JP2006276017A - 低周波クロック信号を利用した距離測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低周波クロック信号を利用してデバイス間の距離を測定し、距離を測定するのに必要な構成のコストを軽減できる方法を提供すること。
【解決手段】デバイスの距離測定方法は、無線電波を送信する段階と、クロック周波数ｂを持つ第１のクロック信号を生成し前記第１のクロック信号のクロック数をカウント（Ｎ３）する段階と、クロック周波数ａを持つ第２のクロック信号を生成し、送信された無線電波が受信されるまで第２のクロック信号を遅延して遅延された第２のクロック信号を生成する段階と、遅延された、クロック周波数ａを持つ第２のクロック信号のクロック数をカウント（Ｎ１）する段階と、クロック周波数ａを持つクロック信号のカウント値Ｎ１と、クロック周波数ｂを持つクロック信号のカウント値Ｎ３とを利用して距離を測定する段階とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、２つのデバイス間の距離を測定する方法に係り、特に、低周波クロック信号を利用して２つのデバイス間の距離測定の精度を向上させる方法に関する。

一般に、デバイスＡとデバイスＢとの距離を測定するために無線電波（ｒａｄｉｏ ｗａｖｅ）信号を利用する。図１は、従来のデバイスＡとデバイスＢ間の距離を測定する過程を示す図である。以下、図１に基づいて従来のデバイスＡとデバイスＢ間の距離を測定する過程について説明する。
デバイスＡは、デバイスＢとの距離を測定するためにＳ１００段階で無線電波を送信する。この場合、デバイスＡは無線電波を送信すると共に一定の周波数を持つクロック信号のクロックをカウントする。一般に、電波は光の速度で送信される。デバイスＢは、無線電波を受信すると、Ｓ１０２段階において、受信した無線電波を処理する。すなわち、デバイスＢは、受信した無線電波をデバイスＡに再転送するため一定の処理過程を行う。

Ｓ１０４段階において、デバイスＢはデバイスＡへ一定の処理過程が行われた電波を送信する。Ｓ１０６段階において、デバイスＡはデバイスＢの送信した電波を受信すると、カウントすることを中止し、カウント値を算出する。デバイスＡは、算出したカウント値を利用してデバイスＡとデバイスＢ間の距離を測定する。もちろん、デバイスＡは、デバイスＢが受信した無線電波を一定の処理過程を通して再転送するが、この時、前記処理過程に所要される時間を除いて、無線電波の送受信時間を考慮して距離を計算する。

一例として、デバイスＡがカウントするクロック信号の周波数が１００ＭＨｚであれば、１クロック当たり電波は３ｍを移動する。したがって、デバイスＡのカウントが１００であれば、デバイスＡとデバイスＢ間の距離は３００ｍとなる。また、デバイスＡがカウントするクロック信号の周波数が１０ＭＨｚであれば、１クロック当たり電波は３０ｍを移動する。したがって、デバイスＡのカウントが１００であれば、デバイスＡとデバイスＢ間の距離は３０００ｍとなる。このように、カウントするクロック信号の周波数によって１クロック当たり移動する距離が相違する。また、カウントするクロック信号の周波数によって測定した距離に対する誤差が相違する。すなわち、カウントするクロック信号の周波数が高いほど測定した距離に対する誤差が小さく、カウントするクロック信号の周波数が低いほど測定した距離に対する誤差が大きい。例えば、カウントするクロック信号の周波数が１００ＭＨｚであれば、測定した距離は３ｍの誤差を持つが、カウントするクロック信号の周波数が１０ＭＨｚであれば、測定した距離は３０ｍの誤差を持つ。

したがって、デバイスＡとデバイスＢ間の測定した距離に対する誤差を減らすためには高周波クロック信号を利用することが好ましい。しかし、高周波クロック信号を生成する高周波クロック信号生成器は低周波クロック信号生成器に比べて高いコストがかかり、実現することが困難である。
よって、低周波クロック信号を利用してデバイス間の距離測定の精度を、高周波クロック信号を利用した時と同様な効果が得られる方法が必要となる。

