JP3460453B2

JP3460453B2 - Ｆｍｃｗレーダ装置

Info

Publication number: JP3460453B2
Application number: JP17922796A
Authority: JP
Inventors: 浩人中谷; 浩史筈見; 晶久藤田; 広水野; 浩永縄
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 2003-10-27
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: DE19651540A1; US5751240A; JPH09222474A; DE19651540B4

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の衝突防止
や一定距離追従走行等に使用するために、レーダ波の送
受信により移動体の外部に存在する物標との相対速度や
距離を検出するＦＭＣＷレーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、三
角波状の変調信号により周波数変調され、周波数が漸次
増減する送信信号をレーダ波として送信し、物標により
反射されたレーダ波を受信すると共に、受信信号を送信
信号とミキシングすることによりビート信号を発生さ
せ、このビート信号をＡ／Ｄ変換した後、デジタルシグ
ナルプロセッサ（ＤＳＰ）等の信号処理器を用いてフー
リエ変換を施すことにより、ビート信号の周波数（ビー
ト周波数）を、送信信号の周波数が増加する上昇部及び
周波数が減少する下降部の各区間毎に特定し、この特定
された上昇部のビート周波数ｆｕ及び下降部のビート周
波数ｆｄに基づいて、次式（１）（２）から物標との距
離Ｄや相対速度Ｖを算出するように構成されている。

【０００３】

【数１】

【０００４】

【数２】

【０００５】なお、△Ｆは送信信号の周波数偏移幅、ｆ
０は送信信号の中心周波数、１／ｆｍは１周期の変調に
要する時間、Ｃは光速を表す。また、（１）（２）式に
おいて、ビート周波数ｆｕ，ｆｄに絶対値の記号を付し
ているのは、ビート周波数ｆｕ，ｆｄが、送信信号の周
波数（以下、単に送信周波数）及び受信信号の周波数
（以下、単に受信周波数）の大小関係によらず、これら
送信周波数と受信周波数の差の絶対値として検出される
ことを表すためである。

【０００６】更に、ｆdyは、レーダ波が物標までの距離
を往復することによる遅延に基づく周波数成分（以下、
遅延周波数とよぶ）であり、また、ｆdpは、物標との相
対速度によるドップラシフトに基づく周波数成分（以
下、ドップラ周波数とよぶ）であり、夫々ビート周波数
ｆｕ，ｆｄから算出されるパラメータである。

【０００７】ここで、図９は、送信周波数ｆｓ（実線）
と受信周波数ｆｒ（点線）の関係を表すグラフである。
図９に示すように、送信周波数ｆｓと受信周波数ｆｒの
大小関係は、次の３通りに分類される。即ち、図９
（ａ）に示すように、上昇部では、送信周波数ｆｓが受
信周波数ｆｒより大きく（ｆｓ＞ｆｒ）、下降部では、
逆に送信周波数ｆｓが受信周波数ｆｒより小さい（ｆｓ
＜ｆｒ）場合、図９（ｂ）に示すように、上昇部及び下
降部のいずれにおいても、送信周波数ｆｓが受信周波数
ｆｒより小さい（ｆｓ＜ｆｒ）場合、図９（ｃ）に示す
ように、上昇部及び下降部のいずれにおいても、送信周
波数ｆｓが受信周波数ｆｒより大きい（ｆｓ＞ｆｒ）場
合である。

【０００８】なお、図９（ａ）の逆の場合、即ち、上昇
部では、送信周波数ｆｓが受信周波数より小さく（ｆｓ
＜ｆｒ）、下降部では、送信周波数ｆｓが受信周波数ｆ
ｒより大きい（ｆｓ＞ｆｒ）場合は、送信信号の送信よ
り速く受信信号を受信することになり有り得ない状態で
あるため、ここでは考える必要がない。

【０００９】そして、検出されるビート周波数ｆｕ，ｆ
ｄには、送信周波数ｆｓと受信周波数ｆｒの大小関係が
反映されないため、各場合毎に、ビート周波数ｆｕ，ｆ
ｄから物標との距離Ｄや相対速度Ｖを求める算出式、延
いては、遅延周波数ｆdy及びドップラ周波数ｆdpを求め
る算出式は、表１に示すように、夫々異なったものとな
る。

【００１０】

【表１】

【００１１】つまり、（１）（２）式は、送信周波数ｆ
ｓと受信周波数ｆｒが、図９（ｂ）（ｃ）に示す大小関
係となることは稀であるとみなして、図９（ａ）に示す
大小関係にある場合に、物標との距離Ｄや相対速度Ｖが
正しく算出されるように定義されたものであり、当然、
稀であるとはいえ、送信周波数ｆｓと受信周波数ｆｒ
が、図９（ｂ）（ｃ）に示す大小関係にある時には、物
標との距離Ｄや相対速度Ｖが誤って算出されてしまうと
いう問題があった。

【００１２】実際に、例えば、送信信号の中心周波数ｆ
０＝６０［ＧＨｚ］，周波数偏移幅△Ｆ＝７５［ＭＨ
ｚ］，繰り返し周波数ｆｍ＝３９１［Ｈｚ］とすると、
物標との距離Ｄ＝５［ｍ］、相対速度Ｖ＝−１００［ｋ
ｍ／ｈ］の時に、送信周波数ｆｓと受信周波数ｆｒの関
係は、図９（ｂ）に示す状態となり、上昇部及び下降部
の各部にて検出されるビート周波数ｆｕ，ｆｄは、ｆｕ
＝９１５６［Ｈｚ］，ｆｄ＝１３０６６［Ｈｚ］となる
が、このビート周波数ｆｕ，ｆｄに基づき、（１）
（２）式から距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出すると、Ｄ＝
２８．４［ｍ］，Ｖ＝−１７．６［ｋｍ／ｈ］となり、
正しい結果を得ることができない。

【００１３】ここでは、上昇部における送信周波数ｆｓ
と受信周波数ｆｒの大小関係が、（１）（２）式で前提
としている大小関係とは逆転しているため、上昇部のビ
ート周波数ｆｕを負値として計算しなければ、正しく距
離Ｄや相対速度Ｖを算出することができないのである。

