JP2002168945A - Instrument for measuring relative distance - Google Patents

Instrument for measuring relative distance

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JP2002168945A
JP2002168945A JP2000370158A JP2000370158A JP2002168945A JP 2002168945 A JP2002168945 A JP 2002168945A JP 2000370158 A JP2000370158 A JP 2000370158A JP 2000370158 A JP2000370158 A JP 2000370158A JP 2002168945 A JP2002168945 A JP 2002168945A
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JP
Japan
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signal
voltage
frequency
relative distance
beat signal
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Withdrawn
Application number
JP2000370158A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuke Onari
弥祐 小斉
Kenji Akifuji
研二 秋藤
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TOKIMEC JIDO KENKI KK
Original Assignee
TOKIMEC JIDO KENKI KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correct a temperature by on-line to measure a distance precisely. SOLUTION: An FM-CW signal is output from a voltage-controlled oscillator 22 by a sweep voltage E0. The FM-CW signal is distributed by a first RF circuit 23 to be transmitted to a transceiving antenna 14, and the FM-CW signal is mixed with a received signal propagated through a route of a measuring object from the transceiving antenna 14 to output a beat signal E1. A radio wave propagation distance is found by a computer 20 based on the beat signal E1 to measure the relative distance. The FM-CW signal is distributed concurrently by a second RF circuit 33 to be transmitted to a cable 40, and the FM-CW signal is mixed with a signal returned from the cable to output a second beat signal E2. Variations of a phase and a frequency of the second beat signal E2 caused by temperature change are detected to change the sweep voltage E0 in response to the change.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象となる経
路に沿って100MHz以上のVHF,UHF,マイク
ロ波,ミリ波帯等の電波を伝搬させることにより所定距
離に対して微小相対変化する対象距離の時間的変化量ま
たは空間的変化量を測定する装置に関し、例えば、車両
の走行時における乗り心地や交通振動に影響する舗装路
面の平坦度を非接触に測定する路面形状測定装置に適用
することができる相対距離測定装置に関し、特に、その
相対距離測定装置の温度特性の改善に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an object which changes relative to a predetermined distance by transmitting a radio wave such as VHF, UHF, microwave, millimeter wave band of 100 MHz or more along a path to be measured. The present invention relates to a device for measuring a temporal change amount or a spatial change amount of a distance, and is applied to, for example, a road surface shape measuring device for non-contactly measuring a flatness of a pavement road surface which affects a ride comfort and a traffic vibration when a vehicle is traveling. The present invention relates to a relative distance measuring device which can be used, and more particularly to an improvement in temperature characteristics of the relative distance measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下、従来の相対距離測定装置につい
て、例えば、舗装路面の平坦度を測定する場合を例にと
って説明する。舗装路面の平坦度を測定する装置として
は、従来、接触式と非接触式の2種類の装置があり、接
触式としては、車輪で支えられた3mの直線定規の中央
から測定車輪を出し、この測定車輪を路面に接触させる
ことにより、路面の凹凸を測定する3mプロファイルメ
ータが実用化されている。一方、非接触式としては、3
m直線定規の中央にレーザ光を利用した検出部を装着
し、レーザ光で路面を照射したときの反射光の反射角度
が路面の凹凸に対応する関係を用いて路面までの距離、
即ち、路面の平坦度を測定するレーザプロファイラ(例
えば特公平5−644号公報、特公平5−43249号
公報)が実用化されている。
2. Description of the Related Art A conventional relative distance measuring apparatus will be described below by taking as an example a case of measuring the flatness of a pavement road surface. Conventionally, as a device for measuring the flatness of a pavement road surface, there are two types of devices, a contact type and a non-contact type. As the contact type, a measuring wheel is put out from the center of a 3 m linear ruler supported by wheels. A 3 m profile meter for measuring the unevenness of the road surface by bringing the measurement wheel into contact with the road surface has been put to practical use. On the other hand, 3
Attach a detection unit using laser light in the center of the m straight line ruler, distance to the road surface using the relationship that the reflection angle of the reflected light when illuminating the road surface with the laser light corresponds to the unevenness of the road surface,
That is, a laser profiler (for example, Japanese Patent Publication No. 5-644 and Japanese Patent Publication No. 5-43249) for measuring the flatness of a road surface has been put to practical use.

【0003】しかしながら、かかる従来の接触式装置で
は、測定車輪が路面に接触しているため、車輪の摩耗や
スリップによる誤差の発生などの課題がある。一方の非
接触式装置では、レーザ光を用いて測定するため、上記
接触式装置の課題は解決しているが、レーザ光源から路
面を反射して光センサに到達するまでの距離を三角法に
よって求めているため、光軸がずれると、誤差が大きく
なり、その調整が困難であるという課題がある。さらに
は、レーザ光のビーム幅が極めて狭く、反射体である路
面の孔や微小な凹凸に鋭敏に影響を受けるため、データ
の平均化処理が必要となり、高速な測定が困難になると
いう問題がある。特に、良好な排水性の特徴を持つ多孔
性のアスファルト舗装道路においては、路面の孔が比較
的大きいために照射したレーザ光の反射光が安定に受光
できないという課題がある。
[0003] However, in such a conventional contact-type device, since the measurement wheel is in contact with the road surface, there are problems such as generation of an error due to wear or slip of the wheel. On the other hand, in the non-contact type device, since the measurement is performed using laser light, the problem of the above-mentioned contact type device has been solved, but the distance from the laser light source to the road surface to reach the optical sensor by triangulation. Therefore, if the optical axis is deviated, there is a problem that an error increases and it is difficult to adjust the error. Furthermore, since the beam width of the laser beam is extremely narrow and is sensitively affected by holes and small irregularities on the road surface as a reflector, data averaging processing is required, making high-speed measurement difficult. is there. In particular, on a porous asphalt pavement road having good drainage characteristics, there is a problem that the reflected light of the irradiated laser beam cannot be stably received because the road surface has a relatively large hole.

【0004】そこで、かかる課題を解決するために、本
出願人等は、特願平11−177511号(以下、先願
という)により、マイクロ波等の電波を用いて高速、高
精度で且つ高い距離分解能で対象距離の時間的または空
間的変化量を測定することができる相対距離測定装置を
提案している。この発明によれば、マイクロ波等の電波
を用いると、そのビーム幅が適度に広いため、反射体の
孔や微小な凹凸の分布に影響されることなく、平均的な
距離を表す信号を安定に得ることができ、そのため、平
均化処理を別途に行う必要がなく、高速測定を行うこと
ができる、という作用効果を有している。
In order to solve such a problem, the applicant of the present invention disclosed in Japanese Patent Application No. 11-177511 (hereinafter referred to as the prior application) a high-speed, high-precision, high-precision radio wave such as a microwave. A relative distance measuring device capable of measuring a temporal or spatial change amount of a target distance with a distance resolution has been proposed. According to the present invention, when a radio wave such as a microwave is used, the beam width is appropriately wide, so that the signal representing the average distance can be stabilized without being affected by the distribution of the holes and minute irregularities of the reflector. Therefore, the averaging process does not need to be separately performed, and high-speed measurement can be performed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記先願による装置に
おいて、より高精度な距離測定を行うためには、温度変
化による特性の変化の影響を考慮しなければならない。
例えば、上記先願による装置において、広帯域に亘って
周波数変調をかけた送信信号を生成するために、送受信
モジュールに電圧制御発振器を備えているが、温度によ
って、電圧制御発振器の発振周波数が変化することによ
り、特性が変化するという問題がある。
In the apparatus according to the above-mentioned prior application, in order to perform distance measurement with higher accuracy, it is necessary to consider the influence of a change in characteristics due to a change in temperature.
For example, in the device according to the above-mentioned prior application, a voltage-controlled oscillator is provided in a transmission / reception module in order to generate a transmission signal subjected to frequency modulation over a wide band, but the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator changes depending on temperature. As a result, there is a problem that characteristics are changed.

