JP2003502646A - 距離測定装置及び距離測定装置を校正する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的はすべての実際の欠陥を考慮して行なう校正処理を提供することである。 【解決手段】パルス発生器（１）は測定パルスのパルス繰返し周波数の逓倍の複数のパルスを発生させること、パルス発生器（１）によって発生されたパルスによって制御して、送信部（５）によって校正パルス（τ０乃至τ９）を発生させることによって、より大きな時間間隔で校正サイクルを実行すること、校正パルス（τ０乃至τ９）を直接受信部（８）において受信することができること、及び、遅延時間（Ｔ_{ＤＥＬＡＹ}）を受信部（８）において調整して、受信部（８）が、発生された校正パルス（τ０乃至τ９）を時間ゲート（１８）の持続時間中に直接受信すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、電磁ビーム、特にレーダビーム用の送信部が、パルス発生器によっ
て制御された測定パルスを送信し、受信部が、一定の調整可能な遅延時間後に、
次の測定パルスの送信前に、時間ゲートの持続時間中にエコーパルスの受信のた
めに受信可能状態で切り換えられる、距離測定装置を校正する方法に関する。

【０００２】 本発明は、更に、測定パルスを発生させるためのパルス発生器及び送信アンテ
ナを有する、電磁ビーム、特にレーダビーム用の送信部と、該送信部によって次
の測定パルスを送信する前に複数のエコーパルスの受信のために時間ゲートを調
整するための調整可能な遅延回路及び受信アンテナを有する受信部とを具備する
距離測定装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】

距離及び相対速度を認識するために適切な距離測定装置は、自動車用の特に局
地範囲レーダ装置に設けられている。このためには、複数の単独センサが、自動
車の回りの適切な位置に設けられている。レーダ装置の代わりに、電磁波の他の
送信装置、例えばレーザも用いることができる。

【０００４】 これらの単独センサは、１つの又はその一部の中央制御ユニットあるいは各単
独センサの別個の制御・評価ユニットによって、制御される。これらのユニット
は制御、モニタ及び信号評価の課題を担う。

【０００５】 望ましい距離分解能は例えば１０ｃｍである。このような距離分解能は、周波
数割当に関する法的規制の遵守するとき、３０ｍの測定範囲で、連続的に放射す
るレーダによっては、通常達成されない。従って、例えばWO98/04930 A1からは
、非常に短いパルス（例えばτ＝３３３ｐｓ）を送信するパルスレーダを用いる
ことが知られている。パルス繰返し周波数は通常は約５ＭＨｚの値になる。この
ことは、２００ｎｓの周期に従って、２つの測定パルス間隔の３０ｍという明瞭
度範囲に対応する。この場合、距離測定は、電子制御可能な遅延回路によって調
整可能である時間軸上の位置を有する距離ゲートが受信部に形成されることによ
って、実行される。測定技術では、この場合、常に１つの時間ゲートのみを検知
することができる。測定される時間ゲートはその幅及び時間軸上のその位置を特
徴とする。時間ゲートの幅は、通常、測定パルスのパルス幅と同一に選択される
。遅延回路によって、時間軸上の位置を調整することができる。

【０００６】 この場合、一定の期間の持続時間の間、遅延回路を調整するのに用いる制御電
圧は一定であるか、あるいは、非常に小さな電圧範囲でのみ動くことができる。
それ故に、時間軸上では、２つの測定パルス間隔の時間よりも著しく長い、時間
ゲート用の測定時間が、使用される。例えば、２５．６ｍの範囲と、１０ｃｍの
距離分解能に対応する、時間ゲートの幅と、を検知する際に、２５６のゲートを
実現する場合、各時間ゲートを夫々１００μｓの時間の間隔を開けることができ
る。この場合、検知された全範囲のための測定同期は都合２５．６ｍである。２
５６のすべての周期に、夫々の時間ゲートの受信信号の積分が順次なされる。こ
の場合、ベースバンドにおいて積分形の低域フィルタが用いられる。この場合、
常に、遅延回路によって予備設定された時間範囲からの信号のみが積分される。
受信用時間ゲートに属する（例えば５００の）エコー信号の積分によって、信号
対雑音比は低域フィルタの入力端でよりもその出力端で著しく良好であることが
できる。全距離範囲の測定のために、遅延回路が最小値から最大値へ又はその逆
に調節される。

