JPH08166444A - ２周波ｃｗレーダセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】比帯域の非常に狭いバンドパスフィルタを用い
ず、かつ、送信・受信アンテナの分離を容易にするとと
もに、ディジタル的に近接障害物までの距離を簡易・高
精度に測定する。 【構成】送信アンテナ４８から周波数ｆ１，ｆ２の２つ
送信波が送信され、障害物で反射された反射波は受信ア
ンテナ５２で受信され、ミキサ５０で中間周波数信号に
変換される。バンドパスフィルタ５４、７４で中間周波
数帯で所定の周波数差を有する２つの信号に分離され、
次段の各ミキサ５６，７６及びバンドパスフィルタ５
８，７８で各々の信号が検波され、同じ周波数のベース
バンド信号に変換される。次段の各リミッタアンプ６
０，８０及び波型整形回路６２，８２では、ベースバン
ド信号が直接ディジタル信号に変換され、各アンド回路
及び合成器６６でその出力に基づいて論理計算が行わ
れ、ローパスフィルタ６８で平均化され、障害物までの
距離に相当する信号が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２周波ＣＷ（連続波）
レーダセンサに係り、特に自動車の周辺に存在する障害
物を検知する近接監視用２周波ＣＷレーダセンサに関す
る。

【０００２】

【従来技術】電波を用いて障害物までの距離を検出する
レーダは従来から研究され、様々な方式が提案されてい
る。その１つに２周波ＣＷ方式がある。この方式は、Ｒ
ｏｂｅｒｔ Ｊ．Ｍａｙｈａｎ ｅｔ ａｌ．，”Ａ
ｔｗｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒａｄａｒ ｆｏｒ ｖｅ
ｈｉｃｌｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｌａｔｅｒａｌｃｏ
ｎｔｒｏｌ”，ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓ．Ｖｅｈ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．ＶＴ−３１，Ｎｏ.3，ｐｐ３２−
３９．に記載されているように、異なる周波数ｆ１，ｆ
２の２つの高周波信号を送信し、障害物で反射されかつ
受信された２つの受信波の位相差及び受信波のドップラ
シフトを検出することによって、障害物までの距離及び
相対速度を求めるものである。

【０００３】この従来の２周波ＣＷレーダセンサを図２
に基づいて説明する。この２周波ＣＷレーダセンサは、
周波数ｆ１の高周波信号を発生するための高周波発振器
１０、周波数差Δｆに相当する周波数の低周波信号を発
生する低周波発振器１２及びこれらの高周波信号及び低
周波信号を混合して周波数ｆ１＋Δｆ（＝ｆ２）および
ｆ１−Δｆの高周波信号を出力するミキサ１４を備えて
いる。周波数ｆ１の高周波信号とバンドパスフィルタ１
６を通過したミキサ１４の出力（周波数ｆ２）は、合成
器１８で合成され、送信アンテナ２０から送信波Ｖ1T，
Ｖ2Tとして送信される。

【０００４】障害物からの反射波は、受信アンテナ２２
で受信され、ミキサ２４、２６及びバンドパスフィルタ
２８、３０を介して、中間周波数に変換された受信信号
の位相差を検出する位相比較器３２に入力される。この
ミキサ２４にはバンドパスフィルタ３４を介して周波数
ｆ１−Δｆの高周波が入力され、ミキサ２６には周波数
ｆ１の高周波信号が入力され、ミキサ２４、２６は、そ
れぞれ周波数差Δｆを有する２つの受信波を送信側で得
られる高周波信号ｆ１−Δｆ，ｆ１を用いて検波し、中
間周波数信号に変換する。

【０００５】この２周波ＣＷ方式の原理を簡単に説明す
る。周波数ｆ１，ｆ２の２つの高周波信号の各々の初期
位相をφ１，φ２とすると、送信波Ｖ1T及びＶ2Tは次式
で表される。

【０００６】Ｖ1T＝ｓｉｎ（２πｆ１・ｔ＋φ１） Ｖ2T＝ｓｉｎ（２πｆ２・ｔ＋φ２） 障害物で反射された後、受信アンテナ２２で受信された
受信波Ｖ1R，Ｖ2Rは、障害物までの距離をｄ、光速をｃ
とすると次式で表される。

