(57)【要約】【課題】最小のデータメモリを使用して物体を正確に識別することができる、小さく信頼性の高いセンサの提供。【解決手段】物体の範囲及び方位を測定する方法を開示する。第１信号の少なくとも一部は、センサ４００から送信される。送信された信号は物体で反射され、センサ４００が受信する。第１信号の少なくとも一部は、第１ミキサ４１８及び第２ミキサ４２０に印加される。受信された信号は第１及び第２ミキサに印加される。第２信号は第１ミキサで生成され、第３信号は、送信された第１信号が反射された信号に少なくとも部分的に重なる際に、第２ミキサで生成される。方位角度、照準からのずれの程度、及び物体の範囲は、第２信号、第３信号又はそれらの組合せから決定することができる。物体の範囲及び方位を測定するセンサも開示される。【選択図】図４
2004170415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号の少なくとも一部を送信する工程と、
反射信号を受信する工程と、
前記第１信号の少なくとも一部を第１ミキサ及び第２ミキサに印加する工程と、
前記受信された信号を前記第１及び第２ミキサに印加する工程と、
前記第１及び第２ミキサに印加された前記第１信号の前記一部が少なくとも部分的に前記反射信号に重なる際に、前記第１ミキサから第２信号を、前記第２ミキサから第３信号を生成する工程と、
前記第２信号、前記第３信号、並びに前記第２及び第３信号の組合せからなるグループのうち１以上の信号に基づいて１以上の測定を実行する工程と
からなることを特徴とする物体位置決定方法。
【請求項２】
前記１以上の測定は、方位角度を決定する工程、前記物体の範囲を決定する工程、及び前記物体が照準の左か右かを決定する工程からなるグループからなることを特徴とする請求項１記載の物体位置決定方法。
【請求項３】
前記方位角度は、前記第２信号及び前記第３信号間の測定された信号振幅差に基づいて決定されることを特徴とする請求項２記載の物体位置決定方法。
【請求項４】
前記第１信号は、第１セグメント及び第２セグメントに分割され、
前記第１セグメントは、前記第１信号の送信された部分であり、
前記受信パルスは、物体から反射された前記送信された第１セグメントであり、
前記第２セグメントは、前記第１及び第２ミキサに印加された前記第１信号部分であることを特徴とする請求項１記載の物体位置決定方法。
【請求項５】
前記第２ミキサに入力される前に、前記反射された信号が通過するスイッチ組立体を設けることにより、第１チャンネルでの信号分離が増大する工程をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の物体位置決定方法。
【請求項６】
高周波パルスを第１及び第２パルスセグメントに分割する工程と、
前記第１パルスセグメントを送信する工程と、
物体から反射された前記第１パルスセグメントを受信する工程と、
前記第２パルスセグメントをΣミキサ及びΔミキサに同時に印加する工程と、
前記受信された第１パルスセグメントを前記Σミキサ及びΔミキサに同時に印加する工程と、
前記受信された第１パルスセグメントが前記第２パルスセグメントに少なくとも部分的に重なる際に、前記ΣミキサからΣビデオパルスを、前記ΔミキサからΔビデオパルスを生成する工程と、
（１）前記Σミキサビデオパルス及び前記Δミキサビデオパルス間のビデオパルス振幅差を測定し、該測定されたビデオパルス振幅差に基づいて前記方位角度を決定する工程、
（２）前記Σミキサビデオパルス出力に基づいて物体範囲を決定する工程、
（３）前記Σミキサビデオパルス及び前記Δミキサビデオパルス間のビデオパルス振幅差を測定し、該測定されたビデオパルス振幅差に基づいて前記物体が照準の右か左を決定する工程
から構成されるグループから１以上の測定を実行する工程と
からなることを特徴とする物体範囲及び方位測定方法。
【請求項７】
前記高周波パルスはスイッチ組立体により分割されることを特徴とする請求項６記載の物体範囲及び方位測定方法。
【請求項８】
前記Δミキサへの入力前に、前記受信された第１パルスセグメントが通過する第２スイッチ組立体を提供することにより、Δチャンネルの信号分離を増大させる工程をさらに具備することを特徴とする請求項７記載の物体範囲及び方位測定方法。
【請求項９】
第１信号の少なくとも一部を、受信された信号に混合する第１ミキサと、前記第１信号の少なくとも一部を前記受信された信号に混合する第２ミキサとを具備する物体の範囲及び方位測定用のセンサであって、
