JPH116872A - Ｆｍ−ｃｗレーダ装置 - Google Patents

Ｆｍ−ｃｗレーダ装置

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JPH116872A
JPH116872A JP9161347A JP16134797A JPH116872A JP H116872 A JPH116872 A JP H116872A JP 9161347 A JP9161347 A JP 9161347A JP 16134797 A JP16134797 A JP 16134797A JP H116872 A JPH116872 A JP H116872A
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明 飯星
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 物標の方位と幅を精度良く検出できるＦＭ−
ＣＷレーダ装置を提供する。 【解決手段】 ＦＭ信号発生部３で周波数を掃引したＦ
Ｍ信号３ａを発生し、送受信アンテナ８から放射する。
アンテナ駆動部９は、送受信アンテナ８を回動させ、レ
ーダビームを走査する。受信信号５ａと送信信号の一部
４ｂとを混合部６で混合して、ビート信号６ａを得る。
周波数解析部１１でビート信号６ａの周波数スペクトル
を求める。ターゲット検出部１２は、周波数スペクトル
に基づいて物標までの距離を求める。バンドパスフィル
タを構成するＢＰＦ処理部１３は、ビート信号６ａから
物標までの距離に対応する周波数成分の信号を抽出す
る。方位算出処理部１４は、ＢＰＦ処理部１３の通過信
号１３ａのレベルとしきい値レベルとを比較して、物標
が存在する方位を算出すると共に物標の幅を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーダアンテナ
のビームを走査するようにしたＦＭ−ＣＷレーダ装置に
係り、特に、物標の方位と幅を精度良く検出できるよう
にしたＦＭ−ＣＷレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本出願人は、特開平６−２４２２３０号
公報で、ほぼ同一の放射パターンのビームを部分的に重
ね合わせながら放射するように配置された複数のアンテ
ナの１つから放射された電波を他のアンテナで受信する
ことによって、隣接する各アンテナ間に仮想的なアンテ
ナを１個ずつ追加したと同様な機能を実現することで、
限られたアンテナ個数で高い検出精度と広い検出角度範
囲を実現できるようにした時分割型レーダシステムを提
案している。
【０００３】また、本出願人は、特開平７−３１８６３
５号公報で、マルチビーム送受信手段と、各送受信チャ
ネルで受信された物標からの反射波の強度とこの物標ま
での距離を検出し順次保存する受信レベル保存手段と、
各送信ビームの指向性の２乗を各送受信チャネルに対応
する行列に配列したマルチビームパターンの行列または
その逆行列を予め作成して保存しておくマルチビームパ
ターン記憶手段と、記憶保存されている受信レベルのう
ちほぼ同一の距離のものを各送受信チャネルに対応する
行または列内に配列し、マルチビームパターンの行列ま
たはその逆行列に基づく演算処理を施すことにより各送
受信チャネルの受信レベルの補正値を算定する逆演算手
段とを備えることで、デコンボリューション処理によっ
て２次元空間内に分布する多数の反射源を高い分解能で
検出できるようにしたマルチビームレーダ装置を提案し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のマルチビーム型
のＦＭ−ＣＷレーダ装置の方位分解能は、ビームの分割
数に左右されていた。ビームの分割数はアンテナの構造
によって制約を受けるため、ビームの分割数を増加する
ことなく物標の方位と走査方向の幅を精度良く検出する
ことが望まれる。
【０００５】ビーム走査型のＦＭ−ＣＷレーダ装置にお
いては、ビート信号を走査方向毎に分割して周波数解析
を行なうことで物標までの距離と方位を求めることが考
えられるが、方位分解能を高くするために走査方向の分
割数を増すと周波数解析処理に時間がかかるので、この
点でも走査方向の分割数を増加することなく物標の方位
と走査方向の幅を精度良く検出することが望まれる。
