JPH05249233A - ミリ波レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はミリ波レーダ装置に関し、ノイズ等
により測定されるビート信号のピーク周波数がバラツ
キ、このため距離及び速度が不安定になるのを防止する
ことを目的をする。 【構成】 ３角波の周波数変調を施した連続波レーダの
送信信号と受信信号とのビート信号から距離及び速度を
求めるミリ波レーダ装置に、過去のビート信号の上昇側
及び下降側の周波数を記憶する記憶部５５、５９と、記
憶部５５、５９で記憶されたビート信号の周波数の平均
値を基準値とする基準値形成部５６、６０と、バラツキ
データを除去するために、ビート信号の周波数が該基準
値形成部５６、６０からの基準値に対して所定の範囲に
あるかを判断する比較部５７、６１とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続波レーダの送信信号
に周波数変調を施し同時に目標からの反射信号を受信し
て距離、速度を測定するためのミリ波レーダ装置に関す
る。特に本発明ではノイズ等により測定されるビート信
号のピーク周波数がバラツキ、このため距離及び速度が
不安定になるのを防止することを目的をする。

【０００２】

【従来の技術】従来このような分野のミリ波レーダ装置
に関する技術としては、「レーダ技術」（社団法人：電
子情報通信学会）に記載されたものがあった。これは、
ＣＷ方式の連続波レーダの送信信号に周波数変調を施し
て、受信信号の周波数の上昇側（ＵＰ）、下降側（ＤＯ
ＷＮ）と送信信号との間でビートをとり、それぞれのビ
ート信号の周波数を組み合わせて、対象物との距離及び
相対速度を連続的に求めるものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のミ
リ波レーダ装置では、距離、速度を求めるのに、基本的
にはその一回分のデータしか考慮せずに計算処理を行
い、得られた結果を距離、速度に対応させていたが、こ
の方法では受信信号の周波数の上昇側（ＵＰ）、下降側
（ＤＯＷＮ）の測定結果のバラツキに対して、これに伴
う距離、速度のバラツキを抑制できないという問題があ
った。

【０００４】したがって本発明は上記問題点に鑑み受信
信号の周波数にバラツキがあっても距離、速度にその影
響を及ばさないミリ波レーダ装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、３角波の周波数変調を施した連続波レー
ダの送信信号と受信信号とのビート信号から距離及び速
度を求めるミリ波レーダ装置に、記憶部、基準値形成
部、比較部を設ける。前記記憶部は過去のビート信号の
上昇側及び下降側の周波数を記憶し、前記基準値形成部
は前記記憶部で記憶されたビート信号の周波数の平均値
を基準値とし、前記比較部はバラツキデータを除去する
ために、ビート信号の周波数が該基準値形成部からの基
準値に対して所定の範囲にあるかを判断する。また前記
基準値形成部は現時点に近いビート信号の周波数に重み
をつけて基準値を形成するようにしてもよい。さらに前
記基準値形成部は、ビート信号の周波数の平均値を基準
値とする平均基準値形成値部と現時点に近いビート信号
の周波数に重みをつけて基準値を形成する重み基準値形
成部と過去のビート信号の周波数について現時点に遠い
ところの平均値と現時点に近いところの平均値とを比較
してその差が小さい場合には前記平均基準値形成値部よ
り、その差が大きい場合には重み基準値形成部より基準
値を供給させるための判断部とを備えるようにしてもよ
い。

【０００６】

【作用】本発明のミリ波レーダ装置によれば、前記記憶
部によって過去のビート信号の上昇側及び下降側の周波
数が記憶され、前記基準値形成部によって前記記憶部で
記憶されたビート信号の周波数の平均値が基準値とさ
れ、前記比較部によってビート信号の周波数が該基準値
形成部からの基準値に対して所定の範囲にあるかを判断
することによりバラツキデータが除去される。また前記
基準値形成部によって現時点に近いビート信号の周波数
に重みをつけた基準値が形成されるようにしてもよい。
これにより対象物との相対速度が変化する場合に基準値
の精度が向上する。さらに前記基準値形成部は、ビート
信号の周波数の平均値を基準値とする平均基準値形成値
部と現時点に近いビート信号の周波数に重みをつけて基
準値を形成する重み基準値形成部とを具備し、過去のビ
ート信号の周波数について現時点に遠いところの平均値
と現時点に近いところの平均値とを比較してその差が小
さい場合には前記平均基準値形成値部より、その差が大
きい場合には重み基準値形成部より基準値を供給するた
めの判断部とを備えるようにしたことにより、互いの長
所を引き出すので次のデータにより近い基準値を示すこ
ととなる。

