JPH06242231A - 対象物の距離および速度の測定法 - Google Patents
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Abstract
複数個の対象物の距離と速度を測定する。 【構成】 電磁波を用いて対象物の距離とその速度を測
定する方法において、送信される信号を周波数変調す
る。送信信号の周波数の増加中および減少中に受信され
た信号を、該送信された信号と混合する。該混合により
生じた中間周波信号のスペクトルを分析する。送信され
た信号の周波数の少なくとも1つの増加中のおよび少な
くとも1つの減少中の、該中間周波数信号のスペクトル
線の周波数から、少なくとも1つの対象物の距離および
速度を算出する。
Description
載の方法に関する。
法が知られている(レーダー)。いわゆるFMCWレー
ダの場合、連続的に電磁波が送信され、その周波数は2
つの値の間を実質的にランプ状に変調される。この種の
公知の方法の場合、受信された反射波は、同時に送信さ
れた波と混合される。周波数変化の間中に即ち変調信号
のランプの間中に、この混合により得られる中間周波数
から簡単に走行時間が即ち対象物の距離が求められる。
対的に運動すると、反射された信号はドップラー偏移を
受ける。このことはWO92/11548号公報に示さ
れた、距離および速度の測定法により、次のように用い
られる。即ち送信波の周波数の増加中および減少中の周
波数差を測定し、この周波数差から速度を算出し、この
周波数差の平均値から距離が求められる。
ら反射された波が即ちこれから導出された中間周波信号
が評価される。
の検出範囲の中に同時に存在する複数個の対象物の距離
と速度を測定できる方法を提供することである。
する本発明による方法は、複数個の対象物の距離および
速度を測定できるほかに、さらに、例えば道路交通にお
いて生ずる著しく短い距離および速度を著しく正確に測
定できる利点を有する。速度の正確な測定のほかに本発
明による方法は距離の正確な測定も可能にする。何故な
らば距離測定の目的で、距離測定の他の公知の方法にお
いては障害として現われるドップラー効果の補償を行な
うからである。
車における距離警報装置に対して好適である。この場
合、固有の走行速度を用いて簡単に、接近してくる対象
物と、静止している対象物と、遠ざかる対象物とを互い
に区別できる。
項1に示された発明の有利な発展形式および改善が可能
となる。
1の方法における抽象的な表現を具体化したものであ
る。この目的で例えば複数個の相続く測定の結果が評価
される。
目的で、中間周波数信号を例えば0〜300kHzの所
定の周波数範囲においてスペクトル分析をすると有利で
ある。この範囲は、検出されるべき距離−および速度範
囲に依存し、かつランプの勾配の選定に依存する。
る。
を実線aで示す。一定の周波数の複数個の時相の間で、
周波数がランプ状(傾斜状)に変化される。この実施例
における4つのランプを含む1測定サイクルにおいて、
第1の測定時間T1の間中は上昇し、第2の測定時間T2
の間中はもとへ低下する。測定時間T3においては周波
数が上昇しT4においては周波数が低下するが、この上
昇、低下は測定時間T1およびT2における変化速度より
も小さい変化速度で行なわれる。
が1つまたは複数個の反射性対象物へ当ると、反射信号
の一部がアンテナにより受信される。曲線bおよびcは
2つのこの種の受信信号の周波数経過を示す。送受信装
置(レーダー)と対象物との間の距離が時間と共に変化
する時は、変位した距離により定められる時間遅延およ
び、ドップラー効果による周波数偏移が、受信された信
号を特徴づける。
に、図1の一部が図2および図3において拡大されて示
されている。第1の対象物からのエコー(破線b)は走
行時間dt1だけ遅延されており、かつ周波数f
Doppler,1だけ偏移されている。この第1の対象物の場
合は、ドップラー効果のため周波数が上昇する、何故な
らば対象物はレーダーの方向へ運動するからである。第
2の対象物からのエコー(点線c)は走行時間dt2だ
け遅延され周波数fDoppler,2だけ偏移されている。見
やすくするために周波数偏移および時間偏移が著しく強
調されて示されている。
信号(曲線a)と受信された信号(曲線b,c)との間
の差周波数を示す。周波数差は、測定時間と反射性の対
象物ごとに示されている。例えばf4,1は、測定時間T4
の間中の、第1の対象物から反射されて受信された信号
