JPS59196483A - 電磁波による測距方法 - Google Patents
電磁波による測距方法Info
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- JPS59196483A JPS59196483A JP58070808A JP7080883A JPS59196483A JP S59196483 A JPS59196483 A JP S59196483A JP 58070808 A JP58070808 A JP 58070808A JP 7080883 A JP7080883 A JP 7080883A JP S59196483 A JPS59196483 A JP S59196483A
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- G01S—RADIO 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
- G01S13/00—Systems 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
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
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- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はＦＭ（周波数変調）変調された電波を送信し
て、測距対象からの反射波と送信波とのビート波から距
離情報を得るようにした距離測定方法に関するものであ
る。
て、測距対象からの反射波と送信波とのビート波から距
離情報を得るようにした距離測定方法に関するものであ
る。
ＦＭ−ＣＷ レーダとして知られているこの種の距離
測定方法或いは装置は、ＦＭ変調されたマイクロ波を目
標に送信し、受信波の位相項に含まれる距離情報をとり
出すものである。この受信波の位相項に含まれる距離情
報をとり出す方法としては、送信波と受信波とのビート
波をとり出し、その波の数を数える方法が用いられる。
測定方法或いは装置は、ＦＭ変調されたマイクロ波を目
標に送信し、受信波の位相項に含まれる距離情報をとり
出すものである。この受信波の位相項に含まれる距離情
報をとり出す方法としては、送信波と受信波とのビート
波をとり出し、その波の数を数える方法が用いられる。
この場合、ＦＭ変調の一周期にわたる計数では測定距離
に依 存した初期位相の状態によりｎ個或いはｎ
千１個の計数値が得られ、いわゆる固定誤差ｄｃを生じ
る。この固定誤差は、たとえば１ＱＧＨｚのマイクロ波
でＦＭ変調の最大周波数偏移をｌＱＭＨｚとしたとき３
．７５ｍであり、近距離測定では不当に大きいものであ
る。この固定誤差は最大周波数偏移に反比例するので、
最大周波数偏移を１ＧＨｚ以上にとれば、その固定誤差
は許容し得るものとなるが、そのような高い最大周波数
偏移を得る装置は極めて高価なものである。
に依 存した初期位相の状態によりｎ個或いはｎ
千１個の計数値が得られ、いわゆる固定誤差ｄｃを生じ
る。この固定誤差は、たとえば１ＱＧＨｚのマイクロ波
でＦＭ変調の最大周波数偏移をｌＱＭＨｚとしたとき３
．７５ｍであり、近距離測定では不当に大きいものであ
る。この固定誤差は最大周波数偏移に反比例するので、
最大周波数偏移を１ＧＨｚ以上にとれば、その固定誤差
は許容し得るものとなるが、そのような高い最大周波数
偏移を得る装置は極めて高価なものである。
上述の固定誤差を小さくするために、ビート波の位相項
に変調を加え、その変調周期Ｔ□にわたって波の数を計
数する。この位相項の変調周期Ｔ□は通常、ＦＭ変調周
期Ｔ２よりも可成り大きくとり、しかもその整数倍（Ｔ
Ｉ ／Ｔ ２ ＝ ｍ ）にとるので変調周期Ｔ□に
亘ってとった計数値ΣＮをＦＭ変調周期Ｔ２での波の数
に換算することによりｎ＝ΣＮ ｍ−ｎ。十δ（ｎ ｏ ：整数、０くδ〈１）となり波
の数の端数を計数することができる。
に変調を加え、その変調周期Ｔ□にわたって波の数を計
数する。この位相項の変調周期Ｔ□は通常、ＦＭ変調周
期Ｔ２よりも可成り大きくとり、しかもその整数倍（Ｔ
Ｉ ／Ｔ ２ ＝ ｍ ）にとるので変調周期Ｔ□に
亘ってとった計数値ΣＮをＦＭ変調周期Ｔ２での波の数
に換算することによりｎ＝ΣＮ ｍ−ｎ。十δ（ｎ ｏ ：整数、０くδ〈１）となり波
の数の端数を計数することができる。
上述の位相変調に際して、ビート波の初期位相ψに無関
