KR100267151B1 - 레이더 장치의 고장판별 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 회로의 특성 열화에 따른 동작이상이나 성능저하를 검출 할 수 있는 저가의 FM-CW 레이더 장치를 제공하는데 있다. 해결수단은 전압제어발전기(2)에서 고주파신호가 변조신호 발생기(1)로부터의 변조 신호에 의하여 주파수 변조되어 송신 안테나(5)로 송신되고, 목표물체로 부터의 반사신호는 수신 안테나(6)에서 수신한 후 주파수 변조기(7)에서 방향성 결합기(4)로 부터의 국부발진신호에 의해서 주파수 변환되고, 신호처리부(8)에 의해서 거리·속도정보가 검출된다. 변조기(3)는 고장검출용 변조를 한다. 10~12의 검출회로는 상기 변조기에 기인하는 변조성분을 검출한다. 신호처리부(8)는 그 검출된 변조성분에 준하여 고장판정을 행한다.

Description

레이더 장치의 고장판별 장치
본 발명은 고주파 신호를 변조신호에 의해서 주파수 변조(FM변조)하여 송신하고, 목표물체로 부터의 반사 신호를 수신하고, 송신 신호의 일부를 분기하여 얻은 신호를 수신기의 국부 발진 신호원으로서 수신된 반사 신호를 주파수 변환하는 FM-CW 레이더 장치에 관한 것으로, 특히 자동차에 탑재함으로서 목표물체와 상대속도 및 거리를 계산하여 충돌을 방지하는데 사용하기에 적합한 FM-CW 레이더 장치에 관한 것이다.
최근 자동차의 보유대수의 증가에 따라서 자동차의 충돌 등에 의한 사고도 매년 증가하는 경향이다. 이 때문에 자동차의 충돌사고를 감소시키기 위해서 충돌을 사전에 알리기 위한 차간 감시시스템의 안전장치를 자동차에 저가로 장착할 필요가 있다.
종래 목표물체에 대한 상대속도와 거리를 계측할 수 있는 레이더 방식으로서 FM -CW 레이더 방식(주파수 변조 연속파 레이더 방식)이 사용되고 있다. 이 레이더 방식은 간단한 신호처리 회로에 의해서 상대속도 및 거리를 계측할 수 있고, 또 송수신기를 간단하게 구성할 수 있으므로 특히 소형화·저가격화가 요구되는 차량 탑재용 충돌방지 레이더로서 사용되고 있다.
도16, 도17은 FM-CW 레이더 방식의 원리도를 나타내고, 도18에 종래의 FM-CW 레이더 장치의 구성도를 나타낸다. 이 FM-CW 레이더 방식의 원리는 다음과 같다.
도15에 나타낸 바와같이 우선 발진기(2)가 출력하는 발진 신호가 변조 신호 발생기(1)로 부터의 수백 헤르쯔(Hz)의 주파수를 갖는 3각파에 의해서 FM 변조되고, 그 결과 얻는 FM 변조파가 송신 안테나(5)로 부터 송신된다. 그리고 목표물체로부터의 반사 신호가 수신안테나(6)로 수신되고, 이것은 예를들어 믹서인 주파수 변환기(7)에 입력된다. 이 주파수 변환기(7)는 발진기(2)가 출력하는 FM 변조파를 국부 발진 신호(로컬발진 신호)로서 상기 수신신호를 FM 검파한다. 이 때 목표물체로 부터의 반사파가 레이더와 목표물체 사이의 거리에 따라서, 또 상대속도에 의한 도플러 시프트(Doppler shift)에 따라서 도16 및 도17에 나타낸 바와같이 송신 신호에 대해서 주파수 편이(비트)를 일으킨다. 이 비트 주파수 성분(fb)은 (거리에 의존하는 거리주파수(fr))±(속도에 의존하는 속도주파수(fd))로 표시된다. 따라서 이 주파수의 편이로부터 거리 및 상대속도를 계측할 수 있다.
여기서 다음과 같은 식이 성립함이 널리 알려져 있다.
[수 1]
fr=(4△ΩT/c)R
fd=(2f0/c)v
수1식에서 △Ω는 변조폭, T는 변조파의 주기, c는 광속, R는 장해물(목표물체)까지의 거리, f0송신 중심 주파수, v는 장해물(목표물체)과의 상대속도이다.
차량 적재용 레이더로서 이 방법이 사용되는 경우에는 계측거리는 기껏해야 100m(미터), 상대속도는 100km/h(킬로미터/시간) 정도 이므로, 충분한 거리 계측정밀도를 확보하기 위해서는 변조파의 주기를 1×10-3s(초) 정도, 변조폭을 100MHz정도로 설정할 필요가 있다. 또 충분한 상대속도 측정 정밀도를 확보하기 위해서는 송신 주파수대로서 미리미터 파대(millimeter wave band)를 사용할 필요가 잇다. 예를들어 변조파의 주기를 1.33×10-3s, 변조폭을 75MHz, 송신주파수를 60GHz로 하면, 거리 분해능은 1m가 되고, 속도 분해능은 6.75km/h가 된다.
