JPH0219434B2 - - Google Patents

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JPH0219434B2
JPH0219434B2 JP58070808A JP7080883A JPH0219434B2 JP H0219434 B2 JPH0219434 B2 JP H0219434B2 JP 58070808 A JP58070808 A JP 58070808A JP 7080883 A JP7080883 A JP 7080883A JP H0219434 B2 JPH0219434 B2 JP H0219434B2
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    • 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
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はFM（周波数変調）変調された電破
を送信して、測距対象からの反射波と送信波との
ビート波から距離情報を得るようにした距離測定
方法に関するものである。
FM―CWレーダとして知られているこの種の
距離測定方法或いは装置は、FM変調されたマイ
クロ波を目標に送信し、受信波の位相項に含まれ
る距離情報をとり出すものである。この受信波の
位相項に含まれる距離情報をとり出す方法として
は、送信波と受信波とのビート波をとり出し、そ
の波の数を数える方法が用いられる。この場合、
FM変調の一周期にわたる計数では測定距離に依
存した初期位相の状態によりｎ個或いはｎ＋１個
の計数値が得られ、いわゆる固定誤差dcを生じ
る。この固定誤差は、たとえば10GHzのマイクロ
波でFM変調の最大周波数偏移を10MHzとしたと
き3.75ｍであり、近距離測定では不当に大きいも
のである。この固定誤差は最大周波数偏移に反比
例するので、最大周波数偏移を1GHz以上にとれ
ば、その固定誤差は許容し得るものとなるが、そ
のような高い最大周波数偏移を得る装置は極めて
高価なものである。
上述の固定誤差を小さくするために、ビート波
の位相項に変調を加え、その変調周期T1にわた
つて波の数を計数する。この位相項の変調周期
T1は通常、FM変調周期T2よりも可成り大きく
とり、しかもその整数倍（T1／T2＝ｍ）にとる
ので変調周期T1に亘つてとつた計数値ΣNをFM
変調周期T2での波の数に換算することによりｎ
＝ΣN／ｍ＝n0＋δ（n0：整数，０δ＜１）となり 波の数の端数を計数することができる。
上述の位相変調に際して、ビート波の初期位相
に無関係となるようにから＋Kπ（ｋ：整
数）に亘つて位相を掃引すると正確な端数が算出
されるが、位相の変調帯域がK′π＋Δ（k′：整数，
０Δ＜π）となると端数の計数に誤差が生じ、
いわゆる折返し誤差が生じる。
上述の位相変調を行なうために、従来いわゆる
２重FM方式や高周波回路部に移相器を設ける方
式が知られている。
しかしながら前者の方式では、第2FM変調波
を三角波としたときビート波は E′c＝KAcos〔ωcτ＋γcosω〓ｔ ＋8πΔF2τμ2t〕 で表わされ第2FM変調波の項（8πΔF2・τ・μ2・
ｔ） （F2：第2FM変調周波数、 τ：2d／ｃ＝２×測定距離／光速） に距離情報が含まれる。したがつて測定距離が変
ると位相の変調帯域も変化し、特定の距離ndcを
除き一般にΔ＝０とならないので、前述の折返し
誤差が生じる。
この折返し誤差は、周波数偏移を10MHz、所定
距離ｄを５ｍとしたとき70cm程度となる。
なお２重変調方式は第１のFM変調の最大周波
数偏移を高くとれば折り返し誤差をも小さくでき
るが、このような広帯域の周波数変調を行なう装
置は汎用性がなく、価格が高くなることは前述の
通りである。
一方後者の方式では電磁波の移相器としてフエ
ライトやPINダイオードによる変調器等が用いら
れるがこの種のものは直線性が悪いことや精度よ
