JPH0760181B2

JPH0760181B2 - 距離計測装置

Info

Publication number: JPH0760181B2
Application number: JP2081312A
Authority: JP
Inventors: 章生長棟; 浩一手塚; 勇小峯
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH03282284A; ZA912367B; ZA912368B

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、擬似ランダム信号処理を利用したレーダ装置
により地中、空中等の対象物までの距離計測を行う距離
計測装置に関するものである。

［従来の技術］擬似ランダム信号を利用したレーダ方式の距離計測装置
としては、例えばパターンは同一で周波数がわずかに異
なる２つのＭ系列信号を使用したマイクロ波Ｍ系列レー
ダが特願昭63−250784号“距離計測方法及びその装置”
にて提案されている。

第５図は上記出願で提案されている距離計測装置の構成
を示すブロック図である。図において、6a,7aは擬似ラ
ンダム信号発生器、8,9はクロック信号発生器、10は受
信器、11は乗算器（変調器）、12は乗算器（ミキサ）、
13はローパスフィルタ、14は搬送波発振器、15は分配
器、16は送信器、17は乗算器（ミキサ）、18は分配器、
19はハイブリット結合器、20,21は乗算器（ミキサ）、2
2,23はローパスフィルタ、24,25は２乗器、26は加算
器、27は伝播時間測定器、28は距離換算器、29は送信ア
ンテナであり、30は受信アンテナである。

第６図は擬似ランダム信号発生器として用いられる７ビ
ットのＭ系列信号発生器の構成図であり、31は７段構成
のシフトレジスタ、32は排他的論理和回路である。

次に動作説明をする。擬似ランダム信号発生器6a,7aに
は例えば第６図のＭ系列信号発生器が使用でき、例えば
ECL（エミッタ・カップル・ロジック）素子による７段
構成のシフトレジスタ31と排他的論理和回路32により構
成される。Ｍ系列信号は符号の“1"（正電圧の＋Ｅが対
応する）と“0"（負電圧の−Ｅが対応する）の組み合せ
により周期性循環信号であり、本例の７ビットの場合2⁷
−１＝127個（127チップともいう）の信号を発生すると
１周期が完了し、この周期を繰り返した循環信号を発生
する。擬似ランダム信号発生器6a,7aは同一回路で構成
されるため、両者の出力信号は全く同一パターンの信号
となる。但し、供給されるクロック周波数がわずかに異
なるためその１周期もわずかに異っている。

クロック発生器8,9は共に水晶発振子を内蔵し、十分周
波数の安定したクロック信号を発生するが、その発生周
波数がわずかに異っている。この例ではクロック発生器
８の発生周波数f₁は100.004MHz、クロック発生器９の発
生周波数f₂は99.996MHzとし、その周波数差はf₁−f₂＝8
KHzとしている。クロック発生器８及び９からそれぞれ
出力されるクロック信号f₁及びf₂は、それぞれ擬似ラン
ダム信号発生器6a及び7aに供給される、擬似ランダム信
号発生器6a及び7aは、駆動用クロック信号の周波数差に
よりそれぞれの１周期がわずかに異なるが同一パターン
のＭ系列信号M₁及びM₂を出力する。いま２つのＭ系列信
号M₁及びM₂の周期を求めると、 M₁の周期＝127×1/100.004MHz≒1269.9492nsM₂の周期＝
127×1/99.996MHz≒1270.0508nsとなる。即ち２つのＭ
系列信号M₁及びM₂は約1270ns（10^-9秒）の周期を有す
が、両者の周期には約0.1nsの時間差がある。それ故こ
の２つのＭ系列信号M₁及びM₂を循環して発生させ、ある
時刻t_aで２つのＭ系列信号のパターンが一致したとする
と、１周期の時間経過毎に0.1nsのずれが両信号間に生
じ、100周期後には10nsのずれが両信号間に生ずる。

ここでＭ系列信号は１周期1270nsに127個に信号を発生
するので、１信号の発生時間は10nsである。従って２つ
のＭ系列信号M₁及びM₂間に10nsのずれが生ずるこという
ことは、Ｍ系列信号が１個分ずれたことに相当する。擬
似ランダム信号発生器6aの出力M₁乗算器11及び12に、ま
た擬似ランダム信号発生器7aの出力M₂は乗算器12及び17
にそれぞれ供給される。

搬送波発生器14は例えば周波数約10GHzのマイクロ波を
発振し、その出力信号は分配器15により分配され、乗算
器11及びハイブリッド結合器19に供給される。乗算器11
は例えばダブルバランスドミクサにより構成され、分配
器15より入力される周波数約10GHzの搬送波と擬似ラン
ダム信号発生器6aより入力されるＭ系列信号M₁との乗算
を行ない、搬送波を位相変調したスペクトル拡散信号を
出力し送信器16へ供給する。

送信器16は入力されたスペクトル拡散信号を電力増幅
し、送信アンテナ29を介して電磁波に変換しターゲット
に向けて放射する。また、送信アンテナ29及び受信アン
テナ30は例えばホーンアンテナを用い、指向性を鋭く絞
ることにより測定対象物以外からの反射電力を可及的に
小さくしている。また、アンテナゲインは例えばいずれ
も約20dB程度である。

