JP2004117166A - 測距装置及びこれを用いた測距システム - Google Patents
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Abstract
【課題】耐雑音特性に優れる一方、変調帯域幅による制約を受けることなく測距精度を向上させることができる新規な測距装置及びこれを用いた測距システムを提供する。
【解決手段】複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、この測距用データの送信タイミングと被測距側から折り返し送信された前記測距データの受信タイミングとの時間差から前記被測距側までの距離を算出する測距装置において、前記被測距側から折り返し送信された測距データの位相を前記被測距装置に送信した測距用データのゼロクロスポイントの間隔に応じてシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理して生成したＳカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距側までの距離を算出する手段とを備えた。
【選択図】 図１
【解決手段】複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、この測距用データの送信タイミングと被測距側から折り返し送信された前記測距データの受信タイミングとの時間差から前記被測距側までの距離を算出する測距装置において、前記被測距側から折り返し送信された測距データの位相を前記被測距装置に送信した測距用データのゼロクロスポイントの間隔に応じてシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理して生成したＳカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距側までの距離を算出する手段とを備えた。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、０，１パターンのデータ系列、ＰＮ符号等からなる測距用データを被測距装置に対して送受信し、この測距用データの送受信タイミングを計測して前記被測距装置までの距離を測定する測距装置及びこれを用いた測距システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ある無線局Ａ及びＢ間の距離（Ｌ）を測定する場合、まず、無線局Ａから無線局Ｂに対して測距用のデータ又はパルス（以下、測距用データという。）を送受信し、この測距用データの送信タイミングから無線局Ｂにより折り返し送信された測距用データを受信するまでの電波伝搬時間（Ｔｄ）を計測する。そして、この電波伝搬時間（Ｔｄ）に光速（Ｃ）を乗じ、さらに（１／２）をかけることにより、無線局Ａから無線局Ｂまでの距離（Ｌ）を求めることができる。
【０００３】
また、電波伝搬時間（Ｔｄ）を計測する方法としては、基本的に２つの方法がある。第１には、測距用データのゼロクロスする時刻を計測しこのようなゼロクロスタイミングに基づいて電波伝搬時間（Ｔｄ）を測定する方法（例えば、特許文献１）、第２には、被測距側から折り返し送信されたＰＮ系列等である測距用データと同様のＰＮ系列等の疑似雑音符号との間で相関処理を実施し、その相関ピーク値の検出タイミングに基づいて電波伝搬時間（Ｔｄ）を測定するという方法（例えば、特許文献２）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１６５７６４公報（第２頁右欄第３９頁乃至第３頁左欄第２３行目の記載事項、図１の内容を参照。）
【０００５】
【特許文献２】
特開平５−２９７１２９号公報（第３頁左欄第１９行目乃至第３６行目の記載事項及び同頁右欄第４６行目乃至第４頁左欄第１０行目の記載事項、図１及び図２の内容を参照。）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の測距装置による電波伝搬時間（Ｔｄ）の計測では、例えば、第１の測距用データのゼロクロスする時刻から電波伝搬時間を計測するという方法では、受信波が出力され始めてから一定時間後の安定した部分を用いて電波伝搬時間の測定を行うので、測定時間が長くなるという問題点があった。また、耐雑音特性が低く、無線伝搬路において受信状況が劣化して測距用データに雑音が重畳するような場合にはゼロクロス信号の波形が歪み、正確な電波伝搬時間を計測することができないという問題点があった。
【０００７】
また、第２のＰＮ系列の相関処理を実施して電波伝搬時間を計測するという方法では、ＰＮ１チップ長内における検出の分解能を向上させるため位相判定手段及び進相・遅相判定結果を平均化するためのフィルター等を設ける必要があり、平均化精度を向上させるためには、複数回のＰＮ相関ピーク検出が必要となり測定時間を要するという問題点があった。
【０００８】
また、相関ピーク波形が三角波の形状でありスレシュホールドレベル通過点の検出誤差が大きいという問題点もあった。さらに、相関ピーク波形はＰＮ１チップ長の幅をもつ波形となるため、単純にＰＮ符号の１チップ幅を小さくすることにより電波伝搬時間の計測精度を向上させることも可能であるが、その代償として、ＰＮデータ系列の伝送速度を高める必要があり、無線における変調帯域幅が増加して周波数の有効利用が図れないという問題点があった。なお、無理に変調帯域幅を広げると、無線機の電波法上の規定値を越えることになりかねない。
【０００９】
図９は第２の方法による問題点を説明するための相関波形図及びこれに対応したスペクトル波形図である。図９において、２８，２９はマッチドフィルタ等による相関処理により検出された相関信号波形、３０，３１はこれに対応したスペクトル波形である。図９（ａ）に示す相関信号波形２４の方が図９（ｂ）に示す相関信号波形２９よりも誤差幅が大きく、閾値を上げることにより計測精度を上げることが可能であるが、閾値を高く設定すると相関信号波形のレベル変動による影響を受け易く、相関ピークを検出することが困難となる。また、図９（ｂ）に示すように、ＰＮ符号の１チップ幅を小さくすることにより誤差幅を縮小して電波伝搬時間の計測精度を向上させることも可能であるが、無線帯域幅３１が大幅に広がってしまい周波数の有効利用が図れない。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、耐雑音特性に優れる一方、変調帯域幅による制約を受けることなく測距精度を向上させることができる新規な測距装置及びこれを用いた測距システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る測距装置は、複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、この測距用データの送信タイミングと被測距側から折り返し送信された前記測距データの受信タイミングとの時間差から前記被測距側までの距離を算出する測距装置において、前記被測距側から折り返し送信された測距データの位相を前記被測距装置に送信した測距用データのゼロクロスポイントの間隔に応じてシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理して生成したＳカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距側までの距離を算出する手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項２の発明に係る測距装置は、複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、この測距用データの送信タイミングと被測距側から折り返し送信された前記測距データの受信タイミングとの時間差から前記被測距側までの距離を算出する測距装置において、前記被測距側に送信する測距用データのゼロクロスポイントを計測し、基準とするゼロクロスポイントから他のゼロクロスポイントまでの各時間差を算出する手段と、前記被測距側から折り返し送信された前記測距データの位相を前記時間差に応じてそれぞれシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理してＳカーブ信号を生成させる手段と、前記Ｓカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距側までの距離を算出する手段とを備えたものである。
