JP2006510894A - レーダ装置における温度補償改善 - Google Patents

Abstract

レーダ・ベースの距離測定装置は、マイクロ波周波数信号を生成する周波数発生器を備え、マイクロ波周波数信号の周波数が周波数発生器に供給された変調信号により決定される量だけ変調されるマイクロ波回路と、マイクロ波回路の少なくとも一部の温度を測定する温度センサと、駆動信号とマイクロ波検出器により検出されたエコー信号とから導出された情報を用いて温度センサの出力を処理して、補償された温度信号を生成する補償手段と、補償された温度信号を受け取り且つ周波数発生器により発生された信号の周波数を調整することにより周波数発生器の温度変化の効果を少なくとも部分的に補正するよう適合された周波数調整手段とを備える。補償手段がエコー信号から導出された情報を用いて閉ループにおける温度センサの出力を変更するので、周波数調整手段が、周波数発生器により出力される周波数を調整して、それを、その温度変化にも拘わらず出来るだけ理想の一定値近くに保つことができる。

Description

本発明は、マイクロ波周波数部品を用いたレーダ装置の改善に関し、特に、マイクロ波部品のための温度補償を組み込むレーダ回路に関する。

レーダを距離の測定に用いることが知られている。一応用において、スペクトルのマイクロ波領域における放射がマイクロ波源からターゲットへ放出される。ターゲットは、この放射の一部を検出器に向けて戻すよう反射し、当該検出器は、スペクトルのマイクロ波領域における放射に感応する。次いで、ディジタル信号プロセッサを含み得る電子回路を用いて、放出された信号と測定し検出された信号との比較を行い、それからマイクロ波源／検出器からのターゲットの距離を推定することができる。

距離を信号から決定するため周波数シフト・キーイング・スキームを用いることが知られている。「ターゲット」がレーダ装置を装備している車両の前を行く他の車両である車両応用においては、それらの車両が道路に沿って移動するにつれて当該車両の観測が行われる。これらの車両の動きを時間にわたって追跡して、前方の道路上でのそれらの車両の時間的に変化する分布の安定した表示を与える。これを達成するため、レーダは、それぞれの車両の距離及び相対速度をマイクロ波信号から推定する。

より正確には、距離は、放出された信号が周波数の小さいステップ状変化により変調されるとき戻された信号に見られる位相差から、次式により与えられるように測定することができる。

ｄ＝ｃφ_s／（４πｆ_s）
ここで、ｃは光速であり、φ_sはｆ_s、即ち周波数ステップの大きさだけ離れた２つの周波数により戻されたドップラ信号の相対位相である。測定の精度は、周波数ステップの大きさに関連する。

同様に、相対速度は、放射された信号と受信された信号との間のドップラ・シフトを見ることで、次式により与えられるように測定することができる。
ν＝ｃｆ₀／（２ｆ_D）
ここで、ｃは光速、ｆ₀は搬送波周波数、ｆ_Dはドップラ・シフトである。

搬送波周波数はマイクロ波部品における非常に正確な共振器により調整されるので、それは非常に安定であり、そして速度測定は非常に正確である。

そのような装置の問題は、マイクロ波周波数発生器の温度変動が目標車両距離の推定で誤差を引き起こすことである。これは、過去に、加熱器を設けて、周波数発生器の温度を調整し、そして特に、その温度を、部品の温度係数が線形である理想的又は目標領域まで上昇させて、開ループ補正を変調に適用することを可能にすることにより解決してきた。温度センサを用いて、これらの制御回路を駆動するに必要とされる情報を与える。

我々は、このタイプのスキームにおける温度センサへの依存が過酷な環境での長期間にわたる使用の後に当該温度センサへの著しいエージング効果に起因して満足できない性能をもたらす可能性があることに気付いた。

第１の面によると、本発明は、
マイクロ波周波数信号を生成する周波数発生器を備えるマイクロ波回路であって、上記マイクロ波周波数信号の周波数が、上記周波数発生器に印加された変調信号により決定される量だけ変調される、上記マイクロ波回路と、
上記マイクロ波回路の少なくとも一部の温度を測定する温度センサと、
駆動信号とマイクロ波検出器により検出されたエコー信号とから導出された情報を用いて、上記温度センサの出力を処理して、補償温度信号を生成する補償手段と、
上記補償温度信号を受け取り且つ上記周波数発生器により発生された信号の周波数を調整することにより上記周波数発生器の温度の変化の効果を少なくとも部分的に補正するよう適合された周波数調整手段と
を備えるレーダ・ベースの距離測定装置を提供する。