係となるようにψからψ十にπ （ｋ：整数）に亘って
位相を掃引すると正確な端数が算出されるが、位相の変
調帯域かに′π十Δ（ｋ′：整数。
係となるようにψからψ十にπ （ｋ：整数）に亘って
位相を掃引すると正確な端数が算出されるが、位相の変
調帯域かに′π十Δ（ｋ′：整数。
０くΔくπ）となると端数の計数に誤差が生じ、いわゆ
る折返し誤差が生じる。
る折返し誤差が生じる。
上述の位相変調を行なうために、従来いわゆる２重ＦＭ
方式や高周波回路部に移相器を設ける方式が知られてい
る。
方式や高周波回路部に移相器を設ける方式が知られてい
る。
しかしながら前者の方式では、第２ＦＭ変調波を三角波
としたときビート波は Ｅ’ｃ＝ ＫＡ ＣＯ８［ωｃＴ＋γｃｏｓωＩＬＬ＋
８πΔＦ２Ｔμ２ｔ〕で表わされ第２ＦＭ変調波の項（
８πΔＦ２・Ｔ・μ２・ｔ）に距離情報が含まれる。し
たがって測定距離が変ると位相の変調帯域も変化し、特
定の距離ｎｄｃを除き一般にΔ−〇とならないので、前
述の折返し誤差が生じる。
としたときビート波は Ｅ’ｃ＝ ＫＡ ＣＯ８［ωｃＴ＋γｃｏｓωＩＬＬ＋
８πΔＦ２Ｔμ２ｔ〕で表わされ第２ＦＭ変調波の項（
８πΔＦ２・Ｔ・μ２・ｔ）に距離情報が含まれる。し
たがって測定距離が変ると位相の変調帯域も変化し、特
定の距離ｎｄｃを除き一般にΔ−〇とならないので、前
述の折返し誤差が生じる。
この折返し誤差は、周波数偏移を１０ ＭＨｚ、所定距
離ｄを５ｍとしたとき７０ｃｍ程度となる。
離ｄを５ｍとしたとき７０ｃｍ程度となる。
なお２重変調方式は第１のＦＭ変調の最大周波数偏移を
高くとれば折り返し誤差をも小さくてきるが、このよう
な広帯域の周波数変調を行なう装置は汎用性がな（、価
格が高くなることは前述の通りである。
高くとれば折り返し誤差をも小さくてきるが、このよう
な広帯域の周波数変調を行なう装置は汎用性がな（、価
格が高くなることは前述の通りである。
一方後者の方式では電磁波の移相器としてフェライトや
ＰＩＮダイオードによる変調器等が用いられるがこの種
のものは直線性が悪いことや精度 （よく変
調帯域を設定できない等の欠点があり、所望通りに測定
誤差を低減することが困難である。
ＰＩＮダイオードによる変調器等が用いられるがこの種
のものは直線性が悪いことや精度 （よく変
調帯域を設定できない等の欠点があり、所望通りに測定
誤差を低減することが困難である。
また別の方法として周波数変調された波長入の電磁波を
測定対象に送信する一方、受信アンテナ定対象からの反
射波を受信する方法が提案されている。受信波は送信波
とともに混合検波され両者のビート波が得られる。この
ビート波は距離情報を含むとともに上記アンテナの移動
による位相変調が加えられている。そしてこのビート波
の波数が、ゼロクロス点の検出方法等により計数され、
平均処理され、所要の距離を表わす情報が得られる。
測定対象に送信する一方、受信アンテナ定対象からの反
射波を受信する方法が提案されている。受信波は送信波
とともに混合検波され両者のビート波が得られる。この
ビート波は距離情報を含むとともに上記アンテナの移動
による位相変調が加えられている。そしてこのビート波
の波数が、ゼロクロス点の検出方法等により計数され、
平均処理され、所要の距離を表わす情報が得られる。
またスライドショートによる機械式の位相変調を用いる
方法も提案されているが、上述のアンテナ移動方式もス
ライドショート方式も機械的変調方法であり、位相変調
のための駆動機構が必要であり、高価で、かつ大型にな
るなどの問題がある。
方法も提案されているが、上述のアンテナ移動方式もス
ライドショート方式も機械的変調方法であり、位相変調
のための駆動機構が必要であり、高価で、かつ大型にな
るなどの問題がある。
さらに上述の各側は搬送波に位相変調を加えることによ
り、間接的にビート波に位相変調を加える方法であるが
、周波数の低いビート波に直接位相変調を加える方が有
利であるとの提案もなされている。しかしビート波は正
弦波ではなく、かつ測定距離に応じて周波数が変化する
ので、ビート波に直接、位相変調を加えるのは困難であ
った。
り、間接的にビート波に位相変調を加える方法であるが
、周波数の低いビート波に直接位相変調を加える方が有
利であるとの提案もなされている。しかしビート波は正
弦波ではなく、かつ測定距離に応じて周波数が変化する
ので、ビート波に直接、位相変調を加えるのは困難であ
った。
この発明は上述の問題に鑑みてなされたものであって、
電磁波測距方法において電子回路的処理によってビート
波に直接位相変調を加えることにより、比較的安価で、
