(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダにより対象物までの距離を測定する距離測定方法において、
パルスにより、周波数を連続的変化させるＦＭＣＷ信号を搬送波として振幅変調した信号とＦＭＣＷ信号を重畳して電波として放射し、
対象物からの反射波を受信して、受信時のＦＭＣＷ信号を搬送波にして、この受信信号を復調し、
復調して得られた信号からＦＭＣＷ信号のビート周波数帯域の信号を抽出し、抽出された信号から第１距離を測定し、
復調して得られたパルス信号から第２距離を測定することを特徴とする距離測定方法。
【請求項２】
前記第２距離は、前記復調して得られた信号から、前記ＦＭＣＷ信号のビート周波数帯域を除去した後のパルス信号から第２距離を測定することを特徴とする請求項１に記載の距離測定方法。
【請求項３】
前記パルスは、該パルスの周波数帯域の最大周波数の２倍を越える周波数の副搬送波をパルスで振幅変調した信号であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の距離測定方法。
【請求項４】
前記第１距離の測定範囲は、前記第２距離の測定範囲よりも遠距離範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の距離測定方法。
【請求項５】
レーダにより対象物までの距離を測定する距離測定装置において、
パルスを発生するパルス発生装置と、
周波数を連続的変化させるＦＭＣＷ信号を発生する周波数変調装置と、
前記周波数変調装置により出力されたＦＭＣＷ信号を搬送波として前記パルス発生装置の出力するパルスにより振幅変調してＦＭＣＷ信号の搬送波と共に出力する振幅変調装置とを、
有する送信器と、
前記送信器の出力する信号の反射波を受信して、この受信信号を、受信時のＦＭＣＷ信号を搬送波として復調する復調装置と、
復調して得られた信号からＦＭＣＷ信号のビート周波数帯域の信号を抽出し、抽出された信号から第１距離を測定する第１測定装置と、
復調して得られたパルス信号から第２距離を測定する第２測定装置と
を有する受信器と、
を有することを特徴とする距離測定装置。
【請求項６】
第２測定装置は、前記復調して得られた信号から、前記ＦＭＣＷ信号のビート周波数帯域を除去した後のパルス信号から第２距離を測定することを特徴とする請求項５に記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記パルスの周波数帯域の最大周波数の２倍を越える周波数の副搬送波を、前記パルス発生装置の出力するパルスで振幅変調する副振幅変調装置を有し、
前記振幅変調装置は、前記副振幅変調装置の出力する信号で、ＦＭＣＷ信号を振幅変調する装置である
ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の距離測定装置。
【請求項８】
アンテナと、前記振幅変調装置と、前記復調装置とは、ｎ本の系統を有し、
各系統の振幅変調装置に供給する各ＦＭＣＷ信号を、順次、位相差θで遅延又は進め、前記各系統の復調装置に供給する各ＦＭＣＷ信号を、順次、位相差θで進め又は遅延させる移相器と、
各系統の復調器の出力を合波する合波器と、
を有する
ことを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項９】
前記第１距離の測定範囲は、前記第２距離の測定範囲よりも遠距離範囲であることを特徴とする請求項５乃至請求項８の何れか１項に記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＭＣＷ方式による距離測定と、モノパルスによる距離測定とを併合して、長距離範囲は、ＦＭＣＷで、短距離範囲はモノパルスで、一台の装置で測定できるようにした距離測定方法及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＦＭＣＷを用いた距離測定装置として、下記特許文献１、２に記載された技術が知られている。また、モノパルスを用いた距離測定装置として、下記特許文献３に記載された技術が知られている。
