(57)【要約】【課題】目標物までの距離測定に好適なモードがいずれであるかを適切に判別することができ、ひいては該モードの適正化により、近距離及び遠距離のいずれの目標物についても満足のゆく距離測定結果を得られるようにする。【解決手段】距離測定装置は、連続変調されるマイクロ波送信波の周波数偏移幅と送信強度とが互いに相違する近距離測定モードと遠距離測定モードとを具備し、目標物までの距離測定をそれら近距離測定モードと遠距離測定モードとにより順次実施する。各モードで得られるビート波形信号を周波数スペクトラムに変換し、該周波数スペクトラムから近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとを各々取得する。そして、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの間でピーク周波数位置及び受信強度レベルの少なくともいずれかを比較し、その比較結果に基づいて近距離測定モードと遠距離測定モードとのいずれが適正モードであるかを判定する。【選択図】図１
2020106432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた変調パターンにて周波数が連続変調される送信波形信号を生成する信号生成部と、前記送信波形信号の入力に基づき周波数が連続変調されるマイクロ波送信波を目標物に向けて送信する送信出力部とを備え、前記連続変調の周波数偏移幅が第一の帯域幅に設定され前記送信波の送信強度が第一の送信強度に設定される近距離測定モードと、前記周波数偏移幅が前記第一の帯域幅よりも狭い第二の帯域幅に設定され前記送信波の送信強度が第一の送信強度よりも高い第二の送信強度に設定される遠距離測定モードとが切り替え可能に設定される送信部と、
前記マイクロ波送信波の反射波を受信する受信部と、
前記送信波形信号と前記反射波の前記受信部による受信波形信号とを混合し、前記送信波形信号と前記受信波形信号との周波数差に基づくビート波形信号を出力する混合部と、前記ビート波形信号の周波数スペクトラムを生成する周波数スペクトラム生成部と、前記周波数スペクトラム上にて前記目標物の距離を特定するための強度ピークを取得する強度ピーク取得部とを有する信号処理部と、
前記送信部に対し前記近距離測定モードを設定して前記マイクロ波送信波を前記目標物に向け送信させることにより、前記信号処理部に近距離測定モード強度ピークを取得させる近距離測定モード測定処理と、前記送信部に対し前記遠距離測定モードを設定して前記マイクロ波送信波を前記目標物に向け送信させることにより、前記信号処理部に遠距離測定モード強度ピークを取得させる遠距離測定モード測定処理とを順次実行する測定制御部と、
前記近距離測定モード強度ピークと前記遠距離測定モード強度ピークとの間でピーク周波数位置及び受信強度レベルの少なくともいずれかを比較し、該比較結果に基づいて、前記近距離測定モードと前記遠距離測定モードのいずれが前記目標物までの距離測定に適した適正モードであるかを判定する適正モード判定部と、
前記適正モードにて生成された前記周波数スペクトラム上の前記強度ピークの周波数位置に基づき前記目標物までの距離情報を生成する距離情報生成部と、
生成された前記距離情報を出力する距離情報出力部と、
を備えたことを特徴する距離測定装置。
【請求項２】
前記適正モード判定部は、前記強度ピーク取得部が前記近距離測定モードと前記遠距離測定モードとのうちいずれか一方のみにおいて前記強度ピークが取得できた場合に、該強度ピークが取得できたモードを前記適正モードとするように判定する請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記適正モード判定部は、前記強度ピーク取得部が前記近距離測定モードと前記遠距離測定モードとの双方において前記強度ピークが取得できた場合に、前記近距離測定モード強度ピークと前記遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置の比較に基づき、前記遠距離測定モード強度ピークが前記目標物との間の多重反射に由来した多重反射ピークであるか否かを判別するとともに、前記遠距離測定モード強度ピークが前記多重反射ピークであると判別された場合は前記近距離測定モードを前記適正モードとするように判定する請求項１又は請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記適正モード判定部は、前記近距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて前記距離情報生成部が生成する近距離測定モード距離ＲＮと前記遠距