JP2002082164A - 周波数変調レーダ、及び、レーダの周波数変調方法 - Google Patents
周波数変調レーダ、及び、レーダの周波数変調方法Info
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Abstract
用いることによりΔfの自動補正が可能であり、簡素で
低コストになる周波数変調技術を確立する。 【解決手段】送信波7と反射波7’とで形成されるビー
ト信号に基づいて相対速度を検出する速度検出器1と、
ビート信号に基づいて相対距離を検出する距離検出器1
2と、一定時間の間のその距離の変化量を検出する距離
変化検出器14と、その同じ一定時間の間の相対速度を
積分して積分値を求める積分器15と、変化量と積分値
の差分に基づいて送信波7の周波数振幅を変調して積分
値と変化量の差分を零に近づける制御を実行する制御器
1又は2とを含む。このような差分は内部信号から求め
られるデータであり、温度に依存するデータと温度に依
存しないデータとから生成され、制御回路が簡素に形成
される。
Description
ダ、及び、レーダの周波数変調方法に関し、特に、自車
と他車との間の相対的距離と相対的速度を同時的に計測
して両車の衝突を防止するセンサとして利用されるFM
CWレーダような周波数変調レーダ、及び、レーダの周
波数変調方法に関する。
ダは、送信波と反射波とから形成されるビート信号に基
づいて、送信波を発射する自車とその送信波を反射する
他車との間の相対距離を検出する。その相対距離Rは、
R=K/Δfで表される。ここで、Δfは周波数変調さ
れた送受信波の周波数振幅である。このような送信波を
発生させる電圧制御発信器は、周囲温度等の変化により
変調感度が変化すれば、Δfが変調し、従って、Rが変
化する。変調感度の温度特性等を高精度に補正するため
に、温度変化に対応してΔfを補正するする補正技術が
必要である。そのような補正技術は、特開平8−146
125号に見られるように、複雑で高コストな回路が必
要になっていた。
して用いることによりΔfの自動補正が可能であり、簡
素で低コストになる周波数変調技術を確立することが望
まれる。
の変動に基づく距離変動を制御信号として用いることに
よりΔfの自動補正が可能であり、簡素で低コストにな
る周波数変調技術を確立することができる周波数変調レ
ーダ、及び、レーダの周波数変調方法を提供することに
ある。
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧()つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも1つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。
(7)と反射波(7’)とで形成されるビート信号に基
づいて相対速度を検出する速度検出器(13)と、ビー
ト信号に基づいて相対距離を検出する距離検出器(1
2)と、一定時間の間のその距離の変化量を検出する距
離変化検出器(14)と、その同じ一定時間の間の相対
速度を積分して積分値を求める積分器(15)と、変化
量と積分値の差分に基づいて送信波(7)の周波数振幅
を変調して積分値と変化量の差分を零に近づける制御を
実行する制御器(1又は2)とを含む。このような差分
は内部信号から求められるデータであり、温度に依存す
るデータと温度に依存しないデータとから生成され、制
御回路が簡素に形成される、
体と送信波を反射する第2運動体との間の距離であり、
fbはビート信号から検出され得るビート信号の一定値
であり、fmは送信波(7)の周波数であり、Δfは送
信波(7)の周波数振幅であり、cは光速度である。
の中心周波数振幅であり、fdは、ビート信号の高値
(fb+fd)とビート信号の低値(fb−fd)の連
立により計算され得る値である。この値は、Δfに依存
しない。
(2)とが更に追加され、その差分は、三角波発生器
