JP2005515445A

JP2005515445A - 車両接近速度センサ用センサ前端

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Publication number: JP2005515445A
Application number: JP2003560593A
Authority: JP
Inventors: パグリア、ケニス、ビンセント
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2005-05-26
Also published as: CN100354649C; AU2002359690A1; CN1613018A; EP1463958A1; DE60213872T2; US6639543B2; US20030128152A1; DE60213872D1; EP1463958B1; WO2003060551A1

Abstract

【解決手段】センサからの有効範囲に基づいて物体を識別することができるセンサ前端を開示する。センサはアンテナを具備し、アンテナは、センサ信号を送信し、物体が存在すると物体からの反射信号を受信する。第１周波数及び位相を有するパルス化第１信号をパルス化発振器が供給し、パルス化発振器は、所定のパルス持続時間、所定のパルス繰返し周波数でパルス化第１信号を供給する。パルス化発振器は、第２ポートを介してアンテナにさらに結合された二重モードミキサの第１入力ポートにパルス化第１信号を供給する。二重モードミキサは、第１入力ポートから第２ポート延いてはアンテナにセンサ信号として送信されるパルス化第１信号の一部を送信する。さらに、二重モードミキサは、第３ポートで出力として混成信号を供給する。このため、パルス化第１信号は、センサ信号として送信される信号、及びミキサ用局在発振器信号の双方を供給する。

Description

本発明は、車両接近速度センサ用センサ前端に関する。

種々のタイプの近接センサが、物体までの距離、及びある状況ではセンサに対する物体の速度が決定される種々の用途で使用される。このデータは、受信データを分析し、安全閾値を超えたかどうかを決定する処理システムに供給できる。安全閾値を超えると、処理器は、警報がセットされたか、他のアクションがとられたどうかを決定することができる。近接センサは、例えば盗難警報器、障害物検出器、及び自動車を具備することができる種々の用途で使用される。自動車の近接センサは、自動車の近傍で他の自動車又は物体の相対位置及び相対速度を決定するのに使用可能である。自動車システムにおいて、この位置及び速度データは、例えば車速設定装置（クルーズコントロール）の下で作動しながら、車の速度を調整し、利用できるブレーキエネルギーの一部を印加して車速を下げ、又は運転手に聴覚又は視覚の警報システム表示を提供する。
米国特許第３７３９３７９号明細書

上述のシステムに使用される近接及び速度センサの問題の一つは、偽警報を生じ得る特定の有効範囲（range）を越える物体の検知である。特に、自動車システムにおいて、有効範囲に基づいて物体識別ができないことは、偽警報に応答して、ブレーキが突然かかったり、車速設定装置の速度が調整されたり、或いは自動車が突然加速したり減速したりする結果を招く。

有効範囲に基づいて物体を識別できることの必要性に加え、自動車に使用されるセンサは、物理的に小さく、軽量で、信頼性が高く、低コストでなければならない。これらセンサのシステム要求は、センサの技術的性能の観点からも物理的及び経済的要素の双方において、極めて切迫していることが多い。センサがより複雑するになればなるほど、部品点数が多くなり、付随して、コストが上昇し、質量も大きくなり、センサの物理的体積がより大きくなり、センサの信頼性が低下する。

従って、物理的及び経済的要求事項を満たすと共に信頼性が高く、特定有効範囲外の物体から特定有効範囲内にある物体を識別することができるセンサシステムを提供すると利点がある。

センサからの有効範囲に基づいて物体を識別することができるセンサを開示する。このセンサは、センサ信号を送信するアンテナを具備し、物体が存在すると物体からの反射信号を受信する。パルス化発振器が、第１周波数及び位相を有するパルス化第１信号を供給し、所定のパルス持続時間、所定のパルス繰返し周波数でパルス化第１信号を供給する。パルス化発振器は、第２ポートを介してアンテナにさらに結合された二重モードミキサの第１入力ポートにパルス化第１信号を供給する。二重モードミキサは、第１入力ポートから第２ポート延いてはアンテナにセンサ信号として送信されるパルス化第１信号の一部を送信する。さらに、二重モードミキサは、受信された反射信号と混成する第１信号の一部を使用し、第３ポートで出力として混成信号を供給する。このため、パルス化第１信号は、センサ信号として送信される信号、及びミキサ用局在発振器信号の双方を供給する。二重モードミキサは、受信された反射信号がパルス化第１信号と同時に二重モードミキサに存在する場合、混成信号出力を供給するのみである。従って、物体への及び物体からの信号伝搬時間がパルス化第１信号の所定パルス長さより小さいか等しくなるような物体までの有効範囲の場合、物体が検知されるのみである。

