JP2548354B2 - 周波数変調波を用いたレーダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自動車の車間距離制御装置などで好適に実
施される周波数変調波を用いたレーダ装置に関する。

従来の技術 前記自動車の車間距離制御装置には、車間距離を計測
するために、従来からレーダ装置が用いられている。第
５図は、典型的な従来技術のレーダ装置１の電気的構成
を示すブロツク図である。このレーダ装置１では、変調
波発生回路２からは三角波が導出され、該三角波は変調
波として周波数変調（以下「FM」という。）変調回路３
に与えられ、これによつて搬送波発振回路４からの搬送
波がFM変調され、第６図（１）において実線で示される
ような、時間経過に伴つて周波数が三角形状に変化する
送信信号が導出される。この送信信号は、サーキユレー
タ５を介して、アンテナ６から被検出物体15に向けて放
射される。

これによつてアンテナ６では、第６図（１）において
破線で示される前記被検出物体15からの反射波が受信さ
れ、この反射波は前記サーキユレータ５を介して混合回
路７に与えられる。該レーダ装置１は、いわゆるホモダ
イン方式であり、したがつてこの混合回路７にはまた、
サーキユレータ５の漏れ成分として、FM変調回路３から
の前記送信信号の一部がローカル信号として与えられて
いる。こうして混合回路７からは第６図（２）で示され
るようなビート信号が導出され、増幅回路８からバンド
パスフイルタ（以下「BPF」という。）９を介して検波
回路10に与えられる。検波回路10からの出力はカウンタ
11に与えられており、こうしてビート信号の周波数が求
められる。

このようにホモダイン方式のレーダ装置１では、ロー
カル信号として送信信号の一部を分岐してそのまま用い
ているため、変調波として三角波を用いた場合、FM変調
回路３からサーキユレータ５を経て混合回路７に至るロ
ーカル信号お経路の振幅周波数特性によつて、FM変調に
伴つてローカル電力が変化する。第７図において参照符
l1で示される前記ビート信号の信号成分に対して、参照
符ｌで示されるように該ビート信号のスペクトラムの拡
がりは小さい。しかしながら、参照符l2で示されるノイ
ズ成分が発生してしまい、被検出物体15に接近してビー
ト信号の周波数が低下した場合、受信感度は低下してし
まう。なおこの第７図において前記BPF9の周波数特性
は、参照符l3で示される。

上述の問題を解決するために変調波発生回路２から正
弦波を導出した場合、第８図（１）において実線で示さ
れるローカル信号に対して、反射波は第８図（１）にお
いて破線で示されるように変化する。これによつて混合
回路７からは、第８図（２）で示されるビート信号が導
出される。このビート信号は、第９図において参照符l2
aで示されるように、前述の第７図で示される三角波の
場合と比較して、ノイズ成分の拡がりが抑えられてい
る。しかしながら参照符l4aで示されるように、ビート
信号のスペクトラムが拡がつてしまい、測定精度が低下
してしまう。

発明が解決しようとする課題 以上のことから、三角波変調を用いた場合には、ビー
ト信号のスペクトラムの拡がりが小さく、したがつて複
数の被検出物体に対して良好な識別能力を有するととも
に、相対距離演算に好適に用いることが可能であるが、
ノイズの影響を憂け易い。これに対して正弦波変調を用
いた場合には、ノイズ成分の拡がりを抑えることが可能
であるが、ビート信号のスペクトラムの拡がりが大き
く、したがつて相対距離演算を行う際に複雑な演算処理
が必要となるとともに、複数の被検出物体を識別するこ
とが困難である。

また前記三角波や正弦波では、先行車などの被検出物
体15との相対距離Ｒが短く、相対速度Ｖが大きい場合に
は、第10図（１）で示されるように、実線で示されるロ
ーカル信号と、破線で示される反射波の波形とが交差し
なくなり、これによつて以下のような問題が発生する。

