JP2003202372A - 距離測定装置及び距離測定方法 - Google Patents
距離測定装置及び距離測定方法Info
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- JP2003202372A JP2003202372A JP2002000599A JP2002000599A JP2003202372A JP 2003202372 A JP2003202372 A JP 2003202372A JP 2002000599 A JP2002000599 A JP 2002000599A JP 2002000599 A JP2002000599 A JP 2002000599A JP 2003202372 A JP2003202372 A JP 2003202372A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成で測定精度のよい距離測定装置及
び距離測定方法を提供する。 【解決手段】 送信アンテナ20から直接伝わる直接波
24及び電波22が物標10で反射した反射波23を受
信アンテナ21から得るようにし、直接波24と反射波
23の検波信号G5のレベルをG7とG8の信号で調整
することで、信号強度差が大きい直接波24と反射波2
3の検波信号G5を1経路のみで精度よく検出し、物標
10までの距離を算出するので、部品点数を削減するこ
とができ、簡単な構成となる。
び距離測定方法を提供する。 【解決手段】 送信アンテナ20から直接伝わる直接波
24及び電波22が物標10で反射した反射波23を受
信アンテナ21から得るようにし、直接波24と反射波
23の検波信号G5のレベルをG7とG8の信号で調整
することで、信号強度差が大きい直接波24と反射波2
3の検波信号G5を1経路のみで精度よく検出し、物標
10までの距離を算出するので、部品点数を削減するこ
とができ、簡単な構成となる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、近距離レーダによ
り高精度距離測定を行う距離測定装置及び距離測定方法
に関するものである。
り高精度距離測定を行う距離測定装置及び距離測定方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このようなレーダによる距離測定
装置としては、特開2000−55715に示すホーン
アンテナを用いた技術が開示されている。
装置としては、特開2000−55715に示すホーン
アンテナを用いた技術が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この特開2000−5
5715の技術では、2系統の水晶発信器のビートを利
用したサンプリングパルス生成方法が記載されている
が、基準信号と測定対象電波をそれぞれ別の経路で求め
ており、各経路毎の回路等の部品が必要となり部品点数
が多いという問題がある。
5715の技術では、2系統の水晶発信器のビートを利
用したサンプリングパルス生成方法が記載されている
が、基準信号と測定対象電波をそれぞれ別の経路で求め
ており、各経路毎の回路等の部品が必要となり部品点数
が多いという問題がある。
【0004】また、ホーンアンテナは、指向性が強く、
取り付けの傾き具合に敏感で感度が変わってしまう問題
がある。そして、指向性が強いために、液面計に応用し
た場合、液面が波立つと誤差が大きくなったり、計測不
能となったりする。また、高粘度の液体や、ペレット貯
蔵タンクでは、被計測面が傾くので、計測不能となる問
題点がある。
取り付けの傾き具合に敏感で感度が変わってしまう問題
がある。そして、指向性が強いために、液面計に応用し
た場合、液面が波立つと誤差が大きくなったり、計測不
能となったりする。また、高粘度の液体や、ペレット貯
蔵タンクでは、被計測面が傾くので、計測不能となる問
題点がある。
【0005】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、簡単
な構成で測定精度のよい距離測定装置及び距離測定方法
を提供することにある。
ためになされたもので、その目的とするところは、簡単
な構成で測定精度のよい距離測定装置及び距離測定方法
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の距離測定装置にあっては、レーダを用いた
距離測定装置であって、第1周波数から送信パルスを発
生させ、第2周波数からサンプリングパルスを発生さ
せ、第1周波数と第2周波数の差分周波数からビート信
号を発生させるタイミング発生回路と、前記送信パルス
によるパルス状の電波を生成するパルス送信器と、前記
パルス送信器で生成した電波を放射する送信アンテナ
と、前記電波が前記送信アンテナから直接伝わる直接波
と、前記電波が物標で反射した反射波と、を受信する受
信アンテナと、前記直接波及び前記反射波について前記
サンプリングパルスによる時間拡大を行って検波信号を
出力するパルス受信器と、前記直接波又は前記反射波の
検波信号を所定のレベルに調整するレベル制御手段と、
前記検波信号に含まれる、前記直接波を検波した第1検
波信号と、前記反射波を検波した第2検波信号と、前記
ビート信号と、を用いて、物標までの距離を算出する測
定距離算出手段と、を備えたことを特徴とする。
に、本発明の距離測定装置にあっては、レーダを用いた
距離測定装置であって、第1周波数から送信パルスを発
生させ、第2周波数からサンプリングパルスを発生さ
せ、第1周波数と第2周波数の差分周波数からビート信
号を発生させるタイミング発生回路と、前記送信パルス
によるパルス状の電波を生成するパルス送信器と、前記
パルス送信器で生成した電波を放射する送信アンテナ
と、前記電波が前記送信アンテナから直接伝わる直接波
と、前記電波が物標で反射した反射波と、を受信する受
信アンテナと、前記直接波及び前記反射波について前記
