JPH01145590A - 電磁波レーダ測距方法 - Google Patents
電磁波レーダ測距方法Info
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- JPH01145590A JPH01145590A JP30333587A JP30333587A JPH01145590A JP H01145590 A JPH01145590 A JP H01145590A JP 30333587 A JP30333587 A JP 30333587A JP 30333587 A JP30333587 A JP 30333587A JP H01145590 A JPH01145590 A JP H01145590A
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- electromagnetic wave
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Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
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】
[産業上の利用分野コ
本発明は、高粉塵の環境下で非接触で距離測定を行う、
電磁波レーダによる距離測定方法および装置に関するも
のである。
電磁波レーダによる距離測定方法および装置に関するも
のである。
[従来の技術]
マイクロ波等の電磁波を用いたレーダは、高粉塵の環境
下でも高い透過性を有するので鉄鋼業等における計測手
段として有効であり、例えば、高炉内の装入物分布形状
測定や転炉内の溶鋼レベル測定、スラグレベル測定に適
用されている。
下でも高い透過性を有するので鉄鋼業等における計測手
段として有効であり、例えば、高炉内の装入物分布形状
測定や転炉内の溶鋼レベル測定、スラグレベル測定に適
用されている。
第3図は従来使用されている周波数変調方式マイクロ波
レーダの一例で、特開昭55−59359号公報におい
て「電磁波による距離測定方法」として提案されている
方法による装置のブロック図であり、21は定電流直流
電源、22はガンダイオード、23はマイクロ波、24
は共振器、25はバイアス回路、26はバラクタ・ダイ
オード、27は周波数変調されたマイクロ波、28は方
向性結合器、29はサーキュレータ、30は混合器、3
1はアンテナ、32は送信波、33は測距対象、34は
モータ、35はボールネジ、36は反射波、37はビー
ト波、38はフィルタ、39は増幅器、40は波形整形
回路、41はカウンタ、42は演算回路、dは測定距隔
である。
レーダの一例で、特開昭55−59359号公報におい
て「電磁波による距離測定方法」として提案されている
方法による装置のブロック図であり、21は定電流直流
電源、22はガンダイオード、23はマイクロ波、24
は共振器、25はバイアス回路、26はバラクタ・ダイ
オード、27は周波数変調されたマイクロ波、28は方
向性結合器、29はサーキュレータ、30は混合器、3
1はアンテナ、32は送信波、33は測距対象、34は
モータ、35はボールネジ、36は反射波、37はビー
ト波、38はフィルタ、39は増幅器、40は波形整形
回路、41はカウンタ、42は演算回路、dは測定距隔
である。
この従来の方法は、通常の周波数変調方式に加えて、ア
ンテナ31をモータ34により回転されるボールねじ3
5等の適宜な移動装置により、送信波32のビームと同
方向、すなわち測距対象33に対して遠近するいずれか
の方向にλ/4(λはマイクロ波の波長)あるいは、そ
の整数倍(k倍とする)で移動するようにして、ビート
波37には初期位相がOからにπに亘る位相変調を加え
て、高精度の距離データを得るようにしている。
ンテナ31をモータ34により回転されるボールねじ3
5等の適宜な移動装置により、送信波32のビームと同
方向、すなわち測距対象33に対して遠近するいずれか
の方向にλ/4(λはマイクロ波の波長)あるいは、そ
の整数倍(k倍とする)で移動するようにして、ビート
波37には初期位相がOからにπに亘る位相変調を加え
て、高精度の距離データを得るようにしている。
[解決しようとする問題点]
しかしながら、上記の従来技術では、ビート波に位相変
調を加える時間、即ちアンテナをλ/4だけ機械的に移
動する時間が必要である。そのため測定時間として約1
秒を要するので、測定対象が非常に速い動きを行う場合
応答性に欠けるとともに、駆動機構が必要であるため、
装置が大型化する。
調を加える時間、即ちアンテナをλ/4だけ機械的に移
動する時間が必要である。そのため測定時間として約1
秒を要するので、測定対象が非常に速い動きを行う場合