【００１３】
請求項３の発明に係る測距装置は、前記測距用データがＰＮデータ系列であるものである。
【００１４】
請求項４の発明に係る測距装置は、前記測距用データが１，０パターンのデータ系列であるものである。
【００１５】
請求項５の発明に係る測距装置は、擬似雑音符号のデータ系列を生成するデータ生成部と、このデータ生成部から出力された前記データ系列の各ゼロクロスポイントを計測し、基準とするゼロクロスポイントから他のゼロクロスポイントまでの各時間差を算出するサンプリング処理部と、前記データ系列を変調して被測距装置に送信し、前記被測距装置から折り返し送信された折り返し信号を復調して受信データ系列を復元する無線部と、この無線部により復元された前記受信データ系列の位相を前記サンプリング処理部により算出した前記時間差に応じてそれぞれシフトさせ、これら位相の異なる複数の受信データ系列を総和処理してＳカーブ信号を生成するシフト波形総和部と、このシフト波形総和部により生成されたＳカーブ信号のゼロクロスポイントを計測するＳカーブ計測部と、このＳカーブ計測部により計測された前記Ｓカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距装置までの距離を算出する距離算出部とを備えたものである。
【００１６】
請求項６の発明に係る測距装置は、前記被測距装置が複数設けられ、これら複数の被測距装置それぞれに異なるデータ系列の測距用データを送受信するようにしたものである。
【００１７】
請求項７の発明に係る測距システムは、測距装置を駅ホーム側、被測距装置を車両側にそれぞれ設け、前記駅ホームの所定位置から前記駅ホームに進入した前記車両までの距離を算出する測距システムにおいて、前記測距装置は、前記車両側に送信する測距用データの各ゼロクロスポイントを計測し、基準とするゼロクロスポイントから他のゼロクロスポイントまでの各時間差を算出する手段と、前記車両側の被測距装置から折り返し送信された前記測距データの位相を前記時間差に応じてそれぞれシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理してＳカーブ信号を生成させる手段と、前記Ｓカーブ信号のゼロクロスポイントに基づいて前記車両までの距離を算出する手段とを備えたものである。
【００１８】
請求項８の発明に係る測距システムは、前記被測距装置が無線周波数又は中間周波数の段階で前記測距用データの折り返し処理を行うものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施形態１について図１乃至図４を用いて説明する。図１はこの発明の実施形態１による測距装置及び被測距装置を示すブロック構成図、図２乃至図４は図１に示すような測距装置及び被測距装置により構成される測距システムの測距原理を説明するための信号波形図等である。
【００２０】
図１において、１は測距装置、２は被測距装置である。また、３は測距用データを生成するデータ生成部、４はデータ生成部３から出力された測距用データをＡ／Ｄ変換器等によりサンプリング処理し、測距用データの送信タイミング及び各ゼロクロスポイント間隔の情報を算出する送信側のサンプリング処理部、５はサンプリング処理部４によりサンプリング処理された測距用データを変調する変調部、６は変調部５により変調された測距用データを所定レベルまで増幅処理して被測距装置２に送信する一方、被測距装置２から折り返し送信された折り返し信号を受信して受信処理する無線部、７は無線部６において受信処理された被測距装置２からの折り返し信号を復調して測距用データを復元する復調部、８は復調部７により復元された測距用データをＡ／Ｄ変換器等によりサンプリング処理する受信側のサンプリング処理部、９はサンプリング処理部８によりサンプリング処理された折り返しの測距用データの位相を送信側のサンプリング処理部４において算出した各ゼロクロスポイント間隔情報に基づいてシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理してＳカーブ信号を生成するシフト波形総和部、１０はシフト波形総和部９により生成されたＳカーブ信号のゼロクロスポイントの時刻を計測するＳカーブ計測部、１１はＳカーブ計測部１０により計測されたＳカーブ信号のゼロクロスポイントの時刻に基づいて被測距装置２までの距離を算出し、その距離情報（測距データ）を出力する距離算出部である。
【００２１】
また、１２は測距装置１から無線伝送された無線信号による測距用データを受信して受信処理する一方、後述する変調部１６により変調処理された折り返しの測距用データを折り返しの無線信号として測距装置１に送信する無線部、１３は無線部１２により受信処理された測距装置１からの無線信号を復調して測距用データを復元する復調部、１４は復調部１３により復元された測距用データを一定量遅延させる遅延処理部、１５は復調部１３により復元された測距用データを復調データとして取り出す一方、遅延処理部１４に出力して折り返し処理を行う折り返し処理部、１６は遅延処理部１４において一定量遅延させた折り返しの測距用データを変調する変調部１６である。
【００２２】
なお、無線部６，１２にはそれぞれ送信アンテナ及び受信アンテナを設けており（図示省略）、測距装置１及び被測距装置２はこれら送信アンテナ及び受信アンテナを介して無線信号の送受信を行う。
【００２３】
次に、図１に示す測距装置１及び被測距装置２による測距動作について説明する。まず、測距装置１のデータ生成部３により複数のゼロクロスポイントを有する測距用データが生成され送信側のサンプリング処理部４に出力される。図２はデータ生成部３により生成される測距用データの例を示す信号波形図であり、この実施の形態１において使用される測距データはｃｒ１乃至ｃｒ５の５つのゼロクロスポイントを有している。一般に、データ系列は、複数のゼロクロスポイントを有しており、データ系列が長くなるほど多数のゼロクロスポイントを有するが、複数のゼロクロスポイントを有するデータ系列であればよく、任意のパターンのデータ系列を使用してよい。
【００２４】
データ生成部３から出力された測距用データは、送信側のサンプリング処理部４によりサンプリング処理され、各パルスがゼロクロスする時刻、すなわちゼロクロスポイントがそれぞれ計測される。また、図２（ｂ）に示すように、このサンプリング処理部４においては、これらゼロクロスポイントの時刻情報に基づいて基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）から他のゼロクロスポイント（ｃｒ４，ｃｒ３，ｃｒ２，ｃｒ１）までの時間差（ｔ１，ｔ２，ｔ３，４）を各ゼロクロスタイミング間隔情報として算出すると共に、測距用データの送信タイミング（ｃｒ５）を算出する。
【００２５】
サンプリング処理部４により送信タイミング及び各ゼロクロスタイミング間隔の情報が算出された測距用データは、変調部５において変調処理を施す。変調された測距用データは無線部５において増幅処理され、無線信号として図示省略した送信アンテナを介して空間に放射される。空間に放射された無線信号による測距データは無線伝送されて被測距装置２により受信される。被測距装置２の無線部１２も送信アンテナ及び受信アンテナを有しており、測距装置１から無線伝送された無線信号による測距用データは無線部１２の受信アンテナを介して受信される。
【００２６】
