距離測定装置および距離補正手段
【課題】第１の発受信手段と第２の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いて、時分割で相互間の通信を行い、相互間の距離を高精度で測定できる距離測定装置および距離補正手段を安価に実現する。
【解決手段】第１の発受信手段から少なくとも起点信号を含む無線信号を間欠発信し、第２の発受信手段で前記無線信号を受信すると、受信した無線信号から前記起点信号を復調しするとともに、伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出して補正し、前記補正した起点信号と同期した距離測定信号を含む無線信号を時分割のタイミングで折返し発信し、前記第１の発受信手段において、前記第２の発受信手段から受信した距離測定信号を復調するとともに、伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出して補正し、自局で生成した起点信号を基準として前記補正した距離測定信号の伝達位相もしくは伝達遅延を測定して、相互間の距離を高精度で算出する。
【解決手段】第１の発受信手段から少なくとも起点信号を含む無線信号を間欠発信し、第２の発受信手段で前記無線信号を受信すると、受信した無線信号から前記起点信号を復調しするとともに、伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出して補正し、前記補正した起点信号と同期した距離測定信号を含む無線信号を時分割のタイミングで折返し発信し、前記第１の発受信手段において、前記第２の発受信手段から受信した距離測定信号を復調するとともに、伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出して補正し、自局で生成した起点信号を基準として前記補正した距離測定信号の伝達位相もしくは伝達遅延を測定して、相互間の距離を高精度で算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１の発受信手段と第２の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いて、時分割で相互間の通信を行うことによって、相互間の距離を高精度で測定できる距離測定装置およびおよび距離補正手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の無線通信機の間で相互通信を行ない相互間の距離を測定するための、距離補正手段を有する距離測定装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００９−１６２４８８号公報
【０００３】
図７は、特許文献１に記載されている従来の「無線端末装置およびゲイン調整方法」の実施例である。図７において、信号の送受信を行う無線通信部１と、無線通信部１による送受信信号の信号レベルを増幅する信号増幅・フィルタ部３と、増幅された送受信信号のうち、予め設定された所定の検出閾値よりも大きい信号レベルの信号を送信信号または受信信号として検出するＡＤＣ４と、ＡＤＣ４による検出結果に基づく無線通信の信号の往復時間から電波伝播遅延時間を計測して相手無線端末装置との間の距離を求めるとともに、信号増幅・フィルタ部３のゲイン調整を行う測定制御・時間計測部５とを備え、上記往復時間の測定時に、送信信号と受信信号との信号レベルを合わせることで、電波減衰による距離測定精度の低下を防止するよう構成されている。
【０００４】
前記のように、従来の距離測定精度の低下を防止するための手段は、複数の無線端末装置間での相互通信によって、無線通信の信号の往復時間から電波伝播遅延時間を計測して相手無線端末装置との間の距離を求める距離測定装置に適用するためのものであり、無線通信の相互間の伝搬位相遅延を計測して相手無線端末装置との間の距離を求める距離測定装置には適用できない問題点があり、更に、電波減衰による距離測定精度の低下は個別の装置によって異なることから、一律に防止するための手段では、個別の装置に対応できない問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、第１の発受信手段と第２の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いて、時分割で相互間の通信を行うことにより、相互間の距離を高精度でしかも短時間で測定できる距離測定装置および距離補正手段を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる距離測定装置では、前記第１の発受信手段が、起点信号を含む無線信号をバースト信号として、前記第２の発受信手段に向けて間欠発信し、前記第２の発受信手段が、前記第１の発受信手段から発信された起点信号を含む無線信号を受信すると、前記受信した起点信号と高精度で同期した距離測定信号を含む無線信号を前記第１の発受信手段に向けて、時分割のタイミングで発信し、前記第１の発受信手段において、前記第２の発受信手段から発信された無線信号を受信して前記距離測定信号を復調し、前記自局で生成した起点信号と同期したクロック信号を用いて前記復調した距離測定信号の位相を測定して、前記第１の発受信手段と第２の発受信手段との間の距離を高精度で測定するための誤差検出・補正手段を有する。
【０００７】
更に、前記誤差検出・補正手段が、前記第１の発受信手段の第１の受信手段、第１の制御手段、もしくはこれらの両方に設けられ、前記第２の発受信手段の第２の受信手段、第２の制御手段、もしくはこれらの両方に設けられ、あるいは前記第１の発受信手段および第２の発受信手段の両方に設けられ、前記誤差検出・補正手段において補正値および補正係数を設けて距離の補正を行ない、あるいは受信入力を測定するための受信入力測定手段と、前記受信入力測定手段によって制御される移相手段もしくは遅延手段とから構成され、前記受信入力の測定値の変化に従って、前記移相手段の伝達位相もしくは伝達遅延時間を制御し、あるいは前記受信入力測定手段と、前記起点信号もしくは距離測定信号を復調するための信号復調手段の後段に設けられた移相手段とから構成され、前記受信入力の測定値の変化に従って、前記移相手段の伝達位相を制御し、あるいはこれらの組み合わせによって距離の測定誤差を軽減させることによって、高精度の距離測定装置を実現する。
【発明の効果】
【０００８】
このように、本発明の距離測定装置では、第１の発受信手段と第２の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いたバースト信号によって相互間の通信を行うことで、安価な装置によって、相互間の距離を短時間でしかも高精度に算出できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による距離測定装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態による制御タイミングチャート
【図３】本発明の第１の実施の形態による受信入力と測定誤差との関係を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態による制御フローチャート
【図５】本発明の第１の実施の形態による発受信手段の構成図
【図６】本発明の第１の実施の形態による発受信手段の他の構成図
【図７】従来の実施例を示す構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明に係わる距離測定装置は、図１〜図６、および請求項１に本発明の第１の実施の形態を示すように、無線信号を用いて第１の発受信手段と第２の発受信手段との間の距離を測定する距離測定装置において、前記第１の発受信手段が、前記無線信号を、時分割のタイミングでバースト信号として発信するための第１の発信手段と、前記無線信号を、時分割のタイミングで受信するための第１の受信手段と、前記第１の発信手段と第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段と、前記第１の発信手段と第１の受信手段との間で、アンテナあるいは送受波器を時分割で切替えあるいは共有するための第１のアンテナ切替手段とから構成される。
【００１１】
また、前記第２の発受信手段が、前記無線信号を、時分割のタイミングでバースト信号として発信するための第２の発信手段と、前記無線信号を、時分割のタイミングで受信するための第２の受信手段と、前記第２の発信手段と第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段と、前記第２の発信手段と第２の受信手段との間で、アンテナあるいは送受波器を時分割で切替えあるいは共有するための第２のアンテナ切替手段とから構成される。
【００１２】
また、前記第１の発受信手段が、少なくとも起点信号を含む無線信号を間欠発信し、前記第２の発受信手段が、前記第１の発受信手段から間欠発信された無線信号を受信して前記起点信号を復調し、第２の同期確立・保持手段を設けて、前記起点信号と高精度で同期した距離測定信号を生成するとともに、第２の擬似信号生成手段と第２の誤差検出・補正手段とを設けて、自局に内在する伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出して位相補正を行い、時間補正を行い、あるいはこれらの両方を行い、前記補正後の距離測定信号を含む無線信号を前記第１の発受信手段に向けて時分割のタイミングで折返して発信する。
