測距装置
【目的】 ＳＳ方式による測距装置において、高速のクロックを用いることなくＰＮクロックのみを用いて距離測定の精度の向上を図ることにある。
【構成】 被測距側からのＳＳ信号を受信すると、相関部１４に相関をとり、その相関出力はピーク検出手段の遅延補正部２１によって遅延補正される。これによりピーク点と相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジは等しくなり等価的にピーク点を検出できる。位相判定手段の遅延部２６はＰＮクロック発振部１からのＰＮクロックをＮ分割し、夫々位相の異なるＰＮクロックを選択部２５に出力する。遅延補正部２１からの相関ピーク検出パルス信号は位相比較手段に入力され、位相制御されたＰＮクロックと比較して、その出力に基づき選択部２５は位相誤差の少ないＰＮクロックを選択し、かつ位相選択情報を距離演算部２８に与えて、距離の誤差を補正する。
【構成】 被測距側からのＳＳ信号を受信すると、相関部１４に相関をとり、その相関出力はピーク検出手段の遅延補正部２１によって遅延補正される。これによりピーク点と相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジは等しくなり等価的にピーク点を検出できる。位相判定手段の遅延部２６はＰＮクロック発振部１からのＰＮクロックをＮ分割し、夫々位相の異なるＰＮクロックを選択部２５に出力する。遅延補正部２１からの相関ピーク検出パルス信号は位相比較手段に入力され、位相制御されたＰＮクロックと比較して、その出力に基づき選択部２５は位相誤差の少ないＰＮクロックを選択し、かつ位相選択情報を距離演算部２８に与えて、距離の誤差を補正する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスペクトラム拡散通信方式を利用した測距装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】スペクトラム拡散（ＳＳ）通信方式の応用として、一般に測距方式が知られており、この測距方式を用いた従来技術として、図８に示すような測距側及び被測距側の構成がある。この測距方式は、ＳＳ信号（ＰＮ符号）を測距側と被測距側間において、折り返し送受信することにより、距離を測定するもので、以下、かかる従来の方式の測距装置の各部のブロックの動作について説明する。
【０００３】まず、図９（ａ）に示すように、測距側のＰＮクロック発振部１より周期ｔ１のＰＮクロックを発生させ、これをもとにＰＮ符号発生器２からは、図９（ｂ）に示すようにＰＮクロックの立上りエッジと同期して、ＰＮ１チップ長ｔ１、周期ｔ４のＰＮ符号と、図９R>９（ｃ）に示すようなＰＮ符号のスタートパルスを出力する。
【０００４】かけ算部３は、ＰＮ符号発生器から出力される図１０（ａ）に示すような電力スペクトラムをもつベースバンドのＰＮ符号と、局部発振部４から出力されるキャリアｆ１とのかけ算を行なうことで、ＰＮ符号の高周波スペクトラム拡散変調を行なう。これにより、送信アンテナ５からは、図１０（ｂ）及び図９（ｄ）に示すような中心周波数ｆ１のＳＳ信号の送信を行なう。
【０００５】被測距側は、受信アンテナ６により、中心周波数ｆ１のＳＳ信号の受信を行ない、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７によりスペクトルのメインローブ以外の不要な周波数成分の除去を行なう。
【０００６】増幅器８は受信されるＳＳ信号の増幅を行ない、周波数変換部９により図１０（ｃ）に示すように中心周波数がｆ２のＳＳ信号に変換し、送信アンテナ１０により折り返し送信を行なう。ここで、周波数変換を行なうのは、測距側から送信されるＳＳ信号と被測距側から折り返し送信されるＳＳ信号を周波数領域で分割し、お互いの干渉を除去するためである。
【０００７】測距側は、被測距側から折り返し送信される中心周波数ｆ２のＳＳ信号を受信アンテナ１１により受信し、ＢＰＦ１２によりスペクトルのメインローブ以外の不要な周波数成分の除去を行ない、増幅部１３より増幅を行ない、相関部１４に入力する。
【０００８】相関部１４は、例えばアナログマッチドフィルタを使用したとすると、このマッチドフィルタに設定された参照ＰＮ符号パターンと、図９（ｅ）に示すような受信されるＳＳ信号のＰＮ符号パターンが一致すると、相関ピークが出力され、増幅部１５で増幅し、検波部１６で包絡線検波された検波信号の波形は、図９（ｆ）に示すような鋭いピークをもつ三角波となる。なお、パルス幅はＰＮ２チップ長で、周期はＰＮ符号の１周期と同じである。
【０００９】ピーク検出部１７は、図１１に示すようなコンパレータ１７ａにより構成され、相関出力信号が固定の基準信号より大きいとき、図９（ｇ）に示すような相関ピーク検出パルスを出力する。
【００１０】ＰＮクロックカウンタ１８は、図９（ｃ）に示すような送信されるＰＮ符号のスタートパルスの立上りエッジと、図９（ｇ）に示すようなピーク検出部１５から出力される相関ピーク検出パルスの立上りエッジ間のＰＮクロックをカウントする。すなわち、図９（ｈ）に示すようにＰＮ符号のスタートパルスの立上りエッジで、ＰＮクロックカウンタ１８がロードされ、入力されるＰＮクロックの立上りエッジに同期してアップカウントし、相関ピーク検出パルスの立上りエッジでホールドを行なう。
