JP2762143B2 - Intermittent FM-CW radar device - Google Patents
Intermittent FM-CW radar deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 FM−CWモードとCWモードを交互に繰り返す間欠FM−CW
レーダ装置に関し、 FM/AM変換ノイズの影響を回避して探知性能を改善す
ることを目的とし、 周期性を有する非正弦波のFM信号で搬送波に周波数変
調をかけて送信波を作成するFM−CWモードと、該FM信号
で周波数変調しない搬送波を送信波とするCWモードとを
交互に切替えると共に、該送信波の一部を受信局発信号
に使用して受信波とのビート信号を得る間欠FM−CWレー
ダ装置において、前記CWモード時は、前記ビート信号を
低いしきい値と比較して目標の有無を判別し、前記FM−
CWモード時は、直前のCWモードで目標検出された場合に
低いしきい値を使用し、また目標検出されない場合は高
いしきい値を使用して前記ビート信号を波形整形するよ
う構成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Overview] Intermittent FM-CW that alternates between FM-CW mode and CW mode
FM-AM, which aims to improve the detection performance by avoiding the effects of FM / AM conversion noise, creates a transmission wave by applying frequency modulation to a carrier with a non-sinusoidal FM signal having periodicity. The CW mode is alternately switched between a CW mode in which a carrier wave that is not frequency-modulated by the FM signal and a CW mode in which a carrier wave is not modulated are used, and a part of the transmitted wave is used as a signal transmitted from a receiving station to obtain a beat signal with the received wave. In the FM-CW radar device, in the CW mode, the beat signal is compared with a low threshold to determine the presence or absence of a target.
In the CW mode, the beat signal is shaped by using a low threshold value when a target is detected in the immediately preceding CW mode and using a high threshold value when no target is detected.
本発明はFM−CWモードとCWモードを交互に繰り返す間
欠FM−CWレーダ装置に関する。The present invention relates to an intermittent FM-CW radar device that alternately repeats an FM-CW mode and a CW mode.
目標との距離および目標の速度を検出できる通常のFM
−CWレーダは、一定周波数の非正弦波で搬送波（CW）を
周波数変調（FM）し、これを送信波として使用する。こ
れに対し間欠FM−CWレーダは、周波数変調した搬送波を
送信するFM−CWレーダと、周波数変調をしない搬送波だ
けを送信するCWモードを有し、これらを交互に繰り返
す。CWモードでは目標の速度だけしか検出できないが、
FM/AM変換ノイズの影響を受けないため、検出精度が高
い。Normal FM that can detect the distance to the target and the speed of the target
-A CW radar frequency-modulates (FM) a carrier (CW) with a non-sinusoidal wave of a constant frequency and uses this as a transmission wave. On the other hand, the intermittent FM-CW radar has an FM-CW radar for transmitting a frequency-modulated carrier and a CW mode for transmitting only a carrier without frequency modulation, and these are alternately repeated. In CW mode, only the target speed can be detected,
High detection accuracy because it is not affected by FM / AM conversion noise.
第３図は従来のFM−CWレーダの構成図で、10はレーダ
センサ、20は信号処理器である。センサ10にはバラクタ
ダイオードを用いた発振器11があり、そこに信号処理部
20からガン電圧を印加して搬送波を発振させる。このと
きFM信号発振器21から三角波、台形波、方形波等の周期
性のあるFM信号（正弦波は除く）を供給して搬送波に周
波数変調をかける。FIG. 3 is a block diagram of a conventional FM-CW radar, in which 10 is a radar sensor and 20 is a signal processor. The sensor 10 has an oscillator 11 using a varactor diode.
A gun voltage is applied from 20 to oscillate a carrier wave. At this time, a periodic FM signal (excluding a sine wave) such as a triangular wave, trapezoidal wave, or square wave is supplied from the FM signal oscillator 21 to apply frequency modulation to the carrier.