【特許文献１】特開平７−１５９５２２号
【特許文献２】特開平６−９４８２９号
【特許文献３】特開２００３−２４８０５４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これらの距離測定方法は、独立した方式であって、これらを複合させて、２方式により、物体までの距離を測定するようにした方法は、知られていない。たとえば、ＦＭＣＷは、長距離範囲を測定するのに適しており、モノパルスは短距離範囲を測定するのに適した方法である。ＦＭＣＷによる距離測定装置とモノパルスによる距離測定装置とを、別々、独立に設ければ、長距離範囲と短距離範囲とを高精度で測定することができる。  
【０００４】
しかしながら、上記装置を別々に設けたのでは、設備上、無駄となり、望ましいことではない。
そこで本発明は、この問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、全く新しい方式により、それらの両方式の利点を活かして、対象物までの距離を、共通の装置で、２方式で測定できるようにすることを目的とする。この結果として、装置を複雑にすることなく、広い範囲に渡り高精度での距離測定を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本第１の発明は、レーダにより対象物までの距離を測定する距離測定方法において、パルスにより、周波数を連続的変化させるＦＭＣＷ信号を搬送波として振幅変調した信号とＦＭＣＷ信号を重畳して電波として放射し、対象物からの反射波を受信して、受信時のＦＭＣＷ信号を搬送波にして、この受信信号を復調し、復調して得られた信号からＦＭＣＷ信号のビート周波数帯域の信号を抽出し、抽出された信号から第１距離を測定し、復調して得られたパルス信号から第２距離を測定することを特徴とする距離測定方法である。
【０００６】
ここで、ＦＭＣＷ信号は、三角波、又は、鋸歯状波などの周波数が時間的に規則的に変化する波形で、搬送波を周波数変調して得られる信号である。本発明は、ＦＭＣＷ信号を搬送波とすることを特徴とする。すなわち、この搬送波をパルスで振幅変調した後、搬送波を抑圧することなく、送信するようにしたことを特徴とする。換言すれば、本発明は、ＦＭＣＷ信号をパルスで振幅変調した信号とＦＭＣＷ信号との重畳信号を送信信号としたことが特徴である。そして、本発明は、復調時においては、反射波を受信して、受信信号を、受信時刻でのＦＭＣＷ信号を復調搬送波として、振幅復調することが特徴である。この振幅復調により、ビート周波数の余弦波と、ビート周波数の余弦波でパルス列を変調した信号が得られる（ビート周波数の余弦波とパルス列関数との積）。前者のビート周波数帯域成分から、ビート周波数を検出して、このビート周波数から、第１距離を測定する。これが、ＦＭＣＷによる第１距離の測定である。後者の信号には、パルス列が含まれている、すなわち、パルスの立ち上がり時刻情報が含まれているので、この時刻情報と、送信時のパルスの立ち上がり時刻とから、伝搬遅延時間が求められ、その遅延時間から、第２距離を測定する。本発明は、このようにしたことが特徴である。
【０００７】
ＦＭＣＷ信号を搬送波として、この搬送波をパルスで振幅変調する場合に、搬送波と両側帯波で、送信しても、搬送波と下側帯波、又は、搬送波と上側帯波で、送信しても良い。ビート周波数を検出する方法は、アナログ方式でもディデタル方式でも任意であるが、ＦＦＴを用いると容易に周波数成分を検出することができる。また、第２距離は、ビート周波数の余弦波で変調されたパルス列から検出することになるが、たとえば、全波整流回路を通過させることにより、正極性のパルス列を得ることができる。もちろん、正極性の周期だけで、距離を測定する場合には、全波整流回路は不要である。また、パルス列の繰り返し周期は、測定可能範囲から決定される最大伝搬遅延時間以上に設定すれば良い。たとえば、最大測定可能範囲を往復で６０ｍとすると、最大伝搬遅延時間は、０．２μｓであるので、パルスの繰り返し周波数は５ＭＨｚ程度の高周波に設定できる。一方、ビート周波数は、１００ｋＨｚ程度に設定できるので、ビート周波数の余弦波の１周期において、５０パルス表れる。パルスはビート周波数の余弦波で振幅変調されているので、余弦波の零点付近では、パルスの振幅は小さくなる。しかし、この５０パルスのうち、振幅の大きい２５パルスだけを用いても距離測定は可能である。すなわち、１０μｓの間に２５パルスが検出できるので、対象物が移動体であっても、十分な検出精度が得られる。
