JP2005214672A - Microwave pulse radar system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波パルスレーダ装置に関する。 The present invention relates to a microwave pulse radar device.
従来から、マイクロ波を送受し、その送受の時間差で距離を計測することが行われている。例えば、送信回路からの24.125GHzの高周波信号をOn/Offするとともに装置外部に向かって送信し、送信された高周波信号の物体による反射波を受信し、送信回路の発生した24.125GHzの高周波信号とミキシングするとともに、AM検波を行い、その検波波形を微分回路で微分して、正の微分出力から反射波の立ち上がりを検出し、物体までの距離を測定するパルスレーダ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述したようなAM検波して得た波形を微分して反射波の立ち上がりを検出する方法においては、立上り時間の検出に誤差を生じるという問題がある。 However, in the method of differentiating the waveform obtained by AM detection as described above and detecting the rising of the reflected wave, there is a problem that an error occurs in the detection of the rising time.
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により反射波の立ち上がりを精度良く検出して検知対象物までの距離を精度良く検出できるマイクロ波パルスレーダ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a microwave pulse radar device capable of accurately detecting the rising of a reflected wave with a simple configuration and accurately detecting the distance to a detection target. And
上記課題を達成するために、請求項1の発明は、送信信号をパルス状の電波として送信する送信手段と、前記送信手段によって送信した電波が物体に反射して形成した反射波を受信する受信手段と、前記受信手段からの受信信号を前記送信信号とミキシングしてドップラ信号を得るミキシング手段と、ドップラ信号の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力する立ち上がり信号検出手段と、前記立ち上がり信号検出手段の出力に基づいて前記物体までの距離を算出し、前記物体の有無を判断する測距検出手段と、を備えたマイクロ波パルスレーダ装置である。 In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is directed to transmitting means for transmitting a transmission signal as a pulsed radio wave, and receiving to receive a reflected wave formed by reflecting the radio wave transmitted by the transmitting means on an object. Mixing means for mixing a reception signal from the reception means with the transmission signal to obtain a Doppler signal, and a rising signal detection means for outputting a detection signal when the rising edge of the Doppler signal reaches a preset threshold value; A microwave pulse radar apparatus comprising: a distance measurement detection unit that calculates a distance to the object based on an output of the rising signal detection unit and determines the presence or absence of the object.
請求項2の発明は、請求項1に記載のマイクロ波パルスレーダ装置において、前記立ち上がり信号検出手段は、前記ドップラ信号の絶対値をとった信号の立ち上がりを検出する手段を備えたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the microwave pulse radar device according to the first aspect, the rising signal detecting means includes means for detecting a rising edge of a signal obtained by taking an absolute value of the Doppler signal.
請求項3の発明は、請求項1に記載のマイクロ波パルスレーダ装置において、前記ミキシング手段は2つ有り、前記立ち上がり信号検出手段は、第1のミキシング手段によるドップラ信号の絶対値と、第2のミキシング手段による前記送信信号を90°移相した信号及び前記受信手段からの受信信号をミキシングして得たドップラ信号の絶対値と、の和信号の立ち上がりを検出する構成としたものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the microwave pulse radar apparatus according to the first aspect, wherein the mixing means includes two, the rising signal detecting means includes an absolute value of a Doppler signal by the first mixing means, and a second value. The rising edge of the sum signal of the signal obtained by shifting the transmission signal by 90 ° by the mixing means and the absolute value of the Doppler signal obtained by mixing the reception signal from the receiving means is detected.
請求項4の発明は、請求項1に記載のマイクロ波パルスレーダ装置において、前記ミキシング手段は2つ有り、前記立ち上がり信号検出手段は、第1のミキシング手段によるドップラ信号の2乗と、第2のミキシング手段による前記送信信号を90°移相した信号及び前記受信手段からの受信信号をミキシングして得たドップラ信号の2乗と、の和信号の立ち上がりを検出する構成としたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the microwave pulse radar device according to the first aspect, wherein there are two mixing means, the rising signal detecting means is a square of the Doppler signal by the first mixing means, The rising edge of the sum signal of the signal obtained by phase-shifting the transmission signal by 90 ° and the square of the Doppler signal obtained by mixing the reception signal from the receiving device is detected.