すなわち、前記第６図（１）において参照符L1で示さ
れるローカル信号の周波数が時間経過に伴つて上昇して
いる部分のビート信号の周波数をupとし、参照符L2で
示されるローカル信号の周波数が下降している部分のビ
ート信号の周波数をdownとすると、両者の相対速度Ｖ
に基づくドツプラ効果による第１周波数ｄと、相対距
離Ｒに基づく距離の影響による第２周波数ｒとを、第
１式から第２式を用いて求めることができる。

これに対して第10図（１）で示される状態のときには
第３式が成立し、したがつてこの第３式を用いて前述の
第２式と同様の計算を行うと、第４式から明らかなよう
に、第１周波数ｄと、第２周波数ｒとが入れ代わつ
ており、誤検出してしまうことになる。

上述のような不具合は、以下のような条件のときに発
生する。前記送信信号の変調幅をΔＦとし、変調周波数
をｍとし、常温での光速をＣとするとき、 が成立し、ｄ＞ｒのときに上述のような不具合が発
生する。したがつて からΔＦ＝75MHzとし、ｍ＝750Hzとし、Ｃ＝３×10⁸
（m/sec）とするとき、 Ｖ（km/h）＞8.1R（ｍ） ……（８） から求めることができる。この第８式で示される関係は
第11図で示されており、この第11図において斜線で示さ
れる領域に概当するときには、上述のような不具合が発
生する。

本発明の目的は、ノイズ成分を低減するとともに、ビ
ート信号のスペクトラムの拡がりを抑えて、被検出物体
の相対距離や相対速度を高精度に測定することができる
周波数変調波を用いたレーダ装置を提供することであ
る。

課題を解決するための手段 本発明は、台形波によつて搬送波を周波数変調する出
力手段と、 出力手段の出力を被検出物体に放射し、反射波を受信
するアンテナと、 アンテナによつて受信された反射波と、出力手段から
の出力の一部とのビート信号を生成する混合器と、 混合器からの前記ビート信号の周波数を計測する計測
手段と、 計測手段の出力に応答し、台形波の時間経過に伴つて
搬送波の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数を
upとし、時間経過に伴つて搬送波の周波数が下降する
部分のビート信号の周波数をdownとするとき、ドツプ
ラ効果による第１周波数ｄを、 から計算して求め、また台形波の時間経過に対して搬送
波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数d1を求
め、前記第１周波数ｄと前記一定の部分の周波数d1
とを比較し、両者が等しくないときには、前記第１周波
数ｄを相対距離演算に用いる演算手段とを含むことを
特徴とする周波数変調波を用いたレーダ装置である。

また本発明は、台形波によつて搬送波を周波数変調す
る出力手段と、 出力手段の出力を被検出物体に放射し、反射波を受信
するアンテナと、 アンテナによつて受信された反射波と、出力手段から
の出力の一部とのビート信号を生成する混合器と、 混合器からの前記ビート信号の周波数を計測する計測
手段と、 計測手段の出力に応答し、台形波の時間経過に伴つて
搬送波の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数を
upとし、時間経過に伴つて搬送波の周波数が下降する
部分のビート信号の周波数をdownとするとき、ドツプ
ラ効果による第１周波数ｄと距離の影響による第２周
波数ｒとを、 からそれぞれ計算して求め、また台形波の時間経過に対
して搬送波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数
d1を求め、前記第１周波数ｄと前記一定の部分の周
波数d1とを比較し、両者が等しいときには、前記第１
周波数ｄを相対速度演算に用い、また前記第２周波数
ｒを相対距離演算に用い、両者が等しくないときに
は、前記第１周波数ｄを相対距離演算に用い、前記第
２周波数ｒを相対速度演算に用いる演算手段とを含む
ことを特徴とする周波数変調波を用いたレーダ装置であ
る。

作 用 本発明に従えば、出力手段からは、時間経過に伴つて
周波数が上昇され、所定値で保持された後に下降され、
所定値で保持された後再び上昇される台形波によつて搬
送波が周波数変調され、アンテナから被検出物体に放射
される。被検出物体で反射された反射波は前記アンテナ
で受信され、混合器に入力される。この恩号器には、前
記出力手段の出力の一部が与えられており、これによつ
てこの混合器からはビート信号が導出される。該ビート
信号は計測手段に与えられ、周波数が計測され、その計
測結果は演算手段に与えられる。