【０００８】
本発明では、第２距離は、復調して得られた信号から、ＦＭＣＷ信号のビート周波数帯域を除去した後のパルス信号から第２距離を測定することが望ましい。第２距離の検出は、復調して得られた信号から、ＦＭＣＷ信号のビート周波数帯域を除去しなくとも、可能である。除去しない場合には、復調後のベースバンドの波形は、ビート周波数の余弦波に、振幅がビート周波数の余弦波で変化するパルス列が重畳した波形となる。したがって、パルスを抽出するためのしきい値を変化させればパルス列の抽出は可能である。たとえば、１０μｓの間に、１パルス検出することができれば、第２距離を１０μｓ毎に検出することができる。また、１０μｓ毎の第２距離の測定を、１００ｍｓの間繰り返して、その平均値を第２距離とするなどの処理をすることで、精度の高い距離測定が可能となる。また、ノイズレベル以上のパルス列だけを抽出して、増幅器で、振幅を飽和させることにより、振幅が一定のパルス列を得ることができる。
【０００９】
また、他の発明は、パルスは、該パルスの周波数帯域の最大周波数の２倍を越える周波数の副搬送波をパルスで振幅変調した信号であることを特徴とする。パルスは、副搬送波で振幅変調されている必要は必ずしもない。しかし、このように、パルスを副搬送波で振幅変調して、この変調信号を、上記発明のパルスとして、このパルスで上記のＦＭＣＷ信号を振幅変調するようにしても良い。この場合には、パルスの周波数帯域と、ＦＭＣＷ信号の周波数帯域とを分離することができる。したがって、より高い精度の距離測定が可能となる。この副搬送波をパルスで変調した信号は、副搬送波を除去した下側帯波、上側帯波、両側帯波、副搬送波を付加した下側帯波、上側帯波、両側帯波を用いることができる。
【００１０】
本発明では、第１距離の測定範囲は、第２距離の測定範囲よりも遠距離範囲とすることが望ましい。ＦＭＣＷは、遠距離範囲を測定するのに適しており、モノパルスは、近距離範囲を測定するのに適した方法であるからである。ただし、本発明は、この用途に限定されるものではない。
【００１１】
本装置発明は、レーダにより対象物までの距離を測定する距離測定装置において、パルスを発生するパルス発生装置と、周波数を連続的変化させるＦＭＣＷ信号を発生する周波数変調装置と、周波数変調装置により出力されたＦＭＣＷ信号を搬送波としてパルス発生装置の出力するパルスにより振幅変調してＦＭＣＷ信号の搬送波と共に出力する振幅変調装置とを、有する送信器と、送信器の出力する信号の反射波を受信して、この受信信号を、受信時のＦＭＣＷ信号を搬送波として復調する復調装置と、復調して得られた信号からＦＭＣＷ信号のビート周波数帯域の信号を抽出し、抽出された信号から第１距離を測定する第１測定装置と、復調して得られたパルス信号から第２距離を測定する第２測定装置とを有する受信器と、を有することを特徴とする距離測定装置である。
【００１２】
上記の第１の方法発明における技術的思想と同一であるので、その方法の説明で記載した事項は、装置発明にも適用される。
【００１３】
装置発明において、第２測定装置は、復調して得られた信号から、ＦＭＣＷ信号のビート周波数帯域を除去した後のパルス信号から第２距離を測定することが望ましい。
また、他の装置発明は、上記装置発明において、パルスの周波数帯域の最大周波数の２倍を越える周波数の副搬送波を、パルス発生装置の出力するパルスで振幅変調する副振幅変調装置を有し、振幅変調装置は、副振幅変調装置の出力する信号で、ＦＭＣＷ信号を振幅変調する装置であることを特徴とする。これにより、パルスの帯域と、ＦＭＣＷ信号の帯域とを分離することができる。分離していなくとも、本装置は、第１距離と第２距離の測定は、上記したように可能である。上記方法発明で記載した事項は、本装置において適用できる。