このようにして周波数変調された搬送波は送信波TFと
して送信アンテナ13から送信される。送信波TFの目標
（例えば前方車両）からの反射波（受信波）RFは受信ア
ンテナ14で受信され、ミキサ15に入力する。このミキサ
15の他方の入力は受信局発信号LOであり、ホモダイン方
式では方向性結合器12で分岐された送信波TFの一部を用
いる。The carrier thus frequency-modulated is transmitted from the transmission antenna 13 as a transmission wave TF. A reflected wave (received wave) RF of a transmitted wave TF from a target (for example, a vehicle ahead) is received by a receiving antenna 14 and input to a mixer 15. This mixer
The other input of the signal 15 is a signal LO from the receiving station. In the homodyne method, a part of the transmission wave TF split by the directional coupler 12 is used.
ミキサ15の出力IFは受信波RFと局発信号LO（送信波T
F）との周波数差に相当するビート信号であり、目標と
の間の距離だけが変化しているときは第４図（ａ）のよ
うにアップビート周波数fupとダウンビート周波数fdnが
等しい。これに対し目標との相対速度も同時に変化する
と同図（ｂ）のようにfup≠fdnとなり、距離Ｒは（fu＋
fd）/2の関数frとして算出され、また相対速度Ｖは（fd
−fu/2の関数fdとして算出される。The output IF of the mixer 15 is the reception wave RF and the local oscillation signal LO (transmission wave T
F), the beat signal corresponding to the frequency difference from the target, and when only the distance from the target changes, the upbeat frequency fup and the downbeat frequency fdn are equal as shown in FIG. . On the other hand, if the relative speed with respect to the target also changes at the same time, f up ≠ f dn as shown in FIG. 3B, and the distance R becomes ( fu +
f d) is calculated as / 2 functions f r, and the relative velocity V is (f d
It is calculated as a function f d of -f u / 2.
つまり、FM信号の周波数をfm、振幅をΔＦ、光速を
Ｃ、搬送波の周波数をf0としたとき、 であるので、fup，fdnから を算出すれば距離Ｒと速度Ｖを計測できる。但し、
（ａ）のケースでは式でfd＝０となるため、速度Ｖは
測定できない。That is, when the frequency of the FM signal is f m , the amplitude is ΔF, the speed of light is C, and the frequency of the carrier is f 0 , Therefore, from f up and f dn Is calculated, the distance R and the speed V can be measured. However,
In the case of (a), since f d = 0 in the equation, the velocity V cannot be measured.
第３図のビート信号IFはアンプ16を通して信号処理部
20側に入力し、バンドパスフィルタ（BPF）22で不要帯
域が除去されてから波形整形回路23でビートパルスに変
換される。このビートパルスはカウンタ24で計数され、
その計数値がCPU25に取込まれる。CPU25はビートパルス
の周波数から距離又は速度を算出する。このときUP/DOW
Nタイミングを知るためにFM信号発振器21の出力をポー
ト26を通して検知する。The beat signal IF shown in FIG.
The signal is input to the side 20, the unnecessary band is removed by a band-pass filter (BPF) 22, and then converted into a beat pulse by a waveform shaping circuit 23. This beat pulse is counted by the counter 24,
The counted value is taken into the CPU 25. The CPU 25 calculates the distance or the speed from the beat pulse frequency. At this time UP / DOW
The output of the FM signal oscillator 21 is detected through the port 26 to know the N timing.
ところで発振器11で搬送波に周波数変調をかけると、
第５図（ｂ）に示すように搬送波の周波数ｆがFM信号に
よってΔｆだけ周波数変化するのに伴ない、同図（ａ）
に示すようにパワーＰの電圧Ｖ依存性（振幅周波数特
性）が一様でないためこれもΔＰだけ変動し、振幅変調
（AM）がかかった状態になる。この影響は局発信号LOに
も当然波乃し、ミキサ15におけるFM/AM変換ノイズとし
てビート信号IFのレベル変動要因となる。同様のことは
発振器11からミキサ15までの伝送損失が周波数特性を持
つ場合にも生ずる。By the way, when the carrier 11 is frequency-modulated by the oscillator 11,
As shown in FIG. 5 (b), as the frequency f of the carrier changes by Δf by the FM signal,
Since the voltage V dependence (amplitude frequency characteristic) of the power P is not uniform as shown in FIG. 19, this also fluctuates by ΔP, and the amplitude modulation (AM) is applied. This effect naturally occurs in the local oscillation signal LO, and causes FM / AM conversion noise in the mixer 15 as a level variation factor of the beat signal IF. The same occurs when the transmission loss from the oscillator 11 to the mixer 15 has frequency characteristics.
