JPH02198380A - 周波数変調波を用いたレーダ装置 - Google Patents

周波数変調波を用いたレーダ装置

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JPH02198380A
JPH02198380A JP1019332A JP1933289A JPH02198380A JP H02198380 A JPH02198380 A JP H02198380A JP 1019332 A JP1019332 A JP 1019332A JP 1933289 A JP1933289 A JP 1933289A JP H02198380 A JPH02198380 A JP H02198380A
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signal
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修 伊佐治
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良英 上里
Yukinori Yamada
山田 幸則
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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、自動車の車間距離制御装置などで好適に実施
される周波数変調波を用いたレーダ装置に関する。
従来の技術 前記自動車の車間距離制御装置には、車間距離を計測す
るために、従来からレーダ装置が用いられている。第5
図は、典型的な従来技術のレーダ装置1の電気的構成を
示すブロック図である。このレーダ装置1では、変調波
発生回路2からは三角波が導出され、該三角波は変調波
として周波数変調(以下rFM、という、)変調回路3
に与えられ、これによって搬送波発振回路4からの搬送
波がFM変調され、第6図(1)において実線で示され
るような、時間経過に伴って周波数が三角形状に変化す
る送信信号が導出される。この送信信号は、サーキュレ
ータ5を介して、アンテナ6から被検出物体15に向け
て放射される。
これによってアンテナ6では、第6図(1)において破
線で示される前記被検出物体15からの反射波が受信さ
れ、この反射波は前記サーキュレータ5を介して混合回
路7に与えられる。該レーダ装置1は、いわゆるホモダ
イン方式であり、したがってこの混合回路7にはまた、
サーキュレータ5の漏れ成分として、FM変調回路3か
らの前記送信信号の一部がローカル信号として与えられ
ている。こうして混合回路7からは第6図(2)で示さ
れるようなビート信号が導出され、増幅回路8からバン
ドパスフィルタ(以下rBPFJという、)9を介して
検波回路10に与えられる。
検波回路10からの出力はカウンタ11に与えられてお
り、こうしてビート信号の周波数が求められる。
このようにホモダイン方式のレーダ装置1では、ローカ
ル信号として送信信号の一部を分岐してそのまま用いて
いるため、変調波として三角波を用いた場き、FM変調
回路3からサーキュレータ5を経て混合回路7に至るロ
ーカル信号の経路の振幅周波数特性によって、FM変調
に伴ってローカル電力が変化する。第7図において参照
符11で示される前記ビート信号の信号成分に対して、
参照符14で示されるように該ビート信号のスペクトラ
ムの拡がりは小さい、しかしながら、参照符12で示さ
れるノイズ成分が発生してしまい、被検出物体15に接
近してビート信号の周波数が低下した場合、受信感度は
低下してしまう、なおこの第7図において前記BPF9
の周波数特性は、参照符13で示される。
上述の問題を解決するために変調波発生回路2から正弦
波を導出した場合、第8図(1)において実線で示され
るローカル信号に対して、反射波は第8図(1)におい
て破線で示されるように変化する。これによって混合回
路7からは、第8図(2)で示されるビート信号が導出
される。このビート信号は、第9図において9照符12
aで示されるように、前述の第7図で示される三角波の
場合と比較して、ノイズ成分の拡がりが抑えられている
。しかしながら参照符1’4aで示されるように、ビー
ト信号のスペクトラムが拡がってしまい、測定精度が低
下してしまう。
発明が解決しようとする課題 以上のことから、三角波変調を用いた場合には、ビート
信号のスペクトラムの拡がりが小さく、したがって複数
の被検出物体に対して良好な識別能力を有するとともに
