JP2522547B2 - 物体検出用レ―ダ装置及び距離測定方法 - Google Patents

物体検出用レ―ダ装置及び距離測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、障害物検出装置、特に、近くの対象物を
検出するための狭帯域FM連続波レーダ装置に関する。
（従来の技術） 近くの対象物の距離及び／又は警告の指示を与えるた
めの障害物検出装置が提案されている。こうした装置の
一つの応用は、自動推進車両の近くにある物体の検出で
ある。例えば、近傍障害物検出装置を車両に採用して、
車両の後退中に車両後方の障害物の存在を車両操作者に
警告したり、車両操作者の視線の下方の車両前方に障害
物があることを車両操作者に警告したり、バックミラー
やサイドミラーの視野外にある車両の接近を車両操作者
に警告したりできる。
近傍障害物検出装置に望まれる特性としては、（ａ）
該検出装置に対する動きのない障害物を警告する能力、
（ｂ）複数の物体のうち最も近接したものを検出する能
力、（ｃ）極めて近接した距離にある物体でも距離の尺
度を与える能力、（ｄ）あらゆる環境条件において動作
しうる能力があげられる。
近傍障害物検出用の種々の装置が提案されている。こ
うした装置の一つは、装置と物体との間の相対運動に起
因するドップラ信号に基づいている。これは、車両に応
用されると、車両操作者が後退運動を開始するまで、車
両後方の受動障害物を装置がドライバに警告することは
不可能であることを意味する。
超音波及び赤外線近傍障害物検出装置も提案されてい
る。超音波装置は風雑音その他の超音波雑音源に対して
感度を有し、音速によって制限される。一方、赤外線装
置は、大気水象やエーロゾルによって生じるバック・ス
キャッタリング即ち物体の色に対する感度や光学面の汚
染の影響を受ける。
他方、周波数変調連続波（FMCW）マイクロ波レーダ装
置は、上記の望ましい特性を全部備えている。しかしな
がら、例えば米国特許第3182323号、第3893114号及び第
4620192号に開示されているような現在のFMCW近傍障害
物検出装置は、レーダ装置に極めて近接した物体の距離
（range）を感知するために、広い高周波（RF）帯域を
必要とする。例えば、現在のFMCW装置では、0.3mの距離
にある物体を感知するために500MHzの帯域が必要であ
る。なお、この0.3mという距離は装置の距離分解能（ra
nge resolution）でもある。望ましくは、FMCW近傍障害
物検出装置の帯域巾を減らし、それによって、装置の最
小検出距離を大きくせずに装置の望ましい特性を保持す
ることである。
（課題を解決するための手段） 本発明に係る狭帯域周波数変調レーダ装置（以下、レ
ーダ装置とよぶ）及びその作動方法は、それぞれ特許請
求の範囲１及び９の特徴部分において特定された主要点
によって特徴付けられる。
本発明によると、低減されたFR帯域巾を有するレーダ
装置が近傍物体を感知するために採用される。該レーダ
装置のRF帯域巾は、所与の所望最小検出距離に対し、FM
CWレーダ装置に通常必要とされる帯域巾の1/2に低減さ
れる。
一般に、鋸歯信号によって変調された周波数でRF信号
が送信される。送信されたRF信号は物体から戻った信号
と混合され、送信されたRF信号と戻って来たRF信号との
間の周波数差に等しい中間周波数を発生する。このIF信
号の周波数は物体の距離の尺度である。送信される被変
調RF信号の高い周波数と低い周波数との間の差はレーダ
装置のRF帯域巾をなす。この周波数差により、（FMCW）
レーダ装置の最小距離分解能が確立される。
発生されたIF信号はフーリエ級数へ分解される。フー
リエ級数の係数はIF信号の直流成分を表す係数及びIF信
号の高調波を表す係数を含んでいる。Ｌ（RF帯域巾によ
って設定されるレーダ値の最小分解能）に等しい又はＬ
より大きい場合の物体の距離は、高調波周波数を表すフ
ーリエ係数によって決定される。本発明は、フーリエ級
数の直流係数が表すIF信号の直流成分とフーリエ級数の