被測距装置２の無線部１２により受信処理された無線信号は復調部１３により復調され元の測距用データが復元される。折り返し処理部１５は復調部１３において復元された測距用データを遅延処理部１４の遅延処理により一定時間遅延させ変調部１６に出力する。このように被測距装置２において測距用データを一定時間遅延させているのは被測距装置２の折り返し処理に伴う遅延誤差を防止するためであり、測距装置１はこの遅延時間分だけ電波伝搬時間（Ｔｄ）の遅延誤差を校正する。変調部１６は遅延処理部１４により一定時間遅延させた折り返しの測距データに変調処理を施して無線部１２に出力する。無線部１２は変調部１６により変調処理された測距用データを増幅処理し、折り返しの無線信号（以下、折り返し信号という。）として送信アンテナを介して空間に放射する。
【００２７】
被測距装置２から空間に放射された折り返し信号は測距装置１の図示省略した受信アンテナを介して受信され無線部６により増幅処理等の受信処理を施す。受信処理を施した折り返し信号は復調部７により復調して折り返しの測距用データ（以下、折り返しデータという。）を復元する。復元された折り返しデータは受信側のサンプリング処理部８によりサンプリング処理し、送信側のサンプリング処理部４と同様に各ゼロクロスポイントをそれぞれ計測する。サンプリング処理部８により各ゼロクロスポイントを計測した折り返しデータはシフト波形総和部９に入力され、後述するような総和処理を行う。
【００２８】
すなわち、シフト波形総和部９には送信側のサンプリング処理部４において算出した各ゼロクロスポイント間隔情報が入力されており、シフト波形総和部９はまず各ゼロクロスポイント間隔の情報（ｔ１，ｔ２，ｔ３，４）に基づいてサンプリング処理部８によりサンプリング処理した折り返しデータの位相をそれぞれシフトさせる。そして、各ゼロクロスポイント間隔に相当する時間差だけ時間的にシフトされた各折り返しデータとサンプリング処理部８によりサンプリング処理した折り返しデータについて総和処理を行いＳカーブ信号を生成する。
【００２９】
図３はシフト波形総和部９における総和処理の内容を説明するための信号波形図である。図３において、１７は受信側のサンプリング処理部８によりサンプリング処理した折り返しデータの信号波形、１８乃至２１は送信側のサンプリング処理部４により算出した各ゼロクロスポイント間隔情報に基づいて時間的にシフトされた各折り返しデータの信号波形、２２はシフト波形総和部９の総和処理により生成されたＳカーブ信号、２３はＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント、２０はサンプリング処理部８によりサンプリング処理された折り返しデータに重畳した雑音成分を示している。図３に示すように、サンプリング処理部８によりサンプリング処理した折り返しデータを各ゼロクロスポイント間隔に相当する時間差だけ時間的にシフトすると、折り返しデータ１７の基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）のタイミングに各ゼロクロスポイント間隔情報に基づいてシフトした各折り返しデータのゼロクロスポイント（ｃｒ４，ｃｒ３，ｃｒ２，ｃｒ１）がそれぞれ一致し、これら複数の折り返しデータ１７乃至２１を総和処理することによりＳカーブ信号２２が生成される。
【００３０】
また、このＳカーブ信号２２は、ＰＮ系列等の擬似雑音符号からなる測距用データを総和処理しているため、折り返しデータ１７の基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）のタイミングにおいては正方向成分と負方向成分が強調されて急峻なゼロクロス特性を示すが、他のタイミングにおいては各折り返しデータ１７乃至２１の正方向成分と負方向成分が平均化され、比較的なだらかな特性となる。例えば、図３に示すような雑音成分２４が重畳されていたとしても、各折り返しデータが異なるゼロクロスポイント間隔に応じてシフトされているので、上述したような各ゼロクロスポイント間隔情報に応じてシフトさせた複数の折り返しデータを総和処理することにより、雑音成分２４が平均化され、雑音信号による影響を抑制することができる。
【００３１】
なお、以上のようなゼロクロスシフト処理、及びゼロクロスシフトした折り返しデータの総和処理は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、以下、ＤＳＰという。）を用いたソフトウェア処理によって実現することができる。具体的には、受信側のサンプリング処理部８によってサンプリング処理したデジタルの折り返しデータをメモリ等の記憶手段に一時記憶させておき、この記憶手段に記憶したデジタルの測距用データをＤＳＰにより処理してＳカーブ信号を生成する。
【００３２】
シフト波形総和部９により生成されたＳカーブ信号２２はＳカーブ計測部１０に入力される。Ｓカーブ計測部１０はＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の時刻を折り返しデータ１７の受信タイミングとして計測する。図４はＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３と受信タイミングとの関係を示す信号波形図である。図４に示すように、Ｓカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の検出タイミングが折り返しデータ１７の受信タイミングとなり、実施の形態１による測距装置１によれば、Ｓカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の検出が容易かつ正確となるので、折り返しデータ１７の受信タイミングを正確に検出することができる。Ｓカーブ計測部１０により計測されたＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３のタイミングは受信タイミング情報として距離算出部１１に出力される。
【００３３】
距離算出部１１には送信側のサンプリング処理部４において算出した送信タイミング情報が入力されており、距離算出部１１はこの送信タイミング情報とＳカーブ計測部１０により計測されたＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３のタイミング情報、すなわり受信タイミングの情報とに基づいて被測距装置２までの電波伝搬時間（Ｔｄ）を算出する。また、距離算出部１１には被測距装置２において遅延させた折り返しデータの遅延時間が与えられており、この遅延時間により電波伝搬時間（Ｔｄ）を校正する。そして、この校正された電波伝搬時間（Ｔｄ）に光速Ｃを乗じ、さらに１／２を乗じることにより測距装置１から被測距装置２までの距離が算出される。
【００３４】
このように、実施の形態１による測距装置１によれば、受信タイミングとなる折り返しデータの基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）のタイミングをＳカーブ計測部１０により正確に計測することができるので、Ｓカーブ計測部１０により計測したＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３のタイミング情報に基づいて測距装置１から被測距装置２までの距離を正確に算出することができる。図５は測距装置１により算出した電波伝搬時間（Ｔｄ）を説明するための信号波形図である。図５に示すように、測距装置１と被測距装置２との間における電波伝搬時間（Ｔｄ）は、測距装置１において送受信された測距用データの基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）の時間差となるので、測距装置１において受信された折り返しデータの基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）を正確に計測することにより正確な電波伝搬時間（Ｔｄ）を算出することができる。
