專利名稱：雷達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用對連續(xù)波(CW)進(jìn)行調(diào)頻(FM)后的發(fā)射信號的FM-CW雷達(dá)裝置，且涉及進(jìn)行數(shù)字波束形成處理的DBF雷達(dá)裝置。
背景技術(shù)：
以往的DBF型雷達(dá)裝置包括以電磁波的形式發(fā)射發(fā)射信號的發(fā)射部；將電磁波到達(dá)物體而被該物體反射的電磁波作為接收信號來接收的由多個元件天線構(gòu)成的陣列天線；分別與各元件天線連接的多個輸入端子和通過切換裝置擇一地與該多個輸入端子的任意一個連接的輸出端子；并且還具有通過利用發(fā)射信號的一部分對從輸出端子獲得的接收信號進(jìn)行降頻變換生成發(fā)射信號與接收信號的差信號、并將該差信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的接收部；對來自該接收部的數(shù)字信號施以規(guī)定的處理以檢測到物體的距離或相對速度(例如參照特開平11-160423號公報)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠進(jìn)行高精度的測量的DBF型雷達(dá)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)裝置，將多個天線分成多個組，同時將該多個天線的至少一個作為共用天線，并具有將上述各組所包含的多個天線及上述共用天線的輸入端子擇一地依次與輸入端子切換連接的多個切換開關(guān)。并且具備多個具有利用發(fā)射信號的一部分對接收信號進(jìn)行降頻變換的降頻變換部及A/D轉(zhuǎn)換部的頻道，在上述多個頻道的每一個中對輸入到上述各輸入端子的來自各天線的接收信號進(jìn)行降頻變換及A/D轉(zhuǎn)換，并用數(shù)字信號處理電路施以規(guī)定的處理，檢測出到物體的距離或與物體的相對速度。
根據(jù)本發(fā)明，使用多個頻道，且在多個頻道中共有多個天線中的至少一個，因此可以通過修正來進(jìn)行高精度的測量。


本發(fā)明的上述目的和特征將通過以下優(yōu)選實施例的說明并參照附圖，而變得更加清楚，其中圖1A、1B、1C是用于說明與目標(biāo)物之間的相對速度為零時的FM-CW雷達(dá)的原理的圖。
圖2A、2B、2C是用于說明與目標(biāo)物之間的相對速度為v時的FM-CW雷達(dá)的原理的圖。
圖3是表示FM-CW雷達(dá)的結(jié)構(gòu)的例子的圖。
圖4是表示數(shù)字波束形成(DBF)雷達(dá)裝置的基本結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示數(shù)字波束形成(DBF)雷達(dá)裝置的變形例的圖。
圖6是表示來自切換信號發(fā)生器的信號和說明天線切換動作的波形的圖。
圖7是表示降頻變換后的信號的波形的圖。
圖8是表示本發(fā)明的雷達(dá)裝置的實施例的圖。
圖9是表示分支機(jī)構(gòu)(分路裝置)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示頻道數(shù)為3時的本發(fā)明的雷達(dá)裝置的圖。
圖11A、11B是用于說明如何進(jìn)行修正的圖。
具體實施例方式
在說明本發(fā)明的雷達(dá)裝置之前，先說明一下FM-CW雷達(dá)的原理及DBF雷達(dá)的原理。
