(57)【要約】【課題】  従来のドプラーレーダー装置は、回路規模が大きく、また、測定精度温度によって大きく変化する。本願発明は、温度に対して安定に対象物の速度を測定することができ、回路構成の簡単なドプラーレーダー装置を提供することを目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するために、本願発明は、送信波を送出して、対象物から反射した受信波を受信し、送信波と受信波との周波数差を検知することによって、対象物の速度を測定するドプラーレーダー装置であって、受信波を検波してドプラー信号を抽出し、ドプラー信号をパルス整形回路によって、一定振幅、一定パルス幅のパルス波形にパルス整形し、そのパルス波形を平滑化することによって、速度情報を得るドプラーレーダー装置である。【選択図】  図２
2005156440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を送出する送信回路と、
該送信回路からの送信波を放射する送信アンテナと、
対象物から反射した受信波を受信する受信アンテナと、
該受信アンテナからの受信波を検波してドプラー信号を出力する受信回路と、
該受信回路からのドプラー信号を一定振幅、一定パルス幅のパルス波形を有し、該ドプラー信号の周波数に応じた頻度で出現するパルス列にパルス整形するパルス整形回路と、
該パルス整形回路からのパルス波形を平滑化する低域通過フィルタと、
を備えるドプラーレーダー装置。
【請求項２】
前記送信回路の送出する送信波が一定周波数であることを特徴とする請求項１に記載のドプラーレーダー装置。
【請求項３】
前記パルス整形回路が、
前記受信回路からのドプラー信号を一定振幅のパルス波形にする振幅制限回路と、
該振幅制限回路からの出力を微分して立上り又は立下り波形を出力する微分回路と、
該微分回路からの出力をトリガーとして一定振幅、一定パルス幅のパルス波形にする単安定マルチバイブレータ回路と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のドプラーレーダー装置。
【請求項４】
前記パルス整形回路からのパルス波形のパルス幅が、前記ドプラー信号の最小周期よりも短いことを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかのドプラーレーダー装置。
【請求項５】
前記低域通過フィルタの低域カットオフ周波数が、前記ドプラー信号の最大周波数よりも低いことを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかのドプラーレーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波、又は準ミリ波帯を用いたドプラーレーダー装置に関する。特に、温度に対して安定に動作する車載用ドプラーレーダー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衝突防止やオートクルーズを目的として車両にドプラーレーダー装置が搭載されている。このような車載用ドプラーレーダー装置は、対象物から反射した受信波がドプラー効果の影響を受けているため、放射した送信波と受信した受信波との差周波数を検知することによって、対象物の速度を測定するものである。
【０００３】
ドプラー効果の影響を受けた受信波は、検波することによってドプラー信号として抽出することができる。検波方法として、例えば、送信波と受信波とを混合することによって、送信波と受信波との差周波数成分を取り出すことができる。差周波数成分がドプラー信号である。
【０００４】
ドプラー信号を速度情報に変換するには、ドプラー信号を周波数カウンターで直接、周波数を読み出す方法がある（例えば、特許文献１参照。）。しかし、周波数カウンターを用いて速度情報に変換する方法は、回路規模が大きくなり、さらに、測定精度は周波数カウンターの内臓する発振器で決定される。発振器は温度による変化が大きく、オーブン等に入れた水晶発振器等が用いられる。
【０００５】
