JPH02198379A - 周波数変調波を用いるレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、周波数変調された送信波を被検出物体に向け
て放射し、その反射波と送信波とから被検出物体を検出
するレーダ装置に関する。

従来の技術 第７図は、周波数変調波を用いて被検出物体までの距離
およびその相対速度などを検出する従来の典型的なレー
ダ装置のブロック図である。以下、第７図に示すレーダ
装置の動作について説明する。

ガン（Ｃｕｎｎ　）発振器などによって構成される搬送
波発生回路５１から出力された搬送波信号は周波数変調
回路５２に送出され、変調電圧発生回路５３から出力さ
れた変調電圧に対応した周波数変調が行われる０周波数
変調された送信信号は、サーキュレータ５４を介してア
ンテナ５５から、被検出物体５６に向けて送信波Ｗｏと
して大気中に放射される。

被検出物体５６によって反射した反射波Ｗｒは、アンテ
ナ５５によって受信された後、サーキュレータ５４を介
してミキサ５７に送出される。またこのサーキュレータ
５４を介して、アンテナ５５に送出される送信信号の一
部がミキサ５７に送出されており、該ミキサ５７からは
受信信号の周波数と送信信号の周波数との差の周波数の
信号が増幅回路５８に出力される。増幅回路５８は、ミ
キサ５７から出力された信号を振幅増幅し、信号処理回
路５９に送出する。

増幅回路５８によって振幅増幅された信号は、帯域通過
フィルタ５９ａによって必要な探知領域（周波数）に相
当する信号が波形整形回路５９ｂに与えられる。波形整
形回路５９ｂでは、しきい値発生回路５９ｃにおいて予
め定めるしきい値ＴＨに基づき、帯域通過フィルタ５９
ａの出力信号の振幅を弁別し、パルス信号に変換した後
、カウンタ５９ｄに送出する。カウンタ５９ｄは、波形
整形回路５９ｂから出力されたパルス信号のパルス数を
予め定める時間だけ計数し、その計数値を処理回路６０
に送出する。

処理回路６０は、カウンタ５９ｄから送出されたカウン
ト値に基づき、被検出物体５６までの距離およびその相
対速度を算出する。

このように、周波数変調された送信波Ｗ、と、被検出物
体５６によって反射された反射波Ｗ、との周波数差を検
出することによって、電波の伝搬時間、すなわち被検出
物体５６までの距離を検出することができ、また被検出
物体５６の移動によるドツプラ効果に基づく反射波Ｗｒ
の周波数の変位から、被検出物体５６の相対速度を検出
することができる。

光明が解決しようとする課題 アンテナ５５から放射される送信波Ｗｔの送信信号は、
周波Ｂ変調回路５２からサーキュレータ５４を介してア
ンテナ５５に給電される。また、被検出物体５６によっ
て反射した反射波Ｗｔの受信信号は、アンテナ５５から
サーキュレータ５４を介してミキサ５７に与えられる。

送信信号および受信信号が伝送される伝送路は、一般に
、伝送される周波数によって伝送路のインピーダンスが
異なる周波数特性を有している。また、周波数変調回路
５２の出力信号は、発振周波数によって出力インピーダ
ンスが変化する。このように、伝送路の周波数特性や、
周波数変調回路５２の出力信号の振幅変動によって、帯
域通過フィルタ５９ａの出力信号は、第８図（１）に示
すように振幅変調を受けた検出信号が出力される。この
検出信号が波形整形回路５９ｂにおいて、しきい値発生
回路５９ｃによって設定されたしきい値Ｔ　Ｈによって
、パルス信号に変換されると、検出信号の振幅がしきい
値ＴＨより低下する時間Ｔの期間においては、第８図（
２）に示すようにパルス信号が出力されず、したがって
時間Ｔの期間においては、カウンタ５９（量におけるカ
ウント動作が行われないという問題を生じる。

そこで従来から、雑音成分を除去するためのローパスフ
ィルタやノツチフィルタ〈帯域除去フィルタ）が設けら
れているが、雑音成分の周波数と被検出物体５６が近距
離の場合の検出信号の周波数とが接近しているので、雑
音成分を充分除去できない、その結果、受信信号レベル
の低い遠距離の検出信号に対しては、上述の雑音によっ
てカウントが正確に行われず、結局受信感度の低下を招
いていた。

