JP4827121B2 - レーダ測距装置におけるオフセット誤差校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ測距装置で測定された距離に含まれるオフセット誤差を校正するオフセット誤差校正方法に関するものである。

レーダ測距装置で測定された距離には、アンテナから目標物までの距離だけでなく、送受信器からアンテナまでのケーブルの電気長およびアンテナの電気長によるオフセット誤差が含まれる。しかも、このレーダ測距装置を装備させる装置への装備状況はまちまちである場合が多く、ケーブルの電気長等が同一とは限らない。

そこで、このような場合には、レーダ測距装置の個々についてオフセット誤差を検出して校正データとし、実際の計測距離からその校正データを差し引いてオフセット誤差校正を行う必要がある。このような手法を提案したものとして、特許文献１がある。

この特許文献１による手法は、航空機から大地に向けて電波を発射し、大地より反射された電波を受信して、発射してから受信するまでの電波伝播時間を計測することにより航空機と大地間の高度を測定するとき、予め、航空機の駐機状態において計測した測定値を校正データとしてメモリに記憶しておき、実際の航空機の飛行中では、計測した高度データからメモリに記憶した校正データを引算して正規の高度データを得るようにしたものである。
特開平１０−２６８０３９号公報

ところが、上記特許文献１は、校正データを得る際の駐機状態の判定を、航空機が駐機する際にオン／オフするスイッチによって行うもの、具体的には航空機が駐機する際に脚が接地するとき荷重がかかりスイッチが動作することによって行うものであり、脚やスイッチが付属した航空機以外には適用することができない。例えば、ミサイルの大地間高度測定、タンク等に貯蔵された液体の基準面から液面までの距離の測定、走行車両の車間距離の測定、車両と障害物との間の測定等には適用することができない。

本発明の目的は、脚やスイッチが付属した航空機の大地間高度に限らず、あらゆる目標物との間の距離測定に適用できるようにしたオフセット誤差校正方法を提供することである。

請求項１にかかる発明は、送信部から送信ケーブルを介して送信されたレーダ波を送信アンテナから目標物に発射し、該目標物で反射したレーダ波を受信アンテナで受信し受信ケーブルを介して受信部に取り込んで前記目標物までの距離を測定するレーダ測距時に、前記送信ケーブル、前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、前記受信ケーブルによるオフセット誤差を校正するオフセット誤差校正方法において、前記送信アンテナと前記受信アンテナの間の経路として、既知で且つ短い模擬距離Ａと長い模擬距離Ｂを切り替えて設定し、前記模擬距離Ａを設定したときの計測距離Ａ１と前記模擬距離Ｂを設定したときの計測距離Ｂ１とに基づきオフセット誤差Ｘを、X＝A1−[(B1−A1)/(B−A)・A]で得、該得たオフセット誤差Ｘを校正データとしてメモリに格納し、実際のレーダ測距時に得られた計測距離から前記校正データＸを減算して校正することを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のオフセット誤差校正方法において、前記第１および第２の模擬距離を設定して得る前記計測距離を、複数回計測して得た結果の平均値又は最高値としたことを特徴とする。

請求項３にかかる発明は、請求項２に記載のオフセット誤差校正方法において、前記第１の模擬距離を設定して行う距離測定と演算から前記第２の模擬距離を設定して行う距離測定と演算への切り替えが、得られた複数の計測距離の差分が閾値を超えたときに行われるようにしたことを特徴とする。

請求項４にかかる発明は、請求項１、２又は３に記載のオフセット誤差校正方法において、前記第１および第２の模擬距離の設定を、前記送信アンテナにカップリング可能な受信アンテナカプラ、前記受信アンテナにカップリング可能な送信アンテナカプラ、および該両アンテナカプラを接続するケーブルからなる模擬経路を使用し、前記ケーブルの長さを切り替えて行うことを特徴とする。

