CN1806387A - 脉冲波雷达装置 - Google Patents

Abstract

一种调制的脉冲波要求1毫微秒或更小的脉宽，但通常所使用的PIN二极管难以处理这种窄脉宽的调制的脉冲波。为了解决这一问题，一个目的是要提供一种输出窄脉宽的调制的脉冲波的脉冲调制器，以及能够输出窄脉宽的调制的脉冲波的脉冲波雷达装置。为了实现这一操作，本发明的脉冲调制器和脉冲波雷达装置微分来自脉冲产生电路的脉冲，以产生微分的窄脉宽的波，并根据微分波对来自振荡电路的振荡波进行转换，以输出窄脉宽的调制的脉冲波。

Description

脉冲波雷达装置

技术领域

本发明涉及产生具有窄脉宽的调制的脉冲波的脉冲调制器，并涉及使用脉冲波的脉冲波雷达装置。特别地，本发明涉及测量至短距离物体的距离并精确测量与物体距离的脉冲波雷达装置。

背景技术

已知有各种脉冲波雷达装置，其基于脉冲波发送与接收从物体反射的脉冲波的时间而测量至物体的距离。在这种脉冲波雷达装置中，测量从调制的脉冲波被发送到接收波被收到的时间，以获得与脉冲波雷达装置和物体之间的距离成比例的信号，并基于该信号计算距离。

脉冲雷达装置用作为位置/距离测量装置，其装设到相对于物体的距离大约为100km的气象测量与飞机上。为了加强这种应用中的灵敏度，使用了脉宽大约几百毫微秒的调制的脉冲波。然而当即使物体在大约10cm的短距离的情形下使用脉宽大约几百毫微秒的调制的脉冲波时，来自物体的反射波是在发送天线发送调制的脉冲波的脉宽的时间内被接收，这样波就不能正常收到。

因此，需要调制的脉冲波的脉宽为1毫微秒或更小，但困难在于：通常使用的PIN二极管构成处理这种具有窄脉宽的调制的脉冲波的脉冲调制器。作为传统的技术，提出了一种脉冲调制器，其使用肖特基势垒二极管或FET(例如参见专利文献1)。具有这种配置的脉冲调制器的脉宽取决于从脉冲产生电路产生的脉冲的脉宽。

为了使脉冲产生电路确能产生窄脉宽的脉冲，脉冲产生电路必须由以高速工作的元件组成。以高速工作的元件是昂贵的并引起能耗的增加。

另一方面，脉冲波雷达装置测量从发送波的发送到接收波的接收之间的时间以获得一个信号，该信号与从脉冲波雷达装置到物体的距离成比例，并从该信号计算至物体的距离。实际上，由于来自脉冲产生电路的脉冲用作为开始信号，估计脉冲调制器等的内部传播延迟，以便校正测量的时间。然而当处理具有窄脉宽的调制的脉冲波时，即使是内部传播延迟轻微的误差也会大大影响所测量的时间的误差。

[专利文献1]

日本专利申请公开No.2000-258525

发明内容

于是为了解决这样的问题，本发明的一个目的是要提供一种脉冲调制器，即使当脉冲产生电路由以低速工作的元件组成时，也能够输出具有窄脉宽的调制的脉冲波。

进而本发明的一个目的是要提供一种脉冲波雷达装置，其具有能够输出窄脉宽的调制的脉冲波的脉冲调制器，并能够使用该具有窄脉宽的调制的脉冲波来测量至物体的距离。

此外，本发明的一个目的是要提供脉冲波雷达装置，其中即使物体在短距离时，距离测量的误差也很小。

为了达到这些目的，第一发明的脉冲调制器对来自脉冲产生电路的脉冲进行微分，以产生具有窄脉宽的微分波，并根据微分波转换来自振荡电路的振荡波，以输出窄脉宽的调制的脉冲波。

具体来说，第一发明是一个脉冲调制器，包括：脉冲产生电路，产生周期性脉冲；微分电路，对来自脉冲产生电路的脉冲进行微分，以输出微分波；振荡电路，产生具有调制频率的振荡波；以及转换电路，根据来自微分电路的微分波对来自振荡电路的振荡波是否输出进行转换，以便输出调制的脉冲波。

根据第一发明，即使脉冲产生电路由以低速工作的元件组成，也能够提供可输出窄脉宽的调制的脉冲波的脉冲调制器。

在第一发明中，微分电路可以是初级高通滤波器。

根据以上的发明，能够通过简单的元件配置组成低功耗的脉冲调制器。

在第一发明中，脉冲调制器可进一步包括限幅电路，其限制微分电路与转换电路之间的峰值。

根据以上发明，能够防止带有过度峰值的脉冲波输入到转换电路。

为了实现这些目的，第二发明的脉冲调制器允许来自脉冲产生电路的脉冲通过带通电路，并根据具有预定的频率分量的脉冲波开关来自振荡电路的振荡波，以输出窄脉宽的调制的脉冲波。

具体来说，第二发明是一种脉冲调制器，包括：脉冲产生电路，其产生周期性脉冲；带通电路，其允许来自脉冲产生电路的脉冲的规定的频率分量通过；振荡电路，其产生具有调制频率的振荡波；以及转换电路，其根据从带通电路的输出，对来自振荡电路的振荡波是否被输出进行转换，以输出调制的脉冲波。

