JPS6048710B2 - 距離測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ＦＭレーダを使用する距離測定方法および装
置に関する。

電波を用いて対象物体まての距離を測定する場合、その
距離が比較的短い場台においては、一般にＦＭレーダを
多く使用している。

しかるに、従来のＦＭレーダには、固定誤差またはステ
ップ誤差と呼ばれる測定上の誤差が存在するため、周波
数偏移で決まる一定値以上には測定精度を向上させるこ
とができない欠点があつた。即ち、この固ゝ定誤差（δ
Ｘ）は、鋸歯状波変調の場合、第１図に示す変調波形の
継目を。、を、・・・・・・ をｎに起因するものであ
り、うなり信号に不連続部Ｄとして生するものであつて
、一般にはδＸ＝Ｃ／２Ｂ フただし、Ｂ：周波数偏移（Ｈ２） ｃ：光速（ｍ／ ｓ） として示される。

三角波変調の場合も同様に δＸ＝Ｃ／４Ｂ ５として示されるが、以下の説明は鋸歯状波変調の場合
を例として行う。

ＦＭレーダにおける上記の欠点を除くために本願出願人
は先に特願昭４８−３７１２５号において、［占定誤差
を生ずる原因である、前記鋸歯状波の継「部分Ｔ。

，ｔ，・・・・・・Ｔｎを避けた部分に相当する、うな
り信号の一定領域１を対象とし（第１図）そのレ間にお
けるうなり信号の周期を測定して逆数演神 ιすること
によつて固定誤差の無い距離測定方法および装置を実現
することを提案した。しかしながら、前記の提案に係る
方法および装置においては、区間１におけるうなり信号
のｎ周期を利用するに当り、ｎを固定していたため、次
の様な欠点を有していた。

即ち、うなり信号ｎ周期を与えるのに必要な距離Ｖは、
へニＮｃ／２Ｂ で与えられるから距離ＸがＸ。

より小さいときは測定不可能であり、一方、距離ＸがＶ
より十分大きいときは周期の数はｎより十分大きくなる
がｎが一定のため、このうちの一部分の情報しか利用て
きず精度上問題があつた。このことをより詳しく説明す
れば、いま、周波数変調波の直線部分の継続時間をＴｍ
、うなり信号のｎ周期の時間をＴｎとすると、てある。

周期測定の分解能をδＴｎとすると、上式より距離測定
の分解能はとなり、ｎを固定とすると距離Ｘの２乗に比
列して悪化する。

特にｎ＝１として近距離まで測定可能とした時はこのＸ
にともなう悪化の程度は最も．大となる。従つて本発明
は、従来技術における前述の欠点を除去し、高精度てか
つ広範囲に距離を測定てきる、ＦＭレーダを使用する距
離測定方法およびこれを実施する装置を得ることを目的
とする。

本発明による距離測定方法は、うなり信号の周期の内、
変調Ξ角波の折返し点、あるいは鋸歯状波の立ち下り点
にあたる不連続部を含む周期のみを除外して、変調波の
直線部分のみの周期を該直線部分の全区間に亘つて利用
することによるもの４てある。即ち、前述の分解能を表
わす式を変形するととなるので、ｎを可変としてＴｎを
Ｔｍの変化にともなつて常にＴｍに近い値に保つことに
より、δＸの悪化をＸの１乗のオーダ即ち相対誤差を一
定にしようとするものである。

これを等価的に実現５するため、本発明においては周波
数変調波の直線部分のほぼ全域にわたつてうなり信号の
周期を１周期毎又は予め設定した複数の周期毎にくり返
し計測しそれを平均化するようにしている。以下図面を
参照して実施例について本発明を説θ明する。

第２図は、本発明による距離測定装置の全体の概略ブロ
ック図である。

本装置は、アンテナ２、サーキユレータ３、ミクサダイ
オード４、マイクロ波発振器５及び基準反射体６からな
るＦＭレー５ダ装置と、マイクロ波発振器５及ひ後述す
る同期パルス発生器１７に対して周波数変調用鋸歯状波
を供給する発振器７と、ミクサダイオード４から得られ
る混合波中のうなり成分を選択的に増幅する帯域アンプ
８と、このうなり成分が零レベルをフ正方向へ横切る時
に同期したパルスを発生するゼロ交差検出器９と、この
同期したパルスを遅延させる遅延回路１０と、前記発振
器７からの鋸歯状波の立ち下り部分に同期したパルスを
発生する同期パルス発生器１７と、この同期パルスによ
つてセットされ、前記遅延回路１？から得られる遅延パ
ルスによつてリセットされるフリップフロップ１５と、
フリップフロップ１５からの信号に従つて、ゼロ交差検
出器９から得られるパルスをゲートして後述の一時記憶
装置１３へ供給するゲート回路１６と、基準クロック発
振器１１と、該発振器１１から得られるクロック信号を
計数し、その計数値を一時記憶装置１３へ与え、前記遅
延パルスによつてリセットされるカウンタ１２と、カウ
ンタ１２から与えられた計数値をゲート回路１６からの
パルスの入力に応じて記憶する一時記憶装置１３と、こ
の記憶された計数値の平均の逆数又は計数値の逆数の平
均を演算して出力する逆数演算装置１４とからなる。次
に動作について説明する。

第３図は、第２図中のａないしｇにおける信号波形を概
略表示したタイムチャートである。マイクロ波発振器５
は周波数変調用鋸歯状波発振器７からの鋸歯状波ａに応
じて、発振し、発振されたマイクロ波は、サーキユレー
タ３を介してアンテナ２から放射されて、物体１によつ
て反射され再びアンテナ２及びサーキユレータ３を介し
てミクサダイオード４に印加される。

