JP2003028951A - レーダ装置 - Google Patents

レーダ装置

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JP2003028951A
JP2003028951A JP2001211314A JP2001211314A JP2003028951A JP 2003028951 A JP2003028951 A JP 2003028951A JP 2001211314 A JP2001211314 A JP 2001211314A JP 2001211314 A JP2001211314 A JP 2001211314A JP 2003028951 A JP2003028951 A JP 2003028951A
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Osamu Isaji
修 伊佐治
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーダ装置で周波数変調特性の検出や補正を
簡単な構成で安価に実現可能にする。 【解決手段】 変調信号生成回路２９は、（ｂ）に示す
三角波でＶＣＯ２４を周波数変調して、ＦＭ−ＣＷ方式
レーダ２１として動作させる。信号処理回路３０は、変
調信号生成回路２９から（ｃ）に示す検出用変調信号を
発生させてＶＣＯ２４に与える。ＶＣＯ２４で周波数変
調された高周波信号は、送信アンテナ２２から電波とし
て送信され、目標物で反射して受信アンテナ２３に受信
される。受信信号と高周波信号とからミキサ２６でビー
ト信号が得られ、ビート信号の周波数から、電圧Ｖ１に
対応する周波数偏移を検出する。検出用変調信号の電圧
Ｖ１を切換えれば、異なる電圧Ｖ１に対応する周波数偏
移が得られ、周波数変調特性を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＭ−ＣＷ方式な
ど、周波数変調（ＦＭ）を利用するレーダ装置、特にそ
の周波数変調特性の検出や補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、図１６に示すような基本的構
成を有するＦＭ−ＣＷ方式レーダ１が、主に自動車に搭
載され、衝突警報、衝突防止や軽減、オートクルーズコ
ントロールの車間制御、自動運転等に使用されている。
図１６（ａ）は、概略的な電気的構成を示し、図１６
（ｂ）は変調信号波形を示す。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ
についての先行技術は、たとえば特開平５−４０１６９
号公報、特開平７−５５９４２号公報、特開平８−３２
７７２８号公報などに開示されている。特開平５−４０
１６９号公報には、第２の周波数変調を利用して受信Ｓ
／Ｎ比を改善する技術が開示されている。
【０００３】ＦＭ−ＣＷ方式レーダ１の基本的構成は、
図１６（ａ）に示すように、送信アンテナ２から電波を
送信し、目標物等からの反射電波を受信アンテナ３で受
信する。送信アンテナ２には、電圧制御発振器であるＶ
ＣＯ４から発生されるミリ波帯の高周波信号が与えられ
る。ＶＣＯ４から送信アンテナ２を励振する高周波信号
の一部は、カプラ５から分岐し、ミキサ６で受信アンテ
ナ３からの受信信号と混合される。ミキサ６からの出力
信号は、帯域通過濾波器であるＢ．Ｐ．Ｆ．７で選択さ
れ、アンプ８で増幅される。ＶＣＯ４から発生される高
周波信号は、変調信号生成回路９から与えられる変調信
号の電圧レベルに従って周波数変調される。
【０００４】たとえばミリ波帯のＦＭ−ＣＷ方式レーダ
１では、図１６（ｂ）に示すような数百Ｈｚ程度の三角
波状の変調信号を使用して、最大周波数偏移量が数十〜
数百ＭＨｚ程度のＦＭ変調波を発生する。変調信号とし
ては、のこぎり波（チャープ波）が用いられる場合もあ
る。ＶＣＯ４の周波数変調特性が変調信号の電圧レベル
の変化に対して直線性が良好であれば、ＶＣＯ４から発
生する高周波信号の周波数も、図１６（ｂ）に対応して
直線的に変化する。受信アンテナ３に受信される反射電
波の周波数は、目標物までの距離を電波が往復する時間
分だけ、送信アンテナ２に与えられる高周波信号の周波
数よりも遅れている。ＶＣＯ４から図１６（ｂ）に対応
する三角波状に周波数が変化する高周波信号が発生さ
れ、目標物までの距離が一定であれば、ミキサ６から出
力される信号に、その距離を電波が往復する時間に対応
する一定の周波数のビート信号成分が含まれる。このビ
ート信号成分をＢ．Ｐ．Ｆ．７で選択し、アンプ８で増
幅した後、信号処理回路１０に入力して、目標物までの
距離を算出することができる。また、目標物までの距離
が変化するときは、ビート信号の周波数にドップラシフ
トの影響が現れ、信号処理で相対速度も算出することが
できる。ビート信号の周波数をｆb 、距離に依存する周
波数をｆx 、相対速度に依存する周波数をｆd とする
と、 ｆb ＝ｆx ±ｆd である。
【０００５】ＦＭ−ＣＷ方式レーダ１では、ＶＣＯ４で
の周波数変調特性が計測精度に重要な影響を与える。特
開平７−５５９２４号公報には、ＦＭ−ＣＷレーダの高
周波信号を発生する電圧制御発振器の周波数変調特性を
予め計測しておき、計測された特性の逆関数で補正し
て、直線性を向上させる技術が開示されている。特開平
８−３２７７２８号公報には、ＦＭ−ＣＷレーダ装置で
発生する高周波信号の周波数が三角波状に変化するよう
に変調信号を補正する技術が開示されている。また、特
開平６−３４７５６号公報には、レーダからの電波を受
信すると、周波数変調された電波を送信して応答するレ
ーダトランスポンダで、送信電波の元になる高周波信号
を発生する電圧制御発振器の直線性を、予めメモリに記
憶しておいたデータで補正する技術が開示されている。
ただし、これらの先行技術には、周波数変調特性をどの
ようにして計測するかについて、直接の記載はない。
【０００６】図１７は、図１６（ａ）に示す従来からの
ＦＭ−ＣＷ方式レーダ１で変調周波数特性を計測し、直
線性が保たれているか否かを検出するための概略的な構
成を示す。別の信号源１１を用意し、ＶＣＯ４からの高