根据第二发明，即使脉冲产生电路由以低速工作的元件组成，脉冲调制器也能够输出窄脉宽的调制的脉冲波。

在第二发明中，带通电路可以是二次带通滤波器。

根据以上发明，能够通过简单的元件配置组成低功耗的脉冲调制器。

在第二发明中，脉冲调制器可进而包括限幅电路，其限制带通电路与转换电路之间的峰值。

根据以上发明，能够防止具有过度峰值的脉冲波输入到转换电路。

为了实现这些目的，第三发明的一种脉冲波雷达装置具有根据以上任何一个发明的脉冲调制器。

具体来说，第三发明是一种脉冲波雷达装置，包括：根据以上任何发明的脉冲调制器；发送天线，其发送来自脉冲调制器的调制的脉冲波；接收天线，其接收从物体反射的接收波；以及接收电路，其探测从接收探测接收到的波，以便振幅解调为对应的脉冲。

第三发明的脉冲波雷达装置具有能够输出窄脉宽的调制的脉冲波的脉冲调制器，并且由于通过窄脉宽的调制的脉冲波测量到物体的往返传播时间，因而能够测量到短距离物体的往返传播时间。

在第三发明中，脉冲波雷达装置可进而包括一个时间计算电路，该电路检测从调制的脉冲波的发送到接收波收到的时间，以计算到物体的往返传播时间。

根据以上的发明，能够计算到物体的往返传播时间。

为了实现以上目的，第四发明的脉冲波雷达装置采用了在脉冲波雷达装置中泄漏的调制的脉冲波，以使得即使在物体处于短距离的情形下，也能降低距离测量误差。

具体来说，第四发明是一种脉冲波雷达装置，其中，接收电路检测来自接收天线的接收波，以及在脉冲波雷达装置内泄漏的调制的脉冲波，以便振幅解调为对应的脉冲。

根据第四发明的脉冲波雷达装置，即使在物体处于短距离的情形下，也能够降低到物体的往返传播时间的测量误差。

在第四发明中，脉冲波雷达装置可进而包括时间计算电路，该电路检测从接收电路振幅解调调制的脉冲波为对应的脉冲的时间，到接收电路振幅解调接收的波为对应的脉冲的时间之间的间隔，以便计算到物体的往返传播时间。

根据以上发明，能够计算到物体的往返传播时间。

为了实现以上目的，第五发明的一种脉冲波雷达装置采用了在脉脉冲波雷达装置中分支出来的调制的脉冲波，使得即使在物体处于短距离的情形下，也可降低距离测量误差。

具体来说，在第五发明中，脉冲波雷达装置可进而包括：分支电路，该电路从脉冲调制器分支出一部分调制的脉冲波以便将其输出，其中接收电路检测来自接收天线的接收波以及来自分支电路的调制的脉冲波，以便振幅解调为对应的脉冲。

根据第五发明的脉冲波雷达装置，即使在物体处于短距离的情形下，也能够测量往返传播时间，且能够降低到物体的往返传播时间的测量误差。

在第五发明中，脉冲波雷达装置可进而包括时间计算电路，该电路检测从接收电路振幅解调调制的脉冲波为对应的脉冲的时间，到接收电路振幅解调接收波为对应的脉冲的时间之间的间隔，以便计算到物体的往返传播时间。

根据以上发明，能够计算到物体的往返传播时间。

本发明的脉冲调制器，即使脉冲产生电路由低速工作的元件组成，也能够输出窄脉宽的调制的脉冲波。

进而，本发明的脉冲波雷达装置具有脉冲调制器，其能够输出窄脉宽的调制的脉冲波，根据窄脉宽的调制的脉冲波测量到物体的往返传播时间，于是即使物体处于短距离，也能够测量往返传播时间。

进而，本发明的脉冲波雷达装置，即使物体处于短距离，也能够测量往返传播时间，并能够降低到物体的往返传播时间的测量误差。

附图说明

图1是一个框图，表示根据一个实施例的脉冲调制器的示意配置。

图2是可用于根据该实施例的脉冲调制器的初级高通滤波器的一个配置例子。

图3A到3D是时序图，表示根据该实施例的脉冲调制器的操作。

图4是一配置的例子，其中向可用于根据该实施例的脉冲调制器的初级高通滤波器添加限幅电路。

图5A到5D是时序图，表示根据该实施例的脉冲调制器的操作。

图6是一框图，表示根据该实施例的脉冲调制器的示意配置。

图7是可用于根据该实施例的脉冲调制器的二次带通滤波器的一配置的例子。

图8A到8Q是时序图，表示根据该实施例的脉冲调制器的操作。

图9是一配置例子，其中向可用于根据该实施例的脉冲调制器的次高通滤波器添加限幅电路。

图10A到10Q是时序图，表示根据该实施例的脉冲调制器的操作。

图11是一框图，表示根据该实施例的脉冲波雷达装置的示意配置。

图12E和12F是时序图，表示根据该实施例的脉冲波雷达装置的操作。

图13是一框图，表示根据该实施例的时间计算电路的配置的一部分。

图14E到14H是时序图，表示根据该实施例的时间计算电路的操作。

图15是一框图，表示根据该实施例的脉冲波雷达装置的示意配置。

图16是一框图，表示根据该实施例的时间计算电路配置的一部分。

图17J到17L是时序图，表示根据该实施例的脉冲波雷达装置的操作。

图18是一框图，表示根据该实施例的脉冲波雷达装置的示意配置。

11：脉冲产生电路，12：微分电路，13：转换电路，14：振荡电路，15：发送天线，16：分配电路，17：分支电路，18：带通电路，21：接收天线，22：检测电路，23：放大电路，24：比较电路，25：时间计算电路，26：时间计算电路，27：多路复用电路，31：输入端子，32：输出端子，33：电容器，34：电阻器，35：二极管，36：电阻器，37：电感器，41：触发器电路，42：低通滤波器，43：A-D转换电路。

