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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wellenformgenerierungsverfahren,
ein Programm zum Generieren einer Wellenform, und eine Wellenformgeneratorschaltung,
um eine Wellenform auf programmierbare Weise zu generieren, und
auf eine Radarvorrichtung mit der Wellenformgeneratorschaltung als
Modulationsschaltung.
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STAND DER TECHNIK
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Eine
herkömmliche
Schaltung zum Reproduzieren einer analogen Wellenform durch Umwandeln eines
digitalen Signals in ein analoges Signal, das einen D/A-Wandler
(Digital/Analog-Wandler) zum Decodieren und stufenweisen Pulsen
und ein Nachfilter (gleich einem Tiefpassfilter) umfasst, war bisher
hinlänglich
bekannt. Diese Schaltung brachte einen von einer Zielwellenform
ausgehenden Quantisierungsfehler in einem Bereich von –1/2LSB
bis +1/2LSB mit sich (siehe z. B. Iwao Sagara, "Introduction to AD/DA Conversion Circuit", S. 68–75, S.
80 und 81).
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11 ist
ein Blockschema, das ein Beispiel der herkömmlichen Wellenformgeneratorschaltung zeigt.
In 11 bezeichnet 1 einen Adressengenerator,
um den Adresswert eines Speichers zu generieren, und 2 bezeichnet
einen Wellenformspeicher zum Speichern von Wellenformdaten. 3 bezeichnet
einen D/A-Wandler (Digital/Analog-Wandler) zum Umwandeln eines digitalen
Werts in einen analogen Wert in Übereinstimmung
mit einem Ausgabewert des Wellenformspeichers 2, und 4 bezeichnet
ein Tiefpassfilter zum Beseitigen von Hochfrequenzkomponenten aus
dem Ausgang des D/A-Wandlers, um die Wellenform glatter zu machen. 5 bezeichnet
ein Zeitvorgabesteuergerät
zum Abgeben notwendiger Steuersignale wie ein Taktsignal und ein
Freigabesignal an den Adressengenerator 1 und den D/A-Wandler 3.
Diese Wellenformgeneratorschaltung kann als Sprachsyn theseeinheit
genutzt werden, indem ein Verstärker zur
Leistungsverstärkung
und ein Lautsprecher hinzugefügt
wird.
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In 11 speichert
der Wellenformspeicher 2 vorab Wellenformdaten ab, die
zur Wellenformgenerierung gewünscht
sind, wobei die Wellenformdaten in Zeitreihen geordnet sind. Das
Zeitvorgabesteuergerät 5 generiert
ein Steuersignal wie ein Auslöse- oder
Triggersignal, um in regelmäßigen Zeitabständen einen
Speicheradresswert an den Adressengenerator 1 auszugeben.
Das Zeitvorgabesteuergerät 5 generiert
ein Steuersignal wie ein Chip-Auswahlsignal,
das zur Speicherausgabe an den Wellenformspeicher 2 erforderlich
ist, und gibt ein Triggersignal oder ein Auswahlsignal an den D/A-Wandler 3 aus, das
zur D/A-Umwandlung erforderlich ist.
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Der
Adressengenerator 1 gibt den Adresswert in der Reihenfolge
ab der Anfangsadresse von im Wellenformspeicher 2 gespeicherten
Wellenformdaten synchron mit einem vom Zeitvorgabesteuergerät 5 erhaltenen
Triggersignal in regelmäßigen Zeitabständen aus.
Der Wellenformspeicher 2 gibt Wellenformdaten in Übereinstimmung
mit dem vom Adressengenerator 1 ausgegebenen Adresswert aus.
Der D/A-Wandler 3 gibt eine Spannung aus, die proportional
zu einem aus dem Wellenformspeicher 2 ausgegebenen Wert
ist, falls der Wert eingestellt ist. Das Tiefpassfilter (LPF) 4 beseitigt
ein entstandenes Abtastrauschen in Übereinstimmung mit einer Ausgabeperiode
des D/A-Wandlers 3.
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12 zeigt das Grundkonzept eines Wellenformgenerierungsverfahrens
zur Verwendung mit der herkömmlichen
Wellenformgeneratorschaltung. In 12 ist 101 eine
zu generierende Zielwellenform und 104 bezeichnet eine
D/A-Ausgangswellenform. Die herkömmliche
Wellenformgeneratorschaltung bestimmte den Ausgang, indem eine sogenannte
Quantisierung durchgeführt
wurde, die es mit sich brachte, einen Wert des D/A-Wandlers in einer
Abtastzeit Ts mit regelmäßigen Abständen auszuwählen, der
einem Wellenformwert mit analoger Größe am nächsten lag, wenn die Zielwellenform 101 vorgegeben
war. Die D/A-Ausgangswellenform 104 stellt die Ausgangsspannungswerte
in Zeitreihe dar, die vom D/A-Wandler 3 in regelmäßigen Abständen geliefert
werden.
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13 ist
eine vergrößerte Ansicht
von 12. In 13 wird
ein Ausgangspunkt 102 des D/A-Wandlers 3 mit einem
Wert nahe an der Zielwellenform ausgewählt, zum selben Zeitpunkt tritt
aber ein bis zu maximal 1/2 LSB betragender Quantisierungsfehler 6 in
der Abtastzeit Ts mit regelmäßigen Abständen im
Vergleich zu einem Übergangspunkt 103 der
Zielwellen auf. Das heißt,
der Quantisierungsfehler 6 fällt in einen Bereich von –1/2 LSB
bis +1/2 LSB.
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14 ist
ein Blockschema, das ein Beispiel der Konfiguration einer FM-CW-Radarvorrichtung zeigt.