請求項５にかかる発明は、請求項１、２、３又は４に記載のオフセット誤差校正方法において、前記第１および第２の模擬距離の設定を、前記レーダ波を反射する第１および第２の模擬目標物を使用して行うことを特徴とする。

請求項６にかかる発明は、送信部から送信ケーブルを介して送信されたレーダ波を送信アンテナから目標物に発射し、該目標物で反射したレーダ波を受信アンテナで受信し受信ケーブルを介して受信部に取り込んで前記目標物までの距離を測定するレーダ測距時に、前記送信ケーブル、前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、前記受信ケーブルによるオフセット誤差を校正するオフセット誤差校正方法において、前記送信アンテナと前記受信アンテナの間に模擬距離を設定して行う計測距離と該模擬距離との相関特性の傾斜Ｋを予め得ておき、前記送信アンテナと前記受信アンテナの間に既知の模擬距離Ａを設定し、該既知の模擬距離Ａを設定したときの計測距離Ａ１と前記相関特性の傾斜Ｋとに基づきオフセット誤差Ｘを、X＝A1−K・Aで得、該得たオフセット誤差Ｘを校正データとしてメモリに格納し、実際のレーダ測距時には得られた計測距離から前記校正データを減算して校正することを特徴とする。

請求項７にかかる発明は、請求項６に記載のオフセット誤差校正方法において、前記模擬距離を設定して得る前記計測距離を、複数回計測して得た結果の平均値又は最高値としたことを特徴とする。

請求項８にかかる発明は、請求項６又は７に記載のオフセット誤差校正方法において、前記模擬距離の設定を、前記送信アンテナにカップリング可能な受信アンテナカプラ、前記受信アンテナにカップリング可能な送信アンテナカプラ、および該両アンテナカプラを接続するケーブルからなる模擬経路を使用して行うことを特徴とする。

請求項９にかかる発明は、請求項６又は７に記載のオフセット誤差校正方法において、前記模擬距離の設定を、前記レーダ波を反射する模擬目標物を使用して行うことを特徴とする。

本発明のオフセット誤差校正方法によれば、送信アンテナと受信アンテナの間に、距離が既知の１つ又は２つの模擬距離を設定してそのときの距離を測定し、所定の演算を行うことにより簡単にオフセット誤差を得て校正することができ、しかもレーダ測距装置を搭載する装置としては何ら条件（例えば、脚、スイッチ等）が必要となることはなく、どのような装置に搭載するレーダ測距装置にも適用することができる利点がある。

以下、レーダ測距装置におけるオフセット誤差校正方法の実施例について説明する。

図１は実施例１のオフセット誤差校正方法を実施するレーダ測距装置の構成を示すブロック図である。１は送信部、受信部、演算部、メモリ等のレーダ測距機能部を有する測距装置本体、２はマイクロ波等のレーダ波を発射する送信アンテナ、３は目標物で反射された反射レーダ波を受信する受信アンテナ、４は測距装置本体１の送信部から送信アンテナ２に送信レーダ波を伝播する送信ケーブル、５は受信アンテナ３から測距装置本体１の受信部に受信レーダ波を伝播する受信ケーブルである。

本実施例１では、このような構成のレーダ測距装置において、送信アンテナ２と受信アンテナ３との間に、模擬経路６を接続する。この模擬経路６は、送信アンテナ２とカップリングされる受信アンテナカプラ６１、受信アンテナ３とカップリングされる送信アンテナカプラ６１，ケーブル６３，６４，６５，６６、およびスイッチＳＷ１，ＳＷ２からなる。アンテナカプラ６１，６２はアンテナ２，３とのカップリング効果を高めるために、内面に多重反射防止用の処理を施すことが望ましい。