具体实施方式

以下参照附图说明根据本发明各实施例的脉冲调制器和脉冲波雷达装置。本发明的脉冲调制器和脉冲波雷达装置不限于以下的实施例。

(第一实施例)

第一实施例涉及可用于脉冲波雷达装置的脉冲调制器。具体来说，脉冲调制器的脉冲产生电路由以低速工作的电子电路组成，且来自脉冲产生电路的脉冲由微分电路微分而成为峰形微分波(spike-shaped)。该峰形微分波能够提供比来自脉冲产生电路的脉冲更窄脉宽的波形。当峰形微分波不超过预定值时，来自振荡电路的振荡波被截止，并且当峰形微分波超过预定值时，允许来自振荡电路的振荡波通过，使得该脉冲被调制。由于脉冲产生电路由以低速工作的电子电路组成，因而能够降低成本和功耗。另一方面，由于微分电路的构成简单，能够实现输出窄脉宽的调制的脉冲波的脉冲调制器，而不会显著影响脉冲调制器的成本和功耗。

参照图1到3说明根据该实施例的脉冲调制器。图1是一框图，表示根据该实施例的脉冲调制器的示意配置，标号11指示产生周期性脉冲的脉冲产生电路，12指示微分电路，该电路对来自脉冲产生电路11的脉冲进行微分并输出峰形微分波，13指示转换电路，其对来自稍后将说明的振荡电路的振荡波是否输出进行转换，并且当峰形微分波超过预定值时，输出调制的脉冲波，以及14指示振荡电路，该电路产生调制频率的振荡波。

在普通的脉冲调制器中，脉冲产生电路产生窄脉宽的脉冲，但在根据本实施例的脉冲调制器中，由以低速工作的电子电路组成的脉冲产生电路产生宽度宽的脉冲，并且微分电路对宽度宽的脉冲进行微分，以获得窄宽度的峰形微分波。

图1中，脉冲产生电路11产生周期性脉冲。重复周期可被调节到脉冲调制器被施加的调制装置。车内脉冲波雷达装置的重复周期与最大测量距离相适应。例如，当最大测量距离设置到30m时，作为无线电波往返传播时间重复周期为200毫微秒或更大。当脉冲产生电路由CMOS元件组成时，所产生的脉冲的上升时间和下降时间可缩短到大约1毫微秒，从而脉宽可窄到大约为3毫微秒。

微分电路12对来自脉冲产生电路11的脉冲进行微分。微分电路12可由有源元件或无源元件组成。当其由无源元件组成时，成本和功耗低。由无源元件组成的一个例子是初级高通滤波器。初级高通滤波器的一个例子示于图2。图2是可用于根据本实施例的脉冲调制器的初级高通滤波器的一个配置例子，标号31指示输入端子，32指示输出端子，33指示电容器，34指示电阻器。当来自脉冲产生电路的脉冲输入到输入端子31时，通过微分该脉冲获得的峰形微分波输出到输出端子32。由电容器33和电阻器34确定的时间常数被设置为短于3毫微秒，脉宽3毫微秒的脉冲可以是脉宽窄于3毫微秒的峰形微分波。图2是初级高通滤波器的一例，且根据本实施例的微分电路不限于这一配置。

图1中，振荡电路14产生调制频率的振荡波。例如，当调制频率为24GHz时，产生24GHz的正弦波。

转换电路13根据来自微分电路12的微分波对来自振荡电路14的振荡波是否被输出进行转换。也就是说，当来自微分电路12的微分波超过预定值时，允许来自振荡电路14的振荡波通过，并且当来自微分电路12的微分波没有超过预定值时，来自振荡电路14的振荡波被截止。结果是，转换电路13输出调制的脉冲波。这一输出成为从脉冲调制器输出的调制的脉冲波。通过这样的操作，能够获得比从脉冲产生电路产生的脉冲的宽度更窄脉宽的调制的脉冲波。

图3A到3D是时序图，表示根据本实施例的脉冲调制器的操作。图3A，3B，3C和3D表示在图1中点A，B，C和D的工作波形。图3A示出来自脉冲产生电路的脉冲波形，当这一脉冲波形由微分电路微分时，获得图3C的波形。这里，在脉冲波形的上升和下降处获得大的尖峰。另一方面，图3B示出来自振荡电路的振荡波。当图3C中的微分波超过转换电路中的阈值时，输出图3B的振荡波，以及当微分波不超过阈值时，振荡波被截止，以获得图3D所示的脉冲调制波。

在图1所示的脉冲调制器中，可进而在微分电路12与转换电路13之间提供一个限制峰值的限幅电路。图4是在图2所示的初级高通滤波器后级设有限幅电路的一例。图4中，标号35指示一个二极管，而36指示电阻器。与图2中相同的标号有相同的意义。

图4中，电容器33和电阻器34组成初级高通滤波器，而且从输入端子31输入的脉冲被微分成为峰形微分波。二极管35在从初级高通滤波器输出的负侧限制峰形的峰值，以便将其输出到输出端子32。结果，例如，即使当FET栅极连接到输出端子32时，也能够防止微分波的负侧超过元件输入的额定值。

通过这样的操作，图4所示的限幅电路能够防止峰值过度的脉冲波输入到图1中所示的转换电路13。这里，在峰形的负侧限制峰值的限幅电路是一个例子，也可以使用限制峰形正侧峰值的限幅电路，或可使用在峰形负侧和正侧限制峰值的限幅电路。

