JPH0450543B2 - - Google Patents
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- JPH0450543B2 JPH0450543B2 JP30333587A JP30333587A JPH0450543B2 JP H0450543 B2 JPH0450543 B2 JP H0450543B2 JP 30333587 A JP30333587 A JP 30333587A JP 30333587 A JP30333587 A JP 30333587A JP H0450543 B2 JPH0450543 B2 JP H0450543B2
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Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、高粉塵の環境下で非接触で距離測定
を行う、電磁波レーダによる距離測定方法に関す
るものである。
を行う、電磁波レーダによる距離測定方法に関す
るものである。
［従来の技術］
マイクロ波等の電磁波を用いたレーダは、高粉
塵の環境下でも高い透過性を有するので鉄鋼業等
における計測手段として有効であり、例えば、高
炉内の装入物分布形状測定や転炉内の溶鋼レベル
測定、スラグレベル測定に適用されている。
塵の環境下でも高い透過性を有するので鉄鋼業等
における計測手段として有効であり、例えば、高
炉内の装入物分布形状測定や転炉内の溶鋼レベル
測定、スラグレベル測定に適用されている。
第３図は従来使用されている周波数変調方式マ
イクロ波レーダの一例で、特開昭55−59359号公
報において「電磁波による距離測定方法」として
提案されている方法による装置のブロツク図であ
り、２１は定電流直流電源、２２はガンダイオー
ド、２３はマイクロ波、２４は共振器、２５はバ
イアス回路、２６はバラクタ・ダイオード、２７
は周波数変調されたマイクロ波、２８は方向性結
合器、２９はサーキユレータ、３０は混合器、３
１はアンテナ、３２は送信波、３３は測距対象、
３４はモータ、３５はボールネジ、３６は反射
波、３７はビート波、３８はフイルタ、３９は増
幅器、４０は波形整形回路、４１はカウンタ、４
２は演算回路、ｄは測定距離である。
イクロ波レーダの一例で、特開昭55−59359号公
報において「電磁波による距離測定方法」として
提案されている方法による装置のブロツク図であ
り、２１は定電流直流電源、２２はガンダイオー
ド、２３はマイクロ波、２４は共振器、２５はバ
イアス回路、２６はバラクタ・ダイオード、２７
は周波数変調されたマイクロ波、２８は方向性結
合器、２９はサーキユレータ、３０は混合器、３
１はアンテナ、３２は送信波、３３は測距対象、
３４はモータ、３５はボールネジ、３６は反射
波、３７はビート波、３８はフイルタ、３９は増
幅器、４０は波形整形回路、４１はカウンタ、４
２は演算回路、ｄは測定距離である。
この従来の方法は、通常の周波数変調方式に加
えて、アンテナ３１をモータ３４により回転され
るボールねじ３５等の適宜な移動装置により、送
信波３２のビームと同方向、すなわち測距対象３
３に対して遠近するいずれかの方向にλ／４（λ
はマイクロ波の波長）あるいは、その整数倍（ｋ
倍とする）で移動するようにして、ビート波３７
には初期位相が０からkπに亘る位相変調を加え
て、高精度の距離データを得るようにしている。
えて、アンテナ３１をモータ３４により回転され
るボールねじ３５等の適宜な移動装置により、送
信波３２のビームと同方向、すなわち測距対象３
３に対して遠近するいずれかの方向にλ／４（λ
はマイクロ波の波長）あるいは、その整数倍（ｋ
倍とする）で移動するようにして、ビート波３７
には初期位相が０からkπに亘る位相変調を加え
て、高精度の距離データを得るようにしている。
［解決しようとする問題点］
しかしながら、上記の従来技術では、ビート波
に位相変調を加える時間、即ちアンテナをλ／４
だけ機械的に移動する時間が必要である。そのた
め測定時間として約１秒を要するので、測定対象
