JPH0540168A - Fm−cwレーダ装置 - Google Patents

Fm−cwレーダ装置

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JPH0540168A
JPH0540168A JP3223396A JP22339691A JPH0540168A JP H0540168 A JPH0540168 A JP H0540168A JP 3223396 A JP3223396 A JP 3223396A JP 22339691 A JP22339691 A JP 22339691A JP H0540168 A JPH0540168 A JP H0540168A
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Teruhisa Ninomiya
照尚 二宮
Hisafumi Okubo
尚史 大久保
Tamio Saito
民雄 齊藤
Yoji Ohashi
洋二 大橋
Yoshihiro Kawasaki
義博 河▲崎▼
Osamu Isaji
修 伊佐治
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、繰り返しの周波数変調波を送出し
て、標的からの反射波と局部発信波とのビート波の周波
数から標的までの距離および標的と観測者との相対速度
を検出するFM−CWレーダ装置に関し、安価な手法に
より、標的が複数の場合でも、個々の標的の正確な速度
と距離を検出できるようにすることを目的とする。 【構成】 受信ビート波に2回離散フーリエ変換を施す
ことにより、複数の標的(14−i)までの距離および
複数の標的(14−i)と観測者との相対速度を検出す
るように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、所定の繰り返し周波数
を持つ変調波で周波数変調(FM変調)した信号を送出
して、標的からの反射波と局部発信波とのビート波の周
波数から標的までの距離および標的と観測者との相対速
度を検出するFM−CWレーダ装置(周波数変調連続波
レーダ装置)に関し、特に自動車が道路上の障害物との
衝突を回避するのに用いて好適なFM−CWレーダ装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】FM−CWレーダ装置は、標的(障害
物)の位置と相対速度を検出し、標的との衝突を回避す
るのに用いられるレーダ装置であり、簡単に回路が構成
できるため、比較的小型で低価格に実現できるものであ
る。
【0003】かかるFM−CWレーダ装置の原理は次の
とおりである。すなわち、発振器からの出力で搬送波を
FM変調して送信し、このFM変調波を局部発振波と
し、標的からの反射波と局部発振波とのビート波を取っ
て、ビート波の周波数を信号処理器を用いて測定するこ
とにより、標的の位置と速度を検出するようになってい
る。
【0004】この場合、標的からの反射波は標的までの
距離による遅延と標的との相対速度によるドップラシフ
トを受けているので、送信波にFM変調を施しておくこ
とにより、位置と速度がビート波の周波数から検出可能
となる。
【0005】そして、観測されるビート波の周波数は検
出したい距離周波数と速度周波数の和及び差の絶対値に
等しいので、ビート波の周波数に加算や減算などを行な
って、距離周波数と速度周波数を求めている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のFM−CWレーダ装置では、ビート波の周波
数に加算や減算などを行なって、距離周波数と速度周波
数を求めているので、標的が複数の場合には、限られた
場合にしか個々の標的の正確な速度と距離を検出できな
いという課題がある。
【0007】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、安価な手法により、標的が複数の場合でも、
個々の標的の正確な速度と距離を検出できるようにし
た、FM−CWレーダ装置を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理ブロ
ック図で、この図1において、1は周波数変調波発生回
路、1AはRF信号発生回路で、周波数変調波発生回路
