JP2001500621A - 二つの移動する対象物間の相対速度を決定するためのプロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は連続周波数掃引を持つ線形周波数変調を用いる、二つの移動する対象物間の半径方向の相対速度を決定するためのプロセスに関する。このようなプロセスにおける問題は位相差を明確に決定することができるかにある。この発明によれば、明確な決定は継続した周波数掃引に対する周期長を変化させること、及び速度を決定するのに周期長と対応する位相変化との差を用いることにより実現される。

Description

【発明の詳細な説明】 二つの移動する対象物間の相対速度を決定するためのプロセス 本発明は連続周波数掃引を持つ線形周波数変調を用いる、二つの移動する対象 物間の半径方向の相対速度を決定するためのプロセスに関し、そこでは送信され た信号が合成受信信号を得るために受信信号により多重化され、この合成受信信 号のある時間に渡る位相変化が相対速度を決定するために用いられる。 線形周波数変調が用いられる場合の速度決定の問題は位相差を明確に決定する ことができるかにある。位相変化は通常±ｎ・２π（ここでｎは正の整数である ）においてのみ知られる。 本発明の目的は位相差が明確に決定できるプロセスを実現することにある。こ の発明の目的は継続した周波数掃引のための周期長が変化させられること、及び 周期長と対応する位相変化の差が速度を決定するために用いられることを特徴と するプロセスにより達成される。周波数掃引のための周期長より顕著に短くする ことができるある時間に渡る位相変化を考慮することにより、位相変化は明確な 間隔以内に保つことができる。 相対速度ｖは次の関係式から有利に計算される： ｖ＝ｋ・ｘ／ΔＴ（ここでｘは時間ΔＴ間の位相差である） 及び （ここでｃは空気中の光の速度を、αは周波数掃引のこう配を、ｔ_cは時計時間 を、そしてｆ₀は信号の搬送周波数を示す）。 第一から第二周波数掃引への周期長は離れた距離、速度及び加速に対して与え られた制限値に基づき位相変化を明確に決定することができるために必要である 時間差より小さいかまたはそれに等しい量で変化させられる。 少なくとも三個の継続した周波数掃引が異なる周期長を好都合に割り当てられ る。 速度決定の正確性を増やすために、その間隔中に位相変化が考慮される時間間 隔は明澄性を損失することなしに漸進的に増やされる。有利なプロセスは周期長 の差に加えて位相変化が一つまたはそれ以上の周期長及び／または一つまたはそ れ以上の追加の周期長に対して考慮される。 この発明が添付図面を参照して以下により詳細に説明されるであろう。図面に おいて： 図１は線形周波数変調の場合の発射及び受信信号の例を示す。 図２は一定周期長の周波数掃引の例を示す。 図３はこの発明による可変周期長の周波数掃引の例を示す。 図４はこの発明によるプロセスで使用することのできるＦＭＣＷレーダ装置の 図式的例を示す。 まず、線形周波数変調の背後の理論を以下に説明する。その後で連続周波数掃 引を持つ線形周波数変調、いわゆる“線形ＦＭＣＷ”について検討する。 線形周波数変調において、信号は理想的には周波数ｆ_t（ｔ）で送信される： 信号の搬送周波数を示す）。 発射された周波数掃引に対する送信信号のアーギュメント（argument）Φ（ｔ ）は次のように書くことができる： この時間域において、送信信号は： である。 送信信号は反射され時間τ後に受信され次のように書くことができる： 図１において発射信号は１で、受信信号は２で示されており、時間ｔの関数と しての周波数ｆを示す。送信器から受信器への遷移時間はτで表される。 線形ＦＭＣＷ変調の場合、掃引はある時間の間進行させられ、その後工程が繰 返される。図２は一定周期長の周波数掃引を持つ線形ＦＭＣＷ変調の例を示す。 発射掃引は実線で、一方反射掃引は点線で示されている。周波数掃引は指標ｉで 番号付けされている。 