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WO2020194462A1 - レーダ装置 - Google Patents

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WO2020194462A1
WO2020194462A1 PCT/JP2019/012574 JP2019012574W WO2020194462A1 WO 2020194462 A1 WO2020194462 A1 WO 2020194462A1 JP 2019012574 W JP2019012574 W JP 2019012574W WO 2020194462 A1 WO2020194462 A1 WO 2020194462A1
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WO
WIPO (PCT)
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signal
frequency
radar device
voltage
target
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2019/012574
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English (en)
French (fr)
Inventor
和紀 倉茂
龍也 上村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Priority to PCT/JP2019/012574 priority patent/WO2020194462A1/ja
Priority to JP2021508433A priority patent/JP7154386B2/ja
Priority to US17/423,900 priority patent/US12265148B2/en
Publication of WO2020194462A1 publication Critical patent/WO2020194462A1/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a radar device that uses frequency modulation by the FM-CW (Frequency Modified Continuous Waves) method.
  • FM-CW Frequency Modified Continuous Waves
  • the conventional FM-CW radar is a radar device having an easy circuit configuration that performs signal processing using a baseband signal having a relatively low frequency band. For this reason, conventional FM-CW radars are often used as millimeter-wave band collision prevention radars aimed at reducing prices.
  • FM-CW radar using a high-speed modulation method has been used in order to reduce the probability of false alarm of collision prevention radar and increase the frequency of updating observation results of FM-CW radar. There is.
  • the conventional FM-CW radar uses an Up chirp that changes the transmission frequency from low frequency to high frequency and a Down chirp that changes the transmission frequency from high frequency to low frequency to determine the distance between the radar and the target and the target. Calculate the speed of an object. Specifically, the distance and relative velocity between the target and the radar are calculated using the sum of the peak frequencies of the beat signals obtained from the Up chirp and the Down chirp, and the difference in the peak frequencies.
  • the transmission / reception module section that constitutes the FM-CW radar requires adjustment work in the shipping inspection process due to individual differences in the voltage controlled oscillator (VCO) and temperature characteristics.
  • VCO voltage controlled oscillator
  • frequency information is calculated from the phase information of the divided signal of the voltage controlled oscillator, and the data stored in the lookup table is updated with the correction data generated using the calculation result, so that individual differences and the like are obtained.
  • a radar device capable of accurately responding to fluctuations in the characteristics of a voltage controlled oscillator due to the above.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an open-loop type radar device that suppresses deterioration in the accuracy of measuring the relative speed of a target object.
  • the radar device is a radar device that utilizes frequency modulation by a frequency modulation continuous wave method, and is a high frequency frequency-modulated based on a triangular wave voltage signal.
  • a voltage control oscillator that generates a signal, a transmitting antenna that radiates a high-frequency signal into space, a receiving antenna that receives the reflected wave of the high-frequency signal from a target as a receiving signal, and a frequency difference between the received signal and the high-frequency signal.
  • the mixer that generates the beat signal and the beat signal are used to calculate the distance and relative speed to the target and switch from the first modulation method to the second modulation method within the same frame. It is characterized by including a control unit for matching the initial voltage of the triangular wave voltage signal corresponding to the first modulation method with the initial voltage of the triangular wave voltage signal corresponding to the second modulation method.
  • the radar device according to the present invention has the effect of suppressing deterioration in the accuracy of measuring the relative speed of the target object.
  • the figure which shows the result of speed FFT when the target stationary at the transmission frequency of FIG. 4 was captured.
  • the figure which shows the result of speed FFT when the target stationary at the transmission frequency of FIG. 7 was captured.
  • the figure which shows the example of the correction data when the ambient temperature which concerns on Embodiment 3 is ⁇ 30 ° C.
  • the figure which shows the example of the correction data when the ambient temperature which concerns on Embodiment 3 is 25 degreeC
  • FIG. 1 is a first diagram showing a configuration of a radar device according to a first embodiment.
  • the radar device 100 according to the first embodiment is an FM-CW radar that utilizes frequency modulation by the FM-CW method.
  • the radar device 100 includes a transmitting antenna 1, a receiving antenna 2, a baseband amplifier circuit 6, an ambient temperature monitor 11, a control circuit 12, a high frequency circuit 13, a signal processing unit 14, a prescaler 15, and a mixer 17. And a reference frequency generator 18.
  • the transmitting antenna 1 radiates a transmission signal, which is a high-frequency signal, into space as a radio wave.
  • the receiving antenna 2 receives the reflected wave from the target of the radio wave transmitted by the transmitting antenna 1.
  • the received reflected wave is also referred to as a received signal.
  • the high frequency circuit 13 receives the received signal received by the receiving antenna 2. Further, the high frequency circuit 13 generates a beat signal using the transmission signal and the reception signal, and outputs the beat signal to the baseband amplifier circuit 6.
  • the baseband amplifier circuit 6 amplifies the beat signal to an appropriate level and outputs it to the signal processing unit 14.
  • the signal processing unit 14 uses the beat signal to calculate the distance between the radar device 100 and the target, and the relative velocity with the target.
  • the control circuit 12 controls the voltage value of the control voltage supplied to the high frequency circuit 13.
  • the ambient temperature monitor 11 measures the ambient temperature.
  • the high frequency circuit 13 includes a directional coupler 3, a voltage controlled oscillator 4, and a mixer 5.
  • the voltage controlled oscillator 4 generates a frequency-modulated high-frequency signal based on the VCO-modulated voltage, which is a triangular wave voltage signal output by the signal processing unit 14.