本発明は、前記のような問題点を鑑みてなされたものであって、その目的は、低周波クロック信号を利用してデバイス間の距離を測定し、距離を測定するのに必要な構成のコストを軽減できる方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明に係るデバイスの距離測定方法は、無線電波を送信する段階と、クロック周波数ｂを持つ第１のクロック信号を生成し前記第１のクロック信号のクロック数をカウント（Ｎ３）する段階と、クロック周波数ａを持つ第２のクロック信号を生成し、送信された前記無線電波が受信されるまで第２のクロック信号を遅延して遅延された第２のクロック信号を生成する段階と、前記遅延された、クロック周波数ａを持つ第２のクロック信号のクロック数をカウント（Ｎ１）する段階と、前記クロック周波数ａを持つクロック信号のカウント値Ｎ１と、前記クロック周波数ｂを持つクロック信号のカウント値Ｎ３とを利用して距離を測定する段階とを含む。

好ましくは、前記クロック周波数ｂを持つクロック信号のクロック周波数はクロック周波数ａを持つクロック信号のクロック周波数より高い。
また、前記クロック周波数ａを持つクロック信号及び前記クロック周波数ｂを持つクロック信号のクロック周波数は、前記クロック周波数ａ及びクロック周波数ｂの差分より大きい。

また、距離測定方法は、前記第１のクロック信号及び前記遅延された第２のクロック信号が重畳する場合、前記Ｎ１及びＮ３のカウントを中止する段階をさらに含み、前記距離を測定する段階は、前記第１のクロック信号と前記遅延された第２のクロック信号が重畳する回数であるカウント値Ｎ２をカウントする段階と、前記カウント値Ｎ１、Ｎ２及びＮ３を利用して距離を測定する段階とを含む。

また、送信された無線電波の再受信時点（Ｔ_X）は下記の式により算出される。
Ｔ_x＝（（N3＋0.5×N2）/b）−（（N1＋0.5×N2）/a）
また、前記デバイスは、下記の式により距離（Ｓ）を算出する。
Ｓ＝０．５ｃ×（Ｔ_x−τ₀）
ｃ：光速
τ₀：伝達された無線電波を受信デバイスが再転送するのに所要される時間
また、第１のクロック信号及び前記遅延された第２のクロック信号のエネルギーが重畳する量が所定の設定値以上であれば、重畳が生じていると判断する。

本発明に係るデバイスの距離測定装置は、クロック周波数ｂを持つ第１のクロック信号及びクロック周波数ａを持つ第２のクロック信号を生成するクロック信号生成部と、第１のクロック信号の無線電波を送信すると共に第１のクロック信号のクロック数（Ｎ３）をカウントする第１カウンタと、クロック周波数ａを持つ第２のクロック信号を遅延する遅延部と、前記遅延部により遅延された前記第２のクロック信号のクロック数（Ｎ１）をカウントする第２カウンタと、送信された前記無線電波が受信される時を決定し、遅延された第２のクロック信号のクロック数を第２カウンタがカウントするよう制御する制御部と、前記カウント値Ｎ１、Ｎ２及びＮ３を利用してデバイス間の距離を測定する算出部とを含む。

本発明によると、一定の差分を持つ低いクロック周波数を持つクロック信号のクロック数をカウントすることによって、正確な距離を測定することができる。すなわち、１００ＭＨｚのクロック周波数を持つクロック信号のクロック数をカウントすることで、２〜４ＧＨｚの周波数を持つクロック信号のクロック数を利用して距離を測定する効果が得られる。これにより、１００ＭＨｚのクロック周波数を持つ信号を利用して３０〜１００ｃｍ程の精度を持つようになる。

以下、添付した図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるデバイス間の距離を測定するための送信デバイスの構成を示す。送信デバイスは、クロック周波数ａ生成部２００、クロック周波数ｂ生成部２０４、遅延部２０２、検出部２０６、第１カウンタ２１２、第２カウンタ２１０、第３カウンタ２０８、算出部２１４、制御部２１６を含む。

以下、送信デバイスに含まれている各構成の動作について詳細に説明する。
クロック周波数ａ生成部２００は、クロック周波数ａを持つクロック信号を生成する。クロック周波数ａ生成部２００は、生成したクロック信号を遅延部２０２に伝達する。クロック周波数ｂ生成部２０４は、クロック周波数ｂを持つクロック信号を生成する。一般に、クロック周波数ａはクロック周波数ｂに比べて低い。一例として、クロック周波数ａが２．０００ＭＨｚであれば、クロック周波数ｂは２．００２ＭＨｚである。上述したように、クロック周波数ａとクロック周波数ｂの差分はクロック周波数ａとクロック周波数ｂの大きさに比べて小さい。