1は、繰り返しの周波数変調波を発生するもので、RF
信号発生回路1Aは、送信信号に周波数変調を施すもの
である。
【0009】この場合、繰り返しの周波数変調波として
三角波を用いることことが好ましい。また、この周波数
変調に際しては、後述のビート波の周波数中の速度に依
存する速度周波数よりも、少なくとも2倍以上高い繰り
返し周波数で周波数変調することが好ましい。
【0010】さらに、ビート波の周波数中の距離に依存
する距離周波数が周波数変調波の繰り返し周波数の2倍
よりも高く、ビート波の周波数中の速度に依存する速度
周波数が周波数変調波の繰り返し周波数の1/2倍より
も低くなるように、周波数変調波の繰り返し周波数を設
定しておくとよい。
【0011】2は方向性結合器で、この方向性結合器2
は、周波数変調波発生回路1からの繰り返しの周波数変
調波により変調された信号を、送信アンテナ3のほか、
ミキサ6側へ局部発振波として取り出すものである。
【0012】3は周波数変調波発生回路1からの繰り返
しの周波数変調波により変調された信号を複数の標的4
−1〜4−M(Mは2以上の整数)へ送出する送信アン
テナで、5は各標的4−i(i=1〜M)からの反射波
を受信する受信アンテナである。
【0013】6はミキサで、このミキサ6は、受信アン
テナ5からの反射波と、方向性結合器2からの局部発振
波とを混合して、各標的4−iからの反射波と局部発信
波とのビート波を出力するものである。
【0014】7はA/D変換器で、このA/D変換器7
は、ミキサ6からのアナログビート波信号をディジタル
変換するものである。8はウインドウ処理回路で、この
ウインドウ処理回路8は、受信ビート波にデジタル化し
たウインドウ処理を施すものである。
【0015】9は2回離散フーリエ変換回路で、この2
回離散フーリエ変換回路9は、ウインドウ処理回路8
で、受信ビート波にデジタル化したウインドウ処理を施
したものについて、2回離散フーリエ変換を施すことに
より、各標的4−iまでの距離および各標的4−iと観
測者との相対速度を検出するものである。
【0016】なお、ビート波の周波数中の距離に依存す
る距離周波数が周波数変調波の繰り返し周波数の1/2
倍よりも高く、ビート波の周波数中の速度に依存する速
度周波数が周波数変調波の繰り返し周波数の2倍よりも
低くなるように、周波数変調波の繰り返し周波数を設定
しておいた場合は、最初の離散フーリエ変換で距離周波
数を求め、2回目の離散フーリエ変換で該速度周波数を
求めることにより、複数の標的までの距離と複数の標的
と観測者との相対速度とを検出することが行なわれる。
【0017】また、周波数変調波の繰り返し周期の前半
で、離散フーリエ変換を施すべきデータを取り込み、周
波数変調波の繰り返し周期の後半で、離散フーリエ変換
を施すこともできる。
【0018】
【作用】上述の本発明のFM−CWレーダ装置では、周
波数変調波発生回路1からRF信号発生回路1Rを経た
繰り返しの周波数変調波(三角波が好ましい)によって
変調された信号を送信アンテナ3から送出し、受信アン
テナ5で受信した各標的4−iからの反射波と、方向性
結合器2からの局部発信波とのビート波をミキサ6で得
て、このビート波をA/D変換器7でディジタル化し
て、これにウインドウ処理回路8でウインドウ処理を施
してから、2回離散フーリエ変換回路9で2回離散フー
リエ変換を施すことにより、複数の標的4−iまでの距
離および複数の標的4−iと観測者との相対速度を検出
する。
【0019】このとき、ビート波の周波数中の距離に依
存する距離周波数が周波数変調波の繰り返し周波数の2
倍よりも高く、ビート波の周波数中の速度に依存する速
度周波数が該周波数変調波の繰り返し周波数の1/2倍
よりも低くなるように、該周波数変調波の繰り返し周波
数を設定しておいた場合は、最初の離散フーリエ変換で
距離周波数を求め、2回目の離散フーリエ変換で速度周
波数を求めることにより、複数の標的までの距離と複数
の標的と観測者との相対速度とを検出する。
【0020】また、周波数変調波の繰り返し周期の前半
で、離散フーリエ変換を施すべきデータを取り込み、周
波数変調波の繰り返し周期の後半で、離散フーリエ変換
を施すことが行なわれる。
【0021】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図2は本発明の一実施例を示すブロック図で、こ