【００１４】
他の装置発明は、上記装置発明において、アンテナと、振幅変調装置と、復調装置とは、ｎ本の系統を有し、各系統の振幅変調装置に供給する各ＦＭＣＷ信号を、順次、位相差θで遅延又は進め、各系統の復調装置に供給する各ＦＭＣＷ信号を、順次、位相差θで進め又は遅延させる移相器と、各系統の復調器の出力を合波する合波器と、を有することを特徴とする。この装置によると、電波の放射方向と受信方向θを、走査することができる。また、移相器の回転量を少なくでき、周波数変調装置の出力（搬送波）を分波するひつがない。また、送信信号の位相は、搬送波の位相で制御、受信信号の位相は、復調搬送波の位相で制御していることから、ＮＦの劣化が防止できる。
【００１５】
測定装置において、第１距離の測定範囲は、第２距離の測定範囲よりも遠距離範囲とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、ＦＭＣＷ信号を搬送波として、パルスで、この搬送波を振幅変調して、搬送波を付けて、送信するようにし、復調時には、ＦＭＣＷ信号を復調搬送波として、受信信号を復調するようにしている。したがって、この方式は、新規な変調方式である。また、ＦＭＣＷ方式と、パルス方式との距離測定を、共通の装置で行うことができ、装置が簡単となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
以下に、本方式の原理について説明する。
ＦＭＣＷの送信信号は、次式で表現される。
【数１】
0005104425.tif 000002
ただし、α（ｔ）は、三角波の時間積分であり、瞬時位相を表す。ωc は、ＦＭＣＷの基準周波数、すなわち、搬送波の周波数である。
【００１９】
本発明の特徴は、（１）式のＦＭＣＷを搬送波として、モノパルスでパルス変調したことである。変調後の信号は、次式で表現される。
【数２】
0005104425.tif 000003
ただし、また、g(t)は、パルス列信号である。
【００２０】
上記の（１）、（２）で表される信号を加算して、送信すると、送信時刻ｔにおける送信信号は次式で表現される。
【数３】
0005104425.tif 000004
この単一パルスだけの送信信号のスペクトルは、図１に示すものとなる。この送信信号を角周波数ω対時間特性で、誇張して表示すると、図２に示すような特性となる。すなわち、パルスが出力されている時間期間だけ占有帯域幅が広くなり、パルスが存在しない期間は、単一スペクトルが時間的に変動したものとなる。
【００２１】
送信信号が（３）式で表される時の、受信時刻ｔにおける受信信号は、次式で表現される。
【数４】
0005104425.tif 000005
ただし、Δｔは、電波を放射してから対象物で反射されて、反射波が受信されるまでの遅延時間である。したがって、ｔ−Δｔは、送信時刻を意味する。
【００２２】
次に、（４）式で表される受信信号を、受信時刻ｔにおけるＭＦＣＷ信号で復調すると、復調後の信号は次式で表される。
【数５】
0005104425.tif 000006
【００２３】
この信号のうち、ωc よりも低い下側帯波だけ抽出すると、下側帯波は次式で表される。
【数６】
0005104425.tif 000007
【００２４】
α(t) −α（ｔ−Δｔ）の時間微分、すなわち、ＦＭＣＷ間のビート角周波数Δωは、次式となる。
【数７】
0005104425.tif 000008
ただし、ｋは、角周波数の増加係数で、三角波α(t) の傾きである。  
【００２５】
よって、（６）式は、（８）式となる。
【数８】
0005104425.tif 000009
第１項は、ＦＭＣＷ間のビート信号、第２項はそのビート信号をパルス変調した信号となる。ωc Δｔは、対象物の移動速度に依存する値であるが、d(ωc Δｔ)/dt≪Δωを満たすように、ωc ，ｋを設定することが可能である。したがって、第１項をＦＦＴにより周波数スペクトルを求める場合には、Δωのスペクトルだけを検出することができる。