【００１３】
また、前記第１の発受信手段が、前記第２の発受信手段から折返して発信された無線信号を受信して前記距離測定信号を復調するとともに、第１の擬似信号生成手段と第１の誤差検出・補正手段とを設けて、自局に内在する伝達位相誤差を検出して位相補正を行い、時間補正を行い、あるいはこれらの両方を行い、自局から発信した起点信号を基準として前記復調した距離測定信号の位相もしくはタイミングを測定し、前記第２の発受信手段との間の相対的な距離を算出することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に示すように、前記誤差検出・補正手段が、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を、少なくとも補正値と補正係数とを設けて検出し、曲線近似を行い、あるいはこれらの両方を行う。
また、請求項３に示すように、前記誤差検出・補正手段が、前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方の出荷試験時、起動時、距離測定時、あるいは必要なタイミングで、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出し、内部メモリに直線近似、曲線近似、もしくはこれらの組み合わせで記憶する。
また、請求項４に示すように、前記誤差検出・補正手段が、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号から検出された伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正するために、デジタル制御されあるいはタップにより切り替えられる移相制御手段もしくは遅延制御手段を設ける。
【００１５】
また、請求項５に示すように、前記擬似信号生成手段が中間周波信号を生成し、低雑音増幅器、ミキサ、中間周波フイルタ、中間周波信号増幅器、信号復調手段、アナログ回路、もしくはこれらの組み合わせの入力端子に、必要に応じて結合しあるいは注入する。
また、請求項６に示すように、前記擬似信号生成手段が、可変抵抗減衰器、伝達位相等価可変減衰器、伝達遅延時間等価減衰器、あるいはこれらの組み合わせを含み、前記擬似信号生成手段の伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差が、必要な結合量あるいは注入レベルに対して規定値内である。
【００１６】
また、請求項７に示すように、前記第１の制御手段、第２の制御手段、あるいはこれらの両方が同期確立・保持手段を有し、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号のゼロ交差点を高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記検出されたゼロ交差点のタイミングで、前記サンプリング信号を分周して距離測定信号を生成するためのカウンタをセットしあるいはリセットすることによって同期を確立し・保持させる。
また、請求項８に示すように、前記第１もしくは第２の受信手段に内蔵する擬似信号生成手段と、前記第１もしくは第２の発信手段に内蔵する変調・増幅手段とが、共通の変調・増幅回路、可変減衰回路、あるいはこれらの両方を有する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態による距離測定装置の構成図である。図１において、１０１ａは第１の発受信手段、１０１ｂは第２の発受信手段、１１ａ、１１ｂは制御手段、１２ａ、１２ｂは発信手段、１３ａ、１３ｂは受信手段、１４ａ、１４ｂはアンテナ切替手段、１５ａ、１５ｂはアンテナもしくは送受波器、１６は無線の伝搬路である。前記第１の発受信手段１０１ａと第２の発受信手段１０１ｂは、単一の周波数の無線信号を用い、時分割同時通信により、伝搬路１６を介して双方向通信を行い、相互間の相対距離を測定する過程で、前記受信手段、制御手段、もしくはこれらの両方が、距離補正手段を有し距離測定誤差を補正する。
【００１８】
なお、第１の発受信手段、第２の発受信手段、もしくはこれらの両方のアンテナ又は送受波器は、無指向性アンテナあるいは指向性アンテナが用いられ、特に、９０°以上の広い指向性ビーム幅を有する円偏波指向性アンテナを用いる場合には、前記第２の発受信手段と第１の発受信手段との間で、指向性の方向が双方向通信の相手方に向けて、お互いに対向して設けることで、距離の測定精度を飛躍的に改善することができる。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施の形態による距離測定装置のタイミングチャートである。図２において、２１ａは第１の発受信手段１０１ａから発信される起点信号、２１ｂは第２の発受信手段１０１ｂよって復調される起点信号、２２は前記第１の発受信手段から第２の発受信手段に向けて起点信号が伝搬する伝搬経路、２３ａは前記第２の発受信手段よって復調された起点信号に同期して生成される距離測定信号、２３ｂは前記第１の発受信手段によって復調された距離測定信号、２４は前記第２の発受信手段から第１の発受信手段に向けて距離測定信号が伝搬する伝搬経路、２５は前記第１の発受信手段の発信のタイミングから第２発受信手段の発信のタイミングまでの時分割の間隔、２６は前記第１の発受信手段から発信される起点信号と前記第１の発受信手段によって復調される距離測定信号との位相差、２７ａは前記第１の発受信手段の発信手段の時間軸、２７ｂは前記第１の発受信手段の受信手段の時間軸、２８ａは前記第２の発受信手段の受信手段の時間軸、２８ｂは前記第２の発受信手段の発信手段の時間軸である。
【００２０】
前記第１の発受信手段から発信される前記起点信号２１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記起点信号２１ａが、距離Ｌ（ｍ）の伝搬経路２２を伝搬し、前記第２の発受信手段によって受信され、起点信号２１ｂとして復調されると、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬｆ１／Ｃ）｝に位相が変化する。
前記復調された起点信号２１ｂと同期した距離測定信号２３ａを生成すると、生成された距離測定信号２３ａは、同じくＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬｆ１／Ｃ）｝で表される。
【００２１】
前記時分割の間隔２５の後に、前記生成された距離測定信号２３ａが、前記第２の発受信手段から発信され、再び、距離Ｌ（ｍ）の伝搬経路１６を伝搬し、前記第１の発受信手段で復調される距離測定信号２３ｂは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（４πＬｆ１／Ｃ）｝で表わされる。ここで、Ｃは光の速度とする。
そこで、前記第１の発受信手段で生成された起点信号２１ａと同期しあるいは直交し、周波数が前記起点信号の整数倍のクロック信号を用い、前記復調された距離測定信号２３ｂの位相を測定すると、前記第１の発受信手段で生成された起点信号２１ａと前記第１の発受信手段で復調された距離測定信号２３ｂとの位相差２６が測定され、ΔΦ＝｛４πＬｆ１／Ｃ｝となることから、Ｌ＝｛ＣΔΦ／４πｆ１｝から、距離Ｌ（ｍ）が算出できる。
なお、距離測定の際に、伝搬位相差を測定する代わりに、伝搬遅延時間を測定しても同様な効果が得られる。
【００２２】
図３は、本発明の第１の実施の形態による距離測定装置の受信入力と伝達位相および距離の測定誤差との関係を例示する図である。図３において、第１の発受信手段１０１ａと第２発受信手段１０１ｂとの間を可変減衰器で接続し、前記可変減衰器の減衰量を変化させた場合の減衰量と測定された距離との関係を示す。
前記第１の発受信手段と第２発受信手段との間の物理的な距離は一定であるのに対して、測定された距離は減衰量の増加とともに大きくなり、内部で生じる距離の測定誤差が、前記減衰量と等価な受信信号強度（ＲＳＳＩ）の増減に応じて変化するものと考えられることから、適切な誤差検出手段と誤差補正手段とを設けることが必要であることを示唆していることがわかる。
【００２３】
なお、図３に示す距離測定誤差は発受信手段１台当りのものであり、双方向通信により距離を測定する場合の測定誤差は２倍となるので、無視できない値である。
また、図３に示す距離測定誤差は、前記発受信手段の特に受信手段の内部で大きな増幅度を有する中間周波増幅器の伝達位相誤差、あるいは伝達遅延誤差に起因するものが大部分を占めており、そのうえ、自動利得制御回路（ＡＧＣ）によって中間周波増幅器の利得を制御しているために、直線ではなく曲線となっており、複雑な距離補正を行う必要がある。
本発明は、図３に示す距離補正曲線を測定して曲線近似を行い、メモリに記憶し、記憶した内容に従て伝達位相あるいは伝達遅延時間の補正を経済的な方法で実施するためになされたものである。
【００２４】
