JP2019105602A - 往復時間計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】距離計測対象の装置が周辺に複数ある場合でも距離計測を適切に行うことを可能とする。【解決手段】往復時間計測システム１は、第１装置としての計測ノード１０Ａと、第２装置としての計測ノード１０Ｂ，１０Ｃと、を含み、第１装置は、計測信号を送信する計測信号送信部１１と、計測信号を受信した第２装置から計測信号に対する応答信号を受信する応答信号受信部１２と、第２装置における計測信号の受信から応答信号の送信までの待機時間に係る情報を取得する待機時間情報取得部１３と、計測信号の送信から応答信号の受信までの時間に係る情報と、待機時間に係る情報と、に基づいて、第１装置と第２装置との間の信号の往復時間の計測及び距離計測を行う計測結果算出部１４と、を有し、第２装置は、計測信号を受信する計測信号受信部としての受信時刻計測部２１と、計測信号の受信から所定の時間待機した後に応答信号を送信する応答信号送信部２４と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、往復時間計測システムに関する。

センサを備えた装置から無線通信により情報の取得を行うセンサネットワークにおいて、端末の位置を把握するために装置間の距離を計測する方法が検討されている。例えば、特許文献１では、周囲に送信した送信波（計測信号）に対する反射波（応答信号）を受信した時間から、距離を推定する構成が示されている。

特開２０１５−２００５５５号公報

しかしながら、例えば、距離測定用の信号を発信する装置の周辺に多数の装置が存在しると、周辺の装置からの応答信号が発信側の装置に複数同時に到達してしまう可能性があるが、このような場合については考慮されていなかった。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、信号の往復時間を計測する際に、複数の装置が応答しても適切に往復時間計測を行うことが可能な往復時間計測システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る往復時間計測システムは、第１装置と、第２装置と、を含み、前記第１装置は、計測信号を送信する計測信号送信部と、前記計測信号を受信した前記第２装置から前記計測信号に対する応答信号を受信する応答信号受信部と、前記第２装置における前記計測信号の受信から前記応答信号の送信までの待機時間に係る情報を取得する待機時間情報取得部と、前記計測信号の送信から前記応答信号の受信までの時間に係る情報と、前記待機時間に係る情報と、に基づいて、前記第１装置と前記第２装置との間の信号の往復時間を計測する計測部を有し、前記第２装置は、前記計測信号を受信する計測信号受信部と、前記計測信号の受信から所定の時間待機した後に前記応答信号を送信する応答信号送信部と、を有する。

上記の往復時間計測システムでは、第１装置からの計測信号を受信した第２装置は、計測信号に対応する応答信号を所定時間待機した後に送信する。そして、第１装置では、第２装置における待機時間に係る情報と、計測信号の送信から応答信号の受信までの時間に係る情報と、に基づいて、第１装置と第２装置との間の信号の往復時間の計測が行われる。このような構成とすることで、第１装置では、計測信号の送信から応答信号の受信までの時間に係る情報だけではなく、第２装置における応答信号の送信までの待機時間にも基づいて、第１装置と第２装置との間の信号の往復時間の計測を行うことができるため、例えば、第１装置による信号の往復時間の計測対象となる第２装置が周辺に複数ある場合でも、待機時間を利用して適切に往復時間計測を行うことが可能となる。

ここで、前記第２装置を複数有し、前記複数の第２装置は、前記計測信号の受信から前記応答信号の送信までの待機時間が互いに異なる態様とすることができる。

上記のように、複数の第２装置における待機時間を互いに異ならせる構成とすることで、複数の第２装置からの応答信号を第１装置が同時に受信することを防ぐことが可能となる。したがって、複数の第２装置が存在する場合でも、第１装置において適切に往復時間計測を行うことが可能となる。

また、前記第２装置は、前記応答信号送信部において前記計測信号の受信から所定の時間待機した後に前記応答信号を送信するための遅延を発生させる遅延処理部を有し、前記遅延処理部は、自装置内で所定の周期で繰り返される基準信号と、前記計測信号を受信した時刻との差分時間を計測すると共に、当該基準信号に基づいて待機をした後に、前記基準信号から前記差分時間に基づく遅延を追加したタイミングで、前記応答信号送信部により前記応答信号を送信させる態様とすることができる。

上記のように、遅延処理部において、基準信号と計測信号を受信した時刻との差分時間を計測し、基準信号に基づいて待機をした後に、この差分時間分に基づく遅延を追加して応答信号を送信する構成とすることで、待機時間を正確に確保することが可能となり、応答信号を適切に送信することができる。

また、前記遅延処理部は、第１のディレイチェーン回路を用いて前記差分時間を計測すると共に、前記第１のディレイチェーン回路と同じ遅延特性を有する第２のディレイチェーン回路を用いて前記基準信号から前記差分時間だけ遅延した、前記応答信号の送信タイミングを決定する態様とすることができる。

上記のように、遅延処理部において、２つのディレイチェーン回路を用いて応答信号の送信タイミングを決定する構成とすることで、待機時間を正確に確保した上で応答信号の送信タイミングを適切に制御することが可能となり、応答信号を適切に送信することができる。

また、前記第２装置の前記応答信号送信部は、前記応答信号の波形を利用して前記第２装置における前記待機時間に係る情報を前記第１装置に対して送信し、前記第１装置の前記待機時間情報取得部は、前記第２装置からの前記応答信号の波形に基づいて、前記待機時間に係る情報を取得する態様とすることができる。

上記のように、応答信号の波形を利用して待機時間に係る情報を第２装置から第１装置に対して送信する構成とすることで、信号の送受信に係る処理量を低減しながら、待機時間に係る情報を送信することができる。

また、前記計測信号及び前記応答信号の伝搬時間、及び、前記計測信号及び前記応答信号の伝搬速度に基づき、前記第１装置と前記第２装置との間の距離を特定する態様とすることができる。

上記のように、計測信号及び応答信号の伝搬時間及び伝搬速度から、第１装置と第２装置との間の距離を特定する構成とすることで、複数の装置が応答しても適切に距離を特定することが可能となる。

前記計測信号及び前記応答信号の伝搬時間、及び、前記第１装置と前記第２装置との間の距離に基づき、前記第１装置と前記第２装置との間の物体の状態を計測する態様とすることができる。

上記のように、計測信号及び応答信号の伝搬時間及び前記第１装置と前記第２装置との間の距離から、第１装置と第２装置との間の物体の状態を計測する構成とすることで、複数の装置が応答しても適切に物体の状態を計測することが可能となる。

本発明によれば、信号の往復時間を計測する際に、複数の装置が応答しても適切に往復時間計測を行うことが可能な往復時間計測システムが提供される。

往復時間計測システムを示す図である。 往復時間計測システムに含まれる計測ノードについて説明する図である。 計測信号に対する応答信号の送信タイミングについて説明する図である。 基準信号を利用した受信時刻の特定及び待機時間経過後の応答信号の送信を制御する回路の例を示す図である。 計測信号を送信する側の計測ノード（第１装置）における処理を説明する図である。 応答信号を送信する側の計測ノード（第２装置）における処理を説明する図である。 計測ノードにおいて設けることができる休眠時間について説明する図である。 応答信号の波形の変更例を説明する図である。 往復時間計測システムを用いた音響フィールド解析について説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る往復時間計測システム１を示す図である。以下の実施形態においては、往復時間計測システム１は、往復時間の計測に基づき距離計測を行う。すなわち、往復時間の計測に基づいて距離計測を行う往復時間計測システム１について説明する。図１に示すように、往復時間計測システム１には、距離計測に係る装置として計測ノード１０（１０Ａ〜１０Ｃ）が含まれる。なお、往復時間計測システム１に含まれる計測ノード１０の数は適宜変更することができる。