、相対距離演算に好適に用いることが可能であるが、ノ
イズの影響を受は易い。
これに対して正弦波変調を用いた場合には、ノイズ成分
の拡がりを抑えることが可能であるが、ビート信号のス
ペクトラムの拡がりが大きく、したがって相対距離演算
を行う際に複雑な演算処理が必要となるとともに、複数
の被検出物体を識別することが困難である。
また前記三角波や正弦波では、先行車などの被検出物体
15との相対距離Rが短く、相対速度■が大きい場合に
は、第10図(1)で示されるように、実線で示される
ローカル信号と、破線で示される反射波の波形とが交差
しなくなり、これによって以下のような問題が発生する
すなわち、前記第6図(1)において参照符L1で示さ
れるローカル信号の周波数が時間経過に伴って上昇して
いる部分のビート信号の周波数をfupとし、参照符L
2で示されるローカル信号の周波数が下降している部分
のビート信号の周波数をfdownとすると、両者の相
対速度■に基づくドツプラ効果による第1周波数fdと
、相対圧1iltRに基づく距離の影響による第2周波
数frとを、第1式から第2式を用いて求めることがで
きる。
f down = f r + f dこれに対して第
10図(1)で示される状態のときには第3式が成立し
、したがってこの第3式を用いて前述の第2式と同様の
計算を行うと、第4式から明らかなように、第1周波数
fdと、第2周波数frとが入れ代わっており、誤検出
してしまうことになる。
上述のような不具合は、以下のような条件のときに発生
する。前記送信信号の変調幅をΔFとし、変調周波数を
fmとし、常温での光速をCとするとき、 が成立し、fd> frのときに上述のような不具合が
発生する。したがって からΔF=75MHzとし、f rrt = 750 
HZとし、C= 3 X 10 ’ (rn / s 
e c )とするとき、V (km/h)>8.1R(
m)           −(8)から求めることが
できる。この第8式で示される関係は第11図で示され
ており、この第11図において斜線で示される領域に概
当するときには、上述のような不具合が発生する。
本発明の目的は、ノイズ成分を低減するとともに、ビー
ト信号のスペクトラムの拡がりを抑えて、被検出物体と
の相対距離や相対速度を高精度に測定することができる
周波数変調波を用いたレーダ装置を提供することである
課題を解決するための手段 本発明は、台形波によって搬送波を周波数変調する出力
手段と、 出力手段の出力を被検出物体に放射し、反射波を受信す
るアンテナと、 アンテナによって受信された反射波と、出力手段からの
出力の一部とのビート信号を生成する混合器と、 混合器からの前記ビート信号の周波数を計測する計測手
段と、 計測手段の出力に応答し、台形波の時間経過に伴って搬
送波の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数をf
upとし、時間経過に伴って搬送波の周波数が下降する
部分のビート信号の周波数をIdownとするとき、ド
ツプラ効果による第1周波数fdを、 から計算して求め、また台形波の時間経過に対して搬送
波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数fd1を
求め、前記第1周波数fdと前記一定の部分の周波数I
d1とを比較し、両者が等しくないときには、前記第1
周波数fdを相対距離演算に用いる演算手段とを含むこ
とを特徴とする周波数変調波を用いたレーダ装置である
また本発明は、台形波によって搬送波を周波数変調する
出力手段と、 出力手段の出力を被検出物体に放射し、反射波を受信す
るアンテナと、 アンテナによって受信された反射波と、出力手段からの
出力の一部とのビート信号を生成する温き器と、 混合器からの前記ビート信号の周波数を計測する計測手
段と、 計測手段の出力に応答し、台形波の時間経過に伴って搬
送波の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数をf
upとし、時間経過に伴って搬送波の周波数が下降する
部分のビート信号の周波数をfdo@nとするとき、ド
ツプラ効果による第1周波数fdと距離の影響による第
2周波数frとを、からそれぞれ計算して求め、また台
形波の時間経過に対して搬送波の周波数が一定の部分の
ビート信号の周波数fdlを求め、前記第1周波数Id
と前記一定の部分の周波数fd1とを比較し、両者が等
しいときには、前記第1周波数fdを相対速度演算に用
い、また前記第2周波数frを相対距離演算に用い、両
