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JP2011232053A - Distance measuring device - Google Patents

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JP2011232053A
JP2011232053A JP2010100214A JP2010100214A JP2011232053A JP 2011232053 A JP2011232053 A JP 2011232053A JP 2010100214 A JP2010100214 A JP 2010100214A JP 2010100214 A JP2010100214 A JP 2010100214A JP 2011232053 A JP2011232053 A JP 2011232053A
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JP
Japan
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frequency
sweep
distance
wave
circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2010100214A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Yamauchi
一將 山内
Yoshimasa Fujiwara
祥雅 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Electric Works Co Ltd filed Critical Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority to JP2010100214A priority Critical patent/JP2011232053A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To expand a measurable distance range to both a short distance side and a long distance side while suppressing a prolongation of a measurement period and a manufacturing cost, in a distance measuring device.SOLUTION: In the distance measuring device, power of a composite wave of a transmission wave frequency-swept by a frequency control circuit and a reflected wave is detected, and the detected signal is sampled by an analysis circuit in a specific processing period and a frequency component of the detected signal is analyzed. Then, a distance is calculated on the basis of the analysis result. The frequency control circuit performs sweeps in accordance with each of sweep patterns P1, P2, and P3 different in frequency sweep width from each other. Accordingly, when a distance to an object to be measured is any of short, middle, and long distances, a frequency of the detected signal can be brought within a frequency range analyzable by the analysis circuit, which enables any distance to be measured. Furthermore, in order to expand a measuring range to short/long distance sides, it is unnecessary to prolong the processing period or take, as the analysis circuit, an analysis circuit capable of high-speed operation.

Description

本発明は、測定対象物までの距離をレーダ波又は超音波を用いて測定する距離測定装置に関する。   The present invention relates to a distance measuring device that measures a distance to an object to be measured using radar waves or ultrasonic waves.

従来から、レーダ波又は超音波を利用して測定対象物までの距離を測定する技法として、定在波方式と、FM−CW方式とが知られており、それぞれの方式の距離測定装置が知られている。   Conventionally, the standing wave method and the FM-CW method are known as techniques for measuring the distance to an object to be measured using radar waves or ultrasonic waves, and distance measuring apparatuses of the respective methods are known. It has been.

いずれの方式の距離測定装置においても、信号源の発振周波数が掃引され、その掃引された発振周波数と同じ周波数の送信波が測定対象物に放射され、送信波と、その送信波が測定対象物で反射して生じた反射波との合成波が検出される。そして、その検出信号が増幅され、サンプリングされ、周波数分析され、その分析結果に基づいて測定対象物までの距離が算出される。   In any type of distance measuring device, the oscillation frequency of the signal source is swept, and a transmission wave having the same frequency as the swept oscillation frequency is radiated to the measurement object, and the transmission wave and the transmission wave are measured. A combined wave with the reflected wave generated by the reflection is detected. Then, the detection signal is amplified, sampled, frequency-analyzed, and the distance to the measurement object is calculated based on the analysis result.

上記2方式における相違点は、送信波の周波数(以下、送信周波数という)の掃引の仕方である。従って、上記2方式においては、送信波と反射波との合成波形が異なり、合成波の検出部分、及び、検出信号に対する分析内容等も相違する。   The difference between the above two methods is how to sweep the frequency of the transmission wave (hereinafter referred to as the transmission frequency). Therefore, in the above two methods, the combined waveform of the transmitted wave and the reflected wave is different, and the detection portion of the combined wave, the analysis content for the detection signal, and the like are also different.

以下、上記2方式の距離測定技法について詳述する。図8は、従来及び本発明の定在波方式による距離測定原理を示す。図8における上側の図において、第1象限の横軸は時間tを示し、縦軸は送信周波数fを示し、第2象限の横軸は任意の検出地点において検出される定在波のパワーpを表す。上記検出地点は、送信波の放射地点と測定対象物とを通る直線上の任意の地点である。   Hereinafter, the two types of distance measurement techniques will be described in detail. FIG. 8 shows the conventional principle of distance measurement by the standing wave method of the present invention. In the upper diagram in FIG. 8, the horizontal axis of the first quadrant indicates time t, the vertical axis indicates the transmission frequency f, and the horizontal axis of the second quadrant indicates the power p of the standing wave detected at an arbitrary detection point. Represents. The detection point is an arbitrary point on a straight line passing through the transmission wave radiation point and the measurement object.

この方式においては、送信周波数fの一定期間の保持と一定幅の上昇とが繰り返されるように送信周波数fが掃引される。この掃引により、送信周波数fが階段状に変調される(上記第1象限参照)。各周波数fにおける一定の保持期間は、レーダ波又は超音波が測定対象物までの間を伝搬して往復するのに必要な時間よりも長く設定されており、その保持期間毎に、送信波と、上記往復により位相が遅延した反射波とが干渉し、合成波として定在波が生成される。   In this method, the transmission frequency f is swept so that the transmission frequency f is maintained for a certain period and is increased by a certain width. By this sweep, the transmission frequency f is modulated stepwise (see the first quadrant). The fixed holding period at each frequency f is set to be longer than the time required for the radar wave or ultrasonic wave to travel back and forth between the object to be measured, and for each holding period, The reflected wave whose phase is delayed by the reciprocation interferes, and a standing wave is generated as a synthesized wave.

上記検出地点における定在波パワーpは、送信周波数の掃引に応じて周期的に増減する(上記第2象限参照)。この原理について図9を参照して説明する。ここでは、送信周波数が上昇するとする。この上昇により、検出地点D1と測定対象物T1との間の送信波W及び反射波Wの波数は増え、そのため、定在波Wの波数が増加し、検出地点D1における定在波Wの位相が変位する。これにより、検出地点D1における定在波Wの振幅がAからAに変わり、振幅に比例する定在波パワーpが変化する。従って、送信周波数の掃引により、検出地点D1における定在波Wの位相が2π以上掃引されると、定在波パワーpは周期性を持つようになる。 The standing wave power p at the detection point is periodically increased or decreased according to the sweep of the transmission frequency (see the second quadrant). This principle will be described with reference to FIG. Here, it is assumed that the transmission frequency increases. This increase, the wave number of the transmitted wave W T and the reflected wave W R between the detection point D1 and the measurement object T1 is increased, therefore, the wave number of the standing wave W S is increased, standing waves in the detection point D1 The phase of WS is displaced. Thus, the amplitude of the standing wave W S in the detection point D1 changes from A 1 to A 2, standing wave power p is proportional to the amplitude changes. Therefore, by sweeping the transmission frequency, the phase of the standing wave W S in the detection point D1 is swept over 2 [pi, standing wave power p will have a periodicity.

ここに、送信周波数の掃引による定在波パワーpの変動周期と、測定対象物T1までの距離と、光速とを、それぞれ、Δf、d、cとすると、下記の式(1)の関係式が成立する。   Here, assuming that the fluctuation period of the standing wave power p due to the sweep of the transmission frequency, the distance to the measurement object T1, and the speed of light are Δf, d, and c, respectively, the following relational expression (1) Is established.

Figure 2011232053
Figure 2011232053

従って、変動周期Δfを求めることにより、距離dを算出することができる。ところで、定在波パワーpを、任意の期間、検出すると、定在波パワーpの時系列信号(以下、定在波パワー信号という)が得られ、定在波パワーpを時間関数として表すことができる。しかしながら、上記式(1)は時間を変数に含まないので、定在波パワー信号と、式(1)とだけから、距離dを算出することはできない。   Therefore, the distance d can be calculated by obtaining the fluctuation period Δf. By the way, when the standing wave power p is detected for an arbitrary period, a time series signal of the standing wave power p (hereinafter referred to as standing wave power signal) is obtained, and the standing wave power p is expressed as a time function. Can do. However, since the equation (1) does not include time as a variable, the distance d cannot be calculated only from the standing wave power signal and the equation (1).

