JPH0321493Y2

JPH0321493Y2 -

Info

Publication number: JPH0321493Y2
Application number: JP1984197057U
Authority: JP
Priority date: 1984-12-26
Filing date: 1984-12-26
Publication date: 1991-05-10
Also published as: JPS61112283U

Description

【考案の詳細な説明】「産業上の利用分野」この考案は例えば地中レーダのように極めて短
いパルス電波を送信し、その反射波を受信し、そ
の反射波を利得制御回路で適当なレベルに調整し
た後、時間的に伸長した波形を得る近距離レーダ
に関し、特に受信信号の利得制御回路部分に係わ
る。

「従来の技術」従来の近距離レーダは例えば第４図に示すよう
に基準クロツク発生器１から第５図Ａに示すよう
な例えば周波数50KHzの基準クロツクをモノサイ
クル送信器２へ供給する。モノサイクル送信器２
では第５図Ｂに示すように、上記基準クロツクの
立上りに同期してパルス幅が６ナノ秒という極め
て狭いパルスを発生し、更にこの１パルス内にお
いて第５図Ｃに示すような１サイクルの信号、い
わゆるモノサイクル信号を送信アンテナ３に供給
して極めて短いパルス電波を送信する。なお送信
器２からモノサイクル信号として送信する場合に
限らず数サイクルのパルス電波、或いは半サイク
ルのパルス電波として送信してもよい。

地中レーダにおいては送信アンテナ３は地中と
接近して設けられ、地中内の埋蔵物や地層の不連
続境界などによつてそのパルス電波が反射され、
その反射波は受信アンテナ４に受信される。受信
アンテナ４の出力は利得制御回路５で利得制御さ
れた後、サンプリング回路６へ送出される。この
サンプリング回路６においては、各送信パルスご
とにそのパルスに対して順次位相のずれたストロ
ーブパルス３０がストローブパルス発生器７より
供給され、このストローブパルス３０により受信
信号は１サンプルづつ標本化される。例えば第５
図Ａの繰返し信号の周期20μ秒に対して97.6ピコ
秒だけ長い周期のストローブパルス３０で受信信
号３１をサンプリングする。受信信号３１は同一
個所からの反射波であつて同一波形であり、その
同一波形の受信信号３１は送信パルスを基準とし
て順次97.6ピコ秒だけ遅れたストローブパルスに
よりサンプリングされる。第５図では受信信号３
１は第５図Ｃの送信パルスの放射と同時に受信さ
れていが、一般には反射点と送信アンテナ３との
距離に応じて遅れて受信される。サンプリング回
路６でサンプリングされた信号はサンポルホール
ド回路８へ供給される。サンプルホールド回路８
は基準クロツクに同期した例えばパルス幅が１マ
イクロ秒程度のサンプリングパルスにより入力信
号を標本化保持する。

このようにしてパルス電波送信から例えば200
ナノ秒の間の受信信号が第５図Ｅに示すように
2048のサンプルによつて表わされ、200ナノ秒の
信号が40.96ミリ秒の長さに伸長されたものとな
る。このように時間伸長された受信信号は低域濾
波器９を通してなめらかな信号に変換され、更に
直流増幅器１０で増幅されて表示器１１に供給さ
れる。ストローブ発生器７では最初のストローブ
パルスの直前に１個だけ外部同期用の第５図Ｆに
示すような長周期パルスが発生され、表示器１１
はこの長周期パルスに同期して時間伸長された受
信波形を表示する。

受信アンテナは送信パルス電波の直接波が送信
と同時に受信され、次いで地表反射波が受信され
る。これら直接波及び地表反射波は地中内での反
射波に比べ極めて大きなレベルとなる。直接波や
表面反射波は不必要なものであるから利得制御回
路で充分減衰させて表示器１１に大きく表示され
ないようにする必要がある。このため従来におい
ては第８図Ｂの送信パルスごとに第８図Ｃに示す
ように利得を急に下げ徐々に回復していた。この
利得の最大制御は例えば40dBであり、制御して
いる時間は例えば60nSであり、受信したい信号
の期間は例えば送信から200nSである。送信パル
スの周期は例えば20μSである。このようにこの
利得の制御は高い周波数で、かつ高速に行うた
め、このための利得制御信号は通常の演算増幅器
などでは作ることが困難であつた。