【００１４】そして、このような装置においては、
（１）（２）式を用いて物標との距離Ｄ及び相対速度Ｖ
の算出を行っても実用上問題がないように、送信信号及
び受信信号の周波数ｆｓ，ｆｒが、図９（ｂ）（ｃ）に
示す関係となることが稀にしか発生しないようにするに
は、繰り返し周期１／ｆｍを小さくするか、周波数偏移
幅△Ｆを大きくして、周波数偏移の傾きが大きくなるよ
うにしなければならない。

【００１５】即ち、図１０（ａ）は、送信信号の周波数
偏移の繰り返し周期１／ｆｍを大きくし、周波数偏移の
傾きを小さくした場合を、図１０（ｂ）は、繰り返し周
期１／ｆｍを小さくし、周波数偏移の傾きを大きくした
場合を示したものであるが、送信信号（実線）に対して
同じ時間Ｔだけ受信信号（点線）を遅延させた場合を比
較すると、周波数偏移の傾きが大きい方（図１０
（ｂ））が、同じ遅延量でも遅延周波数ｆdyが大きくな
るため、同じ大きさのドップラ周波数ｆｖが重畳された
としても（一点鎖線）、送信信号と受信信号との周波数
の大小関係が反転しにくくなるのである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように周
波数偏移の傾きを大きくした場合、検出すべきビート周
波数ｆｕ，ｆｄが大きくなるため、Ａ／Ｄ変換器のサン
プリングを高速に行わなければならず、Ａ／Ｄ変換器や
信号処理器を高速動作が可能な高価なものを用いて装置
を構成しなければならないという問題があった。

【００１７】即ち、ビート周波数ｆｕ，ｆｄは、遅延周
波数ｆdyとドップラ周波数ｆdpとの和及び差により表さ
れるため、周波数偏移の傾きを大きくして、大きな遅延
周波数ｆdyが発生するようにすると、必然的にビート周
波数ｆｕ，ｆｄが大きくなるのである。

【００１８】また、周波数偏移の傾きを大きくする程、
より誤検出を防止できるようにはなるが、図９（ｂ）
（ｃ）の状態は、遅延周波数ｆdyよりドップラ周波数ｆ
dpが大きくなると発生するのであり、遅延周波数ｆdy
は、検出すべき物標が近い程、小さな値となるため、ど
れだけ周波数偏移の傾きを大きくしても、物標との距離
がある程度以上近づけば、必ず遅延周波数ｆdyよりドッ
プラ周波数ｆdpが大きくなるため、完全に誤検出を防止
することができないという問題があった。

【００１９】本発明は、上記問題点を解決するために、
送信信号及び受信信号の周波数の大小関係がどのような
状態となっても、物標との距離や相対速度を常に正しく
検出できるＦＭＣＷレーダ装置を提供することを目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
になされた請求項１に記載の発明においては、受信手段
を２つ備え、各受信手段に対応して解析手段、周波数検
出手段、位相検出手段が夫々設けられており、解析手段
が、受信手段からのビート信号をフーリエ変換すると、
周波数検出手段が、その解析結果から各変調時毎に周波
数スペクトル上でピークとなるピーク周波数成分を検出
すると共に、位相算出手段が検出されたピーク周波数成
分の位相を算出する。

【００２１】そして、位相差算出手段が、位相算出手段
にて算出されるピーク周波数成分の位相に基づき、各変
調時毎に各受信手段間でのピーク周波数成分の位相差を
算出し、位相差比較手段が、この位相差算出手段にて算
出されたピーク周波数成分の位相差を比較することによ
り、送信信号と受信信号との周波数の大小関係を判定す
る。

【００２２】そして、物標検出手段が、位相差比較手段
の判定結果に応じて正負符号を付与したピーク周波数の
和又は差をパラメータとし、所定の演算式を用いて物標
との距離及び相対速度の少なくともいずれか一方を算出
する。ここで、送信信号と受信信号との周波数の大小関
係と、ピーク周波数成分の位相差との関係について説明
すると、まず、受信信号の周波数をｆｒ，送信信号の周
波数をｆｓとすると、一方の受信手段のミキサに入力さ
れる受信信号Ｒ１(t)及び送信信号Ｓ１(t) 及び他方の
受信手段のミキサに入力される受信信号Ｒ２(t) 及び送
信信号Ｓ２(t) は、次式（３）（４）（５）（６）にて
表される。

【００２３】Ｒ１(t)＝ｓｉｎ｛２π・ｆｒ・ｔ＋α１｝・・・（３）Ｓ１(t)＝ｓｉｎ｛２π・ｆｓ・ｔ＋β１｝・・・（４）Ｒ２(t)＝ｓｉｎ｛２π・ｆｒ・ｔ＋α２｝・・・（５）Ｓ２(t)＝ｓｉｎ｛２π・ｆｓ・ｔ＋β２｝・・・（６）なお、（α２−α１）の値は、物標の方位，受信アンテ
ナ，受信アンテナからミキサへの配線等によって決まる
値であり、一方、（β２−β１）の値は、送信器に設け
られた送信信号を発生させる発振器からミキサへの配線
によって決まる値であり、これらは、受信周波数ｆｒ，
送信周波数ｆｓに殆ど影響されることがない。