かつ高精度の測定結果が得られる距離測定方法を提供す
ることを目的とするものである。
電磁波測距方法において電子回路的処理によってビート
波に直接位相変調を加えることにより、比較的安価で、
かつ高精度の測定結果が得られる距離測定方法を提供す
ることを目的とするものである。
上述の目的を達成するために、この発明においてはＦＭ
波を測距対象に送信するとともにその反射波を受信し、
この受信波と送信に使用したＦＭ波トのビート波を得る
。次いでこのヒート波ニ周波数ｆ□なる正弦波を混合し
て、混合波の一方の側帯波を得る。この側帯波にさらに
周波数ｆ２な数から距離情報を得る。
波を測距対象に送信するとともにその反射波を受信し、
この受信波と送信に使用したＦＭ波トのビート波を得る
。次いでこのヒート波ニ周波数ｆ□なる正弦波を混合し
て、混合波の一方の側帯波を得る。この側帯波にさらに
周波数ｆ２な数から距離情報を得る。
以下にこの発明の一実施例を図面とともに説明する。
第１図において、高周波発振器１がら、周波数変調され
た電磁波（以下送信波という。）を発生させる。この送
信１Ｗ５ を分波器２で２つの送信波に分岐し、一方の
送信波はアンテナ３がら測距対象４にＦ Ｍ変調された
電磁波として放射する。
た電磁波（以下送信波という。）を発生させる。この送
信１Ｗ５ を分波器２で２つの送信波に分岐し、一方の
送信波はアンテナ３がら測距対象４にＦ Ｍ変調された
電磁波として放射する。
測距対象４から反射される反射波は受信アンテナ５で受
信される。
信される。
この受信波ＷＲは混合検波器６に印加される。
混合検波器６には分波器２から前記送信波ＷＳが直接印
加されており、混合検波器６は受信波ｔへ７ Ｒと送信
波ｗｓ、！ｌ：を混合検波し、ビート波ｗｂを出力する
。
加されており、混合検波器６は受信波ｔへ７ Ｒと送信
波ｗｓ、！ｌ：を混合検波し、ビート波ｗｂを出力する
。
コノヒート波ｗｂは混合器７に印加されて、正弦波発振
器８から印加される周波数ｆ、なる正弦波と混合され、
この混合波は高域通過フィルタ９に通されて、混合波の
上側帯波Ｗｕが分離され出力される。
器８から印加される周波数ｆ、なる正弦波と混合され、
この混合波は高域通過フィルタ９に通されて、混合波の
上側帯波Ｗｕが分離され出力される。
いまビート波ｗｂの電圧波形をＥｂ、正弦波発振器８の
出力電圧波形をＥｒｌ とすると％ −Ａ、６ Ｓｉ
ｎ （２πｆｂｔ ＋ ψｂ）” ’ （１）Ｅ
ｒ２＝Ａ２ｓｉｎ （２πＥ１ｔ ＋ｃｐ１）
（２）で表される。また前記、上側帯波Ｗｕの電圧波
形は（３）式で表される。
出力電圧波形をＥｒｌ とすると％ −Ａ、６ Ｓｉ
ｎ （２πｆｂｔ ＋ ψｂ）” ’ （１）Ｅ
ｒ２＝Ａ２ｓｉｎ （２πＥ１ｔ ＋ｃｐ１）
（２）で表される。また前記、上側帯波Ｗｕの電圧波
形は（３）式で表される。
Ｅｕ＝ Ａｕ５ｉｎ（２π（ｆｂ＋ｆ、）ｚ−ψ１＋ψ
ｂｙ （３）上記のようにして得られた上側帯波Ｗｕは
混合器１０に印加され、正弦波発振器１１から印加され
る周波数ｆ２なる正弦波と混合され、この混合波は低域
通過フィルタ１２に通されて、この混合波の下側帯波Ｗ
Ｌが分離され出力される。
ｂｙ （３）上記のようにして得られた上側帯波Ｗｕは
混合器１０に印加され、正弦波発振器１１から印加され
る周波数ｆ２なる正弦波と混合され、この混合波は低域
通過フィルタ１２に通されて、この混合波の下側帯波Ｗ
Ｌが分離され出力される。
正弦波発振器１１の出力電圧波形Ｅｒ２はＥｒ２＝Ａ２
ｓｉｎ （２πｆ２ｔ ＋（７）２） （４）で
表わされる。
ｓｉｎ （２πｆ２ｔ ＋（７）２） （４）で
表わされる。
したがって、上記混合波の下側帯波ＷＬの電圧ここで、
Ｔ□−１７（ｆ□−ｆ２）と定義し、ψ′−ψｂ＋ψ□
−ψ２と置き換えると、（５）式は次式のように変形さ
れる。
Ｔ□−１７（ｆ□−ｆ２）と定義し、ψ′−ψｂ＋ψ□
−ψ２と置き換えると、（５）式は次式のように変形さ
れる。
とのビートＩＩＷｂにおいて初期位相項を周期Ｔ１で直
線的に変調したものである。
線的に変調したものである。
低域通過フィルタ１２で得られた（６）式で示される下
側帯波ＷＬはフィルタ１３で高調波が除去されて、さら
に波形整形回路１４で（６）式で表わされる下側帯波Ｗ
Ｌのゼロクロス点に対応したパルスを生じる。ここでは
−例として上記側帯波が−がら＋へ立ち上るゼロクロス
点をとる。
側帯波ＷＬはフィルタ１３で高調波が除去されて、さら
に波形整形回路１４で（６）式で表わされる下側帯波Ｗ
Ｌのゼロクロス点に対応したパルスを生じる。ここでは
