JP2007240445A - Radar system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、自動車の衝突防止用等に用いられるFM−CW方式のレーダ装置、特にアレイアンテナを用いたホログラフィックレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to an FM-CW radar device used for preventing collision of an automobile, and more particularly to a holographic radar device using an array antenna.
従来、ミリ波帯の高周波信号を用いて物体の方位を検出する自動車搭載型のレーダ装置として、周波数変調した連続波を用い、配列された複数の受信アンテナで連続波の反射波を受信して方位を検出するFM−CW方式のレーダ装置が各種考案されている。例えば、特許文献1のレーダ装置は、1つの送信アンテナを備えた1つの送信機と、それぞれに1つの受信アンテナを備えた複数の受信機とを備えるものである。そして、特許文献1のレーダ装置は、各受信機による受信信号の位相差から検知物体の方位を検出している。 Conventionally, as an automobile-mounted radar device that detects the orientation of an object using millimeter-wave band high-frequency signals, continuous waves that are frequency-modulated are used, and continuous reflected waves are received by a plurality of arranged receiving antennas. Various FM-CW radar devices for detecting the azimuth have been devised. For example, the radar apparatus of Patent Document 1 includes one transmitter having one transmission antenna and a plurality of receivers each having one reception antenna. And the radar apparatus of patent document 1 has detected the azimuth | direction of the detection object from the phase difference of the received signal by each receiver.
また、特許文献2のレーダ装置は、1つの送信アンテナを備えた1つの送信機と、複数の受信アンテナを備えた1つの受信機とを備える。そして、特許文献2のレーダ装置は、複数の受信アンテナをスイッチで高速に切り替えて、各受信アンテナより得られる受信信号の位相差から検知物体の方位を検出している。
特許文献1のレーダ装置は受信アンテナ数に応じた受信機数を必要とする。ところが、FM−CW方式のようなミリ波帯高周波信号の受信機は非常に高価なものである。このため、検知精度を向上しようと受信アンテナ数を増加させれば、比例して受信機数も増加するので、非常に高価なレーダ装置となってしまう。また、受信機数が増加することで、単にアンテナ数を増加させた場合よりもレーダ装置の構成要素数がより増加して小型化することが難しくなる。 The radar apparatus of Patent Document 1 requires the number of receivers corresponding to the number of reception antennas. However, a millimeter-wave band high-frequency signal receiver such as the FM-CW system is very expensive. For this reason, if the number of receiving antennas is increased in order to improve the detection accuracy, the number of receivers also increases in proportion, so that the radar apparatus becomes very expensive. In addition, the increase in the number of receivers makes it difficult to reduce the size by increasing the number of components of the radar apparatus more than simply increasing the number of antennas.
また、特許文献2のレーダ装置は、スイッチを利用することで受信機数を1台にすることができるが、ミリ波帯の高周波スイッチも高価なものであり、特許文献1と同様に低コスト化することが難しい。特に、1入力8出力(8入力1出力)のような分岐(結合)数の多いスイッチは特に高価であり、さらに容易に入手することができない。このため、SPDTのような1入力2出力(2入力1出力)のスイッチを多段に用いることになるが、各スイッチでの損失が大きいので、検知精度を求めて多段にするほど受信損失が大幅に増加してしまう。
In addition, the radar apparatus of Patent Document 2 can use one switch to reduce the number of receivers. However, a millimeter-wave high-frequency switch is also expensive, and the cost is low as in Patent Document 1. It is difficult to make. In particular, a switch having a large number of branches (couplings) such as 1
したがって、本発明の目的は、受信特性を劣化させることなく所望の検知精度を有するレーダ装置を小型で且つ安価に実現することである。 Therefore, an object of the present invention is to realize a radar apparatus having a desired detection accuracy in a small size and at a low cost without deteriorating reception characteristics.
この発明は、送信アンテナを備えて周波数変調された連続波を前記送信アンテナから送信する送信手段と、配列された複数の受信アンテナを備えて送信された連続波の反射波を受信して受信信号を出力する受信手段と、受信信号に基づいて検知物体の方位を検出する検出手段と、を備えたレーダ装置に関するものである。そして、受信手段は、変調周波数帯域に対応する受信周波数帯域を分割して成る複数の分割周波数帯域をそれぞれ複数の受信アンテナに設定し、複数の分割周波数帯域成分の受信信号を時分割された連続期間毎に出力することを特徴としている。 According to the present invention, a transmitting means for transmitting a continuous wave frequency-modulated by a transmitting antenna from the transmitting antenna and a reflected wave of a continuous wave transmitted by a plurality of arranged receiving antennas are received and received signals The present invention relates to a radar apparatus comprising: a receiving unit that outputs a signal; and a detecting unit that detects the orientation of a detected object based on a received signal. The receiving means sets a plurality of divided frequency bands obtained by dividing the reception frequency band corresponding to the modulation frequency band to a plurality of receiving antennas, respectively, and continuously receives the reception signals of the plurality of divided frequency band components. It is characterized by outputting every period.
