JPH10504385A - レーダーセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 このレーダーセンサではマイクロ波発生器とアンテナとの間に、２つの位相の間を切換可能である位相シフタが使用されている。復調器（ＤＭ）が、マイクロ波発生器から発せられたマイクロ波信号により重畳されている受信された反射された信号を復調する。復調器（ＤＭ）の後に接続されているデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）が位相シフトされ復調された両信号を分離する。測定結果はほぼノイズの影響を除去されている。

Description

【発明の詳細な説明】 レーダーセンサ 本発明は、たとえば対象物の速度および／または運動方向を決定し得るレーダ ーセンサに関する。 レーダーセンサは対象物の速度および対象物の間隔の無接触測定のためにしば しば使用される。その際にレーダーセンサは光学的および音響的センサに比較し て環境の影響に対して堅牢であるという理由で苛酷な使用条件の際に決定的な利 点を有する。 コスト上の理由からレーダーセンサはしばしばホモダイン受信器を含んでいる 。すなわち復調が直接的に送信信号との受信信号の周波数混合により行われる。 実際にはレーダー信号源がノイズ（たとえば発振器ノイズ）を含んでいるので、 既に送信信号がノイズを含んでいる。簡単なレーダーセンサにおいて、復調器と も呼ばれる受信器としてただ１つのダイオード（たいていはショットキダイオー ド）を有するいわゆるワンダイオードミクサが使用される場合には、送信信号の ノイズは受信ノイズレベルの上昇を生じさせる。図１はピー・ハイデ、ヴィ・マ ゴリ、アール・シューベルト、アール・シュワルテ著「基本的‐周波数ＰＨＥＭ Ｔ‐ＤＲＯによる２４ＧＨｚ低コスト‐ドップラー対地速度」ＪＥＥＥ ＧＡＡ Ｓ′９４、ツリン（イタリア）、１９９４年４月から知られているようなレーダ ーセンサの従来の技術に相応するブロック回路図を示す。レーダー信号源ＲＳは マイクロ波発振器ＭＷＯから成っており、また一般に変調のための構成要素Ｍも 含んでいるので、レーダー信号源ＲＳは一般に任意に変調されたレーダー信号を 発生する。変調の選定はレーダーセンサの測定課題に関係する。レーダー信号源 ＲＳから発生された信号はアンテナＡを介して放射され、またアンテナローブ内 に位置している対象物Ｏから受信信号として後方にアンテナＡに反射される。複 素電界強度Ｅ _SおよびＥ _Rにより記述される送信および受信信号はレーダー信号源 ＲＳとアンテナＡとの間の導線Ｌの上で加算的に重畳する。導線Ｌと接続されて いる復調器ＤＭはホモダイン復調を行い、また復調された、普通ドップラ信号と 呼ば れる、出力信号ｕ_A（ｔ）を発生する。低域通過フィルタ（ＴＰ）は出力信号の 測定帯域を決定する。出力信号ｕ_A（ｔ）は近似的に、復調器（ＤＭ）に使用さ れるショットキダイオードの特性曲線の二乗部分の結果として、また低域通過フ ィルタリングの後に ｕ_A（ｔ）〜（Ｒｅ｛Ｅ _S＋Ｅ _R｝）² ＝Ｅ_S ²＋Ｅ_R ²＋２Ｅ_SＦ_Rｃｏｓ（∠Ｅ _S Ｅ _R） ≒Ｅ_S ²＋２Ｅ_SＥ_Rｃｏｓ（∠Ｅ _S Ｅ _R） ここで Ｅ _S＝複素送信電界強度（送信信号に相応する） Ｅ _R＝複素受信電界強度（受信信号に相応する） ２Ｅ_SＥ_Rｃｏｓ（∠Ｅ _S Ｅ _R）＝利用信号 Ｅ_S ²−整流された送信信号（ノイズを含んでいる擾乱信号） Ｅ_R ²＝整流された受信信号 Ｅ_R<<Ｅ_S 受信信号は送信信号よりもはるかに小さい として生ずる。 