(57)【要約】      （修正有）【課題】効率的に又は実効的に、マルチユーザのシナリオにおいて動作するＦＭ−ＣＷレーダを提供する。【解決手段】物体が近づいてくるか、又は離れていくかの指示を判断すること、並びに、周波数が一定であるセグメント及び周波数が変化するセグメントから成るシーケンスを含む呼掛け信号を生成することを含む。物体が近づいてくることを上記判断するステップが指示する場合には、該周波数が変化するセグメントの周波数が減少し、物体が離れていくことを上記判断するステップが指示する場合には、該周波数が変化するセグメントの周波数が増加する。呼掛け信号を送信し、物体から反射される呼掛け信号の反射信号を検出する。次に、呼掛け信号及び呼掛け信号の反射信号の組み合わせを用いて、物体までの距離及び物体の速度のうちの少なくとも一方を求める。【選択図】図８
2010122226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体までの距離、及び物体の速さのうちの少なくとも一方を求める方法であって、該方法は、
前記物体が近づいてくるか、又は離れていくかの指示を判断するステップと、
周波数が一定であるセグメント及び周波数が変化するセグメントから成るシーケンスを含む呼掛け信号を生成するステップであって、前記判断するステップが、前記物体が近づいてくることを指示する場合には、該周波数が変化するセグメントの周波数が減少し、前記判断するステップが、前記物体が離れていくことを指示する場合には、該周波数が変化するセグメントの周波数が増加する、生成するステップと、
前記呼掛け信号を送信すると共に、前記物体から反射される前記呼掛け信号の反射信号を検出するステップと、
前記呼掛け信号及び前記呼掛け信号の前記反射信号の組み合わせから、前記物体までの距離及び前記物体の速さのうちの少なくとも一方を求めるステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記判断するステップは、
周波数が増加するセグメント及び周波数が減少するセグメントを有する周波数変調された信号を生成すると共に、該周波数変調された信号を送信すること、
前記物体からの反射信号を検出すること、
周波数が増加する部分に対応する第１のビート周波数及び周波数が減少する部分に対応する第２のビート周波数を導出するために、前記周波数変調された信号及び前記反射信号を合成すること、及び
前記第１のビート周波数及び前記第２のビート周波数のいずれが高いかを判断することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記呼掛け信号生成ステップは、周波数が一定であるセグメント及び周波数が変化するセグメントから成るランダムなシーケンスを生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記呼掛け信号生成ステップは、ランダムな信号を生成すること、並びに前記物体が近づいてくるか又は離れていくかと前記ランダムな信号の値とに従って、１組の基本波形から選択することを含み、該１組の基本波形は、
第１の周波数を有する第１のセグメントと、周波数が該第１の周波数から第２の周波数に減少する後続の第２のセグメントから成る第１の基本波形と、
周波数が前記第１の周波数から前記第２の周波数に減少する第１のセグメントと、前記第２の周波数を有する後続の第２のセグメントから成る第２の基本波形と、
周波数が前記第２の周波数から前記第１の周波数に上昇する第１のセグメントと、前記第１の周波数を有する後続の第２のセグメントから成る第３の基本波形と、
前記第２の周波数を有する第１のセグメントと、周波数が前記第１の周波数から前記第２の周波数に上昇する後続の第２のセグメントから成る第４の基本波形とを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ランダム信号生成ステップはランダム２値信号を生成する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記生成されたランダムな信号は、近づいてくる物体に関して、前記呼掛け信号において前記第１の基本波形が生じる確率及び前記第２の基本波形が生じる確率が実質的に等しく、離れていく物体に関して、前記呼掛け信号において前記第３の基本波形が現れる確率及び前記第４の基本波形が現れる確率が実質的に等しいような信号である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
周波数が増加するセグメント及び周波数が減少するセグメントを有する呼掛け信号を用いて、前記距離及び前記速さのうちの前記少なくとも一方を求めることができるか否かを検査するステップと、
前記検査するステップが、周波数が増加するセグメント及び周波数が減少するセグメントを有する呼掛け信号を用いて、前記距離及び前記速さのうちの前記少なくとも一方を求めることができるものと判断する場合には、前記呼掛け信号を用いて継続するステップと、
