JP6663240B2 - Multi line sensor - Google Patents
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Description
本発明はマルチラインセンサ、特にマイクロ波を用いて送信機−受信機間の監視をするための対向型ラインセンサに関する。 The present invention relates to a multi-line sensor, and more particularly to an opposed-type line sensor for monitoring between a transmitter and a receiver using microwaves.
従来の対向型ラインセンサは、送信機と受信機を所定距離だけ離して対向させた電波送受ラインを構築し、受信機側の受信電力の低下等を検出することにより、送信機−受信機間に人や車等のマイクロ波を減衰させる物体が入る等、送受信ラインを遮断する状態を判定するものである。
通常、この種のラインセンサは、マイクロ波を発生し送信する装置及びそれを受信する装置で構成されており、電波にＡＳＫ（Amplitude−Shift keying）変調波を用いる場合が多い。また、マイクロ波の周波数帯としては、１０ＧＨｚ帯が海外では主流であるが、国内電波法では１０ＧＨｚ帯は屋外での使用が認められていないため、２４ＧＨｚ帯を用いる必要がある。
受信機での送信波レベル検出方法としては、周波数検波器を用いる方法や受信信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して受信電力値の変化を検出する方法等がある。
Conventional opposed-type line sensors construct a radio transmission / reception line in which a transmitter and a receiver are opposed to each other at a predetermined distance, and detect a decrease in reception power on the receiver side, etc. This is to determine a state in which the transmission / reception line is cut off, for example, when an object such as a person or a car that attenuates microwaves enters.
Usually, this type of line sensor is composed of a device that generates and transmits microwaves and a device that receives the microwaves, and often uses ASK (Amplitude-Shift keying) modulated waves for radio waves. As the microwave frequency band, the 10 GHz band is the mainstream overseas, but the domestic radio law does not permit the use of the 10 GHz band outdoors, so it is necessary to use the 24 GHz band.
As a method of detecting a transmission wave level in a receiver, there is a method of using a frequency detector, a method of performing FFT (Fast Fourier Transform) processing on a received signal, and detecting a change in a received power value.
ところで、従来のラインセンサには、以下の問題がある。
１．設置環境、例えば降雪、落ち葉や雑草の状況等により、ハイトパターンの影響を受け易く、長期的な性能維持が難しい。上記ハイトパターンとは、直接アンテナに届く電波と地面などで反射しアンテナに届く電波による位相の打ち消しや重畳等により受信電力が変動する現象である。
By the way, the conventional line sensor has the following problems.
1. Depending on the installation environment, for example, the conditions of snowfall, falling leaves and weeds, etc., it is easily affected by the height pattern, and it is difficult to maintain the performance for a long time. The height pattern is a phenomenon in which received power fluctuates due to cancellation or superposition of phases due to radio waves directly reaching the antenna and radio waves reflected on the ground or the like and reaching the antenna.
図１０（Ａ）に、ラインセンサの構成が示されており、例えば数ｍから数１００ｍの間隔を以って送信機５１と受信機５２が配置されるが、設置時の地面位置がＥ0 であったのに対し、降雨、降雪、落ち葉、雑草の生育等の環境で地面位置がＥ1 になると、相対地上高が変わると共に、送信電波の地面からの反射は、実線から点線の状態に変化する。
この現象を回避させるためには、アンテナの放射角度を狭くするか、設置の地上高を高くすることが必要となるが、アンテナの放射角度を狭くする場合は、アンテナが大きくなり外形の大型化やコスト的な問題が生じる。また、地上高を高くする場合、検知しないエリア（不感地帯）が増えてセンサとしての機能を得ることが難しくなる。
FIG. 10A shows the configuration of a line sensor. For example, a
To avoid this phenomenon, it is necessary to reduce the radiation angle of the antenna or increase the height above the ground.However, when the radiation angle of the antenna is reduced, the antenna becomes larger and the outer shape becomes larger. And cost problems arise. In addition, when the ground height is increased, an area where no detection is performed (dead zone) increases, and it becomes difficult to obtain a function as a sensor.
２．受信機の方式が広帯域なダイオード検波であるため、外来波の影響を受け誤報の原因となると共に電波干渉の影響避けられない。また複数周波数の同時使用ができない。 2. Since the system of the receiver is broadband diode detection, it is affected by extraneous waves, causing false alarms and unavoidably affected by radio wave interference. Also, simultaneous use of multiple frequencies is not possible.
３．使用周波数として２４ＧＨｚ帯を用いた場合、電波のフレネルゾーンが狭いため、監視範囲が狭くなる。上記フレネルゾーン（Fresnel zone）とは、送信機（送信アンテナ）、受信機（受信アンテナ）間を直線で結ぶラインで電力損失が少ない領域のことである。
図１０（Ｂ）に、フレネルゾーンが示されており、このフレネルゾーンは送受間の中間部が一番太く、送信機（アンテナ）５１、受信機（アンテナ）５２に近づくに連れて細くなる傾向があり、太さｄは周波数で異なり搬送波の周波数が低い程大きくなる。例えば、２４ＧＨｚ帯では、この太さｄは、送受間距離１００ｍの場合、図示のように中心付近で直径約１ｍ（半径約０．５ｍ）になり、５０ｍの場合、中心付近では、直径約０．８ｍ（半径約０．４ｍ）となる。
従って、２４ＧＨｚ帯のラインセンサで、送受信機を地上高１ｍに設置した場合、図１０（Ｂ）に示されるように、フレネルゾーンに対して０．５ｍの不感地帯Ｇが生じ、この不感地帯Ｇは更に送受アンテナ端に近づくに連れて大きくなる。
3. When a 24 GHz band is used as the operating frequency, the monitoring range becomes narrow because the Fresnel zone of the radio wave is narrow. The Fresnel zone is a region that connects a transmitter (transmitting antenna) and a receiver (receiving antenna) with a straight line and has a small power loss.
