JP3214480B2 - FM-CW radar device - Google Patents
FM-CW radar deviceInfo
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- JP3214480B2 JP3214480B2 JP01917699A JP1917699A JP3214480B2 JP 3214480 B2 JP3214480 B2 JP 3214480B2 JP 01917699 A JP01917699 A JP 01917699A JP 1917699 A JP1917699 A JP 1917699A JP 3214480 B2 JP3214480 B2 JP 3214480B2
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、車両などに搭載さ
れて移動物体の距離及び相対速度を検知するFM−CW
レーダ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an FM-CW mounted on a vehicle or the like for detecting the distance and relative speed of a moving object.
The present invention relates to a radar device.
【0002】[0002]
【従来の技術】この種の自動車などに搭載されるレーダ
装置は、前方や後方を走行する他の自動車を監視して、
距離及び相対速度を同時に測定することができる。特
に、前方を走行する自動車の監視は自動車の追従、或い
は衝突事故を未然に防ぐものであり、今後大いに役立つ
ことが期待されている。また、車載レーダ装置には、ミ
リ波帯の電波を応用したミリ波レーダ装置があり、この
ミリ波レーダ装置の方式にも三角波によるFM変調波の
連続波を用いたFM−CWレーダ方式がある。従来、F
MーCWレーダ装置としては、三角波の変調信号に基づ
いてFM変調された連続波を送信波として、前方に位置
する自動車などの障害物に向けて送信し、障害物によっ
て反射されて戻ってきた反射波を受信波として取り入れ
る。そして、その時の送信波と受信波をミキシングして
得られたビート信号から、例えば、FFT(Fast Fouri
er Transform)のような周波数解析手法によって信号処
理することにより、ピーク周波数とピークレベルとを算
出する。その後、ピークペアリング及びグルーピングな
どの認識処理を行うことによって、障害物との距離及び
相対速度を算出することができる。2. Description of the Related Art A radar device mounted on a vehicle of this type monitors another vehicle traveling forward or backward, and
Distance and relative speed can be measured simultaneously. In particular, monitoring of a vehicle traveling ahead is to prevent following of the vehicle or a collision accident, and is expected to be very useful in the future. In addition, there is a millimeter-wave radar device that applies a millimeter-wave band radio wave to an on-vehicle radar device, and there is also an FM-CW radar system using a continuous wave of an FM modulation wave by a triangular wave as a system of the millimeter-wave radar device. . Conventionally, F
As an M-CW radar device, a continuous wave FM-modulated based on a modulation signal of a triangular wave is transmitted as a transmission wave toward an obstacle such as a car located ahead, and is reflected by the obstacle and returned. Incorporate reflected waves as received waves. Then, from the beat signal obtained by mixing the transmission wave and the reception wave at that time, for example, FFT (Fast Fouri
er Transform) to calculate a peak frequency and a peak level by performing signal processing. Thereafter, by performing recognition processing such as peak pairing and grouping, the distance to the obstacle and the relative speed can be calculated.
【0003】このような技術は、例えば特開平9ー13
3765号公報などに開示されている。この公報の技術
は、FFT方式を用い、変調信号周波数を可変すること
により、複数物標のビート信号の分離と相対速度計算精
度の向上の両立を図り、同時に、サンプリング周波数を
可変にすることで検知周波数範囲を可変にして、一定の
物標距離レンジの検知範囲を確保し、さらに、最小限の
FFTポイント数でビート信号周波数精度の向上を図っ
たものである。[0003] Such a technique is disclosed, for example, in JP-A-9-13.
It is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 3765. The technique disclosed in this publication uses the FFT method and varies the modulation signal frequency to achieve both the separation of beat signals of a plurality of targets and the improvement of relative speed calculation accuracy, and at the same time, the sampling frequency is varied. The detection frequency range is made variable to secure a detection range of a constant target distance range, and further, the beat signal frequency accuracy is improved with a minimum number of FFT points.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
信号処理では、周波数精度や距離精度を重視するために
障害物確定までの処理時間が長くなり、リアルタイム処
理ができなくなるという問題を生じる。例えば、特開平
9ー133765号公報のような技術では、周波数精度
を向上させるために、FFTのポイント数をあげること
によって、障害物確定に要する処理時間が長くなり、即
時性に欠けるなどの問題を生じる。However, in the conventional signal processing, since the frequency accuracy and the distance accuracy are emphasized, the processing time until the obstacle is determined becomes long, and there arises a problem that real-time processing cannot be performed. For example, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-133765, by increasing the number of FFT points in order to improve the frequency accuracy, the processing time required to determine an obstacle becomes longer, resulting in a lack of immediacy. Is generated.
【0005】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、必要とする最大検知距離か
ら、予め設定した2つのある閾値の前後でFFTポイン
ト数、サンプリング周波数及び変調周波数を変更させる
ことによって、周波数精度を下げることなくFFTの演
算時間を大幅に短縮させることが可能となり、障害物を
リアルタイムに確定できるFM−CWレーダ装置を提供
することにある。The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to calculate the number of FFT points, sampling frequency, and modulation frequency before and after two predetermined thresholds from a required maximum detection distance. The present invention is to provide an FM-CW radar device that can greatly reduce the calculation time of the FFT without lowering the frequency accuracy, and that can determine an obstacle in real time.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のFM−CWレーダ装置は、予め設定した
距離の閾値と最も近距離に位置する障害物の距離とを比
較し、さらに相対速度の閾値と最も近距離に位置する障
害物の相対速度とを比較し、これらの比較結果に基づい
て、サンプリング周波数fsやFFTポイント数N及び
変調周波数fmを変更することにより、必要とする周波
数精度や距離精度を下げることなく、障害物確定までの
処理時間を短縮させることができ、前方を走行する自動
車の追突或いは衝突事故を未然に防ぐことができるよう
にしたことを特徴とする。In order to achieve the above object, an FM-CW radar apparatus of the present invention compares a preset threshold value of a distance with the distance of the closest obstacle, Further, by comparing the threshold value of the relative speed with the relative speed of the obstacle located at the closest distance, based on these comparison results, by changing the sampling frequency fs, the number N of FFT points, and the modulation frequency fm, it becomes necessary. It is possible to shorten the processing time until the obstacle is determined without lowering the frequency accuracy and the distance accuracy, and to prevent a rear-end collision or a collision accident of a vehicle traveling ahead. .