この構成では、送信手段は、周波数が経時的に変化する連続波を送信する。受信手段の各受信アンテナは送信された連続波の反射波を受信する。そして、受信手段は、各受信アンテナが受信する反射波に対して、それぞれに異なる周波数帯域を通過させる。それぞれの受信アンテナに対応する受信信号は、互いに異なる周波数帯域成分のみで形成されており、且つ経時的に並ぶので、これらが時分割で連続的に出力されることで、受信アンテナをスイッチで切り替えて受信信号を出力する処理と等価になる。 In this configuration, the transmission means transmits a continuous wave whose frequency changes with time. Each receiving antenna of the receiving means receives the reflected wave of the transmitted continuous wave. And a receiving means passes a different frequency band, respectively with respect to the reflected wave which each receiving antenna receives. The received signals corresponding to the respective receiving antennas are formed with only frequency band components different from each other and are arranged with time. This is equivalent to the process of outputting the received signal.
また、この発明のレーダ装置の受信手段は、複数の受信アンテナにそれぞれ接続し、受信アンテナ毎に異なる通過帯域を有する複数のフィルタと当該複数のフィルタの出力信号を合成する合成部とを有するマルチプレクサを備えたことを特徴としている。 Further, the receiving means of the radar apparatus of the present invention is a multiplexer having a plurality of filters each connected to a plurality of receiving antennas, each having a different pass band for each receiving antenna, and a combining unit for combining the output signals of the plurality of filters. It is characterized by having.
この構成では、マルチプレクサの各フィルタの通過帯域を異ならせることで、全ての受信アンテナで連続して反射波を受信しても、対応する周波数帯域の受信信号のみが出力される。すなわち、送信される連続波の周波数変化に応じて、その時点の周波数に対応したフィルタに接続された受信アンテナによる受信信号のみが出力される。これにより、複数の受信アンテナをスイッチ等で切り替えながら受信信号を出力するのと等価になる。 In this configuration, by changing the pass band of each filter of the multiplexer, even if the reflected wave is continuously received by all the receiving antennas, only the received signal in the corresponding frequency band is output. That is, only the reception signal from the reception antenna connected to the filter corresponding to the frequency at that time is output according to the frequency change of the transmitted continuous wave. This is equivalent to outputting a reception signal while switching a plurality of reception antennas with a switch or the like.
また、この発明のレーダ装置の複数の受信アンテナは、それぞれに異なる受信周波数帯域を有することを特徴としている。 Further, the plurality of receiving antennas of the radar apparatus according to the present invention are characterized by having different receiving frequency bands.
この構成では、各受信アンテナが対応する周波数帯域の反射波のみを受信する。すなわち、送信される連続波の周波数変化に応じて、その時点の周波数に対応した受信アンテナによる受信信号のみが出力される。これにより、複数の受信アンテナをスイッチ等で切り替えたり、複数のフィルタで分離しながら受信信号を出力するのと等価になる。 In this configuration, each receiving antenna receives only the reflected wave in the corresponding frequency band. That is, according to the frequency change of the transmitted continuous wave, only the received signal from the receiving antenna corresponding to the current frequency is output. This is equivalent to switching a plurality of receiving antennas with a switch or the like or outputting a received signal while separating them with a plurality of filters.
また、この発明のレーダ装置の検知手段は、時分割された各受信信号で検出した方位と複数の受信アンテナの間隔とに基づいて位相調整して少なくとも変調周期の一周期分に亘り受信信号の位相を一致させ、該位相を一致させた少なくとも一変調周期分の受信信号から検知物体の距離を検出することを特徴としている。 Further, the detection means of the radar apparatus according to the present invention adjusts the phase based on the azimuth detected by each time-divided reception signal and the interval between the plurality of reception antennas, and at least for one period of the modulation period. The phase is matched, and the distance of the sensing object is detected from the received signal for at least one modulation period in which the phases are matched.
この構成では、各受信アンテナに対応する受信信号は、変調周期を分割してなる分割周期にしか対応しないが、この分割周期毎の受信信号を一周期分連続して出力すれば、変調周期の一周期分の受信信号が得られる。この際、各受信アンテナの受信信号は、検出した方位と受信アンテナの間隔とに応じて位相差が存在するので、この位相差を補正して一致させることで、変調周期の一周期に亘って連続する受信信号が得られる。このような一周期分の連続する受信信号を用いることで、ビート信号周波数の観測期間が長くなり、距離および速度の検出精度が向上する。 In this configuration, the reception signal corresponding to each reception antenna corresponds only to the division period obtained by dividing the modulation period, but if the reception signal for each division period is continuously output for one period, the modulation period A reception signal for one period is obtained. At this time, the received signal of each receiving antenna has a phase difference according to the detected azimuth and the interval between the receiving antennas. A continuous received signal is obtained. By using such a continuous reception signal for one period, the observation period of the beat signal frequency is lengthened, and the distance and speed detection accuracy is improved.