さらに、移相器をアンテナと二重モードミキサの第２ポートとの間に直列に挿入してもよい。移相器は、第１移相器ポートを有し、二重モードミキサの第１ポート及び第２ポート間に送信された第１信号の一部を受信する。移相器は、二重モードミキサから受信された第１信号の送信された部分の位相を選択的にシフトしてもよい。送信された移相第１信号は、移相器の第２移相器ポートからアンテナまでの出力として提供される。アンテナは、送信された移相第１信号を受信し、その信号をセンサ信号として送信する。物体が存在する場合、アンテナは、物体で反射された反射信号を受信する。アンテナは、受信された反射信号を移相器の第２位相器ポートに供給する。移相器は、受信された反射信号の位相を選択的にシフトしてもよく、第１移相器ポートからの出力として位相ずれした反射信号を供給してもよい。二重モードミキサは、第２ポートで位相ずれした反射信号を受信し、パルス化信号源により供給されたパルス化第１信号と位相ずれした反射信号とを混成するよう構成及び配置される。このようにして、２つのセンサ信号及びそれぞれの反射信号が互いに直交するように、すなわち２つの信号が互いに９０°位相がずれるように、信号の位相をシフトしてもよい。従って、同相及び直交位相の信号成分を、センサの正確性及び機能性を強化するために供給してもよい。

上述の方法及びシステムの他の形態、特徴及び側面は、以下に詳細に説明される。

特定有効範囲内の物体と特定有効範囲の外側の物体とを識別することができ、現在のセンサと比較すると、部品点数が少ないセンサ前端が開示される。特に、センサ前端は、二重モードミキサにパルス化第１信号を供給するパルス信号源を組み込む。二重モードミキサは、センサ信号としてアンテナから送信されるパルス化第１信号の一部を送信する。二重モードミキサは、局在発振器としてパルス化第１信号の一部をさらに使用し、パルス化第１信号と混成することにより受信した反射信号をダウンコンバートし、ベースバンドビデオ信号を形成する。次に、これらのダウンコンバートした信号は、処理され、センサ出力信号として供給される。このため、物体は、パルス化第１信号及び反射信号が二重モードミキサに同時に現れると、検知される。このため、検知される物体は、物体までの及び物体からの合計伝搬時間がパルス化発振器により提供される信号のパルス幅よりも小さくなるよう有効範囲を有しなければならない。

図１ないし図３は、センサ前端の基本的アーキテクチャ及び動作を示す。図４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）、図５及び図６は、図１に示された実施形態内での使用に適合する回路を示す。図７は、図４（Ａ）ないし図６に示された回路を使用することもできるセンサ前端の別の実施形態を示す。

図１を参照すると、センサ前端１００は、複数の制御パルスを発生するコントローラ１０２、送信トリガ１０３、サンプリング及び保持パルス１０５及び位相制御パルス１０７を具備する。パルス変調器１０４は、送信トリガ１０３を受信し、パルス発振器１０６への所定パルス幅を有するゲート関数「オン」パルスを供給する。パルス発振器１０６は、「オン」パルスがアクティブである時間、すなわち所定パルス幅で第１信号を供給することにより、「オン」パルスに応答する。「オン」パルスがアクティブである時間中、パルス化発振器により供給された第１信号は、第１周波数、第１振幅及び第１位相を有する。送信トリガ１０３は、所定のパルス繰返し周波数を具備する。

二重モードミキサ１０８は、パルス化発振器１０６に結合され、第１入力ポート１０７で第１信号を受信する。以下でより詳細に説明するように、二重モードミキサ１０８は、第１入力ポート１０７及び第１入出力ポート１１１間に所定量の信号伝送を供給する。このため、第１信号の一部は、二重モードミキサ１０８を通過し、第１入出力ポート１１１で出力として供給される。第１入出力ポート１１１はアンテナポート１１３に直接結合することができ、又好適には、移相器１１０は、第１入出力ポート１１１及び図１に示されるアンテナポート１１３の間に直列に挿入することができる。移相器１１０は、コントローラ１０２からの位相制御パルス１０７を受信するよう構成されると共に配置され、二重モードミキサ１０８から受信される送信された第１信号の位相を選択的にシフトすることにより、位相制御パルス１０７に応答する。アンテナ１１２は、センサ信号１２１として送信された第１信号を送信すると共に物体１２２から反射された反射信号１２３を受信するための共通開口を有する送受信アンテナである。