【０００７】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の前提となるミリ波レーダ装置
の概要を示す図である。本図に示すミリ波レーダ装置
は、対象物に連続波（ＣＷ）信号を送信し、同時に対象
物からの反射信号を受信するアンテナ１及び２と、該ア
ンテナ１に連続波信号を送信させるためのＣＷ送信機３
と、該ＣＷ送信機３の連続波信号とアンテナ２での周波
数の上昇側（ＵＰ）、下降側（ＤＯＷＮ）の受信信号と
を混合してビート信号を形成する混合器４と、該混合器
４によって形成されたビート信号から距離、速度を得る
ための信号処理部５と、該信号処理部５によって得られ
た距離データ、速度データに基づき機器制御を行った
り、それらを表示したりする機器制御／表示部６とを含
む。

【０００８】図２はミリ波レーダ装置において移動目標
からの反射信号を受信した場合の周波数帯時間の関係を
示す図である。本図（ａ）の実線でに示すように、ＣＷ
送信機３により周波数変調（ＦＭ）の３角波の繰り返し
送信される。これにたいしてアンテナ２では本図（ｂ）
の点線で示すように、３角波の繰り返しの周波数変調の
信号を受信し、混合器４での上昇側のビート信号の周波
数をｆｄとし、下降側のビート信号の周波数をｆｕとす
ると、下記式が成立する。

【０００９】ｆｄ＝ｆｒ＋ｆｐ ｆｕ＝ｆｒ−ｆｐ ここで、 ｆｒ＝４Ｒ・ｆｍ・Δｆ／ｃ として表せる。ここにＲは目標までの距離、ｆｍは周波
数変調の繰り返し周波数、Δｆは周波数偏移幅、ｃは光
速を表す。

【００１０】ｆｐ＝２・ｆ０・Ｖ／ｃ ここにｆ０は送信中心周波数で、Ｖは目標との相対速度
を表す。図３は本発明の実施例に係るミリ波レーダ装置
の信号処理部の構成を示す図で有る。本図に示す信号処
理部５は、混合器４からのアナログ信号をディジタル信
号に変換するＡ／Ｄ変換器５１（Analog to Digital Co
nverter)と、該Ａ／Ｄ変換器５１からのビート信号の周
波数分析をする高速フーリエ変換部５２（ＦＦＴ）と、
該高速フーリエ変換部５２によって得られた周波数デー
タを３角波の周波数の上昇側と下降側で振り分けるスイ
ッチ部５３と、該スイッチ部５３に接続して、バラツキ
データを除去するバラツキ除去部５４及び５８と、前記
スイッチ部５３に接続してビート信号の周波数データを
記憶する記憶部５５及び５９と、該記憶部５５及び５９
からの過去のデータから基準値を形成する基準値形成部
５６及び６０と、該基準値形成部５６及び６０の基準値
データと入力データとを比較し入力データが所定範囲内
になければこの入力データをバラツキデータとしての識
別信号をバラツキ除去部５４及び５８に出力する比較部
５７及び６１と、該バラツキ除去部５４及び５８からの
バラツキのないデータに基づき距離、速度を導出する距
離速度導出部６２とを含む。

【００１１】次に各主要部の作用を説明する。図４は図
３の記憶部に記憶されるビート信号の周波数（ｆｄ、ｆ
ｕ）データを示す図である。本図に示すように、記憶部
５５及び５９には現在の時刻Ｔとして、例えば過去Ｔ−
１、Ｔ−２、Ｔ−３、Ｔ−４、Ｔ−５のビート信号の周
波数データ（ｆｄ、ｆｕ）が逐次記憶更新されている。

