測距システム
【課題】 パルス列を構成する各パルス信号の到達時間から距離を算出する測距システムにおいて、より誤差を軽減させた高精度の距離測定を実現する。
【解決手段】 互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成し、パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信装置２と、送信装置２から送信された電波としてのパルス列を受信し、受信したパルス列を構成する各パルス信号の到達時間を求め、パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして送信装置からの距離を算出する距離算出部４７を有する受信装置３とを備え、距離算出部４７は、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて重み付けを重くする。
【解決手段】 互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成し、パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信装置２と、送信装置２から送信された電波としてのパルス列を受信し、受信したパルス列を構成する各パルス信号の到達時間を求め、パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして送信装置からの距離を算出する距離算出部４７を有する受信装置３とを備え、距離算出部４７は、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて重み付けを重くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
送信装置から受信装置へのパルス信号の到着時間に基づいて距離を測定する測距システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、互いに異なる２地点の距離を測定するいわゆる測距方法として、電波を利用した測距システムが提案されている。
【０００３】
この測距システムでは、例えば図９に示すように、Ｆ地点からＧ地点に至るまでの距離ｌにつき測定を望む場合には、無線局としての送信装置６１、受信装置６２をそれぞれＦ地点、Ｇ地点に設置する。そして、この送信装置６１からパルス信号により構成される電波を発信し、受信装置６２によりこの電波を受信する。このとき、送信装置６１から発信されたパルス信号が受信装置６２により受信されるまでの到達時間Ｔｄを測定する。この測定した到達時間Ｔｄに電波の伝搬速度Ｖｃを乗算することにより距離ｌを算出することができる。電波の伝搬速度Ｖｃが一定であるため、この到達時間Ｔｄのみを測定することにより、距離ｌを正確に測定することが可能となる。
【０００４】
この伝播時間Ｔｄを測定する方法としては、上記パルス信号の０クロスする時刻を計測する方法や、パルス信号の位相差を識別することにより到達時間Ｔｄを測定する方法に加え、送受信における拡散符号の位相タイミングにより無線機間の距離を測定するスペクトル拡散技術を利用する方法も提案されている。
【０００５】
図１０は、このスペクトル拡散技術を利用した従来のシステム構成を示している。本システムは、異なる２地点に設置された無線機７１から無線機７２に至るまでの距離ｄを測定するものであって、無線機７１には、ベースバンドの拡散符号を生成する拡散信号生成部８１と、この拡散信号生成部８１に接続される送信部８２と、送信部８２に接続されるアンテナ８３とが実装され、さらに無線機７２からの電波を受信するためのアンテナ８４と、このアンテナ８４に接続される受信部８５と、受信部８５に接続される相関演算部８６と、相関演算部８６に接続される相関位置判定部８７とがさらに実装され、さらに最終的に距離ｄを測定する距離測定部８８がそれぞれ上記拡散信号生成部８１と相関位置判定部８７に接続されて構成されている。
【０００６】
また、無線機７２には、無線機７１におけるアンテナ８３から送信されてきた電波を受信するためのアンテナ９１と、このアンテナ９１に接続される受信部９２と、この受信部９２に接続される周波数変換部９３と、周波数変換部９３に接続される送信部９４と、この送信部９４に接続されるとともに電波を発信するためのアンテナ９５とが実装されている。
【０００７】
この無線機７１における拡散符号生成部８１において、ベースバンドの拡散符号と拡散符号の位相タイミングを生成し、生成した拡散符号は、送信部８２で中心周波数ｆｌの高周波信号に変換され、アンテナ８３を介して無線機７２へ送信されることになる。
【０００８】
また、無線機７２では、アンテナ９１を介して受信した高周波の拡散符号を受信部９２で増幅し、周波数変換部９３で中心周波数ｆ２に変換した後、送信部９４およびアンテナ９５を介して無線機７１へ再送信する。この無線機７１では、アンテナ８４および受信部８５を介して再送信された拡散符号を受信し、高周波の拡散符号を直交検波によりベースバンドに変換する。更に、相関演算部８６において、拡散符号の自己相関演算を行い、相関位置判定部８７にて、自己相関ピーク位置をもとに、受信した拡散符号の位相タイミングを検出する。距離測定部８８では、送信した拡散符号の位相タイミングと受信した拡散符号の位相タイミングの差Ｔ１を検出し、無線機７１、７２間の距離ｄを算出する。
【非特許文献１】J.Lampe, R.Hach, L.Menzer IEEE-15-05-0002-00-004a January 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
また、特に近年において、図１１に示すように、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を送信装置側で生成するとともに、このパルス列からなる電波を送信装置から受信装置へ送信し、受信装置側においてこのパルス列を構成する各パルス信号の到達時間から距離を算出する測距システムも提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１０】
この測距システムでは、パルス列を構成する各パルス信号の０クロスする時刻に基づいて到達時間Ｔｄを求める点においては、上述した測距システムと共通している。例えば図１１に示す例において送信装置側において時刻ｔ５１において生成したパルス信号Ｊ１は、時刻ｔ６１においてパルス信号Ｊ１’として受信装置により受信されることになるが、かかる時刻ｔ５１から時刻ｔ６１に至るまでの時間間隔が到達時間Ｔｄ１に相当する。この測距システムでは、単一のパルス信号のみならず、パルス列を構成する各パルス信号Ｊ１,Ｊ２,Ｊ３,Ｊｉ,Ｊｉ+１, ・・・につき、受信装置側において受信される各パルス信号Ｊ１’,Ｊ２’,Ｊ３’,Ｊｉ’,Ｊｉ+１’, ・・・との間でそれぞれ到達時間Ｔｄを求める。
【００１１】
その結果、パルス信号Ｊ２とパルス信号Ｊ２’との間で計算された到達時間Ｔｄ２、パルス信号Ｊ３とパルス信号Ｊ３’との間で計算された到達時間Ｔｄ３、パルス信号Ｊｉとパルス信号Ｊｉ’との間で計算された到達時間Ｔｄｉ等が順次求められていくことになる。これら到達時間Ｔｄ１,Ｔｄ２,Ｔｄ３,・・・,Ｔｄｉを平均化した到達時間平均値を算出し、これに基づいて送信装置から受信装置に至るまでの距離を求める。このようにパルス信号間で平均化された到達時間を距離算出時に利用することにより、３０ｍの距離を測定する際の誤差を８１．７ｃｍ程度まで抑え込むことが可能となる。
【００１２】
ちなみに、この到達時間差Ｔｄを求める代替として、受信装置側で受信したパルス列を構成する各パルス信号Ｊ１’,Ｊ２’,Ｊ３’,Ｊｉ’,Ｊｉ+１’, ・・・の時間差に基づいて、上記平均化された到達時間平均値を求めるようにしてもよい。このとき、図１１に示すように、送信装置側においてパルス信号が互いに等時間間隔Ｔで形成されているものと仮定した場合に、各パルス信号Ｊ１’,Ｊ２’,Ｊ３’,Ｊｉ’,Ｊｉ+１’, ・・・の時間差はＴ+ｄで表される。このｄは、送信装置から受信装置側に到達するまでに受けた他の電波や雑音等の影響に基づく時間間隔Ｔの誤差分である。
【００１３】
例えば、パルス信号Ｊ１’とＪ２’の時間差はＴ+ｄ１で表され、パルス信号Ｊ２’とＪ３’の時間差はＴ+ｄ２で表されることになり、さらにパルス信号Ｊｉ’とＪｉ+１’の時間差はＴ+ｄｉで表されることになる（｜ｄｉ｜＞０）。これらｄ１、ｄ２、・・、ｄｉの平均値を求めることにより、上述した到達時間平均値を算出することも可能となる。
【００１４】
また、このような到達時間平均値を求める以外に、例えば受信装置側で受信したパルス列を構成する各パルス信号Ｊ１’,Ｊ２’,Ｊ３’,Ｊｉ’,Ｊｉ+１’, ・・・の時間差Ｔ+ｄ１、Ｔ+ｄ２、・・、Ｔ+ｄｉを上述と同様に算出し、算出した時間差Ｔ+ｄの中からｄが最小となるパルス信号Ｊ’を特定し、その特定したパルス信号Ｊ’における到達時間を求めるようにしてもよい。かかる場合においても、実際に測定すべき距離の誤差を低減させることが可能となる。
【００１５】
しかしながら、上述した従来の方法に基づいて、パルス列を構成するパルス信号間で到達時間平均値を求めて距離を算出した場合においても、結局のところ３０ｍの距離に対して約８０ｃｍの割合で誤度が含まれることになる。このため、より誤差を軽減させた高精度の距離測定が望まれる箇所に対して適用可能なシステム構成にすることができず、システム全体の汎用性を高めることができないという問題点があった。
【００１６】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、パルス列を構成する各パルス信号の到達時間から距離を算出する測距システムにおいて、より誤差を軽減させた高精度の距離測定を実現することが可能な測距システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、送信装置と受信装置との間で送受信するパルス列において、各パルス信号の振幅の大きさが未だ情報として利用されていない点や、受信装置側で受信したパルス列を構成する各パルス信号の時間差に着目し、高精度な距離測定を実現可能な測距システムを発明した。
【００１８】
即ち、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間を求め、上記パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備え、距離算出手段は、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くする。
【００１９】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号における上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間に基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備える。
【００２０】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備える。
【００２１】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備える。
【００２２】
本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が当該送受信手段から発信されてからの到達時間を求め、上記パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして上記通信装置からの距離を算出し、当該算出時において、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くする。
【００２３】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、 上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信した上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号が当該送受信手段より発信されてから受信されるまでの到達時間に基づいて上記通信装置からの距離を算出する。