く変調帯域を設定できない等の欠点があり、所望
通りに測定誤差を抵減することが困難である。
また別の方法として周波数変調された波長λの
電磁波を測定対象に送信する一方、受信アンテナ
を１／４λ或いはその整数倍の区間を移動しつつ、 測定対象からの反射波を受信する方法が提案され
ている。受信波は送信波とともに混合検波され両
者のビート波が得られる。このビート波は距離情
報を含むとともに上記アンテナの移動による位相
変調が加えられている。そしてこのビート波の波
数が、ゼロクロス点の検出方法等により計数さ
れ、平均処理され、所要の距離を表わす情報が得
られる。
またスライドシヨートによる機械式の位相変調
を用いる方法も提案されているが、上述のアンテ
ナ移動方式もスライドシヨート方式も機械的変調
方法であり、位相変調のための駆動機構が必要で
あり、高価で、かつ大型になるなどの問題があ
る。
さらに上述の各例は搬送波に位相変調を加える
ことにより、間接的にビート波に位相変調を加え
る方法であるが、周波数の低いビート波に直接位
相変調を加える方が有利であると提案もなされて
いる。しかしビート波は正弦波ではなく、かつ測
定距離に応じて周波数が変化するので、ビート波
に直接、位相変調を加えるのは困難であつた。
この発明は上述の問題に鑑みてなされたもので
あつて、電磁波測距方法において電子回路的処理
によつてビート波に直接位相変調を加えることに
より、比較的安価で、かつ高精度の測定結果が得
られる距離測定方法を提供することを目的とする
ものである。
上述の目的を達成するために、この発明におい
てはFM波を測距対象に送信するとともにその反
射波を受信し、この受信波と送信に使用したFM
波とのビート波を得る。次いでこのビート波に周
波数1なる正弦波を混合して、混合波の一方の側
帯波を得る。この側帯波にさらに周波数2なる正
弦波を混合して、この混合波の一方の側帯波を分
離検出することにより、前記ビート波に位相変調
を加え、この位相変調されたビート波の波の数か
ら距離情報を得る。
以下にこの発明の一実施例を図面とともに説明
する。
第１図において、高周波発振器１から、周波数
変調された電磁波（以下送信波という。）を発生
させる。この送信波WSを分波器２で２つの送信
波に分岐し、一方の送信波はアンテナ３から測距
対象４にFM変調された電磁波として放射する。
測距対象４から反射される反射波は受信アンテナ
５で受信される。
この受信波WRは混合検波器６に印加される。
混合検波器６には分波器２から前記送信波WSが
直接印加されており、混合検波器６は受信波WR
と送信波WSとを混合検波し、ビート波Wbを出
力する。
このビート波Wbは混合器７に印加されて、正
弦波発振器８から印加される周波数1なる正弦波
と混合され、この混合波は高域通過フイルタ９に
通されて、混合波の上側帯波Wuが分離され出力
される。
いまビート波Wbの電圧波形をEb、正弦波発振
器８の出力電圧波形をErlとすると Eb＝Absin（2πbｔ＋b） (1) 〔Ab：ビート信号の電圧振幅b ： 〃 中心周波数b ： 〃 初期位相〕 Er1＝A1sin（2π1t＋1） (2) で表される。また前記、上側帯波Wuの電圧波形
は(3)式で表される。
Eu＝Ausin｛2π（b＋1）ｔ ＋1＋b｝ (3) 上記のようにして得られた上側帯波Wuは混合
器１０に印加され、正弦波発振器１１から印加さ
れる周波数2なる正弦波と混合され、この混合波
は低域通過フイルタ１２に通されて、この混合波
の下側帯波WLが分離され出力される。
正弦波発振器１１の出力電圧波形Er2は Er2＝A2sin（2π2t＋2） (4) で表わされる。
したがつて、上記混合波の下側帯波WLの電圧
波形は(5)式で示される。
EL＝ALsin｛2π（b＋1−2）ｔ ＋b＋1−2｝ (5) 〔AL＝KAbA1Au ｋ ：混合器の変換定数〕 ここで、T1＝１／（1−2）と定義し、′＝b
＋1−2と置き換えると、(5)式は次式のように
変形される。