補償手段がエコー信号から導出された情報を用いて閉ループにおける温度センサの出力を変更するので、周波数調整手段が、周波数発生器により出力される周波数を調整して、それを、その温度変化にも拘わらず出来るだけ理想の一定値近くに保つことができる。その上、補償手段は、このレーダ・ベースの距離測定装置が温度センサ又は類似のもののエージングの効果を補正するのを可能にする。これは、温度センサの出力が単純にその使用寿命全体を通して正しいと見なされている従来技術の開ループ・システムでは可能でない。

周波数調整手段が、周波数発生器を、補償された温度信号の値に依存する量だけ加熱するよう適合された加熱器を備え得る。マイクロ波周波数発生器が温度と共に変化する周波数を生成することは周知である。

加熱器は、抵抗加熱素子を備え得る。これは、熱整合化合物を用いて、発振器に結合され得る。補正された温度は、基準温度と比較され得る。発振器が補正された温度値により指示される基準温度値より上である場合、加熱器はオフに切り換えられ得る。それより下である場合、加熱器は、オンに切り換えられ得る。

代替として、周波数調整手段は、周波数発生器に印加される変調信号を、補償された温度信号の値に従って変更し得る。例えば、補償された温度が理想の温度である又はそれに近い場合、駆動信号の変更は適用されないで、変調信号の変更量は、補償された温度が理想から更に離れるにつれ増大する。従って、それは、周波数発生器から要求される周波数ステップの大きさを変え得る。これは、周波数発生器が熱くなり過ぎ、基準温度より上である、即ち、加熱器が補正することができない条件である場合特に有効である。要求されたステップの大きさを変える際に、たとえ温度が周波数発生器に正しく無く動作させるときでさえ周波数発生器に正しいステップの大きさを変調信号に生成させることが可能である。

勿論、本発明は、加熱／冷却と変調信号の変更との組み合わせを、周波数発生器から出力される周波数を調整する一方法として含み得る。
このレーダ・ベースの距離測定装置は、周波数のステップ状変化のいずれかの側での変調信号の領域とターゲットから反射されマイクロ波検出器により検出されたエコー信号における対応の領域との間の位相シフトを比較することによりレーダ・ベースの距離測定装置からのターゲットの距離を決定するよう適合された第１の処理手段を含み得る。読み取り値は、レーダ・ベースの距離測定装置の計算サイクル毎に生成され得る。

このレーダ・ベースの距離測定装置はまた、変調信号と目的物から戻されたエコー信号との間のドップラ・シフトを測定することにより、レーダ・ベースの距離測定装置とターゲットとの相対速度を決定するよう適合された第２の処理手段を含み得る。読み取り値は、レーダの計算サイクル毎に生成され得る。

第３の処理手段が、これらの２つの瞬間に取られ且つ直接獲得された距離測定値を用いて、第１の距離変化値を決定できる。
異なる２つの瞬間の間に測定された速度を時間にわたり積分し且つこれから２つの時刻間におけるレーダ・ベースの距離測定装置及びエコーの源間の距離の変化を示す第２の距離変化値を決定する第３の処理手段が設けられる。

第１、第２、第３及び第４の処理手段が、単一の集積回路の一部を形成し得る。代替として、このレーダ・ベースの距離測定装置は、プロセッサと、当該プロセッサに第１、第２、第３及び第４の処理手段の機能を実行させるプログラム命令を格納するメモリとを含み得る。

第１の距離変化値と第２の距離変化値とを比較して誤差値を生成するよう適合された比較手段を設け得る。この誤差値は、温度センサから出力された温度信号を当該誤差値の大きさ及び符号に依存する量だけ補正するよう適合された補償手段に供給される。

温度センサが、例えば、サーミスタ又はシリコン温度センサを備え得る。温度センサは、この構成要素（即ち、発振器）の温度に対する感受性が誤差の主因であるので、発振器の温度を測定できる。

周波数調整手段は、発振器を備えてよく、そして電圧制御発振器を備えてもよい。これらは、温度変化に対して感受性があることが知られている。それは、積分回路として設けてよく、そして温度センサは、発振器内に組み込み得る。

このレーダ・ベースの距離測定装置は、距離読み取りが第１の処理手段により行われるときは常に、当該読み取りを比較手段により生成された誤差値と組み合わせることにより、報告される距離値を生成できる。例えば、誤差値は、第１の距離変化値を第２の距離変化値で除算することにより計算できる。次いで、報告される距離は、第１の処理手段からの距離読み取り値に誤差値を乗算することにより形成することができるであろう。