高調波係数が表すIF信号の高調波との関係に基づいて、
L/2よりも小さい距離の測定を提供する。
特に、本発明によれば、フーリエ級数の直流成分の大
きさが所定値よりも大きいならば、目標との距離は距離
L/2（FMCWレーダ装置の通常の分解能の半分）以内にあ
る。この距離情報を用いて、所与のRF帯域巾に対して一
層短距離の目標を検出するためにレーダ装置を使用しう
る。即ち、レーダ装置のRF帯域巾は低減しうる。
（作用） FMCWレーダ装置では、物体までの距離はIF出力の周波
数に変換される。フーリエ級数の係数はそれぞれの高調
波周波数での信号強度の尺度を与え、また、フーリエ周
波数の間隔は距離に関係する。１つの物体の場合、物体
までの距離に最も近いフーリエ係数が最大振巾となる。
特別のケースとして、IF信号の周波数が高調波周波数と
一致する場合には、当該周波数でのエネルギーのみが生
じることになる。その他の全ての場合には、物体までの
距離を表す係数が最大となるスペクトルが生じる。
物体がゼロからＬまでの距離にある場合、フーリエ級
数の直流成分の振巾は物体までの距離の増加と共に減少
する。したがって、物体までの距離がゼロからＬの範囲
では、該直流成分の振巾の全信号振巾に対する比によっ
て、物体までの距離の単調な表示が与えられることにな
る。本発明の１つの実施例では、自動利得制御回路を使
用して全信号振巾を一定に維持するようにしているた
め、フーリエ級数の直流成分は定数と比較される。
一方、物体がL/2からＬまでの距離にあるときには、
前記のとおり、フーリエ級数の直流成分は距離の増加と
共に減少するが、第１次高調波の係数は増加する。した
がって、第１次高調波係数の存在によって物体を検出す
ることができる。同様に、第２次、第３次、第４次、・
・・高調波の係数によって、それぞれに対応する距離の
物体を指示することができる。
（実施例） 以下、発明の好ましい実施例の説明及び添付の図面を
参照しながら、例示的に発明を説明する。
本発明の障害物検出用狭帯域周波数変調レーダ装置
（以下、レーダ装置という）は、自動推進車両10に応用
されたものとして第１図に図示され、自動推進車両の後
部から距離Ｄのところに位置する物体12を感知する。自
動推進車両10を後退させているときに車両操作者の視界
外にある全ての物体を検出し警告することができるよう
に、極めて小さな値のＤのところで物体を感知するのが
望ましい。この実施例のレーダ装置は、自動推進車両10
の後方の物体12の距離Ｄを示す周波数の（音響、可視又
はその両方）信号を与える。当該レーダ装置は、自動推
進車両10に近接した後方の物体12を検出するのに用いる
だけでなく、車両バックミラーの視野外にある物体の検
出にも使用できる。
上述のように、第１図の自動推進車両10に使用される
レーダ装置は周波数変調された連続波のレーダ装置であ
る。この形式のレーダ装置においては、送信信号は周波
数変調され、物体から反射されたエコー信号の周波数
は、レーダ装置と物体との間を往復する距離により、任
意の時点での送信信号の周波数から遅れる。この周波数
差により、目標との距離の計測が可能となる。
第２図において、送信信号の周波数は、実線で示すよ
うに、時間と共に直線的に増加される。同図に示されて
いるように、周波数Ｈ期間Ｔの間に周波数f1から周波数
f2へ変わる。送信信号の変調率は（f2−f1）/Tである。
レーダ装置から距離Ｄのところに物体が位置すると、当
該信号の全体の往復遅延時間は２τに等しい（τはD/C
に等しく、Ｃは光速である）。その結果の受信信号は第
２図では点線で示され、送信信号から時間２τだけずれ
ている。
送信信号と受信信号との間の瞬時周波数の偏差は２
（f2−f1）τ/Tである。この差の周波数はレーダ装置の
混合器（後述）の出力における中間周波数（IF）として
広く知られている。期間Ｔの間、混合器出力でのIF信号
のサイクル数は２（f2−f1）τである。
衝害物の距離を決定するために、レーダ装置はIF信号