往復時間計測システム１は、例えば、各ノードが環境等に関する物理量を計測するセンサ機能を有するセンサネットワークとして実現される。センサネットワークでは、ノード間で無線通信を行うことにより、各ノードに設けられたセンサによる計測結果がセンサネットワークの管理装置等に集約され、計測結果の分布等の分析が行われる。各ノードが移動可能である場合には、管理装置が各ノードの位置に関する情報も併せて収集することで、管理装置において各ノードの位置に対応したセンサ計測結果の分布に係る情報を作成することができる。

上記のように、移動可能なノードが含まれる往復時間計測システム１では、ノード間の距離を計測し、この結果に基づいてノードの位置を特定する方法が用いられる。本実施形態では、計測ノード１０同士がノード間の距離を計測することで、ノードの位置を特定する場合について説明する。また、本実施形態では、計測ノード間の距離を計測する方法として、反響定位（エコーロケーション）を応用した、アクティブエコー（Active Echo）法を用いる場合について説明する。アクティブエコー法では、距離計測を行う主体となる計測ノード１０が、計測を行うための計測信号を送信すると、この計測信号を受信した周囲の計測ノード１０が応答信号を送信する。主体ノードは、計測信号の送信から応答信号の受信までの所要時間に基づいてノード間の距離を算出することができる。なお、アクティブエコー法で用いられる信号の種類は特に限定されず、例えば、レーザ光等の光信号、電波、音響信号等を用いることができる。

図１では、計測ノード１０Ａが距離計測を行う主体となっている状態を示している。計測ノード１０Ａは、周囲に計測信号Ｗ１を送信している。本実施形態では、距離計測を行うための計測信号を送信する側の装置を第１装置という場合がある。計測信号Ｗ１には、発信元が計測ノード１０Ａであることを示す情報が含まれていてもよいが、計測ノード１０Ａに係る情報が含まれていなくてもよい。計測ノード１０Ｂ及び計測ノード１０Ｃは、計測ノード１０Ａからの計測信号Ｗ１が到達する範囲に位置しているので、それぞれ計測信号Ｗ１を受信する。計測信号Ｗ１を受信した計測ノード１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ計測信号Ｗ１に対応した応答信号Ｗ２を発信する。本実施形態では、計測信号を受信して応答信号を送信する側の装置を第２装置という場合がある。応答信号Ｗ２には自ノードを特定する情報が含まれる。計測ノード１０Ａ（第１装置）では、計測ノード１０Ｂ，１０Ｃ（第２装置）のそれぞれから応答信号Ｗ２を受信することで、計測ノード１０Ｂ，１０Ｃが周囲に位置していることが把握できると共に、計測ノード１０Ｂ，１０Ｃと自ノードとの距離を計測することが可能となる。

ここで、図１に示すように、計測ノード１０Ａ−計測ノード１０Ｂ間の距離と、計測ノード１０Ａ−計測ノード１０Ｃ間の距離と、が互いに十分に異なる場合（より正確には、応答信号の継続時間及び伝搬速度から、計測ノード１０Ａにおいて混線が発生しない場合）には、上記の手法で計測ノード１０Ａが距離計測を行う際に特に問題が生じないと考えられる。しかし、計測ノード１０Ａからの距離が等しいあるいは近しい計測ノードが複数存在している場合、計測信号Ｗ１を発止した計測ノード１０Ａに対して複数の計測ノードから同じようなタイミングで応答信号Ｗ２が送信されることとなる。したがって、計測ノード１０Ａでは、応答信号Ｗ２が重畳した状態となり、一部又は全ての応答信号Ｗ２を適切に処理ができない、すなわち、応答信号が計測ノード１０Ａにおいて混線し、距離計測を適切に行うことができない状態が生じる可能性がある。特に、往復時間計測システム１に含まれる計測ノード１０の数が多くなり、距離計測の対象となる計測ノード１０の数が増えると、上記のような事象が生じる可能性は高くなると考えられる。そこで、本実施形態に係る計測ノード１０Ａ〜１０Ｃは、計測信号Ｗ１に対する応答信号Ｗ２を待機するようにそれぞれ制御している。それにより、距離計測を行う主体となるノードにおいて、応答信号Ｗ２が重複することを抑制している。

上記の特徴を有する計測ノード１０は、図２に示すように、計測信号送信部１１、応答信号受信部１２、待機時間情報取得部１３、計測結果算出部１４（計測部）、計測結果保持部１５、及び、エコー部２０を有する。エコー部２０には、受信時刻計測部２１（計測信号受信部、遅延処理部）、待機時間決定部２２（応答信号送信部）、遅延生成部２３、及び、応答信号送信部２４が含まれる。図２に示す計測ノード１０は、計測信号の送信と、計測信号に対応する応答信号の送信と、を行う場合、すなわち、第１装置としての機能と第２装置としての機能との両方を有している場合を示している。ただし、例えば、計測信号Ｗ１の送信のみを行う、第１装置としての機能のみを有する装置は、計測信号送信部１１、応答信号受信部１２、待機時間情報取得部１３、計測結果算出部１４、及び、計測結果保持部１５のみを有していればよく、エコー部２０は有していなくてもよい。また、応答信号Ｗ２の送信のみを行う、第２装置としての機能のみを有する装置は、エコー部２０のみを有していればよく、他の機能部は有していなくてもよい。計測ノード１０のそれぞれが図２に示す機能部を全て有している場合、全ての計測ノード１０が第１装置及び第２装置として動作することが可能となる。なお、往復時間計測システム１では、基本的にノード間の距離の計測結果は、センサネットワークに含まれる各ノードの位置関係の推定に用いられる。その際に、一部の計測ノード１０（例えば、第２装置として動作するノード）は、往復時間計測以外の方法、例えば、ＧＰＳ等にて基準点からの位置や距離を取得する機能を有していて、その情報を他の計測ノード１０に対して提供する構成としてもよい。

上記の計測ノード１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成されていてもよい。そして、これらの構成要素が動作することにより、上記の計測ノード１０としての機能が発揮される。なお、計測ノード１０は、自ノードでの各部を適切に動作させるための電源を別途有していてもよい。

計測信号送信部１１は、ノード間距離の計測のための計測信号Ｗ１を送信する機能を有する。計測信号Ｗ１は特定の宛先に送信する信号ではないため、自ノードの周囲に発信される。なお、計測信号Ｗ１を送信した時刻に関する情報は、計測結果算出部１４へ送られる。

応答信号受信部１２は、周囲の計測ノード１０からの応答信号Ｗ２を受信する機能を有する。応答信号受信部１２が受信する応答信号Ｗ２には、送信元の計測ノード１０を特定する情報が含まれる。応答信号Ｗ２を送信した計測ノード１０を特定する情報及び応答信号Ｗ２を受信した時刻に関する情報は、計測結果算出部１４へ送られる。

