JP2018124066A

JP2018124066A - Fmcw type radar

Info

Publication number: JP2018124066A
Application number: JP2017013807A
Authority: JP
Inventors: 貴裕吉田; Takahiro Yoshida; 章紘木村; Akihiro Kimura
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-08-09

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an FMCW type radar capable of improving accuracy of range finding at a short distance.SOLUTION: Waveform distortion due to high-pass filter processing for suppressing the influence of leakage may appear in a period P1 including the sweep start portion of the up sweep in a beat signal B(2i-1) at the time of the up sweep and a period P3 including the sweep start portion of the down sweep in a beat signal B(2i) at the time of the down sweep. An FMCW type radar generates a synthetic beat signal BS by synthesizing the beat signal which is the time reversal of a period P4 excluding the period P3 in the beat signal B(2i) with the beat signal of the period P2. The FMCW type radar performs range findings using the synthetic beat signal BS.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式で測距を行うレーダに関する。 The present invention relates to a radar that performs distance measurement using an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method.

電波を用いた測距の精度を高める技術が、従来から提案されている。特許文献１には、近距離と遠距離の両方の目標物体を良好なＳＮ比で計測することが記載されている。そのために、特許文献１の発明では、１種類の送信パルス幅を用い、目標物体にパルス波を送信している間は受信信号を遮断する。特許文献２には、移動する目標の推定速度情報に基づいて、移動速度に応じたサブキャリア数、およびサブキャリア間隔に適応した送信波形を生成することが記載されている。 Techniques for improving the accuracy of distance measurement using radio waves have been proposed. Patent Document 1 describes that both near and far target objects are measured with a good S / N ratio. Therefore, in the invention of Patent Document 1, one type of transmission pulse width is used, and the reception signal is blocked while a pulse wave is transmitted to the target object. Patent Document 2 describes generating a transmission waveform adapted to the number of subcarriers and the subcarrier interval according to the moving speed based on the estimated speed information of the moving target.

特開２０１１−８０７９４号公報JP 2011-80794 A 特開２０１２−８８２７９号公報JP 2012-88279 A

ＦＭＣＷ方式では、周波数を掃引しながら電波を送信し、対象物からの反射波を受信した瞬間の送信周波数と、当該反射波の受信周波数との差に基づいて、測距を行う。ＦＭＣＷ方式では、送信した電波が当該対象物に到達することなく受信アンテナに回り込んだり、送信アンテナに供給した信号の一部が反射してミキサに入力されたりする、「リーク」と呼ばれる現象が問題となることがある。このリークを抑える手法として、ミキサの後段に、低周波数成分を除去するＨＰＦ（High Pass Filter）を配置する手法がある。しかし、この手法では、ＨＰＦの特性に応じた信号の波形歪みが生じ、実際には近距離の位置に対象物が存在しない場合でもその存在を誤検出してしまうことがある。
そこで、本発明は、近距離の測距の精度を高めることができるＦＭＣＷ方式レーダを提供することを目的とする。 In the FMCW system, a radio wave is transmitted while sweeping the frequency, and distance measurement is performed based on the difference between the transmission frequency at the moment when the reflected wave from the object is received and the reception frequency of the reflected wave. In the FMCW system, there is a phenomenon called “leak” in which transmitted radio waves wrap around the reception antenna without reaching the target object, or a part of the signal supplied to the transmission antenna is reflected and input to the mixer. May be a problem. As a technique for suppressing this leak, there is a technique in which an HPF (High Pass Filter) that removes low frequency components is arranged at the subsequent stage of the mixer. However, with this method, waveform distortion of the signal according to the characteristics of the HPF occurs, and the presence of an object may not be detected correctly even when the object does not actually exist at a short distance.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an FMCW radar that can improve the accuracy of short-range ranging.

上述した課題を解決するために、本発明は、アップ掃引時のビート信号と、ダウン掃引時のビート信号とを合成した信号を用いて測距を行うＦＭＣＷ方式レーダを第１の態様として提供する。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides, as a first aspect, an FMCW radar that performs distance measurement using a signal obtained by combining a beat signal at the time of up sweep and a beat signal at the time of down sweep. .

上記の第１の態様のＦＭＣＷ方式レーダによれば、近距離の測距の精度を高めることができるができる。 According to the FMCW radar of the first aspect, it is possible to improve the accuracy of short-range ranging.

上記の第１の態様のＦＭＣＷ方式レーダにおいて、アップ掃引時とダウン掃引時との各々のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号を合成した信号を用いて測距を行う、という構成が第２の態様として採用されてもよい。 In the FMCW radar according to the first aspect, the distance measurement is performed using a signal obtained by synthesizing the signals of the beat signals at the time of the up sweep and the time of the down sweep excluding the sweep start portion. May be employed as the second aspect.

上記の第２の態様のＦＭＣＷ方式レーダによれば、ビート信号のうちの掃引開始部分に含まれる波形歪みの影響を除外するため、近距離の測距の精度を高めることができる。 According to the FMCW radar of the second aspect described above, since the influence of waveform distortion included in the sweep start portion of the beat signal is excluded, it is possible to improve the accuracy of short-distance ranging.

上記の第２の態様のＦＭＣＷ方式レーダにおいて、アップ掃引時のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号と、当該部分に後続するダウン掃引時のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号とを合成した信号を用いて測距を行う、という構成が第３の態様として採用されてもよい。 In the FMCW radar according to the second aspect described above, the signal of the portion excluding the sweep start portion of the beat signal at the time of the up sweep and the sweep start portion of the beat signal at the time of the down sweep following the portion are excluded. A configuration in which distance measurement is performed using a signal obtained by combining the partial signals may be adopted as the third aspect.