【００３５】
なお、実施の形態１による測距装置１では、送信側のサンプリング処理部４において測距用データの各ゼロクロスポイント間隔情報を算出する際にゼロクロスポイント（ｃｒ５）を基準としているが、ゼロクロスポイント（ｃｒ１）を基準として算出してもよい。この場合、ゼロクロスポイント（ｃｒ１）に基づき送信タイミングが算出される。
【００３６】
また、実施の形態１による被測距装置２では、折り返し処理が復調部１３の処理後において実施されているが、無線部１２における無線周波数段階や中間周波数段階で折り返し処理を実施してもよい。この場合、復調部１３と変調部１６による遅延の影響を除くことができるが、送信出力レベルを自動調整して出力させることが必要である。
【００３７】
実施の形態２．
次に、図１に示すような測距装置の測距精度を向上させる手法について図６を用いて説明する。実施の形態１による測距装置においては、シフト波形総和部９の総和処理によって生成されたＳカーブ信号２２に基づいて測距装置による受信した折り返しデータの受信タイミングを算出するようにしたので、従来方式のようにＰＮ符号のチップ速度を上げなくても、サンプリング処理部４，８の計測精度を上げることによって測距精度を向上させることができる。図６はサンプリング処理部のサンプリング速度とＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の計測誤差との関係を示す信号波形図である。図６（ｂ）に示すように、サンプリング処理部４，８のサンプリング速度を上げてサンプリング処理部４，８のサンプリング間隔を狭くすればＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の計測誤差を小さくすることができ、測距装置の測距精度を向上させることができる。また、ＰＮ符号のチップ速度を上げる必要がないため変調帯域幅が広がるという問題もなく、周波数の有効利用を図ることができる。
【００３８】
なお、従来方式であるＰＮ系列の相関処理を実施して電波伝搬時間を計測するという方法では、サンプリング処理部４，８のサンプリング速度を上げても電波伝搬時間（Ｔｄ）の計測精度を向上させることにはつながらず、このようにサンプリング処理部４，８の計測精度を上げることによって測距精度を向上させる手法は実施の形態１による測距装置のような測距原理を使用する場合において有効である。
【００３９】
実施の形態３．
次に実施の形態３による測距装置について図７を用いて説明する。図７は実施の形態４による測距装置及び被測距装置を示すブロック構成図である。図７において、１ｂは測距装置、２ｂは被測距装置であり、実施の形態３による測距システムは被測距装置２ｂが複数となるような場合を想定したものである。なお、これら測距装置１ｂ及び被測距装置２ｂの具体的な構成については説明を省略するが、それぞれ図１に示すように構成されている。但し、測距装置１ｂは各被測距装置２ｂに応じて異なるデータ系列の測距用データを使用する。これにより被測距装置２ｂが複数となるような場合においてもこれら各被測距装置２ｂまでの距離を正確に算出することができる。
【００４０】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態による測距装置１，１ｂにおいては、データ生成部３により生成する測距用データとして任意のパターンのデータ系列を使用したが、ＰＮデータ系列等の擬似雑音符号を使用してもよい。このような擬似雑音符号を測距用データとして使用することにより、隣接する他のシステムに対する干渉の影響を抑制することができる。また、測距用データにおけるゼロクロスポイントの数を増やすため、１，０パターンのデータ系列を使用することも可能である。１，０パターンのデータ系列を使用することにより、さらに耐雑音性能を向上させることができる。
【００４１】
実施の形態５．
最後に、図１に示すような測距装置及び被測距装置を適用した測距システムの例について図８を用いて説明する。図８は列車と駅ホーム間の距離を測定する測距システムを示すシステム概念図である。図８おいては、２５は列車、２６は線路、２７は駅ホームであり、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。図８に示すように、例えば、駅ホーム２７側に図１に示すような測距装置１、列車２５側に図１に示すような被測距装置２をそれぞれ配置することにより、列車２５が駅ホーム２７に進入した際の列車２５と駅ホーム２７との間の距離を正確に求めることができる。なお、これらの配置を逆にして測距装置１を列車２５側に配置しても同様である。また、無線信号の送受信に基づいて距離を算出するので、列車２５が駅ホーム２７に進入してから所定位置において停車するまでの各距離を連続的に計測することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、被測距装置に送信した測距用データのゼロクロスポイント間隔情報に応じて被測距装置から折り返し送信された測距用データの位相をシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理するので、測距用データのゼロクロスポイントが一点に集約して、急峻な波形のＳカーブ信号を得ることができ、ゼロクロスポイントの波形が雑音重畳により歪んでいても、このＳカーブ信号のゼロクロスポイントを検出することにより正確な電波伝搬時間を計測することができ、耐雑音特性に優れる一方、変調帯域幅による制約を受けることなく測距精度を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による測距装置及び被測距装置を示すブロック構成図である。
【図２】測距装置１のデータ生成部３により生成される測距用データの例を示す信号波形図である。
【図３】測距装置１のシフト波形総和部９による総和処理の内容を説明するための信号波形図である。
【図４】Ｓカーブ信号１８のゼロクロスポイント１９と受信タイミングとの関係を示す信号波形図である。
【図５】測距装置１により算出した電波伝搬時間（Ｔｄ）を説明するための信号波形図である。
【図６】実施の形態２による測距装置を説明するためのサンプリング処理部のサンプリング速度とＳカーブ信号１８のゼロクロスポイントの計測誤差との関係を示す信号波形図である。
【図７】実施の形態３による測距装置及び被測距装置を示すブロック構成図である。
【図８】実施の形態５による測距システムを示すシステム概念図である。
【図９】従来方式（第２の方法）による問題点を説明するための相関波形図及びこれに対応したスペクトル波形図である。
【符号の説明】
１，１ｂ 測距装置、２，２ｂ 被測距装置、３ データ生成部、
４ 送信側のサンプリング処理部、６、１２ 無線部、
８ 受信側のサンプリング処理部、
９ シフト波形総和部、１０ Ｓカーブ計測部、１１ 距離算出部、
１４ 遅延処理部、１５ 折り返し処理部、
２５ 列車、２７ 駅ホーム。
【発明の属する技術分野】
この発明は、０，１パターンのデータ系列、ＰＮ符号等からなる測距用データを被測距装置に対して送受信し、この測距用データの送受信タイミングを計測して前記被測距装置までの距離を測定する測距装置及びこれを用いた測距システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ある無線局Ａ及びＢ間の距離（Ｌ）を測定する場合、まず、無線局Ａから無線局Ｂに対して測距用のデータ又はパルス（以下、測距用データという。）を送受信し、この測距用データの送信タイミングから無線局Ｂにより折り返し送信された測距用データを受信するまでの電波伝搬時間（Ｔｄ）を計測する。そして、この電波伝搬時間（Ｔｄ）に光速（Ｃ）を乗じ、さらに（１／２）をかけることにより、無線局Ａから無線局Ｂまでの距離（Ｌ）を求めることができる。
【０００３】
