JP2010281596A - Temperature-compensated distance detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は距離検出装置に関し、特に、車両等に搭載され対象物までの距離を検出するための温度補償される距離検出装置に関する。 The present invention relates to a distance detection device, and more particularly to a temperature detection distance detection device that is mounted on a vehicle or the like and detects a distance to an object.
近来から車両の後方衝突回避用のバックセンサ等、対象物を検出して警報を発する装置が種々開発されている。このような装置には、超音波方式や電波方式のものがある。超音波方式の装置は、超音波を発射し、対象物に反射して返ってきた超音波を受信することで対象物の存在を検出するものである。電波方式の装置は、レーダを送信し、対象物に反射して返ってきた信号を受信することで対象物の存在を検出するものである。 Various devices that detect an object and issue an alarm, such as a back sensor for avoiding a rear collision of a vehicle, have been developed. Such devices include those of an ultrasonic method and a radio wave method. The ultrasonic apparatus detects the presence of an object by emitting an ultrasonic wave and receiving the ultrasonic wave reflected and returned from the object. The radio wave type apparatus detects the presence of an object by transmitting a radar and receiving a signal reflected back from the object.
例えば、特許文献１に開示の警報装置は、超音波やレーダを用いて、対象物までの距離に応じて警報信号を異ならせた警報装置が開示されている。また、特許文献２にも超音波を用いたセンサが開示されている。また、特許文献３には、電波方式のレーダ送受信機が開示されている。 For example, the alarm device disclosed in Patent Document 1 discloses an alarm device in which an alarm signal is changed according to a distance to an object using ultrasonic waves or radar. Patent Document 2 also discloses a sensor using ultrasonic waves. Patent Document 3 discloses a radio wave type radar transceiver.
また、車両等にこのような検出装置を搭載した場合、車両の使用環境によって検出装置の置かれる環境温度は大きく変化する。このような場合、特に電波方式の装置では、温度変化の影響を受けやすく、検出回路が安定するまで障害物等の対象物を検出できないこともある。距離検出装置を車両のバックセンサとして用いる場合には、車両のギアをバックに入れた後短時間で検出できるようなものでなければ意味をなさない。したがって、短時間で検出回路が安定するものが望まれている。 When such a detection device is mounted on a vehicle or the like, the environmental temperature at which the detection device is placed varies greatly depending on the usage environment of the vehicle. In such a case, especially in the radio wave system, it is easily affected by a temperature change, and an object such as an obstacle may not be detected until the detection circuit is stabilized. When the distance detection device is used as a vehicle back sensor, it does not make sense unless it can be detected in a short time after the vehicle gear is put in the back. Therefore, it is desired that the detection circuit be stabilized in a short time.
このような温度依存を抑えた電波方式の検出装置として、特許文献４に開示のものがある。特許文献４に開示の装置は、搬送波に１０ＧＨｚ以上の高周波を使用するもので、これにより対象物に対して指向性を絞ることができ測定精度を向上することが可能であるとしている。また、この搬送波を生成するための発振器が距離センサに搭載されているが、発振器の温度変化の影響について、送信と受信の時間差が大きくないので環境変化の影響を受けないとしている。 As a radio wave detection device that suppresses such temperature dependence, there is one disclosed in Patent Document 4. The apparatus disclosed in Patent Document 4 uses a high frequency of 10 GHz or more for a carrier wave, and thereby, directivity can be narrowed with respect to an object and measurement accuracy can be improved. An oscillator for generating this carrier wave is mounted on the distance sensor, but the influence of the temperature change of the oscillator is not affected by the environmental change because the time difference between transmission and reception is not large.
例えば特許文献１については、装置が大掛かりであり高価なため、車両等に利用する上での障害になっていた。また、特許文献１や特許文献２のような超音波方式のセンサでは、設置位置に開口部を設け、超音波センサを外部に露出させた状態で使用しなければならなかった。したがって、車両のバンパ等に用いる場合には、バンパに穴を開けて設置しなければならず、取り付けに手間がかかるだけでなく、外観上も美観が損なわれていた。 For example, Patent Document 1 is an obstacle to use in a vehicle or the like because the apparatus is large and expensive. Moreover, in an ultrasonic sensor such as Patent Document 1 and Patent Document 2, an opening must be provided at the installation position, and the ultrasonic sensor must be exposed to the outside. Therefore, when used for a bumper of a vehicle or the like, the bumper must be provided with a hole, and not only the mounting is troublesome, but also the appearance is impaired.
一方、特許文献３や特許文献４では、アンテナが外部に露出している必要はないため、車両に適用する場合にバンパ内部に装着できるので開口部を設ける必要はない。しかしながら、車両に使用する場合には、種々の問題が生じ得る。上述のように、電波式レーダは温度の影響を受けやすいため、温度変化の大きい環境下では短時間で回路を安定させることができなかった。また、このような装置を車両の後部バンパに適用する場合、車室外の厳しい環境条件、具体的には温度や振動、防水等に対応する必要があるが、従来これらの環境条件に十分対応したものはなかった。例えば特許文献４の場合には、搬送波に１０ＧＨｚ以上の高周波を使用するため、発振器とアンテナを一体若しくは直近に配置するように構成する必要がある。このとき、発振器の温度依存性は小さくなり得るが、パルス状の基準信号やスイッチング回路を用いる変調部、受信復調ミキサや増幅アンプ等についても温度変化により位相や振幅が変化し、これが距離検出精度に直接影響するので実用に耐えるものとはなり難かった。 On the other hand, in Patent Document 3 and Patent Document 4, since the antenna does not need to be exposed to the outside, it can be mounted inside the bumper when applied to a vehicle, so there is no need to provide an opening. However, various problems can occur when used in vehicles. As described above, since the radio wave radar is easily affected by temperature, the circuit cannot be stabilized in a short time under an environment where the temperature change is large. In addition, when such a device is applied to a rear bumper of a vehicle, it is necessary to cope with severe environmental conditions outside the passenger compartment, specifically, temperature, vibration, waterproofing, etc. There was nothing. For example, in the case of Patent Document 4, since a high frequency of 10 GHz or more is used for the carrier wave, it is necessary to configure the oscillator and the antenna so as to be integrated or close to each other. At this time, the temperature dependence of the oscillator can be reduced, but the phase and amplitude of the modulator, receiver demodulator mixer, amplifier, etc. that use a pulsed reference signal and switching circuit also change due to temperature changes. It was difficult to endure practical use because it directly affected.
