JPH04315979A - マイクロ波距離測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波を用いて比較
的近距離にある目標物体までの距離を検出するマイクロ
波距離測定方法及びそのための装置に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】従来から比較的近距離内における目標物
の距離判定には、周波数変調された連続波（いわゆるＦ
Ｍ−ＣＷ）信号により掃引探知する方式のレーダが用い
られている。図３はこのＦＭ−ＣＷレーダ方式に係るレ
ーダシステムのうちのサーボスロープ方式ＦＭ−ＣＷレ
ーダ方式の一構成例を示し、図４および図５はこのレー
ダ方式の動作波形を示している。

【０００３】変調電圧発生器１０は立上り時間Ｔを決定
する一定の勾配と振幅をもつ変調信号Ｆ（ｔ）　を発生
し、電圧制御発振器１２は図５に示すように該変調信号
Ｆ（ｔ）　により周波数変調された送信信号ｆ（ｔ）　
を出力する。この送信信号の周波数ｆ（ｔ）は変調信号
Ｆ（ｔ）　の相似波形で表わされ、基本周波数（例えば
１３ＧＨｚ　）に対して前記変調信号Ｆ（ｔ）　のスロ
ープの振幅に対応する偏移帯域幅ΔＦ（例えば４００Ｍ
Ｈｚ　）で直線的に変化する。

【０００４】送信信号ｆ（ｔ）　はアンテナ２２に送ら
れ、電波として放射される。この電波の目標物２４によ
る反射波は、アンテナ２６により受信され、受信信号と
してミキサ２０に送られる。ミキサ２０はこの受信信号
と送信信号ｆ（ｔ）　の一部をミキシングし、周波数差
に相当するビート周波数ｆｂ（例えば１００ｋＨｚ　）
を有するビート信号を出力する。このビート周波数ｆｂ
　は、次に述べるように、目標物２４の距離Ｄに比例す
る値である。

【０００５】すなわち、図５に示すように、送信信号及
び受信信号は、立ち上り時間Ｔに対する偏移帯域幅ΔＦ
の比（ΔＦ／Ｔ）である勾配のスロープを有しているた
め、送信信号と受信信号の間の時間差τに対する送信信
号及び受信信号のミキシングに係る周波数ｆｂ　の比ｆ
ｂ　／τは、前記のスロープの勾配に一致する。ここで
、送信信号と受信信号の間の時間差τは、目標物２４に
対する反射径路長２Ｄに係る電波伝達時間であるため、
光速をＣとした場合には、数式１の関係が成立する。一
方、前記のように勾配のスロープは数式２のような関係
があるため、距離Ｄは数式３であらわされる。この数式
３においてΔＦとＣは既知であるから、距離ＤはＴとｆ
ｂ　の積Ｔ・ｆｂ　に比例する。ここでサーボループに
よりｆｂ　を一定としてＴを計測することにより距離Ｄ
が求まる。

【０００６】

【数１】

【０００７】

【数２】

【０００８】

【数３】

【０００９】前述のビート周波数は増幅回路３１で増幅
され、サーボ制御する一定の周波数ｆ０　（例えば１０
０ｋＨｚ　）を中心周波数にもつバンドパスフィルタ３
３を介して、トラッキングディスクリミネータ３８およ
びコントロールディスクリミネータ４０の両方に送られ
る。トラッキングディスクリミネータ３８は目標物２４
の移動すなわち距離Ｄの変化に伴うビート周波数ｆｂ　
の変化量に応じた誤差信号ｇを発生し、コントロールデ
ィスクリミネータ４０はビート信号の周波数ｆｂ　が前
述のｆ０　付近であるかどうかを判断することにより前
記受信信号が目標物２４による反射波であるかどうかの
判定を行う。

【００１０】この判定の結果、前記受信信号が目標物２
４による反射波であるとされた場合には、コントロール
ディスクリミネータ４０は信号切換器４２に指令を発し
てトラッキングディスクリミネータ３８において発生し
た誤差信号を変調電圧発生器１０に入力させ、ここで変
調信号Ｆ（ｔ）　のスロープの勾配が調整される。この
ようにして、変調信号Ｆ（ｔ）　はサーボ制御される。