そこで、上記式(1)を時間領域の数式に変換することが考えられる。ここに、変動周期Δfに対応する期間と、送信周波数の掃引幅と、掃引期間とを、それぞれ、T、ΔF、τとすると、下記式(2)が求まる(図8参照)。 Therefore, it is conceivable to convert the above equation (1) into a time domain equation. If the period corresponding to the fluctuation period Δf, the transmission frequency sweep width, and the sweep period are T p , ΔF, and τ, respectively, the following equation (2) is obtained (see FIG. 8).

Figure 2011232053
Figure 2011232053

上記式(2)に上記式(1)を代入し、また、定在波パワー信号の周波数をf(=1/T)とすると、周波数fについての下記式(3)が導き出される。 When the above equation (1) is substituted into the above equation (2) and the frequency of the standing wave power signal is f p (= 1 / T p ), the following equation (3) for the frequency f p is derived. .

Figure 2011232053
Figure 2011232053

従って、定在波パワー信号の周波数fを計測し、その計測値と、予め設定された掃引幅ΔF及び掃引期間τと、光速cとを、上記式(3)に代入することにより、距離dを求めることができる。 Thus, by measuring the frequency f p of the standing wave power signal, and the measured value, the sweep width ΔF and sweep time τ which is set in advance, and a speed of light c, by substituting the above equation (3), the distance d can be obtained.

次に、図10を参照して、従来及び本発明のFM−CW方式による距離測定原理を説明する。この方式における送信波Wは、その周波数を掃引期間τに周波数掃引幅ΔFだけ連続掃引することにより、鋸波状にFM変調された連続波(CW波)である。反射波Wは、送信波Wに対して時間的に遅れるが、その遅延時間Δtは、レーダ波又は超音波が測定対象物までの距離dの空間を往復するのに必要な時間である。この遅延により送信波Wと反射波Wとの周波数には差が生じる。ここに、この周波数差、すなわち、ビート周波数をfとすると、下記式(4)の関係式が成り立つ。 Next, the principle of distance measurement by the conventional and the FM-CW method of the present invention will be described with reference to FIG. Transmission wave W T in this manner, by successive sweeps by the frequency sweep width ΔF the frequency sweep period tau, which is FM-modulated continuous wave sawtooth (CW wave). Reflected wave W R is temporally overdue to the transmission wave W T, the delay time Δt is the time required for radar waves or ultrasound reciprocates space distance d to the object of measurement . Difference in frequency between the reflected wave W R and transmitted wave W T This delay. If this frequency difference, that is, the beat frequency is f b , the following relational expression (4) is established.

Figure 2011232053
Figure 2011232053

遅延時間Δtは、Δt=2d/c(c:光速)と表され、この式を上記式(4)に代入すると、ビート周波数fと距離dとの関係を示す下記式(5)が求められる。 Delay Delta] t is, Δt = 2d / c (c : light velocity) and expressed, and substituting this expression in the equation (4), the following equation indicating the relationship between the beat frequency f b and the distance d (5) determined It is done.

Figure 2011232053
Figure 2011232053

従って、ビート周波数fを測定し、上記式(5)に代入することにより、距離dを割り出すことができる。ビート周波数fは、送信波Wと反射波Wとの合成波から計測することができる。 Thus, by measuring the beat frequency f b, by substituting the above equation (5), it is possible to determine the distance d. The beat frequency f b can be measured from the composite wave with the transmission wave W T and the reflected wave W R.

図11は、上記合成波Wの波形を示す。送信周波数が掃引されると、合成波Wにはうなりが生じ、合成波Wの振幅は、ビート周波数fでもって増大、減少を繰り返す。そのため、合成波Wを例えば包絡線検波することにより、合成波Wから上記うなりの信号、すなわち、ビート信号を抽出して、その周波数を計測することにより、ビート周波数fを得ることができ、上記式(5)から距離dを算出することができる。 Figure 11 shows a waveform of the composite wave W C. When the transmission frequency is swept, it occurs beat the composite wave W C, the amplitude of the composite wave W C is increased with a beat frequency f b, repeat the reduction. Therefore, by detecting the composite wave W C e.g. envelope, the beat signal from the composite wave W C, i.e., to extract a beat signal, by measuring the frequency, to obtain a beat frequency f b The distance d can be calculated from the above equation (5).

ところで、上記式(3)及び式(5)に示されるように、定在波パワー信号の周波数fとビート信号のビート周波数fとは距離dに応じて変化し、例えば、測定対象物が近いと低くなり、遠いと高くなる。そして、定在波パワー信号/ビート信号は、一般に、周波数成分分析回路(以下、分析回路という)等により、有限のサンプリング処理期間中にサンプリングされ、離散化され、さらに、それらの離散値が高速フーリエ変換(FFT)され、これにより、定在波パワー信号の周波数f/ビート信号のビート周波数fが計測される。 Meanwhile, as shown in the above formula (3) and (5) changes according to the distance d from the beat frequency f b of the frequency f p and a beat signal of the standing wave power signal, for example, the measurement object The lower the distance, the lower the distance, and the higher the distance. The standing wave power signal / beat signal is generally sampled and discretized by a frequency component analysis circuit (hereinafter referred to as an analysis circuit) during a finite sampling process, and further, these discrete values are high-speed. Fourier transform (FFT) is performed, whereby the frequency f p of the standing wave power signal / beat frequency f b of the beat signal is measured.

従って、従来の上記2方式のいずれの距離測定装置においても、測定対象物が装置に近過ぎると、図12(a)に示されるように、定在波パワー信号の周波数f/ビート信号のビート周波数fが低くなり過ぎて、上記サンプリング処理期間に、定在波パワー信号/ビート信号を1波長以上、サンプリングすることができないことがある。そのため、周波数f/ビート周波数fを正確に求められないことがある。 Therefore, in any of the conventional distance measuring devices of the above two methods, if the measurement object is too close to the device, as shown in FIG. 12A, the frequency f p of the standing wave power signal / beat signal beat frequency f b is too low, to the sampling period, the standing wave power signal / beat signal one or more wavelengths, it may be impossible to sample. Therefore, the frequency f p / beat frequency f b may not be obtained accurately.

一方、測定対象物が装置から遠過ぎると、図12(b)に示されるように、周波数f/ビート周波数fが高くなり過ぎて、サンプリング周波数の1/2以上になることがある。そのため、ナイキストのサンプリング定理が満たされず、エイリアシングが発生し、周波数f/ビート周波数fの高精度な算出が困難なことがある。 On the other hand, when the measuring object is too far from the device, as shown in FIG. 12 (b), the frequency f p / beat frequency f b is too high, it may become more than half of the sampling frequency. Therefore, the Nyquist sampling theorem is not satisfied, aliasing occurs, and it may be difficult to calculate the frequency f p / beat frequency f b with high accuracy.

すなわち、図13に示されるように、装置から測定対象物までの距離が、上記分析回路等により分析可能な周波数範囲に対応した距離範囲よりも短いか、又は長いと、上記の距離に応じた周波数の定在波パワー信号/ビート信号が得られたとしても、その周波数を計測することができず、従って、距離測定が困難になる。そのため、測定可能な距離範囲を近距離側にも遠距離側にも拡げたいという要望があった。   That is, as shown in FIG. 13, when the distance from the apparatus to the measurement object is shorter or longer than the distance range corresponding to the frequency range that can be analyzed by the analysis circuit or the like, the distance corresponds to the distance. Even if a standing wave power signal / beat signal with a frequency is obtained, the frequency cannot be measured, and therefore distance measurement becomes difficult. Therefore, there has been a demand to expand the measurable distance range to both the short distance side and the long distance side.