送信アンテナ29からダーゲットに向けて放射された電磁
波は、ダーゲット反射され受信アンテナ30を介して電気
信号に変換され受信器10へ入力される。受信器10へ入力
信号が供給されるタイミングは、当然送信アンテナ29か
ら電磁波が放射されたタイミングから電磁波がダーゲッ
トまでの距離を往復し受信アンテナ30に到達するまでの
電磁波の伝播時間だけ遅延している。受信器10は入力信
号を増幅し乗算器17へ供給する。

一方、乗算器12に擬似ランダム信号発生器6a及び7aから
それぞれ入力されたＭ系列信号M₁及びM₂は乗算され、そ
の乗算値の時系列信号はローパスフィルタ13へ供給され
る。乗算器12へ入力される２つの擬似ランダム信号の位
相が一致している場合は＋Ｅの出力電圧が継続するが、
両信号の位相が一致していない場合は＋Ｅと−Ｅの出力
電圧がランダムに発生する。ローパスフィルタ13,22,23
は周波数の帯域制限を行なうことにより、一種の積分機
能を有し両信号の相関演算値の積分信号として、両信号
の位相が一致している場合にはパルス状信号を出力す
る。また、両信号の位相が不一致の場合には出力は零と
なる。

従って、ローパスフィルタ13の出力には周期的にパルス
状信号が発生する。このパルス状信号は時刻の基準信号
として伝播時間測定器27へ供給される。この基準信号の
周期T_Bは、本例の場合はf₁＝100.004MHz、f₂＝99.996MH
zであるのでT_R＝15.875msとなる。

また、乗算器17へは受信器10からの受信信号と擬似ラン
ダム信号発生器7aからのＭ系列信号M₂が入力され、両信
号の乗算が行なわれる。この乗算器17の乗算結果は、第
１のＭ系列信号M₁により送信用搬送波が位相変調される
受信信号の被変調位相と、第２のＭ系列信号M₂の位相が
一致している場合は位相の揃った搬送波信号とし出力さ
れ、受信信号の被変調位相とＭ系列信号M₂の位相が異な
るときには位相のランダムな搬送波として出力され分配
器18へ供給される。分配器18は入力信号を２つに分配
し、その分配出力R₁及びR₂をそれぞれ乗算器20及び21へ
供給する。

分配器15より送信用搬送波の一部が供給されたハイブリ
ッド結合器19は、入力信号に対して同相成分の（位相０
度の）信号Ｉと直角成分の（位相90度の）信号Ｑとを出
力し、それぞれ乗算器20及び21へ供給する。

乗算器20はハイブリッド結合器19より入力する信号Ｉ
（即ち搬送波発振器14の出力と同相の信号）と分配器18
より入力する前記信号R₁との乗算を行ない、同様に乗算
器21は入力する信号Ｑ（即ち搬送波発振器14の出力と90
度位相の異なる信号）と前記信号R₂との乗算を行ない、
それぞれ受信信号中の位相０度成分（Ｉ・R₁）と位相90
度成分（Ｑ・R₂）とを抽出し、被検波信号として出力す
る。この被検波信号としての信号Ｉ・R₁とＱ・R₂はそれ
ぞれローパスフィルタ22及び23へ供給される。

ローパスフイルタ22及び23は周波数の帯域制限を行なう
ことにより積分機能を有し、２信号の相関演算値の積分
を行なう。即ち乗算器17の出力より分配器18を介して乗
算器20に入力される前記信号R₁とハイブリッド結合器19
より乗算器20に入力される前記信号Ｉの位相が一致した
とき、同様に乗算器21に入力される前記信号R₂と信号Ｑ
の位相が一致したとき、乗算器20及び21の出力信号はそ
れぞれ一定極性のパルス信号（電圧＋Ｅ又は−Ｅのパル
ス信号）となり、この信号を積分したローパスフィルタ
22及び23の出力には大きな電圧が得られる。また前記信
号R₁と信号Ｉの位相の不一致のとき、及び前記信号R₂と
信号Ｑの位相の不一致のとき、乗算器20及び21の出力信
号は、それぞれランダムに変化する正負両極性のパルス
信号（即ち電圧＋Ｅと−Ｅのパルス信号）となり、この
信号を積分したローパスフィルタ22及び23の出力は零と
なる。

ローパスフィルタ22及び23により上記の如く積分処理さ
れた位相０度成分と位相90度成分の信号はそれぞれ２乗
器24及び25に供給される。２乗器24及び25はそれぞれ入
力信号の振巾を２乗演算し、その演算結果の出力信号を
加算器26に供給する。加算器26は両入力信号を加算して
パルス状検出信号を出力し、伝播時間測定器27に供給す
る。いまこの検出信号の最大値発生時刻をt_bとする。

