JP3690249B2

JP3690249B2 - Ｆｍ−ｃｗレ−ダ装置

Info

Publication number: JP3690249B2
Application number: JP2000196383A
Authority: JP
Inventors: 孝史瀬尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2002014159A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車載用ミリ波レーダシステム等で使用されるＦＭ−ＣＷレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のＦＭ−ＣＷレーダのブロック構成図である。
従来のＦＭ−ＣＷレーダの技術は、例えば「レーダ技術」（社団法人：電子通信学会）に記載されている。
図４において、１はＦＭ−ＣＷ信号発生器、２はカプラ、３は送信アンテナ、４は受信アンテナ、５はミキサ、６はローパスフィルタ、７は周波数検出器、８は演算器、１０１はＦＭ−ＣＷ信号、１０２は送信信号、１０３はローカル信号、１０４は受信信号、１０５はビート信号である。
【０００３】
次に従来の動作について説明する。
ＦＭ−ＣＷ信号発生器１で発生された、例えばほぼ一定の周期の三角波で周波数が変化するＦＭ−ＣＷ信号１０１は、カプラ２で送信信号１０２とローカル信号１０３とに分配される。分配された送信信号１０２は送信アンテナ３から空間に放射され、図示していない物体（例えば車両）で反射し、受信アンテナ４で受信され、受信信号１０４としてミキサ５へ出力される。
【０００４】
受信信号１０４はミキサ５で上記ローカル信号１０３とミキシングされ、ローパスフィルタ６に出力され、ここで基本波成分、すなわちビート信号１０５だけが選択され、周波数検出器７に送出される。周波数検出器７は、次式で示される、送信信号１０２の周波数信号における上昇フェーズのビート信号１０５の周波数ｆｂｕと下降フェーズのビート信号１０５の周波数ｆｂｄをそれぞれ検出し、演算器８へ出力する。
【０００５】
ｆｂｕ＝（４×Ｒ×ＤＦ×Ｆｍ−２×Ｖ×Ｆ０）／Ｃ（１）
ｆｂｄ＝（４×Ｒ×ＤＦ×Ｆｍ＋２×Ｖ×Ｆ０）／Ｃ（２）
【０００６】
ここで、Ｒは目標までの距離、Ｃは光速、ＤＦは周波数偏移幅、Ｆｍは変調信号周波数、Ｆ０は送信波の中心周波数、Ｖは目標とレーダ装置の相対速度である。
【０００７】
演算器８は、上記上昇フェーズのビート信号１０５の周波数ｆｂｕと上記下降フェーズのビート信号１０５の周波数ｆｂｄの関係から、図示していない物体までの距離Ｒと相対速度Ｖを次式で求める。
【０００８】
Ｒ＝（Ｃ／（８×ＤＦ×Ｆｍ））×（ｆｂｕ＋ｆｂｄ）（３）
Ｖ＝（Ｃ／（４×Ｆ０））×（ｆｂｄ−ｆｂｕ）（４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通り、従来のＦＭ−ＣＷレーダ装置は比較的簡単な構成で、対象物の距離及び速度を検出できる利点があるため、車載用レーダ等に使用されているが、複数の同種のレーダ間で電波干渉を受けやすいという問題点がある。
特に、車載用レーダ装置の場合、測定された相手の車両までの距離、相対速度は相手の車両との衝突防止に使用されるが、複数の車載レーダ間で電波干渉が生じると当該距離、相対速度が検出できないという問題がある。
【００１０】
この発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で実現できるという従来のＦＭ−ＣＷレーダ装置の利点を損なうことなく複数の同種のレーダ間での電波干渉を受けにくいＦＭ−ＣＷレーダ装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置は、熱雑音信号を発生する熱雑音発生手段を有し、上記熱雑音信号からランダム符号系列を生成する符号発生手段と、ＦＭ−ＣＷ信号を発生するＦＭ−ＣＷ信号発生手段と、上記ＦＭ−ＣＷ信号を上記ランダム符号系列により２位相の位相変調したＦＭ−ＣＷ送信波に生成するＦＭ−ＣＷ送信波生成手段と、当該ＦＭ−ＣＷ送信波を目標方向へ送信する送信アンテナと、上記目標からの反射波を受信する受信アンテナと、上記受信アンテナの受信信号を上記ＦＭ−ＣＷ信号の一部とミキシングし、ミキシングされた当該受信信号を上記ランダム符号系列により２位相に位相復調する受信手段とを具備したものである。
