JPH0122911B2 - - Google Patents
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- JPH0122911B2 JPH0122911B2 JP53130133A JP13013378A JPH0122911B2 JP H0122911 B2 JPH0122911 B2 JP H0122911B2 JP 53130133 A JP53130133 A JP 53130133A JP 13013378 A JP13013378 A JP 13013378A JP H0122911 B2 JPH0122911 B2 JP H0122911B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- wave
- frequencies
- oscillator
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/36—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は所定の周波数差を有する２つの周波数
間にて任意の方法にて周波数を切換えることので
きる周波数変調波の送信により物体までの距離を
測定する持続波測距方式に関するものである。
間にて任意の方法にて周波数を切換えることので
きる周波数変調波の送信により物体までの距離を
測定する持続波測距方式に関するものである。
マイクロ波を連続的に周波数変調して送信する
原理に基づく従来の方法には、特に極めて高精度
の距離測定値を必要とする場合、周波数変調の直
線性および時間の関数としての変化に対しそれぞ
れ高度の要求が課せられる。その理由は、斯かる
周波数変調による方法には移相器または位相変調
器を用いて、反射した受信信号を送信信号と混合
させるからである。米国特許第3249938号および
第2528109号から既知のように、斯かる移相器は
送信機と受信機との間に配置される。中間周波発
振器の位相は最初に変調させることもできる。
原理に基づく従来の方法には、特に極めて高精度
の距離測定値を必要とする場合、周波数変調の直
線性および時間の関数としての変化に対しそれぞ
れ高度の要求が課せられる。その理由は、斯かる
周波数変調による方法には移相器または位相変調
器を用いて、反射した受信信号を送信信号と混合
させるからである。米国特許第3249938号および
第2528109号から既知のように、斯かる移相器は
送信機と受信機との間に配置される。中間周波発
振器の位相は最初に変調させることもできる。
さらに、中間周波信号の位相を段歩状または単
調に変化させて、この中間周波信号と、復調受信
中間周波信号との位相差を測定して距離測定する
ことも既に公開されているドイツ国特許第
2438116号から既知である。
調に変化させて、この中間周波信号と、復調受信
中間周波信号との位相差を測定して距離測定する
ことも既に公開されているドイツ国特許第
2438116号から既知である。
本発明の目的は移相なしに簡単かつ迅速に測定
し得る持続波測距方式を提供することにある。
し得る持続波測距方式を提供することにある。
本発明は所定の周波数差を有する２つの周波数
間にて任意の方法にて周波数を切換えることので
きる周波数変調波の送信により物体までの距離を
測定する持続波測距方式において、物体により反
射された後の送信周波数変調波を受信すると共に
該受信波を、送信波に対して所定の周波数偏移を
有している信号と一緒に混合器に供給して、送信
波に対して必ずしも一定とはならない測定すべき
位相差を有する中間周波出力信号を得、かつ前記
測距方式が位相比較段を備えた測定装置を含み、
前記中間周波出力信号を位相比較段の第１入力端
子に供給し、電圧制御発振器からの信号を、該信
号の周波数をＮ分の１に分周した後に位相比較段
の第２入力端子に供給し、位相比較段によつて発
生された直流誤差信号が前記電圧制御発振器を制
御して、該発振器の周波数が前記混合器の出力信
号の周波数のＮ倍となるようにし、かつ所定の周
波数差を有する前記２つの周波数間での周波数変
調送信波の少なくとも一方向の周波数切換えの期
間中前記発振器の信号周波数を計数することを特
徴とする。
間にて任意の方法にて周波数を切換えることので
きる周波数変調波の送信により物体までの距離を
測定する持続波測距方式において、物体により反
射された後の送信周波数変調波を受信すると共に
該受信波を、送信波に対して所定の周波数偏移を
有している信号と一緒に混合器に供給して、送信
波に対して必ずしも一定とはならない測定すべき
位相差を有する中間周波出力信号を得、かつ前記
測距方式が位相比較段を備えた測定装置を含み、
前記中間周波出力信号を位相比較段の第１入力端
子に供給し、電圧制御発振器からの信号を、該信
号の周波数をＮ分の１に分周した後に位相比較段
の第２入力端子に供給し、位相比較段によつて発
生された直流誤差信号が前記電圧制御発振器を制
