JP3565646B2

JP3565646B2 - Ｆｍ−ｃｗレーダ

Info

Publication number: JP3565646B2
Application number: JP01661596A
Authority: JP
Inventors: 信生高正; 雅義生野
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: JPH09211112A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＭ変調された送信波と反射波とのビート信号から目標物体までの距離および相対距離を検出するＦＭ−ＣＷレーダ装置に関し、特に正確に３角波状に変調することの可能なＦＭ−ＣＷレーダ装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭ−ＣＷレーダは、自車と前方を走行する他車との相対速度と距離を同時に計測する車間距離の監視装置として使用されている。
図５は、従来のＦＭ−ＣＷレーダの構成図であり、三角波発振器１で発振された三角波によって送信波発振器２で発振される送信波の周波数がＦＭ変調され送信波となる。
【０００３】
この送信波は送信アンテナ３から放射され、前方を走行する他車で反射されて受信波として受信アンテナ４によって受信される。
ミキサ６は、方向性結合器５から分岐出力された送信波と受信アンテナ４で受信された受信波とを混合し、ビート信号を出力する。
図６は相対速度がゼロの時の動作説明図であり、（１）は送信波と受信波の周波数の変化を示し、（２）はビート信号の周波数の変化を示す。
【０００４】
送信周波数は、図６（１）に示すように３角波状に変化する。ここで、ｆ_０は送信波の中心周波数を、Δｆは三角波の振幅を、ｆ_ｍは三角波の周波数を示す。目標物体の相対速度がゼロであれば、受信波の周波数は変化せず送信アンテナから目標物体までの距離を往復する時間分だけ反射波が遅れるため、図６の（１）に示すように、受信波は往復時間分だけ遅れて変化する。
【０００５】
従って送信波と受信波のビート信号は、図６（２）に示すように、ビート信号の周波数が所定期間一定値ｆ_ｒになる。このｆ_ｒは受信波の送信波に対する遅れ、即ちアンテナから目標物体までの距離の２倍に比例する。
目標物体までの距離をＲとすると、Ｒ＝ｆ_ｒ・ｃ／（４・ｆ_ｍ・Δｆ）（ｃは光速）の関係があるため、ｆ_ｒを検出すればアンテナから目標物体までの距離が判明する。
【０００６】
目標物体の相対速度がゼロでない時には、上記他車までの距離に対応した受信波の遅れに、ドップラ効果による周波数の変化が重畳される。図７は、相対速度がゼロでない時の動作説明図であり、（１）は送信波と受信波の周波数の変化を示し、（２）はビート信号の周波数の変化を示す。
相対速度がゼロでない時にはドップラ効果により受信波の周波数が変化するが、相対速度が増加する場合には受信波の周波数は減少し、相対速度が減少する場合には受信波の周波数は増加する。
【０００７】
例えば、送信波の周波数が増加する区間では、受信波の周波数は遅れて増加するが、相対速度が減少すると受信波の周波数は増加するため、図７（１）に示すように、周波数の差は相対速度がゼロの時に比べてドプラ効果による周波数の変化分ｆ_ｄだけ小さくなる。また、送信波の周波数が減少する区間では、受信波の周波数は遅れて減少するが、相対速度が減少するとドップラ効果のため受信波の周波数は減少するため、周波数の差は相対速度がゼロの時に比べてｆ_ｄだけ大きくなる。
【０００８】
即ち、ビート信号の周波数は、図７（２）に示すように、目標物体までの距離によって定まるビート信号の周波数ｆ_ｒに対して、送信波周波数が増加する区間でｆ_ｄだけ減少し、送信波周波数が減少する区間でｆ_ｄだけ増加する。
従って、ｆ_ｒとｆ_ｄとを検出すれば、他車までの距離と相対速度が算出できる。目標物体の相対速度をｖとすると、ｖ＝（２ｆ_ｄ／ｃ）の関係がある。
【０００９】
ここで送信波発振器２は、印加される三角波変調信号に応じて発振周波数を変化させる必要があり、電圧制御発振器（ＶＣＯ）を使用することが一般的である。
自動車の車間距離の監視装置として使用されるＦＭ−ＣＷレーダにおいて、前方を走行する他車までの距離は高々１００ｍ、相対速度は１００ｋｍ／ｈであるから、十分な距離測定精度を確保するためには、最大周波数偏移量を１００ＭＨｚ程度とし、十分な相対速度測定精度を確保するためには送信周波数帯としてミリ波帯を使用することが必要である。