本発明は、斯かる実情に鑑み、車両に搭載する場合等、厳しい使用環境下においても短時間で回路が安定し、また、温度変化に対して距離検出精度の変化の少ない距離検出装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention provides a distance detection device in which a circuit is stabilized in a short time even in a severe use environment such as when mounted on a vehicle, and the distance detection accuracy changes little with respect to a temperature change. It is something to try.
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による距離検出装置は、電波を送信するための送信アンテナと、送信アンテナから送信され対象物に反射する電波を受信するための受信アンテナと、送信アンテナから送信される電波信号を生成する電波信号生成部と、温度変化による電波信号の振幅変動を補償する振幅温度補償部とを有する送信回路部と、受信サンプリング信号を生成する受信サンプリング信号生成部と、受信アンテナにより受信する電波信号と受信サンプリング信号とを用いて対象物までの距離を算出する演算部と、温度変化による受信サンプリング信号の位相変動を補償する位相温度補償部とを有する受信回路部と、を具備するものである。 In order to achieve the above-described object of the present invention, a distance detection device according to the present invention includes a transmission antenna for transmitting radio waves, a reception antenna for receiving radio waves transmitted from the transmission antenna and reflected by an object, A radio wave signal generator for generating radio wave signals transmitted from a transmitting antenna, an amplitude circuit for compensating for amplitude fluctuations of radio signals due to temperature changes, and a reception sampling signal generator for generating reception sampling signals A reception unit including a calculation unit that calculates a distance to an object using a radio wave signal received by a reception antenna and a reception sampling signal, and a phase temperature compensation unit that compensates for a phase variation of the reception sampling signal due to a temperature change And a circuit unit.
ここで、送信回路部の電波信号生成部と、受信回路部の受信サンプリング信号生成部は、距離検出装置内部で近接して対称に配置されれば良い。 Here, the radio wave signal generation unit of the transmission circuit unit and the reception sampling signal generation unit of the reception circuit unit may be arranged close to each other and symmetrically within the distance detection device.
さらに、送信回路部及び受信回路部へ電源を供給する安定化電源を用いても良い。 Further, a stabilized power source that supplies power to the transmission circuit unit and the reception circuit unit may be used.
さらに、送信回路部により生成される電波信号又は受信回路部により生成される受信サンプリング信号の少なくとも一方を遅延させる遅延部を具備しても良い。 Furthermore, a delay unit that delays at least one of the radio wave signal generated by the transmission circuit unit or the reception sampling signal generated by the reception circuit unit may be provided.
また、送信回路部は送信側比較部と送信側パルス生成部を具備し、受信回路部は受信側比較部と受信側サンプリングパルス生成部を具備し、送信側比較部と受信側比較部は、同一のＩＣチップ内で構成され、送信側パルス生成部と受信側サンプリングパルス生成部は、同一のＩＣチップ内で構成されるものであっても良い。 Further, the transmission circuit unit includes a transmission side comparison unit and a transmission side pulse generation unit, the reception circuit unit includes a reception side comparison unit and a reception side sampling pulse generation unit, and the transmission side comparison unit and the reception side comparison unit include The transmission side pulse generation unit and the reception side sampling pulse generation unit may be configured in the same IC chip.
さらに、送信回路部と受信回路部の間に設けられる減衰器と、送信回路部と受信回路部とを、減衰器を介して接続可能な切替器とを具備し、温度変化による変動を補償するときに、切替器は、送信回路部を送信アンテナから減衰器へ接続を切り替えると共に、受信回路部を受信アンテナから減衰器へ接続を切り替え、振幅温度補償部及び位相温度補償部は、減衰器を介して送信回路部から受信回路部に入力される信号を用いてループバック制御されることで、温度変化による変動を補償するものであっても良い。 Furthermore, an attenuator provided between the transmission circuit unit and the reception circuit unit, and a switcher that can connect the transmission circuit unit and the reception circuit unit via the attenuator are provided to compensate for variations due to temperature changes. Sometimes, the switching unit switches the connection of the transmission circuit unit from the transmission antenna to the attenuator, and the connection of the reception circuit unit from the reception antenna to the attenuator. The amplitude temperature compensation unit and the phase temperature compensation unit switch the attenuator. In this case, loop back control is performed using a signal input from the transmission circuit unit to the reception circuit unit, so that fluctuation due to a temperature change may be compensated.
本発明の距離検出装置には、車両に搭載する場合等、厳しい使用環境下においても短時間で回路が安定し、また、温度変化に対して距離検出精度の変化が少ないという利点がある。 The distance detection device of the present invention has advantages that the circuit is stable in a short time even under severe use environment such as when mounted on a vehicle, and that the change in distance detection accuracy is small with respect to a temperature change.