このように受信信号とＭ系列信号M₂との相関処理により
得られた信号から送信用搬送波の位相０度成分と位相90
度成分をそれぞれ検波し、この被検波信号をそれぞれ積
分処理後２乗演算し、この１対の２乗値の和として対象
物検出信号を得る方式は構成が多少複雑であるが、高感
度の対象物検出信号を得ることができる。また、Ｍ系列
信号のような擬似ランダム信号の相関出力を得るように
しているので雑音の影響を低減し信号を強調するため、
信号対雑音比（S/N）の高い計測システムを実現するこ
とができる。勿論搬送波の検波方式としては、クリスタ
ルを用いた検波方式があり、感度は低下するが、構成が
単純化されるので、仕様及びコストによりこの方式を採
用することもできる。

伝播時間測定器27はローパスフィルタから入力される基
準信号の最大値の発生時刻t_aと加算器26から入力される
検出信号の最大値の発生時刻t_bとの間の時間T_Dを測定す
る。このため伝播時間測定器27は２つの入力信号の最大
値発生時刻を検出する機能を有する。例えば入力電圧値
をクロック信号により逐次サンプルホールドして、現在
のクロック信号によるサンプル値とクロック信号の１つ
前のサンプル値とを電圧比度器により逐次比較して、入
力信号の時間に対する増加状態から減少状態に反転する
時刻を検出することにより、入力信号の最大値発生時刻
を検出することができる。前記時間T_Dは基準信号の最大
値発生時刻t_aと検出信号の最大値発生時刻t_bとの間の時
間として示される。この時間T_Dは実際に電磁波が送信及
び送信アンテナ29及び30とターゲットの間の距離を往復
する伝播時間τのf₁/（f₁−f₂）倍だけ時間的に拡大さ
れて得られる。本例の場合f₁＝100,004MHz,f₂＝99,996M
Hzであるので、12,500倍に時間が拡大され次式が得られ
る。

T_D＝12,500τ また、上式の時間T_Dは前記基準信号の周期T_Bごとに得ら
れる。

このように計測時間がきわめて大きく拡大されているの
で、対象物の距離を短距離から精度良く計測することが
可能である。従って炉内のスラグレベルや溶鋼レベル等
の短距離のレベル計測装置としても適しているといえ
る。

従って、距離換算器28は送信及び受信アンテナ29及び30
からターゲットまでの距離ｘメートルを次式により求め
る。

ｘ＝（f₁−f₂）/2f₁・ｖ・T_D＝1.2×10⁴・T_D 以上のように、この方法においては第６図に示すシフト
レジスタ31と排他的論理和回路32によるＭ系列信号発生
器を使用して数十GH_Zのマイクロ波信号により位相変調
し、送信信号としてアンテナから対象物に対して送信
し、受信した対象物からの反射信号に対して、変調に使
用したＭ系列信号とパターンは同一で周波数がわずかに
異なるＭ系列信号の乗算と、搬送波のコヒーレント検波
とを行うことにより信号を高感度に検知し、アンテナか
ら対象物までの信号の伝播にかかる送受信間の信号の時
間遅れを計測することにより、アンテナから対象物まで
の距離を算出している。

［発明が解決しようとする課題］従来の擬似ランダム信号を利用したレーダ方式の距離計
測装置において、シフトレジスタと排他的論理和回路を
デジタル回路で構成した擬似ランダム信号発生器では、
発生可能な擬似ランダム信号がＭ系列信号、ゴールド符
号等に限られたものとなり、相関特性が良好でサイドロ
ープの発生しにくい、バーカコード、コンプリメンタリ
符号等の等の擬似ランダム信号を使用することができ
ず、以下のような問題点がある。

従来のＭ系列信号を利用したレーダ装置においては、受
信信号に対して相関信号処理を行いノイズを抑制し高感
度な信号検知を行っているが、擬似ランダム信号として
Ｍ系列信号を利用する場合、相関処理におけるサイドロ
ーブの発生を抑えるためには、Ｍ系列信号を連続的に送
信する必要がある。

このため、送受信用アンテナに近接した不要な反射物が
あり対象物からの反射信号が不要な反射信号にマスクさ
れてしまうような場合に、レーダ装置の信号受信感度を
時間的に変化させることにより不要な反射信号の受信を
抑えて、その影響を抑制しようとしてもそのような処理
をすることができなかった本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であり、バーカコード等任意の擬似ランダム信号を利用
して対象物までの距離測定を行う擬似ランダム信号処理
を利用した距離計測装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の請求項１に係る距離測定装置は、周波数f₁のク
ロック信号に同期して、このクロック信号の所定数ｎ周
期毎に所定数ｍ（但しｎ＞ｍ）周期だけ第１の擬似ラン
ダム信号を発生する手段と、前記周波数f₁とわずかに周
波数が異なる周波数f₂のクロック信号に同期して、この
クロック信号の所定数ｎ周期毎に所定数ｍ（但しｎ＞
ｍ）周期だけ前記第１の擬似ランダム信号と同一パター
ンの第２の擬似ランダム信号を発生する手段と、前記第
１の擬似ランダム信号と前記第２の擬似ランダム信号と
を乗算する第１の乗算器と、前記第１の乗算器の出力信
号を低域濾波処理する第１の低域濾波手段と、搬送波を
発生する搬送波発生手段と、前記第１の擬似ランダム信
号により前記搬送波を変調した信号を送信信号として対
象物に対して送信する送信手段と、前記対象物からの反
射信号を受信し受信信号を取得する受信手段と、前記取
得した受信信号と前記第２の擬似ランダム信号とを乗算
する第２の乗算器と、前記搬送波発生手段の出力信号の
一部を取り出す第１の分配器と、前記第１の分配器の出
力信号を２つの互いに位相が直交する同相成分であるＩ
信号と直角成分であるＱ信号とに変換出力するハイブリ
ッド結合器と、前記第２の乗算器の出力信号をR1信号と
R2信号の２信号に分配する第２の分配器と、前記ハイブ
リッド結合器の出力Ｉ信号と前記第２の分配器の出力R1
信号とを乗算する第３の乗算器と、前記ハイブリッド結
合器の出力Ｑ信号と前記第２の分配器の出力R2信号とを
乗算する第４の乗算器と、前記第３の乗算器の出力信号
を低域濾波処理する第２の低域濾波手段と、前記第４の
乗算器の出力信号を低域濾波処理する第３の低域濾波手
段と、前記第２の低域濾波手段及び第３の低域濾波手段
の出力信号をそれぞれ個別に２乗演算する第１の２乗器
及び第２の２乗器と、この第１の２乗器及び第２の２乗
器の出力信号を加算する加算器と、前記第１の低域濾波
手段の出力信号の最大値が生ずる時刻と前記加算器の出
力信号の最大値が生ずる時刻との間の時間を計測する時
間計測器とを備えたものである。