と送信された信号との間の周波数差を意味する。
と混合される。そのため周波数差が中間周波数帯におけ
る周波数として現われて、以後に処理できる、例えばス
ペクトル分析できる。このことは例えばサンプリング、
ディジタル化および後続の離散フーリエ変換により行な
われる。
および図1において想定された受信信号に対して、表示
されている。この場合、各々の反射性の対象物は、それ
ぞれ極大値として表わされる。極大値の周波数位置はそ
の距離と相対速度に依存する。
はdt=2s/cの値を有する、ただしcは光速であ
る。受信時点において、送信された信号の周波数は、d
f=(fH/T)・dt=2s・fH/(T・c)だけ高
い値へ上昇されている。ただしfHは周波数偏移であ
り、Tはランプの持続時間である。fH/Tは周波数の
上昇速度である。送信された信号と受信された信号との
混合により、中間周波数f0=df=2s・fH/(T・
c)が生ずる。
rで相対的に運動すると、受信された信号中にドップラ
ー偏移fB=−2vr・fT/cが生ずる、ただしfTは、
送信された信号の基本周波数である。n個の検出された
対象物と2つの測定から即ちランプから、2組の中間周
波数f1,iおよびf2,iが次の式により得られる。
fH,2/(T・c)、b=2fT/cである。さらにiは
その都度の対象物の順序番号であり、1〜nの値をとり
得る。
する2つの式が用いられ、これらの式から距離sと速度
Vrが算出できる。このための前提は、上昇縁およびこ
れからの下降縁の間中の中間周波数の評価が、中間周波
数とそれぞれの対象物との間の同じ対応関係に基づくこ
とは当然である。このことを保証する目的で、まず最初
に全部の対応関係が可能であると前提できる−そのため
図4と図5の場合は、式が図に与えられている記号によ
り、および付加的に例えばf2,2およびf2,1の交換によ
り演算され、結果の適否が検査される。例えば前提され
ている対応関係の一方の場合に、対象物が、道路交通に
おいてはあり得ない速度で運動することがわかると、他
方の対応関係の方が正しい。さらにこれにより得られた
新たな距離データおよび時間差による以後の算出におい
て速度が算出され、ドップラー効果を用いて得られた速
度と比較できる。
のランプが1つの測定サイクルに所属する。この場合、
第3のランプおよび第4のランプは第1のランプおよび
第3のランプとは異なる勾配を有する。ランプの勾配は
例えば次の値を有する:+300MHz/1mS、−3
00MHz/1mS、+300MHz/3mSおよび−
300MHz/3mS。これにより、測定された周波数
と対象物との対応関係が改善できる。
勾配は、ドップラー効果の影響が走行時間の影響よりも
小さくなるように、有利に選定されている。これにより
上述の式において第1の加数が優勢となりその結果、和
の符号は、上昇ランプが対象物とされているか下降ラン
プが対象物とされているかに依存する。このことはさら
に既知である。極性は、求められるべき値には依存しな
い。
影響する、即ち著しく小さいランプ勾配の場合はドップ
ラー効果の著しく大きい影響により、著しく大きい速度
分解能が与えられる。他方、急峻なランプの場合はドッ
プラー効果がわずかな影響しか与えず、これにより対象
物のその距離による一層簡単な識別が可能となる。図示
された実施例において実施される、ランプ勾配の交番化
により、速度も距離も良好な分解能で求めることができ
る。
ック図を示す。公知のFMCWレーダーフロントエンド
は実質的に可制御の発振器(VCO)2、サーキュレー
タ3、アンテナ4および混合器5を含む。可制御の発振
器の出力信号はサーキュレータを介してアンテナへ導か
れて、ここから放射される。反射後に戻った波は相応の
信号としてサーキュレータを介して混合器5へ導かれ、
ここで発振器2の出力信号と混合される。発生した中間
周波数は、送信された信号の周波数と受信された信号の
周波数との差に相応し、混合器5の出力側から送出され
る。
される信号を周波数変調するための信号が導かれる。こ
の信号は図8に示されたランプ形状を有しランプ発生器
8から発生される。ランプ発生器は公知のように実質的
に積分器から構成されており、この積分器にランプの間
中に、逆の極性を有する電圧が導かれる。この積分化お
よび積分化解除の制御の目的でランプ発生器8の入力側
9に、監視−および計算ユニット11から制御信号が導
かれる。
機構、制御機構および通常のメモリ(図8にはまとめて
13で示されている)のほかに、ランプ発生器8および