【0006】この温度特性の改善をするには、上記モジ
ュール自体の温度特性を改善するか、または装置を温度
一定にして使うという2つの方式が考えられる。しかし
ながら、モジュールの温度特性を改善する方式には、多
大なコストがかかるという課題があり、また、温度を一
定にして使うという方式では、ヒートアップ時間が必要
になり、かかる時間が無駄になると共に、電源がバッテ
リーのときには、大きなものが必要になるという課題が
ある。
In order to improve the temperature characteristics, there are two methods of improving the temperature characteristics of the module itself or using the device at a constant temperature. However, the method of improving the temperature characteristics of the module has a problem that it costs a great deal of money, and the method of using the module at a constant temperature requires a heat-up time, which wastes time. However, when the power source is a battery, there is a problem that a large one is required.

【0007】また、他の方式としては、温度試験を予め
行って補正テーブルを作成しておき、この補正テーブル
を用いて温度補正を行う方法も考えられるが、コストア
ップとなる上、温度特性が変化した場合に、補正テーブ
ルを変更して再作成する必要があり、手間と時間を要す
るという課題がある。
As another method, a method of preparing a correction table by performing a temperature test in advance and performing temperature correction using this correction table is also conceivable, but this increases the cost and increases the temperature characteristics. In the case of a change, it is necessary to change and re-create the correction table, and there is a problem that it takes time and effort.

【0008】本発明は、かかる課題に鑑みなされたもの
で、オンラインで温度補正を行い、高精度な距離測定を
行うことができる相対距離測定装置を提供することをそ
の目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a relative distance measuring device capable of performing temperature correction online and performing highly accurate distance measurement.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1記載の発明は、測定対象となる経路に沿って
100MHz以上のVHF,UHF,マイクロ波,ミリ
波帯等の電波を伝搬させることにより所定距離に対して
微小相対変化する対象距離の時間的変化量または空間的
変化量を測定する相対距離測定装置であって、広帯域に
亘って周波数変調をかけた送信信号を発生する周波数変
調手段と、測定するべき経路に沿って、前記送信信号に
よる電波を放射する送信手段と、送信手段から放射され
て前記経路を伝搬した電波を受信する受信手段と、前記
周波数変調手段からの送信信号と、受信手段からの受信
信号との混合を行い、その低周波成分である、電波伝搬
距離に応じた周波数と位相を持つビート信号を出力する
第1送受信回路と、前記ビート信号に基づき対象距離の
時間的変化量または空間的変化量を測定する相対距離変
化量演算手段と、前記送信信号が伝搬するためのケーブ
ルと、前記周波数変調手段からの送信信号と、ケーブル
を伝搬した信号との混合を行い、その低周波成分であ
る、前記ケーブルの伝搬距離に応じた周波数と位相を持
つ第2ビート信号を出力する第2送受信回路と、前記第
2ビート信号の周期及び位相の少なくとも一方の変化に
応じて前記周波数変調手段の周波数変調を変化させる温
度補正手段と、を備えることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for transmitting a radio wave such as a VHF, UHF, microwave, millimeter wave band or the like having a frequency of 100 MHz or more along a path to be measured. A relative distance measuring device that measures a temporal change amount or a spatial change amount of a target distance that changes minutely relative to a predetermined distance by generating a transmission signal that has undergone frequency modulation over a wide band. Modulating means, transmitting means for radiating radio waves by the transmission signal along a path to be measured, receiving means for receiving radio waves radiated from the transmitting means and propagated on the path, and transmission from the frequency modulating means. A first transmitting / receiving circuit that mixes the signal and the signal received from the receiving means and outputs a beat signal having a frequency and a phase corresponding to the radio wave propagation distance, which is a low frequency component thereof; A relative distance change amount calculating means for measuring a temporal change amount or a spatial change amount of the target distance based on the beat signal, a cable for transmitting the transmission signal, a transmission signal from the frequency modulation means, And a second transmission / reception circuit that outputs a second beat signal having a frequency and a phase corresponding to the propagation distance of the cable, which is a low-frequency component thereof, and a period of the second beat signal. And temperature correction means for changing the frequency modulation of the frequency modulation means in accordance with at least one of the phase changes.

【0010】第1送受信回路で、周波数変調をかけた送
信信号と、測定対象となる経路を伝搬してきた受信信号
との混合を行い、ビート信号を出力する。このビート信
号は、電波伝搬距離に依存しているため、ビート信号の
情報から電波伝搬距離を求め、相対距離を測定すること
ができる。
The first transmission / reception circuit mixes the frequency-modulated transmission signal with the reception signal that has propagated along the path to be measured, and outputs a beat signal. Since the beat signal depends on the radio wave propagation distance, the radio wave propagation distance can be obtained from the beat signal information, and the relative distance can be measured.

【0011】一方、第2送受信回路でも、前記周波数変
調をかけた送信信号と、ケーブルを伝搬してきた受信信
号との混合を行い、第2ビート信号を出力する。ケーブ
ルを伝搬する伝搬距離は一定であるため、第2ビート信
号は常に一定であるはずであるが、温度変化により、こ
の第2ビート信号の位相と周波数の少なくとも一方が変
化する。従って、この変化に応じて前記周波数変調を変
化させることにより、オンラインで温度補正を行うこと
ができ、高精度な距離測定を行うことができる。ケーブ
ルの長さは、前記所定距離とほぼ同じ長さでも良いが、
異なっていても良く、一定の任意の長さとすることがで
きる。好ましくは、ケーブルの長さは、第2ビート信号
の位相と周波数の変化を確実に検出するために、第2ビ
ート信号の波形が約1/2波長以上入る程度の長さにな
っていると良い。
On the other hand, the second transmission / reception circuit also mixes the frequency-modulated transmission signal with the reception signal transmitted through the cable, and outputs a second beat signal. Since the propagation distance through the cable is constant, the second beat signal should always be constant, but at least one of the phase and the frequency of the second beat signal changes due to a temperature change. Therefore, by changing the frequency modulation according to this change, the temperature can be corrected on-line, and highly accurate distance measurement can be performed. The length of the cable may be substantially the same as the predetermined distance,
They can be different and can be of any fixed length. Preferably, the length of the cable is such that the waveform of the second beat signal is about 1/2 wavelength or more in order to reliably detect a change in the phase and frequency of the second beat signal. good.

【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載の前
記周波数変調手段が、スイープ電圧を発生するスイープ
電圧発生手段と、該スイープ電圧に応じた周波数を出力
する電圧制御発振手段と、を備えることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the frequency modulating means according to the first aspect comprises a sweep voltage generating means for generating a sweep voltage, and a voltage control oscillating means for outputting a frequency corresponding to the sweep voltage. It is characterized by having.

【0013】請求項3記載の発明は、請求項2記載のも
のにおいて、前記温度補正手段が、前記スイープ電圧を
変化させることを特徴とする。スイープ電圧を変化させ
ることにより、第2ビート信号の位相と周波数の変化を
修正することができ、従って、温度の影響のない状態で
ビート信号を用いて相対距離を測定することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the temperature correction means changes the sweep voltage. By changing the sweep voltage, changes in the phase and frequency of the second beat signal can be corrected, and therefore, the relative distance can be measured using the beat signal without being affected by temperature.