  • the triangular wave voltage signal is also called a transmission command.
  • the directional coupler 3 outputs a part of the high frequency signal to the transmitting antenna 1, and outputs the rest of the high frequency signal that is not output to the transmitting antenna 1 to the mixer 5.
  • the rest of the high frequency signal that is not output to the transmitting antenna 1 is also called a local signal.
  • the mixer 5 uses the received signal and the local signal for frequency conversion, specifically down-conversion.
  • the mixer 5 outputs the frequency-converted signal to the baseband amplifier circuit 6.
  • the directional coupler 3, the voltage controlled oscillator 4, and the mixer 5 are composed of an MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit).
  • the baseband amplifier circuit 6 amplifies the frequency-converted output and outputs it to the signal processing unit 14.
  • the signal processing unit 14 includes a digital-to-analog converter 7, analog-to-digital converters 8 and 16, and a microcomputer 10.
  • the microcomputer 10 is also called a control unit.
  • the microcomputer 10 mainly performs transmission processing and measurement processing of a transmission signal. Further, the microcomputer 10 has a look-up table 9 for storing data of a triangular wave voltage signal output to the voltage controlled oscillator 4.
  • the digital-to-analog converter 7 converts a triangular wave voltage signal, which is a digital signal output by the microcomputer 10, into an analog signal and outputs the signal to the voltage controlled oscillator 4.
  • the analog-to-digital converter 8 converts a received signal, which is an analog signal output by the baseband amplifier circuit 6 to itself, into a digital signal and outputs the signal to the microcomputer 10.
  • the ambient temperature monitor 11 is connected to the microcomputer 10.
  • the control circuit 12 supplies a control voltage to the directional coupler 3, the voltage controlled oscillator 4, and the mixer 5 under the control of the microcomputer 10.
  • the microcomputer 10 includes a non-volatile memory. The detailed hardware configuration of the microcomputer 10 will be described later.
  • the appropriate control voltage value of each MMIC in the high frequency circuit 13 varies depending on the manufacturing lot and the ambient temperature. Therefore, the microcomputer 10 stores in the non-volatile memory a control voltage value according to the ambient temperature determined by individually adjusting for each MMIC product.
  • the microcomputer 10 periodically monitors the ambient temperature using the ambient temperature monitor 11, reads out the control voltage value according to the ambient temperature from the non-volatile memory, and transmits the high frequency circuit 13 via the control circuit 12. A control voltage is supplied to each MMIC in the room.
  • the voltage controlled oscillator 4 uses a triangular wave voltage signal output by the signal processing unit 14, and is a high-frequency signal composed of an ascending modulation signal whose frequency rises within a certain period and a downward modulation signal whose frequency falls within a certain period. Generates a certain FM-CW signal.
  • the ascending modulation signal is also referred to as an Up chirp.
  • the down modulation signal is also called a Down chirp.
  • the voltage controlled oscillator 4 outputs the FM-CW signal to the directional coupler 3.
  • the directional coupler 3 outputs one FM-CW signal to the transmitting antenna 1.
  • the directional coupler 3 outputs the other FM-CW signal as a local signal to the mixer 5.
  • One FM-CW signal has a larger amount of signal than the other FM-CW signal.
  • the transmitting antenna 1 irradiates the FM-CW signal as a millimeter-wave radio wave toward the target.
  • the receiving antenna 2 receives the reflected wave of the transmission signal from the target as a reception signal. Further, the receiving antenna 2 inputs the received radio wave as a receiving signal to the mixer 5.
  • the mixer 5 mixes the received signal input from the receiving antenna 2 with the local signal output by the directional coupler 3 to generate a beat signal having a frequency difference between the received signal and the local signal. Further, the mixer 5 outputs the generated beat signal to the baseband amplifier circuit 6.
  • the baseband amplifier circuit 6 amplifies the beat signal and outputs it to the analog-to-digital converter 8.
  • the analog-digital converter 8 converts the beat signal from an analog signal to a digital signal, and outputs the converted beat signal to the microcomputer 10.
  • the microcomputer 10 frequency-analyzes the beat signal and calculates the distance to the target and the relative velocity.
  • the prescaler 15 reduces the frequency division signal of the triangular wave voltage signal to a frequency of a certain integer, and outputs the frequency division signal with the reduced frequency to the mixer 17.
  • the mixer 17 mixes the frequency-decreased frequency-divided signal and the local signal output by the reference frequency generator 18 to generate a signal having a frequency difference between the frequency-divided signal and the local signal, and performs analog-to-digital conversion. Output to vessel 16.
  • the analog-digital converter 16 converts the signal generated by the mixer 17 from an analog signal to a digital signal, and outputs the converted signal to the microcomputer 10.
  • the signal generated by the mixer 17 is used for updating the data of the triangular wave voltage signal in the lookup table 9.
  • FIG. 2 is a second diagram showing the configuration of the radar device according to the first embodiment.
  • the radar device 100a does not include the mixer 17 and the reference frequency generator 18 as compared with the radar device 100.
  • the functional unit included in the other radar device 100a is the same as the functional unit included in the radar device 100.
  • the hardware configuration of the microcomputer 10 will be described.
  • the microcomputer 10 is realized by a processing circuit which is an electronic circuit that performs each processing.
  • This processing circuit may be dedicated hardware or a control circuit including a memory and a CPU (Central Processing Unit, central processing unit) that executes a program stored in the memory.
  • the memory corresponds to, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), or a flash memory, a magnetic disk, an optical disk, or the like.
  • FIG. 3 is a diagram showing a control circuit according to the first embodiment.