図４は、本発明の第１の実施の形態による制御フローチャートである。図４において、３１はスタート、３２は第１発受信手段の制御ステップ、３３は第２発受信手段の制御ステップ、３４は第１発受信手段の制御ステップ、３５はＥＮＤである。
前記第１発受信手段の制御ステップ３２では、第１発受信手段で、起点信号を生成し、起点信号を含む無線信号を間欠発信し、前記第２発受信手段の制御ステップ３３では、受信した無線信号から起点信号を復調して同期を確立・保持し、内部で生じる伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正して起点信号と同期した距離測定信号を生成し、距離測定信号を含む無線信号を時分割のタイミングで折返し発信する。
更に、前記第１発受信手段の制御ステップ３４では、受信した無線信号から距離測定信号を復調して同期を確立・保持し、内部で生じる伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出・補正し、最初に発信した起点信号を基準として補正した距離測定信号の位相もしくは遅延時間を測定して距離を算出する。
【００２５】
図５は本発明の第１の実施の形態による第１の発受信手段の構成図である。図５において、１０１ａは第１の発受信手段、１１ａは第１の制御手段、１２ａは第１の発信手段、１３ａは第２の受信手段、１４ａは第１のアンテナ切替手段、４１は前記第１のアンテナ切替手段の入出力端子、４２は前記第１の受信手段への入力端子、４３は低雑音増幅器、４４はミキサ、４５は局発信号発振器、４６は中間周波フイルタ、４７は中間周波増幅・復調手段、４８は受信信号強度測定手段（ＲＳＳＩ）、４９は疑似信号生成手段、５０ａ〜５０ｅは接続端子、５１は第１の同期確立・保持手段、５２は第１の誤差検出・補正手段、５３は距離算出手段、５４は起点信号生成手段、５５は変調・増幅手段、５６はロールオフフイルタ、５７はミキサ、５８は電力増幅器、５９は前記第１の発信手段の出力端子である。
【００２６】
前記第１の制御手段１１ａの起点信号生成手段５４が間欠的に起動されて識別信号と起点信号が生成され、接続端子５０ｄを介して変調・増幅手段５５に入力され、変調されたのち規定の出力に増幅され、ロールオフフイルタ５６によって帯域が制限され、ミキサ５７によって局部発振器４５の出力と混合され、電力増幅器５８によって規定の電力まで増幅され、アンテナ切替手段１４ａによって切替えられてアンテナ１５ａから空間に放射される。
【００２７】
一方、前記第２の発受信手段１１ｂから空間へ放射され、アンテナ１５ａによって受信され、アンテナ切替手段１４ａによって切替えられて接続端子４２に入力されると、低雑音増幅器４２によって増幅され、ミキサ４４によって局発信号発振器４５の出力と混合されて中間周波信号に変換され、中間周波フイルタ４６によって選択された後、増幅・復調手段４７によって増幅されて前記距離測定信号が復調され、接続端子５０ａを介して第１の制御手段１１ａの同期確立・保持手段５１によって前記距離測定信号との同期を確立して保持し、受信信号入力測定手段４８によって測定した受信信号強度に対応し、前記誤差検出・補正手段によって検出された伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正し、前記補正された距離測定信号の位相あるいは遅延時間を、前記起点信号生成手段５４によって生成された起点信号を基準として前記距離測定手段５３によって測定し、前記第２の発受信手段１０１との距離を高精度で測定し、測定結果を接続端子６０を介して外部の表示装置（記載せず）に転送する。
【００２８】
なお、前記第１の発受信手段の出荷試験時、起動時、距離測定時、あるいは必要なタイミングで、前記疑似信号生成手段４９によって誤差検出信号を生成し、前記第１の受信手段１３ａ内の低雑音増幅器４３、ミキサ４４、フイルタ４６、増幅・復調手段４７、あるいはその他の適当な入力端子に結合して前記誤差検出・補正手段５２によって伝達位相誤差あるいは伝達遅延誤差を測定し、メモリに記憶しておく必要がある。
また、前記誤差検出・補正手段が、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を、少なくとも補正値と補正係数とを設けて検出し、曲線近似を行い、あるいはこれらの両方を行う。
【００２９】
また、前記構成により、前記誤差検出・補正手段５２が、前記第１の受信手段の少なくとも低雑音増幅器、ミキサー、中間周波信号増幅器、信号復調手段、アナログ回路、もしくはこれらの組み合わせの伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出し、補正し、あるいはこれらの両方を行うものとする。
また、前記疑似信号生成手段４９が、前記起点信号もしくは距離測定信号により変調された誤差検出信号を生成し、前記受信手段の所定の位置に所定の入力値で結合される。
また、前記疑似信号生成手段４９の信号出力の調整が、可変抵抗減衰器、伝達位相等価可変減衰器（伝達位相が一定である可変減衰器）、伝達遅延時間等価可変減衰器（伝達遅延時間が一定である可変減衰器）、あるいはこれらの組み合わせを含み、伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差が、必要な結合量あるいは注入レベルに対して規定値内であるものとする。
【００３０】
また、前記第１の制御手段、第２の制御手段、あるいはこれらの両方が同期確立・保持手段を有し、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号のゼロ交差点を高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記サンプリング信号を分周して距離測定信号を生成するためのカウンタを、前記ゼロ交差点のタイミングでセットしあるいはリセットする。
また、前記第１もしくは第２の受信手段に内蔵する擬似信号生成手段と、前記第１もしくは第２の発信手段に内蔵する変調・増幅手段とが、共通の回路構成を有し、前記共通の回路構成が、少なくとも、変調・増幅回路、可変減衰回路、あるいはこれらの両方であるものとする。
【００３１】
図６は本発明の第１の実施の形態による第２の発受信手段の構成図である。図６において、１０１ｂは第２の発受信手段、１１ｂは第２の制御手段、１２ｂは第２の発信手段、１３ｂは前記第２の受信手段、１４ｂは第２のアンテナ切替手段、４１は前記第２のアンテナ切替手段の入出力端子、４２は前記第２の受信手段への入力端子、４３は低雑音増幅器、４４はミキサ、４５は局発信号発振器、４６は中間周波フイルタ、４７は中間周波増幅・復調手段、４８は受信信号強度測定手段（ＲＳＳＩ）、４９は疑似信号生成手段、５０ａ〜５０ｅは接続端子、５１は第２の同期確立・保持手段、５２は第２の誤差検出・補正手段、５３は距離算出手段、５４は起点信号生成手段、５５は変調・増幅手段、５６はロールオフフイルタ、５７はミキサ、５８は電力増幅器、５９は前記第２の発信手段の出力端子である。
【００３２】
前記第１の発受信手段１１ａから空間へ放射された起点信号を含む無線信号が、アンテナ１５ｂによって受信され、アンテナ切替手段１４ｂによって切替えられて接続端子４２に入力されると、低雑音増幅器４２によって増幅され、ミキサ４４によって局発信号発振器４５の出力と混合されて中間周波信号に変換され、中間周波フイルタ４６によって選択された後、増幅・復調手段４７によって増幅されて前記起点信号が復調され、接続端子５０ａを介して第２の制御手段１１ｂの同期確立・保持手段５１によって前記起点信号との同期を確立して保持し、受信信号入力測定手段４８によって測定した受信信号強度に対応し、前記誤差検出・補正手段によって検出された伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正し、前記補正された起点信号の位相あるいは遅延時間と同期した距離測定信号を、前記距離測定信号生成手段６１によって生成し、前記生成された距離測定信号を接続端子５０ｄ介して第２の発信手段１２ｂに転送する。
【００３３】
前記第２の制御手段１１ｂの距離測定信号生成手段６１が時分割のタイミングで起動されて識別信号と距離測定信号が生成され、接続端子５０ｄを介して変調・増幅手段５５に入力され、変調されたのち規定の出力に増幅され、ロールオフフイルタ５６によって帯域が制限され、ミキサ５７によって局部発振器４５の出力と混合された後、電力増幅器５８によって規定の電力まで増幅され、アンテナ切替手段１４ばによって切替えられてアンテナ１５ばから空間に放射される。
【００３４】
なお、前記第１の発受信手段の出荷試験時、起動時、距離測定時、あるいは必要なタイミングで、前記疑似信号生成手段４９によって誤差検出信号を生成し、前記第１の受信手段１３ａ内の低雑音増幅器４３、ミキサ４４、フイルタ４６、増幅・復調手段４７、あるいはその他の適当な入力端子に結合して前記誤差検出・補正手段５２によって伝達位相誤差あるいは伝達遅延誤差を測定し、メモリに記憶しておく必要がある。
また、前記誤差検出・補正手段が、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を、少なくとも補正値と補正係数とを設けて検出し、補正し、あるいはこれらの両方を行う。
【００３５】
