DE60132934T2

DE60132934T2 - FMCW-Radarsystem

Info

Publication number: DE60132934T2
Application number: DE60132934T
Authority: DE
Inventors: Osamu Isaji
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: US7221309B2; DE60132605T2; KR100597343B1; EP1757953B1; EP1321775A1; DE60132605D1; DE60140329D1; US20050184903A1; JP4111667B2; DE60132386D1; CN1260578C; EP1321775B1; US20020180632A1; US7002512B2; EP1621898A3; EP1621898A2; JP2002098753A; US7183968B2; EP1621898B1; EP1619519A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein FM-CW-Radarsystem und insbesondere auf ein System, das mit einer Einrichtung für die Unterscheidung eines auf ein Targetobjekt bezogenen Signals von Rauschen und einem Signal von einem sehr entfernten Target ausgestattet ist, um nicht Rauschen, ein sehr entferntes Target oder Ähnliches fehlerhafterweise als ein Targetobjekt zu erkennen.
Stand der Technik
FM-CW-Radar wird als Radarsystem für die Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit eines Targetobjekts verwendet. Da FM-CW-Radar den Abstand und die Relativgeschwindigkeit eines davor fahrenden Fahrzeugs durch Verwendung einer einfachen Signalverarbeitungsschaltung messen kann und da sein Sender und Empfänger mit einfachen Schaltungen aufgebaut werden kann, wird dieser Radartyp als ein Fahrzeug-Kollisionsvermeidungsradar eingesetzt.
Das Prinzip des FM-CW-Radars ist wie folgt. Ein Oszillator wird durch beispielsweise eine Dreieckswelle von einigen hundert Hertz frequenzmoduliert und die frequenzmodulierte Welle wird gesendet; dann wird ein reflektiertes Signal von einem Targetobjekt empfangen, und das empfangene Signal wird unter Verwendung der frequenzmodulierten Welle als lokale Frequenz requenzdemoduliert. Hier ist die vom Target reflektierte Welle von dem gesendeten Signal entsprechend dem Abstand zwischen dem Radar und dem Targetobjekt und auch der Dopplerverschiebung aufgrund der Relativgeschwindigkeit des Targets frequenzverschoben (das heißt, verursacht eine Schwebung). Der Abstand und die Relativgeschwindigkeit des Targetobjekts können aus dieser Frequenzverschiebung gemessen werden.
In einem FM-CW-Radarsystem wird häufig eine Dreieckswelle als Modulationssignal verwendet, und die hierin gegebene Beschreibung behandelt den Fall, in dem eine Dreieckswelle als Modulationssignal verwendet wird, aber man sollte sich bewusst sein, dass eine modulierende Welle einer anderen Form, wie zum Beispiel eine Sägezahnwelle oder eine Trapezwelle, anstelle der Dreieckswelle verwendet werden kann.
1 ist ein Diagramm zur Erklärung des Prinzips des FM-CW-Radars, wenn die Relativgeschwindigkeit bezüglich des Targetobjekts 0 ist. Die gesendete Welle ist eine Dreieckswelle, deren Frequenz sich, wie durch die durchgezogene Linie in Teil (a) von 1 gezeigt, ändert. In der Figur ist f₀ die Sendemittenfrequenz der gesendeten Welle, Δf ist die FM-Modulationsamplitude und Tm ist die Wiederholperiode. Das gesendete Signal wird vom Targetobjekt reflektiert und durch eine Antenne empfangen; die empfangene Welle ist durch die gestrichelte Linie in Teil (a) von 1 gezeigt. Die Umlaufzeit T der Radiowelle zu und von dem Targetobjekt ist durch T = 2r/C gegeben, wobei r der Abstand zum Targetobjekt und C die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radiowelle ist.
Hier ist die empfangene Welle von dem gesendeten Signal entsprechend dem Abstand zwischen dem Radar und dem Targetobjekt frequenzverschoben (das heißt, verursacht eine Schwebung).
Die Schwebungsfrequenzkomponente fb kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden. fb = fr = (4·Δf/C·Tm)r (1)
Demgegenüber ist 2 ein Diagramm zur Erklärung des Prinzips des FM-CW-Radars, wenn die Relativgeschwindigkeit bezüglich des Targetobjekts v ist. Die Frequenz der gesendeten Welle ändert sich, wie durch die durchgezogene Linie in Teil (a) von 2 gezeigt. Das gesendete Signal wird vom Targetobjekt reflektiert und durch eine Antenne empfangen; die empfangene Welle ist durch die gestrichelte Linie in Teil (a) von 2 gezeigt. Hier ist die empfangene Welle von dem gesendeten Signal entsprechend dem Abstand zwischen dem Radar und dem Targetobjekt frequenzverschoben (das heißt, verursacht eine Schwebung). Da die Relativgeschwindigkeit bezüglich des Targetobjekts v ist, tritt in diesem Fall eine Dopplerverschiebung auf, und die Schwebungsfrequenzkomponente fb kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden. fb = fr ± fd = (4·Δf/C·Tm)r ± (2·f0/C)v (2)
In den obigen Gleichungen (1) und (2) haben die Symbole die folgenden Bedeutungen.

