JPH02231590A - Fm-cw radar device - Google Patents
Fm-cw radar deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
孜亙公互
本発明は，物標との間の距離を測定するＦＭ−ＣＷレー
ダ装置に関する．
災米肢亙
最近、自動車や電車などの走行車両にＦＭ−ＣＷレーダ
装置を搭載して、他の自動車または障害物などとの間の
距離，相対速度を計測しながら、自車が危険領域に入る
と運転者に警報を与えたり，自動ブレーキを働かせたり
して衝突を未然に防止させるシステムの開発が行なわれ
ている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an FM-CW radar device for measuring the distance to a target object. Recently, FM-CW radar devices have been installed on moving vehicles such as cars and trains to measure distances and relative speeds to other vehicles or obstacles, and to detect when the vehicle is in a dangerous area. Systems are currently being developed to prevent collisions by warning the driver or applying automatic braking when a collision occurs.
そのＦ．Ｍ−ＣＷレーダ装置の動作原理としては、以下
のとおりである。That F. The operating principle of the M-CW radar device is as follows.
第２図に示すように、基本周波数ｆｏの信号を周期Ｔ一
にてｆｏ＋Δｆまで直線状に上昇させ，もとのｆＯまで
直線状に下降させる三角波による変調を行なわせ（ −
ｆ ｔａ ＝ １ ／ Ｔｍは変調周波数，Δｆは周波
数偏移幅），その周波数変調された信号を送信波Ｔｗと
してレーダ監視エリアに向けて発射し，その監視エリア
内に存在する物標からの反射波Ｒｗを受信する．
その受信波Ｒｗを先の送信波Ｔｗと同一時間軸で比較す
ると、電波の往復時間ｔｄに応じて位相がずれ，そのと
きの周波数差ｆｒが物標までの距離に比例することに着
目して，周波数差ｆｒを測定することにより物標までの
距離を求めるようにしている．
また，その求められた物標までの距離（Ｘ）の時間的変
化（ｄｘ／ｄｔ）を求めることにより，相対速度をわり
出すことができる．
従来，この種のＦＭ−ＣＷレーダ装置として，送信信号
Ｔｖと受信信号Ｒｖとを混合することにより得られる送
，受信信号間の周波数差ｆｒにしたがう信号の周波数を
，ヘテロダイン周波数測定の原理にもとづくスペクトラ
ム分析によって測定するようにしたものが同一出願人に
よって開発されている（特開昭５７−２０１８７３号公
報参照）。As shown in Fig. 2, modulation is performed using a triangular wave in which a signal with a fundamental frequency fo is linearly raised to fo + Δf with a period of T1, and then linearly lowered to the original fO (-
f ta = 1 / Tm is the modulation frequency, Δf is the frequency deviation width), the frequency-modulated signal is emitted as a transmission wave Tw toward the radar monitoring area, and the reflection from the target object existing in the monitoring area is Receive wave Rw. When comparing the received wave Rw with the previous transmitted wave Tw on the same time axis, we note that the phase shifts according to the round trip time td of the radio wave, and the frequency difference fr at that time is proportional to the distance to the target. , the distance to the target is determined by measuring the frequency difference fr. Furthermore, by determining the temporal change (dx/dt) in the distance (X) to the target, the relative speed can be determined. Conventionally, as this type of FM-CW radar device, the frequency of the signal according to the frequency difference fr between the transmitted and received signals obtained by mixing the transmitted signal Tv and the received signal Rv is measured based on the principle of heterodyne frequency measurement. The same applicant has developed a device that measures by spectrum analysis (see Japanese Patent Laid-Open No. 57-201873).