御して、該発振器の周波数が前記混合器の出力信
号の周波数のＮ倍となるようにし、かつ所定の周
波数差を有する前記２つの周波数間での周波数変
調送信波の少なくとも一方向の周波数切換えの期
間中前記発振器の信号周波数を計数することを特
徴とする。
本発明による測距方式では測定期間内に周波数
を単調に変化させなくてもセンチメートルまたは
ミリメートルの精度に測定値を得て、表示させる
ことができる。
を単調に変化させなくてもセンチメートルまたは
ミリメートルの精度に測定値を得て、表示させる
ことができる。
本発明の好適な実施に当たつては、周波数変調
送信波の周波数が、所定の周波数差を有する２つ
の周波数間にて直線的に上下して切換わり、かつ
前記２つの周波数間でのそれぞれ逆方向の２つの
切換え期間中前記発振器の信号周波数を計数する
ようにする。
送信波の周波数が、所定の周波数差を有する２つ
の周波数間にて直線的に上下して切換わり、かつ
前記２つの周波数間でのそれぞれ逆方向の２つの
切換え期間中前記発振器の信号周波数を計数する
ようにする。
本発明による測距方式はサイロ、障害物等の高
さ測定並びに通風炉の深さ測定のような数メート
ルの物体距離の測定に特に有利に用いることがで
きる。
さ測定並びに通風炉の深さ測定のような数メート
ルの物体距離の測定に特に有利に用いることがで
きる。
図面につき本発明を説明する。
第１図は本発明による持続波測距方式の一実施
例を示すブロツク線図である。周波数がｆのマイ
クロ波信号SAを送信アンテナＡから送信し、物
体Ｏにて反射させて受信アンテナＥにより受信す
る。信号変換器Ｕに（この構成については後に詳
述する）は位相および振幅が受信したマイクロ波
信号SEと全く同じ正弦波状の第１中間周波信号
SEiを発生させることができる。さらに、この信
号変換器Ｕには位相が送信マイクロ波信号SAの
位相に等しく、周波数が第１中間周波信号SEiの
周波数と同じ第２の中間周波信号SAiも用いる。
実際には信号SEiとSAiとの間の位相差を用いる。
この位相差は信号SAとSEとの位相差に相等す
る。これらの位相差は、低い送信周波数fuではψp
で相等し、高い送信周波数fpではψuに相等するも
のとする。これらの位相差ψu及びψpは物体まで
の距離ｄと、光の速度ｃとから決定することがで
きる。位相差ψu及びψpは2πの倍数を含んでいる。
この場合のψpはψuとの位相差Δψは次式に相等す
る。
例を示すブロツク線図である。周波数がｆのマイ
クロ波信号SAを送信アンテナＡから送信し、物
体Ｏにて反射させて受信アンテナＥにより受信す
る。信号変換器Ｕに（この構成については後に詳
述する）は位相および振幅が受信したマイクロ波
信号SEと全く同じ正弦波状の第１中間周波信号
SEiを発生させることができる。さらに、この信
号変換器Ｕには位相が送信マイクロ波信号SAの
位相に等しく、周波数が第１中間周波信号SEiの
周波数と同じ第２の中間周波信号SAiも用いる。
実際には信号SEiとSAiとの間の位相差を用いる。
この位相差は信号SAとSEとの位相差に相等す
る。これらの位相差は、低い送信周波数fuではψp
で相等し、高い送信周波数fpではψuに相等するも
のとする。これらの位相差ψu及びψpは物体まで
の距離ｄと、光の速度ｃとから決定することがで
きる。位相差ψu及びψpは2πの倍数を含んでいる。
この場合のψpはψuとの位相差Δψは次式に相等す
る。
Δψ＝ψp−ψu＝2π／ｃ（fp−fu）
・2d＝2π／ｃ・Δf・２・ｄ (1)
従つて、位相差Δψは距離ｄと周波数の差fp−fu
とにのみ依存するのであつて、fuからfpへの周波
数の切換えのデイテールに依存するのではない。
周波数の差Δfを一定に保てば、Δψの正確な測定
によつて距離ｄを決定することができる。本発明
の実施に当たつては周波数の差Δfを200.0MHzと
し、fu＝10.0GHz、fp＝10.2GHz、中間周波数fiを
10kHzとする。
とにのみ依存するのであつて、fuからfpへの周波
数の切換えのデイテールに依存するのではない。
周波数の差Δfを一定に保てば、Δψの正確な測定
によつて距離ｄを決定することができる。本発明
の実施に当たつては周波数の差Δfを200.0MHzと
し、fu＝10.0GHz、fp＝10.2GHz、中間周波数fiを
10kHzとする。
マイクロ波周波数を、例えば１秒間にてfuから
fpに変化させる場合に、測定すべき中間周波信号
SEiの位相は所定量Δψだけ変化する。この位相測
定はつぎのようにして行う。すなわち、電圧制御
発振器VCOの例えば10MHzの周波数信号をＮ（例
えばＮ＝1000）分の１に分周する。ついでこの分
周した約10kHzの信号を位相比較段PHにて中間周
波信号SEiの位相と比較する。
fpに変化させる場合に、測定すべき中間周波信号
SEiの位相は所定量Δψだけ変化する。この位相測
定はつぎのようにして行う。すなわち、電圧制御
発振器VCOの例えば10MHzの周波数信号をＮ（例
えばＮ＝1000）分の１に分周する。ついでこの分
