Vergleichsbeispiels verwendet wird. Dieses gleicht jenem in 17(A), und die gleichen wiederholten Frequenzmodulations-Wellenformen sind in einer Anzahl (n) Modulationszeiten Tm {Tm1, Tm2, ..., Tmn} entsprechend der Modulationsperiode TM enthalten. Geradlinige Abschnitte 901, 902, ..., 90n als Wellenformen sind in jeder Modulationszeit Tm enthalten. Die jeweiligen Pausenzeiten Tr {Tr1, Tr2, ..., Trn} sind zwischen den Modulationszeiten Tm vorhanden. Die Wellenform jeder Modulationszeit Tm und das Frequenzband W0 sind gleich.
• Beispielsweise nimmt die Frequenz des geradlinigen Abschnitts 901 der ersten Modulationszeit Tm1 mit einer vorgegebenen Steigung zeitlich von der Anfangsfrequenz Fs1 zur Endfrequenz Fe1 zu. Ähnlich nimmt die Frequenz des geradlinigen Abschnitts 902 der nächsten Modulationszeit Tm2 mit der gleichen Steigung von einer Anfangsfrequenz Fs2 zu einer Endfrequenz Fe2 zu. Die Anfangsfrequenz Fs2 und die Endfrequenz Fe2 des geradlinigen Abschnitts 902 gleichen der Anfangsfrequenz Fs1 und der Endfrequenz Fe1 des geradlinigen Abschnitts 901.
• Durch mehrmaliges Wiederholen des Sendens und des Empfangs auf der Zeitachse als kontinuierliche Welle können die Abstandserfassung und die Erfassung der Relativgeschwindigkeit mehrfach ausgeführt werden und kann das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht werden.
• Wie vorstehend beschrieben wurde, können der Abstand und die Relativgeschwindigkeit durch die Radarschaltung 90 berechnet und erfasst werden. Ein solches Radarsystem wird beispielsweise zur Kollisionsverhinderung und zur Unterstützung des Fahrens auf dem Automobilgebiet verwendet. Vor diesem Hintergrund wurde in den letzten Jahren zunehmend die Notwendigkeit erkannt, dass ein Radargerät den Abstand zu einem Objekt, das sich in einer verhältnismäßig geringen Entfernung befindet, mit einer hohen Abstandsauflösung von beispielsweise 10 cm oder weniger erfasst. Als Beispiel sei eine Funktion zur Ausführung einer Parksteuerung durch Erkennen des Abstands von einem Objekt in der Art eines anderen Fahrzeugs, das sich auf einem Parkplatz in der Nähe des Host-Fahrzeugs befindet, erwähnt. Um die Erfassung eines geringen Abstands verglichen mit dem Stand der Technik zu ermöglichen, muss die Abstandsauflösung verglichen mit dem Stand der Technik vergrößert werden. Beispielsweise ist beim Verfahren aus dem Stand der Technik die Abstandsauflösungseinheit 10 cm oder größer, während eine Abstandsauflösungseinheit von weniger als 10 cm oder weniger als 5 cm erwünscht ist.
• Wie in der vorstehenden Formel (2) dargestellt ist, kann die Abstandsauflösung im Wesentlichen durch Erhöhen der Modulationsbandbreite (Δf) erhöht werden. In der Zukunft ist beispielsweise bei einem Radarsystem, das 77 bis 81 GHz als Frequenz verwendet, eine Modulationsbandbreite von 4 GHz akzeptabel. Wenn eine solche Frequenzmodulation bei 4 GHz ausgeführt wird, kann eine Einheit von 4 cm oder weniger bei einer einfachen Berechnung als Abstandsauflösung erreicht werden. Zur Ausführung der Frequenzmodulation in einem Breitband von 4 GHz muss der Frequenzmodulationsbereich der Signalerzeugungseinheit 20, welche die PLL-Schaltung 21 aufweist, jedoch auf 4 GHz oder mehr vergrößert werden. Wenn der Frequenzmodulationsbereich auf diese Weise vergrößert wird, besteht das Risiko nachteiliger Wirkungen in der Art einer Verschlechterung des Phasenrauschens und einer Instabilität eines verriegelten Zustands der PLL.
• Ein Beispiel des Stands der Technik zur Verwirklichung eines breiten Frequenzmodulationsbereichs in Bezug auf das Frequenzband W0 weist eine in PTL 2 offenbarte Chirp-Stitching-Technologie auf. Bei der vorstehenden Technologie wird ein für den Entwurf benötigtes Modulationsband in mehrere Modulationsbänder unterteilt. Bei der Technologie wird ein Signal jeder Frequenzmodulation in jedem Modulationsband bereitgestellt, und diese Signale werden kombiniert und als Sendesignal verwendet. Bei der Technologie werden beim Empfangssignal mehrere erhaltene Signale, die den jeweiligen Signalen der Frequenzmodulation entsprechen, verbunden, um ein Signal für ein benötigtes Modulationsband zu erzeugen. Dann wird der Abstand oder dergleichen unter Verwendung des Signals berechnet.
• 18(B) zeigt ein Entwurfsbeispiel des Sendesignals 910 beim zweiten Verfahren des Vergleichsbeispiels entsprechend dem Beispiel aus dem Stand der Technik. Hierdurch wird ein verhältnismäßig breites Frequenzband W0 verwirklicht. Die Wellenform (Modulationsfrequenz-Wellenform) von (B) zeigt einen der Modulationsperiode TM entsprechenden Abschnitt. Die Wellenform weist einen geradlinigen Abschnitt (eine Teilwellenform) auf, wobei es sich um einen Wellenformabschnitt einer Anzahl (n) von Frequenzmodulationen auf der Zeitachse handelt. Ähnlich (A) werden die Pausenzeit Tr und die Modulationszeit Tm auf der Zeitachse wiederholt. Die geradlinigen Abschnitte 901, 902, ..., 90n sind bei jeder Modulationszeit Tm als geradliniger Abschnitt enthalten. Eine Anzahl (n) geradliniger Abschnitte weist unterschiedliche Frequenzbänder auf. Beispielsweise nimmt die Frequenz des geradlinigen Abschnitts 901 der ersten Modulationszeit Tm1 von der Anfangsfrequenz Fs1 zur Endfrequenz Fe1 mit einer vorgegebenen Steigung linear zu. Der geradlinige Abschnitt 902 der nächsten (zweiten) Modulationszeit Tm2 nimmt mit der gleichen Steigung von der Anfangsfrequenz Fs2 zur Endfrequenz Fe2 zu. Die Anfangsfrequenz Fs2 des zweiten geradlinigen Abschnitts 902 gleicht der Endfrequenz Fe1 des ersten geradlinigen Abschnitts 901. Anders als der Frequenzbereich des ersten geradlinigen Abschnitts 901 hat der Frequenzbereich des zweiten geradlinigen Abschnitts 902 ein höheres Band. In der Gesamtwellenform der Modulationsperiode TM wird das Frequenzband W0 durch eine Kombination von mehreren (n) geradlinigen Abschnitten in einem breiteren Band erreicht als beim ersten Verfahren von (A).
• Durch Verwendung eines solchen zweiten Verfahrens kann das benötigte breite Frequenzmodulationsband (Frequenzband W0) hinsichtlich des Entwurfs erreicht werden. Das heißt, dass beim zweiten Verfahren die Abstandsauflösung gegenüber dem ersten Verfahren erhöht werden kann. Es wurde jedoch herausgefunden, dass selbst dann, wenn die Abstandsauflösung durch das zweite Verfahren erhöht wird, ein Problem hinsichtlich des Signal-Rausch-Verhältnisses auftritt, wenn das Ziel eine Relativgeschwindigkeit aufweist. Wenn der Abstand und die Relativgeschwindigkeit unter Verwendung des Empfangssignals auf der Grundlage des Sendesignals des zweiten Verfahrens berechnet werden, muss eine Berechnung in der Art einer FFT unter Verwendung eines Signals ausgeführt werden, das durch Verbinden einer Anzahl (n) von Signalen der Wellenform von (B) erhalten wird. Wenn eine Relativgeschwindigkeit auftritt, wird der Abstand selbst während einer Zwischenzeit (der Pausenzeit Tr) der mehreren Frequenzmodulationen im Empfangssignal geändert, und die Phase wird verschoben. Das heißt, dass die Kohärenz auf der Zeitachse in den mehreren Signalen im Empfangssignal nicht aufrechterhalten wird. Dadurch tritt ein diskontinuierlicher Punkt in einem Teil auf, in dem mehrere Signale verbunden werden. Wenn die Signalverarbeitungseinheit 91 eine Analyseverarbeitung in der Art einer FFT unter Verwendung eines Erfassungssignals mit solchen diskontinuierlichen Punkten ausführt, wird das Grundrauschen erhöht und wird das Signal-Rausch-Verhältnis im FFT-Spektrum dadurch verschlechtert. Daher werden die Erfassungsempfindlichkeit und die Genauigkeit des Abstands und der Relativgeschwindigkeit verringert. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es bei der Radartechnologie des Vergleichsbeispiels schwierig, die Abstandsauflösung zu erhöhen, ohne das Signal-Rausch-Verhältnis zu verschlechtern.
• (Erste Ausführungsform)
• Eine Radarschaltung und dergleichen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung werden mit Bezug auf die 1 bis 10 beschrieben. Die Radarschaltung gemäß der ersten Ausführungsform komplementiert ein Verfahren, wodurch die Abstandsauflösung erhöht werden kann, während die Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert wird.
• [An einem Fahrzeug angebrachtes System und Radarsystem]
• 1 zeigt die Konfiguration eines aus einer Radarschaltung 10 und einem Radarsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform gebildeten an einem Fahrzeug angebrachten Systems 100. Das am Fahrzeug angebrachte System 100 ist auf der linken Seite von 1 dargestellt. Der Abstand zwischen einem Host-Fahrzeug und einem Ziel ist auf der rechten Seite von 1 dargestellt. Das am Fahrzeug angebrachte System 100 ist am Host-Fahrzeug angebracht. Das Ziel ist ein Zielobjekt zur Messung und Erfassung eines Abstands oder dergleichen, und es handelt sich dabei um ein anderes Fahrzeug. Die Position M1 des Host-Fahrzeugs, die Position M2 des anderen Fahrzeugs, der Abstand D zwischen der Radarschaltung 10 und dem Ziel und die Relativgeschwindigkeit V zwischen dem Ziel und dem Host-Fahrzeug sind dargestellt.
• Das am Fahrzeug angebrachte System 100 weist eine Motorsteuereinheit (ECU) 101, eine Sensoreinheit 102, eine Kommunikationseinheit 103, eine Wagennavigationseinheit 104, eine Ausgabeeinheit 105, eine Betriebseinheit 106 und eine Stromversorgungseinheit (nicht dargestellt) auf, die durch einen Fahrzeugbus und ein Wagenbereichsnetz (CAN) 110 verbunden sind.
• Die ECU 101 ist eine Motorsteuereinheit, mit anderen Worten eine Fahrzeugsteuereinheit, und steuert das gesamte Host-Fahrzeug und das am Fahrzeug angebrachte System 100 einschließlich der Motorsteuerung. Die ECU 101 kann das Radarsystem 1 steuern, um den Abstand zwischen dem Radarsystem 1 und dem Ziel als Erfassungsinformationen zu erhalten, und den Abstand zur Steuerung des Host-Fahrzeugs verwenden. Nachfolgend wird ein Beispiel der Steuerung der ECU 101 beschrieben. Die ECU 101 erhält den Abstand D, die Richtung, die Relativgeschwindigkeit V und dergleichen zwischen dem Radarsystem 1 und einem Ziel in der Art eines anderen Fahrzeugs. Die ECU 101 steuert die Lenkung des Lenkrads, das Ein-/Ausschalten der Bremse und dergleichen auf der Grundlage der Bestimmung anhand der Informationen. Ein Steuerungsbeispiel umfasst das Steuern des Parkens, um nicht in Kontakt mit einem Objekt in der Art eines anderen Fahrzeugs, das sich in einer geringen Entfernung befindet, zu gelangen, indem der Abstand D zum anderen Fahrzeug beim Einparken auf einem Parkplatz verwendet wird, sowie eine automatische Bremssteuerung und Warnungsausgabesteuerung entsprechend der Relativgeschwindigkeit V in Bezug auf ein anderes Fahrzeug, das sich in einem mittleren Abstand befindet, während der Fahrt.
• Die Sensoreinheit 102 weist eine am Fahrzeug angebrachte wohlbekannte Sensorgruppe auf und gibt Erfassungsinformationen aus. Die ECU 101 führt eine Steuerung unter Verwendung der Erfassungsinformationen aus. Beispiele von Sensorvorrichtungen, die in der Sensoreinheit 102 enthalten sind, umfassen einen Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser, einen Beschleunigungsmesser, einen gyroskopischen Sensor, einen geomagnetischen Sensor, einen Motoranlasssensor und einen Temperatursensor. Der Beschleunigungssensor und der gyroskopische Sensor erfassen die Beschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit, den Winkel und ähnliche Gegebenheiten des Host-Fahrzeugs. Es sei bemerkt, dass das Radarsystem 1, weil es eine Funktion zum Messen des Abstands, der Richtung oder dergleichen aufweist, auch als Funkwellen-Abstandssensor bezeichnet werden kann.
• Die Kommunikationseinheit 103 weist eine Kommunikationsschnittstellenvorrichtung auf, die mit einem Mobilnetz außerhalb des Fahrzeugs, dem Internet und dergleichen kommuniziert. Die Kommunikationseinheit 103 kann beispielsweise mit einem Server auf dem Internet auf der Grundlage einer Steuerung von der ECU 101, vom Radarsystem 1 und dergleichen kommunizieren. Die Wagennavigationseinheit 104 weist einen GPS-Empfänger auf und ist Teil eines am Fahrzeug angebrachten existierenden Wagennavigationssystems. Die Wagennavigationseinheit 104 führt unter Verwendung von Karteninformationen, vom GPS-Empfänger erhaltener Positionsinformationen (beispielsweise Breite, Länge, Höhe) oder dergleichen eine wohlbekannte Navigationsverarbeitung aus. Die Ausgabeeinheit 105 weist eine Anzeigevorrichtung, eine Audioausgabevorrichtung und dergleichen auf und führt eine Informationsanzeige und eine Audioausgabe an einen Benutzer in der Art des Fahrers aus. Die Betriebseinheit 106 weist beispielsweise ein Bedienpult, eine Bedientaste und dergleichen auf und empfängt eine Betriebseingabe vom Benutzer.
• Die Funktion des Radarsystems 1 besteht darin, den Abstand D zwischen dem Host-Fahrzeug und dem Ziel, die Relativgeschwindigkeit V des Ziels, die Richtung des Ziels und dergleichen zu erfassen. Das Radarsystem 1 weist die Radarschaltung 10, die Sendeantenne 41 und die Empfangsantenne 42 auf. Das Radarsystem 1 kann beispielsweise eine Kommunikationsschnittstelleneinheit für die ECU 101 oder dergleichen und eine Benutzerschnittstelleneinheit für den Benutzer aufweisen, und diese Schnittstellenfunktionen können Funktionen des am Fahrzeug angebrachten Systems 100 sein. Wenngleich das Radarsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform als Teil des am Fahrzeug angebrachten Systems 100 angeschlossen ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und kann als eine unabhängige Vorrichtung implementiert werden. Ferner ist das Radarsystem 1 nicht darauf beschränkt, an einem Wagen angebracht zu werden, und kann auch auf andere Anwendungen in der Art von Fahrzeugen angewendet werden. Ferner kann das Radarsystem 1 eine Funktion aufweisen, eine vorgegebene Steuerung unter Verwendung des erfassten Abstands D oder dergleichen auszuführen.