上記の第３の態様のＦＭＣＷ方式レーダによれば、１サイクルのアップ掃引とダウン掃引により測距のためのビート信号が得られるので、測距のための処理時間の短縮を期待することができる。 According to the FMCW radar of the third aspect described above, a beat signal for ranging can be obtained by one cycle of up-sweep and down-sweep, so that a reduction in processing time for ranging can be expected. .

上記の第２の態様のＦＭＣＷ方式レーダにおいて、ダウン掃引時のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号と、当該部分に後続するアップ掃引時のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号とを合成した信号を用いて測距を行う、という構成が第４の態様として採用されてもよい。 In the FMCW radar according to the second aspect described above, the signal of the portion excluding the sweep start portion of the beat signal at the time of the down sweep and the sweep start portion of the beat signal at the time of the up sweep following the portion are excluded. A configuration in which ranging is performed using a signal obtained by synthesizing the partial signals may be employed as the fourth aspect.

上記の第４の態様のＦＭＣＷ方式レーダによれば、１サイクルのアップ掃引とダウン掃引により測距のためのビート信号が得られるので、測距のための処理時間の短縮を期待することができる。 According to the FMCW radar of the fourth aspect described above, a beat signal for distance measurement can be obtained by up-sweep and down-sweep of one cycle, so that it is possible to expect a reduction in processing time for distance measurement. .

上記の第２から第４のいずれか１の態様のＦＭＣＷ方式レーダにおいて、アップ掃引時のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号と、ダウン掃引時のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号を時間方向において反転させた信号とを位相合わせして繋ぎ合わせた信号を用いて、測距を行う、という構成が第５の態様として採用されてもよい。 In the FMCW radar according to any one of the second to fourth aspects described above, the signal of the portion excluding the sweep start portion of the beat signal at the time of the up sweep and the sweep start portion of the beat signal at the time of the down sweep A configuration in which ranging is performed using a signal obtained by phasing and joining a signal obtained by inverting the signal of the portion excluding the signal in the time direction may be employed as the fifth aspect.

上記の第５の態様のＦＭＣＷ方式レーダによれば、ビート信号のうちの掃引開始部分に含まれる波形歪みの影響を除外した信号を生成することができるため、近距離の測距の精度を高めることができる。 According to the FMCW system radar of the fifth aspect, a signal excluding the influence of waveform distortion included in the sweep start portion of the beat signal can be generated, so that the accuracy of distance measurement at a short distance is improved. be able to.

上記の第２から第４のいずれか１の態様のＦＭＣＷ方式レーダにおいて、ダウン掃引時のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号と、アップ掃引時のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号を時間方向において反転させた信号とを位相合わせして繋ぎ合わせた信号を用いて、測距を行う、という構成が第６の態様として採用されてもよい。 In the FMCW radar according to any one of the second to fourth aspects described above, the signal of the portion excluding the sweep start portion of the beat signal at the time of the down sweep and the sweep start portion of the beat signal at the time of the up sweep A configuration in which ranging is performed using a signal obtained by phasing and joining a signal obtained by inverting the signal of the portion excluding the signal in the time direction may be employed as the sixth aspect.

上記の第６の態様のＦＭＣＷ方式レーダによれば、ビート信号のうちの掃引開始部分に含まれる波形歪みの影響を除外した信号を生成することができるため、近距離の測距の精度を高めることができる。 According to the FMCW system radar of the sixth aspect, a signal excluding the influence of waveform distortion included in the sweep start portion of the beat signal can be generated, so that the accuracy of distance measurement at a short distance is improved. be able to.

本発明の一実施形態に係るＦＭＣＷレーダの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the FMCW radar which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態本実施形態のスイープ信号、および反射波信号を説明するグラフである。3 is a graph illustrating a sweep signal and a reflected wave signal according to the present embodiment. 同実施形態に係るＦＭＣＷレーダが実行する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which the FMCW radar which concerns on the same embodiment performs. 同実施形態に係る信号処理部が実行する測距に係る処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process which concerns on the distance measurement which the signal processing part which concerns on the same embodiment performs. 同実施形態に係るビート信号に基づく処理の具体例を説明する図である。It is a figure explaining the specific example of the process based on the beat signal which concerns on the same embodiment. 本発明の一変形例に係る信号処理部が実行する測距に係る処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process which concerns on the ranging which the signal processing part which concerns on one modification of this invention performs. 本発明の一変形例に係る信号処理部が実行する測距に係る処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process which concerns on the ranging which the signal processing part which concerns on one modification of this invention performs. 本発明の一変形例に係る信号処理部が実行する測距に係る処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process which concerns on the ranging which the signal processing part which concerns on one modification of this invention performs.

［実施形態］
以下、本発明の実施形態に係るＦＭＣＷ方式レーダ１０を説明する。図１は、ＦＭＣＷ方式レーダ１０の構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態のスイープ信号、および反射波信号を説明するグラフである。図２のグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は周波数を示す。 [Embodiment]
The FMCW radar 10 according to the embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the FMCW radar 10. FIG. 2 is a graph for explaining the sweep signal and the reflected wave signal of the present embodiment. In the graph of FIG. 2, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates frequency.