そこで本発明の目的は、遠距離に存在する被検出物体か
らの反射波の受信信号の受信感度を向上させるとともに
、被検出物体の検出範囲を改善する周波数変調波を用い
るレーダ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、時間経過とともに周波数の変化する送信信号
を発生する信号発生手段と、前記送信信号を被検出物体
に向けて大気中に放射し、前記被検出物体によって反射
した反射波の一部を受信するアンテナと、前記アンテナ
によって受信した受信信号の周波数と前記送信信号の周
波数との差および和の周波数の信号を出力する混合手段
と、前記混合手段の出力信号から゛必要な探知領域の信
号を帯域通過フィルタによって抽出し、前記検出信号の
振幅を予め定めるしきい値により弁別してパルス信号に
変換する信号処理手段とからなる周波数変調波を用いる
レーダ装置において、前記信号処理手段には、各周波数
帯域が重ならない複数の帯域フィルタが設けられ、前記
各帯域フィルタの検出信号の振幅を弁別するしきい値は
、隣接する低い周波数帯域を有する帯域フィルタの検出
信号の振幅を弁別するしきい値より低い値が選ばれるこ
とを特徴とする周波数変調波を用いるレーダ装置である
。

作用 本発明においては、信号発生手段から時間経過とともに
周波数の変化する送信信号がアンテナに給電され、その
送信信号は被検出物体に向けて大気中に放射される。被
検出物本に向けて放射された送信信号は被検出物体で反
射し、アンテナによってその一部が受信される。アンテ
ナによって受信された受信信号は、混合手段において送
信信号の一部と混合され、受信信号の周波数と送信信号
の周波数との差および和の周波数の信号が信号処理手段
に出力される。信号処理手段では、混合手段から出力さ
れた信号のうち、必要な探知領域の信号が帯域通過フィ
ルタによって抽出される。この抽出された検出信号の振
幅は、予め定めるしきい値で弁別されてパルス信号に変
換される。

実施例 第１図は、本発明の一実施例である周波数変調波を用い
るレーダ装置のブロック図である。ガン（Ｃｕｎｎ　）
発振器などによって構成される連続したミリ波（たとえ
ば、５０ＧＩＩｚ）を発生する搬送波発生回路１の出力
信号は、周波数変調回路２に与えられる。また変ｔＡ電
圧発生回路３で発生した変調電圧、たとえば三角波の変
調電圧が周波数変調回路２に出力される０周波数変調回
路２は、搬送波発生回路１から送出された搬送波信号を
変調電圧の電圧値に対応して周波数を変調し、送信信号
を発生する０周波数変調回路２から出力される送信信号
は、サーキュレータ４を介してアンテナ５に給電され、
送信波Ｗ、とじて被検出物体６に向けて大気中に放射さ
れる。

送信波Ｗ、は、被検出物体６で反射され、その反射波Ｗ
ｒはアンテナ５によって受信される。アンテナ５によっ
て受信された受信信号は、サーキュレータ４を介してミ
キサ７に与えられる。ミキサ７にはまた、サーキュレー
タ４を介して前記送信信号の一部が与えられており、こ
うして受信信号と送信信号とが混きされ、それらの信号
の差および和の周波数の信号が増幅回路８に出力される
。

増幅回路８は、ミキサ７の出力信号を振幅増幅し、第１
信号処理回路９および第２信号処理回２８１０に出力す
る。

第１信号処理回路９は被検出物体６が近距離（たとえば
５　ｒｎ〜３０ｍ）に存在する場合の信号検出を行い、
第２信号処理回路１０は遠距離（たとえば３０「０〜６
０ｍ）に存在する被検出物体６の検出を行う。本実施例
においては、Ｔ１に検出物体６までの距離は、後述する
ように送受信信号の差の周波数から算出されるので、第
１帯域通過フィルタ９ａの通過周波数の上限および下限
を被検出物体６までの距離が５ｍ〜３０ｍに相当する差
の周波数の信号が通過する゛ことができるように、また
第２帯域通過フィルタ１０ａの通過周波数の上限および
下限を被検出物体６までの距離が３０ｍ〜６０ｍに相当
する差の周波数の信号を通過できるように設定する。

