JP2009058335A - Radar device and relative distance detection method - Google Patents

Radar device and relative distance detection method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve relative distance detection accuracy at close range by an FM-CW radar device. <P>SOLUTION: In this radar device for transmitting a radar wave as a transmission signal, and receiving the transmission signal reflected by a target as a reception signal, a relative distance detection means for performing the first frequency modulation so that the frequency of the transmission signal is raised and lowered repeatedly alternately, and performing the first relative distance detection processing for detecting the first relative distance to the target based on a frequency difference between the first transmission signal and the first reception signal when the first frequency modulation is performed, performs the second frequency modulation for switching the frequency of the transmission signal at close range, counts the wavenumber of a standing wave generated by the transmission/reception signal, and thereby detects the second relative distance to the target based on the count value and a frequency difference between a frequency before switching by the second frequency modulation and a frequency after switching, to thereby enable accurate detection of the relative distance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーダ波を送信信号として送信し、物標により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置及びこれによる物標の相対距離検出方法に関し、特に、送信信号の周波数が上昇と下降とを交互に繰返す周波数変調を行い、前記送信信号と受信信号の周波数差に基づいて前記物標との相対距離を検出する相対距離検出手段を有するレーダ装置及びこれによる物標の相対距離検出方法に関する。   The present invention relates to a radar apparatus that transmits a radar wave as a transmission signal and receives the transmission signal reflected by a target as a reception signal, and a method for detecting a relative distance of a target using the radar apparatus, and in particular, the frequency of the transmission signal is increased. And a radar apparatus having a relative distance detecting means for detecting a relative distance from the target based on a frequency difference between the transmission signal and the received signal, and a relative distance of the target by the frequency modulation It relates to a detection method.

周波数変調された連続波を送受信して物標との相対距離を検出する、FM−CW(Frequency Modulated-Continuous Wave)レーダ装置が知られており、その一例が、特許文献1に記載されている。図1は、FM−CWレーダ装置が、物標との相対距離を検出する原理を説明する図である。図1(A)には、電磁波をレーダ波として用いるFM−CWレーダ装置の送信信号と受信信号の、時間(横軸)に対する周波数(縦軸)の変化が示される。   An FM-CW (Frequency Modulated-Continuous Wave) radar device that detects a relative distance from a target by transmitting and receiving a frequency-modulated continuous wave is known, and an example thereof is described in Patent Document 1. . FIG. 1 is a diagram for explaining the principle by which an FM-CW radar apparatus detects a relative distance from a target. FIG. 1A shows a change in frequency (vertical axis) with respect to time (horizontal axis) of a transmission signal and a reception signal of an FM-CW radar apparatus that uses electromagnetic waves as radar waves.

まず、実線で表される送信信号W1は、周波数fm、振幅ΔFの三角波に従って周波数変調される。すなわち、送信信号W1の周波数は、三角波の上昇期間に対応する周波数上昇期間UP内に周波数変調幅ΔFで漸増し、三角波の下降期間に対応する周波数下降期間DN内に周波数変調幅ΔFで漸減する。そして、これが1/fmを1変調周期として繰返される。   First, the transmission signal W1 represented by a solid line is frequency-modulated according to a triangular wave having a frequency fm and an amplitude ΔF. That is, the frequency of the transmission signal W1 gradually increases with the frequency modulation width ΔF during the frequency increase period UP corresponding to the rising period of the triangular wave, and gradually decreases with the frequency modulation width ΔF within the frequency falling period DN corresponding to the falling period of the triangular wave. . This is repeated with 1 / fm as one modulation period.

この送信信号W1が物標により反射されると、受信信号W2は、点線で示すように、相対距離に応じた時間的遅れΔT1と、相対速度に応じたドップラ周波数ΔDの分、偏移を受ける。そして、このような送信信号W1と受信信号W2をミキシングすると、両者の周波数差に対応して、図1(B)に示すように周波数変化する、ビート信号B1が得られる。このとき、周波数上昇期間UPにおけるビート信号B1の周波数をアップビート周波数fu、周波数下降期間DNの周波数をダウンビート周波数fdとする。   When the transmission signal W1 is reflected by the target, the reception signal W2 is shifted by a time delay ΔT1 corresponding to the relative distance and a Doppler frequency ΔD corresponding to the relative speed, as indicated by a dotted line. . When the transmission signal W1 and the reception signal W2 are mixed, a beat signal B1 whose frequency changes as shown in FIG. 1B is obtained in accordance with the frequency difference between the two. At this time, the frequency of the beat signal B1 in the frequency increase period UP is the upbeat frequency fu, and the frequency of the frequency decrease period DN is the downbeat frequency fd.

ここで、受信信号W2の時間的遅れΔT1は、レーダ波が物標との相対距離を1往復する時間であるので、Cを光速としたとき、相対距離Rは次の式A1で表される。   Here, since the time delay ΔT1 of the received signal W2 is the time for the radar wave to make one round trip relative to the target, the relative distance R is expressed by the following equation A1 when C is the speed of light. .

R=C・ΔT1/2 …(式A1)
また、送信信号W1の周波数変調周期1/fm、三角波の振幅ΔFは所与であるので、これらとアップビート周波数fu、ダウンビート周波数fdとから、時間差ΔT1は、次の式A2で表される
ΔT1=(fu+fd)/(2・ΔF・fm) …(式A2)
すると、式A1、式A2から、相対距離Rは、次の式A3により表される。
R = C · ΔT1 / 2 (Formula A1)
Further, since the frequency modulation period 1 / fm of the transmission signal W1 and the amplitude ΔF of the triangular wave are given, the time difference ΔT1 is expressed by the following expression A2 from these, the upbeat frequency fu, and the downbeat frequency fd. ΔT1 = (fu + fd) / (2 · ΔF · fm) (Formula A2)
Then, from the expressions A1 and A2, the relative distance R is expressed by the following expression A3.

R=C・(fu+fd)/(8・ΔF・fm) …(式A3)
よって、FM−CWレーダ装置は、ビート信号B1をFFT(高速フーリエ変換)処理してアップビート周波数fuとダウンビート周波数fdとを検出することにより、これらと所与である送信信号の周波数変調周期1/fmと周波数変調幅ΔFとを用いて、物標との相対距離Rを上記の式A3に従って算出する。
R = C · (fu + fd) / (8 · ΔF · fm) (Formula A3)
Therefore, the FM-CW radar apparatus performs FFT (Fast Fourier Transform) processing on the beat signal B1 to detect the upbeat frequency fu and the downbeat frequency fd, thereby providing a frequency modulation period of the given transmission signal. Using 1 / fm and the frequency modulation width ΔF, the relative distance R to the target is calculated according to the above equation A3.

図2は、FM−CWレーダ装置が、車両の後方監視用レーダ装置として用いられる場合の使用状況を示す。図2(A)に示すように、FM−CWレーダ装置であるレーダ装置10は、車両1の後部に搭載される。そして、レーダ装置10は、車両1の後方正面Bを中心とする所定の角度範囲αを往復して揺動するアンテナを用い、このアンテナから上記のように周波数変調された送信信号を送信して、車両1の後方をスキャンする。このとき、レーダ装置10は、所定の方位角θごとに1対の周波数上昇期間と下降期間が対応するように、送信信号の変調周期とアンテナの動作を同期させる。   FIG. 2 shows a usage situation when the FM-CW radar apparatus is used as a radar apparatus for rearward monitoring of a vehicle. As shown in FIG. 2A, a radar device 10 that is an FM-CW radar device is mounted on the rear portion of the vehicle 1. The radar apparatus 10 uses an antenna that reciprocates and swings within a predetermined angular range α centered on the rear front B of the vehicle 1, and transmits a transmission signal that has been frequency-modulated as described above. The rear of the vehicle 1 is scanned. At this time, the radar apparatus 10 synchronizes the modulation period of the transmission signal and the operation of the antenna so that a pair of frequency increase period and decrease period correspond to each predetermined azimuth angle θ.

