(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調手段により周波数変調された信号を送信アンテナから送信し、分岐手段により分岐された信号を局部発振信号として、受信アンテナから受信した反射信号にミキサで混合してＩＦ出力を得るＦＭ−ＣＷレーダ装置において、
ミキサのＩＦ出力に振幅変調信号が現れるように、受信アンテナとミキサとの間に設けられた振幅変調手段、
ミキサのＩＦ出力を分岐する分岐手段、
ＩＦ出力の正常範囲を示す上限レベル、下限レベルのそれぞれとＩＦ出力レベルとを比較し、ＩＦ出力レベルが下限レベル以下のとき装置に故障が発生したことを検出し、ＩＦ出力レベルが上限レベル以上であるとき過入力があったことを検出する異常検出手段、
を有することを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は対象物との相対速度、距離を測定する車載用ＦＭ−ＣＷレーダ装置に係わり、特に、正常に動作しているかどうかを常時監視する故障検出機能を備えた車載用ＦＭ−ＣＷレーダ装置に関する。
近年、自動車のみならず工事用車両にレーダ装置を搭載し、前方や周囲の対象物までの距離や相対速度を測定し、測定結果に基づいて衝突防止など安全運行／安全作業にを行う実験が進められている。本発明は、レーダ装置を構成する各ユニットが正常に動作しているかどうかを常時監視することができる故障検出回路を備えた車載用ＦＭ−ＣＷレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭ−ＣＷレーダはＣＷレーダ（Continuous Waveレーダ)の送信信号に周波数変調(ＦＭ変調）を施したものである。図８はＦＭ−ＣＷレーダの概略構成図であり、１は入力電圧に応じて発振周波数を変化する周波数可変発振器（ＶＣＯ）、２は所定の直流分を中心に周期的に三角状に変化するＦＭ変調電圧を発生して前記周波数可変発振器１に入力するＦＭ変調電圧発生部であり、周波数可変発振器１は中心周波数ｆ0（＝60.5GHz）で発振する。３は方向性結合器であり、周波数可変発振器１から出力される三角状周波数変調信号を送信アンテナと反射信号受信側に入力するもの、４は周波数変調信号を目標物に向けて放射する送信アンテナ、５は目標物で反射して戻ってきた反射信号を受信する受信アンテナ、６は反射信号（受信信号）と送信信号を混合して両信号間のビート信号を出力する混合器（ミキサ）、７は受信信号を増幅する増幅器、８はビート信号周波数を検出して目標物までの距離Ｒ、目標物との相対速度ｖrを計算する信号処理部である。
【０００３】
ＦＭを上述のように三角波の繰返しで行なうものとすると、送信信号の周波数と時間の関係は図９の実線で示すようになり、距離Ｒの所にある目標物（静止しているものとする）からの反射信号の周波数と時間の関係は同図の点線で示すようになる。この結果、送信信号と反射信号間のビート信号周波数ｆrの関係は、図１０に示すようになり、このビート周波数を測定すれば、目標物までの距離がわかる。すなわち、ＦＭの繰返し周波数をｆm、ＦＭの周波数偏移幅をΔｆとすると、距離Ｒの目標物からの反射信号と送信信号間のビート信号周波数ｆrは次式
ｆr＝４Ｒ・ｆm・Δf／ｃ  （ｃは光速）    ・・・(1)
で与えられる。
【０００４】
以上は目標物が静止している場合であるが、目標物が移動している場合には、ドプラ効果により送信信号と受信信号の周波数対時間の関係は図１１に示すようになる。すなわち、ビート信号周波数ｆｂは図１２に示すように、固定した目標物の場合のビート信号周波数ｆrにドプラ周波数ｆdを重畳したものとなる。そして、その方向は変調の各半サイクル毎に正負と交互に変るから、ビート信号周波数  ｆｂは次式
ｆb＝ｆr−ｆd    ・・・負の場合       (2)
ｆb＝ｆr＋ｆd    ・・・正の場合       (3)
ｆd＝２ｖr・ｆ0／ｃ    （ｖrは目標物との相対速度)       (4)
で表現される。従って、変調の各半サイクル毎にｆb(正)とｆb(負)を別々に測定すれば、ｆrとｆｄを次式
ｆｒ＝［ｆb(正)＋ｆb(負)］／２
ｆｄ＝［ｆb(正)−ｆb(負)］／２
により求めることができ、これらを(1),(4)式に代入することにより、目標物までの距離Ｒと相対速度ｖrをそれぞれ別々に求めることができる。
【０００５】
以上のＦＭ−ＣＷレーダ装置では、信頼性、安全性を向上するために、装置の故障発生を速やかに検出して報知する必要がある。