图5A到5D是时序图，表示具有峰值电路的脉冲调制器的操作。图5A，5B和5D示出在图1的点A，B和D的工作波形。图5M是在微分电路后级设置的限幅电路的输出。图5A示出来自脉冲产生电路的脉冲波形，并且当这一脉冲波形由微分电路微分时，获得图3C的波形。在脉冲波形的上升和下降处能够获得大尖峰。在限幅电路中，当限制峰形负侧的峰值时，获得图5M的波形。另一方面，图5B示出来自振荡波电路的振荡波。当图5M的波形超过转换电路的阈值时，输出图5B的振荡波，并且当其不超过阈值时，振荡波被截止，以获得图5D所示的脉冲调制波。

因而在根据本实施例的脉冲调制器中，即使在脉冲产生电路可能由低速电子电路组成时，通过添加微分电路也能够输出窄脉宽的调制的脉冲。进而，当初级高通滤波器用作为微分电路时，脉冲调制器使用简单的元件配置，可使功耗低。进而，当在微分电路与转换电路之间设置限幅电路时，可防止过度峰值的脉冲波被输入到转换电路。

(第二实施例)

第二实施例涉及可用于脉冲波雷达装置的脉冲调制器。具体来说，脉冲调制器的脉冲产生电路由以低速工作的电子电路组成，并且从来自脉冲产生电路的脉冲通过带通电路抽取预定的频率分量。当抽取预定的频率分量时，波形能够具有比来自脉冲产生电路的脉冲更窄的脉宽。当预定的频率分量的波形不超过预定值时，来自振荡电路的振荡波被截止，并且当预定频率分量的波形超过预定值时，允许来自振荡电路的振荡波通过，以使得脉冲被调制。由于脉冲产生电路由以低速工作的电子电路组成，所以成本和功耗可以降低。另一方面，由于带通电路能够被简单配置，可实现输出窄脉宽的调制的脉冲波的脉冲调制器，而不会对脉冲调制器的成本和功耗有显著影响。

参照图6，7和8说明根据本实施例的脉冲调制器。图6是一框图，表示根据本实施例的脉冲调制器的示意配置，标号11指示产生周期性脉冲的脉冲产生电路，18指示从来自脉冲产生电路11抽取并输出预定频率分量的带通电路，13指示转换电路，该电路对来自稍后将说明的振荡电路的振荡波是否输出进行转换，从而当来自带通电路18的输出超过预定值时，输出被调制的脉冲波，而14指示振荡电路，其产生调制频率的振荡波。

在普通的脉冲调制器中，脉冲产生电路产生窄脉宽的脉冲，但是在根据本实施例的脉冲调制器中，由以低速工作的电子电路组成的脉冲产生电路产生宽脉宽的脉冲，并且带通电路从该宽脉宽的脉冲抽取高频分量，以便获得窄脉宽的波形。

图6中，脉冲产生电路11与图1中所示相同。带通电路18从脉冲产生电路11抽取预定的高频分量。带通电路18可由有源元件或无源元件组成。当它由无源元件组成时，能够降低成本和功耗。由无源元件组成的带通电路18的一个例子是二次带通滤波器。二次带通滤波器的一个例子示于图7。图7是可用于根据本实施例的脉冲调制器的二次带通滤波器的一个配置示例，标号31指示输入端子，32指示输出端子，33指示电容器，34指示电阻器，且37指示电感器。当来自脉冲产生电路的脉冲输入到输入端子31时，从输出端子32输出脉冲的预定频率分量的波形。当由电容器33、电阻器34和电感器37决定的通过频率被设置成使其比从脉冲产生电路产生的脉宽3毫微秒的倒数短时，3毫微秒脉宽的脉冲能够提供宽度比3毫微秒窄的波形。图7是二次带通滤波器的一例，但根据本实施例的二次带通滤波器不限于这一配置。

这里将说明图7所示的二次带通滤波器所需的特征。当脉宽30毫微秒，上升/下降时间200微微秒以及脉冲峰值Vo为3.3到5V的脉冲输入到输入端子31时，对电感的要求是对于输出端子32要获得0.6V或更大的峰值差值。当各参数的设置使得连接到输入端31并驱动二次带通滤波器的脉冲产生电路11的输出阻抗为10到75欧姆时，电阻器34的电阻值R为50到150欧姆，电容器33的电容C为1到10pF，获得公式(1)以下的条件：

L≤1.1×Vo×R²×C               (1)

使用这一条件，当输出端子32连接到源极接地的FET栅极时，在所连接的FET的漏极和源极之间的通路被充分截止时从栅极到源极的电压可为-0.6V或更低。

图6中，振荡电路14与转换电路13的操作类似于图1。就是说在图6中，转换电路13根据来自带通电路18的波形对来自振荡电路14的振荡波是否输出进行转换。当来自带通电路18的波形超过预定值时，允许来自振荡电路14的振荡波通过，并且当自带通电路18的波形没有超过预定值时，来自振荡电路14的振荡波被截止。结果是，转换电路13输出被调制的脉冲波。这一输出成为将从脉冲调制器输出的调制的脉冲波。通过这样的操作，能够获得其脉宽比从脉冲产生电路产生的脉冲脉宽更窄的调制的脉冲波。

图8A到8Q是时序图，表示根据本实施例脉冲调制器的操作。图8A，8B，8P和8Q表示图6中在A，B，P和Q各点的工作波形。图8A是来自脉冲产生电路的脉冲波形，并且当允许脉冲波形通过带通电路时，获得图8P的波形。在脉冲波形的上升和下降处获得大的尖峰。另一方面，图8B是来自振荡电路的振荡波。当图8P的波形超过转换电路中的阈值时，输出图8B的振荡波形，当其没有超过该阈值时，振荡波被截止，这样获得图8Q所示的脉冲调制波。

在图6所示的脉冲调制器中，可在带通电路18与转换电路13之间设置限制峰值的限幅电路。图9是对图7所示的二次带通滤波器后级设置限幅电路的一例。图9中，标号35指示一个二极管，36指示电阻器。与图7相同的标号具有相同的意义。

