JP5034306B2 - Frequency modulation circuit, FM-CW radar apparatus, and communication integrated radar apparatus - Google Patents

Frequency modulation circuit, FM-CW radar apparatus, and communication integrated radar apparatus Download PDF

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Description

本発明は周波数変調回路及びFM−CWレーダ装置並びに通信統合レーダ装置に関し、特に電圧制御発振器の温度特性や周波数非直線性を随時補正してレーダ機能時の相対距離及び相対速度誤差の低減、装置の調整工数低減、更には無線通信機能時の周波数精度の安定化に有効な技術に関する。   The present invention relates to a frequency modulation circuit, an FM-CW radar apparatus, and a communication integrated radar apparatus, and more particularly, to reduce a relative distance and a relative speed error during a radar function by correcting temperature characteristics and frequency nonlinearity of a voltage controlled oscillator as needed. The present invention relates to a technique that is effective in reducing the adjustment man-hours and stabilizing the frequency accuracy during the wireless communication function.

従来、目標物との相対距離及び速度を検出する手段の1つとして、FM−CW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式レーダがある。FM−CWレーダは、ミリ波帯の送信信号に三角状の周波数変調(FM変調)を施して目標物に送信信号を放射し、目標物からの反射信号と送信波の一部をミキシングしてビート信号周波数を検出して目標物までの相対距離及び相対速度を算出するものである(例えば非特許文献1参照)。   Conventionally, there is FM-CW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar as one of means for detecting a relative distance and speed with respect to a target. The FM-CW radar performs triangular frequency modulation (FM modulation) on the transmission signal in the millimeter wave band, radiates the transmission signal to the target, mixes the reflected signal from the target and a part of the transmission wave. The beat signal frequency is detected to calculate the relative distance and relative speed to the target (see, for example, Non-Patent Document 1).

図16は従来のFM−CWレーダの概略構成図であり、161は周期的に三角状に変化するFM変調電圧を生成するFM変調電圧発生部、162はFM変調電圧発生部161から供給される電圧に応じて発振周波数を変化させて三角状FM−CW波を出力する電圧制御発振器、163は前記三角状FM−CW波を後述の送信アンテナ164と後述のミキサ166に分配して供給する分配回路、164は前記三角状FM−CW波を目標物に向けて放射する送信アンテナ、165は目標物から反射して戻ってきた反射信号を受信する受信アンテナ、166は受信した反射信号と三角状FM−CW波の一部をミキシング(混合)して両信号間のビート信号を出力するミキサ、167はビート信号周波数を検出して目標物までの距離及び相対速度を計算する信号処理部である。ここで、ビート信号周波数には、対象物までの距離と相対速度の信号成分が含まれているため、アップビート周波数とダウンビート周波数を加算することにより距離が得られ、アップビート周波数とダウンビート周波数の差をとることにより相対速度を求めることができる。   FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a conventional FM-CW radar. 161 is an FM modulation voltage generator that generates an FM modulation voltage that periodically changes in a triangular shape, and 162 is supplied from the FM modulation voltage generator 161. A voltage-controlled oscillator that outputs a triangular FM-CW wave by changing the oscillation frequency in accordance with the voltage, and a distribution 163 that distributes the triangular FM-CW wave to a transmission antenna 164 described later and a mixer 166 described later. Circuit 164 is a transmitting antenna that radiates the triangular FM-CW wave toward the target, 165 is a receiving antenna that receives the reflected signal reflected from the target, and 166 is a triangular shape with the received reflected signal. A mixer that mixes a part of the FM-CW wave and outputs a beat signal between the two signals. 167 detects the beat signal frequency and measures the distance to the target and the relative speed. A signal processing unit for. Here, since the beat signal frequency includes the signal component of the distance to the object and the relative speed, the distance is obtained by adding the up beat frequency and the down beat frequency, and the up beat frequency and the down beat frequency are obtained. The relative speed can be obtained by taking the difference in frequency.

ここで、電圧制御発振器162は、構成する素子の特性によって一般に制御電圧対発振周波数特性は非直線となる。また、温度変動や経年変化により制御電圧対発振周波数特性に変化が生じる。図17に電圧制御発振器の制御電圧対発振周波数特性を示す。横軸は制御電圧、縦軸は周波数である。図17から、電圧制御発振器162の制御電圧は、最大発振周波数FMAXを得る場合、常温時はVMAX(M)であるが、高温時はVMAX(H)となり、また最小発振周波数FMINを得る場合、常温時はVMIN(M)であるが、高温時はVMIN(H)となる。 Here, the voltage control oscillator 162 generally has a non-linear control voltage vs. oscillation frequency characteristic depending on the characteristics of the constituent elements. In addition, the control voltage vs. oscillation frequency characteristics change due to temperature fluctuations and aging. FIG. 17 shows the control voltage vs. oscillation frequency characteristics of the voltage controlled oscillator. The horizontal axis is the control voltage, and the vertical axis is the frequency. From FIG. 17, when the maximum oscillation frequency F MAX is obtained, the control voltage of the voltage controlled oscillator 162 is V MAX (M) at room temperature but V MAX (H) at high temperature, and the minimum oscillation frequency F MIN Is obtained at room temperature, V MIN (M), but at high temperature, V MIN (H).

また、制御電圧対発振周波数の特性カーブ自体が変動することから、電圧制御発振器162の制御電圧対発振周波数特性の非直線性や温度変化による変動により、FM−CW信号の周波数直線性や周波数変調幅が一定とならない。これにより、信号処理部167で計算される目標物までの相対距離及び相対速度に誤差が発生することで目標物の正確な検出が不可能となってしまう。このため、FM変調電圧生成部161において、電圧制御発振器162の制御電圧対発振周波数の非直線性、及び温度変動や経年変化による変動を補正する手段が必要である。   Further, since the characteristic curve itself of the control voltage vs. oscillation frequency fluctuates, the frequency linearity and frequency modulation of the FM-CW signal are caused by the nonlinearity of the control voltage vs. oscillation frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 162 and the fluctuation due to temperature change. The width is not constant. As a result, an error occurs in the relative distance and relative speed to the target calculated by the signal processing unit 167, so that the target cannot be accurately detected. For this reason, the FM modulation voltage generator 161 needs a means for correcting the nonlinearity of the control voltage versus the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 162 and the fluctuation due to the temperature fluctuation and the secular change.

上述した電圧制御発振器162における制御電圧対周波数特性の非直線性及び温度等による周波数変動を補正する方法として、補正データを記憶する手段と温度を検出する手段を備えて、予め記憶した非直線性補正値及び温度補正値を用いてFM変調電圧を制御する方法(例えば特許文献1、特許文献2参照)がある。   As a method of correcting the non-linearity of the control voltage vs. frequency characteristic and the frequency variation due to temperature or the like in the voltage controlled oscillator 162 described above, a non-linearity stored in advance is provided with means for storing correction data and means for detecting temperature. There is a method for controlling the FM modulation voltage using the correction value and the temperature correction value (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

また、目標物までの相対距離及び相対速度の検出誤差を抑えるために、位相同期ループ(以下PLLという)を用いてIF帯局部発振源の安定化を図り受信波のローカル信号とする方法(例えば特許文献3参照)がある。更に、レーダ機能と通信機能を有する装置として、自励通信装置とトランスポンダとからなる通信システムにおいて自励通信装置にFM−CW方式のレーダ機能を付加した通信装置(例えば特許文献4参照)がある。
「ミリ波技術の基礎と応用」,第2部第2章4.5.2FMCW方式,発行所 リアライズ社,1998 pp.233−234 特開平10−197625号公報(段落0013〜0022、図1、図2) 特開平8−146125号公報(段落0014〜0019、図2、図3、図4) 特開平8−338868号公報(段落0009〜0014、図1) 特開2005−109759号公報(段落0019〜0026、図1)
Further, in order to suppress the detection error of the relative distance to the target and the relative speed, a method of stabilizing the IF band local oscillation source by using a phase locked loop (hereinafter referred to as PLL) to make a local signal of the received wave (for example, Patent Document 3). Furthermore, as a device having a radar function and a communication function, there is a communication device in which an FM-CW radar function is added to the self-excited communication device in a communication system including a self-excited communication device and a transponder (see, for example, Patent Document 4). .
“Basics and Applications of Millimeter-Wave Technology”, Part 2, Chapter 2, 4.5.2 FMCW System, Publisher Realize, 1998 pp. 233-234 JP-A-10-197625 (paragraphs 0013 to 0022, FIGS. 1 and 2) JP-A-8-146125 (paragraphs 0014 to 0019, FIGS. 2, 3, and 4) JP-A-8-338868 (paragraphs 0009 to 0014, FIG. 1) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-109759 (paragraphs 0019 to 0026, FIG. 1)

以上、FM−CWレーダ装置におけるFM−CW信号の周波数直線性や周波数変調幅を補正する従来の方法、レーダ装置に供する周波数の安定化の方法、及びFM−CW方式レーダに無線通信機能を備えたレーダ装置について述べたが、上述の各方法、及び装置には以下のような問題がある。   As described above, the conventional method for correcting the frequency linearity and the frequency modulation width of the FM-CW signal in the FM-CW radar apparatus, the frequency stabilization method provided for the radar apparatus, and the FM-CW radar have a wireless communication function. Although the above-described radar apparatus has been described, the above-described methods and apparatuses have the following problems.

特許文献1及び特許文献2の温度検出手段により得られた温度情報を基に予め記憶した周波数非直線性補正値及び温度補正値を用いてFM変調電圧を制御する方法では、電圧制御発振器の個体差があるため、全ての装置で周波数非直線性補正データを補正する温度毎に取得する必要が生じ、調整工数が多大となり製造時の調整コスト面で不利である。   In the method of controlling the FM modulation voltage using the frequency nonlinearity correction value and the temperature correction value stored in advance based on the temperature information obtained by the temperature detection means of Patent Document 1 and Patent Document 2, an individual voltage-controlled oscillator is used. Since there is a difference, it is necessary to obtain the frequency nonlinearity correction data for every temperature in all apparatuses, which requires a large adjustment man-hour and is disadvantageous in terms of adjustment costs during manufacturing.

更に、温度毎に取得した周波数非直線性補正データを記憶する必要があるため、記憶容量が膨大となり回路規模の増大を招いてしまう。特許文献3のPLLを用いてIF帯局部発振源の安定化を図り受信波のローカル信号とする方法は、パルス方式のレーダ装置には効果的であるが、FM−CW方式のレーダ装置に適用する場合のFM−CW信号の周波数直線性や周波数変調幅を一定に保つ方法については言及していない。また、ミリ波帯で数十〜数百MHz程度の周波数幅を有する周波数変調入力が必要となり、回路規模の増加及びコストの増大を招く。   Furthermore, since it is necessary to store the frequency nonlinearity correction data acquired for each temperature, the storage capacity becomes enormous and the circuit scale increases. The method of stabilizing the IF band local oscillation source by using the PLL of Patent Document 3 and making it a local signal of the received wave is effective for a pulse type radar apparatus, but is applied to an FM-CW type radar apparatus. No mention is made of a method for keeping the frequency linearity and frequency modulation width of the FM-CW signal constant. In addition, a frequency modulation input having a frequency width of about several tens to several hundreds of MHz in the millimeter wave band is required, resulting in an increase in circuit scale and cost.

特許文献4の自励通信装置にFM−CW方式のレーダ機能を付加した通信装置は、FM−CW波生成における温度変動や経年変化による周波数変調幅や周波数直線性の変動に対する補正については言及しておらず、相対距離及び相対速度等レーダ性能の確保が困難である。   A communication apparatus in which an FM-CW radar function is added to the self-excited communication apparatus of Patent Document 4 refers to correction for fluctuations in frequency modulation width and frequency linearity due to temperature fluctuations and secular changes in FM-CW wave generation. Therefore, it is difficult to ensure radar performance such as relative distance and relative speed.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、第1にFM−CW波を送信して目標物からの反射信号を受信し目標物との相対距離及び相対速度を検出するレーダ装置において、回路規模の増大及び装置製造時の調整工数を含めたコストの増大を招くことなく、一定の周波数変調幅及び周波数直線性が確保されたFM−CW波を生成する周波数変調回路、及び該周波数変調回路を用いることにより目標物との相対距離及び相対速度の検出精度が高いFM−CWレーダ装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such problems. First, a radar that transmits an FM-CW wave, receives a reflected signal from the target, and detects a relative distance and a relative speed from the target. In the apparatus, a frequency modulation circuit that generates an FM-CW wave in which a certain frequency modulation width and frequency linearity are secured without incurring an increase in circuit scale and cost including adjustment man-hours at the time of manufacturing the apparatus, and An object of the present invention is to provide an FM-CW radar device that uses the frequency modulation circuit and has high accuracy in detecting the relative distance and the relative velocity with respect to the target.

また、第2にレーダ機能と無線通信機能を統合した通信統合レーダ装置において、回路規模の増加を最小限に抑え、かつ高価格化を招くことなく、目標物との相対距離及び相対速度の検出精度が高いレーダ機能と、周波数精度が高く安定した無線通信を行なえる無線通信機能とを備えた通信統合レーダ装置を提供することを目的としている。   Second, in a communication integrated radar device that integrates a radar function and a wireless communication function, detection of the relative distance and relative speed with respect to the target is minimized without increasing the circuit scale and increasing the price. An object of the present invention is to provide a communication integrated radar apparatus having a radar function with high accuracy and a wireless communication function capable of performing stable wireless communication with high frequency accuracy.

本発明は、前記課題を達成するために、一定周期で動作する周波数計測モードで周波数補正のための無変調波制御電圧データ及び制御ステップ値を生成記憶し、レーダモード若しくはレーダ/通信モードにおいて記憶した無変調波制御電圧データ及び制御ステップ値とからFM−CW波若しくは無変調周波数を生成出力することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention generates and stores unmodulated wave control voltage data and control step values for frequency correction in a frequency measurement mode that operates at a fixed period, and stores the generated data in the radar mode or radar / communication mode An FM-CW wave or an unmodulated frequency is generated and output from the unmodulated wave control voltage data and the control step value.

本発明の第1の態様は、FM−CWレーダ装置又は通信統合レーダ装置の周波数変調回路において、周波数計測モードではPLL処理により周波数間隔が一定の複数の無変調周波数を生成して得られる無変調波制御電圧データ及び制御ステップ値を記憶し、該無変調波制御電圧データ及び制御ステップ値を基に、FM−CW波出力スロットでは電圧制御発振器の非線形である制御電圧対発振周波数特性が補正されたFM−CW波を、無線通信スロットでは無変調周波数を出力し、また周波数計測モードが一定周期で動作することで無変調波制御電圧データ及び制御ステップ値が更新記憶されて電圧制御発振器における温度変動や経年変化等の影響による周波数変動を抑えるように随時補正されることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, in the frequency modulation circuit of the FM-CW radar device or the communication integrated radar device, non-modulation obtained by generating a plurality of non-modulated frequencies having a constant frequency interval by PLL processing in the frequency measurement mode Wave control voltage data and control step value are stored. Based on the non-modulated wave control voltage data and control step value, the non-modulated control voltage vs. oscillation frequency characteristic of the voltage controlled oscillator is corrected in the FM-CW wave output slot. The FM-CW wave is output as an unmodulated frequency in the radio communication slot, and the frequency measurement mode is operated at a constant period, whereby the unmodulated wave control voltage data and the control step value are updated and stored, and the temperature in the voltage controlled oscillator It is characterized in that it is corrected at any time so as to suppress the frequency fluctuation due to the influence of fluctuation and aging.

本発明の第2の態様は、FM−CWレーダ装置又は通信統合レーダ装置の周波数変調回路において、起動直後の最初の周波数計測モードでは計測する無変調周波数毎に順次得られる無変調波制御電圧データを記憶し、以降の周波数計測モードでは計測する無変調周波数毎に記憶された無変調波制御電圧データをPLL初期設定電圧としてPLL処理を行ない、かつPLL動作引き込み後の無変調波制御電圧データを次のフレームのPLL初期設定電圧として更新記憶することにより、直前の周波数計測モードに記憶した無変調波制御電圧データに対して温度変動分のみを補正することでPLL動作の引き込み時間を高速化して短時間で周波数計測モードを実行することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the frequency modulation circuit of the FM-CW radar device or the communication integrated radar device, unmodulated wave control voltage data obtained sequentially for each unmodulated frequency to be measured in the first frequency measurement mode immediately after startup. In the subsequent frequency measurement mode, PLL processing is performed using the unmodulated wave control voltage data stored for each unmodulated frequency to be measured as the PLL initial setting voltage, and the unmodulated wave control voltage data after pulling in the PLL operation is stored. By updating and storing the PLL initial setting voltage of the next frame, the pull-in time of the PLL operation can be increased by correcting only the temperature fluctuation with respect to the unmodulated wave control voltage data stored in the immediately preceding frequency measurement mode. The frequency measurement mode is executed in a short time.

本発明の第3の態様は、FM−CWレーダ装置又は通信統合レーダ装置の周波数変調回路において、基準発振手段を数値制御発振手段で実現し、またPLL処理における無変調周波数の分周を固定分周とすることで、基準周波数が可変されてPLL処理を行なうことによりFM−CW波の周波数変調幅の分割数を自由に設定することが可能であると共に、比較周波数を高速に設定することでPLL引き込み時間を高速化して短時間で周波数計測モードを実行することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the frequency modulation circuit of the FM-CW radar device or the communication integrated radar device, the reference oscillation unit is realized by a numerically controlled oscillation unit, and the frequency division of the unmodulated frequency in the PLL processing is fixed. By setting the frequency to a frequency, it is possible to freely set the number of divisions of the frequency modulation width of the FM-CW wave by changing the reference frequency and performing PLL processing, and by setting the comparison frequency at a high speed. The frequency measurement mode is executed in a short time by increasing the PLL pull-in time.