(1)に入力され、電圧制御発信器(2)は三角波発生
器(1)が出力する三角波に基づいて送信波(7)を周
波数変調して出力し、制御器は、三角波発生器(1)と
電圧制御発信器(2)とから形成されている。三角波
は、慣用的学術用語であり、その三角は振幅の上下大小
変化を意味し、厳密に三角であることはない。制御器
は、差分が許容範囲を越える場合に異常信号(18)を
出力することが好ましい。
周波数変調された送信波(7)を送信すること、送信波
(7)が物体で反射する反射波(7’)を受信するこ
と、送信波(7)と受信波(7’)から形成されるビー
ト信号に基づいて、物体に対する相対速度と相対距離と
を検出すること、相対速度の一定時間の間の積分値と相
対距離のその同じ一定時間の間の距離変化量との差分を
求めること、差分に基づいて送信波(7)の変調周波数
を制御することとから構成されている。その制御するこ
とにより差分の絶対値が減少する。
(7)の送信源である第2車体との間の距離である。第
1車体と第2車体は自動車の車体である。差分が設定範
囲を越える場合に信号(18)を発生することとを更に
含む。信号(18)は差分が設定範囲を越える場合に発
生される。
周波数変調レーダの実施の形態は、三角波発生器が電圧
制御発信器とともに設けられている。その三角波発生器
1は、図1に示されるように、電圧制御発信器2に接続
している。三角波発生器1は、制御信号である三角形状
の制御波3を出力する。制御波3は、電圧制御発信器2
に入力する。電圧制御発信器2は、制御波3により制御
される電圧に基づいてFM変調された周波数変調波4を
出力する。三角波発生器1と電圧制御発信器2とは、自
車体(図示されず)に搭載されている。
て送信用アンテナ6から対象物体に向けて送信波7とし
て発射される。送信波7は、前方又は後方の対象物体で
ある他車体(図示されず)で反射して反射波7’として
受信用アンテナ8で受信される。反射波7’は、混合器
9に入力される。周波数変調波4の一部は、方向性結合
器5で分岐して混合器9に入力する。周波数変調波4
(送信波7に同じ)と反射波7’とは、混合器9で混合
される。混合器9は、送信波7と反射波7’とを混合し
てビート信号11を出力する。ビート信号11は、距離
検出器12と相対速度検出器13とに分岐して入力す
る。方向性結合器5と送信用アンテナ6と受信用アンテ
ナ8と混合器9と距離検出器12と相対速度検出器13
とは、自車体に搭載されている。
波数変化を示している。図2は、送信側の自車体と他車
体の相対速度が零である場合の周波数変化を示し、図3
は送信側の自車体と他車体の相対速度が零でない場合の
周波数変化を示している。図2の表現は、図3の表現に
含まれる。即ち、相対速度が零であれば、図3は図2に
一致する。図2の横軸と図3の横軸は時間経過(伝播時
間)を示し、図2の縦軸と図3の縦軸は周波数をそれぞ
れに示している。
三角波である送信周波数波14と反射波7’の三角波で
ある受信周波数波14’は、制御波3に対応して三角波
状に変化している。反射波7’はドップラー効果を受け
ていないので、送信周波数波14の周波数振幅と受信周
波数波14’の周波数振幅は同じである。送信周波数波
14と受信周波数波14’の周波数振幅は、Δfで示さ
れている。送信周波数14と受信周波数波14’の中心
周波数振幅は、f0で示されている。送信周波数波14
と受信周波数波14’の周波数は、fmで示されてい
る。
ある他車体の相対速度が零であるので、受信周波数波1
4’は自車体と他車体の間を往復する時間分だけ送信周
波数波14よりも位相が遅れている。従って、送信周波
数波14と受信周波数波14’との混合によるビート信
号は、図2(b)に示されるように、一定時間間隔だけ
一定値fbになる。このfbは、反射波7’の送信波7
に対する遅れに比例し、即ち、送信用アンテナ6から他
車体までの距離の2倍に比例する。送信用アンテナ6か
ら他車体までの距離がRで表され、次式が成立する。 R=fb・c/(4・fm・Δf)・・・(1) ここで、cは光速度である。fbは検出可能値であり、