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて前記距離情報生成部が生成する遠距離測定モード距離ＲＦとの間に予め定められた値を超える差が生じており、さらに、前記近距離測定モード距離ＲＮが前記遠距離測定モードにおいて距離検出が可能となる下限距離ＲＦＣよりも小さく、かつ、前記遠距離測定モード距離ＲＦが予め定められた近距離基準値Ｒ０よりも小さい場合に、前記遠距離測定モード強度ピークは前記多重反射ピークであると判別する請求項３記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記周波数スペクトラム生成部は、前記線形変調パターンの各周期をサンプリングデータ長が一定となる複数のサンプリング期間に区切るとともに、前記周期内にて新たなサンプリング期間が到来するごとに前記ビート波形信号のデータサンプリングを行ない、サンプリングされた波形データに基づいて前記周波数スペクトラムを更新するものであり、
前記距離情報生成部は、前記近距離測定モードと前記遠距離測定モードの双方において、前記サンプリング期間の起点に相当する周波数位置を距離測定のゼロ点に対応させ、前記サンプリング期間の終点に対応する周波数位置を前記サンプリング期間内に測定可能な最大距離とする形で前記目標物までの距離情報を生成するものであり、
前記適正モード判定部は、前記強度ピーク取得部が前記近距離測定モードと前記遠距離測定モードとの双方において前記強度ピークが取得できた場合に、前記近距離測定モード強度ピークと前記遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置の比較に基づき、前記近距離測定モードにおいて、前記近距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて前記距離情報生成部が生成する近距離測定モード距離が、前記サンプリング期間内に測定可能な最大距離よりも前記目標物が遠方に存在することに由来して該目標物までの実距離よりも小さく誤測定されたものであるか否かを判別するとともに、前記誤測定であると判別された場合は前記遠距離測定モードを前記適正モードとするように判定する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記適正モード判定部は、前記近距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて前記距離情報生成部が生成する近距離測定モード距離と前記遠距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて前記距離情報生成部が生成する遠距離測定モード距離との間に予め定められた値を超える差が生じており、前記遠距離測定モード距離が前記最大距離よりも大きく、かつ、前記近距離測定モード距離と前記最大距離の自然数倍との合計値と、前記遠距離測定モード距離との差が予め定められた範囲内に収まっている場合に、前記近距離測定モード距離を前記誤測定であると判別する請求項５記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ：Frequency Modulated Continuous Wave）レーダーの原理に基づいて目標物までの距離を測定する距離測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周波数変調連続波レーダーは、周波数変調した連続波を目標物に送信し、送信波と反射波の周波数差に由来したビート波形信号から距離を求めるものである。周波数変調連続波レーダーは送信波として連続波を使用するので、高い送信出力がなくても所望の信号雑音比（ＳＮ比)を得やすい利点がある。
【０００３】
周波数変調連続波レーダーは、送信波の周波数偏移幅Δｆとし、光速をｃとして、距離測定の分解能がｃ／（２・Δｆ）に比例することが知られており、Δｆを拡大することで高分解能化を実現することができる。しかしながら、高分解能を得るためにΔｆを拡大した場合、広帯域化により受信雑音が増加して検知距離が減少するので、遠方の目標物が検知しにくくなるという問題がある。そこで、Δｆを大きく設定する代わりに送信出力を下げ、近距離目標物に対する分解能を向上させた近距離測定モードと、これとは逆にΔｆを縮小して送信出力を上げ、受信機雑音を低減しつつ検知距離を増加させた遠距離測定モードとを１つの測定系に組み込み、目標物までの距離に応じてモードを切り替えつつ使用可能とした距離測定装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術に開示された距離測定装置では、遠距離測定モードと近距離測定モードとのいずれを採用するかは、どの目標物を測定したいかに応じてユーザーに選択が委ねられている。このため、距離測定に慣れていないユーザーには、採用しようとするモードが当該目標物の距離測定に適しているか否かの把握が難しい問題がある。例えば、目標物までの距離が近距離と遠距離のいずれであるかが判然としない場合や、広い空間のどこに目標物が存在するかの把握が難しいような場合、ユーザーは２つのモードを適当に選んで測定を行なうこともあり得る。このとき、得られる距離測定結果が目標物までの正しい距離を反映しているかどうかについても、適切な判断ができない問題を生じる。