【００１２】基準値形成部５６及び６０では、記憶部５
５及び５９のデータに基づきそれらのデータを平均して
下記のように時刻Ｔの基準値ｆｄref （Ｔ）、ｆｕref
（Ｔ）を形成する。 ｆｄref （Ｔ）＝｛ｆｄ（Ｔ−１）＋ｆｄ（Ｔ−２）＋
…＋ｆｄ（Ｔ−５）｝／５ ｆｕref （Ｔ）＝｛ｆｕ（Ｔ−１）＋ｆｕ（Ｔ−２）＋
…＋ｆｕ（Ｔ−５）｝／５ なお前のデータがたまるまでは存在しているデータ分の
平均値を求めて基準値としてもよく、また何回か値がと
んだりしている場合でも存在しているデータ分の平均値
を基準値としてもよい。さらに上記平均の回数は一例を
示しこれに限定されるものではない。

【００１３】図５は図３の比較部での基準値と入力デー
タとの比較を示す図である。本図に示すように、比較部
５７及び６１では、基準値に対してｆｄref （Ｔ）±ｗ
d 、ｆｕref （Ｔ）±ｗu の許容幅をとり、 ｆｄref （Ｔ）−ｗd ≦ｆｄ（Ｔ）≦ｆｄref （Ｔ）＋
ｗd ｆｕref （Ｔ）−ｗu ≦ｆｕ（Ｔ）≦ｆｕref （Ｔ）＋
ｗu この幅に時刻Ｔの入力データが入ればそのデータは正常
と判断する。この判断によりバラツキ除去部５４及び５
８は正常でないバラツキデータを除去する。比較部５７
及び６１でこのように判断するのは、同じ対象物に対す
る相対距離、相対速度は急激に変化するものではないか
らである。すなわち上記計測時間間隔が１０ｍｓオーダ
と短く、その間の定常性は保証されるからである。また
過去数回の値をとってもわずかな時間であるので、その
相対距離、相対速度の増減は急変するものではない。

【００１４】図６は本実施例によって得られるビート信
号の周波数データを示す図である。本図に示すように、
基準値を過去数回の平均値からとっているため、ノイズ
がのって急激な変化を見せた値が存在しても安定した対
応づけを行うことが可能となる。また上昇側と、下降側
を別々に求めるため、上昇側と下降側に少し差があって
もそれぞれに近い基準値を示すこととなる。

【００１５】なおバラツキ除去部５４及び５８とによっ
てデータが除去された場合には除去されたデータの代わ
り前回のデータを用いるようにしてもよい。距離速度導
出部６２では、 ｆｒ（Ｔ）＝｛ｆｄ（Ｔ）＋ｆｕ（Ｔ）｝／２ ｆｐ（Ｔ）＝｛ｆｄ（Ｔ）−ｆｕ（Ｔ）｝／２ から、対象物までの距離Ｒ（Ｔ）と速度Ｖ（Ｔ）は、 Ｒ（Ｔ）＝ｆｒ（Ｔ）・ｃ／（４・ｆｍ・Δｆ） Ｖ（Ｔ）＝ｆｐ（Ｔ）・ｃ／（２・ｆ０） として得られる。

【００１６】かくしてノイズの影響で値を大きくはずし
てしまったビート信号の周波数値を補間するための判断
が容易にできるようになった。すなわち同じ物体に対す
る周波数データは連続的なものとして対応させてやらな
ければならない。そのために、同じ物体に対する次のデ
ータを捜すための基準値はより次のデータに近いものと
しなければならなく、この基準値と次のデータとの誤差
を小さくすることにより結果の安定性が向上する。