fb:: Sende/Empfangs-Schwebungsfrequenz,
fr:: Entfernungs-(Abstands-)frequenz
fd:: Geschwindigkeitsfrequenz
f₀:: Mittenfrequenz der gesendeten Welle
Δf:: Frequenzmodulationsamplitude
Tm:: Periode der modulierten Welle
C:: Lichtgeschwindigkeit (Geschwindigkeit der Radiowelle)
T:: Umlaufzeit der Radiowelle zu und von dem Targetobjekt
r:: Entfernung (Abstand) zum Targetobjekt
v:: Relativgeschwindigkeit bezüglich Targetobjekt

In einem FM-CW-Radarsystem gibt es jedoch Fälle, wo nicht nur das von dem Targetobjekt reflektierte Signal, sondern auch Rauschen und ein Signal von einem in mittleren oder weiten Entfernungen befindlichen Target erkannt werden. Dies kann zu einer fehlerhaften Erkennung führen, die anzeigt, dass das Targetobjekt in einer Entfernung ist, die verschieden von der tatsächlichen Entfernung ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Radarsystem bereitzustellen, welches sogar in Gegenwart von Rauschen oder eines Signals von einem in mittleren oder weiten Entfernungen befindlichen Target genau bestimmen kann, ob das auf dem Radar erscheinende Signal das Signal von dem Targetobjekt ist oder Rauschen oder ein Signal von einer anderen Quelle ist, und dadurch entscheiden kann, ob der Abstand zu dem Targetobjekt korrekt gemessen wurde.
Die US-A-5274380 beschreibt ein FM-CW-Radar vom Umschalttyp, wobei ein Umschaltkreis auf der Senderseite zur Verfügung gestellt wird und seine Umschaltfrequenz für jedes einzelne Fahrzeug auf einen unterschiedlichen Wert eingestellt ist. Dies verringert die Interferenz durch Radarwellen von anderen Fahrzeugen.
US-A-5652589 beschreibt ein FM-CW-Mehrstrahlradargerät. Wenn an ein nahegelegenes Target gesendet wird, wird mittels einer der Antennen ein Strahl gesendet und ein reflektierter Strahl wird durch eine andere empfangen. Für weit entfernte Targets wird ein gemeinsamer Sender-Empfänger verwendet.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stellen wir ein Heterodyn-FM-CW-Radarsystem bereit, das einen spannungsgesteuerten Oszillator frequenzmoduliert, indem daran ein Modulationssignal von einem ersten Modulationssignalgenerator angelegt wird, und das eine frequenzmodulierte Welle sendet und eine reflektierte Welle empfängt, wobei
das System einen zweiten Modulationssignalgenerator zur Erzeugung eines Abwärtsmischsignals (IF-Signals), eine Modulationssignalgenerator-Steuereinheit zum Variieren der Frequenz des zweiten Modulationssignalgenerators und eine Signalverarbeitungseinheit enthält, um ein Signal zu unterscheiden, das gegenüber einem Signal variiert, das ansprechend auf die Frequenzvariation des IF-Signals, wenn die Frequenz variiert wird, nicht variiert, wobei
die Signalverarbeitungseinheit eine Signalkomponente unterscheidet, die ansprechend auf die Frequenzvariation als eine auf ein Targetobjekt bezogene Signalkomponente variiert, und eine Signalkomponente unterscheidet, die ansprechend auf die Frequenzvariation als eine nicht auf ein Targetobjekt bezogene Signalkomponente nicht variiert.
In einem Heterodyn-FM-CW-Radarsystem wird eine Einrichtung zur Unterscheidung eines Signals bereitgestellt, das, wenn die Frequenz eines IF-Signals, das heißt eines abwärtsgemischten Signals, variiert wird, ansprechend auf die Variation jener Frequenz variiert, wodurch ermöglicht wird, das auf das Targetobjekt bezogene Signal von anderen Signalen zu unterscheiden.
Das Modulationssignal kann ein Signal in Form einer Dreieckswelle sein und die Frequenz des IF-Signals wird für jedes Paar von aufwärts und abwärts verlaufenden Signalflanken der Dreieckswelle oder jede Vielzahl der Paare oder für jede der aufwärts und abwärts verlaufenden Signalflanken der Dreieckswelle variiert.
In dem Fall eines Heterodyn-FM-CW-Radars wird die Frequenz des IF-Signals variiert und es kann durch Unterscheidung der auf die Änderung jener Frequenz ansprechenden Signalkomponente leicht bestimmt werden, ob das empfangene Signal ein auf das Targetobjekt bezogenes Signal ist.
Wie oben beschrieben können gemäß der vorliegenden Erfindung das Signal vom Targetobjekt unterschieden und unerwünschte Signale mit einfachen Schaltungen unterdrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm zur Erklärung des Prinzips des FM-CW-Radars, wenn die Relativgeschwindigkeit bezüglich des Targetobjekts 0 ist.