請求項1の発明によれば、受信信号を送信信号とミキシングして得たドップラ信号の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力するようにして反射波の立ち上がりを検出するので、微分処理などよりも直接的に立上りを検出でき、従って、精度良い時間差情報を得て検知対象物までの正確な距離検出が可能になる。 According to the invention of claim 1, since the rising of the Doppler signal obtained by mixing the received signal with the transmission signal reaches the preset threshold value, the rising of the reflected wave is detected so as to output the detection signal. Rising edge can be detected more directly than differential processing, and therefore accurate time difference information can be obtained by obtaining accurate time difference information.
請求項2の発明によれば、受信信号を送信信号とミキシングして得たドップラ信号に対して絶対値処理を施した信号の立ち上がりを検出するので、検知対象物上における反射条件に依存する反射波形の位相情報の不確定さを除去することができ、上記効果に加えてさらに、精度向上の効果を奏する。 According to the second aspect of the present invention, since the rise of the signal obtained by performing the absolute value processing on the Doppler signal obtained by mixing the reception signal with the transmission signal is detected, the reflection depends on the reflection condition on the detection target. Uncertainty in the phase information of the waveform can be removed, and in addition to the above effects, the accuracy can be further improved.
請求項3の発明によれば、ドップラ信号の絶対値処理、及び90°移相処理したドップラ信号の絶対値処理を行った2つの信号波形を加えることで反射波形の位相情報の不確定さを除去でき、上記同様の効果を奏する。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、ドップラ信号の2乗処理、及び90°移相処理したドップラ信号の2乗処理を行った2つの信号波形を加えることで反射波形の位相情報の不確定さを除去でき、上記同様の効果を奏する。 According to the fourth aspect of the present invention, the uncertainty of the phase information of the reflected waveform is obtained by adding the two signal waveforms obtained by performing the square process of the Doppler signal and the square process of the Doppler signal subjected to the 90 ° phase shift process. It can be removed and produces the same effect as described above.
以下、本発明の実施形態に係るマイクロ波パルスレーダ装置について、図面を参照して説明する。図1は第1の実施形態によるパルスレーダ装置のブロック構成を示し、図2は本装置による送信波aと立上り検出対象波cを示す。パルスレーダ装置は、マイクロ波をパルス化して、送信信号をパルス状の電波として送信する発信器2及び送信アンテナ7を含む送信手段と、この送信手段によって送信した電波が物体(検知対象物)に反射して形成した反射波を受信アンテナ8を介して受信する受信手段と、この受信手段からの受信信号を送信信号とミキシングしてドップラ信号を得るミキシング手段11と、ドップラ信号D(図2)の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力する立ち上がり信号検出手段(波形立上り検出器)3と、物体までの距離を算出する測距検出手段(距離演算器)6と、を備えている。この距離演算器6は、立ち上がり信号検出手段3の出力情報である立上り時刻(受信時刻)t2及び発信器2からの出力情報である送信時刻t1に基づいて物体までの距離を算出する。
Hereinafter, a microwave pulse radar device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block configuration of the pulse radar apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2 shows a transmission wave a and a rising detection target wave c by this apparatus. The pulse radar device pulsates a microwave and transmits a transmission signal as a pulsed radio wave, including a
上記構成の本装置において、送信信号の送信から受信までの時間tは、図2に示すように、t=t2−t1で得られ、距離dは、d=t×C/2(ただし、Cは光速)で求められる。具体的には、クロック発生器CLが発生する時間基準パルスの数をカウンタで送信時刻t1から数え始め、受信時刻t2に数え終わったときのパルス数とパルス間隔とからt、従って距離dが得られる。 In the apparatus configured as described above, the time t from transmission to reception of the transmission signal is obtained by t = t2−t1, as shown in FIG. 2, and the distance d is d = t × C / 2 (where C Is determined by the speed of light). Specifically, the counter starts counting the number of time reference pulses generated by the clock generator CL from the transmission time t1, and obtains t, and thus the distance d, from the number of pulses and the pulse interval when the counting ends at the reception time t2. It is done.
