JPH0225786A

JPH0225786A - 速度検出装置

Info

Publication number: JPH0225786A
Application number: JP17664288A
Authority: JP
Inventors: Kazumitsu Nakajima; 中島　一光
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1990-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH083529B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は速度検出装置に関し、特に速度が早くかつ速度
変化の大きい移動物体を対象とする速度検出装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、移動物体の速度を検出する速度検出装置は、通常
移動物体にマイクロ波を発射し、その反射波の周波数の
ドツプラシフト量から速度を算出していた。しかしなが
ら、マイクロ波は発射後、波長と出射径に応じた回折に
よる拡がりを有するため、発射源から少し離れた所では
大きく拡がってしまい、目標とする物体以外にも照射さ
れる。

従って、受信する反射波は異なる速度の物体からの反射
の合成されたものとり、小さな移動物体に対しては、正
確な測定が出来なくなる。近時、このような欠点を除く
ため、周波数の極めて高い電磁波としての光を用いて、
回折による拡がりを少なくし、目標とする物体のみを照
射する方法が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の光による速度検出装置は、マイクロ波等
を利用した装置に比べ拡がり角が少なくなり、目標のみ
を照射出来るという利点を有するものの、半面以下の欠
点も有しており、速度変化の激しい物体の速度検出を行
なうことは困難であるという欠点がある。

すなわち、ドツプラシフトの周波数は、物体の移動速度
と波の速度（光速）との比に波の周波数を乗じたもので
あり、周波数の高い電磁波即ち光を用いるとドツプラシ
フトによる周波数もそれに応じて高くなる。このよな高
い周波数での信号処理は困難であり、低速の移動物体用
としては実用化されているものの高速移動物体の速度検
出には不適当である。

一方、高速移動物体の速度を検出するために、光を変調
して（ドツプラシフトを考える上では光検波器出力の周
波数即ち変調周波数にて扱える）測定する方法も考えら
れているが、現状では光を外部変調する周波数に上限が
あり、この周波数で変調した光によるドツプラシフト量
は小さくなり過ぎるため、この場合は遅い速度の物体の
速度検出が困難となり、従って、遅い速度から急激に加
速されて行く物体の時々刻々の速度検出を行なう事は出
来ない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の速度検出装置は、光発生源と、この光発生源の
出力光を変調信号で変調して光変調光を発生する光変調
器と、前記光変調光を移動物体に送出しその反射光を受
光する送受信光学系と、前記送受信光学系によって受光
した反射光を検波する光検波器と、前記変調信号と僅か
に周波数の異る副信号を出力する副信号発生器と、前記
光検波器の出力と副信号発生器の出力とを混合してその
差周波数の信号を出力する混合器と、前記混合器の出力
のゼロクロス点間の時間を計測用クロ・ツクパルスで計
測するパルス計数器と、前記変調信号と前記計測用クロ
ックパルスを出力する基準信号発生器と、前記パルス計
数器の計数した前記混合器の出力のゼロクロス点間の計
測用クロックパルスのカウント値を記憶しつつ前記カウ
ント値にもとづいて前記ゼロクロス点間の時間を算出し
前記移動物体の速度ならびに速度変化を得る記憶回路と
を備えて構成される。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成図であり、光源として
の光発生源１、光発生源１の出力光を変調信号で変調し
て光変調光を発生する光変調器２、前述した変調信号を
発生する基準信号発生器３、光調変光器２の出力する光
変調光を移動物体５に送出しその反射光を受光する送受
信光学系４、送受信光学系４によって受光した反射光を
検波する光検波器６、上述した変調信号と代かに周波数
の異る副信号を出力する副信号発生器８、光検波器６の
出力と副信号発生器８の出力とを混合してその差周波数
の信号を出力する混合器７、前記混合器７の出力のゼロ
クロス点間の時間を上述した変調信号とともに基準信号
発生器３の出力する計測用クロックパルスで計測するパ
ルス計数器９、パルス計数器９の計数した混合器７の出
力のゼロクロス点間の計測用クロックパルスのカウント
値を記憶しつつこのカウント値にもとづいて上述したゼ
ロクロス点間の時間を算出し移動物体５の速度ならびに
速度変化を得る記憶回路１０を備えて構成される。

次に、第１図の実施例の動作について説明する。

光発生源１から出た光１０１は、基準信号発生器３から
出力する正弦波の変調出力信号１０２により変調され、
光変調器２から振幅変調された光変調光１０３として出
光される。