【００２４】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、 上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信した上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が当該送受信手段より発信されてから受信されるまでの到達時間に基づいて上記通信装置からの距離を算出する。
【００２５】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、 上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が当該送受信手段から発信されてからの到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて上記通信装置からの距離を算出する。
【発明の効果】
【００２６】
即ち、本発明を適用した測距システムでは、パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして送信装置からの距離Ｌを算出する際に、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くする。これにより、求められる距離Ｌは、より振幅が大きいパルス信号の到達時間が、より重く反映され、より振幅が小さいパルス信号の到達時間がより軽く反映される形で算出されることになり、距離を測定する際の誤差を低減させることが可能となる。
【００２７】
また、本発明を適用した測距システムでは、受信装置側で受信した上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号における上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間に基づいて送信装置からの距離を算出する。これにより、距離を測定する際の誤差を低減させることが可能となる。
【００２８】
また、本発明を適用した測距システムでは、パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて送信装置からの距離を算出する。これにより、距離を測定する際の誤差を低減させることが可能となる。
【００２９】
また、本発明を適用した測距システムでは、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成し、パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信し、送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信装置側で受信し、受信したパルス列を構成する各パルス信号の到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて送信装置からの距離を算出する。これにより、距離を測定する際の誤差を低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、２地点間の距離を測定する測距システムにつき、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明を適用した測距システム１のシステム構成につき示している。この測距システム１は、Ａ地点からＢ地点に至るまでの距離Ｌを測定するシステムであって、Ａ地点に設置された送信装置２と、Ｂ地点に設置された受信装置３とを備えている。
【００３２】
送信装置２並びに受信装置３は、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信技術を利用して互いに電波を送受信することが可能な無線通信機である。このＵＷＢ通信では、１ナノ秒という非常に短い時間幅のパルス信号を利用し、そのパルス信号の時間軸上の位置や位相を変化させることで搬送波を用いることなく情報を伝送する。１ナノ秒以下という非常に短い時間幅のパルス信号を用いることから、ＵＷＢ通信用の信号が占有する信号帯域は数ＧＨｚと非常に広くなるが、搬送波を用いた変調処理そのものが不要となり、スペクトル電力密度を低減させることができる。このため、これをノイズの信号レベル以下まで抑えることができることから、他の通信システムや各種機器による影響を受けることもなくなり、高いデータ伝送特性が実現されることになる。
【００３３】
また、このＵＷＢ通信では、また、電波を送出する搬送波を用いた通信方式とは異なり、きわめて短いパルスを送出するだけで通信を実現することが可能となることから、消費電力を非常に小さくすることができ、パルス信号の送出間隔を短くすることで非常に高速な通信を実現することも可能となる。
【００３４】
実際にこの測距システム１において、距離Ｌを測定する場合には、送信装置２から発信されたＵＷＢ方式に基づくパルス信号が受信装置３により受信されるまでの到達時間Ｔｃを測定する。この測定した到達時間Ｔｃに電波の伝搬速度Ｖｃを乗算することにより距離Ｌを算出する。このとき、送信装置２は、パルス信号を発信してから、この再送信されてきたパルス信号を受信するまでの到達時間Ｔｃを測定し、この測定した到達時間Ｔｃに電波の伝播速度Ｖｃを乗算することにより距離Ｌを算出することになる。
【００３５】
図２は、このようなＵＷＢ通信に必要なパルス信号を生成する送信装置２のブロック構成を示している。
【００３６】
この送信装置２は、ＵＷＢ通信に基づくパルス信号を生成するパルス生成部２１と、このパルス生成部２１に接続されてなるとともに、パルス生成部２１により生成されたパルス信号が送られてくるパルスシェーピング部２２と、パルスシェーピング部２２から出力されるパルス信号につき後述する基準信号に基づいて周波数変換を施すためのミキサ回路２４と、生成した基準信号を上記ミキサ回路２４に対して供給するための局部発信器２３と、ミキサ回路２４において周波数変換された信号につき通過帯域を制限するためのフィルタ２５と、このフィルタ２５に接続された第１のアンプ２６と、この第１のアンプ２６に接続されたアンテナ２７とを備えている。
【００３７】
パルス生成部２１は、ＵＷＢ方式に基づき、数ＧＨｚにもわたる広帯域にわたって短い時間幅のパルス信号を生成する。実際にこのパルス信号を生成する場合において、パルス生成部２１は、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成していくことになる。このパルス生成部２１により生成されたパルス列は、そのままパルスシェーピング部２２へと送信されることになる。
【００３８】
パルスシェーピング部２２は、パルス生成部２１から送信されてきた拡散系列のパルス列を構成する各パルス信号につき所定のシェーピング処理を施す。
【００３９】
局部発振器２３は、変調用の基準信号を生成する。この局部発振器２３によって生成される基準信号の局部発振周波数は、この局部発信器２３内において可変となるように構成されていてもよい。また、この局部発信器２３は、発生すべき局部発振周波数につき、図示しないＰＬＬ回路等に基づいて増強され、減衰されるように制御可能とされていてもよい。
【００４０】
ミキサ回路２４は、パルスシェーピング部２２においてシェーピング処理が施されたパルス列を構成する各パルス信号を、局部発信器２３により送出されてきた基準信号に基づいて周波数変換する。このミキサ回路２４は、この周波数変換されたパルス信号からなるパルス列につき、フィルタ２５へ出力する。
【００４１】
フィルタ２５は、ミキサ回路２４から出力されてきたＵＷＢ方式に基づくパルス列につき、所望の帯域のみ通過させるととともに、不要な帯域をカットする。このときフィルタ２５は、ミキサ回路２４における周波数変換時において発生した不要な周波数成分を除去することができるように通過帯域が設定されていてもよい。このフィルタ２５を通過した帯域成分からなるパルス列は、そのまま第１のアンプ２６へと出力されることになる。
【００４２】
第１のアンプ２６は、このフィルタ２５から出力されてきたパルス列を増幅し、さらに帯域内で周波数特性がフラットになるように補正する。
【００４３】
アンテナ２７は、第１のアンプ２６により増幅された電気信号としてのパルス信号より構成されるパルス列につき、電磁的な電波としてのパルス列に変換し、これを空中に放射する。なお、この送信装置２において、このアンテナ２７から電波としてのパルス列を放射する際における時刻をカウントする機能を実装するようにしてもよい。
【００４４】
図３は、このようなＵＷＢ方式に基づくパルス信号を受信する受信装置３のブロック構成を示している。
【００４５】
この受信装置３は、ＵＷＢ通信に基づくパルス信号を送信装置２から受信するためのアンテナ３１と、アンテナ３１に接続されてなるフィルタ３２と、フィルタ３２から出力されたパルス列につき、高周波信号処理を施す低雑音増幅器（ＬＮＡ）３３と、このＬＮＡ３３に接続されてなるミキサ回路３４及びミキサ回路３５と、生成した基準信号をミキサ回路３４及びミキサ回路３５へ供給するための局部発振器３７と、この局部発振器３７により発振すべき基準信号の周波数を制御するための周波数制御部３６とを備えている。またこの送信装置２は、ミキサ回路３４に対して、それぞれローパスフィルタ（ＬＰＦ）４１、第２のアンプ４３、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４５とを順次接続し、さらに、ミキサ回路３５に対して、それぞれＬＰＦ４２、第２のアンプ４４、ＡＤＣ４６とを順次接続している。このＡＤＣ４５、ＡＤＣ４６には、さらに距離算出部４７がともに接続されている。
【００４６】
アンテナ３１は、送信装置２から送信されてきた電波としてのパルス列を受信し、これを電気的なパルス信号からなるパルス列に変換する。
【００４７】
フィルタ３２は、アンテナ３１により受信したパルス列につきＵＷＢ帯域外の信号を除去する。即ち、送信装置２から受信装置３へ電波が送られる過程において、ＵＷＢ帯域外の信号が重畳される場合もあることから、かかる信号をこのフィルタ３２において精度よく除去する。
【００４８】
ＬＮＡ３３は、アンテナ３１により受信され、フィルタ３２を介して送られてきたパルス列につき、低雑音増幅する。ＵＷＢ方式に基づくパルス信号は、ノイズの信号レベル以下の微弱なものであるため、これを通常のアンプで増幅してもノイズとＵＷＢ信号とを見分けることができなくなる。このため、ＬＮＡ３３を実装することにより、ＵＷＢ方式に基づく所望のパルス信号のみを選択的に増幅させることで、ノイズの影響を除去したパルス列を得ることが可能となる。ＬＮＡ３３により低雑音増幅されたパルス列は、接続されたミキサ回路３４及びミキサ回路３５にそれぞれ供給されることになる。
【００４９】
局部発振器３７は、周波数制御部３６による制御の下、ベースバンドの基準信号としての同相信号（Ｉ信号）及び直交信号（Ｑ信号）を生成する。この局部発振器３７は、生成したＩ信号をミキサ回路３４へ出力するとともに、生成したＱ信号をミキサ回路３５へと出力する。
【００５０】
ミキサ回路３４、ミキサ回路３５は、ＬＮＡ３３から送信されてきたパルス列を構成する各パルス信号につき、局部発振器３７より出力されてきたＩ信号、Ｑ信号に基づいて直交変調する。
【００５１】
ＬＰＦ４１、ＬＰＦ４２は、ミキサ回路３４、ミキサ回路３５によりそれぞれ変調が施されたＵＷＢ方式のパルス列につき、高周波成分を除去するとともに、低周波成分のみを通過させる。
【００５２】
第２のアンプ４３は、ＬＰＦ４１により帯域制限されたパルス列を増幅し、これをＡＤＣ４５へ送出する。また第３のアンプ４４は、ＬＰＦ４２により帯域制限されたパルス列を増幅し、これをＡＤＣ４６へ送出する。
【００５３】
ＡＤＣ４５は、第２のアンプ４３から送出されてきたアナログベースバンドのパルス信号をサンプリングしてデジタル信号化し、このデジタル化されたパルス列を距離算出部４７へ送信する。ＡＤＣ４６は、第２のアンプ４４から送出されてきたアナログベースバンドのパルス信号をサンプリングしてデジタル信号化し、このデジタル化されたパルス列を距離算出部４７へ送信する。
【００５４】
距離算出部４７は、ＡＤＣ４５及びＡＤＣ４６からそれぞれ送信されてきたパルス列を構成するパルス信号に基づき、距離Ｌを算出する。この距離算出の詳細な方法に関しては、後段において詳述する。
【００５５】