前記検査するステップが、周波数が増加するセグメント及び周波数が減少するセグメントを有する呼掛け信号を用いて、前記距離及び前記速さのうちの前記少なくとも一方を求めることができるものと判断する場合には、請求項１〜６のいずれか一項に従って継続するステップと
から成る予備ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
物体までの距離、及び物体の速さのうちの少なくとも一方を求める装置であって、該装置は、
前記物体が近づいてくるか、又は離れていくかの指示を判断する手段と、
周波数が一定であるセグメント及び周波数が変化するセグメントから成るシーケンスを含む呼掛け信号を生成する手段と、
前記呼掛け信号を送信すると共に、前記物体から反射される前記呼掛け信号の反射信号を検出する手段と、
前記呼掛け信号及び前記呼掛け信号の前記反射信号の組み合わせから、前記物体までの距離及び前記物体の速さのうちの少なくとも一方を求める手段とを備え、
前記生成する手段は、前記物体が近づいてくるものと前記判断する手段が判断する場合には、前記周波数が変化するセグメントの周波数が減少し、前記物体が離れていくものと前記判断する手段が判断する場合には、該周波数が変化するセグメントの周波数が増加するように構成される、装置。
【請求項９】
前記判断する手段は、
周波数が増加するセグメント及び周波数が減少するセグメントを有する周波数変調された信号を生成すると共に、該周波数変調された信号を送信する手段と、
前記物体からの反射信号を検出する手段と、
周波数が増加する部分に対応する第１のビート周波数及び周波数が減少する部分に対応する第２のビート周波数を導出するために、前記周波数変調された信号及び前記反射信号を合成する手段と、
前記第１のビート周波数及び前記第２のビート周波数のいずれが高いかを判断する手段とを備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記呼掛け信号生成手段は、周波数が一定であるセグメント及び周波数が変化するセグメントから成るランダムなシーケンスを生成する手段を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記呼掛け信号生成手段は、
ランダムな信号を生成する手段と、
前記物体が近づいてくるか又は離れていくかと前記ランダムな信号の値とに従って、１組の基本波形から選択する手段とを含み、該１組の基本波形は、
第１の周波数を有する第１のセグメントと、周波数が該第１の周波数から第２の周波数に減少する後続の第２のセグメントから成る第１の基本波形と、
周波数が前記第１の周波数から前記第２の周波数に減少する第１のセグメントと、前記第２の周波数を有する後続の第２のセグメントから成る第２の基本波形と、
周波数が前記第２の周波数から前記第１の周波数に上昇する第１のセグメントと、前記第１の周波数を有する後続の第２のセグメントから成る第３の基本波形と、
前記第２の周波数を有する第１のセグメントと、周波数が前記第１の周波数から前記第２の周波数に上昇する後続の第２のセグメントから成る第４の基本波形とを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ランダム信号生成手段はランダム２値信号を生成することができる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記生成されたランダムな信号は、近づいてくる物体に関して、前記呼掛け信号において前記第１の基本波形が生じる確率及び前記第２の基本波形が生じる確率が実質的に等しく、離れていく物体に関して、前記呼掛け信号において前記第３の基本波形が現れる確率及び前記第４の基本波形が現れる確率が実質的に等しいような信号である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
周波数が増加するセグメント及び周波数が減少するセグメントを有する呼掛け信号を用いて、前記距離及び前記速さのうちの前記少なくとも一方を求めることができるか否かを検査する手段をさらに備え、
前記装置は、周波数が増加するセグメント及び周波数が減少するセグメントを有する呼掛け信号を用いて前記距離及び前記速さのうちの前記少なくとも一方を求めることができるものと前記検査する手段が判断する場合には、該呼掛け信号を用いるように構成され、
前記装置は、周波数が増加するセグメント及び周波数が減少するセグメントを有する呼掛け信号を用いて、前記距離及び前記速さのうちの前記少なくとも一方を求めることができないものと前記検査する手段が判断する場合には、周波数が一定であるセグメント及び周波数が変化するセグメントから成るシーケンスを含む前記呼掛け信号を用いるように構成される、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、周波数変調された搬送波を用いるマイクロ波レーダを使用して、物体までの距離及び物体の速度のうちの少なくとも一方を求める方法に関し、限定はしないが、物体の速度に応答して変調波形を動的に適応させるか又は選択する自動車レーダに特に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