Hier bezeichnet 801 eine Modulationsschaltung, 802 bezeichnet
einen Oszillator, 803 bezeichnet einen Richtkoppler, 804 bezeichnet
eine Sendeantenne, 805 bezeichnet eine Empfangsantenne, 806 bezeichnet
einen Mischer, 807 bezeichnet einen Verstärker, 808 bezeichnet
einen A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler), 809 bezeichnet
eine Frequenzanalyseeinrichtung, 810 bezeichnet eine Zielerfassungseinrichtung,
und 811 bezeichnet eine Distanz-/Geschwindigkeitsberechnungseinrichtung
(siehe z. B. S. A. Hovanessian, "Radar
System Design & Analysis", Artech House, INC.,
S. 78 bis 81).
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Zuallererst
erzeugt in 14 die Modulationsschaltung 801 ein
Frequenzmodulationssignal (im Nachstehenden als FM-Signal) bezeichnet,
das an den Oszillator 802 geschickt wird. Der Oszillator 802 erzeugt
ein mit dem FM-Signal moduliertes Hochfrequenzsignal, und das Hochfrequenzsignal, das
durch den Richtkoppler 803 verteilt wird, wird an die Sendeantenne 804 und
den Mischer 806 geschickt. Die Sendeantenne 804 strahlt
eine Sendewelle mit dem Hochfrequenzsignal zu einem Zielobjekt vor
der Radarvorrichtung ab. Wenn hier das Zielobjekt vorhanden ist,
wird eine Empfangswelle (reflektierte Welle) mit einer Zeitverschiebung
von der Empfangsantenne 805 empfangen und an den Mischer 806 geschickt.
Der Mischer 806 erzeugt ein Signal mit einer Frequenzdifferenz
(im Nachstehenden als Überlagerungssignal
bezeichnet) zwischen dieser reflektierten Welle und der vom Richtkoppler 803 verteilten
Sendewelle. Dieses Überlagerungssignal
wird an den Verstärker 807 geschickt.
Der Verstärker 807 verstärkt das Überlagerungssignal,
das dann an den A/D-Wandler 808 geschickt wird.
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Der
A/D-Wandler 808 wandelt das Überlagerungssignal aus einer
analogen in eine digitale Signalform um, das Überlagerungssignal wird dann
in digitaler Form an die Frequenzanalyseeinrichtung 809 geschickt.
Die Frequenzanalyseeinrichtung 809 gibt die digitalisierten Überlagerungssignale
ein und stellt durch die FFT-Verarbeitung (FFT – Fast Frequency Transform)
usw. eine Frequenzverteilung (ein Frequenzspektrum) bereit. Die
Zieler fassungseinrichtung 810 vergleicht die Frequenzverteilung
mit einem Schwellenwert und erfasst den Zielwert als den größten der
Werte jenseits des Schwellenwerts. Die Distanz-/Geschwindigkeitsberechnungseinrichtung 811 berechnet
die relative Distanz und die relative Geschwindigkeit des Zielobjekts
auf Grundlage einer Frequenz, die von der Zielerfassungseinrichtung 810 empfangen
wurde.
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15 und
die 16(a) und 16(b) sind
Ansichten zu Erläuterung,
wie die relative Distanz und die relative Geschwindigkeit des Zielobjekts zu
berechnen sind. 15 zeigt Veränderungen bei der Frequenz,
und die 16(a) und 16(b) zeigen
einfach ein Frequenzspektrum des Überlagerungssignals. In 15 bezeichnet 812 eine
Sendefrequenz der FM-CW-Radarvorrichtung, und 813 bezeichnet
eine Empfangsfrequenz.
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Zuallererst
wird die Sendefrequenz 812 in einem Anstiegsflankenintervall
Tmu linear erhöht
und in einem Abstiegsflankenintervall Tmd linear gesenkt, um eine
elektrische Welle zu übertragen.
Hier wird davon ausgegangen, dass ein Messobjekt mit der relativen
Geschwindigkeit v und der relativen Distanz R zur FM-CW-Radarvorrichtung
vorhanden ist. Wenn sich dabei die Sendefrequenz bei Lichtgeschwindigkeit
C[m/s] um Δf
und die Sendewellenlänge λ[m] in den
Zeitintervallen Tmu und Tmd verändert,
wird die Dopplerfrequenz fd durch eine Funktion (1) dargestellt.
Hier wird die Distanzfrequenz fr, die durch eine Zeitdifferenz zwischen
der Sendefrequenz und der Empfangsfrequenz bewirkt wird, die proportional
zur Distanz ist, durch eine Funktion (2) dargestellt.
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Auch
werden die Überlagerungsfrequenz
fb1 im Anstiegsflankenintervall Tmu und die Überlagerungsfrequenz fb2 im
Abstiegsflankenintervall Tmd durch eine Funktion (3) bzw. (4) dargestellt. fd = 2·V/λ (1) fr = (2R·Δf)/(C·Tm) (2) fb1 = |fd – fr| (3) fb2 = |fd + fr| (4)
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Wenn
die Distanzfrequenz fr größer ist
als die Dopplerfrequenz fd, gilt auch eine Funktion (5). 2fr = fb1 + fb2 (5)
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Wenn
im Übrigen
die Funktion (2) für
die Funktion (5) eingesetzt wird, wird eine Funktion (6) abgeleitet,
um die relative Distanz der FM-CW-Vorrichtung zum Zielobjekt zu
berechnen. R = (C·Tm)·(fb1 + fb2)/(4·Δf) (6)
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Aus
der Funktion (6) wird die Distanz des Zielobjekts aus der Überlagerungsfrequenz
fb1 im Anstiegsflankenintervall Tmu und der Überlagerungsfrequenz fb2 im
Abstiegsflankenintervall Tmd berechnet. Wenn die Distanzfrequenz
fr berechnet wird, wird auch die relative Geschwindigkeit V aus den
Funktionen (1), (3) und (4) erhalten.
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Die
herkömmliche
Radarvorrichtung zum Messen der Distanz mit der FM-Modulation liefert eine
treppenförmige
Spannung an einen spannungsgesteuerten Oszillator, um die Distanzmesspräzision zu
verbessern. Dabei misst die Frequenzmesseinrichtung eine Ausgangsfrequenz
vom spannungsgesteuerten Oszillator. Die Frequenzmesseinrichtung misst
die Ausgangsfrequenz vom spannungsgesteuerten Oszillator, die jeder
Treppenspannung entspricht, und berechnet eine angelegte Spannung,
um die Laufgeschwindigkeit unveränderlich
von dieser Messfrequenz zu machen. Eine Steuereinrichtung betreibt
die Distanzmessung, indem diese angelegte Spannung in einem vorbestimmten
Intervall an den spannungsgesteuerten Oszillator geschickt wird
(siehe z. B. die
JP-A-2002-156447 ).