周波数制御部３６は、ＡＤＣ４５及びＡＤＣ４６によりデジタル信号化されたパルス信号を読み取り、これに基づいて局部発振器３７により生成すべき基準信号をフィードバック制御する。
【００５６】
このような構成からなる測距システム１により、実際にＡ地点からＢ地点に至るまでの距離Ｌを測定する動作につき説明をする。
【００５７】
先ず、送信装置２側において、パルス生成部２１は、ＵＷＢ方式に基づくパルス信号からなるパルス列を広帯域にわたり生成する。この生成されたパルス列は、パルスシェーピング部２２においてシェーピング処理が施される。また、このパルス列は、ミキサ回路２４において、局部発振周波数に基づく高周波成分により変調され、さらにフィルタ２５において不要な周波数成分が除去される。
【００５８】
このパルス列は、第１のアンプ２６を介してアンテナ２７により電磁的な電波に変換されて空気中に放射される。この空気中に放射された電波は、図３に示す受信装置３側におけるアンテナ３１により受信され、電気的なパルス列に再変換されることになる。そして、このパルス列は、ＬＮＡ３３により低雑音増幅されてノイズと見分けがつくように調整された上でミキサ回路３４及びミキサ回路３５にそれぞれ供給される。
【００５９】
ミキサ回路３４、ミキサ回路３５に送られてきたパルス列は、Ｉ信号、Ｑ信号に基づいて直交変調されてさらにＬＰＦ４１、４２を通過することにより、これに重畳されていた高周波成分が除去されることになる。最後にこれらパルス列はＡＤＣ４５、４６によりアナログ−デジタル変換された上で距離算出部４７へと送信されることになる。
【００６０】
距離算出部４７は、このＡＤＣ４５、４６より送信されてきたパルス列を解析する。図４は、送信装置２において生成されたパルス列と、受信装置３により受信されたパルス列を時系列的に示している。この送信装置２側において時刻ｔ１１において生成したパルス信号Ｉ１は、時刻ｔ２１においてパルス信号Ｉ１’として受信装置３により受信されることになるが、かかる時刻ｔ１１から時刻ｔ２１に至るまでの時間が到達時間Ｔｃ１に相当する。この測距システム１では、単一のパルス信号のみならず、パルス列を構成する各パルス信号Ｉ１,Ｉ２,Ｉ３,Ｉｉ,Ｉｉ+１, ・・・につき、受信装置３側において受信される各パルス信号Ｉ１’,Ｉ２’,Ｉ３’,Ｉｉ’,Ｉｉ+１’, ・・・との間でそれぞれ到達時間Ｔｃ１,Ｔｃ２,Ｔｃ３,・・,Ｔｃｉ,Ｔｃｉ+１,・・を求めることもできる。
【００６１】
各到達時間Ｔｃ１,Ｔｃ２,Ｔｃ３,・・,Ｔｃｉ,Ｔｃｉ+１は、それぞれ同一のパルス信号における送信装置２から受信装置３に至るまでの時間差を表している。このため、このパルス列を構成する何れか一つのパルス信号に着目し、その到達時間を求めることにより、距離Ｌを算出することができる。
【００６２】
本発明を適用した測距システム１においては、算出すべき距離Ｌの測定誤差をより軽減させる観点から、パルス列を構成する各パルス信号の振幅の大きさが未だ情報として利用されていない点に着目し、以下に説明する第１の算出方法に基づき到達時間を求めるようにしてもよい。この第１の算出方法では、パルス列を構成するパルス信号につき互いに異なる重み付けを施すことにより到達時間を求める。
【００６３】
図５は、距離算出部４７により読み取られたパルス列の一例を示している。パルス列の振幅は、送信装置２側において同等となるように制御されていても、送信装置２から受信装置３へ送られる過程において図５に示すようにパルス信号間で互いに変化してしまう。このパルス列を構成するパルス信号は、より振幅が大きいほど求める到達時間の精度が高くなる。
【００６４】
かかる現象を利用し、距離算出部４７では、パルス列を構成するパルス信号のうち、より振幅が大きいパルス信号の到達時間を尊重しつつ距離Ｌを求める。かかる場合において、距離算出部４７は、パルス列を構成するパルス信号の中から、実際に到達時間を求める複数のパルス信号を選択する。この選択すべきパルス信号は、パルス列を構成する全てのパルス信号を含むようにしてもよいが、任意の２以上のパルス信号が含まれていればいかなる数で構成されていてもよい。
【００６５】
次に距離算出部４７は、選択したパルス信号の振幅を識別する。例えば図５に示すようにパルス信号Ｉ１１’,Ｉ１２’,Ｉ１３’,Ｉ１４’,Ｉ１５’を選択した場合において、その振幅がそれぞれＡ１１’,Ａ１２’,Ａ１３’,Ａ１４’,Ａ１５’と互いに異なるが、振幅がＡ１２’,Ａ１３’と大きいパルス信号がＩ１２’,Ｉ１３’であり、また振幅がＡ１４’,Ａ１５’と小さいパルス信号がＩ１４’,Ｉ１５’であることを識別することができる。
【００６６】
次に、距離算出部４７は、各パルス信号Ｉ１１’,Ｉ１２’,Ｉ１３’,Ｉ１４’,Ｉ１５’につき、それぞれ到達時間Ｔｃ１１、Ｔｃ１２、Ｔｃ１３、Ｔｃ１４、Ｔｃ１５を求める。次に距離算出部４７は、求めた到達時間に基づき、距離Ｌを求める。このとき、振幅が大きいパルス信号Ｉ１２’,Ｉ１３’につき求められたＴｃ１２、Ｔｃ１３のデータにつき重み付けを重くし、振幅が小さいパルス信号Ｉ１４’,Ｉ１５’につき求められたＴｃ１４、Ｔｃ１５のデータにつき重み付けを軽くする。即ち、パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして送信装置からの距離Ｌを算出する際に、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くする。
【００６７】
これにより、求められる距離Ｌは、より振幅が大きいパルス信号の到達時間が、より重く反映され、より振幅が小さいパルス信号の到達時間がより軽く反映される形で算出されることになる。重み付けは振幅または電力に基づいて行うことが可能だが、ここで振幅に基づいて重み付けを行った。その結果、既知の距離Ｌ（＝３０ｍ）を測定する際の誤差を５９．６ｃｍまで押さえ込むことが可能となる。
【００６８】
なお、本発明を適用した測距システム１においては、以下の第２の算出方法により、パルス列を構成する各パルス信号の振幅に基づいて、求めるべき到達時間を最も高精度に現れてくる一つのパルス信号を選択し、選択した一つのパルス信号に基づいて距離Ｌを算出するようにしてもよい。
【００６９】
かかる場合において、先ず距離算出部４７は、図６に示すステップＳ１１においてパルス列を構成するパルス信号の中からＮ個のパルス信号を選択する。
【００７０】
次に、ステップＳ１２へ移行し、距離算出部４７は、選択したＮ個のパルス信号につき、それぞれ振幅を識別する。
【００７１】
次にステップＳ１３へ移行し、距離算出部４７は、以下の（１）式に基づいてＮ個のパルス信号における振幅の平均値Ａｈを求める。
[式１]
次にステップＳ１４へ移行し、距離算出部４７は、以下の（２）式に基づいて各パルス信号の振幅と、式（１）により求めた振幅の平均値Ａｈとの差分絶対値ΔＡｉを求める。
【００７２】
ΔＡｉ＝｜Ａｉ−Ａｈ｜・・・・・・・・・（２）
【００７３】
次にステップＳ１５へ移行し、距離算出部４７は、以下の（３）式に基づいて、差分絶対値ΔＡｉが最小となる一つのパルス信号を選択する。具体的には、求めた振幅の平均値に最も近い振幅Ａｊを持つパルス信号をこの（３）式に基づいて特定していくことになる。
【００７４】
Ａｊ＝ｍｉｎ｛ΔＡｉ｝・・・・・・・・・・・（３）
【００７５】
このようにして選択されたパルス信号の到達時間を求め、求めた到達時間に基づき、Ａ地点からＢ地点に至るまでの距離Ｌを求める（ステップＳ１６）。その結果、この第２の算出方法においては、既知の距離Ｌ（＝３０ｍ）を測定する際の誤差を４１．０ｃｍまで押さえ込むことが可能となる。
【００７６】
また、本発明を適用した測距システム１では、上述の如くパルス信号の振幅に関する情報に基づいて距離Ｌを求める場合のみならず、以下に説明する第３の算出方法に基づいて距離Ｌを求めるようにしてもよい。
【００７７】
かかる場合において、距離算出部４７は、送信装置２から受信したパルス列を構成するパルス信号の中から、実際に到達時間を求めるＮ個のパルス信号を選択する。このとき、選択するＮ個のパルス信号は、パルス列を構成する中から互いに連続するＮ個のパルス信号とする。
【００７８】
次に、距離算出部４７は、選択したＮ個のパルス信号につき、以下の式（４）に基づいて平均時間差ΔＴを求める。このΔＴは、選択したＮ個のパルス信号を時間軸上で並べた場合に、互いに隣接する２つのパルス信号の受信時刻間の差分絶対値和を求めた上で、これをパルス信号数Ｎから１を引いた数で除すことにより算出される。即ち、このΔＴは、互いに隣接する２つのパルス信号の受信時刻間の差分絶対値の平均に相当する。即ち、この（４）式に基づいてΔＴを求めることにより、受信したパルス列を構成する隣接するパルス信号の時間差の平均を求めることができる。
【００７９】
[式２]
【００８０】
次に、この取得した平均時間差ΔＴを用いることにより、パルス列を構成するパルス信号の受信時刻ｔｊを推定する。受信時刻を推定するパルス信号Ｉｊ’と次のパルス信号Ｉｊ＋１’との時間差を
ΔＴｊ１＝ｔｊ−ｔｊ＋１ ；（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ-１）・・・・（５）
で定義し、第１回目の推定受信時刻ｔｊ１は、（６）式によって求めることができる。
ｔｊ１＝ｔｊ−（ΔＴｊ１−ΔＴ） ；（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ-１）・・・（６）
【００８１】
この（６）式において、上付数字は、解析回数を示している。１回目の推定の終了時において、パルス列を構成するパルス信号Ｉ１’,Ｉ２’,・・・・,ＩＮ−１’における受信推定時刻ｔ１１,ｔ２１,・・・・,ｔＮ−１１が算出された状態となる。次に、この算出された受信推定時刻ｔ１１,ｔ２１,・・・・,ｔＮ−１１は、図７に示すように実際の受信時刻ｔ１,ｔ２,・・・・,ｔＮ−１と比較してより均一な時間差をもって刻まれていることがわかる。但し、上記の操作では、ｔＮは，更新されないので除去している。
【００８２】
次に、距離算出部４７は、２回目の時刻推定を行う。この２回目の時刻推定では、１回目の時刻推定により推定した受信推定時刻ｔ１１,ｔ２１,・・・・,ｔＮ−１１の差分絶対値和の平均を算出する。
【００８３】
[式３]
【００８４】
次に、この取得した平均時間差ΔＴ１を用いることにより、２回目の時刻推定を行う。個々のパルスの時間差を
ΔＴｊ２＝ｔｊ１−ｔｊ＋１１ ；（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ-２）・・・（８）
で定義し、第２回目の推定受信時刻ｔｊ２は、（９）式によって求めることができる。
ｔｊ２＝ｔｊ１−（ΔＴｊ２−ΔＴ１）；（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ-２）・・・（９）
【００８５】
このようにして算出された２回目の受信推定時刻ｔ１２,ｔ２２,・・・・,ｔＮ−２２は、１回目に算出した受信推定時刻ｔ１１,ｔ２１,・・・・,ｔＮ−１１と比較してさらに均一な時間差をもって刻まれていることがわかる。
【００８６】
以上からわかるように、時刻推定を１回増やすごとに、用いるパルスが１個減ることになる。これは一番最後のパルスの時刻が更新されないので、自主的に処理から外しているからである。
【００８７】
一般に、送信装置２から受信装置３へ送られる過程においてパルス列を構成するパルス信号の時間差がばらついてしまうが、この第３の算出方法を用いることにより、これら時間差をより均一にすることが可能となり、実際の到達時間を求めるときに、全Ｎ−ｋ個（ｋ回時間推定を行ったとする）のパルスの推定時間の平均値、または全Ｎ−ｋ個のパルスの中の振幅の一番大きいパルスの推定時間を実際の到達時間とすることが可能である。
【００８８】
この第３の算出方法においては、上記式を利用することにより、受信推定時刻の算出を３回以上実行するようにしてもよい。この受信推定時刻の算出回数が増加するにつれて、受信推定時刻の推定精度が向上することになり、距離Ｌの算出精度そのものを大幅に向上させることが可能となる。
【００８９】
また、本発明を適用した測距システム１では、以下に説明する第４の算出方法に基づいて距離Ｌを求めるようにしてもよい。
【００９０】
かかる場合において、距離算出部４７は、送信装置２から受信したパルス列を構成するパルス信号の中から、実際に到達時間を求めるＮ個のパルス信号を選択する。このとき、選択するＮ個のパルス信号は、パルス列を構成する中から互いに連続するＮ個のパルス信号としてもよいし、これに限定されることなくランダムなＮ個のパルス信号を抽出するようにしてもよい。