以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の距離検出装置の構成を説明するための概略ブロック図である。図示の通り、本発明の距離検出装置は、送信アンテナ１と、受信アンテナ２と、送信回路部３と、受信回路部４とから構成されている。送信アンテナ１は、電波を送信するものであり、送信された電波が対象物に照射される。受信アンテナ２は、送信アンテナ１から送信され対象物に反射する電波を受信するものである。そして、送信回路部３は、送信アンテナ１から送信する電波信号を生成するものである。また、受信回路部は、受信アンテナにより受信する電波信号に基づき、対象物までの距離を算出するものである。即ち、送信された信号が対象物で反射し、その反射波が受信されるまでの往復伝搬時間に基づいて距離を算出するものである。なお、受信回路部４は、何メートルといった具体的な距離を必ずしも求める必要はなく、往復伝搬時間に応じて警報音等を制御するものであれば良い。また、本発明では、送信信号としてＶＨＦ帯、例えば２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ程度の低周波数の信号を用いることが可能なため、送信アンテナ１や受信アンテナ２は、それぞれ送信回路部３や受信回路部４とは同軸ケーブル等で接続されれば良い。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described together with illustrated examples. FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining the configuration of the distance detection apparatus of the present invention. As shown in the figure, the distance detection apparatus of the present invention is composed of a transmission antenna 1, a reception antenna 2, a transmission circuit unit 3, and a reception circuit unit 4. The transmission antenna 1 transmits radio waves, and the transmitted radio waves are applied to the object. The receiving antenna 2 receives a radio wave transmitted from the transmitting antenna 1 and reflected by an object. The transmission circuit unit 3 generates a radio wave signal transmitted from the transmission antenna 1. The receiving circuit unit calculates the distance to the object based on the radio signal received by the receiving antenna. That is, the distance is calculated based on the round-trip propagation time until the transmitted signal is reflected by the object and the reflected wave is received. The receiving circuit unit 4 does not necessarily require a specific distance such as how many meters, and may be any unit that controls an alarm sound or the like according to the round-trip propagation time. Further, in the present invention, a VHF band, for example, a signal having a low frequency of about 200 MHz to 300 MHz can be used as a transmission signal. Therefore, the transmission antenna 1 and the reception antenna 2 are respectively connected to the transmission circuit unit 3 and the reception circuit unit 4. May be connected by a coaxial cable or the like.
本発明の距離検出装置において特に特徴的なところは、送信回路部３と受信回路部４である。本発明では、送信回路部３において、温度変化による電波信号の振幅変動を補償するようにしている。即ち、送信電波出力経路に温度補償を施している。また、受信回路部４において、等価時間サンプリング方式を用いており、温度変化による受信サンプリング信号の位相変動を補償するようにしている。即ち、等価時間サンプリング経路に温度補償を施している。以下、図２を用いてより具体的な構成を説明する。 In the distance detection apparatus of the present invention, particularly characteristic points are the transmission circuit unit 3 and the reception circuit unit 4. In the present invention, the transmission circuit unit 3 compensates for fluctuations in the amplitude of the radio signal due to temperature changes. That is, temperature compensation is applied to the transmission radio wave output path. Further, the reception circuit unit 4 uses an equivalent time sampling method, and compensates for a phase variation of the reception sampling signal due to a temperature change. That is, temperature compensation is applied to the equivalent time sampling path. Hereinafter, a more specific configuration will be described with reference to FIG.
図２は、本発明の第１実施例の距離検出装置である等価時間サンプリングレーダの構成を説明するための概略ブロック図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。また、図３は、図２の各部の信号波形を説明するためのタイミングチャートである。図２においてかっこ書きで付した番号が図３の波形番号に対応している。図２に示される通り、送信回路部は、電波信号生成部３１と振幅温度補償部３２とからなる。電波信号生成部３１は、送信アンテナ１から送信する電波信号を生成するものであり、送信側比較部３３と送信側パルス生成部３４とからなる。電波信号生成部３１では、演算処理部１０からの基準クロック信号を受ける台形波発生部１１と掃引ランプ波発生部１２を用いて送信パルスを発生させる。台形波発生部１１は、積分回路等からなり、パルス信号を受けて台形波を発生するものである。掃引ランプ波発生部１２は、基準クロック信号の周期に応じてランプ波を繰り返し生成する。ランプ波の電圧レベルは、基準クロックの立ち上がり回数が所定回数に達するまで線形的に増加し、立ち上がり回数が所定回数に達した時点で０にリセットされる。即ち、処理フレーム毎に増加し０にリセットされる。台形波発生部１１により生成された台形波と掃引ランプ波発生部１２により生成された掃引ランプ波とを送信側比較部３３に入力することで、比較部を構成するインバータのしきい値を利用して矩形状のパルス送信タイミング信号が生成される。パルス送信タイミング信号は、掃引ランプ信号の電圧レベルに応じて基準クロック信号を伸張させたものとなる。そして、送信側パルス生成部３４では、パルス送信タイミング信号に応じて、送信アンテナ１から送信される電波信号となる送信インパルスを生成する。送信側パルス生成部３４は、例えばシュミットインバータ回路からなる。例えば、送信される電波信号は、ＶＨＦ帯（２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ帯）が用いられる。また、基準クロック信号としては、２ＭＨｚの信号が用いられ、１つの処理フレームが２０ｍｓ、即ち、掃引ランプ波は２０ｍｓ周期のランプ波が用いられる。 