第３カウンタ２０８は、送信デバイスが無線電波を受信デバイスに送信するとカウントを開始する。すなわち、第３カウンタ２０８は、周波数ｂを持つクロック信号のクロックを利用してカウントを行う。
遅延部２０２は、一定時間の間、クロック周波数ａを持つクロック信号を遅延する。すなわち、遅延部２０２は、送信デバイスが送信した無線電波が受信されるまで、クロック周波数ａ生成部２００から生成したクロック信号を遅延する。遅延部２０２は、送信デバイスが送信した無線電波が受信されると、遅延したクロック信号を第１カウンタ２１２に伝達する。第１カウンタ２１２は周波数ａを持つ信号のクロックを利用してカウントを開始する。

検出部２０６は、クロック周波数ａ生成部２００から生成されるクロック信号と、遅延部２０２で遅延されたクロック信号が重畳することを検出する。検出部２０６は、クロック周波数ａ生成部２００から生成した信号と遅延部２０２で遅延されたクロック信号が重畳する場合に、これに対する情報を第２カウンタ２１０に伝達する。第２カウンタ２１０は伝達された情報を利用して重畳する回数をカウントする。これについては、図４に基づいて詳細に説明する。

算出部２１４は、第１カウンタ２１２、第２カウンタ２１０、第３カウンタ２０８から伝達されたカウント値を利用して送信デバイスと受信デバイス間の距離を算出する。算出部２１４で距離を算出する過程について後述する。
制御部２１６は、送信デバイスに含まれている各構成の動作を制御する。特に、制御部２１６は、送信デバイスが送信した電波が受信される場合、遅延部２０２を制御しクロック周波数ａ生成部２００から生成したクロック信号が第１カウンタ２１２に伝達されるよう制御する。これにより、第１カウンタ２１２はクロック周波数ａを持つクロック信号のクロックをカウントすることができる。

図３は、本発明の一実施形態による送信デバイスで行われる動作を示す。以下、図３に基づいて本発明の一実施形態による送信デバイスで行われる動作について詳細に説明する。
Ｓ３００段階で、送信デバイスはクロック周波数ａとクロック周波数ｂを持つ信号を生成する。上述したように、クロック周波数ａとクロック周波数ｂの差分はクロック周波数ａとクロック周波数ｂに比べて極めて小さい。すなわち、クロック周波数ａとクロック周波数ｂは下記の式１を満足する。
（式１）
クロック周波数ａ≫クロック周波数ｂ−クロック周波数ａ
クロック周波数ｂ≫クロック周波数ｂ−クロック周波数ａ

Ｓ３００段階における送信デバイスは、受信デバイスとの距離を測定するため無線電波を受信デバイスに送信すると共に、クロック周波数ｂを持つクロック信号のクロックをカウントする。すなわち、送信デバイスは、無線電波を送信すると共に第３カウンタのカウントを開始する。受信デバイスに送信される無線電波は、距離測定のための情報を含むように構成できる。すなわち、受信デバイスが無線電波を受信する場合、受信した電波を再転送するように指示する情報を無線電波に含ませることができる。

Ｓ３０４段階における送信デバイスは、送信した電波が受信されたか否かを判断する。送信した電波が受信されたと判断した場合にはＳ３０６段階に移行し、送信した電波が受信されていないと判断した場合にはＳ３０４段階に移行する。
Ｓ３０６段階における送信デバイスは、クロック周波数ａを持つクロック信号のクロック数をカウントする。上述したように、送信デバイスは、無線電波を送信すると共にクロック周波数ｂを持つクロック信号のクロック数をカウントし、送信した無線電波が受信されるとクロック周波数ａを持つクロック信号のクロック数をカウントする。

Ｓ３０８段階における送信デバイスは、クロック周波数ａを持つクロック信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号とが重畳するか否かを判断する。その結果、クロック周波数ａを持つ信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号が重畳すると判断した場合、Ｓ３１０段階に移動し、クロック周波数ａを持つクロック信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号が重畳しないと判断した場合にはＳ３０８段階に移動する。

Ｓ３１０段階における送信デバイスは、クロック周波数ａを持つクロック信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号が重畳する回数を測定（カウント）する。
Ｓ３１２段階における送信デバイスは、カウントした値を利用して送信デバイスと受信デバイス間の距離を測定する。すなわち、クロック周波数ａを持つクロック信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号の重畳が終了するまでのクロック周波数ａとクロック周波数ｂを持つクロック信号のクロック数をカウントし、カウントした値を利用して距離を測定する。距離を測定する方法については後述する。