周した約10kHzの信号を位相比較段PHにて中間周
波信号SEiの位相と比較する。
上記比較により得られる位相差を電圧制御発振
器VCOに対する制御信号として用いる。距離ｄ
が０の場合にはΔψも０となり、電圧制御発振器
VCOの周波数Zpは１秒間でZp＝107Hzとなる。し
かし、距離ｄがｄ＞０の場合には、例えば１秒間
の測定期間中に電圧制御発振器VCOの周波数Zp
が107＋Δψ／2π・1000Hzとなり、これは次式の如く 一般式にて表わされる。
器VCOに対する制御信号として用いる。距離ｄ
が０の場合にはΔψも０となり、電圧制御発振器
VCOの周波数Zpは１秒間でZp＝107Hzとなる。し
かし、距離ｄがｄ＞０の場合には、例えば１秒間
の測定期間中に電圧制御発振器VCOの周波数Zp
が107＋Δψ／2π・1000Hzとなり、これは次式の如く 一般式にて表わされる。
Zp＝fiＮ＋Δψ／2π・Ｎ＝fiＮ＋２／ｃ・Δf・ｄ・(2
) 測定期間を１秒でなく、Δtとする場合には、
Zpは次のようになる。
) 測定期間を１秒でなく、Δtとする場合には、
Zpは次のようになる。
Zp＝Δt・fi・Ｎ＋２／ｃ・Δf・ｄ・Ｎ (3)
VCOの周波数はカウンタＺによつて簡単に求
めることができる。この場合Δt、fiおよびＮに対
する値は、カウンタＺの上位１桁またたは上位２
桁を除く他の桁がすべて０となるようにΔt・fi・
Ｎの項を選定し、さらにΔfおよびＮを２／ｃΔf・ ｄ・Ｎの項がmmの単位で直接校正されるように選
定する。このような選定は常に行うことができ
る。例えば最大距離が30ｍの場合にはカウンタＺ
の下位５桁によつてデイジタル表示器DAにmmの
単位で距離を表示させる。なお、信号変換器Ｕ、
カウンタＺおよび発振器OSCの制御は回路Stによ
り行う。
めることができる。この場合Δt、fiおよびＮに対
する値は、カウンタＺの上位１桁またたは上位２
桁を除く他の桁がすべて０となるようにΔt・fi・
Ｎの項を選定し、さらにΔfおよびＮを２／ｃΔf・ ｄ・Ｎの項がmmの単位で直接校正されるように選
定する。このような選定は常に行うことができ
る。例えば最大距離が30ｍの場合にはカウンタＺ
の下位５桁によつてデイジタル表示器DAにmmの
単位で距離を表示させる。なお、信号変換器Ｕ、
カウンタＺおよび発振器OSCの制御は回路Stによ
り行う。
上述したように、信号変換器Ｕは受信マイクロ
波信号を中間周波信号SEiに変換するのに必要な
ものである。このためには単側波帯復調の原理を
用いることができる。第２図は斯種変換器の一例
を示すブロツク線図である。
波信号を中間周波信号SEiに変換するのに必要な
ものである。このためには単側波帯復調の原理を
用いることができる。第２図は斯種変換器の一例
を示すブロツク線図である。
第２図に示すように、発振器OSCのマイクロ
波信号を単側波帯変調器SSGに供給する。この変
調波は周波数fiの中間周波信号も受信する。さら
に、マイクロ波信号は結合装置Ｋおよびアイソレ
ータＩを介して単側波帯変調器SSDにも供給す
る。この復調器SSDには反射した受信信号を他の
入力端子から供給して、復調器の出力端子に中間
周波信号SEiを発生させる。
波信号を単側波帯変調器SSGに供給する。この変
調波は周波数fiの中間周波信号も受信する。さら
に、マイクロ波信号は結合装置Ｋおよびアイソレ
ータＩを介して単側波帯変調器SSDにも供給す
る。この復調器SSDには反射した受信信号を他の
入力端子から供給して、復調器の出力端子に中間
周波信号SEiを発生させる。
この第２図に示す変換器には切換スイツチによ
つて上または下側波帯の何れかを用いることがで
きるようにする。これにより中間周波信号SEiの
位相を受信マイクロ波信号SEの位相ψに等しく
するか、または−ψに等しくすることができる。
つて上または下側波帯の何れかを用いることがで
きるようにする。これにより中間周波信号SEiの
位相を受信マイクロ波信号SEの位相ψに等しく
するか、または−ψに等しくすることができる。
斯かる特性を測距方式に有利に用いて、測定す
るべき物体の動きに対して測定結果を不感応とす
ることができる。斯様な動きによるドツプラー効
果は主として測定誤差をまねくことになる。しか
しこれらの誤差はfuからfpへの周波数の切換えに
対するVCOの周波数Z1を先ず測定し、ついでfpか
らfuへの周波数の切換えに対するVCO周波数Z2
を測定すれば相当程度まで抑圧することができ
る。この場合、Z1とZ2との和、すなわちちZ1＋Z2
も距離の目安となり、ドツプラー効果は極めて高
度に軽減される。
るべき物体の動きに対して測定結果を不感応とす
ることができる。斯様な動きによるドツプラー効
果は主として測定誤差をまねくことになる。しか
しこれらの誤差はfuからfpへの周波数の切換えに
対するVCOの周波数Z1を先ず測定し、ついでfpか
らfuへの周波数の切換えに対するVCO周波数Z2
を測定すれば相当程度まで抑圧することができ
る。この場合、Z1とZ2との和、すなわちちZ1＋Z2
