JPS5912148B2 - 距離測定方法並びにその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は連続波を用いて物標からの反射受信波の位相
差より物標までの距離を測定する方法並びにその装置に
関するものである。

・一般的なサイドトーン（ＳＩＤＥ Ｔｌ０ＮＢ ）順
次送出方式による距離測定方式について説明する。

この方式はサイドトーンの送出時と物標から折り返しの
受信時との位相差を測定し物標までの距離を算出するも
のである。

距離分解能の向上をはかるためにはサイドトーンの周波
数を高くすればよいが、物標までの往復の距離がサイド
トーンの１周期を越える場合、このサイドトーンｌ波で
はサイドトーン送受間の位相差が何周期目に当るか判別
できない。

そこでこのサイドトーン周期のあいまいさを除くために
はより低い周波数のサイドトーンを併用することが必要
になる。

このサイドトーンをアンビギュイティトーン（ＡＭＢＩ
ＧＵＴＹＴＯＮＢ）と称し、通常成る周波数比をもたせ
た数種のアイビギュイテイトーンが用意される。

これに対し最も周波数の高いサイドトーンをレンジトー
ン（ＲＡＮＧＥ ＴＯＮＥ）と称している。

上記の補足説明を第１図にて行なう。

レンジトーンの送受間の位相差はｄ＝（α＋２πｘｎ）
ｒａｄである。

ここで位相差αｒａｄ （０≦α〈２π）は検出が可能
であるが、何周期目のｎに相当するかは不明である。

この位相のあいまいさｎを知るため、例えばレンジトー
ン周波数ｆＯの１１５の周波数ｆ１をもつアンビギュイ
ティトーンを送出する。

第１図に示す送受波形の位相関係の場合ｎは（３＋５ｎ
’）であることが分る。

さらに、上記ｎ′を知るためには、より低い周波数のア
ンビギュイテイトーンを使用して同様の位相検出を繰り
返してゆけばよい。

なお、アンビギュイテイトーンはレンジトーンのｎ倍周
期のあいまいさを除けば送出の必要はないものである。

この発明の目的は、上述した距離測定方法において、距
離測定誤り率をより減少させることのできる距離測定方
法及びその装置を提供することにある。

即ち、この発明は、レンジトーンとアンビギュイテイト
ーンを用い、アンビギュイテイトーンの送信波をレンジ
トーンの送受間位相差とあいまいさを示す整数で決まる
位相差との和だけシフトしたものと該送信波に対する物
標からの反射受信波との位相差がＯになるような上記シ
フト量における整数を求め、このときのシフト量を用い
て物標までの距離を求める方法において、レンジトーン
を連続的に送信し該レンジトーンの送受間位相差を連続
して検出する一方、連続波のアンビギュイテイトーンを
数回に分けて送信し、該アンビギュイテイトーンの上記
シフト量が２回連続して同じであるときそのシフト量を
用いて物標までの距離を算出するようにしたものである
。

以下この発明の実施例を第２図及び第３図により説明す
る。

第２図は本発明の一実施例による距離測定装置の位相検
定回路の一構成例を示し、図において、１は位相検出器
（ＰＳＤ）、２，８はローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３
．９は振幅比較器で、それぞれ第２図す及びＣに示す入
出力特性を有するものである。

４はクロックを通すゲート回路、５は可逆カウンタで、
振幅比較器３の出力に応じて加減算された計数値ｎ１（
ｎｌは正の整数）を出力するものである。

６は位相シックで、別途測定された第１の周波数ｆＯの
レンジトーンの連続的位相差データ及び可逆カウンタ５
の内容によりその位相量が制御されるものである。

７は第２の周波数ｆｌのアンビギュイテイトーンを発生
する基準発振器である。

基準発振器７にて発生するアンビギュイテイトーンは全
く同位相状態で一方は送信用、他方は受信されたアンビ
ギュイテイトーンの位相検出のための基準アンビギュイ
テイトーン用として使用される。