前記第１及び第２ミキサに印加された前記第１信号の前記一部が少なくとも部分的に前記反射信号に重なる際に、前記第１ミキサが第２信号を生成し、前記第２ミキサが第３信号を生成し、
前記センサが、前記第２信号、前記第３信号、並びに前記第２及び第３信号の組合せからなるグループから１以上の信号に基づいて１以上の測定を実行することを特徴とするセンサ。
【請求項１０】
前記第１ミキサの出力ポートに接続された入力ポートを有する第１プリアンプと、
前記第２ミキサの出力ポートに接続された入力ポートを有する第２プリアンプとをさらに具備することを特徴とする請求項９記載のセンサ。
【請求項１１】
スイッチ組立体をさらに具備し、
該スイッチ組立体は、前記第１信号を第１及び第２セグメントに分割し、前記第１セグメントをアンテナから送信させ、前記第２セグメントを前記第１ミキサ及び第２ミキサに同時に印加することを特徴とする請求項９記載のセンサ。
【請求項１２】
アンテナ組立体に機能接続されたハイブリッド結合をさらに具備し、
前記スイッチ組立体が送信位置にあるとき、前記第１セグメントが前記アンテナ組立体により送信され、
前記スイッチ組立体が受信位置にあるとき、前記アンテナ組立体が前記受信信号を受信し、
前記第２セグメント及び前記受信パルスは、前記第１及び第２ミキサへの入力であることを特徴とする請求項１１記載のセンサ。
【請求項１３】
前記第１パルスの少なくとも一部を送信する工程と、
反射されたパルスを受信する工程と、
前記第１パルスの少なくとも一部をΣミキサ及びΔミキサに同時に印加する工程と、
前記受信パルスを前記Σミキサ及びΔミキサに同時に印加する工程と、
送信された前記第１パルスの前記一部が前記反射パルスに少なくとも部分的に重なる際に、前記Σミキサから第１ビデオパルスを、前記Δミキサから第２ビデオパルスを生成する工程と、
（１）前記第１ビデオパルス及び前記第２ビデオパルス間のビデオパルス振幅差を測定し、該測定されたビデオパルス振幅差に基づいて前記方位角度を決定する工程、
（２）前記第１ビデオパルス出力に基づいて物体範囲を決定する工程、
（３）前記第１ビデオパルス及び前記第２ビデオパルス間のビデオパルス振幅差を測定し、該測定されたビデオパルス振幅差に基づいて前記物体が照準の右か左を決定する工程
から構成されるグループから１以上の測定を実行する工程と
からなることを特徴とする物体位置決定方法。
【請求項１４】
前記第１パルスは、第１及び第２セグメントに分割され、
前記第１セグメントは、前記第１パルスの送信された部分であり、
前記受信されたパルスは、物体から反射された前記送信された第１セグメントであり、
前記第２セグメントは、前記Σミキサ及び前記Δミキサに同時に印加された前記第１パルスの前記一部であることを特徴とする請求項１３記載の物体位置決定方法。
【請求項１５】
前記第１パルスはスイッチ組立体により分割されることを特徴とする請求項１４記載の物体位置決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の範囲及び方位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の範囲及び方位を測定するセンサは、種々の用途において有用である。これらのセンサは、自動車用途、例えば歩行者及び他の車両を含む、物体との衝突のおそれを警告する用途における実施が増加している。
【０００３】
潜在的に危険な物体と危険の無い物体とを信頼性高く識別することができるセンサを創り上げることは、大きな難問である。物体の位置及び速度がさらにはっきりするにつれ、物体識別が改善される。物体識別が改善されると、誤報が減少する。また、センサの大きさも、多くの用途、特に自動車での使用ではデザインを考慮する上で重要である。
【０００４】
従来の範囲及び方位の決定には、ローブ切換え（lobe switching）が使用されている。ローブ切換えは、領域をスキャンするアンテナビームのステアリングである。最大放射すなわち受信が２以上の方向の各々に順次切り換えられる。これは、フラッシュライトでスキャンすることにより大きな空間を照らすことに似ている。各一瞬では、空間の一部のみが照らされる。ローブ切換えは機械的又は電気的に実施可能である。範囲データは、時間遅延を測定することにより得られる。方位測定は、アンテナの位置、すなわち照射角度すなわちローブをコード化し、物体の角度データを記録することにより達成される。