周波信号をカプラ１２で分岐して、ミキサ１３で混合し
てダウンコンバートし、カウンタ１４で信号源１１の周
波数との差をカウントする。このようなダウンコンバー
トの他に、ＶＣＯ４からの高周波信号の周波数をカウン
トする方法もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】自動車に搭載するＦＭ
−ＣＷ方式レーダ１などは、振動や温度などに関し、過
酷な環境で使用される。このため、周波数変調特性の直
線性は、初期に良好であっても、使用中に劣化する可能
性がある。ＦＭ−ＣＷ方式レーダ１自体に、周波数特性
の直線性を検出する構成を搭載するとして、図１７に示
すようなダウンコンバータの構成を採用すると、信号源
１１やミキサ１３などに高価なミリ波帯域の高周波用が
必要となる。ＶＣＯ４からの高周波信号の周波数をカウ
ントする場合は、ミリ波帯域を直接カウントすることは
できないので、分周器を用いる必要があるけれども、ミ
リ波帯域で動作する分周器は高価であり、また分周比が
大きくなると計測精度は低下する。
【０００８】すなわち、図１７に示すような従来の方式
で周波数変調特性の検出や補正を行おうとすると次のよ
うな問題がある。 送信周波数が高ければ高いほど、たとえば検波器や分
周器などの構成部品の値段が高くなってしまう。 送信周波数が高ければ高いほど、分周比が大きくなり
計測精度が悪くなる。
【０００９】本発明の目的は、周波数変調特性の検出や
補正を簡単な構成で安価に実現可能なレーダ装置を提供
することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、高周波信号を
周波数変調して送信し、反射電波を受信して目標物の検
知を行うレーダ装置において、高周波発生手段に、変化
状態を制御可能な変調信号を生成して与える変調信号生
成手段と、高周波発生手段から発生される高周波信号
と、反射電波の受信信号とをミキシングするミキシング
手段と、予め定める複数の信号レベル間で変化し、各信
号レベル毎に予め定める時間は保持される検出用変調信
号を高周波発生手段に与えるように変調信号生成手段を
制御し、ミキシング手段から高周波信号と受信信号との
差の成分の信号を入力して周波数を検出し、検出用変調
信号の信号レベルと周波数との関係に基づいて高周波発
生手段の周波数変調特性を検出する信号処理手段とを含
むことを特徴とするレーダ装置である。
【００１１】本発明に従えば、高周波信号を周波数変調
して送信し、反射電波を受信して目標物の検知を行うレ
ーダ装置は、変調信号生成手段とミキシング手段と信号
処理手段とを含む。変調信号手段は、高周波発生手段
に、変化状態を制御可能な変調信号を生成して与える。
ミキシング手段は、高周波発生手段から発生される高周
波信号と、反射電波の受信信号とをミキシングする。信
号処理手段は、予め定める複数の信号レベル間で変化
し、各信号レベル毎に予め定める時間は保持される検出
用変調信号を高周波発生手段に与えるように変調信号生
成手段を制御し、ミキシング手段から高周波信号と受信
信号との差の成分の信号を入力して周波数を検出し、検
出用変調信号の信号レベルと周波数との関係に基づいて
高周波発生手段の周波数変調特性を検出する。変調信号
生成手段から生成される検出用変調信号を、予め定める
複数の信号レベル間で変化させ、目標物からの受信信号
とミキシング手段でミキシングして、差の成分の信号の
周波数を検出し、検出用変調信号の信号レベルと周波数
との関係を求めて、高周波発生手段の周波数変調特性を
検出することができる。周波数特性検出のための高周波
の信号源として受信信号を利用し、ミキシング手段も受
信用を共用することができるので、安価な構成で簡単に
周波数変調特性を検出することができる。
【００１２】また本発明は、前記信号処理手段によって
検出される周波数変調特性に基づいて、該周波数変調特
性が予め定める正常な範囲から外れないように前記変調
信号を補正する変調特性補正手段をさらに含むことを特
徴とする。
【００１３】本発明に従えば、安価な構成で簡単に検出
可能な変調周波数特性が予め定める正常な範囲から外れ
ないように変調信号を補正するので、周波数変調特性の
補正も安価な構成で簡単に行うことができる。
【００１４】また本発明は、前記信号処理手段によって
検出される周波数変調特性に基づいて、前記変調信号の
信号レベルが最大値のときの周波数と、最小値のときの
周波数との差である周波数変調幅を算出する幅算出手段
をさらに含むことを特徴とする。
【００１５】本発明に従えば、変調信号の信号レベルが
最大値のときと最小値のときとの周波数の差である周波
数変調幅を、複数の信号レベル間での周波数の変化とし
て検出される周波数変調特性に基づいて、算出すること
ができる。
【００１６】また本発明で、前記幅算出手段は、前記差
の周波数を計数するカウンタを備えることを特徴とす
る。
【００１７】本発明に従えば、複数の信号レベル間での
周波数の変化をカウンタで計数するので、周波数の変化
を簡単に計測することができる。
【００１８】また本発明は、前記幅算出手段によって算
出される周波数変調幅に基づいて、該周波数変調幅が予
め定める値となるように前記変調信号を補正する幅補正
手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１９】本発明に従えば、周波数変調特性の周波数
変調幅も、予め定める値に補正することができる。ま
た、信号処理部での距離演算時に、演算上で補正を行う
ことも可能である。
【００２０】また本発明で、前記変調特性補正手段また
は前記幅補正手段は、前記反射電波の受信信号のレベル
が予め定めるレベル以上ある場合に補正を行うことを特
徴とする。
【００２１】本発明に従えば、受信信号のレベルが予め
定めるレベル以上ある場合に補正を行うので、補正を安
定に行うことができる。
【００２２】また本発明は、温度検出手段をさらに含
み、前記変調特性補正手段または前記幅補正手段は、温
度検出手段が検出する温度が予め定める温度になる場合
に補正を行うことを特徴とする。
【００２３】本発明に従えば、高周波発生手段から発生
する高周波信号の周波数が温度によって変化するような
場合でも、温度検出手段が予め定める温度になれば補正