の図2に示すFM−CWレーダ装置は、三角波発生器
(三角波発振器)10,RF信号発生回路11,方向性
結合器12,送信アンテナ13,受信アンテナ15,ミ
キサ16,A/D変換器17,ウインドウ処理回路1
8,2回離散フーリエ変換回路19,同期信号発生回路
20をそなえて構成されている。
【0022】ここで、三角波発生器10は三角波を発生
するもので、RF信号発生回路11は、三角波により周
波数変調(FM変調)された信号を発生するものであ
る。この場合において、繰り返しのFM変調波として三
角波が用いられる。すなわち、この場合は、三角波を使
って、時間軸に対して周波数が増える方向(昇り勾配)
と減る方向(下り勾配)の2方向のFM変調を繰り返し
行なうのである。
【0023】また、このFM変調に際しては、後述のビ
ート波の周波数中の速度に依存する速度周波数よりも、
少なくとも1/2倍以上高い繰り返し周波数で周波数変
調することが行なわれる。
【0024】さらに、ビート波の周波数fb中の距離に
依存する距離周波数frが三角波の繰り返し周波数の2
倍よりも高く、ビート波の周波数中の速度に依存する速
度周波数fdが三角波の繰り返し周波数の1/2倍より
も低くなるように、三角波の繰り返し周波数を設定して
おく。
【0025】方向性結合器12は、三角波により周波数
変調されたRF信号を、送信アンテナ13のほか、ミキ
サ16側へ局部発振波として取り出すものである。送信
アンテナ13は、RF信号発生回路11からの繰り返し
のFM変調波を複数の標的(障害物)14−1〜14−
M(Mは2以上の整数)へ送出ものするで、受信アンテ
ナ15は、各標的14−i(i=1〜M)からの反射波
を受信するものである。
【0026】ミキサ16は、受信アンテナ15からの反
射波と、方向性結合器12からの局部発振波とを混合し
て、各標的14−iからの反射波と局部発信波とのビー
ト波を出力するものである。A/D変換器17は、ミキ
サ16からのアナログビート波信号をディジタル変換す
るものである。
【0027】ウインドウ処理回路18は、受信ビート波
にデジタル化したウインドウ処理(このウインドウ処理
には、図5に示すハニング窓や図7に示す三角窓を用い
る)を施すものである。
【0028】2回離散フーリエ変換回路19は、ウイン
ドウ処理回路18で、受信ビート波にデジタル化したウ
インドウ処理を施したものについて、2回離散フーリエ
変換を施すことにより、標的14−iまでの距離および
標的14−iと観測者との相対速度を検出するものであ
るが、このために、この2回離散フーリエ変換回路19
は、フーリエ変換処理回路(FFT処理回路)19−
1,メモリ19−2,データ制御回路19−3をそなえ
ている。
【0029】ここで、FFT処理回路19−1は、フー
リエ変換処理を施すもので、専用のDSPが使用され
る。メモリ19−2は、処理済のデータ(例えば1回目
の離散フーリエ変換結果)を記憶するものである。デー
タ制御回路19−3は、FFT処理回路19−1,メモ
リ19−2との間のデータの遣り取りを制御するもので
ある。
【0030】そして、この場合、ビート波の周波数fb
中の距離に依存する距離周波数frがFM変調波の繰り
返し周波数の2倍よりも高く、ビート波の周波数fb中
の速度に依存する速度周波数fdがFM変調波の繰り返
し周波数の1/2倍よりも低くなるように、FM変調波
の繰り返し周波数を設定しているので、最初の離散フー
リエ変換で距離周波数frを求め、2回目の離散フーリ
エ変換で速度周波数fdを求めることにより、複数の標
的14−iまでの距離および複数の標的14−iと観測
者との相対速度を検出することが行なわれる。
【0031】さらに、FM変調波の繰り返し周期の前半
で、離散フーリエ変換を施すべきデータを取り込み、F
M変調波の繰り返し周期の後半で、離散フーリエ変換を
施すことが行なわれる(図12参照)。
【0032】同期信号発生回路20は、RF信号発生回
路11,A/D変換器17,ウインドウ処理回路18,
2回離散フーリエ変換回路19のための同期信号を発生
するものである。
【0033】つぎに、変調波として三角波を用いた場合
のFM−CWレーダ装置の原理を図3,図4を用いて説
明する。まず、FM変調を受けた送信波は標的で反射を
受けたのち、受信用のアンテナ15で受信され受信波と
