JP2008002811A - 近距離測定用パルスレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】離隔位置や反射率の異なる測定対象物から得られた種々の受信パルスに基づいて距離を確実かつ正確に求めることができる近距離測定用パルスレーダ装置を実現する。
【解決手段】送信パルスＳＰを電波で送出する送信部２０と、その反射波を受信する受信部３０，４０と、それに含まれる受信パルスＲＰと送信パルスＳＰとの時間差ｔ１に基づいて距離を算出する距離演算部１０とを備えた近距離測定用パルスレーダ装置において、受信パルスＲＰのうち少なくとも前半部分の波形を保持しうる波形メモリ１１と、受信パルスＲＰピーク値Ｐを検出するピーク検出手段と、そのピーク値Ｐと既定の乗率ｎとから応変閾値Ｔhpを算出する閾値算出手段と、波形メモリ１１を参照することにより受信パルスＲＰが応変閾値Ｔhpに達した時刻を検出しこの時刻に基づいて時間差ｔ１を算出する経時算出手段とを設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、近距離測定用パルスレーダ装置に関し、例えば踏切障害物検知装置の距離検出部への組み込み等に好適なパルスレーダ装置に関する。

距離測定用レーダの典型的な応用例として踏切障害物検知装置が知られており（例えば特許文献１参照）、そのレーダ方式での近距離測定にあっては、ＣＷ方式やＦＭＣＷ方式が組み合わせられて、適切な距離情報が安価に算出される。
また、パルス化したマイクロ波を送信してその反射波の受信時刻から距離を算出するマイクロ波パルスレーダ装置が知られており（例えば特許文献２参照）、そのパルスレーダ装置での距離測定に際しては、受信信号と送信信号とのドップラ信号が閾値に達した時が受信時刻とされる。

さらに、異なる二つの閾値を用いるようになったパルスレーダ装置も知られており（例えば特許文献３参照）、そのパルスレーダ装置での距離測定に際しては、受信信号を検波して得た受信パルスと両閾値とが比較されて、立ち上がりの傾斜に対応した各種パルスが作られ、そのうちの差分パルスに応じて距離信号が補正される。
また、送受信の媒体がマイクロ波やミリ波といった電波ではなく超音波であるが、反射波の検波信号の減衰状態を反映して時間経過と共に減少するスレシホールド信号を用いる距離測定装置も知られており（例えば特許文献４参照）、その測定では、大小２つのスレシホールド信号に亘る波形変化で、複数の測距対象からの反射波が分離される。

特開２００６−０７８１２８号公報（第１頁） 特開２００５−２１４６７２号公報（第１頁） 特開２００４−０６１４６６号公報（第１頁） 特開平０９−２５７９３０号公報 （第１頁）

要するに、距離測定用パルスレーダ装置は（図６（ａ）参照）、パルスを含む送信信号Ｓを送信部２０の送信アンテナ２４で送信電波ＳＳにして空中へ送出し、それが測定対象物８に当たって帰って来た反射波ＲＲを受信アンテナ３１で受け、それに受信部３０で検波等のパルス検出用処理を施して受信信号Ｒにし、それら送信信号Ｓと受信信号Ｒとに含まれているパルスから測定対象物８までの距離Ｌを演算する、というものである。
一般に送信信号Ｓの送信パルスＳＰは波形が明瞭であるが受信信号Ｒの受信パルスＲＰは波形が崩れているので（図６（ｂ）参照）、受信パルスＲＰが固定閾値Ｔｈに達した時を受信パルスＲＰの受信時刻とするといった手法で（例えば特許文献２参照）、送信パルスＳＰから受信パルスＲＰまでの経過時間（時間差）ｔ１が検出され、その時間ｔ１と大気中の光速Ｃとから式［Ｌ＝Ｃ・ｔ１／２］の演算にて距離Ｌが算出される。

もっとも、固定閾値Ｔｈが一個だけの基本的な手法では、受信パルスＲＰに大小があるような場合、例えば測定対象物８までの距離が同じでも反射状態が異なる等のため受信パルスＲＰが小さくなった場合（図６（ｃ）参照）、送信パルスＳＰから受信パルスＲＰまでの経過時間ｔ２が上述の時間ｔ１より長めになるため、測定距離Ｌ＝Ｃ・ｔ２／２が時間差ｔ２−ｔ１の分だけ大きめに算出されるので、不所望な測定誤差が生じる。これを抑制するには、固定閾値Ｔｈを異なる二つの閾値に分けて受信パルスＲＰの立ち上がり傾斜を検出して距離測定値を補正するのも（例えば特許文献３参照）、一手である。

しかしながら、例えば踏切障害物検知装置での近距離測定では（図６（ｄ）参照）、測定対象物８の反射率を仮に１００％としたときの全反射受信値ＲPcが時間ｔ＝距離Ｌに応じて大きく減衰するばかりか、同じ距離のところに位置していても測定対象物８が人間のときの人反射パルスＲPaと測定対象物８が車両のときの車反射パルスＲPbとではパルスの大小がはっきりと異なる。このため、それらの受信パルスを固定の閾値で検出するには閾値をかなり小さな値に設定しなければならず、そうすると、極近距離のところ即ち全反射受信値ＲPcの大きなところには大きなパルス状のノイズも多く含まれるので、雑音に対して不所望なまで弱くなってしまう。