上述のように、受信信号を送信信号とミキシングして得たドップラ信号の立ち上がりが予め設定した閾値に達した時に検出信号を出力するようにして反射波の立ち上がりを検出するので、微分処理などよりも直接的に立上りを検出でき、従って、精度良い時間差情報を得て検知対象物までの正確な距離検出が可能になる。なお、求められた距離dには、検知対象物上での反射条件に依存して発生する反射波形の位相情報の不確定さに起因する誤差を含む可能性があり、さらに距離検出の精度を向上できる。これを、図3により説明する。受信波形の位相は、検知対象物の反射面における境界条件等によって変化し、通常、どのような状態で反射波が返ってくるか分からない。波形立上りを検出する場合、図3の上図に示す受信波b1のように、常に受信と同時に波形が立ち上がる(すなわち、位相が0°)状態の波形が望ましい。しかし、受信波b2のように、受信波b1とは位相が180°ずれている場合、受信信号が立ち上がるのは受信してから波形の半周期Δt後になるため、受信信号の受信時刻を波形の立上りにより検出しようとすると、Δtに相当する時間誤差が生じ、従って距離の精度誤差が生じることになる。 As described above, the rising of the reflected wave is detected by outputting the detection signal when the rising of the Doppler signal obtained by mixing the reception signal with the transmission signal reaches a preset threshold value. Also, the rising edge can be detected directly, and therefore accurate time difference information can be obtained and accurate distance detection to the detection object can be performed. Note that the obtained distance d may include an error due to the uncertainty of the phase information of the reflected waveform generated depending on the reflection condition on the detection target, and further improve the accuracy of distance detection. It can be improved. This will be described with reference to FIG. The phase of the received waveform changes depending on the boundary condition on the reflection surface of the object to be detected, and it is usually unknown in what state the reflected wave returns. When detecting the rising edge of the waveform, it is desirable that the waveform always rises simultaneously with reception (that is, the phase is 0 °), such as the received wave b1 shown in the upper diagram of FIG. However, when the phase of the received wave b1 is shifted by 180 ° as in the received wave b2, the received signal rises after the half period Δt of the waveform from the time of reception. If an attempt is made to detect at the rising edge, a time error corresponding to Δt occurs, and therefore a distance accuracy error occurs.
図4は、第2の実施形態によるパルスレーダ装置のブロック構成を示し、図5は本装置における送信波aと立上り検出対象波cを示す。本実施形態は、上述した検知対象物上での反射条件に依存する反射波形の位相情報の不確定さを除去することができるものである。本装置は、上述した図1に示す装置と、立ち上がり信号検出手段3がドップラ信号の絶対値をとった信号の立ち上がりを検出する点で相違する。すなわち、受信信号は送信信号とともにミキシング手段11でミキシングされ、ミキシングして得られたドップラ信号は、絶対値変換器4により絶対値化処理される。絶対値化されたドップラ信号|D|の波形立ち上がりタイミングが波形立ち上がり検出器3によって検出される。距離演算器6は、前記同様に、送信から受信までの時間tを計測し、物体までの距離を求める。この装置により、前述の図1に示した装置及び手法に較べて距離精度が向上する。
FIG. 4 shows a block configuration of the pulse radar apparatus according to the second embodiment, and FIG. 5 shows a transmission wave a and a rising detection target wave c in this apparatus. In the present embodiment, the uncertainty of the phase information of the reflected waveform depending on the reflection condition on the detection target described above can be removed. This apparatus is different from the apparatus shown in FIG. 1 described above in that the rising signal detection means 3 detects the rising edge of the signal obtained by taking the absolute value of the Doppler signal. That is, the received signal is mixed with the transmission signal by the mixing means 11, and the Doppler signal obtained by mixing is subjected to absolute value processing by the absolute value converter 4. The