【０００７】 遅延回路を調整することができるときの精度は、明らかに、距離測定精度を規
定する。車両付近のオブジェクトを認識できる角度を測定するためには、少なく
とも２つの単独センサによるこのオブジェクトの測定が必要である。このとき、
角度値を、測定された単独距離を三角測量により評価することによって、得るこ
とができる。従って、角度測定精度に決定的なのは、同様に、距離測定のための
、単独センサにおいて達成可能な測定精度である。

【０００８】 電子的遅延の発生の際に生じる、アナログ式回路素子の許容差が、常に存在す
るので、遅延の調整の際に従ってまた距離測定の際に、典型的には約１％の精度
のみを達成することができる。許容差の原因は構成要素の許容差、温度作用及び
老化作用である。

【０００９】 遅延回路用の制御電圧の印加によって調整された感知し得る距離を正確に測定
する際には、単独センサから単独センサへ正確には再生産されない特性曲線が得
られる。各々の特性曲線のエラーの、ソフトによる補償は、大量生産のためには
除外される。従って、より高い測定精度は単独測定によってのみ達成されること
ができる。しかし乍ら、単独測定によっては、温度変化又は老化によるエラーを
検知することができない。

【００１０】 DE-OS 2 002 681によって、自動調整式の操作モードを可能にするレーダ距離
測定装置が公知である。この操作モードでは、遅延線を通って、遅延されたパル
スが送信される。このパルスは減衰器を介して直接受信機に導かれる。受信機に
は、パルス発生器の各パルスによって、エコー信号の受信までの時間の間に測定
回路が起動される。この測定回路は例えばのこぎり波発生器からなる。エコー信
号が受信されると、瞬間電圧が、測定信号の送信以降に経過した時間の間の尺度
として、また距離のための尺度として評価される。校正操作中に遅延して送信さ
れたパルスは、シミュレートされたエコー信号として、受信回路に達する。パル
スによる起動以降に経過した時間の間の測定値は、基準値と比較される。この装
置の他の実施の形態では、遅延及び減衰は実際の測定範囲に従って切り換えられ
る。その目的は、実際の測定範囲のための校正を得るためである。温度変化によ
る測定偏差、老化、構成要素の許容差等を補償することができる校正は、公知の
装置では不可能である。何故ならば、遅延回路及び場合によっては試験信号源自
体も温度、老化及び許容差に依存することがあるからである。

【００１１】 US 3,278,935によって、レーダ目標がシミュレートされてなるレーダ試験機が
知られている。このため、送信された送信パルスからは、減少する振幅を有する
同一間隔のパルスからなる残響信号が生じる。かくて、互いに固定となるように
予備設定された間隔を有するレーダ目標がシミュレートされる。このことによっ
て、例えばレーダスコープ上での、レーダ目標の再生は校正可能である。何故な
らば、複数のシミュレートされたレーダ目標の間には、夫々に同一の間隔が生じ
る必要があるからである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】

レーダ距離測定装置用のより高い測定精度を可能にする問題提示が本発明の基
礎になっている。この場合、構成要素の許容差、温度変化及び老化による偏差が
検知可能であり、単独測定のように高いコストを必要としない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

この問題提示を前提として、本発明により、明細書導入部に記載の距離測定装
置の校正方法は、パルス発生器が測定パルスのパルス繰返し周波数の逓倍の複数
のパルスを発生させること、パルス発生器によって発生されたパルスによって制
御して、送信部によって校正パルスを発生させることによって、より大きな時間
間隔で校正サイクルを実行すること、校正パルスを直接受信部において受信する
ことができること、及び、遅延時間を受信部において調整して、受信部が、発生
された校正パルスを時間ゲートの持続時間中に直接受信すること、を特徴とする
。

