JPS59116073A - 電波測距方法及びその装置 - Google Patents

電波測距方法及びその装置

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JPS59116073A
JPS59116073A JP22799382A JP22799382A JPS59116073A JP S59116073 A JPS59116073 A JP S59116073A JP 22799382 A JP22799382 A JP 22799382A JP 22799382 A JP22799382 A JP 22799382A JP S59116073 A JPS59116073 A JP S59116073A
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/32Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/36Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • G01S13/38Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal wherein more than one modulation frequency is used

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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】 本発明は゛電波を利用する距離測定において特に低尚度
用の商度計、あるいはドラキンクレーダ等の比較的近距
離にある目標物体韮での距離を旨梢肢で計測するための
電波測距方法および箪波側距装置に関するものである。
レーダの主方式であるパルスレーダ方式で近距離にある
目標物体までの距離を計測しようとする楊会(こは送信
パルスと反射して(る受1gパルスの時間的なずれが極
めて小さいので測定が困難であり、このため(こ距離分
解能を尚めようとしてパルス幅を狭くする方法かめΦが
パルス幅(こも限度かめって簡梢度−C゛の測距は極め
て困難である。この一つの解決末として信号に連続数を
用い、その周波数あるいは位相を変化させることにより
近距離のd1゛測を行う方式が提案されているが、例え
ば上゛へ1B、波高度計のように、周波数変調や位相変
調を尚棺度で行うには少なからず烏度の技術が要求され
る。これら諸問題点を解決するために従来技術として連
続液をパルス変調してデユーティサイクル50チのパル
ス技を送信し、反射してくる受1訃々ルス侶号を復調し
たのちコヒーレントな局部信号と混合してより低い周波
数(こ周波駆変侯することにより送信波と受1言彼との
位相差(こ相幽する時間差を拡大して計測し、[用単な
装置構成で高確度の近距離の目十測が可能な方法を特開
昭51−74593号′魁波測距方法として提案した。
この電波測距方法に基づいて時間差拡大法を利用し、比
較的近距離の表頁を実用化して近距離の測距を行い一応
の成果として最大探知距離20mで土10an程度の8
′要を得fこがこれは満足すべきものではな乃)つた。
ま1ここの従来方法は一般の位相差測定Oこおけるよう
Oこ、送信波と受信波との位相量が送信波εよび受信波
の一周期分をgんる場合には位相量の測定にAmb i
 gu i t y(不明碓さ)を生じて測定1直を確
定できなくなるため、送信波の変調周波数はLJnam
biguous  (まぎられしくない〕距離である最
大探知距離により決足される単一の変調周波数に限定さ
れていた。
しか17ながら近時、かつて鍋価格であったデジタル回
路およびマイクロ波回路の諸都市ならひ【こ当時は夢で
あったマイコンによる目動コントロールが想像もできな
かった低価格で実現できるようになり、従来方法では実
用化が予想もでさなかった複数の変調周波数を切換えて
測距を行う近距離レーダの可能性が生じてきた。
本発明は従来の亀V、測距方法における時間差拡大法の
早−変調周欧数を複数変θM周波叔の切換によって粗3