をフーリエ級数に分解する。高調波の関係にある周波数
fo,2fo,3fo,…の組を用いてフーリエ成分を完全に識別
するには、最小の１個の完全サイクルがIF出力に存在し
なければならない。この条件により、最小RF帯域巾（f2
−f1）は式２（f2−f1）τ＝１を満足しなければならな
い。この帯域巾は距離分解能（range resolution）Ｌ＝
C/2（f2−f1）に対応する。例えば、500MHz掃引（f2−f
1）が0.3mの分解能を達成するために必要とされ、従来
のFMCWレーダ装置においてはレーダ装置の0.3m以内の物
体の検出を可能とするのに必要とされる。
送信信号と受信信号との間の周波数差（これは距離の
尺度である）に等しい周波数を持つIF信号波形ｆ（ｔ）
は周波数領域のそのフーリエ成分によって表わされる。
即ち ただし、ωｎ＝２πn/Tであり、ｎは高調波周波数成
分を表わす０より大きい整数である。上記の式におい
て、信号のサンプリングがランプ期間（ramp time）Ｔ
においてＭ回行われるとき、同相成分Anは下記の離散的
な形に等しい。
ただし、ｎ＝0,1,…,M−１であり、直角成分Bnは に等しい。
出力のフーリエ係数は、An及びBnの二乗の和の平方根
に等しいCnである。IF出力が高調波周波数成分ωｎの１
つに一致するならば、すべてのフーリエ係数An,Bnはｎ
＝ｍの場合を除いてゼロである。この場合、IF信号の周
波数は物体との距離の尺度である高調波周波数ωｍであ
り、距離はmLに等しい（ただし、Ｌは前述のRF帯域巾に
よって支配されるレーダ装置の距離分解能である）。一
方、IF信号が高調波周波数成分ωｎのいずれとも一致し
ないならば、すべての整数ｎに対してCnは有限の値を持
つ。この場合、フーリエ係数を吟味してIF信号の周波
数、したがって物体との距離を決定する。一実施例にお
いては、一定振巾に制御されたIF信号における所定値を
越える最初の高調波周波数成分Cnは距離nLの物体を表
す。
以上の説明は、距離Ｄが距離Ｌ（RF帯域巾によって決
定される距離分解能）に等しい又はそれより大きい場合
に、フーリエ係数によって表わされるIF信号の周波数を
測定することによって第１図の物体12との距離Ｄの測定
を提供する。しかしながら、本発明は、フーリエ級数の
直流係数C0によって表わされるIF信号の直流成分と該直
流成分のフーリエ級数の高調波周波数成分Cnによって表
わされるIF信号の高調波周波数成分との関係に基づい
て、L/2に等しいかそれより小さい距離Ｄの物体12を感
知する。特に、本発明は、直流係数C0が一実施例におい
ては定数である所定値よりも大きいとき、他の実施例に
おいてはIF信号の高調波に関連した係数Cnの任意のもの
よりも大きい値であるときに、物体との距離はL/2より
小さいと認識する。後者の実施例では、直流係数の大き
さが残りのフーリエ係数の大きさを越えるような直流係
数の存在は、物体が受信機からL/2よりも近い距離に位
置していることを示す。
L/2より小さい距離を検出できるので、所望最小距離
内の物体を検出する能力を維持しながらレーダ装置動作
帯域巾を1/2だけ低減させることができる。例えば、前
述のとおり、500MHzの周波数帯域巾がレーダ装置から0.
3mの物体の検出のために必要とされた。しかし、フーリ
エ級数の直流係数と残りのフーリエ係数との前述の関係
を利用することにより、帯域巾を200MHzに減らすことが
できる。距離分解能が減少する（間隔の増加）のに、IF
信号の直流成分を用いる最小距離は0.3mのままである。
第３図及び第４図には、自動推進車両10に塔載された
レーダ装置が示されている。一般に、電圧制御発振器
（VCO）14は、レーダ・コンピュータ（計算手段）18の
制御の下でFMランプ発生器16によって発生される三角形
の波形によって変調される。例として、VCO14は24GHz信
号を発生し、FMランプ発生器16はVCO14に１ミリ秒のラ
ンプを与えてVCO14の周波数出力を全体で250MHzだけ直
線的に掃引するように制御される。この周波数偏差は0.