ＦＭＣＷ方式レーダ１０は、ＦＭＣＷ方式に従い、ＦＭＣＷ方式レーダ１０と対象物２０との距離を測定する。ＦＭＣＷ方式レーダ１０は、信号処理部１１と、発振器１２と、送信アンテナ１３と、方向性結合器１４と、受信アンテナ１５と、ミキサ１６と、ＨＰＦ１７とを備える。
信号処理部１１は、測距に関わる処理を行う。例えば、信号処理部１１は、発振器１２に所定のスイープ信号を発振させる。信号処理部１１は、ＨＰＦ１７から入力されたビート信号に基づいて測距を行う。信号処理部１１は、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）により実現されるが、これら以外のハードウェアで実現されてもよい。 The FMCW radar 10 measures the distance between the FMCW radar 10 and the object 20 according to the FMCW method. The FMCW radar 10 includes a signal processing unit 11, an oscillator 12, a transmission antenna 13, a directional coupler 14, a reception antenna 15, a mixer 16, and an HPF 17.
The signal processing unit 11 performs processing related to distance measurement. For example, the signal processing unit 11 causes the oscillator 12 to oscillate a predetermined sweep signal. The signal processing unit 11 performs distance measurement based on the beat signal input from the HPF 17. The signal processing unit 11 is realized by, for example, an application specific integrated circuit (ASIC) or a field-programmable gate array (FPGA), but may be realized by hardware other than these.

発振器１２は、スイープ信号の発振を行う。スイープ信号は、所定の周波数範囲内で、連続的に周波数を変化させた信号である。図２に示すように、スイープ信号の周波数範囲は、中心周波数がｆ₀、下限周波数がｆ_a、上限周波数がｆ_bの範囲である。スイープ信号の掃引時間は、Δτである。発振器１２は、スイープ信号として、アップ掃引時には連続的に周波数が増加する「アップスイープ信号」を、ダウン掃引時には連続的に周波数が減少する「ダウンスイープ信号」を出力する。発振器１２は、アップ掃引とダウン掃引とを複数サイクルにわたり行う。即ち、発振器１２は、アップ掃引とダウン掃引とを交互に行うことにより、アップスイープ信号とダウンスイープ信号とを交互に出力する。以下では、先頭からｉ（ｉは自然数）番目に発振されるスイープ信号を、「Ｔ（ｉ）」と表す。本実施形態では、奇数番目である（２ｉ−１）番目に、アップスイープ信号が、偶数番目である（２ｉ）番目に、ダウンスイープ信号が出力される。アップスイープ信号Ｔ（２ｉ−１）の周波数は、下限周波数ｆ_aから上限周波数ｆ_bにわたって線形に増加する。ダウンスイープ信号Ｔ（２ｉ）の周波数は、上限周波数ｆ_bから下限周波数ｆ_aにわたって線形に減少する。 The oscillator 12 oscillates a sweep signal. The sweep signal is a signal whose frequency is continuously changed within a predetermined frequency range. As shown in FIG. 2, the frequency range of the sweep signal is a range where the center frequency is f ₀ , the lower limit frequency is f _a , and the upper limit frequency is f _b . The sweep time of the sweep signal is Δτ. The oscillator 12 outputs, as a sweep signal, an “up sweep signal” whose frequency continuously increases during an up sweep, and a “down sweep signal” whose frequency decreases continuously during a down sweep. The oscillator 12 performs an up sweep and a down sweep over a plurality of cycles. That is, the oscillator 12 alternately outputs the up sweep signal and the down sweep signal by alternately performing the up sweep and the down sweep. Hereinafter, the sweep signal oscillated i-th (i is a natural number) from the top is represented as “T (i)”. In the present embodiment, an odd-numbered (2i-1) th up sweep signal is output, and an even-numbered (2i) th down-sweep signal is output. The frequency of the up sweep signal T (2i-1) increases linearly from the lower limit frequency f _a to the upper limit frequency f _b . The frequency of the down sweep signal T (2i) decreases linearly from the upper limit frequency f _b to the lower limit frequency f _a .

送信アンテナ１３は、発振器１２により出力されたスイープ信号を、電波により送信する。
方向性結合器１４は、発振器１２から送信アンテナ１３に入力されるスイープ信号を分配する。 The transmission antenna 13 transmits the sweep signal output from the oscillator 12 by radio waves.
The directional coupler 14 distributes the sweep signal input from the oscillator 12 to the transmission antenna 13.

受信アンテナ１５は、送信アンテナ１３から送信され対象物２０において反射した反射波を受信する。受信アンテナ１５は、受信した反射波の信号（以下「反射波信号」という。）を、ミキサ１６へ供給する。以下では、スイープ信号Ｔ（ｉ）に対応する反射波信号を、「Ｒ（ｉ）」と表す。反射波信号Ｒ（２ｉ−１）の周波数は、下限周波数ｆ_aから上限周波数ｆ_bにわたって線形に増加する。反射波信号Ｒ（２ｉ）の周波数は、上限周波数ｆ_bから下限周波数がｆ_aにわたって線形に減少する。図２の例では、スイープ信号の送信タイミングと、反射波信号の受信タイミングとの間に、時間ｔの差異がある。時間ｔは、ＦＭＣＷ方式レーダ１０と対象物２０との距離に応じた大きさとなる。 The receiving antenna 15 receives the reflected wave transmitted from the transmitting antenna 13 and reflected by the object 20. The receiving antenna 15 supplies the received reflected wave signal (hereinafter referred to as “reflected wave signal”) to the mixer 16. Hereinafter, the reflected wave signal corresponding to the sweep signal T (i) is represented as “R (i)”. The frequency of the reflected wave signal R (2i-1) increases linearly from the lower limit frequency f _a to the upper limit frequency f _b . The frequency of the reflected wave signal R (2i) linearly decreases from the upper limit frequency f _b to the lower limit frequency over f _a . In the example of FIG. 2, there is a difference in time t between the transmission timing of the sweep signal and the reception timing of the reflected wave signal. The time t has a magnitude corresponding to the distance between the FMCW radar 10 and the object 20.