また、前記構成により、前記誤差検出・補正手段５２が、前記第１の受信手段の少なくとも低雑音増幅器、ミキサー、中間周波信号増幅器、信号復調手段、アナログ回路、もしくはこれらの組み合わせの伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出し、補正し、あるいはこれらの両方を行うものとする。
また、前記疑似信号生成手段４９が、前記起点信号もしくは距離測定信号により変調された誤差検出信号を生成し、前記受信手段の所定の位置に所定の入力値で結合される。
また、前記疑似信号生成手段４９の信号出力の調整が、可変抵抗減衰器、伝達位相等価可変減衰器、伝達遅延時間等価減衰器、あるいはこれらの組み合わせを含み、伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差が、必要な結合量あるいは注入レベルに対して規定値内であるものとする。
【００３６】
また、前記第１の制御手段、第２の制御手段、あるいはこれらの両方が同期確立・保持手段を有し、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号のゼロ交差点を高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記サンプリング信号を分周して距離測定信号を生成するためのカウンタを、前記ゼロ交差点のタイミングでセットしあるいはリセットすることによって高精度で同期を確立し保持することができる。
また、前記第１もしくは第２の受信手段に内蔵する擬似信号生成手段と、前記第１もしくは第２の発信手段に内蔵する変調・増幅手段とが、共通の回路構成を有し、前記共通の回路構成が、少なくとも、変調・増幅回路、可変減衰回路、あるいはこれらの両方であるものとする。
【００３７】
以上の説明では受信入力信号の変動に対応する伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差に関する距離補正手段について記述されているが、前記発受信手段内に内在する固定的あるいは変動的な伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差についても前記誤差検出・補正手段によって検出し、補正し、あるいは両方を行うことが可能であることは言うまでもない。
また、受信手段に設けられた中間周波フイルタの伝達位相が温度によってドリフトするために生じる伝達位相誤差に対しては、前記フイルタの中心周波数あるいはカットオフ周波数の温度変化に対する補正手段を設けるか、温度変動に対して特性が安定な中間周波フイルタを採用するか、前記誤差の検出を頻繁に行う必要がある。
【００３８】
また、前記詳細な説明では、主として電波信号を利用する場合について述べたが、超音波信号あるいは光信号を用いても同様な効果が得られることは言うまでもない。なお、前記超音波信号あるいは光信号を用いる場合には、アンテナの代わりに送受話器を用いるものとする。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、複数の発受信手段の間で、時分割による相互通信を行うことによって、短時間に、高精度で、しかも安価な装置を用いて、相互間の距離を高精度で測定することが可能となる。
例えば、高速道路を走行中の車と車の間の距離と方向が瞬時に高精度で各々の側で算出可能となり、協調運転あるいは衝突防止装置などに応用することができ、あるいは、歩行者あるいはロボットなどの自律移動の誘導あるいは制御と、センターからのリモコンおよび監視などとが、同時に可能となる。
なお、本発明の距離測定技術は基盤技術であり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 無線通信部
２ アンテナ
３ 信号増幅・フイルタ部
４ ＡＤＣ
５ 測定制御・時間計測部
６ 信号分配器
１０１ａ 第１の発受信手段
１０１ｂ 第２の発受信手段
１１ａ、１１ｂ 制御手段
１２ａ、１２ｂ 発信手段
１３ａ、１３ｂ 受信手段
１４ａ、１４ｂ アンテナ切替手段
１５ａ、１５ｂ アンテナ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１の発受信手段と第２の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いて、時分割で相互間の通信を行うことによって、相互間の距離を高精度で測定できる距離測定装置およびおよび距離補正手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の無線通信機の間で相互通信を行ない相互間の距離を測定するための、距離補正手段を有する距離測定装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００９−１６２４８８号公報
【０００３】
図７は、特許文献１に記載されている従来の「無線端末装置およびゲイン調整方法」の実施例である。図７において、信号の送受信を行う無線通信部１と、無線通信部１による送受信信号の信号レベルを増幅する信号増幅・フィルタ部３と、増幅された送受信信号のうち、予め設定された所定の検出閾値よりも大きい信号レベルの信号を送信信号または受信信号として検出するＡＤＣ４と、ＡＤＣ４による検出結果に基づく無線通信の信号の往復時間から電波伝播遅延時間を計測して相手無線端末装置との間の距離を求めるとともに、信号増幅・フィルタ部３のゲイン調整を行う測定制御・時間計測部５とを備え、上記往復時間の測定時に、送信信号と受信信号との信号レベルを合わせることで、電波減衰による距離測定精度の低下を防止するよう構成されている。
【０００４】
前記のように、従来の距離測定精度の低下を防止するための手段は、複数の無線端末装置間での相互通信によって、無線通信の信号の往復時間から電波伝播遅延時間を計測して相手無線端末装置との間の距離を求める距離測定装置に適用するためのものであり、無線通信の相互間の伝搬位相遅延を計測して相手無線端末装置との間の距離を求める距離測定装置には適用できない問題点があり、更に、電波減衰による距離測定精度の低下は個別の装置によって異なることから、一律に防止するための手段では、個別の装置に対応できない問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、第１の発受信手段と第２の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いて、時分割で相互間の通信を行うことにより、相互間の距離を高精度でしかも短時間で測定できる距離測定装置および距離補正手段を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる距離測定装置では、前記第１の発受信手段が、起点信号を含む無線信号をバースト信号として、前記第２の発受信手段に向けて間欠発信し、前記第２の発受信手段が、前記第１の発受信手段から発信された起点信号を含む無線信号を受信すると、前記受信した起点信号と高精度で同期した距離測定信号を含む無線信号を前記第１の発受信手段に向けて、時分割のタイミングで発信し、前記第１の発受信手段において、前記第２の発受信手段から発信された無線信号を受信して前記距離測定信号を復調し、前記自局で生成した起点信号と同期したクロック信号を用いて前記復調した距離測定信号の位相を測定して、前記第１の発受信手段と第２の発受信手段との間の距離を高精度で測定するための誤差検出・補正手段を有する。
【０００７】
更に、前記誤差検出・補正手段が、前記第１の発受信手段の第１の受信手段、第１の制御手段、もしくはこれらの両方に設けられ、前記第２の発受信手段の第２の受信手段、第２の制御手段、もしくはこれらの両方に設けられ、あるいは前記第１の発受信手段および第２の発受信手段の両方に設けられ、前記誤差検出・補正手段において補正値および補正係数を設けて距離の補正を行ない、あるいは受信入力を測定するための受信入力測定手段と、前記受信入力測定手段によって制御される移相手段もしくは遅延手段とから構成され、前記受信入力の測定値の変化に従って、前記移相手段の伝達位相もしくは伝達遅延時間を制御し、あるいは前記受信入力測定手段と、前記起点信号もしくは距離測定信号を復調するための信号復調手段の後段に設けられた移相手段とから構成され、前記受信入力の測定値の変化に従って、前記移相手段の伝達位相を制御し、あるいはこれらの組み合わせによって距離の測定誤差を軽減させることによって、高精度の距離測定装置を実現する。
【発明の効果】
【０００８】
このように、本発明の距離測定装置では、第１の発受信手段と第２の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いたバースト信号によって相互間の通信を行うことで、安価な装置によって、相互間の距離を短時間でしかも高精度に算出できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による距離測定装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態による制御タイミングチャート