FIG. 10B shows a Fresnel zone, which is the thickest in the middle part between transmission and reception, and tends to become thinner as it approaches the transmitter (antenna) 51 and the receiver (antenna) 52. The thickness d differs depending on the frequency, and increases as the frequency of the carrier decreases. For example, in the 24 GHz band, when the distance between transmission and reception is 100 m, the thickness d is about 1 m (about 0.5 m in radius) near the center as shown in the figure, and when 50 m, the diameter d is about 0 m near the center. 0.8 m (radius about 0.4 m).
Therefore, when a transceiver is installed at a height of 1 m above the ground with a line sensor in the 24 GHz band, as shown in FIG. 10B, a dead zone G of 0.5 m is generated with respect to the Fresnel zone. Becomes larger as it approaches the transmitting / receiving antenna end.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハイトパターンの影響を受けた場合でも、監視システムの機能が損なわれないようにすると共に、狭いフレネルゾーンによる不感地帯をなくし、また外来波の影響を受け易いダイオード検波を用いることなく、誤報等をなくすことができるマルチラインセンサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to prevent the function of the monitoring system from being impaired even when affected by the height pattern, and to eliminate the dead zone due to the narrow Fresnel zone. It is another object of the present invention to provide a multi-line sensor that can eliminate false reports and the like without using diode detection that is easily affected by extraneous waves.
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係るマルチラインセンサは、送信機と受信機が対向する正方向送受信機と、この正方向送受信機と同一ライン上に配置し送受信方向が逆となる逆方向送受信機の対を複数備え、この複数対の正方向送受信機及び逆方向送受信機のそれぞれを高さの異なるライン上に配置すると共に、この各対の正方向送受信機及び逆方向送受信機はそれぞれ異なる周波数の信号を送受信し、上記複数対の送受信機間で送信される信号を遮断する物体を監視するセンサであって、上記各対の正方向送受信機及び逆方向送受信機では、受信信号とイメージ信号を区別するためライン毎に設定周波数範囲を設け、これら正方向送受信機及び逆方向送受信機の各受信機は同一ライン上の送信機から送信された周波数のみを受信すると共に、上記正方向送受信機の使用周波数と上記逆方向送受信機の使用周波数との間に、イメージ信号が上記ライン毎の設定周波数範囲に入らないようにするためのオフセット周波数を設定したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a multi-line sensor according to the first aspect of the present invention includes a forward-direction transceiver in which a transmitter and a receiver face each other, and a transmission-reception direction which is arranged on the same line as the forward-direction transceiver. And a plurality of pairs of forward and backward transceivers are arranged on the lines having different heights, and the forward and backward transceivers and the backward direction of each pair are arranged. transceiver to transmit and receive signals of different frequencies respectively, a sensor for monitoring an object to block the signal transmitted between the transmitter and the receiver of the plurality of pairs, the forward transceivers and reverse transceiver of each pair In order to distinguish between the received signal and the image signal, a set frequency range is provided for each line, and each of the forward and backward transceivers receives only the frequency transmitted from the transmitter on the same line. While signal, between the operating frequency of the positive direction transceiver operating frequency and the reverse transceiver, the image signal is set to the offset frequency for preventing entering the set frequency range of each said line It is characterized by .
請求項２の発明は、基準周波数を発振する発振器と、この発振器の出力に基づき各対の送受信機に使用する周波数信号を出力するＰＬＬ回路と、上記受信機からの受信信号と上記ＰＬＬ回路に基づいて得られた局部発振信号とを混合するミキサと、このミキサの出力から受信周波数を解析する周波数解析回路とを備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、上記各対の送受信機では、上記周波数解析回路から得られた受信周波数を確認し、周波数のずれが生じた場合は、補正データを上記ＰＬＬ回路へ出力することにより、上記各対の送受信機の送信周波数を補正・更新することを特徴とする。
The invention according to
The invention according to claim 3, in transceiver of each pair, by verify reception frequency obtained from the frequency analysis circuit, if the frequency shift occurs, for outputting the correction data to said PLL circuit, The transmission frequency of each pair of transceivers is corrected and updated.
以上の構成によれば、送信機と受信機を対向配置したものを１対として、複数対の送受信機が高さの異なるライン上に配置され、これら各対の送受信機では、互いに異なる周波数を送受信するように構成され、このような複数のラインの配置により面監視が可能となる。更に、上記送受信機による送受方向を正方向とすると、逆方向に送受信する送受信機を同一高さのラインに配置し、正逆の全ての送受信機において異なる周波数の信号を用いるようにすれば、監視ラインを更に増やすことができる。 According to the above configuration, a plurality of transmitters and receivers are arranged on lines having different heights, with a pair of transmitters and receivers arranged opposite to each other. It is configured to transmit and receive, and surface monitoring becomes possible by such arrangement of a plurality of lines. Further, assuming that the transmitting and receiving direction by the transceiver is a forward direction, the transceivers that transmit and receive in the reverse direction are arranged on the same height line, and signals of different frequencies are used in all the forward and reverse transceivers. The number of monitoring lines can be further increased.