  • the control circuit is, for example, the control circuit 200 having the configuration shown in FIG.
  • the control circuit 200 includes a processor 200a which is a CPU and a memory 200b.
  • a processor 200a which is a CPU and a memory 200b.
  • the processor 200a reading and executing the program corresponding to each process stored in the memory 200b.
  • the memory 200b is also used as a temporary memory in each process performed by the processor 200a.
  • the microcomputer 10 switches from the first modulation method to the second modulation method in the same frame, the initial voltage of the triangular wave voltage signal corresponding to the first modulation method corresponds to the second modulation method. Match the initial voltage of the triangular wave voltage signal. Further, the microcomputer 10 creates and updates a look-up table in which the voltage at the time of starting the modulation of the second modulation method and the voltage at the time of starting the modulation of the first modulation method are matched.
  • the signal modulated by the first modulation method is referred to as a first signal. Further, the signal modulated by the second modulation method is referred to as a second signal.
  • One frame is one scan of the radar device, and is generally set at 50 to 100 ms. In this case, the scanning of the radar device is repeated every 50 to 100 ms.
  • the transmission frequency of the first signal and the second signal is determined by the voltage of the triangular wave voltage signal. Therefore, the microcomputer 10 can create and update the look-up table 9 so as to eliminate the difference in transmission frequency by matching the initial voltage of the triangular wave voltage signal.
  • the microcomputer 10 has a lookup table 9 for storing data of a triangular wave voltage signal output to the voltage controlled oscillator 4, and by devising the value of this data, it is possible to suppress a change in the phase of the signal, which is a target. It suppresses the decrease in the accuracy of measuring the relative velocity.
  • FIG. 4 is a diagram showing a comparative example of transmission frequencies when a conventional FM-CW radar modulates two signals.
  • four hits of the first signal and twelve hits of the second signal are shown.
  • the hit indicates that the transmission pulse hits the target
  • the number of hits indicates the number of transmission pulses that hit the target in one scan of the radar device.
  • the first signal and the second signal have different modulated bandwidths.
  • the fourth hit of the first signal from the left shown in FIG. 4 is the final hit of the first signal.
  • the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time.
  • the center frequencies of the first signal and the second signal are shown by alternate long and short dash lines.
  • conventional microcomputers When performing modulation with different bandwidths to be modulated, conventional microcomputers create a look-up table so that the center frequencies of each signal match, and use this look-up table to control the voltage controlled oscillator. There is. In this case, the historical effect of the voltage controlled oscillator affects the phase of the beat signal. Therefore, the conventional radar device may not be able to accurately measure the relative speed.
  • FIG. 5 is a diagram showing the phase of the beat signal for each hit when a stationary target at the transmission frequency of FIG. 4 is captured.
  • the vertical axis represents the phase and the horizontal axis represents the hit number.
  • the hit number is a number for each hit shown in FIG.
  • the broken line indicates the expected phase value
  • the solid line indicates the actual phase value.
  • FIG. 6 is a diagram showing the result of speed FFT (Fast Fourier Transform) when a stationary target object at the transmission frequency of FIG. 4 is captured.
  • the velocity FFT is to calculate the relative velocity with the target by the FFT using the beat signal obtained for each hit.
  • the vertical axis represents the level of the spectrum and the horizontal axis represents the velocity of the target.
  • the broken line indicates the expected spectrum, and the solid line indicates the actual spectrum.
  • FIG. 7 is a diagram showing a transmission frequency used by the radar device according to the first embodiment.
  • the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time.
  • the center frequencies of the first signal and the second signal are shown by alternate long and short dash lines.
  • the microcomputer 10 uses the initial voltage and the second modulation of the triangular wave voltage signal corresponding to the first modulation method without matching the center frequencies between the two different types of modulations of the first signal and the second signal. Match the initial voltage of the triangular wave voltage signal corresponding to the method. By matching the initial voltages, the microcomputer 10 can modulate the second signal so as to eliminate the difference between the initial transmission frequencies of the first signal and the second signal.
  • FIG. 7 is a diagram showing a transmission frequency used by the radar device according to the first embodiment.
  • the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time.
  • the center frequencies of the first signal and the second signal are shown by alternate long and short dash lines.
  • the microcomputer 10 uses the initial voltage and the second modul
  • the initial voltage of the triangular wave voltage signal corresponding to the first modulation method and the triangular wave voltage signal corresponding to the second modulation method are matched by matching the center frequencies of the first signal and the second signal.
  • the initial voltages of the two signals did not match, and an unnecessary phase change occurred in the beat signal for each hit in the second signal.
  • the microcomputer 10 matches the initial voltage of the triangular wave voltage signal corresponding to the first modulation method with the initial voltage of the triangular wave voltage signal corresponding to the second modulation method to match the beat signal. Unnecessary phase change can be suppressed.
  • FIG. 8 is a diagram showing the phase of the beat signal for each hit when the target stationary at the transmission frequency of FIG. 7 is captured.
  • the vertical axis represents the phase and the horizontal axis represents the hit number.
  • the phase of the beat signal is constant.
  • FIG. 9 is a diagram showing the result of speed FFT when a stationary target object at the transmission frequency of FIG. 7 is captured.
  • the vertical axis represents the level of the spectrum and the horizontal axis represents the velocity of the target.
  • the microcomputer 10 looks so as to match the initial voltages of the plurality of signals when the voltage controlled oscillator 4 modulates a plurality of different bandwidths in the same frame. Created and updated the uptable. As a result, the microcomputer 10 can suppress an unnecessary phase change of the beat signal, and the radar device 100 can suppress deterioration of the measurement of the relative velocity with the target.