【図３】本発明の第１の実施の形態による受信入力と測定誤差との関係を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態による制御フローチャート
【図５】本発明の第１の実施の形態による発受信手段の構成図
【図６】本発明の第１の実施の形態による発受信手段の他の構成図
【図７】従来の実施例を示す構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明に係わる距離測定装置は、図１〜図６、および請求項１に本発明の第１の実施の形態を示すように、無線信号を用いて第１の発受信手段と第２の発受信手段との間の距離を測定する距離測定装置において、前記第１の発受信手段が、前記無線信号を、時分割のタイミングでバースト信号として発信するための第１の発信手段と、前記無線信号を、時分割のタイミングで受信するための第１の受信手段と、前記第１の発信手段と第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段と、前記第１の発信手段と第１の受信手段との間で、アンテナあるいは送受波器を時分割で切替えあるいは共有するための第１のアンテナ切替手段とから構成される。
【００１１】
また、前記第２の発受信手段が、前記無線信号を、時分割のタイミングでバースト信号として発信するための第２の発信手段と、前記無線信号を、時分割のタイミングで受信するための第２の受信手段と、前記第２の発信手段と第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段と、前記第２の発信手段と第２の受信手段との間で、アンテナあるいは送受波器を時分割で切替えあるいは共有するための第２のアンテナ切替手段とから構成される。
【００１２】
また、前記第１の発受信手段が、少なくとも起点信号を含む無線信号を間欠発信し、前記第２の発受信手段が、前記第１の発受信手段から間欠発信された無線信号を受信して前記起点信号を復調し、第２の同期確立・保持手段を設けて、前記起点信号と高精度で同期した距離測定信号を生成するとともに、第２の擬似信号生成手段と第２の誤差検出・補正手段とを設けて、自局に内在する伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出して位相補正を行い、時間補正を行い、あるいはこれらの両方を行い、前記補正後の距離測定信号を含む無線信号を前記第１の発受信手段に向けて時分割のタイミングで折返して発信する。
【００１３】
また、前記第１の発受信手段が、前記第２の発受信手段から折返して発信された無線信号を受信して前記距離測定信号を復調するとともに、第１の擬似信号生成手段と第１の誤差検出・補正手段とを設けて、自局に内在する伝達位相誤差を検出して位相補正を行い、時間補正を行い、あるいはこれらの両方を行い、自局から発信した起点信号を基準として前記復調した距離測定信号の位相もしくはタイミングを測定し、前記第２の発受信手段との間の相対的な距離を算出することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に示すように、前記誤差検出・補正手段が、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を、少なくとも補正値と補正係数とを設けて検出し、曲線近似を行い、あるいはこれらの両方を行う。
また、請求項３に示すように、前記誤差検出・補正手段が、前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方の出荷試験時、起動時、距離測定時、あるいは必要なタイミングで、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出し、内部メモリに直線近似、曲線近似、もしくはこれらの組み合わせで記憶する。
また、請求項４に示すように、前記誤差検出・補正手段が、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号から検出された伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正するために、デジタル制御されあるいはタップにより切り替えられる移相制御手段もしくは遅延制御手段を設ける。
【００１５】
また、請求項５に示すように、前記擬似信号生成手段が中間周波信号を生成し、低雑音増幅器、ミキサ、中間周波フイルタ、中間周波信号増幅器、信号復調手段、アナログ回路、もしくはこれらの組み合わせの入力端子に、必要に応じて結合しあるいは注入する。
また、請求項６に示すように、前記擬似信号生成手段が、可変抵抗減衰器、伝達位相等価可変減衰器、伝達遅延時間等価減衰器、あるいはこれらの組み合わせを含み、前記擬似信号生成手段の伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差が、必要な結合量あるいは注入レベルに対して規定値内である。
【００１６】
また、請求項７に示すように、前記第１の制御手段、第２の制御手段、あるいはこれらの両方が同期確立・保持手段を有し、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号のゼロ交差点を高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記検出されたゼロ交差点のタイミングで、前記サンプリング信号を分周して距離測定信号を生成するためのカウンタをセットしあるいはリセットすることによって同期を確立し・保持させる。
また、請求項８に示すように、前記第１もしくは第２の受信手段に内蔵する擬似信号生成手段と、前記第１もしくは第２の発信手段に内蔵する変調・増幅手段とが、共通の変調・増幅回路、可変減衰回路、あるいはこれらの両方を有する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態による距離測定装置の構成図である。図１において、１０１ａは第１の発受信手段、１０１ｂは第２の発受信手段、１１ａ、１１ｂは制御手段、１２ａ、１２ｂは発信手段、１３ａ、１３ｂは受信手段、１４ａ、１４ｂはアンテナ切替手段、１５ａ、１５ｂはアンテナもしくは送受波器、１６は無線の伝搬路である。前記第１の発受信手段１０１ａと第２の発受信手段１０１ｂは、単一の周波数の無線信号を用い、時分割同時通信により、伝搬路１６を介して双方向通信を行い、相互間の相対距離を測定する過程で、前記受信手段、制御手段、もしくはこれらの両方が、距離補正手段を有し距離測定誤差を補正する。
【００１８】
なお、第１の発受信手段、第２の発受信手段、もしくはこれらの両方のアンテナ又は送受波器は、無指向性アンテナあるいは指向性アンテナが用いられ、特に、９０°以上の広い指向性ビーム幅を有する円偏波指向性アンテナを用いる場合には、前記第２の発受信手段と第１の発受信手段との間で、指向性の方向が双方向通信の相手方に向けて、お互いに対向して設けることで、距離の測定精度を飛躍的に改善することができる。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施の形態による距離測定装置のタイミングチャートである。図２において、２１ａは第１の発受信手段１０１ａから発信される起点信号、２１ｂは第２の発受信手段１０１ｂよって復調される起点信号、２２は前記第１の発受信手段から第２の発受信手段に向けて起点信号が伝搬する伝搬経路、２３ａは前記第２の発受信手段よって復調された起点信号に同期して生成される距離測定信号、２３ｂは前記第１の発受信手段によって復調された距離測定信号、２４は前記第２の発受信手段から第１の発受信手段に向けて距離測定信号が伝搬する伝搬経路、２５は前記第１の発受信手段の発信のタイミングから第２発受信手段の発信のタイミングまでの時分割の間隔、２６は前記第１の発受信手段から発信される起点信号と前記第１の発受信手段によって復調される距離測定信号との位相差、２７ａは前記第１の発受信手段の発信手段の時間軸、２７ｂは前記第１の発受信手段の受信手段の時間軸、２８ａは前記第２の発受信手段の受信手段の時間軸、２８ｂは前記第２の発受信手段の発信手段の時間軸である。
【００２０】
前記第１の発受信手段から発信される前記起点信号２１ａをＡＳｉｎ（２πｆ１ｔ）とすると、前記起点信号２１ａが、距離Ｌ（ｍ）の伝搬経路２２を伝搬し、前記第２の発受信手段によって受信され、起点信号２１ｂとして復調されると、ＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬｆ１／Ｃ）｝に位相が変化する。
前記復調された起点信号２１ｂと同期した距離測定信号２３ａを生成すると、生成された距離測定信号２３ａは、同じくＢＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＬｆ１／Ｃ）｝で表される。
【００２１】
前記時分割の間隔２５の後に、前記生成された距離測定信号２３ａが、前記第２の発受信手段から発信され、再び、距離Ｌ（ｍ）の伝搬経路１６を伝搬し、前記第１の発受信手段で復調される距離測定信号２３ｂは、ＣＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（４πＬｆ１／Ｃ）｝で表わされる。ここで、Ｃは光の速度とする。