なる。受信波は標的までの距離による遅延と標的と観測
者との相対速度によるドップラシフトの分だけ送信波と
周波数がずれている。この受信波と局部波とをミキサ1
6でミキシングすると、ずれた周波数成分(ビート波)
が検出される。
【0034】さらに、この周波数成分から距離周波数f
rと速度周波数fdを分離する方法について述べる。三
角波によってFM変調した場合は、距離周波数frと速
度周波数fdは次式のように表され、距離周波数frは
変調波の周期T,変調幅ΔΩに依存するが、速度周波数
fdは変調波の周期T,変調幅ΔΩに依存しない。 fr=(4ΔΩT/c)R fd=(2f0 /c)v ここで、cは光速、Rは障害物(標的)までの距離、f
0 は送信中心周波数、vは障害物(標的)との相対速度
である。
【0035】いま、距離分解能に対応する距離周波数f
rがこの繰り返し周波数の1/2倍よりも高く、速度周
波数fdは繰り返し周波数の2倍よりも低くなるように
変調幅ΔΩと変調波の周期T(1/T=繰り返し周波
数)を設定している、すなわちfr>2/T,(1/2
T)>fdとなっているから、標的が1個の場合の受信
波Srは次のようになる。 Sr=Acos[2π(fr−fd)t] この受信波に区間〔(n−1)T,(n−1)T+T/
2〕で離散フーリエ変換を施すと、速度周波数fdの範
囲がサンプリングする区間の逆数の1/2よりも低いた
め、距離周波数frのみ検出される。速度周波数fdは
位相成分として検出される。
【0036】すなわち、DFT{Acos[2π(fr
−fd)t]−2πfdnT}は、f=frのときex
p(j2πfdnT)となり、f=−frのときexp
(j2πfdnT)となり、f≠±frのとき0とな
る。
【0037】また、離散フーリエ変換を各n=
0,...,Nd−1について行なうと、各距離周波数
frについて、その位相成分の時系列が得られるが、こ
れは速度周波数fdを周波数とする信号をサンプリング
間隔Tでサンプリングしたサンプル値列と等しくなって
いる。
【0038】また、f=−frについてのデータは不要
であるので、図11に示すように、fr<0の領域にあ
る半分のデータは捨てることができ、残りのデータに各
f=fr(fr>0)について、離散フーリエ変換を施
すと速度周波数fdが検出される。
【0039】すなわち、DFT(DFT{Acos[2
π(fr−fd)t]−2πfdnT})は、DFT
{exp(j2πfdnT)}となり、又このDFT
{exp(j2πfdnT)}は、f=(fr,fd)
のとき1となり、f≠(fr,fd)のとき0となる。
【0040】同様にして、本実施例のように、複数の標
的14−iがある場合の受信波は次のようになってい
る。 Sr=ΣAk cos[2π(frk −fdk )t] なお、上式はk=1〜Mについて演算するものとする。
【0041】したがって、この信号に同様の操作を行な
うと、各標的14−iについて距離周波数と速度周波数
を求めることができる。ところで、有限区間でサンプリ
ングしたデータにFFTを施すと信号が歪む。これは暗
黙のうちに矩形窓(図9参照)がかけられているためで
ある。このように矩形窓をフーリエ変換したものは、図
10に示すように、大きなサイドローブを持っており、
有限区間でサンプリングしたデータにFFTを施すこと
は、真のスペクトルと矩形窓のスペクトルとのコンボリ
ューションを取ることに等しいから、各スペクトル成分
の周囲にサイドローブを生じ信号が歪むのである。
【0042】しかし、ウインドウ処理を施すことによ
り、FFTをかけたときのサイドローブは軽減され、よ
り精密な距離と相対速度の検出を行なうことができる。
例えば矩形窓では、ピークのレベルに対する一番大きな
サイドローブのレベルは−13dBであるが、図7に示
す三角窓では、−26dBであり、図5に示すハニング
窓では、−31dBと小さい(図6,図8)。従って三
角窓やハニング窓等を用いてウインドウ処理を施すと、
ウインドウ処理を施さない時(矩形窓を用いたことに相
当する)に比べて信号のサイドローブは大きく軽減され
る。
【0043】上述の構成により、三角波で周波数変調さ
れたRF信号発生回路11からの信号を送信アンテナ1
3から送出し、受信アンテナ15で受信した標的14−
iからの反射波と、方向性結合器12からの局部発信波
とのビート波をミキサ16で得て、このビート波をA/