自動車警報及び衝突回避のために用いられる数多くのシステムのうちの１つが、周波数変調持続波（ＦＭ−ＣＷ）レーダである。図１にブロック図で示される、そのようなシステムは、発振器３によって生成される搬送波の周波数が、周波数変調器５を用いて、持続時間ＴSW及び所定の周波数範囲ΔＦにわたって線形に掃引される電圧制御発振器１を有している。詳細には、制御モジュール（図１では図示せず）の制御下にある線形波形発生器７によって変調パターンが与えられる。周波数変調持続波（ＦＭ−ＣＷ）信号は結合器９によって電力増幅器１１に結合され、アンテナ１３に結合される増幅信号が生成される。
【０００３】
送信信号ＴＸが、対象とする静止障害物１５に向けられる。反射信号ＲＸは、物体距離Ｒに比例する時間τだけ遅れて、受信アンテナ１７によって検出され、低雑音増幅器１９に結合される。低雑音増幅器１９の出力は、結合器９から受信される送信信号の一形態（version）によって形成される基準信号と、ダウンコンバータ２１で混合される。受信されたパルス信号は送信された信号に対して遅れているので、いずれの時点においても、送信信号及び受信信号の瞬時周波数は異なる。それゆえ、ダウンコンバータ２１の出力において、周波数ＦBを有するビート信号ＢＳが得られ、周波数ＦBは静止障害物までの未知の距離Ｒに正比例する。ダウンコンバータ２１の出力はシグナルプロセッサモジュール２３に供給され、シグナルプロセッサモジュール２３は、クロック２９からのタイミングパルスによって駆動されるアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２５及びデジタルプロセッサ２７を備える。ＡＤＣ２５は、ダウンコンバータ２１からの信号を、ビート周波数ＦB、それゆえ物体の距離Ｒを求めるためにデジタルプロセッサ２７によって用いられるデジタル信号に変換する。
【０００４】
線形波形発生器７によって与えられる周波数変調パターンは、たとえば、図２ａに示されるような、勾配は一定であるが、その符号が入れ替わる周期的な三角波形に従うことができる。この特定の波形を用いることは、多くの場合に、他の線形変調方式（たとえば、鋸歯）よりも好ましい。なぜなら、三角波形によれば、変調波形ＳTX及びその遅延したレプリカＳRX（図２ｂを参照）から導出され、三角波形の立ち上がり部分及び立ち下がり部分に対応する一対の周波数シフト差ＦU及びＦDから、以下のように、動いている障害物の速度ＶOも推定できるようになるためである。
Ｒ＝（ＦD＋ＦU）ＴSWｃ／４ΔＦ                                      （１）
ＶO＝（ＦD−ＦU）λO／４                                            （２）
ただし、λOは送信信号ＴＸの波長であり、
ｃは光の速さであり（〜３×１０8ｍ／ｓ）、
ΔＦは周波数偏移であり、
ＴSWは単一の勾配の持続時間である。
【０００５】
代替的には、搬送波周波数を変調するために、図４に示される波形のような台形波形を用いることができる。そのように波形に平坦な部分がある結果として、一定周波数で送信されるようになり、図１に示されるようなＦＭ−ＣＷレーダ構成では、その結果として、ビート信号が、物体が動くことから生じる、いわゆるドップラ周波数シフトに等しい周波数ＦVを有するようになる。ＦVの大きさは、物体の速度ＶOにのみ依存し、測定される距離Ｒには依存しない。
【０００６】
そのようなＦＭ−ＣＷ技法に基づくレーダ信号と、デジタル処理によって導出される信号は、同じＲＦ帯域幅を用いて動作しているときに、相互干渉を引き起こす可能性があり、たとえば、自動車の用途において特に必要とされるように、多数の同種のレーダシステム及び異種のレーダシステムが極めて近接して動作しているときに、十分な性能を提供しない場合があることがよく知られている。
【０００７】
マルチユーザ性能が不十分になるおそれがある理由のうちの１つは、ＦＭ−ＡＭ変換雑音と呼ばれる現象である。送信される搬送波の大きな周波数偏移を得るために三角波形を用いるＦＭ−ＣＷレーダでは、変調用信号と同じような周波数を有するＡＭ成分が、周波数変調された波形に重ね合わせられる場合がある。典型的には、これは主に、レーダ送信機内のＶＣＯの出力電力−周波数特性の非線形性に起因する。そのような特性からのＡＭ成分がダウンコンバータ２１（図１を参照）によって検出される場合がある。周波数変調のために用いられる三角波の周波数は一般的に、周波数復調されるときに、測距される物体からのエコー信号の周波数に近いので、受信の信号対雑音比は劣化する。結果として、電力増幅器１１からの出力電力を高めて、要求される動作範囲を保持する必要がある。
【０００８】