【００１２】
第２の発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置は、疑似ランダム符号系列を発生する符号発生手段と、ＦＭ−ＣＷ信号を発生するＦＭ−ＣＷ信号発生手段と、上記ＦＭ−ＣＷ信号を上記疑似ランダム符号系列により２位相の位相変調したＦＭ−ＣＷ送信波に生成するＦＭ−ＣＷ送信波生成手段と、当該ＦＭ−ＣＷ送信波を目標方向へ送信する送信アンテナと、上記目標からの反射波を受信する受信アンテナと、上記受信アンテナの受信信号を上記ＦＭ−ＣＷ信号の一部とミキシングし、ミキシングされた当該受信信号を上記疑似ランダム符号系列により２位相に位相復調する受信手段とを具備したものである。
【００１３】
第３の発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置は、第１、第２の発明において、上記受信手段からの出力信号の周波数成分のうちビ−ト信号の周波数を抽出する抽出手段と、上記抽出手段から出力されたビ−ト信号の周波数を検出する周波数検出手段と、上記周波数検出手段の出力信号から、当該ＦＭ−ＣＷ送信波を反射した目標までの距離と速度を演算する演算手段とを具備したものである。
【００１４】
第４の発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置は、第１、第２、第３の発明において、上記符号発生手段からの符号系列信号を一定時間遅延し、上記受信手段へ出力する遅延手段を設けたものである。
【００１５】
第５の発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置は、第１の発明において、上記熱雑音発生手段は、最大探知距離にある目標から反射したＦＭ−ＣＷ送信波が受信アンテナに到来する時間のほぼ逆数に等しい周波数帯域幅の熱雑音を発生するようにしたものである。
【００１６】
第６の発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置は、第１の発明において、上記符号発生手段は、上記ランダム符号系列を、符号長が上記ビ−ト信号の最大周波数の逆数以下で、上記ＦＭ−ＣＷ信号の１フェ−ズにほぼ等しい時間だけ繰り返し発生するようにしたものである。
【００１７】
第７の発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置は、第２の発明において、上記符号発生手段は、上記疑似ランダム符号系列を、符号長が上記ビ−ト信号の最大周波数の逆数以下で、上記ＦＭ−ＣＷ信号の１フェ−ズにほぼ等しい時間だけ繰り返し発生するようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すＦＭ−ＣＷレーダ装置のブロック図であり、図１において、９は位相変調器、１０は位相復調器、１１は符号発生器、１１ａは熱雑音発生回路、１１ｂはコンパレータ、１１ｃは記憶回路、１２は遅延回路、１０６は送信キャリア信号、１０７は位相変調符号、１０８は位相復調符号、１０９は熱雑音信号、１１０はランダム符号である。
なお、１〜８、１０１〜１０５は図４に示したものと同様である。
【００１９】
次にこの発明の動作を説明する。
ＦＭ−ＣＷ信号発生器１で発生された、例えばほぼ一定の周期の三角波で周波数が変化するＦＭ−ＣＷ信号１０１は、カプラ２で送信キャリア信号１０６とローカル信号１０３とに分配される。当該分配された送信キャリア信号１０６は位相変調器９で、符号発生器１１からの位相変調符号１０７により０度と１８０度の２位相の位相変調、すなわちスペクトラム拡散され、送信信号１０２として送信アンテナ３から空間に放射される。
【００２０】
空間に放射された送信信号１０２は図示していない目標（車載レーダの場合、例えば、自車両の前方を走行している車両）で反射し、受信アンテナ４で受信され、受信信号１０４としてミキサ５へ出力される。ミキサ５は、上記受信信号１０４を上記ローカル信号１０３とミキシングし、位相復調器１０へ出力する。位相復調器１０はミキシングされた受信信号を、符号発生器１１からの位相変調符号１０７を遅延回路１２で時間遅延した位相復調符号１０８により０度と１８０度の２位相に位相復調し、ローパスフィルタ６に出力する。