待機時間情報取得部１３は、応答信号Ｗ２を送信した計測ノード１０において、応答信号Ｗ２の送信を待機した時間に係る情報を取得する機能を有する。応答信号Ｗ２の送信を所定時間待機する構成については後述するが、距離の算出を行う際には、待機時間に係る情報を利用する必要がある。待機時間情報取得部１３は、例えば、応答信号Ｗ２を送信した計測ノード１０から待機時間に係る情報を取得する。より正確には、応答信号Ｗ２に含まれる、あるいは応答信号Ｗ２とは別途送信される、応答信号Ｗ２を発したノードにおける待機時間に係る情報を読み取っている。待機時間情報取得部１３が取得した待機時間に係る情報は、計測結果算出部１４へ送られる。

計測結果算出部１４は、自ノードで受信した応答信号Ｗ２の送信元の計測ノード１０と、自ノードとの間の信号の往復時間を計測し、この結果に基づいて、両者間の距離を算出する計測部としての機能を有する。例えば、計測ノード１０Ｂから応答信号Ｗ２を受信した場合、計測結果算出部１４において、応答信号受信部１２において応答信号Ｗ２を受信した時刻と、計測信号送信部１１が計測信号Ｗ１を送信した時刻と、の差を求める。その後、上記の差から待機時間情報取得部１３により取得された計測ノード１０Ｂでの待機時間分を差し引くことで、計測結果算出部１４において計測信号Ｗ１及び応答信号Ｗ２のノード間の信号伝搬に係る所要時間が求められる。この結果、計測結果算出部１４において、所要時間と、ノード間の信号の伝搬速度（例えば、媒質中での光速や電波の伝搬速度）と、に基づいて、ノード間距離を算出することができる。なお、上記では送信時刻と受信時刻の両方を使用する場合について示したが、往復時間計測には送信時刻と受信時刻の差分だけが必要であるため、必ずしも両者の時刻を知る必要はない。したがって、タイマー等の経過時間計測機能で代替しても構わない。また、本実施形態では、信号処理に係る時間は十分高速であるとしたが、実際には信号処理や信号の伝達経路（アンテナやＩＣチップ上の信号線）に伴う遅延が含まれる場合もある。このような遅延が無視できない場合はその遅延も待機時間の一部とみなして差し引いても構わない。

計測結果保持部１５は、上記の計測結果算出部１４において算出された距離計測の結果を保持する機能を有する。距離計測の結果は、計測ノード１０を特定する情報に対応付けて保持される。このとき、距離計測に利用した情報（応答信号Ｗ２の受信時刻等）を併せて保持してもよい。

次に、エコー部２０について説明する。エコー部２０は、他の計測ノード１０から計測信号Ｗ１を受信したときに処理を行う機能部である。

受信時刻計測部２１は、他の計測ノードから計測信号Ｗ１を受信する計測信号受信部としての機能を有する。また、受信時刻計測部２１は、計測信号Ｗ１を受信した際に、その受信時刻を計測する、遅延処理部の一部としての機能を有する。遅延処理部としての受信時刻を計測する機能は、基準信号を生成する基準信号回路に対応した時間計測回路により実現される。

待機時間決定部２２は、自ノードから応答信号Ｗ２を送信するまでの待機時間を決定する、応答信号送信部の一部としての機能を有する。待機時間は特に限定されないが、計測ノード１０では、自ノード内で生成される基準信号を利用して待機に係る処理を行う。したがって、待機時間は基準信号の例えば整数倍として設定される。この点については後述する。なお、待機時間は、計測信号Ｗ１の受信の度に変更されてもよいし、計測ノード１０毎に予め決めておく構成としてもよい。

遅延生成部２３は、上記の待機時間決定部２２において決定された待機時間に基づいて、計測信号Ｗ１の受信から応答信号Ｗ２の送信まで待機するための処理を行う遅延処理部としての機能を有する。遅延生成部２３は、基準信号を生成する基準信号回路に対応した遅延回路により実現される。この点は後述する。

応答信号送信部２４は、遅延生成部２３による制御に基づいて応答信号Ｗ２を送信する機能を有する。応答信号Ｗ２は、計測信号Ｗ１と同様に宛先を特定しない信号である。また、応答信号Ｗ２には、どの計測信号Ｗ１に対応する応答信号Ｗ２であるかを示す情報（例えば、計測ノード１０Ａからの計測信号Ｗ１に対する応答信号である場合に、計測ノード１０Ａを特定する情報を、計測信号Ｗ１を特定する情報として用いてもよい）と、応答信号Ｗ２の送信元を特定する情報（計測ノード１０Ｂを特定する情報）と、が含まれる。また、応答信号送信部２４は、応答信号Ｗ２に含めて、又は、応答信号Ｗ２とは別に、待機時間を特定する情報を送信する機能を有する。上述したように、ノード間の距離を算出する際には、待機時間を特定する情報が必要となる。応答信号送信部２４は、この待機時間を特定する情報を、応答信号Ｗ２に含めて送信してもよいし、応答信号Ｗ２の送信とは別の信号として送信する構成としてもよい。

ここで、エコー部２０による応答信号Ｗ２の送信の待機について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３では、計測信号Ｗ１に対する応答信号Ｗ２の送信タイミングについて説明する図である。

図３では、計測ノード１０Ａが距離計測を行う主体ノードであり、計測信号Ｗ１を送信する場合を示している。また、計測ノード１０Ａからの計測信号Ｗ１に対して、計測ノード１０Ｂが応答信号Ｗ２を送信する場合について示している。

計測ノード１０Ａが計測信号Ｗ１を送信すると、計測ノード１０ＢはΔＴ秒後にこの計測信号Ｗ１を受信するとする。ΔＴは、計測ノード１０Ａ，１０Ｂ間の距離によって決まる時間である。

計測ノード１０Ｂでは、計測信号Ｗ１を受信した後、待機時間Ｗｂだけ待機し、応答信号Ｗ２を送信する。この待機時間Ｗｂは、計測ノード１０Ｂにおける基準信号の整数倍（Ｎ倍）として設定される。図３に示すように、計測ノード１０Ｂでは、間隔Ｔ_ｐｒ（ｓ）のパルス波である基準信号を発生させる回路が動作している。計測ノード１０Ｂにおいて計測信号Ｗ１を受信すると、計測ノード１０Ｂの受信時刻計測部２１では、基準信号からの遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃを計測する。そして、基準信号をＮ回分だけ応答信号Ｗ２の送信を待機した後に、再び基準信号から遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃだけ遅延したタイミングで応答信号送信部２４が応答信号Ｗ２を送信する。すなわち、待機時間はＷｂは、基準信号の間隔Ｔ_ｐｒの整数倍、すなわち、Ｎ×Ｔ_ｐｒとなる。計測ノード１０Ｂの待機時間決定部２２は、このＮの値を決定する機能を有している。

