JPS5819229B2 - ミスデイスタンス測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電波等の波動におけるドツプラ効果を利用
した目標物体と、その目標物体に向けて発射された砲弾
、飛翔物体、または移動物体（以下、移動物体と呼ぶ）
との最近接距離を測定するミスディスタンス測定装置に
関するものである。

従来から、ドツプラ効果を利用したミスディスタンス測
定装置としては、パルスドツプラ方式、複数波ドツプラ
方式およびＣＷ単一波ドツプラ方式がある。

パルスドツプラ方式では、搬送波を正確なパルス幅のパ
ルスで振幅変調して放射する。

そのパルス波の送信中に反射波がもどってくれば、その
反射波は受信され、ドツプラ信号が検出される。

目標物体と移動物体の距離が長いために、パルス波の送
信中に反射波を受信できない場合は、ドツプラ信号を検
出することはできない。

目標物体と移動物体が所定の距離になると、ドツプラ信
号が検出されはじめる。

上記所定の距離とは、上記パルス幅に関係する装置固有
の値であり、あらかじめわかっている。

移動物体が目標物体の最近接点を通過するときには、ド
ツプラ周波数はＯになる。

また、ドツプラ信号が１周期発生すると、目標物λ 体と移動物体の距離が−（λは搬送波で波長であらかし
めわかっている）だけ短かく（又は長く）なる。

パルスドツプラ方式は、ドツプラ信号が検出され始める
距離と、ドツプラ信号が検出され始めてから、ドツプラ
周波数がＯになるまでに発生するドツプラ信号の波数（
又は周期の数）を測定し、次式（１）Ｋより最近接点に
おける目標物体と移動物体の距離を計測するものである
。

ＭＤ：ミスディスタンス Ｄ工：ドツプラ信号が検出されはじめる距離ｎ：ドツプ
ラ信号の波数 λ：搬送波の波長 複数波ドツプラ方式は、周波数および位相が正確に制御
された２つの搬送波ｆ１、ｆ２を同時に放射し、目標物
体と移動物体間で生じる２つのドツプラ信号を別々に検
出して、この２つのドツプラ信号のうちの１つを基準と
して他方を位相検波し、次式（２）によりミスディスタ
ンスを計測するものである。

ＭＤ＝Ｋ・φ ＭＤ：ミスディスタンス φ：位相検波器出力 に：装置の固有定数 ＣＷ単一波ドツプラ方式は、２物体間に生ずるドツプラ
信号の波数ｎと前記ｎ個のドツプラ波数を発生するに要
する時間ｔとの組（ｎｌ、１１）、（ｎ２、ｔ２）、（
ｎａ、ｔ３）・・・・・・・・・（ｎｍ、ｔｍ）（但し
、ｍは４以上の整数）を計測データとして、方程式 をミスディスタンスＭＤについて解（ことによってミス
ディスタンスを求めるものである。

上記方程式の記号の定義は ■：時刻１＝０における両胸体間の相対速度Ｌ：時刻１
＝０における両胸体間の距離 Ｘ：時刻１＝０における両胸体間の距離の移動方向の成
分 ａ：加速度 である。

前記ＣＷ単一波ドツプラ方式においては、ドツプラ信号
の波数を計測する必要上計測は中断することなく連続的
に行なう必要があり、測定途中に入るノイズによって途
中データが取得できない場合、又障害物によって途中ド
ツプラ信号を受信できない場合には、ＭＤをもとめるこ
とができない欠点があった。

本発明は、方程式には前記ＣＷ単一波ドツプラ方式の範
ちゅうのものであるが、ドツプラ信号の波数を計測する
かわりにドツプラ信号の周波数の瞬時値を計測してＭＤ
をもとめるものであり、その結果ドツプラ信号を連続的
に計測する必要はなく、瞬間間隔をおいた計測で十分で
ある。

連続測定が不必要であることによって、計測途中に入る
ノイズの影響を軽減することができ、障害物によ、つて
ドツプラ信号の受信ができない期間があってもＭＤをも
とめることができる。

又、計測が長期にわたる場合には特に有効な手段である
。

即ち、本発明によれば、相対的に等速直線運動する２つ
の物体間のミスディスタンスを側歪する装置において、
波長式の波動による上記２つの物体間に生ずるドツプラ
現象を検出し、ドツプラ信号を出力するドツプラ検出手
段と、該ドツプラ検出手段からのドツプラ信号を入力と
し、時刻ｔ＝０におけるドツプラ周波数ｆ２、時刻−△
ｔにおけるドツプラ周波数ｆい時刻△ｔにおけるドツプ
ラ周波数ｆ３を計測する手段と、上記ｆ工、ｆ２、ｆ３
、△ｔと上記ドツプラ検出手段の使用波長式を定数とし
て、上記両胸体間の相対速度をＶとして、上記両胸体が
最も近接したときの距離をＭＤとして、上記時刻１＝０
における両胸体間の相対速度をＶとして、上記時刻１＝
０における両胸体間の距離の移動径路に沿った方向の成
分なＸとして成立する方程式 をＭＤ、■、Ｘについて解く機能をもつ計算手段とを備
えることを特徴とするミスディスタンス測定装置が得ら
れる。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