物体１２２がアンテナ１１２のビーム幅内に存在すると、センサ信号１２１の一部は物体から反射され、この反射信号１２３はアンテナ１１２により捕捉される。使用の際、移相器１１０は、コントローラ１０２から位相制御パルス１０７を受信するよう構成されると共に配置され、アンテナ１１２から受信される反射信号１２３の位相を選択的にシフトすることにより、位相制御パルス１０７に応答する。二重モードミキサ１０８は、移相器１１０からの位相ずれした反射信号１２３を受信し、位相ずれした反射信号１２３をパルス化発振器１０６により供給される第１信号と混成する。従って、反射信号１２３及び第１信号の混成は、パルス変調器１０４がパルス化発振器にゲート関数「オン」パルスを供給する時間中にのみ生ずる。従って、物体１２２は、パルス変調器１０４がパルス化発振器にゲート関数「オン」パルスを供給する時間中、反射信号１２３が受信されダウンコンバートされる場合のみ、検知することができる。これにより、アンテナ１１２からの有効範囲に基づいて物体を本質的に識別することができる。センサ信号の伝搬及び反射信号がゲート関数「オン」パルスの所定パルス幅より小さい有効範囲を有する物体のみが検知される。このため、検知有効範囲は次式に設定することができる。

ここで、ｃは高速であり、τ_wはゲート関数「オン」パルスの所定パルス幅である。この有効範囲外の物体は検知されない。

二重モードミキサ１０８は、第１信号の混成処理から得られる信号及び第１出力ポート１１７からの出力としての反射信号１２３（「混成信号」）を供給する。保持キャパシタ１１７は、ゲート関数「オン」パルスの持続時間中に供給される混成信号を受信し保存する。前置増幅器１１６は、保持キャパシタの信号が前置増幅器１１６により増幅され次にサンプルモジュール１１８に供給されるように、保持増幅器を横切って結合される。サンプルモジュール１１８は、サンプルパルス１０５を受信するよう構成されると共に配置され、サンプルパルス１０５の時間で前置増幅器１１０の出力の代表であるサンプリングされた出力信号を供給することにより、サンプルパルス１０５に応答する。このサンプリングされた出力は、アナログ・デジタルコンバータに供給してもよい。

上述したように、好適な一実施形態において、移相器１１０は、二重モードミキサ１０８から受信された第１信号及びアンテナ１１２から受信された反射信号１２３の一方又は双方の位相を選択的にシフトするよう使用される。移相器は好適には、第１信号及び二重モードミキサ１０８に供給される反射信号の間に合計で９０°の位相ずれを与える。これは、送信信号及び受信信号を４５°シフトすることにより、或いは２信号の一方を９０°シフトすることにより、達成される。

第１信号及び二重モードミキサ１０８に供給される反射信号の間に９０°の位相ずれを与えることは、同相及び直交位相信号伝達（Ｉ／Ｑ信号伝達）と称される。Ｉ／Ｑ信号伝達は、特定有効範囲内の物体を検知する可能性を増大させるのに使用される。アンテナが移動中の場合、静止したすなわち一定有効範囲を維持する物体１２２からの反射信号の伝送は、次式で代表することができる。

ここで、Ａは定数、f₀は周波数、ｔは時間、R₀は物体までの有効範囲、項

はアンテナ１１２から物体１２２までのセンサ信号１２１及び物体１２２からアンテナ１２２までの反射信号１２３の２方向行程から得られる位相ずれである。二重モードミキサの作動は、正弦第１信号及び反射信号１２３の非線形の積である結果を与え、ミキサの出力は、

Ｂは受信信号１２３の強度に関連する定数、R₀は物体までの有効範囲、λは信号の波長である。明らかに、有効範囲R₀がλ/8の整数倍の場合、二重モードミキサ１０８からの出力信号は零であり、移動中のアンテナに対して静止した又は一定位置を維持している物体は検知されない。Ｉ／Ｑ信号伝達は、直交する、すなわち第１信号すなわちＩ信号と９０°位相がずれた第２信号すなわちＱ信号を使用することにより、この問題を回避する。従って、式４を満足する有効範囲を有する物体は、直交するＱ信号により検知される。このため、物体の位置はＩ／Ｑ空間内で決定可能であり、直交するＩ信号及びＱ信号の各々はＩ／Ｑ直交ベクトル空間内の位置ベクトルを表わす。２信号ベクトルの和から得られるベクトルは、２つの測定時間間隔について物体までの位置ベクトルを表わす。

