JP2007327930A - Correlation detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーダやソーナなどの探知装置に関し、詳細には、送信信号と受信信号との相関をとることにより所要の探知信号を得る相関型探知装置に関する。 The present invention relates to a detection device such as a radar or a sonar, and more particularly to a correlation type detection device that obtains a required detection signal by correlating a transmission signal and a reception signal.
従来の一般的な相関型探知装置は図8に示すように、トリガ発生器101で生成されるトリガパルスP1に同期した送信パルスS1(t)を生成するパルス発生器103と、パルス発生器103で生成された送信パルスS1(t)を物標TGに向けて送信する送信アンテナ105と、物標TGからの反射波を受信する受信アンテナ107と、トリガ発生器101で生成されるトリガパルスP1を “τ”遅延させて遅延トリガパルスP2とする可変遅延回路109と、可変遅延回路109の出力に同期した基準パルスS2(t-τ)を生成するパルス発生器111と、受信アンテナ107で受信された反射パルスR1(t)と、パルス発生器111で生成された基準パルスS2(t-τ)の掛算を行う掛算器113と、掛算器113の出力を積分する積分器115とを備えている。なお、実際には、さらに電力増幅器、ノイズ除去用のフィルタなどを備えているが、ここでは動作原理の説明に必要な基本構成要素のみを示している。
As shown in FIG. 8, a conventional general correlation detection apparatus includes a
この相関型探知装置の動作について、図9のタイミングチャートを参照しながら説明する。トリガ発生器101で生成された周期T0のトリガパルスP1はパルス発生器103に供給されると共に、可変遅延回路109により遅延トリガパルスP2とされてパルス発生器111に供給される。可変遅延回路109の遅延時間は、トリガパルスP1の周期T0毎に0から一定時間ΔTずつ延長し、NΔT(Nは所定の整数)に達したときに、再び遅延時間を0からΔTずつ延長する動作を繰り返す。ここで、ΔTは例えば送信パルスS1(t)の時間長の1/m(例えば1/100)に設定する。
The operation of this correlation type detection apparatus will be described with reference to the timing chart of FIG. The trigger pulse P 1 having the period T 0 generated by the
パルス発生器103はトリガパルスP1の立ち上がりに同期した送信パルスS1(t)を生成し、送信パルスS1(t)は送信アンテナ105から物標TGに向けて送信される。送信パルスS1(t)は物標TGにて反射され、受信アンテナ107にて受信され、受信パルスR1(t)が生成される。一方、パルス発生器111は遅延トリガ信号P2の立ち上がりに同期した基準パルスS2(t)を生成する。そして、受信パルスR1(t)と、基準パルスS2(t-τ)とは、掛算器113にて掛算され、その出力は積分器115にて積分され、下記の式[1]に示す積分出力V0が得られる。なお、積分器115はLPF(ローパスフィルタ)で代用できる。
The
この式[1]は遅延相関を表しており、受信パルスR1(t)のタイミングと基準パルスS2(t-τ)のタイミングとが一致したときに最大値をとる。従って、送信パルスS1(t)のタイミングに対する受信パルスR1(t)のタイミングの遅れをt0とすると、
τ=t0・・・式[2]
のとき、受信パルスR1(t)と基準パルスS2(t)のタイミングが一致し、積分出力V0が最大値をとる。
This expression [1] represents the delay correlation, and takes the maximum value when the timing of the reception pulse R 1 (t) coincides with the timing of the reference pulse S 2 (t−τ). Therefore, when the delay of the timing of the reception pulse R 1 (t) with respect to the timing of the transmission pulse S 1 (t) is t 0 ,
τ = t 0 Formula [2]
In this case, the timings of the reception pulse R 1 (t) and the reference pulse S 2 (t) coincide, and the integral output V 0 takes the maximum value.