このFM/AM変換ノイズは第６図（ａ）のように振幅が1
0mV以上と大きいので、同図（ｂ）のように遠方の目標
から得た数10mVのビート信号と大差がない。このため、
FM/AM変換ノイズの影響を避けるために波形整形回路23
のしきい値Ｌを例えば20mV（ノイズレベルより6dB上）
に設定すると、遠方の目標から弱い反射波を充分に検出
できなくなり、有効探知距離が短かくなる問題がある。This FM / AM conversion noise has an amplitude of 1 as shown in FIG.
Since it is as large as 0 mV or more, there is not much difference from a beat signal of several tens mV obtained from a distant target as shown in FIG. For this reason,
Waveform shaping circuit 23 to avoid the influence of FM / AM conversion noise
20mV (6dB above the noise level)
In this case, there is a problem that a weak reflected wave cannot be sufficiently detected from a distant target, and the effective detection distance becomes short.
本発明は、このようなFM/AM変換ノイズの影響を回避
して探知性能を改善しようとするものである。The present invention aims to improve the detection performance by avoiding the influence of such FM / AM conversion noise.
本発明は、周期性を有する非正弦波のFM信号で搬送波
に周波数変調をかけて送信波を作成するFM−CWモード
と、該FM信号で周波数変調しない搬送波を送信波とする
CWモードとを交互に切替えると共に、該送信波の一部を
受信局発信号に使用して受信波とのビート信号を得る間
欠FM−CWレーダ装置において、 前記CWモード時は、前記ビート信号を低いしきい値と
比較して目標の有無を判別し、 前記FM−CWモード時は、直前のCWモードで目標検出さ
れた場合に低いしきい値を使用し、また目標検出されな
い場合は高いしきい値を使用して前記ビート信号を波形
整形することを特徴とするものである。The present invention provides an FM-CW mode in which a carrier is frequency-modulated with a non-sinusoidal FM signal having periodicity to create a transmission wave, and a carrier that is not frequency-modulated by the FM signal is a transmission wave.
In the intermittent FM-CW radar apparatus for alternately switching between the CW mode and using a part of the transmission wave as a signal from a receiving station to obtain a beat signal with the reception wave, the beat signal is used in the CW mode. In the FM-CW mode, a low threshold is used when a target is detected in the immediately preceding CW mode, and a high threshold is used when no target is detected in the FM-CW mode. The waveform of the beat signal is shaped using a threshold value.
CWモードは搬送波を周波数変調しないため、振幅の大
きなFM/AM変換ノイズは発生しない。このCWモードで発
生するノイズはミキサやアンプのノイズであって、その
振幅は小さい。従って、信号処理器側では低いしきい値
を使用してビート信号の有無を判別する。このようにす
ると、遠方の目標でもその有無を検知できる。In the CW mode, a carrier wave is not frequency-modulated, so that FM / AM conversion noise having a large amplitude does not occur. The noise generated in the CW mode is noise of a mixer or an amplifier, and its amplitude is small. Therefore, the signal processor uses a low threshold to determine the presence or absence of a beat signal. In this manner, the presence or absence of a distant target can be detected.
このCWモードで目標有りと判定されたら、次のFM−CW
モードでも低いしきい値を使用してビート信号を波形整
形する。このような低いしきい値の使用は、遠方の目標
からのビート信号を検知する上では都合がよいが、反面
でFM/AM変換ノイズだけでも検出してしまうため、CWモ
ードで目標検出できないときは次のFM−CWモードのしき
い値を高くしてFM/AM変換ノイズだけを誤検出しないよ
うにする。If it is determined in this CW mode that there is a target, the next FM-CW
Even in the mode, the beat signal is shaped using a low threshold value. Use of such a low threshold value is convenient for detecting beat signals from distant targets, but on the other hand, it detects only FM / AM conversion noise, so when the target cannot be detected in CW mode Raises the threshold value of the next FM-CW mode so that only FM / AM conversion noise is not erroneously detected.