【特許文献１】特開平８−１８４６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ローブ切換えは、特定の方位角度が観察下にあるときの方位情報を得るために使用される。一般に、良好な解像度を得るために、狭いビームを有する複数のローブが必要とされる。解像度は、スキャンされるローブ数が増加すると、増大する。各ローブがスキャンされると、データが順次記録される。これは、無視できない時間及びデータメモリを要する。
【０００６】
最小のデータメモリを使用して物体を正確に識別することができる、小さく信頼性の高いセンサを設計することが、技術者の継続的目標である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、物体の範囲及び方位を測定する方法を含む。例示された実施形態において、第１信号の少なくとも一部は、センサから送信される。送信された信号は物体で反射され、センサが受信する。第１信号の少なくとも一部は、第１ミキサ及び第２ミキサに印加される。受信された信号は第１及び第２ミキサに印加される。第２信号は第１ミキサで生成され、第３信号は、送信された第１信号が反射された信号に少なくとも部分的に重なる際に、第２ミキサで生成される。次に、１以上の後の動作が実行でき、（１）第２信号及び第３信号間の振幅の差を測定し、測定された振幅差に基づいて方位角度を決定し、（２）第２信号出力の時間遅延に基づいて物体範囲を決定し、（３）第２信号及び第３信号間の位相差を測定し、測定された位相差に基づいて物体が照準の右か左かを決定する。
【０００８】
本発明はさらに、物体の範囲及び方位の測定用センサを含む。例示されたセンサは、第１信号の少なくとも一部を受信信号と混合する第１ミキサと、第２信号の少なくとも一部を受信信号と混合する第２ミキサとを具備する。第１信号の少なくとも一部は第１及び第２ミキサに印加され、受信信号は第１及び第２ミキサに印加される。信号は、第１信号の一部が受信信号に少なくとも部分的に重なる際に、第１及び第２ミキサで生成できる。次に、続く項でリストされた動作がミキサで生成された信号を使用して実行できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、添付図面と共に詳細な説明を読むと最もよく理解される。
【００１０】
本発明の実施形態は、物体の範囲、方位又はその両方の測定に用いることができるセンサ前端構造からなる。この構造は、パルスセンサ技術を使用する。方位の測定は、共通の開口アンテナ及び単パルス技法を用いて達成できる。単パルスシステムは、ローブ切換え技法とは対称的に、同時に受信される信号を単に振幅比較することで、高解像度の方位情報を得る。
【００１１】
センサ構造の模範的実施形態において、高周波（ＲＦ）パルスの一セグメントは送信信号用に使用されるが、ＲＦパルスの別のセグメントはローカル発振器パルスとして使用される。展開されたＲＦパルスの区切りは、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチ構造等のスイッチ組立体で得ることができる。
【００１２】
以下では、物体の方位角度の測定用のレーダシステムに使用され、開示されるセンサ構造の実施形態にも適用可能な従来の単パルス技法を簡単に説明する。
【００１３】
代表的なアンテナパターンパラメータは、１８０°ハイブリッドデバイスと関連して作動するアンテナ用に最初に精査される。
【００１４】
図１は、１８０°ハイブリッドデバイスを概略的に示す。このデバイスは、受動且つ反復デバイスであり、Σポート４が入力部のとき等振幅及び位相電力部か、Δポート３が入力部のとき等振幅及び位相電力部のいずれかを許容する。
【００１５】
１８０°ハイブリッドデバイスの各ポートにおける入射波an及び反射波bnはＳパラメータ行列を書くために使用できるので、デバイス特性と提案された機器内での作動のよりよい理解が得られる。
【数１】
2004170415.tif 000003
【００１６】
Ｓパラメータ行列は、ポート４のΣ及びポート３のΔが入力部である送信特性、ポート１，２が入力部である受信特性の両方を計算するために使用できる。
【００１７】
最初に、ハイブリッドデバイスが振幅１（a4＝1.0）の信号を有するポート４で励起される場合の送信特性が計算される。
【数２】
2004170415.tif 000004
【００１８】