【０００６】
本発明の課題は、遠距離測定モードと近距離測定モードとの双方が使用可能な距離測定装置において、目標物までの距離測定に好適なモードがいずれであるかを適切に判別することができ、ひいてはモードの適正化を自動で行うことにより、近距離及び遠距離のいずれの目標物についても満足のゆく距離測定結果を得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の距離測定装置は、予め定められた線形変調パターンにて周波数が連続変調される送信波形信号を生成する信号生成部と、送信波形信号の入力に基づき周波数が連続変調されるマイクロ波送信波を目標物に向けて送信する送信出力部とを備え、連続変調の周波数偏移幅が第一の帯域幅に設定され送信波の送信強度が第一の送信強度に設定される近距離測定モードと、周波数偏移幅が第一の帯域幅よりも狭い第二の帯域幅に設定され送信波の送信強度が第一の送信強度よりも高い第二の送信強度に設定される遠距離測定モードとが切り替え可能に設定される送信部と、マイクロ波送信波の反射波を受信する受信部と、送信波形信号と受信部の受信波形信号とを混合し、送信波形信号と受信波形信号との周波数差に基づくビート波形信号を出力する混合部と、ビート波形信号の周波数スペクトラムを生成する周波数スペクトラム生成部と、周波数スペクトラム上にて目標物の距離を特定するための強度ピークを取得する強度ピーク取得部とを有する信号処理部と、送信部に対し近距離測定モードを設定してマイクロ波送信波を目標物に向け送信させることにより、信号処理部に近距離測定モード強度ピークを取得させる近距離測定モード測定処理と、送信部に対し遠距離測定モードを設定してマイクロ波送信波を目標物に向け送信させることにより、信号処理部に遠距離測定モード強度ピークを取得させる遠距離測定モード測定処理とを順次実行する測定制御部と、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの間でピーク周波数位置及び受信強度レベルの少なくともいずれかを比較し、該比較結果に基づいて、近距離測定モードと遠距離測定モードとのいずれが適正モードであるかを判定する適正モード判定部と、適正モードにおいて生成された周波数スペクトラム上の強度ピークの周波数位置に基づき目標物までの距離情報を生成する距離情報生成部と、生成された距離情報を出力する距離情報出力部と、を備えたことを特徴する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の距離測定装置においては、連続変調されるマイクロ波送信波の周波数偏移幅と送信強度とが互いに相違する近距離測定モードと遠距離測定モードとを具備し、目標物までの距離測定をそれら近距離測定モードと遠距離測定モードとにより順次実施する。そして、各モードで得られるビート波形信号を周波数スペクトラムに変換し、該周波数スペクトラムから近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとを各々取得する。そして、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの間でピーク周波数位置及び受信強度レベルの少なくともいずれかを比較し、その比較結果に基づいて近距離測定モードと遠距離測定モードとのいずれが適正モードであるかを判定する。これにより、目標物までの距離測定に好適なモードが近距離測定モードと遠距離測定モードとのいずれであるかを適切に判別することができ、ひいては該モードの適正化により、近距離及び遠距離のいずれの目標物についても満足のゆく距離測定結果を得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態である距離測定装置の電気的構成を示すブロック図。
【図２】遠距離測定モード及び近距離測定モードの送信波変調パターンを比較して示す模式図。
【図３】フーリエ変換によりビート波形信号の周波数スペクトルを生成する概念を示す図。
