JPH03175389A - 周波数変調式レーダ装置 - 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 本発明は対象物との距離や相対速度を検出するレーダ装
置に関するものであり、特に、周波数変調波を送信波と
して使用する周波数変調式レーダ装置の感度向上に関す
るものである。

従来の技術 周波数変調式レーダ装置は、特開昭５８−４１３７２号
公報によって既に知られている。この公報に記載された
レーダ装置は、（ａ）周波数変調された送信波を発生さ
せる送信波発生手段と、（ｂ）その送信波を対象物に向
かって送信し、対象物からの反射波を受信波として受信
するアンテナ手段と、（Ｃ）受信波と送信波の一部との
混合波に対応する検出信′号を作成する混合手段と、（
（１）その検出信号をしきい値と比較し、検出信号がし
きい値を超える状況に基づいて対象物との距離を演算す
る演算手段とを含んでいる。演算手段は、具体的には、
検出信号をしきい値により弁別してパルス信号を発生さ
せる波形整形手段を備え、このパルス信号に基づいて対
象物との距離を演算するものとされている。検出信号の
周波数は対象物までの距離に比例するため、これをしき
い値により弁別したパルス信号の一定時間当たりのパル
ス数をカウントすれば、そのカウント数に基づいて対象
物までの距離を求めることができるのである。

上記公開公報に記載されたレーダ装置は、航空機の高度
を検出するものであり、対象物としての地面までの距離
を検出するものであるが、検出信号は後に実施例の項に
おいて詳細に説明するように、対象物とレーダ装置との
相対速度の情報も含んでいるため、対象物との距離に代
えて、あるいは距離と共に相対速度を検出するものとす
ることもできる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、例えば上記レーダ装置を車両に搭載して
前方車両との距離や相対速度を検出する場合のように、
ごく近い対象物までの距離や相対速度を検出する必要が
ある場合には、検出信号とノイズとの周波数が近くなっ
てノイズをフィルタ等によって除去することができず、
そのために遠方の対象物を検出することが困難になると
いう問題が発生する。

検出信号の周波数は対象物までの距離が長くなるほど高
くなるのであるが、対象物までの距離が長くなれば受信
波のレベルが低下するため、検出信号のレベルは、周波
数が高い領域はど低くなる。

したがって、遠い対象物をも探知可能、すなわち距離や
相対速度を検出可能とするためには、検出信号を弁別す
る際のしきい値を低くすることが必要となるのであるが
、しきい値を低くすれば、上記ノイズもしきい値を超え
ることとなって検出誤差を発生させるため、しきい値の
低下には限度があり、結局、レーダ装置によって探知し
得る対象物までの距離が制限されてしまうのである。

本発明は以上の事情を背景として、ごく近距離の対象物
を探知し得る近距離用レーダ装置であって、遠距離の対
象物もノイズの影響を受けることなく確実に探知し得る
ものを提供することを課題として為されたものである。

課題を解決するための手段 そして、本発明の要旨は、前記（ａ）送信波発生手段５
ら）アンテナ手段および（Ｃ）混合手段とともに、（ｄ
）対象物との距離と相対速度との少なくとも一方を演算
する演算手段を含む周波数変調式レーダ装置において、
混合手段と演算手段との間に、混合手段の出力信号であ
る検出信号の周波数の高い領域におけるレベルを周波数
の低い領域におけるレベルに対して相対的に高くするレ
ベル修正手段を設けたことにある。

上記混合手段が、混合波に対応する電気信号の特定波長
領域の部分のみの通過を許容するフィルタを含むもので
ある場合には、その通過を許容する周波数領域のうちの
周波数の高い領域はど利得が大きいものとし、あるいは
減衰量の少ないものとすることによって、そのフィルタ
を修正手段とすることができる。また、混合手段が、混
合波あるいはそれに対応する電気信号を増幅する増幅器
を含むものである場合には、その増幅器を周波数の高い
領域はど利得の大きいものとすることによって、その増
幅器をレベル修正手段とすることができる。

