专利名称：Fm－cw雷达的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种FM-CW雷达，其借助于雷达的发射/接收用以防止诸如车辆等移动体之间的碰撞或用于移动体的自适应巡航控制(以恒定距离跟随)，以及用来检测对存在于移动体外部的对目标的相对速度和移动体距目标的距离。
背景技术：
从驾驶的安全性和舒适性的观点来看，要求车用雷达成为这样一种装置能够进行碰撞保护、自动驾驶等等。FM-CW(调频连续波)雷达在预定循环周期向目标发射调频(FM)的无线电波，并提取被目标反射的反射波与发射信号之间的拍频成分(beat frequencycomponent)，从而获得距目标的距离和对目标的相对速度。由于这种FM-CW雷达是一种结构简单的无线电收发机，其能够通过简单的信号处理装置获得距目标的距离和对目标的相对速度，所以FM-CW雷达可能会广泛用作要求小型化和低价格化的车用雷达。
FM-CW雷达被配置为在跟随时计算距目标的距离和对目标的相对速度。该FM-CW雷达发射通过三角波形调制信号而调频的、作为雷达波的发射信号。发射信号的频率逐渐增减。FM-CW雷达接收被目标反射的雷达波。FM-CW雷达将接收到的信号与发射信号进行混合以产生拍频信号，对该拍频信号进行A/D转换并存储在存储器中。FM-CW雷达对存储器中这样存储的数据应用快速傅里叶变换处理，并根据该处理结果来计算距目标的距离和/或对目标的相对速度。
然而，大量地使用积和运算时，快速傅里叶变换处理的计算需要处理庞大数量的数据。因此，在读/写庞大数量的、已处理数据的过程中，不可能将A/D转换的输出写入存储器中。因此，当使用单独一个存储器读/写由通过信号处理电路进行快速傅里叶变换而产生的数据以及写A/D转换数据时，不可避免地进行时间分割用以读/写由快速傅里叶变换而产生的数据、以及用以写从A/D转换器输出的数据。这样，在写A/D转换数据的过程中，会中断快速傅里叶变换处理。而在快速傅里叶变换处理过程中，会中断A/D转换。因此，数据处理能力的充分利用受到了限制。
为了解决这个问题，JP-A-Hei.9-43343已经提出设置用于交替地存储A/D转换数据的一对存储器；并且与通过信号处理电路进行快速傅里叶变换的计算周期同步地切换和控制这一对存储器的读取/写入，以便在A/D转换的输出正被写入其中一个存储器的同时，从另一个存储器读取信号处理电路的处理数据或将信号处理电路的处理数据写入另一个存储器，从而提高了处理效率。
发明内容
根据现有技术的FM-CW雷达设置有如上所述的两个存储器，并在要写入接收数据的一个存储器与计算处理过程中所使用的另一个存储器之间交替地进行切换。将A/D转换的开始/停止时刻和取样的开始/停止时刻设定在计算处理与计算结果的数据传送完成之后的时刻。
然而，传送计算结果所需要的时间周期受连接到CPU的总线拥挤情况的影响很大。这样，由于计算结果的数据传送结束的时刻不是恒定的，所以不可能保持A/D转换开始时刻之间的间隔。结果，使在预定周期内可进行的计算次数发生变化。同样，对应于数据传送的时间也不是恒定的。因此，出现难以使距离和对目标的相对速度的检测精度保持恒定的问题。
鉴于上述存在的问题而提出本发明，并提供一种FM-CW雷达，该FM-CW雷达能使计算处理的间隔保持恒定以提高精度并使雷达小型化。
根据本发明的一个实施例，一种FM-CW雷达包括发射部分、混频部分、A/D转换部分、存储单元，以及信号处理部分和控制部分。发射部分发射用三角波调频的连续波；混频部分混合所述发射的连续波与被目标反射来的反射波以产生拍频波；A/D转换部分将所述拍频波转换为数字数据；存储单元包括第一存储部分和第二存储部分；信号处理部分从所述第一存储部分读取数据以处理该读取数据，A/D转换部分将所述数字数据写入所述第二存储部分；控制部分与所述三角波的上升沿和下降沿之间的切换同步地交替切换所述第一存储部分和所述第二存储部分。