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Die
US 5,151,661 wird als der
nächste
Stand der Technik erachtet und offenbart eine Radarvorrichtung nach
dem Oberbegriff von Anspruch 2. Die Dokumente
JP 11 168 825 ,
JP 61 144 930 und
JP 2002 156 447 offenbaren jeweils
einen Schaltungskomplex, der sich auf den Gegenstand der Ansprüche bezieht.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
herkömmliche
Wellenformgeneratorschaltung erzeugte einen Quantisierungsfehler
von maximal 1/2LSB aus der Zielwellenform, wenn die Ausgangssteuerung
für den
D/A-Wandler mit
einem gleichen Zeitintervall erfolgt. Wenn es sich um ein Mikrosignal
handelt, trat auch ein periodisches Welligkeitsrauschen aufgrund
des Quantisierungsfehlers des D/A-Wandlers auf.
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Die 17(a) und 17(b) zeigen,
wie das Welligkeitsrauschen aufgrund des Quantisierungsfehlers auftritt. 17(a) zeigt das Verhältnis zwischen der Zielwellenform
und der D/A-Ausgangswellenform, und 17(b) zeigt
das Verhältnis
zwischen der D/A-Ausgangswellenform und der Ausgangswellenform des
Tiefpassfilters. Zur vereinfachten Erklärung ist die Zielwellenform
linear. 901 bezeichnet eine Zielwellenform. 902 bezeichnet
eine D/A-Ausgangswellenform, die vom D/A-Wandler 3 durch Quantisieren
der Zielwellenform 901 ausgegeben wird, und 903 bezeichnet
den Ausgang des Tiefpassfilters 4, das in der späteren Stufe
des D/A-Wandlers 3 angeordnet und dazu vorgesehen ist,
das Abtastrauschen zu beseitigen.
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Wie
aus 17(a) ersichtlich ist, ist,
wenn die Mindestschrittbreite des Quantisierungsausgangs in Bezug
auf die Zielwellenform 901 grob ist, der Fehler zwischen
der Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 3 und der Zielwellenform
periodisch größer. Im
Ergebnis ist die Ausgangswellenform gewellt, wie durch den Ausgang 903 des
Tiefpassfilters 4 in 17(b) angegeben
ist, so dass ein Welligkeitsrauschen der niedrigen Frequenz, bei
der es sich um die Abtastfrequenz dividiert durch eine ganze Zahl
(1/4, 1/5, usw.) handelt, der idealen Zielwellenform überlagert
erscheint.
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Herkömmlicherweise
musste die Bitanzahl oder die Abtastfrequenz im D/A-Wandler erhöht werden,
um dieses Welligkeitsrauschen zu reduzieren, so dass die Kosten
erhöht
waren.
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Auch
musste die FM-CW-Radarvorrichtung zum Messen der Distanz durch Anlegen
der Frequenzmodulation eine hochpräzise Modulationssteuerung durchführen, aber
wenn das Modulationssignal von Welligkeitsrauschen überlagert
wurde, wurde das Überlagerungssignal
als Differenz zwischen der Sende- und der Empfangswelle verzerrt,
was bewirkte, dass sich das Frequenzspektrum aufteilte oder die andere
Spitze an einer Stelle von der Mitte des Frequenzspektrums weg auftrat.
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Die 18(a), 18(b) und 18(c) sind grafische Darstellungen, die das Frequenzspektrum des Überlagerungssignals
für die
FM-CW-Radarvorrichtung zeigen. 904 bezeichnet ein Frequenzspektrum
des Überlagerungssignals
in der Anstiegs- oder Abfallsflanke. Wenn die Sendefrequenz linear
verändert
wird, ist das Überlagerungssignal
stabil und besitzt eine Frequenz, und der Spitzenwert tritt scharf hervor,
wie durch das Frequenzspektrum 904 in 18(a) angegeben ist, und dann befindet sich der Umfangsabschnitt
auf der Seitenkeulenebene, die eine Fensterfunktion befolgt.
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Ist
jedoch die Sendefrequenz nicht richtig linear, sondern besitzt ein überlagertes
Welligkeitsrauschen, tritt eine andere Spitze an einer Stelle auf,
die um einen Frequenzbetrag von der Spitzenfrequenz versetzt ist,
welcher der Periode des Welligkeitsrauschens entspricht.
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18(b) zeigt einen Fall, bei dem die Frequenz des
Welligkeitsrauschens sich nahe an der Auflösung des Spektrums befindet
und der höchste Punkte
auf halbem Wege im Spektrum des Überlagerungssignals
auftritt. 18(c) zeigt einen Fall, bei dem
die Welligkeitsfrequenz höher
und ausreichend weit vom Spektrum des Überlagerungssignals weg ist.
In den 18(b) und 18(c) besteht
ein Hindernis zum Berechnen der Distanz zum Zielobjekt.
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Herkömmlicherweise
musste der D/A-Wandler zur Verwendung in der Modulationsschaltung
für die
FM-CW-Radarvorrichtung die Bitanzahl oder die Abtastanzahl erhöhen, um
die hochpräzise
Steuerung durchzuführen.
Deshalb waren die Kosten erhöht.
Diese Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend erwähnten Probleme
zu lösen,
und eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein hochpräzises Wellenformgenerierungsverfahren
bereitzustellen, bei dem Welligkeitsrauschen unterdrückt wird.
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Auch
besteht eine andere Aufgabe der Erfindung darin, eine Wellenformgeneratorschaltung
kleiner Größe und geringer
Kosten und eine Radarvorrichtung mit der Wellenformgeneratorschaltung
in einer Modulationsschaltung bereitzustellen.
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Nach
einem Aspekt der Erfindung wird ein Programm nach Anspruch 1 zum
Generieren einer Wellenform bereitgestellt.