FIG. 2 is a schematic block diagram for explaining the configuration of the equivalent time sampling radar which is the distance detection apparatus of the first embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts. FIG. 3 is a timing chart for explaining the signal waveforms of the respective parts in FIG. The numbers given in parentheses in FIG. 2 correspond to the waveform numbers in FIG. As shown in FIG. 2, the transmission circuit unit includes a radio signal generation unit 31 and an amplitude temperature compensation unit 32. The radio wave signal generation unit 31 generates a radio wave signal to be transmitted from the transmission antenna 1 and includes a transmission side comparison unit 33 and a transmission side pulse generation unit 34. The radio wave signal generation unit 31 generates a transmission pulse using the trapezoidal wave generation unit 11 and the sweep ramp wave generation unit 12 that receive the reference clock signal from the arithmetic processing unit 10. The trapezoidal wave generator 11 is composed of an integrating circuit or the like, and generates a trapezoidal wave upon receiving a pulse signal. The sweep ramp wave generator 12 repeatedly generates a ramp wave according to the period of the reference clock signal. The voltage level of the ramp wave increases linearly until the number of rising times of the reference clock reaches a predetermined number, and is reset to 0 when the number of rising times reaches the predetermined number. That is, it increases every processing frame and is reset to zero. By inputting the trapezoidal wave generated by the trapezoidal wave generation unit 11 and the sweep ramp wave generated by the sweep ramp wave generation unit 12 to the transmission side comparison unit 33, the threshold value of the inverter constituting the comparison unit is used. Thus, a rectangular pulse transmission timing signal is generated. The pulse transmission timing signal is obtained by expanding the reference clock signal according to the voltage level of the sweep ramp signal. Then, the transmission-side pulse generation unit 34 generates a transmission impulse that becomes a radio wave signal transmitted from the transmission antenna 1 in accordance with the pulse transmission timing signal. The transmission side pulse generation unit 34 is composed of, for example, a Schmitt inverter circuit. For example, the VHF band (200 MHz to 300 MHz band) is used for the radio signal to be transmitted. Further, a 2 MHz signal is used as the reference clock signal, one processing frame is 20 ms, that is, a sweep wave having a 20 ms cycle is used.
そして、本発明の距離検出装置では、この送信側パルス生成部３４から発生する電波信号の温度変化による振幅変動を補償するための振幅温度補償部３２が送信側パルス生成部３４の出力に接続されている。振幅温度補償部３２は、例えばサーミスタを用いたπ型アッテネータ回路からなり、温度変化に対して抵抗値を変化させることで振幅変動を補償するよう構成する。これにより、例えば−４０℃から８５℃といった広範囲な温度変化の環境下においても、振幅変動を補償し、一定の電波信号を生成することが可能となる。 In the distance detection apparatus of the present invention, the amplitude temperature compensation unit 32 for compensating for the amplitude fluctuation due to the temperature change of the radio signal generated from the transmission side pulse generation unit 34 is connected to the output of the transmission side pulse generation unit 34. ing. The amplitude temperature compensation unit 32 is composed of, for example, a π-type attenuator circuit using a thermistor, and is configured to compensate for amplitude fluctuation by changing a resistance value with respect to a temperature change. As a result, even under a wide range of temperature changes, for example, from −40 ° C. to 85 ° C., it is possible to compensate for amplitude fluctuations and generate a constant radio signal.
次に、受信回路部４は、図２に示される通り、受信サンプリング信号生成部４１と、ＣＰＵ等の演算処理部１０と、位相温度補償部４２とが含まれる。受信サンプリング信号生成部４１は、受信サンプリング信号を生成するものであり、受信側比較部４３と受信側サンプリングパルス生成部４４とからなる。受信サンプリング信号生成部４１では、台形波発生部１１と遅延部１３を用いて受信サンプリングパルスを発生させる。台形波発生部１１により生成された台形波と遅延部１３による所定レベルの直流電位とを受信側比較部４３に入力することで、矩形状のサンプルタイミング信号が生成される。なお、遅延部１３の遅延量は、反射波をフレームのどの位置で観測するかを設定するものである。 Next, as shown in FIG. 2, the reception circuit unit 4 includes a reception sampling signal generation unit 41, an arithmetic processing unit 10 such as a CPU, and a phase temperature compensation unit 42. The reception sampling signal generation unit 41 generates a reception sampling signal, and includes a reception side comparison unit 43 and a reception side sampling pulse generation unit 44. The reception sampling signal generation unit 41 generates a reception sampling pulse by using the trapezoidal wave generation unit 11 and the delay unit 13. A rectangular sample timing signal is generated by inputting the trapezoidal wave generated by the trapezoidal wave generation unit 11 and the DC potential of a predetermined level by the delay unit 13 to the reception side comparison unit 43. Note that the delay amount of the delay unit 13 sets at which position of the frame the reflected wave is observed.
