JPH0760180B2

JPH0760180B2 - 距離計測装置

Info

Publication number: JPH0760180B2
Application number: JP8130890A
Authority: JP
Inventors: 章生長棟; 浩一手塚; 勇小峯
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH03282283A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、転炉、溶融還元炉等における炉内スラグレ
ベル、溶鋼レベル等のレベル計測、及び空中の一般的な
対象物までの距離計測を行う距離計測装置、特に擬似ラ
ンダム信号処理を利用したマイクロ波レーダに関するも
のである。

［従来の技術］従来転炉や溶融還元炉等におけるスラグレベルや溶鋼レ
ベルや、対象物の位置を非接触方式で計測するのに、マ
イクロ波レーダを用いるなど各種の方式がある。第４図
は例えば本出願人が既に特願昭63−250784号で提案して
いる距離計測装置の構成を示すブロック図であり、この
距離計測装置においては擬似ランダム信号で位相変調し
たマイクロ波信号を利用している。第４図において、1,
2はクロック発生器、3,4は擬似ランダム信号発生器、５
〜8,10はバランスドミキサ等による乗算器、11〜13はロ
ーパスフィルタ、14,15は分配器、16はハイブリッド結
合器、17〜18は２乗器、19は加算器、20は搬送波発信
器、21は時間計測を行う距離算出器、22は送信器、23,2
9はRF増幅器、24は送信アンテナ、25は受信アンテナ、2
6はターゲットである。

次に、動作説明をする。擬似ランダム信号発生器3,4は
同一回路で構成され全く同一パターンのＭ系列信号を発
生する。クロック発生器1,2は水晶発振子を内蔵し、安
定した周波数のクロック信号を発生するが、その発生周
波数は両者でわずかに異なり、駆動される擬似ランダム
信号発生器3,4からの信号パターンの１周期の長さは両
者でわずかに異なったものとなっている。

搬送波発生器20の出力信号は分配器14によって分配さ
れ、乗算器５及びハイブリッド結合器16に供給され、乗
算器５及びハイブリッド結合器16に供給される。乗算器
５は、分配器14から入力される搬送波と、擬似ランダム
信号発生器４より入力されるＭ系列信号M1との乗算を行
ない、搬送波を位相変調したスペクトル拡散信号を出力
し、送信器22に供給する。送信器22は入力されたスペク
トル拡散信号を電力増幅し、送信アンテナ24を介して電
磁波をターゲット26に向け放射する。電磁波はターゲッ
ト26までの往復伝播時間跡に受信アンテナ25に到達し、
この入力信号はRF増幅器23で増幅され乗算器６に供給さ
れる。

一方、擬似ランダム信号発生器３及び４から乗算器10に
入力されたＭ系列信号M2及びM1はここで乗算され、その
乗算値の時系列信号はローパスフィルタ11に供給され
る。乗算器10に入力されるM1及びM2の擬似ランダム信号
の位相が丁度一致しているとき、乗算器10からは＋Ｅの
出力電圧が継続するが、両信号の位相がずれて一致して
いない場合は＋Ｅと−Ｅの出力電圧がランダムに発生す
る。ローパスフィルタ11〜13は周波数の帯域制限を行う
ことで一種の積分機能を有し、前記両信号の相関演算値
の積分信号として両信号の位相が一致している場合にパ
ルス状信号を出力し、両信号の位相が不一致の場合には
出力は零となる。従ってローパスフィルタ11の出力には
前記の両信号の位相が一致する毎に周期的にパルス状信
号が発生し、このパルス状信号は時刻の基準信号として
距離算出器21に供給される。

また、乗算器６ではRF増幅器22からの受信信号と前記の
M2が入力され乗算が行われ、この乗算結果は、第１のＭ
系列信号M1により位相変調された送信用搬送波の受信信
号の被変調位相と、第２のＭ系列信号M2の位相が一致し
ている場合は位相の揃った搬送波信号として出力され、
また受信信号の被変調位相とＭ系列信号M2の位相が異る
ときは位相のランダムな搬送波として出力され、RF増幅
器29で増幅されて分配器15へ供給される。分配器15は入
力信号を２つに分配し、その分配出力R1及びR2をそれぞ
れ乗算器7,8へ供給する。

分配器14より送信用搬送波の一部が供給されたハイブリ
ッド結合器16は、入力信号に対して同相成分の（位相０
度の）信号Ｉと直角成分（位相90度の）信号Ｑを出力し
てそれぞれ乗算器7,8に供給する。乗算器７はこの信号
Ｉと分配器15より入力する前記信号R1との乗算を行な
い、同様に乗算器８は信号Ｑと前記信号R2との乗算を行
ない、それぞれ受信信号中の位相０度成分（Ｉ・R1）と
位相90゜成分（Ｑ・R2）とを抽出し、被検波信号として
出力し、それぞれのローパスフィルタ12,13に供給す
る。

