JPH0519054A - 移動物体の運動検出装置 - Google Patents
移動物体の運動検出装置Info
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- JPH0519054A JPH0519054A JP17105391A JP17105391A JPH0519054A JP H0519054 A JPH0519054 A JP H0519054A JP 17105391 A JP17105391 A JP 17105391A JP 17105391 A JP17105391 A JP 17105391A JP H0519054 A JPH0519054 A JP H0519054A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】高距離分解能、高ドプラ周波数分解能を有する
移動物体の運動検出装置を提供する。 【構成】周波数発生器１からの高周波信号と、矩形波発
生器２からの矩形波信号とを乗算器３で乗算し、送受波
器６から送波する。反射波を送受波器６で受波し、周波
数分析器７で反射信号をフーリエ変換し、演算器８にお
いて物体の速度と距離を計算する。 【効果】本発明によれば、高距離分解能高ドプラ周波数
分解能を同一装置内で同時に実現できるので、以下が可
能となる効果がある。 （１）速度、距離両方の高精度測定、（２）複数物体の
識別、（３）装置の簡略化並びに低コスト化、（４）送
信間隔で限定される距離以上の測定、（５）短パルス間
受信による極近距離物体の測定。
移動物体の運動検出装置を提供する。 【構成】周波数発生器１からの高周波信号と、矩形波発
生器２からの矩形波信号とを乗算器３で乗算し、送受波
器６から送波する。反射波を送受波器６で受波し、周波
数分析器７で反射信号をフーリエ変換し、演算器８にお
いて物体の速度と距離を計算する。 【効果】本発明によれば、高距離分解能高ドプラ周波数
分解能を同一装置内で同時に実現できるので、以下が可
能となる効果がある。 （１）速度、距離両方の高精度測定、（２）複数物体の
識別、（３）装置の簡略化並びに低コスト化、（４）送
信間隔で限定される距離以上の測定、（５）短パルス間
受信による極近距離物体の測定。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ドプラ効果により移動
物体の速度および距離を計測する装置に係り、とくに高
距離分解能と高ドプラ周波数分解能を得るのに好適な装
置に関する。
物体の速度および距離を計測する装置に係り、とくに高
距離分解能と高ドプラ周波数分解能を得るのに好適な装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】移動する物体に音波を送波すると、反射
信号の周波数はドプラ効果により偏移する。この時、ド
プラ偏移周波数Δｆと移動物体の音源に対する相対速度
Ｖとの間には（数１）で示される関係がある。また、パ
ルス送波時刻ｔ１、反射波の受信時刻ｔ２及び距離Ｌと
の間には（数２）の関係がある。 （数１） Δｆ＝（２Ｖ／Ｃ）ｆ Ｃ：音速 ｆ：送信周波数 （数２） Ｌ＝（ｔ２−ｔ１）Ｃ／２ ｔ１：送信時刻 ｔ２：受信時刻 Ｃ：音速 従来の技術では、パルス状の超音波を送波し、移動物体
からの反射波を周波数分析してドプラ偏移周波数を検出
し、（数１）を用いて移動物体の速度を計測する。ま
た、パルス送波時刻と反射波の受信時刻とから、（数
２）を用いて物体の距離を計測する。なお、この種の装
置として関連するものには、例えば海洋音響研究会会報
１１巻３号（１９８４）ソーナー信号処理（ＩＩ）の８
２頁において、距離分解能とドプラ周波数すなわち速度
分解能について論じられていた。
信号の周波数はドプラ効果により偏移する。この時、ド
プラ偏移周波数Δｆと移動物体の音源に対する相対速度
Ｖとの間には（数１）で示される関係がある。また、パ
ルス送波時刻ｔ１、反射波の受信時刻ｔ２及び距離Ｌと
の間には（数２）の関係がある。 （数１） Δｆ＝（２Ｖ／Ｃ）ｆ Ｃ：音速 ｆ：送信周波数 （数２） Ｌ＝（ｔ２−ｔ１）Ｃ／２ ｔ１：送信時刻 ｔ２：受信時刻 Ｃ：音速 従来の技術では、パルス状の超音波を送波し、移動物体
からの反射波を周波数分析してドプラ偏移周波数を検出
し、（数１）を用いて移動物体の速度を計測する。ま
た、パルス送波時刻と反射波の受信時刻とから、（数
２）を用いて物体の距離を計測する。なお、この種の装
置として関連するものには、例えば海洋音響研究会会報
１１巻３号（１９８４）ソーナー信号処理（ＩＩ）の８
２頁において、距離分解能とドプラ周波数すなわち速度