マルチユーザのシナリオにおいて測定性能を或る程度まで保持できるようにするために、ＦＭ−ＡＭ変換からの望ましくない影響を最小限に抑えることを目的とするいくつかの既知の方法がある。たとえば、H. Yatsukaによる特許文献１は、送信波が適切な周波数で切り替えられるスイッチングレーダシステムを提案する方法を開示する。スイッチング周波数に基づく中間周波数だけが抽出される。その方法は、レーダ送信機の動作を周期的に中断して、他のレーダシステムからの干渉信号だけを受信できるようにし、それによって、送信が再開されるときに、測距される対象物から反射した信号を弁別するためのバックグラウンドを与えることを想定している。また、そのシステムは、所与の時間にわたって干渉波のスイッチング周波数をモニタし、それにより、システムのスイッチング周波数及び中間周波数を異なる値に設定することもできる。しかしながら、そのようなレーダシステムは、干渉の特性に従って適応的に選択される必要がある複数の発振器及びバンドパスフィルタを備える必要があるので、複雑になる可能性がある。
【０００９】
ＦＭ−ＣＷレーダの干渉排除能力を改善することを目的とする他の従来技術による技法は主に、種々の符号化波形を用いる迅速な広帯域周波数変調に基づく。共有されるスペクトル内で多数のレーダシステムが動作するための候補の中でも、たとえば、多相符号化波形及びコスタス符号化波形が最も良い候補であると見なされている。これらの技法に基づいて選択された解決策の例が特許文献２、特許文献３、非特許文献１及び非特許文献２において記述される。
【００１０】
マルチユーザ能力を提供できる可能性がある、たとえばLissel（特許文献４）によって提案される別の実現可能な解決策は、ステップチャープ波形の使用を伴う。そのような手法は、ＦＭチャープの全変調帯域幅を一連の重なり合う狭帯域サブチャープに分割し、それらのサブチャープは周波数においても重なり合う場合がある。受信機は狭帯域サブチャープにのみ同調するので、その受信機は他の部分帯域において送信する他のレーダに対する高い排除を提供する。サブチャープは、ランダム又は擬似ランダムパターン（すなわち、コスタス波形）に従って適切に選択され得る。さらに、各サブチャープは、その部分帯域が空きであるときに、好機をねらって（又は適応的に）送信され得る。
【００１１】
特許文献５において、Lisselは別の技法に言及しており、その技法によれば、チャープ内の周波数変調は、異なるパターン、すなわち勾配が異なり振幅（周波数）が一定でありランダムである三角形に従う。その方法の主な目的は、いくつかの障害物を高い精度で測距できるようにすることであるが、マルチユーザ能力も提供できることがクレームされている。
【００１２】
特許文献６では、Curranによって、送信される搬送波の周波数を変調するために用いられる波形における上り勾配、下り勾配及び一定の振幅セグメントを使用することが提案される。それらのセグメントは、順次に且つ周期的に用いられる。しかしながら、その発明も、近接して位置し、同じような速度で動いている場合であっても、いくつかの車両を検出しながら、改善された測距能力及び追跡能力を提供する。
【００１３】
特許文献７では、Isajiによって、異なる振幅及び周期を有する三角形セグメントから成る変調パターンを使用することが提案される。パラメータがランダムに選択される、円弧のような他のセグメント形状も提案される。その方法の主な目的は、多数の物体を距離及び速度に関して追跡できるようにすることである。しかしながら、その著者は、その方法によって、測距される物体に関連する受信信号を雑音及び他の干渉信号から弁別できるようになることもクレームしている。
【００１４】
上記で提示された手法に関連する別の技法が、非特許文献３において記述されている。提案される技法は、線形周波数変調（ＬＦＭ）及び周波数偏移変調（ＦＳＫ）の組み合わせに基づいており、その技法は、マルチターゲットの状況において、距離及び速度を高い分解能及び精度で明確に測定することを目的とする。著者によって、この手法もマルチユーザ能力を提供することがクレームされるが、変調方式が複雑であるために、その方式はこの点に関して評価されなかった。
【００１５】
それにもかかわらず、ＦＭ−ＣＷレーダにおいてマルチユーザ能力を可能にすることを目的とする上記の複数の手法は、実施される信号処理方式をかなり複雑にすることになり、それゆえ、マスマーケットを対象とする自動車衝突回避／警報システムのような低コストの用途にとって望ましい解決策とは見なされない場合がある。それゆえ、特に車両衝突回避システム及び／又は車両衝突警報システムのための用途において、従来技術の技法によって提供されるよりも効率的に又は実効的に、マルチユーザのシナリオにおいて動作するＦＭ−ＣＷレーダの動作性能を改善するための新規の信号処理方法及び信号処理装置を開発することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第５，２７４，３８０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１５１，７０２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，３７６，９３９号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７６８，１３１号明細書