そこで、上記要望に応えるため、上記分析回路において、上記サンプリング処理期間を長くし、かつ、上記サンプリング周波数を高くすることが考えられる。しかしながら、サンプリング処理期間が長くなると、測定に要する期間(以下、測定期間という)が長くなってしまう。また、サンプリング周波数が高周波になると、計算量が膨大になって計算時間が長くなり、従って、測定期間が長くなるので、それを防ぐには、高速度の演算が可能な高性能な分析回路が必要になり、製造コストが上がってしまう。   Therefore, in order to meet the above demand, it is conceivable to increase the sampling frequency and increase the sampling frequency in the analysis circuit. However, when the sampling process period is long, the period required for measurement (hereinafter referred to as the measurement period) becomes long. In addition, when the sampling frequency is increased, the amount of calculation becomes enormous and the calculation time becomes longer, and therefore the measurement period becomes longer. To prevent this, a high-performance analysis circuit capable of high-speed calculation is required. This is necessary and increases the manufacturing cost.

ところで、送信信号の周波数をシフトし、目標対象で反射された反射波を基に目標対象までの距離を測定し、目標対象が近ければ送信信号の周波数シフトを大きくし、遠ければ周波数シフトを小さくして再測定する距離測定システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。この距離測定システムにおいては、周波数シフトを大きく、又は小さくすることにより、測定対象が近距離又は遠距離の範囲に特化され、各距離の範囲の測定精度が向上する。   By the way, the frequency of the transmission signal is shifted, the distance to the target object is measured based on the reflected wave reflected by the target object, the frequency shift of the transmission signal is increased if the target object is close, and the frequency shift is decreased if it is far. A distance measurement system that performs re-measurement is known (see, for example, Patent Document 1). In this distance measurement system, by increasing or decreasing the frequency shift, the object to be measured is specialized in a short distance range or a long distance range, and the measurement accuracy of each distance range is improved.

また、測定対象物までの距離をFM−CW方式により測定し、その測定された距離が基準距離未満であれば、定在波方式により距離を測定し直すレーダ装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。また、3種類以上の周波数変調がなされた送信信号を分割して放射し、目標で反射された受信波と上記送信信号とを混合してビート信号を生成し、このビート信号を基に目標までの距離を算出するレーダ装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、上記の距離測定システム及びレーダ装置においては、上記問題を解決することは困難である。   Further, a radar device is known in which the distance to the measurement object is measured by the FM-CW method, and if the measured distance is less than the reference distance, the distance is measured again by the standing wave method (for example, Patent Document 2). In addition, a transmission signal having three or more types of frequency modulation is divided and radiated, and the received wave reflected by the target is mixed with the transmission signal to generate a beat signal. There is known a radar apparatus that calculates the distance (see, for example, Patent Document 3). However, it is difficult to solve the above problem in the distance measurement system and the radar apparatus.

特表2003−505699号公報Special table 2003-505699 gazette 特開2009−058335号公報JP 2009-058335 A 特開2009−288223号公報JP 2009-288223 A

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、測定期間の延長及び製造コストの増加を抑えながら、測定可能な距離範囲を近距離側にも遠距離側にも拡げることができる距離測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and expands the measurable distance range to both the short distance side and the long distance side while suppressing the extension of the measurement period and the increase in manufacturing cost. An object of the present invention is to provide a distance measuring device that can perform such a process.

上記目的を達成するために本発明の距離測定装置は、信号源の発振周波数を掃引する周波数掃引部と、前記周波数掃引部により掃引される発振周波数に対応した周波数の送信波を放射する送信部と、前記送信波が測定対象物により反射されて生じた反射波を受信する受信部と、前記送信波と前記反射波との合成波のパワー又は振幅を検出する検出部と、前記検出部による検出信号を特定の処理期間、サンプリングして、その周波数成分を分析する周波数成分分析部と、前記周波数成分分析部による分析結果に基づいて測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、を備えた距離測定装置において、前記周波数掃引部は、前記発振周波数の掃引幅が互いに異なる複数の掃引パターンを予め記憶しており、それらの掃引パターンのうち、掃引幅が広い掃引パターンから順に、その掃引パターンに従って掃引することを特徴とすることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a distance measuring device of the present invention includes a frequency sweep unit that sweeps the oscillation frequency of a signal source, and a transmission unit that radiates a transmission wave having a frequency corresponding to the oscillation frequency swept by the frequency sweep unit. A receiving unit that receives a reflected wave generated by reflecting the transmission wave by an object to be measured, a detection unit that detects the power or amplitude of a combined wave of the transmission wave and the reflected wave, and the detection unit. A frequency component analysis unit that samples a detection signal for a specific processing period and analyzes the frequency component, and a distance calculation unit that calculates a distance to the measurement object based on an analysis result by the frequency component analysis unit. In the distance measuring apparatus provided, the frequency sweep unit stores in advance a plurality of sweep patterns having different sweep widths of the oscillation frequency, and among these sweep patterns, a sweep width is stored. From a wide sweep pattern in order, characterized by said sweeping in accordance with the sweep pattern.

この距離測定装置においては、前記周波数掃引部は、前記掃引パターンに従った掃引を開始した後、前記距離算出部が距離を最初に算出すると、次の順以降の掃引パターンによる掃引を中止することが望ましい。   In this distance measuring apparatus, after the frequency sweeping unit starts sweeping according to the sweep pattern, when the distance calculation unit first calculates the distance, the sweeping by the next and subsequent sweep patterns is stopped. Is desirable.

本発明によれば、記憶された掃引パターンのいずれかに従った掃引により、測定対象物までの距離に比例する検出信号の周波数を、測定対象物までの距離に係わらず、周波数成分分析部により分析可能な周波数範囲内に収めることができる。従って、測定可能な距離範囲を近距離側にも遠距離側にも拡げることができる。しかも、近距離側の測定範囲を拡げるために低周波の検出信号に対応して周波数成分分析部の処理期間を延ばさなくて済むので、測定期間の延長を防ぐことができる。また、遠距離側の測定範囲を拡げるために高周波の検出信号に対応して周波数成分分析部を高速度の演算が可能な高性能なものにしなくて済むので、製造コストを抑えることができる。さらに、近距離から優先的に測定することができる。   According to the present invention, the frequency of the detection signal proportional to the distance to the measurement object is set by the frequency component analysis unit regardless of the distance to the measurement object by sweeping according to any of the stored sweep patterns. It can be within the frequency range that can be analyzed. Therefore, the measurable distance range can be expanded to both the short distance side and the long distance side. Moreover, since it is not necessary to extend the processing period of the frequency component analysis unit corresponding to the low frequency detection signal in order to expand the measurement range on the short distance side, it is possible to prevent the measurement period from being extended. In addition, in order to expand the measurement range on the far side, it is not necessary to make the frequency component analysis unit high-performance capable of high-speed calculation corresponding to the high-frequency detection signal, so that the manufacturing cost can be suppressed. Furthermore, it is possible to preferentially measure from a short distance.