【０００７】 Ｖ1R＝ｓｉｎ（２πｆ１・ｔ−４πｆ１・ｄ／ｃ＋φ１） Ｖ2R＝ｓｉｎ（２πｆ２・ｔ−４πｆ２・ｄ／ｃ＋φ２） これらの受信波を各々対応する高周波信号（周波数ｆ１
−Δｆ，ｆ１）で検波すると次式の中間周波数帯の信号
波Ｖ1S，Ｖ2Sが得られる。

【０００８】 Ｖ1S＝ｓｉｎ（２πｆｓ・ｔ−４πｆ１・ｄ／ｃ） Ｖ2S＝ｓｉｎ（２πｆｓ・ｔ−４πｆ２・ｄ／ｃ） これらの信号波の位相差Δφを求めると、次のようにな
る。

【０００９】 Δφ＝４π（ｆ２−ｆ１）ｄ／ｃ＝４πΔｆ・ｄ／ｃ 従って、周波数差Δｆは既知であるので、位相差Δφが
得られれば、障害物までの距離ｄが次のように求められ
ることになる。

【００１０】ｄ＝ｃΔφ／（４πΔｆ） このような２周波ＣＷ方式の特徴は、簡易な回路構成で
実現でき、さらに高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の複雑
な信号処理を用いることなく簡単に距離が検出できる点
にある。この方式を障害物の検知に適用する場合、Δφ
がπを越えると位相差が確定できないため、最大検知距
離ｄmax はΔφがπのときのｄの値である。このｄmax
は次式で表される。

【００１１】ｄmax ＝ｃ／（４Δｆ） この式から、ｄmax を車両近接距離である１〜２ｍ程度
にするためには、周波数差Δｆを４０〜８０ＭＨｚ程度
に選ぶ必要がある。

【００１２】一方、送信する高周波信号の周波数ｆ１，
ｆ２は、レーダセンサを小型化する（特にアンテナを小
さくする）必要から、１０ＧＨｚ帯以上であることが望
ましい。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の２周波ＣＷレーダセンサを車載用のセンサ
として用いる場合には、送信・受信アンテナを分離する
必要があるが、従来の構成では受信波の検波に送信側で
得られる高周波信号を用いていることから、この信号を
受信側へ供給する線路を延長する必要があり、この線路
延長による高周波信号の減衰やコスト上昇等の問題があ
る。

【００１４】また、上述のような従来の２周波ＣＷレー
ダセンサにおいては、近接監視に必要な上記条件を満足
できるようにするために、１０ＧＨｚ帯以上で４０〜８
０ＭＨｚ離れた２波を分離しなければならず、このよう
に非常に近い周波数（例えば、１０．０４ＧＨｚと９．
９６ＧＨｚ）を有する２波を分離するには比帯域の非常
に狭いバンドパスフィルタが必要である。この様なバン
ドパスフィルタは一般的には製作が難しく、コストが非
常に高い、という問題があった。

【００１５】さらに、位相検出の簡易化と精度向上のた
めにディジタル的な位相検出手段を用いることが望まし
いが、従来の構成では位相検出する信号波の周波数ｆｓ
はΔｆに等しく、４０〜８０ＭＨｚ程度であり、周波数
が高いので直接ディジタル的に取り扱うことは困難であ
る。

【００１６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、線路の延長による高周波信号の減衰や線路
コストの上昇がなくかつ、送信・受信アンテナを容易に
分離でき、また、従来の近接監視用２周波ＣＷレーダセ
ンサのような比帯域の非常に狭いバンドパスフィルタを
必要とすることがない２周波ＣＷレーダセンサを提供す
ることを第１の目的とする。

【００１７】また、本発明は、ディジタル的な手段を用
いて１〜２ｍ程度の範囲に存在する近接障害物までの距
離を簡易・高精度に測定できる２周波ＣＷレーダセンサ
を提供することを第２の目的とする。