そこで、前記第１の発受信手段で生成された起点信号２１ａと同期しあるいは直交し、周波数が前記起点信号の整数倍のクロック信号を用い、前記復調された距離測定信号２３ｂの位相を測定すると、前記第１の発受信手段で生成された起点信号２１ａと前記第１の発受信手段で復調された距離測定信号２３ｂとの位相差２６が測定され、ΔΦ＝｛４πＬｆ１／Ｃ｝となることから、Ｌ＝｛ＣΔΦ／４πｆ１｝から、距離Ｌ（ｍ）が算出できる。
なお、距離測定の際に、伝搬位相差を測定する代わりに、伝搬遅延時間を測定しても同様な効果が得られる。
【００２２】
図３は、本発明の第１の実施の形態による距離測定装置の受信入力と伝達位相および距離の測定誤差との関係を例示する図である。図３において、第１の発受信手段１０１ａと第２発受信手段１０１ｂとの間を可変減衰器で接続し、前記可変減衰器の減衰量を変化させた場合の減衰量と測定された距離との関係を示す。
前記第１の発受信手段と第２発受信手段との間の物理的な距離は一定であるのに対して、測定された距離は減衰量の増加とともに大きくなり、内部で生じる距離の測定誤差が、前記減衰量と等価な受信信号強度（ＲＳＳＩ）の増減に応じて変化するものと考えられることから、適切な誤差検出手段と誤差補正手段とを設けることが必要であることを示唆していることがわかる。
【００２３】
なお、図３に示す距離測定誤差は発受信手段１台当りのものであり、双方向通信により距離を測定する場合の測定誤差は２倍となるので、無視できない値である。
また、図３に示す距離測定誤差は、前記発受信手段の特に受信手段の内部で大きな増幅度を有する中間周波増幅器の伝達位相誤差、あるいは伝達遅延誤差に起因するものが大部分を占めており、そのうえ、自動利得制御回路（ＡＧＣ）によって中間周波増幅器の利得を制御しているために、直線ではなく曲線となっており、複雑な距離補正を行う必要がある。
本発明は、図３に示す距離補正曲線を測定して曲線近似を行い、メモリに記憶し、記憶した内容に従て伝達位相あるいは伝達遅延時間の補正を経済的な方法で実施するためになされたものである。
【００２４】
図４は、本発明の第１の実施の形態による制御フローチャートである。図４において、３１はスタート、３２は第１発受信手段の制御ステップ、３３は第２発受信手段の制御ステップ、３４は第１発受信手段の制御ステップ、３５はＥＮＤである。
前記第１発受信手段の制御ステップ３２では、第１発受信手段で、起点信号を生成し、起点信号を含む無線信号を間欠発信し、前記第２発受信手段の制御ステップ３３では、受信した無線信号から起点信号を復調して同期を確立・保持し、内部で生じる伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正して起点信号と同期した距離測定信号を生成し、距離測定信号を含む無線信号を時分割のタイミングで折返し発信する。
更に、前記第１発受信手段の制御ステップ３４では、受信した無線信号から距離測定信号を復調して同期を確立・保持し、内部で生じる伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出・補正し、最初に発信した起点信号を基準として補正した距離測定信号の位相もしくは遅延時間を測定して距離を算出する。
【００２５】
図５は本発明の第１の実施の形態による第１の発受信手段の構成図である。図５において、１０１ａは第１の発受信手段、１１ａは第１の制御手段、１２ａは第１の発信手段、１３ａは第２の受信手段、１４ａは第１のアンテナ切替手段、４１は前記第１のアンテナ切替手段の入出力端子、４２は前記第１の受信手段への入力端子、４３は低雑音増幅器、４４はミキサ、４５は局発信号発振器、４６は中間周波フイルタ、４７は中間周波増幅・復調手段、４８は受信信号強度測定手段（ＲＳＳＩ）、４９は疑似信号生成手段、５０ａ〜５０ｅは接続端子、５１は第１の同期確立・保持手段、５２は第１の誤差検出・補正手段、５３は距離算出手段、５４は起点信号生成手段、５５は変調・増幅手段、５６はロールオフフイルタ、５７はミキサ、５８は電力増幅器、５９は前記第１の発信手段の出力端子である。
【００２６】
前記第１の制御手段１１ａの起点信号生成手段５４が間欠的に起動されて識別信号と起点信号が生成され、接続端子５０ｄを介して変調・増幅手段５５に入力され、変調されたのち規定の出力に増幅され、ロールオフフイルタ５６によって帯域が制限され、ミキサ５７によって局部発振器４５の出力と混合され、電力増幅器５８によって規定の電力まで増幅され、アンテナ切替手段１４ａによって切替えられてアンテナ１５ａから空間に放射される。
【００２７】
一方、前記第２の発受信手段１１ｂから空間へ放射され、アンテナ１５ａによって受信され、アンテナ切替手段１４ａによって切替えられて接続端子４２に入力されると、低雑音増幅器４２によって増幅され、ミキサ４４によって局発信号発振器４５の出力と混合されて中間周波信号に変換され、中間周波フイルタ４６によって選択された後、増幅・復調手段４７によって増幅されて前記距離測定信号が復調され、接続端子５０ａを介して第１の制御手段１１ａの同期確立・保持手段５１によって前記距離測定信号との同期を確立して保持し、受信信号入力測定手段４８によって測定した受信信号強度に対応し、前記誤差検出・補正手段によって検出された伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正し、前記補正された距離測定信号の位相あるいは遅延時間を、前記起点信号生成手段５４によって生成された起点信号を基準として前記距離測定手段５３によって測定し、前記第２の発受信手段１０１との距離を高精度で測定し、測定結果を接続端子６０を介して外部の表示装置（記載せず）に転送する。
【００２８】
なお、前記第１の発受信手段の出荷試験時、起動時、距離測定時、あるいは必要なタイミングで、前記疑似信号生成手段４９によって誤差検出信号を生成し、前記第１の受信手段１３ａ内の低雑音増幅器４３、ミキサ４４、フイルタ４６、増幅・復調手段４７、あるいはその他の適当な入力端子に結合して前記誤差検出・補正手段５２によって伝達位相誤差あるいは伝達遅延誤差を測定し、メモリに記憶しておく必要がある。
また、前記誤差検出・補正手段が、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を、少なくとも補正値と補正係数とを設けて検出し、曲線近似を行い、あるいはこれらの両方を行う。
【００２９】
また、前記構成により、前記誤差検出・補正手段５２が、前記第１の受信手段の少なくとも低雑音増幅器、ミキサー、中間周波信号増幅器、信号復調手段、アナログ回路、もしくはこれらの組み合わせの伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出し、補正し、あるいはこれらの両方を行うものとする。
また、前記疑似信号生成手段４９が、前記起点信号もしくは距離測定信号により変調された誤差検出信号を生成し、前記受信手段の所定の位置に所定の入力値で結合される。
また、前記疑似信号生成手段４９の信号出力の調整が、可変抵抗減衰器、伝達位相等価可変減衰器（伝達位相が一定である可変減衰器）、伝達遅延時間等価可変減衰器（伝達遅延時間が一定である可変減衰器）、あるいはこれらの組み合わせを含み、伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差が、必要な結合量あるいは注入レベルに対して規定値内であるものとする。
【００３０】
また、前記第１の制御手段、第２の制御手段、あるいはこれらの両方が同期確立・保持手段を有し、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号のゼロ交差点を高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記サンプリング信号を分周して距離測定信号を生成するためのカウンタを、前記ゼロ交差点のタイミングでセットしあるいはリセットする。
また、前記第１もしくは第２の受信手段に内蔵する擬似信号生成手段と、前記第１もしくは第２の発信手段に内蔵する変調・増幅手段とが、共通の回路構成を有し、前記共通の回路構成が、少なくとも、変調・増幅回路、可変減衰回路、あるいはこれらの両方であるものとする。
【００３１】
図６は本発明の第１の実施の形態による第２の発受信手段の構成図である。図６において、１０１ｂは第２の発受信手段、１１ｂは第２の制御手段、１２ｂは第２の発信手段、１３ｂは前記第２の受信手段、１４ｂは第２のアンテナ切替手段、４１は前記第２のアンテナ切替手段の入出力端子、４２は前記第２の受信手段への入力端子、４３は低雑音増幅器、４４はミキサ、４５は局発信号発振器、４６は中間周波フイルタ、４７は中間周波増幅・復調手段、４８は受信信号強度測定手段（ＲＳＳＩ）、４９は疑似信号生成手段、５０ａ〜５０ｅは接続端子、５１は第２の同期確立・保持手段、５２は第２の誤差検出・補正手段、５３は距離算出手段、５４は起点信号生成手段、５５は変調・増幅手段、５６はロールオフフイルタ、５７はミキサ、５８は電力増幅器、５９は前記第２の発信手段の出力端子である。
【００３２】
