JP2506650B2 - ドロツプアウト検出を備えた対地速度センサ - Google Patents

ドロツプアウト検出を備えた対地速度センサ

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は移動する一つの物体の、他の物体に対する
相対速度、例えば農業用車両のような車両の対地速度を
検出するためのセンサに関係している。
今日用いられている大抵の農業用及び幹線道路以外用
の車両においては、車両の速さ又は速度は車輪の速さを
検出する磁気ピツクアツプによつて検出されている。し
かしながら、この測定技術には種々な問題がある。例え
ば、後輪又は駆動輪は地面に対して滑ることがあるの
で、誤つた対地速度の読みを生じる。前輪から対地速度
を検出する場合には、前輪は時々地面を離れることがあ
り、従つて真の対地速度で回転しない。ハンドル操作の
結果として前輪は横滑りのために対地速度に従わないこ
とがある。
この形式の対地速度測定により導入される不正確さの
ために、このような測定は閉ループ制御システム、例え
ば噴霧、種まき、及びその他の器具又は車両制御装置に
対する入力パラメータとして有効に使用することができ
ない。このような問題を解決するために、ドツプラー形
対地速度検出装置が提案されている。速度Vgは受信信号
と送信信号との間の周波数偏移Δｆから変形ドツプラー
方程式 （１） Vg＝（c Δｆ）÷（ft2 cosα） によつて決定することができる。但し、αは水平からの
信号送信軸の角度、ｃは音の速さ、ftは送信信号周波数
である。
提案されたドツプラー形対地速度検出装置は、1984年
５月14日に出願されてこの出願の譲受人に譲渡された米
国特許出願第609626号（12676-US）に記載されている。
これ及びその他の速度検出装置は信号処理回路部に位相
同期ループ（PLL）を利用している。このような装置で
は、受信信号の大きさ（振幅）は地面の反射率の変化と
地面の種々の反射部分からの波面間の瞬時的破壊性干渉
とのために相当に変動することがある。受信信号振幅の
変動が大きいと、「ドロツプアウト」の期間が生じて、
その期間中受信信号振幅があまりにも小さいために受信
周波数の検出が不可能になる。この信号ドロツプアウト
の期間のためにそのような装置は誤つた又は偏つた速度
出力信号を発生することがある。更に明確には、受信信
号の振幅が小さいとPLLがその同期状態を失つて、その
ためにPLLからの出力電圧が零になることがある。従つ
て、動作の際、PLL出力信号は零と対地速度の正しい表
示地との間で変動することになる。この出力信号が平均
される又はフイルタされると、その結果は対地速度の誤
つた低い表示値になる。
1975年７月１日クリフオード（Clifford）に発行され
た米国特許第3893076号の教示するデイジタル式速度検
出装置では、計数器114及び116が、混合ドツプラー周波
数の５サイクルの連続した群に対応する時間的区間を表
わす数を収容している。これらの数は検出速度を示して
いる。信号ドロツプアウトの補償はそれらの計数器と装
置出力側との間に接続された減衰器、比較器及び論理回
路によつて与えられている。この二つの計数器における
数の差が、例えば信号ドロツプアウトが生じた場合のよ
うに十分大きいならば、減算器及び比較器が論理ゲート
を通じて動作して、それらの数の一方が置かれることに
なつているレジスタの更新を阻止する。そのような装置
は、ドロツプアウト検出回路が計数器の「下流」にるの
で、二つの連続した区間が信号ドロツプアウトを含んで
いるとしてもその両区間が同じであるというようなこと
が起こり得るという点で、欠点を持つている。このよう
なことが起こつた場合には、レジスタは誤りを導く数で
更新されることになり、そのために実際の速さが正しく
表示されないことになるであろう。更に、そのような装
置は複雑であり、又製作するのに費用がかかるであろ
う。
発明の要約 この発明の目的は、反射又は受信信号の振幅の変動を
補償するための簡単且つ確実な装置を備えた速度検出装
置を与えることである。
この発明の別の目的は、送信周波数及び構成部品ドリ
フトに感じないドツプラー形速度検出装置を与えること
である。
この発明の別の目的は、タイミングの問題のない信号
ドロツプアウト検出能力を持つたドツプラー形速度検出
装置を与えることである。
これら及びその他の目的は、超音波送受信機及び信号
処理回路からなるこの発明によつて達成される。この信
号処理回路は一対の位相同期ループ（PLL）回路を備え
ていて、その第１のものが送信周波数を受け且つその第
２のものが反射周波数を受けている。ドロツプアウト検
