JP2007024671A - 距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 送信部20は、発信部12の出力信号と同一周波数fの電磁波を計測軸(x軸)方向に放出する。検出部30は、方向性結合器32にて検出した反射波Rを送信信号の同相信号と直交信号とにより同期検波し、検波信号から直流成分を抽出することにより、反射波Rの同相成分I(f)と直交成分Q(f)とを検出する。解析信号生成部42は、反射波Rの同相成分I(f),直交成分Q(f)と、所定の距離d0に応じた周期性を持つ信号I0(f),Q0(f)とをミキシングし、得られた側帯波の一方のみを用いて解析信号p(f)を生成する。フーリエ変換部44は、解析信号p(f)をフーリエ変換して得られたプロファイルP(x)から測定対象物までの距離を求める。
【選択図】 図1
Description
まず、図10に示すように、送信部70から放出された進行波Dと測定対象物Mkにて反射した反射波Rとが干渉することによって、送信部70と測定対象物Mkとの間の伝搬媒質中に定在波Sが形成される。
このように、図10の距離測定装置において、測定対象物Mkまでの距離dkは、進行波Dの送信周波数fに対する受信パワー信号p(f,0)の変動周期にのみ依存し、送信部70によって電磁波を発信してから検出部80に戻ってくるまでの時間の影響を受けないことから、これまでのFMCW方式およびパルス・レーダ方式に対して、近距離においても、より高い精度で測定することができる。
ここで、先述のように、従来の距離測定装置を特定小電力無線として使用する場合は、使用できる周波数帯域幅が国内電波法によって制限される。たとえば「移動体検知センサ」においては、24.15GHz帯での周波数帯域を使用したとすると、占有周波数帯域幅の許容値は76MHzと規定される。したがって、図13の場合と同様に、約2m以下の近距離の位置計測において、計測結果に大きな誤差を生じることとなる。
図1を参照して、距離測定装置は、一定の送信周波数fの送信信号を発信する発信源10と、発信された送信信号と同一の周波数fの電磁波を放出する送信部20と、送信部20から出力された電磁波(以下、進行波Dとも称する)が測定対象物M1〜Mnにおいてそれぞれ反射されたときの電磁波(以下、反射波Rとも称する)を検出する検出部30と、検出部30で検出された反射波Rを演算処理し、測定対象物M1〜Mnとの距離d1〜dnを算出する信号処理部40とを備える。
図1に示す距離測定装置において、送信部20から放出された進行波Dが時刻tにおいて、
これによれば、式(15)のプロファイルP(x)は、x=d0+dkの位置に極大値を有することになり、x=d0−dkに位置する極大値による実質的な負の周波数の影響が除去された結果となる。
図6を参照して、まず計測に先立って、図1の周波数制御部14において、周波数条件が設定される。詳細には、送信部20から放出される電磁波の中心周波数f0、送信周波数範囲fW、掃引する周波数ステップΔfが設定される(ステップS20)。以下においては、送信周波数fを、周波数ステップΔfごとに増加(上昇掃引に相当)、または周波数ステップΔfごとに減少(下降掃引に相当)することによって、第1および第2の位置情報がそれぞれ検出される。
Claims (18)
- 測定対象物までの距離を計測する距離測定装置であって、
所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する送信信号を出力する発信源と、
前記送信信号と同一周波数の電磁波を発生し、前記測定対象物に対して放射する送信部と、
前記電磁波の反射波を検出する検出部と、
検出された前記反射波と前記送信周波数との関係を演算処理することによって前記測定対象物までの距離を算出する信号処理部とを備え、
前記検出部は、
検出された前記反射波を前記送信信号により同期検波して前記反射波の位相変化成分を抽出する検波手段を含み、
前記信号処理部は、
抽出された前記位相変化成分の変動周波数を、所定の距離に応じた周波数だけ変化させる周波数変換手段と、
前記周波数変換手段により得られる上側帯波および下側帯波のうちの一方を解析信号とする解析信号生成手段と、
前記解析信号をフーリエ変換してプロファイルを算出し、前記プロファイルの極大値と前記所定の距離とに基づいて前記測定対象物までの距離を求めるフーリエ変換手段とを含む、距離測定装置。 - 前記発信源は、
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで上昇させて掃引する上昇掃引手段と、
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで下降させて掃引する下降掃引手段とを含み、
前記信号処理部は、
前記上昇掃引手段に応じて前記フーリエ変換手段にて得られる前記測定対象物までの距離を第1の位置情報とし、前記下降掃引手段に応じて前記フーリエ変換手段にて得られる前記測定対象物までの距離を第2の位置情報として保持する手段と、
保持された前記第1および第2の位置情報を平均化して真の前記測定対象物までの距離を導出する補正手段とをさらに含む、請求項2に記載の距離測定装置。 - 前記検波手段は、前記反射波を前記送信信号により同期検波して前記位相変化成分の同相成分を抽出し、前記反射波を前記送信信号とπ/2位相が異なる信号により同期検波して前記位相変化成分の直交成分を抽出する、請求項1または請求項2に記載の距離測定装置。
- 前記所定の距離は、前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で掃引させるときの分割数に応じて可変とする、請求項3に記載の距離測定装置。
- 前記所定の距離は、前記所定の帯域幅と前記分割数とから決まる最大検出可能距離の略半分を最大値とするように設定される、請求項4に記載の距離測定装置。
- 前記検波手段は、包絡線検波した前記反射波から前記送信信号の直流成分を差し引くことにより前記反射波の位相変化成分を抽出する、請求項1または請求項2に記載の距離測定装置。
- 測定対象物までの距離を計測する距離測定方法であって、