また、この発明のレーダ装置の検知手段は、時分割された各期間の受信信号強度を検出して、受信周波数帯域の端部に通過周波数が設定された受信アンテナに対応する受信信号強度が他の受信アンテナに対応する受信信号強度よりも低いことを検出すると、送信手段に周波数変調帯域の中心周波数を変更させる指示を行うことを特徴としている。 In addition, the detection means of the radar apparatus according to the present invention detects the received signal strength of each time-divided period, and the received signal strength corresponding to the receiving antenna whose pass frequency is set at the end of the received frequency band is different. When it is detected that the received signal strength is lower than that of the receiving antenna, the transmitting unit is instructed to change the center frequency of the frequency modulation band.
この構成では、送信される連続波の周波数帯域がずれると、これに応じて反射波の周波数帯域がずれることを利用する。これにより、受信周波数帯域の端部が通過帯域に設定された受信アンテナの受信信号強度が他の受信アンテナの受信信号強度よりも低くなることを検出することで、周波数変調の帯域が変化したことを検出する。そして、検知手段はこの周波数のズレ量を送信手段に出力し、送信手段はこのズレ量に応じて変調周波数の中心周波数の補正を行う。 In this configuration, when the frequency band of the transmitted continuous wave is shifted, the frequency band of the reflected wave is shifted correspondingly. As a result, the frequency modulation band has changed by detecting that the received signal strength of the receiving antenna whose end of the receiving frequency band is set to the passband is lower than the received signal strength of other receiving antennas. Is detected. Then, the detection means outputs the amount of frequency deviation to the transmission means, and the transmission means corrects the center frequency of the modulation frequency according to the amount of deviation.
この発明によれば、各受信アンテナの受信信号毎に周波数帯域を設定することで、スイッチを用いることなく、変調周期よりも短い分割周期毎にそれぞれに異なる周波数帯域の受信信号を切り替えながら取得することができる。これにより、各分割周期に対応する受信信号同士の位相差による方位検出が可能となる。この結果、高価な回路素子であるスイッチ回路を用いることなく、低受信損失で所望の方位検出精度を有するレーダ装置を小型で安価に構成することができる。 According to the present invention, by setting a frequency band for each reception signal of each reception antenna, it is obtained by switching received signals in different frequency bands for each division period shorter than the modulation period without using a switch. be able to. As a result, it is possible to detect the azimuth by the phase difference between the received signals corresponding to each division period. As a result, a radar apparatus having a small reception loss and a desired azimuth detection accuracy can be made small and inexpensive without using a switch circuit that is an expensive circuit element.
また、この発明によれば、前記受信アンテナの切り替えにマルチプレクサを用いることで、入手しやすく、比較的安価で低損失な回路素子の追加のみで、低受信損失で所望の方位検出精度を有する小型のレーダ装置を安価に実現することができる。 Further, according to the present invention, by using a multiplexer for switching the receiving antenna, it is easy to obtain, and a small size having a desired azimuth detection accuracy with a low receiving loss, only by adding a relatively inexpensive and low-loss circuit element. Can be realized at low cost.
また、この発明によれば、各受信アンテナに帯域通過フィルタの機能を備えることで、さらにマルチプレクサをも必要としなくなり、低受信損失で所望の方位検出精度を有する小型のレーダ装置をさらに簡素な構造で実現することができる。 In addition, according to the present invention, each receiving antenna is provided with a band-pass filter function, so that a multiplexer is not required, and a small radar device having a low reception loss and a desired direction detection accuracy is further simplified. Can be realized.
また、この発明によれば、変調周期の一周期分の受信信号が得られることにより、ビート信号周波数の観測期間が長くなり、より高精度に検知物体の距離および速度を検出することができる。 Further, according to the present invention, since the reception signal for one modulation period is obtained, the observation period of the beat signal frequency is extended, and the distance and speed of the detected object can be detected with higher accuracy.
また、この発明によれば、受信周波数帯域の端に対応する受信信号強度から、常時周波数変調帯域のずれを検出して送信信号の周波数変調帯域を補正することができる。 Also, according to the present invention, it is possible to always detect a shift of the frequency modulation band from the received signal intensity corresponding to the end of the reception frequency band and correct the frequency modulation band of the transmission signal.