分解能について論じられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て、送信パルス幅を長くすると、ドプラ周波数分解能が
向上する。すなわち、送信パルス幅を長くすることによ
って反射パルス幅が長くなり、フーリエ変換の結果得ら
れる周波数スペクトルが狭帯域幅になることから、ドプ
ラ周波数分解能が向上する。また、逆に送信パルス幅を
短くすると、反射パルス幅Ｂが短くなり、（数３）のご
とく距離分解能ξが向上する。 （数３） ξ＝αＢＣ／２ ξ：距離分解能 Ｂ：反射パルス時間長 Ｃ：音速 α：比例定数 このため、従来の技術では、一方の分解能を高めると他
方の分解能が低下するという問題があった。
て、送信パルス幅を長くすると、ドプラ周波数分解能が
向上する。すなわち、送信パルス幅を長くすることによ
って反射パルス幅が長くなり、フーリエ変換の結果得ら
れる周波数スペクトルが狭帯域幅になることから、ドプ
ラ周波数分解能が向上する。また、逆に送信パルス幅を
短くすると、反射パルス幅Ｂが短くなり、（数３）のご
とく距離分解能ξが向上する。 （数３） ξ＝αＢＣ／２ ξ：距離分解能 Ｂ：反射パルス時間長 Ｃ：音速 α：比例定数 このため、従来の技術では、一方の分解能を高めると他
方の分解能が低下するという問題があった。
【０００４】また、従来の技術では、物体からの反射波
が戻って来る前に次の送波を行うと、どの送波に対する
反射波であるかの特定が困難となる。すなわち、物体が
遠距離にあっても、近距離物体として検出される可能性
がある。したがって、送波間隔による物体検出可能距離
には（数４）で示される限界がある。 （数４） Ｌ＜ＣＴ／２ Ｌ：検出可能距離 Ｔ：送信間隔 また、従来の技術では、時間長の長いパルスを送信した
場合、送信中に戻って来るような極近距離物体からの反
射波を受信することが困難であるなどの問題があった。
そこで、本発明の目的は、（１）高距離分解能、高ドプ
ラ周波数分解能を有する移動物体の運動検出装置の提
供、（２）近距離移動物体と（数４）の限界を越えた遠
距離物体との識別、（３）極近距離移動物体の検出、以
上を実現することにある。
が戻って来る前に次の送波を行うと、どの送波に対する
反射波であるかの特定が困難となる。すなわち、物体が
遠距離にあっても、近距離物体として検出される可能性
がある。したがって、送波間隔による物体検出可能距離
には（数４）で示される限界がある。 （数４） Ｌ＜ＣＴ／２ Ｌ：検出可能距離 Ｔ：送信間隔 また、従来の技術では、時間長の長いパルスを送信した
場合、送信中に戻って来るような極近距離物体からの反
射波を受信することが困難であるなどの問題があった。
そこで、本発明の目的は、（１）高距離分解能、高ドプ
ラ周波数分解能を有する移動物体の運動検出装置の提
供、（２）近距離移動物体と（数４）の限界を越えた遠
距離物体との識別、（３）極近距離移動物体の検出、以
上を実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の（１）の目的を達
成するため、本発明では、送受波器と、送受信時刻検出
器と、周波数分析器と、演算器を有して、移動物体から
の反射信号のドプラ効果による周波数偏移から移動物体
の速度を計測し、また、反射信号の送受タイミングから
移動物体の距離を計測する、移動物体の運動検出装置に
おいて、例えば図１に示すように、超音波を発生する周
波数発生器１と、超音波をパルス状に発生するためのパ
ルスを生成する矩形波発生器２と、該パルスの複数個の
発生を断続的に繰り返す断続波形を少なくとも制御する
波形制御器４と、上記周波数発生器１からの周波数信号
と上記矩形波発生器２からの矩形波信号とを乗算して送
受波器への送波信号を出力する乗算器３を備えることと
する。すなわち、周波数信号と断続制御された矩形波信
号とを乗算して送波出力とすることにより、超音波の短
幅パルスをある時間連続して送波し、この動作を断続的
に繰り返す、いわばパケット送波することになる。この
送波方式によって得られるパケットの反射波を用いてド
プラ周波数を検出し、また、各短幅パルス送波に対応す
る時間長の短い反射波から距離を求める装置構成とする
ものである。あるいは、上記（２）の目的を達成するた
めに、上記の装置構成において、波形制御器の断続ごと
にこれに対応して周波数発生器の周波数を変えて距離を
計測することとする。またあるいは、上記（３）の目的
を達成するために、これらの装置構成において、パルス
間の間隙でも受信を行なうこととする。
成するため、本発明では、送受波器と、送受信時刻検出
器と、周波数分析器と、演算器を有して、移動物体から
の反射信号のドプラ効果による周波数偏移から移動物体
の速度を計測し、また、反射信号の送受タイミングから
移動物体の距離を計測する、移動物体の運動検出装置に
