JP2835169B2 - データ伝送装置に組込まれた速度測定装置 - Google Patents

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
反射電波を検出して移動物体の移動速度を測定するデー
タ伝送装置に組込まれた速度測定装置に関する。

［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）。

第５図はこのデータ伝送装置の概略構成を示すブロッ
ク図であり、第６図は各部の信号波形図である。発振器
１から出力された10GHz程度の高周波の搬送波信号ａは
アイソレータ２を介してAM変調器３へ入力される。ま
た、被移動物体４へ送出すべきデジタルデータ信号ｂは
データ設定器５からAM変調器３へ入力される。AM変調器
３は搬送波信号ａをデジタルデータ信号ｂで振幅変調す
る。AM変調器３から出力された変調信号は送信信号ｃと
してアイソレータ6,入力検波器７を介してアンテナ８へ
入力される。そして、アンテナ８から移動物体４に向け
て電波放射される。

移動物体４はアンテナ７から放射された送信電波ｅを
自己のアンテナ９で受信し、内部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す。

一方、移動物体４の表面で反射した反射電波ｆは再び
アンテナ８を介して入力検波器７へ入力される。この入
力検波器７は、アンテナ８にて受信した受信信号とアン
テナ８へ送出した送信信号ｃとを混合（ミキサ）して受
信信号に含まれるデータ信号成分を検波信号ｇとして取
出す。この場合、移動物体４が移動動中であれば、その
移動速度Ｖに対して10GHzの搬送波信号ａの周波数がfd
だけ移動する。したがって、周波数fdのドプラー信号成
分が検波信号ｇにおけるデジタルデータ信号のパルス波
形に重畳する。この周波数fdのドプラー信号成分および
デジタルデータ信号成分を含む検波信号ｇは差動増幅器
10の（＋）側入力端子へ入力される。

差動増幅回路10は（＋）側入力端子へ入力された検波
信号ｇの波形から（−）側入力端子へ入力されたデータ
設定器５からのデジタルデータ信号ｄの波形を差引く。
すると、両信号g,d波形に含まれる共通のデジタルデー
タ信号波形がキャンセルされて、この差動増幅器10から
ドプラー周波数fdのみを含んだドプラー信号ｈが出力さ
れる。演算回路11は、このドプラー信号ｈの周波数fdを
用いて移動物体４の移動速度Ｖを算出する。算出された
移動速度Ｖは表示器12に表示される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら第４図に示したデータ伝送装置に組込ま
れた速度測定装置おいてもまだ次のような問題がある。

例えば時速100K/m程度で走行している移動物体４の移
動速度Ｖを例えば３桁程度の有効桁数でもって測定する
場合には、搬送波信号ａの周波数f_cを10〜150GHz程度の
高周波に設定する必要かある。仮に、搬送波信号ａの周
波数f_cが10GHzであり、移動物体４の移動速度御ｖを通
常の100km/h程度とすると、ドプラー周波数fdは±1853H
z程度となる。

一方、デジタルデータ信号ｄのデータを標準的な9.6k
bpsスプリットフェーズとした場合には、このデジタル
データ信号ｄのサンドバンドノイズがドプラー周波数領
域に入り込むため、前述したドプラー周波数fdに重なる
部分が多くなる。

このデジタルデータ信号の成分は第６図に示すよう
に、差動増幅器10に入力される検波信号ｇにも含まれる
のので、この差動増幅器10でキャンセルされる。

しかし、一般にデータ伝送装置は野外に配設されるの
で周囲温度が大きく変動する。周囲温度が変化すると、
例えば入力検波器７における出力信号レベルが大きく変
動する。特に、入力検波器７内に組込まれた検波用のダ
イオードの特性は周囲温度に大きく影響される。その結
果、検波信号ｇの信号レベルが周囲温度によって大きく
変動する。一方、データ設定器５から出力されるデジタ
ルデータ信号ｄの信号レベルも周囲温度に影響される
か、検波信号ｇのように大きく変動しない。また、信号
レベルの温度特性も大きく異なる。