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Das
Programm zum Generieren einer Wellenform nutzt Daten, die beim Ablauf
auf einem Mikrocomputer entsprechend einer Prozedur (a) bis (f) erstellt
und in einem einen Speicher zum Abspeichern von Zeitintervalldaten
darstellenden Zeitspeicher und in einem einen Speicher zum Abspeichern von
Wellenformdaten darstellenden Wellenformspeicher des Mikrocomputers
hinterlegt werden. Die Wellenform wird entsprechend einer Ausgabeverarbeitungsprozedur
(g) bis (k) für
die Wellenform ausgegeben:
- (a) Approximieren
einer Zielwellenform (101) mit mehreren Funktionen (f1(t),
f2(t), f3(t), ...);
- (b) Berechnen von Umkehrfunktionen der mehreren Funktionen (f1(t),
f2(t), f3(t), ...);
- (c) Erfassen von Zeiten (t1, t2, t3, ... tN), zu denen die Umkehrfunktionen
Einstellspannungswerten (V1, V2, V3, ... VN) eines D/A-Wandlers
entsprechen, wobei die Einstellspannungswerte (V1, V2, V3, ... VN)
so gewählt
sind, dass der Fehler in der Approximation der Zielwellenform reduziert
wird;
- (d) Ersetzen der Zeiten (t1, t2, t3, ... tN) durch Zeitdifferenzen
(T1, T2, T3, ... TN) zwischen einer momentanen Zeit und einer vorhergehenden
Zeit;
- (e) Speichern der Zeitdifferenzen (T1, T2, T3, ...TN) im Zeitspeicher
(7), wobei ein Ausgabewert (T0) der Zeitdifferenz Null
lautet und an einem Adresswert 0000 des Zeitspeichers gespeichert wird;
- (f) Speichern der Einstellspannungswerte (V1, V2, V3, ...) im
Wellenformspeicher (2), wobei ein Ausgabewert (V0) des
Wellenformspeichers an einem Adresswert 0000 des Wellenformspeichers
gespeichert wird;
- (g) Einsetzen eines Ausgabewerts Null für eine Schleifenvariable (n);
- (h) Auslesen eines n-ten Zeitdatenelements (Tn) aus dem Zeitspeicher
und Einsetzen des Zeitdatenelements (Tn) in einen vorbestimmten
Zeitgeber;
- (i) Initiieren und Zählenlassen
des Zeitgebers;
- (j) Entgegennehmen einer Zählendemitteilung vom
Zeitgeber, Auslesen eines n-ten Datenelements der Wellenform aus
dem Wellenformspeicher und Einsetzen des Eins tellspannungswerts (Vn)
in den D/A-Wandler;
- (k) Bestimmen eines Abschlussstatus eines Ausgabeprozesses für die Wellenform
durch Bestätigung
der Schleifenvariablen (n), und Wiederholen einer Verarbeitungsreihe
ab Schritt (h) bis Schritt (j) durch Vorwärtszählen der Schleifenvariablen (n)
bis zum Abschluss.
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Darüber hinaus
wird eine Radarvorrichtung nach Anspruch 2 bereitgestellt, um das
vorstehende Verfahren umzusetzen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die 1(a), 1(b), 1(c), 1(d) u. 1(e) sind grafische Darstellungen zur Erläuterung
eines Wellenformgenerierungsverfahrens nach einer Ausführungsform
1 dieser Erfindung.
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2 ist
eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Reduzierens eines
Fehlers zwischen einer Zielwellenform und einer Ausgangswellenform aus
dem D/A-Wandler, nach der Ausführungsform
1 der Erfindung.
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Die 3(a), 3(b) und 3(c) sind grafische Darstellungen zur Erläuterung
des Verhältnisses
zwischen dem Zielwellenformgradienten und dem Ausgabezeitintervall,
nach der Ausführungsform 1
der Erfindung.
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4 ist
ein Blockschema, das die Auslegung einer Wellenformgeneratorschaltung
nach einer Ausführungsform
2 der Erfindung zeigt.
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5 ist
ein Blockschema, das die Auslegung einer Wellenformgeneratorschaltung
nach einer Ausführungsform
3 der Erfindung zeigt.
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6 ist
ein Ablaufschema, das eine Datengenerierungsverarbeitungsprozedur
nach der Ausführungsform
3 der Erfindung zeigt.
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Die 7(a) und 7(b) sind
Tabellen, welche die Speicherinhalte nach der Ausführungsform
3 der Erfindung zeigen.
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8 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
einer Art und Weise zum Einstellen des Ausgabezeitintervalls ausgehend
von der Zielwellenform, nach der Ausführungsform 3 der Erfindung.
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9 ist
ein Ablaufschema, das eine Wellenformausgabeverarbeitungsprozedur
nach der Ausführungsform
3 der Erfindung zeigt.
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Die 10(a) und 10(b) sind
grafische Darstellungen, welche die modulierte Wellenform einer
Radarvorrichtung nach einer Ausführungsform
4 der Erfindung zeigen.
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11 ist
ein Blockschema, das die Auslegung der herkömmlichen Wellenformgeneratorschaltung
zeigt.
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12 ist ein grafische Darstellung, die
ein Wellenformgenerierungsverfahren für die herkömmlichen Wellenformgeneratorschaltung
zeigt.
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13 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
eines Fehlers zwischen der Zielwellenform und dem D/A-Wandlerausgang
in der herkömmlichen
Wellenformgeneratorschaltung.
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14 ist
ein Blockschema, das eine FM-CW-Radarvorrichtung zeigt.
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15 ist
ein grafische Darstellung, die eine Sendewellenform und eine Empfangswellenform
für die
FM-CW-Radarvorrichtung zeigt.
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Die 16(a) und 16(b) sind
grafische Darstellungen, die das Frequenzspektrum eines Überlagerungssignals
zeigen.
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Die 17(a) und 17(b) sind
grafische Darstellungen zur Erläuterung
eines Problems, das mit der herkömmlichen
Wellenformgeneratorschaltung zusammenhängt.
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Die 18(a), 18(b) und 18(c) sind grafische Darstellungen zur Erläuterung
eines Problems, das mit der herkömmlichen
FM-CW-Radarvorrichtung zusammenhängt.
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BESTE ART UND WEISE ZUR UMSETZUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend im Detail mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Ausführungsform
1
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Bei
den 1(a), 1(b), 1(c), 1(d) und 1(e) handelt es sich um einen Satz grafischer Darstellungen,
die ein Wellenformgenerierungsverfahren nach einer Ausführungsform
1 dieser Erfindung zeigen. In den 1(a), 1(b), 1(c), 1(d) und 1(e) bezeichnet 101 eine
Zielwellenform, 102 bezeichnet eine Schwellenspannung, 103 bezeichnet
einen Schnittpunkt der Schwellenspannung 102 und der Zielwellenform 101,
und 104 bezeichnet eine D/A-Ausgangswellenform.