【００２１】
遅延回路１２の時間遅延量Ｔｄｒは、最大探知距離Ｒｍａｘにある図示していない目標から反射した電波が受信アンテナ４に到来する時間Ｔｍａｘ、すなわち次式で示される時間にほぼ等しい遅延量である。
【００２２】
Ｔｍａｘ＝２×Ｒｍａｘ／Ｃ（５）
【００２３】
一方、熱雑音発生回路１１ａは上記時間Ｔｍａｘのほぼ逆数に等しい周波数帯域幅の熱雑音を発生し、熱雑音信号１０９をコンパレータ１１ｂへ出力する。熱雑音信号１０９は、コンパレータ１１ｂで一定の電圧レベル、例えば０ボルトで比較され、位相変調符号の正の電圧のときは「１」、負の電圧のときは「０」の２値化されたランダム符号１１０に変換され、記憶回路１１ｃに出力される。
記憶回路１１ｃはランダム符号１１０を送信信号１０２の周波数の上昇フェーズあるいは下降フェーズの開始時点に同期して、あらかじめ設定されるビート信号１０５の最大周波数の逆数Ｔｆｂにほぼ等しい時間だけ記憶し、上記各フェーズの間、位相変調符号１０７として位相変調器１０と遅延回路１２へ繰り返し出力する。
【００２４】
すなわち位相変調符号１０７はクロック周期ＴｃｐがほぼＴｍａｘ、コード周期ＴｃｏがほぼＴｆｂのランダム符号系列が、送信信号１０２の周波数の上昇あるいは下降の各フェーズ毎に繰り返し出力される信号である。位相復調符号１０８は位相変調符号１０７から遅延回路１２の遅延時間Ｔｄｒだけ遅延した信号である。
【００２５】
図２は熱雑音信号１０９、ランダム符号１１０、位相変調符号１０７及び位相復調符号１０８の関系を時間軸で示した図である。
【００２６】
さて、ローパスフィルタ６に入力された位相復調器１０からの信号は、ここで基本波成分、すなわちビート信号１０５だけが選択、抽出され、周波数検出器７に送出される。ビート信号１０５は位相復調器１０に入力される位相復調符号１０８と受信信号１０４の相関出力であるため、位相復調符号１０８と受信信号１０４に加えられている位相変調の時間差がゼロのとき最大振幅となる。
【００２７】
すなわち位相復調符号１０８は、送信信号１０２を位相変調している位相変調符号１０７とほぼＴｍａｘに等しい時間遅延Ｔｄｒだけ異なっているため受信信号１０４の時間遅延がほぼＴｍａｘ（図示していない目標の距離がほぼ最大探知距離Ｒｍａｘ）のとき、最大振幅となる。さらにクロック周期ＴｃｐもほぼＴｍａｘであるため目標までの距離がほぼゼロから最大探知距離Ｒｍａｘの２倍の距離範囲で相関が得られる。
【００２８】
図３は、上記目標の距離とビート信号１０５の振幅の関係を示した図である。但し、図３においては、簡単のためチップレートＴｃｐと遅延回路１２の遅延時間ＴｄｒはＴｍａｘに等しいとした。さらに、受信信号１０４の振幅は目標までの距離の二乗に反比例するが、目標の距離によらず１．０とした。
【００２９】
なお、周波数検出器７は、送信信号１０２の周波数信号における上昇フェーズのビート信号１０５の周波数ｆｂｕと下降フェーズのビート信号１０５の周波数ｆｂｄをそれぞれ検出し、演算器８は、上記上昇フェーズのビート信号１０５の周波数ｆｂｕと上記下降フェーズのビート信号１０５の周波数ｆｂｄの関係から、図示していない物体までの距離Ｒと相対速度Ｖを求めるものであり、従来の技術で述べた内容と同一処理するものである。
【００３０】
なお、上記実施の形態１において符号系列は熱雑音から生成したランダム符号系列としたが一般に用いられているＭ系列等の疑似ランダム符号系列でも良い。この疑似ランダム符号系列は、熱雑音から生成するものではないが、あらかじめ疑似ランダム符号系列をメモリに記憶しておき、上記疑似ランダム符号系列を当該メモリから読み出し、疑似ランダム符号系列を発生するようにしたものである。
【００３１】
この発明は、ランダム符号系列あるいは疑似ランダム符号系列でスペクトラム拡散したＦＭ−ＣＷ送信波を送信し、受信で相関処理を行なうように構成したので、