  • Embodiment 2 the microcomputer 10 creates and updates a lookup table so that the initial voltages of the plurality of signals match when the voltage controlled oscillator 4 modulates a plurality of different bandwidths in the same frame.
  • the microcomputer 10 measures the relative speed using the phase data of the beat signal for each hit acquired in advance by the shipping inspection or the like.
  • the basic configuration is the same as or equivalent to the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 or 2, and the description of the specific configuration will be omitted.
  • the microcomputer 10 holds the phase data of the beat signals for each of a plurality of hits acquired in advance in the shipping inspection or the like in the non-volatile memory. Further, the microcomputer 10 uses the held phase data as correction data when calculating the relative velocity. When the microcomputer 10 uses the phase data as the correction data when calculating the relative velocity, even if the phase result as shown in FIG. 5 is obtained, the phase value is used by using the correction data before the FFT. The result of FIG. 8 can be obtained by correcting the above. As a result, the frequency analysis result of FIG. 9 can be obtained.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of correction data held by the microcomputer 10 according to the second embodiment.
  • the correction data has different values depending on the hit and the distance.
  • FIG. 10 is just an example, and the number of hits and the distance can be changed according to the product specifications.
  • the microcomputer 10 calculates the correction data at the determined distance by using the correction data at the distance before and after the determined distance by linear interpolation or the like, and the phase value for each hit.
  • the correction data is used for correction.
  • the distance FFT is to calculate the distance to the target by the FFT using the beat signal obtained for each hit.
  • the microcomputer 10 uses the phase data of the beat signal for each hit acquired in advance in the shipping inspection or the like as the correction data. By correcting the phase value for each hit using the correction data, it is possible to suppress unnecessary phase changes in the beat signal, and the radar device 100 suppresses deterioration in the measurement of the relative velocity with the target. be able to.
  • Embodiment 3 In the second embodiment, the microcomputer 10 holds the phase data of the beat signal for each hit acquired in advance by the shipping inspection or the like as the correction data, but in the third embodiment, the microcomputer 10 has a plurality of correction data. Hold at each ambient temperature.
  • the basic configuration is the same as or equivalent to the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 or 2, and the description of the specific configuration will be omitted.