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Mit
Bezug auf die 1(a), 1(b), 1(c), 1(d) und 1(e) wird nun der Funktionsablauf der Ausführungsform
1 beschrieben.
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Die
in 1(a) gezeigte Zielwellenform 101 ist
eine ideale Wellenform ohne Fehler, die im Wesentlichen ausgegeben
werden soll, oder eine ausreichend fein angenäherte Wellenform. Es ist davon auszugehen,
dass sich die Zielwellenform 101 vorab durch eine nicht
gezeigte andere Messeinrichtung oder Berechnung ergeben hat.
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Falls
der Quantisierungsintervall (Spannungsrichtung) und der Ausgab ezeitintervall
(Zeitrichtung) grob sind, kann der D/A-Wandler nicht dieselbe Wellenform
als Zielwellenform 101 ausgeben. Deshalb muss eine Kombination
von Ausgabewerten aus dem D/A-Wandler
bestimmt werden, um eine Ausgangswellenform zu erhalten, die nahe
an die Zielwellenform 101 herankommt. In der Ausführungsform
1 wird ein Fehler zwischen der Ausgangswellenform und der Zielwellenform 101 dadurch
reduziert, dass der Ausgabezeitintervall des D/A-Wandlers 3 variabel
ausgelegt wird.
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Ein
Verfahren zum Bestimmen des Ausgabewerts des D/A-Wandlers 3 und
des Ausgabezeitintervalls wird nachstehend beschrieben.
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1(b) zeigt, wie die Zielwellenform 101 auf
Grundlage mehrerer Schwellenwerte 102 zu teilen ist, die
mit dem D/A-Wandlex 3 im Gebrauch dargestellt sind. Die
Schwellenwerte 102 werden vom Mindestwert zum Höchstwert
des D/A-Wandlers 3 mit einem Spannungsschritt der Mindestauflösung für den D/A-Wandler 3 angesetzt.
Diese Mindestauflösung
entscheidet sich durch die Anzahl von Bits für den D/A-Wandler 3.
Zuerst werden die Ausgabewerte des D/A-Wandlers 3 aus mehreren
Schnittpunkten 103 ermittelt, an denen die Schwellenspannung 102 und
die Zielwellenform 101 zusammenfallen, wie in 1(c) gezeigt ist. Die Ausgabewerte des D/A-Wandlers 3 lauten
v1, v2, ... vn, in der Reihenfolge, in der die Schnittpunkte 103 mit
der Zeit früher auftreten.
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Dann
wird der Ausgabezeitintervall bestimmt. Die Ausgabezeit wird dadurch
erhalten, dass der Wert in der Zeitachsenrichtung ausgehend vom Schnittpunkt 103 ausgelesen
und die Zeit t1, t2, ... tn bestimmt wird, die v1, v2, ... vn entspricht,
wie in 1(d) gezeigt ist. Der Ausgabezeitintervall
wird so definiert, dass die Zeitdifferenz ab der Referenzzeit bis
t1 T1 ist, ab t1 bis t2, ... (weggelassen) T2 ist, und ab tn – 1 bis
tn Tn ist. Es sei an genommen, dass T1 und Tn auf das ganze Vielfache
einer Taktperiode für einen
Mikrocomputer abgerundet sind.
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1(e) ist eine grafische Darstellung zur Erläuterung,
wie der D/A-Wandler 3 die Wellenform herstellt, die durch
das Wellenformgenerierungsverfahren nach der Ausführungsform
1 ausgegeben wird. Das heißt,
die D/A-Ausgangswellenform 104 des D/A-Wandlers 3 verändert sich
nacheinander auf Grundlage der bestimmten Ausgabewerte v1, v2, ... vn
und des Ausgabezeitintervalls T1, T2, ... Tn. Der Wert des D/A-Wandlers 3 wird
konstant gehalten, bis sich die D/A-Ausgangswellenform verändert. Die D/A-Ausgangswellenform 104 des
D/A-Wandlers 3 ist wie eine Treppe, und enthält einen
Fehler aus der Zielwellenform 101. Jedoch ist ein Tiefpassfilter
zur absichtlichen Verzögerung
des Ansprechverhaltens auf der Ausgangsseite des D/A-Wandlers 3 vorgesehen,
wodurch im Ergebnis eine Treppenflanke im Ausgang des D/A-Wandlers 3 so
abgestumpft (zwischen den treppenartigen Ausgabewerten interpoliert)
wird, dass der endgültige
Ausgang aus dem Tiefpassfilter näher
an der Zielwellenform 101 liegt.
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In
der ersten Ausführungsform
1 wird der Ausgabezeitintervall länger angesetzt, wenn sich die Wellenform
langsam verändert,
oder kürzer,
wenn sich die Wellenform abrupt verändert, so dass ein Fehler aus
der Zielwellenform auf das Mindeste reduziert werden kann.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
der 1(a), 1(b), 1(c), 1(d) und 1(e), die zeigen, wie ein Fehler zwischen der
Zielwellenform und dem Ausgang des D/A-Wandlers reduziert wird.
In 2 bezeichnet 201 einen Ausgabepunkt (an
dem eine spezielle Ausgangsspannung zu einer speziellen Ausgabezeit
erhalten wird) des D/A-Wandlers 3 in der herkömmlichen
Wellenformgeneratorschaltung, 202 bezeichnet einen Übergangspunkt
der Zielwellenform zum selben Zeitpunkt wie der Ausgabepunkt 201,
und 203 bezeichnet einen Ausgabepunkt des D/A-Wandlers 3,
der durch das Verfahren der Ausführungsform
1 bestimmt wird. Ein Quantisierungsfehler 6 zwischen dem
Ausgabepunkt 201 des D/A-Wandlers 3 in der herkömmlichen
Wellenformgeneratorschaltung und dem Übergangspunkt 202 der
Zielwellenform ist größer. Jedoch
wird in dieser Ausführungsform
1 die Position des Ausgabepunkts in der Zeitrichtung bei einem ganzen
Vielfachen der Takteinheit (Taktintervall) K des Mikrocomputers
fein eingestellt. Dabei wird der Ausgabe zeitintervall Tn auf den
optimalen Intervall eingestellt, um eine Differenz zwischen dem
Ausgabepunkt 203 des D/A-Wandlers 3 und der Ausgangsspannung
am Übergangspunkt
der Zielwellenform zu minimieren. Im Ergebnis ist ein Quantisierungsfehler
zwischen dem Ausgabepunkt 203 des D/A-Wandlers 3 und
der Ausgangsspannung am Übergangspunkt
der Zielwellenform reduziert. In 2 überlappt
der Ausgabepunkt 203 des D/A-Wandlers 3 grob den Übergangspunkt
der Zielwellenform, so dass der Quantisierungsfehler extrem kleiner
ist.