따라서, 종래의 FM-CW 레이더에서는 레이더를 구성하는 고주파 회로의 고장을 검출하는 방법으로서 각각의 고주파 회로 부품에 인가되는 전압 또는 전류치를 모니터 함으로서 고장을 검출하는 방법이 고려된다.
그러나 이 전압·전류치를 모니터하여 고장을 검출하는 방법에서는 완전히 고장(파괴)나는 경우에는 검출가능한 경우가 많으나, 회로특성의 열화 등에 의한 동작이상·성능저하 등의 검출은 전압·전류치의 변동이 미소하기 때문에 곤란하다는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 고주파 회로의 특성 열화에 따른 동작이상이나 성능저하를 검출 가능한 저가인 FM-CW 레이더 장치를 제공하는데 있다.
제1도는 제1발명의 원리블록도.
제2도는 제2발명의 원리블록도.
제3도는 제3발명의 원리블록도.
제4도는 제4발명의 원리블록도.
제5도는 제5발명의 원리블록도.
제6도는 본 발명의 제1 실시 형태를 나타낸 블록도.
제7도는 DSP(21)의 처리를 나타낸 동작플로우 챠트.
제8도는 CPU(22)의 처리를 나타낸 동작플로우 챠트.
제9도는 본발명의 제2 실시형태를 나타낸 블록도.
제10도는 본발명의 제3 실시형태를 나타낸 블록도.
제11도는 본발명의 제4 실시형태를 나타낸 블록도.
제12도는 본발명의 제5 실시형태를 나타낸 블록도.
제13도는 본발명의 제6 실시형태를 나타낸 블록도.
제14도는 본발명의 제7 실시형태를 나타낸 블록도.
제15도는 온도변환에 대한 CPU(22)의 판별 플로우를 나타낸 도면.
제16도는 종래의 FM-CW 레이더 장치의 원리를 설명하는 도면.
제17도는 종래의 FM-CW 레이더 장치의 원리를 설명하는 도면.
제18도는 종래의 FM-CW 레이더 장치의 회로구성을 나타낸 도면.
도1은 본 발명의 제1 태양의 구성예를 나타낸 원리블록도이다.
변조신호 발생기(1)는 주파수 변조(FM변조)를 위한 3각파 신호를 발생한다.
전압제어 발진기(2)는 레이더에서 출력되는 미리미터 파대의 주파수 변조된 신호를 발생한다.
변조기(3)는 고장 검출용 변조를 한다.
방향성 결합기(4)는 전압제어 발진기(2)로부터의 신호를 송신 안테나(5)로 향하는 송신 신호와 주파수 변환기(7)로 향하는 국부발진 신호로 분리한다.
송신안테나(5)는 전압제어 발진기(2)로 부터 출력된 주파수 변조된 신호를 공간에 효율적으로 방출한다.
수신안테나(6)는 목표물체에서 반사되어 온 신호를 효율적으로 수신한다.
주파수 변환기(7)는 방향성 결합기(4)에서의 국부발진 신호와 수신안테나(6)에 의해서 수신된 목표물체로 부터의 반사 신호를 혼합하고, 목표물체와 레이더 장치와의 상대속도와 거리정보 포함하는 신호성분을 발생한다.
신호처리부(8)는 주파수 변환기(7)에서 출력되는 신호성분으로 부터 상대속도 및 거리정보를 취출하는 동시에 표시부(9)의 표시에 필요한 데이터를 출력한다.
표시부(9)는 신호처리부(8)에서 출력된 표시데이터를 표시한다.
필터(10)는 레이더 장치내의 고주파 회로계의 동작확인을 위한 변조 주파수만이 통과할 수 있는 대역을 갖고 있다.
정류회로(11)는 변조신호를 직류신호로 하고 이것을 전압비교 회로(12)에 출력한다.
전압비교 회로(12)에서는 미리 설정된 기준레벨과, 고주파 회로계로 부터 출력된 신호의 검출레벨을 비교하여 기준레벨 보다 검출레벨이 저하된 때에 알람신호를 CPU로 보낸다.
상술한 본 발명의 제1 태양의 구성에서 변조기(3)가 청구항 1 또는 2 기재의 변조기에 대응하고, 필터(10), 정류회로(11), 및 전압 비교 회로(12)가 청구항 1 또는 2기재의 검출회로에 대응하고, 신호 처리부(8)가 청구항 1 또는 2 기재의 고장판정 회로에 대응한다.
상술한 본 발명의 제1 태양의 구성에 의해서 레이더 장치의 기능이 완전히 상실되기 전에 고주파 회로의 특성 열화에 따른 동작이상이나 성능저하를 검출할 수 있다.
도2는 본 발명의 제2 태양의 원리 블록도이다.
도2에 나타낸 본 발명의 제2 태양에 관한 레이더 장치에서는 도1에 나타낸 본 발명의 제1 태양의 구성에서 방향성 결합기(4)와 송신안테나(5) 사이에 송신 신호 출력 정지 회로(13)가 설비되어 있다. 이 송신 신호 출력 정지 신호(13)는 청구항 3 내지 5기재의 송신 신호 출력 제한 회로에 대응한다.
상술한 본 발명의 제2 태양의 구성에 의해서 고장 판단 모드시에 송신 신호 출력를 저하시킬 수 있어, 레이더 외부로 부터의 영향을 작게 할 수 있다.