アナログ/ディジタル変換器12を接続するためのディ
ジタル入力/出力ポート14ならびに、上位の装置への
インターフェース15を含む。この上位の装置は例えば
測定された値を表示する、または記録するまたは別の形
式で評価する。監視および評価ユニットは基本的に、公
知のFMCWレーダー装置において使用されるユニット
に相応するため、詳細な説明は省略する。これらの公知
の監視−計算ユニットとは異なり、本発明の方法を実施
するために実質的に、高速フーリエ変換を実施するため
の、および図1〜図7を用いて説明された算出演算を実
施するための計算機構が設計されている。
ているプログラムは、21でスタートされる。ここで、
変調された信号の送信中に即ちm個のランプのシーケン
ス中に、混合器5(図8)の出力信号がアナログ/ディ
ジタル変換器12においてサンプリングされる。次にこ
のシーケンスの終了後に監視−および計算ユニット11
のメモリの中でm個の測定のサンプリング値が用いられ
る。
のスペクトル分析が行なわれ、これにもとづいて24で
スペクトル中に極大値が探されてその周波数が算出され
る。次に25において、周波数から全部の対象物に対し
て距離sと相対速度Vrが算出される。
出が、例えば表示装置において、または以後の処理のた
めの上位の計算器において行なわれる。
2つの信号の周波数の時間経過図である。
2つの信号の周波数の時間経過図である。
2つの信号の周波数の時間経過図である。
クトル図である。
クトル図である。
クトル図である。
クトル図である。
図である。
図である。
ンテナ、 5 混合器、 6 出力側、 7 制御入力
側、 8 ランプ信号発生器、 11 監視−および計
算ユニット、 12 アナログ/ディジタル変換器、
15 インターフェース
Claims (6)
- 【請求項1】 電磁波を用いて対象物の距離および速度
を測定する方法において、送信される信号を周波数変調
し、送信された信号の周波数の増加中および減少中に受
信された信号を、該送信された信号と混合し、該混合に
より生じた中間周波信号のスペクトルを分析し、送信さ
れた信号の周波数の少なくとも1つの増加中のおよび少
なくとも1つの減少中の、該中間周波数信号のスペクト
ル線の周波数から、少なくとも1つの対象物の距離およ
び速度を算出することを特徴とする、対象物の距離およ
び速度の測定法。 - 【請求項2】 スペクトル分析を、高速フーリエ変換を
用いて行なう、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 中間周波信号を、例えば0〜300kH
zの所定の周波数範囲においてスペクトル分析する、請
求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】 送信された信号の周波数の増加後におよ
び減少後に、n個の対象物の距離Siおよび速度Vri
(i=1……n)を算出するために次の式の解を求め、 f1,i=|a1・si+b・vr,i| f2,i=|a2・si+b・vr,i| ただし a1=2fH,1/(T・c)、a2=2fH,2/(T・c)、
b=2fT/cであり、 f1,i:周波数増加の際の中間周波数、 f2,i:周波数減少の際の中間周波数、 fH,1:周波数増加の際の周波数偏移、 fH,2:周波数減少の際の周波数偏移、 T :増加または減少の持続時間、 fT :送信された信号の基本周波数、 c :光速 である、請求項1から3までのいずれか1項記載の方
法。 - 【請求項5】 式を解く際に、種々異なる対象物と種々
異なる中間周波数との間の複数個の可能な対応関係を考
慮し、正しい対応関係の選定を、複数個の順次相続く測
定の比較により実施する、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 送信された信号の周波数(ランプ)のm
個の変化の後に、対象物の距離Siのおよび速度Vri
(i=1……n)の算出のために次の式、 fk,i=|ak・si+b・vr,i| を使用し、ただし ak=2fH,k/(T・c)、b=2fT/c、 fk,i:i番目の対象物における反射によるk番目のラ
ンプの場合の中間周波数、 fH,k:k番目のランプの場合の周波数偏移、 T :ランプの持続時間、 fT :送信された信号の基本周波数、 c :光速 である、請求項1から3までのいずれか1項記載の方
法。
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