JPH0136075B2

JPH0136075B2 -

Info

Publication number: JPH0136075B2
Application number: JP56029761A
Authority: JP
Inventors: Pieeru Tomashi Jan
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-03-03
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1989-07-28
Also published as: JPS56137264A; GB2070881B; FR2477283B1; GB2070881A; DE3106461A1; DE3106461C2; FR2477283A1; US4426647A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、物体に対する速度“Ｖ”を測定する
装置であつて、測定すべき速度の方向に一直線上
に距離“ｄ”だけ離して配置され、高周波信号発
生器から発せられ物体により再送されて来る波を
受信する第１及び第２受信機と、相関が最大の場
合における第１受信機の出力信号に対する第２受
信機の出力信号の遅延時間“τ”を決定する相関
器と、値“d/τ”を決定することにより速度情報
を処理する出力回路とを具えるレーダ装置に関す
るものである。

このレーダ装置の重要な用途は航空機の水平速
度の測定であり、この場合にはこのレーダ装置は
航空機に搭載され、相対物は大地である。

米国特許第4041293号明細書にこの種のレーダ
装置が開示されている。この既知のレーダ装置で
は、一定周波数の信号を発生する発生器を用いて
いる。レーダ装置が大地に対しある距離にあり、
大地の地形が特定の形状の場合には受信波は極め
て弱くなり、受信機の出力回路で処理不能にな
り、速度を測定することが不可能となる。これが
ため、この既知のレーダ装置は連続的な高信頼度
の速度測定を必要とするような用途には不適当で
ある。

本発明の目的は、高信頼度の速度測定を行ない
得る上述した種類のレーダ装置を提供することに
ある。

本発明レーダ装置においては、前記高周波信号
発生器を第１周波数被変調波と第２周波数被変調
波を送信し得るものにすると共に、この発生器に
両周波数被変調波を時間的にシフトさせる制御端
子を設け、この制御端子を前記遅延時間τを表わ
す信号を発生する前記相関器の出力端子に接続し
て該信号により前記両波を互にシフトさせるよう
構成したことを特徴とする。

本発明レーダ装置の好適例においては、第１受
信機の出力端子に接続され第１反射波を選択する
第１選択回路と、第２受信機に接続され第２反射
波を選択する第２選択回路を設け、各選択回路に
は高周波信号発生器の出力信号を反射波と混合す
る混合回路と、低周波数のビート信号をろ波する
フイルタを設ける。本例はフイルタの出力信号の
周波数がレーダ装置と物体との間の距離に正比例
するという著しい利点を有する。従つて本例では
僅かな追加の手段で距離を測定することができ
る。

図面につき本発明を説明する。

第１図において、１で示す本発明によるレーダ
装置は航空機（図示せず）に搭載されているもの
とする。航空機及びレーダ装置は大地２と平行に
速度“Ｖ”で移動している。この速度を測定する
ために、送信アンテナ９から高周波信号発生器１
０により発生された電波（約4.3GHz）を大地２
に向け送信する。大地はこの電波を反射し、反射
された電波は２個の受信アンテナ１１及び１２で
受信され、これら受信アンテナは速度“Ｖ”の方
向に一直線に距離ｄだけ離して配置されている。

本発明の原理を理解するために、大地は受けた
エネルギーを反射する表面、従つて極めて多数の
極大、極小を持つた空中線指向性図を有するアン
テナとして作用するものと仮定する。アンテナ１
２，即ち前方のアンテナが最初にその空中線指向
性図を走査し始める。次いで、時間“τ”（τ＝
ｄ／ｖ）後にアンテナ１２の後方にあるアンテナ
１１が空中線指向性図を走査し始める。アンテナ
１１及び１２の出力信号は略々同一であるが上記
の式で示される時間“τ”だけシフトされる。相
関機１５は最大の相関度にある入力端子１６に供
給されるアンテナ１２の出力信号とその入力端子
１７に供給されるアンテナ１１の出力信号との間
の時間差、即ちアンテナ１２の出力信号に対する
アンテナ１１の出力信号の遅延時間の値を決定す
る。相関器１５の出力端子１８に得られる所要の
遅延時間値を表わす信号は表示装置２０に供給さ
れ、この装置はＶ＝ｄ／τにより得られる速度
“Ｖ”の情報を表示する。