応答性に欠けるとともに、駆動機構が必要であるため、
装置が大型化する。
本発明は、上記の問題点を解決し、測定時間が速く、機
械的な駆動機構を必要とせずに高精度を実現する電磁波
レーダ測距方法および装置を得ることを目的としている
。
械的な駆動機構を必要とせずに高精度を実現する電磁波
レーダ測距方法および装置を得ることを目的としている
。
[問題点を解決するための手段]
本発明の電磁波レーダ測距方法は、ビート信号瞬間値を
自乗した後に直流分を除去し増幅して新たなビート信号
とする処理を1乃至複数回行って、同処理により得られ
たビート信号の波の数を計数し、同波の数の計数結果よ
り測定対象までの距離を演算することを特徴とし、また
、本発明の電磁波レーダ測距装置は、ビート信号瞬間値
を自乗した後に直流分を除去し増幅して新たなビート信
号とするビート信号自乗増幅回路が単数または複数箇直
列に設けられたことを特徴としている。
自乗した後に直流分を除去し増幅して新たなビート信号
とする処理を1乃至複数回行って、同処理により得られ
たビート信号の波の数を計数し、同波の数の計数結果よ
り測定対象までの距離を演算することを特徴とし、また
、本発明の電磁波レーダ測距装置は、ビート信号瞬間値
を自乗した後に直流分を除去し増幅して新たなビート信
号とするビート信号自乗増幅回路が単数または複数箇直
列に設けられたことを特徴としている。
[作用]
周波数変調方式の電磁波レーダにおいては、測定される
距離情報が送信波受信波のビート信号として得られるが
、同ビート信号からの情報取り出しは従来零交叉点(ゼ
ロクロス点:交流電圧、電流が正から負、あるいは負か
ら正になる瞬間)の計数により行われている。
距離情報が送信波受信波のビート信号として得られるが
、同ビート信号からの情報取り出しは従来零交叉点(ゼ
ロクロス点:交流電圧、電流が正から負、あるいは負か
ら正になる瞬間)の計数により行われている。
前記零交叉点は交流信号の半波長に1つであるので、ビ
ート信号の半波長以下の情報は切り捨てられている。し
たがって、この切り捨てられている情報を拾いあげるこ
とによって検出感度の向上を図ることができる。
ート信号の半波長以下の情報は切り捨てられている。し
たがって、この切り捨てられている情報を拾いあげるこ
とによって検出感度の向上を図ることができる。
本発明は上記の観点からなされたもので、検出が容易で
誤動作の少ない零交叉点検出法を活かしながら、半波長
以下のビート信号位相を検出しようとするものである。
誤動作の少ない零交叉点検出法を活かしながら、半波長
以下のビート信号位相を検出しようとするものである。
そのために、正弦波交流であるビート信号電圧を自乗し
てリプル(周波数が2倍)のある脈流とし、同脈流の直
流分を除去して周波数がもとのビート信号の2倍の交流
電圧を得る。この交流電圧を零交叉点検出処理すれば、
零交叉点が2倍であるので、検出感度が従来の2倍とな
る。
てリプル(周波数が2倍)のある脈流とし、同脈流の直
流分を除去して周波数がもとのビート信号の2倍の交流
電圧を得る。この交流電圧を零交叉点検出処理すれば、
零交叉点が2倍であるので、検出感度が従来の2倍とな
る。
この自乗・直流除去の処理を多数回繰り返せば。
零交叉点の数も2倍、2倍と増加してそれにともなって
距離検出感度が向上する。
距離検出感度が向上する。
[実施例コ
以下、本発明の一実施例を図面により詳細に説明する。
第1図は一実施例としての電磁波レーダ測距方法による
電磁波レーダ測距装置のブロック図であって、1はレー
ダ部で下記2〜6で構成されており、2はマイクロ波を
生成する高周波発振器、3は分波器、4はチューナ、5
は送受信アンテナ、6は検波器である。
電磁波レーダ測距装置のブロック図であって、1はレー
ダ部で下記2〜6で構成されており、2はマイクロ波を
生成する高周波発振器、3は分波器、4はチューナ、5
は送受信アンテナ、6は検波器である。
7a、7b は第1.第2のビート信号自乗増幅回路
であり、入力ビート信号の瞬間値を自乗して出力する第
1.第2の自乗器8a、8b 、ビート信号の直流分を
除去する第1.第2のオフセット除去回路9a、9b
、ビート信号を増幅し減衰分を回復させる第1.第2の
増幅器10a、lobよりなっている。
であり、入力ビート信号の瞬間値を自乗して出力する第
1.第2の自乗器8a、8b 、ビート信号の直流分を
除去する第1.第2のオフセット除去回路9a、9b
、ビート信号を増幅し減衰分を回復させる第1.第2の
増幅器10a、lobよりなっている。
11は高周波発振器2の発振周波数を変化させる変調信
号を発生する周波数変調用発振器、12はビート信号自
乗増幅回路7の出力するビート信号を受けて零交叉点数
を計数するカウンタ、13はカウンタ12の計数値より
