專(zhuān)利名稱(chēng)：Fm－cw雷達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將調(diào)頻的連續(xù)波作為發(fā)送波使用的FM-CW雷達(dá)裝置，特別是利用數(shù)字式射束形成(DBF)實(shí)現(xiàn)射束掃描的FM-CW雷達(dá)裝置。
背景技術(shù)：
作為DBF型的雷達(dá)裝置，有日本特開(kāi)平6-88869號(hào)所記載的雷達(dá)裝置。在該先有的雷達(dá)裝置中，RF放大器、混頻器、濾波器、A/D變換器與構(gòu)成天線(xiàn)陣的各振子天線(xiàn)連接，從各A/D變換器輸出的數(shù)字信號(hào)輸入數(shù)字式射束形成處理器，進(jìn)行數(shù)字式射束形成處理。
發(fā)明的公開(kāi)通常，在雷達(dá)裝置中，是使用微波或毫米波這樣的高頻電磁波，但是，用這種高頻波工作的模擬設(shè)備(RF放大器或混頻器等)是非常昂貴的。
在上述先有的雷達(dá)裝置中，對(duì)各振子天線(xiàn)都設(shè)置這些模擬設(shè)備，所以，需要大量的模擬設(shè)備，不得不花費(fèi)高的制造成本。特別是作為用于提高性能的一個(gè)手段，就是增加振子天線(xiàn)的數(shù)量，振子天線(xiàn)的增加，隨之而來(lái)的就是高頻波模擬設(shè)備的增加，從而將增加成本。因此，振子天線(xiàn)的增加是困難的。另外，模擬設(shè)備的增加也將引起雷達(dá)裝置的大型化。
本發(fā)明的目的旨在提供與振子天線(xiàn)束無(wú)關(guān)的可以將模擬設(shè)備抑制到最小限度的FM-CW雷達(dá)裝置。
本發(fā)明的FM-CW雷達(dá)裝置具有發(fā)送部、接收部和信號(hào)處理部。發(fā)送部將調(diào)頻的連續(xù)波作為發(fā)送波進(jìn)行發(fā)送。接收部將由目標(biāo)物反射的電波作為接收波由多個(gè)振子天線(xiàn)排列的接收天線(xiàn)進(jìn)行接收，按各振子天線(xiàn)頻道生成作為發(fā)送波與接收波之差的差拍信號(hào)，并將該差拍信號(hào)進(jìn)行A/D變換，變換為數(shù)字差拍信號(hào)。信號(hào)處理部使用數(shù)字差拍信號(hào)進(jìn)行數(shù)字式射束形成處理，根據(jù)該結(jié)果進(jìn)行目標(biāo)物的檢測(cè)。
接收部在生成差拍信號(hào)的電路中具有選擇連接振子天線(xiàn)中的某一個(gè)的切換單元，該切換單元在調(diào)頻的反復(fù)周期的一周期中僅將多個(gè)振子天線(xiàn)的一部分與差拍信號(hào)生成電路連接。
按照這樣構(gòu)成的本發(fā)明的FM-CW雷達(dá)裝置，通過(guò)利用切換單元選擇振子天線(xiàn)中的某一個(gè)與生成差拍信號(hào)的電路連接，可以將各振子天線(xiàn)的接收波分時(shí)地輸入生成差拍信號(hào)的電路。因此，就不必對(duì)每個(gè)振子天線(xiàn)準(zhǔn)備利用接收波與發(fā)送波的合成而生成差拍信號(hào)所需要的高頻設(shè)備即接收波的降頻變頻用的混頻電路等，只要有一組就足夠了。
而且，切換單元在調(diào)頻的反復(fù)周期的一周期中僅將多個(gè)振子天線(xiàn)的一部分與差拍信號(hào)生成電路連接，所以，與在調(diào)頻的反復(fù)周期的一周期中將所有的振子天線(xiàn)與差拍信號(hào)生成電路連接的情況相比，可以降低切換頻率。
另外，如果考慮每次連接切換時(shí)對(duì)差拍信號(hào)進(jìn)行采樣并進(jìn)行A/D變換的情況，如果切換頻率降低了，A/D變換速度也可以降低。
切換單元在調(diào)頻的反復(fù)周期的各周期中，最好將振子天線(xiàn)中的一個(gè)選擇作為基準(zhǔn)振子天線(xiàn)，信號(hào)處理部在調(diào)頻的反復(fù)周期的各周期中，最好根據(jù)基準(zhǔn)振子天線(xiàn)接收的接收波的相位差修正基準(zhǔn)振子天線(xiàn)以外的振子天線(xiàn)接收的接收波的相位。