このため従来においては利得制御回路５は第６
図に示すように構成されていた。受信アンテナよ
り端子５ａを通して供給される入力信号は第一の
可変減衰器１２で減衰された後、第一の増幅器１
３へ送出され適当なレベルに増幅される。この増
幅出力信号は更に第二の可変減衰器１４で減衰制
御された後、第二の増幅器１５で増幅されて端子
５ｂを通して第４図のサンプリング回路６へ送出
される。一方第４図中の基準クロツク発生器１よ
り第７図Ａに示す基準クロツクが端子５ｃを通し
て制御信号発生回路１６へ供給される。制御信号
発生回路１６では各基準クロツクの立上りから数
ナノ秒〜数拾ナノ秒の間時間の経過と共に増加す
る第７図Ｂに示す電流ｉを発生し、電流増幅器１
７へ与える。電流増幅器１７で増幅された制御電
流は前記の第一及び第二の可変減衰器１２及び１
４へ与えられる。これら可変減衰器１２，１４は
制御電流が増加すると減衰量が減少するような回
路で例えば２重平衡変調器である。可変減衰器１
２，１４の減衰量は第７図Ｃに示すように、基準
クロツクの立上り時点から時間の経過と共に減少
する。減衰量の変化幅は各々20dB程度とされる。
利得制御回路５全体の利得は第７図Ｄに示すよう
に時間の経過と共に増加する。

制御信号発生回路１６は第６図に示すように、
直流電源端子Ｅに抵抗器１８及びコンデンサ１９
の並列回路の一端が接続され、この並列回路の他
端は抵抗器２０を通じ更に抵抗器２１を通じて接
地される。一方端子５ｃに与えられた基準クロツ
クは抵抗器２２と抵抗器２３とで分圧されてスイ
ツチ用トランジスタ２４のベースへ与えられる。
トランジスタ２４のエミツタは接地され、コレク
ターは抵抗器２０，２１の接続点に接続される。
コンデンサ１９の両端に電流増幅器１７の入力側
が接続される。基準クロツクは高レベルの間トラ
ンジスタ２４をONさせ抵抗器２１を短絡し、低
レベルの間トランジスタ２４をOFFさせる。従
つて電流増幅器１７の入力側へ、第７図Ｂに示す
ような、時間の経過と共に増加する過渡電流が与
えられる。いま抵抗器１８，２０及び２１の抵抗
値をそれぞれR₁，r₀及びr₁とし、コンデンサ１９
の容量値をＣとし、時間ｔ＝０でトランジスタス
イツチ２４をONしたとすれば、電流増幅器１７
の入力側へ流入する電流ｉはｉ＝R₁／R₁＋R₂×Ｅ／r₀＋Ｒ（１−r₁／r₀＋r₁＋Ｒε−αt）ここでＲ＝R₁R₂／R₁＋R₂ α＝r₀＋Ｒ／Cr₀R となる。この電流が増幅されて可変減衰器の制御
電流となる。

「考案が解決しようとする問題点」このように従来の利得制御回路５は制御信号発
生回路１６のコンデンサの容量値及び複数の抵抗
器の抵抗値で決まる時定数を持つた出力電流によ
り利得制御回路の利得を制御している。しかしな
がら、回路の浮遊インダクタンス或いは容量、部
品定数のばらつき、周囲温湿度の影響による定数
値の変化、部品の経年変化、電源電圧の変動等の
ために設計値通りの過渡特性を得ることはむずか
しく、また高速の制御のため可変減衰器１２，１
４が制御信号に忠実に応答しない。従つて設計通
りの利得制御を行うことは困難である。また従来
の利得制御信号は周波数が高く高速であるため受
信機の出力側に漏れて受信信号を乱すおそれがあ
つた。

この考案の目的は利得制御回路の利得変化をほ
ぼ設計値通りに正確に行うことができる近距離レ
ーダを提供することにある。

「問題点を解決するための手段」この考案によれば、制御信号発生回路における
制御信号は長周期パルスごとに発生される。この
ため例えば長周期パルスでアドレスカウンタをリ
セツトし、基準クロツクをアドレスカウンタで計
数して、そのアドレスカウンタの計測値をアドレ
スとしてメモリを読み出し、この読み出された出
力をＤ／Ａ変換してアナログ信号に変換して制御
信号を得る。その制御信号で可変減衰器の減衰量
を設定する。このようにして利得制御回路の利得
制御は長周期パルスの周期を周期とする制御信号
に行なわれ、かつその制御信号の波形は前記メモ
リの記憶内容を選ぶことにより目的とするものを
容易に設定することができる。