【図４】測定制御プログラムの全体の処理流れを示すフローチャート。
【図５】図４の測定処理の流れを示すフローチャート。
【図６】図４の適正モード判定処理の流れを示すフローチャート。
【図７】通常の反射と多重反射とを比較して示す模式図。
【図８】近距離測定モードと遠距離測定モードとを順次実行した場合の送信波周波数変化と、各モードで得られるビート波形信号の例を示す説明図。
【図９】近距離測定モードが適正モードと判定される場合の第一例を示す説明図。
【図１０】近距離測定モードが適正モードと判定される場合の第二例を示す説明図。
【図１１】近距離測定モードにおいて、目標物があいまい距離ＲＡよりも遠方に存在することに由来して、近距離測定モード距離ＲＮが目標物までの実距離ＲＮ’よりも小さく誤測定される状況を説明する図。
【図１２】遠距離測定モードが適正モードと判定される場合の第一例を示す説明図。
【図１３】遠距離測定モードが適正モードと判定される場合の第二例を示す説明図。
【図１４】送信波変調パターンの変形例を示す図。
【図１５】測定制御の変形例の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態である距離測定装置１の電気的構成を示すブロック図である。距離測定装置１は、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ：Frequency Modulated Continuous Wave）レーダーの原理に基づいて目標物までの距離を測定する装置として構成され、マイクロプロセッサ部２と、これに接続されるセンサ部３とを有する。マイクロプロセッサ部２は、センサ部３の作動制御部及び信号処理部として機能するものであり、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３、入出力部３４とそれらを接続するバス３０を有する。センサ部３は、送信側ブロックとして、送信コントローラ３５、ＰＬＬ制御部４１、発振回路４０、方向性結合器３９、送信アンプ３８ｔ及び送信アンテナ３７ｔを有する。他方、受信ブロックは、受信アンテナ３７ｒ、低雑音アンプ３８ｒ、混合部４２、入力アンプ４４及びＡ／Ｄ変換部４５を有する。
【００１１】
送信コントローラ３５は、マイクロプロセッサ部２から入出力部３４を介して送信波の周波数指示値と送信波の出力強度設定指示とを受け、ＰＬＬ制御部４１及び送信アンプ３８ｔの作動制御を行なう。ＰＬＬ制御部４１は、送信コントローラ３５から転送される周波数指示値に基づき、発振回路４０の発信出力動作を位相同期させた形でフィードバック制御し、周波数が連続的に変調された送信波形信号（詳細は図２を用いて後述する）を該発振回路４０に出力させる役割を果たす。すなわち、マイクロプロセッサ部２、送信コントローラ３５、ＰＬＬ制御部４１及び発振回路４０は、送信波形信号を生成する信号生成部として機能する。
【００１２】
発振回路４０からの送信波形信号は送信アンプ３８ｔで増幅された後、送信アンテナ３７ｔより周波数が連続変調された送信波として出力される。送信アンプ３８ｔの送信出力は、マイクロプロセッサからの出力強度設定指示を受けて送信コントローラ３５から入力されるゲイン設定入力値に基づき調整される。そして、該送信アンプ３８ｔの送信出力は送信アンテナ３７ｔから目標物に向けて送信波として送出される。よって、送信アンプ３８ｔ及び送信アンテナ３７ｔは、マイクロ波送信波を目標物に向けて送信する送信出力部として機能する。また、該送信出力部は前述の信号生成部とともに送信部を形成する。
【００１３】
一方、送信波の反射波は受信アンテナ３７ｒにより受信され、その受信波形信号が低雑音アンプ３８ｒで増幅された後、方向性結合器３９から分配される送信波形信号と混合部４２にて混合される。混合部４２からは送信波形信号と受信波形信号とが作るビート波形信号が出力される。該ビート波形信号は入力アンプ４４にて増幅され、さらにＡ／Ｄ変換部４５によりデジタル化され、入力波形データとしてマイクロプロセッサ部２に入力される。
【００１４】
距離測定装置１は、周波数が連続変調される送信波を送信し、目標物によるその反射波を受信する。そして、その送信波形信号と受信波形信号とを混合し、それらの周波数差に基づくビート波形信号を検知信号として抽出し、該ビート波形信号の周波数解析に基づいて目標物までの距離を測定する。図２は送信波の波形の例を示すものであり、周波数偏移幅（占有周波数帯域）と周期とが一定に定められた線形変調パターンに従うものが使用されている。
【００１５】