• Die Radarschaltung 10 weist eine Signalverarbeitungseinheit 11, eine HF-Schaltungseinheit 12, einen Speicher 13, eine Umgebungsschnittstelleneinheit 14 und dergleichen auf. Die Radarschaltung 10 ist eine auf einem Halbleiterchip oder dergleichen montierte Radarvorrichtung. Die Radarschaltung 10 misst den Abstand D und ähnliche Gegebenheiten unter Verwendung des Frequenzmodulationsverfahrens.
• Die Signalverarbeitungseinheit 11 ist durch Hardware in der Art einer CPU, eines ROMs und eines RAMs und entsprechende Software implementiert und komplementiert ihre Funktion durch Softwareprogrammverarbeitung. Die Signalverarbeitungseinheit 11 kann durch Hardware in der Art eines Mikrocomputers oder eines FPGA implementiert werden. Die Funktion der Signalverarbeitungseinheit 11 umfasst eine Funktion zur Berechnung und Erfassung des Abstands D vom Ziel, der Relativgeschwindigkeit V und ähnlicher Gegebenheiten auf der Grundlage des Sendens und des Empfangs von Funkwellen, insbesondere unter Verwendung des FMCW-Modulationsverfahrens. Die Signalverarbeitungseinheit 11 liest beispielsweise durch die CPU 16 ein im Speicher 13 gespeichertes Programm aus und führt eine Verarbeitung in Übereinstimmung mit dem Programm aus, wodurch eine der Funktion entsprechende Verarbeitungseinheit komplementiert wird. Die Signalverarbeitungseinheit 11 speichert Daten und Informationen nach Bedarf in einem internen oder externen Speicher und führt ein Lesen und ein Schreiben aus.
• Die Signalverarbeitungseinheit 11 ist elektrisch mit der HF-Schaltungseinheit 12 und anderen Einheiten verbunden und über den am Fahrzeug angebrachten Bus und das CAN 110 kommunikativ mit der ECU 101 oder dergleichen verbunden. Die Signalverarbeitungseinheit 11 steuert die Messung des Abstands D und dergleichen von der ECU 101 gesteuert. Die Signalverarbeitungseinheit 11 stellt der HF-Schaltungseinheit 12 ein Steuersignal bereit und steuert das Senden einer Sendewelle von der Sendeantenne 41 auf der Grundlage des Sendesignals der HF-Schaltungseinheit 12. Ferner berechnet die Signalverarbeitungseinheit 11 den Abstand D und dergleichen anhand des Empfangs der Empfangswelle an der Empfangsantenne 42 und gibt Erfassungsinformationen einschließlich des Abstands D und dergleichen an die ECU 101 und dergleichen unter Verwendung des erhaltenen Erfassungssignals auf der Grundlage des Empfangssignals der HF-Schaltungseinheit 12 aus.
• Die HF-Schaltungseinheit 12 ist eine Hochfrequenz-Schaltungseinheit, die Signale mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz und einem breiten Frequenzband behandelt. Die HF-Schaltungseinheit 12 erzeugt von der Signalverarbeitungseinheit 11 gesteuert ein frequenzmoduliertes Sendesignal und veranlasst die Sendeantenne 41, eine Sendewelle zu senden. Ein Teil der Sendewelle trifft auf das Ziel und wird reflektiert, und die reflektierte Welle kehrt als Empfangswelle zurück. Die HF-Schaltungseinheit 12 erhält ein Erfassungssignal auf der Grundlage der Differenzfrequenz zwischen dem Empfangssignal der von der Empfangsantenne 42 empfangenen Empfangswelle und dem Sendesignal und gibt das Erfassungssignal an die Signalverarbeitungseinheit 11 aus. Die Signalverarbeitungseinheit 11 führt eine Frequenzanalyseverarbeitung auf der Grundlage des Erfassungssignals aus, um den Abstand D und dergleichen zu berechnen.
• Im Speicher 13 werden beispielsweise ein Programm und Umgebungsinformationen bei der Produktversendung vorab gespeichert. Das Programm entspricht einem Radarprogramm gemäß der ersten Ausführungsform und veranlasst die Radarschaltung 10, eine Verarbeitung zur Komplementierung der vorgegebenen Funktion auszuführen. Das Programm weist Umgebungsinformationen auf. Alternativ werden die Umgebungsinformationen im Programm beschrieben. Die Umgebungsinformationen umfassen Informationen, die einen nachstehend beschriebenen Frequenzmodulationsentwurf definieren.
• Die Umgebungsinformationen können Benutzerumgebungsinformationen enthalten. Das Programm und die Umgebungsinformationen können von einem Hersteller oder dergleichen festgelegte Entwurfsinformationen sein und vom Hersteller oder vom Benutzer selbst nach der Produktversendung festgelegt werden. In diesem Fall kann die Umgebung, d. h. das Programm und die Umgebungsinformationen, unter Verwendung der Umgebungsschnittstelleneinheit 14 aktualisiert werden. Das Programm und die Umgebungsinformationen können durch Herunterladen oder dergleichen von einem Server oder dergleichen auf dem Kommunikationsnetz festgelegt werden. Wenn der Hersteller oder dergleichen das Programm und die Umgebungsinformationen festlegt, wird die Festlegungsverarbeitung für das Radarsystem 1 durch die Betriebseinheit 106, die Ausgabeeinheit 105, die Kommunikationseinheit 103 und dergleichen des am Fahrzeug angebrachten Systems 100 ausgeführt. Ansprechend auf den vorstehenden Festlegungsvorgang nimmt die Radarschaltung 10 beispielsweise das Programm und die Umgebungsinformationen zur Umgebungsaktualisierung entgegen und aktualisiert das Programm und die Umgebungsinformationen des Speichers 13 durch die Umgebungsschnittstelleneinheit 14. Es sei bemerkt, dass nur das Programm und die Umgebungsinformationen aktualisiert werden können. Die Signalverarbeitungseinheit 11 komplementiert die Funktion unter Verwendung des aktualisierten Programms und der aktualisierten Umgebungsinformationen. Ferner kann die ECU 101 das Programm und die Umgebungsinformationen der Radarschaltung 10 bei Bedarf festlegen.
• [Radarschaltung]
• 2 zeigt hauptsächlich die Konfiguration der HF-Schaltungseinheit 12 in der Radarschaltung 10 des Radarsystems 1. Als Beispiel der Implementation der Konfiguration der Radarschaltung 10 in 2 gemäß der ersten Ausführungsform wird die Signalverarbeitungseinheit 11 auf einem ersten Halbleiterchip TP1 implementiert und wird die HF-Schaltungseinheit 12 auf einem zweiten Halbleiterchip TP2 implementiert, und beide werden miteinander verbunden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden Funktionen durch Steuern der HF-Schaltungseinheit 12 von der Signalverarbeitungseinheit 11 komplementiert. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Schnittstellenschaltung 17 im zweiten Halbleiterchip TP2 bereitgestellt. Die Schnittstellenschaltung 17 verbindet die Signalverarbeitungseinheit 11 und die HF-Schaltungseinheit 12 und führt eine Kommunikationsverarbeitung unter Verwendung einer vorgegebenen Kommunikationsschnittstelle aus, welche Signale dazwischen austauscht. Als ein weiteres Beispiel der Implementationskonfiguration ist auch eine Konfiguration möglich, bei der die Signalverarbeitungseinheit 11 und die HF-Schaltungseinheit 12 in einen Halbleiterchip aufgenommen sind. In diesem Fall wäre die Schnittstellenschaltung 17 unnötig.
• Die Signalverarbeitungseinheit 11 weist eine CPU 16 auf. Die CPU 16 weist einen Zeitgeber 15 auf. Der Zeitgeber 15 misst die Zeit auf der Grundlage des Takts der CPU 16. Die CPU 16 führt auf der Grundlage der Zeit des Zeitgebers 15 eine Steuerung aus. Die CPU 16 führt die Steuerung durch Einlesen von Informationen 201, beispielsweise eines Befehls von der ECU 101 oder dergleichen des am Fahrzeug angebrachten Systems 100 als Host-System, aus. Die CPU 16 gibt Erfassungsinformationen 202 einschließlich des erfassten Abstands D, der Relativgeschwindigkeit V und dergleichen an die ECU 101 und dergleichen aus. Die CPU 16 steuert die HF-Schaltungseinheit 12 über die Schnittstellenschaltung 17. Die CPU 16 stellt durch die Schnittstellenschaltung 17 einer Modulationssteuereinheit 22 ein Steuersignal C1 bereit und einer Ausgangssteuereinheit 24 ein Steuersignal C2 bereit. Die CPU 16 erhält das Signal von der HF-Schaltungseinheit 12 über die Schnittstellenschaltung 17. Die CPU 16 empfängt ein Zustandserfassungssignal SS von einer Zustandserfassungseinheit 23 über die Schnittstellenschaltung 17 und nimmt das Erfassungssignal SF vom ADC 34 entgegen.
• Die von der CPU 16 der Signalverarbeitungseinheit 11 ausgeführte individuelle Verarbeitung umfasst die Verarbeitung der Steuerung der gesamten Messung, die Verarbeitung der Sendesteuerung, die Verarbeitung der Empfangssteuerung, die Verarbeitung der Abstands- und Relativgeschwindigkeitsberechnung, die Verarbeitung der Ausgabe erfasster Informationen und dergleichen.
• Die HF-Schaltungseinheit 12 weist die Signalerzeugungseinheit 20 einschließlich der PLL-Schaltung 21, die Modulationssteuereinheit 22, die Zustandserfassungseinheit 23, die Ausgangssteuereinheit 24, den Verstärker 31, den rauscharmen Verstärker 32, den Abwärtswandler 33 und den Analog-Digital-Wandler (ADC) 34 auf. Die sendeseitige Schaltungseinheit weist die Signalerzeugungseinheit 20, den Verstärker 31 und dergleichen auf. Die empfangsseitige Schaltungseinheit weist den rauscharmen Verstärker 32, den Abwärtswandler 33, den ADC 34 und dergleichen auf.
• Die Modulationssteuereinheit 22 erzeugt das Modulationssteuersignal SM, welches die Frequenzmodulation der Signalerzeugungseinheit 20 in Übereinstimmung mit dem Steuersignal C1 von der CPU 16 steuert, und gibt das Signal an die PLL-Schaltung 21 aus. Das Modulationssteuersignal SM ist beispielsweise ein PLL-Einstellungssignal der PLL-Schaltung 21 und weist Wellenformdaten auf. Die PLL-Schaltung 21 legt die Frequenz der PLL entsprechend dem PLL-Einstellungssignal des Modulationssteuersignals SM fest.
• Die Signalerzeugungseinheit 20 erzeugt das frequenzmodulierte Sendesignal ST unter Verwendung der PLL-Schaltung 21 auf der Grundlage des Modulationssteuersignals SM von der Modulationssteuereinheit 22. Das Sendesignal ST ist ein frequenzmoduliertes Signal und wird in den Verstärker 31 und den Abwärtswandler 33 eingegeben.
• Die PLL-Schaltung 21 hat die Funktion, ein PLL-Zustandssignal SP auszugeben. Das PLL-Zustandssignal SP ist beispielsweise ein Binärsignal, das einen verriegelten Zustand oder einen nicht verriegelten Zustand in der PLL repräsentiert. Beispielsweise wird ein Wert 1 im verriegelten Zustand ausgegeben und wird ein Wert 0 im nicht verriegelten Zustand ausgegeben. Mit anderen Worten ist der nicht verriegelte Zustand ein Übergangszustand oder ein Zustand mit einer instabilen Ausgabe.
• Der Verstärker 31 verstärkt das Sendesignal ST und gibt es als Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT aus. Die Sendeantenne 41 strahlt das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT als Sendewelle ab. Ein Teil der Sendewelle trifft auf das Ziel und wird reflektiert und als reflektierte Welle zurückgeworfen. Die Empfangsantenne 42 empfängt die reflektierte Welle als Empfangswelle und gibt sie als Empfangswellen-Eingangssignal RXIN aus. Der rauscharme Verstärker 32 verstärkt das Empfangswellen-Eingangssignal RXIN und gibt das verstärkte Signal als Empfangssignal SR aus. Der Abwärtswandler 33 empfängt das Empfangssignal SR und das Sendesignal ST und gibt das die Differenzfrequenz repräsentierende Differenzsignal SD durch Multiplikation des Empfangssignals SR und des Sendesignals ST aus. Der ADC 34 führt eine Analog-Digital-Wandlung am Differenzsignal SD aus und gibt das Ergebnis als Erfassungssignal SF, wobei es sich um ein Digitalsignal handelt, an die CPU 16 aus.
• Die Zustandserfassungseinheit 23 erkennt den verriegelten oder den nicht verriegelten Zustand der PLL-Schaltung 21 auf der Grundlage des PLL-Zustandssignals SP von der PLL-Schaltung 21 und gibt das den Zustand repräsentierende Zustandserfassungssignal SS an die CPU 16 aus. Mit anderen Worten ist die Zustandserfassungseinheit 23 eine Verriegelungserkennungseinheit.
• Das Zustandserfassungssignal SS ist beispielsweise ein den verriegelten oder den nicht verriegelten Zustand repräsentierendes Binärsignal. Die Zustandserfassungseinheit 23 kann fortgelassen werden. Die CPU 16 erfasst den Zustand der PLL-Schaltung 21 durch das Zustandserfassungssignal SS und führt entsprechend dem Zustand eine Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung aus, die nachstehend beschrieben wird. Dabei stellt die CPU 16 der Ausgangssteuereinheit 24 das Steuersignal C2 für die Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung bereit.
• Die Ausgangssteuereinheit 24 erzeugt ein Ausgangssteuersignal SO für die Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung entsprechend dem Steuersignal C2 von der CPU 16 und stellt das Ausgangssteuersignal SO dem Verstärker 31 bereit. Das Ausgangssteuersignal SO ist ein Signal zum Einschalten/Ausschalten der Ausgabe (des Sendens) der Sendewelle von der Sendeantenne 41 durch Ein-/Ausschalten der Ausgabe (Verstärkung) des Verstärkers 31. Wenn das Ausgangssteuersignal SO beispielsweise einen Wert von 1 annimmt, ist die Ausgabe des Verstärkers 31 in einem normalen eingeschalteten Zustand und wird die Sendewelle auf der Grundlage des Sendesignals ST ausgegeben. Wenn das Ausgangssteuersignal SO den Wert 0 annimmt, ist die Ausgabe des Verstärkers 31 in einem ausgeschalteten Zustand und wird die Sendewelle nicht ausgegeben.
• Die CPU 16 empfängt das Erfassungssignal SF vom ADC 34, führt eine Analyseverarbeitung in der Art einer FFT am Erfassungssignal SF aus und erhält dadurch ein FFT-Spektrum und eine Spitzenfrequenz. Die CPU 16 berechnet den Abstand D vom Ziel anhand der Spitzenfrequenz und dergleichen und berechnet die Relativgeschwindigkeit V des Ziels auf der Grundlage des Abstands D zu jedem Zeitpunkt. Die CPU 16 gibt die Erfassungsinformationen 202 einschließlich des Abstands D und der Relativgeschwindigkeit V, die durch die Berechnung erhalten wurden, an die ECU 101 oder dergleichen aus.
• [Frequenzmodulation (1)]
• 3 zeigt eine Entwurfsskizze einer Frequenzmodulations-Wellenform in der Radarschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform. 3(A) zeigt eine Kennlinie der Frequenz F [Hz] - Zeit [Sekunde] der Wellenform des Sendesignals ST. Die Wellenform entspricht einer durch Vergrößerung eines Teils einer Modulationsperiode TM im Vergleichsbeispiel aus 17 erhaltenen Wellenform. Die Wellenform weist mehrere geradlinige Abschnitte auf, die mehrere für die jeweilige Anzahl (n) von Modulationszeiten Tm unterteilte sekundäre Frequenzmodulations-Wellenformen sind (in der Beschreibung als Teilwellenform bezeichnet), und sie ist durch eine Kombination der mehreren geradlinigen Abschnitte gebildet. n ist eine ganze Zahl von 2 oder größer.