2 ist ein Diagramm zur Erklärung des Prinzips des FM-CW-Radars, wenn die Relativgeschwindigkeit bezüglich des Targetobjekts v ist.
3 ist ein Diagramm, das ein Aufbaubeispiel eines Zwei-Antennen-FM-CW-Radars zeigt.
4 ist ein Diagramm, das ein Aufbaubeispiel eines FM-CW-Radars vom Ein-Antennen-Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp zeigt.
5 ist ein Diagramm, das das Frequenzspektrum des Basisbandsignals in dem FM-CW-Radar von 3 zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Frequenzspektren des IF-Signals beziehungsweise des Basisbandsignals in dem FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp von 4 zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Frequenzspektren des IF-Signals beziehungsweise des Basisbandsignals in dem FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp von 4 zeigt.
8 ist ein Diagramm, das die Frequenzspektren des IF-Signals beziehungsweise des Basisbandsignals in dem FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp von 4 zeigt.
9 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines FM-CW-Radars gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Diagramm, das eine Dreieckswelle zeigt, wenn die Amplitude beziehungsweise die Periode der Dreieckswelle in dem FM-CW-Radar gemäß der vorliegenden Erfindung variiert werden.
11 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines FM-CW-Radars gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Frequenzausgabe von einem Modulationssignalgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung variiert wird.
13 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines Heterodyn-FM-CW-Radars gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Frequenzausgabe vom Modulationssignalgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung variiert wird.
15 ist ein Diagramm, das Signalverarbeitungs-Wellenformen in einem FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp zeigt.
16 ist ein Diagramm, das Signalverarbeitungs-Wellenformen in dem FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist ein Diagramm, das gesendete und empfangene Wellenformen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist ein Diagramm, das spektrale Verteilungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in weiteren Einzelheiten beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das ein Aufbaubeispiel eines Zwei-Antennen-FM-CW-Radars zeigt. Wie gezeigt, legt ein Modulationssignalgenerator 1 ein Modulationssignal zur Frequenzmodulation an einen spannungsgesteuerten Oszillator 2 an, und die frequenzmodulierte Welle wird über die Sendeantenne AT ausgesendet, während ein Teil des Sendesignals abgetrennt wird und einem Frequenzwandler 3 eingespeist wird, der wie ein Mischer arbeitet. Das vom Targetobjekt, wie zum Beispiel einem davor fahrenden Fahrzeug, reflektierte Signal wird über die Empfangsantenne AR empfangen, und das empfangene Signal wird in dem Frequenzwandler 3 mit dem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 2 gemischt, um ein Schwebungssignal zu erzeugen. Das Schwebungssignal durchläuft ein Basisbandfilter 4 und wird durch einen A/D-Wandler 5 in ein Digitalsignal umgewandelt; das Digitalsignal wird einer CPU 6 eingegeben, wo Signalverarbeitung, wie zum Beispiel schnelle Fouriertransformation, auf das Analogsignal angewendet wird, um den Abstand und die Relativgeschwindigkeit zu erhalten.
4 ist ein Diagramm, das ein Aufbaubeispiel eines FM-CW-Radars vom Ein-Antennen-Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp zeigt. Wie gezeigt, wird eine einzige Antenne ATR sowohl für Senden als auch für Empfang verwendet, und eine Sende-Empfangs-Schaltvorrichtung 7, die eine Schalteinrichtung umfasst, schaltet zwischen Senden und Empfangen durch Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerung. Auf der Empfängerseite wird ein erster Frequenzwandler 3-1 und ein zweiter Frequenzwandler 3-2 bereitgestellt.
Ein Signal, das von der Sende-Empfangs-Schaltvorrichtung 7 ausgegeben wird, wird von der Sende/Empfangsantenne ATR effizient in die Luft abgestrahlt. Bezugszeichen 8 ist ein Modulationssignalgenerator, der ein Modulationssignal der Frequenz fsw zum Schalten der Sende-Empfangs-Schaltvorrichtung 7 erzeugt. Das vom Targetobjekt reflektierte Signal wird durch die Sende/Empfangsantenne ATR empfangen, und das empfangene Signal wird in dem ersten Frequenzwandler 3-1 mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 2 gemischt, um ein IF-Signal zu erzeugen. Das Signal, das vom ersten Frequenzwandler 3-1 ausgegeben wird, wird in dem zweiten Frequenzwandler 3-2 mit dem durch den Modulationssignalgenerator 8 erzeugten Signal der Frequenz fsw gemischt und abwärtsgewandelt, um ein Signal zu erzeugen, das Informationen über den Abstand und die Relativgeschwindigkeit bezüglich des Targetobjekts trägt.
5 ist ein Diagramm, das das Frequenzspektrum des Basisbandsignals zeigt, das das Basisbandfilter 4 in dem FM-CW-Radar von 3 durchlaufen hat.