受信モードにおいて、物体が照準上にあると、等振幅及び位相信号はポート１，２に印加される。ポート３，４において得られる信号の計算のために、a1＝a2＝1.0であり、a3＝a4＝０であると仮定する。
【数３】
2004170415.tif 000005
従って、照準上の物体について、受信信号の全エネルギーはポート４で利用可能であり、ポート３ではゼロである。
【００１９】
照準からはずれた物体について、等振幅信号はポート１，２で入射されるが、ポート１，２での戻り信号の位相は、物体がポート１及びポート２のどちらにより近いかによって進んだ位相又は遅れた位相のいずれかである。各チャンネル用の有効アンテナビーム幅は図２に示される。
【００２０】
照準からはずれた物体の得られる位相差の物理的解釈は、照準から外れた物体からの波面がポート１，２に接続されたアンテナ開口に入射される図３から得ることができる。物体に対するより長い範囲に関連する付加的な時間遅延の結果、アンテナ開口に入射される信号の位相差は、Δφで示される。
【００２１】
Σチャンネル信号に対するΔチャンネル信号の振幅及び位相を処理すると、物体の方位情報が得られる。
【００２２】
図４は、本発明の一実施形態に従ったパルスセンサ前端構造４００を示す。変調器４０２は、信号源４０４に連続したパルスを入力する。パルスは信号源４０４で、好適には高周波範囲で生成され、第１スイッチ組立体４１６に入力する。第１スイッチ組立体４１６が送信位置にあるとき、高周波パルスのセグメントがアンテナ組立体４４０のハイブリッド結合４０６に印加される。アンテナ組立体４４０は、共線形アーム４１２，４１４にそれぞれ接続されたアンテナ４０８，４１０に接続されたハイブリッド結合４０６を具備する。アンテナ組立体４４０は単に例示の組立体である。本発明の範囲内で他の構成を使用することもできる。アンテナ４０８，４１０は、スイッチの位置により、送信アンテナ又は受信アンテナとして作用することができる。送信位置において、第１パルスセグメントがアンテナから送信される。
【００２３】
第１スイッチ組立体４１６が（図示されているように）受信位置にあるとき、高周波パルスの第２セグメントがΣミキサ４１８及びΔミキサ４２０に同時に印加される。第１パルスセグメントが物体から反射されると、アンテナは信号を受信する。また、スイッチが受信位置にあると、反射された第１パルスセグメントもΣミキサ４１８及びΔミキサ４２０に印加される。
【００２４】
第２スイッチ組立体４２２は、ハイブリッド結合４０６のΔミキサ４２０及びハイブリッド結合４０６のΔポート４２４に接続される。第２スイッチ組立体４２２は、反射第１パルスセグメントがΔミキサ４２０に入力される第１位置と、入力されない第２位置との間を切り換える。これにより、Δチャンネルでの信号分離が増大する。
【００２５】
センサは次の通り作動できる。すなわち、高周波パルスの第１セグメントが特定時間、すなわち過渡時間送信され、次に高周波パルスの第２セグメントが受信時間の間、Σミキサ４１８及びΔミキサ４２０のローカル発振器ポート４２６，４２８にそれぞれ印加されるように、スイッチ組立体４１６が駆動される。アンテナバンド幅内にある物体は、送信された信号エネルギーの一部を反射し、センサ前端４００に戻す。物体の範囲が受信時間と同じ時間の場合、すなわち反射された送信器パルスが少なくとも部分的に受信時間に重なると、ビデオレベルがΣミキサ出力部４３０及びΔミキサ出力部４３２で生成される。Σミキサ出力部４３０におけるビデオレベルは、物体範囲、レーダ断面、アンテナゲイン、Σチャンネルミキサ変換損失、及び印加されたローカル発振器信号に関する信号の位相に比例する。Δミキサ出力部４３２でのビデオレベルは、アンテナ照準角度に関する物体の方位角度に加え、Σミキサ出力部４３０と同一の全要素に比例する。範囲の走査は、パルス幅の動的変動を介して達成できる。
【００２６】
図５は、図４に示されたセンサに関連する作動タイミングチャートを示す。発振器４０４からの変調されたパルス５０２が最も上のラインに示される。変調されたパルス５０２は、第１スイッチ組立体４１６により時間分割され、ハイブリッド結合部（hybrid junction）４０６に印加され、続いてアンテナ４０８，４１０により送信される。送信されたパルスセグメント５０４は「Ｔｘパルス」として指定される。送信期間の端部において、スイッチ４３４，４３６はそれらの元の位置に戻り、残りのパルスセグメント５０６すなわちローカル発振器（ＬＯ）パルスはΣミキサ４１８及びΔミキサ４２０に同時に印加される。パルスセグメント５０６は「ＬＯパルス」として指定される。パルス５０８は、物体から反射された受信パルスであり、「Ｒｘパルス」として指定される。受信されたパルス５０８は、範囲Ｒでの物体に対して行程時間τdだけ遅延し、５１２により示されるようにτd＝２Ｒ／ｃとなる。ここで、ｃは光速である。パルス幅が動的変調されると、受信されたローカル発振器パルスが同時に起こり、すなわち５１０で示されるように重なると、ビデオパルスはΣミキサ出力部４３０及びΔミキサ出力部４３２で生成される。これは「ミキサ出力」５１４として表わされる。
