JPH09230047A

JPH09230047A - パルスレーダ装置の受信レベル制御回路

Info

Publication number: JPH09230047A
Application number: JP8060193A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nagarego; 繁流郷
Original assignee: Koden Electronics Co Ltd
Current assignee: Koden Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】〔課題〕極めて鋭いパルスと極めて低いデューティ比
のレーザ光のパルス列を放射し受信するサンプリング方
式のパルスレーダ装置などの受信レベル制御回路とし
て、極めて鋭い受信パルスのピーク値や、平滑化による
極めて低レベルの直流電圧を検出することもなく、自動
感度制御が可能な受信レベル制御回路を提供する。〔解決手段〕パルス状の電波、光線又は音波を送信部
(10)と、この送信部から送信され物体で反射されて戻っ
てくる反射パルス信号を受信して処理する受信部(20)と
を備える。この受信部(20)は、処理前の適宜な検出位置
における受信パルス信号のピーク値と所定の基準値との
大小関係及びこの大小関係の出現頻度をこのピーク値の
指標として検出し出力する指標検出部(41,42,43,44,45,
46) と、この指標検出部から出力されたピーク値の指標
をほぼ一定に保つように前記検出位置の前段の特性を制
御するための特性制御信号を生成する特性制御部(47,4
8,49)とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ接岸計とし
て利用されるパルスレーダ装置などの受信レベル制御回
路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ受光ヘッドを備えた接岸速
度計が本出願人によって開発されてきており、その詳細
は、特公平７ー69423 号公報、特公平 7ー69427 号公
報、特公平 7−78537 号公報などに開示されている。こ
の接岸速度計は、岸壁に設置したレーザ送受光モジュー
ルから接岸中の船舶に鋭いレーザパルス光を照射し、船
腹で反射されて戻ってきた反射パルス光を電気パルス信
号に変換しながら受信し、レーザパルス光の送出時点と
反射パルス光の受光時点との差からレーザパルス光の往
復伝播所要時間を検出し、この所要時間から反射パルス
光を発生させた船舶までの距離と、この距離の時間変化
の速さ (船舶の接岸速度) を算定するよう構成されてい
る。

【０００３】上記接岸速度計の特徴的な点は、送受され
る鋭いパルス信号を高精度で処理するために、サンプリ
ング方式を採用し、時間軸の伸長を行っている点であ
る。すなわち、レーザパルス光の送出を一定周期Ｔで多
数回にわたって反復しながら、この送出周期Ｔよりも僅
かに大きな周期τ（＝Ｔ＋δτ，δτ≪Ｔ）で反射パル
ス信号をサンプルホールドしてゆくことにより、受信パ
ルス信号の時間軸を（Ｔ／δτ）（≫１）倍に拡大しな
がら受信する構成となっている。典型的な一例では、送
出周期Ｔが 10 μs 、パルス幅が数ｎsec 、１回のサン
プリングのためのパルス光の送出回数が25,000回( 所要
時間で 0.25sec) である。

【０００４】このような接岸速度計は、船舶が沖合百メ
ートルもの遠方において接岸動作を開始したのち、この
接岸速度計が設置されている岸壁に接岸するまで、すな
わち百メートルもの遠方から数十センチメートルもの近
傍に至る極めて広い距離範囲にわたって動作しなければ
ならないが、百メートルもの遠方からの受光パルスのレ
ベルは、数十センチメートルもの近傍からのそれよりも
桁違いに小さくなる。このような受光レベルの大幅な変
化に対処するために、ＡＰＤなどの受光素子の後段の増
幅回路に振幅制限機能が付されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の接岸速度計
では、受光レベルの大幅な変化に対処するために、増幅
回路に振幅制限機能を持たせている。しかしながら、こ
のような振幅制限機能を含む増幅を受けた増幅済みのパ
ルス信号を一定レベルの閾値と比較することによりその
出現時点を検出しようとすると、図４に示すように、小
レベルの原受信信号についてはそのピーク近傍でその出
現時点が検出される（Ａ）が、大レベルの原受信信号に
ついてはその立上がり近傍でその出現時点が検出される
（Ｂ）ことになる。この結果、受信信号の出現時点に関
しては、原受信信号のレベルに応じて、最大で、受信パ
ルス信号の半値幅程度の誤差が生ずる。例えば、受信パ
ルス幅が１０ｎsec の場合、最大５ｎsec の時間の測定
誤差が生じ、この結果、70〜80ｃｍの距離の測定誤差が
生じることになる。