また、雨天時や降雪時におれる空気中を伝播する電波
の減衰量は晴天時の減衰量より大きいので、検波信号ｇ
の信号レベルは気象条件にも影響される。

したがって、差動増幅器10に入力される両方の信号g,
dの信号レベルが大きく異なるので、当然各信号に含ま
れる各デジタルデータ信号のサイドバンドノイズが互い
にキャンセルしきれずに、いずれか一方のサイドバンド
ノイズが差動増幅器10から出力されるドプラー信号ｈに
重畳することになる。前述したようにこのサイドバンド
ノイズの周波数はドプラー周波数fdに近いので、演算回
路11でドフラー周波数fdを精度よく検出できない問題が
生じる。よって、移動物体４の移動速度Ｖの測定精度が
低下する問題が生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、差動増幅器へ入力される検波信号およびデジタルデ
ータ信号の各信号路にそれぞれ制御ループを構成する温
度補償回路を介挿することにより、たとえ周囲温度が大
きく変動したとしても、差動増幅器へ入力される各信号
の信号レベルを常に一定レベルに制御でき、移動物体の
移動速度をより正確に測定でき、装置全体の信頼性を向
上できるデータ伝送装置に組込まれた速度測定装置を提
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アンテ
ナを介して移動物体に向けて電波送信するとともに、こ
の移動物体に反射された電波をアンテナを介して受信し
て入力検波器で検波し、差動増幅器でもって検波信号と
前記デジタルデータ信号との差信号からなるドプラー信
号を検出して、このドプラー信号の周波数から移動物体
の速度を算出するデータ伝送装置に組込まれた速度測定
装置において、検波信号およびデジタルデータ信号の各
信号レベルを一定値に制御するための同一構成を有する
第1,第２の温度補償回路を設けたものである。

そして、第１の温度補償回路を、差動増幅器に対する
検波信号の信号路に介挿された第１の減衰器と、この第
１の減衰器にて減衰された検波信号が入力されこの検波
信号に含まれるデータ信号成分を通す第１のバンドパス
フィルタと、この第１のバンドパスフィルタの出力信号
を整流する第１の整流回路と、この第１の整流回路の出
力信号レベルと第１の基準信号レベルとの間の偏差レベ
ルを検出して第１の減衰器へ減衰制御信号として印加す
る第１のコンパレータとで構成している。

同様に、第２の温度補償回路を、差動増幅器に対する
デジタルデータ信号の信号路に介挿された第２の減衰器
と、この第２の減衰器にて減衰されたデジタルデータ信
号が入力されこのデジタルデータ信号成分を通す第２の
バンドパスフィルタと、この第２のバンドパスフィルタ
の出力信号を整流する第２の整流回路と、この第２の整
流回路の出力信号レベルと第１の基準信号レベルとの間
の偏差レベルを検出して第２の減衰器へ減衰制御信号と
して印加する第２のコンパレータとで構成している。

そして、第１の温度補償回路と第２の温度補償回路と
の温度条件をほぼ等しく設定している。

［作用］ このように構成されたデータ伝送装置に組込まれた速
度測定装置であれば、入力検波器から出力された検波信
号は第１の温度補償回路内の第１の減衰器で信号レベル
が減衰されて差動増幅回路の一方の入力端に入力され
る。同時に第１の減衰器から出力された検波信号は第１
のバンドパスフィルタでデータ信号成分のみが通過した
後、第１の整流回路で直流信号に整流されて第１のコン
パレータへ印加される。この第１のコンパレータにて基
準信号レベルと比較され、偏差レベルが第１の減衰器へ
減衰制御信号として印加される。

すなわち、第１の減衰器，第１のバンドスフィルタ，
第１の整流回路，第１のコンパレータは制御ループを構
成し、第１の減衰器から差動増幅器へ送出される検波信
号の信号レベルは第１のコンパレータに印加されている
第１の基準信号レベルにて定まる基準値に制御される。

同様に、差動増幅器の他方の入力端に入力されるデジ
タルデータ信号の信号レベルは、第２の減衰器，第２の
バンドパスフィルタ，第２の整流回路，第２のコンパレ
ータで制御ループが構成された第２の温度制補償回路の
制御によって、第２のコンパレータに印加されている第
２の基準信号レベルにて定まる基準値に制御される。

ここで、第1,第２の温度制補償回路の第1,第２の基準
信号レベルを等しく設定しているので、差動増幅器に入
力される検波信号とデジタルデータ信号の信号レベルを
等しく制御できる。なお、第1,第２の温度制補償回路は
同じ回路構成となっているので、温度条件が等しくな
り、検波信号とデジタルデータ信号との間に大きな信号
レベル差が生じることはない。

