JPH09243738A - レーダ装置 - Google Patents
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- JPH09243738A JPH09243738A JP8055123A JP5512396A JPH09243738A JP H09243738 A JPH09243738 A JP H09243738A JP 8055123 A JP8055123 A JP 8055123A JP 5512396 A JP5512396 A JP 5512396A JP H09243738 A JPH09243738 A JP H09243738A
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Abstract
テナとが必要であり、装置が大型化し、かつコストが高
くなるという問題があった。 【解決手段】 周波数変調信号を送信し、目標物体で反
射された信号を受信して送信信号と混合して得たビート
信号から上記目標物体の距離及び相対速度を得るレーダ
装置において、単一のアンテナを使用し、送受信を時分
割で行う。これにより、単一のアンテナで送信及び受信
を行うことができ、装置の小型化及び低廉化が可能とな
る。
Description
特に車載用のレーダ装置に関する。近年、自動車保有台
数の増加に伴い、自動車の衝突等による事故も年々増加
の傾向にある。このような状況に鑑み、衝突を事前に知
らせたり、濡れた路面においても、対地速度を正確に計
測し、エンジン制御を行う等の車両安全運行支援装置を
自動車に装着する必要がある。
び距離を計測できるレーダとして、FMCW(周波数変
調連続波)レーダやパルスドプラレーダ等各種の方式が
ある。この中で、FMCWレーダは、図23に示す如く
送信用電圧制御発振源(VCO)10に三角波のベース
バンド信号を加え周波数変調を行って送信アンテナ11
から送信し、送信用電圧制御発振源10から得られる高
周波信号を一部分岐して受信アンテナ13の受信信号が
供給される受信ミクサ(MIX)12に加えるだけで、
目標物体からの距離や相対速度に応じた信号がビート信
号として得られ、また、極めて簡便な信号処理装置によ
って相対速度信号と距離信号が得られることから、特に
小型化・低廉化が要求される自動車用レーダ装置への応
用検討が活発になっている。
三角波変調信号の受信側への漏洩による信号対雑音比を
抑圧したり、受信ミクサ(MIX)12の持つ1/f雑
音を逓減する目的で、図24に示す如く、受信アンテナ
13と受信ミクサ12との間にスイッチ(SW)16を
設けて、発振源18よりの駆動信号(LO)によりスイ
ッチングすることにより周波数変換し、受信ミクサ12
の出力する受信信号を帯域フィルタ(BPF)20を通
して第2のミクサとしてのミクサ22に供給し、ここで
再び駆動信号(LO)により周波数変換してビート信号
を得る回路がある。
信号の周波数f0 は数10GHz、スイッチング駆動信
号(LO)の周波数fSWは数10MHz、送受信信号の
ビート周波数fδは数10KHz以下である。また、三
角波の周波数は数100Hzである。VCO10及び伝
送路の周波数応答によって受信ミクサ12に供給される
送信信号の振幅は変動しており、この振幅変動の周波数
は数100Hz程度である。受信ミクサ12は周波数変
換機能とともにAM復調機能も持っているため、受信ミ
クサ12の出力信号にはどうしても上記振幅変動成分が
ノイズとして含まれることになる。
の周波数はビート周波数をfδとすると、f0 +fδで
表わされる。この信号がスイッチ16で周波数変換され
ることにより、周波数f0 +fδ−fSW、f0 +fδ+
fSWの信号となり、受信ミクサ12において周波数fSW
−fδ、fSW+fdのIF信号となる。このIF信号に
は前述の如く周波数数100Hz程度の振幅変動成分の
ノイズが含まれているが、上記のIF信号が数10MH
zであるため、帯域フィルタ20で振幅変動成分のノイ
ズは除去される。ミクサ22ではノイズを除去したIF
信号を周波数変換して周波数fδのビート信号を得るこ
とができる。
は、レーダに要求される探知距離および目標物体以外か
らの反射波を検知しないようにするためほぼ一車線分の
ビーム幅に見合う大きさとしなければならない。例え
ば、検知距離を100m、一車線の幅を3.6mとする
と、100m先で他車線を走行している車両等からの反
射波をできるだけ検出しないようにするためには、ビー
ム幅は2.1度程度となる。ビーム幅Bと鏡面アンテナ
の直径Dの関係は良く知られているように、次式で表わ
される。
(波長λ=5mm)とすると、アンテナの直径Dは、上
式に代入する事により、167mmとなる。100m先
での検出するエリアは、送信および受信アンテナのそれ
ぞれの指向特性の積となるため、実際には、上記の検討
よりも若干小さくても良く、110mm程度のアンテナ
が用いられる。
ンを損なわないようにしたり、デザインにマッチさせる
ためできうる限り小型であることが望ましい。また、一
般ユーザが簡易に使用するためには、低価格である事が
望ましい。ところが、従来技術では、送信および受信を
同時に行う必要があるため、送受2面のアンテナを用い
なければならず、小型・低廉化を阻害していた。
に示す如く、方向性結合器を用いて送信用および受信用
アンテナを共用する方法もある。この回路では、送信電
力の一部を方向性結合器26を通して送受アンテナ24
に供給し、また、方向性結合器26のアイソレーション
を利用して受信ミクサ12にローカル電力を供給する構
成となっている。方向性結合器26の結合度としては、
受信ミクサの耐電力を考慮して、過大な電力を受信ミク
サに引加せしめないため10dB以下に選ばれる事が多
い。従って、この方式の問題は、十分な探知距離を得る