このようにすることで、FM/AM変換ノイズの影響を回
避しながら探知性能を向上させることができる。By doing so, it is possible to improve the detection performance while avoiding the influence of the FM / AM conversion noise.
尚、間欠FM−CWレーダは、FM−CWモードだけのFM−CW
レーダが有する欠点、つまり「近距離で速度が大きい
と、距離や速度を計測できない」点を解決するものとし
て考え出されたものである。これは近距離（Ｒ小）で速
度が大きい（Ｖ大）ときはfr，fdを示す式においてfd
＞frとなる。このとき送信波と受信波の関係は第４図
（ｃ）のようになるので、式を式にしなければfr，
fdを算出できない。The intermittent FM-CW radar is an FM-CW mode only for FM-CW mode.
It has been conceived as a solution to the disadvantage of radar, that is, the problem that distance and speed cannot be measured if the speed is large at a short distance. F d In this short distance (R small) rate is large (V University) time f r, the formula showing the f d
> The f r. Since the relationship between the transmitted and received waves at this time is as shown in FIG. 4 (c), unless the expression into equation f r,
f d cannot be calculated.
しかしながら、実際にはfd＞frを検出できないので、
式のいずれを使用すればよいか不明であり、結局こ
の領域では距離Ｒも速度Ｖも計測不能になる。そこで、
（ｄ）のように間欠的にCWモードを導入する。CWモード
ではfdだけが計測されるが、frはFM−CWモードのfupま
たはfdnを使用して次式で算出すればよいので、 Ｒ小,V大でもR,Vを計測できるようになる。 However, since in practice it can not be detected f d> f r,
It is unknown which one of the equations should be used, and in this area, neither the distance R nor the velocity V can be measured. Therefore,
The CW mode is intermittently introduced as shown in (d). Although the CW mode only f d is measured, since f r may be calculated by the following expression using the f Stay up-or f dn of FM-CW mode, R and V can be measured even if R is small and V is large.
本発明はこのような間欠FM−CWレーダのCWモード時に
FM/AM変換ノイズが現われない点に着目し、ここで目標
の有無を判定して次のFM−CWモードのしきい値を可変設
定しようとするものである。The present invention is applied to such an intermittent FM-CW radar in the CW mode.
Focusing on the fact that FM / AM conversion noise does not appear, the presence or absence of a target is determined here, and the threshold value of the next FM-CW mode is variably set.
第２図は本発明の一実施例を示すブロック図で、10は
レーダセンサ、20は信号処理器である。レーダセンサ10
は第３図のアンテナ13,14を総称した送受信アンテナANT
と、同図の発振器11、方向性結合器12、ミキサ15、アン
プ16を総称した送受信部TRからなる。FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, in which 10 is a radar sensor, and 20 is a signal processor. Radar sensor 10
Is the transmitting and receiving antenna ANT that collectively refers to the antennas 13 and 14 in FIG.
And a transmitting / receiving unit TR that generically names the oscillator 11, the directional coupler 12, the mixer 15, and the amplifier 16 in FIG.
信号処理器20は第３図のFM信号発振器21、BPF22、波
形整形回路（比較器）23、カウンタ24、CPU25、ポート2
6の他に、新たにBPF31、レベル積分器32、比較器33、ア
ナログスイッチ34を備え、BPF22はFM−CWモード用に広
く帯域設定し、またBPF31はCWモード用に狭く帯域設定
してある。The signal processor 20 includes the FM signal oscillator 21, the BPF 22, the waveform shaping circuit (comparator) 23, the counter 24, the CPU 25, and the port 2 in FIG.
In addition to 6, a new BPF 31, a level integrator 32, a comparator 33, and an analog switch 34 are provided. .