【0007】すなわち、請求項1に係るFM−CWレー
ダ装置は、三角波によってFM変調された送信波を物標
に向けて送信し、この物標より反射された反射波を受信
波として受信し、送信波と受信波をミキシングして得ら
れたビート信号を周波数解析手法によって信号処理し、
ピークペアリング及びグルーピングなどの認識処理を行
うことによって、物標との距離及び物標との相対速度を
算出するFM−CWレーダ装置において、予め設定した
距離の閾値と最も近距離に位置する物標の距離とを比較
し、さらに、予め設定した相対速度の閾値と最も近距離
に位置する物標の相対速度とを比較し、これらの比較結
果に基づいて、初期値として設定されたサンプリング周
波数と、初期値として設定されたFFTポイント数と、
FM変調された変調周波数とを変更することにより、必
要とする周波数精度や距離精度を下げることなく、物標
確定までの処理時間を短縮させ、物標との距離及び物標
との相対速度を算出することを特徴とする。That is, an FM-CW radar device according to claim 1 transmits a transmission wave FM-modulated by a triangular wave toward a target, receives a reflected wave reflected from the target as a reception wave, The beat signal obtained by mixing the transmitted wave and the received wave is signal processed by the frequency analysis method,
In an FM-CW radar apparatus that calculates a distance to a target and a relative speed to the target by performing a recognition process such as peak pairing and grouping, an object located closest to a preset distance threshold and a closest distance is used. Compare the distance of the target, and further compare the threshold value of the preset relative speed and the relative speed of the closest target, based on these comparison results, based on the sampling frequency set as the initial value And the number of FFT points set as an initial value,
By changing the modulation frequency of FM modulation, the processing time until the target is determined can be shortened without lowering the required frequency accuracy and distance accuracy, and the distance to the target and the relative speed to the target can be reduced. It is characterized in that it is calculated.
【0008】また周波数解析手法を用いた処理によっ
て、A/D変換器により一定時間でサンプリングされた
前記ビート信号の離散値データより、スペクトラムデー
タを抽出する周波数解析処理手段と、 抽出された前記
スペクトラムデータに基づいて、前記ピークペアリング
及び前記グルーピングなどの処理を行い、前記物標との
距離及び前記物標との相対速度を算出するターゲット認
識手段と、前記FM−CWレーダ装置に最も近い前記物
標までの距離と、予め設定された距離の閾値とを比較
し、次のサイクルのビート信号に対するサンプリング周
波数と、前記周波数解析処理手段で用いるFFTポイン
ト数とを変更させる閾値判別手段とを備え、前記距離の
閾値は、第1の閾値と該第1の閾値より値の大きい第2
の閾値とからなり、前記第1の閾値より前記物標までの
距離の値が小さいときに、前記サンプリング周波数と前
記FFTポイント数を小さくし、前記第1の閾値より前
記物標までの距離の値が大きく、且つ前記第2の閾値よ
り前記物標までの距離の値が大きいときは、前記FFT
ポイント数のみを小さくすることを特徴とする。In addition, the processing using the frequency analysis technique
Frequency analysis processing means for extracting spectrum data from discrete value data of the beat signal sampled at a constant time by an A / D converter; and, based on the extracted spectrum data, the peak pairing and the Target recognition means for performing processing such as grouping and calculating the distance to the target and the relative speed to the target, the distance to the target closest to the FM-CW radar device, and a preset Threshold value comparing means for comparing a sampling frequency for a beat signal in the next cycle and the number of FFT points used in the frequency analysis processing means, wherein the distance threshold value is a first threshold value. And a second value larger than the first threshold value
When the value of the distance to the target is smaller than the first threshold, the sampling frequency and the number of FFT points are reduced, and the distance between the first threshold and the target is smaller. When the value is large and the value of the distance to the target is greater than the second threshold, the FFT
It is characterized in that only the number of points is reduced.
