JP2009210372A - 距離測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】単一の送信機から発信される高周波信号を単一の受信機で受信し、両者間の相対距離を高精度で測定する。
【解決手段】単一の送信機から発信された少なくとも周波数が異なる複数の測定信号によって変調され、かつ/またはスペクトル拡散された高周波信号、光信号或いは超音波信号を単一の受信機で受信して復調し、かつ/または逆拡散し、周波数が最も低い測定信号と同期発振器33との同期を確立し保持した状態で、前記同期発振器33から出力されるクロック信号を用い、前記複数の測定信号の一部あるいは全部の位相および/あるいは周波数を位相・周波数検出器34によって検出することによって、両者間の相対距離を高精度で測定する。
【選択図】図1
【解決手段】単一の送信機から発信された少なくとも周波数が異なる複数の測定信号によって変調され、かつ/またはスペクトル拡散された高周波信号、光信号或いは超音波信号を単一の受信機で受信して復調し、かつ/または逆拡散し、周波数が最も低い測定信号と同期発振器33との同期を確立し保持した状態で、前記同期発振器33から出力されるクロック信号を用い、前記複数の測定信号の一部あるいは全部の位相および/あるいは周波数を位相・周波数検出器34によって検出することによって、両者間の相対距離を高精度で測定する。
【選択図】図1
Description
この発明は、単一の送信機から少なくとも周波数が異なる複数の測定信号によって変調されかつ/またはスペクトル拡散された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を単一の受信機で受信することによって、両者間の相対距離を高い精度で測定するためのものである。
従来から、複数の異なる周波数の無線信号を用いて距離を測定するシステムが提案されている。(例えば、特許文献1、2参照)
米国特許第4087816号公報
特開2001−051044号
図4は、特許文献1に記載されている従来の「VLF帯無線位置検知装置」の実施例である。図4において、「米国海軍VLF通信局」から発信されるVLF信号(20msec周期でf0とf0+50Hzの間でFSKされる電波)をアンテナ10で受信し増幅器11で増幅し、VCXO22に同期したシンセサイザ23の信号とミキサ16でミキシングして中間周波信号を生成し、中間周波増幅器12で増幅しリミッタ18でリミットした後、前記VCXO22の信号を分周器24でP分の1に分周したものと位相比較器20で比較し、その結果をループフイルタ21に入力し、ループフイルタ21の出力でVCXO22の発振周波数を制御している。
一方、リミッタ18の出力は遅延時間測定器25で分周器24の出力を分周器27で20分周したタイミングで分周器24の出力と比較する。検出した遅延時間から前記通信局までの距離を測定することができる。
図11に示す従来の技術では、VLF信号の周波数が(f0とf0+50Hz)の間で変化するタイミングを受信側で正確に検出することが難しく誤差を生じるため、長距離で概略の測定は可能であるが、そのままでは300m以内の比較的に近い距離を高精度で測定するのが難しい問題点があった。
図11に示す従来の技術では、VLF信号の周波数が(f0とf0+50Hz)の間で変化するタイミングを受信側で正確に検出することが難しく誤差を生じるため、長距離で概略の測定は可能であるが、そのままでは300m以内の比較的に近い距離を高精度で測定するのが難しい問題点があった。
特許文献2に記載されている従来の「距離計測装置」では、距離測定対象に取り付けられる送信装置1aは、発振器2からの搬送波信号を分周して、ミキサ4で搬送波信号と混合し、AMの送信信号を作って送信しており、この送信信号には周波数fの搬送波信号と周波数f±Δfの2つの信号が含まれる。
受信装置1bは、バンドパスフィルタ8、9、10で受信信号から周波数がf−Δf、f、f+Δfの3つの信号を分離して検出し、周波数がf−Δfの信号を基準として、ミキサ14、15で周波数fと周波数f+Δfの信号とのビート信号を得る。
距離演算器16は、2つのビート信号の位相を検出するとともに、その位相差に基づいて距離測定対象との距離を演算するとされている。
しかしながら、前記搬送波信号の周波数と変調信号の周波数との比が大きくなると両者を直交させあるいは両者の同期を取ることが難しくなり、あるいは前記2つのビート信号の位相を検出するタイミングは任意のタイミングではなく、両者の直交点を基準として厳密に管理しなければ高精度の距離測定ができないなどの問題点があった。
受信装置1bは、バンドパスフィルタ8、9、10で受信信号から周波数がf−Δf、f、f+Δfの3つの信号を分離して検出し、周波数がf−Δfの信号を基準として、ミキサ14、15で周波数fと周波数f+Δfの信号とのビート信号を得る。
距離演算器16は、2つのビート信号の位相を検出するとともに、その位相差に基づいて距離測定対象との距離を演算するとされている。