根据这种结构，A/D转换部分对拍频信号进行转换，该拍频信号是借助于将通过三角波调频的发射波和被目标反射来的反射波进行混合而获得的。然后，A/D转换部分将数字数据写入第二存储部分。信号处理部分利用第一存储部分执行数据处理。在三角波的上升沿(UP)与下降沿(DOWN)之间进行切换的时刻，控制部分对第一存储部分和第二存储部分进行切换。因此，能够同时和连续地进行A/D转换和诸如快速傅里叶变换等处理，而无须在处理期间中断。因此，可以使处理效率加倍。另外，由于三角波的切换与计算处理同步，并且计算处理的间隔是恒定的，所以能够使距目标的距离和对目标的相对速度的检测精度保持一致。
此外，用于A/D转换的数据存储部分和用于计算处理的数据存储部分是通过在以存储A/D转换数据为目的与以计算处理为目的之间进行切换来实现共享的。因此，与为了各自目的而设置专用存储部分的情况相比，能够减少必要的存储容量，从而能够实现电路小型化。
根据本发明的一个实施例，A/D转换部分和控制部分可以是同一部分。
根据本发明的一个实施例，其中第一存储部分和第二存储部分可以是彼此不同的存储区。
根据本发明的一个实施例，在信号处理部分完成信号处理之前，控制部分执行第一存储部分和第二存储部分之间的切换时，可能会产生错误标志。
如上所述，当与三角波的上升沿和下降沿之间的切换同步地进行数据存储部分的切换时，可能会发生如下问题。即，在某些情况下，根据总线的拥挤状态，在计算结果传送完成之前就开始传送后续的三角波，并且仍然被信号处理部分访问的数据存储部分被A/D转换的数据重写。因此，产生了关于计算结果有效性的问题。不过，根据上述的结构，在信号处理部分完成信号处理之前，控制部分执行第一存储部分与第二存储部分之间的切换时，会产生错误标志。因此，可以防止将关于距目标的距离和对目标的相对速度的错误数据传送到其他的控制装置上。
根据本发明的一个实施例，在信号处理部分完成信号处理之前，当控制部分执行第一存储部分与第二存储部分之间的切换时，信号处理部分可以产生错误标志。
根据本发明的一个实施例，控制部分可以控制发射部分、混频部分、A/D转换部分、存储部分，以及信号处理部分。在信号处理部分完成信号处理之前，控制部分执行第一存储部分与第二存储部分之间的切换时，控制部分可以产生错误标志。
根据本发明的一个实施例，当产生错误标志时，存储部分可以将从A/D转换部分输出的数字数据优先写入其中，并继续该处理。
根据这种结构，仅利用有效值就能够进行雷达处理，并能够继续进行与雷达相关的处理。
图1为示出根据本发明的一个实施例中FM-CW雷达示意结构的框图；图2为示出FM-CW雷达操作的流程图；图3为示出三角波和操作时存储器的使用状态的视图；以及图4为示出根据本发明的一个变形实施例中FM-CW雷达示意结构的框图。
具体实施例方式
下面，将结合附图描述根据本发明的第一实施例的FM-CW雷达。图1是FM-CW雷达的示意框图。如图1所示，FM-CW雷达包括控制部分1、三角波发生部分2、调频(FM)控制部分3、压控振荡器4、定向耦合器5、发射天线6、接收天线7、混频电路8、低通滤波器9、放大器10、A/D转换控制部分11、存储器切换控制部分12、存储器a13、存储器b14，以及信号处理部分15。
控制部分1控制FM-CW雷达各个部分的同步，并且当雷达开始操作时，向三角波发生部分2输出三角波发生开始的指令。三角波发生部分2预先在其中存储用于产生三角波的数据。三角波发生部分2读取存储数据以产生三角波，并将产生的三角波输入到调频控制部分3中。而且，如图3所示，依照存储数据的读取地址，三角波发生部分2产生UP/DOWN切换信号，该UP/DOWN切换信号指示三角波从上升沿改变为下降沿或从下降沿改变为上升沿。三角波发生部分2将三角波发生开始信号和UP/DOWN切换信号传送到A/D转换控制部分11和信号处理部分15上。