これに対し、閾値を全反射受信値ＲPcと同様に一定の減衰率で変化させるといったことで（例えば特許文献４参照）、極近距離での雑音耐性を向上させることが期待されるが、その場合、車反射パルスＲPbは確実に検出できても、人反射パルスＲPaの検出確度は低下してしまう。
このように従来のパルスレーダ装置による距離測定には一長一短があり、例えば踏切での障害物検知のような応用目的に対して十分に満足できるものは無かった。
そこで、離隔位置や反射率の異なる測定対象物から得られた種々の受信パルスに基づいて測定対象物までの距離を確実かつ正確に求めることができる近距離測定用パルスレーダ装置を実現することが技術的な課題となる。

本発明の近距離測定用パルスレーダ装置は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、送信パルスを電波で送出する送信部と、その反射波を受信する受信部と、それに含まれる受信パルスと前記送信パルスとの時間差に基づいて距離を算出する距離演算部とを備えた近距離測定用パルスレーダ装置において、前記受信パルスのうち少なくとも前半部分の波形を保持しうる波形記憶手段と、前記受信パルスのピーク値を検出するピーク検出手段と、そのピーク値に応じて変化する応変閾値（第１閾値）を該ピーク値と既定値とから算出する閾値算出手段と、前記波形記憶手段を参照することにより前記受信パルスが前記応変閾値に達した時刻を検出しこの時刻に基づいて前記時間差を算出する経時算出手段とを設けたことを特徴とする。

また、本発明の近距離測定用パルスレーダ装置は（解決手段２）、上記解決手段１の近距離測定用パルスレーダ装置であって、前記反射波の減衰状態を反映して時間経過と共に減衰する採否レベル（第２閾値）を前記ピーク値が上回っているか下回っているかに応じて前記受信パルスに基づく距離算出を行うか否かを決定する採否判定手段を設けたことを特徴とする。
さらに、本発明の近距離測定用パルスレーダ装置は（解決手段３）、上記解決手段２の近距離測定用パルスレーダ装置であって、前記送信パルスと前記受信パルスとの双方に係る搬送波の周波数を前記送信パルスの送信周期毎に切り替える切替回路を設けたことを特徴とする。

このような本発明の近距離測定用パルスレーダ装置にあっては（解決手段１）、距離算出に用いられる時間差の測定精度を左右する閾値が、一定の固定値でなく、一定の減衰率で確定的に変化するものでもなく、受信パルスのピーク値に応じて動的に変化するので、受信パルスが帰ってくるまでの時間や受信パルスの大小に係わらず、総ての受信パルスが検出できるうえ、その受信時刻の計測値の誤差が小さい。なお、受信パルスの立ち上がりと応変閾値との交点の方が受信パルスのピークよりも時間軸上では先行しているのに対し、演算順序ではピーク検出の方が閾値算出や経時算出より先行するところ、本発明の装置にあっては、受信パルスの波形のうち閾値算出や経時算出に使用される部分が波形記憶手段に保持されているので、必要な演算が総て適切に実行される。
したがって、この発明によれば、離隔位置や反射率の異なる測定対象物から得られた種々の受信パルスに基づいて測定対象物までの距離を確実かつ正確に求められる近距離測定用パルスレーダ装置を実現することができる。

また、本発明の近距離測定用パルスレーダ装置にあっては（解決手段２）、採否判定手段を設けたことにより、後の実施例２で詳述するように、送信周期を短くしても距離を確実かつ正確に求められる近距離測定用パルスレーダ装置を実現することができる。
さらに、本発明の近距離測定用パルスレーダ装置にあっては（解決手段３）、切替回路を設けたことにより、後の実施例３で詳述するように、送信周期を更に短くしても距離を確実かつ正確に求められる近距離測定用パルスレーダ装置を実現することができる。

このような本発明の近距離測定用パルスレーダ装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜３により説明する。
図１〜２に示した実施例１は、上述した解決手段１（出願当初の請求項１，４，５）を具現化したものであり、図３〜４に示した実施例２は、上述した解決手段２（出願当初の請求項２）を具現化したものであり、図５に示した実施例３は、上述した解決手段３（出願当初の請求項３）を具現化したものである。

本発明の近距離測定用パルスレーダ装置の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、（ａ）が近距離測定用パルスレーダ装置の概要構成を示すブロック図、（ｂ）が入力回路４０と距離演算部１０のブロック図、（ｃ）が距離算出の演算内容を例示する幾つかの信号波形例であり横軸に時間ｔを採り縦軸に信号レベルを採っている。