ここで、相関型探知装置から物標TGまでの距離をL、電波の伝播速度をcとすると、
L=c×t0/2・・・式[3]
となる。図9では
τ=3ΔT・・・式[4]
のとき、受信パルスの遅れt0(=3ΔT)とτが一致している場合を示している。なお、図9では送信パルスS1(t)、及び基準パルスS2(t-τ)として正弦波のモノパルスを示しているが、これらのパルスの波形として、階段状周波数変調形式・直線状周波数変調形式・符号位相変調形式・符号搬送波変調形式などの波形を用いたものもある。
Here, if the distance from the correlation type detector to the target TG is L, and the propagation speed of the radio wave is c,
L = c × t 0/2 ··· formula [3]
It becomes. In FIG. 9, τ = 3ΔT Equation [4]
In this case, the delay t 0 (= 3ΔT) of the received pulse and τ coincide with each other. In FIG. 9, sinusoidal monopulses are shown as the transmission pulse S 1 (t) and the reference pulse S 2 (t−τ). As the waveforms of these pulses, a stepped frequency modulation format / linear frequency is used. Some use waveforms such as a modulation format, a code phase modulation format, and a code carrier modulation format.
しかし、この相関型探知装置では、2つのパルス発生器が必要であるため構成が複雑化して装置が大型化してしまう。また、2つのパルス発生器で生成される波形が同一になるように調整しなければならないため、製造工数がかかるのみならず、経年変化を起こすなどの問題がある。 However, since this correlation type detection apparatus requires two pulse generators, the configuration becomes complicated and the apparatus becomes large. In addition, since the waveforms generated by the two pulse generators must be adjusted to be the same, there are problems such as not only the number of manufacturing steps but also aging.
そこで、本願の発明者は、このような問題の解決が可能な相関型探知装置を提案した(特許文献1参照)。この相関型探知装置は、図10に示すように、周期(間隔)が可変なトリガパルスP11を生成するトリガ発生器201と、トリガパルスP11の立ち上がりに同期した基準パルスS12(t-τ)を生成するパルス発生器203と、基準パルスS12(t-τ)を一定時間T0遅延させて送信パルスS11(t)とする固定遅延回路205と、送信パルスS11(t)を物標TGに向けて送信する送信アンテナ207と、物標TGからの反射波を受信する受信アンテナ209と、受信アンテナ209で受信された反射パルスR11(t)と、基準パルスS12(t)との掛算を行う掛算器211と、掛算器211の出力を積分する積分器213とを備えている。ここで、基準パルスS12(t-τ)におけるτは、送信パルスS11に対する基準パルスS12の時間遅れである。
Therefore, the inventor of the present application has proposed a correlation type detection apparatus that can solve such a problem (see Patent Document 1). The correlation-based detection system, as shown in FIG. 10, a
この相関型探知装置の動作について、図11のタイミングチャートを参照しながら説明する。トリガ発生器201が生成するトリガパルスP11の周期は、T0を初期値とし、以後のトリガパルス発生毎にΔTずつ延び、T0+NΔT(Nは所定の整数)に達すると、再び初期値T0からΔTずつ延びることを繰り返す。ここで、初期値T0は固定遅延回路205の遅延時間と等しい。また、図9と同様、ΔTは例えば送信パルスS11(t)の時間長の1/m(例えば1/100)に設定する。
The operation of this correlation type detection apparatus will be described with reference to the timing chart of FIG. The period of the trigger pulse P 11 generated by the
パルス発生器203はトリガパルスP11の立ち上がりに同期した基準パルスS12(t-τ)を生成して固定遅延回路205及び掛算器211に供給する。固定遅延回路205から出力された送信パルスS11(t)は送信アンテナ207から物標TGに向けて送信される。そして、物標TGにて反射され、受信アンテナ209にて受信され、受信パルスR11(t)が生成される。受信パルスR11(t)と、基準パルスS12(t-τ)とは、掛算器211にて掛算され、その出力は積分器213にて積分され、下記の式[5]に示す積分出力V1が得られる。
The
この式[5]は式[1]と同様、遅延相関を表しており、受信パルスR11(t)のタイミングと基準パルスS12(t-τ)のタイミングとが一致したときに最大値をとるから、図8に示す相関型探知装置と同様、式[2]及び[3]が成立する。また、図11は式[4]が成立する場合を示している。さらに、図11ではトリガパルスP11の周期をT0からT0+NΔTまでΔTずつ延長しているが、逆にT0+NΔTからT0迄ΔTずつ短縮してもよい。 This equation [5], like equation [1], represents the delay correlation, and the maximum value is obtained when the timing of the received pulse R 11 (t) and the timing of the reference pulse S 12 (t−τ) coincide. Therefore, the equations [2] and [3] are established as in the correlation type detection apparatus shown in FIG. FIG. 11 shows a case where equation [4] holds. Furthermore, although extended by ΔT the cycle of the trigger pulse P 11 in FIG. 11 from T 0 to T 0 + n.DELTA.T, it may be reduced from T 0 + n.DELTA.T until T 0 by ΔT reversed.