計測ノード１０Ｂが応答信号Ｗ２を送信すると、計測信号Ｗ１と同様にΔＴ秒後に計測ノード１０Ａに到達し、計測ノード１０Ａの応答信号受信部１２において応答信号Ｗ２が受信される。計測ノード１０Ａの計測結果算出部１４では、計測ノード１０Ｂに待機時間のカウントに用いられる基準信号の間隔Ｔ_ｐｒと、倍数Ｎと、が分かると、待機時間Ｗｂを算出することができる。計測信号Ｗ１の送信から応答信号Ｗ２の受信までの時間から待機時間Ｗｂを差し引くと、ΔＴ×２に対応する時間が求められるため、ΔＴを算出することができ、ΔＴに相当するノード間距離を算出することができる。

このように、計測ノード１０Ｂでは、基準信号との差分を利用して計測信号Ｗ１の受信時刻を特定し、倍数Ｎを決定することで待機時間Ｗｂを特定する。そして、計測信号Ｗ１を受信した際の基準信号との差分を利用して応答信号Ｗ２の送信タイミングを調整する。

計測ノード１０Ｂにおける基準信号を利用した受信時刻の特定及び待機時間Ｗｂ経過後の応答信号Ｗ２の送信を実現する方法の一つとして、図４に示すディレイチェーン型の時間計測回路（ＴＤＣ：Time to Digital Converter）を利用することができる。図４に示す例では、受信時刻計測部２１を構成する回路として、基準信号発生回路と、信号Ｗ１受信回路と、が設けられている。基準信号発生回路が発生させた基準信号のタイミングで検出部Ｒ_１、Ｒ_２…は入力信号をラッチする。一方、信号Ｗ１受信回路には、検出間隔の最小単位に対応したディレイ素子Ｄが設けられた第１のディレイチェーン回路が設けられている。そして、計測信号Ｗ１に対応したパルス波が受信回路から入力されてディレイ素子Ｄを通過する度に遅延が発生することになる。その遅延信号の各々が検出部Ｒへの入力となる。基準信号が入力されたＯＮタイミングに、ディレイ素子を通過した計測信号Ｗ１に対応したパルス波がどの位置に存在するかに応じて、検出部Ｒ_１、Ｒ_２…のいずれかが計測信号Ｗ１に対応したパルス波を検出することになる。どの検出部が計測信号Ｗ１に対応したパルス波を検出したかに基づいて、遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃを特定することができる。例えば、１つのディレイ素子Ｄを信号が通過するのにかかる時間をＴ_Ｄとし，受信信号が存在するときのみ１それ以外は０のデジタル波形を入力とする。Ｒ_２が０でＲ_１が１であった場合には“基準信号の時間−２Ｔ_Ｄ”には受信信号は来ておらず、“基準信号の時間−Ｔ_Ｄ”には受信信号が来ていたことがわかる。

遅延生成部２３では、基準信号発生回路に対して、倍数Ｎに対応したフィルタが設けられていて、Ｎ回目の基準信号については、ディレイ素子Ｄが設けられた第２のディレイチェーン回路に対して信号を流す構成となっている。第１のディレイチェーン回路と、第２のディレイチェーン回路とは、同じ遅延特性を有している。すなわち、第２のディレイチェーン回路のディレイ素子Ｄによる遅延量は検出間隔の最小単位に対応していて、ディレイ素子Ｄを通過する度に基準信号に対応するパルス波が遅延する。遅延した各信号は受信時刻計測部２１のセレクタに到達する。遅延量指定回路は遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃをもとに何段目のディレイ素子を通過した信号がΔＴ_ｆｒａｃに最も近いかを判定し、セレクタに対してどの信号を選択して出力すべきかを指定する。そして、セレクタを通過した基準信号を検出した際に、応答信号送信部２４が応答信号Ｗ２を送信する。このように、遅延生成部２３は、受信時刻計測部２１と同じ基準信号発生回路から出力される基準信号を利用し、受信時刻計測部２１において特定された遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃに対応する段数だけディレイ素子を通過した信号を選択的に用いることで、遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃに対応する分だけ遅延した基準信号のみを取り出すことができる。したがって、遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃだけ遅延した応答信号Ｗ２を正確に送信することが可能となる。

なお、基準信号からの遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃの特定の方法、及び、遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃだけ基準信号からの遅延した応答信号を送信する方法は、図４に示すディレイチェーン型の回路を利用したものとは異なる回路等で実現されていてもよい。また、本実施形態では、基準信号を利用して正確な遅延量を生成する構成を説明しているが、必ずしもこの構成に限定するものではなく、他の待機時間生成方法を用いても構わない。例えば、計測信号Ｗ１を受信した際に所定の電荷をコンデンサに充電し、その電荷を放電させながら電荷の残量を確認し、残量が所定の値を下回ったら信号を発する等の仕組みを設けて待機時間を決めても構わない。

なお、基準信号の間隔Ｔ_ｐｒは、各計測ノード１０において共通とされていることが好ましい。各計測ノード１０において基準信号の間隔Ｔ_ｐｒを共通としていると、ノード間で待機時間Ｗｂが互いに異なる状態を、待機時間Ｗｂの算出に用いられる倍数Ｎを互いに異ならせることにより、容易に作ることができる。また、計測信号Ｗ１を送信した計測の主体となる計測ノード１０側においても、各計測ノード１０において設定されている倍数Ｎの情報を取得することで待機時間Ｗｂが可能となるため、待機時間に係る情報を取得する際の通信量等を減らすこともできる。

ただし、基準信号の間隔Ｔ_ｐｒは、装置間誤差等により計測ノード１０毎に異なることも考えられる。そこで、例えば、応答信号送信部２４は、待機時間Ｗｂ経過後に応答信号Ｗ２を送信することに加えて、さらに基準信号の間隔Ｔ_ｐｒ分だけ遅延したタイミング（すなわち、Ｗｂ＋Ｔ_ｐｒ（ｓ）後）に、応答信号Ｗ２を再度送信する構成としてもよい。その場合には、距離計測を行う計測ノード１０側では、同一の計測ノード１０からの応答信号を２回受信することになるので、その差分が間隔Ｔ_ｐｒに相当すると判断することができる。そして、各計測ノード１０において設定されているＮの情報を別途取得すると、待機時間Ｗｂを算出することが可能となる。

各計測ノード１０における倍数Ｎを互いに異なる設定とするための方法は、上述のように、予め計測ノード毎に互いに異なる倍数Ｎを割り振っておくという方法を用いることができる。そのほか、例えば、各計測ノード１０において、距離計測の度に使用する倍数Ｎをランダムに選択するという方法を用いることもできる。ただし、倍数Ｎをランダムに選択する構成とすると、近隣のノード同士で同じ倍数Ｎが選択される可能性もある。一方、計測ノード毎に互いに異なる倍数Ｎを予め割り振っておくと、倍数Ｎが重複することを避けることができるが、計測ノード１０の数が非常に大きくなると、倍数Ｎのバリエーションも増えるため、待機時間が長期化する可能性もある。そこで、例えば、距離計測を行う計測ノード１０の周囲に存在すると予想される計測ノード１０の数を予めシミュレーション等で求めておき、当該シミュレーションで得られた周囲の予想計測ノード数よりも多く、倍数Ｎの候補を準備しておく構成とする。このような構成とすることで、各計測ノード１０がランダムに倍数Ｎを選択する場合でも、待機時間の長期化をある程度制御しながら、各計測ノード１０での待機時間を互いに異ならせることができる。このように、往復時間計測システム１に含まれる計測ノード１０の数や計測ノード１０の散らばり等を考慮して、倍数Ｎの設定方法は適宜変更することができる。