しかしながら、前記搬送波信号の周波数と変調信号の周波数との比が大きくなると両者を直交させあるいは両者の同期を取ることが難しくなり、あるいは前記2つのビート信号の位相を検出するタイミングは任意のタイミングではなく、両者の直交点を基準として厳密に管理しなければ高精度の距離測定ができないなどの問題点があった。
この発明は、単一の送信機から発信される同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号により変調されかつ/またはスペクトル拡散された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を単一の受信機で受信することによって相対距離を測定するシステムにおいて、前記受信機に設けられた同期発振器と前記複数の測定信号の内最も周波数が低い測定信号との同期を確立して保持し、前記同期発振器から出力されるクロック信号を用いて前記複数の測定信号の一部あるいは全部の位相および/あるいは周波数を検出することによって、両者間の相対距離を高い精度で測定できる距離測定装置を安価に実現するためのものである。
この発明に係わる距離測定装置は、単一の送信機から発信される同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号によって変調されかつ/またはスペクトル拡散された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための受信機と、前記受信機の出力信号から前記複数の測定信号を復調しかつ/または逆拡散するための復調器と、前記復調しかつ/または逆拡散した複数の測定信号の内最も周波数が低い測定信号との同期を確立して保持するための同期発振器と、前記同期発振器から出力されるクロック信号を用いて前記複数の測定信号の一部あるいは全部の位相および/あるいは周波数を検出するため位相・周波数検出器とから構成されている。
前記復調器には同期検波器あるいは遅延検波器が用いられ、前記同期発振器は少なくともデジタル位相比較器と、チャージポンプ回路と、積分回路あるいはフエイズラグフイルタと、前記積分回路あるいはフエイズラグフイルタからの出力をデジタル信号に変換するためのアナログ・デジタル変換器と、前記アナログ・デジタル変換器のデータ出力によって位相および/あるいは周波数が制御される数値制御発振器と、同期確立・保持手段とから構成されている。
前記位相・周波数検出器は、前記複数の測定信号の一部あるいは全部の周波数および/あるいは位相を検出するために、前記同期発振器から出力されるクロック信号を用いて前記複数の測定信号を別に設けたアナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換し、Sinのルックアップテーブルとして0、1、0、−1を単位とし、Cosinのルックアップテーブルとして1、0、−1、0を単位とし、前記デジタル信号との積和演算を行っている。
前記位相・周波数検出器は、前記複数の測定信号の一部あるいは全部の周波数および/あるいは位相を検出するために、前記同期発振器から出力されるクロック信号を用いて前記複数の測定信号を別に設けたアナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換し、Sinのルックアップテーブルとして0、1、0、−1を単位とし、Cosinのルックアップテーブルとして1、0、−1、0を単位とし、前記デジタル信号との積和演算を行っている。
前記同期発振器の同期確立・保持手段によって、基準となる最も低い周波数の測定信号と前記同期発振器とを同期状態とし、当該同期状態を保持し、少なくとも周波数が異なる測定信号の一部あるいは全部の周波数および/あるいは位相を検出し、前記検出結果から前記送信機と受信機との間の相対距離を高精度で測定するものである。
本発明の距離測定装置では、単一の送信機から発信された同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号によって変調されかつ/またはスペクトル拡散された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を単一の受信機によって受信し、しかも前記送信機から前記受信機の方向に単方向の発信を行なうことによって、両者間の相対距離を高い精度で測定し、しかも安価に実現できるなどの利点がある。
この発明に係わる距離測定装置は、図1および請求項1に本発明の第1の形態を示すように、受信機のリミッター18の出力を復調しかつ/または逆拡散するための復調器32と、同期発振器33と、位相・周波数検出器34から構成され、復調器32により復調しかつ/または逆拡散された複数の測定信号の内最も周波数が低い測定信号と同期発振器33との同期を確立して保持し、前記同期発振器33から出力されるクロック信号を用い、位相・周波数検出器34によって前記測定信号の位相および/あるいは周波数を測定する。
図2および請求項2あるいは請求項3に本発明の第2の形態を示すように、同期発振器33は、位相比較器103、フエイズラグフイルタ104、数値制御発振器105、分周期106、および同期保持手段102から構成される。