【００９１】
次に、距離算出部４７は、選択したＮ個のパルス信号につき、それぞれ到達時間を求める。次にこの求めた各パルス信号の到達時間を長いものから順にソートし、その中央値に基づいて距離Ｌを算出する。その結果、距離Ｌの算出精度を向上させることが可能となる。
【００９２】
上述したように、本発明を適用した測距システム１では、距離算出部４７において算出すべき距離Ｌを、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅に関する情報や、受信時刻に関する情報を効率的に利用しても高精度に求めることが可能となり、測定誤差をより軽減させることができる。
【００９３】
なお、上述した実施の形態では、あくまで第１の算出方法、第２の算出方法、第３の算出方法をそれぞれ単独に実行する場合を例に挙げて説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、第２の算出方法と第３の算出方法を組み合わせて実行してもよいし、第１の算出方法と第３の算出方法を組み合わせて実行してもよい。さらに、本発明では、第１の算出方法と第２の算出方法と第３の算出方法を組み合わせて実行するようにしてもよい。
【００９４】
また、上述した実施の形態では、あくまでＵＷＢ方式に基づくパルス信号の到達時間に基づいて距離Ｌを算出する場合を例に挙げて説明をしたが、かかるＵＷＢ方式に限定されるものではなく、パルス信号を利用した全ての測距に対しても同様に適用可能である。
【００９５】
また、上述した実施の形態では、送信装置２から発信されたパルス信号が受信装置３により受信されるまでの到達時間Ｔｃを測定することにより距離Ｌを算出する場合を例に挙げて説明をしたがかかる場合に限定されるものではない。例えば、上記Ａ地点に送受信装置６を、また上記Ｂ地点に通信装置７をそれぞれ設置し、送受信装置６からＵＷＢ方式に基づくパルス信号を通信装置７へ送信し、通信装置７側において受信した上記パルス信号を送受信装置６へ再送信するようにしてもよい。
【００９６】
図８は、かかる送受信装置６のブロック構成を示している。この送受信装置６において上述した送信装置２、受信装置と同一の構成要素、部材に関しては、同一の番号を付すことにより、ここでの説明を省略する。
【００９７】
送受信装置６は、パルス信号を生成するパルス生成部２１と、このパルス生成部２１に接続されてなるとともに、パルス生成部２１により生成されたパルス信号が送られてくるパルスシェーピング部２２と、パルスシェーピング部２２から出力されるパルス信号につき後述する基準信号に基づいて周波数変換を施すためのミキサ回路２４と、基準信号を生成するための局部発信器２３と、ミキサ回路２４において周波数変換された信号につき通過帯域を制限するためのフィルタ２５と、このフィルタ２５に接続された第１のアンプ２６と、この第１のアンプ２６に接続された切替回路５１と、切替回路５１に接続されたアンテナ２７とを備えている。また、この送信装置６は、切替回路５１に接続されたフィルタ３２と、フィルタ３２から出力されたパルス列につき、高周波信号処理を施す低雑音増幅器（ＬＮＡ）３３と、このＬＮＡ３３並びに局部発振器２３に接続されてなるミキサ回路５２と、このミキサ回路５２に対してそれぞれＬＰＦ４１、アンプ４３、ＡＤＣ４５が順次接続されてなり、さらにこのＡＤＣ４５には距離算出部４７が接続されている。
【００９８】
切替回路５１は、通信装置７へのパルス列を送信する際において、第１のアンプ２６とアンテナ２７とが接続されるように切替処理を実行する。またこの切替回路５１は、通信装置７からのパルス列を受信する際において、アンテナ２７とフィルタ３２とが接続されるように切替処理を実行する。
【００９９】
ちなみに通信装置７の構成は、少なくとも上記パルス列をアンテナを介して受信し、その受信したパルス列を再びアンテナを介して送受信装置６へ送信することができる機能が実装されていれば足りるが、送受信装置６と同様のブロック構成を適用するようにしてもよい。
【０１００】
このような送受信装置６から上述と同様にパルス列が生成され、これが送受信装置６から通信装置７へ送信され、この通信装置７は、かかるパルス列を再び送受信装置６へ送信する。送受信装置６は、通信装置７からのパルス列をアンテナ２７を介して受信し、切替回路５１を介してこれをフィルタ３２へ出力し、最終的に距離算出部４７へと送られることになる。
【０１０１】
距離算出部４７は、上述した第１の算出方法、第２の算出方法、第３の算出方法に基づいて、到達時間を求めることになるが、この到達時間は、あくまで送受信装置６と通信装置７とを往復する時間に相当するため、実際に距離Ｌを算出する際には、この到達時間２を２で割った上で実行する必要が生じる。
【０１０２】
このようなパルス列を送受信する測距システム１においても同様に距離Ｌの測定精度を向上させることが可能となることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明を適用した測距システムの構成図である。
【図２】本発明を適用した測距システムを構成する送信装置のブロック構成図である。
【図３】本発明を適用した測距システムを構成する受信装置のブロック構成図である。
【図４】送受信するパルス列の例を示す図である。
【図５】本発明を適用した測距システムにおける第１の算出方法につき説明するための図である。
【図６】本発明を適用した測距システムにおける第２の算出方法につき説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明を適用した測距システムにおける第３の算出方法につき説明するための図である。
【図８】本発明を適用した測距システムの他の構成例につき示す図である。
【図９】従来例につき説明するための図である。
【図１０】従来における測距システムにつき示すブロック構成図である。
【図１１】従来における測距方法について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 測距システム
２ 送信装置
３ 受信装置
２１ パルス生成部
２２ パルスシェーピング部
２３ 局部発振器
２４ ミキサ回路
２５ フィルタ
２６ 第１のアンプ
２７ アンテナ
３１ アンテナ
３２ フィルタ
３３ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
３４ ミキサ回路
３５ ミキサ回路
３６ 周波数制御部
３７ 局部発振器
４１、４２ ＬＰＦ
４３、４４ アンプ
４５、４６ ＡＤＣ
４７ 距離算出部
【技術分野】
【０００１】
送信装置から受信装置へのパルス信号の到着時間に基づいて距離を測定する測距システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、互いに異なる２地点の距離を測定するいわゆる測距方法として、電波を利用した測距システムが提案されている。
【０００３】
この測距システムでは、例えば図９に示すように、Ｆ地点からＧ地点に至るまでの距離ｌにつき測定を望む場合には、無線局としての送信装置６１、受信装置６２をそれぞれＦ地点、Ｇ地点に設置する。そして、この送信装置６１からパルス信号により構成される電波を発信し、受信装置６２によりこの電波を受信する。このとき、送信装置６１から発信されたパルス信号が受信装置６２により受信されるまでの到達時間Ｔｄを測定する。この測定した到達時間Ｔｄに電波の伝搬速度Ｖｃを乗算することにより距離ｌを算出することができる。電波の伝搬速度Ｖｃが一定であるため、この到達時間Ｔｄのみを測定することにより、距離ｌを正確に測定することが可能となる。
【０００４】
この伝播時間Ｔｄを測定する方法としては、上記パルス信号の０クロスする時刻を計測する方法や、パルス信号の位相差を識別することにより到達時間Ｔｄを測定する方法に加え、送受信における拡散符号の位相タイミングにより無線機間の距離を測定するスペクトル拡散技術を利用する方法も提案されている。
【０００５】
図１０は、このスペクトル拡散技術を利用した従来のシステム構成を示している。本システムは、異なる２地点に設置された無線機７１から無線機７２に至るまでの距離ｄを測定するものであって、無線機７１には、ベースバンドの拡散符号を生成する拡散信号生成部８１と、この拡散信号生成部８１に接続される送信部８２と、送信部８２に接続されるアンテナ８３とが実装され、さらに無線機７２からの電波を受信するためのアンテナ８４と、このアンテナ８４に接続される受信部８５と、受信部８５に接続される相関演算部８６と、相関演算部８６に接続される相関位置判定部８７とがさらに実装され、さらに最終的に距離ｄを測定する距離測定部８８がそれぞれ上記拡散信号生成部８１と相関位置判定部８７に接続されて構成されている。
【０００６】
また、無線機７２には、無線機７１におけるアンテナ８３から送信されてきた電波を受信するためのアンテナ９１と、このアンテナ９１に接続される受信部９２と、この受信部９２に接続される周波数変換部９３と、周波数変換部９３に接続される送信部９４と、この送信部９４に接続されるとともに電波を発信するためのアンテナ９５とが実装されている。
【０００７】
この無線機７１における拡散符号生成部８１において、ベースバンドの拡散符号と拡散符号の位相タイミングを生成し、生成した拡散符号は、送信部８２で中心周波数ｆｌの高周波信号に変換され、アンテナ８３を介して無線機７２へ送信されることになる。
【０００８】
また、無線機７２では、アンテナ９１を介して受信した高周波の拡散符号を受信部９２で増幅し、周波数変換部９３で中心周波数ｆ２に変換した後、送信部９４およびアンテナ９５を介して無線機７１へ再送信する。この無線機７１では、アンテナ８４および受信部８５を介して再送信された拡散符号を受信し、高周波の拡散符号を直交検波によりベースバンドに変換する。更に、相関演算部８６において、拡散符号の自己相関演算を行い、相関位置判定部８７にて、自己相関ピーク位置をもとに、受信した拡散符号の位相タイミングを検出する。距離測定部８８では、送信した拡散符号の位相タイミングと受信した拡散符号の位相タイミングの差Ｔ１を検出し、無線機７１、７２間の距離ｄを算出する。
【非特許文献１】J.Lampe, R.Hach, L.Menzer IEEE-15-05-0002-00-004a January 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
また、特に近年において、図１１に示すように、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を送信装置側で生成するとともに、このパルス列からなる電波を送信装置から受信装置へ送信し、受信装置側においてこのパルス列を構成する各パルス信号の到達時間から距離を算出する測距システムも提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１０】
この測距システムでは、パルス列を構成する各パルス信号の０クロスする時刻に基づいて到達時間Ｔｄを求める点においては、上述した測距システムと共通している。例えば図１１に示す例において送信装置側において時刻ｔ５１において生成したパルス信号Ｊ１は、時刻ｔ６１においてパルス信号Ｊ１’として受信装置により受信されることになるが、かかる時刻ｔ５１から時刻ｔ６１に至るまでの時間間隔が到達時間Ｔｄ１に相当する。この測距システムでは、単一のパルス信号のみならず、パルス列を構成する各パルス信号Ｊ１,Ｊ２,Ｊ３,Ｊｉ,Ｊｉ+１, ・・・につき、受信装置側において受信される各パルス信号Ｊ１’,Ｊ２’,Ｊ３’,Ｊｉ’,Ｊｉ+１’, ・・・との間でそれぞれ到達時間Ｔｄを求める。
【００１１】
その結果、パルス信号Ｊ２とパルス信号Ｊ２’との間で計算された到達時間Ｔｄ２、パルス信号Ｊ３とパルス信号Ｊ３’との間で計算された到達時間Ｔｄ３、パルス信号Ｊｉとパルス信号Ｊｉ’との間で計算された到達時間Ｔｄｉ等が順次求められていくことになる。これら到達時間Ｔｄ１,Ｔｄ２,Ｔｄ３,・・・,Ｔｄｉを平均化した到達時間平均値を算出し、これに基づいて送信装置から受信装置に至るまでの距離を求める。このようにパルス信号間で平均化された到達時間を距離算出時に利用することにより、３０ｍの距離を測定する際の誤差を８１．７ｃｍ程度まで抑え込むことが可能となる。
【００１２】