Jedoch kann, wie in 5 gezeigt, zusätzlich zu dem Signal fb vom Targetobjekt Rauschen fn auftreten, und dieses Rauschen kann fälschlicherweise als das Signal vom Targetobjekt erkannt werden.
6 ist ein Diagramm, das das Frequenzspektrum des IF-Signals, das heißt des Ausgangssignals des ersten Frequenzwandlers 3-1, und das Spektrum des BB-Signals, das das Basisbandfilter 4 in dem FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp von 4 durchlaufen hat, zeigt. Das Ausgangssignal des ersten Frequenzwandlers 3-1 in 4 enthält, wie in 6(a) gezeigt, die Frequenz fsw und die Seitenbandfrequenzen fsw – fr und fsw + fr. Hier ist fsw die Schaltfrequenz der Sende-Empfangs-Schaltvorrichtung 7 und fr ist die Frequenz infolge der Entfernung zum Targetobjekt, wenn die Relativgeschwindigkeit Null ist.
Je größer der Abstand zum Targetobjekt, desto weiter sind die Seitenbandfrequenzen von fsw entfernt. Dieses Ausgangssignal wird in dem zweiten Frequenzwandler 3-2 mit dem Signal der Frequenz fsw gemischt und zu einer Frequenz abwärtsgewandelt, die gleich der Differenz zwischen den Frequenzen fsw und fsw ± fr ist, um das Signal fb zu gewinnen, das das BB-Filter durchläuft und als das BB-Signal dem A/D-Wandler 5 eingegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt kann jedoch ein Rauschsignal fn in der Nähe der Schaltfrequenz fsw in dem Frequenzband des IF-Signals auftreten, wie in 6(a) gezeigt. In diesem Fall dringt das Rauschsignal unmittelbar in das BB-Band ein und erscheint als fn1 oder wird abwärtsgemischt und erscheint als fn2 im BB-Band.
7 ist ein Diagramm, das das Frequenzspektrum des IF-Signals, das heißt des Ausgangssignals des ersten Frequenzwandlers 3-1, und das Spektrum des BB-Signals, das das Basisbandfilter in dem FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp von 4 durchlaufen hat, zeigt. Wie in 7(a) gezeigt, dringt eine Homodynkomponente eines Signals von einem Target in mittlerer Entfernung, das nicht das Targetobjekt ist, in das Frequenzband des IF-Signals ein und erscheint als Signal fh, das im Schwebungssignalband als Signale fh1 und fh2 erscheint. In diesem Fall werden diese Signale durch das BB-Filter entfernt, da ihre Frequenzen höher als das BB-Band sind.
8 ist ein Diagramm, das das Frequenzspektrum des IF-Signals, das heißt des Ausgangssignals des ersten Frequenzwandlers 3-1, und das Spektrum des BB-Signals, das das Basisbandfilter in dem FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp von 4 durchlaufen hat, zeigt. Wenn es ein weit entferntes Target gibt, dringt, wie in 8(a) gezeigt, seine Homodynkomponente in das IF-Frequenzband ein und erscheint als Signal fh. Dieses Signal erscheint, wie in 8(b) gezeigt, als Signal fh1 im Schwebungssignalband und als Signal fh2 im BB-Band. In diesem Fall wird das Signal fh1 durch das BB-Filter entfernt, da seine Frequenz höher als das BB-Band ist. Jedoch wird das Signal fh2 nicht durch das B3-Filter entfernt, und dieses Signal kann, obwohl es eine Rauschkomponente ist, fälschlicherweise erkannt werden, indem festgestellt wird, dass es ein Targetobjekt in einem Abstand gibt, der geringer ist, als er es tatsächlich ist.
9 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines FM-CW-Radarsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Aufbau ist derselbe wie jener von 3, mit der Ausnahme, dass eine Modulationssignalgenerator-Steuereinheit 10 eingeschlossen ist. In dieser Figur steuert die Steuereinheit 10, unter der Steuerung der CPU 6, variabel die Verzerrung von beispielsweise Amplitude oder Periode des vom Modulationssignalgenerator 1 auszugebenden Modulationssignals.
Zuerst wird die vorliegende Erfindung durch Behandlung des Falles der variablen Steuerung der Amplitude des Modulationssignals beschrieben. Wie vorher mit Bezug auf 1 beschrieben, ändert sich, wenn die Relativgeschwindigkeit bezüglich des Targetobjekts 0 ist, die Frequenz der gesendeten Welle wie durch die durchgezogene Linie in Teil (a) von 1 gezeigt. Die gesendete Welle wird vom Targetobjekt reflektiert und durch die Antenne empfangen, wobei die empfangene Welle durch die gestrichelte Linie in Teil (a) von 1 gezeigt wird. Hier ist die empfangene Welle gegenüber der gesendeten Welle entsprechend dem Abstand zwischen dem Radar und dem Targetobjekt frequenzverschoben (das heißt, erzeugt eine Schwebung). Die Schwebungsfrequenzkomponente fb kann, wie vorher beschrieben, durch Gleichung (1) ausgedrückt werden. fb = fr = (4·Δf/C·Tm)r (1)
Zu Gleichung (1) wird festgestellt, dass Δf die Frequenzmodulationsamplitude darstellt und dass Δf durch Variation der Amplitude des Modulationssignals variiert werden kann. Zum Beispiel wird, wenn die Amplitude des Modulationssignals verdoppelt wird, Δf verdoppelt und fb wird, aus Gleichung (1), ebenfalls verdoppelt. 10 ist ein Diagramm, das eine als Modulationssignal verwendete Dreieckswelle zeigt, wenn ihre Amplitude variiert wird. Teil (a) zeigt die Dreieckswelle mit der normalen Amplitude (entsprechend Δf), und Teil (b) zeigt die Dreieckswelle, wobei ihre Amplitude verdoppelt ist (entsprechend 2Δf).
