JPH04221782A - 超音波ドップラ方式対地速度計 - Google Patents
超音波ドップラ方式対地速度計Info
- Publication number
- JPH04221782A JPH04221782A JP40601790A JP40601790A JPH04221782A JP H04221782 A JPH04221782 A JP H04221782A JP 40601790 A JP40601790 A JP 40601790A JP 40601790 A JP40601790 A JP 40601790A JP H04221782 A JPH04221782 A JP H04221782A
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- Japan
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- ultrasonic
- degrees
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (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
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば車両の対地速
度検出用に用いられる超音波ドップラ方式対地速度計に
関し、特に、該速度計の最適送信指向特性に関するもの
である。
度検出用に用いられる超音波ドップラ方式対地速度計に
関し、特に、該速度計の最適送信指向特性に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波ドップラ方式対地速度計と
しては、例えば特開昭６０−７６６７８号公報に記載さ
れているものがある。上記の対地速度計は、超音波信号
を路面に向けて放射し、路面から乱反射して戻ってきた
反射超音波を受信し、ドップラ効果によって上記超音波
信号に生じた周波数変化から対地速度を演算するもので
ある。
しては、例えば特開昭６０−７６６７８号公報に記載さ
れているものがある。上記の対地速度計は、超音波信号
を路面に向けて放射し、路面から乱反射して戻ってきた
反射超音波を受信し、ドップラ効果によって上記超音波
信号に生じた周波数変化から対地速度を演算するもので
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の超音波ドップラ方式対地速度計においては、
使用する超音波の指向特性に対する詳細な解析がなされ
ておらず、送波器や受波器の特性等に合わせて適当な指
向特性を選択して用いていたので、ドップラ信号のＳ／
Ｎ比を向上させることが困難であり、そのため精度の高
い速度計測が困難である、という問題があった。
うな従来の超音波ドップラ方式対地速度計においては、
使用する超音波の指向特性に対する詳細な解析がなされ
ておらず、送波器や受波器の特性等に合わせて適当な指
向特性を選択して用いていたので、ドップラ信号のＳ／
Ｎ比を向上させることが困難であり、そのため精度の高
い速度計測が困難である、という問題があった。
【０００４】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、ドップラ信号諸特
性のなかで対地速度計として最も重要となる信号のＳ／
Ｎ比を高め、それによって精度の高い速度計測を可能に
した超音波ドップラ方式対地速度計を提供することを目
的とする。
解決するためになされたものであり、ドップラ信号諸特
性のなかで対地速度計として最も重要となる信号のＳ／
Ｎ比を高め、それによって精度の高い速度計測を可能に
した超音波ドップラ方式対地速度計を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、本発明においては、送信超
音波信号の指向特性を、送信音圧の半減半角として少な
くとも１０度以下、好ましくは６度以下の値に設定した
ことを特徴とするものである。
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、本発明においては、送信超
音波信号の指向特性を、送信音圧の半減半角として少な
くとも１０度以下、好ましくは６度以下の値に設定した
ことを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】後記図２〜図８において詳述するごとく、本発
明者等が理論解析および実験を行なった結果によれば、
ドップラ信号諸特性のなかで対地速度計として最も重要