そして、模擬経路６は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図示の側に切り替えたときは、アンテナカプラ６１，６２，ケーブル６３，６４，６５によって、模擬距離Ａが設定される。また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図示と反対の側に切り替えたときは、アンテナカプラ６１，６２，ケーブル６３，６４，６６によって、模擬距離Ｂ（Ａ＜Ｂ）が設定される。この模擬距離Ａ，Ｂの距離（電気長）は予め測定されており、既知のものである。

図２はオフセット誤差校正処理のタイミングチャート、図３はその処理のフローチャートである。アンテナ２，３に模擬経路６を接続して測距装置本体１で測距動作を開始させると、時間Ｔ１で距離測定（レーダ波の送信から受信までの時間測定）を行い（ステップＳ１）、その直後の時間Ｔ２で距離演算を行い（ステップＳ２）、これを１サイクルとして繰り返し、絶えず測距を行う。

このとき、測距装置本体１に対して、校正用指令パルス（ステップＳ３）と模擬距離Ａ用の校正用模擬距離指令信号が与えられると、模擬経路６のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が図１の状態に切り替わって模擬経路６が模擬距離Ａに設定される。そして、レーダ波の発射によって時間Ｔａ（＝Ｔ１＋Ｔ２）において模擬距離Ａを含む経路の距離測定（時間測定）と距離演算が行われ（ステップＳ４）、これによって計測距離Ａ１が求められる。この計測距離Ａ１には模擬経路６の模擬距離Ａの他に、アンテナ２，３とケーブル４，５を含む経路の距離、つまりオフセット誤差が含まれている。

次に、校正用模擬距離指令信号が変化する（ステップＳ５）と、模擬経路６のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が図１の状態の反対側に切り替わって模擬経路６が模擬距離Ｂに設定される。そして、レーダ波の発射によって時間Ｔｂ（＝Ｔ１＋Ｔ２）において模擬距離Ｂを含む経路の距離測定（時間測定）と距離演算が行われ（ステップＳ６）、これによって計測距離Ｂ１が求められる。この計測距離Ｂ１にも模擬経路６の模擬距離Ｂの他に、アンテナ２，３とケーブル４，５を含む経路の距離であるオフセット誤差が含まれている。

そして、校正用模擬距離終了パルスが発生する（ステップＳ７）と、時間Ｔｃ内で上記模擬距離Ａ，Ｂと計測距離Ａ１，Ｂ１とから、オフセット誤差の演算が行われ、これが校正データとなる（ステップＳ８）。このオフセット誤差の演算時（時間Ｔｃ）には、距離測定および演算の処理は一時中断される。

図４はこのオフセット誤差を得るための演算内容を説明するための特性図である。模擬距離Ａ，Ｂと上記の距離計測と演算で得られた計測距離Ａ１，Ｂ１とは、図４に示すような関係にある。よって、直線Ｌが模擬距離０と交わる点Ｐ１と計測距離Ａ１との間の距離をＹとし、その点Ｐ１の距離をＸとすると、
（Ｂ１−Ａ１）／（Ｂ−Ａ）＝Ｋ (1)
により直線Ｌの傾斜Ｋが求められるので、
Ｙ＝Ｋ・Ａ
Ｘ＝Ａ１−Ｙ
＝Ａ１−Ｋ・Ａ (2)
により、距離Ｘを求めることができる。この距離Ｘは送信アンテナ２、受信アンテナ３、送信ケーブル４、受信ケーブル５を含む経路の距離であり、オフセット誤差である。

よって、測距装置本体１内のメモリの校正データエリアへの書込み許可中に、このオフセット誤差Ｘを校正データとして、その校正データエリアに書き込んで更新しておけば（ステップＳ９）、その後に行う実際の目標物の測定において得た距離（この場合は往復距離）からその校正データＸを引算したものを１／２にすれば、オフセット誤差が校正された目標物までの正規距離（アンテナ２，３から目標物までの距離）を得ることができる。