In dem FM-CW Radarsystem von 9 wird, wenn die Amplitude des Modulationssignals durch Steuerung des Modulationssignalgenerators 1 von der Steuereinheit 10 aus um das n-fache variiert wird, der Wert der Schwebungsfrequenzkomponente fb, wie oben beschrieben, um das n-fache variiert. Wie in 5 gezeigt, enthält das empfangene Signal sowohl das Rauschsignal fn als auch das Signal fb vom Targetobjekt. Hier wird die Amplitude der Dreieckswellenfrequenz durch Steuerung des Modulationssignalgenerators 1 von der Steuereinheit 10 aus variiert, um Δf um das n-fache zu variieren. Als ein Ergebnis variiert die Frequenz fb des Signals vom Targetobjekt als Antwort auf eine Variation von Δf um das n-fache. Jedoch wird es möglich, da die Frequenz fn des Rauschsignals unverändert bleibt, zu unterscheiden, welches Signal das Signal vom Targetobjekt ist. Die Unterscheidung wird durch die CPU 6 in dem FM-CW-Radar durchgeführt. Die unten beschriebene Unterscheidung wird ebenfalls durch die CPU 6 durchgeführt.
Als nächstes wird der Fall der variablen Steuerung der Periode des Modulationssignals beschrieben.
Zu Gleichung (1) wird festgestellt, dass Tm die Periode des Modulationssignals darstellt. Folglich variiert, wenn die Periode des Modulationssignals zum Beispiel um das n-fache variiert wird, die Schwebungsfrequenzkomponente fb um das 1/n-fache. 10(c) ist ein Diagramm, das eine als Modulationssignal verwendete Dreieckswelle zeigt, wenn ihre Periode variiert wird. Teil (a) zeigt die Dreieckswelle mit der normalen Periode Tm, und Teil (c) zeigt die Dreieckswelle mit einer Periode nTm, was das n-fache der normalen Periode Tm ist.
In dem FM-CW Radarsystem von 9 variiert, wenn die Periode des Modulationssignals durch Steuerung des Modulationssignalgenerators 1 von der Steuereinheit 10 aus auf das n-fache der normalen Periode Tm variiert wird, der Wert der Schwebungsfrequenzkomponente fb um das 1/n-fache. Hier wird die Periode der Dreieckswellenfrequenz durch Steuerung des Modulationssignalgenerators 1 von der Steuereinheit 10 aus variiert, um Tm um das n-fache zu variieren. Als ein Ergebnis variiert die Frequenz fb des Signals vom Targetobjekt als Antwort auf eine Variation von Tm um das 1/n-fache. Jedoch wird es möglich, da die Frequenz fn des Rauschsignals unverändert bleibt, zu unterscheiden, welches Signal das Signal vom Targetobjekt ist.
Wie in 2 gezeigt ändert sich, wenn die Relativgeschwindigkeit bezüglich des Targets v ist, die Frequenz der gesendeten Welle wie durch die durchgezogene Linie in Teil (a) von 2 gezeigt. Das gesendete Signal wird vom Targetobjekt reflektiert und durch die Antenne empfangen, wobei die empfangene Welle durch die gestrichelte Linie in Teil (a) von 2 gezeigt ist. Hier ist die empfangene Welle von dem gesendeten Signal entsprechend dem Abstand zwischen dem Radar und dem Targetobjekt frequenzverschoben (das heilt, verursacht eine Schwebung). Die Schwebungsfrequenzkomponente fb kann, wie vorher beschrieben, durch Gleichung (2) ausgedrückt werden. fb = fr ± fd = (4·Δf/C·Tm) r ± (2·f0/C)v (2)
In diesem Fall wird, unter Beachtung von Δf oder Tm, ebenso die Amplitude oder Periode Tm des Modulationssignals unter Benutzung der Steuereinheit 10 verändert; dann wird es möglich, da die Schwebungsfrequenzkomponente fb entsprechend variiert, zu unterscheiden, welches Signal das vom Targetobjekt reflektierte Signal ist. Die Frequenzkomponente fb besteht aus der Entfernungsfrequenzkomponente fr und der Geschwindigkeitsfrequenzkomponente fd, von denen in dem obigen Fall nur die Entfernungsfrequenzkomponente fr variiert. Das Signal vom Targetobjekt kann jedoch unterschieden werden, da die Frequenzkomponente fb als Ganzes variiert.