ローパスフィルタ12および13は周波数の帯域制限を行な
うことにより積分機能を有し、２信号の相関演算値の積
分を行なう。前記の信号R1と信号Ｉの位相が一致したと
き、同様に信号R2と信号Ｑの位相が一致したときは、乗
算器7,8の出力信号はそれぞれ一定極性のパルス信号
（電圧＋Ｅ又は−Ｅのパルス信号）となり、ローパスフ
ィルタ12,13の出力には大きな正電圧が得られる。また
信号R1と信号Ｉ、同様に信号R2と信号Ｑの位相がそれぞ
れ不一致のときは、出力信号はランダムに変化する正負
両極性のパルス信号（電圧＋Ｅと−Ｅのパルス信号）と
なり、ローパスフィルタ12,13の出力は零となる。２乗
器17,18はローパスフィルタ12,13からの入力信号の振幅
を２乗演算し、それぞれの演算値は加算器19で加算され
パルス状検出出力信号を距離算出器21に供給する。

距離算出器21ではローパスフィルタ11から供給される時
刻の基準信号パルスと、加算器19から供給される検出信
号パルスの発生時刻の差の時間T_Dを検出するが、この時
間T_Dは電磁波の送信及び受信アンテナ24,25とターゲッ
ト26間の往復伝播時間τの一定倍数であり、この時間T_D
からターゲット26への距離が算出できる。

［発明が解決しようとする課題］従来の擬似ランダム信号を利用した距離計測装置におい
ては、受信信号に対して擬似ランダム信号をダブルバラ
ンスドミキサ等による乗算器により乗算した後に、信号
搬送波のコヒーレント検波を行っているため、以下のよ
うな問題点がある。

（１）実際の装置においては、増幅器を挿入し、受信信
号の増幅を行う必要があるが、従来の方式では、擬似ラ
ンダム信号の乗算を行った後に搬送波の検波を行ってい
るため、第４図のRF増幅器29のごとき高周波帯域の増幅
器を多数使用する必要があり、装置が高価となる。

（２）受信信号に対する擬似ランダム信号の乗算と搬送
波の検波を別々に行っているため、信号のロスが大きく
なる。

本発明は、上記の課題点を解決し、より安価な装置で、
信号のロスが小さく高感度の信号検知を行い、対象物ま
での距離計測を行う擬似ランダム信号処理を利用した距
離計測装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の請求項１に係る距離計測装置は、上記の（１）
の問題点を解決するためになされたものであり、第１の
擬似ランダム信号発生手段と、この第１の擬似ランダム
信号発生手段の出力信号とパターンは同一で周波数のわ
ずかに異なる第２の擬似ランダム信号発生手段と、前記
第１の擬似ランダム信号発生手段の出力信号と前記第２
の擬似ランダム信号発生手段の出力信号とを乗算する第
１の乗算器と、この第１の乗算器の出力信号を低域濾波
処理する第１の低域濾波手段と、搬送波を発生する搬送
波発生手段と、前記第１の擬似ランダム信号発生手段の
出力信号によって前記搬送波発生手段の出力信号を変調
した信号を送信信号として対象物に対して送信する送信
手段と、前記対象物からの反射信号を受信し受信信号を
得る受信手段と、この受信手段の出力信号からの第１の
擬似ランダム信号成分を検波して得る検波手段と、この
検波手段の出力信号と前記第２の擬似ランダム信号発生
手段の出力信号とを乗算する第２の乗算器と、この第２
の乗算器の出力信号を低域濾波処理する第２の低域濾波
手段と、前記第１の低域濾波手段の出力信号の最大値が
生ずる時刻と前記第２の低域濾波手段の出力信号の最大
値が生ずる時刻との間の時間を計測する時間計測手段と
を有するものである。また本発明の請求項２に係る距離
計測装置も、上記の（１）の問題点を解決するためにな
されたものであり、第１の擬似ランダム信号発生手段
と、この第１の擬似ランダム信号発生手段の出力信号と
パターンは同一で周波数のわずかに異なる第２の擬似ラ
ンダム信号発生手段と、前記第１の擬似ランダム信号発
生手段の出力信号と前記第２の擬似ランダム信号発生手
段の出力信号とを乗算する第１の乗算器と、この第１の
乗算器の出力信号を低域濾波処理する第１の低域濾波手
段と、搬送波を発生する搬送波発生手段と、前記第１の
擬似ランダム信号発生手段の出力信号によって前記搬送
波発生手段の出力信号を変調した信号を送信信号として
対象物に対して送信する送信手段と、前記対象物からの
反射信号を受信し受信信号を得る受信手段と、前記搬送
波発生手段の出力信号の一部を取り出す第１の分配器
と、この第１の分配器の出力信号を２つの互いに位相が
直交する同相成分であるＩ信号と直角成分であるＱ信号
とに変換出力するハイブリッド結合器と、前記受信手段
の出力信号をR1信号とR2信号の２信号に分配する第２の
分配器と、前記ハイブリッド結合器の出力Ｉ信号と前記
第２の分配器の出力R1信号とを乗算する第３の乗算器
と、前記ハイブリッド結合器の出力Ｑ信号と前記第２の
分配器の出力R2信号とを乗算する第４の乗算器と、前記
第３の乗算器の出力信号と前記第２の擬似ランダム信号
発生手段の出力信号とを乗算する第５の乗算器と、前記
第４の乗算器の出力信号と前記第２の擬似ランダム信号
発生手段の出力信号とを乗算する第６の乗算器と、前記
第５の乗算器の出力信号を低域濾波処理する第３の低域
濾波手段と、前記第６の乗算器の出力信号を低域濾波処
理する第４の低域濾波手段と、前記第３の低域濾波手段
及び第４の低域濾波手段の出力信号をそれぞれ個別に２
乗演算する第１の２乗器及び第２の２乗器と、この第１
の２乗器及び第２の２乗器の出力信号を加算する加算器
と、前記第１の低域濾波手段の出力信号の最大値が生ず
る時刻と前記加算器の出力信号の最大値が生ずる時刻と
の間の時間を計測する時間計測器とを有するものであ
る。