第４図に従来のスペクトラム分析式によるＦＭ一ＣＷレ
ーダ装置の構成を示している．同図の構成にあって、周
波数変調部１において、発振器３における基本周波数ｆ
ｏの信号が、変調信号発生回路２からの三角波による変
調信号Ｓｓにしたがって周波数変調され，その発振器３
から出力される周波数変調された信号が電力分配器４に
よって分配されて，その大半がサーキュレータ５に、ま
たその一部がミキサ６にそれぞれ与えられる．サーキュ
レータ５に与えられた信号は、アンテナＡＮＴに導か九
で自由空間に電波として発射される．
そして、物４ｌＩ０からの反射波がアンテナＡＮＴによ
って受信されて，その受信信号がサーキュレータ５を通
してミキサ６に与えられ、そこで送信信号と混合されて
、ミキサ６の出力信号が増幅器７によって増幅され、そ
の増幅器７から送，受信信号間の周波数差にしたがう受
信周波数ｆｒの信号が得られる．
次いで、受信周波数ｆｒの信号と局部発振ｌｉｔ７から
の局部発振周波数ｆｖの信号とがミキサｌＯにおいて混
合され，そのミキサ１０から出力される受信周波数ｆｒ
と局部発振周波数ｆｖとの差（または和）にしたがう周
波数ｆｄの信号が増幅器ｌ１を通して帯域フィルタ１２
に与えられる．そして、帯域フィルタｌ２を通過した信
号が増幅器１３を通して検波器１４に与えられ、その検
波された電圧信号がＡ−Ｄ変換器！５によってデシタル
データに変換されて、そのデータが演算制御回路（マイ
クロコンピュータ）９′に読み込まれて内部メモリに格
納される．
その際、演算制御回路９′から出される制御信号によっ
てＤ−Ａ変換器ｌ６を通して局部発振塁ｌ７における局
部発振周波数ｆｖを連続的に変えて．ミキサｌＯから出
力される信号の周波数ｆｄを複数のチャンネル対応とな
るように可変にして，各チャンネルごとに検波器１４に
よる検波電圧をＡ−Ｄ変換器ｌ５によってデジタルデー
タ化しては演算制御回路９′の内部メモリに順次格納し
ていくことにより、スペクトラム分析によるデータ群を
得る．
演算制御回路９′は、そのスペクトラム分布情報から、
受信周波数ｆｒと局部発振周波数ｆｖとが共振して検波
電圧がハイレベル状態になっているチャンネルをわり出
し，そのとき共振状態にある受信周波数ｆｒの値にした
がって物標との間の距離を求める．
しかしてこのような従来のスペクトラム分析式によるＦ
Ｍ−Ｃ’ｔｉｌ／レーダ装置では，スペクトラム分析に
際して，チャンネル走査を行なわせるためのミキサ１０
．増幅器１１，帯域フィルタ−１２，増幅器１３，検波
器１４．Ｄ−Ａ変換器ｌ６および局部発振器ｌ７からな
る構成部分を必要として、全体の構成が複雑になってい
る．
また従来のものでは、チャンネル走査によるスベクトラ
ム分析の処理速度が帯域フィルタ１２の通過帯域幅に依
存するものとなって，距離分解能を上げるために帯域フ
ィルタｌ２の通過帯域幅を狭くするほどその処理速度が
遅くなってしまう。Figure 4 shows the configuration of a conventional FM-CW radar system using the spectrum analysis method. In the configuration shown in the figure, in the frequency modulation section 1, the fundamental frequency f in the oscillator 3 is
The signal o is frequency modulated according to the triangular wave modulation signal Ss from the modulation signal generation circuit 2, and the oscillator 3
A frequency modulated signal outputted from the oscilloscope is distributed by a power divider 4, and most of it is given to a circulator 5, and a part of it is given to a mixer 6. The signal given to the circulator 5 is guided to the antenna ANT and is emitted as a radio wave into free space. Then, the reflected wave from the object 4lI0 is received by the antenna ANT, and the received signal is given to the mixer 6 through the circulator 5, where it is mixed with the transmitted signal, and the output signal of the mixer 6 is amplified by the amplifier 7. A signal with a receiving frequency fr is obtained from the amplifier 7, which corresponds to the frequency difference between the transmitted and received signals. Next, the signal at the reception frequency fr and the signal at the local oscillation frequency fv from the local oscillation lit7 are mixed in a mixer IO, and the reception frequency fr is output from the mixer 10.