ちなみに、この到達時間差Ｔｄを求める代替として、受信装置側で受信したパルス列を構成する各パルス信号Ｊ１’,Ｊ２’,Ｊ３’,Ｊｉ’,Ｊｉ+１’, ・・・の時間差に基づいて、上記平均化された到達時間平均値を求めるようにしてもよい。このとき、図１１に示すように、送信装置側においてパルス信号が互いに等時間間隔Ｔで形成されているものと仮定した場合に、各パルス信号Ｊ１’,Ｊ２’,Ｊ３’,Ｊｉ’,Ｊｉ+１’, ・・・の時間差はＴ+ｄで表される。このｄは、送信装置から受信装置側に到達するまでに受けた他の電波や雑音等の影響に基づく時間間隔Ｔの誤差分である。
【００１３】
例えば、パルス信号Ｊ１’とＪ２’の時間差はＴ+ｄ１で表され、パルス信号Ｊ２’とＪ３’の時間差はＴ+ｄ２で表されることになり、さらにパルス信号Ｊｉ’とＪｉ+１’の時間差はＴ+ｄｉで表されることになる（｜ｄｉ｜＞０）。これらｄ１、ｄ２、・・、ｄｉの平均値を求めることにより、上述した到達時間平均値を算出することも可能となる。
【００１４】
また、このような到達時間平均値を求める以外に、例えば受信装置側で受信したパルス列を構成する各パルス信号Ｊ１’,Ｊ２’,Ｊ３’,Ｊｉ’,Ｊｉ+１’, ・・・の時間差Ｔ+ｄ１、Ｔ+ｄ２、・・、Ｔ+ｄｉを上述と同様に算出し、算出した時間差Ｔ+ｄの中からｄが最小となるパルス信号Ｊ’を特定し、その特定したパルス信号Ｊ’における到達時間を求めるようにしてもよい。かかる場合においても、実際に測定すべき距離の誤差を低減させることが可能となる。
【００１５】
しかしながら、上述した従来の方法に基づいて、パルス列を構成するパルス信号間で到達時間平均値を求めて距離を算出した場合においても、結局のところ３０ｍの距離に対して約８０ｃｍの割合で誤度が含まれることになる。このため、より誤差を軽減させた高精度の距離測定が望まれる箇所に対して適用可能なシステム構成にすることができず、システム全体の汎用性を高めることができないという問題点があった。
【００１６】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、パルス列を構成する各パルス信号の到達時間から距離を算出する測距システムにおいて、より誤差を軽減させた高精度の距離測定を実現することが可能な測距システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、送信装置と受信装置との間で送受信するパルス列において、各パルス信号の振幅の大きさが未だ情報として利用されていない点や、受信装置側で受信したパルス列を構成する各パルス信号の時間差に着目し、高精度な距離測定を実現可能な測距システムを発明した。
【００１８】
即ち、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間を求め、上記パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備え、距離算出手段は、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くする。
【００１９】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号における上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間に基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備える。
【００２０】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備える。
【００２１】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備える。
【００２２】
本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が当該送受信手段から発信されてからの到達時間を求め、上記パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして上記通信装置からの距離を算出し、当該算出時において、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くする。
【００２３】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、 上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信した上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号が当該送受信手段より発信されてから受信されるまでの到達時間に基づいて上記通信装置からの距離を算出する。
【００２４】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、 上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信した上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が当該送受信手段より発信されてから受信されるまでの到達時間に基づいて上記通信装置からの距離を算出する。
【００２５】
また、本発明を適用した測距システムは、上述した課題を解決するために、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、 上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が当該送受信手段から発信されてからの到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて上記通信装置からの距離を算出する。
【発明の効果】
【００２６】
即ち、本発明を適用した測距システムでは、パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして送信装置からの距離Ｌを算出する際に、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くする。これにより、求められる距離Ｌは、より振幅が大きいパルス信号の到達時間が、より重く反映され、より振幅が小さいパルス信号の到達時間がより軽く反映される形で算出されることになり、距離を測定する際の誤差を低減させることが可能となる。
【００２７】
また、本発明を適用した測距システムでは、受信装置側で受信した上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号における上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間に基づいて送信装置からの距離を算出する。これにより、距離を測定する際の誤差を低減させることが可能となる。
【００２８】
また、本発明を適用した測距システムでは、パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて送信装置からの距離を算出する。これにより、距離を測定する際の誤差を低減させることが可能となる。
【００２９】
また、本発明を適用した測距システムでは、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成し、パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信し、送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信装置側で受信し、受信したパルス列を構成する各パルス信号の到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて送信装置からの距離を算出する。これにより、距離を測定する際の誤差を低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、２地点間の距離を測定する測距システムにつき、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明を適用した測距システム１のシステム構成につき示している。この測距システム１は、Ａ地点からＢ地点に至るまでの距離Ｌを測定するシステムであって、Ａ地点に設置された送信装置２と、Ｂ地点に設置された受信装置３とを備えている。
【００３２】
送信装置２並びに受信装置３は、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信技術を利用して互いに電波を送受信することが可能な無線通信機である。このＵＷＢ通信では、１ナノ秒という非常に短い時間幅のパルス信号を利用し、そのパルス信号の時間軸上の位置や位相を変化させることで搬送波を用いることなく情報を伝送する。１ナノ秒以下という非常に短い時間幅のパルス信号を用いることから、ＵＷＢ通信用の信号が占有する信号帯域は数ＧＨｚと非常に広くなるが、搬送波を用いた変調処理そのものが不要となり、スペクトル電力密度を低減させることができる。このため、これをノイズの信号レベル以下まで抑えることができることから、他の通信システムや各種機器による影響を受けることもなくなり、高いデータ伝送特性が実現されることになる。
【００３３】
また、このＵＷＢ通信では、また、電波を送出する搬送波を用いた通信方式とは異なり、きわめて短いパルスを送出するだけで通信を実現することが可能となることから、消費電力を非常に小さくすることができ、パルス信号の送出間隔を短くすることで非常に高速な通信を実現することも可能となる。
【００３４】
実際にこの測距システム１において、距離Ｌを測定する場合には、送信装置２から発信されたＵＷＢ方式に基づくパルス信号が受信装置３により受信されるまでの到達時間Ｔｃを測定する。この測定した到達時間Ｔｃに電波の伝搬速度Ｖｃを乗算することにより距離Ｌを算出する。このとき、送信装置２は、パルス信号を発信してから、この再送信されてきたパルス信号を受信するまでの到達時間Ｔｃを測定し、この測定した到達時間Ｔｃに電波の伝播速度Ｖｃを乗算することにより距離Ｌを算出することになる。
【００３５】
図２は、このようなＵＷＢ通信に必要なパルス信号を生成する送信装置２のブロック構成を示している。
【００３６】
この送信装置２は、ＵＷＢ通信に基づくパルス信号を生成するパルス生成部２１と、このパルス生成部２１に接続されてなるとともに、パルス生成部２１により生成されたパルス信号が送られてくるパルスシェーピング部２２と、パルスシェーピング部２２から出力されるパルス信号につき後述する基準信号に基づいて周波数変換を施すためのミキサ回路２４と、生成した基準信号を上記ミキサ回路２４に対して供給するための局部発信器２３と、ミキサ回路２４において周波数変換された信号につき通過帯域を制限するためのフィルタ２５と、このフィルタ２５に接続された第１のアンプ２６と、この第１のアンプ２６に接続されたアンテナ２７とを備えている。
【００３７】
パルス生成部２１は、ＵＷＢ方式に基づき、数ＧＨｚにもわたる広帯域にわたって短い時間幅のパルス信号を生成する。実際にこのパルス信号を生成する場合において、パルス生成部２１は、互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成していくことになる。このパルス生成部２１により生成されたパルス列は、そのままパルスシェーピング部２２へと送信されることになる。
【００３８】
パルスシェーピング部２２は、パルス生成部２１から送信されてきた拡散系列のパルス列を構成する各パルス信号につき所定のシェーピング処理を施す。
【００３９】
局部発振器２３は、変調用の基準信号を生成する。この局部発振器２３によって生成される基準信号の局部発振周波数は、この局部発信器２３内において可変となるように構成されていてもよい。また、この局部発信器２３は、発生すべき局部発振周波数につき、図示しないＰＬＬ回路等に基づいて増強され、減衰されるように制御可能とされていてもよい。
【００４０】
ミキサ回路２４は、パルスシェーピング部２２においてシェーピング処理が施されたパルス列を構成する各パルス信号を、局部発信器２３により送出されてきた基準信号に基づいて周波数変換する。このミキサ回路２４は、この周波数変換されたパルス信号からなるパルス列につき、フィルタ２５へ出力する。
【００４１】