演算手段では、ビート信号に基づいて前記台形波の時
間経過に伴つて搬送波の周波数が上昇する部分のビート
信号の周波数をupとし、時間経過に伴つて搬送波の周
波数が下降する部分のビート信号の周波数をdownとす
るとき、ドツプラ効果による第１周波数ｄを、 から計算して求め、また台形波の時間経過に対して搬送
波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数d1を求
め、前記第１周波数ｄと、前記一定の部分の周波数
d1とを比較し、両者が等しくないときには前記第１周波
数ｄを相対距離演算に用いる。

したがつて第１周波数ｄに、この台形波の周波数の
一定の部分の周波数d1が等しくないとき、すなわち放
射波の周波数の変化に対して、時間遅れを伴つて反射波
の周波数が変化して両者が交差しないときには、前記第
１周波ｄはアンテナと被検出物体との相対距離に対応
しており、こうして変調波に前記三角波を用いた場合の
ようにノイズ成分が増大することなく、また正弦波を用
いた場合のようにビート信号のスペクトラムが拡つてし
まうことなく、高精度に相対距離の測定を行うことがで
きる。

また本発明に従えば、出力手段からは、時間経過に伴
つて周波数が上昇され、所定値で保持された後に下降さ
れ、所定値で保持された後再び上昇される台形波によつ
て搬送波が周波数変調され、アンテナから被検出物体に
放射される。被検出物体で反射された反射波は前記アン
テナで受信され、混合器に入力される。この混合器に
は、前記出力手段の出力の一部が与えられており、これ
によつてこの混合器からはビート信号が導出される。該
ビート信号は計測手段に与えられ、周波数が計測され、
その計測結果は演算手段に与えられる。

演算手段では、ビート信号に基づいて前記台形波の時
間経過に伴つて搬送波の周波数が上昇する部分のビート
信号の周波数をupとし、時間経過に伴つて搬送波の周
波数が下降する部分のビート信号の周波数をdownとす
るとき、ドツプラ効果による第１周波数ｄと距離の影
響による第２周波数ｒとを、 からそれぞれ計算して求め、また台数波の時間経過に対
して搬送波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数
d1を求め、前記第１周波数ｄと、前記一定の部分の
周波数d1とを比較し、両者が等しいときには、前記第
１周波数ｄを相対速度演算に用い、前記第２周波数
ｒを相対距離演算に用い、また両者が等しくないときに
は、前記第１周波数ｄを相対距離演算に用い、前記第
２周波数ｒを相対速度演算に用いる。

したがつて変調波として台形波を用い、第１周波数
ｄに、この台形波の周波数の一定の部分の周波数d1が
等しいとき、すなわち放射波の周波数の変化に対して、
時間遅れを伴つて反射波の周波数が変化して両者が交差
するときには、前記第１周波数ｄはアンテナと被検出
物体との相対速度に対応しており、また第２周波数ｒ
はアンテナと被検出物体との相対距離に対応しており、
こうして変調波に前記三角波を用いた場合のようにノイ
ズ成分が増大することなく、また正弦波を用いた場合の
ようにビート信号のスペクトラムが拡つてしまうことな
く、高精度に相対距離および相対速度の測定を行うこと
ができる。