更に、本発明の請求項３の係る距離計測装置は、上記
（２）の問題点を解決するためになされたものであり、
第１の擬似ランダム信号発生手段と、この第１の擬似ラ
ンダム信号発生手段の出力信号とパターンは同一で周波
数のわずかに異なる第２の擬似ランダム信号発生手段
と、前記第１の擬似ランダム信号発生手段の出力信号と
前記第２の擬似ランダム信号発生手段の出力信号とを乗
算する第１の乗算器と、この第１の乗算器の出力信号を
低域濾波処理する第１の低域濾波手段と、搬送波を発生
する搬送波発生手段と、前記第１の擬似ランダム信号発
生手段の出力信号によって前記搬送波発生手段の出力信
号を変調し送信信号として対象物に対して送信する送信
手段と、前記対象物からの反射信号を受信し受信信号を
得る受信手段と、前記搬送波発生手段の出力信号の一部
を取り出す第１の分配器と、前記受信手段の出力信号を
R1信号とR2信号の２信号に分配する第２の分配器と、前
記第１の分配器の出力信号と前記第２の擬似ランダム信
号発生手段の出力信号とを乗算する第２の乗算器と、こ
の第２の乗算器の出力信号を２つの互いに位相が直交す
る同相成分であるＩ信号と直角成分であるＱ信号とに変
換出力するハイブリッド結合器と、このハイブリッド結
合器の出力Ｉ信号と前記第２の分配器の出力R1信号とを
乗算する第３の乗算器と、前記ハイブリッド結合器の出
力Ｑ信号と前記第２の分配器の出力R2信号とを乗算する
第４の乗算器と、前記第３の乗算器の出力信号を低域濾
波処理する第２の低域濾波手段と、前記第４の乗算器の
出力信号を低域濾波処理する第３の低域濾波手段と、前
記第２の低域濾波手段及び第３の低域濾波手段の出力信
号をそれぞれ個別に２乗演算する第１の２乗器及び第２
の２乗器と、この第１の２乗器及び第２の２乗器の出力
信号を加算する加算器と、前記第１の低域濾波手段の出
力信号の最大値が生ずる時刻と前記加算器の出力信号の
最大値が生ずる時刻との間の時間を計測する時間計測器
とを有するものである。

［作用］本請求項１に係る発明においては、同一パターンで周波
数のわずかに異なる第１及び第２の擬似ランダム信号を
発生し、第１の擬似ランダム信号で搬送波を位相変調し
て対象物に送信し、その反射信号を受信し、この受信信
号から変調波成分を検波して被検波信号を得る。この被
検波信号は対象物までの送信信号の往復の伝播に要した
時間だけ送れを生じた第１の擬似ランダム信号となる。