本発明の第4の態様は、FM−CW波を送信してFM−CW反射波を受信するFM−CWレーダ装置において、レーダモードに対して周波数計測モードを一定周期で動作させることで、電圧制御発振器における温度変動等の影響を抑えて一定の周波数変調幅及び周波数直線性を確保したFM−CW波を出力し、目標物の相対距離及び相対速度の検出誤差を抑えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in an FM-CW radar apparatus that transmits an FM-CW wave and receives an FM-CW reflected wave, the frequency measurement mode is operated at a constant period with respect to the radar mode, thereby generating a voltage. An FM-CW wave that secures a constant frequency modulation width and frequency linearity while suppressing the influence of temperature fluctuation or the like in the controlled oscillator is output, and the detection error of the relative distance and relative speed of the target is suppressed.

本発明の第5の態様は、FM−CW波と無線通信用送信波を時分割で送信し、FM−CW反射波及び子局無線通信装置の送信波を受信する通信統合レーダ装置において、レーダ/通信モードに対して周波数計測モードを一定周期で動作させて電圧制御発振器における温度変動等の影響を抑えて一定の周波数変調幅及び周波数直線性を確保したFM−CW波及び周波数精度の高い無線通信用送信波を出力し、レーダ/通信モードがFM−CW波出力スロットと無線通信スロットを交互に動作することでレーダ機能における精度の高い測距データの抽出と通信機能における安定した無線通信を時分割で行なうことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a communication integrated radar device that transmits an FM-CW wave and a radio communication transmission wave in a time division manner, and receives an FM-CW reflected wave and a transmission wave of a slave station radio communication device. / FM-CW wave with high frequency accuracy and frequency measurement mode that operates at a fixed period and suppresses the influence of temperature fluctuations in the voltage controlled oscillator to ensure a constant frequency modulation width and frequency linearity Outputs transmission wave for communication, and radar / communication mode operates FM-CW wave output slot and wireless communication slot alternately to extract highly accurate ranging data in radar function and stable wireless communication in communication function It is characterized by being performed in time division.

本発明の第6の態様は、FM−CW波とデータ通信用送信波を時分割で送信しFM−CW反射波及び子局無線通信装置の送信波を受信する通信統合レーダ装置において、レーダ/通信モードに対して周波数計測モードを一定周期で動作させて電圧制御発振器における温度変動等の影響を抑えて一定の周波数変調幅及び周波数直線性を確保したFM−CW波及び周波数精度の高い無線通信用送信波を出力し、レーダ/通信モードは子局無線通信装置の有無によって複数のFM−CW波出力スロットと1つの無線通信スロットで構成されるレーダ優先モードとFM−CW波出力スロットと無線通信スロットが交互に出力される通信優先モードとを切り替え、子局無線通信装置が存在しない場合はレーダ優先モードでレーダ機能を中心に動作し、子局無線通信装置が存在する場合は通信優先モードでレーダ機能と通信機能を交互に動作することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a communication integrated radar device that transmits FM-CW waves and data communication transmission waves in a time division manner and receives FM-CW reflected waves and transmission waves of a slave station wireless communication device. An FM-CW wave and a radio communication with high frequency accuracy in which the frequency measurement mode is operated at a constant period with respect to the communication mode to suppress the influence of temperature fluctuation or the like in the voltage controlled oscillator and ensure a constant frequency modulation width and frequency linearity. The transmission / reception wave is output, and the radar / communication mode is determined by the radar priority mode, the FM-CW wave output slot, and the radio including a plurality of FM-CW wave output slots and one radio communication slot depending on the presence / absence of a slave station radio communication device. Switches between communication priority modes in which communication slots are output alternately. When there is no slave station wireless communication device, the radar priority mode operates mainly on the radar function, If the wireless communication device is present, characterized in that alternately operated the communication function with the radar function in communication priority mode.

上記第1の態様によれば、周波数計測モードにおいて、PLL処理により得られる周波数制御データを記憶することで、FM−CW波出力スロットにおけるFM−CW波出力の周波数変調幅を一定に保ち、かつ周波数直線性を確保でき、無線通信スロットにおける無変調周波数出力の周波数精度を高めることができる。また、周波数計測モードを一定周期で繰り返すことで、随時周波数制御データを更新して電圧制御発振器の温度変動による周波数変動を排除することができる。 According to the first aspect , in the frequency measurement mode, by storing the frequency control data obtained by the PLL processing, the frequency modulation width of the FM-CW wave output in the FM-CW wave output slot is kept constant, and The frequency linearity can be ensured, and the frequency accuracy of the non-modulated frequency output in the wireless communication slot can be improved. Further, by repeating the frequency measurement mode at a constant cycle, it is possible to update the frequency control data at any time and eliminate the frequency fluctuation due to the temperature fluctuation of the voltage controlled oscillator.

上記第2の態様によれば、周波数計測モードのPLL処理において、直前フレームで記憶された周波数制御データを用いることでPLL処理の高速化による周波数計測モード実行時間の短縮化を図ることにより、1フレーム周期内のレーダモード又はレーダ/通信モードの動作時間比率を高めることができる。 According to the second aspect , in the frequency measurement mode PLL processing, the frequency control data stored in the immediately preceding frame is used to shorten the frequency measurement mode execution time by speeding up the PLL processing. The operation time ratio of the radar mode or the radar / communication mode within the frame period can be increased.

上記第3の態様によれば、周波数計測モードのPLL処理において、基準周波数の分周数を可変として比較周波数を高速に設定することでPLL処理の高速化による周波数計測モード実行時間の短縮化を図ることにより、1フレーム周期内のレーダモード又はレーダ/通信モードの動作時間比率を高めることができる。また、周波数変調幅の分割数を自由に設定できるため、より細やかな周波数非直線性の補正ができる。 According to the third aspect , in the frequency measurement mode PLL processing, the frequency measurement mode execution time is shortened by speeding up the PLL processing by setting the comparison frequency at a high speed by making the frequency division number variable. As a result, the operation time ratio of the radar mode or the radar / communication mode within one frame period can be increased. In addition, since the number of divisions of the frequency modulation width can be set freely, finer frequency nonlinearity correction can be performed.

上記第4の態様によれば、FM−CWレーダ装置に上記第1〜第3の態様の何れかの周波数変調回路を用いることで、周波数変調幅が一定に保たれ、かつ周波数直線性が確保されたFM−CW波を出力することができるので、測距データの測定精度が高く、正確な目標物の相対速度及び相対距離を得ることができる。 According to the fourth aspect , the frequency modulation width is kept constant and the frequency linearity is ensured by using the frequency modulation circuit according to any of the first to third aspects in the FM-CW radar device. Since the FM-CW wave thus output can be output, the measurement accuracy of the distance measurement data is high, and the accurate relative velocity and relative distance of the target can be obtained.

上記第5の態様によれば、通信統合レーダ装置に上記第1〜第3の態様の何れかの周波数変調回路を用いることで、レーダ/通信モードにおいて、周波数変調幅が一定に保たれ、かつ周波数直線性が確保されたFM−CW波を出力するFM−CW波出力スロットと、周波数精度が高い送信波を出力する無線通信スロットとを時分割で交互に行なうことで、子局無線通信装置との安定した無線通信を行ないながら時々刻々と変化する子局無線通信装置を搭載した目標物の正確な測距データを抽出することができる。また、抽出した測距データ及び子局無線通信装置からの受信データを関連付けて処理できるので、多様なアプリケーションへ適用することができる。 According to the fifth aspect , by using the frequency modulation circuit according to any one of the first to third aspects in the communication integrated radar apparatus, the frequency modulation width is kept constant in the radar / communication mode, and By alternately performing time-division between an FM-CW wave output slot that outputs an FM-CW wave in which frequency linearity is ensured and a radio communication slot that outputs a transmission wave with high frequency accuracy, a slave station radio communication device It is possible to extract accurate distance measurement data of a target equipped with a slave station wireless communication device that changes every moment while performing stable wireless communication. In addition, since the extracted distance measurement data and the reception data from the slave station wireless communication device can be processed in association with each other, it can be applied to various applications.

上記第6の態様によれば、通信統合レーダ装置のレーダ/通信モードにおいて、子局無線通信装置を搭載した目標物の有無によりFM−CW波出力スロットの割合を大きくしたレーダ優先モードとFM−CW波出力スロットと無線通信スロットを時分割で交互に行なう通信優先モードを切り替えて動作させることで、子局無線通信装置が存在しない場合は一定の割合で無線通信に用いる回路及び処理を停止できるため、回路の消費電力を抑えることができる。 According to the sixth aspect, in the radar / communication mode communication integrated radar system, radar priority mode having an increased proportion of FM-CW wave output slot depending on the presence or absence of a target equipped with a slave station communication devices and FM -By switching the communication priority mode in which the CW wave output slot and the radio communication slot are alternately switched in a time-sharing manner, the circuits and processes used for the radio communication are stopped at a fixed rate when there is no slave station radio communication device. Therefore, power consumption of the circuit can be suppressed.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明における第1の周波数変調回路の構成図である。図において、1は電圧制御発振器、2は分配回路、3はPLL処理部、31及び32は分周回路、33は位相比較回路、34はロック検出回路、35はフィルタ回路、4は基準発振回路、5はA/D変換器、6は制御電圧データ生成部、61は制御ステップ値生成回路、62は記憶回路、63は積算回路、64は加算回路、7はD/A変換器、8はローパスフィルタ(LPF)、9はスイッチ(SW)回路、10は周波数変調処理制御部、FOUTは電圧制御発振器1の発振周波数、FRは基準発振出力、MKは分周回路31に設定される周波数番号Kに対応した可変分周数(比較分周数)、R1は分周回路32に設定される固定分周数(基準分周数)、LDはPLL処理部3の位相同期状態を表すロック検出信号、VK(J)はPLL処理部3から出力されるJ番目のフレームにおける周波数番号Kの無変調波制御電圧、VDK(J)はJ番目のフレームにおける無変調波制御電圧VK(J)をディジタル値に変換した無変調波制御電圧データ、(ΔVDK(J)/Q)はJ番目のフレームにおける周波数番号(K−1)〜Kの区間の制御ステップ値を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a first frequency modulation circuit according to the present invention. In the figure, 1 is a voltage controlled oscillator, 2 is a distribution circuit, 3 is a PLL processing unit, 31 and 32 are frequency dividers, 33 is a phase comparison circuit, 34 is a lock detection circuit, 35 is a filter circuit, and 4 is a reference oscillation circuit 5 is an A / D converter, 6 is a control voltage data generation unit, 61 is a control step value generation circuit, 62 is a storage circuit, 63 is an integration circuit, 64 is an addition circuit, 7 is a D / A converter, and 8 is a low pass filter (LPF), 9 is a switch (SW) circuit, 10 a frequency modulation processing control unit, F OUT oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 1, F R is the reference oscillation output, M K is set to the frequency divider 31 variable frequency division number corresponding to that frequency number K (Comparative divisor), R 1 fixed frequency division number is set to the frequency divider 32 (reference divisor), LD is the phase synchronization state of the PLL processing unit 3 Is the lock detection signal V K (J) representing the PLL processing unit 3 Continuous wave control voltage of the frequency number K in the J-th frame to be al output, VD K (J) are unmodulated wave control by converting continuous wave control voltage V K at the J-th frame (J) into a digital value The voltage data (ΔVD K (J) / Q) indicates the control step value in the section of frequency numbers (K−1) to K in the J-th frame.

図2は本発明における電圧制御発振器の制御電圧対発振周波数特性の周波数分割例を示す図である。図3は周波数変調回路の動作フローチャートである。図4は無変調波周波数を生成して無変調波制御電圧データを保持する手順を示す第1の周波数計測モードのフローチャートである。図5は三角波変調波形データを生成して出力する手順を示すレーダモード又はレーダ/通信モードにおけるFM−CW波出力スロット処理のフローチャートである。図6は本発明における第1の周波数変調回路の周波数出力タイミングチャート例であり、周波数計測モードとFM−CW波出力スロットのみで構成されるレーダモードを実行する場合を示している。図6のタイミングチャート例において、TPKは第1の周波数計測モードにおける周波数番号Kの無変調周波数のPLL引き込み時間、TMは第1の周波数計測モード時間、TTR1はFM−CW波出力スロット時間、TRはレーダモード時間である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of frequency division of the control voltage versus oscillation frequency characteristic of the voltage controlled oscillator according to the present invention. FIG. 3 is an operation flowchart of the frequency modulation circuit. FIG. 4 is a flowchart of a first frequency measurement mode showing a procedure for generating an unmodulated wave frequency and holding unmodulated wave control voltage data. FIG. 5 is a flowchart of FM-CW wave output slot processing in the radar mode or the radar / communication mode showing the procedure for generating and outputting triangular wave modulation waveform data. FIG. 6 is an example of a frequency output timing chart of the first frequency modulation circuit according to the present invention, and shows a case where a radar mode composed of only a frequency measurement mode and an FM-CW wave output slot is executed. In the timing chart example of FIG. 6, T PK is the PLL pull-in time of the unmodulated frequency of frequency number K in the first frequency measurement mode, TM is the first frequency measurement mode time, and T TR1 is the FM-CW wave output slot time. , TR is the radar mode time.

以下、第1の実施の形態に係る周波数変調回路の動作について説明する。
図1に示した第1の周波数変調回路は、図3に示したフローチャートに従って動作し、先ず初めに周波数計測モード301を実行する。次に、カウンタ初期化処理302で出力スロット数カウンタCNTを初期化する。本周波数変調回路が周波数計測モードとレーダモードで動作する場合は、出力スロット判定処理303においてFM−CW波出力スロット処理304のみが選択されるように制御され、FM−CW波出力スロット処理304が実行される毎にカウンタ加算処理306で出力スロット数カウンタCNTに1を加えて、カウンタ値判定処理307で設定されたスロット実行回数Sに達するまでFM−CW波出力スロット処理304を繰り返す。
The operation of the frequency modulation circuit according to the first embodiment will be described below.
The first frequency modulation circuit shown in FIG. 1 operates according to the flowchart shown in FIG. 3 and first executes the frequency measurement mode 301. Next, the counter initialization process 302 initializes the output slot number counter CNT. When the frequency modulation circuit operates in the frequency measurement mode and the radar mode, the output slot determination process 303 is controlled so that only the FM-CW wave output slot process 304 is selected, and the FM-CW wave output slot process 304 is performed. Each time it is executed, the counter addition process 306 adds 1 to the output slot number counter CNT, and the FM-CW wave output slot process 304 is repeated until the slot execution count S set in the counter value determination process 307 is reached.

また、周波数計測モードとレーダ/通信モードで動作する場合は出力スロット判定処理303において、FM−CW波出力スロット処理304又は無線通信スロット処理305が選択制御され、FM−CW波出力スロット処理304又は無線通信スロット処理305が実行される毎にカウンタ加算処理306で出力スロット数カウンタCNTに1を加えて、カウンタ値判定処理307で設定されたスロット実行回数Sに達するまでFM−CW波出力スロット処理304又は無線通信スロット処理305を実行する。   Further, when operating in the frequency measurement mode and the radar / communication mode, the FM-CW wave output slot process 304 or the radio communication slot process 305 is selected and controlled in the output slot determination process 303, and the FM-CW wave output slot process 304 or Each time the wireless communication slot process 305 is executed, the counter addition process 306 adds 1 to the output slot number counter CNT, and the FM-CW wave output slot process until the slot execution count S set in the counter value determination process 307 is reached. 304 or wireless communication slot processing 305 is executed.

本周波数変調回路は、上記一連の処理を1フレーム周期として動作し、カウンタ値判定処理307でスロット実行回数Sに達した場合、周波数計測モード301に戻り次のフレーム動作を開始する。   This frequency modulation circuit operates with the above series of processes as one frame period, and when the slot execution count S is reached in the counter value determination process 307, returns to the frequency measurement mode 301 and starts the next frame operation.

第1の周波数計測モードにおいて、図2に示すように最小発振周波数FMINから最大発振周波数FMAXまでの周波数幅を均等にN分割(N=2n)されたF0(=FMIN)〜FN(=FMAX)までの(N+1)個の無変調周波数FK(K=0〜N)を、図6に示すように周波数番号K=0〜Nまで(N+1)回、順次繰り返し生成して無変調周波数FKの制御電圧VKを得る。 In the first frequency measurement mode, as shown in FIG. 2, the frequency width from the minimum oscillation frequency F MIN to the maximum oscillation frequency F MAX is equally divided into N (N = 2 n ) F 0 (= F MIN ) ˜ (N + 1) non-modulated frequencies F K (K = 0 to N) up to F N (= F MAX ) are sequentially and repeatedly generated (N + 1) times from frequency number K = 0 to N as shown in FIG. obtaining a control voltage V K of the unmodulated frequency F K and.

制御電圧VKはディジタル値に変換され、無変調波制御電圧データVDKとして保持される。また、無変調波制御電圧データVDK及びVDK-1の差分ΔVDKを、制御ステップ値積算回数Q(Q=2q)で除した(ΔVDK/Q)を制御ステップ値として保持する。その後、レーダモード又はレーダ/通信モードに遷移して、FM−CW波出力スロット処理においては第1の周波数計測モードで記憶された制御ステップ値(ΔVDK/Q)、無変調波制御電圧データVDKを基に三角波変調波形データを生成する。 The control voltage V K is converted into a digital value and held as unmodulated wave control voltage data VD K. Further, (ΔVD K / Q) obtained by dividing the difference ΔVD K between the unmodulated wave control voltage data VD K and VD K−1 by the control step value integration number Q (Q = 2 q ) is held as a control step value. Thereafter, the mode changes to the radar mode or the radar / communication mode, and in the FM-CW wave output slot processing, the control step value (ΔVD K / Q) stored in the first frequency measurement mode, the unmodulated wave control voltage data VD Triangular wave modulation waveform data is generated based on K.

該三角波変調波形データは三角波変調制御電圧に変換され、該三角波変調制御電圧によって電圧制御発振器1が制御され発振周波数FOUTは三角状のFM−CW波となる。また、無線通信スロット処理においては第1の周波数計測モードで記憶された無変調波制御電圧データVDKが無変調波制御電圧に変換され、発振周波数FOUTは無変調周波数FKとなる。 The triangular wave modulation waveform data is converted into a triangular wave modulation control voltage, the voltage controlled oscillator 1 is controlled by the triangular wave modulation control voltage, and the oscillation frequency F OUT becomes a triangular FM-CW wave. In the wireless communication slot process, the unmodulated wave control voltage data VD K stored in the first frequency measurement mode is converted into an unmodulated wave control voltage, and the oscillation frequency F OUT becomes the unmodulated frequency F K.

次に、第1の周波数計測モード及びFM−CW波出力スロット処理の動作について、図4及び図5を用いて詳細に説明する。
図4において、第1の周波数計測モードを開始すると、先ず、初期設定処理401において、SW回路9の入力をフィルタ回路35側に接続し電圧制御発振器1がPLL処理部3の無変調波制御電圧で制御されるように周波数変調処理制御部10から設定されるモード切り替え信号に従って設定され、分周回路32に対して固定値である基準分周数Rが周波数変調処理制御部10から設定され、周波数番号Kに初期値0を設定する。ここで、周波数Kの最大値はNである。
Next, the operation of the first frequency measurement mode and the FM-CW wave output slot process will be described in detail with reference to FIGS.
In FIG. 4, when the first frequency measurement mode is started, first, in the initial setting process 401, the input of the SW circuit 9 is connected to the filter circuit 35 side so that the voltage controlled oscillator 1 can control the unmodulated wave control voltage of the PLL processing unit 3. Is set according to the mode switching signal set from the frequency modulation processing control unit 10 so as to be controlled by the frequency modulation processing control unit 10, and the reference frequency division number R that is a fixed value is set from the frequency modulation processing control unit 10 to the frequency dividing circuit 32. An initial value 0 is set to the frequency number K. Here, the maximum value of the frequency K is N.

次に、比較分周数設定処理402において、周波数変調処理制御部10は周波数番号K=0に対応する比較分周数M0を分周回路31に設定する。PLL処理403において、無変調周波数F0を得るためにPLL処理部3を動作させ、電圧制御発振器1の出力FOUTを分周回路31により分周して得られる比較周波数(FOUT/M0)と基準発振出力FRを分周回路32により分周して得られる基準周波数(FR/R1)とが位相比較回路33に入力され、位相差信号が抽出される。 Next, in the comparative frequency division number setting process 402, the frequency modulation processing control unit 10 sets the comparative frequency division number M 0 corresponding to the frequency number K = 0 in the frequency divider circuit 31. In the PLL processing 403, the PLL processing unit 3 is operated to obtain the unmodulated frequency F 0, and the comparison frequency (F OUT / M 0 obtained by dividing the output F OUT of the voltage controlled oscillator 1 by the frequency dividing circuit 31 is obtained. ) and the reference oscillation output F divided by R frequency divider 32 to the obtained reference frequency (F R / R 1) and are input to the phase comparator 33, a phase difference signal is extracted.

該位相差信号はフィルタ回路35で平滑化され、SW回路9を経て電圧制御発振器1に入力され、発振周波数FOUTが制御される。上記の動作は閉ループ制御処理となっており、最終的にFOUT=F0となりロック検出回路34はロック検出信号LDを“0”から“1”(“0”はアンロック状態、“1”はロック状態)にする。周波数変調処理制御部10は、ロック検出信号LDの状態によりPLL処理部3がロック状態であると判定した後、A/Dデータ取り込み処理404において制御電圧データ生成部6は、無変調周波数F0における無変調波制御電圧V0(1)がA/D変換器5によりディジタル値に変換された無変調波制御電圧データVD0(1)を取り込み、無変調波制御電圧データ格納処理405において、無変調波制御電圧データVD0(1)を記憶回路62に格納する。 The phase difference signal is smoothed by the filter circuit 35, input to the voltage controlled oscillator 1 through the SW circuit 9, and the oscillation frequency F OUT is controlled. The above operation is a closed loop control process. Finally, F OUT = F 0 and the lock detection circuit 34 changes the lock detection signal LD from “0” to “1” (“0” is an unlocked state, “1”). Is locked). After the frequency modulation processing control unit 10 determines that the PLL processing unit 3 is in the locked state based on the state of the lock detection signal LD, the control voltage data generation unit 6 in the A / D data capture processing 404 determines that the non-modulated frequency F 0. The unmodulated wave control voltage data VD 0 (1) obtained by converting the unmodulated wave control voltage V 0 (1) into a digital value by the A / D converter 5 is captured, Unmodulated wave control voltage data VD 0 (1) is stored in the memory circuit 62.

周波数番号最小値判定処理406において、周波数番号Kが最小値0かどうかを判定し、K=0の場合には周波数番号最大値判定処理408に遷移する。ここで、K≠0の場合は、制御ステップ値算出・格納処理407において、制御ステップ値生成回路61により無変調波制御電圧データVDK(1)及びVDK-1(1)の差分ΔVDK(1)を算出し、制御ステップ値積算回数Q(Q=2q)で除した(ΔVDK(1)/Q)を制御ステップ値として記憶回路62に格納して周波数番号最大値判定処理408に遷移する。 In the frequency number minimum value determination process 406, it is determined whether or not the frequency number K is the minimum value 0. If K = 0, the process proceeds to the frequency number maximum value determination process 408. When K ≠ 0, in the control step value calculation / storage process 407, the control step value generation circuit 61 causes the difference ΔVD K between the unmodulated wave control voltage data VD K (1) and VD K-1 (1). (1) is calculated and (ΔVD K (1) / Q) divided by the control step value integration number Q (Q = 2 q ) is stored in the storage circuit 62 as the control step value, and the frequency number maximum value determination processing 408 is performed. Transition to.

周波数番号最大値判定処理408において、周波数番号Kが最大値Nかどうかを判定し、最大値Nに達していない場合は、周波数番号設定処理409において周波数番号Kの値に1を加えて更新し、比較分周数設定処理402に戻る。以後、比較分周数設定処理402〜周波数番号最大値判定処理408を繰り返し、無変調周波数F1,F2,…FNと順次生成して無変調周波数FKに対応する無変調波制御電圧データΔVDK(1)及び制御ステップ値(ΔVDK(1)/Q)を記憶し、周波数番号最大値判定処理408において周波数番号KがNに達した場合、即ち無変調波制御電圧データVDN(1)及び制御ステップ値(ΔVDN(1)/Q)を記憶した後に第1の周波数計測モードを終了させる。 In the frequency number maximum value determination processing 408, it is determined whether or not the frequency number K is the maximum value N. If the frequency number K has not reached the maximum value N, the frequency number setting processing 409 adds 1 to the value of the frequency number K and updates it. The process returns to the comparison frequency division number setting process 402. Thereafter, repeated comparison frequency division number setting process 402 to frequency number maximum value determination process 408, unmodulated frequency F 1, F 2, ... F N are sequentially generated by continuous wave control voltage corresponding to the unmodulated frequency F K Data ΔVD K (1) and control step value (ΔVD K (1) / Q) are stored, and when frequency number K reaches N in frequency number maximum value determination processing 408, that is, unmodulated wave control voltage data VD N After storing (1) and the control step value (ΔVD N (1) / Q), the first frequency measurement mode is terminated.

上記処理により、第1の周波数計測モードにおいて無変調周波数F0〜FNに対応する無変調波制御電圧データVD0(1)〜VDN(1)及び制御ステップ値(ΔVD1(1)/Q)〜(ΔVDN(1)/Q)が記憶回路62に順次格納される。第1の周波数計測モードが終了すると、レーダモード又はレーダ/通信モードに移行し、レーダモードにおいてはFM−CW波出力スロットのみ、レーダ/通信モードにおいてはFM−CW波出力スロット又は無線通信スロットを実行する。 By the above processing, the unmodulated wave control voltage data VD 0 (1) to VD N (1) and the control step value (ΔVD 1 (1) /) corresponding to the unmodulated frequencies F 0 to F N in the first frequency measurement mode. Q) to (ΔVD N (1) / Q) are sequentially stored in the memory circuit 62. When the first frequency measurement mode is completed, the mode shifts to the radar mode or the radar / communication mode. In the radar mode, only the FM-CW wave output slot is used. In the radar / communication mode, the FM-CW wave output slot or the radio communication slot is used. Execute.

図5のFM−CW波出力スロット処理において、初期設定処理501ではSW回路9の入力をLPF8側に接続し、制御電圧データ生成部6が出力する制御電圧で電圧制御発振器1が制御されるように設定し、制御ステップ値積算カウンタL(Lの最大値はQ−1であってQ=2q)に初期値0を、周波数番号Kに初期値1を設定する。また、加算回路64の一方の入力に無変調波制御電圧データVD0(1)を制御電圧オフセットデータとして設定し、VD0(1)を初期値として三角波変調波形データVDTR1(1)を保持し、制御電圧データ生成部8から出力する。 In the FM-CW wave output slot process of FIG. 5, in the initial setting process 501, the input of the SW circuit 9 is connected to the LPF 8 side so that the voltage controlled oscillator 1 is controlled by the control voltage output from the control voltage data generation unit 6. The initial value 0 is set to the control step value integration counter L (the maximum value of L is Q-1 and Q = 2 q ), and the initial value 1 is set to the frequency number K. Further, unmodulated wave control voltage data VD 0 (1) is set as control voltage offset data at one input of the adder circuit 64, and triangular wave modulated waveform data VD TR1 (1) is held with VD 0 (1) as an initial value. And output from the control voltage data generation unit 8.

三角波変調波形データVDTR1は、D/A出力処理502によりD/A変換器7においてアナログ値に変換出力される。その後、上り三角波変調波形データ生成処理503において、積算回路63に制御ステップ値(ΔVD1(1)/Q)を設定し、制御ステップ積算値を生成して制御電圧オフセットデータVD0(1)に加算して三角波変調波形データVDTR1を更新して保持し出力する。 The triangular wave modulation waveform data VD TR1 is converted into an analog value by the D / A converter 7 by the D / A output processing 502 and output. Thereafter, in the upward triangular wave modulation waveform data generation processing 503, the control step value (ΔVD 1 (1) / Q) is set in the integration circuit 63, the control step integration value is generated, and the control voltage offset data VD 0 (1) is generated. The triangular wave modulation waveform data VD TR1 is updated by adding, held, and output.

制御ステップ積算値が加算された三角波変調波形データVDTR1(1)は、D/A出力処理504によりD/A変換器7においてアナログ値に変換出力される。積算回数判定処理505において、積算回数Lが最大値Q−1かどうか判定し、積算回数Lが最大値Q−1に達していない場合は積算回数加算処理506において、積算回数Lの値に1を加えて更新し、再度上り三角波変調波形データ生成処理503及びD/A出力処理504を実行し、三角波変調波形データVDTR1(1)の生成、更新及び出力を行なう。 The triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1) to which the control step integrated value is added is converted to an analog value in the D / A converter 7 by the D / A output processing 504. In the cumulative number determination process 505, it is determined whether the cumulative number L is the maximum value Q−1. If the cumulative number L has not reached the maximum value Q−1, the cumulative number addition process 506 adds 1 to the value of the cumulative number L. Are added, the upward triangular wave modulation waveform data generation processing 503 and the D / A output processing 504 are executed again to generate, update and output the triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1).

積算回数Lが最大値Q−1に達した場合、制御電圧データ生成部8は周波数番号0から周波数番号1までの区間の三角波変調波形データVDTR1(1)を出力したことになる。その後、積算回数初期化処理507で積算回数Lに初期値0を設定し、周波数番号判定処理508において周波数番号Kが最大値Nかどうか判定し周波数番号Kが最大値Nに達していない場合は周波数番号設定処理509で周波数番号Kの値に1を加えて更新し、周波数番号Kが最大値Nに達するまで上り三角波変調波形データ生成処理503から一連の処理を実行することで、積算回路63に周波数番号Kの値に対応する制御ステップ値(ΔVD2(1)/Q)〜(ΔVDN(1)/Q)を順次設定して積算処理が行われ、無変調波制御電圧データVD0(1)→VD1(1)→VD1(2)→…→VDN(1)と遷移する上り三角波変調波形データ生成区間の制御電圧データが生成される。 When the integration number L reaches the maximum value Q−1, the control voltage data generation unit 8 outputs the triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1) in the section from frequency number 0 to frequency number 1. Thereafter, an initial value 0 is set to the integration number L in the integration number initialization process 507, and it is determined whether or not the frequency number K is the maximum value N in the frequency number determination process 508, and the frequency number K does not reach the maximum value N. By adding 1 to the value of the frequency number K in the frequency number setting process 509 and updating it, and by executing a series of processes from the upward triangular wave modulation waveform data generation process 503 until the frequency number K reaches the maximum value N, the integrating circuit 63 Are sequentially set with control step values (ΔVD 2 (1) / Q) to (ΔVD N (1) / Q) corresponding to the value of the frequency number K, and the unmodulated wave control voltage data VD 0 is set. Control voltage data is generated in the upward triangular wave modulation waveform data generation section in which (1) → VD 1 (1) → VD 1 (2) →... → VD N (1).

周波数番号K=Nとなった後は、下り三角波変調波形データ生成処理510において、積算回路63に制御ステップ値(ΔVDN(1)/Q)が設定されて制御ステップ値積算値が生成され、該制御ステップ積算値を上り三角波変調波形データ生成区間の最後に保持された三角波変調波形データVDTR1(1)、即ちVDN(1)から減算し、三角波変調波形データVDTR1(1)を更新して出力する。D/A出力処理511において更新された三角波変調波形データVDTR1はD/A変換器7においてアナログ値に変換出力される。 After the frequency number K = N, in the downward triangular wave modulation waveform data generation processing 510, the control step value (ΔVD N (1) / Q) is set in the integration circuit 63 to generate the control step value integration value. triangular wave modulation waveform data VD TR1 is held a control step integrated value at the end of the uplink triangular wave modulation waveform data generation section (1), that is subtracted from VD N (1), updates the triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1) And output. The triangular wave modulation waveform data VD TR1 updated in the D / A output processing 511 is converted into an analog value by the D / A converter 7 and output.

積算回数判定処理512において積算回数Lが最大値Q−1かどうか判定し、最大値Q−1に達していない場合は積算回数加算処理513において積算回数Lの値に1を加えて更新し、再度下り三角波変調波形データ生成処理510及びD/A出力処理511を実行し、三角波変調波形データVDTR1(1)の生成、更新及び出力を行なう。 In the integration number determination process 512, it is determined whether or not the integration number L is the maximum value Q-1. If the maximum value Q-1 is not reached, the integration number addition process 513 adds 1 to the value of the integration number L and updates it. Downward triangular wave modulation waveform data generation processing 510 and D / A output processing 511 are executed again to generate, update, and output triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1).

積算回数Lが最大値Q−1に達した場合、制御電圧データ生成部8は周波数番号N〜(N−1)までの区間の三角波変調波形データVDTR1(1)を出力したことになる。その後、積算回数初期化処理514で積算回数Lに初期値0を設定し、周波数番号判定処理515において周波数番号Kが最小値1かどうか判定する。周波数番号Kが最小値1に達していない場合は、周波数番号減算処理516で周波数番号Kの値から1を減じて更新し、周波数番号Kが最小値1に達するまで下り三角波変調波形データ生成処理510から一連の処理を実行することで、積算回路63に周波数番号Kの値に対応する制御ステップ値(ΔVDN-1(1)/Q)、(ΔVDN-2(1)/Q)、…、(ΔVD1(1)/Q)を順次設定して積算処理が行われ、無変調波制御電圧データVDN(1)→VDN-1(1)→…→VD0(1)と遷移する下り三角波変調波形データ生成区間の制御電圧が生成される。 When the integration number L reaches the maximum value Q-1, the control voltage data generation unit 8 has output the triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1) in the section from the frequency number N to (N-1). Thereafter, an initial value 0 is set to the integration number L in the integration number initialization process 514, and it is determined whether or not the frequency number K is the minimum value 1 in the frequency number determination process 515. When the frequency number K does not reach the minimum value 1, the frequency number subtraction process 516 updates the value of the frequency number K by subtracting 1 from the value of the frequency number K until the frequency number K reaches the minimum value 1. By executing a series of processes from 510, control step values (ΔVD N-1 (1) / Q), (ΔVD N-2 (1) / Q) corresponding to the value of the frequency number K are stored in the integrating circuit 63. ..., (ΔVD 1 (1) / Q) is sequentially set and integration processing is performed, and non-modulated wave control voltage data VD N (1) → VD N-1 (1) → ... → VD 0 (1) A control voltage is generated in the transitional section of the falling triangular wave modulation waveform data that is transitioned.

上記一連の処理により、FM−CW波出力スロットの1周期分の三角波変調波形データVDTR1(1)が出力される。該三角波変調波形データVDTR1(1)は逐次一定のタイミングでD/A変換器7でアナログ値に変換され、LPF8でD/A変換器7のサンプリングクロックを含む高調波成分が除去されてSW回路9を経由して電圧制御発振器1に供され、電圧制御発振器1は、周波数変調幅が一定になり、かつ電圧制御発振器1の制御電圧対発振周波数特性における非線形性が補正されるように生成された三角波変調波形データVDTR1(1)に従ったFM−CW波を出力する。 Through the above series of processing, triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1) for one cycle of the FM-CW wave output slot is output. The triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1) is sequentially converted to an analog value by the D / A converter 7 at a constant timing, and the harmonic component including the sampling clock of the D / A converter 7 is removed by the LPF 8 to switch SW. The voltage controlled oscillator 1 is supplied to the voltage controlled oscillator 1 via the circuit 9 so that the frequency modulation width becomes constant and the nonlinearity in the control voltage versus oscillation frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 1 is corrected. The FM-CW wave according to the triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1) is output.

第1の周波数変調回路がレーダモードで動作する場合、図3に示した周波数変調回路の動作フローチャートの説明で述べたように、図4に示した第1の周波数計測モードと図5に示したFM−CW波出力スロット処理をSスロット分実行して1フレーム周期としている。ここで、FM−CW波出力スロット処理の実行回数Sは、電圧制御発振器1の発振周波数FOUTの時間変化による温度変動分が許容偏差以内に十分収まるように設定すればよい。 When the first frequency modulation circuit operates in the radar mode, as described in the explanation of the operation flowchart of the frequency modulation circuit shown in FIG. 3, the first frequency measurement mode shown in FIG. The FM-CW wave output slot process is executed for S slots to make one frame period. Here, the number of executions S of the FM-CW wave output slot process may be set so that the temperature variation due to the time change of the oscillation frequency F OUT of the voltage controlled oscillator 1 is sufficiently within the allowable deviation.

1フレーム目の動作終了後、2フレーム目に遷移し、第1の周波数計測モードを実行して時間変化による電圧制御発振器1の発振周波数FOUTの温度変動分を補正するため無変調波制御データVDK(2)及び制御ステップ値(ΔVDK(2)/Q)を生成して記憶回路62を更新し、レーダモードのFM−CW波出力スロット処理で制御ステップ値(ΔVDK(2)/Q)により生成される三角波変調波形データVDTR1(2)に従ったFM−CW波を出力する。以降、第1の周波数計測モードとS回実行されるFM−CW波出力スロットで構成されるレーダモードを繰り返すことで、制御ステップ値(ΔVDK(J)/Q)を生成更新して三角波変調波形データVDTR1(J)に従ったFM−CW波を出力し、電圧制御発振器1の発振周波数FOUTの温度変動分は随時補正される。 After the operation of the first frame is completed, transition to the second frame is performed, and the first frequency measurement mode is executed to correct the temperature variation of the oscillation frequency F OUT of the voltage controlled oscillator 1 due to the time change. VD K (2) and a control step value (ΔVD K (2) / Q) are generated to update the storage circuit 62, and the control step value (ΔVD K (2) / The FM-CW wave according to the triangular wave modulation waveform data VD TR1 (2) generated by Q) is output. Thereafter, the control mode value (ΔVD K (J) / Q) is generated and updated by repeating the first frequency measurement mode and the radar mode composed of the FM-CW wave output slot executed S times, and the triangular wave modulation is performed. An FM-CW wave according to the waveform data VD TR1 (J) is output, and the temperature variation of the oscillation frequency F OUT of the voltage controlled oscillator 1 is corrected as needed.

図6は、第1の周波数変調回路が周波数計測モードとレーダモードを実行する場合における周波数出力タイミングチャート例であるが、図6を用いて、第1の周波数計測モード時間TMとレーダモード時間TRの関係について述べる。   FIG. 6 is an example of a frequency output timing chart when the first frequency modulation circuit executes the frequency measurement mode and the radar mode. The first frequency measurement mode time TM and the radar mode time TR are shown in FIG. The relationship is described.

第1の周波数計測モード時間TM、レーダモード時間TR及びフレーム周期時間TFは、図6に示すように(1)式,(2)式及び(3)で求められる。   The first frequency measurement mode time TM, the radar mode time TR, and the frame period time TF are obtained by equations (1), (2), and (3) as shown in FIG.

Figure 0005034306
Figure 0005034306

TR=TTR1×S(秒) (2)
TF=TM+TR
=TPK×(N+1)+TTR1×S(秒) (3)
また、1フレーム周期時間における周波数計測モード実行比率ΔTMは(4)式で求められる。
TR = T TR1 × S (seconds) (2)
TF = TM + TR
= T PK × (N + 1) + T TR1 × S (seconds) (3)
Further, the frequency measurement mode execution ratio ΔTM in one frame cycle time can be obtained by equation (4).

ΔTM=(TM/TF)×100(%) (4)
ここで、第1の周波数計測モードにおける周波数番号Kの無変調周波数のPLL引き込み時間TPKは、周波数分割数N、最大発振周波数FMAX、最小発振周波数FMIN、基準発振出力FR及び基準分周数Rをパラメータとして設計されるフィルタ回路35に依存するが、概ね1ミリ秒程度で実現可能であり、N=8とした場合、TMは10ミリ秒程度以下となる。また、一般的に時間経過に対する装置内部の温度上昇は装置電源投入直後の自己放熱によるものが支配的であり、密閉性が高く、一般的な冷却装置(例えば放熱ファン等)が設置されずに装置筐体の放熱フィンのみが付属する装置の装置内部温度上昇を実験的に測定した結果、1゜C上昇するのに100秒程度を要する。
ΔTM = (TM / TF) × 100 (%) (4)
Here, the PLL pull-in time T PK of the unmodulated frequency of frequency number K in the first frequency measurement mode is the frequency division number N, the maximum oscillation frequency F MAX , the minimum oscillation frequency F MIN , the reference oscillation output F R, and the reference component. Although it depends on the filter circuit 35 designed with the frequency R as a parameter, it can be realized in about 1 millisecond. When N = 8, TM is about 10 milliseconds or less. In general, the temperature rise inside the device over time is dominated by self-heat dissipation immediately after the device power is turned on, and the airtightness is high, and a general cooling device (such as a heat dissipation fan) is not installed. As a result of experimentally measuring the temperature rise inside the device with only the heat radiating fins of the device case, it takes about 100 seconds to rise by 1 ° C.

FM−CW波出力スロット時間TTR1=1ミリ秒として、1゜C以内の変動毎に第1の周波数計測モードを実行するとした場合、十分なマージンを含めてフレーム周期時間TF=50秒とした場合、ΔTM=0.02(%)となり、測距データ抽出回数に大きな影響は生じない。 When FM-CW wave output slot time T TR1 = 1 millisecond and the first frequency measurement mode is executed for every fluctuation within 1 ° C., frame period time TF = 50 seconds including a sufficient margin In this case, ΔTM = 0.02 (%), and the number of distance measurement data extraction is not greatly affected.

以上、周波数計測モードとレーダモードを実行する第1の周波数変調回路の動作について詳細に述べたが、次に第1の周波数変調回路が周波数計測モードとレーダ/通信モードを実行する場合について述べる。レーダ/通信モード実行時は、図3に示した周波数変調回路の動作フローチャートの出力スロット判定処理303において、FM−CW波出力スロット処理304又は無線通信スロット処理305が選択実行される。   The operation of the first frequency modulation circuit that executes the frequency measurement mode and the radar mode has been described above in detail. Next, the case where the first frequency modulation circuit executes the frequency measurement mode and the radar / communication mode will be described. When the radar / communication mode is executed, the FM-CW wave output slot process 304 or the radio communication slot process 305 is selectively executed in the output slot determination process 303 in the operation flowchart of the frequency modulation circuit shown in FIG.

無線通信スロット処理305では、図1において記憶回路62から無変調周波数FKの無変調波制御データVDKが読み出されて加算回路64に設定され、加算回路64はスロット切り替え信号により無変調波制御電圧データVDKのみが出力されるように制御される。無変調波制御電圧データVDKは、D/A変換器7で無変調波制御電圧VKに変換され、LPF8、SW回路9を経て電圧制御発振器1に入力され、無線通信スロット区間において第1の周波数変調回路は無変調周波数FKを出力する。ここで、無線通信スロット時間とFM−CW波出力スロット時間を同一にすることで、カウンタ加算処理306及びカウンタ値判定処理307が同一のままでレーダモード実行時と同様のフレーム周期時間で動作可能である。 In the wireless communication slot processing 305, continuous wave control data VD K unmodulated frequency F K from the storage circuit 62 in FIG. 1 is set to the adding circuit 64 is read, the addition circuit 64 is continuous wave by slot switching signal only the control voltage data VD K is controlled to be output. The non-modulated wave control voltage data VD K is converted to the non-modulated wave control voltage V K by the D / A converter 7 and input to the voltage controlled oscillator 1 through the LPF 8 and the SW circuit 9 and is first in the wireless communication slot section. The frequency modulation circuit outputs an unmodulated frequency F K. Here, by making the wireless communication slot time and the FM-CW wave output slot time the same, the counter addition process 306 and the counter value determination process 307 remain the same, and the operation can be performed with the same frame cycle time as in the radar mode execution. It is.

以上、説明したように、第1の実施の形態によれば、FM−CWレーダ装置又は通信統合レーダ装置の周波数変調回路において、一定のフレーム周期で動作する第1の周波数計測モードでPLL処理によって順次生成される無変調波制御電圧データVDK及び無変調波制御電圧データVDKから算出される制御ステップ値(ΔVDK/Q)を記憶し、FM−CW波出力スロットで該制御ステップ値(ΔVDK/Q)から生成される三角波変調波形データVDTR1によりFM−CW波を、無変調波制御電圧データ周波数VDKにより無変調周波数FKを生成出力することで、電圧制御発振器1の温度変動や経年変化による周波数出力変動を随時補正できるため、装置製造時の調整工程で補正データを取得して記憶することなくFM−CW波の周波数変調幅を一定に保ち、かつ周波数直線性を確保し、また無線通信用の無変調周波数を高精度で出力できる。更に、周波数変調回路において、制御電圧データ生成部及び周波数変調処理部はディジタル信号処理で可能である。
(第2の実施の形態)
図7は本発明における第2の周波数変調回路の構成図である。図7の第2の周波数変調回路は、図1に示す第1の周波数変調回路の構成に、加算回路36を加えたものである。その他の構成は、図1と同じである。図8は第2の周波数計測モードのフローチャートである。図8に示したフローチャートは、図4に示したフローチャートの初期設定処理401を初期設定処理801に置き換え、また比較分周数設定処理402の直前に無変調波設定処理802を、周波数番号設定処理409の一方の分岐先に制御電圧データ出力設定処理803を付加したものである。
As described above, according to the first embodiment, in the frequency modulation circuit of the FM-CW radar device or the communication integrated radar device, the PLL processing is performed in the first frequency measurement mode that operates at a fixed frame period. The control step value (ΔVD K / Q) calculated from the unmodulated wave control voltage data VD K and the unmodulated wave control voltage data VD K that are sequentially generated is stored, and the control step value (ΔVD K / Q) is stored in the FM-CW wave output slot ( By generating and outputting an FM-CW wave from the triangular wave modulation waveform data VD TR1 generated from ΔVD K / Q) and an unmodulated frequency F K from the unmodulated wave control voltage data frequency VD K , the temperature of the voltage controlled oscillator 1 is output. Since frequency output fluctuations due to fluctuations and secular changes can be corrected at any time, the frequency change of FM-CW waves can be corrected without acquiring and storing correction data in the adjustment process during device manufacturing. The adjustment width can be kept constant, frequency linearity can be secured, and a non-modulated frequency for wireless communication can be output with high accuracy. Further, in the frequency modulation circuit, the control voltage data generation unit and the frequency modulation processing unit can be digital signal processing.
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a configuration diagram of a second frequency modulation circuit according to the present invention. The second frequency modulation circuit of FIG. 7 is obtained by adding an adder circuit 36 to the configuration of the first frequency modulation circuit shown in FIG. Other configurations are the same as those in FIG. FIG. 8 is a flowchart of the second frequency measurement mode. In the flowchart shown in FIG. 8, the initial setting process 401 in the flowchart shown in FIG. 4 is replaced with an initial setting process 801, and the unmodulated wave setting process 802 is replaced with a frequency number setting process immediately before the comparative frequency division number setting process 402. A control voltage data output setting process 803 is added to one branch destination of 409.

図9は本発明における第2の周波数変調回路の周波数出力タイミングチャート例であり、周波数計測モードとFM−CW波出力スロットで構成されるレーダモードを実行する場合を示している。図9に示したタイミングチャート例において、TM(J)はJ番目のフレームにおける第2の周波数計測モードに要する時間、TPK(J)はJ番目のフレームにおける周波数番号Kの無変調周波数のPLL引き込み時間である。 FIG. 9 is an example of a frequency output timing chart of the second frequency modulation circuit according to the present invention, and shows a case where a radar mode composed of a frequency measurement mode and an FM-CW wave output slot is executed. In the timing chart example shown in FIG. 9, TM (J) is the time required for the second frequency measurement mode in the J-th frame, and T PK (J) is the PLL of the unmodulated frequency of frequency number K in the J-th frame. Pull-in time.

図7に示した第2の周波数変調回路は、第1の実施の形態における第1の周波数変調回路と同様に、図3に示したフローチャートに従って動作するが、周波数計測モード301が第2の周波数計測モードで実行される。以下に第2の周波数計測モードの動作について、図7,図8及び図9を用いて説明する。   The second frequency modulation circuit shown in FIG. 7 operates according to the flowchart shown in FIG. 3 in the same manner as the first frequency modulation circuit in the first embodiment, but the frequency measurement mode 301 is the second frequency. It is executed in measurement mode. The operation in the second frequency measurement mode will be described below with reference to FIGS.

図8に示した第2の周波数計測モードのフローチャートにおいて、1フレーム目の動作を開始すると、初期設定処理801においては、SW回路9の入力をフィルタ回路34側に接続し電圧制御発振器1がPLL処理部3の無変調波制御電圧で制御されるように設定し、分周回路32に対して固定分周数Rを、周波数番号Kに初期値0を設定する。モード切り替え信号に従って、加算回路64の一方の入力である記憶回路62からの出力のみが出力されるように設定される。   In the flowchart of the second frequency measurement mode shown in FIG. 8, when the operation of the first frame is started, in the initial setting process 801, the input of the SW circuit 9 is connected to the filter circuit 34 side, and the voltage controlled oscillator 1 is connected to the PLL. The control unit 3 is set to be controlled by the non-modulated wave control voltage, the fixed frequency division number R is set for the frequency dividing circuit 32, and the initial value 0 is set for the frequency number K. According to the mode switching signal, only the output from the memory circuit 62 which is one input of the adder circuit 64 is set to be output.

次に、無変調波設定処理802において、記憶回路62から無変調波制御電圧データVD0(0)が読み出され、加算回路64、D/A変換器7及びLPF8を経てアナログ値に変換された無変調波制御電圧V0(0)が電圧制御発振器1に入力される。ここで、第2の周波数計測モードにおける1フレーム目の開始時点において記憶回路62のVDK(0)は“0”(電源投入時の初期値)が格納されているため、V0(0)=0[V]となる。比較分周数設定処理402において、分周数M0を分周回路31に設定し、PLL処理403において、PLL処理部3の動作を開始してLPF8の出力である無変調波制御電圧V0(0)とフィルタ回路35の出力である位相差電圧ΔVφ(1)とを加算した加算回路36の出力V0(1)は、SW回路9を経由して電圧制御発振器1の制御電圧として入力され、閉ループ制御により無変調周波数F0を発振させる。 Next, in the non-modulated wave setting processing 802, the non-modulated wave control voltage data VD 0 (0) is read from the storage circuit 62 and converted into an analog value via the adder circuit 64, the D / A converter 7 and the LPF 8. The unmodulated wave control voltage V 0 (0) is input to the voltage controlled oscillator 1. Here, since VD K (0) of the storage circuit 62 stores “0” (initial value at power-on) at the start time of the first frame in the second frequency measurement mode, V 0 (0). = 0 [V]. In the comparative frequency dividing number setting process 402, the frequency dividing number M 0 is set in the frequency dividing circuit 31, and in the PLL process 403, the operation of the PLL processing unit 3 is started and the unmodulated wave control voltage V 0 that is the output of the LPF 8 is set. The output V 0 (1) of the addition circuit 36 obtained by adding (0) and the phase difference voltage ΔVφ (1) that is the output of the filter circuit 35 is input as the control voltage of the voltage controlled oscillator 1 via the SW circuit 9. Then, the non-modulation frequency F 0 is oscillated by the closed loop control.

ここで、V0(0)=0[V]であるため、電圧制御発振器1にはV0(1)=ΔVφ (1)のみが供されるので、図9に示す第2の周波数計測モードにおける1フレーム目の無変調周波数F0のPLL引き込み時間TP0(1)は第1の周波数計測モードのPLL引き込み時間TP0とほぼ同様になり、TP0(1)≒TP0となる。その後、周波数番号判定処理409において、周波数番号Kが最大値Nと判定されるまで無変調波設定処理802において、順次無変調波制御電圧データVDK(0)を設定してPLL処理403以降の処理は第1の周波数計測モードと同様の処理を行ない、無変調波制御電圧データVD0(1)、VD1(1)、VD2(1)、…、VDN(1)及び制御ステップ値(ΔV1(1)/Q)、(ΔVD2(1)/Q)、…、(ΔVDN(1)/Q)を記憶回路62に順次記憶する。 Here, since V 0 (0) = 0 [V], only V 0 (1) = ΔVφ (1) is provided to the voltage controlled oscillator 1, so the second frequency measurement mode shown in FIG. The PLL pull-in time T P0 (1) of the non-modulated frequency F 0 in the first frame at is substantially the same as the PLL pull-in time T P0 in the first frequency measurement mode, and T P0 (1) ≈T P0 . Thereafter, in the frequency number determination process 409, until the frequency number K is determined to be the maximum value N, in the non-modulated wave setting process 802, the non-modulated wave control voltage data VD K (0) is sequentially set and the PLL process 403 and subsequent steps are performed. The processing is the same as in the first frequency measurement mode, and the unmodulated wave control voltage data VD 0 (1), VD 1 (1), VD 2 (1),..., VD N (1) and the control step value (ΔV 1 (1) / Q), (ΔVD 2 (1) / Q),..., (ΔVD N (1) / Q) are sequentially stored in the storage circuit 62.

周波数番号判定処理409においてK=Nとなった後、制御電圧データ出力設定処理803において加算回路64が記憶回路62の出力と積算回路63の出力とを加算演算できるように設定して第2の周波数計測モードを終了する。1フレーム目の第2の周波数計測モードが終了するとレーダモード又はレーダ/通信モードに移行し、レーダモードにおいてはFM−CW波出力スロットのみ、レーダ/通信モードにおいてはFM−CW波出力スロット又は無線通信スロットを実行して第1の実施の形態で説明した動作を行ない、電圧制御発振器1は三角波変調波形データVDTR1(1)に従ったFM−CW波又は無変調波制御電圧データVDK(1)による無変調周波数FKを出力する。 After K = N in the frequency number determination process 409, in the control voltage data output setting process 803, the addition circuit 64 is set so that the output of the storage circuit 62 and the output of the integration circuit 63 can be added and calculated. Exit the frequency measurement mode. When the second frequency measurement mode of the first frame is completed, the mode shifts to the radar mode or the radar / communication mode. In the radar mode, only the FM-CW wave output slot is used. In the radar / communication mode, the FM-CW wave output slot is used. The communication slot is executed to perform the operation described in the first embodiment, and the voltage controlled oscillator 1 performs FM-CW wave or unmodulated wave control voltage data VD K (in accordance with the triangular wave modulated waveform data VD TR1 (1). The unmodulated frequency F K according to 1) is output.

その後、第1の実施の形態と同様に、第2の周波数計測モードと、レーダモード又はレーダ/通信モードで構成されるフレーム動作を実行するが、2フレーム目の第2の周波数計測モードにおける無変調波設定処理802には、記憶回路62に1フレーム目に記憶した無変調波制御電圧データVDK(1)が格納されているので、加算回路64からは無変調周波数FKに対応する1フレーム目の無変調波制御電圧データVDK(1)が出力され、PLL処理403において無変調周波数F0を生成する場合、加算回路36の出力V0 (2)は、無変調波制御電圧V0(1)と位相差電圧ΔVφ(2)との和となり、PLL処理部3は無変調波制御電圧V0(1)を初期値として時間経過により生じる電圧制御発振器1の温度変動分のみを位相差電圧ΔVφ(2)として生成すればよいので、PLL引き込み時間TP0(2)は1フレーム目のPLL引き込み時間TP0(1)と比較して格段に短縮され、TP0(2)<<TP0(1)となる。 Thereafter, as in the first embodiment, the frame operation configured by the second frequency measurement mode and the radar mode or the radar / communication mode is executed. Since the modulation wave setting processing 802 stores the non-modulation wave control voltage data VD K (1) stored in the first frame in the storage circuit 62, the addition circuit 64 outputs 1 corresponding to the non-modulation frequency F K. When the unmodulated wave control voltage data VD K (1) of the frame is output and the PLL processing 403 generates the unmodulated frequency F 0 , the output V 0 (2) of the adder circuit 36 is the unmodulated wave control voltage V 0 (1) and the phase difference voltage ΔVφ (2), and the PLL processing unit 3 takes only the temperature fluctuation of the voltage controlled oscillator 1 generated over time with the unmodulated wave control voltage V 0 (1) as an initial value. Phase difference Since it may generate a pressure ΔVφ (2), PLL lead-in time T P0 (2) is shortened remarkably as compared with the first frame of the PLL pull-in time T P0 (1), T P0 (2) << T P0 (1).

無変調周波数F2〜FNの生成においても同様であるので、TPK(2)<<TPK(1)となることは明白である。以降のフレームにおいても第2の周波数計測モードを実行することで、1フレーム目を除くJ番目のフレームにおいて、PLL引き込み時間TPK(J)の総和である第2の周波数計測モードを短時間で実現できる。 Since the same applies to the generation of the unmodulated frequencies F 2 to F N , it is clear that T PK (2) << T PK (1). By executing the second frequency measurement mode also in subsequent frames, the second frequency measurement mode, which is the sum of the PLL pull-in times T PK (J), can be set in a short time in the J-th frame except the first frame. realizable.

以上、説明したように、第2の実施の形態によれば、FM−CWレーダ装置又は通信統合レーダ装置の周波数変調回路において、フレーム周期で第2の周波数計測モードを実行することにより電圧制御発振器の温度変動や経年変化による周波数出力変動を随時補正してFM−CW波の周波数変動幅を一定に保ち、かつ周波数直線性を確保でき、また無変調周波数の周波数精度の安定化が図れると共に、2フレーム目以降の第2の周波数計測モードにおいて直前の周波数計測モードで記憶した無変調波制御電圧データを初期値としてPLL動作を行なうことによりPLL引き込み時間の短縮を図ることで第2の周波数計測モードに要する時間を短縮して周波数計測モード実行比率ΔTMを小さく、即ちレーダモード又はレーダ/通信モードの動作時間比率を高めることができる。また、周波数変調回路において制御電圧データ生成部及び周波数変調処理部はディジタル信号処理で可能である。
(第3の実施の形態)
図10は本発明における第3の周波数変調回路の構成図である。図10の第3の周波数変調回路は、図1に示す第1の周波数変調回路における基準発振回路4を、積算回路41、サイン波テーブルROM42、D/A変換器43及びLPF44に置き換えたものである。FRKは周波数番号Kにおける基準発振出力、Mは分周回路31に設定される固定分周数、R2は分周回路32に設定される固定分周数、ΔPKは周波数番号Kに対応する積算回路41に設定される位相データ、FDは積算回路41の積算クロックを示している。
As described above, according to the second embodiment, in the frequency modulation circuit of the FM-CW radar device or the communication integrated radar device, the voltage-controlled oscillator is executed by executing the second frequency measurement mode in the frame period. The frequency output fluctuation due to temperature fluctuation and secular change of the FM-CW wave can be corrected at any time, the frequency fluctuation width of the FM-CW wave can be kept constant, the frequency linearity can be secured, and the frequency accuracy of the unmodulated frequency can be stabilized. The second frequency measurement is performed by shortening the PLL pull-in time by performing the PLL operation using the unmodulated wave control voltage data stored in the immediately preceding frequency measurement mode as the initial value in the second frequency measurement mode after the second frame. The time required for the mode is shortened to reduce the frequency measurement mode execution ratio ΔTM, that is, the operation in the radar mode or the radar / communication mode. It is possible to increase the time ratio. In the frequency modulation circuit, the control voltage data generation unit and the frequency modulation processing unit can be digital signal processing.
(Third embodiment)
FIG. 10 is a configuration diagram of a third frequency modulation circuit according to the present invention. The third frequency modulation circuit in FIG. 10 is obtained by replacing the reference oscillation circuit 4 in the first frequency modulation circuit shown in FIG. 1 with an integration circuit 41, a sine wave table ROM 42, a D / A converter 43, and an LPF 44. is there. F RK is a reference oscillation output at frequency number K, M is a fixed frequency division number set in frequency dividing circuit 31, R 2 is a fixed frequency division number set in frequency dividing circuit 32, and ΔP K corresponds to frequency number K. The phase data, F D , set in the integrating circuit 41 to indicate the integrating clock of the integrating circuit 41.

図11は第3の周波数計測モードのフローチャートである。図11に示したフローチャートは、図4に示したフローチャートの初期設定処理401を初期設定処理1101に、比較分周数設定処理402を基準発振出力設定処理1102に置き換えたものである。   FIG. 11 is a flowchart of the third frequency measurement mode. The flowchart shown in FIG. 11 is obtained by replacing the initial setting process 401 of the flowchart shown in FIG. 4 with an initial setting process 1101 and the comparative frequency division number setting process 402 with a reference oscillation output setting process 1102.

図10に示した第3の周波数変調回路は、第1の実施の形態における第1の周波数変調回路と同様に図3に示したフローチャートに従って動作するが、周波数計測モード301が第3の周波数計測モードで実行される。以下に、第3の周波数計測モードの動作について図10及び図11を用いて説明する。   The third frequency modulation circuit shown in FIG. 10 operates according to the flowchart shown in FIG. 3 in the same manner as the first frequency modulation circuit in the first embodiment, but the frequency measurement mode 301 is the third frequency measurement. Run in mode. Hereinafter, the operation in the third frequency measurement mode will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

図10において、第3の周波数計測モードを開始すると、先ず初期設定処理1101において、SW回路9の入力をフィルタ回路34側に接続して電圧制御発振器1がPLL処理部3の無変調波制御電圧で制御されるように設定し、分周回路31に対して固定分周数Mを、分周回路32に対して固定分周数Rを設定する。また、周波数番号Kに初期値0を設定する。次に、基準発振出力設定処理1002において、周波数番号Kの値に従って周波数番号K=0に対する位相データΔP0を積算回路41に設定し、位相データ積算値
Σ(ΔP0)を生成出力して、サイン波テーブルROM42から位相データ積算値Σ(Δ
0)に従ったサイン波データを読み出し、該サイン波データはD/A変換器43にてアナログ値に変換され、LPF44にて高調波成分が除去されて基準発振出力FR0が出力される。
In FIG. 10, when the third frequency measurement mode is started, first, in the initial setting process 1101, the input of the SW circuit 9 is connected to the filter circuit 34 side so that the voltage-controlled oscillator 1 controls the unmodulated wave control voltage of the PLL processing unit 3. The fixed frequency division number M is set for the frequency divider circuit 31, and the fixed frequency division number R is set for the frequency divider circuit 32. Also, an initial value 0 is set for the frequency number K. Next, in the reference oscillation output setting process 1002, the phase data ΔP 0 for the frequency number K = 0 is set in the integrating circuit 41 in accordance with the value of the frequency number K, and the phase data integrated value Σ (ΔP 0 ) is generated and output. Phase data integrated value Σ (Δ from sine wave table ROM 42
P 0 ) is read out, the sine wave data is converted into an analog value by the D / A converter 43, the harmonic component is removed by the LPF 44, and the reference oscillation output F R0 is output. .

その後、PLL処理403においてPLL処理部3の動作を開始し、電圧制御発振器1の出力FOUTを分周回路31により分周して得られる比較周波数(FOUT/M)と基準発振出力FR0を分周回路32により分周して得られる基準周波数(FR0/R2)とが位相比較回路33に入力され、位相差信号が抽出される。該位相差信号は、フィルタ回路35で平滑化され、SW回路9を経て電圧制御発振器1に入力され、電圧制御発振器1の発振周波数を制御する。 Thereafter, the operation of the PLL processing unit 3 is started in the PLL processing 403, and the comparison frequency (F OUT / M) obtained by dividing the output F OUT of the voltage controlled oscillator 1 by the frequency dividing circuit 31 and the reference oscillation output F R0. And the reference frequency (F R0 / R 2 ) obtained by frequency division by the frequency dividing circuit 32 is input to the phase comparison circuit 33, and a phase difference signal is extracted. The phase difference signal is smoothed by the filter circuit 35 and input to the voltage controlled oscillator 1 through the SW circuit 9 to control the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 1.

上記の動作は閉ループ制御処理となっており、最終的にFOUT=F0となり、ロック検出回路34はロック検出信号LDを“0”から“1”(“0”はアンロック状態、“1”はロック状態)にして出力する。その後、周波数番号判定処理409において周波数番号Kが最大値Nと判定されるまで、基準発振出力設定処理1102において順次位相データΔPKを設定してPLL処理403以降の処理は第1の周波数計測モードと同様の処理を行ない、無変調波制御電圧データVD0(1)、VD1(1)、VD2(1)、…、VDN(1)及び制御ステップ値(ΔVD1(1)/Q)、(ΔVD2(1)/Q)、…、(ΔVDN(1)/Q)を記憶回路62に順次記憶する。周波数番号判定処理409においてK=Nとなった後、第3の周波数計測モードを終了する。 The above operation is a closed loop control process, and finally F OUT = F 0 , and the lock detection circuit 34 changes the lock detection signal LD from “0” to “1” (“0” is an unlocked state, “1” "" Is locked) and output. Thereafter, until the frequency number K is determined to be the maximum value N in the frequency number determination processing 409, the phase data ΔP K is sequentially set in the reference oscillation output setting processing 1102, and the processing after the PLL processing 403 is performed in the first frequency measurement mode. , VD 0 (1), VD 1 (1), VD 2 (1),..., VD N (1) and control step value (ΔVD 1 (1) / Q ), (ΔVD 2 (1) / Q),..., (ΔVD N (1) / Q) are sequentially stored in the storage circuit 62. After K = N in the frequency number determination process 409, the third frequency measurement mode is terminated.

ここで、基準発振出力FRKと無変調周波数FKの関係について説明する。
積算回路41における基準発振出力FRKは、位相データΔPKのビット数をUとすると、位相データΔPKと積算クロックFDを用いて以下の式で表される。
Here, the relationship between the reference oscillation output F RK and the non-modulation frequency F K will be described.
Reference oscillation output F RK in integration circuit 41, when the number of bits of phase data [Delta] P K and U, are represented by the following expressions using the integrated clock F D and phase data [Delta] P K.

RK=ΔPK×FD/2U (MHz) (5)
また、周波数番号Kの無変調周波数FKは比較分周数M、基準分周数R2及び基準発振出力FRKを用いて以下の式で表される。
F RK = ΔP K × F D / 2 U (MHz) (5)
Further, unmodulated frequency F K of the frequency number K is expressed by the following equation using the comparative frequency division number M, the reference divisor R 2 and the reference oscillation output F RK.

K=FRK×M/R2 (MHz) (6)
(5),(6)式より、周波数番号Kの無変調周波数FKは次式で表される。
K=FD×(ΔPK/2U)×(M/R2) (MHz) (7)
(6)式より、比較周波数(FK/M)は基準発振出力FRKに依存することが分かる。また、(5)式より、位相データΔPKのビット数Uを大きくすることで基準発振出力FRKの分解能を高くできることが分かる。従って、位相データΔPKのビット数Uの値により、無変調周波数FKの生成誤差を抑えつつ、比較分周数を可変設定する場合に比べて比較周波数(FK/M)を高く設定することができる。
F K = F RK × M / R 2 (MHz) (6)
From the equations (5) and (6), the unmodulated frequency F K of the frequency number K is expressed by the following equation.
F K = F D × (ΔP K / 2 U ) × (M / R 2 ) (MHz) (7)
From the equation (6), it can be seen that the comparison frequency (F K / M) depends on the reference oscillation output F RK . Further, it can be seen from the equation (5) that the resolution of the reference oscillation output F RK can be increased by increasing the number of bits U of the phase data ΔP K. Therefore, the value of the number of bits U of the phase data ΔP K is set to a high comparison frequency (F K / M) as compared with the case where the comparative frequency division number is variably set while suppressing the generation error of the non-modulation frequency F K. be able to.

また、周波数変調幅の分割数Nは、最大発振周波数FMAX、最小発振周波数FMIN及び無変調周波数FK及びFK-1で表わすと次式のようになる。
N=(FMAX−FMIN)/(FK−FK-1) (8)
(7)式により無変調周波数FKは位相データΔPKに依存するので、(8)式より分割数Nも位相データΔPKに依存することが分かる。従って、位相データΔPKのビット数Uの値により、比較分周数を可変設定する場合に比べて分割数Nを自由に設定することができる。
Further, the division number N of the frequency modulation width is represented by the following expression when expressed by the maximum oscillation frequency F MAX , the minimum oscillation frequency F MIN, and the non-modulation frequencies F K and F K−1 .
N = (F MAX -F MIN ) / (F K -F K-1 ) (8)
Since the unmodulated frequency F K depends on the phase data ΔP K according to the equation (7), it can be seen from the equation (8) that the division number N also depends on the phase data ΔP K. Therefore, the division number N can be freely set by the value of the number of bits U of the phase data ΔP K as compared with the case where the comparative frequency division number is variably set.

第3の周波数計測モードが終了すると、レーダモード又はレーダ/通信モードに移行し、レーダモードにおいてはFM−CW波出力スロットのみ、レーダ/通信モードにおいてはFM−CW波出力スロット又は無線通信スロットを実行して第1の実施の形態で説明した動作を行ない、電圧制御発振器1は三角波変調波形データVDTR1(1)に従ったFM−CW波又は無変調波制御電圧データVDK(1)による無変調周波数FKを出力する。 When the third frequency measurement mode is completed, the mode shifts to the radar mode or the radar / communication mode. In the radar mode, only the FM-CW wave output slot is used. In the radar / communication mode, the FM-CW wave output slot or the radio communication slot is used. The voltage control oscillator 1 performs the operation described in the first embodiment by executing the FM-CW wave or the unmodulated wave control voltage data VD K (1) according to the triangular wave modulation waveform data VD TR1 (1). The unmodulated frequency F K is output.

1フレーム目のレーダモード又はレーダ/通信モード終了以降、第3の周波数計測モードと、レーダモード又はレーダ/通信モードで構成されるフレームを繰り返し、第3の周波数計測モードにおいて無変調波制御電圧データVDK(J)及び制御ステップ値(ΔVDK(J)/Q)を更新記憶することで、電圧制御発振器1の発振周波数FOUTの温度変動分は随時補正される。 After the end of the radar mode or radar / communication mode of the first frame, the frame composed of the third frequency measurement mode and the radar mode or radar / communication mode is repeated, and the unmodulated wave control voltage data in the third frequency measurement mode. By updating and storing VD K (J) and the control step value (ΔVD K (J) / Q), the temperature variation of the oscillation frequency F OUT of the voltage controlled oscillator 1 is corrected as needed.

以上、詳細に説明したように、第3の実施の形態によれば、FM−CWレーダ装置又は通信統合レーダ装置の周波数変調回路において、フレーム周期で第3の周波数計測モードを実行することにより電圧制御発振器の温度変動や経年変化による周波数出力変動を随時補正してFM−CW波の周波数変調幅を一定に保ち、かつ周波数直線性を確保でき、また無変調周波数の周波数精度の安定化が図れると共に、PLL処理部3における無変調周波数の分周数と比較周波数の制約条件を回避することでFM−CW波の周波数変調幅の分割数Nを自由に設定できるため、より細やかな周波数非直線性の補正が可能であり、更に比較周波数を高速に設定できるので、PLL引き込み時間の短縮が可能となって第3の周波数計測モードに要する時間を短縮して周波数計測モード実行比率ΔTMを小さく、即ちレーダモード又はレーダ/通信モードの動作時間比率を高めることができる。また、周波数変調回路において、制御電圧データ生成部及び周波数変調処理部はディジタル信号処理で可能である。
(第4の実施の形態)
図12は本発明における、FM−CWレーダ装置の構成図である。図12において、121は制御部、122は周波数変調回路、123は逓倍回路、124は分配回路、125は送信増幅回路、126は送信アンテナ、127は受信アンテナ、128は受信増幅回路、129は周波数変換回路、130は測距データ抽出部、1301はLPF、1302はA/D変換器、1303はFFT処理部である。
As described above in detail, according to the third embodiment, in the frequency modulation circuit of the FM-CW radar device or the communication integrated radar device, the voltage is obtained by executing the third frequency measurement mode in the frame period. The frequency output fluctuation due to temperature fluctuation and secular change of the controlled oscillator can be corrected at any time, the frequency modulation width of the FM-CW wave can be kept constant, the frequency linearity can be secured, and the frequency accuracy of the unmodulated frequency can be stabilized. In addition, since the division number N of the frequency modulation width of the FM-CW wave can be freely set by avoiding the constraint condition of the frequency division number of the unmodulated frequency and the comparison frequency in the PLL processing unit 3, a more detailed frequency nonlinearity Correction is possible, and the comparison frequency can be set at a high speed, so that the PLL pull-in time can be shortened and the time required for the third frequency measurement mode can be shortened. Reduce the frequency measurement mode execution ratio ΔTM to, that is, increase the operating time ratio of the radar mode or radar / communication mode. In the frequency modulation circuit, the control voltage data generation unit and the frequency modulation processing unit can be digital signal processing.
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a configuration diagram of an FM-CW radar apparatus according to the present invention. In FIG. 12, 121 is a control unit, 122 is a frequency modulation circuit, 123 is a multiplication circuit, 124 is a distribution circuit, 125 is a transmission amplifier circuit, 126 is a transmission antenna, 127 is a reception antenna, 128 is a reception amplification circuit, and 129 is a frequency. A conversion circuit, 130 is a ranging data extraction unit, 1301 is an LPF, 1302 is an A / D converter, and 1303 is an FFT processing unit.

以下、本実施の形態に係るFM−CWレーダ装置の動作について説明する。
図12に示す周波数変調回路122は周波数計測モードとレーダモードで動作するものである。第1〜第3の実施の形態で詳細に説明したように、周波数変調回路122は、周波数計測モードにおいては無変調周波数FKを生成出力し、レーダモードにおいては電圧制御発振器の温度変動や経年変化による周波数出力変動がフレーム周期で随時補正されて周波数変調幅が一定に保たれ、かつ周波数直線性が確保されたFM−CW波を出力する。
Hereinafter, the operation of the FM-CW radar apparatus according to the present embodiment will be described.
The frequency modulation circuit 122 shown in FIG. 12 operates in the frequency measurement mode and the radar mode. As described in detail in the first to third embodiments, the frequency modulation circuit 122 generates and outputs an unmodulated frequency F K in the frequency measurement mode, and in the radar mode, the temperature variation and aging of the voltage controlled oscillator occur. The frequency output fluctuation due to the change is corrected at any time in the frame period to output an FM-CW wave in which the frequency modulation width is kept constant and the frequency linearity is ensured.

周波数変調回路122の出力は逓倍回路123に入力されてミリ波帯の周波数に変換され、分配回路124にて送信増幅回路125と周波数変換回路129に出力される。周波数計測モードにおける無変調周波数FKはFM−CWレーダ装置の送信出力としては不要であるため、送信増幅回路125はレーダモードにおいてのみ動作し、FM−CW波を増幅するように制御部121からのモード切り替え信号にて制御される。 The output of the frequency modulation circuit 122 is input to the multiplication circuit 123 and converted into a millimeter-wave band frequency, and is output to the transmission amplifier circuit 125 and the frequency conversion circuit 129 by the distribution circuit 124. Since the unmodulated frequency F K in the frequency measurement mode is not necessary as the transmission output of the FM-CW radar apparatus, the transmission amplification circuit 125 operates only in the radar mode, and the control unit 121 is configured to amplify the FM-CW wave. It is controlled by the mode switching signal.

送信増幅回路125で増幅されたFM−CW波は送信アンテナ126にて目標物に照射され、FM−CW反射波は受信アンテナ127にて受信される。FM−CW反射波は受信増幅回路128で増幅されて周波数変換回路129に入力され、分配回路124の出力であるFM−CW波と混合されてビート信号が得られる。該ビート信号は、測距データ抽出部130のLPF1301に入力されて不要な高調波成分が除去され、A/D変換器1302でディジタル値に変換される。ディジタル値に変換されたビート信号はFFT処理部1303の演算を経て測距データとして制御部121に入力され目標物との相対距離及び相対速度が算出される。   The FM-CW wave amplified by the transmission amplifier circuit 125 is irradiated onto the target by the transmission antenna 126, and the FM-CW reflected wave is received by the reception antenna 127. The FM-CW reflected wave is amplified by the reception amplification circuit 128 and input to the frequency conversion circuit 129, and is mixed with the FM-CW wave that is the output of the distribution circuit 124 to obtain a beat signal. The beat signal is input to the LPF 1301 of the distance measurement data extraction unit 130 to remove unnecessary harmonic components, and is converted into a digital value by the A / D converter 1302. The beat signal converted into the digital value is input to the control unit 121 as distance measurement data through the calculation of the FFT processing unit 1303, and the relative distance and the relative speed with the target are calculated.

以上、詳細に説明したように、第4の実施の形態によれば、FM−CWレーダ装置において、レーダモードにおけるFM−CW波は、電圧制御発振器の温度変動や経年変化による周波数出力変動が周波数計測モードにおいてフレーム周期で随時補正されることで周波数変調幅が一定に保たれ、かつ周波数直線性が確保されているので、測距データの測定精度が高く、常時正確な目標物の相対速度及び相対距離を得ることができる。
(第5の実施の形態)
図13は本発明における通信統合レーダ装置の構成図である。図13の通信統合レーダ装置は、図12に示すFM−CWレーダ装置の構成に、送信データ処理回路131、変調回路132、受信復調回路133を加えたものである。図14は本発明における通信統合レーダ装置の第1の動作フレーム構成例を示す図である。
As described above in detail, according to the fourth embodiment, in the FM-CW radar apparatus, the FM-CW wave in the radar mode has a frequency output fluctuation due to a temperature fluctuation or a secular change of the voltage controlled oscillator. In the measurement mode, the frequency modulation width is kept constant and the frequency linearity is ensured by correcting the frame period as needed, so the measurement accuracy of the distance measurement data is high, and the relative speed of the target is always accurate. A relative distance can be obtained.
(Fifth embodiment)
FIG. 13 is a configuration diagram of a communication integrated radar apparatus according to the present invention. The communication integrated radar apparatus of FIG. 13 is obtained by adding a transmission data processing circuit 131, a modulation circuit 132, and a reception demodulation circuit 133 to the configuration of the FM-CW radar apparatus shown in FIG. FIG. 14 is a diagram illustrating a first operation frame configuration example of the communication integrated radar apparatus according to the present invention.

本実施の形態に係る通信統合レーダ装置の第1の動作について説明する。図13に示す周波数変調回路122は、図14に示す動作フレーム構成例のように周波数計測モードと、FM−CW出力スロットと無線通信スロットを交互に繰り返すレーダ/通信モードで動作するものである。   A first operation of the communication integrated radar apparatus according to the present embodiment will be described. The frequency modulation circuit 122 shown in FIG. 13 operates in the radar / communication mode in which the frequency measurement mode and the FM-CW output slot and the radio communication slot are alternately repeated as in the operation frame configuration example shown in FIG.

第1〜第3の実施の形態で詳細に説明したように、周波数変調回路122は周波数計測モードにおいて無変調周波数FKを生成出力して電圧制御発振器の温度変動や経年変化による周波数出力変動をフレーム周期で随時補正し、レーダ/通信モードにおいてFM−CW波出力スロットでは周波数変調幅が一定に保たれ、かつ周波数直線性が確保されたFM−CW波を、無線通信スロットでは高精度の無線通信用の無変調周波数FKを出力する。 As described in detail in the first to third embodiments, the frequency modulation circuit 122 generates and outputs the non-modulated frequency F K in the frequency measurement mode, and performs frequency output fluctuation due to temperature fluctuation and aging of the voltage controlled oscillator. The FM-CW wave, which is corrected at any time in the frame period and the frequency modulation width is kept constant in the FM-CW wave output slot and the frequency linearity is ensured in the radar / communication mode, is highly accurate in the wireless communication slot. Outputs unmodulated frequency F K for communication.

周波数変調回路122の出力は、逓倍回路123に入力されてミリ波帯の周波数に変換され、分配回路124にて変調回路132とに出力される。変調回路132は、レーダ/通信モードにおける無線通信スロットで無変調周波数FKをローカル信号として送信データ処理回路131で生成される送信データを変調して出力し、FM−CW波出力スロットではFM−CW波をそのまま出力する。 The output of the frequency modulation circuit 122 is input to the multiplication circuit 123, converted into a millimeter-wave band frequency, and output to the modulation circuit 132 by the distribution circuit 124. The modulation circuit 132 modulates and outputs the transmission data generated by the transmission data processing circuit 131 using the unmodulated frequency F K as a local signal in the radio communication slot in the radar / communication mode, and FM- in the FM-CW wave output slot. The CW wave is output as it is.

変調回路132の出力は、送信増幅回路125に入力され、周波数計測モードにおける無変調周波数FKは通信統合レーダ装置の送信出力としては不要であるため送信増幅回路125はレーダ/通信モードにおいてのみ動作してミリ波帯のFM−CW波又は無線通信用送信波を増幅するように制御部121からのモード切り替え信号にて制御される。送信増幅回路125で増幅された送信波は送信アンテナ126を経て出力され、FM−CW送信波は目標物に照射され、また無線通信用送信波は子局無線通信装置に向けて発射される。 The output of the modulation circuit 132 is input to the transmission amplification circuit 125, and the non-modulation frequency F K in the frequency measurement mode is not necessary as the transmission output of the communication integrated radar device, so the transmission amplification circuit 125 operates only in the radar / communication mode. Then, it is controlled by the mode switching signal from the control unit 121 so as to amplify the millimeter wave band FM-CW wave or the radio communication transmission wave. The transmission wave amplified by the transmission amplifier circuit 125 is output through the transmission antenna 126, the FM-CW transmission wave is irradiated onto the target, and the radio communication transmission wave is emitted toward the slave radio communication apparatus.

FM−CW反射波又は子局無線通信装置が前記無線通信用送信波に応答して返信する送信波は受信アンテナ127にて受信され、受信増幅回路128で増幅される。受信増幅回路128の出力は周波数変換回路129に入力され、分配回路124の出力と混合されてFM−CW波のビート信号又は無線通信用受信IF信号が得られる。FM−CW波出力スロットにおいてビート信号は測距データ抽出部130のLPF1301に入力されて不要な高調波成分が除去され、A/D変換器1302でディジタル値に変換される。   The FM-CW reflected wave or the transmission wave returned from the slave station radio communication apparatus in response to the radio communication transmission wave is received by the reception antenna 127 and amplified by the reception amplification circuit 128. The output of the reception amplifier circuit 128 is input to the frequency conversion circuit 129 and mixed with the output of the distribution circuit 124 to obtain an FM-CW wave beat signal or a radio communication reception IF signal. In the FM-CW wave output slot, the beat signal is input to the LPF 1301 of the distance measurement data extraction unit 130 to remove unnecessary harmonic components, and is converted into a digital value by the A / D converter 1302.

ディジタル値に変換されたビート信号は、FFT処理部1303の演算を経て測距データとして制御部121に入力された目標物との相対距離及び相対速度が算出される。また、無線通信スロットにおいて受信IF信号は受信復調回路133に入力され、受信ベースバンド信号が抽出されて制御部121に入力され、子局無線通信装置からのデータを復元する。   The beat signal converted into the digital value is subjected to calculation by the FFT processing unit 1303, and a relative distance and a relative velocity with respect to the target input to the control unit 121 as distance measurement data are calculated. In the wireless communication slot, the received IF signal is input to the reception demodulation circuit 133, the received baseband signal is extracted and input to the control unit 121, and data from the slave station wireless communication device is restored.

以上説明したように、第5の実施の形態によれば、通信統合レーダ装置において、電圧制御発振器の温度変動や経年変化による周波数出力変動が周波数計測モードにおいてフレーム周期で随時補正されることで、レーダ/通信モードのFM−CW波は、周波数変調幅が一定に保たれ、かつ周波数直線性が確保されているので、測距データの測定精度が高く、常時正確な目標物の相対速度及び相対距離を得ることができる。   As described above, according to the fifth embodiment, in the communication integrated radar apparatus, the frequency output fluctuation due to the temperature fluctuation and the secular change of the voltage controlled oscillator is corrected at any time in the frame period in the frequency measurement mode. The FM / CW wave in the radar / communication mode has a constant frequency modulation width and a high frequency linearity, so that the measurement accuracy of the distance measurement data is high and the relative velocity and relative speed of the target are always accurate. The distance can be obtained.

また、レーダ/通信モードの無線通信用送信波は、周波数精度が高く安定した無変調周波数をローカル信号として生成されるので、子局無線通信装置との安定した無線通信が可能である。更に、レーダ/通信モードは、FM−CW波出力スロットと無線通信スロットが交互に動作するので、子局無線通信装置と時分割で継続的に無線通信を行なうことで、大容量データの送受信を行ないつつ時々刻々と変化する測距データの抽出が可能であり、また、抽出した測距データ及び子局無線通信装置からの受信データを関連付けて処理することができる。
(第6の実施の形態)
図15は本発明における通信統合レーダ装置の第2の動作フレーム構成例を示す図である。本実施の形態に係る通信統合レーダ装置の第2の動作について説明する。
In addition, since the radio communication transmission wave in the radar / communication mode is generated as a local signal with a stable non-modulated frequency with high frequency accuracy, stable radio communication with the slave station radio communication device is possible. Furthermore, in the radar / communication mode, the FM-CW wave output slot and the radio communication slot operate alternately. Therefore, by continuously performing radio communication with the slave station radio communication device in a time-sharing manner, large-capacity data can be transmitted and received. It is possible to extract ranging data that changes from moment to moment while performing, and it is possible to process the extracted ranging data and the received data from the slave radio communication apparatus in association with each other.
(Sixth embodiment)
FIG. 15 is a diagram showing a second operation frame configuration example of the communication integrated radar apparatus according to the present invention. A second operation of the communication integrated radar apparatus according to the present embodiment will be described.

図15に示すように、通信統合レーダ装置の第2の動作は、電圧制御発振器の温度変動や経年変化による周波数出力変動をフレーム周期で随時補正する周波数計測モードと、複数のFM−CW波出力スロットと1つの無線通信スロットで構成されるレーダ優先モードと、FM−CW波出力スロットと無線通信スロットを交互に繰り返す通信優先モードとが制御部121で選択制御されて動作するレーダ/通信モードで構成されるフレームで動作する。   As shown in FIG. 15, the second operation of the communication integrated radar apparatus includes a frequency measurement mode in which frequency output fluctuations due to temperature fluctuations and secular changes of the voltage controlled oscillator are corrected at any time in the frame period, and a plurality of FM-CW wave outputs. A radar / communication mode in which a radar priority mode including a slot and one wireless communication slot and a communication priority mode in which an FM-CW wave output slot and a wireless communication slot are alternately repeated are selected and controlled by the control unit 121. Operates on configured frames.

周波数計測モードの動作については、第5の実施の形態で説明した通りである。通信統合レーダ装置の第2の動作において、レーダ/通信モード開始時はレーダ優先モードで動作し、FM−CW波出力スロットによる測距データ抽出を優先し、複数のFM−CW波出力スロット動作後に、無線通信スロットを動作させて子局無線通信装置の存在を認識するためのデータを送信する。子局無線通信装置が存在しない場合、即ち無線通信スロットにおける子局無線通信装置からの応答が無い場合はレーダ優先モードを繰り返す。   The operation in the frequency measurement mode is as described in the fifth embodiment. In the second operation of the communication integrated radar apparatus, when the radar / communication mode is started, it operates in the radar priority mode, priority is given to distance measurement data extraction by the FM-CW wave output slot, and after a plurality of FM-CW wave output slots are operated. The wireless communication slot is operated to transmit data for recognizing the existence of the slave station wireless communication device. When there is no slave station wireless communication device, that is, when there is no response from the slave station wireless communication device in the wireless communication slot, the radar priority mode is repeated.

子局無線通信装置が存在する場合、即ち無線通信スロットにおける子局無線通信装置からの応答がある場合は、子局無線通信装置の存在を認識して、通信優先モードに移行する。通信優先モードにおいては、FM−CW波出力スロットと無線通信スロットを交互に繰り返し、1スロットおきに動作するFM−CW波出力スロットで測距データの抽出を行ない、また1スロットおきに動作する複数の無線通信スロットを用いて子局無線通信装置と無線通信を行なう。通信優先モードにおいて子局無線通信装置との無線通信が完了したら、通信優先モードの動作を完了させてレーダ優先モードの動作を行なう。   When there is a slave station wireless communication device, that is, when there is a response from the slave station wireless communication device in the wireless communication slot, the presence of the slave station wireless communication device is recognized and the communication priority mode is entered. In the communication priority mode, FM-CW wave output slots and radio communication slots are alternately repeated, ranging data is extracted in FM-CW wave output slots that operate every other slot, and a plurality of units that operate every other slot. The wireless communication slot is used for wireless communication with the slave station wireless communication device. When wireless communication with the slave station wireless communication device is completed in the communication priority mode, the operation in the communication priority mode is completed and the operation in the radar priority mode is performed.

以上、説明したように、第6の実施の形態によれば、通信統合レーダ装置において、第5の実施の形態で説明したように、測距データの測定精度が高く常時正確な目標物の相対速度及び相対距離を得ることができる。また、子局無線通信装置との安定した無線通信が可能であると共に、レーダ優先モードと通信優先モードを選択制御して動作させることで、子局無線通信装置が存在しない場合は、レーダ優先モードでFM−CW波出力スロットの割合を大きくして擬似的にFM−CWレーダ装置として動作させることが可能であり、子局無線通信装置が存在する場合は、通信優先モードにおいてFM−CW波出力スロットと無線通信スロットが交互に動作するので、子局無線通信装置と時分割で継続的に無線通信を行なうことで、大容量データの送受信を行ないつつ時々刻々と変化する測距データの抽出が可能であり、また抽出した測距データ及び子局無線通信装置からの受信データを関連付けて処理することができる。   As described above, according to the sixth embodiment, in the communication integrated radar apparatus, as described in the fifth embodiment, the relative accuracy of the target with high measurement accuracy of distance measurement data is always high and accurate. Speed and relative distance can be obtained. In addition, stable radio communication with the slave station radio communication device is possible, and when the slave station radio communication device does not exist by selecting and operating the radar priority mode and the communication priority mode, the radar priority mode Thus, the FM-CW wave output slot ratio can be increased to operate as an FM-CW radar apparatus in a pseudo manner, and when there is a slave station radio communication apparatus, the FM-CW wave output is performed in the communication priority mode. Since the slots and radio communication slots operate alternately, continuous radio communication with the slave station radio communication device in a time-sharing manner enables extraction of ranging data that changes from moment to moment while sending and receiving large amounts of data. It is possible, and the extracted distance measurement data and the reception data from the slave station wireless communication apparatus can be processed in association with each other.

(付記1)
FM−CWレーダ装置及び通信統合レーダ装置における周波数変調回路であって、
入力される制御電圧に従って周波数を発振する電圧制御発振器と、
該電圧制御発振器の出力を分配して、一方を後述の位相同期ループ処理部に出力し他方を本周波数変調回路の出力とする分配手段と、
該分配手段から出力される無変調周波数を可変分周する第1の分周手段と、後述の基準発振出力を固定分周する第2の分周手段と、前記第1の分周手段の出力と第2の分周手段の出力とを位相比較する位相比較手段と、該位相比較手段の出力から前記第1の分周手段の出力と第2の分周手段の出力との位相同期状態を検出する手段と、前記位相比較手段の出力の高調波成分を除去し平滑化するループフィルタ手段とを備え、前記第1の分周手段に設定される可変分周データに従って一定の周波数間隔で生成される複数の無変調周波数を得るための無変調波制御電圧を生成する位相同期ループ処理部と、
基準発振出力を生成する基準発振手段と、
前記無変調波制御電圧をディジタル値である無変調波制御電圧データに変換するA/D変換器と、
隣接する周波数間隔毎の無変調波制御電圧データの差分を算出して制御ステップ値を生成する手段と、周波数間隔毎の前記無変調波制御電圧データ及び前記制御ステップ値を記憶する手段と、記憶された前記無変調波制御電圧データ及び前記制御ステップ値から三角波変調波形データを生成出力する手段と、記憶された無変調波制御電圧データを出力する手段とを備え、周波数計測モードにおいて制御ステップ値を生成して該制御ステップ値と無変調波制御電圧データを記憶し、FM−CW波出力スロットで構成されるレーダモードにおいては前記制御ステップ値を基に三角波変調波形データを生成出力し、FM−CW波出力スロットと無線通信スロットで構成されるレーダ/通信モードにおいてはFM−CW波出力スロットで前記三角波変調波形データを生成出力し無線通信スロットで前記無変調波制御電圧データを出力する制御電圧データ生成部と、
該制御電圧データ生成部の出力をアナログ値に変換するD/A変換器と、
該D/A変換器出力の高調波成分を除去して平滑化するローパスフィルタと、
周波数計測モードにおいては前記位相同期ループ処理部の出力を、レーダモード若しくはレーダ/通信モードにおいては前記ローパスフィルタの出力を切り替えて出力し前記電圧制御発振器に出力するスイッチ回路と、
本周波数変調回路に係る制御信号、設定データ、その他信号を生成する周波数変調処理制御部と、
を含んで構成され、一定の周波数間隔の複数の無変調波周波数を順次生成して得られる無変調波制御電圧データ及び制御ステップ値を記憶する周波数計測モードと、三角波変調波形データを生成して出力するレーダモード若しくは三角波変調波形データ又は無変調波制御電圧データを生成して出力するレーダ/通信モードとを一定周期で繰り返すことを特徴とする周波数変調回路。
(Appendix 1)
A frequency modulation circuit in an FM-CW radar device and a communication integrated radar device,
A voltage controlled oscillator that oscillates a frequency according to an input control voltage;
Distributing means for distributing the output of the voltage controlled oscillator, one of which is output to a phase locked loop processing unit described later and the other is output of the present frequency modulation circuit;
First frequency dividing means for variably dividing the non-modulated frequency output from the distributing means, second frequency dividing means for fixedly dividing a reference oscillation output described later, and output of the first frequency dividing means Phase comparison means for phase comparison between the output of the first frequency dividing means and the output of the second frequency dividing means, and the phase synchronization state between the output of the first frequency dividing means and the output of the second frequency dividing means from the output of the phase comparison means. Means for detecting, and loop filter means for removing and smoothing the harmonic component of the output of the phase comparison means, and generating at a constant frequency interval according to variable frequency division data set in the first frequency division means A phase-locked loop processing unit that generates an unmodulated wave control voltage to obtain a plurality of unmodulated frequencies,
A reference oscillation means for generating a reference oscillation output;
An A / D converter for converting the unmodulated wave control voltage into unmodulated wave control voltage data which is a digital value;
Means for calculating a difference between unmodulated wave control voltage data for each adjacent frequency interval to generate a control step value; means for storing the unmodulated wave control voltage data for each frequency interval and the control step value; Means for generating and outputting triangular wave modulated waveform data from the controlled non-modulated wave control voltage data and the control step value, and means for outputting stored unmodulated wave control voltage data, and the control step value in the frequency measurement mode. The control step value and unmodulated wave control voltage data are stored, and in the radar mode configured by the FM-CW wave output slot, triangular wave modulation waveform data is generated and output based on the control step value, and FM -In the radar / communication mode consisting of a CW wave output slot and a radio communication slot, the FM-CW wave output slot A control voltage data generating unit which outputs the unmodulated wave control voltage data generated output waveform data wireless communication slots,
A D / A converter for converting the output of the control voltage data generation unit into an analog value;
A low-pass filter that removes and smoothes harmonic components of the output of the D / A converter;
In the frequency measurement mode, the output of the phase-locked loop processing unit, in the radar mode or radar / communication mode, the output of the low-pass filter is switched and output to the voltage controlled oscillator, and a switch circuit;
A frequency modulation processing control unit for generating a control signal, setting data, and other signals related to the frequency modulation circuit;
A frequency measurement mode for storing unmodulated wave control voltage data and control step values obtained by sequentially generating a plurality of unmodulated wave frequencies at a constant frequency interval, and generating triangular wave modulated waveform data A frequency modulation circuit characterized by repeating an output radar mode or triangular wave modulation waveform data or non-modulation wave control voltage data and outputting a radar / communication mode at a constant cycle.

(付記2)
前記位相同期ループ処理部が、前記ループフィルタ手段の後段にループフィルタ手段の出力と制御電圧データ生成部の出力とを加算する手段を備え、制御電圧データ生成部が、周波数計測モードにおいて、位相同期ループ処理部の第1の分周手段に可変分周データが設定されるタイミングで該可変分周データに対応する記憶された無変調波制御電圧データを位相同期ループ初期設定電圧として出力するように制御されることを特徴とする付記1記載の周波数変調回路。
(Appendix 2)
The phase-locked loop processing unit includes means for adding the output of the loop filter unit and the output of the control voltage data generation unit after the loop filter unit, and the control voltage data generation unit performs phase synchronization in the frequency measurement mode. The stored non-modulated wave control voltage data corresponding to the variable frequency-divided data is output as the phase-locked loop initial setting voltage at the timing when the variable frequency-divided data is set in the first frequency dividing means of the loop processing unit. The frequency modulation circuit according to appendix 1, wherein the frequency modulation circuit is controlled.

(付記3)
前記基準発振手段が、設定される位相データを積算し、該積算結果を基に予め記憶したサイン波生成データを読み出して任意の基準発振出力をディジタル値で生成出力する数値制御発振手段と、該数値制御発振手段のディジタル出力をアナログ値に変換するD/A変換器と、該D/A変換器出力の高調波成分を除去して平滑化するローパスフィルタとで構成され、また前記位相同期ループ処理部における第1の分周手段には固定分周データを設定し、周波数計測モードにおいて前記数値制御発振手段に設定する位相データを変えることで基準発振出力の周波数を一定間隔で順次可変し、周波数間隔が一定である複数の無変調周波数を順次生成することを特徴とする付記1又は2記載の周波数変調回路。
(Appendix 3)
The reference oscillation means integrates the set phase data, reads the sine wave generation data stored in advance based on the integration result, and generates and outputs an arbitrary reference oscillation output as a digital value; and A D / A converter for converting the digital output of the numerically controlled oscillating means into an analog value, and a low-pass filter for removing and smoothing the harmonic component of the output of the D / A converter; The fixed frequency division data is set in the first frequency division means in the processing unit, and the frequency of the reference oscillation output is sequentially changed at regular intervals by changing the phase data set in the numerically controlled oscillation means in the frequency measurement mode. The frequency modulation circuit according to appendix 1 or 2, wherein a plurality of non-modulated frequencies having a constant frequency interval are sequentially generated.

(付記4)
FM−CW波を送信して目標物からの反射波(以下FM−CW反射波という)を受信するFM−CWレーダ装置であって、
周波数計測モードとレーダモードで動作する周波数変調回路と、
該周波数変調回路の出力を逓倍してミリ波帯FM−CW波を生成する逓倍手段と、
該逓倍手段の出力を分配して、一方を後述の送信手段に出力し他方を後述の周波数変換手段に出力する分配手段と、
該分配手段の出力であるミリ波帯FM−CW波を送信する送信手段と、
該送信手段の出力に対するFM−CW反射波を受信する受信手段と、
該受信手段の出力と前記分配手段の出力とを混合して出力する周波数変換手段と、
該周波数変換手段の出力であるビート信号から測距データを抽出する測距データ抽出手段と、
前記周波数変調回路に供する制御信号を生成し、前記測距データから目標物の相対速度及び相対距離を算出する制御部と、
を含んで構成され、周波数計測モードとレーダモードを一定周期で繰り返し、レーダモードにおけるFM−CW波出力スロットでFM−CW波を出力し、目標物の相対距離及び相対速度を検出することを特徴とするFM−CWレーダ装置。
(Appendix 4)
An FM-CW radar apparatus that transmits an FM-CW wave and receives a reflected wave from a target (hereinafter referred to as an FM-CW reflected wave),
A frequency modulation circuit operating in a frequency measurement mode and a radar mode;
Multiplying means for multiplying the output of the frequency modulation circuit to generate a millimeter-wave FM-CW wave;
Distributing means for distributing the output of the multiplying means, outputting one to a transmitting means described later and outputting the other to a frequency converting means described later;
Transmitting means for transmitting a millimeter wave band FM-CW wave which is an output of the distributing means;
Receiving means for receiving an FM-CW reflected wave with respect to the output of the transmitting means;
A frequency converting means for mixing and outputting the output of the receiving means and the output of the distributing means;
Ranging data extracting means for extracting ranging data from the beat signal that is the output of the frequency converting means;
A control unit for generating a control signal to be provided to the frequency modulation circuit and calculating a relative speed and a relative distance of a target from the distance measurement data;
The frequency measurement mode and the radar mode are repeated at a constant cycle, the FM-CW wave is output in the FM-CW wave output slot in the radar mode, and the relative distance and the relative velocity of the target are detected. FM-CW radar device.

(付記5)
FM−CW波と無線通信用送信波を時分割で送信し、FM−CW反射波及び目標物に搭載された子局無線通信装置の送信波を受信する通信統合レーダ装置であって、
周波数計測モードとレーダ/通信モードで動作し、該レーダ/通信モードにおけるFM−CW波出力スロットと無線通信スロットが交互に動作するように制御される周波数変調回路と、
該周波数変調回路の出力を逓倍してミリ波帯FM−CW波又はミリ波帯無変調波を生成する逓倍手段と、
該逓倍手段の出力を分配して、一方を後述の送信手段に出力し他方を後述の周波数変換手段に出力する分配手段と、
無線通信スロットにおいて、目標物に搭載された子局無線通信装置に送信するデータを生成する送信データ処理手段と、
無線通信スロットにおいては前記ミリ波帯無変調波をローカル信号として前記送信データ処理手段の送信データから無線通信用送信波を生成して送信し、FM−CW波出力スロットにおいては前記ミリ波帯FM−CW波を送信する送信手段と、
前記子局無線通信装置の送信波若しくはFM−CW反射波を受信し無線通信用受信波若しくはFM−CW受信波を出力する受信手段と、
該受信手段の出力と前記分配手段の出力とを混合して出力する周波数変換手段と、
FM−CW波出力スロットにおいて前記周波数変換手段の出力として得られるビート信号から測距データを抽出する測距データ抽出手段と、
無線通信スロットにおいて前記周波数変換手段又は前記受信手段の出力である無線通信用受信波から受信ベースバンド信号を抽出して処理する受信復調手段と、
前記周波数変調回路に供する制御信号及び前記送信データ処理手段に供する送信データの生成、前記測距データから目標物の相対速度及び相対距離の算出、及び前記受信復調手段の出力を処理する制御部と、
を含んで構成され、周波数計測モードとレーダ/通信モードを一定周期で繰り返し、レーダ/通信モードにおいて目標物の相対距離及び相対速度を検出するFM−CW波出力スロットと子局無線通信装置との無線通信を行なう無線通信スロットが交互に動作することを特徴とする通信統合レーダ装置。
(Appendix 5)
A communication integrated radar device that transmits FM-CW waves and radio communication transmission waves in a time-sharing manner and receives FM-CW reflected waves and transmission waves of a slave station radio communication device mounted on a target,
A frequency modulation circuit that operates in a frequency measurement mode and a radar / communication mode, and is controlled so that an FM-CW wave output slot and a radio communication slot in the radar / communication mode operate alternately;
Multiplying means for multiplying the output of the frequency modulation circuit to generate a millimeter wave band FM-CW wave or a millimeter wave band unmodulated wave;
Distributing means for distributing the output of the multiplying means, outputting one to a transmitting means described later and outputting the other to a frequency converting means described later;
Transmission data processing means for generating data to be transmitted to the slave station wireless communication device mounted on the target in the wireless communication slot;
In the wireless communication slot, the millimeter wave band unmodulated wave is generated as a local signal, and a transmission wave for wireless communication is generated from the transmission data of the transmission data processing means and transmitted. In the FM-CW wave output slot, the millimeter wave band FM is transmitted. A transmission means for transmitting CW waves;
Receiving means for receiving a transmission wave or FM-CW reflected wave of the slave station wireless communication device and outputting a radio communication reception wave or FM-CW reception wave;
A frequency converting means for mixing and outputting the output of the receiving means and the output of the distributing means;
Ranging data extraction means for extracting ranging data from a beat signal obtained as an output of the frequency conversion means in an FM-CW wave output slot;
Receiving demodulation means for extracting and processing a received baseband signal from a received wave for wireless communication which is an output of the frequency converting means or the receiving means in a wireless communication slot;
A control unit for processing a control signal to be provided to the frequency modulation circuit and transmission data to be provided to the transmission data processing unit, a calculation of a relative speed and a relative distance of a target from the distance measurement data, and an output of the reception demodulation unit; ,
The frequency measurement mode and the radar / communication mode are repeated at regular intervals, and the FM-CW wave output slot for detecting the relative distance and relative speed of the target in the radar / communication mode and the slave station radio communication device A communication integrated radar apparatus, wherein wireless communication slots for performing wireless communication operate alternately.

(付記6)
FM−CW波とデータ通信用送信波を時分割で送信し、FM−CW反射波及び子局無線通信装置の送信波を受信する通信統合レーダ装置であって、
前記制御部が周波数変調回路に供する制御信号の他に複数のFM−CW波出力スロットと1つの無線通信スロットで構成されるレーダ優先モードタイミングと、FM−CW波出力スロットと無線通信スロットを交互に繰り返す通信優先モードタイミングを生成出力する制御部であって、
レーダ/通信モードにおいて子局無線通信装置の有無によりレーダ優先モードと通信優先モードとを切り替えて動作することを特徴とする付記5記載の通信統合レーダ装置。
(発明の効果)
以上、説明したように、本発明によれば、周波数変調回路及びそれを備えたFM−CWレーダ装置、通信統合レーダ装置において、周波数計測モードにおいてFM−CW波の所望の周波数変調幅を均等に分割した複数の無変調周波数を時分割でPLL処理による周波数計測を行なって算出した周波数補正データを基に、FM−CW波の周波数変調幅を一定に保ち、かつ周波数非直線性を補正し、更には無線通信用送信波のローカル信号(無変調波)を補正し、周波数計測モードを一定周期で繰り返すことで随時補正データを更新して温度変動による周波数変動を排除することにより、精度の高い測距データの抽出と安定した無線通信が可能である。
(Appendix 6)
A communication integrated radar device that transmits FM-CW waves and data communication transmission waves in a time-sharing manner and receives FM-CW reflected waves and transmission waves of a slave station radio communication device,
In addition to the control signal provided to the frequency modulation circuit by the control unit, the radar priority mode timing composed of a plurality of FM-CW wave output slots and one radio communication slot, and the FM-CW wave output slot and the radio communication slot are alternated. A controller that generates and outputs a communication priority mode timing that repeats
The communication integrated radar apparatus according to appendix 5, wherein the radar integrated communication apparatus operates in a radar / communication mode by switching between a radar priority mode and a communication priority mode depending on the presence / absence of a slave station wireless communication apparatus.
(Effect of the invention)
As described above, according to the present invention, in the frequency modulation circuit and the FM-CW radar apparatus and communication integrated radar apparatus having the frequency modulation circuit, the desired frequency modulation width of the FM-CW wave is evenly distributed in the frequency measurement mode. Based on frequency correction data calculated by performing frequency measurement by PLL processing in a time division manner for a plurality of divided non-modulated frequencies, the frequency modulation width of the FM-CW wave is kept constant, and frequency nonlinearity is corrected, Furthermore, by correcting the local signal (non-modulated wave) of the transmission wave for wireless communication and repeating the frequency measurement mode at a constant period, the correction data is updated as needed to eliminate frequency fluctuations due to temperature fluctuations, resulting in high accuracy. Ranging data extraction and stable wireless communication are possible.

そして、従来方法の課題である、周波数非直線性補正データ及び温度補正データを予め記憶することによる回路規模の増大、装置の調整工数の増加を低減し、PLLを用いてIF帯局部発振源の安定化を図る方法をFM−CW方式のレーダ装置に適用する場合のレーダ性能の確保、回路規模及びコストの問題を解決でき、また自励通信装置にFM−CW方式のレーダ機能を付加した通信装置におけるレーダ性能の確保が可能である。   Then, the increase in circuit scale and the increase in man-hours for adjustment of the apparatus are reduced by storing frequency nonlinearity correction data and temperature correction data in advance, which is a problem of the conventional method. Communication in which the radar performance can be ensured when the stabilization method is applied to the FM-CW radar device, the circuit size and cost can be solved, and the FM-CW radar function is added to the self-excited communication device. It is possible to ensure the radar performance in the apparatus.

また、通信統合レーダ装置においては、レーダ/通信モードの構成により子局無線通信装置と時分割で継続的に無線通信を行なうことで、大容量データの送受信を行ないつつ、時々刻々と変化する測距データの抽出が可能であり、また抽出した測距データ及び子局無線通信装置からの受信データを関連付けて処理できるので、多様なアプリケーションへの適用が可能である。更には、周波数変調回路のほとんどをディジタル信号処理で実現できるので装置の小型化が可能であり、コストの上昇を抑圧できるという効果がある。   In addition, the integrated communication radar device performs time-division wireless communication with the slave station wireless communication device according to the configuration of the radar / communication mode, thereby transmitting and receiving a large amount of data while changing the measurement every moment. The distance data can be extracted, and the extracted distance measurement data and the received data from the slave station wireless communication apparatus can be processed in association with each other, so that it can be applied to various applications. Furthermore, since most of the frequency modulation circuit can be realized by digital signal processing, the apparatus can be miniaturized and an increase in cost can be suppressed.

本発明における第1の周波数変調回路の構成図である。It is a block diagram of the 1st frequency modulation circuit in this invention. 本発明における電圧制御発振器の制御電圧対発振周波数特性の周波数分割例を示す図である。It is a figure which shows the frequency division example of the control voltage versus the oscillation frequency characteristic of the voltage controlled oscillator in this invention. 本発明における周波数変調回路の動作フローチャートである。3 is an operation flowchart of the frequency modulation circuit according to the present invention. 本発明における第1の周波数計測モードのフローチャートである。It is a flowchart of the 1st frequency measurement mode in this invention. 本発明におけるFM−CW波出力スロット処理のフローチャートである。It is a flowchart of the FM-CW wave output slot process in this invention. 本発明における第1の周波数変調回路の周波数出力タイミングチャート例を示す図である。It is a figure which shows the example of a frequency output timing chart of the 1st frequency modulation circuit in this invention. 本発明における第2の周波数変調回路の構成図である。It is a block diagram of the 2nd frequency modulation circuit in this invention. 本発明における第2の周波数計測モードのフローチャートである。It is a flowchart of the 2nd frequency measurement mode in this invention. 本発明における第2の周波数変調回路の周波数出力タイミングチャート例を示す図である。It is a figure which shows the example of a frequency output timing chart of the 2nd frequency modulation circuit in this invention. 本発明における第3の周波数変調回路の構成図である。It is a block diagram of the 3rd frequency modulation circuit in this invention. 本発明における第3の周波数計測モードのフローチャートである。It is a flowchart of the 3rd frequency measurement mode in the present invention. 本発明におけるFM−CWレーダ装置の構成図である。It is a block diagram of the FM-CW radar apparatus in this invention. 本発明における通信統合レーダ装置の構成図である。It is a block diagram of the communication integrated radar apparatus in this invention. 本発明における通信統合レーダ装置の第1の動作フレーム構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st operation | movement frame structural example of the communication integrated radar apparatus in this invention. 本発明における通信統合レーダ装置の第2の動作フレーム構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd operation | movement frame structural example of the communication integrated radar apparatus in this invention. 従来のFM−CWレーダの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional FM-CW radar. 電圧制御発振器の制御電圧対発振周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the control voltage versus oscillation frequency characteristic of a voltage controlled oscillator.

符号の説明Explanation of symbols

1 電圧制御発振器
2 分配回路
3 PLL処理部
4 基準発振回路
5 A/D変換器
6 制御電圧データ生成部
7 D/A変換器
8 LPF(ローパスフィルタ)
9 SW(スイッチ)回路
10 周波数変調処理制御部
31 分周回路
32 分周回路
33 位相比較回路
34 ロック検出回路
35 フィルタ回路
61 制御ステップ値生成回路
62 記憶回路
63 積算回路
64 加算回路
1 Voltage Control Oscillator 2 Distribution Circuit 3 PLL Processing Unit 4 Reference Oscillation Circuit 5 A / D Converter 6 Control Voltage Data Generation Unit 7 D / A Converter 8 LPF (Low Pass Filter)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 SW (switch) circuit 10 Frequency modulation process control part 31 Frequency division circuit 32 Frequency division circuit 33 Phase comparison circuit 34 Lock detection circuit 35 Filter circuit 61 Control step value generation circuit 62 Storage circuit 63 Accumulation circuit 64 Addition circuit

Claims (4)

FM−CWレーダ装置及び通信統合レーダ装置における周波数変調回路であって、
入力される制御電圧に従って周波数を発振する電圧制御発振器と、
該電圧制御発振器の出力を分配して、一方を後述の位相同期ループ処理部に出力し他方を前記周波数変調回路の出力とする分配手段と、
該分配手段から出力される無変調周波数を可変分周する第1の分周手段と、基準発振出力を固定分周する第2の分周手段と、前記第1の分周手段の出力と前記第2の分周手段の出力とを位相比較する位相比較手段と、該位相比較手段の出力から前記第1の分周手段の出力と前記第2の分周手段の出力との位相同期状態を検出する手段と、前記位相比較手段の出力の高調波成分を除去し平滑化するループフィルタ手段と、前記ループフィルタ手段の後段に前記ループフィルタ手段の出力と制御電圧データ生成部の出力とを加算する手段とを備え、前記第1の分周手段に設定される可変分周データに従って一定の周波数間隔で生成される複数の無変調周波数を得るための無変調波制御電圧を生成する位相同期ループ処理部と、
前記基準発振出力を生成する基準発振手段と、
前記無変調波制御電圧をディジタル値である無変調波制御電圧データに変換するA/D変換器と、
隣接する周波数間隔毎の前記無変調波制御電圧データの差分を算出して制御ステップ値を生成する手段と、周波数間隔毎の前記無変調波制御電圧データ及び前記制御ステップ値を記憶する手段と、を備え、周波数計測モードにおいて、前記制御ステップ値を生成して該制御ステップ値と前記無変調波制御電圧データを記憶する一方で、前記位相同期ループ処理部の前記第1の分周手段に可変分周データが設定されるタイミングで該可変分周データに対応する記憶された前記無変調波制御電圧データを位相同期ループ初期設定電圧として出力するように制御される制御電圧データ生成部と、
前記周波数計測モードにおいては前記位相同期ループ処理部の出力を前記電圧制御発振器に出力するスイッチ回路と、
前記制御電圧データ生成部の出力をアナログ値に変換するD/A変換器と、
該D/A変換器の出力の高調波成分を除去して平滑化するローパスフィルタと、
を含んで構成され
前記制御電圧データ生成部は、記憶された前記無変調波制御電圧データ及び前記制御ステップ値から三角波変調波形データを生成出力する手段と、記憶された前記無変調波制御電圧データを出力する手段と、をさらに備え、FM−CW波出力スロットで構成されるレーダモードにおいては前記制御ステップ値を基に前記三角波変調波形データを生成出力し、前記FM−CW波出力スロットと無線通信スロットで構成されるレーダ/通信モードにおいては前記FM−CW波出力スロットで前記三角波変調波形データを生成出力し前記無線通信スロットで前記無変調波制御電圧データを出力し、
前記スイッチ回路は、前記周波数計測モードにおいては前記位相同期ループ処理部の出力を、前記レーダモード若しくは前記レーダ/通信モードにおいては前記ローパスフィルタの出力を切り替えて前記電圧制御発振器に出力し、
一定の周波数間隔の前記複数の無変調周波数を順次生成して得られる前記無変調波制御電圧データ及び前記制御ステップ値を記憶する前記周波数計測モードと、前記三角波変調波形データを生成して出力する前記レーダモード若しくは前記三角波変調波形データ又は前記無変調波制御電圧データを生成して出力する前記レーダ/通信モードとを一定周期で繰り返すことを特徴とする周波数変調回路。
A frequency modulation circuit in an FM-CW radar device and a communication integrated radar device,
A voltage controlled oscillator that oscillates a frequency according to an input control voltage;
Distributing means for distributing the output of the voltage controlled oscillator, outputting one to a phase locked loop processing unit described later and the other as an output of the frequency modulation circuit;
A first frequency dividing unit that variably divides the non-modulated frequency output from the distributing unit; a second frequency dividing unit that fixedly divides the reference oscillation output; the output of the first frequency dividing unit; A phase comparison unit that compares the phase of the output of the second frequency divider and the phase synchronization state between the output of the first frequency divider and the output of the second frequency divider from the output of the phase comparator; Detecting means; loop filter means for removing and smoothing the harmonic component of the output of the phase comparison means; and adding the output of the loop filter means and the output of the control voltage data generator at a subsequent stage of the loop filter means And a phase-locked loop for generating a non-modulated wave control voltage for obtaining a plurality of non-modulated frequencies generated at a constant frequency interval in accordance with variable frequency division data set in the first frequency dividing means A processing unit;
Reference oscillation means for generating the reference oscillation output;
An A / D converter for converting the unmodulated wave control voltage into unmodulated wave control voltage data which is a digital value;
Means for calculating a difference between the unmodulated wave control voltage data for each adjacent frequency interval to generate a control step value; and means for storing the unmodulated wave control voltage data for each frequency interval and the control step value; In the frequency measurement mode, the control step value is generated and the control step value and the unmodulated wave control voltage data are stored, while being variable in the first frequency dividing means of the phase locked loop processing unit A control voltage data generator that is controlled to output the stored unmodulated wave control voltage data corresponding to the variable frequency division data as a phase locked loop initial setting voltage at a timing at which the frequency division data is set;
In the frequency measurement mode, a switch circuit that outputs the output of the phase locked loop processing unit to the voltage controlled oscillator;
A D / A converter for converting the output of the control voltage data generator into an analog value;
A low-pass filter that removes and smoothes the harmonic components of the output of the D / A converter;
It is configured to include a,
The control voltage data generation unit generates and outputs triangular wave modulation waveform data from the stored unmodulated wave control voltage data and the control step value, and outputs the stored unmodulated wave control voltage data. , And generating and outputting the triangular wave modulation waveform data based on the control step value, and comprising the FM-CW wave output slot and a radio communication slot. In the radar / communication mode, the triangular wave modulated waveform data is generated and output in the FM-CW wave output slot, and the unmodulated wave control voltage data is output in the wireless communication slot.
The switch circuit outputs the output of the phase-locked loop processing unit in the frequency measurement mode to the voltage-controlled oscillator by switching the output of the low-pass filter in the radar mode or the radar / communication mode,
The frequency measurement mode for storing the non-modulated wave control voltage data and the control step value obtained by sequentially generating the plurality of non-modulated frequencies at a constant frequency interval, and the triangular wave modulated waveform data are generated and output. A frequency modulation circuit, wherein the radar mode, the triangular wave modulation waveform data, or the radar / communication mode for generating and outputting the unmodulated wave control voltage data is repeated at a constant cycle .
前記基準発振手段が、設定される位相データを積算し、該積算結果を基に予め記憶したサイン波生成データを読み出して任意の基準発振出力をディジタル値で生成出力する数値制御発振手段と、該数値制御発振手段のディジタル出力をアナログ値に変換するD/A変換器と、該D/A変換器出力の高調波成分を除去して平滑化するローパスフィルタとで構成され、また前記位相同期ループ処理部における第1の分周手段には固定分周データを設定し、周波数計測モードにおいて前記数値制御発振手段に設定する位相データを変えることで基準発振出力の周波数を一定間隔で順次可変し、周波数間隔が一定である複数の無変調周波数を順次生成することを特徴とする請求項1に記載の周波数変調回路。 The reference oscillation means integrates the set phase data, reads the sine wave generation data stored in advance based on the integration result, and generates and outputs an arbitrary reference oscillation output as a digital value; and A D / A converter for converting the digital output of the numerically controlled oscillating means into an analog value, and a low-pass filter for removing and smoothing the harmonic component of the output of the D / A converter; The fixed frequency division data is set in the first frequency division means in the processing unit, and the frequency of the reference oscillation output is sequentially changed at regular intervals by changing the phase data set in the numerically controlled oscillation means in the frequency measurement mode. frequency modulation circuit according to claim 1, frequency interval, characterized in that the sequentially generating a plurality of unmodulated frequency is constant. FM−CW波を送信して目標物からの反射波(以下FM−CW反射波という)を受信するFM−CWレーダ装置であって、
請求項1または2に記載の周波数変調回路と、
該周波数変調回路の出力を逓倍してミリ波帯FM−CW波を生成する逓倍手段と、
該逓倍手段の出力を分配して、一方を後述の送信手段に出力し他方を後述の周波数変換手段に出力する分配手段と、
該分配手段の出力であるミリ波帯FM−CW波を送信する送信手段と、
該送信手段の出力に対するFM−CW反射波を受信する受信手段と、
該受信手段の出力と前記分配手段の出力とを混合して出力する周波数変換手段と、
該周波数変換手段の出力であるビート信号から測距データを抽出する測距データ抽出手段と、
前記周波数変調回路に供する制御信号を生成し、前記測距データから目標物の相対速度及び相対距離を算出する制御部と、
を含んで構成され、周波数計測モードとレーダモードを一定周期で繰り返し、レーダモードにおけるFM−CW波出力スロットでFM−CW波を出力し、目標物の相対距離及び相対速度を検出することを特徴とするFM−CWレーダ装置。
An FM-CW radar apparatus that transmits an FM-CW wave and receives a reflected wave from a target (hereinafter referred to as an FM-CW reflected wave),
The frequency modulation circuit according to claim 1 or 2 ,
Multiplying means for multiplying the output of the frequency modulation circuit to generate a millimeter-wave FM-CW wave;
Distributing means for distributing the output of the multiplying means, outputting one to a transmitting means described later and outputting the other to a frequency converting means described later;
Transmitting means for transmitting a millimeter wave band FM-CW wave which is an output of the distributing means;
Receiving means for receiving an FM-CW reflected wave with respect to the output of the transmitting means;
A frequency converting means for mixing and outputting the output of the receiving means and the output of the distributing means;
Ranging data extracting means for extracting ranging data from the beat signal that is the output of the frequency converting means;
A control unit for generating a control signal to be provided to the frequency modulation circuit and calculating a relative speed and a relative distance of a target from the distance measurement data;
The frequency measurement mode and the radar mode are repeated at a constant cycle, the FM-CW wave is output in the FM-CW wave output slot in the radar mode, and the relative distance and the relative velocity of the target are detected. FM-CW radar device.
FM−CW波と無線通信用送信波を時分割で送信し、FM−CW反射波及び目標物に搭載された子局無線通信装置の送信波を受信する通信統合レーダ装置であって、
請求項1または2に記載の周波数変調回路と、
該周波数変調回路の出力を逓倍してミリ波帯FM−CW波又はミリ波帯無変調波を生成する逓倍手段と、
該逓倍手段の出力を分配して、一方を後述の送信手段に出力し他方を後述の周波数変換手段に出力する分配手段と、
無線通信スロットにおいて、目標物に搭載された子局無線通信装置に送信するデータを生成する送信データ処理手段と、
無線通信スロットにおいては前記ミリ波帯無変調波をローカル信号として前記送信データ処理手段の送信データから無線通信用送信波を生成して送信し、FM−CW波出力スロットにおいては前記ミリ波帯FM−CW波を送信する送信手段と、
前記子局無線通信装置の送信波若しくはFM−CW反射波を受信し無線通信用受信波若しくはFM−CW受信波を出力する受信手段と、
該受信手段の出力と前記分配手段の出力とを混合して出力する周波数変換手段と、
FM−CW波出力スロットにおいて前記周波数変換手段の出力として得られるビート信号から測距データを抽出する測距データ抽出手段と、
無線通信スロットにおいて前記周波数変換手段又は前記受信手段の出力である無線通信用受信波から受信ベースバンド信号を抽出して処理する受信復調手段と、
前記周波数変調回路に供する制御信号及び前記送信データ処理手段に供する送信データの生成、前記測距データから目標物の相対速度及び相対距離の算出、及び前記受信復調手段の出力を処理する制御部と、
を含んで構成され、周波数計測モードとレーダ/通信モードを一定周期で繰り返し、レーダ/通信モードにおいて目標物の相対距離及び相対速度を検出するFM−CW波出力スロットと子局無線通信装置との無線通信を行なう無線通信スロットが交互に動作することを特徴とする通信統合レーダ装置。
A communication integrated radar device that transmits FM-CW waves and radio communication transmission waves in a time-sharing manner and receives FM-CW reflected waves and transmission waves of a slave station radio communication device mounted on a target,
The frequency modulation circuit according to claim 1 or 2 ,
Multiplying means for multiplying the output of the frequency modulation circuit to generate a millimeter wave band FM-CW wave or a millimeter wave band unmodulated wave;
Distributing means for distributing the output of the multiplying means, outputting one to a transmitting means described later and outputting the other to a frequency converting means described later;
Transmission data processing means for generating data to be transmitted to the slave station wireless communication device mounted on the target in the wireless communication slot;
In the wireless communication slot, the millimeter wave band unmodulated wave is generated as a local signal, and a transmission wave for wireless communication is generated from the transmission data of the transmission data processing means and transmitted. In the FM-CW wave output slot, the millimeter wave band FM is transmitted. A transmission means for transmitting CW waves;
Receiving means for receiving a transmission wave or FM-CW reflected wave of the slave station wireless communication device and outputting a radio communication reception wave or FM-CW reception wave;
A frequency converting means for mixing and outputting the output of the receiving means and the output of the distributing means;
Ranging data extraction means for extracting ranging data from a beat signal obtained as an output of the frequency conversion means in an FM-CW wave output slot;
Receiving demodulation means for extracting and processing a received baseband signal from a received wave for wireless communication which is an output of the frequency converting means or the receiving means in a wireless communication slot;
A control unit for processing a control signal to be provided to the frequency modulation circuit and transmission data to be provided to the transmission data processing unit, a calculation of a relative speed and a relative distance of a target from the distance measurement data, and an output of the reception demodulation unit; ,
The frequency measurement mode and the radar / communication mode are repeated at regular intervals, and the FM-CW wave output slot for detecting the relative distance and relative speed of the target in the radar / communication mode and the slave station radio communication device A communication integrated radar apparatus, wherein wireless communication slots for performing wireless communication operate alternately.
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