また第１周波数ｄにこの台形波の周波数の一定部分
の周波数d1が等しくないとき、すなわち放射波の周波
数の変化に対して、時間遅れを伴つて反射波の周波数が
変化して両者が交差しないときには、第１周波数ｄと
第２周波数ｒとが入れ代わつており、したがつて前記
第１周波数ｄはアンテナと被検出物体との相対距離に
対応しており、また第２周波数ｒはアンテナと被検出
物体との相対速度に対応しており、三角波や正弦波を変
調信号として用いた場合に判断できなかつた第１周波数
ｄと第２周波数ｒとの入り代りを、台形波を変調波
として用いることによつて、誤検出を防止して、相対距
離および相対速度の測定を高精度に行うことができる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例のレーダ装置21の電気的
構成を示すブロツク図である。このレーダ装置21では、
変調波発生回路22からは振幅が台形状に変化する台形波
が導出され、変調波としてFM変調回路23に与えられる。
これによつて搬送波発振回路24からの搬送波がFM変調さ
れ、第２図（１）において実線で示されるような時間経
過に伴つて周波数が台形状に変化する送信信号が導出さ
れる。この送信信号は、サーキユレータ25を介して、ア
ンテナ26から被検出物体35に向けて放射される。これら
変調波発生回路22と、FM変調回路23と、搬送波発振回路
24とを含んで出力手段が構成される。

これによつてアンテナ26では、第２図（１）において
破線で示される前記被検出物体35からの反射波が受信さ
れ、この反射波は前記サーキユレータ25を介して混合回
路27に与えらえる。この反射波には、第３図において参
照符l11で示されるビート信号の信号成分と、参照符l14
で示される該信号成分のスペクトラムが拡がつた部分
と、参照符l12で示されるノイズ成分とが含まれてい
る。

該レーダ装置21は、いわゆるホモダイン方式であり、
したがつてこの混合回路27にはまた、サーキユレータ25
の漏れ成分として、FM変調回路23からの前記送信信号が
ローカル信号として与えられている。こうして混合回路
27からは、第２図（２）で示されるようなビート信号が
導出され、増幅回路28に与えられる。増幅回路28からの
ビート信号は、車間距離を計測するための計測回路30
と、相対速度を計測するための計測回路40とに与えられ
る。

計測回路30,40は、それぞれBPF31,41と検波回路32,42
と、カウンタ33,43とを含んで構成される。計測回路30,
40からの出力は、たとえばマイクロコンピユータなどに
よつて実現され、演算手段である処理回路34の入力端子
Q1,Q2にそれぞれ入力される。この処理回路34において
その入力端子Q3には、前記変調波発生回路22から台形波
が入力される。BPF31,41の周波数特性は、第３図におい
て参照符l13で示される。

計測回路30,40にはそれぞれ前記第２図（２）で示さ
れるビート信号が入力されており、計測回路30は、この
ビート信号から参照部d1で示されるローカル信号と受
信信号との周波数の差を計測し、その計測結果を処理回
路34に与える。

計測回路40は、第２図（１）において参照符L11で示
される前記台形波の時間経過に伴つて搬送波の周波数が
上昇する部分のビート信号の周波数upと、参照符L12
で示される時間経過に伴つて搬送波の周波数が下降する
部分のビート信号の周波数downとを計測し、処理回路
34に与える。入力端子Q1から入力される前記計測回路30
の計測結果と、入力端子Q2から入力されるこの計測結果
とは、入力端子Q3から入力される変調波発生回路22から
の台形波入力に対応して読込みが行われる。

処理回路34は、こうして読込まれた計測結果から、計
測回路40によつて計測されたビート信号の周波数up,
downを用いて、前記第２式によつてドツプラ効果によ
る第１周波数ｄと距離の影響による第２周波数ｒと
を演算して求める。

こうして求められた第１周波数ｄと、計測回路30で
計測され、第２図（１）において参照部L13で示される
台形波の時間経過に対しえ搬送波の周波数が変化しない
部分におけるビート信号の差の周波数d1とが等しいと
きには、処理回路34は第２周波数ｒを用いて、前記第
５式から下式に基づいて相対距離Ｒを演算して求める。