また、各対の送受信機の受信においては、それぞれで設定されたライン毎の設定周波数範囲（Ｆｋ）により受信信号の判定が行われ、更に正方向送受信機グループの使用周波数と逆方向送受信機グループの使用周波数との間には、イメージ信号がライン毎の設定周波数範囲に入らないようにするためのオフセット周波数（Ｆof）が設定される。
更に、上述のように、複数対の送受信機のそれぞれで異なる周波数を用いて監視を行う場合、送受周波数の安定度によっては、外来波等の影響を受け易くなり、複数ラインの監視が困難となることが生じる。そこで、各対の送受信機の受信においては、それぞれの受信周波数を確認し、周波数のずれが生じている場合には、補正データをＰＬＬ回路へ出力することで、各対の送受信機の送信周波数を補正・更新している。
In the reception of each pair of transceivers, the reception signal is determined based on the set frequency range (Fk) for each line set for each pair, and further, the frequency used in the forward transceiver group and the reverse transceiver group are used. The offset frequency (Fof) for preventing the image signal from entering the set frequency range for each line is set between the used frequencies.
Further, as described above, when monitoring using different frequencies in each of a plurality of pairs of transceivers, depending on the stability of the transmission and reception frequencies, it becomes susceptible to extraneous waves and the like, making monitoring of multiple lines difficult. It happens. Therefore, at the time of reception of each pair of transceivers, the respective reception frequencies are checked, and if there is a frequency shift, correction data is output to the PLL circuit, so that the transmission frequency of each pair of transceivers is output. Has been corrected and updated.
本発明によれば、高さの異なる複数ラインの送受信により、ハイトパターンの影響を受けた場合でも、監視システムの機能が損なわれず、狭いフレネルゾーンによる不感地帯をなくすことが可能となり、また外来波の影響を受け易いダイオード検波を用いることなく、誤報、失報等をなくすことができる。 According to the present invention, the transmission and reception of a plurality of lines having different heights does not impair the function of the monitoring system even if it is affected by the height pattern, making it possible to eliminate the dead zone due to the narrow Fresnel zone, Erroneous reports, unreported reports, etc. can be eliminated without using diode detection which is easily affected by the above.
また、受信信号を判定するためのライン毎の設定周波数範囲、そして正方向送受信機グループの使用周波数と逆方向送受信機グループの使用周波数との間におけるオフセット周波数を設定することにより、イメージ信号の影響を排除することが可能となる。
更に、各対の送受信機で受信周波数を確認し、周波数ずれを補正することにより、温度条件、設置環境、経年変化で使用周波数が変動した場合でも、各対の送受信機で使用される周波数を設定通りとし、検出感度を良好に維持することができる。
In addition, by setting a set frequency range for each line for determining a received signal and an offset frequency between a frequency used in the forward direction transceiver group and a frequency used in the reverse direction transceiver group, the influence of the image signal is reduced. Can be eliminated.
Furthermore, by checking the receiving frequency with each pair of transceivers and correcting the frequency shift, the frequency used by each pair of transceivers can be adjusted even if the operating frequency fluctuates due to temperature conditions, installation environment, and aging. As set, the detection sensitivity can be maintained satisfactorily.
図１及び図２に、実施例のマルチラインセンサ（マルチライン監視装置）の構成が示されており、図１に示されるように、マルチラインセンサは、グループＡとして、周波数ｆ1 の信号を送信するセンサ部Ｆ1 、周波数ｆ2 の信号を送信するセンサ部Ｆ2 、周波数ｆ3 の信号を送信するセンサ部Ｆ3 、周波数ｆ4 の信号を送信するセンサ部Ｆ4 、周波数ｆ5 の信号を送信するセンサ部Ｆ5 、グループＢとして、周波数ｆ6 の信号を送信するセンサ部Ｆ6 、周波数ｆ7 の信号を送信するセンサ部Ｆ7 、周波数ｆ8 の信号を送信するセンサ部Ｆ8 、周波数ｆ9 の信号を送信するセンサ部Ｆ9 、周波数ｆ10の信号を送信するセンサ部Ｆ10を設ける。上記センサ部のＦ1 とＦ6 、Ｆ2 とＦ7 、Ｆ3 とＦ8 、Ｆ4 とＦ9 、Ｆ5 とＦ10 のそれぞれは、同一高さのラインに配置される。また、各センサ部Ｆ1 〜Ｆ10には、上記信号を送信する送信機と共に、送信方向とは反対の方向の受信をする受信機を備える。即ち、グループＡのセンサ部Ｆ1 〜Ｆ5 のそれぞれは、図の左から右へ向け（正方向とする）送信を行う送信機と共に、図の右から左方向（逆方向とする）への信号の受信を行う受信機を備え、グループＢのセンサ部Ｆ6 〜Ｆ10のそれぞれは、逆方向の送信を行う送信機と共に、正方向の受信を行う受信機を備える。 1 and 2 show the configuration of the multi-line sensor (multi-line monitoring device) according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the multi-line sensor transmits a signal of frequency f1 as group A. A sensor unit F1, a sensor unit F2 transmitting a signal of a frequency f2, a sensor unit F3 transmitting a signal of a frequency f3, a sensor unit F4 transmitting a signal of a frequency f4, a sensor unit F5 transmitting a signal of a frequency f5, a group As B, a sensor unit F6 transmitting a signal of frequency f6, a sensor unit F7 transmitting a signal of frequency f7, a sensor unit F8 transmitting a signal of frequency f8, a sensor unit F9 transmitting a signal of frequency f9, and a sensor unit F9 of frequency f10 A sensor unit F10 for transmitting a signal is provided. The sensor units F1 and F6, F2 and F7, F3 and F8, F4 and F9, and F5 and F10 are arranged on lines having the same height. Each of the sensor units F1 to F10 includes a transmitter for transmitting the signal and a receiver for receiving in the direction opposite to the transmission direction. That is, each of the sensor units F1 to F5 of the group A transmits a signal from the right to the left (reverse direction) of the figure together with the transmitter for transmitting from left to right (representing the forward direction) in the figure. Each of the sensor units F6 to F10 of the group B includes a transmitter for transmitting in the reverse direction and a receiver for receiving in the forward direction.