相関処理では、自分が発生した符号系列と異なるコードパターン（例えば自分が11001011で、相手が10110101）を受信した場合、相関処理後の振幅が抑圧されるため、自分の信号と他のレーダの信号の振幅が、アンテナ入力で同じであっても、相関処理後は、自分の信号の振幅が他のレーダの信号の振幅より相対的に大きくなるため、相互の電波干渉を受けにくなり、車載用レーダの場合、例えば前方車両までの距離、相対速度を測定することができる。また受信チャネルが一系統で良いため低コストで実現できるという効果がある。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、ランダム符号系列あるいは疑似ランダム符号系列でスペクトラム拡散したＦＭ−ＣＷ送信波を送信し、受信で相関処理を行なうようにしたので、車載用レーダ等、同種のレーダが多数存在する環境下でも相互に電波干渉を受けにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示すＦＭ−ＣＷレーダ装置のブロック図である。
【図２】位相変調符号と位相復調符号の一例を時間軸で示した図である。
【図３】目標までの距離とビート信号の振幅の一例を示した図である。
【図４】従来のＦＭ−ＣＷレーダ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ＦＭ−ＣＷ信号発生器、３送信アンテナ、４受信アンテナ、５ミキサ、６ローパスフィルタ、７周波数検出器、８演算器、９位相変調器、１０位相復調器、１１符号発生器、１１ａ熱雑音発生回路、１１ｂコンパレータ、１１ｃ記憶回路、１２遅延回路である。

Claims

熱雑音信号を発生する熱雑音発生手段を有し、上記熱雑音信号からランダム符号系列を生成する符号発生手段と、
ＦＭ−ＣＷ信号を発生するＦＭ−ＣＷ信号発生手段と、
上記ＦＭ−ＣＷ信号を上記ランダム符号系列により２位相の位相変調したＦＭ−ＣＷ送信波に生成するＦＭ−ＣＷ送信波生成手段と、
当該ＦＭ−ＣＷ送信波を目標方向へ送信する送信アンテナと、
上記目標からの反射波を受信する受信アンテナと、
上記符号発生手段で生成されたランダム符号系列を、最大探知距離にある目標から反射したＦＭ−ＣＷ送信波が上記受信アンテナに到来する時間にほぼ等しい時間遅延させる遅延手段と、
上記受信アンテナの受信信号を上記ＦＭ−ＣＷ信号の一部とミキシングし、ミキシングされた当該受信信号を上記遅延手段で遅延されたランダム符号系列により２位相に位相復調する受信手段とを具備し、
上記熱雑音発生手段は、最大探知距離にある目標から反射したＦＭ−ＣＷ送信波が上記受信アンテナに到来する時間のほぼ逆数に等しい周波数帯域幅の熱雑音信号を発生し、
上記符号発生手段は、上記ランダム符号系列を、符号長が上記受信手段で位相復調されるビート信号の最大周波数の逆数以下で、上記ＦＭ−ＣＷ信号の１フェーズにほぼ等しい時間だけ繰り返し発生することを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
疑似ランダム符号系列を発生する符号発生手段と、
ＦＭ−ＣＷ信号を発生するＦＭ−ＣＷ信号発生手段と、
上記ＦＭ−ＣＷ信号を上記疑似ランダム符号系列により２位相の位相変調したＦＭ−ＣＷ送信波に生成するＦＭ−ＣＷ送信波生成手段と、
当該ＦＭ−ＣＷ送信波を目標方向へ送信する送信アンテナと、
上記目標からの反射波を受信する受信アンテナと、
上記符号発生手段で生成された擬似ランダム符号系列を、最大探知距離にある目標から反射したＦＭ−ＣＷ送信波が上記受信アンテナに到来する時間にほぼ等しい時間遅させる遅延手段と、
上記受信アンテナの受信信号を上記ＦＭ−ＣＷ信号の一部とミキシングし、ミキシングされた当該受信信号を上記遅延手段で遅延された疑似ランダム符号系列により２位相に位相復調する受信手段とを具備し、
上記符号発生手段は、上記疑似ランダム符号系列を、符号長が上記受信手段で位相復調されるビート信号の最大周波数の逆数以下で、上記ＦＭ−ＣＷ信号の１フェーズにほぼ等しい時間だけ繰り返し発生することを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
上記受信手段からの出力信号の周波数成分のうちビート信号の周波数を抽出する抽出手段と、上記抽出手段から出力されたビート信号の周波数を検出する周波数検出手段と、上記周波数検出手段の出力信号から、当該ＦＭ−ＣＷ送信波を反射した目標までの距離と速度を演算する演算手段とを具備したことを特徴とする請求項１又は２記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。