に必要な実際の出力電力よりも遙かに大きな電力を出力
する電圧制御発信源が必要となる事で、例えば、実際に
アンテナから輻射される電力が10mWであるとする
と、100mW以上もの電力が必要になる。しかし、ミ
リ波帯では、インパットダイオード、ガンダイオードが
高出力デバイスで、数10mWの出力は容易に得られる
が、100mW以上の出力となると現状のデバイス技術
では困難である。また、これらの素子は非常に高価であ
る。
ンを用いているため、アンテナのインピーダンスによ
り、ローカル入力電力が変動する。このため、受信ミク
サでの安定な周波数変換性能が得られにくいという問題
がある。また、レーダを搭載する車両が増加してくると
問題となるのは、他車からの電波干渉である。自動車レ
ーダはほぼ、同一の周波数帯を使用するので、対向車線
を走行する自動車に搭載されたレーダが自車のレーダに
電波干渉を与え、自車が捉えていた同一車線上を先行す
る目標物体を見失う可能性がある。
は、45度直線偏波アンテナや円偏波アンテナを用い、
これらの持つ偏波識別効果を利用して他車からの電波干
渉を逓減しようとしていた。しかし、偏波識別度は、た
かだか20〜25dB程度であり、レーダを搭載する車
両が増加するに従い、干渉信号レベルは増大するため、
満足できないという問題があった。
送信及び受信を単一のアンテナで行うことができ、装置
の小型化及び低廉化が可能となるレーダ装置を提供する
ことを目的とする。また、本発明の他の目的は、他装置
からの干渉を検出し、更に干渉を除去できるレーダ装置
を提供することにある。
は、周波数変調信号を送信し、目標物体で反射された信
号を受信して送信信号と混合して得たビート信号から上
記目標物体の距離及び相対速度を得るレーダ装置におい
て、単一のアンテナを使用し、送受信を時分割で行う。
信を行うことができ、装置の小型化及び低廉化が可能と
なる。請求項2に記載の発明は、請求項1記載のレーダ
装置において、送信信号の周波数変調信号の変調周波数
の2倍以上の周波数で前記送受信の切換えを行う。
目標物体の距離及び相対速度の算出が可能となる。請求
項3に記載の発明は、周波数変調信号を送信し、目標物
体で反射された信号を受信した受信信号を所定周波数で
スイッチングした後、送信信号と混合し、更にスイッチ
ングの所定周波数の信号と混合して得たビート信号から
上記目標物体の距離及び相対速度を得るレーダ装置にお
いて、単一のアンテナを使用し、送受信を時分割で行
う。
るノイズをビート信号から除去することが可能となり、
目標物体の距離及び相対速度を高精度に検出できる。請
求項4に記載の発明は、請求項1又は3記載のレーダ装
置において、前記単一のアンテナに接続されたアンテナ
共用手段と、上記アンテナ共用手段に前記周波数変調信
号を供給する送信側スイッチと、上記アンテナ共用手段
からの受信信号を前記送信信号との混合のための回路に
供給する受信側スイッチとを有し、上記送信側スイッチ
と受信側スイッチとを互いに逆相でスイッチングする。
ことが可能となる。請求項5に記載の発明は、請求項4
記載のレーダ装置において、前記アンテナ共用手段を、
サーキュレータで構成する。これにより、アンテナ共用
手段における送信信号及び受信信号の減衰量を小さくで
きる。
レーダ装置において、前記アンテナ共用手段を、90度
ハイブリッド回路で構成する。これにより、アンテナ共
用手段における送信信号及び受信信号の減衰量を小さく
できる。
レーダ装置において、前記アンテナ共用手段を、分岐回
路で構成する。これにより、アンテナ共用手段における
送信信号と受信信号の減衰量を小さくできる。
記載のレーダ装置において、前記単一のアンテナを、前
記周波数変調信号を出力する回路と、上記アンテナの受
信信号を前記送信信号との混合のための回路とのいずれ
かに接続するシングルポートダブルスロースイッチを有
する。
分割を行うことができる。請求項9に記載の発明は、請
求項3記載のレーダ装置において、前記単一のアンテナ
に接続されたアンテナ共用手段と、上記アンテナ共用手
段に前記周波数変調信号を供給する送信側スイッチと、
上記アンテナ共用手段からの受信信号を前記送信信号と
の混合のための回路に供給する受信側スイッチとを有
し、上記送信側スイッチとの開成時に上記受信側スイッ
チを前記所定周波数でスイッチングする。
信の切換えと、受信信号の所定周波数のスイッチングと
を共に行うことができる。請求項10に記載の発明は、
請求項3記載のレーダ装置において、前記単一のアンテ
ナを、前記周波数変調信号を出力する回路と、上記アン
テナの受信信号を前記送信信号との混合のための回路と
のいずれかに接続するシングルポートダブルスロースイ
ッチを有する。
分割、及び受信信号のスイッチングを行うことができ
る。請求項11に記載の発明は、周波数変調信号を送信
し、目標物体で反射された信号を受信して送信信号と混
合して得たビート信号から上記目標物体の距離及び相対
速度を得るレーダ装置において、上記ビート信号に混入
した他装置からの干渉信号を検出する干渉検出手段を有
する。
として自装置の反射信号に混入したことを検出できる。
請求項12に記載の発明は、請求項11記載のレーダ装
置において、前記干渉信号の検出時に、前記周波数変調
信号の中心周波数を可変する周波数可変手段を有する。
の周波数が可変され干渉のないビート信号を得ることが
できる。請求項13に記載の発明は、請求項1記載のレ
ーダ装置において、前記ビート信号に混入した他装置か
らの干渉信号を検出する干渉検出手段を有する。
分割に行うと同時に、干渉信号の有無を検出できる。請
求項14に記載の発明は、請求項13記載のレーダ装置
において、前記干渉信号の検出時に、前記周波数変調信
号の中心周波数を可変する周波数可変手段を有する。
分割に行うと同時に、干渉が生じたとき送信信号の周波
数を可変して干渉を除去できる。
ック図を示す。同図中、電圧制御発振器(VCO)30