调频控制部分3利用从三角波发生部分2传送来的三角波产生调制信号，并将产生的调制信号输入到压控振荡器4中。压控振荡器4依照由调频控制部分3输入的调制信号来调制载波，从而产生三角波形式的调频发射信号。定向耦合器5分流一部分发射信号，并将这样分流的信号传送到混频电路8。例如，依照由定向耦合器5提供的发射信号，发射天线6将发射波向车辆的行进方向发射。
接收天线7接收来自在前行进的车辆等的反射波。混频电路8将已通过定向耦合器5分流的发射信号和已通过接收天线7接收的接收信号进行混合，从而产生拍频信号。低通滤波器9对该信号进行滤波，并允许拍频成分从其通过。拍频成分较为微弱，仅为数mV。因此，放大器10对该信号进行放大，并将这样放大的拍频成分输入到A/D转换控制部分11中。
依照从三角波发生部分2输出的三角波发生开始信号或UP/DOWN切换信号，A/D转换控制部分11开始对来自放大器10的输出进行A/D转换处理，并将存储器切换信号输出到存储器切换控制部分12。依照从A/D转换控制部分11传送的存储器切换信号，存储器切换控制部分12在存储器a13与存储器b14之间进行切换，以选择从A/D转换控制部分11输出的数字数据要输出到的存储器。另外，存储器切换控制部分12将信号处理部分15在处理中使用的存储器切换为其中不输入A/D转换数据的存储器。
如上所述，每当在通过三角波发生部分2产生的三角波上升沿和下降沿之间进行切换时，存储器a13和存储器b14就交替地存储从A/D转换控制部分11输出的数字数据。另外，信号处理部分15读取由其中一个存储器保持的数据；具体而言，该存储器目前没有存储从A/D转换控制部分11输出的数字数据。
同时，每当从三角波发生部分2输入三角波的UP/DOWN切换信号时，信号处理部分15就开始进行快速傅里叶变换处理；从存储器a13或存储器b14中顺序地读取必要的数据；在同一存储器中重写临时数据和计算结果的同时，进行处理；并且当完成处理时，将处理结果传送到控制部分1中。另外，在处理完成前进行三角波的UP/DOWN切换的情况下，信号处理部分15将错误标志信号输出到控制部分1中。
接下来，参考图2所示的流程图和图3所示的操作图描述图1所示FM-CW雷达的工作。
当FM-CW雷达开始工作时，控制部分1向三角波发生部分2发出指令以开始产生三角波(步骤101)。因此，三角波发生部分2开始产生如图3(a)所示的三角波，将这样产生的三角波提供给调频控制部分3，并将三角波发生开始信号输出到A/D转换控制部分11(步骤102)。
当从三角波发生部分2一输入三角波时，调频控制部分3就产生调频信号，并将产生的信号提供给压控振荡器4。压控振荡器4产生三角波形的调频发射波，并通过定向耦合器5将该发射波从发射天线6发射。当接收天线接收到已被诸如在前行进的车辆等目标反射的反射FM-CW波时，将接收波输入到混频电路8中。将接收波与从定向耦合器5输出的发射波进行混合，并借助于低通滤波器9提取所产生的拍频信号。通过放大器10将该拍频信号输入到A/D转换控制部分11中。
同时，在一接收到来自三角波发生部分2的三角波发生开始信号时，A/D转换控制部分11就开始对来自放大器10的输出进行A/D转换处理。另外，A/D转换控制部分11将存储器切换信号输出到存储器切换控制部分12以控制存储器切换控制部分12，以便将A/D转换后的数字数据存储到存储器a13中。因此，如图3(b)所示，将通过拍频信号的A/D转换所获得的数据存储在存储器a13中(步骤103)。