となる信号のＳ／Ｎ比については、送信超音波の指向特
性が大きな影響を有することが判明した。そのため本発
明においては、図２に示す超音波の伝搬率αについての
送信器の指向特性に対する依存性と、図３に示す路面の
反射能βについての送信器の指向特性に対する依存性と
から、図４に示す受信効率の指向特性に対する依存性を
求め、さらに図６および図８に示すごときｆｗ値（帯域
幅）と対地速度との関係を求め、上記図４と図８の特性
から前記のごとき最適な送信超音波指向特性を設定した
ものである。なお、第５図に示すように、実測した結果
も第４図の理論値を裏付けており、送信超音波の指向特
性を本発明の範囲に設定すれば、高いＳ／Ｎ比と、それ
による高精度の速度計測を実現することが出来る。
明者等が理論解析および実験を行なった結果によれば、
ドップラ信号諸特性のなかで対地速度計として最も重要
となる信号のＳ／Ｎ比については、送信超音波の指向特
性が大きな影響を有することが判明した。そのため本発
明においては、図２に示す超音波の伝搬率αについての
送信器の指向特性に対する依存性と、図３に示す路面の
反射能βについての送信器の指向特性に対する依存性と
から、図４に示す受信効率の指向特性に対する依存性を
求め、さらに図６および図８に示すごときｆｗ値（帯域
幅）と対地速度との関係を求め、上記図４と図８の特性
から前記のごとき最適な送信超音波指向特性を設定した
ものである。なお、第５図に示すように、実測した結果
も第４図の理論値を裏付けており、送信超音波の指向特
性を本発明の範囲に設定すれば、高いＳ／Ｎ比と、それ
による高精度の速度計測を実現することが出来る。
【０００７】
【実施例】図１は、この発明の一実施例を示す図である
。まず構成を説明すると、発振器１は１２０ｋＨｚの信
号を発生する。ドライブ手段３は上記の信号を増幅し、
その出力で送波器２を駆動する。送波器２は、圧電型の
送波器であり、その指向特性は半減半角として４度から
１５度のまでの範囲内の超音波信号４を発生し、それを
路面５に向けて放射する。また、受波器６は、上記の超
音波信号４が路面５に当たって乱反射した反射波信号を
受信する。プリアンプ７はその受信信号を増幅し、掛算
器８へ送る。掛算器８は発振器１の発振周波数と受信信
号の周波数とを掛算して両者の差分を求める。また、掛
算器８の信号をローパスフィルタ９に通して不要なノイ
ズを除去した後、ゼロクロスコンパレータ１０によって
ドップラ信号成分を波形整形し、パルスカウンタ１１で
その周波数を読み取る。そして車速演算回路１２でドッ
プラ信号の周波数を車速に変換する。
。まず構成を説明すると、発振器１は１２０ｋＨｚの信
号を発生する。ドライブ手段３は上記の信号を増幅し、
その出力で送波器２を駆動する。送波器２は、圧電型の
送波器であり、その指向特性は半減半角として４度から
１５度のまでの範囲内の超音波信号４を発生し、それを
路面５に向けて放射する。また、受波器６は、上記の超
音波信号４が路面５に当たって乱反射した反射波信号を
受信する。プリアンプ７はその受信信号を増幅し、掛算
器８へ送る。掛算器８は発振器１の発振周波数と受信信
号の周波数とを掛算して両者の差分を求める。また、掛
算器８の信号をローパスフィルタ９に通して不要なノイ
ズを除去した後、ゼロクロスコンパレータ１０によって
ドップラ信号成分を波形整形し、パルスカウンタ１１で
その周波数を読み取る。そして車速演算回路１２でドッ
プラ信号の周波数を車速に変換する。
【０００８】なお、ドップラ効果によって変化した周波
数成分、すなわちドップラシフト周波数ｆｄは、発振周
波数をｆ０、音速をＣ、車速をＶ、路面に対する超音波
の放射角をθとした場合に、 ｆｄ≒２ｆ０・Ｖｃｏｓθ／Ｃ で示される。したがって、ドップラシフト周波数ｆｄを
求めることによって車速Ｖを求めることができる。上記
のように、送信した超音波の周波数と受信した反射波の
周波数とを比較して、ドップラ効果に基づく周波数変化
から対地速度を演算する。
数成分、すなわちドップラシフト周波数ｆｄは、発振周
波数をｆ０、音速をＣ、車速をＶ、路面に対する超音波
の放射角をθとした場合に、 ｆｄ≒２ｆ０・Ｖｃｏｓθ／Ｃ で示される。したがって、ドップラシフト周波数ｆｄを
求めることによって車速Ｖを求めることができる。上記
のように、送信した超音波の周波数と受信した反射波の
周波数とを比較して、ドップラ効果に基づく周波数変化
から対地速度を演算する。
【０００９】次に作用を説明する。図２は、超音波の空
中伝搬の際の伝搬率α（１−減衰率に相当する）につい
て送信器の指向特性に対する依存性の実験結果を示した
図であり、縦軸は伝達率α、横軸は指向角（半減半角）
を示す。この実験では、送波器２に設けた音響ホーンの