本発明の距離検出装置では、温度変化による受信サンプリング信号の位相変動を補償するために、位相温度補償部４２が受信側比較部４３の出力に接続されている。位相温度補償部４２は、例えばサーミスタを用いた積分回路からなり、温度変化に対して抵抗値を変化させることで位相変動を補償するよう構成する。これにより、例えば−４０℃から８５℃といった広範囲な温度変化の環境下においても、位相変動を補償し、一定のサンプルタイミング信号を生成することが可能となる。そして、受信側サンプリングパルス生成部４４では、サンプルタイミング信号に応じて受信サンプリングパルスを生成する。受信側サンプリングパルス生成部４４は、例えばシュミットインバータ回路からなる。なお、受信サンプリングパルスのタイミングは、サンプルタイミング信号が立ち下がるタイミングである。 In the distance detection apparatus of the present invention, the phase temperature compensation unit 42 is connected to the output of the reception side comparison unit 43 in order to compensate for the phase variation of the received sampling signal due to temperature change. The phase temperature compensation unit 42 is composed of, for example, an integration circuit using a thermistor, and is configured to compensate for phase fluctuation by changing a resistance value with respect to a temperature change. This makes it possible to compensate for phase fluctuations and generate a constant sample timing signal even under a wide range of temperature changes such as −40 ° C. to 85 ° C. Then, the reception-side sampling pulse generation unit 44 generates a reception sampling pulse according to the sample timing signal. The reception-side sampling pulse generator 44 is composed of, for example, a Schmitt inverter circuit. Note that the timing of the received sampling pulse is the timing at which the sample timing signal falls.
また、受信回路部４には、サンプルホールド回路部４５とアンプ４６も含まれている。サンプルホールド回路部４５は、受信側サンプリングパルス生成部４４により生成された受信サンプリングパルスの変化タイミングに応じて、受信アンテナ２により受信される信号の電圧を一時的にホールドして等価時間サンプリングを行うものである。これにより、受信信号を時間軸上で伸張させた長周期受信パルス（レーダビデオ信号）が生成され、アンプ４６により増幅された後、演算処理部１０に入力され、対象物までの距離を算出するために用いられる。例えば、対象物から反射してきた電波信号をサンプルホールド回路部４５にて等価時間サンプリングすることで数百Ｈｚの受信信号とし、これをアンプ４６で増幅した後に演算処理部１０でＡ／Ｄ変換し、往復伝搬時間差を求めて対象物までの距離を算出すれば良い。 The reception circuit unit 4 also includes a sample hold circuit unit 45 and an amplifier 46. The sample hold circuit unit 45 temporarily holds the voltage of the signal received by the reception antenna 2 in accordance with the change timing of the reception sampling pulse generated by the reception side sampling pulse generation unit 44 and performs equivalent time sampling. Is. As a result, a long-period reception pulse (radar video signal) obtained by extending the reception signal on the time axis is generated, amplified by the amplifier 46, and then input to the arithmetic processing unit 10 to calculate the distance to the object. Used for. For example, a radio wave signal reflected from an object is sampled by a sample-and-hold circuit unit 45 for an equivalent time to obtain a received signal of several hundreds Hz, which is amplified by an amplifier 46 and then A / D converted by an arithmetic processing unit 10. What is necessary is just to calculate the distance to a target object by calculating | requiring a roundtrip propagation time difference.
このように、本発明の距離検出装置は、送信回路部において振幅温度補償を行うと共に、受信回路部において位相温度補償を行うことで、温度安定性を向上させた。また、送信される電波としてＶＨＦ帯を使用すると、送信アンテナや受信アンテナと装置を接続する同軸ケーブルにおけるロスの影響等を受け難くなる。したがって、車両に用いる場合には、送信アンテナ及び受信アンテナを後部バンパ等の内側に装着し、送信回路部や受信回路部を車両のトランク等、車両内部に設置することが可能となる。したがって、アンテナ以外の装置は車両室外の厳しい環境条件に晒されないようにすることも可能となる。 As described above, the distance detection device of the present invention improves the temperature stability by performing the amplitude temperature compensation in the transmission circuit unit and the phase temperature compensation in the reception circuit unit. Further, when the VHF band is used as a radio wave to be transmitted, it becomes difficult to be affected by a loss in a coaxial cable connecting the transmission antenna and the reception antenna to the device. Therefore, when used in a vehicle, the transmission antenna and the reception antenna can be mounted inside the rear bumper, and the transmission circuit unit and the reception circuit unit can be installed inside the vehicle, such as the trunk of the vehicle. Therefore, devices other than the antenna can be prevented from being exposed to severe environmental conditions outside the vehicle compartment.
ここで、本発明の距離検出装置では、図２に示されるように、送信回路部の電波信号生成部３１と、受信回路部の受信サンプリング信号生成部４１とを、装置内部で近接して対称に配置するように構成している。即ち、送信側比較部３３と受信側比較部４３とを近接配置し、送信側パルス生成部３４と受信側サンプリングパルス生成部４４とを近接配置している。これにより、各部の温度変化のばらつきを小さくすることが可能となる。 Here, in the distance detection device of the present invention, as shown in FIG. 2, the radio wave signal generation unit 31 of the transmission circuit unit and the reception sampling signal generation unit 41 of the reception circuit unit are close and symmetrical inside the device. It is comprised so that it may arrange | position. That is, the transmission side comparison unit 33 and the reception side comparison unit 43 are arranged close to each other, and the transmission side pulse generation unit 34 and the reception side sampling pulse generation unit 44 are arranged close to each other. Thereby, it is possible to reduce the variation in the temperature change of each part.
さらに、送信側比較部３３と受信側比較部４３を同一のＩＣチップ内で構成し、また、送信側パルス生成部３４と受信側サンプリングパルス生成部４４を同一のＩＣチップ内で構成することも可能である。比較部を構成するインバータ回路やパルス生成部を構成するシュミットインバータ回路が複数回路含まれる同一パッケージのＩＣチップをそれぞれ用いれば良い。これにより、半導体の温度変化による性能変化のばらつきを最小限とすることが可能となる。 Further, the transmission side comparison unit 33 and the reception side comparison unit 43 may be configured in the same IC chip, and the transmission side pulse generation unit 34 and the reception side sampling pulse generation unit 44 may be configured in the same IC chip. Is possible. An IC chip of the same package including a plurality of inverter circuits constituting the comparison section and a Schmitt inverter circuit constituting the pulse generation section may be used. Thereby, it is possible to minimize the variation in the performance change due to the temperature change of the semiconductor.