この近距離測定用パルスレーダ装置は、距離演算部１０と送信部２０と受信部３０と入力回路４０とを具えている。
送信部２０は、送信パルスＳＰを電波で送出するため、例えば、所定周期でトリガする送信制御信号Ｓａに応じて送信信号Ｓに送信パルスＳＰを含ませる送信パルス発生回路２１と、電波法等に合致した適宜周波数の搬送波を送信信号Ｓでパルス変調する発振回路２２と、その変調後の送信信号Ｓをパワー増幅するアンプ２３（Ａｍｐ）と、その増幅後の送信信号Ｓを電波にする送信アンテナ２４とを具えていて、バースト状のパルス波を空中へ送出するものとなっている。

受信部３０は、送信アンテナ２４から送出された電波が測定対象物８に当たって帰って来た反射波を受信するため、例えば送信アンテナ２４と同じ方向を向くよう設けられた受信アンテナ３１を具えている。両アンテナ２４，３１は、図示のように別個のものでも良く、図示は割愛したが一体になっていても信号分離が可能であれば良い。受信部３０には、信号増幅用の低雑音アンプ３２（Ａｍｐ）の他、必須ではないが搬送周波数を中間周波数へ下げるための発振回路３３及びミキサ３４やアンプ３５（Ａｍｐ）なども適宜設けられる。そして、反射波を増幅したアナログの受信信号Ｒａを後段の検波へ向けて出力するものとなっている。

入力回路４０は、受信信号Ｒａから送信信号Ｓ対応成分を検波するために、例えば、アッテネータ４１を前置したバンドパスフィルタ４２と、包絡線検波回路４３とを具えていて、アナログの受信信号Ｒを生成するようになっている。この入力回路４０には、距離演算部１０がデジタル化されているのに対応して、サンプルホールド回路４４とＡ／Ｄ変換回路４５も設けられている。そして、サンプリング制御信号Ｒｂに応じて検波後の受信信号Ｒを標本化し、それをＡ／Ｄ変換回路４５にて８〜１２ビットで量子化して、デジタルの受信信号Ｒｃを出力するものとなっている。そのサンプリング周期Δｔが短いほどパルス波形が正確に把握されるが、高速なＡ／Ｄ変換回路は高価なので、複数のＡ／Ｄ変換回路を設けて、少しずつ時間をずらして並行動作させるようにしても良い。

距離演算部１０は、受信信号Ｒに含まれる受信パルスＲＰと送信信号Ｓに含まれる送信パルスＳＰとの時間差に基づいて装置から測定対象物８までの距離Ｌを算出するという演算を行うものであり、その演算を専用のワイヤードロジックで具現化しても良いが、汎用のマイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサでハードウェアを具現化しプログラムで演算内容の専用化を図る方が実用的であり、そのために波形メモリ１１（波形記憶手段）とプログラムメモリ１２とを具えている。
波形メモリ１１は、受信パルスＲＰの前半部分の波形を保持するに足りる記憶容量と、サンプリング周期Δｔで受信信号Ｒｃを入力しうるアクセス速度という二条件を満たせば、適宜な高速メモリで良い。例えば、単一ブロックのＳＲＡＭや、複数ブロックに分かれて並行動作するＤＲＡＭ、シフト動作可能に列設されたレジスタ群でもよい。

プログラムメモリ１２には、制御ルーチンとピーク検出ルーチンと閾値算出ルーチンと経時算出ルーチンと距離算出ルーチンとがインストールされている。
制御ルーチンは、送信制御信号Ｓａやサンプリング制御信号Ｒｂを生成して全体の動作を制御するものである。
ピーク検出ルーチンは、波形メモリ１１に逐次入力される受信信号Ｒｃを対象として、又は波形メモリ１１に記憶された受信信号Ｒｃを対象として、信号値が上昇から下降に転じるタイミングを探ることにより受信パルスＲＰを検知し、その反転時の信号値を受信パルスＲＰのピーク値Ｐとして採択するものである。
閾値算出ルーチンは、そのピーク値Ｐに乗率ｎを掛けて応変閾値Ｔhpを算出する。乗率ｎは、測定対象物８の物性に応じて予め決定された定数（既定値）であり、“０”より大きく“１”より小さい。例えば測定対象物８の反射率の変動範囲の下限より少し低い値に設定すれば、雑音の影響を避けながら測定対象物８を確実に検知することができる。

経時算出ルーチンは、波形メモリ１１にアクセスすることにより、波形メモリ１１に記憶されている受信パルスＲＰの立ち上がり波形を対象として、受信パルスＲＰが応変閾値Ｔhpに達した時刻すなわち受信パルスＲＰと応変閾値Ｔhpとが交差する時刻を検出し、この時刻に基づいて受信パルスＲＰと送信パルスＳＰとの時間差ｔ１を算出する。具体的には、送信パルスＳＰを発してから受信パルスＲＰを受けるまでの経過時間を求め、それから装置内での信号伝搬時間を差し引くなど、予め判明している加減分の時間調整を施して、時間差ｔ１を算出するようになっている。
距離算出ルーチンは、従来と同じく、式［Ｌ＝Ｃ・ｔ１／２］の演算を行うことにより時間差ｔ１と大気中の光速Ｃとから距離Ｌを算出するようになっている。