第１帯域通過フィルタ９ａによって抽出された差の周波
数の検出信号は、第１波形整形回２３９ｂに入力され、
第１しきい値発生回ＩＮ　９　ｃによって設定されたし
きい値に基づいて検出信号の振幅が弁別され、パルス信
号に変換される。この変換されたパルス信号は第１カウ
ンタ９ｄに入力され、該第１カウンタ９ｄは予め定める
時間内に入力されたパルス数を計数し、処理回路１１へ
送出する。

第１帯域通過フィルタ９ａから出力された検出信号は比
較的近距離の被検出物体６によって反射された受信信号
に基づいており、したがって検出信号レベルは比較的高
いが、伝送路の周波数特性などから生じる検出信号の振
幅変調による雑音成分を含んでいるおそれがあり、この
ため第１しきい値発生回路９Ｃによって設定されるしき
い値は、それらの雑音成分による第１カウンタ９（量の
計数に影響を与えない値に設定される。

第２信号処理回路においても第１信号処理回路と同様の
処理が行われ、第２しきい値発生回路１０Ｃによって設
定されたしきい値を基準として、検出信号の振幅の弁別
が行われ、パルス信号に変換される。第２カウンタ１０
ｄは、入力される）（ルス数を計数し、その計数された
値は処理回路１１に送出される。

第２しきい値発生回路１０ｃにおいて設定されるしきい
値は、第２帯域通過フィルタ１０ａによって、伝送路の
周波数特性に起因する雑音成分は除去されており、また
被検出ｆＩ５体６が遠距離に存在する場合は、反射波の
受信信号レベルは比較的低レベルとなるので、第１しき
い値発生回路９Ｃによって設定されるしきい値より低い
値が設定される。

第１カウンタ９ｄまたは第２カウンタ１０ｄによって計
数されたカウント値に基づいて、処理口ｎ１１は後述す
る演算動作によって、被検出物体６までの距離およびそ
の相対速度を算出する。そして、被検出物体６およびそ
の相対速度が予め定める範囲内になると、衝突等の危険
状態の発生のおそれがあると判断し、たとえばブザーあ
るいはランプなどによって構成される警報装置１２から
、運転者に対して警報が発せられる。

次に、被検出物体６までの相対距離および相対速度の算
出について述べる。第２図および第３１２１は、被検出
物体６までの相対距離および相対速度の算出を説明する
ためのタイミングチャートである。第２図（１）は周波
数変調回路２に印加する変調電圧の変化を示す波形を、
第２図（２）のライン１３はアンテナ５から放射される
送信波Ｗ。

の直線的に変化する送信周波数の時間的変化を、ライン
１４はアンテナ５によって受信される反射波Ｗ、の直線
的に変化する受信周波数の時間的変化を、第２図（３）
は送受信波の周波数の差の絶対値の時間的変化をそれぞ
れ示す。

先ず、被検出物体６までの相対距離の算出について説明
する。被検出物体６までの相対距離は、送信波Ｗ、およ
び反射波Ｗｒの伝搬時間から求めることができ、第２図
に示すように相対速度がＯの場合は、受信周波数の変化
を示すライン１４は、送信周波数の変化を示すライン１
３を横軸左方向に平行移動しただけであるので、送受信
周波数差を求めることにより、相対距離を算出すること
ができる。すなわち、第２図（３）に示すように時間Ｔ
１において、送受信周波数差ｆａ＋を求めることによっ
て、相対距離を算出することができる。

次に、相対距離が変化している場なの被検出物体６の相
対距離および相対速度の算出について説明する。第３図
（１）は変調電圧の時間的変化を、第３１１Ｗ（２＞は
送信周波数および受信周波数の時間的変化を示し、ライ
ン１５は送信周波数、ライン１６は受信周波数の時間的
変化を示す。第３図（３）は、送受信周波数の差の絶対
値の時間的変化を示す。

被検出物体６までの相対距離が変化する場きは、ドツプ
ラ効果によって送信波の周波数が受信時において相対速
度に比例して変化する。すなわち、第３図（２）に示す
ように、相対距離はライン１６の横軸左方向への平行移
動量に比例し、相対速度はライン１６の縦軸方向への平
行移動量に比例する。したがって、送信周波数が増加す
る時間Ｔと、送信周波数が低下する時間Ｔ、の時間にお
ける送受信周波数差ｆａ２．ｆａｘを求めると、相対距
離Ｒおよび相対速度■は、比例計数をに、、Ｋ。