このとき、どの方位角から受信信号が得られるかは未知であるので、上記のFFT処理は、方位角θに対応する送信信号の周波数変調周期ごとに行われる。そうすることにより、物標、つまり後続車両2が存在する、後方正面Bに対する方位角θ2から受信信号が得られたときに、アップ/ダウンビート周波数から方位角θ2における物標との相対距離Rが算出される。
特開平8−170985号公報
At this time, since it is unknown from which azimuth angle the received signal is obtained, the above FFT processing is performed for each frequency modulation period of the transmission signal corresponding to the azimuth angle θ. By doing so, when the reception signal is obtained from the azimuth angle θ2 with respect to the rear front B where the target, that is, the following vehicle 2, exists, the relative distance R from the up / down beat frequency to the target at the azimuth angle θ2. Is calculated.
JP-A-8-170985

ところで、近年では、車両を後進させて車庫に入庫する際に、後方の障害物との相対距離を検出して乗員に通知する、バックセンサの開発が進められている。そして、車両における機器の搭載スペースの制約と、低コスト化の要請とから、上記のようなFM−CWレーダ装置をバックセンサとして併用することが提案されている。   By the way, in recent years, the development of a back sensor that detects a relative distance from an obstacle behind and notifies the occupant when the vehicle is moved backward and enters the garage has been developed. And it has been proposed to use the FM-CW radar device as a back sensor in combination with the limitation of the mounting space of equipment in the vehicle and the demand for cost reduction.

図2(B)は、レーダ装置10がバックセンサとして用いられる場合の、使用状況を示す。一般に、運転者が車両を入庫するときは、車庫の壁面3などの障害物に衝突しないように車両を小刻みに前後させながら、停車位置を調整する。よって、バックセンサには、物標、つまり壁面との相対距離Rをセンチ単位、より好適にはミリ単位の精度で検出することが求められる。   FIG. 2B shows a usage situation when the radar apparatus 10 is used as a back sensor. Generally, when a driver enters a vehicle, the stop position is adjusted while moving the vehicle back and forth in small increments so as not to collide with obstacles such as the wall surface 3 of the garage. Therefore, the back sensor is required to detect the relative distance R from the target, that is, the wall surface, with an accuracy of centimeters, more preferably millimeters.

しかしながら、FM−CWレーダ装置においては、物標との相対距離が近くなると、図1(C)に示すように、送信信号が送信されてから受信信号が受信されるまでの時間差ΔT2は、図1(A)の場合より小さくなる。すると、このとき、図1(D)に示すように、ビート信号B2は周波数上昇期間UPと下降期間DNにおいて図1(B)の場合より低周波となる。すなわち、ビート信号B2の波長が長くなる。   However, in the FM-CW radar apparatus, when the relative distance to the target is short, as shown in FIG. 1C, the time difference ΔT2 from when the transmission signal is transmitted until the reception signal is received is It becomes smaller than the case of 1 (A). At this time, as shown in FIG. 1D, the beat signal B2 has a lower frequency in the frequency increase period UP and the decrease period DN than in the case of FIG. 1B. That is, the wavelength of the beat signal B2 becomes longer.

ここで、FFT処理は、1波長以上の長さの信号に対し、その信号の波が無限に連続すると仮定して演算が行われる。すると、FM−CWレーダ装置において、例えば周波数1KHzの三角波に従って、中心周波数76GHzのミリ波帯のレーダ波を変調幅100MHzで変調したレーダ波を用いる場合、10メートル〜数メートル以下の至近距離では、送信信号の1変調周期以内にビート信号をFFT処理するときに、その時間内にビート信号の1波長が検出できず、相対距離を正確に検出できないという問題が生じる。   Here, the FFT processing is performed on a signal having a length of one wavelength or longer on the assumption that the wave of the signal is infinitely continuous. Then, in the FM-CW radar device, for example, when using a radar wave obtained by modulating a millimeter wave band having a center frequency of 76 GHz with a modulation width of 100 MHz according to a triangular wave having a frequency of 1 KHz, at a close range of 10 meters to several meters or less, When the beat signal is FFT processed within one modulation period of the transmission signal, there is a problem that one wavelength of the beat signal cannot be detected within that time, and the relative distance cannot be detected accurately.

そこで、本発明の目的は、至近距離でも精度よく相対距離を検出できるFM−CWレーダ装置、及びその相対距離検出方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an FM-CW radar apparatus capable of detecting a relative distance with high precision even at a close distance, and a relative distance detection method thereof.

上記の目的を達成するために、本発明の第1の側面は、レーダ波を送信信号として送信し、物標により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置において、前記送信信号の周波数が上昇と下降とを交互に繰返すように第1の周波数変調を行い、前記第1の周波数変調が行われたときの第1の送信信号と第1の受信信号との周波数差に基づいて前記物標との第1の相対距離を検出する第1の相対距離検出処理を行う相対距離検出手段を有し、前記相対距離検出手段は、過去に検出された前記第1の相対距離が基準距離以上であるときは、前記第1の周波数変調と前記第1の相対距離検出処理とを繰り返し、前記第1の相対距離が前記基準距離未満のときは、前記送信信号の周波数を切り替える第2の周波数変調を行い、前記第2の周波数変調が行われたときに受信する第2の受信信号からドップラ信号を検出し、当該ドップラ信号のレベルが基準レベル未満のときに、当該第2の受信信号のレベルの増減の回数をカウントし、前記カウント値と、前記第2の周波数変調による切り替え前の前記送信信号の周波数と切り替え後の前記送信信号の周波数の周波数差とに基づき、前記物標との第2の相対距離を検出する第2の相対距離検出処理を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a radar device that transmits a radar wave as a transmission signal and receives the transmission signal reflected by a target as a reception signal. Based on the frequency difference between the first transmission signal and the first reception signal when the first frequency modulation is performed so as to alternately repeat the increase and decrease of the frequency. Relative distance detection means for performing a first relative distance detection process for detecting a first relative distance to the target, wherein the relative distance detection means is based on the first relative distance detected in the past. When the distance is greater than or equal to the distance, the first frequency modulation and the first relative distance detection process are repeated, and when the first relative distance is less than the reference distance, a second frequency for switching the frequency of the transmission signal is switched. Frequency modulation of the above, When a Doppler signal is detected from a second received signal received when frequency modulation of 2 is performed, and the level of the Doppler signal is less than a reference level, the number of times the level of the second received signal is increased or decreased. And counting the second relative distance from the target based on the count value and the frequency difference between the frequency of the transmission signal before switching by the second frequency modulation and the frequency of the transmission signal after switching. A second relative distance detection process for detection is performed.

上記側面の好ましい態様では、前記相対距離検出手段は、前記第2の相対距離検出処理の後、前記ドップラ信号のレベルが前記基準レベル以上となったときは、前記ドップラ信号の波数と、前記第2の周波数変調が行われたときに送信される第2の送信信号の波長とに基づき前記レーダ装置が移動した移動距離を検出し、前記第2の相対距離と当該移動距離とに基づき前記物標との第3の相対距離を検出する第3の相対距離検出処理を行うことを特徴とする。   In a preferred aspect of the above aspect, the relative distance detection means, after the second relative distance detection processing, when the level of the Doppler signal becomes equal to or higher than the reference level, the wave number of the Doppler signal, and the first The distance traveled by the radar device is detected based on the wavelength of the second transmission signal transmitted when frequency modulation of 2 is performed, and the object is detected based on the second relative distance and the travel distance. A third relative distance detection process for detecting a third relative distance from the target is performed.