  • the microcomputer 10 periodically monitors the ambient temperature using the ambient temperature monitor 11 during product operation, and holds phase data for each ambient temperature. Further, the microcomputer 10 periodically updates the correction data to be applied to compensate for the deviation of the correction data due to the temperature change.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of correction data when the ambient temperature according to the third embodiment is ⁇ 30 ° C.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of correction data when the ambient temperature according to the third embodiment is 25 ° C.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of correction data when the ambient temperature according to the third embodiment is 105 ° C. 11 to 13 are merely examples, and the storage temperature, the number of hits, and the distance can be changed according to the product specifications.
  • the microcomputer 10 calculates and holds the storage table at the temperature at the time of monitoring by using the storage table of the temperature before and after the monitoring by linear interpolation or the like. Subsequent processing is the same as in the second embodiment.
  • the microcomputer 10 uses the phase data of the beat signal for each hit acquired in advance by the shipping inspection held for each temperature as the correction data. By correcting the phase value for each hit using the correction data, it is possible to suppress unnecessary phase changes in the beat signal, and the radar device 100 suppresses deterioration in the measurement of the relative velocity with the target. be able to.
  • the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

レーダ装置（１００）は、周波数変調連続波方式による周波数変調を利用するレーダ装置であって、三角波電圧信号に基づいて周波数変調された高周波信号を発生させる電圧制御発振器（４）と、高周波信号を空間に放射する送信アンテナ（１）と、目標物からの高周波信号の反射波を受信信号として受信する受信アンテナ（２）と、受信信号と高周波信号との周波数差を周波数に持つビート信号を生成するミキサ（５）と、ビート信号を用いて目標物との距離と相対速度とを算出し、同一フレーム内で第１の変調方式から第２の変調方式に切替えを行うときに、第１の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧を第２の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧と一致させるマイクロコンピュータ（１０）と、を備えることを特徴とする。

Description

レーダ装置
　本発明は、ＦＭ－ＣＷ（Frequency　Modulated　Continuous　Waves：周波数変調連続波）方式による周波数変調を利用するレーダ装置に関する。
　従来のＦＭ－ＣＷレーダは、周波数帯域が比較的低いベースバンド信号を用いて信号処理を行う、回路構成が容易なレーダ装置である。このため、従来のＦＭ－ＣＷレーダは、低価格化を狙ったミリ波帯の衝突防止レーダなどとして多く用いられている。また、昨今では、衝突防止レーダの誤警報の確率の低減、およびＦＭ－ＣＷレーダの観測結果の更新頻度の増加の要求に対応するため、高速変調方式を用いたＦＭ－ＣＷレーダが使用されている。
　従来のＦＭ－ＣＷレーダは、送信周波数を低周波から高周波へと変化させるＵｐチャープと、送信周波数を高周波から低周波へと変化させるＤｏｗｎチャープとを用いてレーダと目標物との距離、および目標物の速度を算出する。具体的には、ＵｐチャープおよびＤｏｗｎチャープからそれぞれ得られるビート信号のピーク周波数の和、およびピーク周波数の差を用いて、目標物とレーダとの距離および相対速度は算出される。
　また、ＦＭ－ＣＷレーダを構成する送受信モジュール部は、電圧制御発振器（Voltage　Controlled　Oscillator：ＶＣＯ）の個体差ばらつき、および温度特性により、出荷検査工程における調整作業が必須である。特許文献１は、電圧制御発振器の分周信号の位相情報から周波数情報を算出し、算出結果を使用して生成した補正データでルックアップテーブルに格納されたデータを更新することで、個体差等による電圧制御発振器の特性変動に的確に対応することができるレーダ装置を開示する。
国際公開第２０１７／１９９２９６号
　しかしながら、特許文献１に記載のレーダ装置のように信号源制御としてＰＬＬ（Phase　Locked　Loop）を用いないオープンループ方式を用いるＦＭ－ＣＷレーダである場合、同一フレーム内で複数の異なる帯域幅の変調を行うとき、電圧制御発振器の履歴効果がビート信号の位相に影響を与える。この結果、オープンループ方式を用いるＦＭ－ＣＷレーダは、目標物の相対速度の計測の精度が劣化するという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、目標物の相対速度の計測の精度の劣化を抑制するオープンループ方式のレーダ装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーダ装置は、周波数変調連続波方式による周波数変調を利用するレーダ装置であって、三角波電圧信号に基づいて周波数変調された高周波信号を発生させる電圧制御発振器と、高周波信号を空間に放射する送信アンテナと、目標物からの高周波信号の反射波を受信信号として受信する受信アンテナと、受信信号と高周波信号との周波数差を周波数に持つビート信号を生成するミキサと、ビート信号を用いて目標物との距離と相対速度とを算出し、同一フレーム内で第１の変調方式から第２の変調方式に切替えを行うときに、第１の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧を第２の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧と一致させる制御部と、を備えることを特徴とする。