よび精測距を何い、測距毎に得られる粗および梢測距埴
を加算して所望の尚確度を得ることのできる1波側距方
法およびその装置を提供することを目的とする。
本発明は従来方法に更に変調周波数を切換える技術的方
法を加え、複数変調層V数を用いることにより、Tなわ
ち従来の最大探知距離で決足される変調周波数で粗測距
を行い、次に変調周波数を例えは10倍(こしてこの1
0倍の変調周波数で決定される最大探知距離内の中測距
をイボい、次に上記変調周波式を100倍にして、の この10018変調周波数で決″/Jlさイする最大探
知△ 距離内の梢測距を行い、こイtら粗、中3よび梢υ11
]距に−C−+44らイまた測距値を7Il]靭して商
梢度の測距を行う電波測距方法を提供し、またこの方法
を利用し複数変調周波数の自動切換や粗、中および+n
測距1直のデータ結合を1I11制御回路?lJえばマ
イコン−8−を利用して迅速に行う1波611]距装置
をも提供するものである。本発明の電波測距方法および
その装置1によれは使米の時間差拡大法と位相庄測定法
に3いては用例にしても到達できな7nつた側距梢度、
丁γSわら促米鞘度の1 / 10あるいは1/It)
0程展の満足すべき高梢j屍の測距を何つことかでさる
以下に本発明をその方法の原理を説明する図面とその装
置の一夾施列を示すブロック図(こもとづいて説明する
第1図は本発明の゛1披測距方法の原理説明図で、第2
図は第1図の各部波形図である。第lと2図において、
発振器1は例えばガンダイオード等により構成され周波
eF−なる連続波の搬送波1ぎ号を発振するものであり
、この発振器1の出力は、汐りえはピンダイオード等に
より#!戟された変調器2に入力さイームる。もう一つ
の発振器3は周波数Fより逼かに小さい繰返し周波数1
111 frni・のデユーティサイクル50%のパル
ス信号を発振し、変調周波数切侠器2oを介してその出
力は2分岐され、一つは1 / nの分周器21へ入力
し第2図(41)の碩き震両周波数j= 、、なる変調
信号となり、その出力は変調器2に入力される。他の一
つはクロックパルス信号として時間差測定a22へ人力
される。変調器2でパルス変調を受けた第2図fb)の
如き被変調16号は送信用アンテナ4より送イ百波とし
て放射される。
この送信波のうちの一部は周知のように測距すべき目標
物体5によって反射され、受信波として受信用アンテナ
6に到来する。この受信波は検波増巾器7により包絡様
検波され、増巾されて第2図(C1をこ示すような繰盛
し周波数九・・のパルス列の復調備考、となり、フィル
タ8に導入される。フィルタ8は中心周波数ルミ・−の
狭帯域バンドパスフィルタであり、上記復調信号はフィ
ルタ8を通過することζこよって第2図+61に示すよ
うな基本波成分のみとなる。
今、発蚕器3カ)らの変調イぎ号の基本波成分をsin
ωt(但しω、=2πfm= )とすれば、上記復調1
ぎ号の基本波成分すなわちフィルタ8の出力信号はsi
nω(を−τ)(但しτは受信波の遅れ時間を示し、送
信用アンテナ4すたは受信用アンテナ6から目標物体5
までの距離几と電波伝搬速度Cとの間にτ=2比/Cの
関係ζこある。)となり、上記した変調信号の基本波s
inωtと復調1g号の基本波sinω(t−τ)の位
相差に相当する時間差τを求めれは、既知の電波伝搬速
度C4こより目標物体5までの距離几が求まるわけであ
るが、距離几が惨めで小さいときは必然的にτも小さく
なり、その測定は極めて困難となる。
不発明にSいては、上記の復調14号の基本波成分si
nω(を−τ)を後述するコヒーレントな局部信号であ
る正弦波信号5111□ωt00 と混合して周波数変換するものであり、この周波数変換
によって公知のように得られる両者のτ〕 のみ取り出し、これと対応してf i4 (i号を分周
τを実質的に拡大して計測するものである。
すなわち第1図において混曾器1oが上記の周波数変換
を行なうための混合動作をし、フィ上記フィルタ11の
出力信号s i n−ω(t−100rは飽オ日増中器
等力1ら構成された波形成形器12に入力され、その出
力信号は第2図(、f)に示すよ−403− し周波数fm/ 100なるパルス列の受信イぎ号とし