• Die Wellenform weist eine Wiederholung einer Pausenzeit Tr, die eine Modulationswartezeit ist, und einer Modulationszeit Tm auf der Zeitachse auf. Das heißt, dass eine Pausenzeit Tr {Tr1, Tr2, ..., Trn} und eine Modulationszeit Tm {Tm1, Tm2, ..., Tmn} bereitgestellt sind. Während der Modulationszeit Tm wird ein durch eine durchgezogene Linie angegebener geradliniger Abschnitt bereitgestellt, und zur Pausenzeit Tr wird ein Zwischenraum bereitgestellt. Wenn die Modulationszeit Tm ist, werden geradlinige Abschnitte 301, 302, ..., 30n bereitgestellt.
• Eine durch eine strichpunktierte Linie angegebene Gerade 300 ist eine Referenzgerade der Frequenzmodulationssteuerung. Die Frequenz der Geraden 300 nimmt linear mit einer vorgegebenen Steigung in Bezug auf die Zeit zu. Eine Anzahl (n) geradliniger Abschnitte 301, 302, ..., 30n überlappt auf der Geraden 300. Jeder geradlinige Abschnitt hat die gleiche Steigung wie die Gerade 300, die Modulationszeit Tm mit der gleichen Zeitbreite und einen Bereich Fx, welcher der gleiche vorgegebene Frequenzbereich ist. Der Zwischenraum, welcher der Pausenzeit Tr entspricht, hat einen Bereich Fy, welcher der gleiche vorgegebene Frequenzbereich ist.
• Die spezifische Konfiguration im Wellenformentwurf des Sendesignals ST gemäß der ersten Ausführungsform weist die folgenden Punkte auf. In der Anzahl (n) geradliniger Abschnitte (Teilwellenformen) ist die Anfangsfrequenz eines folgenden geradlinigen Abschnitts größer als die Endfrequenz des vorhergehenden geradlinigen Abschnitts und wird ein vorgegebener Bereich Fy bereitgestellt. Beispielsweise wird eine Beziehung zwischen einem ersten geradlinigen Abschnitt 301 und einem zweiten geradlinigen Abschnitt 302 berücksichtigt. Der geradlinige Abschnitt 301 weist eine Anfangsfrequenz Fs1, wobei es sich um den Anfangspunkt in Zeitrichtung handelt, und eine Endfrequenz Fe1, wobei es sich um den Endpunkt handelt, auf. Ähnlich weist der geradlinige Abschnitt 302 eine Anfangsfrequenz Fs2 und eine Endfrequenz Fe2 auf. Die Anfangsfrequenz Fs2 des zweiten geradlinigen Abschnitts 302 ist größer als die Endfrequenz Fe1 des ersten geradlinigen Abschnitts 301 (Fs2 > Fe1). Die Differenz zwischen der Anfangsfrequenz Fs2 und der Endfrequenz Fe1 liegt im Bereich Fy (Fs2 - Fe1 = Fy). Mit einem solchen Entwurf kann die Abstandsauflösung der Radarschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform verglichen mit dem vorstehend beschriebenen Entwurf des Vergleichsbeispiels erhöht und gewährleistet werden, während die Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses, wenn das Ziel eine Relativgeschwindigkeit hat, verhindert wird und das Signal-Rausch-Verhältnis dann verbessert wird.
• Beim Wellenformentwurf des Vergleichsbeispiels in 18 gleicht die Anfangsfrequenz eines nachfolgenden geradlinigen Abschnitts (beispielsweise des zweiten geradlinigen Abschnitts) der Endfrequenz eines vorgegebenen geradlinigen Abschnitts (beispielsweise des ersten geradlinigen Abschnitts) in den mehreren geradlinigen Abschnitten beim ersten und beim zweiten Verfahren oder ist kleiner als diese (beispielsweise Fs2 ≤ Fe1). Beispielsweise ist die Anfangsfrequenz Fs2 des zweiten geradlinigen Abschnitts 902 beim ersten Verfahren kleiner als die Endfrequenz Fe1 des ersten geradlinigen Abschnitts 901 und gleicht der Anfangsfrequenz Fs1 (Fs2 = Fs1). Beim zweiten Verfahren gleicht die Anfangsfrequenz Fs2 des zweiten geradlinigen Abschnitts 902 der Endfrequenz Fe1 des ersten geradlinigen Abschnitts 901 (Fs2 = Fe1). Wie vorstehend beschrieben unterscheidet sich der Wellenformentwurf der ersten Ausführungsform vom Vergleichsbeispiel.
• Beim vorstehenden Entwurf steuert die Radarschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform die Modulationsfrequenz-Wellenform des Sendesignals ST, so dass sie linear ist. Das heißt, dass, wie in 3(A) dargestellt ist, die geradlinigen Abschnitte der jeweiligen mehreren Wellenformen so gesteuert werden, dass sie die Referenzgerade 300 ideal zeitlich überlappen. Von der Modulationssteuereinheit 22 wird das dem Wellenformentwurf entsprechende Modulationssteuersignal SM der PLL-Schaltung 21 der Signalerzeugungseinheit 20 bereitgestellt. In der PLL-Schaltung 21 wird die Frequenz der PLL entsprechend dem PLL-Einstellungssignal festgelegt. Daher hat das Sendesignal ST, das die Ausgabe des Signalgenerators 20 ist, eine lineare Wellenform, wie vorstehend beschrieben wurde.
• Beim Wellenformentwurf gemäß der ersten Ausführungsform wird ein breites Frequenzband W1 durch eine Kombination mehrerer geradliniger Abschnitte (Teilwellenformen) komplementiert, die zu jeder Zeit der jeweiligen Modulationsperiode TM entsprechen. Im Frequenzband W1 wird die Frequenz des Bereichs Fy jedes Zwischenraums nicht verwendet. Durch die Verwendung des breiten Frequenzbands W1 kann die Abstandsauflösung selbst dann erhöht werden, wenn ein kurzer Abstand erfasst wird.
• Der Entwurf der Frequenzmodulation gemäß der ersten Ausführungsform ist vorzugsweise ein vollständiger linearer Entwurf auf der Referenzgeraden 300, wie in 3(A) dargestellt ist. Der Entwurf ist jedoch nicht auf diesen beschränkt, und es sind verschiedene Entwürfe möglich, wie nachstehend beschrieben wird. Es ist auch ein Fall akzeptabel, in dem die tatsächliche Signalwellenform infolge von Signalschwankungen auf einer Implementationsschaltung oder dergleichen von der Geraden 300 bis zu einem gewissen Grad abweicht.
• [Frequenzmodulation (2)]
• 3(B) zeigt eine Kennlinie der Spannung [V] - der Zeit [s] eines dem Empfangssignal SR gemäß der ersten Ausführungsform entsprechenden Empfangssignals (wenn es keine nachstehend beschriebene Interpolationsfunktion gibt). Das Empfangssignal hat jeweilige Wellenformabschnitte, die entsprechend jedem der mehreren geradlinigen Abschnitte und der Modulationszeit Tm der Wellenform von 3(A) erhalten werden, und ist als Signal IF {IF1, IF2, ..., IFn} dargestellt. Das Signal IF des Empfangssignals behält die Kohärenz (Phasenausrichtung) in Bezug auf das Sendesignal selbst dann bei, wenn das Ziel eine Relativgeschwindigkeit hat und eine Phasenverschiebung infolge einer Dopplerverschiebung auftritt. Während der gesamten Modulationszeit Tm laufen die mehreren Signale IF auf einer vorgegebenen Welle (typischerweise durch Asinωt repräsentiert) und wird die Kohärenz auf der Zeitachse aufrechterhalten. Das heißt, dass die Phasen der Signale IF auf der Zeitachse ausgerichtet sind. In diesem Zustand werden die mehreren Signale IF als entsprechende Erfassungssignale SF festgelegt und an die CPU 16 ausgegeben. Weil die Kohärenz der jeweiligen Signale IF des Empfangssignals auf der Zeitachse aufrechterhalten wird, kann die CPU 16, wenn sie den Abstand oder dergleichen vom Erfassungssignal SF durch die Analyseverarbeitung in der Art einer FFT berechnet, den Abstand oder dergleichen bei einer vorgegebenen Abstandsauflösung berechnen, während eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert wird.
• Weil hier alle der mehreren Teilwellenformen gemäß der ersten Ausführungsform so gesteuert werden, dass sie auf der Geraden 300 liegen, wie in 3(A) dargestellt ist, wird ein Zwischenraum zwischen benachbarten Teilwellenformen erzeugt. Bei der dem Zwischenraum entsprechenden Pausenzeit Tr wird keine Sendewelle gesendet. Mit anderen Worten wird auf der Sendewelle keine aussagekräftige Frequenz bereitgestellt. Daher wird, wie in 3(B) dargestellt ist, auch ein entsprechender Zwischenraum in den mehreren Signalen IF des Empfangssignals erzeugt. Es wird keine Empfangswelle im Zwischenraum des Signals IF empfangen. Mit anderen Worten wird auf der Empfangswelle keine aussagekräftige Frequenz bereitgestellt. In der Zwischenzeit ist ein einer ganzen Welle (Asinωt) entsprechender Teil durch eine gepunktete Linie angegeben. In 3 und dergleichen ist eine Funkwellen-Laufzeitverzögerung fortgelassen.
• Wie vorstehend beschrieben wurde, muss das bei der Analyseverarbeitung durch die CPU 16 verwendete Erfassungssignal SF mit den mehreren Signalen IF des Empfangssignals verbunden werden, weil es einen Zwischenraum zwischen den mehreren Signalen IF des Empfangssignals gibt. Das heißt, dass das von der CPU 16 zu analysierende Signal durch Verbinden mehrerer Signale IF erhalten wird. Es sei bemerkt, dass bei der Verbindung die CPU 16 einen Teil der Verarbeitung ausführen kann oder eine Schaltungseinheit, die das Signal IF verbindet, in der HF-Schaltungseinheit 12 bereitgestellt werden kann. Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Inhalt der Verbindung nicht eingeschränkt.
• [Frequenzmodulation (2)]
• 4 zeigt Steuerungsbeispiele und Entwurfsbeispiele, wobei das Sendesignal ST in Zeitrichtung auf der Grundlage des Wellenformentwurfs aus 3 mehrere (N) Male wiederholt wird. Das heißt, dass eine kontinuierliche Welle des FMCW-Systems dargestellt ist. Die gleiche Wellenform wird für jede Modulationsperiode TM N mal wiederholt. 4(A) zeigt einen Fall, in dem als erstes Entwurfsbeispiel eine Wellenform, bei der die Steigung von 3(A) für jede Modulationsperiode TM positiv ist, in der gleichen Weise als eine Einheit N mal wiederholt wird. Die Wellenformen der N Zyklen sind gleich und haben das gleiche Frequenzband W1. Die Modulationsperioden TM1, TM2, ..., TMN sind als jeweilige Modulationsperioden TM dargestellt. Als Wellenformen für jede Modulationsperiode TM werden Wellenformen 401, 402, ..., 40N bereitgestellt. Die Inhalte der Wellenform 401 und dergleichen sind wie in 3 dargestellt. Die Steigung der Referenzlinie 300 und die Steigung jeder Teilwellenform sind positiv. Demgemäß kann die Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung der kontinuierlichen Welle der Wellenformen von N Zyklen auf der Zeitachse erfasst werden.
• 4(B) zeigt ein zweites Entwurfsbeispiel. Beim zweiten Entwurfsbeispiel ist im Unterschied zum ersten Entwurfsbeispiel die Steigung des geradlinigen Abschnitts negativ. Als Wellenformentwurf in diesem Fall ist beispielsweise in der Beziehung zwischen dem ersten geradlinigen Abschnitt 301 und dem zweiten geradlinigen Abschnitt 302 die Anfangsfrequenz Fs2 des zweiten geradlinigen Abschnitts 302 kleiner als die Endfrequenz Fe1 des ersten geradlinigen Abschnitts 301. Die gleiche Wirkung kann durch diese Steuerung erhalten werden. Als Radar wird ein entsprechendes Ergebnis erhalten, abgesehen davon, dass die Richtung der Phasendrehung durch die Dopplerverschiebung unabhängig davon entgegengesetzt ist, ob die Steigung der Frequenzmodulation positiv oder negativ ist.
• 4(C) zeigt als ein anderes Entwurfsbeispiel ein drittes Entwurfsbeispiel, bei dem eine Wellenform mit einer positiven Steigung (A) und eine Wellenform mit einer negativen Steigung (B) für jede Modulationsperiode TM alternierend wiederholt werden. Die gleiche Wirkung kann durch diese Steuerung erhalten werden.
• [Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung (1)]
• Wenn durch eine Kombination mehrerer Teilwellenformen bei einer Frequenzmodulation ein verhältnismäßig breites Frequenzband gewährleistet wird, wie beim zweiten Verfahren des Vergleichsbeispiels oder der ersten Ausführungsform, kann die Abstandsauflösung, die für die Erfassung eines geringen Abstands geeignet ist, komplementiert werden. Weil die Frequenzmodulation unter Verwendung der PLL-Schaltung 21 komplementiert wird, tritt jedoch ein Problem in Bezug auf das Signal-Rausch-Verhältnis auf. Im Allgemeinen wird eine Frequenzmodulation unter Verwendung der Phasenregelschleifen(PLL)-Schaltung ausgeführt. Gemäß der ersten Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben, das Sendesignal ST, bei dem die Frequenzmodulation bei einem vorgegebenen Entwurf angewendet wird, durch die Modulationssteuerung an der PLL-Schaltung 21 erzeugt.
• Zur Ausführung der Modulationsfrequenzsteuerung der Wellenform, wie in 3 dargestellt ist, muss die PLL-Einstellung der PLL-Schaltung 21 für jede Teilwellenform (die geradlinigen Abschnitte) der jeweiligen Modulationszeit Tm geändert werden. Weil der Frequenzbereich der jeweiligen Teilwellenformen verschieden ist, muss der PLL-Einstellungszustand geändert werden.
• Im Allgemeinen existiert der nicht verriegelte PLL-Zustand in der PLL-Schaltung 21 jedoch während des Übergangs, bis die Ausgabe stabil ist, und die Ausgangsfrequenz im nicht verriegelten Zustand ist instabil. Wenn die Modulationsfrequenz durch die PLL-Einstellung geändert wird, ist jedoch eine vorgegebene Übergangszeit erforderlich. Die Übergangszeit ist erforderlich, damit die PLL aus dem instabilen nicht verriegelten Zustand in einen stabilen verriegelten Zustand gelangt. Der Teilwellenform-Zwischenraum (die Pausenzeit Tr) steht in Zusammenhang mit der Übergangszeit der PLL. Die PLL-Schaltung 21 befindet sich in einem nicht verriegelten Zustand, in dem die Frequenz während der Übergangszeit instabil ist, wobei die Frequenz im nicht verriegelten Zustand nicht ganz stabil gesteuert werden kann. Daher kann im nicht verriegelten Zustand eine von einer vorgegebenen Frequenz verschiedene instabile Frequenz von der Signalerzeugungseinheit 20 ausgegeben werden. Wenngleich es von Ländern und Regionen abhängige Unterschiede gibt, werden verwendbare Frequenzbereiche, Ausgangsleistungen und dergleichen durch Funkwellengesetze und -normen der jeweiligen Länder und Regionen geregelt. Die Ausgabe des instabilen Frequenzsignals im nicht verriegelten Zustand der PLL-Schaltung 21 ist problematisch, weil eine Möglichkeit besteht, dass das Funkwellengesetz oder dergleichen nicht erfüllt ist. Daher darf die Sendewelle mit einer instabilen Frequenz während des nicht verriegelten Zustands nicht ausgegeben werden.