振幅変調された光変調光１０３は送受信光学系４により
外部に出力光１０９として出射され、移動物体５に当た
り反射する。反射の際に移動物体の速度に比例したドツ
プラシフトを受けて変調周波数が変化した反射光１０４
は送受信光学系４により受光され光検波器６に入射し、
反射光１０４の変調層割数に応じ、な検波信号１０５が
出力され混合器７に入力する。

混合器７は、基準信号発生器３と僅に異る数ＫＨｚの周
波数差の信号１０６を発生する副信号発生器８からの副
信号１０６と検波信号１０５を混合し、二つの信号の差
の周波数の差周波数信号１０７を出力する。

差周波数信号１０７は、従って、副信号１０６−（変調
信号１０２＋ドツプラシフト）の周波数となる。ただし
、本実施例にあっては、副信号１０６の周波数を変調信
号１０２の周波数よりも高いものとしているが、その逆
の設定でも勿論差し支えない。

この差周波数信号１０７はパルス計数器９に供給される
。この差周波数信号はほぼ数ＫＨ２の正弦波信号であり
、パルス計数器９は、この差周波数信号のゼロクロス点
間の時間を基準信号発生器３から得られる計測用クロッ
クパルス１０８で計測し、このゼロクロス点間ごとに得
られる計測用クロックパルス１０８のカウント値を記憶
回路１０に供給する。

第２図（ａ）は第１図の実施例におけるゼロクロス点間
のパルス計数の説明図、第２図（ｂ）は第１図の実施例
におけるゼロクロス点間のパルス計数の記憶内容の説明
図である。

第２図＜ａ）に示す如く、本実施例では、ゼロクロス点
として差周波数信号１０７がプラスの勾配でゼロライン
を切る点１．，１．を利用しているが、これはマイナス
の勾配も含む全ゼロクロス点を利用しても勿論差し支え
ない。

ゼロクロス点ｔ、とｔｎ間の時間は計測用クロックパル
ス１０８のカウントから容易に知ることができる。

記憶回路１０は、パルス計数器９がら提供されるゼロク
ロス点間のパルス計数値を記憶しっ、これにもとづいて
ゼロクロス点間の時間を求める。

このゼロクロス点間の時間は、明らかに移動物体５の速
度に従って変化し、また速度の変化に対応して変化する
。

第２図（ｂ）のｎｌ、ｎ２．ｎ３は計測器間のゼロクロ
ス点ごとのパルス計測数を示す。ゼロクロス点間の時間
は差周波数信号１０７の逆数であり、光を反射した移動
物体５が静止していればこの時間（パルス計測数ｎ）は
一定であるが、移動している場合は移動速度に応じて差
周波数信号１０７の周波数が低く（ゼロクロス点間の時
間が長く）なり、パルス計測数ｎが変化（増加）する。

なお第２図（ｂ）は分かり易くするために誇張して書い
たが実際はこのように大きな変化ではない。本実施例で
は、ゼロクロス点間の時間は０．１ミリ秒のオーダーで
あり、このゼロクロス点間の時間ごとの平均速度に対応
したデータが記憶回路１０・に記憶されることとなるの
で、この結果をデータ処理を行なって速度変化の激いし
い物体についても時々刻々の速度計測が可能となり、ま
た更にデータ処理を行なって時々刻々の位置情報を得る
ことも可能となる。

第３図（ａ）は第１図の実施例の記憶回路１０における
計数パルス数の一例を示す特性図で、ゼロクロス点ごと
の移動物体の計測パルス数の一例を示している。

また、第３図（ｂ）は第３図（ａ）の計測パルス数に対
応して得られる移動物体の算出速度の特性図、第３図（
ｃ）は第３図（ｂ）の算出速度にもとづいて得られる移
動物体の位置の特性図である。

次に、本実施例に関して具体的な数値例を挙げて説明す
る。

いま、基準信号発生器３の変調信号の周波数１００）４１−ｉ
ｚ副信号発生器８の副信号の周波数１００．００５Ｍ）
（ｚ移動物体５の速度　　　　　　　　　１０００ｍ／
Ｓ光速度　　　　　　　　　　３０００００Ｋｍ／Ｓと
すると速度零の時の差周波数＝１０００５０００−１０
０００００００＝　５０００１−１ｚであり、１周期の
時間＝２００μＳとなる。