本発明の第1の実施形態に係る距離測定装置の電気的ブロック図。1 is an electrical block diagram of a distance measuring device according to a first embodiment of the present invention. 上記装置における送信周波数の掃引パターンを示す図。The figure which shows the sweep pattern of the transmission frequency in the said apparatus. 上記装置における定在波パワーの検出信号の周波数と測定対象物までの距離との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the frequency of the detection signal of standing wave power in the said apparatus, and the distance to a measuring object. 上記装置における送信周波数の掃引処理のフローチャート。The flowchart of the sweep process of the transmission frequency in the said apparatus. 上記実施形態の一変形例に係る距離測定装置の送信周波数の掃引パターンを示す図。The figure which shows the sweep pattern of the transmission frequency of the distance measuring device which concerns on the modification of the said embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る距離測定装置の電気的ブロック図。The electric block diagram of the distance measuring device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 上記装置における送信周波数の掃引パターンを示す図。The figure which shows the sweep pattern of the transmission frequency in the said apparatus. (a)(b)は従来及び本発明の定在波方式による距離測定原理を説明するための図。(A) (b) is a figure for demonstrating the distance measurement principle by the standing wave system of the past and this invention. 上記方式において送信周波数が上昇したときの任意の地点における定在波パワー変動を示す図。The figure which shows the standing wave power fluctuation | variation in arbitrary points when a transmission frequency rises in the said system. 従来及び本発明のFM−CW方式による距離測定原理を説明するための図The figure for demonstrating the distance measurement principle by the FM-CW system of the past and this invention 上記方式における送信波と反射波との合成波形図。The composite waveform figure of the transmission wave and reflected wave in the said system. (a)(b)は従来の距離測定装置において測定対象物が装置に近過ぎるときと装置から遠過ぎるときの定在波パワー信号/ビート信号波形を示す図。(A) and (b) are diagrams showing standing wave power signal / beat signal waveforms when a measurement object is too close to the apparatus and too far from the apparatus in the conventional distance measuring apparatus. 上記定在波パワー信号/ビート信号の周波数と測定対象物までの距離との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the frequency of the said standing wave power signal / beat signal, and the distance to a measuring object.

以下、本発明の各種実施形態に係る距離測定装置について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る距離測定装置の構成を示す。この距離測定装置1は、装置から測定対象物T1までの距離dを定在波方式により測定する距離測定装置である。
Hereinafter, distance measuring devices according to various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a distance measuring apparatus according to the first embodiment. The distance measuring device 1 is a distance measuring device that measures a distance d from the device to the measurement target T1 by a standing wave method.

距離測定装置1は、信号源10と、周波数制御回路11と、帯域選択回路12と、送受信回路13とを備える。周波数制御回路11は、信号源10の発振周波数を掃引する。帯域選択回路12は、上記発振周波数の掃引幅が互いに異なる複数の掃引パターンのいずれかを選択する。送受信回路13は、上記発振周波数に対応した周波数、具体的には、発振周波数と同じ周波数を有するレーダ波又は超音波である送信波Wを放射する。また、送受信回路13は、送信波Wが測定対象物T1により反射されて生じた反射波Wを受信する。 The distance measuring device 1 includes a signal source 10, a frequency control circuit 11, a band selection circuit 12, and a transmission / reception circuit 13. The frequency control circuit 11 sweeps the oscillation frequency of the signal source 10. The band selection circuit 12 selects any one of a plurality of sweep patterns having different sweep widths of the oscillation frequency. Transceiver circuit 13, a frequency corresponding to the oscillation frequency, specifically, to a transmitting wave W T is a radar wave or ultrasound having the same frequency as the oscillation frequency. The transmitting and receiving circuit 13, the transmission wave W T receives reflected waves W R generated is reflected by the measurement object T1.

また、距離測定装置1は、パワー検出回路14と、時間軸変換回路15と、増幅回路16と、周波数成分分析回路(以下、分析回路という)17と、距離算出回路18とをさらに備える。パワー検出回路14は、送信波Wと反射波Wとの合成波である定在波のパワーを検出する。時間軸変換回路15は、パワー検出回路14による検出信号の時間軸を圧縮又は伸長する。増幅回路16は、時間軸変換回路15により時間軸が圧縮又は伸長された検出信号を増幅し、分析回路17は、増幅後の検出信号の周波数成分を分析する。距離算出回路18は、分析回路17による分析結果から距離dを算出する。 The distance measuring apparatus 1 further includes a power detection circuit 14, a time axis conversion circuit 15, an amplification circuit 16, a frequency component analysis circuit (hereinafter referred to as an analysis circuit) 17, and a distance calculation circuit 18. Power detecting circuit 14 detects the power of the standing wave is a composite wave of the transmission wave W T and the reflected wave W R. The time axis conversion circuit 15 compresses or expands the time axis of the detection signal from the power detection circuit 14. The amplification circuit 16 amplifies the detection signal whose time axis is compressed or expanded by the time axis conversion circuit 15, and the analysis circuit 17 analyzes the frequency component of the amplified detection signal. The distance calculation circuit 18 calculates the distance d from the analysis result by the analysis circuit 17.

信号源10は、例えば電圧制御発振回路等により構成され、周波数制御回路11から信号源10に入力される電圧に対応した周波数で発振し、その発振周波数を有した信号を送受信回路13に出力する。   The signal source 10 is constituted by, for example, a voltage controlled oscillation circuit, and oscillates at a frequency corresponding to the voltage input from the frequency control circuit 11 to the signal source 10, and outputs a signal having the oscillation frequency to the transmission / reception circuit 13. .

周波数制御回路11(周波数掃引部を構成)は、信号源10への入力電圧を掃引することにより信号源10の発振周波数を掃引し、これにより、送信波Wの周波数(以下、送信周波数という)を掃引する。周波数制御回路11は、予め設定された上記発振周波数の掃引時の下限値に、帯域選択回路12により選択された掃引パターンの周波数掃引幅を加えることにより、発振周波数の上限値を算出する。そして、周波数制御回路11は、上記発振周波数を上記の下限値から上記の上限値までの範囲で、一定の周波数間隔で上昇掃引し、各周波数毎に一定の保持期間だけ、その周波数の値を維持する。この保持期間は、送受信回路13と測定対象物T1との間のレーダ波又は超音波による往復時間よりも長く設定されており、その保持期間毎に、周波数の異なる定在波が発生する。上記掃引処理において、発振周波数は下降掃引されてもよい。ここに、上記周波数掃引幅の掃引に要する期間を掃引期間という。 Frequency control circuit 11 (constituting the frequency sweep unit) sweeps the oscillation frequency of the signal source 10 by sweeping the input voltage to the signal source 10, thereby, the frequency of the transmitted wave W T (hereinafter, referred to as transmission frequency ). The frequency control circuit 11 calculates the upper limit value of the oscillation frequency by adding the frequency sweep width of the sweep pattern selected by the band selection circuit 12 to the preset lower limit value at the time of sweeping the oscillation frequency. Then, the frequency control circuit 11 sweeps the oscillation frequency up and down at a constant frequency interval in the range from the lower limit value to the upper limit value, and sets the frequency value for each frequency for a fixed holding period. maintain. This holding period is set longer than the round-trip time by the radar wave or the ultrasonic wave between the transmission / reception circuit 13 and the measurement target T1, and a standing wave having a different frequency is generated for each holding period. In the sweep process, the oscillation frequency may be swept downward. Here, a period required for sweeping the frequency sweep width is referred to as a sweep period.

送信周波数は、周波数制御回路11による掃引処理により、上記図8に示されるような階段状に変調される。上記周波数間隔及び保持期間は、それぞれ、1掃引パターンによる掃引中は同じであるが、各掃引パターン毎に、異なっていても、又は同じであってもよい。上記周波数間隔及び保持期間は、図8に図示された例に限定されない。   The transmission frequency is modulated stepwise as shown in FIG. 8 by the sweep process by the frequency control circuit 11. The frequency interval and the holding period are the same during sweeping by one sweep pattern, but may be different or the same for each sweep pattern. The frequency interval and the holding period are not limited to the example illustrated in FIG.

