JPH03282284A - 距離計測装置 - Google Patents
距離計測装置Info
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- JPH03282284A JPH03282284A JP2081312A JP8131290A JPH03282284A JP H03282284 A JPH03282284 A JP H03282284A JP 2081312 A JP2081312 A JP 2081312A JP 8131290 A JP8131290 A JP 8131290A JP H03282284 A JPH03282284 A JP H03282284A
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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、擬似ランダム信号処理を利用したレーダ装置
により地中、空中等の対象物までの距離計測を行う距離
計測装置に関するものである。
により地中、空中等の対象物までの距離計測を行う距離
計測装置に関するものである。
[従来の技術]
擬似ランダム信号を利用したレーダ方式の距離計測装置
としては、例えばパターンは同一で周波数がわずかに異
なる2つのM系列信号を使用したマイクロ波M系列レー
ダが特願昭63−250784号“距離計測方法及びそ
の装置°にて提案されていいる。
としては、例えばパターンは同一で周波数がわずかに異
なる2つのM系列信号を使用したマイクロ波M系列レー
ダが特願昭63−250784号“距離計測方法及びそ
の装置°にて提案されていいる。
第5図は上記出願で提案されている距離計測装置の構成
を示すブロック図である。図において、Ba、 7aは
擬似ランダム信号発生器、8,9はクロック信号発生器
、10は受信器、I1は乗算器(変調器)、12は乗算
器(ミキサ)、13はローパスフィルタ、14は搬送波
発振器、15は分配器、16は送信器、17は乗算器(
ミキサ)、18は分配器、19はハイブリット結合器、
20.21は乗算器(ミキサ)、22、23はローパス
フィルタ、24.25は2乗器、26は加算器、27は
伝播時間測定器、28は距離換算器、29は送信アンテ
ナであり、30は受信アンテナである。
を示すブロック図である。図において、Ba、 7aは
擬似ランダム信号発生器、8,9はクロック信号発生器
、10は受信器、I1は乗算器(変調器)、12は乗算
器(ミキサ)、13はローパスフィルタ、14は搬送波
発振器、15は分配器、16は送信器、17は乗算器(
ミキサ)、18は分配器、19はハイブリット結合器、
20.21は乗算器(ミキサ)、22、23はローパス
フィルタ、24.25は2乗器、26は加算器、27は
伝播時間測定器、28は距離換算器、29は送信アンテ
ナであり、30は受信アンテナである。
第6図は擬似ランダム信号発生器として用いられる7ビ
ツトのM系列信号発生器の構成図であり、31は7段構
成のシフトレジスタ、32は排他的論理和回路である。
ツトのM系列信号発生器の構成図であり、31は7段構
成のシフトレジスタ、32は排他的論理和回路である。
次に動作説明をする。擬似ランダム信号発生器6a、
7aには例えば第6図のM系列信号発生器が使用でき、
例えばECL (エミッタ・カップル・ロジック)素子
による7段構成のシフトレジスタ31と排他的論理和回
路32により構成される。M系列信号は符号の“1″
(正電圧の+Eが対応する)と“0” (負電圧の−E
が対応する)の組み合せによる周期性循環信号であり、
本例の7ビツトの− 場合2 1−127個(I27チツプともいう)の信
号を発生すると1周期が完了し、この周期を繰り返した
循環信号を発生する。擬似ランダム信号発生器8a、
7aは同一回路で構成されるため、両者の出力信号は全
く同一パターンの信号となる。但し、供給されるクロッ
ク周波数がわずかに異なるためその1周期もわずかに異
っている。
7aには例えば第6図のM系列信号発生器が使用でき、
例えばECL (エミッタ・カップル・ロジック)素子
による7段構成のシフトレジスタ31と排他的論理和回
路32により構成される。M系列信号は符号の“1″
(正電圧の+Eが対応する)と“0” (負電圧の−E
が対応する)の組み合せによる周期性循環信号であり、
本例の7ビツトの− 場合2 1−127個(I27チツプともいう)の信
号を発生すると1周期が完了し、この周期を繰り返した
循環信号を発生する。擬似ランダム信号発生器8a、
7aは同一回路で構成されるため、両者の出力信号は全
く同一パターンの信号となる。但し、供給されるクロッ
ク周波数がわずかに異なるためその1周期もわずかに異
っている。
クロック発生器8,9は共に水晶発振子を内蔵し、十分
周波数の安定したクロック信号を発生するが、その発生
周波数がわずかに異っている。この例ではクロック発生
器8の発生周波数f1は1゜0.004 MHz 、ク
ロック発生器9の発生周波数f2は99.998MHz
とし、その周波数差はfl−I2−8 KHzとしてい
る。クロック発生器8及び9がらそれぞれ出力されるク
ロック信号f 及びI2は、■ それぞれ擬似ランダム信号発生器6a及び7aに供給さ
れる。擬似ランダム信号発生器6a及び7aは、駆動用
クロック信号の周波数差によりそれぞれの1周期がわず
かに異なるが同一パターンのM系列信号M 及びM2を
出力する。いま2つのM系列信■ 号M 及びM2の周期を求めると、 ■ Mlの周期−127X l/10(1,004MHz’
= 1269.9492nsM2の周期−127X l
/ 99.996MHz’;1270.0508nsと
なる。即ち2つのM系列信号M 及びM2は約1270
ns (10=秒)の周期を有すが、両者の周期には約
0.1nsの時間差がある。それ故この2つのM系列信
号M 及びM2を循環して発生させ、ある■ 時刻t で2つのM系列信号のパターンが一致したとす
ると、1周期の時間経過毎に0.1nsのずれが両信号
間に生じ、100周期後には10nsのずれが両信号間
に生ずる。
周波数の安定したクロック信号を発生するが、その発生
