JP2020085867A - Distance velocity measurement device and distance velocity measurement method - Google Patents

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Abstract

To provide a distance velocity measurement device and a distance velocity measurement method which enable measurement in a short period of time.SOLUTION: In the distance velocity measurement device, a first frequency modulation continuous wave generating circuit (101, 102 and 104) generates a first frequency modulation continuous wave, a second frequency modulation continuous wave generating circuit (101, 103 and 105) generates a second frequency modulation continuous wave having a fixed frequency difference with respect to the first frequency modulation continuous wave, a transmission circuits (107 and 108) transmits the first frequency modulation continuous wave, a reception circuit (113, 114 and 115) receives a reflection wave of the first frequency modulation continuous wave from the object, and a processing circuit (109, 110 and 111) generates a beat signal for calculating at least one of distance to the object and relative velocity of the object on the basis of the reflection wave and the second frequency modulation continuous wave.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、距離速度測定装置および距離速度測定方法に関する。 The present invention relates to a distance velocity measuring device and a distance velocity measuring method.

近年、自動車の自動運転や運転補助システムの研究が進み、センシング手段としての車載レーダが注目されている。車載レーダの中で、FMCWレーダは、対象物との距離と対象物の相対速度を測定できるレーダとして、また、微弱な反射波を検波できるヘテロダイン方式を用いたレーダとして普及しており、電磁波の指向性やアンテナの小型化などの開発が進んでいる。 In recent years, research on automatic driving and driving assistance systems for automobiles has progressed, and vehicle-mounted radars have been attracting attention as sensing means. Among in-vehicle radars, the FMCW radar is widely used as a radar that can measure the distance to the object and the relative speed of the object, and as a radar that uses a heterodyne method that can detect weak reflected waves. Developments such as directivity and miniaturization of antennas are progressing.

このような中で、たとえば特許文献1に記載のレーダ装置のように、電磁波をレーザ光に置き換えて、指向性の向上や小型化、小電力化を目指したFMCW Lidarの研究も進められている。 Under such circumstances, for example, as in the radar device described in Patent Document 1, the research of FMCW Lidar aiming at improvement of directivity, downsizing, and low power consumption by replacing electromagnetic waves with laser light is under way. ..

FMCW Lidarは、周波数変調連続波である送出波と反射波との周波数差から対象物との距離を求める。また、FMCW Lidarは、ドップラ効果による周波数シフトによって生じる、掃引の傾きが正の場合における送出波と反射波との周波数差と、掃引の傾きが負の場合における送出波と反射波との周波数差との違いから対象物の相対速度を求める。 FMCW Lidar calculates the distance to the object from the frequency difference between the transmitted wave and the reflected wave, which are frequency-modulated continuous waves. FMCW Lidar is the frequency difference between the transmitted wave and the reflected wave when the sweep slope is positive and the frequency difference between the transmitted wave and the reflected wave when the sweep slope is negative, which is caused by the frequency shift due to the Doppler effect. The relative speed of the object is calculated from the difference between and.

ところで、対象物の相対速度が小さいほど、ドップラ効果による周波数シフトは小さくなる。一般に、波形の測定には、最低でも1周期分以上は必要と考えられるため、周波数シフトが小さいほど、測定時間が長くなってしまう。
周波数シフトを大きくする方法として、送出波の高周波化が考えられる。しかし、たとえば、車載用FMCWレーダにおいては、24GHzまたは77GHzのミリ波が規格として定められている。また、FMCW Lidarにおいては、LDの動作速度が、現状2GHz程度となっている。したがって、送出波の高周波化には限界がある。
By the way, the smaller the relative velocity of the object, the smaller the frequency shift due to the Doppler effect. Generally, it is considered that at least one cycle or more is required to measure a waveform, and therefore the smaller the frequency shift, the longer the measurement time.
As a method of increasing the frequency shift, increasing the frequency of the transmitted wave can be considered. However, for example, in a vehicle-mounted FMCW radar, a millimeter wave of 24 GHz or 77 GHz is defined as a standard. In FMCW Lidar, the operating speed of LD is currently about 2GHz. Therefore, there is a limit in increasing the frequency of the transmitted wave.

本発明の目的は、短時間で測定を行うことが可能な距離速度測定装置および距離速度測定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a distance velocity measuring device and a distance velocity measuring method capable of performing measurement in a short time.

上述した課題を解決するために、本発明の距離速度測定装置は、第1の周波数変調連続波を生成する第1の周波数変調連続波発生回路と、前記第1の周波数変調連続波に対して一定の周波数差を有する第2の周波数変調連続波を生成する第2の周波数変調連続波発生回路と、前記第1の周波数変調連続波を送出する送出回路と、対象物からの前記第1の周波数変調連続波の反射波を受信する受信回路と、前記反射波と前記第2の周波数変調連続波とから前記対象物との距離または前記対象物の相対速度の少なくとも一方を算出するためのビート信号を生成する処理回路とを具備する。 In order to solve the above-mentioned problem, the distance velocity measuring apparatus of the present invention is provided with respect to a first frequency-modulated continuous wave generation circuit that generates a first frequency-modulated continuous wave and the first frequency-modulated continuous wave. A second frequency-modulated continuous wave generation circuit that generates a second frequency-modulated continuous wave having a constant frequency difference, a sending circuit that sends out the first frequency-modulated continuous wave, and the first frequency wave from the object. A receiving circuit for receiving a reflected wave of a frequency-modulated continuous wave, and a beat for calculating at least one of a distance to the object or a relative speed of the object from the reflected wave and the second frequency-modulated continuous wave. And a processing circuit that generates a signal.

本発明によれば、短時間で測定を行うことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to measure in a short time.

第1実施形態の距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a structure of the distance velocity measuring device of 1st Embodiment. 一般的なFMCW Lidarの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of general FMCW Lidar. 一般的なFMCW Lidarにおける参照波および反射波とそれらの周波数差との関係を示す第1の図(対象物が停止している場合)。The 1st figure which shows the relationship between a reference wave and a reflected wave in general FMCW Lidar, and their frequency difference (when an object is stopped). 一般的なFMCW Lidarにおける参照波および反射波とそれらの周波数差との関係を示す第2の図(対象物が動いている場合)。The second figure showing the relation between the reference wave and the reflected wave and their frequency difference in a general FMCW lidar (when the object is moving). 第1実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するための第1のタイミング図(相対速度0km/hの場合)。FIG. 6 is a first timing diagram (in the case of a relative speed of 0 km/h) for explaining the operation of the distance/speed measuring device of the first embodiment. 第1実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するための第2のタイミング図(相対速度0km/hではない場合)。FIG. 6 is a second timing chart for explaining the operation of the distance velocity measuring device of the first embodiment (when the relative velocity is not 0 km/h). 第1実施形態の距離速度測定装置の動作手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation|movement procedure of the distance velocity measuring device of 1st Embodiment. 第2実施形態の距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a structure of the distance velocity measuring device of 2nd Embodiment. 第3実施形態の距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a structure of the distance velocity measuring device of 3rd Embodiment. 第3実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するためのタイミング図。The timing diagram for demonstrating operation|movement of the distance velocity measuring device of 3rd Embodiment. 第4実施形態の距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a structure of the distance velocity measuring device of 4th Embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態においては、本発明の距離速度測定装置が、レーザ光を用いるFMCW Lidarとして実現されていることを想定する。なお、FMCW Lidarに限らず、本発明の距離速度測定装置は、周波数連続変調波を用いる様々な種類のレーダとして実現することが可能である。また、以下、対象物との距離とは、距離速度測定装置と対象物との間の距離を意味し、対象物の相対速度とは、距離速度測定装置から対象物を観たときの速度である距離速度測定装置に対する対象物の相対速度を意味するものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the distance velocity measuring device according to the present embodiment. In the present embodiment, it is assumed that the distance velocity measuring device of the present invention is realized as an FMCW lidar using laser light. Not limited to FMCW lidar, the distance velocity measuring device of the present invention can be realized as various types of radar using frequency continuous modulation waves. Further, hereinafter, the distance to the object means the distance between the distance velocity measuring device and the object, and the relative velocity of the object is the velocity when the object is viewed from the distance velocity measuring device. It shall mean the relative speed of the object to a certain distance measuring device.