レーダ装置がバックセンサとして用いられる場合は、車両が停止状態と移動状態とを繰返す状況において、静止物との相対距離を精度良く検出することが望まれる。上記側面によれば、過去に検出された相対距離から今回検出しようとする相対距離が至近距離であることを判定する。そして、至近距離であるときには、相対距離検出手段は、前記送信信号の周波数を切り替える第2の周波数変調を行い、前記第2の周波数変調が行われたときに受信する第2の受信信号からドップラ信号を検出し、当該ドップラ信号のレベルが基準レベル未満のとき、つまり、車両が停止状態であるときに、当該第2の受信信号のレベルの増減の回数をカウントし、前記カウント値と、前記第2の周波数変調による切り替え前の前記送信信号の周波数と切り替え後の前記送信信号の周波数の周波数差とに基づき、前記物標との第2の相対距離を検出する第2の相対距離検出処理を行う。すなわち、送信信号が複数の異なる周波数のときに静止物とレーダ装置との間に送信信号と受信信号とから生成される定在波を用いることにより、至近距離における相対距離を検出する。   When the radar device is used as a back sensor, it is desirable to accurately detect the relative distance to a stationary object in a situation where the vehicle repeats a stopped state and a moving state. According to the above aspect, it is determined that the relative distance to be detected this time is the closest distance from the relative distances detected in the past. When the distance is close, the relative distance detection means performs second frequency modulation for switching the frequency of the transmission signal, and performs Doppler from the second reception signal received when the second frequency modulation is performed. When the signal is detected and the level of the Doppler signal is lower than the reference level, that is, when the vehicle is in a stopped state, the number of times of increase or decrease of the level of the second reception signal is counted, and the count value, Second relative distance detection processing for detecting a second relative distance from the target based on the frequency difference between the transmission signal before switching by the second frequency modulation and the frequency difference between the transmission signals after switching. I do. That is, the relative distance in the close range is detected by using a standing wave generated from the transmission signal and the reception signal between the stationary object and the radar apparatus when the transmission signal has a plurality of different frequencies.

ここで、10〜数メートル以下の至近距離では、ビート信号が低周波となることに起因してFM−CW方式による相対距離検出精度が低下する。しかし、定在波は送信信号と同じ周波数であるので、送受信信号の周波数差に対応するビート信号より高周波となり、かかる問題は生じない。よって、至近距離であっても、良好な相対距離検出精度を得ることができる。   Here, at a short distance of 10 to several meters or less, the relative distance detection accuracy by the FM-CW method is lowered due to the beat signal having a low frequency. However, since the standing wave has the same frequency as the transmission signal, the frequency is higher than the beat signal corresponding to the frequency difference between the transmission and reception signals, and this problem does not occur. Therefore, good relative distance detection accuracy can be obtained even at a close distance.

上記側面の好ましい態様によれば、前記相対距離検出手段は、前記第2の相対距離検出処理の後、前記ドップラ信号のレベルが前記基準レベル以上となったときは、前記ドップラ信号の波数に基づき前記レーダ装置が移動した移動距離を検出し、前記第2の相対距離と当該移動距離とに基づき前記物標との第3の相対距離を検出する第3の相対距離検出処理を行うので、至近距離において、車両が停止状態のときだけでなく、車両が移動中であっても静止物との相対距離を検出することができる。   According to a preferred aspect of the above aspect, the relative distance detection means, based on the wave number of the Doppler signal, when the level of the Doppler signal becomes equal to or higher than the reference level after the second relative distance detection processing. The third relative distance detection process for detecting the movement distance moved by the radar device and detecting the third relative distance to the target based on the second relative distance and the movement distance is performed. In terms of distance, the relative distance to the stationary object can be detected not only when the vehicle is stopped but also when the vehicle is moving.

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof.

図3は、本実施形態におけるレーダ装置10の構成図である。まず、レーダ装置10は、図2(A)に示したように、車両の後部に搭載されて、後続車両などの物標との相対距離を検出する後方監視用の車載レーダ装置として用いられる。このとき、レーダ装置10は、FM−CWレーダ装置として機能する。   FIG. 3 is a configuration diagram of the radar apparatus 10 according to the present embodiment. First, as shown in FIG. 2A, the radar apparatus 10 is mounted on the rear part of the vehicle and is used as an on-vehicle radar apparatus for backward monitoring that detects a relative distance from a target such as a subsequent vehicle. At this time, the radar apparatus 10 functions as an FM-CW radar apparatus.

レーダ装置10がFM−CWレーダ装置として機能するときは、変調信号発生器12は、信号処理部24からの指示に応答して、FM−CW方式の周波数変調信号を生成する。そして、発振器14は、その周波数変調信号に応じて周波数変調されたレーダ波を生成する。ここで、図4において、横軸を時間、縦軸を周波数として、レーダ波の変調パターンを示す。すると、このとき生成される、FM−CW方式によるレーダ波の変調パターンは、図4(A)に示すように、周波数fm(例えば、1KHz)の三角波をベースバンドとして、周波数変調幅ΔF(例えば1MHz)で周波数の漸増と漸減とが交互に繰返される、周波数変調パターンP1となる。   When the radar apparatus 10 functions as an FM-CW radar apparatus, the modulation signal generator 12 generates an FM-CW frequency modulation signal in response to an instruction from the signal processing unit 24. The oscillator 14 generates a radar wave that is frequency-modulated according to the frequency modulation signal. Here, in FIG. 4, the modulation pattern of the radar wave is shown with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing frequency. Then, the modulation pattern of the radar wave generated by the FM-CW method at this time has a frequency modulation width ΔF (for example, a triangular wave having a frequency fm (for example, 1 kHz) as a baseband as shown in FIG. 1 MHz), the frequency modulation pattern P1 is obtained by alternately repeating the gradual increase and decrease of the frequency.

そして、生成されたレーダ波は増幅器15により増幅された後、サーキュレータ16からアンテナ17に出力される。すると、アンテナ17は、このレーダ波を送信信号として送信する。このとき、アンテナ駆動部18は、アンテナ17を揺動させて所定の角度範囲αを往復運動させる。これにより、角度範囲αがレーダ波により、反復してスキャンされる。また、アンテナ駆動部18によるアンテナ17の揺動動作は、所定の方位角単位θごとに、1対の周波数上昇期間UPと下降期間DNとが対応するように同期がとられる。そして、アンテナ17は、物標で反射された送信信号を受信信号として受信する。すると、受信信号は、サーキュレータ16から増幅器19を介してミキサ20に入力される。   The generated radar wave is amplified by the amplifier 15 and then output from the circulator 16 to the antenna 17. Then, the antenna 17 transmits this radar wave as a transmission signal. At this time, the antenna drive unit 18 reciprocates the predetermined angle range α by swinging the antenna 17. Thereby, the angle range α is repeatedly scanned by the radar wave. Further, the swinging operation of the antenna 17 by the antenna driving unit 18 is synchronized so that a pair of frequency increase periods UP and a decrease period DN correspond to each other for each predetermined azimuth angle unit θ. The antenna 17 receives the transmission signal reflected by the target as a reception signal. Then, the received signal is input from the circulator 16 to the mixer 20 via the amplifier 19.

ミキサ20は、送信信号の一部と受信信号とを混合し、両者の周波数差に対応するビート信号を生成する。そして、ビート信号は、帯域通過フィルタ22により高周波ノイズが除去された後、信号処理部24に入力される。   The mixer 20 mixes a part of the transmission signal and the reception signal, and generates a beat signal corresponding to the frequency difference between the two. The beat signal is input to the signal processing unit 24 after high frequency noise is removed by the band pass filter 22.

信号処理部24は、一例として、CPU、ROM、RAM等を有するマイクロコンピュータで構成される。信号処理部24では、アナログの入力信号がAD変換され、CPUがROMに予め格納された各種処理プログラムに従って、RAMを作業領域として用いながらディジタル信号に基づき各種演算処理を実行する。   As an example, the signal processing unit 24 includes a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like. In the signal processing unit 24, an analog input signal is AD-converted, and the CPU executes various arithmetic processes based on the digital signal while using the RAM as a work area in accordance with various processing programs stored in advance in the ROM.