図２は、図１に示されたセンサ前端１００の作動を示す種々の波形を示す。特に、波形２０２は、コントローラ１０２が供給する送信トリガ１０３を表わす。図２に示される波形において、送信パルス１０３の立ち上がりエッジは、送信変調器１０４へのt₁で与えられる。波形２０４は、所定のパルス幅「Ｔ」を有するパルス変調ゲート関数「オン」パルスを表わす。パルス化発振器１０６は、パルス変調器パルスを受信し、第１周波数で発振すると共に第１位相及び所定パルス幅の持続時間用の第１振幅を有する第１信号を供給する。物体１２２がアンテナ１１２のビーム幅内にあると、エネルギーは、物体から反射され、減衰すると共に波形２０８で示されたセンサ信号から時間遅延した反射信号１２３として受信される。この受信された反射信号は、二重モードミキサ１０８により、波形２１０で示されたベースバンドビデオレベルにダウンコンバートされる。コントローラ１０２は、波形２１０で示されるサンプルトリガパルスを供給し、次のパルスが発生する前にベースバンドビデオレベルをサンプリングする。或いは、単一パルスが保持キャパシタを充電するのに十分なエネルギーを含んでいない場合、適正な作動を可能にするよう保持キャパシタが十分に大きな電荷を有することを確保するtpをサンプルトリガが与えられる前に、複数のパルスを受信してもよい。

上述したように、好適には、Ｉ／Ｑ信号伝達はセンサ前端で使用される。図２に示されるように、波形２０１の第１組は同相のＩ信号として称され、波形２０３は直交位相のＱ信号を表わす。上述したように、波形２０２は送信トリガパルスを示す。波形２０４で示される送信パルス変調器パルスは、所定のパルス幅であり、パルス発振器により受信される。しかし、本例において、移相器は、信号を９０°シフトするので、以前に供給された「同相」信号で９０°位相がずれた信号を供給する。直交する位相信号は、波形２０６に示される送信パルスの持続時間、供給される。受信エネルギーは、波形２１０で示されるビデオベースバンドレベルにダウンコンバートされて波形２１２に示されるサンプルトリガ時間でサンプリングされる波形２０８を供給する。

上述したように、同相チャンネル及び直交位相チャンネル双方の信号振幅は、物体の単一位置の測定を構成し、図３に示されるＩＱ信号空間内のベクトルにより表わされてもよい。図３に示される例示において、第１位置ベクトル３０２が示され、Ｉ位置ベクトルはＱ位置ベクトルよりもかなり大きく、得られたベクトル３０３に従って第１位置を決定する。第２位置ベクトル３０４は、得られたベクトル３０５により示されるほぼ等しい大きさ及び異なる位置の同相及び直交位置ベクトルを有する。このため、理想的には、位置ベクトルデータは、図２に示された４周期のパルス繰返し周波数で得てもよく、第１測定は、第２直交測定の前の第２同相測定の前の第１直交測定の前の第１同相測定用に行われる。位置ベクトルは２つの離間した時間間隔で物体の位相の変化を表わすので、センサ及び物体間の接近レートに比例するドップラ周波数を次式を用いて計算することができる。

ここで、A_I及びA_qは、位置ベクトルの個々の成分の振幅である。

上式により決定される接近レートの正確さは、位置ベクトルの個々の成分の振幅の測定不明確さに比例して、及び低いＳＮ比のために低下する。接近レートの不明確さは、上の式５に示されたように接近レートが計算される位置ベクトルの位相ずれが係数「２π」を含むデータを使用して得られるような結果となり得る。この条件は、極端に大きな接近レートが存在する場合、又は測定サンプル間にかなりの経過時間がある場合等の条件下で生じ得る。このため、不明確さは、ドップラサイクルの一周期内でのデータ獲得時間、すなわち続く位置ベクトル測定間の時間を完全にすることにより、回避できる。振幅又は有効範囲の或いは双方の不明確さは、特定有効範囲限界外の物体からの反射を無くすことにより、回避することができる。上述したように、所望の有効範囲を越える物体の識別は、合計伝搬時間、すなわちパルス変調器ゲート関数「オン」パルス幅より小さいセンサから物体までの２方向有効範囲を制限することにより、達成される。このようにして、二重モードミキサ１０８は、反射信号をベースバンドビデオ信号に変換する。ここで、ベースバンドビデオ信号は、信号強度に比例した振幅と、位相がパルス発振器信号の位相に相対的である受信信号の位相とを有する。このため、特定有効範囲内の物体のみが検知される。