ミキサ１６は、方向性結合器１４から入力されるスイープ信号と、受信アンテナ１５から入力される反射波信号とを乗算する。この乗算した信号が、ビート信号である。ビート信号の周波数は、送信アンテナ１３から送信されるスイープ信号の周波数と、受信アンテナ１５が受信する反射波信号の周波数との差である。ビート信号の周波数は、ＦＭＣＷ方式レーダ１０と対象物２０との間の距離に比例する。従って、ビート信号の周波数が正しく特定されることにより、ＦＭＣＷ方式レーダ１０と対象物２０との間の距離が特定される。 The mixer 16 multiplies the sweep signal input from the directional coupler 14 and the reflected wave signal input from the receiving antenna 15. This multiplied signal is a beat signal. The frequency of the beat signal is the difference between the frequency of the sweep signal transmitted from the transmitting antenna 13 and the frequency of the reflected wave signal received by the receiving antenna 15. The frequency of the beat signal is proportional to the distance between the FMCW radar 10 and the object 20. Therefore, the distance between the FMCW radar 10 and the object 20 is specified by correctly specifying the frequency of the beat signal.

ＨＰＦ１７は、ミキサ１６から入力されるビート信号から低周波数成分を除去するハイパスフィルタ処理を行う。ハイパスフィルタ処理は、発生したリークがビート信号に与える影響を除外するために行われる処理である。 The HPF 17 performs high-pass filter processing for removing low frequency components from the beat signal input from the mixer 16. The high-pass filter process is a process performed to exclude the influence of the generated leak on the beat signal.

信号処理部１１は、ＨＰＦ１７から入力されたハイパスフィルタ処理後のビート信号に基づいて、測距を行う。ハイパスフィルタ処理は、リークによる影響の除外に貢献するが、ビート信号に波形歪みを生じさせる原因となる。この波形歪みは、アップ掃引時とダウン掃引時との各々のビート信号のうちの掃引開始部分に生じる。掃引開始部分とは、反射波信号のうち、アップ掃引又はダウン掃引が開始されたときから所定期間内の部分をいう。掃引開始部分の時間長は、送信したスイープ信号に対応する反射波が受信される期間の時間長よりも短い。この波形歪みが、およそ距離がゼロとなる近距離の地点に対象物が存在するかのような誤った測距をする原因となる。 The signal processing unit 11 performs distance measurement based on the beat signal after the high-pass filter process input from the HPF 17. The high-pass filter process contributes to the exclusion of the influence due to the leak, but causes a waveform distortion in the beat signal. This waveform distortion occurs in the sweep start portion of each beat signal at the time of up sweep and at the time of down sweep. The sweep start portion refers to a portion of the reflected wave signal within a predetermined period from when the up sweep or the down sweep is started. The time length of the sweep start portion is shorter than the time length of the period in which the reflected wave corresponding to the transmitted sweep signal is received. This waveform distortion causes an erroneous distance measurement as if the object is present at a short distance where the distance is approximately zero.

そこで、信号処理部１１は、アップ掃引時のビート信号と、ダウン掃引時のビート信号とを合成した信号を用いて測距を行う。信号処理部１１は、アップ掃引時とダウン掃引時との各々のビート信号のうちの掃引開始部分を除く部分の信号を合成した信号を用いて測距を行う。これにより、掃引開始部分に波形歪みが含まれる場合でも、それによる影響が除外されるからである。 Therefore, the signal processing unit 11 performs distance measurement using a signal obtained by synthesizing the beat signal at the time of the up sweep and the beat signal at the time of the down sweep. The signal processing unit 11 performs distance measurement using a signal obtained by synthesizing signals of portions other than the sweep start portion of the beat signals at the time of up sweep and at the time of down sweep. Thereby, even when the waveform distortion is included in the sweep start portion, the influence of the waveform distortion is excluded.

次に、ＦＭＣＷ方式レーダ１０の具体的な動作の一例を説明する。
図３は、ＦＭＣＷ方式レーダ１０が実行する処理を示すフローチャートである。図４は、信号処理部１１が実行する測距に係る処理を説明する図である。
まず、ＦＭＣＷ方式レーダ１０は、アップ掃引を行う（ステップＳ１）。このアップ掃引により、図４の上段のグラフに示す、アップスイープ信号Ｔ（２ｉ−１）が送信される。アップ掃引が行われる期間の前半期間を「Ｐ１」、後半期間を「Ｐ２」とする。ここでは、Ｐ１＝Ｐ２の関係を満たす。 Next, an example of a specific operation of the FMCW radar 10 will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing processing executed by the FMCW radar 10. FIG. 4 is a diagram for explaining processing related to distance measurement performed by the signal processing unit 11.
First, the FMCW radar 10 performs an up sweep (step S1). By this up sweep, an up sweep signal T (2i-1) shown in the upper graph of FIG. 4 is transmitted. The first half of the period in which the up sweep is performed is “P1”, and the second half is “P2”. Here, the relationship of P1 = P2 is satisfied.

次に、ＦＭＣＷ方式レーダ１０は、送信したアップスイープ信号に応じた反射波を受信する（ステップＳ２）。この反射波の反射波信号は、図４の上段のグラフに示す、反射波信号Ｒ（２ｉ−１）である。 Next, the FMCW radar 10 receives a reflected wave corresponding to the transmitted up sweep signal (step S2). The reflected wave signal of this reflected wave is a reflected wave signal R (2i-1) shown in the upper graph of FIG.