【００２４】そして、ビート信号（ピーク周波数成分）
Ｂ１(t) は（７）または（８）式、ビート信号Ｂ２(t)
は（９）または（１０）式で表され、その位相差△φ
は、ｆｒ＞ｆｓの時に（１１）式、ｆｒ＜ｆｓの時に
（１２）式にて表される。Ｂ１(t)＝(1/2)・ｃｏｓ｛2π・(fr-fs)・t+α１ーβ１｝・・・（７）＝(1/2)・ｃｏｓ｛2π・(fs-fr)・t-α１+β１｝・・・（８）Ｂ２(t)＝(1/2)・ｃｏｓ｛2π・(frーfs)・t+α２-β２｝・・・（９）＝(1/2)・ｃｏｓ｛2π・(fsーfr)・tーα２+β２｝・・・（１０）（ｉ）ｆｒ＞ｆｓのときｆｒ−ｆｓ＞０より、（７），
（９）式を用いて、 △φ＝（α２−β２）−（α１−β１）＝（α２−α１）−（β２−β１）・・・（１１）（ｉｉ）ｆｒ＜ｆｓのときｆｓ−ｆｒ＞０より、
（８），（１０）式を用いて、 △φ＝（−α２＋β２）−（−α１＋β２）＝−α２＋α１＋β２−β１＝−｛（α２−α１）−（β２−β１）｝・・・（１２）ここで、（α２−α１）及び（β２−β１）の値は前述
したように、受信周波数ｆｒ、送信周波数ｆｓに殆ど影
響されず、物標の方位が変化していないとみなせる短い
時間内ならば変化しない。例えば、上昇変調につづいて
下降変調を行う一連の変調中には変化しない。

【００２５】ゆえに、上記の様な短時間の間ならば、送
信周波数ｆｓと受信周波数ｆｒの大小関係が反転する
と、ビート信号Ｂ１(t)，Ｂ２(t)間の位相差△φの符号
も反転することがわかる。従って、ビート信号Ｂ１
(t)，Ｂ２(t)間の位相差△φを調べ、位相差△φが各変
調時で一致していなければ、送信周波数ｆｓと受信周波
数ｆｒの大小関係は、各変調時で逆転しており、即ち図
９（ａ）の状態にあると判定でき、また、位相差△φが
各変調時で一致していれば、送信周波数ｆｓと受信周波
数ｆｒの大小関係は、各変調時で変化がなく、即ち図９
（ｂ）或は（ｃ）の状態にあると判定できるのである。

【００２６】このように、本発明のＦＭＣＷレーダ装置
によれば、送信周波数と受信周波数の大小関係を判定で
きるようにされているので、その大小関係に応じて適宜
ピーク周波数の符号を設定してパラメータとなるピーク
周波数の和や差を求めることにより、送信周波数と受信
周波数の大小関係によらず、物標との距離や相対速度を
常に正しく算出することができ、信頼性の高い物標検出
を行うことができる。

【００２７】また、本発明によれば、送信周波数と受信
周波数の大小関係を識別できるので、従来装置とは違
い、図９（ｂ）及び（ｃ）に示すような状態の発生を防
止する必要がなく、送信信号の周波数偏移の傾きを大き
くする必要がないため、フーリエ変換のためにビート信
号をＡ／Ｄ変換する際のサンプリングを高速にする必要
がなく、フーリエ変換の処理量も増大することがないの
で、安価で小形な装置を構成できる。

【００２８】次に、請求項２に記載の発明においては、
物標検出手段が、パラメータ算出手段と、距離算出手段
と、速度算出手段と、符号反転手段とにより構成されて
いる。そして、パラメータ算出手段が、位相差比較手段
にて、ピーク周波数成分の位相差の符号が各変調時で一
致していると判断された時には、各変調時で異なる正負
符号を付与したピーク周波数を用いてパラメータを算出
し、一方、位相差の符号が各変調時で相違していると判
断された時には、各変調時とも正符号を付与したピーク
周波数を用いてパラメータを算出する。

【００２９】その後、距離算出手段が、パラメータ算出
手段にて算出されるピーク周波数の和に基づき物標との
距離を算出し、速度算出手段が、パラメータ算出手段に
て算出されるピーク周波数の差に基づき物標との相対速
度を算出する。そして、距離算出手段の算出結果が負値
である場合には、符号反転手段が、距離算出手段及び速
度算出手段の算出結果の正負符号を反転させる。

【００３０】これは、上記ピーク周波数成分の位相差の
符号が各変調時で一致し、図９（ｂ）あるいは（ｃ）の
状態にあると判定できた場合において、例えば真の状態
が（ｃ）であるとき（ｂ）と仮定して距離、速度を算出
すると、それぞれの値として真の値の符号を反転させた
ものが得られ、距離値の符号が負になり、仮定の誤りが
判定できることによる。

【００３１】このように、本発明のＦＭＣＷレーダ装置
によれば、送信周波数と受信周波数とがどのような大小
関係にあっても、物標との距離や相対速度を常に正しく
算出することができ、信頼性の高い物標検出を行うこと
ができる。次に、請求項３に記載の発明においては、更
にピークペア特定手段を備えており、受信手段が複数物
標からの反射波を同時に受信し、周波数検出手段にて各
変調時毎に複数のピーク周波数成分を検出すると、ピー
クペア特定手段が、同一物標からの反射波に基づく、上
り変調時のピーク周波数成分と下り変調時のピーク周波
数成分とのペアを特定する。

【００３２】この時、位相差算出手段は、各変調時毎か
つ各受信手段間で同一周波数のピーク周波数成分毎に、
該ピーク周波数成分の位相差を算出し、また位相差比較
手段は、ピークペア特定手段にて特定されたペア毎に、
ピーク周波数成分の位相差を比較する。そして、物標検
出手段は、ピークペア特定手段により特定されたペア毎
に、位相比較手段での比較結果に基づいて、各物標との
距離及び相対速度を求める。

【００３３】このように、本発明のＦＭＣＷレーダ装置
によれば、検出すべき物標が複数存在する場合であって
も、各物標毎に、該物標との距離や相対速度を正しく求
めることができる。次に、請求項４に記載の発明におい
ては、ピークペア特定手段が、位相差算出手段にて算出
される位相差の絶対値を、上り変調時と下り変調時とで
夫々比較し、該位相差の絶対値が等しいピーク周波数成
分をペアとして特定する。

【００３４】従って、本発明のＦＭＣＷレーダ装置によ
れば、ピーク周波数成分のペアを特定する処理と、送信
周波数と受信周波数の大小関係を識別する処理とを、同
じ演算値、即ちピーク周波数成分の位相差に基づいて行
うため、演算処理の効率化、高速化を図ることができ
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、本発明が適用された第１実施例の
障害物検出用レーダ装置の全体構成を表すブロック図で
ある。