者が等しくないときには、前記第1周波数fdを相対距
離演算に用い、前記第2周波数frを相対速度演算に用
いる演算手段とを含むことを特徴とする周波数変調波を
用いたレーダ装置である。
作  用 本発明に従えば、出力手段からは、時間経過に伴って周
波数が上昇され、所定値で保持された後に下降され、所
定値で保持された後再び上昇される台形波によって搬送
波が周波数変調され、アンテナから被検出物体に放射さ
れる。被検出物体で反射された反射波は前記アンテナで
受信され、混合器に入力される。この混合器には、前記
出力手段の出力の一部が与えられており、これによって
この温き器からはビート信号が導出される。該ビート信
号は計測手段に与えられ、周波数が計測され、その計測
結果は演算手段に与えられる。
演算手段では、ビート信号に基づいて前記台形波の時間
経過に伴って搬送波の周波数が上昇する部分のビート信
号の周波数をfupとし、時間経過に伴って搬送波の周
波数が下降する部分のビート信号の周波数をfdown
とするとき、ドツプラ効果による第1周波数Idを、 から計算して求め、また台形波の時間経過に対して搬送
波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数fd1を
求め、前記第1周波数fdと、前記一定の部分の周波数
、fdlとを比較し、両者が等しくないときには前記第
1周波数fdを相対距離演算に用いる。
したがって第1周波数fdに、この台形波の周波数の一
定の部分の周波数、l’dlが等しくないとき、すなわ
ち放射波の周波数の変化に対して、時間遅れを伴って反
射波の周波数が変化して両者が交差しないときには、前
記第1周波数fdはアンテナと被検出物体との相対距離
に対応しており、こうして変調波に前記三角波を用いた
場合のようにノイズ成分が増大することなく、また正弦
波を用いた場合のようにビート信号のスペクトラムが拡
ってしまうことなく、高精度に相対距離の測定を行うこ
とができる。
また本発明に従えば、出力手段からは、時間経過に伴っ
て周波数が上昇され、所定値で保持された後に下降され
、所定値で保持された後再び上昇される台形波によって
搬送波が周波数変調され、アンテナから被検出物体に放
射される。被検出物体で反射された反射波は前記アンテ
ナで受信され、混合器に入力される。この混合器には、
前記出力手段の出力の一部が与えられており、これによ
ってこの混合器からはビート信号が導出される。該ビー
ト信号は計測手段に与えられ、周波数が計測され、その
計測結果は演算手段に与えられる。
演算手段では、ビート信号に基づいて前記台形波の時間
経過に伴って搬送波の周波数が上昇する部分のビート信
号の周波数をfupとし、時間経過に伴って搬送波の周
波数が下降する部分のビート信号の周波数を、#dow
nとするとき、ドツプラ効果による第1周波数fdと距
離の影響による第2周波数frとを、 からそれぞれ計算して求め、また台形波の時間経過に対
して搬送波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数
Id1を求め、前記第1周波数fdと、前記一定の部分
の周波数Idlとを比較し、両者が等しいときには、前
記第1周波数fdを相対速度演算に用い、前記第2周波
数frを相対距離演算に用い、また両者が等しくないと
きには、前記第1周波数fdを相対距離演算に用い、前
記第2周波数frを相対速度演算に用いる。
したがって変調波として台形波を用い、第1周波数fd
に、この台形波の周波数の一定の部分の周波数Idlが
等しいとき、すなわち放射波の周波数の変化に対して、
時間遅れを伴って反射波の周波数が変化して両者が交差
するときには、前記第1周波数fdはアンテナと被検出
物体との相対速度に対応しており、また第2周波数ir
はアンテナと被検出物体との相対距離に対応しており、
こうして変調波に前記三角波を用いた場合のようにノイ
ズ成分が増大することなく、また正弦波を用いた場合の
ようにビー゛ト信号のスペクトラムが拡ってしまうこと
なく、高精度に相対距離および相対速度の測定を行うこ
とができる。
また第1周波数fdにこの台形波の周波数の一定部分の
周波数fd1が等しくないとき、すなわち放射波の周波
数の変化に対して、時間遅れを伴って反射波の周波数が
変化して両者が交差しないときには、第1周波数fdと
第2周波数frとが入れ代わっており、したがって前記
第1周波数Idはアンテナと被検出物体との相対距離に
対応しており、また第2周波数frはアンテナと被検出