て時間差測定器22に入力する。
−万、前記した発振器37J)ら変調周波数切侯器20
と分周器21を弁じて出力する変調信号1 は、f調器
21こ入力されるかたわら分周器14に入力されて上記
周波数変換の変換周波数fm/ 100  に対応した
周波数すなイつち本実施例においては1/10 (Hこ
分周される。分周器14力)ら出力1ご号は送1汀信号
として時間差測定器22に入力し第2図+61に示すよ
うに、繰返し周波数1m / 10 U  1.にるパ
ルス列であり、その基本波成分は分周器14による遅延
を無視すれ〕  時間差測定器22に入力した第2図+
61とff+で示T11号はディト信号を形成し、東(
こ周波数n”jmなるクロックパルス伯°号とともにA
NI)回路(こ) 入力して合成され第2図(gl f
こ示すゲイト出力1g号となる。このゲイト出力佃号は
カウンタ(こより計数されラッチ回路を経て距離表示器
23に表示される。
上Hr:2 g 2図(el (flζこ示された受信
信号2よび送信信号は、その基本波成分から明らか1よ
ようζこ繰返し周波数は共にfi/ l 00であり、
そり位相差に相当する時間差は100τである。
上述の実施例においては、位相差に相当する時間差τを
100倍に拡大する場合を例に挙げて説明したが、同様
にして変調信号と復調信号との微少位相差を所望の倍率
で拡大し得ることは述べるまでもない。
尚、第1図における正弦波信号5ln99ωt00 は、フィルタ9,16.17および混合器18により形
成され、信号源としては発振器3および分周器14を用
いている。すなわちフィルタ16、’17iま谷々中心
周波数が7.およびム/100の’t9< ’rW域バ
ンドパスフィルタであり、発振器3カーら絢rHL数り
のパルス信号3よび分周器14からの周e数fL/10
0のパルス信号よりそれぞれsinωtおよびs ln
 −(11tの二信号を00 抽出する。この抽出されたニーIぎ号は混合器189 ζこ人力され、周知9の如(s In −(+1 t 
Eよび00 号として取出されて…J述の混合器10に入力されるも
のである。
こnまで述べた本発明の1阪測距方法と従来方法との相
違は発振器31こ変調周波数切換器20が追加さイt1
 フィルタ8,9,11.16および17をそれぞれの
中心周波数が変調周波F、fr−の切換に対応すること
ができるように多設の狭帯域バンドパスフィルタとする
ことであるQ以下をこ不健明か%徴とする粗測比法と稍
測距法を第3図と第4図により説明する。第3と4図で
4と6とはレーダの送・受信用アンテナで前方(こ物標
物体5がある。最大探知距[Rmaxでに油iguit
y  (不明確さ)を生じないような変調周波数f、、
−fL、を選び、(通常1もm、ax≧C/ 2 Ql
とする。但しCは1彼伝搬速度)距離kLm a xを
n分割して測距を行う第1図に示すような時間差測定台
22で測定すると、物標物体5はレーダの送・受信用ア
ンテナ4と6から距離にして(m−1)*Rmax/n
とm−1’Lmax/nとの間にあるという粗測定がな
され、粗測定値(m−1)・Rmax/11が得られる
。次ζこ変調周波数frILを最大探知距離Rm a 
x / nでAmbiguityを生じないような変調
周波数frrFn ” fm目こ選ひ測定すると、吻表
物体5はレーダの送・受信用アンテナ4と6から距離に
して(p−1) * Rma x /n2とp、tもm
 a x/n2との間にあるという精測定がγよされ、
精測定111L(p−1)・Fumax/n2が得られ
る。すなわち両測足値を加算して物標物体5までの距離 R=(m−1)−)もmax/n−1−(p−1) @
Rmax/n2が倚られる。粗測定における画定相数K
 m a x / nは精測定においては几In a 
X / n2となり、精度はl / nたけ改善される
。このように変調周波数を複数回切換えれば測定精度は
l / n 、 l /n2tt/n3・・・すなわち
例えばn=10では1/101/1,00.1/100
0・・−と向上することができる。狐って従来方法裔こ
本発明の特徴とする方法を那えて測距を行へは、従来の
測距精度の1/10あるいは1/IIJO程度の満足す