A signal with a frequency fd according to the difference (or sum) between
is given to. Then, the signal that has passed through the bandpass filter l2 is given to the detector 14 through the amplifier 13, and the detected voltage signal is sent to the A-D converter! 5 is converted into digital data, and the data is read into the arithmetic control circuit (microcomputer) 9' and stored in the internal memory. At this time, the local oscillation frequency fv at the local oscillation base l7 is continuously changed through the DA converter l6 using a control signal output from the arithmetic control circuit 9'. The frequency fd of the signal output from the mixer lO is made variable so as to correspond to a plurality of channels, and the voltage detected by the detector 14 for each channel is converted into digital data by the A-D converter l5, and the arithmetic control circuit 9 By sequentially storing data in the internal memory of ', we obtain a data group based on spectrum analysis. From the spectrum distribution information, the arithmetic control circuit 9' calculates
Determine the channel where the reception frequency fr and the local oscillation frequency fv resonate and the detected voltage is at a high level, and calculate the distance to the target according to the value of the reception frequency fr that is in the resonance state at that time. ．． However, F by such a conventional spectrum analysis formula
In the M-C'til/radar device, a mixer 10 is used to perform channel scanning during spectrum analysis.
．． Amplifier 11, bandpass filter 12, amplifier 13, detector 14. The overall configuration is complicated because it requires a component consisting of a DA converter l6 and a local oscillator l7. In addition, in the conventional method, the processing speed of spectrum analysis by channel scanning depends on the passband width of the bandpass filter 12, and the processing speed increases as the passband width of the bandpass filter l2 is narrowed in order to increase the distance resolution. becomes late.
■亙
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡単な構
成により、スペク１−ラム分析の処理を高分解能をもっ
て迅速に行なわせることができるようにしたＦＭ−ＣＷ
レーダ装置を提供するものである。■The present invention has been made in consideration of the above points, and is an FM-CW that allows spectrum analysis to be performed quickly with high resolution using a simple configuration.
It provides radar equipment.
え戊
本発明はその目的達成のため，送，受信信号間の周波数
差にしたがう信号を、最大エントロピー法によってスベ
クトラム分析するようにしたことを特徴としている．
以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する．
本発明によるＦＭ−ＣＷレーダ装匝にあっては、第１図
に示すように、三角波による変調信号Ｓｍを発生する変
調信号発生回路２および基本周波数ｆｏの信号を変調信
号Ｓ＋ｍにしたがって周波数変調する発振器３からなる
周波数変調部１と、その周波数変調された送信信号を分
配する電力分配器４と、その電力分配器４から与えられ
る送信信号をアンテナＡＮＴに与えて電波として発射さ
せ，物標○によって反射されたアンテナＡＮＴからの受
信（ｎ号をミキサ６に与えるサーキュレータ５と、その
受信信号と電力分配器４から与えられる送信信号とを混
合する前記ミキサ６と、そのミキサ６の出力信号を増幅
する増幅器７と，その増幅器７の出力信号をデジタル信
号に変換するＡ−Ｄ変換器８と，そのＡ−Ｄ変換器８か
ら出力されるデジタルデータを読み込んで、最大エント
ロピー法によるスペクトラム分析をなして，そのスペク
トラム分析された複数のチャンネルデータのなかからハ
イレベル状態にあるデータのチャンネルにしたがって物
標Ｏとの間の距離を求めるとともに、Ａ・Ｄ変換器８に
おけるデータのサンプリング周期の制御をなす演算制御
回路（マイクロコンピュータ）９とによって構成されて
いる。In order to achieve this objective, the present invention is characterized in that a signal according to the frequency difference between transmitted and received signals is subjected to spectrum analysis using the maximum entropy method. Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the FM-CW radar installation according to the present invention, as shown in FIG. 1, a modulation signal generation circuit 2 generates a triangular wave modulation signal Sm, and a signal with a fundamental frequency fo is frequency-modulated according to a modulation signal S+m. A frequency modulation unit 1 consisting of an oscillator 3, a power divider 4 that distributes the frequency-modulated transmission signal, and a transmission signal given from the power divider 4 is given to the antenna ANT to be emitted as a radio wave, and the target object ○ a circulator 5 which supplies the received signal (n) from the antenna ANT reflected by a An amplifier 7 for amplification, an A-D converter 8 for converting the output signal of the amplifier 7 into a digital signal, and a spectrum analysis using the maximum entropy method by reading the digital data output from the A-D converter 8. Then, the distance to the target object O is determined according to the channel of data in the high level state from among the multiple channel data subjected to spectrum analysis, and the data sampling period in the A/D converter 8 is controlled. It is composed of an arithmetic control circuit (microcomputer) 9.