【００１１】これにより、ホールドされたカウント数をｎとすると、測距側と被測距側間の折り返し送受信における電波伝搬時間ｔ２は、ｔ２＝ｔ１・ｎ （ｔ１：ＰＮクロック１周期）
となる。よって、測距側と被測距間の距離Ｌは、距離演算部２８により、Ｌ＝ｃ・ｔ２／２ （ｃ：光速）
（但し図９で、ｔ０は真の折り返し送受信時の電波伝搬時間、ｔ３はピーク検出の誤差を含む折り返し送受信時の電波伝搬時間、ｔ２はピーク検出及びＰＮのクロック周期の誤差を含む折り返し送受信時の電波伝搬時間である。）より求めることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上が従来の測距方式であるが、この方式で問題となる点は、鋭いピークをもつ三角波状の相関出力信号のピーク点を正確に捕らえることができないことと、ＰＮクロックでのみ電波伝搬時間をカウントしていることである。よって、この方式の距離測定の精度は、相関ピーク点の検出精度及びＰＮクロックの周期ｔ１（ＰＮ１チップ長）により制限され、最大±ｃ・ｔ１／２の誤差が生じることになる。例えばＰＮクロックを１０ＭHzとすると、１周期は１００ｎsecなので距離測定誤差Ｌｅは、Ｌｅ＝±ｃ・ｔ１／２＝±３・１０8・１００・１０-9／２＝±１５（ｍ）
となる。
【００１３】本発明の目的は、上記距離測定誤差Ｌｅを小さくするために、鋭いピークをもつ三角波状の相関出力信号のピーク点を正確に捕らえ、精度よく電波伝搬時間を計測することを可能とするにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は、測距側において、ＰＮクロックを発生するＰＮクロック発振部と、該ＰＮクロックに基づいて、所定周期のＰＮ符号とスタートパルスとを出力するＰＮ符号発生部と、該ＰＮ符号を所定の中心周波数の搬送波で変調して得られたスペクトル拡散変調信号を送信する手段と、を有し、被測距側において、受信信号を直ちに上記送信中心周波数とは異なる中心周波数のスペクトラム拡散信号に変換し送信する手段を有し、更に、上記測距側において、被測距側からの送信信号を受信し、受信信号と参照信号との相関をとり相関が得られた時に相関スパイク信号を出力する相関部と、前記相関スパイク信号から２値化された相関ピーク検出パルスを得るピーク検出手段と、上記ＰＮクロックを入力し、上記スタートパルスと相関ピーク検出パルスとに基づいてＰＮクロックを計数する計数手段と、少なくとも前記計数手段の出力に基づいて距離演算を行なう距離演算部と、を備えた測距装置において、上記ピーク検出手段は、上記相関部の出力を増幅する増幅器と、増幅器の出力に基づいて該増幅器のゲインを制御するゲイン制御部と、上記増幅器の出力を所定値と比較し、２値化するピーク検出部と、該ピーク検出部の出力を所定時間長遅延する遅延補正部と、を含むことを要旨としている。
【００１５】
【作用】検出された相関出力信号には遅延がかけられ、これにより簡易に相関出力のピーク点が検出される。更にＰＮクロック１周期内における基準クロックに対する相関ピーク検出パルス信号の相対的な位相を検出し、ＰＮクロックのみのカウントによる伝搬時間を含む最大ＰＮクロック１周期分の誤差を補正する。
【００１６】
【実施例】以下図面に示す本発明の実施例を説明する。図１は本発明によるＳＳ通信方式をとる測距装置の一実施例で、図８と同一符号は同一又は類似の回路をあらわし、その特徴とする構成は、検波部１６、ピーク検出部１７、増幅部１９、ゲイン制御部２０及び遅延補正部２１から成るピーク検出手段と、位相比較部２２、シーケンシャルフィルタ２３、スレッショルド設定部２７を含む位相比較手段、選択部２５及び遅延部２６から成る位相判定手段と、を備えている点にある。
【００１７】相関部１４において、参照ＰＮ符号パターンと、受信されるＳＳ信号のＰＮ符号パターンが一致した時と、得られた相関ピーク出力を増幅部１９で増幅し、検波部１６で包絡線検波すると、鋭いピークをもつ三角波状の相関出力信号が得られる。ピーク検出手段において、ゲイン制御部２０は、この相関出力信号のピーク点を常に一定電圧レベルＶ１となるように、増幅器１９のゲインの制御を行なう。
【００１８】ピーク検出部１７は、図１１に示すようなコンパレータ１７ａにより構成される。このコンパレータにおいて、図２（ａ）に示すように、常にピーク点が一定電圧レベルＶ１にされた相関出力信号と、ピーク点に対し、１／２の電圧レベルを基準電圧信号として入力する。これにより、ピーク検出部１７から出力される相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジは、図２（ｂ）に示すピーク点に対し、図２（ｂ）に示すように、ＰＮ１／２チップ長（ＰＮクロック半周期）進んで出力される。
【００１９】遅延補正部２１は、図２（ｃ）に示すように、相関ピーク検出パルス信号に対し、ＰＮ１／２チップ長（遅延補正値）の遅延をかける。これにより、ピーク点と相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジは等しくなり、等価的にピーク点を検出することになる。