べき筒精度で測距を行うことができる。次に本発明の゛
電波測距方法をオ11用した′電波測距装置の一実施y
ilを示すブロック図を第5図に基づいて説明する。第
5図に示−[装置は時間差拡大を第1図の原理d兄明に
て示した100τ(τは笹相差)を1000丁とじン′
こ実施例であるため1こ装置の構成が多少異なる。第1
図に示すブロックと同一機能をもつブロックは同−何カ
を用いてその詳細な説明は省略する。
送受信回路は発振器1、変調器2、サーキュレータ25
較正用シヤツタ26、アンテナ27および恢波増d]器
から構成され、連続マイクロVを変調信号により変調し
て送信波となし、送受切俣作用を行うサーキュレータ2
5を辿り、開放さ孔た較正用シャッタ26を辿り、更に
パラボラアンチブー等のアンテナ27を経過して目標物
体51こ向けて上i己込信阪を放射し、反射して再びア
ンテナ27、収正月シャッタ26′j6よひサーキュレ
ータ25を通り検e増巾器7に入力した受1g波を検彼
増巾して復調信号とする。
較正用シャッタ26は導波管の導口の開閉を行うシャッ
タで、時間差測定回路(こ儒けられた測距計数用カラン
幻こ具えられた減算の機能とともに制/悸回j1に制御
さイ′シて本発明になる装置の温度ドリフトやその他の
原因にょる測距零位置変動に対して測距開始直前ζこシ
ャッタを閉じて零位置の較正を行うものである。
時間差拡大回路は分周器14.28および29、フィル
タ8,9,16.’17.30および34、波形成形器
35、混什器10.18および31から構成され変調信
号と復調信号との位相差を1000倍に拡大して拡大時
間差とする。すな中心周波数が9/100 Uムの狭帯
域バンドパスフィルタであるフィルタ3oを経て □。。0ωt y;zる信号が抽出され混合器31Si
n  −一一一一一 (こ入力する。混合器31では混什器10カーらのS 
1 n 〒t+ L) ω(L  ’ 00 τ) ”
る信号と信号は中心周波数がフ1−の狭帯域バンドパス
11) 00 フィルタであるフィルタ34を経て ] 000ω(t−iuooτ)なる信号を抽出する。
この信号は飽7tl]増巾器等から摘成さイtた波形成
形器35(こ入力し、その出力信号は基本波5in−よ
−61(t−100(Jr )、繰000 返し周波数fm=/1000なるパルス列の受信信号と
して時間差測定器22に人力する。一方分周器14の出
力信号は分周器28に入力しl/10に分周ざnで基本
波” ” 1000ωt1繰返し周波数1m/ l O
00なるパルス列の送イぎ信号として時間差測定器22
に人力する。この込徊信号と受信信号の時間差は100
0τとなり、変調信号と復調信号との位相差τが100
0倍に拡大された時間差を示す。
分周器21と変調器駆動部24と力1ら構成さイt1発
去器3は繰返し周波数n−声のデユーティサイクル50
%のパルス信号を発振し、変調周波数切換器208介し
てその出力は2分岐され、一つはl / nの分周器2
1へ入力し変調周波数りなる変調信号となり、その出力
はビンダイオード駆動用ICよりなる変調器駆動部24
を経て変調器2船こ入力する。他の一つはクロックパル
ス信号として時間差測定器22に入力する。時間差測定
回路は時間差測定器22とデータ結合器32と距離表示
器23とから構成さ411位相差に相当する拡大さ21
.た時間差で形成されるゲイト偏号中のり0ツクパルス
信号を計数することにまり測距を行い、データ結合器3
2において測距値を記憶して刀口算を行いその結果を目
標物体までの距離として表示することは既に説明した辿
りである。以上の構成において変調周波数切換器2()
の出力信号の変調周波数ムをfm 1に泗び、軟土用シ
ャッタを閉じて零調整を行い、粗測距を行い、租側距狐
を記録し、次に変調周波数をn ’ 1船工に辿び、較
正を行い、鞘測距を行い、梢測距値を記録し、最後にこ
の粗測比値と梢測距値を加算して目標物体までの距離を
高精度で求めることができる。し力)しこのような手動
操作で(ま経過時間が大きく目標物体が移動する褐合(
こは使用できない欠点があるため、本発明の装置には上
述の手動操作を順序立てて行う制御回路を備けている。