なお、受信信号Ｒｃは値も時間も離散化されているので、ピーク検出や経時算出の処理に際して受信信号Ｒｃの離散化単位よりも精緻な値を得たいときには、受信信号Ｒｃの該当箇所やその近傍に適宜な補間処理を施して、局所的に受信信号Ｒを再生しながら又は再生してから、検出や算出の処理を行うようにすると良い。補間関数に直線を採用して折線近似する補間処理は、シンプルで演算負荷が軽い。補間関数に高次関数を採用して曲線補間する補間処理は、演算負荷が増えるが精度が向上する。最小自乗法など総誤差を少なくする演算手法で近似関数を得る補間処理は、演算負荷が重いが波形の乱れにも強くて更に精度が向上する。この実施例の近距離測定用パルスレーダ装置は、そのような演算手法と上述した回路（４５，１１）の並列化とのトレードオフにより、良好なコストパフォーマンスでデジタル処理が遂行されるものとなっている。

この実施例１の近距離測定用パルスレーダ装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図２は、（ａ）が送信パルスＳＰ及び受信パルスＲＰの波形例と距離算出式、（ｂ）が受信パルスＲＰの波形例と距離算出式、（ｃ）が送信パルスＲＰ及び受信パルスＳＰの波形例と距離算出式、（ｄ）が受信パルスＲＰの波形例と距離算出式である。何れの波形例も、横軸が時間ｔで、縦軸が信号レベルである。
装置の使用方法や全体的な動作は従来と変わらないので、ここでは、応変閾値Ｔhpが固定的でなく確定的でもなく受信パルスＲＰのピーク値Ｐに応じて動的に変化するようになったことの影響等を幾つかの状況例について詳述する。

先ず（図２（ａ）参照）、送信パルスＳＰが送信部２０によって送信アンテナ２４から電波で空中へ送出され、それが測定対象物８に当たって、その反射波が受信アンテナ３１まで戻ると、受信パルスＲＰが受信部３０によって受信されるとともに入力回路４０によって距離演算部１０の波形メモリ１１に記憶される。それから、距離演算部１０のプログラム処理によって、受信パルスＲＰのピーク値Ｐ１が検出され、このピーク値Ｐ１に乗率ｎを掛けて応変閾値Ｔhpが算出され、波形メモリ１１に保持されている受信パルスＲＰのサンプリングデータを用いて受信パルスＲＰが応変閾値Ｔhpに達した時刻が求められ、さらには送信パルスＳＰ送出から受信パルスＲＰ受信までの時間差ｔ１が算出され、この時間差ｔ１と光速Ｃとから測定対象物８までの距離Ｌが算出される。
このとき、測定対象物８が車両であれば、車反射パルスＲPbは大きめである。

これに対し（図２（ｂ）参照）、測定対象物８が人間であれば、例え装置からの距離が同じであっても、人反射パルスＲPaは小さめになる。
そして、この場合も上述したのと同様にして装置から測定対象物８までの距離Ｌが測定される。すなわち、送信パルスＳＰが発せられて、測定対象物８に係る受信パルスＲＰが受信され、この受信パルスＲＰに係るピーク値Ｐ２と応変閾値Ｔhpと時間差ｔ２と距離Ｌとが順に算出される。その際、ピーク値Ｐ２が上述のピーク値Ｐ１より小さいことに対応して、応変閾値Ｔhpも小さくなるので、測定対象物８が同じ距離に位置していれば時間差ｔ２は時間差ｔ１と大差なくなる。そのため、反射状態が異なる等のため受信パルスに大小が生じても、その大小には大して影響されることなく、正確な距離Ｌが求まる。

次に、測定対象物８が近いと受信パルスＲＰが大きくなる。それが車反射パルスＲPbであると特に大きいが（図２（ｃ）参照）、この場合も上述したのと同様にして、送信パルスＳＰの送出と受信パルスＲＰの受信が行われ、この受信パルスＲＰに係るピーク値Ｐ３と応変閾値Ｔhpと時間差ｔ３と距離Ｌとが順に算出される。
そこまでは大きくならないが、人反射パルスＲPaもかなり大きく（図２（ｄ）参照）、これについても上述したのと同様にして、送信パルスＳＰの送出と受信パルスＲＰの受信が行われ、この受信パルスＲＰに係るピーク値Ｐ４と応変閾値Ｔhpと時間差ｔ４と距離Ｌとが順に算出される。

