JPH0436679A - ビーム走査測位装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は測位装置、特にビームパターンが既知の超音波
あるいは電波を走査しながら送受波して被測定物体の位
置・形状等を測定するビーム走査測位装置に関する。

［従来の技術］ 超音波や電波を送受波して被測定物体の物理情報を得る
測位装置が知られている。そして、このような測位装置
においては、その方位分解能を向上させるために、以下
のような方法がとられている。

まず第１には、送信波のビーム幅を狭くする方法であり
、このビーム幅を狭くするために送受波器やアンテナの
規模を大きくしたり、あるいは送信周波数を高くするこ
とが行われている。

第２には、被測定物体から反射した反射波を直線上に配
列された複数の送受波器、アンテナで受波し、この受波
された受信信号を合成することにより比較的分解能の高
い測位を行う合成開口の方法が挙げられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の第１の方法では、送受波器や
アンテナが大型化するため、非常に制約が伴うという問
題があり、また送信周波数を高（することは伝搬損失上
限度があり、以上のことから上記第１の方法には困難が
大きかった。

また、上記第２の方法では、比較的雑音に弱いという欠
点があり、このために微弱な反射信号を確実に検出する
ことが困難であるという問題があった。そして、信号対
雑音の比率を向上させるために、従来では送信波の出力
を増大させたり、受信器初段の低雑音化が要求されてい
たが、いずれにおいでも装置の大型化、複雑化を招き、
更に合成開口演算に係る処理時間か無視できずリアルタ
イムで計測を行うことが困難であった。

従って、送受波器やアンテナの大きさを変化させずに、
加えて送受信周波数を変えることをせずに被測定物体の
測位に係る方位分解能を向上させる装置が要望されてい
た。

発明の目的 本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、送受波器、アンテナの大きさや周波数を変
更することなく、リアルタイムでかつ高分解能に被測定
物体の位置及び形状などを測定することのできるビーム
走査測位装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 測定原理 以下にまず本発明の測定原理について第２図及び第３図
を用いて説明する。

第２図には、送受波器あるいはアンテナから送受波され
る超音波あるいは電波のビームパターンが示されている
。図において、縦軸は送信強度あるいは受信感度を示す
ものであり、また横軸には方位角度が示されている。

図から明らかなように、主ビームを中心として左右にサ
イドローブが複数束じており、ここで超音波あるいは電
波は主ビーム方向に指向性を有している。ここにおいて
、Ｄは主ビームの方位角度方向への広がりを示し、また
Ｗは電力半値幅すなわちビーム幅を示している。

このようなビームパターンを用いた従来の装置において
は、主ビームの領域内では被測定物体の位置、形状を定
めることは困難であり、このことから方位角度方向への
分解能はビーム幅に依存していた。

しかし、本発明においては、このようなビームパターン
を用いて方位角度方向への分解能を向上させることが可
能である。すなわち、主ビームにおいて傾斜が急な部分
、換言すればビームの側面を利用して、被測定物体を計
測することを特徴としている。つまり、本発明は主ビー
ムを方位角度方向へ走査して被測定物体が主ビームの側
面ＬｍあるいはＲｍをよぎる場合に生ずる受信信号の変
動（受信信号レベルの急上昇）を検出してこの検出に基
づき被測定物体の位置などを求めるものである。加えて
、本発明は上記の測定により求められた被測定物体の情
報を、従来の表示画像に重畳して表示し、方位分解能を
向上させた画像を提供可能とすることを特徴とする。

第３図を用いて更に説明する。この第３図には、被測定
物体Ｐに対して主ビームを走査した場合の概念が示され
ている。

主ビームθ１の縁が被測定物体Ｐをよぎると、被測定物
体Ｐからの反射波にて受信信号レベルが上昇する。そし
て、更に主ビームを走査させると、第２図に示した特性
に従ってその受信信号のレベルは徐々に上昇し、主ビー
ムの中心を過ぎると徐々に下降する。そして、主ビーム
がθ３まで走査されると、被測定物体Ｐからの反射波は
受信不能になる。従って、主ビームの縁が最初に又は最
後に被測定物体Ｐをよぎったときの受信信号レベルの変
動をモニタすることにより、被測定物体Ｐの方位角度を
定めることか可能である。なお、ここにおいて被測定物
体Ｐと送受波器、アンテナとの距離は送受波にかかる時
間差にて容易に算出可能である。

以上のように、本発明に係る原理によれば、主ビームの
縁の部分で被測定物体の検出を行うことができ、従来の
ように主ビームの領域内で被測定物体の軌跡が方位角度
方向へ広がったり、その位置が不明瞭になったりするこ
とを解消できる。