調(diào)頻的反復(fù)周期的周期區(qū)間不同時(shí)，在該期間與目標(biāo)物的距離會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)，接收波的相位將發(fā)生變化。即，不能充分確保各振子天線(xiàn)的接收的同時(shí)性。對(duì)此，只要檢測(cè)了各周期中基準(zhǔn)振子天線(xiàn)的信號(hào)的相位差并根據(jù)該相位差修正基準(zhǔn)振子天線(xiàn)以外的振子天線(xiàn)的信號(hào)相位，就可以進(jìn)行與在同一周期內(nèi)輸入全部振子天線(xiàn)的信號(hào)時(shí)同等的DBF合成。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的FM-CW雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2A是用于說(shuō)明FM-CW雷達(dá)的探測(cè)原理的曲線(xiàn)圖。
圖2B是用于說(shuō)明FM-CW雷達(dá)的探測(cè)原理的曲線(xiàn)圖。
圖3A是用于說(shuō)明FM-CW雷達(dá)的探測(cè)原理的曲線(xiàn)圖。
圖3B是用于說(shuō)明FM-CW雷達(dá)的探測(cè)原理的曲線(xiàn)圖。
圖4是表示圖1的FM-CW雷達(dá)裝置的動(dòng)作的流程圖。
圖5是表示圖1的FM-CW雷達(dá)裝置的切換開(kāi)關(guān)部3的連接時(shí)刻的時(shí)序圖。
圖6是表示DBF合成的處理順序的流程圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例2的FM-CW雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示頻率變換的情況的頻譜圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形式圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)圖。該雷達(dá)裝置是使用對(duì)連續(xù)波(CW)進(jìn)行調(diào)頻(FM)的發(fā)送信號(hào)的FM-CW雷達(dá)裝置，并且是進(jìn)行數(shù)字式射束形成處理的DBF雷達(dá)裝置。
在說(shuō)明本實(shí)施例的具體的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作之前，先說(shuō)明FM-CW雷達(dá)裝置的探測(cè)原理。
圖2A、2B、3A和3B分別是表示FM-CW雷達(dá)的探測(cè)原理的波形圖。
圖2A是表示發(fā)送信號(hào)頻率的變化和從位于距離R的位置而相對(duì)速度為0的目標(biāo)物再發(fā)射的接收信號(hào)頻率的變化的曲線(xiàn)圖，縱軸表示頻率，橫軸表示時(shí)間。實(shí)線(xiàn)表示發(fā)送信號(hào)頻率，虛線(xiàn)表示接收信號(hào)頻率。
由曲線(xiàn)圖可知，發(fā)送信號(hào)使用對(duì)連續(xù)波進(jìn)行三角狀的調(diào)頻的調(diào)制信號(hào)。調(diào)制波的中心頻率為f0、頻率偏移幅度為ΔF、三角波的反復(fù)頻率為fm。
另外，圖3A是表示發(fā)送信號(hào)頻率的變化和目標(biāo)物的相對(duì)速度是不為0的速度V時(shí)的接收信號(hào)頻率的變化的曲線(xiàn)圖，實(shí)線(xiàn)表示發(fā)送信號(hào)頻率，虛線(xiàn)表示接收信號(hào)頻率。發(fā)送信號(hào)和坐標(biāo)軸的意義和圖2A時(shí)相同。
如圖2A所示，在目標(biāo)物的相對(duì)速度為0時(shí)，接收信號(hào)相對(duì)于發(fā)送信號(hào)受到與距離相應(yīng)的時(shí)間延遲T(T=2R/C∶C為光的速度)。
另外，如圖3A所示，在目標(biāo)物的相對(duì)速度是0以外的值V時(shí)，接收信號(hào)相對(duì)于發(fā)送信號(hào)受到與距離相應(yīng)的時(shí)間延遲T和與相對(duì)速度相當(dāng)?shù)念l率偏移D。圖3A所示的例子是接收信號(hào)頻率在同一曲線(xiàn)圖上向上方偏移，表示目標(biāo)物接近的情況。