この距離速度測定装置は、基準発振器(Xtal:水晶発振器)101と、周波数掃引機能(ランプ機能)付き位相同期回路(PLL1_RAMP)102と、電圧制御発振器(VCO1)104とで構成される第1の周波数変調連続波発生回路を有する。また、この距離速度測定装置は、基準発振器101と、周波数掃引機能付き位相同期回路(PLL2_RAMP)103と、電圧制御発振器(VCO2)105とで構成される第2の周波数変調連続波発生回路を有する。 This distance velocity measuring apparatus is composed of a reference oscillator (Xtal: crystal oscillator) 101, a phase synchronization circuit (PLL1_RAMP) 102 with a frequency sweep function (ramp function), and a voltage controlled oscillator (VCO1) 104. It has a frequency modulation continuous wave generation circuit. The distance velocity measuring device also has a second frequency-modulated continuous wave generation circuit including a reference oscillator 101, a phase-locked loop (PLL2_RAMP) 103 with a frequency sweep function, and a voltage-controlled oscillator (VCO2) 105. .

第1の周波数変調連続波発生回路の出力は、コンデンサ106を介して定電流バイアス回路(Bias)107からの直流バイアス電流と共にレーザダイオード(LD)108に印加して送出波a1を出力する。一方、第2の周波数変調連続波発生回路の出力は、参照波a2として乗算回路(MIX)111に加えられる。 The output of the first frequency modulation continuous wave generation circuit is applied to the laser diode (LD) 108 together with the DC bias current from the constant current bias circuit (Bias) 107 via the capacitor 106 to output the transmitted wave a1. On the other hand, the output of the second frequency modulation continuous wave generation circuit is added to the multiplication circuit (MIX) 111 as the reference wave a2.

ここで、まず、比較例として、図2から図5を参照して、一般的なFMCW Lidarの構成と、当該一般的なFMCW Lidarが距離および相対速度を測定する手法とについて説明する。
図2は、一般的なFMCW Lidarの構成の一例を示す図である。
Here, as a comparative example, first, a configuration of a general FMCW Lidar and a method of measuring a distance and a relative speed by the general FMCW Lidar will be described with reference to FIGS. 2 to 5.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a general FMCW Lidar.

FMCW Lidarの送出光は、線形の周波数変調連続波であり、基準発振器(Xtal:水晶発振器)901と、周波数掃引機能付き位相同期回路(PLL_RAMP)902と、電圧制御発振器(VCO)903とによって生成される。そして、生成された線形の周波数変調連続波は、送出波b1としてレーザダイオード(LD)906に加えられ、光信号に変換されて外部へ送出されるものと、参照波b2として乗算回路909に加えられるものとに分かれる。 The transmitted light of FMCW Lidar is a linear frequency-modulated continuous wave, and is generated by a reference oscillator (Xtal: crystal oscillator) 901, a phase-locked loop (PLL_RAMP) 902 with a frequency sweep function, and a voltage-controlled oscillator (VCO) 903. To be done. The generated linear frequency-modulated continuous wave is added to the laser diode (LD) 906 as a transmission wave b1, converted into an optical signal and transmitted to the outside, and added to the multiplication circuit 909 as a reference wave b2. It is divided into what can be.

外部へ送出された光信号のうち、対象物に当たり反射した光信号は、反射波b3としてアバランシェフォトダイオード(APD)912で受光され、電気信号に変換されて乗算回路(MIX)909で参照波b2と乗算される。この時、反射波b3には、対象物との距離による時間遅れが生じている。また、対象物が動いている場合においては、ドップラ効果による周波数シフトも生じている。そのため、乗算回路909から得られるビート信号(反射波と参照波との乗算信号)には、参照波b2と反射波b3との周波数差が含まれている。そこで、周波数解析を行って周波数差を求めることで、対象物との距離と対象物の相対速度を求めることができる。 Of the optical signals sent to the outside, the optical signal reflected on the object and reflected is received by the avalanche photodiode (APD) 912 as a reflected wave b3, converted into an electrical signal, and then multiplied by the reference wave b2 by the multiplication circuit (MIX) 909. Is multiplied by. At this time, the reflected wave b3 has a time delay due to the distance from the object. In addition, when the object is moving, frequency shift due to the Doppler effect also occurs. Therefore, the beat signal (multiplication signal of the reflected wave and the reference wave) obtained from the multiplication circuit 909 includes the frequency difference between the reference wave b2 and the reflected wave b3. Therefore, by performing frequency analysis and finding the frequency difference, the distance to the object and the relative speed of the object can be obtained.

図3およびと図4は、一般的なFMCW Lidarにおける参照波b2および反射波b3とそれらの周波数差との関係を示す図である。
図3は、対象物が停止している場合であり、図3(A)に示すように、参照波b2に対して反射波b3の周波数は、対象物との間の往復に要する時間遅れている。周波数掃引の傾きが一定なので、図3(B)に示すように、周波数差c1(参照波−反射波)は、一定周波数となり、この周波数差から対象物との距離を求めることができる。
FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing the relationship between the reference wave b2 and the reflected wave b3 in a general FMCW Lidar and their frequency differences.
FIG. 3 shows a case where the object is stopped. As shown in FIG. 3A, the frequency of the reflected wave b3 is delayed with respect to the reference wave b2 by the time required for the round trip to and from the object. There is. Since the slope of the frequency sweep is constant, as shown in FIG. 3B, the frequency difference c1 (reference wave-reflected wave) has a constant frequency, and the distance to the object can be obtained from this frequency difference.

