JP2006194802A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 距離測定の精度を向上させた距離測定装置を提供する。
【解決手段】 測距ユニット１００−１は、測距対象物４００までの距離を測定するものであって、インパルスを発生するインパルス発生回路１０６と、このインパルスを送信する送信アンテナ１１２と、送信アンテナ１１２から送信されて測距対象物４００で反射したインパルスの反射信号と、送信アンテナ１１２から送信されたインパルスの漏洩信号とを受信する受信アンテナ１１４と、反射信号と漏洩信号との時間差に基づいて、対象物までの距離を算出するコントローラ１０２とを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、対象物までの距離を測定する距離測定装置に関する。

従来より、対象物までの距離を測定する様々な距離測定装置が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。図１は、従来の距離測定装置である測距ユニットの構成を示す図である。同図に示す測距ユニット５００において、送信部５０４内のインパルス発生回路５０６は、コントローラ５０２からの送信パルスを入力し、拡散処理により超短パルス（インパルス）を生成する。このインパルスは、広帯域フィルタ５０８、広帯域アンプ５１０を介して送信波信号として送信アンテナ５１２から放射される。放射された送信波信号は、測距対象物６００で反射して受信アンテナ５１４により受信され、この受信された反射波信号は、広帯域フィルタ５１８、広帯域低雑音アンプ５２０を介して逆拡散回路５２２に送られる。逆拡散回路５２２は、入力した反射波信号に対して逆拡散処理を行い、受信パルスを出力する。コントローラ５０２は、送信パルスの出力タイミングと受信パルスの入力タイミングの時間差から測距対象物６００までの距離を求める。送信パルスの出力タイミングと受信パルスの入力タイミングの時間差をｔ、光速をｃとすると、距離Ｌは、Ｌ＝ｃ×ｔ／２により求められる。
特開平１０−２８２２１６号公報 特開２００１−３３５４３号公報 特開２００３−１７４３６８号公報

しかしながら、上述した距離測定の手法では、送信パルスの出力タイミングと受信パルスの入力タイミングの時間差に、送信部５０４内の広帯域フィルタ５０８、広帯域アンプ５１０、送信アンテナ５１２、受信アンテナ５１４、受信部５１６内の広帯域フィルタ５１８、広帯域低雑音アンプ５２０のそれぞれにおける遅延時間や、逆拡散回路５２２における逆拡散処理の時間、コントローラ５０２による処理時間が含まれるため、測定距離に誤差が生じる。

また、送信パルスから生成されるインパルスは、広帯域フィルタ５０８、広帯域アンプ５１０、送信アンテナ５１２を通る毎に伸張するため、受信パルスは、複数のピークが存在するものとなり、どのピークを受信パルスの入力タイミングとするかを判断することが困難であるため、この点からも測定距離に誤差が生じやすい。例えば、送信パルスが図２（ａ）に示すものである場合、受信パルスは図２（ｂ）に示すように複数のピークが存在し、例えば、受信強度がＶ２以上のピークを受信パルスの入力タイミングとするような仕様であっても、ピークｐ１乃至ｐ４のいずれを選択するかによって測定距離が異なってしまう。

そこで、本発明は、距離測定の精度を向上させた距離測定装置を提供することを目的とする。

本発明の距離測定装置は、対象物までの距離を測定するものであって、インパルスを発生するインパルス発生手段と、前記インパルス発生手段により発生された前記インパルスを送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信されて前記対象物で反射したインパルスの反射信号と、前記送信アンテナから送信された前記インパルスの漏洩信号とを受信する受信アンテナと、前記受信アンテナにより受信された前記反射信号と前記漏洩信号との時間差に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを有する。

受信アンテナにより漏洩信号が受信されるタイミングは、送信アンテナによりインパルスが送信されるタイミングとほぼ同一であるため、受信アンテナにより受信された反射信号と漏洩信号との時間差は、送信アンテナによりインパルスが送信されるタイミングと受信アンテナにより反射信号が受信されるタイミングの時間差とほぼ同一となる。従って、受信アンテナにより受信された反射信号と漏洩信号との時間差に基づいて、対象物までの距離が算出されることにより、距離測定装置内部での遅延を排除したより精度の高い距離測定が可能となる。

また、本発明の距離測定装置は、対象物までの距離を測定するものであって、インパルスを発生させるインパルス発生手段と、前記インパルス発生手段により発生された前記インパルスを送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信された前記インパルスの漏洩信号とを受信する受信アンテナと、前記インパルス発生手段により発生された前記インパルスの漏洩信号を取得する漏洩信号取得手段と、前記受信アンテナにより受信された前記反射信号と前記漏洩信号取得手段により取得された前記漏洩信号との時間差に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを有する。