相関器１５は時間的にずれた２つの信号の一方
を他方に対し時間的にシフトさせて比較し、両信
号の一致、即ち相関が最大になるシフト時間を決
定するものであり、米国特許第3777133号明細書
に記載されているタイプのものを用いることがで
きる。発生器１０は第１出力端子２１及び第２出
力端子２２からそれぞれ第１周波数被変調波E1
及び第２周波数変調波E2を送信するように構成
るとと共に両波間のインターバルを変える制御端
子２５を設ける。制御端子２５は相関器１５のτ
を表わす信号が現われる出力端子１８に接続す
る。

アンテナ９は発生器１０の出力端子２１及び２
２に分割回路２６で接続することができる。アン
テナ１２及び１１からの信号が相関器１５の入力
端子１６及び１７に供給される前に、これら信号
を混合回路３０，３１及び低域通過フイルタ３
２，３３を通す。混合回路３１の出力信号はアン
テナ１１により受信された波と発生器１０の出力
端子２１から結合装置３５により取出された波と
のビートにより得られる信号を含む。同様に、混
合回路３０の出力はアンテナ１２により受信され
た波と発生器１０の出力端子２２から結合装置３
６で取り出された波とのビート周波数を含む。

本発明によるレーダ装置の動作のより良い理解
のために、第２図について説明する。第２図は送
信波及び反射波の時間ｔに対する周波数Ｆの変化
を示し、E1は出力端子２１における波の周波数
変化、E2は出力端子２２における波の周波数変
化を示す。これらの周波数変化は同一で、同一の
周波数範囲ΔFに亘つて延在すると共に同一の持
続時間Ｔを有するが、E1はE2に対しτに等しい
時間だけ遅延される。アンテナ１１及び１２の区
域において、反射波R1及びR2は送信波E1及びE2
に対応し、これら反射波は波E1及びE2の送信後
δτ時間後に受信される。この時間δτは δτ＝2H／Ｃである。ここでＨはレーダ装置１の対地距離であ
り、Ｃは光速である。実際上δτ≪τであるから、
混合段３１の出力においては波E1と波R2とのビ
ートにより得られる波の周波数は波E1と波R1と
のビート周波数より遥かに高くなると共に、混合
回路３０の出力においては波E2と波R1とのビー
ト周波数は波E2と波R2とのビート周波数より遥
かに高くなる。波E1と波R1とのビートをフイル
タ３３により選択することができると共に波E2
と波R2とのビートをフイルタ３２により選択す
ることができる。

所定の瞬時においてアンテナ１２における波
R2の周波数はある所定値を有し、次いでアンテ
ナ１１が移動してアンテナ１２の位置に来た瞬時
に波R1の周波数もこの所定値を有する。これが
ため、両受信信号間の相関を同一周波数の信号に
基づいて行なうことができる。

発生器１０は種々に実現できる。第３図はその
第１の例を示す。この発生器はのこぎり波信号を
発生する発生器４２の出力端子に接続された周波
数制御端子４１を有する電圧制御発振器４０から
成る。発振器４０の出力端子は出力端子２２に直
接接続すると共に出力端子２１に可変遅延素子４
３を介して接続する。この遅延素子４３の制御端
子を入力端子２５に接続る。第３図の回路は数拾
メガヘルツ程度の周波数に対してのみ好適であ
る。これ以上の周波数、例えば4.3GHz程度の周
波数に対しては、第４，５，７又は８図の回路を
使用する必要がある。