１０ＭＨｚ即ち１０ｎＳごとのクロックで２０００カウ
ントに対し、移動物体５の速度１０００＋ｎ／Ｓの場合、ドツプラシ
フト＝　１０００ｍ／Ｓ÷３００００００００ｍ／５Ｘ
１００００００００Ｈｚ　＝　３３３．３３３３３Ｆｌ
ｚ速度１０００ｍ／Ｓの時の反射波の変調周波数は、１
０００００３３３．３３３３３）１ｚ差の周波数＝　１
００００５０００Ｈｚ　−１０００００３３３，３３３
３３Ｈｚ　＝　４６６６　、６６６６６Ｈｚ１周期の時
間＝　２１４．２８６μｓ１００ＭＨｚ即ち１０ｎＳ毎のクロックで２１４２８ま
たは２１４２９カウント速度Ｏの時のカウントとの差は１４２８又は１４２９カ
ウント分解能を考えると、２ｍ／Ｓではドツプラシフト−２ｍ／Ｓ÷３００００００００ｍ／Ｓ
Ｘ　１００００００００Ｈ，ｚ　＝　、６６６６６Ｈｚ速度２ｍ／Ｓの時の反射波の変調周波数は、１００００
．００００．６６６６６ｔ（ｚ差の周波数＝　１０００
０５０００Ｈｚ　−１００００００００，６６６６６Ｈ
ｚ＝　４９９９．３３３３３Ｈｚ１周期の時間＝　２００．０２６７μ５１００＋ｎ）４
Ｈｚ即ち１０ｎＳ毎のクロックで２０００２又は２００
０３カウントとなり、速度０の場合と識別可能となる。

即ち２ｍ／Ｓの分解能が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、移動物体からの反射によ
るドツプラシフト周波数を直接計測せず、適当な周波数
差を有する副信号とドツプラシフト分含む反射信号との
差信号を利用することにより測定し易い周波数に変換し
、その際、ゼロクロス点間の時間を移動物体の速度変化
に応じて最適な時間に設定し、全てのゼロクロス点間の
時間を基準周波数のパルスの計数値として記憶すること
により、高速度の移動物体の時々刻々速度変化を正確に
かつ速度変化に忠実に対応して測定を行なうことが出来
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の速度検出装置の一実施例の構成図、第
２図（ａ）は第１図の実施例のおけるゼロクロス点間の
パルス計数の説明図、第２図（ｂ）は第１図の実施例に
おけるゼロクロス点間のパルス計数の記憶内容の説明図
、第３図（ａ）は第１図の実施例の記憶回路１０におけ
る計数パルス数の一例を示す特性図、第３図（ｂ）は第
３図（ａ）の計測パルス数に対応して得られる移動物体
の算出速度の特性図、第３図（Ｃ）は第３図（ｂ）の算
出速度にもとづいて得られる移動物体の位置の特性図で
ある。１・・・光発生源、２・・・光変調器、３・・・基準信
号発生器、４・・・送受信光学系、５・・・移動物体、
６・・・光検波器、７・・・混合器、８・・・副信号発
生器、９・・・パルス計数器、１０・・・記憶回路、１
０１・・・光、１０２・・・変調信号、１０３・・・光
変調光、１０４・・・反射光、１０５・・・検波信号、
１０６・・・副信号、１０７・・・差周波数信号、１０
８・・・計測用クロックパルス、１０９・・・出力光。＾　７　図

Claims

【特許請求の範囲】

光発生源と、この光発生源の出力光を変調信号で変調し
て光変調光を発生する光変調器と、前記光変調光を移動
物体に送出しその反射光を受光する送受信光学系と、前
記送受信光学系によつて受光した反射光を検波する光検
波器と、前記変調信号と僅かに周波数の異る副信号を出
力する副信号発生器と、前記光検波器の出力と副信号発
生器の出力とを混合してその差周波数の信号を出力する
混合器と、前記混合器の出力のゼロクロス点間の時間を
計測用クロックパルスで計測するパルス計数器と、前記
変調信号と前記計測用クロックパルスを出力する基準信
号発生器と、前記パルス計数器の計数した前記混合器の
出力のゼロクロス点間の計測用クロックパルスのカウン
ト値を記憶しつつ前記カウント値にもとづいて前記ゼロ
クロス点間の時間を算出し前記移動物体の速度ならびに
速度変化を得る記憶回路とを備えて成ることを特徴とす
る速度検出装置。