前記第１の発受信手段１１ａから空間へ放射された起点信号を含む無線信号が、アンテナ１５ｂによって受信され、アンテナ切替手段１４ｂによって切替えられて接続端子４２に入力されると、低雑音増幅器４２によって増幅され、ミキサ４４によって局発信号発振器４５の出力と混合されて中間周波信号に変換され、中間周波フイルタ４６によって選択された後、増幅・復調手段４７によって増幅されて前記起点信号が復調され、接続端子５０ａを介して第２の制御手段１１ｂの同期確立・保持手段５１によって前記起点信号との同期を確立して保持し、受信信号入力測定手段４８によって測定した受信信号強度に対応し、前記誤差検出・補正手段によって検出された伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正し、前記補正された起点信号の位相あるいは遅延時間と同期した距離測定信号を、前記距離測定信号生成手段６１によって生成し、前記生成された距離測定信号を接続端子５０ｄ介して第２の発信手段１２ｂに転送する。
【００３３】
前記第２の制御手段１１ｂの距離測定信号生成手段６１が時分割のタイミングで起動されて識別信号と距離測定信号が生成され、接続端子５０ｄを介して変調・増幅手段５５に入力され、変調されたのち規定の出力に増幅され、ロールオフフイルタ５６によって帯域が制限され、ミキサ５７によって局部発振器４５の出力と混合された後、電力増幅器５８によって規定の電力まで増幅され、アンテナ切替手段１４ばによって切替えられてアンテナ１５ばから空間に放射される。
【００３４】
なお、前記第１の発受信手段の出荷試験時、起動時、距離測定時、あるいは必要なタイミングで、前記疑似信号生成手段４９によって誤差検出信号を生成し、前記第１の受信手段１３ａ内の低雑音増幅器４３、ミキサ４４、フイルタ４６、増幅・復調手段４７、あるいはその他の適当な入力端子に結合して前記誤差検出・補正手段５２によって伝達位相誤差あるいは伝達遅延誤差を測定し、メモリに記憶しておく必要がある。
また、前記誤差検出・補正手段が、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を、少なくとも補正値と補正係数とを設けて検出し、補正し、あるいはこれらの両方を行う。
【００３５】
また、前記構成により、前記誤差検出・補正手段５２が、前記第１の受信手段の少なくとも低雑音増幅器、ミキサー、中間周波信号増幅器、信号復調手段、アナログ回路、もしくはこれらの組み合わせの伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出し、補正し、あるいはこれらの両方を行うものとする。
また、前記疑似信号生成手段４９が、前記起点信号もしくは距離測定信号により変調された誤差検出信号を生成し、前記受信手段の所定の位置に所定の入力値で結合される。
また、前記疑似信号生成手段４９の信号出力の調整が、可変抵抗減衰器、伝達位相等価可変減衰器、伝達遅延時間等価減衰器、あるいはこれらの組み合わせを含み、伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差が、必要な結合量あるいは注入レベルに対して規定値内であるものとする。
【００３６】
また、前記第１の制御手段、第２の制御手段、あるいはこれらの両方が同期確立・保持手段を有し、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号のゼロ交差点を高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記サンプリング信号を分周して距離測定信号を生成するためのカウンタを、前記ゼロ交差点のタイミングでセットしあるいはリセットすることによって高精度で同期を確立し保持することができる。
また、前記第１もしくは第２の受信手段に内蔵する擬似信号生成手段と、前記第１もしくは第２の発信手段に内蔵する変調・増幅手段とが、共通の回路構成を有し、前記共通の回路構成が、少なくとも、変調・増幅回路、可変減衰回路、あるいはこれらの両方であるものとする。
【００３７】
以上の説明では受信入力信号の変動に対応する伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差に関する距離補正手段について記述されているが、前記発受信手段内に内在する固定的あるいは変動的な伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差についても前記誤差検出・補正手段によって検出し、補正し、あるいは両方を行うことが可能であることは言うまでもない。
また、受信手段に設けられた中間周波フイルタの伝達位相が温度によってドリフトするために生じる伝達位相誤差に対しては、前記フイルタの中心周波数あるいはカットオフ周波数の温度変化に対する補正手段を設けるか、温度変動に対して特性が安定な中間周波フイルタを採用するか、前記誤差の検出を頻繁に行う必要がある。
【００３８】
また、前記詳細な説明では、主として電波信号を利用する場合について述べたが、超音波信号あるいは光信号を用いても同様な効果が得られることは言うまでもない。なお、前記超音波信号あるいは光信号を用いる場合には、アンテナの代わりに送受話器を用いるものとする。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、複数の発受信手段の間で、時分割による相互通信を行うことによって、短時間に、高精度で、しかも安価な装置を用いて、相互間の距離を高精度で測定することが可能となる。
例えば、高速道路を走行中の車と車の間の距離と方向が瞬時に高精度で各々の側で算出可能となり、協調運転あるいは衝突防止装置などに応用することができ、あるいは、歩行者あるいはロボットなどの自律移動の誘導あるいは制御と、センターからのリモコンおよび監視などとが、同時に可能となる。
なお、本発明の距離測定技術は基盤技術であり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 無線通信部
２ アンテナ
３ 信号増幅・フイルタ部
４ ＡＤＣ
５ 測定制御・時間計測部
６ 信号分配器
１０１ａ 第１の発受信手段
１０１ｂ 第２の発受信手段
１１ａ、１１ｂ 制御手段
１２ａ、１２ｂ 発信手段
１３ａ、１３ｂ 受信手段
１４ａ、１４ｂ アンテナ切替手段
１５ａ、１５ｂ アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を用いて第１の発受信手段と第２の発受信手段との間の距離を測定する距離測定装置において、
前記第１の発受信手段が、前記無線信号を、時分割のタイミングでバースト信号として発信するための第１の発信手段と、前記無線信号を、時分割のタイミングで受信するための第１の受信手段と、前記第１の発信手段と第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段と、前記第１の発信手段と第１の受信手段との間で、アンテナあるいは送受波器を時分割で切替えあるいは共有するための第１のアンテナ切替手段とから構成され、
前記第２の発受信手段が、前記無線信号を、時分割のタイミングでバースト信号として発信するための第２の発信手段と、前記無線信号を、時分割のタイミングで受信するための第２の受信手段と、前記第２の発信手段と第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段と、前記第２の発信手段と第２の受信手段との間で、アンテナあるいは送受波器を時分割で切替えあるいは共有するための第２のアンテナ切替手段とから構成され、
前記第１の発受信手段が、少なくとも起点信号を含む無線信号を間欠発信し、
前記第２の発受信手段が、前記第１の発受信手段から間欠発信された無線信号を受信して前記起点信号を復調し、第２の同期確立・保持手段を設けて、前記起点信号と高精度で同期した距離測定信号を生成するとともに、第２の擬似信号生成手段と第２の誤差検出・補正手段とを設けて、自局に内在する伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出して位相補正を行い、時間補正を行い、あるいはこれらの両方を行い、前記補正後の距離測定信号を含む無線信号を前記第１の発受信手段に向けて時分割のタイミングで折返して発信し、
前記第１の発受信手段が、前記第２の発受信手段から折返して発信された無線信号を受信して前記距離測定信号を復調するとともに、第１の擬似信号生成手段と第１の誤差検出・補正手段とを設けて、自局に内在する伝達位相誤差を検出して位相補正を行い、時間補正を行い、あるいはこれらの両方を行い、自局から発信した起点信号を基準として前記復調した距離測定信号の位相もしくはタイミングを測定し、前記第２の発受信手段との間の相対的な距離を算出することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項２】
前記請求項第１項において、前記誤差検出・補正手段が、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を、少なくとも補正値と補正係数とを設けて検出し、曲線近似を行い、あるいはこれらの両方を行うことを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に記載する距離測定装置および距離補正手段。
【請求項３】