【００２７】
Ｔｘパルス及びＬＯパルス間の変調された高周波パルスの時間分割すなわちゲーティングは、物体の範囲を決定するのに使用可能である。例えば、変調された高周波パルス幅の正確な制御は、Ｔｘパルス及びＬＯパルスの時間比と同様に、範囲識別器を形成するのに使用可能である。変調されたパルス幅が物体範囲に関連した遅延より大きくなるまで、物体は検知されない。
【００２８】
センサ及び物体間に相対移動がある条件では、ドップラ信号がΣミキサ出力部及びΔミキサ出力部で生成される。
【００２９】
同相及び直交位相信号成分は、多数の送信器パルスの送信位相を交互に変更する送信器パスでの移相要素を含むことにより生成可能である。
【００３０】
スイッチ組立体４１６は、送信及び受信の両方に単一アンテナ開口を可能にする。しかし、本発明の構造内の作動及び機能は、送受切換器等の、これらの機能を与える他の部品より複雑である。たとえば、単極双投スイッチの第２組は、Δチャンネル内の信号分離を増大させるのに利点を有することができる。さらに、送信パルスの持続時間は、センサ前端の短い範囲の測定能力に対して独自である。
【００３１】
物体照準角度は、上述したようにΣチャンネル及びΔチャンネルの信号レベルの違いの測定により決定できる。この技法は振幅単パルスシステムと称される。照準の左又は右への物体位置は、前端出力部でのドップラ信号のΔ／Σ位相の解像度を介して決定できる。要約すれば、照準角度に対する物体範囲及び物体位置の変化は、単パルス比パラメータの測定により決定できる。要求された信号成分は、サンプリング位相検知器を使用して再生することができる。
【００３２】
図６は、本発明の別の実施形態に従ったパルスセンサ前端構造を示す。分離した送信アンテナ６０２及び受信アンテナ６０４が使用される。従って、切換は不要である。変調器６０６は、発振器６０８により生成される信号を変調する。カプラ６１０は、発振器６０８からのパルスを受信し、それを送信アンテナ６０２、Σミキサ６１２およびΔミキサ６１４に送信する。受信アンテナ６０４は、送信パルスが物体から一旦反射されると、その送信パルスを受信する。受信アンテナ６０４はΣミキサ６１２およびΔミキサ６１４にパルスを出力する。Σミキサ６１２およびΔミキサ６１４の出力部はプリアンプ６１６，６１８にそれぞれ入力する。Σチャンネルパルスは６２０における出力であり、Δチャンネルパルスは６２２における出力である。物体範囲はパルス幅により再度決定される。また、パルス幅は、特定範囲を超える物体検出を排除する能力を与える。
【００３３】
物体方位は、各出力部６２０，６２２でのΣチャンネルパルス及びΔチャンネルパルスの振幅比較により決定される。照準に対する物体の左右は、ドップラ信号の位相により決定できる。
【００３４】
図７は、図６に示された実施形態に関連したタイミングチャートを示す。変調されたパルス７０２は、発振器６０８で生成され送信される。変調されたパルス７０２は「Ｔｘパルス」として指定される。受信されたパルス７０４は、物体で反射された変調パルス７０２であり、「Ｒｘパルス」として指定される。受信されたパルス７０４はτd＝２Ｒ／ｃだけ遅延する。送信されたパルス７０２は、ミキサ６１２，６１４に印加されたパルス７０６と同じである。パルス７０６は「ＬＯパルス」として指定される。重なり時間７０８は、受信パルス７０４の時間とミキサに印加されるパルス７０６の時間との重なりである。
【００３５】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、図６の前端構造の有効性試験結果を示す。結果は、20〜25mの範囲で静止及び移動物体テストトラックを使用して得られた。図８（Ａ）及び（Ｂ）に図示された結果は２方位条件での大きな物体用である。データは、範囲情報及び方位情報の両方が、提案されたセンサ構造から得ることができることを開示する。図８（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれΣチャンネル波及びΔチャンネル波を示す。図８（Ａ）の波パターンは照準上の物体に対応し、Δチャンネル波が平坦である。図８（Ｂ）は、照準から、この場合６°外れた物体に対応するΣチャンネル波及びΔチャンネル間の９０°位相差を示す。