このため、従来は図１３に示すように周波数可変発振器１及び受信増幅器７のバイアス電流をそれぞれ抵抗１ａ，７ａの電圧降下により検出し、図示しない比較器（コンパレータ）で電圧比較して正常電流からの差を検出して回路の異常を検出してアラームを発動するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来はバイアス電流を検出して周波数可変発振器１及び受信増幅器７の異常を検出するものである。しかし、ＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成部品は、周波数可変発振器１や受信増幅器７の他にも分岐手段（方向結合器）３やミキサ６があり、これらの異常も検出する必要がある。従来、分岐手段やミキサは多くの場合、受動素子によって構成されるため、その故障検出が電流監視で不可能であった。また、上述の構成部品を接続する基板や基板と素子を接続する手段の故障も検出することができなかった。
以上のように、従来の故障検出方法では、一部の個別素子の故障検出は可能であるが、ＦＭ−ＣＷレーダ装置全体の異常動作を監視することができず、信頼性や安全性に劣るという問題があった。
従って、本発明の目的は、簡単な構成でＦＭ−ＣＷレーダ装置全体の異常動作を監視することができ、信頼性や安全性を向上できるＦＭ−ＣＷレーダ装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明によれば、周波数変調手段により周波数変調された信号を送信アンテナから送信し、分岐手段により分岐された信号を局部発振信号として、受信アンテナから受信した反射信号にミキサで混合してＩＦ出力を得るＦＭ−ＣＷレーダ装置において、ミキサのＩＦ出力に振幅変調信号が現れるように、受信アンテナとミキサとの間に設けられた振幅変調手段、ミキサのＩＦ出力を分岐する分岐手段、常時ＩＦ出力レベルと設定レベルを比較し、比較結果に基づいて装置に故障が発生したか否かを検出する故障検出手段を有するＦＭ−ＣＷレーダ装置により達成される。すなわち、ＦＭ−ＣＷレーダ装置を構成するいずれかのユニットに故障が発生すると、ミキサのＩＦ出力に振幅変調信号が現れないため、これを検出することにより簡単に装置故障を検出することができる。
【０００８】
この場合、受信増幅器に、該増幅器のバイアス電圧を所定周波数の変調信号でオン／オフする手段を組み込んで振幅変調手段を構成すれば、振幅変調手段を安価に構成することができる。
又、ＩＦ出力の正常範囲を示す上限レベル、下限レベルのそれぞれとＩＦ出力レベルとを比較し、ＩＦ出力レベルが下限レベル以下あるいは上限レベル以上のときに異常信号を出力するように故障検出手段を構成すれば、装置故障に加えて受信系への過入力を検出でき、構成素子を破壊から保護することができる。
【０００９】
周波数可変発振器は中心周波数ｆ0（＝60.5GHz）の高周波で発振するため、分岐手段を別途講じなくても振幅変調手段の入力側に送信アンテナから送信する周波数変調信号の一部を入力できる。しかし、周波数変調信号の一部を振幅変調手段に入力できない場合には、入力できるように分岐手段を設けることによりミキサのＩＦ出力に振幅変調信号が現れるようにでき、これにより確実に装置故障を検出することができる。この場合、振幅変調手段に入力する周波数変調信号レベルを調整することにより、ＩＦ信号処理で増幅素子が飽和しないような振幅変調キャリアレベルの設定が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（Ａ）本発明の概略
図１は本発明の概略説明図である。
図中、１０は送信アンテナ、１１は分岐手段、１２は周波数変調手段である。周波数変調手段１２は、所定の直流分を中心に周期的に三角状に変化するＦＭ変調電圧に応じて発振周波数を変化し、中心周波数ｆ0（＝60.5GHz）で発振する。分岐手段１１は、周波数変調手段１２から出力される中心周波数ｆ0の周波数変調信号を送信アンテナ１０と反射信号受信側に入力し、送信アンテナ１０は周波数変調信号を目標物に向けて放射する。
２０は目標物で反射して戻ってきた反射信号を受信する受信アンテナ、２１は振幅変調手段、２２はｆｃ（たとえば１０ＭＨｚ）の変調信号を発生する変調信号発生器、２３は振幅変調手段２１の出力信号と周波数ｆ0の周波数変調信号を混合する混合器（ミキサ）である。
【００１１】
振幅変調手段２１の入力側には、受信アンテナ２０からの反射信号（周波数  ｆ0±ｆｂ）と送信側から漏れた周波数変調信号（周波数ｆ0）が入力する。振幅変調手段２１は、(1) 反射信号の入力が存在する場合には周波数ｆ0＋ｆc±ｆb、ｆ0＋ｆcの振幅変調信号を出力し、(2) 反射信号の入力が存在しない場合には周波数ｆ0＋ｆcの振幅変調信号を出力する。従って、ミキサ２３は、(1) 対象物からの反射信号が存在する場合には図２(a)に示すように周波数ｆc±ｆb，ｆcのＩＦ信号を出力し、(2) 反射信号の入力が存在しない場合には図２(b)に示すように周波数ｆcのＩＦ信号を出力する。