なお、上記実施例１において、模擬距離Ａを設定したときの計測距離Ａ１の測定（時間Ｔａ）と、模擬距離Ｂを設定したときの計測距離Ｂ１の測定（時間Ｔｂ）は、それぞれ２回以上繰り返して行ってもよい。この場合は、例えば、計測距離Ａ１，Ｂ１用のメモリエリアの使用量が一定量となるまでその演算結果を蓄えて、その後にその平均値を算出して、これを最終的な計測距離Ａ１，Ｂ１とすれば、ノイズ等による影響を低減することができる。このような処理を行うデータ処理のステップＳ１０，Ｓ１１を含めたフローチャートを図５に示した。

また、上記のように模擬距離Ａ，Ｂを設定したときの測定をそれぞれ２回以上繰り返すときには、演算結果の計測距離をその前に得た計測距離と比較し、小さなデータを捨て大きなデータを更新して計測距離Ａ１，Ｂ１用のメモリエリアに残すようにすれば、計測距離Ａ１，Ｂ１として最高値のデータを得ることができる。この場合は、オフセット誤差が大きめに見積もられることになり、これが校正データとしてメモリの校正用データエリアにセットされることになるので、本レーダ測距装置をヘリコプタ等の航空機の高度測定に適用してオフセット誤差校正を行う際に、高度が低めになるよう校正されるため、地面への衝突危険防止の面で効果的である。

また、上記のように模擬距離Ａ，Ｂを設定したときの測定をそれぞれ２回以上繰り返すときには、複数得られた計測距離の差分が予め定めた閾値（但し、この閾値は模擬距離ＡとＢの差分より小さく設定する。）を超えたとき、模擬距離Ｂの距離測定に切り替えられるように、計測距離Ａ１からＢ１への測定／演算の切り替え手段を測距装置本体１内に構成してもよい。このようにすれば、模擬経路６のスイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り替えを手動にすることができ、測距装置本体１での模擬距離Ａを設定した計測距離Ａ１の測定／演算から模擬距離Ｂを設定した計測距離Ｂ１の測定／演算への切り替えを、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と連動させる必要がなくなる。

また、上記実施例１では、模擬経路６により２個の模擬距離Ａ、Ｂを切り替えて設定するようにしたが、模擬距離は１個のみを設定することもできる。このときは、図４における直線Ｌの傾斜Ｋを、前記式(1)のように２個の模擬距離を使用して、あるいは別の適宜手法によって予め定めておく。そして、例えば、模擬距離Ａのみを設定するときは、この模擬距離Ａとこのとき得られた計測距離Ａ１とから交点Ｐ２を求めることができるので、傾斜Ｋの直線Ｌがこの交点Ｐ２を通るように設定すれば、前記式(2)からオフセット誤差の距離Ｘを求めることができる。

また、以上ではオフセット誤差を得るために模擬経路６を使用したが、アンテナ２，３からの距離が既知の模擬目標物を２つ用意し、これを切り替えて計測した計測距離から、実施例１と同様にオフセット誤差を求め、校正データとすることもできる。また、実施例３で説明した手法と同様にして、距離が既知の１個の模擬目標物を使用してオフセット誤差を求めて校正データとすることもできる。

本発明の実施例１のレーダ測距装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１のオフセット誤差校正処理のタイミングチャートである。 本発明の実施例１のオフセット誤差校正処理のフローチャートである。 本発明の実施例１の模擬距離と計測距離との相関を示す特性図である。 本発明の実施例２のオフセット誤差校正処理のフローチャートである。

符号の説明

１：測距装置本体、２：送信アンテナ、３：受信アンテナ、４：送信ケーブル、５：受信ケーブル、６：模擬経路、６１：受信アンテナカプラ、６２：送信アンテナカプラ、６３〜６６：ケーブル。

Claims (9)