6mの距離分解能を与える。
FMランプ発生器16の特定の実施例が第４図に示されて
いる。このFMランプ発生器16はコンデンサC1を含み、そ
の電荷は1.5ミリ秒間隔で１ミリ秒ランプ信号を供給す
るように制御される。この点に関し、コンデンサC1はレ
ーダ・コンピュータ18によって放電状態に保持される。
ランプを開始するために、レーダ・コンピュータ18はFM
ランプ発生器16への回路入力を開き、コンデンサC1をト
ランジスタT1を介して充電させて電圧制御発振器14に対
して直線的に増加するランプ信号を供給する。１ミリ秒
間隔の後に、レーダ・コンピュータ18は接地信号を再び
与え、コンデンサC1を放電させると共にランプ信号を終
了させる。このサイクルは1.5ミリ秒間隔で繰り返えさ
れる。
電圧制御発振器14の周波数変調された出力は送信アン
テナ19（送信手段）へ与えられ、送信アンテナ19によっ
て自動推進車両10から後方へFMCWレーダ信号が送出され
る。物体12のような物が自動推進車両10の後方に存在す
れば、送信された信号は反射されて受信アンテナ20（受
信手段）によって受信される。受信されたRF信号は受信
アンテナ20から混合器22（混合手段）のRF入力へ結合さ
れる。電圧制御発振器14の出力から係合器26及び二状態
移相器28（レーダ・コンピュータ18によって制御されて
交互に０゜及び90゜の位相状態をとる）を介して混合器
22に対して局部発振信号LOが与えられる。
レーダ・コンピュータ18はFMランプ発生器16からラン
プ信号が与えられる毎に二状態移相器28の位相状態を交
互に変更する。二状態移相器28がその結果として０゜及
び90゜の位相状態をとることにより、Ao及びBoの二乗の
和の平方根に等しいフーリエ級数の直流係数Coの値を求
めることができる。なお、Aoは移相器が０゜に設定され
ているときの混合器22のIF出力の直流成分であり、Boは
移相器が90゜に設定されているときのIF出力の直流成分
である。
二状態移相器28は90゜差の２個の混合器を用いること
と等価である。この装置により、局部発振信号LOと物体
12からのRF受信信号とに90゜の位相差がある場合の誤検
出を回避し、極めて近接した距離にある衝害物を確実に
検出できるようになる。
混合器22のIF信号出力は低雑音増巾器30に供給され
る。低雑音増巾器30はトランジスタT2,T3とその関連の
回路（衝害物との距離が小さくなると低雑音増巾器の利
得を下げることによってクラッタを低減させるのに役立
つコンデンサC2を含む）とを含んでいる。レーダ・コン
ピュータ18は、トランジスタT3のコレクタ回路の抵抗R1
と並列結合された電界効果トランジスタ32のインピーダ
ンスを制御することにより、低雑音増巾器30の自動利得
制御を行う。一般に、低雑音増巾器30の利得を制御する
ための電界効果トランジスタ32のインピーダンスは、IF
信号のピーク・ツ・ピーク振巾が実質的に一定に保たれ
るように、レーダ・コンピュータ18によって調節され
る。
なお、ピーク・ツ・ピーク振巾を一定に保つことは、
本発明にとって必須ではないが、ピーク・ツ・ピーク振
巾を一定にすると、信号解像度を維持しながら信号飽和
を防止することができ、また、フーリエ級数の直流係数
Coと全信号振巾との比又はCoと他の係数との比を計算す
ることなく、Coを一定値と比較することにより距離測定
を行うことができるという利点がある。
ピーク・ツ・ピーク振巾を実質的に一定に保つため
に、電界効果トランジスタ32のゲートに接続されたコン
デンサ36の電荷が制御される。コンデンサ36は、カソー
ドに通常は正電圧が印加されているダイオード38を介し
てレーダ・コンピュータ18により放電され、アノードが
レーダ・コンピュータによって通常は接地されるダイオ
ード40を介してレーダ・コンピュータにより充電され
る。
FMランプ発生器16からのランプ信号出力の終了時に、
レーダ・コンピュータ18はIF信号のピーク・ツ・ピーク
値を決定して、低雑音増巾器30の利得を制御する方向に
ダイオード38又は40を介してコンデンサ36を徐々に充電
又は放電することによって電界効果トランジスタ32のイ
ンピーダンスを調節し、所望の一定のピーク・ツ・ピー
クIF信号を維持させる。
低雑音増巾器30からの利得制御された信号は帯域通過
フィルタ34へ与えられ、帯域通過フィルタ34の出力がレ
ーダ・コンピュータ18へのIF信号入力となる。一般に、
帯域通過フィルタ34は追加利得付きの１−8KHz帯域通過
フィルタである。第４図に示された帯域通過フィルタ回
路は1KHzにおいて双極ロールオフ（2pole rolloff）
を、8KHzにおいて４極ロールオフ（4pole rolloff）を
与える。
帯域通過フィルタ34のIF信号出力はレーダ・コンピュ