図４は、本発明の一実施形態による第１カウンタ〜第３カウンタでカウントする一例を示す。上述したように、第３カウンタはクロック周波数ｂを持つクロック信号のクロック数をカウントし、第１カウンタはクロック周波数ａを持つクロック信号のクロック数をカウントする。第２カウンタはクロック周波数ａを持つクロック信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号が重畳する回数をカウントする。

特に、図４は、送信した無線電波が送信デバイスに受信される場合を示す。したがって、第１カウンタはクロック周波数ａを持つクロック信号のクロック数を測定する。もちろん、第３カウンタはクロック周波数ｂを持つクロック信号のクロック数を無線電波の送信段階からカウントを行う。第１カウンタと第３カウンタは、第２カウンタがカウントを開始するとカウントを終了する。同図に示すように、第１カウンタのカウント値は４であり、第３カウンタのカウント値は「４＋電波が受信される前のカウント値」である。

同図に示すように、クロック周波数ａを持つクロック信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号は、３μｓ経過後の時点から重畳し始めて８回重畳する。周波数ａを持つ信号と周波数ｂを持つ信号の重畳は、周波数ａを持つクロック信号のエネルギーとクロック周波数ｂを持つクロック信号のエネルギーが重畳する量を比較する。すなわち、クロック周波数ａを持つクロック信号のエネルギーとクロック周波数ｂを持つクロック信号のエネルギーが重畳する量が設定値以上であれば、重畳していると判断し、設定値以下であれば重畳していない場合と判断する。

下記の式２は第１カウンタ〜第３カウンタのカウント値を利用して実際の無線電波の転送時間を表している。
（式２）
Ｔ_x＝（（N3＋0.5×N2）/b）−（（N1＋0.5×N2）/a）

Ｔ_xは、転送された電波の受信時間を意味し、Ｎ１は、第１カウンタのカウント値を意味する。Ｎ２は、第２カウンタのカウント値を意味し、Ｎ３は、第３カウンタのカウント値を意味する。ｂは、クロック周波数ｂを持つクロック信号のクロック周波数を意味し、ａは、クロック周波数ａを持つクロック信号のクロック周波数を意味する。

第２カウンタのカウント値は、クロック周波数ａを持つクロック信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号が正確に重畳する時点を探索するために、２で割り切れる値である。すなわち、図４に示すように、Ｎ２が４である場合、クロック周波数ａを持つクロック信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号が正確に重畳する。もちろん、クロック周波数ａを持つクロック信号とクロック周波数ｂを持つクロック信号が最初に重畳する時期のみを利用して、距離を測定することができる。すなわち、前述した式２は、次の式３のように表すことができる。
（式３）
Ｔ_x＝（N3/b）−（N1/a）

次の式４は、送信デバイスと受信デバイス間の距離を表している。
（式４）
Ｓ＝０．５ｃ×（Ｔ_x−τ₀）

Ｓは、送信デバイスと受信デバイス間の距離を意味し、ｃは、光速を意味する。τ₀は、伝達された無線電波を受信デバイスが送信するのに所要される時間を意味する。これにより、送信デバイスは低いクロック周波数を利用して正確な距離を測定することができる。

本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではない。実際、当業者であれば、上記の説明に基づき、特許請求の範囲に記載されている本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明の実施形態に対し、種々の変更及び修正を施すことが可能であろう。従って、そのような変更及び修正は当然に、本発明の技術的範囲に含まれるべきである。

従来のデバイス間の距離を測定する例を示す図である。 本発明の一実施形態による距離を測定するためのデバイスの構造を示す図である。 本発明の一実施形態によるデバイスにおいて距離を測定する過程を示す図である。 本発明の一実施形態によるデバイスを構成しているカウンタにおいてカウントする一例を示す図である。

符号の説明

２００ クロック周波数ａ生成部
２０２ 遅延部
２０４ クロック周波数ｂ生成部
２０６ 検出部
２０８ 第３カウンタ
２１０ 第２カウンタ
２１２ 第１カウンタ
２１４ 算出部
２１６ 制御部

Claims (14)