前記復調器32には同期検波器あるいは遅延検波器が用いられ、前記復調器32により復調しかつ/または逆拡散された測定信号の内周波数が低い0.5MHzの信号を同期確立信号として前記同期発振器33に入力し、周波数が高い2MHzの信号は距離測定信号として帯域通過フイルタ101を介して位相・周波数検出器34に接続されている。
前記復調器32には同期検波器あるいは遅延検波器が用いられ、前記復調器32により復調しかつ/または逆拡散された測定信号の内周波数が低い0.5MHzの信号を同期確立信号として前記同期発振器33に入力し、周波数が高い2MHzの信号は距離測定信号として帯域通過フイルタ101を介して位相・周波数検出器34に接続されている。
(実施の形態1)
図1は本発明の第1の形態による距離測定装置の構成図である。図1において、10はアンテナ、11は高周波増幅器、16はミキサ、17は中間周波増幅器、18はリミッター、23はシンセサイザ、31は基準発振器、32は復調器、33は同期発振器、34は位相・周波数検出器、35は接続端子である。
アンテナ10で受信された高周波信号は、高周波増幅器11によって増幅され、基準発振器31に同期したシンセサイザ23の出力信号とミキサ16によって中間周波信号に変換され、中間周波増幅器17によって増幅され、リミッタ18によって振幅が抑圧されて復調器32に入力されている。
図1は本発明の第1の形態による距離測定装置の構成図である。図1において、10はアンテナ、11は高周波増幅器、16はミキサ、17は中間周波増幅器、18はリミッター、23はシンセサイザ、31は基準発振器、32は復調器、33は同期発振器、34は位相・周波数検出器、35は接続端子である。
アンテナ10で受信された高周波信号は、高周波増幅器11によって増幅され、基準発振器31に同期したシンセサイザ23の出力信号とミキサ16によって中間周波信号に変換され、中間周波増幅器17によって増幅され、リミッタ18によって振幅が抑圧されて復調器32に入力されている。
復調器32には同期検波器あるいは遅延検波器のいずれかが用いられ、受信した高周波信号から複数の測定信号を復調しかつ/または逆拡散して同期発振器33あるいは位相・周波数検出器34のいずれかに入力される。
まず、複数の測定信号の内周波数が低い同期確立信号(0.5MHz)を復調しかつ/または逆拡散すると同期発振器33に入力し、同期発振器33が前記同期確立信号との同期を確立し同期を保持する。
次に、複数の測定信号の内周波数が高い距離測定信号(2MHz)を復調しかつ/または逆拡散すると位相・周波数検出器34に入力し、前記同期発振器33から出力されるクロック信号(8MHz)を基準として位相および/あるいは周波数が検出され、位相・周波数検出器34のデータ出力が接続端子35から外部に出力される。
まず、複数の測定信号の内周波数が低い同期確立信号(0.5MHz)を復調しかつ/または逆拡散すると同期発振器33に入力し、同期発振器33が前記同期確立信号との同期を確立し同期を保持する。
次に、複数の測定信号の内周波数が高い距離測定信号(2MHz)を復調しかつ/または逆拡散すると位相・周波数検出器34に入力し、前記同期発振器33から出力されるクロック信号(8MHz)を基準として位相および/あるいは周波数が検出され、位相・周波数検出器34のデータ出力が接続端子35から外部に出力される。
前記接続端子35から出力されるデータはRS232Cなどのインターフエイスを介して外部のPDAなどに転送され、前記PDAによって相対距離が演算され、演算結果が表示される。
同期確立信号が0.5MHzであり、距離測定信号が2MHzの場合、周波数の差が1.5MHzであるため、距離が200mの時に位相差が360°となるので、位相差を検出することによって相対距離が高精度で測定できる。
前記位相差の測定精度が±0.5°程度が容易に実現できるので、相対距離の測定誤差は±30cm程度以下となる。
同期確立信号が0.5MHzであり、距離測定信号が2MHzの場合、周波数の差が1.5MHzであるため、距離が200mの時に位相差が360°となるので、位相差を検出することによって相対距離が高精度で測定できる。
前記位相差の測定精度が±0.5°程度が容易に実現できるので、相対距離の測定誤差は±30cm程度以下となる。
(実施の形態2)
図2は本発明の第2の形態による距離測定装置の構成図である。図2において、18はリミッター、32は復調器、33は同期発振器、34は位相・周波数検出器、35は接続端子、101は帯域通過フイルタ、102は同期保持手段、103は位相比較器、104は積分回路あるいはフエイズラグフイルタ、105は数値制御発振器、106は分周期、111〜114は接続端子である。
復調器32には同期検波器あるいは遅延検波器のいずれかが用いられるが、同期検波器の方が復調信号のSN比が良好であるが回路が複雑であり、移動通信では通常遅延検波が用いられている。
前記復調器32により復調しかつ/または逆拡散された前記複数の測定信号の内、周波数が低い同期確立信号(0.5MHz)は接続端子111を介して同期保持手段102に入力され、同期保持手段102の出力は位相比較器103の片方の入力端子に入力される。
一方、数値制御発振器105の出力は分周期106によって16分周されて同期保持手段102を介して位相比較器103のもう一方の入力端子に入力される。