その際、ピーク値Ｐ４が上述のピーク値Ｐ３より小さいことに対応して、応変閾値Ｔhpも小さくなるので、測定対象物８が同じ距離に位置していれば時間差ｔ４は時間差ｔ３と大差なくなる。そのため、反射状態が異なる等のため受信パルスに大小が生じても、その大小には大して影響されることなく、正確な距離Ｌが求まる。
こうして、測定対象物８が検知範囲の何処に存在していても、さらには測定対象物８の反射状態が異なっていたとしても、受信パルスＲＰの立ち上がりタイミングが的確に検出され、装置から測定対象物８までの距離Ｌが正確に測定される。また、距離Ｌに応じて雑音の大小が変化する傾向があるが、距離Ｌに応じて受信パルスＲＰのピーク値Ｐの大小も変化し、これに対応して応変閾値Ｔhpも変化するので、雑音耐性は測定対象物８の位置に依らず検知範囲の何処でも概ね一定になる。

このような近距離測定用パルスレーダ装置について、繰り返し測定に際して送信周期ｔｅを短縮しようとしたときに生じる課題を、図面を引用して説明する。図３（ａ）は、測定状況図であり、横軸が距離である。また、図３（ｂ）及び（ｃ）は、繰り返し測定時の送信パルスＳＰ及び受信パルスＲＰの波形例であり、横軸に時間ｔを採り、縦軸に信号レベルを採っている。

受信アンテナ３１の先に（図３（ａ）参照）、例えば測定対象物８となりうる人間８ａと車両８ｂと建物８ｄとが存在し、そのうち人間８ａと車両８ｂは検知範囲Ｌｃに入っているが、建物８ｄは検知範囲Ｌｃの外にあるものとする。人間８ａの反射率は低くて全反射受信値ＲPcの３０％〜４０％程度であるが、車両８ｂの反射率はそれより大きくて全反射受信値ＲPcの５０％〜７０％程度であり、建物８ｄの反射率は更に大きいがバラツキも大きくて全反射受信値ＲPcの６０％〜９０％程度である。このような反射率の相違によって受信パルスＲＰが大きくなったり小さくなったりするが、受信パルスＲＰの大小は、距離にも依存しており、既述した全反射受信値ＲPcと同様にほぼ距離の４乗で減衰する。

このため（図３（ｂ）参照）、上記の状況では、人間８ａの人反射パルスＲPaや車両８ｂの車反射パルスＲPbは、多少の大小があっても検出に好適な波形のパルスになり、検知範囲Ｌｃに対応した検知時間ｔｃまでに受信される。これに対し、建物８ｄの壁反射パルスＲPdについては、建物８ｄが装置から遠いので、全反射受信レベルが減衰して、壁反射パルスＲPdが小さくなるとはいっても、建物８ｄの反射率が高い場合には、壁反射パルスＲPdがパルスとして検出可能な大きさにとどまることもある。例えば建物８ｄが検知範囲Ｌｃの外にあっても検知範囲Ｌｃの直ぐ近くの場合、壁反射パルスＲPdは検知範囲Ｌｃ内の人反射パルスＲPaや車反射パルスＲPbと紛らわしいものになる。もっとも、反射率が高くても距離が十分に遠ければ壁反射パルスＲPdは雑音レベルまで減衰するため、送信周期ｔｅが十分に大きければ、送信パルスＳＰ送出から検知時間ｔｃ経過までの間に受信した受信パルスＲＰに距離Ｌの演算対象を限定することにより、簡便かつ的確に所望の測定対象物８ａ，８ｂを不所望な測定対象物８ｄから切り分けることができる。

しかしながら（図３（ｃ）参照）、送信周期ｔｅが短いと、一周期前の送信パルスＳＰによる壁反射パルスＲPdが一周期前を基準にすれば検知時間ｔｃ経過後に受信される状態であっても、次周期の送信パルスＳＰの早期送出によってその後に一周期前の壁反射パルスＲPdが来てしまうため（破線矢印参照）、減衰不十分な壁反射パルスＲPdまでも、いわゆる二次エコーとなって一周期後の検知時間ｔｃ内に発現してしまうことがある。パルス検出能力の向上した実施例１の近距離測定用パルスレーダ装置にあっては、そのような不所望な壁反射パルスＲPdまで検知してしまうので、送信周期を短くするためには不所望なパルスの検知を回避できるようにすることが更なる技術課題となる。

本発明の近距離測定用パルスレーダ装置の実施例２について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図４は、（ａ）が距離演算部１０の構造を示すブロック図、（ｂ）が距離演算部１０の拡張機能を示すための受信パルスＲＰ変形例および採否レベルＴhoの例であり横軸に時間ｔを採り縦軸に信号レベルを採っている。

この近距離測定用パルスレーダ装置（図４（ａ）参照）が上述した実施例１のものと相違するのは、距離演算部１０に採否レベル保持メモリ１３と採否判定ルーチンとが追加された点である。
採否レベル保持メモリ１３は、ＰＲＯＭやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリからなり、これには採否レベルＴhoが予め書き込まれている。