次に、ＦＭＣＷ方式レーダ１０は、アップスイープ信号Ｔ（２ｉ−１）と、反射波信号Ｒ（２ｉ−１）との乗算により、ビート信号を生成する（ステップＳ３）。以下では、スイープ信号Ｔ（ｉ）と、反射波信号Ｒ（ｉ）とを用いて生成されるビート信号を、「ビート信号Ｂ（ｉ）」と表す。ここでは、図４の中段のグラフに示す、期間Ｐ１およびＰ２のビート信号Ｂ（２ｉ−１）が生成される。ビート信号Ｂ（２ｉ−１）のうち、期間Ｐ１に属する掃引開始部分には、波形歪みが含まれている。一方、期間Ｐ２に属する部分には、このような波形歪みが含まれていない。 Next, the FMCW radar 10 generates a beat signal by multiplying the up sweep signal T (2i-1) and the reflected wave signal R (2i-1) (step S3). Hereinafter, a beat signal generated using the sweep signal T (i) and the reflected wave signal R (i) is represented as “beat signal B (i)”. Here, beat signals B (2i-1) of periods P1 and P2 shown in the middle graph of FIG. 4 are generated. Of the beat signal B (2i-1), the sweep start portion belonging to the period P1 includes waveform distortion. On the other hand, such waveform distortion is not included in the portion belonging to the period P2.

次に、ＦＭＣＷ方式レーダ１０は、ダウン掃引を行う（ステップＳ４）。このダウン掃引により、図４の上段のグラフに示す、ダウンスイープ信号Ｔ（２ｉ）が送信される。ダウン掃引が行われる期間の前半期間を「Ｐ３」、後半期間を「Ｐ４」とする。ここでは、Ｐ３＝Ｐ４の関係を満たす。また、Ｐ３＝Ｐ４＝Ｐ１＝Ｐ２の関係を満たすものとする。 Next, the FMCW radar 10 performs a down sweep (step S4). With this down sweep, a down sweep signal T (2i) shown in the upper graph of FIG. 4 is transmitted. The first half of the period during which the down sweep is performed is “P3”, and the second half is “P4”. Here, the relationship P3 = P4 is satisfied. Further, it is assumed that the relationship P3 = P4 = P1 = P2 is satisfied.

次に、ＦＭＣＷ方式レーダ１０では、送信したダウンスイープ信号に応じた反射波を受信する（ステップＳ５）。この反射波の反射波信号は、図４の上段のグラフに示す、反射波信号Ｒ（２ｉ）である。 Next, the FMCW radar 10 receives a reflected wave corresponding to the transmitted down sweep signal (step S5). The reflected wave signal of this reflected wave is a reflected wave signal R (2i) shown in the upper graph of FIG.

次に、ＦＭＣＷ方式レーダ１０は、ダウンスイープ信号Ｔ（２ｉ）と、反射波信号Ｒ（２ｉ）との乗算により、ビート信号を生成する（ステップＳ６）。ここでは、図４の中段のグラフに示す、期間Ｐ３およびＰ４のビート信号Ｂ（２ｉ）が生成される。ビート信号Ｂ（２ｉ）のうち、期間Ｐ３に属する掃引開始部分には、波形歪みが含まれている。一方、期間Ｐ４に属する部分には、このような波形歪みが含まれていない。 Next, the FMCW radar 10 generates a beat signal by multiplying the down sweep signal T (2i) and the reflected wave signal R (2i) (step S6). Here, beat signals B (2i) of periods P3 and P4 shown in the middle graph of FIG. 4 are generated. Of the beat signal B (2i), the sweep start portion belonging to the period P3 includes waveform distortion. On the other hand, such waveform distortion is not included in the portion belonging to the period P4.

次に、ＦＭＣＷ方式レーダ１０において信号処理部１１は、アップ掃引時のビート信号、およびダウン掃引時のビート信号の各々から、掃引開始部分を除く部分のビート信号を取得する（ステップＳ７）。ここでは、信号処理部１１は、期間Ｐ２およびＰ４のビート信号を取得する。期間Ｐ１およびＰ３のビート信号は破棄されてもよい。 Next, in the FMCW radar 10, the signal processing unit 11 acquires a beat signal of a portion excluding the sweep start portion from each of the beat signal at the time of the up sweep and the beat signal at the time of the down sweep (step S7). Here, the signal processing unit 11 acquires beat signals in the periods P2 and P4. The beat signals in the periods P1 and P3 may be discarded.

次に、信号処理部１１は、ステップＳ７で取得した期間Ｐ２およびＰ４のビート信号のうち、一方のビート信号を時間方向において反転させる（ステップＳ８）。ここでは、信号処理部１１は、ビート信号Ｂ（２ｉ）のうちの期間Ｐ４の部分の信号を時間方向に反転して、反転ビート信号ＢＲ（２ｉ）を生成する。 Next, the signal processing unit 11 inverts one of the beat signals in the periods P2 and P4 acquired in step S7 in the time direction (step S8). Here, the signal processing unit 11 inverts the signal in the portion of the period P4 in the beat signal B (2i) in the time direction to generate the inverted beat signal BR (2i).