具体的には、信号処理部24は、まずビート信号をFFTしてアップ/ダウンビート周波数とを検出し、それぞれの周波数の信号レベルを検出する。この処理は、上記のアンテナが揺動する方位角θごとに、つまり、周波数上昇期間UPと周波数下降期間DNとからなる送信信号の1変調周期(1/fm)ごとに行われる。そして、信号処理部24は、これらを用いて物標との相対距離を検出する。よって、かかる処理を実行する信号処理部24が、「相対距離検出手段」24aに対応する。また、信号処理部24は、相対距離のほかに、相対速度、方位角等を検出し、これらの検出結果は車両の衝突対応制御を行う電子制御装置(図示を省略)に出力される。   Specifically, the signal processing unit 24 first detects the up / down beat frequency by performing FFT on the beat signal, and detects the signal level of each frequency. This process is performed for each azimuth angle θ at which the antenna swings, that is, for each modulation period (1 / fm) of the transmission signal including the frequency increase period UP and the frequency decrease period DN. And the signal processing part 24 detects the relative distance with a target using these. Therefore, the signal processing unit 24 that executes such processing corresponds to the “relative distance detecting unit” 24a. In addition to the relative distance, the signal processing unit 24 detects a relative speed, an azimuth angle, and the like, and these detection results are output to an electronic control device (not shown) that performs vehicle collision response control.

さらに、信号処理部24は、アンテナ駆動部18を制御して、アンテナの揺動範囲を増大または縮小させる。そうすることにより、送信信号でスキャンされる角度範囲が変更される。かかる処理を行う信号処理部24は、「送受信角度範囲制御手段」24bに対応する。   Further, the signal processing unit 24 controls the antenna driving unit 18 to increase or decrease the swing range of the antenna. By doing so, the angle range scanned by the transmission signal is changed. The signal processing unit 24 that performs such processing corresponds to "transmission / reception angle range control means" 24b.

本実施の形態においては、レーダ装置10は、図2(B)に示したように、車両のバックセンサとしても用いられる。ここで、レーダ装置10がバックセンサとして用いられるときは、物標との相対距離が10〜数メートル以下の至近距離であることが想定される。その場合、図1で説明したように、FM−CW方式で相対距離を検出しようとすると、ビート周波数が低周波となり、1変調周期内のFFT処理時間中に1波長が検出されなくなる。すると、相対距離の検出精度が低下してしまう。   In the present embodiment, the radar apparatus 10 is also used as a vehicle back sensor, as shown in FIG. Here, when the radar apparatus 10 is used as a back sensor, it is assumed that the relative distance to the target is a close distance of 10 to several meters or less. In this case, as described with reference to FIG. 1, when the relative distance is detected by the FM-CW method, the beat frequency becomes low and one wavelength is not detected during the FFT processing time within one modulation period. Then, the relative distance detection accuracy is lowered.

また、レーダ装置10がバックセンサとして用いられるときは、車両の停止状態と前後方への移動とが交互に繰返される蓋然性が大きいと想定される。さらに、このとき、検出対象の物標は車庫の壁面などの静止物が想定される。よって、レーダ装置10は、至近距離では、車両の停止状態を検出し、車両が停止したときに、FM−CW方式とは異なる方式、つまり定在波を用いて静止物との相対距離を検出する。そのために、レーダ装置10は、さらに次のような構成を有する。   Further, when the radar apparatus 10 is used as a back sensor, it is assumed that there is a high probability that the stop state of the vehicle and the forward / rearward movement are repeated alternately. Further, at this time, the target to be detected is assumed to be a stationary object such as a garage wall. Therefore, the radar device 10 detects the stop state of the vehicle at a close distance, and detects a relative distance from a stationary object using a method different from the FM-CW method, that is, using a standing wave when the vehicle stops. To do. Therefore, the radar apparatus 10 further has the following configuration.

まず、信号処理部24は、周波数変調器12に、送信信号の周波数変調パターンの変更を指示する。具体的には、図4(A)に示したFM−CW方式の変調パターンP1から、図4(B)に示すような変調パターンP2に変更するように指示する。変調パターンP2では、一定周波数f1の送信信号が生成された後、送信信号の周波数を周波数f1より高い周波数f2に、そして、その逆に、直線的に切替えが行われる。そして、この変調パターンP2においては、周波数f1からf2への切替、及びその逆の切替は、それぞれ変調パターンP1の1変調周期と同じ時間内に行われる。   First, the signal processing unit 24 instructs the frequency modulator 12 to change the frequency modulation pattern of the transmission signal. Specifically, the FM-CW modulation pattern P1 shown in FIG. 4A is instructed to be changed to the modulation pattern P2 shown in FIG. 4B. In the modulation pattern P2, after a transmission signal having a constant frequency f1 is generated, the frequency of the transmission signal is switched to a frequency f2 higher than the frequency f1, and vice versa. In this modulation pattern P2, switching from the frequency f1 to f2 and vice versa are performed within the same time as one modulation period of the modulation pattern P1.

送信信号の周波数がf1に固定されると、レーダ装置10と静止物との間の空間において、同一の周波数の送受信信号が干渉して定在波が生成される。この定在波はアンテナ17で受信され、増幅された受信信号がミキサ20に入力される。すると、ミキサ20は、アンテナ17が受信する定在波を送信信号と混合して中間周波信号にダウンコンバートする。   When the frequency of the transmission signal is fixed at f1, a standing wave is generated in the space between the radar apparatus 10 and the stationary object due to interference between transmission / reception signals of the same frequency. This standing wave is received by the antenna 17, and the amplified received signal is input to the mixer 20. Then, the mixer 20 mixes the standing wave received by the antenna 17 with the transmission signal and down-converts it to an intermediate frequency signal.

また、信号処理部24は、この中間周波信号をFFT処理してドップラ周波数を検出し、そのレベル、つまりドップラ信号のレベルを検出する。そして、ドップラ信号のレベルがゼロのとき、つまり、相対速度がゼロのときは、静止物の物標に対して車両が停止状態であると判断できる。よって、この場合、信号処理部24は、アンテナ17で受信する定在波のレベルを検出し、そのレベルが、送信信号の周波数をf1からf2に上昇させたときにどのように変化するかを観測することで、至近距離での静止物との相対距離を検出する。   The signal processing unit 24 performs FFT processing on the intermediate frequency signal to detect the Doppler frequency, and detects its level, that is, the level of the Doppler signal. When the level of the Doppler signal is zero, that is, when the relative speed is zero, it can be determined that the vehicle is stopped with respect to the target of the stationary object. Therefore, in this case, the signal processing unit 24 detects the level of the standing wave received by the antenna 17, and how the level changes when the frequency of the transmission signal is increased from f1 to f2. By observing, the relative distance to a stationary object at a close distance is detected.

よって、かかる処理を実行する信号処理部24が、「相対距離検出手段」24aに対応する。このとき、レーダ装置10は、定在波レーダとして機能することで、バックセンサとしての機能を果たす。   Therefore, the signal processing unit 24 that executes such processing corresponds to the “relative distance detecting unit” 24a. At this time, the radar device 10 functions as a back sensor by functioning as a standing wave radar.

ここで、図5を用いて、定在波を用いた相対距離検出方法について説明する。図5(A)に示すように、送信信号の周波数がf1のときに生成される定在波SW1の波長λ1(=C/f1、Cは光速)を用いると、静止物との相対距離Rにおいて生成される定在波SW1の波数N1は、次の式B1により表される。   Here, a relative distance detection method using a standing wave will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, when the wavelength λ1 (= C / f1, C is the speed of light) of the standing wave SW1 generated when the frequency of the transmission signal is f1, the relative distance R to the stationary object is used. The wave number N1 of the standing wave SW1 generated in is expressed by the following equation B1.

N1=R/λ1 …(B1)
次に、図5(B)に示すように、信号処理部24は、周波数変調パターンP2によって送信信号の周波数をf1からf2に上昇させるときに、波数の増分ΔNを、定在波のレベルの振幅をカウントすることにより検出する。そして、図5(C)に示すように、送信信号の周波数がf2のときに生成される定在波SW2の波長λ2(=C/f2)を用いると、静止物との相対距離Rにおいて生成される定在波SW1の波数N2は、次の式B2により表される。
N1 = R / λ1 (B1)
Next, as shown in FIG. 5B, when the signal processing unit 24 increases the frequency of the transmission signal from f1 to f2 by the frequency modulation pattern P2, the wave number increment ΔN is set to the level of the standing wave. Detection is performed by counting the amplitude. Then, as shown in FIG. 5C, using the wavelength λ2 (= C / f2) of the standing wave SW2 generated when the frequency of the transmission signal is f2, it is generated at a relative distance R from the stationary object. The wave number N2 of the standing wave SW1 is expressed by the following equation B2.