本発明の請求項２に係る距離計測装置は、周波数f₁のク
ロック信号に同期して、このクロック信号の所定数ｎ周
期毎に所定数ｍ（但しｎ＞ｍ）周期だけ第１の擬似ラン
ダム信号を発生する手段と、前記周波数f₁とわずかに周
波数が異なる周波数f₂のクロック信号に同期して、この
クロック信号の所定数ｎ周期毎に所定数ｍ（但しｎ＞
ｍ）周期だけ前記第１の擬似ランダム信号と同一パター
ンの第２の擬似ランダム信号を発生する手段と、前記第
１の擬似ランダム信号を送信信号として対象物に対して
送信する送信手段と、前記対象物からの反射信号を受信
し受信信号を取得する受信手段と、前記第１の擬似ラン
ダム信号と前記第２の擬似ランダム信号とを乗算する第
１の乗算器と、前記第１の乗算器の出力信号を低域濾波
処理する第１の低域濾波手段と、前記受信手段の出力信
号と前記第２の擬似ランダム信号とを乗算する第２の乗
算器と、前記第２の乗算器の出力信号を低域濾波処理す
る第２の低域濾波手段と、前記第１の低域濾波手段の出
力信号の最大値が生ずる時刻と前記第２の低域濾波手段
の出力信号の最大値が生ずる時刻との間の時間を計測す
る時間計測手段とを備えたものである。

本発明の請求項３に係る距離計測装置は、前記請求項１
又は請求項２に係る距離計測装置における前記第１又は
第２の擬似ランダム信号を発生する手段が、それぞれ周
波数f₁又はf₂のクロック信号の計数を０から（ｎ−１）
まで繰返して行いその計数値を出力するカウンタと、こ
のカウンタの計数値をアドレスとしてあらかじめ記憶す
る前記所定数ｍ（但しｍ＜ｎ）の擬似ランダムデータと
（ｎ−ｍ）個の無効データを読出す記憶装置と、この記
憶装置から読出された擬似ランダムデータと無効データ
を正負値と零値の電圧信号にそれぞれ変換出力する信号
変換器を含むものである。

本発明の請求項４に係る距離計測装置は、前記請求項
１、請求項２又は請求項３に係る距離計測装置におい
て、前記対象物からの反射信号を受信し受信信号を取得
する受信手段が、前記対象物からの直接反射信号以外の
不要反射信号を抑制するように、前記送信手段が送信信
号を送信した時刻からの時間経過に応じて受信感度を変
化させる手段を含むものである。

［作用］本請求項１に係る発明においては、周波数f₁のクロック
信号に同期して、このクロック信号の所定数ｎ周期毎に
所定数ｍ（但しｎ＞ｍ）周期だけ第１の擬似ランダム信
号を発生し、また前記周波数f₁とわずかに周波数が異な
る周波数f₂のクロック信号に同期して、このクロック信
号の所定数ｎ周期毎に所定数ｍ（但しｎ＞ｍ）周期だけ
前記第１の擬似ランダム信号と同一パターンの第２の擬
似ランダム信号を発生する。そして第１の乗算器は前記
第１の擬似ランダム信号と前記第２の擬似ランダム信号
とを乗算し、第１の低域濾波手段は前記第１の乗算器の
出力信号を低域濾波処理する。その結果、前記第１の乗
算器へ入力される２つの擬似ランダム信号の位相が一致
しているときに、第１の低域濾波手段の出力側に滑らか
なピーク波形の信号が得られ、この信号が基準信号とし
て時間計測器へ供給される。