對(duì)于這樣的接收信號(hào)，如果將發(fā)送信號(hào)的一部分進(jìn)行混頻，可以得到差拍信號(hào)。圖2B和圖3B分別是表示目標(biāo)物的相對(duì)速度為0時(shí)和V(V≠0)時(shí)的差拍頻率的曲線(xiàn)圖，時(shí)間軸(橫軸)分別使時(shí)刻與圖2A和圖3A一致。
現(xiàn)在，設(shè)相對(duì)速度為0時(shí)的差拍頻率為fr、與相對(duì)速度對(duì)應(yīng)的多普勒頻率為fd、頻率增加的區(qū)間(上升區(qū)間)的差拍頻率為fb1、頻率減小的區(qū)間(下降區(qū)間)的差拍頻率為fb2時(shí)，則fb1=fr-fd…(1)fb2=fr+fd…(2)成立。
因此，只要分別測(cè)量了調(diào)制周期的上升區(qū)間和下降區(qū)間的差拍頻率fb1和fb2，就可以根據(jù)以下式(3)和式(4)求出fr和fd。
fr=(fb1+fb2)/2…(3)fd=(fb2-fb1)/2…(4)
只要求出了fr和fd，就可以根據(jù)以下式(5)和式(6)求出目標(biāo)物的距離R和速度V。
R=(C/(4·ΔF·fm))·fr…(5)V=(C/(2·f0))·fd …(6)其中，C是光的速度。
這樣，就可以對(duì)任意的射束方向求目標(biāo)物的距離R和速度V，所以，只要順序進(jìn)行射束掃描并計(jì)算距離R和速度V，就可以測(cè)知目標(biāo)物的方位、距離和速度。這就是FM-CW雷達(dá)的原理。
圖1所示的本實(shí)施例的FM-CW雷達(dá)裝置也是DBF雷達(dá)裝置。即，在該FM-CW雷達(dá)裝置中，將由多個(gè)振子天線(xiàn)構(gòu)成的天線(xiàn)陣作為接收天線(xiàn)使用，將由各振子天線(xiàn)接收的信號(hào)數(shù)字化后，在后級(jí)的信號(hào)處理部中將其相位和振幅進(jìn)行變換，此外，通過(guò)將全部振子天線(xiàn)頻道的信號(hào)合成，形成接收天線(xiàn)的指向性。因此，只要對(duì)一旦輸入的信號(hào)適當(dāng)?shù)馗淖兿辔缓驼穹淖儞Q量進(jìn)行變換，就可以進(jìn)行所希望的射束掃描。
該雷達(dá)裝置具有發(fā)送部1、天線(xiàn)陣2、切換開(kāi)關(guān)部3、接收電路部4和數(shù)字信號(hào)處理部5，由天線(xiàn)陣2、切換開(kāi)關(guān)部3和接收電路部4構(gòu)成接收部。
發(fā)送部1具有中心頻率為f0(例如76GHz)的電壓控制型振蕩器11、緩沖放大器12、發(fā)送天線(xiàn)13和RF放大器14。振蕩器11根據(jù)從省略圖示的調(diào)制用的直流電源輸出的控制電壓而輸出f0±ΔF/2的被調(diào)制波(發(fā)送信號(hào))。被調(diào)制波由緩沖放大器12進(jìn)行放大，并從發(fā)送天線(xiàn)13以電磁波的形式發(fā)射出去。發(fā)送信號(hào)的一部分由RF放大器14進(jìn)行放大，并作為降頻變頻用的本地振蕩信號(hào)而輸出。
接收用天線(xiàn)陣2具有與從第1頻道(CH1)到第9頻道(CH9)的各頻道對(duì)應(yīng)的9個(gè)振子天線(xiàn)。切換開(kāi)關(guān)部3具有開(kāi)關(guān)主體31和開(kāi)關(guān)控制部32。開(kāi)關(guān)主體31具有9個(gè)輸入端子和1個(gè)輸出端子，天線(xiàn)陣2的各振子天線(xiàn)逐個(gè)與各輸入端子連接。輸出端子與輸入端子中的某一個(gè)連接，由開(kāi)關(guān)控制部32的切換信號(hào)適當(dāng)?shù)厍袚Q該連接。連接切換是在電路上通過(guò)電信號(hào)進(jìn)行的，至于按什么樣的順序進(jìn)行切換，后面進(jìn)行說(shuō)明。