サンプリングパルスによる時間拡大を行って検波信号を
出力するパルス受信器と、前記直接波又は前記反射波の
検波信号を所定のレベルに調整するレベル制御手段と、
前記検波信号に含まれる、前記直接波を検波した第1検
波信号と、前記反射波を検波した第2検波信号と、前記
ビート信号と、を用いて、物標までの距離を算出する測
定距離算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【0007】前記レベル制御手段は、前記パルス受信器
にて前記直接波及び前記反射波の受信利得を制御するこ
とが好適である。
にて前記直接波及び前記反射波の受信利得を制御するこ
とが好適である。
【0008】前記レベル制御手段は、前記パルス送信器
にて前記電波の送信出力を制御することが好適である。
にて前記電波の送信出力を制御することが好適である。
【0009】前記測定距離算出手段は、前記ビート信号
から得られる等価時間Teと、前記ビート信号から得ら
れる基準時刻t0と、t0から前記第1検波信号までの
直接波時間Txと、t0から前記第2検波信号までの反
射波時間Trと、を導出し、第2周波数をfs、電波伝
播速度をVcとし、物標までの距離Rを、R=(Vc・
(Tr−Tx))/(2・fs・Te)の式により算出
することが好適である。
から得られる等価時間Teと、前記ビート信号から得ら
れる基準時刻t0と、t0から前記第1検波信号までの
直接波時間Txと、t0から前記第2検波信号までの反
射波時間Trと、を導出し、第2周波数をfs、電波伝
播速度をVcとし、物標までの距離Rを、R=(Vc・
(Tr−Tx))/(2・fs・Te)の式により算出
することが好適である。
【0010】本発明の距離測定方法にあっては、レーダ
を用いた距離測定方法であって、第1周波数から送信パ
ルスを発生させ、第2周波数からサンプリングパルスを
発生させ、第1周波数と第2周波数の差分周波数からビ
ート信号を発生させる工程と、前記送信パルスによるパ
ルス状の電波を生成する工程と、送信アンテナで、生成
した電波を放射する工程と、受信アンテナで、前記電波
が前記送信アンテナから直接伝わる直接波と、前記電波
が物標で反射した反射波と、を受信する工程と、前記直
接波及び前記反射波について前記サンプリングパルスに
よる時間拡大を行って検波信号を出力する工程と、前記
直接波又は前記反射波の検波信号を所定のレベルに調整
する工程と、前記検波信号に含まれる、前記直接波を検
波した第1検波信号と、前記反射波を検波した第2検波
信号と、前記ビート信号と、を用いて、物標までの距離
を算出する工程と、を備えたことを特徴とする。
を用いた距離測定方法であって、第1周波数から送信パ
ルスを発生させ、第2周波数からサンプリングパルスを
発生させ、第1周波数と第2周波数の差分周波数からビ
ート信号を発生させる工程と、前記送信パルスによるパ
ルス状の電波を生成する工程と、送信アンテナで、生成
した電波を放射する工程と、受信アンテナで、前記電波
が前記送信アンテナから直接伝わる直接波と、前記電波
が物標で反射した反射波と、を受信する工程と、前記直
接波及び前記反射波について前記サンプリングパルスに
よる時間拡大を行って検波信号を出力する工程と、前記
直接波又は前記反射波の検波信号を所定のレベルに調整
する工程と、前記検波信号に含まれる、前記直接波を検
波した第1検波信号と、前記反射波を検波した第2検波
信号と、前記ビート信号と、を用いて、物標までの距離
を算出する工程と、を備えたことを特徴とする。
【0011】前記検波信号のレベルを調整する工程は、
前記直接波及び前記反射波の受信利得を制御することが
好適である。
前記直接波及び前記反射波の受信利得を制御することが
好適である。
【0012】前記検波信号のレベルを調整する工程は、
前記電波の送信出力を制御することが好適である。
前記電波の送信出力を制御することが好適である。
【0013】前記物標までの距離を算出する工程は、前
記ビート信号から得られる等価時間Teと、前記ビート
信号から得られる基準時刻t0と、t0から前記第1検
波信号までの直接波時間Txと、t0から前記第2検波
信号までの反射波時間Trと、を導出し、第2周波数を
fs、電波伝播速度をVcとし、物標までの距離Rを、
R=(Vc・(Tr−Tx))/(2・fs・Te)の
式により算出することが好適である。
記ビート信号から得られる等価時間Teと、前記ビート
信号から得られる基準時刻t0と、t0から前記第1検
波信号までの直接波時間Txと、t0から前記第2検波
信号までの反射波時間Trと、を導出し、第2周波数を
fs、電波伝播速度をVcとし、物標までの距離Rを、
R=(Vc・(Tr−Tx))/(2・fs・Te)の
式により算出することが好適である。
【0014】本発明では、電波が送信アンテナから直接
伝わる直接波と、電波が物標で反射した反射波と、を受
信アンテナから得るようにし、直接波と反射波の検波信
号のレベルを調整することで、信号強度差が大きい直接
波と反射波の検波信号を1経路のみで精度よく検出し、
物標までの距離を算出するので、他の経路を有すること
により必要となる回路等の部品点数を削減することがで
き、簡単な構成となり、例えば小型化やコストダウン等
が可能となる。
伝わる直接波と、電波が物標で反射した反射波と、を受
信アンテナから得るようにし、直接波と反射波の検波信
号のレベルを調整することで、信号強度差が大きい直接
波と反射波の検波信号を1経路のみで精度よく検出し、
物標までの距離を算出するので、他の経路を有すること
により必要となる回路等の部品点数を削減することがで
き、簡単な構成となり、例えば小型化やコストダウン等
が可能となる。
【0015】また、送信アンテナと受信アンテナとを別
体とし、指向性の広い送信アンテナを用いることで、広
い範囲に電波を照射して被計測面を捉えるようにしてい
る。このように、電波を広く照射して電界強度を下げる
