JP2006250754A - Radar-type probing device - Google Patents

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JP2006250754A JP2005068408A JP2005068408A JP2006250754A JP 2006250754 A JP2006250754 A JP 2006250754A JP 2005068408 A JP2005068408 A JP 2005068408A JP 2005068408 A JP2005068408 A JP 2005068408A JP 2006250754 A JP2006250754 A JP 2006250754A
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Taiichi Nobemoto
泰一 延本
Yoshihiro Takada
宜裕 高田
Naohide Yoshimura
尚秀 吉村
Noboru Ogawa
昇 小川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a phase change between the transmission wave and the reception wave with a simple configuration. <P>SOLUTION: A phase of a carrier signal is modulated by a lamp signal, and waveform is shaped in a waveform shaping circuit 8 so that its falling or rising is steeper, and thus generated higher-order harmonics wave is transmitted from a transmitting antenna 10. A reflection wave reflected by a target is received by a receiving antenna 11. Not only the microwave transmitted by the transmitting antenna, but also any of the reflection wave received by the receiving antenna is made to be the modulated wave by the lamp signal. Therefore, a base band signal including phase modulation can be obtained by a simple circuit configuration by a low-pass filter, and the phase change by the phase modulation of both of them can be obtained with the usage of a differential amplifier 23. A cut-off frequency of the low-pass filter is set to be the frequency corresponding to a ratio of the frequency of the carrier signal and the frequency of the lamp signal. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、例えば地雷等のような地中埋設物を探査することができる地中レーダ、もしくは気中レーダにも応用することができ、特に送信波と受信波との位相変化分を簡単な構成によって取得することができるレーダ型探査装置に関する。   The present invention can also be applied to an underground radar or an air radar capable of exploring underground objects such as landmines. In particular, the phase change between a transmitted wave and a received wave can be easily simplified. The present invention relates to a radar-type exploration device that can be obtained by configuration.

例えば、対人地雷に代表される地雷が世界中の紛争地域で使用され、紛争終結後においても多数が地中に埋設されたままとなっており、これらの探査および除去は困難をきわめている。地中に埋設された地雷の探索方法としては、金属探知器を利用する方法が主流であるが、前記した対人地雷の多くは金属以外の素材、例えばプラスチックが利用されており、対人地雷を金属探知器のみで探知することは困難な場合が多い。   For example, landmines such as antipersonnel mines are used in conflict areas around the world, and many remain buried in the ground even after the end of the conflict, and their exploration and removal are extremely difficult. As a method of searching for landmines buried in the ground, a method using a metal detector is the mainstream, but most of the above-mentioned antipersonnel mines use materials other than metal, for example, plastic, and antipersonnel mines are converted into metal. It is often difficult to detect only with a detector.

そこで、送信アンテナからのマイクロ波を地中に伝播させて、その反射波を受信アンテナで検出し、検出された反射波を画像処理することで、対象物の有無およびその埋設位置(距離)を検証しようとする地中レーダの提案が多数なされており、例えば次に示す特許文献1〜3等に開示されている。
特開平5−142343号公報 特開2002−228760号公報 特開2002−228599号公報
Therefore, the microwave from the transmitting antenna is propagated into the ground, the reflected wave is detected by the receiving antenna, and the detected reflected wave is image-processed to determine the presence or absence of the object and its embedded position (distance). Many proposals of ground penetrating radar to be verified have been made, for example, disclosed in Patent Documents 1 to 3 shown below.
JP-A-5-142343 JP 2002-228760 A JP 2002-228599 A

ところで、この種のレーダ型探査装置においては、ターゲットとしての前記した地雷の主要な素材が金属であるかプラスチックであるかによって、その比誘電率が大きく異なるために、送信マイクロ波の周波数を対象物に応じて選択しなければならないという問題が発生する。   By the way, in this type of radar type exploration device, the relative permittivity varies greatly depending on whether the main material of the above-mentioned landmine as a target is metal or plastic. There arises a problem that it must be selected according to the object.

換言すれば、金属を対象とした専用の地中レーダ、および前記したプラスチックを対象とした専用の地中レーダを用意し、これらを使い分けなければならない。したがって、きわめて非能率的な探査作業を余儀なくされるだけでなく、それぞれ専用の探査装置を用意することによる経済的な負担も抱えることになる。   In other words, a dedicated ground penetrating radar for metal and a dedicated ground penetrating radar for plastic described above must be prepared and used separately. Therefore, not only is the inefficient exploration work forced, but there is also an economic burden due to the provision of dedicated exploration devices.

そこで、本件出願人はターゲットの性質にかかわらず、広範囲のターゲットに対して利用することができる汎用性を持たせたレーダ型探査装置を提案している。この発明は前記した構成の探査装置に対して好適に採用することができ、特に送信波と受信波との位相変化分を簡単な構成により取得することができるレーダ型探査装置を提供することを課題とするものである。   Therefore, the present applicant has proposed a radar type exploration device having versatility that can be used for a wide range of targets regardless of the nature of the target. The present invention can be suitably applied to the search device having the above-described configuration, and in particular, to provide a radar-type search device that can acquire a phase change between a transmission wave and a reception wave with a simple configuration. It is a subject.

前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかるレーダ型探査装置は、ランプ信号を変調波としてキャリア信号を位相変調し、位相変調された前記キャリア信号の立上がりもしくは立下がりのタイミングにおいてマイクロ波信号を送信アンテナより送信すると共に、受信アンテナにより前記マイクロ波信号の反射波を受信して、送信側における前記マイクロ波信号の位相変調成分と、受信側における前記マイクロ波信号の位相変調成分との間の位相の変化分を取得する位相変化分取得手段を備えたレーダ型探査装置であって、前記位相変化分取得手段には、送信側の前記マイクロ波信号の位相変調成分を抽出する第1のローパスフィルタと、受信側の前記マイクロ波信号の位相変調成分を抽出する第2のローパスフィルタと、前記第1および第2のローパスフィルタによりそれぞれ得られる位相変調成分における位相の変化分を取得することができる差分抽出手段とが備えられ、前記第1および第2のローパスフィルタにおけるそれぞれのカットオフ周波数が、前記キャリア信号の周波数と前記ランプ信号の周波数との比に相当する周波数に設定されている点に特徴を有する。   The radar-type exploration device according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, phase-modulates a carrier signal using a ramp signal as a modulated wave, and a microwave at the rising or falling timing of the phase-modulated carrier signal. A signal is transmitted from a transmitting antenna, and a reflected wave of the microwave signal is received by a receiving antenna, and a phase modulation component of the microwave signal on the transmission side and a phase modulation component of the microwave signal on the reception side A radar-type exploration device provided with a phase change acquisition means for acquiring a phase change between the first and second phase change acquisition means for extracting a phase modulation component of the microwave signal on the transmission side. A low-pass filter, a second low-pass filter for extracting a phase modulation component of the microwave signal on the reception side, and the first And a differential extraction means capable of acquiring a change in phase in the phase modulation component respectively obtained by the second low-pass filter, and the respective cut-off frequencies in the first and second low-pass filters are It is characterized in that it is set to a frequency corresponding to the ratio of the frequency of the carrier signal and the frequency of the ramp signal.

この場合、前記差分抽出手段は、好ましくは前記第1のローパスフィルタにより得られるベースバンド信号と、第2のローパスフィルタにより得られるベースバンド信号との差分を抽出する差動増幅器により構成される。これに加えて、前記キャリア信号およびスキャン信号は、基準信号発生部からの基準信号をそれぞれ分周した分周出力に基づいて得るように構成されていることが望ましい。   In this case, the difference extracting means is preferably constituted by a differential amplifier that extracts a difference between a baseband signal obtained by the first low-pass filter and a baseband signal obtained by the second low-pass filter. In addition, the carrier signal and the scan signal are preferably configured to be obtained based on frequency-divided outputs obtained by dividing the reference signal from the reference signal generation unit.