本発明の第1の実施形態に係るレーダ装置について図1〜図4を参照して説明する。
図1(A)は、本実施形態のレーダ装置の主要部を示すブロック図であり、図1(B)は(A)に示すマルチプレクサ30の各フィルタ部3A〜3Nの通過帯域と周波数変調帯域との関係を示す図である。
A radar apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1A is a block diagram showing a main part of the radar apparatus of the present embodiment, and FIG. 1B is a passband and frequency modulation band of each
本実施形態のレーダ装置は、送信アンテナ1、受信アンテナ2A〜2N、マルチプレクサ30、信号処理回路4、VCO5、分岐回路6、LNA7、ミキサ8、IFアンプ9を備える。
The radar apparatus according to the present embodiment includes a transmission antenna 1,
送信アンテナ1は、マイクロストリップアンテナ等の平板状アンテナや、導波管アンテナであり、アンテナの正面方向を含む所定の検知領域に向けて送信信号である電磁波を放射する。例えば、このレーダ装置を自動車に搭載し、前方検知を行う場合であれば、自動車前方の所定幅の検知領域に対して送信信号を放射する。ここで送信信号としては、例えば、図1(B)に示すように、周波数が経時的に三角形状に変化する連続波が用いられる。 The transmission antenna 1 is a flat antenna such as a microstrip antenna or a waveguide antenna, and radiates an electromagnetic wave as a transmission signal toward a predetermined detection region including the front direction of the antenna. For example, if this radar apparatus is mounted on an automobile and forward detection is performed, a transmission signal is radiated to a detection area having a predetermined width in front of the automobile. Here, as the transmission signal, for example, as shown in FIG. 1B, a continuous wave whose frequency changes in a triangular shape with time is used.
受信アンテナ2A〜2Nは、それぞれ送信アンテナ1と同様に平板状アンテナや導波管アンテナ等からなり、検知領域からの反射波を受信する。これら受信アンテナ2A〜2Nは直線状で一列に配置された受信アンテナアレイからなり、受信アンテナ2A〜2Nは等間隔dで配置されている。
The
マルチプレクサ30は、受信アンテナ2A〜2Nに一方端がそれぞれに接続する帯域通過フィルタ部3A〜3Nを備え、これら帯域通過フィルタ部3A〜3Nの他方端は合成回路に接続する。帯域通過フィルタ3A〜3Nは、図1に示すように、それぞれ異なる周波数帯域を通過帯域とするように形成されている。具体的には、周波数変調帯域全体をN分割して、それぞれに同じ周波数幅からなり、それぞれの中心周波数がf1,f2,f3,・・・,fN(f1<f2<f3<・・・<fN)の分割周波数帯域を設定する。そして、これら中心周波数f1,f2,f3,・・・,fNの分割周波数帯域がそれぞれの通過帯域となるような帯域通過フィルタ部3A〜3Nを形成する。ここで、周波数変調帯域とは、前述のように送信信号の周波数変調帯域を示すが、受信信号の取り得る周波数帯域は、検知物体の相対速度が対向して走行する自動車同士の相対速度程度であれば、送信信号の周波数変調帯域と殆ど変化しないので、前記周波数変調帯域は、受信周波数の取り得る周波数帯域を等価として取り扱うことができる。
The
ここで、周波数変調帯域と分割された周波数帯域(分割周波数帯域)の具体的な一例として、76GHz−77GHz帯で動作するFM−CW方式前方監視用車載ミリ波レーダの一例で説明すると、周波数変調帯域全体を300MHzとして、受信アンテナ数をN=10とすると、各帯域通過フィルタ部3A〜3Nに対して30MHzの分割周波数帯域が設定される。そして、各帯域通過フィルタ部3A〜3Nの中心周波数のシフト量を30MHzとすることで、それぞれに異なる30MHz幅の分割周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタ部3A〜3Nが形成される。なお、帯域通過フィルタ部3A〜3Nの通過特性は、互いの通過帯域の端が重なり合うように設定しても良いし、全く重ならないようにしても良く、これらの設定は装置の仕様に応じて適宜設定すれば良い。
Here, as a specific example of the frequency modulation band and the divided frequency band (divided frequency band), an example of the in-vehicle millimeter wave radar for FM-CW forward monitoring that operates in the 76 GHz-77 GHz band will be described. Assuming that the entire band is 300 MHz and the number of receiving antennas is N = 10, a divided frequency band of 30 MHz is set for each of the
合成回路はLNA7に接続し、帯域通過フィルタ部3A〜3Nの出力信号を合成してLNA7に出力する。
なお、マルチプレクサ30は、このように10個の帯域通過フィルタと1個の合成回路とで形成してもよく、3個の帯域通過フィルタと1個の合成回路とからなる3−1のマルチプレクサや、2個の帯域通過フィルタと1個の合成回路とからなる2−1のマルチプレクサを適宜組み合わせて形成しても良い。
The synthesis circuit is connected to the
Note that the
LNA7は、入力された合成後の受信信号を増幅してミキサ8に出力し、ミキサ8は、LNA7からの受信信号と分岐回路6からのローカル信号とをミキシングして、IFビート信号を生成する。IFアンプ9は、IFビート信号を増幅して信号処理回路4に出力する。信号処理回路4は、入力したIFビート信号と受信アンテナ2A〜2Nの間隔dから得られる位相差とに基づいて既知のホログラフィックレーダの原理を用いて検知物体の方位を検出する。また、信号処理回路4は、既知のFM−CW方式の演算を用いて検知物体の距離、速度等を算出する。
The
また、VCO5は、信号処理回路4から与えられる変調電圧に応じて、例えば、76GHz帯の送信信号を発生する。この際、VCO5には、所定周期で電圧値が変動する変調電圧、例えば、所定周期で三角波状に変動する変調電圧が与えられる。VCO5は、この変調電圧に応じて、前記所定周期にて、所定周波数範囲内で周波数変調する送信信号、例えば、前述の図1(B)に示すような三角波状に周波数変調する送信信号を発生する。
The
分岐回路6は、VCO5から出力された送信信号を、送信アンテナ1に与えるとともに、その一部をローカル信号としてミキサ8に与える。
The
次に、本実施形態のレーダ装置による検知動作について具体的に説明する。なお、以下の説明では、図1(B)に示すような三角波状の送信信号を送信するレーダ装置について説明する。 Next, the detection operation by the radar apparatus of this embodiment will be specifically described. In the following description, a radar apparatus that transmits a triangular wave transmission signal as shown in FIG. 1B will be described.