图9中，电容器33，电感器37和电阻器34组成二次带通滤波器，并通过从输入端子31输入的脉冲抽取预定的排列分量而获得一个波形。二极管35限制二次带通滤波器的输出的负侧峰形的峰值，以便将其输出到输出端子32。结果是，例如，即使FET门连接到输出端子32，也能够防止微分波的负侧超过元件的额定值。

通过这样的操作，图9所示的限幅电路能够防止过度峰值的脉冲波输入到图6所示的转换电路。在此以限制峰形负侧的峰值的限幅电路为例，但也可使用限制峰形正侧的峰值的限幅电路，或可使用限制峰形负侧和正侧的峰值的限幅电路。

图10A到10Q是时序图，解释具有限幅电路的脉冲调制器的操作。图10A，10B和10Q示出在图6中A，B和Q点的工作波形。图10R是来自在带通电路后级设置的限幅电路的输出。图10A是来自脉冲产生电路的脉冲波形，并且当在带通电路中从这一脉冲波形抽取预定频率的分量时，获得图8P所示的波形。这里在脉冲波形的上升和下降处能够获得大的峰值。当限幅电路限制图8P中峰形负侧的峰值时，获得图10R的波形。另一方面，图10B是来自振荡电路的振荡波。当图10R的波形超过转换电路中的阈值时，输出图10B的振荡波，并且当其不超过该阈值时，振荡波被截止，以获得图10Q中的脉冲调制波。

因而在根据本实施例的脉冲调制器中，当添加带通电路时，即使脉冲产生电路由低速电子元件组成，也能够输出窄脉宽的调制的脉冲。进而，当使用二次带通滤波器作为带通电路时，能够通过简单的元件结构实现低功耗的脉冲调制器。此外，当在带通电路与转换电路之间设置限幅电路时，能够防止过度峰值的脉冲波输入到转换电路。

(第三实施例)

图11中示出应用第一实施例中描述的脉冲调制器的脉冲波雷达装置的一个实施例。由于与图1中相同或类似的部件以相同的标号指示，因而省略对它们的说明。

现参照图11说明根据本实施例的脉冲波雷达装置。图11是一框图，表示根据本实施例的脉冲波雷达装置的示意配置，标号15指示发送调制的脉冲波的发送天线，16指示分配来自振荡电路的振荡波的分配电路，21是接收从物体反射的接收波的接收天线，22指示检测电路，该电路混合接收波和振荡波，以便振幅解调为对应的脉冲，23指示放大检测到的脉冲的放大电路，24指示比较电路，其比较放大的脉冲的电平与预定值的电平，以及25指示时间计算电路，其检测从调制的脉冲波发送到接收波的接收之间的时间，以便计算到物体的往返传播时间。

希望脉冲调制器是图11所示的脉冲调制器。就是说，脉冲产生电路11，微分电路12，转换电路13，振荡电路14和分配电路16组成该脉冲调制器。在如图11所示在使用第一实施例中说明的脉冲调制器的情形下，由于能够产生窄脉宽的调制的脉冲波，即使物体处于短距离，也能够测量往返传播的时间。进而，能够降低往返于物体的传播时间的测量误差。检测电路22，放大电路23，比较电路24，振荡电路14和分配电路16的功能是作为接收电路。

图11所示的脉冲波雷达装置可进而具有第一实施例中说明的限幅电路。进而可使用第二实施例中说明的脉冲调制器。还可以设置第二实施例中说明的限幅电路。现作为例子说明具有第一实施例中说明的脉冲调制器的脉冲波雷达装置。

图11中，脉冲调制器输出调制的脉冲波，且发送天线15发送该调制的脉冲波。接收天线21接收从物体反射的接收波，且检测电路22通过来自振荡电路14经过分配电路16分配的振荡波检测接收波。在检测之后，放大电路23放大检测到的波，且比较电路24比较放大的波与预定值，以便再生对应的脉冲。可采用比较电路24，该电路能够识别振幅轴方向，其中放大的波的电平与阈值的电平能够被比较。例如，可采用能够可变地改变阈值的门电路或比较器电路。

该脉冲波雷达装置可设置时间计算电路25，该电路检测从调制的脉冲波的发送到接收波的接收之间的时间，以便必要时计算到物体的往返传播的时间。到物体的距离可基于往返传播时间计算。

因而在根据本实施例的脉冲波雷达装置中，由于调制的脉冲波可具有窄脉宽，即使对于短距离的物体，也能够测量往返传播时间，并能够降低到物体的往返传播时间的测量误差。

图11中，发送天线15与接收天线21是分开表示的，但接收和发送可共享一个天线。进而，使用定向天线，能够计算在特定方向到物体的往返传播时间，而使用宽定向天线，能够以宽的角度计算到物体的往返传播的时间。天线可安装到任何位置。在安装于车内装置的情形下，天线装设到前保险杠，引擎室，或驾驶员座位的前部分。这应用于以下实施例。

时间计算电路25检测从调制的脉冲波从脉冲波雷达装置发送到接收波的接收之间的时间，以计算到物体的往返传播时间。图11中，时间计算电路25检测从脉冲产生电路11产生脉冲开始，转换电路13输出调制的脉冲波，其中来自脉冲产生电路11的脉冲由来自微分电路12的微分波调制，发送天线15发送来自转换电路13的调制的脉冲波，接收天线21接收从物体反射的接收波，检测电路22检测来自接收天线21的接收波，直到被振幅解调的脉冲通过放大电路23及比较电路24被输入到时间计算电路25的时间，以便计算到物体的往返传播时间。可基于往返传播时间计算到物体的距离。