を行うので、温度の影響を低減し、周波数変調特性の精
度を向上させることができる。
【００２４】また本発明で、前記変調特性補正手段また
は前記幅補正手段は、前記目標物の距離が予め定める距
離範囲の場合に補正を行うことを特徴とする。
【００２５】本発明に従えば、受信信号の信号レベルが
低くなる可能性が高い距離範囲などを予め定める距離範
囲から外すことによって、補正処理に入らないので、補
正の精度低下を避けることができる。
【００２６】また本発明で、前記変調特性補正手段また
は前記幅補正手段は、前記目標物の相対速度が予め定め
る速度範囲の場合に補正を行うことを特徴とする。
【００２７】本発明に従えば、目標物の相対速度を考慮
して、予め定める速度範囲となる場合に補正を行うの
で、補正の精度を向上させることができる。
【００２８】また本発明で、前記信号処理手段は、通常
のレーダ動作時で、前記目標物からの反射電波を受信す
る入力レベルが予め定める基準レベル以上ある場合に、
前記周波数特性の検出を行うことを特徴とする。
【００２９】本発明に従えば、受信信号の入力レベルが
予め定める基準レベル以上ある場合に周波数変調特性の
検出を行うので、通常の目標物検出処理に専念すること
ができる。
【００３０】また本発明で、前記信号処理手段は、前記
目標物の距離が予め定める距離範囲の場合に、前記周波
数特性の検出を行うことを特徴とする。
【００３１】本発明に従えば、目標物までの距離が予め
定める距離範囲から外れるような場合には、周波数変調
特性の検出を行わないので、通常の目標物検出処理に専
念することができる。
【００３２】また本発明で、前記信号処理手段は、レー
ダ動作開始後、前記目標物を最初に検知した直後に、前
記周波数特性の検出を行い、前記高周波発生手段に対す
る正常な変調動作が行われているか否かを判定すること
を特徴とする。
【００３３】本発明に従えば、目標物を最初に検知して
反射電波の受信が可能になれば、高周波発生手段の周波
数変調特性が正常か否かを判定するので、異常が生じれ
ば早期に発見することができる。
【００３４】また本発明は、前記ミキシング手段から信
号処理手段に入力される前記高周波信号と受信信号との
差の成分の信号に対して、周波数を低減するための基準
信号を発生する基準信号源をさらに含み、信号処理手段
は、基準信号によって周波数が低減された差の成分の信
号を入力して、前記周波数特性を検出することを特徴と
する。
【００３５】本発明に従えば、ミキシング手段で得られ
る高周波信号と受信信号との差の成分に対して、基準信
号源から発生する基準信号をヘテロダイン化し、周波数
を低減するので、周波数計測を行いやすくすることがで
きる。
【００３６】また本発明で、前記基準信号源は、前記基
準信号の元となる基本信号を発生する基本信号発生手段
と、基本信号発生手段から発生される基本信号の周波数
を複数の切換え可能な分周比で分周して基準信号に変換
する分周手段とを含むことを特徴とする。
【００３７】本発明に従えば、分周手段の分周比を切換
えて、基本信号発生手段から発生する基本信号を分周し
て得られる基準信号の周波数を切換え、周波数を下げて
周波数計測の精度を向上させることができる。
【００３８】また本発明で、前記基準信号源は、複数の
基準信号発生手段を有し、いずれかの基準信号発生手段
を選択して、選択された基準信号発生手段から前記基準
信号を発生させることを特徴とする。
【００３９】本発明に従えば、複数の基準信号発生手段
を切換え、基準信号を発生させ、切換えて得られる信号
成分を比較することで計測する周波数を断定可能にし
て、精度を向上させることができる。
【００４０】また本発明で、前記基準信号源は、予め設
定されるプログラムに従う演算処理で前記基準信号を発
生する信号演算手段を含むことを特徴とする。
【００４１】本発明に従えば、周波数の計測に適する周
波数の基準信号を発生して、計測精度を向上させること
ができる。
【００４２】また本発明で、前記基準信号源は、前記信
号処理手段に信号演算処理用のクロック信号を供給する
ことを特徴とする。
【００４３】本発明に従えば、基準信号の発生と信号処
理手段へのクロック信号供給とを、共通の基準信号源か
ら行うことができるので、省スペース化とコスト低減と
を図ることができる。
【００４４】また本発明で、前記基準信号の周波数は、
前記目標物からの受信信号の周波数との差がレーダ動作
時のビート信号帯域内になるように設定されることを特
徴とする。
【００４５】本発明に従えば、ビート信号帯域内に設定
される基準信号を用いるので、ヘテロダイン化して得ら
れる差の周波数の帯域を低くし、計測精度を向上させる
ことができる。
【００４６】また本発明で、前記信号処理手段は、前記
ビート信号の処理の少なくとも一部を行うことを特徴と
する。
【００４７】本発明に従えば、ビート信号の処理と、周
波数特性の検出の処理とを、少なくとも一部は構成を共
用して行うので、全体の構成が簡略化され、安価に実現
可能となる。
【００４８】また本発明で、前記信号処理手段は、前記
検出用変調信号の信号レベルを保持する予め定める時間
を、前記目標物との距離に応じて変化させることを特徴
とする。
【００４９】本発明に従えば、目標物との距離に応じて
周波数変調特性検出の最適化を図り、検出精度の向上を
図ることができる。
【００５０】また本発明で、前記信号処理手段は、前記
検出用変調信号の信号レベルを保持する予め定める時間
を、前記目標物の相対速度に応じて変化させることを特
徴とする。
【００５１】本発明に従えば、目標物との相対速度を考
慮し、周波数特性の検出精度を高めることができる。
【００５２】また本発明で、前記信号処理手段は、前記
目標物の相対速度に基づくドップラシフトを考慮して、
前記高周波信号と受信信号との差の成分の周波数を検出
することを特徴とする。
【００５３】本発明に従えば、自動車に搭載される場合
などで、相対的に静止している目標物を見つけることが
困難であっても、ドップラシフトを考慮して、周波数変
調特性を精度よく検出することができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の各形態を説明する。各実施形態で、先行して説明