【0009】請求項2に係るFM−CWレーダ装置は、
請求項1に記載のFM−CWレーダ装置において、閾値
判別手段が、予め設定された相対速度の閾値を備え、前
記第1の閾値より前記物標までの距離の値が小さいとき
に、前記サンプリング周波数と前記FFTポイント数を
小さくすると共に、前記相対速度の閾値と、前記物標の
前記FM−CWレーダ装置に対する相対速度とを比較
し、前記物標の相対速度が前記相対速度の閾値より大き
いときは、FM変調された前記変調周波数を大きくする
ことを特徴とする。The FM-CW radar device according to claim 2 is
2. The FM-CW radar device according to claim 1, wherein the threshold value determining unit includes a preset threshold value of the relative speed, and the sampling is performed when the value of the distance to the target is smaller than the first threshold value. 3. While reducing the frequency and the number of FFT points, comparing the threshold of the relative speed with the relative speed of the target with respect to the FM-CW radar device, the relative speed of the target is larger than the threshold of the relative speed In some cases, the FM-modulated frequency is increased.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図1は、FM−CWレーダ装
置の基本構成を示す図であり、図2は、本発明の実施の
形態に適用されるFM−CWレーダ装置の構成ブロック
図である。先ず、図1、図2によりFM−CWレーダ装
置の構成について説明する。このFM−CWレーダ装置
は、三角波状の変調信号を発生させる変調信号発生器1
と、変調信号に基づき周波数変調を行う電圧制御発振器
2と、連続した送信波を送信する送信アンテナ3と、前
方の障害物に反射した受信波を受信する受信アンテナ4
と、予め送信波を分離させる方向性結合器5と、分離さ
れた送信波と受信波とをミキシングする混合器6とによ
って構成され、混合気6によって生成されたビート信号
が出力されるようになっている。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of an FM-CW radar device, and FIG. 2 is a configuration block diagram of an FM-CW radar device applied to an embodiment of the present invention. First, the configuration of the FM-CW radar device will be described with reference to FIGS. This FM-CW radar apparatus has a modulation signal generator 1 for generating a triangular modulation signal.
A voltage-controlled oscillator 2 that performs frequency modulation based on a modulation signal, a transmission antenna 3 that transmits a continuous transmission wave, and a reception antenna 4 that receives a reception wave reflected by a preceding obstacle
And a directional coupler 5 that separates a transmission wave in advance, and a mixer 6 that mixes the separated transmission wave and reception wave so that a beat signal generated by the air-fuel mixture 6 is output. Has become.
【0011】そして、図2に示すように、このビート信
号は、LPF(ローパスフィルタ)7でフィルタリング
されて増幅器8で増幅された後、A/D変換器9でデジ
タル変換されて周波数解析処理器10に送出される。周
波数解析処理器10では、A/D変換器9により一定時
間でサンプリングされたビート信号の離散値データを、
FFTなどの周波数解析手法を用いて処理することでス
ペクトラムを抽出する。その後、ターゲット認識器11
において、抽出されたスペクトラムのピークペアリング
及びグルーピングなどを行い、障害物との距離及び相対
速度を算出する。As shown in FIG. 2, the beat signal is filtered by an LPF (low-pass filter) 7 and amplified by an amplifier 8, and then is digitally converted by an A / D converter 9 to be subjected to a frequency analysis processor. It is sent to 10. The frequency analysis processor 10 converts the discrete value data of the beat signal sampled by the A / D converter 9 for a predetermined time,
A spectrum is extracted by processing using a frequency analysis method such as FFT. Then, the target recognizer 11
In, peak pairing and grouping of the extracted spectrum are performed, and the distance to the obstacle and the relative speed are calculated.
【0012】次に、閾値判別回路12は、FM−CWレ
ーダ装置に最も近い障害物までの距離と、予め設定した
距離の閾値とを比較し、次のサイクルのビート信号に対
するA/D変換器9のサンプリング周波数と、周波数解
析処理器10で用いるFFTのFFTポイント数とを変
更させる。さらに、危険判別器13によって、前記障害
物との距離及び相対速度から障害物に対する危険度を判
別し、警報器14によって、判別された危険度に応じて
運転者に対して警報表示或いは警報音を発し警告する。Next, the threshold value discriminating circuit 12 compares the distance to the obstacle closest to the FM-CW radar device with a preset threshold value of the distance, and performs an A / D converter for the beat signal in the next cycle. 9 and the number of FFT points of the FFT used in the frequency analysis processor 10 are changed. Further, the danger classifier 13 determines the degree of danger to the obstacle from the distance to the obstacle and the relative speed, and the alarm device 14 displays an alarm or an alarm sound to the driver according to the determined degree of danger. To warn you.
【0013】次に、この実施の形態のFM−CWレーダ
装置の動作について説明する。先ず、図2のA/D変換
器9における動作原理について説明する。LPF7及び
増幅器8を介して出力されたビート信号を、A/D変換
器9によって或る一定周期τによりサンプリングした場
合、原ビート信号に含まれている細かな変化までは抽出
されない。つまり、サンプリング周期τによって定まる
上限の周波数以上の成分はサンプリングされたデータに
含まれないことになる。この上限の周波数はナイキスト
周波数と呼ばれており、サンプリング周波数の1/2の
周波数となる。仮に、連続信号にナイキスト周波数以上
の成分が含まれていたとした場合、その高調波成分のサ
ンプル値データは低周波成分に対するデータと区別がで
きなくなる。言い換えれば連続信号に含まれる周波数成
分を正しくサンプル値データとして得るためには、少な
くとも1周期分の波形に対し上限と下限の2つのサンプ
ル値データが必要となる。よって、FM−CWレーダ装
置では、A/D変換に用いるサンプリング周波数を変更
することによって、ビート信号の最大検知周波数も同時
に変更する。Next, the operation of the FM-CW radar apparatus according to this embodiment will be described. First, the operation principle of the A / D converter 9 in FIG. 2 will be described. When the beat signal output via the LPF 7 and the amplifier 8 is sampled by the A / D converter 9 at a certain fixed period τ, even a small change included in the original beat signal is not extracted. That is, a component having a frequency equal to or higher than the upper limit frequency determined by the sampling period τ is not included in the sampled data. This upper limit frequency is called the Nyquist frequency, which is half the sampling frequency. If it is assumed that the continuous signal contains a component higher than the Nyquist frequency, the sample value data of the harmonic component cannot be distinguished from the data for the low frequency component. In other words, in order to correctly obtain the frequency components included in the continuous signal as sample value data, two sample value data of an upper limit and a lower limit are required for a waveform for at least one cycle. Therefore, in the FM-CW radar device, by changing the sampling frequency used for the A / D conversion, the maximum detection frequency of the beat signal is changed at the same time.