図2(A)は、相対速度が「0」の物体に対して、送信アンテナ1から送信される送信信号と受信アンテナ2A,2B,2C,・・・,2Nで受信されるアンテナ受信信号Sa,Sb,Sc,Snとを示した一例の図であり、(B)、(C)、(D)、(E)はそれぞれ帯域通過フィルタ3A,3B,3C,3Nから出力された帯域分割受信信号Saf,Sbf,Scf,・・・,Snfを示す図である。また、図3は送信信号とマルチプレクサ30の合成出力信号Srとを示す図である。なお、図2、図3において、太破線は送信信号波形を示し、太実線は各種受信信号を示す。
2A shows a transmission signal transmitted from the transmission antenna 1 and an antenna reception signal Sa received by the
検知動作が開始されると、信号処理回路4は、経時的に電圧が三角波状に変化する変調電圧をVCO5へ与える。この後の検知動作中においては、信号処理回路4は、連続してVCO5に同様の変調電圧を与える。VCO5は時間軸において連続的に三角波状に周波数が変化する送信信号(周波数変調送信信号)を生成する。周波数変調送信信号は、分岐回路6を介して送信アンテナ1に伝送され、送信アンテナ1から検知領域に放射される。
When the detection operation is started, the
受信アンテナアレイを構成する受信アンテナ2A〜2Nは、周波数変調送信信号(連続送信波)が検知領域内に存在する物体(ターゲット)で反射した反射波を受信して、アンテナ受信信号Sa〜Snをそれぞれマルチプレクサ30の各帯域通過フィルタ部3A〜3Nに出力する。ここで、アンテナ受信信号Sa〜Snは検知物体の方位と受信アンテナ間隔dとに応じて、所定の位相関係が成り立つ。具体的には、アンテナ正面方向(受信アンテナアレイの配列方向に垂直で且つ放射方向)を基準として方位角θを設定する、例えば、正面左手方向をθの正方向とし、正面右手方向をθの負方向とすると、方位角θ方向に存在する物体からの反射波は、間隔dで配置された各受信アンテナにて、順にexp((j2π・d・sinθ)/λ)の位相差で受信される。
The receiving
マルチプレクサ30の各帯域通過フィルタ部3A〜3Nは、入力されたアンテナ受信信号Sa〜Snに対してそれぞれに異なる通過帯域からなる帯域通過フィルタリング処理を行い、図2(B)〜(E)に示すような帯域分割受信信号Saf〜Snfを出力する。
Each of the band-
具体的には、帯域通過フィルタ部3Aは、アンテナ受信信号Saに対して中心周波数f1とする所定幅の周波数帯域のみを通過させるフィルタ処理を行い、図2(B)に示す帯域分割受信信号Safを出力する。同様に、帯域通過フィルタ部3Bは、アンテナ受信信号Sbに対して中心周波数f2とする所定幅の周波数帯域のみからなる図2(C)に示す帯域分割受信信号Sbfを出力する。帯域通過フィルタ部3Cは、アンテナ受信信号Scに対して中心周波数f3とする所定幅の周波数帯域のみからなる図2(D)に示す帯域分割受信信号Sbcを出力する。帯域通過フィルタ部3Nは、アンテナ受信信号Snに対して中心周波数fNとする所定幅の周波数帯域のみからなる図2(E)に示す帯域分割受信信号Snfを出力する。
Specifically, the band-
マルチプレクサ30は、合成回路でこれら帯域分割受信信号Saf〜Snfを合成して図3に示すような合成出力信号を出力する。この際、各帯域通過フィルタ部3A〜3Nが異なる通過帯域を備えるので、帯域分割受信信号Safが出力されているタイミングでは、帯域分割受信信号Sbf〜Snfは略0になる。同様に、帯域分割受信信号Sbfが出力されているタイミングでは、帯域分割受信信号Saf,Scf〜Snfは略0になり、帯域分割受信信号Scfが出力されているタイミングでは、帯域分割受信信号Saf,Sbf,Sdf〜Snfは略0になり、帯域分割受信信号Snfが出力されているタイミングでは、帯域分割受信信号Saf〜S(n−1)fは略0になる。したがって、合成出力信号は、実質的には、受信アンテナ2Aに対応する中心周波数f1の周波数帯域では帯域分割受信信号Safにより構成され、受信アンテナ2Bに対応する中心周波数f2の周波数帯域では帯域分割受信信号Sbfにより構成される。同様に、受信アンテナ2Cに対応する中心周波数f3の周波数帯域では帯域分割受信信号Scfにより構成され、受信アンテナ2Nに対応する中心周波数fNの周波数帯域では帯域分割受信信号Snfにより構成される。これにより、マルチプレクサ30からの合成出力信号Srは、時分割された所定のサンプリング時間長毎に帯域分割受信信号Saf〜Snfを順次出力してなる信号と同等になる。