一方送信手段は、搬送波発生手段により発生した搬送波
を前記第１の擬似ランダム信号により変調し、この変調
信号を送信信号として対象物に対して送信し、受信手段
は前記対象物からの反射信号を受信し受信信号を取得
し、第２の乗算器は前記取得した受信信号と前記第２の
擬似ランダム信号とを乗算する。また前記搬送波の一部
を取り出し、これをハイブリッド結合器により互いに位
相が直交する同相成分であるＩ信号と直角成分であるＱ
信号の２つに変換出力し、前記第２の乗算器の出力信号
をR1信号とR2信号の２信号に分ける。

次に第３及び第４の乗算器により、それぞれＩ信号とR1
信号との乗算及びＱ信号とR2信号との乗算を行なう。こ
の第３及び第４の乗算器の出力信号は、受信手段の出力
信号を直交検波し、この２つの検波成分毎に第２の擬似
ランダム信号を乗算した乗算結果の信号と等価である。
この第３及び第４の乗算器の乗算結果はそれぞれ個別の
ローパスフィルタを通過せしめられ、この２つのローパ
スフィルタの出力信号はそれぞれ個別に２乗演算された
後に互いに加算され、この加算結果の信号が検出信号と
して時間計測器へ供給される。そしてこの検出信号も２
つの擬似ランダム信号の位相が一致したときに滑らかな
ピーク波形の信号として得られるが、送信信号の受信ま
でに要する伝播時間のため、前記基準信号の発生時刻と
検出信号の発生時刻とは異なる時刻となる。そして時間
計測器は前記基準信号の最大値が生じる時刻と検出信号
の最大値が生じる時刻との間の時間を計測し、距離換算
器は前記計測された時間に基づき所定の演算式によって
対象物までの距離を算出する。

なお、実施例において、ｎ＝128、ｍ＝７、f₁＝30.002M
Hz、f₂＝29.998MHzとした例が示されている。

前記請求項１に係る発明における送信手段は搬送波を第
１の擬似ランダム信号により変調した変調信号を送信す
るものであるが、本請求項２に係る発明においては、送
信手段は前記変調信号の代りに、第１の擬似ランダム信
号をそのまま送信信号として対象物に送信する。そして
受信手段により得られた受信信号は第２の擬似ランダム
信号と乗算され、この乗算結果を低域濾波処理した信号
が検出信号として時間計測器へ供給される。そして基準
信号の生成法、時間計測器による時間計測法及び距離換
算器による距離算出法等は請求項１に係る発明と全く同
一の方法により行われる。

本請求項３に係る発明においては、前記請求項１又は請
求項２に係る発明において、第１又は第２の擬似ランダ
ム信号を発生する手段は、それぞれカウンタと記憶装置
と信号変換器とを含み、カウンタは周波数f₁又はf₂のク
ロック信号の計数を０から（ｎ−１）まで繰返して行い
その計数値を出力し、記憶装置は前記カウンタの計数値
をアドレスとしてあらかじめ記憶する前記所定数ｍ（但
しｍ＜ｎ）の擬似ランダムデータと（ｎ−ｍ）個の無効
データを読出し、信号変換器は前記記憶装置から読出さ
れた擬似ランダムデータを正負値の電圧信号、無効デー
タを零値の電圧信号にそれぞれ変換出力する。

なお実施例において、f₁＝30.002MHz、f₂＝29.998MHz、
ｎ＝128、（ｎ−１）＝127、ｍ＝７、（ｎ−ｍ）＝12
1、擬似ランダムデータを７ビットのバーカコードと
し、このコードの１は正電圧、０は負電圧とした例が示
されている。

本請求項４に係る発明においては、前記請求項１、請求
項２又は請求項３に係る発明において、前記対象物から
の反射信号を受信し受信信号を取得する受信手段は受信
感度を変化させる手段を含み、この手段は前記対象物か
らの直接反射信号以外の不要反射信号を抑制するよう
に、前記送信手段が送信信号を送信した時刻からの時間
経過に応じて受信感度を変化させる。

なお、実施例においては、その第３図の（ｃ）に送信信
号を送信した時刻から一定時間は受信感度を低下させて
いる例が示されている。

［実施例］第１図は本発明の一実施例に係る距離計測装置の擬似ラ
ンダム信号発生器の説明図である。第１図（ａ）はその
擬似ランダム信号発生器の構成を示すブロック図であ
る。図において、１はカウンタ、２は記憶装置、３は信
号変換器である。

カウンタ１はクロック信号を入力し、入力クロックのカ
ウントを行い、そのカウント数を記憶装置２へ出力す
る。カウンタ１は０からカウント上限値（ｎ−１）まで
のカウントを行い、カウント数が上限値（ｎ−１）に達
するとカウンタ数は０にリセットされ、再びカウントを
行う。本実施例において、カウンタ１は上限値を127と
して入力されるクロック信号に同期して、０から127ま
でのカウントを繰り返し行う。また、カウンタ数が０に
リセットされる時には外部へ同期パルス信号を出力す
る。

記憶装置２はROM、RAM等により構成されるデータを記憶
するメモリを持ち、カウンタ１からの出力カウント数を
入力し、カウント数をメモリのアドレスとしてメモリに
記憶されている擬似ランダム信号の符号データ及び無効
データを読み出し、信号変換器３への出力を行う。本実
施例の記憶装置２は、それぞれが０から（ｎ−１）＝12
7までのアドレスで指定される２ビットのデータ長を持
つ128個のメモリを持つものとした。各メモリの１ビッ
ト目は、記憶される擬似ランダム信号の符号パターンを
表し、擬似ランダム信号の符号の１と０に対応してそれ
ぞれ１と０を設定している。また、メモリの２ビット目
はメモリのデータが擬似ランダム信号の符号データであ
るかどうかを示しており、符号データであれば１を、符
号データでなければ０を設定するものとした。