【0014】ここで、本発明の本題である図2の周波数
解析処理器10における動作原理について説明する。周
波数解析手法としてFFTを用いるが、まず前記のサン
プル値データに対して離散的フーリエ変換DFT(Disc
rete Fourier Tarnsform)を行うことで時間関数から周
波数関数を求める。その変換式はサンプル値データをg
(n)、データ数をN、フーリエ係数をGnとすると次の式
(1)及び式(2)によって表される。但し、Wは回転
子とする。Here, the operation principle of the frequency analysis processor 10 shown in FIG. 2, which is the main subject of the present invention, will be described. Although FFT is used as a frequency analysis method, first, a discrete Fourier transform DFT (Disc
rete Fourier Tarnsform) to find the frequency function from the time function. The conversion formula is g
(n), the number of data is N, and the Fourier coefficient is Gn, and is expressed by the following equations (1) and (2). However, W is a rotor.
【0015】[0015]
【数1】 (Equation 1)
【0016】[0016]
【数2】 (Equation 2)
【0017】このとき、式(1)を行列で表記すると、
次の式(3)のようになる。At this time, when Expression (1) is represented by a matrix,
The following equation (3) is obtained.
【0018】[0018]
【数3】 (Equation 3)
【0019】式(3)から明らかなように、各行の演算
に対し加算及び乗算はそれぞれN回必要となるので、N
行を演算するにはN2回の乗加算が必要となる。つまり
データ数が多いほどN2に比例して演算時間が増大する
こととなる。そこで、この演算時間を短縮させるために
アルゴリズムが最も容易に構成できる基数2の高速フー
リエ変換を適用する。基数2のFFTとは、サンプル値
データ数を2のべき乗に限定したアルゴリズムであり、
その方式には時間間引き方式と周波数間引き方式の両方
式があるが、共に高速化の効果は同じであるため、ここ
では時間間引き方式について説明する。As is apparent from equation (3), since addition and multiplication are required N times for each row operation, N
To calculate a row, N2 multiplications are required. That is, as the number of data increases, the calculation time increases in proportion to N2. Therefore, in order to reduce the calculation time, a fast radix-2 Fourier transform that can be easily configured by an algorithm is applied. The radix-2 FFT is an algorithm in which the number of sample value data is limited to a power of two,
Although there are two methods, a time thinning method and a frequency thinning method, in both methods, since the effect of increasing the speed is the same, the time thinning method will be described here.
【0020】まず、基数を2としたサンプル値データ数
Nは2の倍数なので、式(1)のN個のサンプル値デー
タg(n)を、次の式(4)及び式(5)ように、偶数列e
(n)と奇数列h(n)の2つに分割する。First, since the number N of sample value data with a radix of 2 is a multiple of two, the N sample value data g (n) in the equation (1) is converted into the following equations (4) and (5). And the even column e
(n) and an odd column h (n).
【0021】[0021]
【数4】 (Equation 4)
【0022】[0022]
【数5】 (Equation 5)
【0023】よって、それぞれN/2個のデータから構
成されるe(n)とh(n)のDFTであるEk、Hkから、式
(1)は次の式(6)のように与えられる。Therefore, from Ek and Hk, which are DFTs of e (n) and h (n) each composed of N / 2 data, Equation (1) is given as the following Equation (6). .
【0024】[0024]
【数6】 (Equation 6)
【0025】式(6)は、N個のサンプル値データに対
するDFTであるGkが、N’=N/2個から求まる2つの
DFT、すなわちEk、Hkから求められることを示してい
る。このとき、N/2がさらに2で割れる場合は、同様
にして演算回数を減らすことができる。Equation (6) indicates that Gk, which is a DFT for N sample value data, can be obtained from two DFTs obtained from N '= N / 2, that is, Ek and Hk. At this time, if N / 2 is further divided by 2, the number of operations can be reduced in the same manner.
【0026】すなわち、図3の、FFTのアルゴリズム
を説明するためのFFT処理方法を示す図を用いて説明
すると、データ数N=8の場合に2つのDFTからGkを
求める手法により、一般にデータ数Nが2のべき乗の場
合(log2N)段からFFTは構成される。つまりGkを求
めるためには、まず回転子Wiの乗算が各段においてN回
行われ、N段で構成されているので、乗算がNlog2N回必
要となる。一方、EkとWk及びHkの加算も同様にNlog2N回
必要となる。That is, a description will be given with reference to FIG. 3 which is a diagram showing an FFT processing method for explaining an FFT algorithm. When N is a power of 2 (log 2 N), the FFT is composed of stages. That in order to obtain the Gk it is first performed N times multiplications of the rotor W i is in each stage, which is configured by N stages, multiplications are required 2 N times Nlog. On the other hand, the addition of Ek and W k and Hk Similarly needed Nlog 2 N times.
【0027】しかし、実際の回転子Wは式(2)から明
らかなように、W0=1及びWN/2=−1となる値が必ず存
在するため、回転子の乗算は和及び差の演算に置き換え
られ、結局Gkを求めるには、(Nlog2N)/2回の乗算と
Nlog2N回の加算ですみ、最終的な演算回数の合計は次の
式(7)で与えられる。However, as is apparent from equation (2), since the actual rotor W always has values of W 0 = 1 and W N / 2 = −1, the multiplication of the rotor is a sum and a difference. In the end, to find Gk, (Nlog 2 N) / 2 multiplications and
With only Nlog 2 N additions, the final total number of operations is given by the following equation (7).