採否判定ルーチンは、ピーク検出ルーチン等と共にプログラムメモリ１２にインストールされていて、ピーク検出ルーチンにて検出した受信パルスＲＰのピーク値Ｐが同じ経過時間ｔの採否レベルＴhoを上回っているときだけ、その受信パルスＲＰについて閾値算出ルーチンと経時算出ルーチンと距離算出ルーチンの処理を続行させるものである。
そのため、この近距離測定用パルスレーダ装置にあっては、受信パルスＲＰのピーク値Ｐが同じ経過時間ｔの採否レベルＴhoを下回っている場合、その受信パルスＲＰに基づく距離算出の演算が打ち切られ、その受信パルスＲＰは雑音と同じく無視される。

また（図４（ｂ）参照）、採否レベルＴhoは、上述した不所望な二次エコーを切り捨てるための判別基準なので、測定対象物８からの反射波の減衰状態を反映して時間ｔの経過と共に減衰する波形のものが良い。具体的には、全反射受信値ＲPcに“０”〜“１”の乗率を掛ける等のことで、良い採否レベルＴhoが容易に得られる。具体的には、車両８ｂの車反射パルスＲPbは検出したいが人間８ａの人反射パルスＲPaは検出したくないような場合には、例えば両者の反射率の中間値“０．４５”を全反射受信値ＲPcに掛けた採否レベルＴh1を採否レベルＴhoとし、車両８ｂの車反射パルスＲPbも人間８ａの人反射パルスＲPaも検出したい場合には、例えば両者の反射率の最下限値“０．３”を全反射受信値ＲPcに掛けた採否レベルＴh2を採否レベルＴhoとすれば良い。

この実施例２の近距離測定用パルスレーダ装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図４（ｃ）は、繰り返し測定時の送信パルスＳＰ及び受信パルスＲＰの波形例であり、横軸に時間ｔを採り、縦軸に信号レベルを採っている。

装置の使用方法や全体的な動作は従来と変わらないので、また、応変閾値Ｔhpが動的に変化するようになったことの影響は上述したので、ここでは、採否レベルＴhoを用いた二次エコーの無視について詳述する。
人間８ａも検知するよう採否レベルＴhoには採否レベルＴh2が採用されているものとする。そして、送信周期ｔｅを短縮したとする。さらに、送信周期ｔｅを検知時間ｔｃに近づけたため、一周期前の送信パルスＳＰによる壁反射パルスＲPdがピーク検出可能な大きさのまま二次エコーとなって一周期後の検知時間ｔｃ内に発現したとする（破線矢印参照）。

そのような場合でも、両時間ｔｅ，ｔｃに或る程度以上の差が確保されていれば、この近距離測定用パルスレーダ装置にあっては、周期遅れの壁反射パルスＲPdが正規の人反射パルスＲPa等を超えることはなく、周期遅れの壁反射パルスＲPdは正規の人反射パルスＲPaより小さくなる。具体的には、現在の送信周期ｔｅにおける検知時間ｔｃ内のどのタイミングでも、正規の人反射パルスＲPaや車反射パルスＲPbは採否レベルＴhoを上回るが、周期遅れの壁反射パルスＲPdは採否レベルＴhoを下回る。そのため、周期遅れの壁反射パルスＲPdは雑音と同じく無視され、正規の人反射パルスＲPaや車反射パルスＲPbについては、応変閾値Ｔhpを用いることにより、人間８ａや車両８ｂまでの距離Ｌが正確に算出される。
こうして、送信周期ｔｅを短くしても距離Ｌが確実かつ正確に求まる。

このような近距離測定用パルスレーダ装置について、繰り返し測定に際して送信周期ｔｅを更に短縮しようとしたときに生じる更なる課題を、図面を引用して説明する。図５（ａ）は、繰り返し測定時の送信パルスＳＰ及び受信パルスＲＰの波形例であり、横軸に時間ｔを採り、縦軸に信号レベルを採っている。

送信周期ｔｅが更に短縮されて検知時間ｔｃとの差が僅少になると、例えば踏切障害物検知のような場合、建物８ｄの壁反射パルスＲPdばかりか、踏切棒の直ぐ後方で待つ大型の車両８ｂの車反射パルスＲPbなども、不所望な二次エコーとなって一周期後の検知時間ｔｃ内に発現してしまうおそれが高まる。距離の差が小さいと、その間の減衰量が反射率や測定状態のバラツキなどと同等になるか下回ることになるため、採否レベルＴhoを用いても的確な判別は困難になる。

本発明の近距離測定用パルスレーダ装置の実施例３について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図５（ｂ）は、近距離測定用パルスレーダ装置の構造を示すブロック図である。
この近距離測定用パルスレーダ装置が上述した実施例２のものと相違するのは、送信部２０が切替回路５３を持つ送信部５０になった点と、入力回路４０が切替回路６３を持つ入力回路６０になった点である。