【０００６】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、物標の方位ならびに物標の幅を精度良
く検出できるＦＭ−ＣＷレーダ装置を提供することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係るＦＭ−Ｃ
Ｗレーダ装置は、周波数を掃引したＦＭ信号を物標に向
けて放射する手段と、物標からの反射信号を受信する手
段と、反射信号と送信信号に関連した信号を混合してビ
ート信号を生成する手段と、ビート信号の周波数から物
標までの距離を表わす周波数を抽出する手段と、ビーム
を走査させる手段と、ビート信号を入力すると共に物標
までの距離を表わす周波数を中心周波数とするバンドパ
スフィルタと、バンドパスフィルタの出力信号とビーム
の走査方向とに基づいて物標の方位と幅を検出する手段
と、を備えて構成される。
【０００８】なお、バンドパスフィルタの出力信号とビ
ームの走査方向とに基づいて物標の方位と幅を検出する
手段は、バンドパスフィルタの出力信号が予め設定され
たしきい値を越えた場合に物標が存在すると判断する構
成とするのが望ましい。バンドパスフィルタの出力信号
が予め設定されたしきい値を越えた場合に、物標の方位
と幅を検出するものである。
【０００９】この発明に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置は、
物標までの距離を表わす周波数を中心周波数とするバン
ドパスフィルタにビート信号を通過させることにより、
異なる距離に存在する物標のビート信号を分離させて、
各物標の方位を精度良く検出することができる。よっ
て、少ない処理時間で、かつ、高い方位分解能で物標の
存在を検出することができる。更に、物標までの距離と
物標が検出された方位角範囲とに基づいて物標の走査方
向における幅を精度良く検出することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るＦ
Ｍ−ＣＷレーダ装置のブロック構成図である。
【００１１】この発明に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置１
は、掃引／走査制御部２と、ＦＭ信号発生部３と、電力
分配器４と、サーキュレータ５と、混合部６と、アンテ
ナ結合部７と、送受信アンテナ８と、アンテナ駆動部９
と、角度信号発生部１０と、周波数解析部１１と、ター
ゲット検出部１２と、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）処
理部１３と、方位算出処理部１４と、を備えてなる。
【００１２】掃引／走査制御部２は、図２（ａ）に示す
ように、所定の掃引周期Ｔで電圧波形が３角波形となる
送信周波数指定電圧信号（変調信号）２ａを発生する。
送信周波数指定電圧信号２ａは、ＦＭ信号発生部３へ供
給される。
【００１３】ＦＭ信号発生部３は、準ミリ波帯またはミ
リ波帯の高周波信号を発生する電圧制御発振器を備え
る。約３０ＧＨｚ〜１５０ＧＨｚ程度の高周波信号を発
生する電圧制御発振器を備えて構成してもよい。ＦＭ信
号発生部３は、送信周波数指定電圧信号（変調信号）２
ａに基づいて、図２（ｂ）に示すように、所定の掃引周
期Ｔで周波数が変化するＦＭ信号３ａを発生する。ＦＭ
信号３ａは、電力分配器４へ供給される。
【００１４】電力分配器４は、ＦＭ信号３ａを送信信号
４ａと局部発信信号４ｂとに分配する。送信信号４ａは
サーキュレータ５へ供給される。局部発信信号４ｂは混
合部６へ供給される。
【００１５】サーキュレータ５は、送信信号４ａをアン
テナ結合部７を介して送受信アンテナ８へ供給する。こ
れにより、送受信アンテナ８からＦＭ変調されたレーダ
電波が送信される。物標で反射されて送受信アンテナ８
に戻ってきた反射波の受信信号は、アンテナ結合部７を
介してサーキュレータ５へ供給される。サーキュレータ
５は、受信信号を分離して分離した受信信号５ａを混合
部６へ供給する。
【００１６】混合部６は、送信信号４ａと受信信号５ａ
とを混合して、送信信号４ａの周波数と受信信号５ａの
周波数との差の周波数の信号をビート信号６ａとして出
力する。ビート信号６ａは周波数解析部１１ならびにＢ
ＰＦ処理部１３へ供給される。
【００１７】アンテナ結合部７は、ロータリジョイント
を用いて構成している。なお、送受信アンテナ８を所定
の探索角度範囲に亘って揺動させるレーダ装置において