FM-CW雷達(dá)，輸出例如三角波形狀的經(jīng)調(diào)頻的連續(xù)發(fā)射波，求出與作為目標(biāo)物的前方車輛的距離。即，來自雷達(dá)的發(fā)射波被前方的車輛所反射，獲得將反射波的接收信號與發(fā)射信號混合而得到的差拍(ビ一ト)信號(雷達(dá)信號)。對該差拍信號進(jìn)行高速傅立葉變換以進(jìn)行頻率分析。經(jīng)過頻率分析后的差拍信號會相對目標(biāo)物產(chǎn)生功率變大的峰值，而將與該峰值相對應(yīng)的頻率稱為峰值頻率。峰值頻率含有與距離有關(guān)的信息，因為和前方車輛的相對速度產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，上述三角波形狀的FM-CW波的上升時和下降時該峰值頻率不同。而后，可根據(jù)該上升時和下降時的峰值頻率得出與前方車輛的距離及相對速度。另外，當(dāng)前方車輛存在有多輛的情況下，相對于各個車輛產(chǎn)生成對的上升時和下降時的峰值頻率。稱形成該上升時和下降時的成對的峰值頻率為配對(ペアリング)。
圖1A、1B、1C是用于說明與目標(biāo)物的相對速度為0時的FM-CW雷達(dá)的原理的圖。發(fā)射波為三角波并如圖1A的實線所示的那樣進(jìn)行頻率變化。發(fā)射波的發(fā)射中心頻率為fo、FM調(diào)制幅度為Δf、重復(fù)周期為Tm。該發(fā)射波被目標(biāo)物反射后由天線接收，形成由圖1A的虛線所示的接收波。若設(shè)與目標(biāo)物之間的距離為r、電波的傳輸速度為C，則與目標(biāo)物之間的往返時間T＝2r/C。
該接收波對應(yīng)雷達(dá)與目標(biāo)物之間的距離而產(chǎn)生與發(fā)射信號的頻率的偏差(差拍)。
差拍信號的頻率成分fb可以用下式表示。其中，fr是距離頻率。
fb＝fr＝(4·Δf/C·Tm)r另一方面，圖2A、2B、2C是用于說明與目標(biāo)物的相對速度為v時的FM-CW雷達(dá)的原理的圖。發(fā)射波如圖2A的實線所示那樣進(jìn)行頻率變化。該發(fā)射波被目標(biāo)物反射后由天線接收，形成由圖2的虛線所示的接收波。該接收波對應(yīng)雷達(dá)與目標(biāo)物之間的距離而產(chǎn)生與發(fā)射信號的頻率的偏差(差拍)。此時，因為與目標(biāo)物之間具有相對速度v，因此會產(chǎn)生多普勒頻移，差拍頻率成分fb可以用下式表示。其中，fr是距離頻率，fd是速度頻率。
fb＝fr±fd＝(4·Δf/C·Tm)r±(2·fo/C)v在上式中，各標(biāo)記的含義如下。
fb發(fā)射拍頻頻率
fr距離頻率fd速度頻率fo發(fā)射波的中心頻率ΔfFM調(diào)制幅度Tm調(diào)制波的周期C光速(電波的速度)T到物體的電波的往返時間r到物體的距離v與物體的相對速度圖3是表示FM-CW雷達(dá)的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖所示，從調(diào)制信號發(fā)生器MOD向電壓控制振蕩器VCO施加調(diào)制信號進(jìn)行FM調(diào)制，將FM調(diào)制波經(jīng)由發(fā)射天線AT發(fā)射到外部，同時分出發(fā)射信號的一部分施加給混頻器MIX。另一方面，經(jīng)由接收天線AR接收被物體反射的反射信號，并在混頻器MIX中與電壓控制振蕩器VCO的輸出信號混合生成差拍信號。該差拍信號經(jīng)過濾波器F后在A/D轉(zhuǎn)換器中被A/D轉(zhuǎn)換，在數(shù)字信號處理部(DSP)中通過高速傅立葉變換等進(jìn)行信號處理以求出距離及相對速度。
數(shù)字波束形成(DBF)是將由多個接收天線構(gòu)成的陣列天線的各個信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換而提供給數(shù)字信號處理部，在數(shù)字信號處理部中進(jìn)行波束掃描、旁瓣(サイドロ一ブ)特性等的調(diào)整的技術(shù)。
DBF雷達(dá)是用數(shù)字信號處理來實施相控陣天線雷達(dá)的移相器的功能的，在圖4中表示其基本結(jié)構(gòu)。