【００３６】
図９は、本発明のさらに別の実施形態に従ったパルスセンサ前端構造９００を示す。センサ９００は、以下を付加してセンサ４００の部品と同じである。前端属性は、両チャンネルのＩ及びＱビデオ信号要素及びゲイン及び位相が合致したチャンネルを具備する。センサは好適には、さらに処理するために中間周波数信号を生成するために、過渡時間の間、周波数の明確な変化である。従って、Σミキサ９０２及びΔミキサ９０４からの出力は、それぞれΣチャンネルＩＦプリアンプ９０６及びΔチャンネルＩＦプリアンプ９０８により増幅される。整合フィルタ９１０，９１２は、ΣチャンネルＩＦプリアンプ９０６及びΔチャンネルＩＦプリアンプ９０８からの出力を濾波する。整合フィルタ９１０，９１２の出力は、ミキサ９１６，９１８での発振器９１４からの信号と混合される。ミキサ９１６は、同相出力９２６及び直交位相出力９２８を提供する。これらΣチャンネル出力はフィルタ９１８，９２０によりそれぞれ濾波される。ミキサ９１４は、同相出力９３０及び直交位相出力９３２を提供する。これらΔチャンネル出力はフィルタ９２２，９２４によりそれぞれ濾波される。９２６，９２８，９３０，９３２でのビデオ出力チャンネルは情報を生成し、物体範囲及び物体方位はこの情報から決定できる。Δチャンネル及びΣチャンネルの同時処理に関して、各チャンネルのゲイン及び位相は、方位測定内のエラー用のポテンシャルを低減又は除去するために、好適には合致され又は補償される。従って、整合フィルタ９１０，９１２を実施できる。任意のアンプ９３４は、送信パルスの電力を増幅し、より大きな範囲性能を潜在的に達成するよう組み込むことができる。
【００３７】
図１０は、本発明の別の実施形態に従ったセンサを示す。本実施形態において、単一チャンネルは、Δチャンネル及びΣチャンネル処理用に時間分割される。この構造は本質的に合致したゲイン及び位相であるが、各チャンネルからのデータは同時獲得できない。
【００３８】
発振器１２は連続波（ＣＷ）信号を生成し、Ｉ／Ｑミキサ４６及び周波数分割器１４にＣＷ信号を送信する。周波数分割器１４は、パルス変調器１６の出力を始動させる。周波数変調器１６はＣＷ発生源１８の周波数に進む。ほぼ同時に、スイッチ２２，２４は、過渡位置に移動し、Σポートのハイブリッド結合に送信信号を印加する。過渡パルスの結果、ＣＷ発生源１８は元の周波数に戻り、スイッチ２２，２４は元の位置に戻る。この変調されたパルスはポート３８でのΣ／Δミキサ３６への、及びパルスを送信するアンテナ組立体２６への入力である。変調されたパルスは、スイッチ組立体２０が送信位置にあるときのみ送信される。送信パルスは電力増幅器６０により任意に増幅してもよい。スイッチ組立体２０はスイッチ２２，２４を具備してもよい。図１０に図示されているように、スイッチ組立体２０は受信位置にある。送信されたパルスは物体により反射され、アンテナ組立体２６により受信される。アンテナ組立体２６は例示された組立体であり、アンテナ３０，３２及びハイブリッド結合２８を具備する。
【００３９】
受信モードにおいて、アンテナ組立体２６に受信されたパルスは、ポート４０でのΣ／Δミキサ３６への入力である。第２スイッチ組立体３４は、Σ／Δチャンネルの信号分離を増加するよう設けられる。
【００４０】
Σ／Δミキサ３６は、Σ／ΔチャンネルＩＦプリアンプ４２にＩＦパルスを出力する。プリアンプ４２からのＩＦパルスは、ポート５０でのＩ／Ｑミキサ４６への入力の前に、整合フィルタ４４を通過する。Ｉ／Ｑミキサ４６は、５６でΣ／ΔのＩチャンネル出力及び５８でΣ／ΔのＱチャンネル出力を提供する。これら出力はフィルタ５２，５４により濾波される。
【００４１】