【０００６】上記問題点を考慮して、受信増幅回路で振
幅制限を行う代わりに、受信パルスのレベル（ピーク
値）を検出し、これに基づき増幅回路の利得を増減させ
るというフィードバック形式の自動利得制御を行う構成
も考えられる。しかしながら、受信パルスが極めて鋭い
パルスであるため、そのピーク値を検出することが極め
て困難になる。

【０００７】そこで、受信パルスのピーク値を検出する
代わりに、受信パルス列を平滑化することよって一旦直
流電圧に変換し、この直流電圧値から受信パルスのピー
ク値を検出するという対策も考えられる。この方法は、
光通信システムの受信回路における自動利得制御回路な
どに利用されている。しかしながら、このような光通信
システムなどの場合とは異なり、上述したレーザレーダ
の場合には、受信信号のデューティ比が極めて小さいた
め、受信信号の平滑化によって発生する直流電圧は極め
て小さな値となってしまい、ＳＮ比が劣化するという問
題がある。ちなみに、上述した接岸速度計の典型的な一
例においては、受信信号のデューティ比は10ｎsec /10
μs ＝１０^ー3 と極めて小さな値となる。従って、本発
明の目的は、受信パルスのピーク値を検出することな
く、また、平滑化し直流レベルを発生させることもな
く、自動感度制御が可能な受信レベル制御回路を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するパル
スレーダ装置の受信レベル制御回路は、パルス状の電
波、光線又は音波から成るパルス信号を送信する送信部
と、この送信部から送信され、物体で反射されて戻って
くる反射パルス信号を受信して受信パルス信号として処
理する受信部とを備えたパルスレーダ装置内に設置され
る。この受信レベル制御回路は、上記受信部内の適宜な
検出位置における受信パルス信号のピーク値と所定の基
準値との大小関係及びこの大小関係の出現頻度をこのピ
ーク値の指標として検出し出力する指標検出部と、この
指標検出部で検出し出力されたピーク値の指標をほぼ一
定に保つように上記検出位置の前段の特性を制御するた
めの特性制御信号を生成する特性制御部とを備えてい
る。

【０００９】

【本発明の実施の形態】本発明の実施の形態によれば、
上記指標検出部は、上記受信パルス信号のピーク値を所
定の基準値と比較して相互の大小関係を示す２値信号を
生成する比較回路と、この２値信号の状態に応じてカウ
ント値を増減し、このカウント値を前記ピーク値の指標
としてする出力する計数回路とを備えている。さらに、
上記特性制御部は、上記計数回路から出力された計数値
をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路と、このアナ
ログ信号を特性制御信号に合成する合成回路とを備えて
いる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の受信レベル制御
回路を含むレーザ・レーダ装置の構成を示すブロック図
であり、１０は送光部、２０は受光部、３０は算定・表
示部、４０は本実施例の受信レベル制御回路に該当する
受信レベル制御部である。

【００１１】送光部１０は、駆動パルス発生回路１１、
レーザダイオード（ＬＤ）駆動回路１２及びＬＤ発光回
路１３を備えている。受光部２０は、アバランシェ・フ
ォトダイオード（ＡＰＤ）を主体とする受光回路２１、
受信増幅回路２２、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路２
３、２４、Ａ／Ｄ変換回路２５、メモリカウンタ２６及
びメモリ２７を備えている。算定・表示部３０は、ＣＰ
Ｕ３１及び表示器３２を備えている。

【００１２】受信レベル制御部４０は、電圧比較回路４
１、基準電圧供給回路４２、アンドゲート４３、４４、
アップ／ダウン・カウンタ４５、Min/Max デコーダ４
６、Ｄ／Ａ変換回路４７、低域通過濾波回路（ＬＰＦ）
４８及びバイアス電圧発生回路４９を備えている。

【００１３】まず、受信レベル制御部４０を除いて、送
光部１０、受光部２０及び算定・表示部３０から構成さ
れる公知のレーザ・レーダ装置の動作を説明する。送光
部１０の駆動パルス発生回路１１は、適宜な一定周期
Ｔ、例えばＴ＝１０μs の駆動パルスを発生し、レーザ
ダイオード駆動回路１２に供給すると共に、この駆動パ
ルスよりも僅かにな時間（δτ）だけ長い一定周期τ
（＝Ｔ＋δτ）のサンプリングパルスを発生し、これを
受光部２０内のサンプル・ホールド回路２３と２４に供
給する。送光部１０のＬＤ発光回路１３からは、数ｎse
c 程度の半値幅を有する鋭いパルス状のレーザ光線が接
岸中の船舶などの標的に向けて一定周期Ｔで放射され
る。

