JPH0755924A - Fmcwレーダの送信波生成方法およびfmcwレーダ - Google Patents

Fmcwレーダの送信波生成方法およびfmcwレーダ

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JPH0755924A
JPH0755924A JP5199624A JP19962493A JPH0755924A JP H0755924 A JPH0755924 A JP H0755924A JP 5199624 A JP5199624 A JP 5199624A JP 19962493 A JP19962493 A JP 19962493A JP H0755924 A JPH0755924 A JP H0755924A
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JP
Japan
Prior art keywords
wave
frequency
transmission wave
fmcw radar
transmission
Prior art date
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JP5199624A
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English (en)
Inventor
Kyohei Murayama
恭平 村山
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 距離分解能を向上させたFMCWレーダを提
供する。 【構成】 三角波により周波数変調して送信波を生成す
る電圧制御発振器2と、生成された送信波を対象物体5
0に送信する送信アンテナ5と、電圧制御発振器2のバ
イアス電圧対周波数特性の逆関数で補正された三角波を
生成する補正バイアス電圧生成部1とを備え、補正三角
波で送信波を生成することにより、電圧制御発振器2の
周波数直線性を改善させ、結果的に距離分解能を向上さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、周波数変調された送
信波を対象物体に向けて送信し、その反射波を利用して
対象物体との距離を計測するFMCWレーダおよびFM
CWレーダの送信波生成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、FMCWレーダは簡単な信号
処理により対象物体との距離を計測することが可能であ
ることから、飛行機の高度計、自動車用の追突防止レー
ダなどに使用されている。図7は従来のFMCWレーダ
の一例の概略構成を示すブロック図、図8はその計測方
法を説明するための波形図である。
【0003】このFMCWレーダは高周波変調波により
周波数変調した送信波を対象物体に向けて送信し、その
反射波と送信波とをミックスして得られたビート信号か
ら対象物体までの距離を測定するものである。このFM
CWレーダは三角波を出力する発振部31と、生成され
た三角波により周波数変調する電圧制御発振器32(V
CO)と、電圧制御発振器32により周波数変調された
送信波をアンテナ35側とミキサ36側とに分岐するカ
ップラ33と、送信波を電圧制御発振器32からアンテ
ナ35へ送るとともに、対象物体50からの受信波をア
ンテナ35からミキサ36へ送るサーキュレータ34
と、送信波を対象物体50に対して送信するとともに対
象物体50からの反射波を受信するアンテナ35と、送
信波と受信波とをミックスしてビート信号を生成するミ
キサ36とを有している。
【0004】上記構成のFMCWレーダの動作について
簡単に説明する。FMCWレーダの発振部31で生成さ
れた三角波は電圧制御発振器32に入力され、この三角
波により周波数変調することにより得られた送信波はカ
ップラ33、サーキュレータ34を経てアンテナ35か
ら対象物体50に向けて発信されるとともに、一部はカ
ップラ33を通してミキサ36にも入力される。そして
対象物体50からの反射波はアンテナ35で受信され、
サーキュレータ34の働きによりその受信波はミキサ3
6に達する。そしてミキサ36において送信波と受信波
がミックスされビート信号が生成される。
【0005】図8(a)は対象物体との相対速度が0の
ときの送信波(実線)と受信波(破線)の変化を示す
図、図8(b)は送信波と受信波とから生成されるビー
ト信号の周波数Δfを示す図である。ここで、アンテナ
35と対象物体50との距離Rとビート周波数Δfとの
間には、
【0006】
【数1】
【0007】の関係がある。但し、kは比例定数であ
る。したがって、対象物体までの距離Rはビート周波数
Δfにより求めることができることが分かる。上記のよ
うにFMCWレーダは対象物体50との距離をミキサ3
6から得られるビート周波数Δfにより求めることがで
きるが、電圧制御発振器32を使用し、変調波としての
三角波により周波数変調して送信波を生成する構成であ
るため、電圧制御発振器32のバイアス電圧対周波数特
性の直線性の良否が距離分解能を決定することになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電圧制
御発振器32のバイアス電圧対周波数特性は一般に非直
線特性を持ち、距離分解能の低下の一因となっている。
さらに詳細に説明すると、図9(a)に示すように電圧