The
信号処理回路4は、合成出力信号Srすなわち所定のサンプリング時間長毎に所得した帯域分割受信信号Saf〜Snf群を用いて、既知のFM−CW方式による距離算出方法で距離を算出するとともに、各帯域分割受信信号Saf〜Snfの位相差を算出する。そして、信号処理回路4は、算出した位相差と前述のexp((j・2π・d・sinθ)/λ)とから方位θを算出する。
The
また、信号処理回路4は、算出された位相差に基づいて、少なくとも1変調周期分の全ての帯域分割受信信号Saf〜Snfの位相を一致させる処理を行う。これにより、実際にはそれぞれに異なる受信アンテナ2A〜2Nで受信した1変調周期よりも短い時間長の受信信号の群が、1つの受信アンテナで1変調周期分連続して受信した受信信号と等価になる。信号処理回路4は、この1変調周期分の時間長の受信信号を用いて、既知のFM−CW方式の距離・速度算出方法で、検知物体の距離および速度を算出する。このように、1変調周期分の受信信号を用いて距離を算出することで、各帯域分割受信信号により算出される距離よりも高精度な結果を得ることができる。
Further, the
例えば、具体的に周波数変調帯域の全幅を300MHzとし、アンテナ数Nを10とする場合、各アンテナに対しては30MHzが割り当てられる。すなわち、各帯域分割受信信号に対する送信信号の周波数帯域はそれぞれ30MHzが与えられる。このように、30MHzの周波数帯域があれば或る程度の距離測定は可能である。しかしながら、全ての帯域分割受信信号に対応する300MHzの周波数帯域を用いることで、10倍の周波数帯域および観測時間による観測が可能となり、より高精度に距離を算出することができる。 For example, when the total width of the frequency modulation band is specifically 300 MHz and the number N of antennas is 10, 30 MHz is assigned to each antenna. That is, the frequency band of the transmission signal for each band division reception signal is given 30 MHz. Thus, if there is a frequency band of 30 MHz, a certain amount of distance measurement is possible. However, by using a 300 MHz frequency band corresponding to all band division received signals, observation can be performed with a frequency band 10 times as long as the observation time, and the distance can be calculated with higher accuracy.
以上のような構成を用いることで、スイッチ回路を設置しなくても物体の方位検出および距離・速度検出を行うことができる。さらに、スイッチ回路を設けないことで、スイッチ損失が発生せず、受信損失を大幅に抑圧することができる。また、従来技術で説明したような複雑な構成のスイッチ回路を用いる必要がないので、より簡素な構造で且つ小型にレーダ装置を構成することができる。 By using the configuration as described above, it is possible to detect the azimuth and distance / speed of an object without installing a switch circuit. Furthermore, by not providing a switch circuit, no switch loss occurs and reception loss can be greatly suppressed. Further, since it is not necessary to use a switch circuit having a complicated configuration as described in the prior art, a radar device can be configured with a simpler structure and a smaller size.