掃引された範囲動作を許容する別の構造の実施形態が図１１に図示される。部品構成は図４の構成と同様であるが、図４に示される単極双投スイッチ４１６は単極３投スイッチ１１０２，１１０４に置換され、パルス発生源４０４はＣＷ発生源１１０６に置換されている。スイッチ組立体１１０８は、ＣＷ信号源１０６を効果的に分割して送信及びローカル発振器パルスを生成する。主発生源のパルス変調は、単極３投スイッチ１１０２，１１０４の中心位置が変調機能を果たすことができるので、必要ではない。さらに、送信及び受信パルス幅変調は、同一スイッチで実施できる。スイッチ１１０２は、ローカル発振器パルスの少なくとも一部に、Σチャンネルミキサ１１１０及びΔチャンネルミキサ１１１２へほぼ同時に入力させる。スイッチ組立体１１１４はΔチャンネルへの信号分離を増大するように具備してもよい。スイッチ組立体１１１４は好適には、２個の単極双投スイッチ１１１６，１１１８を具備する。ミキサ１１１０，１１１２の出力はそれぞれプリアンプ１１２２，１１２４への入力である。Σチャンネル信号は１１２６での出力であり、Δチャンネル信号は１１２８での出力である。センサは好適にはホールドキャパシタ１１３０，１１３２を具備する。
【００４２】
図１２のタイミングチャートは、図１１の示された掃引された範囲センサの作動を示す。送信パルス１２０８は、単極３投スイッチ１１０２，１１０４が送信位置にあるとき、アンテナ組立体１１２０を通って送信される。ローカル発振器パルス１２０２は可変（掃引）時間θvに従って印加され、ある点では物体の２方向行程時間に関連した受信パルス１２０４と同量の時間である。（「同量」は少なくとも部分的に重なることを意味する。Δミキサ出力部１２０６は、ローカル発振器パルス１２０２が受信パルス１２０４と同量である点で高く始まる。作動の範囲存在（dwell）モードは、ローカル発振器パルスの一定遅延の維持により発生する。図示の実施形態において、同相及び直交位相信号成分は２つの方法の一方で実施される。（１）９０°移相器が送信アームに付加できる、又は（２）Ｉ／Ｑミキサが図１１の単チャンネルミキサに代用できる。
【００４３】
別の構造では、物体方位情報は、Σチャンネル振幅に対するΔチャンネル振幅の比較により得ることができる。
【００４４】
単チャンネル掃引範囲センサ構造の図示の実施形態は図１３に示される。ここで、Δチャンネル及びΣチャンネルは、単極双投スイッチ１３０２及びＩ／Ｑミキサ１３０４を用いて時間分割され、複雑な信号成分を与える。図１３に示される残りの構造は図１１に示される構造と同様であり、ＣＷ発生源１３０４、スイッチ組立体１３０６及びアンテナ組立体１３０８を有する。ミキサ１３０４は、Ｉチャンネルプリアンプ１３１２への第１出力を、Ｑチャンネルプリアンプ１３１４への第２出力を有する。また、ホールドキャパシタ１３１６，１３１８も含めることができる。
【００４５】
スイッチは好適にはGaAsＰＩＮダイオードスイッチである。模範的スイッチ回路トポロジは図１４（Ａ）及び（Ｂ）及び図１５に図示される。
【００４６】
図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、インピーダンスが整合した単極双投スイッチの２実施形態を示す。図１４及び図１５の矩形部品は全て、約１／４波長を表わす。図１４（Ａ）において、１／４波長は、ダイオード１４０２，１４０４の導通状態によってポートを分離するよう作用する。ダイオードを電流が無い場合、ＲＦinに現れる信号は、ＲＦoutＡ又はＲＦoutＢのいずれにも伝播しない。信号伝播は、いずれかのダイオードの導通に関するいずれかの出力に許容される。
【００４７】
図１４（Ｂ）に示されるスイッチは、図１４（Ａ）のスイッチと同様に作動する。１／４波長は、ダイオード１４０６，１４０８，１４１０の導通状態によってポートを分離するよう作用する。図１４（Ｂ）のスイッチは、ＲＦinポートを終端するよう作用する抵抗１４１２を有する。本実施形態に示されるように、抵抗１４１２は50ΩでＲＦinポートを終端する。
【００４８】
図１４に示された両デバイスは、ＲＦ入力でのインピーダンス整合を維持しながらＲＦ出力は分離状態で同時に作用できるので、単極３投用途に適合する。両回路トポロジにおいて、スイッチは、バイアス端子に印加されるマイナスパルスにより低損失条件に置かれる。
【００４９】
スイッチの単極３投スイッチ用の回路トポロジは図１５に与えられる。この回路トポロジでは、インピーダンス整合を維持するために、単一出力を選択できる。
【００５０】
本発明の実施形態は、物体の範囲及び方位の測定方法をさらに含む。図示の実施形態において、第１パルスの少なくとも一部が送信される。物体で反射される送信パルスが受信される。第１パルスの少なくとも一部はΣミキサ及びΔミキサに同時に印加される。受信パルスはΣミキサ及びΔミキサに同時に印加される。送信された第１パルスの一部が反射パルスに少なくとも部分的に重なるとき、第１ビデオパルスはΣミキサで生成され、第２ビデオパルスはΔミキサで生成される。次に、１以上の次の動作を行うことができる。（１）第１ビデオパルス及び第２ビデオパルス間のビデオパルス振幅差を測定し、測定されたビデオパルス振幅差に基づいて方位角度を決定する、（２）第１ビデオパルス出力に基づいて物体範囲を決定する、（３）第１ビデオパルス及び第２ビデオパルス間のビデオパルス振幅差を測定し、測定されたビデオパルス振幅差に基づいて物体が照準の右か左かを決定する。