• [Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung (2)]
• Daher hat die Radarschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform auch die Funktion des Steuerns des Einschaltens bzw. Ausschaltens der Ausgabe (Übertragung) der Sendewelle gemäß dem Wellenformentwurf des Sendesignals ST. Die Funktion besteht darin, die Ausgabe der Sendewelle so zu steuern, dass sie in der Übergangszeit (Pausenzeit Tr) entsprechend dem nicht verriegelten Zustand der PLL-Schaltung 21 einen ausgeschalteten Zustand annimmt. Mit dieser Funktion kann eine stabile Sendewelle ausgegeben werden, die das Funkwellengesetz und dergleichen erfüllt, wenn das Radarsystem 1 implementiert wird. Gemäß der ersten Ausführungsform wird angenommen, dass die Frequenz der Sendewelle gemäß dem Funkwellengesetz und den Funkwellennormen beispielsweise 77 bis 81 GHz beträgt. Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung ausgeführt, um eine Sendewelle mit einer Frequenz innerhalb des Frequenzbereichs zu senden und das Senden einer instabilen Sendewelle außerhalb des Frequenzbereichs zu verhindern. In 2 wird die Funktion auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Steuerung der CPU 16 unter Verwendung der Zustandserfassungseinheit 23 und der Ausgangssteuereinheit 24 verwirklicht.
• 5 zeigt eine Konfiguration und ein Zeitablaufdiagramm jedes Signals für die Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform. Ähnlich 3 sind die Modulationszeit Tm und die Pausenzeit Tr auf der Zeitachse bereitgestellt. 5 zeigt das Zustandserfassungssignal SS, das Ausgangssteuersignal SO und das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT von der Oberseite bis zur Unterseite.
• Die CPU 16 erhält den verriegelten Zustand und den nicht verriegelten Zustand der PLL-Schaltung 21 durch Bezugnahme auf den Wert des Zustandserfassungssignals SS von der Zustandserfassungseinheit 23. Wenn sich die PLL-Schaltung 21 im nicht verriegelten Zustand befindet, erzeugt die CPU 16 das Steuersignal C2, um zu verhindern, dass die Sendewelle ausgegeben wird. Insbesondere stellt die CPU 16 der Ausgangssteuereinheit 24 das Steuersignal C2 bereit, um das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT ansprechend darauf, dass sich das Zustandserfassungssignal SS vom verriegelten Zustand mit dem Wert 1 zum nicht verriegelten Zustand mit dem Wert 0 ändert, vom eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand zu versetzen. Die Ausgangssteuereinheit 24 schaltet das Ausgangssteuersignal SO entsprechend dem Steuersignal C2 vom eingeschalteten Zustand mit dem Wert 1 in den ausgeschalteten Zustand mit dem Wert 0. Im Verstärker 31 wird die Verstärkung entsprechend dem ausgeschalteten Zustand des Ausgangssteuersignals SO ausgeschaltet und befindet sich die Sendewellenausgabe TXOUT im ausgeschalteten Zustand. Demgemäß wird die Sendewelle im Sendesignal ST in der Pausenzeit Tr nicht von der Sendeantenne 41 ausgegeben (gesendet).
• Natürlich wird in der entsprechenden Empfangswelle das Empfangswellen-Eingangssignal RXIN in der Pausenzeit Tr nicht erzeugt. Demgemäß wird in der Radarschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform das Senden einer Sendewelle mit einer dem nicht verriegelten Zustand der PLL-Schaltung 21 entsprechenden instabilen Frequenz durch die Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung verhindert. Dadurch werden Funkwellen (Sendewellen) während des nicht verriegelten Zustands zuverlässig nicht abgestrahlt, kann eine Verletzung des Funkwellengesetzes und dergleichen verhindert werden und kann eine geeignete Messung unter Verwendung einer Sendewelle mit einer stabilen Frequenz ausgeführt werden.
• Ferner zeigt 5 ein bevorzugteres Steuerungsbeispiel, das sich auf eine Ein-/Ausschaltzeitsteuerung bezieht. Das heißt, dass das Ausgangssteuersignal SO beim Steuerungsbeispiel zu einem Zeitpunkt (beispielsweise t3), der vor einem Zeitpunkt liegt, zu dem das Zustandserfassungssignal SS im nicht verriegelten Zustand mit dem Wert 0 ist (beispielsweise t4), vom eingeschalteten Zustand mit dem Wert 1 in den ausgeschalteten Zustand mit dem Wert 0 geschaltet wird. Ferner wird das Ausgangssteuersignal SO zu einem Zeitpunkt (beispielsweise t6), der nach einem Zeitpunkt liegt, zu dem sich das Zustandserfassungssignal SS im verriegelten Zustand mit dem Wert 1 befindet (beispielsweise t5), vom ausgeschalteten Zustand mit dem Wert 0 in den eingeschalteten Zustand mit dem Wert 1 geschaltet.
• Nachstehend werden Einzelheiten der Steuerung, welche die Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung einschließt, beschrieben. Wenn in der Radarschaltung 10 die Messung durch die Frequenzmodulation eingeleitet wird, wird ein Modulationsstartsignal von der CPU 16 über die Schnittstellenschaltung 17 als einer der Inhalte des Steuersignals C1 zur Modulationssteuereinheit 22 gesendet. Entsprechend dem Modulationsstartsignal steuert die Modulationssteuereinheit 22 die Modulationsfrequenz der PLL-Schaltung 21. Auf der Grundlage der Zeit des Zeitgebers 15 sendet die CPU 16 das Steuersignal C2, welches das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT in den ausgeschalteten Zustand versetzt, zur Ausgangssteuereinheit 24, bevor die Modulationsfrequenz-Wellenform aus 3 endet. Die Ausgangssteuereinheit 24 stellt dem Verstärker 31 das Ausgangssteuersignal SO entsprechend dem Steuersignal C2 bereit. Daher befindet sich das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT im ausgeschalteten Zustand.
• Die PLL-Schaltung 21 befindet sich während der Übergangszeit (Pausenzeit Tr) während der Schaltens der Modulationsfrequenz-Wellenform im nicht verringerten Zustand. Die Zustandserfassungseinheit 23 erfasst der nicht verriegelten Zustand auf der Grundlage des PLL-Zustandssignals SP von der PLL-Schaltung 21 und gibt das entsprechende Zustandserfassungssignal SS aus. Die CPU 16 stellt das Steuersignal C2, welches das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT ausschaltet, auf der Grundlage des Zustandserfassungssignals SS entsprechend der Änderung vom verriegelten Zustand in der nicht verriegelten Zustand bereit.
• Wenn die PLL-Schaltung 21 in der Übergangszeit wieder im verriegelten Zustand ist, erkennt die Zustandserfassungseinheit 23 den verriegelten Zustand und gibt das entsprechende Zustandserfassungssignal SS aus. Die CPU 16 stellt das Steuersignal C2, welches das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT einschaltet, auf der Grundlage des Zustandserfassungssignals SS entsprechend der Änderung vom nicht verriegelten Zustand in den verriegelten Zustand bereit.
• Wenn das Ausgangssteuersignal SO, welches die Ausgabe (Verstärkung) des Verstärkers 31 ein-/ausschaltet, schnell ein-/ausgeschaltet wird, verbreitert sich das Spektrum infolge der AM-Modulation (Amplitudenmodulation), und es kann ein Signal außerhalb eines vorgegebenen Frequenzbands ausgegeben werden. Um dies zu verhindern, muss die Ausgabe auf der Zeitachse vorsichtig ein-/ausgeschaltet werden. Daher weist das Ausgangssteuersignal SO die Steigung zur Zeit des Schaltens zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand auf.
• [Wirkungen]
• Wie vorstehend beschrieben, kann durch die Radarschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform und dergleichen beim Messen des Abstands D und der Relativgeschwindigkeit V unter Verwendung des Frequenzmodulationsverfahrens die Abstandsauflösung erhöht werden, während die Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert wird. Insbesondere kann gemäß der ersten Ausführungsform ein geringer Abstand geeignet unter Verwendung eines breiten Frequenzbands auf der Grundlage des in 3 dargestellten Wellenformentwurfs erfasst werden.
• Die 6 und 7 sind Diagramme zur Veranschaulichung der Wirkungen und dergleichen der ersten Ausführungsform verglichen mit dem Vergleichsbeispiel. 6 zeigt FFT-Spektren der Ergebnisse der Frequenzmodulationsentwürfe gemäß der ersten Ausführungsform, gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel und gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel. Die horizontale Achse der FFT-Spektren in 6 zeigt einen Wert (Abstand BIN), der proportional zum zu messenden Abstand vom Ziel ist, wobei die linke Seite der Figur einen geringen Abstand zeigt und die rechte Seite einen hohen Abstand zeigt. Die vertikale Achse zeigt die FFT-Leistung [dB] des Ergebnisses der Frequenzanalyse in der Signalverarbeitungseinheit 11, wobei es sich um die FFT-Signalintensität bei einem auf 0 dB gesetzten FFT-Spitzenwert handelt.
• 6(A) zeigt die Ergebnisse des ersten und des zweiten Vergleichsbeispiels. Das durch eine durchgezogene Linie angegebene Ergebnis 601 zeigt als erstes Vergleichsbeispiel eine Kennlinie bei der Wellenform aus 7(A). Das durch eine unterbrochene Linie angegebene Ergebnis 602 zeigt als zweites Vergleichsbeispiel eine Kennlinie bei der Wellenform aus 7(B). Das zweite Vergleichsbeispiel zeigt eine durch Simulation erhaltene ideale Kennlinie. In der Nähe eines Abstandswerts ≈32 tritt eine FFT-Leistungsspitze (Frequenzspitze) auf.
• Beim Wellenformentwurf aus dem ersten Vergleichsbeispiel aus 7(A) sind in der Modulationsperiode TM ein erster geradliniger Abschnitt 701 und ein zweiter geradliniger Abschnitt 702 als n = 2 Teilwellenformen (geradlinige Abschnitte) bereitgestellt. Die Anfangsfrequenz Fs2 des zweiten geradlinigen Abschnitts 702 gleicht der Endfrequenz Fe1 des ersten geradlinigen Abschnitts 701 (Fs2 = Fe1). Die beiden Teilwellenformen haben die gleiche Steigung g0. Beim Wellenformentwurf des zweiten Vergleichsbeispiels in 7(B) sind in der gleichen Modulationsperiode TM ein geradliniger Abschnitt 700 und die Steigung g0 vorhanden. Die Wellenform ist nicht in Teilwellenformen unterteilt, sondern es handelt sich dabei um eine ideale Wellenform, die durch eine Gerade definiert werden kann.
• Wie in 6(A) dargestellt ist, ist beim Ergebnis 601 des ersten Vergleichsbeispiels die FFT-Leistung außer an der Spitze höher als beim idealen Ergebnis 602 des zweiten Vergleichsbeispiels. Beim Ergebnis 601 des ersten Vergleichsbeispiels ist das Grundrauschen gegenüber dem idealen Ergebnis 602 des zweiten Vergleichsbeispiels bei einer hohen Frequenz, d. h. einem hohen Abstand, erhöht. Infolge der Erhöhung des Grundrauschens tritt beim ersten Vergleichsbeispiel das Problem auf, dass das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert wird, wenn ein sich in einem hohen Abstand befindendes Ziel erfasst wird. Ähnlich ist das Grundrauschen in einem geringen oder einem mittleren Abstand erhöht. Beim ersten Vergleichsbeispiel ist das Grundrauschen breiter und ist das Signal-Rausch-Verhältnis geringer als beim zweiten Vergleichsbeispiel.
• 6(B) zeigt die Ergebnisse der ersten Ausführungsform und des ersten Vergleichsbeispiels. Ein durch eine durchgezogene Linie angegebenes Ergebnis 603 tritt bei der Radarschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform sowie einer Kennlinie der Wellenform aus 7(C) ohne eine Interpolationsfunktion auf.
• Beim in 7(C) dargestellten Wellenformentwurf gemäß der ersten Ausführungsform umfassen in der Modulationsperiode TM n = 2 Teilwellenformen (geradlinige Abschnitte) den ersten geradlinigen Abschnitt 301 und den zweiten geradlinigen Abschnitt 302. Der Entwurf entspricht dem vorstehend beschriebenen Fall, in dem n = 2 in 3 ist. Die beiden geradlinigen Abschnitte befinden sich auf der Referenzgeraden 300 und haben die gleiche Steigung g0. Die Anfangsfrequenz Fs2 des zweiten geradlinigen Abschnitts 302 ist größer als die Endfrequenz Fe1 des ersten geradlinigen Abschnitts 301 (Fs2 > Fe1).
• Wie in 6(B) dargestellt ist, ist die FFT-Leistung beim Ergebnis 603 gemäß der ersten Ausführungsform kleiner als beim Ergebnis 601 des ersten Vergleichsbeispiels bei einer hohen Frequenz, d. h. einem hohen Abstand, und es wird eine Erhöhung des Grundrauschens verhindert. Ähnlich wird das Grundrauschen selbst in einem geringen oder einem mittleren Abstand verhindert. Das heißt, dass bei der Radarschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform im Unterschied zum ersten Vergleichsbeispiel eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert wird.
• Beim Ergebnis 603 gemäß der ersten Ausführungsform wird jedoch eine Nebenkeule 605 erzeugt, wie in der Nähe der Spitze dargestellt ist. Im Einzelnen kann die Nebenkeule als drei „Berge“, einschließlich einer Spitze, beobachtet werden. Daher ergibt sich abhängig von der Analyseverarbeitung der CPU 16 die Möglichkeit, dass die drei „Berge“ als drei Spitzen bestimmt werden. Wenngleich der Einfluss der Nebenkeule 605 bei der Analyseverarbeitung der CPU 16 nicht als Problem angesehen wird, muss eine Verbesserung vorgenommen werden, wenn dabei ein Problem auftritt. Die Interpolationsfunktion der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform kann als Verbesserungsverfahren eingesetzt werden.
• [Modifikation (1) - Wellenform-Interpolationsfunktion]
• Nachfolgend wird die Radarschaltung 10 gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform beschrieben.
• Die Funktion der Radarschaltung 10 gemäß der ersten Modifikation besteht darin, die Wellenform des Zwischenraums zu interpolieren, der die mehreren Signale IF des Empfangssignals in 3 verbindet. Die Interpolationsfunktion wird beispielsweise durch eine Softwareverarbeitung der CPU 16 ausgeführt. Alternativ kann eine Schaltungseinheit zur Ausführung einer Interpolationsverarbeitung zusätzlich in der HF-Schaltungseinheit 12 bereitgestellt werden.
• 3(C) zeigt eine Wellenform nach einer Interpolation als mehrere Signale IF des Empfangssignals in der Radarschaltung 10 gemäß der ersten Modifikation. Die Radarschaltung 10 gemäß der ersten Modifikation interpoliert Wellenformdaten im Zwischenraum zur Zeit der Verbindung der mehreren Signale IF. Der Zwischenraum jedes Signals IF in Zusammenhang mit der Pausenzeit Tr hat eine Interpolationswellenform. Interpolationswellenformen sind als Signale IP1, IP2, ..., IPn dargestellt.