このレーダ・ベースの距離測定装置は、駆動信号により駆動されたときマイクロ波信号を発生するマイクロ波源と、それに入射するマイクロ波放射に応答してエコー信号を生成するマイクロ波検出器とを含み得る。それらは、共通のハウジングに設けられてよく、又は別々に配置されてもよい。

第２の面によると、本発明は、実質的に、添付図面を参照して本明細書に記載され且つ当該添付図面に記載されているようなレーダ装置を提供する。
ここで、一例として、添付図面を参照して、本発明の実施形態が説明されるであろう。

図１に示されるように、車両１０には、本発明に従った１つの例のレーダ装置が取り付けられている。このレーダ装置は、組み合わされたマイクロ波源及び検出器１２を備える。これらのマイクロ波源及び検出器１２は、車両１０の前部に向けて、多分、図示のようにバンパ・レベルに取り付けられている。その場合、車両１０が道路に沿って走行するとき当該車両１０の前方には開けて遮るものが無い（スペクトルのマイクロ波領域において）視野が存在する。当該マイクロ波源／検出器１２は、プロセッサに適切な電気ケーブルを介して接続されている。

添付図面の図２に示されるように、マイクロ波源は、駆動信号２３により変調される安定な電圧制御発振器（ＶＣＯ）２４により駆動される。駆動信号２３は、クロック２２により同期化されている変調電圧波形発生器により生成される。駆動信号２３の変化する電圧により生成される複数の周波数ステップＦ_sの各周波数ステップの周波数差は、ＦＳＫステップ・サイズとして知られている。４つのステップが存在する典型的な駆動信号２３が、添付図面の図３に示され、そしてこの電圧信号がＶＣＯ２４に供給される。その結果、マイクロ波源は、狭いビームのマイクロ波放射を車両１０の前方に送出する。

マイクロ波源の前方の道路に車両が存在する場合、送信された信号の一部が、検出器に向けて戻るよう反射され、そして当該検出器が、その反射された信号を電気信号に変換する。その検出されたエコー信号も、４つのステップを有するＦＳＫ信号であろう。その強度は、車両の大きさ、車両がどの程度反射するか、そしてまた車両が検出器からどの程度離れているかに依存するであろう。更に、ドップラ・シフトが、放出された信号と受信された信号との間に存在し、それは、レーダ装置を担持している車両と道路上で当該車両の前方にいる車両との相対速度を示す。この相対速度は、次式により与えられる。

ν＝ｃｆ₀／（２ｆ_D）
駆動信号とエコー信号を組み合わせて、ドップラ信号２５を抽出できる。
同様に、位相シフトφ_sが、ｆ_s離れている周波数ステップのそれぞれにより生成されるドップラ信号同士間に存在し、そしてこれを用いて、次式に従って距離値を決定することができる。

ｄ＝ｃφ_s／（４πｆ_s）
相対速度及び距離を決定するため、レーダ装置は、ドップラ信号２５をアナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）２６に通す。次いで、Ａ／Ｄ２６の出力は、クロック２２からの基準信号と一緒にディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２７に供給される。ＤＳＰ２７は、相対速度が変化するとき時間に対して変化するターゲット速度信号２８、及び距離信号２９を発生する。

ターゲット速度信号２８は、積分器３０に進み、積分器３０は、その速度を時間に関して積分して、時間に対する第１の距離変化値３１を決定する。次いで、この値は、ＤＳＰ２７の距離出力２９を用いて「直接」推定された距離変化と比較される。この「直接」推定の上記の積分された推定に対する比を用いて、誤差補正係数３２を形成する。直接の出力信号２９を用い且つリアル・タイムでＦＳＫ位相シフトに基づいて生成される距離がレーダ装置から報告されるときはいつも、補正は、当該報告される距離を正確に保つように適用される。

速度測定値２８は、直接距離測定値２９が温度により影響を及ぼされないのと同じ程度に温度により影響を及ぼされないので、精度の向上が達成される。直接距離測定値における主要な誤差がマイクロ波部品に対する、そして特にＶＣＯ２４に対する温度の影響であることが知られている。ドップラ・ベースの速度測定値は、セラミック共振器により制御されるＶＣＯの周波数に依存する。