方が日本の電波法による微弱無線を使う場合には有利と
なる。
体とし、指向性の広い送信アンテナを用いることで、広
い範囲に電波を照射して被計測面を捉えるようにしてい
る。このように、電波を広く照射して電界強度を下げる
方が日本の電波法による微弱無線を使う場合には有利と
なる。
【0016】パルス受信器にて直接波及び反射波の受信
利得を制御すると、直接波と反射波を受信した際の検波
信号の受信レベルを調整して、信号強度差が大きい直接
波と反射波の検波信号を1経路のみで精度よく検出する
ことができる。
利得を制御すると、直接波と反射波を受信した際の検波
信号の受信レベルを調整して、信号強度差が大きい直接
波と反射波の検波信号を1経路のみで精度よく検出する
ことができる。
【0017】パルス送信器にて電波の送信出力を制御す
ると、電波を生成した際の送信レベルを調整して、信号
強度差が大きい直接波と反射波の検波信号を1経路のみ
で精度よく検出することができる。
ると、電波を生成した際の送信レベルを調整して、信号
強度差が大きい直接波と反射波の検波信号を1経路のみ
で精度よく検出することができる。
【0018】物標までの距離Rを、R=(Vc・(Tr
−Tx))/(2・fs・Te)の式により算出する
と、回路素子遅延時間の変化による誤差要因は(Tr−
Tx)で相殺され、かつ時間拡大率の精度誤差は(Tr
−Tx)/Teによる比例演算で消去されるので、測定
距離算出の精度が第2周波数fsで唯一定まり、精度の
よい測定距離の算出ができる。例えば、第2周波数fs
の発振器として、水晶振動器等の高精度な発振器を用い
ることで、測定距離算出の精度が飛躍的に向上できる。
−Tx))/(2・fs・Te)の式により算出する
と、回路素子遅延時間の変化による誤差要因は(Tr−
Tx)で相殺され、かつ時間拡大率の精度誤差は(Tr
−Tx)/Teによる比例演算で消去されるので、測定
距離算出の精度が第2周波数fsで唯一定まり、精度の
よい測定距離の算出ができる。例えば、第2周波数fs
の発振器として、水晶振動器等の高精度な発振器を用い
ることで、測定距離算出の精度が飛躍的に向上できる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。
【0020】図1は実施形態に係る距離測定装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
【0021】距離測定装置1は、主として、アンテナ部
2と、タイミング発生回路3と、マイクロ波帯パルス送
信器4と、マイクロ波帯パルス受信器5と、パルス検知
回路6と、マイクロプロセッサ7と、を備える。
2と、タイミング発生回路3と、マイクロ波帯パルス送
信器4と、マイクロ波帯パルス受信器5と、パルス検知
回路6と、マイクロプロセッサ7と、を備える。
【0022】アンテナ部2は、電波(マイクロ波インパ
ルス)を放射する送信アンテナ20と、電波を受信する
受信アンテナ21と、を有する。
ルス)を放射する送信アンテナ20と、電波を受信する
受信アンテナ21と、を有する。
【0023】送信アンテナ20からは、物標10に向け
て電波が放射される。受信アンテナ21では、電波22
が物標10で反射した反射波23と、送信アンテナ20
から直接到達する直接波24と、を受信する。
て電波が放射される。受信アンテナ21では、電波22
が物標10で反射した反射波23と、送信アンテナ20
から直接到達する直接波24と、を受信する。
【0024】タイミング発生回路3は、異なるクロック
を生成する第1水晶発振器30と第2水晶発振器31と
を有する。第1水晶発振器30は、発振周波数ftであ
り、送信パルスG2を発生させる。また、第2水晶発振
器31は、発振周波数fsであり、サンプリングパルス
G3を発生させる。
を生成する第1水晶発振器30と第2水晶発振器31と
を有する。第1水晶発振器30は、発振周波数ftであ
り、送信パルスG2を発生させる。また、第2水晶発振
器31は、発振周波数fsであり、サンプリングパルス
G3を発生させる。
【0025】さらに、タイミング発生回路3は、発振周
波数ftと発振周波数fsの差分周波数Δf=ft−f
s=100Hz程度のビート信号を生成し、さらに不図
示のパルス検知回路によりビート信号の所定の変化点に
同期した割込み信号G4を発生させる。
波数ftと発振周波数fsの差分周波数Δf=ft−f
s=100Hz程度のビート信号を生成し、さらに不図
示のパルス検知回路によりビート信号の所定の変化点に
同期した割込み信号G4を発生させる。
【0026】割込み信号G4は、マイクロプロセッサ7
の割込みポートに入力される。マイクロプロセッサ7
は、割込み信号G4の周期を計測することで、ビート信
号の現在の周期である等価時間Teを導出することがで
きる。
の割込みポートに入力される。マイクロプロセッサ7
は、割込み信号G4の周期を計測することで、ビート信
号の現在の周期である等価時間Teを導出することがで
きる。
【0027】マイクロ波帯パルス送信器4は、タイミン
グ発生回路3からの送信パルスG2に基づいて3ns程
度の電波(マイクロ波インパルス)を生成する。この生
成された電波は、送信アンテナ20から空中に放射され
る。
グ発生回路3からの送信パルスG2に基づいて3ns程
度の電波(マイクロ波インパルス)を生成する。この生
成された電波は、送信アンテナ20から空中に放射され
る。
【0028】マイクロ波帯パルス受信器5は、タイミン
グ発生回路3からのサンプリングパルスG3によって、
受信アンテナ21が受信した反射波23及び直接波24
について高利得のサンプリング増幅を行い、検波信号G
5を出力する。
グ発生回路3からのサンプリングパルスG3によって、
受信アンテナ21が受信した反射波23及び直接波24
について高利得のサンプリング増幅を行い、検波信号G
5を出力する。
【0029】この検波信号G5は、送信パルスG2の位
相に対してサンプリングパルスG3の位相が1/Δfの