一方、図4は、対象物が動いている場合であり、図4(A)において符号c2で示すように、距離による遅れに加えて、ドップラ効果によって周波数がシフトしている。このため、図4(B)に示すように、周波数差c1は、掃引の傾きが正の場合と負の場合とで異なり、この正負傾き時の周波数差の違いから相対速度を求めることができる。 On the other hand, FIG. 4 shows a case where the object is moving, and as indicated by reference sign c2 in FIG. 4A, the frequency is shifted due to the Doppler effect in addition to the delay due to the distance. Therefore, as shown in FIG. 4(B), the frequency difference c1 differs depending on whether the sweep slope is positive or negative, and the relative speed can be obtained from the difference in frequency difference at the positive/negative slope. ..

ところで、以上のような相対速度測定のためのドップラ効果による周波数シフトは、以下の(式1)で求めることができる。
ドップラ効果による周波数シフト=2×相対速度÷波長 …(式1)
また、(式1)中の波長は、以下の(式2)で求まる。
By the way, the frequency shift due to the Doppler effect for measuring the relative velocity as described above can be obtained by the following (Equation 1).
Frequency shift due to Doppler effect = 2 x relative velocity ÷ wavelength (Equation 1)
The wavelength in (Equation 1) can be obtained by the following (Equation 2).

波長=光の速さ÷参照波の周波数 …(式2)
ここで、この(式1)、(式2)にて、相対速度を1km/h(0.28m/s)、参照波の周波数を2GHzとして、ドップラ効果による周波数シフトを計算する。
波長=(3×108)÷(2×109)=0.15m
ドップラ効果による周波数シフト=2×0.28÷0.15≒3.73Hz
このように、相対速度が1km/h(0.28m/s)と遅い場合、ドップラ効果による周波数シフトとして得られる周波数は低いものとなる。そして、相対速度が遅ければ遅いほど、周波数シフトは小さくなってしまう。
Wavelength = speed of light ÷ frequency of reference wave (Equation 2)
Here, in (Equation 1) and (Equation 2), the relative velocity is set to 1 km/h (0.28 m/s), the frequency of the reference wave is set to 2 GHz, and the frequency shift due to the Doppler effect is calculated.
Wavelength=(3×10 8 )÷(2×10 9 )=0.15m
Frequency shift due to Doppler effect = 2 x 0.28 ÷ 0.15 ≒ 3.73Hz
Thus, when the relative speed is as slow as 1 km/h (0.28 m/s), the frequency obtained as the frequency shift due to the Doppler effect is low. Then, the slower the relative speed, the smaller the frequency shift.

一般に、波形の測定には、信号のオフセット誤差や波形歪など考慮すると、最低でも1周期分以上は必要と考えられるため、ドップラ効果による周波数シフトが3.73Hzであれば、270ms(1/3.73Hz)の測定時間が必要となる。
測定時間を短縮するためには、ドップラ効果による周波数シフトを大きくする必要があるが、ドップラ効果による周波数シフトの大きさは、(式1)、(式2)によると、参照波の周波数に依存する。本実施形態で想定するFMCW Lidarにおいては、LDの動作速度が、現状2GHz程度となっており、参照波の高周波化には限界がある。
Generally, it is considered that at least one cycle is required for waveform measurement, considering the signal offset error and waveform distortion. Therefore, if the frequency shift due to the Doppler effect is 3.73Hz, 270ms (1/3.73Hz ) Measurement time is required.
In order to shorten the measurement time, it is necessary to increase the frequency shift due to the Doppler effect, but the magnitude of the frequency shift due to the Doppler effect depends on the frequency of the reference wave according to (Equation 1) and (Equation 2). To do. In the FMCW Lidar assumed in this embodiment, the operating speed of the LD is currently about 2 GHz, and there is a limit to the high frequency of the reference wave.

そこで、本実施形態の距離速度測定装置は、このように相対速度が遅い場合など、対象物の相対速度に左右されることなく、短時間で相対速度を測定することができる仕組みを備えたものであり、以下、この点について詳述する。
図1に戻り、本実施形態の距離速度測定装置の説明を続ける。
Therefore, the distance velocity measuring device of the present embodiment is provided with a mechanism capable of measuring the relative velocity in a short time without being influenced by the relative velocity of the object such as when the relative velocity is slow. This will be described in detail below.
Returning to FIG. 1, the description of the distance velocity measuring device of this embodiment will be continued.

周波数掃引機能付き位相同期回路102および周波数掃引機能付き位相同期回路103は、周波数掃引タイミングや傾き周波数範囲などを、データを書き込むことで容易に制御することができる。また、これらが基準発振器101を共有することで、タイミング誤差や温度特性、経年誤差などが小さくなるようにしている。発光部としてはレーザダイオード(LD)108を用いている。受光部は、アバランシェフォトダイオード(APD)114を用いて、このアバランシェフォトダイオード114と抵抗器113および抵抗器115とで構成している。コンデンサ112を介して転送される受信信号(反射波a3)の処理回路は、参照波a2および反射波a3が与えられる乗算回路111、ローパスフィルタ(LPF)110および可変ゲインアンプ(VGA)109で構成している。受信信号の処理回路からの出力はアナログ−デジタル変換回路(ADC)を含む信号処理部116へ入力され、信号処理部116において距離や相対速度の算出等の処理が行われる。 The phase synchronization circuit with frequency sweep function 102 and the phase synchronization circuit with frequency sweep function 103 can easily control the frequency sweep timing, the tilt frequency range, and the like by writing data. In addition, since they share the reference oscillator 101, timing errors, temperature characteristics, aging errors, etc. are reduced. A laser diode (LD) 108 is used as the light emitting unit. The light receiving section is composed of an avalanche photodiode (APD) 114, and the avalanche photodiode 114, the resistor 113, and the resistor 115. The processing circuit of the received signal (reflected wave a3) transferred via the capacitor 112 is composed of a multiplication circuit 111 to which the reference wave a2 and the reflected wave a3 are given, a low-pass filter (LPF) 110, and a variable gain amplifier (VGA) 109. is doing. The output from the processing circuit of the received signal is input to the signal processing unit 116 including an analog-digital conversion circuit (ADC), and the signal processing unit 116 performs processing such as calculation of distance and relative speed.

レーザダイオード108としては、端面発光型レーザや垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)等を用いることができる。特にVCSELは、小型・高集積化が容易であり、端面発光型レーザよりも高周波駆動に適するという点で有利である。 As the laser diode 108, an edge emitting laser, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL), or the like can be used. In particular, the VCSEL is advantageous in that it can be easily downsized and highly integrated and that it is suitable for high frequency driving as compared with the edge emitting laser.