第１図（ｂ）は記憶装置２のメモリに符号７のバーカコ
ードの符号データを記憶させた場合の例を示す説明図で
ある。この例ではアドレスの０から６に対応するメモリ
にバーカコードの符号データに対応して11または10の２
ビットデータを記憶させ、それ以外のアドレス７から12
7までに対応するメモリには無効データ00を記憶させ
た。この記憶装置２は、カウンタ１からの入力信号に従
って、アドレス０から127に対応するデータが順次読み
出されるので、データの読み出しはカウンタ１へ入力さ
れるクロックに同期して、128クロック分の周期で繰り
返し行われる。

第１図（ｃ）は本実施例の信号変換器３における入力デ
ータと出力信号の関係を示す説明図である。信号変換器
３は記憶装置２からのデータを入力し、３値信号に変換
して出力を行っており、記憶装置２から入力される２ビ
ットのデータが符号データを示す11または10の場合に
は、データに対応して＋または−の信号を出力し、デー
タが00または01の場合には０信号を出力する。

第１図（ｄ）は第１図（ｂ）に示したメモリ内容を持つ
記憶装置２からのデータを入力し場合の信号変換器３の
出力信号波形すなわち擬似ランダム信号発生器の出力波
形を示しており、記憶装置２から読み出されるデータに
対応して、＋または−または０の信号が出力される。記
憶装置２からのデータの読み出しはクロック信号に同期
して記憶装置２内のメモリの個数で決まる周期で繰り返
し行われることから、信号変換器３からの出力信号は７
クロック分のバーカコードの出力と121クロック分の０
信号の繰り返し波形となる。換言すると各周期毎に、７
クロック分のバーカコードを送信する擬似ランダム信号
として発生し、その後の０信号による121クロック分の
送信休止時間を設けるという周期的動作を繰り返す。

第２図は本発明の一実施例に係る距離計測装置の構成を
示すブロック図であり、第１図に示した擬似ランダム信
号発生器を使用している。本実施例において擬似ランダ
ム信号処理は２つのパターンは同一で周波数のわずかに
異なる擬似ランダム信号を使用しているが、これは上述
の第５図の距離計測装置と同一である。第２図におい
て、6,7は第１図に示した構成の擬似ランダム信号発生
器であり、それ以外のものは第５図に示したものと同一
であるから、本発明の特徴部分を中心にその構成及び動
作について以下説明する。

本実施例ではクロック信号は、f₁＝30.002MHz、f₂＝29.
998MHzとし、搬送波信号周波数は10GH_Zとした。擬似ラ
ンダム信号発生器６及び７は第１図に示す構成を有し、
符号長７のバーカコードと一定の時間間隔の０信号がク
ロック信号に同期して、繰り返し出力される。

本実施例において、乗算器（変調器）11は擬似ランダム
信号発生器６から入力される擬似ランダム信号に従って
分配器15を介して送られてくる搬送波発振器14からの搬
送波の変調を行うが、擬似ランダム信号発生器６からの
信号出力は＋または−または０の３値信号であり、信号
が＋または−の場合にはその信号に従って搬送波の位相
変調を行い、信号が０の場合には搬送波の出力を停止す
る。この結果、レーダ装置から送信アンテナ29を介して
対象物へ送信される信号は、周波数f₁（この例ではf₁＝
30.002MHz）のクロック信号に同期して、このクロック
信号のｎ（この例ではｎ＝128）同期毎に、ｍ（ｎ＞ｍ
であり、この例ではｍ＝７）周期分だけ擬似ランダム信
号を送信する断続的な信号となる。また、本実施例にお
いて距離計測装置に使用される受信器10は受信アンテナ
29により受信された対象物からの反射信号を入力し、信
号の増幅あるいは減衰を行い、この信号の増幅率あるい
は減衰率を、測定対象物からの直接反射信号以外の不要
反射信号（例えば測定対象物以外の物からの反射信号や
測定対象物からの多重反射信号等）を抑制するように、
擬似ランダム信号発生器６から入力される同期パルス信
号に同期して時間的に変化させて出力する。

第３図は受信器10の動作を示すタイミングチャートであ
る。同図の（ａ），（ｂ）はそれぞれ擬似ランダム信号
発生器６から出力される擬似ランダム信号及び同期パル
ス信号の信号波形を示している。また、同図（ｃ）は受
信器10における信号の増幅率の時間変化を示している。
受信器10は擬似ランダム信号発生器６から同期パルス信
号が入力されると、パルスが入力された瞬間から任意の
時間ｔの間信号減衰率を増加させ、この時間内に受信ア
ンテナ30で受信される不要な反射信号の入力を制限し、
不要反射信号の影響を抑制している。