出回路には比較器があつて、これが反射信号を受けてこ
の反射信号の整流され且つ平均された振幅をしきい値と
比較する。この整流され且つ平均された振幅が失われる
か又はしきい値より下に低下すると、比較器がオンにな
つて第2PLLのスイツチを開くので第2PLLの出力はドロツ
プアウト状態の持続時間の間実質上変化しないままであ
る。対地速度（速さ及び方向）を表す出力信号は第１及
び第２のPLLの両出力間の差から得られる。その結果、
この出力信号は反射信号ドロツプアウト状態によつて実
質上影響されなくなる。
これら及びその他の目的は又、すべてのタイミングが
取出される主クロツク、送信増幅・変換器、受信増幅・
変換器、デイジタル式周波数検出器、及び信号ドロツプ
アウト検出・保持回路からなるこの発明の採択実施例に
よつて達成される。
この主クロツクは送信増幅・変換器を駆動するために
送信周波数（40KHzを採択）まで分周される。受信エコ
ーは増幅され、方形化されて周波数検出器に送られ、そ
してこの検出では受信エコーの周期と送信信号の周期と
の差が測定される。この差は速さに比例している。
周波数検出器は二つのダウン計数器を含んでいる。そ
の一方は受信信号によつて駆動され、他方は主クロツク
から得られた周波数の信号によつて駆動される。受信計
数器はクロツク計数器を初期設定し且つこれをオンオフ
する。
各測定期間中、クロツク計数器は特定の数（1280）の
受信サイクルの期間中に発生するクロツクサイクルの数
を測定する。送信周波数も又主クロツクから得られてい
るので、クロツク計数器の各計数は送信サイクルの何分
の１かの一定値を表している。それ故、最終計数は独立
した基準に関してではなく送信周期に関して送信周期と
受信周期との間の差を表している。このために検出器出
力は主クロツク周波数のドリフト又は回路構成部品の特
性の変化に感じなくなる。
各測定期間の終了時に、最終計数は出力のためにラツ
チされ、そして計数過程が再び始まる。
ドロツプアウト検出器は受信信号の振幅を監視する。
それ故、両実施例においては、可変振幅の反射信号がド
ロツプアウト検出回路の入力によつて受信される。ドロ
ツプアウトは、この振幅が、真のドツプラー偏移が確実
に検出され得る最小レベルより下に低下したときに生じ
るものと考えられる。ドロツプアウト状態が採択実施例
において発生すると、クロツク計数器及び受信計数器は
禁止され、そして周波数検出器はドロツプアウト状態が
終るまで待つ。これの終つた時点で、計数が再開され
る。
詳細な説明 対地速度検出装置10は車両下方フレーム部材14に取付
けるための連続超音波送受信機ユニツト12を備えてい
る。ユニツト12には、望ましくは水平から約37度の角度
αで前方方向に向いた送信ホーン16及び受信ホーン18が
ある。信号処理ユニツト20は超音波送信信号Ｔをユニツ
ト14に供給し且つユニツト14から信号を受信する。これ
らのホーンは通常の超音波ホーンでもよいであろうが、
なるべくならば、1984年10月15日出願され、この出願の
譲受人に譲渡された米国特許出願第660819号（12817）
に記載されたホーン組立体に類似したものがよいであろ
う。ホーン16及び18は対応する通常の超音波送信機22及
び受信機24に結合されている。送信機22は40KHzの送信
周波数ftで連続的に送信することが望ましい。
受信機24の出力は周波数frの反射信号Ｒである。送信
機と受信機との間のクロストークは、コルクを用いてホ
ーン16及び18を互いに音響的に分離するか、又は両ホー
ンの間に音響バフル若しくは仕切りを配置し且つコルク
を用いて超音波エネルギーが逃げ出すかも知れないよう
なホーンの部分を音響的に包囲して既知のゴム製「シヨ
ツクマウント」により両ホーンをつり下げることによつ
て除去することが望ましい。
ホーン16及び18が車両移動に関して前方方向の地面の
方へ向けられている場合には、反射信号Ｒは、車両及び
装置10が前方へ移動しているならばftより高い反射周波
数frを持つことになる。逆に、車両及び装置10が後方へ
移動しているならばfrはftよりも低くなる。
第２図に最もよく見られるように、信号処理回路20は
40KHz周波数を供給する発振器32を備えている。回路20
は又受信機24の出力Ｒを受ける。送信信号Ｔは送信機22
と基準位相同期ループ（PLL）回路34とに送られる。基
準PLL34は位相比較機36、低域フイルタ38及び電圧制御
発振器40からなつていて、これらが図示のように接続さ
れている。基準PLL40は42において基準電圧Vtを供給す
るが、この電圧は送信周波数ftマイナス40000Hzに比例
している。
受信機24の出力（Ｒ）は入力増幅器43によつて受信さ
