JP2009042068A - Pulse radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルス信号を出力してその反射波の少なくとも一部を受信することにより周囲に存在する物体を検出するパルスレーダ装置に関する。 The present invention relates to a pulse radar device that detects an object existing in the vicinity by outputting a pulse signal and receiving at least a part of a reflected wave thereof.
近年、車両周囲の死角における人の検出や、駐車支援、追従走行等への適用を目的とした車載用のパルスレーダ装置として、一般にUWB(Ultra Wide Band:超広帯域無線)と呼ばれる22〜29GHzの準ミリ波帯を利用するものが知られている。UWBを用いたパルスレーダ装置では、非常に広い周波数帯域を利用して発生した1ns幅程度の極めて幅の短いパルス信号を利用できるため、15cm程度の高い距離分解能を実現できる。 In recent years, as a vehicle-mounted pulse radar device for the purpose of detecting people in blind spots around a vehicle, parking assistance, following traveling, etc., it is generally called 22 to 29 GHz called UWB (Ultra Wide Band). Those using the quasi-millimeter wave band are known. In the pulse radar apparatus using UWB, a very short pulse signal having a width of about 1 ns generated using a very wide frequency band can be used, so that a high distance resolution of about 15 cm can be realized.
図10は従来例に係るパルスレーダ装置100の構成を示すブロック図である。図10において、無線送信回路5は、コントローラ101により所定の繰り返し周期で発生された送信トリガ信号Gtを入力すると、所定幅及び所定のキャリア周波数を有する送信信号Ptを発生し、送信アンテナ5aを介して空間に放射する。送信信号Ptは物体2で反射し、その一部が受信信号Prとして受信アンテナ102aを介して無線受信回路102により受信されて検波される。信号処理部7は、無線受信回路102の検波結果Drに基づいて所定の信号処理を行い、物体2までの距離Rを検出する。物体2までの距離Rは、例えば非特許文献1に開示されるように、送信信号Ptが放射されてから受信信号Prを受信するまでの時間Δtと光速cとを用いて次式(1)により算出できる。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a
[数1]
R=c×(Δt/2) (1)
[Equation 1]
R = c × (Δt / 2) (1)
図11は図10のパルスレーダ装置100における送信信号Pt及び受信信号Prを示す波形図である。図11において、受信信号Prは、送信信号Ptが放射される送信タイミングから、送信アンテナ5aと障害物2との距離に応じた往復時間後に検出される。無線受信回路102は、送信信号Ptの送信タイミングから探索範囲内の所望距離に応じて順次変更される遅延時間だけ遅延させた検波タイミングで受信信号Prを検波する。
FIG. 11 is a waveform diagram showing the transmission signal Pt and the reception signal Pr in the
上記従来例に係るパルスレーダ装置において上述のUWBを利用する場合、受信信号Prの幅が1ns程度と極めて短いので、これを確実に検波するには、送信タイミングから検波タイミングまでの遅延時間を、パルス幅よりも細かい間隔で正確に制御する必要がある。従来、異なる遅延量を有する複数のアナログ遅延線を多段に構成して、その接続状態をスイッチにより切り替えることによって遅延時間を変更する方法が提案されている。しかしながら、一般に個々のアナログ遅延線は誤差を有するので、複数のアナログ遅延線を用いることによって誤差が増大し、正確な遅延時間を得ることができず、それにより検波タイミングの精度が悪化するという問題点があった。更に、車載用パルスレーダ装置に対しては厳しい温度条件(例えば、摂氏−40〜85度)が課されるために、温度変化に伴ってアナログ遅延線の遅延量が変化し、さらに検波タイミングの精度が悪化する可能性がある。 When using the above-described UWB in the pulse radar device according to the conventional example, the width of the reception signal Pr is as short as about 1 ns. Therefore, in order to reliably detect this, the delay time from the transmission timing to the detection timing is: It is necessary to control accurately at intervals smaller than the pulse width. Conventionally, a method has been proposed in which a plurality of analog delay lines having different delay amounts are configured in multiple stages and the connection time is changed by a switch to change the delay time. However, since each analog delay line generally has an error, the error increases by using a plurality of analog delay lines, and an accurate delay time cannot be obtained, thereby deteriorating the accuracy of detection timing. There was a point. Furthermore, since a severe temperature condition (for example, −40 to 85 degrees Celsius) is imposed on the on-vehicle pulse radar device, the delay amount of the analog delay line changes with the temperature change, and the detection timing is further increased. The accuracy may deteriorate.
本発明の目的は、以上の問題点を解決し、周囲の温度変化に拘わらず高精度に周囲に存在する物体を検出できるパルスレーダ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a pulse radar device capable of detecting an object present in the surroundings with high accuracy regardless of a change in ambient temperature.