が非常に速い動きを行う場合応答性に欠けるとと
もに、駆動機構が必要であるため、装置が大型化
する。
に位相変調を加える時間、即ちアンテナをλ／４
だけ機械的に移動する時間が必要である。そのた
め測定時間として約１秒を要するので、測定対象
が非常に速い動きを行う場合応答性に欠けるとと
もに、駆動機構が必要であるため、装置が大型化
する。
本発明は、上記の問題点を解決し、測定時間が
速く、機械的な駆動機構を必要とせずに高精度を
実現する電磁波レーダ測距方法を得ることを目的
としている。
速く、機械的な駆動機構を必要とせずに高精度を
実現する電磁波レーダ測距方法を得ることを目的
としている。
［問題点を解決するための手段］
本発明の電磁波レーダ測距方法は、ビート信号
瞬間値を自乗した後に直流分を除去し増幅して新
たなビート信号とする処理を１乃至複数回行つ
て、同処理により得られたビート信号の波の数を
計数し、同波の数の計数結果より測定対象までの
距離を演算することを特徴としている。
瞬間値を自乗した後に直流分を除去し増幅して新
たなビート信号とする処理を１乃至複数回行つ
て、同処理により得られたビート信号の波の数を
計数し、同波の数の計数結果より測定対象までの
距離を演算することを特徴としている。
［作用］
周波数変調方式の電磁波レーダにおいては、測
定される距離情報が送信波受信波のビート信号と
して得られるが、同ビート信号からの情報取り出
しは従来零交叉点（ゼロクロス点：交流電圧、電
流が正から負、あるいは負から正になる瞬間）の
計数により行われている。
定される距離情報が送信波受信波のビート信号と
して得られるが、同ビート信号からの情報取り出
しは従来零交叉点（ゼロクロス点：交流電圧、電
流が正から負、あるいは負から正になる瞬間）の
計数により行われている。
前記零交叉点は交流信号の半波長に１つである
ので、ビート信号の半波長以下の情報は切り捨て
られている。したがつて、この切り捨てられてい
る情報を拾いあげることによって検出感度の向上
を図ることができる。
ので、ビート信号の半波長以下の情報は切り捨て
られている。したがつて、この切り捨てられてい
る情報を拾いあげることによって検出感度の向上
を図ることができる。
本発明は上記の観点からなされたもので、検出
が容易で誤動作の少ない零交叉点検出法を活かし
ながら、半波長以下のビート信号位相を検出しよ
うとするものである。
が容易で誤動作の少ない零交叉点検出法を活かし
ながら、半波長以下のビート信号位相を検出しよ
うとするものである。
そのために、正弦波交流であるビート信号電圧
を自乗してリプル（周波数が２倍）のある脈流と
し、同脈流の直流分を除去して周波数がもとのビ
ート信号の２倍の交流電圧を得る。この交流電圧
を零交叉点検出処理すれば、零交叉点が２倍であ
るので、検出感度が従来の２倍となる。
を自乗してリプル（周波数が２倍）のある脈流と
し、同脈流の直流分を除去して周波数がもとのビ
ート信号の２倍の交流電圧を得る。この交流電圧
を零交叉点検出処理すれば、零交叉点が２倍であ
るので、検出感度が従来の２倍となる。
この自乗・直流除去の処理を多数回繰り返せ
ば、零交叉点の数も２倍、２倍と増加してそれに
ともなつて距離検出感度が向上する。
ば、零交叉点の数も２倍、２倍と増加してそれに
ともなつて距離検出感度が向上する。
［実施例］
以下、本発明の一実施例を図面により詳細に説
明する。第１図は一実施例としての電磁波レーダ
測距方法による電磁波レーダ測距装置のブロツク
図であつて、１はレーダ部で下記２〜６で構成さ
れており、２はマイクロ波を生成する高周波発振
器、３は分波器、４はチユーナ、５は送受信アン
テナ、６は検波器である。
明する。第１図は一実施例としての電磁波レーダ
測距方法による電磁波レーダ測距装置のブロツク
図であつて、１はレーダ部で下記２〜６で構成さ
れており、２はマイクロ波を生成する高周波発振
器、３は分波器、４はチユーナ、５は送受信アン
テナ、６は検波器である。
７ａ，７ｂは第１、第２のビート信号自乗増幅
回路であり、入力ビート信号の瞬間値を自乗して
出力する第１、第２の自乗器８ａ，８ｂ、ビート