図２は、上側２ラインの構成を示したもので、図示されるように、センサ部Ｆ1 には、周波数ｆ1 を送信する送信機1ｔと周波数ｆ6 を受信するための受信機６ｒが設けられ、同一ラインにあるセンサ部Ｆ6 には、周波数ｆ1 を受信するための受信機１ｒと周波数ｆ6 を送信する送信機６ｔが設けられ、その下のラインにあるセンサ部Ｆ2 には、周波数ｆ2 を送信する送信機２ｔと周波数ｆ7 を受信するための受信機７ｒが設けられ、同一ラインにあるセンサ部Ｆ7 には、周波数ｆ2 を受信するための受信機と２ｒ周波数ｆ7 を送信する送信機７ｔが設けられる。そして、上記送信機１ｔ，２ｔと受信機１ｒ，２ｒは、正方向の送受信を行い、上記送信機６ｔ，７ｔと受信機６ｒ，７ｒは、逆方向の送受信をする。
FIG. 2 shows the configuration of the upper two lines. As shown, the sensor unit F1 is provided with a
図３には、高さの異なる２ラインの送受信機での送受信の状態が示されており、高さの異なるラインに送受信機を設けた場合、図３（Ａ）に示されるように、降雨、降雪、落ち葉、雑草の生育等の環境で地面位置がＥ0 からＥ1 になり、送受信機２ｔ，２ｒでの受信がハイトパターンの影響を受けたとしても、送受信機１ｔ，１ｒではその影響がなく、送受信機間の物体（人や車等）の検出が可能となる。周波数が２４ＧＨｚ帯の場合、数ｃｍ程度の違いで影響度は大きく異なるが、異なる高さの複数ラインに送受信機を設置すれば、ハイトパターンの影響により物体検知（物体の遮断状態）ができないということがない。
FIG. 3 shows a state of transmission / reception by two lines of transceivers having different heights. When the transceivers are provided on lines having different heights, as shown in FIG. Even if the ground position changes from E0 to E1 in an environment such as snowfall, falling leaves, or the growth of weeds, and the reception by the
また、図３（Ｂ）と図１０（Ｂ）の比較で分かるように、複数のラインで面での監視をすることで、不感地帯Ｇを少なくすることが可能となる。即ち、人や車等の物体をいずれか１ラインではなく、複数ラインで同時の遮断により感知するので、物体の有無を確実に検出することができる。 Further, as can be seen from a comparison between FIG. 3B and FIG. 10B, by monitoring the surface with a plurality of lines, the dead zone G can be reduced. That is, since an object such as a person or a car is sensed not by any one line but by a plurality of lines at the same time, the presence or absence of the object can be reliably detected.
図４に、実施例の回路ブロックが示されており、図の符号４は安定度の高い温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）、５はＰＬＬ（Phase Locked Loop：位相同期発振器）部で、６はＶＣＯ（電圧制御発振器）であり、実施例は、分数分周ＰＬＬ（Fractional PLL）方式を用いている。また、７はアンプ、８は分配器、９ａ，９ｂはアンプ、１０はＬＰＦ（ローパスフィルタ）、１２ａは送信アンテナ（ＴＸ）、１２ｂは受信アンテナ（ＲＸ）、１３はアンプ、１４はアンプ９ｂ出力のＬＯ信号（ローカル信号）とアンプ１３出力のＲＦ信号を混合し、Ｉ信号及びＱ信号を得るミキサ（例えばイメージリジェクションミキサ）、１５ａ，１５ｂはＩＦ（中間周波数）アンプ、１７ａ，１７ｂはＥＶＲ（電子ボリューム）、１８ａ，１８ｂはＩＦアンプ、２０はＡ／Ｄ変換部、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部、判定処理部を有する信号処理部（マイクロコントロールユニット）である。
FIG. 4 shows a circuit block of the embodiment, in which
図５，図６には、上記センサ部Ｆ1 〜Ｆ10で割り当てられる周波数の関係が示されている。上記センサ部Ｆ1 〜Ｆ10で送信される信号は、上記の水晶発振器４からＬＰＦ１０の回路で形成されて送信アンテナ１２ａから出力されるが、これらの周波数は、図５のようになっている。即ち、グループＡ（センサ部Ｆ1 〜Ｆ5 ）の周波数ｆ1 〜ｆ5 とグループＢ（センサ部Ｆ6 〜Ｆ10）の周波数ｆ6 〜ｆ10は、それぞれチャンネル間隔（周波数）Ｆｓを以って割り当てられると同時に、グループＡ，Ｂ間にオフセット周波数Ｆofが設定される。なお、上記チャンネル間隔Ｆｓは、各センサ部に搭載されている発振器の性能から温度変動や経年変化の影響を受けた場合でも隣接するチャンネル周波数を越えない値とする。
FIGS. 5 and 6 show the relationship between the frequencies assigned by the sensor units F1 to F10. The signals transmitted by the sensor units F1 to F10 are formed by the circuit of the
図６（Ａ）に示されるように、実施例では、送受信ライン毎に設定周波数範囲Ｆｋが設けられる。複数の周波数を同時に受信する際には、イメージ信号や混変調等の不要な周波数が発生する場合があり、受信信号においてイメージ波と本来の受信波とを区別するために、受信信号周波数にライン毎の判定幅として上記設定周波数範囲Ｆｋを設けている。 As shown in FIG. 6A, in the embodiment, a set frequency range Fk is provided for each transmission / reception line. When receiving multiple frequencies at the same time, unnecessary frequencies such as image signals and cross modulation may occur.In order to distinguish the image wave from the original received wave in the received signal, The set frequency range Fk is provided as a determination width for each.
