JP2750214B2

JP2750214B2 - データ伝送装置の移動物体検知装置

Info

Publication number: JP2750214B2
Application number: JP2259114A
Authority: JP
Inventors: 孝鈴木
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH04136782A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は移動物体に対してデータ伝送を行なうデータ
伝送装置に係わり、特に、移動部物体からの送信電波の
反射波を検出して移動物体の有無を検知するようにした
データ伝送装置の移動物体検知装置に関する。

［従来の技術］例えば飛行機，車，電車，船舶等の移動物体に対して
地上の固定基地から各種のデータを無線を利用して伝送
する機能の他に、移動物体の移動速度を測定する速度測
定機能が組込まれたデータ伝送装置が提唱されている
（特開平１−267486号）。

このデータ伝送装置は、例えば第４図に示すように、
道路１の脇に立てられた支柱２に高周波電波を送受信す
るアンテナ３が道路１を向くように取付けられている。
そして、アンテナ３が送受信する電波の指向性の範囲に
自動車等の移動物体４が侵入すると、移動物体４に取付
けられたアンテナ５で電波が受信される。一方、アンテ
ナ３から出力された電波の一部は移動物体４の表面で反
射されて、再度アンテナ３へ入射される。したがって、
この反射電波を用いて移動物体４の有無を検知できる。

例えば10〜15G Hzの周波数f_Cを有する搬送波信号を移
動物体４に送信すべきデジタルデータ信号b₁でもって振
幅変調する。そして、振幅変調された送信信号e₁がアン
テナ３を介して移動物体４へ向けて電波出力される。移
動物体４は自己のアンテナ５で送信信号e₁を受信する
と、その信号e₁を自己の検波回路で復調すれば元のデジ
タルデータ信号が得られる。

また、デジタルデータ信号b₁の伝送速度を例えば標準
的な16k bpsスプリットフェーズに設定した場合には、
デジタルデータ信号b₁の単位データの継続時間Tsは31.2
5μｓとなる。

また、前記受信信号n₁を検波すと前記デジタルデータ
信号b₁に対応する復調信号g₁が得られるが、受信信号n₁
は送信信号e₁に対して、電波がアンテナ３から移動物体
４の間を往復するに要する時間だけ遅れる。この遅れ時
間ΔＴの期間はアンテナに入出力される信号は移動物体
４から反射された受信信号n₁のみとなる。すなわち、電
波が移動物体４まで往復する間に大きく減衰するので、
受信信号n₁の信号レベルは送信信号e₁の信号レベルに比
較して50〜60dB以上も低下する。したがって、たとえア
ンテナ３の入力端に挿入されたサーキュレータにて受信
信号n₁を分離したとしても、受信信号n₁には送信信号e₁
の成分が大きく含まれる。したがって、受信信号n₁のみ
を取出すためには、受信信号n₁のうちの前述した遅れ時
間ΔＴの信号成分のみを検出すればよい。

この遅れ時間ΔＴ内の受信信号n₁を検出できれば、移
動物体４の反射電波を確実に検出できたことになり、ア
ンテナ３の指向性の範囲内に該当移動物体４が存在する
ことが確認される。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、例えば、第４図に示すように、デジタ
ルデータ信号が確実に移動物体４に受信される条件や、
移動物体４を速度測定する場合に対象移動物体を特定す
るための条件等によって、アンテナ３の指向性の範囲
は、アンテナ３から２〜5mの範囲である。したがって、
例えば2mの距離を電波が往復するに要する時間は、約1
3.2ns（ナノセカンド）となる。

よって、前述した受信信号n₁の送信信号b₁に対する遅
れ時間ΔＴは10〜15ns程度となる。この非常に短い期間
ΔＴ内に受信信号n₁の信号レベルを例えばサンプルホー
ルド回路やピークホールド回路で検出することは非常に
困難であった。

すなわち、サンプルホールド回路においては、外部か
ら入力された所定パルス幅を有したサンプリング信号の
パルス継続期間だけ入力信号を取込んで例えばコンデン
サ等に充電する。そして、サンプリング信号のパルス継
続期間が終了すると、コンデンサの端子電圧をサンプル
ホールド電圧として出力する。しかし、当然サンプリン
グ信号のパルス幅は前記遅れ時間ΔＴより短い必要があ
るので、パルス幅は10ns以下に設定する必要がある。し
たがって、サンプルホールド回路のコンデンサにおいて
も、その短い時間内に端子電圧が規定電圧まで上昇する
必要がある。その結果、コンデンサの容量を非常に小さ
く設定する必要がある。