Die obige Ausführungsform wurde durch Behandlung des Falles beschrieben, wo die vorliegende Erfindung auf ein FM-CW-Radar vom Zwei-Antennen-Typ angewendet wird, aber die Erfindung ist ebenso auf ein FM-CW-Radar vom Ein-Antennen-Typ anwendbar.
11 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines FM-CW-Radarsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform betrifft ein FM-CW-Radar vom Ein-Antennen-Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird. Der Aufbau von 11 ist derselbe wie jener von 4, ausgenommen des Einschlusses einer Modulationssignalgenerator-Steuereinheit 11 für den Modulationssignalgenerator 8. In dieser Figur steuert die Steuereinheit 11 unter der Kontrolle der CPU 6 variabel die Frequenz (Periode) des vom Modulationssignalgenerator 8 auszugebenden Modulationssignals. Als ein Ergebnis ändert sich die An- Aus-Frequenz (Periode) der Sende-Empfangs-Schaltvorrichtung 7, und die an dem zweiten Frequenzwandler 3-2 angelegte Frequenz ändert sich auch. Da sich die Schaltfrequenz fsw ändert, ändern sich auch die in 6 bis 8 gezeigten Seitenbandsignalfrequenzen fsw – fr und fsw + fr, so dass das Signal vom Targetobjekt unterschieden werden kann.
Die Frequenz (Periode) des Modulationssignals, das vom Modulationssignalgenerator 8 ausgegeben wird, wird variiert, wie zum Beispiel in 12 gezeigt. In diesem Fall wird die Frequenz synchron mit der vom anderen Modulationssignalgenerator 1 ausgegebenen Dreieckswelle variiert. In Beispiel 1 von 12 wird die Frequenz der Reihe nach für jeden Aufwärts/Abwärts-Zyklus der Dreieckswelle zu fsw1, fsw2 und fsw3 variiert. Als ein Resultat ändert sich die An-Aus-Schaltfrequenz fsw, und fsw – fr und fsw + fr ändern sich entsprechend ebenso. Andererseits bleiben andere Frequenzkomponenten, wie zum Beispiel Rauschen, unverändert, so dass das Signal vom Targetobjekt von anderen Signalen unterschieden werden kann. In der obigen Ausführungsform wird die Frequenz der Reihe nach für jeden Aufwärts/Abwärts-Zyklus variiert, aber die Frequenz kann auch bei jeder Vielzahl von Aufwärts/Abwärts-Zyklen geändert werden. Im letzteren Fall kann die Frequenz beliebig variiert werden.
In Beispiel 2 von 12 wird das vom Modulationssignalgenerator 8 ausgegebene Modulationssignal für jeden Halbzyklus (aufwärts oder abwärts) der Dreieckswelle variiert. In diesem Fall variiert das Signal vom Targetobjekt für jeden Halbzyklus (aufwärts oder abwärts) der Dreieckswelle.
13 ist ein Diagramm, das ein FM-CW-Radarsystem vom Zwei-Antennen-Heterodyntyp zeigt. Obwohl das Radarsystem hier als Zwei-Antennen-Typ beschrieben wird, ist das Grundprinzip für den Ein-Antennen-Typ dasselbe. Das hier gezeigte System unterscheidet sich von dem Aufbau von 11 insofern, als zwei Antennen, die Sendeantenne AT und die Empfangsantenne AR, bereitgestellt werden und die Sende-Empfangs-Schaltvorrichtung wegen des Zwei-Antennen-Systems weggelassen wird. Zusätzlich dazu wird ein Aufwärtsmischer 9 zwischen dem spannungsgesteuerten Oszillator 2 und dem ersten Frequenzwandler 3-1 bereitgestellt, so dass die Frequenz des an ihm vom Modulationssignalgenerator 8 einzugebenden Signals durch die Modulationssignalgenerator-Steuereinheit 11 gesteuert werden kann. Der Aufwärtsmischer 9 nimmt als Eingänge die Signale der Frequenz f₀ vom spannungsgesteuerten Oszillator 2 und das Modulationssignal der Frequenz If1 vom Modulationssignalgenerator 8 und gibt ein Signal der Frequenz f₀ + If1 als lokales Signal an den ersten Frequenzwandler 3-1 aus. Auch in diesem Fall variieren die in 6 bis 8 gezeigten Signalfrequenzen fsw(If1) – fr und fsw(If2) + fr ebenfalls, wenn die Frequenz If1 des Signalausgangs vom Modulationssignalgenerator 8 variiert wird, was dazu führt, dass die Schwebungsfrequenzkomponente fb entsprechend variiert, so dass das Signal vom Targetobjekt unterschieden werden kann.