した実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、
重複する説明を省略する。また、相互に重複しない範囲
で、複数の実施形態を組合わせることもできる。さら
に、先行する実施形態との共通部分は記載を省略するこ
ともある。
【００５５】図１は、本発明の実施の第１形態であるＦ
Ｍ−ＣＷ方式レーダ２１の概略的な電気的構成と、変調
信号および検出用変調信号の波形とを示す。本実施形態
のＦＭ−ＣＷ方式レーダ２１の基本的構成は、図１６
（ａ）に示す従来からのＦＭ−ＣＷ方式レーダ１と同様
である。すなわち、送信アンテナ２２、受信アンテナ２
３、ＶＣＯ２４、カプラ２５、ミキサ２６、Ｂ．Ｐ．
Ｆ．２７、アンプ２８、変調信号生成回路２９および信
号処理回路３０を含む。送信アンテナ２２から電波を送
信し、目標物等からの反射電波を受信アンテナ２３で受
信する。送信アンテナ２２には、電圧制御発振器である
ＶＣＯ２４から発生されるミリ波帯の高周波信号が与え
られる。ＶＣＯ２４から送信アンテナ２２を励振する高
周波信号の一部は、カプラ２５から分岐し、ミキサ２６
で受信アンテナ２３からの受信信号と混合される。ミキ
サ２６からの出力信号中のビート信号は、帯域通過濾波
器であるＢ．Ｐ．Ｆ．２７で選択され、アンプ２８で増
幅される。ＶＣＯ２４から発生される高周波信号は、変
調信号生成回路２９から与えられる変調信号の電圧レベ
ルに従って周波数変調される。ビート信号は、信号処理
回路３０で処理され、目標物の距離や相対速度が算出さ
れる。
【００５６】たとえばミリ波帯のＦＭ−ＣＷ方式レーダ
２１では、図１（ｂ）に示すような数百Ｈｚの三角波状
の変調信号を使用して、最大周波数偏移量が数十〜数百
ＭＨｚ程度のＦＭ変調波を発生する。変調信号として
は、のこぎり波（チャープ波）が用いられる場合もあ
る。ＦＭ−ＣＷ方式レーダ２１の通常動作は、図１６に
示す従来のＦＭ−ＣＷ方式レーダ１と同等である。本実
施形態では、ＶＣＯ２４の周波数変調特性が変調信号の
電圧レベルの変化に対して直線性が良好であるか否か
を、変調信号生成回路２９から図１（ｃ）に示すような
電圧Ｖ１で変化する矩形波状の検出用変調信号をＶＣＯ
２４に与えて、検出可能にしている。
【００５７】図２は、図１（ｃ）に示す矩形波状の検出
用変調信号に対応する周波数変調の偏移成分が得られる
原理を示す。図１（ｃ）のような電圧Ｖ１の変化に対し
て、ＶＣ２４からは周波数偏移成分△Ｆが得られる。こ
の周波数偏移成分△Ｆが図１図１（ａ）のＡ点では図２
（ａ）に示すような信号波形が得られ、送信アンテナ２
２から送信される波形とほぼ同一である。目標物に反射
して受信アンテナ２３に受信される図１（ａ）のＢ点で
は、電波の伝播遅延に基づき、図２（ｂ）のように位相
が遅れる。図１（ａ）に示すミキサ２６の出力側のＣ点
では、図２（ｃ）に示すように、伝播遅延の期間だけ、
△Ｆの周波数のビート信号が得られる。目標物との間の
相対速度が０でなければ、ドップラシフト成分も含まれ
るけれども、数ｋＨｚ程度である。ビート信号の周波数
△Ｆは、数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚであるので、ドップラ
シフト成分の影響は小さい。
【００５８】図３は、図１（ａ）のＶＣＯ２４での周波
数変調特性の一例を示す。変調信号の下限電圧である最
小値Ｖ１と、上限電圧である最大値Ｖ２との間での周波
数偏移量は、区間電圧△Ｖn に対応する周波数偏移△ｆ
n を積算して得られる。検出用変調信号として、電圧レ
ベルをＶ１とＶ２との間で変化させる方法として、図４
に示すように階段状に変化させる場合と、図５に示すよ
うにパルス状のピーク値を変化させる場合とが考えられ
る。
【００５９】図４は、（ａ）で階段状に変化する検出用
変調信号の波形を示し、（ｂ）でビート信号の周波数偏
移を示す。図５は、（ａ）でパルス状に変化する検出用
変調信号の波形を示し、（ｂ）でビート信号の周波数偏
移を示す。図４（ａ）の階段状の電圧変化に対応する図
４（ｂ）の周波数偏移では、変調幅は、次の（１）式に
示すように、各周波数偏移成分を積算して得られる。図
５（ａ）のようなパルス状の電圧変化に対しては、図５
（ｂ）に示す最後の周波数偏移成分が積算値となってい
る。
【００６０】
【数１】
【００６１】本実施形態では、高周波発生手段であるＶ
ＣＯ２４に三角波状の変調信号を与えて周波数が変化す
る高周波信号を発生させ、発生される高周波信号に基づ
いて無線電波を送信アンテナ２２から送信し、反射電波
を受信して目標物の検知を行うＦＭ−ＣＷ方式レーダ２
１装置は、変調信号生成手段である変調信号生成回路２
９とミキシング手段であるミキサ２６と信号処理手段で
ある信号処理回路３０とを含む。変調信号生成回路２９
は、ＶＣＯ２４に、変化状態を制御可能な検出用変調信
号を生成して与える。ミキサ２６は、ＶＣＯ２４から発
生される高周波信号と、反射電波の受信信号とをミキシ
ングする。信号処理回路３０は、図４（ａ）や図５
（ａ）に示すように、予め定める複数の信号レベル間で
変化し、各信号レベル毎に予め定める時間は保持される
検出用変調信号をＶＣＯ２４に与えるように変調信号生
成回路２９を制御する。信号処理回路３０は、ミキサ２
６から高周波信号と受信信号との差の成分の信号を入力
して周波数を検出し、検出用変調信号の信号レベルと周
波数との関係に基づいてＶＣＯ２４の周波数変調特性を
検出する。周波数特性検出のための高周波の信号源とし
て受信信号を利用し、ミキサ２６も受信用を共用するこ
とができるので、安価な構成で簡単に周波数変調特性を
検出することができる。
【００６２】図６は、本発明の実施の第２形態であるＦ
Ｍ−ＣＷ方式レーダ３１の概略的な電気的構成を示す。
本実施形態では、変調信号生成回路２９で生成する三角
波などの変調信号を、変調信号補正回路３２で補正して
ＶＣＯ２４に与える。変調信号補正回路３２は、信号処
理回路４０によって与えられる補正信号に従って変調信
号を補正する。信号処理回路４０は、実施の第１形態と
同様に検出する周波数変調特性が予め定める正常な範囲
から外れないように、補正信号を生成する。周波数変調
特性は、直線性の範囲を示すリニアリティと、上下限を