また、上記の設定周波数範囲Ｆｋの範囲内に常に受信周波数を収め、複数の周波数の受信における混変調や予期せぬ外来波と本来の受信波を区別し性能を維持するために、周波数制御（ＡＦＣ：Automatic frequency control）を行う必要があり、実施例では、その１つとして、グループＡ，Ｂ間にオフセット周波数Ｆofを設け、上記ミキサ１４から生じるイメージ信号がライン毎の設定周波数範囲Ｆｋに入らないようにする。
即ち、オフセット周波数Ｆofは、チャンネル間隔Ｆｓよりも小さい値であり、図６（Ｂ）に示されるように、センサ部Ｆ3 とＦ8 の関係で説明すると、Ｆｓの１／２と設定周波数範囲Ｆｋを避けた範囲Ｗａ，Ｗｂに入る値にしている。数式にすると、オフセット周波数Ｆofは、Ｆof＜Ｆｓで、（Ｆｓ／２）＋（Ｆｋ／２以上）を満足する値となる。
Further, the reception frequency is always set within the range of the set frequency range Fk, and the frequency control (in order to maintain the performance by discriminating the inter-modulation in the reception of a plurality of frequencies or the unexpected external wave from the original reception wave and maintaining the performance). It is necessary to perform AFC (Automatic Frequency Control). In the embodiment, as one of them, an offset frequency Fof is provided between the groups A and B, and the image signal generated from the
That is, the offset frequency Fof is a value smaller than the channel interval Fs. As shown in FIG. 6B, when the relationship between the sensor units F3 and F8 is described, 1/2 of Fs and the set frequency range Fk are set. The value falls within the avoided ranges Wa and Wb. In formula, the offset frequency Fof is a value satisfying (Fs / 2) + (Fk / 2 or more) when Fof <Fs.
図６（Ｃ）には、受信機で受信されるイメージ信号が示されており、図示のように、ミキサ（イメージリジェクションミキサ）１４によるイメージ信号は、ＤＣ（ゼロ）に対する正負の周波数の反対側に発生し、ミキサ１４のＩＱ位相差や振幅差によりその大きさが異なる。
そこで、実施例では、グループ毎に周波数オフセットＦofを与えることにより、受信機のＩＦ帯域内におけるミキサ１４よるイメージ信号が、各ラインの受信周波数（設定周波数範囲Ｆｋ）に重ならないようにしている。
FIG. 6 (C) shows an image signal received by the receiver. As shown, the image signal from the mixer (image rejection mixer) 14 has opposite positive and negative frequencies with respect to DC (zero). And its magnitude differs depending on the IQ phase difference and the amplitude difference of the
Therefore, in the embodiment, by giving the frequency offset Fof for each group, the image signal by the
以上の構成によれば、上記ミキサ１４を用いることで、受信機の局部発信信号周波数Ｆloに対して受信される周波数が同じ場合、受信機のＩＦ出力信号はＤＣ（ゼロ）となり、入力周波数が受信機のＦloに対して高いと正方向（プラス側周波数）、低いと逆に負方向（マイナス側周波数）に出力される。
According to the above configuration, by using the
図５と図６（Ｂ）で説明すると、例えばセンサ部Ｆ8 からセンサＦ1 〜Ｆ4 を見た場合、周波数ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 が周波数ｆ8 より低く（負の周波数）、周波数ｆ4 ，ｆ5 が周波数ｆ8 より高く（正の周波数）なり、図６（Ｂ）のように、センサＦ8 →センサＦ1 のラインの周波数はＦof＋Ｆｓ＋Ｆｓであり、周波数ｆ1 は、Ｆloよりも低い周波数となり、マイナス側周波数に位置する。一方、センサＦ8 →センサＦ5 のラインの周波数はＦｓ−Ｆof＋Ｆｓとなり、周波数ｆ5 は、Ｆloよりも高い周波数となり、プラス側周波数である。このような周波数関係は、各センサ部で得られたＩＦ出力信号を信号処理回路２０にてＦＦＴ変換し周波数分解することで容易に判定することができる。
Referring to FIGS. 5 and 6B, for example, when the sensors F1 to F4 are viewed from the sensor unit F8, the frequencies f1, f2, and f3 are lower than the frequency f8 (negative frequency), and the frequencies f4 and f5 are the frequencies f8. As shown in FIG. 6B, the frequency of the line from the sensor F8 to the sensor F1 is Fof + Fs + Fs, and the frequency f1 is lower than the frequency Flo and is located on the minus side frequency. On the other hand, the frequency of the line from the sensor F8 to the sensor F5 is Fs-Fof + Fs, and the frequency f5 is higher than Flo and is a plus side frequency. Such a frequency relationship can be easily determined by subjecting the IF output signal obtained by each sensor unit to FFT conversion in the