Die Frequenz (Periode) des Modulationssignals, das vom Modulationssignalgenerator 8 ausgegeben wird, wird variiert, wie zum Beispiel in 14 gezeigt. In diesem Fall wird die Frequenz synchron mit der vom anderen Modulationssignalgenerator 1 ausgegebenen Dreieckswelle variiert. In Beispiel 1 von 14 wird die Frequenz der Reihe nach für jeden Aufwärts/Abwärts-Zyklus der Dreieckswelle zu If1, If2 und If3 variiert. Als ein Resultat ändern sich die Signale Ifn + fr und Ifn – fr am Ausgangsende des ersten Frequenzwandlers 3-1, aber da die Rauschfrequenz unverändert bleibt, kann das Signal vom Targetobjekt von anderen Signalen unterschieden werden. In der obigen Ausführungsform wird die Frequenz der Reihe nach für jeden Aufwärts/Abwärts-Zyklus variiert, aber die Frequenz kann auch bei jeder Vielzahl von Aufwärts/Abwärts-Zyklen geändert werden. Im letzteren Fall kann die Frequenz beliebig variiert werden.
In Beispiel 2 von 14 wird das vom Modulationssignalgenerator 8 ausgegebene Modulationssignal für jeden Halbzyklus (aufwärts oder abwärts) der Dreieckswelle variiert. In diesem Fall variiert das Signal vom Targetobjekt für jeden Halbzyklus (aufwärts oder abwärts) der Dreieckswelle.
15 und 16 sind Diagramme zur Erklärung einer Ausführungsform, wobei die vorliegende Erfindung auf den FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp angewendet wird. Diese Ausführungsform wird unter Bezug auf das in 11 gezeigte FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp beschrieben.
15 ist ein Diagramm, das Signalverarbeitungs-Wellenformen in einem FM-CW-Radar vom Zeitmultiplex-An-Aus-Steuerungstyp nach Stand der Technik zeigt. In der Figur zeigt Teil (a) eine Wellenform, die die Schaltzeitsteuerung der Sende-Empfangs-Schaltvorrichtung 7 festlegt; das hier gezeigte Signal Ssw wird vom Modulationssignalgenerator 8 ausgegeben. Teil (b) zeigt eine Wellenform Ton, die basierend auf Ssw die Sende-Einschalt-Zeitsteuerung festlegt, und (c) eine Wellenform Ron, die basierend auf Ssw die Empfangs-Einschalt-Zeitsteuerung festlegt. Hingegen zeigt Teil (d) eine Wellenform SA, die das Rückkehrzeitverhalten des gesendeten Signals nach Reflexion veranschaulicht, und (e) eine Wellenform SB, die das Zeitverhalten für das reflektierte Signal veranschaulicht, das vom Radar empfangen werden soll, wenn der Empfang eingeschaltet ist.
Wie man sehen kann, ist die Wellenform SA in Bezug auf die Wellenform Ton um einen Betrag zeitlich verzögert, der gleich der Umlaufzeit vom Radar zum Targetobjekt und zurück zum Radar ist. Zum Beispiel ist der Zeitabstand T zwischen dem in der Wellenform Ton durch schräge Schraffierung gezeigten Puls und dem in der Wellenform SA durch schräge Schraffierung gezeigten Puls 2r/C, wobei r der Abstand zwischen dem Radar und dem Targetobjekt und C die Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn das Target weit entfernt ist, kommt zum Beispiel der in der Wellenform SA durch horizontale Schraffierung gezeigte Puls für den in der Wellenform Ton schräg schraffierten Puls zurück. Der Pulszeitabstand T' ist in diesem Fall 2r'/C.
16 ist ein Diagramm zur Erklärung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Erfindung werden Vorkehrungen getroffen, keine reflektierte Welle von einem anderen Target als dem Targetobjekt zu empfangen, indem das Empfangsgate ausgeschaltet wird, wenn eine reflektierte Welle von einem Target in mittlerer oder großer Entfernung, das nicht das Targetobjekt ist, zurückkommt. Um dies zu erreichen, wird in der vorliegenden Erfindung in dem Signal Ssw eine Sende/Empfangs-Abschaltperiode Toff zur Verfügung gestellt, wie in 16(a) gezeigt. Dies führt zu der Bildung einer Sende-Abschaltperiode Ton-off und einer Empfangs-Abschaltperiode Ron-off in Ton beziehungsweise Ron. Als ein Ergebnis erscheint, wenn ein Signal, das beispielsweise mit dem Zeitablauf des in Ton schräg schraffierten Pulses gesendet wurde, durch Reflexion an einem sehr weit entfernten Target zurückkommt, ein durch die gestrichelten Linien in der in Teil (d) gezeigten Wellenform SA gezeigter Puls, aber zu dieser Zeit wird das zurückkommende Signal nicht empfangen, da das Gate von Ron geschlossen ist; auf diese Art kann das unerwünschte Signal vom sehr weit entfernten Target beseitigt werden. Durch Variation des Sende/Empfangs-Musters wird es auf diese Art und Weise möglich, die Signalerzeugung aufgrund eines Targets, das nicht das Targetobjekt ist, bei mittleren oder großen Entfernungen zu unterdrücken.