周波数がわずかに異っている。この例ではクロック発生
器8の発生周波数f1は1゜0.004 MHz 、ク
ロック発生器9の発生周波数f2は99.998MHz
とし、その周波数差はfl−I2−8 KHzとしてい
る。クロック発生器8及び9がらそれぞれ出力されるク
ロック信号f 及びI2は、■ それぞれ擬似ランダム信号発生器6a及び7aに供給さ
れる。擬似ランダム信号発生器6a及び7aは、駆動用
クロック信号の周波数差によりそれぞれの1周期がわず
かに異なるが同一パターンのM系列信号M 及びM2を
出力する。いま2つのM系列信■ 号M 及びM2の周期を求めると、 ■ Mlの周期−127X l/10(1,004MHz’
= 1269.9492nsM2の周期−127X l
/ 99.996MHz’;1270.0508nsと
なる。即ち2つのM系列信号M 及びM2は約1270
ns (10=秒)の周期を有すが、両者の周期には約
0.1nsの時間差がある。それ故この2つのM系列信
号M 及びM2を循環して発生させ、ある■ 時刻t で2つのM系列信号のパターンが一致したとす
ると、1周期の時間経過毎に0.1nsのずれが両信号
間に生じ、100周期後には10nsのずれが両信号間
に生ずる。
ここでM系列信号は1周期1270nsに127個の信
号を発生するので、1信号の発生時間はtonsである
。従って2つのM系列信号M 及びM2間に10nsの
ずれが生ずるこということは、M系列信号が1個分ずれ
たことに相当する。擬似ランダム信号発生器6aの出力
M1は乗算器11及び12に、また擬似ランダム信号発
生器7aの出力M2は乗算器12及び17にそれぞれ供
給される。
号を発生するので、1信号の発生時間はtonsである
。従って2つのM系列信号M 及びM2間に10nsの
ずれが生ずるこということは、M系列信号が1個分ずれ
たことに相当する。擬似ランダム信号発生器6aの出力
M1は乗算器11及び12に、また擬似ランダム信号発
生器7aの出力M2は乗算器12及び17にそれぞれ供
給される。
搬送波発生器14は例えば周波数約10GHzのマイク
ロ波を発振し、その出力信号は分配器15により分配さ
れ、乗算器11及びハイブリッド結合器19に供給され
る。乗算器11は例えばダブルバランスドミクサにより
構成され、分配器15より入力される周波数約10GH
zの搬送波と擬似ランダム信号発生器8aより入力され
るM系列信号M1との乗算を行ない、搬送波を位相変調
したスペクトル拡散信号を出力し送信器16へ供給する
。
ロ波を発振し、その出力信号は分配器15により分配さ
れ、乗算器11及びハイブリッド結合器19に供給され
る。乗算器11は例えばダブルバランスドミクサにより
構成され、分配器15より入力される周波数約10GH
zの搬送波と擬似ランダム信号発生器8aより入力され
るM系列信号M1との乗算を行ない、搬送波を位相変調
したスペクトル拡散信号を出力し送信器16へ供給する
。
送信器16は入力されたスペクトル拡散信号を電力増幅
し、送信アンテナ29を介して電磁波に変換しターゲッ
トに向けて放射する。また、送信アンテナ29及び受信
アンテナ30は例えばホーンアンテナを用い、指向性を
鋭く絞ることにより測定対象物以外からの反射電力を可
及的に小さくしている。
し、送信アンテナ29を介して電磁波に変換しターゲッ
トに向けて放射する。また、送信アンテナ29及び受信
アンテナ30は例えばホーンアンテナを用い、指向性を
鋭く絞ることにより測定対象物以外からの反射電力を可
及的に小さくしている。
また、アンテナゲインは例えばいずれも約20dB程度
である。
である。
送信アンテナ29からターゲットに向けて放射された電
磁波は、ターゲットで反射され受信アンテナ30を介し
て電気信号に変換され受信器10へ入力される。受信器
10へ入力信号が供給されるタイミングは、当然送信ア
ンテナ29から電磁波が放射されたタイミングから電磁
波がターゲットまでの距離を往復し受信アンテナ30に
到達するまでの電磁波の伝播時間だけ遅延している。受
信器10は入力信号を増幅し乗算器17へ供給する。
磁波は、ターゲットで反射され受信アンテナ30を介し
て電気信号に変換され受信器10へ入力される。受信器
10へ入力信号が供給されるタイミングは、当然送信ア
ンテナ29から電磁波が放射されたタイミングから電磁
波がターゲットまでの距離を往復し受信アンテナ30に
到達するまでの電磁波の伝播時間だけ遅延している。受
信器10は入力信号を増幅し乗算器17へ供給する。
一方、乗算器12に擬似ランダム信号発生器6a及び7
aからそれぞれ入力されたM系列信号M1及びM2は乗
算され、その乗算値の時系列信号はローパスフィルタ1
3へ供給される。乗算器12へ入力される2つの擬似ラ
ンダム信号の位相が一致している場合は+Eの出力電圧
が継続するが、両信号の位相が一致していない場合は+
Eと−Eの出力電圧がランダムに発生する。ローパスフ
ィルタ13゜22、23は周波数の帯域制限を行なうこ
とにより、一種の積分機能を有し両信号の相関演算値の
積分信号として、両信号の位相が一致している場合には
パルス状信号を出力する。また、両信号の位相か不一致
の場合には出力は零となる。
aからそれぞれ入力されたM系列信号M1及びM2は乗
算され、その乗算値の時系列信号はローパスフィルタ1
3へ供給される。乗算器12へ入力される2つの擬似ラ
ンダム信号の位相が一致している場合は+Eの出力電圧
が継続するが、両信号の位相が一致していない場合は+
Eと−Eの出力電圧がランダムに発生する。ローパスフ
ィルタ13゜22、23は周波数の帯域制限を行なうこ
とにより、一種の積分機能を有し両信号の相関演算値の
積分信号として、両信号の位相が一致している場合には
パルス状信号を出力する。また、両信号の位相か不一致
の場合には出力は零となる。
従って、ローパスフィルタ13の出力には周期的にパル
ス状信号が発生する。このパルス状信号は時刻の基準信
号として伝播時間測定器27へ供給される。この基準信
号の周期TBは、本例の場合はf −100,004
MHz、 f 2−99−996MHzであるのでT
B−15−875Ilsとなる。