【００１０】
図８は発振周波数がミリ波帯であるＶＣＯの回路図であり、２１はバラクタダイオード、２２は共振器、２３はＦＥＴである。なおバラクタダイオード２１の代わりにＦＥＴを使用することもできる。
端子に印加する制御電圧Ｖ_Ｔに応じて発振周波数が変化するので、Ｖ_Ｔを三角波状に変化することにより、ＶＣＯから出力される信号の周波数は変化する。
【００１１】
図９は制御電圧Ｖ_Ｔに対する発振特性図であって、一般的には制御電圧Ｖ_Ｔに応じて線形には変化しない。
即ち制御電圧がＶ_Ｔ０であるときの発振周波数をｆ_０とすると、制御電圧がＶ_Ｔ０から偏倚すると発振周波数と電圧の比率はｆ_０／Ｖ_Ｔ０より小さくなる。
図１０は非線形な変調特性を有するＦＭ−ＣＷレーダの動作説明図であって、（１）は送信波の周波数および静止している他車で反射される受信波の周波数を、（２）はビート信号を示す。
【００１２】
すでに説明したように、ＦＭ−ＣＷレーダでは周波数の変化サイクルにおけるビート信号に基づいて目標物体までの距離と相対速度が算出されるが、送信波発振器の発振特性が非線形である場合にはビート信号の周波数がサイクル内で変化するため、各サイクルにおけるビート信号の周波数を正確に決定できないという課題がある。従って、図１０（２）のビート信号の周波数に基づいて目標物体までの距離、相対速度を算出すると誤差が生じる。
【００１３】
この課題を解決するために、本出願人は送信波発振器２の発振特性を線形に補正するために三角波発振器１と送信波発振器２との間に補正回路を設置したＦＭ−ＣＷレーダを提案している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この補正回路は演算増幅器を使用して構成されるため、回路が複雑になるという新たな課題を生じる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、簡単な構成で変調特性を補正することが可能なＦＭ−ＣＷレーダを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかるＦＭ−ＣＷレーダは、変調波を発振する変調波発振手段と、変調波発振手段で発振される変調波に基づいて周波数変調された送信波を発振する送信波発振手段と、送信波発振手段で発振される送信波を送信する送信手段と、送信手段から送信された送信波が目標物によって反射された反射波を受信波として受信する受信手段と、送信波発振手段で発振される送信波の一部を分岐する方向性結合手段と、方向性結合手段で分岐された送信波と受信手段で受信された受信波とを混合してビート波を生成する混合手段と、混合手段で生成されたビート波に基づいて目標物までの距離および目標物の相対速度の少なくとも一方を演算する演算手段と、を具備するＦＭ−ＣＷレーダであって、変調波発振手段が送信波発振手段で発振される送信波の変調特性を線形に補正する補正手段を含み、その補正手段が、デューティ比、振幅および周期の少なくとも１つが変更された矩形波を発振する矩形波発振手段と、矩形波発振手段で発振される矩形波を積分する積分手段と、で構成される。
【００１６】
請求項２にかかるＦＭ−ＣＷレーダは、矩形波発振手段が、予め定められた時間を単位としてデューティ比、振幅および周期の少なくとも１つを変更するものである。
【００１７】
請求項３にかかるＦＭ−ＣＷレーダは、矩形波発振手段が２値矩形波を発振するものである。
請求項４にかかるＦＭ−ＣＷレーダは、矩形波発振手段が３値矩形波を発振するものである。
請求項５にかかるＦＭ−ＣＷレーダは、補正手段が、請求項１にかかる補正手段と異なり、送信波発振手段で発振される送信波の変調特性を表すパラメータを検出する検出手段と、検出手段で検出されたパラメータに応じてデューティ比、振幅および周期の少なくとも１つが変更される矩形波を発振する矩形波発振手段と、矩形波発振手段で発振される矩形波を積分する積分手段と、で構成される。
【００１８】
請求項６にかかるＦＭ−ＣＷレーダは、検出手段が、送信波発振手段の温度を検出するものである。
請求項７にかかるＦＭ−ＣＷレーダは、検出手段が、送信波発振手段で発振される送信波を検波して変調波を出力する検波手段である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るＦＭ−ＣＷレーダの第１の実施例の構成図であって、変調波発振器１で発振された変調波に基づいて送信波発振器２の発振周波数が変調され、送信アンテナ３から送信される。