【００２０】次に、位相判定手段の回路構成について述べる。この手段は、ＰＮクロック１周期（ＰＮ１チップ長）内において、検出の分解能を向上させることにより、精度よく電波伝搬時間（測定距離）を計測するための回路である。このため、前記従来例で述べたＰＮクロックで電波伝搬時間をカウントすることにより、最大ＰＮクロック１周期分の誤差を含んだ絶対的な伝搬時間を検出し、更にＰＮクロック１周期内における基準ＰＮクロックに対する相関ピーク検出パルス信号の相対的な位相を検出することにより、上記誤差の補正を行なう。
【００２１】以下、ＰＮクロック１周期内における相関ピーク検出パルス信号の相対的な位相を検出するための位相判定手段の各ブロックの説明を行なう。まず、ＰＮクロック発振部１により、周期ｔ１のＰＮクロックを発生させ、これを遅延部２６に入力する。遅延部２６は、図３に示すようにＮ−１個の遅延回路を有し、入力されるＰＮクロックに対して図４に示す如く各々遅延をかけ、Ｎ分割した位相（遅延時間）の異なるＰＮクロックＭｍ（ｍ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１）を出力する。ここで、Ｎ＝３２とすれば、入力に対する各々の遅延時間ｎm（ｍ＝１，２，３，…，Ｎ−１）は、ｎm＝ｍ×ｔ１／Ｎ （ｍ＝１，２，３，…，Ｎ−１）
＝ｍ×ｔ１／３２（ｍ＝１，２，３，…，３１）
【００２２】となるように設定する。なお、ｍ＝０（ｎm＝０）を基準クロックＭ0とし、デフォルト状態において、選択部２５から出力しているものとする。図４は上記の３２分割した位相の異なるＰＮクロックを示したもので、基準ＰＮクロックＭ0に対して、１×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックＭ1、基準ＰＮクロックＭ0に対して、２×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックＭ2、基準ＰＮクロックＭ0に対して、３×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックＭ3，…、基準ＰＮクロックＭ0に対して、３１×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックＭ31を示している。
【００２３】位相比較部２２は、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジにおいて、図５（ａ）に示す選択部２５から出力されるＰＮクロックと位相比較を行なう。例えば図５（ｂ）に示すような立上りエッジであれば、図５（ｃ）に示すように遅れパルスａを出力し、図５（ｄ）に示すような立上りエッジであれば、図５（ｅ）に示すように進みパルスｂを出力する。
【００２４】シーケンシャルフィルタ２３は、遅れパルスａ又は進みパルスｂの時間平均を行なう。例えばシーケンシャルフィルタとしてランダムウォークフィルタを用いたとすれば、遅れパルスａが入力されると、ランダムウォークフィルタが有するアップダウンカウンタをカウントアップし、逆に進みパルスｂが入力されるとカウントダウンし、カウンタがスレッショルド設定部２７において設定されたパルスカウント数になると、オーバーフロー又はアンダーフローとなり、時間平均化された進みパルスｃ又は時間平均化された遅れパルスｄを出力し、上記カウンタをリセットする。例えば、スレッショルド設定部２７においてパルスカウント数を８に設定すれば、シーケンシャルフィルタでは図６（ａ）に示すように遅れパルスａの累積数が８となれば、図６（ｂ）に示すように時間平均化された遅れパルスｃを出力する。また、図６（ｃ）に示すように進みパルスｂの累積数が８となれば、図６（ｄ）に示すように時間平均化された進みパルスｄを出力する。
【００２５】選択部２５は、シーケンシャルフィルタ２３から出力される時間平均化した遅れパルスｃ又は進みパルスｄをもとに、遅延部２６から出力されるＮ分割した位相（遅延時間）の異なるＰＮクロックＭｍ（ｍ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１）の順次選択を行ない、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジに対して、位相誤差がもっとも小さいＰＮクロックを選択するように制御を行なう。例えば、時間平均化された遅れパルスｃが連続して入力されると、選択部２５はＮ分割された位相の異なるＰＮクロックをＭ0，ＭN-1，ＭN-2，ＭN-3，…，と順次選択し、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジに対して、ＰＮクロックの位相を進ませる制御を行なう。また逆に、時間平均化された進みパルスｄが連続して入力されると、ＰＮクロックをＭ0，Ｍ1，Ｍ2．Ｍ3，…，と順次選択し、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジに対して、ＰＮクロックの位相を遅れさせる制御を行なう。これにより、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジとＰＮクロックの位相を、ＰＮクロック１周期（ＰＮ１チップ長）間隔のＮ分の１の精度で同期をとることができる。ここで、位相同期後の選択されたＰＮクロックＭｘは、基準ＰＮクロックＭ0（従来例で述べた電波伝搬時間をカウントするためのＰＮクロックと位相は等しい）に対する相対的な位相（相対時間）は既知なので、この位相選択情報（相対位相値）が上記で述べた誤差の補正値となる。