D変換器17でディジタル化して、これにウインドウ処
理回路18で変調波に同調させてT/2ごとにウインド
ウ処理を施す。このようにウインドウ処理を施してか
ら、2回離散フーリエ変換回路19で2回離散フーリエ
変換を施すことにより、複数の標的14−iまでの距離
および複数の標的14−iと観測者との相対速度を検出
することが行なわれる。
【0044】このとき、最初の離散フーリエ変換で距離
周波数frを求め、2回目の離散フーリエ変換で速度周
波数fdを求めることにより、複数の標的14−iまで
の距離と複数の標的14−iと観測者との相対速度とを
検出するのである。
【0045】すなわち、図13に示すように、複数の標
的14−iからのビート波について、最初の離散フーリ
エ変換で、図14に示すように、距離周波数fr(図で
はf1,f2,f3)を求め、2回目の離散フーリエ変
換で、図15に示すように、速度周波数fd(図ではF
1,F2,F3)を求めるのである。
【0046】そして、この2回離散フーリエ変換回路1
9では、変調三角波の上り(あるいは下り)勾配の区間
に入ってきたデジタルデータをFFT処理装置に送って
下り(あるいは上り)勾配の区間でFFT処理を行な
う。下り(あるいは上り)勾配の区間でFFT処理装置
にデータを送らない(図12参照)。また、一度FFT
処理を行なったデータは順次メモリ19−2に蓄えてお
く。Nd回FFT処理を行なった後、メモリ19−2に
蓄えておいたデータを各距離周波数ごとに取り出して、
FFT処理を行ない、それぞれの標的の距離周波数およ
び速度周波数を得る。そして、最後に、距離周波数と速
度周波数から各標的の距離と相対速度を得るのである。
【0047】このようにして、複数の標的14−iが存
在しているときにも、各距離と相対速度を正確に検出す
ることができる。また、この装置では、デジタル回路を
使用しているため、回路構成が簡単で、且つ低価格化を
実現でき、これにより、車載用のレーダに適するのであ
る。
【0048】なお、本発明の手法を用いて、複数(10
個)の標的についての距離と相対速度とを得たシュミレ
ーション結果を示すと、図16のようになる。ここで、
1つの標的の部分に、複数の計算結果(複数本のライ
ン)が出ているのは、周波数がデータに対して粗く離散
化されているためである。
【0049】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のFM−C
Wレーダ装置によれば、例えばビート波の周波数中の速
度に依存する速度周波数よりも、少なくとも1/2倍以
上高い繰り返し周波数で周波数変調する、即ちビート波
の周波数中の距離に依存する距離周波数が周波数変調波
の繰り返し周波数の2倍よりも高く、該ビート波の周波
数中の速度に依存する速度周波数が該周波数変調波の繰
り返し周波数の1/2倍よりも低くなるように、該周波
数変調波の繰り返し周波数を設定しておいて、受信ビー
ト波に2回離散フーリエ変換を施すことにより、即ち、
最初の離散フーリエ変換で該距離周波数を求め、2回目
の離散フーリエ変換で該速度周波数を求めることによ
り、複数の標的までの距離および複数の標的と観測者と
の相対速度を正確に検出できる利点がある。
【0050】また、繰り返しの周波数変調波として三角
波を用いたり、受信ビート波にデジタル化したウインド
ウ処理を施してから2回離散フーリエ変換を施したりす
ることもできるので、簡単に正確な距離や相対距離の検
出が可能となる。
【0051】さらに、周波数変調波の繰り返し周期の前
半で、離散フーリエ変換を施すべきデータを取り込み、
周波数変調波の繰り返し周期の後半で、離散フーリエ変
換を施すこともでき、このようにすれば、処理時間の短
縮化を図れる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理ブロック図である。
【図2】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図3】FM−CWレーダ装置の原理を説明する図であ
る。
【図4】FM−CWレーダ装置の原理を説明する図であ
る。
【図5】ハニング窓特性図である。
【図6】ハニング窓によるサイドローブ特性図である。
【図7】三角窓特性図である。
【図8】三角窓によるサイドローブ特性図である。
【図9】矩形窓特性図である。