【0028】[0028]
【数7】 (Equation 7)
【0029】ここで、本発明における第1の実施の形態
の閾値判別処理について説明する。図4は障害物認識処
理の流れを示すフローチャートであり、図5は第1の実
施の形態の閾値判別処理の流れを示すフローチャートで
ある。先ず、図4を用いて障害物認識処理のフローチャ
ートを説明する。Here, the threshold value discriminating process according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a flowchart illustrating the flow of the obstacle recognition process, and FIG. 5 is a flowchart illustrating the flow of the threshold value determination process according to the first embodiment. First, a flowchart of the obstacle recognition process will be described with reference to FIG.
【0030】先ず、初期値として設定されたサンプリン
グ周波数fsによって、A/D変換器9によりA/D変
換処理が行われ(S1)、次に、周波数解析処理器10
によって、予め初期値として設定されたFFTポイント
数Nにより、入力されたサンプル値データのFFT処理
が行われ(S2)、さらに、ターゲット認識器11にお
いて、ピーク周波数とピークレベルが求められる。すな
わち、ターゲット認識器11は、スペクトラムデータを
もとに三角波の上下区間それぞれのピーク値を求め(S
3)、ピークペアリングの処理を行う(S4)。また、
検出されたピーク値はグルーピング処理された後(S
5)、障害物確定処理にて、障害物に対する距離及び相
対速度が算出される(S6)。そして、閾値判別回路1
2によって閾値判別処理が行われる(S7)。First, A / D conversion processing is performed by the A / D converter 9 at the sampling frequency fs set as an initial value (S1).
Thus, the FFT processing of the input sample value data is performed using the FFT point number N set as an initial value in advance (S2), and the peak frequency and peak level are obtained in the target recognizer 11. That is, the target recognizer 11 obtains the peak value of each of the upper and lower sections of the triangular wave based on the spectrum data (S
3) A peak pairing process is performed (S4). Also,
The detected peak values are subjected to grouping processing (S
5) In the obstacle determination processing, the distance and the relative speed to the obstacle are calculated (S6). Then, the threshold determination circuit 1
2, a threshold value determination process is performed (S7).
【0031】次に、図5を用いて第1の実施の形態の閾
値判別処理の流れを説明する。先ず、閾値判別回路12
では、検出された最も近距離にある障害物の距離と、予
め近距離に設定した閾値Rth1とを比較し(S10)、障
害物の距離が閾値Rth1よりも小さい、つまり閾値より近
くに障害物が存在すると判断した場合(S11、Y)、
サンプリング周波数fs及びFFTポイント数Nを小さ
くする(S12)。Next, the flow of the threshold value discriminating process according to the first embodiment will be described with reference to FIG. First, the threshold determination circuit 12
Then, the detected distance of the closest obstacle is compared with a threshold Rth1 set in advance to a short distance (S10), and the distance of the obstacle is smaller than the threshold Rth1, that is, the obstacle is closer to the threshold. Is determined to exist (S11, Y),
The sampling frequency fs and the number N of FFT points are reduced (S12).
【0032】ここで、式(7)から明らかなように、F
FTポイント数を小さくするとFFTの演算時間は大幅
に減少する。このとき、例えばFFTポイント数Nを5
12から256の1/2にしたとすると、実際にその演
算回数は約56%ほど減少する。また、このときFFT
ポイント数Nと同時にサンプリング周波数fsを1/2
とすることで、設定した閾値より近くにある障害物に対
して、周波数精度を下げることなく障害物確定までの処
理時間をリアルタイムに行うことが可能となる。ここ
で、サンプリング周波数fsを下げることで最大検知距
離は短くなるが、設定した閾値より近くにある障害物を
対象としているため、これによる影響はない。Here, as is apparent from equation (7), F
When the number of FT points is reduced, the calculation time of the FFT is greatly reduced. At this time, for example, the number N of FFT points is set to 5
If the number of operations is reduced from 12 to 1/2 of 256, the number of operations is actually reduced by about 56%. At this time, FFT
At the same time as the number of points N, the sampling frequency fs is halved.
By doing so, for an obstacle that is closer to the set threshold value, the processing time until the obstacle is determined can be performed in real time without lowering the frequency accuracy. Here, the lowering of the sampling frequency fs shortens the maximum detection distance, but does not affect the obstacle that is closer to the set threshold value.
【0033】また、ステップS11に戻って、最も近距
離にある障害物が設定した閾値Rth1よりも遠方にあると
判断した場合は(S11、N)、予め遠距離に設定した
閾値Rth2と、検出された最も近距離にある障害物の距離
とを比較し、再度判定を行う(S13)。この際、ステ
ップS13で設定する閾値Rth2は、ステップS10で設
定した閾値Rth1よりも必ず大きな値を設定する。Returning to step S11, if it is determined that the closest obstacle is farther than the set threshold value Rth1 (S11, N), a threshold value Rth2 set to a long distance in advance is detected. The distance is compared with the distance of the closest obstacle, and the determination is performed again (S13). At this time, the threshold value Rth2 set in step S13 is always set to a value larger than the threshold value Rth1 set in step S10.