【００２６】すなわち、従来例で述べたようにＰＮクロックカウンタ１８は、図７（ａ）（図９（ａ）と同じ）に示す基準ＰＮクロックＭ0により、図９（ｃ）に示すＰＮ符号のスタートパルスの立上りエッジと、図７（ｂ）（図９（ｇ）と同じ）に示す相関ピーク検出パルスの立上りエッジ間の電波伝搬時間ｔ２を、図７（ｃ）（図９（ｈ）と同じ）のようにカウントする。
【００２７】そして、更に遅延部２６によるＰＮクロックの位相の分割数Ｎ＝３２とし、図７（ｄ）に示すように位相同期後の選択されたＰＮクロックＭｘをＭ3とすると、図７（ａ）（図９（ａ）と同じ）に示す基準ＰＮクロックＭ0に対して、３×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックが選択されていることになり、図７（ｅ）に示すように位相選択情報Ｘは３となる。
【００２８】これより、距離演算部２８により誤差の補正後の折り返し送受信における電波伝搬時間ｔは、下記のようにして算出される。すなわち、ＰＮクロックのカウント数ｎ＝３、ＰＮクロック１周期ｔ１＝１００（ｎsec）とすると、ｔ＝ｔ１・ｎ＋（Ｘ・ｔ１／Ｎ）
＝１００・１０-9・３＋（３・１００・１０-9／３２）
＝３０９（ｎsec）
【００２９】よって、測距側と被測距側間の距離Ｌは、Ｌ＝ｃ・ｔ／２ （ｃ：光速）
＝３・１０8・３０９・１０-9／２＝４６（ｍ）
となる。なお、この場合、ＰＮクロック１周期ｔ１（ＰＮ１チップ長）間隔の１／３２の分解能であるので、距離測定誤差Ｌｅは、Ｌｅ＝±ｃ・（ｔ１／３２）／２＝±３・１０8・１００・１０-9／３２）／２＝±０．５（ｍ）
となり、従来例と比較して大幅な改善ができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ＳＳ通信方式による測距装置において、従来例と比較して測距精度が大幅に改善でき、しかも高速なクロックを用いることなくＰＮクロックのみを用いて測距精度を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】上記実施例におけるコンパレータの動作説明用波形図である。
【図３】上記実施例における遅延部の構成を示すブロック図である。
【図４】上記遅延部の出力波形図である。
【図５】前記位相比較部の動作説明用波形図である。
【図６】前記実施例におけるシーケンシャルフィルタの動作説明用波形図である。
【図７】前記実施例におけるＰＮクロックカウンタの動作説明用波形図である。
【図８】従来のＳＳ方式による測距装置を示すブロック図である。
【図９】上記測距装置の動作説明用波形図である。
【図１０】上記測距装置におけるＳＳ信号のスペクトル図である。
【図１１】ピーク検出部としてのコンパレータを示す図である。
【符号の説明】
１ ＰＮクロック発振部
２ ＰＮ符号発生部
１４ 相関部
１６ 検波部
１７ ピーク検出部
２１ 遅延補正部
２２ 位相比較部
２３ シーケンシャルフィルタ
２５ 選択部
２６ 遅延部
２８ 距離演算部
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスペクトラム拡散通信方式を利用した測距装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】スペクトラム拡散（ＳＳ）通信方式の応用として、一般に測距方式が知られており、この測距方式を用いた従来技術として、図８に示すような測距側及び被測距側の構成がある。この測距方式は、ＳＳ信号（ＰＮ符号）を測距側と被測距側間において、折り返し送受信することにより、距離を測定するもので、以下、かかる従来の方式の測距装置の各部のブロックの動作について説明する。
【０００３】まず、図９（ａ）に示すように、測距側のＰＮクロック発振部１より周期ｔ１のＰＮクロックを発生させ、これをもとにＰＮ符号発生器２からは、図９（ｂ）に示すようにＰＮクロックの立上りエッジと同期して、ＰＮ１チップ長ｔ１、周期ｔ４のＰＮ符号と、図９R>９（ｃ）に示すようなＰＮ符号のスタートパルスを出力する。
【０００４】かけ算部３は、ＰＮ符号発生器から出力される図１０（ａ）に示すような電力スペクトラムをもつベースバンドのＰＮ符号と、局部発振部４から出力されるキャリアｆ１とのかけ算を行なうことで、ＰＮ符号の高周波スペクトラム拡散変調を行なう。これにより、送信アンテナ５からは、図１０（ｂ）及び図９（ｄ）に示すような中心周波数ｆ１のＳＳ信号の送信を行なう。
【０００５】被測距側は、受信アンテナ６により、中心周波数ｆ１のＳＳ信号の受信を行ない、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７によりスペクトルのメインローブ以外の不要な周波数成分の除去を行なう。