には周波数が数KHzの三角波のベースバンド信号(M
od)が印加され、電圧制御発振器30で周波数変調が
行われる。この周波数変調信号は周波数f0 が数10G
Hzであり、送信側スイッチ(SW)32に供給される
と共に、その一部が分岐されて受信ミクサ34に供給さ
れる。送信側スイッチ32はスイッチ駆動信号源(L
O)35の出力する駆動信号により開閉制御される。な
お駆動信号は周波数fSWが数10MHzで50%デュー
ティの矩形波である。そしてスイッチ32の閉成時に周
波数変調信号がアンテナ共用手段36を通してアンテナ
38に供給されて送信される。
駆動信号はインバータ35で反転されて受信側スイッチ
42に供給されている。これにより、送信側スイッチ3
2開成時に受信側スイッチ42が閉成され、この受信側
スイッチ42の閉成時にアンテナ38で受信した受信信
号がアンテナ共用手段36、受信側スイッチ42を通し
て受信ミクサ34に供給され、ここでIF信号とされて
出力される。
波数はf0 +fδで表わされ、受信側スイッチ42で周
波数変換されることにより周波数f0 +fδ−fSW、f
0 +fδ+fSWの信号となり、受信ミクサ34で周波数
fSW−fδ、fSW+fdの図2に示す周波数スペクトラ
ムのIF信号となる。
数fδが検出され、周波数変調信号の周波数増加期間と
周波数減少期間夫々の周波数fδから目標物体の相対速
度及び距離が演算される。アンテナ共用手段36として
は図3(A)に示すサーキュレータ44や、同図(B)
に示す90度ハイブリッド回路45、又は同図(C)に
示す分岐回路46などを用いる。このサーキュレータ4
4による通過信号の減衰は2〜3dB程度であり、90
度ハイブリッド回路45や分岐回路46の通過信号の減
衰は3〜4dB程度である。
32が閉成する図4(A)に示すタイミングでアンテナ
38から送信信号が送信され、目標物体で反射された図
4(B)に示す反射信号がアンテナ38に入来する。こ
の反射信号の一部が図4(C)に示すタイミングで受信
側スイッチ42が閉成されたときにアンテナ38で受信
される。
信で共用するため、レーダ装置の小型化及び低廉化が可
能となる。図5は本発明の第2実施例のブロック図を示
す。同図中、電圧制御発振器(VCO)30には周波数
が数100Hzの三角波のベースバンド信号(Mod)
が印加され、電圧制御発振器30で周波数変調が行われ
る。この周波数変調信号は周波数f0 が数10GHzで
あり、送信側スイッチ(SW)32に供給されると共
に、その一部が分岐されて受信ミクサ34に供給され
る。送信側スイッチ32はスイッチ駆動信号源(LO)
35の出力する駆動信号により開閉制御される。なお駆
動信号は周波数fSWが数10MHzで50%デューティ
の矩形波である。そしてスイッチ32の閉成時に周波数
変調信号がアンテナ共用手段36を通してアンテナ38
に供給されて送信される。
駆動信号はインバータ35で反転されて受信側スイッチ
42に供給されている。これにより、送信側スイッチ3
2開成時に受信側スイッチ42が閉成され、この受信側
スイッチ42の閉成時にアンテナ38で受信した受信信
号がアンテナ共用手段36、受信側スイッチ42を通し
て受信ミクサ34に供給され、ここでIF信号とされて
出力される。
波数はf0 +fδで表わされ、受信側スイッチ42で周
波数変換されることにより周波数f0 +fδ−fSW、f
0 +fδ+fSWの信号となり、受信ミクサ34で周波数
fSW−fδ、fSW+fδの図2に示す周波数スペクトラ
ムのIF信号となる。受信ミクサ34のAM復調機能に
よって上記IF信号には周波数変調信号の振幅変動に起
因する周波数数100Hz程度のノイズが含まれている
が、IF信号を帯域フィルタ50に供給することによっ
て周波数fSW−fδ、fSW+fδの帯域(周波数数10
MHz)だけを通過させ、周波数数100Hzのノイズ
を除去し、この後、ミクサ52に供給する。ミクサ52
はノイズを除去した周波数fSW−fδ、fSW+fδのI
F信号に周波数fSWの駆動信号を混合することにより周
波数fδのビート信号を得て出力する。
示す。同図中、電圧制御発振器(VCO)30には周波
数が数100Hzの三角波のベースバンド信号(Mo
d)が印加され、電圧制御発振器30で周波数変調が行
われる。この周波数変調信号は周波数f0 が数10GH
zであり、SPDT(シングルポートダブルスロー)ス
イッチ(SW)54に供給されると共に、その一部が分
岐されて受信ミクサ34に供給される。SPDTスイッ
チ54はスイッチ駆動信号源(LO)35の出力する駆
動信号のハイレベル期間にVCO30側に接続し、ロー
レベル期間にミクサ34側に接続するよう制御される。
なお駆動信号は周波数fSWが数10MHzで50%デュ
ーティの矩形波である。そして駆動信号のハイレベル期
間に周波数変調信号がSPDTスイッチ54を通してア
ンテナ38に供給されて送信される。
ナ38で受信した受信信号がSPDTスイッチ54を通
して受信ミクサ34に供給され、ここでIF信号とされ
て出力される。ところで、アンテナ38での受信信号の
周波数はf0 +fδで表わされ、受信側スイッチ42で
周波数変換されることにより周波数f0 +fδ−fSW、
f0 +fδ+fSWの信号となり、受信ミクサ34で周波
数fSW−fδ、fSW+fδの図2に示す周波数スペクト
ラムのIF信号となる。受信ミクサ34のAM復調機能
によって上記IF信号には周波数変調信号の振幅変動に
起因する周波数数100Hz程度のノイズが含まれてい
るが、IF信号を帯域フィルタ50に供給することによ
って周波数fSW−fδ、fSW+fδの帯域(周波数数1
0MHz)だけを通過させ、周波数数100Hzのノイ
ズを除去し、この後、ミクサ52に供給する。ミクサ5
2はノイズを除去した周波数fSW−fδ、fSW+fδの