【００１４】 更に、前記問題提示を前提として、明細書導入部に記載のタイプの距離測定装
置は、パルス発生器が測定パルスのパルス繰返し周波数の逓倍に対応する繰返し
周波数を有するパルスを発生させること、より大きな時間間隔でスイッチオンさ
れた校正サイクルで、パルス発生器のパルスによって制御しつつ、送信部によっ
て複数の校正パルスが発生可能であること、短絡結合部によって、校正パルスが
受信部によって直接に受信可能であること、及び、時間ゲート及び校正パルスを
時間的に一致させるための評価装置が設けられていること、を特徴とする。

【００１５】 本発明は、受信部にある遅延回路の自動的な常に繰り返される校正のために、
発生器、例えばクオーツ発生器によるパルスの形成の時間的な精度を利用すると
いう思想に基づいている。このために、測定パルスの間にある校正パルスが校正
サイクル中に発生される。このような校正パルスの発生は、測定パルスを発生さ
せる発生器の周波数の逓倍によって容易に可能である。従って、発生器のパルス
繰返し周波数の逓倍によって、９つの中間パルスが２つの測定パルスの間に発生
される。これらの中間パルスは、前の測定パルスに対し所定の時間的間隔を有す
る。受信部では１つの測定パルスのみが有効となり、校正パルスは送信部のため
にのみ用いられるので、受信部では、測定パルス及び遅延回路によって時間ゲー
トが形成される。この時間ゲートは、送信部の、受信部に直接結合された校正パ
ルスと、多かれ少なかれ一致することができる。制御電圧によって遅延回路を制
御することによって、遅延を、形成された時間ゲートが校正パルスと出来る限り
正確に一致するように、調整することができる。かくて、一定の距離に対応する
遅延時間は、送信部にある発生器のクオーツの精度で試験して調整することがで
きる。この調整は時間的に異なる校正パルスのためになされることができる。そ
れ故に、制御電圧・遅延時間特性曲線のための種々の固定値(Stuetzwerte)が自
動的に得られる。これらの固定値によって、特性曲線を校正し訂正することがで
きる。

【００１６】 本発明に係わる校正方法は、特に、発生器のパルスの幅によって定められる幅
を有する高周波の信号波部分が測定パルスとして用いられてなるレーダ装置にも
、適切である。

【００１７】 この場合、時間ゲートを、信号波部分を限定するパルスと比較するか、各々の
信号波部分を互いに比較することは、可能である。送信部での発生器のパルス及
び受信部にある時間ゲートは、夫々、同一の発振器の信号波部分を接続すること
ができる。

【００１８】 発信部にある発生器のパルス繰返し周波数の、本発明に係わる逓倍は、通常の
場合ならば、逓倍された周波数で作動することができる構成要素を用いる必要が
あることに至るであろう。このことを回避することができるのは、逓倍された周
波数から常に１つの校正パルスのみを用いて、他の発生されたパルスをマスキン
グ回路によってブロックする場合である。マスキング装置は種々の校正パルスを
順次接続することを可能にする故に、特性曲線のために多数の固定値が得られる
ことができる。発生器のパルス繰返し周波数の逓倍にも拘わらず、２つの測定パ
ルスの間で常に１つの校正パルスのみが通過されるので、高められた速度を有し
なければならない構成要素を用いることは必要ない。通過されないパルスのマス
キングは、送信部で、しかしまた受信部でもなされることができる。送信部及び
受信部で、場合によっては異なった方法でマスキングすることも可能である。

【００１９】 適切な、場合によっては減衰された中継回線を送信部と受信部との間に形成す
ることによって、送信部と受信部との間の短絡結合部を実現することができる。
しかし、本発明に係わる校正のために、送信部と受信部との間の完全には抑制不
可能な結合、例えば、送信アンテナと受信アンテナの間の直接的な結合、あるい
はアンテナの非常に直前にあるレドームへの反射を活用することも可能である。
この場合には、短絡結合を実行するための追加の構成要素を省略することができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】