fbが検出されれば、Rが計算により求められる。距離
Rは、距離検出器12により求められる。
速度が零である場合の受信周波数波14’に対して変化
する受信周波数波14’の変化は、図3(a)に示され
るように、距離Rの存在に基づく遅れの変化にドップラ
ー効果による周波数振幅の変化が重畳されて現れる。相
対速度が正方向に増大すれば受信周波数波14’の周波
数振幅は減少し、相対速度が正方向に減少すれば受信周
波数波14’の周波数振幅は増大する。
周波数(振幅)が増加する区間では、反射波7’の周波
数は遅れて増加するが、相対速度が減少すれば反射波
7’の周波数振幅が増大するので、相対速度が零でない
場合の周波数差は、相対速度が零の時の周波数差に比べ
て、ドップラー効果による周波数変化分fdだけ小さく
なる。逆に、送信波7の周波数(振幅)が減少する区間
では、反射波7’の周波数は遅れて減少するが、相対速
度が減少すれば反射波7’の周波数振幅が減少するの
で、相対速度が零でない場合の周波数差は、相対速度が
零の時の周波数差に比べて、ドップラー効果による周波
数変化分fdだけ大きくなる。
(b)に示されるように、目標物体までの距離Rによっ
て定まるビート信号の周波数fbに対して、送信波周波
数が増加する区間でfdだけ減少し、送信波周波数が減
少する区間でfdだけ増大する。(fb−fd)と(f
b+fd)とは、検出されうるので、その連立式を解け
ば、fbとfdが判明する。判明したfbを式(1)に
代入すれば、相対速度が零でない場合にも、距離Rが計
算により求められ得る。
され、次式が成立する。 v=fd・c/(2・f0)・・・(2) 相対速度検出器13は、式(2)により相対速度vを計
算する。
距離変化検出器14に接続し、相対速度検出器13は相
対速度積分器15に接続している。式(1)により計算
された距離Rは、距離検出器12から出力されて距離変
化検出器14に入力され、式(2)により検出された相
対速度vは相対速度検出器13から出力され相対速度積
分器15に入力される。
間、目標物体までの距離Rの変化量ΔR16を検出す
る。変化量ΔR16は、距離変化検出器14から出力さ
れて三角波発生器1に入力される。相対速度積分器15
は、相対速度vを設定された一定時間Δtの範囲で積分
して積分値ΔR’17を計算し又は検出する。積分値1
7は、相対速度積分器15から出力されて三角波発生器
1に入力される。
乱により変化する場合には、Δfの関数であるRは変化
する。このようなΔfの変動がなければ、ΔR=Δ
R’、であるはずである。しかし、電圧制御発信器2の
周囲の温度が変動して、電圧制御発信器2の変調感度が
変動する場合、距離検出器12が出力するRはその周囲
温度の変動に対応して変動する。出力Rの変動に対応し
て、変化量ΔR16が変動する。速度vは、式(2)に
示されるように、変動がないfdとf0により記述され
変動するΔfにより記述されないので、vは周囲温度の
変動の影響を受けることがなく、従って、積分値ΔR’
17は周囲温度の変動の影響を受けない。周囲温度が変
動すれば、 ΔR≠ΔR’・・・(3) このようにΔRは、ΔR’に一致しない。
を検出する。この差分が、正であればその絶対値に対応
してΔfが小さくなるように(Rが大きくなるよう
に)、三角波発生器1は三角波である制御波3の振幅を
大きくして出力する。その差分が、負であればその絶対
値に対応してΔfが大きくなるように(Rが小さくなる
ように)、三角波発生器1は三角波である制御波3の振
幅を小さくして出力する。電圧制御発信器2は、制御波
3の大小制御に比例的に増減する周波数変調波4を出力
する。
して変動する検出対象の距離Rである内部信号に基づい
て行われ、その内部信号に基づいてΔfが自動的に制御
され、温度変化を直接に検出する必要がなく、必要とさ
れる検出値がそのまま制御用信号として用いられるの
で、簡素な回路の追加だけで内部的自動制御補正が可能