フィルタ２５は、ミキサ回路２４から出力されてきたＵＷＢ方式に基づくパルス列につき、所望の帯域のみ通過させるととともに、不要な帯域をカットする。このときフィルタ２５は、ミキサ回路２４における周波数変換時において発生した不要な周波数成分を除去することができるように通過帯域が設定されていてもよい。このフィルタ２５を通過した帯域成分からなるパルス列は、そのまま第１のアンプ２６へと出力されることになる。
【００４２】
第１のアンプ２６は、このフィルタ２５から出力されてきたパルス列を増幅し、さらに帯域内で周波数特性がフラットになるように補正する。
【００４３】
アンテナ２７は、第１のアンプ２６により増幅された電気信号としてのパルス信号より構成されるパルス列につき、電磁的な電波としてのパルス列に変換し、これを空中に放射する。なお、この送信装置２において、このアンテナ２７から電波としてのパルス列を放射する際における時刻をカウントする機能を実装するようにしてもよい。
【００４４】
図３は、このようなＵＷＢ方式に基づくパルス信号を受信する受信装置３のブロック構成を示している。
【００４５】
この受信装置３は、ＵＷＢ通信に基づくパルス信号を送信装置２から受信するためのアンテナ３１と、アンテナ３１に接続されてなるフィルタ３２と、フィルタ３２から出力されたパルス列につき、高周波信号処理を施す低雑音増幅器（ＬＮＡ）３３と、このＬＮＡ３３に接続されてなるミキサ回路３４及びミキサ回路３５と、生成した基準信号をミキサ回路３４及びミキサ回路３５へ供給するための局部発振器３７と、この局部発振器３７により発振すべき基準信号の周波数を制御するための周波数制御部３６とを備えている。またこの送信装置２は、ミキサ回路３４に対して、それぞれローパスフィルタ（ＬＰＦ）４１、第２のアンプ４３、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４５とを順次接続し、さらに、ミキサ回路３５に対して、それぞれＬＰＦ４２、第２のアンプ４４、ＡＤＣ４６とを順次接続している。このＡＤＣ４５、ＡＤＣ４６には、さらに距離算出部４７がともに接続されている。
【００４６】
アンテナ３１は、送信装置２から送信されてきた電波としてのパルス列を受信し、これを電気的なパルス信号からなるパルス列に変換する。
【００４７】
フィルタ３２は、アンテナ３１により受信したパルス列につきＵＷＢ帯域外の信号を除去する。即ち、送信装置２から受信装置３へ電波が送られる過程において、ＵＷＢ帯域外の信号が重畳される場合もあることから、かかる信号をこのフィルタ３２において精度よく除去する。
【００４８】
ＬＮＡ３３は、アンテナ３１により受信され、フィルタ３２を介して送られてきたパルス列につき、低雑音増幅する。ＵＷＢ方式に基づくパルス信号は、ノイズの信号レベル以下の微弱なものであるため、これを通常のアンプで増幅してもノイズとＵＷＢ信号とを見分けることができなくなる。このため、ＬＮＡ３３を実装することにより、ＵＷＢ方式に基づく所望のパルス信号のみを選択的に増幅させることで、ノイズの影響を除去したパルス列を得ることが可能となる。ＬＮＡ３３により低雑音増幅されたパルス列は、接続されたミキサ回路３４及びミキサ回路３５にそれぞれ供給されることになる。
【００４９】
局部発振器３７は、周波数制御部３６による制御の下、ベースバンドの基準信号としての同相信号（Ｉ信号）及び直交信号（Ｑ信号）を生成する。この局部発振器３７は、生成したＩ信号をミキサ回路３４へ出力するとともに、生成したＱ信号をミキサ回路３５へと出力する。
【００５０】
ミキサ回路３４、ミキサ回路３５は、ＬＮＡ３３から送信されてきたパルス列を構成する各パルス信号につき、局部発振器３７より出力されてきたＩ信号、Ｑ信号に基づいて直交変調する。
【００５１】
ＬＰＦ４１、ＬＰＦ４２は、ミキサ回路３４、ミキサ回路３５によりそれぞれ変調が施されたＵＷＢ方式のパルス列につき、高周波成分を除去するとともに、低周波成分のみを通過させる。
【００５２】
第２のアンプ４３は、ＬＰＦ４１により帯域制限されたパルス列を増幅し、これをＡＤＣ４５へ送出する。また第３のアンプ４４は、ＬＰＦ４２により帯域制限されたパルス列を増幅し、これをＡＤＣ４６へ送出する。
【００５３】
ＡＤＣ４５は、第２のアンプ４３から送出されてきたアナログベースバンドのパルス信号をサンプリングしてデジタル信号化し、このデジタル化されたパルス列を距離算出部４７へ送信する。ＡＤＣ４６は、第２のアンプ４４から送出されてきたアナログベースバンドのパルス信号をサンプリングしてデジタル信号化し、このデジタル化されたパルス列を距離算出部４７へ送信する。
【００５４】
距離算出部４７は、ＡＤＣ４５及びＡＤＣ４６からそれぞれ送信されてきたパルス列を構成するパルス信号に基づき、距離Ｌを算出する。この距離算出の詳細な方法に関しては、後段において詳述する。
【００５５】
周波数制御部３６は、ＡＤＣ４５及びＡＤＣ４６によりデジタル信号化されたパルス信号を読み取り、これに基づいて局部発振器３７により生成すべき基準信号をフィードバック制御する。
【００５６】
このような構成からなる測距システム１により、実際にＡ地点からＢ地点に至るまでの距離Ｌを測定する動作につき説明をする。
【００５７】
先ず、送信装置２側において、パルス生成部２１は、ＵＷＢ方式に基づくパルス信号からなるパルス列を広帯域にわたり生成する。この生成されたパルス列は、パルスシェーピング部２２においてシェーピング処理が施される。また、このパルス列は、ミキサ回路２４において、局部発振周波数に基づく高周波成分により変調され、さらにフィルタ２５において不要な周波数成分が除去される。
【００５８】
このパルス列は、第１のアンプ２６を介してアンテナ２７により電磁的な電波に変換されて空気中に放射される。この空気中に放射された電波は、図３に示す受信装置３側におけるアンテナ３１により受信され、電気的なパルス列に再変換されることになる。そして、このパルス列は、ＬＮＡ３３により低雑音増幅されてノイズと見分けがつくように調整された上でミキサ回路３４及びミキサ回路３５にそれぞれ供給される。
【００５９】
ミキサ回路３４、ミキサ回路３５に送られてきたパルス列は、Ｉ信号、Ｑ信号に基づいて直交変調されてさらにＬＰＦ４１、４２を通過することにより、これに重畳されていた高周波成分が除去されることになる。最後にこれらパルス列はＡＤＣ４５、４６によりアナログ−デジタル変換された上で距離算出部４７へと送信されることになる。
【００６０】
距離算出部４７は、このＡＤＣ４５、４６より送信されてきたパルス列を解析する。図４は、送信装置２において生成されたパルス列と、受信装置３により受信されたパルス列を時系列的に示している。この送信装置２側において時刻ｔ１１において生成したパルス信号Ｉ１は、時刻ｔ２１においてパルス信号Ｉ１’として受信装置３により受信されることになるが、かかる時刻ｔ１１から時刻ｔ２１に至るまでの時間が到達時間Ｔｃ１に相当する。この測距システム１では、単一のパルス信号のみならず、パルス列を構成する各パルス信号Ｉ１,Ｉ２,Ｉ３,Ｉｉ,Ｉｉ+１, ・・・につき、受信装置３側において受信される各パルス信号Ｉ１’,Ｉ２’,Ｉ３’,Ｉｉ’,Ｉｉ+１’, ・・・との間でそれぞれ到達時間Ｔｃ１,Ｔｃ２,Ｔｃ３,・・,Ｔｃｉ,Ｔｃｉ+１,・・を求めることもできる。
【００６１】
各到達時間Ｔｃ１,Ｔｃ２,Ｔｃ３,・・,Ｔｃｉ,Ｔｃｉ+１は、それぞれ同一のパルス信号における送信装置２から受信装置３に至るまでの時間差を表している。このため、このパルス列を構成する何れか一つのパルス信号に着目し、その到達時間を求めることにより、距離Ｌを算出することができる。
【００６２】
本発明を適用した測距システム１においては、算出すべき距離Ｌの測定誤差をより軽減させる観点から、パルス列を構成する各パルス信号の振幅の大きさが未だ情報として利用されていない点に着目し、以下に説明する第１の算出方法に基づき到達時間を求めるようにしてもよい。この第１の算出方法では、パルス列を構成するパルス信号につき互いに異なる重み付けを施すことにより到達時間を求める。
【００６３】
図５は、距離算出部４７により読み取られたパルス列の一例を示している。パルス列の振幅は、送信装置２側において同等となるように制御されていても、送信装置２から受信装置３へ送られる過程において図５に示すようにパルス信号間で互いに変化してしまう。このパルス列を構成するパルス信号は、より振幅が大きいほど求める到達時間の精度が高くなる。
【００６４】
かかる現象を利用し、距離算出部４７では、パルス列を構成するパルス信号のうち、より振幅が大きいパルス信号の到達時間を尊重しつつ距離Ｌを求める。かかる場合において、距離算出部４７は、パルス列を構成するパルス信号の中から、実際に到達時間を求める複数のパルス信号を選択する。この選択すべきパルス信号は、パルス列を構成する全てのパルス信号を含むようにしてもよいが、任意の２以上のパルス信号が含まれていればいかなる数で構成されていてもよい。
【００６５】
次に距離算出部４７は、選択したパルス信号の振幅を識別する。例えば図５に示すようにパルス信号Ｉ１１’,Ｉ１２’,Ｉ１３’,Ｉ１４’,Ｉ１５’を選択した場合において、その振幅がそれぞれＡ１１’,Ａ１２’,Ａ１３’,Ａ１４’,Ａ１５’と互いに異なるが、振幅がＡ１２’,Ａ１３’と大きいパルス信号がＩ１２’,Ｉ１３’であり、また振幅がＡ１４’,Ａ１５’と小さいパルス信号がＩ１４’,Ｉ１５’であることを識別することができる。
【００６６】
次に、距離算出部４７は、各パルス信号Ｉ１１’,Ｉ１２’,Ｉ１３’,Ｉ１４’,Ｉ１５’につき、それぞれ到達時間Ｔｃ１１、Ｔｃ１２、Ｔｃ１３、Ｔｃ１４、Ｔｃ１５を求める。次に距離算出部４７は、求めた到達時間に基づき、距離Ｌを求める。このとき、振幅が大きいパルス信号Ｉ１２’,Ｉ１３’につき求められたＴｃ１２、Ｔｃ１３のデータにつき重み付けを重くし、振幅が小さいパルス信号Ｉ１４’,Ｉ１５’につき求められたＴｃ１４、Ｔｃ１５のデータにつき重み付けを軽くする。即ち、パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして送信装置からの距離Ｌを算出する際に、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くする。
【００６７】
これにより、求められる距離Ｌは、より振幅が大きいパルス信号の到達時間が、より重く反映され、より振幅が小さいパルス信号の到達時間がより軽く反映される形で算出されることになる。重み付けは振幅または電力に基づいて行うことが可能だが、ここで振幅に基づいて重み付けを行った。その結果、既知の距離Ｌ（＝３０ｍ）を測定する際の誤差を５９．６ｃｍまで押さえ込むことが可能となる。
【００６８】
なお、本発明を適用した測距システム１においては、以下の第２の算出方法により、パルス列を構成する各パルス信号の振幅に基づいて、求めるべき到達時間を最も高精度に現れてくる一つのパルス信号を選択し、選択した一つのパルス信号に基づいて距離Ｌを算出するようにしてもよい。
【００６９】
かかる場合において、先ず距離算出部４７は、図６に示すステップＳ１１においてパルス列を構成するパルス信号の中からＮ個のパルス信号を選択する。
【００７０】
次に、ステップＳ１２へ移行し、距離算出部４７は、選択したＮ個のパルス信号につき、それぞれ振幅を識別する。
【００７１】
次にステップＳ１３へ移行し、距離算出部４７は、以下の（１）式に基づいてＮ個のパルス信号における振幅の平均値Ａｈを求める。
[式１]
次にステップＳ１４へ移行し、距離算出部４７は、以下の（２）式に基づいて各パルス信号の振幅と、式（１）により求めた振幅の平均値Ａｈとの差分絶対値ΔＡｉを求める。
【００７２】
ΔＡｉ＝｜Ａｉ−Ａｈ｜・・・・・・・・・（２）
【００７３】
次にステップＳ１５へ移行し、距離算出部４７は、以下の（３）式に基づいて、差分絶対値ΔＡｉが最小となる一つのパルス信号を選択する。具体的には、求めた振幅の平均値に最も近い振幅Ａｊを持つパルス信号をこの（３）式に基づいて特定していくことになる。
【００７４】
Ａｊ＝ｍｉｎ｛ΔＡｉ｝・・・・・・・・・・・（３）
【００７５】
このようにして選択されたパルス信号の到達時間を求め、求めた到達時間に基づき、Ａ地点からＢ地点に至るまでの距離Ｌを求める（ステップＳ１６）。その結果、この第２の算出方法においては、既知の距離Ｌ（＝３０ｍ）を測定する際の誤差を４１．０ｃｍまで押さえ込むことが可能となる。
【００７６】