またさらに、送信回路部及び受信回路部へ電源を供給する電源装置を、安定化電源とすることで、温度変化による測定精度のばらつきをさらに抑えることが可能となる。特に、電源の安定化がシビアに効いてくる送信側比較部３３、受信側比較部４３、送信側パルス生成部３４、受信側サンプリングパルス生成部４４に対して安定化電源を用いることが好ましい。また、安定化電源は電源投入時からの立ち上がりが早く、温度安定性の高いものを用いることが好ましい。これにより、本発明の距離検出装置は、広範囲な温度変化の環境下でも、電源投入時から短時間で安定する。例えば−４０℃といった過酷な条件下であっても、電源投入時から０．５秒程度で安定する距離検出装置が実現可能となる。 Furthermore, by using a power supply device that supplies power to the transmission circuit unit and the reception circuit unit as a stabilized power supply, it is possible to further suppress variations in measurement accuracy due to temperature changes. In particular, it is preferable to use a stabilized power supply for the transmission side comparison unit 33, the reception side comparison unit 43, the transmission side pulse generation unit 34, and the reception side sampling pulse generation unit 44 where the stabilization of the power supply is effective. Further, it is preferable to use a stabilized power source that has a fast rise from the time of power-on and has high temperature stability. As a result, the distance detection device of the present invention is stabilized in a short time from the time of power-on even in an environment with a wide range of temperature changes. For example, even under severe conditions such as −40 ° C., it is possible to realize a distance detection device that is stable in about 0.5 seconds after the power is turned on.
図４に、本発明の第１実施例の距離検出装置の温度変化によるレーダビデオ信号の変化グラフを示す。図４（ａ）が温度補償回路を用いない従来技術による距離検出装置の結果であり、図４（ｂ）が温度補償回路を用いた本発明の距離検出装置の結果である。なお、図４は、電源を投入してから８．５秒経過後の測定データである。図４（ａ）に示されるように、従来の装置では、温度変化に対してレーダビデオ信号のばらつきが大きいが、図４（ｂ）に示されるように、本発明の装置では、温度補償回路を用いることにより、レーダビデオ信号の振幅や位相の変動が改善されていることが分かる。 FIG. 4 shows a change graph of the radar video signal due to the temperature change of the distance detecting device of the first embodiment of the present invention. FIG. 4A shows the result of the conventional distance detection device that does not use the temperature compensation circuit, and FIG. 4B shows the result of the distance detection device of the present invention that uses the temperature compensation circuit. FIG. 4 shows measurement data after 8.5 seconds have elapsed since the power was turned on. As shown in FIG. 4A, in the conventional apparatus, the variation of the radar video signal is large with respect to the temperature change. However, in the apparatus of the present invention, as shown in FIG. It can be seen that fluctuations in the amplitude and phase of the radar video signal are improved by using.
さらに、図５に、本発明の第１実施例の距離検出装置の温度変化による立ち上がり時間に対する安定度の変化グラフを示す。図５（ａ）が温度補償回路を用いた場合の偏差であり、図５（ｂ）がさらに安定化電源を用いた偏差である。なお、図５は、電源を投入してから８．５秒経過後の測定データに対する立ち上がり時間毎の取得データの偏差を表わしている。図示の通り、安定化電源を用いることで、−４０℃といった過酷な条件下であっても、８．５秒経過後の測定データと比べて偏差が少ないことが分かる。したがって、温度変化に対して短時間で非常に安定した装置が実現できたことが分かる。 Furthermore, FIG. 5 shows a change graph of the stability with respect to the rise time due to the temperature change of the distance detecting device of the first embodiment of the present invention. FIG. 5A shows the deviation when the temperature compensation circuit is used, and FIG. 5B shows the deviation using the stabilized power supply. FIG. 5 shows the deviation of the acquired data for each rise time with respect to the measured data after 8.5 seconds have elapsed since the power was turned on. As shown in the figure, it can be seen that by using a stabilized power source, even under severe conditions such as −40 ° C., the deviation is small compared to the measurement data after 8.5 seconds. Therefore, it can be seen that a very stable device can be realized in a short time with respect to the temperature change.
次に、本発明の第２実施例の距離検出装置について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第２実施例の距離検出装置である等価時間サンプリングレーダの構成を説明するための概略ブロック図である。図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。第１実施例の距離検出装置において、温度変化に対する性能変化を防ぎ、実用的な性能を確保できたが、第２実施例では、なお一層の性能向上を目指した。第２実施例の距離検出装置では、ループバック制御をすることで、逐次最適な温度補償を行うように構成した。 Next, a distance detection apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic block diagram for explaining the configuration of an equivalent time sampling radar which is a distance detection apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same parts. In the distance detection apparatus of the first embodiment, performance change with respect to temperature change was prevented and practical performance was ensured. However, in the second embodiment, further improvement in performance was aimed. The distance detection apparatus of the second embodiment is configured to perform optimum temperature compensation sequentially by performing loopback control.