自動車検知システムで使用可能である一実施形態において、送信器パルス幅、パルス繰返し周波数、保持キャパシタンス、ビデオ帯域幅、Ｉ及びＱのサンプル時間等の種々のシステムパラメータを説明する。自動車システムの一実施形態について、表１は座席ベルト予張力システム用の可能性のある測定要求事項を含んでいる。

時速200kmの接近レートにおいて、１ミリ秒の有効範囲変化は0.055mであり、衝突までの時間は0.09秒である。５mの最大検知有効範囲についてのパルス変調器ゲート関数「オン」パルスパルス幅は、33.33ナノ秒である。

速度測定制限は、１ミリ秒のデータ獲得時間内で位置ベクトルデータを獲得し処理する能力により決定される。５mの最大検知有効範囲で物体の検知を確保するために、送信信号及び受信信号間に十分な時間の重なりが生ずるように、パルス幅は延長されなければならない。十分に広い、すなわち単一パルス繰返し周波数サイクル中の保持キャパシタンスを充電することができるビデオ帯域幅について、位置ベクトルデータは、パルス繰返し周波数の４周期で得ることができる。５mの有効範囲での物体は17ナノ秒の重なりを生成するので、遅延を無視する、要求されるビデオ帯域幅は23ＭHzになるよう示すことができる。パルス繰返し周波数が１ＭHzの場合、位置ベクトルデータの獲得に要する時間は４マイクロ秒である。

ドップラ周波数を不明確に決定するために、２方向位相の最大変化は２πラジアンであり、４マイクロ秒のデータ獲得時間に対する最大速度は毎秒1554mである。自動車システムにおいてこのような速度に遭遇することはありそうもない。帯域幅を小さくして検知の可能性をより大きくすることと、測定の正確さとの間には二律背反が生じ得る。このため、時速250kmの最大速度に対しては、最小の獲得時間は約90マイクロ秒である。従って、１ＭHzのパルス繰返し周波数ではベクトルの４成分の各々に約20サンプルが使用でき、また、ビデオバンドは単一パルス獲得に対して２０というファクタだけ減少できる。さらに、レーダ有効範囲等式は、以下のパラメータ条件で作動検知有効範囲に近似するのに使用してもよい。

ここで、P_tは送信電力（0.001ワット）、G_tは送信アンテナゲイン（10）、G_rは受信アンテナゲイン（10）、ラムダは作動波長（0.0124m）、F_sは前端ノイズ指数（10）、σは物体レーダ断面（５mm2）、Ｔは絶対温度（300Ｋ）、ｋはボルツマン定数（1.38*10^-23J/K）、αは要求されている検知ＳＮ比、B_nはシステムの伊豆帯域幅（５ＭHz）である。これらのシステムパラメータに対して、式６は約8.8mの作動検知有効範囲と、５mで約24.7dBのＳＮ比を示す。このシステムと共に使用できる他の用途には、周囲安全システム及び電気フェンスが含まれる。

図４（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、図１に示されたセンサ前端１００での使用に適する二重モードミキサの３実施形態を示す。図４（Ａ）は、第１バラン４０４及び第２バラン４０８並びに４ダイオードリング４０６を具備する二重平衡ミキサ（ＤＢＭ）４００である。

図４（Ｂ）は、図１に示されたセンサ前端での使用に適する二重モードミキサの別の実施形態を示す。ミキサ４２０は単一平衡ミキサである。単一平衡ミキサ４２０は、第１入力ポート１０７及び第１入出力ポート１１１の間に、バラン４２４からダイオード４２１，４２３を横切るバイポーラドライブ信号に関連したヌルにより固有絶縁を有する。インダクタ４３０は、第１入出力ポート１１１からの高周波エネルギーが第１出力ポート１１７に入らないように設けられる。キャパシタ４２８は、ダウンコンバートされたベースバンドビデオ信号が第１入出力ポート１１７を通って送信されないように付加されている。