根据公式(2)获得到物体的距离L(m)。

L＝t_p·C/2                           (2)

然而，tp(秒)指示从调制的脉冲波由脉冲波雷达装置发送到接收波的接收之间的时间，而C(m/秒)指示光速。由于脉冲波雷达装置检测到物体往返传播的时间，因而时间与光速的乘积除以2。最好预先测量脉冲波雷达装置中各电路的传播延迟时间，所测量的时间被调制的脉冲波由脉冲波雷达装置发送到接收波的接收之间的时间中减去，并在时间计算电路25中计算到物体的往返传播时间。

图12E和12F是时序图，表示根据本实施例的脉冲波雷达装置的操作。图12E和12F示出图11中在点E和F的工作波形。图12E是来自比较电路的对应的脉冲，图12F是来自脉冲产生电路的脉冲。

在图12中，f1和f2指示由脉冲产生电路产生的脉冲，而tf是由脉冲产生电路产生的脉冲的周期。e1和e2指示从比较电路24输出的振幅解调的脉冲，并且在f1与e1之间产生往返传播时间tp。这意味着物体存在于与往返传播时间tp对应的距离处。到物体的距离可根据公式(1)计算。

脉冲计数***、触发器电路***等可应用于时间计算电路。在脉冲计数***中，脉冲产生电路11输出脉冲的时间是开始定时，比较电路24输出被振幅解调的对应的脉冲的时间为停止定时，基于在这些定时之间被计数的脉冲数计算时间。

图13示出一个框图，其表示图11中作为触发器电路***一例的时间计算电路25配置的一部分。图13中，标号41指示触发器电路，42指示低通滤波器，43指示A-D转换电路。触发器电路41最好是一种置位/复位型的。触发器电路41的S指示置位输入端子，而R指示复位输入端子。来自脉冲产生电路11的脉冲输入到置位输入端子S，而来自比较电路24的脉冲输入到复位输入端子R。当调制的脉冲波到物体的往复时间短时，从触发器电路41的置位到复位的时间变短。当调制的脉冲波到物体的往复时间长时，从触发器电路41的置位到复位的时间变长。当从触发器电路41的输出由低通滤波器42平滑时，输出对应于到物体的脉冲代码的往返时间的D.C.电平。A-D转换电路43在有需要时装设，并可把对应于到物体的脉冲代码的往返时间的电平转换为数字信号。

图14E到14H是时序图，表示根据本实施例图13所示的时间计算电路的操作。图14E，14F，14G和14H表示在图13中点E，F，G和H的工作波形。图14E是来自比较电路且其强度被调制的振幅解调波形，图14F是来自脉冲产生电路的脉冲，图14G是从触发器电路41的输出，而图14H是从低通滤波器42的输出。

图14中，当来自脉冲产生电路的脉冲输入到触发器电路的置位输入端子时(图14F)，触发器电路接通，并当来自比较电路对应的脉冲输入到触发器电路的复位输入端子时(图14E)，触发器电路断开(图14G)。当通过低通滤波器从来自触发器电路的输出抽取D.C.电平时，获得图14H的输出。在D.C.电平的信号可作为模拟信号处理，或可由A-D转换电路转换为数字信号。

调制的脉冲波的周期理想上为10MHz或更小。在从脉冲波雷达装置到物体的最大检测距离为16米的情形下，当直到调制的脉冲波被发送并从物体反射以致返回时，才发送下一个调制的脉冲波，不能检测到处于最大检测距离处的物体。当物体出现在最大检测距离16m处时，到物体的脉冲代码的往返时间变为106毫微秒。106毫微秒为一个周期的时钟频率是9.4MHz。因而当发送信号的时钟周期为10MHz或更小时，能够保证16m或更大的最大检测距离。这也适用于以下的实施例。

调制的脉冲波的脉宽理想上为600微微秒或更小。当从脉冲波雷达装置到物体的最小检测距离为10cm时，即使当直到调制的脉冲波被发送并从在距离10cm的物体反射以致返回时，这一调制的脉冲波的发送没有完成，不能检测到处于最小检测距离处的物体。在10cm的最小检测距离，脉冲代码的往返时间变为666微微秒。因而当RZ传播信号的代码的脉宽为600微微秒或更小时，能够保证10cm或更小的最小检测距离。这也适用于以下实施例。

(第四实施例)

根据另一实施例的脉冲波雷达装置示于图15。参照图15说明根据本实施例的脉冲波雷达装置。图15是一框图，表示根据本实施例的脉冲波雷达装置的示意配置，由于相同或对应的部件以图11相同的标号指示，省略对它们的说明。图15中，标号26指示时间计算电路，该电路计算到物体的往返传播时间。这一装置与图11所示的脉冲波雷达装置的差别在于，组成接收电路的检测电路22等不仅检测由接收天线21接收的接收波，以便振幅解调为对应的脉冲，而且还检测在脉冲波雷达装置中泄漏的调制的脉冲波，以便振幅解调为对应的脉冲。

脉冲调制器理想上是图15所示的脉冲调制器。就是说，脉冲产生电路11，微分电路12，转换电路13，振荡电路14和分配电路16组成脉冲调制器。在第一实施例所述的脉冲调制器用作为图15所示的脉冲调制器的情形下，由于能够产生窄脉宽的调制的脉冲波，因而甚至能够测量到短距离的物体的往返传播时间。进而，能够降低到物体的往返传播时间的测量误差。检测电路22，放大电路23，比较电路24，振荡电路14和分配电路16的功能是作为接收电路。