IF信号に周波数fSWの駆動信号を混合することにより
周波数fδのビート信号を得て出力する。
ある。図7において、端子55a,55bは夫々電圧制
御発振器30、受信ミクサ34に接続され、端子56は
アンテナ38に接続される。また、端子57には駆動信
号が供給される。駆動信号のハイレベル期間はnチャネ
ルMOSトランジスタQ2,Q4がオン、nチャネルM
OSトランジスタQ1,Q3がオフとなり、端子55
a,56間が接続されると共に端子55bが接地され
る。また、駆動信号のローレベル期間はトランジスタQ
1,Q3がオン、トランジスタQ2,Q4がオフとな
り、端子55b,56間が接続されると共に端子55a
が接地される。
示す。同図中、電圧制御発振器(VCO)30には周波
数が数100Hzの三角波のベースバンド信号(Mo
d)が印加され、電圧制御発振器30で周波数変調が行
われる。この周波数変調信号は周波数f0 が数10GH
zであり、送信側スイッチ(SW)32に供給されると
共に、その一部が分岐されて受信ミクサ34に供給され
る。送信側スイッチ32はスイッチ駆動信号源(LO)
60の出力信号を分周器62で1/N分周した駆動信号
により開閉制御される。なお、分周器62の出力する駆
動信号は周波数f SWが数10MHzで50%デューティ
の矩形波であり、Nは例ば5〜20程度の値である。そ
してスイッチ32の閉成時に周波数変調信号がアンテナ
共用手段36を通してアンテナ38に供給されて送信さ
れる。
は分周器62の出力する駆動信号と共にナンド回路64
に供給され、駆動信号のローレベル期間に周波数N・f
SWの信号がナンド回路64から受信側スイッチ42に供
給されている。これにより、送信側スイッチ32開成時
に受信側スイッチ42が周波数N・fSWで開閉成され、
この受信側スイッチ42の閉成時にアンテナ38で受信
した受信信号がアンテナ共用手段36、受信側スイッチ
42を通して受信ミクサ34に供給され、ここでIF信
号とされて出力される。
波数はf0 +fδで表わされ、受信側スイッチ42で周
波数変換されることにより周波数f0 +fδ−N・
fSW、f 0 +fδ+N・fSWの信号となり、受信ミクサ
34で周波数N・fSW−fδ、N・fSW+fδのIF信
号となる。受信ミクサ34のAM復調機能によって上記
IF信号には周波数変調信号の振幅変動に起因する周波
数数100Hz程度のノイズが含まれているが、IF信
号を帯域フィルタ50に供給することによって周波数N
・fSW−fδ、N・fSW+fδの帯域(周波数数10M
Hz)だけを通過させ、周波数数100Hzのノイズを
除去し、この後、ミクサ52に供給する。ミクサ52は
ノイズを除去した周波数N・fSW−fδ、N・fSW+f
δのIF信号にナンド回路64の出力する周波数N・f
SWの駆動信号を混合することにより周波数fδのビート
信号を得て出力する。
しており、周波数が低いほど雑音レベルが大きくなる。
この実施例では受信ミクサ34で発生する1/f雑音を
低減するために受信側スイッチ42のスイッチング周波
数を高く(N倍)してSN比を向上させている。
32が閉成する図9(A)に示すタイミングでアンテナ
38から送信信号が送信され、目標物体で反射された図
9(B)に示す反射信号がアンテナ38に入来する。こ
の反射信号の一部が図9(C)に示すタイミングで受信
側スイッチ42が閉成されたときにアンテナ38で受信
される。
を示す。同図中、電圧制御発振器(VCO)30には周
波数が数100Hzの三角波のベースバンド信号(Mo
d)が印加され、電圧制御発振器30で周波数変調が行
われる。この周波数変調信号は周波数f0 が数10GH
zであり、SPDT(シングルポートダブルスロー)ス
イッチ(SW)54に供給されると共に、その一部が分
岐されて受信ミクサ34に供給される。SPDTスイッ
チ54はスイッチ駆動信号源(LO)60の出力信号を
分周器62で1/N分周した駆動信号のハイレベル期間
にVCO30側に接続し、ローレベル期間に受信側スイ
ッチ42側に接続するよう制御される。なお駆動信号は
周波数fSWが数10MHzで50%デューティの矩形波
である。そして駆動信号のハイレベル期間に周波数変調
信号がSPDTスイッチ54を通してアンテナ38に供
給されて送信される。
信号は分周器62の出力する駆動信号と共にナンド回路
64に供給され、駆動信号のローレベル期間に周波数N
・f SWの信号がナンド回路64から受信側スイッチ42
に供給されている。これにより、SPDTスイッチ54
が受信側スイッチ42に接続されている時に受信側スイ
ッチ42が周波数N・fSWで開閉成され、この受信側ス
イッチ42の閉成時にアンテナ38で受信した受信信号
がSPDTスイッチ54、受信側スイッチ42を通して
受信ミクサ34に供給され、ここでIF信号とされて出
力される。
波数はf0 +fδで表わされ、受信側スイッチ42で周
波数変換されることにより周波数f0 +fδ−N・
fSW、f 0 +fδ+N・fSWの信号となり、受信ミクサ
34で周波数N・fSW−fδ、N・fSW+fδのIF信
号となる。受信ミクサ34のAM復調機能によって上記
IF信号には周波数変調信号の振幅変動に起因する周波
数数100Hz程度のノイズが含まれているが、IF信
号を帯域フィルタ50に供給することによって周波数N
・fSW−fδ、N・fSW+fδの帯域(周波数数10M
Hz)だけを通過させ、周波数数100Hzのノイズを
除去し、この後、ミクサ52に供給する。ミクサ52は
ノイズを除去した周波数N・fSW−fδ、N・fSW+f
δのIF信号にナンド回路64の出力する周波数N・f
SWの駆動信号を混合することにより周波数fδのビート
信号を得て出力する。
発生する1/f雑音を低減するために受信側スイッチ4
2のスイッチング周波数を高く(N倍)してSN比を向
上させている。図11は本発明の第6実施例のブロック