本発明の第２実施例の距離検出装置は、送信回路部と受信回路部の間に設けられる減衰器と、送信回路部と受信回路部とを、減衰器を介して接続する切替器とを有する。具体的には、図６に示される通り、振幅温度補償部３２ａと送信アンテナ１の間、及びサンプルホールド回路部４５と受信アンテナ２の間に、それぞれ切替器３８，４８が設けられている。また、切替器３８と切替器４８の間には、減衰器５８が接続され、切替器３８，４８及び減衰器５８を介して振幅温度補償部３２ａとサンプルホールド回路４５が接続されるように構成されている。切替器３８，４８は、例えばそれぞれ三路回路等からなるものであり、演算処理部１０により制御される。 A distance detection apparatus according to a second embodiment of the present invention includes an attenuator provided between a transmission circuit unit and a reception circuit unit, and a switch that connects the transmission circuit unit and the reception circuit unit via an attenuator. Have. Specifically, as shown in FIG. 6, switches 38 and 48 are provided between the amplitude temperature compensation unit 32 a and the transmission antenna 1, and between the sample hold circuit unit 45 and the reception antenna 2, respectively. Further, an attenuator 58 is connected between the switch 38 and the switch 48, and the amplitude temperature compensator 32a and the sample hold circuit 45 are connected via the switches 38, 48 and the attenuator 58. Has been. The switches 38 and 48 are each composed of, for example, a three-way circuit or the like, and are controlled by the arithmetic processing unit 10.
通常は、切替器３８，４８は、それぞれ送信回路部の振幅温度補償部３２ａを送信アンテナ１に接続し、受信回路部のサンプルホールド回路部４５を受信アンテナ２に接続するよう演算処理部１０により制御される。そして、温度変化による変動をループバック制御するときには、切替器３８を用いて、振幅温度補償部３２ａを送信アンテナ１から減衰器５８に接続を切り替えると共に、切替器４８を用いて、サンプルホールド回路部４５を受信アンテナ２から減衰器５８に接続を切り替えるよう演算処理部１０により制御される。そして、振幅温度補償部３２ａ及び位相温度補償部４２ａは、減衰器５８を介して送信回路部から受信回路部に入力される信号を用いてループバック制御されることで、温度変化による変動を補償する。即ち、切替器３８，４８の接続を切り替えることで、受信回路部が対象物に反射する反射波を処理しない内部処理期間を設けるように構成する。そして、送信信号を減衰器５８を介して直接受信回路部に入力することで、基準波形に対する振幅、位相の変化を検出し、これを補償するよう演算処理部１０により振幅温度補償部３２ａ及び位相温度補償部４２ａがループバック制御される。 Normally, the switching units 38 and 48 are connected by the arithmetic processing unit 10 so that the amplitude temperature compensation unit 32a of the transmission circuit unit is connected to the transmission antenna 1 and the sample hold circuit unit 45 of the reception circuit unit is connected to the reception antenna 2, respectively. Be controlled. When the fluctuation due to the temperature change is looped back, the switch 38 is used to switch the connection of the amplitude temperature compensation unit 32a from the transmitting antenna 1 to the attenuator 58, and the switch 48 is used to switch the sample hold circuit unit. 45 is controlled by the arithmetic processing unit 10 so as to switch the connection from the receiving antenna 2 to the attenuator 58. The amplitude temperature compensation unit 32a and the phase temperature compensation unit 42a are subjected to loopback control using a signal input from the transmission circuit unit to the reception circuit unit via the attenuator 58, thereby compensating for variations due to temperature changes. To do. That is, by switching the connection of the switches 38 and 48, an internal processing period in which the reception circuit unit does not process the reflected wave reflected on the object is provided. Then, the transmission signal is directly input to the reception circuit unit via the attenuator 58, thereby detecting changes in the amplitude and phase with respect to the reference waveform, and the arithmetic processing unit 10 compensates for the change in the amplitude temperature compensation unit 32a and the phase. The temperature compensation unit 42a is looped back.
本発明の第１実施例の距離検出装置では、振幅温度補償部及び位相温度補償部は温度変化に対してパッシブ制御を行うものであったが、第２実施例の距離検出装置では、切替器を用いることでパッシブ制御だけでなくアクティブ制御も行うよう構成されている。これにより、温度変化による振幅と位相の変動に対して逐次最適な補償を行うことが可能となる。 In the distance detection device of the first embodiment of the present invention, the amplitude temperature compensation unit and the phase temperature compensation unit perform passive control with respect to the temperature change. However, in the distance detection device of the second embodiment, the switch Is used to perform not only passive control but also active control. As a result, it is possible to perform optimum compensation sequentially for fluctuations in amplitude and phase due to temperature changes.
また、図６に示される第２実施例の距離検出装置では、掃引ランプ波発生部と遅延部をまとめた、掃引ランプ波発生遅延部１４としている。図２に示される第１実施例の距離検出装置では、受信回路部側に対して遅延部１３を用いて受信サンプリングパルスを発生させるよう構成していた。しかしながら、第２実施例の距離演出装置では、掃引ランプ波発生遅延部により、送信回路部側に対して送受信間の遅延量を設定できるようにしている。なお、掃引ランプ波発生遅延部１４は、掃引ランプ波の直流電位を可変できるように構成すれば良く、具体的には、掃引ランプ波発生回路に抵抗を追加するだけで構成可能である。なお、第２実施例においても、図２に示されるように掃引ランプ波発生部と遅延部を別々に設けても勿論構わない。このように、本発明の距離検出装置の遅延部は、送信回路部により生成される電波信号か、受信回路部により生成される受信サンプリング信号の少なくとも一方を遅延させるものであれば良く、送受信間の遅延量を設定できれば良い。 In the distance detection apparatus of the second embodiment shown in FIG. 6, the sweep ramp wave generation delay unit 14 is formed by combining the sweep ramp wave generation unit and the delay unit. In the distance detection apparatus of the first embodiment shown in FIG. 2, the reception sampling pulse is generated by using the delay unit 13 on the reception circuit unit side. However, in the distance effect device according to the second embodiment, the amount of delay between transmission and reception can be set on the transmission circuit unit side by the sweep ramp wave generation delay unit. The sweep ramp wave generation delay unit 14 may be configured so that the DC potential of the sweep ramp wave can be varied. Specifically, the sweep ramp wave generation delay unit 14 can be configured only by adding a resistor to the sweep ramp wave generation circuit. Also in the second embodiment, as shown in FIG. 2, it is of course possible to separately provide the sweep ramp wave generation unit and the delay unit. As described above, the delay unit of the distance detection device of the present invention may be any one that delays at least one of the radio wave signal generated by the transmission circuit unit or the reception sampling signal generated by the reception circuit unit. It is only necessary to set the delay amount.