また、電波伝搬時間（Ｔｄ）を計測する方法としては、基本的に２つの方法がある。第１には、測距用データのゼロクロスする時刻を計測しこのようなゼロクロスタイミングに基づいて電波伝搬時間（Ｔｄ）を測定する方法（例えば、特許文献１）、第２には、被測距側から折り返し送信されたＰＮ系列等である測距用データと同様のＰＮ系列等の疑似雑音符号との間で相関処理を実施し、その相関ピーク値の検出タイミングに基づいて電波伝搬時間（Ｔｄ）を測定するという方法（例えば、特許文献２）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１６５７６４公報（第２頁右欄第３９頁乃至第３頁左欄第２３行目の記載事項、図１の内容を参照。）
【０００５】
【特許文献２】
特開平５−２９７１２９号公報（第３頁左欄第１９行目乃至第３６行目の記載事項及び同頁右欄第４６行目乃至第４頁左欄第１０行目の記載事項、図１及び図２の内容を参照。）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の測距装置による電波伝搬時間（Ｔｄ）の計測では、例えば、第１の測距用データのゼロクロスする時刻から電波伝搬時間を計測するという方法では、受信波が出力され始めてから一定時間後の安定した部分を用いて電波伝搬時間の測定を行うので、測定時間が長くなるという問題点があった。また、耐雑音特性が低く、無線伝搬路において受信状況が劣化して測距用データに雑音が重畳するような場合にはゼロクロス信号の波形が歪み、正確な電波伝搬時間を計測することができないという問題点があった。
【０００７】
また、第２のＰＮ系列の相関処理を実施して電波伝搬時間を計測するという方法では、ＰＮ１チップ長内における検出の分解能を向上させるため位相判定手段及び進相・遅相判定結果を平均化するためのフィルター等を設ける必要があり、平均化精度を向上させるためには、複数回のＰＮ相関ピーク検出が必要となり測定時間を要するという問題点があった。
【０００８】
また、相関ピーク波形が三角波の形状でありスレシュホールドレベル通過点の検出誤差が大きいという問題点もあった。さらに、相関ピーク波形はＰＮ１チップ長の幅をもつ波形となるため、単純にＰＮ符号の１チップ幅を小さくすることにより電波伝搬時間の計測精度を向上させることも可能であるが、その代償として、ＰＮデータ系列の伝送速度を高める必要があり、無線における変調帯域幅が増加して周波数の有効利用が図れないという問題点があった。なお、無理に変調帯域幅を広げると、無線機の電波法上の規定値を越えることになりかねない。
【０００９】
図９は第２の方法による問題点を説明するための相関波形図及びこれに対応したスペクトル波形図である。図９において、２８，２９はマッチドフィルタ等による相関処理により検出された相関信号波形、３０，３１はこれに対応したスペクトル波形である。図９（ａ）に示す相関信号波形２４の方が図９（ｂ）に示す相関信号波形２９よりも誤差幅が大きく、閾値を上げることにより計測精度を上げることが可能であるが、閾値を高く設定すると相関信号波形のレベル変動による影響を受け易く、相関ピークを検出することが困難となる。また、図９（ｂ）に示すように、ＰＮ符号の１チップ幅を小さくすることにより誤差幅を縮小して電波伝搬時間の計測精度を向上させることも可能であるが、無線帯域幅３１が大幅に広がってしまい周波数の有効利用が図れない。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、耐雑音特性に優れる一方、変調帯域幅による制約を受けることなく測距精度を向上させることができる新規な測距装置及びこれを用いた測距システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る測距装置は、複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、この測距用データの送信タイミングと被測距側から折り返し送信された前記測距データの受信タイミングとの時間差から前記被測距側までの距離を算出する測距装置において、前記被測距側から折り返し送信された測距データの位相を前記被測距装置に送信した測距用データのゼロクロスポイントの間隔に応じてシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理して生成したＳカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距側までの距離を算出する手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項２の発明に係る測距装置は、複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、この測距用データの送信タイミングと被測距側から折り返し送信された前記測距データの受信タイミングとの時間差から前記被測距側までの距離を算出する測距装置において、前記被測距側に送信する測距用データのゼロクロスポイントを計測し、基準とするゼロクロスポイントから他のゼロクロスポイントまでの各時間差を算出する手段と、前記被測距側から折り返し送信された前記測距データの位相を前記時間差に応じてそれぞれシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理してＳカーブ信号を生成させる手段と、前記Ｓカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距側までの距離を算出する手段とを備えたものである。
【００１３】
請求項３の発明に係る測距装置は、前記測距用データがＰＮデータ系列であるものである。
【００１４】
請求項４の発明に係る測距装置は、前記測距用データが１，０パターンのデータ系列であるものである。
【００１５】
請求項５の発明に係る測距装置は、擬似雑音符号のデータ系列を生成するデータ生成部と、このデータ生成部から出力された前記データ系列の各ゼロクロスポイントを計測し、基準とするゼロクロスポイントから他のゼロクロスポイントまでの各時間差を算出するサンプリング処理部と、前記データ系列を変調して被測距装置に送信し、前記被測距装置から折り返し送信された折り返し信号を復調して受信データ系列を復元する無線部と、この無線部により復元された前記受信データ系列の位相を前記サンプリング処理部により算出した前記時間差に応じてそれぞれシフトさせ、これら位相の異なる複数の受信データ系列を総和処理してＳカーブ信号を生成するシフト波形総和部と、このシフト波形総和部により生成されたＳカーブ信号のゼロクロスポイントを計測するＳカーブ計測部と、このＳカーブ計測部により計測された前記Ｓカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距装置までの距離を算出する距離算出部とを備えたものである。
【００１６】
請求項６の発明に係る測距装置は、前記被測距装置が複数設けられ、これら複数の被測距装置それぞれに異なるデータ系列の測距用データを送受信するようにしたものである。
【００１７】
請求項７の発明に係る測距システムは、測距装置を駅ホーム側、被測距装置を車両側にそれぞれ設け、前記駅ホームの所定位置から前記駅ホームに進入した前記車両までの距離を算出する測距システムにおいて、前記測距装置は、前記車両側に送信する測距用データの各ゼロクロスポイントを計測し、基準とするゼロクロスポイントから他のゼロクロスポイントまでの各時間差を算出する手段と、前記車両側の被測距装置から折り返し送信された前記測距データの位相を前記時間差に応じてそれぞれシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理してＳカーブ信号を生成させる手段と、前記Ｓカーブ信号のゼロクロスポイントに基づいて前記車両までの距離を算出する手段とを備えたものである。
【００１８】