【図10】矩形窓によるサイドローブ特性図である。
【図11】2回離散フーリエ変換後の周波数領域を説明
する図である。
【図12】FFTデータの取り込みとFFT処理との関
係を説明する図である。
【図13】複数標的識別の原理を説明するため、ドプラ
シフトにより位相が変化した様子を示す図である。
【図14】複数標的識別の原理を説明するため、1回目
のフーリエ変換を説明する図である。
【図15】複数標的識別の原理を説明するため、2回目
のフーリエ変換を説明する図である。
【図16】複数の標的についての距離と相対速度とを得
たシュミレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
1 周波数変調波発生回路 1A RF信号発生回路 2 方向性結合器 3 送信アンテナ 4−i 標的 5 受信アンテナ 6 ミキサ 7 A/D変換器 8 ウインドウ処理回路 9 2回離散フーリエ変換回路 10 三角波発生器(三角波発振器) 11 RF信号発生回路 12 方向性結合器 13 送信アンテナ 14−i 標的 15 受信アンテナ 16 ミキサ 17 A/D変換器 18 ウインドウ処理回路 19 2回離散フーリエ変換回路 19−1 フーリエ変換処理回路(FFT処理回路) 19−2 メモリ 19−3 データ制御回路 20 同期信号発生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齊藤 民雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 大橋 洋二 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 河▲崎▼ 義博 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 伊佐治 修 兵庫県神戸市兵庫区御所通一丁目2番28号 富士通テン株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の繰り返し周波数を持つ変調波で周
    波数変調した信号を送出し、標的(14−i)からの反
    射波と局部発信波とのビート波の周波数から該標的(1
    4−i)までの距離と該標的(14−i)と観測者との
    相対速度を検出するFM−CWレーダ装置において、 受信ビート波に2回離散フーリエ変換を施すことによ
    り、複数の標的(14−i)までの距離および複数の標
    的(14−i)と観測者との相対速度を検出することを
    特徴とする、FM−CWレーダ装置。
  2. 【請求項2】 該ビート波の周波数中の速度に依存する
    速度周波数よりも、少なくとも2倍以上高い繰り返し周
    波数を持つ変調波で周波数変調することを特徴とする、
    請求項1記載のFM−CWレーダ装置。
  3. 【請求項3】 該ビート波の周波数中の距離に依存する
    距離周波数が周波数変調波の繰り返し周波数の2倍より
    も高く、該ビート波の周波数中の速度に依存する速度周
    波数が該周波数変調波の繰り返し周波数の1/2倍より
    も低くなるように、該周波数変調波の繰り返し周波数を
    設定しておいて、 最初の離散フーリエ変換で該距離周波数を求め、2回目
    の離散フーリエ変換で該速度周波数を求めることによ
    り、複数の標的(14−i)までの距離および複数の標
    的(14−i)と観測者との相対速度を検出することを
    特徴とする、請求項1記載のFM−CWレーダ装置。
  4. 【請求項4】 繰り返しの周波数変調波として三角波を
    用いることを特徴とする、請求項1記載のFM−CWレ
    ーダ装置。
  5. 【請求項5】 受信ビート波にデジタル化したウインド
    ウ処理を施してから2回離散フーリエ変換を施すことを
    特徴とする、請求項1記載のFM−CWレーダ装置。
  6. 【請求項6】 該周波数変調波の繰り返し周期の前半
    で、離散フーリエ変換を施すべきデータを取り込み、該
    周波数変調波の繰り返し周期の後半で、離散フーリエ変
    換を施すことを特徴とする、請求項1記載のFM−CW
    レーダ装置。
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