帯域選択回路12(周波数掃引部を構成)は、メモリ及びマイクロプロセッサにより構成され、このメモリには3種類の上記掃引パターンが予め格納されている。各掃引パターンには、周波数掃引幅と、掃引期間とが設定されている。周波数掃引幅は、各掃引パターン毎に互いに異なり、測定したい距離に応じて設定され、詳しくは、その距離が短いほど広く設定されている。各掃引パターンの掃引期間は互いに同じである。上記マイクロプロセッサは、3種類の掃引パターンのうち、周波数掃引幅が広い掃引パターンから順に選択する。上記掃引パターンの種類数は上記に限定されず、また、各掃引パターンの掃引期間は互いに異なっていてもよい。   The band selection circuit 12 (which constitutes a frequency sweep unit) is constituted by a memory and a microprocessor, and the three types of sweep patterns are stored in advance in this memory. In each sweep pattern, a frequency sweep width and a sweep period are set. The frequency sweep width is different for each sweep pattern and is set according to the distance to be measured. Specifically, the frequency sweep width is set wider as the distance is shorter. The sweep periods of the respective sweep patterns are the same as each other. The microprocessor selects in order from sweep patterns having a wide frequency sweep width among the three types of sweep patterns. The number of types of the sweep patterns is not limited to the above, and the sweep periods of the sweep patterns may be different from each other.

送受信回路13(送信部、受信部)は、パッチアンテナ等により構成される。送受信回路13は、周波数制御回路11により周波数掃引された発振周波数と同じ周波数の送信波Wを測定対象物T1に放射する。また、送受信回路13は、送信波Wが測定対象物T1により反射されて生じた反射波Wを受信する。信号源10と送受信回路13とは、送信波W及び反射波Wを伝搬するマクロストリップ線路等の信号伝送線路19により電気的に結ばれている。なお、反射波Wは微弱であるので、反射波Wが信号源10の信号発振に与える影響等は無視する。 The transmission / reception circuit 13 (transmission unit, reception unit) includes a patch antenna or the like. Transceiver circuit 13 emits the transmission wave W T having the same frequency as the oscillation frequency whose frequency is swept by frequency control circuit 11 to the measurement object T1. The transmitting and receiving circuit 13, the transmission wave W T receives reflected waves W R generated is reflected by the measurement object T1. The signal source 10 and the transceiver circuit 13, are connected to electrically by a signal transmission line 19, such as a microstrip line for propagating a transmission wave W T and the reflected wave W R. Since the reflected waves W R is weak, influence given to the signal oscillation of the reflected wave W R is the signal source 10 is ignored.

パワー検出回路14(検出部)は、信号伝送線路19中の特定地点における定在波のパワーを検出するダイオード等により構成される。パワー検出回路14による検出信号は、上記定在波パワー信号に相当し、送信周波数が掃引されると、検出値が周期的に変動する。   The power detection circuit 14 (detection unit) is configured by a diode or the like that detects the power of a standing wave at a specific point in the signal transmission line 19. The detection signal from the power detection circuit 14 corresponds to the standing wave power signal, and when the transmission frequency is swept, the detection value varies periodically.

ところで、周波数掃引幅が同じであっても、掃引期間が変われば、すなわち、掃引速度が異なれば、定在波パワー信号の周波数は変わる(図8参照)。従って、掃引期間を考慮した補正をすることなく、定在波パワー信号の周波数から単純に距離dを算出すると、距離dは不正確な値になる。従って、距離dの正確な値を得るためには、定在波パワー信号の時間軸を、掃引期間に応じた圧縮/伸長率で圧縮又は伸長し、掃引期間が基準掃引期間であるときの時間軸に変換する補正が必要になる。   By the way, even if the frequency sweep width is the same, if the sweep period is changed, that is, if the sweep speed is different, the frequency of the standing wave power signal is changed (see FIG. 8). Therefore, if the distance d is simply calculated from the frequency of the standing wave power signal without performing correction in consideration of the sweep period, the distance d becomes an inaccurate value. Therefore, in order to obtain an accurate value of the distance d, the time axis when the time axis of the standing wave power signal is compressed or expanded at a compression / expansion rate corresponding to the sweep period and the sweep period is the reference sweep period. Correction to convert to axis is required.

そこで、時間軸変換回路15は、帯域選択回路12により選択された掃引パターンの掃引期間の情報を周波数制御回路11から取得し、その取得した掃引期間に応じた圧縮/伸長率で、上記検出信号を時間軸方向に圧縮/伸長し、上記補正を行う。この補正においては、基準掃引期間に対する上記掃引期間の比を求め、その比の逆数を上記圧縮/伸長率とする。   Therefore, the time axis conversion circuit 15 acquires information on the sweep period of the sweep pattern selected by the band selection circuit 12 from the frequency control circuit 11, and uses the detection signal at a compression / expansion rate corresponding to the acquired sweep period. Is compressed / expanded in the time axis direction to perform the above correction. In this correction, the ratio of the sweep period to the reference sweep period is obtained, and the reciprocal of the ratio is used as the compression / expansion rate.

増幅回路16は、時間軸変換回路15により時間軸変換された検出信号の波高値が、分析回路17による分解能に応じた値になるよう増幅する。   The amplification circuit 16 amplifies the peak value of the detection signal subjected to time axis conversion by the time axis conversion circuit 15 so as to become a value corresponding to the resolution by the analysis circuit 17.

分析回路17(周波数成分分析部)は、増幅回路16により増幅された検出信号をサンプリングし、符号化し、高速フーリエ変換(FFT)することにより、検出信号の周波数を計測する。   The analysis circuit 17 (frequency component analysis unit) measures the frequency of the detection signal by sampling, encoding, and fast Fourier transform (FFT) the detection signal amplified by the amplification circuit 16.

距離算出回路18(距離算出部)は、分析回路17により計測された検出信号の周波数を基に、上記式(3)を用いて距離dを算出する。この算出処理においては、上記式(3)のf、ΔF、τに、それぞれ、上記検出信号の周波数、帯域選択回路12により選択された掃引パターンの周波数掃引幅、上記基準掃引期間が代入され、距離dが算出される。距離算出回路18は、上記3種類の掃引パターンによる掃引において、距離dが最初に算出されたとき、その算出を通知する通知信号を周波数制御回路11に送出する。周波数制御回路11は、上記通知信号を、掃引パターンによる掃引後の特定の待ち期間に受信したとき、次の順以降の掃引パターンによる掃引を中止する。 The distance calculation circuit 18 (distance calculation unit) calculates the distance d using the above equation (3) based on the frequency of the detection signal measured by the analysis circuit 17. In this calculation process, the frequency of the detection signal, the frequency sweep width of the sweep pattern selected by the band selection circuit 12, and the reference sweep period are substituted for f p , ΔF, and τ in the above equation (3), respectively. , The distance d is calculated. When the distance d is first calculated in the sweep using the three types of sweep patterns, the distance calculation circuit 18 sends a notification signal notifying the calculation to the frequency control circuit 11. When the frequency control circuit 11 receives the notification signal in a specific waiting period after the sweep by the sweep pattern, the frequency control circuit 11 stops the sweep by the next and subsequent sweep patterns.