図5および図6は、本実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するためのタイミング図である。
図5は、送出波の周波数と反射波の周波数のピークが同じである、ドップラ効果による周波数シフトが無い相対速度0km/hの場合である。
図5(A)中、符号a1が、第1の周波数変調連続波発生回路の出力による送出波を示し、符号a2が、第2の周波数変調連続波発生回路の出力による参照波を示す。本実施形態の距離速度測定装置の構成において、送出波a1の周波数に対し、乗算回路111の参照波a2の周波数は、一定周波数(fb0)高い周波数を設定している。また、符号a3が示す反射波は、対象物との距離に応じて、送出波a1から時間遅延する。図5(B)は、参照波a2と反射波a3との差周波数であるビート信号d1(f)を表している。送出波a1の周波数が増加する上り変調期間におけるビート信号d1の周波数(fb1)と、送出波a1の周波数が減少する下り変調期間におけるビート信号d1の周波数(fb2)との間には、送出波a1と参照波a2の差周波数fb0を含む、以下の(式3)、(式4)の関係がある。
5 and 6 are timing charts for explaining the operation of the distance velocity measuring device according to the present embodiment.
FIG. 5 shows a case where the peaks of the frequency of the transmitted wave and the frequency of the reflected wave are the same, and there is no relative frequency shift due to the Doppler effect, and the relative speed is 0 km/h.
In FIG. 5(A), reference numeral a1 indicates a transmitted wave by the output of the first frequency modulation continuous wave generation circuit, and reference numeral a2 indicates a reference wave by the output of the second frequency modulation continuous wave generation circuit. In the configuration of the distance velocity measuring device of the present embodiment, the frequency of the reference wave a2 of the multiplication circuit 111 is set to a frequency higher by a constant frequency (f b0 ) than the frequency of the transmitted wave a1. The reflected wave indicated by reference sign a3 is delayed from the transmitted wave a1 in accordance with the distance to the object. FIG. 5B shows the beat signal d1(f b ) which is the difference frequency between the reference wave a2 and the reflected wave a3. Between the frequency (f b1 ) of the beat signal d1 in the up-modulation period in which the frequency of the transmitted wave a1 increases and the frequency (f b2 ) of the beat signal d1 in the down-modulation period in which the frequency of the transmitted wave a1 decreases, There is a relationship of the following (Equation 3) and (Equation 4) including the difference frequency f b0 between the transmitted wave a1 and the reference wave a2.

b1=fb0+f …(式3)
b2=fb0−f …(式4)
ここで、fは、反射波の遅延時間τに基づく周波数である。
図5(B)中、fb1とfb2の中間値(破線)が、送出波a1と参照波a2の差周波数fb0を示している。
f b1 =f b0 +f r (Equation 3)
f b2 = f b0 -f r ... ( Equation 4)
Here, f r is a frequency based on the delay time τ of the reflected wave.
In FIG. 5B, the intermediate value (broken line) between f b1 and f b2 indicates the difference frequency f b0 between the transmitted wave a1 and the reference wave a2.

一方、図6は、相対速度0km/hではない場合である。この場合、図6(A)に示すように、相対速度による周波数変化を含んでおり、反射波a3には、距離に応じて生じる時間遅延に加えて、符号d2で示すように、ドップラ効果による周波数の正負方向のシフトが起こっている。そして、図6(B)に示す、上り変調期間のビート周波数fb1と、下り変調期間のビート周波数fb2との間には、以下の(式5)、(式6)の関係がある。 On the other hand, FIG. 6 shows a case where the relative speed is not 0 km/h. In this case, as shown in FIG. 6(A), the reflected wave a3 includes a frequency change due to the relative velocity, and in addition to the time delay caused according to the distance, the reflected wave a3 is caused by the Doppler effect as shown by a symbol d2. There is a positive or negative frequency shift. Then, as shown in FIG. 6B, the beat frequency f b1 in the up modulation period and the beat frequency f b2 in the down modulation period have the following relationships (Equation 5) and (Equation 6).

b1=fb0+f−f …(式5)
b2=fb0−f−f …(式6)
ここで、fはドップラシフト周波数である。
この例では、ドップラ効果により、正方向へ周波数シフトが起こり、送出波a1の周波数のピークよりも反射波a3の周波数のピークが高い値となっている。図5の相対速度0の場合に比べて、ドップラ効果による正のシフト分、ビート周波数は低くなる。
f b1 =f b0 + fr −f d (Equation 5)
f b2 = f b0 -f r -f d ... ( Equation 6)
Here, f d is the Doppler shift frequency.
In this example, the frequency shift occurs in the positive direction due to the Doppler effect, and the frequency peak of the reflected wave a3 is higher than the frequency peak of the transmitted wave a1. Compared to the case where the relative speed is 0 in FIG. 5, the beat frequency becomes lower by the positive shift due to the Doppler effect.

次に、本実施形態の距離速度測定装置における、測定対象物との距離Rと相対速度vの算出方法を説明する。
光速をcとすると、反射波a3の遅延時間τは、τ=2R/cで表される。さらに、送出波a1の繰り返し周波数をf、送出波a1の周波数変位幅をΔfとすると、周波数fは、
=τ・Δf・2f
=4R・Δf・f/c
で表される。
Next, a method of calculating the distance R to the measurement object and the relative velocity v in the distance velocity measuring device of the present embodiment will be described.
When the speed of light is c, the delay time τ of the reflected wave a3 is represented by τ=2R/c. Further, when the repetition frequency of the transmitted wave a1 is f m and the frequency displacement width of the transmitted wave a1 is Δf, the frequency fr is
f r =τ·Δf·2f m
f r =4R·Δf·f m /c
It is represented by.

従って、(式5)、(式6)から、f=(fb1−fb2)/2であるので、ビート信号d1から距離Rを決定することができる。
また、送出波a1の中心周波数をf0とすると、ドップラシフト周波数は、以下の(式7)、(式8)で表される。
=2v・f/c …(式7)
v=c・f/2f …(式8)
(式5)、(式6)から、f=fb0−(fb1+fb2)/2であるので、ビート信号d1から相対速度vを決定することができる。
Therefore, (Equation 5) and (Equation 6), since it is f r = (f b1 -f b2 ) / 2, it is possible to determine the distance R from the beat signal d1.
Further, assuming that the center frequency of the transmitted wave a1 is f 0 , the Doppler shift frequency is represented by the following (formula 7) and (formula 8).
f d =2v·f 0 /c (Equation 7)
v=c·f d /2f 0 (Equation 8)
(Equation 5) and (Equation 6), f d = f b0 - because it is (f b1 + f b2) / 2, it is possible to determine the relative velocity v from the beat signal d1.

以上からわかるように、本実施形態の距離速度測定装置においては、相対速度が0または0に近い場合でも、fb0を適切に設定することで、fを実用的な時間で測定可能な周波数にすることができる。このため、測定時間が測定対象物との相対距離に左右されることなく、短い時間で相対速度の測定を行うことができる。 As can be seen from the above, in the distance velocity measuring device of the present embodiment, even if the relative velocity is 0 or close to 0, by appropriately setting f b0 , f d can be measured in a practical time. Can be Therefore, the relative speed can be measured in a short time without depending on the measurement time depending on the relative distance to the measurement object.

なお、本実施形態では、ビート周波数(f)が負の値にならないようにfb0を設定することが好ましい。つまり、0Hzでの折り返しが発生しないようにfb0を設定することが好ましい。ビート周波数は、対象物との距離や対象物の相対速度に依存するため、測定対象とするレンジによってfb0を変化させればよい。 In this embodiment, it is preferable to set f b0 so that the beat frequency (f b ) does not have a negative value. That is, it is preferable to set f b0 so that aliasing does not occur at 0 Hz. Since the beat frequency depends on the distance to the object and the relative speed of the object, f b0 may be changed according to the range to be measured.