次に、図５及び図６を参照しながら、計測ノード１０間の距離計測方法について説明する。図５は、計測信号Ｗ１を送信する側の計測ノード１０（第１装置）における処理を説明する図である。また、図６は、応答信号Ｗ２を送信する側の計測ノード１０（第２装置）における処理を説明する図である。

図５に示すように、計測信号Ｗ１を送信する側の計測ノード１０（図１では、計測ノード１０Ａ）は、計測信号送信部１１により計測信号Ｗ１を送信する（Ｓ０１）。次に、計測信号Ｗ１を受信した計測ノード１０からの応答信号Ｗ２を応答信号受信部１２において受信すると共に、受信時刻を計測する（Ｓ０２）。なお、応答信号Ｗ２の受信と共に、待機時間情報取得部１３において待機時間Ｗｂに係る情報を受信する構成としてもよい。また、待機時間Ｗｂに係る情報は応答信号Ｗ２とは別に受信してもよい。次に、計測結果算出部１４において、計測結果を算出し、その結果を計測結果保持部１５において保持する（Ｓ０３）。計測結果の算出方法は上述の通りである。その後、計測ノード１０は、次回の距離計測に係る処理を行うまで待機する（Ｓ０４）。なお、必要に応じて、計測結果を他の装置（例えば、計測結果を集約する装置等）に送信する処理を行ってもよい。

一方、図６に示すように、計測信号Ｗ１を受信する側の計測ノード１０（図１では、計測ノード１０Ｂ，１０Ｃ）は、まず、待機時間決定部２２により待機時間を決定する（Ｓ１１）。なお、待機時間の決定は、計測信号Ｗ１の受信までに行われていればよく、タイミングは特に限定されない。次に、受信時刻計測部２１では、計測信号Ｗ１の到達を待機する（Ｓ１２）。そして、受信時刻計測部２１では、計測信号Ｗ１を受信すると共に、その受信時刻を計測する（Ｓ１３）。受信時刻の計測とは、図３に示す基準信号からの遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃを計測する処理とすることもできる。次に、遅延生成部２３において、応答信号Ｗ２を送信するまでの遅延を生成し、応答信号Ｗ２の送信を待機する（Ｓ１４）。その後、待機時間Ｗｂが経過した後に、応答信号送信部２４は、応答信号Ｗ２を送信する（Ｓ１５）。また、待機時間Ｗｂに係る倍数Ｎに係る情報、すなわち、待機時間Ｗｂに係る情報を、応答信号Ｗ２の後に送信する構成としてもよい。その後、距離計測が繰り返される場合には、引き続き計測信号Ｗ１の受信を待機する状態となり（Ｓ１２）、同じ処理が繰り返される。

以上のように、本発明の一実施形態に係る往復時間計測システム１によれば、第１装置としての計測ノード１０Ａからの計測信号Ｗ１を受信した第２装置としての計測ノード１０Ｂ，１０Ｃは、計測信号Ｗ１に対応する応答信号Ｗ２を、所定時間待機した後に送信する。そして、計測ノード１０Ａでは、計測結果算出部１４において、計測ノード１０Ｂ，１０Ｃにおける待機時間に係る情報と、計測信号Ｗ１の送信から応答信号Ｗ２の受信までの時間に係る情報と、に基づいて、信号の往復時間を計測し、ノード間の距離計測が行われる。このような構成とすることで、計測ノード１０Ａにおいて、計測信号Ｗ１の送信から応答信号Ｗ２の受信までの時間に係る情報だけではなく、計測ノード１０Ｂ，１０Ｃにおける応答信号Ｗ２の送信までの待機時間にも基づいて、信号の往復時間の計測及びノード間の距離計測を行うことができる。したがって、本実施形態で説明したように、計測ノード１０Ａによる距離計測対象となる計測ノード１０が周辺に複数ある場合でも、適切に往復時間計測を行うことが可能となり、ノード間の距離計測を適切に行うことができる。

また、複数の計測ノード１０Ｂ，１０Ｃにおける待機時間を互いに異ならせる構成とすることで、複数の計測ノード１０Ｂ，１０Ｃからの応答信号Ｗ２を計測ノード１０Ａが同時に受信することを防ぐことが可能となる。したがって、第２装置としての計測ノード１０が複数存在する場合でも、第１装置としての計測ノード１０Ａにおいて信号の往復時間の計測及び距離計測を適切に行うことができる。

また、上記の計測ノード１０では、応答信号送信部２４において計測信号Ｗ１の受信から所定の時間待機した後に応答信号Ｗ２を送信するための遅延を発生させる。すなわち、計測ノード１０では、自装置内で所定の周期で繰り返される基準信号と、計測信号Ｗ１を受信した時刻との差分時間に相当する遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃを計測すると共に、当該基準信号の整数倍（Ｎ倍）だけ待機をした後に、基準信号から差分時間に相当する遅延時間ΔＴ_ｆｒａｃだけ遅延したタイミングで、応答信号送信部２４から応答信号Ｗ２を送信させる。このような構成とすることで、計測ノード１０において、待機時間Ｗｂを正確に確保することが可能となり、応答信号Ｗ２を適切に送信することができる。なお、遅延時間は、差分時間に基づいて算出すればよく、差分時間と同一にしなくてもよい。

また、計測ノード１０において差分時間を計測する受信時刻計測部２１と、応答信号Ｗ２の送信までの待機時間Ｗｂを確保する処理を行うために、第１のディレイチェーン回路と、第２のディレイチェーン回路が用いられる。このように、２つのディレイチェーン回路を用いて応答信号Ｗ２の送信タイミングを決定する構成とすることで、待機時間を正確に確保した上で応答信号Ｗ２の送信タイミングを適切に制御することが可能となり、応答信号を適切に送信することができる。

計測信号Ｗ１の受信時刻の計測及び応答信号Ｗ２の遅延に係る処理では、計測信号Ｗ１の受信時刻から応答信号Ｗ２の送信までの待機時間を適切に管理することが求められる。しかしながら、計測信号Ｗ１をどのタイミングで受信するかは、受信側の計測ノード１０（１０Ｂ，１０Ｃ）では、予測できない。したがって、計測信号Ｗ１を受信するタイミングから、正確にタイマーを動作させ、所望の時間が経過した後に応答信号Ｗ２を送信することは技術的には可能であるが、回路構成等が複雑となる可能性がある。これに対して、本実施形態で説明したように、基準信号回路とディレイチェーン回路とを組み合わせる構成とすることで、基準信号との差分時間を利用して、待機時間を管理する構成とすることで、より簡便な構成で待機時間を正確に管理することが可能となる。

なお、上記実施形態では、計測ノード１０において、応答信号Ｗ２の送信の際に基準信号を用いて遅延を発生させている。このような構成とすることで、応答信号Ｗ２を受信する計測ノード１０（第１装置）側では、計測信号Ｗ１を送信した後、長時間応答信号Ｗ２の受信を待機する必要がなく、応答信号Ｗ２の待機時間と、待機を不要とする時間（休眠時間）とを設けることが可能となる。図７は、計測ノード１０Ａにおいて設けることができる休眠時間について説明する図である。

