JP4829361B2 - ミリ波レーダモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、ミリ波帯の電磁波を用いて車両のクルーズコントロール、衝突回避などに適用されるミリ波レーダモジュールに関し、詳しくはモジュール自体でモジュール内の異常、故障を監視する機能を有するミリ波レーダモジュールに関するものである。
ミリ波レーダシステムは、ミリ波帯の電磁波を使用し、前方の車両との距離・速度の検知によるクルーズコントロールや衝突不可避時のドライバーへの被害軽減などの安全性対策に適用されている。このミリ波レーダは、前方に向けて放射した電波が先行車両にあたって戻ってくる受信波と送信波との差からビート周波数を求め、そのビート周波数を使って目標までの距離および相対速度を算出する。
このようなミリ波レーダシステムにおいては、ミリ波レーダモジュール自体で、モジュール内の異常、故障を検出することが出来るものが要望されている。特許文献1においては、ミリ波回路ユニット全体の消費電流を電圧に変換した電圧が、レーダが正常作動中にユニットに流れる電流を電圧に変換した際の電位幅又はその電位幅よりもやや広い電位幅による基準電圧範囲を外れた場合に、自己レーダの動作不良を知らせる警報信号を出力する動作不良検出回路を備えること、ミリ波回路ユニット内の能動回路個々に同様の動作不良検出回路を備えることが示されている。
特開平06−59023号公報
しかしながら、上記従来技術では、ミリ波回路ユニットの各部または全体の消費電流を検出して、ミリ波回路ユニットの動作不良を検出するようにしているので、ミリ波回路ユニットの各部の間接的な動作不良を検出しているに過ぎず、ミリ波回路ユニットとして正常な最終出力が得られているか否かを確実に検出することができない。また、精密な動作不良検出を行うためには、ユニット内に多くの動作不良検出回路を設ける必要があり、装置の大幅なコストアップとなってしまうという問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単かつ安価な構成で、ミリ波レーダモジュールから正常な最終出力が得られているか否かを確実に検出することができる異常監視機能を備えるミリ波レーダモジュールを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、変調信号に基づいて周波数変調されたミリ波の送信波を出力する送信系高周波回路と、該送信系高周波回路から出力される送信波を送信する送信アンテナと、目標から戻ってくる受信波を受信する前記送信波アンテナとは別個の受信アンテナと、前記送信波と前記受信アンテナで受信された受信波との周波数差に対応するビート信号を生成する受信系高周波回路と、前記変調信号を前記送信系高周波回路に出力するとともに、前記ビート信号を信号処理する信号処理回路とを備えるミリ波モジュールにおいて、運用中に、前記変調信号がオフで、前記送信系高周波回路がオフで、受信系高周波回路がオンである異常検出期間を周期的に設け、該異常検出期間における前記受信系高周波回路から出力される前記ビート信号のピークピーク値が予め設定した所定の閾値よりも大きいときに受信系高周波回路の異常を検出する異常監視手段を備えることを特徴とする。
この発明によれば、簡単かつ安価な構成で、ミリ波レーダモジュールから正常な最終出力が得られているか否かを確実に検出することができるという効果を奏する。
図1は、この発明にかかるミリ波レーダモジュールの内部構成を示すブロック図である。 図2は、実施の形態1の異常検出処理での各種信号波形を示すタイムチャートである。 図3は、実施の形態1の異常検出処理手順を示すフローチャートである。 図4は、Vppメモリ(閾値メモリ)の記憶内容を示す図である。 図5は、実施の形態2の異常検出処理での各種信号波形を示すタイムチャートである。 図6は、実施の形態2の異常検出処理手順を示すフローチャートである。 図7は、実施の形態3の異常検出処理での各種信号波形を示すタイムチャートである。 図8は、実施の形態3の異常検出処理手順を示すフローチャートである。
以下に、本発明にかかるミリ波レーダモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明にかかるミリ波レーダモジュールの実施の形態1の構成を示す図である。なお、ここでは、FM−CW(周波数変調連続波:Frequency Modulated Continuous Wave)ミリ波レーダへの適用例について説明する。