【００３６】図１に示すように、本実施例のレーダ装置
２は、変調信号Ｓｍに応じて所定の周波数に変調された
レーダ波を送信する送信器１２、送信器１２から放射さ
れ、障害物に反射されたレーダ波を受信する一対の受信
器１４，１６からなる送受信部１０と、送信器１２に変
調信号Ｓｍを供給すると共に、受信器１４，１６から出
力される中間周波のビート信号Ｂ１，Ｂ２に基づき、障
害物を検出するための処理を実行する信号処理部２０と
により構成されている。

【００３７】ここで、送信器１２が本発明の送信手段、
受信器１４，１６が受信手段に相当する。そして、本実
施例では、当該レーダ装置２により自動車前方の障害物
を検出するために、送受信部１０が自動車の前面に取り
付けられ、信号処理部２０が、車室内又は車室近傍の所
定位置に取り付けられている。

【００３８】ここで、まず送信器１２は、送信信号とし
て、ミリ波帯の高周波信号を生成する電圧制御発振器
（ＶＣＯ）１２ｂと、変調信号Ｓｍを電圧制御発振器１
２ｂの調整レベルに変換して電圧制御発振器１２ｂに供
給する変調器（ＭＯＤ）１２ａと、電圧制御発振器１２
ｂからの送信信号を電力分配して各受信器１４，１６に
供給されるローカル信号を生成する電力分配器（ＣＯＵ
Ｐ）１２ｃ，１２ｄと、送信信号に応じてレーダ波を放
射する送信アンテナ１２ｅとにより構成されている。

【００３９】また、受信器１４は、レーダ波を受信する
受信アンテナ１４ａと、受信アンテナ１４ａからの受信
信号に電力分配器１２ｄからのローカル信号を混合する
ミキサ１４ｂと、ミキサ１４ｂの出力を増幅する前置増
幅器１４ｃと、前置増幅器１４ｃの出力から不要な高周
波成分を除去し、送信信号及び受信信号の周波数の差成
分であるビート信号Ｂ１を抽出するローパスフィルタ１
４ｄと、ビート信号Ｂ１を必要な信号レベルに増幅する
後置増幅器１４ｅと、により構成されている。なお、受
信器１６は、受信器１４と全く同様の構成（１４ａ〜１
４ｅが１６ａ〜１６ｅに対応）をしており、電力分配器
１２ｃからローカル信号の供給を受け、ビート信号Ｂ２
を出力する。そして、受信器１４を受信チャネルＣＨ
１、受信器１６を受信チャネルＣＨ２と呼ぶ。

【００４０】一方、信号処理部２０は、起動信号Ｃ１に
より起動され、三角波状の変調信号Ｓｍを発生する三角
波発生器２２と、起動信号Ｃ２により起動され、受信器
１４，１６からのビート信号Ｂ１，Ｂ２をデジタルデー
タＤ１，Ｄ２に変換するＡ／Ｄ変換器２４ａ，２４ｂ
と、ＣＰＵ２６ａ，ＲＯＭ２６ｂ，ＲＡＭ２６ｃを中心
に構成され、起動信号Ｃ１，Ｃ２を送出して三角波発生
器２２及びＡ／Ｄ変換器２４ａ，２４ｂを動作させると
共に、Ａ／Ｄ変換器２４ａ，２４ｂを介して得られるデ
ジタルデータＤ１，Ｄ２に基づき障害物との距離、相対
速度、及び障害物の方位の検出を行う障害物検出処理
（後述する）を実行する周知のマイクロコンピュータ２
６と、マイクロコンピュータ２６の指令に基づき高速フ
ーリエ変換（ＦＦＴ）の演算を実行する演算処理装置２
８と、により構成されている。ここで、演算処理装置２
８が本発明の解析手段に相当する。

【００４１】なお、Ａ／Ｄ変換器２４ａ，２４ｂは、起
動信号Ｃ２により動作を開始すると、所定時間間隔毎に
ビート信号Ｂ１，Ｂ２をＡ／Ｄ変換して、ＲＡＭ２６ｃ
の所定領域に書き込むと共に、所定回数のＡ／Ｄ変換を
終了すると、ＲＡＭ２６ｃ上に設定された終了フラグ
（図示せず）をセットして、動作を停止するように構成
されている。

【００４２】そして、起動信号Ｃ１により、三角波発生
器２２が起動され、変調器１２ａを介して電圧制御発振
器１２ｂに変調信号Ｓｍが入力されると、電圧制御発振
器１２ｂは、変調信号Ｓｍの三角波状の波形の上り勾配
に応じて所定の割合で周波数が増大（以後、この区間を
上昇部と呼ぶ）し、それに引き続く下り勾配に応じて周
波数が減少（以後、この区間を下降部と呼ぶ）するよう
に変調された送信信号を出力する。

【００４３】図２は、送信信号の変調状態を表す説明図
である。図２に示すように、変調信号Ｓｍにより、送信
信号の周波数は、１／ｆｍの期間に△Ｆだけ増減するよ
うに変調され、その変化の中心周波数はｆ０である。な
お、１００ｍｓ間隔で周波数が変調されているのは、後
述する障害物検出処理が１００ｍｓ周期で実行され、そ
の処理の中で起動信号Ｃ１が生成されるからである。

【００４４】この送信信号に応じたレーダ波が送信器１
２から送出され、障害物に反射したレーダ波が、受信器
１４，１６にて受信される。そして、受信器１４，１６
では、受信アンテナ１４ａ，１６ａから出力される受信
信号と、送信器１２からの送信信号とが混合されること
により、ビート信号Ｂ１，Ｂ２が生成される。なお、受
信信号は、レーダ波が障害物までの間を往復する時間だ
け送信信号に対して遅延し、且つ、障害物との間に相対
速度がある場合には、これに応じてドップラシフトを受
ける。