図2は本発明の第2の形態による距離測定装置の構成図である。図2において、18はリミッター、32は復調器、33は同期発振器、34は位相・周波数検出器、35は接続端子、101は帯域通過フイルタ、102は同期保持手段、103は位相比較器、104は積分回路あるいはフエイズラグフイルタ、105は数値制御発振器、106は分周期、111〜114は接続端子である。
復調器32には同期検波器あるいは遅延検波器のいずれかが用いられるが、同期検波器の方が復調信号のSN比が良好であるが回路が複雑であり、移動通信では通常遅延検波が用いられている。
前記復調器32により復調しかつ/または逆拡散された前記複数の測定信号の内、周波数が低い同期確立信号(0.5MHz)は接続端子111を介して同期保持手段102に入力され、同期保持手段102の出力は位相比較器103の片方の入力端子に入力される。
一方、数値制御発振器105の出力は分周期106によって16分周されて同期保持手段102を介して位相比較器103のもう一方の入力端子に入力される。
位相比較器103の出力信号はチャージポンプ回路を介して積分回路あるいはフエイズラグフイルタ104に接続されて積分され直流電圧となり、アナログ・デジタルコンバータによってデジタル信号に変換されて数値制御発振器105に入力され、前記数値制御発振器105の位相および/あるいは周波数を制御する。
最初、位相比較器103に入力される信号と分周期106の信号出力との間に周波数差および/あるいは位相差が生じており、前記周波数差および/あるいは位相差に応じたパルス信号が前記チャージポンプ回路から出力され、積分回路あるいはフエイズラグフイルタ104によって積分されて直流電圧に変換される。
最初、位相比較器103に入力される信号と分周期106の信号出力との間に周波数差および/あるいは位相差が生じており、前記周波数差および/あるいは位相差に応じたパルス信号が前記チャージポンプ回路から出力され、積分回路あるいはフエイズラグフイルタ104によって積分されて直流電圧に変換される。
一方、数値制御発振器105から出力されるクロック信号を分周期106によって16分周した時の周波数が前記同期確立信号の周波数より高いときには、前記直流電圧は数値制御発振器105の周波数を下げる方向に変化し、逆に前記周波数が低い時には逆の方向に変化する。
同期が確立すると、接続端子113から同期確立信号が出力されるので、接続端子112に同期保持信号を入力することで同期が保持される。
同期が保持された状態で復調器32によって周波数が2MHzの距離測定信号が復調しかつ/または逆拡散されると、帯域通過フイルタ101を介して位相・周波数検出器34に入力され、前記数値制御発振器105から出力されるクロック信号を用いて前記距離測定信号の位相および/あるいは周波数が検出され、接続端子35を介してデータ信号として外部に出力される。
同期が確立すると、接続端子113から同期確立信号が出力されるので、接続端子112に同期保持信号を入力することで同期が保持される。
同期が保持された状態で復調器32によって周波数が2MHzの距離測定信号が復調しかつ/または逆拡散されると、帯域通過フイルタ101を介して位相・周波数検出器34に入力され、前記数値制御発振器105から出力されるクロック信号を用いて前記距離測定信号の位相および/あるいは周波数が検出され、接続端子35を介してデータ信号として外部に出力される。
位相・周波数検出器34は、例えば、アナログ・デジタル変換器と積和演算器から構成され、前記同期発振器33から出力される2MHzの距離測定信号に対しては周波数が4倍の8MHzのクロック信号を用い、前記アナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換し、Sinのルックアップテーブルとして0、1、0、−1を単位とし、Cosinのルックアップテーブルとして1、0、−1、0を単位とし、前記アナログ・デジタル変換器によって変換されたデジタル信号との積和演算を行うことによって、前記距離測定信号の周波数および/あるいは位相を検出する。
前記アナログ・デジタル変換器には、通常、8ビットから10ビットの規模のものが用いられる。
前記アナログ・デジタル変換器には、通常、8ビットから10ビットの規模のものが用いられる。
前記送信機(記載せず)から発信される少なくとも周波数が異なり直交する2つの測定信号をASin(2πf1t)、ASin(2πf2t)とすると、前記復調器32により復調しかつ/または逆拡散される測定信号は、BSin{2πf1(t+t0)+(2πD/λ1)+Φ}、BSin{2πf2(t+t0)+(2πD/λ2)+Φ}で表される。
ここで、t0=前記送信機から発信される時間と前記復調器32によって復調しかつ/または逆拡散される時間との間の時間差とする。
前記2つの測定信号を比較すると、前記時間差t0が生じない時、すなわち相対距離がD=0のとき、2πf1t=2πf2t=0°となるよう前記2つの測定信号が直交する時間を基準点として位相差を測定すると、位相差ΔΦ=0が測定できることになる。
ここで、t0=前記送信機から発信される時間と前記復調器32によって復調しかつ/または逆拡散される時間との間の時間差とする。