周期で直線的な位相のずれを生じるため、1/fsの事
象が等価的にfs/Δf倍に拡大された信号となってい
る。
相に対してサンプリングパルスG3の位相が1/Δfの
周期で直線的な位相のずれを生じるため、1/fsの事
象が等価的にfs/Δf倍に拡大された信号となってい
る。
【0030】パルス検知回路6は、検波信号G5と所定
の閾値からパルス検知信号G6を発生させる。
の閾値からパルス検知信号G6を発生させる。
【0031】パルス検知信号G6は、マイクロプロセッ
サ7の割込みポートに入力される。マイクロプロセッサ
7は、パルス検知信号G6をきっかけとして所定のスレ
ッショルド以上の検波信号G5を取り込み、反射波23
や直接波24のピークレベルを検知することができる。
サ7の割込みポートに入力される。マイクロプロセッサ
7は、パルス検知信号G6をきっかけとして所定のスレ
ッショルド以上の検波信号G5を取り込み、反射波23
や直接波24のピークレベルを検知することができる。
【0032】なお、ここでは、マイクロプロセッサ7
は、反射波23や直接波24のピークレベルを検知する
こととしているが、ピークではなく、所定のしきい値と
交差した点を検知するものでもよい。
は、反射波23や直接波24のピークレベルを検知する
こととしているが、ピークではなく、所定のしきい値と
交差した点を検知するものでもよい。
【0033】マイクロプロセッサ7は、A/D変換器7
0と発振周波数fcの第3水晶発振器71を有する。A
/D変換器70は、入力される検波信号G5をA/D変
換する。第3水晶発振器71は、発振周波数fcを基準
とした精度でタイミング発生回路3の割込み信号G4の
周期を測定するために用いる。また、マイクロプロセッ
サ7は、出力信号G1をタイミング発生回路3へ出力す
る。
0と発振周波数fcの第3水晶発振器71を有する。A
/D変換器70は、入力される検波信号G5をA/D変
換する。第3水晶発振器71は、発振周波数fcを基準
とした精度でタイミング発生回路3の割込み信号G4の
周期を測定するために用いる。また、マイクロプロセッ
サ7は、出力信号G1をタイミング発生回路3へ出力す
る。
【0034】ここで、本発明の特徴として、マイクロプ
ロセッサ7からマイクロ波帯パルス受信器5へ受信利得
制御信号G7を出力する。また、マイクロプロセッサ7
からマイクロ波帯パルス送信器4へ送信出力制御信号G
8を出力する。
ロセッサ7からマイクロ波帯パルス受信器5へ受信利得
制御信号G7を出力する。また、マイクロプロセッサ7
からマイクロ波帯パルス送信器4へ送信出力制御信号G
8を出力する。
【0035】これらの受信利得制御信号G7及び送信出
力制御信号G8は、直接波24が反射波23に比べて信
号強度が強く、これらを同時に測定することができない
ことを解消するため、反射波23及び直接波24に基づ
く検波信号G5のレベルを調整するために用いられる。
力制御信号G8は、直接波24が反射波23に比べて信
号強度が強く、これらを同時に測定することができない
ことを解消するため、反射波23及び直接波24に基づ
く検波信号G5のレベルを調整するために用いられる。
【0036】なお、本実施形態では、受信利得制御信号
G7及び送信出力制御信号G8の両方を用いる構成とし
たが、それ以外にも、受信利得制御信号G7又は送信出
力制御信号G8のいずれか一方のみを用いる構成として
もよい。
G7及び送信出力制御信号G8の両方を用いる構成とし
たが、それ以外にも、受信利得制御信号G7又は送信出
力制御信号G8のいずれか一方のみを用いる構成として
もよい。
【0037】以下、図2〜図4のフローチャート及び図
5の信号波形図に従って実施形態の距離測定装置1の距
離測定の処理を説明する。図2は実施形態に係る距離測
定の処理を示すフローチャートである。図3は実施形態
に係る直接波時間の測定処理を示すフローチャートであ
る。図4は実施形態に係る反射波時間の測定処理を示す
フローチャートである。図5は直接波と反射波とが受信
利得制御信号G7や送信出力制御信号G8によって異な
った波形となった各信号を示す信号波形図である。
5の信号波形図に従って実施形態の距離測定装置1の距
離測定の処理を説明する。図2は実施形態に係る距離測
定の処理を示すフローチャートである。図3は実施形態
に係る直接波時間の測定処理を示すフローチャートであ
る。図4は実施形態に係る反射波時間の測定処理を示す
フローチャートである。図5は直接波と反射波とが受信
利得制御信号G7や送信出力制御信号G8によって異な
った波形となった各信号を示す信号波形図である。
【0038】図2において、距離の測定を開始すると、
まず、マイクロプロセッサ7が、等価時間Teの測定を
行う(S1)。等価時間Teは、マイクロプロセッサ7
がタイミング発生回路3で生成したビート信号の所定の
変化点に同期した割込み信号G4(図5の(b)の割込
み信号G4)を得て、割込み信号G4のピークP1の周
期を、第3水晶発振器71の発振周波数fcを基準とし
た精度で測定することで、ビート信号の現在の周期であ
る等価時間Teを導出し、記憶する。これによって、図
5の(a)のビート信号の等価時間Teが求まる。
まず、マイクロプロセッサ7が、等価時間Teの測定を
行う(S1)。等価時間Teは、マイクロプロセッサ7
がタイミング発生回路3で生成したビート信号の所定の
変化点に同期した割込み信号G4(図5の(b)の割込
み信号G4)を得て、割込み信号G4のピークP1の周
期を、第3水晶発振器71の発振周波数fcを基準とし
た精度で測定することで、ビート信号の現在の周期であ
る等価時間Teを導出し、記憶する。これによって、図
5の(a)のビート信号の等価時間Teが求まる。
【0039】次に、マイクロプロセッサ7は、直接波2
4を測定可能とするレベルに制御するため、受信利得制
御信号G7及び送信出力制御信号G8を出力し、検波信
号G5のレベル制御を行う(S2)。これらの制御信号
によって、マイクロ波帯パルス受信器5からマイクロプ