図を示す。同図中、電圧制御発振器(VCO)30には
周波数が数100Hzの三角波のベースバンド信号(M
od)が印加され、電圧制御発振器30で周波数変調が
行われる。この周波数変調信号は周波数f0 が数10G
Hzであり、SPDTスイッチ(SW)54に供給され
ると共に、その一部が分岐されて受信ミクサ34に供給
される。SPDTスイッチ54はスイッチ駆動信号源
(LO)35の出力する駆動信号のハイレベル期間にV
CO30側に接続し、ローレベル期間に受信側スイッチ
42側に接続するよう制御される。なお駆動信号は周波
数fSWが数10MHzで50%デューティの矩形波であ
る。そして駆動信号のハイレベル期間に周波数変調信号
がSPDTスイッチ54を通してアンテナ38に供給さ
れて送信される。
ナ38で受信した受信信号がSPDTスイッチ54を通
して受信側スイッチ42に供給される。受信側スイッチ
42及びミクサ52にはスイッチ駆動信号源66の出力
する周波数N・fSWの信号が供給されている。これによ
り、SPDTスイッチ54が受信側スイッチ42に接続
されているときに受信側スイッチ42が周波数N・fSW
で開閉成され、この受信側スイッチ42の閉成時にアン
テナ38で受信した受信信号がSPDTスイッチ54、
受信側スイッチ42を通して受信ミクサ34に供給さ
れ、ここでIF信号とされて出力される。
波数はf0 +fδで表わされ、受信側スイッチ42で周
波数変換されることにより周波数f0 +fδ−N・
fSW、f 0 +fδ+N・fSWの信号となり、受信ミクサ
34で周波数N・fSW−fδ、N・fSW+fδのIF信
号となる。受信ミクサ34のAM復調機能によって上記
IF信号には周波数変調信号の振幅変動に起因する周波
数数100Hz程度のノイズが含まれているが、IF信
号を帯域フィルタ50に供給することによって周波数N
・fSW−fδ、N・fSW+fδの帯域(周波数数10M
Hz)だけを通過させ、周波数数100Hzのノイズを
除去し、この後、ミクサ52に供給する。ミクサ52は
ノイズを除去した周波数N・fSW−fδ、N・fSW+f
δのIF信号にナンド回路64の出力する周波数N・f
SWの駆動信号を混合することにより周波数fδのビート
信号を得て出力する。
発生する1/f雑音を低減するために受信側スイッチ4
2のスイッチング周波数を高く(N倍)してSN比を向
上させている。ところで、送受信を50%デューティの
駆動信号で切換える場合に、送信期間をτ、駆動信号の
周波数をfSW、受信期間において計測可能な最大距離を
Rmaxとすると、図12に示す如く目標物体までの距離
がRmax よりも短かくても受信電力は低下し、目標物体
までの距離Rt が2・N・Rmax (Nは自然数)である
とき受信強度は0となり計測できなくなる。上記の2・
N・Rmax を消失点という。本実施例では時分割で送受
信を行うため、目標物体までの距離Rt がRt ≦Rmax
の範囲ではRt の2乗に逆比例して受信強度が弱くな
り、Rmax ≦Rt ≦2・Rmax ではRt の6乗に逆比例
して受信強度が弱くなる。
を示す。同図中、電圧制御発振器(VCO)30には周
波数が数100Hzの三角波のベースバンド信号(Mo
d)が印加され、電圧制御発振器30で周波数変調が行
われる。この周波数変調信号は周波数f0 が数10GH
zであり、SPDT(シングルポートダブルスロー)ス
イッチ(SW)54に供給されると共に、その一部が分
岐されて受信ミクサ34に供給される。SPDTスイッ
チ54は電圧制御発振器(VCO)70の出力する駆動
信号のハイレベル期間にVCO30側に接続し、ローレ
ベル期間にミクサ34側に接続するよう制御される。な
お駆動信号は周波数fSWが例えば9MHz〜11MHz
で可変する50%デューティの矩形波である。そして駆
動信号のハイレベル期間に周波数変調信号がSPDTス
イッチ54を通してアンテナ38に供給されて送信され
る。また、駆動信号のローレベル期間にアンテナ38で
受信した受信信号がSPDTスイッチ54を通して受信
ミクサ34に供給され、ここでIF信号とされて出力さ
れる。
0Hz未満のノイズ成分を除去された後、ミクサ52に
供給され、ここで周波数変換されて周波数fδのビート
信号が得られ出力される。電圧制御発振器70の制御端
子には例えば、図14(A)に示す如き三角波、又は図
14(B)に示す如きランダムホッピング波形の制御電
圧(Vin)を供給する。この制御電圧に応じて電圧制御
発振器70の出力する駆動信号の周波数f SWは9MHz
〜11MHzの範囲で変化する。これによって消失点は
現われるものの、消失点の距離が13.64×Nメート
ルから16.66×Nメートルの範囲で変化するので、
目標物体までの距離Rt を必ず検出できることになる。
また、駆動信号の周波数fSWの変化周波数を高く(数1
00Hz以上)とすることにより、受信ミクサ34のA
M復調機能により周波数数100HzのノイズがIF信
号にリークすることを防止することも可能となる。
の変化周波数の条件としては、少なくとも、目標物体の
相対速度及び距離から得られるビート周波数よりも上記
変化周波数が高いこと、及び目標物体の距離変化が上記
変化周波数によって決定される消失点の距離変化と同期
しないことである。例えば、目標物体の相対速度の最大
値を180km/hとすると、消失点はN=1では約3
m間で消失点が変化する。このため、駆動信号の周波数
fSWの変化周期を60msec以下とすれば良い。
を示す。同図中、発振器(OSC)72は周波数数10
GHzの発振信号を出力し、この周波数信号はSPDT
(シングルポートダブルスロー)スイッチ(SW)54
に供給されると共に、その一部が分岐されて受信ミクサ
34に供給される。SPDTスイッチ54はスイッチ駆
動信号源(LO)35の出力する駆動信号のハイレベル