この相関型探知装置によれば、パルス発生器は1個ですむため、前述した一般的な相関型探知装置の問題は解決できる。しかし、この相関型探知装置では、基準パルスS12(t-τ)を毎回同一波形とする必要があるが、基準パルスS12(t-τ)としてチャープパルス(直線状周波数変調波)を採用する場合、以下のような問題がある。 According to this correlation type detection device, since only one pulse generator is required, the above-described problem of the general correlation type detection device can be solved. However, in this correlation type detector, the reference pulse S 12 (t-τ) needs to have the same waveform every time, but a chirp pulse (linear frequency modulation wave) is adopted as the reference pulse S 12 (t-τ). When doing so, there are the following problems.
チャープパルスを生成する場合、パルス発生器203としてVCO(Voltage Controlled Oscillator:電圧制御発振器)を用いるが、一般的なVCOは動作開始時或いは制御電圧を不連続に変化させたときの出力信号の前端の位相(以下、初期位相と言う)は一定ではなくランダムに変化してしまうため、図11に示すように、基準パルスS12(t-τ)を間欠的に生成する場合は、その生成毎に基準パルスS12(t-τ)の初期位相がランダムに変化してしまう。従って、例えば、図11において、仮に基準パルスS12(t-τ)がチャープパルスとすると、式[4]が成立する時に基準パルスS12(t-τ)のタイミングと、反射パルスR12(t)のタイミングが一致しているとしても、それらの波形に位相差があれば、位相差に応じて積分出力V1が小さくなる。このため、積分出力V1が最大になったときに基準パルスS12(t-τ)のタイミングと、反射パルスR12(t)のタイミングとが一致しているとは言えなくなる。
When generating a chirp pulse, a VCO (Voltage Controlled Oscillator) is used as the
この問題を解決するためには、パルス発生器203として、一般的なVCOではなく、特別に設計した初期位相が一定で毎回同一波形が得られるVCOを用いることが必要となるため、コストが高くなるという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、所定の時間長を有する複数の基準波形を、時間間隔が周期的に変化するように生成する手段と、前記基準波形を所定時間遅延させて遅延波形を生成する手段と、前記遅延波形に対応する送信信号を送信する手段と、前記送信信号の物標からの反射波又は透過波を受信して受信波形を生成する手段と、前記基準波形と前記受信波形との相関をとることにより所要の探知信号を得る相関型探知装置において、基準波形としてその前端の位相がランダムな波形を使用可能にすることである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to generate a plurality of reference waveforms having a predetermined time length so that a time interval periodically changes, and A means for generating a delayed waveform by delaying a reference waveform for a predetermined time; a means for transmitting a transmission signal corresponding to the delay waveform; and a reflected waveform or a transmitted wave from a target of the transmission signal to receive a received waveform In a correlation type detection device that obtains a required detection signal by taking a correlation between the generating means and the reference waveform and the received waveform, a waveform having a random front end can be used as the reference waveform. .
請求項1の発明は、所定の時間長を有し、かつ波形の前端の位相がランダムな複数の基準波形を、時間間隔が周期的に変化するように生成する手段と、前記基準波形を所定時間遅延させて遅延波形を生成する手段と、前記遅延波形に対応する送信信号を送信する手段と、前記送信信号の物標からの反射波又は透過波を受信して受信波形を生成する手段と、前記受信波形を前記基準波形により直交検波する手段と、該直交検波された直交出力成分に基づいて、前記ランダムな位相に無関係な探知信号を得る手段とを備えたことを特徴とする相関型探知装置である。
請求項2の発明は、請求項1記載の相関型探知装置において、前記基準波形は前記時間間隔の変化に応じて時間長も変化することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1記載の相関型探知装置において、前記基準波形は周波数変調波であることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided means for generating a plurality of reference waveforms having a predetermined time length and having a random phase at the front end of the waveform so that the time interval changes periodically, and the reference waveform is determined in advance. Means for generating a delayed waveform by delaying time; means for transmitting a transmission signal corresponding to the delay waveform; means for receiving a reflected wave or transmitted wave from a target of the transmission signal and generating a received waveform; A correlation type comprising: means for quadrature detection of the received waveform using the reference waveform; and means for obtaining a detection signal irrelevant to the random phase based on the quadrature output component subjected to the quadrature detection. It is a detection device.