なお、本実施形態では、アレイ化された受信アンテナ2A〜2Nに対して、配列の一方端の受信アンテナから順に低い周波数の分割周波数帯域を設定した例を示したが、図4に示すように、受信アンテナの配列順と分割周波数帯域の中心周波数の推移の方向とを一致させずに設定することもできる。
In the present embodiment, an example is shown in which divided frequency bands of lower frequencies are set in order from the receiving antennas at one end of the array for the receiving
図4は、無作為に各受信アンテナ2A〜2Nの通過帯域(中心周波数)を設定した場合の通過帯域(中心周波数)の分布を示した図である。なお、図中のf1〜fNは、それぞれ帯域通過フィルタ部3A〜3Nの中心周波数を示している。
FIG. 4 is a diagram showing a distribution of passbands (center frequencies) when the passbands (center frequencies) of the receiving
図4では、帯域通過フィルタ部3Cの通過帯域(中心周波数f3)を、周波数変調帯域全体の内の最も低い周波数帯域に設定し、次に帯域通過フィルタ部3Nの通過帯域(中心周波数fN)を設定して、さらに帯域通過フィルタ3Aの通過帯域(中心周波数f1)を設定し、帯域通過フィルタ部3Bの通過帯域(中心周波数f2)を最も高い周波数帯域に設定している。このような設定であっても前述のような動作、処理を実行することができる。そして、このような無作為に周波数帯域の分割を行うことで、前述のように順次分割周波数帯域を設定する場合よりも、高速移動する物体の検知をより高精度に行うことができる。これは、高速に移動する物体では、分割周波数帯域を一方端の受信アンテナから他方端の受信アンテナに移行する場合に、物体の移動により低い周波数帯域の時点での物体位置と高い周波数帯域の時点での物体位置とのズレが生じるからである。一方で、無作為に分割周波数帯域を設定する場合には低周波数帯域と高周波数帯域とが時系列でランダムに現れるので、このズレの影響を受け難いからである。
In FIG. 4, the pass band (center frequency f3) of the band
次に、第2の実施形態に係るレーダ装置について、図5を参照して説明する。
図5は、本実施形態の送信信号の周波数変調および各受信アンテナ2A〜2Nの通過帯域(中心周波数)の分布を示した図である。
本実施形態のレーダ装置の構成は、図1(A)に示した第1の実施形態のレーダ装置と同じであり、第1の実施形態のレーダ装置とは、送信信号の周波数変調方法が異なるのみである。
本実施形態のレーダ装置は、第1の実施形態と同様に周波数変調帯域をN分割して分割周波数帯域を設定する。そして、これら分割周波数帯域を各受信アンテナ2A〜2Nにそれぞれ接続する帯域通過フィルタ部3A〜3Nの通過帯域に設定する。この際、本実施形態では、図5に示すように、各分割周波数帯域にて経時的に周波数を三角波状に変化させて送信信号を出力する。
Next, a radar apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating the frequency modulation of the transmission signal and the distribution of the passbands (center frequencies) of the
The configuration of the radar apparatus of the present embodiment is the same as that of the radar apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1A, and the frequency modulation method of the transmission signal is different from the radar apparatus of the first embodiment. Only.
The radar apparatus according to the present embodiment sets the divided frequency band by dividing the frequency modulation band into N as in the first embodiment. Then, these divided frequency bands are set to pass bands of the band
このような構成とすることにより、各分割周波数帯域にて物体の距離および速度を検知することができる。また、周波数変調帯域全体で徐々に上り変調して下り変調する第1の実施形態に示したような三角波状の送信信号を用いる場合よりも、変調周期が短くなるので、物体の距離および速度をより高速に算出することができる。さらには、各分割周波数帯域の上り変調のみを用いても距離は算出することが可能であるので、物体の距離をさらに高速に算出することができる。 With such a configuration, the distance and speed of the object can be detected in each divided frequency band. In addition, since the modulation period is shorter than in the case of using a triangular wave-like transmission signal as shown in the first embodiment in which the entire frequency modulation band is gradually up-modulated and down-modulated, the object distance and speed are reduced. It is possible to calculate at higher speed. Furthermore, since the distance can be calculated using only the uplink modulation of each divided frequency band, the distance of the object can be calculated at a higher speed.
次に、第3の実施形態に係るレーダ装置について、図6を参照して説明する。
図6(A)は本実施形態のレーダ装置の主要部を示すブロック図であり、(B)は各受信アンテナ2A〜2Nの帯域通過特性を示す図である。
本実施形態のレーダ装置は、図6(A)に示すように、マルチプレクサ30を用いず、単に合成回路31のみを用いたものであり、各受信アンテナ2A〜2Nのそれぞれが所定の受信帯域幅を有し、帯域通過フィルタの機能を兼ね備えたものである。各受信アンテナ2A〜2Nの受信帯域(通過帯域)は、各受信アンテナ2A〜2Nに割り当てられた分割周波数帯域に略一致するように設定されている。このような受信アンテナ2A〜2Nとしては、マイクロストリップアンテナや導波管スロットアンテナが元々狭帯域であることを利用し、例えば、図6(B)に示すような通過帯域を有するようにアンテナの形状を設計すれば、容易に実現することができる。
Next, a radar apparatus according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6A is a block diagram showing the main part of the radar apparatus of this embodiment, and FIG. 6B is a diagram showing the band pass characteristics of the receiving
As shown in FIG. 6A, the radar apparatus according to the present embodiment uses only the
このような構成とすることで、第1、第2の実施形態に示したようなマルチプレクサをも用いる必要がなく、より安価に且つ小型のレーダ装置を実現することができる。 By adopting such a configuration, it is not necessary to use the multiplexer as shown in the first and second embodiments, and it is possible to realize a more compact and small radar device.