この構成により、インパルスの漏洩信号を、受信アンテナを介さずに取得することによっても、上述と同様、距離測定装置内部での遅延を排除したより精度の高い距離測定が可能となる。

また、本発明の距離測定装置は、前記反射信号及び漏洩信号を複数の遅延時間で遅延させる遅延手段と、前記反射信号及び漏洩信号と前記遅延手段により遅延された前記反射信号及び漏洩信号とを加算する加算手段とを有し、前記距離算出手段は、前記加算手段の出力信号のうち振幅が最大となる出力信号に対応する前記遅延手段における遅延時間に基づいて、前記対象物までの距離を算出する。

この構成により、反射信号と漏洩信号の時間差を適切に導出することが可能となる。

また、本発明の距離測定装置は、前記遅延手段が、前記反射信号及び漏洩信号毎に、異なる遅延時間で遅延させる。

また、本発明の距離測定装置は、前記遅延手段が、遅延時間の異なる複数の遅延線を有する。

また、本発明の距離測定装置は、前記遅延手段が、伝送路長の異なる複数のパターン線を有する。

また、本発明の距離測定装置は、対象物までの距離を測定するものであって、パルスを擬似雑音符号に基づくインパルス列を発生するインパルス列発生手段と、前記インパルス列発生手段により発生された前記インパルス列を送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信されて前記対象物で反射したインパルス列の反射信号を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナにより受信された前記反射信号と前記擬似雑音符号との相関に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを有する。

この構成により、反射信号と擬似雑音符号との相関が検出されて対象物までの距離が算出されるため、耐ノイズ性が向上し、精度の高い距離測定が可能となる。

また、本発明の距離測定装置は、前記インパルス列発生手段が、前記擬似雑音符号をＲＺ符号に変換して前記インパルス列を発生する。

また、本発明の距離測定装置は、前記受信アンテナによって受信された前記反射信号を複数の遅延時間で遅延させて合成する遅延・合成手段を有し、前記距離算出手段が、前記遅延・合成手段の出力信号振幅に基づいて、前記対象物までの距離を算出する。

本発明にかかる距離測定装置は、反射信号と漏洩信号との時間差に基づいて、対象物までの距離を算出しており、距離測定装置内部での遅延を排除したより精度の高い距離測定が可能となる。

以下、本発明の実施形態の距離測定装置について、図面を用いて説明する。

図３は、距離測定装置としての第１の測距ユニットのブロック図である。同図に示す測距ユニット１００−１は、測距対象物４００までの距離を測定するものであり、コントローラ１０２、送信部１０４、送信アンテナ１１２、受信アンテナ１１４及び受信部１１６により構成される。これらのうち、送信部１０４は、インパルス発生回路１０６、広帯域フィルタ１０８及び広帯域アンプ１１０により構成され、受信部１１６は、広帯域フィルタ１１８、広帯域低雑音アンプ１２０及び逆拡散回路１２２により構成される。

次に、図３に示す測距ユニット１００−１の動作を説明する。

コントローラ１０２は、送信パルスを出力する（図４（ａ）参照）。送信部１０４内のインパルス発生回路１０６は、コントローラ１０２からの送信パルスを入力し、所定の拡散符号を用いて拡散処理を行ってインパルスを生成、出力する（図４（ｂ）参照）。送信部１０４内の広帯域フィルタ１０８は、インパルス発生回路１０６からのインパルスについて、所定の周波数成分を除去して出力する。送信部１０４内の広帯域アンプ１１０は、広帯域フィルタ１０８からのインパルスを増幅して出力する。送信アンテナ１１２は、広帯域アンプ１１０からのインパルスを送信波信号として放射する。

送信アンテナ１１２による送信波信号の放射タイミングは、広帯域フィルタ１０８、広帯域アンプ１１０及び送信アンテナ１１２のそれぞれにおける遅延とコントローラ１０２における処理時間により、図４（ｃ）に示すように、コントローラ１０２が送信パルスを出力してから時間Ｔｂだけ遅れ、インパルス発生回路１０６がインパルスを出力してから時間Ｔａだけ遅れる。