【０００６】増幅器８は受信されるＳＳ信号の増幅を行ない、周波数変換部９により図１０（ｃ）に示すように中心周波数がｆ２のＳＳ信号に変換し、送信アンテナ１０により折り返し送信を行なう。ここで、周波数変換を行なうのは、測距側から送信されるＳＳ信号と被測距側から折り返し送信されるＳＳ信号を周波数領域で分割し、お互いの干渉を除去するためである。
【０００７】測距側は、被測距側から折り返し送信される中心周波数ｆ２のＳＳ信号を受信アンテナ１１により受信し、ＢＰＦ１２によりスペクトルのメインローブ以外の不要な周波数成分の除去を行ない、増幅部１３より増幅を行ない、相関部１４に入力する。
【０００８】相関部１４は、例えばアナログマッチドフィルタを使用したとすると、このマッチドフィルタに設定された参照ＰＮ符号パターンと、図９（ｅ）に示すような受信されるＳＳ信号のＰＮ符号パターンが一致すると、相関ピークが出力され、増幅部１５で増幅し、検波部１６で包絡線検波された検波信号の波形は、図９（ｆ）に示すような鋭いピークをもつ三角波となる。なお、パルス幅はＰＮ２チップ長で、周期はＰＮ符号の１周期と同じである。
【０００９】ピーク検出部１７は、図１１に示すようなコンパレータ１７ａにより構成され、相関出力信号が固定の基準信号より大きいとき、図９（ｇ）に示すような相関ピーク検出パルスを出力する。
【００１０】ＰＮクロックカウンタ１８は、図９（ｃ）に示すような送信されるＰＮ符号のスタートパルスの立上りエッジと、図９（ｇ）に示すようなピーク検出部１５から出力される相関ピーク検出パルスの立上りエッジ間のＰＮクロックをカウントする。すなわち、図９（ｈ）に示すようにＰＮ符号のスタートパルスの立上りエッジで、ＰＮクロックカウンタ１８がロードされ、入力されるＰＮクロックの立上りエッジに同期してアップカウントし、相関ピーク検出パルスの立上りエッジでホールドを行なう。
【００１１】これにより、ホールドされたカウント数をｎとすると、測距側と被測距側間の折り返し送受信における電波伝搬時間ｔ２は、ｔ２＝ｔ１・ｎ （ｔ１：ＰＮクロック１周期）
となる。よって、測距側と被測距間の距離Ｌは、距離演算部２８により、Ｌ＝ｃ・ｔ２／２ （ｃ：光速）
（但し図９で、ｔ０は真の折り返し送受信時の電波伝搬時間、ｔ３はピーク検出の誤差を含む折り返し送受信時の電波伝搬時間、ｔ２はピーク検出及びＰＮのクロック周期の誤差を含む折り返し送受信時の電波伝搬時間である。）より求めることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上が従来の測距方式であるが、この方式で問題となる点は、鋭いピークをもつ三角波状の相関出力信号のピーク点を正確に捕らえることができないことと、ＰＮクロックでのみ電波伝搬時間をカウントしていることである。よって、この方式の距離測定の精度は、相関ピーク点の検出精度及びＰＮクロックの周期ｔ１（ＰＮ１チップ長）により制限され、最大±ｃ・ｔ１／２の誤差が生じることになる。例えばＰＮクロックを１０ＭHzとすると、１周期は１００ｎsecなので距離測定誤差Ｌｅは、Ｌｅ＝±ｃ・ｔ１／２＝±３・１０8・１００・１０-9／２＝±１５（ｍ）
となる。
【００１３】本発明の目的は、上記距離測定誤差Ｌｅを小さくするために、鋭いピークをもつ三角波状の相関出力信号のピーク点を正確に捕らえ、精度よく電波伝搬時間を計測することを可能とするにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は、測距側において、ＰＮクロックを発生するＰＮクロック発振部と、該ＰＮクロックに基づいて、所定周期のＰＮ符号とスタートパルスとを出力するＰＮ符号発生部と、該ＰＮ符号を所定の中心周波数の搬送波で変調して得られたスペクトル拡散変調信号を送信する手段と、を有し、被測距側において、受信信号を直ちに上記送信中心周波数とは異なる中心周波数のスペクトラム拡散信号に変換し送信する手段を有し、更に、上記測距側において、被測距側からの送信信号を受信し、受信信号と参照信号との相関をとり相関が得られた時に相関スパイク信号を出力する相関部と、前記相関スパイク信号から２値化された相関ピーク検出パルスを得るピーク検出手段と、上記ＰＮクロックを入力し、上記スタートパルスと相関ピーク検出パルスとに基づいてＰＮクロックを計数する計数手段と、少なくとも前記計数手段の出力に基づいて距離演算を行なう距離演算部と、を備えた測距装置において、上記ピーク検出手段は、上記相関部の出力を増幅する増幅器と、増幅器の出力に基づいて該増幅器のゲインを制御するゲイン制御部と、上記増幅器の出力を所定値と比較し、２値化するピーク検出部と、該ピーク検出部の出力を所定時間長遅延する遅延補正部と、を含むことを要旨としている。
【００１５】
【作用】検出された相関出力信号には遅延がかけられ、これにより簡易に相関出力のピーク点が検出される。更にＰＮクロック１周期内における基準クロックに対する相関ピーク検出パルス信号の相対的な位相を検出し、ＰＮクロックのみのカウントによる伝搬時間を含む最大ＰＮクロック１周期分の誤差を補正する。
【００１６】