图15所示的脉冲波雷达装置可进而设置第一实施例中所述的限幅电路。可采用第二实施例中所述的脉冲调制器。进而，可设置第二实施例中所述的限幅电路。现作为例子说明具有第一实施例中所述的脉冲调制器的脉冲波雷达装置。

图15中，脉冲调制器输出调制的脉冲波，且发送天线15发送该调制的脉冲波。接收天线21接收从物体反射的接收波，且检测电路22使用从振荡电路14通过分配电路16分配的振荡波检测接收波。在检测之后，放大电路23放大检测的波，且比较电路24比较放大的波与预定的值，使得被检测到的波被振幅解调为对应的脉冲。可以采用能够识别在其中波与阈值比较的振幅轴方向的比较电路24。例如，可采用能够改变阈值的门电路或比较器电路。这种接收电路检测接收的波，以便振幅解调为对应的脉冲。

图15中，接收电路检测接收波以便振幅解调为对应的脉冲，并进而检测在脉冲雷达装置中泄漏的调制的脉冲波，以便振幅解调为对应的脉冲。调制的脉冲波从转换电路13通过该装置中的基片或空气泄漏。进而，调制的脉冲波从发送天线15泄漏到接收天线21或检测电路22中。

该脉冲波雷达装置可设置时间计算电路26，该电路检测从调制的脉冲波的发送到接收波的接收之间的时间，以便在需要时计算到物体的往返传播时间。能够基于此往返传播时间计算到物体的距离。

如第三实施例中所述，当来自脉冲产生电路的脉冲输入到差触发器电路的设置输入端子时，如果脉冲调制器和接收电路中的内部延迟的分散大，则在计算到物体的往返传播时间中还出现误差。本实施例中，由于调制的脉冲波是通过转换电路13及检测电路22输入的，因而在计算到物体的往返传播时间中几乎不出现误差。特别是对于短距离的物体，内部延迟轻微的分散会引起误差，这样，本实施例对计算到短距离物体的往返传播时间具有深刻的影响。

图15中，发送天线15和接收天线21是分开表示的，但发送和接收可共享该天线。由发送和接收共享的天线能够有效地使用在循环器等中的泄漏。这也适用于以下实施例。

时间计算电路26检测从来自脉冲波雷达装置的调制的脉冲波的发送到接收波的接收之间的时间，以便计算到物体的往返传播时间。图15中，转换电路13根据来自微分电路12的微分波，输出通过调制来自脉冲产生电路11的脉冲而获得的调制的脉冲波，且发送天线15发送来自转换电路13的调制的脉冲波。接收天线21或检测电路22接收调制的脉冲波，并在接收电路把调制的脉冲波振幅解调为对应的脉冲之后，接收天线21接收从物体反射的接收波。时间计算电路26检测直到接收电路把反射波振幅解调为对应的脉冲为止的时间，以便计算到物体的往返传播时间。可基于该往返传播时间计算到物体的距离。根据公式(2)可获得到物体的距离L(m)。

时间计算电路可采用脉冲计数***、触发器电路***等。在脉冲计数***中，比较电路24输出对应于调制波的脉冲的时间为开始定时，且比较电路24输出对应于接收波的脉冲的时间为停止定时。根据在这些定时之间所计数的脉冲数来计算时间。

作为触发器电路***的一例，图16示出表示图15中时间计算电路26的配置的一部分的框图。图16中，标号44指示触发器电路，42指示低通滤波器，而43指示A-D转换电路。触发器电路44最好是T型的。当脉冲代码到物体的往返时间短时，触发器电路44从反转到返回的时间变短，且并当脉冲代码到物体的往返时间长时，触发器电路44从反转到返回的时间变为较长。当从触发器电路44的输出由低通滤波器42平滑时，输出根据脉冲代码到物体的往返时间的D.C.电平。在需要时提供A-D转换电路43，以便可把根据脉冲代码到物体的往返时间的D.C.电平转换为数字信号。

图17J到17L是时序图，表示根据本实施例的脉冲波雷达装置的操作。图17J，17K和17L示出在图16中的点J，K，L的工作波形。

在图17中，j1，j2，j3和j4是从比较电路产生的脉冲，j1和j3是对应于调制的脉冲波的脉冲，j2和j4是对应于发射波的脉冲。tf是从脉冲产生电路产生的脉冲的周期。在j1和j2之间产生传播往返时间tp。这表明，物体出现在对应于往返传播时间tp的距离处。可根据公式(2)计算到物体的距离。

图17中，当来自比较电路的脉冲j1输入到T型触发器电路时，该T型触发器电路被反转，并且当输入脉冲j2时，T型触发器电路返回(图17K)。低通滤波器从图17L所示的触发器电路输出抽取D.C.电平。D.C.电平信号可作为模拟信号处理，或可由A-D转换电路转换为数字信号。

因而，由于根据本实施例的脉冲波雷达装置采用使用窄脉宽的调制的脉冲波的电路配置，并且内部延迟分散的影响小，所以能够降低到物体的往返传播时间的测量误差。

(第五实施例)

根据另一实施例的脉冲波雷达装置示于图18。现参照图18说明根据本实施例的脉冲波雷达装置。图18是一框图，表示根据本实施例的脉冲波雷达装置的示意配置，并由于与图15中相同或对应的部件以相同的标号指示，省略对它们的说明。图18中，标号17指示分支电路，该电路分支来自转换电路13的调制的脉冲波的一部分，且27指示多路复用电路，该电路对来自接收天线21的接收波和来自分支电路17的调制的脉冲波的一部分进行多路复用。与图15所示的脉冲波雷达装置的差别在于，调制的脉冲波被有效地分支并由接收电路检测，以便振幅解调为对应的脉冲。