後者は位相シフタ６にて、レンジトーンの送、受信波の
位相差α１（０≦α１く２π）をアンビギュイテイトー
ン周波数ｆｌに換算した位相量ψ、即ちα１・ｆ １／
ｆ Ｏの位相差（第１図で言えばα・１１５ｒａｄ）と
可逆カウンタ５の内容に応じた位相差２π・ｎｌ−ｆ１
／ｆＯの位相量との和だけの位相シフトが与えられ、そ
の出力をＰＳＤＩの基準アンビギュイテイトーンとする
。

レンジトーンとアンビギュイテイトーンの周波数ｆＯ，
ｆｌの比を５：ｌとすれば、ＰＳＤＩに於ける受信アン
ビギュイテイトーンと基準アンビギュイテイトーンとの
位相差は可逆カウンタ５の内容に応じ、０．±２π１５
．±４π１５ｒａｄの５つの状態が存在する。

この位相差が０ｒａｄのときＰＳＤＩの出力はＯとなり
振幅比較器３に出力はなく、振幅比感器９に出力りがあ
られれる。

この時の振幅比較器９の出力りを捕捉完了信号と称し、
この状態を捕捉完了という。

このような状態は、第１図に示すアンビギュイテイトー
ン送受波形の位相関係の場合、送出アンビギュイテイト
ーンの位相を（α−２πＸ２）１５ｒａｄ遅らせること
により実現しつる。

即ち、捕捉完了信号があられれた時点の位相シフタ６の
位相量（α十２πＸｎ）１５ｒａｄのｎ（−〇、±１．
±２）がレンジトーンの位相差のあいまいさを除く解に
なる。

また、受信アンビギュイテイトーンと基準アンビギュイ
テイトーンの位相がずれておれば、ＰＳＤｌの出力は０
にならないため、振幅比較器９には捕捉完了信号りは出
ない。

受信アンビギュイテイトーンに対し基準アンビギュイテ
イトーンが遅れておれば（２π１５又は４π／ ５ ｒ
ａｄ ）、振幅比較器３の一側に出力があり、ゲート回
路４にて可逆カウンタ５ヘカウントダウンクロツクを送
る。

可逆カウンタ５が成る数までカウントすれば、可逆カウ
ンタ５は位相シフタ６へ基準アンビギュイテイトーン位
相を２π１５ｒａｄ進ませる信号を送る。

次に、受信アンビギュイテイトーンに対し、基準アンビ
ギュイテイトーンが進み位相にあれば（２π１５又は４
π／ ５ ｒａｄ ）、振幅比較器３の上側に出力があ
り、ゲート回路４にて可逆カウンタ５ヘカウントアツプ
クロツクを送る。

可逆カウンタ５が成る数まで達すれば、可逆カウンタ５
は位相シフタ６へ、こんどは２π１５ｒａｄ遅らせる信
号を送る。

このようにして、アンビギュイテイトーンの受信波と基
準波との位相差が０ｒａｄになれば、ＰＳＤｌの出力は
０となるから、振幅比較器３に出力がなくなり、可逆カ
ウンタ５には基準波を位相シフトさせる信号は発生せず
、アンビギュイテイトーンの受信波と基準波との位相差
０ｒａｄを保持している。

この間に振幅比較器９にて捕捉完了信号りを生じ、アン
ビギュイテイトーンの捕捉を完了する。

更にレンジトーンの位相のあいまいさ除去の必要があれ
ば、より低い周波数ｆ２のアンビギュイテイトーンに切
替え、上記と同様の位相検出を行なう。

第２図に示した１つのアンビギュイテイトーンに対する
位相検定回路１０を複数組合せたものを第３図により説
明する。

第３図に於いて、１０Ａ〜１ＯＮは第２以降の位相検定
回路で、これは第２図に示した基準発振器７、位相検出
器１、ローパスフィルタ２，８、振幅比較器３，９、ゲ
ート回路４並びに可逆カウンタ５と同様なものをそれぞ
れ有するものである。