前記2つの測定信号を比較すると、前記時間差t0が生じない時、すなわち相対距離がD=0のとき、2πf1t=2πf2t=0°となるよう前記2つの測定信号が直交する時間を基準点として位相差を測定すると、位相差ΔΦ=0が測定できることになる。
しかし、相対距離がD>0となると前記時間差t0が生じるので、2πf1(t+t0)=2πf2(t+t0)=0°が成立するように制御できれば、位相差ΔΦ=(2πD/λ1)−2πD/λ2)が検出できるが、このような制御は非常に難しい。
そこで、前記同期発振器33に同期確立・保持手段を設け前記2つの測定信号の内周波数の低い測定信号と同期させると、前記周波数の低い測定信号と前記同期発振器33との間で{2πf1(t+t0)+(2πD/λ1)+Φ}=0となる直交点で同期が確立できるので、前記同期発振器33から出力されるクロック信号で前記距離測定信号の位相を測定すると、位相差ΔΦ=(2πD/λ1)−(2πD/λ2)が検出できることになる。
そこで、前記同期発振器33に同期確立・保持手段を設け前記2つの測定信号の内周波数の低い測定信号と同期させると、前記周波数の低い測定信号と前記同期発振器33との間で{2πf1(t+t0)+(2πD/λ1)+Φ}=0となる直交点で同期が確立できるので、前記同期発振器33から出力されるクロック信号で前記距離測定信号の位相を測定すると、位相差ΔΦ=(2πD/λ1)−(2πD/λ2)が検出できることになる。
位相差ΔΦ=(2πD/λ1)−(2πD/λ2)=2πD{(1/λ1)−(1/λ2)}=(D/C){2π(f1−f2)}となり、前記送信機と受信機との間の相対距離D(m)は、D=(C×ΔΦ)/{2π(f1−f2)}から求めることができる。ここで、Cは光の速度とする。
例えば、f1−f2=1.5MHzとすると、両者間の距離が200mのとき、位相差はΔΦ=360°となるので、前記位相差の測定精度を±0.5°とすると、距離の測定精度は±30cmとなり、高精度の距離の測定が可能となる。
例えば、f1−f2=1.5MHzとすると、両者間の距離が200mのとき、位相差はΔΦ=360°となるので、前記位相差の測定精度を±0.5°とすると、距離の測定精度は±30cmとなり、高精度の距離の測定が可能となる。
同様に、周波数の異なる複数の測定信号を並列に発信する場合の例として、前記送信機から搬送波信号(周波数f0)を変調信号(周波数fm)で振幅変調して生成した次の3つの送信信号、Asin(2π(f0―fm)t−φ)、Asin(2πf0t)、Asin(2π(f0+fm)t+φ)を発信するものとする。ここで、f0=搬送波信号の周波数、fm=変調信号の周波数、φ=搬送波信号と変調信号との位相差とする。
そこで、前記送信信号の内、所定の第1の信号を基準として他の第2、第3の信号との2つのビート信号を考えると、周波数が低い測定信号として、Bsin((2πfm)t―φ)、周波数が高い測定信号として、Bsin(2((2πfm)t―φ))を得る。
そこで、前記送信信号の内、所定の第1の信号を基準として他の第2、第3の信号との2つのビート信号を考えると、周波数が低い測定信号として、Bsin((2πfm)t―φ)、周波数が高い測定信号として、Bsin(2((2πfm)t―φ))を得る。
前記低い周波数の測定信号と高い周波数の測定信号とは直交関係にあるので、直交点では、Bsin((2πfm)t―φ)=0、Bsin(2((2πfm)t―φ))=0となり、従って、((2πfm)t―φ)=(2((2πfm)t―φ))=2(N−1)π の関係になっている。ここで、Nは正の整数とする。
前記受信機において前記送信機から発信された測定信号をD(m)離れた地点で受信すると、前記低い周波数の測定信号はBsin((2πfm)t―φ)+(2πDfm/C))となり、前記高い周波数の測定信号はBsin(2((2πfm)t―φ)+2(2πDfm/C))となる。ここで、C=光の速度とする。
前記受信機において前記送信機から発信された測定信号をD(m)離れた地点で受信すると、前記低い周波数の測定信号はBsin((2πfm)t―φ)+(2πDfm/C))となり、前記高い周波数の測定信号はBsin(2((2πfm)t―φ)+2(2πDfm/C))となる。ここで、C=光の速度とする。
前記同期発振器33と前記低い周波数の測定信号との同期をとると、前記同期発振器33のクロック信号と前記低い周波数の測定信号との位相差がなくなるので、((2πfm)t―φ)+(2πDfm/C))=0°となることから、((2πfm)t―φ)=−(2πDfm/C)となる。
一方、前記低い周波数の測定信号と前記高い周波数の測定信号とは直交関係にあるので、((2πfm)t―φ)=2((2πfm)t―φ)=−(2πDfm/C)となる。
一方、前記低い周波数の測定信号と前記高い周波数の測定信号とは直交関係にあるので、((2πfm)t―φ)=2((2πfm)t―φ)=−(2πDfm/C)となる。
前記同期発振器33の同期を保持した状態で、前記同期発振器33から出力されるクロック信号を用いて前記高い周波数の測定信号の位相を測定すると、前記高い周波数の測定信号の位相ΔΦは、ΔΦ=−(2πDfm/C)+2(2πDfm/C))=(2πDfm/C)となって、前記搬送波信号の位相と前記変調信号の位相との差φが消去され、従って、相対距離の測定誤差を削減することができる。