図2は、上記3種類の掃引パターンに基づいて周波数制御回路11により掃引された送信周波数の時間的変化を示す。3種類の掃引パターンP1、P2、P3は、掃引期間が互いに略同じであり、かつ、周波数掃引幅が互いに異なり、従って、周波数掃引幅を掃引期間で除して得られる周波数掃引速度が相違する。送信周波数の下限値は一定なので、各掃引パターンP1、P2、P3による掃引において、掃引される送信周波数の上限値は互いに異なる。各掃引パターンP1、P2、P3は、その周波数掃引幅が、掃引パターンP1で最も広く、次に、掃引パターンP2、P3の順に広く、この順で帯域選択回路12により選択される。掃引パターンP1による掃引後、及び掃引パターンP2による掃引後は、それぞれ、上記待ち期間が経過してから、次の順の掃引パターンに基づく掃引が開始される。   FIG. 2 shows temporal changes in the transmission frequency swept by the frequency control circuit 11 based on the above three types of sweep patterns. The three types of sweep patterns P1, P2, and P3 have sweep periods that are substantially the same, and have different frequency sweep widths. Therefore, the frequency sweep speeds obtained by dividing the frequency sweep width by the sweep periods are different. . Since the lower limit value of the transmission frequency is constant, the upper limit value of the transmission frequency to be swept is different from each other in sweeping by the sweep patterns P1, P2, and P3. Each sweep pattern P1, P2, P3 has the widest frequency sweep width in the sweep pattern P1, then widens in the order of the sweep patterns P2, P3, and is selected by the band selection circuit 12 in this order. After the sweep by the sweep pattern P1 and after the sweep by the sweep pattern P2, the sweep based on the next sequential sweep pattern is started after the waiting period has elapsed.

ところで、上記式(3)に示されるように、掃引期間τが一定で、距離dが短い又は長いときには、周波数掃引幅ΔFを広く又は狭くすることにより、周波数f(本実施形態ではパワー検出回路14による検出信号の周波数)を特定の周波数範囲内に収めることができる。 By the way, as shown in the above equation (3), when the sweep period τ is constant and the distance d is short or long, the frequency f p (in this embodiment, power detection is performed) by widening or narrowing the frequency sweep width ΔF. The frequency of the detection signal by the circuit 14) can be within a specific frequency range.

そこで、本実施形態においては、測定したい距離範囲を、近距離、中距離、遠距離(以下、近・中・遠距離という)に分割し、掃引パターンP1、P2、P3の周波数掃引幅(ΔF)を、それぞれ、上記近・中・遠距離に対応した掃引幅に設定する。   Therefore, in this embodiment, the distance range to be measured is divided into a short distance, a medium distance, and a long distance (hereinafter referred to as a near, medium, and far distance), and the frequency sweep width (ΔF) of the sweep patterns P1, P2, and P3. ) Are set to sweep widths corresponding to the near, middle and far distances, respectively.

ここで、この対応関係について説明する。図3に示されるように、測定対象物T1が装置から近距離の位置に在るときには、掃引パターンP1の掃引により生じる上記検出信号の周波数が、分析回路17により分析可能な周波数範囲内に収まるように、掃引パターンP1の周波数掃引幅が設定されている。また、測定対象物T1が中距離の位置に在るときには、掃引パターンP2の掃引により生じる上記検出信号の周波数が上記周波数範囲内に収まるように、掃引パターンP2の周波数掃引幅が設定されている。また、測定対象物T1が遠距離の位置に在るときには、掃引パターンP3の掃引により生じる上記検出信号の周波数が上記周波数範囲内に収まるように、掃引パターンP3の周波数掃引幅が設定されている。   Here, this correspondence will be described. As shown in FIG. 3, when the measurement target T1 is at a short distance from the apparatus, the frequency of the detection signal generated by sweeping the sweep pattern P1 falls within a frequency range that can be analyzed by the analysis circuit 17. As described above, the frequency sweep width of the sweep pattern P1 is set. Further, the frequency sweep width of the sweep pattern P2 is set so that the frequency of the detection signal generated by the sweep of the sweep pattern P2 is within the frequency range when the measurement target T1 is at an intermediate distance. . Further, the frequency sweep width of the sweep pattern P3 is set so that the frequency of the detection signal generated by the sweep of the sweep pattern P3 falls within the frequency range when the measurement target T1 is at a long distance. .

次に、周波数制御回路11における送信周波数の掃引処理について、図2に加えて、図4を参照して説明する。図4は、上記掃引処理の手順を示す。周波数制御回路11は、変数iを1とし(S1)、掃引パターンPiに従った掃引を開始し(S2)、その後の上記待ち期間内に、距離算出回路18からの上記通知信号を受信すると(S3でYes)、次の順以降の掃引パターンによる掃引を中止する(S4)。上記掃引パターンPiによる掃引後、上記待ち期間内に通知信号が受信されず(S3でNo)、かつ、変数i=3でなければ(S5でNo)、周波数制御回路11は、変数iをインクリメントし(S6)、処理をS2に戻す。S5の処理において、変数i=3であれば(S5でYes)、掃引を終了する。   Next, the transmission frequency sweep process in the frequency control circuit 11 will be described with reference to FIG. 4 in addition to FIG. FIG. 4 shows the procedure of the sweep process. The frequency control circuit 11 sets the variable i to 1 (S1), starts sweeping according to the sweep pattern Pi (S2), and receives the notification signal from the distance calculation circuit 18 within the waiting period thereafter ( (Yes in S3), the sweep by the next and subsequent sweep patterns is stopped (S4). After the sweep by the sweep pattern Pi, if the notification signal is not received within the waiting period (No in S3) and the variable i is not 3 (No in S5), the frequency control circuit 11 increments the variable i. (S6), and the process returns to S2. If the variable i is 3 in the process of S5 (Yes in S5), the sweep is terminated.

本実施形態の距離測定装置1においては、掃引パターンP1、P2、P3のいずれかに従った掃引により、距離dに比例する上記検出信号の周波数を、距離dが近距離、中距離、又は遠距離のいずれであったとしても、上記分析可能な周波数範囲内に収めることができる。従って、測定可能な距離範囲を近距離側にも遠距離側にも拡げることができる。しかも、近距離側の測定範囲を拡げるために低周波の上記検出信号に対応して分析回路17の処理期間を延ばさなくて済むので、測定期間の延長を防ぐことができる。また、遠距離側の測定範囲を拡げるために高周波の上記検出信号に対応して分析回路17を高速度の演算が可能な高性能なものにしなくて済み、また、増幅回路16は高周波対応のものにしなくて済むので、製造コストを抑えることができる。   In the distance measuring apparatus 1 of the present embodiment, the frequency of the detection signal proportional to the distance d is obtained by sweeping according to any of the sweep patterns P1, P2, and P3, and the distance d is short distance, medium distance, or far distance. Regardless of the distance, it can be within the frequency range that can be analyzed. Therefore, the measurable distance range can be expanded to both the short distance side and the long distance side. In addition, since it is not necessary to extend the processing period of the analysis circuit 17 in response to the low-frequency detection signal in order to expand the measurement range on the short distance side, it is possible to prevent the measurement period from being extended. Further, in order to expand the measurement range on the long distance side, it is not necessary to make the analysis circuit 17 high-performance capable of high-speed calculation in response to the high-frequency detection signal, and the amplifier circuit 16 is compatible with high-frequency. Since it is not necessary to make it into a thing, manufacturing cost can be held down.

また、近距離から優先的に測定することができる。また、測定対象の距離範囲が、近距離、中距離、遠距離に分割され、掃引パターンP1、P2、P3はそれらの距離にそれぞれ対応しているので、各距離の測定精度の向上を図ることができる。   Moreover, it can measure preferentially from a short distance. Moreover, the distance range of the measurement object is divided into a short distance, a middle distance, and a long distance, and the sweep patterns P1, P2, and P3 correspond to these distances, respectively, so that the measurement accuracy of each distance is improved. Can do.