−例として上記側帯波が−がら＋へ立ち上るゼロクロス
点をとる。
このパルスはカウンタ１５に印加され、位相変調周期Ｔ
１に亘って計数され、上記下側帯波の波の数が計数され
る。
１に亘って計数され、上記下側帯波の波の数が計数され
る。
こりカウンタ１５の計数結果ΣＮは距離演算回路１６に
印加され、送信波Ｗｓの周波数変調周期Ｔ２の１周期あ
たりの、下側帯波ｗＬの波の数ｎが（７）式により演算
され、さらに（８）式にもとついて測距対象までの距離
ｄが演算される。
印加され、送信波Ｗｓの周波数変調周期Ｔ２の１周期あ
たりの、下側帯波ｗＬの波の数ｎが（７）式により演算
され、さらに（８）式にもとついて測距対象までの距離
ｄが演算される。
ｎ ＝ΣＮ ／ ｍ （７１ｄ
＝ｎ ｘ ｃ／４ΔＦ （８１な
お位相変調周期Ｔ１を正確にするには、正弦波発振器８
，１１の発振周波数をマスタクロック１７の発振周波数
を基準として決定するのがよい。
＝ｎ ｘ ｃ／４ΔＦ （８１な
お位相変調周期Ｔ１を正確にするには、正弦波発振器８
，１１の発振周波数をマスタクロック１７の発振周波数
を基準として決定するのがよい。
第２図に、この発明の方式によって得た測距実験結果の
一例を示す。
一例を示す。
〕
第２図の例においては、送信波の周波数は２４ＧＨｚ
、 Ｔｌ ： １秒、Ｔ２：１ｍ秒、ΔＦ−５０ＭＨ
ｚとした。この例によれば残留誤差は５Ｃ１１であり従
来のＦ Ｍレーダ方式による固有誤差７５ｃｍに対して
、誤差を１／１０以下に低下することができた。
、 Ｔｌ ： １秒、Ｔ２：１ｍ秒、ΔＦ−５０ＭＨ
ｚとした。この例によれば残留誤差は５Ｃ１１であり従
来のＦ Ｍレーダ方式による固有誤差７５ｃｍに対して
、誤差を１／１０以下に低下することができた。
以上詳述したように、この発明によれば、測距対象から
反射され、受信された受信波と送信波とのビート波に直
接位相変調をかけることができ、この位相変調は、周波
数ｆ１ とｆ２との差で定まるので、位相変調の直線
性を向上させ、しかも位相変調幅が正確に制御できるの
で固有誤差を少なくすることができる。
反射され、受信された受信波と送信波とのビート波に直
接位相変調をかけることができ、この位相変調は、周波
数ｆ１ とｆ２との差で定まるので、位相変調の直線
性を向上させ、しかも位相変調幅が正確に制御できるの
で固有誤差を少なくすることができる。
またＦＭ変調の周波数帯域はｌ Ｑ Ｑ ＭＨｚ 程
度に狭帯域化できるので、高周波回路部を小型軽量にで
きる。
度に狭帯域化できるので、高周波回路部を小型軽量にで
きる。
またビート波に対する位相変調は電子回路的に行なうこ
とができるので、機械的位相変調のように、機械的駆動
部が不要となり、全体を小型、安価にできる。
とができるので、機械的位相変調のように、機械的駆動
部が不要となり、全体を小型、安価にできる。
また位相変調はビート波に直接加えるのでＰＩＮダイオ
ード法やフェライト法にくらべて高周波回路が簡単にな
る。
ード法やフェライト法にくらべて高周波回路が簡単にな
る。
第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図第２図は
この発明の一実施例の測距結果を示すグラフである。 Ｗｓ・・・送信波 ＷＲ・・・受信波 Ｗ、・・送信波と受信波とのビート波 Ｗｕ・・・ビート波Ｗｂと周波数ｆ１の正弦波との混合
波の上側帯波 〜′Ｌ・・・上側帯波ＷＬｐと周波数ｆ２の正弦波との
混合波の下側帯波 ４ ・・・測距対象 ６．７・・・混合器 ９ ・・・高域通過フィルタ １０・・・混合器 １２・・低域通過フィルタ １５・・・カウンタ 特許出願人 株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士青山 葆外２名
この発明の一実施例の測距結果を示すグラフである。 Ｗｓ・・・送信波 ＷＲ・・・受信波 Ｗ、・・送信波と受信波とのビート波 Ｗｕ・・・ビート波Ｗｂと周波数ｆ１の正弦波との混合
波の上側帯波 〜′Ｌ・・・上側帯波ＷＬｐと周波数ｆ２の正弦波との
混合波の下側帯波 ４ ・・・測距対象 ６．７・・・混合器 ９ ・・・高域通過フィルタ １０・・・混合器 １２・・低域通過フィルタ １５・・・カウンタ 特許出願人 株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士青山 葆外２名
Claims (1)
- （１）周波数変調された電磁波を測距対象に送信して、
測距対象からの反射波を受信し、この受信波と前記送信
波との混合により得られるビート波を検出して測距対象