ロセッサ7が得る検波信号G5が図5の(c)の検波信
号G5のレベルに調整される。
4を測定可能とするレベルに制御するため、受信利得制
御信号G7及び送信出力制御信号G8を出力し、検波信
号G5のレベル制御を行う(S2)。これらの制御信号
によって、マイクロ波帯パルス受信器5からマイクロプ
ロセッサ7が得る検波信号G5が図5の(c)の検波信
号G5のレベルに調整される。
【0040】基準となる基準時刻t0を設定する(S
3)。基準時刻t0は、図5に示すように割込み信号G
4のピークP1の時刻を基準とし、記憶する。
3)。基準時刻t0は、図5に示すように割込み信号G
4のピークP1の時刻を基準とし、記憶する。
【0041】そして、直接波24の直接波時間Txを測
定する(S4)。直接波時間Txの測定は、図3のフロ
ーチャートを用いて詳しく説明する。
定する(S4)。直接波時間Txの測定は、図3のフロ
ーチャートを用いて詳しく説明する。
【0042】図3において、まず、測定がスタートする
と、図5の(c)の検波信号G5の直接波24のピーク
P2が所定の閾値を越えることで発生させた図5の
(d)のパルス検知信号G6のピークP4をマイクロプ
ロセッサ7が検知する(S40)。ここで、図5の
(c)の検波信号G5の反射波23のピークP3は、先
の検波信号G5のレベル制御(S2)によって、反射波
23のピークP3がほとんど現れず所定の閾値を超えな
いので、パルス検知回路6から出力されたパルス検知信
号G6(図5の(d))には反射波23のピークについ
ては何もピークとして現れない。
と、図5の(c)の検波信号G5の直接波24のピーク
P2が所定の閾値を越えることで発生させた図5の
(d)のパルス検知信号G6のピークP4をマイクロプ
ロセッサ7が検知する(S40)。ここで、図5の
(c)の検波信号G5の反射波23のピークP3は、先
の検波信号G5のレベル制御(S2)によって、反射波
23のピークP3がほとんど現れず所定の閾値を超えな
いので、パルス検知回路6から出力されたパルス検知信
号G6(図5の(d))には反射波23のピークについ
ては何もピークとして現れない。
【0043】パルス検知信号G6のピークP4を検知す
ると、検波信号G5の取り込み処理をはじめて、図5の
(c)の検波信号G5が所定のスレッショルド以上であ
れば順次検波信号G5を取り込む(S41)。
ると、検波信号G5の取り込み処理をはじめて、図5の
(c)の検波信号G5が所定のスレッショルド以上であ
れば順次検波信号G5を取り込む(S41)。
【0044】取り込んだ検波信号G5から直接波24の
ピークP2を検知する(S42)。
ピークP2を検知する(S42)。
【0045】そして、検知した直接波24のピークP2
のピーク時刻と記憶している基準時刻t0から直接波時
間Txを算出する(S43)。直接波時間Txは、基準
時刻t0からピークP2のピーク時刻までの時間であ
る。
のピーク時刻と記憶している基準時刻t0から直接波時
間Txを算出する(S43)。直接波時間Txは、基準
時刻t0からピークP2のピーク時刻までの時間であ
る。
【0046】これにより、直接波時間Txの測定(S
4)が終了する。なお、この直接波時間Txの測定は、
反射波23と同等回数、毎回行う必要が無く、本実施形
態では、反射波23の測定255回につき直接波24を
1回測定している。この他にも、例えば電源立ち上げ時
と所定間隔で行うことで測定周期を短縮することができ
る。
4)が終了する。なお、この直接波時間Txの測定は、
反射波23と同等回数、毎回行う必要が無く、本実施形
態では、反射波23の測定255回につき直接波24を
1回測定している。この他にも、例えば電源立ち上げ時
と所定間隔で行うことで測定周期を短縮することができ
る。
【0047】本実施形態のフローチャートでは、直接波
24の測定を行う場合のフローチャートを説明している
が、直接波24の測定を行わない場合には、例えばS2
〜S4のステップなどを省略して測定が行われるもので
ある。
24の測定を行う場合のフローチャートを説明している
が、直接波24の測定を行わない場合には、例えばS2
〜S4のステップなどを省略して測定が行われるもので
ある。
【0048】次に、マイクロプロセッサ7は、反射波2
3を測定可能とするレベルに制御するため、受信利得制
御信号G7及び送信出力制御信号G8を出力し、検波信
号G5のレベル制御を行う(S5)。これらの制御信号
によって、検波信号G5が図5の(e)の検波信号G5
のレベルに調整される。この図5の(e)の検波信号G
5には、直接波24のピークP2’及び反射波23のピ
ークP3’の両方が所定のスレッショルド以上のピーク
となった波形である。
3を測定可能とするレベルに制御するため、受信利得制
御信号G7及び送信出力制御信号G8を出力し、検波信
号G5のレベル制御を行う(S5)。これらの制御信号
によって、検波信号G5が図5の(e)の検波信号G5
のレベルに調整される。この図5の(e)の検波信号G
5には、直接波24のピークP2’及び反射波23のピ
ークP3’の両方が所定のスレッショルド以上のピーク
となった波形である。
【0049】なお、S5のレベル制御は、反射波23の
測定が常に行われることを考慮して、例えば電源立ち上
げ時等の初期設定をこのレベルに設定しておくものでも
よい。そして、直接波24の測定を行う場合にだけ、S
2のレベル制御を行うようにして測定周期を短縮しても
よい。
測定が常に行われることを考慮して、例えば電源立ち上
げ時等の初期設定をこのレベルに設定しておくものでも
よい。そして、直接波24の測定を行う場合にだけ、S
2のレベル制御を行うようにして測定周期を短縮しても
よい。
【0050】そして、反射波23の反射波時間Trを測
定する(S6)。反射波時間Trの測定は、図4のフロ
ーチャートを用いて詳しく説明する。
定する(S6)。反射波時間Trの測定は、図4のフロ
ーチャートを用いて詳しく説明する。