第４図の回路は周波数制御端子４１ａ及び４１
ｂを有する２個の電圧制御発振器４０ａ及び４０
ｂを用いる。発振器４０ａの出力端子を出力端子
２１とし、発振器４０ｂの出力端子を出力端子２
２とする。制御端子４１ｂをのこぎり波信号発生
器４２の出力端子に直接接続すると共に制御端子
４１ａを可変遅延素子４３ａを経て発生器４２の
出力端子に接続する。この遅延素子４３ａは遅延
すべき信号が遥かに低い周波数であるから第３図
の遅延素子４３とは異なるタイプのものである。
或は又、オーデイオ周波数のアナログ信号用の可
制御遅延線を用いることもでき、これについては
“ELECTRONICAQUE ET MICRO−
ELECTRONIQUE INDUSTRIELLE”Vol、
149（1979年12月）に発表されている論文“Un
module“retard pur”pour signaux
analogiques”を参照されたい。

第５図の発生器はのこぎり波発生器４２ａ及び
４２ｂの出力端子にそれぞれ直接接続された制御
端子４１ａ及び４１ｂを有する２個の発振器４０
ａ及び４０ｂを見える。のこぎり波発生器４２ａ
及び４２ｂはそれらのトリガ端子４５ａ及び４５
ｂに供給されるバルスでトリガすることができ
る。パルス発生器５０によりそのパルスをトリガ
端子４５ｂに直接供給すると共に、トリガ端子４
５ａに遅延素子４３ｂを経て供給する。遅延素子
４３ｂはアナログ信号の代りにパルスを遅延する
ものであるから遅延素子４３とは異なる構成のも
のとすることができる。

第６図はこの遅延素子４３ｂの好適例を示す。
本例遅延素子は入力端子２５の信号値により決ま
る電流を発生する電流発生器５３を具え、この電
流でコンデンサ５４を充電する。比較器５５によ
りこのコンデンサの電圧を電圧源５６により発生
される基準電圧と比較する。パルス整形器５０に
より比較器からの信号を整形して端子４５ａに供
給する。コンデンサ５４はこれと並列に接続され
たスイツチ５８により放電される。このスイツチ
は発生器５０により供給されるパルスで閉じられ
る。以上からこの遅延素子４３ｂは発生器５０の
パルスに対し電流発生器５３により発生される電
流に比例する値だけ遅延したパルスを発生するこ
と明らかである。

第４及び５図に示す発生器の２個の発振器４０
ａ及び４０ｂは高周波信号遅延素子を使用するこ
となく１つの発振器と置き換えることができる。
第４及び第５図に対応する第７及び第８図に示す
例では発生器１０は４０で示すように１つの発振
器しか具えない。これらの発生器１０は２位置ス
イツチ５９を具える。このスイツチ５９はのこぎ
り波信号の周波数に比べて高い周波数でクロツク
信号を発生するクロツク信号発生器６０により制
御される。これがため、発振器４０の制御端子４
１は第７図の発生器ではのこぎり波発振器４２ａ
及び４２ｂからの信号を交互に受信し、第８図の
発生器ではのこぎり波発生器４２の出力信号と遅
延素子４３ａの出力信号を交互に受信する。

本発明によるレーダ装置によればこれと物体と
の間の距離を、多数の回路を必要とすることなく
測定することもできる。これは、この距離は混合
回路３１及び３２の出力信号の周波数に正比例す
るためである。即ち、この周波数fbは fb＝ΔF／Ｔ・2H／Ｃで与えられることから容易に証明される。

距離Ｈも測定する本発明レーダー装置の例を第
９図に示す。第９図において前図と対応する素子
は同一符号で示す。距離Ｈを得るためには、ΔF
及びＴを固定してfbを測定する代りに、周波数変
化の傾きをfbが固定値fboになるように制御して
そののこぎり波の傾きT/ΔFを測定するのが好適
であり、この場合Ｈはこの値に略々比例し、Ｈ＝fbo×ｃ／２×（Ｔ／ΔF）となる。