【００４５】そして、図３に示すように、Ａ／Ｄ変換器
２４ａによりビート信号Ｂ１をＡ／Ｄ変換してなるデジ
タルデータＤ１は、ＲＡＭ２６ｃ上のデータブロックＤ
Ｂ１，ＤＢ２に順次格納され、一方、Ａ／Ｄ変換器２４
ｂによりビート信号Ｂ２をＡ／Ｄ変換してなるデジタル
データＤ２は、同様に、データブロックＤＢ３，ＤＢ４
に格納される。ところで、Ａ／Ｄ変換器２４ａ，２４ｂ
は、三角波発生器２２の起動と共に起動され、変調信号
Ｓｍが出力されている間に、所定回数のＡ／Ｄ変換を行
うようにされているため、前半数のデータが格納される
データブロックＤＢ１，ＤＢ３には、送信信号の上昇部
に対応した上昇部データが格納され、後半数のデータが
格納されるデータブロックＤＢ２，ＤＢ４には、送信信
号の下降部に対応した下降部データが格納されることに
なる。

【００４６】このようにして各データブロックＤＢ１〜
ＤＢ４に格納されたデータは、マイクロコンピュータ２
６及び演算処理装置２８にて処理され、障害物の検出の
ために使用される。次に、マイクロコンピュータ２６の
ＣＰＵ２６ａにて実行される障害物検出処理を、図４に
示すフローチャートを参照して説明する。なお、この障
害物検出処理は、前述したように１００ｍｓ周期で起動
される。

【００４７】図４に示すように、本処理が起動される
と、まず、ステップ１１０にて、起動信号Ｃ１を出力し
て三角波発生器２２を起動し、続くステップ１２０に
て、ＲＡＭ２６ｃ上の終了フラグをクリアすると共に、
起動信号Ｃ２を出力してＡ／Ｄ変換器２４ａ，２４ｂを
起動する。

【００４８】これにより、三角波発生器２２からの変調
信号Ｓｍを受けた送信器１２により、周波数変調された
レーダ波が送信されると共に、障害物により反射したレ
ーダ波を受信することにより受信器１４，１６から出力
されるビート信号Ｂ１，Ｂ２が、Ａ／Ｄ変換器２４ａ，
２４ｂを介してデジタルデータＤ１，Ｄ２に変換されＲ
ＡＭ２６ｃに書き込まれる。

【００４９】続くステップ１３０では、ＲＡＭ２６ｃ上
の終了フラグを調べることにより、Ａ／Ｄ変換が終了し
たか否かを判断する。そして、終了フラグがセットされ
ていなければ、Ａ／Ｄ変換は終了していないものとし
て、同ステップ１３０を繰り返し実行することで待機
し、一方、終了フラグがセットされていれば、Ａ／Ｄ変
換は終了したものとしてステップ１４０に移行する。

【００５０】ステップ１４０では、ＲＡＭ２６ｃ上のデ
ータブロックＤＢ１〜ＤＢ４のいずれか一つを順次選択
し、そのデータブロックＤＢｉ（ｉ＝１〜４）のデータ
を演算処理装置２８に入力してＦＦＴの演算を実行させ
る。なお、演算処理装置２８に入力されるデータは、Ｆ
ＦＴの演算により表れるサイドローブを抑制するため
に、ハニング窓や三角窓等を用いた周知のウィンドウ処
理が施される。そして、この演算結果として、各周波数
毎の複素ベクトルが得られる。

【００５１】ステップ１５０では、複素ベクトルの絶対
値、即ちその複素ベクトルが示す周波数成分の振幅に基
づき、周波数スペクトル上でピークとなる全ての周波数
成分（以下ピーク周波数成分と呼ぶ）を検出して、その
周波数をピーク周波数として特定し、ステップ１６０に
進む。なお、ピークの検出方法としては、例えば、周波
数に対する振幅の変化量を順次求め、その前後にて変化
量の符号が反転する周波数にピークがあるものとして、
その周波数を特定すればよい。

【００５２】ステップ１６０では、ステップ１５０にて
特定されたピーク周波数成分の位相を算出する。この位
相は、複素ベクトルが実数軸となす角度に等しく、複素
ベクトルから簡単に求められる。続くステップ１７０で
は、未処理のデータブロックＤＢｉがあるか否かを判断
し、未処理のものがあれば、ステップ１４０に戻って、
その未処理のデータブロックＤＢｉについて、ステップ
１４０〜１６０の処理を実行し、一方、未処理のものが
なければ、ステップ１８０に移行する。

【００５３】ここで、図６に、ステップ１４０での演算
結果として得られる複素ベクトルに基づき、各周波数成
分に対する振幅（即ちパワー）及び位相のスペクトル
を、各データブロックＤＢ１〜ＤＢ４毎、即ち、各受信
チャネルＣＨ１，ＣＨ２の上昇部データ及び下降部デー
タ毎に算出してグラフ化したものを示す。この図では障
害物が二つ存在する場合を表しており、各データブロッ
クＤＢ１〜ＤＢ４にて、ピーク周波数成分は二つずつ検
出される。

【００５４】そして、ステップ１５０及び１６０の処理
の結果、受信チャネルＣＨ１の上昇部におけるピーク周
波数ｆ1u(1)，ｆ1u(2)、同じく下降部におけるピーク周
波数ｆ1d(1)，ｆ1d(2)、受信チャネルＣＨ２の上昇部に
おけるピーク周波数ｆ2u(1)，ｆ2u(2)、同じく下降部に
おけるピーク周波数ｆ2d(1)，ｆ2d(2)が求められると共
に、これらピーク周波数成分の位相φ1u(1)，φ1u(2)，
φ1d(1)，φ1d(2)，φ2u(1)，φ2u(2)，φ2d(1)，φ2d
(2)が求められることになる。

【００５５】なお、上昇部及び下降部毎に各受信チャネ
ルＣＨ１，ＣＨ２間で同じ周波数を有するピーク周波数
成分（ｆ1u(1)＝ｆ2u(1)，ｆ1u(2)＝ｆ2u(2)，ｆ1d(1)
＝ｆ2d(1)，ｆ1d(2)＝ｆ2d(2)）が検出されるが、これ
らは、同一障害物からの反射波に基づくピーク周波数成
分であり、夫々ｆu(i)，ｆd(j)とする。