次に、信号処理部１１は、ステップＳ７で取得した他方のビート信号と、反転ビート信号とを合成する（ステップＳ９）。ここでは、信号処理部１１は、ビート信号Ｂ（２ｉ−１）のうちの期間Ｐ２の部分の信号と、反転ビート信号ＢＲ（２ｉ）とを合成する。この合成後のビート信号を「合成ビート信号ＢＳ」と表す。この合成は、図４の下段のグラフに示すように、期間Ｐ１のビート信号Ｂ（２ｉ−１）を、反転ビート信号ＢＲ（２ｉ）に置き換えることにより行われる。合成の際には、信号処理部１１は、波形が滑らかに変化するように、ビート信号Ｂ（２ｉ−１）に対するビート信号Ｂ（２ｉ）の位相合わせをして繋ぎ合わせる。波形の滑らかさが保たれることにより、合成ビート信号に基づく測距の精度の向上が期待できるからである。 Next, the signal processing unit 11 synthesizes the other beat signal acquired in step S7 and the inverted beat signal (step S9). Here, the signal processing unit 11 synthesizes the signal in the period P2 of the beat signal B (2i-1) and the inverted beat signal BR (2i). The beat signal after the synthesis is represented as “synthesis beat signal BS”. This synthesis is performed by replacing the beat signal B (2i-1) in the period P1 with the inverted beat signal BR (2i) as shown in the lower graph of FIG. At the time of synthesis, the signal processing unit 11 performs phase alignment of the beat signal B (2i) with respect to the beat signal B (2i-1) so as to smoothly change the waveform. This is because the accuracy of distance measurement based on the combined beat signal can be expected by maintaining the smoothness of the waveform.

前述のように、アップ掃引時、およびダウン掃引時のそれぞれのビート信号のうちの掃引開始部分には、ＨＰＦ１７の過渡応答に起因する波形歪みが含まれることがある。一方、掃引開始部分を除く部分には、このような波形歪みは含まれない。また、アップスイープ信号とダウンスイープ信号とは、周波数の変化の方向は逆であるが、単位時間当たりの周波数の変化の大きさ（絶対値）は同じである。よって、ステップＳ９の合成により、波形歪みの影響を除外したビート信号と実質的に同一の合成ビート信号が得られる。 As described above, the sweep start portion of each beat signal at the time of the up sweep and the down sweep may include waveform distortion due to the transient response of the HPF 17. On the other hand, the waveform distortion is not included in the portion excluding the sweep start portion. The up sweep signal and the down sweep signal are opposite in frequency change direction, but have the same magnitude (absolute value) of frequency change per unit time. Therefore, the synthesized beat signal substantially the same as the beat signal excluding the influence of the waveform distortion is obtained by the synthesis in step S9.

信号処理部１１は、合成ビート信号に基づいて測距を行う（ステップＳ１０）。信号処理部１１は、例えば、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の周波数解析処理を行って、合成ビート信号の周波数を特定する。そして、信号処理部１１は、この周波数に応じた距離を特定し、特定した距離を用いた各種処理を行う。 The signal processing unit 11 performs distance measurement based on the combined beat signal (step S10). The signal processing unit 11 performs frequency analysis processing such as FFT (Fast Fourier Transform), for example, and specifies the frequency of the synthesized beat signal. And the signal processing part 11 specifies the distance according to this frequency, and performs various processes using the specified distance.

ここで、以上の手法で合成ビート信号ＢＳを生成し、測距を行うことができる理由を、数式を用いて説明する。
ハイパスフィルタ処理に起因する波形歪みの影響がない場合、ビート信号Ｂ（ｔ）は、下記式（１）の関係を満たす。ｔは、時間を示す変数である。式（１）において、Ｇは振幅、τはスイープ信号の反射に要する時間、つまりＦＭＣＷ方式レーダ１０から対象物２０までの距離に依存する時間、Δｆは掃引周波数幅（Δｆ＝ｆｂ−ｆａ）である。

Here, the reason why the synthesized beat signal BS can be generated and the distance can be measured by the above method will be described using mathematical expressions.
When there is no influence of waveform distortion due to the high-pass filter processing, the beat signal B (t) satisfies the relationship of the following formula (1). t is a variable indicating time. In Equation (1), G is the amplitude, τ is the time required for reflection of the sweep signal, that is, the time depending on the distance from the FMCW radar 10 to the object 20, and Δf is the sweep frequency width (Δf = fb−fa). is there.

ここで、近距離の測距を行う場合を考える。この場合、掃引時間Δτに対して時間τが十分に小さいため、式（１）は下記式（２）のように変形できる。

Here, consider a case where distance measurement is performed at a short distance. In this case, since the time τ is sufficiently small with respect to the sweep time Δτ, the equation (1) can be transformed into the following equation (2).

この場合において、アップスイープ信号に対応するビート信号Ｂ（ｔ）は下記式（３）、ダウンスイープ信号に対応するビート信号Ｂ（ｔ）は下記式（４）のように表せる。

In this case, the beat signal B (t) corresponding to the up sweep signal can be expressed by the following equation (3), and the beat signal B (t) corresponding to the down sweep signal can be expressed by the following equation (4).

ここで、例えば、アップ掃引時のビート信号Ｂ（ｔ）の前半部分を−Δτ／２≦ｔ＜０の区間、後半部分を０≦ｔ＜Δτ／２の区間と考えた場合、式（３），（４）で表されるビート信号Ｂ（ｔ）の波形が、時間方向において反対の関係となることが分かる。 Here, for example, when the first half of the beat signal B (t) at the time of the up sweep is considered as a section of −Δτ / 2 ≦ t <0 and the second half is a section of 0 ≦ t <Δτ / 2, the expression (3 ), The waveform of the beat signal B (t) represented by (4) is opposite in the time direction.