は、アンテナ結合部７を可撓性の導波管を用いて構成し
てもよい。
【００１８】送受信アンテナ８は、所定のビーム幅を有
するものを用いている。アンテナ駆動部９は、掃引／走
査制御部２から供給される走査許可信号２ｂに基づい
て、送受信アンテナ８を所定の回転軸回りに回転または
揺動させる。角度信号発生部１０は、送受信アンテナ８
の回動または揺動位置を検出し、送受信アンテナ８の主
ビームの放射方向を示す角度信号１０ａを出力する。
【００１９】掃引／走査制御部２は、図２（ｃ）に示す
ように、ＦＭ信号３ａの周波数がアップする掃引から周
波数をダウンする掃引に切り替えた時点、ならびに、周
波数をダウンする掃引から周波数をアップする掃引に切
り替えた時点から所定時間Ｄが経過するまでの間は、ア
ンテナの走査を不許可にする走査許可信号２ｂを出力す
る。アンテナの走査を不許可にする時間Ｄは、このレー
ダ装置の最大検出距離に応じて設定する。例えば、最大
検出距離を３００メートルとした場合、送信波が３００
メートル先の物標で反射されて戻ってくるまでの時間２
マイクロ秒よりも長い時間に設定する。例えば周波数が
アップする掃引の反射信号（受信信号）と周波数がダウ
ンする掃引の送信信号とのビート信号が発生する期間
は、物標までの距離を示すビート信号が得られない。こ
のため、この物標までの距離を示すビート信号が得られ
ない期間は、アンテナの走査を停止させるようにしてい
る。
【００２０】図１に示したアンテナ駆動部９は、モータ
とギヤ機構等を備える。アンテナ駆動部９は、走査許可
信号２ｂが供給されている（許可の状態の）間は送受信
アンテナ８を回動または揺動させ、走査許可信号２ｂが
供給されない（不許可の状態の）間は送受信アンテナ８
の回動または揺動を停止し、その時のアンテナの向きを
保持する。１回の走査許可信号が供給される時間内にア
ンテナを３６０度回動させるようにしてもよいし、１回
の走査許可信号が供給される時間内にアンテナを所定角
度（例えば数１０度）ずつ回動させるようにしてもよ
い。
【００２１】なお、アンテナ駆動部９は、走査許可信号
２ｂが供給される度に、または走査許可信号２ｂが所定
回数供給される毎にアンテナの向きを所定角度ずつ回動
させるようにしてもよい。例えば、走査許可信号が２回
供給される度に、アンテナの向きを例えば１度ずつずら
すようにすることで、同一方位に対して周波数アップ掃
引と周波数ダウン掃引の両方の掃引による対象物の検出
が可能となる。同一方位に対して周波数アップ掃引と周
波数ダウン掃引の両方の掃引を行ない、各掃引毎にビー
ト信号の周波数を測定することで、物標までの距離と、
物標との相対速度を求めることができる。
【００２２】また、アンテナの回動速度（走査速度）に
比較して物標までの距離を示すビート信号が得られない
期間が充分に短く、物標が検出できない角度範囲が極め
て狭く実質的にブラインドとなる角度範囲を生じない場
合は、ＦＭ信号３ａの掃引タイミングとは無関係にアン
テナの回動または揺動（走査）を行なうようにしてもよ
い。
【００２３】送受信アンテナ８の向きは角度信号発生部
１０で検出される。送受信アンテナ８の主ビームの放射
方向を示す角度信号１０ａは、方位検出処理部１４へ供
給される。
【００２４】周波数解析部１１は、ビート信号６ａをＡ
／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、高速フーリエ変換器（Ｆ
ＦＴ）等の周波数解析器を備える。周波数解析部１１
は、全走査範囲に亘ってビート信号の周波数スペクトル
を解析する。周波数解析部１１に角度信号１０ａと走査
許可信号２ｂとを供給し、周波数解析部１１は、走査許
可信号２ｂが供給されている間にビート信号を全走査範
囲に亘って取り込み、全走査範囲に亘って取り込んだビ
ート信号の周波数スペクトルを解析して、解析した周波
数スペクトルを出力するようにしてもよい。また、周波
数解析部１１は、各走査角度毎にビート信号の周波数ス
ペクトルを解析して、解析した周波数スペクトルを出力
するようにしてもよい。
【００２５】ターゲット検出部１２は、周波数解析部１
１から供給される周波数スペクトルデータ１１ａに基づ
いて周波数スペクトルのピークとなる周波数を求め、そ
の周波数データ１２ａを出力するとともに、ピークとな
る周波数から物標（ターゲット）までの距離を算出し、
算出した距離データ１２ｂを方位算出処理部１４や外部
などに出力する。周波数スペクトルのピークとなる周波