　本発明に係るレーダ装置は、目標物の相対速度の計測の精度の劣化を抑制することができるという効果を奏する。
実施の形態１にかかるレーダ装置の構成を示す第１の図 実施の形態１にかかるレーダ装置の構成を示す第２の図 実施の形態１にかかる制御回路を示す図 従来のＦＭ－ＣＷレーダが２つの信号を変調する時の送信周波数の比較例を示す図 図４の送信周波数で静止する目標物を捕捉したときの、ヒットごとのビート信号の位相を示す図 図４の送信周波数で静止する目標物を捕捉したときの、速度ＦＦＴした結果を示す図 実施の形態１にかかるレーダ装置が用いる送信周波数を示す図 図７の送信周波数で静止する目標物を捕捉したときの、ヒットごとのビート信号の位相を示す図 図７の送信周波数で静止する目標物を捕捉したときの、速度ＦＦＴした結果を示す図 実施の形態２にかかるマイクロコンピュータが保持する補正データの例を示す図 実施の形態３にかかる周囲温度が－３０℃のときの補正データの例を示す図 実施の形態３にかかる周囲温度が２５℃のときの補正データの例を示す図 実施の形態３にかかる周囲温度が１０５℃のときの補正データの例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態に係るレーダ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかるレーダ装置の構成を示す第１の図である。実施の形態１にかかるレーダ装置１００は、ＦＭ－ＣＷ方式による周波数変調を利用するＦＭ－ＣＷレーダである。レーダ装置１００は、送信アンテナ１と、受信アンテナ２と、ベースバンドアンプ回路６と、周囲温度モニタ１１と、制御回路１２と、高周波回路１３と、信号処理部１４と、プリスケーラ１５と、ミキサ１７と、基準周波数発生器１８と、を備える。
　送信アンテナ１は、高周波信号である送信信号を電波として空間に放射する。受信アンテナ２は、送信アンテナ１が送信した電波の目標物からの反射波を受信する。以下では、受信する反射波を受信信号ともいう。高周波回路１３は、受信アンテナ２が受信した受信信号を受信する。また、高周波回路１３は、送信信号と受信信号とを用いてビート信号を生成し、ビート信号をベースバンドアンプ回路６に出力する。ベースバンドアンプ回路６は、ビート信号を適切なレベルに増幅し、信号処理部１４に出力する。信号処理部１４は、ビート信号を用いて、レーダ装置１００と目標物との距離、および目標物との相対速度とを算出する。制御回路１２は、高周波回路１３に供給する制御電圧の電圧値を制御する。周囲温度モニタ１１は、周囲の温度を測定する。
　高周波回路１３は、方向性結合器３と、電圧制御発振器４と、ミキサ５と、を備える。電圧制御発振器４は、信号処理部１４が出力する三角波電圧信号であるＶＣＯ変調電圧に基づいて周波数変調された高周波信号を発生させる。三角波電圧信号は、送信指令とも呼ばれる。方向性結合器３は、高周波信号の一部を送信アンテナ１に出力し、送信アンテナ１に出力しない高周波信号の残りを、ミキサ５に出力する。送信アンテナ１に出力しない高周波信号の残りは、ローカル信号とも呼ばれる。ミキサ５は、受信信号と、ローカル信号とを用いて周波数変換、具体的にはダウンコンバートする。また、ミキサ５は、周波数変換した信号をベースバンドアンプ回路６に出力する。方向性結合器３と、電圧制御発振器４と、ミキサ５とは、ＭＭＩＣ（Monolithic　Microwave　Integrated　Circuit）で構成されている。ベースバンドアンプ回路６は、周波数変換した出力を増幅し信号処理部１４に出力する。
　信号処理部１４は、デジタルアナログ変換器７と、アナログデジタル変換器８，１６と、マイクロコンピュータ１０と、を備える。マイクロコンピュータ１０は、制御部とも呼ばれる。マイクロコンピュータ１０は、送信信号の送信処理と計測処理とを主に行う。また、マイクロコンピュータ１０は、電圧制御発振器４に出力する三角波電圧信号のデータを格納するルックアップテーブル９を有している。デジタルアナログ変換器７は、マイクロコンピュータ１０が出力するデジタル信号である三角波電圧信号を、アナログ信号に変換し電圧制御発振器４に出力する。アナログデジタル変換器８は、ベースバンドアンプ回路６が自己に出力するアナログ信号である受信信号を、デジタル信号に変換しマイクロコンピュータ１０に出力する。周囲温度モニタ１１は、マイクロコンピュータ１０と接続されている。
　制御回路１２は、マイクロコンピュータ１０の制御によって、方向性結合器３と、電圧制御発振器４と、ミキサ５とに制御電圧を供給する。マイクロコンピュータ１０は、不揮発性メモリを備える。なお、マイクロコンピュータ１０の詳細なハードウェア構成は後述する。高周波回路１３内の各ＭＭＩＣの適切な制御電圧値は、製造ロットおよび周囲温度によってバラツキがある。このため、マイクロコンピュータ１０は、ＭＭＩＣの製品毎に、個々に調整して決定した周囲温度に応じた制御電圧値を不揮発性メモリに格納する。実際の運用時には、マイクロコンピュータ１０は、周囲温度モニタ１１を用いて周囲温度を定期的にモニタし、不揮発性メモリから周囲温度に応じた制御電圧値を読み出し、制御回路１２を介して高周波回路１３内の各ＭＭＩＣに制御電圧を供給する。
　電圧制御発振器４は、信号処理部１４が出力する三角波電圧信号を用いて、周波数が一定期間内に上昇する上昇変調信号と、周波数が一定期間内に下降する下降変調信号とからなる高周波信号であるＦＭ－ＣＷ信号を発生させる。上昇変調信号は、Ｕｐチャープともいう。下降変調信号は、Ｄｏｗｎチャープともいう。また、電圧制御発振器４は、ＦＭ－ＣＷ信号を方向性結合器３に出力する。方向性結合器３は、一方のＦＭ－ＣＷ信号を送信アンテナ１に出力する。また方向性結合器３は、他方のＦＭ－ＣＷ信号をローカル信号としてミキサ５に出力する。一方のＦＭ－ＣＷ信号は、他方のＦＭ－ＣＷ信号よりも信号の量が多い。送信アンテナ１は、ＦＭ－ＣＷ信号をミリ波電波として目標物に向けて照射する。
　受信アンテナ２は、目標物からの送信信号の反射波を受信信号として受信する。また、受信アンテナ２は、受信した電波を受信信号としてミキサ５に入力する。ミキサ５は、受信アンテナ２から入力された受信信号と、方向性結合器３が出力したローカル信号とをミキシングし、受信信号とローカル信号との周波数差を周波数に持つビート信号を生成する。また、ミキサ５は、生成したビート信号をベースバンドアンプ回路６に出力する。ベースバンドアンプ回路６は、ビート信号を増幅し、アナログデジタル変換器８に出力する。アナログデジタル変換器８は、ビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換したビート信号をマイクロコンピュータ１０に出力する。マイクロコンピュータ１０は、ビート信号を周波数分析し、目標物までの距離と相対速度とを算出する。
　プリスケーラ１５は、三角波電圧信号の分周信号を、ある整数分の１の周波数に低下させ、周波数を低下させた分周信号をミキサ１７に出力する。ミキサ１７は、周波数が低下した分周信号と、基準周波数発生器１８が出力するローカル信号とをミキシングし、分周信号とローカル信号との周波数差を周波数にもつ信号を生成し、アナログデジタル変換器１６に出力する。アナログデジタル変換器１６は、ミキサ１７が生成した信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換した信号をマイクロコンピュータ１０に出力する。このミキサ１７が生成した信号は、ルックアップテーブル９内にある三角波電圧信号のデータの更新に利用される。