上記実施例のように、監視のラインをより多くしたい場合、チャンネル間隔Ｆｓは小さい方がよく、また送信機、受信機の周波数安定度があることが必要となる。一般的に、周波数安定度は経年変化、温度変動、初期偏差等の影響を受け、これらの影響はいかなる発振器を用いても避けることはできない。コストや装置規模を考慮するとＩＦ周波数は数ＭＨｚ以内に収めることが必要で、２４ＧＨｚ帯においてその周波数を維持し制御することは、周波数の割合から困難な課題となる。 When it is desired to increase the number of monitoring lines as in the above embodiment, the smaller the channel interval Fs, the better, and it is necessary that the transmitter and the receiver have frequency stability. Generally, the frequency stability is affected by aging, temperature fluctuation, initial deviation, and the like, and these effects cannot be avoided by using any oscillator. In consideration of the cost and the scale of the device, the IF frequency must be kept within several MHz, and maintaining and controlling the frequency in the 24 GHz band is a difficult task due to the frequency ratio.
また、上述のように実施例では、ＰＬＬの方式として分数分周ＰＬＬを用いている。
発振器の構成にＰＬＬ回路を用いた場合、周波数偏差は数ＰＰＭであるが、２４ＧＨｚ帯では１ＰＰＭが２４ｋＨｚと比較的大きい値となる。
周波数でラインを確定する場合、各々の設定周波数範囲Ｆｋを超える周波数変動はあってはならないため、装置の周波数安定度とチャンネル間隔Ｆｓ、更には受信機のＩＦ帯域幅等を考慮する必要がある。また、周波数を安定化する手法としては、高安定度の温度制御型水晶発振器（ＯＣＸＯ：恒温槽付）を用いる方法もあるが、サイズやコストを考慮し、また限られたＩＦ周波数帯域内に多くのラインを構成することを目的とし、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を用いた分数分周ＰＬＬを採用する。
この分数分周ＰＬＬによれば、細かなステップで周波数を設定することができ、２４ＧＨｚ帯で約百ヘルツのステップで周波数を制御することが可能である。
Further, as described above, in the embodiment, a fractional frequency-divided PLL is used as a PLL method.
When a PLL circuit is used in the configuration of the oscillator, the frequency deviation is several PPM, but in the 24 GHz band, 1 PPM is a relatively large value of 24 kHz.
When the line is determined by the frequency, there must be no frequency fluctuation exceeding each set frequency range Fk. Therefore, it is necessary to consider the frequency stability of the device, the channel interval Fs, and the IF bandwidth of the receiver. . As a method of stabilizing the frequency, there is a method of using a high-stability temperature-controlled crystal oscillator (OCXO: with a constant temperature bath), but in consideration of size and cost, and within a limited IF frequency band. For the purpose of configuring many lines, a fractional frequency division PLL using a temperature compensated crystal oscillator (TCXO) is adopted.
According to the fractional frequency division PLL, the frequency can be set in small steps, and the frequency can be controlled in steps of about 100 Hertz in the 24 GHz band.
そして、実施例では、周波数の確度を上げるために、以下の周波数管理を行う。
即ち、監視用のセンサは、多くが屋外等に設置され、出荷又は設置以降は絶対周波数を管理することが困難であり、周波数補正を行うことで電波法に規定される帯域を逸脱することは許されないため、設定された初期周波数と予め判っている周波数補正値を管理する必要がある。そこで、実施例では、次のことを行っている。
１．工場出荷時の調整：各センサ部の周波数の偏差をゼロにするか、又はゼロに近づける。
即ち、マルチラインセンサの製造工程にて、校正された外部測定器を用いてセンサ周波数を絶対周波数に合わせ（ゼロ調整）、機差補正値をセンサに記憶する。
２．マルチラインセンサ運用時：周波数がずれてきた場合にＰＬＬの周波数ステップを自動に更新して周波数がいつでも設定通りになるようにする（ＡＦＣ）。
周波数の変更は、ＰＬＬ部５における分数分周ＰＬＬの分子側変数を、周波数のずれに応じて信号処理回路２０から変更指示を行うこととしている。
In the embodiment, the following frequency management is performed to increase the accuracy of the frequency.
In other words, many monitoring sensors are installed outdoors or the like, and it is difficult to manage the absolute frequency after shipment or installation, and it is not possible to deviate from the band specified by the Radio Law by performing frequency correction. Since it is not allowed, it is necessary to manage the set initial frequency and the frequency correction value known in advance. Therefore, in the embodiment, the following is performed.
1. Adjustment at the time of factory shipment: Make the deviation of the frequency of each sensor unit zero or close to zero.
That is, in the manufacturing process of the multi-line sensor, the sensor frequency is adjusted to the absolute frequency (zero adjustment) by using a calibrated external measuring device, and the machine difference correction value is stored in the sensor.