とすると、第１式および第２式から算出される。

Ｖ”Ｋ、’　　（ｆ　−ｘ−ｆ　ｄ３）　　　　　　　
”・　（２）したがって、処理回路１１は信号ラインｓ
ｌ　１の変調電圧の変化を検出することによって、送信
周波数が増加する時間Ｔ２と、送信局ｙｉ数が低下する
時間Ｔ、とを区別し、時間Ｔ２における送受信周波数差
ｆｄ２を第１カウンタ９ｄまたは第２カウンタ１０ｄか
ら求め、また時間Ｔ、における送受信周波数差ｆａｘを
第１カウンタ９ｄまたは第２カウンタ１０ｄから求め、
上述した第１式および第２式から相対距離および相対速
度を算出する。

次に、第１しきい値発生回路９ｃおよび第２しきい値発
生回路１０ｃにおけるしきい値の設定基準について説明
する。第４図はこのしきい値の設定基準を説明するため
のグラフで、帯域通過フィルタの帯域幅の関係と受信信
号レベルとの関係および伝送路に起因する雑音成分のス
ペクトラム、との関係を示すグラフである。第４図にお
いて、ライン１７は第１帯域通過フィルタ９ａの通過帯
域周波数の範囲を示すラインで、周波数ｆ、からｆ２ま
での周波数を通過させ、ライン１８は第２帯域通過フィ
ルタ１０ａの通過帯域幅を示すラインで、周波数ｆ２か
らで、までの周波数を通過させる。ラインＩ９は増幅回
路８の出力信号の周波数特性を示すラインで、周波数が
高くなるに従い被検出物体６までの相対距離が長くなる
ので、信号レベルは低下する。これは、アンテナ５にお
ける受信信号の受信レベルが被検出物体６までの相対距
離の４乗に反比例して、小さくなることから理解される
。

スペクトラムＡ０は、伝送路等の周波数特性に起因して
発生する増幅回路８の出力に含まれる振幅変調成分のス
ペクトラムレベルを示し、スペクトラムＡ１〜Ａ、はそ
の高調波成分で、スペクトラムレベルは周波数が高くな
るに従い低くなる。これらのスペクトラムＡ、〜Ａ０の
雑音成分は、第１帯域通過フィルタ９ａの帯域周波数内
に発生するので、これらの雑音成分をフィルタなどによ
って除去することが困難である。そこで、比較的近距離
の被検出物体６を検出する第１帯域通過フィルタの周波
数帯域内においては、増幅回路８から出力される受信信
号レベルも比較的高いので、第１しきい値発生回路９ｃ
で設定されるしきい値はレベルＬ１に設定することがで
き、雑音成分による誤カウントを防止することができる
。

第２帯域通過フィルタ１０ａは、周波数ｆ２からｆ、の
範囲の信号を通過させ、伝送路等の周波数特性に起因し
て発生する雑音成分のスペクトラムＡ０〜Ａａを効果的
に除去することができるので、第２しきい値発生回路１
０ｃにおいて設定されるしきい値レベルを、第１しきい
値発生回路９Ｃにおいて設定されるしきい値レベルＬｌ
よりも低いしきい値レベルＬ２に設定することができ、
遠距離に存在する被検出物体６からの反射波の受信感度
を向上させることができる。

次に、処理回路１１における被検出物体６の相対距離お
よび相対速度を算出する手順について説明する。第５図
は、被検出物体６の相対距離および相対速度を算出する
手順を説明するためのフローチャートである。先ず、ス
テップＳ１では、第１カウンタ９ｄのカウント値が読込
まれ、さらにステップ５２では第２カウンタ１０ｄのカ
ウント値が読込まれる。ステップＳ３では、第１カウン
タ９ｄから読込まれたカウント値が０であるか否かが判
断され、０でないＪ′％合は被検出物体６が比較的近距
離に存在することを意味し、ステップＳ４において相対
ｉｉおよび相対速度が前述した第１式および第２式に促
って算出される。そして、ステップＳ５において、算出
された相対距離および相対速度に基づき、警報を発すべ
きであるか否か判断され、Ｗ報を発すべきであるときは
、ｖ報装置１２から警報が発せられる。