ス状信号が発生する。このパルス状信号は時刻の基準信
号として伝播時間測定器27へ供給される。この基準信
号の周期TBは、本例の場合はf −100,004
MHz、 f 2−99−996MHzであるのでT
B−15−875Ilsとなる。
また、乗算器17へは受信器IOからの受信信号と擬似
ランダム信号発生器7aからのM系列信号M2か入力さ
れ、両信号の乗算が行なわれる。二の乗算器17の乗算
結果は、第1のM系列信号M1により送信用搬送波が位
相変調される受信信号の被変調位相と、第2のM系列信
号M2の位相が一致している場合は位相の揃った搬送波
信号とし出力され、受信信号の被変調位相とM系列信号
M2の位相が異なるときには位相のランダムな搬送波と
して出力され分配器18へ供給される。分配器18は入
力信号を2つに分配し、その分配出力R1及 びR2を
それぞれ乗算器20及び21へ供給する。
ランダム信号発生器7aからのM系列信号M2か入力さ
れ、両信号の乗算が行なわれる。二の乗算器17の乗算
結果は、第1のM系列信号M1により送信用搬送波が位
相変調される受信信号の被変調位相と、第2のM系列信
号M2の位相が一致している場合は位相の揃った搬送波
信号とし出力され、受信信号の被変調位相とM系列信号
M2の位相が異なるときには位相のランダムな搬送波と
して出力され分配器18へ供給される。分配器18は入
力信号を2つに分配し、その分配出力R1及 びR2を
それぞれ乗算器20及び21へ供給する。
分配器15より送信用搬送波の一部が供給されたハイブ
リッド結合器19は、入力信号に対して同相成分の(位
相0度の)信号lと直角成分の(位相90度の)信号Q
とを出力し、それぞれ乗算器20及び21へ供給する。
リッド結合器19は、入力信号に対して同相成分の(位
相0度の)信号lと直角成分の(位相90度の)信号Q
とを出力し、それぞれ乗算器20及び21へ供給する。
乗算器20はハイブリッド結合器19より入力する信号
I (即ち搬送波発振器14の出力と同相の信号)と分
配器18より入力する前記信号R1との乗算を行ない、
同様に乗算器21は入力する信号Q(即ち搬送波発振器
14の出力と90度位相の異なる信号)と前記信号R2
との乗算を行ない、それぞれ受信信号中の位相O変成分
(I−R,)と位相90度成分(Q−R2)とを抽出し
、被検波信号として出力する。この被検波信号としての
信号I−R,とQ−R2はそれぞれローパスフィルタ2
2及び23へ供給される。
I (即ち搬送波発振器14の出力と同相の信号)と分
配器18より入力する前記信号R1との乗算を行ない、
同様に乗算器21は入力する信号Q(即ち搬送波発振器
14の出力と90度位相の異なる信号)と前記信号R2
との乗算を行ない、それぞれ受信信号中の位相O変成分
(I−R,)と位相90度成分(Q−R2)とを抽出し
、被検波信号として出力する。この被検波信号としての
信号I−R,とQ−R2はそれぞれローパスフィルタ2
2及び23へ供給される。
ローパスフィルタ22及び23は周波数の帯域制限を行
なうことにより積分機能を有し、2信号の相関演算値の
積分を行なう。即ち乗算器17の出力より分配器18を
介して乗算器20に入力される前記信号R1とハイブリ
ッド結合器19より乗算器20に入力される前記信号I
の位相が一致したとき、同様に乗算器21に入力される
前記信号R2と信号Qの位相が一致したとき、乗算器2
0及び21の出力信号はそれぞれ一定極性のパルス信号
(電圧十Eのパルス信号)となり、この信号を積分した
ローパスフィルタ22及び23の出力には大きな正電圧
が得られる。また前記信号R1と信号Iの位相の不一致
のとき、及び前記信号R2と信号Qの位相の不一致のと
き、乗算器20及び21の出力信号は、それぞれランダ
ムに変化する正負両極性のパルス信号(即ち電圧+Eと
−Eのパルス信号)となり、この信号を積分したローパ
スフィルタ22及び23の出力は零となる。
なうことにより積分機能を有し、2信号の相関演算値の
積分を行なう。即ち乗算器17の出力より分配器18を
介して乗算器20に入力される前記信号R1とハイブリ
ッド結合器19より乗算器20に入力される前記信号I
の位相が一致したとき、同様に乗算器21に入力される
前記信号R2と信号Qの位相が一致したとき、乗算器2
0及び21の出力信号はそれぞれ一定極性のパルス信号
(電圧十Eのパルス信号)となり、この信号を積分した
ローパスフィルタ22及び23の出力には大きな正電圧
が得られる。また前記信号R1と信号Iの位相の不一致
のとき、及び前記信号R2と信号Qの位相の不一致のと
き、乗算器20及び21の出力信号は、それぞれランダ
ムに変化する正負両極性のパルス信号(即ち電圧+Eと
−Eのパルス信号)となり、この信号を積分したローパ
スフィルタ22及び23の出力は零となる。
ローパスフィルタ22及び23により上記の如く積分処
理された位相0変成分と位相90度成分の信号はそれぞ
れ2乗器24及び25に供給される。2乗器24及び2
5はそれぞれ入力信号の振巾を2乗演算し、その演算結
果の出力信号を加算器17に供給する。
理された位相0変成分と位相90度成分の信号はそれぞ
れ2乗器24及び25に供給される。2乗器24及び2
5はそれぞれ入力信号の振巾を2乗演算し、その演算結
果の出力信号を加算器17に供給する。
加算器26は両人力信号を加算してパルス状検出信号を
出力し、伝播時間測定器27に供給する。いまこの検出
信号の最大値発生時刻をtbとする。
出力し、伝播時間測定器27に供給する。いまこの検出
信号の最大値発生時刻をtbとする。
このように受信信号とM系列信号M2との相関処理によ
り得られた信号から送信用搬送波の位相0変成分と位相
90度成分をそれぞれ検波し、この被検波信号をそれぞ
れ積分処理後2乗演算し、この1対の2乗値の和として
対象物検出信号を得る方式は構成が多少複雑であるが、
高感度の対象物検出信号を得ることができる。また、M
系列信号のような擬似ランダム信号の相関出力を得るよ
うにしているので雑音の影響を低減し信号を強調するた
め、信号対雑音比(S/N)の高い計測システムを実現
することができる。勿論搬送波の検波方式としては、ク
リスタルを用いた検波方式かあり、感度は低下するが、