【0034】このとき、障害物の距離が再度閾値Rth2よ
りも大きいと判断された場合は(S14、Y)、障害物
がある程度遠方に位置することになるので、周波数精度
の必要性がなくなる。よって、最大検知距離のみを確保
するために、FFTポイント数Nのみを小さくすること
によって(S15)、障害物確定までの処理時間を短縮
させリアルタイムに処理することができる。これらの結
果から、2つの異なる距離を示す閾値Rth1、Rth2を用い
て、最も近距離に存在する障害物を比較することによっ
て、常に運転者に障害物情報を高精度に、且つリアルタ
イムに警告することができ、前方の障害物との追突或い
は衝突事故を未然に防ぐことが可能となる。At this time, if it is determined that the distance of the obstacle is larger than the threshold value Rth2 again (S14, Y), the obstacle is located to a certain distance, and the necessity of the frequency accuracy is eliminated. Therefore, in order to secure only the maximum detection distance, by reducing only the number N of FFT points (S15), it is possible to shorten the processing time until the obstacle is determined and perform the processing in real time. From these results, by using the thresholds Rth1 and Rth2 indicating two different distances, by comparing obstacles existing at the shortest distance, the driver is always warned of obstacle information with high accuracy and in real time. It is possible to prevent a collision or a collision accident with an obstacle ahead.
【0035】次に、図6を用いて第2の実施の形態の閾
値判別処理の流れを説明する。図6は、第2の実施に形
態における相対速度を比較する閾値判別処理の流れを示
すフローチャートである。第2の実施の形態はビート信
号fbの算出式に基づいて説明する。ビート信号fbは
送信波と受信波の差によって求められるが、相対速度が
ある場合はドップラー効果によって受信波は送信波に対
しシフトする。このとき、ビート信号fbは、次の式
(8)のように、反射波に含まれる距離成分frとドッ
プラーシフトによる速度成分fdの和あるいは差によっ
て与えられる。Next, the flow of the threshold value discriminating process according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart illustrating a flow of a threshold determination process for comparing relative speeds according to the second embodiment. The second embodiment will be described based on a formula for calculating the beat signal fb. The beat signal fb is obtained from the difference between the transmission wave and the reception wave. If there is a relative speed, the reception wave is shifted with respect to the transmission wave by the Doppler effect. At this time, the beat signal fb is given by the sum or difference of the distance component fr contained in the reflected wave and the velocity component fd due to the Doppler shift, as in the following equation (8).
【0036】[0036]
【数8】 (Equation 8)
【0037】但し、ΔF:周波数変調幅 [Hz] fm:変調周波数 [Hz] R :FM−CWレーダ装置から障害物までの距離 [m] C :光速 [m/sec] V :FM−CWレーダ装置に対する障害物の相対速度
[m/sec] fo:搬送波周波数 [Hz]Where ΔF: frequency modulation width [Hz] fm: modulation frequency [Hz] R: distance from FM-CW radar device to obstacle [m] C: speed of light [m / sec] V: FM-CW radar Speed of obstacle relative to device
[m / sec] fo: Carrier frequency [Hz]
【0038】ここで、上昇区間のピーク周波数をfdpku
p、下降区間のピーク周波数をfdpkdnとすると、次の式
(9)〜式(12)により障害物までの距離R及び相対
速度Vが求められる。Here, the peak frequency of the rising section is represented by fdpku
Assuming that p is pd and the peak frequency in the descending section is fdpkdn, the distance R to the obstacle and the relative speed V are obtained by the following equations (9) to (12).
【0039】[0039]
【数9】 (Equation 9)
【0040】[0040]
【数10】 (Equation 10)
【0041】[0041]
【数11】 [Equation 11]
【0042】[0042]
【数12】 (Equation 12)
【0043】このとき、式(11)から明らかなよう
に、変調周波数fmを、例えば2fmに変更すると、送
信波の周期は短くなるが最大検知距離は短くなる。しか
し、変調周波数fmを大きくすることで、上昇区間と下
降区間のピーク周波数の差が小さくなるため、ピークペ
アリングが容易になり、全体的には障害物確定までの処
理時間を短縮することが可能となる。そこで、図6に示
すように、第2の実施の形態では第1の実施の形態と同
様に、予め近距離に設定した閾値Rth1と、検出された最
も近距離にある障害物の距離とを比較し(S20)、閾
値Rthよりも障害物の距離が小さい、すなわち障害物が
閾値の距離より近くに位置すると判断した場合(S2
1、Y)、サンプリング周波数fs及びFFTポイント
数Nを小さく変更した後(S22)、再度、予め設定し
てある相対速度の閾値Vthと、最も近距離に検出された
障害物のレーダに対する相対速度とを比較し(S2
3)、障害物の相対速度が閾値Vthより大きいと判断し
た場合(S24、Y)、変調周波数fmを大きくするこ
とによって(S25)、ピークペアリングを容易にさ
せ、且つ障害物確定までの処理時間を短縮させることが
できる。At this time, as is apparent from the equation (11), when the modulation frequency fm is changed to, for example, 2 fm, the period of the transmitted wave becomes shorter, but the maximum detection distance becomes shorter. However, by increasing the modulation frequency fm, the difference between the peak frequency in the rising section and the peak frequency in the falling section becomes small, so that peak pairing becomes easy, and the processing time until the obstacle is determined as a whole can be shortened. It becomes possible. Therefore, as shown in FIG. 6, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, a threshold value Rth1 set in advance to a short distance and a distance to the detected closest obstacle are set. In comparison (S20), when it is determined that the distance of the obstacle is smaller than the threshold value Rth, that is, the obstacle is located closer to the threshold distance (S2).