在A/D转换过程中，A/D转换控制部分11判断是否已经输入来自三角波发生部分2的UP/DOWN切换信号(步骤104)。当三角波发生部分2进行三角波的UP/DOWN切换时，A/D转换控制部分11就停止A/D转换处理(步骤105)。接下来，A/D转换控制部分11判断在上一周期中的A/D转换数据是否已经被存储在存储器a13中(步骤106)。当上一周期中A/D转换数据已经被存储在存储器a13中时，A/D转换控制部分11就将存储器切换信号输出到存储器切换控制部分12中，以使状态切换到另一种状态(即，将已经过A/D转换的数字数据存储在存储器b14中，并能够在存储器a13与信号处理部分15之间读/写数据)，并且开始进行A/D转换处理(步骤107)。
在上述步骤进行的同时，三角波发生部分2将UP/DOWN切换信号输入到信号处理部分15中。信号处理部分15开始进行诸如快速傅里叶变换处理等处理；从存储器a13中读取由积和运算而产生的处理数据或将由积和运算而产生的处理数据写入存储器a13中，从而将临时数据和计算结果重写到已读取数字数据的存储器a13中的区域(步骤108)。在处理过程中，信号处理部分15顺序地将处理结果传递到控制部分1中。根据快速傅里叶变换等的处理结果，控制部分1计算距目标的距离和对目标的相对速度。
在此，在来自发射天线6的发射波已被目标反射时起到通过接收天线7接收反射波为止的期间，从发射天线6发射的发射波被延迟与距目标的距离成比例的量。另外，发射波也被多普勒偏移与相对速度成比例的量。然而，由于发射波已经利用三角波进行调制，所以获得作为基带频率成分的距目标的距离和对目标的相对速度。因此，发射/接收波的拍频是通过混频部分8借助于将接收到的信号与从定向耦合器5传送来的信号进行混合产生的，其分别对应取决于距目标距离的频率与取决于对目标的相对速度的频率之和、以及这些频率之间的差。
如上所述，在三角波用作调制信号的情况下，当目标靠近时，在三角波上升沿(即，频率升高)的区间，对应于距目标的距离的频率与对应于对目标的相对速度的频率之和变成拍频。反之，在三角波下降沿(即，频率降低)的区间，对应于距目标的距离的频率与对应于对目标的相对速度的频率之差变成拍频。因此，当信号处理部分15检测到这些频率并将这些频率传送到控制部分1时，根据这些频率的和与差，控制部分1就能够计算出距目标的距离和对目标的相对速度。
同时，在A/D转换与信号处理过程中，A/D转换控制部分11和信号处理部分15判断是否已经输入来自三角波发生部分2的UP/DOWN切换信号(步骤109)。在一接收到来自三角波发生部分2的UP/DOWN切换信号时，A/D转换控制部分11就停止A/D转换处理(步骤110)。同时，信号处理部分15判断信号处理是否完成(步骤111)。当没有完成信号处理时，信号处理部分15就产生错误标志并将错误标志传递到控制部分1中，从而防止利用错误数据进行计算(步骤112)。
更具体而言，当将处理结果传送到控制部分1完成之前，由于三角波的周期和总线的占有状态而产生三角波的UP/DOWN切换时，存储器中被信号处理部分15使用的计算结果用后续的A/D转换的数据重写。因此，在这样的情况下输出错误标志，从而通知控制部分1已传送了错误的数据。同时，在产生错误之后，优先将A/D转换的数据写入存储器，并且中断信号处理部分15的计算处理。
另外，当在步骤111中断定处理已经完成时，或者当在步骤111中输出错误标志时，处理返回到步骤105，从而开始新的A/D转换处理和新的信号处理。
同时，在步骤106中，当A/D转换控制部分11断定在上一周期中A/D转换的数据已经存储在存储器b14时，A/D转换控制部分11就将存储器切换信号输出到存储器切换控制部分12上，以使状态切换到另一个状态(即，将已经过A/D转换的数字数据存储到存储器a13中，信号处理部分15能够从存储器a13中读取数据以及将数据写入存储器a13中)，并且开始进行A/D转换处理(步骤113)。