したがって、たとえ温度が大きく変動したとしても差
動増幅器から出力されるドプラー信号に含まれるデジタ
ルデータ信号に起因るサイドバンドノイズが大幅に低減
される。

［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図は実施例のデータ伝送装置に組込まれた速度測
定装置を示すブロック図である。第５図と同一部分には
同一符号が付してある。したがって、重複する部分の詳
細説明を省略する。

この実施例においては、発振器1,アイソレータ2,AM変
調器3,データ設定器5,アイソレータ6,入出力検波器7,ア
ンテナ8,差動増幅器10,演算回路11および表示器12から
なる第５図に示した従来のデータ伝送装置に対して、第
１の温度補償回路21aと第２の温度補償回路21bとを加え
たものである。

すなわち、入力検波回路７と差動増幅器10の（＋）側
入力端子との間に第１の温度補償回路21aが介挿され、
データ設定器５と差動増幅器10の（−）側入力端子との
間に第２の温度補償回路21bが介挿されている。

第１の温度補償回路21aは第２図に示すように構成さ
れている。入力検波器７から出力された第６図に示すデ
ジタルデータ信号成分とドプラー信号成分とを含むけ検
波信号ｇは入力端子22aを介して第１の減衰器23aへ入力
される。この第１の減衰器23aは入力した検波信号ｇの
振幅Ａを制御端子に印加されている直流の減衰制御信号
ｉに応じて可変する。第１の減衰器23aにて減衰された
検波信号g₁は出力端子24aを介して差動増幅器10の
（＋）側入力端子へ印加される。この差動増幅器10へ入
力される検波信号g₁は第１のバンドパスフィルタ25aへ
入力される。第１のバンドパスフィルタ25aの通過周波
数帯域は、検波信号g₁に含まれるデジタルデータ信号成
分を通過させる周波数帯域に設定されている。したがっ
て、検波信号g₁含まれるデータ信号成分を通す。データ
信号成分は増幅器26aで増幅された後、第１の整流回路2
7aで直流に整流された後、第１のコンパレータ28aの
（＋）側入力端子に入力される。この第１のコンパレー
タ28aの（−）側入力端子にはレベル設定器29aにて設定
された第１の基準信号レベルが入力されている。そし
て、第１のコンパレータ28aは検波信号の信号レベルと
基準信号レベルとの偏差レベルを検出して出力する。第
１のコンレータ28aの出力信号はダイオード39aを介して
減衰制御信号ｉとして第１の減衰器23aの制御端子へ印
加される。

したがって、第１の減衰器23a,バンドパスフィルタ25
a,増幅器26a,第１の整流回路27a,第１のコンパレータ28
a,ダイオード30aは制御ループを構成するので、出力端
子24aから差動増幅器10の（＋）側入力端子へ印加され
る検波信号g₁の振幅Ａはレベル設定器29aにて設定され
た第１の基準信号レベルに対応する基準振幅A₀となる。
なお、レベル設定器29aに設定する第１の基準信号レベ
ルは、周囲温度が大きく変動した場合において、前記基
準振幅A₀が温度変動に伴う入力検波７から出力される検
波信号ｇの振幅変動における予想される最小振幅より若
干小さい値になるように設定されている。したがって、
温度変動に伴って検波信号ｇの振幅が大きく変動したと
しても、差動増幅器10に入力される温度補償後の検波信
号g₁の振幅ｇは必ず前記基準振幅A₀に制御される。

なお、周囲温度が予想以上に大きく変動した等の何等
かの不測の事態が生じて、検波信号ｇの振幅Ａが基準振
幅A₀以下になると、第１のコンパレータ28aの出力信号
は負極性になり、第１の減衰器23aは正常な動作を維持
できなくなる。これを未然に防止するために図示極性の
逆流防止用のダイオード30aが挿入されている。