図1に示すミリ波レーダモジュールは、送信アンテナ(Tx)1と複数の受信アンテナ(Rx1〜Rxn)2とが接続される高周波回路3と、高周波回路3に接続される制御回路4とを備えている。制御回路4には、信号処理回路5、バイアス回路6、チャネル切替回路7などが集積回路化されている。
高周波回路3は、送信系高周波回路3aと受信系高周波回路3bから構成されている。送信系高周波回路3aとしては、信号処理回路5から変調信号(三角波電圧信号)を受けて周波数変調されたFMCW信号を発生する電圧制御発振器(以降「VCO」と記す)8と、VCO8が出力するFMCW信号の一部を送信アンテナ1に与え、残りをミキサ10に局発信号として与える方向性結合器9などを備えている。
受信系高周波回路3bとしては、受信チャネル(受信方向)を切り替えるスイッチ回路11と、スイッチ回路11を介して得られる受信アンテナ2の受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器(LNA)12と、LNA12から出力される受信波を局発信号とミキシングし、ミキシングした結果得られるビート信号(ビデオ信号)をビデオ増幅器20に供給するミキサ10などを備えている。ミキサ10は、LNA12から出力される受信波とVCO8から出力される送信波との周波数差の信号(ビート信号)を発生してビデオ増幅器20に送る。
信号処理回路5は、高周波回路3から入力されたビデオ信号(ビート信号)を増幅するビデオ増幅器20と、送信処理と計測処理の他に本発明の要部である異常監視処理を実行する主制御部としてのマイコン21と、マイコン21からの変調信号(三角波電圧信号)をアナログ信号に変換し高周波回路3のVCO8に与えるD/A変換器22と、ビデオ増幅器20からの受信信号をデジタル信号に変換しマイコン21に与えるA/D変換器23とを備えている。さらに、信号処理回路5は、ビデオ増幅器20の出力を+V側にオフセットするなどの波形変換を行う波形変換器24と、波形変換されたビデオ信号をデジタル信号に変換しマイコン21に与えるA/D変換器25とを備えている。
バイアス回路6は、マイコン21からの指令に基づいて、高周波回路3に含まれる各種回路を動作させるために必要なバイアス電圧を供給する。チャネル切替回路7は、マイコン21からの指令に基づいてスイッチ回路11の切替を行うことで受信チャネル(受信アンテナRX1〜Rxn)の切替制御を実行する。周囲温度モニタ30は、当該高周波回路3の周囲温度を検出し、検出した周囲温度をマイコン21に入力する。
FMCWレーダの通常の計測動作について概略説明する。まず、マイコン21から変調信号(三角波電圧信号)が出力される。D/A変換器22は、この変調信号をアナログ信号に変換して高周波回路3のVCO8に与える。VCO8は、変調信号に従って周波数変調された連続波であるFMCW信号(周波数が時間と共に上昇する上昇変調信号と周波数が時間と共に下降する下降変調信号とから成る)を送信波として発生する。このFMCW信号の一部が方向性結合器9から送信アンテナ1に供給され、送信アンテナ1からミリ波電波が目標物に向けて照射される。また、残りのFMCW信号は局発信号としてミキサ10に供給される。
受信アンテナ2は、目標物から跳ね返ってくる受信波を受信する。受信アンテナ2から出力される受信波は、LNA12を介してミキサ10に供給される。ミキサ10は、LNA12から入力される受信波と方向性結合器9から入力される送信波とをミキシングし、ミキシングした結果得られるビート信号をビデオ増幅器20に供給する。すなわち、ミキサ10は、受信波と送信波との周波数差の信号であるビート信号を形成し、形成したビート信号をビデオ増幅器20に供給する。ビデオ増幅器20は、入力されたビデオ信号を増幅し、その増幅信号をA/D変換器23に出力する。A/D変換器23は入力された増幅信号をデジタル信号に変換してマイコン21に入力する。マイコン21は、入力されたビート信号における上昇変調期間での周波数と下降変調期間での周波数とから、目標物体までの距離と目標物体の移動速度とを求める。
つぎに、図2〜図4を用いて本実施の形態1における要部である異常監視処理について説明する。まず、マイコン21からは、図2(a)に示すように、1周期に複数個(この場合は3個)の連続的な三角波電圧信号を含む変調信号が、所定の周期で間欠的に出力される。また、マイコン21からは、送信系高周波回路3aのバイアス電圧制御のためのTX制御信号と(図2(b))、受信系高周波回路3bのバイアス電圧制御のためのRX制御信号(図2(c))とがバイアス回路6に出力される。TX制御信号は、変調信号と同じタイミングでオンオフされるが、RX制御信号は、TX制御信号に比べそのオン期間が所定の期間dだけ長く設定されている。この期間dが異常検出のための異常検出期間である。