期間にVCO30側に接続し、ローレベル期間にミクサ
34側に接続するよう制御される。なお駆動信号は周波
数fSWが数10MHzで50%デューティの矩形波であ
る。そして駆動信号のハイレベル期間に周波数変調信号
がSPDTスイッチ54を通してアンテナ38に供給さ
れて送信される。また、駆動信号のローレベル期間にア
ンテナ38で受信した受信信号がSPDTスイッチ54
を通して受信ミクサ34に供給され、ここでIF信号と
されて出力される。
00Hz未満のノイズ成分を除去された後、ミクサ52
に供給され、ここで周波数変換されて周波数fδのビー
ト信号が得られ出力される。この実施例は目標物体の相
対速度のみを検出するドプラレーダとして使用してい
る。例えば、周波数fSW=100MHzとすると、R
max =0.75mとなり、消失点は1.5mとなる。一
般にドプラレーダは自動車に適用する場合、対地速度検
出等に用いられ、目標物体(この場合は地面)が極く近
距離であるため、駆動信号の周波数を高くできる。
にアンテナ38を送信及び受信で共用でき、レーダ装置
の小型化及び低廉化が可能となる。FMCWレーダは電
圧制御発振器に三角波状の変調信号を引加して図16に
実線Iaで示す信号を送信し、目標物体から遅延して反
射してくる実線IIaで示す信号を、送信波の一部を受信
ミクサの局部発振源として混合している。このため、遅
延により生ずる、反射波と局部発振源の僅かな周波数の
差を受信ミクサで検出し、目標物体までの距離を算出す
る。FMCWレーダの場合は、距離が遠い程、即ち遅延
が大きい程、周波数差が大きくなり、受信信号ベースバ
ンド出力周波数は高くなる。また、目標物体と自車の間
に相対速度がある場合は、ドプラシフトが生ずるが、こ
れもドプラシフトに対応した周波数差がビート信号とし
て現れる。このビート信号に現れる周波数は、三角波状
の変調信号を数100Hz、電圧制御発振器から出力さ
れるFM変調波の周波数偏移を数10MHz、また、レ
ーダに使用する周波数を数10GHzとし、目標物体ま
での距離を100m程度、相対速度を数10m/時とす
ると、概ね100kHz以下となる。
レーダから干渉を受けた場合を示している。自車のレー
ダと干渉源となる他車のレーダの周波数変動が同期して
いる確率は極めて小さいと考えられるが、ほぼ、同図に
示すような干渉がある。図17には、受信信号ベースバ
ンド出力に現れる信号の時間による周波数の変化の様子
を図示したものである。図中の実線IIbは目標物体から
の反射信号とのビート信号、破線III bは干渉波からの
信号とのビート信号、網掛け部分は、受信フィルタの帯
域を表しており、受信信号のS/N比を向上させる目的
で使用される。また、この受信フィルタのカットオフ周
波数は、検知したい距離、相対速度によって決定される
が、前述のように、自動車搭載の目的においては、概ね
100kHz程度が使用される。
信フィルタよりも遙かに高い周波数まで変化する。局部
発振源と干渉源の中心周波数が一致していて、かつ周波
数偏移が同じで、周波数変化の位相が反転している場合
は、百数十MHz程度まで周波数が変化することにな
る。
を示す。同図中、周波数ホッピング手段100には三角
波の変調信号が供給され、この周波数ホッピング手段1
00の出力する周波数変調信号が送信アンテナ102に
供給されて送信される。また、周波数変調信号の一部が
分岐されて受信ミクサ106に供給されている。受信ア
ンテナ104で受信された信号は受信ミクサ106で周
波数変調信号と混合されてビート信号とされる。このビ
ート信号は干渉検出手段108及び受信フィルタとして
の帯域フィルタ110に供給される。
し、その検出結果を周波数ホッピング手段100に供給
する。周波数ホッピング手段100は干渉波がある場合
に周波数変調信号の周波数を可変して干渉波の存在しな
い帯域に変更する。帯域フィルタ110は検知したい距
離、相対速度に基づいたカットオフ周波数が予め設定さ
れており、ビート信号から不要周波数成分を除去して出
力する。なお、帯域フィルタ110の代りに低域フィル
タを用いても良い。
9(A)に示す如く帯域フィルタ112を用い、ビート
信号より高い周波数の干渉信号を帯域分離して検出す
る。つまり図17における破線III bの受信フィルタの
帯域を越える周波数差の信号があるとき、これを帯域分
離して出力する。なお、帯域フィルタ112の代りに高
域フィルタを用いても良い。図中に示す電圧制御発振器
114は周波数ホッピング手段100の一部である。上
記帯域フィルタ112の低域側カットオフ周波数は帯域
フィルタ110の高域側カットオフ周波数より高く設定
され、両帯域フィルタの減衰量が交わる点で、充分な減
衰量が確保されている。
サ106の出力に受信信号を取り出すための帯域フィル
タ110を接続し、干渉信号検出手段108として、所
定のスレッショルド電圧によって作動するコンパレータ
116を用いている。一般に自動車レーダから出力され
る電力は10dBmであるから、例えば100m先にあ
る自動車からの反射電力はたかだか−130dBm程度
で、距離の4乗に反比例して弱くなる。これに対して、
例えば対向車線からの干渉電力は、距離の2乗に反比例
して弱くなるため、受信信号よりも遙かに大きなレベル
となる。図17に示すように、自車のレーダが他車のレ
ーダから干渉を受ける場合、干渉波信号とのビート信号
レベルは極く僅かな時間ではあるが、受信フィルタの帯
域に落ち込む。このとき、干渉信号は、目標物体からの
反射信号に比べ、遙かにレベルの高いパルス状の信号と
なる。従って、図19(B)の干渉検出手段において
は、目標物体からの反射信号レベルよりも充分に高いレ
ベルで、コンパレータ116が作動するようにスレッシ
ョルド電圧を設定しておく。
変手段)100を説明するためのブロック図である。こ
の図では、干渉検出手段によって得られた干渉検出信号