例えは制御回路としてマイコンが利用される。7.:g
 5図においてはマイコン33からの信号の伝送経路お
よびその方向をA矢印で7rX丁。すなわち周波数切換
器20に信号を送り、自動切換を行い、威圧用シャッタ
26にll′g号を送り自動較正の制@を行い、変調周
波数の切換毎に各傭分周器および時問屋測定器22のカ
ウンタにリセット信号を送ってリセットを何い、データ
結合532とは信号を送受して粗精測距11kを記憶し
加算して距離表示器1.23へ出力する操作を順序を追
って実行するものである。
本発明のhL波測距装置によれば従来装置ではgl何に
しても到達できなかった測距精度、すなわち従来鞘要り
1/10あるいは1/100程度の満足すべき尚精度の
測距を行うことができる。咳タマイコン等利用により従
来の測距に要する経過時間をかなり短縮することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の′a源測距法の原U説明図、第2図は
第1図の各所の信号波形説明図、第3図は租測距の説明
図、第4図は梢測距の説明図第5図は本発明の電波測距
装置の一実施例を示すブロック図である。 1と3−・・発振器、2・・・変調器、4と6と27・
・・アンテナ、5−・・目襟物坏、7・・−@波増中器
、8と9と11と16と17と30と34・―・フィル
タ、10と18と31−・・混合器、12と35・・・
波形成形器、14と21と28と29+1・會分尚器、
20・・・′Ra11周波数切俟器、22・・・時間差
測定器、23・・・距離表示器、24・・・f調器m動
部、25・・轡サーキュレータ、26・011f止用シ
ヤツタ、3211・・データ帖台器、33・−・マイコ
ン。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)送信波の変調信号と目標物体で反射された受信波
    の復調イば号との位相差に基づいて上記目標吻体韮での
    距離を計測する場合に、上記受信波の復調信号の壷体波
    成分と該基本波成分(こ近い周波数の正弦波信号を混曾
    することにより、上記復調信号を周数数変換して両者の
    差(こ相当する周波数の変換信号を取出し、該変換信号
    を成形整形して得た受イごイぎ号を求め、上記周波数変
    換により変換された周波数に対応して上記送信波の復調
    信号を分周して得た送信信号を求め、上記受1ぎ信号と
    上記送信信号との時間差を上記位相差(こ相当する拡大
    時間差として時間差測定法により測定し、上記目標物体
    までの測距値を得るよう番こした′区波測距方法におい
    て、上自己送信披の復調信号の変調周波数を切換えて測
    距を行い、該変調周波数の切換毎に測距値を得て、これ
    ら測距値を加算することにより上記目標物体までの高精
    度の測距値を得るようにしたことを特徴とするi1L仮
    測距方法。
  2. (2)  マイクロ波を変調信号により変調して送信波
    となし、該送16波をサーキュレータと較正用シャッタ
    とアンテナを介して目標物体に放射し反射して到来する
    受信波を・吹成増巾して復調信号とする送受信回路と、
    上記変調信号と上記イ災618佃号との位相差を6棟の
    分周器、フィルタおよび混合器を用いることをこより拡
    大時間差とする時間差拡大回路と上記拡大時間差f!:
    計測しその結果傅らnた測距値の測具111を表示する
    時間差測定回路と変調周波数を切換えて上記変−信号を
    発生する変調回路と、上記較正用シャッタの制御、上記
    変調周、V数の切換制御ならびにその切換毎に上記6柚
    分周器の計数制御および上記拡大時間差の計数制御を行
    い、粗・祠測距の懐に上記6(11距値の加昇を行う制
    @1回路とを具備する′喝彼測距装置。
JP22799382A 1982-12-23 1982-12-23 電波測距方法及びその装置 Granted JPS59116073A (ja)

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