接收電路部4具有RF放大器41、混頻器42、放大器43、濾波器44和A/D變換器45。從開(kāi)關(guān)主體31的輸出端子輸出的信號(hào)即由天線(xiàn)陣2的某一個(gè)振子天線(xiàn)接收的信號(hào)由RF放大器41進(jìn)行放大，由混頻器42與RF放大器14的發(fā)送信號(hào)的一部分進(jìn)行混頻。通過(guò)混頻，接收信號(hào)被降頻變頻，生成作為發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)的差信號(hào)的差拍信號(hào)。差拍信號(hào)通過(guò)放大器43和低通濾波器44輸入A/D變換器45，在開(kāi)關(guān)控制部32的信號(hào)即用于進(jìn)行開(kāi)關(guān)主體31的連接切換的時(shí)鐘信號(hào)fsw的時(shí)刻變換為數(shù)字信號(hào)。
數(shù)字信號(hào)處理部5對(duì)A/D變換器45的數(shù)字差拍信號(hào)進(jìn)行數(shù)字式射束形成(DBF)處理，根據(jù)該結(jié)果進(jìn)行目標(biāo)物的檢測(cè)。
下面，說(shuō)明這樣構(gòu)成的FM-CW雷達(dá)裝置的動(dòng)作。
圖4是表示該FM-CW雷達(dá)裝置的動(dòng)作的流程圖，圖5是表示切換開(kāi)關(guān)部3的切換時(shí)刻的時(shí)序圖。
在圖4的流程圖中，i表示各振子天線(xiàn)的頻道的號(hào)碼，j表示三角波調(diào)制的上升區(qū)間和下降區(qū)間的接收波的采樣號(hào)碼，k表示三角波調(diào)制的周期號(hào)碼。在本實(shí)施例中，i取1～9的值，j取1～N(例如128)的值，k取1～4的值。
首先，在步驟S41，將i、j、k分別設(shè)定為作為初始值的「1」。然后，在步驟S42，判斷是否為采樣時(shí)鐘信號(hào)的取入?yún)^(qū)間。在本實(shí)施例中，將三角波調(diào)制的上升區(qū)間和下降區(qū)間各自的中央部定為取入?yún)^(qū)間。這是因?yàn)?，與從三角波調(diào)制的上升區(qū)間向下降區(qū)間或從下降區(qū)間向上升區(qū)間的變化點(diǎn)附近比較，各區(qū)間的中央部可以確保高的線(xiàn)性。
如果是時(shí)鐘信號(hào)取入?yún)^(qū)間，就經(jīng)過(guò)步驟S43轉(zhuǎn)移到步驟S44，在檢測(cè)到時(shí)鐘信號(hào)的邊界的時(shí)刻，轉(zhuǎn)移到步驟S45，進(jìn)行開(kāi)關(guān)主體31的切換?，F(xiàn)在，如果i=1，通過(guò)該切換，第1個(gè)振子天線(xiàn)ch1就與開(kāi)關(guān)主體31連接。
通過(guò)該開(kāi)關(guān)切換，由第1振子天線(xiàn)ch1接收的信號(hào)由混頻器42進(jìn)行降頻變頻，并且該差拍信號(hào)輸入A/D變換器45。
其次，在步驟S46進(jìn)行時(shí)鐘周期(1/fsw)的1/2延遲后，在步驟S47由A/D變換器45進(jìn)行差拍信號(hào)的A/D變換，并將該數(shù)字差拍信號(hào)取入數(shù)字信號(hào)處理部5的緩沖器中。步驟S46的延遲，是為了在1次振子天線(xiàn)連接期間的中央時(shí)刻進(jìn)行A/D變換處理，這樣，便可在連接的穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行A/D變換。另外，數(shù)字差拍信號(hào)向緩沖器的取入，是為了在后面的處理而按照i、j、k的區(qū)別進(jìn)行，并且按照上升或下降的區(qū)間的區(qū)別進(jìn)行。
在1次的A/D變換結(jié)束時(shí)，就轉(zhuǎn)移到步驟S48。從現(xiàn)在開(kāi)始說(shuō)明的步驟S48到步驟S57的處理，是由切換開(kāi)關(guān)部3決定與接收電路部4連接的振子天線(xiàn)的順序的流程。在本實(shí)施例中，使用4次調(diào)頻的反復(fù)周期，完成全部振子天線(xiàn)頻道的選擇。
圖5是表示振子天線(xiàn)頻道的選擇順序的時(shí)序圖，橫軸表示時(shí)間。CH.1～CH.9表示從第1到第9的各振子天線(xiàn)頻道的連接時(shí)刻，高電平表示連接。另外，波形51表示三角波調(diào)制的時(shí)刻。為了容易看圖，在與波形51的關(guān)系中，將各頻道的連接時(shí)間(高電平期間)比實(shí)際的連接時(shí)間大幅度地延長(zhǎng)表示。