各掃引の瞬間はｔで表され、各周波数掃引の出発に対してｔ＝０を与えられた 軌跡（local）と考えられる。広域的である現実的瞬間はＴで表される。周波数 掃引の瞬間ｔにおけるかつ速度ｖと信号の方向に平行な一定加速αを持つ周波数 掃引ｉに関する半径方向の対象物または目標物は次の式によりパラメーター付け される： ここでｉが固定されている場合r_i=r(O)が適用できる。 これは媒体（空気）中の光の速度がｃである場合： 合成受信信号は、γ_iで置換して次のように書くことができる： 受信掃引ｉに対する周波数、ｆ_iは、合成受信信号に対して、次のように書く ことができる： ｔが小さい値に対しては、合併項を考慮して、周波数ｆ_iの表現は実質的に実 際の周波数からはずれることなく簡略化できる。次の簡略化された周波数の表現 が導かれる： ｆ_i（ｔ）＝１／ｃ［２αｒ_i＋２ｖｆ₀＋４αｖｔ］ 更に、（ａｒ_i／ｃ）／ｆ₀は小さな値を持つことに注目することにより、合成 受信信号を合理的に次のように簡略化することかできる： ある時計時間ｔ_c後に（図１参照）、複数の試料の第一が信号から取られる。 合成受信信号に対するアーギュメントΘ_iは位相と呼ばれ、次のように書くこと ができる： もし、二つの掃引ｉ，ｊ間の位相差が取られるなら、次の式が得られる： 瞬間Ｔ_iとＴ_j間の平均速度はそのとき次式で表される： 異なる周期長を持つ継続した周波数掃引を用いるこの発明によるプロセスの説 明が図３を参照して以下に与えられる。 この目的は瞬間Ｔに対する速度ｖの正確な決定を得ることにある。この発明に より、限定された加速に基づく速度が本質的に一定と考えられるある時間間隔に 渡る平均速度を決定する代わりに、速度ｖの良好な近似が得られる。 図３は異なる周期長を持つ５個の連続した発射ＦＭＣＷ掃引１．１−１．５及 びそれと関連した戻り（反射）掃引２．１−２．５を示す。検出された対象物に 対し、５個の連続したＦＭＣＷ掃引と５個の隣接した方位に対するＦＦＴ（高速 フーリエ変換）が取られる。これら５個のＦＦＴｓに対して、周波数スロットは そのＦＦＴの絶対値が最大と考えられるところに指定される。この周波数スロッ トに対して、それぞれの位相値Ψ_iはまたΘ_iに近似する値に取られる。 ＦＦＴから、５個の位相値は瞬間Ｔ₁，Ｔ₂，・・・Ｔ₅に対応して次のように 得られる： 二つの隣接した点間の位相差はそのとき次のようになる： ΔΨ₁＝（Ψ₂−Ψ₁）_{mod 2 π} ΔＴ₁＝Ｔ₂−Ｔ₁ ΔΨ₂＝（Ψ₃−Ψ₂）_{mod 2 π} ΔＴ₂＝Ｔ₃−Ｔ₂ ΔΨ₃＝（Ψ₄−Ψ₃）_{mod 2 π} ΔＴ₃＝Ｔ₄−Ｔ₃ ΔΨ₄＝（Ψ₅−Ψ₄）_{mod 2 π} ΔＴ₄＝Ｔ₅−Ｔ₄ ここでｍｏｄ ２πは間隔 ［−π・π］ に渡るモジュロ計算を示す。 る。ＦＭＣＷ掃引に対するこの時間は、例えば３７０μｓであることができ、最 小ＰＲＩ時間は約５００μｓであることができる。普通の条件下で位相差を明確 に決定することを可能とするために、約１０μｓを越えない対応時間差が必要で ある。この課題はこの発明により複数の異なるＰＲＩ時間を用いてこれらの間の 差を取ることにより処理される。数値例におけるＰＲＩ時間の最小差は８μｓで ある。 短時間に渡る位相値の如何なる測定誤差も大きな影響を与えるであろう。速度 決定の精度を改善するために、位相差はより長い時間に渡り測定され、一方同時 に、明澄性が失われないことを確実とするための注意が払われる。従ってＰＲＩ 時間は明澄性と速度決定における良好な精度とを伴うように選ばれる。 一例によれば、ＰＲＩ時間は次の値を持つことができる： ΔＴ₁＝５１２μｓ ΔＴ₂＝５２０μｓ ΔＴ₃＝５４４μｓ ΔＴ₄＝６４０μｓ ここでは特に、次の差が作り出される： ΔΔＴ₁＝ΔＴ₂−ΔＴ₁ ８μｓ ΔΔＴ₂＝ΔＴ₃−ΔＴ₁ ３２μｓ ΔΔＴ₃＝ΔＴ₄−ΔＴ₁ １２８μｓ ΔΔＴ₄＝ΔＴ₁ ５１２μｓ ΔΔＴ₅＝ΔＴ₃＋ΔＴ₄ １１８４μｓ ΔΔＴ₆＝ΔＴ₁＋ΔＴ₂＋ΔＴ₃＋ΔＴ₄ ２２１６μｓ 次の予想比（prediction ratios）が引き出される： ｑ₁＝ΔΔＴ₂／ΔΔＴ₁＝４ ｑ₂＝ΔΔＴ₃／ΔΔＴ₂＝４ ｑ₃＝ΔΔＴ₄／ΔΔＴ₃＝４ ｑ₄＝ΔΔＴ₅／ΔΔＴ₄＝２．