示す変調幅とを補正する。リニアリティ補正用として
は、折れ線回路等を用いることができる。変調幅の補正
には、ゲインコントロールアンプや可変アッテネータ等
を用いることができる。変調信号補正回路３２は、リニ
アリティ補正を行うようにすれば範囲補正手段として機
能し、変調幅を補正すれば変調特性補正手段として機能
する。
【００６３】図７は、本発明の実施の第３形態であるＦ
Ｍ−ＣＷ方式レーダ４１の概略的な電気的構成を示す。
本実施形態では、Ｄ／Ａコンバータ４２を変調信号生成
回路４９に含め、信号処理回路５０から与えられる変調
用データを表すデジタル信号をアナログ信号に変換して
変調信号を生成する。信号処理回路５０は、実施の第１
形態と同様に周波数変調特性を検出し、その特性を補正
する変調用データを内部のメモリ５１に記憶する。本実
施形態では、メモリ５１が範囲補正手段および幅補正手
段として機能する。
【００６４】図６および図７に示す実施形態では、安価
な構成で簡単に検出可能な変調周波数特性が予め定める
正常な範囲から外れないように変調信号を補正するの
で、周波数変調特性の補正も安価な構成で簡単に行うこ
とができる。
【００６５】図８は、本発明の実施の第４形態であるＦ
Ｍ−ＣＷ方式レーダ６１の部分的な電気的構成を示す。
本実施形態では、アンプ２８から出力されるビート信号
をＡ／Ｄコンバータ６２でデジタル信号に変換し、デジ
タル信号プロセッサであるＤＳＰ６３やマイクロコンピ
ュータによるＦＦＴ処理６４で信号レベルを求める。Ｆ
ＦＴ処理６４は高速フーリエ変換処理であり、ＤＳＰ６
３などのプログラム動作で実現される。本実施形態の信
号処理回路７０は、Ａ／Ｄコンバータ６２とＤＳＰ６３
とを含む。ビート信号の信号レベルは、任意の基準レベ
ルについて判定することができる。
【００６６】図９は、本発明の実施の第５形態であるＦ
Ｍ−ＣＷ方式レーダ７１の部分的な電気的構成を示す。
本実施形態では、ビート信号を検波回路７４で検波し、
コンパレータ７５で基準信号と比較して信号レベルを判
定する。コンパレータ７５に与える基準信号は、ビート
信号をＡ／Ｄコンバータ７２でデジタル信号に変換し、
マイクロコンピュータ７３やＤＳＰなどで演算処理して
設定する。本実施形態の信号処理回路８０は、Ａ／Ｄコ
ンパータ７２やマイクロコンピュータ７３を含む。
【００６７】図１０は、図８および図９の実施形態で、
受信信号の信号レベルに応じて周波数変調特性を検出す
る処理手順を示す。ステップａ０から手順を開始し、ス
テップａ１では通常のＦＭ−ＣＷレーダとして、ビート
信号レベルの計算を行う。ステップａ２では、ビート信
号レベルが設定されている基準レベルよりも大きいか否
かを判断する。ビート信号レベルが設定レベルよりも大
きいと判断されると、ステップａ３で周波数変調特性の
検出を行うか否かを判断する。周波数特性の検出は、た
とえば電源投入後に最初に検出する目標物に対して行え
ばよく、必ずしも常時行う必要はない。ステップａ３で
変調特性の検出を行うと判断されるときは、ステップａ
４で実施の第１形態と同様に、周波数変調特性の検出処
理を行う。ステップａ５では、検出結果に問題があるか
否かを判断する。問題があれば、ステップａ６で、実施
の第２形態や第３形態のように補正処理を行ったり、ア
ラーム等での警告処理を行う。ステップａ２で設定レベ
ルよりも大きくないと判断されるとき、ステップａ３で
変調特性の検出を行わないと判断されるとき、ステップ
ａ５で問題がないと判断されるときは、ステップａ７で
通常のＦＭ−ＣＷレーダ処理を行う。受信信号の入力レ
ベルが予め定める基準レベル以上ある場合に補正を行う
ので、補正を安定に行うことができる。
【００６８】なお、ステップａ３で、目標物を最初に検
知して反射電波の受信が可能になれば、ＶＣＯ２４の周
波数変調特性が正常か否かを判定すれば、異常が生じて
いることを早期に発見することもできる。
【００６９】図１１は、本発明の実施の第６形態である
ＦＭ−ＣＷ方式レーダ８１の概略的な電気的構成を示
す。本実施形態では、サーミスタ等の温度センサ８２で
ＶＣＯ２４近傍などの温度を検出し、ＶＣＯ２４の周波
数変調特性が温度によって変化するような場合に、任意
温度毎の補正も可能になり、変調特性の精度を向上させ
ることができる。温度センサ８２が検出する温度は、信
号処理回路９０に与えて、図６や図７の実施形態と同様
に補正を行うことができる。また、温度検出手段として
の温度センサ８２が検出する温度が予め定める温度にな
る場合に補正を行うようにすることもできる。ＶＣＯ２
４から発生する高周波信号の周波数が温度によって変化
するような場合でも、予め定める温度になれば補正を行
うので、温度の影響を低減し、周波数変調特性の精度を
向上させることができる。
【００７０】また本発明の実施の各形態で、目標物の距
離が予め定める距離範囲の場合に周波数変調特性の検出
や補正を行うようにしたり、目標物の相対速度が予め定
める速度範囲の場合に周波数変調特性の検出や補正を行
うようにすることが好ましい。受信信号の信号レベルが
低くなる可能性が高い距離範囲などを予め定める距離範
囲から外すことによって、そのような距離では検出処理
や補正処理に入らないので、検出や補正の精度低下を避
けることができる。相対速度についても、目標物の相対
速度を考慮して、予め定める速度範囲となる場合に検出
や補正を行うので、精度を向上させることができる。
【００７１】図１２は、本発明の実施の第７形態である
ＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理回路１００について、
部分的な電気的構成を示す。本実施形態では、ビート信
号を図９の実施形態と同様に、Ａ／Ｄコンバータ１０２
でデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ１０３
に入力するとともに、周波数カウンタ１０４で周波数を
カウントした結果をマイクロコンピュータ１０４に入力
する。周波数カウンタ１０４を用いるので、ビート信号
の周波数計測を簡単に行うことができる。
【００７２】図１３は、本発明の実施の第８形態である
ＦＭ−ＣＷ方式レーダ１１１の概略的な電気的構成を示