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Die 3(a), 3(b) und 3(c) zeigen die Fälle der linearen Zielwellenform
in der Ausführungsform
1. Die Flanke der Zielwellenform ist in 3(a) am
sanftesten und ist in 3(b) und 3(c) schrittweise steiler. Mit dem Verfahren der Ausführungsform
1 wird die Ausgabezeit, selbst wenn sich die Flanke von 3(a) bis 3(c) verändert, angemessen
auf ein ganzes Vielfaches der Takteinheit eingestellt, um den Ausgabezeitintervall zu
regeln, wobei im Ergebnis der Fehler zwischen der Zielwellenform
und der Ausgangswellenform des D/A-Wandlers ausgemerzt wird. Der
größte Effekt wird
speziell dann erzielt, wenn die Wellenform linear ist.
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Nach
dieser Ausführungsform
ist der Quantisierungsfehler des D/A-Wandlers, wenn der Ausgabezeitintervall
zwischen den Ausgangspunkten des D/A-Wandlers verändert wird,
kleiner, als wenn der Ausgabezeitintervall über die Zeit gleich bliebe,
so dass das Niederfrequenzwelligkeitsrauschen unterdrückt wird,
das mit dem Mikrosignal auftreten könnte.
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Ausführungsform
2
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4 ist
ein Blockschema, das die Auslegung einer Wellenformgeneratorschaltung
nach einer Ausführungsform
2 dieser Erfindung zeigt. In 4 bezeichnet 1 einen
Adressengenerator zum Generieren des Adresswerts eines Wellenformspeichers, 2 bezeichnet
einen Wellenformspeicher zum Speichern von Wellenformdaten, 3 bezeichnet
einen D/A-Wandler
zum Umwandeln eines digitalen Werts in einen analogen Wert in Übereinstimmung
mit einem Ausgabewert des Wellenformspeichers 2, 4 bezeichnet
ein Tiefpassfilter (LPF) zum Beseitigen von Hochfrequenzkomponenten
aus dem Ausgang des D/A-Wandlers 3, um die Wellenform zu
glätten, 5 bezeichnet
ein Zeitvorgabesteuergerät,
um dem Adressengenerator 1 und dem D/A-Wandler 3 notwendige Steuersignale
wie ein Taktsig nal und ein Freigabesignal zu liefern, 6 bezeichnet
einen Zeitgeber zum Auslösen
des Zeitvorgabesteuergeräts 5, 7 bezeichnet
einen Zeitspeicher zum Speichern der Zeitintervalldaten, und 8 bezeichnet
einen zweiten Adressengenerator zum Generieren des Adresswerts des
Zeitspeichers 7.
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Mit
Bezug auf 4 wird nachstehend der Funktionsablauf
der Ausführungsform
2 beschrieben.
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In 4 werden
die Ausgangsspannungswerte v1 bis vn, die wie in Ausführungsform
1 gezeigt, einzeln angesetzt werden, vorab in Zeitreihe im Wellenformspeicher 2 abgespeichert.
Auch speichert der Zeitspeicher 7 vorab die Zeitgeberwerte,
z. B. die gezählte
Anzahl eines Referenztakts ab, die den wie in der Ausführungsform
1 gezeigten Ausgabezeitintervallen T1 bis Tn entsprechen. Das Zeitvorgabesteuergerät 5 erzeugt
ein Steuersignal, wie etwa ein Triggersignal, um einen Speicheradresswert
an den Adressengenerator 1 und den zweiten Adressengenerator 8 auszugeben,
und gibt ein für
die D/A-Umwandlung erforderliches Triggersignal oder Auswahlsignal
an den D/A-Wandler 3 aus.
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Zuallererst
legt das Zeitvorgabesteuergerät 5 ein
Triggersignal an den zweiten Adressengenerator 8 an. Dann
gibt der zweite Adressengenerator 8 den Adresswert in der
Reihenfolge ab der Anfangsadresse des im Zeitspeicher 7 gespeicherten
Zeitgeberwerts aus. Aus dem Zeitspeicher 7 wird der Zeitgeberwert,
der den vom zweiten Adressengenerator 8 her empfangenen
Zeitgeberwert entspricht, ausgelesen und zum Zeitgeber 6 geschickt.
Der Zeitgeber 6 liefert dem Zeitvorgabesteuergerät 5 das
Triggersignal mit einem Intervall, der den Ausgabezeitintervallen
T1 bis Tn entspricht, die durch den angesetzten Zeitgeberwert angegeben
werden. Das Zeitvorgabesteuergerät 5 schickt
das Triggersignal synchron mit dem vom Zeitgeber 6 erhaltenen
Triggersignal an den Adressengenerator 1, den Wellenformspeicher 2 und
den D/A-Wandler 3.
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Der
Adressengenerator 1 gibt den Adresswert in der Reigenfolge
ab der Anfangsadresse von im Wellenformspeicher 2 gespeicherten
Wellenformdaten synchron mit dem Triggersignal aus. Der Wellenformspeicher 2 gibt
Wellenformdaten synchron mit dem Triggersignals aus und schickt
es an den D/A-Wandler 3. Der D/A-Wandler 3 gibt
eine zum angesetzten Wert aus dem Wellenformspeicher proportionale
Spannung synchron mit dem Triggersignal aus. Das Tiefpassfilter 4 beseitigt
ein in Übereinstimmung
mit einer Ausgangsperiode des D/A-Wandler 3 entstandenes
Abtastrauschen. Das wie in der Ausführungsform 1 gezeigte Wellenformgenerierungsverfahren
wird ausgeführt,
indem das Triggersignal vom Zeitvorgabesteuergerät 5 erneut an den
zweiten Adressengenerator 8 geschickt und die Funktionsablaufreihe
wiederholt wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird der Ausgabezeitintervall willkürlich in einer Takteinheit
angesetzt, ein Fehler zwischen der Zielwellenform und der Ausgangswellenform
wird unter den Quantisierungsfehler 1 /2LSB gedrückt, der
mit dem herkömmlichen Verfahren
zur Verwendung des D/A-Wandlers erzeugt wird, wodurch es unnötig ist,
eine große
Anzahl von Bits in den D/A-Wandler aufzunehmen. Das heißt, die
Ausgangswellenform wird mit hoher Präzision generiert, indem der
kostengünstige
D/A-Wandler mit einer geringeren Anzahl von Bits eingesetzt wird.