レーダー信号源ＲＳのノイズに基づいて送信信号の振幅は一定ではない。従っ て項Ｅ_S ²もノイズを含んでいる。従ってＥ_S ²は出力信号ｕ_A（ｔ）のＳＮ比の低 下により不利に作用する擾乱信号として理解すべきである。 より高価なレーダーセンサではこの欠点は、なかんずく文献シュテファン・エ イ・マース著「マイクロ波ミクサ」アーテクハウス、デドハム、マサチュセッサ （米国）に記載されているいわゆる平衡ミクサの使用により回避される。しかし それによりレーダーセンサは著しく高価になる。さらにミクサ自体も平衡ミクサ の使用により抑制されないノイズを生ずる。 本発明の課題は、ジェイ・デトレフゼン著「レーダー技術」第７７頁以降、シ ュプリンガー出版、１９８９５に記載されているような従来技術によればこれま で第２のミクサの使用を必要とした二乗復調が可能であるレーダーセンサに対す る装置を提供することにある。二乗復調により運動する対象物の運動方向の決定 が可能にされる。 この課題は、請求項１により解決される。 本発明の実施態様は従属請求項に示されている。 請求項５による実施態様では送信信号のノイズ（送信信号の変調に無関係）も 復調器のノイズも測定精度に影響しない。 同時にノイズ抑制および二乗復調が可能である。 以下、図面により本発明を一層詳細に説明する。 図１はピー・ハイデ、ヴィ・マゴリ、アール・シューベルト、アール・シュワ ルテ著「基本的‐周波数ＰＨＥＭＴ‐ＤＲＯによる２４ＧＨｚ低コスト‐ドップ ラー対地速度」ＩＥＥＥ ＧＡＡＳ′９４、ツリン（イタリア）、１９９４年４ 月から知られている従来技術によるレーダーセンサの構成を示す。 図２はレーダーセンサの本発明による構成を示す。 従来技術に相応する図１による装置に追加して、図２による本発明による装置 はマイクロ波‐位相シフタＭＷＰＳ、デマルチプレクサＤＥＭＵＸ、差形成要素 ＤＩＦおよび第２の低域通過フィルタＴＰを有する。 たとえば周期的なＴＴＬ信号ｕ（ｔ）により制御されて、マイクロ波‐位相シ フタＭＷＰＳを用いて受信信号Ｅ _Rの位相、従ってまた利用信号に相応する２Ｅ_S Ｅ_Rｃｏｓ（∠Ｅ _S Ｅ _R）が位相差Δφの２つの位相状態の間で切換えられる。同 時に、復調された出力信号ｕ_B（ｔ）が両位相状態に相応する２つの出力信号ｕ_{B 1} （ｔ）およびｕ_B2（ｔ）に分けられる。出力信号ｕ_B1（ｔ）およびｕ_B2（ｔ） は下記のように表される。 ｕ_B1（ｔ）≒Ｅ_s ²＋２Ｅ_SＥ_Rｃｏｓ（∠Ｅ _S Ｅ _R） ｕ_B2（ｔ）≒Ｅ_S ²＋２Ｅ_SＥ_Rｃｏｓ（〔∠Ｅ _S Ｅ _R〕＋Δφ） Δφ＝１８０°に選ぶと、差信号ｕ_DIF（ｔ）は下記のようになる。 ｕ_DIF（ｔ）＝ｕ_B1（ｔ）−ｕ_B2（ｔ）＝４Ｅ_sＥ_Rｃｏｓ（∠Ｅ _S Ｅ _R） レーダー信号源ＲＳのノイズにより生ずる擾乱項Ｅ_S ²も復調器ＤＭ自体により 生ずるノイズも差信号ｕ_DIF（ｔ）はもはや含まれていない。従って差信号ｕ_DIF （ｔ）は図１による信号ｕ_A（ｔ）よりも顕著に高いＳＮ比を有する。 切換信号ｕ（ｔ）はたとえば切換周波数ｆ_uの周期的な方形信号である。その 場合にノイズ抑制は、切換周波数ｆ_uが図２による出力信号ｕ_B1（ｔ）、ｕ_B2（ ｔ）の所望の帯域幅よりも少なくとも１桁だけ高いならば、効果的である。 原理的にはノイズ中に含まれている周波数に比較して速い切換を可能にする切 換信号ｕ（ｔ）の任意の信号形態が許される。