由圖可知，在第1區(qū)間中，選擇第1、第2、第3振子天線(xiàn)，順序反復(fù)將它們連接。在第2區(qū)間中，選擇第1、第4、第5振子天線(xiàn)，順序反復(fù)將它們連接。在第3區(qū)間中，選擇第1、第6、第7振子天線(xiàn)，順序反復(fù)將它們連接。在第4區(qū)間中，選擇第1、第8、第9振子天線(xiàn)，順序反復(fù)將它們連接。
第1振子天線(xiàn)作為基準(zhǔn)振子天線(xiàn)在第1～第4區(qū)間中總是要選擇，第2～第9振子天線(xiàn)分為各2個(gè)分別分配給第1～第4區(qū)間。由第1振子天線(xiàn)接收的信號(hào)的差拍信號(hào)作為后面所述的DBF合成時(shí)的相位修正的基準(zhǔn)信號(hào)使用。
用于進(jìn)行這樣的振子天線(xiàn)的切換連接的步驟S48到步驟S57的處理，如以下所述。
在步驟S48，判斷是否i=1，如果是i=1，就進(jìn)入步驟S49，將i置換為(i+(2k-1))，如果不是i=1，就進(jìn)入步驟S50，將i置換為(i+1)。然后，在步驟S51，判斷i是否大于(2+(2k-1))。
現(xiàn)在，由于是i=k=1，所以，就進(jìn)入步驟S49，令i=2，經(jīng)過(guò)步驟S51的判斷，返回到步驟S42，通過(guò)步驟S42～S47的處理，將由第2振子天線(xiàn)接收的信號(hào)的數(shù)字差拍信號(hào)取入緩沖器。在該時(shí)刻，由于是i=2，所以從步驟S48轉(zhuǎn)移到步驟S50，成為i=3，再次從步驟S51返回到步驟S42，通過(guò)步驟S42～S47的處理，將由第3振子天線(xiàn)接收的信號(hào)的數(shù)字差拍信號(hào)取入緩沖器。
接著，從步驟S48轉(zhuǎn)移到步驟S50，在成為i=4時(shí)，在步驟S51就進(jìn)行否定判斷，并轉(zhuǎn)移到步驟S52，在設(shè)定i=1的同時(shí)，設(shè)定j=2。
然后，轉(zhuǎn)移到步驟S53，將j與N進(jìn)行比較。值N是上升區(qū)間和下降期間的取決于振子天線(xiàn)頻道的采樣數(shù)，這里，例如設(shè)定為N=128?，F(xiàn)在，由于j=2，所以，在i=1、j=2的狀態(tài)下，返回到步驟S42。然后，在步驟S52，順序取入第1～第3振子天線(xiàn)頻道的數(shù)字差拍信號(hào)，直至成為j=3。
以后，同樣順序取入第1～第3振子天線(xiàn)頻道的數(shù)字差拍信號(hào)，如果各頻道取入了N個(gè)數(shù)字差拍信號(hào)，在步驟S53的判斷中，就轉(zhuǎn)移到步驟S54，使j的值回到作為初始值的「1」。
在步驟S55，判斷此前的數(shù)字差拍信號(hào)的取入處理是在上升區(qū)間進(jìn)行的還是在下降區(qū)間進(jìn)行的。現(xiàn)在，由于上升區(qū)間的取入已結(jié)束了，所以，在步驟S55的判斷中，是否定的，并返回到步驟S42。以后，在第1區(qū)間的下降區(qū)間，對(duì)第1～第3振子天線(xiàn)頻道的數(shù)字差拍信號(hào)順序分別各進(jìn)行128采樣并取入。
在第1區(qū)間的下降區(qū)間的數(shù)字差拍信號(hào)的取入結(jié)束時(shí)，從步驟S55轉(zhuǎn)移到步驟S56，并將k置換為(k+1)?，F(xiàn)在，由于k=1，所以，這里成為k=2，經(jīng)過(guò)步驟S57的判斷，返回到步驟S42。
以后，通過(guò)反復(fù)進(jìn)行步驟S42到步驟S55的處理，如圖5所示，在第2區(qū)間的上升區(qū)間和下降區(qū)間中分別順序選擇第1、第4、第5振子天線(xiàn)，反復(fù)取入其數(shù)字差拍信號(hào)。
在步驟S56，成為k=3時(shí)，如圖5所示，在第3區(qū)間的上升區(qū)間和下降區(qū)間中分別順序選擇第1、第6、第7振子天線(xiàn)，反復(fù)取入其數(shù)字差拍信號(hào)。此外，在成為k=4時(shí)，在第4區(qū)間的上升區(qū)間和下降區(qū)間中，分別順序選擇第1、第8、第9振子天線(xiàn)，反復(fù)取入其數(shù)字差拍信號(hào)。