도3은 본 발명의 제3 태양의 원리 블록도이다.
도3에 나타낸 본 발명의 제3 태양에 관한 레이더 장치에서는 도1에 나타낸 본 발명의 제1 태양의 구성에서 수신안테나(6)와 주파수 변환기(7)의 사이에 수신신호 입력 정지 회로(14)가 설비된다. 이 수신 신호 입력 정지 회로(14)는 청구항 6내지 8기재의 수신신호 입력 제한 회로에 대응한다.
상술한 본 발명의 제3 태양의 구성에 의해서 고장판단 모드시에 수신 신호 입력을 저하시킬 수 있어, 레이더 외부로부터의 영향을 작게 할 수 있다
도4는 본 발명의 제4태양의 원리 블록도이다.
도4에 나타낸 본 발명의 제4 태양에 관한 레이더 장치에서는 도1에 나타낸 본 발명의 제1 태양이 방향성 결합기(4)의 바로 앞에 변조기(3)가 설비되는 구성을 갖는 것에 대해서 방향성 결합기(4)와 주파수 변환기(7)의 사이에 국부 발진 신호 변조기(15)가 설비되는 구성을 갖는다. 이 국부 발진 신호 변조기(15)는 청구항 9기재의 국부 발진 신호 변조기에 대응한다. 그리고 고장 판단 모드시에 이 국부 발진 신호 변조기(15)에 의해서 국부 발진 신호가 변조되어, 고장판별이 행해진다.
도5는 본 발명의 제5 태양의 원리 블록도이다.
본 발명의 제5 태양에서는 국부 발진 신호와는 별도로 방향성 결합기(4)에 의해서 분기된 후의 송신 신호가 방향성 결합기(16)에 의해서 더 분기시켜 방향성 결합기(17)에 의해서 수신된 반사 신호로 합성시킨 귀환경로가 형성되고, 그 귀환 경로 상에 귀환신호 변조기(18)가 설비되는 구성을 갖는다. 여기서 방향성 결합기(16, 17)는 청구항10 기재의 귀환루프회로에 대응하고, 귀환신호변조기(18)는 청구항 10 기재의 귀환 신호 변조기에 대응한다.
이상 설명한 본 발명이 제1~제5 태양의 구성에서 고장 판단용 신호 변조 주파수는 송신 신호를 생성하기 위한 주파수 변조의 변조 주파수와는 다른 주파수가 되도록 설정할 수 있다.
또 본 발명의 제1~제5 태양의 구성에서 고장 판단용 신호의 변조방식으로서는 진폭변조 외에 주파수 변조, 위상변조 등을 채용할 수 있다. 진폭변조는 예를 들어 증폭기의 이득을 변환시킴으로서 또는 신호의 스위칭을 행함으로서 실현 할 수 있다.
(발명의 실시 태양)
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명하겠다.
(제1 실시형태)
도6는 본 발명의 제1 실시 형태를 나타낸 블록도.
도6에 나타낸 FM-CW 레이더 장치는 송신계로서 변조신호 발생기(1), 전압제어 발진기(2), 변조기(3), 방향성 결합기(4), 송신안테나(5)를 구비하고, 수신계로서 수신안테나(6), 주파수 변환기(7)를 구비하고, 신호처리계로서 신호 처리부(8)(필터(19), A/D 콘버터(20), DSP(21) 및 CPU(22)로 구성됨), 표시부(9), 필터(10), 정류회로(11) 및 콤퍼레이터(23)을 구비하여 구성되어 있다.
여기서 변조 신호 발생기(1)는 FM변조를 위한 3각파 신호를 발생한다. 전압제어 발진기(2)는 레이더에서 출력되는 미리미터 파대의 FM변조된 신호를 발생시킨다. 변조회로(3)는 고장 검출용의 신호를 만들어 낸다. 방향성 결합기(4)는 변조회로(3)로 부터의 미리미터파 신호를 송신안테나(5)외에 주파수 변환기(7)에 국부 발진 신호로서 취출한다. 송신안테나(5)는 방향성 결합기(4)로 부터 출력된 신호를 효율적으로 공간에 방출한다. 수신안테나(6)는 목표물체로부터 반사되어 온 신호를 효율 좋게 수신한다. 주파수 변환기(7)는 방향성 결합기(4)로 부터의 국부 발진 신호와 수신안테나(6)에 의해서 수신된 신호를 혼합하고, 목표물체와 레이저 장치의 상대속도 및 거리정보를 포함하는 신호생성을 발생시키는 동시에 고장 검출 신호를 생성시킨다. 신호 처리부(8)는 주파수 변환기(7)로 부터의 상대속도 및 거리정보를 포함하는 신호성분으로 부터 상대속도 및 거리정보를 취출하는 동시에 표시부(9)의 표시에 필요한 데이터를 출력한다. 이 신호처리부(8)에서, 필터(19)는 비트 주파수 성분만(도16, 17 참조)을 추출한다. A/D 콘버터(20)는 필터(19)의 아날로그 출력 신호를 디지털신호로 변환한다. DSP(21)는 A/D 콘버터(20)로 부터 출력되는 디지털 신호에 대해서 FFT(고속 푸리에르 변환) 분석을 실행함으로써, 비트 주파수 성분을 추출하고 전술한 수1식에 준해서 거리 및 상대속도를 계산한다. CPU(22)는 콤퍼레이터(23)의 출력을 모니터링 함으로써 고장검출 처리를 실행하고, 또 표시부(9)로의 데이터 표시처리를 실행한다. 다음에 표시부(9)는 신호처리부로 부터 출력된 표시 데이터를 표시한다. 필터(10)는 주파수 변환기(7)로 부터 출력되는 신호 성분 중 고장검출에 필요한 신호성분을 통과시킨다. 정류회로(11)는 필터(10)로부터의 교류신호를 직류신호로 변환한다. 콤퍼레이터(23)는 정류회로(11)에서 출력되는 고장 검출 신호와 미리 설정된 기준시호를 비교한다.