從調(diào)制信號發(fā)生器MOD向電壓控制振蕩器VCO施加調(diào)制信號進(jìn)行FM調(diào)制，將FM調(diào)制波經(jīng)由發(fā)射天線AT發(fā)射到外部，同時分出發(fā)射信號的一部分施加給混頻器MIX1-MIXn。另一方面，由多個接收天線AR1-ARn接收被物體反射的反射信號，來自各接收天線的信號分別經(jīng)過放大器AMP1-AMPn輸入混頻器MIX1-MIXn，與來自電壓控制振蕩器VCO的輸出信號混合而生成差拍信號。
所生成的差拍信號分別經(jīng)過濾波器F1-Fn后被A/D轉(zhuǎn)換器A/D1-A/Dn轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，被輸送到數(shù)字信號處理部DSP。在DSP中對來自各頻道的數(shù)字信號進(jìn)行移相處理(PH-SFT)，進(jìn)行全頻道的合成。
DBF的特征是若以數(shù)字信號的形式獲取所有接收天線的信號，就能以此為基礎(chǔ)在任意的方向進(jìn)行波束合成，因此以1次獲取就能夠形成多個波束。
另一方面，特開平11-160432號公報公開了在圖4所示的DFB雷達(dá)裝置中將對每個天線設(shè)置的放大器、混頻器、濾波器等改設(shè)為1個而成的DFB雷達(dá)裝置。為了便于理解本發(fā)明，參照圖5對這種雷達(dá)裝置進(jìn)行說明。
在圖5中，1是發(fā)射部、2是天線部、3是切換開關(guān)部、4是接收部、5是數(shù)字信號處理部。在發(fā)射部1中，從調(diào)制信號發(fā)生器MOD向電壓控制振蕩器VCO施加調(diào)制信號進(jìn)行FM調(diào)制，將fo±Δf/2的FM調(diào)制波經(jīng)由發(fā)射天線AT向外部發(fā)射，同時分出發(fā)射信號的一部分施加給接收部4的混頻器42。另一方面，被物體反射的反射信號由天線部2的多個接收天線AR1-Arn接收，來自各接收天線的信號經(jīng)由切換開關(guān)部3分別輸入接收部4。
接收天線具有對應(yīng)于第1頻道ch1至第n頻道chn的n個接收天線AR1-ARn。切換開關(guān)部3具有與n個天線對應(yīng)的n個輸出端子t1-tn和1個輸入端子T，輸入端子T與端子t1-tn中的任意一個連接，根據(jù)來自切換信號發(fā)生器46的切換信號使其連接周期性地切換。由接收天線接收的信號被放大器41放大，在混頻器42中與發(fā)射信號的一部分混合。接收信號通過該混合而被降頻變換，生成作為發(fā)射信號與接收信號之差的差拍信號。差拍信號經(jīng)由放大器43、濾波器44而輸入A/D轉(zhuǎn)換器45，以切換信號發(fā)生器46的切換信號的定時(タイミング)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。數(shù)字信號處理部(DSP)5，輸入來自A/D轉(zhuǎn)換器45的數(shù)字波束信號以進(jìn)行數(shù)字波束形成。
根據(jù)從切換信號發(fā)生器46輸出的信號進(jìn)行切換連接。該切換信號為如圖6所示的頻率fsw的時鐘信號，如ch1-chn的p1-pn所示，在頻率為fsw的切換信號的上升沿及下降沿進(jìn)行頻道的切換。其結(jié)果是在p1的期間(時間t1-t2)、在p2的期間(時間t2-t3)、同樣在pn的期間(時間tn-tn+1)，ch1、ch2、chn分別與放大器41連接。上述p1-pn的時間間隔同樣都是T1，如圖6所示的那樣，頻道以周期T1進(jìn)行切換。
圖7表示由混頻器42進(jìn)行降頻變換后的信號波形。在圖7中，橫軸表示時間，縱軸表示電壓。另外，豎線表示切換開關(guān)的頻道切換周期T1。該圖表示接收頻道數(shù)n為n＝8的情況，由ch1-ch8所接收的差拍信號的相位平均地略微錯開。8條曲線表示由各頻道所接收的信號分別被降頻變換后的差拍信號。在該實施例中，根據(jù)來自切換信號發(fā)生器46的信號，以周期T1進(jìn)行頻道的切換，因此從混頻器42輸出的差拍信號為圖7中用粗線表示的波形信號。該差拍信號經(jīng)過放大器43、濾波器44而輸入A/D轉(zhuǎn)換器45。在A/D轉(zhuǎn)換器45中差拍信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并被輸送到數(shù)字信號處理部(DSP)5。在DSP中對來自各頻道的數(shù)字信號進(jìn)行移相處理(PH-SFT)，進(jìn)行全頻道的合成。