• Wenn das Erfassungssignal SF auf der Grundlage des Empfangssignals SR verarbeitet wird, interpoliert die CPU 16 die Wellenform, wie in (C) dargestellt ist, und erzeugt ein durch Verbinden der Teile der mehreren Signale IF unter Verwendung des Signals nach der Interpolation erhaltenes Signal. Dann führt die CPU 16 die Analyseverarbeitung in der Art der FFT unter Verwendung des kombinierten Signals aus, um den Abstand D, die Relativgeschwindigkeit V und dergleichen zu berechnen. Dadurch kann der diskontinuierliche Verbindungspunkt der mehreren Signale IF selbst dann, wenn das Ziel eine Relativgeschwindigkeit hat und eine Phasenverschiebung infolge der Dopplerverschiebung auftritt, beseitigt werden, während die Kohärenz aufrechterhalten wird. Demgemäß können bei der Analyseverarbeitung der CPU 16 der Abstand D und dergleichen mit einer hohen Abstandsauflösung unter Verwendung des Signals des breiten Frequenzbands W1 berechnet werden, während die Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert wird.
• Verschiedene Verfahren können auf die Interpolation der Wellenformdaten angewendet werden. Beispielsweise sind ein Verfahren zur Interpolation der Wellenformdaten unter Verwendung früherer Wellenformdaten, ein Splineinterpolationsverfahren und ein Verfahren zur Vorhersage und Interpolation künftiger Wellenformen durch Maschinenlernen der früheren Wellenformdaten anwendbar. Wenn beispielsweise ein Verfahren zur Interpolation der Wellenformdaten unter Verwendung der früheren Wellenformdaten angewendet wird, können die folgenden Vorgänge ausgeführt werden. Die CPU 16 hält ein jedem Signal IF des Empfangssignals entsprechendes Erfassungssignal vorübergehend in einem der Speicher. Unter Verwendung der im Speicher gehaltenen Wellenform des Signals IF erzeugt die CPU 16 eine Interpolationswellenform zur Interpolation der Wellenform des nachfolgenden Zwischenraums (Pausenzeit Tr). Die CPU 16 hält beispielsweise sequenziell die Wellenform des der ersten Modulationszeit Tm1 entsprechenden Signals IF1 und die Wellenform des der zweiten Modulationszeit TM2 entsprechenden Signals IF2. Die Wellenform des Signals IF umfasst Wellenformen verschiedener Frequenzen, die nicht detailliert dargestellt sind. Auf der Grundlage der Wellenform des Signals IF1 und der Wellenform des Signals IF2 erzeugt die CPU 16 beispielsweise ein Signal IP1 der Interpolationswellenform des Zwischenraums. Die CPU 16 erzeugt das Signal IP1 der Interpolationswellenform unter Verwendung der Wellenform des Signals IF1, verbindet das Signal IP1 der Interpolationswellenform nach dem Signal IF1, so dass es keinen diskontinuierlichen Punkt gibt, und verbindet das Signal IP1 der Interpolationswellenform vor dem Signal IF2, so dass es keinen diskontinuierlichen Punkt gibt. Die CPU 16 führt die Analyseverarbeitung in der Art der FFT unter Verwendung der kombinierten und interpolierten Signale aus.
• 6(C) zeigt als erste Modifikation der ersten Ausführungsform ein Vergleichsergebnis, das erhalten wird, wenn eine Interpolation ausgeführt wird. Das durch eine durchgezogene Linie angegebene Ergebnis 604 zeigt eine bei der ersten Modifikation erhaltene Kennlinie. Beim Ergebnis 604 gemäß der ersten Modifikation gleicht der Wellenformentwurf jenem aus 7(C) und sind die Wellenformdaten im Empfangssignal interpoliert. Bei der Interpolation der Wellenformdaten wird ein Verfahren verwendet, bei dem eine Interpolationswellenform durch Wiederverwendung der früheren Wellenform erzeugt wird. Weil beim Ergebnis 604 in der Nähe der Spitze keine Nebenkeule 605 erzeugt wird, können nachteilige Wirkungen auf die Abstandsberechnung bei der Analyseverarbeitung durch die CPU 16 vermieden werden. Beim Ergebnis 604 liegt die FFT-Leistung in jedem Abstand zwischen dem durch die strichpunktierte Linie angegebenen Ergebnis 601 des ersten Vergleichsbeispiels und dem durch die unterbrochene Linie angegebenen Ergebnis 603 des ersten Vergleichsbeispiels und wird das Grundrauschen im Unterschied zum ersten Vergleichsbeispiel verhindert. Bei der ersten Modifikation kann die Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert werden und können Seitenkeulen verhindert werden, wobei diese beiden Wirkungen ausgeglichen erzielt werden können.
• [Modifikation (2) - Stufenförmige Wellenform]
• Eine Modifikation der Radarschaltung 10, die sich auf den Entwurf der Modulationsfrequenz-Wellenform des Sendesignals ST bezieht, wird nachstehend als Modifikation der ersten Ausführungsform beschrieben.
• 8 zeigt eine Frequenz-Zeit-Kennlinie beim Entwurf der Modulationsfrequenz-Wellenform des Sendesignals ST in der Radarschaltung 10 gemäß der zweiten Modifikation wie in 3. Die Referenzlinie 300 gleicht jener in 3. Die geradlinigen Abschnitte 301, ..., 30n sind als eine Anzahl (n) von Teilwellenformen auf der Geraden 300 bereitgestellt. Jeder geradlinige Abschnitt ist in (A) und (B) vergrößert dargestellt. (A) zeigt den Fall der Wellenform aus 3 gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform, wobei es sich um eine Gerade mit einer vorgegebenen Steigung g0 handelt. (B) zeigt den Fall der zweiten Modifikation mit einer Treppenform (Stufenform). Beim Wellenformentwurf der zweiten Modifikation sind ein vorgegebener Zeitraum mit einer horizontalen Breite h1 der Treppenform und ein vorgegebener Frequenzbereich mit einer vertikalen Breite h2 definiert. Die geradlinigen Abschnitte der Treppenform verlaufen im Wesentlichen entlang der Geraden 300 und haben die gleiche Steigung g0 wie bei (A). Ähnlich ist auch eine Treppenform mit einer negativen Steigung möglich. Die erste Ausführungsform von (A) ist in Bezug auf die Abstandsauflösung vorteilhaft. Die zweite Modifikation von (B) ist in Bezug auf die Erkennungsleistung der Relativgeschwindigkeit V vorteilhaft. Wenn die Modulation bei (B) verwendet wird, kann die Dopplerverschiebung leichter erkannt werden als bei Verwendung der in (A) dargestellten Modulation (lineare Frequenzmodulation), so dass die Relativgeschwindigkeit V mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
• [Modifikation (3) - Im Wesentlichen lineare Wellenform]
• Der Entwurf der Frequenzmodulations-Wellenform ist nicht auf eine in 3 dargestellte vollständig lineare Kennlinie begrenzt, und er kann eine dieser nahekommende im Wesentlichen lineare Kennlinie aufweisen, wobei die gleichen und entsprechende Wirkungen erhalten werden können. Die mehreren geradlinigen Abschnitte der Wellenform können im Wesentlichen entlang der Referenzgeraden 300 verlaufen und eine gewisse Frequenzabweichung innerhalb eines zulässigen Bereichs gegenüber der Geraden 300 aufweisen. Die mehreren geradlinigen Abschnitte der Wellenform können im Referenzgebiet eines vorgegebenen Frequenzbereichs insgesamt im Wesentlichen linear zur Geraden 300 angeordnet sein.
• 9 zeigt einen Wellenformentwurf bei der Radarschaltung 10 gemäß einer dritten Modifikation. 9(A) zeigt ein schematisches lineares Entwurfsbeispiel, wobei der Grad der Erhöhung der Frequenz von jedem der mehreren geradlinigen Abschnitte geringer ist als beim vollständig linearen Entwurf gemäß der ersten Ausführungsform von 3. Beim Entwurf weichen die geradlinigen Abschnitte allmählich leicht abwärts von der Referenzgeraden 300 ab. Beim Entwurf ist der Bereich, der dem Betrag der Frequenzerhöhung im Zwischenraum zwischen den mehreren geradlinigen Abschnitten (Pausenzeit Tr) entspricht, kleiner als der Bereich im Fall von 3. Jeder der mehreren geradlinigen Abschnitte hat die gleiche Steigung, und die Beziehung zwischen benachbarten geradlinigen Abschnitten gleicht jener gemäß der ersten Ausführungsform. Beispielsweise erfüllt die Anfangsfrequenz Fs2 des zweiten geradlinigen Abschnitts 302 die vorstehend beschriebene Bedingung (Fs2 > Fe1) in Bezug auf die Endfrequenz Fe1 des ersten geradlinigen Abschnitts 301. Beim Entwurf ist der Frequenzbereich des Zwischenraums als Fy2 definiert. Der Bereich Fy2 ist kleiner als der Bereich Fy in 3 (Fy2 < Fy). Dadurch liegt der zweite geradlinige Abschnitt 302 etwas unterhalb der Geraden 300. Das Inkrement und die Abweichung liegen innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereichs. Der dem zulässigen Bereich entsprechende Frequenzbereich ist durch Fz angegeben. Die Anfangsfrequenz kann innerhalb des vorstehenden Bereichs Fz liegen.
• In der gesamten Modulationsperiode TM sind die mehreren geradlinigen Abschnitte 301 bis 30n im Wesentlichen linear. Ein Gebiet 350, das durch ein unterbrochenes Dreieck angegeben ist, bezeichnet ein Gebiet eines zulässigen Bereichs (Referenzgebiet), das der Geraden 300 und dem Bereich Fz entspricht. Im Gebiet 350 kann eine Anzahl geradliniger Abschnitte gebildet sein.
• 9(B) zeigt ein im Wesentlichen lineares Entwurfsbeispiel, wobei der Grad der Erhöhung der Frequenz von jedem der mehreren geradlinigen Abschnitte größer als im Fall von 3 ist, als ein weiteres Entwurfsbeispiel. Beim Entwurf weichen die geradlinigen Abschnitte allmählich leicht von der Referenzgeraden 300 ab und liegen über dieser. Beim Entwurf ist der Frequenzbereich des Zwischenraums als Fy3 definiert. Der Bereich Fy3 ist größer als der Bereich Fy in 3 (Fy3 > Fy). Dadurch liegt der zweite geradlinige Abschnitt 302 etwas oberhalb der Geraden 300. Das Inkrement und die Abweichung liegen innerhalb eines vorgegebenen Bereichs Fz.
• [Modifikation (4) - Wellenform mit einer sich ändernden Steigung]
• 10 zeigt einen Wellenformentwurf bei der Radarschaltung 10 gemäß einer vierten Modifikation. 10(A) zeigt ein Entwurfsbeispiel, bei dem Steigungen in einer Anzahl (n) geradliniger Abschnitte der Modulationsperiode TM verschieden sind und die Steigungen entlang der Zeitachse allmählich zunehmen. Beim Entwurf bildet die Anzahl (n) geradliniger Abschnitte im Allgemeinen eine allmählich ansteigende quadratische Kurve. Die Beziehung zwischen den Frequenzen der benachbarten geradlinigen Abschnitte ist die gleiche wie vorstehend beschrieben. Die Steigung jedes geradlinigen Abschnitts nimmt allmählich zu. Beispielsweise hat der erste geradlinige Abschnitt 301 eine Steigung g1 und hat der zweite geradlinige Abschnitt 302 eine Steigung g2, die größer als die Steigung g1 ist (g2 > g1). Die mehreren geradlinigen Abschnitte liegen in einem vorgegebenen Gebiet 350. Ähnlich ist auch ein Entwurf möglich, bei dem die Steigung des geradlinigen Abschnitts abnimmt.
• Mit dem Programm und den Umgebungsinformationen des Speichers 13 kann festgelegt werden, welcher der Wellenformentwürfe der jeweiligen Ausführungsformen und Modifikationen anzuwenden ist. Ferner können mehrere Typen von Wellenformentwurfsprogrammen und Umgebungsinformationen im Speicher 13 vorgehalten werden und entsprechend Einstellungen und Steuerungen des Benutzers ausgewählt und verwendet werden.
• (Zweite Ausführungsform)
• Eine Radarschaltung und dergleichen gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung werden mit Bezug auf 11 beschrieben. Die Grundkonfiguration der zweiten Ausführungsform und dergleichen gleicht jener der ersten Ausführungsform, und Komponenten, die sich von jenen der ersten Ausführungsform unterscheiden, werden nachstehend beschrieben. Die zweite Ausführungsform zeigt eine Form einer in der HF-Schaltungseinheit 12 ausgeführten Sequenzsteuerung, die sich von der Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerungsfunktion gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet.
• [Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung]
• 11 zeigt eine Konfiguration der HF-Schaltungseinheit 12 und dergleichen in der Radarschaltung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform. Bei der Konfiguration wird das Ausschalten der Sendeschaltungsausgabe während eines nicht verriegelten Zustands der PLL-Schaltung 21 hauptsächlich durch die HF-Schaltungseinheit 12 statt durch die CPU 16 gesteuert. Die vorstehende Konfiguration weist eine Sequenzsteuereinheit 26 und einen Zeitgeber 25 in der HF-Schaltungseinheit 12 als von der Konfiguration aus 2 verschiedene Elemente auf. Bei der vorstehend erwähnten Konfiguration ist die erwähnte Zustandserfassungseinheit 23 nicht erforderlich.
• Der Zeitgeber 25 empfängt einen von der HF-Schaltungseinheit 12 erzeugten Takt CLK2 und misst die Zeit in Bezug auf den Takt CLK2. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird, weil die Steuerung auf der Grundlage der Betriebszeit der PLL-Schaltung 21 in der HF-Schaltungseinheit 12 ausgeführt werden muss, der Zeitgeber 25 in der HF-Schaltungseinheit 12 an Stelle des Zeitgebers 15 der CPU 16 verwendet.
• Die Sequenzsteuereinheit 26 ist ein Sequenzer, der die Sequenz der Frequenzmodulation in Bezug auf die Zeit des Zeitgebers 25 steuert. Die Sequenzsteuereinheit 26 führt eine Sequenzsteuerung von Steuerungsinhalten der Modulationssteuereinheit 22 und der Ausgangssteuereinheit 24 auf einer Zeitachse auf der Grundlage der Zeit des Zeitgebers 25 aus. Die Sequenzsteuereinheit 26 erzeugt ein Steuersignal C4, das die Frequenzmodulation der Signalerzeugungseinheit 20 und das Ausschalten der Sendewellenausgabe auf der Zeitachse steuert. Die Sequenzsteuereinheit 26 erzeugt das Steuersignal C4 in Bezug auf die Zeit des Zeitgebers 25 und sendet das Steuersignal C4 entsprechend einer durch ein Programm und Umgebungsinformationen vorbestimmten Sequenz zur Modulationssteuereinheit 22 und zur Ausgangssteuereinheit 24. Die Sequenzsteuereinheit 26 kann auch das Steuersignal C4 entsprechend einem Befehl (einem Steuersignal) von der CPU 16 mit Bezug auf die Zeit des Zeitgebers 25 erzeugen und senden. Der Inhalt des Steuersignals C4 umfasst ein Steuersignal für die Modulationssteuereinheit 22 und ein Steuersignal für die Ausgangssteuereinheit 24.