ータ18に供給される。レーダ・コンピュータ18はこの信
号を分析して自動推進車両10の後方の物体12との距離を
決定する。一般に、レーダ・コンピュータ18は、FMラン
プ発生器16から与えられるランプの期間にIF信号を32点
でサンプリングする。32点離散フーリエ変換がなされて
IF信号の直流レベル及び高調波レベルが求められる。こ
れら直流レベルと高調波レベルとから、自動推進車両10
の後部から物体12までの距離が決定される。FMランプ発
生器16が１ミリ秒の期間に250MHzの掃引を行うというこ
の特定の実施例においては、フーリエ級数の直流成分は
0.3mより短い距離にある衝害物の検出を提供する。最低
次の高調波である1KHzは0.6mの距離を表し、引き続く高
次の1KHzの高調波の夫々は0.6mの追加距離を表す。この
例では、レーダ装置の分解能は送信信号の250MHz掃引に
よって支配される0.6mであり、IF信号の直流成分は、レ
ーダ装置から0.3mの距離以内にある物体の表示を与える
のに有効である。
レーダ・コンピュータ18は出力ドライバ・トランジス
タ42を介して表示器に出力を与え、自動推進車両10の後
方での物体12の存在及び物体との距離Ｄを表示させる。
表示器は視覚表示器、音響表示器又はその両方である。
表示器に与えられる信号は可変周波数の矩形波信号の形
をとる。一般に、信号の周期は、物体が自動推進車両に
接近するにつれて信号周波数が指数的に増加するよう
に、物体との距離に比例する。距離の数字表示を与える
表示部を含む他の形の表示器を採用してもよい。
レーダ・コンピュータ18は標準ディジタル・コンピュ
ータの形をとる。例えば、レーダ・コンピュータ18は所
要電圧を発生する電源及びモトローラ製68HC11マイクロ
プロセッサを含む。レーダ・コンピュータ18は中央処理
装置（CPU）を含み、CPUは読出し専用メモリ（ROM）に
永久記憶された動作プログラムを実行する。ROMには、
距離の決定に利用され前記の種々の機能を制御するため
の表及び定数も蓄積されている。CPU内には、通常のカ
ウンタ、レジスタ、アキュムレータ等と高周波数クロッ
ク信号を与えるクロックとが含まれている。
また、レーダ・コンピュータ18は、データが一時的に
蓄積され、ROMに記憶されたプログラムに従って決定さ
れた種々のアドレス・ロケーションにおいてデータが読
み出されるランダム・アクセス・メモリ（RAM）を含
む。電力制御装置（PCU）は電池電圧を受け取り、レー
ダ装置の種々の作動回路へ調整された電力を供給する。
更に、レーダ・コンピュータ18は通常のディスクリート
部及びタイマー出力部を有する入力／出力回路（I/O）
を含んでいる。
帯域通過フィルタ34からのIF信号の尺度を与えるアナ
ログ−ディジタル変換装置（ADU）も含まれている。IF
信号にはCPUの制御の下でサンプリングされて変換さ
れ、ROMに指定されたRAMメモリ・ロケーションに蓄積さ
れる。
第５図には、本発明の原理を実行する際のレーダ・コ
ンピュータ18の動作が示されている。図示されたルーチ
ンは内部タイマ計数クロックパルスにより設定される1.
5マイクロ秒毎に１度実行される。
各1.5マイクロ秒割込みの開始時に、プログラムはス
テップ44に進み、FMランプ発生器16をイネーブルして第
４図のコンデンサC1への回路を開くことによって電圧ラ
ンプ（voltage ramp）を開始させる。そこで一連のステ
ップが実行され、32マイクロ秒の間隔でIF信号値の32個
のサンプルが求められる。別の実施例では、もっと多く
の又はもっと少ないサンプルを取るようにしてもよい。
これらのステップはステップ46で始まり、混合器22のIF
信号出力の値がサンプリングされ蓄積される。判定ステ
ップ48において、カウンタ・レジスタの値ｉとFMランプ
発生器16のランプ出力毎のIF信号のサンプルの所望の数
を表す値Ｋ（本例では32に等しい）との比較がなされ
る。ｉがＫに等しくなければ、ステップ50においてｉは
増分される。その後のステップ52において、プログラム
はIF信号の次のサンプリング時間まで時間Tiだけ待機す
る。すでに指摘したように、この実施例では、値Tiは32
マイクロ秒である。この間隔でIF信号の32個のサンプル
はFMラプ発生器16のランプ信号出力の所望の期間に等し
いほゞ１ミリ秒を占めることになる。
時間Tiが経過すると、プログラムはステップ46−52を
反復する。このシーケンスはIF信号のＫ個のサンプルが
取られるまで反復される。IE信号の所望数のサンプルが
取られると、プログラムは判定ステップ48からステップ
54に進みｉをリセットする。
すでに指摘したように、32秒間隔でのIF信号の32個の
サンプルは送信RF信号の変調の所望継続時間を含む。し