「実施例」第１図にこの考案による近距離レーダの要部の
具体例を示す。第１図において第４図及び第６図
と対応する部分には同一符号を付けてある。この
例では各ストローブパルスごとにメモリを読出
し、その読出し出力をアナログ信号に変換して制
御信号を得る。このためアドレスカウンタ３３が
設けられ、アドレスカウンタ３３のリセツト端子
へ第４図中のストローブパルス発生器７より端子
１６ａを通して同期パルス（長周期パルス）３２
を印加し、第１回目のストローブパルスが発生す
る前にリセツトする。アドレスカウンタ３３の入
力端子へ基準クロツク発生器１よりの基準クロツ
クを端子５ｃを通して印加し、基準クロツクがそ
の立下りで計数される。

この例では複数の利得制御特性を選択的に取る
ことができるようにした場合で、アドレスカウン
タ３３の計数値をアドレスとしてメモリM₁，M₂
及びM₃が同時に読出される。つまりアドレスカ
ウンタ３３の計数値にもとづいたデジタル信号が
発生される。これらのメモリM₁，M₂及びM₃に
はそれぞれ各アドレスに減衰量設定用定数が記憶
されている。例えばアドレス値が大きくなると共
に大きな値が記憶されるが、その増加特性がそれ
ぞれ異つている。或いは受信信号の観測したい特
定の区間に対応したアドレスには所定の値を記憶
し、それ以外の区間は全て零を記憶して観測され
ないようにすることもできる。

これらのメモリM₁乃至M₃から読出された出力
はマルチプレクサ３７においてメモリ選択スイツ
チ３８の設定位置に応じて何れか一つが選択され
てＤ／Ａ変換器３９に供給される。Ｄ／Ａ変換器
３９のアナログ出力は直接或いは図示してないが
増幅器を介して可変減衰器１２へ供給され、その
大きさに対応した値の減衰量を設定する。可変減
衰器１２としては例えば米国アバンテツク社
（AVANTEK，INC）製の減衰器UTF−030を用
いてもよい。その減衰量は第２図に示すように、
制御電流10mAの変化に対し、約40dB変化し、
減衰量の切換速度は500ナノ秒である。

第３図はこの実施例の動作例を示すタイムチヤ
ートであり、Ａは同期パルス（長周期パルス）
で、アドレスカウンター３３はこれでリセツトさ
れる。Ｂは基準クロツクで、この立下りをアドレ
スカウンター３３は計数する。Ｃはストローブパ
ルスで、他の波形との時間関係を明確にするため
に示してある。番号はストローブパルスの順番
で、例えば１より2048迄継続する。ＤはＤ／Ａ変
換器３９の出力であり、この例ではアドレスカウ
ンターの計数値が増加するごとにＤ／Ａ変換器３
９の出力、すなわち制御信号のレベルを大きくし
ており、つまり１番目のストローブパルスから各
ストローブパルスごとに順次制御のレベルを大き
くした場合である。しかも制御信号の変化が継接
ストローブパルスの中間で発生するようにした場
合である。Ｅは可変減衰器１２の減衰量であり、
この例ではＤの制御信号と対応してストローブパ
ルスごとに減衰量が小となつている。従つて各サ
ンプリング出力について見れば、実質的に第７図
について説明したような利得制御が行われ、直接
波や地表反射波が抑圧される。

以上述べたようにこの実施例はストローブパル
スの順番を識別するのにアドレスカウンターが用
いられ、この計数値をアドレスとして、メモリに
設定した定数値に対応した大きさの制御信号を得
ることができる。従つて、この例では可変減衰器
１２の減衰量と制御信号レベルとの関係を一度求
めておけば、この関係を用いて所望の利得制御特
性が得られるようにメモリM₁乃至M₃の定数値を
記憶しておくことができる。つまりこの実施例で
はほぼ設定値通りの利得制御が可能であると共に
各標本値に対する利得を定量化することが容易で
ある。

第８図Ｃの従来の利得制御と対応する、前記実
施例の利得制御は、第８図Ａの長周期パルス、第
８図Ｄの基準クロツクに対し第８図Ｅに示すよう
になり、これを均等時間軸で示すと第８図Ｆに示
すようになる。このようにこの考案の利得制御信
号は長周期パルスと同一周期であり、その発生タ
イミングは送信パルスとは無関係である。