图18所示的脉冲调制器是理想的。就是说，脉冲产生电路11，微分电路12，转换电路13，振荡电路14及分配电路16组成脉冲调制器。当如第一实施例那样使用图18所示的脉冲调制器时，由于能够产生窄脉宽的调制的脉冲波，所以能够测量甚至到短距离物体的往返传播时间，并能够降低到物体的往返传播时间的测量的误差。检测电路22，放大电路23，比较电路24，振荡电路14和分配电路16功能上是作为接收电路。

图18所示的脉冲波雷达装置还可设置在第一实施例中所述的限幅电路。进而，可采用第二实施例中所述的脉冲调制器。还可设置第二实施例中所述的限幅电路。这里作为一例说明具有第一实施例所述的脉冲调制器的脉冲波雷达装置。

图18中，脉冲调制器输出调制的脉冲，且发送天线15发送通过分支电路17的调制的脉冲波。由分支电路17分支的调制的脉冲波的一部分由多路复用电路27多路复用，并根据从振荡电路14经由分配电路16分配的振荡波由检测电路22检测。检测之后，放大电路23放大被检测的波，且比较电路24比较放大的波与预定值，使得放大的波被振幅解调为对应的脉冲。可采用能够识别在其中波与阈值进行比较的振幅轴方向的比较电路24。例如，能够采用可改变阈值的门电路或比较器电路。这种接收电路检测接收波，以便振幅解调为对应的脉冲。

从物体反射的接收波由接收天线21接收，且类似于被分支的调制的脉冲波，反射波被振幅解调为对应的脉冲。

该脉冲波雷达装置可设置时间计算电路26，该电路检测从调制的脉冲波发送到接收波的接收之间的时间，以便在需要时计算到物体的往返传播时间。可基于到该往返传播时间计算到物体的距离。

如第三实施例中所述，当来自脉冲产生电路的脉冲被输入到触发器电路的设置输入端子时，如果脉冲调制器或接收电路的内部延迟的分散大，则在计算到物体的往返传播时间中出现误差。在本实施例中，由于通过转换电路13和检测电路22也输入调制的脉冲波，在计算到物体的往返传播时间中几乎不发生误差。由于特别在短距离物体的情形下内部延迟的轻微的分散变为误差，本实施例对计算到短距离物体的往返传播时间有很大效果。

图18中，发送天线15和接收天线21是分开表示的，但可使用由发送和接收共享的天线。时间计算电路26类似于第四实施例中所述。

因而，由于根据本实施例的脉冲波雷达装置采用使用窄脉宽的调制的脉冲的电路配置，并且内部延迟的分散的影响小，因而能够降低到物体往返传播时间的测量误差。进而，由于能够以良好的电平精确度接收调制的脉冲波，因而能够可靠地计算到物体的往返传播时间。

本发明的脉冲波雷达装置不仅是车内型的，而且是固定型的，或能够用于短距离所用的脉冲波雷达装置的领域。

Claims (12)

1.一种脉冲调制器，包括：

脉冲产生电路，其产生周期性脉冲；

微分电路，其对来自脉冲产生电路的脉冲进行微分以输出微分波；

振荡电路，其产生具有调制频率的振荡波；以及

转换电路，其根据来自微分电路的微分波，对来自振荡电路的振荡波是否被输出进行转换，以输出调制的脉冲波。

2.根据权利要求1的脉冲调制器，其中微分电路是初级高通滤波器。

3.根据权利要求1的脉冲调制器，还包括限幅电路，该电路限制微分电路与转换电路之间的峰值。

4.一种脉冲调制器，包括：

脉冲产生电路，其产生周期性脉冲；

带通电路，该电路允许来自脉冲产生电路的特定频率分量通过；

振荡电路，该电路产生调制频率的振荡波；以及

转换电路，该电路根据来自带通电路的输出，对来自振荡电路的振荡波是否被输出进行转换，以输出调制的脉冲波。

5.根据权利要求4的脉冲调制器，其中带通电路是二次带通滤波器。

6.根据权利要求4的脉冲调制器，还包括限幅电路，该电路限制带通电路与转换电路之间的峰值。

7.一种脉冲波雷达装置，包括：

根据权利要求1到6中任何之一的脉冲调制器；

发送天线，其发送来自脉冲调制器的调制的脉冲波；

接收天线，其接收从物体反射的接收波；以及

接收电路，该电路检测来自接收天线的接收波，以便振幅解调为对应的脉冲。

8.根据权利要求7的脉冲波雷达装置，还包括时间计算电路，该电路检测从调制的脉冲波的发送到接收波的接收之间的时间，以便计算到物体的往返传播时间。

9.根据权利要求7的脉冲波雷达装置，其中接收电路检测来自接收天线的接收波以及在脉冲波雷达装置中泄漏的调制的脉冲波，以便振幅解调为对应的脉冲。

10.根据权利要求9的脉冲波雷达装置，还包括时间计算电路，该电路检测从接收电路把调制的脉冲波振幅解调为对应的脉冲的时间到接收电路把接收波振幅解调为对应的脉冲的时间之间的间隔，以便计算到物体的往返传播时间。

11.根据权利要求7的脉冲波雷达装置，还包括：

分支电路，该电路分支来自脉冲调制器的调制的脉冲波的一部分，以便将其输出，

其中接收电路检测来自接收天线的接收波以及来自分支电路的调制的脉冲波，以便振幅解调为对应的脉冲。

12.根据权利要求11的脉冲波雷达装置，还包括时间计算电路，该电路检测从接收电路把调制的脉冲波振幅解调为对应的脉冲的时间到接收电路把接收波振幅解调为对应的脉冲的时间之间的间隔，以便计算到物体的往返传播时间。

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