ターゲット14までの距離を演算する距離演算回路、1
4は距離測定されるターゲット、15は送信波、16は
反射波である。
号を発生する周波数変調用発振器、12はビート信号自
乗増幅回路7の出力するビート信号を受けて零交叉点数
を計数するカウンタ、13はカウンタ12の計数値より
ターゲット14までの距離を演算する距離演算回路、1
4は距離測定されるターゲット、15は送信波、16は
反射波である。
ここで、ビート信号の自乗処理について説明する。マイ
クロ波など電磁波を正弦波で周波数変調を行って送信波
受信波を重ねた場合の、ビート信号wbは、(1)式で
表わされる。
クロ波など電磁波を正弦波で周波数変調を行って送信波
受信波を重ねた場合の、ビート信号wbは、(1)式で
表わされる。
Wb=cos (Wc・c + Y @cos(2tc
t / Tf))・・・・・・・・・(1) γ;2π・ΔF・τ=2π・ΔF・(2d/c)・・・
・・・・・・(2) ここでWc:搬送波中心角周波数 τ:電磁波伝播時間(=2d/c) d:測定距離 C:光速 Tf:周波数変調の周期 ΔF:最大周波数偏移 である。
t / Tf))・・・・・・・・・(1) γ;2π・ΔF・τ=2π・ΔF・(2d/c)・・・
・・・・・・(2) ここでWc:搬送波中心角周波数 τ:電磁波伝播時間(=2d/c) d:測定距離 C:光速 Tf:周波数変調の周期 ΔF:最大周波数偏移 である。
したがって、位相変化量γに測定距離dの情報が含まれ
ている。
ている。
さて、ビート信号wbを自乗することにより得られる信
号wb、は、 Wb、 = −(1+cos(2Wc・τ+ 2 y・
cos(2πt/Tf))) −−−−−−−−・(
3)となり、直流分(オフセット)除去ならびに増幅を
行った信号wb、は(4)式となる。
号wb、は、 Wb、 = −(1+cos(2Wc・τ+ 2 y・
cos(2πt/Tf))) −−−−−−−−・(
3)となり、直流分(オフセット)除去ならびに増幅を
行った信号wb、は(4)式となる。
Wb2=CoS〔2WC0τ+2γ
・cos(2tc t / Tf)] ・・・−−
(4)したがって、信号Wb2はwbに比べ、位相変化
量が2Yとなり2倍となる。その結果、ビート信号の零
交叉点数も2倍となる。
(4)したがって、信号Wb2はwbに比べ、位相変化
量が2Yとなり2倍となる。その結果、ビート信号の零
交叉点数も2倍となる。
本実施例の装置はこのように構成されており。
次に述べるように動作する。
レーダ部1で得られたビート信号wbを自乗器8a、オ
フセット除去口149a、増幅器10aを1組としたビ
ート信号自乗増幅回路7aにより、前記(3)、(4)
式の処理を行うと、周波数変調の1周期の間にビート信
号が瞬間的に零となる零交叉点数の数が2倍となり同零
交叉点数で結果を演算している場合は量子化誤差が1/
2となる。
フセット除去口149a、増幅器10aを1組としたビ
ート信号自乗増幅回路7aにより、前記(3)、(4)
式の処理を行うと、周波数変調の1周期の間にビート信
号が瞬間的に零となる零交叉点数の数が2倍となり同零
交叉点数で結果を演算している場合は量子化誤差が1/
2となる。
さらにビート信号自乗増幅回路7b〜を多数接続しN段
直列とすると位相変化量は2N・γとなる。
直列とすると位相変化量は2N・γとなる。
ビート信号自乗増幅回路7a、b、・・・で処理された
ビート信号はカウンタ12により周波数変調の1周期内
の零交叉点数を計数される。計数結果は。
ビート信号はカウンタ12により周波数変調の1周期内
の零交叉点数を計数される。計数結果は。
距離演算回路13により測定距離dに換算される。
この結果1周波数変調電磁波レーダの固有誤差(量子化
誤差)を1/2Nに軽減できる。
誤差)を1/2Nに軽減できる。
第2図に本発明に基づく周波数変調電磁波レーダの測距
試験結果を示す。本試験では前記ビート信号自乗増幅回
路直列数Nを2とした。ターゲット14までの距離を横
軸とし、検出されたビート信号零交叉点数を縦軸として
いる。0印と実線18は本実施例による測定結果、X印
と点線19は従来技術において測定時間を本発明と等し
く周波数変調周期IIIISとした(アンテナの機械的
な駆動は行わない)場合の測定結果である。
試験結果を示す。本試験では前記ビート信号自乗増幅回
路直列数Nを2とした。ターゲット14までの距離を横
軸とし、検出されたビート信号零交叉点数を縦軸として
いる。0印と実線18は本実施例による測定結果、X印
と点線19は従来技術において測定時間を本発明と等し
く周波数変調周期IIIISとした(アンテナの機械的
な駆動は行わない)場合の測定結果である。
同第2図より、従来技術による固有誤差が1mであるの
に対し、本試験による固有誤差は25CI11となり1
/4に軽減されていることが判る。