N2=R/λ2 …(B2)
ここで、検出されたΔNは、ΔN=N2−N1であるので、上記の式B1、B2から、次の式B3が成り立つ。
N2 = R / λ2 (B2)
Here, since the detected ΔN is ΔN = N2−N1, the following formula B3 is established from the above formulas B1 and B2.

ΔN=N2−N1=R(1/λ1−1/λ2) …(B3)
そして、λ1=C/f1、λ2=C/f2であることから、上記の式B3は、次のようになる。
ΔN = N2-N1 = R (1 / λ1-1 / λ2) (B3)
Since λ1 = C / f1 and λ2 = C / f2, the above-described equation B3 is as follows.

ΔN=R・(f1−f2)/C …(B4)
すると、上記の式B4において、ΔN、周波数f1、f2は既知である。よって、信号処理部24は、次の式B5により相対距離Rを算出する。
ΔN = R · (f1−f2) / C (B4)
Then, in the above equation B4, ΔN and frequencies f1 and f2 are known. Therefore, the signal processing unit 24 calculates the relative distance R by the following formula B5.

R=ΔN・C/(f1−f2)…(B5)
このような構成により、本実施形態のレーダ装置10は、比較的遠距離ではFM−CWレーダ装置として機能することで、後方の他車両を監視する車載レーダとしての機能を果たし、至近距離では定在波レーダとして機能することで、車両後方の静止物との相対距離を検出するバックセンサとしての機能を果たす。すなわち、本実施形態によれば、レーダ装置10はFM−CWレーダ装置としてのハード構成を活用しながら、至近距離の検出精度を向上させることができ、バックセンサとしての機能を兼ね備えることができる。
R = ΔN · C / (f1−f2) (B5)
With such a configuration, the radar apparatus 10 according to the present embodiment functions as an FM-CW radar apparatus at a relatively long distance, thereby functioning as an in-vehicle radar that monitors other vehicles behind, and is fixed at a close distance. By functioning as a standing wave radar, it functions as a back sensor that detects a relative distance from a stationary object behind the vehicle. That is, according to the present embodiment, the radar apparatus 10 can improve the detection accuracy of a close range while utilizing the hardware configuration as an FM-CW radar apparatus, and can also have a function as a back sensor.

図6は、本実施形態におけるレーダ装置10の動作手順を説明するフローチャート図である。図6に示す手順は、アンテナ17がレーダ波により角度範囲αを1回スキャンするごとに実行される、信号処理部24の動作手順に対応する。   FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation procedure of the radar apparatus 10 according to the present embodiment. The procedure shown in FIG. 6 corresponds to the operation procedure of the signal processing unit 24 that is executed every time the antenna 17 scans the angle range α once by the radar wave.

まず、信号処理部24は、上記の周波数変調パターンP1での周波数変調を変調信号発生器12に指示する(S10)。すると、物標が存在する方位角においては、ミキサ20によりビート信号が生成される。次に、信号処理部24は、ビート信号をFFT処理し、送信波の周波数上昇期間と下降期間それぞれにおける送信波と受信波の周波数差に対応する周波数、つまりアップ/ダウンビート周波数と、それぞれの周波数におけるビート信号のレベルとを検出する(S12)。そして、信号処理部24は、ビート信号のレベルが、近隣の方位角のうち最も大きい方位角θを物標の方位角として検出する(S16)。   First, the signal processing unit 24 instructs the modulation signal generator 12 to perform frequency modulation with the frequency modulation pattern P1 (S10). Then, a beat signal is generated by the mixer 20 at the azimuth angle where the target exists. Next, the signal processing unit 24 performs FFT processing on the beat signal, and the frequency corresponding to the frequency difference between the transmission wave and the reception wave in the frequency increase period and the decrease period of the transmission wave, that is, the up / down beat frequency, The level of the beat signal at the frequency is detected (S12). Then, the signal processing unit 24 detects, as the azimuth angle of the target, the azimuth angle θ having the largest beat signal level among neighboring azimuth angles (S16).

また、信号処理部24は、その方位角における物標との相対距離を算出する(S18)。このとき、信号処理部24は、後に詳述するように、前回のスキャンで検出された相対距離と基準距離とを比較し、今回検出しようとする相対距離が基準距離以上の比較的遠距離であるときは、FM−CW方式により、つまりアップ/ダウンビート周波数から相対距離を算出し、基準距離未満の至近距離であるときは、定在波を用いた方法により物標との相対距離を算出する。   Further, the signal processing unit 24 calculates a relative distance from the target at the azimuth angle (S18). At this time, as will be described in detail later, the signal processing unit 24 compares the relative distance detected in the previous scan with the reference distance, and the relative distance to be detected this time is a relatively long distance greater than or equal to the reference distance. In some cases, the relative distance is calculated using the FM-CW method, that is, the relative distance from the up / down beat frequency. If the distance is close to the reference distance, the relative distance from the target is calculated using a standing wave method. To do.

さらに、信号処理部24は、FM−CW方式により相対距離を検出したときは、アップ/ダウンビート周波数から物標の相対速度も算出する(S19)。なお、相対速度Vは、次式A4により求められる。次式A4において、f0は、図1で示した送信信号W1の周波数変調幅ΔFにおける中心周波数を示す。   Further, when the relative distance is detected by the FM-CW method, the signal processing unit 24 also calculates the relative speed of the target from the up / down beat frequency (S19). In addition, the relative speed V is calculated | required by following Formula A4. In the following expression A4, f0 represents the center frequency in the frequency modulation width ΔF of the transmission signal W1 shown in FIG.

V=C・(fd−fu)/(4・f0) …(式A4)
そして、信号処理部24は、過去のスキャンにおける検出結果と、今回のスキャンでの検出結果の連続性の有無に基づいて検出結果の信頼性を判定し(S20)、信頼性を有すると判定した出力結果を車両の制御装置に出力する(S22)。
V = C · (fd−fu) / (4 · f0) (formula A4)
Then, the signal processing unit 24 determines the reliability of the detection result based on the detection result in the past scan and the presence or absence of the continuity of the detection result in the current scan (S20), and determines that the detection result has reliability. The output result is output to the vehicle control device (S22).

図7は、図6で示した相対距離検出手順S18のサブルーチンに対応する手順を示すフローチャート図である。まず、信号処理部24は、前回のスキャンで検出された相対距離が基準距離を上回るかを判定する(S32)。ここで、基準距離は、FM―CW方式により正確な相対距離検出が担保される距離範囲の下限、例えば数メートル〜10メートル程度に設定される。   FIG. 7 is a flowchart showing a procedure corresponding to the subroutine of the relative distance detection procedure S18 shown in FIG. First, the signal processing unit 24 determines whether the relative distance detected in the previous scan exceeds the reference distance (S32). Here, the reference distance is set to a lower limit of a distance range in which accurate relative distance detection is ensured by the FM-CW method, for example, about several meters to 10 meters.

判定結果が「YES」のときは、FM−CW方式により正確な相対距離検出が可能であるので、信号処理部24は、FM−CW方式により、物標との相対距離を検出する(S44)。すなわち、信号処理部24は、FFT処理により得られたアップ/ダウンビート周波数から、上述した式A3に基づいて、相対距離を算出する。そして、図7の手順を終了し、図5で示した手順S19に進む。   When the determination result is “YES”, it is possible to accurately detect the relative distance by the FM-CW method. Therefore, the signal processing unit 24 detects the relative distance to the target by the FM-CW method (S44). . That is, the signal processing unit 24 calculates a relative distance from the up / down beat frequency obtained by the FFT processing based on the above-described equation A3. Then, the procedure of FIG. 7 is terminated, and the process proceeds to step S19 shown in FIG.

一方、判定結果が「NO」のとき、つまり、FM−CW方式では今回のスキャンで検出される物標との相対距離の精度が担保されないとき、手順S34に進む。   On the other hand, when the determination result is “NO”, that is, when the accuracy of the relative distance from the target detected by the current scan is not secured in the FM-CW method, the process proceeds to step S34.