送信アンテナ１１２から放射された送信波信号は、測距対象物４００で反射する。受信アンテナ１１４は、この反射波信号を受信する（図４（ｅ）参照）。また、受信アンテナ１１４は、送信アンテナ１１２から漏洩した漏洩波信号を直接受信する。ここで、送信アンテナ１１２と受信アンテナ１１４は、近接して配置されているため、送信アンテナ１１２が送信波信号を放射するタイミングと、受信アンテナ１１４が漏洩波信号を受信するタイミングとはほぼ同一である。すなわち、受信アンテナ１１４による漏洩波信号の受信タイミングは、図４（ｄ）に示すように、コントローラ１０２が送信パルスを出力してから時間Ｔｂだけ遅れ、インパルス発生回路１０６がインパルスを出力してから時間Ｔａだけ遅れる。

受信部１１６内の広帯域フィルタ１１８は、受信アンテナ１１４からの反射波信号及び漏洩波信号について、所定の周波数成分を除去して出力する。受信部１１６内の広帯域低雑音アンプ１２０は、広帯域フィルタ１１８からの反射波信号及び漏洩波信号を増幅して出力する。逆拡散回路１２２は、広帯域低雑音アンプ１２０は、広帯域フィルタ１１８からの反射波信号及び漏洩波信号について、送信部１０４内のインパルス発生回路１０６と同一の拡散符号を用いて逆拡散処理を行い、反射波信号及び漏洩波信号のそれぞれに対応する受信パルスを出力する。

コントローラ１０２は、これら反射波信号に対応する受信パルスと漏洩波信号に対応する受信パルスとの時間差に基づいて、測距対象物４００までの距離を算出する。

コントローラ１０２が漏洩波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングは、図４（ｆ）に示すように、受信アンテナ１１４、広帯域フィルタ１１８、広帯域低雑音アンプ１２０のそれぞれにおける遅延や、逆拡散回路１２２における逆拡散処理の時間により、受信アンテナ１１４が漏洩波信号を受信してから時間Ｔｃだけ遅れる。同様に、コントローラ１０２が反射波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングは、図４（ｇ）に示すように、受信アンテナ１１４、広帯域フィルタ１１８、広帯域低雑音アンプ１２０のそれぞれにおける遅延や、逆拡散回路１２２における逆拡散処理の時間により、受信アンテナ１１４が漏洩波信号を受信してから時間Ｔｃだけ遅れる。従って、コントローラ１０２が漏洩波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングと反射波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングとの時間差Ｔｄは、送信アンテナ１１２による送信波信号の放射タイミングと受信アンテナ１１４による反射波信号の受信タイミングとの時間差と一致する。

送信アンテナ１１２による送信波信号の放射タイミングと受信アンテナ１１４による反射波信号の受信タイミングとの時間差は、測距ユニット１００−１内部での遅延が排除され、測距ユニット１００−１と測距対象物４００との間を信号が往復する時間（真の測距時間）を表す。コントローラ１０２は、漏洩波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングと反射波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングとの時間差Ｔｄ、光速ｃを用いて、測距対象物４００までの距離ＬをＬ＝ｃ×Ｔｄ／２により算出する。

従来は、コントローラ１０２が送信パルスを出力するタイミングと当該コントローラ１０２が受信パルスを入力するタイミングとの時間差Ｔｅ（図４参照）を測距時間とし、光速ｃを用いて、測距対象物４００までの距離ＬがＬ＝ｃ×Ｔｅ／２により算出されていた。このため、測距時間Ｔｅには、広帯域フィルタ１０８、広帯域アンプ１１０、送信アンテナ１１２、受信アンテナ１１４、広帯域フィルタ１１８、広帯域低雑音アンプ１２０のそれぞれにおける遅延時間や、逆拡散回路１２２における逆拡散処理の時間、コントローラ１０２における処理時間が含まれることになり、測定距離に誤差が生じた。

これに対し、測距ユニット１００−１では、コントローラ１０２が漏洩波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングと反射波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングとの時間差、換言すれば、送信アンテナ１１２による送信波信号の放射タイミングと受信アンテナ１１４による反射波信号の受信タイミングとの時間差Ｔｄを測距時間として測距対象物４００までの距離Ｌが算出される。従って、測距ユニット１００−１内部での遅延を排除したより精度の高い距離測定が可能となる。

図５は、距離測定装置としての第２の測距ユニットのブロック図である。同図に示す測距ユニット１００−２は、上述した第１の測距ユニット１００−１と比較すると、送信アンテナ１１２及び受信アンテナ１１４に換えて送受信アンテナ１２６を有するとともに、送信部１０４からのインパルスの送受信アンテナ１２６への出力と、送受信アンテナ１２６からの反射波信号の受信部１１６への出力とを選択的に切り替えるスイッチ１２４とを有する。