図７では、計測ノード１０Ａが計測信号Ｗ１を送信してからの時間経過と、計測ノード１０Ａが受信する応答信号Ｗ２の受信タイミングを示している。各計測ノード１０における基準信号の間隔Ｔ_ｐｒが約１００ｍｓであったとする。アクティブエコー法で計測信号Ｗ１及び応答信号Ｗ２の送受信によりノード間距離を計測する場合、ノード間の距離は０ｍ〜１０ｍ程度である場合が多い。したがって、計測信号Ｗ１及び応答信号Ｗ２がレーザ光のような光信号である場合、計測信号Ｗ１及び応答信号Ｗ２は、送信から概ね０ｓ〜３０ｎｓで対象の計測ノード１０に到達する。そのため、計測ノード１０（１０Ｂ又は１０Ｃ）からの応答信号Ｗ２も、概ね０ｓ〜３０ｎｓで計測ノード１０Ａに対して到達する。計測信号Ｗ１及び応答信号Ｗ２の到達時間に比べて間隔Ｔ_ｐｒが非常に長いため、計測ノード１０Ａは、基準信号に対応した周期で、応答信号Ｗ２の受信を待機し、それ以外の時間は待機不要となる。したがって、図７に示すように、計測ノード１０Ａにおいて、応答信号Ｗ２を待機する計測信号Ｗ１の到達範囲に対応した待機時間Ｔ_ｈと、基準信号の間隔Ｔ_ｐｒに基づいて設定される休眠時間Ｔ_ｄとを繰り返す構成とすることができる。この場合、計測ノード１０Ｂと計測ノード１０Ｃとの間で、待機時間Ｗｂに用いられる基準信号の倍数Ｎが互いに異なる場合でも、両方のノードからの応答信号Ｗ２を待機時間Ｔ_ｈ中に受信することができる。

このように、待機時間Ｗｂが基準信号の整数倍となるように設定する構成とすると、周囲の計測ノード１０からの応答信号Ｗ２の送信タイミングは分散することになるが、計測ノード１０Ａにおいて応答信号Ｗ２の受信タイミングが限定されるため、応答信号Ｗ２を待機するための電力消費等を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態に係る内部計測システムについて説明したが、上述した実施形態は本発明の一例を示すものである。本発明に係る往復時間計測システムは、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上記実施形態では、待機時間Ｗｂが基準時間のＮ倍となる場合について説明している。このとき、倍数Ｎに係る情報は、応答信号Ｗ２とは別に、計測ノード１０Ｂ，１０Ｃから計測ノード１０Ａに対して送信する構成について説明した。しかしながら、倍数Ｎが計測ノード１０毎に予め設定されていて、応答信号Ｗ２の送信毎に変更されない場合には、応答信号Ｗ２を送信する計測ノード１０Ｂ，１０Ｃとは異なる装置（例えば、往復時間計測システム１において計測ノード１０を制御する装置）から計測ノード１０Ａに対して計測ノード１０毎の倍数Ｎを通知する構成としてもよい。

また、計測ノード１０Ｂ，１０Ｃから計測ノード１０Ａに対して倍数Ｎを通知する場合でも、応答信号Ｗ２とは別に倍数Ｎを通知する信号を新たに作成して送信することに代えて、応答信号Ｗ２に倍数Ｎを特定することが可能な情報を含める構成としてもよい。この場合、計測ノード１０Ａは、応答信号Ｗ２を受信することで、待機時間Ｗｂに係る情報として、倍数Ｎに係る情報を取得することができる。

応答信号Ｗ２に倍数Ｎを特定することが可能な情報を含める方法としては、例えば、図８に示すように応答信号Ｗ２の波形を倍数Ｎに対応させて変化させる方法が挙げられる。例えば、図８（Ａ）では、応答信号Ｗ２を２つのパルス波から構成し、２つのパルス波の時間差Ｔ_ｉが倍数Ｎに対応するように制御することを示している。この場合、応答信号Ｗ２の送信までの待機時間Ｗｂに応じて、時間差Ｔ_ｉが変化するため、計測ノード１０Ａでは、２つのパルス波の時間差Ｔ_ｉを計測することで、応答信号Ｗ２を送信するまでの待機時間Ｗｂに係る情報を取得することができる。また、図８（Ｂ）では、応答信号Ｗ２の長さＴ_ｗが倍数Ｎに対応するように制御することを示している。この場合、応答信号Ｗ２の送信までの待機時間Ｗｂに応じて、応答信号Ｗ２の長さＴ_ｗが変化するため、計測ノード１０Ａでは、この長さＴ_ｗを計測することで、応答信号Ｗ２を送信するまでの待機時間Ｗｂに係る情報を取得することができる。また、待機時間Ｗｂそのものをデジタルデータに変換してそのデータを送信しても構わない。その際、応答信号Ｗ２に連結して送信しても構わないし、分離して送信しても構わない。

このように、応答信号Ｗ２の波形を利用して待機時間Ｗｂに係る情報を計測ノード１０Ｂ，１０Ｃから計測ノード１０Ａに対して送信する構成とすることで、信号の送受信に係る処理量を低減しながら、待機時間Ｗｂに係る情報を送信することができる。

また、上記実施形態では、基準信号を利用して待機時間Ｗｂを制御する構成について説明したが、基準信号を使用せずに待機時間Ｗｂを制御する構成としてもよい。

また、応答信号Ｗ２に応答した計測ノードを特定する情報を含む場合について説明したが、応答が時間的にばらけるためにどの計測ノードからの応答かを別の方式で特定できる場合には、必ずしも計測ノードを特定する情報を含めなくてもよい。別の方式とは、例えば、前述した倍数Ｎが計測ノードと一意に紐付いている場合などである。待機時間Ｗｂを計測すれば倍数Ｎを特定できるため応答した計測ノードを特定できる。

また、電子回路の中には，例えばＰＬＬ（Phase Locked Loop）やＤＬＬ（Delay Locked Loop）を用いることで、基準信号を１／４周期や１／２周期ずらした信号を作成できる機能がある。このような場合には、必ずしもＮを整数倍に限定する必要はなく利用するデバイス上で好適に利用できる倍数を使用しても構わない。

また、上記実施形態のように、基準信号を利用して待機時間Ｗｂを制御する構成を用いる場合、往復時間計測システム１に含まれる計測ノード１０では、基本的に同一の間隔Ｔ_ｐｒ（ｓ）を有する基準信号を用いることが望まれる。しかしながら、計測ノード１０毎に基準信号の間隔Ｔ_ｐｒが変化する可能性がある。そこで、往復時間計測システム１内に、基準信号の補正を行うための制御装置等を設けて、定期的に当該制御装置と計測ノード１０との間で通信を行い、基準信号に係る補正を行う構成としてもよい。

また、上記実施形態では、往復時間計測システム１がノード間距離の算出を行う場合について説明したが、往復時間の計測結果をノード間距離とは別の計測等に用いる構成としてもよい。図９では、別の実施形態として、往復時間計測システムをフィールド解析に使用する例を示す。これは例えば音響トモグラフィに適用することができる。