そして、この発明にかかるレーダ型探査装置においては、前記ランプ信号により位相変調されたキャリア信号の立上がりもしくは立下がりを、より急峻な形態に波形整形する波形整形手段をさらに具備し、前記波形整形手段によって得られる高次高調波を含むマイクロ波信号を、前記送信アンテナにより送信するように構成される。   The radar type exploration apparatus according to the present invention further comprises waveform shaping means for shaping the rising or falling edge of the carrier signal phase-modulated by the ramp signal into a steeper form, and the waveform shaping means A microwave signal including high-order harmonics obtained by the above is configured to be transmitted by the transmission antenna.

前記したレーダ型探査装置によると、キャリア信号はランプ信号によって位相変調され、位相変調されたキャリア信号の例えば立下がりのタイミングにおいてマイクロ波信号が送信アンテナより送信されるようになされる。一方、受信アンテナにより受信される反射波におけるキャリア信号はランプ信号により位相変調されたものであり、したがって高周波のキャリア信号を検証することなく位相変調成分を検証することで、送信時に対する受信時の位相変化分を捕らえることができる。   According to the radar type exploration device described above, the carrier signal is phase-modulated by the ramp signal, and the microwave signal is transmitted from the transmitting antenna at the falling timing of the phase-modulated carrier signal, for example. On the other hand, the carrier signal in the reflected wave received by the receiving antenna is phase-modulated by the ramp signal. Therefore, by verifying the phase modulation component without verifying the high-frequency carrier signal, The amount of phase change can be captured.

これを実現させるために、送信および受信信号の検波手段として、それぞれローパスフィルタを用い、前記ローパスフィルタを介してベースバンド信号の差分を検証することで、送信時に対する受信時の位相変化分を捕らえることができ、これによりターゲットの位置を演算することが可能となる。したがって、この発明にかかるレーダ型探査装置によると、その回路構成を大幅に簡素化させることに寄与できる。   In order to realize this, low-pass filters are used as detection means for transmission and reception signals, respectively, and the difference in the baseband signal is verified through the low-pass filter, thereby capturing the phase change during reception with respect to transmission. This makes it possible to calculate the position of the target. Therefore, the radar type exploration apparatus according to the present invention can contribute to greatly simplifying the circuit configuration.

以下、この発明にかかるレーダ型探査装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図1は前記探査装置の全体構成をブロック図によって示したものである。この図1に示す探査装置の主要部は、好ましくはASIC(Application Specific Integlated Circuit)により構成され、○印で示す端子は図示せぬCPU(Central Processing Unit)、もしくは外付けの回路との間の入出力端子を示している。   Hereinafter, a radar type exploration device according to the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the exploration device. The main part of the exploration device shown in FIG. 1 is preferably configured by ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and the terminal indicated by a circle is between a CPU (Central Processing Unit) or an external circuit (not shown). The input / output terminals are shown.

この探査装置においては、例えばクリスタルを用いた基準信号発生部1が具備されており、この基準信号発生部1からの基準信号は前記CPUにおける基準クロック信号として利用されるとともに、第1の分周器2により分周されて、キャリア信号発生部3に供給される。このキャリア信号発生部3においては、第1の分周器2からの分周出力により、例えば2MHz〜5MHzの矩形波信号が生成されるが、この実施の形態においてはキャリア信号発生部3からは2MHzの矩形波信号が生成されることを前提として説明する。   In this exploration device, for example, a reference signal generation unit 1 using a crystal is provided, and a reference signal from the reference signal generation unit 1 is used as a reference clock signal in the CPU and a first frequency division. The frequency is divided by the device 2 and supplied to the carrier signal generator 3. In this carrier signal generation unit 3, a rectangular wave signal of 2 MHz to 5 MHz, for example, is generated by the divided output from the first frequency divider 2, but in this embodiment, the carrier signal generation unit 3 Description will be made on the assumption that a 2 MHz rectangular wave signal is generated.

一方、前記した第1の分周器2による出力は第2の分周器4に供給され、この第2の分周器4による出力は、スキャン信号発生部5および同期信号生成部6に供給される。ここで、図2(a)は前記したキャリア信号発生部3より出力される矩形状のキャリア信号を示しており、図2(b)は前記したスキャン信号発生部5より出力されるスキャン信号を示している。このスキャン信号は前記した第2の分周器4より出力される矩形波信号を利用して階段状の鋸歯状波(ランプ信号)を生成するものであり、したがってこのスキャン信号発生部5は、ランプ(Rump)信号生成手段と呼ぶこともできる。   On the other hand, the output from the first frequency divider 2 is supplied to the second frequency divider 4, and the output from the second frequency divider 4 is supplied to the scan signal generator 5 and the synchronization signal generator 6. Is done. 2A shows a rectangular carrier signal output from the carrier signal generator 3, and FIG. 2B shows a scan signal output from the scan signal generator 5. As shown in FIG. Show. This scan signal generates a step-like sawtooth wave (ramp signal) using the rectangular wave signal output from the second frequency divider 4 described above. It can also be called a ramp signal generation means.

前記スキャン信号発生部5より出力される図2(b)に示すスキャン信号(階段状の鋸歯状波)は、図1に示すローパスフィルタ7を介することにより、図2(b)に細い実線で示したように、そのレベルがリニアに変化するランプ信号に変換される。このランプ信号の周波数は、例えば40Hz〜80Hz程度に設定されることが望ましいが、この実施の形態においては、40Hzのランプ信号が生成されることを前提として説明する。   The scan signal (stepped sawtooth wave) shown in FIG. 2 (b) output from the scan signal generator 5 is shown by a thin solid line in FIG. 2 (b) through the low-pass filter 7 shown in FIG. As shown, the level is converted into a ramp signal that varies linearly. The frequency of the ramp signal is desirably set to about 40 Hz to 80 Hz, for example, but in this embodiment, the description will be made on the assumption that a 40 Hz ramp signal is generated.

一方、前記した同期信号生成部6においては、前記した第2の分周器4より出力される矩形波信号を利用して同期信号を生成するものであり、これは好ましくは前記したランプ信号の周波数に同期した40Hzの矩形波信号が出力されるように構成されている。この同期信号は、後述するデータ出力端子32から出力されるアナログデータ信号とともに外付けの処理回路において利用される。   On the other hand, the synchronization signal generator 6 generates a synchronization signal using the rectangular wave signal output from the second frequency divider 4, which is preferably the ramp signal described above. A 40 Hz rectangular wave signal synchronized with the frequency is output. This synchronization signal is used in an external processing circuit together with an analog data signal output from a data output terminal 32 described later.

そして、前記した第1と第2の分周器2,4における各分周率、前記したスキャン信号発生部5および同期信号生成部6によって生成されるランプ信号および同期信号のそれぞれの周波数等は、前記したCPUからの指令により適宜変更することができるように構成されている。   The frequency division ratios in the first and second frequency dividers 2 and 4, the frequencies of the ramp signal and the synchronization signal generated by the scan signal generation unit 5 and the synchronization signal generation unit 6 are as follows. , And can be changed as appropriate according to the command from the CPU.

なお、図2(a)に示したキャリア信号と図2(b)に示したランプ信号の周波数は、前記したとおり大きな差があり、したがって、図2(a)および(b)に示す各信号波形における周期の時間軸は同一ではない。この実施の形態においては、前記したキャリア信号およびスキャン信号の二つの信号を用いて、後述するように送信タイミング、受信タイミング、およびSTC回路の動作等のすべてを制御することになる。   The frequency of the carrier signal shown in FIG. 2 (a) and the frequency of the ramp signal shown in FIG. 2 (b) are greatly different from each other as described above. Therefore, the signals shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) are different. The time axis of the period in the waveform is not the same. In this embodiment, all of the transmission timing, the reception timing, the operation of the STC circuit, and the like are controlled using the two signals of the carrier signal and the scan signal as described later.

図1に示すように、ローパスフィルタ7を介して出力されるランプ信号は、前記したキャリア信号発生部3より出力されるキャリア信号をランプ信号によりレベルシフトするように動作する。これにより、キャリア信号はランプ信号により位相変調を受ける。すなわち、ローパスフィルタ7の出力端と、キャリア信号発生部3の出力端の交点Aが、実質的にランプ信号によるキャリア信号の位相変調手段を構成している。図2(c)には、前記ランプ信号により位相変調を受けたキャリア信号の状態を模式的に示しており、2MHzのキャリア信号は、40Hzのランプ信号のレベルに応じて、その位相遅れの度合いが変化する位相変調を受ける。   As shown in FIG. 1, the ramp signal output through the low-pass filter 7 operates so that the carrier signal output from the carrier signal generator 3 is level-shifted by the ramp signal. As a result, the carrier signal undergoes phase modulation by the ramp signal. That is, the intersection point A between the output end of the low-pass filter 7 and the output end of the carrier signal generator 3 substantially constitutes a carrier signal phase modulation means using a ramp signal. FIG. 2C schematically shows the state of the carrier signal that has undergone phase modulation by the ramp signal. The carrier signal of 2 MHz has a degree of phase delay according to the level of the ramp signal of 40 Hz. Undergoes phase modulation.