形状を変えることにより、送信器の固有の指向特性を、
指向角で４度から１５度まで変化させて実験を行った。
中伝搬の際の伝搬率α（１−減衰率に相当する）につい
て送信器の指向特性に対する依存性の実験結果を示した
図であり、縦軸は伝達率α、横軸は指向角（半減半角）
を示す。この実験では、送波器２に設けた音響ホーンの
形状を変えることにより、送信器の固有の指向特性を、
指向角で４度から１５度まで変化させて実験を行った。
【００１０】図２から判るように、指向特性が拡がり（
指向角が大）、送信器の送信音圧の半減半角値が増大す
るほど伝搬率が小さくなる。これは、指向特性が拡がる
ほど送信器から送信された音波のエネルギーが空気中で
吸収され、減衰率が増大し、その結果として伝搬率が減
少するためである。
指向角が大）、送信器の送信音圧の半減半角値が増大す
るほど伝搬率が小さくなる。これは、指向特性が拡がる
ほど送信器から送信された音波のエネルギーが空気中で
吸収され、減衰率が増大し、その結果として伝搬率が減
少するためである。
【００１１】なお、図２の実測結果が示すもう一つの特
徴的な現象として、半減半角値が約１０度以下の領域に
おいては、半減半角値の減少に伴って急激に伝搬率が増
加する。そして半減半角値が１０度より大きな範囲では
伝搬率の変化はゆるやかになり、かつ値が低いことが判
る。
徴的な現象として、半減半角値が約１０度以下の領域に
おいては、半減半角値の減少に伴って急激に伝搬率が増
加する。そして半減半角値が１０度より大きな範囲では
伝搬率の変化はゆるやかになり、かつ値が低いことが判
る。
【００１２】次に、図３は路面の反射能βについて送信
器の指向特性に対する依存性の実測結果を示した図であ
り、縦軸は反射能β、横軸は指向角（半減半角）を示す
。図３から判るように、反射能βは、伝搬率αとは異な
り、指向特性に対する依存性をもたない。なお、図３に
示す実測結果は、一例としてアスファルト路における結
果を示すが、アスファルト路より路面が粗い砂利道にお
いては、反射能βの絶対値は増大する。しかし、指向特
性に対する依存性は、アルファルト路と同様に反射能β
が指向特性の依存性をもたないことが実測結果によって
確認されている。
器の指向特性に対する依存性の実測結果を示した図であ
り、縦軸は反射能β、横軸は指向角（半減半角）を示す
。図３から判るように、反射能βは、伝搬率αとは異な
り、指向特性に対する依存性をもたない。なお、図３に
示す実測結果は、一例としてアスファルト路における結
果を示すが、アスファルト路より路面が粗い砂利道にお
いては、反射能βの絶対値は増大する。しかし、指向特
性に対する依存性は、アルファルト路と同様に反射能β
が指向特性の依存性をもたないことが実測結果によって
確認されている。
【００１３】次に、図４は、受信効率の指向特性に対す
る依存性を示す図である。受信効率としては、上記の伝
搬率αと反射能βとの結合積α・βの計算値を示したも
のである。ここで受信効率は送信音圧に対するドップラ
信号成分の受信音圧の比率であり、ドップラ効果の発生
効率を示す指標となる。
る依存性を示す図である。受信効率としては、上記の伝
搬率αと反射能βとの結合積α・βの計算値を示したも
のである。ここで受信効率は送信音圧に対するドップラ
信号成分の受信音圧の比率であり、ドップラ効果の発生
効率を示す指標となる。
【００１４】図４から判るように、受信効率α・βは、
半減半角値が約１０度までの指向特性が狭い領域におい
ては半減半角値が減少すると急激に増加し、６度程度で
は１０度以上の場合より大幅に大きくなる。しかし、半
減半角が１０度を越えた範囲では、受信効率の変化はゆ
るやかになり、かつ値が低い。上記のごとき超音波ドッ
プラ信号の受信効率（したがってＳ／Ｎ比）の指向特性
依存性は、超音波特有の性質であるところの空中伝搬率
と路面の反射能特性という２種の特性の重畳効果として
説明される。
半減半角値が約１０度までの指向特性が狭い領域におい
ては半減半角値が減少すると急激に増加し、６度程度で
は１０度以上の場合より大幅に大きくなる。しかし、半
減半角が１０度を越えた範囲では、受信効率の変化はゆ
るやかになり、かつ値が低い。上記のごとき超音波ドッ
プラ信号の受信効率（したがってＳ／Ｎ比）の指向特性
依存性は、超音波特有の性質であるところの空中伝搬率
と路面の反射能特性という２種の特性の重畳効果として
説明される。
【００１５】上記図４およびその説明から判るように、
送信超音波の指向特性が半減半角値として１０度以下の
範囲においては、指向特性が狭くなるにつれて受信効率
が急激に向上し、特に約６度以下では受信効率が高い値
を示す。
送信超音波の指向特性が半減半角値として１０度以下の