数が複数ある場合、それぞれの周波数データ１２ａが出
力される。
【００２６】周波数スペクトルのピークとなる周波数デ
ータ１２ａは、ＢＰＦ処理部１３へ供給される。ＢＰＦ
処理部１３は、供給された周波数を中心としたバンドパ
スフィルタ（帯域通過フィルタ）を構成し、その周波数
成分のビート信号を通過させる。これにより、物標が検
出された距離に対応する周波数のビート信号のみをバン
ドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）で抽出する。ＢＰ
Ｆ処理部１３を通過したビート信号（ＢＰＦ処理部１３
の出力信号）１３ａは、方位算出処理部１４へ供給され
る。
【００２７】方位算出処理部１４は、ＢＰＦ処理部１３
の出力信号１３ａのレベルと予め設定されたしきい値レ
ベルとを比較し、出力信号１３ａのレベルがしきい値レ
ベルを越えている範囲を物標が存在する方位として出力
する。方位算出処理部１４は、走査許可信号２ｂに基づ
いて物標までの距離を示すビート信号が得られる期間に
ついてのみ、出力信号１３ａのレベルとしきい値レベル
との比較を行なう。方位算出処理部１４は、角度信号に
基づいて物標の存在する方位を出力する。なお、方位算
出処理部１４は、距離データと方位データとから物標の
アンテナ走査方向における幅を演算して、物標の幅を出
力することができる。また、同一距離に複数の物標が存
在する場合は、それらの物標間の距離を出力する構成と
してもよい。後述する図３で示されるように各物標につ
いて振幅が最大となる方位（中心方位）を出力すると共
に、更に物標の幅を出力する構成としてもよい。
【００２８】次に、周波数解析部１１，ターゲット検出
部１２，ＢＰＦ処理部１３、ならびに、方位算出処理部
１４の動作を図３〜図７を参照して説明する。図３は２
つの物標が存在する場合のビート信号の一例を示す説明
図である。送受信アンテナ８を走査速度一定で走査した
と仮定すると、走査時間ｔと方位角度θは比例の関係に
なる。図３はその時のビート信号を示している。図３に
示すビート信号には、異なる距離に存在する２つの物標
からの反射波が含まれているものである。
【００２９】図３に示したビート信号を周波数解析部１
１で周波数解析して、周波数成分分布（周波数スペクト
ル）を得る。図４に周波数解析結果例を示す。この例は
全信号に対して一括に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理
を施した場合を示しているが、周波数解析領域を複数の
分割して、それぞれの領域（方位にあたる）で周波数解
析を行ない、例えば車載用のレーダ装置においては、車
両が進行している方向のビート周波数をＢＰＦ処理部１
３へ供給するようにしてもよい。
【００３０】ターゲット検出部１２は、図４に示した周
波数解析結果に基づいてビート信号のレベルがピークと
なる周波数をサーチし、その周波数を求める。図４にお
いて、山となっている頂上をサーチすることである。Ｆ
Ｍ−ＣＷレーダ装置において、この周波数はそのまま距
離に比例することになるので、ピークの数が物標の数と
なり、ピーク周波数が物標までの距離を表わすことにな
る。このピーク周波数のデータは、ＢＰＦ処理部１３へ
供給される。
【００３１】ＢＰＦ処理部１３は、ピーク周波数を中心
周波数としたバンドパスフィルタを構成し、ビート信号
６ａをフィルタリングする。物標が複数ある場合は、複
数のピーク周波数のデータが供給され、それぞれのピー
ク周波数においてフィルタリングする。ＢＰＦ処理部１
３は、ハードウェアによって構成することができ、ま
た、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）や高速演算
器等を用いプログラムによって構成することもできる。
更に、上記の周波数解析結果を待って実行する必要はな
く、一周期前に出力されたピーク周波数を記憶してお
き、周波数解析と平行に実行することもできる。
【００３２】図５に、バンドパスフィルタの周波数−ゲ
イン特性を例示する。図６に、ＢＰＦ処理部１３を通過
後のビート信号１３ａを例示する。図６に示すＢＰＦ処
理部１３を通過後のビート信号は、図５に示した通過帯
域の信号成分が残っている。これにより、その周波数に
対応する距離に存在する物標の走査方向に対しての反射
レベルを見ることができる。よって、方位算出処理部１