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Ausführungsform
3
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5 ist
ein Blockschema, das die Auslegung einer Wellenformgeneratorschaltung
nach einer Ausführungsform
3 der Erfindung zeigt. In 5 sind 3 und 4 dieselben
Elemente wie in der Ausführungsform
2. 9 bezeichnet einen Mikrocomputer mit einem Eingang/Ausgang
E/Azur Kopplung mit dem D/A-Wandler 3, und einer Zeitgeberschaltung, um
entsprechend dem Zeitgeberwert eine Unterbrechungsgenerierungszeit
richtig anzusetzen. In einem internen Speicher des Mikrocomputers 9 sind
der Ausgangsspannungswert des D/A-Wandlers 3 und der Zeitgeberwert
gespeichert, der dem Ausgabezeitintervall entspricht.
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Hier
umfasst eine Gruppe von Wellenformgenerierungsmerkmalen den Adressenspeicher 1, den
Wellenformspeicher 2, das Zeitvorgabesteuergerät 5,
den Zeitgeber 6, den Zeitspeicher 7 und den zweiten
Adressengenerator 8 der Ausführungsform 2, die
als Softwareverarbeitung im Mikrocomputer 9 intern abgespeichert
sind, wodurch sich im Ergebnis derselbe Funktionsablauf wie in der
Ausführungsform 2 bewerkstelligen
lässt.
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Die
Softwareverarbeitung ist in zwei Teile unterteilt, die eine Datenerstellungsverarbeitung,
um Daten im Zeitspeicher 7 und Wellenformspeicher 2 zu
speichern, und eine Wellenformausgabeverarbeitung umfassen. 6 zeigt
den Datenerstellungsprozess.
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Auch
zeigt 7(a) die Inhalte des Zeitspeichers 7 und 7(b) zeigt die Inhalte des Wellenformspeichers 2. 8 zeigt
eine erläuternde
Ansicht zur Ermittlung des Ausgabezeitintervalls aus der Zielwellenform. 9 zeigt
die Wellenformausgabeverarbeitung.
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Mit
Bezug auf 6 wird zuerst die Datenerstellungsverarbeitung
beschrieben.
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Beim
Schritt S101 erfolgt eine Approximation der Zielwellenform durch
mehrere Funktionen n-ter Ordnung (n: ganze Zahl), indem die Wellenform
in kleinere Zeitintervalle aufgeteilt wird, um die Annäherungsgenauigkeit
ausreichend hoch auszulegen, weil es im Allgemeinen schwierig ist,
die Zielwellenform mit einer Funktion darzustellen. 401 in 8 ist
eine approximierte Zielwellenform, die durch mehrere lineare Funktionen
approximiert wurde, zum Beispiel: v = f1(t) =
a1·t
+ b1 für
t001 ≤ t < t002 v = f2(t) = a2·t + b2 für t002 ≤ t < t003 v = f3(t)
= a3·t
+ b3 für
t003 ≤ t < t004...
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Beim
Schritt S102 wird eine Umkehrfunktion der beim Schritt S101 hergestellten
Funktion berechnet, um die Zeit t für den Spannungswert zu erfassen, den
der D/A-Wandler 3 annehmen kann. t =
(v – b1)/a1
für v001 ≤ v < v002 t = (v – b2)/a2
für v002 ≤ v < v003 t = (v – b3)/a3
für v003 ≤ v < v004... v001,
v002, ... sind Werte, die erhalten werden, wenn t001, t002, ...
in die mehreren linearen Funktionen eingesetzt werden.
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Beim
Schritt S103 werden die Zeiten t1 bis tN für die Einstellspannungen v1
bis vN des D/A-Wandlers 3 erhalten. Der Bereich der Einstellspannungen v1
bis vN hängt
vom Bereich der Zielwellenform ab, und der Spannungsintervall hängt von
der kleinsten quantisierten Spannung ΔV des D/A-Wandlers 3 ab. Beispielsweise
wird die Einstellspannung durch die folgende Funktion für n = 1
bis N dargestellt: Vn = V0 + ΔV·n (v0 ist der Ausgangsspannungsanfangswert
der Zielwellenform).
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Wenn
diese Funktion in die beim Schritt S102 berechnete Umkehrfunktion
eingesetzt wird, werden die Zeiten t1 bis tN erhalten. Für welche
Umkehrfunktion sie eingesetzt wird, hängt vom Bestimmungsbereich
von v1, v2, ... ab.
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Beim
Schritt S104 werden die Zeiten t1 bis tN in Zeitdifferenzen T1 bis
TN zur Umsetzung in den Ausgabeintervall des D/A-Wandlers 3 umgerechnet. T1 = t1 T2 = t2 – t1 T3 = t3 – t2...
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Dann
werden beim Schritt S105 die Zeitdifferenzen T1 bis TN im Zeitspeicher 7 gespeichert. Beim
Schritt S106 werden die Einstellspannungen v1 bis vN gespeichert.
Null wird an die oberste Adresse des Zeitspeichers als Anfangswert
gesetzt, und der Anfangswert v0 der Zielwellenformausgangsspannung
wird an der obersten Adresse des Wellenformspeichers 2 gespeichert.
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Mit
Bezug auf 9 wird die Wellenformausgabeverarbeitung
beschrieben, bei der es sich um eine andere Softwareverarbeitung
handelt.
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Zuallererst
wird beim Schritt S201 der Anfansgwert Null für die Schleifenvariable n eingesetzt.
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Dann
werden beim Schritt S202 die n-ten Zeitdaten Tn aus den Zeitspeicher 7 ausgelesen
und beim Zeitgeber angesetzt, der beim Mikrocomputer 9 intern
eingebaut ist.
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Dann
wird beim Schritt S203 der Zeitgeber ausgelöst.