また、現在の(順の)掃引パターンに従った送信周波数掃引により、測定対象物までの距離dが(最初に)算出されたときには、次の順以降の掃引パターンに基づく掃引は中止され、測定対象物までの距離が、この算出された距離dに確定する。従って、距離測定に要する時間を短縮すると共に、距離測定に要する消費電力を削減することができる。   Further, when the distance d to the measurement object is calculated (first) by the transmission frequency sweep according to the current (in order) sweep pattern, the sweep based on the next and subsequent sweep patterns is stopped and the measurement is performed. The distance to the object is fixed at the calculated distance d. Therefore, the time required for distance measurement can be shortened and the power consumption required for distance measurement can be reduced.

本実施形態の距離測定装置1は、例えば、車両に搭載され、その車両の後部又はコーナと壁等の障害物(測定対象物)との距離を測定するバックセンサ又はコーナセンサに適用することができる。距離測定装置1においては、測定対象物までの距離が近距離から優先して測定されるので、車両の近距離に在る障害物を遠距離の障害物よりも早く検知することができる。従って、上記車両に、距離測定装置1による測定結果を音又は光でユーザに通知する通知回路を設けた場合、その通知回路により近距離の障害物の存在を素早く通知することができる。そのため、ユーザが近距離の障害物を認知するまでの期間を短くすることができ、車両と障害物との衝突可能性を低くすることができる。   The distance measuring device 1 of the present embodiment can be applied to, for example, a back sensor or a corner sensor that is mounted on a vehicle and measures the distance between the rear portion of the vehicle or a corner and an obstacle (measurement object) such as a wall. it can. In the distance measuring apparatus 1, since the distance to the measurement object is measured with priority from a short distance, an obstacle at a short distance of the vehicle can be detected earlier than an obstacle at a long distance. Therefore, when the notification circuit for notifying the user of the measurement result by the distance measuring device 1 with sound or light is provided in the vehicle, the notification circuit can quickly notify the presence of an obstacle at a short distance. Therefore, the period until the user recognizes an obstacle at a short distance can be shortened, and the possibility of collision between the vehicle and the obstacle can be reduced.

(第1の実施形態の変形例)
図5は、上記第1の実施形態の一変形例に係る距離測定装置1における送信周波数の時間的変化を示す。周波数制御回路11は、帯域選択回路12により選択される掃引パターンを、各掃引パターン毎に、複数回、例えば3回、繰り返す。周波数制御回路11は、それらの各回の間にも、また、各掃引パターンによる掃引の間にも、上記待ち期間を設け、それら待ち期間中に上記通知信号を受信すると、次回以降の掃引、又は、次の順以降の掃引パターンによる掃引を中止する。
(Modification of the first embodiment)
FIG. 5 shows temporal changes in the transmission frequency in the distance measuring apparatus 1 according to a modification of the first embodiment. The frequency control circuit 11 repeats the sweep pattern selected by the band selection circuit 12 a plurality of times, for example, three times for each sweep pattern. The frequency control circuit 11 provides the waiting period during each of these times and also during sweeping by each sweep pattern, and when the notification signal is received during these waiting periods, Then, the sweep by the next and subsequent sweep patterns is stopped.

上記変形例においては、各掃引パターン毎に、その掃引パターンによる送信周波数の掃引が繰り返されるので、測定漏れが生じ難くなり、従って、距離測定の信頼性向上を図ることができる。また、本変形例においても、上記第1の実施形態の距離測定装置による各種効果と同等の効果が得られる。なお、本変形例も、車両に適用可能である。   In the above modification, the sweep of the transmission frequency by the sweep pattern is repeated for each sweep pattern, so that measurement omission is unlikely to occur, and therefore the reliability of distance measurement can be improved. Also in this modified example, effects equivalent to the various effects obtained by the distance measuring device of the first embodiment can be obtained. This modification can also be applied to a vehicle.

(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態に係る距離測定装置の構成を示す。この距離測定装置1は、FM−CW方式により距離dを測定する距離測定装置である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a configuration of a distance measuring apparatus according to the second embodiment. This distance measuring device 1 is a distance measuring device that measures the distance d by the FM-CW method.

距離測定装置1は、信号源20と、周波数制御回路21と、帯域選択回路22と、送受信回路23と、ビート信号成分検出回路(以下、ビート検出回路という)24と、増幅回路25と、周波数成分分析回路(以下、分析回路という)26と、距離算出回路27と、信号伝送線路28とを備える。   The distance measuring device 1 includes a signal source 20, a frequency control circuit 21, a band selection circuit 22, a transmission / reception circuit 23, a beat signal component detection circuit (hereinafter referred to as a beat detection circuit) 24, an amplification circuit 25, a frequency A component analysis circuit (hereinafter referred to as an analysis circuit) 26, a distance calculation circuit 27, and a signal transmission line 28 are provided.

信号源20、帯域選択回路22(周波数掃引部を構成)、送受信回路23(送信部、受信部)、及び信号伝送線路28は、それぞれ、上記第1の実施形態の信号源10、帯域選択回路12、送受信回路13、及び信号伝送線路19と同等の構成である。帯域選択回路22は、帯域選択回路12と同等の3種類の掃引パターンを予め記憶している。掃引パターンの種類数は上記に限定されない。   The signal source 20, the band selection circuit 22 (which constitutes a frequency sweep unit), the transmission / reception circuit 23 (transmission unit, reception unit), and the signal transmission line 28 are the signal source 10 and the band selection circuit of the first embodiment, respectively. 12, the transmission / reception circuit 13, and the signal transmission line 19. The band selection circuit 22 stores in advance three types of sweep patterns equivalent to the band selection circuit 12. The number of types of sweep patterns is not limited to the above.

周波数制御回路21(周波数掃引部を構成)は、信号源20への入力電圧を掃引することにより信号源20の発振周波数を掃引し、これにより、送信周波数を掃引する。周波数制御回路21は、予め設定された上記発振周波数の掃引時の下限値に、帯域選択回路12により選択された掃引パターンの周波数掃引幅を加えることにより、発振周波数の上限値を算出する。そして、周波数制御回路21は、上記発振周波数を上記の下限値から上記の上限値までの範囲で、上記発振周波数を連続して上昇掃引する。この掃引処理により、送信周波数は、上記図10に示されるような鋸波状に変調される。この変調により、送信波Wと反射波Wとの合成波形は上記図11に示す波形となり、合成波はビート信号を含む。上記掃引処理において、発振周波数は下降掃引されてもよい。 The frequency control circuit 21 (which constitutes a frequency sweep unit) sweeps the oscillation frequency of the signal source 20 by sweeping the input voltage to the signal source 20, and thereby sweeps the transmission frequency. The frequency control circuit 21 calculates the upper limit value of the oscillation frequency by adding the frequency sweep width of the sweep pattern selected by the band selection circuit 12 to the preset lower limit value at the time of sweeping the oscillation frequency. Then, the frequency control circuit 21 continuously sweeps up and sweeps the oscillation frequency in the range from the lower limit value to the upper limit value. By this sweep process, the transmission frequency is modulated in a sawtooth shape as shown in FIG. This modulation, the composite waveform of the reflected wave W R and transmitted wave W T becomes a waveform shown in FIG. 11, the composite wave including a beat signal. In the sweep process, the oscillation frequency may be swept downward.

ビート検出回路24(検出部)は、信号伝送線路28中の特定地点における上記合成波の振幅を検出し、すなわち、合成波を包絡線検波し、その合成波からビート信号を抜き出す包絡線検波回路等により構成される。   The beat detection circuit 24 (detection unit) detects the amplitude of the combined wave at a specific point in the signal transmission line 28, that is, detects an envelope of the combined wave, and extracts an beat signal from the combined wave. Etc.