２４はミキサ２３からのＩＦ出力を分岐する分岐手段、２５はＩＦ出力レベルを検出するＩＦレベル検出手段、２６はＩＦ出力レベルと設定レベルを比較し、比較結果に基づいて装置に故障が発生したか否かを検出するレベル比較手段である。
【００１２】
以上のように、受信アンテナ２０とミキサ２３との間に振幅変調手段２１を設け、周波数ｆｃの変調信号により周波数ｆ0±ｆｂの受信信号に振幅変調を施す。このとき、振幅変調手段２１に漏れ込んだ周波数ｆ0の周波数変調信号も振幅変調を受け、ミキサ２３のＩＦ出力のスペクトラムは図２に示すようになる。図２(a)は反射対象物がある場合のスペクトラムであり、振幅変調キャリアに加えて、その両側にドップラシフトを受けたビート信号が生成される。図２(b)は対象物が無い場合のＩＦ出力スペクトラムである。これらのＩＦ出力を、分岐手段２４で分岐してＩＦレベル検出手段２５で検波し、レベル比較手段２６によりＩＦレベルが正常に出力されているかを監視し、異常があった場合にはアラームを出力する。
尚、信号処理はベースバンドで行うため、ＩＦ信号をさらに振幅変調キャリアでミキシングダウンしてビート信号のみを取り出し、対象物までの距離や速度を測定する。又、ＩＦレベル検出は振幅変調キャリア成分だけでもよいし、振幅変調キャリア成分とビート信号の両方を検出しても良い。
【００１３】
本発明によれば、反射対象物が無い場合にも正常時には常時振幅変調キャリアがＩＦ出力に現れる。このため、常時、装置の故障監視が可能となる。また、振幅変調キャリアは、周波数変調手段１２、分岐手段１１、振幅変調手段（受信増幅器）２１、ミキサ２３などレーダを構成する全てのユニットの動作が正常の時にはじめて出力されるため、振幅変調キャリアの有無を監視することにより各素子及び接続部も含めて装置全体の故障を検出することができる。更に、本発明により複雑な回路を用いることなく、簡単、安価な構成でレーダ装置全体の動作を監視することができる。
【００１４】
（Ｂ）第１実施例
図３は本発明の第１実施例構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付している。
送信側の周波数変調手段１２は、発振周波数を可変できる電圧可変発振器（ＶＣＯ）で構成され、分岐手段１１は方向性結合器で構成されている。受信側の振幅変調手段２１は、受信増幅器２１′のバイアス電圧ＶBを周波数ｆｃの変調信号によりオン／オフ駆動して振幅変調するようになっている。分岐手段２４はハイブリッドで構成され、ＩＦレベル検出手段２５はレベル増幅ための増幅器２５１と検波器２５２で構成され、レベル比較手段２６はコンパレータ（比較器）２６１で構成されている。レベル比較手段２６は基準電圧と検波器２５２の検波出力電圧とを比較して、検波レベル低下時にアラームを出力する。
本実施例によれば、ＦＭ−ＣＷレーダ装置（センサ）を構成する各部での利得低下やＶＣＯの出力レベル低下を、ＩＦ出力のレベル低下として検出して報知することができる。
【００１５】
（ｂ）第２実施例
図４は本発明の第２実施例の構成図であり、図３の第１実施例と同一部分には同一番号を付している。第１実施例と異なる点は、レベル比較手段２６に２つの比較器２６１，２６２を設けることにより、ＩＦ出力の低下と過入力の両方を監視できるようにしている点である。すなわち、第２実施例では、比較手段２６においてＩＦ出力の正常範囲を示す上限レベル、下限レベルのそれぞれとＩＦ出力レベルとを比較し、ＩＦ出力レベルが下限レベル以下あるいは上限レベル以上のとき装置に故障が発生し、あるいは過入力があった判断する。
図５は過出力時のＩＦ出力スペクトラムの例を示したものである。例えば、送受信アンテナ１０，２０の電波出力端の近傍に金属板などの反射体が置かれた場合には、ドップラシフト周波数ｆbが小さくなりかつ受信信号レベルが増加する。このため図５に示すようなスペクトラムとなる。かかる場合、レーダ装置は遠方の対象物の検出ができない異常状態にあると共に、受信系への過入力により受信増幅器２１′が破損する恐れがある。第２実施例によれば、比較器２６２により過入力を検出できるため、送受信アンテナ端での異常を検出でき、しかも、装置を構成する素子を保護できる効果がある。
【００１６】
（ｃ）第３実施例