図９は、往復時間計測システム１００を複数種類の媒体が混合する領域に投入した例を示す模式図である。図９に示すように、往復時間計測システム１００が投入される領域には、主媒体１５０（例えば液体や土壌など）と副媒体１５０Ａ（例えば油やガラスなど）が混在している。そして、このフィールド内に複数の計測ノード１１０が投入されているとする。図９では、計測ノード１１０のうち一部の計測ノード１１０Ａ〜１１０Ｄのみを示している。本実施形態の計測ノード１１０は音響信号を受信及び発信する。当該計測ノード１１０の位置は、それぞれＧＰＳや測量などの別の手段によって既知となっているとする。このような往復時間計測システム１００を用いて、主媒体１５０中の副媒体１５０Ａの分布の測定を行うことを検討する。

計測ノード１１０において用いられる音響信号は、その特性上、媒体の密度によって伝搬速度が変化する。また、図９に示すような非均質媒体の特性によっては、特定の媒体が音響信号の障害物となり、計測ノード間を直接結んだ最短経路では信号を伝搬できない場合がある。この場合、最短経路ではなく迂回した経路を伝搬した音響信号のみが相手方の計測ノードで受信できる場合がある。

図９に示す例において、主媒体１５０中の信号の伝搬速度をｖとし、副媒体１５０Ａ中の信号の伝搬速度をｖ＿ａとし、ｖ＿ａ＞ｖの関係を満たすとする。この場合、音響信号の往復時間を計測すると、例えば、図９に示す計測ノード１１０Ａと計測ノード１１０Ｂとの間の音響信号の往復時間は、主媒体１５０中での信号の伝搬速度から想定される往復時間となる。一方、計測ノード１１０Ａと計測ノード１１０Ｃとの間の音響信号の往復時間は、主媒体１５０中での信号の伝搬速度から想定される往復時間よりも短くなる。このように、主媒体１５０中での信号の伝搬速度から想定される往復時間に対して、実際の音響信号の往復時間のズレを検出することで、副媒体１５０Ａのような非均質媒体の存在と、非均質媒体の信号伝搬上の特性を検知することができる。

図９に示すように非均質媒体が含まれる領域で往復時間計測システム１００を運用する際に、複数の計測ノード１１０が応答しても適切に往復時間計測を行うための構成を検討する。例えば、往復時間計測システム１００の計測ノード１１０Ａが計測信号Ｗ１を発し、周囲の計測ノード１１０Ｂを含む他の計測ノード１１０が応答信号を発するとする。ここでは、計測信号及び応答信号の継続時間は、いずれもτであるとする。また、計測ノード１１０Ｂを含む他の計測ノード１１０は計測信号Ｗ１の受信と同時に応答信号を周囲に発するとする。この場合、計測ノード１１０Ａでは、半径がｌの内殻Ｓ１と、半径がｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２の外殻Ｓ２と、により構成される球殻内にある計測ノードからの応答信号について、混線が発生しうる。ここでｌは任意に設定できる。なお、上記の球殻は、距離ｌにある計測ノードに対して速度ｖで伝搬した応答信号が終了するタイミングと、距離ｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２にある計測ノードに対して速度ｖ＿ａで伝搬し応答信号が開始するタイミングとが一致する条件から求められている。

上記のように、応答信号に混線が発生しうる時間帯が存在するため、往復時間計測システム１００の計測ノード１１０では、計測信号の受信と応答信号の発信の間に待ち時間が設けられている。

計測ノード１１０での応答信号の発信までの待ち時間としては、例えば往復時間計測システム１００に含まれる計測ノード１１０同士の距離のうち、最も離れた距離をＬとした場合に、各計測ノード１１０での待ち時間の差が２＊Ｌ／ｖ_ｍｉｎ＋τより大きくなるよう設定することが考えられる。ここでは、ｖｍｉｎを計測対象物における想定する最も遅い伝搬速度とする。このような構成とすることで、計測ノード１１０間での混線を抑制することができる。例えば、各計測ノード１１０について、それぞれ予め番号個体を識別する番号（１，２，…，ｎ）を付与しておき、各計測ノード１１０が応答信号を発信する際には、（識別する番号）＊（２＊Ｌ／ｖ＋τ）の待ち時間を設定する構成とすると、各計測ノード１１０でからの応答信号が受信側の計測ノード１１０Ａで混線することを防ぐことができる。また、上記の構成とすることで、各計測ノード１１０での待ち時間の差が２＊Ｌ／ｖ＋τより大きい所定の値とすることができる。

なお、図９に示す例では、副媒体１５０Ａが１種類であるとしたが、複数種類の副媒体が混合されている場合も考えられる。また、副媒体の種類毎に互いに異なる信号の伝搬速度を有していることも考えられる。その場合、伝搬速度の最も遅いものを基準として、待ち時間を決定することで応答信号の混線を抑制できる。また、副媒体１５０Ａが信号を伝搬させない場合は、副媒体１５０Ａを迂回した応答信号が受信されることになる。したがって、迂回により伝搬時間が伸びることになる。この場合、伝搬時間が長くなることを、信号の見かけ上の伝搬速度が遅延したとみなして、上述の手法を用いることができる。また、計測ノード１１０が同心円のように特定の距離（例えば、当該距離をｌとする）の整数倍の位置にのみ並んでいる場合もあるが、１．１×ｌまたは１．５×ｌの距離により算出されるような距離、すなわち、距離ｌに対する整数倍の位置には配置されていない場合もある。そのような場合には、計測ノード１１０間の距離等を考慮して、待ち時間を算出する構成としてもよい。

また、計測ノード１１０での応答信号を発信するまでの待ち時間を、計測ノード毎に異なる設定とする他の方法について説明する。次に説明する方法では、上記で説明した球殻を複数設定して、球殻毎に待ち時間の設定を調整している。例えば、計測ノード１１０Ａの計測信号Ｗ１に対する待ち時間は以下のように設定することが出来る。上述のように、径がｌの内殻Ｓ１と、径がｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２の外殻Ｓ２と、により構成される球殻内にある計測ノードからの応答信号は，混線する恐れがある。より具体的には、遅い側の速度ｖの伝搬速度を有する信号が距離ｌを伝搬する時間と、速い側の速度ｖ＿ａの伝搬速度を有する信号が距離ｌ＊ｖ＿ａ／ｖを伝搬する時間とは一致する。また、球殻Ｓ内には副媒体が含まれる場合があるため、計測信号及び応答信号は球殻Ｓ内をｖ以上ｖ＿ａ以下の速度で伝搬する。そのため、球殻Ｓ内の応答信号が混線する恐れがある。