所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップと、
前記信号と同一周波数の電磁波を発生し、前記測定対象物に対して放射するステップと、
前記電磁波の反射波を検出するステップと、
検出した前記反射波と前記送信周波数との関係を演算処理することによって前記測定対象物までの距離を算出するステップとを備え、
前記反射波を検出するステップは、
検出された前記反射波を前記送信信号により同期検波して前記反射波の位相変化成分を抽出するステップを含み、
前記測定対象物までの距離を算出するステップは、
抽出された前記位相変化成分の変動周波数を、所定の距離に応じた周波数だけ変化させるステップと、
前記周波数を変化させて得られる上側帯波および下側帯波のうちの一方を解析信号とするステップと、
前記解析信号をフーリエ変換してプロファイルを算出し、前記プロファイルの極大値と前記所定の距離とに基づいて前記測定対象物までの距離を求めるステップとを含む、距離測定方法。 - 前記所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップは、
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで上昇させて掃引するステップと、
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで下降させて掃引するステップとを含み、
前記測定対象物までの距離を算出するステップは、
前記上昇掃引したときに前記フーリエ変換にて得られる前記測定対象物までの距離を第1の位置情報とし、前記下降掃引したときに前記フーリエ変換にて得られる前記測定対象物までの距離を第2の位置情報として保持するステップと、
保持された前記第1および第2の位置情報を平均化して真の前記測定対象物までの距離を導出するステップとをさらに含む、請求項7に記載の距離測定方法。 - 前記反射波の位相変化成分を抽出するステップは、前記反射波を前記送信信号により同期検波して前記位相変化成分の同相成分を抽出し、前記反射波を前記送信信号とπ/2位相が異なる信号により同期検波して前記位相変化成分の直交成分を抽出する、請求項7または請求項8に記載の距離測定方法。
- 前記所定の距離は、前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で掃引させるときの分割数に応じて可変とする、請求項9に記載の距離測定方法。
- 前記所定の距離は、前記所定の帯域幅と前記分割数とから決まる最大検出可能距離の略半分を最大値とするように設定される、請求項10に記載の距離測定方法。
- 前記反射波の位相変化成分を抽出するステップは、包絡線検波した前記反射波から前記送信信号の直流成分を差し引くことにより前記反射波の位相変化成分を抽出する、請求項7または請求項8に記載の距離測定方法。
- 測定対象物までの距離を計測する距離測定プログラムであって、
コンピュータに、
所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップと、
前記信号と同一周波数の電磁波を発生し、前記測定対象物に対して放射するステップと、
前記電磁波の反射波を検出するステップと、
検出した前記反射波と前記送信周波数との関係を演算処理することによって前記測定対象物までの距離を算出するステップとを実行させ、
前記反射波を検出するステップは、
検出された前記反射波を前記送信信号により同期検波して前記反射波の位相変化成分を抽出するステップを含み、
前記測定対象物までの距離を算出するステップは、
抽出された前記位相変化成分の変動周波数を、所定の距離に応じた周波数だけ変化させるステップと、
前記周波数を変化させて得られる上側帯波および下側帯波のうちの一方を解析信号とするステップと、
前記解析信号をフーリエ変換してプロファイルを算出し、前記プロファイルの極大値と前記所定の距離とに基づいて前記測定対象物までの距離を求めるステップとを含む、距離測定プログラム。 - 前記所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップは、
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで上昇させて掃引するステップと、
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで下降させて掃引するステップとを含み、
前記測定対象物までの距離を算出するステップは、
前記上昇掃引したときに前記フーリエ変換にて得られる前記測定対象物までの距離を第1の位置情報とし、前記下降掃引したときに前記フーリエ変換にて得られる前記測定対象物までの距離を第2の位置情報として保持するステップと、
保持された前記第1および第2の位置情報を平均化して真の前記測定対象物までの距離を導出するステップとをさらに含む、請求項13に記載の距離測定プログラム。 - 前記反射波の位相変化成分を抽出するステップは、前記反射波を前記送信信号により同期検波して前記位相変化成分の同相成分を抽出し、前記反射波を前記送信信号とπ/2位相が異なる信号により同期検波して前記位相変化成分の直交成分を抽出する、請求項13または請求項14に記載の距離測定プログラム。
- 前記所定の距離は、前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で掃引させるときの分割数に応じて可変とする、請求項15に記載の距離測定プログラム。
- 前記所定の距離は、前記所定の帯域幅と前記分割数とから決まる最大検出可能距離の略半分を最大値とするように設定される、請求項16に記載の距離測定プログラム。
- 前記反射波の位相変化成分を抽出するステップは、包絡線検波した前記反射波から前記送信信号の直流成分を差し引くことにより前記反射波の位相変化成分を抽出する、請求項13または請求項14に記載の距離測定プログラム。
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