ドプラー信号を速度情報に変換する他の方法として、ドプラー信号を周波数−電圧変換回路を使って電圧に変換する方法がある。周波数−電圧変換回路には、共振回路又はフィルタの減衰域を用いた回路がある。低域通過フィルタを利用した周波数−電圧変換回路を使ってドプラー信号を電圧に変換する動作原理を図１に示す。図１（１）はドプラー信号の周波数成分、図１（２）は低域通過フィルタの周波数特性、図１（３）は低域通過フィルタを通過した信号電圧の時間経過特性を表す。ドプラー信号を一定振幅に変換すると、図１（１）に示すように、対象物の速度によって、周波数のみが変動する。このドプラー信号を図１（２）に示す周波数特性を持つ低域通過フィルタに入力する。図１（２）に示す周波数特性はドプラー信号の周波数成分が低域通過フィルタの減衰域にあるため、ドプラー信号は、周波数に応じた振幅に変換される。この振幅の時間的経過の例として図１（３）のようになる。図１（３）に示す振幅値を速度に換算することによって、対象物の速度を知ることが出来る。
【０００６】
しかし、低域通過フィルタの減衰域の特性は温度によって影響され、特に、温度変動の激しい車載用のドプラーレーダー装置では温度による補正回路が必要になる。補正回路は、個々の低域通過フィルタの温度特性に合わせるため、調整に多くの労を要することになる。
【特許文献１】特開平６−７５０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来のドプラーレーダー装置は、回路規模が大きく、また、測定精度は温度によって大きく変化する。本願発明は、温度に対して安定に対象物の速度を測定することができ、回路構成の簡単なドプラーレーダー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は、上記目的を達成するために、送信波を放射して、対象物から反射した受信波を受信し、送信波と受信波との周波数差を検知することによって、対象物の速度を測定するドプラーレーダー装置であって、受信波を検波してドプラー信号を抽出し、ドプラー信号をパルス整形回路によって、一定振幅、一定パルス幅のパルス波形にパルス整形し、そのパルス波形を平滑化することによって、速度情報を得るドプラーレーダー装置である。このような、回路構成とすることによって、ドプラーレーダー装置を温度に対して安定に動作させることができる。
【０００９】
ドプラー信号とは、移動する対象物に放射した電波の反射波を復調して得られる信号をいう。一般的に、ドプラー効果による周波数シフト及び対象物の反射率の変動等による振幅変動を少なくとも含んでいる。
【００１０】
具体的には、本願発明は、送信波を送出する送信回路と、該送信回路からの送信波を放射する送信アンテナと、対象物から反射した受信波を受信する受信アンテナと、該受信アンテナからの受信波を検波してドプラー信号を出力する受信回路と、該受信回路からのドプラー信号を一定振幅、一定パルス幅のパルス波形を有し、該ドプラー信号の周波数に応じた頻度で出現するパルス列にパルス整形するパルス整形回路と、該パルス整形回路からのパルス波形を平滑化する低域通過フィルタと、を備えるドプラーレーダー装置である。
【００１１】
本願発明には、前記送信回路の送出する送信波が一定周波数であることを特徴とするドプラーレーダー装置も含まれる。一定周波数の送信波とすることにより、受信回路での検波動作を容易にすることができる。
【００１２】
本願発明には、前記パルス整形回路が、前記受信回路からのドプラー信号を一定振幅のパルス波形にする振幅制限回路と、該振幅制限回路からの出力を微分して立上り又は立下り波形を出力する微分回路と、該微分回路からの出力をトリガーとして一定振幅、一定パルス幅のパルス波形にする単安定マルチバイブレータ回路と、を有することを特徴とするドプラーレーダー装置も含まれる。パルス整形回路を簡易な構成とし、又、ドプラーレーダー装置を温度に対して安定に動作させることができる。
【００１３】
本願発明には、前記単安定マルチバイブレータ回路からのパルス波形のパルス幅が、前記ドプラー信号の最小周期よりも短いことを特徴とするドプラーレーダー装置も含まれる。ドプラーレーダー装置の速度の最大測定範囲まで精度良く測定することができる。
【００１４】
本願発明には、前記低域通過フィルタの低域カットオフ周波数が、前記ドプラー信号の最大周波数よりも低いことを特徴とするドプラーレーダー装置も含まれる。ドプラーレーダー装置の速度の最小測定範囲まで精度良く測定することができる。