なお図示していないが、第２の位相検定回路１０Ａに位
相信号Ｅｌを出力するものとして、第２図に示した周波
数ｆＯの連続波を発振出力する基準発振器７及び位相検
出器１とそれぞれ同様のものを有する第１の位相検定回
路が設けられている。

ここで、レンジトーンの周波数をｆＯとすると、位相検
定回路１０Ａのアンビギュイテイトーンの周波数ｆ１は
レンジトーンの周波数ｆＯより低く選定され、位相検定
回路１０Ｂのアンビギュイテイトーンの周波数ｆ２は位
相検定回路１０Ａのアンビギュイテイトーンの周波数ｆ
ｌより低く、以下同様に位相検定回路１ＯＮのアンビギ
ュイテイトーンの周波数ｆＮが最低の値に選定されてい
る。

周波数ｆｌ−ｆＮのそれぞれの送信用アンビギュイテイ
トーンＡｌ−ＡＮは選択回路１２に入力され、ここで制
御回路１１からの選択信号により選択されて送信される
ものである。

物標で反射されたアンビギュイテイトーン受信信号は選
択回路１３に入力され、送信時と同様に制御回路１１か
らの選択信号に応じて選択され受信アンビギュイテイト
ーンＢｌ−ＢＮとなる。

位相検定回路１０Ａ〜１ＯＮの位相シフト信号Ｃ１−Ｃ
Ｎ及び捕捉完了信号ＤＩ−ＤＮはそれぞれ制御回路１１
に入力される。

位相信号Ｅ１〜ＢＮの位相量ψ１．ψ２゜・・・・・・
、ψＮは第２図にて示されている位相シフタ６への入力
ψに相当し、ψ１はレンジトーンの位相差のアンビギュ
イテイトーン周波数ｆｌ換算の位相量、ψ１（ｉ＝２〜
Ｎ）はアンビギュイティトーン周波数ｆ（ｉ−１）の基
準波の位相シフト量をアンビギュイテイトーンの周波数
ｆｉにて換算した位相量である。

いまアンビギュイテイトーンの周波数ｆ（ｉ−１）を捕
捉したとする。

捕捉完了信号Ｄ（ｉ−１）は捕捉シーケンス制御回路１
１へ送られ、ここでは捕捉完了信号を受は付けると同時
に次のアンビギュイテイトーン周波数ｆｉの選択命令を
下す。

このアンビギュイテイトーン選択信号は選択回路１２に
てアンビギュイテイトーン周波数ｆｉ、１波を送出し、
選択回路１３では受信したアンビギュイテイトーン周波
数ｆｉを該当の位相検定回路１０ｉへ送る。

そして各アンビギュイテイトーン毎にこれをくり返し、
最低周波数のアンビギュイテイトーン周波数ｆＮの捕捉
完了信号ＤＮを出力すれば、物標までの距離のうち周波
数ｆＮの一周期相当の距離Ｃ／２ｆＮ（Ｃは光速）の範
囲内のあいまいさは除かれたことになる。

次に位相差の誤り率検定について説明する。

一般的にサイドトーン順次送出方式におけるアンビギュ
イテイトーン捕捉（位相検出）の誤りは、受信アンビギ
ュイテイトーンと基準アンビギュイテイトーンとの位相
差が０ｒａｄ以外の時に捕捉完了信号が生じた場合に起
こるが、これは主に熱雑音・位相ジッタ等の原因による
ものであり、もし誤れば測定距離誤差は太きいものとな
る。

特に低周波アンビギュイテイトーン程、距離誤差領域が
大きくなる。

又この方式は全アンビギュイテイトーン信号の捕捉完了
後はレンジトーンｌ波のみの連続位相測定により連続距
離測定が可能であるという特徴をもっているが、捕捉が
間違っておれば、連続誤り測定という結果を招く。