そして、信号処理部24は、アンテナ駆動部18を制御して、アンテナが揺動する角度範囲を小さくすることで、スキャン範囲を狭くする(S34)。そうすることで、1スキャンあたりの所要時間を短くでき、至近距離での静止物との相対距離検出処理全体をより速く実行することができる。また、そうすることで、後述するように定在波を用いて相対距離を検出するときに、検出対象の物標の数を減らすことができるため、マルチターゲットによる影響を小さくすることができる。   Then, the signal processing unit 24 controls the antenna driving unit 18 to narrow the scan range by reducing the angle range in which the antenna swings (S34). By doing so, the required time per scan can be shortened, and the entire relative distance detection process with respect to a stationary object at a close distance can be executed faster. In addition, by doing so, the number of targets to be detected can be reduced when detecting the relative distance using a standing wave as will be described later, so that the influence of the multi-target can be reduced.

そして、その場合、信号処理部24は、送信信号変調パターンをP1からP2に切り替える(S35)。すると、周波数f1に固定された送信信号と、静止物で反射された反射信号とが干渉し、定在波が生成される。また、ミキサ20により、周波数f1またはf2の送信信号とその受信信号と周波数差に対応するドップラ信号が生成される。   In that case, the signal processing unit 24 switches the transmission signal modulation pattern from P1 to P2 (S35). Then, the transmission signal fixed at the frequency f1 interferes with the reflected signal reflected by the stationary object, and a standing wave is generated. Further, the mixer 20 generates a Doppler signal corresponding to the frequency difference between the transmission signal having the frequency f1 or f2 and the reception signal.

信号処理部24は、まず、受信信号から検出されるドップラ信号のレベルから、車両の停止状態を検出する。すなわち、ドップラ信号のレベルが0のときは(S36のNO)、静止物である物標との相対速度がゼロであるので、車両は停止状態にあると判断される。   First, the signal processing unit 24 detects the stop state of the vehicle from the level of the Doppler signal detected from the received signal. That is, when the level of the Doppler signal is 0 (NO in S36), the vehicle is determined to be in a stopped state because the relative speed with respect to the stationary object is zero.

そして、このドップラ信号のレベルが0より大きくならなければ、つまり、車両と物標との相対速度が発生せず、車両が停止状態にあるときは(S38のNO)、信号処理部24は、定在波のレベル変化から、静止物との相対距離を検出する(S41)。   If the level of the Doppler signal is not greater than 0, that is, when the relative speed between the vehicle and the target is not generated and the vehicle is stopped (NO in S38), the signal processing unit 24 The relative distance from the stationary object is detected from the level change of the standing wave (S41).

本実施形態ではさらに、至近距離において車両が再び移動する場合に、ドップラ信号を用いることで、至近距離において移動中の車両の、静止物との相対距離を検出する。まず、信号処理部24は、上記のドップラ信号のレベルが0より大きくなると、車両と物標との相対速度が発生したこと、つまり車両の移動開始を検出する(S38のYES)。   Furthermore, in this embodiment, when the vehicle moves again at a close distance, the relative distance of the moving vehicle at the close distance from the stationary object is detected by using a Doppler signal. First, when the level of the Doppler signal is greater than 0, the signal processing unit 24 detects that the relative speed between the vehicle and the target has occurred, that is, the start of movement of the vehicle (YES in S38).

ここで、ドップラ信号によると、移動距離は算出できても、移動方向は算出できない。よって、その場合、信号処理部24は、定在波を用い、次のような手順で、移動方向が静止物から遠ざかる方向、つまり遠向か、近づく方向、つまり近向かを判定する(S40)。   Here, according to the Doppler signal, even if the movement distance can be calculated, the movement direction cannot be calculated. Therefore, in that case, the signal processing unit 24 uses the standing wave and determines whether the moving direction is away from the stationary object, that is, in the far direction, that is, in the approaching direction, that is, in the following procedure (S40). ).

図8は遠向と近向の判定方法を説明する図である。図8は、横軸上の位置Lにある物標と、位置L1またはL2にあるレーダ装置10との間に生成される定在波SW1、2を示す。そして、縦軸はレーダ装置10における定在波の受信レベルを示す。   FIG. 8 is a diagram illustrating a method for determining the far direction and the near direction. FIG. 8 shows the standing waves SW1 and SW2 generated between the target at the position L on the horizontal axis and the radar apparatus 10 at the position L1 or L2. The vertical axis indicates the standing wave reception level in the radar apparatus 10.

図8(A)、(B)において、送信信号の周波数がf1のときの定在波SW1(実線で図示)と、f2のときの定在波SW2(点線で図示)を示す。ここで、送信信号の周波数がf1であり、定在波SW1が生成されていると仮定する。   8A and 8B show a standing wave SW1 (shown by a solid line) when the frequency of the transmission signal is f1, and a standing wave SW2 (shown by a dotted line) when the frequency of the transmission signal is f2. Here, it is assumed that the frequency of the transmission signal is f1 and the standing wave SW1 is generated.

まず、レーダ装置10の位置が、定在波SW1のピークが検出される位置Lpの左側の位置L1(図8(A))、あるいは右側の位置L2(図8(A))のいずれであるかを判別する。そのために、レーダ装置10が送信信号の周波数をf1からf2に上昇させると、レーダ装置10と物標との間に形成される定在波の波数は増加する。このとき、図8(A)に示すように、レーダ装置10が、定在波SW1のピークが形成される位置Lpの左側の位置L1に位置する場合には、定在波SW1の受信レベルV1は、定在波SW2の受信レベルV2まで低下する。一方、図8(B)に示すように、レーダ装置10が、定在波SW1のピークが形成される位置Lpの右側の位置L2に位置する場合には、定在波SW1の受信レベルV3は、定在波SW2の受信レベルV4まで上昇する。   First, the position of the radar device 10 is either the position L1 on the left side of the position Lp where the peak of the standing wave SW1 is detected (FIG. 8A) or the position L2 on the right side (FIG. 8A). Is determined. Therefore, when the radar apparatus 10 increases the frequency of the transmission signal from f1 to f2, the number of standing waves formed between the radar apparatus 10 and the target increases. At this time, as shown in FIG. 8A, when the radar apparatus 10 is located at the position L1 on the left side of the position Lp where the peak of the standing wave SW1 is formed, the reception level V1 of the standing wave SW1. Decreases to the reception level V2 of the standing wave SW2. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the radar apparatus 10 is located at the position L2 on the right side of the position Lp where the peak of the standing wave SW1 is formed, the reception level V3 of the standing wave SW1 is This rises to the reception level V4 of the standing wave SW2.

また、反対に、レーダ装置10が、送信信号の周波数をf2からf1に下降させると、レーダ装置10と物標との間に形成される定在波の波数は減少する。すると、この場合、図8(A)、(B)から、上記の定在波の受信レベルの増減関係とは逆の関係が成立する。   On the other hand, when the radar apparatus 10 lowers the frequency of the transmission signal from f2 to f1, the number of standing waves formed between the radar apparatus 10 and the target decreases. Then, in this case, from FIGS. 8A and 8B, a relationship opposite to the increase / decrease relationship of the standing wave reception level is established.

このように、送信信号の周波数をf1からf2に上昇、または、f2からf1に下降させた直後の定在波の受信レベルを観測することにより、レーダ装置10の位置が定在波のピークが形成される位置Lpの左側の位置L1か、右側の位置L2かが判定できる。   In this way, by observing the reception level of the standing wave immediately after the frequency of the transmission signal is increased from f1 to f2 or decreased from f2 to f1, the position of the radar apparatus 10 has a peak of the standing wave. It can be determined whether the position L1 on the left side of the formed position Lp or the position L2 on the right side.