そこで、球殻Ｓ内にある計測ノードに対して、計測信号の受信と応答信号の発信の間の待ち時間がそれぞれ設定することができる。球殻Ｓの外殻Ｓ２側にある計測ノード（例えば、計測ノード１１０Ｄ）への計測信号の伝搬時間は、最も長い場合で（ｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２）／ｖとなる。また、この計測ノードから計測ノード１１０Ａへの応答信号の伝搬時間も、もっと長い場合で（ｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２）／ｖとなる。一方、球殻Ｓの内殻Ｓ１側にある計測ノード（例えば、計測ノード１１０Ｂ）への計測信号の伝搬時間は、最も短い場合で（ｌ／ｖ＿ａ）となる。また、この計測ノードから計測ノード１１０Ａへの応答信号の伝搬時間も、もっと短い場合で（ｌ／ｖ＿ａ）となる。信号の継続時間をτと設定しているので、球殻Ｓ内にある計測ノードの待ち時間と，別の計測ノードの待ち時間の差は［２＊（ｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２）／ｖ＋τ−２＊ｌ／ｖ＿ａ］より大きく設定されている。また、例えば、計測ノード１１０Ａから距離が近い順に各計測ノード１１０に応答番号を与え，その応答番号順に上記の待ち時間の差ができるように待ち時間を設定すれば、計測ノード１１０Ａへの応答信号の混線が抑制される。なお、球殻Ｓ内にある各計測ノードの待ち時間を互いに異ならせるための手法としては、例えば、各計測ノード１１０について、それぞれ予め番号個体を識別する番号（１，２，…，ｎ）を付与しておき、各計測ノード１１０が応答信号を発信する際には、（識別する番号）＊［２＊（ｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２）／ｖ＋τ−２＊ｌ／ｖ＿ａ］の待ち時間を設定する構成とすると、各計測ノード１１０でからの応答信号が受信側の計測ノード１１０Ａで混線することを防ぐことができる。

次に、球殻Ｓの外殻Ｓ２より外側に存在する計測ノードについて検討する。球殻Ｓの外殻Ｓ２より外側に位置し，計測ノード１１０Ａに最も近い計測ノード（例えば、計測ノード１１０Ｅ）の距離をｌ’とする。このとき、球殻Ｓと同様に、内径ｌ’の内殻と、外径ｌ’＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２の外殻とにより構成される球殻Ｓ’内の計測ノードについても，同様にそれぞれ異なる待ち時間が設定されているとする。
このとき、球殻Ｓの外径にある計測ノード（例えば、計測ノード１１０Ｄ）への計測信号の伝搬時間は、最も長い場合で（ｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２）／ｖとなる。また、この計測ノードから計測ノード１１０Ａへの応答信号の伝搬時間も，もっと長い場合で（ｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２）／ｖとなる。一方、球殻Ｓ’の内殻側の計測ノード（例えば、計測ノード１１０Ｅ）への計測信号の伝搬時間は，最も短い場合で（ｌ’／ｖ＿ａ）となる。また，計測ノードから計測ノード１１０Ａへの応答信号の伝搬時間も，もっと短い場合で（ｌ’／ｖ＿ａ）となる。信号の継続時間がτであるため，球殻Ｓ内にある計測ノードのうち最も長い待ち時間と、球殻Ｓ’内にある計測ノードのうち最も短い待ち時間との差は［２＊（ｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２）／ｖ＋τ−２＊ｌ’／ｖ＿ａ］より大きく設定される。このような構成とすることで、球殻Ｓ内の計測ノードからの計測ノード１１０Ａへの応答信号と、球殻Ｓ’内の計測ノードからの計測ノード１１０Ａへの応答信号の混線が抑制される。このような構成を実現するためには、予め、計測ノード１１０それぞれにおいて自ノードがどの球殻に属しているかを把握しておき、且つ、計測ノード１１０Ａから計測信号を発信する際に、球殻毎に待機の基準となる時間（例えば、球殻Ｓの場合には、［２＊（ｌ＊ｖ＿ａ／ｖ＋τ＊ｖ＿ａ／２）／ｖ＋τ−２＊ｌ／ｖ＿ａ］）を通知する必要がある。

なお、上記では、球殻Ｓと球殻Ｓ’との間の関係について説明したが、計測ノード１１０Ａを基準とした球殻をさらに設定して、この球殻を用いて複数の計測ノード１１０を区分した上で、それぞれに待ち時間を設定することで、往復時間計測システム１００に含まれる計測ノード１１０Ａへの応答信号の混線が抑制される。

このようにして、往復時間計測システム１００における計測ノード１１０の運用によっては、往復時間の計測から、信号の伝搬時間分布を取得することができる。その結果、往復時間計測システム１００を用いて、計測ノード１１０間の物体の状態を計測することができる、所謂音響フィールド解析システムを構築することができる。

このように、往復時間計測システム１００は、計測ノード間の距離計測のみならず、他の解析にも応用することができる。

１、１００ 往復時間計測システム
１０、１０Ａ〜１０Ｃ、１１０ 計測ノード
１１ 信号送信部
１２ 応答信号受信部
１３ 待機時間情報取得部
１４ 計測結果算出部
１５ 計測結果保持部
２０ エコー部
２１ 受信時刻計測部
２２ 待機時間決定部
２３ 遅延生成部
２４ 応答信号送信部

Claims (7)

1. 第１装置と、第２装置と、を含み、
   前記第１装置は、
   計測信号を送信する計測信号送信部と、
   前記計測信号を受信した前記第２装置から前記計測信号に対する応答信号を受信する応答信号受信部と、
   前記第２装置における前記計測信号の受信から前記応答信号の送信までの待機時間に係る情報を取得する待機時間情報取得部と、
   前記計測信号の送信から前記応答信号の受信までの時間に係る情報と、前記待機時間に係る情報と、に基づいて、前記第１装置と前記第２装置との間の信号の往復時間を計測する計測部と、
   を有し、
   前記第２装置は、
   前記計測信号を受信する計測信号受信部と、
   前記計測信号の受信から所定の時間待機した後に前記応答信号を送信する応答信号送信部と、
   を有する、往復時間計測システム。
2. 前記第２装置を複数有し、
   前記複数の第２装置は、前記計測信号の受信から前記応答信号の送信までの待機時間が互いに異なる、請求項１に記載の往復時間計測システム。
3. 前記第２装置は、前記応答信号送信部において前記計測信号の受信から所定の時間待機した後に前記応答信号を送信するための遅延を発生させる遅延処理部を有し、
   前記遅延処理部は、自装置内で所定の周期で繰り返される基準信号と、前記計測信号を受信した時刻との差分時間を計測すると共に、当該基準信号に基づいて待機をした後に、前記基準信号から前記差分時間に基づく遅延を追加したタイミングで、前記応答信号送信部により前記応答信号を送信させる、請求項１又は２に記載の往復時間計測システム。
4. 前記遅延処理部は、第１のディレイチェーン回路を用いて前記差分時間を計測すると共に、前記第１のディレイチェーン回路と同じ遅延特性を有する第２のディレイチェーン回路を用いて前記基準信号から前記差分時間だけ遅延した、前記応答信号の送信タイミングを決定する、請求項３に記載の往復時間計測システム。
5. 前記第２装置の前記応答信号送信部は、前記応答信号の波形を利用して前記第２装置における前記待機時間に係る情報を前記第１装置に対して送信し、
   前記第１装置の前記待機時間情報取得部は、前記第２装置からの前記応答信号の波形に基づいて、前記待機時間に係る情報を取得する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の往復時間計測システム。
6. 前記計測信号及び前記応答信号の伝搬時間、及び、前記計測信号及び前記応答信号の伝搬速度に基づき、前記第１装置と前記第２装置との間の距離を特定する、請求項１に記載の往復時間計測システム。
7. 前記計測信号及び前記応答信号の伝搬時間、及び、前記第１装置と前記第２装置との間の距離に基づき、前記第１装置と前記第２装置との間の物体の状態を計測する、請求項１に記載の往復時間計測システム。

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