【0014】請求項4記載の発明は、請求項3記載のも
のにおいて、前記温度補正手段が、前記第2ビート信号
の周期が変化している場合に、前記スイープ電圧のスロ
ープ電圧を変化させ、第2ビート信号の位置が変化して
いる場合に、前記スイープ電圧のベース電圧を変化させ
るものであることを特徴とする。第2ビート信号の位置
及び周波数の変化に応じて、ベース電圧及びスロープ電
圧をそれぞれ変化させて対応することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the temperature correction means changes a slope voltage of the sweep voltage when a cycle of the second beat signal changes. When the position of the second beat signal is changing, the base voltage of the sweep voltage is changed. The base voltage and the slope voltage can be changed according to changes in the position and the frequency of the second beat signal, respectively.

【0015】請求項5記載の発明は、請求項2ないし4
のいずれか1項に記載の前記スイープ電圧発生手段が、
スロープ基電圧を積分する積分器と、該積分器の出力に
ベース電圧を加算する加算器とを備えることを特徴とす
る。スロープ基電圧を積分器で積分したものに、ベース
電圧を加算することにより、滑らかなスイープ電圧を発
生させることができる。
[0015] The invention according to claim 5 provides the invention according to claims 2 to 4.
The sweep voltage generating means according to any one of the above,
It is characterized by comprising an integrator that integrates a slope base voltage and an adder that adds a base voltage to an output of the integrator. A smooth sweep voltage can be generated by adding the base voltage to the value obtained by integrating the slope base voltage with the integrator.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図1は、本発明の相対距離測定装置
の1つの実施形態を表す概略図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the relative distance measuring device of the present invention.

【0017】図において、8輪の支持車輪を持った3m
の直線定規10の中央に、測定部12が取り付けられて
いる。測定部12には、送受信アンテナ14が接続され
ており、送受信アンテナ14から路面5に向けてマイク
ロ波が放射され、路面5から反射した信号を送受信アン
テナ14で受信するようになっている。車輪によって装
置を路面5上で移動させながら、測定部12は、後述の
ように広帯域に亘って周波数変調をかけた送信信号(以
下、FM−CW信号という)を送受信アンテナ14に送
出し、このFM−CW信号を用いて、送受信アンテナ1
4からの受信信号の位相変化を検出することにより、路
面5の平坦度、言い換えれば、路面の空間的変化を検出
する。
In the figure, 3 m with eight supporting wheels
The measuring unit 12 is attached to the center of the straight ruler 10 of FIG. The transmitting / receiving antenna 14 is connected to the measuring unit 12, and the microwave is radiated from the transmitting / receiving antenna 14 toward the road surface 5, and the signal reflected from the road surface 5 is received by the transmitting / receiving antenna 14. While moving the device on the road surface 5 by the wheels, the measuring unit 12 transmits a transmission signal (hereinafter, referred to as an FM-CW signal) that has been frequency-modulated over a wide band to the transmission / reception antenna 14 as described later. Using the FM-CW signal, the transmitting / receiving antenna 1
The flatness of the road surface 5, that is, the spatial change of the road surface, is detected by detecting the phase change of the received signal from the road surface 4.

【0018】図2に送受信アンテナ14及び測定部12
の詳細ブロック図を示す。測定部12は、大別して、減
衰器17、サーキュレータ15,16、RFアンプ2
1,FM−CWモジュール18、コンピュータ20、D
/A変換器28、A/D変換器30,38とを備えてお
り、さらにFM−CWモジュール18は、電圧制御発振
器22、第1RF回路23及び第1RF回路23と同様
の構成をなした第2RF回路33を備えている。
FIG. 2 shows the transmitting / receiving antenna 14 and the measuring section 12.
The detailed block diagram of FIG. The measuring unit 12 is roughly divided into an attenuator 17, circulators 15, 16, an RF amplifier 2
1, FM-CW module 18, computer 20, D
/ A converter 28 and A / D converters 30 and 38. The FM-CW module 18 further includes a voltage-controlled oscillator 22, a first RF circuit 23, and a first RF circuit 23. A 2RF circuit 33 is provided.

【0019】第1RF回路23は、電力分配器24と平
滑回路26とから構成され、平滑回路26は、互いに逆
極性で電力分配器24に接続されたダイオードD、D
と、並列に接続されたコンデンサC及び抵抗Rとからな
る。同様に、第2RF回路33は、電力分配器34と平
滑回路36とから構成され、平滑回路36は、互いに逆
極性で電力分配器34に接続されたダイオードD、D
と、並列に接続されたコンデンサC及び抵抗Rとからな
る。
The first RF circuit 23 comprises a power divider 24 and a smoothing circuit 26. The smoothing circuit 26 has diodes D and D connected to the power divider 24 with opposite polarities.
And a capacitor C and a resistor R connected in parallel. Similarly, the second RF circuit 33 includes a power divider 34 and a smoothing circuit 36. The smoothing circuit 36 has diodes D and D connected to the power divider 34 with opposite polarities.
And a capacitor C and a resistor R connected in parallel.

【0020】また、第1RF回路23の電力分配器24
は、サーキュレータ16を介して、減衰器17及びRF
アンプ21に接続され、さらに減衰器17及びRFアン
プ21がサーキュレータ15を介して送受信アンテナ1
4に接続される。コンピュータ20に接続されたD/A
変換器28は、電圧制御発振器22に接続される。ま
た、第1RF回路23及び第2RF回路33は、それぞ
れA/D変換器30,38を介してコンピュータ20に
接続される。さらに、コンピュータ20には表示器32
が接続されている。
The power divider 24 of the first RF circuit 23
Attenuator 17 and RF through circulator 16
The attenuator 17 and the RF amplifier 21 are connected to the transmitting / receiving antenna 1 via the circulator 15.
4 is connected. D / A connected to computer 20
The converter 28 is connected to the voltage controlled oscillator 22. The first RF circuit 23 and the second RF circuit 33 are connected to the computer 20 via A / D converters 30 and 38, respectively. Further, the computer 20 has a display 32.
Is connected.

【0021】また、第2RF回路33の電力分配器34
には、ケーブル40の一端が接続される。ケーブル40
の他端は接地されて終端短絡されており、ケーブル40
の長さは、この実施形態では、概略、測定の基準である
所定距離dに等しい長さとなっている。但し、ケーブル
40の長さは任意の長さとすることができる。好ましく
は、後述のビート信号E2の波形が1/2波長以上、よ
り好ましくは1波長以上入る程度の長さであると良い。
The power divider 34 of the second RF circuit 33
Is connected to one end of a cable 40. Cable 40
The other end of the cable 40 is grounded and short-circuited.
In this embodiment, the length is approximately equal to a predetermined distance d which is a reference for measurement. However, the length of the cable 40 can be any length. Preferably, the length of the waveform of a beat signal E2 to be described later is 1 / wavelength or more, and more preferably, it is long enough to enter one wavelength or more.

【0022】上記構成による作用を説明する。まず、コ
ンピュータ20からディジタル信号でスイープ電圧信号
が出力されると、このスイープ電圧信号がD/A変換器
28でアナログ信号に変換され、この出力されたスイー
プ電圧E0が電圧制御発振器22に加えられると、電圧
制御発振器22では、このスイープ電圧E0に応じて周
波数変調されたFM−CW信号を発生する。図3は、こ
のスイープ電圧E0の波形例を示しており、この例で
は、3msの間にスイープ電圧E0が2V〜8V変化す
るようになっており、ベース電圧(スイープ開始電圧)
が2V、スロープ電圧が6Vとなっている。これに応じ
て電圧制御発振器22はその周波数fがf=9.25G
Hz〜10.75GHzだけ掃引されたFM−CW信号
を出力するようになっている。
The operation of the above configuration will be described. First, when a sweep voltage signal is output as a digital signal from the computer 20, the sweep voltage signal is converted into an analog signal by the D / A converter 28, and the output sweep voltage E0 is applied to the voltage control oscillator 22. And the voltage-controlled oscillator 22 generates an FM-CW signal frequency-modulated according to the sweep voltage E0. FIG. 3 shows a waveform example of the sweep voltage E0. In this example, the sweep voltage E0 changes by 2 V to 8 V in 3 ms, and the base voltage (sweep start voltage)
Is 2V and the slope voltage is 6V. In response to this, the voltage controlled oscillator 22 sets its frequency f to 9.25G.
And outputs an FM-CW signal swept by 10 Hz to 10.75 GHz.