範囲においては、指向特性が狭くなるにつれて受信効率
が急激に向上し、特に約６度以下では受信効率が高い値
を示す。
【００１６】次に、図５は、ドップラ信号のＳ／Ｎ比の
指向特性依存性の実測値を示す図であり、車両速度が４
０ｋｍ／ｈの場合の特性を示している。図５に示す特性
は、前記図４に示した受信効率の計算値と非常に似た特
性を示しており、前記の解析が正しいことを証明してい
る。
指向特性依存性の実測値を示す図であり、車両速度が４
０ｋｍ／ｈの場合の特性を示している。図５に示す特性
は、前記図４に示した受信効率の計算値と非常に似た特
性を示しており、前記の解析が正しいことを証明してい
る。
【００１７】次に、図６は、ドップラ信号の急峻さを表
わすｆｗ特性に対する指向角依存性の実験結果を示す図
である。上記のｆｗ特性とは、図７に示すように、ドッ
プラ信号のピーク値よりも１２ｄＢ下がった時のドップ
ラ信号の帯域幅で定義している。すなわち帯域幅ｆｗは
下記（数１）で示される。
わすｆｗ特性に対する指向角依存性の実験結果を示す図
である。上記のｆｗ特性とは、図７に示すように、ドッ
プラ信号のピーク値よりも１２ｄＢ下がった時のドップ
ラ信号の帯域幅で定義している。すなわち帯域幅ｆｗは
下記（数１）で示される。
【００１８】
【数１】
【００１９】上記のｆｗ特性が急峻、すなわちｆｗ値（
帯域幅）が小さいほどドップラ信号を検出する精度が高
まる。図６に示す実験結果より、■指向角が狭いほどｆ
ｗ値が小さく、■対地速度が大きくなるにつれてｆｗ値
も大きくなるが、指向角が狭いほど対地速度の増大に対
するｆｗ値の増加の傾向は小さくなる、ことが判る。
帯域幅）が小さいほどドップラ信号を検出する精度が高
まる。図６に示す実験結果より、■指向角が狭いほどｆ
ｗ値が小さく、■対地速度が大きくなるにつれてｆｗ値
も大きくなるが、指向角が狭いほど対地速度の増大に対
するｆｗ値の増加の傾向は小さくなる、ことが判る。
【００２０】図８は、上記の結果を判り易く表示するた
めに、ｆｗ値（帯域幅）と対地速度の関係を、指向角を
パラメータとして示した図である。図８から判るように
、指向角１５度の場合には、下に凸の曲線になっており
、対地速度が増加するにつれて帯域幅が急激に大きくな
る。また、指向角１０度の場合には、対地速度が増加す
るにつれて帯域幅がほぼ直線的に増加する。それに対し
て指向角６度の場合には、上に凸の曲線となっており、
対地速度が増加しても帯域幅はそれほど大きくならない
。すなわち、指向角６度の場合には、ｆｗ値（帯域幅）
が小さいと共に、車速が増加してもそれほど大きくなら
ないので、車速に係らず常に高い精度でドップラ信号を
検出することが出来る。これに対して、指向角１５度の
場合には、ｆｗ値（帯域幅）が大きいと共に、車速の増
大に伴って急激に大きくなるので、精度が急激に低下す
ることが判る。指向角１０度の場合には、両者の中間の
特性であり、下に凸の曲線が上に凸の曲線に変化する境
界に位置する。すなわち、指向角１０度以下では、車速
の増大に対するｆｗ値の増加の程度が少ない特性となり
、大きな車速でも比較的良好な精度が得られることが判
る。上記の結果と前記図４、図５の結果とを勘案すれば
、良好な精度を得るには、指向角を少なくとも１０度以
下、好ましくは６度以下の値にすればよいことが判る。
めに、ｆｗ値（帯域幅）と対地速度の関係を、指向角を
パラメータとして示した図である。図８から判るように
、指向角１５度の場合には、下に凸の曲線になっており
、対地速度が増加するにつれて帯域幅が急激に大きくな
る。また、指向角１０度の場合には、対地速度が増加す
るにつれて帯域幅がほぼ直線的に増加する。それに対し
て指向角６度の場合には、上に凸の曲線となっており、
対地速度が増加しても帯域幅はそれほど大きくならない
。すなわち、指向角６度の場合には、ｆｗ値（帯域幅）
が小さいと共に、車速が増加してもそれほど大きくなら
ないので、車速に係らず常に高い精度でドップラ信号を
検出することが出来る。これに対して、指向角１５度の
場合には、ｆｗ値（帯域幅）が大きいと共に、車速の増
大に伴って急激に大きくなるので、精度が急激に低下す
ることが判る。指向角１０度の場合には、両者の中間の
特性であり、下に凸の曲線が上に凸の曲線に変化する境
界に位置する。すなわち、指向角１０度以下では、車速
の増大に対するｆｗ値の増加の程度が少ない特性となり
、大きな車速でも比較的良好な精度が得られることが判
る。上記の結果と前記図４、図５の結果とを勘案すれば
、良好な精度を得るには、指向角を少なくとも１０度以
下、好ましくは６度以下の値にすればよいことが判る。