この方式の欠点として更にレンジトーン位相測定完了後
金アンビギュイテイトーンが捕捉完了するまで距離が判
明しないため測定に時間がかかることがあげられる。

そこで、時間の短縮をはかるためには、（７′）ＬＰＦ
２．８の時定数を早くする、（イ）振幅比較器３のスレ
ッショルドレベルを下げる、（つ）振幅比較器９のスレ
ッショルドレベルを上げる、（力高周波クロックを用い
てカウンタ５のカウント時間を早くする、等の方法を行
えばよい。

しかし、いずれも捕捉誤り率を悪化させる原因となるば
かりで根本的な解決方法ではなかった。

そこで、単に距離を多数回測定するだけでは目標が動い
ている場合測定の時間差があるため各データを比較でき
ないが、レンジトーンの位相を連続的に測定する手段を
別途そなえている場合には第２図のカウンタ５の出力（
位相シフト信号と言う）を利用して捕捉検定の多重検定
が可能である。

第４図を用いこの測定方法を説明する。

まず第１回のアンビギュイテイトーンの捕捉完了後、レ
ンジトーンの連続的位相測定を続行しながら、アンビギ
ュイテイトーンを１回目と同様に順次送出させる。

２回目はレンジトーンの連続的位相測定データにより第
２図の位相シフタ６の位相量を常に更新しているので、
第１図のαｒａｄが動いても、第２図の位相シフタ６に
てアンビギュイテイトーンの基準波は、レンジトーンの
動いた位相量のアンビギュイテイトーン周波数に換算さ
れた位相量だけ位相シフトされているゆえ、アンビギュ
イテイトーンの受信波と基準波とは位相が一致している
筈である。

従って捕捉完了信号は直ちに出力する。

ところが１回目にて検出した位相関係（０ｒａｄ相）と
２回目にて検出した位相関係とが異なっておれば（±２
π１５．±４π１５ｒａｄ相）捕捉完了信号は出す、基
準アンビギュイテイトーンの位相シフト信号が第２図の
カウンタ５より出力する。

この位相シフト信号は１回目の測定によって得られたア
ンビギュイテイトーンの捕捉状態を２回目の測定では修
正しなければならなくなったことを示すものであり、１
回目と２回目のいずれか、もしくは両者に捕捉誤りがあ
ったことを意味する。

従って２回目にて位相シフト信号があれば、この信号を
用い、直ちにアンビギュイテイトーンの捕捉やり直しを
行なわせる。

結局ｎ回目の測定時、各アンビギュイテイトーンの捕捉
の間、位相シフト信号が出ず、捕捉完了信号のみが出力
されれば初めてｎ−１回目の測定距離は正しいとするの
である。

このようにこの発明の実施例において用いる多重捕捉検
定では、全アンビギュイテイトーンを１回目と同様に順
次送出する。

そして１回目及び２回目での各アンビギュイテイトーン
の位相が全て同じ時のみ測定距離が正しいとしている。

従ってこの装置では距離を誤る場合といえば、１回目に
誤ったアンビギュイテイトーにおいても２回目も全く同
じ位相差（正負の別も含めて）で誤る時のみである。

その他の場合は全て誤りであることが確認され、捕捉の
やり直しが可能である。

ところで、あるアンビギュイテイトーンが誤るのは１回
目と２回目が全く独立事象であるから、１回目に誤った
トーンが２回目に誤り易いということはない。

従って、このシステムで同じアンビギュイテイトーンが
誤る確率は従来のものの確率の自乗分の１となるが、さ
らにそのトーンの位相差まで判定できるのであるから、
多重捕捉検定によるシステムの誤り率は従来のシステム
に比べて自乗分の１以下となる効果があり、はとんど零
となるので、測距データの信頼性が従来に比べ飛躍的に
向上することになる。

またこの多重捕捉検定では２回目のシーケンスの時には
１回目ですでにレンジトーンの位相測定状態にあり、か
つ各アンビギュイテイトーンの位相同期が行なわれてい
るので、これらの位相同期に要する時間が短縮される。