第1の発明に係るパルスレーダ装置は、パルス信号を出力し、前記パルス信号の反射波の少なくとも一部を受信することによって周囲に存在する物体を検出するパルスレーダ装置において、前記パルス信号を放射する送信タイミングを与える送信トリガ信号と、前記反射波の少なくとも一部を受信する検波タイミングを与える受信トリガ信号とを発生して出力するトリガ信号発生部を備え、前記トリガ信号発生部は、入力されるクロック信号に基づいて、入力される周波数設定信号に応じて異なる周期を有する第1のディジタル出力信号を発生して出力するディジタル波形生成回路を含み、前記第1のディジタル出力信号に基づいて、第1の可変周期パルス出力信号を発生して出力する第1の信号発生部と、前記クロック信号に基づいて動作するディジタル固定遅延回路を用いて、前記第1のディジタル出力信号を所定の固定遅延時間だけ遅延した後、前記遅延した第1のディジタル出力信号に基づいて第2の可変周期パルス出力信号を発生して出力する第2の信号発生部と、前記第1の可変周期パルス出力信号に基づいて前記受信トリガ信号を発生して出力する受信トリガ信号発生部と、前記第1の可変周期パルス出力信号及び第2の可変周期パルス出力信号に基づいて前記送信トリガ信号を発生して出力する送信トリガ信号発生部とを備えたことを特徴とする。 A pulse radar apparatus according to a first aspect of the present invention is a pulse radar apparatus that detects a surrounding object by outputting a pulse signal and receiving at least part of a reflected wave of the pulse signal, and radiates the pulse signal. A trigger signal generator for generating and outputting a transmission trigger signal for providing a transmission timing for receiving and a reception trigger signal for providing a detection timing for receiving at least a part of the reflected wave, wherein the trigger signal generator is input A digital waveform generation circuit that generates and outputs a first digital output signal having a different period according to an input frequency setting signal, and based on the first digital output signal, A first signal generator for generating and outputting a first variable period pulse output signal; and operating based on the clock signal And delaying the first digital output signal by a predetermined fixed delay time and then generating a second variable period pulse output signal based on the delayed first digital output signal. A second signal generator that outputs the received trigger signal based on the first variable period pulse output signal, a reception trigger signal generator that generates and outputs the reception trigger signal, the first variable period pulse output signal, And a transmission trigger signal generator for generating and outputting the transmission trigger signal based on a second variable period pulse output signal.
上記パルスレーダ装置において、前記ディジタル固定遅延回路は、互いに縦続接続された複数段の遅延型フリップフロップであることを特徴とする。 In the pulse radar apparatus, the digital fixed delay circuit is a plurality of delay flip-flops cascaded to each other.
また、上記パルスレーダ装置において、前記第1の信号発生部は、前記周波数設定信号に応じて異なる周期を有する正弦波又は余弦波のディジタル信号を発生し、前記ディジタル信号に基づいて前記第1の出力信号を発生して出力することを特徴とする。 In the pulse radar device, the first signal generation unit generates a digital signal of a sine wave or a cosine wave having a different period according to the frequency setting signal, and the first signal generator generates the first signal based on the digital signal. An output signal is generated and output.
さらに、上記パルスレーダ装置において、前記固定遅延時間は、前記クロック信号の周期の自然数倍であることを特徴とする。 Furthermore, in the above pulse radar device, the fixed delay time is a natural number multiple of the period of the clock signal.
本発明に係るパルスレーダ装置によれば、入力されるクロック信号に基づいて、入力される周波数設定信号に応じて異なる周期を有する第1の出力信号を発生して出力する第1の信号発生部と、クロック信号に基づいて動作するディジタル固定遅延回路を用いて、第1の出力信号を所定の固定遅延時間だけ遅延した後、遅延した第1の出力信号に基づいて第2の出力信号を発生して出力する第2の信号発生部と、第1の出力信号に基づいて受信トリガ信号を発生して出力する受信トリガ信号発生部と、第1の出力信号及び第2の出力信号に基づいて送信トリガ信号を発生して出力する送信トリガ信号発生部とを備えたトリガ信号発生部を備えたので、周囲の温度変化に拘わらず高精度に周囲に存在する物体を検知できる。 According to the pulse radar device of the present invention, the first signal generator that generates and outputs the first output signal having a different period according to the input frequency setting signal based on the input clock signal. And delaying the first output signal by a predetermined fixed delay time using a digital fixed delay circuit that operates based on the clock signal, and then generating a second output signal based on the delayed first output signal A second signal generator for outputting, a reception trigger signal generator for generating and outputting a reception trigger signal based on the first output signal, and on the basis of the first output signal and the second output signal Since the trigger signal generation unit including the transmission trigger signal generation unit that generates and outputs the transmission trigger signal is provided, it is possible to detect an object existing in the vicinity with high accuracy regardless of the ambient temperature change.
以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same reference numerals are assigned to the same components.