次に、上記の位置L1またはL2を基準として、車両の移動方向の遠向/近向を判定する。まず、図8(C)に示すように、レーダ装置10の位置が定在波SW1のピークが形成される位置Lpの左側の位置L1のとき、送信信号の周波数を例えばf1に固定したまま、レーダ装置10が位置Lf1、つまり物標から遠向に移動すると、定在波SW1の受信レベルV4は、V5に低下する。反対に、レーダ装置10が位置Ln1、つまり物標から近向に移動すると、定在波SW1の受信レベルV4は、V6に上昇する。一方、図8(D)に示すように、レーダ装置10の位置が定在波SW1のピークが形成される位置Lpの右側の位置L2のとき、送信信号の周波数を例えばf1に固定したまま、レーダ装置10が位置Lf2、つまり物標から遠向に移動すると、定在波SW1の受信レベルV7はV8に上昇し、位置Ln2、つまり物標から近向に移動すると、受信レベルV9に低下する。   Next, the far / near direction of the moving direction of the vehicle is determined based on the position L1 or L2. First, as shown in FIG. 8C, when the position of the radar apparatus 10 is a position L1 on the left side of the position Lp where the peak of the standing wave SW1 is formed, the frequency of the transmission signal is fixed to, for example, f1, When the radar apparatus 10 moves to the position Lf1, that is, far away from the target, the reception level V4 of the standing wave SW1 decreases to V5. On the other hand, when the radar apparatus 10 moves toward the position Ln1, that is, from the target, the reception level V4 of the standing wave SW1 rises to V6. On the other hand, as shown in FIG. 8D, when the position of the radar device 10 is a position L2 on the right side of the position Lp where the peak of the standing wave SW1 is formed, the frequency of the transmission signal is fixed at, for example, f1. When the radar apparatus 10 moves far from the position Lf2, that is, from the target, the reception level V7 of the standing wave SW1 increases to V8, and when it moves from the position Ln2, that is, from the target, to the reception level V9. .

上記のような対応関係は、図8(E)のテーブルに示される。このようなテーブルは、予め信号処理部24のROMに格納される。そして、信号処理部24は、このテーブルを参照することにより、遠向または近向を判定する。   The correspondence as described above is shown in the table of FIG. Such a table is stored in advance in the ROM of the signal processing unit 24. And the signal processing part 24 determines a far direction or a near direction by referring to this table.

すると、信号処理部24は、再度手順S32〜S36を実行し、手順S36でドップラ信号のレベルから車両が移動中であるかを判定する。このときは、移動開始後であるので、相対速度が生じておりドップラ信号のレベルは0より大きい。よって、判定結果は「YES」であるので、手順S42に進む。   Then, the signal processing unit 24 executes steps S32 to S36 again, and determines whether the vehicle is moving from the level of the Doppler signal in step S36. At this time, since it is after the start of movement, a relative speed has occurred and the level of the Doppler signal is greater than zero. Therefore, since the determination result is “YES”, the process proceeds to step S42.

そして、ドップラ周波数から、車両の移動距離を算出する。ここで、ドップラ周波数をfp、送信信号の周波数をf1とすると、受信信号の周波数は、f1+fpとなる。そして、車両と物標との相対速度、つまり車両の移動速度をV、光速をCとすると、次の式C1が成り立つ。   Then, the travel distance of the vehicle is calculated from the Doppler frequency. Here, if the Doppler frequency is fp and the frequency of the transmission signal is f1, the frequency of the reception signal is f1 + fp. When the relative speed between the vehicle and the target, that is, the moving speed of the vehicle is V and the speed of light is C, the following expression C1 is established.

f1+fp=((C+V)/C)・f1、すなわち、fp=(V/C)・f1 …(式C1)
ここで、T秒間に車両が速度V(m/sec)で移動距離S(m)移動する間に、ドップラ信号がN波生じたとすると、N、T、V、S、及びfpの関係は、次のようになる。
f1 + fp = ((C + V) / C) · f1, that is, fp = (V / C) · f1 (Formula C1)
Here, if the Doppler signal is generated in N waves while the vehicle is moving at the speed V (m / sec) and the moving distance S (m) for T seconds, the relationship among N, T, V, S, and fp is It becomes as follows.

S=V・T(m) …(式C2)
fp=N/T(Hz) …(式C3)
すると、ドップラ信号の1波長が検出される間に車両が移動する距離S0は、次の式C4で表される。
S = V · T (m) (Formula C2)
fp = N / T (Hz) (Formula C3)
Then, the distance S0 that the vehicle moves while one wavelength of the Doppler signal is detected is expressed by the following equation C4.

S0=S/(2・N) …(式C4)
そして、式C3からN=T・fpとなり、これと式C2とを式C4に代入すると、
S0=V・T/(2・T・fp)=V/2・fp …(式C4)となる。
S0 = S / (2.N) (Formula C4)
Then, from equation C3, N = T · fp. When this and equation C2 are substituted into equation C4,
S0 = V · T / (2 · T · fp) = V / 2 · fp (Expression C4).

そして、式C1を式C4に代入すると、
S0=V/(2・(V/C)・f1)=(1/2)・(C/f1)=λ/2 …(式C5)
となる(λは、周波数f1の送信信号の1波長、すなわちλ=C/f1)。
And substituting equation C1 into equation C4,
S0 = V / (2 · (V / C) · f1) = (1/2) · (C / f1) = λ / 2 (Formula C5)
(Λ is one wavelength of the transmission signal of frequency f1, ie, λ = C / f1).

ここで、上記のように計算される移動距離は、移動距離の絶対値であるので、移動方向を含まない。よって、先に手順S40で用いた遠向または近向の判定結果を用い、手順S41で求めた停止時の相対距離R0を基準にして、移動後の相対距離Rを、遠向の場合は次の式C6により、近向きの場合は次の式C7により算出する。   Here, since the movement distance calculated as described above is an absolute value of the movement distance, the movement direction is not included. Therefore, the relative distance R after the movement is determined based on the relative distance R0 at the stop time obtained in step S41 using the far or near direction determination result previously used in step S40. In the case of the near direction, the following formula C7 is used.

R=R0+N・λ/2 …(式C6)
R=R0−N・λ/2 …(式C7)
以上の手順が、手順S18として実行される。そうすることにより、レーダ装置10は至近距離における物標との相対距離を精度よく検出でき、バックセンサとしての機能を果たすことができる。
R = R0 + N · λ / 2 (Formula C6)
R = R0−N · λ / 2 (Formula C7)
The above procedure is executed as procedure S18. By doing so, the radar apparatus 10 can accurately detect the relative distance to the target at a close distance, and can function as a back sensor.

なお、上述の手順において、手順S42では、周波数変調パターンP2ではなく、ドップラ信号を検出するために、周波数を一定の周波数、例えばf1に固定するようにしてもよい。   In the above-described procedure, in step S42, the frequency may be fixed to a fixed frequency, for example, f1 in order to detect the Doppler signal instead of the frequency modulation pattern P2.

上述の説明においては、車両の後方監視用レーダ装置がバックセンサを兼ねる場合を例に説明した。しかし、FM−CWレーダ装置の構成を有しながら、至近距離での物標との相対距離を検出するレーダ装置であれば、車両の後方監視用レーダに限られず、本実施形態は適用される。   In the above description, the case where the vehicle rear monitoring radar device also serves as a back sensor has been described as an example. However, as long as the radar apparatus detects the relative distance to the target at a close distance while having the configuration of the FM-CW radar apparatus, the present embodiment is not limited to the rear monitoring radar of the vehicle. .

以上説明したとおり、本実施形態によれば、比較的遠距離の物標との相対距離を検出するときには、FM−CW方式で距離を検出し、至近距離では、定在波を用いて相対距離を検出する。このとき、定在波は送信信号と同じ周波数であるので、送受信信号の周波数差に対応するビート信号より高周波となり、ビート信号が低周波となることに起因してFM−CW方式による相対距離検出精度が低下するという問題を解決でき、良好な相対距離検出精度を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, when detecting a relative distance from a relatively far target, the distance is detected by the FM-CW method, and at a close distance, a relative distance is used using a standing wave. Is detected. At this time, since the standing wave has the same frequency as the transmission signal, it is higher in frequency than the beat signal corresponding to the frequency difference between the transmission and reception signals, and the beat signal has a low frequency, so that the relative distance detection by the FM-CW method is performed. It is possible to solve the problem that the accuracy is lowered, and to obtain a good relative distance detection accuracy.