れる。増幅器43の出力は方形化増幅器44と振幅比較器又
は「ドロツプアウト」検出器回路46とに結合されてい
る。回路46はＲ信号を整流して、整流されたＲ信号をし
きい値電圧Vth、例えば、PLLのロツクが失われる振幅よ
り僅かに上の電圧である２ボルトと比較する。回路46の
出力は平常時は低いが、受信機24の出力が低いか又は失
われたときの期間中には高くなる。方形化増幅器44の出
力は別の又は受信用の位相同期ループ検出器48に送られ
る。
受信PLL検出器48は位相比較器50、回路46の出力によ
つて制御された保持スイツチを備えたフイルタ回路52、
及び電圧制御発振器54からなつている。それ故、PLL48
は56において、受信信号Ｒの周波数frマイナス40000Hz
に比例した電圧Vrを与える。
電圧Vt及びVrは差動増幅器58に結合され、この増幅器
はΔｆ＝（fr-ft）に比例した出力電圧Voを発生する
が、これは車両の対地速度に比例している。基準PLL34
は受信PLL48の近くに取付けられ且つ同じ形式の温度感
応性部品を持つていることが望ましい。基準PLL34は送
信信号Ｔによつて直接駆動されており、且つPLL34及び4
8の出力は互いに減算されているので、発振器32におけ
る又はPLL34及び48に共通の部品における温度誘発性の
ドリフトに起因する出力信号Vgのドリフトが除去され
る。
第２図の回路に関する更なる詳細事項については、第
３図ないし第７図、及びこの論述に続く提案された構成
部品数値の表を見るとよい。この外に、指摘しておくべ
きことは、第７図に最もよく見られるように、受信PLL4
8が積分用増幅器IC10（帰還コンデンサC4付き）を備え
ていることである。位相比較器50の出力は電圧制御スイ
ツチIC1を経て積分用増幅器IC10の入力に結合され、且
つ又比例増幅器（IC7）に結合されている。スイツチIC1
0は、回路46からの出力が低いとき（信号ドロツプアウ
ト状態が存在しないとき）にはIC10の入力が位相比較器
50の出力に結合されてIC10の出力Vrが受信信号Ｒの周波
数の変化に比例した大きさで変化するようになるように
動作する。しかしながら、Ｒの大きさが「ドロツプアウ
ト」すると、ドロツプアウト検出器回路46の出力が高く
なつて、スイツチIC1が位相比較器50の出力をIC10の入
力から切離す。従つて、受信信号ドロツプアウトが生じ
ると、IC10の出力Vrはドロツプアウト状態が終わるまで
変化しないままになる。
比例増幅器IC7の出力及びIC10の出力Vrは反転加算増
幅器IC8によつて互いに加え合わされる。IC8の出力はVC
O54の入力に結合されて位相同期ループ回路48が完成す
る。
採択実施例の説明 第８図に最もよく見られるように、信号処理回路220
は4MHz主クロツク周波数の発振器222を備えており、こ
の周波数は周波数分割器ユニツト224に加えられる。ユ
ニツト224は40KHz送信周波数信号、500KHzクロツク周波
数fc,及び40816Hzの校正周波数fcal供給する。40KHz信
号は電力増幅器226を経て変換器28及び送信ホーン16に
加えられ、送信ホーンは40KHz超音波送信信号を発生す
る。
反射した超音波信号はホーン18及び受信変換器30によ
り受信されて、この変換器は周波数frの反射信号Ｒを発
生する。信号Ｒは前置増幅器232及び受信増幅器234によ
つて増幅されて方形化回路236及びドロプアウト検出回
路238の入力に加えられる。ドロツプアウト検出回路238
の出力は平常時には低いが、前置増幅器234の出力のピ
ーク振幅が例えば2.0ボルトのしきい値より下にとどま
つた場合には高くなる。
スイツチ240は送信周波数ft及び校正周波数fcalを224
から受け且つ反射周波数frを236から受ける。スイツチ2
40はこれらの周波数のうちの選択されたものを、同期用
フリツプフロツプ242のＣ入力に結合し且つ又１マイク
ロ秒遅延器248を経て受信ダウン計数器244のＣ入力に結
合する。スイツチ240のドロツプアウト禁止又は使用不
能出力はドロツプアウト検出器238に結合される。
Ｄ形フリツプフロツプ242のＤ又はデータ入力はドロ
ツプアウト検出回路238の出力に結合され、セツトＳ入
力は受信用ダウン計数器244の「０アウト」端子に結合
され、そしてＱ出力は受信ダウン計数器244及びクロツ
クダウン計数器246の禁止Inh入力に結合されている。
受信ダウン計数器244は又そのクロツク入力が１マイ
クロ秒遅延器248を経てスイツチ240の出力に結合されて
いる。12ビツト二進語（例えば、十進数1280に等しい）
がダウン計数器244のプラセツトデータピンに加えられ
る。ダウン計数器244の「０アウト」端子は又１マイク