図6は、第3の実施形態によるパルスレーダ装置のブロック構成を示し、図7、図8は本装置における各部の信号波形を示す。本装置は、位相情報の不確定さを除去するものであり、ミキシング手段11,12、及び絶対値変換器41,42をそれぞれ2つ備え、さらにπ/2移相器9を備えている。立ち上がり信号検出手段3は、第1のミキシング手段11によるドップラ信号を絶対値変換器41で処理した絶対値出力波d1と、送信信号を移相器9で90°移相したものと受信アンテナ8からの受信信号を第2のミキシング手段12によりミキシングして得たドップラ信号を絶対値変換器42で処理した絶対値出力波d2と、の和信号の波形(d1+d2)の立ち上がりを検出する。距離演算器6にて、送信から受信までの時間tを計測し、物体までの距離を求める。
FIG. 6 shows a block configuration of the pulse radar apparatus according to the third embodiment, and FIGS. 7 and 8 show signal waveforms of respective parts in the apparatus. This apparatus removes the uncertainty of the phase information, and includes two mixing means 11 and 12 and two
本実施形態の装置においては、図7、図8に示すように、絶対値変換器41の信号絶対値出力波d1と絶対値変換器42の信号絶対値出力波d2とが足し合わされる。この処理により、受信波の位相がどのような状態であっても、立ち上がり信号検出手段3の処理対象とする立上り対象波cは、受信と同時に立ち上がる波形となる。この装置により、距離を誤差なく算出することが可能になる。
In the apparatus of the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the signal absolute value output wave d1 of the
図9は、第4の実施形態によるパルスレーダ装置のブロック構成を示し、図10は本装置における各部の信号波形を示す。本装置は、位相情報の不確定さを除去するものであり、前出の図6に示した装置において、絶対値変換器41,42の替わりに、2乗変換器51,52で置き換えたものである。立ち上がり信号検出手段3は、第1のミキシング手段11によるドップラ信号を2乗変換器51で処理した2乗値出力波e1と、送信信号を移相器9で90°移相したものと受信アンテナ8からの受信信号を第2のミキシング手段12によりミキシングして得たドップラ信号を2乗変換器52で処理した2乗値出力波e2と、の和信号の波形(e1+e2)の立ち上がりを検出する。距離演算器6により、送信から受信までの時間tを計測し、物体までの距離を求める。この装置により、上述同様に距離を誤差なく算出することが可能になる。
FIG. 9 shows a block configuration of a pulse radar apparatus according to the fourth embodiment, and FIG. 10 shows signal waveforms of respective parts in the apparatus. This apparatus removes the uncertainty of the phase information, and is replaced with
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、各装置説明図では送信と受信のアンテナは別アンテナとして示したが、一体型でも適用することができる。また、ミキシング手段として1個及び2個のミキシング手段を含むものを示したが、3個以上のミキシング手段を設けるようにしてもよい。この場合、90゜移相以外の移相を行った送信信号や、移相処理を受信信号に対して行った信号などをミキシングの対象としてミキシングを行い、立上り検出対象波を形成してもよい。 The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made. For example, although the transmitting and receiving antennas are shown as separate antennas in each device explanatory diagram, an integrated type can also be applied. Moreover, although the thing including one and two mixing means was shown as a mixing means, you may make it provide three or more mixing means. In this case, the rising detection target wave may be formed by mixing a transmission signal that has undergone a phase shift other than 90 ° phase shift or a signal that has undergone a phase shift process with respect to the received signal. .
2 発信器
3 波形立ち上がり検出器(信号検出手段)
4,41,42 絶対値変換器
6 距離演算器(測距検出手段)
7 送信アンテナ
8 受信アンテナ
9 π/2移相器
11,12 ミキシング手段
51,52 2乗変換器
2
4, 41, 42
7 Transmitting
Claims (4)
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JP2007121043A (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Matsushita Electric Works Ltd | Pulse radar device |
JP2008145425A (en) * | 2006-11-13 | 2008-06-26 | Toyota Central R&D Labs Inc | Radar device |
JP2011060133A (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-24 | Toshiba Tec Corp | Rf tag reader writer |
WO2020057112A1 (en) * | 2018-09-18 | 2020-03-26 | 雄安华讯方舟科技有限公司 | Signal conversion device for terahertz radar, and terahertz radar |
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