図６は本発明の第３実施例の構成図であり、図３の第１実施例と同一部分には同一番号を付している。第１実施例と異なる点は、方向性結合器３１を設け、積極的に周波数変調信号の一部を振幅変調手段２１に入力している点である。周波数可変発振器１２は中心周波数ｆ0（＝60.5GHz）の高周波で発振するため、一般的に漏れにより方向性結合器を設けなくても振幅変調手段２１の入力側に周波数変調信号の一部を入力できる。しかし、周波数変調信号の一部を振幅変調手段２１に入力できない場合は、第３実施例のように方向性結合器３１を設けて周波数変調信号の一部を振幅変調手段２１に入力する。これにより、装置が正常の場合にはミキサ２３のＩＦ出力に確実に振幅変調キャリア成分が現れるようにでき、振幅変調キャリアの有無を監視することにより装置故障を検出することができる。
【００１７】
（ｄ）第４実施例
図７は本発明の第４の実施例の構成図であり、図６の第３実施例と同一部分には同一番号を付している。第３実施例と異なる点は、方向性結合器３１と振幅変調手段２１との間に可変減衰器３３を設けた点である。可変減衰器３３により振幅変調手段２１に入力する信号レベルを可変し、ＩＦ出力に含まれる振幅変調キャリアレベルを可変できる。このため、ＩＦ信号処理で増幅素子が飽和しないような振幅変調キャリアレベルの設定が可能となる。
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するものではない。
【００１８】
【発明の効果】
以上本発明によれば、ミキサのＩＦ出力に振幅変調キャリアが現れるように受信アンテナとミキサとの間に振幅変調手段を設け、ミキサのＩＦ出力を分岐し、ＩＦ出力レベルと設定レベルを比較し、比較結果に基づいて装置に故障が発生したか否かを検出するように構成したから、ＦＭ−ＣＷレーダ装置を構成するいずれかのユニットに故障が発生したとき、簡単に装置故障を検出することができる。
又、本発明によれば、受信信号を増幅する増幅器のバイアス電圧を所定周波数の変調信号でオン／オフするようにして振幅変調手段を構成したから、簡単、安価な構成で装置故障を検出することができる。
【００１９】
本発明によれば、ＩＦ出力の正常範囲を示す上限レベル、下限レベルのそれぞれとＩＦ出力レベルとを比較し、ＩＦ出力レベルが下限レベル以下あるいは上限レベル以上のときに異常信号を出力するようにしたから、装置故障を検出できると共に、受信系への過入力を検出して装置の構成素子を破壊から保護することができる。
本発明によれば、分岐手段を設けることによりミキサのＩＦ出力に正常時に確実に振幅変調信号が現れるようにでき、これにより装置故障を検出することができ、しかも、振幅変調手段に入力する周波数変調信号レベルを調整することにより、ＩＦ信号処理で増幅素子が飽和しないように振幅変調キャリアレベルの設定が可能となる。
【００２０】
本発明によれば、レーダ装置全体の動作によって生成される振幅変調キャリアレベルを検出してセンサの動作状況を監視するため、自己故障検出を可能とし、しかも、送受信アンテナ面での異常も検出することができ、安価で信頼性の高いレーダ装置の実現に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略説明図である。
【図２】ＩＦ出力レベル説明図である。
【図３】本発明の第１実施例構成図である。
【図４】本発明の第２実施例構成図である。
【図５】アンテナ面異常時のＩＦ出力レベル説明図である。
【図６】本発明の第３実施例構成図である。
【図７】本発明の第４実施例構成図である。
【図８】ＦＭ−ＣＭレーダーの概略構成図である。
【図９】信号の周波数変化説明図である。
【図１０】ビート周波数変化説明図である。
【図１１】相対速度がある時の送・受信信号説明図である。
【図１２】ビート周波数説明図である。
【図１３】従来の問題点説明図である。
【符号の説明】
１０・・送信アンテナ
１１・・分岐手段
１２・・周波数変調手段
２０・・受信アンテナ
２１・・振幅変調手段
２２・・変調信号発生器
２３・・混合器（ミキサ）
２４・・分岐手段
２５・・ＩＦレベル検出手段
２６・・レベル比較手段
【図１】
0003884130.tif 000002
【図２】
0003884130.tif 000003
【図３】
0003884130.tif 000004
【図４】
0003884130.tif 000005
【図５】
0003884130.tif 000006
【図６】
0003884130.tif 000007
【図７】
0003884130.tif 000008
【図８】
0003884130.tif 000009
【図９】
0003884130.tif 000010
【図１０】
0003884130.tif 000011
【図１１】
0003884130.tif 000012
【図１２】
0003884130.tif 000013
【図１３】
0003884130.tif 000014