なお、図2(c)においては実線で示した矢印の間隔がキャリア信号の半周期を示しており、破線で示した矢印の間隔が例えば最大の位相変調を受けた時のキャリア信号の半周期の時間的な位置を例示している。なお、図2(c)に示したキャリア信号は紙面に描く便宜上、図2(a)に示したキャリア信号に対して遥かに大きな周期に描かれているが、両者の周期(周波数)は、同一である。   In FIG. 2 (c), the interval between arrows indicated by solid lines indicates the half cycle of the carrier signal, and the interval between arrows indicated by broken lines indicates, for example, the half cycle of the carrier signal when the maximum phase modulation is applied. The time position of is illustrated. The carrier signal shown in FIG. 2 (c) is drawn with a much larger period than the carrier signal shown in FIG. 2 (a) for convenience of drawing on the paper, but the period (frequency) of both is Are the same.

図1に戻り、ランプ信号により位相変調を受けた前記キャリア信号は、波形整形手段としての波形整形回路8に供給されるように構成されている。この波形整形回路8の具体的な構成および作用については後で詳細に説明するが、この実施の形態においては波形整形回路8は、位相変調されたキャリア信号の立上がりを鈍らせ、立下がりを加速(急峻に)させる波形整形処理を実行する。これにより、位相変調されたキャリア信号の立下がりのタイミングにおいてキャリア信号の奇数次を含む高次高調波が発生する。   Returning to FIG. 1, the carrier signal that has undergone phase modulation by the ramp signal is configured to be supplied to a waveform shaping circuit 8 as a waveform shaping means. The specific configuration and operation of the waveform shaping circuit 8 will be described in detail later. In this embodiment, the waveform shaping circuit 8 blunts the rise of the phase-modulated carrier signal and accelerates the fall. Waveform shaping processing is performed (steeply). Thereby, high-order harmonics including odd-numbered orders of the carrier signal are generated at the falling timing of the phase-modulated carrier signal.

そして、波形整形回路8によって生成される高調波出力は、200MHz以上のマイクロ波を増幅する送信アンプ9によって電流増幅され、送信用キャビティアンテナ10に給電される。したがって送信用キャビティアンテナ10からは、位相変調されたキャリア信号の立下がりのタイミングにおいて発生する高調波が送信信号として送信され、これが前記キャビティアンテナ10が対峙する地中に向かって伝播される。   The harmonic output generated by the waveform shaping circuit 8 is current-amplified by a transmission amplifier 9 that amplifies a microwave of 200 MHz or higher, and is fed to the transmission cavity antenna 10. Therefore, the transmission cavity antenna 10 transmits a harmonic generated at the falling timing of the phase-modulated carrier signal as a transmission signal, which is propagated toward the ground facing the cavity antenna 10.

図3は主に前記した波形整形回路8の構成例を示したものであり、図4は図3に示す波形整形回路の作用を説明するタイミング図である。図3に示す波形整形回路8においては、ノンポーラ型のコンデンサC1に対して放電用抵抗R1が並列接続されており、この並列接続体の一端(一次側)に前記したランプ信号により位相変調を受けたキャリア信号が供給されるように構成されている。また前記並列接続体の他端(二次側)は、npn型バイポーラトランジスタQ1のベース電極に接続されている。   FIG. 3 mainly shows a configuration example of the waveform shaping circuit 8 described above, and FIG. 4 is a timing diagram for explaining the operation of the waveform shaping circuit shown in FIG. In the waveform shaping circuit 8 shown in FIG. 3, a discharge resistor R1 is connected in parallel to a nonpolar capacitor C1, and one end (primary side) of this parallel connection body is subjected to phase modulation by the ramp signal. The carrier signal is configured to be supplied. The other end (secondary side) of the parallel connection body is connected to the base electrode of the npn-type bipolar transistor Q1.

前記トランジスタQ1は、前記した送信アンプ9として機能するものであり、そのコレクタ端子に負荷抵抗R2を備え、負荷抵抗R2を介して動作電源Vccに接続されている。そして、前記コレクタ端子は前記した送信用キャビティアンテナ10に接続されている。またトランジスタQ1のエミッタ端子は回路の基準電位点であるグランドに接続されている。   The transistor Q1 functions as the transmission amplifier 9 described above, has a load resistor R2 at its collector terminal, and is connected to the operating power supply Vcc via the load resistor R2. The collector terminal is connected to the transmitting cavity antenna 10 described above. The emitter terminal of the transistor Q1 is connected to the ground which is the reference potential point of the circuit.

図4(a)は前記したランプ信号により位相変調を受けたキャリア信号(この波形整形回路8の説明中においては、これを単に矩形波パルスと言うこともある。)の形態を示している。また、図4(b)は波形整形後の信号、すなわちトランジスタQ1に印加されるベース電位を示し、さらに図4(c)は図4(b)に示す波形整形後の信号の一つを模式的に拡大して示したものである。なお、図4(a)に示した矩形波パルスは、図4(b)および(c)に示した波形整形後の信号との差異を明確にさせるため、その立上がりおよび立下がりに若干スロープが存在するように誇張して示している。   FIG. 4A shows a form of a carrier signal that has undergone phase modulation by the ramp signal (in the description of the waveform shaping circuit 8, this may be simply referred to as a rectangular wave pulse). FIG. 4B shows a signal after waveform shaping, that is, a base potential applied to the transistor Q1, and FIG. 4C schematically shows one of the signals after waveform shaping shown in FIG. 4B. This is a magnified view. Note that the rectangular wave pulse shown in FIG. 4 (a) has a slight slope at the rise and fall in order to clarify the difference from the signal after waveform shaping shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c). Shown exaggerated to exist.

ここで、図3に示す波形整形回路8には、図4(a)に示した矩形波パルスが供給される。そのパルス信号が図3に示すように、例えば0Vから5Vに立上がった場合においては、抵抗R1は矩形波パルスの波高値を減衰させた状態でトランジスタQ1のベース電極に伝達させる。一方コンデンサC1には、図3に示した極性をもって電荷が充電される。したがってコンデンサC1への充電作用により、トランジスタQ1のベース電位は入力パルスの波高値に向かって徐々に上昇する。それ故、図4(a)に示した矩形波パルスの立上がりのタイミングにおいては、図4(b)に示すようにベース電位は緩慢に上昇するように動作する。この状態を図4(c)において符号hで示している。   Here, the rectangular wave pulse shown in FIG. 4A is supplied to the waveform shaping circuit 8 shown in FIG. When the pulse signal rises from 0 V to 5 V, for example, as shown in FIG. 3, the resistor R1 transmits the square wave pulse to the base electrode of the transistor Q1 while attenuating the peak value of the rectangular wave pulse. On the other hand, the capacitor C1 is charged with the polarity shown in FIG. Therefore, the base potential of the transistor Q1 gradually rises toward the peak value of the input pulse due to the charging operation of the capacitor C1. Therefore, at the rising timing of the rectangular wave pulse shown in FIG. 4A, the base potential operates so as to rise slowly as shown in FIG. 4B. This state is indicated by symbol h in FIG.

時間の経過とともに前記コンデンサC1への充電作用は終了し、その両端電位は等しくなる。これにより前記ベース電位は、矩形波パルスの波高値である5Vに到達する。この状態を図4(c)において符号iで示している。   The charging operation to the capacitor C1 ends with the passage of time, and the potentials at both ends thereof become equal. As a result, the base potential reaches 5 V, which is the peak value of the rectangular pulse. This state is indicated by symbol i in FIG.