作用 本発明は、混合手段の出力信号である検出信号のレベル
は前述のように周波数の高い領域はど低くなるのである
が、ノイズのレベルも周波数が高い領域はど低くなると
いう事実の発見に基づき、混合手段と演算手段との間に
レベル修正手段を設け、検出信号の周波数の高い領域に
おけるレベルを低い領域におけるレベルに対して相対的
に高くするレベル修正手段を設ければ、ノイズのレベル
が高くなることを回避しつつ、検出信号の周波数の高い
領域に・おけるレベルを高くすることができるという着
想を得て完成されたものである。このようにすれば、演
算手段のしきい値をノイズのレベルに対して十分高く設
定しても、周波数の高い領域における検出信号が十分し
きい値を超えるようにすることができるのである。この
周波数の高い検出信号は、前述のように対象物までの距
離が長い場合に発生するものであり、結局、遠距離の対
象物でもノイズに起因する検出誤差の発生を回避しつつ
、探知し得ることとなるのである。

発明の効果 このように、本発明に従えば、ごく近距離の対象物を検
出可能なレーダ装置によって、ノイズに起因する検出誤
差の増大を回避しつつ比較的遠距離の対象物をも検出す
ることが可能となる。近距離用レーダ装置の感度を向上
させることができるのである。

しかも、そのために必要なレグル修正手段は安価に構成
することができるため、感度向上のためのコストの上昇
を低く押さえることができる。

特に、混合手段がフィルタや増幅器を備えたものである
場合に、それらの利得を周波数の高い領域はど大きくし
、あるいは減衰量を周波数の高い領域はど小さくするこ
とは容易なことであり、レーダ装置のコストの上昇を一
層低く抑えることができる。

また、上記フィルタを離散時間系処理回路により構成す
れば、所望のフィルタ特性を容易に実現することができ
、使用環境に合わせてフィルタ特性を調整することも容
易となる。また、小形化することができるため、車両の
ように搭載スペースが限られた用途に使用することが容
易となる。しかも、装置の小形化により処理回路自体が
受ける外来ノイズを低減させることができ、また、作動
が安定するため、精度よく対象物との距離や相対速度を
検出することが可能となる。

実施例 以下、車両に搭載して前方車両との距離および相対速度
を検出するためのレーダ装置に本発明を適用した場合の
一実施例を図面に基づいて説明する。

本実施例のレーダ装置は、第１図に示すように搬送波発
生器１０を備えている。この搬送波発生器１０はガン（
Ｇｕｎｎ）発振器などによって構成され、例えば５０Ｇ
Ｈｚのミリ波を搬送波として発生するものが好適である
。この搬送波は周波数変調器１２および変調電圧発生器
１４によって周波数変調される。変調電圧発生器１４は
三角波の変調電圧を発生させるものであり、周波数変調
器１２からは周波数変調波が出力される。この周波数変
調波は伝送路１６およびサーキュレータ１８を経て、ア
ンテナ２０から送信波Ｗｔとして対象物たる前方車両２
２に向かって放射される。この送信波Ｗｔが前方車両２
２によって反射されたものが受信波Ｗｒとしてアンテナ
２０により受信され、伝送路１６およびサーキュレータ
１８を経てミキサ２４に伝送される。ミキサ２４には周
波数変調器１２からの周波数変調波の一部も伝送され、
ミキサ２４はこれら二つの波を混合して混合波とする。

この混合波は増幅器２６により増幅された後、帯域通過
フィルタ２８でろ波され、波形整形器３０において、し
きい値発生器３２のしきい値により弁別されてパルス信
号とされる。このパルス信号のパルス数はカウンタ３４
によりカウントされ、コンピュータ３６に供給される。

コンピュータ３６には前記変調電圧発生器１４からの変
調電圧も供給されるようになっており、コンピュータ３
６はこの変調電圧とカウンタ３４のカウント値とに基づ
いて後述の演算を行い、本レーダ装置と前方車両２２と
の距離と相対速度とを演算し、相対速度が各距離に対し
て予め定められている設定値を超えた場合には衝突の危
険があるとして警報器３８を作動させる。