이와같은 구성에 의해서 이 FM-CW 레이더 장치는 다음과 같이 동작한다.
우선 FM 변조를 거치기 때문에 변조 신호 발생기(1)에서 발생된 3각파가 전압제어 발진기(2)로 입력된다. 발생된 신호파의 출력파형은 다음 식으로 표시된다.
[수 2]
Asin[ωr t+∫s(t) dt]
여기서 A는 진폭, ωr=2πf0, 또 적분항 ∫s(t) dt는 3각 변조분이다.
그리고 이 신호가 변조기(3)에 의해서 더 변조된다. 이제 변조 방법을 AM변조로 하면 변조기(3)의 출력파형은 다음 식으로 표시된다.
[수 3]
A(1+B)sin[ωr t+∫s(t) dt]
여기서 (1+B)는 AM 변조 성분이고, 이 변조 주파수는 예를 들어 500KHz(킬로 헤르쯔)~1MHz(메가 헤르쯔) 정도이다.
이 신호가 방향성 결합기(4)로 부터 국부 발진 신호로서 주파수 변환기(7)로 입력된다. 단순화하기 위해서 목표물체로부터 반사파가 존재하지 않도록 하면, 수3식으로 표시되는 신호가 주파수 변환기(7)로서 자승 검파되게 하면, 주파수 변환기(7)의 출력파형은 다음식으로 표시된다.
[수 4]
{A(1+B)sin[ωr t+∫s(t) dt]}2
= A2(1+B)2sin2[ωr t+∫s(t) dt]
= A2sin2[ωr t+∫s(t) dt]
+ A2B2sin2[ωr t+∫s(t) dt]
+2A2B sin2[ωr t+∫s(t) dt]
여기서 필터(10)에 의해서 주파수 성분(B) 근방의 신호만이 통과하게 되므로 필터(10)에서는 결국 다음식으로 표시되는 성분 Sdet만이 신호로서 취출된다.
[수 4]
=Sdet=2A2B sin2[ωr t+∫s(t) dt]
이 신호 Sdet를 정류회로(11)로서 직류신호로 변환하고, 콤퍼레이터(23)등에서 기준 전압과 비교함으로서 고장유무를 검출하는 것이 가능하다. 여기서 기준전압은 레이더 장치가 정상동작하고 있을 경우에 발생하는 직류신호의 값으로 온도변동, 경년변화를 예상한 값으로 설정해 놓는다. 구체적으로는 CPU(22)는 콤퍼레이터(23)가 정류회로(11)에서 출력된 직류신호의 전압이 기준전압보다도 낮게 검출된 경우에 레이더 장치가 고장난 것으로 판정한다. 이제 주파수 변환기(7)에서 변환손실이 증가하면, 주파수 변환기(7)에서 출력되는 신호의 절대레벨이 전체적으로 저하하기 때문에 정류회로(11)로 부터 출력되는 직류신호의 전압이 저하한다. 또 변조신호 발생기(1)의 출력전력이 저하하면, 방향성 결합기(4)로 부터 주파수 변환기(7)로 입력되는 신호의 입력레벨이 저하되기 때무에, 결국 정류회로(11)에서 출력되는 직류신호의 전압이 저하한다. 따라서 정류회로(11)에서 출력되는 직류신호의 전압저하는 레이더 장치 내의 송신측 또는 수신측의 어느측의 고주파 회로의 신호 감도가 열화한 것을 나타내고 있다. 그리고 이것은 검출되는 차간거리의 한계가 짧아지는 것을 나타내고 있다. 검출되는 차간거리의 한계가 짧아진 다는 것은, 예를들어, 지금까지 차간거리가 100m 정도까지 가까워 질때에 경고를 발할 수 있던 상태가, 차간거리가 60m 까지 짧아지지 않으면 경고를 발하지 않는 상태가 되는 것을 나타내고 있다.