次に、前記矩形波パルスが立下がり、5Vから0Vに変化した場合には、前記コンデンサC1を介してベース電極側に0Vの電位を瞬時に伝達させるように作用する。同時に前記コンデンサC1の両端間に接続された抵抗R1は、コンデンサC1の放電抵抗として作用し、この放電抵抗R1を介してコンデンサC1のベース電極側の端子を0V側に引き落とす動作が実行される。したがって、コンデンサC1のベース電極側の電位変化は矩形波パルスの立下がり動作よりも遥かに加速され、その立下がり波形はより急峻となるように波形整形される。このような動作が実行される前記コンデンサは、スピードアップコンデンサとも言われている。   Next, when the rectangular wave pulse falls and changes from 5V to 0V, the potential of 0V is instantaneously transmitted to the base electrode side via the capacitor C1. At the same time, the resistor R1 connected between both ends of the capacitor C1 acts as a discharge resistor of the capacitor C1, and an operation of pulling the terminal on the base electrode side of the capacitor C1 to the 0V side through the discharge resistor R1 is executed. Therefore, the potential change on the base electrode side of the capacitor C1 is accelerated much more than the falling operation of the rectangular wave pulse, and the falling waveform is shaped so as to be steeper. The capacitor that performs such an operation is also called a speed-up capacitor.

したがって、矩形波パルスの立下がりのタイミングにおいて、キャリア信号である2MHzを基本波とした奇数次の高調波が多量に重畳された高次高調波信号が発生する。この状態を図4(c)において符号jで示している。要するに、前記した波形整形回路8を構成する前記コンデンサC1と抵抗R1は、2MHzの周波数に対応する周期内において、前記したチャージ(充電)およびディスチャージ(放電)の繰り返し動作がなされるように時定数が設定されている。   Therefore, at the falling timing of the rectangular wave pulse, a high-order harmonic signal is generated in which a large number of odd-order harmonics having a carrier wave of 2 MHz as a fundamental wave are superimposed. This state is indicated by a symbol j in FIG. In short, the capacitor C1 and the resistor R1 constituting the waveform shaping circuit 8 are time constants so that the above-described charge and discharge operations are repeated within a period corresponding to a frequency of 2 MHz. Is set.

前記した図4(c)に示す信号波形は、送信アンプ9として機能するトランジスタQ1のベース電極に加えられる。したがって、図4(c)に示す信号波形において、符号hで示されたように緩慢に電位が上昇する期間においては、トランジスタQ1のスレッショルド電圧に達した時にトランジスタQ1はオン動作する。そして、図4(c)における符号iで示す状態から符号jに示す状態に至った時に、瞬時にして高調波信号がベース電極に印加され、そのコレクタ電極より前記高調波信号が電流変換されて送信用キャビティアンテナ10に給電される。   The signal waveform shown in FIG. 4C is applied to the base electrode of the transistor Q1 functioning as the transmission amplifier 9. Therefore, in the signal waveform shown in FIG. 4C, in the period in which the potential slowly rises as indicated by the symbol h, the transistor Q1 is turned on when the threshold voltage of the transistor Q1 is reached. When the state indicated by reference symbol i in FIG. 4C reaches the state indicated by reference symbol j, a harmonic signal is instantaneously applied to the base electrode, and the harmonic signal is converted into a current from the collector electrode. Power is supplied to the transmitting cavity antenna 10.

なお、前記した高調波信号の出力は、すでに述べたとおり2MHzのキャリア信号を40Hzで位相変調した場合の変調されたキャリア信号の立下がりのタイミングで発生する。したがって、1秒間に200万回の高調波信号(マイクロ波)がアンテナ11より送信されることになる。しかも2MHzのキャリア信号は40Hzのランプ信号により位相変調されているために、40Hzの周期の初めの段階における高調波信号の出力間隔に比較して、40Hzの周期の終わりの段階における高調波信号の出力間隔が大きくなる。   Note that the output of the above-described harmonic signal is generated at the fall timing of the modulated carrier signal when the 2 MHz carrier signal is phase-modulated at 40 Hz as already described. Therefore, 2 million harmonic signals (microwaves) are transmitted from the antenna 11 per second. Moreover, since the 2 MHz carrier signal is phase-modulated by the 40 Hz ramp signal, the harmonic signal at the end of the 40 Hz period is compared with the output interval of the harmonic signal at the beginning of the 40 Hz period. The output interval increases.

すなわち、前記高調波信号の出力タイミングは40Hzのスキャン周期に対応する期間内において、ランプ信号による変調度にしたがって密から粗になるように徐々に変化する動作を繰り返す。この動作については、後で説明するゲートパルス信号の生成動作の説明において詳しく述べることにする。   That is, the operation of gradually changing the output timing of the harmonic signal so as to become coarser from the dense according to the degree of modulation by the ramp signal is repeated within the period corresponding to the scanning period of 40 Hz. This operation will be described in detail in the description of the gate pulse signal generation operation described later.

前記キャビティアンテナ10においては、所定の誘電率を持った板の上に銅板が貼られた構成になされ、給電点を所定のポイントにおいて、高周波電流が前記アンプ9より流される。前記高周波信号はきわめて大きな歪みを含んだものであるが、リニア系の前記アンプ9を介してキャビティアンテナ10に給電することで、前記キャビティアンテナ10はいわゆる共鳴函として作用し、2MHzを基本波とした奇数次のサインウェーブを含んだマイクロ波がアンテナ10より送信されることになる。この場合、前記アンテナ10から送信される例えば200MHz〜2GHzの範囲のすべての周波数は、それぞれ前記した40Hzの変調が加わったものとなる。   The cavity antenna 10 has a configuration in which a copper plate is pasted on a plate having a predetermined dielectric constant, and a high-frequency current is passed from the amplifier 9 at a predetermined point as a feeding point. The high-frequency signal includes extremely large distortion, but by supplying power to the cavity antenna 10 via the linear amplifier 9, the cavity antenna 10 acts as a so-called resonance box, and 2 MHz is used as a fundamental wave. The microwave including the odd-order sine wave is transmitted from the antenna 10. In this case, all the frequencies in the range of, for example, 200 MHz to 2 GHz transmitted from the antenna 10 are added with the above-described 40 Hz modulation.

一方、ランプ信号によって位相変調を受けた前記キャリア信号は図1に示す時間軸可変回路15に供給されて時間軸可変がなされ、さらに移相器16において位相遅延がなされる。前記時間軸可変回路15および移相器16は、例えばゲートICによる半導体ディレイ回路により構成されており、これは後述するゲートパルスにおける受信タイミング(Tx)の調整を図る目的で採用される。   On the other hand, the carrier signal that has undergone phase modulation by the ramp signal is supplied to the time axis variable circuit 15 shown in FIG. The time axis variable circuit 15 and the phase shifter 16 are constituted by, for example, a semiconductor delay circuit using a gate IC, which is employed for the purpose of adjusting reception timing (Tx) in a gate pulse to be described later.

図2(d)は前記した時間軸可変回路15および移相器16によりキャリア信号の時間軸の変更および位相遅延を受けた様子を示している。なお、前記時間軸可変回路15における時間軸の可変、および移相器16における移相量は、前記したCPUからの指令により適宜変更することができるように構成されている。   FIG. 2D shows a state in which the time axis of the carrier signal is changed and the phase delay is received by the time axis variable circuit 15 and the phase shifter 16 described above. The time axis variable in the time axis variable circuit 15 and the phase shift amount in the phase shifter 16 are configured to be changed as appropriate according to the command from the CPU.

そして、前記した時間軸可変回路15および移相器16により、時間軸の変更および位相遅延を受けたキャリア信号はCPUに取り込まれ、このCPU内において信号処理されて図2(e)に示すゲートパルス信号が生成される。図2(e)に示されたゲートパルス信号は、図2(f)に示したように2MHzのキャリア信号の立下がりと、ランプ信号とのクロス点において出力されるように同期がとられ、このゲートパルス信号の出力タイミングTxにおいて、後述する受信ゲート回路におけるゲートを閉じ、それ以外の時間Rxにおいてはゲートを開けて受信状態となるように制御される。   Then, the carrier signal having undergone the change of the time axis and the phase delay by the time axis variable circuit 15 and the phase shifter 16 is taken into the CPU, and the signal processing is carried out in the CPU, and the gate shown in FIG. A pulse signal is generated. The gate pulse signal shown in FIG. 2 (e) is synchronized so that it is output at the crossing point between the falling edge of the 2 MHz carrier signal and the ramp signal as shown in FIG. 2 (f). At the output timing Tx of the gate pulse signal, control is performed so that the gate in the reception gate circuit described later is closed and the gate is opened at other times Rx to enter the reception state.