以下、図面に示した複数の実施の形態に基づいて本発明を詳述する。図１は、
発生器１と、パルス整形器２と、スイッチ３と、送信アンテナ４とが送信部５を
形成してなるブロック回路図を示している。この図では、スイッチ３は、パルス
整形器２の出力端に存在する、発生器１のパルスによって、オン及びオフになさ
れる。それ故に、パルス持続時間中には、発振器６によって発生され、かつ分岐
点を介して送信アンテナ３に送られた高周波は、送信アンテナ４へ接続される。

【００２１】 受信部８は、発生器１の出力信号を、分周器９を介して受け取る。分周器の出
力信号は制御電圧で電子式に調整可能な遅延回路１０に達する。遅延回路の出力
パルスはパルス整形器１１によって受信用スイッチ１２をオン及びオフに制御す
る。それ故に、電子式の遅延回路１０の、パルス整形器１１によって整形される
出力パルスの、そのパルス持続時間が時間ゲートを形成する。時間ゲートの持続
時間中に、発振器６の高周波は分岐点７及び閉じられたスイッチ１２を通って、
混合段１３の入力端に到達する。混合段１３の他の入力端へは、受信アンテナ１
４によって受信されるエコー信号が、受信位置にある切換スイッチ１５を通って
、到達する。校正サイクル中に、切換スイッチ１５が切り換えられるので、その
とき、混合段１３の第２の入力端は減衰器１６を介して送信アンテナ４の入力端
と結合されている。そのとき、減衰器１６及び切換スイッチ１５は送信部５と受
信部８との間の短絡結合部を形成する。

【００２２】 通常の測定操作では、発生器１は自らの通常のパルス繰返し周波数により測定
パルスを送信する。各測定パルスはパルス整形器２によって整形され、自らの幅
によって送信用スイッチ３のスイッチオンの持続時間を定める。それ故に、パル
ス幅の持続時間の間に、発振器６の高周波が送信アンテナ４に到達する。発生器
１の出力パルスは、測定操作のために、直接、電子式の遅延回路１０の入力端に
達する。この遅延回路によって、一定の距離に対応する時間ゲートが定められる
。時間ゲートの持続時間中に、発振器６の高周波は混合段１３の第１の入力端に
到達する。時間ゲートの持続時間内にエコー信号が受信アンテナ１４から受信さ
れるとき、このことは、対象物への送信信号の反射が、時間ゲートによって定め
られる距離内で生じたこと、を意味する。受信アンテナ１４によって受信された
エコー信号は、混合段１３の第２の入力端に到達する。混合段１３の２つの入力
端に同一の高周波が存在するとき、合致に比例する出力信号が、当該の距離用の
測定信号として発生する。混合段１３の一方の入力端に信号があるが、他方の入
力端には信号がないとき、出力信号ゼロが発生する。

【００２３】 校正サイクルを実行するために、発生器１は何倍ものパルス繰返し周波数、実
施の形態では１０倍の周波数を有するパルスを発生させる。これらのパルスは、
周波数を１０で割る分周器９を通って、遅延回路１０に到達するので、受信部８
、例えば測定操作部から、１つの時間ゲートのみが発生される。これに対し、送
信部には、１つのパルスでなく、１０のパルスが測定操作部から発生する。これ
に従って、１０の中間パルスは校正パルスとして測定パルスの複数の時点の間に
発生される。測定パルスは、（校正操作部への切換スイッチ１５の切換後に）、
短絡結合部１６，１５を通って混合段１３に到達する。遅延回路１０によって形
成される時間ゲートが校正パルスと一致すると、混合段１３は最大の主力信号を
発生する。部分的のみの一致の場合には、混合段１３の出力信号を最大にするた
めに遅延回路１０の調整を実行することができて、かくて、当該の校正パルスに
対応する一定の距離のための実際に必要な制御電圧を検知することができる。こ
の校正をすべての新たな校正パルスのために実行し、かくて、特性曲線用の固定
値を算出することができる。当然ながら、発生器１のパルス繰返し周波数を更に
高めることによって、測定間隔の一層細かな区分従ってまた一層正確な校正を実
行することができる。