• Die Konfiguration der Sequenzsteuersignale für die Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung in der Radarschaltung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform gleicht der Wellenform des Sendesignals ST aus 3(A), des Ausgangssteuersignals SO aus 5, des Sendewellen-Ausgangssignals TXOUT und dergleichen. Das heißt, dass das Ausgangssteuersignal SO zum Anfangszeitpunkt der Pausenzeit Tr entsprechend dem nicht verriegelten Zustand der PLL-Schaltung 21 ausgeschaltet wird und dass das Ausgangssteuersignal SO zum Endzeitpunkt der Pausenzeit Tr eingeschaltet wird. Demgemäß befindet sich in der dem nicht verriegelten Zustand entsprechenden Pausenzeit Tr das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT in einem ausgeschalteten Zustand und wird keine Sendewelle gesendet.
• [Festlegung der Sequenzsteuerung]
• Bei der Radarschaltung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform kann der Sequenzsteuerungsinhalt durch die Sequenzsteuereinheit 26 unter Verwendung einer Festlegungsfunktion, die sich auf das Programm und die Umgebungsinformationen des Speichers 13 bezieht, festgelegt (oder programmiert) werden. Der Inhalt und die Zeitsteuerung des Steuersignals C4 von der Sequenzsteuereinheit 26 zur Modulationssteuereinheit 22 und zur Ausgangssteuereinheit 24 können festgelegt werden. Bei der Kennlinie der PLL-Schaltung 21 werden der Zeitpunkt und die Übergangszeit, zu denen ein PLL-Zustand zwischen einem verriegelten Zustand und einem nicht verriegelten Zustand geschaltet wird, vorab erhalten. Auf der Grundlage der erhaltenen Kennlinie wird eine Sequenz festgelegt. Beispielsweise legt der Hersteller die Sequenz bei der Herstellung fest. Beispielsweise kann auch die Ein-/Ausschaltzeitsteuerung des Ausgangssteuersignals SO aus 5 festgelegt werden. Wie in 5 dargestellt ist, kann das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT beispielsweise kurz vor dem Ende der Teilwellenform in einen ausgeschalteten Zustand versetzt werden (zu einem Zeitpunkt kurz vor dem Wechsel in den nicht verriegelten Zustand). Ferner kann das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT zu einem Zeitpunkt, der kurz nach dem Beginn der Teilwellenform liegt (einem Zeitpunkt nach dem Wechsel in den verriegelten Zustand) in den eingeschalteten Zustand versetzt werden.
• Die Sequenzsteuereinheit 26 erhält den aktuellen PLL-Zustand auf der Grundlage einer vorgegebenen Sequenz und der Zeit des Zeitgebers 25 und gibt das Steuersignal C4 mit einem dem PLL-Zustand entsprechenden Inhalt aus. Die Modulationssteuereinheit 22 steuert die Frequenzmodulation in der gleichen Weise wie zuvor beschrieben entsprechend dem Inhalt und der Zeitsteuerung des Steuersignals C4 unter Verwendung des Modulationssteuersignals SM. Die Ausgangssteuereinheit 24 steuert das Ein-/Ausschalten der Sendewellenausgabe in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben entsprechend dem Inhalt und der Zeitsteuerung des Steuersignals C4 unter Verwendung des Ausgangssteuersignals SO.
• [Wirkungen]
• Wie vorstehend beschrieben, können bei der Radarschaltung 10 und dergleichen gemäß der zweiten Ausführungsform die gleichen Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erhalten werden. Gemäß der zweiten Ausführungsform können das Funkwellengesetz oder dergleichen erfüllt werden, indem durch die Sequenzsteuerung festgelegt wird, dass während des nicht verriegelten Zustands der PLL-Schaltung 21 keine Sendewelle mit einer instabilen Frequenz abgestrahlt wird. Gemäß der zweiten Ausführungsform kann die Abstandserfassung insbesondere durch Verringern der Kommunikation zwischen der Signalverarbeitungseinheit 11 und der HF-Schaltungseinheit 12 ausgeführt werden.
• Als Radarschaltung 10 gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform kann wie bei der ersten Ausführungsform ein Verfahren angewendet werden, bei dem der PLL-Zustand der PLL-Schaltung 21 unter Verwendung der Zustandserfassungseinheit 23 (oder der Sequenzsteuereinheit 26 selbst) erkannt und erfasst wird. In diesem Fall steuert die Sequenzsteuereinheit 26 ähnlich die vorgeschriebene Sequenz entsprechend dem erfassten PLL-Zustand.
• Ferner kann wie bei der Radarschaltung 10 gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform eine Ausgabeausschaltschaltung 29 aus 11 an einer späteren Stufe der Ausgabe der Signalerzeugungseinheit 20 und der PLL-Schaltung 21 oder an einer Position innerhalb der Signalerzeugungseinheit 20 und der PLL-Schaltung 21 bereitgestellt werden. Die Ausgabeausschaltschaltung 29 kann den Ein-/Ausschaltzustand des Ausgangssignals der PLL-Schaltung 21 schalten. In diesem Fall stellt die Ausgangssteuereinheit 24 das Ausgangssteuersignal SO für die Ausgabeausschaltschaltung 29 zum Ausschalten des Sendesignals ST dem Ausgang der PLL-Schaltung 21 bereit.
• (Dritte Ausführungsform)
• Eine Radarschaltung und dergleichen gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung werden mit Bezug auf die 12 bis 15 beschrieben. Das Radarsystem 1 und die Radarschaltung 10 gemäß der dritten Ausführungsform weisen auf der Sendeseite mehrere Sendekanäle und eine Funktion zum Schalten eines zu verwendenden Sendekanals entsprechend einem sich auf die Abstandsmessung beziehenden Modus auf. Ferner weist die dritte Ausführungsform auf der Empfangsseite eine Phased-Array-Antennenkonfiguration auf. Das heißt, dass die dritte Ausführungsform einen Fall eines Phased-Array-Radars (Phasen-Array-Radars) zeigt.
• [Radarschaltung]
• 12 zeigt eine Konfiguration des Radarsystems 1 und der Radarschaltung 10 gemäß der dritten Ausführungsform. Bei der Radarschaltung 10 gemäß der dritten Ausführungsform wird eine Konfiguration, bei der die Steuerung unter Verwendung der Sequenzsteuereinheit 26 ausgeführt wird, in der gleichen Weise wie bei der Radarschaltung 10 (11) gemäß der zweiten Ausführungsform als Grundkonfiguration angewendet. Die Konfiguration ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Radarschaltung 10 gemäß der dritten Ausführungsform kann in der gleichen Weise wie die Radarschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform (2) von der CPU 16 gesteuert werden.
• Das Radarsystem 1 weist zwei Sendeantennen entsprechend zwei Sendekanälen auf der Seite der Sendeantenne 41 auf. Die beiden Sendekanäle umfassen einen ersten Sendekanal CH1 und einen zweiten Sendekanal CH2. Eine erste Sendeantenne TXA1 für den ersten Sendekanal CH1 und eine zweite Sendeantenne TXA2 für den zweiten Sendekanal CH2 sind bereitgestellt. Entsprechend dem Sendekanal umfasst der Verstärker 31 einen ersten Verstärker PA1 und einen zweiten Verstärker PA2. Die erste Sendeantenne TXA1 ist mit dem ersten Verstärker PA1 verbunden, und die zweite Sendeantenne TXA2 ist mit dem zweiten Verstärker PA2 verbunden. Der erste Sendekanal CH1 weist den ersten Verstärker PA1 und die erste Sendeantenne TXA1 auf. Der zweite Sendekanal CH2 weist den zweiten Verstärker PA2 und die zweite Sendeantenne TXA2 auf. Die Sendewellen-Ausgangssignale TXOUT1 und TXOUT2 werden entsprechend dem Sendekanal bereitgestellt. Das Sendesignal ST von der PLL-Schaltung 21 wird in den ersten Verstärker PA1, den zweiten Verstärker PA2 und eine Anzahl (k) von Abwärtswandlern 33 eingegeben. Das Ausgangssteuersignal SO von der Ausgangssteuereinheit 24 umfasst Ausgangssteuersignale SO1 und SO2.
• Das Radarsystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform weist zwei sich auf die Abstandsmessung beziehende Modi und eine Steuerfunktion zur geeigneten Verwendung der beiden Sendekanäle entsprechend den Modi auf. Die Modi entsprechen dem Betrag des erfassten Abstands vom Ziel. Gemäß der dritten Ausführungsform werden der erste und der zweite Modus bereitgestellt und werden der erste Sendekanal CH1 und der zweite Sendekanal CH2 entsprechend dem ersten und dem zweiten Modus bereitgestellt. Der erste Modus ist ein Kurzstreckenerfassungsmodus (Radarmodus kurzer Reichweite) und verwendet den ersten Sendekanal CH1. Der erste Modus ist für die Erfassung eines kurzen Abstands (nahen Abstands) vom Ziel gegenüber dem zweiten Modus geeignet, wobei insbesondere ein geringer Abstand mit höherer Auflösung als beim zweiten Modus erfasst werden kann. Beim ersten Modus wird der Entwurf der ersten Wellenform verwendet. Der zweite Modus ist ein Mittelstreckenerfassungsmodus (Radarmodus mittlerer Reichweite) und verwendet den zweiten Sendekanal CH2. Der zweite Modus ist für die Erfassung eines mittleren Abstands von einem Ziel gegenüber dem ersten Modus geeignet. Beim zweiten Modus wird der Entwurf der zweiten Wellenform verwendet. Die Modulationssteuereinheit 22 stellt entsprechend der Sequenzsteuerung der PLL-Schaltung 21 ein Modulationssteuersignal SM mit einer dem Modus entsprechenden Wellenform bereit.
• Der Richtungssinn und die Ausgangsleistung der Sendeantenne 41 unterscheiden sich für die jeweiligen Modi. Wie in 12 dargestellt ist, kann ein Radarsystem 1 in zwei Modi als Konfiguration von zwei Sendekanälen zwei Typen von Abstandsmessungen ausführen. Das heißt, dass gemäß der dritten Ausführungsform sowohl ein geringer als auch ein mittlerer Abstand geeignet erfasst werden können.
• Gemäß der dritten Ausführungsform hat die Empfangsantenne 42 die Konfiguration einer Phased-Array-Antenne 500. Die Phased-Array-Antenne 500 weist eine Anzahl (k) von Empfangsantennen RXA1 bis RXAk auf. Die Radarschaltung 10 weist eine Anzahl (k) rauscharmer Verstärker 32 {LNA1 bis LNAk}, eine Anzahl (k) von Abwärtswandlern 33 {DC1 bis DCk} und eine Anzahl (k) von ADC 34 {ADC1 bis ADCk} entsprechend der Anzahl (k) von Empfangsantennen auf. Eine Anzahl (k) von Empfangswellen-Eingangssignalen RXIN1 bis RXINk, eine Anzahl (k) von Empfangssignalen SR1 bis SRk, eine Anzahl (k) von Differenzsignalen SD1 bis SDk und eine Anzahl (k) von Erfassungssignalen SF1 bis SFk werden entsprechend der Anzahl (k) von Empfangsantennen bereitgestellt. Eine Anzahl (k) von Erfassungssignalen SF1 bis SFk wird als Erfassungssignal SF zur Signalverarbeitungseinheit 11 gesendet.
• Die Phased-Array-Antenne 500 weist Blöcke einer Anzahl (k) von Empfangskanälen auf, und jeder Empfangskanal weist die Empfangsantenne 41, den rauscharmen Verstärker 32, den Abwärtswandler 33 und den ADC 34 auf. Es sei bemerkt, dass der Empfangskanal und der Sendekanal unterschiedliche Konzepte sind. Bei der Konfiguration der Phased-Array-Antenne 500 kann der Winkel einer Empfangswelle (ankommenden Welle) gemäß einer wohlbekannten Technologie anhand der Verarbeitung des Erfassungssignals SF geschätzt werden, wodurch die Richtung des Ziels erfasst werden kann. Die Signalverarbeitungseinheit 11 des Radarsystems 1 berechnet die Richtung des Ziels unter Verwendung der Phased-Array-Antenne 500 auf der Grundlage des Erfassungssignals SF. Die Erfassungsinformationen 202 umfassen Informationen über die Richtung. Mit zunehmender Anzahl der Empfangskanäle der Phased-Array-Antenne 500 kann eine Winkeltrennung eine Anzahl von Zielen ausgeführt werden, so dass der Winkel (die Richtung) des Ziels mit höherer Genauigkeit erfasst werden kann.
• Die Konfiguration der Phased-Array-Antenne 500 kann selbst bei der ersten Ausführungsform und dergleichen ähnlich angewendet werden.
• [Frequenzmodulation]
• 13 zeigt einen Wellenformentwurf der Frequenzmodulation in der Modulationsperiode TM des Sendesignals ST für die jeweiligen Modi gemäß der dritten Ausführungsform. 13(A) zeigt eine erste Wellenform für den ersten Modus. 13(B) zeigt eine zweite Wellenform für den zweiten Modus.
• Die Konfiguration der ersten Wellenform in (A) ist die gleiche wie bei der Wellenform gemäß der ersten Ausführungsform in 3(A). Auf der Referenzgeraden 300 sind die geradlinigen Abschnitte 301 bis 30n als mehrere Teilwellenformen bereitgestellt und ist das gesamte Frequenzband W1 bereitgestellt.
• Die Konfiguration der zweiten Wellenform aus (B) gleicht jener der Wellenform des ersten Verfahrens des Vergleichsbeispiels in 18(A). Die geradlinigen Abschnitte 901 bis 90n sind als mehrere Teilwellenformen bereitgestellt, und es ist das gesamte Frequenzband WO bereitgestellt.
• Das Frequenzband W1 ist breiter als das Frequenzband WO (W1 > W0). Weil die Wellenform des ersten Modus ein breiteres Band als die Wellenform des zweiten Modus hat, kann die Abstandsauflösung erhöht werden, so dass eine Erfassung eines geringen Abstands möglich ist.
• [Modussteuerung (1)]
• Das Radarsystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform steuert das Modusschalten, so dass sich der erste Sendekanal CH1 im eingeschalteten Zustand befindet, wenn der erste Modus verwendet wird, und sich der zweite Sendekanal CH2 im eingeschalteten Zustand befindet, wenn der zweite Modus verwendet wird.
• 14 ist ein Zeitablaufdiagramm, das sich auf die Steuerung des Schaltens zwischen zwei Modi bezieht. 14 zeigt ein Beispiel des Ausgangssteuersignals SO und des Sendewellen-Ausgangssignals TXOUT in Bezug auf die Sendewellenausgabe-Ausschaltsteuerung für jeden Modus. 14 zeigt von oben ein Ausgangssteuersignal SO1 des ersten Sendekanals CH1 im ersten Modus, ein Ausgangssteuersignal SO2 des zweiten Sendekanals CH2 im zweiten Modus, ein Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT1 des ersten Sendekanals CH1 im ersten Modus und ein Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT2 des zweiten Sendekanals CH2 im zweiten Modus. Im Beispiel sind Signale zum Steuern des ersten Modus, so dass der eingeschaltete Zustand (gültig) angenommen wird, und des zweiten Modus, so dass der ausgeschaltete Zustand (ungültig) angenommen wird, dargestellt.
• Wenn der erste Modus verwendet wird, befindet sich das Ausgangssteuersignal SO1 des ersten Sendekanals CH1 für jede Modulationsperiode Tm entsprechend jeder der Teilwellenformen im eingeschalteten Zustand und für jede Pausenzeit Tr im ausgeschalteten Zustand. Dadurch befindet sich für jede Modulationsperiode Tm das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT1 vom ersten Verstärker PA1 im eingeschalteten Zustand und in der dem nicht verriegelten Zustand der PLL entsprechenden Pausenzeit Tr im ausgeschalteten Zustand. Der Inhalt der Steuerung gleicht jenem in 5. Andererseits befindet sich das Ausgangssteuersignal SO2 des zweiten Sendekanals CH2 im ausgeschalteten Zustand, so dass das Sendewellen-Ausgangssignal TXOUT2 vom zweiten Verstärker PA2 im ausgeschalteten Zustand ist. Auf diese Weise wird, wenn der erste Modus verwendet wird, die Funkwelle der Sendewelle nur von der ersten Sendeantenne TXA1 abgestrahlt.