このことは、前記搬送波信号(周波数f0)と変調信号(周波数fm)とを直交させあるいは両者の同期を取る必要がないことを意味する。
このことは、前記搬送波信号(周波数f0)と変調信号(周波数fm)とを直交させあるいは両者の同期を取る必要がないことを意味する。
なお、前記同期発振器33が前記復調しかつ/または逆拡散した複数の測定信号の内最も周波数が低い測定信号のゼロクロス点あるいは直交点のいずれか一方あるいは両方を検出し、前記検出結果に基づいて前記数値制御発振器の位相および/あるいは周波数を制御してクロック信号を生成することでも同様な効果が得あられる。
また、前記同期発振器33がDSPを含み、前記復調しかつ/または逆拡散した複数の測定信号の内最も周波数が低い測定信号のゼロクロス点あるいは直交点のいずれか一方あるいは両方と同期したクロック信号を生成することでも同様な効果が得られる。
また、前記同期発振器33がDSPを含み、前記復調しかつ/または逆拡散した複数の測定信号の内最も周波数が低い測定信号のゼロクロス点あるいは直交点のいずれか一方あるいは両方と同期したクロック信号を生成することでも同様な効果が得られる。
図3は本発明の距離測定装置のタイミングチャートである。図3において、201、202は2つの測定信号の直交点、203a〜203dは時間軸、204は低い周波数の測定信号の遅延時間、205は同期確立時点、206は低い周波数の測定信号と高い周波数の測定信号との位相差、211a、211bは低い周波数の測定信号、211c、211dは低い周波数のクロック信号、212a、212bは高い周波数の測定信号、212c、212dは高い周波数のクロック信号である。
送信機側(記載せず)において、低い周波数の測定信号211aと高い周波数の測定信号212aとは直交点201、202においてお互いに直交しているものとする。
送信機側(記載せず)において、低い周波数の測定信号211aと高い周波数の測定信号212aとは直交点201、202においてお互いに直交しているものとする。
受信側(記載せず)において、低い周波数の測定信号211bは前記直交点201から遅延時間204だけ遅れて復調しかつ/または逆拡散されているものとする。
前記直交点201において低い周波数のクロック信号211cは低い周波数の測定信号211bと同期がずれており、遅延時間204後から同期確立制御を開始し、同期確立時点205において同期を確立し、同期を保持して低い周波数のクロック信号212cを継続して出力しているものとする。
前記直交点201において低い周波数のクロック信号211cは低い周波数の測定信号211bと同期がずれており、遅延時間204後から同期確立制御を開始し、同期確立時点205において同期を確立し、同期を保持して低い周波数のクロック信号212cを継続して出力しているものとする。
高い周波数のクロック信号211dおよび212dは完全に同期しているので、同期を確立し、同期を保持している高い周波数のクロック信号212dを用いて復調しかつ/または逆拡散された高い周波数の測定信号212bの位相を位相・周波数検出器(記載せず)を用いて検出すると、前記検出結果が復調しかつ/または逆拡散された低い周波数の測定信号211bと高い周波数の測定信号212bとの位相差206となる。
前記同期確立点205において、低い周波数のクロック信号212cは低い周波数の測定信号211bは±0.1°以内の高い精度で同期を確立することが可能であるので、これと同期している高い周波数のクロック信号211dを用いて復調しかつ/または逆拡散された高い周波数の測定信号212bの位相を測定することで、前記位相差206を高い精度で検出することが可能となる。
前記同期確立点205において、低い周波数のクロック信号212cは低い周波数の測定信号211bは±0.1°以内の高い精度で同期を確立することが可能であるので、これと同期している高い周波数のクロック信号211dを用いて復調しかつ/または逆拡散された高い周波数の測定信号212bの位相を測定することで、前記位相差206を高い精度で検出することが可能となる。
以上の説明では、ハードウエアを用いた積和演算器を用いて位相および/あるいは周波数を検出しているが、DSPあるいはマイクロコンピュータを用いてFFT演算を行ない、あるいはその他の既存の技術を採用することでも実現できる。ただし、ソフトウエアによるFFT演算では処理時間が長くかかるのでリアルタイムでの処理が難しくなることから、ハードウエアにより処理する方が処理時間、電流消費の面、およびコストの面などの点から望ましい。
また、前記送信機から超音波トランスデューサーあるいは超音波送波器を用いて超音波信号を発信し、前記受信機において超音波トランスデューサーあるいは超音波受波器を用いて超音波信号を受信し、あるいは前記送信機において発光ダイオードあるいはレーザーダイオードを用いて光信号を発信し、前記受信機においてホトダイオードを用いて光信号を受信することでも同様な効果が得られる。