實施例1圖8是表示本發(fā)明的雷達(dá)裝置的實施例的圖。該雷達(dá)裝置在圖5的雷達(dá)裝置的接收部4中設(shè)置了多個各自具有降頻變換部的頻道，并且在多個頻道中共用多個天線中的至少一個。
圖8具備2個降頻變換部，1是發(fā)射部、2是天線部、3是切換開關(guān)部、4是接收部、5是數(shù)字信號處理部(DSP)。在發(fā)射部1中，從調(diào)制信號發(fā)生器MOD向電壓控制振蕩器VCO施加調(diào)制信號進(jìn)行FM調(diào)制，將fo±Δf/2的FM調(diào)制波經(jīng)由發(fā)射天線AT向外部發(fā)射，同時分出發(fā)射信號的一部分施加給接收部4的混頻器42A與42B。另一方面，由接收天線部2的多個接收天線接收被物體反射的反射信號，來自各接收天線的信號經(jīng)由切換開關(guān)部3分別輸入到接收部4。
接收天線分為2個組，組A有n個接收天線AR11-AR1n，組B有n個接收天線AR21-AR2n。天線部2進(jìn)而具備有與后述的分支機(jī)構(gòu)(分路裝置)連接的共用天線AR0。
切換開關(guān)部3具有組A的天線的輸出端子t11-t1n和組B的天線的輸出端子t21-t2n、以及分支機(jī)構(gòu)(分路裝置)31的端子t01與t02。SW1是組A的切換開關(guān)，以一定的周期依次切換與端子t11-t1n及t01的連接，將來自天線AR11-AR1n及共用天線AR0的接收信號依次輸入接收部。另外，SW2是組B的切換開關(guān)，以一定的周期依次切換與端子t21-t2n及t02的連接，將來自天線AR21-AR2n及共用天線AR0的接收信號依次輸入接收部。
另外，如圖9所示，分支機(jī)構(gòu)31通過切換開關(guān)SW0將來自共用天線AR0的輸出切換至端子t01和端子t02中的任意一個。作為該分支機(jī)構(gòu)也可使用混合電路。
另一方面，接收部4由2個頻道構(gòu)成，頻道A具有放大器41A、作為降頻變換部的混頻器42A、放大器43A、濾波器44A、以及A/D變換器45A，頻道B具有放大器41B、作為降頻變換部的混頻器42B、放大器43B、濾波器44B、以及A/D變換器45B。
另外，雖然在圖8中有2個頻道，但也可以設(shè)置3個或3個以上的頻道。這種情況下，接收天線分為與頻道相同數(shù)量的組，共用天線與分支機(jī)構(gòu)也依據(jù)頻道數(shù)量設(shè)置。
從天線部2的天線AR11-AR1n及共用天線AR0輸入的接收信號通過SW1被依次擇一地切換而輸入到接收部4的頻道A，從天線AR21-AR2n及共用天線AR0輸入的接收信號通過SW2被依次擇一地切換而輸入到接收部4的頻道B。
根據(jù)從切換信號發(fā)生器46輸出的例如圖6所示的頻率fsw的時鐘信號進(jìn)行SW1和SW2的切換。如圖6的ch1-chn的p1-p2所示，在頻率為fSW的切換信號的上升沿和下降沿進(jìn)行頻道切換，以周期T1進(jìn)行切換。其結(jié)果，例如在p1的期間(時間t1-t2)，SW1與接收天線AR11的輸出端子t11連接，SW2與接收天線AR22的輸出端子t22連接。同理，在pn的期間(時間tn-tn+1)，SW1與接收天線AR1n的輸出端子t1n連接，SW2與接收天線AR0的輸出端子t02連接。
另外，分成兩個組的接收天線各自具有n+1個輸出端子(組At11-t1n及t01、組Bt21-t2n及t02)，因此，雖然圖6沒有示出，但在pn+1的期間(時間tn+1-tn+2)，SW1與接收天線AR0的輸出端子t01連接，SW2與接收天線AR21的輸出端子t21連接。