また、本発明を適用した測距システム１では、上述の如くパルス信号の振幅に関する情報に基づいて距離Ｌを求める場合のみならず、以下に説明する第３の算出方法に基づいて距離Ｌを求めるようにしてもよい。
【００７７】
かかる場合において、距離算出部４７は、送信装置２から受信したパルス列を構成するパルス信号の中から、実際に到達時間を求めるＮ個のパルス信号を選択する。このとき、選択するＮ個のパルス信号は、パルス列を構成する中から互いに連続するＮ個のパルス信号とする。
【００７８】
次に、距離算出部４７は、選択したＮ個のパルス信号につき、以下の式（４）に基づいて平均時間差ΔＴを求める。このΔＴは、選択したＮ個のパルス信号を時間軸上で並べた場合に、互いに隣接する２つのパルス信号の受信時刻間の差分絶対値和を求めた上で、これをパルス信号数Ｎから１を引いた数で除すことにより算出される。即ち、このΔＴは、互いに隣接する２つのパルス信号の受信時刻間の差分絶対値の平均に相当する。即ち、この（４）式に基づいてΔＴを求めることにより、受信したパルス列を構成する隣接するパルス信号の時間差の平均を求めることができる。
【００７９】
[式２]
【００８０】
次に、この取得した平均時間差ΔＴを用いることにより、パルス列を構成するパルス信号の受信時刻ｔｊを推定する。受信時刻を推定するパルス信号Ｉｊ’と次のパルス信号Ｉｊ＋１’との時間差を
ΔＴｊ１＝ｔｊ−ｔｊ＋１ ；（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ-１）・・・・（５）
で定義し、第１回目の推定受信時刻ｔｊ１は、（６）式によって求めることができる。
ｔｊ１＝ｔｊ−（ΔＴｊ１−ΔＴ） ；（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ-１）・・・（６）
【００８１】
この（６）式において、上付数字は、解析回数を示している。１回目の推定の終了時において、パルス列を構成するパルス信号Ｉ１’,Ｉ２’,・・・・,ＩＮ−１’における受信推定時刻ｔ１１,ｔ２１,・・・・,ｔＮ−１１が算出された状態となる。次に、この算出された受信推定時刻ｔ１１,ｔ２１,・・・・,ｔＮ−１１は、図７に示すように実際の受信時刻ｔ１,ｔ２,・・・・,ｔＮ−１と比較してより均一な時間差をもって刻まれていることがわかる。但し、上記の操作では、ｔＮは，更新されないので除去している。
【００８２】
次に、距離算出部４７は、２回目の時刻推定を行う。この２回目の時刻推定では、１回目の時刻推定により推定した受信推定時刻ｔ１１,ｔ２１,・・・・,ｔＮ−１１の差分絶対値和の平均を算出する。
【００８３】
[式３]
【００８４】
次に、この取得した平均時間差ΔＴ１を用いることにより、２回目の時刻推定を行う。個々のパルスの時間差を
ΔＴｊ２＝ｔｊ１−ｔｊ＋１１ ；（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ-２）・・・（８）
で定義し、第２回目の推定受信時刻ｔｊ２は、（９）式によって求めることができる。
ｔｊ２＝ｔｊ１−（ΔＴｊ２−ΔＴ１）；（ｊ＝１、２、・・・、Ｎ-２）・・・（９）
【００８５】
このようにして算出された２回目の受信推定時刻ｔ１２,ｔ２２,・・・・,ｔＮ−２２は、１回目に算出した受信推定時刻ｔ１１,ｔ２１,・・・・,ｔＮ−１１と比較してさらに均一な時間差をもって刻まれていることがわかる。
【００８６】
以上からわかるように、時刻推定を１回増やすごとに、用いるパルスが１個減ることになる。これは一番最後のパルスの時刻が更新されないので、自主的に処理から外しているからである。
【００８７】
一般に、送信装置２から受信装置３へ送られる過程においてパルス列を構成するパルス信号の時間差がばらついてしまうが、この第３の算出方法を用いることにより、これら時間差をより均一にすることが可能となり、実際の到達時間を求めるときに、全Ｎ−ｋ個（ｋ回時間推定を行ったとする）のパルスの推定時間の平均値、または全Ｎ−ｋ個のパルスの中の振幅の一番大きいパルスの推定時間を実際の到達時間とすることが可能である。
【００８８】
この第３の算出方法においては、上記式を利用することにより、受信推定時刻の算出を３回以上実行するようにしてもよい。この受信推定時刻の算出回数が増加するにつれて、受信推定時刻の推定精度が向上することになり、距離Ｌの算出精度そのものを大幅に向上させることが可能となる。
【００８９】
また、本発明を適用した測距システム１では、以下に説明する第４の算出方法に基づいて距離Ｌを求めるようにしてもよい。
【００９０】
かかる場合において、距離算出部４７は、送信装置２から受信したパルス列を構成するパルス信号の中から、実際に到達時間を求めるＮ個のパルス信号を選択する。このとき、選択するＮ個のパルス信号は、パルス列を構成する中から互いに連続するＮ個のパルス信号としてもよいし、これに限定されることなくランダムなＮ個のパルス信号を抽出するようにしてもよい。
【００９１】
次に、距離算出部４７は、選択したＮ個のパルス信号につき、それぞれ到達時間を求める。次にこの求めた各パルス信号の到達時間を長いものから順にソートし、その中央値に基づいて距離Ｌを算出する。その結果、距離Ｌの算出精度を向上させることが可能となる。
【００９２】
上述したように、本発明を適用した測距システム１では、距離算出部４７において算出すべき距離Ｌを、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅に関する情報や、受信時刻に関する情報を効率的に利用しても高精度に求めることが可能となり、測定誤差をより軽減させることができる。
【００９３】
なお、上述した実施の形態では、あくまで第１の算出方法、第２の算出方法、第３の算出方法をそれぞれ単独に実行する場合を例に挙げて説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、第２の算出方法と第３の算出方法を組み合わせて実行してもよいし、第１の算出方法と第３の算出方法を組み合わせて実行してもよい。さらに、本発明では、第１の算出方法と第２の算出方法と第３の算出方法を組み合わせて実行するようにしてもよい。
【００９４】
また、上述した実施の形態では、あくまでＵＷＢ方式に基づくパルス信号の到達時間に基づいて距離Ｌを算出する場合を例に挙げて説明をしたが、かかるＵＷＢ方式に限定されるものではなく、パルス信号を利用した全ての測距に対しても同様に適用可能である。
【００９５】
また、上述した実施の形態では、送信装置２から発信されたパルス信号が受信装置３により受信されるまでの到達時間Ｔｃを測定することにより距離Ｌを算出する場合を例に挙げて説明をしたがかかる場合に限定されるものではない。例えば、上記Ａ地点に送受信装置６を、また上記Ｂ地点に通信装置７をそれぞれ設置し、送受信装置６からＵＷＢ方式に基づくパルス信号を通信装置７へ送信し、通信装置７側において受信した上記パルス信号を送受信装置６へ再送信するようにしてもよい。
【００９６】
図８は、かかる送受信装置６のブロック構成を示している。この送受信装置６において上述した送信装置２、受信装置と同一の構成要素、部材に関しては、同一の番号を付すことにより、ここでの説明を省略する。
【００９７】
送受信装置６は、パルス信号を生成するパルス生成部２１と、このパルス生成部２１に接続されてなるとともに、パルス生成部２１により生成されたパルス信号が送られてくるパルスシェーピング部２２と、パルスシェーピング部２２から出力されるパルス信号につき後述する基準信号に基づいて周波数変換を施すためのミキサ回路２４と、基準信号を生成するための局部発信器２３と、ミキサ回路２４において周波数変換された信号につき通過帯域を制限するためのフィルタ２５と、このフィルタ２５に接続された第１のアンプ２６と、この第１のアンプ２６に接続された切替回路５１と、切替回路５１に接続されたアンテナ２７とを備えている。また、この送信装置６は、切替回路５１に接続されたフィルタ３２と、フィルタ３２から出力されたパルス列につき、高周波信号処理を施す低雑音増幅器（ＬＮＡ）３３と、このＬＮＡ３３並びに局部発振器２３に接続されてなるミキサ回路５２と、このミキサ回路５２に対してそれぞれＬＰＦ４１、アンプ４３、ＡＤＣ４５が順次接続されてなり、さらにこのＡＤＣ４５には距離算出部４７が接続されている。
【００９８】
切替回路５１は、通信装置７へのパルス列を送信する際において、第１のアンプ２６とアンテナ２７とが接続されるように切替処理を実行する。またこの切替回路５１は、通信装置７からのパルス列を受信する際において、アンテナ２７とフィルタ３２とが接続されるように切替処理を実行する。
【００９９】
ちなみに通信装置７の構成は、少なくとも上記パルス列をアンテナを介して受信し、その受信したパルス列を再びアンテナを介して送受信装置６へ送信することができる機能が実装されていれば足りるが、送受信装置６と同様のブロック構成を適用するようにしてもよい。
【０１００】
このような送受信装置６から上述と同様にパルス列が生成され、これが送受信装置６から通信装置７へ送信され、この通信装置７は、かかるパルス列を再び送受信装置６へ送信する。送受信装置６は、通信装置７からのパルス列をアンテナ２７を介して受信し、切替回路５１を介してこれをフィルタ３２へ出力し、最終的に距離算出部４７へと送られることになる。
【０１０１】
距離算出部４７は、上述した第１の算出方法、第２の算出方法、第３の算出方法に基づいて、到達時間を求めることになるが、この到達時間は、あくまで送受信装置６と通信装置７とを往復する時間に相当するため、実際に距離Ｌを算出する際には、この到達時間２を２で割った上で実行する必要が生じる。
【０１０２】
このようなパルス列を送受信する測距システム１においても同様に距離Ｌの測定精度を向上させることが可能となることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明を適用した測距システムの構成図である。
【図２】本発明を適用した測距システムを構成する送信装置のブロック構成図である。
【図３】本発明を適用した測距システムを構成する受信装置のブロック構成図である。
【図４】送受信するパルス列の例を示す図である。
【図５】本発明を適用した測距システムにおける第１の算出方法につき説明するための図である。
【図６】本発明を適用した測距システムにおける第２の算出方法につき説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明を適用した測距システムにおける第３の算出方法につき説明するための図である。
【図８】本発明を適用した測距システムの他の構成例につき示す図である。
【図９】従来例につき説明するための図である。
【図１０】従来における測距システムにつき示すブロック構成図である。
【図１１】従来における測距方法について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 測距システム
２ 送信装置
３ 受信装置
２１ パルス生成部
２２ パルスシェーピング部
２３ 局部発振器
２４ ミキサ回路
２５ フィルタ
２６ 第１のアンプ
２７ アンテナ
３１ アンテナ
３２ フィルタ
３３ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
３４ ミキサ回路
３５ ミキサ回路
３６ 周波数制御部
３７ 局部発振器
４１、４２ ＬＰＦ
４３、４４ アンプ
４５、４６ ＡＤＣ
４７ 距離算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、
上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間を求め、上記パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備え、
上記距離算出手段は、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くすること
を特徴とする測距システム。
【請求項２】
上記距離算出手段は、さらに上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号における上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間に基づいて上記送信装置からの距離を算出すること
を特徴とする請求項１記載の測距システム。
【請求項３】