According to a second aspect of the present invention, in the correlation type detection apparatus according to the first aspect, the time length of the reference waveform also changes in accordance with the change of the time interval.
According to a third aspect of the present invention, in the correlation type detection device according to the first aspect, the reference waveform is a frequency modulation wave.
(作用)
本発明によれば、基準波形の前端の位相がランダムに変化していても、受信波形を基準波形により直交検波した直交出力成分に基づいて、前記ランダムな位相に無関係な探知信号が得られる。
(Function)
According to the present invention, even if the phase of the front end of the reference waveform changes randomly, a detection signal irrelevant to the random phase can be obtained based on the orthogonal output component obtained by orthogonal detection of the received waveform using the reference waveform.
本発明によれば、所定の時間長を有する複数の基準波形を、時間間隔が周期的に変化するように生成する手段と、前記基準波形を所定時間遅延させて遅延波形を生成する手段と、前記遅延波形に対応する送信信号を送信する手段と、前記送信信号の物標からの反射波又は透過波を受信して受信波形を生成する手段と、前記基準波形と前記受信波形との相関をとることにより所要の探知信号を得る相関型探知装置において、基準波形としてその前端の位相がランダムな波形が使用できる。 According to the present invention, means for generating a plurality of reference waveforms having a predetermined time length so that the time interval changes periodically, means for generating a delayed waveform by delaying the reference waveform for a predetermined time, A means for transmitting a transmission signal corresponding to the delay waveform; a means for receiving a reflected wave or a transmitted wave from a target of the transmission signal to generate a reception waveform; and a correlation between the reference waveform and the reception waveform. In the correlation type detection apparatus that obtains a required detection signal by taking the waveform, a waveform having a random front end phase can be used as a reference waveform.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施形態の相関型探知装置の基本構成を示すブロック図である。この相関型探知装置は、周期(間隔)が可変なトリガパルスP21を生成するトリガ発生器1と、トリガパルスP21の立ち上がり(立ち下がりでもよい)に同期した基準FMパルスS22(t-τ)を生成するFM波発生器3と、基準FMパルスS22(t-τ)を一定時間T0遅延させて送信パルスS21(t)とする固定遅延回路5と、送信パルスS21(t)を物標TGに向けて送信する送信アンテナ7と、物標TGからの反射波を受信する受信アンテナ9と、受信アンテナ9で受信された受信パルスR21(t)を基準FMパルスS22(t-τ)により直交検波する直交検波器11と、直交検波器11の一対の直交検波成分をそれぞれ積分する一対の積分器13,15と、積分器13,15の各々の出力の2乗を算出する一対の2乗算出回路17,19と、2乗算出回路17,19の出力を加算する加算器21と、加算器21の加算値の平方根を算出する平方根算出回路23とを備えている。ここで、積分器13,15はLPFで代用できる。また、基準FMパルスS22(t-τ)のτは、図10の場合と同様、送信パルスS21に対する基準FMパルスS22の時間遅れである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a correlation type detection apparatus according to an embodiment of the present invention. This correlation type detector includes a