バイアス回路6では、TX制御信号のオン期間には、送信系高周波回路3a(VCO8,方向性結合器9など)を構成する各種MMICのドレインおよびゲートに所要の制御電圧を印加してこれらMMICをオンにするとともに、TX制御信号のオフ期間には、該送信系高周波回路3aを構成する各種MMICのドレインを0VとしかつゲートをピンチオフとすることによりこれらMMICをオフとする。同様に、バイアス回路6では、RX制御信号のオン期間には、受信系高周波回路3b(LNA12,ミキサ10など)を構成する各種MMICのドレインおよびゲートに所要の制御電圧を印加してこれらMMICをオンにするとともに、RX制御信号のオフ期間には、該受信系高周波回路3bを構成する各種MMICのドレインを0VとしかつゲートをピンチオフとすることによりこれらMMICをオフとする。
このようなバイアス制御が行われるので、変調信号がオンの期間は、すなわちTX制御信号およびRX制御信号が共にオンである通常計測期間Tc中には、送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bは、前述の通常動作を行い、これによりビデオ増幅器20からは、図2(d)のD1で示すような通常のビート信号が出力される。
一方、変調信号およびTX制御信号がオフになってからRX制御信号がオフになるまでの異常検出期間d、別言すればTX制御信号がオフでRX制御信号がオンである異常検出期間dにおいては、高周波回路3における送信系高周波回路3aは動作しておらず、受信系高周波回路3bのみが動作していることになる。したがって、この異常検出期間dにおいては、ビデオ増幅器20から出力されるビート信号には、図2(d)のD2に示すように、受信系高周波回路3bのノイズのみが表れることになる。なお、図2(e)に示すように、変調指令がオンの通常計測期間Tc中は、チャネル切替回路7によってスイッチ回路11が高速に切り替えられて受信チャネルの高速切替えが行われているが、異常検出期間d中は、受信チャネルは1つのチャネルに固定されている。
実施の形態1は、受信系高周波回路3bのみを動作させている異常検出期間dにおけるビート信号のレベルすなわちノイズレベルに着目し、このノイズレベルを用いて受信系高周波回路3bにおける故障、異常を検出しようとするものである。ノイズレベルとしては、例えば、ピークピーク値Vppが採用される。また、異常検出処理は、実際にはマイコン21で行われる。すなわち、ビデオ増幅器20の出力は、波形変換器24で電圧オフセットされる波形変換が行われた後、A/D変換器25でデジタル信号に変換されてマイコン21に入力されており、マイコン21ではデジタル信号に変換されたビート信号の異常検出期間dにおけるノイズレベルを測定することによって、受信系高周波回路3bにおける異常を検出する。
以下、図3,図4を参照して実施の形態1における異常検出動作について詳述する。まず、ミリ波レーダモジュールを出荷の際の試験調整時に、異常検出期間dにおけるビート信号のノイズのピークピーク値Vppを、各種温度で、各受信チャネル毎に測定し、該測定値の平均値などを用いて、各受信チャネル、各温度における適正なノイズレベルのピークピーク値Vppを予め求める。そして、求めた各ピークピーク値Vppに適当なn(自然数)をそれぞれ掛けた値を比較用の閾値Vth(=Vpp×n)とする。このようにして求めた各閾値Vthと、温度(tmin〜t1〜t3〜tmax)および受信チャネル(RX1〜RXn)との対応関係を示す、図4に示すような、Vppテーブル(閾値テーブル)を作成し、作成したVppテーブルをマイコン21内の不揮発性メモリに記憶しておく(図3、ステップS100)。
つぎに、FMCW信号を送出する実際の運用時においては、つぎのような異常検出モード処理が実行される(ステップS110)。まず、マイコン21は、異常検出期間dにおける受信チャネルをチャネルRX1に固定するように、チャネル切替回路7に指令する(ステップS120)。また、マイコン21は、図2(a)〜(c)に示したような、変調信号、TX制御信号、RX制御信号を出力する。つぎに、マイコン21では、周囲温度モニタ30の検出温度を取得する(ステップS130)。