【００５６】次にステップ１８０では、ピーク周波数成
分の振幅、即ちパワーを夫々比較することにより、上昇
部と下降部とで同じパワーを有するものを、同一障害物
からの反射波に基づくピーク周波数成分のペアとして特
定するペアリング処理を実行する。

【００５７】そして、図６の場合、ピーク周波数ｆu
(1)，ｆd(2)の周波数成分が一方のペアとして特定さ
れ、ピーク周波数ｆu(2)，ｆd(1)の周波数成分が他方の
ペアとして特定される。続くステップ１９０では、ステ
ップ１８０にてペアリングされたピーク周波数を用い
て、障害物との距離，相対速度、及び障害物の方位を算
出する距離・速度方位算出処理を実行して本処理を終了
する。

【００５８】この距離・速度・方位算出処理は、図５に
示すように、まずステップ２１０では、ペアリングされ
たピーク周波数成分のペアのいずれか一つを選択し、続
くステップ２２０では、上昇部のピーク周波数成分につ
いて、受信チャネルＣＨ１，ＣＨ２間で位相差△φu(i)
を（１３）式を用いて算出し、続くステップ２３０で
は、下降部のピーク周波数成分について、同様に受信チ
ャネルＣＨ１，ＣＨ２間で位相差△φd(j)を（１４）式
を用いて夫々算出する。

【００５９】 △φu(i)＝φ1u(i)−φ2u(i) ・・・（１３） △φd(j)＝φ1d(j)−φ2d(j) ・・・（１４）続くステップ２４０では、上昇部及び下降部毎に算出さ
れた位相差△φu(i)，△φd(j)の符号が互いに等しいか
否かを判断し、符号が等しくなければ、ステップ２５０
に移行して、ピーク周波数ｆu(i)（＝ｆ1u(i)＝ｆ2u
(i)）及びｆd(j)（＝ｆ1d(j)＝ｆ2d(j)）の符号を正と
して、（１）（２）式を用いて障害物との距離Ｄ及び相
対速度Ｖを算出する。

【００６０】一方、先のステップ２４０にて、位相差△
φu(i)，△φd(j)の符号が互いに等しいと判断された場
合には、ステップ２６０に移行し、（１）（２）式にお
いて、上昇部のピーク周波数ｆu(i)の符号を正、下降部
のピーク周波数ｆd(j)の符号を負とした次式（１）′
（２）′を用いて障害物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算
出してステップ２７０に進む。

【００６１】

【数３】

【００６２】

【数４】

【００６３】ステップ２７０では、ステップ２６０にて
算出した距離Ｄが正値であるか否かを判断し、正値であ
ればステップ２９０に移行し、正値でなければステップ
２８０に移行して、ステップ２６０にて算出した距離Ｄ
及び相対速度Ｖの符号を夫々反転さてステップ２９０に
進む。

【００６４】ステップ２９０では、ステップ２２０にて
算出された位相差△φu(i)から、次の（１５）に示す関
係式に基づいて、各ピーク周波数成分に対応する障害物
が位置する方位θを夫々算出する。 θ＝△φu(i)・λ／（２π・Ｗ）・・・（１５）なお、Ｗは受信器１４，１６間の距離、ｄは各受信器１
４，１６にて受信される同一障害物からの反射波の経路
差、λはレーダ波の波長である。また、位相差△φu(i)
の代わりに、ステップ２３０にて算出される下降部の位
相差△φd(j)を用いてもよい。

【００６５】続くステップ３００では、先のステップ１
８０のペアリング処理にて、ペアリングされた全てのピ
ーク周波数成分のペアについて、距離Ｄ，相対速度Ｖ，
方位θを算出したか否かを判断し、全てのペアにて終了
していなければ、ステップ２１０に戻って、まだ、算出
していないピーク周波数成分のペアについて算出を行
い、全てのペアについて終了していれば、本処理を終了
する。

【００６６】つまり、図６においては、ビート周波数成
分ｆu(1)，ｆd(2)のペアについては、△φu(1)＝φ1u
(1)−φ2u(1)，△φd(2)＝△φ1d(2)−△φ2d(2)が求め
られ、ここでは、位相差△φu(1)，△φd(2)の符号はい
ずれもマイナスで等しくなるので、送信周波数と受信周
波数の大小関係は、図９（ｂ）又は（ｃ）に示す関係に
あると判断され、（１）′（２）′式により距離Ｄ及び
相対速度Ｖが正しく算出される。

【００６７】例えば、先の［従来の技術］の項にて示し
た具体例の場合、（１）（２）式から距離Ｄ及び相対速
度Ｖを算出すると、Ｄ＝２８．４［ｍ］，Ｖ＝−１７．
６［ｋｍ／ｈ］となり、正しい結果を得ることができな
かったのであるが、本実施例では、上昇部及び下降部の
夫々にて算出される位相差△φu(i)，△φd(j)の符号か
ら、送信周波数と受信周波数の大小関係が判定され、こ
こでは、位相差の符号は等しいものとして検出され、下
降部のビート周波数に負符号が付与された（１）′
（２）′式から距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出することに
なり、Ｄ＝−５［ｍ］，Ｖ＝１００［ｋｍ／ｈ］が得ら
れる。この算出結果では距離Ｄが負値となっているた
め、算出結果の符号が反転され、その結果、Ｄ＝５
［ｍ］、Ｖ＝−１００［ｋｍ／ｈ］となり、正しい結果
が得られる。

【００６８】なお、このようにして算出された障害物と
の距離Ｄ，相対速度Ｖ，及び障害物の方位θは、別途実
行される判断処理において、危険の有無を判断するため
等に使用され、危険ありと判断された場合には、例え
ば、図示しない警報機を鳴動させて運転者に危険を知ら
せるといった処理が行われる。