物本との相対速度に対応しており、三角波や正弦波を変
調信号として用いた場合に判断できながった第1周波数
、71′″dと第2周波数frとの入れ代りを、台形波
を変調波として用いることによって、誤検出を防止して
、相対距離および相対速度の測定を高精度に行うことが
できる。
実施例 第1図は、本発明の一実施例のレーダ装置21の電気的
構成を示すブロック図である。このレーダ装置21では
、変調波発生回路22がらは振幅が台形状に変化する台
形波が導出され、変調波としてF M変調図Fl?!2
3に与えられる。これによって搬送波発振回路24がら
の搬送波がFM変調され、第2図(1)において実線で
示されるような時間経過に伴って周波数が台形状に変化
する送信信号が導出される。この送信信号は、サーキュ
レータ25を介して、アンテナ26から被検出物体35
に向けて放射される。これら変調波発生回路22と、F
M変調回路23と、搬送波発振回路24とを含んで出力
手段が構成される。
これによってアンテナ26では、第2図(1)において
破線で示される前記被検出物体35がらの反射波が受信
され、この反射波は前記サーキュレータ25を介して混
合回路27に与えられる。
この反射波には、第3図において参照符lllで示され
るビート信号の信号成分と、参照符114で示される該
信号成分のスペクトラムが拡がった部分と、参照符11
2で示されるノイズ成分とが含まれている。
該レーダ装置21は、いわゆるホモダイン方式であり、
したがってこの混合回路27にはまた、サーキュレータ
25の漏れ成分として、FM変調回路23からの前記送
信信号がローカル信号として与えられている。こうして
温き回路27がらは、第2図(2)で示されるようなビ
ート信号が導出され、増幅回路28に与えられる。増幅
回路28からのビート信号は、車間距離を計測するため
の計測回路30と、相対速度を計測するための計測回路
40とに与えられる。
計測回路30.40は、それぞれBPF31゜41と、
検波回路32.42と、カウンタ33゜43とを含んで
構成される。計[回路30.40からの出力は、たとえ
ばマイクロコンピュータなどによって実現され、演算手
段である処理回路34の入力端子Ql、Q2にそれぞれ
入力される。
この処理回路34においてその入力端子Q3には、前記
変調波発生回路22から台形波が入力される。
BPF31.41の周波数特性は、第3図において9照
符Z13で示される。
計測回路30.40にはそれぞれ前記第2図(2)で示
されるビート信号が入力されており、計測回路30は、
このビート信号がら参照符fdlで示されるローカル信
号と受信信号との周波数の差を計測し、その計測結果を
処理回路34に与える。
計測回路40は、第2図(1)において参照符Lllで
示される前記台形波の時間経過に伴って搬送波の周波数
が上昇する部分のビート信号の周波数fupと、参照符
L12で示される時間経過に伴って搬送波の周波数が下
降する部分のビート信号の周波数Idownとを計測し
、処理回路34に与える。入力端子Qlから入力される
前記計測回路30の計測結果と、入力端子Q2から入力
されるこの計測回路40の計測結果とは、入力端子Q3
から入力される変調波発生回路22からの台形波入力に
対応して読込みが行われる。
処理回路34は、こうして読込まれた計測結果から、計
測回路40によって計測されたビート信号の周波数f 
’+1.f downを用いて、前記第2式によってド
ツプラ効果による第1周波数fdと距離の影響による第
2周波数、frとを演算して求める。
こうして求められた第1周波数7dと、計測回路30で
計測され、第2図(1)において9照符L13で示され
る台形波の時間経過に対して搬送波の周波数が変化しな
い部分におけるビート信号の差の周波数、?’dlとが
等しいときには、処理回路34は第2周波数Irを用い
て、前記第5式がら下式に基づいて相対圧111iRを
演算して求める。
また第1周波数fdを用いて、前記第6式から下式に基
づいて相対速度■を演算して求める。
V=10. Bid (rn)         =、
(10)これに対して、第1周波数fdが差の周波数I
diと等しくないとき、すなわち第2図において2点R
線で示される反射波が受信されたときには、相対距離R
と相対速度■との関係が前記第11図において斜線を施
して示される領域内であるとして、前記第9式における
第2周波数Irを、この第1周波数、I’dと置き換え
て相対距離Rを演算して求める。また前記第10式にお
ける第1周波数fdを、この第2周波数Irと置き換え
て相対速度■を演算して求める。