つぎに、マイコン21では、現在の受信チャネルRX1に対応しかつ周囲温度モニタ30の検出温度に対応する閾値Vthを、図4に示したVppテーブルから読み出しておく。マイコン21は、当該異常検出期間dにおけるビート信号のピークピーク値Vppを測定し(ステップS140)、該測定したピークピーク値Vppを、先に取り出した閾値Vthと比較する(ステップS150)。マイコン21は、この比較の結果、Vpp<Vthである場合は、正常と判定し、つぎの周期の異常検出期間dにおいては受信チャネルを次のチャネルRX2に固定するように、チャネル切替回路7に指令する(ステップS160)。
しかし、ステップS150での比較の結果、Vpp≧Vthである場合は、マイコン21は、とりあえず異常発生の可能性があると判断する。そして、マイコン21は、所定回数(m回)連続して、Vpp≧Vthの異常が発生しているか否かを判定し(ステップS170)、この判定がNoの場合は、受信チャネルを変えることなく同じ受信チャネルRX1で、次の周期に再度異常検出期間dにおけるビート信号のピークピーク値Vppを測定する(ステップS140)。さらに、マイコン21はこの測定値Vppを前記と同じ閾値Vthと比較し(ステップS150)、Vpp<Vthである場合は、前回の異常発生は単なる外乱などと判断し、その後受信チャネルを次のチャネルに変えるように、チャネル切替回路7に指令する(ステップS160)。
このように、Vpp≧Vthの異常が所定回数(m回)以上連続しない場合は、異常とは判定せず、次の受信チャネルの異常検出を実行する。しかし、Vpp≧Vthの異常が所定回数(m回)連続した場合(ステップS170、YES)は、マイコン21は、受信系高周波回路3bに何らかの異常が発生していると判定し、上位装置に対してその旨の警報を出力する(ステップS180)。
このようにして、ミリ波レーダモジュールの運用時に受信チャネルを順次切替えながら、ビート信号の各周期における異常検出期間dのノイズレベルを測定することによって、受信系高周波回路3bにおける異常を検出している。
このように、実施の形態1においては、変調信号がオフであってかつ高周波回路3における受信系高周波回路3bのみを動作させている状態のときのビート信号のノイズレベルが異常に大きくなると、スイッチ回路11,LNA12、ミキサ10などで構成される受信系高周波回路3bの異常と判定するようにしているので、簡単かつ安価な構成で、受信系高周波回路3bの異常を確実に検出することができるようになる。また、周囲温度を考慮して異常検出を行っているので、高精度の異常検出をなし得る。さらに、受信チャネル毎に異常検出を行うこともできる。
実施の形態2.
つぎに、図5および図6を用いてこの発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2で用いるミリ波レーダモジュールの構成としては、先の図1に示した構成と同じものを採用する。この実施の形態2においては、送信系高周波回路3aがオフで、受信系高周波回路がオンのときにダミーの変調信号を発生させ、このときを異常検出期間Eとする。そして、このような異常検出期間EをFMCW信号を送信する運用中に周期的に設け、該異常検出期間Eにおける前記ビート信号のノイズレベルに基づいて送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bの異常を検出する。
まず、マイコン21からは、図5(a)に示すように、1周期に複数個(この場合は4個)の連続的な三角波電圧信号を含む変調信号が、所定の周期で間欠的に出力される。この場合、各周期に於ける4個目の変調信号がダミーの変調信号である。また、RX制御信号は、図5(e)に示すように、4個の連続三角波電圧信号を含む変調信号と同じタイミングでオンオフされるが、TX制御信号は、図5(b)に示すように、ダミーの変調信号が発生されるときには、オフとなっている。すなわち、TX制御信号は、RX制御信号に比べそのオン期間が異常検出期間Eに対応する分だけ短く設定されている。
バイアス回路6では、RX制御信号のオン期間には、受信系高周波回路3b(LNA12,ミキサ10など)を構成する各種MMICのドレインおよびゲートに所要の制御電圧を印加してこれらMMICをオンにするとともに、RX制御信号のオフ期間には、該受信系高周波回路3bを構成する各種MMICのドレインを0VとしかつゲートをピンチオフとすることによりこれらMMICをオフとする。一方、TX制御信号のオン期間には、バイアス回路は、送信系高周波回路3a(VCO8,方向性結合器9など)を構成する各種MMICのドレインおよびゲートに所要の制御電圧を印加してこれらMMICをオンにするとともに、TX制御信号のオフ期間には、該送信系高周波回路3aを構成する各種MMICのドレインを0Vまたは所要の制御電圧を印加しかつゲートをピンチオフとすることによりこれらMMICが動作しない状態とする。