図４（Ｃ）は、図１に示されたセンサ前端での使用に適する二重モードミキサ１０８として作用できる直交ハイブリッドミキサ４４０を示す。直交ハイブリッドは、一端子での入力信号をハイブリッドの反対側の端子の出力である２信号に分割するデバイスである。２つの出力信号は、入力信号の半分の電力を有するのが代表的であり、互いに位相が９０°ずれている。任意のポートが入力ポートとして使用可能であり、他のポートは直交ハイブリッドの公知特性に従って応答する。このようにして、局在発振器及び入力信号の各々が適当なミキサダイオードを使用して混成するための出力ポートに設けられるので、ポート間を通る信号のよる送信の間、及びミキサとして受信する間、直交ハイブリッドを使用することができる。

図４（Ｃ）に示されるように、直交ハイブリッド４４０は、第１信号１０７を受信する局在発振器入力と代表的に称される第１ポート４４２を具備する。直交ハイブリッド４４０は、移相器１１０に結合され移相器１１０に信号１１１を供給し又は移相器１１０から信号１１１を受信する第２ポート４４４をさらに具備する。ポート４４６，４４８は、接地４５１に結合されたミキサダイオード４５０，４５２に結合されている。ポート４４６，４４８は、インダクタ４５４，４５６をそれぞれ介して保持キャパシタ１１４を信号伝達し、信号１１７を供給するようさらに結合されている。

図５は、本明細書に記載されたセンサ前端との使用に適する移相器１１０の一実施形態を示す。移相器１１０は、４端子５０２，５０４，５０５，５０７を有する直交ハイブリッド５０６を具備し、端子５０２は入力端子として任意に設定される。上述したように、直交ハイブリッドは、一端子での入力信号を、ハイブリッドの反対側の端子にある出力である２信号に分割するデバイスである。２出力信号は、入力信号の電力の半分を有し、互いに位相が９０°ずれているのが代表的である。図示された実施形態において、端子５０２における入力信号は、端子５０５，５０７で分割され位相がずれている。信号が端子５０２における入力である場合、端子５０５，５０７に現れる任意の反射は、ハイブリッドを通って伝搬し、端子５０２，５０４における出力である。このため、端子５０５，５０７に結合された任意の伝送線又は回路要素のインピーダンス及び反射率は、直交ハイブリッド５０６への反射を起こし、端子５０４における出力として端子５０２における信号入力の位相ずれバージョンを提供することができる。伝送線５０８，５１０は、問題の周波数で１／４波長であり、終端インピーダンス用のインピーダンス変換器として作用する。移相制御信号は、端子５２２への入力であり、ＰＩＮダイオード５１２，５１４をオンにするか又はオフにするよう作用する。１／４波長の端子端がＰＩＮダイオードで短絡すると、接地への伝送線５０８，５１０は、反射率１となり、２伝送線への入力で殆ど無限のインピーダンスとなる。ＰＩＮダイオード５１２，５１４がオフになる場合、「オフ」状態のＰＩＮダイオードの寄生リアクタンスは、１／４波長伝送線５０８，５１０によりそれぞれ変換される。

図６は、図１に示されたセンサ前端と共の使用に適するブロードバンドサンプリング回路を示す。図６に示される回路は、高速バイポーラサンプリングパルス６１１，６１３を使用して、ダイオード６２０，６３０を迅速にオン及びオフにして入力６３６に現れる信号をサンプリングし、ノード６２６にサンプリングされた出力を供給する。高速サンプリングパルス６１１，６１３の発生に適するパルス発生器は、非常に迅速な変換時間を有する、すなわち逆バイアスが印加される際に導電状態から非導電状態に迅速に切り換える段回復ダイオード（step recovery diode）６１４を具備する。ドライバ６０４からドライブ信号が減少すると、ＳＲＤがオフに切り換わり、素早い負のパルスがキャパシタ６１８，６３２に供給される。キャパシタは、負のパルスを識別し、パルス６１１，６１３を供給する。