図1は、本発明の一実施形態に係るパルスレーダ装置1の構成を示すブロック図である。図1において、パルスレーダ装置1は、コントローラ3と、トリガ信号発生回路4と、無線送信回路5と、送信アンテナ5aと、無線受信回路6と、受信アンテナ6aと、信号処理回路7とを備えて構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
コントローラ3は、例えば10usの繰り返し周期P毎に探索命令信号Cdを発生してトリガ信号発生回路4に出力する。トリガ信号発生回路4は、コントローラ3からの探索命令信号Cdを入力する毎に、送信トリガ信号Gtと、送信トリガ信号Gtに対して遅延した受信トリガ信号Grとを発生して、それぞれ無線送信回路5及び無線受信回路6に出力する。
The
無線送信回路5は、送信トリガ信号Gtの立ち上がりを送信タイミングとして、例えば26GHzのキャリア周波数で変調された1ns幅を有する送信信号Ptを発生して、送信アンテナ5aを介して空間に放射する。送信信号Ptは、空間に存在する物体2で反射し、反射信号の少なくとも一部が受信信号Prとして受信アンテナ6aを介して無線受信回路6により受信される。無線受信回路6は、受信トリガ信号Grの立ち上がりを検波タイミングとして、例えば受信信号Prの電圧レベルを検出し、検出された電圧レベルを含む検波結果Drを信号処理回路7に出力する。
The
信号処理回路7は、無線受信回路6から出力された検波結果Drを取得し、平均化処理や距離検出処理等の所定の信号処理を行うことによって物体2の有無及び物体2までの距離を検出し、検出結果Dsをコントローラ3に出力する。コントローラ3は、信号処理部7からの検出結果Dsに基づいて、次の探索命令信号Cdを発生して出力する。
The signal processing circuit 7 acquires the detection result Dr output from the wireless reception circuit 6, and detects the presence / absence of the
図2は、図1のパルスレーダ装置1の各部の信号を示す波形図である。図2において、無線送信回路5は、送信トリガ信号Gtの立ち上がりを送信タイミングとして送信信号Ptを出力する。また、無線受信回路6は、受信トリガ信号Grの立ち上がりを検波タイミングとして受信信号Prを検出する。このとき、コントローラ3からの探索命令信号Cdは、繰り返し周期Pに関する情報の他に、送信タイミングから検波タイミングまでの遅延時間の設定に関する情報を含み、1回目の繰り返し周期Pにおける送信タイミングから検波タイミングまでの遅延時間Tr1と、2回目の繰り返し周期Pにおける送信タイミングから検波タイミングまでの遅延時間Tr2とが異なるようにコントローラ3により設定される(詳細は後述する。)。
FIG. 2 is a waveform diagram showing signals at various parts of the
図3は、図1のトリガ信号発生回路4の詳細構成を示すブロック図である。図3において、トリガ信号発生回路4は、可変周期パルス発生回路41,42と、受信トリガ信号発生回路43と、送信トリガ信号発生回路44とを備えて構成される。可変周期パルス発生回路41は、ディジタル波形発生回路60と、D/A変換器61と、低域通過フィルタ(以下、LPFという。)62と、波形整形器63とを備えて構成される。また、可変周期パルス発生回路42は、ディジタル固定遅延回路70と、D/A変換器71と、LPF72と、波形整形器73とを備えて構成される。なお、可変周期パルス発生回路41において、ディジタル波形発生回路60とD/A変換器61とはDDS(Direct Digital Synthesizer:直接ディジタル合成)50を構成する。
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the trigger
コントローラ3からトリガ信号発生回路4に入力される探索命令信号Cdは、繰り返し周期Pの開始時に立ち上がる起動信号Tgと、送信タイミングから検波タイミングまでの遅延時間を設定するための周波数設定信号Dfと、クロック信号Cとを含む。ディジタル波形発生回路60は、周波数設定信号Dfとクロック信号Cとを入力し、周波数設定信号Dfに応じた周期Tsi(i=1,2,3,…)を有するディジタル信号である出力信号D1を発生してD/A変換器61及びディジタル固定遅延回路70に出力する。周波数設定信号Dfは、繰り返し周期Pを反復する度に周期Tsi(i=1,2,3,…)が段々長くなるように制御される。ディジタル固定遅延回路70は、ディジタル波形発生回路60からの出力信号D1を所定の固定遅延時間Tdだけ遅延させ、出力信号D2としてD/A変換器71に出力する。
The search command signal Cd input from the
D/A変換器61は、ディジタル波形発生回路60から入力されるディジタル出力信号D1を、クロック信号Cに基づいてサンプルホールド処理を行うことによってディジタル出力信号D1を階段上のアナログ出力信号S1に変換してLPF62に出力する。LPF62は出力信号S1の高調波成分を除去することによって出力信号S1を滑らかな出力信号S2に変換し、波形整形器63に出力する。波形整形器63は、例えばコンパレータであって、出力信号S2をパルス状の波形に変換して、パルス信号である出力信号P1を受信トリガ信号発生回路43に出力する。
The D /