【００１４】船舶などの標的で反射された反射レーザ光
線は、放射の経路と逆向きの経路を辿って受光部２０の
受光回路２１に入射する。この受光回路２１はＡＰＤを
主体に構成されており、受光パルスの受光量に応じた振
幅のパルス状の電気信号を出力する。この電気信号は、
カップリングコンデンサＣを経て受信増幅回路２２で増
幅され、受信パルスとしてサンプル・ホールド回路２３
に入力し、送光部１０の駆動パルス発生回路１１から供
給されるサンプリング・パルスに同期してホールドさ
れ、Ａ／Ｄ変換回路２５でディジタル信号に変換され
る。

【００１５】サンプル・ホールド回路２４は、ＬＤ駆動
回路１２から出力される駆動信号をサンプリング・パル
スに同期してホールドし、これをメモリカウンタ２６に
供給する。メモリカウンタ２６は、サンプリング・ホー
ルド回路２４の出力がハイに立ち上がるたびにメモリ２
７にアドレスとして供給するカウント値を１づつカウン
トアップする。このようにして、受光部２０に反射レー
ザパルスがＴの周期で受光されるたびに、この周期より
も僅かに大きな周期τ（＝Ｔ＋δτ）でサンプリングさ
れた受信パルスのレベルがディジタル信号の形式でメモ
リ２７に書込まれてゆく。このようなレーザパルスの送
光と受光とが典型的には、25,000回にわたって反復さ
れ、時間軸が実質的に25,000回倍に拡大された受信パル
スの波形がメモリ２７内保存される。

【００１６】算定・表示部３０のＣＰＵ３１は、上記反
射パルス光の受信とその波形のメモリ内への保存が終了
すると、この受信パルスの波形をメモリ２７から読出
し、そのレベルが所定の閾値に達した時点を、受信パル
スの出現時点として検出する。なお、上記サンプリング
方式の採用により時間軸を見掛け上拡大しながら、反射
レーザパルスの受信時点を検出する手法の詳細について
は、必要に応じて、上述した本出願人の特許出願に係わ
る特許公報などを参照されたい。

【００１７】ＣＰＵ３１は、このようにして検出した受
信パルスの出現時点と、送光部１０におけるレーザパル
スの放射時点との差を算定し、この差をレーザパルスの
船舶などの標的までの往復に要した所時間と見做し、こ
れを２倍の光速で除算することによって、反射パルスを
発生させた物体までの距離を算定し、表示器３２に表示
する。ＣＰＵ３１は、さらに、上記算定した距離の時間
変化速度を算定し、これを物体の接近速度として表示器
３２に表示する。

【００１８】上述のように、ＣＰＵ３１は、実質的な時
間軸の拡大を受けた受信パルスのレベルが所定の閾値Ｖ
thに達した時点を受信パルスの出現時点として検出す
る。このため、受信増幅回路２２が、その出力が飽和す
る程度の大きな入力レベルの範囲で動作すると、図３
（Ｂ）で説明したような受信パルスが振幅制限増幅を受
けたと同様の状態となり、（Ａ）に示すように受信増幅
回路２２が小さな入力レベルのもとで動作する場合に比
べて、受信時点の検出結果に差異が生ずる。

【００１９】このレーザレーダ装置では、上記検出対象
の受信時点の差異を低減するため、受信レベル制御部４
０が設置されている。受信部２０内の受信増幅回路２２
の入出力特性を図２に例示するようなものとした場合、
入出力の直線性を保ちながらある程度大きな出力レベル
が得られるという点を考慮して、例えば、出力レベルＶ
ｏが選択される。そして、受信増幅回路２２から出力さ
れる受信パルスのピーク値がこの選択したＶｏの近傍の
値に保たれるように、受信レベル制御部４０は、前段の
受光回路２１のＡＰＤに供給するバイアス電圧を制御す
る。

【００２０】受信レベル制御部４０内の電圧比較回路４
１は、受光部２０内の受信増幅回路２２から出力される
増幅済み受信パルスのピーク値と、基準電圧供給回路４
２から供給される基準値Ｖｏとを比較する。電圧比較回
路４１は、増幅済み受信パルスのピーク値が基準値Ｖｏ
以上であれば、その出力を所定時間にわたってハイ状態
に移行させ、その他の場合には出力をロー状態に保つ。
電圧比較回路４１の出力がハイになると、送光部１０の
ＬＤ駆動回路１２から供給されるＬＤ駆動パルスに同期
して、アンドゲート４４の出力がハイになる。この結
果、アップ／ダウン・カウンタ４５のアップカウント端
子Ｕにハイ信号が供給され、アップ／ダウン・カウンタ
４５のカウント値が「１」だけカウントアップされる。