なお、低域通過フィルタの低域カットオフ周波数とは、低域通過フィルタの周波数特性が３ｄＢ減衰する周波数をいう。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明のドプラーレーダー装置は、簡易な回路構成で、温度に対して安定に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図２は、本願発明であるドプラーレーダー装置の実施形態を説明する図であって、ドプラーレーダー装置のブロック図である。図２において、１１は発振器であって、ドプラー波レーダー装置の使用する周波数帯の範囲内において一定周波数で発振する。１２は分配器である。１４は電力増幅回路であって、ドプラー波レーダー装置の放射する送信波を電力増幅する。発振器１１、分配器１２及び電力増幅回路１４で送信回路を構成する。１５は送信アンテナであって、送信波を放射する。送信アンテナ１５は複数のアンテナから構成されるものでもよい。２１は受信アンテナであって、対象物から反射した受信波を受信する。受信アンテナ２１も複数のアンテナから構成されるものでもよい。２２は前置増幅回路であって、微弱な受信波を増幅する。２３は混合回路であって、受信波をドプラーレーダー装置の使用する周波数帯の周波数で検波してドプラー信号を出力する。２４はパルス整形回路であって、ドプラー信号を一定振幅、一定パルス幅のパルス波形にパルス整形する。２５は低域通過フィルタであって、パルス波形を平滑化する。前置増幅回路２２、混合回路２３、発振器１１及び分配器１２で受信回路を構成する。
【００１７】
図２、図３、図４を使用して、本実施の形態のドプラーレーダー装置の動作を説明する。図３、図４は、本実施の形態のドプラーレーダー装置の各回路における波形であって、図中の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｆ）、（Ｇ）は図２で示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇにおける各波形を表す。図３、図４において、横軸は時間を表す。図２の発振器１１は、ドプラー波レーダー装置の使用する周波数帯の範囲内で一定周波数の送信波を発振する。一定周波数での発振波形を図３（Ａ）に示す。図２の分配器１２は、発振器１１からの送信波を２分配し、一方を電力増幅回路１４に、他方を混合回路２３に出力する。電力増幅回路１４では分配器１２からの送信波を電力増幅し、送信アンテナ１５に送出する。送信アンテナ１５は電力増幅回路１４からの送信波を対象物に向けて放射する。
【００１８】
対象物で反射すると、ドプラー効果により、対象物の速度に依存した周波数シフトが発生する。対象物で反射した受信波を受信アンテナ２１で受信し、前置増幅回路２２で所定の増幅度で増幅する。前置増幅回路２２は受信アンテナ２１とのインピーダンス整合を図りつつ、低雑音の増幅回路であることが望ましい。前置増幅回路２２からの出力波形を図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）から分かるように、図３（Ａ）に比較してドプラー効果による周波数シフトが発生している。又、対象物の反射率や対象物までの伝搬特性の変動により振幅も変動している。次に、図２の混合回路２３において、前置増幅回路２２からの出力を分配器１２からの送信波で検波してドプラー信号を出力する。ドプラー信号を図３（Ｃ）に示す。図３（Ｃ）から分かるように、ドプラー信号にも対象物の速度に応じたドプラー効果による周波数シフト及び対象物の反射率や対象物までの伝搬特性の変動による振幅の変動が現れている。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）と図３（Ｃ）との関係では、周波数は必ずしも正確には表示されていない。
【００１９】
得られたドプラー信号はパルス整形回路２４で一定振幅、一定パルス幅のパルス波形にパルス整形される。ドプラー信号を図４（Ｃ）に、パルス整形されたパルス波形を図４（Ｆ）に示す。パルス整形回路２４からのパルス波形（図４（Ｆ））には、ドプラー信号（図４（Ｃ））から対象物の反射率や対象物までの伝搬特性の変動による振幅変動情報が除去され、ドプラー効果による周波数シフト情報のみが、パルス密度として抽出されている。即ち、近づく速度が速いとパルス密度が高く、近づく速度が遅いとパルス密度が低くなる。
【００２０】