　図２は、実施の形態１にかかるレーダ装置の構成を示す第２の図である。レーダ装置１００ａは、レーダ装置１００と比べてミキサ１７および基準周波数発生器１８を備えない構成となっている。その他のレーダ装置１００ａが備える機能部は、レーダ装置１００が備える機能部と同じである。
　マイクロコンピュータ１０のハードウェア構成について説明する。マイクロコンピュータ１０は、各処理を行う電子回路である処理回路により実現される。
　本処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリ及びメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央演算装置）を備える制御回路であってもよい。ここでメモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどが該当する。図３は、実施の形態１にかかる制御回路を示す図である。本処理回路がＣＰＵを備える制御回路である場合、この制御回路は例えば、図３に示す構成の制御回路２００となる。
　図３に示すように、制御回路２００は、ＣＰＵであるプロセッサ２００ａと、メモリ２００ｂとを備える。図３に示す制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２００ａがメモリ２００ｂに記憶された、各処理に対応するプログラムを読みだして実行することにより実現される。また、メモリ２００ｂは、プロセッサ２００ａが実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
　マイクロコンピュータ１０の動作について説明する。マイクロコンピュータ１０は、同一フレーム内で第１の変調方式から第２の変調方式に切替えを行うときに、第１の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧を第２の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧と一致させる。また、マイクロコンピュータ１０は、第２の変調方式の変調を始めるときの電圧と第１の変調方式の変調を始めるときの電圧とを一致させたルックアップテーブルの作成および更新を行う。ここで、第１の変調方式で変調された信号を第１の信号と呼ぶ。また、第２の変調方式で変調された信号を第２の信号と呼ぶ。同一フレーム内とは、第１の変調方式で変調された全ヒットと第２の変調方式で変調された全ヒットとの１組を示す。１フレームは１回のレーダ装置の走査のことであり、一般的には５０～１００ｍｓで設定される。この場合、レーダ装置の走査は５０～１００ｍｓごとに繰り返される。第１の信号と第２の信号の送信周波数は、三角波電圧信号の電圧によって決まる。このため、マイクロコンピュータ１０は、三角波電圧信号の初期電圧を一致させることで、送信周波数の差を無くすようにルックアップテーブル９を作成および更新することができる。マイクロコンピュータ１０は、電圧制御発振器４に出力する三角波電圧信号のデータを格納するルックアップテーブル９を有し、このデータの値を工夫することにより信号の位相が変化することを抑制し、目標の相対速度を計測する精度が低下することを抑制する。
　図４は、従来のＦＭ－ＣＷレーダが２つの信号を変調する時の送信周波数の比較例を示す図である。図４では、第１の信号のヒットが４個、および第２の信号のヒットが１２個図示されている。ここで、ヒットとは、送信パルスが目標にあたることを示し、ヒット数とは、１回のレーダ装置の走査で目標にあたる送信パルスの数を示す。第１の信号と第２の信号とは、変調される帯域幅が異なる。図４に示される左から４番目の第１の信号のヒットは、第１の信号の最終のヒットである。図４において、縦軸は周波数を示し、横軸は時間を示す。また、図４において、第１の信号および第２の信号の中心周波数を一点鎖線で示す。変調する帯域幅が異なる変調を実施するとき、従来のマイクロコンピュータは、各々の信号の中心周波数が一致するようにルックアップテーブルを作成し、このルックアップテーブルを用いて電圧制御発振器を制御している。この場合、電圧制御発振器の履歴効果がビート信号の位相に影響を与える。このため従来のレーダ装置は、相対速度を正確に計測できない場合がある。
　図５は、図４の送信周波数で静止する目標物を捕捉したときの、ヒットごとのビート信号の位相を示す図である。図５において、縦軸は位相を示し、横軸はヒットの番号を示す。ヒットの番号とは、図４に示されるヒットごとの番号である。また、図５において、破線は、期待される位相値を示し、実線は、実際の位相値を示す。レーダ装置と目標物との相対速度がゼロの場合、ビート信号の位相は一定であることが期待される。しかし、図５では、不要な位相変化により、あたかもレーダ装置と目標物との相対速度があるような結果となってしまっている。
　図６は、図４の送信周波数で静止する目標物を捕捉したときの、速度ＦＦＴ（Fast　Fourier　Transform）した結果を示す図である。速度ＦＦＴとは、ヒットごとに得られたビート信号を用いてＦＦＴによって目標物との相対速度を算出することである。図６において、縦軸はスペクトラムのレベルを示し、横軸は目標物の速度を示す。また、図６において、破線は、期待されるスペクトラムを示し、実線は実際のスペクトラムを示す。レーダ装置と目標物との相対速度がゼロの場合、速度ＦＦＴした結果のピークはＶ＝０となることが期待される。しかし、図６では、不要な位相変化により、速度ＦＦＴした結果のピークは、Ｖ＝０よりも大きい値となっており、レーダ装置と目標物との相対速度があるような結果となってしまっている。
　図７は、実施の形態１にかかるレーダ装置が用いる送信周波数を示す図である。図７において、縦軸は周波数を示し、横軸は時間を示す。図７において、第１の信号および第２の信号の中心周波数を一点鎖線で示す。マイクロコンピュータ１０は、第１の信号と第２の信号との異なる２種類の変調間の中心周波数を一致させることなく、第１の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧と第２の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧とを一致させる。初期電圧を一致させることで、マイクロコンピュータ１０は、第１の信号と第２の信号の初期送信周波数の差をなくすように第２の信号を変調することができる。図４では、第１の信号と第２の信号との中心周波数を一致させたことで、第１の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧と第２の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧が一致せず、第２の信号におけるヒットごとのビート信号に不要な位相の変化が生じていた。しかし、図７のように、マイクロコンピュータ１０は、第１の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧と第２の変調方式に対応する三角波電圧信号の初期電圧を一致させることで、ビート信号の不要な位相の変化を抑制することができる。