ロ秒遅延器250を経て単安定マルチバイブレータ又はワ
ンシヨツト252の＋Ｔ入力に接続されている。「ラツチ
用」ワンシヨツト252の反転出力はラツチ254の反転読
取り（▲▼）入力と単安定マルチバイブレータ
又はワンシヨツト256の＋Ｔ入力とに結合されている。
「プリセツト用」ワンシヨツト256のＱ出力はオアゲー
ト257を経てクロツク用及び受信用のダウン計数器246及
び244のプリセツト制御入力に結合されている。オアゲ
ート257は又抵抗コンデンサ回路259に接続されている。
回路259及びオアゲート257はシステム電力（24から＋15
ボルトが得られる）がオンにされると計数器244及び246
をリセツトするように動作する。
ダウン計数器246のクロツク入力Ｃは周波数分割器ユ
ニツト224から500KHz周波数fcを受けている。二進語の1
2の最下位のビツト（16000＋512又は二進数100 0000 10
00 0000に等しい）がクロツクダウン計数器246のプリセ
ツトデータピンに加えられる。数16000は送信周波数ft
の1280サイクルによつて取られた時間に発生するクロツ
ク周波数fcのサイクルの数に等しい……（500 000÷40
000）×1280。ダウン計数器246の内容は10ビツトデータ
母線によりラツチ254に伝達される。
ラツチ254は10ビツトデータ母線によりデイジタル・
アナログ変換器258に結合され且つ出力増幅器260に結合
されている。オフセツトレベルが加合せ器262を経て加
えられ、基準化増幅器264が出力電圧Voを与える。
512のクロツクダウン計数器プリセツトオフセツト
は、車両の前進及び後進速度の全範囲が正のクロツクダ
ウン計数器の値によつて表わされるように選択されてい
る。これはＤ−Ａ変換器258がラツチ254からのすべての
デイジタル数を正として処理する場合に必要である。し
かしながら、負数能力を備えたＤ−Ａ変換器が使用され
る場合にはオフセツトは必要とされない。この場合に
は、結果として生じる最終のクロツクダウン計数器の数
は、前進速度に対しては正、零の速度に対しては零、後
進速度に対しては負になるであろう。
採択実施例の動作様式 正常動作中、スイツチ240は方形化増幅器236からのfr
周波数を選択している。ダウン計数器244及び246はプリ
セツト用ワンシヨツト256によるプリセツトパルスの発
生時に所定数に同時にプリセツトされる。受信ダウン計
数器は1280（二進数10100000000）にプリセツトされ
る。クロツクダウン計数器は、二進数000 1000 0000で
ある16512の12の最下位のビツトにプリセツトされる。
次に、ドロツプアウト検出器238によつて信号ドロツ
プアウト状態が検出されないと仮定して、受信ダウン計
数器244は、これのクロツク入力Ｃに加えられる周波数
である反射信号の周波数frに等しい率でカウントダウン
する。
ドツプラー方程式（１）を書き直すと、周波数偏移Δ
Ｆ＝fr-ftは対地速度Vgのマイル／時当り約82.87Hzであ
るということになる。すなわち、 （２） Δｆ＝（Vg×ft×2cosα）÷ｃ 従つて、受信ダウン計数器244は一般に、20mph前進対
地速度に対しては約30.727ミリ秒で0.0mphの対地速度に
対しては32ミリ秒で、又5mphの後進対地速度に対しては
約32.235ミリ秒で、1280から０までカウントダウンす
る。このようにして、受信ダウン計数器244は反射周波
数frの所定数のサイクルによつて占められた時間に等し
い可変期間を確立する。同時に、周波数分割器224から
の500KHz方形波クロツク周波数fcがクロツクダウン計数
器246のクロツク入力Ｃに加えられるので、この計数器
は500KHzの率でそれのプリセツト値からカウントダウン
を行う。計数器244及び246はそれぞれの率でカウントダ
ウンを続けて、ついに受信ダウン計数器244が０に達す
ると、その時点でその０アウト出力が低から高への遷移
（０−１）を生じる。この０−１遷移はフリツプフロツ
プ242のセツトＳ入力に加えられるので、フリツプフロ
ツプ242の平常時低いＱ出力及び両ダウン計数器244,246
のINH入力は高くなり、従つて両ダウン計数器244,246に
よるその後のカウントダウン動作が禁止される。
遅延器250のために１マイクロ秒後に、244の０アウト
の０−１遷移によりラツチ用ワンシヨツト252も又負の
１マイクロ秒パルスを発生する。このパルスの正に向か
う（又は後方の）縁部によりラツチ254はクロツクダウ
ン計数器246の内容を読み取る。非常に良い近似で、ク