ここで、トリガ発生器1、固定遅延回路5、送信アンテナ7、及び受信アンテナ9は、それぞれ図8における同名の手段と同一の構成を有する。また、FM波発生器3は、鋸歯状波発生器3aと、VCO3bとの縦続接続回路により構成されている。さらに、直交検波器11は図2に示すように、基準FMパルスS22(t)の電力を分配する電力分配器31と、受信パルスR21(t)の電力を分配する電力分配器33と、電力分配器31で分配された電力の一方を90°移相する移相器35と、電力分配器31で分配された電力の他方と、電力分配器33で分配された電力の一方とを掛算する掛算器37と、移相器35の出力と電力分配器33で分配された電力の他方とを掛算する掛算器39とからなる。
Here, the
この相関型探知装置(図1)の動作について、図3のタイミングチャートを参照しながら説明する。トリガ発生器1が生成するトリガパルスP21の周期は、T0を初期値とし、以後のパルス発生毎にΔTずつ延び、T0+NΔT(Nは所定の整数)に達すると、再び初期値T0からΔTずつ延長することを繰り返す。ここで、初期値T0は固定遅延回路5の遅延時間と等しい。また、図9と同様、ΔTは例えば送信パルスS21(t)の時間長の1/m(例えば1/100)に設定する。なお、本実施形態では、後述するように、基準FMパルスS22(t-τ)は、トリガパルスP21から次のトリガパルスP21迄の全期間にわたり生成しているので、図9に示すようなトリガパルスP1から次のトリガパルスP1迄の期間の一部のみ生成している場合と比べ、エネルギー効率を向上させることができる。
The operation of this correlation type detection apparatus (FIG. 1) will be described with reference to the timing chart of FIG. The period of the trigger pulse P 21 generated by the
鋸歯状波発生器3aはトリガパルスP21の立ち上がりに同期した鋸歯状波を生成してVCO3bに供給し、VCO3bは上記鋸歯状波の振幅に対応する周波数を持った基準FMパルスS22(t-τ)を生成して固定遅延回路5及び直交検波回路11に供給する。固定遅延回路から出力された送信パルスS21(t)は送信アンテナ7から物標TGに向けて送信される。そして、物標TGにて反射され、受信アンテナ9にて受信され、受信パルスR21(t)が生成される。受信パルスR21(t)は、基準FMパルスS22(t-τ)により、直交検波器11にて直交検波されることで、直交検波成分x,yが得られる。次いで、直交検波成分x,yを積分器13,15にて積分することにより、相関値X,Yが得られる。
ここまでの動作について数式を用いて詳しく説明する。
基準FMパルスS22(t-τ)、送信パルスS21(t)、受信パルスR21(t)は、それぞれ下記の式[6]、[7]、[8]で表される。ただし、これらの式において、便宜上、受信パルスR21(t)の振幅を“a”、それ以外の振幅は“1”とした。
S22(t−τ)=cosφ2(t−τ)・・・式[6]
S21(t)=cosφ1(t)・・・式[7]
R21(t)=acosφ1(t−τ0)・・・式[8]
The operation so far will be described in detail using mathematical expressions.
The reference FM pulse S 22 (t−τ), the transmission pulse S 21 (t), and the reception pulse R 21 (t) are represented by the following equations [6], [7], and [8], respectively. However, in these equations, for the sake of convenience, the amplitude of the reception pulse R 21 (t) is “a”, and the other amplitudes are “1”.
S 22 (t−τ) = cosφ 2 (t−τ) (6)
S 21 (t) = cosφ 1 (t) Expression [7]
R 21 (t) = acosφ 1 (t−τ 0 ) Equation [8]
式[8]における“τ0”は直接波と反射波との間の時間差であり、この相関型探知装置から物標TG迄の距離Lに対応している。また、送信パルスS21(t)及び基準FMパルスS22(t-τ)の符号を“φ1”、“φ2”のように区別したのは、送信パルスS21(t)が1周期前の基準FMパルスS22(t-τ)に対応しており、初期位相がランダムに相違するためである。 “Τ 0 ” in Expression [8] is a time difference between the direct wave and the reflected wave, and corresponds to the distance L from the correlation type detection device to the target TG. The sign of the transmission pulse S 21 (t) and the reference FM pulse S 22 (t−τ) is distinguished as “φ 1 ” and “φ 2 ” because the transmission pulse S 21 (t) is one cycle. This is because it corresponds to the previous reference FM pulse S 22 (t−τ) and the initial phase is randomly different.