たがって、ステップ56では、コンデンサC1に接地信号を
印加して放電させることにより、FMランプ発生器16のラ
ンプ出力をリセットする。第２図に示すように、これに
よって、電圧制御発振器14の出力を周波数f1に復帰させ
る。
ステップ58においては、プログラムはサンプリングさ
てたIF信号の最大値と最小値との差を決定する。もし、
この差がIF信号の所望のピーク・ツ・ピーク値から離れ
ていると決定されたならば、低雑音増巾器30の利得の変
化方向によって、レーダ・コンピュータ18は接地パルス
をダイオード40に印加してコンデンサ36を徐々に放電さ
せるか、ダイオード38に正電圧パルスを印加してコンデ
ンサ36を徐々に充電させる。パルスの継続時間は利得誤
差に比例する。次の周波数変調レーダ信号が発生される
前にレーダ装置が安定化する時間を設けるように、FMラ
ンプ発生器16のランプ出力の終了時に直ちに利得制御パ
ルスが与えられる。もし、IF信号の最大値と最小値との
差が所望のピーク・ツ・ピークの大きさを表わしていれ
ば、レーダ・コンピュータ18はコンデンサ36に対して充
電パルス又は放電パルスを発することはない。
ステップ58から、プログラムはステップ60へ進み、二
状態移相器28がトグル（toggle）される。このトグルに
より、フーリエ級数の直流係数Coを決定することができ
るように二状態移相器28の出力は０゜移相と90゜移相と
に切り換わる。前記のとおり、移相器の出力が０゜に設
定されているときのフーリエ級数のAoの値から、又は、
移相器が90゜に設定されているときのBoの値から直流係
数Coの値を決定することにより、混合器22から与えられ
る局部発振信号LOと物体12から受け取ったRF信号との間
に厳密に90゜に位相差がある場合の潜在的誤検出が回避
される。二状態移相器28が局部発振信号に０゜の移相を
最後に与えたとすると、第５図のルーチンの次回の実行
の間、二状態移相器は90゜の移相を与える。
ステップ62で、まずプログラムはフーリエ変換方程式
を実行して（二状態移相器28から与えられる局部発振信
号LOの位相に依存して）係数An,Bn及びAo又はBoの値を
決定する。そこで、ステップ62において、第５図のルー
チンの1.5ミリ秒の割込みの最後の２回の実行の間に決
定されたAo,Boの値から直流係数Coが決定され、最後に
決定されたAn,Bnの値から高調波周波数係数Cnが決定さ
れる。ステップ62で実行される変換方程式は標準のもの
である。本実施例では、ステップ62はディスクリート・
フーリエ変換方程式を実行して直流係数及び周波数係数
を決定する。
判定ステップ64において、直流係数Coの値と較正しき
い値との比較が行われる。衝害物へのL/2（本例では0.3
m）より短い距離を示す較正定数Ａよりも直流係数の方
が大きいならば、プログラムはステップ66へ進み、距離
がL/2に等しいと設定する。一方、直流係数Coの値がＡ
より小さいならば、プログラムはステップ68へ進み、較
正定数Ａを越える最初の周波数係数Cnが確認される。こ
の確認された高調波周波数は物体12との距離の尺度であ
る。例えば、係数C1（本例では最低次高調波1KHzと関連
する）がＡより大きいならば、物体12との距離は0.6mで
ある。同様に、Ａより大きい最初の係数が高調波周波数
4KHzと関連するC4であれば、物体12との距離は2.4mであ
る。
別の実施例においては、Ａの値は可変で、高調波周波
数係数Cnの最大値に等しく設定される。更に別の実施例
では、Ａの値は高調波周波数の一つ以上を重み付けして
加算した値に等しく設定される。
ステップ70において、衝害物との感知された距離がnL
に等しく設定される。なお、ｎはステップ68で確認され
た高調波であり、Ｌは送信されるRF信号の周波数帯域巾
によって決定される最小分解能（本例では0.6m）であ
る。要するに、ステップ68,70により、帯域通過フィル
タ34の第８高調波周波数カットオフ（cutoff）に対応す
る5mまで、0.6mの増分で物体12との距離の指示が与えら
れる。
次にプログラムは、所定の連続した回数の距離の読み
に対して同一のレンジ・ビン（range bin）にあるよう
に距離の読みが決定されるまで、指示された距離の変化
を制限する一連のステップを実行する。例えば、上記の
回数は７である。判定ステップ72において、ステップ66
又は70で決定された新たな距離が割込みルーチンの前回
の実行の間に決定された距離と同一であるかどうかをプ
ログラムは決定する。新たな距離が旧距離に等しけれ
ば、レジスタに記憶された数Ｂが増分される（ステップ
74）。次に、この数が所定の定数Ｃ（例えば７）と比較
される（判定ステップ76）。判定ステップ72に戻り、新
たな距離が旧距離に等しくなければ、プログラムはステ