ここで，最大エントロピー法（Ｍ Ｅ Ｍ ： Ｍａｘ
ｉｏ＋ｕｍＥｎｔｒｏｐｙ Ｍｅｔｈｏｄ）は、所定の
アルゴリズムにしたかって、有限な測定データから、そ
れだけでは測定不可能な大きなラグをもつ自己相関関数
を情報エントロピーが最大となるように推定することに
よってスペクトラム分析を行なうもので、それ自体は公
知となっている。Here, the maximum entropy method (MEM: Max
io+umEntropy Method) uses a predetermined algorithm to perform spectrum analysis by estimating an autocorrelation function with a large lag that cannot be measured by itself from finite measurement data so that the information entropy is maximized. , itself is known.
また，その最大エントロピー法によれば、１周期以下の
短い信号に対してスペクトラム分析が可能で，スペクト
ラムの分解能が高いものとなる．しかしてこのように構
成されたものにあっては、第４図の構成の場合と同様に
、増幅器７から送，受信信号間の周波数差にしたがう受
信周波数ｆｒの信号が得られる。Furthermore, according to the maximum entropy method, spectrum analysis is possible for short signals of one cycle or less, resulting in high spectral resolution. However, in the configuration as described above, a signal of the receiving frequency fr is obtained from the amplifier 7 in accordance with the frequency difference between the transmitted and received signals, as in the case of the configuration shown in FIG.
そして、その受信周波数ｆｒの信号が、演算制御回路９
からの制御信号によってサンプリング周期が制御された
Ａ−Ｄ変換器８において所定の周期でサンプリングされ
て、デジタルデータ化される。Then, the signal of the receiving frequency fr is transmitted to the arithmetic control circuit 9.
The data is sampled at a predetermined period by an A-D converter 8 whose sampling period is controlled by a control signal from the A/D converter 8, and converted into digital data.
その変換された受信周波数ｆｒに関するデジタルデータ
が演算制御回路９に読み込まれて、内部メモリに格納さ
れる。Digital data regarding the converted reception frequency fr is read into the arithmetic control circuit 9 and stored in the internal memory.
演算制御回路９は，内部メモリに所定のデータが蓄えら
れると２そのデータを用いて最大エントロピー法による
所定アルゴリズムにしたがう演算処理を実行することに
より、スペクトラム分析を行なう。When predetermined data is stored in the internal memory, the arithmetic control circuit 9 performs spectrum analysis by using the data and performing arithmetic processing according to a predetermined algorithm based on the maximum entropy method.
その際、最大エントロピー法によるスペクトラム分析に
よって，第３図に示すように，チャンネルＣ Ｈ Ｘ
（ Ｘ ＝１ ｒ ２ ＋ ３ ＋ ”’ ）ごとに分
けられた各スペクトルにおけるレベルデータの一群によ
ってスペクトラム分布情報が得られる。At that time, by spectrum analysis using the maximum entropy method, as shown in Fig. 3, the channel C H
Spectrum distribution information is obtained from a group of level data in each spectrum divided into (X = 1 r 2 + 3 + '').
第３図中、Ｓｒは増幅器７から出力されるアンテナＡＮ
Ｔと物標０との間の距離に比例した受信周波数ｆｒすな
わち送信信号と受信信号とのあいだにおけるビート周波
数の信号をあらわしている。In FIG. 3, Sr is the antenna AN output from the amplifier 7.