在上述步骤进行的同时，在从存储器b14中读取处理数据或将处理数据写入存储器b14的同时，信号处理部分15开始进行快速傅里叶变换等处理(步骤114)。如上所述，当开始进行A/D转换和信号处理时，处理进入步骤109。在步骤109中A/D转换控制部分11与信号处理部分15判断是否已经输入来自三角波发生部分2的UP/DOWN切换信号。
同时，当雷达单元的工作停止时，控制部分1控制各部分并停止流程图所示的操作。
如上所述，通过将用三角波调频的发射波与来自目标的反射波进行混合而获得拍频信号，并借助于A/D转换控制部分11对该拍频信号进行A/D转换。将作为结果而产生的拍频信号写入到其中的一个存储器中，并且利用另一个存储器和信号处理部分15进行数据处理。因此，根据要传送的三角波的UP/DOWN切换时刻来进行存储器之间的切换。因此，提高了处理效率，并且数据处理之间的间隔表现为恒定。另外，由于处理数据与发射信号同步，所以能够保持距离和速度检测的精度恒定。
同时，在第一实施例中，存储A/D转换数据的存储器与在信号处理中使用的存储器之间的切换是通过A/D转换控制部分11控制存储器切换控制部分12进行的。不过，当控制部分1监视从三角波发生部分2输出的三角波发生开始信号和UP/DOWN切换信号时，控制部分1也能够在存储器之间进行切换。
另外，在该实施例中，错误信号是由信号处理部分15产生的。然而，与上述情况类似，在控制部分1监视从三角波发生部分2输出的UP/DOWN切换信号、以及在将来自信号处理部分15的处理结果传送完成之前进行三角波的UP/DOWN切换的情况下，控制部分1也可以产生错误标志。
而且，该实施例已经描述了本发明的FM-CW雷达适用于车用雷达的情况。然而，本发明的FM-CW雷达也能够适用于除了车辆用途以外的其他各种各样的用途。
变形实施例下面将描述本发明的变形实施例。上面描述的前述实施例没有提到在A/D转换控制部分11中使用几个A/D转换器。例如，前述实施例的A/D转换控制部分11可以包括单独一个A/D转换器。为了加快A/D转换处理，本发明人构想出下述方式或者(a)加快A/D转换器(IC)进行A/D转换的速度，或者(b)使用两个或更多个A/D转换器(IC)。本变形实施例涉及后者。具体而言，根据本变形实施例的A/D转换控制部分11包括A/D控制器11a和两个A/D转换器(A/D转换器-A11b和A/D转换器-B11c)。同样，图4所示的FM-CW雷达进一步包括连接在信号处理部分15和控制部分1之间的存储器c101。
A/D控制器11a控制A/D转换器11b和11c协同对从放大器10输入的信号进行A/D转换。当A/D转换控制部分11将数字数据写入存储器a13或存储器b14时，A/D控制器11a将A/D转换器-A11b和/或A/D转换器-B11c转换的数字数据输出到存储器切换控制部分12。
当信号处理部分15断定完成信号处理时(如步骤111)，信号处理部分15读取已存储在存储器a13或存储器b14中的计算结果，然后将读取的计算结果(快速傅里叶变换结果)写入存储器c101。此后，控制部分1在适当的时刻从存储器c101读取计算结果以计算距目标的距离和/或对目标的相对速度。
本变形实施例的FM-CW雷达的其他部分的操作类似于前述实施例中的操作。因此，在此省略重复的描述。
权利要求
1.一种FM-CW雷达，包括发射部分，其用于发射用三角波调频的连续波；混频部分，其用于混合所述发射的连续波与来自目标的反射波以产生拍频波；A/D转换部分，其用于将所述拍频波A/D转换为数字数据；存储单元，其包括第一存储部分和第二存储部分；以及信号处理部分，其用于从所述第一存储部分读取数据以处理所述读取的数据，A/D转换部分将所述数字数据写入所述第二存储部分；以及控制部分，其用于与所述三角波的上升沿和下降沿之间的切换同步地交替切换所述第一存储部分和所述第二存储部分。