受信パルスR21(t)において、求めたい量はτ0とaであり、そのため基準パルスS22(t−τ)との相関をとる。まず、直交検波器11の掛算器37の出力xはS22(t-τ)とR21(t)とを掛算した値であるから下記の式[9]となり、掛算器39の出力はS22(t-τ)を90°移相した信号(=sinφ2(t−τ))とR21(t)とを掛算した値であるから下記の式[10]となる。
x=(a/2)〔cos{φ1(t−τ0)−φ2(t−τ)}+cos{φ1(t−τ0)+φ2(t−τ)}〕・・・式[9]
y=(a/2)〔sin{φ1(t−τ0)−φ2(t−τ)}+sin{φ1(t−τ0)+φ2(t−τ)}}・・・式[10]
In the received pulse R 21 (t), the amount to be obtained is τ 0 and a, and therefore, the correlation with the reference pulse S 22 (t−τ) is taken. First, since the output x of the
x = (a / 2) [cos {φ 1 (t−τ 0 ) −φ 2 (t−τ)} + cos {φ 1 (t−τ 0 ) + φ 2 (t−τ)}] Equation [9]
y = (a / 2) [sin {φ 1 (t−τ 0 ) −φ 2 (t−τ)} + sin {φ 1 (t−τ 0 ) + φ 2 (t−τ)}} [Ten]
直交検波出力x,yを積分器13,15で積分することにより、式[9],[10]の第2項が消えるため、積分器13,15の出力X,Yは
X=(a/2)cos{φ1(t−τ0)−φ2(t−τ)}・・・式[11]
Y=(a/2)sin{φ1(t−τ0)−φ2(t−τ)}・・・式[12]
となる。
By integrating the quadrature detection outputs x and y by the
Y = (a / 2) sin {φ 1 (t−τ 0 ) −φ 2 (t−τ)} Expression [12]
It becomes.
ここで基準FMパルスS22(t-τ)の周波数fが図4に示すように、時間Tの間に周波数f0からf0+Bに上昇させる掃引を繰り返すものとすると、
f(t)={(B/T)t+f0}・・・式[13]
であるから、角周波数ω(t)は
ω(t)=2πf(t)=2π{(B/T)t+f0}・・・式[14]
よって、位相φ(t)は下記の式[15]で表される。
Here, as shown in FIG. 4, when the frequency f of the reference FM pulse S 22 (t−τ) is repeatedly swept up from the frequency f 0 to f 0 + B during the time T,
f (t) = {(B / T) t + f 0 } Expression [13]
Therefore, the angular frequency ω (t) is given by ω (t) = 2πf (t) = 2π {(B / T) t + f 0 } Equation [14]
Therefore, the phase φ (t) is expressed by the following equation [15].
ここで、θはランダムな初期位相である。よって、
φ1(t−τ0)=2π{(B/2T)(t−τ0)2+f0(t−τ0)}+θ1・・・式[16]
φ2(t−τ)=2π{(B/2T)(t−τ)2+f0(t−τ)}+θ2・・・式[17]
となる。
Here, θ is a random initial phase. Therefore,
φ 1 (t−τ 0 ) = 2π {(B / 2T) (t−τ 0 ) 2 + f 0 (t−τ 0 )} + θ 1 Formula [16]
φ 2 (t−τ) = 2π {(B / 2T) (t−τ) 2 + f 0 (t−τ)} + θ 2 Formula [17]
It becomes.
いま、基準FMパルスの遅延時間τが受信パルスの遅延時間τ0と一致したとき、
τ=τ0・・・式[18]
φ1(t−τ0)−φ2(t−τ)=θ1−θ2=θr・・・式[19]
となり、θ1とθ2がランダムなのでθrもランダムとなる。なお、図3の場合、n番目の基準FMパルスのタイミングと(n−1)番目の受信パルスのタイミングとが一致している。ここで、FMパルスの長さはS21とR21とではΔTだけ異なるが、T0に比べてΔTは十分に小さいので無視できる。
Now, when the delay time τ of the reference FM pulse matches the delay time τ 0 of the received pulse,
τ = τ 0 Formula [18]
φ 1 (t−τ 0 ) −φ 2 (t−τ) = θ 1 −θ 2 = θr Equation [19]
Since θ 1 and θ 2 are random, θr is also random. In the case of FIG. 3, the timing of the nth reference FM pulse matches the timing of the (n−1) th received pulse. Here, although the length of the FM pulse differs by ΔT between S 21 and R 21 , ΔT is sufficiently smaller than T 0 and can be ignored.
式[19]を式[11]、[12]に代入すると、それぞれ
X=(a/2)cosθr・・・式[20]
Y=(a/2)sinθr・・・式[21]
となる。
Substituting equation [19] into equations [11] and [12], X = (a / 2) cosθr... Equation [20]
Y = (a / 2) sinθr Expression [21]
It becomes.