【0051】図4において、まず、測定がスタートする
と、図5の(e)の検波信号G5の直接波24のピーク
P2’及び反射波23のピークP3’が所定の閾値を越
えることで発生させた図5の(f)のパルス検知信号G
6のピークP4’及びピークP5’をマイクロプロセッ
サ7が検知する(S60)。
と、図5の(e)の検波信号G5の直接波24のピーク
P2’及び反射波23のピークP3’が所定の閾値を越
えることで発生させた図5の(f)のパルス検知信号G
6のピークP4’及びピークP5’をマイクロプロセッ
サ7が検知する(S60)。
【0052】図5の(e)の検波信号G5には直接波2
4のピークP2’及び反射波23のピークP3’の両方
が所定の閾値を越えて現れているため、パルス検知回路
6から出力されたパルス検知信号G6には直接波24に
対応するピークP4’及び反射波23に対応するピーク
P5’の両方が現れる。
4のピークP2’及び反射波23のピークP3’の両方
が所定の閾値を越えて現れているため、パルス検知回路
6から出力されたパルス検知信号G6には直接波24に
対応するピークP4’及び反射波23に対応するピーク
P5’の両方が現れる。
【0053】パルス検知信号G6を検知すると、基準時
刻t0からのピークのカウントが2回目であるかを判断
する(S61)。ピークのカウントが2回目でない場合
(N)、S60へ戻る。
刻t0からのピークのカウントが2回目であるかを判断
する(S61)。ピークのカウントが2回目でない場合
(N)、S60へ戻る。
【0054】S61の判断でピークのカウントが2回目
である場合(Y)、その2回目のピークが基準時刻t0
から直接波時間Tx以上経過しているか判断する(S6
2)。直接波時間Tx以上経過していない場合(N)、
S60へ戻る。
である場合(Y)、その2回目のピークが基準時刻t0
から直接波時間Tx以上経過しているか判断する(S6
2)。直接波時間Tx以上経過していない場合(N)、
S60へ戻る。
【0055】S62の判断で直接波時間Tx以上経過し
ている場合(Y)、パルス検知信号G6のピークが反射
波23のピークP5’であるとして検知をする。
ている場合(Y)、パルス検知信号G6のピークが反射
波23のピークP5’であるとして検知をする。
【0056】S61とS62を経て、パルス検知信号G
6の反射波23のピークP5’を検知すると、検波信号
G5の取り込み処理をはじめて、図5の(e)の検波信
号G5が所定のスレッショルド以上であれば順次検波信
号G5を取り込む(S63)。
6の反射波23のピークP5’を検知すると、検波信号
G5の取り込み処理をはじめて、図5の(e)の検波信
号G5が所定のスレッショルド以上であれば順次検波信
号G5を取り込む(S63)。
【0057】この際、例えば信号強度に応じた受信利得
制御信号G7や送信出力制御信号G8を設定した後等
に、取り込んだ検波信号G5から反射波23のピークP
3’を検知する(S64)。
制御信号G7や送信出力制御信号G8を設定した後等
に、取り込んだ検波信号G5から反射波23のピークP
3’を検知する(S64)。
【0058】そして、検知した反射波23のピークP
3’のピーク時刻と記憶している基準時刻t0から反射
波時間Trを算出する(S65)。反射波時間Trは、
基準時刻t0からピークP3’のピーク時刻までの時間
である。
3’のピーク時刻と記憶している基準時刻t0から反射
波時間Trを算出する(S65)。反射波時間Trは、
基準時刻t0からピークP3’のピーク時刻までの時間
である。
【0059】これにより、反射波時間Trの測定(S
6)が終了する。
6)が終了する。
【0060】次に、マイクロプロセッサ7は、上記処理
で得られた、等価時間Te、直接波時間Tx、反射波時
間Trに加え、発振周波数fs及び電波伝播速度Vcを
基に、物標距離Rを算出する(S7)。
で得られた、等価時間Te、直接波時間Tx、反射波時
間Trに加え、発振周波数fs及び電波伝播速度Vcを
基に、物標距離Rを算出する(S7)。
【0061】物標までの物標距離Rは、R=(Vc・
(Tr−Tx))/(2・fs・Te)の式により算出
する。
(Tr−Tx))/(2・fs・Te)の式により算出
する。
【0062】この物標距離Rは、定数(Vc/2・f
s)と、各測定値の等価時間Te、直接波時間Tx、反
射波時間Trと、から計算導出される。したがって、回
路内の素子を伝達する際に生じる回路素子遅延時間の変
化による誤差要因は(Tr−Tx)で相殺されて誤差要
因とはならない。かつ、時間拡大率の精度誤差は(Tr
−Tx)/Teによる比例演算で消去されて精度誤差は
生じない。そして、測定距離算出の精度が第2水晶振動
器31の発振周波数fsで唯一定まる。
s)と、各測定値の等価時間Te、直接波時間Tx、反
射波時間Trと、から計算導出される。したがって、回
路内の素子を伝達する際に生じる回路素子遅延時間の変
化による誤差要因は(Tr−Tx)で相殺されて誤差要
因とはならない。かつ、時間拡大率の精度誤差は(Tr
−Tx)/Teによる比例演算で消去されて精度誤差は
生じない。そして、測定距離算出の精度が第2水晶振動
器31の発振周波数fsで唯一定まる。
【0063】以上の図2〜図4のフローチャートに従っ
て物標距離Rを測定した。
て物標距離Rを測定した。
【0064】物標距離の本実施形態の測定結果R1と、
割込み信号G4から反射波のピークまでの距離測定値R
2と、を図6に比較した。また、図6では、温度変化D
に示すように−10℃〜+55℃の温度変化をさせてい
る。
割込み信号G4から反射波のピークまでの距離測定値R
2と、を図6に比較した。また、図6では、温度変化D
に示すように−10℃〜+55℃の温度変化をさせてい
る。
【0065】この図6に示すように、温度変化によって
内部回路素子に生じる信号伝搬時間の変化が直接波時間
Txに現れる。このため、Txを含まずそのまま算出さ
れるR2では、距離測定値が大きく温度変化で変動す