送信部５０は、上述した送信パルス発生回路２１及び発振回路２２に代えて、電波法等に合致した適宜な周波数ｆ１で発振する発振回路５１と、やはり適法であるが周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で発振する発振回路５２と、切替制御信号Ｓｂに従って発振回路５１の出力か発振回路５２の出力か何れか一方を選択して出力する切替回路５３と、送信制御信号Ｓａに応じて送信信号Ｓに送信パルスＳＰを含ませるとともに切替回路５３の出力する搬送波を送信信号Ｓでパルス変調する送信パルス発生回路５４と、その変調後の送信信号Ｓをパワー増幅するアンプ２３（Ａｍｐ）とを具えている。切替制御信号Ｓｂの値たとえばオンオフ状態が送信制御信号Ｓａに同期して送信周期ｔｅ毎に切り替わるので、切替回路５３を具備した送信部５０は、送信パルスＳＰの搬送波の周波数を送信パルスＳＰの送信周期ｔｅ毎に切り替えるものとなっている。

入力回路６０は、上述のバンドパスフィルタ４２に代えて、アッテネータ４１の出力を入力して周波数ｆ１又は該当中間周波数の信号成分を通過させるバンドパスフィルタ６１と、アッテネータ４１の出力を入力して周波数ｆ２又は該当中間周波数の信号成分を通過させるバンドパスフィルタ６２と、切替制御信号Ｓｂに従ってバンドパスフィルタ６１の出力かバンドパスフィルタ６２の出力か何れか一方を選択して包絡線検波回路４３へ出力する切替回路６３とを具えている。包絡線検波回路４３以降の回路４４，４５は入力回路４０からそのまま引き継がれている。上述したように切替制御信号Ｓｂの値が送信制御信号Ｓａに同期して送信周期ｔｅ毎に切り替わるので、切替回路６３を具備した入力回路６０は、受信パルスＲＰに係る搬送波の周波数を送信パルスＳＰの送信周期ｔｅ毎に切り替えるものとなっている。しかも、送信パルスＳＰが周波数ｆ１の送信周期ｔｅでは周波数ｆ１対応の受信パルスＲＰが受信されて周波数ｆ２対応の受信パルスＲＰは無視され、送信パルスＳＰが周波数ｆ２の送信周期ｔｅでは周波数ｆ２対応の受信パルスＲＰが受信されて周波数ｆ１対応の受信パルスＲＰは無視されるようになっている。

この実施例３の近距離測定用パルスレーダ装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図５（ｃ）は、繰り返し測定時の送信パルスＳＰ及び受信パルスＲＰの波形例であり、横軸に時間ｔを採り、縦軸に信号レベルを採っている。
ここでは、上述の採否レベルＴhoを用いて不所望な二次エコーを無視するという機能が、搬送波の周波数の切り替えによって強化されることについて、詳述する。

周波数ｆ１で送信パルスＳＰが送出された送信周期ｔｅでは、検知範囲Ｌｃに入っている人間８ａの人反射パルスＲPaや車両８ｂの車反射パルスＲPbが周波数ｆ１で受信されるので、しかも検知時間ｔｃ内に検出されるので、距離Ｌが正確に測定される。検知範囲Ｌｃの外のものは検知時間ｔｃの経過後になるので、無視される。
一方、検知範囲Ｌｃの外のもので次の送信周期ｔｅまでずれてしまった周期遅れの受信パルスＲＰは、次周期ｔｅで扱われる搬送波が送信パルスＳＰと共に周波数ｆ２に切り替わっているため、無視される。
そして、次の次の送信周期ｔｅまでずれこむと（破線矢印参照）、周波数ｆ１の受信パルスＲＰが再びピーク検出の対象となるが、二周期遅れとなった受信パルスＲＰは反射率の大きな壁反射パルスＲPdであっても十分に減衰しているので、例え採否レベルＴhoが低めに設定されていても採否レベルＴhoより小さくなっていて、確実に無視される。

同様に、周波数ｆ２の送信パルスＳＰの反射による受信パルスＲＰについても、その送信周期ｔｅでは検知時間ｔｃ内の人反射パルスＲPaや車反射パルスＲPbによって検知範囲Ｌｃの人間８ａや車両８ｂの距離Ｌが正確に測定される。また、周波数ｆ１を取り扱う次の送信周期ｔｅでは、周期遅れとなった受信パルスＲＰは無視される。さらに、次の次の送信周期ｔｅまでずれこんだ受信パルスＲＰは（破線矢印参照）、二周期遅れで減衰して採否レベルＴhoより小さくなっているため、やはり無視される。
こうして、この近距離測定用パルスレーダ装置にあっては、送信周期ｔｅが検知時間ｔｃの極近くまで短縮されても、不所望な二次エコーに惑わされることなく、検知範囲Ｌｃ内の測定対象物についてだけ、距離Ｌが確実かつ正確に求まる。

［その他］
上記実施例では、波形記憶手段がデジタルメモリからなりＡ／Ｄ変換回路が前置されていたが、波形記憶手段は例えば遅延線路やＣＣＤを利用したアナログメモリであっても良く、その場合、Ａ／Ｄ変換回路を後置しても良く、Ａ／Ｄ変換回路をサンプリング周期Δｔと異なる周期で動作させることも可能である。