なお、前記した2MHzのキャリア信号は、前記したランプ信号のレベルに応じて位相変調されているので、結果として前記ゲートパルス信号の発生タイミングは、40Hzのスキャン周期に対応する期間内において、変調度にしたがって密から粗になるように徐々に変化する。すなわち、図2(e)に示されたゲートパルス信号Txの発生インターバルは、図2(f)に示すように、t1<t2<t3……となる。これはすでに説明したキャビティアンテナ10における高調波(マイクロ波)の出力間隔と同様になる。なお、図2(f)における矩形波は図2(a)に示すキャリア信号であり、また前記矩形波に斜めにクロスする信号は図2(b)に示すランプ信号である。   The 2 MHz carrier signal is phase-modulated according to the level of the ramp signal. As a result, the generation timing of the gate pulse signal is modulated within a period corresponding to a 40 Hz scan period. Gradually changes from dense to coarse. That is, the generation interval of the gate pulse signal Tx shown in FIG. 2E is t1 <t2 <t3... As shown in FIG. This is the same as the output interval of harmonics (microwaves) in the cavity antenna 10 already described. Note that the rectangular wave in FIG. 2 (f) is the carrier signal shown in FIG. 2 (a), and the signal that crosses the rectangular wave obliquely is the ramp signal shown in FIG. 2 (b).

前記CPU内による信号処理により得られる図2(e)に示すゲートパルス信号は、図1に示された受信ゲート回路18に供給される。これにより、キャビティアンテナ10において出力される高調波(マイクロ波)の出力タイミングTxにおいては受信ゲート回路18を閉じ、送信出力タイミング以外(受信状態)Rxにおいて受信ゲート回路18を開き、後述するターゲットTaによるエコー信号を受け取るように作用する。   The gate pulse signal shown in FIG. 2 (e) obtained by signal processing in the CPU is supplied to the reception gate circuit 18 shown in FIG. As a result, the reception gate circuit 18 is closed at the output timing Tx of the harmonics (microwaves) output from the cavity antenna 10, and the reception gate circuit 18 is opened at a timing other than the transmission output timing (reception state) Rx. It acts to receive the echo signal.

ここで、図5に模式的に描いたように送信用キャビティアンテナ10より送信された高次高調波を含むマイクロ波は、ターゲットTaすなわちこの説明の例においては地中に埋設された地雷に投射され、その反射波が受信用キャビティアンテナ11によって受信される。この場合、ターゲットTaの比誘電率に対応した前記高調波に含まれるいずれかの特定な周波数がターゲットTaに反応し、その特定な周波数が図5に模式的に描いたように位相が反転した状態で戻り、これが受信アンテナ11によって受信される。   Here, as schematically illustrated in FIG. 5, the microwave including high-order harmonics transmitted from the transmitting cavity antenna 10 is projected onto the target Ta, that is, a land mine buried in the ground in this example. The reflected wave is received by the receiving cavity antenna 11. In this case, any specific frequency included in the harmonics corresponding to the relative permittivity of the target Ta reacts with the target Ta, and the phase is inverted as schematically illustrated in FIG. It returns in the state and is received by the receiving antenna 11.

前記受信アンテナ11によって受信される前記特定な周波数信号は、反転位相のキャリア信号であり、これは前記したランプ信号により位相変調されたものである。ここでレーダの機能としては、送信波と受信反射波との間における遅延度合い、すなわち位相変化分を抽出することになる。   The specific frequency signal received by the receiving antenna 11 is a carrier signal having an inverted phase, which is phase-modulated by the ramp signal described above. Here, as a function of the radar, the degree of delay between the transmitted wave and the received reflected wave, that is, the phase change is extracted.

そこで、前記した反転位相のキャリア信号を捕らえて、その周波数の変化分から位相変化分を抽出することは、一般的にはフーリエ変換等の手法を採用しなければならない。したがって、これを採用するには回路構成がきわめて複雑となり、また比較的強度が高い受信電波を必要とする。このように強度が高い受信電波を得るためには、必然的に送信時の出力電力を高めなければならないという問題に帰着する。   Therefore, generally, a technique such as Fourier transform must be adopted to capture the carrier signal having the inverted phase and extract the phase change from the frequency change. Therefore, to employ this, the circuit configuration becomes extremely complicated, and a received radio wave having a relatively high strength is required. Thus, in order to obtain a received radio wave having a high intensity, the output power during transmission must be increased.

そこで、送信時に対する受信時の位相変化分を捕らえようとした場合、前記した40Hzの中のサンプル点で位相が動いているか否かを検証すればよい。すなわち変調波形はキャリア信号と同期しているので、きわめて高い周波数であるキャリア信号を検証しなくても、40Hzの変調波形を検証することで、位相変化分を捕らえることができる。   Therefore, when trying to capture the phase change at the time of reception with respect to the time of transmission, it is only necessary to verify whether or not the phase is moving at the sample point in 40 Hz. That is, since the modulation waveform is synchronized with the carrier signal, the phase change can be captured by verifying the modulation waveform of 40 Hz without verifying the carrier signal having a very high frequency.

これには送信信号と受信信号とをそれぞれローパスフィルタを介してキャリア成分を除去し、それぞれの変調波を抽出して両者の位相の変化分を見るように構成すればよい。すなわち、送信時の変調波の位相に対する受信時の変調波(これは逆相になる)との位相のずれ分を抽出すればよいことになる。   For this purpose, the transmission signal and the reception signal may be configured so as to remove carrier components through low-pass filters, extract the respective modulated waves, and see the change in phase between the two. That is, it is only necessary to extract a phase shift between the modulated wave at the time of transmission and the modulated wave at the time of reception (which is in reverse phase).

前記した各ローパスフィルタは、いわば送信信号および受信信号の検波手段として機能するものであり、これにより送信および受信信号のそれぞれのベースバンド信号を得ることができる。そして各ローパスフィルタは、前記した40Hzの中の各サンプル点で位相が動いているか否かの情報を捕らえるために、そのカットオフ周波数としては前記サンプリング周期に対応する周波数に設定されることが望ましい。   Each of the low-pass filters described above functions as a means for detecting a transmission signal and a reception signal, so that baseband signals of the transmission and reception signals can be obtained. Each low-pass filter preferably has a cutoff frequency set to a frequency corresponding to the sampling period in order to capture information on whether or not the phase is moving at each sample point in 40 Hz. .

この実施の形態においては前記したサンプリング周期に対応する周波数は、キャリア信号の周波数である2MHzと、位相変調を行うランプ信号の周波数である40Hzの比で表すことができ、式1のように示すことができる。
(2×106 )/40=50000 ……(式1)
In this embodiment, the frequency corresponding to the sampling period described above can be expressed as a ratio of 2 MHz, which is the frequency of the carrier signal, and 40 Hz, which is the frequency of the ramp signal that performs phase modulation, as shown in Equation 1. be able to.
(2 × 10 6 ) / 40 = 50000 (Formula 1)

したがって、前記したローパスフィルタとして50KHzのカットオフ周波になされたものを使用することで、前記ローパスフィルタはあたかも同期検波器と同様に機能し、前記キャリア信号を効果的に除去することができると共に、各サンプル点における位相の動きを効果的に把握することが可能なベースバンド信号を得ることができる。そして、前記した位相のずれ分を抽出する位相変化分取得手段としては、送信信号のベースバンド信号と受信信号のベースバンド信号との差分を差動増幅器によって抽出することで、前記位相のずれ分を効果的に取得することができ、ターゲットの存在を把握することができる。   Therefore, by using the above-described low-pass filter having a cutoff frequency of 50 KHz, the low-pass filter functions as if it were a synchronous detector, and can effectively remove the carrier signal, A baseband signal capable of effectively grasping the phase movement at each sample point can be obtained. Then, as the phase change acquisition means for extracting the phase shift amount, the difference between the baseband signal of the transmission signal and the baseband signal of the reception signal is extracted by a differential amplifier, so that the phase shift amount is extracted. Can be acquired effectively and the presence of the target can be grasped.