It represents the reception frequency fr proportional to the distance between T and the target object 0, that is, the beat frequency signal between the transmission signal and the reception signal.
そして，演算制御回路９は，スペクトラム分析された複
数のチャンネルデータのなかから、ハイレベル状態とな
っているデータの１つのチャンネル（または物標が複数
ある場合にはハイレベル状態となっているデータの複数
のチャンネル）をわり出して，そのチャンネルにしたが
って物標との間の距離を求める．
具体的には，ハイレベル状態となっているデータのチャ
ンネル対応するスペクトル分析された周波数から共振状
態にある受信周波数ｆｒを知って、物標との閏の距離を
求める．
または、スベクトラム分析される複数のチャンネルに番
号付けをして，その複数のチャンネルデータのなかから
ハイレベル状態にあるデータのチャンネルの番号Ｎｘを
知り、ＦＭ−ＣＷレーダ装置における物標の最大測定距
ＭＬｓ，スペクトラム分析される総チャンネル数ｎから
，物櫟との間の距離Ｌｘを次式にしたがって求めるよう
にする．Ｌｘ＝Ｌ．謄／ｎ ・・・（１）
なお、最大測定距１１Ｌｍは，変調信号における変調周
波数，周波数偏移幅などによって決定される．
このように本発明によれば．ＦＭ−ＣＷレーダ本体にお
ける物標との間の距離に比例する送，受信信号，閏の周
波数差にしたがう受信周波数ｆｒを，演算制御回路９に
おいて最大エントロピー法によるスペクトラム分析によ
って求めるようにしているので，従来の帯域フィルタを
用いてスペクトラム分析を行なわせる場合のようにフィ
ルタ処理のために全体の処理速度が遅くなるようなこと
がなく，そのスペクトラム分析を高分解能をもって高速
に行なわせることができ、スペクトラム分析される総チ
ャンネル数ｎを多くして距離分解能を上げるに際して有
利となる．
その際、演算制御回路９として高速処理用のマイクロコ
ンピュータを用いれば、さらにスベクトラム分析を高速
で行なわせることができるようになる．
また本発明では．演算制御回路９において最大エントロ
ピー法によるスペクトラム分析を演算処理によって行な
わせるようにしているので、従来のようにスペクトラム
分析に際してチャンネル走査を行なわせるための構成部
分を何ら必要とせず，全体の構成が簡単になる．
羞呈
以上．本発明によるＦＭ−ＣＷレーダ装置にあっては，
送，受信信号間の周波数差にしたがう信号を最大エント
ロピー法によってスペクトラム分析する手段と，そのス
ペクトラム分析された複数のチャンネルデータのなかか
らハイレベル状態にあるデータのチャンネルにしたがっ
て物標との閏の距離を求める手段とをとるようにしたも
ので、簡単な構成により，スペクトラム分析の処理を迅
速になして，物標との間の距離の測定を高速で行なわせ
ることができるという優れた利点を有している．
である．
１・・・周波数変調部 ２・・・変調信号発生回路 ３
・・・発振器 ４・・・電力分配器 ５・・・サーキュ
レータ６・・・ミキサ ７・・・増幅器 ８・・・Ａ−
Ｄ変換器 ９・・・演算制御回路Then, the arithmetic control circuit 9 selects one channel of data that is in a high level state (or data that is in a high level state if there are multiple targets) from among the multiple channel data subjected to spectrum analysis. (multiple channels) and find the distance to the target according to those channels. Specifically, the reception frequency fr in the resonance state is known from the spectrum-analyzed frequency corresponding to the channel of data in the high level state, and the leap distance to the target object is determined. Alternatively, by numbering multiple channels to be subjected to spectrum analysis, and knowing the channel number Nx of data in a high level state among the multiple channel data, the maximum measurable distance of the target object in the FM-CW radar device From MLs and the total number of channels n to be spectrum analyzed, the distance Lx to the tower is calculated according to the following formula. Lx=L. Transcript/n...(1)
Note that the maximum measurement distance 11Lm is determined by the modulation frequency, frequency shift width, etc. of the modulation signal. Thus, according to the present invention. The reception frequency fr, which is proportional to the distance between the FM-CW radar and the target object, is determined by the spectrum analysis using the maximum entropy method in the arithmetic control circuit 9, which is based on the frequency difference between the transmitted and received signals and the leap. , the overall processing speed is not slowed down due to filter processing, unlike when spectrum analysis is performed using a conventional bandpass filter, and the spectrum analysis can be performed at high speed with high resolution. This is advantageous in increasing the distance resolution by increasing the total number of channels n to be subjected to spectrum analysis. At this time, if a microcomputer for high-speed processing is used as the arithmetic control circuit 9, spectrum analysis can be performed even faster. Also, in the present invention. Since spectrum analysis using the maximum entropy method is performed by calculation processing in the arithmetic control circuit 9, there is no need for any component to perform channel scanning during spectrum analysis as in the past, and the overall configuration is simple. become. More than shyness. In the FM-CW radar device according to the present invention,