도7는 DSP(21)가 실행하는 처리의 동작 플로우 챠트이다. 우선 DSP(21)는 A/D콘버터(20)에서 출력되는 디지털 신호에 대해서 FFT(고속 푸리에르 변환)분석을 실행한다(도7의 30). 다음에 DSP(21)는 FFT주파수 출력에서 피크 주파수를 동정한다(도7의 31). 다음에 DSP(21)는 그 피크 주파수의 레벨에 대해서 임계치 계산을 실행함으로서(도7의 32), 유효한 피크만이 남도록 피크수를 제한한다(도7의 33). 이어서 DSP(21)는 유효한 피크수를 추정한다.(도7의 34). 또 DSP(21)는 추출된 피크 성분중에서 노이즈 성분을 제거한다(도7의 35). 최후로 DSP(21)는 남은 피크에서 2개의 비트 주파수성분 fb=(거리에 의존하는 거리주파수(fr))±(속도에 의존하는 속도주파수(fd))를 추출함으로서 거리주파수(fr)와 속도주파수(fd)를 산출하고, 전술한 수1식에 준하여 거리(R)와 상대속도(v)를 산출한다(도7의 36).
도8은 CU(22)가 실행하는 처리의 동작 플로우 챠트이다. 우선 CPU(22)는 현재의 모드를 고장 검출 모드로 설정한다(도8의 40). 현재의 모드가 고장 검출 모드로 설정되는 타이밍은 예를들어 자동차 엔진이 시동된 시점 또는 레이더 장치의 전원이 온(ON)된 시점등이다. 다음에 CPU(22)는 콤퍼레이터(23)의 출력전압을 모니터한다(도8의 41). 다음에 CPU(22)는 콤퍼레이터(23)의 출력전압이 기준전압 보다도 저하됐는지 여부를 판정함으로서 고장이 발생했는지 여부를 판정한다(도8의 42). CPU(22)는 고장이 발생한 것으로 판정된 경우에는 표시부(9)에 고장을 표시한다,(도8의 43). 한편 CPU(22)는 고장이 발생하지 않은 것으로 판정한 경우에는 현재의 모드를 레이더 계측모드로 이행시키고(도8의 44), DSP(21)에 거리와 상대속도를 계측시키고(도8의 45), 그 결과 DSP(21)에 의해서 산출된 거리와 상대속도를 표시부 (9)에 표시한다(도8의 46)
이상 설명한 본 발명의 제1 실시형태에 의해서, FM-CW 레이더 장치의 기능이 완전히 상실되기 전에 고주파 회로의 특성 열화에 따른 동작이상이나 성능저하를 검출할 수 있다.
(제2 실시형태)
도9는 본 발명의 제2 실시형태를 나타낸 블록도이다. 도9에 나타낸 FM-CW 레이더 장치는 송신계로서 변조신호 발생기(1), 전압 제어 발진기(2), 변조기(3), 방향성 결합기(4), 송신 신호 출력 정지기(13), 송신안테나(5)를 구비하고, 수신계로서 수신안테나(6), 주파수 변환기(7)를 구비하고, 신호처리계로서 신호처리부(8)(필터(19), A/D콘버터(20), DSP(21), CPU(22)로 구성된다), 표시부(9), 필터(10), 정류회로(11), 콤퍼레이터(23)를 구비하여 구성된다.
제2 실시 형태에서는 방향성 결합기(4)와 송신안테나(5) 사이에, 송신 신호를 출력시키기 위한 송신 신호 출력 정지기(13)가 설비된다. 이 구성에 의해서 목표물체가 레이더 장치의 매우 가까이에 있어도 목표물체로 부터의 반사파에 의한 신호의 혼입이 방지된다.
이 구성에서 알수 있는 바와같이 제2 실시 형태에서는 송신계에 송신 신호 출력 정지기(13)가 삽입되어 있고, 이와같이 해도 전술한 제1 실시형태와 완전히 동일한 원리에 의해서 고장신호의 검출등 전술한 제1실시 형태와 완전히 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시 형태)
도10은 본 발명의 제3 실시 형태를 나타낸 블록도이다. 도10에 나타낸 FM-CW 레이더 장치는 송신계로서 변조신호 발생기(1), 전압 제어 발진기(2), 변조기(3), 방향성 결합기(4), 송신안테나(5)를 구비하고, 수신계로서 수신안테나(6), 수신신호 입력 정지 회로(14), 주파수 변환기(7)를 구비하고, 신호처리계로서 신호처리부(8)(필터(19), A/D콘버터(20), DSP(21), CPU(22)로 구성된다), 표시부 (9), 필터 (10), 정류회로(11), 콤퍼레이터(23)를 구비하여 구성된다.
제3 실시 형태에서는 수신안테나(6)와 주파수 변환기(7) 사이에, 수신신호를 출력시키기 위한 수신 신호 출력 정지회로(14)가 설비된다. 이 구성에 의해서 목표물체가 레이더 장치의 매우 가까이에 있어도 목표물체로 부터의 반사파에 의한 신호의 혼입이 방지된다.
이 구성에서 알수 있는 바와같이 제3 실시 형태에서는 수신계에 수신신호출력 정지회로(14)가 삽입되어 있고, 이와같이 해도 전술한 제1 실시형태와 완전히 동일한 원리에 의해서 고장신호의 검출등 전술한 제1실시 형태와 완전히 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제4 실시형태)
도11는 본 발명의 제4 실시 형태를 나타낸 블록도이다. 도11에 나타낸 FM-CW 레이더 장치는 송신계로서 변조신호 발생기(1), 전압 제어 발진기(2), 변조기(3), 방향성 결합기(4), 송신안테나(5)를 구비하고, 수신계로서 수신안테나(6), 주파수 변환기(7), 로컬신호 변환기(15)를 구비하고, 신호처리계로서 신호처리부(8)(필터 (19), A/D콘버터(20), DSP(21), CPU(22)로 구성된다), 표시부(9), 필터(10), 콤퍼레이터(23)를 구비하여 구성된다.