信号の直流分を除去する第１、第２のオフセツト
除去回路９ａ，９ｂ、ビート信号を増幅し減衰分
を回復させる第１、第２の増幅器１０ａ，１０ｂ
よりなつている。
回路であり、入力ビート信号の瞬間値を自乗して
出力する第１、第２の自乗器８ａ，８ｂ、ビート
信号の直流分を除去する第１、第２のオフセツト
除去回路９ａ，９ｂ、ビート信号を増幅し減衰分
を回復させる第１、第２の増幅器１０ａ，１０ｂ
よりなつている。
１１は高周波発振器２の発振周波数を変化させ
る変調信号を発生する周波数変調用発振器、１２
はビート信号自乗増幅回路７と出力するビート信
号を受けて零交叉点数を計数するカウンタ、１３
はカウンタ１２の計数値よりターゲツト１４まで
の距離を演算する距離演算回路、１４は距離測定
されるターゲツト、１５は送信波、１６は反射波
である。
る変調信号を発生する周波数変調用発振器、１２
はビート信号自乗増幅回路７と出力するビート信
号を受けて零交叉点数を計数するカウンタ、１３
はカウンタ１２の計数値よりターゲツト１４まで
の距離を演算する距離演算回路、１４は距離測定
されるターゲツト、１５は送信波、１６は反射波
である。
ここで、ビート信号の自乗処理について説明す
る。マイクロ波など電磁波を正弦波で周波数変調
を行つて送信波受信波を重ねた場合の、ビート信
号Wbは、(1)式で表わされる。
る。マイクロ波など電磁波を正弦波で周波数変調
を行つて送信波受信波を重ねた場合の、ビート信
号Wbは、(1)式で表わされる。
Wb＝cos〔Wc・τ＋γ・cos（2πt／Tf）〕 ……(1)
γ＝2π・ΔF・τ＝2π・ΔF・（2d／ｃ） ……(2)
ここでWc：搬送波中心角周波数
τ：電磁波伝播時間（＝2d／ｃ）
ｄ：測定距離
ｃ：光速
Tf：周波数変調の周期
ΔF：最大周波数偏移である。
したがつて、位相変化量γに測定距離ｄの情報
が含まれている。
が含まれている。
さて、ビート信号Wbを自乗することにより得
られる信号Wb1は、 Wb1＝１／２｛１＋cos〔2Wc・τ＋2γ・cos（2πt／Tf
）〕｝……(3) となり、直流分（オフセツト）除去ならびに増幅
を行つた信号Wb2は(4)式となる。
られる信号Wb1は、 Wb1＝１／２｛１＋cos〔2Wc・τ＋2γ・cos（2πt／Tf
）〕｝……(3) となり、直流分（オフセツト）除去ならびに増幅
を行つた信号Wb2は(4)式となる。
Wb2＝cos〔2Wc・τ＋2γ・cos（2πt／Tf）〕
……(4) したがつて、信号Wb2はWbに比べ、位相変化量
が2γとなり２倍となる。その結果、ビート信号
の零交叉点数も２倍となる。
……(4) したがつて、信号Wb2はWbに比べ、位相変化量
が2γとなり２倍となる。その結果、ビート信号
の零交叉点数も２倍となる。
本実施例の装置はこのように構成されており、
次に述べるように動作する。
次に述べるように動作する。
レーダ部１で得られたビート信号Wbを自乗器
８ａ、オフセツト除去回路９ａ、増幅器１０ａを
１組としたビート信号自乗増幅回路７ａにより、
前記(3)、(4)式の処理を行うと、周波数変調の１周
期の間にビート信号が瞬間的に零となる零交叉点
数の数が２倍となり同零交叉点数で結果を演算し
ている場合は量子化誤差が1/2となる。
８ａ、オフセツト除去回路９ａ、増幅器１０ａを
１組としたビート信号自乗増幅回路７ａにより、
前記(3)、(4)式の処理を行うと、周波数変調の１周
期の間にビート信号が瞬間的に零となる零交叉点
数の数が２倍となり同零交叉点数で結果を演算し
ている場合は量子化誤差が1/2となる。
さらにビート信号自乗増幅回路７ｂ〜を多数接
続しＮ段直列とすると位相変化量は2N・γとな
る。
続しＮ段直列とすると位相変化量は2N・γとな
る。
ビート信号自乗増幅回路７ａ，ｂ，……で処理
されたビート信号はカウンタ１２により周波数変
調の１周期内の零交叉点数を計数される。計数結
果は、距離演算回路１３により測定距離ｄに換算
される。この結果、周波数変調電磁波レーダの固
有誤差（量子化誤差）を1/2Nに軽減できる。
されたビート信号はカウンタ１２により周波数変
調の１周期内の零交叉点数を計数される。計数結