【００２１】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、送信超音波の指向特性を半減半角値として１０度以
下、好ましくは６度以下の値に設定するように構成した
ことにより、ドップラ信号のＳ／Ｎ比を向上させ、かつ
急峻なドップラ信号特性が得られ、低速から高速まで精
度の高い対地速度計測を実現することが出来る、という
効果が得られる。
ば、送信超音波の指向特性を半減半角値として１０度以
下、好ましくは６度以下の値に設定するように構成した
ことにより、ドップラ信号のＳ／Ｎ比を向上させ、かつ
急峻なドップラ信号特性が得られ、低速から高速まで精
度の高い対地速度計測を実現することが出来る、という
効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例のブロック図
【図２】超音波
の空中伝搬率の指向特性に対する依存特性図。
の空中伝搬率の指向特性に対する依存特性図。
【図３】超音波の路面反射能の指向特性に対する依存特
性図。
性図。
【図４】受信効率の指向特性に対する依存特性図。
【図５】ドップラ信号のＳ／Ｎ比の指向特性に対する依
存性の実測値を示す図。
存性の実測値を示す図。
【図６】ｆｗ特性に対する指向角依存性特性図。
【図７】ドップラ信号レベルの周波数特性図。
【図８】ｆｗ値と対地速度の関係を、指向角をパラメー
タとして示した特性図。
タとして示した特性図。
１…発振器
２…送波器
３…ドライブ回路
４…超音波
５…路面
６…受波器
７…プリアンプ
８…掛算器
９…ローパスフィルタ
１０…ゼロクロスコンパレータ
１１…パルスカウンタ
１２…車速演算回路
Claims (1)
- 【請求項１】路面に対して所定の角度で斜めに超音波信
号を送出する超音波送信手段と、路面から反射された超
音波信号を受信する超音波受信手段と、ドップラ効果に
よって上記超音波信号に生じた周波数変化から対地速度
を演算する演算手段とを備えた超音波ドップラ方式対地
速度計において、上記送信超音波信号の指向特性を、送
信音圧の半減半角として少なくとも１０度以下、好まし
くは６度以下の値に設定したことを特徴とする超音波ド
ップラ方式対地速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40601790A JPH04221782A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 超音波ドップラ方式対地速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40601790A JPH04221782A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 超音波ドップラ方式対地速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04221782A true JPH04221782A (ja) | 1992-08-12 |
Family
ID=18515642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40601790A Pending JPH04221782A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 超音波ドップラ方式対地速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04221782A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190109490A (ko) * | 2017-02-28 | 2019-09-25 | 가부시키가이샤 사무코 | 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 실리콘 단결정 육성 장치 |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP40601790A patent/JPH04221782A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190109490A (ko) * | 2017-02-28 | 2019-09-25 | 가부시키가이샤 사무코 | 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 실리콘 단결정 육성 장치 |
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