も距離の目安となり、ドツプラー効果は極めて高
度に軽減される。
赤外または可視光の光学周波数をマイクロ波の
代わりに有効に用いることもできる。このために
は上述したような装置を先ずUHFレンジで構成
し、ついでHF信号を光学搬送波で変調するのが
好適である。この場合には受信光学信号を復調し
てHF信号を再生し、さらにこのHF信号を関連
する方法にて処理する。
代わりに有効に用いることもできる。このために
は上述したような装置を先ずUHFレンジで構成
し、ついでHF信号を光学搬送波で変調するのが
好適である。この場合には受信光学信号を復調し
てHF信号を再生し、さらにこのHF信号を関連
する方法にて処理する。
第１図は本発明測距方式の一実施例に示すブロ
ツク線図、第２図は第１図の装置に用いる信号変
換器の一例を示すブロツク線図である。 Ａ……送信アンテナ、Ｅ……受信アンテナ、Ｏ
……物体、Ｕ……信号変換器、VCO……電圧制
御発振器、PH……位相比較段、Ｚ……カウン
タ、DA……デイジタル表示器、OSC……発振
器、St……制御回路、SSG……単側波帯変調器、
Ｋ……結合装置、Ｉ……アイソレータ、SSD……
単側波帯復調器。
ツク線図、第２図は第１図の装置に用いる信号変
換器の一例を示すブロツク線図である。 Ａ……送信アンテナ、Ｅ……受信アンテナ、Ｏ
……物体、Ｕ……信号変換器、VCO……電圧制
御発振器、PH……位相比較段、Ｚ……カウン
タ、DA……デイジタル表示器、OSC……発振
器、St……制御回路、SSG……単側波帯変調器、
Ｋ……結合装置、Ｉ……アイソレータ、SSD……
単側波帯復調器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 所定の周波数差を有する２つの周波数間にて
任意の方法にて周波数を切換えることのできる周
波数変調波の送信により物体までの距離を測定す
る持続波測距方式において、物体により反射され
た後の送信周波数変調波を受信すると共に該受信
波を、送信波に対して所定の周波数偏移を有して
いる信号fiと一緒に混合器に供給して、送信波に
対して必ずしも一定とはならない測定すべき位相
差を有する中間周波出力信号を得、かつ前記測距
方式が位相比較段を備えた測定装置を含み、前記
中間周波出力信号を位相比較段の第１入力端子に
供給し、電圧制御発振器からの信号を、該信号の
周波数をＮ分の１に分周した後に位相比較段の第
２入力端子に供給し、位相比較段によつて発生さ
れた直流誤差信号が前記電圧制御発振器を制御し
て、該発振器の周波数が前記混合器の出力信号の
周波数のＮ倍となるようにし、かつ所定の周波数
差を有する前記２つの周波数間での周波数変調送
信波の少なくとも一方向の周波数切換えの期間中
前記発振器の信号周波数を計数することを特徴と
する持続波測距方式。 ２ 周波数変調送信波の周波数が、所定の周波数
差を有する２つの周波数間にて直線的に上下して
切換わり、かつ前記２つの周波数間でのそれぞれ
逆方向の２つの切換え期間中前記発振器の信号周
波数を計数することを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の持続波測距方式。 ３ 前記送信すべき信号を単側波帯変調器にて中
間周波数に変調して取出し、かつ前記中間周波出
力信号を単側波帯変調器から取出すことを特徴と
する特許請求の範囲第１〜２項のいずれかに記載
の持続波測距方式。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2748124A DE2748124C2 (de) | 1977-10-27 | 1977-10-27 | Anordnung zur Entfernungsmessung nach dem FM-CW-Radarprinzip |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5471595A JPS5471595A (en) | 1979-06-08 |
| JPH0122911B2 true JPH0122911B2 (ja) | 1989-04-28 |
Family
ID=6022366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13013378A Granted JPS5471595A (en) | 1977-10-27 | 1978-10-24 | Microwave range measuring method |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4238795A (ja) |
| JP (1) | JPS5471595A (ja) |
| CA (1) | CA1126371A (ja) |
| DE (1) | DE2748124C2 (ja) |
| FR (1) | FR2407489B1 (ja) |
| GB (1) | GB2007456B (ja) |