【００２６】
次に、第２項のスペクトルを考察する。d(ωc Δｔ)/dt≪Δωが成立している場合には、ωc Δｔは、定数の位相となる。したがって、スペクトルを考察する場合には、この成分を無視して、次式の信号のスペクトルを考える。
【数９】
0005104425.tif 000010
g(t −Δｔ) を幅τのパルス関数とする。このスペクトルは、図１に示すように、Δωを中心とするsin(ω)/ωの関数となる。一方、第１項は、角周波数Δωの線スペクトルとなる。したがって、（８）式のスペクトルは、図１に示すものとなる。レーダが、方位角を走査するものを想定すると、対象物の方位角分布にしたがって、Δωは走査時間と共に変化する。したがって、図１のスペクトルが、時間的に変動するΔωにしたがって、時間的に平行移動したものとなる。
【００２７】
次に、第１項と第２項の分離について、考察する。Δωの最大値は、ＦＭＣＷによって予め決定される。その値をΔωM とする。すると、ビート角周波数Δωの存在範囲は、０〜ΔωM となる。
【００２８】
今、パルス信号g(t)を、パルス幅τが１ｎs のUWB パルスとする。1/τが１ＧＨｚで、帯域幅が、約１．２ＧＨｚとなる。また、このモノパルスによる測定可能範囲を０〜１５ｍとする（往復で３０ｍ）。搬送波角周波数ωc は、２π×２４．１７５ＧＨｚを想定する。また、ＦＭＣＷによる測定可能範囲を３００ｍ（往復で６００ｍ）とし、最大値６００ｍに相当するビート角周波数ΔωM を２π×１００ｋＨｚとする。すると、図１の第１零点間の幅２ＧＨｚの帯域の内の１００ｋＨｚ幅だけを抽出することになる。すなわち、パルスのスペクトルの中心部において、スペクトルの零点間幅の２万分の１の幅、パルスの帯域幅の１万２千分の１の幅のスペクトルが、ビート角周波数Δωに、重畳されることになる。この幅のパルスのスペクトルは一様であるので、白色ノイズと見做すことができる。したがって、パルスの電力の約１万２千分の１が、ビート各周波数Δωに一様に加算されるので、ビート角周波数Δωだけを、ＦＦＴでしきい値を決めて分離することか可能となる。
【００２９】
次に、（８）式の信号から、帯域０〜ΔωM の帯域を抽出した残りの帯域（以下、「残余帯域」という）について考察する。残余帯域の信号は、（８）式の第２項で表される。上記の１．２ＧＨｚ帯域の内の１万２千分の１の帯域である０〜１００ｋＨｚの帯域が除去されるだけである。パルス信号の内の１００ｋＨｚの低周波成分だけが除去されたものとなるだけであるので、パルス波形には影響を与えない。（８）式の第２項は、ビート周波数Δωの余弦波でパルス列信号ｇ（ｔ）を振幅変調したものとなる。したがって、余弦波の腹の部分で、パルス列ｇ（ｔ）を抽出することが可能である。よって、パルスの位相は正確に測定できるので、パルスの遅延時間から、距離を測定することができる。また、ビート周波数の余弦波の周期は、１０μｓであり、パルスの繰り返し周波数が５ＭＨｚであれば、この１０μｓの間に５０パルス存在する。したがって、１０μｓの期間に、５０パルス全部を検出することができなくとも、多くのパルスを検出することが可能となる。  
【００３０】
次に、送信器１の構成を図３に示す。送信器１は、主として、パルス発生器１０と三角波発生器１２と、搬送波発生器１４、周波数変調器１６、振幅変調器１８（ミキサー）、合波器１９、増幅器２０、アンテナ２２を有している。パルス発生器１０は、パルス幅１ｎｓ、繰り返し周波数５ＭＨｚのパルスを発生する。三角波発生器１２は、周期５００ｋＨｚの三角波を発生する。また、搬送波発生器１４は、周波数２４．１７５ＧＨｚの余弦波を発生する。周波数変調器１６は、搬送波cos(ωc ｔ) を、三角波で周波数変調するＶＯＣ（電圧制御発振器）である。振幅変調器１８は、周波数変調器１６の出力であるＦＭＣＷ信号を搬送波として、パルス信号を振幅変調する。合波器１９は、振幅変調器１８で変調された信号と、周波数変調器１６のＦＭＣＷ信号を重畳する。振幅変調器１８が、搬送波であるＦＭＣＷ信号を付けた変調信号を送出するものであれば、合波器１９は不要である。