(ハイレベルが干渉信号あり)を立上検出回路120に
供給して干渉信号の立ち上がりを検出する毎にパルスを
生成してN個のパルスが入力されるとリセットされるN
パルスカウンタに供給する。ROMテーブル124に
は、予めホッピングした先の各中心周波数に関するデー
タが入力されており、Nパルスカウンタ122から出力
されるカウント値をアドレスとしてMビットのデータが
読み出される。D/Aコンバータ126はROMテーブ
ル124から出力されたMビットデータに応じた直流レ
ベルの信号を発生させる。D/Aコンバータ126の後
段には、三角波状の変調信号とD/Aコンバータ126
の出力信号とを加算する加算回路128が接続され、そ
の出力が電圧制御発振器114に供給される。
て干渉波が検出されると、周波数ホッピング手段がただ
ちに動作し、干渉のない周波数帯に中心周波数を移動さ
せる。仮に、ホッピングした先で干渉を受けた場合で
も、同様に周波数ホッピングする。ところで、ホッピン
グする周波数の最小幅は、FMCWレーダの周波数偏移
幅に等しいか大きくなければならない事は勿論である。
例えば、周波数偏移幅が75MHz、割り当てられてい
る周波数帯域幅が1GHzであるとすると、ホッピング
周波数間隔は最低75MHzであり、ホッピング可能な
周波数は13チャネルとなる。
図を示す。同図中、周波数ホッピング手段100には三
角波の変調信号が供給され、この周波数ホッピング手段
100の出力するスイッチ130に供給され、スイッチ
130の閉成時に周波数変調信号が送信アンテナ102
に供給されて送信される。また、周波数変調信号の一部
が分岐されて受信ミクサ106に供給されている。受信
アンテナ104で受信された信号は受信ミクサ106で
周波数変調信号と混合されてビート信号とされる。この
ビート信号は干渉検出手段108及び受信フィルタとし
ての帯域フィルタ110に供給される。
し、その検出結果を周波数ホッピング手段100に供給
する。周波数ホッピング手段100は干渉波がある場合
に周波数変調信号の周波数を可変して干渉波の存在しな
い帯域に変更する。帯域フィルタ110は検知したい距
離、相対速度に基づいたカットオフ周波数が予め設定さ
れており、ベースバンド信号から不要周波数成分を除去
して出力する。
波の存在有無を検出し、干渉波が存在すれば周波数ホッ
ピング手段100により送信信号の中心周波数を可変す
る。そして干渉波が存在しなくなった時点でスイッチ1
30を閉成して送信を開始する。これにより、常時、干
渉のない送信周波数を選定できる。
図を示す。この回路の構成は図18とほとんど同一であ
るが、周波数ホッピング手段100に供給される変調信
号が三角波ではなく、一定の直流である点が異なってい
る。つまりこのレーダ装置はドプラレーダである。ドプ
ラレーダは、例えば、対地速度を検出するもので、距離
測定には用いない。このレーダ方式は、一定周波数で発
振する送信用発振源とこれを一部分岐した局部発振源と
受信周波数変換器によって構成されるが、被干渉の様子
は、図16及び図17と同様である。即ち、一定周波数
に対して、FMCWレーダが干渉した場合を考えると、
図18〜図20による説明が全て成り立つ。
周波数変調信号を送信し、目標物体で反射された信号を
受信して送信信号と混合して得たビート信号から上記目
標物体の距離及び相対速度を得るレーダ装置において、
単一のアンテナを使用し、送受信を時分割で行う。
信を行うことができ、装置の小型化及び低廉化が可能と
なる。また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載の
レーダ装置において、送信信号の周波数変調信号の変調
周波数の2倍以上の周波数で前記送受信の切換えを行
う。
目標物体の距離及び相対速度の算出が可能となる。ま
た、請求項3に記載の発明は、周波数変調信号を送信
し、目標物体で反射された信号を受信した受信信号を所
定周波数でスイッチングした後、送信信号と混合し、更
にスイッチングの所定周波数の信号と混合して得たビー
ト信号から上記目標物体の距離及び相対速度を得るレー
ダ装置において、単一のアンテナを使用し、送受信を時
分割で行う。
るノイズをビート信号から除去することが可能となり、
目標物体の距離及び相対速度を高精度に検出できる。ま
た、請求項4に記載の発明は、請求項1又は3記載のレ
ーダ装置において、前記単一のアンテナに接続されたア
ンテナ共用手段と、上記アンテナ共用手段に前記周波数
変調信号を供給する送信側スイッチと、上記アンテナ共
用手段からの受信信号を前記送信信号との混合のための
回路に供給する受信側スイッチとを有し、上記送信側ス
イッチと受信側スイッチとを互いに逆相でスイッチング
する。
ことが可能となる。また、請求項5に記載の発明は、請
求項4記載のレーダ装置において、前記アンテナ共用手
段を、サーキュレータで構成する。これにより、アンテ
ナ共用手段における送信信号及び受信信号の減衰量を小
さくできる。
記載のレーダ装置において、前記アンテナ共用手段を、
90度ハイブリッド回路で構成する。これにより、アン
テナ共用手段における送信信号及び受信信号の減衰量を
小さくできる。
記載のレーダ装置において、前記アンテナ共用手段を、
分岐回路で構成する。これにより、アンテナ共用手段に
おける送信信号と受信信号の減衰量を小さくできる。
又は4記載のレーダ装置において、前記単一のアンテナ
を、前記周波数変調信号を出力する回路と、上記アンテ
ナの受信信号を前記送信信号との混合のための回路との
いずれかに接続するシングルポートダブルスロースイッ
チを有する。
分割を行うことができる。また、請求項9に記載の発明
は、請求項3記載のレーダ装置において、前記単一のア
ンテナに接続されたアンテナ共用手段と、上記アンテナ
共用手段に前記周波数変調信号を供給する送信側スイッ
チと、上記アンテナ共用手段からの受信信号を前記送信