　図８は、図７の送信周波数で静止する目標物を捕捉したときの、ヒットごとのビート信号の位相を示す図である。図８において、縦軸は位相を表し、横軸はヒットの番号を示す。図８ではビート信号の位相は一定となっている。
　図９は、図７の送信周波数で静止する目標物を捕捉したときの、速度ＦＦＴした結果を示す図である。図９において、縦軸はスペクトラムのレベルを示し、横軸は目標物の速度を示す。図９では、速度ＦＦＴした結果のピークはＶ＝０となり、相対速度が０となる結果が得られる。
　以上説明したように、本実施の形態では、マイクロコンピュータ１０は、電圧制御発振器４が同一フレーム内で複数の異なる帯域幅の変調を行う時は、複数の信号の初期電圧を一致させるようにルックアップテーブルを作成および更新した。このことにより、マイクロコンピュータ１０は、ビート信号の不要な位相変化を抑制することができ、レーダ装置１００は、目標物との相対速度の測定が劣化することを抑制することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、マイクロコンピュータ１０は、電圧制御発振器４が同一フレーム内で複数の異なる帯域幅の変調を行う時は、複数の信号の初期電圧が一致するようにルックアップテーブルを作成および更新したが、実施の形態２では、マイクロコンピュータ１０は、出荷検査などであらかじめ取得したヒット毎のビート信号の位相データを用いて相対速度を測定する。なお、基本的な構成は、図１または図２に示す実施の形態１の構成と同一または同等であり、具体的な構成に関する説明は省略する。
　マイクロコンピュータ１０は、出荷検査などにおいてあらかじめ取得した複数のヒットごとのビート信号の位相データを不揮発性メモリに保持する。また、マイクロコンピュータ１０は、保持した位相データを、相対速度を算出するときの補正データとして使用する。マイクロコンピュータ１０が位相データを、相対速度を算出するときの補正データとして使用した場合、仮に図５のような位相の結果が得られたとしても、ＦＦＴの前に補正データを使用して位相値を補正処理することで図８の結果を得ることができる。この結果、図９の周波数解析結果を得ることができる。
　図１０は、実施の形態２にかかるマイクロコンピュータ１０が保持する補正データの例を示す図である。図１０において、補正データは、ヒットおよび距離によって値が異なる。図１０は、あくまでも一実施例であり、ヒット数および距離については製品仕様にあわせて変更可能である。マイクロコンピュータ１０は、距離ＦＦＴすることによって距離を確定した後、この確定した距離の前後の距離における補正データを用いて確定した距離における補正データを１次補間などで算出し、ヒット毎の位相値に補正データを用いて補正する。距離ＦＦＴとは、ヒットごとに得られたビート信号を用いてＦＦＴによって目標物との距離を算出することである。
　以上説明したように、本実施の形態では、マイクロコンピュータ１０は、出荷検査などであらかじめ取得したヒット毎のビート信号の位相データを補正データとして用いる。補正データを用いてヒット毎の位相値を補正することで、ビート信号の不要な位相変化を抑制することができ、レーダ装置１００は、目標物との相対速度の測定が劣化することを抑制することができる。
実施の形態３．
　実施の形態２では、マイクロコンピュータ１０は、出荷検査などであらかじめ取得したヒット毎のビート信号の位相データを補正データとして保持したが、実施の形態３では、マイクロコンピュータ１０は、補正データを複数の周囲温度ごとに保持する。なお、基本的な構成は、図１または図２に示す実施の形態１の構成と同一または同等であり、具体的な構成に関する説明は省略する。
　マイクロコンピュータ１０は、製品運用時に周囲温度モニタ１１を用いて周囲温度を定期的にモニタし、位相データを周囲の温度ごとに保持する。また、マイクロコンピュータ１０は、適用すべき補正データを定期的に更新することで、温度変化による補正データのずれを補う。
　図１１は、実施の形態３にかかる周囲温度が－３０℃のときの補正データの例を示す図である。図１２は、実施の形態３にかかる周囲温度が２５℃のときの補正データの例を示す図である。図１３は、実施の形態３にかかる周囲温度が１０５℃のときの補正データの例を示す図である。図１１～図１３はあくまでも一実施例であり、格納する温度、ヒット数、および距離については製品仕様にあわせて変更可能である。マイクロコンピュータ１０は、周囲温度をモニタした後、モニタしたときの前後の温度の格納テーブルを用いてモニタしたときの温度における格納テーブルを１次補間などで算出し保持しておく。以降の処理は実施の形態２と同様である。
　以上説明したように、本実施の形態では、マイクロコンピュータ１０は、温度毎に保持された出荷検査などであらかじめ取得したヒット毎のビート信号の位相データを補正データとして用いる。補正データを用いてヒット毎の位相値を補正することで、ビート信号の不要な位相変化を抑制することができ、レーダ装置１００は、目標物との相対速度の測定が劣化することを抑制することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　送信アンテナ、２　受信アンテナ、３　方向性結合器、４　電圧制御発振器、５，１７　ミキサ、６　ベースバンドアンプ回路、７　デジタルアナログ変換器、８，１６　アナログデジタル変換器、９　ルックアップテーブル、１０　マイクロコンピュータ、１１　周囲温度モニタ、１２　制御回路、１３　高周波回路、１４　信号処理部、１５　プリスケーラ、１８　基準周波数発生器、１００，１００ａ　レーダ装置、２００　制御回路、２００ａ　プロセッサ、２００ｂ　メモリ。

Claims (3)

  1. 　周波数変調連続波方式による周波数変調を利用するレーダ装置であって、
    　三角波電圧信号に基づいて周波数変調された高周波信号を発生させる電圧制御発振器と、
    　前記高周波信号を空間に放射する送信アンテナと、
    　目標物からの前記高周波信号の反射波を受信信号として受信する受信アンテナと、
    　前記受信信号と前記高周波信号との周波数差を周波数に持つビート信号を生成するミキサと、
    　前記ビート信号を用いて前記目標物との距離と相対速度とを算出し、同一フレーム内で第１の変調方式から第２の変調方式に切替えを行うときに、第１の変調方式に対応する前記三角波電圧信号の初期電圧を第２の変調方式に対応する前記三角波電圧信号の初期電圧と一致させる制御部と、
    　を備えることを特徴とするレーダ装置。
  2. 　前記制御部は、
    　ヒットごとの前記ビート信号の位相データを保持し、前記位相データを前記相対速度の補正に用いることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 　周囲の温度を測定する周囲温度モニタを備え、
    　前記制御部は、
    　前記位相データを前記周囲の温度ごとに保持することを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
PCT/JP2019/012574 2019-03-25 2019-03-25 レーダ装置 Ceased WO2020194462A1 (ja)

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