構成が単純化されるので、仕様及びコストによりこの方
式を採用することもできる。
り得られた信号から送信用搬送波の位相0変成分と位相
90度成分をそれぞれ検波し、この被検波信号をそれぞ
れ積分処理後2乗演算し、この1対の2乗値の和として
対象物検出信号を得る方式は構成が多少複雑であるが、
高感度の対象物検出信号を得ることができる。また、M
系列信号のような擬似ランダム信号の相関出力を得るよ
うにしているので雑音の影響を低減し信号を強調するた
め、信号対雑音比(S/N)の高い計測システムを実現
することができる。勿論搬送波の検波方式としては、ク
リスタルを用いた検波方式かあり、感度は低下するが、
構成が単純化されるので、仕様及びコストによりこの方
式を採用することもできる。
伝播時間測定器27はローパスフィルタから入力される
基準信号の最大値の発生時刻t と加算器26から入力
される検出信号の最大値の発生時刻t との間の時間T
、を測定する。このため伝播す 時間測定器27は2つの入力信号の最大値発生時刻を検
出する機能を有する。例えば入力電圧値をクロック信号
により逐次サンプルホールドして、現在のクロック信号
によるサンプル値とクロック信号の1つ前のサンプル値
とを電圧比度器により逐次比較して、入力信号の時間に
対する増加状態から減少状態に反転する時刻を検出する
ことにより、入力信号の最大値発生時刻を検出すること
ができる。前記時間T、は基準信号の最大値発生時刻t
と検出信号の最大値発生時刻t、との間の時間として
示される。この時間T、は実際に電磁波が送信及び送信
アンテナ29及び30とターゲットの間の距離を往復す
る伝播時間τのf1/(f1f2)倍だけ時間的に拡大
されて得られる。本例の場合f 1−100.004M
Hz、 f 2−99.996MHzであるので、1
2,500倍に時間が拡大され次式が得られる。
基準信号の最大値の発生時刻t と加算器26から入力
される検出信号の最大値の発生時刻t との間の時間T
、を測定する。このため伝播す 時間測定器27は2つの入力信号の最大値発生時刻を検
出する機能を有する。例えば入力電圧値をクロック信号
により逐次サンプルホールドして、現在のクロック信号
によるサンプル値とクロック信号の1つ前のサンプル値
とを電圧比度器により逐次比較して、入力信号の時間に
対する増加状態から減少状態に反転する時刻を検出する
ことにより、入力信号の最大値発生時刻を検出すること
ができる。前記時間T、は基準信号の最大値発生時刻t
と検出信号の最大値発生時刻t、との間の時間として
示される。この時間T、は実際に電磁波が送信及び送信
アンテナ29及び30とターゲットの間の距離を往復す
る伝播時間τのf1/(f1f2)倍だけ時間的に拡大
されて得られる。本例の場合f 1−100.004M
Hz、 f 2−99.996MHzであるので、1
2,500倍に時間が拡大され次式が得られる。
TD−12,500τ
また、上式の時間T、は前記基準信号の周期TBごとに
得られる。
得られる。
このように計測時間がきわめて大きく拡大されているの
で、対象物の距離を短距離から精度良く計測することが
可能である。従って炉内のスラグレベルや溶鋼レベル等
の短距離のレベル計測装置としても適しているといえる
。
で、対象物の距離を短距離から精度良く計測することが
可能である。従って炉内のスラグレベルや溶鋼レベル等
の短距離のレベル計測装置としても適しているといえる
。
従って、距離換算器2Bは送信及び受信アンテナ29及
び30からターゲットまでの距離Xメートルを次式によ
り求める。
び30からターゲットまでの距離Xメートルを次式によ
り求める。
x −(f −f ) /2f −v−TDl
2 1 −1.2 XIO’ ・T 以上のように、この方法においては第6図に示すシフト
レジスタ31と排他的論理和回路32によるM系列信号
発生器を使用して数十GH2のマイクロ波信号により位
相変調し、送信信号としてアンテナから対象物に対して
送信し、受信した対象物からの反射信号に対して、変調
に使用したM系列信号とパターンは同一で周波数がわず
かに異なるM系列信号の乗算と、搬送波のコヒーレント
検波とを行うことにより信号を高感度に検知し、アンテ
ナから対象物までの信号の伝播にかかる送受信間の信号
の時間遅れを計測することにより、アンテナから対象物
までの距離を算出している。
2 1 −1.2 XIO’ ・T 以上のように、この方法においては第6図に示すシフト
レジスタ31と排他的論理和回路32によるM系列信号
発生器を使用して数十GH2のマイクロ波信号により位
相変調し、送信信号としてアンテナから対象物に対して
送信し、受信した対象物からの反射信号に対して、変調
に使用したM系列信号とパターンは同一で周波数がわず
かに異なるM系列信号の乗算と、搬送波のコヒーレント
検波とを行うことにより信号を高感度に検知し、アンテ
ナから対象物までの信号の伝播にかかる送受信間の信号
の時間遅れを計測することにより、アンテナから対象物
までの距離を算出している。
[発明が解決しようとする課題]
従来の擬似ランダム信号を利用したレーダ方式の距離計
測装置において、シフトレジスタと排他的論理和回路を
デジタル回路で構成した擬似ランダム信号発生器では、
発生可能な擬似ランダム信号がM系列信号、ゴールド符
号等に限られたものとなり、相関特性が良好でサイドロ
ーブの発生しにくい、バー力コード、コンプリメンタリ
符号等の他の擬似ランダム信号を使用することができず
、以下のような問題点がある。
測装置において、シフトレジスタと排他的論理和回路を
デジタル回路で構成した擬似ランダム信号発生器では、
発生可能な擬似ランダム信号がM系列信号、ゴールド符
号等に限られたものとなり、相関特性が良好でサイドロ
ーブの発生しにくい、バー力コード、コンプリメンタリ
符号等の他の擬似ランダム信号を使用することができず
、以下のような問題点がある。
従来のM系列信号を利用したレーダ装置においては、受
信信号に対して相関信号処理を行いノイズを抑制し高感
度な信号検知を行っているが、擬似ランダム信号として
M系列信号を利用する場合、相関処理におけるサイドロ