請求項８の発明に係る測距システムは、前記被測距装置が無線周波数又は中間周波数の段階で前記測距用データの折り返し処理を行うものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施形態１について図１乃至図４を用いて説明する。図１はこの発明の実施形態１による測距装置及び被測距装置を示すブロック構成図、図２乃至図４は図１に示すような測距装置及び被測距装置により構成される測距システムの測距原理を説明するための信号波形図等である。
【００２０】
図１において、１は測距装置、２は被測距装置である。また、３は測距用データを生成するデータ生成部、４はデータ生成部３から出力された測距用データをＡ／Ｄ変換器等によりサンプリング処理し、測距用データの送信タイミング及び各ゼロクロスポイント間隔の情報を算出する送信側のサンプリング処理部、５はサンプリング処理部４によりサンプリング処理された測距用データを変調する変調部、６は変調部５により変調された測距用データを所定レベルまで増幅処理して被測距装置２に送信する一方、被測距装置２から折り返し送信された折り返し信号を受信して受信処理する無線部、７は無線部６において受信処理された被測距装置２からの折り返し信号を復調して測距用データを復元する復調部、８は復調部７により復元された測距用データをＡ／Ｄ変換器等によりサンプリング処理する受信側のサンプリング処理部、９はサンプリング処理部８によりサンプリング処理された折り返しの測距用データの位相を送信側のサンプリング処理部４において算出した各ゼロクロスポイント間隔情報に基づいてシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理してＳカーブ信号を生成するシフト波形総和部、１０はシフト波形総和部９により生成されたＳカーブ信号のゼロクロスポイントの時刻を計測するＳカーブ計測部、１１はＳカーブ計測部１０により計測されたＳカーブ信号のゼロクロスポイントの時刻に基づいて被測距装置２までの距離を算出し、その距離情報（測距データ）を出力する距離算出部である。
【００２１】
また、１２は測距装置１から無線伝送された無線信号による測距用データを受信して受信処理する一方、後述する変調部１６により変調処理された折り返しの測距用データを折り返しの無線信号として測距装置１に送信する無線部、１３は無線部１２により受信処理された測距装置１からの無線信号を復調して測距用データを復元する復調部、１４は復調部１３により復元された測距用データを一定量遅延させる遅延処理部、１５は復調部１３により復元された測距用データを復調データとして取り出す一方、遅延処理部１４に出力して折り返し処理を行う折り返し処理部、１６は遅延処理部１４において一定量遅延させた折り返しの測距用データを変調する変調部１６である。
【００２２】
なお、無線部６，１２にはそれぞれ送信アンテナ及び受信アンテナを設けており（図示省略）、測距装置１及び被測距装置２はこれら送信アンテナ及び受信アンテナを介して無線信号の送受信を行う。
【００２３】
次に、図１に示す測距装置１及び被測距装置２による測距動作について説明する。まず、測距装置１のデータ生成部３により複数のゼロクロスポイントを有する測距用データが生成され送信側のサンプリング処理部４に出力される。図２はデータ生成部３により生成される測距用データの例を示す信号波形図であり、この実施の形態１において使用される測距データはｃｒ１乃至ｃｒ５の５つのゼロクロスポイントを有している。一般に、データ系列は、複数のゼロクロスポイントを有しており、データ系列が長くなるほど多数のゼロクロスポイントを有するが、複数のゼロクロスポイントを有するデータ系列であればよく、任意のパターンのデータ系列を使用してよい。
【００２４】
データ生成部３から出力された測距用データは、送信側のサンプリング処理部４によりサンプリング処理され、各パルスがゼロクロスする時刻、すなわちゼロクロスポイントがそれぞれ計測される。また、図２（ｂ）に示すように、このサンプリング処理部４においては、これらゼロクロスポイントの時刻情報に基づいて基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）から他のゼロクロスポイント（ｃｒ４，ｃｒ３，ｃｒ２，ｃｒ１）までの時間差（ｔ１，ｔ２，ｔ３，４）を各ゼロクロスタイミング間隔情報として算出すると共に、測距用データの送信タイミング（ｃｒ５）を算出する。
【００２５】
サンプリング処理部４により送信タイミング及び各ゼロクロスタイミング間隔の情報が算出された測距用データは、変調部５において変調処理を施す。変調された測距用データは無線部５において増幅処理され、無線信号として図示省略した送信アンテナを介して空間に放射される。空間に放射された無線信号による測距データは無線伝送されて被測距装置２により受信される。被測距装置２の無線部１２も送信アンテナ及び受信アンテナを有しており、測距装置１から無線伝送された無線信号による測距用データは無線部１２の受信アンテナを介して受信される。
【００２６】
被測距装置２の無線部１２により受信処理された無線信号は復調部１３により復調され元の測距用データが復元される。折り返し処理部１５は復調部１３において復元された測距用データを遅延処理部１４の遅延処理により一定時間遅延させ変調部１６に出力する。このように被測距装置２において測距用データを一定時間遅延させているのは被測距装置２の折り返し処理に伴う遅延誤差を防止するためであり、測距装置１はこの遅延時間分だけ電波伝搬時間（Ｔｄ）の遅延誤差を校正する。変調部１６は遅延処理部１４により一定時間遅延させた折り返しの測距データに変調処理を施して無線部１２に出力する。無線部１２は変調部１６により変調処理された測距用データを増幅処理し、折り返しの無線信号（以下、折り返し信号という。）として送信アンテナを介して空間に放射する。
【００２７】
被測距装置２から空間に放射された折り返し信号は測距装置１の図示省略した受信アンテナを介して受信され無線部６により増幅処理等の受信処理を施す。受信処理を施した折り返し信号は復調部７により復調して折り返しの測距用データ（以下、折り返しデータという。）を復元する。復元された折り返しデータは受信側のサンプリング処理部８によりサンプリング処理し、送信側のサンプリング処理部４と同様に各ゼロクロスポイントをそれぞれ計測する。サンプリング処理部８により各ゼロクロスポイントを計測した折り返しデータはシフト波形総和部９に入力され、後述するような総和処理を行う。
【００２８】
すなわち、シフト波形総和部９には送信側のサンプリング処理部４において算出した各ゼロクロスポイント間隔情報が入力されており、シフト波形総和部９はまず各ゼロクロスポイント間隔の情報（ｔ１，ｔ２，ｔ３，４）に基づいてサンプリング処理部８によりサンプリング処理した折り返しデータの位相をそれぞれシフトさせる。そして、各ゼロクロスポイント間隔に相当する時間差だけ時間的にシフトされた各折り返しデータとサンプリング処理部８によりサンプリング処理した折り返しデータについて総和処理を行いＳカーブ信号を生成する。
【００２９】
図３はシフト波形総和部９における総和処理の内容を説明するための信号波形図である。図３において、１７は受信側のサンプリング処理部８によりサンプリング処理した折り返しデータの信号波形、１８乃至２１は送信側のサンプリング処理部４により算出した各ゼロクロスポイント間隔情報に基づいて時間的にシフトされた各折り返しデータの信号波形、２２はシフト波形総和部９の総和処理により生成されたＳカーブ信号、２３はＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント、２０はサンプリング処理部８によりサンプリング処理された折り返しデータに重畳した雑音成分を示している。図３に示すように、サンプリング処理部８によりサンプリング処理した折り返しデータを各ゼロクロスポイント間隔に相当する時間差だけ時間的にシフトすると、折り返しデータ１７の基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）のタイミングに各ゼロクロスポイント間隔情報に基づいてシフトした各折り返しデータのゼロクロスポイント（ｃｒ４，ｃｒ３，ｃｒ２，ｃｒ１）がそれぞれ一致し、これら複数の折り返しデータ１７乃至２１を総和処理することによりＳカーブ信号２２が生成される。