【００２４】 送信アンテナ４及び受信アンテナ１４を設けることによって、過結合が生じる
とき、このとによって引き起こされた短絡結合は混合段１３での校正のために活
用することができる。それ故に、減衰器１６及びスイッチ１５は省略されること
ができる。

【００２５】 図２に示した実施の形態では、形成された複数の高周波部分が校正のために互
いに比較されるのでなく、一方では、遅延回路１０及びパルス整形器１１によっ
て形成された時間ゲート及び、他方では、パルス整形器２によって形成された、
発生器１の出力パルスが比較される。この比較は、低周波のコンパレータ用ブー
スタによって可能である。このコンパレータ用ブースタは場合によっては積分器
と組み合わされている。

【００２６】 図３は発生器１の複数の整形された出力パルスを示している。これらの出力パ
ルスはパルス繰返し周波数Ｔ_ｐｒｆと共に測定パルスＡ，Ｂ．．．を形成する。
パルス繰返し周波数（ここでは係数９）の逓倍によって、校正パルスτ０．．．
τ９が発生する。これらの校正パルスは測定パルスＡ，Ｂの位置に、しかしまた
測定パルスＡ，Ｂの間の間隔に等間隔にある。図３には、遅延回路１０内で調整
される遅延時間Ｔ_{ＤＥＬＡＹ}によって時間軸上を移動可能である時間ゲート１８
が略示されている。時間ゲート１８の幅が、パルス整形器２，１１の形成によっ
て校正パルスτ０の幅と同じに調整されることは好ましい。

【００２７】 校正パルス又は測定パルスを、例えば５０ＭＨｚのクオーツによって、切換可
能なディストリビュータ（：１０又は：１）を用いて実現することができる。通
常のクオーツでは周波数偏移は１００ｐｐｍよりも少ない。このことによって、
校正パルスτ０乃至τ９は、電子式の遅延回路１０の制御電圧に従って遅延時間
Ｔ_{ＤＥＬＡＹ}の正確な校正を可能にする高い精度をもって時間基準を形成する。

【００２８】 本発明に係わる校正サイクルを、距離測定装置のプログラムによって、予備設
定された間隔で有効に切り換えることができて、かくて、距離測定装置を繰返し
自動的に校正することができる。１乃至１０ｓの間隔での校正は、通常十分であ
り、迅速な温度変化にも対処できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 校正サイクルを実行することができる本発明に係わる距離測定装置のための、
第１の実施の形態のブロック回路図を示している。