前記請求項第１項において、前記誤差検出・補正手段が、前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方の出荷試験時、起動時、距離測定時、あるいは必要なタイミングで、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出し、内部メモリに記憶することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項４】
前記請求項第１項において、前記誤差検出・補正手段が、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号から検出された伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正するために、デジタル制御されあるいはタップにより切り替えられる移相制御手段もしくは遅延制御手段を設けることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項５】
前記請求項第１項において、前記擬似信号生成手段が中間周波信号を生成し、低雑音増幅器、ミキサ、中間周波フイルタ、中間周波信号増幅器、信号復調手段、アナログ回路、もしくはこれらの組み合わせの入力端子に、必要に応じて結合しあるいは注入することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項６】
前記請求項第１項において、前記擬似信号生成手段が、可変抵抗減衰器、伝達位相等価可変減衰器、伝達遅延時間等価減衰器、あるいはこれらの組み合わせを含み、前記擬似信号生成手段の伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差が、必要な結合量あるいは注入レベルに対して規定値内であることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項７】
前記請求項第１項において、前記第１の制御手段、第２の制御手段、あるいはこれらの両方が同期確立・保持手段を有し、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号のゼロ交差点を高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記検出されたゼロ交差点のタイミングで、前記サンプリング信号を分周して距離測定信号を生成するためのカウンタをセットしあるいはリセットすることによって同期を確立し・保持させることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項８】
前記請求項第１項において、前記第１もしくは第２の受信手段に内蔵する擬似信号生成手段と、前記第１もしくは第２の発信手段に内蔵する変調・増幅手段とが、共通の変調・増幅回路、可変減衰回路、あるいはこれらの両方を有することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項１】
無線信号を用いて第１の発受信手段と第２の発受信手段との間の距離を測定する距離測定装置において、
前記第１の発受信手段が、前記無線信号を、時分割のタイミングでバースト信号として発信するための第１の発信手段と、前記無線信号を、時分割のタイミングで受信するための第１の受信手段と、前記第１の発信手段と第１の受信手段とを制御するための第１の制御手段と、前記第１の発信手段と第１の受信手段との間で、アンテナあるいは送受波器を時分割で切替えあるいは共有するための第１のアンテナ切替手段とから構成され、
前記第２の発受信手段が、前記無線信号を、時分割のタイミングでバースト信号として発信するための第２の発信手段と、前記無線信号を、時分割のタイミングで受信するための第２の受信手段と、前記第２の発信手段と第２の受信手段とを制御するための第２の制御手段と、前記第２の発信手段と第２の受信手段との間で、アンテナあるいは送受波器を時分割で切替えあるいは共有するための第２のアンテナ切替手段とから構成され、
前記第１の発受信手段が、少なくとも起点信号を含む無線信号を間欠発信し、
前記第２の発受信手段が、前記第１の発受信手段から間欠発信された無線信号を受信して前記起点信号を復調し、第２の同期確立・保持手段を設けて、前記起点信号と高精度で同期した距離測定信号を生成するとともに、第２の擬似信号生成手段と第２の誤差検出・補正手段とを設けて、自局に内在する伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出して位相補正を行い、時間補正を行い、あるいはこれらの両方を行い、前記補正後の距離測定信号を含む無線信号を前記第１の発受信手段に向けて時分割のタイミングで折返して発信し、
前記第１の発受信手段が、前記第２の発受信手段から折返して発信された無線信号を受信して前記距離測定信号を復調するとともに、第１の擬似信号生成手段と第１の誤差検出・補正手段とを設けて、自局に内在する伝達位相誤差を検出して位相補正を行い、時間補正を行い、あるいはこれらの両方を行い、自局から発信した起点信号を基準として前記復調した距離測定信号の位相もしくはタイミングを測定し、前記第２の発受信手段との間の相対的な距離を算出することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項２】
前記請求項第１項において、前記誤差検出・補正手段が、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を、少なくとも補正値と補正係数とを設けて検出し、曲線近似を行い、あるいはこれらの両方を行うことを特徴とする請求項第１項もしくは第２項に記載する距離測定装置および距離補正手段。
【請求項３】
前記請求項第１項において、前記誤差検出・補正手段が、前記第１の発受信手段、前記第２の発受信手段、もしくはこれらの両方の出荷試験時、起動時、距離測定時、あるいは必要なタイミングで、前記伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を検出し、内部メモリに記憶することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項４】
前記請求項第１項において、前記誤差検出・補正手段が、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号から検出された伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差を補正するために、デジタル制御されあるいはタップにより切り替えられる移相制御手段もしくは遅延制御手段を設けることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項５】
前記請求項第１項において、前記擬似信号生成手段が中間周波信号を生成し、低雑音増幅器、ミキサ、中間周波フイルタ、中間周波信号増幅器、信号復調手段、アナログ回路、もしくはこれらの組み合わせの入力端子に、必要に応じて結合しあるいは注入することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項６】
前記請求項第１項において、前記擬似信号生成手段が、可変抵抗減衰器、伝達位相等価可変減衰器、伝達遅延時間等価減衰器、あるいはこれらの組み合わせを含み、前記擬似信号生成手段の伝達位相誤差もしくは伝達遅延誤差が、必要な結合量あるいは注入レベルに対して規定値内であることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項７】
前記請求項第１項において、前記第１の制御手段、第２の制御手段、あるいはこれらの両方が同期確立・保持手段を有し、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号のゼロ交差点を高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記検出されたゼロ交差点のタイミングで、前記サンプリング信号を分周して距離測定信号を生成するためのカウンタをセットしあるいはリセットすることによって同期を確立し・保持させることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【請求項８】
前記請求項第１項において、前記第１もしくは第２の受信手段に内蔵する擬似信号生成手段と、前記第１もしくは第２の発信手段に内蔵する変調・増幅手段とが、共通の変調・増幅回路、可変減衰回路、あるいはこれらの両方を有することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１３７４７８（Ｐ２０１２−１３７４７８Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３６３３（Ｐ２０１１−２５３６３３）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（３９５００７２９９）有限会社アール・シー・エス (51)
【Ｆターム（参考）】
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