第７図は第２図の乗算器及びローパスフィルタの動作の
説明図である。

第７図の（ア）、（イ）は、２つの擬似ランダム信号発
生器6,7からそれぞれ出力される、クロック周波数f₁に
よるバーカコードB₁とクロック周波数f₂によるバーカコ
ードB₂を示しており、その左端の位置において両者の位
相が一致している。同図の（ウ）は乗算器12及びローパ
スフィルタ13の出力信号を示しており、２つのバーカコ
ードの位相の一致する左端の位置において、滑らかなピ
ーク波形の信号を発生する。この信号が同図の（エ）に
示される基準信号となり伝播時間測定器27へ供給され
る。一方第５図における動作説明と同様に、加算器26の
出力信号は同図の（オ）に示される検出信号として伝播
時間測定器27へ供給される。伝播時間測定器27は基準信
号の最大値の発生時刻t_aと検出信号の最大値の発生時刻
t_bとの間の時間T_Dを測定する。距離換算器28は第５図で
説明した換算式を用いて、測定時間T_Dから測定対象物ま
での距離ｘを算出する。

第４図は本発明の他の実施例に係る距離計測装置の構成
を示すブロック図であり、本実施例においては第１図に
示した擬似ランダム信号発生器を使用し、そして擬似ラ
ンダム信号を直接送信信号として利用している。

本実施例においても、第２図に示した実施例と同様に２
つのパターンは同一で周波数のわずかに異なる擬似ラン
ダム信号を使用する擬似ランダム信号処理を利用してい
る。すなわち、本実施例ではクロック信号は、f₁＝30.0
02MHz、f₂＝29.998MHzとし、擬似ランダム信号発生器6,
7は第１図に示す構成を有し、符号長７のバーカコード
の出力を行っている。

第２図においては、送信器16は第１の擬似ランダム信号
により搬送波を変調した変調信号を送信しているが、第
４図においては、送信器16は第１の擬似ランダム信号を
そのまま送信信号として対象物に送信している点が異な
っている。

擬似ランダム信号発生器６からの擬似ランダム信号は送
信器16に入力し、送信器16に入力された擬似ランダム信
号を電力増幅して送信アンテナ29を介して電極波に変換
しターゲットに向けて放射する。このため、第２図の搬
送波発振器14、分配器15及び乗算器11が省略されてい
る。また、送信アンテナ29からの電磁波はターゲットで
反射され受信アンテナ30を介して電気信号に変換されて
受信器10に入力されるが、その後の処理は受信器10から
の受信信号と擬似ランダム信号発生器７からの擬似ラン
ダム信号とが乗算器（ミキサ）20で乗算（ミキシング）
されてローパスフィルタ20に出力する。従って、第２図
の分配器18、乗算器23、ローパスフィルタ23、２乗器2
4、25及び加算器26が省略された構成になっている。

ローパスフィルタ13の出力及びローパスフィルタ22の出
力が伝播時間測定器27に入力して、以後は第２図の場合
と同様に処理されて送信アンテナ29及び受信アンテナ30
とターゲットまでの距離が距離換算器28より出力する。

本実施例による距離計測装置は、特に地中、水中に埋没
された対象物の位置測定や地中等の探査に利用すること
ができる。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、周波数f₁のクロック信号
に同期して、このクロック信号の所定数ｎ周期毎に所定
数ｍ（但しｎ＞ｍ）周期だけ第１の擬似ランダム信号を
発生し、また前期周波数f₁とわずかに周波数が異なる周
波数f₂のクロック信号に同期して、このクロック信号の
所定数ｎ周期毎に所定数ｍ（但しｎ＞ｍ）周期だけ前記
第１の擬似ランダム信号と同一パターンの第２の擬似ラ
ンダム信号を発生するようにしたので、擬似ランダム信
号のうちで、従来の連続波信号として用いるＭ系列信号
やゴールド符号以外のパルス信号として用いるバーカコ
ード等の使用が可能となった。そして前記クロック周波
数f₁のｍ周期だけ前記第１の擬似ランダム信号によって
搬送波を変調した変調信号を対象物に送信するか、また
は前記第１の擬似ランダム信号をそのまま送信信号とし
て対象物に送信し、前記クロック周波数f₁の（ｎ−ｍ）
周期分の送信休止時間を設けた。従って従来のように送
信中に受信する必要がなくなり、送信時間終了後の受信
専用時間に受信を行うので送受信アンテナに近接する物
体からの不要な反射信号の除去が容易になった。

また本発明によれば、対象物からの反射信号を受信し受
信信号を取得する受信手段は、前記対象物からの直接反
射信号以外の不要反射信号を抑制するように、送信手段
が送信信号を送信した時刻からの時間経過に応じて受信
感度を変化させるので、測定対象物からの直接反射信号
のみを高感度で検出できるようになった。

また本発明によれば、前記第１又は第２の擬似ランダム
信号を発生する手段は、それぞれカウンタ、記憶装置及
び信号変換器から構成するようにしたので、所望の擬似
ランダムデータと無効データを記憶装置内に設定し、ま
たはこれを変更することが容易に実現可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例に係る距離計
測装置の擬似ランダム信号発生器の説明図、第２図は前
記実施例の距離計測装置の構成を示すブロック図施例を
示す図、第３図は第２図の距離計測装置の受信器の動作
を示すタイミングチャート、第４図は本発明の他の実施
例に係る距離計測装置の構成を示すブロック図、第５図
及び第６図は従来の距離計測装置の説明図、第７図は第
２図の乗算器及びローパスフィルタの動作の説明図であ
る。１……カウンタ、２……記憶装置、３……信号変換器。