17 ist ein Diagramm zur Erklärung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 17(a) zeigt die gesendete Wellenform des FM-CW-Radars. Im Stand der Technik ist die gesendete Wellenform dreieckig, wie in 1(a) gezeigt. Hingegen hat in der vorliegenden Erfindung die gesendete Welle eine nichtlineare Form, wobei die Linearität der Wellenform nach dem Stand der Technik wie hier veranschaulicht vermindert ist; in dem gezeigten Beispiel ist die Wellenform in Form eines Bogens ausgebildet, um die Frequenzabweichung der Rechteckwelle nichtlinear zu machen.
17(b) zeigt die gesendeten und empfangenen Wellenformen nach dem Stand der Technik. Diese Wellenformen sind dieselben wie die in 1(a) gezeigten. In diesem Fall ist die Frequenzdifferenz fr zwischen den gesendeten und den empfangenen Wellen zu jedem Zeitpunkt dieselbe.
Demgegenüber ist in der vorliegenden Erfindung, da die Linearität der gesendeten Welle vermindert ist, die Linearität der empfangenen Welle ebenfalls vermindert, wie in 17(c) gezeigt. Als ein Ergebnis variiert die Frequenzdifferenz fr zwischen den gesendeten und empfangenen Wellen über die Zeit. Zum Beispiel unterscheidet sich, wie gezeigt, die Frequenzdifferenz fr1 in der ersten Hälfte des ansteigenden Teils der Welle von der Frequenzdifferenz fr2 in der zweiten Hälfte des ansteigenden Teils, das heißt fr1 > fr2. Die Differenz zwischen fr1 und fr2 vergrößert sich mit größer werdendem Abstand zum Target. Unter Benutzung dieser Eigenschaft kann ein Signal von einem sehr weit entfernten Target von den Targetobjekten unterschieden und beseitigt werden.
18 zeigt detektierte Signalspektren. Wie gezeigt, weist das Spektrum, wenn das Target nahe ist, eine zum Beispiel durch a gezeigte Verteilung auf, während das Spektrum, wenn das Target entfernt ist, eine zum Beispiel durch b gezeigte Verteilung aufweist. Entsprechend kann, wenn das detektierte Spektrum eine zum Beispiel durch b gezeigte Verteilung aufweist, das detektierte Target als ein sehr weit entferntes Target bestimmt und beseitigt werden.
In der obigen Ausführungsform kann zum Beispiel der in 9 gezeigte Aufbau für das FM-CW-Radar verwendet werden. Ferner muss die Dreieckswelle nicht notwendigerweise, wie oben gezeigt, in der Form eines Bogens ausgebildet sein, sondern kann in jeder geeigneten Form ausgebildet sein, solange sie zu einer Differenz zwischen fr1 und fr2 führt.

Claims

Heterodyn-FM-CW-Radarsystem, welches einen spannungsgesteuerten Oszillator (2) frequenzmoduliert, indem ein Modulationssignal von einem ersten Modulationssignalgenerator (1) daran angelegt wird, und das eine frequenzmodulierte Welle sendet und eine reflektierte Welle empfängt, wobei das System einen zweiten Modulationssignalgenerator (8) zur Erzeugung eines Abwärtsmischsignals (IF-Signal), eine Modulationssignalgenerator-Steuereinheit (11) zum Variieren der Frequenz des zweiten Modulationssignalgenerators (8) und eine Signalverarbeitungseinheit (6) enthält, um ein Signal zu unterscheiden, das gegenüber einem Signal variiert, das ansprechend auf die Frequenzvariation des IF-Signals, wenn die Frequenz variiert wird, nicht variiert, wobei die Signalverarbeitungseinheit (6) eine Signalkomponente unterscheidet, die ansprechend auf die Frequenzvariation als eine auf ein Targetobjekt bezogene Signalkomponente variiert, und eine Signalkomponente unterscheidet, die ansprechend auf die Frequenzvariation als eine nicht auf ein Targetobjekt bezogene Signalkomponente nicht variiert.
Heterodyn-FM-CW-Radarsystem nach Anspruch 1, bei welchem das Modulationssignal ein Signal in Form einer Dreieckswelle ist und die Modulationssignalgenerator-Steuereinheit (11) dafür ausgelegt ist, die Frequenz des IF-Signals für jedes Paar von aufwärts und abwärts verlaufenden Signalflanken der Dreieckswelle oder jede Vielzahl dieser Paare zu variieren.
Heterodyn-FM-CW-Radarsystem nach Anspruch 1, bei welchem das Modulationssignal ein Signal in Form einer Dreieckswelle ist und die Modulationssignalgenerator-Steuereinheit (11) dafür ausgelegt ist, die Frequenz des IF-Signals für jede aufwärts und abwärts verlaufende Signalflanke der Dreieckswelle zu variieren.