ロツクダウン計数器246における最後の数Ｎは方程式 （３） Ｎ＝（（Δｆ×Nc×Nd）÷（ft×Nt））＋512 によつて決定される。ここで、Δｆはfr-ftに等しく、N
cは受信周期が測定される受信サイクルの数（1280）で
あり、Ndは送信周波数ft（40KHz）に対する主クロツク
周波数（4MHz）の比であり、且つNtはクロツク計数器入
力周波数（500KHz）に対する主クロツク周波数の比であ
る。例えば、前進20mph、0mph及び後進5mphの対地速度
に対しては、ラツチ254はそれぞれ約1173,512及び345の
値を収容している。このように、ラツチ254の内容は対
地速度に対して線形の関係になつている。このことは
又、方程式（３）のΔｆの代りに方程式（２）を用いて
次の方程式 （４） Ｎ＝（（Vg×2cosα×Nc×Nd）÷（Nt×ｃ））
＋512 を得ることによつても示すことができる。
従つて、最後の計数器Ｎは物理的な量Vg及びα並びに
デイジタル量Nc,Nd及びNtにだけ従属しているのがわか
る。この数は、4MHz主クロツク周波数が方程式（４）の
導出過程において消去されているので、この周波数のド
リフトには感じない。
今度は、やはりラツチ用ワンシヨツト252からの負の
パルスによりプリセツト用ワンシヨツト256が正の１マ
イクロ秒のパルスを発生し、これにより計数器244及び2
46が両方ともプリセツトされ且つダウン計数器の０アウ
ト出力がその初期の低い状態に復帰する。そこで、スイ
ツチ240からのパルス列の次の立上り縁部によりフリツ
プフロツプ242のＱ出力と計数器244及び246のInh入力と
がそれらの初期の低い状態にリセツトされて計数器244
及び246は再びカウントダウンを始めることができる。
Ｄ−Ａ変換器258はラツチ254の内容をアナログ電圧に
変換し、例えばラツチにおける１カウント変化がＤ−Ａ
変換器258の出力においては9.77ミリボルトの電圧変化
に対応するようになる。Ｄ−Ａ変換器258の出力は増幅
器260によつて増幅される。次に、オフセツト及び基準
化係数が加合せ器262及び可変増幅器264により加えられ
て、ラツチ内容Ｎに、従つて対地速度Vgに比例した出力
電圧Voが得られる。
今度は、反射信号Ｒの振幅が正常レベルにあるときに
は、ドロツプアウト検出器238の出力は低くなり、シス
テムは今述べたばかりのように動作する。しかしなが
ら、反射信号振幅は地面反射率の変動のために又は地面
の種々の反射部分からの波面の間の破壊的干渉のために
「ドロツプアウト」することがある。この信号ドロツプ
アウト状態のために速度検出装置が誤つた対地速度値を
発生することがある。この発明のこの採択実施例におい
ては、このドロツプアウト状態が生じたときにドロツプ
アウト検出回路238の出力及びフリツプフロツプ242のＤ
入力が高くなる。それで、スイツチ240からのパルス列
の次の立上り縁部において、フリツプフロツプ242のＱ
出力が高くなり、従つて両ダウン計数器244及び246はド
ロツプアウト状態が存在する限り禁止される。
ドロツプアウト状態が終わると、ドロツプアウト検出
回路238の出力及びフリツプフロツプ242のＤ入力は再び
低くなる。それで、240からのパルス列の次の低から高
への遷移時に、フリツプフロツプ242のＱ出力が再び低
くなつてダウン計数器244及び246が計数を再開する。こ
のようにして、ドロツプアウト状態は速度情報の品質を
低下させない。
このシステムにはスイツチ240の付加によつて試験能
力が与えられている。正常動作位置（図示の位置）にお
いては、スイツチ240は方形化回路236の出力を受信ダウ
ン計数器244に接続しており、従つてシステムは前述の
ように動作する。スイツチ240が「ゼロ」位置にあると
きには、40KHz送信周波数が受信ダウン周波数244に結合
されているので、システムが正しく動作しているなら
ば、ラツチ254の内容がゼロ対地速度を示すことにな
る。スイツチ240がその「CAL」位置にある場合には、4
0.816KHzの校正周波数fcalが受信ダウン計数器244に結
合されているので、ラツチ254の内容は所定の前進対地
速度を表示するはずである。スイツチ240が「ゼロ」又
は「校正」位置にあるときには、それによりドロツプア
ウト検出器238がその低い出力状態にとどまり、従つて
ドロツプアウト状態は試験機能を妨害しない。
この発明が車両対地速度以外の速度を検出するために
使用することができることは理解されるはずである。例
えば、ホーン16及び18を回転するタイヤに向けたとすれ
ば、タイヤの回転速度の測定が行われることになろう。
同様に、ホーンをこれに対して移動する物体、例えばコ
ンバインを通つて移動する麦わらマツト、に向けたとす