【実施例】以下図面に示す本発明の実施例を説明する。図１は本発明によるＳＳ通信方式をとる測距装置の一実施例で、図８と同一符号は同一又は類似の回路をあらわし、その特徴とする構成は、検波部１６、ピーク検出部１７、増幅部１９、ゲイン制御部２０及び遅延補正部２１から成るピーク検出手段と、位相比較部２２、シーケンシャルフィルタ２３、スレッショルド設定部２７を含む位相比較手段、選択部２５及び遅延部２６から成る位相判定手段と、を備えている点にある。
【００１７】相関部１４において、参照ＰＮ符号パターンと、受信されるＳＳ信号のＰＮ符号パターンが一致した時と、得られた相関ピーク出力を増幅部１９で増幅し、検波部１６で包絡線検波すると、鋭いピークをもつ三角波状の相関出力信号が得られる。ピーク検出手段において、ゲイン制御部２０は、この相関出力信号のピーク点を常に一定電圧レベルＶ１となるように、増幅器１９のゲインの制御を行なう。
【００１８】ピーク検出部１７は、図１１に示すようなコンパレータ１７ａにより構成される。このコンパレータにおいて、図２（ａ）に示すように、常にピーク点が一定電圧レベルＶ１にされた相関出力信号と、ピーク点に対し、１／２の電圧レベルを基準電圧信号として入力する。これにより、ピーク検出部１７から出力される相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジは、図２（ｂ）に示すピーク点に対し、図２（ｂ）に示すように、ＰＮ１／２チップ長（ＰＮクロック半周期）進んで出力される。
【００１９】遅延補正部２１は、図２（ｃ）に示すように、相関ピーク検出パルス信号に対し、ＰＮ１／２チップ長（遅延補正値）の遅延をかける。これにより、ピーク点と相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジは等しくなり、等価的にピーク点を検出することになる。
【００２０】次に、位相判定手段の回路構成について述べる。この手段は、ＰＮクロック１周期（ＰＮ１チップ長）内において、検出の分解能を向上させることにより、精度よく電波伝搬時間（測定距離）を計測するための回路である。このため、前記従来例で述べたＰＮクロックで電波伝搬時間をカウントすることにより、最大ＰＮクロック１周期分の誤差を含んだ絶対的な伝搬時間を検出し、更にＰＮクロック１周期内における基準ＰＮクロックに対する相関ピーク検出パルス信号の相対的な位相を検出することにより、上記誤差の補正を行なう。
【００２１】以下、ＰＮクロック１周期内における相関ピーク検出パルス信号の相対的な位相を検出するための位相判定手段の各ブロックの説明を行なう。まず、ＰＮクロック発振部１により、周期ｔ１のＰＮクロックを発生させ、これを遅延部２６に入力する。遅延部２６は、図３に示すようにＮ−１個の遅延回路を有し、入力されるＰＮクロックに対して図４に示す如く各々遅延をかけ、Ｎ分割した位相（遅延時間）の異なるＰＮクロックＭｍ（ｍ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１）を出力する。ここで、Ｎ＝３２とすれば、入力に対する各々の遅延時間ｎm（ｍ＝１，２，３，…，Ｎ−１）は、ｎm＝ｍ×ｔ１／Ｎ （ｍ＝１，２，３，…，Ｎ−１）
＝ｍ×ｔ１／３２（ｍ＝１，２，３，…，３１）
【００２２】となるように設定する。なお、ｍ＝０（ｎm＝０）を基準クロックＭ0とし、デフォルト状態において、選択部２５から出力しているものとする。図４は上記の３２分割した位相の異なるＰＮクロックを示したもので、基準ＰＮクロックＭ0に対して、１×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックＭ1、基準ＰＮクロックＭ0に対して、２×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックＭ2、基準ＰＮクロックＭ0に対して、３×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックＭ3，…、基準ＰＮクロックＭ0に対して、３１×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックＭ31を示している。
【００２３】位相比較部２２は、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジにおいて、図５（ａ）に示す選択部２５から出力されるＰＮクロックと位相比較を行なう。例えば図５（ｂ）に示すような立上りエッジであれば、図５（ｃ）に示すように遅れパルスａを出力し、図５（ｄ）に示すような立上りエッジであれば、図５（ｅ）に示すように進みパルスｂを出力する。
【００２４】シーケンシャルフィルタ２３は、遅れパルスａ又は進みパルスｂの時間平均を行なう。例えばシーケンシャルフィルタとしてランダムウォークフィルタを用いたとすれば、遅れパルスａが入力されると、ランダムウォークフィルタが有するアップダウンカウンタをカウントアップし、逆に進みパルスｂが入力されるとカウントダウンし、カウンタがスレッショルド設定部２７において設定されたパルスカウント数になると、オーバーフロー又はアンダーフローとなり、時間平均化された進みパルスｃ又は時間平均化された遅れパルスｄを出力し、上記カウンタをリセットする。例えば、スレッショルド設定部２７においてパルスカウント数を８に設定すれば、シーケンシャルフィルタでは図６（ａ）に示すように遅れパルスａの累積数が８となれば、図６（ｂ）に示すように時間平均化された遅れパルスｃを出力する。また、図６（ｃ）に示すように進みパルスｂの累積数が８となれば、図６（ｄ）に示すように時間平均化された進みパルスｄを出力する。