D/A変換器72は、ディジタル固定遅延回路70から入力されるディジタル出力信号D2を、クロック信号Cに基づいてサンプルホールド処理を行うことによってディジタル出力信号D2を階段上のアナログ出力信号S3に変換してLPF72に出力する。LPF72は出力信号S3の高調波成分を除去することによって出力信号S3を滑らかな出力信S4に変換し、波形整形器73に出力する。波形整形器73は、例えばコンパレータであって、出力信号S4をパルス状の波形に変換して、パルス信号である出力信号P2を送信トリガ発生回路44に出力する。ディジタル固定遅延回路70が設けられている故に、出力信号P2は出力信号P1に対して所定の固定遅延時間Tdだけ遅延される。
The D /
受信トリガ信号発生回路43は、起動信号Tgと出力信号P1とに基づいて受信トリガ信号Grを発生して出力する。送信トリガ信号発生回路44は、起動信号Tgと出力信号P1及びP2とに基づいて送信トリガ信号Gtを発生して出力する(図4を参照して後述する。)。
The reception trigger
図4は、図3の受信トリガ信号発生回路43及び送信トリガ信号発生回路44における各部の信号を示す波形図である。受信トリガ信号発生回路43及び送信トリガ信号発生回路44は各繰り返し周期Pにおいて、コントローラ3からハイレベルの起動信号Tgを入力した後、出力信号P1の立ち上がりを検出したタイミングでハイレベルとなる内部信号Siを発生する。次に、送信トリガ信号発生回路44は、内部信号Siがハイレベルとなった後、出力信号P2の立ち上がりを検出したタイミングでハイレベルとなる送信トリガ信号Gtを出力する。また、受信トリガ信号発生回路43は、内部信号Siがハイレベルとなった後、出力信号P1の立ち上がりを検出したタイミングでハイレベルとなる受信トリガ信号Grを出力する。同様の処理を繰り返し周期P毎に繰り返す。したがって、図4に示すように、送信トリガ信号Gtから受信トリガ信号Grまでの遅延時間Tri(i=1,2,3,…)は、周波数設定信号Dfに応じて変化する出力信号P1の周期Tsi(i=1,2,3,…)が長くなるにつれてだんだん長くなるように制御される。遅延時間Tri(i=1,2,3,…)は、出力信号P1の周期Tsi(i=1,2,3,…)及び固定遅延時間Tdを用いて次式(2)で表すことができる。
FIG. 4 is a waveform diagram showing signals at various parts in the reception trigger
[数2]
Tri=Tsi−Td(i=1,2,3,…) (2)
[Equation 2]
Tri = Tsi−Td (i = 1, 2, 3,...) (2)
上記式(2)において、出力信号P1の周期Tsi(i=1,2,3,…)は、検知したい距離に応じてTdから所定値まで変化する。周期Tsi(i=1,2,3,…)が固定遅延時間Tdと等しいとき、遅延時間Tri(i=1,2,3,…)はゼロとなり、極近距離に存在する物体を検出する。また、所望距離に存在する物体を検出するためには、周期Tsi(i=1,2,3,…)を固定遅延時間Tdと所望距離までの往復時間(即ち遅延時間Tri)との和になるように設定する。従って、次式(3)に示すように、周期Tsi(i=1,2,3,…)は、固定遅延時間Td以上の値となる。コントローラ3からの周波数設定信号Dfを変化させることで、所望距離に存在する物体を検出するように遅延時間Tri(i=1,2,3,…)を制御することができる。
In the above equation (2), the cycle Tsi (i = 1, 2, 3,...) Of the output signal P1 changes from Td to a predetermined value according to the distance to be detected. When the period Tsi (i = 1, 2, 3,...) Is equal to the fixed delay time Td, the delay time Tri (i = 1, 2, 3,...) Becomes zero, and an object existing at a very close distance is detected. . Further, in order to detect an object existing at a desired distance, the cycle Tsi (i = 1, 2, 3,...) Is set to the sum of a fixed delay time Td and a round trip time to the desired distance (that is, a delay time Tri). Set as follows. Therefore, as shown in the following equation (3), the period Tsi (i = 1, 2, 3,...) Is a value equal to or longer than the fixed delay time Td. By changing the frequency setting signal Df from the
[数3]
Tsi≧Td(i=1,2,3,…) (3)
[Equation 3]
Tsi ≧ Td (i = 1, 2, 3,...) (3)
図5は、図3のディジタル波形発生回路60の詳細構成を示すブロック図である。図5において、ディジタル波形発生回路60は、サンプリング増分位相メモリ80と、加算器82と、データ保持回路83と、波形メモリ84とを備えて構成される。加算器82及びデータ保持回路83は、アドレス演算器81を構成する。
FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of the digital
サンプリング増分位相メモリ80は、例えばROMによって構成され、コントローラ3から入力される、位相増加分メモリ80のアドレスデータを含む周波数設定信号Dfに基づいて、サンプリング増分位相Adを出力する。加算器82は、サンプリング増分位相Adと、前回波形メモリ84に入力されたデータ保持回路83の出力信号であるアドレスデータAsとを加算した加算データAaを出力する。データ保持回路83は、入力された加算データAaを保持し、クロック信号Cの立ち上がりのタイミングにアドレスデータAsとして出力する。アドレスデータAsは波形データの位相に相当する。波形メモリ84は、例えばROM等によって構成され、1周期分の離散的な正弦波の波形データを格納する。波形メモリ84は、クロック信号Cの立ち上がりのタイミングで、アドレス演算器81から入力されるアドレスデータAsに対応するディジタル信号である出力信号D1を出力する。
The sampling
図6(a)、図6(b)、図6(c)及び図6(d)はそれぞれ図3のディジタル波形発生回路60において周波数設定信号Dfを変化させた場合のトリガ信号発生回路4における出力信号D1、S1、S2及びP1を示す波形図である。図6(a)に示すように、サンプリング増分位相Adを2倍にしたとき、出力信号D1の周波数が2倍になる。このように、サンプリング増分位相メモリ80に入力する周波数設定信号Dfを変更してサンプリング増分位相Adを変化させることで、出力信号D1の周波数Fsを変更できる。
6 (a), 6 (b), 6 (c), and 6 (d) respectively show the trigger
出力信号D1の周波数Fsは、クロック信号Cの周波数をFcとし、波形メモリ84のデータ数をMとすると、サンプリング増分位相Adを用いて次式(3)により表される。
The frequency Fs of the output signal D1 is expressed by the following equation (3) using the sampling increment phase Ad, where Fc is the frequency of the clock signal C and M is the number of data in the
[数4]
Fs=(Ad/M)×Fc (4)
[Equation 4]
Fs = (Ad / M) × Fc (4)
上記式(3)に示すように、出力周波数Fsは、波形メモリ84のデータ数Mが多いほど細かく設定することができる。例えば、クロック信号Cの周波数Fcを50MHzとし、波形メモリ84のデータ数Mを65536個としたとき、出力信号D1の周波数Fsを、約0.0007629MHzの間隔で細かく設定できる。この出力周波数Fsの設定の細かさを周期に換算すると、出力周波数Fsによって異なるが、数ps程度の微細な間隔で周期Tsi(i=1,2,3,…)を設定できることになる。この構成により、送信トリガ信号Gtから受信トリガ信号Grまでの遅延時間を微細に変更することが可能であり、高い距離分解能を実現することができる。
As shown in the above equation (3), the output frequency Fs can be set more finely as the number of data M in the
図6(b)において、図3のD/A変換回路61により、離散的な出力信号D1を階段状の波形を有するアナログデータに変換することによって出力信号S1を発生し、図6(c)において、LPF62により、出力信号S1における高周波成分を除去することによって単一の周波数成分を持つ滑らかな正弦波である出力信号S3を発生し、図6(d)において、波形整形回路63により、出力信号S2である正弦波の振幅と、振幅の中心値との大小を比較してパルス信号である出力信号P1を発生する。以上のように、第1可変周期パルス発生回路41は、コントローラ3から入力される周波数設定信号Dfに対応する周期を有する出力信号P1を発生する。また、周波数設定信号Dfを細かく変更することで、出力するパルス信号P1の周期を微細に変化させることができる。
6B, the D /
図7(a)、図7(b)、図7(c)及び図7(d)はそれぞれトリガ信号発生回路4における出力信号D1及びD2、S1及びS2、S3及びS4並びにP1及びP2を示す波形図である。図7(a)において、ディジタル固定遅延回路70は、ディジタル波形発生回路60から入力された出力信号D1を、所定の固定遅延時間Tdだけ遅延させることによって出力信号D2を発生して出力する。図7(b)において、可変周期パルス発生回路41のD/A変換回路61と同様に、可変周期パルス発生回路42のD/A変換回路71は、ディジタル固定遅延回路70の出力した出力信号D2をアナログデータに変換する。図7(c)において、可変周期パルス発生回路41のLPF72と同様に、可変周期パルス発生回路42のLPF72は、D/A変換回路71の出力信号S3におけるノイズを除去することで、滑らかな正弦波S4に変換する。図7(d)において可変周期パルス発生回路41の波形整形回路63と同様に、可変周期パルス発生回路42の波形整形回路73は、LPF72の出力信号S4である正弦波の振幅と、振幅の中心値との大小を比較することによってパルス信号である出力信号P2を発生して出力する。
7 (a), 7 (b), 7 (c) and 7 (d) show output signals D1 and D2, S1 and S2, S3 and S4, and P1 and P2 in the trigger