第4図は、動作を説明するためのフローチャートである
。ステップn1では、計測回路3oによって差の周波数
jdlを測定する。ステップrr 2では、計測回路4
0の計測結果から、前記第2式に基づいて第1周波数f
dを演算して求める。ステップn3では、計測回路40
の計測結果から、前記第2式に基づいて第2周波数Ir
を演算して求める。
ステップn4では、計測された差の周波数fd1と、演
算して求められた第1周波数fdとが等しいかどうかが
判断され、そうであるときにはステップn5に移り、第
1周波数fdを用いて、前記第10式に基づいて相対速
度Vが演算して求められる。ステップn6・では、第2
周波数Irを用いて、前記第9式に基づいて相対圧11
1Rが演算して求められて動作を終了する。
ステップrr 4において、演算して求められた第1周
波数fdが計測された差の周波数Idlと等しくないと
きにはステップn7に移り、第2周波数Irを第1周波
数fdの代りに用いて、前記第10式に基づいて相対速
度■が演算して求められ、ステップn8で第1周波数f
dを第2周波数Irの代りに用いて、前記第9式に基づ
いて相対距離Rが演算して求められて動作を終了する。
このように本発明に従うレーダ装置21では、アンテナ
26から放射される送信信号は、搬送波を台形波で周波
数変調して作成するようにしたので、ノイズ成分を低減
することができるとともに、信号成分のスペクトラムの
拡りを抑えることができる。また台形波の時間経過に対
して周波数が変化しない部分を用いて被検出物体35と
の相対距離Rに対応するビート信号の差の周波数fd1
を求め、一方、前記台形波において時間経過に伴って搬
送波の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数fu
pと、前記台形波において時間経過に件って搬送波の周
波数が下降する部分の周波数fd。
wnとを用いて、第1周波数fdと第2周波数frとを
求める。こうして求められたこの第1周波数fdと、前
記ビート信号の差の周波数fdlとが一致しているかど
うかによって、該第1周波数Idを相対距離Rの演算に
用いるか、相対速度Vの演算に用いるかを決定するよう
にしたので、前記第11図において斜線を施して示され
る、第1周波数Idと、第2周波数frとが入れ代わっ
てしまうような場きであっても、そのような入れ代わり
を正確に判断することができる。こうして誤検出を防止
して高精度に相対距離Rと、相対速度Vとを求めること
ができる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、アンテナからの放射波は
搬送波を台形波によって周波数変調して作成し、その受
信信号を、時間経過に伴って搬送波の周波数が上昇する
部分のビート信号の周波数をfupとし、時間経過に伴
って搬送波の周波数が下降する部分のビート信号の周波
数をfdownとするとき、ドツプラ効果による第1周
波数j″dを、jd7 do”−I“p から計算して求め、また台形波の時間経過に対して周波
数が一定の部分のビート信号の周波数Id1を求め、前
記第1周波数fdと、前記一定の部分のビート信号の周
波数Idlとを比較し、両者が等しいとき、すなわち放
射波の周波数の変化に対して、時間遅れを伴って反射波
の周波数が変化して両者が交差するときには、前記第1
周波数Idを相対速度演算に用いる。またこのとき前記
第2周波数Jrはアンテナと被検出物体との相対距離に
対応しており、こうして変調波に前記三角波を用いた場
合のように、ノイズ成分が増大することなく、また正弦
波を用いた場合のようにビート信号のスペクトラムが拡
ってしまうことなく、高精度に相対距離の測定を行うこ
とができる。
一方、周波数の変化に対して、時間遅れを伴って反射波
の周波数が変化して両者が交差しないときには、第1周
波数fdと第2周波数frとが入れ代わっており、した
がって前記第1周波数fdはアンテナと被検出物体との
距離に対応しており、また第2周波数frはアンテナと
被検出物体との相対速度に対応しており、このようにし
て誤検出を防止して相対距離および相対速度の測定を高
精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のレーダ装置21の電気的構
成を示すブロック図、第2121は送受信信号とビート
信号との関係を示すグラフ、第3図は受信信号の周波数
スペクトラムとBPF31.41の周波数特性とを示す
グラフ、第4図は動作を説明するためのフローチャート
、第5図は従来技術のレーダ装置1の電気的構成を示す