【0023】電圧制御発振器22からのFM−CW信号
は、第1RF回路23の電力分配器24で基準信号e0
と送信信号e1の2波に分配され、送信信号e1は減衰
器17で適切な送信レベルに調整された後、送受信アン
テナ14からマイクロ波になり路面5に向けて放射され
る。路面5で反射した信号は送受信アンテナ14で受信
され、RFアンプ21により増幅されて、受信信号e2
として、第1RF回路23の電力分配器24に入力され
て、前記送信信号e1と合成される。ここで、送信信号
e1を、
The FM-CW signal from the voltage controlled oscillator 22 is applied to a reference signal e0 by a power divider 24 of a first RF circuit 23.
After being adjusted to an appropriate transmission level by the attenuator 17, the transmission signal e1 is converted into a microwave from the transmission / reception antenna 14 and radiated toward the road surface 5. The signal reflected by the road surface 5 is received by the transmission / reception antenna 14, amplified by the RF amplifier 21, and received by the reception signal e2.
Is input to the power divider 24 of the first RF circuit 23 and is combined with the transmission signal e1. Here, the transmission signal e1 is

【0024】[0024]

【数1】 とおけば、受信信号e2は、(Equation 1) Then, the received signal e2 becomes

【0025】[0025]

【数2】 と表される。尚、aは受信信号レベル、τはFM−CW
モジュール18を出て戻るまでの遅延時間である。遅延
時間τは、送受信アンテナ14と路面5との間の距離を
dとし、そのdを往復する遅延時間をτ1、回路内の固
定遅延時間をτ0、光速をcとすると、
(Equation 2) It is expressed as Here, a is the received signal level, τ is FM-CW
The delay time before exiting the module 18 and returning. Assuming that the distance between the transmitting / receiving antenna 14 and the road surface 5 is d, the delay time for reciprocating the d is τ 1 , the fixed delay time in the circuit is τ 0 , and the speed of light is c,

【0026】[0026]

【数3】 と表される。よって、(2)式は、(Equation 3) It is expressed as Therefore, equation (2) is

【0027】[0027]

【数4】 となる。よって、電力分配器24では、(4)式の入力
信号e2と基準信号e0とが合成されるので、e0=e
1に設定すれば、電力分配器24からの出力は、(1)
式と(4)式から、
(Equation 4) Becomes Therefore, in the power divider 24, the input signal e2 of Expression (4) and the reference signal e0 are combined, so that e0 = e
If it is set to 1, the output from the power distributor 24 is (1)
From the equation and the equation (4),

【0028】[0028]

【数5】 となるが、電力分配器24からのビート信号E1として
低周波成分を取り出すと、第1項は無視でき、
(Equation 5) However, when the low frequency component is extracted as the beat signal E1 from the power divider 24, the first term can be ignored,

【0029】[0029]

【数6】 が得られる。ここで、送信周波数fは、図3のようにス
イープ電圧E0が掃引されていれば、
(Equation 6) Is obtained. Here, if the sweep voltage E0 is swept as shown in FIG.

【0030】[0030]

【数7】 と表すことができる。尚、ここでBは周波数掃引幅、T
は周波数掃引時間、f0は中心周波数である。(7)式
を(6)式に代入して整理すれば、
(Equation 7) It can be expressed as. Here, B is the frequency sweep width, T
Is the frequency sweep time, and f 0 is the center frequency. Substituting equation (7) into equation (6) and rearranging,

【0031】[0031]

【数8】 となる。ここで、(Equation 8) Becomes here,

【0032】[0032]

【数9】 であり、fbはビート周波数、λはマイクロ波の波長で
ある。
(Equation 9) Where f b is the beat frequency and λ is the wavelength of the microwave.

【0033】なお、(8)式における固定位相項2πf
0τ0は、一般性を失うことなく、2nπ(nは整数)と
おけるので、
Note that the fixed phase term 2πf in the equation (8)
Since 0 τ 0 can be expressed as 2nπ (n is an integer) without loss of generality,

【0034】[0034]

【数10】 と表すことができる。(Equation 10) It can be expressed as.

【0035】(10)式は送信信号e1と受信信号e2
とを混合して得られる低周波成分であるビート信号とみ
なすことができ、その位相は送信アンテナ14、受信ア
ンテナ16と路面5との距離dの変化量Δdがマイクロ
波の半波長(λ/2)を越える毎に2π、すなわち36
0度変化することが分かる。
The equation (10) shows that the transmission signal e1 and the reception signal e2
Can be regarded as a beat signal which is a low-frequency component obtained by mixing the signals, and the phase of the beat signal is a change amount Δd of the distance d between the transmitting antenna 14 and the receiving antenna 16 and the road surface 5 is a half wavelength (λ / Each time 2) is exceeded, 2π, that is, 36
It can be seen that it changes by 0 degrees.

【0036】ここで、具体例として周波数掃引時間T=
3ms、周波数掃引幅B=1.5GHz、中心周波数f
0=10GHzとし、d=15cm、回路内の固定遅延
時間τ0=2nsに設定すると、ビート周波数fb及び波
長λは(9)式より、
Here, as a specific example, the frequency sweep time T =
3 ms, frequency sweep width B = 1.5 GHz, center frequency f
When 0 = 10 GHz, d = 15 cm, and a fixed delay time τ 0 = 2 ns in the circuit, the beat frequency f b and the wavelength λ are given by the following equations (9).

【0037】[0037]

【数11】 となる。また、(10)式のビート信号の位相は距離d
が、
[Equation 11] Becomes Also, the phase of the beat signal in equation (10) is the distance d
But,

【0038】[0038]

【数12】 だけ変化すれば、360度変化することになる。従っ
て、(10)式のビート信号E1の位相変化を測定すれ
ば、d=15cmからの変化量Δd、即ち、路面5の平
坦度が測定できることになる。尚、ビート周波数fb
dの関数であるが、dの変化量Δdが半波長程度であれ
ば、ビート周波数fbの変化は無視できるものと考え
て、ビート周波数fbは一定としている。
(Equation 12) If it changes only, it will change 360 degrees. Therefore, if the phase change of the beat signal E1 in the equation (10) is measured, the change amount Δd from d = 15 cm, that is, the flatness of the road surface 5 can be measured. Although a function of the beat frequency f b is also d, the variation Δd of d is as long as about a half wavelength, believed change in the beat frequency f b is negligible, the beat frequency f b is constant.

【0039】第1RF回路23から出力されたビート信
号E1は、A/D変換器30を介して、コンピュータ2
0に取り込まれ、その後、コンピュータ20内でディジ
タル処理が行われる。勿論、A/D変換器30でA/D
変換してコンピュータ20で処理する代わりに、アナロ
グ処理で行うことも可能である。
The beat signal E1 output from the first RF circuit 23 is sent to the computer 2 via the A / D converter 30.
After that, digital processing is performed in the computer 20. Of course, the A / D converter 30
Instead of conversion and processing by the computer 20, it is also possible to perform analog processing.