以下に説明する符号18〜23で示す図1の各構成は、前記した技術的な観点にしたがって構成されたものであり、送信波と受信反射波との間における遅延度合い、すなわち位相変化分を検証する演算手段を構成するものである。まず、前記受信ゲート回路18にはゲートG1およびG2が具備されており、このゲートG1およびG2は前記した図2(e)に示すゲートパルス信号により制御される。なお、図1に示すゲートG1およびG2の状態はゲートオープンである受信状態Rxを示しており、前記したゲートパルス信号(Tx)の到来時にはゲートG1およびG2は共にグランドに落とされてゲートクロズの状態になされる。   Each configuration of FIG. 1 indicated by reference numerals 18 to 23 described below is configured according to the technical viewpoint described above, and the degree of delay between the transmitted wave and the received reflected wave, that is, the amount of phase change. This constitutes a calculation means for verification. First, the reception gate circuit 18 is provided with gates G1 and G2, and the gates G1 and G2 are controlled by the gate pulse signal shown in FIG. Note that the states of the gates G1 and G2 shown in FIG. 1 indicate the reception state Rx in which the gate is open. When the above-described gate pulse signal (Tx) arrives, both the gates G1 and G2 are grounded and the gate is closed. To be made.

前記ゲートG1には送信用キャビティアンテナ10および受信用キャビティアンテナ11の共通グランド点より、グランド点に回り込んだ送信信号、すなわちランプ信号により位相変調された高調波信号に対応する信号電圧が供給される。これは電圧増幅器19を介して第1のローパスフィルタ21に供給される。また、ゲートG2には受信用キャビティアンテナ11による受信信号に対応する信号電圧が供給される。これも電圧増幅器20を介して第2のローパスフィルタ22に供給される。   From the common ground point of the transmitting cavity antenna 10 and the receiving cavity antenna 11, the gate G1 is supplied with a signal voltage corresponding to a transmission signal that wraps around the ground point, that is, a harmonic signal that is phase-modulated by a ramp signal. The This is supplied to the first low-pass filter 21 via the voltage amplifier 19. The gate G2 is supplied with a signal voltage corresponding to a signal received by the receiving cavity antenna 11. This is also supplied to the second low-pass filter 22 via the voltage amplifier 20.

前記各ローパスフィルタ21,22は、すでに説明したとおり50KHzのカットオフ周波数に設定されており、したがって前記ゲートG1を介して得られる送信信号におけるキャリア信号成分は除去され、変調成分すなわち前記40Hzのスキャン信号に対応する信号波(ベースバンド信号)を得ることができる。この信号波は前記したランプ信号により変調された信号波に対応するものである。このベースバンド信号の例が図6(a)にゼロクロス信号の態様で示されている。   Each of the low-pass filters 21 and 22 is set to a cut-off frequency of 50 KHz as described above. Therefore, the carrier signal component in the transmission signal obtained through the gate G1 is removed, and the modulation component, that is, the scan of 40 Hz. A signal wave (baseband signal) corresponding to the signal can be obtained. This signal wave corresponds to the signal wave modulated by the ramp signal. An example of this baseband signal is shown in the form of a zero cross signal in FIG.

一方、受信アンテナ11で受信された受信信号は、前記したとおりゲートG2および電圧増幅器20を介してローパスフィルタ22に供給される。このローパスフィルタ22も、前記したカットオフ周波数(50KHz)に設定されている関係から、アンテナ11で受信されたキャリア信号成分は除去され、結果として変調成分すなわち前記スキャン信号に対応する信号波を得ることができる。この信号波はランプ信号により変調された信号波の逆相成分となる。この逆相成分の信号波の例を図6(b)に破線で示されたゼロクロス信号の態様で示している。   On the other hand, the received signal received by the receiving antenna 11 is supplied to the low-pass filter 22 via the gate G2 and the voltage amplifier 20 as described above. The low-pass filter 22 also removes the carrier signal component received by the antenna 11 from the relationship set to the cut-off frequency (50 KHz), and as a result, obtains a modulation component, that is, a signal wave corresponding to the scan signal. be able to. This signal wave becomes a reverse phase component of the signal wave modulated by the ramp signal. An example of the signal wave of the reverse phase component is shown in the form of a zero cross signal indicated by a broken line in FIG.

ただし、図6(b)に破線で示された逆相成分の信号波は、図6(a)におけるベースバンド信号に対して遅延が生じていない状態を示したものであり、送信アンテナ10から送信されたマイクロ波がターゲットTaに投射されて反射し、受信アンテナ11に戻るまでの時間に対応した遅延が必ず生ずる。図6(b)における実線は前記したローパスフィルタ22において得られる前記ベースバンド信号に対して遅延した状態の信号波形の例を示している。   However, the signal wave of the anti-phase component indicated by the broken line in FIG. 6B shows a state in which no delay occurs with respect to the baseband signal in FIG. There is always a delay corresponding to the time until the transmitted microwave is projected and reflected on the target Ta and returned to the receiving antenna 11. The solid line in FIG. 6B shows an example of a signal waveform delayed with respect to the baseband signal obtained in the low-pass filter 22 described above.

ここで、図1に示すオペアンプによる差動増幅器23の非反転入力端には、前記図6(a)に示したベースバンド信号が供給され、また非反転入力端には図6(b)に実線で示された遅延受信信号のベースバンド成分が供給される。したがって、前記差動増幅器23は差分抽出手段として機能し、その出力端にはその差分が出力される。この差分信号は、一例として図6(c)のように示すことができ、前記したベースバンド信号の1周期に同期して、ピーク値pが発生する。   Here, the baseband signal shown in FIG. 6 (a) is supplied to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 23 by the operational amplifier shown in FIG. 1, and the non-inverting input terminal is shown in FIG. 6 (b). The baseband component of the delayed received signal indicated by the solid line is supplied. Therefore, the differential amplifier 23 functions as a difference extracting means, and the difference is output to the output terminal. This differential signal can be shown as an example as shown in FIG. 6C, and a peak value p is generated in synchronization with one period of the baseband signal.

したがって、前記ベースバンド信号の1周期の開始タイミングから、ピーク値pのセンタに至るまでの時間Tを計測することで、送信アンテナ10からターゲートTaに至り、さらにそのエコーが受信アンテナ11に到着する時間、すなわちターゲットの位置を知ることができる。また図6に示すピークpの振幅分Lは、ターゲットTaの比誘電率に対応し、高調波に含まれるいずれの周波数に反応したかの情報として捕らえることができる。すなわち、この振幅分Lを知ることにより、ターゲットTaが何であるかについて推測することができる。   Therefore, by measuring the time T from the start timing of one period of the baseband signal to the center of the peak value p, the transmission antenna 10 reaches the targate Ta, and the echo arrives at the reception antenna 11. The time, that is, the position of the target can be known. Further, the amplitude L of the peak p shown in FIG. 6 corresponds to the relative dielectric constant of the target Ta, and can be captured as information on which frequency included in the harmonic has reacted. That is, by knowing the amplitude L, it is possible to guess what the target Ta is.

ここで、前記した送受信アンテナ10,11に対するターゲットTaの位置が遠い場合は探査の感度を高くし、近い場合には探査の感度を低くすることは、この種のレーダ型探査装置においてなされる基本動作である。前記した動作を実現させるために、この実施の形態においては、STC(Sencitive Timing Control)回路26と共にゲイン調整手段として機能する電圧制御抵抗素子29が使用されている。   Here, in the radar type exploration apparatus of this type, the sensitivity of the search is increased when the position of the target Ta with respect to the transmission / reception antennas 10 and 11 is far, and the sensitivity of the search is decreased when the target Ta is close. Is the action. In order to realize the above-described operation, in this embodiment, a voltage control resistor element 29 that functions as a gain adjusting means together with an STC (Sensitive Timing Control) circuit 26 is used.