在以上的處理結(jié)束時(shí)，由全部振子天線(xiàn)頻道接收的信號(hào)的數(shù)字差拍信號(hào)就全部取入到了數(shù)字信號(hào)處理部5的緩沖器中。這時(shí)，k的值在步驟S56成為k=5，在步驟S57的判斷中是肯定的，并轉(zhuǎn)移到步驟S58。
在步驟S58，按頻道進(jìn)行復(fù)數(shù)FFT處理、DBF合成和根據(jù)其結(jié)果的目標(biāo)物體的識(shí)別處理。在步驟S58之后，返回到步驟S41，進(jìn)行此前所說(shuō)明的處理，以后，反復(fù)進(jìn)行該處理。
下面，使用圖6的流程圖說(shuō)明數(shù)字信號(hào)處理部5的DBF合成的程序。
在步驟S60，作為DBF合成的前處理，按各頻道對(duì)數(shù)字差拍信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)FFT處理，在步驟S61，讀入該各個(gè)頻道的FFT數(shù)據(jù)。通過(guò)該FFT處理，各頻道可以得到與目標(biāo)物相應(yīng)的頻率的峰值。DBF合成僅對(duì)頻率峰值有選擇地進(jìn)行就足夠了，所以，在步驟S62，抽出進(jìn)行DBF合成的頻率點(diǎn)。
關(guān)于在步驟S62抽出的頻率點(diǎn)，通過(guò)步驟S63到步驟S67的處理，對(duì)各頻道進(jìn)行相位和振幅的變換和修正。在步驟S63，判斷是否為頻率調(diào)制的第1～第4周期區(qū)間中的第1周期區(qū)間。是第2周期區(qū)間～第4周期區(qū)間的情況時(shí)，就轉(zhuǎn)移到步驟S65，進(jìn)行以第1振子天線(xiàn)頻道為基準(zhǔn)的區(qū)間間的相位修正。
如果取入數(shù)字差拍信號(hào)的頻率調(diào)制的周期區(qū)間不同，則認(rèn)為在該期間與目標(biāo)物的距離發(fā)生了變化，所以，在各周期區(qū)間中，將發(fā)生接收信號(hào)相位差。
因此，在本實(shí)施例中，將第1振子天線(xiàn)作為基準(zhǔn)振子天線(xiàn)，在所有的周期區(qū)間將由第1振子天線(xiàn)接收的信號(hào)的數(shù)字差拍信號(hào)取入，使用該區(qū)間間的相位差修正其他振子天線(xiàn)的數(shù)字差拍信號(hào)的相位。這里所說(shuō)的相位是原信號(hào)的相位，在降頻變頻后的差拍信號(hào)中也保存該相位，所以，可以檢測(cè)相位差。
在第2周期區(qū)間，取入第1、第4、第5振子天線(xiàn)的接收信號(hào)(數(shù)字差拍信號(hào))，所以，求從該第1振子天線(xiàn)的數(shù)字差拍信號(hào)得到的相位與從在第1周期區(qū)間取入的第1振子天線(xiàn)的數(shù)字差拍信號(hào)得到的相位的相位差。并且，通過(guò)使第4和第5振子天線(xiàn)的接收信號(hào)的相位僅反向旋轉(zhuǎn)該相位差，便可與在第1周期區(qū)間取入的進(jìn)行等同的處理。
通過(guò)在第3和第4周期區(qū)間進(jìn)行同樣的修正，便可將所有的振子天線(xiàn)的接收信號(hào)作為在第1周期區(qū)間取入的信號(hào)進(jìn)行處理。
在步驟S64，對(duì)不同頻道進(jìn)行在DBF合成中通常所進(jìn)行的裝置固有的初始相位修正、初始振幅修正和振幅分布控制。
然后，在步驟S66，根據(jù)現(xiàn)在所選擇的指向角進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)和頻道間的矢量合成。另外，利用切換開(kāi)關(guān)所進(jìn)行的相位延遲修正也在此處進(jìn)行。
對(duì)全部振子天線(xiàn)頻道，如果完成了矢量合成，就轉(zhuǎn)移到步驟S68，抽出關(guān)于合成的峰值頻率的信息。
在步驟S69，判斷關(guān)于該合成的峰值頻率的信息的抽出對(duì)在步驟S62抽出的應(yīng)進(jìn)行DBF合成的所有頻率是否已結(jié)束。如果對(duì)應(yīng)進(jìn)行DBF合成的所有的頻率已完成了信息抽出，就轉(zhuǎn)移到步驟S70，使指向角度偏移0.5度，再次進(jìn)行步驟S63～步驟S69的處理。在-10度～+10度的范圍內(nèi)通過(guò)以0.5度的刻度進(jìn)行41次這樣的處理，便可以0.5度的解像度達(dá)到DBF合成的掃描。