ーブの発生を抑えるためには、M系列信号を連続的に送
信する必要がある。
信信号に対して相関信号処理を行いノイズを抑制し高感
度な信号検知を行っているが、擬似ランダム信号として
M系列信号を利用する場合、相関処理におけるサイドロ
ーブの発生を抑えるためには、M系列信号を連続的に送
信する必要がある。
このため、送受信用アンテナに近接した不要な反射物が
あり対象物からの反射信号が不要な反射信号にマスクさ
れてしまうような場合に、レーダ装置の信号受信感度を
時間的に変化させることにより不要な反射信号の受信を
抑えて、その影響を抑制しようとしてもそのような処理
をすることができなかった 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であり、バー力コード等任意の擬似ランダム信号を利用
して対象物までの距離測定を行う擬似ランダム信号処理
を利用した距離計測装置を得ることを目的とする。
あり対象物からの反射信号が不要な反射信号にマスクさ
れてしまうような場合に、レーダ装置の信号受信感度を
時間的に変化させることにより不要な反射信号の受信を
抑えて、その影響を抑制しようとしてもそのような処理
をすることができなかった 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であり、バー力コード等任意の擬似ランダム信号を利用
して対象物までの距離測定を行う擬似ランダム信号処理
を利用した距離計測装置を得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段]
本発明に係る距離計測装置は、擬似ランダム信号または
擬似ランダム信号で変調されたマイクロ波信号を送信信
号として利用したレーダ装置において、擬似ランダム信
号発生器として、クロック信号をカウントしそのカウン
ト数を出力するカウンタと、カウンタから入力したカウ
ント数をアドレスとして記憶データの読み出しを行う記
憶装置と、読み出された記憶データを3値信号に変換し
て出力する信号変換器とからなる擬似ランダム信号発生
器を使用し、反射信号の受信手段として、信号受信感度
を時間的に変化させることができる受信器を使用してい
る。
擬似ランダム信号で変調されたマイクロ波信号を送信信
号として利用したレーダ装置において、擬似ランダム信
号発生器として、クロック信号をカウントしそのカウン
ト数を出力するカウンタと、カウンタから入力したカウ
ント数をアドレスとして記憶データの読み出しを行う記
憶装置と、読み出された記憶データを3値信号に変換し
て出力する信号変換器とからなる擬似ランダム信号発生
器を使用し、反射信号の受信手段として、信号受信感度
を時間的に変化させることができる受信器を使用してい
る。
[作 用コ
本発明の擬似ランダム信号発生器において、カウンタは
クロック信号発生器からクロック信号を入力し、クロッ
クのカウントを行いそのカウント数を記憶装置へ出力す
る。そして、カウントがカウンタの上限値まで行われる
と、カウンタはゼロにリセットされ再びカウントを続行
する。この時のリセット信号は受信器へ出力される。記
憶装置は、カウンタから入力されるカウント数をアドレ
スとして記憶装置内の記憶領域のデータを指定し、指定
されたデータの読み出しを行う。この記憶装置内の記憶
領域には、バー力コード等任意の擬似ランダム信号を構
成する符号データが予め記憶されている。
クロック信号発生器からクロック信号を入力し、クロッ
クのカウントを行いそのカウント数を記憶装置へ出力す
る。そして、カウントがカウンタの上限値まで行われる
と、カウンタはゼロにリセットされ再びカウントを続行
する。この時のリセット信号は受信器へ出力される。記
憶装置は、カウンタから入力されるカウント数をアドレ
スとして記憶装置内の記憶領域のデータを指定し、指定
されたデータの読み出しを行う。この記憶装置内の記憶
領域には、バー力コード等任意の擬似ランダム信号を構
成する符号データが予め記憶されている。
信号変換装置は、記憶装置から読み出されるデータの3
値信号への変換を行い、記憶装置から読み出されたデー
タが擬似ランダム信号の符号データの場合には、符号デ
ータ値に対応して+あるいは−の信号を出力し、読み出
されたデータが符号データでない場合にはゼロ信号を出
力する。
値信号への変換を行い、記憶装置から読み出されたデー
タが擬似ランダム信号の符号データの場合には、符号デ
ータ値に対応して+あるいは−の信号を出力し、読み出
されたデータが符号データでない場合にはゼロ信号を出
力する。
擬似ランダム信号発生器は入力されるクロック信号に同
期して記憶装置に記憶されている擬似ランダム信号を繰
り返し出力する。
期して記憶装置に記憶されている擬似ランダム信号を繰
り返し出力する。
また、本発明の受信器は受信アンテナとレーダ装置との
間に挿入され、受信アンテナにより受信された対象物か
らの反射信号を入力し、入力された信号を増幅または減
衰させてレーダ装置へ出力する。受信器での信号の増幅
率または減衰率は、擬似ランダム信号発生器により発生
される擬似ランダム信号の周期に同期して、時間的に変
化させる。
間に挿入され、受信アンテナにより受信された対象物か
らの反射信号を入力し、入力された信号を増幅または減
衰させてレーダ装置へ出力する。受信器での信号の増幅
率または減衰率は、擬似ランダム信号発生器により発生
される擬似ランダム信号の周期に同期して、時間的に変
化させる。
[実施例]
第1図は本発明の一実施例に係る距離計測装置の擬似ラ
ンダム信号発生器の説明図である。第1図(a)はその
擬似ランダム信号発生器の構成を示すブロック図である
。図において、1はカウンタ、2は記憶装置、3は信号
変換器である。
ンダム信号発生器の説明図である。第1図(a)はその
擬似ランダム信号発生器の構成を示すブロック図である
。図において、1はカウンタ、2は記憶装置、3は信号
変換器である。
カウンタ1はクロック信号を入力し、入力クロックのカ
ウントを行い、そのカウント数を記憶装置2へ出力する
。カウンタ1はOからカウント上限値nまでのカウント
を行い、カウント数が上限値nに達するとカウンタ数は
0にリセットされ、再びカウントを行う。本実施例にお