このように、積分器13,15の出力X,Yは基準FMパルスの周波数に無関係となり、ランダムな位相差θrによって変化する値となる。そして、積分器13,15の出力X,Yを2乗算出回路17,19により2乗し、加算器21により加算すると、その加算値は
X2+Y2=(a/2)2{cos2θr+sin2θr}=(a/2)2・・・式[22]
となり、ランダムに変化する位相差θrは消える。よって、平方根算出回路23の出力は(a/2)となるから、“a”が求められる。
As described above, the outputs X and Y of the
Thus, the randomly changing phase difference θr disappears. Therefore, since the output of the square
このように、本実施形態の相関型探知装置によれば、基準FMパルスS22(t-τ)により受信パルスR21(t)を直交検波し、直交検波成分x,yを積分し、その2乗和を算出し、さらにその平方根を算出することにより、初期位相がランダムに変化する一般的なVCO3bを用いても、所要の探知信号を得ることができる。また、本実施形態の相関型探知装置によれば、基準FMパルスS22(t-τ)は、トリガパルスP21から次のトリガパルスP21迄の全期間にわたり生成しているので、送信パルスのエネルギー効率が高い。なお、以上の説明では、鋸歯状波発生器3aの出力波形に基づいてVCO3bによりチャープパルス(直線状周波数変調波)を生成しているが、鋸歯状波発生器3aに代えて階段状波発生器、正弦波発生器など、時間対振幅特性が任意の形状の波形発生器を用いることにより、VCO3bから階段状周波数変調形式、正弦波状周波数変調形式など、時間対周波数特性が任意の周波数変調波を生成してもよい。
As described above, according to the correlation detection device of the present embodiment, the received pulse R 21 (t) is quadrature detected by the reference FM pulse S 22 (t−τ), and the quadrature detection components x and y are integrated. By calculating the sum of squares and further calculating the square root, a required detection signal can be obtained even using a general VCO 3b whose initial phase changes randomly. Further, according to the correlation type detection device of the present embodiment, the reference FM pulse S 22 (t−τ) is generated over the entire period from the trigger pulse P 21 to the next trigger pulse P 21. High energy efficiency. In the above description, a chirp pulse (linear frequency modulation wave) is generated by the VCO 3b based on the output waveform of the
〔第1実施例〕
図5は本発明に係る相関型探知装置の第1実施例であるミリ波レーダのブロック図である。この図において、図1と同一又は対応する構成要素には図1と同じ符号を付した。
[First embodiment]
FIG. 5 is a block diagram of a millimeter wave radar which is a first embodiment of a correlation type detection apparatus according to the present invention. In this figure, the same reference numerals as those in FIG.
このミリ波レーダは、トリガパルスP21を生成する機能、並びに直交検波出力の積分値の2乗和の演算及びその平方根の演算機能を有するPC(パーソナルコンピュータ)51を備えている。また、VCO3bは76GHz付近の周波数で発振する。VCO3bの出力はカプラ53によりアイソレータ55及びミキサ61に分配される。アイソレータ55の出力である送信パルスは送信アンテナ7から物標(図示せず)に向けて送信される。物標からの反射波は受信アンテナ9にて受信されて受信パルスとなり、高周波増幅器65により増幅され、ミキサ67に入力される。ミキサ67には、76.5GHzのローカル発振器57の出力が電力分配器59を通して供給されており、受信パルスの搬送波が500MHzの中間周波数に変換される。ミキサ67の出力は中間周波増幅器71により増幅され、遅延線5にて一定時間(6.8μsec)遅延された後に直交検波器11に入力される。
This millimeter wave radar includes a PC (personal computer) 51 having a function of generating a trigger pulse P 21 and a function of calculating a sum of squares of an integral value of quadrature detection output and a function of calculating a square root thereof. The VCO 3b oscillates at a frequency near 76 GHz. The output of the VCO 3b is distributed to the
また、ローカル発振器57の出力は電力分配器59を通してミキサ61にも供給され、ここでカプラ53からの基準パルスと混合され、500MHzの中間周波数に変換される。ミキサ61の出力は中間周波増幅器63により増幅され、直交検波器11に入力される。
The output of the
直交検波器11では、図2及び3を参照しながら説明した動作により、直交検波成分x,yが算出され、その直交検波成分x,yは増幅器73,75により増幅され、LPF(ローパスフィルタ)13,15に低い周波数成分のみが取り出され、その出力がPC51に入力される。PC51は、入力信号の2乗和及びその平方根を算出する。
In the
図6は図5のミリ波レーダで検出した798m先の送電線(線径3cmの撚り線)からのエコー信号の実測値であり、極めて明瞭に検出できている。 FIG. 6 shows an actual measurement value of an echo signal from a transmission line (a stranded wire having a diameter of 3 cm) 798 m ahead detected by the millimeter wave radar of FIG. 5 and can be detected very clearly.