圖6所示的FFT處理和DBF合成，分別對(duì)上升區(qū)間和下降區(qū)間進(jìn)行。然后，進(jìn)行上升區(qū)間和下降區(qū)間的頻率峰值的配對(duì)，并根據(jù)該結(jié)果得到關(guān)于目標(biāo)物體的速度、距離和方位的信息。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的其他實(shí)施例。圖7是表示作為本發(fā)明實(shí)施例2的FM-CW雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)的圖，與實(shí)施例1的FM-CW雷達(dá)裝置進(jìn)行零差檢波相反，本實(shí)施例的雷達(dá)裝置通過(guò)進(jìn)行外差檢波來(lái)實(shí)現(xiàn)噪聲的降低。
在圖7中，對(duì)于和圖1相同的元素標(biāo)以相同的符號(hào)，并省略其詳細(xì)的說(shuō)明。切換開(kāi)關(guān)部6和圖1的切換開(kāi)關(guān)部3一樣，具有開(kāi)關(guān)主體部61和開(kāi)關(guān)控制部62。開(kāi)關(guān)主體61具有9個(gè)輸入端子和1個(gè)輸出端子，輸出端子與輸入端子中的某一個(gè)連接，根據(jù)開(kāi)關(guān)控制部62的切換信號(hào)周期地切換該連接。與實(shí)施例1的開(kāi)關(guān)主體31的不同點(diǎn)在于，利用外部輸入的斷續(xù)信號(hào)使輸入端子與輸出端子的連接斷續(xù)地進(jìn)行。開(kāi)關(guān)控制部62和實(shí)施例1的開(kāi)關(guān)控制部32相同。
接收電路部7是在圖1的接收電路部4的混頻器42與放大器43之間串聯(lián)地插入IF放大器71和第2混頻器72而構(gòu)成。此外，具有輸出頻率為切換信號(hào)fsw的數(shù)十倍的斷續(xù)信號(hào)fIF的振蕩器73。若示出各信號(hào)頻率的一例時(shí)，則是例如發(fā)送信號(hào)頻率f0為76GHz、作為中頻頻帶的斷續(xù)信號(hào)頻率fIF為100MHz、切換信號(hào)頻率為5MHz、差拍信號(hào)頻率為DC～100KHz。
圖8是表示本實(shí)施例的信號(hào)處理過(guò)程中的頻率變換的情況的頻譜圖。在本實(shí)施例的FM-CW雷達(dá)裝置中，將接收信號(hào)130置換為根據(jù)切換開(kāi)關(guān)部6的斷續(xù)信號(hào)而通/斷的信號(hào)131和132后，由混頻器42降頻變頻為中頻信號(hào)133，接著，由第2混頻器72降頻變頻為差拍信號(hào)134。
在圖8中，曲線(xiàn)135表示混頻器42的噪聲本底，曲線(xiàn)136表示混頻器72的噪聲本底。由圖可知，在混頻器42中，進(jìn)行降頻變頻到其噪聲的影響降低的IF頻帶的處理，接著，在低頻區(qū)的噪聲比混頻器42低的第2混頻器72中，進(jìn)行降頻變頻到差拍信號(hào)的處理。因此，與零差檢波方式相比，可以大幅度地?cái)U(kuò)大噪聲容限。
混頻器42的頻帶非常寬，所以，通常大多輸出低頻區(qū)的1/f噪聲和FM-CW方式產(chǎn)生的FM-AM變換噪聲，但是，由于第2混頻器72的頻帶窄，所以，將降低噪聲本底。在本實(shí)施例中，利用這樣的作用達(dá)到噪聲容限的擴(kuò)大。
如果使第2混頻器72的前級(jí)的IF放大器71實(shí)現(xiàn)窄頻帶化，就可以將在低頻區(qū)發(fā)生的FM-AM變換噪聲與IF信號(hào)分離，所以，可以進(jìn)一步降低低頻區(qū)噪聲。
在實(shí)施例1和實(shí)施例2中，振子天線(xiàn)的頻道數(shù)為9個(gè)頻道，但是，如果增加頻道數(shù)，可以進(jìn)一步提高檢測(cè)精度。
工業(yè)上的可利用性如上所述，按照本發(fā)明的FM-CW雷達(dá)裝置，可以將降頻變頻所需要的昂貴的設(shè)備例如RF放大器及高頻區(qū)的混頻器等與振子天線(xiàn)的數(shù)無(wú)關(guān)地只設(shè)置1組。因此，可以廉價(jià)地構(gòu)成裝置全體，從而可以實(shí)現(xiàn)小型化。