【００３１】
周波数変調器１６の出力信号ｓ１は、（１）式で表される信号である。振幅変調器１８は、パルス信号g(t)で、（１）式のＦＭＣＷを搬送波として、振幅変調する。そして、合波器１９の出力信号ｓ２は、（３）式で表される信号となる。そして、この信号は、増幅器２０で増幅されてアンテナ２２で、空間から電波として対象物に向かって放射される。
【００３２】
次に、受信器２の構成について説明する。受信器２は、主として、アンテナ３０、増幅器３２、復調器３４（ミキサー）、ローパスフィルタ３５、３６、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）３８、ハイパスフィルタ４０、全波整流回路４１、位相差検出器４２から成る。アンテナ３０で受信された対象物での反射波で、増幅器３２で増幅された信号ｓ４は、（４）式で表された信号となる。次に、復調器３４では、この信号を、（１）式で表される受信時刻ｔでのＦＭＣＷの信号を、復調搬送波として、復調される。復調後の信号ｓ５は、（５）式で表される信号となる。この信号ｓ５は、ローパスフィルタ３５で、角周波数ωc よりも低周波の下側帯波だけ抽出されて、（６）式で表される信号ｓ６となる。この信号ｓ６は、ローパスフィルタ３６により、（８）式の第１項で表される信号ｓ７となる。この信号ｓ７は、ＦＦＴ３８により、フーリエ変換されて、信号ｓ７のスペクトルが演算される。これにより、ＦＭＣＷ間のビート信号の周波数Δωが検出される。そのビート角周波数Δωから（７）式により、遅延時間Δｔを決定することができ、このΔｔから対象物までの往復距離を求めることができる。
【００３３】
また、信号ｓ６は、ハイパスフィルタ４０により、（８）式の第２項で表される信号ｓ８が得られる。この信号ｓ８は、全波整流回路４１に入力して、その回路４１の出力が、位相差検出器４２に入力し、パルス発生器１０から入力したパルスとの間の時間差（位相差）が求められる。信号ｓ８は、パルス列が、cos(Δωt)で、振幅変調された信号である。これを全波整流回路４１に入力させることで、｜cos(Δωt)｜で、振幅変調された正極性のパルス列とすることができる。この位相差検出器４２の出力が、モノパルスによる測定距離を表す。パルスの遅延時間を光速度で割り算した値が対象物までの往復距離となる。cos(Δωt)の零点付近では、パルスの振幅が小さくなるが、他の区間では、大きな振幅のパルスが得られるので、距離測定には、問題を生じない。
【００３４】
このようにして、ＦＭＣＷによる距離測定範囲を３００ｍ（往復６００ｍ）、パルスによる距離測定範囲を１５ｍ（往復３０ｍ）として、遠距離と近距離とを精度良く測定することができる。
【００３５】
往復６００ｍの範囲を０．６ｍの精度で測定するとすると、最大ビート周波数が１００ｋＨｚであるので、周波数分解能は０．１ｋＨｚが必要となる。したかって、２０４８点０．１ｋＨｚ間隔サンプリングのＦＦＴを用いるとすると、ＦＦＴの時間窓は１０ｍｓとなる。この１０ｍｓの時間窓の信号ｓ７を、２０４８点（４．８８μｓ間隔）でサンプリングして、ＦＦＴすると、０．１ｋＨｚ間隔で、−１０２．４ｋＨｚ〜１０２．４ｋＨｚの範囲で、２０４８点のスペクトルが得れる。したがって、このＦＦＴは、遮断周波数２０４．８ｋＨｚのローパスフィルタを通過させたものと等価となる。したがって、ローパスフィルタ３５、３６は、必要ではなく、（５）式で表される復調後のベースバンド信号ｓ５を直接ＦＦＴしても良い。
【００３６】