【００１８】

【課題を解決するため手段】上記第１の目的を達成する
ために、請求項１の発明は、一定周波数の高周波信号を
出力する第１高周波発生器、第１高周波発生器からの高
周波信号に基づいて第１高周波信号及び第１高周波信号
の周波数と所定の周波数差を有する第２高周波信号を送
信波として同時に生成する送信波生成手段、及び送信波
生成手段で生成された送信波を送信する送信アンテナを
備えた送信部と、前記一定周波数と前記周波数差より小
さい微小周波数異なった周波数の第３高周波信号を出力
する第２高周波発生器、送信波の対象物からの反射波を
受信波として受信する受信アンテナ、受信波と第３高周
波信号とを混合して少なくとも２つの低周波数信号を抽
出する抽出手段、及び低周波数信号を信号処理して送信
波の位相差を検出する信号処理手段を備えた受信部と、
を含んで構成したものである。

【００１９】また、上記第２の目的を達成するために請
求項２の発明は、請求項１の発明の信号処理手段を、前
記周波数差の１／２の周波数の低周波信号を出力する低
周波発生器と、前記抽出された低周波数信号の各々を前
記低周波発生器から出力された低周波信号を用いて前記
微小周波数のベースバンド信号に変換する変換手段と前
記ベースバンド信号の位相差を検出する位相差検出手段
と、を含んで構成したものである。

【００２０】

【作用】請求項１の発明では、一定周波数ｆｃの高周波
信号を出力する第１高周波発生器からの高周波信号に基
づいて周波数が（ｆｃ−Δｆ／２）の第１高周波信号
と、第１高周波信号の周波数と所定の周波数差Δｆを有
する周波数が（ｆｃ＋Δｆ／２）の第２高周波信号と
が、送信波として同時に生成される。この送信波は送信
アンテナから送信される。

【００２１】送信波の対象物からの反射波は受信波とし
て受信アンテナによって受信される。受信波は、一定周
波数ｆｃと周波数差Δｆより小さい微小周波数ｆｓ異な
った周波数ｆｃ＋ｆｓの第３高周波信号と混合されて低
周波数信号が抽出される。そして、これら低周波数信号
を信号処理して送信波の位相差が検出される。なお、周
波数の大小関係は、ｆｃ＞＞△ｆ＞ｆｓである。

【００２２】請求項１の発明では、送信部及び受信部に
各々独立に専用の高周波発生器を備えているので、送信
部と受信部とを高周波的に分離することができ、従って
送信部側から受信部側へ高周波信号を供給する線路を設
ける必要がなくなる。また、２つの異なる周波数の受信
波ｆ１およびｆ２を低周波数信号Δｆ／２＋ｆｓおよび
Δｆ／２−ｆｓに変換した後分離しているので、従来の
ように比帯域の非常に狭いバンドパスフィルタを用いな
くても正しく分離することができる。

【００２３】また、請求項２の発明では、抽出された低
周波数信号、例えば、周波数差Δｆを有する周波数がΔ
ｆ／２−ｆｓ、Δｆ／２＋ｆｓの２つの低周波信号は、
低周波発生器から出力される低周波信号を用いて微小周
波数ｆｓのベースバンド信号に変換され、ベースバンド
信号の位相差が検出される。

【００２４】請求項２の発明では、受信信号を微小周波
数のベースバンド帯域に変換しているので、位相差の検
出をディジタル的な手段で実施できるようになる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２６】図１は本発明の一実施例に係る近接監視用
２周波ＣＷレーダセンサの構成図である。この近接監視
用２周波ＣＷレーダセンサは、図１に示すように、周波
数ｆｃの高周波信号を発振する第１高周波発振器４０、
受信波を低周波数信号に変換するための周波数ｆｃ＋ｆ
ｓの高周波信号を発振する第２高周波発振器４２、所定
の周波数差Δｆの１／２の周波数の低周波信号を発振す
る低周波発振器４４を備えている。ここで、ｆｓは２Ｍ
Ｈｚ程度の微小周波数であり、ｆｃ＞＞△ｆ＞ｆｓであ
る。