輸入到放大器41A之后的信號被輸入作為降頻變換部的混頻器42中，與來自電壓控制振蕩器VCO的輸出信號混合而被降頻變換，生成差拍信號。經(jīng)該降頻變換后的信號波形與圖7所示的一樣。圖7中用粗線表示的波形的差拍信號經(jīng)過放大器43A、濾波器44A而輸入A/D轉(zhuǎn)換器45A。差拍信號在A/D轉(zhuǎn)換器45A中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并被送往數(shù)字信號處理部(DSP)5。
從天線部2的天線AR21-AR2n及共用天線AR0輸入的信號通過SW2被依次擇一地切換而輸入到接收部4的頻道B。以后的動作與在頻道A中所說明的相同。
如圖8所示，具有降頻變換部的2個頻道A和B共用多個天線中的共用天線AR0。雖然在圖8的實施例中共用一個天線，但也可以共用多個天線。
下面，說明圖8所示的本發(fā)明的實施例的動作。經(jīng)由開關(guān)SW1獲得的接收信號，在頻道A中被降頻變換，并在被A/D轉(zhuǎn)換后輸入DSP5，并在此被處理。另外，經(jīng)由開關(guān)SW2獲得的接收信號也同樣，在頻道B中被降頻變換，并在被A/D轉(zhuǎn)換后輸入DSP5，并在此被處理。
在雷達(dá)裝置中，混頻器等的特性隨溫度等周圍環(huán)境而變化，有時不能進(jìn)行高精度的測量。根據(jù)本發(fā)明，即使在這種情況下也能加以修正，提高測量精度。
下面參照圖10及圖11A、11B說明在本發(fā)明的雷達(dá)裝置中如何進(jìn)行修正。圖10是頻道數(shù)為3時的本發(fā)明的雷達(dá)裝置。天線(1)～(9)分為(A)、(B)、(C)3個組，接收部由(A)、(B)、(C)3個頻道構(gòu)成。在圖中，各組的天線數(shù)為3或4個，但不限于此數(shù)。
圖11A、11B是表示如何進(jìn)行修正的圖。圖11A表示進(jìn)行修正時各頻道(A)、(B)、(C)經(jīng)由開關(guān)SW1～SW3所獲得的接收信號。如圖11A所示，來自天線(1)～(3)的接收信號被輸入到頻道(A)，來自天線(3)～(6)的接收信號被輸入到頻道(B)，來自天線(6)～(9)的接收信號被輸入到頻道(C)。
其中，在頻道(A)和(B)中均輸入有來自天線(3)的接收信號，在頻道(B)和(C)中均輸入有來自天線(6)的接收信號。
這樣，如果具備多個頻道并且各頻道共有天線，就可以相對于同一接收信號用不同的頻道生成差拍信號，由此可以掌握各頻道間的相位、振幅特性的相關(guān)關(guān)系，能夠以此為依據(jù)進(jìn)行修正。因此，即使在周圍環(huán)境變化時也不會產(chǎn)生精度下降的現(xiàn)象。
另外，圖11B表示未進(jìn)行修正時各頻道(A)、(B)、(C)經(jīng)由開關(guān)SW1～SW3所獲得的接收信號。
如圖11B所示，各頻道并未共有天線。
周圍環(huán)境的變化相對于觀測時間通常非常緩慢地進(jìn)行變化，因此不需要每次都進(jìn)行用于頻道間的修正的數(shù)據(jù)收集。因此，修正可以在溫度發(fā)生變化時對其進(jìn)行檢測而進(jìn)行，另外也可以每隔一定時間而進(jìn)行。
在如圖5所示那樣，相對于多個天線列用于降頻變換的混頻器等的頻道為1個系統(tǒng)時，需要在測量區(qū)間內(nèi)高速地進(jìn)行切換以免各天線列的相關(guān)關(guān)系破壞，信號如圖7所示。為了將這樣高速地進(jìn)行切換的信號波形真實地輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，頻帶會超過實際的差拍信號頻帶成為非常寬的頻帶，成為S/N比劣化的主要原因。
有關(guān)相對于天線列的數(shù)量減少1次數(shù)據(jù)收集區(qū)間(觀測區(qū)間)的切換頻道數(shù)的方式，有特開平11-31168號公報中所公開的技術(shù)。這種情況下，考慮在設(shè)定基準(zhǔn)頻道之后進(jìn)行組合，需要利用多個區(qū)間(多次的FM)數(shù)據(jù)進(jìn)行合成處理。