【００２１】受信増幅回路２２から出力される増幅済み
受信パルスのピーク値が基準値Ｖｏ未満であれば、電圧
比較回路４１の出力がロー状態に保たれる。この場合、
送光部１０のＬＤ駆動回路１２から供給されるＬＤ駆動
パルスに同期して、アンドゲート４３の出力がハイにな
り、アップ／ダウン・カウンタ４５のダウンカウント端
子Ｄにハイ信号が供給される。この結果、アップ／ダウ
ン・カウンタ４５のカウント値が「１」だけカウントダ
ウンされる。このように、受信増幅回路２２から出力さ
れる個々の増幅済み受信パルスのピーク値が基準値Ｖｏ
よりも大きいか小さいかに応じて、アップ／ダウン・カ
ウンタ４５のカウント値の増減が行われる。

【００２２】アップ／ダウン・カウンタ４５のカウント
値は、Ｄ／Ａ変換回路４７でアナログ電圧に変換され、
低域通過濾波回路４８を経てバイアス発生回路４９の高
電圧発生器４９ａに供給され、カウント値に応じてレベ
ルが変化する正極性の直流電圧を発生させる。この正極
性の直流電圧は、定電圧発生器４９ｂから供給される一
定値の負極性の直流電圧と合成され、チョークコイルＬ
を介して受信部２０内の受光回路２１のＡＰＤのバイア
ス電圧として供給される。

【００２３】従って、アップ／ダウン・カウンタ４５の
カウント値が増加すると、ＡＰＤに対するバイアス電圧
が低下する。これに伴ってＡＰＤの受光感度が低下し、
受信増幅回路２２に入力する受信パルスのレベルが低下
する。この受信パルスのレベルの低下は、受信増幅回路
２２から出力される増幅済み受信パルスのピーク値を減
少方向に、従って、アップ／ダウン・カウンタ４５のカ
ウント値を減少方向に変化させる。

【００２４】これとは逆に、アップ／ダウン・カウンタ
４５のカウント値が減少すると、ＡＰＤに対するバイア
ス電圧が上昇する。これに伴ってＡＰＤの受光感度が上
昇し、受信増幅回路２２に入力する受信パルスのレベル
が上昇する。この受信パルスのレベルの増加は、受信増
幅回路２２から出力される増幅済み受信パルスのピーク
値を増加方向に、従って、アップ／ダウン・カウンタ４
５のカウント値を増加方向に変化させる。

【００２５】アップ／ダウン・カウンタ４５は、３ビッ
トの幅を有しており、最小値「０」から最大値「７」ま
での８種類のカウント値を保持する。Min/Max デコーダ
４６は、アップ／ダウン・カウンタ４５のカウント値を
デコードし、このカウント値が最大値「７」の場合に
は、アンドゲート４４の一つの入力端子にロー信号を出
力することにより、アンドゲート４４の出力を他の２入
力に無関係にローに保つ。この結果、電圧比較回路４１
の出力がハイになっても、これに伴うアップカウントに
よってアップ／ダウン・カウンタ４５のカウント値が
「０」に戻ることを禁止する。

【００２６】同様に、Min/Max デコーダ４６は、アップ
／ダウン・カウンタ４５のカウント値をデコードし、こ
れが最小値「０」の場合には、アンドゲート４３の一つ
の入力端子にロー信号を出力することにより、アンドゲ
ート４３の出力を他の２入力に無関係にローに保つ。こ
の結果、電圧比較回路４１の出力がローになっても、こ
れに伴うダウンカウントによってアップ／ダウン・カウ
ンタ４５のカウント値が「７」に戻ることを禁止する。

【００２７】この結果、受信増幅回路２２から出力され
る増幅済み受信パルスのピーク値の平均値とアップ／ダ
ウン・カウンタ４５のカウント値との関係は、図３に示
すようなものとなる。上述のように、受光回路２１のＡ
ＰＤに対するバイアス電圧を８段階にわたって変化させ
ることによってその受光感度を３０dBにわたって変化さ
せるものとすれば、１段階あたり3.75dBの受光感度の変
化が生ずる。このように１段階あたりの受光感度の変化
量が比較的大きい場合には、急激な変化を抑制して緩慢
な変化を生じさせるために、受信パルスの周期の数十倍
程度の応答時間を有する低域通過濾波回路４８が設置さ
れる。アップ／ダウン・カウンタ４５のビット幅が８ビ
ット程度と比較的大きい場合には、低域通過濾波回路４
８を省略することもできる。