測距ユニット１００−２において、送信部１０４内の広帯域アンプ１１０は、広帯域フィルタ１０８からのインパルスを増幅して出力する。コントローラ１０２は、この出力タイミングに応じて、広帯域アンプ１１０からのインパルスが送受信アンテナ１２６へ出力されるように、スイッチ１２４を制御する。送受信アンテナ１２６は、広帯域アンプ１１０からのインパルスを送信波信号として放射する。送受信アンテナ１２６から放射された送信波信号は、測距対象物４００で反射する。送受信アンテナ１２６は、この反射波信号を受信する。コントローラ１０２は、この受信タイミングに応じて、送受信アンテナ１２６からのインパルスが受信部１１６内の広帯域フィルタ１１８に入力されるように、スイッチ１２４を制御する。

広帯域フィルタ１１８は、送受信アンテナ１２６からの反射波信号について、所定の周波数成分を除去して出力する。また、広帯域フィルタ１１８は送信部１０４から漏洩する、インパルスに対応する漏洩波信号を入力し、所定の周波数成分を除去して出力する。広帯域低雑音アンプ１２０は、広帯域フィルタ１１８からの反射波信号及び漏洩波信号を増幅して出力する。逆拡散回路１２２は、広帯域フィルタ１１８からの反射波信号及び漏洩波信号について、送信部１０４内のインパルス発生回路１０６と同一の拡散符号を用いて逆拡散処理を行い、反射波信号及び漏洩波信号のそれぞれに対応する受信パルスを出力する。

コントローラ１０２は、これら反射波信号に対応する受信パルスと漏洩波信号に対応する受信パルスとの時間差に基づいて、測距対象物４００までの距離を算出する。ここで、コントローラ１０２が漏洩波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングと反射波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングとの時間差は、広帯域フィルタ１１８が漏洩波信号を入力するタイミングと反射波信号を入力するタイミングとの時間差と一致する。更に、広帯域フィルタ１１８が漏洩波信号を入力するタイミングは、送受信アンテナ１２６が送信波信号を放射するタイミングとほぼ同一である。従って、コントローラ１０２が漏洩波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングと反射波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングとの時間差は、送受信アンテナ１２６による送信波信号の放射タイミングと反射波信号の受信タイミングとの時間差に一致する。

コントローラ１０２は、漏洩波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングと反射波信号に対応する受信パルスを入力するタイミングとの時間差Ｔｄ、光速ｃを用いて、測距対象物４００までの距離ＬをＬ＝ｃ×Ｔｄ／２により算出する。これにより、測距ユニット１００内部での遅延を排除したより精度の高い距離測定が可能となる。

図６は、距離測定装置としての第３の測距ユニットのブロック図である。同図に示す測距ユニット１００−３は、上述した第１の測距ユニット１００−１と比較すると、逆拡散回路１２２の代わりに、第１遅延線１３２−１乃至第ｎ遅延線１３２−ｎ（以下、適宜「遅延線１３２」と称する）と、第１加算回路１３４−１乃至第ｎ１３４−ｎ（以下、適宜、「加算回路１３４」と称する）とを有する。

受信部１１６内の広帯域低雑音アンプ１２０は、広帯域フィルタ１１８からの反射波信号及び漏洩波信号を増幅して第１遅延線１３２−１乃至第ｎ遅延線１３２−ｎに出力するとともに、第１加算回路１３４−１乃至第ｎ加算回路１３４−ｎに出力する。

第１遅延線１３２−１乃至第ｎ１３２−ｎは、異なる遅延時間を有し、入力した反射波信号及び漏洩波信号をそれぞれ遅延させて出力する。ここでは、第１遅延線１３２−１の遅延時間＜第ｎ遅延線１３２−ｎの遅延時間である。

第１加算回路１３４−１は、広帯域低雑音アンプ１２０から直接入力した反射波信号及び漏洩波信号と、第１遅延線１３２−１からの遅延された反射波信号及び漏洩波信号とを加算してコントローラ１０２へ出力する。同様に、第２加算回路１３４−２は、広帯域低雑音アンプ１２０から直接入力した反射波信号及び漏洩波信号と、第２遅延線１３２−２からの遅延された反射波信号及び漏洩波信号とを加算してコントローラ１０２へ出力し、第ｎ加算回路１３４−ｎは、広帯域低雑音アンプ１２０から直接入力した反射波信号及び漏洩波信号と、第ｎ遅延線１３２−ｎからの遅延された反射波信号及び漏洩波信号とを加算してコントローラ１０２へ出力する。