すなわち、図1に示すスキャン信号発生部からのスキャン信号、すなわちランプ信号は電圧増幅器25を介してSTC回路26に供給されるように構成されている。この場合、前記電圧増幅器25には必要に応じて積分回路が内蔵され、したがってSTC回路26には、図2(b)に細い実線で示した例と同様なレベルがリニアに変化するランプ信号が供給される。このランプ信号はA/D変換回路27によってデジタルデータに変換されてCPUに取り込まれる。なお、前記STC回路26は、CPUからの指令を受けてSTC回路26に供給されるランプ信号のレベルを適宜調整することができるように構成されている。   That is, the scan signal from the scan signal generator shown in FIG. 1, that is, the ramp signal is configured to be supplied to the STC circuit 26 via the voltage amplifier 25. In this case, the voltage amplifier 25 incorporates an integration circuit as necessary. Therefore, the STC circuit 26 has a ramp signal whose level changes linearly as in the example shown by the thin solid line in FIG. Supplied. This ramp signal is converted into digital data by the A / D conversion circuit 27 and taken into the CPU. The STC circuit 26 is configured so that it can appropriately adjust the level of the ramp signal supplied to the STC circuit 26 in response to a command from the CPU.

一方、CPUに取り込まれた前記デジタルデータは、図1に示すD/A変換器28によりアナログ信号に変換され、電圧制御抵抗素子29に供給される。この電圧制御抵抗素子29は、固定の抵抗素子R0と共に直列接続され、前記したオペアンプによる差動増幅器23の出力端と基準電位点との間に接続されている。そして電圧制御抵抗素子29と固定抵抗素子R0との接続中点には電圧増幅器31が接続され、その電圧増幅出力がアナログデータとして出力端32に出力されるように構成されている。すなわち、前記した電圧制御抵抗素子29と固定の抵抗素子R0とにより電子アッテネータを構成している。   On the other hand, the digital data captured by the CPU is converted into an analog signal by the D / A converter 28 shown in FIG. 1 and supplied to the voltage control resistor element 29. The voltage control resistance element 29 is connected in series with the fixed resistance element R0, and is connected between the output terminal of the differential amplifier 23 using the operational amplifier and the reference potential point. A voltage amplifier 31 is connected to the midpoint of connection between the voltage control resistance element 29 and the fixed resistance element R0, and the voltage amplification output is output to the output terminal 32 as analog data. That is, the voltage control resistance element 29 and the fixed resistance element R0 constitute an electronic attenuator.

前記したSTC回路26および電圧制御抵抗素子29を含む回路によると、ランプ信号のレベルに応じて電圧制御抵抗素子29の抵抗値が可変され、差動増幅器27における出力を抵抗素子R0との間で分圧して電圧増幅器31に供給するように作用する。この場合、図2(b)に示すランプ信号のレベルが低い場合において、前記した電圧制御抵抗素子29の抵抗値を高くし、ランプ信号のレベルが高くなるにしたがって、電圧制御抵抗素子29の抵抗値が低くなるように制御することで、好ましいゲイン調整を実現させることができる。   According to the circuit including the STC circuit 26 and the voltage control resistor element 29, the resistance value of the voltage control resistor element 29 is varied according to the level of the ramp signal, and the output of the differential amplifier 27 is transferred between the resistor element R0. The voltage is divided and supplied to the voltage amplifier 31. In this case, when the level of the ramp signal shown in FIG. 2B is low, the resistance value of the voltage control resistance element 29 is increased as the level of the ramp control signal 29 is increased. A preferable gain adjustment can be realized by controlling the value to be low.

すなわち、図5に模式的に示したようにターゲットTaがアンテナの近くに存在する場合においてはエコー(反射波)が早く戻り、この場合の反射波の実質的なレベルは大きい。またアンテナに対するターゲットTaの位置が遠くなるほどエコーの戻りが遅くなり、この場合の反射波の実質的なレベルは減衰により小さくなる。したがって、前記したようにSTC回路にランプ信号を利用することで、アンテナに対するターゲットTaの位置に応じてレーダの受信感度を効果的に調整することが可能となる。これにより、前記した出力端32より出力されるアナログデータのレベルが一定の範囲となるように調整することができる。   That is, as schematically shown in FIG. 5, when the target Ta exists near the antenna, the echo (reflected wave) returns quickly, and the substantial level of the reflected wave in this case is large. Further, the farther the position of the target Ta with respect to the antenna is, the slower the return of the echo is. In this case, the substantial level of the reflected wave becomes smaller due to attenuation. Therefore, by using the ramp signal in the STC circuit as described above, it is possible to effectively adjust the reception sensitivity of the radar according to the position of the target Ta with respect to the antenna. Thereby, the level of the analog data output from the output terminal 32 can be adjusted to be in a certain range.

なお、図1に示す構成においては、同期信号生成部6より40Hzの同期信号が出力されるように構成されている。したがって、図1には示されていない外付けの回路において、前記出力端32から出力される図6(c)に相当するアナログデータ信号をA/Dコンバータによりデジタル変換し、同期信号生成部6からの同期信号を利用することで、ターゲットTaの位置および比誘電率に基づくターゲットの性質(換言すれば、地雷であるか否か)を判定することができる。   The configuration shown in FIG. 1 is configured such that a synchronization signal of 40 Hz is output from the synchronization signal generation unit 6. Therefore, in an external circuit not shown in FIG. 1, the analog data signal corresponding to FIG. 6C output from the output terminal 32 is digitally converted by the A / D converter, and the synchronization signal generator 6 By using the synchronization signal from, it is possible to determine the property of the target (in other words, whether it is a landmine) based on the position of the target Ta and the relative dielectric constant.

以上説明した実施の形態においては、送信信号を生成する前記した波形整形回路8は、キャリア信号の立上がりを鈍らせ、立下がりを加速(より急峻に)させる波形整形処理を実行するようにしているが、これとは逆にキャリア信号の立上がりを加速(より急峻に)させて、立下がりを鈍らせるように波形整形してもよい。その場合の信号波形の例を図7に示している。なお、図7に示す(a)〜(c)は、すでに説明した図4の(a)〜(c)にそれぞれ対応するものである。   In the embodiment described above, the waveform shaping circuit 8 that generates the transmission signal executes the waveform shaping process that dulls the rising edge of the carrier signal and accelerates (fallier) the falling edge of the carrier signal. However, on the contrary, the waveform shaping may be performed so that the rising edge of the carrier signal is accelerated (steeper) and the falling edge becomes dull. An example of the signal waveform in that case is shown in FIG. In addition, (a)-(c) shown in FIG. 7 respond | corresponds to (a)-(c) of FIG. 4 already demonstrated, respectively.

この場合においては、前記した時間軸可変回路15および移相器16を含むゲートパルスの生成回路においては、2MHzのキャリア信号の立上がりに同期してゲートパルス信号を出力するように構成する必要がある。   In this case, the gate pulse generation circuit including the time axis variable circuit 15 and the phase shifter 16 described above needs to be configured to output the gate pulse signal in synchronization with the rise of the carrier signal of 2 MHz. .

以上のように前記した実施の形態によると、キャリア信号をランプ信号によって位相変調しているので、送信アンテナにより送信されるマイクロ波は勿論のこと、受信アンテナにより受信される反射波のいずれもが、ランプ信号による変調波になされている。したがって、前記したように特定なカットオフ周波数を有するローパスフィルタを用いることで、両者の位相変調分を捕らえることができ、両者の位相変調成分における位相の変化分によりターゲットの位置を捕捉することができる。したがってこの発明にかかるレーダ型探査装置によると、その回路構成を大幅に簡素化させることに寄与できる。   As described above, according to the embodiment described above, since the carrier signal is phase-modulated by the ramp signal, not only the microwave transmitted by the transmitting antenna but also the reflected wave received by the receiving antenna The modulated wave is a ramp signal. Therefore, by using a low-pass filter having a specific cut-off frequency as described above, both phase modulation components can be captured, and the target position can be captured by the phase change in both phase modulation components. it can. Therefore, the radar type exploration device according to the present invention can contribute to greatly simplifying the circuit configuration.