果は、距離演算回路１３により測定距離ｄに換算
される。この結果、周波数変調電磁波レーダの固
有誤差（量子化誤差）を1/2Nに軽減できる。
第２図に本発明に基づく周波数変調電磁波レー
ダの測距試験結果を示す。本試験では前記ビート
信号自乗増幅回路直列数Ｎを２とした。ターツゲ
ツト１４までの距離を横軸とし、検出されたビー
ト信号零交叉点数を縦軸としている。○印と実線
１８は本実施例による測定結果、×印と点線１９
は従来技術において測定時間を本発明と等しく周
波数変調周期１ｍｓとした（アンテナの機械的な
駆動は行わない）場合の測定結果である。
ダの測距試験結果を示す。本試験では前記ビート
信号自乗増幅回路直列数Ｎを２とした。ターツゲ
ツト１４までの距離を横軸とし、検出されたビー
ト信号零交叉点数を縦軸としている。○印と実線
１８は本実施例による測定結果、×印と点線１９
は従来技術において測定時間を本発明と等しく周
波数変調周期１ｍｓとした（アンテナの機械的な
駆動は行わない）場合の測定結果である。
同第２図より、従来技術による固有誤差が１ｍ
であるのに対し、本試験による固有誤差は25cmと
なり1/4に軽減されていることが判る。
であるのに対し、本試験による固有誤差は25cmと
なり1/4に軽減されていることが判る。
このようにして、本実施例の電磁波レーダ測距
方法による装置により、下記の効果を得ることが
できた。
方法による装置により、下記の効果を得ることが
できた。
(1) 測定時間が周波数変調の１周期で済むため、
例えば従来技術の1/1000である。
例えば従来技術の1/1000である。
(2) 多段のビート信号自乗増幅処理により、周波
数変調帯域が100MHz程度の挟帯域でも高精度
の測定が可能である。
数変調帯域が100MHz程度の挟帯域でも高精度
の測定が可能である。
(3) 機械的な駆動機構は不要であり、装置の小型
化を図ることができる。
化を図ることができる。
［発明の効果］
本発明の電磁波レーダ測距方法は、ビート信号
瞬間値を自乗した後に直流分を除去し増幅して新
たなビート信号とする処理を１乃至複数回行つ
て、同処理により得られたビート信号の波の数を
計数し、同波の数の計数結果より測定対象までの
距離を演算し、また、本発明の電磁波レーダ測距
装置は前記電磁波レーダ測距方法を効果的に実現
するので、 (1) 位相変調が不要であり位相変調時間が省け、
応答性に優れ、測定時間が短縮できる。
瞬間値を自乗した後に直流分を除去し増幅して新
たなビート信号とする処理を１乃至複数回行つ
て、同処理により得られたビート信号の波の数を
計数し、同波の数の計数結果より測定対象までの
距離を演算し、また、本発明の電磁波レーダ測距
装置は前記電磁波レーダ測距方法を効果的に実現
するので、 (1) 位相変調が不要であり位相変調時間が省け、
応答性に優れ、測定時間が短縮できる。
(2) 複数個のビート信号自乗増幅処理により周波
数変調電磁波レーダに固有な誤差を軽減できる
ため高精度の測定が可能である。
数変調電磁波レーダに固有な誤差を軽減できる
ため高精度の測定が可能である。
(3) ビート信号検出精度が向上した分だけ、周波
数変調帯域を狭くすることができるので、マイ
クロ波レーダ部を小型、軽量とすることができ
る。また、信号処理回路の構成が簡便であり、
信号処理回路の小型化が可能となる。
数変調帯域を狭くすることができるので、マイ
クロ波レーダ部を小型、軽量とすることができ
る。また、信号処理回路の構成が簡便であり、
信号処理回路の小型化が可能となる。
以上のような優れた効果がある。
第１図は一実施例としての電磁波レーダ測距方
法による電磁波レーダ測距装置のブロツク図、第
２図は測距試験結果、第３図は従来の電磁波レー
ダ測距方法による装置のブロツク図である。 １……レーダ部、２……高周波発振器、３……
分波器、４……チユーナ、５……送受信アンテ
ナ、６……検波器、７ａ，７ｂ……第１、第２の
ビート信号自乗増幅回路、８ａ，８ｂ……第１、
第２の自乗器、９ａ，９ｂ……第１、第２のオフ
セツト除去回路、１０ａ，１０ｂ……第１、第２
の増幅器、１１……周波数変調用発振器、１２…