2.根据权利要求1所述的FM-CW雷达，其中，所述控制部分切换所述第一存储部分与所述第二存储部分，以便(a)所述信号处理部分从所述第二存储部分读取数据以处理所述读取的数据，(b)所述A/D转换部分将所述数字数据写入所述第一存储部分。
3.根据权利要求1所述的FM-CW雷达，其中，所述信号处理部分将所述处理数据写入所述第一存储部分。
4.根据权利要求3所述的FM-CW雷达，其中，所述控制部分切换所述第一存储部分与所述第二存储部分，以便(a)所述信号处理部分从所述第二存储部分读取数据以处理所述读取的数据并将所述处理数据写入所述第二存储部分，(b)所述A/D转换部分将所述数字数据写入所述第一存储部分。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的FM-CW雷达，其中，所述第一存储部分与所述第二存储部分为彼此不同的存储区。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的FM-CW雷达，其中，所述A/D转换部分与所述控制部分为同一部分。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的FM-CW雷达，其中，所述控制部分控制所述发射部分、所述混频部分、所述A/D转换部分、所述存储部分，以及所述信号处理部分。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的FM-CW雷达，其中，在所述信号处理部分完成信号处理之前，所述控制部分进行所述第一存储部分和所述第二存储部分之间的切换时，产生错误标志。
9.根据权利要求8所述的FM-CW雷达，其中，在所述信号处理部分完成信号处理之前，所述控制部分进行所述第一存储部分与所述第二存储部分之间的切换时，所述信号处理部分产生所述错误标志。
10.根据权利要求8所述的FM-CW雷达，其中，所述控制部分控制所述发射部分、所述混频部分、所述A/D转换部分、所述存储部分和所述信号处理部分；以及在所述信号处理部分完成信号处理之前，所述控制部分进行所述第一存储部分与所述第二存储部分之间的切换时，所述控制部分产生所述错误标志。
11.根据权利要求8所述的FM-CW雷达，其中，当产生所述错误标志时，所述存储部分将从所述A/D转换部分输出的所述数字数据优先写入其中，并保持继续进行处理。
12.根据权利要求1至4中任意一项所述的FM-CW雷达，其中，所述A/D转换部分包括多个A/D转换器和一个A/D控制器；以及所述A/D控制器控制多个A/D转换部分协同将所述拍频波A/D转换为数字信号。
全文摘要
一种FM－CW雷达包括发射部分、混频部分、A/D转换部分、存储单元，以及信号处理部分和控制部分。发射部分发射用三角波调频的连续波；混频部分混合所述发射的连续波与来自目标的反射波以产生拍频波；A/D转换部分将所述拍频波A/D转换为数字数据；存储单元包括第一存储部分和第二存储部分；信号处理部分从所述第一存储部分读取数据以处理该读取数据，A/D转换部分将所述数字数据写入所述第二存储部分；控制部分与所述三角波的上升沿和下降沿之间的切换同步地交替切换所述第一存储部分和所述第二存储部分。
文档编号G01S7/35GK1704768SQ20051007316
公开日2005年12月7日 申请日期2005年5月31日 优先权日2004年5月31日
发明者榎木大舖, 石川幸男 申请人:富士通天株式会社