本発明の原理図を第１図に示す。目標物体２は点Ｔに、
移動物体１は点Ｐ。

より直接ＬＮ上を点Ｑの方向に相対速度Ｖ （ｍ／ ｓ
ｅｅ ）の等速直線運動をする。

点Ｔは静止していなくてもさしつかえない。

点Ｑは直線ＬＮにおろした垂線の交点であり、Ｑｐ２＝
ｘ 、ＱＴ＝ＭＤ、Ｔｐｌ＝Ｌ１、Ｔｐ２＝Ｌ２、ＴＰ
３＝Ｌ３とする。

移動物体が点ｐ２ を通過する時刻を１＝０とするどき
△を秒前の移動物体の位置をｐｌ、△を秒あとの移動物
体の位置をｐ３ とする。

点ｐ１．ｐ２ｐ３ におけるドツプラ周波数を計測しｆ
ｌ、ｆ２、ｆ３ とするとドツプラ周波数の性質より
次の式が成り立つ。

第１図にピタゴラスの定理を適用することにより次の方
程式が成立することが容易にわかる。

（ｘ ＋△ｔＶ ） ２＋ＭＤ２＝ Ｌｐ
（２）ｘ ＋ＭＤ−Ｌ２（３） （Ｘ−△ｔＶ）２＋ＭＤ２＝ＬＸ （４）（
２）、 （３入（４）式を時間ｔで微分し、を代入する
と、次の式が成立する。

（Ｘ＋△ｔｖ ） Ｖ＝Ｌ１ｉ、１（５）ｘＶ ＝ Ｌ
２Ｌ２ （６）（Ｘ−△ｔｖ
）ｖ＝Ｌ３ｉ、３ （力（５）、（６）、
（力式の両辺を２乗し、（Ｌ）、 （２）、（３）、（
４）式を代入することによって次の方程式が得られる。

（８）、（９）、αＯ）式において、△ｔ、 ｆｌ、ｆ
２、ｆ３はドツプラ信号計数データから得られる定数で
、ｘ、−Ｖ、ＭＤが未知数である。

（８）、 （９）、（１０）式をこれらの未知数につい
て解くことによってミスディスタンスＭＤ、相対速度Ｖ
をもとめることができる。

ＭＤ、Ｖの解は例えば次のようにして計算することがで
きる。

まず、０υ〜（２０）式のような定数の置換えを行なう
。

０１）〜（２０）式を使ってＶ、ｘ、ＭＤをもとめる。

第２図に本発明の実施例のブロック図を、第３図に第２
図のドツプラ検出器３の詳細ブロック図を示す。

ドツプラ検出器３としては、種々のドツプラ検出器を用
いることが可能であるが、本実施例ではもつとも簡単な
ものを例として示す。

第３図において、発振器１３で発生された正弦波信号は
電力増幅器１２で増幅され、サーキュレータ１１を介し
てアンテナ１０に供給される。

電力増幅器１２の出力が矢印１γで示すように検波回路
１４の方に２部漏れ込むようにサーキュレータ１１を製
作することにより、検波回路１４において送信波と受信
された反射波が混合され、ビート信号を発生しオートダ
イン検波される。

検波回路１４の出力は、増幅器１５で増幅され、Ｓ／Ｎ
を改善するために、ドツプラ信号の周波数に適したロー
パスフィルタ１６を介して、ドツプラ信号として出力さ
れる。

ドツプラ信号は周波数計４に入力され、ディジタル周波
数に変換され、・、出力される。

コンピュータ７は計測時にサンプル／ホールド回路５を
利用して周波数値をサンプルデータとして取りこみ、コ
ンピュータのメモリ内にだ（わえる。

サンプル／ホールド回路の制御は、つぎのように行なわ
れる。

タイマ６にあらかじめ測定時間間隔ｔｂをセットしてお
き、その時刻ごとにタイマ６からコンピュータ７に信号
を出し、コンピュータ７を起動させる。

起動したコンピュータ７はサンプル／ホールド回路５ヘ
ホールドのタイミング信号を与え、このホールドの間に
周波数およびタイマ６からの時亥請報を取り込む。

タイマ６のかわりに人間が計測時をあたえてやることも
可能である。

ドツプラ信号の入力が完了すればコンピュータ７への上
記情報の取り込みを中止し、入力された周波数と時刻情
報の組（ｆｂｌ、ｔｂ ）、（ｆｂ２．２ｔｂ）、（ｆ
ｂ３．３ ｔｂ ）・・・・・・・・・をメモリより読
み出し印字装置８を使用して印字する。