2. When operating the multi-line sensor: When the frequency shifts, the frequency step of the PLL is automatically updated so that the frequency always becomes as set (AFC).
In order to change the frequency, an instruction to change the numerator variable of the fractional frequency division PLL in the
図７に、運用時の動作が示されており、図のステップ１０１では、信号処理回路２０のＦＦＴ部にて受信周波数を解析し、ステップ１０２では、この解析された受信周波数と、設定・記憶された各センサ部Ｆ1 〜Ｆ10の各周波数とを確認し、ステップ１０３では、受信周波数が設定の周波数と同じであるかを判定し、周波数にずれがある場合は、設定の周波数になるように調整する。上記の動作は、信号処理回路２０で行われ、この信号処理回路２０から周波数補正値をＰＬＬ部５へ与える。即ち、出荷以降は相対周波数で判断し、温度条件や設置環境、経年変化で受信周波数が変化しても、それに合わせてＰＬＬ設定データを連動させることで、常に受信周波数が変動しないようにする。また、周波数補正値に制限（リミット）を設け、異常に変動量が多い場合は、機器の故障と判断する。
FIG. 7 shows the operation at the time of operation. In
上記のＰＬＬ部５による周波数補正は、例えば信号処理回路２０からの周波数補正値をＤとすると、このＤは、Ｄ＝Δｆ／ｆｓminで求められ、周波数補正が、ｆnum ±Ｄにより行われる。ここで、Δｆ：ＦＦＴ部より求めた本来の周波数との差、ｆｓmin＝ＦＴＣＸＯ／２１８［ｆｓmin：１ｆnum 当りの変化量（ｆnum ：ＰＬＬ周波数分解能で、最小周波数ステップサイズを示す）］である。
The frequency correction by the
このような周波数補正を行うことで、受信信号をＦＦＴ処理して得られる周波数を一定に保つことが可能となり、このような機能により、複数ある周波数とラインの相関が崩れ、ラインにおける物体有無検知の判断等に支障が生じないようにしている。
従って、本発明では、特別な周波数判定回路を設けず、ＰＬＬのレジスタ制御で信号処理側からの制御を行うことにより、良好な感度の下に高度な監視センサを実現することが可能となり、コスト面でも有利なセンサが得られるという利点がある。
By performing such frequency correction, it is possible to keep the frequency obtained by performing the FFT processing on the received signal constant. With such a function, the correlation between a plurality of frequencies and the line is broken, and the presence or absence of an object in the line is detected. So that it does not interfere with the judgment of
Therefore, according to the present invention, by providing control from the signal processing side by register control of the PLL without providing a special frequency determination circuit, it is possible to realize an advanced monitoring sensor with good sensitivity and cost. There is an advantage that an advantageous sensor can be obtained in terms of surface.
なお、受信信号には、ミキサ１４で生じるＩＱイメージの他に受信信号における混変調があるが、マルチラインセンサ自体、極小さな受信信号を扱うため、整数倍のスプリアス信号は、発生しない。但し、極近距離設置等の場合、理論上は起こりうる現象となるため、そのような設置条件においては送信電力を下げる等の別処置が必要となる。送受間距離１０ｍ〜１００ｍを対象とする場合、上記の問題がないことを確認している。
Note that the received signal includes cross modulation in the received signal in addition to the IQ image generated by the
更に、実施例では、図８に示されるように、センサＦ1 〜Ｆ10からなる構成（図５）をシステム１とし、システム２，３…と増やすことができる。
しかし、この場合は、他のマルチラインセンサ群との電波干渉が予想されるため、周波数を群分けして周波数管理を行う。例えば、システム１とシステム２を隣接させ設置した場合、電波は互いのライン範囲を超えて到達するため、システム２の受信機では、システム１の送信信号も受信してしまうので、システム１とシステム２においては、互いに周波数を変えて運用する。
Further, in the embodiment, as shown in FIG. 8, the system (FIG. 5) composed of the sensors F1 to F10 can be used as the system 1, and the number of
However, in this case, since radio wave interference with other multi-line sensor groups is expected, frequency management is performed by dividing the frequencies. For example, when the system 1 and the
そして、実施例では、各システム群における周波数の調整を行っている。
各々のセンサ部Ｆ1 〜Ｆ10には、それぞれ周波数調整機能があるため、対向する全てのセンサにて互いの周波数調整が行われると、無限ループに陥り周波数が定まらないことが生じる。そこで、システム群には、各々対向するいずれか一方を、他方に合わせて周波数調整するか、又は基準機（マスター）を決めてその基準機に合わせて周波数調整する機能を設けている。
In the embodiment, the frequency of each system group is adjusted.
Since each of the sensor units F1 to F10 has a frequency adjusting function, if the frequency adjustment is performed by all the opposing sensors, an infinite loop may occur and the frequency may not be determined. Therefore, the system group is provided with a function of adjusting the frequency of one of the opposing ones according to the other, or determining the reference device (master) and adjusting the frequency according to the reference device.