図8は、図3のディジタル固定遅延回路70の詳細構成を示す回路図である。図8において、ディジタル固定遅延回路70は、多段接続されたN個の遅延型フリップフロップ(以下、D型フリップフロップという。)90−1〜90−Nを備えて構成される。各D型フリップフロップ90−1〜90−Nは、入力端子Dに入力された信号を、クロック信号Cの立ち上がりのタイミングで出力端子Qから出力する。従って、次式(5)に示すように、固定遅延時間Tdはクロック信号Cの周期FcのN倍となる。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the digital
[数5]
Td=n×Tc (5)
[Equation 5]
Td = n × Tc (5)
ディジタル固定遅延回路70において、出力信号D2はクロック信号Cの立ち上がりのタイミングを利用して発生されるため、遅延時間の大小や温度変化に拘わらず、高精度に出力信号D1に対して固定遅延時間Tdだけ遅延された出力信号D2を発生することができる。
In the digital
図9は、図3のディジタル波形発生回路60における出力スペクトルを示す周波数と相対電力との関係を示す特性図である。図9において、クロック信号Cの周波数をFcとし、出力信号D1の周波数をFsとする。図9に示すように、各D/A変換回路61及び71に入力される出力信号D1及びD2は離散化されたディジタルデータであるため、その周波数スペクトルには、周波数Fsの成分の他に、次式(6)で与えられる周波数Fiを有する折り返し信号を含む。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the frequency indicating the output spectrum and the relative power in the digital
[数6]
Fi=Fc×a±Fs(a:自然数) (6)
[Equation 6]
Fi = Fc × a ± Fs (a: natural number) (6)
上記式(4)において、ナイキストのサンプリング定理より、出力信号D1及びD2の周波数Fsを周波数Fcの1/2より大きな周波数に設定した場合、周波数成分Fc−Fsを有する折り返し信号が、周波数Fsより低い周波数帯域に発生するため、周波数Fsの周波数成分のみを取り出すためのLPF62及び72の設計が難しくなる。そのため、周波数Fsを周波数Fcの1/2より低い周波数帯域に設定し、折り返し信号の周波数成分を出力周波数Fsより高く、離れた周波数帯域に出現させることによって、一般的なLPF62及び72でも容易に折り返し信号を除去することができる。従って、周波数Fsとクロック信号Cの周波数Fcとの関係は次式(5)で表される。
In the above equation (4), according to the Nyquist sampling theorem, when the frequency Fs of the output signals D1 and D2 is set to a frequency larger than ½ of the frequency Fc, the folded signal having the frequency component Fc−Fs is obtained from the frequency Fs. Since it occurs in a low frequency band, it becomes difficult to design the
[数7]
Fs<(1/2)×Fc (7)
[Equation 7]
Fs <(1/2) × Fc (7)
不要な高調波成分である折り返し信号を除去することで、それぞれLPF62及び72において滑らかな余弦波である出力信号S2及びS4を得ることができ、後段の各波形整形器63及び73で発生される出力信号P1及びP2の立ち上がりのジッタ成分を低減することができ、上記式(2)における周期Tsi(i=1,2,3,…)の誤差を低減できる。その結果、送信タイミングと検波タイミングの遅延時間Tri(i=1,2,3,…)の精度を高めることができる。LPF62及び72としては、例えば、不要な折り返し信号を効果的に除去するために、急峻な周波数遮断特性を持つことで知られる7次楕円型の低域通過フィルタを用いてもよい。
By removing the aliasing signal which is an unnecessary harmonic component, the output signals S2 and S4 which are smooth cosine waves can be obtained in the
また、上記式(3)及び(5)より、出力信号P1の周期Tsi(i=1,2,3,…)とクロック信号Cの周期Tcと関係は次式(8)で表され、周波数Fsと周波数Fcとの関係は次式(9)で表される。 Also, from the above equations (3) and (5), the relationship between the cycle Tsi (i = 1, 2, 3,...) Of the output signal P1 and the cycle Tc of the clock signal C is expressed by the following equation (8), and the frequency The relationship between Fs and frequency Fc is expressed by the following equation (9).