제4 실시 형태에서는 송신계의 방향성 결합기(4)와 수신계의 주파수 변환기(7)의 사이에, 로컬 신호 변조기(15)가 설비된다. 이 구성에 의해서 로컬신호 만으로 고장판정 변조신호를 사용하여 변조된다.
이 구성에서 알수 있는 바와같이 제4 실시 형태에서는 로컬계에서 로컬신호 변조기(15)가 삽입되어 있고, 이와같이 해서도 상술한 제1 실시형태와 완전히 동일한 원리에 의해서 고장신호의 검출등 진술한 제1실시 형태와 완전히 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제5 실시 형태)
도12는 본 발명의 제5 실시 형태를 나타낸 블록도이다. 도12에 나타낸 FM-CW 레이더 장치는 송신계로서 변조신호 발생기(1), 전압 제어 발진기(2), 변조기(3), 방향성 결합기(4), 방향성 결합기(16), 송신안테나(5)를 구비하고, 수신계로서 수신안테나(6), 방향성 결합기(17), 주파수 변환기(7)를 구비하고, 신호처리계로서 신호처리부(8)(필터(19), A/D콘버터(20), DSP(21), CPU(22)로 구성된다), 표시부 (9), 필터(10), 정류회로(11), 콤퍼레이터(23)를 구비하고, 또 고장검출계로서 변조기(18)로서 구성된다.
제5 실시 형태에서는 방향성 결합기(4) 및 송신안테나(5)의 사이에 설비된 방향성 결합기(16)와, 수신안테나(6) 및 주파수 변환기(7)의 사이에 설비된 방향성 결합기(17)에 의해서 고장검출용 귀환루프를 구성하고, 이 귀환루프 상에 변조기 (18)를 설비하여, 고장 검출신호에 의해서 변조하도록 구성되어 있다.
이 구성에서 알수 있는 바와같이 제5 실시 형태에서는 송수신계의 사이에 방향성 결합기(16), 변조기(18), 방향성 결합기(17)로 되는 고장검출용의 귀환루프가 구성되어 있고, 이와같이 해서도 전술한 제1 실시형태와 완전히 동일한 원리에 의해서 고장신호의 검출등 전술한 제1실시 형태와 완전히 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제6 실시 형태)
도13는 본출원인이 이전에 출원한 FM-CW 레이더 장치(특개평 5-040169)에 본 발명을 적용한 실시 형태이다. 도13에 나타낸 FM-CW 레이더 장치는 송신계로서 변조신호 발생기(1), 전압 제어 발진기(2), 송신 신호 증폭기(24), 방향성 결합기(4), 방향성 결합기(16), 송신안테나(5)를 구비하고, 수신계로서 수신안테나 (6), 방향성 결합기(17), 수신신호 증폭기(25), 주파수 변환기(7), 필터(28), 제2 주파수 변환기(27), 스위칭 신호원(26)을 구비하고, 신호처리계로서 신호처리부 (8)(필터(19), A/D콘버터(20), DSP(21), CPU(22)로 구성된다), 표시부(9), 필터 (10), 정류회로(11), 콤퍼레이터(23)를 구비하고, 또 고장검출계로서 변조기(18)로 구성된다.
제6 실시 형태에서는 전압 제어 발진기(2) 및 방향성 결합기(4) 사이에 설비된 송신 신호 증폭기(24)와, 방향성 결합기(17) 및 주파수 변환기(7)의 사이에 설비된 수신 신호 증폭기(25)와 주파수 변환기(7) 및 신호 처리부(8) 사이에 설비된 필터(28) 및 제2 주파수 변환기(27)와, 스위칭 신호원(26)을 설비함으로서, 헤테로 다인형 FM-CW 레이더 장치를 구성하고 있다. 즉 제6 실시의 형태에서는 필터(28)가 비트 주파수에 대응한 주파수 대역 성분만을 통과시킨 후 제2 주파수 변환기(27)에 의해서 중간 주파수 성분으로 변환된 것이 신호처리부(8)로 입력된다. 이 때문에 잡음에 대해서 강한 구성을 실현할 수 있다.