1. 無線電波を送信する段階と、
   クロック周波数ｂを持つ第１のクロック信号を生成し前記第１のクロック信号のクロック数をカウント（Ｎ３）する段階と、
   クロック周波数ａを持つ第２のクロック信号を生成し、送信された前記無線電波が受信されるまで第２のクロック信号を遅延して遅延された第２のクロック信号を生成する段階と、
   前記遅延された、クロック周波数ａを持つ第２のクロック信号のクロック数をカウント（Ｎ１）する段階と、
   前記クロック周波数ａを持つクロック信号のカウント値Ｎ１と、前記クロック周波数ｂを持つクロック信号のカウント値Ｎ３とを利用して距離を測定する段階と、
   を含むことを特徴とするデバイスの距離測定方法。
2. 前記クロック周波数ｂを持つクロック信号のクロック周波数はクロック周波数ａを持つクロック信号のクロック周波数より高いことを特徴とする請求項１に記載のデバイスの距離測定方法。
3. 前記クロック周波数ａを持つクロック信号及び前記クロック周波数ｂを持つクロック信号のクロック周波数は、前記クロック周波数ａ及びクロック周波数ｂの差分より大きいことを特徴とする請求項２に記載のデバイスの距離測定方法。
4. 前記第１のクロック信号及び前記遅延された第２のクロック信号が重畳する場合、前記Ｎ１及びＮ３のカウントを中止する段階をさらに含み、
   前記距離を測定する段階は、
   前記第１のクロック信号と前記遅延された第２のクロック信号が重畳する回数であるカウント値Ｎ２をカウントする段階と、
   前記カウント値Ｎ１、Ｎ２及びＮ３を利用して距離を測定する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイスの距離測定方法。
5. 転送された無線電波の再受信時点（Ｔ_x）は、
   Ｔ_x＝（（N3＋0.5×N2）/b）−（（N1＋0.5×N2）/a）
   により算出されることを特徴とする請求項４に記載のデバイスの距離測定方法。
6. 前記デバイスは、
   Ｓ＝０．５ｃ×（Ｔ_x−τ₀）
   （ただし、ｃ：光速、τ₀：伝達された無線電波を受信デバイスが再転送するのに所要される時間）
   により距離（Ｓ）を算出することを特徴とする請求項５に記載のデバイスの距離測定方法。
7. 第１のクロック信号及び前記遅延された第２のクロック信号のエネルギーが重畳する量が所定の設定値以上であれば、前記重畳が生じていると判断することを特徴とする請求項４に記載のデバイスの距離測定方法。
8. クロック周波数ｂを持つ第１のクロック信号及びクロック周波数ａを持つ第２のクロック信号を生成するクロック信号生成部と、
   第１のクロック信号の無線電波を送信すると共に第１のクロック信号のクロック数（Ｎ３）をカウントする第１カウンタと、
   クロック周波数ａを持つ第２のクロック信号を遅延する遅延部と、
   前記遅延部により遅延された前記第２のクロック信号のクロック数（Ｎ１）をカウントする第２カウンタと、
   送信された前記無線電波が受信される時を決定し、遅延された前記第２のクロック信号のクロック数を第２カウンタがカウントするよう制御する制御部と、
   前記カウント値Ｎ１、Ｎ２及びＮ３を利用してデバイス間の距離を測定する算出部と、
   を含むことを特徴とするデバイスの距離測定装置。
9. 前記クロック周波数ｂは、クロック周波数ａより高いことを特徴とする請求項８に記載のデバイスの距離測定装置。
10. 前記クロック周波数ａとクロック周波数ｂは前記クロック周波数ａとクロック周波数ｂの差分より大きいことを特徴とする請求項９に記載のデバイスの距離測定装置。
11. 前記第１のクロック信号及び前記遅延部により遅延された第２のクロック信号の重畳する回数（Ｎ２）をカウントする第３カウンタをさらに含み、
    前記制御部は、前記第１のクロック信号及び前記遅延された第２のクロック信号が重畳する場合、前記Ｎ１及びＮ３のカウントを中止し、
    前記距離は、前記カウント値Ｎ１、Ｎ２及びＮ３を利用して測定することを特徴とする請求項８に記載のデバイスの距離測定装置。
12. 前記算出部は、転送された前記無線電波が再受信されるのに所要される時間（Ｔ_x）を、
    Ｔ_x＝（（N3＋0.5×N2）/b）−（（N1＋0.5×N2）/a）
    により算出することを特徴とする請求項１１に記載のデバイスの距離測定装置。
13. 前記算出部は、
    Ｓ＝０．５ｃ×（Ｔ_x−τ₀）
    （ただし、ｃ：光速、τ₀：伝達された無線電波を受信デバイスが再転送するのに所要される時間）
    により距離を算出することを特徴とする請求項１２に記載のデバイスの距離測定装置。
14. 第１のクロック信号及び前記遅延された第２のクロック信号のエネルギーが重畳する量が設定値以上であれば、前記重畳が生じていると判断することを特徴とする請求項１１に記載のデバイスの距離測定装置。

Images