なお、本発明の距離検出装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the distance detection device of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
１ 送信アンテナ
２ 受信アンテナ
３ 送信回路部
４ 受信回路部
１０ 演算処理部
１１ 台形波発生部
１２ 掃引ランプ波発生部
１３ 遅延部
１４ 掃引ランプ波発生遅延部
３１ 電波信号生成部
３２，３２ａ 振幅温度補償部
３３ 送信側比較部
３４ 送信側パルス生成部
３８，４８ 切替器
４１ 受信サンプリング信号生成部
４２，４２ａ 位相温度補償部
４３ 受信側比較部
４４ 受信側サンプリングパルス生成部
４５ サンプルホールド回路部
４６ アンプ
５８ 減衰器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission antenna 2 Reception antenna 3 Transmission circuit part 4 Reception circuit part 10 Arithmetic processing part 11 Trapezoid wave generation part 12 Sweep ramp wave generation part 13 Delay part 14 Sweep ramp wave generation delay part 31 Radio wave signal generation part 32, 32a Amplitude temperature compensation Unit 33 transmission side comparison unit 34 transmission side pulse generation unit 38, 48 switch 41 reception sampling signal generation unit 42, 42a phase temperature compensation unit 43 reception side comparison unit 44 reception side sampling pulse generation unit 45 sample hold circuit unit 46 amplifier 58 Attenuator
Claims (6)
電波を送信するための送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信され対象物に反射する電波を受信するための受信アンテナと、
前記送信アンテナから送信される電波信号を生成する電波信号生成部と、温度変化による電波信号の振幅変動を補償する振幅温度補償部とを有する送信回路部と、
受信サンプリング信号を生成する受信サンプリング信号生成部と、前記受信アンテナにより受信する電波信号と受信サンプリング信号とを用いて対象物までの距離を算出する演算部と、温度変化による受信サンプリング信号の位相変動を補償する位相温度補償部とを有する受信回路部と、
を具備することを特徴とする距離検出装置。 A distance detection device for detecting a distance to an object, the distance detection device comprising:
A transmission antenna for transmitting radio waves,
A receiving antenna for receiving radio waves transmitted from the transmitting antenna and reflected by an object;
A transmission circuit unit having a radio signal generation unit that generates a radio signal transmitted from the transmission antenna, and an amplitude temperature compensation unit that compensates for amplitude fluctuations of the radio signal due to temperature change
A reception sampling signal generation unit that generates a reception sampling signal, a calculation unit that calculates a distance to an object using a radio wave signal received by the reception antenna and the reception sampling signal, and a phase variation of the reception sampling signal due to a temperature change A receiving circuit unit having a phase temperature compensating unit for compensating
A distance detection apparatus comprising:
前記送信回路部は送信側比較部と送信側パルス生成部を具備し、
前記受信回路部は受信側比較部と受信側サンプリングパルス生成部を具備し、
前記送信側比較部と受信側比較部は、同一のＩＣチップ内で構成され、
前記送信側パルス生成部と受信側サンプリングパルス生成部は、同一のＩＣチップ内で構成される、
ことを特徴とする距離検出装置。 The distance detection device according to any one of claims 1 to 4,
The transmission circuit unit includes a transmission side comparison unit and a transmission side pulse generation unit,
The reception circuit unit includes a reception side comparison unit and a reception side sampling pulse generation unit,
The transmission side comparison unit and the reception side comparison unit are configured in the same IC chip,
The transmission side pulse generation unit and the reception side sampling pulse generation unit are configured in the same IC chip.
A distance detecting device characterized by that.
温度変化による変動を補償するときに、前記切替器は、前記送信回路部を前記送信アンテナから前記減衰器へ接続を切り替えると共に、前記受信回路部を前記受信アンテナから前記減衰器へ接続を切り替え、
前記振幅温度補償部及び位相温度補償部は、前記減衰器を介して前記送信回路部から受信回路部に入力される信号を用いてループバック制御されることで、温度変化による変動を補償することを特徴とする距離検出装置。 6. The distance detection device according to claim 1, further comprising an attenuator provided between the transmission circuit unit and the reception circuit unit, the transmission circuit unit, and the reception circuit unit. And a switcher connectable via an attenuator,
When compensating for variations due to temperature changes, the switch switches the connection of the transmission circuit unit from the transmission antenna to the attenuator and switches the connection of the reception circuit unit from the reception antenna to the attenuator.
The amplitude temperature compensation unit and the phase temperature compensation unit are compensated for a variation due to a temperature change by performing loopback control using a signal input from the transmission circuit unit to the reception circuit unit via the attenuator. A distance detection device characterized by the above.
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2009
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