本発明の近距離測定用パルスレーダ装置は、踏切障害物検知装置の他、種々の近距離測定に適用することができる。

本発明の実施例１について、（ａ）が近距離測定用パルスレーダ装置の概要構成を示すブロック図、（ｂ）が入力回路と距離演算部のブロック図、（ｃ）が距離算出の演算内容を示す幾つかの信号波形例である。 装置の動作状態等を示し、（ａ）が送信パルス及び受信パルスの波形例と距離算出式、（ｂ）が受信パルスの波形例と距離算出式、（ｃ）が送信パルス及び受信パルスの波形例と距離算出式、（ｄ）が受信パルスの波形例と距離算出式である。 本発明の実施例２について、繰り返し測定時の課題を示し、（ａ）が測定状況図、（ｂ）及び（ｃ）が送信パルスと受信パルスの波形例である。 （ａ）が近距離測定用パルスレーダ装置における距離演算部の構造を示すブロック図、（ｂ）が距離演算部の拡張機能を示すための受信パルス変形例および採否レベル例、（ｃ）が装置の動作状態等を示す送信パルス及び受信パルスの波形例である。 本発明の実施例３について、（ａ）が繰り返し測定時の更なる課題を示す送信パルス及び受信パルスの波形例、（ｂ）が近距離測定用パルスレーダ装置の構造を示すブロック図、（ｃ）が装置動作状態を示す送信パルス及び受信パルスの波形例である。 従来のパルスレーダ装置について、距離測定の原理と課題を示し、（ａ）が距離測定状況図、（ｂ）が送信パルス及び受信パルスの波形例と距離算出式、（ｃ）が受信パルスの波形例と距離算出式、（ｄ）が受信パルスの各種変形例である。

符号の説明

８…測定対象物、８ａ…人間、８ｂ…車両、８ｄ…建物、
１０…距離演算部、１１…波形メモリ（波形記憶手段）、
１２…プログラムメモリ、１３…採否レベル保持メモリ、
２０…送信部、２１…送信パルス発生回路、
２２…発振回路、２３…アンプ（Ａｍｐ）、２４…送信アンテナ、
３０…受信部、３１…受信アンテナ、３２…低雑音アンプ（Ａｍｐ）、
３３…発振回路、３４…ミキサ、３５…アンプ（Ａｍｐ）、
４０…入力回路、４１…アッテネータ（ＡＴＴ）、
４２…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、４３…包絡線検波回路、
４４…サンプルホールド回路（Ｓ＆Ａ）、４５…Ａ／Ｄ変換回路、
５０…送信部、５１，５２…発振回路、５３…切替回路、
５４…送信パルス発生回路、６０…入力回路、
６１，６２…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、６３…切替回路、
Ｌ…距離、Ｌｃ…検知範囲、ｔ…時間、ｔｃ…検知時間、
ｔｅ…送信周期、Ｓａ…送信制御信号、Ｓｂ…切替制御信号、
Ｓ…送信信号、ＳＰ…送信パルス、Ｒａ…受信信号（検波前）、
Ｒｂ…サンプリング制御信号、Ｒｃ…受信信号（検波後、デジタル）、
Ｒ…受信信号（検波後、アナログ）、ＲＰ…受信パルス、
ＲPa…人反射パルス、ＲPb…車反射パルス、ＲPc…全反射受信値、
ＲPd…壁反射パルス、Ｐ…ピーク値、ｎ…乗率、
Ｔhp…応変閾値（第１閾値）、Ｔho…採否レベル（第２閾値）

Claims (5)

1. 送信パルスを電波で送出する送信部と、その反射波を受信する受信部と、それに含まれる受信パルスと前記送信パルスとの時間差に基づいて距離を算出する距離演算部とを備えた近距離測定用パルスレーダ装置において、前記受信パルスのうち少なくとも前半部分の波形を保持しうる波形記憶手段と、前記受信パルスのピーク値を検出するピーク検出手段と、そのピーク値に応じて変化する応変閾値を該ピーク値と既定値とから算出する閾値算出手段と、前記波形記憶手段を参照することにより前記受信パルスが前記応変閾値に達した時刻を検出しこの時刻に基づいて前記時間差を算出する経時算出手段とを設けたことを特徴とする近距離測定用パルスレーダ装置。
2. 前記反射波の減衰状態を反映して時間経過と共に減衰する採否レベルを前記ピーク値が上回っているか下回っているかに応じて前記受信パルスに基づく距離算出を行うか否かを決定する採否判定手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の近距離測定用パルスレーダ装置。
3. 前記送信パルスと前記受信パルスとの双方に係る搬送波の周波数を前記送信パルスの送信周期毎に切り替える切替回路を設けたことを特徴とする請求項２記載の近距離測定用パルスレーダ装置。
4. 前記閾値算出手段は、前記ピーク値と前記既定値との積を算出してこれを前記応変閾値とするものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載された近距離測定用パルスレーダ装置。
5. 前記既定値が、測定対象物の反射率の下限に基づいて予め決定された、“０”より大きく“１”より小さい設定値である、ことを特徴とする請求項４記載の近距離測定用パルスレーダ装置。

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