EL＝ALsin｛2πbｔ＋2πt／T1＋′｝ (6) (6)式と(1)式とを比較すると、下側帯波WLはも
とのビート波Wbにおいて初期位相項を周期T1で
直線的に変調したものである。
低域通過フイルタ１２で得られた(6)式で示され
る下側帯波WLはフイルタ１３で高調波が除去さ
れて、さらに波形整形回路１４で(6)式で表わされ
る下側帯波WLのゼロクロス点に対応したパルス
を生じる。ここでは一例として上記側帯波が−か
ら＋へ立ち上るゼロクロス点をとる。
このパルスはカウンタ１５に印加され、位相変
調周期T1に亘つて計数され、上記下側帯波の波
の数が計数される。
このカウンタ１５の計数結果ΣNは距離演算回
路１６に印加され、送信波WSの周波数変調周期
T2の１周期あたりの、下側帯波WLの波の数ｎが
(7)式により演算され、さらに(8)式にもとづいて測
距対象までの距離が演算される。
ｎ＝ΣN／ｍ (7) 〔ｍ＝T1／T2 T1：位相変調周期 T2：周波数変調周期〕 ｄ＝ｎ×ｃ／４△Ｆ (8) 〔△Ｆ：送信波WSのFM最大周波数偏移 ｃ：光速〕 なお位相変調周期T1を正確にするには、正弦
波発振器８，１１の発振周波数をマスタクロツク
１７の発振周波数を基準として決定するのがよ
い。
第２図に、この発明の方式によつて得た測距実
験結果の一例を示す。
第２図の例においては、送信波の周波数は24G
Hz、T1：１秒、T2：1m秒、△Ｆ＝50MHzとし
た。この例によれば残留誤差は５cmであり従来の
FMレーダ方式による固有誤差75cmに対して、誤
差を1/10以下に低下することができた。
以上詳述したように、この発明によれば、測距
対象から反射され、受信された受信波と送信波と
のビート波に直接位相変調をかけることができ、
この位相変調は、周波数1と2との差で定まるの
で、位相変調の直線性を向上させ、しかも位相変
調幅が正確に制御できるので固有誤差を少なくす
ることができる。
またFM変調の周波数帯域は100MHz程度に狭
帯域化できるので、高周波回路部を小型軽量にで
きる。
またビート波に対する位相変調は電子回路的に
行なうことができるので、機械的位相変調のよう
に、機械的駆動部が不要となり、全体を小型、安
価にできる。
また位相変調はビート波に直接加えるのでPIN
ダイオード法やフエライト法にくらべて高周波回
路が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク
図、第２図はこの発明の一実施例の測距結果を示
すグラフである。 WS…送信波、WR…受信波、Wb…送信波と受
信波とのビート波、Wu…ビート波Wbと周波数1
の正弦波との混合波の上側帯波、WL…上側帯波
Wuと周波数2の正弦波との混合波の下側帯波、
４…測距対象、６，７…混合器、９…高域通過フ
イルタ、１０…混合器、１２…低域通過フイル
タ、１５…カウンタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 周波数変調された電磁波を測距対象に送信し
    て、測距対象からの反射波を受信し、この受信波
    と前記送信波との混合により得られるビート波を
    検出して測距対象の距離を測定する方法におい
    て、前記ビート波と、周波数1なる正弦波とを混
    合し、この混合波の一方の側帯波を抽出し、この
    側帯波に周波数2なる正弦波を混合して、この混
    合波の一方の側帯波を抽出することにより、前記
    ビート波に１／（1−2）を周期とする位相変調
    を加え、この位相変調されたビート波の波の数を
    位相変調時間１／（1−2）に関連して計数し、
    その計数結果から測距対象の距離を演算すること
    を特徴とする電磁波による測距方法。
JP58070808A 1983-04-21 1983-04-21 電磁波による測距方法 Granted JPS59196483A (ja)

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