【００３０】
また、このＳカーブ信号２２は、ＰＮ系列等の擬似雑音符号からなる測距用データを総和処理しているため、折り返しデータ１７の基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）のタイミングにおいては正方向成分と負方向成分が強調されて急峻なゼロクロス特性を示すが、他のタイミングにおいては各折り返しデータ１７乃至２１の正方向成分と負方向成分が平均化され、比較的なだらかな特性となる。例えば、図３に示すような雑音成分２４が重畳されていたとしても、各折り返しデータが異なるゼロクロスポイント間隔に応じてシフトされているので、上述したような各ゼロクロスポイント間隔情報に応じてシフトさせた複数の折り返しデータを総和処理することにより、雑音成分２４が平均化され、雑音信号による影響を抑制することができる。
【００３１】
なお、以上のようなゼロクロスシフト処理、及びゼロクロスシフトした折り返しデータの総和処理は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、以下、ＤＳＰという。）を用いたソフトウェア処理によって実現することができる。具体的には、受信側のサンプリング処理部８によってサンプリング処理したデジタルの折り返しデータをメモリ等の記憶手段に一時記憶させておき、この記憶手段に記憶したデジタルの測距用データをＤＳＰにより処理してＳカーブ信号を生成する。
【００３２】
シフト波形総和部９により生成されたＳカーブ信号２２はＳカーブ計測部１０に入力される。Ｓカーブ計測部１０はＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の時刻を折り返しデータ１７の受信タイミングとして計測する。図４はＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３と受信タイミングとの関係を示す信号波形図である。図４に示すように、Ｓカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の検出タイミングが折り返しデータ１７の受信タイミングとなり、実施の形態１による測距装置１によれば、Ｓカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の検出が容易かつ正確となるので、折り返しデータ１７の受信タイミングを正確に検出することができる。Ｓカーブ計測部１０により計測されたＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３のタイミングは受信タイミング情報として距離算出部１１に出力される。
【００３３】
距離算出部１１には送信側のサンプリング処理部４において算出した送信タイミング情報が入力されており、距離算出部１１はこの送信タイミング情報とＳカーブ計測部１０により計測されたＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３のタイミング情報、すなわり受信タイミングの情報とに基づいて被測距装置２までの電波伝搬時間（Ｔｄ）を算出する。また、距離算出部１１には被測距装置２において遅延させた折り返しデータの遅延時間が与えられており、この遅延時間により電波伝搬時間（Ｔｄ）を校正する。そして、この校正された電波伝搬時間（Ｔｄ）に光速Ｃを乗じ、さらに１／２を乗じることにより測距装置１から被測距装置２までの距離が算出される。
【００３４】
このように、実施の形態１による測距装置１によれば、受信タイミングとなる折り返しデータの基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）のタイミングをＳカーブ計測部１０により正確に計測することができるので、Ｓカーブ計測部１０により計測したＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３のタイミング情報に基づいて測距装置１から被測距装置２までの距離を正確に算出することができる。図５は測距装置１により算出した電波伝搬時間（Ｔｄ）を説明するための信号波形図である。図５に示すように、測距装置１と被測距装置２との間における電波伝搬時間（Ｔｄ）は、測距装置１において送受信された測距用データの基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）の時間差となるので、測距装置１において受信された折り返しデータの基準とするゼロクロスポイント（ｃｒ５）を正確に計測することにより正確な電波伝搬時間（Ｔｄ）を算出することができる。
【００３５】
なお、実施の形態１による測距装置１では、送信側のサンプリング処理部４において測距用データの各ゼロクロスポイント間隔情報を算出する際にゼロクロスポイント（ｃｒ５）を基準としているが、ゼロクロスポイント（ｃｒ１）を基準として算出してもよい。この場合、ゼロクロスポイント（ｃｒ１）に基づき送信タイミングが算出される。
【００３６】
また、実施の形態１による被測距装置２では、折り返し処理が復調部１３の処理後において実施されているが、無線部１２における無線周波数段階や中間周波数段階で折り返し処理を実施してもよい。この場合、復調部１３と変調部１６による遅延の影響を除くことができるが、送信出力レベルを自動調整して出力させることが必要である。
【００３７】
実施の形態２．
次に、図１に示すような測距装置の測距精度を向上させる手法について図６を用いて説明する。実施の形態１による測距装置においては、シフト波形総和部９の総和処理によって生成されたＳカーブ信号２２に基づいて測距装置による受信した折り返しデータの受信タイミングを算出するようにしたので、従来方式のようにＰＮ符号のチップ速度を上げなくても、サンプリング処理部４，８の計測精度を上げることによって測距精度を向上させることができる。図６はサンプリング処理部のサンプリング速度とＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の計測誤差との関係を示す信号波形図である。図６（ｂ）に示すように、サンプリング処理部４，８のサンプリング速度を上げてサンプリング処理部４，８のサンプリング間隔を狭くすればＳカーブ信号２２のゼロクロスポイント２３の計測誤差を小さくすることができ、測距装置の測距精度を向上させることができる。また、ＰＮ符号のチップ速度を上げる必要がないため変調帯域幅が広がるという問題もなく、周波数の有効利用を図ることができる。
【００３８】
なお、従来方式であるＰＮ系列の相関処理を実施して電波伝搬時間を計測するという方法では、サンプリング処理部４，８のサンプリング速度を上げても電波伝搬時間（Ｔｄ）の計測精度を向上させることにはつながらず、このようにサンプリング処理部４，８の計測精度を上げることによって測距精度を向上させる手法は実施の形態１による測距装置のような測距原理を使用する場合において有効である。
【００３９】
実施の形態３．
次に実施の形態３による測距装置について図７を用いて説明する。図７は実施の形態４による測距装置及び被測距装置を示すブロック構成図である。図７において、１ｂは測距装置、２ｂは被測距装置であり、実施の形態３による測距システムは被測距装置２ｂが複数となるような場合を想定したものである。なお、これら測距装置１ｂ及び被測距装置２ｂの具体的な構成については説明を省略するが、それぞれ図１に示すように構成されている。但し、測距装置１ｂは各被測距装置２ｂに応じて異なるデータ系列の測距用データを使用する。これにより被測距装置２ｂが複数となるような場合においてもこれら各被測距装置２ｂまでの距離を正確に算出することができる。