図５は、ビート信号に基づく処理の具体例を説明する図である。図５の各グラフにおいて、横軸は時間、縦軸は振幅を示す。各グラフの「Ｉ」は、同相(In-phase)成分を、「Ｑ」は直交位相(Quadrature)成分を示す。図５（Ａ）はアップ掃引時のビート信号を、図５（Ｂ）はダウン掃引時のビート信号を示す。図５（Ａ）の丸囲み部分に示すように、アップ掃引時のビート信号の前半部分には、過渡応答による波形歪みが現れている。そこで、信号処理部１１は、図５（Ａ）から図５（Ｃ）に延ばした矢印で示すように、後半部分のビート信号だけを用いる。また、図５（Ｂ）から図５（Ｄ）に延ばした矢印で示すように、信号処理部１１は、ダウン掃引時のビート信号を時間方向に反転し、更に図５（Ｄ）から図５（Ｃ）に延ばした矢印で示すように、アップ掃引時のビート信号の後半部分と合成する。これにより、実質的に、波形歪みの影響を除外した合成ビート信号が得られる。
以上の理由により、ＦＭＣＷ方式レーダ１０によれば、近距離の測距の精度を高めることができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating a specific example of processing based on beat signals. In each graph of FIG. 5, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates amplitude. In each graph, “I” indicates an in-phase component, and “Q” indicates a quadrature component. FIG. 5A shows a beat signal at the time of up sweep, and FIG. 5B shows a beat signal at the time of down sweep. As shown in a circled portion in FIG. 5A, waveform distortion due to a transient response appears in the first half of the beat signal during the up sweep. Therefore, the signal processing unit 11 uses only the beat signal in the latter half as shown by the arrows extending from FIG. 5 (A) to FIG. 5 (C). Further, as indicated by the arrows extending from FIG. 5B to FIG. 5D, the signal processing unit 11 inverts the beat signal at the time of the down sweep in the time direction, and further from FIG. 5D to FIG. As shown by the arrow extending to (C), the second half of the beat signal at the time of the up sweep is synthesized. Thereby, a composite beat signal substantially excluding the influence of waveform distortion can be obtained.
For the above reasons, according to the FMCW radar 10, the accuracy of short-distance ranging can be improved.

［変形例］
本発明は、上述した実施形態と異なる形態で実施してもよい。また、以下に示す変形例は、各々を組み合わせてもよい。
上述した実施形態のＦＭＣＷ方式レーダ１０は、アップ掃引時の後半部分のビート信号と、当該部分に後続するダウン掃引時の後半部分のビート信号とを用いて、合成ビート信号を生成し、この合成ビート信号を用いて測距を行っていた。合成ビート信号を生成するためのビート信号の組み合わせは、これに限られない。図６〜図８は、信号処理部１１が実行する測距に係る処理の他の例を説明する図である。 [Modification]
The present invention may be implemented in a form different from the above-described embodiment. Moreover, you may combine each of the modification shown below.
The FMCW radar 10 according to the above-described embodiment generates a composite beat signal by using a beat signal of the latter half part at the time of the up sweep and a beat signal of the latter half part at the time of the down sweep subsequent to the part. Ranging was performed using beat signals. The combination of beat signals for generating a composite beat signal is not limited to this. 6 to 8 are diagrams illustrating other examples of processing related to distance measurement performed by the signal processing unit 11.

図６に示すように、信号処理部１１は、アップ掃引時のビート信号Ｂ（２ｉ−１）のうちの期間Ｐ２の部分の信号を時間方向において反転して、反転ビート信号ＢＲ（２ｉ−１）を生成する。そして、信号処理部１１は、生成した反転ビート信号ＢＲ（２ｉ−１）を、ビート信号Ｂ（２ｉ）の期間Ｐ４の部分の信号と合成して、合成ビート信号ＢＳ１を生成する。 As shown in FIG. 6, the signal processing unit 11 inverts the signal in the period P2 in the beat signal B (2i−1) at the time of the up sweep in the time direction, and the inverted beat signal BR (2i−1). ) Is generated. Then, the signal processing unit 11 synthesizes the generated inverted beat signal BR (2i-1) with the signal of the period P4 of the beat signal B (2i) to generate a synthesized beat signal BS1.

信号処理部１１は、ダウン掃引時のビート信号の後半部分の信号と、当該部分に後続するアップ掃引時のビート信号の後半部分の信号とを用いて、合成ビート信号を生成してもよい。図７に示すように、ここでは、信号処理部１１は、ダウンスイープ信号Ｔ（２ｉ）に対応するビート信号Ｂ（２ｉ）と、これに後続するアップスイープ信号Ｔ（２ｉ＋１）に対応するビート信号Ｂ（２ｉ＋１）とを用いる。信号処理部１１は、アップ掃引時のビート信号Ｂ（２ｉ＋１）のうちの期間Ｐ４の部分の信号を時間方向において反転して、反転ビート信号ＢＲ（２ｉ＋１）を生成する。そして、信号処理部１１は、生成した反転ビート信号ＢＲ（２ｉ＋１）を、ビート信号Ｂ（２ｉ）の期間Ｐ２の部分の信号と合成して、合成ビート信号ＢＳ２を生成する。 The signal processing unit 11 may generate a composite beat signal by using the signal in the second half of the beat signal at the time of the down sweep and the signal in the second half of the beat signal at the time of the up sweep following the corresponding part. As shown in FIG. 7, here, the signal processing unit 11 performs the beat signal B (2i) corresponding to the down sweep signal T (2i) and the beat signal corresponding to the up sweep signal T (2i + 1) subsequent thereto. B (2i + 1) is used. The signal processing unit 11 inverts the signal in the period P4 in the beat signal B (2i + 1) at the time of the up sweep in the time direction to generate an inverted beat signal BR (2i + 1). Then, the signal processing unit 11 combines the generated inverted beat signal BR (2i + 1) with the signal of the period P2 of the beat signal B (2i) to generate a combined beat signal BS2.