前記変調電圧発生器１４の変調電圧は、第２図の上段に
示すように一定時間の間は電圧が直線的に増大し、続く
一定時間の間は直線的に減少する三角波である。そのた
め、送信波Ｗｔの周波数は第２図の中段に実線で示すよ
うに変調電圧の増減と同期して直線的に増減することと
なる。また、受信波Ｗｒの周波数は、第２図の中段に破
線で示すように、送信波Ｗｔに対して前方車両２２まで
の距離に比例する量だけ遅れて増減する。したがって、
ミキサ２４から出力される混合波の周波数は送信波Ｗｔ
と受信波Ｗｒとの周波数の差となり、第２図の下段に示
すように変化する。送信波Ｗｔと受信波Ｗｒとの一方が
増大し、他方が減少する間は混合波の周波数が変化する
が、送信波Ｗｔと受信波Ｗｒとの周波数が共に増大ある
いは減少する時間Ｔ、の間は混合波の周波数が一定値ｆ
ａｔとなるのであり、この周波数ｆ　４１と前方車両２
２までの距離りとの間には次の関係がある。

Ｄ＝にゎ・ｆ　４１　−−−−−’−・−−−−−−−
−−ｍ−・−（１）ただし、Ｋゎは定数 したがって、送信波Ｗｔと受信波Ｗｒとの周波数が共に
増大あるいは減少する時間Ｔ１の間の混合波の周波数ｆ
ｄＩを計数すれば、前方車両２２との距離りを演算し得
ることとなる。前記コンピュータ３６に変調電圧発生器
１４の変調電圧が供給されるようになっているのは、時
間Ｔ＋の間のみコンピュータ３６が距＃Ｄの演算を行う
ようにするためである 第２図は本レーダ装置と前方車両２２との相対速度が０
の場合を示す図であるが、相対速度が０ではない場合、
例えば両者が接近中である場合には、受信波Ｗｒの周波
数は第３図の中段に破線で示すように送信波Ｗｔの周波
数の増減に対して遅れるのみならず、ドツプラ効果によ
って平均値が高くなる。そのため、前方車両２２との距
離が第２図の場合と等しいときでも、送信波Ｗｔと受信
波Ｗｒとの周波数が共に増大する時間Ｔ２の間は混合波
の周波数が前記ｆｄ＋より大きいｆ４□となり、送信波
Ｗｔと受信波Ｗｒとの両方の周波数が減少する時間Ｔ３
の間はｆｉｌｌより小さいｆｄ３となる。

これら周波数ｆ。、ｆｄｆｆと、レーダ装置と前方車両
２２との距離りおよび相対速度■との間には、次の関係
がある。

Ｄ　＝　Ｋ　ｏ　・Ｃｆａｘ　＋　ｆ　ａｘ　）　／　
２　−−−−−−−−−−−−−−　（２）Ｖ　＝　Ｋ
　ｖ　・Ｃｆａｚ　　ｆ　ａｓ）　／　２　−・−−−
−−−−−−−−−−（３）ただし、Ｋ、、ＫＶは定数 したがって、送信波Ｗｔと受信波Ｗｒとの周波数が共に
増大する時間Ｔ２の間と、共に減少する時間Ｔ３の間と
の混合波の周波数から、前方車両２２との距離りおよび
相対速度■を演算し得ることとなる。

そのために本実施例においては、混合波を波形整形器３
０において第４図の上段に示すようにしきい値ＴＨによ
り弁別し、第４図の下段に示すパルス信号に変えるので
あるが、混合波のレベルが低く、しきい値ＴＨを超えな
い場合には、第４図の下段に示す時間Ｔの間のように混
合波が供給されているにもかかわらず、波形整形器３０
からパルス信号が出力されないこととなる。

この事態は前方車両２２までの距離りが大きいほど発生
し易い。受信波Ｗｒのレベルは前方車両２２までの距離
りの４乗に反比例して低くなり、また、混合波の周波数
は前方車両２２までの距離りが大きくなるほど高くなる
ため、受信波Ｗｒのレベルは第５図に二点鎖線で示すよ
うに周波数が高い領域はど低くなるからである。したが
って、遠い前方車両２２との距離りや相対速度■を検出
し得るようにするためには、検出信号のレベルを高くす
る必要があるのであるが、そのようにすればノイズのレ
ベルも高くなって検出精度が低下することを避は得ない
。