人間が該データの良否を判断し、１＝０となる規準時刻
ｋｔｂ、△ｔ＝ｌｔｂ （ｋｔｂは計測された時刻情報
内の時刻情報、１＜ｋを満足する正の整数）を決めｋｔ
ｂ時刻の周波数ｆ ２ 、ｋｔｂ−△を時刻の周波数ｆ
１、ｋｔｂ＋△を時刻の周波数をｆ３ として、キーボ
・−ド入力装置９を使用して入力する。

コンピュータ７は入力されたｆｌ、ｆ２、ｆ３、△ｔ
を基に式αυ〜（２４）を計算し、ミスディスタンスＭ
Ｄ、相対速度Ｖをもとめ印字装置８によりプリントアウ
トさせる。

本実施例においては、人間がデータの指定を行ナツタが
、コンピュータのプログラムで自動的に行なうことも可
能であり、この場合比較的早くＭＤ、Ｖの計算結果を得
ることができる。

なお、本実施例の場合はコンピュータ７の出力装置とし
て印字装置８のみを考えているが、他の出力装置または
他の機器への制御信号としてＭＤ、Ｖ、ｘの情報を出力
することも可能である。

さらに、本実施例においては、ドツプラ検出器として第
３図に示すような電波を使用し、かつ移動物体からの反
射波を利用するものを用いたが、本発明の構成要件とし
てのドツプラ検出器としては、第３図に示すようなもの
に限られない。

すなわち、本発明に使用可能なドツプラ検出器は、利用
している波動で分類すれば、（１）電波を利用したもの
、（２）光を利用したもの、（３）音波を利用したもの
、（４）放射線を利用したものに分けられる１また送受
信の形式から分類すれば、（１）第３図のようにドツプ
ラ検出器から送信波を送信し、移動物体からの反射波を
受信して、ドツプラ信号を検出するもの。

（２）移動物体が受信機を持っていて、ドツプラ検出器
から送信された信号を受信して、それに一定の周波数偏
移を与えて、ドツプラ検出器に向けて送信することによ
り、ドツプラ信号を検出するもの、（３）あらかじめわ
かっている波動を移動物体が放射し、ドツプラ検出器は
その波動を受信するだけで、ドツプラ信号を検出するも
のに分けられる。

また送受信波形の形式としては、（１）Ｃ，Ｗ、（２）
変調された波に分けることができる。

本発明の構成要素としてのドツプラ検出器はドツプラ信
号を得ることのできるようなドツプラ検出器に限り、い
かなる形式、または方式のドツプラ検出器でも有効であ
る。

以上説明したように本発明によるミスディスタンス測定
装置は、従来のミスディスタンス測定装置の欠点である
連続測定をする必要がなく、サンプル測定だけでもとめ
ることが可能であり、測定期間中のノイズや中断による
影響も少なくなる効果があり、測定が長期におよぶもの
に特に有効であると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図、第２図は本
発明の一実施例のブロック図、第３図は第２図のドツプ
ラ検出器３の詳細ブロック図である。 １・・・・・・移動物体、２・・・・・泪標物体、３・
・・・・・ドツプラ検出器、４・・・・・・周波数計、
５・・・・・・サンプル／ホールド回路、６・・・・・
・タイマ、７・・・・・・コンピュータ、８・・・・・
・印字装置、９・・・・・・キーボード入力装置、１０
・・・・・・アンテナ、１１・・・・・・サーキュレー
タ、１２・・・・・・電力増幅器、１３・・・・・・発
振器、１４・・・・・・検波回路、１５・・・・・・増
幅器、１６・・・・・・ローパスフィルタ、１Ｔ・・・
・・・送信波漏洩信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 相対的に等速直線運動する２つの物体間のミスディ
   スタンスを測定する装置において、波長人の波動による
   上記２つの物体間に生ずるドツプラ現象を検出し、ドツ
   プラ信号を出力するドツプラ検出手段と、該ドツプラ検
   出手段からのドツプラ信号を入力とし、時刻１＝０にお
   けるドツプラ周波数ｆ２、時刻−△ｔにおけるドツプラ
   周波数１時刻△ｔにおけるドツプラ周波数ｆ３を計測す
   る手段と、上記ｆ１．ｆ２、ｆ３、△ｔと上記ドツプラ
   検出手段の使用波長人を定数として、上記両胸体間の相
   対速度なＶとして、上記両胸体が最も近接したときの距
   離をＭＤとして、且つ上記時刻を一〇における両胸体間
   の相対速度をＶとして、上記時刻１＝０における両胸体
   間の距離の移動径路に沿った方向の成分をＸとして成立
   する方程式をＭＤ、Ｖ、ｘについて解く機能をもつ計算
   手段とを備えることを特徴とするミスディスタンス測定
   装置。