【００６９】ここで、本実施例では、ステップ１５０が
本発明の周波数検出手段、ステップ１９０が物標検出手
段、ステップ１６０が位相算出手段、ステップ２２０，
２３０が位相差算出手段、ステップ２４０が位相差比較
手段、ステップ２５０，ステップ２６０がパラメータ算
出手段，距離算出手段，速度算出手段、ステップ２７
０，２８０が符号反転手段に相当する。

【００７０】以上説明したように、本実施例のレーダ装
置２においては、同一障害物からの反射波に基づくピー
ク周波数成分について、上昇部，下降部毎に、各受信チ
ャネルＣＨ１，ＣＨ２間で位相差△φu(i)，△φd(j)を
求め、その符号を比較することにより、送信周波数と受
信周波数の大小関係を判定し、判定結果に応じて、送信
周波数と受信周波数の差の絶対値として検出されるビー
ト周波数に符号を付与し、符号が付与されたビート周波
数により物標との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出するよう
にされている。

【００７１】従って、本実施例のレーダ装置２によれ
ば、送信周波数と受信周波数の大小関係が、距離Ｄ及び
相対速度Ｖを算出する演算式（１）（２）の前提となる
関係、即ち、上昇部では送信周波数が大きく、下降部で
は受信周波数が大きいという関係からはずれたとして
も、障害物との距離Ｄ及び相対速度Ｖが誤って算出され
ることがなく、常に正しく算出されるので、信頼性の高
い物標検出を行うことができる。

【００７２】本実施例では、位相差△φu(i)，△φd(j)
の符号が等しい場合に、ステップ２６０にて、上昇部の
ビート周波数ｆu(i)に正符号を、下降部のビート周波数
ｆd(j)に負符号を付与しているが、反対に、上昇部のビ
ート周波数ｆu(i)に負符号を、下降部のビート周波数ｆ
d(j)に正符号を付与してもよい。

【００７３】あるいは符号の付与を上記２通りの組み合
せで行い、式（１）′（２）′と共に次式（１）″
（２）″を用いて、２通りの距離Ｄ，相対速度Ｖの解の
組み合せを得た後、距離Ｄが正値となる組み合せの方を
採用してもよい。

【００７４】

【数５】

【００７５】

【数６】

【００７６】次に、第２実施例について説明する。本実
施例は、第１実施例とは、障害物検出処理のペアリング
処理（ステップ１８０）、及び距離・速度・方位算出処
理（ステップ１９０）の内容が異なるだけで、その他の
装置構成や処理は全く同様であるので、ここでは、第１
実施例と相違するペアリング処理及び距離速度方位算出
処理についてのみ説明する。

【００７７】まず、図７は、本実施例のＦＭＣＷレーダ
装置におけるペアリング処理を表すフローチャートであ
る。図７に示すよう、本処理が起動されると、まずステ
ップ３１０にて、上昇部において、受信チャネルＣＨ
１，ＣＨ２間でピーク周波数が等しい各ピーク周波数成
分、即ち同一障害物からの反射波に基づくピーク周波数
成分間の位相差△φu(i)を（１６）式を用いて夫々算出
し、続くステップ３２０では、下降部において、同様に
受信チャネルＣＨ１，ＣＨ２間でピーク周波数が等しい
各ピーク周波数成分間の位相差△φd(j)を（１７）式を
用いて夫々算出する。 △φu(i)＝φ1u(i)−φ2u(i) ・・・（１６） △φd(j)＝φ1d(j)−φ2d(j) ・・・（１７）但し、ｉ，ｊ＝１〜Ｎｐ、Ｎｐはステップ１５０にて検
出されるピーク周波数成分の数である。

【００７８】続くステップ３３０では、上昇部及び下降
部から夫々一つずつピーク周波数成分を選択し、先のス
テップ３１０及び３２０にて算出された位相差の絶対値
｜△φu(i)｜，｜△φd(j)｜の差の絶対値｜｜△φu(i)
｜−｜△φd(j)｜｜を求め、これが所定値εより小さい
か否かを判断し、所定値εより小さければ位相差の絶対
値｜△φu(i)｜，｜△φd(j)｜は等しいとしてステップ
３４０に移行し、所定値εより大きければ位相差の絶対
値｜△φu(i)｜，｜△φd(j)｜は等しくないとしてステ
ップ３５０に移行する。

【００７９】ステップ３４０では、位相差の絶対値｜△
φu(i)｜，｜△φd(j)｜が等しいとされたピーク周波数
成分をペアとして決定し、これを位相差△φu(i)，△φ
d(j)と共にＲＡＭ２６ｃの所定エリアにこれを格納し
て、ステップ３５０に進む。ステップ３５０では、全て
のピーク周波数成分のペアが決定したか否かを判断し、
ペアが未決定のピーク周波数成分があれば、ステップ３
３０に戻って、ペアが未決定のピーク周波数成分のみを
対象として、ステップ３３０〜３５０の処理を繰り返し
実行し、一方、ステップ３５０にて全てのペアが決定し
ていると判断された場合は本処理を終了する。

【００８０】次に、図８は、距離・速度・方位算出処理
を表すフローチャートである。図８に示すように、本処
理が起動されると、まずステップ４１０では、上述のペ
アリング処理により決定されたピーク周波数成分のペア
の中から、いずれか一つを選択する。続くステップ４２
０では、選択したペアの上昇部及び下降部での位相差△
φu(i)，△φd(j)をＲＡＭ２６ｃから夫々読み込んで、
これら位相差△φu(i)，△φd(j)の符号が互いに等しい
か否かを判断し、符号が互いに等しくなければステップ
４３０へ移行し、符号が互いに等しければステップ４４
０へ移行する。

【００８１】以下、ステップ４３０〜４８０の処理は、
第１実施例での距離・速度・方位算出処理におけるステ
ップ２６０〜３００に夫々対応しており、その処理内容
は同じであるため、ここでは説明を省略する。但し、ス
テップ４７０の方位算出処理では、ステップ４２０で用
いたものと同じ位相差△φu(i)，△φd(j)を用いて処理
を行う。