1, Y), after changing the sampling frequency fs and the number N of FFT points to a small value (S22), again set the threshold Vth of the relative speed set in advance and the relative speed of the closest detected obstacle to the radar. And (S2
3) If it is determined that the relative speed of the obstacle is larger than the threshold value Vth (S24, Y), the peak frequency is facilitated by increasing the modulation frequency fm (S25), and the processing until the obstacle is determined. Time can be shortened.
【0044】また、ステップS21に戻って、最も近距
離に位置する障害物が閾値Rth1よりも大きい場合は(S
21、N)、第1の実施の形態と同様の処理を行う。す
なわち、予め遠距離に設定した閾値Rth2と、検出された
最も近距離にある障害物の距離とを比較し、再度判定を
行う(S26)。この際、ステップS26で設定する閾
値Rth2は、ステップS20で設定した閾値Rth1よりも必
ず大きな値を設定する。このとき、障害物の距離が再度
閾値Rth2よりも大きいと判断された場合は(S27、
Y)、障害物がある程度遠方に位置することになるの
で、周波数精度の必要性がなくなる。よって、最大検知
距離のみを確保するために、FFTポイント数Nのみを
小さくすることによって(S28)、障害物確定までの
処理時間を短縮させリアルタイムに処理することができ
る。Returning to step S21, if the closest obstacle is larger than the threshold value Rth1, (S21)
21, N), the same processing as in the first embodiment is performed. That is, the threshold value Rth2 set to a long distance in advance is compared with the detected distance of the closest obstacle, and the determination is performed again (S26). At this time, the threshold value Rth2 set in step S26 is always set to a value larger than the threshold value Rth1 set in step S20. At this time, when it is determined that the distance of the obstacle is larger than the threshold value Rth2 again (S27,
Y) Since the obstacle is located at a certain distance, the necessity of frequency accuracy is eliminated. Therefore, in order to secure only the maximum detection distance, by reducing only the number of FFT points N (S28), it is possible to shorten the processing time until the obstacle is determined and perform the processing in real time.
【0045】よって、第1の実施の形態と同様に、距離
の閾値Rthだけでなく相対速度も閾値Vthを持ち、近距離
に位置する障害物の相対速度と比較することによって、
運転者に近傍の障害物情報を、高精度に且つリアルタイ
ムに警告することができ、前方の障害物との追突或いは
衝突事故を未然に防ぐことができる。Therefore, similarly to the first embodiment, not only the distance threshold Rth but also the relative speed has the threshold Vth, and by comparing with the relative speed of the obstacle located at a short distance,
It is possible to warn the driver of nearby obstacle information with high accuracy and in real time, and to prevent a rear-end collision or a collision accident with a forward obstacle.
【0046】以上述べた実施の形態は本発明を説明する
ための一例であり、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が可
能である。例えば、上記の実施の形態では距離の閾値を
2段階設けた場合について説明したが、閾値をもっと多
く設けて、比較する閾値の値を順次大きくするようにし
ても本発明と同様の効果が得られることは云うまでもな
い。The embodiment described above is an example for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention. . For example, in the above-described embodiment, the case where two levels of distance thresholds are provided has been described. However, the same effect as the present invention can be obtained by providing more thresholds and sequentially increasing the threshold values to be compared. Needless to say,
【0047】[0047]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のFM−C
Wレーダ装置によれば、異なる2つの距離を設定した閾
値と最も近い障害物の距離とを比較し、その結果にもと
づいてサンプリング周波数fsまたはFFTポイント数
Nをそれぞれ変更することによって、必要とする周波数
精度及び最大検知周波数を下げることなく、高精度に且
つ障害物確定までの処理時間をリアルタイムに処理する
ことができるため、運転者は前方の障害物との追突或い
は衝突事故を未然に防ぐことができる。また、最も近距
離にある障害物が、近距離に設定された閾値よりも近い
位置に存在する場合のみ相対速度の比較を行い、その結
果にもとづいて、変調周波数を変更することで、近距離
かつ相対速度の大きい障害物のピークペアリングを容易
にさせ、障害物確定までの処理時間をよりリアルタイム
に処理することができる。As described above, the FM-C of the present invention
According to the W radar device, the threshold value that sets two different distances is compared with the distance to the nearest obstacle, and the sampling frequency fs or the number N of FFT points is changed based on the comparison result, thereby making the necessary. The driver can prevent the collision with the obstacle ahead or the collision accident beforehand because the processing time until the obstacle is determined can be processed in real time with high accuracy without lowering the frequency accuracy and the maximum detection frequency. Can be. Also, the relative speed is compared only when the closest obstacle is present at a position closer than the threshold set for the short distance, and based on the result, the modulation frequency is changed, so that the short distance is obtained. In addition, peak pairing of obstacles having a large relative speed can be facilitated, and the processing time until the obstacle is determined can be processed in more real time.
【図1】 FM−CWレーダ装置の基本構成を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an FM-CW radar device.
【図2】 本発明の実施の形態に適用されるFM−CW
レーダ装置の構成ブロック図である。FIG. 2 is an FM-CW applied to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration block diagram of a radar device.
【図3】 FFTのアルゴリズムを説明するためのFF
T処理方法を示す図である。FIG. 3 is an FF for explaining an FFT algorithm;
It is a figure showing the T processing method.
【図4】 障害物認識処理の流れを示すフローチャート
である。FIG. 4 is a flowchart illustrating a flow of an obstacle recognition process.
【図5】 第1の実施の形態の閾値判別処理の流れを示
すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating a flow of a threshold value determination process according to the first embodiment.
【図6】 第2の実施に形態における相対速度を比較す
る閾値判別処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating a flow of a threshold determination process for comparing relative speeds according to the second embodiment.