伝送路１６は一般に、伝送すべき信号の周波数によって
インピーダンスが異なる特性を有しており、また、周波
数変調器１２の出力インピーダンスも周波数によって変
化する。そのため、送信波Ｗｔが周波数に応じて振幅変
調されることとなり、増幅器２６の出力信号も第４図上
段に示すように周波数に応じた振幅変調を受け、特定の
周波数においてしきい値ＴＨを超えなくなって検出誤差
の原因となる。第５図の符号Ａ０はこのノイズとしての
振幅変調成分のスペクトラムを示し、符号Ａ。

〜Ａ７はその高調波成分を示す。図から明らかなように
スペクトラムＡ０〜Ａ、、の周波数は帯域通過フィルタ
２８の通過周波数領域ｆ１〜ｆｌ　　（この周波数領域
はレーダ装置により対象物を探知すべき領域により決ま
る）のうちの比較的低い周波数頭域ｆ、ｘ［、に分布し
ており、かつスペクトラムＡ０〜八〇の包路線（−点鎖
線で示す）は周波数が高くなるにつれて低くなる。

したがって、帯域通過フィルタ２８を、利得が増幅器２
６の出力信号のレベルに反比例するものとすれば、すな
わち周波数ｆ１からｆ：ｌに向かって第６図に示すよう
に増大する周波数特性を有するものとすれば、帯域通過
フィルタ２８の出力しヘルは第７図に二点鎖線で示すよ
うに周波数の高い領域において効果的に高められ、周波
数領域ｒ１〜ｆ３全体においてほぼ等しくなる。それに
対し、周波数が低い領域に分布している振幅変調成分の
スペクトラムＡ０ないしＡ、、は、それぞれＡ′ないし
Ａ′７に変化するのみでそれほど高くはならない。した
がって、しきい値発生器３２のしきい値を信号レベルＬ
１とＬ２との間に設定すれば、ノイズの影響を受けるこ
となく周波数の高い領域においても帯域通過フィルタ２
８の出力信号を十分弁別し得ることとなる。この効果は
、第５図において、振幅変調成分の影響を受けることな
く周波数ｆ、近傍の信号を弁別し得るしきい値を設定す
ることを想像すれば容易に理解できる。

上記のように本実施例のレーダ装置においては、帯域通
過フィルタ２８の出力信号が混合波に対応する検出信号
となっており、この検出信号が周波数の高い領域におい
ても十分弁別し得るため、遠い前方車両２２との距離り
や相対速度■を検出することが可能となり、従来、第８
図に一点鎖線で示す大きさであった検出領域が実線で示
す大きさに拡大される。検出可能距離がり、からＤ２に
延長されるのである。

前記帯域通過フィルタ２８はアナログ回路で構成されて
いるが、離散時間系処理回路によって構成することも可
能である。その−例を第９図に示す。図において５０は
離散時間変換された信号の入力端子、５２，５４．５６
・・・は単位遅延段、６２．６４，６６．６８・・・は
各々のタップ出力の信号を増幅し、必要に応じて位相反
転を行う係数乗算器、７０はそれら係数乗算器７０の出
力の総和を求める加算器、７２は出力端子である。

このフィルタは非巡回形フィルタまたはＦＩＲ（Ｆｉｎ
ｉｔｅ　Ｉｍｐｕｌｓｅ　Ｒｅ５ｐｏｎｓｅ　　：有限
長インパルス応答）フィルタであり、特に、トランスバ
ーサルフィルタと称されているものである。

単位遅延段５２等の遅延時間をＴとすると、フィルタの
周波数特性を表す伝達関数は ただし、 ω：角周波数 ｊ：虚数単位 ｋ（ｍ）：各段の係数ｋ。、に、、　　・・ｋｌｌで表
され、ｅ　Ｊ′’ｒ　＝＝　ｅ　５Ｔ＝＝　Ｚ（ｓは複
素角周波数）の関係を用いてＺ変換すれば となる。したがって、係数乗算器６２等の係数ｋ　（１
＋に１．・・・・・・ｋｆｉを所定の値に設定すれば所
望の特性が得られる。

この設計法は、武部幹著　東海大学出版会発行のｒディ
ジタルフィルタの設計ｊ、加川用雄著科学技術出版社発
行のｒアナログ／ディジタル・フィルタ」等に種々記載
されているが、例えば、第１Ｏ図に示すように所望の周
波数特性を、逆′ＦＦ　Ｔ　（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅ
ｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により周波数軸特性を時間軸
特性に変換してインパルス応答を求め、その応答の正規
化した値を時間Ｔ間隔毎にとって係数値ｋｌｌ、ｋｌ＋
　　・・・・ｋ７とすればよい。