この被検波信号と第２の擬似ランダム信号とを乗算器で
乗算させた出力として、２つの擬似ランダム信号の位相
が一致したときには正の連続した信号が、また位相が不
一致のときには正負のランダムに変化する信号が得られ
る。この乗算器の出力をローパスフィルタに通過させる
と、前記位相の一致したときに滑らかなピーク波形の信
号が得られ、この信号が検出信号となる。

そして第１と第２の擬似ランダム信号の周波数がわずか
に異なるため両者の位相の一致は周期的に生じ、前記検
出信号はこの周期毎に得られる。

また第１と第２の擬似ランダム信号は直接乗算され、こ
の乗算結果をローパスフィルタに通過させると、２つの
擬似ランダム信号の位相の一致したときに滑らかなピー
ク波形の信号が得られ、この信号が基準信号となる。そ
してこの基準信号も前記検出信号の発生周期と同一の周
期毎に得られるが、基準信号の発生時刻と前記検出信号
の発生時刻とは異なる時刻となる。そして距離算出器
は、前記基準信号の最大値が生じる時刻と検出信号の最
大値が生じる時刻との間の時間を計測し、この計測した
時間に基づき所定の演算式によって対象物までの距離を
算出する。

本請求項２に係る発明においては、前記請求項１に係る
発明における前記受信手段の出力信号を直接検波し、こ
の検波信号に前記第２の擬似ランダム信号を乗算し、こ
の乗算結果を低域濾波処理する手法の代りに、検波は受
信信号と搬送波の同相成分及び直角及び直角成分の２つ
の信号成分毎の乗算により行われる。そしてこの乗算結
果として得られる２つの直交検波成分毎に、第２の擬似
ランダム信号との乗算が行われ、この２つの乗算結果は
それぞれ個別のローパスフィルタを通過せしめられ、こ
の２つのローパスフィルタの出力信号はそれぞれ個別に
２乗演算された後に互に加算され、この加算結果の信号
が検出信号として距離算出器へ供給される。

本請求項３に係る本発明においては、同一パターンで周
波数のわずかに異なる第１及び第２の擬似ランダム信号
を発生し、第１の擬似ランダム信号で搬送波を位相変調
して対象物に送信すし、その反射信号を受信して受信信
号を得る。この受信信号は第１の擬似ランダム信号で搬
送波が変調された変調信号である。次に送信用搬送波と
第２の擬似ランダム信号とを乗算して第２の擬似ランダ
ム信号で変調された変調信号が生成され、この変調信号
の同相成分と直角成分の２つの信号成分毎に前記受信信
号との乗算が行われ、２つの乗算結果が得られる。この
２つの乗算結果の信号は、受信信号を直交検波すると共
にこの検波信号に他方の（第２の）擬似ランダム信号を
それぞれ乗算した信号と等しくなる。この２つの乗算結
果はそれぞれ個別のローパスフィルタを通過せしめら
れ、この２つのローパスフィルタの出力信号はそれぞれ
個別に２乗演算された後に互いに加算され、この加算結
果の信号が検出信号として距離算出器へ供給される。こ
の検出信号も２つの擬似ランダムの位相に関係する周期
的信号である。また第１と第２の擬似ランダム信号は直
接乗算され、この乗算結果をローパスフィルタに通過さ
せると、２つの擬似ランダム信号の位相の一致したとき
に滑らかなピーク波形の信号が得られ、この信号が基準
信号となる。そしてこの基準信号も前記検出信号の発生
周期と同一の周期毎に得られるが、基準信号の発生時刻
と前記検出信号の発生時刻とは異なる時刻となる。そし
て距離算出器は、前記基準信号の最大値が生じる時刻と
検出信号の最大値が生じる時刻との間の時間を計測し、
この計測した時間に基づき所定の演算式によって対象物
までの距離を算出する。

［実施例］第１図は本発明（請求項1,2）の一実施例に係る距離計
測装置の構成を示すブロック図である。

図において、1,2はクロック発生器、3,4は擬似ランダム
信号発生器、５〜10は乗算器で例えばダブルバランスド
ミキサで構成される。11〜13はローパスフィルタ、14,1
5は分配器、16はハイブリッド結合器、17〜18は２乗
器、19は加算器、20は搬送波信号発生器、24は距離算出
器、22は送信器、23はRF増幅器、24は送信アンテナ、25
は受信アンテナ、26はターゲット、27,28はIF増幅器で
ある。