コントローラ１０２は、第１加算回路１３４−１乃至第ｎ加算回路１３４−ｎのうち、振幅が最大の信号を出力した加算回路１３４に接続されている遅延線１３２の遅延時間を特定する。

例えば、図７（ａ）に示す漏洩波信号及び反射波信号が広帯域低雑音アンプ１２０から出力される場合について考える。この場合、第１遅延線１３２−１は、図７（ｂ）に示すように、入力した漏洩波信号及び反射波信号を時間Ｔ１だけ遅延させて第１加算回路１３４−１へ出力する。第１加算回路１３４−１は、図７（ｃ）に示すように、図７（ａ）に示す広帯域低雑音アンプ１２０から直接入力した漏洩波信号及び反射波信号と、図７（ｃ）に示す第１加算回路１３４−１からの漏洩波信号及び反射波信号とを加算してコントローラ１０２へ出力する。

同様に、第ｋ遅延線１３２−ｋは、図７（ｄ）に示すように、入力した漏洩波信号及び反射波信号を時間Ｔｋだけ遅延させて第ｋ加算回路１３４−ｋへ出力する。第ｋ加算回路１３４−ｋは、図７（ｅ）に示すように、図７（ａ）に示す広帯域低雑音アンプ１２０から直接入力した漏洩波信号及び反射波信号と、図７（ｄ）に示す第ｋ加算回路１３４−ｋからの漏洩波信号及び反射波信号とを加算してコントローラ１０２へ出力する。

そして、コントローラ１０２は、各加算回路１３４から出力される信号のうち、振幅が最大の信号を特定し、この信号を出力した第ｋ加算回路１３４−ｋに接続されている第ｋ遅延線１３４−ｋの遅延時間Ｔｋを特定する。ここで、振幅が最大の信号は、図７（ａ）に示す広帯域低雑音アンプ１２０からの反射波信号と、図７（ｄ）に示す第ｋ加算回路１３４−ｋからの時間Ｔｋだけ遅延された漏洩波信号とが加算されることによって得られたものである。従って、第ｋ遅延線１３４−ｋの遅延時間Ｔｋは、漏洩波信号と反射波信号との時間差を表すことになる。

更に、漏洩波信号と反射波信号との時間差は、送信アンテナ１１２による送信波信号の放射タイミングと受信アンテナ１１４による反射波信号の受信タイミングとの時間差に一致する。そして、送信アンテナ１１２による送信波信号の放射タイミングと受信アンテナ１１４による反射波信号の受信タイミングとの時間差は、測距ユニット１００−１内部での遅延が排除され、測距ユニット１００−１と測距対象物４００との間を信号が往復する時間（真の測距時間）を表す。コントローラ１０２は、遅延時間Ｔｋ、光速ｃを用いて、測距対象物４００までの距離ＬをＬ＝ｃ×Ｔｋ／２により算出する。これにより、測距ユニット１００−１内部での遅延を排除したより精度の高い距離測定が可能となる。

なお、図８に示す第４の測距ユニット１００−４のように、第１遅延線１３２−１乃至第ｎ遅延線１３２−ｎのそれぞれの代わりに、パターン１３３−１乃至パターン１３３−ｎを設けても良い。この場合、各パターン１３３における遅延時間は、パターン長に比例する。

また、図９に示す第５の測距ユニット１００−５のように、第１遅延線１３２−１乃至第ｎ遅延線１３２−ｎのそれぞれの前段にスイッチ１３６−１乃至１３６−ｎ、後段にスイッチ１３７−１乃至１３７−ｎを設け、１つの加算回路１３５を設けた構成でも良い。この場合は、コントローラ１０２によるスイッチ１３６及び１３７の制御により、第１遅延線１３２−１乃至第ｎ遅延線１３２−ｎからの出力信号が順番に加算回路１３５に入力されるようにすることで、図６に示す測距ユニット１００−３と同様の動作が可能となる。更には、図９に示す第５の測距ユニット１００−５において、遅延線１３２をパターンに代えた構成でも良い。

図１０は、距離測定装置としての第６の測距ユニットのブロック図である。同図に示す測距ユニット１００−６は、測距対象物４００までの距離を測定するものであり、送信部１５２、送信アンテナ１６０、受信アンテナ１６２及び受信部１６４により構成される。これらのうち、送信部１５２は、ＰＮ発生器１５４、ＲＺ出力変換部１５６及びインパルス出力部１５８により構成され、受信部１６４は、パターン比較部１６６、時間測定部１６８及び距離算出部１７０により構成される。