図７は、センサ前端用の別のアーキテクチャを示す。特に、センサ前端７００は、Ｉ信号成分及びＱ信号成分の獲得を同時に可能にするために、分離した同相チャンネル及び直交位相チャンネルを有する。本実施形態は、整合した振幅及び分離した送信アンテナ７１０及び受信アンテナ７２６を有する直交位相チャンネルを使用する。本実施形態において、移相器は不要である。また、Ｉチャンネルデータ及びＱチャンネルデータを同時に獲得することにより、Ｉ測定及びＱ測定の間の時間に物体の移動による固有エラーが少ない位置ベクトルのより速い獲得が無くなる。さらに、図１に示される実施形態程度の送信電力レベルを確立するために送信信号を要しないので、より大きな送信電力を利用できる。サンプルを獲得する方法論は図２及び図３に示されたものと同一であり、図４（Ａ）ないし図６に示された回路は、図７に示された実施形態において構成要素回路として使用可能である。より大きな送信電力が使用できるので、より大きな有効範囲検知が得られ、特定の５m有効範囲でのＳＮ比の増加も得られる。

上述したように、有効範囲識別は、送信パルス幅の一関数である。図１ないし図７に示された実施形態では、送信パルス幅は特定有効範囲セルを調べるために変更可能である。例えば、短距離に相応した短いパルスは、最初は接近有効範囲に使用可能であるので、センサにより近い物体は最初に検知可能である。パルス幅が増加すると、より大きな範囲セルが物体検知範囲内に入るので、特定有効範囲の物体は識別可能であり、物体範囲識別のより精確な決定が行われる。

当業者であれば、センサ前端用の上述の方法及び装置の変形及び変更をさらに理解すべきである。従って、本発明は、特許請求の範囲の真髄のみにより限定されるものと見るべきである。

速度測定用のセンサ前端の一実施形態を示すブロック図である。図１に示された実施形態に使用される種々の波形を示すタイミングチャートである。図１に示されるＩチャンネル及びＱチャンネル用の位置ベクトルを表わす図である。（Ａ）は本発明での使用に適するミキサの一実施形態を示す図であり、（Ｂ）は本発明での使用に適するミキサの別の実施形態を示す図であり、（Ｃ）は本発明での使用に適するミキサの別の実施形態を示す図である。本発明での使用に適する移相器回路を示す概略図である。本発明での使用に適するサンプラモジュールを示す概略図である。速度測定用のセンサ前端の別の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１００，７００センサ前端
１０４パルス変調器
１０６パルス発振器
１０８二重モードミキサ
１１０移相器
１１２アンテナ
１１６前置増幅器
１１７保持キャパシタ
１１８サンプルモジュール
１２１センサ信号
１２２物体
１２３反射信号