す。本実施形態では、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダのビート
信号を、信号源１１２から発生される基準信号とミキサ
１１３で混合してヘテロダイン化し、さらに周波数を下
げて周波数計測を行いやすくすることができる。ミキサ
１１３の出力は、Ｂ．Ｐ．Ｆ．１１４で選択され、アン
プ１１５で増幅されて信号処理回路１２０に与えられ
る。信号処理回路１２０は、前述の各実施形態と同様
に、周波数変調特性の検出や補正を行う。
【００７３】図１４は、図１３の実施形態で、信号源１
１２を実現する例を示す。図１４（ａ）は、切換スイッ
チ１１４、分周器１１５および発振器１１６を含む。発
振器１１６は、基準信号の元となる基本信号を発生する
基本信号発生手段となる。分周器１１５は、基本信号の
周波数を切換スイッチ１１４で切換え可能な複数の分周
比で分周して基準信号に変換する分周手段となる。図１
４（ｂ）では、複数の発振器１１７，１１８，１１９の
出力を切換スイッチ１１４で切換える。図１４（ｃ）で
は、信号処理回路１２０からプログラム処理で直接基準
信号を発生して、ミキサ１１３に与える。また、基準信
号と信号処理回路１２０動作の基準となるクロック信号
とを、共通に発生させることもできる。
【００７４】図１４（ａ）に示すように、分周比を切換
え、基本信号発生手段から発生する基本信号を分周して
得られる基準信号の周波数を切換えれば、周波数計測の
精度を向上させることができる。図１４（ｂ）に示すよ
うに、複数の発振器１１７，１１８，１１９を有し、い
ずれかを選択して基準信号を発生させるようにすると、
計測する周波数が断定可能になり、精度を向上させるこ
とができる。図１４（ｃ）に示すように、予め設定され
るプログラムに従う演算処理で基準信号を発生すれば、
周波数の計測に適する周波数の基準信号を発生して、計
測精度を向上させることができる。また、基準信号と、
信号処理回路１２０のクロック信号とを共用すれば、新
たに信号源１１３を用意する必要がなく、省スペース化
とコスト低減とを図ることができる。
【００７５】図１３の実施形態では、基準信号の周波数
は、目標物からの受信信号の周波数との差がレーダ動作
時のビート信号帯域内になるように設定される。ビート
信号帯域内に設定される基準信号を用いるので、ヘテロ
ダイン化して得られる差の周波数の帯域を低くし、計測
精度を向上させることができる。また図１３では、記信
号処理回路１２０は、ＦＭ−ＣＷ方式レーダでのビート
信号の処理の少なくとも一部を行う。ビート信号の処理
と、周波数変調特性の検出の処理とを、少なくとも一部
は構成を共用して行うので、全体の構成が簡略化され、
安価に実現可能となる。
【００７６】図１５は、本発明の実施の第９形態である
ＦＭ−ＣＷ方式レーダ１２１の概略的な電気的構成を示
す。本実施形態では、特開平５−４０１６９号公報で第
２実施例として開示されている考え方を適用して、受信
信号のＳ／Ｎを向上させることができる。ビート信号の
処理は、Ａ／Ｄコンバータ１２２でデジタル変換し、Ｆ
ＦＴ処理１２３をＤＳＰ１２４などで行う。ビート信号
は、信号源１２５からゲートスイッチ１２６に変調信号
を与えて受信信号を周波数変調した後、ミキサ２６から
得られ、さらにこのビート信号はミキサ１２７で変調信
号と混合されて、検波される。本実施形態の信号処理回
路１３０は、Ａ／Ｄコンバータ１２２およびＤＳＰ１２
４を含む。
【００７７】以上で説明した各実施形態では、図４
（ａ）や図５（ｂ）に示す検出用変調信号で、電圧レベ
ルをＶ１からＶ２の範囲の複数の値に保つ時間を、目標
物との距離や相対速度に応じて変化させることが好まし
い。これによって、目標物との距離や相対速度に応じて
周波数変調特性検出の最適化を図り、検出精度の向上を
図ることができる。
【００７８】また各実施形態の信号処理回路は、目標物
の相対速度に基づくドップラシフトを考慮して、高周波
信号と受信信号との差のビート信号成分の周波数を検出
することが好ましい。自動車に搭載される場合などで、
相対的に静止している目標物を見つけることが困難であ
っても、ドップラシフトを考慮して、周波数変調特性を
精度よく検出することができるからである。
【００７９】なお、以上の各実施形態ではＦＭ−ＣＷ方
式のレーダについて説明しているけれども、周波数変調
を利用するレーダであれば、同様に本発明を適用するこ
とができる。
【００８０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、目標物か
らの受信信号を利用して、高周波発生手段の周波数変調
特性を検出することができる。周波数特性検出のための
高周波の信号源として受信信号を利用し、ミキシング手
段も受信用を共用することができるので、安価な構成で
簡単に周波数変調特性を検出することができる。
【００８１】また本発明によれば、変調周波数特性が予
め定める正常な範囲から外れないように変調信号を補正
するので、周波数変調特性の補正を安価な構成で簡単に
行うことができる。
【００８２】また本発明によれば、複数の信号レベル間
での周波数の変化から周波数変調幅を算出することがで
きる。
【００８３】また本発明によれば、カウンタで計数する
ので、周波数の変化を簡単に計測することができる。
【００８４】また本発明によれば、周波数変調特性の周
波数変調幅を、予め定める値に補正することができる。
【００８５】また本発明によれば、受信信号のレベルが
予め定めるレベル以上ある場合に、安定な補正を行うこ
とができる。
【００８６】また本発明によれば、温度の影響を低減
し、周波数変調特性の精度を向上させることができる。
【００８７】また本発明によれば、目標物の距離が適正
な範囲外となると補正処理に入らないので、補正の精度
低下を避けることができる。
【００８８】また本発明によれば、目標物の相対速度を
考慮して、補正の精度を向上させることができる。たと
えば路側物や対向車のような高相対速度成分を発生させ
る目標物を対象外とすることによって、精度の向上を図
ることができる。
【００８９】また本発明によれば、受信信号の入力レベ
ルが予め定める基準レベル以上ないような場合には、通