次に、図１０に示す測距ユニット１００−６の動作を説明する。送信部１５２内のＰＮ発生器１５４は、擬似拡散（ＰＮ：Pseudo Noise）符号のパルス列（ＰＮパルス列）を発生する。ＲＺ出力変換部１５６は、このＰＮパルス列をＲＺ（Return to Zero）符号のパルス列（ＲＺパルス列）に変換する。例えば、ＰＮパルス列が図１１（ａ）に示すものである場合、ＲＺパルス列は図１１（ｂ）に示すものとなる。

インパルス出力部１５８は、ＲＺ出力変換部１５６からのＲＺパルス列をインパルス列（図１１（ｃ）参照）に変換して出力する。このインパルス出力部１５８は、図１２に示すように、ＲＺ出力変換部１５６と送信アンテナ１６０との間に直列に接続されたコンデンサ１７２及び１７３と、これらコンデンサ１７２及び１７３の間とアースとの間に接続されたステップリカバリダイオード１７４とによって構成され、高速スイッチングが可能となっている。インパルス列が３．１乃至１０．７ＧＨｚであれば、超広帯域（UWB：Ultra Wide Band）通信が可能となる。なお、ＲＺ出力変換部１５６を設けずに、インパルス出力部１５８がＰＮ発生器１５４からのＰＮパルス列を直接入力してインパルス列に変換するようにしても良い。

送信アンテナ１６０は、インパルス出力部１５８からのインパルス列を送信波信号として放射する（図１２（ａ）参照）。送信アンテナ１６０から放射された送信波信号は、測距対象物４００で反射する。受信アンテナ１６２は、この反射波信号を受信する。この反射波信号には、反射波成分のみならずノイズが含まれている（図１２（ｂ）参照）。

受信部１６４内のパターン比較部１６６は、ＲＺ出力変換部１５６が出力したＲＺパルス列、換言すれば、ＰＮ発生器１５４において用いられたＰＮ符号に対応するＲＺパルス列を複数の遅延時間で遅延させたカンニング信号を生成し、これらカンニング信号と反射波信号との相関を検出する。例えば、図１３（ｃ）乃至（ｆ）に示すように、第１乃至第４のカンニング信号が生成される場合、第４カンニング信号と反射波信号との相関が最も大きくなる。パターン比較部１６６は、相関の検出結果を時間測定部１６８へ出力する。

時間測定部１６８は、反射波信号との相関が最大となったカンニング信号の遅延時間を特定する。図１１の例では、第４カンニング信号の遅延時間τが特定されることになる。この遅延時間は、送信アンテナ１６０による送信波信号の放射タイミングと受信アンテナ１６２による反射波信号の受信タイミングとの時間差に一致する。

距離算出部１７０は、時間測定部１６８によって特定された遅延時間を用いて、測距対象物４００までの距離を算出する。具体的には、距離算出部１７０は、遅延時間τ、光速ｃを用いて、測距対象物４００までの距離ＬをＬ＝ｃ×τ／２により算出する。

このように、測距ユニット１００−６では、ＰＮ符号に対応する反射波信号とＰＮ符号に対応する各カンニング信号との相関が検出されて測距対象物４００までの距離が算出されるため、耐ノイズ性が向上し、精度の高い距離測定が可能となる。

なお、測距ユニット１００−６において、ＰＮ発生器１５４内に遅延回路を設けることによって、ＰＮパルス列を発生することもできる。図１４は、遅延回路のブロック図である。同図に示す遅延回路１８０において、遅延素子１８２、１８４及び１８６は、ＰＮ符号に対応する遅延時間を有する。具体的には、遅延素子１８２は、外部からの変調パルスを時間ｔ１だけ遅延させて出力する。遅延素子１８４は、遅延素子１８２からの変調パルスを時間ｔ２だけ遅延させて出力する。従って、遅延素子１８４が出力する変調パルスは、時間ｔ１＋ｔ２だけ遅延したものとなる。遅延素子１８６は、遅延素子１８４からの変調パルスを時間ｔ３だけ遅延させて出力する。従って、遅延素子１８６が出力する変調パルスは、時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３だけ遅延したものとなる。合成器１８８は、外部からの変調パルスと、遅延素子１８２、１８４及び１８６からの変調パルスとを合成してＰＮパルス列を生成し、ＲＺ出力変換部１５６へ出力する。