FM−CWレーダ装置が、物標との相対距離を検出する原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle by which FM-CW radar apparatus detects the relative distance with a target. FM−CWレーダ装置が、車両の後方監視用レーダ装置として用いられる場合の使用状況を示す図である。It is a figure which shows the use condition in case FM-CW radar apparatus is used as a radar apparatus for back monitoring of a vehicle. 本実施形態におけるレーダ装置10の構成図である。1 is a configuration diagram of a radar apparatus 10 in the present embodiment. 本実施形態におけるレーダ波の変調パターンを説明する図である。It is a figure explaining the modulation pattern of the radar wave in this embodiment. 定在波を用いた相対距離検出方法について説明する図である。It is a figure explaining the relative distance detection method using a standing wave. 本実施形態におけるレーダ装置10の動作手順を説明するフローチャート図である。It is a flowchart figure explaining the operation | movement procedure of the radar apparatus 10 in this embodiment. 図6で示した相対距離検出手順S18のサブルーチンに対応する手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the procedure corresponding to the subroutine of relative distance detection procedure S18 shown in FIG. 車両の移動方向の、遠向と近向の判定方法を説明する図である。It is a figure explaining the determination method of the far direction and the near direction of the moving direction of a vehicle.

符号の説明Explanation of symbols

10:レーダ装置、24:信号処理部、24a:相対距離検出手段、24b:送受信角度範囲制御手段 10: radar device, 24: signal processing unit, 24a: relative distance detection means, 24b: transmission / reception angle range control means

Claims (5)

レーダ波を送信信号として送信し、物標により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置において、
前記送信信号の周波数が上昇と下降とを交互に繰返すように第1の周波数変調を行い、前記第1の周波数変調が行われたときの第1の送信信号と第1の受信信号との周波数差に基づいて前記物標との第1の相対距離を検出する第1の相対距離検出処理を行う相対距離検出手段を有し、
前記相対距離検出手段は、過去に検出された前記第1の相対距離が基準距離以上であるときは、前記第1の周波数変調と前記第1の相対距離検出処理とを繰り返し、前記第1の相対距離が前記基準距離未満のときは、前記送信信号の周波数を切り替える第2の周波数変調を行い、前記第2の周波数変調が行われたときに受信された第2の受信信号からドップラ信号を検出し、当該ドップラ信号のレベルが基準レベル未満のときに、当該第2の受信信号のレベルの増減の回数をカウントし、前記カウントの値と、前記第2の周波数変調による切り替え前の前記送信信号の周波数と切り替え後の前記送信信号の周波数の周波数差とに基づき、前記物標との第2の相対距離を検出する第2の相対距離検出処理を行うことを特徴とするレーダ装置。
In a radar device that transmits a radar wave as a transmission signal and receives the transmission signal reflected by a target as a reception signal,
The first frequency modulation is performed so that the frequency of the transmission signal alternately repeats an increase and a decrease, and the frequency of the first transmission signal and the first reception signal when the first frequency modulation is performed. Relative distance detection means for performing a first relative distance detection process for detecting a first relative distance to the target based on the difference,
The relative distance detection means repeats the first frequency modulation and the first relative distance detection process when the first relative distance detected in the past is equal to or larger than a reference distance, When the relative distance is less than the reference distance, the second frequency modulation for switching the frequency of the transmission signal is performed, and the Doppler signal is obtained from the second reception signal received when the second frequency modulation is performed. When the level of the Doppler signal is detected and less than the reference level, the number of times the level of the second received signal is increased or decreased is counted, and the count value and the transmission before switching by the second frequency modulation are counted. 2. A radar apparatus, comprising: a second relative distance detection process for detecting a second relative distance from the target based on a signal frequency and a frequency difference between the transmission signal frequencies after switching.
請求項1において、
前記相対距離検出手段は、前記第2の相対距離検出処理の後、前記ドップラ信号のレベルが前記基準レベル以上となったときは、前記ドップラ信号の波数と、前記第2の周波数変調が行われたときに送信される第2の送信信号の波長とに基づき前記レーダ装置が移動した移動距離を検出し、前記第2の相対距離と当該移動距離とに基づき前記物標との第3の相対距離を検出する第3の相対距離検出処理を行うことを特徴とするレーダ装置。
In claim 1,
After the second relative distance detection process, the relative distance detection means performs the wave number of the Doppler signal and the second frequency modulation when the level of the Doppler signal becomes equal to or higher than the reference level. And a third distance relative to the target is detected based on the second relative distance and the movement distance based on the second relative distance and the movement distance. A radar apparatus that performs a third relative distance detection process for detecting a distance.
請求項2において、
前記相対距離検出手段は、前記ドップラ信号のレベルが前記基準レベル以上となるときの前記第2の受信信号のレベルの増減に基づき、前記レーダ装置が移動した方向を検出し、当該移動方向にさらに基づいて前記第3の相対距離検出処理を行うことを特徴とするレーダ装置。
In claim 2,
The relative distance detection means detects a direction in which the radar apparatus has moved based on an increase or decrease in the level of the second received signal when the level of the Doppler signal is equal to or higher than the reference level, And a third relative distance detection process based on the third relative distance detection process.
請求項1において、
前記第1の相対距離が前記基準距離以上のときは第1の角度範囲で、前記基準距離未満のときは前記第1の角度範囲より小さい第2の角度範囲で、前記第1の送信信号の送信と前記第1の受信信号の受信を行う、送受信角度範囲制御手段をさらに有することを特徴とするレーダ装置。
In claim 1,
When the first relative distance is greater than or equal to the reference distance, the first transmission signal has a first angle range. When the first relative distance is less than the reference distance, the first transmission signal has a second angle range that is smaller than the first angle range. A radar apparatus, further comprising transmission / reception angle range control means for performing transmission and reception of the first reception signal.
レーダ波を送信信号として送信し、物標により反射された前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置による前記物標との相対距離検出方法において、
前記送信信号の周波数が上昇と下降とを交互に繰返すように第1の周波数変調を行い、
前記第1の周波数変調が行われたときの第1の送信信号と第1の受信信号との周波数差に基づいて前記物標との第1の相対距離を検出する第1の相対距離検出処理を行い、
過去に検出された前記第1の相対距離が基準距離以上であるときは、前記第1の周波数変調と前記第1の相対距離検出処理とを繰り返し、前記第1の相対距離が前記基準距離未満のときは、前記送信信号の周波数を切り替える第2の周波数変調を行い、前記第2の周波数変調が行われたときに受信する第2の受信信号から検出されるドップラ信号のレベルが基準レベル未満のときに、当該第2の受信信号のレベルの増減の回数をカウントし、前記カウントの値と、前記第2の周波数変調による切り替え前の前記送信信号の周波数と切り替え後の前記送信信号の周波数の周波数差とに基づき、前記物標との第2の相対距離を検出する第2の相対距離検出処理を行うことを特徴とする物標検出方法。
In a method for detecting a relative distance from the target by a radar device that transmits a radar wave as a transmission signal and receives the transmission signal reflected by the target as a reception signal,
A first frequency modulation is performed so that the frequency of the transmission signal repeats rising and falling alternately;
A first relative distance detection process for detecting a first relative distance to the target based on a frequency difference between the first transmission signal and the first reception signal when the first frequency modulation is performed. And
When the first relative distance detected in the past is greater than or equal to a reference distance, the first frequency modulation and the first relative distance detection process are repeated, and the first relative distance is less than the reference distance. In this case, the second frequency modulation for switching the frequency of the transmission signal is performed, and the level of the Doppler signal detected from the second reception signal received when the second frequency modulation is performed is less than the reference level. In this case, the number of times of increase / decrease of the level of the second received signal is counted, the value of the count, the frequency of the transmission signal before switching by the second frequency modulation, and the frequency of the transmission signal after switching And a second relative distance detection process for detecting a second relative distance from the target based on the frequency difference between the target and the target.
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