レーダ装置の寿命全体を通して周波数ステップを一定に保つこと、即ち、距離誤差係数ができるだけ小さくあるべきであることが最良であることが明らかである。従って、温度ドリフトの効果を低減するため、加熱器３３が、ＶＣＯモジュール内に設けられ、そして当該ＶＣＯモジュールの温度を測定する温度センサ３４が、設けられる。温度センサ３４の出力は、加熱器制御器３５に通され、そして当該加熱器制御器３５は、測定された温度が目標範囲内にあるまで電圧を加熱器３３に印加する。

温度センサ３４の出力が制御される加熱器３３に渡される前に、その出力は、報告された距離値に適用される誤差補正係数３２に依存する補償値を差し引くことにより補正される。

温度値の補正は、エージングによる温度センサのドリフトを補償することを保証する。温度センサからの出力は、もはや正しいと見なされず、そして温度センサの特性における時間的変化を補償することができる。また、加熱器３３がＶＣＯ２４の温度を理想的範囲に保つため最前を尽くすので、「直接」距離測定値に適用されなければならない補正の大きさが、時間にわたり理想的なユニタリ値になる傾向を有するであろう。

図１は、本発明に従った装置の車両への設置を示す。 図２は、本発明の一実施形態に従ったレーダ装置の概略図である。 図３は、図２の回路により用いられた典型的なＦＳＫ駆動信号を示す。

Claims (12)

1. マイクロ波周波数信号を生成する周波数発生器を備え、前記マイクロ波周波数信号の周波数が前記周波数発生器に供給された変調信号により決定される量だけ変調される、前記マイクロ波回路と、
   前記マイクロ波回路の少なくとも一部の温度を測定する温度センサと、
   駆動信号とマイクロ波検出器により検出されたエコー信号とから導出された情報を用いて、前記温度センサの出力を処理して、補償温度信号を生成する補償手段と、
   前記補償温度信号を受け取り且つ前記周波数発生器により発生された信号の周波数を調整することにより前記周波数発生器の温度変化の効果を少なくとも部分的に補正するよう適合された周波数調整手段と、
   を備えるレーダ・ベースの距離測定装置。
2. 前記周波数調整手段は、前記周波数発生器を前記補償温度信号の値に依存する量だけ加熱するよう適合された加熱器を備える、請求項１記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
3. 前記周波数調整手段は、前記周波数発生器に供給される変調信号を前記補償温度信号の値に従って変更する、請求項１又は２に記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
4. 前記駆動信号と対象物から戻されたエコー信号との間のドップラ・シフトを測定することにより、前記レーダ・ベースの距離測定装置と前記ターゲットとの相対速度を決定するよう適合された第１の処理手段をまた含む、請求項１から３のいずれかに記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
5. 周波数のステップ状変化のいずれかの側における前記駆動信号の領域と前記ターゲットから反射され前記マイクロ波検出器により検出されたエコー信号に存在する対応の領域との間の位相シフトを比較することにより前記レーダ・ベースの距離測定装置からのターゲットの距離を決定するよう適合された第２の処理手段を含む、請求項１から４のいずれかに記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
6. 異なる２つの瞬間の間の速度を時間にわたり積分し且つこれからこれら２つの時刻間における前記レーダ・ベースの距離測定装置及びエコーの源間の距離の変化を示す第１の距離変化値を決定する第３の処理手段が設けられる、請求項４に記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
7. 第４の処理手段は、これらの２つの瞬間に取られ且つ直接獲得された距離測定値を用いて、第２の距離変化値を決定する、請求項４に従属した場合の請求項５に記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
8. 前記第１、第２、第３及び第４の処理手段は、単一の集積回路の一部を形成する、請求項７に記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
9. プロセッサと、
   前記プロセッサに前記第１、第２、第３及び第４の処理手段の機能を実行させるプログラム命令を格納するメモリと
   を含む、請求項７に記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
10. 第１の距離変化値と第２の距離変化値とを比較して、誤差値を生成し且つ前記温度センサから出力された温度信号を前記誤差値の大きさ及び符号に依存する量だけ補正するよう適合されている前記補償手段へ前記誤差値を供給するよう適合されている比較手段を更に含む、請求項７から９のいずれかに記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
11. 距離読み取りが前記第１の処理手段により行われるときは常に、当該読み取りを前記比較手段により生成された誤差値と組み合わせることにより、報告される距離値を生成するよう適合されている、請求項８に記載のレーダ・ベースの距離測定装置。
12. 実質的に、添付図面を参照して本明細書に記載され且つ当該添付図面に記載されているようなレーダ装置。
    

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