【００１７】以上は相対速度の一定の場合について説明
したが、相対速度が変化する場合について以下に説明を
する。図７は相対速度が変化する場合の基準値形成の変
形を示す図である。先ず、記憶部５９ではｆｄ（Ｔ−
ｎ）、ｆｄ（Ｔ−ｎ＋１）、…、ｆｄ（Ｔ−２）、ｆｄ
（Ｔ−１）、ｆｄ（Ｔ）を記憶し、記憶部５５ではｆｕ
（Ｔ−ｎ）、ｆｕ（Ｔ−ｎ＋１）、…、ｆｕ（Ｔ−
２）、ｆｕ（Ｔ−１）、ｆｕ（Ｔ）を記憶する。本図に
示すように、例えば上昇側のビート信号が周波数が変化
している場合に前述のように基準値形成部５６及び６０
で過去のデータを平均化して基準値を形成すると誤差が
生じることになるのでこれを防止するために、基準値形
成部５６及び６０は基準値ｆｄref （Ｔ）、ｆｕref
（Ｔ）を次のように形成する。

【００１８】 ｆｄref （Ｔ）＝ｆｄ（Ｔ−１）＋｛ｆｄ（Ｔ−１）−ｆｄ（Ｔ）｝／２＋｛ ｆｄ（Ｔ−２）−ｆｄ（Ｔ−１）｝／４＋…＋｛ｆｄ（Ｔ− ｎ＋１）−ｆｄ（Ｔ−ｎ＋２）｝／２^n-1 ＋｛ｆｄ（Ｔ− ｎ）−ｆｄ（Ｔ−ｎ＋１）｝／２ⁿ ｆｕref （Ｔ）＝ｆｕ（Ｔ−１）＋｛ｆｕ（Ｔ−１）−ｆｕ（Ｔ）｝／２＋｛ ｆｕ（Ｔ−２）−ｆｕ（Ｔ−１）｝／４＋…＋｛ｆｕ（Ｔ− ｎ＋１）−ｆｕ（Ｔ−ｎ＋２）｝／２^n-1 ＋｛ｆｕ（Ｔ− ｎ）−ｆｕ（Ｔ−ｎ＋１）｝／２ⁿ このように現時点の時刻Ｔに近いところのに重みをつけ
るようにすることにより相対速度が急な動きをしてもこ
れに対応することができるようになる。

【００１９】図８は基準値の切り換え構成を示す図であ
る。本図に示すように、基準値形成部５６及び６０は、
ビート信号の周波数データｆｕ、ｆｄから前述の平均基
準値を形成する平均基準値形成部５６１及び６０１と、
前述の現時点に重みを大とする重み基準値形成部５６２
及び６０２と、基準値を平均値によるべきか又は重み基
準値によるべきかを判断する判断部５６３及び６０３
と、判断部５６３及び６０３によって平均基準値形成部
５６１及び６０１又は重み基準値形成部５６２及び６０
２を切り換えるスイッチ部５６４及び６０４とを含む。

【００２０】図９は図８の判断部の基準値切り換え判断
を示す図である。本図に示すように、現時点Ｔに近いと
ころのｆｕ、ｆｄの平均値ｆｕref1及びｆｄref1、遠い
ところのｆｕ、ｆｄの平均値ｆｕref2及びｆｄref2とに
分けてとる。 ｆｕref1（Ｔ）＝｛ｆｕ（Ｔ−１）＋ｆｕ（Ｔ−２）＋
…＋ｆｕ（Ｔ−ｎ）｝／ｎ ｆｕref2（Ｔ）＝｛ｆｕ（Ｔ−ｎ−１）＋ｆｕ（Ｔ−ｎ
−２）＋…＋ｆｕ（Ｔ−２ｎ）｝／ｎ ｆｄref1（Ｔ）＝｛ｆｄ（Ｔ−１）＋ｆｄ（Ｔ−２）＋
…＋ｆｄ（Ｔ−ｎ）｝／ｎ ｆｄref2（Ｔ）＝｛ｆｄ（Ｔ−ｎ−１）＋ｆｄ（Ｔ−ｎ
−２）＋…＋ｆｄ（Ｔ−２ｎ）｝／ｎ さらに、 δu （Ｔ）＝ｆｕref1（Ｔ）−ｆｕref2（Ｔ） δd （Ｔ）＝ｆｄref1（Ｔ）−ｆｄref2（Ｔ） として、±ｗ10、±ｗ11を設定し、 −ｗ10≦δu （Ｔ）≦＋ｗ10 −ｗ11≦δd （Ｔ）≦＋ｗ11 が成立するかを判断する。