おいて、例えば図１に示すように、超音波を発生する周
波数発生器１と、超音波をパルス状に発生するためのパ
ルスを生成する矩形波発生器２と、該パルスの複数個の
発生を断続的に繰り返す断続波形を少なくとも制御する
波形制御器４と、上記周波数発生器１からの周波数信号
と上記矩形波発生器２からの矩形波信号とを乗算して送
受波器への送波信号を出力する乗算器３を備えることと
する。すなわち、周波数信号と断続制御された矩形波信
号とを乗算して送波出力とすることにより、超音波の短
幅パルスをある時間連続して送波し、この動作を断続的
に繰り返す、いわばパケット送波することになる。この
送波方式によって得られるパケットの反射波を用いてド
プラ周波数を検出し、また、各短幅パルス送波に対応す
る時間長の短い反射波から距離を求める装置構成とする
ものである。あるいは、上記（２）の目的を達成するた
めに、上記の装置構成において、波形制御器の断続ごと
にこれに対応して周波数発生器の周波数を変えて距離を
計測することとする。またあるいは、上記（３）の目的
を達成するために、これらの装置構成において、パルス
間の間隙でも受信を行なうこととする。
【０００６】
【作用】上記のように、連続するパルスをある時間送信
し、このときの物体からの反射信号のうち、短パルスを
距離計測に用いる。すなわち短パルスにより距離計測を
するので、（数３）により高距離分解能が得られる。ま
た、パケットの反射波をドプラ周波数検出に用いると、
時間長の長い反射波と等価なスペクトル帯域幅（狭帯
域）となり、高ドプラ周波数分解能が得られる。以上か
ら、本発明によって高ドプラ周波数分解能と高距離分解
能とを同時に実現することが可能となる。また、前時刻
のパケット送波周波数とは異なる周波数で現時刻のパケ
ット送波を行い、反射波の周波数より送波時刻を特定す
ることにより、遠距離物体と、近距離物体の識別が可能
になる。また、短パルス間に受信を行なうことによりパ
ケット、送波中においても極近距離物体の検出が可能に
なる。
し、このときの物体からの反射信号のうち、短パルスを
距離計測に用いる。すなわち短パルスにより距離計測を
するので、（数３）により高距離分解能が得られる。ま
た、パケットの反射波をドプラ周波数検出に用いると、
時間長の長い反射波と等価なスペクトル帯域幅（狭帯
域）となり、高ドプラ周波数分解能が得られる。以上か
ら、本発明によって高ドプラ周波数分解能と高距離分解
能とを同時に実現することが可能となる。また、前時刻
のパケット送波周波数とは異なる周波数で現時刻のパケ
ット送波を行い、反射波の周波数より送波時刻を特定す
ることにより、遠距離物体と、近距離物体の識別が可能
になる。また、短パルス間に受信を行なうことによりパ
ケット、送波中においても極近距離物体の検出が可能に
なる。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明の１実施例による高距離分解
能高ドプラ周波数分解能の運動検出装置の構成を示す。
図１において、周波数発生器１からの周波数信号と、矩
形波発生器２からの矩形波信号とを乗算器３で乗算す
る。ここで波形制御器４は、周波数発生器１及び矩形波
発生器２出力である周波数信号波形及び矩形波波形を制
御するためのものである。乗算器３の出力信号を送受信
時刻検出器５を通して送受波器６から送波する。本発明
による送波例を図２に示す。この図において、Ｐ１〜Ｐ
ｎは超音波パルス、ｆは超音波周波数を表す。送受波器
６から送波した音波は、音波の到達範囲内における移動
物体または固定物体等により反射する。この反射波を送
受波器６で受波し、周波数分析器７で反射信号をフーリ
エ変換し、周波数分析結果を演算器８に出力する。演算
器８では、反射信号の周波数特性と送信周波数とからド
プラ周波数を検出し、（数１）により速度演算を行な
う。また、送受信時刻検出器５からの出力信号である送
信時刻と受信時刻から（数２）により距離演算を行な
う。表示器９は、速度及び距離の演算結果を表示する。
能高ドプラ周波数分解能の運動検出装置の構成を示す。
図１において、周波数発生器１からの周波数信号と、矩
形波発生器２からの矩形波信号とを乗算器３で乗算す
る。ここで波形制御器４は、周波数発生器１及び矩形波
発生器２出力である周波数信号波形及び矩形波波形を制
御するためのものである。乗算器３の出力信号を送受信
時刻検出器５を通して送受波器６から送波する。本発明
による送波例を図２に示す。この図において、Ｐ１〜Ｐ
ｎは超音波パルス、ｆは超音波周波数を表す。送受波器
６から送波した音波は、音波の到達範囲内における移動
物体または固定物体等により反射する。この反射波を送
受波器６で受波し、周波数分析器７で反射信号をフーリ
エ変換し、周波数分析結果を演算器８に出力する。演算