４は、図６に示すように、予め定めたしきい値レベルＶ
ｓを越えるところ（ａ）からそのしきい値レベルＶｓを
割るところ（ｂ）までが物標が存在する方位方向として
算出することができる。
【００３３】なお、方位算出処理部１４は、図７に示す
ように、ＢＰＦ処理部１３を通過後のビート信号１３ａ
の負の値の部分を正の値に変換し、振幅の包絡線を求
め、包絡線がしきい値レベルＶｓを越える範囲（ｅ−
ｇ）を物標が存在する方位方向として算出するようにし
てもよい。
【００３４】また、方位算出処理部１４は、検出する距
離に応じてしきい値レベルＶｓを変更するようにしても
よい。ビームの減衰を考慮して、近距離検出時はしきい
値レベルＶｓを高く設定し、遠距離検出時はしきい値レ
ベルＶｓを低く設定することで、各距離に存在する物標
とその幅を更に精度良く検出することができる。
【００３５】この発明の実施の形態として機械走査式の
アンテナを示したが、電子走査式のアンテナを用いても
よい。また、上記実施形態は本発明の一例であり、本発
明は上記実施形態に限定されない。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係るＦＭ
−ＣＷレーダ装置は、物標までの距離を表わす周波数を
中心周波数とするバンドパスフィルタにビート信号を通
過させることにより、異なる距離に存在する物標のビー
ト信号を分離させて、物標の方位を検出する構成とした
ので、少ない処理時間で、かつ、高い方位分解能で物標
の位置や形状を精度良く検出することができる。また、
物標までの距離と物標が検出された方位角範囲とに基づ
いて物標の走査方向における幅を精度良く検出すること
ができる。
【００３７】例えば、本発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置を
車載用のレーダ装置に適用することで、自車前方のほぼ
同一距離に複数の車両又は障害物がある場合に、それら
の間の距離を精度良く検出することができ、自車がそれ
らの間を通り抜けて走行できるか否かを判断する際に役
立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置のブロッ
ク構成図
【図２】送信周波数指定電圧信号、ＦＭ信号および走査
許可信号の波形図
【図３】２つの物標が存在する場合のビート信号の一例
を示す波形図
【図４】図３に示したビート信号の周波数解析結果例を
グラフ
【図５】中心周波数をｆ１とするバンドパスフィルタの
周波数−ゲイン特性の一例を示すフィルタ特性図
【図６】中心周波数をｆ１とするバンドパスフィルタを
通過したビート信号波形ならびに物標の存在方位の検出
方法を示す説明図
【図７】物標の存在方位を検出する他の検出方法を示す
説明図
【符号の説明】
１…ＦＭ−ＣＷレーダ装置、２…掃引／走査制御部、３
…ＦＭ信号発生部、４…電力分配器（カップラ）、５…
サーキュレータ、６…混合部（ミキサ）、７…アンテナ
結合部、８…送受信アンテナ、９…アンテナ駆動部、１
０…角度信号発生部、１１…周波数解析部、１２…ター
ゲット検出部、１３…（バンドパスフィルタを構成す
る）ＢＰＦ処理部、１４…方位算出処理部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周波数を掃引したＦＭ信号を物標に向け
    て放射する手段と、 物標からの反射信号を受信する手段と、 反射信号と送信信号に関連した信号を混合してビート信
    号を生成する手段と、 ビート信号の周波数から物標までの距離を表わす周波数
    を抽出する手段と、 ビームを走査させる手段と、 ビート信号を入力すると共に物標までの距離を表わす周
    波数を中心周波数とするバンドパスフィルタと、 バンドパスフィルタの出力信号とビームの走査方向とに
    基づいて物標の方位と幅を検出する手段と、を備えてな
    るＦＭ−ＣＷレーダ装置。
  2. 【請求項２】 前記バンドパスフィルタの出力信号とビ
    ームの走査方向とに基づいて物標の方位と幅を検出する
    手段は、前記バンドパスフィルタの出力信号が予め設定
    されたしきい値を越えた場合に物標が存在すると判断す
    る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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