パルス整形回路２４からのパルス波形（図４（Ｆ））のパルス幅は、ドプラー信号（図４（Ｃ））の周期よりも短いことが好ましい。つまり、ドプラー信号の最大周波数での周期よりもパルス整形回路２４からのパルス波形のパルス幅を短くすることによって、パルス整形回路２４でパルス整形されたパルス波形の後縁とその隣接するパルスのパルス波形の前縁とが重ならないようになるため、ドプラーレーダー装置の測定精度の劣化を防止できる。
【００２１】
図２のパルス整形回路２４からのパルス波形を低域通過フィルタ２５で平滑化すると、対象物の速度に応じた出力レベルが得られる。出力レベルの波形を図４（Ｇ）に示す。即ち、パルス密度が高いと出力レベルも高く、パルス密度が低いと出力レベルも低くなるため、低域通過フィルタ２５の出力レベルは対象物の速度に対応することになる。ドプラー信号と低域通過フィルタの周波数特性との関係を図７に示す。図７（１）はドプラー信号の周波数特性の例を、図７（２）は低域通過フィルタの周波数特性の例を表す。図７（２）のｆｃは低域通過フィルタの周波数特性が３ｄＢ減衰する低域カットオフ周波数である。低域通過フィルタ２５の低域カットオフ周波数は、ドプラー信号の最大周波数よりも低くすることが好ましい。パルス整形回路が出力するパルス波形の基本周波数は、ドプラー信号の最大周波数よりも低く、低域通過フィルタの低域カットオフ周波数をドプラー信号の最大周波数よりも低く設定すると、低域通過フィルタでパルス波形の基本周波数を除去することができ、パルス波形を平滑化することができる。パルス整形されたパルス波形の高域成分を平滑化できれば、測定精度の劣化を防止できる。
【００２２】
図４（Ｇ）に示す出力レベルを速度に換算すれば、速度表示を得ることができる。図４（Ｇ）の出力レベルをアナログ信号として速度に対応させても、図４（Ｇ）の出力レベルをＡ／Ｄ変換してディジタル処理により速度に対応させてもよい。
【００２３】
図２に示す構成のドプラーレーダー装置は、低域通過フィルタの減衰域を利用しないため、温度に対しても安定な特性が得られる。従って、本形態のドプラーレーダー装置は、対象物の速度を温度に対して安定に測定することができる。
【００２４】
図２に示す発振器１１に替えて、ドプラー波レーダー装置の使用する周波数帯の範囲内において一定の周期でパルス的に発振するパルス発振器としてもよい。この場合、一定の周期で送信アンテナから送信波を放射後、対象物までの往復時間に応じた時間後に、対象物から反射した受信波を受信し、図２に示す混合回路２３は、一定の周期でドプラー信号を出力することになる。
【００２５】
図２に示す発振器１１に替えて、ドプラー波レーダー装置の使用する周波数帯の範囲内において鋸歯状波で周波数変調して発振する周波数変調発振器としてもよい。この場合、対象物から反射した受信波を受信すると、図２に示す混合回路２３は、対象物までの往復時間に応じた周波数シフトを有する周波数の信号を出力することになる。
【００２６】
前述したパルス整形回路の具体例について説明する。図２のパルス整形回路の構成例を図５に示す。図５において、２４はパルス整形回路であって、ドプラー信号を一定振幅、一定パルス幅のパルス波形にパルス整形する。３１は振幅制限回路であって、ドプラー信号を一定振幅のパルス波形にする。３２は微分回路であって、信号を微分して立上り又は立下り波形を出力する。３３は単安定マルチバイブレータ回路であって、信号を一定振幅、一定パルス幅のパルス波形にする。
【００２７】
図５、図６を使用して、本願発明のパルス整形回路の動作を説明する。図６は、本実施の形態のパルス整形回路の各部における波形であって、図中の（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は図５で示すＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆにおける各波形を表す。図６において、横軸は時間を表す。図５の振幅制限回路３１は、図２に示す混合回路２３からのドプラー信号を一定振幅のパルス波形にして、微分回路３２に出力する。振幅制限回路としては、一定値を閾値として２値信号に変換する比較回路を適用することができる。比較回路は、回路構成が簡単で温度に対しても安定した特性を有する。振幅制限回路としては、他に、２つの閾値で２値信号に変換するシュミットトリガー回路を適用することができる。シュミットトリガー回路は、入力信号に対してヒステリシスも持つため、雑音に強い回路とすることができる。
【００２８】