コンデンサの容量が小さいと、たとえサンプルホール
ド期間中であっても短時間で放電してしまう。サンプリ
ング信号の周期は前述したデジタルデータ信号における
単位データの継続時間T_Sの２倍の値（62.5μｓ）である
ので、次のサンプリング信号が入力されるまでに、完全
に放電されてしまい、サンプルホールド回路としての機
能が十分果たせないことになるる。その結果、受信信号
n₁を正確に検出できないので、移動物体４の有無を確実
に検出できない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、高速用と低速用との２種類のサンプルホールド回路
を直列接続することによって、たとえ受信信号の送信信
号に対する遅れ時間が10ns程度であったとしも、確実に
その遅れ時間内に受信信号の有無を検出でき、結果とし
て、通常のデータ送信に加えて移動物体の有無の確実に
検知できるデータ伝送装置の移動物体検知装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記課題を解消するために本発明は、高周波の搬送波
信号をデジタルデータ信号でもって振幅変調して送信信
号としてアンテナに印加して、このアンテナから移動物
体に向けて電波送信するとともに、この移動物体にて反
射された電波をアンテナを介して受信して、この受信信
号の送信信号に対する時間遅れから移動物体の有無を検
出するデータ伝送装置の移動物体検知装置であって、受信信号を検波する検波回路と、デジタルデータ信号
の信号レベル変化に同期してこのデジタルデータ信号の
単位データの継続時間より短いパルス幅を有する第１の
サンプリング信号を出力する第１のサンプリング信号発
生回路と、第１のサンプリング信号に同期して受信信号
の送信信号に対する遅れ時間より短いパルス幅を有する
第２のサンプリング信号を出力する第２のサンプリング
信号発生回路と、検波回路の出力信号を第２のサンプリ
ング信号の継続期間だけ取込んでサンプルホールドする
高速サンプルホールド回路と、この高速サンプルホール
ド回路の出力信号を第１のサンプリング信号の継続期間
だけ取込んでサンプルホールドする低速サンプルホール
ド回路と、この低速サンプルホールド回路の出力信号を
平均化して移動物体の検知信号として出力する出力回路
とを備えたものである。

［作用］このように構成されたデータ伝送装置の移動物体検知
装置によれば、アンテナから入力された受信信号は検波
回路で検波されて高周波の搬送周波数成分が除去され、
元のデジタルデータ信号に近似した波形を有する信号と
なる。そして、この検波回路の出力信号波形は元のデジ
タルデータ信号の波形に比較して、アンテナから出力さ
れた電波が移動物体に当たって反射して再度アンテナに
入力されるまでの往復に要する時間だけ遅れる。遅延し
た検波回路の出力信号は高速サンプルホールド回路へ入
力される。高速サンプルホールド回路において、入力し
た検波回路の出力信号は、前記遅れ時間に相当する期間
内において第２のサンプリング信号の継続期間だけ取込
まれてサンプルホールドされる。そして、この高速サン
プルホールド回路でサンプルホールドされた出力信号は
次の低速サンプルホールド回路で再度サンプルホールド
される。

すなわち、高速サンプルホールド回路てもってサンプ
ルホールドされた出力信号は次の第２のサンプリング信
号が入力するまでに信号レベルが大幅に低下するが、低
速サンプルホールド回路でもって低下しないうちに再度
サンプルホールドすることによって、高速サンプルホー
ルド回路でサンプルホールドした値を保持する。なお、
低速サンプルホールド回路で高速サンプルホールド回路
の出力信号を取込む期間は、第２のサンプリング信号の
パルス幅に比較して十分長く設定できるので、低速サン
プルホールド回路の出力信号が放電等によって低下する
ことはない。

よって、遅れ時間内に存在する受信信号を確実に検出
でき、移動物体の有無を検知できる。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の移動物体検知装置が組込まれたデー
タ伝送装置の概略構成を示すブロック図である。