ブロック図、第601はレーダ装置1から三角波が送信
された場合の送受信信号とビート信号との関係を示すグ
ラフ、第7r2Jは前記三角波が送信された場合の受信
信号の周波数スペクトラムとBPF9の周波数特性とを
示すグラフ、第8図はレーダ装置1がら正弦波が送信さ
れた場合の送受信信号とビート信号との関係を示すグラ
フ、第912!は前記正弦波が送信された場合の受信信
号の周波数スペクトラムとBPF9の周波数特性とを示
すグラフ、第10[Jはレーダ装置1の問題点を説明す
るための送信信号と受信信号との関係を示すグラフ、第
11図は従来技術の問題点を説明するための相対距離R
と相対速度■との関係を示すグラフである。 21・・・レーダ装置、22・・・変調波発生回路、2
3・・・FM変調回路、24・・・搬送波発振回路、2
5・・・サーキュレータ、26・・・アンテナ、27・
・・混合回路、30.40・・・計測回路、31.41
・・・BPF、32.42・・・検波回路、33.43
・・・カウンタ、34・・・処理回路、35・・・被検
出物体代理人  弁理士 画数 圭一部 時間 M:]f数 第 図 第 図 第 図 周渡数 第 医 第 図 周j皮数

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)台形波によつて搬送波を周波数変調する出力手段
    と、 出力手段の出力を被検出物体に放射し、反射波を受信す
    るアンテナと、 アンテナによつて受信された反射波と、出力手段からの
    出力の一部とのビート信号を生成する混合器と、 混合器からの前記ビート信号の周波数を計測する計測手
    段と、 計測手段の出力に応答し、台形波の時間経過に伴つて搬
    送波の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数をf
    upとし、時間経過に伴つて搬送波の周波数が下降する
    部分のビート信号の周波数をfdownとするとき、ド
    ップラ効果による第1周波数fdを、 fd=(fdown−fup)/2 から計算して求め、また台形波の時間経過に対して搬送
    波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数fd1を
    求め、前記第1周波数fdと前記一定の部分の周波数f
    d1とを比較し、両者が等しくないときには、前記第1
    周波数fdを相対距離演算に用いる演算手段とを含むこ
    とを特徴とする周波数変調波を用いたレーダ装置。
  2. (2)台形波によつて搬送波を周波数変調する出力手段
    と、 出力手段の出力を被検出物体に放射し、反射波を受信す
    るアンテナと、 アンテナによつて受信された反射波と、出力手段からの
    出力の一部とのビート信号を生成する混合器と、 混合器からの前記ビート信号の周波数を計測する計測手
    段と、 計測手段の出力に応答し、台形波の時間経過に伴つて搬
    送波の周波数が上昇する部分のビート信号の周波数をf
    upとし、時間経過に伴つて搬送波の周波数が下降する
    部分のビート信号の周波数をfdownとするとき、ド
    ップラ効果による第1周波数fdと距離の影響による第
    2周波数frとを、fd=(fdown−fup)/2 fr=(fup+fdown)/2 からそれぞれ計算して求め、また台形波の時間経過に対
    して搬送波の周波数が一定の部分のビート信号の周波数
    fd1を求め、前記第1周波数fdと前記一定の部分の
    周波数fd1とを比較し、両者が等しいときには、前記
    第1周波数fdを相対速度演算に用い、また前記第2周
    波数frを相対距離演算に用い、両者が等しくないとき
    には、前記第1周波数fdを相対距離演算に用い、前記
    第2周波数frを相対速度演算に用いる演算手段とを含
    むことを特徴とする周波数変調波を用いたレーダ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102944877A (zh) * 2012-11-23 2013-02-27 北京理工大学 一种利用梯形调制波提高调频连续波测距精度的方法
JP2013217853A (ja) * 2012-04-11 2013-10-24 Mitsubishi Electric Corp レーダ装置

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