이 구성에서 알수 있는 바와같이 제6 실시 형태에서는 FM-CW 레이더 장치가 전압제어 발진기(2) 및 방향성 결합기(4)의 사이에 설비된 송신 신호 증폭기(24)와 방향성 결합기(17) 및 주파수 변환기(7)의 사이에 설비된 수신신호 증폭기(25)와, 주파수 변환기(7) 및 신호 처리부(8) 사이에 설비된 필터(28) 및 제2 주파수 변환기(27)와 스위칭 신호원(26)이 설비됨으로서 헤테로 다인형으로 구성되어 있고, 이와 같이 해서도 전술한 제5 실시 형태와 완전히 동일한 원리에 의해서 고장신호의 검출등, 전술한 제1 실시예와 완전히 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제7 실시 형태)
도14는 이전에 출원한 FM-CW 레이더 장치(특개평 5-040169호 특허출원)에 본 발명을 적용한 실시 형태이다. 도14에 나타낸 FM-CW 레이더 장치는 송신계로서 변조신호 발생기(1), 전압 제어 발진기(2), 변조기(3), 송신 신호 증폭기(24), 방향성 결합기(4), 방향성 결합기(16), 송신 안테나(5)를 구비하고, 수신계로서 수신안테나(6), 방향성 결합기(17), 수신신호 증폭기(25), 주파수 변환기(7), 필터(28), 제2 주파수 변환기(27), 스위칭 신호원(26)을 구비하고, 신호처리계로서 신호처리부(8)(필터(19), A/D콘버터(20), DSP(21), CPU(22)로 구성된다), 표시부(9), 필터 (10), 정류회로(11), 콤퍼레이터(23)를 구비하고, 또 고장검출계로서 변조기(18)로 구성된다.
제7 실시 형태에서는 변조기(3) 및 방향성 결합기(4) 사이에 설비된 송신 신호 증폭기(24)와, 방향성 결합기(17) 및 주파수 변환기(7)의 사이에 설비된 수신 신호 증폭기(25)와 주파수 변환기(7) 및 신호 처리부(8) 사이에 설비된 필터(28) 및 제2 주파수 변환기(27)와, 스위칭 신호원(26)을 설비함으로서, 헤테로 다인형 FM-CW 레이더 장치를 구성하고 있다.
이 구성에서 알수 있는 바와같이 제7 실시 형태에서는 FM-CW 레이더 장치가 변조기(3) 및 방향성 결합기(4)의 사이에 설비된 송신 신호 증폭기(24)와 방향성 결합기(17) 및 주파수 변환기(7)의 사이에 설비된 수신신호 증폭기(25)와, 주파수 변환기(7) 및 신호 처리부(8) 사이에 설비된 필터(28) 및 제2 주파수 변환기(27)와 스위칭 신호원(26)이 설비됨으로서 헤테로 다인형으로 구성되어 있고, 이와같이 해서도 전술한 제6 실시 형태와 완전히 동일한 원리에 의해서 고장신호의 검출등, 전술한 제1 실시형태와 완전히 동일한 효과를 얻을 수 있다
(기타 실시 형태)
또 상술한 각 실시형태에서 고장검출를 위한 변조 주파수로서 레이더 장치의 계측거리·상대속도 측정에 사용되는 변조 주파수와는 다른 주파수가 선택됨으로서 고장 검출 주파수의 취출이 보다 용이하게 된다.
또 변조방식으로서는 증폭기의 이득을 제어하여 AM변조를 거치는 외에 고장 검출용 주파수로 스위칭하는 스위칭 회로를 사용할 수 있다. 이 스위칭 회로는 진폭을 0 또는 1로 변조하므로 AM 변조기의 특수한 것으로 생각할 수 있다. 스위칭 회로가 사용되는 경우에는 예를들어 PIN 다이오드를 사용하여 스위칭 회로를 실현 한다던지 GaAs MESFET 또는 HEMT 등의 3단자 소자의 드레인 전류(드레인 전압)을 스위칭함으로서 스위칭 회로를 실현함이 행해진다.
또 제5 실시형태에 대해서는 변조기(18)로서 주파수 변조기나 위상 변조기를 사용할 수 있다.
또 송신 신호의 출력을 정지 또는 수신신호의 입력을 정지시키기 위해서 증폭기의 이득을 제어하여 그 신호저지를 해하거나 스위칭 회로를 사용해도 좋다.
또 고장검출을 행하는 타이밍과 거리·상대속도를 검출하는 타이밍을 분리하는 구성을 취하는 경우에는 필터(10), 정류회로(11) 및 콤퍼레이터(23)에 상당하는 기능을 필터(19), A/D 콘버터(20) 및 DSP(21)가 대행해도 좋다.
또 상술한 각 실시 형태에서 콤퍼레이터(23)의 기준전압은 온도에 따라서 변동할 가능성이 있기 때문에 온도정보를 고려하도록 구성되어도 좋다. 도15는 이와 같은 구성이 채용된 경우의 온도변화에 대한 CPU(22)의 판별 플로우를 나타낸 도면이다. 이 도면에서 우선 CPU(22)는 소정의 센서가 검출하는 온도를 판독한다.(도15의 50). 다음에 CPU(22)는 소정의 ROM테이블로 부터 상기 검출된 온도에 대응하는 임계치를 읽어 내고(도15의 51), 이들을 콤퍼레이터(23)의 기준전압으로서 설정한다.(도15의 52). 그리고 CPU(22)는 센서의 이상을 감시하고(도15의 53), 이상이 발생함을 판별한 경우에 이상처리를 실행한다(도15의 54→55).
또 서미스터에 의해서, 콤퍼레이터(23)의 기준전압으로 직접 온도 의존성을 갖게 하도록 구성해도 좋다.
본 발명에 의하면 레이저 장치의 기능이 완전히 상실되기 전에 고주파 회로의 특성열화에 따르는 동작 이상이나 성능저하를 검출할 수 있다.