受信アンテナ４により受信された受信波は方向性結合器５によって分岐出力された送信波と混合器６で混合され、混合器６からはビート波が出力される。
【００２０】
ビート波は演算装置７に導かれ、目標物までの距離および目標物の相対速度が演算される。
本実施例において変調波発振器１は、パルス発振器１１とパルス発振器１１から出力されるパルスを積分する積分器１２とで構成される。
パルス発振器１１はパルスのデューティ比、振幅および周期の少なくとも１つを変更することが可能であり、マイクロコンピュータを適用することが有利である。
【００２１】
なお積分器１２は、コンデンサをフィードバック素子とする演算増幅器で構成することができる。
ここでパルス発振器１１はメモリに予め記憶されたシーケンスに従ってデューティ比、振幅および周期の少なくとも１つが変化するパルスを出力するが、シーケンスは送信波発振器２の発振周波数が線形となるように定められる。
【００２２】
図２はシーケンスの決定方法の説明図であって、送信波発振器２が図９に示す変調特性を有するときは変調波発振器１から出力される実線の三角波に対して破線で示される変調特性となる。
従って送信波発振器２の変調特性を線形とするためには、破線で示される変調特性の逆特性、即ち一点鎖線で示される変調波（補正変調波）を変調波発振器１から出力すればよい。
【００２３】
図３はパルス発生方法の説明図であって、パルスのデューティ比を変更することにより補正変調波する。なお破線はデューティ比５０％のパルスを示す。
（１）および（２）は２値パルスを使用する場合であって、デューティ比を５０％とすると変調波は一定値となる。そしてデューティ比を７５％とすると変調波は一定傾斜で上昇し、２５％とすると変調波は一定傾斜で下降する。
【００２４】
従って変調波の上昇区間において（１）に示すように一定傾斜からの偏倚量に応じてデューティ比を７５％以上とし、下降区間において（２）に示すように一定傾斜からの偏倚量に応じてデューティ比を２５％以下とするようにシーケンスを定め、このパルスを積分すれば補正変調波を発生することができる。
（３）は３値パルスを使用する場合であって、“Ｈ”レベルパルスのデューティ比を５０％とすれば変調波は一定傾斜で上昇し、“Ｌ”レベルパルスのデューティ比を５０％とすれば変調波は一定傾斜で下降する。
【００２５】
従って変調波の上昇区間において（３）前半に示すように一定傾斜からの偏倚量に応じて“Ｈ”レベルパルスのデューティ比を５０％以上とし、下降区間において（３）後半に示すように一定傾斜からの偏倚量に応じて“Ｌ”レベルパルスのデューティ比を５０％以下とするようにシーケンスを定め、このパルスを積分すれば補正変調波を発生することができる。
【００２６】
なお、デューティ比の変更を容易にするために、一定時間（例えば２マイクロ秒）を単位とし、パルスのデューティ比を一定時間の整数倍数により変更することが有利である。例えばオン時間を２マイクロ秒の１５倍、即ち３０マイクロ秒とし、オフ時間を２マイクロ秒の５倍、即ち１０マイクロ秒としてデューティ比７５％のパルスを発生させることが有利である。
【００２７】
また、パルスの振幅あるいは周期を一定傾斜からの偏倚量に応じて変更することにより補正変調波を発生することも可能である。
即ち上述のように第１の実施例は、送信波発振器２の非線形変調特性が予め判っている場合にパルス発振器であるマイクロコンピュータに記憶されるデータの設定により送信波発振器２の非線形変調特性を補正するものであり、簡易な構成で実現することが可能である。
【００２８】
しかし送信波発振器２の変調特性は環境によっても変動することがあり、第１の実施例では変調特性の非線形性を十分に補正することができない。
図４は本発明にかかるＦＭ−ＣＷレーダの第２の実施例の構成図であって、第１の実施例に対して送信波発振器２の変調特性を表すパラメータを検出する検出器８を追加し、この検出器８の出力をパルス発振器１１にフィードバックしてパルスのデューティ比、振幅および周期の少なくとも１つを制御する。
【００２９】
即ち、この構成により、送信波発振器２の変調特性の三角波状の変調特性からの偏倚量に応じてパルスのデューティ比、振幅および周期の少なくとも１つが変更されて、変調特性は線形に維持される。
なお検出器８で検出する送信波発振器２の変調特性を表すパラメータとしては、送信波発振器２の温度が適切である。
【００３０】