【0040】コンピュータ20は、その機能により、図
4に示すように、帯域通過フィルタ(BPF)42、4
3、リファレンス波形出力部48、位相出力部49、相
対距離変化量演算部56、波数変化量検出部58、周期
・ゼロクロス検出部60、温度補正部64、基準スイー
プ電圧発生部66とに分けることができる。また、位相
出力部49はさらに、掛算部44,46、加算部50,
52、割算部54に分けることができる。
As shown in FIG. 4, the computer 20 has a bandpass filter (BPF) 42, 4
3. Reference waveform output unit 48, phase output unit 49, relative distance change amount calculation unit 56, wave number change amount detection unit 58, cycle / zero cross detection unit 60, temperature correction unit 64, and reference sweep voltage generation unit 66 Can be. Further, the phase output unit 49 further includes multiplication units 44 and 46, an addition unit 50,
52, and a dividing unit 54.

【0041】以下、各部における処理を説明する。The processing in each section will be described below.

【0042】まず、上記ビート信号E1は、A/D変換
器30において、サンプリング間隔ΔtでA/D変換さ
れるものとすると、ビート信号E1は、
First, assuming that the beat signal E1 is A / D converted by the A / D converter 30 at a sampling interval Δt, the beat signal E1 is

【0043】[0043]

【数13】 で表されるディジタル信号(以下、AD信号と表す)に
変換される。この信号の周波数はfb=1.5kHzで
あるので、このビート周波数fbを中心周波数とする帯
域通過フィルタ(BPF)42に、上記AD信号を通す
ものとすると、雑音や路面5以外の反射体によるビート
信号は除去されて、測定精度が向上する。ビート周波数
bは、d=15cmが固定であるため、帯域通過フィ
ルタ(BPF)42は、狭帯域フィルタを使用すること
ができる。
(Equation 13) Is converted into a digital signal (hereinafter, referred to as an AD signal). Since the frequency of this signal is f b = 1.5 kHz, if the above-mentioned AD signal is passed through a band-pass filter (BPF) 42 having the beat frequency f b as a center frequency, the noise and the reflection other than the road surface 5 are reflected. The beat signal due to the body is removed, and the measurement accuracy is improved. Since the beat frequency f b is fixed at d = 15 cm, a narrow band filter can be used as the band pass filter (BPF) 42.

【0044】図5(a)は、この帯域通過フィルタ42
を通過したビート信号の波形である。入力直後にフィル
タの影響が残るが、0.5ms以降は定常状態に落ち着
き、(13)式の波形が得られる。そこで、今後は、図
5(a)において、きれいな波形となる0.5ms以降
の3波を用いて、処理を行うこととする。(13)式の
位相項から距離dの変化量Δdを測定するために、ま
ず、m=0〜Nで3波を持ち、互いに直交する2つの信
号、
FIG. 5A shows this band-pass filter 42.
7 is a waveform of a beat signal that has passed through. The effect of the filter remains immediately after the input, but after 0.5 ms, it settles down to a steady state, and the waveform of equation (13) is obtained. Therefore, in the future, in FIG. 5A, the processing will be performed using three waves of 0.5 ms and later that provide a beautiful waveform. In order to measure the change amount Δd of the distance d from the phase term of the equation (13), first, two signals having three waves at m = 0 to N and orthogonal to each other,

【0045】[0045]

【数14】 をリファレンス波形としてリファレンス波形出力部48
に予め用意しておく。このリファレンス波形はテーブル
としてメモリに格納しておくこととしても良いが、その
都度、演算して出力することとしてもよい。図4のよう
に、掛算部44,46で(13)式と掛算すると、それ
らの出力は次式のようになる。
[Equation 14] As a reference waveform, a reference waveform output unit 48
Prepare in advance. This reference waveform may be stored in a memory as a table, or may be calculated and output each time. As shown in FIG. 4, when the multiplication units 44 and 46 multiply the expression (13), their outputs are as follows.

【0046】[0046]

【数15】 ここで、(Equation 15) here,

【0047】[0047]

【数16】 になるように、言い換えれば、リファレンス波形の周波
数が(13)式のビート周波数fbとなるように、Δtを
選べば、(16)式、(17)式は次式のようになる。
(Equation 16) In other words, if Δt is selected so that the frequency of the reference waveform becomes the beat frequency f b in Expression (13), Expressions (16) and (17) become as follows.

【0048】[0048]

【数17】 図5(b)は、リファレンス波形出力部48の2つのリ
ファレンス波形を描いたもので、それぞれ2msの間に
3波入る波形である。また、掛算部44,46の出力
は、(19)式、(20)式で表されるから、リファレ
ンス波形が存在する2msの間掛算を実行した結果は、
図5(c)のようになる。図5(c)において、振動成
分がオフセットに重畳しているが、このオフセット成分
が、(19)式、(20)式における第2項の直流分に相
当するもので、求めたい成分である。一方、振動成分は
(19)式、(20)式における第1項の振動項であり、
不要成分であるから除去する必要がある。そこで、図4
の加算部50、52で、掛算結果の総和を求めることに
より振動項を除去する。即ち、(19)式の総和をとる
と、
[Equation 17] FIG. 5B illustrates two reference waveforms of the reference waveform output unit 48, each of which includes three waveforms within 2 ms. Also, since the outputs of the multiplication units 44 and 46 are expressed by the equations (19) and (20), the result of executing the multiplication for 2 ms where the reference waveform exists is as follows:
The result is as shown in FIG. In FIG. 5C, the vibration component is superimposed on the offset. This offset component corresponds to the DC component of the second term in the equations (19) and (20), and is the component to be obtained. . On the other hand, the vibration component
The vibration term of the first term in equations (19) and (20),
Since it is an unnecessary component, it must be removed. Therefore, FIG.
The oscillation terms are removed by calculating the sum of the multiplication results in the adders 50 and 52. That is, taking the sum of equation (19),

【0049】[0049]

【数18】 において、第1項の総和はm=1〜Nの間に振動項はち
ょうど6波入るので、キャンセルして0になり除去され
るから、
(Equation 18) In the sum, the sum of the first term is exactly six waves in the oscillation period between m = 1 to N, so it is canceled to be 0 and removed.

【0050】[0050]

【数19】 が得られる。(20)式についても同様にして総和をと
れば、
[Equation 19] Is obtained. If the sum is similarly calculated for equation (20),

【0051】[0051]

【数20】 となる。次いで、割算部54で(22)式と(23)式の
比を求めれば、
(Equation 20) Becomes Next, if the division unit 54 calculates the ratio of the expressions (22) and (23),

【0052】[0052]

【数21】 が得られ、この式から以下のようにして距離dの変化量
Δdを求めることができる。いま便宜上、d=d0+Δ
dとおき、
(Equation 21) Is obtained, and the change amount Δd of the distance d can be obtained from this equation as follows. For convenience, d = d 0 + Δ
d and

【0053】[0053]

【数22】 の関係にあるとすれば、(24)式は、(Equation 22) Equation (24) gives the following equation:

【0054】[0054]

【数23】 となるので、tan-1をとれば、(Equation 23) So, if we take tan -1 ,

【0055】[0055]

【数24】 であるから、(Equation 24) Because

【0056】[0056]

【数25】 である。相対距離変化量演算部56において、(28)
式の演算を行うことによって変化量Δdを算出できる。
但し、(27)式においてtan-1は、SumSinとSumCosの
正負の極性を考慮しても、
(Equation 25) It is. In the relative distance change amount calculation unit 56, (28)
The change amount Δd can be calculated by performing the calculation of the equation.
However, in equation (27), tan -1 is determined by considering the positive and negative polarities of SumSin and SumCos.

【0057】[0057]

【数26】 の範囲であるから、(Equation 26) Is in the range

【0058】[0058]

【数27】 の範囲であれば、Δdを(28)式から直接求めること
ができる。
[Equation 27] Δd can be directly obtained from the equation (28).