また、図８に示すように、信号処理部１１は、ダウン掃引時のビート信号Ｂ（２ｉ）のうちの期間Ｐ２の部分の信号を時間方向において反転して、反転ビート信号ＢＲ（２ｉ）を生成する。そして、信号処理部１１は、生成した反転ビート信号ＢＲ（２ｉ）を、ビート信号Ｂ（２ｉ＋１）のうちの期間Ｐ４の部分の信号と合成して、合成ビート信号ＢＳ３を生成する。 Further, as shown in FIG. 8, the signal processing unit 11 inverts the signal in the period P2 in the beat signal B (2i) at the time of the down sweep in the time direction to generate the inverted beat signal BR (2i). Generate. Then, the signal processing unit 11 synthesizes the generated inverted beat signal BR (2i) with the signal in the period P4 of the beat signal B (2i + 1) to generate a synthesized beat signal BS3.

また、上述した実施形態のＦＭＣＷ方式レーダ１０によれば、１サイクルのアップ掃引とダウン掃引により測距のためのビート信号が得られるので、測距のための処理時間の短縮を期待することができる。しかし、信号処理部１１は、時間方向において連続しない２つのスイープ信号に対応するビート信号を用いて、合成ビート信号を生成し、この合成ビート信号を用いて測距を行ってもよい。例えば、信号処理部１１は、アップ掃引時のビート信号Ｂ（２ｉ−１）と、ダウン掃引時のビート信号Ｂ（２ｉ＋２）とを用いてもよい。 Further, according to the FMCW radar 10 of the above-described embodiment, a beat signal for distance measurement can be obtained by one cycle of up-sweep and down-sweep, so that it is expected to shorten the processing time for distance measurement. it can. However, the signal processing unit 11 may generate a combined beat signal using beat signals corresponding to two sweep signals that are not continuous in the time direction, and may perform distance measurement using the combined beat signal. For example, the signal processing unit 11 may use the beat signal B (2i-1) at the time of up sweep and the beat signal B (2i + 2) at the time of down sweep.

アップ掃引時のビート信号のうち、ダウン掃引時のビート信号と合成される信号は、当該アップ掃引時のビート信号の後半部分でなくてもよい。合成される信号は、アップ掃引時のビート信号から少なくとも掃引開始部分を除いた部分の信号であればよく、当該アップ掃引時のビート信号のうちの１／２よりも長い期間であってもよいし、短い期間であってもよい。同様に、ダウン掃引時のビート信号のうち、アップ掃引時のビート信号と合成される信号は、当該ダウン掃引時のビート信号の後半部分でなくてもよい。合成される信号は、ダウン掃引時のビート信号から少なくとも掃引開始部分を除いた部分の信号であれば、当該ダウン掃引時のビート信号のうちの１／２よりも長い期間であってもよいし、短い期間であってもよい。
また、送信アンテナ１３および受信アンテナ１５に代えて、送受信を行うアンテナ（例えば単一のアンテナ）が用いられてもよい。 Of the beat signal at the time of up sweep, the signal combined with the beat signal at the time of down sweep may not be the second half of the beat signal at the time of up sweep. The synthesized signal may be a signal obtained by removing at least the sweep start portion from the beat signal at the time of the up sweep, and may be a period longer than ½ of the beat signal at the time of the up sweep. However, it may be a short period. Similarly, the signal combined with the beat signal at the time of the up sweep among the beat signals at the time of the down sweep may not be the latter half of the beat signal at the time of the down sweep. The synthesized signal may be a period longer than ½ of the beat signal at the time of the down sweep as long as it is a signal obtained by removing at least the sweep start portion from the beat signal at the time of the down sweep. It may be a short period.
Further, instead of the transmission antenna 13 and the reception antenna 15, an antenna that performs transmission and reception (for example, a single antenna) may be used.

上述した実施形態および変形例で説明された構成、形状、大きさ、配置関係、数量等については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。 The configurations, shapes, sizes, arrangement relationships, quantities, and the like described in the above-described embodiments and modifications are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be variously modified without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.

１０…ＦＭＣＷ方式レーダ、１１…信号処理部、１２…発振器、１３…送信アンテナ、１４…方向性結合器、１５…受信アンテナ、１６…ミキサ、１７…ＨＰＦ、２０…対象物。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... FMCW system radar, 11 ... Signal processing part, 12 ... Oscillator, 13 ... Transmitting antenna, 14 ... Directional coupler, 15 ... Receiving antenna, 16 ... Mixer, 17 ... HPF, 20 ... Object.

Claims

FMCW radar that measures the distance using a signal that is a combination of the beat signal at the time of up sweep and the beat signal at the time of down sweep.

2. The FMCW radar according to claim 1, wherein ranging is performed using a signal obtained by synthesizing signals of portions other than a sweep start portion of beat signals at the time of up sweep and at the time of down sweep.

Measurement is performed using a signal obtained by combining the signal of the beat signal at the time of the up sweep excluding the sweep start part and the signal of the beat signal at the time of the down sweep following the part excluding the sweep start part. The FMCW radar according to claim 2, which performs distance.

Measurement is performed using a signal obtained by combining the signal of the part excluding the sweep start part of the beat signal during the down sweep and the signal of the part excluding the sweep start part of the beat signal during the up sweep following the part. The FMCW radar according to claim 2, which performs distance.

Phase-match the signal of the part excluding the sweep start part of the beat signal during the up sweep and the signal obtained by inverting the signal of the part excluding the sweep start part of the beat signal during the down sweep in the time direction. The FMCW radar according to any one of claims 2 to 4, wherein ranging is performed using the connected signals.

Phase-match the signal of the part excluding the sweep start part of the beat signal during the down sweep and the signal obtained by inverting the signal of the part excluding the sweep start part of the beat signal during the up sweep in the time direction. The FMCW radar according to any one of claims 2 to 4, wherein ranging is performed using the connected signals.