る。しかし、本実施形態のように各温度におけるTxの
変動を計算除去したR1では、距離測定値の誤差が1c
m以下の変化にとどまっている。
内部回路素子に生じる信号伝搬時間の変化が直接波時間
Txに現れる。このため、Txを含まずそのまま算出さ
れるR2では、距離測定値が大きく温度変化で変動す
る。しかし、本実施形態のように各温度におけるTxの
変動を計算除去したR1では、距離測定値の誤差が1c
m以下の変化にとどまっている。
【0066】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、近距離レーダとして機能する距離測定装置1を簡単
な構成で低コストに構成できる。測定距離の精度は、第
2水晶発振器31の精度で定まり、従来技術で必要であ
った時間精度に関する調整及び校正が不要となり、大幅
に工程削減が可能となる。
ば、近距離レーダとして機能する距離測定装置1を簡単
な構成で低コストに構成できる。測定距離の精度は、第
2水晶発振器31の精度で定まり、従来技術で必要であ
った時間精度に関する調整及び校正が不要となり、大幅
に工程削減が可能となる。
【0067】マイクロプロセッサ7が、Tx及びTrを
用いて物標距離Rを算出することから、回路素子のばら
つきや経時変化及び温度変化に対しても安定である。ま
た、送信放射電力を必要最小限に抑え微弱無線規格に適
合する近距離レーダが構成できる。
用いて物標距離Rを算出することから、回路素子のばら
つきや経時変化及び温度変化に対しても安定である。ま
た、送信放射電力を必要最小限に抑え微弱無線規格に適
合する近距離レーダが構成できる。
【0068】以上のような効果は、従来の電波距離セン
サの欠点を無くし、電波距離センサの普及に貢献する。
サの欠点を無くし、電波距離センサの普及に貢献する。
【0069】
【発明の効果】このように本発明によれば、少ない部品
点数で高精度の距離測定を行う距離測定装置及び距離測
定方法を提供することができる。
点数で高精度の距離測定を行う距離測定装置及び距離測
定方法を提供することができる。
【0070】また、本発明によれば、従来必要であった
時間精度に関する調整及び校正が不要になり、大幅に工
程削減が可能である。
時間精度に関する調整及び校正が不要になり、大幅に工
程削減が可能である。
【図1】図1は実施形態に係る距離測定装置の構成を示
す図である。
す図である。
【図2】図2は実施形態に係る距離測定の処理を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図3】図3は実施形態に係る距離測定の処理を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図4】図4は実施形態に係る距離測定の処理を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図5】図5は実施形態に係る各信号を示す信号波形図
である。
である。
【図6】図6は実施形態に係る測定結果を温度変化によ
り比較したグラフである。
り比較したグラフである。
1 距離測定装置
2 アンテナ部
3 タイミング発生回路
4 マイクロ波帯パルス送信器
5 マイクロ波帯パルス受信器
6 パルス検知回路
7 マイクロプロセッサ
10 物標
20 送信アンテナ
21 受信アンテナ
22 電波
23 反射波
24 直接波
30 第1水晶発振器
31 第2水晶発振器
70 A/D変換器
71 第3水晶発振器
fs 発振周波数
ft 発振周波数
G1 出力信号
G2 送信パルス
G3 サンプリングパルス
G4 割込み信号
G5 検波信号
G6 パルス検知信号
G7 受信利得制御信号
G8 送信出力制御信号
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田中 稔
京都府乙訓郡大山崎町円明寺脇山1番地の
312 有限会社マイクロウェーブラボ 内
(72)発明者 西台 哲夫
京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不
動堂町801番地 オムロン株式会社内
Fターム(参考) 5J070 AB01 AC02 AD02 AH14 AH26
AK22
Claims (8)
- 【請求項1】レーダを用いた距離測定装置であって、 第1周波数から送信パルスを発生させ、第2周波数から
サンプリングパルスを発生させ、第1周波数と第2周波
数の差分周波数からビート信号を発生させるタイミング
発生回路と、 前記送信パルスによるパルス状の電波を生成するパルス
送信器と、 前記パルス送信器で生成した電波を放射する送信アンテ
ナと、 前記電波が前記送信アンテナから直接伝わる直接波と、
前記電波が物標で反射した反射波と、を受信する受信ア
ンテナと、 前記直接波及び前記反射波について前記サンプリングパ
ルスによる時間拡大を行って検波信号を出力するパルス
受信器と、 前記直接波又は前記反射波の検波信号を所定のレベルに
調整するレベル制御手段と、 前記検波信号に含まれる、前記直接波を検波した第1検
波信号と、前記反射波を検波した第2検波信号と、前記
ビート信号と、を用いて、物標までの距離を算出する測
定距離算出手段と、を備えたことを特徴とする距離測定
装置。 - 【請求項2】前記レベル制御手段は、前記パルス受信器
にて前記直接波及び前記反射波の受信利得を制御するこ
とを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 - 【請求項3】前記レベル制御手段は、前記パルス送信器
にて前記電波の送信出力を制御することを特徴とする請
求項1又は2に記載の距離測定装置。 - 【請求項4】前記測定距離算出手段は、前記ビート信号
から得られる等価時間Teと、前記ビート信号から得ら
れる基準時刻t0と、t0から前記第1検波信号までの
直接波時間Txと、t0から前記第2検波信号までの反