制御発振器32の周波数直線性が悪いと図9(b)に示
すように得られるビート周波数Δfはドリフトを起こ
し、周波数分解能が劣化する。つまり、対象物体までの
距離Rは数1からも分かるようにビート周波数Δfから
求めるので結果的に距離分解能が劣化することになる。
なお、電圧制御発振器32はリアクタンスを変化させて
周波数を変化させるが、通常リアクタンスとして用いら
れる可変容量ダイオードはバイアス電圧に対して直線で
はない。そこでこの非直線性を直接、高周波回路的に補
正することも考えられるが、高周波回路的に補正するこ
とは非常に難しいとともに、出力電圧に対しても悪影響
を及ぼす問題がある。
【0009】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、簡単に高い周波数直線性が得られ、距離
分解能の向上が達成できるFMCWレーダとFMCWレ
ーダの送信波生成方法を提供することを目的としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項1のFMCWレーダの送信波生成方法は、
変調波により周波数変調して送信波を生成する送信波生
成手段を使用し、FMCWレーダの送信波を生成する場
合において、送信波生成手段のバイアス電圧対周波数特
性を予め計測しておき、計測されたバイアス電圧対周波
数特性の逆関数で補正された変調波を生成し、その補正
変調波を用いて送信波生成手段により送信波を生成す
る。
【0011】上記の目的を達成するための請求項2のF
MCWレーダは、変調波により周波数変調して送信波を
生成する送信波生成手段と、生成された送信波を対象物
体に送信する送信アンテナとを備えたFMCWレーダに
おいて、送信波生成手段のバイアス電圧対周波数特性の
逆関数で補正された変調波を生成する補正変調波生成手
段を有し、送信波生成手段に入力される変調波が補正変
調波生成手段によって生成された補正変調波であること
を特徴としている。
【0012】
【作用】請求項1のFMCWレーダの送信波生成方法で
あれば、予め送信波生成手段のバイアス電圧対周波数特
性を計測しておき、計測されたバイアス電圧対周波数特
性の逆関数で補正された変調波を生成して、その補正変
調波を用いて送信波生成手段により送信波を生成するこ
とにより、結果的に送信波生成手段の周波数直線性を確
保するので、非直線性を高周波回路的に補正する場合に
比べて簡単にFMCWレーダの距離分解能を向上させる
ことができる。
【0013】請求項2のFMCWレーダであれば、送信
波生成手段に入力される変調波が補正変調波生成手段に
よって生成された補正変調波であるので、結果的に送信
波生成手段の周波数直線性を確保でき、非直線性を高周
波回路的に補正する場合に比べて簡単にFMCWレーダ
の距離分解能を向上させることができる。
【0014】
【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に
説明する。図1はこの発明のFMCWレーダの一実施例
を示すブロック図である。このFMCWレーダは後述す
る補正により補正三角波を生成する補正バイアス電圧生
成部1と、補正バイアス電圧生成部1により生成された
補正三角波により周波数変調する電圧制御発振器2(V
CO)と、電圧制御発振器2により周波数変調された送
信波をアンテナ5側とミキサ6側とに分岐するカップラ
3と、送信波を電圧制御発振器2からアンテナ5へ送る
とともに、対象物体50からの受信波をアンテナ5から
ミキサ6へ送るサーキュレータ4と、送信波を対象物体
50に対して送信するとともに対象物体50からの反射
波を受信するアンテナ5と、送信波と受信波とをミック
スしてビート信号を生成するミキサ6とを有している。
【0015】補正バイアス電圧生成部1は予め実際の測
定により得られた電圧制御発振器2のバイアス電圧対周
波数特性の逆関数を求めておき、その逆関数に基づいて
補正した三角波に相当するデジタル信号を生成するDS
P部1aと、DSP部1aにより生成されたデジタル信
号をアナログ信号に変換するDA変換部1bとを有して
いる。
【0016】図2は実際の測定により得られた電圧制御
発振器2のバイアス電圧対周波数特性を示す図であり、
図3は横軸に時間、縦軸にバイアス電圧を取り、電圧制
御発振器2のバイアス電圧対周波数特性の逆関数40を
示した図である。この逆関数40で示される補正された
バイアス電圧で電圧制御発振器2を駆動することで図4
に示すように電圧制御発振器2の出力における周波数直
線性を得ることができる。具体的には電圧制御発振器2
の可変容量ダイオードに印加するバイアス電圧を図3に
示す逆関数40で補正されたバイアス電圧とすることに
より周波数直線化を達成することができる。
【0017】なお、電圧制御発振器2によって周波数変
調された送信波をアンテナ5から送信するとともに、対
象物体50からの反射波をアンテナ5で受信して、ミキ
サ6において受信波と送信波とからビート信号を得る過
程は従来と同様である。この実施例のFMCWレーダに
よれば、電圧制御発振器2に余計な調整の手間をかける
ことなく、簡単に高い周波数直線性を得ることができる
ので、従来の構成のFMCWレーダと比較して高い距離
分解能を得ることができる。
【0018】
【実施例2】次に、この発明のFMCWレーダの他の実
施例について説明する。図5はこの実施例のFMCWレ
ーダを示すブロック図であり、このFMCWレーダが図