【００２５】選択部２５は、シーケンシャルフィルタ２３から出力される時間平均化した遅れパルスｃ又は進みパルスｄをもとに、遅延部２６から出力されるＮ分割した位相（遅延時間）の異なるＰＮクロックＭｍ（ｍ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１）の順次選択を行ない、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジに対して、位相誤差がもっとも小さいＰＮクロックを選択するように制御を行なう。例えば、時間平均化された遅れパルスｃが連続して入力されると、選択部２５はＮ分割された位相の異なるＰＮクロックをＭ0，ＭN-1，ＭN-2，ＭN-3，…，と順次選択し、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジに対して、ＰＮクロックの位相を進ませる制御を行なう。また逆に、時間平均化された進みパルスｄが連続して入力されると、ＰＮクロックをＭ0，Ｍ1，Ｍ2．Ｍ3，…，と順次選択し、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジに対して、ＰＮクロックの位相を遅れさせる制御を行なう。これにより、相関ピーク検出パルス信号の立上りエッジとＰＮクロックの位相を、ＰＮクロック１周期（ＰＮ１チップ長）間隔のＮ分の１の精度で同期をとることができる。ここで、位相同期後の選択されたＰＮクロックＭｘは、基準ＰＮクロックＭ0（従来例で述べた電波伝搬時間をカウントするためのＰＮクロックと位相は等しい）に対する相対的な位相（相対時間）は既知なので、この位相選択情報（相対位相値）が上記で述べた誤差の補正値となる。
【００２６】すなわち、従来例で述べたようにＰＮクロックカウンタ１８は、図７（ａ）（図９（ａ）と同じ）に示す基準ＰＮクロックＭ0により、図９（ｃ）に示すＰＮ符号のスタートパルスの立上りエッジと、図７（ｂ）（図９（ｇ）と同じ）に示す相関ピーク検出パルスの立上りエッジ間の電波伝搬時間ｔ２を、図７（ｃ）（図９（ｈ）と同じ）のようにカウントする。
【００２７】そして、更に遅延部２６によるＰＮクロックの位相の分割数Ｎ＝３２とし、図７（ｄ）に示すように位相同期後の選択されたＰＮクロックＭｘをＭ3とすると、図７（ａ）（図９（ａ）と同じ）に示す基準ＰＮクロックＭ0に対して、３×ｔ１／３２の遅延をかけたＰＮクロックが選択されていることになり、図７（ｅ）に示すように位相選択情報Ｘは３となる。
【００２８】これより、距離演算部２８により誤差の補正後の折り返し送受信における電波伝搬時間ｔは、下記のようにして算出される。すなわち、ＰＮクロックのカウント数ｎ＝３、ＰＮクロック１周期ｔ１＝１００（ｎsec）とすると、ｔ＝ｔ１・ｎ＋（Ｘ・ｔ１／Ｎ）
＝１００・１０-9・３＋（３・１００・１０-9／３２）
＝３０９（ｎsec）
【００２９】よって、測距側と被測距側間の距離Ｌは、Ｌ＝ｃ・ｔ／２ （ｃ：光速）
＝３・１０8・３０９・１０-9／２＝４６（ｍ）
となる。なお、この場合、ＰＮクロック１周期ｔ１（ＰＮ１チップ長）間隔の１／３２の分解能であるので、距離測定誤差Ｌｅは、Ｌｅ＝±ｃ・（ｔ１／３２）／２＝±３・１０8・１００・１０-9／３２）／２＝±０．５（ｍ）
となり、従来例と比較して大幅な改善ができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ＳＳ通信方式による測距装置において、従来例と比較して測距精度が大幅に改善でき、しかも高速なクロックを用いることなくＰＮクロックのみを用いて測距精度を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】上記実施例におけるコンパレータの動作説明用波形図である。
【図３】上記実施例における遅延部の構成を示すブロック図である。
【図４】上記遅延部の出力波形図である。
【図５】前記位相比較部の動作説明用波形図である。
【図６】前記実施例におけるシーケンシャルフィルタの動作説明用波形図である。
【図７】前記実施例におけるＰＮクロックカウンタの動作説明用波形図である。
【図８】従来のＳＳ方式による測距装置を示すブロック図である。
【図９】上記測距装置の動作説明用波形図である。
【図１０】上記測距装置におけるＳＳ信号のスペクトル図である。
【図１１】ピーク検出部としてのコンパレータを示す図である。
【符号の説明】
１ ＰＮクロック発振部
２ ＰＮ符号発生部
１４ 相関部
１６ 検波部
１７ ピーク検出部
２１ 遅延補正部
２２ 位相比較部
２３ シーケンシャルフィルタ
２５ 選択部
２６ 遅延部