【0059】この例では、λ=3cmであるから、In this example, since λ = 3 cm,

【0060】[0060]

【数28】 の範囲の変化は(28)式により求めることができる。
こうして、±λ/4の範囲で相対距離の変化を求めるこ
とができる。
[Equation 28] Can be determined by equation (28).
Thus, the change in the relative distance can be obtained in the range of ± λ / 4.

【0061】相対距離変化量演算部56において、路面
5の凹凸が(31)式の範囲を越える場合には、図5
(a)におけるビート信号AD[m]の波数(単位時間内
に入る波の数)が(30)式の境界値のλ/4毎に一定
割合変化することを利用してΔdの測定範囲を拡大する
ことができる。例えば、周波数掃引時間Tの間の周波数
掃引幅をBとし、周波数掃引時間Tの間に入るビート信
号の波数wは、(9)式から
In the relative distance change amount calculating section 56, if the unevenness of the road surface 5 exceeds the range of the equation (31),
Using the fact that the wave number of the beat signal AD [m] (the number of waves falling within a unit time) in (a) changes at a constant rate for each λ / 4 of the boundary value of equation (30), the measurement range of Δd is changed. Can be expanded. For example, the frequency sweep width during the frequency sweep time T is B, and the wave number w of the beat signal entering during the frequency sweep time T is obtained from the equation (9).

【0062】[0062]

【数29】 であるが、τの変化がΔτのときの波数は、(Equation 29) Where the wave number when the change in τ is Δτ is

【0063】[0063]

【数30】 だけ変化する。本例では、2msの間の周波数掃引幅B
はB=1GHzである。この2msの間に入るビート信
号の波数wの変化Δwは、いま路面5までの距離dがΔ
d=λ/4だけ変化するものとすると、Δτ=λ/2c
であるから、λ=3cm、B=1GHzを(33)式に
代入して、
[Equation 30] Only change. In this example, the frequency sweep width B during 2 ms
Is B = 1 GHz. The change .DELTA.w of the wave number w of the beat signal falling within this 2 ms is due to the fact that the distance d to the road surface 5 is now .DELTA.
Assuming that d = λ / 4, Δτ = λ / 2c
Therefore, by substituting λ = 3 cm and B = 1 GHz into the equation (33),

【0064】[0064]

【数31】 となる。即ち、Δd=λ/4の変化で波数が0.05波
変化することになる。よって波数変化量検出部58で、
この波数の変化量を測定し、0.05波変化するたびに
波数が増加のとき+1を、また波数が減少のとき−1を
加えてカウントし、その変化回数がp回だったとすれ
ば、(28)式で求めたΔdの値にその変化位相分を加
算し、
(Equation 31) Becomes That is, a change of Δd = λ / 4 results in a change of 0.05 wave number. Therefore, in the wave number change amount detection unit 58,
The amount of change in the wave number is measured, and every time the wave number changes by 0.05, +1 is added when the wave number increases, and -1 is added when the wave number decreases. The change phase is added to the value of Δd obtained by equation (28),

【0065】[0065]

【数32】 の式によって路面の凹凸の測定可能な変化幅を実用上必
要な2〜3cm程度まで拡大できる。波数変化量検出部
58は、波数または周波数を測定するものであればよ
く、例えばFFT(高速フーリエ変換器)で構成するこ
とができる。
(Equation 32) By the formula, the measurable variation width of the road surface unevenness can be expanded to about 2 to 3 cm which is practically necessary. The wave number change amount detection unit 58 may be any unit that measures the wave number or the frequency, and may be configured by, for example, an FFT (Fast Fourier Transformer).

【0066】(35)式で求めた変化量Δdの連続的な
記録が直ちに路面5の平坦性を示していることになる。
また、平坦度を数値的に表現するために、Δdの記録の
標準偏差や分散を求めることもできる。
The continuous recording of the variation Δd obtained by the equation (35) immediately indicates the flatness of the road surface 5.
Further, in order to express the flatness numerically, the standard deviation and variance of the recording of Δd can be obtained.

【0067】ところで、温度による変化が生じると、電
圧制御発振器22の発振周波数が変化して、第1RF回
路23のビート信号E1が変化する。図6は、FM−C
Wモジュール18の温度特性を示すものであり、縦軸に
発振周波数、横軸にスイープ電圧をとっている。理想的
には、両者の間に比例関係が成り立つはずであるが、温
度の変化があると、スイープ電圧が同じであっても、図
示のように発振周波数が上下してしまい、また、中心周
波数f0もずれて、測定に誤差が生じる。
When the temperature changes, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 22 changes, and the beat signal E1 of the first RF circuit 23 changes. FIG. 6 shows the FM-C
This graph shows the temperature characteristics of the W module 18, where the ordinate represents the oscillation frequency and the abscissa represents the sweep voltage. Ideally, a proportional relationship should be established between the two, but if there is a change in temperature, the oscillation frequency fluctuates as shown in the figure even if the sweep voltage is the same, and the center frequency An error occurs in the measurement because f 0 also deviates.

【0068】この誤差の補正のために、第2RF回路3
3からの信号を用いる。第2RF回路33には、第1R
F回路23と同様に、電圧制御発振器22からのFM−
CW信号が、電力分配器34へと送られており、電力分
配器34で基準信号e0と送信信号e3の2波に分配さ
れ、送信信号e3はケーブル40内を伝搬する。ケーブ
ル40の他端は短絡されているために、送信信号e3
は、他端で全反射して戻ってきて、第2RF回路23の
電力分配器34に入力されて、前記基準信号e0と合成
される。従って、前述の(1)〜(10)式がそのまま
成り立ち、(10)式で表されるビート信号が得られ
る。但し、(10)式中、dは、ケーブル40の長さに
よって決まる一定値となる。即ち、距離dは一定である
ため、温度の変化がなければ、ビート信号(以下、ビー
ト信号E2と表す)も一定となる。
To correct this error, the second RF circuit 3
3 is used. The second RF circuit 33 includes the first R
Similarly to the F circuit 23, the FM-
The CW signal is sent to the power divider 34, which splits the CW signal into two waves, a reference signal e 0 and a transmission signal e 3, and the transmission signal e 3 propagates in the cable 40. Since the other end of the cable 40 is short-circuited, the transmission signal e3
Is returned after being totally reflected at the other end, input to the power divider 34 of the second RF circuit 23, and combined with the reference signal e0. Therefore, the above equations (1) to (10) hold as they are, and the beat signal represented by the equation (10) is obtained. However, in the equation (10), d is a constant value determined by the length of the cable 40. That is, since the distance d is constant, if there is no change in the temperature, the beat signal (hereinafter, referred to as beat signal E2) is also constant.

【0069】しかしながら、この第2RF回路33は、
基本的に第1RF回路23と同一の構成であり、第2R
F回路33から出力されたビート信号E2は、ビート信
号E1と同じ温度の影響を受けて、その周期と位相が変
化する。このビート信号E2は、A/D変換器38によ
って、ディジタル信号(以下、第2AD信号)に変換さ
れて、コンピュータ20に取り込まれ、ビート周波数f
bを中心周波数とする帯域通過フィルタ(BPF)43
に通された後、周期・ゼロクロス検出部60に入力され
る。周期・ゼロクロス検出部60では、第2AD信号か
らゼロクロス点と周期を検出する。温度補正部64で
は、予め決められた基準温度におけるゼロクロス点と周
期と、周期・ゼロクロス検出部60で検出されたゼロク
ロス点と周期とのそれぞれの差を検出し、この差に応じ
て、基準スイープ電圧発生部66から発生される基準ベ
ース電圧と、基準スロープ電圧に対して、補正を行い補
正されたベース電圧とスロープ電圧を演算する。
However, the second RF circuit 33
It has basically the same configuration as the first RF circuit 23,
The beat signal E2 output from the F circuit 33 is affected by the same temperature as the beat signal E1, and its cycle and phase change. The beat signal E2 is converted into a digital signal (hereinafter, referred to as a second AD signal) by an A / D converter 38, taken into the computer 20, and has a beat frequency f
band pass filter (BPF) 43 with b as center frequency
After that, it is input to the period / zero-cross detection unit 60. The cycle / zero-cross detector 60 detects a zero-cross point and a cycle from the second AD signal. The temperature correction unit 64 detects a difference between the zero-cross point and the cycle at a predetermined reference temperature and the zero-cross point and the cycle detected by the cycle / zero-cross detection unit 60, respectively. The reference base voltage and the reference slope voltage generated from the voltage generator 66 are corrected, and the corrected base voltage and slope voltage are calculated.