【図２】 校正サイクルを実行することができる本発明に係わる距離測定装置のための、
第２の実施の形態のブロック回路図を示している。

【図３】 校正原理を説明するための、測定パルス及び校正パルスの略図を示している。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁ビーム、特にレーダビーム用の送信部(５)は、パルス発
   生器（１）によって制御された測定パルス（Ａ，Ｂ）を送信し、受信部（８）は
   、一定の調整可能な遅延時間（Ｔ_{ＤＥＬＡＹ}）後に、次の測定パルスの送信前に
   、時間ゲート（１８）の持続時間中にエコーパルスの受信ために受信可能状態で
   切り換えられる、距離測定装置を校正する方法において、 前記パルス発生器（１）は測定パルスのパルス繰返し周波数の逓倍の複数のパ
   ルスを発生させること、前記パルス発生器（１）によって発生されたパルスによ
   って制御して、前記送信部（５）によって校正パルス（τ０乃至τ９）を発生さ
   せることによって、より大きな時間間隔で校正サイクルを実行すること、前記校
   正パルス（τ０乃至τ９）を直接前記受信部（８）において受信することができ
   ること、及び、遅延時間（Ｔ_{ＤＥＬＡＹ}）を前記受信部（８）において調整して
   、前記受信部（８）が、発生された校正パルス（τ０乃至τ９）を時間ゲート（
   １８）の持続時間中に直接受信すること、を特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記受信部（８）では、校正パルス（τ０乃至τ９）を、前
   記遅延回路（１０）の出力端にある時間ゲート（１８）と時間的に比較すること
   、を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記時間ゲート（１８）の幅を校正パルス（τ０乃至τ９）
   の持続時間に従って調整すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】 発生器（１）のパルスの幅によって定められる部分の幅を有
   する、高周波の信号波部分を、測定パルス（Ａ，Ｂ）として用いること、を特徴
   とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の方法。
5. 【請求項５】 校正サイクル中に、前記発生器（１）のパルスを、前記遅延
   回路（１０）の出力端にある時間ゲート（１８）と比較すること、を特徴とする
   請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記受信部（８）では、前記時間ゲート（１８）によって、
   校正パルス（τ０乃至τ９）に対応し、かつ前記受信部（８）に直接結合された
   校正パルスと比較される信号波部分を発生させること、を特徴とする請求項４に
   記載の方法。
7. 【請求項７】 ２つの測定パルス（Ａ，Ｂ）の間にある校正パルス（τ０乃
   至τ９）のうち、常に１つのみを用い、他の校正パルス（τ０乃至τ９）をブロ
   ックすること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の方法。
8. 【請求項８】 測定パルス（Ａ，Ｂ）を発生させるためのパルス発生器（１
   ）及び送信アンテナ（４）を有する、電磁ビーム、特にレーダビーム用の送信部
   （５）と、該送信部（５）によって次の測定パルスを送信する前に複数のエコー
   パルスの受信のために時間ゲートを調整するための調整可能な遅延回路（１０）
   及び受信アンテナ（１４）を有する受信部（８）とを具備する距離測定装置にお
   いて、 前記パルス発生器（１）は測定パルスのパルス繰返し周波数の逓倍に対応する
   繰返し周波数を有するパルスを発生させること、より大きな時間間隔でスイッチ
   オンされた校正サイクルで、前記パルス発生器（１）のパルスによって制御しつ
   つ、前記送信部（５）によって複数の校正パルス（τ０乃至τ９）が発生可能で
   あること、短絡結合部（１６，１５；１７）によって、校正パルス（τ０乃至τ
   ９）が前記受信部（８）によって直接に受信可能であること、及び、前記時間ゲ
   ート（８）及び校正パルス（τ０乃至τ９）を時間的に一致させるための評価装
   置（１３，１７）が設けられていること、を特徴とする距離測定装置。
9. 【請求項９】 前記発生器（１）の出力端は比較段（１７）の第１の入力端
   と結合されており、前記遅延回路（１０）の出力端は第２の入力端と結合されて
   いること、を特徴とする請求項８に記載の距離測定装置。
10. 【請求項１０】 前記発生器（１）の出力端は、前記送信部（５）で、発振
    器（６）の高周波を接続するための送信スイッチ（３）を、校正パルス（τ０乃
    至τ９）によって制御すること、前記遅延回路（１０）は、測定パルス（Ａ，Ｂ
    ）から発生された時間ゲート（８）によって、前記発振器（６）の高周波を接続
    するための受信スイッチ（１２）を制御すること、及び、前記２つの接続された
    高周波は比較装置（１３）の２つの入力端に達すること、を特徴とする請求項８
    に記載の距離測定装置。
11. 【請求項１１】 前記送信部（５）と受信部（８）との間の減衰された結合
    路（１６，１５）を具備すること、を特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１
    に記載の距離測定装置。
12. 【請求項１２】 測定パルス（Ａ，Ｂ）の周波数に比べて逓倍の周波数で作
    動する発生器（１）と、測定パルス（Ａ，Ｂ）の間に常に校正パルス（τ０乃至
    τ９）のうちの１つのみを通過させる調整可能なマスキング回路と具備すること
    、を特徴とする請求項８に記載の距離測定装置。