第５図は第１図の動作を説明する波形図である。

次に第５図を参照し、第１図の動作説明をする。クロッ
ク発生器1,2は水晶発振子を内蔵し、十分に周波数の安
定したクロック信号を出力するが、このクロック周波数
はクロック発生器1,2においてわずかに異っている。本
実施例では例えばクロック発生器１の周波数f₁は100.00
4MHz、クロック発生器２の周波数f₂は99.996MHzとし、
その周波数差はf₁−f₂＝8kHzとしている。擬似ランダム
信号発生器3,4はそれぞれクロック発生器1,2の出力信号
を入力とし、クロック信号の周波数にしたがって同一の
信号パターンを持つ擬似ランダム信号を出力する。本実
施例では擬似ランダム信号発生器としてECL素子による
７段シフトレジストと排他的論理和により構成されるＭ
系列信号発生器を使用し、符号長127チップの第１のＭ
系列信号M1と第２のＭ系列信号M2の発生している。

乗算器10は擬似ランダム信号発生器3,4からそれぞれ入
力されたM1とM2を乗算し、その乗算値をローパスフィル
タ11に出力する。第１および第２のＭ系列信号M1とM2は
同一パターンであるが周波数がわずかに異っているの
で、この２つの信号の位相は徐々にずれている。このた
めある時点において乗算される２つの信号の位相が一致
した場合には乗算器10の出力信号は連続した正の信号に
なるが、時間が経過するに従って２つの信号の位相は徐
々にずれてゆき、乗算器１の出力信号は正と負のランダ
ムな信号列となる。さらに時間が経過し２つの信号のず
れが擬似ランダム信号の一周期に達すると再び２つの信
号の位相が一致し連続した正の信号が得られる。このよ
うな動作を繰返し行うことにより時系列パターンを有す
る信号が得られる。この時系列パターン信号はローパス
フィルタ11へ入力され、この入力信号の波形が第５図の
（ア）に示される。ローパスフィルタ11は入力信号の帯
域制限を行うことにより信号の積分を行い、連続した正
の信号が入力されたとき、すなわち第１のＭ系列信号M₁
と第２のＭ系列信号M₂の位相が一致したとき、第５図の
（イ）に示されるような、滑らかなピーク波形の信号が
得られる。この信号が基準信号として距離算出器に出力
する。

搬送波信号発振器20は搬送波信号として利用されるマイ
クロ波あるいはミリ波を分配器14に出力する。搬送波信
号発振器20は本実施例では10GHzのマイクロ波信号発生
器を使用している。分配器14は搬送波信号発振器20の出
力信号を入力し、入力信号を分配し、乗算器５およびハ
イブリッド結合器16へ出力する。乗算器５は分配器14か
らの搬送波信号と擬似ランダム信号発生器４からのＭ系
列信号M1を入力として、搬送波信号とこのＭ系列信号と
を乗算し、搬送波を位相変調したスペクトル拡散信号を
送信器22に出力する。送信器22は入力されたスペクトル
拡散信号を電力増幅し、送信アンテナ24に出力する。送
信アンテナ24は入力された信号をターゲット26に対して
放射する。受信アンテナ25はターゲット26より反射され
た信号を受信し、RF増幅器23へ出力する。RF増幅器23は
入力された受信信号を増幅し分配器15に出力する。この
RF増幅器は搬送波信号のマイクロ波帯域をカバーする高
い周波数帯域を有する増幅器である必要がある。本実施
例においては10GHzの周波数帯域をカバーする増幅器を
使用する。分配器15は入力された信号をR1信号とR2信号
とに分配しそれぞれ乗算器6,7に供給する。

また、分配器14によって分配された搬送波の一部はハイ
ブリッド結合器16へ入力され、入力された信号は同相成
分Ｉ信号と直角成分Ｑ信号とに変換され乗算器6,7へ出
力される。乗算器６は分配器15から入力されたR1信号と
ハイブリッド結合器16から入力されたＩ信号とを乗算し
て搬送波の位相０度成分を検波し、乗算値をIF増幅器27
へ出力する。乗算器７は分配器15から入力されたR2信号
とハイブリッド結合器16から入力されたＱ信号とを乗算
して搬送波の位相90度成分を検波し、乗算値をIF増幅器
28に出力する。乗算器６及び７の出力信号はターゲット
26からの反射受信信号から変調波成分を直交検波して得
られた時間遅れの第１の擬似ランダム信号の直交成分で
あるので、このIF増幅器27,28は使用する擬似ランダム
信号の周波数帯域をカバーするものでよく、RF増幅器に
対し低い周波数帯域の増幅器が適用でき、本実施例にお
いては400MHzの周波数帯域をもつ増幅器を使用する。乗
算器8,9はそれぞれIF増幅器27,28から入力された信号
と、擬似ランダム信号発生器３から入力されたM2信号と
を乗算し、乗算値をローパスフィルタ12,13に出力す
る。