ステップｓ３において、第１カウンタ９ｄのカウント値
が０であるＰ４きは、被検出物体６が近距離に存在しな
いことを意味し、ステップｓ６へ進み、第２カウンタ１
０（１のカウント値が０であるか否かが判断される。０
でないＳ６は、被検出物体６が比較的遠距離に存在する
ことを意味し、ステップＳ７において被検出物体６の相
対距離および相対速度が、前述した第１式および第２式
に従って算出される。そして、算出された相対Ｗｒ！離
および相対速度に基づき、前述と同様の警報処理がステ
ップｓ５において行われる。ステップｓ６において第２
カウンタのカウント値が０である場きは、被検出物体６
が存在しないことを意味し、連の処理を終了する。

第６図は、本実施例のレーダ装置による被検出物体の探
知領域を示す図である０本実施例では、ライン１１０お
よびライン１１１によって囲まれる領域において被検出
物体が検出される。距ｆｉＤ１、は、第１信号処理回路
９によって被検出物体６が探知される距離（たとえば５
ｍ〜３０ｍ〉を示し、距離り、の範囲は第２信号処理回
路１０によって被検出物体６が探知される距離を示す、
このように、遠距離の被検出物体６を検出する第２信号
処理回路１０におけるしきい値を低く設定することによ
って、探知領域を拡大することができる。

なお、本実施例においては、送受信周波数差はカウンタ
のカウント動作によって求められるが、波形整形回路か
ら出力されるパルス信号を積分することによっても求め
ることができる。

さらに、本実施例においては帯域通過フィルタが２つ設
けられた場合について説明したが、さらに多くの帯域通
過フィルタによって周波数帯域を分割し、それらの帯域
通過フィルタに対応したしきい値を設定することによっ
て、被検出物体の検出精度をさらに向上させることがで
きる。

さらにまた、本実施例では相対速度を求めているが、レ
ーダ装置を搭載する自動車の速度を加算することによっ
て、被検出物体の絶対速度を算出することができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、遠距離に存在する被検出
物体を検出するためのしきい値を低く設定することがで
きるので、遠距離に存在する被検出物体からの反射波の
受信感度を向上させることができる。また、近距離に存
在する被検出物体と、遠距離に存在する被検出物体とか
らの反射波に応じて、しきい値を設定することができる
ので、被検出物体の探知範囲を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である周波数変調波を用いる
レーダ装置のブロック図、第２図および第３図は被検出
物体６までの相対距離およびその相対速度の算出を説明
するためのタイミングチャート、第４図は帯域通過フィ
ルタとその周波数帯域との関係および検出信号の周波数
特性および伝送路に起因する雑音成分のスペクトラｌ−
との関係を示すグラフ、第５図は被検出物体６までの相
対距離および相対速度を算出するためのフローチャート
、第６図は本実施例のレーダ装置における被検出物体の
探知領域を示す図、第７図は周波数変調波を用いて被検
出物体までの相対距離および相対速度などを検出する従
来の典型的なレーダ装置のブロック図、第８１１２１は
第７図のレーダ装置における帯域通過フィルタ５９　ａ
および波形整形回路５９ｂの出力信号波形である。 １・・・搬送波発生回路、２・・・周波数変調回路、３
・・・Ｘ′調電電圧発生回路４・・・サーキュレータ、
５・・・アンテナ、７・・・ミキサ、９・・・第１信号
処理回路、１０・・・第２信号処理回路、１１・・・処
理回１３代理人　　弁理士　西教　圭一部 ｔ４２図 第３図 第 図 （小）□（犬） ］波数 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 時間経過とともに周波数の変化する送信信号を発生する
   信号発生手段と、前記送信信号を被検出物体に向けて大
   気中に放射し、前記被検出物体によつて反射した反射波
   の一部を受信するアンテナと、前記アンテナによつて受
   信した受信信号の周波数と前記送信信号の周波数との差
   および和の周波数の信号を出力する混合手段と、前記混
   合手段の出力信号から必要な探知領域の信号を帯域通過
   フィルタによつて抽出し、前記検出信号の振幅を予め定
   めるしきい値により弁別してパルス信号に変換する信号
   処理手段とからなる周波数変調波を用いるレーダ装置に
   おいて、 前記信号処理手段には、各周波数帯域が重ならない複数
   の帯域フィルタが設けられ、前記各帯域フィルタの検出
   信号の振幅を弁別するしきい値は、隣接する低い周波数
   帯域を有する帯域フィルタの検出信号の振幅を弁別する
   しきい値より低い値が選ばれることを特徴とする周波数
   変調波を用いるレーダ装置。