ップ78に進んでＢをゼロにリセットする。
Ｃ回の連続する読みに対して同一の距離が決定された
と仮定すると、プログラムは判定ステップ76からステッ
プ80へ進み、指示器を付勢するための信号の周期を最後
に感知された距離の函数として設定する。一般に、矩形
波信号の周期を確定する数は、距離が小さくなるにつれ
て、視覚指示器又は可聴指示器を介して車両操作者に与
えられる信号の周波数が指数的に増大するように、物体
12との検出された距離に比例して設定される。例えば、
ステップ80で設定される数は、物体12との検出された距
離が5mのときの１秒周期から検出距離0.3mのときの100
ミリ秒周期までの周期を持つ指示を、視覚又は可聴指示
器を介して車両操作者に与える。
連続する読みの数が達成されなかった場合の判定ステ
ップ76から、又はステップ78とステップ80とから、プロ
グラムはステップ82へ進み、指示器に与えられる信号の
周期のタイミングをとる周期計数が増分される。判定ス
テップ84において、周期計数の値とステップ80で最後に
設定された周期との比較がなされる。設定された期間が
経過していなければ、プログラムは割込みルーチンから
出る。しかし、期間が経過していれば、指示器への出力
がステップ86でトグルされ、周期計数がリセットされ
る。要するに、ステップ82−86の機能は、ステップ80で
決定され物体12との感知された距離によって設定される
周期を持つ矩形波を供給することである。したがって、
車両操作者に対し、物体との距離の大きさについての視
覚による又は可聴の指示が与えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る衝害物検出装置用狭帯域周波数
変調レーダ装置を自動推進車両後方の物体の感知に応用
した場合を示している。 第２図は、第１図の自動推進車両に搭載された（FMCW）
レーダ装置から送信され及び受信されるRF信号を説明す
る図である。 第３図は、本発明の原理を組込んだ衝害物検出装置用狭
帯域周波数変調レーダ装置の一般的ブロックダイヤグラ
ムである。 第４図は、第３図のレーダ装置の詳細な回路図である。 第５図は、本発明の原理を実行する際の第３図及び第４
図のレーダ・コンピュータの動作を説明するフロー図で
ある。 図において、 10:自動推進車両、12:物体 14:電圧制御発振器、16:FMランプ発生器 18:レーダ・コンピュータ 19:送信アンテナ、20:受信アンテナ 22:混合器、26:結合器 28:二状態移相器
フロントページの続き (73)特許権者 999999999 デルコ・エレクトロニクス・コーポレー ション アメリカ合衆国インディアナ州46902, ココモ，イースト・ファーミン・ストリ ート 700 (72)発明者 フィリップ・エイ・メイ アメリカ合衆国カリフォルニア州93436, ロンポック，クレイグ・ドライブ 1075 (72)発明者 チェン・ピー・ウェン アメリカ合衆国カリフォルニア州92691, ミッション・ヴィージョ，トリガ 27691 (72)発明者 ダグラス・エル・ダン アメリカ合衆国カリフォルニア州90706, ベルフラワー，シカゴ 16616 (72)発明者 スティーヴン・ジェイ・フェリー アメリカ合衆国カリフォルニア州93111, サンタ・バーバラ，カミノ・ガリーナ 5557 (56)参考文献 特開 昭54−81793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−31992（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−72077（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−57166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−54483（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−78157（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】物体（12）との距離（Ｄ）を測定するため
    の狭帯域周波数変調レーダ装置であって、 周波数変調されたレーダ信号を送信する送信手段（14、
    16、19）と、 前記物体から反射された送信レーダ信号を受信する受信
    手段（20）と、 送信されたレーダ信号と受信されたレーダ信号とを混合
    してIF信号を発生する混合手段（22）と、 前記IF信号の直流成分の値及び前記IF信号のそれぞれの
    高調波周波数成分の値を決定する計算手段と、 前記直流成分の値が前記高調波周波数成分の値の最大値