この乗算値はターゲット26からの反射波の受信信号の第
１のＭ系列信号の直交成分と、擬似ランダム信号発生器
３による第２のＭ系列信号の位相が一致するときに連続
した正または負の信号となるので、ローパスフィルタ1
2,13は乗算器8,9から入力された信号を帯域制限するこ
とによって信号の積分を行い滑らかなピーク波形の信号
を発生し、２乗器17,18に出力する。２乗器17,18では入
力信号の２乗値を求めて加算器19にそれぞれ出力する。
加算器19では入力された２つの信号を加算し、対象物検
出信号として急峻なピーク波形信号を距離算出器21へ出
力する。距離算出器21では、第５図の（ウ）及び（エ）
に示されるように、ローパスフイルタ11から入力された
基準信号の最大値発生時刻T_aと、対象物検出信号の最大
値発生時刻T_bとの間の時間T_Dを内蔵している時間測定器
により測定する。なお前記基準信号と検出信号は作用の
欄で説明したように一定周期毎に発生するので、時間T_D
はこの一定周期毎に測定が可能である。

この測定した時間T_Dは実際に電磁波が送信及び受信アン
テナ24及び25とターゲット26の間の距離ｘを往復する伝
播時間τのf₁/（f₁−f₂）倍だけ時間的に拡大されて得
られる。本例の場合f₁＝100.004MHz、f₂＝99.996MHzで
あるので、T_Dはτの12,500倍に拡大された時間として測
定される。従って電磁波の伝播速度をｖとすると、前記
測定した時間T_Dに（f₁−f₂）/f₁を乗算して実際の伝播
時間τを求め、このτの1/2（片道の伝播時間）にｖ
（伝播速度）を乗算すると、この乗算結果として距離ｘ
を得ることができる。距離算出器21は上記の演算を行い
距離ｘを算出し、この算出値の表示を行う。

なお、第１図においては、第１の擬似ランダム信号で変
調された受信信号が搬送波の同相成分と直角成分の２つ
により直交検波した場合の例を示したが、本発明はこれ
に限定されるものではない。

即ち前記受信信号に送信用搬送波の出力の一部を直接乗
算してその変調成分である第１の擬似ランダム信号を検
波し、この検波された第１の擬似ランダム信号に第２の
擬似ランダム信号を乗算し、この乗算結果をローパスフ
ィルタに入力し、このローパスフィルタの出力から検出
信号を得るようにしてもよい。

第２図は本発明（請求項３）の一実施例に係る距離測定
装置の構成を示すブロック図である。図において、クロ
ック発生器1,2、擬似ランダム信号発生器3,4、乗算器1
0、ローパスフィルタ11,12,13、分配器15、二乗器17,1
8、加算器19、搬送波信号発振器20、時間計測器21、送
信器22、RF増幅器23、送信アンテナ24、受信アンテナ25
およびターゲット26は第１図に示した距離計測装置実施
例と同様の動作を行う。

分配器15はRF増幅器23から入力された信号（即ち送信用
搬送波を第１の擬似ランダム信号M1により変調した変調
信号で、電波の伝播所要時間だけ遅延した信号）をR1信
号とR2信号とに分配し、それぞれ乗算器6,7へ出力す
る。分配器14により分配された搬送波信号の一部は乗算
器８へ入力される。乗算器８では入力された搬送波信号
に擬似ランダム信号発生器３の出力信号M2が乗算され、
第２の擬似ランダム信号M2により位相変調された変調信
号はハイブリッド結合器16によって同相成分Ｉ信号と直
角成分Ｑ信号とに変換されそれぞれ乗算器6,7へ出力さ
れる。

乗算器６では分配器15から入力されるR1信号とハイブリ
ッド結合器16から入力されたＩ信号とを乗算し、乗算値
Ｉ・R1をローパスフィルタ12へ出力する。乗算器７で
は、分配器15から入力されたR2信号とハイブリッド結合
器16から入力されたＱ信号とを乗算し、乗算値Ｑ・R2を
ローパスフィルタ13へ出力する。

乗算器6,7は、それぞれ第２の擬似ランダム信号M2によ
り送信用搬送波を変調した変調信号の同相成分と直角成
分に、それぞれ個別に第１の擬似ランダム信号M1により
変調された受信信号を乗算するものであるから、受信信
号の直交検波を行ったうえに擬似ランダム信号M2の乗算
を行ったものと同じ信号であり、本実施例によれば受信
信号に対して１回の乗算処理によって必要な検知信号を
得ることが可能となった。