A means for spectrum analysis of a signal according to the frequency difference between transmitted and received signals by the maximum entropy method, and a method for detecting a leap between a target and a target according to a channel of data in a high level state among a plurality of spectrum-analyzed channel data. It has the excellent advantage of being able to perform spectrum analysis quickly and measuring the distance to a target object at high speed with a simple configuration. I have it. It is. 1... Frequency modulation section 2... Modulation signal generation circuit 3
...Oscillator 4...Power divider 5...Circulator 6...Mixer 7...Amplifier 8...A-
D converter 9... Arithmetic control circuit
Claims (1)
調させた送信信号と物標からの反射波による受信信号と
を混合し、それによって得られる送、受信信号間の周波
数差にしたがう信号の周波数から物標との間の距離を求
めるようにしたＦＭ−ＣＷレーダ装置において、送、受
信信号間の周波数差にしたがう信号を最大エントロピー
法によってスペクトラム分析する手段と、そのスペクト
ラム分析された複数のチャンネルデータのなかからハイ
レベル状態にあるデータのチャンネルにしたがって物標
との間の距離を求める手段とをとるようにしたことを特
徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。 ２、スペクトラム分析された複数のチャンネルに番号付
けをして、その複数のチャンネルデータのなかからハイ
レベル状態にあるデータのチャンネル番号Ｎｘをわり出
し、最大測定距離Ｌｍ、スペクトラム分析された総チャ
ンネル数ｎから、物標との間の距離Ｌｘを、Ｌｘ＝Ｌｍ
／ｎとして求めるようにしたことを特徴とする前記第１
項の記載によるＦＭ−ＣＷレーダ装置。[Claims] 1. A frequency difference between the transmitted and received signals obtained by mixing a transmitted signal obtained by frequency-modulating a fundamental frequency signal according to a modulation signal and a received signal resulting from a reflected wave from a target object. In an FM-CW radar device that calculates the distance to a target from the frequency of a signal according to the frequency difference between transmitted and received signals, means for spectrum analysis of a signal according to the frequency difference between transmitted and received signals by the maximum entropy method, and the spectrum analysis An FM-CW radar apparatus characterized in that the distance between the target object and the target object is determined according to the channel of data in a high level state from among the plurality of channel data obtained. 2. Number the multiple channels whose spectra were analyzed, calculate the channel number Nx of data in a high level state from among the multiple channel data, calculate the maximum measurement distance Lm, and the total number of channels whose spectrum was analyzed. From n, the distance Lx to the target is Lx=Lm
/n.
FM-CW radar device according to the description in Section 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1051243A JP2860558B2 (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | FM radar equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1051243A JP2860558B2 (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | FM radar equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02231590A true JPH02231590A (en) | 1990-09-13 |
| JP2860558B2 JP2860558B2 (en) | 1999-02-24 |
Family
ID=12881509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1051243A Expired - Lifetime JP2860558B2 (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | FM radar equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2860558B2 (en) |
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