次に、第4の実施形態に係るレーダ装置について、図7を参照して説明する。
図7は信号処理回路4に出力される合成出力信号の信号強度の時間特性を示したものであり、(A)は定常状態、(B)は送信信号の中心周波数が低周波数側にシフトした状態、(C)は送信信号の中心周波数が高周波数側にシフトした状態を示すものである。
Next, a radar apparatus according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 shows the time characteristics of the signal strength of the combined output signal output to the
送信信号の中心周波数が予め設定した中心周波数と変わらない初期状態等では、周波数変調帯域のどの時点の送信信号であっても信号強度は殆ど変わらない。したがって、図7(A)に示すように、合成出力信号の信号強度は一定になる。 In an initial state where the center frequency of the transmission signal does not change from the preset center frequency, the signal strength hardly changes at any time in the frequency modulation band. Therefore, as shown in FIG. 7A, the signal intensity of the combined output signal is constant.
しかしながら、経時劣化等により送信信号の中心周波数が低周波数側にずれると、この中心周波数に応じた周波数変調幅により送信信号が形成されることから、予め設定された送信信号の高い周波数帯域が発生しなくなる。例えば、図7の例では、中心周波数fNの分割周波数帯域の送信信号が低くなり、図7(B)に示すように、受信アンテナ2Nで受信される受信信号の信号強度が低下する。一方、送信信号の中心周波数が高周波数側にずれると、この中心周波数に応じた低い周波数帯域が発生しなくなる。例えば、図7(C)に示すように、受信アンテナ2Aで受信される受信信号の信号強度が低下する。
However, if the center frequency of the transmission signal shifts to the low frequency side due to deterioration over time or the like, a transmission signal is formed with a frequency modulation width corresponding to this center frequency, so a high frequency band of a preset transmission signal is generated. No longer. For example, in the example of FIG. 7, the transmission signal of the division frequency band of the center frequency fN becomes low, and the signal strength of the reception signal received by the
信号処理回路4は、このような合成出力信号の信号強度変化を検出する。そして、周波数帯域の両端部の信号強度のいずれか、すなわち、受信アンテナ2Aまたは受信アンテナ2Nに対応する周波数帯域の信号強度が、他の受信アンテナ2B〜2(N−1)の信号強度よりも約3dB以上低いことを検出すると、全ての周波数帯域での信号強度が一定になるように中心周波数のシフト設定を行う。例えば、受信アンテナ2Nに対応する高い周波数帯域の信号強度が低ければ、送信信号の中心周波数を高くするように設定して補正変調電圧をVCO5に与える。一方、受信アンテナ2Aに対応する低い周波数帯域の信号強度が低ければ、送信信号の中心周波数を低くするように設定して補正変調電圧をVCO5に与える。
The
このような構成とすることで、経時劣化等により発生する送信信号の中心周波数のズレを検知して、常時一定の中心周波数に補正・維持することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to detect a shift in the center frequency of the transmission signal that occurs due to deterioration over time, etc., and to always correct and maintain the center frequency constant.
1−送信アンテナ、2A〜2N−受信アンテナ、30−マルチプレクサ、3A〜3N−帯域通過フィルタ部、31−合成回路、4−信号処理回路、5−VCO、6−分岐回路、7−LNA、8−ミキサ、9−IFアンプ 1-transmission antenna, 2A-2N-reception antenna, 30-multiplexer, 3A-3N-bandpass filter unit, 31-synthesis circuit, 4-signal processing circuit, 5-VCO, 6-branch circuit, 7-LNA, 8 -Mixer, 9-IF amplifier
Claims (5)
配列された複数の受信アンテナを備え、送信された連続波の反射波を各受信アンテナで受信して受信信号を出力する受信手段と、
各受信信号に基づいて検知物体の方位を検出する検出手段と、
を備えたレーダ装置において、
前記受信手段は、変調周波数帯域に対応する受信周波数帯域を分割して成る複数の分割周波数帯域をそれぞれ前記複数の受信アンテナに設定し、複数の分割周波数帯域成分の受信信号を時分割された連続期間毎に出力することを特徴とするレーダ装置。 A transmission means comprising a transmission antenna, and transmitting a frequency-modulated continuous wave from the transmission antenna;
Receiving means comprising a plurality of receiving antennas arranged, receiving a reflected wave of a transmitted continuous wave at each receiving antenna and outputting a received signal;
Detecting means for detecting the orientation of the sensing object based on each received signal;
In a radar apparatus equipped with
The reception means sets a plurality of divided frequency bands obtained by dividing a reception frequency band corresponding to a modulation frequency band to each of the plurality of reception antennas, and continuously receives a plurality of divided frequency band component received signals in a time-division manner. A radar apparatus that outputs the signal every period.
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