入力端子11から入力された移動物体に送信すべきデジ
タルデータ信号ｂは、第３図のタイムチャートに示すよ
うに、第５図に示したデジタルデータ信号b₁と同様に、
単位データの継続期間T_Sが31.25μｓの16k bpsスプリッ
トフェーズ信号である。入力されたデジタルデータ信号
ｂは入出力ポート12を介してドライバ13にて、振幅変調
回路14内の変調器15の変調端子を制御する。

振幅変調回路14内には、例えば10G Hzの周波数f_Cを有
する搬送波信号ａを出力する発振器16が組込まれてお
り、この発振器16から出力された搬送波信号ａはアイソ
レータ17を介して変調器15へ入力され、第３図に示すよ
うに、この変調器15でもって変調端子へ印加されている
ドライバ13の出力信号ｄにて振幅変調される。変調器15
にて変調された搬送波信号は送信信号ｅとしてサーキュ
レータ18を介してアンテナ19へ印加される。そして、こ
のアンテナ19から自動車等の移動物体20に向けて電波放
射される。

移動物体20は送信電波を自己のアンテナ21で受信し
て、受信信号を自己内に搭載された受信機で検波して、
元のデジタルデータ信号を取出して例えば表示器に表示
する。

一方、アンテナ19から出力された送信電波の一部は移
動物体20の表面で反射されて反射電波として再度アンテ
ナ19へ入射する。アンテナ19に入射した受信信号ｎはサ
ーキュレータ18で分離されて検波回路22へ入力する。な
お、このサーキュレータ18における送信信号ｅと受信信
号ｎとを分離する能力は15dB程度である。受信信号ｎの
信号レベルは送信信号ｅの信号レベルに比較して50〜60
dB以上も低いので、検波回路22に入力された受信信号ｎ
は高周波増幅器23で増幅された後、検波器24で元のデジ
タルデータｂに対応する波形に検波される。検波された
信号は再度増幅器25で増幅された後、この検波回路22か
ら出力される。

前記入出力ポート12のデジタルデータ信号ｂに対応す
る出力信号ｃは、第３図に示すように、遅延回路35で微
小時間Δｔだけ遅延されて第１のサンプリング信号発生
回路36へ入力される。この微小時間Δｔはデジタルデー
タ信号ｂと振幅変調回路14から出力される送信信号ｅと
の間の時間遅れに相当する値に設定されてる。

遅延回路35の出力信号ｈを受信した第１のサンプリン
グ信号発生回路36は、第３図に示すように、この出力信
号ｈの立下がりに同期してデジタルデータ信号ｂの単位
データの継続機関T_Sより短い例えば10μｓのパルス幅T₁
を有した第１のサンプリング信号ｉを低速サンプルホー
ルド回路37へ印加するとともに、第２のサンプリング信
号発生回路38へ送出する。第２のサンプリング信号発生
回路38は、第３図に示すように、入力された第１のサン
プリング信号ｉの立上がりに同期して、受信信号ｎの送
信信号ｅに対する遅れ時間ΔＴより短い例えば1nsのパ
ルス幅T₂を有した第２のサンプリング信号ｊを高速サン
プルホールド回路39へ印加する。この1nsという極端に
短いパルス幅T₂のパルス信号は、例えばスナップオフダ
イオードの急峻な立上り特性を利用して高速電子スイッ
チでもって作成される。なお、この立上り特性を利用す
れば、数百ps（ピコセカンド）幅のパルスを作成するこ
とが可能である。

高速サンプルホールド回路39および低速サンプルホー
ルド回路38は第２図に示すように構成されている。

検波回路22の出力信号ｇは高速サンプルホールド回路
39内の入力バッファアンプ39aを介してアナログスイッ
チ39bを経て出力バッファアンプ39cへ入力される。各バ
ッファアンプ39a,39bの（−）側入力端子はこの高速サ
ンプルホールド回路39の出力端子に接続されている。ま
た、出力バッファアンプ39cの入力端子と接地間には抵
抗39dとコンデンサ39eの並列回路が接続されている。な
お、コンデンサ39eの容量は22pFと非常に小さい値に設
定している。そして、前記アナログスイッチ39bは第２
のサンプリング信号ｊが入力している1nsの期間T₂だけ
閉成される。すなわち、検波回路22の出力信号ｇは第２
のサンプリング信号ｊの継続期間T₂だけアナログスイッ
チ39bを通過する。コンデンサ39eはその期間T₂に規定電
圧まで充電される。前記継続期間T₂が経過すると、アナ
ログスイッチ39bが開放されるので、出力バッファアン
プ39cの出力信号ｋはコンデンサ39eの端子電圧となる。
よって、この高速サンプルホールド回路39は出力信号ｇ
における遅れ時間ΔＴ内の信号レレベルをサンプルホー
ルドして出力する。