• Wenngleich dies nicht dargestellt ist, ist ein umgekehrtes Signal, wenn der zweite Modus verwendet wird, ähnlich dem vorstehend beschriebenen. Das heißt, dass, wenn der zweite Modus verwendet wird, das Ausgangssteuersignal SO2 des zweiten Sendekanals CH2 wiederholt ein-/ausgeschaltet wird und sich das Ausgangssteuersignal SO1 des ersten Sendekanals CH1 im ausgeschalteten Zustand befindet. Daher wird die Sendewelle nur von der zweiten Sendeantenne TXA2 ausgesendet. Der zweite Modus ist beispielsweise so ausgelegt, dass es nicht erforderlich ist, so geringe Abstände wie beim ersten Modus zu erfassen, und dass nicht die gleiche Abstandsauflösung wie beim ersten Modus erforderlich ist, wenn mittlere Abstände erfasst werden. Daher wird der gleiche Entwurf wie beim Vergleichsbeispiel auf die Wellenform des zweiten Modus angewendet. Beim zweiten Modus kann jedoch eine Wellenform, die sich von jener des Vergleichsbeispiels unterscheidet, entsprechend dem vorgesehenen Abstand vom Erfassungsziel oder dergleichen angewendet werden. Beispielsweise können beim zweiten Modus eine Wellenform, die der Wellenform der ersten Ausführungsform oder der Modifikation ähnelt und andere Einstellungen in der Art der Steigung und des Frequenzbands als beim ersten Modus aufweist, angewendet werden.
• Die Sequenzsteuereinheit 26 oder die CPU 16 kann ein Steuersignal erzeugen, das einen zu verwendenden aktuellen Modus repräsentiert, und das Modusschalten steuern.
• Als Modifikation der dritten Ausführungsform ist nicht nur die Konfiguration von zwei Modi und Sendekanälen, sondern auch eine Konfiguration von drei oder mehr Modi und Sendekanälen möglich. Beispielsweise können ein Modus einer Erfassung eines hohen Abstands und ein entsprechender dritter Sendekanal zusätzlich als dritter Modus bereitgestellt werden. In diesem Fall wird als dritte Sendeantenne eine solche verwendet, die eine für die Erfassung eines hohen Abstands geeignete hohe Antennenverstärkung aufweist. Es können andere Modi und Sendeantennen verwendet werden, wobei beispielsweise ein Modus mit schmalwinkliger Bestrahlung verwendet wird, bei dem der Strahl zur Bestrahlung verschmälert ist. Demgemäß können durch Schalten der Wellenform und der Sendekanals entsprechend jedem Modus geeignet verschiedene Abstände durch ein Radarsystem 1 erfasst werden und das Radarsystem 1 mit einer hochentwickelten Funktion versehen werden.
• [Modussteuerung (2)]
• Das Radarsystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform kann die folgenden Gegebenheiten als Modusschaltverfahren anwenden. Erstens ist ein Verfahren möglich, bei dem mehrere Modi vorab unter Verwendung eines Programms oder von Umgebungsinformationen festgelegt werden, die sequenziell zu schalten sind. Beispielsweise erzeugt die Sequenzsteuereinheit 26 (oder die CPU 16) ein Steuersignal zum Schalten des Modus in einer vorgegebenen Zeit oder zu einem vorgegebenen Zeitpunkt auf der Zeitachse auf der Grundlage der vorstehenden Einstellungen.
• 15 zeigt ein Beispiel einer Modusschaltsteuerung. 15(A) zeigt als erstes Beispiel einen zeitlichen Übergang, wenn zwei Moden auf der Grundlage einer vorgegebenen Einstellung zeitlich getrennt geschaltet werden. Beispielsweise werden der erste Modus und der zweite Modus in den jeweiligen vorgegebenen Zeiten abwechselnd verwendet. Die Modusdauer und dergleichen werden vorab als erste und zweite Modusperiode festgelegt, wobei ihre Einstellungen variabel sind. Zwischen den beiden Modi ist eine vorgegebene Schaltübergangszeit Tsw vorgesehen. In der Schaltübergangszeit Tsw werden die Einstellung der Frequenzmodulations-Wellenform und die Einstellung des Sendekanals, die zu verwenden sind, geschaltet. Durch die Ausführung einer solchen zeitlich getrennten Modusschaltsteuerung können zwei Abstandstypen, nämlich ein geringer Abstand und ein mittlerer Abstand, fast gleichzeitig mit einer vorgegebenen Genauigkeit erfasst werden.
• 15(B) zeigt einen Fall, in dem der Modus bei einer Zeitsteuerung geschaltet wird, die einem Befehl von einem Host-System oder dergleichen entspricht, als zweites Beispiel der Modusschaltsteuerung. Beispielsweise wird ein Modus, der sich auf eine Abstandsmessung, einen Befehl oder andere Informationen bezieht, von der ECU 101 des am Fahrzeug angebrachten Systems 100, das ein Host-System ist, in die Signalverarbeitungseinheit 11 des Radarsystems 1 eingegeben. Die CPU 16 schaltet die mehreren Modi entsprechend den eingegebenen Informationen.
• Beim Beispiel aus (B) nimmt die CPU 16 Informationen in der Art eines Befehls von der ECU 101 zu einem gewissen ersten Zeitpunkt tx1 entgegen. Die Informationen sind beispielsweise ein Befehl zur Verwendung des zweiten Modus. Ansprechend auf den Befehl stellt die CPU 16 der HF-Schaltungseinheit 12 ein Steuersignal zum Schalten in den zweiten Modus bereit. Dadurch befindet sich der zweite Modus nach der vorgegebenen Schaltübergangszeit Tsw im eingeschalteten Zustand. Anschließend nimmt die CPU 16 zu einem zweiten Zeitpunkt tx2 Informationen in der Art eines Befehls von der ECU 101 entgegen. Die Informationen sind beispielsweise ein Befehl zur Verwendung des ersten Modus. Ansprechend auf den Befehl stellt die CPU 16 der HF-Schaltungseinheit 12 ein Steuersignal zum Schalten in den ersten Modus bereit. Dadurch befindet sich der erste Modus nach der vorgegebenen Schaltübergangszeit Tsw im eingeschalteten Zustand. Durch eine solche Modusschaltsteuerung kann die Abstandsmessung bei einem geringen und einem mittleren Abstand nach Bedarf des Host-Systems zu einem beliebigen Zeitpunkt ausgeführt werden.
• Die vom Host-System eingegebenen Informationen sind nicht auf direkte Modusbefehle beschränkt. Beispielsweise kann die CPU 16 auf der Grundlage von der ECU 101 eingegebener Informationen in der Art der Fahrzeuggeschwindigkeit feststellen, welcher Modus verwendet werden sollte, um den Modus zu schalten. Ferner kann die CPU 16, selbst wenn es keine eingegebenen Informationen in der Art eines Befehls vom Host-System gibt, den Modus selbst auf der Grundlage der Feststellung schalten. Es ist auch möglich, entsprechend dem Befehl oder den Einstellungen weiter einen spezifischen von mehreren Modi zu verwenden.
• 15(C) zeigt als drittes Beispiel der Modusschaltsteuerung ein Steuerungsbeispiel, bei dem die CPU 16 auf der Grundlage der von der ECU 101 eingegebenen Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit (Host-Fahrzeuggeschwindigkeit) automatisch einen Modus bestimmt und zwischen den beiden Modi schaltet. Bei (C) ist auf der Oberseite ein Zeitübergangsbeispiel der Fahrzeuggeschwindigkeit [m/s] dargestellt und ist auf der Unterseite ein entsprechendes Modusschaltbeispiel dargestellt.
• Die CPU 16 schaltet entsprechend dem Betrag der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit als Referenz zwischen den beiden Modi. Beim Beispiel schaltet die CPU 16 zu dieser Zeit durch Hysteresesteuerung unter Verwendung eines Schwellenwerts der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen den beiden Modi. Im Beispiel sind eine erste Schwelle H1 und eine zweite Schwelle H2 dargestellt (H1 < H2). Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit aus dem Zustand des ersten Modus den zweiten Stellenwert H2 überschreitet, verwendet die CPU 16 den zweiten Modus, und sie schaltet zur Verwendung des ersten Modus, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit aus dem Zustand des zweiten Modus bis unter den ersten Schwellenwert H1 abfällt. Zur Vermeidung eines häufigen Modusschaltens zwischen den Erhöhungen und Verringerungen der Fahrzeuggeschwindigkeit in der Nähe eines Schwellenwerts wird eine wohlbekannte Hysteresesteuerung verwendet. Im Beispiel wird im zweiten Modus ein mittlerer Abstand erfasst, weil die Fahrzeuggeschwindigkeit zu Beginn verhältnismäßig hoch ist. Die Fahrzeuggeschwindigkeit liegt zu einem bestimmten Zeitpunkt ty1 unterhalb des ersten Schwellenwerts H1. Daher wird der zweite Modus in den ersten Modus geschaltet und wird im ersten Modus ein geringer Abstand erfasst. Anschließend überschreitet die Fahrzeuggeschwindigkeit die zweite Schwelle H2 zu einer bestimmten Zeit ty2. Daher wird der erste Modus wieder in den zweiten Modus geschaltet.
• Durch eine solche Modusschaltsteuerung kann ein Abstand durch Ändern des Abstands des Erfassungsziels entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit während der Fahrt genau erfasst werden. Während einer verhältnismäßig langsamen Fahrt kann im ersten Modus ein geringer Abstand erfasst werden, und während einer verhältnismäßig schnellen Fahrt kann im zweiten Modus ein mittlerer Abstand erfasst werden. Wenn das Host-Fahrzeug beispielsweise auf einem Parkplatz eingeparkt wird, kann ein geringer Abstand von einem Objekt in der Art eines anderen Fahrzeugs, das sich in einer geringen Entfernung befindet, mit einer verhältnismäßig hohen Abstandsauflösung erfasst werden. Das am Fahrzeug angebrachte System 100 kann beispielsweise unter Verwendung von Informationen über den vom Radarsystem 1 erfassten geringen Abstand eine Steuerung einer Bremse oder dergleichen beim Einparken ausführen. Die zu verwendenden eingegebenen Informationen sind nicht auf die Fahrzeuggeschwindigkeit beschränkt, und die Modusschaltsteuerung kann ähnlich unter Verwendung von Erfassungsinformationen anderer Sensoren oder dergleichen ausgeführt werden.
• [Wirkungen]
• Wie vorstehend beschrieben wurde, können durch die Radarschaltung 10 und dergleichen gemäß der dritten Ausführungsform die gleichen Wirkungen wie gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform erhalten werden. Gemäß der dritten Ausführungsform kann eine geeignete Abstandserfassung ausgeführt werden, insbesondere unter Verwendung eines Modus einer geeigneten Wellenform entsprechend der Größe des Abstands vom Erfassungsziel. Ferner kann eine geeignete Steuerung unter Verwendung des Erfassungsabstands in einem Host-System ausgeführt werden.
• Die Beziehung zwischen dem Abstand und der Modulationsfrequenz wird ergänzt. Wie beim Beispiel des ersten Modus ist es, wenn ein verhältnismäßig geringer Abstand zu erfassen ist, wünschenswert, die Abstandsauflösung so weit wie möglich zu erhöhen. Wenn beispielsweise ein geringer Abstand von einem Objekt in der Art eines anderen Fahrzeugs, das sich in einer verhältnismäßig geringen Entfernung vom Host-Fahrzeug befindet, erfasst wird, während sich das Fahrzeug mit einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit bewegt, beträgt die Abstandsauflösung beim Beispiel aus dem Stand der Technik einige zehn Zentimeter bis einige Zentimeter. Andererseits kann durch die Verwendung der ersten bis dritten Ausführungsform eine Abstandsauflösung von mehreren Zentimetern oder weniger erreicht werden. Wie in 3 dargestellt ist, können ein breites Frequenzmodulationsband gewährleistet werden und die Abstandsauflösung erhöht werden, indem die Wellenform aus einer Kombination mehrerer Teilwellenformen zusammengesetzt wird.
• Wie beim Beispiel des zweiten Modus ist, wenn ein mittlerer Abstand zu erfassen ist, keine Abstandsauflösung wie im Fall des geringen Abstands im ersten Modus erforderlich. Daher kann auch eine Wellenform wie beim vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel angewendet werden. Weil beim zweiten Modus die Modulationsfrequenz schmalbandig ist, ergibt sich dabei der Vorteil, dass die Frequenzmodulationszeit verringert werden kann. Wenn die Relativgeschwindigkeit V des Ziels hoch ist, ist es wahrscheinlicher, dass der zweite Modus die Relativgeschwindigkeit erfasst.
• Als Modifikation der Radarschaltung 10 und dergleichen gemäß der dritten Ausführungsform ist auch Folgendes möglich. Für jeden Modus und für jeden Sendekanal kann eine unabhängige Schaltungseinheit bereitgestellt werden. Beispielsweise können für den ersten Modus eine erste PLL-Schaltung und eine Einstellungsschaltung dafür bereitgestellt werden und können für den zweiten Modus eine zweite PLL-Schaltung und eine Einstellungsschaltung dafür bereitgestellt werden. Die Ausgänge der Schaltungseinheiten mehrerer Systeme werden zu einem einzigen zusammengeführt. Der Ausgang wird entsprechend dem Modus geschaltet. Der Entwurf der mehreren Teilwellenformen der Modulationsperiode TM kann auch durch die Verwendung mehrerer paralleler Schaltungseinheiten erreicht werden. Beispielsweise wird die Frequenzmodulation des ersten geradlinigen Abschnitts durch eine erste PLL-Schaltung oder dergleichen erreicht und wird die Frequenzmodulation des zweiten geradlinigen Abschnitts durch eine zweite PLL-Schaltung oder dergleichen erreicht.
• Wenngleich die Erfindung detailliert auf der Grundlage der Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt und können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Komponenten der Ausführungsformen können hinzugefügt, fortgelassen, getrennt, zusammengefügt, ersetzt, kombiniert werden oder dergleichen. Ein Teil oder alle Funktionen und dergleichen der Ausführungsformen können durch Hardware in der Art einer integrierten Schaltung oder durch Softwareprogrammverarbeitung verwirklicht werden. Jeder Bestandteil der Software kann beim Produktversand vorab in der Vorrichtung gespeichert werden oder nach dem Produktversand durch Kommunikation von einer externen Vorrichtung erhalten werden. Zahlenwerte und Formen spezifischer Beispiele der Ausführungsformen sind Beispiele. Die Erfindung ist nicht nur auf ein an einem Fahrzeug angebrachtes System, sondern auch auf andere Anwendungen anwendbar.
• Bezugszeichenliste