混合回路２３からのドプラー信号の波形を図６（Ｃ）に、振幅制限回路３１からの一定振幅のパルス波形を図６（Ｄ）に示す。混合回路２３では、送信波と受信波とのビートを出力するため、図６（Ｃ）に示すように、振幅も不揃いで、周波数も変調されている。この波形から周波数情報だけを抽出するために、振幅制限回路３１で図６（Ｄ）に示すような一定振幅のパルス波形とする。
【００２９】
図５に示す微分回路３２では、一定振幅のパルス波形を微分して立上り又は立下り波形を出力する。微分回路３２からの出力波形を図６（Ｅ）に示す。微分回路３２では、後述する単安定マルチバイブレータ回路を駆動するために、微分波形を得る。ここでは、図６（Ｅ）に示すように、微分波形のうち、立上り波形のみを利用する。
【００３０】
次に、図５に示す単安定マルチバイブレータ回路３３で、微分回路３２からの微分波形をトリガーとして、一定振幅、一定パルス幅のパルス波形を出力する。単安定マルチバイブレータ回路は、トリガー信号を起点として、一定振幅、一定パルス幅のパルス発生に用いられる。単安定マルチバイブレータ回路３３の出力するパルス波形を図６（Ｆ）に示す。図６（Ｅ）の微分波形をトリガーとして単安定マルチバイブレータを駆動すると、図６（Ｆ）に示すように、微分波形の周期に応じた一定振幅、一定パルス幅のパルス波形が得られる。図６（Ｆ）に示すパルス波形を、図２の低域通過フィルタ２５で平滑化すると、図４（Ｇ）に示すように、対象物の速度に応じた出力レベルが得られる。即ち、パルス密度が高いと出力レベルも高く、パルス密度が低いと出力レベルも低くなるため、出力レベルは対象物の速度に対応することになる。
【００３１】
図５で説明したパルス整形回路は、温度に対して敏感な回路を使用しないので、温度に対して安定に動作する。従って、本パルス整形回路を図２のドプラーレーダー装置に適用することによって、ドプラーレーダー装置が温度に対して安定に対象物の速度を測定することができる。
【００３２】
以上、説明したように、本形態のドプラーレーダー装置は、簡単な回路構成で実現することができ、また、温度に対して不安定な部品を使用しないため、温度に対しても安定に対象物の速度を測定することができる。本形態のドプラーレーダー装置は温度に対しても安定に動作するため、車両に搭載すると、対象物が固定物であれば、対象物に対する速度を、対象物が移動体であれば、搭載した車両と対象物との相対速度を精度良く測定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本願発明のドプラーレーダー装置は、車両の衝突防止やオートクルーズを目的とした車載用装置に適用することができるほか、固定のドプラーレーダー装置としても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ドプラー信号を低域通過フィルタを利用して周波数−電圧変換回路を使って電圧に変換する動作原理を示す図である。
【図２】本願発明であるドプラーレーダー装置の実施形態を説明する図であって、ドプラーレーダー装置の構成を説明するブロック図である。
【図３】本実施の形態のドプラーレーダー装置の各回路における波形を説明する図である。
【図４】本実施の形態のドプラーレーダー装置の各回路における波形を説明する図である。
【図５】本願発明であるパルス波レーダー装置に適用するパルス整形回路の構成例を説明する図である。
【図６】本実施の形態のパルス整形回路の各部における波形を説明する図である。
【図７】本実施の形態で使用する低域通過フィルタの周波数特性とドプラー信号の周波数特性との関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１  発振器
１２  分配器
１４  電力増幅回路
１５  送信アンテナ
２１  受信アンテナ
２２  前置増幅回路
２３  混合回路
２４  パルス整形回路
２５  低域通過フィルタ
３１  振幅制限回路
３２  微分回路
３３  単安定マルチバイブレータ回路
【図１】
2005156440.tif 000003
【図２】
2005156440.tif 000004
【図３】
2005156440.tif 000005
【図４】
2005156440.tif 000006
【図５】
2005156440.tif 000007
【図６】
2005156440.tif 000008
【図７】
2005156440.tif 000009