高速サンプルホールド回路39の出力信号ｋが入力され
る低速サンプルホールド回路37も高速サンプルホールド
回路39と同様に、入力バッファアンプ37a,アナログスイ
ッチ37b,出力バッファアンプ37c,抵抗37d,コンデンサ38
eで構成されている。但し、コンデンサ37eの容量は1000
pFと他方のコンデンサ39eより59倍近い値に設定されて
いる。そして、アナログスイッチ37bは第１のサンプリ
ング信号ｉが入力している10μｓの期間T₁だけ閉成され
る。よって、この低速サンプルホールド回路37は高速サ
ンプルホールド回路39の出力信号ｋのうちの、サンプル
開始時刻から10μｓの期間T₁経過するまでの信号レベル
をサンプルホールドして出力する。

低速サンプルホールド回路37の出力信号ｌは出力回路
40へ入力される。出力回路40はローパスフィルタ41と増
幅器42とで構成されており、低速サンプルホールド回路
37の出力信号ｌを平均化して、例えばTTLレベルまで増
幅して、物体検知信号ｍとして出力端子43から出力す
る。

次に、このように構成されたデータ伝送装置に組込ま
れた移動物体検知装置の動作を第３図を用いて説明す
る。

例えば時刻t₁にてデジタルデータ信号ｂが立下ると、
時刻t₁から微小時間Δｔ遅れて振幅変調回路14から出力
されている振幅変調された送信信号ｅが立下る。そし
て、移動物体20が存在すれば、移動物体20で反射されて
アンテナ19へ入射してサーキュレータ18で分離された受
信信号ｎはアンテナ19から移動物体20までの距離に対応
した例えば13〜20nsのΔＴ時間だけ遅れた時刻t₃にて立
下る。その結果、検波回路22の出力信号ｇも時刻t₃にて
立下る。

一方、遅延回路35の出力信号ｈはデジタルデータ信号
ｂの立下り時刻t₁から微小時間Δｔ経過した、送信信号
ｅの立下り時刻と同一時刻t₂で立下がる。その結果、第
1,第２のサンプリング信号i,jが時刻t₂にて同時に立上
がる。第２のサンプリング信号ｊのパルス幅T₂は1nsで
あるので、出力信号ｇの立下り時刻t₃より前に第２のサ
ンプリング信号ｊは立下がる。したがって、高速サンプ
ルホールド回路39においては、サーキュレータ19から回
り込んだ送信信号ｂの影響がまったく含まれなく、受信
信号ｎのみが含まれる、遅れ時間ΔＴに相当する時刻t₂
〜t₃の間の信号レベルがサンプルホールドされる。そし
て、前述したように、1nsという極く短い時間でコンデ
ンサ39eを充電する必要上、コンデンサ39eの容量が小さ
いので、図示するように、次の第２のサンプリング信号
ｊが入力する時刻t₄までのサンプロホールド期間にコン
デンサ39eの放電により出力信号ｋの信号レベルが低下
する。

この出力信号ｋは低速サンプルホールド回路37へ入力
される。低速サンプルホールド回路37においては、高速
サンプルホールド回路39の出力信号ｋが充分高い信号レ
ベルを維持している期間の信号レベルをサンプルホール
ドすればよいので、第１のサンプリング信号ｉのパルス
幅T₁を10μｓと長く設定でき、コンデンサ37eの容量は
十分大きい値に設定できる。よって、この低速サンプル
ホールド回路37の出力信号ｌの信号レベルは、次の第１
のサンプリング信号ｉが入力する時刻t₄までのサンプロ
ホールド期間に、コンデンサ37eの放電により低下する
ことはない。よって、物体検知信号ｍはＨレベルの信号
レベルを維持できる。