また、（８）式表される信号ｓ６は、Dcos( Δωt)波形上に、Ecos( Δωt)で振幅変調されたg(t −Δｔ) のパルス列が重畳された波形となる。すなわち、最大１００ｋＨｚの余弦波の上に、余弦波で振幅変調されたパルス幅１ｎｓ、繰り返し周波数５ＭＨｚのパルスが重畳されたものとなる。したがって、この信号ｓ６から、１００ｋＨｚ以下の低周波成分を、ハイパスフィルタ４０で除去すれば、（８）式の第１項だけを除去して、（８）式の第２項だけのパルス列を抽出することができる。また、（８）式の全体は、上記したようなパルス列であるので、ビート周波数帯域を除去しなくとも、余弦波cos(Δωt)の腹付近では、パルスの振幅は大きいし、パルスの先頭値も大きい。したがって、ビート周波数成分であるDcos( Δωt)の波形に対して、腹付近では、パルスの先頭値は、突出したものとなる。したがって、パルス列を抽出することが可能であるので、ビート周波数帯域を除去するためのハイパスフィルタ４０は必ずしもなくとも良い。また、全波整流回路４１は、cos(Δωt)の負極性領域のパルス列も距離測定に用いるために使用される。したがって、cos(Δωt)の正極性領域のパルス列だけを用いるのであれば、全波整流回路４１は、必ずしも必要ではない。
【００３７】
なお、送信信号Ｓ２（上記（３）式）のうちのg(t)cos[ωc ｔ+ α(t)]は、パルス信号の両側帯波であるが、これを、ωc ＋ΔωM より小さい信号だけを取り出して、下側帯波として送信しても良い。また、逆に、ωc より大きい信号だけを取り出して、上側帯波として送出しても良い。g(t)のスペクトルが、ωc ＋ＦＭＣＷの周波数で、シフトするだけであるから、片側帯波だけであっても、復調において、影響を与えることがない。
【実施例２】
【００３８】
実施例２は、実施例１の距離測定装置において、電波の放射及び受信方向を走査できるようにしたものである。図４にその構成を示す。図１と同一の構成要素には同一番号を付し、各系統について、同一構成要素の符号の末尾にａ、ｂ、ｃの記号を付す。図４では、３系統の送受信系統が図示されているが、実際には、系統数ｎは、任意である。本実施例装置では、送信アンテナと受信アンテナは共用されている。本実施例装置は、送受信アンテナ５２ａ、５２ｂ、５２ｃと、送信器１ａ、１ｂ、１ｃから送信信号をアンテナに送出し、アンテナからの受信信号を受信器２ａ、２ｂ、２ｃに送出するサーキュレータ５１ａ、５１ｂ、５１ｃを有する。また、本装置は、周波数変調器１６の出力信号を、同一位相＋θ、−θだけ、推移させる移相器５０ａ、５０ｂ、５０ｃを有する。変調には、ＦＭＣＷの搬送波を＋θだけ、順次、変移させ、復調には、ＦＭＣＷの搬送波を−θだけ、順次、変移させる。したがって、合波器１９ａの出力信号ｓ１ａは、次式となる。
【００３９】
【数１０】
0005104425.tif 000011
一般的には、第ｎ系統での送信信号ｓ２ｎは、次式となる。
【数１１】
0005104425.tif 000012
すなわち、アンテナの配列面の法線に対する角度θで電波を放射する時（ただし、θの正方向は、アンテナ５２ａでの法線からアンテナ５２ｂへ向かう方向とする）、アンテナ系統がａ、ｂ、ｃとなるに従って、位相をθづつ遅らせる。この時、θ方向に進行する電波は、同一位相の平面となる。逆に、θ方向からアンテナに入射する受信電波の信号は、アンテナ系統がａ、ｂ、ｃとなるに連れて、位相がθづつ進む。
【００４０】
すなわち、第ｎ系統の受信信号ｓ４ｎは、次式となる。
【数１２】
0005104425.tif 000013
次に、このｎθをキャンセルするには、第ｎ系統のＦＭＣＷの復調搬送波を、次式の信号にする必要がある。
【数１３】
0005104425.tif 000014
このとき、復調後の信号の信号ｓ５は、次式となる。
【数１４】
0005104425.tif 000015
このように各アンテナ系統での位相差θをキャンセルとして、全てを同相とすることができる。
【００４１】
次に、信号ｓ５ａ〜ｓ５ｂを合波器５３で合成する。各系統で(14)式の係数D 、E の値は異なるから、合成した後の各係数を改めて、D 、E とおく。この合波器５３の出力信号ｓ６は、（６）式となる。信号ｓ６は、図３の回路Ａに入力する。すなわち、図３のローパスフィルタ３５に入力する。これ以下の処理は、実施例１と同一である。
【００４２】
このようにして、移相器５０ａ〜５０ｃを用いて、縦続接続とすることで、移相器の移相量を小さくすることができる。また、変調時も、復調時も、各アンテナ系統の送信信号や受信信号の移相を直接、変化させずに、搬送波であるＦＭＣＷ信号の移相を変化させるようにしていることから、ＮＦを劣化させることがない。