３１２５ ｑ₅＝ΔΔＴ₆／ΔΔＴ₅＝１．８７１６... 上記のデータに基づき、速度がＰＲＩ時間の最大差（合計）に対する位相差を 引続いて計算することにより確立される。必要なのは第一位相差が明確に決定さ れていることである。これは速度量が極めて大きくない限り事実である。各段階 で、まず位相変化モジュロ２πで、ｘｔ、次いで全位相変化ｘが次のように計算 される： ここで、integer(.)は(.)の整数成分である。速度ｖはそれから次の関係式か らｖを計算することにより得られる： この発明によるプロセスを実現するために使用することのできる、図４に示さ れたレーダ装置３は、送信部４と受信部５を含む。アンテナ６がサーキュレータ ７を経由して送信部及び受信部に連結されている。送信部は可変周波数を持つ発 振器９に結合された発振器制御装置８を含む。発振器制御装置８からの周波数掃 引は周期的に変化する周波数の信号が継続した周波数掃引のための変化する周期 長を持って発生されるように発振器９を制御する。発生された信号は方向結合器 １０及びサーキュレータ７を経由してアンテナ６に送られる。発振器はギガヘル ツ範囲、例えば７７ＧＨｚ内で作動することができる。アンテナ６により受信さ れた反射信号はサーキュレータを経由してミキサー１１に指向され、ここで反射 信号は発射信号と混合される。増幅器１２での増幅に続きフィルタ１３でろ波さ れた信号は処理ブロック１４に供給され、ここで特に相対速度の決定が上述のプ ロセスにより実行される。 この発明はいずれにしても上記の例に限定されると判断されるべきでない。請 求の範囲により規定されたこの発明の範囲内で、多数の代替実施例の余地がある 。例えば、他の位相変化の組合せを用いることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 フェルテル，ステファン スウェーデン，エス―172 32 スンドビ ーベルグ，ヴィンテルガタン 19 ビーヴ ィー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 連続周波数掃引を持つ線形周波数変調を用いる、二つの移動する対象物間 の半径方向の相対速度を決定するためのプロセスであって、送信された信号が合 成受信信号を得るために受信信号により多重化され、ある時間に渡る合成受信信 号の位相変化が相対速度を決定するために用いられるものにおいて、継続した周 波数掃引のための周期長が変化させられること、及び周期長と対応する位相変化 との差が速度を決定するために用いられることを特徴とするプロセス。 2. 相対速度ｖが次の関係式： ｖ＝ｋ・ｘ／ΔＴ（ここでｘは時間ΔＴ間の位相差である） 及び （ここでｃは空気中の光の速度を、αは周波数掃引のこう配を、ｔ_cは時計時間 を、そしてｆ₀は信号の搬送周波数を示す）、 から計算されることを特徴とする請求の範囲１に記載のプロセス。 3. 第一から第二周波数掃引への周期長が離れた距離、速度及び加速に対して 与えられた制限値に基づき位相変化を明確に決定することができるために必要で ある時間差より小さいかまたはそれに等しい量で変化させられることを特徴とす る請求の範囲１又は２に記載のプロセス。 4. 少なくとも三個の継続した周波数掃引が異なる周期長を割り当てられるこ とを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか一つに記載のプロセス。 5. 周期長の差に加えて位相変化が一つまたはそれ以上の周期長及び／または 一つまたはそれ以上の追加の周期長に対して考慮されることを特徴とする請求の 範囲１〜４に記載のプロセス。