1に示す前記第1実施例と異なる点は図1におけるカッ
プラ3とサーキュレータ4を1つのハイブリッド回路1
0で構成した点のみである。
【0019】使用できるハイブリッド回路10としては
ブランチライン、ラットレース回路などの4ポートハイ
ブリッド回路が例示できる。ハイブリッド回路10の機
能は図1におけるカップラ3とサーキュレータ4の機能
の両方を備えていることが必要である。具体的には、電
圧制御発振器2側の端子をa,bとし、アンテナ5側の
端子をc,dとした場合に、a端子から送信波がアンテ
ナ5につながる端子cに送られ、ミキサ6に接続されて
いる端子dにも一部送信波が分岐して送られるようにハ
イブリッド回路10を構成するとともに、アンテナ5か
らの受信波は端子cから端子bに送られ端子bからミキ
サ6に供給されるように構成する。
【0020】この実施例のFMCWレーダによれば、カ
ップラ3とサーキュレータ4を1つのハイブリッド回路
10で構成することにより、高価なサーキュレータ4を
使用する必要がなくなり、安価に構成できるとともに、
部品点数を減らすことができてレーダを小形化すること
ができる。また、サーキュレータ4ではミリ波帯では特
性が劣化する傾向があるが、ハイブリッド回路10を使
用すると特性の劣化を軽減することができる。さらに、
マイクロ波IC(MIC)やモノリシックマイクロ波I
C(MMIC)のような平面回路構成ではパターンのみ
で構成することができるので回路構成が簡素化でき製造
が簡単となり、レーダの調整作業も簡単化することがで
きる。
【0021】
【実施例3】図6はこの発明のFMCWレーダの送信波
生成方法の一実施例を示すフローチャートである。この
実施例においてはまず、ステップSP1において変調波
により周波数変調して送信波を生成する電圧制御発振器
2のような送信波生成部のバイアス電圧対周波数特性を
計測し、ステップSP2においてバイアス電圧対周波数
特性の逆関数を求める。これまでが各FMCWレーダご
とに行われる前処理である。そして、ステップSP3に
おいて実際のFMCWレーダの動作において逆関数から
非直線性を補正する補正三角波などの補正変調波をデジ
タル信号で生成し、ステップSP4において生成された
デジタル信号をアナログ信号に変換して、ステップSP
5において変換されたアナログ信号に基づいて送信波生
成部を駆動して送信波を生成する。
【0022】この実施例のFMCWレーダの送信波生成
方法によれば、前記実施例と同様に、簡単に高い周波数
直線性を得ることができるので、従来の構成のFMCW
レーダと比較して高い距離分解能を得ることができる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明は簡単に
高い周波数直線性が得られ、距離分解能の向上が達成で
きるFMCWレーダを提供できるという特有の効果を奏
する。請求項2の発明も簡単に高い周波数直線性が得ら
れ、距離分解能の向上が達成できるFMCWレーダを提
供できるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のFMCWレーダの一実施例を示すブ
ロック図である。
【図2】実際の測定により得られた電圧制御発振器のバ
イアス電圧対周波数特性を示す図である。
【図3】横軸に時間、縦軸にバイアス電圧を取り、電圧
制御発振器のバイアス電圧対周波数特性の逆関数を示し
た図である。
【図4】直線化された周波数特性を示す図である。
【図5】この発明のFMCWレーダの他の実施例を示す
ブロック図である。
【図6】この発明のFMCWレーダの送信波生成方法の
一実施例を示すフローチャートである。
【図7】従来のFMCWレーダの構成を示すブロック図
である。
【図8】(a)は対象物体との相対速度が0のときの送
信波(実線)と受信波(破線)の変化を示す図、(b)
は送信波と受信波とから生成されるビート周波数を示す
図である。
【図9】(a),(b)ともに電圧制御発振器のバイア
ス電圧対周波数特性の直線性が悪い場合の問題点を説明
するための図である。
【符号の説明】
1 補正バイアス電圧生成部 2 電圧制御発振器 5 アンテナ 50 対象物体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 変調波により周波数変調して送信波を生
    成する送信波生成手段(2)を使用してFMCWレーダ
    の送信波を生成する場合において、送信波生成手段
    (2)のバイアス電圧対周波数特性を予め計測してお
    き、計測されたバイアス電圧対周波数特性の逆関数で補
    正された変調波を生成し、その補正変調波を用いて送信
    波生成手段(2)により送信波を生成することを特徴と
    するFMCWレーダの送信波生成方法。
  2. 【請求項2】 変調波により周波数変調して送信波を生
    成する送信波生成手段(2)と、生成された送信波を対
    象物体(50)に送信する送信アンテナ(5)とを備え
    たFMCWレーダにおいて、送信波生成手段(2)のバ
    イアス電圧対周波数特性の逆関数で補正された変調波を
    生成する補正変調波生成手段(1)を有し、送信波生成
    手段(2)に入力される変調波が補正変調波生成手段
    (1)によって生成された補正変調波であることを特徴
    とするFMCWレーダ。
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