上記距離算出手段は、さらに上記受信手段により受信された上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて上記送信装置からの距離を算出すること
を特徴とする請求項１又は２記載の測距システム。
【請求項４】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、
上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号における上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間に基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備えること
を特徴とする測距システム。
【請求項５】
上記距離算出手段は、さらに上記受信手段により受信された上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて上記送信装置からの距離を算出すること
を特徴とする請求項４記載の測距システム。
【請求項６】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、
上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備えること
を特徴とする測距システム。
【請求項７】
上記距離算出手段は、上記パルス信号の受信時刻の推定を繰り返し実行すること
を特徴とする請求項３、５、６のうち何れか１項記載の測距システム。
【請求項８】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、
上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備えること
を特徴とする測距システム。
【請求項９】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、
上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、
上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が当該送受信手段から発信されてからの到達時間を求め、上記パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして上記通信装置からの距離を算出し、当該算出時において、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くすること
を特徴とする測距システム。
【請求項１０】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、
上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、
上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信した上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号が当該送受信手段より発信されてから受信されるまでの到達時間に基づいて上記通信装置からの距離を算出すること
を特徴とする測距システム。
【請求項１１】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、
上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、
上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信した上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が当該送受信手段より発信されてから受信されるまでの到達時間に基づいて上記通信装置からの距離を算出すること
を特徴とする測距システム。
【請求項１２】
上記送受信装置は、上記パルス信号の受信時刻の推定を繰り返し実行すること
を特徴とする請求項１１記載の測距システム。
【請求項１３】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、
上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、
上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が当該送受信手段から発信されてからの到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて上記通信装置からの距離を算出すること
を特徴とする測距システム。
【請求項１】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、
上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間を求め、上記パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備え、
上記距離算出手段は、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くすること
を特徴とする測距システム。
【請求項２】
上記距離算出手段は、さらに上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号における上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間に基づいて上記送信装置からの距離を算出すること
を特徴とする請求項１記載の測距システム。
【請求項３】
上記距離算出手段は、さらに上記受信手段により受信された上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて上記送信装置からの距離を算出すること
を特徴とする請求項１又は２記載の測距システム。
【請求項４】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、
上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号における上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間に基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備えること
を特徴とする測距システム。
【請求項５】
上記距離算出手段は、さらに上記受信手段により受信された上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて上記送信装置からの距離を算出すること
を特徴とする請求項４記載の測距システム。
【請求項６】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、
上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間とに基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備えること
を特徴とする測距システム。
【請求項７】
上記距離算出手段は、上記パルス信号の受信時刻の推定を繰り返し実行すること
を特徴とする請求項３、５、６のうち何れか１項記載の測距システム。
【請求項８】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信する送信手段とを有する送信装置と、
上記送信装置から送信された電波としてのパルス列を受信する受信手段と、上記受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が上記送信手段から上記受信手段に至るまでの到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて上記送信装置からの距離を算出する距離算出手段とを有する受信装置とを備えること
を特徴とする測距システム。
【請求項９】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、
上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、
上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が当該送受信手段から発信されてからの到達時間を求め、上記パルス信号毎に求めた到達時間につき各パルス信号間で互いに異なる重み付けをして上記通信装置からの距離を算出し、当該算出時において、受信したパルス列を構成するパルス信号の振幅が大きくなるにつれて上記重み付けを重くすること
を特徴とする測距システム。
【請求項１０】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、
上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、
上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信した上記パルス列を構成する各パルス信号における振幅の平均値を求め、求めた振幅の平均値と上記各パルス信号の振幅との差分絶対値を順次算出し、算出した差分絶対値が最小となる振幅を持つパルス信号を特定し、この特定したパルス信号が当該送受信手段より発信されてから受信されるまでの到達時間に基づいて上記通信装置からの距離を算出すること
を特徴とする測距システム。
【請求項１１】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、
上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、
上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信した上記パルス列を構成するパルス信号間の時間差の絶対値における平均値を求め、求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する１回目の推定を行い、１回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻に基づいてさらにパルス信号間の絶対値における平均値を求め、この求めた平均値並びに隣接する他のパルス信号の受信推定時刻に基づいてパルス信号の受信時刻を推定する２回目の推定を行い、２回目の推定において推定したパルス信号の受信推定時刻並びにそのパルス信号が当該送受信手段より発信されてから受信されるまでの到達時間に基づいて上記通信装置からの距離を算出すること
を特徴とする測距システム。
【請求項１２】
上記送受信装置は、上記パルス信号の受信時刻の推定を繰り返し実行すること
を特徴とする請求項１１記載の測距システム。
【請求項１３】
互いに等振幅で構成されるパルス信号につき等時間間隔で並べたパルス列を順次生成するパルス列生成手段と、少なくとも上記パルス列生成手段により生成されたパルス列を電波として送信するとともにこれを受信可能な送受信手段とを有する送受信装置と、
上記送受信装置から送信された電波としてのパルス列を受信するとともに、これを上記送受信装置へ送信する通信装置とを備え、
上記送受信装置は、上記通信装置から送信されてきたパルス列を上記送受信手段を介して受信し、上記送受信手段により受信された上記パルス列を構成する各パルス信号が当該送受信手段から発信されてからの到達時間を求め、求めた各パルス信号の到達時間の中央値に基づいて上記通信装置からの距離を算出すること
を特徴とする測距システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２５０７７７（Ｐ２００６−２５０７７７Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６８８０１（Ｐ２００５−６８８０１）
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
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