なお、前記した実施の形態においては、時間軸可変回路15および移相器16を備えて位相変調を受けたキャリア信号の遅延量を制御し、図2(e)に示す送信および受信ゲートパルスを生成するようにしている。しかしながら、キャリア信号の周波数、またランプ信号の周波数および変調レベルのパラメータ等により、前記送信および受信のタイミングを予め予測することができる。したがって、CPU内においてカウンタによる時間計測により、図2(e)に示すような送信および受信ゲートパルスを生成することができる。それ故、前記したカウンタ等を利用する場合においては、前記した時間軸可変回路15および移相器16は不要になる。   In the above-described embodiment, the time axis variable circuit 15 and the phase shifter 16 are provided to control the delay amount of the phase-modulated carrier signal, and the transmission and reception gate pulses shown in FIG. It is trying to generate. However, the transmission and reception timings can be predicted in advance based on the carrier signal frequency, the ramp signal frequency, the modulation level parameters, and the like. Therefore, transmission and reception gate pulses as shown in FIG. 2E can be generated by measuring time with a counter in the CPU. Therefore, when the above-described counter is used, the above-described time axis variable circuit 15 and phase shifter 16 are not necessary.

また、前記した実施の形態においては、位相変調を受けたキャリア信号の立下がりまたは立上がりをより急峻な形態に波形整形することで高次高調波を発生させるようにしているが、この発明においては、図1に示した波形整形回路8を利用しないモノパルス型の探査装置にも利用することができる。この場合においてはキャリア信号発生部3からは、例えば400MHz程度のキャリア信号を発生させるように制御される。   In the above-described embodiment, the higher-order harmonic is generated by shaping the falling or rising of the carrier signal subjected to phase modulation into a steeper waveform. The present invention can also be used for a monopulse type exploration device that does not use the waveform shaping circuit 8 shown in FIG. In this case, the carrier signal generation unit 3 is controlled to generate a carrier signal of about 400 MHz, for example.

さらに、前記した実施の形態においては、地中に埋設された例えば地雷を探査する地中レーダを例にして説明したが、これは地雷のみならず、例えば水道管や、水漏れ部分の探査用レーダ、さらには気中レーダに採用しても同様の作用効果を享受することができる。   Furthermore, in the above-described embodiment, for example, the underground radar for exploring landmines buried in the ground has been described as an example. However, this is not only for landmines, but for example for exploring water pipes and water leaking portions. The same effect can be enjoyed even if it is used in radar and airborne radar.

この発明にかかるレーダ型探査装置の実施の形態を示したブロック図である。1 is a block diagram showing an embodiment of a radar type exploration device according to the present invention. 図1の各部において生成される信号形態を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the signal form produced | generated in each part of FIG. 図1における波形整形回路の例を示した回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram illustrating an example of a waveform shaping circuit in FIG. 1. 図3に示す波形整形回路の作用を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the effect | action of the waveform shaping circuit shown in FIG. 送受信アンテナとターゲットの関係を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the relationship between a transmission / reception antenna and a target. ターゲットの位置等を演算する例を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the example which calculates the position etc. of a target. 図3に示す波形整形回路の他の動作例を説明するタイミングチャートである。4 is a timing chart for explaining another example of operation of the waveform shaping circuit shown in FIG. 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 基準信号発生部
2 第1の分周器
3 キャリア信号発生部
4 第2の分周器
5 スキャン信号発生部
6 同期信号発生部
7 ローパスフィルタ
8 波形整形回路
9 送信アンプ
10 送信用アンテナ
11 受信用アンテナ
15 時間軸可変回路
16 移相器
18 受信ゲート回路
21 ローパスフィルタ(第1ローパスフィルタ)
22 ローパスフィルタ(第2ローパスフィルタ)
23 差動増幅器(オペアンプ)
26 STC回路
27 A/Dコンバータ
28 D/Aコンバータ
29 電圧制御抵抗素子
32 アナログデータ出力端
A 位相変調手段
C1 コンデンサ(スピードアップコンデンサ)
R1 放電抵抗
Q1 トランジスタ(送信アンプ)
Ta ターゲット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reference signal generation part 2 1st frequency divider 3 Carrier signal generation part 4 2nd frequency divider 5 Scan signal generation part 6 Synchronization signal generation part 7 Low pass filter 8 Waveform shaping circuit 9 Transmission amplifier 10 Transmitting antenna 11 Reception Antenna 15 Time axis variable circuit 16 Phase shifter 18 Reception gate circuit 21 Low-pass filter (first low-pass filter)
22 Low-pass filter (second low-pass filter)
23 Differential Amplifier (Op Amp)
26 STC circuit 27 A / D converter 28 D / A converter 29 Voltage control resistance element 32 Analog data output terminal A Phase modulation means C1 capacitor (speed-up capacitor)
R1 Discharge resistance Q1 Transistor (Transmission amplifier)
Ta target

Claims (4)

ランプ信号を変調波としてキャリア信号を位相変調し、位相変調された前記キャリア信号の立上がりもしくは立下がりのタイミングにおいてマイクロ波信号を送信アンテナより送信すると共に、受信アンテナにより前記マイクロ波信号の反射波を受信して、送信側における前記マイクロ波信号の位相変調成分と、受信側における前記マイクロ波信号の位相変調成分との間の位相の変化分を取得する位相変化分取得手段を備えたレーダ型探査装置であって、
前記位相変化分取得手段には、送信側の前記マイクロ波信号の位相変調成分を抽出する第1のローパスフィルタと、受信側の前記マイクロ波信号の位相変調成分を抽出する第2のローパスフィルタと、前記第1および第2のローパスフィルタによりそれぞれ得られる位相変調成分における位相の変化分を取得することができる差分抽出手段とが備えられ、 前記第1および第2のローパスフィルタにおけるそれぞれのカットオフ周波数が、前記キャリア信号の周波数と前記ランプ信号の周波数との比に相当する周波数に設定されていることを特徴とするレーダ型探査装置。
The carrier signal is phase-modulated using the ramp signal as a modulated wave, and the microwave signal is transmitted from the transmitting antenna at the rising or falling timing of the phase-modulated carrier signal, and the reflected wave of the microwave signal is transmitted from the receiving antenna. A radar-type exploration provided with phase change acquisition means for receiving and acquiring a phase change between the phase modulation component of the microwave signal on the transmission side and the phase modulation component of the microwave signal on the reception side A device,
The phase change acquisition means includes a first low-pass filter that extracts a phase modulation component of the microwave signal on the transmission side, and a second low-pass filter that extracts a phase modulation component of the microwave signal on the reception side, Differential extraction means capable of acquiring a change in phase in the phase modulation component obtained by each of the first and second low-pass filters, and a cutoff in each of the first and second low-pass filters. A radar-type exploration device characterized in that the frequency is set to a frequency corresponding to a ratio between the frequency of the carrier signal and the frequency of the ramp signal.
前記差分抽出手段が、前記第1のローパスフィルタにより得られるベースバンド信号と、第2のローパスフィルタにより得られるベースバンド信号との差分を抽出する差動増幅器により構成されていることを特徴とする請求項1に記載されたレーダ型探査装置。   The differential extraction means is configured by a differential amplifier that extracts a difference between a baseband signal obtained by the first low-pass filter and a baseband signal obtained by a second low-pass filter. The radar type exploration device according to claim 1. 前記キャリア信号およびスキャン信号は、基準信号発生部からの基準信号をそれぞれ分周した分周出力に基づいて得るように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたレーダ型探査装置。   The carrier signal and the scan signal are configured to be obtained based on frequency-divided outputs obtained by frequency-dividing the reference signal from the reference signal generation unit, respectively. Radar type exploration equipment. 前記ランプ信号により位相変調されたキャリア信号の立上がりもしくは立下がりを、より急峻な形態に波形整形する波形整形手段を含み、前記波形整形手段によって得られる高次高調波を含むマイクロ波信号を、前記送信アンテナにより送信するように構成したことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載されたレーダ型探査装置。   Waveform shaping means for shaping the rising or falling edge of the carrier signal phase-modulated by the ramp signal into a steeper form, and a microwave signal containing higher harmonics obtained by the waveform shaping means, The radar type exploration device according to any one of claims 1 to 3, wherein the radar type exploration device is configured to transmit by a transmission antenna.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011085588A (en) * 2009-10-19 2011-04-28 Icontrols Ks Device and method for detection of electrically conducting object

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