デジタルデータ信号ｄの振幅Ｂを制御する第２の温度
補償回路21bも第３図に示すように、第１の温度補償回
路21aと同一回路構成である。すなわち、第２の減衰器2
3b,第２のバンドパスフィルタ25b,増幅器26b,第２の整
流回路27b,第２のコンパレータ28b,ダイオード30bは制
御ループを構成するので、出力端子24bから差動増幅器1
0の（−）側入力端子へ印加されるデジタルデータ信号d
₁の振幅Ｂはレベル設定器29bにて設定された第２の基準
信号レベルに対応する基準振幅B₀となる。そして、各レ
ベル設定器29a,29bに設定する第1,第２の基準信号レベ
ルは等しい値に設定されているので、差動増幅器10の
（−）側入力端子に入力されるデジタルデータ信号d₁の
振幅Ｂは（＋）側入力端子に入力されている検波信号g₁
の基準振幅A₀に一致する（B₀＝A₀）。

このように構成されたデータ伝送装置に組込まれた速
度測定装置において、天候が急変した場合等において、
周囲温度が大幅に変動すると、前述したように入力検波
器７の検波特性が変化して、この入力検波器７から出力
される検波信号ｇの振幅Ａが大きく変動する。しかし、
この検波信号ｇの振幅変動は第１の温度補償回路21aに
よって吸収され、差動増幅器10の（＋）側入力端子に入
力される温度補償後の検波信号g₁の振幅はレベル設定器
29aで設定された基準振幅A₀となる。

一方、周囲温度が大幅に変動すると、データ設定器５
から出力されるデジタルデータ信号ｄの振幅Ｂも若干変
動するが、この変動成分が第２の温度補償回路21bによ
って吸収され、差動増幅器10の（−）側入力端子に入力
される温度補償後のデジタルデータ信号d₁の振幅はレベ
ル設定器29bで設定された基準振幅B₀（B₀＝A₀）とな
る。

このように、差動像増幅器10の各入力端子に入力され
る検波信号g₁,デジタルデータ信号d₁の振幅は基準振幅A
₀,B₀（B₀＝A₀）に制御される。よって、検波信号g₁に含
まれるデジタルデータ信号成分はこの差動増幅器10の他
方の入力端子に入力されているデジタルデータ信号d₁に
てキャンセルされる。したがって、差動増幅器10から演
算回路11へ送出されるドプラー信号ｈにデジタルデータ
信号ｄに起因するサイドバンドノイズが混入することは
ない。よって、演算回路11におけるドプラー信号ｈのド
プラー周波数fdを精度よく検出できるので、移動物体４
の移動速度Ｖを精度よく算出できる。

なお、各温度補償回路21a,21bも若干周囲温度の影響
を受けるが、これらの温度補償回路21a,21bは同一PC基
板上に搭載されているので、同一温度条件である。した
がって、温度変動によって基準振幅A₀の値が若干変動す
るが、差動増幅器10に入力される検波信号g₁およびデジ
タルデータ信号d₁は互いに等しい値を維持している。そ
の結果、差動増幅器10から出力されるドプラー信号ｈに
デジタルデータ信号ｄに起因するサイドバンドノイズが
混入することはない。

また、各コンパレータ28a,28bと各減衰器23a,23bとの
間に介挿した逆流防止用のダイオード30a,30bの準方向
の電圧降下は各減衰器23a,23bへ印加される減衰制御信
号ｉの信号レベルに比較して格段に小さいので、温度変
化に起因する降下電圧変化による減衰制御信号ｉの信号
レベル変動はほとんど無視できる。

このように、第1,第２の温度補償回路21a,21bを差動
増幅器10の各信号入力経路に介挿することによって、た
とえ温度が大きく変動したとしても、常に正確な速度測
定が実施できる。

第４図は本発明の他の実施例に係わるデータ伝送装置
に組込まれた速度設定装置の概略構成を示すブロック図
である。第１図の実施例と同一部分には同一符号が付し
てある。したがって、重複する部分の説明を省略する。

この実施例においては、第１図におけるAM変調器３と
アイソレータ６との間に出力検波器13を介挿している。
この出力検波器13は、入力された送信信号ｃをそのまま
アイソレータ６を介して入力検波器７へ送出するととも
にその送信信号ｃを検波して元のデジタルデータ信号ｂ
に等しいデジタルデータ信号ｄに戻して第２の温度報償
回路21bを介して差動増幅器10の（−）側入力端子へ送
出する。