BPF22,31はいずれもセンサ10の出力（ビート信号IF）
を入力とし、BPF22の出力は比較器23で波形整形されて
カウンタ24に入力する。これに対しBPF31の出力はレベ
ル積分器32で積分されてから比較器33に入力する。この
比較器33ではレベル積分出力を低いしきい値L2と比較
し、積分出力がL2を越えていれば目標有り、L2以下であ
れば目標なしを示す２値の切換信号を出力する。アナロ
グスイッチ34はこの切換信号が目標有りのときは低いし
きい値L2を出力し、目標なしのときは高いしきい値L1を
出力する。このアナログスイッチ34の出力Ｌは比較器23
のしきい値となり、FM−CWモード時のBPF22出力の波形
整形に使用されるため、CWモードでのみ出力Ｌを切換
え、FM−CWモードではそのレベルを保持する機能を持
つ。Both BPF22 and 31 output sensor 10 (beat signal IF)
, And the output of the BPF 22 is shaped by the comparator 23 and input to the counter 24. In contrast, the output of the BPF 31 is integrated by the level integrator 32 before being input to the comparator 33. Comparing the level integration output comparator 33 and the lower threshold L 2, the integration output is available target if beyond L 2, and outputs a switching signal 2 values indicating no target if L 2 or less . The analog switch 34 outputs a low threshold L 2 when the there goal this switching signal, when there is no target outputs a high threshold L 1. The output L of this analog switch 34 is
, Which is used for waveform shaping of the output of the BPF 22 in the FM-CW mode. Therefore, the output L is switched only in the CW mode, and the level is maintained in the FM-CW mode.
CPU25はポート26を通してFM信号発振器21の出力をチ
ェックする。１つは従来と同様にFM信号のUP/DOWNタイ
ミングであるが、他の１つはFM信号の有無を示すFM−CW
/CWタイミングである。CPU25が取り込むカウンタ24の値
はFM−CWモード時のものに限られる。The CPU 25 checks the output of the FM signal oscillator 21 through the port 26. One is the UP / DOWN timing of the FM signal as in the conventional case, but the other is FM-CW indicating the presence or absence of the FM signal.
/ CW timing. The value of the counter 24 captured by the CPU 25 is limited to the value in the FM-CW mode.
第２図は動作説明図である。間欠FM−CWレーダの送信
側はFM信号を間欠的に出力するだけでよい。これでFM−
CWモードとCWモードが交互に繰り返される。受信側では
CWモード時のビート信号（センサ出力）を低いしきい値
L2と比較する。これに対しFM−CWモードのビート信号
は、直前のしきい値で目標検出されたときは低いしきい
値L2を使用し、目標検出されないときは高いしきい値を
使用する。FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation. The transmitting side of the intermittent FM-CW radar need only output the FM signal intermittently. This is FM−
The CW mode and the CW mode are alternately repeated. On the receiving side
Low threshold for beat signal (sensor output) in CW mode
Compared with the L 2. Beat signal FM-CW mode contrast, when it is the target detected in the immediately preceding threshold using the low threshold L 2, using a higher threshold when not in target detection.
第２図には種々のケース〜を例示してある。ケー
スはFM−CWモードであるが目標がなく、FM/AM変換ノ
イズN1だけがセンサから出力されている状態である。こ
の状態のままCWモードに入ったのがケースであり、こ
のときは小振幅のミキサやアンプノイズN2だけがセンサ
から出力されている。しきい値L1，L2はこのような２種
類のノイズN1，N2を誤検出しないで済み、しかもできる
だけ高感度になる低いレベルに設定されている。FIG. 2 illustrates various cases (1) to (4). Case is a state in which it is FM-CW mode without the target, only FM / AM conversion noise N 1 is outputted from the sensor. This state involves a case of entering the CW mode remain, this time only the mixers and amplifiers noise N 2 small amplitude is outputted from the sensor. The threshold values L 1 and L 2 are set to low levels that prevent such two types of noises N 1 and N 2 from being erroneously detected, and that are as sensitive as possible.