また、参照波a2の周波数は、送出波a1の周波数に対して負の方向にシフトさせてもよく、この時は「送出波a1−参照波a2」として周波数差を得ればよい。
図7は、本実施形態の距離速度測定装置の動作手順を示すフローチャートである。
本実施形態の距離速度測定装置においては、第1の周波数変調連続波(送出波)を生成するとともに(ステップS1)、この第1の周波数変調連続波に対して一定の周波数差を有する第2の周波数変調連続波(参照波)を生成する(ステップS2)。
Further, the frequency of the reference wave a2 may be shifted in the negative direction with respect to the frequency of the transmitted wave a1, and at this time, the frequency difference may be obtained as “transmitted wave a1−reference wave a2”.
FIG. 7 is a flowchart showing an operation procedure of the distance/velocity measuring apparatus of this embodiment.
In the distance velocity measuring device of the present embodiment, the first frequency-modulated continuous wave (sending wave) is generated (step S1), and the second frequency-modulated continuous wave having a constant frequency difference is generated. The frequency-modulated continuous wave (reference wave) is generated (step S2).

距離速度測定装置は、第1の周波数変調連続波を送出し(ステップS3)、対象物からの第1の周波数変調連続波の反射波を受信する(ステップS4)。そして、距離速度測定装置は、反射波と第2の周波数変調連続波を乗算してビート信号を生成する(ステップS5)。 The distance velocity measuring device transmits the first frequency-modulated continuous wave (step S3) and receives the reflected wave of the first frequency-modulated continuous wave from the object (step S4). Then, the distance velocity measuring device multiplies the reflected wave and the second frequency-modulated continuous wave to generate a beat signal (step S5).

以下、距離速度測定装置は、ステップS1〜ステップS4の手順によって得たビート信号を周波数解析して反射波と第2の周波数変調連続波との周波数差を算出し(ステップS6)、反射波と第2の周波数変調連続波との周波数差から対象物との距離・相対速度を算出する(ステップS7)。 Hereinafter, the distance velocity measuring device frequency-analyzes the beat signal obtained by the procedure of steps S1 to S4 to calculate the frequency difference between the reflected wave and the second frequency-modulated continuous wave (step S6), and The distance/relative velocity to the object is calculated from the frequency difference from the second frequency-modulated continuous wave (step S7).

以上のように、本実施形態の距離速度測定装置においては、送出波と参照波との間に一定の周波数差を与えることで、ビート信号として得られる周波数範囲を設定することができる。これにより、本実施形態の距離速度測定装置は、対象物の相対速度に左右されることなく、短時間で相対速度を測定することができる。 As described above, in the distance/velocity measuring apparatus of this embodiment, the frequency range obtained as the beat signal can be set by giving a constant frequency difference between the transmitted wave and the reference wave. Thereby, the distance velocity measuring device of the present embodiment can measure the relative velocity in a short time without being influenced by the relative velocity of the object.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図8は、本実施形態に係る距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。第1実施形態と同様、本実施形態においても、本発明の距離速度測定装置が、レーザ光を用いるFMCW Lidarとして実現されていることを想定する。また、前述したように、FMCW Lidarに限らず、本発明の距離速度測定装置は、周波数連続変調波を用いる様々な種類のレーダとして実現することが可能である。ここでは、第1実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用い、それらについての重複する説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of the distance velocity measuring device according to the present embodiment. Similar to the first embodiment, it is assumed in the present embodiment that the distance velocity measuring device of the present invention is realized as an FMCW lidar using laser light. Further, as described above, the distance velocity measuring device of the present invention is not limited to the FMCW Lidar, and can be realized as various types of radar using frequency continuous modulation waves. Here, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicated description thereof will be omitted.

本実施形態の距離速度測定装置においては、図1に示した第1実施形態の距離速度測定装置の構成に対して、乗算回路(MIX)203、ローパスフィルタ(LPF)202および可変ゲインアンプ(VGA)201で構成される受信信号の処理回路を追加する(破線で囲まれた部分)。乗算回路203には、第1の周波数変調連続波発生回路の出力が参照波a2−2として加えられる。 The distance-velocity measuring apparatus according to the present embodiment is different from the distance-velocity measuring apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that a multiplication circuit (MIX) 203, a low-pass filter (LPF) 202, and a variable gain amplifier (VGA). ) 201 is added to the processing circuit for the received signal (the portion surrounded by the broken line). The output of the first frequency-modulated continuous wave generation circuit is added to the multiplication circuit 203 as a reference wave a2-2.

つまり、乗算回路203によって得られるビート信号は、図2から図5を参照して説明した一般的なFMCW Lidarで得られるビート信号と同じである。すなわち、本実施形態の距離速度測定装置においては、第1実施形態で説明した測定方法で得られるビート信号と、従来通りの測定方法で得られるビート信号との2種類のビート信号を得られるようにしている。具体的には、本実施形態の距離速度測定装置は、測定状態に応じて、2種類のビート信号のうちの一方を選択できるようにしている。 That is, the beat signal obtained by the multiplication circuit 203 is the same as the beat signal obtained by the general FMCW lidar described with reference to FIGS. 2 to 5. That is, in the distance/velocity measuring apparatus of this embodiment, it is possible to obtain two types of beat signals, that is, the beat signal obtained by the measuring method described in the first embodiment and the beat signal obtained by the conventional measuring method. I have to. Specifically, the distance/velocity measuring device of the present embodiment is configured so that one of the two types of beat signals can be selected according to the measurement state.

第1実施形態で説明した測定方法においては、周波数掃引機能付き位相同期回路102と周波数掃引機能付き位相同期回路103との差周波数の誤差が測定結果に含まれる可能性がある。そこで、本実施形態の距離速度測定装置における信号処理部116は、たとえば、測定時間に問題がない場合(相対速度が十分に速い等)においては、従来通りの測定方法を選択(乗算回路203の出力を使用)し、一方、相対速度が小さい場合においては、第1実施形態で説明した測定方法を選択(乗算回路111の出力を使用)することなどを可能とする。 In the measurement method described in the first embodiment, the measurement result may include an error in the difference frequency between the phase synchronization circuit with frequency sweep function 102 and the phase synchronization circuit with frequency sweep function 103. Therefore, the signal processing unit 116 in the distance/velocity measuring apparatus of the present embodiment selects a conventional measurement method (for example, in the multiplication circuit 203) when there is no problem in the measurement time (the relative speed is sufficiently high). On the other hand, when the relative speed is small, the measurement method described in the first embodiment can be selected (using the output of the multiplication circuit 111).