このようなバイアス制御が行われるので、変調信号として最初の3個の三角波電圧信号が発生されている通常計測期間Tc、すなわちTX制御信号およびRX制御信号が共にオンである通常計測期間Tc中には、送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bは、通常の計測動作を行い、これによりビデオ増幅器20からは、図5(f)のF1で示すような通常のビート信号が出力される。
一方、4個目のダミーの三角波電圧信号が発生されている期間、別言すればTX制御信号がオフでRX制御信号がオンである異常検出期間Eにおいては、高周波回路3における送信系高周波回路3aは動作しておらず、受信系高周波回路3bのみが動作しているときに、三角波電圧信号がマイコン21からD/A変換器22を介してVCO8に加えられている状態となっている。したがって、この異常検出期間Eにおいては、送信波が送信アンテナ1を介して出力されることはなく、ビデオ増幅器20から出力されるビート信号には、図5(f)のF2で示すような、ダミー三角波電圧信号による送信系高周波回路3aでのノイズと受信系高周波回路3bでのノイズが表れることになる。なお、図5(g)に示すように、ダミーでない最初の3個の三角波電圧信号が発生している通常計測期間Tc中は、チャネル切替回路7によってスイッチ回路11が高速に切り替えられて受信チャネルの高速切替えが行われているが、異常検出期間E中は、受信チャネルは1つのチャネルに固定されている。
実施の形態2は、ダミーの変調信号を高周波回路3に入力し、受信系高周波回路3bのみを動作させている異常検出期間Eにおけるビート信号のレベルすなわちノイズレベルに着目し、このノイズレベルを用いて送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bにおける故障、異常を検出しようとするものである。ノイズレベルとしては、例えば、前記同様、ピークピーク値Vpp2が採用される。また、異常検出処理は、前記同様、マイコン21で行われる。すなわち、マイコン21ではデジタル信号に変換されたビート信号の異常検出期間Eにおけるノイズレベルを測定することによって、異常を検出する。
以下、図6を参照して実施の形態2における異常検出動作について詳述する。まず、ミリ波レーダモジュールを出荷の際の試験調整時に、擬似目標物を用いて、通常計測期間Tc中におけるビート信号のピークピーク値Vpp1を求めるとともに、異常検出期間Eにおけるビート信号のノイズのピークピーク値Vpp2を求める。そして、これらピークピーク値Vpp1,Vpp2の比K(=Vpp2/Vpp1)を求める。具体的には、上記ピークピーク値Vpp1,Vpp2を、各種温度で、各受信チャネル毎に測定し、該測定値の平均値などを用いて、各受信チャネル、各温度における比K(=Vpp2/Vpp1)を予め求める。そして、求めた各比Kに適当なn(自然数)をそれぞれ掛けた値を比較用の閾値Vth(=K×n)とする。このようにして求めた各閾値Vthと、温度および受信チャネルとの対応関係を示す、先の図4に示すような、閾値テーブルを作成し、作成した閾値テーブルをマイコン21内の不揮発性メモリに記憶しておく(図6、ステップS200)。
つぎに、FMCW信号を送出する実際の運用時においては、つぎのような異常検出モード処理が実行される(ステップS210)。まず、マイコン21は、異常検出期間Eにおける受信チャネルをチャネルRX1に固定するように、チャネル切替回路7に指令する(ステップS220)。また、マイコン21は、図5(a)(b)(e)に示したような、変調信号、TX制御信号、RX制御信号を出力する。つぎに、マイコン21では、周囲温度モニタ30の検出温度を取得する(ステップS230)。
つぎに、マイコン21では、現在の受信チャネルRX1に対応しかつ周囲温度モニタ30の検出温度に対応する閾値Vthを、閾値テーブルから読み出しておく。そして、マイコン21は、当該周期の通常計測期間Tc中におけるビート信号のピークピーク値Vpp1を求めるとともに、同周期の異常検出期間Eにおけるビート信号のノイズのピークピーク値Vpp2を求める。そして、これらピークピーク値Vpp1,Vpp2の比K(=Vpp2/Vpp1)を求める(ステップS240)。そして、該求めたK(=Vpp2/Vpp1)を、先に読み出した閾値Vthと比較する(ステップS250)。マイコン21は、この比較の結果、|K|<Vthである場合は、正常と判定し、つぎの周期の異常検出期間Eにおいては受信チャネルを次のチャネルRX2に固定するように、チャネル切替回路7に指令する(ステップS260)。