に対し、本試験による固有誤差は25CI11となり1
/4に軽減されていることが判る。
このようにして、本実施例の電磁波レーダ測距方法によ
る装置により、下記の効果を得ることができた。
る装置により、下記の効果を得ることができた。
(1)測定時間が周波数変調の1周期で済むため、例え
ば従来技術の1/1000である。
ば従来技術の1/1000である。
(2)多段のビート信号自乗増幅処理により、周波数変
調帯域が100MHz程度の狭帯域でも高精度の測定が
可能である。
調帯域が100MHz程度の狭帯域でも高精度の測定が
可能である。
(3)機械的な駆動機構は不要であり、装置の小型化を
図ることができる。
図ることができる。
[発明の効果]
本発明の電磁波レーダ測距方法は、ビート信号瞬間値を
自乗した後に直流分を除去し増幅して新たなビート信号
とする処理を1乃至複数回行って、同処理により得られ
たビート信号の波の数を計数し、同波の数の計数結果よ
り測定対象までの距離を演算し、また1本発明の電磁波
レーダ測距装置は前記電磁波レーダ測距方法を効果的に
実現するので、 (1)位相変調が不要であり位相変調時間が省け、応答
性に優れ、測定時間が短縮できる。
自乗した後に直流分を除去し増幅して新たなビート信号
とする処理を1乃至複数回行って、同処理により得られ
たビート信号の波の数を計数し、同波の数の計数結果よ
り測定対象までの距離を演算し、また1本発明の電磁波
レーダ測距装置は前記電磁波レーダ測距方法を効果的に
実現するので、 (1)位相変調が不要であり位相変調時間が省け、応答
性に優れ、測定時間が短縮できる。
(2)複数個のビート信号自乗増幅回路により周波数変
調電磁波レーダに固有な誤差を軽減できるため高精度な
測定が可能である。
調電磁波レーダに固有な誤差を軽減できるため高精度な
測定が可能である。
(3)ビート信号検出精度が向上した分だけ、周波数変
調帯域を狭くすることができるので、マイクロ波レーダ
部を小型、軽量とすることができる。
調帯域を狭くすることができるので、マイクロ波レーダ
部を小型、軽量とすることができる。
また、信号処理回路の構成が簡便であり、信号処理回路
の小型化が可能となる。
の小型化が可能となる。
以上のような優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は一実施例としての電磁波レーダ測距方法による
電磁波レーダ測距装置のブロック図、第2図は測距試験
結果、第3図は従来の電磁波レーダ測距方法による装置
のブロック図である。 1・・・・・・レーダ部、2・・・・・・高周波発振器
、3・・・・・・分波器、4・・・・・・チューナ、5
・・・・・・送受信アンテナ。 6・・・・・・検波器、7 a、7 b ・・・・・・
第1.第2のビート信号自乗増幅回路、8a、8b ・
・・・・・第1.第2の自乗器、9a、9b ・・・・
・・第1.第2のオフセット除去回路、10 a、10
b ・・・・・・第1.第2の増幅器、11・・・・
・・周波数変調用発振器、12・・・・・・カウンタ、
13・・・・・・距離演算回路、14・・・・・・ター
ゲット、15・・・・・・送信波、16・・・・・・反
射波、18・・・・・・本実施例による距離測定結果、
19・・・・・・従来技術による距離測定結果。 特許出頭人 株式会社 神戸製鋼所 代理人 弁理士 小 林 傅 第1図 第2因 2巨雅(m) 第3図
電磁波レーダ測距装置のブロック図、第2図は測距試験
結果、第3図は従来の電磁波レーダ測距方法による装置
のブロック図である。 1・・・・・・レーダ部、2・・・・・・高周波発振器
、3・・・・・・分波器、4・・・・・・チューナ、5
・・・・・・送受信アンテナ。 6・・・・・・検波器、7 a、7 b ・・・・・・
第1.第2のビート信号自乗増幅回路、8a、8b ・
・・・・・第1.第2の自乗器、9a、9b ・・・・
・・第1.第2のオフセット除去回路、10 a、10
b ・・・・・・第1.第2の増幅器、11・・・・
・・周波数変調用発振器、12・・・・・・カウンタ、
13・・・・・・距離演算回路、14・・・・・・ター
ゲット、15・・・・・・送信波、16・・・・・・反
射波、18・・・・・・本実施例による距離測定結果、
19・・・・・・従来技術による距離測定結果。 特許出頭人 株式会社 神戸製鋼所 代理人 弁理士 小 林 傅 第1図 第2因 2巨雅(m) 第3図
Claims (2)
- (1)周波数変調された電磁波を測定対象に送信して、
測距対象からの反射波を受信し、同受信した反射波と前
記の周波数変調された電磁波とを混合検波してビート信
号を得て、同得られたビートから測距対象までの距離を
測定する電 磁波レーダ測距方法において、前記ビート信号瞬間値を
自乗した後に直流分を除去し増幅して新たなビート信号