[数8]
Tsi≧n×Tc(i=1,2,3,…) (8)
[Equation 8]
Tsi ≧ n × Tc (i = 1, 2, 3,...) (8)
[数9]
Fs≦(1/n)×Fc (9)
[Equation 9]
Fs ≦ (1 / n) × Fc (9)
従って、上記式(7)及び(9)を同時に満たすためには、ディジタル固定遅延回路70におけるD型フリップフロップ90−1〜90−Nの段数Nを、少なくとも3以上に設定すればよい。最終的に、周波数Fsと周波数Fcとの関係は次式(10)で表される。
Therefore, in order to satisfy the expressions (7) and (9) at the same time, the number N of the D-type flip-flops 90-1 to 90-N in the digital
[数10]
Fc≧3×Fs (10)
[Equation 10]
Fc ≧ 3 × Fs (10)
なお、ディジタル固定遅延回路70におけるD型フリップフロップ90−1〜90−Nの段数Nを大きくすると、上記式(5)より固定遅延時間Tdが大きくなり、上記式(3)より周期Tsi(i=1,2,3,…)が大きくなる。そのため、周波数Fsは低くなり、上記式(10)よりクロック信号Cの周波数Fcは低くなる。即ち、固定遅延回路90におけるD型フリップフロップ90−1〜90−Nの段数Nを大きくすることにより、クロック信号Cの周波数Fcを低減させ、結果として、パルスレーダ装置1のコスト及び消費電力を低減することができる。
When the number N of the D-type flip-flops 90-1 to 90-N in the digital
以上のパルスレーダ装置1において、例えばクロック信号Cの周波数Fcを50MHzとし、即ち周期Tcを20nsとし、ディジタル固定遅延回路70におけるD型フリップフロップ90−1〜90−Nの段数Nを5とし、即ち固定遅延時間Tdを100nsに設定し、周波数Fsを7.14285MHzから10MHzまでの帯域で変更し、遅延時間Tri(i=1,2,3,…)を100nsから140nsの範囲で変化させた場合、探索範囲0〜6mに相当する0nsから40nsまでの固定遅延時間Tdを発生することができる。上記式(10)によれば、クロック信号Cの周波数Fcは30MHzでもよいが、これを50MHzにすることで、出力周波数Fsと折り返し信号の周波数Fiとを互いにより離れた周波数帯域に出現させて、より高いフィルタ効果を得ている。
In the
以上説明したように、本実施形態のパルスレーダ装置1によれば、クロック信号Cに基づいて、周波数設定信号Dfに応じて異なる周期を有する出力信号D1を発生して出力する可変周期パルス発生回路41と、クロック信号Cに基づいて動作するディジタル固定遅延回路70を用いて、出力信号D1を所定の固定遅延時間Tdだけ遅延した後、遅延した出力信号D2に基づいて出力信号P2を発生して出力する可変周期パルス発生回路42と、出力信号P1に基づいて受信トリガ信号Grを発生して出力する受信トリガ信号発生回路43と、出力信号P1及びP2に基づいて送信トリガ信号Gtを発生して出力する送信トリガ信号発生回路44とを備えたトリガ信号発生回路4を備えたので、周囲の温度変化に拘わらず高精度に周囲に存在する物体を検知できる。
As described above, according to the
なお、本実施形態において、波形メモリ84は1周期分の正弦波の波形データを格納したが、本発明はこれに限らず、正弦波に代えて1周期分の余弦波を格納してもよい。正弦波又は余弦波を用いることで、アナログ信号に変換した後、ローパスフィルタにより不要な高調波を除去して必要な単一の周波数成分のみを簡単に取り出せるため、精度を向上させることができるという効果がある。また、波形メモリ84が半周期分の正弦波の波形データを格納し、正弦波の対称性を利用することによって1周期分の正弦波を発生する構成としてもよく、この場合、波形メモリ84のデータ容量を削減することができるという効果がある。
In this embodiment, the
また、コントローラ3は、周波数設定信号Dfが、繰り返し周期Pを反復する度に周期Tsiが段々長くなるように制御されたが、本発明はこれに限らず、繰り返し周期Pを反復する度に周期Tsiが段々短くなるように制御されてもよい。
Further, the
本発明に係るパルスレーダ装置によれば、入力されるクロック信号に基づいて、入力される周波数設定信号に応じて異なる周期を有する第1の出力信号を発生して出力する第1の信号発生部と、クロック信号に基づいて動作するディジタル固定遅延回路を用いて、第1の出力信号を所定の固定遅延時間だけ遅延した後、遅延した第1の出力信号に基づいて第2の出力信号を発生して出力する第2の信号発生部と、第1の出力信号に基づいて受信トリガ信号を発生して出力する受信トリガ信号発生部と、第1の出力信号及び第2の出力信号に基づいて送信トリガ信号を発生して出力する送信トリガ信号発生部とを備えたトリガ信号発生部を備えたので、周囲の温度変化に拘わらず高精度に周囲に存在する物体を検知できる。 According to the pulse radar device of the present invention, the first signal generator that generates and outputs the first output signal having a different period according to the input frequency setting signal based on the input clock signal. And delaying the first output signal by a predetermined fixed delay time using a digital fixed delay circuit that operates based on the clock signal, and then generating a second output signal based on the delayed first output signal A second signal generator for outputting, a reception trigger signal generator for generating and outputting a reception trigger signal based on the first output signal, and on the basis of the first output signal and the second output signal Since the trigger signal generation unit including the transmission trigger signal generation unit that generates and outputs the transmission trigger signal is provided, it is possible to detect an object existing in the vicinity with high accuracy regardless of the ambient temperature change.