測定手段 上記原理を用いて上述した目的を達成させるために、本
発明は、ビームパターンが既知の超音波又は電波を送波
して被測定物体からの反射波を受波し、この送受波を所
定方位毎に順次走査して被測定物体の位置・形状等を求
める測位装置であって、各方位毎に受波情報を記憶する
記憶部と、前記記憶部から読み出されるそれぞれ隣り合
う方位での受波情報を入力して、その受波情報のうち送
受波器からの距離がそれぞれ同一の点での各受波情報の
差分を求める差分演算器と、前記差分演算器からの差分
情報に対して、前記ビームパターンに基づいて方位角度
の補正を行う方位補正手段と、を有し、走査されるビー
ムパターンの縁で被測定物体を計測することを特徴とす
る。

また、本発明は、受信信号強度に比例して輝度変調され
た信号と前記方位補正手段からの出力信号とを合成する
合成回路を有し、前記輝度変調された信号と前記方位補
正手段からの出力信号とを別のカラーで表示することを
特徴とする。

［作用コ 上記構成によれば、被測定物体からの反射波は受信され
て受波情報として各方位角度毎に送受波器からの距離に
応じて記憶部にて記憶される。そして、記憶部からそれ
ぞれ隣り合う方位角度での受波情報が読み出されて、差
分演算器にてその両者の同一距離での差分が求められる
。この差分は、上述した主ビームの縁部分が被測定物体
をよぎったときの受信信号レベルの変動を示すものであ
る。

そして、差分演算器にて求められた差分に対して方位補
正回路にてビームパターンに基づいて補正が行われる。

つまり、受信レベルの変動か生じた方位角度に主ビーム
の広がりの半分の方位角度を加えることにより正規の被
測定物体の方位角度を求めることができる。

［実施例］ 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明・す
る。

第１図には本発明に係るビーム走査測位装置の好適な実
施例が示されている。ここにおいては特徴的な構成を示
し、単なる増幅回路などを省略する。

図において１０は超音波あるいは電波を送受波する送受
波器であり、送信回路１２からの送信信号を受けている
。また、送受波器１０は、走査制御回路１４にて方位角
度方向への走査が制御され、その主ビームは方位角度方
向へ所定の周期で走査される。

図において１６は同期回路であり、前記送信回路１２及
び走査制御回路１４に対して送受波に係る同期信号Ｔを
供給している。また、後述する回路に対してもそれぞれ
同期信号を供給している。

送受波器１０にて受信された反射波の信号は、次に切換
器１８に入力され、各微小走査毎に切り換えられて次段
の受信回路５０及び６０に振り分けられる。

受信回路５０．６０は、パルス圧縮アナログ回路５２，
６２、Ａ／Ｄ変換器５４．６４及びフレームメモリ５６
．６６で構成されている。

ここで、パルス圧縮アナログ回路５２．６２は、被測定
物体Ｑまでの距離に係るアナログデコンボリューション
を行うためのパルス圧縮を行っている。そして、パルス
圧縮アナログ回路５２．６２から出力された信号は、そ
れぞれ次にＡ／Ｄ変換器５４．６４に送られ、ここでデ
ジタル化されてメモリ５６．６６に送られ記憶される。

従って、ビーム走査に係る微小角度走査毎に受信信号は
メモリ５６及び６６に記憶されることになる。

上記２つのフレームメモリ５６．６６に受信信号がそれ
ぞれ記憶されると、同期回路］６からの同期信号Ｔ３を
受けた読出し回路２０が各メモリに対してリード命令を
送出し、各メモリ５６．６６から記憶された受信信号が
それぞれその受信時間により定まる距離に対応されて順
次読み出される。そして、読み出された各信号は切換器
７０に送られる。この切換器７０は、後述する差分演算
器（ＯＰアンプ）７２の２つの入力を交互に反転させる
ために設けられており、前記同期回路１６から同期信号
Ｔ４を受けその切換動作を行っている。

ＯＰアンプ７２は、入力端子として子端子及び一端子を
有し、入力される２つの信号の差分を出力するものであ
る。ここで、子端子はノンインバーテイング端子であり
、また、一端子はインバーテイング端子である。

すなわち、ここで切換器７０が切換動作を行わないとす
ると、前記メモリ５６から読み出される受信信号はＯＰ
アンプ７２の子端子に、一方、前記メモリ６６から読み
出される受信信号はＯＰアンプ７２の一端子に入力され
る。そして、この両信号の差分が出力されることになる
。

なお、この出力信号は、第３図に示した主ビームがθ１
にある場合に、そのビームの縁が被測定物体Ｐをよぎっ
たときの受信信号の増加分を示すものである。つまり、
このＯＰアンプ７２にてその受信信号の増加分あるいは
減少分の変動、換言すれば微分値が求められる。