また第１周波数ｄを用いて、前記第６式から下式に基
づいて相対速度Ｖを演算して求める。

Ｖ＝10.8ｄ（ｍ） ……（10） これに対して、第１周波数ｄが差の周波数d1と等
しくないとき、すなわち第２図において２点鎖線で示さ
れる反射波が受信されたときには、相対距離Ｒと相対速
度Ｖとの関係が前記第11図において斜線を施して示され
る領域内であるとして、前記第９式における第２周波数
ｒを、この第１周波数ｄと置き換えて相対距離Ｒを
演算して求める。また前記第10式における第１周波数
ｄを、この第２周波数ｒと置き換えて相対速度Ｖを演
算して求める。

第４図は、動作を説明するためのフローチヤートであ
る。ステツプn1では、計測回路30によつて差の周波数
d1を測定する。ステツプn2では、計測回路40の計測結果
から、前記第２式に基づいて第１周波数ｄを演算して
求める。ステツプn3では、計測回路40の計測結果から、
前記第２式に基づいて第２周波数ｒを演算して求め
る。

ステツプn4では、計測された差の周波数d1と、演算
して求められた第１周波数ｄとが等しいかどうかが判
断され、そうであるときいはステツプn5に移り、第１周
波数ｄを用いて、前記第10式に基づいて相対速度Ｖが
演算して求められる。ステツプn6では、第２周波数ｒ
を用いて、前記第９式に基づいて相対距離Ｒが演算して
求められて動作を終了する。

ステツプn4において、演算して求められた第１周波数
ｄが計測された差の周波数d1と等しくないときには
ステツプn7に移り、第２周波数ｒを第１周波数ｄの
代りに用いて、前記第10式に基づいて相対速度Ｖが演算
して求められ、ステツプn8で第１周波数ｄを第２周波
数ｒの代りに用いて、前記第９式に基づいて相対距離
Ｒが演算して求められて動作を終了する。

このように本発明に従うレーダ装置21では、アンテナ
26から放射される送信信号は、搬送波を台形波で周波数
変調して作成するようにしたので、ノイズ成分を低減す
ることができるとともに、信号成分のスペクトラムの拡
りを抑えることができる。また台形波の時間経過に対し
て周波数が変化しない部分を用いて被検出物体35との相
対距離Ｒに対応するビート信号の差の周波数d1を求
め、一方、前記台形波において時間経過に伴つて搬送波
の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数upと、
前記台形波において時間経過に伴つて搬送波の周波数が
下降する部分の周波数downとを用いて、第１周波数
ｄと第２周波数ｒとを求める。こうして求められたこ
の第１周波数ｄと、前記ビート信号の差の周波数d1
とが一致しているかどうかによつて、該第１周波数ｄ
を相対距離Ｒの演算に用いるか、相対速度Ｖの演算に用
いるかを決定するようにしたので、前記第11図において
斜線を施して示される。第１周波数ｄと、第２周波数
ｒとが入れ代わつてしまうような場合であつても、そ
のような入れ代わりを正確に判断することができる。こ
うして誤検出を防止して高精度に相対距離Ｒと、相対速
度Ｖとを求めることができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、アンテナからの放射波
は搬送波を台形波によつて周波数変調して作成し、その
受信信号を、時間経過に伴つて搬送波の周波数が上昇す
る部分のビート信号の周波数をupとし、時間経過に伴
つて搬送波の周波数が下降する部分のビート信号の周波
数をdownとするとき、ドツプラ効果による第１周波数
ｄを、 から計算して求め、また台形波の時間経過に対して周波
数が一定の部分のビート信号の周波数d1を求め、前記
第１周波数２と、前記一定の部分のビート信号の周波
数d1とを比較し、両者が等しいとき、すなわち放射波
の周波数の変化に対して、時間遅れを伴つて反射波の周
波数が変化して両者が交差するときには、前記第１周波
数ｄを相対速度演算に用いる。またこのとき前記第２
周波数ｒはアンテナと被検出物体との相対距離に対応
しており、こうして変調波に前記三角波を用いた場合の
ように、ノイズ成分が増大することなく、また正弦波を
用いた場合のようにビート信号のスペクトラムが拡がつ
てしまうことなく、高精度に相対距離の測定を行うこと
ができる。