    である基準値よりも小さいときには前記高調波周波数成
    分に従って（ステップ64、68、70）、前記直流成分の値
    が前記基準値よりも大きいときには前記直流成分に従っ
    て（ステップ64、66）、前記距離を指示する指示手段
    と、 を具備することを特徴とする狭帯域周波数変調レーダ装
    置。
  2. 【請求項２】前記基準値が、前記高調波周波数成分の値
    の最大値に代え、２つ以上の前記高調波周波数成分の加
    重された和に従って決定された値であることを特徴とす
    る請求項１記載の狭帯域周波数変調レーダ装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載の狭帯域周波数変調レーダ装
    置であって、 ３つの鋸歯波形周波数変調されたレーダ信号を反復的に
    発生する手段と、 引き続く鋸歯波形により発生された前記レーダ信号に対
    して交互に０度及び90度移相された局部発振信号を、発
    生された前記レーダ信号から生成する手段と、 を更に備え、 前記混合手段が、前記局部発振信号と受信されたレーダ
    信号とを混合して、生成された鋸歯波形毎にIF信号を発
    生し、 前記計算手段が、（ａ）前記局部発振信号が０度移相さ
    れているときのIF信号を、直流係数Aoと前記IF信号の各
    周波数成分ωｎに対する高調波周波数直角成分An、Bnと
    を有するフーリエ級数に分解し、（ｂ）前記局部発振信
    号が90度移相されているときのIF信号を、直流係数Boと
    前記IF信号の各周波数成分に対する高調波周波数直角成
    分An、Bnとを有するフーリエ級数に分解し、（ｃ）前記
    フーリエ級数の直流成分Coと高調波周波数係数Cn（但
    し、CoはAoの二乗とBoの二乗との和の平方根に等しく、
    CnはAnの二乗とBnの二乗との和の平方根に等しく、ｎは
    整数値である）を決定する ことを特徴とする狭帯域周波数変調レーダ装置。
  4. 【請求項４】物体（12）との距離を測定する方法であっ
    て、 期間Ｔに周波数f1から周波数f2まで直線的に変化する周
    波数を有する鋸歯波形周波数変調されたレーダ信号を反
    復的に発生させ、値f1−f2により、高周波帯域幅を規定
    すると共に式C/2（f1−f2）で定義される距離分解能Ｌ
    を制定する段階と、 発生された前記レーダ信号を送信する段階と、 前記物体から反射された前記レーダ信号を受信する段階
    と、 引き続く鋸歯波形により発生された前記レーダ信号に対
    して交互に０度及び90度移相された局部発振信号を、発
    生された前記レーダ信号から生成する段階と、 前記局部発振信号と受信された前記レーダ信号とを混合
    して、それぞれの発生された鋸歯波形毎にIF信号を発生
    する段階と、 前記局部発振信号が０度移相されているときのIF信号
    を、該IF信号の直流成分を表す直流係数Aoと該IF信号の
    各周波数成分ωｎに対する高調波周波数成分An、Bn（但
    し、ｎはゼロより大きい整数であり、ωｎ＝２πn/Tで
    ある）とを有するフーリエ級数に分解する段階と、 前記局部発振信号が90度移相されているときのIF信号
    を、該IF信号の直流成分を表す直流係数Boと該IF信号の
    各周波数成分に対する高調波周波数成分An、Bn（但し、
    ｎはゼロより大きい整数であり、ωｎ＝２πn/Tであ
    る）とを有するフーリエ級数に分解する段階と、 前記フーリエ級数の直流成分Coと高調波周波数係数Cn
    （但し、CoはAoの二乗とBoの二乗との和の平方根に等し
    く、CnはAnの二乗とBnの二乗との和の平方根に等しく、
    ｎは整数値である）を決定する段階と、 前記直流係数Coが所定値よりも小さいときには前記物体
    との距離がmL（但し、ｍは前記所定値よりも大きい最初
    の高調波周波数係数Cnに対応するｎの整数値に等しい）
    に等しいことを指示し、前記直流係数Coが前記所定値よ
    りも大きいときには前記物体との距離がL/2内であると
    指示する段階と、 を具備し、最小の検出可能な距離が前記高周波帯域幅に
    よって設定された距離分解能Ｌよりも小さいことを特徴
    とする距離測定方法。
JP1158140A 1988-06-20 1989-06-20 物体検出用レ―ダ装置及び距離測定方法 Expired - Lifetime JP2522547B2 (ja)

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