〔第2実施例〕
図7は本発明に係る相関型探知装置の第2実施例である地中探査レーダのブロック図である。この図において、図5と同一又は対応する構成要素には図5と同じ符号を付した。なお、この地中探査レーダも図5に示すミリ波レーダと同様、PC51、増幅器73,75、及びLPF13,15を備えているが、それらは省略した。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a block diagram of an underground exploration radar which is a second embodiment of the correlation type detection apparatus according to the present invention. In this figure, the same or corresponding elements as those in FIG. This underground exploration radar also includes a
地中探査レーダのように極めて広帯域のレーダ信号を扱う場合、広帯域の直交検波器を実現することが技術的に困難であるため、図7のように構成することで、直交検波器11は一定周波数(ここでは1.2GHz)に対応するもので済むようにした。
When an extremely wide-band radar signal is handled like a ground penetrating radar, it is technically difficult to realize a wide-band quadrature detector, so that the
この地中探査レーダにおいて、VCO3bは1.3〜1.8GHzのFMパルスを生成し、ローカル発振器57は1.2GHzの正弦波を生成する。VCO3bの出力は電力分配器59によりミキサ67,81に分配され、ローカル発振器57の出力はカプラ53によりミキサ81及び直交検波器11に分配される。ミキサ81では、VCO3bの出力とローカル発振器57の出力とが混合され、その出力は100〜600MHzの通過帯域を有するBPF(バンドパスフィルタ)83に供給される。BPF83では、VCO3bの出力とローカル発振器57のビート周波数成分である100〜600MHzの送信パルスが取り出され、送信パルスは遅延線5を通り、送信アンテナ7から物標(図示せず)に向けて送信される。
In this subsurface radar, the VCO 3b generates an FM pulse of 1.3 to 1.8 GHz, and the
物標からの反射波は受信アンテナ9にて受信されて受信パルスとなり、高周波増幅器65により増幅され、ミキサ67に入力される。ミキサ67では、受信パルスと、VCO3bの出力とが混合され、その出力は中心通過帯域が1.2GHzのBPF85に供給される。BPF85では、受信パルスと、VCO3bの出力とのビート周波数成分である1.2GHzの信号が取り出されることで、1.2GHzに周波数変換された受信パルスが得られる。この受信パルスは直交検波器11に入力され、カプラ53を通して直交検波器11に供給されているローカル発振器57の出力により直交検波される。
The reflected wave from the target is received by the receiving antenna 9 to become a received pulse, amplified by the
このように、本実施例によれば、図5に対し、VCO3bとローカル発振器57との位置を交替することにより、直交検波器11は一定周波数に対応するもので済み、広帯域の部品が不要となる。なお、遅延線5は、ミキサ81とBPF83との間、又は受信アンテナ9と高周波増幅器65との間、又は高周波増幅器65とミキサ67との間に接続してもよい。
As described above, according to the present embodiment, the positions of the VCO 3b and the
1・・・トリガ発生器、3・・・基準FMパルス発生器、5・・・固定遅延回路、7・・・送信アンテナ、9・・・受信アンテナ、11・・・直交検波器、13,15・・・積分器、17,19・・・2乗算出回路、21・・・加算器、23・・・平方根算出回路。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基準波形は前記時間間隔の変化に応じて時間長が変化することを特徴とする相関型探知装置。 The correlation type detection apparatus according to claim 1,
The correlation type detecting apparatus according to claim 1, wherein a time length of the reference waveform changes according to a change in the time interval.
前記基準波形は周波数変調波であることを特徴とする相関型探知装置。 The correlation type detection apparatus according to claim 1,
5. The correlation type detection apparatus according to claim 1, wherein the reference waveform is a frequency modulation wave.
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