いて、カウンタlは上限値を127として入力されるク
ロック信号に同期して、0から127までのカウントを
繰り返し行う。また、カウンタ数が0にリセットされる
時には外部へ同期パルス信号を出力する。
ウントを行い、そのカウント数を記憶装置2へ出力する
。カウンタ1はOからカウント上限値nまでのカウント
を行い、カウント数が上限値nに達するとカウンタ数は
0にリセットされ、再びカウントを行う。本実施例にお
いて、カウンタlは上限値を127として入力されるク
ロック信号に同期して、0から127までのカウントを
繰り返し行う。また、カウンタ数が0にリセットされる
時には外部へ同期パルス信号を出力する。
記憶装置2はROM、RAM等により構成されるデータ
を記憶するメモリを持ち、カウンタ1からの出力カウン
ト数を入力し、カウント数をメモリのアドレスとしてメ
モリに記憶されている擬似ランダム信号の符号データを
読み出し、信号変換器3への出力を行う。本実施例の記
憶装置2は、それぞれがOから128までのアドレスで
指定される2ビツトのデータ長を持つ128個のメモリ
を持つものとした。各メモリの1ビツト目は、記憶され
る擬似ランダム信号の符号パターンを表し、擬似ランダ
ム信号の符号の1と0に対応してそれぞれ1とOを設定
している。また、メモリの2ビツト目はメモリのデータ
が擬似ランダム信号の符号データであるかどうかを示し
ており、符号データであれば1を、符号データでなけれ
ば0を設定するものとした。
を記憶するメモリを持ち、カウンタ1からの出力カウン
ト数を入力し、カウント数をメモリのアドレスとしてメ
モリに記憶されている擬似ランダム信号の符号データを
読み出し、信号変換器3への出力を行う。本実施例の記
憶装置2は、それぞれがOから128までのアドレスで
指定される2ビツトのデータ長を持つ128個のメモリ
を持つものとした。各メモリの1ビツト目は、記憶され
る擬似ランダム信号の符号パターンを表し、擬似ランダ
ム信号の符号の1と0に対応してそれぞれ1とOを設定
している。また、メモリの2ビツト目はメモリのデータ
が擬似ランダム信号の符号データであるかどうかを示し
ており、符号データであれば1を、符号データでなけれ
ば0を設定するものとした。
第1図(b)は記憶装置2のメモリに符号7のバー力コ
ードの符号データを記憶させた場合の例を示す説明図で
ある。この例ではアドレスの0がら6に対応するメモリ
にバーカコードの符号データに対応して11または10
の2ビツトデータを記憶させ、それ以外のアドレス7か
ら127までに対応するメモリには00を記憶させた。
ードの符号データを記憶させた場合の例を示す説明図で
ある。この例ではアドレスの0がら6に対応するメモリ
にバーカコードの符号データに対応して11または10
の2ビツトデータを記憶させ、それ以外のアドレス7か
ら127までに対応するメモリには00を記憶させた。
この記憶装置12は、カウンタ1からの入力信号に従っ
て、アドレス0から127に対応するデータが順次読み
出されるので、データの読み出しはカウンタ1へ入力さ
れるクロックに同期して、128クロック分の周期で繰
り返し行われる。
て、アドレス0から127に対応するデータが順次読み
出されるので、データの読み出しはカウンタ1へ入力さ
れるクロックに同期して、128クロック分の周期で繰
り返し行われる。
第1図(c)は本実施例の信号変換器3における入力デ
ータと出力信号の関係を示す説明図である。
ータと出力信号の関係を示す説明図である。
信号変換器3は記憶装置2からのデータを入力し、3値
信号に変換して出力を行っており、記憶装置2から入力
される2ビツトのデータが符号データを示す11または
10の場合には、データに対応して+または−の信号を
出力し、データがOOまたは01の場合には0信号を出
力する。
信号に変換して出力を行っており、記憶装置2から入力
される2ビツトのデータが符号データを示す11または
10の場合には、データに対応して+または−の信号を
出力し、データがOOまたは01の場合には0信号を出
力する。
第1図(d)は第1図(b)に示したメモリ内容を持つ
記憶装置2からのデータを人力した場合の信号変換器3
の出力信号波形すなわち擬似ランダム信号発生器の出力
波形を示しており、記憶装置2から読み出されるデータ
に対応して、+または−または0の信号が出力される。
記憶装置2からのデータを人力した場合の信号変換器3
の出力信号波形すなわち擬似ランダム信号発生器の出力
波形を示しており、記憶装置2から読み出されるデータ
に対応して、+または−または0の信号が出力される。
記憶装置2がらのデータの読み出しはクロック信号に同
期して記憶装置2内のメモリの個数で決まる周期で繰り
返し行われることから、信号変換器3からの出力信号は
7クロツク分のバー力コードの出力と121クロック分
の0信号の繰り返し波形となる。
期して記憶装置2内のメモリの個数で決まる周期で繰り
返し行われることから、信号変換器3からの出力信号は
7クロツク分のバー力コードの出力と121クロック分
の0信号の繰り返し波形となる。
第2図は本発明の一実施例に係る距離計測装置の構成を
示すブロック図であり、第1図に示した擬似ランダム信
号発生器を使用している。本実施例において擬似ランダ
ム信号処理は2つのパターンは同一で周波数のわずかに
異なる擬似ランダム信号を使用しているが、これは上述
の第5図の距離計測装置と同一である。第2図において
、6゜7は第1図に示した構成の擬似ランダム信号発生
器であり、それ以外のものは第5図に示したものと同一
であるから、本発明の特徴部分を中心にその構成及び動
作について以下説明する。
示すブロック図であり、第1図に示した擬似ランダム信
号発生器を使用している。本実施例において擬似ランダ
ム信号処理は2つのパターンは同一で周波数のわずかに
異なる擬似ランダム信号を使用しているが、これは上述
の第5図の距離計測装置と同一である。第2図において
、6゜7は第1図に示した構成の擬似ランダム信号発生
器であり、それ以外のものは第5図に示したものと同一
であるから、本発明の特徴部分を中心にその構成及び動
作について以下説明する。