…カウンタ、１３……距離演算回路、１４……タ
ーゲツト、１５……送信波、１６……反射波、１
８……本実施例による距離測定結果、１９……従
来技術による距離測定結果。
法による電磁波レーダ測距装置のブロツク図、第
２図は測距試験結果、第３図は従来の電磁波レー
ダ測距方法による装置のブロツク図である。 １……レーダ部、２……高周波発振器、３……
分波器、４……チユーナ、５……送受信アンテ
ナ、６……検波器、７ａ，７ｂ……第１、第２の
ビート信号自乗増幅回路、８ａ，８ｂ……第１、
第２の自乗器、９ａ，９ｂ……第１、第２のオフ
セツト除去回路、１０ａ，１０ｂ……第１、第２
の増幅器、１１……周波数変調用発振器、１２…
…カウンタ、１３……距離演算回路、１４……タ
ーゲツト、１５……送信波、１６……反射波、１
８……本実施例による距離測定結果、１９……従
来技術による距離測定結果。
Claims (1)
- １ 周波数変調された電磁波を測定対象に送信し
て、測距対象からの反射波を受信し、同受信した
反射波と前記の周波数変調された電磁波とを混合
検波してビート信号を得て、同得られたビート信
号から測距対象までの距離を測定する電磁波レー
ダ測距方法において、前記ビート信号瞬間値を自
乗した後に直流分を除去し増幅して新たなビート
信号とする処理を１乃至複数回行つて、同処理に
より得られたビート信号の波の数を計数し、同波
の数の計数結果より測定対象までの距離を演算す
ることを特徴とする電磁波レーダ測距方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30333587A JPH01145590A (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | 電磁波レーダ測距方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30333587A JPH01145590A (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | 電磁波レーダ測距方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01145590A JPH01145590A (ja) | 1989-06-07 |
| JPH0450543B2 true JPH0450543B2 (ja) | 1992-08-14 |
Family
ID=17919735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30333587A Granted JPH01145590A (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | 電磁波レーダ測距方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01145590A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5240445A (en) * | 1989-05-18 | 1993-08-31 | Sukuki Jidosha Koygo Kabushiki Kaisha | Power steering system of outboard motor |
| EP1777549B1 (en) | 2005-10-24 | 2012-10-03 | Mitsubishi Electric Information Technology Centre Europe B.V. | Object ranging |
-
1987
- 1987-12-02 JP JP30333587A patent/JPH01145590A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01145590A (ja) | 1989-06-07 |
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