２８ 距離演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】 測距側において、ＰＮクロックを発生するＰＮクロック発振部と、該ＰＮクロックに基づいて、所定周期のＰＮ符号とスタートパルスとを出力するＰＮ符号発生部と、該ＰＮ符号を所定の中心周波数の搬送波で変調して得られたスペクトル拡散変調信号を送信する手段と、を有し、被測距側において、受信信号を直ちに上記送信中心周波数とは異なる中心周波数のスペクトラム拡散信号に変換し送信する手段を有し、更に、上記測距側において、被測距側からの送信信号を受信し、受信信号と参照信号との相関をとり相関が得られた時に相関スパイク信号を出力する相関部と、前記相関スパイク信号から２値化された相関ピーク検出パルスを得るピーク検出手段と、上記ＰＮクロックを入力し、上記スタートパルスと相関ピーク検出パルスとに基づいてＰＮクロックを計数する計数手段と、少なくとも前記計数手段の出力に基づいて距離演算を行なう距離演算部と、を備えた測距装置において、上記ピーク検出手段は、上記相関部の出力を増幅する増幅器と、増幅器の出力に基づいて該増幅器のゲインを制御するゲイン制御部と、上記増幅器の出力を所定値と比較し、２値化するピーク検出部と、該ピーク検出部の出力を所定時間長遅延する遅延補正部と、を含むことを特徴とする測距装置。
【請求項２】 上記測距側において、更に上記ＰＮクロックを複数の異なった遅延をかけることにより複数の分割されたＰＮクロックを得る遅延部と、それら遅延されたＰＮクロックより択一的に選択出力する選択部と、上記遅延補正部の出力と上記選択部の出力との位相比較に基づいて、前記選択部の出力に対して前記遅延補正部の出力が遅れ傾向にあるか、進み傾向にあるかを判定し進みパルス又は遅れパルスを上記選択部に出力し前記遅延されたＰＮクロックの選択切換の制御を行なう位相比較手段と、を含み前記選択動作に応じた位相選択信号を出力する位相判定手段を備え、上記距離演算部は、上記ＰＮクロック計数部の計数出力と位相選択信号とに基づいて、距離を演算することを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項１】 測距側において、ＰＮクロックを発生するＰＮクロック発振部と、該ＰＮクロックに基づいて、所定周期のＰＮ符号とスタートパルスとを出力するＰＮ符号発生部と、該ＰＮ符号を所定の中心周波数の搬送波で変調して得られたスペクトル拡散変調信号を送信する手段と、を有し、被測距側において、受信信号を直ちに上記送信中心周波数とは異なる中心周波数のスペクトラム拡散信号に変換し送信する手段を有し、更に、上記測距側において、被測距側からの送信信号を受信し、受信信号と参照信号との相関をとり相関が得られた時に相関スパイク信号を出力する相関部と、前記相関スパイク信号から２値化された相関ピーク検出パルスを得るピーク検出手段と、上記ＰＮクロックを入力し、上記スタートパルスと相関ピーク検出パルスとに基づいてＰＮクロックを計数する計数手段と、少なくとも前記計数手段の出力に基づいて距離演算を行なう距離演算部と、を備えた測距装置において、上記ピーク検出手段は、上記相関部の出力を増幅する増幅器と、増幅器の出力に基づいて該増幅器のゲインを制御するゲイン制御部と、上記増幅器の出力を所定値と比較し、２値化するピーク検出部と、該ピーク検出部の出力を所定時間長遅延する遅延補正部と、を含むことを特徴とする測距装置。
【請求項２】 上記測距側において、更に上記ＰＮクロックを複数の異なった遅延をかけることにより複数の分割されたＰＮクロックを得る遅延部と、それら遅延されたＰＮクロックより択一的に選択出力する選択部と、上記遅延補正部の出力と上記選択部の出力との位相比較に基づいて、前記選択部の出力に対して前記遅延補正部の出力が遅れ傾向にあるか、進み傾向にあるかを判定し進みパルス又は遅れパルスを上記選択部に出力し前記遅延されたＰＮクロックの選択切換の制御を行なう位相比較手段と、を含み前記選択動作に応じた位相選択信号を出力する位相判定手段を備え、上記距離演算部は、上記ＰＮクロック計数部の計数出力と位相選択信号とに基づいて、距離を演算することを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【図３】
【図４】
【図６】
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【図１０】
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【図８】
【公開番号】特開平５−２９７１２９
【公開日】平成５年（１９９３）１１月１２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−１２９４６９
【出願日】平成４年（１９９２）４月２１日
【出願人】（０００００１４８７）クラリオン株式会社 (1,722)
【公開日】平成５年（１９９３）１１月１２日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）４月２１日
【出願人】（０００００１４８７）クラリオン株式会社 (1,722)
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