本実施例ではクロック信号は、30.002MH2と2
9.998MH2とし、搬送波信号周波数ハLOGI(
2とした。擬似ランダム信号発生器6及び7は第1図に
示す構成を有し、符号長7のバー力コードと一定の時間
間隔の0信号がクロック信号に同期して、繰り返し出力
される。
9.998MH2とし、搬送波信号周波数ハLOGI(
2とした。擬似ランダム信号発生器6及び7は第1図に
示す構成を有し、符号長7のバー力コードと一定の時間
間隔の0信号がクロック信号に同期して、繰り返し出力
される。
本実施例において、乗算器(変調器)11は擬似ランダ
ム信号発生器6から入力される擬似ランダム信号に従っ
て分配器15を介して送られてくる搬送波発振器14か
らの搬送波の変調を行うが、擬似ランダム信号発生器6
からの信号出力は+または−または0の3値信号であり
、信号が+または−の場合にはその信号に従って搬送波
の位相変調を行い、信号が0の場合には搬送波の出力を
停止する。この結果、レーダ装置から送信アンテナ29
を介して対象物へ送信される信号は断続的な信号となる
。 また、本実施例において距離計測装置に使用される
受信器10は受信アンテナ29により受信された対象物
からの反射信号を入力し、信号の増幅あるいは減衰を行
い、この信号の増幅率あるいは減衰率を擬似ランダム信
号発生器6から入力される同期パルス信号に同期して時
間的に変化させて出力する。
ム信号発生器6から入力される擬似ランダム信号に従っ
て分配器15を介して送られてくる搬送波発振器14か
らの搬送波の変調を行うが、擬似ランダム信号発生器6
からの信号出力は+または−または0の3値信号であり
、信号が+または−の場合にはその信号に従って搬送波
の位相変調を行い、信号が0の場合には搬送波の出力を
停止する。この結果、レーダ装置から送信アンテナ29
を介して対象物へ送信される信号は断続的な信号となる
。 また、本実施例において距離計測装置に使用される
受信器10は受信アンテナ29により受信された対象物
からの反射信号を入力し、信号の増幅あるいは減衰を行
い、この信号の増幅率あるいは減衰率を擬似ランダム信
号発生器6から入力される同期パルス信号に同期して時
間的に変化させて出力する。
第3図は受信器10の動作を示すタイミング−チャート
である。同図の(a) 、 (b)はそれぞれ擬似ラン
ダム信号発生器6から出力される擬似ランダム信号及び
同期パルス信号の信号波形を示している。
である。同図の(a) 、 (b)はそれぞれ擬似ラン
ダム信号発生器6から出力される擬似ランダム信号及び
同期パルス信号の信号波形を示している。
また、同図(c)は受信器10における信号の増幅率の
時間変化を示している。受信器10は擬似ランダム信号
発生器6から同期パルス信号が入力されると、パルスが
入力された瞬間から任意の時間tの開信号減衰率を増加
させ、この時間内に受信アンテナ30で受信される不要
な反射信号の入力を制限し、不要反射信号の影響を抑制
している。
時間変化を示している。受信器10は擬似ランダム信号
発生器6から同期パルス信号が入力されると、パルスが
入力された瞬間から任意の時間tの開信号減衰率を増加
させ、この時間内に受信アンテナ30で受信される不要
な反射信号の入力を制限し、不要反射信号の影響を抑制
している。
第4図は本発明の他の実施例に係る距離計測装置の構成
を示すブロック図であり、本実施例においては第1図に
示した擬似ランダム信号発生器を使用し、そして擬似ラ
ンダム信号を直接送信信号として利用している。
を示すブロック図であり、本実施例においては第1図に
示した擬似ランダム信号発生器を使用し、そして擬似ラ
ンダム信号を直接送信信号として利用している。
本実施例においても、第2図に示した実施例と同様に2
つのパターンは同一で周波数のわずかに異なる擬似ラン
ダム信号を使用する擬似ランダム信号処理を利用してい
る。すなわち、本実施例ではクロック信号は、30.0
02MHと29.998MH7とし、擬似ランダム信号
発生器6,7は第1図に示す構成を有し、符号長7のバ
ー力コードの出力を行っている。
つのパターンは同一で周波数のわずかに異なる擬似ラン
ダム信号を使用する擬似ランダム信号処理を利用してい
る。すなわち、本実施例ではクロック信号は、30.0
02MHと29.998MH7とし、擬似ランダム信号
発生器6,7は第1図に示す構成を有し、符号長7のバ
ー力コードの出力を行っている。
擬似ランダム信号発生器6からの擬似ランダム信号は送
信器16に入力し、送信器1Bに入力された擬似ランダ
ム信号を電力増幅して送信アンテナ29を介して電磁波
に変換しターゲットに向けて放射する。このため、第2
図の搬送波発振器14、分配器15及び乗算器11が省
略されている。また、送信アンテナ29からの電磁波は
ターゲットで反射され受信アンテナ30を介して電気信
号に変換されて受信器10に人力されるが、その後の処
理は受信器1゜からの受信信号と擬似ランダム信号発生
器7がらの擬似ランダム信号とか乗算器(ミキサ) 2
0で乗算(ミキシング)されてローパスフィルタ2oに
出力する。従って、第2図の分配器18、乗算器23、
ローパスフィルタ23.2乗器24.25及び加算器2
6が省略された構成になっている。
信器16に入力し、送信器1Bに入力された擬似ランダ
ム信号を電力増幅して送信アンテナ29を介して電磁波
に変換しターゲットに向けて放射する。このため、第2
図の搬送波発振器14、分配器15及び乗算器11が省
略されている。また、送信アンテナ29からの電磁波は
ターゲットで反射され受信アンテナ30を介して電気信
号に変換されて受信器10に人力されるが、その後の処
理は受信器1゜からの受信信号と擬似ランダム信号発生
器7がらの擬似ランダム信号とか乗算器(ミキサ) 2
0で乗算(ミキシング)されてローパスフィルタ2oに
出力する。従って、第2図の分配器18、乗算器23、
ローパスフィルタ23.2乗器24.25及び加算器2
6が省略された構成になっている。
ローパスフィルタ13の出力及びローパスフィルタ22
の出力が伝播時間測定器27に入力して、以後は第2図
の場合と同様に処理されて送信アンテナ29及び受信ア
ンテナ30とターゲットまでの距離が距離換算器28よ