説明を簡単にするため、ΔFを一定にするもの
とすると、Ｈの関数として変化するＴの値を測定
することによりＨの値が得られる。

固定ビート周波数を測定するには、本願人のフ
ランス国特許第1557670号明細書の原理を使用す
ることができる。

第９図の装置は、この原理に基づいて、周波数
弁別器６１を含む制御ループを用い、その入力端
子を、固定ビート周波数を中心とする通過帯域を
有するフイルタ３２の出力端子に接続する。この
弁別器６１の出力信号でのこぎり波発生器４２，
４２ａ又は４２ｂにより発生されるのこぎり波信
号の持続時間を制御してビート周波数を値f_bpに
固定する。

持続時間計６５によりのこぎり波の持続時間を
測定すると共に、これに結合された第２表示器６
７によりＨの値を表示する。

第１０図は第９図に示す装置に好適なのこぎり
波発生器４２と持続時間計６５の詳細回路を示
す。

のこぎり波発生器４２は電流源７１を具え、そ
の電流Ｉの値は弁別器６１の出力信号により制御
される。この電流Ｉでコンデンサ７２を充電でき
る。電界効果トランジスタ７３（最初非導通状態
にあるものとする）のドレイン−ソース通路をこ
のコンデンサの両端間に接続する。電圧比較器７
４によりコンデンサ７２の電圧を基準電圧源７５
の基準電圧と比較する。充電動作を妨害しないよ
うに、利得１のバツフア増幅器７６をコンデンサ
７２と比較器７４との間に介挿する。コンデンサ
７２の電圧が基準電圧に達すると同時に、比較器
の出力信号が変化し、この信号変化が単安定回路
７７で一定時間隔のパルスに変換される。このパ
ルスはトランジスタ７３の制御電極に供給され、
これを導通してコンデンサ７２を放電せしめる。
単安定回路７７のパルスの時間幅はコンデンサ７
２が完全に放電する充分な長さとする。増幅器７
６の出力はのこぎり波発生器４２の出力を構成す
る。トランジスタ７３の制御電極の信号の値はコ
ンデンサ７２が充電か放電かを示す。この信号を
用いてのこぎり波の持続時間を決定する。この信
号を持続時間計６５に供給する。もつと詳しく説
明すると、持続時間計６５内に含まれるANDゲ
ート８０の反転入力端子に供給する。ゲート８０
の他方の入力端子はクロツク８１からののこぎり
波より著しく短かい周波のパルス信号を受信す
る。ゲート８０の出力端子をカウンタ８２のカウ
ント入力端子に接続する。これがためトランジス
タが非導通状態の間、この状態においてトランジ
スタ７３の制御電極の電圧が論理値“０”である
ものとすると、ゲート８０が開き、カウンタ８２
の内容がクロツク８１の信号速度で増大する。ト
ランジスタ７３の制御電極の信号が値“１”にな
ると、ゲート８０が閉じ、カウンタ８２の内容は
変化しなくなる。しかし、ゲート８０の反転入力
端子をレジスタ８３の読込み制御端子に接続する
第１接続線と、この反転入力端子をカウンタ８２
のリセツト端子に接続する第２接続線があり、こ
の第２接続線には遅延素子が挿入され、これがコ
ンデンサ７２の放電時間に対し小さな遅延を与え
るので、トランジスタ７３の制御電極の論理信号
の値が変化したとき、カウンタ８２の内容をレジ
スタ８３に転送する動作と、カウンタ８２を零に
リセツトする動作が順次に発生する。レジスタ８
３の内容を復号することにより表示器６７に距離
の情報を表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーダ装置の一例のブロ
ツク構成図、第２図は送信波及び反射波の周波数
変化を時間の関数として示す図、第３，４，５，
７及び８図は本発明レーダ装置に好適な高周波信
号発生器の種々の例のブロツク回路図、第６図は
第５図の高周波信号発生器の１部の遅延素子の好
適例の回路図、第９図は物体までの距離も測定す
るようにした本発明レーダ装置の例のブロツク構
成図、第１０図は第９図の装置の１部の詳細回路
図である。１……レーダ装置、２……大地、９……送信ア
ンテナ、１０……高周波信号発生器、１１……第
１受信アンテナ、１２……第２受信アンテナ、１
５……相関器、２０……表示装置、２１，２２…
…第１、第２出力端子、２５……制御端子、３
０，３１……混合回路、３２，３３……フイル
タ、Ｅ１，Ｅ２……第１及び第２周波数被変調
波、Ｒ１，Ｒ２……第１及び第２反射波、４０，
４０ａ，４０ｂ……電圧制御発振器、４２，４２
ａ，４２ｂ……のこぎり波信号発生器、４３，４
３ａ，４３ｂ……遅延素子、５０……トリガパル
ス発生器、５９……スイツチ、６０……クロツク
信号発生器、６１……周波数弁別器、６５……持
続時間計。