また、前記送信機において、基準発振器に同期しあるいは直交した変調信号あるいはベースバンド信号を生成し、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波を変調して発信することでも同様な効果が得られる。
また、前記送信機から同期しあるいは直交し少なくともチップレートが異なる複数のデジタル信号かつ/またはスペクトル拡散符号により変調されあるいは拡散されて発信されている場合には、前記受信機において複数の周波数が異なる測定信号に変換することができる。
また、前記送信機においてウルトラワイドバンド(UWB)のスペクトル拡散符号を発信しても同様な効果が得られる。
また、前記送信機から同期しあるいは直交し少なくともチップレートが異なる複数のデジタル信号かつ/またはスペクトル拡散符号により変調されあるいは拡散されて発信されている場合には、前記受信機において複数の周波数が異なる測定信号に変換することができる。
また、前記送信機においてウルトラワイドバンド(UWB)のスペクトル拡散符号を発信しても同様な効果が得られる。
本発明は、上記のように構成されているため、単一の送信機あるいは単一の受信機との間の相対距離を高精度で測定することが可能となり、方向あるいは向かっている方向の測定と合わせれば、位置の標定が高精度で行なえることになる。
また、前記送信機および/あるいは受信機が、移動体に装着され、あるいは歩行者によって携帯されると、いつでもどこでもお互いの位置関係が即座に測定できることから、ユビキタスモバイルネットワークに適用可能となる。
相対距離の測定あるいは位置の標定が高精度で行なえることから、歩行者が交差点などの横断歩道を渡る場合に、横断歩道から逸脱しないように誘導し、あるいは歩行者の接近を車の運転者に警告するなどのシステムに利用可能である。
また、移動無線システムにおいて単一の基地局と携帯端末との間で方向と距離が測定可能となるので、高精度なカーナビゲーションシステムあるいは歩行者ナビゲーションシステムを実現することが可能となる。
また、前記送信機および/あるいは受信機が、移動体に装着され、あるいは歩行者によって携帯されると、いつでもどこでもお互いの位置関係が即座に測定できることから、ユビキタスモバイルネットワークに適用可能となる。
相対距離の測定あるいは位置の標定が高精度で行なえることから、歩行者が交差点などの横断歩道を渡る場合に、横断歩道から逸脱しないように誘導し、あるいは歩行者の接近を車の運転者に警告するなどのシステムに利用可能である。
また、移動無線システムにおいて単一の基地局と携帯端末との間で方向と距離が測定可能となるので、高精度なカーナビゲーションシステムあるいは歩行者ナビゲーションシステムを実現することが可能となる。
また、送信機をアクテイブタグとし、複数の受信機をネットワークで結ぶことで、アクテイブタグの正確な位置が検知できることから、マーケットなどで顧客の移動経路を調査するための動線管理、貨物の移動集積を効率化するための物流管理、あるいは迷子の探索などに用いることができる。
また、前記アクテイブタグを家畜あるいは野生動物に携帯させて正確な位置が検知することで、バイオテレメトリなどに用いることができる。
また、前記アクテイブタグを家畜あるいは野生動物に携帯させて正確な位置が検知することで、バイオテレメトリなどに用いることができる。
また、送受信機を走行中の車両に装着することで、相互間の相対位置が高精度で測定できるので、高速道路での協調運転などに利用できる。
また、航行中の複数の船舶間、飛行中の複数の航空機間、あるいは走行中の複数の車両間などの間隔および方向を正確に測定できるので、衝突防止あるいは相互間の距離を維持するなどのシステムに活用することができる。
また、航行中の複数の船舶間、飛行中の複数の航空機間、あるいは走行中の複数の車両間などの間隔および方向を正確に測定できるので、衝突防止あるいは相互間の距離を維持するなどのシステムに活用することができる。
また、移動体と操縦者相互間の1対1の通信によって移動体との相対的な位置関係が正確に測定できることから、移動体のリモコンなどが安価な装置で可能となる。
また、本発明の距離測定技術は基盤技術であり、その他の多分野での応用が期待できる。
また、本発明の距離測定技術は基盤技術であり、その他の多分野での応用が期待できる。
10 アンテナ
11 高周波増幅器
16 ミキサ
17 中間周波増幅器
23 シンセサイザ
31 基準発振器
32 復調器
33 同期発振器
34 位相・周波数検出器
35 接続端子
11 高周波増幅器
16 ミキサ
17 中間周波増幅器
23 シンセサイザ
31 基準発振器
32 復調器
33 同期発振器
34 位相・周波数検出器
35 接続端子
101 帯域通過フイルタ
102 同期保持手段
103 位相比較器
104 フエイズラグフイルタ
105 数値制御発振器
106 分周器
111〜114 接続端子
102 同期保持手段
103 位相比較器
104 フエイズラグフイルタ
105 数値制御発振器
106 分周器
111〜114 接続端子
201、202 測定信号の直交点
203a〜203d 時間軸
204 遅延時間
205 同期確立時点
206 位相差
211a、211b 低い周波数の測定信号
211c、211d 低い周波数のクロック信号
212a、212b 高い周波数の測定信号