増幅回路25(増幅部)と分析回路26(周波数成分分析部)とは、それぞれ、上記の増幅回路16と分析回路17とによる定在波パワー検出信号への処理を上記ビート信号に施す。   The amplification circuit 25 (amplification unit) and the analysis circuit 26 (frequency component analysis unit) apply the processing to the standing wave power detection signal by the amplification circuit 16 and the analysis circuit 17 to the beat signal, respectively.

距離算出回路27(距離算出部)は、分析回路26により計測された検出信号の周波数を基に、上記式(5)を用いて距離dを算出する。この算出処理においては、式(5)のf、ΔF、τに、それぞれ、上記ビート信号の周波数(ビート周波数)、帯域選択回路12により選択される掃引パターンの周波数掃引幅、上記掃引パターンの掃引期間が代入され、距離dが算出される。距離算出回路27は、上記第1の実施形態の距離算出回路18と同様に通知信号を送出する機能を有し、周波数制御回路21は、上記第1の実施形態の周波数制御回路11と同じように上記通知信号の受信に基づいて掃引を中止する機能(上記図4参照)を有する。 The distance calculation circuit 27 (distance calculation unit) calculates the distance d using the above equation (5) based on the frequency of the detection signal measured by the analysis circuit 26. In this calculation process, f b of formula (5), [Delta] F, to tau, respectively, of the beat signal frequency (beat frequency), the frequency sweep width of the sweep pattern selected by the band selection circuit 12, the sweep pattern The sweep period is substituted and the distance d is calculated. The distance calculation circuit 27 has a function of sending a notification signal in the same manner as the distance calculation circuit 18 of the first embodiment, and the frequency control circuit 21 is the same as the frequency control circuit 11 of the first embodiment. Has a function of stopping the sweep based on the reception of the notification signal (see FIG. 4).

図7は、上記3種類の掃引パターンに基づいて周波数制御回路21により掃引された送信周波数の時間的変化を示す。上記図2に図示の掃引処理においては、送信周波数が階段状に変調されたのに対して、図7に示す掃引処理においては、送信周波数が周波数制御回路21により連続して掃引され、直線状に変調される。   FIG. 7 shows temporal changes in the transmission frequency swept by the frequency control circuit 21 based on the above three types of sweep patterns. In the sweep process shown in FIG. 2, the transmission frequency is modulated stepwise, whereas in the sweep process shown in FIG. 7, the transmission frequency is continuously swept by the frequency control circuit 21 and is linear. Is modulated.

本実施形態の距離測定装置1においても、上記第1の実施形態と同等の各種効果を奏することができる。なお、本実施形態も、第1の実施形態と同様に、車両に適用することができる。   Also in the distance measuring device 1 of the present embodiment, various effects equivalent to those of the first embodiment can be obtained. Note that this embodiment can also be applied to a vehicle, as in the first embodiment.

なお、本発明は、上記第1の実施形態、その変形例、及び第2の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、周波数制御回路11又は周波数制御回路21による発振周波数の掃引処理において、任意の発振周波数を周波数掃引幅の中心又は上限とし、この中心又は上限の発振周波数を基準に発振周波数を掃引してもよい。また、帯域選択回路12又は帯域選択回路22は、掃引パターンP1、P2、P3のうち、掃引速度が速い掃引パターンから順に、その掃引パターンに従って掃引しても構わない。また、送受信回路13はホーンアンテナであってもよいし、信号伝送線路19の代わりとして導波管が用いられ、パワー検出回路14が方向性結合器により構成されていても構わない。また、上記変形例と上記第2の実施形態とを組み合わせてもよい。   In addition, this invention is not limited to the structure of the said 1st Embodiment, its modification, and 2nd Embodiment, According to the intended purpose, various deformation | transformation are possible. For example, in the oscillation frequency sweeping process by the frequency control circuit 11 or the frequency control circuit 21, an arbitrary oscillation frequency may be set as the center or upper limit of the frequency sweep width, and the oscillation frequency may be swept using the center or upper limit oscillation frequency as a reference. Good. Further, the band selection circuit 12 or the band selection circuit 22 may sweep in accordance with the sweep pattern in order from the sweep pattern having the highest sweep speed among the sweep patterns P1, P2, and P3. Further, the transmission / reception circuit 13 may be a horn antenna, a waveguide may be used instead of the signal transmission line 19, and the power detection circuit 14 may be configured by a directional coupler. Moreover, you may combine the said modification and the said 2nd Embodiment.

1 距離測定装置
10、20 信号源
11、21 周波数制御回路(周波数掃引部を構成)
12、22 帯域選択回路(周波数掃引部を構成)
13、23 送受信回路(送信部、受信部)
14 パワー検出回路(検出部)
17、26 周波数成分分析回路(周波数成分分析部)
18、27 距離算出回路(距離算出部)
24 ビート成分検出回路(検出部)
P1、P2、P3 掃引パターン
1 Distance measuring device 10, 20 Signal source 11, 21 Frequency control circuit (configures a frequency sweep unit)
12, 22 Band selection circuit (constitutes frequency sweep unit)
13, 23 Transceiver circuit (transmitter, receiver)
14 Power detection circuit (detection unit)
17, 26 Frequency component analysis circuit (frequency component analysis unit)
18, 27 Distance calculation circuit (distance calculation unit)
24 Beat component detection circuit (detection unit)
P1, P2, P3 sweep pattern

Claims (2)

信号源の発振周波数を掃引する周波数掃引部と、
前記周波数掃引部により掃引される発振周波数に対応した周波数の送信波を放射する送信部と、
前記送信波が測定対象物により反射されて生じた反射波を受信する受信部と、
前記送信波と前記反射波との合成波のパワー又は振幅を検出する検出部と、
前記検出部による検出信号を特定の処理期間、サンプリングして、その周波数成分を分析する周波数成分分析部と、
前記周波数成分分析部による分析結果に基づいて測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、を備えた距離測定装置において、
前記周波数掃引部は、前記発振周波数の掃引幅が互いに異なる複数の掃引パターンを予め記憶しており、それらの掃引パターンのうち、掃引幅が広い掃引パターンから順に、その掃引パターンに従って掃引することを特徴とすることを特徴とする距離測定装置。
A frequency sweep unit that sweeps the oscillation frequency of the signal source;
A transmitter that radiates a transmission wave having a frequency corresponding to the oscillation frequency swept by the frequency sweep unit;
A receiving unit that receives a reflected wave generated by reflecting the transmission wave by a measurement object;
A detector that detects the power or amplitude of the combined wave of the transmitted wave and the reflected wave;
Sampling a detection signal by the detection unit for a specific processing period and analyzing the frequency component;
In a distance measuring device comprising: a distance calculating unit that calculates a distance to a measurement object based on an analysis result by the frequency component analyzing unit;
The frequency sweep unit previously stores a plurality of sweep patterns having different sweep widths of the oscillation frequency, and sweeps according to the sweep pattern in order from a sweep pattern having a wide sweep width among the sweep patterns. A distance measuring device characterized by being characterized.
前記周波数掃引部は、前記掃引パターンに従った掃引を開始した後、前記距離算出部が距離を最初に算出すると、次の順以降の掃引パターンによる掃引を中止することを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。   The frequency sweep unit, after starting sweeping according to the sweep pattern, when the distance calculation unit first calculates a distance, the frequency sweep unit stops sweeping by the next and subsequent sweep patterns. The distance measuring device described in 1.
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