そして、ＯＰアンプ７２から出力された信号は次に選択
回路７４に入力され、ここで受信信号のうち正レベルの
信号が選択されて出力されている。

つまり、この選択回路７４にて、微分値が正のものを選
択しており、これにて第３図において主ビームの走査が
例えば＋θ力方向θ１か−θ力方向θ３かを判断してい
る。

選択回路７４から出力された信号は次にカラー演算回路
７６に入力され、ここでカラー画像信号に変換されて次
の画像メモリ７８に送られ一時的に記憶される。

切換器７０の出力端子のうち一方からはその出力信号が
分岐されて画像演算回路８２に送られ、ここでカラー画
像信号に変換されている。

図において８０は前記画像メモリ７８に対して読出し命
令を与える読出し回路であり、前記同期回路１６から同
期信号Ｔ１及び前記走査制御回路１４から走査角度信号
θを受けてこれらの情報に基づき読出し命令を出力して
いる。そして、その読出しのタイミングは、主ビームの
中心となる方向が被測定物体の方位角度に合致したとき
にその読出しが行われ、画像メモリ７８から読み出され
た信号は、前記画像演算回路８２から出力された信号と
合成回路８４にて合成される。これにより、画像演算回
路８２から出力された従来同様の振幅情報としての受信
カラー情報に対して、ビームの縁で被測定物体を測定し
た画像メモリ７８から読み出されたカラー情報が合成さ
れることになる。

そして合成回路８４からの合成された信号は表示器８６
に送られ、ここで画像演算回路８２からの信号と画像メ
モリ７８からの信号はそれぞれ別のカラーで表示が行わ
れる。

そして、以上の動作が各微小方位角度毎に順次行われ、
更に逆方向（−θ方向）にも走査され、被測定物体の形
状等が観測される。

以上のように、本実施例装置においては、レーダの回転
走査アンテナのような場合に被測定物体の位置する方位
角度の補正を読出し回路８０から画像メモリ７８へ送ら
れる読出し命令の所定時間の遅延により行ったが、多素
子による送受波器アレーの場合のように遅延線の切換え
によるビーム走査においては、ビームパターンの形状が
変わるのでピークと傾斜の方位に基づく方位角度の補正
演算回路を設けることが好適である。また、選択回路７
４に所定のスレッシュホールドレベルを有するゲート回
路を設けることにより、受信信号に含まれるノイズ等を
排除可能である。更に、読出し回路８０に走査制御に同
期したカウンタなどを接続し、このカウンタに基づいて
画像メモリ７８への読出し命令を送出させてもよい。い
ずれにおいても、主ビームの縁の部分で被測定物体を測
定し、更にこの主ビームのビームパターンのピークの指
向方向に被測定物体の方位角度とする補正を行うことに
より、正確な測位を行うことが可能であると共に分解能
を向上させた鮮明な画像を提供できる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明に係るビーム走査測位装置
によれば、従来主ビーム範囲内で判別できなかった被測
定物体の方位角度を求めることができるので、方位角度
方向の分解能を著しく向上させることが可能である。従
って、被測定物体の正確な方位角度及び正確な形状等を
求めることが可能である。

そして、方位角度方向への分解能が向上したため提供す
る画像も鮮明であり、これにより極めて認識し易い明瞭
な画像を提供可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るビーム走査測位装置の構成を示す
ブロック図、 第２図はビームパターンを示す説明図、第３図はビーム
走査を示す説明図である。 １８゜ ２０゜ 走査制御回路 同期回路 ・・・　切換器 ・・・　メモリ ・・・　読出し回路 差分演算器 選択回路 画像メモリ 合成回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビームパターンが既知の超音波又は電波を送波し
   て被測定物体からの反射波を受波し、この送受波を所定
   方位毎に順次走査して被測定物体の位置・形状等を求め
   る測位装置であって、 各方位毎に受波情報を記憶する記憶部と、 前記記憶部から読み出されるそれぞれ隣り合う方位での
   受波情報を入力して、その受波情報のうち送受波器から
   の距離がそれぞれ同一の点での各受波情報の差分を求め
   る差分演算器と、 前記差分演算器からの差分情報に対して、前記ビームパ
   ターンに基づいて方位角度の補正を行う方位補正手段と
   、 を有し、 走査されるビームパターンの縁で被測定物体を計測する
   ことを特徴とするビーム走査測位装置。
2. （２）請求項（１）記載のビーム走査測位装置において
   、 受信信号強度に比例して輝度変調された信号と前記方位
   補正手段からの出力信号とを合成する合成手段を有し、 前記輝度変調された信号と前記方位補正手段からの出力
   信号とをそれぞれ別のカラーで表示することを特徴とす
   るビーム走査測位装置。