とする処理を1乃至複数回行って、同処理により得られ
たビート信号の波の数を計数し、同波の数の計数結果よ
り測定対象までの距離を演算することを特徴とする電磁
波レーダ測距方法。 - (2)周波数変調された電磁波を測定対象に送信して、
測距対象からの反射波を受信し、同受信した反射波と前
記の周波数変調された電磁波とを混合検波してビート信
号を得て、同得られたビート信号から、測距対象までの
距離を測定する電磁波レーダ測距装置において、前記ビ
ート信号瞬間値を自乗した後に直流分を除去し増幅して
新たなビート信号とするビート信号自乗増幅回路が単数
または複数箇直列に設けられたことを特徴とする電磁波
レーダ測距装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30333587A JPH01145590A (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | 電磁波レーダ測距方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30333587A JPH01145590A (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | 電磁波レーダ測距方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01145590A true JPH01145590A (ja) | 1989-06-07 |
JPH0450543B2 JPH0450543B2 (ja) | 1992-08-14 |
Family
ID=17919735
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30333587A Granted JPH01145590A (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | 電磁波レーダ測距方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01145590A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5240445A (en) * | 1989-05-18 | 1993-08-31 | Sukuki Jidosha Koygo Kabushiki Kaisha | Power steering system of outboard motor |
JP2009512870A (ja) * | 2005-10-24 | 2009-03-26 | ミツビシ・エレクトリック・インフォメイション・テクノロジー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ | 物体測距 |
-
1987
- 1987-12-02 JP JP30333587A patent/JPH01145590A/ja active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5240445A (en) * | 1989-05-18 | 1993-08-31 | Sukuki Jidosha Koygo Kabushiki Kaisha | Power steering system of outboard motor |
JP2009512870A (ja) * | 2005-10-24 | 2009-03-26 | ミツビシ・エレクトリック・インフォメイション・テクノロジー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ | 物体測距 |
US8410976B2 (en) | 2005-10-24 | 2013-04-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Frequency-modulated interrupted continuous wave radar using pulses derived from a frequency-modulated signal in which the rate of frequency change increases at the boundary of a pulse repetition interval |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0450543B2 (ja) | 1992-08-14 |
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