しかし、ステップS250での比較の結果、|K|≧Vthである場合は、マイコン21は、とりあえず異常発生の可能性があると判断し、現周期の計測値は正規のものとして採用せず、廃棄する(ステップS270)。そして、マイコン21は、所定回数(m回)連続して、|K|≧Vthの異常が発生しているか否かを判定し(ステップS280)、この判定がNoの場合は、受信チャネルを変えることなく同じ受信チャネルRX1で、次の周期に再度、ピークピーク値Vpp1,Vpp2を測定して、ピークピーク値Vpp1,Vpp2の比Kを求める(ステップS240)。さらに、マイコン21は、この比Kを前記と同じ閾値Vthと比較し(ステップS250)、|K|<Vthである場合は、前回の異常発生は単なる外乱などと判断し、その後受信チャネルを次のチャネルに変えるように、チャネル切替回路7に指令する(ステップS260)。
このように、|K|≧Vthの異常が所定回数(m回)以上連続しない場合は、異常とは判定せず、次の受信チャネルの異常検出を実行する。しかし、|K|≧Vthの異常が所定回数(m回)連続した場合(ステップS280、YES)は、マイコン21は、送信系高周波回路3aあるいは受信系高周波回路3bに何らかの異常が発生していると判定し、上位装置に対してその旨の警報を出力する(ステップS290)。
このようにして、ミリ波レーダモジュールの運用時に受信チャネルを順次切替えながら、通常計測期間Tc中におけるビート信号のピークピーク値Vpp1と、異常検出期間Eにおけるビート信号のノイズのピークピーク値Vpp2との比K(=Vpp2/Vpp1)を測定することによって、送信系高周波回路3aあるいは受信系高周波回路3bにおける異常を検出している。
このように、実施の形態2においては、変調信号がオンであってかつ高周波回路3における受信系高周波回路3bのみを動作させている異常検出期間Eのときのビート信号のノイズレベルが、変調信号がオンであってかつ高周波回路3における送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bを動作させている通常計測期間Tcのときの信号レベルに比べ異常に大きくなると、送信系高周波回路3aあるいは受信系高周波回路3bの異常と判定するようにしているので、簡単かつ安価な構成で、送信系高周波回路3aあるいは受信系高周波回路3bの異常を確実に検出することができるようになる。また、周囲温度を考慮して異常検出を行っているので、高精度の異常検出をなし得る。さらに、受信チャネル毎に異常検出を行うこともできる。
実施の形態3.
つぎに、図7および図8を用いてこの発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3で用いるミリ波レーダモジュールの構成としては、先の図1に示した構成と同じものを採用する。この実施の形態3においては、間欠的に発生される変調信号がオフである休止期間、すなわち変調信号、送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bが全てオフである期間に、受信系高周波回路3bのスイッチ回路11のみをオンしてスイッチングを行い、このときのビート信号中のノイズレベルに基づいてスイッチ回路11を構成するMMICの異常を検出する。
まず、マイコン21からは、図7(a)に示すように、1周期に複数個(この場合は3個)の連続的な三角波電圧信号を含む変調信号が、所定の周期で間欠的に出力される。また、マイコン21からは、図7(b)(c)に示すように、変調信号と同じタイミングでオンオフされるTX制御信号およびRX制御信号が出力される。
バイアス回路6では、TX制御信号およびRX制御信号のオン期間には、送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bを構成する各種MMICをオンとする。一方、変調信号、送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bが全てオフである休止期間qにおいては、受信系高周波回路3bのスイッチ回路11のみをオンにし、それ以外の受信系高周波回路3bおよび送信系高周波回路3aは全てオフにする。また、図7(d)に示すように、通常計測期間Tc中は、チャネル切替回路7によってスイッチ回路11が高速に切り替えられて受信チャネルの高速切替えが行われているが、休止期間q中は、チャネル切替回路7によって受信チャネルRx1〜Rxnが一巡される程度の低速での切替えが行われる。