り出力する。
の出力が伝播時間測定器27に入力して、以後は第2図
の場合と同様に処理されて送信アンテナ29及び受信ア
ンテナ30とターゲットまでの距離が距離換算器28よ
り出力する。
本実施例による距離計測装置は、特に地中、水中に埋没
された対象物の位置測定や地中等の探査に利用すること
ができる。
された対象物の位置測定や地中等の探査に利用すること
ができる。
[発明の効果]
以上のように本発明によれば、カウンタ、記憶装置及び
信号変換器からなる擬似ランダム信号発生器を使用する
ようにしたので、M系列信号以外のバー力コード等他の
擬似ランダム信号を利用することが可能となり、例えば
擬似ランダム信号としてバー力コードを使用すれば、バ
ー力コードー周期の出力ごとに時間間隔を設は断続的に
信号出力を行い、レーダ装置の信号受信感度を時間的に
変化させ、不要な反射信号を時間的にマスクし、対象物
からの反射信号を高感度に検出すること、が可能となる
。
信号変換器からなる擬似ランダム信号発生器を使用する
ようにしたので、M系列信号以外のバー力コード等他の
擬似ランダム信号を利用することが可能となり、例えば
擬似ランダム信号としてバー力コードを使用すれば、バ
ー力コードー周期の出力ごとに時間間隔を設は断続的に
信号出力を行い、レーダ装置の信号受信感度を時間的に
変化させ、不要な反射信号を時間的にマスクし、対象物
からの反射信号を高感度に検出すること、が可能となる
。
第1図(a)〜(d)は本発明の一実施例に係る距離計
測装置の擬似ランダム信号発生器の説明図、第2図は前
記実施例の距離計測装置の構成を示すブロック図施例を
示す図、第3図は第2図の距離計測装置の受信器の動作
を示すタイミングチャート、第4図は本発明の他の実施
例に係る距離計測装置の構成を示すブロック図、第5図
及び第6図は従来の距離計測装置の説明図である。 1・・・カウンタ、2・・・記憶装置、3・・・信号変
換器。
測装置の擬似ランダム信号発生器の説明図、第2図は前
記実施例の距離計測装置の構成を示すブロック図施例を
示す図、第3図は第2図の距離計測装置の受信器の動作
を示すタイミングチャート、第4図は本発明の他の実施
例に係る距離計測装置の構成を示すブロック図、第5図
及び第6図は従来の距離計測装置の説明図である。 1・・・カウンタ、2・・・記憶装置、3・・・信号変
換器。
Claims (3)
- (1)擬似ランダム信号または擬似ランダム信号で変調
されたマイクロ波を送信信号として利用するレーダ方式
の距離計測装置において、 擬似ランダム信号発生器として、クロック信号をカウン
トしそのカウント数を出力するカウンタと、カウンタか
ら入力したカウント数をアドレスとして記憶データの読
み出しを行う記憶装置と、読み出された記憶データを3
値信号に変換して出力する信号変換器とからなる擬似ラ
ンダム信号発生器を使用し、 対象物からの反射信号の受信手段として、信号受信感度
を前記擬似ランダム信号の周期に同期して時間的に変化
させることができる受信器を使用することを特徴とする
距離計測装置。 - (2)第1のクロック信号発生手段と、この第1のクロ
ック信号発生手段の出力信号と周波数がわずかに異なる
クロック信号を発生する第2のクロック信号発生手段と
、前記第1及び第2のクロック信号をそれぞれ入力し、
パターンは同一で周波数がわずかに異なる2つの擬似ラ
ンダム信号を出力する第1及び第2の擬似ランダム信号
発生手段と、この第1の擬似ランダム信号発生手段の出
力信号とこの第2の擬似ランダム信号発生手段の出力信
号と乗算する第1の乗算器と、前記第1の擬似ランダム
信号発生手段の出力信号を送信信号として対象物に対し
て出力する送信手段と、前記対象物からの反射信号を受
信し受信信号を得る受信手段と、前記受信信号と前記第
2の擬似ランダム信号発生手段の出力信号とを乗算する
第2の乗算器と、前記第1の乗算器の出力を入力し、帯
域制限を行う第1のローパスフィルタと、前記第2の乗
算器の出力を入力し、帯域制限を行う第2のローパスフ
ィルタと、前記第1のローパスフィルタの出力信号の最
大値が生ずる時刻と前記第2のローパスフィルタの出力
信号の最大値が生ずる時刻との時間間隔からアンテナか
ら対象物までの距離を算出する距離算出器とを備え、 前記第1及び第2の擬似ランダム信号発生手段と前記受
信手段として請求項1記載の擬似ランダム信号発生器と
受信器を用いた距離計測装置。 - (3)第1のクロック信号発生手段と、この第1のクロ
ック信号発生手段の出力信号と周波数がわずかに異なる
クロック信号を発生する第2のクロック信号発生手段と
、前記第1及び第2のクロック信号をそれぞれ入力し、
パターンは同一で周波数がわずかに異なる2つの擬似ラ
ンダム信号を出力する第1及び第2の擬似ランダム信号
発生手段と、前記第1の擬似ランダム信号発生手段の出
力信号と前記第2の擬似ランダム信号発生手段の出力信
号とを乗算する第1の乗算器と、搬送波を発生する搬送
波発生手段と、前記第1の擬似ランダム信号発生手段の
出力信号によって前記搬送波発生手段の出力信号を変調
し送信信号として対象物に対して出力する送信手段と、
前記対象物からの反射信号を受信し受信信号を得る受信
手段と、この受信手段の出力信号を検波し、前記第2の
擬似ランダム信号発生手段の出力信号とを乗算する信号
処理手段と、この信号処理手段の出力信号の時系列パタ
ーンと前記第1の乗算器より出力される乗算値の時系列
パターンとの時間差からアンテンナから対象物までの距
離を算出する距離算出器とを備え、 前記第1及び第2の擬似ランダム信号発生手段及び前記
受信手段として、請求項1記載の擬似ランダム信号発生
器と受信器を用いた距離計測装置。
Priority Applications (26)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2081312A JPH0760181B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 距離計測装置 |
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