【００１１】一方判定の結果受信信号が目標物２４によ
る反射波と認められない場合には、信号切換器４２に指
令を発してサーチ電圧発生回路４４の発生するサーチ電
圧を変調電圧発生器１０に入力させる。変調電圧発生器
１０はこのサーチ電圧に応じて所定距離範囲における目
標の有無の掃引探知が行われる。距離出力回路１４はビ
ート周波数ｆ０　、変移帯域幅ΔＦ及び変調電圧発生器
１０からの立ち上り時間Ｔを用いて数式３に基いて距離
Ｄを演算し、図示してない表示回路に送る。

【００１２】このような従来のサーボスロープ式ＦＭ−
ＣＷレーダ方式によれば、目標物２４による反射を用い
た該目標物２４の距離Ｄを測定して出力し、変調信号Ｆ
（ｔ）のサーボ制御により目標物２４を継続捕捉し、目
標物２４が探知されないときには所定距離範囲を掃引検
知することができる。

【００１３】なおこのサーボスロープ式ＦＭ−ＣＷレー
ダ方式がｆｂ　を一定としてΤを計測して距離Ｄを求め
るのに対し、数式３においてＴを一定としてｆｂ　を計
測してＤを求めるビート周波数計数方式ＦＭ−ＣＷレー
ダがあるが、この方式で前述の２つのディスクリミネー
タ３８，３９、信号切換器４２などの代りに周波数カウ
ンタと距離出力回路を用いて距離を出力する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記のようなＦＭ−ＣＷレーダ方式によれば、多重反射
発生時には目標物の距離を誤判定するという問題点があ
った。すなわち、目標物に対して放射した電波が、例え
ばこの方式によるレーダシステムの筐体と目標物との間
を２往復したときには、該筐体上に設けられたアンテナ
によって真の反射径路の２倍の径路長に係る多重反射波
が受信され、該システムは真の距離の２倍の値を出力す
る。

【００１５】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、多重反射波による
距離の誤判定を防止し、距離判定確度向上が可能である
マイクロ波距離測定方法およびその装置を提供しようと
するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、一定振
幅の直線状スロープを有する連続的な変調信号により周
波数変調された送信信号をさらにパルス変調して電波と
して放射し、目標からの直接反射波を含む受信信号を前
記二重に変調された送信信号の一部と混合し、断続的に
得られる位相差信号のうち前記直接反射波のみによるタ
イミングにおける位相差信号の一部を抽出してビート信
号を再現し、この抽出されたビート信号から目標物のみ
を判定するマイクロ波距離測定方法が得られる。

【００１７】また本発明によれば、一定振幅の直線状ス
ロープを有する連続的な変調信号により周波数変調され
た送信信号をさらにパルス変調する手段と、パルス変調
された送信信号を電波として放射する手段と、電波を受
信する手段と、目標からの直接反射波を含む受信信号を
前記パルス変調された送信信号の一部と混合して断続的
なビート信号を得る手段と、この断続的なビ−ト信号の
うち、目標からの直接反射のみによるタイミングにおけ
るビート信号の一部を抽出して連続的なビート信号を再
現する手段と、前記再現した連続的ビ−ト信号から距離
信号を出力するかサ−チを行うかする手段とを備えたマ
イクロ波距離測定装置が得られる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明を図面を用いて説明する。図１
は本発明によるマイクロ波距離測定方法の一実施例の構
成を示すブロック図であり、図２は図１の各部波形図で
ある。図１において、変調電圧発生器１０は立上り時間
を決定する一定の勾配と振幅を持つ変調信号Ｆ（ｔ）　
を発生し、電圧制御発振器１２は変調信号Ｆ（ｔ）　で
周波数変調されたマイクロ波の連続搬送波信号を発振す
る。これらの波形はいずれも従来装置におけるものと同
じで、図４と図５に示されている。