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Dann
werden beim Schritt S204, wenn eine Mitteilung über die verstrichene Zeit vom
Zeitgeber her eingeht, die n-ten Wellenformdaten aus dem Wellenformspeicher 2 ausgelesen
und an den D/A-Wandler 3 geschickt. Bei den Schritten S202
und S203 kann der Zeitgeber durch die Softwareverarbeitung für eine Scheinschleife
implementiert werden.
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Dann
erfolgt beim Schritt S205 eine Bestimmung, ob die Wellenformausgabeverarbeitung
abgeschlossen ist oder nicht. Wenn sie nicht abgeschlossen ist,
geht die Prozedur zum Schritt S206 über, bei dem die Schleifenvariable
n aufwärtsgezählt wird.
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Die
Datenerstellungsverarbeitung wird eventuell nicht im selben Mikrocomputer 9 durchgeführt, aber
Daten können
vorläufig
in einem externen Computer erstellt und in den Zeitspeicher 7 und
den Wellenformspeicher 2 des Mikrocomputers 9 eingeschrieben
werden. Wenn die Wellenformdaten in einem bestimmten Intervall erstellt
werden, kann statt dessen auch ein Zähler verwendet werden.
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Obwohl
in dieser Ausführungsform
der Mikrocomputer genutzt wird, um die Softwareverarbeitung für die Gruppe
der Wellenformgenerierungsmerkmale zu erledigen, können auch
andere Computer mit den typischen Rechnerfunktionen wie logische Operation
und arithmetische Operation verwendet werden, wie etwa ein Personalcomputer,
ein Bürocomputer,
ein Minicomputer und ein Universalcomputer.
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Mit
dieser Ausführungsform
wird die Wellenform mit hoher Präzision
unter Verwendung des kostengünstigen
D/A-Wandlers mit einer kleinen Anzahl von Bits generiert, und die
Veränderungen
der technischen Daten für
die Softwareverarbeitung lassen sich mühelos durchführen.
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Ausführungsform
4
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Die 10(a) und 10(b) sind
grafische Darstellungen, welche die Modulationswellenform nach einer
Ausführungsform
4 dieser Erfindung zeigen. In 10(a) bezeichnet 501 eine
Anstiegsflankenwellenform der von einer Modulationsschaltung 801 in
der FM-CW-Radarvorrichtung
ausgegebenen Modulationswellenform, und 502 bezeichnet
eine Abfallflankenwellenform. Die Anstiegs- und die Abfallflankenwellenform
sind Steuerwellenformen, um eine Anstiegsflankenwellenform bzw.
eine Abfallflankenwellenform auszugeben. In 10(b) bezeichnet 503 eine
Ausgangswellenform des D/A-Wandlers 3. Diese Modulationswellenform
wird von der Wellenformgeneratorschaltung wie in Ausführungsform
2 oder 3 beschrieben generiert. Auch bildet diese Wellenformgeneratorschaltung
die Modulationsschaltung 801 der FM-CW-Radarvorrichtung,
wie in 14 gezeigt ist. Der weitere
Aufbau oder die Grundfunktion der FM-CW-Radarvorrichtung wurde bereits
in Verbindung mit den 14 bis 16(a) und 16(b) beschrieben, und wird hier weggelassen.
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Was
einen Oszillator der FM-CW-Radarvorrichtung anbelangt, muss, weil
typischerweise ein nicht lineares Verhältnis zwischen der Steuerspannung
(Modulationswellenform) und der Schwingungsfrequenz besteht, und
auch wegen individueller Unterschiede und Temperaturkennlinien,
eine Steuerspannung entsprechend den Kennlinien für jeden
Oszillator angelegt werden. Die Anstiegsflankenwellenform 501 und
die Abfallflankenwellenform 502 der 10(a) und 10(b) bringen eine Steuerspannungswellenform mit
sich, die von der Modulationsschaltung 801 ausgegeben und
an den Oszillator angelegt wird. Diese Steuerspannungswellenform wird
generiert, um die Frequenz linear zu verändern. Für diese Wellenformen werden
die Ausgabezeitvorgaben t1 bis tn (n ≤ N) ermittelt, bei denen der
Quantisierungsfehler kleiner ist, und durch die Ausgabezeitintervalle
T1 bis Tn des D/A-Wandlers 3 ersetzt. Die Ausgabezeitintervalle
T1 bis Tn sind jedoch nicht gleich, und das Verfahren zur Berechnung
dieser Intervalle wurde in den Ausführungsformen 1 bis 3 beschrieben.
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Auch
wird eine Ausgangsspannung vom D/A-Wandler 3 bei den Ausgabezeitintervallen
T1 bis Tn ausgegeben, wodurch der Oszillator linear in Schwingung
versetzt und das Fre quenzspektrum des Zielobjekts stabilisiert wird,
auch wenn die Steuerspannung ein Mikrosignal ist. Der Wellenformausgabebetrieb
dieses D/A-Wandlers 3 (d. h. der Wellenformgeneratorschaltung,
welche die Modulationsschaltung 801 bildet) ist derselbe
wie in den Ausführungsformen
1 bis 3 beschrieben.
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In
dieser Ausführungsform
wird die wie in der Ausführungsform
2 oder 3 beschriebene Wellenformgeneratorschaltung als Modulationsschaltung
angewendet, um die Schwingungsfrequenz für den die FM-CW-Radarvorrichtung
bildenden Oszillator zu modulieren. Im Ergebnis ist die FM-CW-Radarvorrichtung
gebildet, welche die kleine und kostengünstige Modulationsschaltung
für den
Oszillator umfasst.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie
vorstehend beschrieben, ermöglichen es
das Wellenformgenerierungsverfahren, das Programm zum Generieren
einer Wellenform und die Wellenformgeneratorschaltung nach der Erfindung, einen
Fehler zwischen der Zielwellenform und der ausgegebenen Wellenform
im Gegensatz zu dem Fall zu reduzieren, bei dem das Signal in einem
gleichen Zeitintervall aus dem D/A-Wandler ausgegeben wird, um eine
gewünschte
Zielwellenform zu erhalten. Dazu ist die FM-CW-Radarvorrichtung
gebildet, welche die kleine und kostengünstige Modulationsschaltung
für den
Oszillator umfasst.