1

Radarsystem

10

Radarschaltung

11

Signalverarbeitungseinheit

12

HF-Schaltungseinheit

13

Speicher

14

Umgebungsschnittstelleneinheit

15

Zeitgeber

16

CPU

17

Schnittstellenschaltung

20

Signalerzeugungseinheit

21

PLL-Schaltung

22

Modulationssteuereinheit

23

Zustandserfassungseinheit

24

Ausgangssteuereinheit

31

Verstärker

32

rauscharmer Verstärker

33

Abwärtswandler

34

ADC

41

Sendeantenne

42

Empfangsantenne

100

am Fahrzeug angebrachtes System

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2016/184850 [0004]
• US 9134415 [0004]
• US 9134415 B2 [0004]

Claims (15)

1. Radarschaltung, welche den Abstand von einem Ziel und die Relativgeschwindigkeit des Ziels unter Verwendung eines Frequenzmodulationsverfahrens erfasst, wobei die Radarschaltung Folgendes aufweist: eine Signalerzeugungseinheit, die ein Sendesignal für eine Sendewelle erzeugt, eine Modulationssteuereinheit, welche die Frequenzmodulation des Sendesignals steuert, eine empfangsseitige Schaltungseinheit, die ein Erfassungssignal auf der Grundlage einer Differenzfrequenz zwischen einem Empfangssignal einer Empfangswelle in Bezug auf die Sendewelle und dem Sendesignal erfasst, und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Analyseverarbeitung auf der Grundlage des Erfassungssignals ausführt und den Abstand und die Relativgeschwindigkeit berechnet, wobei eine Frequenzmodulations-Wellenform des Sendesignals eine Anzahl (n) von Teilwellenformen aufweist, bei denen die Steigung der Modulationsfrequenz positiv oder negativ ist, und für benachbarte Teilwellenformen von der Anzahl (n) von Teilwellenformen die Anfangsfrequenz einer folgenden Teilwellenform größer als die Endfrequenz einer vorhergehenden Teilwellenform ist, wenn die Steigung positiv ist, und die Anfangsfrequenz der folgenden Teilwellenform kleiner als die Endfrequenz der vorhergehenden Teilwellenform ist, wenn die Steigung negativ ist.
2. Radarschaltung nach Anspruch 1, wobei das Sendesignal ein vorgegebenes Frequenzband durch eine Kombination der mehreren Teilwellenformen der Wellenform in einer Modulationsperiode verwirklicht und die Wellenform eine Anzahl (n) von Malen wiederholt.
3. Radarschaltung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Teilwellenformen der Wellenform auf einer Referenzgeraden angeordnet sind oder in einem Referenzgebiet eines vorgegebenen Frequenzbereichs in Bezug auf die Referenzgerade im Wesentlichen linear angeordnet sind.
4. Radarschaltung nach Anspruch 1, welche ferner Folgendes aufweist: eine Ausgangssteuereinheit, die das Ein-/Ausschalten der Ausgabe der Sendewelle steuert, wobei die Ausgangssteuereinheit die Ausgabe der Sendewelle so steuert, dass sie in einem eingeschalteten Zustand ist, wenn sich eine PLL-Schaltung der Signalerzeugungseinheit in einem verriegelten Zustand befindet, und die Ausgabe der Sendewelle so steuert, dass sie in einem ausgeschalteten Zustand ist, wenn sich die PLL-Schaltung in einem nicht verriegelten Zustand befindet.
5. Radarschaltung nach Anspruch 4, wobei eine Pausenzeit, die dem nicht verriegelten Zustand entspricht, zwischen benachbarten der Anzahl von Teilwellenformen bereitgestellt ist und die Ausgangssteuereinheit die Ausgabe der Sendewelle so steuert, dass sie zur Pausenzeit in einem ausgeschalteten Zustand ist.
6. Radarschaltung nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungseinheit ein Steuersignal erzeugt, das die Frequenzmodulation auf der Grundlage der Zeit eines Zeitgebers steuert und der Modulationssteuereinheit das Signal bereitstellt.
7. Radarschaltung nach Anspruch 1, welche ferner Folgendes aufweist: eine Sequenzsteuereinheit, welche die Frequenzmodulation steuert, wobei die Sequenzsteuereinheit ein Steuersignal erzeugt, welches die Frequenzmodulation auf der Grundlage der Zeit eines Zeitgebers in einer von der Signalverarbeitungseinheit verschiedenen Hochfrequenz-Schaltungseinheit steuert und der Modulationssteuereinheit das Signal bereitstellt.
8. Radarschaltung nach Anspruch 1, wobei die Wellenformdaten der Zwischenzeit einer Anzahl von Signalen entsprechend der Anzahl von Teilwellenformen im Empfangssignal interpoliert wird und die Signalverarbeitungseinheit die Analyseverarbeitung unter Verwendung eines durch Verbinden der Anzahl von Signalen erhaltenen Signals ausführt.
9. Radarschaltung nach Anspruch 1, wobei die Teilwellenformen eine Stufenform mit einer vorgegebenen Zeitbreite und Frequenzbreite als Einheiten aufweisen.
10. Radarschaltung nach Anspruch 1, welche ferner Folgendes aufweist: eine sendeseitige Schaltungseinheit mit einer Anzahl von Sendekanälen, welche der Anzahl der Sendeantennen entspricht, wobei die Modulationssteuereinheit eine Anzahl von Typen von Wellenformen einschließlich einer ersten Wellenform und einer zweiten Wellenform als Wellenform des Sendesignals steuert, und in einem ersten Modus die Sendewelle auf der Grundlage des Sendesignals mit der ersten Wellenform von einer ersten Sendeantenne ausgesendet wird und in einem zweiten Modus die Sendewelle auf der Grundlage des Sendesignals mit der zweiten Wellenform von einer zweiten Sendeantenne ausgesendet wird.
11. Radarschaltung nach Anspruch 10, wobei die Sendewelle mit der ersten Wellenform ein erstes Frequenzband aufweist, die Sendewelle mit der zweiten Wellenform ein zweites Frequenzband aufweist und das erste Frequenzband breiter als das zweite Frequenzband ist und der erste und der zweite Modus entsprechend dem Abstand vom Erfassungsziel oder von einem Host-System eingegebener Informationen geschaltet werden.
12. Radarschaltung nach Anspruch 10, wobei die Sendewelle mit der ersten Wellenform ein erstes Frequenzband aufweist, die Sendewelle mit der zweiten Wellenform ein zweites Frequenzband aufweist und das erste Frequenzband breiter als das zweite Frequenzband ist und der erste Modus und der zweite Modus zeitlich getrennt geschaltet werden.
13. Radarschaltung nach Anspruch 10, wobei die Sendewelle mit der ersten Wellenform ein erstes Frequenzband aufweist, die Sendewelle mit der zweiten Wellenform ein zweites Frequenzband aufweist und das erste Frequenzband breiter als das zweite Frequenzband ist und der erste und der zweite Modus entsprechend von einem Host-System eingegebener Informationen einschließlich der Fahrzeuggeschwindigkeit geschaltet werden.
14. Radarsystem, welches den Abstand von einem Ziel und die Relativgeschwindigkeit des Ziels unter Verwendung eines Frequenzmodulationsverfahrens erfasst, wobei das Radarsystem Folgendes aufweist: eine Radarschaltung, eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne, wobei die Radarschaltung Folgendes aufweist: eine Signalerzeugungseinheit, die ein Sendesignal für eine Sendewelle erzeugt, eine Modulationssteuereinheit, welche die Frequenzmodulation des Sendesignals steuert, eine empfangsseitige Schaltungseinheit, die ein Erfassungssignal auf der Grundlage einer Differenzfrequenz zwischen einem Empfangssignal einer Empfangswelle in Bezug auf die Sendewelle und dem Sendesignal erfasst, und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Analyseverarbeitung auf der Grundlage des Erfassungssignals ausführt und den Abstand und die Relativgeschwindigkeit berechnet, wobei eine Frequenzmodulations-Wellenform des Sendesignals eine Anzahl (n) von Teilwellenformen aufweist, bei denen die Steigung der Modulationsfrequenz positiv oder negativ ist, und für benachbarte Teilwellenformen von der Anzahl (n) von Teilwellenformen die Anfangsfrequenz einer folgenden Teilwellenform größer als die Endfrequenz einer vorhergehenden Teilwellenform ist, wenn die Steigung positiv ist, und die Anfangsfrequenz der folgenden Teilwellenform kleiner als die Endfrequenz der vorhergehenden Teilwellenform ist, wenn die Steigung negativ ist.
15. Radarprogramm, welches eine Radarschaltung, die den Abstand von einem Ziel und die Relativgeschwindigkeit des Ziels unter Verwendung eines Frequenzmodulationsverfahrens erfasst, veranlasst, eine Verarbeitung auszuführen, wobei die Verarbeitung, die von der Radarschaltung ausgeführt wird, Folgendes aufweist: eine Signalerzeugungsverarbeitung zur Erzeugung eines Sendesignals für eine Sendewelle, eine Modulationssteuerverarbeitung zur Steuerung der Frequenzmodulation des Sendesignals, eine empfangsseitige Verarbeitung zur Erfassung eines Erfassungssignals auf der Grundlage der Differenzfrequenz zwischen einem Empfangssignal einer Empfangswelle in Bezug auf die Sendewelle und dem Sendesignal und eine Signalverarbeitung zur Ausführung einer Analyseverarbeitung auf der Grundlage des Erfassungssignals und zur Berechnung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit, wobei eine Frequenzmodulations-Wellenform des Sendesignals eine Anzahl (n) von Teilwellenformen aufweist, bei denen die Steigung der Modulationsfrequenz positiv oder negativ ist, und für benachbarte Teilwellenformen von der Anzahl (n) von Teilwellenformen die Anfangsfrequenz einer folgenden Teilwellenform größer als die Endfrequenz einer vorhergehenden Teilwellenform ist, wenn die Steigung positiv ist, und die Anfangsfrequenz der folgenden Teilwellenform kleiner als die Endfrequenz der vorhergehenden Teilwellenform ist, wenn die Steigung negativ ist.

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