在考慮汽車用雷達(dá)的用途的情況下，水平(レベル)變動、相對速度大的目標(biāo)物多，很難確保同時性且在測量誤差、靈敏度上發(fā)生問題的可能性高。另外，即使在不發(fā)生這種問題的情況下，所必需的觀測區(qū)間數(shù)少會使在相同的觀測總時間內(nèi)獲得的檢測結(jié)果(檢測信息)增多，因此能夠應(yīng)用平均化(均衡)處理等，可提高檢測精度、靈敏度。
但是，若只是增加頻道(例如圖4的結(jié)構(gòu))，則會由于各頻道的混頻器等的溫度特性、頻率特性，而在周圍環(huán)境變化中受到影響，各頻道間的相位、振幅關(guān)系會發(fā)生變化導(dǎo)致精度下降。為了解決該問題，由于若像本發(fā)明那樣相對于多個頻道共有1個天線列就可以相對于同一接收信號用不同的頻道生成差拍信號，因此利用該分析結(jié)果來掌握各接收系統(tǒng)間的相位、振幅特性的相關(guān)關(guān)系，即使在周圍環(huán)境發(fā)生變化時也不會產(chǎn)生精度下降的現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)裝置，具有發(fā)射部，發(fā)射發(fā)射信號；天線部，具有多個天線，接收從物體反射的上述發(fā)射信號；切換開關(guān)部，將上述多個天線的輸出依次進(jìn)行切換后輸入接收部；接收部，具有各自具備輸入端子的多個頻道；以及數(shù)字信號處理部；其中，上述多個天線被分成多個組，上述各組的多個天線中的至少一個是共用天線；上述切換開關(guān)部具有將包含在上述各天線組的多個天線及上述共用天線的輸出端子擇一地依次切換連接到上述多個頻道的各輸入端子的多個切換開關(guān)；上述接收部的多個頻道的每一個，具有對通過上述多個切換開關(guān)的各個開關(guān)輸入到上述各輸入端子的來自各天線的接收信號進(jìn)行降頻變換的降頻變換部和A/D轉(zhuǎn)換部；上述數(shù)字信號處理部輸入來自各頻道的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出后進(jìn)行規(guī)定的處理，從而檢測出到上述物體的距離或與上述物體的相對速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)裝置，其中，上述共用天線具有將該天線的輸出與上述多個各頻道切換連接的分支機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達(dá)裝置，其中，上述分支機(jī)構(gòu)是切換開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達(dá)裝置，其中，上述分支機(jī)構(gòu)是混合電路。
全文摘要
一種切換多個天線以接收被物體反射的發(fā)射信號的雷達(dá)裝置，其中多個天線被分成多個組，各組的多個天線的至少一個是共用天線，且包括將各組中所包含的多個天線及上述共用天線的輸出端子擇一地依次與輸入端子切換連接的多個切換開關(guān)部；具有對分別經(jīng)由上述多個切換開關(guān)輸入的接收信號進(jìn)行降頻變換的降頻變換部和A/D轉(zhuǎn)換部的多個頻道；以及輸入來自各頻道的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出的數(shù)字信號處理部；在數(shù)字信號處理部中施以規(guī)定的處理，檢測出至上述物體的距離或與物體的相對速度。
文檔編號G01S13/34GK1536372SQ200410039390
公開日2004年10月13日 申請日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者伊佐治修 申請人:富士通天株式會社