一方、ＰＮ発生器１５４内に遅延回路１８０が設けられる場合、パターン比較部１６６には、遅延・合成回路が設けられる。図１５は、遅延・合成回路のブロック図である。同図に示す遅延・合成回路１９０において、受信アンテナ１６２からの反射波信号であるインパルス列は、合成器１９４にそのまま入力されるとともに、遅延素子１９１、１９２及び１９３に入力される。

遅延素子１９１は、受信アンテナ１６２からのインパルス列を時間ｔ３だけ遅延させて出力する。また、遅延素子１９２は、受信アンテナ１６２からのインパルス列を時間ｔ３＋ｔ２だけ遅延させて出力し、遅延素子１９３は、受信アンテナ１６２からのインパルス列を時間ｔ３＋ｔ２＋ｔ１だけ遅延させて出力する。

従って、受信アンテナ１６２から合成器１９４にそのまま入力されるインパルス列が図１６（ａ）に示すものである場合、遅延素子１９１から合成器１９４に入力されるインパルス列は、図１６（ｂ）に示すように時間ｔ３だけ遅延し、遅延素子１９２から合成器１９４に入力されるインパルス列は、図１６（ｃ）に示すように時間ｔ３＋ｔ２だけ遅延し、遅延素子１９３から合成器１９４に入力されるインパルス列は、図１６（ｄ）に示すように時間ｔ３＋ｔ２＋ｔ１だけ遅延する。

ここで、遅延素子１９１における遅延時間ｔ３は、遅延回路１８０における遅延時間ｔ１、ｔ１＋ｔ２、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３のうち、最大の遅延時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３から遅延時間ｔ１＋ｔ２を差し引いた時間として求められる。また、遅延素子１９２における遅延時間ｔ３＋ｔ２は、遅延回路１８０における最大の遅延時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３から遅延時間ｔ１を差し引いた時間として求められ、遅延素子１９３における遅延時間ｔ３＋ｔ２＋ｔ１は、遅延回路１８０における最大の遅延時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３として求められる。また、受信アンテナ１６２から合成器１９４にそのまま入力されるインパルス列の遅延時間は、遅延回路１８０における最大の遅延時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３からその最大の遅延時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３を差し引いた時間として求められ、ゼロとなる。

合成器１９４は、受信アンテナ１６２、遅延素子１９１、１９２及び１９３からのインパルス列を合成し、この合成したインパルス列（合成インパルス列）を出力する。

図１６（ａ）乃至（ｄ）に示すインパルス列が合成器１９４に入力される場合、受信アンテナ１６２から合成器１９４にそのまま入力されるインパルス列の４番目のインパルス（遅延回路１８０において時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３だけ遅延されたインパルス）、遅延素子１９１から合成器１９４に入力されるインパルス列の３番目のインパルス（遅延回路１８０において時間ｔ１＋ｔ２だけ遅延されたインパルス）、遅延素子１９２から合成器１９４に入力されるインパルス列の２番目のインパルス（遅延回路１８０において時間ｔ１だけ遅延されたインパルス）、及び、遅延素子１９３から合成器１９４に入力されるインパルス列の１番目のインパルス（遅延回路１８０において遅延されていないインパルス）は、合成器１９４への入力タイミングが一致し、図１６（ｅ）に示すようにピークが表れる。

パターン比較部１６６は、合成インパルス列と各カンニング信号との相関を検出する。時間測定部１６８は、合成インパルス列との相関が最大となったカンニング信号の遅延時間を特定する。更に、時間測定部１６８は、特定したカンニング信号の遅延時間から遅延・合成回路１９０における最大の遅延時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３を差し引くことによって、送信アンテナ１６０による送信波信号の放射タイミングと受信アンテナ１６２による反射波信号の受信タイミングとの時間差を算出する。距離算出部１７０は、時間測定部１６８によって算出された時間差Ｔを用いて、測距対象物４００までの距離を算出する。具体的には、距離算出部１７０は、時間差Ｔ、光速ｃを用いて、測距対象物４００までの距離ＬをＬ＝ｃ×Ｔ／２により算出する。