【特許文献５】米国特許第６，３９６，４３６号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１０４，３３６号明細書
【特許文献７】米国特許第７，００２，５１２号明細書
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Kretschmer著「Doppler Properties of Polyphase Coded Pulse Compression Waveforms」（IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., 1983, 19, (4), pp. 521-531）
【非特許文献２】Jankiraman他による論文「System Design and Verification of the PANDORA Multifrequency Radar」（Int'l. Conf on Radar Syst., Brest, France, 17-21 May 1999）
【非特許文献３】H. Rohlingによる論文「Waveform Design Principles for Automotive Radar Systems」（International Conference Radar 2001, Beijing, China）
【発明の概要】
【００１８】
本発明の複数の態様が添付の特許請求の範囲において提示される。
【００１９】
静止したＦＭ−ＣＷレーダでは、静止した障害物ＯＢまでの距離Ｒは、変調波形ＳTXの周波数と、障害物から反射される信号ＲＸから導出される、ＳTXの遅延したレプリカＳRXの周波数との間のビート周波数ＦBから求められ、それは以下のように求めることができる。
ＦB≡ＦR＝２ＲΔＦ／ｃＴSW                                          （３）
ただし、ｃは光の速さであり、ΔＦは持続時間ＴSWの掃引中の周波数偏位である。たとえば、ΔＦ＝７５ＭＨｚ及びＴSW＝３．５ｍｓであるとき、Ｒ＝１．５ｍの距離にある静止した障害物はビート周波数ＦB≒２１２Ｈｚを生じさせる。障害物とＦＭ−ＣＷシステムとの間に相対的な動きがあるとき、観測されるビート周波数ＦBは以下の２つの成分を含む。
・ＦR−距離Ｒのみに起因する
・ＦV−相対速度ＶOに起因する
それゆえ、以下の式が成り立つ。
ＦB＝ＦR±ＦV                                                        （４）
【００２０】
ドップラ成分ＦDは以下の式から求めることができる。
ＦV＝２ＶO／λO                                                      （５）
ただし、λOは送信されるレーダ信号の波長である。たとえば、相対速度ＶO＝０．５ｍ／ｓであるとき、７７ＧＨｚレーダシステム（すなわち、λO＝３．９ｍｍ）において観測されるビート周波数のドップラ成分はＦV≒２５６Ｈｚである。それゆえ、距離Ｒ＝１．５ｍにある障害物が速度ＶO＝０．５ｍ／ｓで動いているときに、合成ビート周波数ＦBは、図３に示されるように、それが三角形の搬送波変調波形の上り掃引から求められるか、下り掃引から求められるかによって、４４Ｈｚ又は４６８Ｈｚのいずれかに等しくなるであろう。
【００２１】
４６８Ｈｚの合成ビート周波数は、たとえば、３．５ｍｓ内に高い信頼性で測定することができるが、４４Ｈｚの周波数は低すぎて実際には使用することはできない。なぜなら、必要とされる測定時間が長すぎるためである。それゆえ、対象とする障害物の距離Ｒ及び速度ＶOの両方を求めるために、ドップラ成分だけの周波数をさらに別に測定する必要がある。これは、三角形ＦＭを用いるＦＭ−ＣＷ信号内に一定周波数のセグメントを組み込むことによって成し遂げることができる。１つのそのような解決策が、図４に示される周期的な台形ＦＭ波形であり、当業者に知られている技法である（たとえば、米国特許第７１９０３０５号）。ＦＭ−ＣＷ信号の一部として一定周波数セグメントを用いることによって、２つの周波数掃引（上り掃引及び下り掃引）のうちの一方が余分になる。したがって、合成ビート周波数ＦBのうちの大きい方の値を生成する周波数掃引だけが保持されるべきである。本発明の１つの実施の形態は以下のステップを含む適応的な手順、
・三角形周波数変調を用いて、２つの周波数掃引のうちのいずれが保持されるべきであるかを判断するステップ
・図５に示されるような４つの基本波形を含む集合｛ＨＨ、ＬＬ、ＬＨ、ＨＬ｝から、信号セグメントを適切に合成することによって、周波数変調信号を設計するステップ
を利用する。下り掃引に関して大きい方のビート周波数が観測される場合には、上り掃引セグメントが除去されるべきである（物体が近づいてくる）。上り掃引に関して大きい方のビート周波数が観測される場合には、下り掃引セグメントが除去されるべきである（物体が離れていく）。この技法は、適応台形周波数変調（ＡＴＦＭ）と呼ばれる。
【００２２】