一方、周波数の変化に対して、時間遅れを伴つて反射
波の周波数が変化して両者が交差しないときには、第１
周波数ｄと第２周波数ｒとが入れ代わつており、し
たがつて前記第１周波数ｄはアンテナと被検出物体と
の距離に対応しており、また第２周波数ｒはアンテナ
と被検出物体との相対速度に対応しており、このように
して誤検出を防止して相対距離および相対速度の測定を
高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレーダ装置21の電気的構成
を示すブロツク図、第２図は送受信信号とビート信号と
の関係を示すグラフ、第３図は受信信号の周波数スペク
トラムとBPF31,41の周波数特性とを示すグラフ、第４図
は動作を説明するためのフローチヤート、第５図は従来
技術のレーダ装置１の電気的構成を示すブロツク図、第
６図はレーダ装置１から三角波が送信された場合の送受
信信号とビート信号との関係を示すグラフ、第７図は前
記三角波が送信された場合の受信信号の周波数スペクト
ラムとBPF9の周波数特性とを示すグラフ、第８図はレー
ダ装置１から正弦波が送信された場合の送受信信号とビ
ート信号との関係を示すグラフ、第９図は前記正弦波が
送信された場合の受信信号の周波数スペクトラムとBPF9
の周波数特性とを示すグラフ、第10図はレーダ装置１の
問題点を説明するための送信信号と受信信号との関係を
示すグラフ、第11図は従来技術の問題点を説明するため
の相対距離Ｒと相対速度Ｖとの関係を示すグラフであ
る。 21……レーダ装置、22……変調波発生回路、23……FM変
調回路、24……搬送波発振回路、25……サーキユレー
タ、26……アンテナ、27……混合回路、30,40……計測
回路、31,41……BPF、32,42……検波回路、33,43……カ
ウンタ、34……処理回路、35……被検出物体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 仁志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−210887（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−100673（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】台形波によつて搬送波を周波数変調する出
   力手段と、 出力手段の出力を被検出物体に放射し、反射波を受信す
   るアンテナと、 アンテナによつて受信された反射波と、出力手段からの
   出力の一部とのビート信号を生成する混合器と、 混合器からの前記ビート信号の周波数を計測する計測手
   段と、 計測手段の出力に応答し、台形波の時間経過に伴つて搬
   送波の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数を
   upとし、時間経過に伴つて搬送波の周波数が下降する部
   分のビート信号の周波数をdownとするとき、ドツプラ
   効果による第１周波数ｄを、 から計算して求め、また台形状の時間経過に対して搬送
   波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数d1を求
   め、前記第１周波数ｄと前記一定の部分の周波数d1
   とを比較し、両者が等しくないときには、前記第１周波
   数ｄを相対距離演算に用いる演算手段とを含むことを
   特徴とする周波数変調波を用いたレーダ装置。
2. 【請求項２】台形波によつて搬送波を周波数変調する出
   力手段と、 出力手段の出力を被検出物体に放射し、反射波を受信す
   るアンテナと、 アンテナによつて受信された反射波と、出力手段からの
   出力の一部とのビート信号を生成する混合器と、 混合器からの前記ビート信号の周波数を計測する計測手
   段と、 計測手段の出力に応答し、台形波の時間経過に伴つて搬
   送波の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数を
   upとし、時間経過に伴つて搬送波の周波数が下降する部
   分のビート信号の周波数をdownとするとき、ドツプラ
   効果による第１周波数ｄと距離の影響による第２周波
   数ｒとを、 からそれぞれ計算して求め、また台形波の時間経過に対
   して搬送波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数
   d1を求め、前記第周波ｄと前記一定の部分の周波数
   d1とを比較し、両者が等しいときには、前記第１周波
   数ｄを相対速度演算に用い、また前記第２周波数ｒ
   を相対距離演算に用い、両者が等しくないときには、前
   記第１周波数ｄを相対距離演算に用い、前記第２周波
   数ｒを相対速度演算に用いる演算手段とを含むことを
   特徴とする周波数変調波を用いたレーダ装置。