以上のように、本発明に係る距離測定装置は、距離測定の精度を向上させることが可能であり、距離測定装置として有用である。

従来の測距ユニットのブロック図である。 送信パルスと受信パルスの対応を示す図である。 第１の測距ユニットのブロック図である。 第１の測距ユニットにおける信号波形の一例を示す図である。 第２の測距ユニットのブロック図である。 第３の測距ユニットのブロック図である。 第３の測距ユニットにおける信号波形の一例を示す図である。 第４の測距ユニットのブロック図である。 第５の測距ユニットのブロック図である。 第６の測距ユニットのブロック図である。 第６の測距ユニットにおける信号波形の一例を示す図である。 インパルス出力部のブロック図である。 第６の測距ユニットにおける信号波形の他の例を示す図である。 遅延回路のブロック図である。 遅延・合成回路のブロック図である。 遅延・合成回路における信号波形の一例を示す図である。

符号の説明

１００−１、１００−２、１００−３、１００−４、１００−５、１００−６ 測距ユニット
１０２ コントローラ
１０４、１５２ 送信部
１０６ インパルス発生回路
１０８、１１８ 広帯域フィルタ
１１０ 広帯域アンプ
１１２、１６０ 送信アンテナ
１１４、１６２ 受信アンテナ
１１６、１６４ 受信部
１２０ 広帯域低雑音アンプ
１２２ 逆拡散回路
１２４、１３６−１〜１３６−ｎ、１３７−１〜１３７−ｎ スイッチ
１２６ 送受信アンテナ
１３２−１〜１３２−ｎ 遅延線
１３３−１〜１３３−ｎ パターン
１３４−１〜１３４−ｎ、１３５ 加算回路
１５４ ＰＮ発生器
１５６ ＲＺ出力変換部
１５８ インパルス出力部
１６６ パターン比較部
１６８ 時間測定部
１７０ 距離算出部
１７２、１７３ コンデンサ
１７４ ステップリカバリダイオード
１８０ 遅延回路
１８２、１８４、１８６、１９１、１９２、１９３ 遅延素子
１８８、１９４ 合成器

Claims (9)

1. 対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
   インパルスを発生するインパルス発生手段と、
   前記インパルス発生手段により発生された前記インパルスを送信する送信アンテナと、
   前記送信アンテナから送信されて前記対象物で反射したインパルスの反射信号と、前記送信アンテナから送信された前記インパルスの漏洩信号とを受信する受信アンテナと、
   前記受信アンテナにより受信された前記反射信号と前記漏洩信号との時間差に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを有することを特徴とする距離測定装置。
2. 対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
   インパルスを発生させるインパルス発生手段と、
   前記インパルス発生手段により発生された前記インパルスを送信する送信アンテナと、
   前記送信アンテナから送信された前記インパルスの漏洩信号とを受信する受信アンテナと、
   前記インパルス発生手段により発生された前記インパルスの漏洩信号を取得する漏洩信号取得手段と、
   前記受信アンテナにより受信された前記反射信号と前記漏洩信号取得手段により取得された前記漏洩信号との時間差に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを有することを特徴とする距離測定装置。
3. 前記反射信号及び漏洩信号を複数の遅延時間で遅延させる遅延手段と、
   前記反射信号及び漏洩信号と前記遅延手段により遅延された前記反射信号及び漏洩信号とを加算する加算手段とを有し、
   前記距離算出手段は、前記加算手段の出力信号のうち振幅が最大となる出力信号に対応する前記遅延手段における遅延時間に基づいて、前記対象物までの距離を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の距離測定装置。
4. 前記遅延手段は、前記反射信号及び漏洩信号毎に、異なる遅延時間で遅延させることを特徴とする請求項３に記載の距離測定装置。
5. 前記遅延手段は、遅延時間の異なる複数の遅延線を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の距離測定装置。
6. 前記遅延手段は、伝送路長の異なる複数のパターン線を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の距離測定装置。
7. 対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
   擬似雑音符号に基づくインパルス列を発生するインパルス列発生手段と、
   前記インパルス列発生手段により発生された前記インパルス列を送信する送信アンテナと、
   前記送信アンテナから送信されて前記対象物で反射したインパルス列の反射信号を受信する受信アンテナと、
   前記受信アンテナにより受信された前記反射信号と前記擬似雑音符号との相関に基づいて、前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを有することを特徴とする距離測定装置。
8. 前記インパルス列発生手段は、前記擬似雑音符号をＲＺ符号に変換して前記インパルス列を発生することを特徴とする請求項７に記載の距離測定装置。
9. 前記受信アンテナによって受信された前記反射信号を複数の遅延時間で遅延させて合成する遅延・合成手段を有し、
   前記距離算出手段は、前記遅延・合成手段の出力信号の振幅に基づいて、前記対象物までの距離を算出することを特徴とする請求項７又は８に記載の距離測定装置。
   

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