【００５１】
本発明の別の実施形態において、単一送信及び受信アンテナ組立体が使用される。単一アンテナ組立体に関連する好適な方法は、上述の第１パルスの分割工程を含む。第１パルスは、第１セグメント及び第２セグメントに分割される。第１セグメントは第１パルスの送信部であり、受信パルスは物体で反射された送信後の第１セグメントである。第２セグメントは、Σミキサ及びΔミキサに同時に印加される第１パルスの部分である。
【００５２】
第１パルスは、図４に示されるスイッチ組立体４１６等のスイッチ組立体により分割できる。
【００５３】
第１チャンネルにおける信号分離は、スイッチ組立体を設けることにより増大させることができる。反射パルスは、Δミキサに入力する前に、スイッチ組立体を通過する。このようなスイッチ組立体の一例は、図４の部品４２２として示される。
【００５４】
任意であるが、送信された信号の電力は増幅してもよい。
【００５５】
本発明の測定の構造及び方法の実施形態は、切換ローブアンテナや、照準から外れたデータ収集に要する存在時間が無く、より大きな方位解決法を提供することができる利点がある。
【００５６】
本発明は図示の実施形態で記載されたが、当業者には付加的な利点及び変形が可能である。従って、本発明の最も広い側面における本発明は、図示され本明細書に説明された特定の詳細に限定されない。例えば、回路部品、パルス分割機構、スイッチ組立体及びアンテナ組立体の変更は、本発明の真髄及び範囲から逸脱することなくできる。従って、本発明は、特定の例示実施形態に限定することを意図されていないが、特許請求の範囲及びその等価物の範囲内と解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】１８０°ハイブリッド結合を示す図である。
【図２】有効アンテナパターンを示す図である。
【図３】照準から外れた物体からの位相差を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に従ったセンサ前端構造を示す図である。
【図５】図４の実施形態に関連した作動タイミングチャートである。
【図６】本発明の別の実施形態に従ったセンサ前端構造を示す図である。
【図７】図６の実施形態に関連したタイミングチャートである。
【図８】図６の前端構造の有効性試験結果を示すグラフであり、（Ａ）は照準上の物体に対応し、（Ｂ）は照準から外れた物体に対応する。
【図９】本発明のさらに別の実施形態に従ったセンサ前端構造を示す図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に従ったセンサ前端構造を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従った掃引範囲センサを示す図である。
【図１２】図１１の実施形態に関連したタイミングチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態に従った単一チャンネル掃引範囲センサを示す図である。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施形態に従った単極双投スイッチを示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に従った単極３投スイッチを示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
２０，４１６，１１０８  第１スイッチ組立体
３０，３２；４０８，４１０；６０２，６０４  アンテナ
４００  センサ前端構造
４０６  ハイブリッド結合
４１８，６１２，９０２，１１１０  Σミキサ
４２０，６１４，９０４，１１１２  Δミキサ
４２２，１１１４  第２スイッチ組立体
６１６，６１８，１１２２，１１２４  プリアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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