ればこの発明はこの移動する物体の速度を検出すること
になろう。
次のものは第９図ないし第15図の採択実施例に示され
た構成部品に対する推薦された値の表である。表Ａは第
９図、第10図及び第12図ないし第14図に対応する。表Ｂ
は第15図、並びに第11図の素子234及び236に対応する。
表Ｃは第11図の素子230及び232に対応する。
これまでこの発明を特定の実施例に関連して説明して
きたが、多くの代替例、変更例及び変形例が前述の説明
に照らして技術に通じた者に明らかであることは理解さ
れるはずである。従つて、この発明は特許請求の範囲の
欄の精神及び範囲内に入るそのようなすべての代替例、
変更例及び変形例を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は速度検出装置の簡単化された概略図である。 第２図は第１図の信号処理回路の一実施例の概略的構成
図である。 第３図から第７図までは第２図の種々の部分の詳細な回
路図である。 第８図はこの発明による信号処理装置の採択実施例の概
略的構成図である。 第９図から第15図までは第８図の種々の部分の詳細な回
路図である。 これらの図面において、10は対地速度検出装置、20は信
号処理回路、22は送信機、24は受信機、34は基準位相同
期ループ回路、36は比較器、38は低域フイルタ、40は電
圧制御発振器、46はドロツプアウト検出器、48は受信位
相同期ループ回路、50は比較器、52はフイルタ回路、54
は電圧制御発振器、IC1は電圧制御スイツチ、IC7は比例
増幅器、IC8は反転加算増幅器、IC10は積分用増幅器、2
20は信号処理回路、238はドロツプアウト検出器、240は
スイツチ、242はフリツプフロツプ、244は受信ダウン計
数器、246はクロツクダウン計数器、252は単安定マルチ
バイブレータ、254はラツチ回路、256は単安定マルチバ
イブレータ、257はオアゲートを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガーン・フアーレイ・ペンフオード アメリカ合衆国イリノイ州61244，イー スト・モーリン，サーテイーサード・ア ベニユー 554 (72)発明者 ラリー・ウエイン・フアーガソン アメリカ合衆国アイオワ州52722，ベツ テンドルフ，コーチマン・ロード 5172 (56)参考文献 特開 昭49−86049（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−39971（ＪＰ，Ａ) 特表 昭58−501519（ＪＰ，Ａ) 米国特許3863198（ＵＳ，Ａ) 米国特許4052722（ＵＳ，Ａ) 米国特許4021681（ＵＳ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ドップラー速度センサであって、 イ） 送信周波数（ft）の発振信号（Ｔ）を発生する手
    段（32;222,224）と、 ロ） 前記発振信号を受けるように接続されており、前
    記センサに対し相対的に移動する物体に対し前記送信周
    波数（ft）の波を発生する送信機（22,16）と、 ハ） 前記物体により反射される波を受けてドップラー
    偏移周波数（fr）を有する反射信号（Ｒ）を発生する受
    信機（18,24;18,30）と、 ニ） 前記反射信号を受けるように接続された入力と、
    前記反射信号のレベルが所定のしきい地（Vth）より下
    になったときにのみドロップアウト信号を発生する出力
    （D/O）とを有するドロップアウト検出器（46;238）
    と、 ホ） 前記発振信号と前記反射信号とを受けるように接
    続され、且つ前記ドロップアウト検出器の前記出力に接
    続されており、前記ドップラー偏移周波数と前記送信周
    波数との間の差に比例した出力信号（V0）を発生し、且
    つ前記ドロップアウト信号が存在する間前記出力信号を
    変化しないように保持する回路手段（34,48,58;242〜26
    4）と、 を備え、これにより前記出力信号（V0）が前記ドップラ
    ー偏移（Δｆ）に対応した相対的移動速度（Vg）を表す
    こと、を特徴とするドップラー速度センサ。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載のドップラー
    速度センサにおいて、 前記回路手段は、 イ） 前記発振信号を受けるように接続されており、所
    定の周波数と前記送信周波数との間の差に比例した第１
    の信号（Vt）を与える手段（34）と、 ロ） 前記反射信号を受けるように接続されており、前