また直接波や地表反射波の抑圧のための利得制
御のみならず例えば受信波形の特定区間のみを選
択して微細に観測することも容易となる。地中か
らの反射波は深い所からの反射波程大きな減衰を
受ける。従つてストローブパルス番号が大きくな
るに従つて利得制御回路５の利得が大きくなるよ
うにすることにより、いわゆるSTC制御を行い
反射点の深さに拘わらず反射波の出力をほぼ同一
レベルとすることもできる。

制御信号発生回路１６から発生する制御信号の
変化は速くてもストローブパルスごとであり、従
来において各パルス電波の送信ごとに所望の特性
の変化を繰返させた場合と比較して著しく遅いも
のである。また従来のように制御信号の変化はス
トローブパルスの発生直前ではなく、継接するス
トローブパルスのほぼ中間の時点で行われ、その
特性変化の立上り時間は遅くても何等差支えな
い。従つて前述の特性変化の繰返し時間が遅いこ
とと相まつて、制御信号発生回路及び可変減衰器
には比較的低速度の回路或いは部品を用いること
ができ、また回路の浮遊インダクタンスやキヤパ
シタンスの影響も著しく軽減されるので設計が容
易となり、正確なレベルの制御信号を作ることが
でき、かつ可変減衰器１２の減衰量も正しく設定
することができる。

可変減衰器１２としては前記のもののみならず
従来と同様に二重平衡変調器その他のものを使用
することもできる。またメモリM₁乃至M₃の数は
３組に限らず１組でもよい。

「考案の効果」この考案によれば、受信アンテナとサンプリン
グ回路との間に、電気的に制御が可能な可変減衰
器が設けられ、この可変減衰器の減衰量を制御す
る制御信号発生回路は長周期パルスごとにこの長
周期パルスを周期とする制御信号を発生するもの
であるから、この制御信号は従来よりも著しく遅
いから、目的とする波形の制御信号を容易に作る
ことができ、かつ可変減衰回路も制御信号によく
追従できるため設計値通り正確な利得制御を行う
ことができる。更に制御信号は周波数が低く、か
つ速度が遅いため、受信機の出力側に漏れ難く、
漏れてもフイルタで容易に信号から除去すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例の要部を示すブロツ
ク図、第２図は可変減衰器の制御電流対減衰特性
の一例を示す図、第３図は第１図に示した実施例
の要部の動作例を示すタイムチヤート、第４図は
従来の近距離レーダを示すブロツク図、第５図は
第４図の従来の近距離レーダの動作を説明するた
めのタイムチヤート、第６図は従来の利得制御回
路のブロツク図、第７図は第６図の従来の利得制
御回路の動作を示すタイムチヤート、第８図は利
得制御を示すタイムチヤートである。１：基準クロツク発生器、２：モノサイクル送
信器、３：送信アンテナ、４：受信アンテナ、
５：利得制御回路、６：サンプリング回路、７：
ストローブパルス発生器、８：サンプルホールド
回路、９：低域濾波器、１０：直流増幅器、１
１：表示器、１２，１４：可変減衰器、１６：制
御信号発生回路、１７：電流増幅器、３３：アド
レスカウンタ、３４，３５，３６：メモリ、３
７：マルチプレクサ、３９：Ｄ／Ａ変換器。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 長周期パルスの発生ごとにこれより可成り短
い周期できわめて短いパルス電波を送信し、そ
の反射波を受信し、その受信信号を受信機で受
信し、上記パルス電波の送信ごとにそのパルス
電波に対し順次位相がずれたストローブパルス
によりサンプリング回路でサンプリングするこ
とにより上記受信信号を時間的に伸長して受信
し、かつ上記長周期パルスと同期し、これと同
一周期で上記受信機の利得を制御する近距離レ
ーダにおいて、上記反射波を受信するアンテナと上記サンプ
リング回路との間に挿入され、電気的に制御が
可能な可変減衰器と、上記長周期パルスが入力され、その長周期パ
ルスにもとずいて時間的に変化する制御信号を
発生し、その制御信号で上記可変減衰量を制御
して上記利得を制御する制御信号発生回路と、を設けたことを特徴とする近距離レーダ。 (2) 上記制御信号発生回路は上記長周期パルスに
よりセツトされ、この長周期パルスより短い周
期のクロツクを計数アドレスカウンタと、その
アドレスカウンタの計数値にもとずきデジタル
信号を発生する手段と、そのデジタル信号をア
ナログ信号に変換して上記制御信号を得るDA
変換器とよりなることを特徴とする実用新案登
録請求の範囲第１項記載の近距離レーダ。