1. 送信部から送信ケーブルを介して送信されたレーダ波を送信アンテナから目標物に発射し、該目標物で反射したレーダ波を受信アンテナで受信し受信ケーブルを介して受信部に取り込んで前記目標物までの距離を測定するレーダ測距時に、前記送信ケーブル、前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、前記受信ケーブルによるオフセット誤差を校正するオフセット誤差校正方法において、
   前記送信アンテナと前記受信アンテナの間の経路として、既知で且つ短い模擬距離Ａと長い模擬距離Ｂを切り替えて設定し、前記模擬距離Ａを設定したときの計測距離Ａ１と前記模擬距離Ｂを設定したときの計測距離Ｂ１とに基づきオフセット誤差Ｘを、
   X＝A1−[(B1−A1)/(B−A)・A]
   で得、該得たオフセット誤差Ｘを校正データとしてメモリに格納し、実際のレーダ測距時に得られた計測距離から前記校正データＸを減算して校正することを特徴とするオフセット誤差校正方法。
2. 請求項１に記載のオフセット誤差校正方法において、
   前記第１および第２の模擬距離を設定して得る前記計測距離を、複数回計測して得た結果の平均値又は最高値としたことを特徴とするオフセット誤差校正方法。
3. 請求項２に記載のオフセット誤差校正方法において、
   前記第１の模擬距離を設定して行う距離測定と演算から前記第２の模擬距離を設定して行う距離測定と演算への切り替えが、得られた複数の計測距離の差分が閾値を超えたときに行われるようにしたことを特徴とするオフセット誤差校正方法。
4. 請求項１、２又は３に記載のオフセット誤差校正方法において、
   前記第１および第２の模擬距離の設定を、前記送信アンテナにカップリング可能な受信アンテナカプラ、前記受信アンテナにカップリング可能な送信アンテナカプラ、および該両アンテナカプラを接続するケーブルからなる模擬経路を使用し、前記ケーブルの長さを切り替えて行うことを特徴とするオフセット誤差校正方法。
5. 請求項１、２、３又は４に記載のオフセット誤差校正方法において、
   前記第１および第２の模擬距離の設定を、前記レーダ波を反射する第１および第２の模擬目標物を使用して行うことを特徴とするオフセット誤差校正方法。
6. 送信部から送信ケーブルを介して送信されたレーダ波を送信アンテナから目標物に発射し、該目標物で反射したレーダ波を受信アンテナで受信し受信ケーブルを介して受信部に取り込んで前記目標物までの距離を測定するレーダ測距時に、前記送信ケーブル、前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、前記受信ケーブルによるオフセット誤差を校正するオフセット誤差校正方法において、
   前記送信アンテナと前記受信アンテナの間に模擬距離を設定して行う計測距離と該模擬距離との相関特性の傾斜Ｋを予め得ておき、前記送信アンテナと前記受信アンテナの間に既知の模擬距離Ａを設定し、該既知の模擬距離Ａを設定したときの計測距離Ａ１と前記相関特性の傾斜Ｋとに基づきオフセット誤差Ｘを、
   X＝A1−K・A
   で得、該得たオフセット誤差Ｘを校正データとしてメモリに格納し、実際のレーダ測距時には得られた計測距離から前記校正データを減算して校正することを特徴とするオフセット誤差校正方法。
7. 請求項６に記載のオフセット誤差校正方法において、
   前記模擬距離を設定して得る前記計測距離を、複数回計測して得た結果の平均値又は最高値としたことを特徴とするオフセット誤差校正方法。
8. 請求項６又は７に記載のオフセット誤差校正方法において、
   前記模擬距離の設定を、前記送信アンテナにカップリング可能な受信アンテナカプラ、前記受信アンテナにカップリング可能な送信アンテナカプラ、および該両アンテナカプラを接続するケーブルからなる模擬経路を使用して行うことを特徴とするオフセット誤差校正方法。
9. 請求項６又は７に記載のオフセット誤差校正方法において、
   前記模擬距離の設定を、前記レーダ波を反射する模擬目標物を使用して行うことを特徴とするオフセット誤差校正方法。

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