さらに従来のシステムは捕捉完了後そのデータの真偽を
確かめるためには、一度捕捉を中断して再捕捉をしなけ
ればならなかった。

そしてこの場合に、物標が移動していれば先のデータの
真偽の確かめ様がなかった。

ところがこの発明の実施例による距離測定装置並びにそ
の方式では、２回以上に渡る捕捉シーケンス中に捕捉を
中断することなく自動的に捕捉結果の誤りを検証し、そ
れを修正するという大きな利点がある。

これは従来のシステムでは不可能なことであった。

ここで、上記実施例では位相信号Ｅ２〜ＥＨの位相量ψ
２〜ψＮは１つ前の位相検定回路の位相シフタの出力か
ら入力されるものとして説明したが、独立にレンジトー
ンによる位相量ψｌを求める場合と同様に各アンビギュ
イテイトーンにより位相量ψ２〜ψＮを求めることが出
来ることは明白である。

又、各アンビギュイテイトーンの周波数ｆｌ−ｆＮとレ
ンジトーンの周波数ｆＯとの関係は整数比番こなるよう
に選択することが望ましい。

さらに、この位相検定回路で２つのアンビギュイテイト
ーンの周波数ｆｌ 、ｆ２を用いた場合、アンビギュイ
テイトーンの周波数ｆ２とｆｌとの関係並びにアンビギ
ュイテイトーンの周波数ｆｌとレンジトーンの周波数ｆ
Ｏとの関係を同一整数倍に選択することにより、なお一
層距離測定装置を簡単な回路で構成出来るものである。