近づいてくる障害物に対して最適なＡＴＦＭ信号は、基本波形ＨＨ、ＬＬ、ＨＬを（繰返し）用いることによって構成することができる。しかしながら、マルチユーザ環境の場合のように、用途によっては、それらの基本波形が現れる順序を以下の確率を用いて予測不可能にすることができるようにすれば、好都合である。
Ｐｒ（ＨＬ）＝１／２            Ｐｒ（ＬＬ）＝Ｐｒ（ＨＨ）＝１／４
図７ａに示される例は、近づいてくる障害物を検出するために設計されるＡＴＦＭ信号を表すシンボル列を示す。
【００２３】
同じようにして、離れていく障害物を検出するための最適なＡＴＦＭ信号は、基本波形ＨＨ、ＬＬ、ＬＨを（繰返し）用いることによって構成することができる。ここでもまた、用途によっては、それらの基本波形が現れる順序を、以下の確率を用いて予測不可能にすることが好都合な場合もある。
Ｐｒ（ＬＨ）＝１／２            Ｐｒ（ＬＬ）＝Ｐｒ（ＨＨ）＝１／４
図７ｂに示される例は、離れていく障害物を検出するために設計されるＡＴＦＭ信号を表すシンボル列を示す。
【００２４】
最適なＡＴＦＭ信号の構造の解析によって、信号設計のために用いられる基本波形を、４つの２個組波形：ＨＨ＆ＨＬ、ＨＬ＆ＬＬ、ＬＨ＆ＨＨ及びＬＬ＆ＬＨによって置き換えることができることがわかっている。
・近づいてくる障害物の場合：｛（ＨＨ＆ＨＬ），（ＨＬ＆ＬＬ）｝、
ただし、Ｐｒ［（ＨＨ＆ＨＬ）］＝Ｐｒ［（ＨＬ＆ＬＬ）］＝１／２
・離れていく障害物の場合：｛（ＬＨ＆ＨＨ），（ＬＬ＆ＬＨ）｝、
ただし、Ｐｒ［（ＬＨ＆ＨＨ）］＝Ｐｒ［（ＬＬ＆ＬＨ）］＝１／２
４つの２個組波形が図６に示される。
【００２５】
三角形ＦＭ（初期検出サイクル中）と適応台形ＦＭ（後続の推定サイクル中）とを組み合わせる結果として、自動車用ＦＭ−ＣＷシステムの性能が改善されるであろう。
【００２６】
正確なドップラ推定値を得るために、一定周波数セグメント、（ＨＨ）及び（ＬＬ）の持続時間は、周波数上り掃引及び下り掃引、（ＬＨ）及び（ＨＬ）の持続時間に対してそれぞれ延長される場合がある。
【００２７】
ここで、本発明の例示的な実施の形態を、添付の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】自動車衝突回避のために用いられる従来のＦＭ−ＣＷレーダシステムのブロック図である。
【図２ａ】図１のＦＭ−ＣＷレーダシステムのＶＣＯにおいて周波数を変調するために用いられる三角形変調波形を示す図である。
【図２ｂ】図１のＦＭ−ＣＷレーダシステムにおける、送信される三角形変調波形ＳTX及び受信される三角形変調波形ＳRXを示す図である。
【図３】距離Ｒ＝１．５ｍにあり、速度ＶO＝０．５ｍ／ｓで動いている障害物に関して、上り掃引及び下り掃引からのビート周波数の値例と共に図２ｂの三角形変調波形を示す図である。
【図４】図１のＦＭ−ＣＷレーダシステムにおいて用いることもできる台形変調波形を示す図である。
【図５】マルチユーザの用途に適している周波数変調波形を生成するために用いることができる４つの基本セグメント｛ＨＨ、ＬＬ、ＬＨ、ＨＬ｝を示す図である。
【図６】ａ）近づいてくる障害物及びｂ）離れていく障害物を測距するのに適している２個組波形の一例を示す図である。
【図７ａ】近づいてくる障害物を測距するのに適している、ランダムに選択された基本セグメント｛ＨＨ、ＬＬ、ＨＬ｝から成る周波数変調波形の一例を示す図である。
【図７ｂ】離れていく障害物を測距するのに適している、ランダムに選択された基本セグメント｛ＨＨ、ＬＬ、ＬＨ｝から成る周波数変調波形の一例を示す図である。
【図８】適応台形周波数変調を利用するＦＭ−ＣＷ自動車レーダの機能ブロック図である。
【図９】適応台形周波数変調器及び関連するモジュールの機能ブロック図である。
【図１０】離れていく障害物に関して適応台形周波数変調器によって生成される波形を示す図である。
【図１１】近づいてくる障害物に関して適応台形周波数変調器によって生成される波形を示す図である。
【図１２】モード１（基本）における適応台形周波数変調器の動作のための流れ図である。
【図１３】モード２（適応）における適応台形周波数変調器の動作のための流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
適応台形周波数変調技法を利用するＦＭ−ＣＷ自動車レーダの機能ブロック図が図８に示される。周波数変調モジュール４１は、周波数変調波形ＦＭを与え、その波形は送信−受信モジュール４３に供給される。周波数変調波形ＦＭの性質は、制御ユニット４７によって出力される波形選択ビットＷＳを用いて決定される。周波数変調波形ＦＭは、送信−受信モジュール４３の一部を形成する電圧制御発振器（a voltage-controlled oscillator）（図８には示されない）の周波数を制御する。この実施形態では、電圧制御発振器によって出力される信号の周波数は、周波数変調波形の電圧に比例する。
【００３０】