【0070】例えば、温度変化の影響により発振周波数
が下がると周波数掃引幅Bが狭くなり、(9)式により
ビート信号E2のビート周波数fbも小さくなり、検出
されたビート周期が基準温度におけるビート周期よりも
大きくなる。このような場合には、スロープ電圧を大き
くするように補正して、Bを元に戻す。
[0070] For example, a frequency sweep width B is narrowed when the oscillation frequency due to the influence of temperature changes down, (9) beat the beat frequency f b becomes small, the detected beat period of the beat signal E2 is at the reference temperature by formula Larger than the period. In such a case, the slope voltage is corrected to be larger, and B is returned to the original value.

【0071】また、ベース電圧、即ちスイープ開始電圧
と発振周波数との関係も温度によって変化し、スイープ
開始周波数が変化するとビート信号E2の位相も変化し
て、ゼロクロス点が変化するので、ベース電圧を補正し
て、ゼロクロス点を一定となるようにする。
Further, the base voltage, that is, the relationship between the sweep start voltage and the oscillation frequency also changes depending on the temperature. When the sweep start frequency changes, the phase of the beat signal E2 also changes, and the zero cross point changes. Correction is performed so that the zero-cross point is constant.

【0072】図3に、補正を行ったスイープ電圧の例を
二点鎖線で示す。こうして、温度補正部64は、補正さ
れたベース電圧と補正されたスロープ電圧に基づき、ス
イープ電圧信号を出力し、このスイープ電圧信号をD/
A変換器28を介して、電圧制御発振器22へと供給す
ることにより、温度によって変化する電圧制御発振器2
2の発振周波数を一定にすることができる。補正は、比
例フィードバック制御またはオン・オフ制御等の任意の
方式で行うことができる。以上のように簡単な構成で、
且つオンラインで温度補正を行うことができ、高精度な
距離測定ができるようになる。
FIG. 3 shows an example of the corrected sweep voltage by a two-dot chain line. Thus, the temperature correction unit 64 outputs a sweep voltage signal based on the corrected base voltage and the corrected slope voltage, and outputs this sweep voltage signal to D / D.
By supplying the voltage-controlled oscillator 22 via the A-converter 28 to the voltage-controlled oscillator 22,
2 can be made constant. The correction can be performed by any method such as proportional feedback control or on / off control. With the simple configuration as above,
In addition, temperature correction can be performed online, and highly accurate distance measurement can be performed.

【0073】図7及び図8は、前記実施形態の変形例で
あり、スイープ電圧発生手段の構成図である。図2の例
では、温度補正部64から発生された補正されたスイー
プ電圧信号をD/A変換器28を介して電圧制御発振器
22へと供給していたが、D/A変換器28からの出力
はギザギザになり、安定したスイープ電圧E0が得られ
ないおそれがある。このため、この変形例では、コンピ
ュータ20から出力された補正されたスロープ基電圧信
号及び補正されたベース電圧信号をそれぞれD/A変換
器72,74でアナログ信号に変換した後、スロープ基
電圧を積分器76で積分する。積分器76は、スイープ
ゲートの立ち上がり(または立ち下がり)で積分を開始
し、スイープゲートの立ち下がり(または立ち上がり)
で積分をクリアする。積分器76の積分値とベース電圧
とを、加算器78で加算した後、アンプ80で増幅して
出力する。こうして、安定したスイープ電圧E0(図8
(d))を出力することができる。
FIGS. 7 and 8 show a modification of the above embodiment, and are diagrams showing the configuration of the sweep voltage generating means. In the example of FIG. 2, the corrected sweep voltage signal generated from the temperature correction unit 64 is supplied to the voltage controlled oscillator 22 via the D / A converter 28. The output is jagged, and there is a possibility that a stable sweep voltage E0 cannot be obtained. Therefore, in this modification, the corrected slope base voltage signal and the corrected base voltage signal output from the computer 20 are converted into analog signals by the D / A converters 72 and 74, respectively, and then the slope base voltage is converted. The integration is performed by the integrator 76. The integrator 76 starts the integration at the rising (or falling) of the sweep gate, and the falling (or rising) of the sweep gate.
Clear the integration with. After the integrated value of the integrator 76 and the base voltage are added by the adder 78, they are amplified by the amplifier 80 and output. Thus, a stable sweep voltage E0 (FIG. 8)
(D)) can be output.

【0074】図9は、本発明の第2の実施形態を表す図
である。この実施形態においては、第1RF回路23
が、電力分配器24とミキサ25とから構成され、第2
RF回路33が、電力分配器34とミキサ35とから構
成されており、第2RF回路33の電力分配器34は、
ケーブル40の一端に接続されており、ケーブル40の
他端はミキサ35に接続される。ケーブル40の長さ
は、概略、測定の基準である所定距離の2倍、2dに等
しい長さとなっている点で第1実施形態と異なってい
る。但し、ケーブル40の長さは、前述の通り、任意の
長さとすることができる。
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the first RF circuit 23
Is composed of a power distributor 24 and a mixer 25,
The RF circuit 33 includes a power divider 34 and a mixer 35, and the power divider 34 of the second RF circuit 33
The other end of the cable 40 is connected to the mixer 35. The length of the cable 40 is different from that of the first embodiment in that it is approximately twice as long as a predetermined distance which is a reference for measurement and 2d. However, the length of the cable 40 can be an arbitrary length as described above.

【0075】また、図10は、本発明の第3の実施形態
を表す図である。この実施形態においては、送信アンテ
ナ14’と受信アンテナ14”をそれぞれ有している点
で第2実施形態と異なっている。
FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. This embodiment is different from the second embodiment in having a transmitting antenna 14 'and a receiving antenna 14 ".

【0076】第2実施形態においても第2RF回路33
が第1RF回路23と同様に構成されており、第3実施
形態においても第2RF回路33が第1RF回路23と
同様に構成されている。第2RF回路33において、送
信信号と、ケーブル40を伝搬して戻ってきた信号との
第2ビート信号を得て、この第2ビート信号を用いて温
度補正を行うことにより、第1実施形態と同様に作用さ
せることができる。
In the second embodiment, the second RF circuit 33
Are configured in the same manner as the first RF circuit 23, and also in the third embodiment, the second RF circuit 33 is configured in the same manner as the first RF circuit 23. The second RF circuit 33 obtains a second beat signal of the transmission signal and the signal that has returned through the cable 40, and performs temperature correction using the second beat signal. The same can be applied.