になる。簡素な回路は、例えば、差分に基づく三角波発
生器1又は電圧制御発信器2の電圧を制御する回路であ
る。
差分が零にならない時間が設定以上に継続する場合に
は、以上検出信号18が三角波発生器1から出力され
る。
レーダの周波数変調方法は、必要とされる検出信号であ
る内部信号を補正用信号として利用するので、内部的自
動制御が可能になり、距離を高精度に検出することがで
きる。更に、その自動制御回路は必然的に簡素になり、
低コストの車載レーダを提供することができる。
の形態を示す回路ブロック図である。
関係を示す関数図である。
対的関係を示す関数図である。
Claims (10)
- 【請求項1】送信波と反射波とで形成されるビート信号
に基づいて相対速度を検出する速度検出器と、 前記ビート信号に基づいて相対距離を検出する距離検出
器と、 一定時間の間の前記距離の変化量を検出する距離変化検
出器と、 前記一定時間の間の前記相対速度を積分して積分値を求
める積分器と、 前記変化量と前記積分値の差分に基づいて前記送信波の
周波数振幅を変調して前記積分値と前記変化量の差分を
零に近づける制御を実行する制御器とを含む周波数変調
レーダ。 - 【請求項2】前記距離検出器は、次式: R=fb・c/(4・fm・Δf) を計算し、ここでRは前記送信波を発射する第1運動体
と前記送信波を反射する第2運動体との間の距離であ
り、fbは前記ビート信号から検出され得る前記ビート
信号の一定値であり、fmは前記送信波の周波数であ
り、Δfは前記送信波の周波数振幅であり、cは光速度
である請求項1の周波数変調レーダ。 - 【請求項3】前記速度検出器は、次式: v=fd・c/(2・f0) を計算し、ここで、vは前記相対速度であり、f0は前
記送信波の中心周波数であり、fdは、前記ビート信号
の高値(fb+fd)と前記ビート信号の低値(fb−
fd)の連立により計算され得る値である請求項2の周
波数変調レーダ。 - 【請求項4】三角波発生器と、 電圧制御発信器とを更に含み、 前記差分は、前記三角波発生器に入力され、 前記電圧制御発信器は前記三角波発生器が出力する三角
波に基づいて前記送信波を周波数変調して出力し、 前記制御器は、前記三角波発生器と前記電圧制御発信器
とから形成されている請求項3の周波数変調レーダ。 - 【請求項5】前記制御器は、前記差分が許容範囲を越え
る場合に異常信号を出力する請求項4の周波数変調レー
ダ。 - 【請求項6】周波数変調された送信波を送信すること、 前記送信波が物体で反射する反射波を受信すること、 前記送信波と前記受信波から形成されるビート信号に基
づいて、前記物体に対する相対速度と相対距離とを検出
すること、 前記相対速度の一定時間の間の積分値と前記相対距離の
前記一定時間の間の距離変化量との差分を求めること、 前記差分に基づいて前記送信波の変調周波数を制御する
こととを含み、 前記制御することにより前記差分の絶対値が減少するレ
ーダの周波数変調方法。 - 【請求項7】前記物体は第1車体であり、 前記相対距離は前記送信波の送信源である第2車体との
間の距離であるレーダの周波数変調方法。 - 【請求項8】前記第1車体と前記第2車体は自動車の車
体であるレーダの周波数変調方法。 - 【請求項9】前記差分が設定範囲を越える場合に信号を
発生すること とを更に含む請求項7のレーダの周波数変調方法。 - 【請求項10】前記信号は前記差分が設定範囲を越える
時間幅が設定幅を越える場合に発生される請求項9のレ
ーダの周波数変調方法。
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JP2000271028A JP3879966B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 周波数変調レーダ、及び、レーダの周波数変調方法 |
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