    記所定周波数と前記反射信号の前記ドップラー偏移周波
    数（fr）との間の差に比例した第２の信号（Vr）を発生
    する第１の位相同期ループ回路手段（48）であって、該
    第１位相同期ループ回路手段は、前記ドロップアウト検
    出器の前記出力にも接続されていて前記ドロップアウト
    信号の存在の間前記第２信号（Vr）を変化しないよう保
    持し、前記第２信号は、前記第１位相同期ループ回路手
    段内に含む低域フィルタ（52）からの出力電圧である、
    前記の第１の位相同期ループ回路手段（48）と、 ハ） 前記第１信号と前記第２信号を組み合わせて前記
    出力信号を発生する手段（58）と、 を含むこと、を特徴とするドップラー速度センサ。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載のドップラー
    速度センサにおいて、 前記ドロップアウト検出器（46）は、 イ） 前記反射信号を受けるように結合された入力を有
    しており前記反射信号（Ｒ）を整流する整流器（D1,D
    2）であって、整流した信号を発生する出力を有する、
    前記整流器（D1,D2）と、 ロ） 前記整流信号を受けるように結合されており、前
    記整流信号を平滑化する平滑化手段（IC6,C9）であっ
    て、整流し平滑化した信号を発生する出力を有する、前
    記の平滑化手段（IC6,C9）と、 ハ） 前記所定のしきい値に結合された第１の入力と、
    前記整流し平滑化した信号を受けるように結合された第
    ２の入力と、前記整流し平滑化した信号のレベルが前記
    所定のしきい値より下になったときにのみ前記ドロップ
    アウト信号を発生する出力と、を有する比較器（IC11）
    と、 を含むこと、を特徴とするドップラー速度センサ。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第２項または第３項に記載
    のドップラー速度センサにおいて、 前記第１位相同期ループ回路手段（48）は、 イ） 制御電圧を受けるように結合された入力と、出力
    と、を有する電圧制御発振器（54）と、 ロ） 前記反射信号を受けるように結合された第１の入
    力と、前記電圧制御発振器の前記出力に結合された第２
    の入力と、出力と、を有する位相比較器（50）と、 を含み、 前記低域フィルタ（52）は、 イ） 前記位相比較器の前記出力に結合された第１の端
    子と、第２の端子と、前記ドロップアウト検出器（46）
    の前記出力に結合された第３の端子と、を有するスイッ
    チ（IC1）であって、前記ドロップアウト信号が該スイ
    ッチの前記第３端子に存在するときのみ前記第１端子と
    前記第２端子とを分離する、前記のスイッチ（IC1）
    と、 ロ） 該スイッチの前記第２端子に結合された入力を有
    しており、前記スイッチの前記第２端子からの出力を積
    分して前記第２信号を発生する積分器（IC10,C4）と、 を含むこと、 を特徴とするドップラー速度センサ。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項に記載のドップラー
    速度センサにおいて、前記第２信号（Vr）は、前記相対
    的移動速度に対応する大きさを有すること、を特徴とす
    るドップラー速度センサ。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第４項または第５項に記載
    のドップラー速度センサにおいて、 前記第１位相同期ループ回路手段の前記低域フィルタ
    （52）は、 前記位相比較器の前記出力に結合された第１の入力と、
    前記積分器からの前記第２信号を受けるように結合され
    た第２の入力と、を有しており、前記位相比較器からの
    出力に比例した信号を、前記積分器からの前記第２信号
    に加算して前記電圧制御発振器の前記入力に制御電圧を
    発生する加え合せ増幅器（IC8）、 を含むこと、を特徴とするドップラー速度センサ。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第２項から第６項のいずれ
    かに記載のドップラー速度センサにおいて、 前記の第１の信号を与える手段は、前記発振信号（Ｔ）
    を受けるように結合された入力を有する第２の位相同期
    ループ回路手段（34）を含み、該第２位相同期ループ回