【0077】また、第2及び第3実施形態におけるD/
A変換器28の代わりに、図7の変形例を用いることが
できることも勿論である。
Further, D / D in the second and third embodiments
It is a matter of course that the modification shown in FIG. 7 can be used instead of the A converter 28.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
相対距離測定時に同時に得られる第2ビート信号の位相
と周波数の少なくとも一方の変化に応じて送信信号の周
波数変調を変化させることにより、温度の影響が除去さ
れるため、オンラインで温度補正を行い、高精度な距離
測定を行うことができる。
As described above, according to the present invention,
By changing the frequency modulation of the transmission signal in accordance with at least one of the phase and frequency of the second beat signal obtained at the same time when measuring the relative distance, the effect of temperature is removed, so that the temperature is corrected online, Highly accurate distance measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る相対距離測定装置の実施形態を表
す全体概略図である。
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing an embodiment of a relative distance measuring device according to the present invention.

【図2】図1の測定部の詳細ブロック図である。FIG. 2 is a detailed block diagram of a measurement unit in FIG. 1;

【図3】図2の電圧制御発振器に入力されるスイープ電
圧の波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram of a sweep voltage input to the voltage controlled oscillator of FIG.

【図4】図2のコンピュータの作用を示す機能ブロック
図である。
FIG. 4 is a functional block diagram showing the operation of the computer shown in FIG. 2;

【図5】(a)は図2の第1RF回路23から出力され
て帯域通過フィルタを通過したビート信号の波形図、
(b)は図4における2つのリファレンス波形の波形
図、(c)は図4における掛算部の出力を示す波形図で
ある。
FIG. 5A is a waveform diagram of a beat signal output from a first RF circuit 23 of FIG. 2 and passed through a band-pass filter;
(B) is a waveform diagram of two reference waveforms in FIG. 4, and (c) is a waveform diagram showing an output of the multiplication unit in FIG.

【図6】図2のFM−CWモジュール18の温度特性を
表すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing temperature characteristics of the FM-CW module 18 of FIG.

【図7】スイープ発生手段の変形例を表すブロック図で
ある。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a modified example of the sweep generation unit.

【図8】図7のスイープ発生手段のタイミングチャート
であり、(a)はスイープゲート、(b)はベース電
圧、(c)はスロープ基電圧、(d)はスイープ電圧を
表す。
8 is a timing chart of the sweep generation means of FIG. 7, wherein (a) shows a sweep gate, (b) shows a base voltage, (c) shows a slope base voltage, and (d) shows a sweep voltage.

【図9】本発明に係る相対距離測定装置の第2実施形態
を表す図2相当図である。
FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 2, showing a second embodiment of the relative distance measuring device according to the present invention.

【図10】本発明に係る相対距離測定装置の第3実施形
態を表す図2相当図である。
FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 2 showing a third embodiment of a relative distance measuring device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14 送受信アンテナ(送信手段、受信手段) 14’ 送信アンテナ(送信手段) 14” 受信アンテナ(受信手段) 22 電圧制御発振器 23 第1RF回路(第1送受信回路) 33 第2RF回路(第2送受信回路) 40 ケーブル 56 相対距離変化量演算部(相対距離変化量演算手
段) 64 温度補正部(温度補正手段) 76 積分器 78 加算器
14 transmitting / receiving antenna (transmitting means, receiving means) 14 'transmitting antenna (transmitting means) 14 "receiving antenna (receiving means) 22 voltage controlled oscillator 23 first RF circuit (first transmitting / receiving circuit) 33 second RF circuit (second transmitting / receiving circuit) 40 Cable 56 Relative distance change amount calculation unit (Relative distance change amount calculation unit) 64 Temperature correction unit (Temperature correction unit) 76 Integrator 78 Adder

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象となる経路に沿って100MH
z以上のVHF,UHF,マイクロ波,ミリ波帯等の電
波を伝搬させることにより所定距離に対して微小相対変
化する対象距離の時間的変化量または空間的変化量を測
定する相対距離測定装置であって、 広帯域に亘って周波数変調をかけた送信信号を発生する
周波数変調手段と、 測定するべき経路に沿って、前記送信信号による電波を
放射する送信手段と、 送信手段から放射されて前記経路を伝搬した電波を受信
する受信手段と、 前記周波数変調手段からの送信信号と、受信手段からの
受信信号との混合を行い、その低周波成分である電波伝
搬距離に応じた周波数と位相を持つビート信号を出力す
る第1送受信回路と、 前記ビート信号に基づき対象距離の時間的変化量または
空間的変化量を測定する相対距離変化量演算手段と、 前記送信信号が伝搬するためのケーブルと、 前記周波数変調手段からの送信信号と、ケーブルを伝搬
した信号との混合を行い、その低周波成分である前記ケ
ーブルの伝搬距離に応じた周波数と位相を持つ第2ビー
ト信号を出力する第2送受信回路と、 前記第2ビート信号の周期及び位相の少なくとも一方の
変化に応じて前記周波数変調手段の周波数変調を変化さ
せる温度補正手段と、を備えることを特徴とする相対距
離測定装置。
1. 100 MH along a path to be measured
A relative distance measuring device that measures a temporal change amount or a spatial change amount of a target distance that changes minutely relative to a predetermined distance by transmitting a radio wave of VHF, UHF, microwave, millimeter wave band or the like of z or more. Frequency modulation means for generating a transmission signal subjected to frequency modulation over a wide band; transmission means for radiating radio waves by the transmission signal along a path to be measured; and transmission path radiated from the transmission means. Receiving means for receiving a radio wave propagated through, a signal transmitted from the frequency modulation means, and a signal received from the receiving means is mixed, and has a frequency and a phase according to a radio wave propagation distance that is a low-frequency component thereof A first transmission / reception circuit that outputs a beat signal; a relative distance change amount calculating unit that measures a temporal change amount or a spatial change amount of the target distance based on the beat signal; A signal for transmitting a signal, a transmission signal from the frequency modulation means, and a signal mixed with the signal propagated through the cable, and having a frequency and a phase corresponding to the propagation distance of the cable, which is a low-frequency component thereof. A second transmission / reception circuit that outputs a 2-beat signal; and a temperature correction unit that changes frequency modulation of the frequency modulation unit in accordance with at least one of a change in a cycle and a phase of the second beat signal. Relative distance measuring device.
【請求項2】 前記周波数変調手段は、 スイープ電圧を発生するスイープ電圧発生手段と、 該スイープ電圧に応じた周波数を出力する電圧制御発振
手段と、を備えることを特徴とする請求項1記載の相対
距離測定装置。
2. The frequency modulation unit according to claim 1, further comprising: a sweep voltage generation unit configured to generate a sweep voltage; and a voltage controlled oscillation unit configured to output a frequency corresponding to the sweep voltage. Relative distance measurement device.
【請求項3】 前記温度補正手段は、前記スイープ電圧
を変化させることを特徴とする請求項2記載の相対距離
測定装置。
3. The relative distance measuring device according to claim 2, wherein said temperature correcting means changes said sweep voltage.
【請求項4】 前記温度補正手段は、前記第2ビート信
号の周期が変化している場合に、前記スイープ電圧のス
ロープ電圧を変化させ、第2ビート信号の位相が変化し
ている場合に、前記スイープ電圧のベース電圧を変化さ
せるものである請求項3記載の相対距離測定装置。
4. The temperature correction means changes a slope voltage of the sweep voltage when the cycle of the second beat signal changes, and when the phase of the second beat signal changes, 4. The relative distance measuring device according to claim 3, wherein a base voltage of the sweep voltage is changed.
【請求項5】 前記スイープ電圧発生手段は、スロープ
基電圧を積分する積分器と、該積分器の出力にベース電
圧を加算する加算器とを備えることを特徴とする請求項
2ないし4のいずれか1項に記載の相対距離測定装置。
5. The sweep voltage generating means includes an integrator for integrating a slope base voltage, and an adder for adding a base voltage to an output of the integrator. The relative distance measuring device according to claim 1.
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