射波時間Trと、を導出し、 第2周波数をfs、電波伝播速度をVcとし、 物標までの距離Rを、R=(Vc・(Tr−Tx))/
(2・fs・Te)の式により算出することを特徴とす
る請求項1、2又は3に記載の距離測定装置。 - 【請求項5】レーダを用いた距離測定方法であって、 第1周波数から送信パルスを発生させ、第2周波数から
サンプリングパルスを発生させ、第1周波数と第2周波
数の差分周波数からビート信号を発生させる工程と、 前記送信パルスによるパルス状の電波を生成する工程
と、 送信アンテナで、生成した電波を放射する工程と、 受信アンテナで、前記電波が前記送信アンテナから直接
伝わる直接波と、前記電波が物標で反射した反射波と、
を受信する工程と、 前記直接波及び前記反射波について前記サンプリングパ
ルスによる時間拡大を行って検波信号を出力する工程
と、 前記直接波又は前記反射波の検波信号を所定のレベルに
調整する工程と、 前記検波信号に含まれる、前記直接波を検波した第1検
波信号と、前記反射波を検波した第2検波信号と、前記
ビート信号と、を用いて、物標までの距離を算出する工
程と、を備えたことを特徴とする距離測定方法。 - 【請求項6】前記検波信号のレベルを調整する工程は、
前記直接波及び前記反射波の受信利得を制御することを
特徴とする請求項5に記載の距離測定方法。 - 【請求項7】前記検波信号のレベルを調整する工程は、
前記電波の送信出力を制御することを特徴とする請求項
5又は6に記載の距離測定方法。 - 【請求項8】前記物標までの距離を算出する工程は、前
記ビート信号から得られる等価時間Teと、前記ビート
信号から得られる基準時刻t0と、t0から前記第1検
波信号までの直接波時間Txと、t0から前記第2検波
信号までの反射波時間Trと、を導出し、 第2周波数をfs、電波伝播速度をVcとし、 物標までの距離Rを、R=(Vc・(Tr−Tx))/
(2・fs・Te)の式により算出することを特徴とす
る請求項5、6又は7に記載の距離測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002000599A JP2003202372A (ja) | 2002-01-07 | 2002-01-07 | 距離測定装置及び距離測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002000599A JP2003202372A (ja) | 2002-01-07 | 2002-01-07 | 距離測定装置及び距離測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003202372A true JP2003202372A (ja) | 2003-07-18 |
Family
ID=27640941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002000599A Withdrawn JP2003202372A (ja) | 2002-01-07 | 2002-01-07 | 距離測定装置及び距離測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003202372A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006194802A (ja) * | 2005-01-17 | 2006-07-27 | Fujitsu Component Ltd | 距離測定装置 |
JP2007057362A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Nagoya Electric Works Co Ltd | 特性値計測方法およびその装置 |
KR101346265B1 (ko) | 2013-08-20 | 2014-01-03 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 송신 시간차를 이용하여 주파수 간섭을 제거하기 위한 fmcw 장비 |
KR101372485B1 (ko) | 2013-08-20 | 2014-03-10 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 송신 시간차를 이용하여 주파수 간섭을 제거하기 위한 방법 |
-
2002
- 2002-01-07 JP JP2002000599A patent/JP2003202372A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006194802A (ja) * | 2005-01-17 | 2006-07-27 | Fujitsu Component Ltd | 距離測定装置 |
JP2007057362A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Nagoya Electric Works Co Ltd | 特性値計測方法およびその装置 |
KR101346265B1 (ko) | 2013-08-20 | 2014-01-03 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 송신 시간차를 이용하여 주파수 간섭을 제거하기 위한 fmcw 장비 |
KR101372485B1 (ko) | 2013-08-20 | 2014-03-10 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 송신 시간차를 이용하여 주파수 간섭을 제거하기 위한 방법 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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