Claims

【特許請求の範囲】１物体に対しほぼ平行に移動し、物体に対する
速度“Ｖ”を測定するレーダ装置であつて、 (a) 少くとも１個の可変周波数発振器を具え、互
に時間的にシフトされた第１および第２の周波
数被変調信号を発生する高周波信号発生器と、 (b) 前記高周波信号発生器に結合され、前記第１
及び第２の周波数被変調信号に対応する第１及
び第２の周波数被変調波を前記物体に向け送信
する送信装置と、 (c) 測定すべき速度の方向に一直線上に距離
“ｄ”だけ離して配置され、前記物体からの前
記送信波の反射波を受信する第１及び第２の受
信アンテナと、 (d) 前記送信装置と前記第１の受信アンテナに結
合され、前記第１の送信波の反射波を表わす信
号を発生する回路であつて、 (i) 前記第１の送信周波数被変調信号と前記第
１の受信アンテナで受信された信号とを混合
してその出力端子に種々の周波数のビート信
号を発生する混合器と、 (ii) 該混合器の出力端子に接続され、低周波数
のビート信号を選択するフイルタとを具えた
第１の選択回路と、 (e) 前記送信装置と前記第２の受信アンテナに結
合され、前記第２の送信波の反射波を表わす信
号を発生する回路であつて、 (i) 前記第２の送信周波数被変調信号と前記第
２の受信アンテナで受信された信号とを混合
してその出力端子に種々の周波数のビート信
号を発生する混合器と、 (ii) 該混合器の出力端子に接続され、低周波数
のビート信号を選択するフイルタとを具えた
第２の選択回路と、 (f) 前記第１及び第２の選択回路と前記送信装置
に結合され、前記第１及び第２の選択回路によ
り発生される信号間の相関が最大になる遅延時
間“τ”を決定し、前記送信装置により送信さ
れる第１及び第２の周波数被変調波の時間シフ
トをこの遅延時間τに制御する相関器と、 (g) 前記相関器に結合され、Ｖ＝ｄ／τに従つて
“Ｖ”の値を決定する手段とを具えていること
を特徴とするレーダ装置。２特許請求の範囲第１項記載のレーダ装置にお
いて、前記高周波信号発生器はのこぎり波信号を
発生するのこぎり波発生器と、該のこぎり波発生
器の出力端子に結合され、のこぎり波信号に対応
して周波数被変調信号を発生する１個の可変周波
数発振器とを具え、前記高周波信号発生器の第１
の出力端子を可変遅延素子を経て前記発振器の出
力端子に結合し、前記高周波信号発生器の第２の
出力端子を前記発振器の出力端子に直接結合して
あることを特徴とするレーダ装置。３特許請求の範囲第１項記載のレーダ装置にお
いて、前記高周波信号発生器はのこぎり波信号を
発生するのこぎり波発生器と、該のこぎり波発生
器の出力端子に結合され、遅延のこぎり波信号を
発生する可変遅延素子と、該遅延素子の出力端子
に結合され、その出力信号に応答して第１の周波
数被変調波を発生する第１の可変周波数発振器
と、前記のこぎり波発生器の出力端子に直接結合
され、その出力信号に応答して第２の周波数被変
調信号を発生する第２の可変周波数発振器とを具
えていることを特徴とするレーダ装置。４特許請求の範囲第１項記載のレーダ装置にお
いて、前記高周波信号発生器はパルスを発生する
発生器と、該パルス発生器の出力端子に結合さ
れ、遅延パルスを発生する可変遅延素子と、該遅
延素子の出力端子に結合され、該遅延素子から受
信されるパルスの前縁でトリガされ、のこぎり波
信号を発生する第１ののこぎり波発生器と、前記