【実施例３】
【００４３】
本実施例は、実施例１、２におけるパルス信号ｓ３を、ベースバンド信号ではなく、副搬送波で、帯域をシフトさせた信号としたものである。すなわち、図５に構成を示すように、パルス発生器１０の出力信号Ｓ３を、副搬送波発生器２６の出力で、振幅変調器２４（ミキサー）により振幅変調して、その出力信号ｓ９を、振幅変調器１８の入力としている。すなわち、副搬送波cos(ωs ｔ）を、パルス発生器１０のパルス幅１ｎｓ、周期５ＭＨｚの出力信号ｓ３で振幅変調した信号をｓ９とする。ただし、ωs は、パルス信号の帯域幅１．２ＧＨｚよりも高い周波数、たとえば、１．４ＧＨｚとする。この信号は次式で表される。
【００４４】
【数１５】
0005104425.tif 000016
この（１５）式の信号を、上記のパルス信号g(t)と見做して、実施例１と同様に変調して送信すると、送信信号は、次式となる。
【００４５】
【数１６】
0005104425.tif 000017
また、（４）式で表される受信信号ｓ４は、次式で表される。
【数１７】
0005104425.tif 000018
また、ＦＭＣＷ信号の復調した後の信号の下側帯波は、次式となる。すなわち、ローパスフィルタ３５で抽出された信号は次式となる。  
【数１８】
0005104425.tif 000019
【００４６】
さらに、ハイパスフィルタ４０で、最大ビート角周波数ΔωM よりも上の周波数だけを抽出する。すなわち、（１８）式の第２項を抽出すると、次式の信号が得られる。
【数１９】
0005104425.tif 000020
【００４７】
（１９）式の第１項の周波数帯域は０〜ΔωM で、上記例では、１００ｋＨｚ帯域である。第２項は、パルス信号ｇ（ｔ）の帯域１．２ＧＨｚは、副搬送波の周波数１．４ＧＨｚ＋ビート角周波数Δωで、その両側に配置されている。したがって、第１項と第２項とは、周波数領域で、重畳していない。この結果、ＦＭＣＷによる第１距離の測定において、パルスによる影響を受けることがなく、精度の高い測定が得られる。
【００４８】
パルス信号を得るには、（１８）式の第２項をハイパスフィルタ４０で抽出して、さらに、副復調器４４により、副搬送波で、復調すれば良い。これにより、実施例１における（８）式の第２項が得られるので、その後の処理は、上記実施例１、２と同一である。
【００４９】
なお、（１６）式のg(t)cos(ωs ｔ) は、パルスのスペクトルの両側帯波であるが、角周波数ωs 以下の下側帯波、又は、ωs 以上の上側帯波だけであっても良い。同様に、ＦＭＣＷで変調する場合も、両側帯波の他、一方の側帯波だけであっても良い。
上記実施例では、距離測定について説明したが、方位角測定にも本発明を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、遠距離範囲と近距離範囲の距離測定に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の具体的な一実施例装置の送信信号のスペクトルを示した特性図。
【図２】同実施例装置に係る変調方法における周波数と時間との関係を示した特性図。
【図３】同実施例装置の構成を示したブロック図。
【図４】本発明の具体的な実施例２に係る距離測定装置の構成を示したブロック図。
【図５】本発明の具体的な実施例３に係る距離測定装置の構成を示したブロック図。
【符号の説明】
【００５２】
１０…パルス発生器
１８…変調器
３４…復調器
【図１】
0005104425.tif 000021
【図２】
0005104425.tif 000022
【図３】
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【図４】
0005104425.tif 000024
【図５】
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