マイクロ波の一部は基準反射体６によつても反射され、
サーキユレータ３を介してミクサダイオード４へ印加ｊ
される。前記二つの反射波はミクサダイオード４によつ
て混合されると、物体１まての距離Ｘに関係した周期Ｔ
ｂをもつうなり信号を発生する。次にこの周期Ｔｂを含
む帯域特性をもつ帯域増幅器８へ前記混台信号を加える
と、ｂのような波形を．もつ信号が出力される。図中、
鋸歯状波ａの立ち下がり点Ｔ。

，ち，Ｔ。・・・・・・とうなり信号ｂの不連続点のタ
イミングは、反射波の時間遅れのため厳密には一致しな
いが、実用上は一致すると見なし得る。即ち、例えば変
調周期を１ｍｓ）対象物体までの距離Ｘを１５ｍとする
と、反射信号の時間遅れは△／Ｃ≧０．１μｓとなり、
これは変調周期の１０−’の程度てあつてほとんど無視
し得るのである。変調周期が短かくなつたり、距離Ｘが
大きくなつて時間遅れが無視できない場合も考えられる
が、そのような場合のうなり信号の周波数は、計測に使
用すべき周波数と非常に異なるので、フィルタを用いて
容易に除去することができる。このｂの信号をゼロ交差
検出器９へ入力して、ｂ波形がゼロレベルと交差する点
と同期したパルスｃを得る。

このパルスｃは、遅延回路１０によつて僅かに遅延され
たパルスｄになるとともに、ゲート回路１６へも入力さ
れる。一方、基準クロック発振器１１はｂ信号の周期よ
り十分高速のクロックパルスを発振しており、カウンタ
１２は、このクロックパルスを常に計数し、遅延された
パルスｄが入力されるとＯにリセットされて再び計数を
開始するということを繰返している。

また一方、同期パルス発生器１７は、変調用鋸歯状波の
立ち下りに同期したパルスｅを発生する。

フリップフロップ１５はパルスｅによつてセットされ、
遅延パルスｄによつてリセットされることによつて、出
力波形ｆの信号を発生し、これＩ：によつてゲート回路
１６を開閉する。従つてゲート回路１６からはパルスｃ
の内変調鋸歯状波ａの立ち下り点Ｔ。，ｔ，・・・・・
・Ｔｎの直後のパルスのみ除去されたパルスｇが得られ
る。一時記憶装置１３は、カウンタ１２からの計数値の
内、このパルスｇの入力した時点での計数値をパルスｇ
の入力毎に一時記憶する。

従つて、この記憶された計数値は、鋸歯状波の直線部分
のみにおける、うなり信号ｂの周期に比例している。逆
数演算装置１４は、この記憶された計数値から平均化さ
れた逆数を前記周波数変調波の一周期毎に計算して、対
象物体１までの距離Ｘに比例した信号を出力する。以上
のような距離測定方法及び装置を用いることによつて、
変調波の周期の変化にかかわらず変調波の直線部分のみ
のほぼ全域にわたる周期情報を利用して、距離測定をす
ることができるので従来のｎを固定した場合に比較して
測定精度が向上し、更に、測定を最低限のうなり信号の
一周期毎に（即ちｎ＝１）に行えるので、距離測定範囲
を拡大することもてきる。

なお、変調波として三角波を用いても同様な効果がある
のは勿論、逆数演算装置による計算を周波数変調波の一
周期毎にせず、任意の数周期毎にまとめることも可能で
あることも云うまてもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、うなり信号と変調波形との時間関係を示す図
、第２図は、本発明の実施例を示すフロック図、第３図
は、第２図に示す各点に発生する波形の説明図。 １：対象物体、２：アンテナ、３：サーキユレータ、４
：ミクサダイオード、５：マイクロ波発振器、６：基準
反射体、７：変調波発振器、８：５帯域増幅器、９：ゼ
ロ交差検出器、１０：遅延回路、１１：基準クロック発
振器、１２：カウンタ、１３：ー時記憶装置、１４：逆
数演算装置、１５：フリツプフロツプ、１６：ゲート回
路、１７：同期パルス発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ＦＭレーダを用いる距離測定方法において、周波数
   変調用変調波ａの非直線部分のタイミングを検出し、う
   なり信号の全周期の内前記検出されたタイミングの直後
   の周期から次のタイミングの直前の周期までに対して各
   周期毎に計測を行い、前記周波数変調用変調波の各周期
   の直線部分毎に前記計測値を平均して距離測定値を得る
   ことを繰り返すこと、を特徴とする距離測定方法。 ２ ＦＭレーダを用いる距離測定装置において、周波数
   変調用変調波の非直線部分に同期した同期パルスｅを発
   生する同期パルス発生器１７と、うなり信号ｂの一周期
   毎に発生される同期信号ｃを遅延させる遅延回路１０と
   、前記同期パルスｅでセットされ遅延された同期信号ｄ
   によつてリセットされてゲート出力信号ｆを出力するス
   イッチ回路１５と、該スイッチ回路からのゲート出力信
   号ｆによつて、前記同期信号ｃをゲートするゲート回路
   １６とを備え、前記うなり信号ｂの一周期の時間に関す
   る積分を行う回路１２を前記遅延された同期信号ｄによ
   つてリセットするようにし、また、前記積分値を前記ゲ
   ートされた同期信号ｇに応じて一時記憶する記憶装置１
   ３と、該記憶装置に記憶された値から前記周波数変調波
   の一周期毎に前記積分値の平均化された逆数を演算する
   演算装置１４とを設けて構成されていることを特徴とす
   る距離測定装置。