また、本実施形態の距離速度測定装置における信号処理部116は、距離計測においては、従来通りの測定方法を選択(乗算回路203の出力を使用)し、一方、相対速度計測においては、第1実施形態で説明した測定方法を選択(乗算回路111の出力を使用)することなども可能となる。 Further, the signal processing unit 116 in the distance/velocity measuring device of the present embodiment selects a conventional measuring method (using the output of the multiplication circuit 203) in the distance measurement, while the first in the relative velocity measurement. It is also possible to select the measurement method described in the embodiment (use the output of the multiplication circuit 111).

このように、本実施形態の距離速度測定装置においては、参照波の周波数が異なる2つのビート信号が得られ、さらに、たとえば相対速度計測用途と距離計測用途とで使い分けるなど、最適なビート信号を適応的に選択することができるようになる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
As described above, in the distance velocity measuring device of the present embodiment, two beat signals having different frequencies of the reference waves are obtained, and further, an optimum beat signal can be obtained by, for example, selectively using the relative velocity measuring application and the distance measuring application. You will be able to select adaptively.
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

図9は、本実施形態に係る距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。第1実施形態および第2実施形態と同様、本実施形態においても、本発明の距離速度測定装置が、レーザ光を用いるFMCW Lidarとして実現されていることを想定する。また、前述したように、FMCW Lidarに限らず、本発明の距離速度測定装置は、周波数連続変調波を用いる様々な種類のレーダとして実現することが可能である。ここでは、第1実施形態および第2実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用い、それらについての重複する説明を省略する。 FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the distance velocity measuring device according to the present embodiment. Similar to the first and second embodiments, it is assumed in the present embodiment that the distance velocity measuring device of the present invention is realized as an FMCW lidar using laser light. Further, as described above, not only the FMCW lidar but also the distance velocity measuring device of the present invention can be realized as various types of radar using frequency continuous modulation waves. Here, the same reference numerals are used for the same components as those in the first and second embodiments, and duplicated description thereof will be omitted.

本実施形態の距離速度測定装置においては、図8に示した第2実施形態の距離速度測定装置の構成に対して、周波数掃引機能付き位相同期回路103に代えて周波数掃引機能を持たない位相同期回路(PLL2)301を配置する変更を施している。なお、前述したように、周波数掃引機能付き位相同期回路103は、周波数掃引タイミングや傾き周波数範囲などを、データを書き込むことで容易に制御することができるので、第2実施形態の距離速度測定装置における第2の周波数変調連続波発生回路を、一定周波数連続波発生回路として使用するようにしてもよい。 The distance-velocity measuring apparatus according to the present embodiment is different from the distance-velocity measuring apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 8 in that instead of the phase synchronization circuit 103 with the frequency sweep function, the phase synchronization without the frequency sweep function is provided. The circuit (PLL2) 301 is arranged to be changed. As described above, the phase synchronization circuit 103 with the frequency sweep function can easily control the frequency sweep timing, the tilt frequency range, and the like by writing data. Therefore, the distance/velocity measuring apparatus according to the second embodiment. The second frequency-modulated continuous wave generation circuit in 1 may be used as the constant frequency continuous wave generation circuit.

距離測定の場合は、送出波a1が対象物に当たり反射波a3として受光するまでの時間の遅延を測定するので、周波数掃引とする必要がある。一方、相対速度測定の場合は、ドップラ効果による周波数シフトの測定になるので、周波数掃引とする必要はない。そこで、本実施形態の距離速度測定装置においては、従来通りの測定方法で得られるビート信号に加えて取得するビート信号を得るための参照波a2−3を、制御が単純で周波数安定性が望める一定周波数連続波とする。 In the case of distance measurement, since the delay of the time until the transmitted wave a1 hits the object and is received as the reflected wave a3 is measured, it is necessary to perform frequency sweep. On the other hand, in the case of the relative velocity measurement, since the frequency shift is measured by the Doppler effect, it is not necessary to perform the frequency sweep. Therefore, in the distance/velocity measuring device of the present embodiment, the reference wave a2-3 for obtaining the beat signal to be obtained in addition to the beat signal obtained by the conventional measuring method can be controlled simply and frequency stability can be expected. It is a constant frequency continuous wave.

図10は、このような構成を有する本実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するためのタイミング図である。
本実施形態の距離速度測定装置においては、図10(A)に示すように、乗算回路111の参照波a2−3を、乗算回路203の参照波a2−2より高い一定の周波数に設定する。また、乗算回路203の参照波a2−2を、正の周波数掃引と一定周波数との繰り返しとする。
FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation of the distance/velocity measuring apparatus of this embodiment having such a configuration.
In the distance/velocity measuring apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 10A, the reference wave a2-3 of the multiplication circuit 111 is set to a constant frequency higher than the reference wave a2-2 of the multiplication circuit 203. Further, the reference wave a2-2 of the multiplication circuit 203 is a repetition of a positive frequency sweep and a constant frequency.

そして、本実施形態の距離速度測定装置の場合、図10(B1)において符号d1−2で示す乗算回路203の参照波(a2−2)−反射波(a3)では、周波数掃引期間で距離の測定を行うこととする(e1:距離の測定ポイント)。また、図10(B2)において符号d1−3で示す乗算回路111の参照波(a2−3)−反射波(a3)では、一定周波数期間で相対速度の測定を行うこととする(e2:相対速度の測定ポイント)。 Then, in the case of the distance/velocity measuring apparatus of the present embodiment, the reference wave (a2-2)-reflected wave (a3) of the multiplication circuit 203 shown by reference numeral d1-2 in FIG. The measurement is performed (e1: distance measurement point). Further, in the reference wave (a2-3)-reflected wave (a3) of the multiplication circuit 111 indicated by reference numeral d1-3 in FIG. 10B2, the relative speed is measured in a constant frequency period (e2: relative). Speed measurement point).

このように、本実施形態の距離速度測定装置においては、相対速度測定時は一定周波数での制御として周波数掃引誤差をなくすことで、さらに、測定精度と測定速度との両立を可能とする。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
As described above, in the distance/velocity measuring device of the present embodiment, when the relative velocity is measured, the frequency sweep error is eliminated as the control at a constant frequency, thereby making it possible to achieve both the measurement accuracy and the measurement speed.
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

図11は、本実施形態に係る距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。第1実施形態から第3実施形態と同様、本実施形態においても、本発明の距離速度測定装置が、レーザ光を用いるFMCW Lidarとして実現されていることを想定する。また、前述したように、FMCW Lidarに限らず、本発明の距離速度測定装置は、周波数連続変調波を用いる様々な種類のレーダとして実現することが可能である。ここでは、第1実施形態から第3実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用い、それらについての重複する説明を省略する。 FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of the distance velocity measuring device according to the present embodiment. Similar to the first to third embodiments, it is assumed in the present embodiment that the distance velocity measuring device of the present invention is realized as an FMCW lidar using laser light. Further, as described above, not only the FMCW lidar but also the distance velocity measuring device of the present invention can be realized as various types of radar using frequency continuous modulation waves. Here, the same reference numerals are used for the same components as those of the first to third embodiments, and duplicated description thereof will be omitted.

本実施形態の距離速度測定装置においては、図1に示した第1実施形態の距離速度測定装置の構成に対して、乗算回路(MIX)403、ローパスフィルタ(LPF)402および可変ゲインアンプ(VGA)401で構成される補正用データの生成部を追加する(破線で囲まれた部分)。乗算回路403には、第1の周波数変調連続波発生回路の出力(a1)と第2の周波数変調連続波発生回路の出力(a2)とが加えられる。 The distance-velocity measuring apparatus according to the present embodiment is different from the distance-velocity measuring apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that a multiplication circuit (MIX) 403, a low-pass filter (LPF) 402, and a variable gain amplifier (VGA). ) Add a correction data generating unit 401 (a portion surrounded by a broken line). The output (a1) of the first frequency modulation continuous wave generation circuit and the output (a2) of the second frequency modulation continuous wave generation circuit are added to the multiplication circuit 403.

つまり、本実施形態の距離速度測定装置においては、第1実施形態で説明した測定方法での測定データ(参照波a2および反射波a3の差周波数を含むデータ)を生成し、信号処理部のアナログ−デジタル変換回路(ADC1)へ出力する。さらに、乗算回路403により第1の周波数変調連続波発生回路の出力(送出波)a1と第2の周波数変調連続波発生回路の出力(参照波)a2との周波数差を含む補正用データを生成し、信号処理部のアナログ−デジタル変換回路(ADC2)へ出力する。ADC1からの出力およびADC2からの出力に基づき、信号処理部116において距離や相対速度の算出が行われる。 That is, in the distance velocity measuring device of the present embodiment, the measurement data (data including the difference frequency between the reference wave a2 and the reflected wave a3) by the measurement method described in the first embodiment is generated, and the analog of the signal processing unit is generated. -Output to the digital conversion circuit (ADC1). Further, the multiplication circuit 403 generates correction data including the frequency difference between the output (transmitted wave) a1 of the first frequency modulation continuous wave generation circuit and the output (reference wave) a2 of the second frequency modulation continuous wave generation circuit. Then, the signal is output to the analog-digital conversion circuit (ADC2) of the signal processing unit. The signal processing unit 116 calculates the distance and the relative speed based on the output from the ADC1 and the output from the ADC2.

本実施形態の距離速度測定装置においては、送出波a1および参照波a2との周波数差を含む補正用データを信号処理部116に入力しているので、この補正用データに基づき、測定データの補正を行うことができる。電圧制御発振器104と電圧制御発振器105とは、周波数掃引機能付き位相同期回路102や周波数掃引機能付き位相同期回路103でフィードバック制御しているが、アナログ電圧値で調整するため、揺らぎが生じる可能性がある。揺らぎが生じると、その周波数がビート信号(ビート周波数)に現れてしまうため、この揺らぎを補正できることが好ましい。 In the distance velocity measuring device of this embodiment, since the correction data including the frequency difference between the transmitted wave a1 and the reference wave a2 is input to the signal processing unit 116, the measurement data is corrected based on this correction data. It can be performed. The voltage-controlled oscillator 104 and the voltage-controlled oscillator 105 are feedback-controlled by the phase synchronization circuit 102 with frequency sweep function and the phase synchronization circuit 103 with frequency sweep function, but since they are adjusted by the analog voltage value, fluctuation may occur. There is. When fluctuation occurs, its frequency appears in the beat signal (beat frequency), so it is preferable to be able to correct this fluctuation.

本実施形態の距離速度測定装置においては、電圧制御発振器104と電圧制御発振器105との周波数差を、測定データと同期的に出力される補正用データで計測できるため、測定データに含まれる揺らぎを補正することができる。
このように、本実施形態の距離速度測定装置においては、相対速度と距離に関係なく周波数差を測定することで、さらに、回路誤差などによる影響を低減することができる。
In the distance-velocity measuring device of the present embodiment, the frequency difference between the voltage-controlled oscillator 104 and the voltage-controlled oscillator 105 can be measured by the correction data that is output in synchronization with the measurement data. Can be corrected.
As described above, in the distance velocity measuring device according to the present embodiment, the frequency difference is measured irrespective of the relative velocity and the distance, so that the influence of a circuit error or the like can be further reduced.

なお、本実施形態では、第1実施形態の距離速度測定装置の構成に対して、電圧制御発振器104の出力と電圧制御発振器105の出力とを乗算する乗算回路403その他を追加したが、第2実施形態の距離速度測定装置の構成または第3実施形態の距離速度測定装置の構成に対して、電圧制御発振器104の出力と電圧制御発振器105の出力とを乗算する乗算回路403その他を追加するようにしてもよい。この場合においても、回路誤差などによる影響をキャンセルすることができる。 In addition, in the present embodiment, a multiplication circuit 403 and the like for multiplying the output of the voltage controlled oscillator 104 and the output of the voltage controlled oscillator 105 are added to the configuration of the distance velocity measuring device of the first embodiment. A multiplication circuit 403 or the like for multiplying the output of the voltage controlled oscillator 104 and the output of the voltage controlled oscillator 105 is added to the configuration of the distance velocity measuring device of the embodiment or the configuration of the distance velocity measuring device of the third embodiment. You can Even in this case, the influence of a circuit error or the like can be canceled.

以上のように、ここで示したいくつかの実施形態の距離速度測定装置においては、2つの連続波発生回路を設け、それぞれの出力を送出波と参照波とに使い分ける。また、これら2つの連続波発生回路を、予め送出波と参照波との間で一定の周波数差を持つように制御する。これにより、相対速度0km/hかつ距離0mの状態でも、ビート信号に予め与えていた送出波と参照波との周波数差が生じ、この周波数差を基点として、相対速度や距離によって周波数が変化することになる。これにより、対象物の相対速度に左右されることなく、短時間で相対速度を測定することが実現される。 As described above, in the distance velocity measuring devices according to some of the embodiments shown here, two continuous wave generating circuits are provided and the respective outputs are separately used for the transmitted wave and the reference wave. Further, these two continuous wave generation circuits are controlled in advance so that there is a constant frequency difference between the transmitted wave and the reference wave. As a result, even when the relative speed is 0 km/h and the distance is 0 m, a frequency difference occurs between the transmitted wave and the reference wave that are given to the beat signal in advance, and the frequency changes depending on the relative speed and the distance based on this frequency difference. It will be. As a result, it is possible to measure the relative speed in a short time without depending on the relative speed of the object.

なお、以上のいくつかの実施形態の説明は、発明の範囲を限定することを意図するものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形、変更を行うことができる。 The above description of some embodiments is not intended to limit the scope of the invention, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the invention.

101…基準発振器、102,103…周波数掃引機能付き位相同期回路、104,105…電圧制御発振器、106,112…コンデンサ、107…定電流バイアス回路、108…レーザダイオード、109,201,401…可変ゲインアンプ、110,202,402…ローパスフィルタ、111,203,403…乗算回路、113,115…抵抗器、114…アバランシェフォトダイオード、116…信号処理部、301…位相同期回路。 101... Reference oscillator, 102, 103... Phase synchronization circuit with frequency sweep function, 104, 105... Voltage controlled oscillator, 106, 112... Capacitor, 107... Constant current bias circuit, 108... Laser diode, 109, 201, 401... Variable Gain amplifier, 110, 202, 402... Low pass filter, 111, 203, 403... Multiplication circuit, 113, 115... Resistor, 114... Avalanche photodiode, 116... Signal processing unit, 301... Phase synchronization circuit.

特開2015−129646号公報JP, 2005-129646, A

Claims (10)

第1の周波数変調連続波を生成する第1の周波数変調連続波発生回路と、
前記第1の周波数変調連続波に対して一定の周波数差を有する第2の周波数変調連続波を生成する第2の周波数変調連続波発生回路と、
前記第1の周波数変調連続波を送出する送出回路と、
対象物からの前記第1の周波数変調連続波の反射波を受信する受信回路と、
前記反射波と前記第2の周波数変調連続波とから前記対象物との距離または前記対象物の相対速度の少なくとも一方を算出するためのビート信号を生成する処理回路と、
を具備する距離速度測定装置。
A first frequency-modulated continuous wave generation circuit for generating a first frequency-modulated continuous wave;
A second frequency-modulated continuous wave generation circuit for generating a second frequency-modulated continuous wave having a constant frequency difference with respect to the first frequency-modulated continuous wave;
A transmission circuit for transmitting the first frequency-modulated continuous wave;
A receiving circuit for receiving a reflected wave of the first frequency-modulated continuous wave from an object;
A processing circuit for generating a beat signal for calculating at least one of a distance to the object or a relative velocity of the object from the reflected wave and the second frequency-modulated continuous wave;
Distance velocity measuring device comprising.
前記反射波と前記第1の周波数変調連続波とから第2のビート信号を生成する第2の処理回路をさらに具備する請求項1に記載の距離速度測定装置。 The distance velocity measuring device according to claim 1, further comprising a second processing circuit that generates a second beat signal from the reflected wave and the first frequency-modulated continuous wave. 周波数変調連続波を生成する周波数変調連続波発生回路と、
一定周波数連続波を生成する一定周波数連続波発生回路と、
前記周波数変調連続波を送出する送出回路と、
対象物からの前記周波数変調連続波の反射波を受信する受信回路と、
前記反射波と前記一定周波数連続波とから前記対象物との距離を算出するための第1のビート信号を生成する第1の処理回路と、
前記反射波と前記周波数変調連続波とから前記対象物の相対速度を算出するための第2のビート信号を生成する第2の処理回路と、
を具備する距離速度測定装置。
A frequency-modulated continuous wave generation circuit that generates a frequency-modulated continuous wave;
A constant frequency continuous wave generating circuit for generating a constant frequency continuous wave;
A transmission circuit for transmitting the frequency-modulated continuous wave,
A receiving circuit for receiving a reflected wave of the frequency-modulated continuous wave from an object,
A first processing circuit for generating a first beat signal for calculating a distance to the object from the reflected wave and the constant frequency continuous wave;
A second processing circuit for generating a second beat signal for calculating the relative velocity of the object from the reflected wave and the frequency-modulated continuous wave;
Distance velocity measuring device comprising.
前記周波数変調連続波発生回路は、正の周波数掃引の区間と一定周波数の区間とが交互に繰り返される周波数変調連続波を生成する請求項3に記載の距離速度測定装置。 The distance velocity measuring device according to claim 3, wherein the frequency-modulated continuous wave generation circuit generates a frequency-modulated continuous wave in which a positive frequency sweep section and a constant frequency section are alternately repeated. 前記一定周波数連続波発生回路は、前記一定周波数連続波を生成するように周波数掃引タイミングおよび傾き周波数範囲が設定された周波数掃引機能付き位相同期回路である請求項3または4に記載の距離速度測定装置。 The distance velocity measurement according to claim 3 or 4, wherein the constant frequency continuous wave generation circuit is a phase synchronization circuit with a frequency sweep function in which frequency sweep timing and a tilt frequency range are set so as to generate the constant frequency continuous wave. apparatus. 前記第1の周波数変調連続波と前記第2の周波数変調連続波とから前記第1の周波数変調連続波と前記第2の周波数変調連続波との周波数差を含むデータを生成する第2の処理回路をさらに具備する請求項1または2に記載の距離速度測定装置。 Second processing for generating data including a frequency difference between the first frequency-modulated continuous wave and the second frequency-modulated continuous wave from the first frequency-modulated continuous wave and the second frequency-modulated continuous wave The distance velocity measuring device according to claim 1, further comprising a circuit. 前記周波数変調連続波と前記一定周波数連続波とから前記周波数変調連続波と前記一定周波数連続波との周波数差を含むデータを生成する第3の処理回路をさらに具備する請求項3〜5のいずれか1項に記載の距離速度測定装置。 7. The third processing circuit according to claim 3, further comprising a third processing circuit that generates data including a frequency difference between the frequency-modulated continuous wave and the constant frequency continuous wave from the frequency-modulated continuous wave and the constant frequency continuous wave. The distance velocity measuring device according to item 1. 前記ビート信号の値が負の値とならないように前記第2の周波数変調連続波が前記第1の周波数変調連続波に対して有する前記一定の周波数差が設定される請求項1、2または6に記載の距離速度測定装置。 7. The constant frequency difference that the second frequency-modulated continuous wave has with respect to the first frequency-modulated continuous wave is set so that the value of the beat signal does not become a negative value. The distance velocity measuring device described in. 前記送出回路は、周波数変調連続波を光信号に変換して放射し、
前記受信回路は、対象物によって反射した光信号を受光して電気信号に変換する、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の距離速度測定装置。
The sending circuit converts the frequency-modulated continuous wave into an optical signal and radiates it.
The receiving circuit receives an optical signal reflected by an object and converts it into an electrical signal.
The distance velocity measuring device according to any one of claims 1 to 8.
電子装置によって実行される距離速度測定方法であって、
第1の周波数変調連続波を生成するステップと、
前記第1の周波数変調連続波に対して一定の周波数差を有する第2の周波数変調連続波を生成するステップと、
前記第1の周波数変調連続波を送出するステップと、
対象物からの前記第1の周波数変調連続波の反射波を受信するステップと、
前記反射波と前記第2の周波数変調連続波とから前記対象物との距離または前記対象物の相対速度の少なくとも一方を算出するためのビート信号を生成するステップと、
を具備する距離速度測定方法。
A distance velocity measuring method performed by an electronic device, comprising:
Generating a first frequency modulated continuous wave;
Generating a second frequency modulated continuous wave having a constant frequency difference with respect to the first frequency modulated continuous wave;
Sending out the first frequency modulated continuous wave;
Receiving a reflected wave of the first frequency modulated continuous wave from an object;
Generating a beat signal for calculating at least one of a distance to the object or a relative velocity of the object from the reflected wave and the second frequency-modulated continuous wave;
A distance velocity measuring method comprising:
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