また、例えば時刻t₄以降に移動物体20が移動して、ア
ンテナ19の指向性範囲から外れると、移動物体20からの
反射電波が途絶えるので、サーキュレータ18にて分離さ
れた受信信号ｎには移動物体20からの受信信号は含まれ
なくて、サーキュレータ18から回り込んだ送信信号の成
分のみとなる。よって、この受信信号ｎの立下り時刻t₅
は送信信号ｂの立下り時刻と一致する。よって遅れ時間
ΔＴが存在しないので、第1,第２のサンプリング信号i,
jの継続期間T₁.T₂において、検波回路22の出力信号ｇは
ほぼ０レベルであるので、各サンプルホールド回路39,3
7の各出力信号k,lも０レベルである。よって、物体検知
信号ｍはＬレベルへ変化する。

このように構成されたデータ伝送装置の移動物体検知
装置によれば、移動物体20が存在することによって生じ
る、受信信号ｎの送信信号ｂとの間の例えば13〜20nsの
非常に短い遅れ時間ΔＴ内の受信信号ｎの高速サンプル
ホールド回路39と低速サンプルホールド回路37との２段
階のサンプルホールド回路を用いることによって、物体
検知信号ｍとして確実に把握できる。

このように、データ伝送装置に、本来のデータ伝送機
能に加えて、本来別の装置で実現すべき移動物体の有無
を確実に検知できる機能を付加することができるので、
装置全体を小型軽量に構成できると共に、製造費を低減
できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明のデータ伝送装置の移動物
体検知装置によれば、高速用と低速用との２種類のサン
プルホールド回路を直列接続することによって、たとえ
移動物体からの反射電波に起因する受信信号の送信信号
に対する遅れ時間が10ns程度であったとしも、確実にそ
の遅れ時間内に受信信号の有無を検出できる。したがっ
て通常のデータ送信および速度測定に加えて移動物体の
有無の確実に検知できる。よて、従来別々の装置で実現
していた機能を１台の装置で実現できるので、装置全体
を小型軽量に構成できると共に、製造費を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる移動物体検知装置が
組込まれたデータ伝送装置全体を示すブロック図、第２
図は同実施例装置の各サンプルホールド回路を取り出し
て示す回路図、第３図は同実施例装置の動作を示すタイ
ムチャート、第４図は一般的なデータ伝送装置の取付状
態を示す模式図である。 14……振幅変調回路、18……サーキュレータ、19……ア
ンテナ、20……移動物体、22……検波回路、35……遅延
回路、36……第１のサンプリング信号発生回路、37……
低速サンプルホールド回路、38……第２のサンプリング
信号発生回路、39……高速サンプルホールド回路、40…
…出力回路、ａ……搬送波信号、ｂ……デジタルデータ
信号、ｅ……送信信号、ｉ……第１のサンプリング信
号、ｊ……第２のサンプリング信号、ｍ……物体検知信
号、ｎ……受信信号。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波の搬送波信号（ａ）をデジタルデー
タ信号（ｂ）でもって振幅変調して送信信号（ｅ）とし
てアンテナ（19）に印加して、このアンテナから移動物
体（20）に向けて電波送信するとともに、この移動物体
にて反射された電波を前記アンテナを介して受信して、
この受信信号（ｎ）の前記送信信号に対する時間遅れか
ら前記移動物体の有無を検出するデータ伝送装置の移動
物体検知装置であって、前記受信信号を検波する検波回路（22）と、前記デジタ
ルデータ信号の信号レベル変化に同期してこのデジタル
データ信号の単位データの継続時間より短いパルス幅を
有する第１のサンプリング信号を出力する第１のサンプ
リング信号発生回路（36）と、前記第１のサンプリング
信号に同期して前記受信信号の送信信号に対する遅れ時
間より短いパルス幅を有する第２のサンプリング信号を
出力する第２のサンプリング信号発生回路（38）と、前
記検波回路の出力信号を前記第２のサンプリング信号の
継続期間だけ取込んでサンプルホールドする高速サンプ
ルホールド回路（39）と、この高速サンプルホールド回
路の出力信号を前記第１のサンプリング信号の継続期間
だけ取込んでサンプルホールドする低速サンプルホール
ド回路（37）と、この低速サンプルホールド回路の出力
信号を平均化して前記移動物体の検知信号として出力す
る出力回路（40）とを備えたデータ伝送装置の移動物体
検知装置。