器８では、反射信号の周波数特性と送信周波数とからド
プラ周波数を検出し、（数１）により速度演算を行な
う。また、送受信時刻検出器５からの出力信号である送
信時刻と受信時刻から（数２）により距離演算を行な
う。表示器９は、速度及び距離の演算結果を表示する。
【０００８】本発明における他の実施例を以下に示す。
図３は、実施例の概要を表したものである。ここでＯは
本検出装置、Ｓ１，Ｓ２は二つの移動物体である。Ｌma
xは数４による最大検出可能距離で、Ｓ１はＬmax以内、
Ｓ２はＬmax以遠にあるとする。この時、図４に示す二
つの周波数ｆ１，ｆ２のパケット１，２をそれぞれｔ
１，ｔ２のタイミングで送波すると、受信波は図４
（ｂ）のようにｔ３，ｔ４で表れる。この受信波をサン
プリングした後図５に示すような時間窓を掛け、これを
順次移動して周波数分析を行ない、スペクトルを時間方
向に並べると図６の様になる。図６はスペクトルレベル
の高い部分のみを表示したものである。ここでＥ１，Ｅ
２はそれぞれ周波数偏移した反射波のスペクトルであ
り、Ｅ１についてはｆ１付近に、Ｅ２についてはｆ２付
近に出ている。従って、Ｅ１はパケット１に対する反射
波、Ｅ２はパケット２に対する反射波であることが識別
でき、パケット１の送波タイミングｔ１とＥ１の受波タ
イミングｔ３とからＳ１の距離が、またパケット２の送
波タイミングｔ２とＥ２の受波タイミングｔ４からＳ２
の距離が（数２）によって計測できる。以上の方法によ
り、送信間隔によって限定される距離以上の計測が可能
である。 本発明の他の実施例を以下に示す。パケット
内の短パルス間において受信を行なうことにより、極近
距離の物体を検出する方法を図７を用いて説明する。図
７は、物体が極近距離にあるときの送受波のタイミング
を表す。ここで、Ｐ１〜Ｐ６はあるパケット内の送信パ
ルス、Ｒ１，Ｒ２は反射波である。送信開始から最初の
反射波Ｒ１を受信するまでの時間τを計測することによ
りパケット送信中においても物体の検出が可能である。
図３は、実施例の概要を表したものである。ここでＯは
本検出装置、Ｓ１，Ｓ２は二つの移動物体である。Ｌma
xは数４による最大検出可能距離で、Ｓ１はＬmax以内、
Ｓ２はＬmax以遠にあるとする。この時、図４に示す二
つの周波数ｆ１，ｆ２のパケット１，２をそれぞれｔ
１，ｔ２のタイミングで送波すると、受信波は図４
（ｂ）のようにｔ３，ｔ４で表れる。この受信波をサン
プリングした後図５に示すような時間窓を掛け、これを
順次移動して周波数分析を行ない、スペクトルを時間方
向に並べると図６の様になる。図６はスペクトルレベル
の高い部分のみを表示したものである。ここでＥ１，Ｅ
２はそれぞれ周波数偏移した反射波のスペクトルであ
り、Ｅ１についてはｆ１付近に、Ｅ２についてはｆ２付
近に出ている。従って、Ｅ１はパケット１に対する反射
波、Ｅ２はパケット２に対する反射波であることが識別
でき、パケット１の送波タイミングｔ１とＥ１の受波タ
イミングｔ３とからＳ１の距離が、またパケット２の送
波タイミングｔ２とＥ２の受波タイミングｔ４からＳ２
の距離が（数２）によって計測できる。以上の方法によ
り、送信間隔によって限定される距離以上の計測が可能
である。 本発明の他の実施例を以下に示す。パケット
内の短パルス間において受信を行なうことにより、極近
距離の物体を検出する方法を図７を用いて説明する。図
７は、物体が極近距離にあるときの送受波のタイミング
を表す。ここで、Ｐ１〜Ｐ６はあるパケット内の送信パ
ルス、Ｒ１，Ｒ２は反射波である。送信開始から最初の
反射波Ｒ１を受信するまでの時間τを計測することによ
りパケット送信中においても物体の検出が可能である。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、高距離分解能高ドプラ
周波数分解能を同一装置内で実現できるので、以下が可
能となり、大きな効果を有する。 （１）速度、距離両方の高精度測定、（２）複数物体の
識別、（３）装置の簡略化並びに低コスト化、（４）送
信間隔で規定される距離以上の物体検出、（５）短パル
ス間受信による極近距離物体の検出。
周波数分解能を同一装置内で実現できるので、以下が可
能となり、大きな効果を有する。 （１）速度、距離両方の高精度測定、（２）複数物体の
識別、（３）装置の簡略化並びに低コスト化、（４）送
信間隔で規定される距離以上の物体検出、（５）短パル
ス間受信による極近距離物体の検出。
【図１】本発明の一実施例を示す機器構成図。
【図２】本発明における送波方式の概要図。
【図３】他の実施例の概要図。
【図４】他の実施例における送受波タイミングを表す
図。
図。
【図５】フーリエ変換のための時間窓の例を表す図。
【図６】他の実施例における識別例を表す図。