位相差Δφが１８０°にではなく ０＜｜Δφ｜＜１８０°に選ばれると、ｕ_B1（ｔ）、ｕ_B2（ｔ）は直交信号成分 を含んでおり、またΔφ＝±９０°に対してさえ完全に直交している。従って図 ２による本発明による装置は直交復調も許す。ジェイ・デトレフゼン著「レーダ ー技術」第７７頁以降、シュプリンガー出版、１９８９年に記載されている従来 技術にくらべての利点は、直交復調のために第２の復調切換ＤＭが必要とされな いことにある。 本発明の別の実施例は、位相差Δφを０＜｜Δφ｜＜１８０°の範囲内に選ぶ こと、またここでも出力信号ｕ_B1（ｔ）およびｕ_B2（ｔ）の差ｕ_DIF（ｔ）＝ｕ_{B 1} （ｔ）−ｕ_B2（ｔ）を形成することにある。この装置は３つの出力信号を与え る。差ｕ_DIF（ｔ）はノイズを除去された信号であり、出力信号ｕ_B1（ｔ）、ｕ_{B 2} （ｔ）は対象物の運動方向を認識するための二乗成分である。 復調切換はワンダイオードミクサである必要はなく、周波数混合を行い得る任 意のミクサまたは任意の非線形構成要素であってよい。 切換信号ｕ（ｔ）は非周期的信号であってもよい。 デマルチプレクサＤＥＭＵＸとしてはなかんずく切換スイッチまたは復調信号 ｕ_B（ｔ）をサンプリングし、ディジタル化し、また記憶する要素を使用するこ とができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．送信信号（ＲＳ）を発生するための手段が位相シフタ（ＭＷＰＳ）および復 調器（ＤＭ）と接続されており、 位相シフタ（ＭＷＰＳ）が、送信信号を放射するため、また反射された信号を 受信するため、アンテナ（Ａ）と接続されており、 デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）が復調器（ＤＭ）の後に接続されており、ま た位相シフタ（ＭＷＰＳ）と同じく切換信号（ｕ（ｔ））によりクロックされ、 また デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）の出力端がそれぞれ低域通過フィルタ（ＴＰ ）と接続されており、この低域通過フィルタから出力信号（ｕ_B1（ｔ）、ｕ_B2（ ｔ））が取り出され得る レーダーセンサ。 ２．復調器（ＤＭ）がミクサである請求項１記載のレーダーセンサ。 ３．復調器（ＤＭ）がワンダイオードミクサまたは非線形要素である請求項１記 載のレーダーセンサ。 ４．切換信号（ｕ（ｔ））が周期的な方形信号であり、また 切換信号（ｕ（ｔ））の周波数が出力信号（ｕ_B1（ｔ）、ｕ_B2（ｔ））の所望 の帯域幅よりも高い 請求項１ないし３の１つに記載のレーダーセンサ。 ５．出力信号（ｕ_B1（ｔ）、ｕ_B2（ｔ））の差を求めるため差形成要素（ＤＩＦ ）が低域通過フィルタ（ＴＰ）の後に接続されている請求項１ないし４の１つに 記載のレーダーセンサ。 ６．位相シフタ（ＭＷＰＳ）により発生される位相差Δφが１８０°である請求 項５記載のレーダーセンサ。 ７．位相シフタ（ＭＷＰＳ）により発生される位相差Δφが０＜Δφ＜１８０° の範囲内にある請求項１ないし５の１つに記載のレーダーセンサ。 ８．デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）が切換スイッチである請求項１ないし７の １つに記載のレーダーセンサ。 ９．送信信号を発生するための手段が、変調ユニットと接続されているマイクロ 波発振器（ＭＷＯ）を有する請求項１ないし８の１つに記載のレーダーセンサ。 １０．速度測定および／または運動方向認識のために使用される請求項１ないし ９の１つに記載のレーダーセンサ。