    路手段は、低域フィルタ（38）を含んでいて、該低域フ
    ィルタからの出力電圧は前記第１信号（Vt）を形成する
    こと、 を特徴とするドップラー速度センサ。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第１項に記載のドップラー
    速度センサにおいて、 前記回路手段（242〜264）は、 イ） 前記反射信号を受け且つ前記ドップラー偏移周波
    数の所定数のサイクルに対応する可変長の期間を確立す
    る第１計数器（244）であって、禁止入力（Inh）と、前
    記反射信号を受けるように結合されたクロック入力
    （Ｃ）と、０アウト端子（“0"OUT）と、プリセット入
    力（PE）と、を有する前記の第１計数器（244）と、 ロ） 前記送信周波数（ft）に関係した一定周波数（f
    c）を有する固定の信号を受け且つ前記の確立された期
    間の間前記一定周波数で計数を行う第２計数器（246）
    であって、前記の期間の終了時における該第２計数器の
    内容が前記物体の速度（Vg）を示すようになっており、
    且つ禁止入力（Inh）と、前記一定周波数を有する前記
    固定の信号を受けるように結合されたクロック入力
    （Ｃ）と、プリセット入力（PE）と、を有する前記の第
    ２計数器（246）と、 ハ） 前記第１計数器の前記０アウト端子に結合された
    入力と、出力と、を有する第１単安定マルチバイブレー
    タ（252）と、 ニ） 該第１単安定マルチバイブレータの前記出力に結
    合された入力と、前記第１計数器及び前記第２計数器の
    各前記プリセット入力に結合された出力と、を有する第
    ２単安定マルチバイブレータ（256）と、 ホ） 前記第２計数器の内容を受けるように結合された
    データ入力と、前記第１単安定マルチバイブレータの前
    記出力に結合された読取り入力と、を有するラッチ（25
    4）であって、前記第１単安定マルチバイブレータの起
    動により該ラッチが前記第２計数器の内容を読み取って
    内部に記憶するようになった、前記のラッチ（254）
    と、 ヘ） 前記反射信号を受けるように結合されたクロック
    入力（Ｃ）と、前記第１計数器の前記０アウト端子に結
    合されたセット入力（Ｓ）と、前記ドロップアウト信号
    を受けるように結合されたデータ入力（Ｄ）と、前記第
    １計数器及び前記第２計数器の各前記禁止入力に結合さ
    れたＱ出力と、を有するフリップフロップ（242）と、 ト） 前記第１計数器の前記０アウト端子は、前記の期
    間の終了時に状態を変え、これに応答して前記フリップ
    フロップのＱ出力及び前記第１計数器及び前記第２計数
    器の各前記禁止入力が第１状態から第２状態に変化し、
    これにより前記第１計数器及び前記第２計数器のその後
    の計数を阻止し、また、前記第１計数器の前記０アウト
    端子の状態変化により前記第１単安定マルチバイブレー
    タが起動し、これにより前記第２単安定マルチバイブレ
    ータが起動し、該第２単安定マルチバイブレータの起動
    により前記第１計数器及び前記第２計数器をそれぞれ第
    １の初期値及び第２の初期値にリセットし、 チ） 前記第２単安定マルチバイブレータの前記出力に
    結合された第１の入力と、前記第１計数器及び前記第２
    計数器の前記プリセット入力に結合された出力と、第２
    入力と、を有するオアゲート（257）と、 リ） 接地と前記オアゲートの前記第２入力との間に結
    合された抵抗（R24）と、システム電力がターンオンさ
    れたときに付勢されるスイッチ付き端子と、 ヌ） 前記オアゲートの前記第２入力と前記スイッチ付
    き端子との間に結合されたコンデンサ（C21）であっ
    て、前記スイッチ付き端子が付勢されたときに、瞬時的
    信号が前記コンデンサ及び前記オアゲートを通して前記
    プリセット入力に送られて、これにより前記第１計数器
    及び前記第２計数器が、システム電力のターンオン時に
    それらの初期値にリセットされるようにする、前記のコ
    ンデンサ（C21）と、 を含むこと、を特徴とするドップラー速度センサ。
JP60287619A 1984-12-20 1985-12-20 ドロツプアウト検出を備えた対地速度センサ Expired - Lifetime JP2506650B2 (ja)

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