1…変調信号発生器、2…電圧制御発振器、3…送信ア
ンテナ、4…受信アンテナ、5…方向性結合器、6…混
合器、7…LPF(ローパスフィルタ)、8…増幅器、
9…A/D変換器、10…周波数解析処理器、11…タ
ーゲット認識器、12…閾値判別回路、13…危険判別
器、14…警報器DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Modulation signal generator, 2 ... Voltage controlled oscillator, 3 ... Transmission antenna, 4 ... Receiving antenna, 5 ... Directional coupler, 6 ... Mixer, 7 ... LPF (low-pass filter), 8 ... Amplifier
9: A / D converter, 10: frequency analysis processor, 11: target recognizer, 12: threshold discriminator, 13: danger discriminator, 14: alarm
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01S 7 /00-7/42 G01S 13/00-13/95
Claims (2)
物標に向けて送信し、前記物標より反射された反射波を
受信波として受信し、前記送信波と前記受信波をミキシ
ングして得られたビート信号を周波数解析手法によって
信号処理し、ピークペアリング及びグルーピングなどの
認識処理を行うことによって、前記物標との距離及び前
記物標との相対速度を算出するFM−CWレーダ装置に
おいて、予め設定した距離の閾値と最も近距離に位置す
る物標の距離とを比較し、 さらに、予め設定した相対速度の閾値と最も近距離に位
置する物標の相対速度とを比較し、 これらの比較結果に基づいて、 初期値として設定されたFFT(First Fourier Transf
orm)ポイント数と、 FM変調された変調周波数とを変更することにより、 必要とする周波数精度や距離精度を下げることなく、前
記物標確定までの処理時間を短縮させ、前記物標との距
離及び前記物標との相対速度を算出するものであって、 前記周波数解析手法を用いた処理によって、A/D変換
器により一定時間でサンプリングされた前記ビート信号
の離散値データより、スペクトラムデータを抽出する周
波数解析処理手段と、 抽出された前記スペクトラムデータに基づいて、前記ピ
ークペアリング及び前記グルーピングなどの処理を行
い、前記物標との距離及び前記物標との相対速度を算出
するターゲット認識手段と、 前記FM−CWレーダ装置に最も近い前記物標までの距
離と、予め設定された距離の閾値とを比較し、次のサイ
クルのビート信号に対するサンプリング周波数と、前記
周波数解析処理手段で用いるFFTポイント数とを変更
させる閾値判別手段とを備え、 前記距離の閾値は、第1の閾値と該第1の閾値より値の
大きい第2の閾値とからなり、 前記第1の閾値より前記物標までの距離の値が小さいと
きに、前記サンプリング周波数と前記FFTポイント数
を小さくし、 前記第1の閾値より前記物標までの距離の値が大きく、
且つ前記第2の閾値より前記物標までの距離の値が大き
いときは、前記FFTポイント数のみを小さくすること
を特徴とするFM−CWレーダ装置。 1. A transmission wave FM-modulated by a triangular wave is transmitted toward a target, a reflected wave reflected from the target is received as a reception wave, and the transmission wave and the reception wave are mixed. In the FM-CW radar device which performs signal processing on the obtained beat signal by a frequency analysis method and performs recognition processing such as peak pairing and grouping to calculate a distance to the target and a relative speed to the target. Comparing the preset distance threshold with the distance of the closest target, further comparing the preset relative speed threshold with the relative speed of the closest target, FFT (First Fourier Transf
orm) By changing the number of points and the modulation frequency subjected to FM modulation, the processing time until the target is determined can be reduced without lowering the required frequency accuracy and distance accuracy, and the distance from the target can be reduced. and a calculates a relative velocity between the target object, by treatment with the frequency analysis technique, a / D converter
Beat signal sampled at a fixed time by the
To extract the spectrum data from the discrete value data of
The wave number analysis processing means and the peak data are extracted based on the extracted spectrum data.
Processing such as network pairing and grouping.
Calculate the distance to the target and the relative speed to the target
And a distance to the target closest to the FM-CW radar device.
The distance is compared with a preset distance threshold, and the next size
Sampling frequency for the beat signal of the
Change the number of FFT points used in frequency analysis processing means
Threshold value determining means for determining the distance , wherein the threshold value of the distance is a first threshold value and a value of the first threshold value.
When the value of the distance to the target is smaller than the first threshold,
The sampling frequency and the number of FFT points
And the value of the distance to the target is greater than the first threshold,
And the value of the distance to the target is greater than the second threshold value
If not, reduce only the number of FFT points
An FM-CW radar device characterized by the above-mentioned.
対速度の閾値を備え、 前記第1の閾値より前記物標までの距離の値が小さいと
きに、前記サンプリング周波数と前記FFTポイント数
を小さくすると共に、 前記相対速度の閾値と、前記物標の前記FM−CWレー
ダ装置に対する相対速度とを比較し、前記物標の相対速
度が前記相対速度の閾値より大きいときは、FM変調さ
れた前記変調周波数を大きくすることを特徴とする請求
項1記載のFM−CWレーダ装置。2. The method according to claim 1, wherein the threshold value determining means includes a threshold value of a preset relative speed, and when the value of the distance to the target is smaller than the first threshold value, the sampling frequency and the number of FFT points are determined. And reducing the relative speed threshold and the relative speed of the target with respect to the FM-CW radar device. When the relative speed of the target is greater than the threshold of the relative speed, FM modulation is performed. claims, characterized in that to increase the modulation frequency
Item 3. The FM-CW radar device according to item 1 .
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