Claims

【特許請求の範囲】距離計測装置

【請求項１】周波数f₁のクロック信号に周期して、この
クロック信号の所定数ｎ周期毎に所定数ｍ（但しｎ＞
ｍ）周期だけ第１の擬似ランダム信号を発生する手段
と、前記周波数f₁とわずかに周波数が異なる周波数f₂の
クロック信号に同期して、このクロック信号の所定数ｎ
周期毎に所定数ｍ（但しｎ＞ｍ）周期だけ前記第１の擬
似ランダム信号と同一パターンの第２の擬似ランダム信
号を発生する手段と、前記第１の擬似ランダム信号と前
記第２の擬似ランダム信号とを乗算する第１の乗算器
と、前記第１の乗算器の出力信号を低減濾波処理する第
１の低減濾波手段と、搬送波を発生する搬送波発生手段
と、前記第１の擬似ランダム信号により前記搬送波を変
調した信号を送信信号として対象物に対して送信する送
信手段と、前記対象物からの反射信号を受信し受信信号
を取得する受信手段と、前記取得した受信信号と前記第
２の擬似ランダム信号と乗算する第２の乗算器と、前記
搬送波発生手段の出力信号の一部を取り出す第１の分配
器と、前記第１の分配器の出力信号を２つの互いに位相
が直交する同相成分であるＩ信号と直角成分であるＱ信
号とに変換出力するハイブリッド結合器と、前記第２の
乗算器の出力信号をR1信号とR2信号の２信号に分配する
第２の分配器と、前記ハイブリッド結合器の出力Ｉ信号
と前記第２の分配器の出力R1信号とを乗算する第３の乗
算器と、前記ハイブリッド結合器の出力Ｑ信号と前記第
２の分配器の出力R2信号とを乗算する第４の乗算器と、
前記第３の乗算器の出力信号を低減濾波処理する第２の
低減濾波手段と、前記第４の乗算器の出力信号を低減濾
波処理する第３の低減濾波手段と、前記第２の低減濾波
手段及び第３の低減濾波手段の出力信号をそれぞれ個別
に２乗演算する第１の２乗器及び第２の２乗器と、この
第１の２乗器及び第２の２乗器の出力信号を加算する加
算器と、前記第１の低減濾波手段の出力信号の最大値が
生ずる時刻と前記加算器の出力信号の最大値が生ずる時
刻との間の時間を計測する時間計測器とを備えた距離計
測装置。
【請求項２】周波数f₁のクロック信号に同期して、この
クロック信号の所定数ｎ周期毎に所定数ｍ（但しｎ＞
ｍ）周期だけ第１の擬似ランダム信号を発生する手段
と、前記周波数f₁とわずかに周波数が異なる周波数f₂の
クロック信号に同期して、このクロック信号の所定数ｎ
周期毎に所定数ｍ（但しｎ＞ｍ）周期だけ前記第１の擬
似ランダム信号と同一パターンの第２の擬似ランダム信
号を発生する手段と、前記第１の擬似ランダム信号を送
信信号として対象物に対して送信する送信手段と、前記
対象物からの反射信号を受信し受信信号を取得する受信
手段と、前記第１の擬似ランダム信号と前記第２の擬似
ランダム信号とを乗算する第１の乗算器と、前記第１の
乗算器の出力信号を低減濾波処理する第１の低減濾波手
段と、前記受信手段の出力信号と前記第２の擬似ランダ
ム信号とを乗算する第２の乗算器と、前記第２の乗算器
の出力信号を低減濾波処理する第２の低減濾波手段と、
前記第１の低減濾波手段の出力信号の最大値が生ずる時
刻と前記第２の低減濾波手段の出力信号の最大値が生ず
る時刻との間の時間を計測する時間計測手段とを備えた
距離計測装置。
【請求項３】前記第１又は第２の擬似ランダム信号を発
生する手段は、それぞれ周波数f₁又はf₂のクロック信号
の計数を０から（ｎ−１）まで繰返して行いその計数値
を出力するカウンタと、このカウンタの計数値をアドレ
スとしてあらかじめ記憶する前記所定数ｍ（但しｍ＜
ｎ）の擬似ランダムデータと、（ｎ−ｍ）個の無効デー
タを読出す記憶装置と、この記憶装置から読出された擬
似ランダムデータと無効データを正負値と零値の電圧信
号にそれぞれ交換出力す信号交換器を含む請求項１又は
請求項２記載の距離計測装置。
【請求項４】前記対象物からの反射信号を受信し受信信
号を取得する受信手段は、前記対象物からの直接反射信
号以外の不要反射信号を抑制するように、前記送信手段
が送信信号を送信した時刻からの時間経過に応じて受信
感度を変化させる手段を含む請求項１、請求項２又は請
求項３記載の距離計測装置。