常の目標物検出処理に専念することができる。周波数変
調特性の検出処理を行うか否かを通常のレーダ動作時の
信号レベルで判定するため、検出処理回数を減らすこと
ができる。
【００９０】また本発明によれば、目標物までの距離が
予め定める距離範囲から外れるような場合には、通常の
目標物検出処理に専念することができる。
【００９１】また本発明によれば、高周波発生手段の周
波数変調特性に異常が生じれば早期に発見することがで
きる。
【００９２】また本発明によれば、ミキシング手段で得
られる高周波信号と受信信号との差の成分であるビート
信号に、基準信号源から発生する基準信号をヘテロダイ
ン化して周波数を低減するので、ビート信号の周波数計
測を行いやすくすることができる。
【００９３】また本発明によれば、複数の分周比を切換
えて、周波数を下げることができ、周波数計測の精度を
向上させることができる。
【００９４】また本発明によれば、複数の基準信号を切
換え、切換えて得られる信号成分を比較することで、計
測する周波数を断定可能にし、精度を向上させることが
できる。
【００９５】また本発明によれば、周波数の計測に適す
る周波数の基準信号を発生して、計測精度を向上させる
ことができる。
【００９６】また本発明によれば、基準信号の発生と信
号処理手段へのクロック信号供給とを共通に行い、省ス
ペース化とコスト低減とを図ることができる。
【００９７】また本発明によれば、ビート信号帯域内に
設定される基準信号を用い、計測精度を向上させること
ができる。
【００９８】また本発明によれば、ビート信号の処理と
周波数特性の検出の処理とを、少なくとも一部は構成を
共用して行い、全体の構成の簡略化や、コスト低減など
を実現することができる。
【００９９】また本発明によれば、目標物との距離に応
じて周波数変調特性検出を最適化し、検出精度を向上さ
せることができる。
【０１００】また本発明によれば、目標物との相対速度
を考慮し、周波数特性の検出精度を向上させることがで
きる。
【０１０１】また本発明によれば、相対的に静止してい
る目標物を見つけることが困難であっても、ドップラシ
フトを考慮して、周波数変調特性を精度よく検出するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態であるＦＭ−ＣＷ方式
レーダ２１の概略的な電気的構成を示すブロック図、な
らびに変調信号および検出用変調信号の波形図である。
【図２】図１の実施形態で、検出用変調信号に基づい
て、周波数偏移を得ることができる原理を示すタイムチ
ャートである。
【図３】図１のＶＣＯ２４の周波数変調特性の例を示す
グラフである。
【図４】図１の変調信号生成回路２９で生成される検出
用変調信号の波形図および得られるビート信号のタイム
チャートである。
【図５】図１の変調信号生成回路２９で生成される検出
用変調信号の波形図および得られるビート信号のタイム
チャートである。
【図６】本発明の実施の第２形態であるＦＭ−ＣＷ方式
レーダ３１の概略的な電気的構成を示すブロック図であ
る。
【図７】本発明の実施の第３形態であるＦＭ−ＣＷ方式
レーダ４１の概略的な電気的構成を示すブロック図であ
る。
【図８】本発明の実施の第４形態であるＦＭ−ＣＷ方式
レーダ６１の部分的な電気的構成を示すブロック図であ
る。
【図９】本発明の実施の第５形態であるＦＭ−ＣＷ方式
レーダ７１の概略的な電気的構成を示すブロック図であ
る。
【図１０】図８および図９の実施形態での処理手順を示
すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の第６形態であるＦＭ−ＣＷ方
式レーダ８１の概略的な電気的構成を示すブロック図で
ある。
【図１２】本発明の実施の第７形態であるＦＭ−ＣＷ方
式レーダの信号処理回路１００の電気的構成を示すブロ
ック図である。
【図１３】本発明の実施の第８形態であるＦＭ−ＣＷ方
式レーダ１１１の概略的な電気的構成を示すブロック図
である。
【図１４】図１３の実施形態の信号源１２について、構
成例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の第９形態であるＦＭ−ＣＷ方
式レーダ１２１の概略的な電気的構成を示すブロック図
である。
【図１６】従来からのＦＭ−ＣＷ方式レーダ１の概略的
な電気的構成を示すブロック図、および変調信号の波形
図である。
【図１７】図１６のＦＭ−ＣＷ方式レーダで周波数変調
特性を検出するための電気的構成を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
２１，３１，４１，６１，７１，８１，１１１，１２１
ＦＭ−ＣＷ方式レーダ ２２ 送信アンテナ ２３ 受信アンテナ ２４ ＶＣＯ ２６，１１３，１２７ ミキサ ２９，４９ 変調信号生成回路 ３０，４０，５０，７０，８０，９０，１００，１２
０，１３０ 信号処理回路 ３２ 変調信号補正回路 ４２ Ｄ／Ａコンバータ ５１ メモリ ６２，７２，１０２，１２２ Ａ／Ｄコンバータ ６３，１２４ ＤＳＰ ７３，１０３ マイクロコンピュータ ７４ 検波回路 ７５ コンパレータ ８２ 温度センサ １０４ 周波数カウンタ １１２，１２５ 信号源 １１４ 切換スイッチ １１６，１１７，１１８，１１９ 発振器 １２６ ゲートスイッチ

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高周波信号を周波数変調して送信し、反
    射電波を受信して目標物の検知を行うレーダ装置におい
    て、 高周波発生手段に、変化状態を制御可能な変調信号を生
    成して与える変調信号生成手段と、 高周波発生手段から発生される高周波信号と、反射電波
    の受信信号とをミキシングするミキシング手段と、 予め定める複数の信号レベル間で変化し、各信号レベル
    毎に予め定める時間は保持される検出用変調信号を高周
    波発生手段に与えるように変調信号生成手段を制御し、
    ミキシング手段から高周波信号と受信信号との差の成分
    の信号を入力して周波数を検出し、検出用変調信号の信
    号レベルと周波数との関係に基づいて高周波発生手段の
    周波数変調特性を検出する信号処理手段とを含むことを