信号との混合のための回路に供給する受信側スイッチと
を有し、上記送信側スイッチとの開成時に上記受信側ス
イッチを前記所定周波数でスイッチングする。
信の切換えと、受信信号の所定周波数のスイッチングと
を共に行うことができる。また、請求項10に記載の発
明は、請求項3記載のレーダ装置において、前記単一の
アンテナを、前記周波数変調信号を出力する回路と、上
記アンテナの受信信号を前記送信信号との混合のための
回路とのいずれかに接続するシングルポートダブルスロ
ースイッチを有する。
分割、及び受信信号のスイッチングを行うことができ
る。また、請求項11に記載の発明は、周波数変調信号
を送信し、目標物体で反射された信号を受信して送信信
号と混合して得たビート信号から上記目標物体の距離及
び相対速度を得るレーダ装置において、上記ビート信号
に混入した他装置からの干渉信号を検出する干渉検出手
段を有する。
として自装置の反射信号に混入したことを検出できる。
また、請求項12に記載の発明は、請求項11記載のレ
ーダ装置において、前記干渉信号の検出時に、前記周波
数変調信号の中心周波数を可変する周波数可変手段を有
する。
の周波数が可変され干渉のないビート信号を得ることが
できる。また、請求項13に記載の発明は、請求項1記
載のレーダ装置において、前記ビート信号に混入した他
装置からの干渉信号を検出する干渉検出手段を有する。
分割に行うと同時に、干渉信号の有無を検出できる。ま
た、請求項14に記載の発明は、請求項13記載のレー
ダ装置において、前記干渉信号の検出時に、前記周波数
変調信号の中心周波数を可変する周波数可変手段を有す
る。
分割に行うと同時に、干渉が生じたとき送信信号の周波
数を可変して干渉を除去できる。
ある。
ある。
ック図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 周波数変調信号を送信し、目標物体で反
射された信号を受信して送信信号と混合して得たビート
信号から上記目標物体の距離及び相対速度を得るレーダ
装置において、 単一のアンテナを使用し、送受信を時分割で行うことを
特徴とするレーダ装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のレーダ装置において、 送信信号の周波数変調信号の変調周波数の2倍以上の周
波数で前記送受信の切換えを行うことを特徴とするレー
ダ装置。 - 【請求項3】 周波数変調信号を送信し、目標物体で反
射された信号を受信した受信信号を所定周波数でスイッ
チングした後、送信信号と混合し、更にスイッチングの
所定周波数の信号と混合して得たビート信号から上記目
標物体の距離及び相対速度を得るレーダ装置において、 単一のアンテナを使用し、送受信を時分割で行うことを
特徴とするレーダ装置。 - 【請求項4】 請求項1又は3記載のレーダ装置におい
て、 前記単一のアンテナに接続されたアンテナ共用手段と、 上記アンテナ共用手段に前記周波数変調信号を供給する
送信側スイッチと、 上記アンテナ共用手段からの受信信号を前記送信信号と
の混合のための回路に供給する受信側スイッチとを有
し、 上記送信側スイッチと受信側スイッチとを互いに逆相で
スイッチングすることを特徴とするレーダ装置。 - 【請求項5】 請求項4記載のレーダ装置において、 前記アンテナ共用手段を、サーキュレータで構成したこ
とを特徴とするレーダ装置。 - 【請求項6】 請求項4記載のレーダ装置において、 前記アンテナ共用手段を、90度ハイブリッド回路で構
成したことを特徴とするレーダ装置。 - 【請求項7】 請求項4記載のレーダ装置において、 前記アンテナ共用手段を、分岐回路で構成したことを特
徴とするレーダ装置。 - 【請求項8】 請求項1又は4記載のレーダ装置におい
て、 前記単一のアンテナを、前記周波数変調信号を出力する
回路と、上記アンテナの受信信号を前記送信信号との混
合のための回路とのいずれかに接続するシングルポート
ダブルスロースイッチを有することを特徴とするレーダ
装置。 - 【請求項9】 請求項3記載のレーダ装置において、 前記単一のアンテナに接続されたアンテナ共用手段と、 上記アンテナ共用手段に前記周波数変調信号を供給する
送信側スイッチと、 上記アンテナ共用手段からの受信信号を前記送信信号と
の混合のための回路に供給する受信側スイッチとを有
し、 上記送信側スイッチとの開成時に上記受信側スイッチを
前記所定周波数でスイッチングすることを特徴とするレ
ーダ装置。 - 【請求項10】 請求項3記載のレーダ装置において、 前記単一のアンテナを、前記周波数変調信号を出力する
回路と、上記アンテナの受信信号を前記送信信号との混
合のための回路とのいずれかに接続するシングルポート
ダブルスロースイッチを有することを特徴とするレーダ
装置。 - 【請求項11】 周波数変調信号を送信し、目標物体で
反射された信号を受信して送信信号と混合して得たビー
ト信号から上記目標物体の距離及び相対速度を得るレー
ダ装置において、 上記ビート信号に混入した他装置からの干渉信号を検出
する干渉検出手段を有することを特徴とするレーダ装
置。 - 【請求項12】 請求項11記載のレーダ装置におい
て、 前記干渉信号の検出時に、前記周波数変調信号の中心周
波数を可変する周波数可変手段を有することを特徴とす
るレーダ装置。 - 【請求項13】 請求項1記載のレーダ装置において、 前記ビート信号に混入した他装置からの干渉信号を検出
する干渉検出手段を有することを特徴とするレーダ装
置。 - 【請求項14】 請求項13記載のレーダ装置におい
て、 前記干渉信号の検出時に、前記周波数変調信号の中心周
波数を可変する周波数可変手段を有することを特徴とす
るレーダ装置。
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