第３図は本発明を溶融還元炉内のスラグレベル計測装置
に適用した説明図である、図において30は溶融還元炉、
31はレベル計測装置本体、24は送信アンテナ、25は受信
アンテナ、34は導波管、35はスラグである。

炉内に設置する送信及び受信アンテナ24,25は水冷した
ホーンアンテナを用い、導波管34により溶融還元炉30の
炉頂に設置されたレベル計測装置31に接続される。炉内
のスラグ35のレベルはレベル計測装置31より導波管34お
よび送信アンテナ24を介して送信された電磁波がスラグ
35の表面より反射され受信アンテナ25及び導波管34を介
して受信され、信号の伝播による時間遅れから、アンテ
ナ部からスラグ表面までの距離を算出することができ
る。

実際に本発明のレベル計装装置による計測値と、サブラ
ンスへのスラグ付着位置の測定による検尺との比較は±
100mmの範囲で良好な一致結果が得られた。

本実施例においては送信アンテナ24と受信アンテナを分
離して２つのアンテナを設ける構成について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、１つのア
ンテナを送受信共用とし、方向性結合器又は送受切換器
を付加して、送信と受信の信号を分離する方式をアンテ
ナ系に採用してもよい。

また、本発明がレベル計測に適用される実施例を説明し
たが、２つの擬似ランダム信号を発生させるクロック周
波数を適宜設定し、長距離までの一般的な物標の距離測
定、例えば飛翔体、船舶、自動車等の距離又は位置測定
にも十分適用が可能である。

また、本実施例においては、搬送波として10GHz程度の
マイクロ波の例を示したが、さらにミリ波等の電磁波は
勿論のこと、光、音波、超音波等を搬送波として使用す
ることも可能である。

［発明の効果］本発明により以下の効果が得られる。

本発明（請求項1,2）によれば、受信信号に対して搬送
波の検波を行った後に擬似ランダム信号の乗算を行うよ
うにしたので、信号の増幅を搬送波の検波を行った後の
搬送波に対して周波数帯域の低い信号に対して行うこと
が可能となり、周波数帯域が低く安価な増幅器を使用す
ることにより、安価な構成の装置の実現が可能となる。