図９（Ａ）は、グループＡをグループＢ（又はその逆）に合わせる周波数調整であり、例えばセンサ部Ｆ1 の周波数（送信周波数）ｆ1 とセンサ部Ｆ6 の周波数（送信周波数）ｆ6 の周波数を調整し（相対的関係を調整し）、同様にして、Ｆ2 とＦ7 、Ｆ3 とＦ8 、Ｆ4 とＦ9 、Ｆ5 とＦ10の周波数の相対的関係を調整するようにする。
図９（Ｂ）は、基準機を決めて周波数調整するもので、例えばセンサ部Ｆ1 を基準機とし、先にセンサ部Ｆ6 〜Ｆ10の周波数（送信周波数）とＦ1 の周波数（送信周波数）を調整し、その後、Ｆ2 〜Ｆ5 については対向するＦ7 〜Ｆ10の周波数と合わせている。これにより、システム内全てのセンサ部がＦ1 の周波数に対して調整されることになる。
FIG. 9A shows a frequency adjustment for adjusting the group A to the group B (or vice versa). For example, the frequency of the frequency (transmission frequency) f1 of the sensor unit F1 and the frequency (transmission frequency) f6 of the sensor unit F6 are adjusted. Similarly, the relative relationship between the frequencies F2 and F7, F3 and F8, F4 and F9, and F5 and F10 is adjusted.
FIG. 9 (B) shows an example in which the reference device is determined and the frequency is adjusted. For example, the sensor unit F1 is used as the reference device, and the frequencies (transmission frequency) of the sensor units F6 to F10 and the frequency (transmission frequency) of F1 are adjusted first. Thereafter, the frequencies of F2 to F5 are matched with the frequencies of the opposite F7 to F10. As a result, all the sensor units in the system are adjusted to the frequency of F1.
上記実施例では、センサ部を５対向のラインとしたが、ＩＦ信号処理の周波数帯域の制限内（受信機のＩＦ周波数帯域幅とＩＦ処理用ＦＦＴサンプル、ナイキスト周波数等の制限内）であれば、対向するセンサ部のラインを更に増やすことが可能である。 In the above-described embodiment, the sensor unit is set to five opposing lines. However, if it is within the limit of the frequency band of the IF signal processing (within the limit of the IF frequency bandwidth of the receiver, the FFT sample for IF processing, the Nyquist frequency, etc.). In addition, it is possible to further increase the number of lines of the sensor unit facing each other.
１ｔ，２ｔ…送信機、 １ｒ，２ｒ…受信機、
４…温度補償型水晶発振器、 ５…ＰＬＬ部、
６…ＶＣＯ、 １０…ＬＰＦ、
１４…ミキサ、 ２０…信号処理回路、
Ｆ1 〜Ｆ10…センサ部。
1t, 2t ... transmitter, 1r, 2r ... receiver,
4 temperature-compensated
6 ... VCO, 10 ... LPF,
14: mixer, 20: signal processing circuit,
F1 to F10: Sensor unit.
Claims (3)
この複数対の正方向送受信機及び逆方向送受信機のそれぞれを高さの異なるライン上に配置すると共に、
この各対の正方向送受信機及び逆方向送受信機はそれぞれ異なる周波数の信号を送受信し、上記複数対の送受信機間で送信される信号を遮断する物体を監視するセンサであって、
上記各対の正方向送受信機及び逆方向送受信機では、受信信号とイメージ信号を区別するためライン毎に設定周波数範囲を設け、これら正方向送受信機及び逆方向送受信機の各受信機は同一ライン上の送信機から送信された周波数のみを受信すると共に、
上記正方向送受信機の使用周波数と上記逆方向送受信機の使用周波数との間に、イメージ信号が上記ライン毎の設定周波数範囲に入らないようにするためのオフセット周波数を設定したマルチラインセンサ。 A transmitter and a receiver are provided with a plurality of forward-direction transceivers facing each other, and a plurality of pairs of reverse-direction transceivers that are arranged on the same line as the forward-direction transceiver and have opposite transmission and reception directions ,
Along with arranging each of the plural pairs of forward-direction transceivers and reverse-direction transceivers on lines having different heights,
Each pair of forward and backward transceivers transmits and receives signals of different frequencies, and is a sensor that monitors an object that blocks signals transmitted between the plurality of pairs of transceivers ,
In each pair of the forward and backward transceivers, a set frequency range is provided for each line in order to distinguish a received signal from an image signal, and each of the forward and backward transceivers is connected to the same line. While receiving only the frequency transmitted from the above transmitter,
A multi-line sensor in which an offset frequency is set between the operating frequency of the forward direction transceiver and the operating frequency of the reverse direction transceiver so that the image signal does not fall within the set frequency range for each line.
この発振器の出力に基づき各対の送受信機に使用する周波数信号を出力するＰＬＬ回路と、
上記受信機からの受信信号と上記ＰＬＬ回路に基づいて得られた局部発振信号とを混合するミキサと、
このミキサの出力から受信周波数を解析する周波数解析回路とを備えることを特徴とする請求項１記載のマルチラインセンサ。 An oscillator for oscillating a reference frequency;
A PLL circuit that outputs a frequency signal used for each pair of transceivers based on the output of the oscillator;
A mixer for mixing a received signal from the receiver and a local oscillation signal obtained based on the PLL circuit;
2. The multi-line sensor according to claim 1, further comprising: a frequency analysis circuit that analyzes a reception frequency from an output of the mixer .
In each of the pair of transceivers, the reception frequency obtained from the frequency analysis circuit is checked, and if a frequency shift occurs, correction data is output to the PLL circuit, whereby the transmission and reception of the pair of transceivers is performed. 3. The multi-line sensor according to claim 2, wherein the transmission frequency is corrected and updated .
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