【００８２】以上説明したように、本実施例のＦＭＣＷ
レーダ装置によれば、ペアリング処理では、ピーク周波
数成分の位相差の絶対値に基づいてペアの判定を行うと
共に、この処理の際に算出されるピーク周波数成分の位
相差を記憶し、距離・速度・位相差算出処理では、この
記憶値を用いることにより、改めてピーク周波数成分の
位相差を算出することなく処理を行うようにされている
ので、演算処理の効率化、高速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のレーダ装置の全体構成を表すブロ
ック図である。

【図２】送信信号の周波数の変化を表すグラフであ
る。

【図３】ＲＡＭに格納されるデータを表す説明図であ
る。

【図４】障害物検出処理を表すフローチャートであ
る。

【図５】距離・相対速度算出処理を表すフローチャー
トである。

【図６】ＦＦＴの結果から算出されるビート信号のス
ペクトルを表すグラフである。

【図７】第２実施例におけるペアリング処理を表すフ
ローチャートである。

【図８】第２実施例における距離・速度・方位算出処
理を表すフローチャートである。

【図９】ＦＭＣＷレーダにおける送信信号及び受信信
号の周波数の大小関係を表す説明図である。

【図１０】ＦＭＣＷレーダによる物標検出の問題点を
表す説明図である。

【符号の説明】

２…レーダ装置１０…送受信部１２…送信器
１２ａ…変調器１２ｂ…電圧制御発振器１２ｃ，１２ｄ…電力分配
器１２ｅ…送信アンテナ１４，１６…受信器１４ａ，１６ａ…受信アンテナ１４ｂ，１６ｂ…ミ
キサ１４ｃ，１６ｃ…前置増幅器１４ｄ，１６ｄ…ロ
ーパスフィルタ１４ｅ，１６ｅ…後置増幅器２０…信号処理部
２２…三角波発生器２４ａ，２４ｂ…Ａ／Ｄ変換器２６…マイクロコン
ピュータ２６ａ…ＣＰＵ２６ｂ…ＲＯＭ２６ｃ…ＲＡＭ
２８…演算処理装置

フロントページの続き (72)発明者水野広愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者永縄浩愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開平５−249234（ＪＰ，Ａ) 特開平７−234276（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】三角波変調信号によって周波数変調さ
れ、周波数が漸次増減する送信信号を発生し、レーダ波
として送信する送信手段と、物標により反射された上記レーダ波を受信して受信信号
を発生すると共に、該受信信号と上記送信信号とを混合
してビート信号を発生する少なくとも２つの受信手段
と、該受信手段毎に設けられ、該受信手段からのビート信号
をフーリエ変換する解析手段と、上記受信手段に対応して設けられ、上記解析手段でのビ
ート信号の解析結果から、上記送信信号の周波数が上昇
する上り変調時、及び周波数が下降する下り変調時の各
変調時毎に、周波数スペクトル上でピークとなるピーク
周波数成分を検出する周波数検出手段と、該周波数検出手段にて各変調時毎に検出されたピーク周
波数成分の和又は差をパラメータとし所定の演算式を用
いて物標との距離及び相対速度の少なくともいずれか一
方を算出することで物標を検出する物標検出手段と、を備えたＦＭＣＷレーダ装置において、上記受信手段毎に対応して設けられ、上記解析手段の解
析結果から、各変調時毎に、上記周波数検出手段にて検
出されたピーク周波数成分の位相を算出する位相算出手
段と、該位相算出手段にて算出されるピーク周波数成分の位相
に基づき、各変調時毎に各受信手段間でのピーク周波数
成分の位相差を算出する位相差算出手段と、該位相差算出手段にて算出されるピーク周波数成分の位
相差を比較し、各変調時毎に特定される上記送信信号と
上記受信信号との大小関係を判定する位相差比較手段
と、を設け、上記物標検出手段は、上記位相差比較手段の判
定結果に応じて正負符号を付与したピーク周波数から上
記パラメータを求めることを特徴とするＦＭＣＷレーダ
装置。
【請求項２】上記物標検出手段は、上記位相差比較手段にて、ピーク周波数成分の位相差が
各変調時で一致していると判断された時には、各変調時
で異なる正負符号を付与したピーク周波数を用いて上記
パラメータを算出し、該位相差が各変調時で相違してい
ると判断された時には、各変調時とも正符号を付与した
ピーク周波数を用いて上記パラメータを算出するパラメ
ータ算出手段と、該パラメータ算出手段にて算出されるピーク周波数の和
に基づき物標との距離を算出する距離算出手段と、上記パラメータ算出手段にて算出されるピーク周波数の
差に基づき物標との相対速度を算出する速度算出手段
と、上記距離算出手段の算出結果が負値である場合に、該距
離算出手段及び上記速度算出手段の算出結果の正負符号
を反転させる符号反転手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＦＭＣＷレ
ーダ装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のＦＭＣ
Ｗレーダ装置において、上記受信手段が複数物標からの反射波を同時に受信する
ことにより、上記周波数検出手段にて各変調時毎に複数
検出されるピーク周波数成分から、同一物標からの反射
波に基づく、上り変調時のピーク周波数成分と下り変調
時のピーク周波数成分とのペアを特定するピークペア特
定手段を備え、上記位相差算出手段は、各変調時毎かつ各受信手段間で
同一周波数のピーク周波数成分毎に、該ピーク周波数成
分の位相差を算出すると共に、上記位相差比較手段は、
上記ピークペア特定手段にて特定されたペア毎に、ピー
ク周波数成分の位相差を比較し、上記物標検出手段は、上記ピークペア特定手段により特
定されたピーク周波数成分のペア毎に、各物標との距離
及び相対速度を求めることを特徴とするＦＭＣＷレーダ
装置。
【請求項４】請求項３に記載のＦＭＣＷレーダ装置に
おいて、上記ピークペア特定手段は、上記位相差算出手段にて算
出される位相差の絶対値を、上り変調時と下り変調時と
で夫々比較し、該位相差の絶対値が等しいピーク周波数
成分をペアとして特定することを特徴とするＦＭＣＷレ
ーダ装置。