【００２７】第１高周波発振器４０は、第１高周波発振
器４０からの高周波信号と送信波生成手段の一部を構成
する低周波発振器４４からの低周波信号とを混合して、
周波数ｆ１（＝ｆｃ−Δｆ／２），ｆ２（＝ｆｃ＋Δｆ
／２）の送信波を同時に生成する送信波生成手段として
のミキサ４６を介して送信アンテナ４８に接続されてい
る。このように、所定の周波数差Δｆの１／２の周波数
の低周波信号を用いているため、ミキサ４６で混合する
だけで所定の周波数差Δｆの２つの高周波信号を生成す
ることができる。

【００２８】第２高周波発振器４２は、障害物からの反
射波を受信する受信アンテナ５２に接続されたミキサ５
０に接続されている。この抽出手段の一部を構成するミ
キサ５０は、第２高周波発振器４２からの高周波信号と
受信アンテナ５２で受信された受信波とを混合して、受
信波を周波数Δｆ／２±ｆｓの信号を含む低周波数信号
に変換する。

【００２９】ミキサ５０は、低周波数信号から周波数Δ
ｆ／２−ｆｓの低周波数信号を抽出する抽出手段として
のバンドパスフィルタ５４、抽出された低周波数信号を
低周波発振器４４から出力される低周波信号を用いて検
波し、微小周波数ｆｓのベースバンド信号に変換する変
換手段としてのミキサ５６、ベースバンド信号を通過さ
せるバンドパスフィルタ５８、リミッタアンプ６０、シ
ュミットトリガ回路等で構成された波形整形回路６２を
介してアンド回路６４の一方の入力端に接続されてい
る。

【００３０】また、ミキサ５０は、低周波数信号から周
波数Δｆ／２＋ｆｓの低周波数信号を抽出する抽出手段
としてのバンドパスフィルタ７４、抽出された低周波数
信号を低周波発振器４４から出力される低周波信号を用
いて検波し、上記と同じ微小周波数ｆｓのベースバンド
信号に変換する変換手段としてのミキサ７６、ベースバ
ンド信号を通過させるバンドパスフィルタ７８、リミッ
タアンプ８０、シュミットトリガ回路等で構成された波
形成形回路８２を介してアンド回路８４の一方の入力端
に接続されている。

【００３１】波形整形回路６２は、更にアンド回路８４
の他方の入力端に接続され、波形整形回路８２は更に反
転器７０を介してアンド回路６４の他方の入力端に接続
されている。アンド回路６４、アンド回路８４の出力端
は、アンド回路８４出力とアンド回路６４出力とを加算
する合成器６６を介して、平均化を行うローパスフィル
タ６８に接続されている。

【００３２】本実施例によれば、送信アンテナ４８から
周波数ｆ１，ｆ２の２つ送信波が送信され、障害物で反
射された反射波は受信アンテナ５２で受信され、受信波
はミキサ５０で高周波帯の信号から低周波数帯の低周波
数信号に変換（ダウンコンバート）される。このとき、
ミキサ５０では、周波数ｆｃ＋ｆｓの高周波信号と周波
数ｆｃ±Δｆ／２の受信波とが混合されるため、周波数
Δｆ／２±ｆｓの低周波数信号に変換されることにな
る。低周波数信号は、バンドパスフィルタ５４、７４を
用いて低周波数帯で周波数Δｆ／２−ｆｓ，Δｆ／２＋
ｆ２の２つの信号に分離され、次段の各ミキサ５６、７
６及びバンドパスフィルタ５８、７８で各々の信号が検
波され、同じ微小周波数ｆｓのベースバンド信号に変換
される。このベースバンド信号を図３に示す。次段の各
リミッタアンプ６０、８０では、図３に示すように、バ
ンドパスフィルタ５８、７８の出力を飽和状態まで拡大
し、波形整形回路６２、８２で方形波であるディジタル
波形に波形整形される。

【００３３】そして、反転器７０、各アンド回路６４、
８４及び合成器６６でその出力に基づいて論理計算が行
われ、ローパスフィルタ６８で平均化され、図３に示す
ように受信波の位相差に応じた直流信号が得られ、これ
が障害物までの距離に対応する。

【００３４】上記実施例では、ディジタル的な手段を用
いて簡易・高精度に位相差を検出する例について説明し
たが、これらの信号をミキサなどによって乗積検波する
方法を用いることもできる。