    特徴とするレーダ装置。
  2. 【請求項２】 前記信号処理手段によって検出される周
    波数変調特性に基づいて、該周波数変調特性が予め定め
    る正常な範囲から外れないように前記変調信号を補正す
    る変調特性補正手段をさらに含むことを特徴とする請求
    項１記載のレーダ装置。
  3. 【請求項３】 前記信号処理手段によって検出される周
    波数変調特性に基づいて、前記変調信号の信号レベルが
    最大値のときの周波数と、最小値のときの周波数との差
    である周波数変調幅を算出する幅算出手段をさらに含む
    ことを特徴とする請求項１または２記載のレーダ装置。
  4. 【請求項４】 前記幅算出手段は、前記差の周波数を計
    数するカウンタを備えることを特徴とする請求項３記載
    のレーダ装置。
  5. 【請求項５】 前記幅算出手段によって算出される周波
    数変調幅に基づいて、該周波数変調幅が予め定める値と
    なるように前記変調信号を補正する幅補正手段をさらに
    含むことを特徴とする請求項３または４記載のレーダ装
    置。
  6. 【請求項６】 前記変調特性補正手段または前記幅補正
    手段は、前記反射電波の受信信号のレベルが予め定める
    レベル以上ある場合に補正を行うことを特徴とする請求
    項２または５記載のレーダ装置。
  7. 【請求項７】 温度検出手段をさらに含み、 前記変調特性補正手段または前記幅補正手段は、温度検
    出手段が検出する温度が予め定める温度になる場合に補
    正を行うことを特徴とする請求項２または５記載のレー
    ダ装置。
  8. 【請求項８】 前記変調特性補正手段または前記幅補正
    手段は、前記目標物の距離が予め定める距離範囲の場合
    に補正を行うことを特徴とする請求項２または５記載の
    レーダ装置。
  9. 【請求項９】 前記変調特性補正手段または前記幅補正
    手段は、前記目標物の相対速度が予め定める速度範囲の
    場合に補正を行うことを特徴とする請求項２または５記
    載のレーダ装置。
  10. 【請求項１０】 前記信号処理手段は、通常のレーダ動
    作時で、前記目標物からの反射電波を受信する入力レベ
    ルが予め定める基準レベル以上ある場合に、前記周波数
    特性の検出を行うことを特徴とする請求項１〜９のいず
    れかに記載のレーダ装置。
  11. 【請求項１１】 前記信号処理手段は、前記目標物の距
    離が予め定める距離範囲の場合に、前記周波数特性の検
    出を行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記
    載のレーダ装置。
  12. 【請求項１２】 前記信号処理手段は、レーダ動作開始
    後、前記目標物を最初に検知した直後に、前記周波数特
    性の検出を行い、前記高周波発生手段に対する正常な変
    調動作が行われているか否かを判定することを特徴とす
    る請求項１〜１１のいずれかに記載のレーダ装置。
  13. 【請求項１３】 前記ミキシング手段から信号処理手段
    に入力される前記高周波信号と受信信号との差の成分の
    信号に対して、周波数を低減するための基準信号を発生
    する基準信号源をさらに含み、 信号処理手段は、基準信号によって周波数が低減された
    差の成分の信号を入力して、前記周波数特性を検出する
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のレ
    ーダ装置。
  14. 【請求項１４】 前記基準信号源は、 前記基準信号の元となる基本信号を発生する基本信号発
    生手段と、 基本信号発生手段から発生される基本信号の周波数を複
    数の切換え可能な分周比で分周して基準信号に変換する
    分周手段とを含むことを特徴とする請求項１３記載のレ
    ーダ装置。
  15. 【請求項１５】 前記基準信号源は、 複数の基準信号発生手段を有し、 いずれかの基準信号発生手段を選択して、 選択された基準信号発生手段から前記基準信号を発生さ
    せることを特徴とする請求項１３記載のレーダ装置。
  16. 【請求項１６】 前記基準信号源は、予め設定されるプ
    ログラムに従う演算処理で前記基準信号を発生する信号
    演算手段を含むことを特徴とする請求項１３記載のレー
    ダ装置。
  17. 【請求項１７】 前記基準信号源は、前記信号処理手段
    に信号演算処理用のクロック信号を供給することを特徴
    とする請求項１３〜１６のいずれかに記載のレーダ装
    置。
  18. 【請求項１８】 前記基準信号の周波数は、前記目標物
    からの受信信号の周波数との差がレーダ動作時のビート
    信号帯域内になるように設定されることを特徴とする請
    求項１３〜１７のいずれかに記載のレーダ装置。
  19. 【請求項１９】 前記信号処理手段は、前記ビート信号
    の処理の少なくとも一部を行うことを特徴とする請求項
    １８記載のレーダ装置。
  20. 【請求項２０】 前記信号処理手段は、前記検出用変調
    信号の信号レベルを保持する予め定める時間を、前記目
    標物との距離に応じて変化させることを特徴とする請求
    項１〜１９のいずれかに記載のレーダ装置。
  21. 【請求項２１】 前記信号処理手段は、前記検出用変調
    信号の信号レベルを保持する予め定める時間を、前記目
    標物の相対速度に応じて変化させることを特徴とする請
    求項１〜２０のいずれかに記載のレーダ装置。
  22. 【請求項２２】 前記信号処理手段は、前記目標物の相
    対速度に基づくドップラシフトを考慮して、前記高周波
    信号と受信信号との差の成分の周波数を検出することを
    特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載のレーダ装
    置。
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