Claims (16)

  1. 고주파 신호를 변조신호에 의해서 주파수 변조하여 송신하고, 목표물체로 부터의 반사 신호를 수신하고, 송신 신호의 일부를 분기하여 얻은 신호를 수신기의 국부발진 신호로서 상기 수신된 반사 신호를 주파수 변환하는 레이더 장치에 있어서,
    수신계 회로에 입력되는 국부 발진 신호를 변조하는 변조기와.
    상기 변조기에 기인하는 변조 성분을 검출하는 검출 회로와,
    상기 검출 회로에 의해서 검출된 변조 성분에 준해서 고장판정을 행하는 고장 판정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치
  2. 고주파 신호를 변조신호에 의해서 주파수 변조하여 송신하고, 목표물체로 부터의 반사 신호를 수신하고, 송신 신호의 일부를 분기하여 얻은 신호를 수신기의 국부발진 신호로서 상기 수신된 반사 신호를 주파수 변환하는 레이더 장치에 있어서,
    상기 분기되기 전의 송신 신호를 더 변조하는 변조기와.
    상기 주파수 변환된 후의 신호에서 상기 변조기에 기인하는 변조성분을 검출하는 검출 회로와,
    상기 검출 회로에 의해서 검출된 변조 성분에 준해서 고장 판정을 행하는 고장 판정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  3. 제2항에 있어서
    상기 분기된 후의 송신 신호의 출력을 정지 또는 억제하는 송신 신호 출력제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 송신 신호 출력 제한 회로는 상기 송신 신호를 증폭하는 송신 신호 증폭기의 이득을 저하시킴으로서 상기 송신 신호의 출력을 억제하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 송신 신호 출력 제한 회로는 상기 송신 신호의 출력을 선택적으로 온 또는 오프시키는 스위칭회로인 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 변환되는 반사 신호의 입력을 정지 또는 억제하는 수신신호 입력제한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수신 신호 입력 제한 회로는 상기 수신 신호를 증폭하는 수신 신호 증폭기의 이득을 저하시킴으로서 상기 수신 신호의 입력을 억제하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 수신 신호 입력 제한 회로는 상기 수신 신호의 입력을 선택적으로 온 또는 오프시키는 스위칭 회로인 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  9. 고주파 신호를 변조 신호에 의해서 주파수 변조하여 송신하고, 목표물체로 부터의 반사 신호를 수신하고, 송신 신호의 일부를 분기하여 얻은 신호를 수신기의 국부발진 신호로서 상기 수신된 반사 신호를 주파수 변환하는 레이더 장치에 있어서,
    상기 분기된 후의 국부 발진 신호를 변조하는 국부 발진 신호 변조기와.
    상기 주파수 변조된 후의 신호로부터 상기 국부 발진 신호 변조기에 기인하는 변조성분을 검출하는 검출회로와,
    상기 검출회로에 의해서 검출된 변조성분에 준해서 고장판정을 행하는 고장 판정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  10. 고주파 신호를 변조 신호에 의해서 주파수 변조하여 송신하고, 목표 물체로 부터의 반사 신호를 수신하고, 송신 신호의 일부를 분기하여 얻은 신호를 수신기의 국부 발진 신호로서 상기 수신된 반사 신호를 주파수 변환하는 레이더 장치에 있어서,
    상기 국부 발진 신호와는 별도로 상기 분기된 후의 송신 신호를 더 분기시켜 상기 수신된 반사 신호로 합성시키는 귀환 루프 회로와,
    귀환 루프 회로상의 귀환 신호를 변조하는 귀환 신호 변조기와,
    상기 주파수 변조된 후의 신호에서 상기 귀환 신호 변조기에 기인하는 변조 성분을 검출하는 검출회로와.
    상기 검출회로에 의해서 검출된 변조성분에 준해서 고장판정을 행하는 고장 판정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 변조기, 상기 국부 발진 신호 변조기, 또는 상기 귀환 신호 변조기의 변조 주파수는 상기 송신 신호를 생성하기 위해서 상기 고주파 신호를 상기 변조 신호에 의해서 주파수 변조하는 경우의 변조 주파수와는 다른 주파수인 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 변조기, 상기 국부 발진 신호 변조기, 또는 상기 귀환 신호 변조기의 변조 방식이 진폭 변조 방식인 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  13. 제12항에 있어서.
    상기 변조기, 상기 국부 발진 신호 변조기 또는 상기 귀환 신호 변조기는 증폭기의 이득을 변화시킴으로서 진폭 변조를 행하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 변조기, 상기 국부 발진 신호 변조기, 또는 상기 귀환 신호 변조기는 신호의 스위칭을 행함으로서 진폭 변조를 행하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  15. 제1항 내지 제10항중 어느 한항에 있어서,
    상기 변조기, 상기 국부 발진 신호 변조기, 또는 상기 귀환 신호 변조기의 변조방식이 주파수 변조 방식인 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
  16. 제1항 내지 제10항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 변조기, 상기 국부 발진 신호 변조기, 또는 상기 귀환 신호 변조기의 변조 방식이 위상 변조 방식인 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 고장 판별 장치.
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