【００１９】該電圧制御発振器１２の出力である送信信
号ｆ（ｔ）　は、例えばピンダイオード等により構成さ
れたパルス変調器１６に入力される。一方クロック発生
器１８は、低周波の繰返し周波数をもつパルス信号を発
振し、パルス変調器１６に入力する。送信信号ｆ（ｔ）
　は低周波のパルス信号によりパルス変調を受け、この
被変調信号は送信アンテナ２４より図２（ａ）に示すよ
うな送信波として放射される。この送信波のうち一部は
周知のように距離測定すべき目標物２４によって反射さ
れ、受信波（図示せず）として受信アンテナ２６により
受信される。受信波の成分は図２（ｂ）に示すような直
接反射波と同図（ｃ）に示すような多重反射波が図のよ
うなタイミングで存在する。ここでτと２τとの間のタ
イミングにおいては、多重反射波は存在しなく、直接反
射波のみが存在している。

【００２０】検波増幅器５６は直接反射波ｂと多重反射
波ｃを入力して検波レベルを出力する。この検波レベル
はコンパレータ５８へ送出され、ある閾値以上のレベル
の場合は“Ｈ”信号（以下の場合は“Ｌ”信号）になる
ように構成してあるので、受信波の始端（τの右端）の
タイミングすなわち直接反射波ｂの始端のタイミングに
おいて立上り信号が出力され、サンプルパルス発生回路
６０がトリガされ、サンプルパルスｄが発生する。この
サンプルパルスの幅は超高速サンプルホールド回路５４
で必要とされる最小限のサンプルパルスｄの幅（例えば
１０ｎｓ）を持たせてあるので、前記直接反射波のみが
存在しているタイミング内でサンプルパルスを発生させ
ることが可能である。また、超高速サンプルホールド回
路５４の入力として、受信信号と送信信号の一部との混
合信号がミキサ２０により生成され、増幅回路３１を介
して印加されている。したがって、超高速サンプルホー
ルド回路５４の出力は図２のホ−ルド出力ｅのようにな
り、ローパスフィルタ３６を通すことにより、図２のｆ
のようになる。すなわち、多重反射の影響を受けないビ
ート信号の再現が可能である。６２で囲んだ部分は直接
反射波ビ−ト信号発生部といえる。

【００２１】遮断周波数がｆ０　のローパスフィルタ３
６を通ったビート周波数ｆは、トラッキングディスクリ
ミネータ３８およびコントロールディスクリミネータ４
０に入力される。トラッキングディスクリミネータ３８
は目標物２４の移動すなわち距離Ｄの変化に伴うビート
周波数ｆの変化量に応じた誤差信号ｂを発生する。一方
コントロールディスクリミネータ４０はビート信号の周
波数ｆが前記ｆ０　付近であるかどうかを判断すること
により、前記受信信号が目標物２４による反射波である
かどうかの判定を行う。

【００２２】このコントロールディスクリミネータ４０
の判定の結果、前記受信信号が目標物２４による反射波
であるとされた場合には、コントロールディスクリミネ
ータ４０は信号切換器４２に対しトラックディスクリミ
ネータ３８を変調電圧発生器１０に接続する指令を発し
、トラッキングディスクリミネータ３８において発生し
た誤差信号ｂが変調電圧発生器１０に入力され、変調信
号Ｆ（ｔ）　のスロープの勾配を調整する。このように
して、変調信号Ｆ（ｔ）　はサーボ制御される。

【００２３】コントロールディスクリミネータ４０は、
判定の結果受信信号が目標物２４による反射波と認めら
れない場合には、信号切換器４２に対しサーチ電圧発生
回路４４と変調電圧発生器１０との接続指令を発し、こ
の結果、サーチ電圧発生回路４４において発生したサー
チ電圧が変調電圧発生器１０に入力される。このサーチ
電圧は、変調信号Ｆ（ｔ）　のスロープの勾配を所定範
囲内で連続的に変更するための周期的信号であって、こ
のサーチ電圧により変調信号Ｆ（ｔ）　のスロープ勾配
がより大になったときにはより近距離における目標の有
無を、逆に小になったときにはより遠距離における目標
の有無を探知する。従ってサーボ制御が行われていない
ときには、このサーチ電圧に応じて所定距離範囲におけ
る目標の有無が掃引検知される。距離出力回路１４はビ
ート周波数ｆ０　、変移帯域幅ΔＦ及び変調電圧発生器
１０からの立ち上り時間Ｔを用いて数式３により距離Ｄ
を演算し、図示しない表示回路に送る。