Claims

有効範囲に基づいて物体を識別するためのセンサであって、
センサ信号を送信すると共に反射信号を受信するための共通開口を有するアンテナと、
所定の持続時間を有する第１信号を供給するよう構成及び配置された第１信号モジュールと、
該第１信号モジュール及び前記アンテナに結合されたミキサモジュールとを具備し、
前記第１信号の一部が、前記ミキサにより前記アンテナに通過すると共に前記アンテナから送信され、
前記物体が存在する場合、前記アンテナを介して前記物体からの反射信号を受信し、
前記ミキサは、受信された前記反射信号及びパルス化された第１信号が前記ミキサ内に同時に存在する場合、前記パルス化された第１信号及び前記受信された反射信号が混成された信号出力を供給するように構成及び配置されていることを特徴とするセンサ前端。
前記センサ前端は、第１ポート及び第２ポートを有する移相器をさらに具備し、
前記第２ポートは前記アンテナに結合され、
前記移相器は、前記第２ポートで前記アンテナから受信された反射信号の位相を選択的にシフトすると共に位相がシフトされた反射信号を前記第１ポートからの出力として供給するよう構成及び配置され、
所定の信号持続時間及び所定のパルス繰返し周波数を有するパルス化第１信号を供給するパルス化信号源を具備し、
前記第１信号は、第１周波数及び第１位相を有し、
前記ミキサモジュールは、第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する二重モードミキサと、前記第３ポートに結合された入力及び前記物体の存在及び不存在を示す出力を有する受信器とを具備し、
前記第１ポートは、前記パルス化信号源に結合されて前記第１信号を受信し、
前記第２ポートは、前記移相器の前記第１ポートに結合され、
前記二重モードミキサは、前記第１ポートから前記第２ポートまで前記第１信号の一部を送信すると共に前記第２ポートからの出力として前記第１信号の送信された部分を供給するよう構成及び配置され、
前記移相器は、前記第１ポートで前記第１信号の前記送信された一部を受信し、前記第１信号の前記送信された一部の位相を選択的にシフトし、送信された位相ずれ第１信号を前記第２ポートからの出力として供給し、
前記アンテナは、前記送信された位相ずれ第１信号を受信すると共に該送信された位相ずれ第１信号を前記センサ信号として送信し、
前記物体が存在する場合、前記アンテナは、前記物体からの前記反射信号を受信すると共に前記移相器の前記第２ポートに前記反射信号を供給し、
前記移相器は、前記第２ポートで前記反射信号を受信し、該反射信号の位相を選択的にシフトすると共に前記第１ポートからの出力として位相ずれ反射信号を供給するよう構成及び配置され、
前記二重モードミキサは、前記第２ポートで前記位相ずれ反射信号を受信し、該位相ずれ反射信号を前記パルス化信号源により供給される前記パルス化第１信号と混成し、前記第３ポートからの出力として混成された信号を供給するよう構成及び配置され、
前記混成された信号が供給され、前記物体が前記所定の信号持続時間の半分と光速との積より小さい有効範囲を有する場合にのみ前記物体が検知され、その結果、前記位相ずれした反射信号は、前記パルス化第１信号の少なくとも一部と同時に前記に銃モードミキサに存在することを特徴とする請求項１記載のセンサ前端。
前記移相器は、前記第１信号の前記送信された部分及び前記反射信号との間に合計９０°の位相ずれを選択的に提供し、この結果、同相信号及び直交位相信号が形成されることを特徴とする請求項２記載のセンサ前端。
前記移相器は、前記第１信号の前記送信された部分には４５°の位相ずれを、前記反射信号には４５°の位相ずれを選択的に提供することを特徴とする請求項３記載のセンサ前端。
前記移相器は、前記第１信号の前記送信された部分には９０°の位相ずれを、前記反射信号には０°の位相ずれを選択的に提供することを特徴とする請求項３記載のセンサ前端。
前記移相器は、前記第１信号の前記送信された部分には０°の位相ずれを、前記反射信号には９０°の位相ずれを選択的に提供することを特徴とする請求項３記載のセンサ前端。
前記パルス化信号源は、前記所定の信号持続時間及び前記パルス繰返し周波数を有するパルス変調信号を供給するパルス変調器と、該パルス変調器に結合され、前記パルス変調信号の前記所定持続時間用に前記第１信号を供給することにより、前記パルス変調信号に応答する発振器とを具備することを特徴とする請求項２記載のセンサ前端。
前記二重モードミキサは二重平衡ミキサであることを特徴とする請求項２記載のセンサ前端。
前記二重モードミキサは単一平衡ミキサであることを特徴とする請求項２記載のセンサ前端。
前記二重モードミキサは直交ハイブリッドミキサであることを特徴とする請求項２記載のセンサ前端。
前記受信器は、
前記二重モードミキサの第３ポート及び電圧参照ノードの間に結合され、前記混成信号の少なくとも一部を保存する保持キャパシタと、
前記保持キャパシタに結合され、前置増幅された混成信号を出力として供給する前置増幅器と、
該前置増幅器に結合され、前記前置増幅された混成信号をサンプリングし且つ該サンプリングされた前置増幅された混成信号をセンサ出力信号として供給するサンプルモジュールと
を具備することを特徴とする請求項２記載のセンサ前端。
前記サンプルモジュールに結合され、前記センサ入力信号を受信すると共に出力として前記物体の位置を示す信号を供給する信号処理モジュールをさらに具備することを特徴とする請求項１１記載のセンサ前端。
前記信号処理モジュールは、第２出力として前記物体の速度を示す信号を供給することを特徴とする請求項１２記載のセンサ前端。
前記第１周波数はマイクロ波レンジであることを特徴とする請求項２記載のセンサ前端。
前記第１周波数はミリ波レンジであることを特徴とする請求項２記載のセンサ前端。
有効範囲に基づいて物体を識別する方法であって、
所定の持続時間を有するパルス化第１信号を供給する工程と、
前記物体が存在する場合、アンテナからの前記パルス化第１信号を送信する工程と、
前記物体から反射信号を受信する工程と、
前記パルス化第１信号及び受信された前記反射信号をミキサに供給し、その結果、前記受信された反射信号及び前記パルス化第１信号の一部が前記ミキサ内に同時に存在すると、前記ミキサは混成された信号出力を供給する工程と
からなることを特徴とする物体識別方法。