パスス発生器の出力端子に直接結合され、前記パ
ルス発生器から受信されるパルスの前縁でトリガ
され、のこぎり波信号を発生する第２ののこぎり
波発生器と、前記第１ののこぎり波発生器の出力
端子に結合され、第１ののこぎり波信号に応答し
て第１の周波数被変調信号を発生する第１の可変
周波数発振器と、前記第２ののこぎり波発生器の
出力端子に結合され、第２ののこぎり波信号に応
答して第２の周波数被変調信号を発生する第２の
可変周波数発振器とを具えていることを特徴とす
るレーダ装置。５特許請求の範囲第１項記載のレーダ装置にお
いて、前記高周波信号発生器はのこぎり波信号を
発生するのこぎり波発生器と、該のこぎり波発生
器の出力端子に結合され、遅延のこぎり波信号を
発生する可変遅延素子と、１個の可変周波数発振
器と、前記可変遅延素子の出力端子と前記のこぎ
り波発生器の出力端子を前記可変周波数発振器の
入力端子に交互に結合する手段とを具えているこ
とを特徴とするレーダ装置。６物体に対しほぼ平行に移動し、物体に対する
速度“Ｖ”を測定するレーダ装置であつて、 (a) 少くとも１個の可変周波数発振器を具え、互
に時間的にシフトされた第１および第２の周波
数被変調信号を発生する高周波信号発生器と、 (b) 前記高周波信号発生器に結合され、前記第１
及び第２の周波数被変調信号に対応する第１及
び第２の周波数被変調波を前記物体に向け送信
する送信装置と、 (c) 測定すべき速度の方向に一直線上に距離
“ｄ”だけ離して配置され、前記物体からの前
記送信波の反射波を受信する第１及び第２の受
信アンテナと、 (d) 前記送信装置と前記第１の受信アンテナに結
合され、前記第１の送信波の反射波を表わす信
号を発生する回路であつて、 (i) 前記第１の送信周波数被変調信号と前記第
１の受信アンテナで受信された信号とを混合
してその出力端子に種々の周波数のビート信
号を発生する混合器と、 (ii) 該混合器の出力端子に接続され、低周波数
のビート信号を選択するフイルタとを具えた
第１の選択回路と、 (e) 前記送信装置と前記第２の受信アンテナに結
合され、前記第２の送信波の反射波を表わす信
号を発生する回路であつて、 (i) 前記第２の送信周波数被変調信号と前記第
２の受信アンテナで受信された信号とを混合
してその出力端子に種々の周波数のビート信
号を発生する混合器と、 (ii) 該混合器の出力端子に接続され、低周波数
のビート信号を選択するフイルタとを具えた
第２の選択回路と、 (f) 前記第１及び第２の選択回路と前記送信装置
に結合され、前記第１及び第２の選択回路によ
り発生される信号間の相関が最大になる遅延時
間“τ”を決定し、前記送信装置により送信さ
れる第１及び第２の周波数被変調波の時間シフ
トをこの遅延時間τに制御する相関器と、 (g) 前記相関器に結合され、Ｖ＝ｄ／τに従つて
“Ｖ”の値を決定する手段とを具えているレー
ダ装置において、更に、 (h) 前記高周波信号発生器と前記選択回路の一方
に結合され、前記周波数被変調信号の時間に対
する周波数変化（Δf／Δt）を制御して前記選
択回路により発生される信号の周波数を一定に
維持する手段と、 (i) 前記高周波信号発生器に結合され、前記周波
数被変調信号の周期を測定し、当該レーダ装置
と物体との間の距離を表わす信号を発生する手
段とを具えていることを特徴とするレーダ装
置。