図１を参照しながら上記で説明されたのと同じようにして、電圧制御発振器によって出力される被周波数変調信号は電力増幅器及びダウンコンバータに結合される。電力増幅器によって出力される増幅信号はアンテナ４５に結合され、アンテナ４５によって検出される反射信号は低雑音増幅器に結合される。その後、低雑音増幅器の出力は、ダウンコンバータに入力され、それにより、ダウンコンバータは、送信信号と反射信号との間の周波数差を表すビート信号を出力する。
【００３１】
演算ユニット４９は、送信−受信モジュール４３によって出力されるビート信号を処理し、物体までの推定距離及び物体の速度を含む出力データＯＤを求める。また、演算ユニット４９は、その物体が近づいてくるか、離れていくかのような、速度測定に関する情報を制御ユニット４７に提供する信号ＤＲも出力する。
【００３２】
制御ユニット４７は、１つには演算ユニット４９からの信号ＤＲの内容に基づいて、周波数変調モジュール４１に送信される波形選択ビットＷＳを求める。詳細には、後にさらに詳細に検討するように、制御ユニット４７は、測距される障害物の動く方向（すなわち、レーダアンテナに向かってくるか、又は離れていくか）に応じて、選択ビットＷＳの値を適応的に判断する。この好ましい実施形態では、ＦＭ三角波形のセグメントを周波数変調波形ＦＭとして周期的に利用することによって、物体の動く方向を推定する。
【００３３】
また、制御ユニット４７は、周波数変調モジュール４１及び演算ユニット４９に周期的なタイミングパルスＣＰを出力する。
【００３４】
図８の周波数変調モジュール４１の細部が図９に示される。制御ユニット４７から受信される周期的なタイミングパルスＣＰは、三角波形発生器６３、矩形波形発生器６５及び論理回路７１に入力される。
【００３５】
三角波形発生器６３は、タイミングパルスＣＰの周期よりも２倍だけ長い周期を有する第１の三角波形信号Ｔ１、及び１８０°だけ位相がずれた第１の三角波形信号に相当する第２の三角波形信号Ｔ２を生成する。このようにして、第１の三角波形信号Ｔ１が大きくなると、第２の三角波形信号Ｔ２が小さくなり、その逆も成り立つ。
【００３６】
矩形波形発生器６５は、タイミングパルスの周期の４倍だけ長い周期を有する第１の矩形波形Ｒ１、及び１８０°だけ位相がずれた第１の矩形波形信号Ｒ１に相当する第２の矩形波形信号Ｒ２を生成する。このようにして、第１の矩形波形Ｒ１が高い状態にあるときに、第２の矩形波形Ｒ２は低い状態にあり、その逆も成り立つ。
【００３７】
第１の三角波形信号Ｔ１及び第２の三角波形信号Ｔ２、並びに第１の矩形波形信号Ｒ１及び第２の矩形波形信号Ｒ２は、マルチプレクサ６９のそれぞれのデータ入力に入力される。マルチプレクサ６９の出力は、周波数変調波形ＦＭを形成する。
【００３８】
ランダム２値波形発生器６７は、波形選択ビットＷＳと共に論理回路７１に入力されるランダム２値波形ＲＢを生成する。この実施形態では、ランダム２値波形発生器６７は、値１を有する波形の確率が値０を有する波形の確率に経時的に実質的に等しい２値波形を生成する。
【００３９】
下記でさらに詳細に検討されるように、論理回路７１は、波形選択ビットＷＳ及びランダム２値波形ＲＢを処理してアドレス信号を生成する。アドレス信号は、波形ＦＭが、Ｔ１と同じであるか（ＷＳ＝１０又は１１のとき）、又は測距される障害物の動く方向に応じて、図６ａ及び図６ｂに示されるランダムに選択される２個組波形（すなわち、離れていく障害物の場合にＷＳ＝０１、近づいてくる障害物の場合にＷＳ＝００）から構成されることができるように、マルチプレクサ６９に入力される。値ＷＳ＝０１のとき、及びＷＳ＝００のときの波形の一式(the complete sets)がそれぞれ、図１０及び図１１に示される。
【００４０】
この実施形態では、ＦＭ−ＣＷ自動車レーダは、２つのモード：モード１（基本）及びモード２（適応）で動作する。モード１では、波形選択ビットのうちの第１のビットが１に設定され（すなわち、ＷＳ＝１０又は１１）、一方、モード２では、波形選択ビットのうちの第１のビットは０に設定される（すなわち、ＷＳ＝００又は０１）。波形選択ビットのうちの第２のビットは、物体が離れていくものと判断される場合に１に設定され、物体が近づいてくるものと判断される場合に０に設定される。これらの２つのモードでＦＭ−ＣＷ自動車レーダによって実施される論理機能を説明する流れ図が、それぞれ図１２及び図１３に示される。
【００４１】
初期検出サイクル中に、ＦＭ−ＣＷ自動車レーダはモード１で動作する。これは、制御ユニット４７が波形選択ビットＷＳを１０に設定し、それに応答して、測距される障害物の動く方向を明らかにするために、周波数変調モジュール４１が周期的な三角ＦＭ波形（たとえば、第１の三角波形Ｔ１）を与えるように、論理回路７１がマルチプレクサ６９に入力されるアドレスビットを設定することを伴う。生成される各サイクルは、２つの周波数ＦU及びＦDを有するビート信号をもたらし、それらの周波数は三角ＦＭ波形の上り勾配及び下り勾配にそれぞれ対応する。これらの２つの周波数ＦU及びＦDのうちの小さい方に等しい周波数Ｆmが、最も小さな起こり得る測定可能な周波数Ｆ0よりも大きい場合には、既知の最新の技法を用いて（たとえば、式１及び式２から）、周波数ＦU及びＦDから直に距離及び速度が求められる。その後、その処理はモード１で続けられ、三角波形の別のサイクルが生成される。