また、検出器８を送信波発振器２の出力を直接検出するとともに、これを検波して変調波を取り出す構成としてもよい。この構成によれば、非直線性をほぼ完全に補正することが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかるＦＭ−ＣＷレーダによれば、バルス発振手段のデータを変更するという簡易な構成により送信波発振手段の変調特性が線形に維持されるため距離および相対速度を正確に算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＭ−ＣＷレーダの第１の実施例の構成図である。
【図２】シーケンスの決定方法の説明図である。
【図３】パルス発生方法の説明図である。
【図４】ＦＭ−ＣＷレーダの第２の実施例の構成図である。
【図５】従来のＦＭ−ＣＷレーダの構成図である。
【図６】相対速度がゼロの時の動作説明図である。
【図７】相対速度がゼロでない時の動作説明図である。
【図８】ＶＣＯの回路図である。
【図９】ＶＣＯの変調特性図である。
【図１０】非線形性を有するＦＭ−ＣＷレーダの動作説明図である。
【符号の説明】
１…変調波発振器
１１…パルス発振器
１２…積分器
２…送信波発振器
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…演算装置
８…検出器

Claims

変調波を発振する変調波発振手段と、
前記変調波発振手段で発振される変調波に基づいて周波数変調された送信波を発振する送信波発振手段と、
前記送信波発振手段で発振される送信波を送信する送信手段と、
前記送信手段から送信された送信波が目標物によって反射された反射波を受信波として受信する受信手段と、
前記送信波発振手段で発振される送信波の一部を分岐する方向性結合手段と、
前記方向性結合手段で分岐された送信波と前記受信手段で受信された受信波とを混合してビート波を生成する混合手段と、
前記混合手段で生成されたビート波に基づいて目標物までの距離および目標物の相対速度の少なくとも一方を演算する演算手段と、を具備するＦＭ−ＣＷレーダであって、
前記変調波発振手段が、前記送信波発振手段で発振される送信波の変調特性を線形に補正する補正手段を含み、
前記補正手段が、
デューティ比、振幅および周期の少なくとも１つが変更された矩形波を発振する矩形波発振手段と、
前記矩形波発振手段で発振される矩形波を積分する積分手段と、で構成されるＦＭ−ＣＷレーダ。
前記矩形波発振手段が、予め定められた時間を単位としてデューティ比、振幅および周期の少なくとも１つを変更するものである請求項１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ。
前記矩形波発振手段が２値矩形波を発振するものである請求項２に記載のＦＭ−ＣＷレーダ。
前記矩形波発振手段が３値矩形波を発振するものである請求項２に記載のＦＭ−ＣＷレーダ。
変調波を発振する変調波発振手段と、
前記変調波発振手段で発振される変調波に基づいて周波数変調された送信波を発振する送信波発振手段と、
前記送信波発振手段で発振される送信波を送信する送信手段と、
前記送信手段から送信された送信波が目標物によって反射された反射波を受信波として受信する受信手段と、
前記送信波発振手段で発振される送信波の一部を分岐する方向性結合手段と、
前記方向性結合手段で分岐された送信波と前記受信手段で受信された受信波とを混合してビート波を生成する混合手段と、
前記混合手段で生成されたビート波に基づいて目標物までの距離および目標物の相対速度の少なくとも一方を演算する演算手段と、を具備するＦＭ−ＣＷレーダであって、
前記変調波発振手段が、前記送信波発振手段で発振される送信波の変調特性を線形に補正する補正手段を含み、
前記補正手段が、
前記送信波発振手段で発振される送信波の変調特性を表すパラメータを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出されたパラメータに応じてデューティ比、振幅および周期の少なくとも１つが変更される矩形波を発振する矩形波発振手段と、
前記矩形波発振手段で発振される矩形波を積分する積分手段と、で構成されるＦＭ−ＣＷレーダ。
前記検出手段が、前記送信波発振手段の温度を検出するものである請求項５に記載のＦＭ−ＣＷレーダ。
前記検出手段が、前記送信波発振手段で発振される送信波を検波して変調波を出力するものである請求項５に記載のＦＭ−ＣＷレーダ。