【００２１】図１０は時間的に現時点と遠いところと近
いところとのビート信号周波数の平均値の比較を示す図
である。本図に示す（１）の点では、上記不等式が成立
し基準値の変化量が小さいとして、平均基準値形成部５
６１及び６０１から基準値が供給される。本図に示す
（２）の点では、上記不等式が不成立せず、基準値の変
化量が大きいと判断して重み基準値形成部５６２及び６
０２から基準値が供給される。

【００２２】かくして基準値を平均値とする場合と現時
点に重みを置く場合との互いの長所を引き出すので次の
データにより近い基準値を示すこととなる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、過
去のビート信号の周波数の平均値が基準値、現時点のビ
ート信号の周波数に重みをつけた基準値とされ、基準値
に対して所定の範囲にあるかを判断することによりバラ
ツキデータが除去される。過去のビート信号の周波数に
ついて現時点に遠いところの平均値と現時点に近いとこ
ろの平均値とを比較してその差が小さい場合には平均基
準値を、その差が大きい場合には重み基準値を供給する
ようにしたので、互いの長所を引き出すので次のデータ
により近い基準値を示すこととなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提となるミリ波レーダ装置の概要を
示す図である。

【図２】ミリ波レーダ装置において移動目標からの反射
信号を受信した場合の周波数対時間の関係を示す図であ
る。

【図３】本発明の実施例に係るミリ波レーダ装置の信号
処理部の構成を示す図で有る。

【図４】図３の記憶部に記憶されるビート信号の周波数
（ｆｄ、ｆｕ）データを示す図である。

【図５】図３の比較部での基準値と入力データとの比較
を示す図である。

【図６】本実施例によって得られるビート信号の周波数
データを示す図である。

【図７】相対速度が変化する場合の基準値形成の変形を
示す図である。

【図８】基準値の切り換え構成を示す図である。

【図９】図８の判断部の基準値切り換え判断を示す図で
ある。

【図１０】時間的に現時点と遠いところと近いところと
のビート信号周波数の平均値の比較を示す図である。

【符号の説明】

１、２…アンテナ ３…ＣＷ送信機 ４…混合器 ５…信号処理部 ６…機器制御／表示部 ５４、５８…バラツキ除去部 ５５、５９…記憶部 ５６、６０…基準値形成部 ５７、６１…比較部 ６２…距離速度導出部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３角波の周波数変調を施した連続波レー
   ダの送信信号と受信信号とのビート信号から距離及び速
   度を求めるミリ波レーダ装置において、 過去のビート信号の上昇側及び下降側の周波数を記憶す
   る記憶部（５５、５９）と、 該記憶部（５５、５９）で記憶されたビート信号の周波
   数の平均値を基準値とする基準値形成部（５６、６０）
   と、 バラツキデータを除去するために、ビート信号の周波数
   が該基準値形成部（５６、６０）からの基準値に対して
   所定の範囲にあるかを判断する比較部（５７、６１）と
   を備えることを特徴とするミリ波レーダ装置。
2. 【請求項２】 前記基準値形成部（５６、６０）は現時
   点に近いビート信号の周波数に重みをつけて基準値を形
   成する請求項１記載のミリ波レーダ装置。
3. 【請求項３】 前記基準値形成部（５６、６０）は、 ビート信号の周波数の平均値を基準値とする平均基準値
   形成値部（５６１、６０１）と、 現時点に近いビート信号の周波数に重みをつけて基準値
   を形成する重み基準値形成部（５６２、６０２）と、 過去のビート信号の周波数について現時点に遠いところ
   の平均値と現時点に近いところの平均値とを比較してそ
   の差が小さい場合には前記平均基準値形成値部（５６
   １、６０１）より、その差が大きい場合には重み基準値
   形成部（５６２、６０２）より基準値を供給させるため
   の判断部（５６３及び６０３）とを備える請求項１記載
   のミリ波レーダ装置。