【００３５】次に上記実施例における周波数の具体例を
示す。 ｆｃ＝１０ＧＨｚ ｆ２＝１０．０２ＧＨｚ ｆｃ＋ｆｓ＝１０．００２ＧＨｚ Δｆ／２−ｆｓ＝１８ＭＨｚ Δｆ／２＝２０ＭＨｚ Δｆ／２＋ｆｓ＝２２ＭＨｚ ｆ１＝９．９８ＧＨｚ ｆｓ＝２ＭＨｚ 以上のように、本実施例によれば、１〜２ｍ程度の近距
離にある障害物までの距離の検出に２周波ＣＷ方式を適
用する際に生ずる非常に近い周波数の２波の分離を、高
周波帯においてではなく低周波帯で行うようにしている
ので、フィルタの製作を容易にすると共にコスト低減を
はかることができる。

【００３６】また、位相差を検出する信号の周波数帯
（ｆｓ）を低く設定しているので、直接にディジタル的
な手段を用いて位相差を検出することができ、従って簡
易な回路構成で高精度な測定が可能になる。

【００３７】また、送信・受信側を結ぶ線路を通る信号
の周波数Δｆ／２を低くすることによって、線路長が長
くなってもそこでの減衰を防ぎ、また高価な高周波用線
路を使用する必要がないことから線路部分のコストを低
減し、送信・受信アンテナの分離が容易に実施できる。

【００３８】さらに、受信波の検波に所定の周波数差に
対応する低周波を発生する低周波発振器の出力を用いる
ことにより、検波に高周波信号を用いる場合に比べて、
送受信間を分離する際の線路の延長による高周波信号の
減衰、線路コストの上昇を防ぐようにすることができる
と共に、送信・受信アンテナの分離を容易に達成でき
る。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、送信部及び受信部の各々に高周波発生器を設けて
送信部と受信部とを接続する高周波信号用の線路を設け
ないようにしているので、送受分離にともなう線路の延
長による信号の減衰やコストの上昇を低減でき、送信・
受信アンテナを容易に分離できる、また、低周波数帯で
信号処理しているので、従来の近接監視用２周波ＣＷレ
ーダセンサのような比帯域の非常に狭いバンドパスフィ
ルタを設ける必要がない、という効果が得られる。

【００４０】また、請求項２の発明によれば、ディジタ
ル的な手段を用いて１〜２ｍ程度の範囲に存在する近接
障害物までの距離を簡易・高精度に測定できる、という
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る近接監視用２周波ＣＷ
レーダセンサの構成図である。

【図２】従来例の２周波ＣＷ方式のレーダセンサの構成
図である。

【図３】図１の各部の信号波形を示す線図である。

【符号の説明】

４０ 第１高周波発振器 ４２ 第２高周波発振器 ４４ 低周波発振器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定周波数の高周波信号を出力する第１高
   周波発生器、第１高周波発生器からの高周波信号に基づ
   いて第１高周波信号及び第１高周波信号の周波数と所定
   の周波数差を有する第２高周波信号を送信波として同時
   に生成する送信波生成手段、及び送信波生成手段で生成
   された送信波を送信する送信アンテナを備えた送信部
   と、 前記一定周波数と前記周波数差より小さい微小周波数異
   なった周波数の第３高周波信号を出力する第２高周波発
   生器、送信波の対象物からの反射波を受信波として受信
   する受信アンテナ、受信波と第３高周波信号とを混合す
   るとともに、２つの低周波数信号を抽出する抽出手段、
   及び抽出された低周波数信号を信号処理して送信波の位
   相差を検出する信号処理手段を備えた受信部と、 を含む２周波ＣＷレーダセンサ。
2. 【請求項２】前記信号処理手段は、前記周波数差の１／
   ２の周波数の低周波信号を出力する低周波発生器と、前
   記抽出された２つの低周波数信号の各々を前記低周波発
   生器から出力された低周波信号を用いて前記微小周波数
   のベースバンド信号に変換する変換手段と、前記ベース
   バンド信号の位相差を検出する位相差検出手段と、を含
   む請求項１の２周波ＣＷレーダセンサ。