また、アンビギュイテイトーンは測定範囲に応じて１以
上を用いることにより実施できる。

さらに上記実施例の装置によれば可逆カウンタからの捕
捉完了信号で制御回路を制御しているので、多重捕捉検
定を簡単な構成で実現できる。

以上説明したように、この発明の距離測定方法並びにそ
の装置によれば、レンジトーンとアンビギュイテイトー
ンとを用い、アンビギュイテイトーンの送信波を所定量
シフトしたものと該送信波に対する物標からの反射受信
波との位相差がＯになるような上記シフト量における整
数を求め、このときのシフト量を用いて物標までの距離
を求める方法において、上記シフト量が２回連続して同
じであるときそのシフト量を用いて物標までの距 離を
算出することにより、物標までの距離測定誤り率を大き
く減少させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は送信及び受信時におけるレンジトーン及びアン
ビギュイテイトーンの波形図、第２図ａはこの発明の実
施例による距離測定装置の位相検出回路を示すブロック
図、第２図す及びＣは振幅比較器３及び９の特性を示す
特性図、第３図はこの発明の実施例による距離測定装置
を示すブロック図、第４図はこの発明の実施例による距
離測定方法を説明するためのフローチャート図である。 図に於いて、１は位相検出器、２，８はローパスフィル
タ、３，９は振幅比較器、４はゲート、５は可逆カウン
タ、６は位相シフタ、７はアンビギュイテイトーンを発
生する基準信号発生器、１０、１０Ａ−１ＯＮは位相検
定回路、１１は捕捉シーケンス制御を行なう制御回路、
１２．１３は選択回路である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 ＝１５４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の周波数ｆＯでの発振出力波を連続的に送信し
   、この第１の周波数ｆＯより低い第２の周波数ｆｌでの
   発振出力波を数回に分けて送信し、上記送信された送信
   波に対する物標からの第１の周波数ｆｏの反射受信波と
   該第１の周波数ｆＯの発振出力波との位相差αｌ（０≦
   α１く２π）を求め、上記第２の周波数ｆ１の発振出力
   波の位相を、連続的に入力される上記位相差α１と２π
   ・ｎｌ（ｎｌは整数）との和と第１１第２の周波数ｆＯ
   ，ｆｌの比との積である位相差（αｌ＋２π・ｎｌ）・
   ｆ １／ｆ Ｏだけシフトし、このシフトした信号波の
   位相と上記第２の周波数ｆ１の反射受信波の位相とか等
   しくなるような、あいまいさのない上記第１の周波数ｆ
   Ｏの発振出力波と反射受信波の位相差α１′の値を求め
   るための上記整数ｎ１を求め、必要に応じ上記と全く同
   様のアンビギュイテイ検出方法を第２の周波数ｆｌに対
   する第３の周波数ｆ２．・・・、第（ｉ−１）の周波数
   ｆ（１−２）に対する第ｉの周波数ｆ（ｉ−１）を用い
   てあいまいさのない上記第２〜第（ｉ−１）の周波数ｆ
   ｌ＝ｆ（ｉ−２）の発振出力波と反射受信波の位相差α
   り〜α（ｉ−１）’Ｇ求めるための整数ｎ２〜ｎ（ｉ−
   １）を求め、以上のアンビギュイテイ検出方法を操り返
   したときに上記整数０１又はｎｌないしｎ（ｉ−１）の
   同じ値が２回連続して得られたときの該整数ｎｌ又はｎ
   ｌないしｎ（ｉ−１）を用いて物標までの距離を算出す
   ることを特徴とする距離測定方法。 ２ 第１の周波数ｆＯでの発振出力波を連続的に発生す
   る第１の発振器、及び該第１の発振器からの第１の周波
   数ｆＯで送信された送信波に対する物標からの第１の反
   射受信波と上記第１の発振器からの出力波との位相差α
   ｌ（０≦αｌ＜２π）を連続的に検出する第１の位相検
   出器を備えた第１の位相検定回路と、上記第１〜ｉ−１
   の周波数ｆＯ〜ｆ（ｉ−２）より低い第２〜！の周波数
   ｆ１〜ｆ（ｉ−１）での発振出力波を発生する第２〜ｌ
   の発振器、入力信号に応じて加減算された計数値ｎ２〜
   ｎ１を出力する第２〜ｌの可逆カウンタ、上記第２〜ｉ
   の発振器からの上記第２〜ｌの周波数ｆ ｌ＝ｆ （ｉ
   −１）の位相を、上記第１〜（ｉ−１）の位相検出器か
   らの位相差αｌ〜α（ｉ−１）（０≦α（ｉ−１）＜２
   π）と上記第２〜ｌの可逆カウンタからの計数値ｎ２〜
   ｎ！に応じた位相差２π・ｎ２〜ｎｉとの和と第１〜第
   （ｉ−１）の周波数ｆＯ〜ｆ（ｉ−２）と第２〜第ｉの
   周波数ｆｌ＝ｆ（ｉ−１）の比との積である位相差（α
   １＋２π・ｎ２〜ｎｉ）・ｆｌ−ｆ（ｉ −１） ／
   ｆ Ｏ〜ｆ（ｉ−２）だけシフトする第２〜ｌの位相シ
   フタ、上記第２〜ｌの発振器からの第２〜ｉの周波数ｆ
   ｌ＝ｆ（ｉ−１）で送信された上記物標からの第２〜ｉ
   の反射受信波と上記第２〜ｉの位相シフタからの出力波
   との位相差を検出する第２〜ｉの位相検出器、及びこの
   第２〜ｉの位相検出器からの出力に応じて該出力が零に
   なるように上記第２〜ｉの可逆カウンタの上記計数値ｎ
   ２〜ｎｉを加算又は減算せしめる第２〜ｉの比較検出器
   を備えた第２〜ｉの位相検定回路と、上記第２〜ｉの位
   相検定回路の第２〜ｉのすべての位相検出器からの出力
   位相差が２回連続して零になった時上記計数値ｎ２〜ｎ
   ｉを用いて物標までの距離を算出する制御回路とを備え
   たことを特徴とする距離測定装置。