【００４２】
これらの２つの周波数ＦU及びＦDのうちの大きい方に等しい周波数Ｆxが、Ｆ0よりも小さい場合には、有用な推定値が得られない場合がある。しかしながら、周波数ＦxがＦ0よりも大きいが、周波数ＦmがＦ0よりも小さい場合には、図１３に示されるモード２（適応）の１組の演算を用いて、距離及び速度推定が続けられる。ここで、４つの取り得る２個組波形のうちの１つを生成することに関する判断は、波形選択ビットＷＳの第２のビット、すなわち、物体の動く方向を指示するビット、及びランダム２値波形ＲＢに基づいて行なわれる。
【００４３】
第２の波形選択ビットの値は、モード１で実行される周波数Ｆxの選択に依存する。周波数Ｆx＝ＦUである場合には、物体が離れていくものと仮定され、それゆえ、第２の波形選択ビットは１に設定される。それとは異なり、Ｆx≠ＦUであるとき（近づいてくる物体の場合）、第２の波形選択ビットは０に設定される。
【００４４】
図１０から明らかであるように、モード２において、物体が離れていく状態にあるときに、ランダム２値波形ＲＢが値１を有する場合には、論理回路７１は、信号が低い値から高い値に上昇する１つのタイミングパルス周期と、信号が高い値に保持される後続の１つのタイミングパルス周期とから成る第１の基本波形が放出されるように、マルチプレクサ６９にアドレスビットを入力する。ランダム２値波形ＲＢが値０を有する場合には、論理回路７１は、信号が低い値に保持される１つのタイミングパルス周期と、信号が低い値から高い値に上昇する後続の１つのタイミングパルス周期とから成る第２の基本波形が放出されるように、マルチプレクサ６９にアドレスビットを入力する。それゆえ、第１の基本波形（これ以降、タイプＡと呼ばれる）及び第２の基本波形（これ以降、タイプＢと呼ばれる）は、図６（ｂ）に示される、離れていく物体に関する２個組波形対に対応する。
【００４５】
図１１から明らかであるように、モード２において、物体が近づいてくる状態にあるときに、ランダム２値波形ＲＢが値１を有する場合には、論理回路７１は、一定の高電圧に維持される１つのタイミングパルス周期と、信号が高電圧から低電圧へ下降する後続の１つのタイミングパルス周期から成る第３の基本波形が放出されるように、マルチプレクサ６９にアドレスビットを入力する。ランダム２値波形ＲＢが値０を有する場合には、論理回路７１は、信号が高電圧から低電圧へ下降する１つのタイミングパルス周期と、信号が低電圧に維持される後続の１つのタイミングパルス周期から成る第４の基本波形が放出されるように、マルチプレクサ６９にアドレスビットを入力する。それゆえ、第３の基本波形（これ以降、タイプＡと呼ばれる）及び第４の基本波形（これ以降、タイプＢと呼ばれる）は、図６（ａ）に示される、近づいてくる物体に関する２個組波形対に対応する。
【００４６】
図１０及び図１１に示されるように、論理回路７１は、同期パルスＳＡ及びＳＢも出力し、それらのパルスはそれぞれ、各２個組波形タイプＡ及びタイプＢの開始を指示する。同期パルスは、物体の距離Ｒ及び速度ＶOを推定するために用いられる特定の周波数を有するビート信号の部分を指示するために、演算ユニット４９に送られる。
【００４７】
距離及び速度はビート周波数ＦS及びＦLから求められ、それらの周波数はそれぞれ線形勾配又はＣＷ伝送に対応する。周波数ＦSが周波数ＦLよりも小さい場合には、第２の波形選択ビットが否定され、２個組波形生成の処理が繰り返される。周波数ＦSが周波数ＦLよりも大きく、且つ周波数Ｆ0よりも大きい場合には、物体の距離及び速度が求められる。しかしながら、周波数ＦLが周波数Ｆ0よりも小さい場合には、その処理は上記のようにモード１で続けられる。
【００４８】
２個組波形（タイプＡ又はＢ）のランダムな選択は、等しい確率で実行されるので、結果として生成されるＦＭ波形は最大限に予測不可能になり、それは、衝突回避レーダシステムのようなマルチユーザの用途において最適な解決策である。
【００４９】
多くの形の論理回路７１を用いて、入力波形選択ビットＷＳ及びランダム２値波形ＲＢ値の組み合わせ毎に所望のアドレスビットを達成することができ、そのような論理回路の設計は型にはまった設計作業であることは理解されよう。さらに、図９を参照しながら説明された周波数変調モジュール４１のハードウエアの実施態様の代わりに、ソフトウエアの実施態様を用いることもできる。
【００５０】
本発明の好ましい実施形態のこれまでの説明は、例示及び説明する目的のためだけに提示されてきた。その説明は、包括的であることも、本発明を開示されるのと全く同じ形態及び用途に限定することも意図していない。これまでの説明に鑑みて、多くの改変、変更及び変形を加えることによって、当業者が、検討される特定の用途に合わせて本発明を種々の実施形態において利用できるようになることは明らかである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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