入力端子への入力信号である離散時間信号の作成にはサ
ンプルホールド回路を用い、離散時間・連続振幅の信号
を入力端子５０に入力させれば、出力端子７２の出力信
号も離散時間・連続振幅の準アナログ信号となり、これ
が次段の波形整形器３０に供給されることとなる。

帯域通過フィルタ２８はまた、増幅器２６の出力信号を
Ａ／Ｄ　（アナログ／デジタル）コンバータにより離散
時間・離散振幅の信号とし、遅延係数処理および加算も
デジタル回路で行うデジタルフィルタとすることも可能
である。この場合にはデジタルフィルタの出力をＤ／Ａ
　（デジタル／アナログ）コンバータによってアクログ
信号に戻し、波形整形器３０に供給することも可能であ
るが、波形整形器３０もデジタル演算によって波形整形
のための判定機能を為すものとすることも可能である。

また、入力信号が離散時間・連続振幅のものである場合
には、藤井信生著　オーム社発行のｒスイッチトキャパ
シタフィルタの基礎」や中山謙二著　東海大学出版会発
行の１３０回路網の設計と応用ｊ等に詳細に記載されて
いるスイッチトキャパシタフィルタを使用することも可
能である。

さらに、前記「ディジタルフィルタの設計」。

ｒアナログ／ディジタル・フィルタｊ等に記載されてい
る巡回型フィルタまたはＩ　Ｉ　Ｒ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ
Ｉｍｐｕｌｓｅ　Ｒｅ５ｐｏｎｓｅ、無限長インパルス
応答）フィルタによって帯域通過フィルタを構成するこ
とも可能であり、非巡回型フィルタより小規模の回路構
成で同様な特性が実現できる。

また、帯域通過フィルタの利得を周波数の高い領域はど
大きくする代わりに、減衰量を小さくすること、あるい
は増幅器の利得を周波数が高い領域はど大きくすること
によっても同様の効果を得ることができる。

また、得られた相対速度に当該レーダ装置が搭載されて
いる車両の走行速度を加えて前方車両の絶対走行速度を
求めることも可能であり、波形整形器３０からのパルス
信号のパルス数を計数する代わりに、パルス信号を積分
することによって前方車両との距離や相対速度を求める
こともできる。

本発明は、以上の他にも当業者の知識に基づいて種々の
変形、改良を施した態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるレーダ装置の構成を示
すブロック図である。第２図および第３図は上記レーダ
装置における前方車両との距離と相対速度との演算原理
を説明するためのグラフである。第４図は上記レーダ装
置の一構成要素である波形整形器の機能を説明するため
のグラフである。第５図は上記レーダ装置における増幅
器の出力信号と、ノイズとしての振幅変調成分のスペク
トラムとの関係を示すグラフである。第６図は上記レー
ダ装置の一構成要素である帯域通過フィルタの周波数特
性を示すグラフであり、第７図はその帯域通過フィルタ
の出力信号とノイズとの関係を示すグラフである。第８
図は上記レーダ装置の探知可能領域を従来のレーダ装置
と比較して示す図である。第９図は上記帯域通過フィル
タの一構成例を示すブロック図であり、第１０図はその
設計法を説明するための図である。 ：伝送路 ：サーキュレータ ２０：アンテナ ２ ：前方車両 ２４：ミキサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 周波数変調された送信波を発生させる送信波発生手段と
   、 その送信波を対象物に向かって送信し、対象物からの反
   射波を受信波として受信するアンテナ手段と、 前記受信波と前記送信波の一部との混合波に対応する検
   出信号を作成する混合手段と、 その検出信号をしきい値と比較し、検出信号がしきい値
   を超える状況に基づいて前記対象物との距離と相対速度
   との少なくとも一方を演算する演算手段と を含む周波数変調式レーダ装置において、 前記混合手段と前記演算手段との間に、前記検出信号の
   周波数の高い領域におけるレベルを周波数の低い領域に
   おけるレベルに対して相対的に高くするレベル修正手段
   を設けたことを特徴とするレーダ装置。