而且，切換單元僅將頻率調(diào)制的反復(fù)周期的一周期中多個(gè)振子天線(xiàn)的一部分與差拍信號(hào)生成電路連接，所以，與在一周期中將所有的振子天線(xiàn)與差拍信號(hào)生成電路連接的情況相比，可以降低切換頻率。另外，考慮到每次連接切換多對(duì)差拍信號(hào)進(jìn)行采樣，若切換頻率降低，也可以降低A/D變換速度。這樣，就可以使開(kāi)關(guān)元件和A/D變換器更為廉價(jià)。
權(quán)利要求
1．一種FM-CW雷達(dá)裝置，具有將調(diào)頻的連續(xù)波作為發(fā)送波而發(fā)送的發(fā)送部；由多個(gè)振子天線(xiàn)排列而成的接收天線(xiàn)將上述發(fā)送波由目標(biāo)物反射的電波作為接收波而接收，然后對(duì)各振子天線(xiàn)頻道生成作為發(fā)送波與接收波之差的差拍信號(hào)并將該差拍信號(hào)進(jìn)行A/D變換從而變換為數(shù)字差拍信號(hào)的接收部；和對(duì)上述數(shù)字差拍信號(hào)進(jìn)行數(shù)字射束形成處理并根據(jù)該結(jié)果進(jìn)行上述目標(biāo)物的檢測(cè)的信號(hào)處理部，其特征在于上述接收部具有選擇上述振子天線(xiàn)中的某一個(gè)與生成上述差拍信號(hào)的電路連接的切換單元，上述切換單元在上述頻率調(diào)制的反復(fù)周期的一周期中僅將上述多個(gè)振子天線(xiàn)的一部分與上述差拍信號(hào)生成電路連接。
2．按權(quán)利要求1所述的FM-CW雷達(dá)裝置，其特征在于上述切換單元使在上述頻率調(diào)制的反復(fù)周期的任意一周期中與上述差拍信號(hào)生成電路連接的1或2個(gè)以上的振子天線(xiàn)，與在與其不同的一周期中與上述差拍信號(hào)生成電路連接的1或2個(gè)以上的振子天線(xiàn)至少一部分不同。
3．按權(quán)利要求2所述的FM-CW雷達(dá)裝置，其特征在于上述切換單元在上述頻率調(diào)制的反復(fù)周期的多個(gè)周期期間使上述多個(gè)振子天線(xiàn)的全部與上述差拍信號(hào)生成電路連接。
4．按權(quán)利要求3所述的FM-CW雷達(dá)裝置，其特征在于上述切換單元將上述振子天線(xiàn)中的一個(gè)在上述頻率調(diào)制的反復(fù)周期的各周期中選擇為基準(zhǔn)振子天線(xiàn)。
5．按權(quán)利要求4所述的FM-CW雷達(dá)裝置，其特征在于上述信號(hào)處理部根據(jù)在上述頻率調(diào)制的反復(fù)周期的各周期中基準(zhǔn)振子天線(xiàn)接收的接收波的相位差修正基準(zhǔn)振子天線(xiàn)以外的振子天線(xiàn)接收的接收波的相位。
全文摘要
FM－CW雷達(dá)裝置具有發(fā)送部、接收部和信號(hào)處理部。發(fā)送部將調(diào)頻的連續(xù)波作為發(fā)送波進(jìn)行發(fā)送。接收部將由目標(biāo)物反射的電波作為接收波由多個(gè)振子天線(xiàn)排列的接收天線(xiàn)進(jìn)行接收,按各振子天線(xiàn)頻道生成作為發(fā)送波與接收波之差的差拍信號(hào),并將該差拍信號(hào)進(jìn)行A/D變換,變換為數(shù)字差拍信號(hào)。信號(hào)處理部使用數(shù)字差拍信號(hào)進(jìn)行數(shù)字式射束形成處理,根據(jù)該結(jié)果進(jìn)行目標(biāo)物的檢測(cè)。接收部在生成差拍信號(hào)的電路中具有選擇連接振子天線(xiàn)中的某一個(gè)的切換單元,該切換單元在調(diào)頻的反復(fù)周期的一周期中僅將多個(gè)振子天線(xiàn)的一部分與差拍信號(hào)生成電路連接。
文檔編號(hào)G01S7/28GK1298488SQ99805538
公開(kāi)日2001年6月6日 申請(qǐng)日期1999年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月28日
發(fā)明者山田幸則 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社