本発明に係るパルスレーダ装置は、例えばUWBを利用した車載用パルスレーダ装置として利用することができる。 The pulse radar apparatus according to the present invention can be used as an in-vehicle pulse radar apparatus using UWB, for example.
1…パルスレーダ装置、
2…物体、
3…コントローラ、
4…トリガ信号発生回路、
5…無線送信回路、
5a…送信アンテナ、
6…無線受信回路、
6a…受信アンテナ、
7…信号処理回路、
41,42…可変周期パルス発生回路、
43…受信トリガ信号発生回路、
44…送信トリガ信号発生回路、
50…DDS、
60…ディジタル波形発生回路、
61,71…D/A変換器、
62,72…低域通過フィルタ(LPF)
63,73…波形整形器、
70…ディジタル固定遅延回路、
80…サンプリング増分位相メモリ、
81…アドレス演算器、
82…加算器、
83…データ保持回路、
84…波形メモリ、
90−1〜90−N…D型フリップフロップ。
1 ... Pulse radar device,
2 ... object,
3 ... Controller,
4 ... trigger signal generation circuit,
5 ... Wireless transmission circuit,
5a: Transmitting antenna,
6 ... wireless receiver circuit,
6a: receiving antenna,
7: Signal processing circuit,
41, 42 ... variable period pulse generation circuit,
43. Reception trigger signal generation circuit,
44. Transmission trigger signal generation circuit,
50 ... DDS,
60: Digital waveform generation circuit,
61, 71 ... D / A converter,
62, 72 ... Low-pass filter (LPF)
63, 73 ... waveform shaper,
70: Digital fixed delay circuit,
80 ... Sampling incremental phase memory,
81: Address calculator,
82 ... adder,
83. Data holding circuit,
84: Waveform memory,
90-1 to 90-N D-type flip-flops.
Claims (4)
前記パルス信号を放射する送信タイミングを与える送信トリガ信号と、前記反射波の少なくとも一部を受信する検波タイミングを与える受信トリガ信号とを発生して出力するトリガ信号発生部を備え、
前記トリガ信号発生部は、
入力されるクロック信号に基づいて、入力される周波数設定信号に応じて異なる周期を有する第1のディジタル出力信号を発生して出力するディジタル波形生成回路を含み、前記第1のディジタル出力信号に基づいて、第1の可変周期パルス出力信号を発生して出力する第1の信号発生部と、
前記クロック信号に基づいて動作するディジタル固定遅延回路を用いて、前記第1のディジタル出力信号を所定の固定遅延時間だけ遅延した後、前記遅延した第1のディジタル出力信号に基づいて第2の可変周期パルス出力信号を発生して出力する第2の信号発生部と、
前記第1の可変周期パルス出力信号に基づいて前記受信トリガ信号を発生して出力する受信トリガ信号発生部と、
前記第1の可変周期パルス出力信号及び第2の可変周期パルス出力信号に基づいて前記送信トリガ信号を発生して出力する送信トリガ信号発生部とを備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。 In a pulse radar apparatus that detects a surrounding object by outputting a pulse signal and receiving at least part of a reflected wave of the pulse signal,
A trigger signal generator for generating and outputting a transmission trigger signal for providing a transmission timing for radiating the pulse signal and a reception trigger signal for providing a detection timing for receiving at least a part of the reflected wave;
The trigger signal generator is
A digital waveform generation circuit for generating and outputting a first digital output signal having a different period according to the input frequency setting signal based on the input clock signal; and based on the first digital output signal A first signal generator for generating and outputting a first variable period pulse output signal;
The digital fixed delay circuit that operates based on the clock signal is used to delay the first digital output signal by a predetermined fixed delay time, and then a second variable based on the delayed first digital output signal. A second signal generator for generating and outputting a periodic pulse output signal;
A reception trigger signal generator for generating and outputting the reception trigger signal based on the first variable period pulse output signal;
A pulse radar apparatus comprising: a transmission trigger signal generation unit configured to generate and output the transmission trigger signal based on the first variable period pulse output signal and the second variable period pulse output signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007207376A JP2009042068A (en) | 2007-08-09 | 2007-08-09 | Pulse radar device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101083011B1 (en) | 2010-05-11 | 2011-11-15 | 국방과학연구소 | Pulse generator |
JP2015064210A (en) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | サクラテック株式会社 | Radar transmitting circuit, radar transmitter equipped with the same, radar receiving circuit, and radar receiver equipped with the same |
-
2007
- 2007-08-09 JP JP2007207376A patent/JP2009042068A/en active Pending
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