の距離を測定する方法において、前記ビート波と、周波
数ｆ なる正弦波とを混合し、この混合波の一方の側帯
波を抽出し、この側帯波に周波数ｆ２なる正弦波を混合
して、この混合波の一方の側帯波を抽出することにより
、前記ビート波に１／（ｆニーｆ２）を周期とする位相
変調を加え、この位相変調されたビート波の波の数を位
相変調時間１ ／ （ｆｌ−ｆ２）に関連して計数し１
、その計数結果から測距対象の距離を演算することを特
徴とする電磁波にょる測距方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58070808A JPS59196483A (ja) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | 電磁波による測距方法 |
| KR1019840002131A KR890001384B1 (ko) | 1983-04-21 | 1984-04-20 | 전자파를 이용한 거리 측정방법 및 그 시스템 |
| CA000452663A CA1243757A (en) | 1983-04-21 | 1984-04-24 | Distance measurement method making use of electromagnetic wave and system therefor |
| US06/943,874 US4744040A (en) | 1983-04-21 | 1986-12-19 | Distance measurement method making use of electromagnetic wave and system therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58070808A JPS59196483A (ja) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | 電磁波による測距方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59196483A true JPS59196483A (ja) | 1984-11-07 |
| JPH0219434B2 JPH0219434B2 (ja) | 1990-05-01 |
Family
ID=13442231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58070808A Granted JPS59196483A (ja) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | 電磁波による測距方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4744040A (ja) |
| JP (1) | JPS59196483A (ja) |
| KR (1) | KR890001384B1 (ja) |
| CA (1) | CA1243757A (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4895441A (en) * | 1987-03-19 | 1990-01-23 | Pandel Instruments, Inc. | Method and apparatus for precision ranging |
| US5038305A (en) * | 1989-02-27 | 1991-08-06 | Microfast Controls Corp. | Programmable controller linear transducer input modules |
| US5014063A (en) * | 1990-01-03 | 1991-05-07 | Canadian Marconi Company | Integrated altimeter and doppler velocity sensor arrangement |
| JPH05505470A (ja) * | 1991-02-12 | 1993-08-12 | クローネ メステヒニーク ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンデイートゲゼルシヤフト | 工業用タンク等の充てんレベル測定装置のための電気回路 |
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