【００２４】以上説明したように、このサーボスロープ
式ＦＭ−ＣＷレーダ方式によれば、目標物２４による反
射を用いた該目標物２４の距離Ｄを直接波の存在するタ
イミングでのみ受信信号を抽出して測定し、変調信号Ｆ
（ｔ）　のサーボ制御により目標物２４を継続捕捉し、
目標物２４が探知されないときには所定距離範囲を掃引
検知することができる。

【００２５】図６は本発明の第２の実施例であるビート
周波数計数方式ＦＭ−ＣＷレーダの構成を示す図である
。図１の第１の実施例と異る点はローパスフィルタ３６
の出力（ｆ）処理部である。すなわち出力（ｆ）は、周
波数カウンタ６１に入力され、ビ−ト信号の周波数ｆｂ
　が測定される。測定されたｆｂ　は、距離出力回路６
２に於いて、変移帯域幅ΔＦ及び立上り時間Ｔを用いて
数式３により距離Ｄが得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、直接
反射波の存在するタイミングのみで受信信号を抽出して
ビート信号を再現するように構成している。このため、
多重反射波を含まない目標信号を得ることが可能となり
、距離の誤判定を防止し、距離判定確度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明に於ける各種の波形を示す図である。

【図３】従来のサ−ブスロ−プＦＭ−ＣＷレ−ダ方式の
一例を示す図である。

【図４】本発明および従来の装置に於ける変調信号Ｆ（
ｔ）　の波形を示す図である。

【図５】本発明および従来の装置に於ける周波数ｆ（ｔ
）　の波形を示す図である。

【図６】本発明の他の実施例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０　　　　変調電圧発生器 １２　　　　電圧制御発振器 １４　　　　距離出力回路 １６　　　　パルス変調器 １８　　　　クロック発生器 ２０　　　　ミキサ ２２　　　　アンテナ ２４　　　　目標物 ２６　　　　アンテナ ３１　　　　増幅回路 ３６　　　　ローパスフィルタ ３８　　　　トラッキングディスクリミネータ４０　　
　　コントロールディスクリミネータ４２　　　　信号
切換器 ４４　　　　サーチ電圧発生回路 ５４　　　　超高速サンプルホ−ルド回路５６　　　　
検波増幅器 ５８　　　　コンパレ−タ ６０　　　　サンプルパルス発生回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一定振幅の直線状スロープを有する連
   続的な変調信号により周波数変調された送信信号をさら
   にパルス変調して電波として放射し、目標からの直接反
   射波を含む受信信号を前記二重に変調された送信信号の
   一部と混合し、断続的に得られる位相差信号のうち前記
   直接反射波のみによるタイミングにおける位相差信号の
   一部を抽出してビート信号を再現し、この抽出されたビ
   ート信号から目標物のみを判定するマイクロ波距離測定
   方法。
2. 【請求項２】　　一定振幅の直線状スロープを有する連
   続的な変調信号により周波数変調された送信信号をさら
   にパルス変調する手段と、パルス変調された送信信号を
   電波として放射する手段と、電波を受信する手段と、目
   標からの直接反射波を含む受信信号を前記パルス変調さ
   れた送信信号の一部と混合して断続的なビート信号を得
   る手段と、この断続的なビ−ト信号のうち、目標からの
   直接反射のみによるタイミングにおけるビート信号の一
   部を抽出して連続的なビート信号を再現する手段と、前
   記再現した連続的ビ−ト信号から距離信号を出力するか
   サ−チを行うかする手段とを備えたマイクロ波距離測定
   装置。