【００４０】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態による測距装置１，１ｂにおいては、データ生成部３により生成する測距用データとして任意のパターンのデータ系列を使用したが、ＰＮデータ系列等の擬似雑音符号を使用してもよい。このような擬似雑音符号を測距用データとして使用することにより、隣接する他のシステムに対する干渉の影響を抑制することができる。また、測距用データにおけるゼロクロスポイントの数を増やすため、１，０パターンのデータ系列を使用することも可能である。１，０パターンのデータ系列を使用することにより、さらに耐雑音性能を向上させることができる。
【００４１】
実施の形態５．
最後に、図１に示すような測距装置及び被測距装置を適用した測距システムの例について図８を用いて説明する。図８は列車と駅ホーム間の距離を測定する測距システムを示すシステム概念図である。図８おいては、２５は列車、２６は線路、２７は駅ホームであり、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。図８に示すように、例えば、駅ホーム２７側に図１に示すような測距装置１、列車２５側に図１に示すような被測距装置２をそれぞれ配置することにより、列車２５が駅ホーム２７に進入した際の列車２５と駅ホーム２７との間の距離を正確に求めることができる。なお、これらの配置を逆にして測距装置１を列車２５側に配置しても同様である。また、無線信号の送受信に基づいて距離を算出するので、列車２５が駅ホーム２７に進入してから所定位置において停車するまでの各距離を連続的に計測することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、被測距装置に送信した測距用データのゼロクロスポイント間隔情報に応じて被測距装置から折り返し送信された測距用データの位相をシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理するので、測距用データのゼロクロスポイントが一点に集約して、急峻な波形のＳカーブ信号を得ることができ、ゼロクロスポイントの波形が雑音重畳により歪んでいても、このＳカーブ信号のゼロクロスポイントを検出することにより正確な電波伝搬時間を計測することができ、耐雑音特性に優れる一方、変調帯域幅による制約を受けることなく測距精度を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による測距装置及び被測距装置を示すブロック構成図である。
【図２】測距装置１のデータ生成部３により生成される測距用データの例を示す信号波形図である。
【図３】測距装置１のシフト波形総和部９による総和処理の内容を説明するための信号波形図である。
【図４】Ｓカーブ信号１８のゼロクロスポイント１９と受信タイミングとの関係を示す信号波形図である。
【図５】測距装置１により算出した電波伝搬時間（Ｔｄ）を説明するための信号波形図である。
【図６】実施の形態２による測距装置を説明するためのサンプリング処理部のサンプリング速度とＳカーブ信号１８のゼロクロスポイントの計測誤差との関係を示す信号波形図である。
【図７】実施の形態３による測距装置及び被測距装置を示すブロック構成図である。
【図８】実施の形態５による測距システムを示すシステム概念図である。
【図９】従来方式（第２の方法）による問題点を説明するための相関波形図及びこれに対応したスペクトル波形図である。
【符号の説明】
１，１ｂ 測距装置、２，２ｂ 被測距装置、３ データ生成部、
４ 送信側のサンプリング処理部、６、１２ 無線部、
８ 受信側のサンプリング処理部、
９ シフト波形総和部、１０ Ｓカーブ計測部、１１ 距離算出部、
１４ 遅延処理部、１５ 折り返し処理部、
２５ 列車、２７ 駅ホーム。
Claims (8)
- 複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、この測距用データの送信タイミングと被測距側から折り返し送信された前記測距データの受信タイミングとの時間差から前記被測距側までの距離を算出する測距装置において、前記被測距側から折り返し送信された測距データの位相を前記被測距装置に送信した測距用データのゼロクロスポイントの間隔に応じてシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理して生成したＳカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距側までの距離を算出する手段とを備えたことを特徴とする測距装置。
- 複数のゼロクロスポイントを有する測距用データを送受信し、この測距用データの送信タイミングと被測距側から折り返し送信された前記測距データの受信タイミングとの時間差から前記被測距側までの距離を算出する測距装置において、前記被測距側に送信する測距用データのゼロクロスポイントを計測し、基準とするゼロクロスポイントから他のゼロクロスポイントまでの各時間差を算出する手段と、前記被測距側から折り返し送信された前記測距データの位相を前記時間差に応じてそれぞれシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理してＳカーブ信号を生成させる手段と、前記Ｓカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距側までの距離を算出する手段とを備えたことを特徴とする測距装置。
- 前記測距用データは、ＰＮデータ系列であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の測距装置。
- 前記測距用データは、１，０パターンのデータ系列であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の測距装置。
- 擬似雑音符号のデータ系列を生成するデータ生成部と、このデータ生成部から出力された前記データ系列の各ゼロクロスポイントを計測し、基準とするゼロクロスポイントから他のゼロクロスポイントまでの各時間差を算出するサンプリング処理部と、前記データ系列を変調して被測距装置に送信し、前記被測距装置から折り返し送信された折り返し信号を復調して受信データ系列を復元する無線部と、この無線部により復元された前記受信データ系列の位相を前記サンプリング処理部により算出した前記時間差に応じてそれぞれシフトさせ、これら位相の異なる複数の受信データ系列を総和処理してＳカーブ信号を生成するシフト波形総和部と、このシフト波形総和部により生成されたＳカーブ信号のゼロクロスポイントを計測するＳカーブ計測部と、このＳカーブ計測部により計測された前記Ｓカーブ信号のゼロクロスポイントの検出タイミングに基づいて前記被測距装置までの距離を算出する距離算出部とを備えたことを特徴とする測距装置。
- 前記被測距装置が複数設けられ、これら複数の被測距装置それぞれに異なるデータ系列の測距用データを送受信するようにしたことを特徴とする請求項５記載の測距装置
- 測距装置を駅ホーム側、被測距装置を車両側にそれぞれ設け、前記駅ホームの所定位置から前記駅ホームに進入した前記車両までの距離を算出する測距システムにおいて、前記測距装置は、前記車両側に送信する測距用データの各ゼロクロスポイントを計測し、基準とするゼロクロスポイントから他のゼロクロスポイントまでの各時間差を算出する手段と、前記車両側の被測距装置から折り返し送信された前記測距データの位相を前記時間差に応じてそれぞれシフトさせ、これら位相の異なる複数の測距用データを総和処理してＳカーブ信号を生成させる手段と、前記Ｓカーブ信号のゼロクロスポイントに基づいて前記車両までの距離を算出する手段とを備えたことを特徴とする測距システム。
- 前記被測距装置は、無線周波数又は中間周波数の段階で前記測距用データの折り返し処理を行うことを特徴とする請求項７記載の測距システム。
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