【図７】極近距離物体の検出方法を表す図。
【符号の説明】
１…周波数発生器 ２…矩形波発生器 ３…乗算器
４…波形制御器 ５…送受信時刻検出器 ６…送受波器 ７…周波数
分析器 ８…演算器 ９…表示器
４…波形制御器 ５…送受信時刻検出器 ６…送受波器 ７…周波数
分析器 ８…演算器 ９…表示器
Claims (3)
- 【請求項１】移動物体に超音波を送波するとともに、該
移動物体からの反射波を受波する送受波器と、送受波時
刻を検出する送受信時刻検出器と、上記送受波器から反
射信号を得て該反射信号を周波数分析する周波数分析器
と、該周波数分析器と上記送受信時刻検出器からのデー
タにより運動データを演算出力する演算器を有して、移
動物体からの反射信号のドプラ効果による周波数偏移か
ら移動物体の速度を、該反射信号の送受タイミングから
移動物体の距離を計測する、移動物体の運動検出装置に
おいて、超音波を発生する周波数発生器と、超音波をパ
ルス状に発生するためのパルスを生成する矩形波発生器
と、該パルスの複数個の発生を断続的に繰り返す断続波
形を少なくとも制御する波形制御器と、上記周波数発生
器からの周波数信号と上記矩形波発生器からの矩形波信
号とを乗算して上記送受波器への送波信号を出力する乗
算器を備えることを特徴とする、移動物体の運動検出装
置。 - 【請求項２】請求項１において、波形制御器の断続ごと
にこれに対応して周波数発生器の周波数を変えて距離を
計測する手段を含むことを特徴とする移動物体の運動検
出装置。 - 【請求項３】請求項１あるいは請求項２において、パル
ス間の間隙で受信を行なうことにより極近距離物体を検
出する手段を含むことを特徴とする移動物体の運動検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17105391A JPH0519054A (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 移動物体の運動検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17105391A JPH0519054A (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 移動物体の運動検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0519054A true JPH0519054A (ja) | 1993-01-26 |
Family
ID=15916206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17105391A Pending JPH0519054A (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 移動物体の運動検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0519054A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03177719A (ja) * | 1989-12-05 | 1991-08-01 | Kimura Koki Kk | 風流分配型空調機 |
| JP2006284257A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Nec Corp | 音波伝搬距離推定方法及び音波伝搬距離推定装置 |
| CN119805436A (zh) * | 2025-03-12 | 2025-04-11 | 青岛克莱玛物联技术有限公司 | 一种高精度微波雷达探测方法及系统 |
-
1991
- 1991-07-11 JP JP17105391A patent/JPH0519054A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03177719A (ja) * | 1989-12-05 | 1991-08-01 | Kimura Koki Kk | 風流分配型空調機 |
| JP2006284257A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Nec Corp | 音波伝搬距離推定方法及び音波伝搬距離推定装置 |
| CN119805436A (zh) * | 2025-03-12 | 2025-04-11 | 青岛克莱玛物联技术有限公司 | 一种高精度微波雷达探测方法及系统 |
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