このようなバイアス制御が行われるので、通常計測期間Tc中には、送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bは、通常の計測動作を行い、これによりビデオ増幅器20からは、図7(e)のG1で示すような通常のビート信号が出力される。
一方、休止期間qにおいては、スイッチ回路11のみがオンになって低速での受信チャネル切替えが行われるので、ビデオ増幅器20から出力されるビート信号には、図7(e)のG2で示すような、スイッチ回路11でのスイッチングによるノイズがスイッチング周期に同期して表れることになる。
実施の形態3は、スイッチ回路11のみをオンにして低速での受信チャネル切替えを行わせているときのビート信号のノイズレベルに着目し、このノイズレベルを用いてスイッチ回路11を構成するMMICの故障、異常を検出しようとするものである。ノイズレベルとしては、例えば、前記同様、ピークピーク値Vppが採用される。また、異常検出処理は、前記同様、マイコン21で行われる。すなわち、マイコン21ではデジタル信号に変換されたビート信号の休止期間qにおけるノイズレベルを測定することによって、異常を検出する。
以下、図8を参照して実施の形態3における異常検出動作について詳述する。まず、ミリ波レーダモジュールを出荷の際の試験調整時に、スイッチ回路11のみをオンにして低速での受信チャネル切替えを行わせているときの休止期間qにおけるビート信号のノイズレベルのピークピーク値Vppの最大値Vppmaxと最小値Vppminを各種温度で測定しておく。そして、求めた各ピークピーク値の最大値Vppmaxと最小値Vppminに適当なn(自然数)を掛けた値を比較用の上限閾値Vthmax(=Vppmax×n)および下限閾値Vthmin(=Vppmin×n)とする。このようにして求めた上限閾値Vthmaxおよび下限閾値Vthminと、温度との対応関係を示す閾値テーブルを作成し、作成した閾値テーブルをマイコン21内の不揮発性メモリに記憶しておく(図8、ステップS300)。
つぎに、FMCW信号を送出する実際の運用時においては、つぎのような異常検出モード処理が実行される(ステップS310)。まず、マイコン21は、図7(a)(b)(c)に示したような、変調信号、TX制御信号、RX制御信号を出力する。バイアス回路6では、TX制御信号およびRX制御信号のオン期間には、送信系高周波回路3aおよび受信系高周波回路3bを構成する各種MMICをオンとする。一方、休止期間qにおいては、受信系高周波回路3bのスイッチ回路11のみをオンにし、それ以外の受信系高周波回路3bおよび送信系高周波回路3aは全てオフにする。また、休止期間q中は、チャネル切替回路7によって受信チャネルRx1〜Rxnが一巡される程度の低速での切替えを行なう(ステップS320)。つぎに、マイコン21では、周囲温度モニタ30の検出温度を取得する(ステップS330)。
つぎに、マイコン21では、現在の周囲温度モニタ30の検出温度に対応する上限閾値Vthmaxおよび下限閾値Vthminを、閾値テーブルから読み出しておく。そして、マイコン21は、当該周期の休止期間qにおけるビート信号のノイズのピークピーク値Vppを求める(ステップS340)。そして、このピークピーク値Vppを、先に読み出した上限閾値Vthmaxおよび下限閾値Vthminと比較する(ステップS350)。マイコン21は、この比較の結果、Vthmin≦Vpp≦Vthmaxである場合は、正常と判定し、つぎの周期での異常検出を実行する(ステップS360)。
しかし、ステップS350での比較の結果、Vthmin>Vpp、あるいはVpp>Vthmaxである場合は、マイコン21は、とりあえず異常発生の可能性があると判断する。そして、マイコン21は、所定回数(m回)連続して、Vthmin>Vpp、あるいはVpp>Vthmaxの異常が発生しているか否かを判定し(ステップS370)、この判定がNoの場合は、次の周期に再度、休止期間に於けるピークピーク値Vppを測定し(ステップS340)、この測定値Vppを上限閾値Vthmaxおよび下限閾値Vthminと比較し(ステップS350)、Vthmin≦Vpp≦Vthmaxである場合は、前回の異常発生は単なる外乱などと判断し、その後つぎの周期での異常検出を実行する(ステップS360)。