また、本発明（請求項３）によれば、搬送波の一部を取
り出した信号に第２の擬似ランダム信号を乗算して得ら
れる変調信号と受信信号を乗算し、検知信号を得るよう
にしたので、受信信号に対する信号の乗算による信号の
ロスを減らし、高いゲインを得、高感度な信号検知が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明（請求項1,2）の一実施例による距離計
測装置の構成を示すブロック図、第２図は本発明（請求
項３）の一実施例による距離計測装置の構成を示すブロ
ック図、第３図は本発明による距離測定装置を溶融還元
炉内スラグレベル計測装置に適用した場合を示す構成
図、第４図は本発明の背景となっている擬似ランダム信
号処理を利用した距離計測装置の構成を示すブロック
図、第５図は第１図の動作を説明する波形図である。 1,2……クロック発生器、3,4……擬似ランダム信号発生
器、５〜10……乗算器、11〜13……ローパスフィルタ、
14,15……分配器、16……ハイブリッド結合器、17,18…
…２乗器、19……加算器、20……搬送波信号発信器、21
……距離算出器、22……送信器、23……RF増幅器、24…
…送信アンテナ、25……受信アンテナ、27,28……IF増
幅器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の擬似ランダム信号発生手段と、この
第１の擬似ランダム信号発生手段の出力信号とパターン
は同一で周波数のわずかに異なる第２の擬似ランダム信
号発生手段と、前記第１の擬似ランダム信号発生手段の
出力信号と前記第２の擬似ランダム信号発生手段の出力
信号とを乗算する第１の乗算器と、この第１の乗算器の
出力信号を低域濾波処理する第１の低域濾波手段と、搬
送波を発生する搬送波発生手段と、前記第１の擬似ラン
ダム信号発生手段の出力信号によって前記搬送波発生手
段の出力信号を変調した信号を送信信号として対象物に
対して送信する送信手段と、前記対象物から反射信号を
受信し受信信号を得る受信手段と、この受信手段の出力
信号から第１の擬似ランダム信号成分を検波して得る検
波手段と、この検波手段の出力信号と前記第２の擬似ラ
ンダム信号発生手段の出力信号とを乗算する第２の乗算
器と、この第２の乗算器の出力信号を低域濾波処理する
第２の低域濾波手段と、前記第１の低域濾波手段の出力
信号の最大値が生ずる時刻と前記第２の低域濾波手段の
出力信号の最大値が生ずる時刻との間の時間を計測する
時間計測手段とを有する距離計測装置。
【請求項２】第１の擬似ランダム信号発生手段と、この
第１の擬似ランダム信号発生手段の出力信号とパターン
は同一で周波数のわずかに異なる第２の擬似ランダム信
号発生手段と、前記第１の擬似ランダム信号発生手段の
出力信号と前記第２の擬似ランダム信号発生手段の出力
信号とを乗算する第１の乗算器と、この第１の乗算器の
出力信号を低域濾波処理する第１の低域濾波手段と、搬
送波を発生する搬送波発生手段と、前記第１の擬似ラン
ダム信号発生手段の出力信号によって前記搬送波発生手
段の出力信号を変調した信号を送信信号として対象物に
対して送信する送信手段と、前記対象物からの反射信号
を受信し受信信号を得る受信手段と、前記搬送波発生手
段の出力信号の一部を取り出す第１の分配器と、この第
１の分配器の出力信号を２つの互いに位相が直交する同
相成分であるＩ信号と直角成分であるＱ信号とに変換出
力するハイブリッド結合器と、前記受信手段の出力信号
をR1信号とR2信号の２信号に分配する第２の分配器と、
前記ハイブリッド結合器の出力Ｉ信号と前記第２の分配
器の出力R1信号とを乗算する第３の乗算器と、前記ハイ
ブリッド結合器の出力Ｑ信号と前記第２の分配器の出力
R2信号とを乗算する第４の乗算器と、前記第３の乗算器
の出力信号と前記第２の擬似ランダム信号発生手段の出
力信号とを乗算する第５の乗算器と、前記第４の乗算器
の出力信号と前記第２の擬似ランダム信号発生手段の出
力信号とを乗算する第６の乗算器と、前記第５の乗算器
の出力信号を低域濾波処理する第３の低域濾波手段と、
前記第６の乗算器の出力信号を低域濾波処理する第４の
低域濾波手段と、前記第３の低域濾波手段及び第４の低
域濾波手段の出力信号をそれぞれ個別に２乗演算する第
１の２乗器及び第２の２乗器と、この第１の２乗器及び
第２の２乗器の出力信号を加算する加算器と、前記第１
の低域濾波手段の出力信号の最大値が生ずる時刻と前記
加算器の出力信号の最大値が生ずる時刻との間の時間を
計測する時間計測器とを有する距離計測装置。
【請求項３】第１の擬似ランダム信号発生手段と、この
第１の擬似ランダム信号発生手段の出力信号とパターン
は同一で周波数のわずかに異なる第２の擬似ランダム信
号発生手段と、前記第１の擬似ランダム信号発生手段の
出力信号と前記第２の擬似ランダム信号発生手段の出力
信号とを乗算する第１の乗算器と、この第１の乗算器の
出力信号を低域濾波処理する第１の低域濾波手段と、搬
送波を発生する搬送波発生手段と、前記第１の擬似ラン
ダム信号発生手段の出力信号によって前記搬送波発生手
段の出力信号を変調し送信信号として対象物に対して送
信する送信手段と、前記対象物からの反射信号を受信し
受信信号を得る受信手段と、前記搬送波発生手段の出力
信号の一部を取り出す第１の分配器と、前記受信手段の
出力信号をR1信号とR2信号の２信号に分配する第２の分
配器と、前記第１の分配器の出力信号と前記第２の擬似
ランダム信号発生手段の出力信号とを乗算する第２の乗
算器と、この第２の乗算器の出力信号を２つの互いに位
相が直交する同相成分であるＩ信号と直角成分であるＱ
信号とに変換出力するハイブリッド結合器と、このハイ
ブリッド結合器の出力Ｉ信号と前記第２の分配器の出力
R1信号とを乗算する第３の乗算器と、前記ハイブリッド
結合器の出力Ｑ信号と前記第２の分配器の出力R2信号と
を乗算する第４の乗算器と、前記第３の乗算器の出力信
号を低域濾波処理する第２の低域濾波手段と、前記第４
の乗算器の出力信号を低域濾波処理する第３の低域濾波
手段と、前記第２の低域濾波手段及び第３の低域濾波手
段の出力信号をそれぞれ個別に２乗演算する第１の２乗
器及び第２の２乗器と、この第１の２乗器及び第２の２
乗器の出力信号を加算する加算器と、前記第１の低域濾
波手段の出力信号の最大値が生ずる時刻と前記加算器の
出力信号の最大値が生ずる時刻との間の時間を計測する
時間計測器とを有する距離計測装置。