このように構成された速度測定装置であれば、差動増
幅器10の（−）側入力端子へ入力されるデジタルデータ
信号d₁を、AM変調器３から出力された送信信号ｃを出力
検波器13で検波することによって得ているので、差動増
幅器10の（＋）入力端子へ入力される検波信号g₁のデジ
タルデータ信号成分における波形と（−）側入力端子へ
入力されるデジタルデータ信号d₁の波形との間の時間遅
れ差を極力小さくして、検波信号g₁に含まれるデジタル
データ信号成分がより完全に除去でき、移動物体４の移
動速度Ｖをより正確に測定できる。

［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に組込ま
れた速度測定装置であれば、差動増幅器へ入力される検
波信号およびデジタルデータ信号の各信号路にそれぞれ
制御ループを構成する温度補償回路を介挿している。し
たがって、たとえ周囲温度が大きく変動したとしても、
差動増幅器へ入力される各信号の信号レベルを常に一定
レベルに制御できる。よって、差動増幅器から出力され
るドプラー信号に含まれるデジタルデータ信号に起因す
るサイドバンドノイズを大幅に低減でき、その結果、移
動物体の移動速度をより正確に測定でき、装置全体の信
頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係わるデータ伝送装置に組
込まれた速度測定装置の概略構成を示すブロック図、第
２図は同実施例装置の第１の温度補償回路を示すブロッ
ク図、第３図は同実施例装置の第２の温度補償回路を示
すブロック図、第４図は本発明の他の実施例に係わるデ
ータ伝送装置に組込まれた速度測定装置の概略構成を示
すブロック図、第５図は従来のデータ伝送装置に組込ま
れた速度測定装置の概略構成を示すブロック図、第６図
は同従来装置の動作を示すタイムチャートである。 １……発振器、2,6……アイソレータ、３……AM変調
器、４……移動物体、５……データ設定器、７……入力
検波器、8,9……アンテナ、10……差動増幅器、11……
演算回路、12……表示器、13……出力検波器、21a……
第１の温度補償回路、21b……第２の温度補償回路、23a
……第１の減衰器、23b……第２の減衰器、25a……第１
のバンドパスフィルタ、25b……第２のバンドパスフィ
ルタ、27a……第１の整流回路、27b……第２の整流回
路、28a……第１のコンパレータ、28b……第２のコンパ
レータ、ａ……搬送波信号、b,d,d₁……データ信号、ｃ
……送信信号、g,g₁……検波信号、ｈ……ドプラー信
号、ｉ……減衰制御信号。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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アンテナを介して移
   動物体（４）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
   て入力検波器（７）で検波し、差動増幅器（10）でもっ
   て検波信号（ｇ）と前記デジタルデータ信号との差信号
   からなるドプラー信号（ｈ）を検出して、このドプラー
   信号の周波数から前記移動物体の速度を算出するデータ
   伝送装置に組込まれた速度測定装置において、 前記差動増幅器（10）に対する前記検波信号の信号路に
   介挿された第１の減衰器（23a）と、この第１の減衰器
   にて減衰された検波信号が入力されこの検波信号に含ま
   れるデータ信号成分を通す第１のバンドパスフィルタ
   （25a）と、この第１のバンドパスフィルタの出力信号
   を整流する第１の整流回路（27a）と、この第１の整流
   回路の出力信号レベルと第１の基準信号レベルとの間の
   偏差レベルを検出して前記第１の減衰器へ減衰制御信号
   （ｉ）として印加する第１のコンパレータ（28a）とか
   らなる第１の温度補償回路（21a）と、 前記差動増幅器（10）に対する前記デジタルデータ信号
   の信号路に介挿された第２の減衰器（23b）と、この第
   ２の減衰器にて減衰されたデジタルデータ信号が入力さ
   れこのデジタルデータ信号成分を通す第２のバンドパス
   フィルタ（25b）と、この第２のバンドパスフィルタの
   出力信号を整流する第２の整流回路（27b）と、この第
   ２の整流回路の出力信号レベルと前記第１の基準信号レ
   ベルとほぼ等しい値を有する第２の基準信号レベルとの
   間の偏差レベルを検出して前記第２の減衰器へ減衰制御
   信号として印加する第２のコンパレータ（28b）とから
   なる前記第１の温度補償回路と同一構成とした第２の温
   度補償回路（21b）とを備え、 前記第１の温度補償回路と第２の温度補償回路との温度
   条件をほぼ等しくなるようにしたことを特徴とするデー
   タ伝送装置に組込まれた速度測定装置。