このように、Vthmin>Vpp、あるいはVpp>Vthmaxの異常が所定回数(m回)以上連続しない場合は、異常とは判定せず、次の受信チャネルの異常検出を実行する。しかし、Vthmin>Vpp、あるいはVpp>Vthmaxの異常が所定回数(m回)連続した場合(ステップS370、YES)は、マイコン21は、スイッチ回路11に何らかの異常が発生していると判定し、上位装置に対してその旨の警報を出力する(ステップS380)。
このようにして、ミリ波レーダモジュールの運用時に、低速での受信チャネルの切替えを行いながらビート信号の各周期における休止期間qのノイズレベルを測定することによって、スイッチ回路11を構成するMMICの異常を検出している。
このように、実施の形態3においては、変調信号がオフである休止期間qに、受信系高周波回路3bのスイッチ回路11のみをオンしてスイッチングを行い、このときのビート信号中のノイズレベルが異常に大きくあるいは小さくなると、スイッチ回路11を構成するMMICの異常と判定するようにしているので、簡単かつ安価な構成で、スイッチ回路11を構成するMMICの異常を確実に検出することができるようになる。また、周囲温度を考慮して異常検出を行っているので、高精度の異常検出をなし得る。
なお、実施の形態1〜3では、マイコン21において、FFT処理前のビート信号に基づいて異常検出を行うようにしたが、FFT処理した後のビート信号を用いて異常検出を行うようにしてもよい。
以上のように、本発明にかかるミリ波レーダモジュールは、ミリ波帯の電磁波を用いて車両のクルーズコントロール、衝突回避などに適用されるFMCWレーダなどに有用である。
1 送信アンテナ
2 受信アンテナ
3 高周波回路
3a 送信系高周波回路
3b 受信系高周波回路
4 制御回路
5 信号処理回路
6 バイアス回路
7 チャネル切替回路
8 電圧制御発振器(VCO)
9 方向性結合器
10 ミキサ
11 スイッチ回路
12 低雑音増幅器(LNA)
20 ビデオ増幅器
21 マイコン
22 D/A変換器
23 A/D変換器
24 波形変換器
25 A/D変換器
30 周囲温度モニタ

Claims (3)

  1. 変調信号に基づいて周波数変調されたミリ波の送信波を出力する送信系高周波回路と、該送信系高周波回路から出力される送信波を送信する送信アンテナと、目標から戻ってくる受信波を受信する前記送信波アンテナとは別個の受信アンテナと、前記送信波と前記受信アンテナで受信された受信波との周波数差に対応するビート信号を生成する受信系高周波回路と、前記変調信号を前記送信系高周波回路に出力するとともに、前記ビート信号を信号処理する信号処理回路とを備えるミリ波モジュールにおいて、
    運用中に、前記変調信号がオンで、前記送信系高周波回路がオフで、受信系高周波回路がオンである異常検出期間を周期的に設け、前記変調信号がオンで、前記送信系高周波回路がオンで、受信系高周波回路がオンである通常動作期間における前記ビート信号のピークピーク値と、前記異常検出期間における前記ビート信号のピークピーク値との比が、予め設定した所定の閾値よりも大きいときに送信系または受信系高周波回路の異常を検出する異常監視手段
    を備えることを特徴とするミリ波レーダモジュール。
  2. 変調信号に基づいて周波数変調されたミリ波の送信波を出力する送信系高周波回路と、該送信系高周波回路から出力される送信波を送信する送信アンテナと、目標から戻ってくる受信波を受信する前記送信波アンテナとは別個の受信アンテナと、前記送信波と前記受信アンテナで受信された受信波との周波数差に対応するビート信号を生成する受信系高周波回路と、前記変調信号を前記送信系高周波回路に出力するとともに、前記ビート信号を信号処理する信号処理回路とを備えるミリ波モジュールにおいて、
    前記受信系高周波回路は、複数の受信チャネルを切り替えるスイッチ回路を有し、
    運用中周期的に発生する、前記変調信号がオフで、前記送信系高周波回路および受信系高周波回路がオフである期間に、前記スイッチ回路によって複数の受信チャネルを切替え、この切替中における前記ビート信号のノイズのピークピーク値が予め設定した所定の上限閾値と下限閾値の範囲外であるときに前記スイッチ回路の異常を検出する異常監視手段
    を備えることを特徴とするミリ波レーダモジュール。
  3. 前記異常監視手段は、前記異常が複数回連続したときに警報信号を出力することを特徴とする請求項1または2に記載のミリ波レーダモジュール。
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