| SE (1) | SE7811023L (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2461263A1 (fr) * | 1979-07-13 | 1981-01-30 | Trt Telecom Radio Electr | Amelioration du calibrage dans un radioaltimetre |
| FR2496274A1 (fr) * | 1980-12-12 | 1982-06-18 | Trt Telecom Radio Electr | Procede de mesure de distance par radar a onde entretenue modulee en frequence, appareil pour la mise en oeuvre du procede et application a la determination precise du niveau de liquide dans un reservoir |
| DE3216721C2 (de) * | 1982-05-05 | 1985-12-12 | Olaf Dipl.-Ing. Ostwald | Verfahren zur Reduktion des Einflusses von Störreflexionen bei einer Entfernungsmessung nach dem FM/CW-Radarprinzip und Mikrowellen-Entfernungsmesser zur Durchführung des Verfahrens |
| US4829305A (en) * | 1985-03-29 | 1989-05-09 | Lubudde Engineering Corporation | Medium distance measurement system and method |
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| US4833918A (en) * | 1986-09-24 | 1989-05-30 | Cannonbear, Inc. | Sensor and method for ullage level and flow detection |
| US4757745A (en) * | 1987-02-26 | 1988-07-19 | Vickers, Incorporated | Microwave antenna and dielectric property change frequency compensation system in electrohydraulic servo with piston position control |
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| GB9003221D0 (en) * | 1990-02-13 | 1990-04-11 | Optical Measuring Systems Limi | Electronic distance measurement |
| US5119028A (en) * | 1990-04-26 | 1992-06-02 | Grumman Aerospace Corporation | Method and system for determining the depth of an electrically conductive body in a medium having a known conductivity and a known permeability by measuring phase difference between a primary and secondary magnetic field |
| US5138322A (en) * | 1991-08-20 | 1992-08-11 | Matrix Engineering, Inc. | Method and apparatus for radar measurement of ball in play |
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| DE19833965A1 (de) * | 1998-07-28 | 2000-02-17 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Intensität eines eine Meßstrecke passiert habenden Radarsignals |
| JP2004219167A (ja) * | 2003-01-10 | 2004-08-05 | Optex Co Ltd | マイクロウエーブセンサシステム |
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