【００２８】上述のように、受信レベル制御回路４０で
は、受信増幅回路２２から出力される増幅済み受信パル
スのピーク値が何voltかという絶対的な値の検出は行わ
れない。このピーク値の検出の代りに、このピーク値と
基準値Ｖｏのどちらが大きいかという、単なる大小関係
の検出が電圧比較回路４１で行われる。

【００２９】以上、ＡＰＤのバイアス電圧の制御によっ
て受光回路２１の受光感度を制御する場合を例示した。
しかしながら、この受光感度を制御する代わりに、受信
増幅回路２２のバイアス電圧を制御することなどによっ
て増幅利得を制御する構成を採用することもできる。

【００３０】また、レーザ光線を放射し受光するパルス
レーダの場合を例にとって本発明の受信レベル制御回路
を説明した。しかしながら、電波や音波を使用するパル
スレーダに対しても本発明の受信レベル制御回路を適用
できる。

【００３１】また、送信部と受信部とを備えるレーダ装
置に本発明の受信レベル制御回路を適用する場合を例示
した。しかしながら、受光部（受信部）のみを備える適
宜な受信（受光）装置に本発明の受信レベル制御回路を
適用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の受信レベル制御回路を含む
レーザレーダの構成を示すブロック図である。

【図２】図１の受信部２０内の受信増幅回路２２の入出
力特性の一例を示す特性図である。

【図３】図１の受信レベル制御部４０の動作を説明する
ための概念図である。

【図４】本発明の解決課題を説明するための波形図であ
る。

【符号の説明】

10 送光部 20 受光部 21 受光回路 22 受信増幅回路 40 受信レベル制御回路 41 電圧比較回路 45 アップ／ダウン・カウンタ 46 Min/Max デコーダ 47 Ｄ／Ａ変換回路 48 低域通過濾波回路 49 バイアス電圧発生回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス状の電波、光線又は音波から成るパ
ルス信号を送信する送信部と、この送信部から送信さ
れ、物体で反射されて戻ってくる反射パルス信号を受信
して受信パルス信号として処理する受信部とを備えたパ
ルスレーダ装置の受信レベル制御回路であって、前記受信部内の処理前の適宜な検出位置における受信パ
ルス信号のピーク値と所定の基準値との大小関係及びこ
の大小関係の出現頻度をこのピーク値の指標として検出
し出力する指標検出部と、この指標検出部から出力されたピーク値の指標をほぼ一
定に保つように前記検出位置の前段の特性を制御するた
めの特性制御信号を生成する特性制御部とを備えたこと
を特徴とするパルスレーダ装置の受信レベル制御回路。
【請求項２】請求項１において、前記指標検出部は、前記受信パルス信号のピーク値を所
定の基準値と比較して相互の大小関係を示す２値信号を
生成する比較回路と、この２値信号の状態に応じて計数
値を増減し、この計数値を前記ピーク値の指標として出
力する計数回路とを備え、前記特性制御部は、前記計数回路から前記ピーク値の指
標として出力された計数値をアナログ信号に変換するＤ
／Ａ変換回路と、このアナログ信号を特性制御信号に合
成する合成回路とを備えたことを特徴とするパルスレー
ダ装置の受信レベル制御回路。
【請求項３】請求項２において、前記計数回路は、その計数値が所定の上限値に達した後
はこの計数値を減少させる場合を除きこの上限値を保持
し、その計数値が所定の下限値に達した後はこの計数値
を増加させる場合を除きこの下限値を保持する手段を備
えたことを特徴とするパルスレーダ装置の受信レベル制
御回路。
【請求項４】パルス状の電波、光線又は音波から成るパ
ルス信号の列を受信する受信回路の受信レベルを制御す
るための回路であって、この受信回路内の適宜な検出位置における受信パルス信
号のピーク値と所定の基準値との大小関係及びこの大小
関係の出現頻度をこのピーク値の指標として検出する指
標検出部と、この指標検出部で検出されたピーク値の指標をほぼ一定
に保つように前記検出位置の前段の特性を制御するため
の特性制御信号を生成する特性制御部とを備えたことを
特徴とする受信レベル制御回路
【請求項５】請求項４において、前記指標検出部は、前記受信パルス信号のピーク値を所
定の基準値と比較して相互の大小関係を示す２値信号を
生成する比較回路と、この２値信号の状態に応じて計数
値を増減し、この計数値を前記ピーク値の指標として出
力する計数回路とを備え、前記特性制御部は、前記計数回路から前記ピーク値の指
標として出力された計数値をアナログ信号に変換するＤ
／Ａ変換回路と、このアナログ信号を特性制御信号に合
成する合成回路とを備えたことを特徴とする受信レベル
制御回路。