ケースとはFM−CWモードで目標があり、センサ出
力に信号成分Ｓとノイズ成分Ｎ（N1，N2の総称）が含ま
れている状態である。この場合、ケースは直前のCWモ
ードで目標が検出されていない（信号成分Ｓがない）
ためしきい値が高い値L1に切換っているが、ケースで
は直前のCWモードで目標が検出されている（信号成分
Ｓがある）ため、しきい値が低い値L1のままである。The case is a state in which there is a target in the FM-CW mode and the sensor output includes a signal component S and a noise component N (general term for N 1 and N 2 ). In this case, the target is not detected in the immediately preceding CW mode (there is no signal component S).
Since that the threshold voltage is Tsu switching to a higher value L 1, the case (there is a signal component S) targets detected and are immediately before CW mode is therefore remains threshold is low L 1 .
この様にFM−CWモードで異なるしきい値を用いると、
ケースのように目標がないときはFM/AM変換ノイズN1
を誤検出することがなく、またケースのように目標が
あるときは、それが遠方の目標であって信号Ｓのレベル
が低くでも高性能に探知することができる。Thus, using different thresholds in FM-CW mode,
FM / AM conversion noise N 1 when there is no target as in the case
Is not erroneously detected, and when there is a target as in the case, even if the target is a distant target and the level of the signal S is low, it can be detected with high performance.
以上述べたように本発明によれば、目標の距離と速度
を計測できるFM−CWレーダの探知性能を、FM/AM変換ノ
イズの影響を回避して改善できる利点がある。As described above, according to the present invention, there is an advantage that the detection performance of an FM-CW radar capable of measuring a target distance and speed can be improved by avoiding the influence of FM / AM conversion noise.
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、 第２図はその動作説明図、 第３図は従来のFM−CWレーダの構成図、 第４図はFM−CWレーダの原理説明図、 第５図はFM信号によるパワー変動の説明図、 第６図はレーダセンサの出力波形図である。 図中、10はレーダセンサ、20は信号処理器、21はFM信号
発振器、22はFM−CW用BPF、23は波形整形用比較器、25
はCPU、31はCW用BPF、33は目標検出用比較器、34はしき
い値切換用アナログスイッチである。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of its operation, FIG. 3 is a block diagram of a conventional FM-CW radar, and FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of the power fluctuation due to the FM signal, and FIG. 6 is an output waveform diagram of the radar sensor. In the figure, 10 is a radar sensor, 20 is a signal processor, 21 is an FM signal oscillator, 22 is a BPF for FM-CW, 23 is a waveform shaping comparator, 25
Denotes a CPU, 31 denotes a CW BPF, 33 denotes a target detection comparator, and 34 denotes a threshold value switching analog switch.
Claims (1)
に周波数変調をかけて送信波を作成するFM−CWモード
と、該FM信号で周波数変調しない搬送波を送信波とする
CWモードとを交互に切替えると共に、該送信波の一部を
受信局発信号に使用して受信波とのビート信号を得る間
欠FM−CWレーダ装置において、 前記CWモード時は、前記ビート信号を低いしきい値と比
較して目標の有無を判別し、 前記FM−CWモード時は、直前のCWモードで目標検出され
た場合に低いしきい値を使用し、また目標検出されない
場合は高いしきい値を使用して前記ビート信号を波形整
形することを特徴とする間欠FM−CWレーダ装置。1. An FM-CW mode in which a carrier is frequency-modulated with a non-sinusoidal FM signal having periodicity to generate a transmission wave, and a carrier that is not frequency-modulated by the FM signal is a transmission wave.
In the intermittent FM-CW radar apparatus for alternately switching between the CW mode and using a part of the transmission wave as a signal from a receiving station to obtain a beat signal with the reception wave, the beat signal is used in the CW mode. In the FM-CW mode, a low threshold is used when a target is detected in the immediately preceding CW mode, and a high threshold is used when no target is detected in the FM-CW mode. An intermittent FM-CW radar device, wherein the beat signal is shaped using a threshold value.
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |