JP6647396B2 - Ｆｍ−ｃｗレーダ - Google Patents

Description

本発明は、ＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）方式による周波数変調を利用するＦＭ−ＣＷレーダおよびＦＭ−ＣＷレーダが送信するＦＭ−ＣＷ信号の生成方法に関する。

ＦＭ−ＣＷレーダは、構成の容易さ、ベースバンドで取り扱う周波数帯域が比較的低周波数で信号処理が容易となることなどから、昨今では、低価格化を狙ったミリ波帯の衝突防止レーダなどに多く使用されている。

ＦＭ−ＣＷ方式では、送信周波数を低周波から高周波へと変化させるＵｐチャープ信号と、高周波から低周波へと変化させるＤｏｗｎチャープ信号とが用いられ、各々から得られるビート信号のピーク周波数の和およびピーク周波数の差から、目標物体との距離および相対速度が算出される。

一方、ＦＭ−ＣＷレーダを構成する送受信モジュール部は、電圧制御発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：以下「ＶＣＯ」と表記）の個体差ばらつき、および温度特性により、出荷検査工程における調整作業が必須であり、量産時の検査時間削減の足枷となっている。また、出荷後はフィードバック制御が無いため、経年劣化等によるＶＣＯの特性変動に対応できないことも課題となっている。

なお、下記特許文献１には、アナログの制御電圧に応じて発振周波数が変化するＶＣＯの出力信号を分周数Ｎで分周する分周器と、分周器の出力信号から位相情報を検出してディジタル位相情報を出力するディジタル位相検出器と、ディジタル位相検出器が出力したディジタル位相情報を微分してディジタル周波数情報に変換する微分器と、を備える構成が開示されている。

特開２０１３−４７６１７号公報

上記特許文献１では、上述のように、ＶＣＯ出力の位相情報に基づいて周波数情報を求めるようにしているが、ＶＣＯ出力の具体的な生成方法については開示されていない。このため、従来技術では、経年劣化等によるＶＣＯの特性変動に的確に対応することができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、経年劣化等によるＶＣＯの特性変動に的確に対応することができるＦＭ−ＣＷレーダおよびＦＭ−ＣＷ信号の生成方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ＦＭ−ＣＷ方式による周波数変調を利用するＦＭ−ＣＷレーダであって、前記ＦＭ−ＣＷレーダには、目標物体からの反射波を受信する高周波回路と、前記高周波回路が生成したアナログ信号をディジタル信号に変換し、少なくとも前記目標物体までの距離および前記目標物体の速度を検出する信号処理部と、が構成され、前記高周波回路には、前記信号処理部からの変調電圧を受けて周波数変調された高周波信号を発生する電圧制御発振器が設けられ、前記信号処理部には、変調制御データの初期値が格納されるルックアップテーブルが設けられ、前記信号処理部は、リニア特性を有するデフォルトチャープを印加することによって表れる電圧周波数特性から算出した周波数初期値および電圧初期値を使用し、電圧刻みを一定とし、且つ、時間刻みを変化させることで生成した補正データで前記ルックアップテーブルに格納されたデータを更新することを特徴とする。

本発明によれば、経年劣化等によるＶＣＯの特性変動に的確に対応することができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係るＦＭ−ＣＷレーダの構成を示すブロック図 一部の構成要素を省略した実施の形態１に係るＦＭ−ＣＷレーダの構成を示すブロック図 ＬＵＴに格納される変調制御データを構成する各パラメータの説明に供する図 マイコンにおける周波数情報の算出処理の流れを示すフローチャート 図４に示す処理を専用のプロセッサで行う場合の算出処理の流れを示すブロック図 多項式近似による補正処理の流れを示すフローチャート ＬＵＴの更新および更新後の送信処理の説明に供するタイムチャート ３次関数を用いた周波数初期値および電圧初期値の算出処理を示すフローチャート デフォルトチャープの波形を示す図 Ｖ−ｆ特性の波形を示す図 所望のｔ−ｆ特性を示す図 所望のｔ−ｆ特性を得るための補正時の印加電圧を示す図 マイコンにおける時間誤差計算による補正処理の流れを示すフローチャート 時間誤差計算による補正処理の概念の説明に供する図 マイコンの不揮発性メモリに格納される格納データのイメージを表形式で示す図 実施の形態４に係る警報処理の流れを示すフローチャート 実施の形態４に係る異常判定処理の流れを示すフローチャート 実施の形態４に係る特異点の判定処理の流れを示すフローチャート

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るＦＭ−ＣＷレーダおよびＦＭ−ＣＷ信号の生成方法について詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るＦＭ−ＣＷレーダの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るＦＭ−ＣＷレーダは、ＦＭ−ＣＷ方式による周波数変調を利用するＦＭ−ＣＷレーダであって、図１に示すように、送信アンテナ１（Ｔｘ）を介して送信信号を電波として空間に放射すると共に、送信した電波の目標物体からの反射波を受信アンテナ２（Ｒｘ）を介して受信する高周波回路１３と、高周波回路１３から出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、目標物体までの距離および目標物体の速度を検出し、要すれば目標物体の方位を検出する信号処理部１４と、高周波回路１３に供給する各種の制御電圧を制御する制御回路１２と、を主たる構成要素として構成されている。

高周波回路１３は、基本要素として、信号処理部１４から送信指令として、三角波電圧信号であるＶＣＯ変調電圧を受けて周波数変調された高周波信号を発生するＶＣＯ４と、ＶＣＯ４が出力する高周波信号の大部分を送信アンテナ１に与え、残りをローカル信号として与える電力分配器３と、ローカル信号が付与され、受信アンテナ２の受信信号をローカル信号によって周波数変換、具体的にはダウンコンバートするミキサ５と、を備えている。なお、高周波回路１３の各要素は、ＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＩＣ）で構成されている。

高周波回路１３と信号処理部１４との間には、ベースバンドアンプ回路６、プリスケーラ１５、ミキサ１７および基準周波数発生器１８が設けられる。これらの各構成部の機能については後述する。なお、以上に説明した、送信アンテナ１、受信アンテナ２、ベースバンドアンプ回路６、制御回路１２、高周波回路１３、信号処理部１４、プリスケーラ１５、ミキサ１７および基準周波数発生器１８は、ミリ波送受信モジュールを構成する。

信号処理部１４は、ＦＭ−ＣＷレーダにおける送信処理と計測処理とを主に行う主回路部であるマイコン１０と、マイコン１０からの送信指令である三角波電圧信号をアナログ信号に変換し高周波回路１３のＶＣＯ４に付与するディジタルアナログ変換器（以下、適宜「ＤＡＣ」と表記）７と、ベースバンドアンプ回路６からの受信信号をディジタル信号に変換しマイコン１０に付与するアナログディジタル変換器（以下、適宜「ＡＤＣ」と表記）８と、詳細な機能は後述するＡＤＣ１６と、を備えている。なお、マイコン１０は、ＶＣＯ４に与える三角波電圧信号データを格納するルックアップテーブル（以下、適宜「ＬＵＴ」と表記）９を有している。また、ＦＭ−ＣＷレーダには、周囲温度をモニタする周囲温度モニタ１１が設けられており、周囲温度モニタ１１の検出値がマイコン１０に入力されるように構成されている。

制御回路１２は、マイコン１０の制御下で、高周波回路１３内の各ＭＭＩＣに供給する各種の制御電圧を制御する。マイコン１０には、不揮発性メモリ１９が設けられている。ここで、高周波回路１３内の各ＭＭＩＣは、製造ロットによってばらつきがある。このため、マイコン１０内の不揮発性メモリ１９には、ミリ波送受信モジュールの製品ごと、個々に調整して決定した制御電圧値を格納しておく。実際の運用時には、不揮発性メモリ１９から制御電圧値がマイコン１０によって読み出され、制御回路１２を介して高周波回路１３内の各ＭＭＩＣに供給される。

ＶＣＯ４は、信号処理部１４から三角波電圧信号であるＶＣＯ変調電圧を受けて、周波数が一定期間内に上昇する上昇変調信号と、一定期間内に下降する下降変調信号とを含む高周波信号であるＦＭ−ＣＷ信号を発生する。発生したＦＭ−ＣＷ信号の大部分は、電力分配器３から送信アンテナ１に供給され、送信アンテナ１からミリ波電波が目標物体に向けて照射される。また、残りのＦＭ−ＣＷ信号、すなわち送信アンテナ１に供給されなかった部分は、ローカル信号としてミキサ５に供給される。

受信アンテナ２に捕捉された目標物体での反射波は、受信信号としてミキサ５に入力される。ミキサ５は、受信アンテナ２からの受信信号と電力分配器３からのローカル信号とをミキシングし、両者の周波数差を周波数に持つビート信号を出力する。このビート信号は、ベースバンドアンプ回路６にて適宜レベルに増幅され、ＡＤＣ８を介してマイコン１０に入力される。マイコン１０は、入力したビート信号における上昇変調期間での周波数と下降変調期間での周波数とから、目標物体までの距離および相対速度を求め、また、要すれば目標物体の方位を求める。

ここで、ＶＣＯ４の分周信号は、プリスケーラ１５にて、ある整数分の１の周波数に落とされ、ミキサ１７に入力される。ミキサ１７は、プリスケーラ１５からの出力信号と基準周波数発生器１８からのローカル信号とをミキシングし、両者の周波数差を周波数に持つ信号を出力する。ミキサ１７の出力信号は、ＡＤＣ１６を介してマイコン１０に入力され、ＬＵＴ９内にある三角波電圧信号データの更新に利用される。

なお、図１の構成において、ミキサ１７および基準周波数発生器１８を使用しない構成も可能であり、当該構成を図２に示す。図２の構成では、ＡＤＣ１６に入力される信号の周波数帯はプリスケーラ１５が出力する信号の周波数帯となる。このため、図１で使用するＡＤＣ１６よりも処理クロックの高いものが必要となるが、ミキサ１７および基準周波数発生器１８を使用しないという利点があり、ミリ波送受信モジュールのコスト低減、信頼性向上に有効である。

つぎに、実施の形態１に係るＦＭ−ＣＷレーダの要部について、図１、図３から図７の図面を参照して説明する。図３は、ＬＵＴ９に格納される変調制御データを構成する各パラメータの説明に供する図である。図４は、マイコン１０における周波数情報の算出処理の流れを示すフローチャートである。図５は、図４に示す処理を専用のプロセッサで行う場合の算出処理の流れを示すブロック図である。図６は、多項式近似による補正処理の流れを示すフローチャートである。図７は、ＬＵＴ９の更新および更新後の送信処理の説明に供するタイムチャートである。

まず、図３を参照して、ＬＵＴ９に格納される変調制御データについて説明する。変調制御データは、電圧ステップＤＶ、開始電圧ＢＶ、時間刻みＤＣ、時間データ数ＤＮによって構成される。図３では、横軸に時間をとり、縦軸は電圧値を表している。時間刻みＤＣおよび時間データ数ＤＮのパラメータは時間軸でのパラメータであり、開始電圧ＢＶおよび電圧ステップＤＶは、電圧軸でのパラメータである。さらに詳細な説明は以下の通りである。

（電圧ステップＤＶ）
ＤＡＣ７における電圧分解能の整数倍で設定され、基本的には一定値である。ＤＡＣ７が、例えばリファレンス電圧：５Ｖ、分解能：１０ｂｉｔである場合、電圧分解能は、５／１０２４≒０．００４８８Ｖとなる。

（開始電圧ＢＶ）
変調制御データの開始電圧であり、電圧ステップＤＶと同様に、ＤＡＣ７の電圧分解能の整数倍で設定される。

（時間刻みＤＣ）
ある電圧値における維持時間であり、マイコン１０の最小時間分解能の整数倍に設定される。基本的には、この時間刻みＤＣによって、波形の形状がコントロールされる。なお、初期値としてＬＵＴ９に格納されるデフォルトチャープデータは、時間刻みＤＣを一定値としている。

（時間データ数ＤＮ）
任意の一区間における時間刻みＤＣの累積値であり、当該一区間におけるデータ数を意味する。

なお、補正の高精度化のため、本実施の形態では、電圧ステップＤＶは一定とし、時間刻みＤＣを変化させることで目的の波形を成形する。なお、電圧ステップＤＶを一定ではなく、可変としてもよいことは言うまでもない。

つぎに、図４および図５を参照して、周波数情報の算出処理について説明する。

（直交復調処理）
図４のステップＳ１０１の処理および図５における余弦関数および正弦関数発生器３１、乗算器３２ａ，３２ｂでの処理がこれに対応する。具体的には、ＡＤＣ１６にてサンプリングしたデータを、直交検波によりＩ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ、同相）成分およびＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ、直交）成分という２つの信号に分離する。これらＩ成分およびＱ成分の信号は、次式で表される。

（フィルタ処理）
図４のステップＳ１０２の処理および図５におけるローパスフィルタ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：以下「ＬＰＦ」と表記）３３ａ，３３ｂでの処理がこれに対応する。なお、本実施の形態では、ステップＳ１０１の直交復調処理で得られたＩ信号およびＱ信号の各々に対して、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタによる重み付け係数を乗算した処理とする。このＦＩＲフィルタ処理は次式で表すことができる。なお、フィルタ処理は、ＦＩＲフィルタに限定されるものではなく、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを用いてもよい。

（位相計算）
図４のステップＳ１０３の処理および図５における逆正接関数演算器３４での処理がこれに対応する。ステップＳ１０３の処理では、次式で示される瞬時位相θ（ｎ）が生成される。

（周波数の算出）
図４のステップＳ１０４の処理および図５における周波数演算器３５での処理がこれに対応する。ステップＳ１０４の処理では、次式で示される瞬時周波数ｆ''（ｎ）が生成される。

以上の計算により、時間と周波数の関係が得られる。得られた周波数は、次式で示される変換式にて、７６から７７ＧＨｚ帯の数値に変換される。

なお、上記（５）式は、基準周波数発生器１８の局部発振信号周波数ｆ_ｘｏが１９ＧＨｚである場合、すなわち、ＶＣＯ４の分周信号を１９ＧＨｚ帯でモニタした場合の算出式である。

（フィルタによる遅延時間の考慮）
図４のステップＳ１０５の処理がこれに対応する。ステップＳ１０５の処理では、ステップＳ１０１からステップＳ１０４の処理で得られた時間と周波数の関係を、ＦＩＲフィルタにより発生した遅延時間を考慮して、周波数データをシフトする処理を行う。具体的に、ステップＳ１０５では、次式で示されるシフト処理を行う。

つぎに、多項式近似による補正処理について説明する。まず、図４に示した「周波数情報の算出処理」のフローによって算出された周波数情報は、時間に対する周波数データとしてマイコン１０の不揮発性メモリ１９に格納される。また、図３の図面を参照して説明した変調制御データは、時間に対する電圧データとして、マイコン１０のＬＵＴ９に格納されている。ここで説明する多項式近似による補正処理は、「時間に対する周波数データ」と「時間に対する電圧のデータ」を参照することにより、電圧と周波数との関係を多項式にて近似する処理を行うものである。なお、多項式で近似された近似関数をもとに、周波数の線形性を得るために必要な変調データが生成され、次周期に出力する変調制御データとしてＬＵＴ９に適用される。すなわち、多項式で近似された近似関数によって、ＬＵＴ９に格納された変調制御データが更新される。

つぎに、多項式近似による補正処理の一例について、図６を参照して説明する。なお、図６の例の前提として、ＤＡＣ７のビット数を１０ビットとし、多項式近似の関数として２次関数を使用する。

（電圧範囲の決定）
図６のステップＳ２０１の処理がこれに対応する。具体的には、次式に示すように周波数を電圧の２次関数で表し、中心電圧Ｖ_ｃに対応する中心周波数ｆ_ｃを求め、必要な変調幅Δｆ分の開始周波数ｆ_ｍｉｎと、開始電圧Ｖ_ｍｉｎとを設定する。

（電圧刻みの設定）
図６のステップＳ２０２の処理がこれに対応する。具体的には、電圧ステップＤＶを固定値で設定する。

（初期電圧および初期周波数の設定）
図６のステップＳ２０３の処理がこれに対応する。具体的に、初期電圧Ｖ_０は、上記（７）式で求めた開始電圧Ｖ_ｍｉｎを電圧刻みごとにＤＡＣ７の持ちうる値に丸めたものであり、この値が開始電圧ＢＶとなる。また、初期周波数ｆ_０はＶ_０に対応する周波数である。次式で求められる。

（時間刻みデータの算出）
図６のステップＳ２０４の処理がこれに対応する。なお、αは変調幅と規定時間から求められる周波数の理論傾きである。

上記（９）式と上記（７）式における２次関数の近似式（第１式）から、時間算出式は次式のように表現できる。

なお、電圧は初期電圧をＶ_０として、電圧刻みを１ステップずつ変化させる。求めた時間は、マイコン１０の最小時間分解能で量子化されて表現される。

（最終電圧の算出）
図６のステップＳ２０５の処理がこれに対応する。具体的には、ステップＳ２０４で算出する時間刻みデータの累積時間が、規定時間を超えないところまで計算する。得られた時間刻みＤＣの個数が時間データ数ＤＮとなる。なお、初期電圧Ｖ_０に対し、最終電圧Ｖ_ｅは、次式のように計算できる。

つぎに、実施の形態１に係るＬＵＴ９の更新処理および更新後の送信処理について、図７のタイムチャートを使用して説明する。図７では、横軸に時間をとり、縦軸には、上部側から、モジュール電源のＯＮ状態、三角波変調信号、送信周波数、ＶＣＯ制御電圧および送信系制御電圧を示している。

ＬＵＴ９には、変調制御データの初期値として、予め決められたデータが格納されている。この予め決められたデータは、デフォルトチャープデータと称される。図７において、デフォルトチャープデータは、三角波変調信号における波形Ｋ１で示されている。ＶＣＯ４の特性変動がない場合、送信アンテナ１から送信されるＦＭ−ＣＷ信号の周波数の波形は、波形Ｋ４に示すようなリニアリティのある波形となる。一方、経年劣化等により、ＶＣＯ４に特性変動が生じた場合、送信アンテナ１から送信されるＦＭ−ＣＷ信号の周波数の波形は、波形Ｋ２に示されるようなリニアリティのない波形となる。そこで、実施の形態１では、ＶＣＯ４の分周信号をディジタル信号に変換して定期的にモニタすると共に、ＶＣＯ４の分周信号における位相情報から周波数情報を算出している（図４の処理フロー）。さらに、算出結果を使用して補正処理を行い、送信周波数のリニアリティ確保に必要な電圧データを計算している（図６の処理フロー）。図６の処理を行った後、ＬＵＴ９のデータは波形Ｋ３で示されるようなデータに更新されており、波形Ｋ２に対して波形Ｋ３を用いてＦＭ−ＣＷ信号を生成すれば、波形Ｋ４に示されるようなリニアリティのある波形が生成される。

なお、１回目の周波数情報を算出し、補正処理を行ってＬＵＴ９を更新するまでは、ＦＭ−ＣＷ信号の送信は行わない。この処理は、図７に示すように、モジュール電源がオンされた後にＶＣＯ制御電圧をオンにして周波数の算出処理および補正処理は行うものの、送信系制御電圧をオフにしておけば、ＦＭ−ＣＷ信号の送信を抑止することができる。また、ＬＵＴ９の更新に同期させて、送信系制御電圧をオンにすれば、ＬＵＴ９の更新後に速やかにＦＭ−ＣＷ信号の送信が可能となる。

以上説明したように、実施の形態１では、ＶＣＯ４の分周信号の位相情報から周波数情報を算出し、算出結果を使用して生成した補正データでＬＵＴ９に格納されたデータを更新することとしたので、経年劣化等によるＶＣＯの特性変動に的確に対応することができる。また、ＶＣＯの特性変動に的確に対応することができるので、出荷検査工程における検査時間を削減でき、出荷後におけるフィードバック制御の仕組みを構築でき、ＶＣＯ補正の高精度が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、多項式近似による補正処理として、Ｖ−ｆ曲線を２次関数で近似した場合の算出処理について説明した。すなわち、実施の形態１は、電圧初期値を２次関数を用いて直接計算する手法であった。これに対し、実施の形態２では、電圧初期値を直接計算するのではなく、近似解を利用した反復法による解法を用いることにより、Ｖ−ｆ曲線を３次以上の多項式または指数関数を含む他の関数でも近似できるようにした手法を提案する。

以下、本実施の形態では、２次関数以外の関数の一例として、３次関数を用いた場合の算出処理について、図８から図１２の図面を参照して説明する。図８は、３次関数を用いた周波数初期値および電圧初期値の算出処理を示すフローチャートである。図８に示す処理フローの全体は、図６に示したステップＳ２０３に対応する処理である。図９は、デフォルトチャープの波形を示す図である。図１０は、Ｖ−ｆ特性の波形を示す図である。図１１は、所望のｔ−ｆ特性を示す図である。図１２は、所望のｔ−ｆ特性を得るための補正時の印加電圧を示す図である。なお、基本的な構成は、図１または図２に示す実施の形態１の構成と同一または同等であり、具体的な構成に関する説明は省略する。

まず、図９に示すようなリニア特性を有するデフォルトチャープを印加する（ステップＳ３０１）。なお、前述の通り、デフォルトチャープデータは、ＬＵＴ９に格納されている。デフォルトチャープの印加によって、図１０に示すようなＶ−ｆ特性が表れるので、このＶ−ｆ特性を表す曲線すなわちＶ−ｆ曲線を取得する（ステップＳ３０２）。

つぎに、ステップＳ３０２で得られたＶ−ｆ曲線を、次式で示されるような３次関数で近似する（ステップＳ３０３）。

また、このとき、次式で示される（１２）式の微分形も準備しておく。

つぎに、周波数初期値ｆ_ｍｉｎを決定する（ステップＳ３０４）。具体的な例で説明すると、電圧２．５Ｖを中心周波数とし、変調帯域を±２００ＭＨｚと定義すれば、周波数初期値ｆ_ｍｉｎを決定することができる。

ステップＳ３０４で得られた周波数初期値ｆ_ｍｉｎを上記（１２）式に代入し、次式で示される３次方程式をたてる。

一般に、ｆ（ｘ）＝０となるｘを求める際、近似解ｘ_０をとることにより、次式で示される漸化式によって、ｘに収束する数列を得ることができる。

電圧初期値Ｖ_ｍｉｎの近似解として、経験からＶ_０＝１を与える。その後は、上記（１４）式に従って反復計算を実施することで、電圧初期値Ｖ_ｍｉｎが求められる（ステップＳ３０５）。実際のところ、電圧初期値Ｖ_ｍｉｎの計算は、５回程度の繰り返し計算により、所望の値に収束する。

最後に、時間刻みデータを算出する（ステップＳ３０６）。ステップＳ３０６の処理の考え方は、図６に示すステップＳ２０４の処理と同等である。説明は重複するが、図６の説明とは関数が異なるので、以下に説明する。

まず、目標とする周波数データは、リニアリティを得るために、次式のように１次関数で表現できる。

上記（１２）、（１６）式により、次式が得られる。

上記（１７）式において、αは周波数の傾き（ＧＨｚ／μｓ）であり、変調幅および変調時間から求めることができる。また、βには、周波数初期値ｆ_ｍｉｎを代入すればよい。以下、上記のステップＳ３０５で求めた電圧初期値Ｖ_ｍｉｎから初めて、電圧刻みを１ステップずつ変化させる。このとき、１ステップずつ変化させた電圧刻みに対応する時間データ、すなわち時間刻みデータを取得する。ここで取得した時間刻みデータは、次周期に出力する変調制御データとしてＬＵＴ９に適用される。すなわち、３次関数で近似した近似関数によって、ＬＵＴ９に格納された変調制御データが更新される。以降の処理は、実施の形態１で説明した通りであり、ここでの説明は省略する。

以上説明したように、実施の形態２では、リニア特性を有するデフォルトチャープを印加することによって表れるＶ−ｆ特性から算出した周波数初期値および電圧初期値を使用し、電圧刻みを一定とし、且つ、時間刻みを変化させることで生成した補正データでＬＵＴ９に格納されたデータを更新することとしたので、経年劣化等によるＶＣＯの特性変動に的確に対応することができる。また、ＶＣＯの特性変動に的確に対応することができるので、出荷検査工程における検査時間を削減でき、出荷後におけるフィードバック制御の仕組みを構築でき、ＶＣＯ補正の高精度が可能となる。

実施の形態３．
実施の形態１では、位相計算による周波数の算出処理と、多項式近似による補正処理とを併用して、ＬＵＴ９の更新処理を行う実施の形態について説明したが、実施の形態３では、ＬＵＴ９の２回目以降の更新処理を時間誤差計算による補正処理で代用する実施の形態を説明するものである。なお、基本的な構成は、図１または図２に示す実施の形態１の構成と同一または同等であり、具体的な構成に関する説明は省略する。

つぎに、実施の形態３に係るＦＭ−ＣＷレーダの要部について、図１３および図１４を参照して説明する。図１３は、マイコン１０における時間誤差計算による補正処理の流れを示すフローチャートである。図１４は、「時間誤差計算による補正処理」の概念の説明に供する図である。

（理想周波数直線からの誤差の計算）
図１３のステップＳ４０１の処理がこれに対応する。具体的には、まず、図４に示した「周波数情報の算出処理」のフローによって「時間に対する周波数データ」を算出する。つぎに、「時間に対する周波数データ」と理想周波数直線との誤差δｔ（ｉ）を次式に基づいて計算する。

上記（１８）式において、ｆ_{ｉｄｅａｌ}は理想周波数直線であり、ｆ_{ｄｅｔｅｃｔ}は、図４のフローで算出した周波数データである。また、αは変調幅と規定時間とから求められる周波数の理論的な傾き値（以下「理論傾き値」という）である。算出のイメージは、図１４に示す通りであり、実線波形で示される周波数データの波形ｆ_{ｄｅｔｅｃｔ}と、理想周波数直線の波形ｆ_{ｉｄｅａｌ}との間の矢印の成分、すなわち時間軸方向の差分値を誤差として算出する処理となる。

（時間刻みデータの補正）
図１３のステップＳ４０２の処理がこれに対応する。具体的には、上記（１８）式にて算出した理想周波数直線からの誤差を利用し、時間刻みＤＣを補正する。データ範囲の最初をｋ番目とすると、補正後の時間刻みＤＣは、次式で求めることができる。

上記（１９）式において、ＤＣ（ｋ）はｋ番目における補正前のデータであり、δｔ（ｋ）はＤＣ（ｋ）を使用して求めた誤差成分であり、ＤＣ'（ｋ）はｋ番目における補正後のデータである。同様に、ＤＣ（ｋ＋１）はｋ＋１番目における補正前のデータであり、δｔ（ｋ＋１）はＤＣ（ｋ＋１）を使用して求めた誤差成分であり、ＤＣ'（ｋ＋１）はｋ＋１番目における補正後のデータである。

図１３のフローを用いた場合、実施の形態３に係るＬＵＴ９の更新は以下の処理となる。まず、ＬＵＴ９の１回目の更新では、デフォルトチャープデータに対する周波数特性を多項式近似し（上述の例では２次関数近似）、その結果からリニアリティ確保に必要な電圧テーブルを計算する。一方、ＬＵＴ９の２回目以降の更新では、多項式近似は使用せず、図１３のフローに従って、理想周波数直線に対する時間誤差を算出し、当該時間誤差を使用して各時間データの補正を行う。

以上のように、実施の形態３では、算出した周波数情報のデータと、理想周波数直線の波形データとの間の時間軸方向の差分を誤差として算出し、算出した誤差で時間軸方向の補正を行うこととしたので、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、周囲温度の変動によるＶＣＯの特性変動の兆候を把握し、ＦＭ−ＣＷレーダにおける送信周波数の異常を検出して警報およびエラーを出力する機能を付加するものである。なお、基本的な構成は、図１または図２に示す実施の形態１の構成と同一または同等であり、具体的な構成に関する説明は省略する。

つぎに、実施の形態４に係るＦＭ−ＣＷレーダの要部について、図１５から図１８を参照して説明する。図１５は、マイコン１０の不揮発性メモリ１９に格納される格納データのイメージを表形式で示す図である。図１６は、実施の形態４に係る「警報処理」の流れを示すフローチャートである。図１７は、実施の形態４に係る「異常判定処理」の流れを示すフローチャートである。図１８は、実施の形態４に係る「特異点の判定処理」の流れを示すフローチャートである。

周囲温度モニタ１１によって送受信モジュールの周囲温度が定期的にモニタされる。周囲温度モニタ１１がモニタした温度データは、ＦＭ−ＣＷ信号における送信信号の周波数である送信周波数と共に不揮発性メモリ１９に格納される。

図１６に示す警報処理のフローでは、まず、送信周波数が予め設定された公差内であるか否かが判定され（ステップＳ５０１）、送信周波数が予め設定された公差から外れていれば（ステップＳ５０１，Ｎｏ）、劣化兆候があるものとして、上位制御部に警報を出力する（ステップＳ５０２）。送信周波数が予め設定された公差内であれば（ステップＳ５０１，Ｙｅｓ）、警報は出力しない。

周囲温度のデータと共に送信周波数の情報を不揮発性メモリ１９に格納することで、送信周波数が規定値からズレが生じていないかを確認することができ、要すれば上位制御部に警報を出力することが可能となる。

なお、格納できるデータ数には制限があるため、予め決められた温度間隔でデータを保持し、該当する温度のデータがない場合には、該当する温度の値を線形近似によって求めればよい。

図１６の処理フローは、送信信号の周波数が公差内であるか否かの判定処理であったが、電波法を遵守しているか否かの判定処理として、図１７の処理フローを実行してもよい。なお、図１６の処理フローと、図１７の処理フローとは併存が可能である。

図１７の処理フローを実施する場合、図１５に示すように、電波法で規定された送信周波数の上限値である送信周波数Ｍａｘと、送信周波数の下限値である送信周波数Ｍｉｎと、送信レーダ信号の変調幅とを、周囲温度モニタ１１がモニタした温度データと共に不揮発性メモリ１９に格納しておく。

図１７に示す異常判定処理のフローでは、まず、送信周波数が上限値と下限値との範囲内にあるか否かが判定され（ステップＳ６０１）、上限値と下限値との範囲内でなければ（ステップＳ６０１，Ｎｏ）、異常が発生しているとして、上位制御部にエラーを出力する（ステップＳ６０３）。また、上限値と下限値との範囲内にある場合でも（ステップＳ６０１，Ｙｅｓ）、さらにＦＭ−ＣＷ信号の変調帯域幅が上限値の範囲内にあるか否かを判定し（ステップＳ６０２）、変調帯域幅が上限値の範囲内になければ（ステップＳ６０２，Ｎｏ）、上位制御部にエラーを出力する（ステップＳ６０３）。

なお、上位制御部にエラーが出力された場合、送信出力停止等の処置が行われることは言うまでもない。

また、図１６および図１７の処理フローに加えて、図１８の処理フローを実行してもよい。なお、これら図１６から図１８までの処理フローは、それぞれが併存可能である。

図１８に示す特異点の判定処理のフローでは、まず、送信周波数Ｍｉｎに温度の特異点がないかどうか調べ（ステップＳ７０１）、特異点が有れば（ステップＳ７０１，Ｎｏ）、上位制御部に警報を出力する（ステップＳ７０３）。また、送信周波数Ｍｉｎに温度の特異点がない場合でも（ステップＳ７０１，Ｙｅｓ）、さらに送信周波数Ｍａｘに温度の特異点がないかどうか調べ（ステップＳ７０２）、特異点が有れば（ステップＳ７０２，Ｎｏ）、上位制御部に警報を出力する（ステップＳ７０３）。なお、ここで言う特異点とは、特定の温度で異なった振る舞いをしていないかどうかを調べることが目的である。特異点の情報を得ることにより、不具合が起こったときの故障探求が容易になり、装置の信頼性の向上に寄与できるという効果がある。

なお、上記図１８の処理フローでは、送信周波数Ｍｉｎおよび送信周波数Ｍａｘの双方に対して特異点の判定処理を行っているが、少なくとも一方に対して特異点の判定処理を行うことでもよく、上記の効果は得られる。

以上説明したように、実施の形態４では、高周波回路１３を含む送受信モジュールの周囲温度をモニタし、モニタした温度データをＦＭ−ＣＷ信号における送信周波数と共に不揮発性メモリ１９に格納することとしたので、実施の形態１の効果に加え、警報処理、異常判定処理、および、特異点の判定処理を行うことができるという効果が得られる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

例えば、実施の形態１の処理と、実施の形態３の処理とを組み合わせて実施してもよい。また、実施の形態１の処理と、実施の形態４の処理と、を組み合わせてもよいし、実施の形態３の処理と、実施の形態４の処理と、を組み合わせてもよい。また、実施の形態１から実施の形態４までの全ての処理を組み合わせてもよい。

１ 送信アンテナ（Ｔｘ）、２ 受信アンテナ（Ｒｘ）、３ 電力分配器、５，１７ ミキサ、６ ベースバンドアンプ回路、７ ＤＡＣ（ディジタルアナログ変換器）、８，１６ ＡＤＣ（アナログディジタル変換器）、９ ＬＵＴ（ルックアップテーブル）、１０ マイコン、１１ 周囲温度モニタ、１２ 制御回路、１３ 高周波回路、１４ 信号処理部、１５ プリスケーラ、１８ 基準周波数発生器、１９ 不揮発性メモリ、３１ 正弦関数発生器、３２ａ，３２ｂ 乗算器、３４ 逆正接関数演算器、３５ 周波数演算器。

Claims (6)

1. ＦＭ−ＣＷ方式による周波数変調を利用するＦＭ−ＣＷレーダであって、
   前記ＦＭ−ＣＷレーダには、
   目標物体からの反射波を受信する高周波回路と、
   前記高周波回路が生成したアナログ信号をディジタル信号に変換し、少なくとも前記目標物体までの距離および前記目標物体の速度を検出する信号処理部と、
   が構成され、
   前記高周波回路には、前記信号処理部からの変調電圧を受けて周波数変調された高周波信号を発生する電圧制御発振器が設けられ、
   前記信号処理部には、変調制御データの初期値が格納されるルックアップテーブルが設けられ、
   前記信号処理部は、前記ルックアップテーブルに格納された、時間周波数軸でリニア特性を有する前記電圧制御発振器の変調制御データを用いてデフォルトチャープを印加することによって表れる電圧周波数特性から周波数初期値および電圧初期値を算出し、電圧刻みを一定とし、且つ、時間刻みを変化させることで補正した前記電圧制御発振器の変調制御データを生成し、前記ルックアップテーブルに格納されたデータを更新し、
   １回目の周波数情報を算出して補正処理を行い、且つ、前記電圧制御発振器の制御電圧をオンに制御して前記ルックアップテーブルを更新するまでは、ＦＭ−ＣＷ信号の送信は行わない
   ことを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ。
2. 前記信号処理部は、前記電圧制御発振器からの分周信号を直交復調して周波数情報を計測することを特徴とする請求項１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ。
3. 前記信号処理部には、不揮発性メモリが設けられ、
   前記信号処理部は、前記高周波回路を含む送受信モジュールの周囲温度をモニタし、モニタした温度データおよび前記温度データに対応する前記変調制御データをＦＭ−ＣＷ信号における送信周波数と共に前記不揮発性メモリに格納する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のＦＭ−ＣＷレーダ。
4. 前記送信周波数の情報は、前記電圧制御発振器からの分周信号をモニタすることで計測され、
   前記信号処理部は、前記温度データを使用して前記送信周波数が予め設定された公差内であるか否かを判定し、前記送信周波数が前記公差から外れている場合には、上位制御部に警報を出力することを特徴とする請求項３に記載のＦＭ−ＣＷレーダ。
5. 前記送信周波数の情報は、前記電圧制御発振器からの分周信号をモニタすることで計測され、
   前記信号処理部は、前記温度データを使用して前記送信周波数が上限値と下限値との範囲内にあるか否か、または、前記ＦＭ−ＣＷ信号の変調帯域幅が上限値の範囲内にあるか否かを判定し、前記送信周波数が前記上限値と前記下限値との範囲内になく、または、前記変調帯域幅が上限値の範囲内になければ、上位制御部にエラーを出力することを特徴とする請求項３に記載のＦＭ−ＣＷレーダ。
6. ＦＭ−ＣＷ方式による周波数変調を利用するＦＭ−ＣＷレーダであって、
   前記ＦＭ−ＣＷレーダには、
   目標物体からの反射波を受信する高周波回路と、
   前記高周波回路が生成したアナログ信号をディジタル信号に変換し、少なくとも前記目標物体までの距離および前記目標物体の速度を検出する信号処理部と、
   が構成され、
   前記高周波回路には、前記信号処理部からの変調電圧を受けて周波数変調された高周波信号を発生する電圧制御発振器が設けられ、
   前記信号処理部には、変調制御データの初期値が格納されるルックアップテーブルが設けられ、
   前記信号処理部は、前記ルックアップテーブルに格納された、時間周波数軸でリニア特性を有する前記電圧制御発振器の変調制御データを用いてデフォルトチャープを印加することによって表れる電圧周波数特性から周波数初期値および電圧初期値を算出し、電圧刻みを一定とし、且つ、時間刻みを変化させることで補正した前記電圧制御発振器の変調制御データを生成し、前記ルックアップテーブルに格納されたデータを更新し、
   前記信号処理部には、不揮発性メモリが設けられ、
   前記信号処理部は、
   前記高周波回路を含む送受信モジュールの周囲温度をモニタし、モニタした温度データおよび前記温度データに対応する前記変調制御データをＦＭ−ＣＷ信号における送信周波数と共に前記不揮発性メモリに格納し、
   前記不揮発性メモリに格納した前記温度データを使用して前記送信周波数の下限値および前記送信周波数の上限値のうちの少なくとも一方に特異点がないかどうか判定し、前記特異点が有ると判定された場合には、上位制御部に警報を出力する
   ことを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ。

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