212c、212d 高い周波数のクロック信号
203a〜203d 時間軸
204 遅延時間
205 同期確立時点
206 位相差
211a、211b 低い周波数の測定信号
211c、211d 低い周波数のクロック信号
212a、212b 高い周波数の測定信号
212c、212d 高い周波数のクロック信号
Claims (5)
- 超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を用いて距離を測定するシステムにおいて、
同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号によって変調されかつ/またはスペクトル拡散された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための受信機と、前記受信機の出力信号から前記複数の測定信号を復調しかつ/または逆拡散するための復調器と、前記復調しかつ/または逆拡散した複数の測定信号の内最も周波数が低い測定信号との同期を確立して保持するための同期発振器と、前記同期発振器から出力されるクロック信号を用いて前記複数の測定信号の一部あるいは全部の位相および/あるいは周波数を検出するための位相・周波数検出器とから構成され、前記位相および/あるいは周波数の検出結果から相対距離を測定することを特徴とする距離測定装置
- 前記同期発振器が、少なくとも位相比較器と、チャージポンプ回路と、積分回路あるいはフエイズラグフイルタと、前記積分回路あるいはフエイズラグフイルタからの出力信号をデジタル信号に変換するためのアナログ・デジタル変換器と、数値制御発振器と、前記数値制御発振器の出力周波数を分周するための分周器と、同期確立・保持手段とから構成され、前記アナログ・デジタル変換器のデータ出力を用いて前記数値制御発振器の位相および/あるいは周波数を制御してクロック信号を生成することを特徴とする請求項第1項に記載する距離測定装置
- 前記同期発振器が、前記復調しかつ/または逆拡散した複数の測定信号の内最も周波数が低い測定信号のゼロクロス点あるいは直交点のいずれか一方あるいは両方を検出し、前記検出結果に基づいて前記数値制御発振器の位相および/あるいは周波数を制御してクロック信号を生成することを特徴とする請求項第1項に記載する距離測定装置
- 前記同期発振器が、少なくともDSPを含み、前記復調しかつ/または逆拡散した複数の測定信号の内最も周波数が低い測定信号のゼロクロス点あるいは直交点のいずれか一方あるいは両方と同期したクロック信号を生成することを特徴とする請求項第3項に記載する距離測定装置
- 前記位相・周波数検出器において、前記複数の測定信号の位相および/あるいは周波数を検出するために、前記同期発振器から出力されるクロック信号を用いて前記複数の測定信号をアナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換し、Sinのルックアップテーブルとして0、1、0、−1を単位とし、Cosinのルックアップテーブルとして1、0、−1、0を単位とし、前記デジタル信号との積和演算を行うことを特徴とする請求項第1項に記載する距離測定装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008052919A JP2009210372A (ja) | 2008-03-04 | 2008-03-04 | 距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JP2009210372A true JP2009210372A (ja) | 2009-09-17 |
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ID=41183689
Family Applications (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011117880A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Rcs:Kk | 広域位置特定システム |
KR101330530B1 (ko) | 2012-04-09 | 2013-11-18 | 재단법인대구경북과학기술원 | Rf―광 신호를 이용한 하이브리드 레이더 및 이를 이용한 거리 검출 방법 |
JP2019020217A (ja) * | 2017-07-14 | 2019-02-07 | 株式会社Soken | 測距システム |
US11125874B2 (en) | 2017-12-21 | 2021-09-21 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Obstacle detection sensor |
-
2008
- 2008-03-04 JP JP2008052919A patent/JP2009210372A/ja active Pending
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