送信波の周波数は、送信波が出てからその反射波が返ってくるまでの期間、すなわち電波飛行期間中にも刻々変化する。その結果、ある時刻に送信された送信波が反射波となって帰ってきたとき、その受信波と受信時点での送信波とを混合すれば、両者の差分周波数に相当する定在波がうなり（ビート）となって発生する。具体的には、検知モジュールから反射体までの距離をＲ、ビート波形信号の周波数（＝送信周波数ｆ１と受信周波数ｆ２の差分周波数）をδｆ、光速をｃとすれば、
δｆ＝２・Ｒ・Δf／（ｃ・Ｔ）
となる。ｃ、Ｔ及びΔｆが一定であるから、ビート波形信号の周波数δｆは反射体までの距離Ｒに単純に比例することがわかる。したがって、δｆの測定から反射体までの距離Ｒを直接的に求めることができる。
【００１６】
距離測定装置１においては、上記の送信出力部において、連続変調の周波数偏移幅が第一の帯域幅に設定され送信波の送信強度が第一の送信強度に設定される近距離測定モードと、周波数偏移幅が第一の帯域幅よりも狭い第二の帯域幅に設定され送信波の送信強度が第一の送信強度よりも高い第二の送信強度に設定される遠距離測定モードとが切り替え可能に設定される。図２の下段には近距離測定モードの送信波ＭＰＮの例を、図２の上段には遠距離測定モードの送信波ＭＰＦの例をそれぞれ示している。
【００１７】
本実施形態においては、近距離測定モードと遠距離測定モードのいずれにおいても、送信波の中心周波数が所定の周波数帯域、例えば、７５ＧＨｚ以上８０ＧＨｚ以下の帯域に設定されている。この程度の高周波帯域を利用することで、例えば目標物が人などの場合、その相対移動に基づくドップラーシフトの影響を受けにくくなる利点が生ずる。近距離測定モードの送信波ＭＰＮの周波数偏移幅ΔｆＮは１ＧＨｚ以上３ＧＨｚ以下（例えば２ＧＨｚ）の広帯域に設定され、距離測定の分解能は例えば１０ｃｍ〜３０ｃｍ（例えば１５ｃｍ）程度に確保されている。また、近距離測定モードの変調周期ＴＮは０．０５ｍｓ〜０．５ｍｓ程度に設定される。他方、遠距離測定モードの送信波ＭＰＦの周波数偏移幅ΔｆＦは３００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下（例えば９００Ｍｚ）の狭帯域に設定され、距離測定の分解能は例えば３０ｃｍ〜１ｍ（例えば３３ｃｍ）程度に確保されている。また、遠距離測定モードの送信波ＭＰＮの変調周期ＴＦは０．５ｍｓ〜１．０ｍｓ程度に設定される。
【００１８】
なお、図２はのこぎり波状の線形変調パターンを例示しており、各周期Ｔの周波数変化率は常時一定である。他方、図１４に示すような三角波状の線形変調パターンを採用することも可能である。この場合、周波数変化率の絶対値は一定であるが、符号は半周期（Ｔ／２）ごとに反転する。しかし、ビート波形信号の周波数δｆは、送信周波数ｆ１と受信周波数ｆ２の差分として出現するので、周波数差分値の符号を無視すれば、のこぎり波状の線形変調パターンを使用する場合と同じである。
【００１９】
図１に戻り、マイクロプロセッサ部２のＲＯＭ３３には次のようなプログラムが格納されている。いずれもＲＡＭ３２を実行エリアとしてＣＰＵ３１により実行され、個別の機能実現部を具現化する。
・測定制御プログラム３３ａ：送信部に対し近距離測定モードを設定してマイクロ波送信波を目標物に向け送信させることにより信号処理部に近距離測定モード強度ピークを取得させる近距離測定モード測定処理と、送信部に対し遠距離測定モードを設定してマイクロ波送信波を目標物に向け送信させることにより信号処理部に遠距離測定モード強度ピークを取得させる遠距離測定モード測定処理と、を順次実行する機能を実現する。
・デジタルフィルタ（近距離用）３３ｂ：近距離測定モードで取得されるビート信号波形データをＲＡＭ３２のフィルタ処理メモリ３２ａに取り込み、高調波等に由来したノイズなどを除去するデジタルフィルタリング処理を行なう。ローパスフィルタないしバンドパスフィルタとして構成される。
・デジタルフィルタ（遠距離用）３３ｃ：遠距離測定モードで取得されるビート信号波形データについて、デジタルフィルタ（近距離用）３３ｂと同様のデジタルフィルタリング処理を行なう。ローパスフィルタないしバンドパスフィルタとして構成される。
【００２０】
・ＦＦＴモジュール３３ｄ：フィルタリング処理後のビート信号波形データをＲＡＭ３２のＦＦＴ処理メモリ３２ｂに取り込み、図３のようにビート波形信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ:Fast Fourier Transformation）を施して周波数スペクトラムＳｐｍのデータに変換する。
・ピーク解析プログラム３３ｅ：周波数スペクトラムデータをＲＡＭ３２のピーク解析メモリ３２ｃに取り込み、図３に示すように、周波数スペクトラムＳｐｍ上に表れる閾値ＬＴ以上の強度ピークＰを抽出・取得する処理を行なう。
・適正モード判定プログラム３３ｆ：適正モード判定部の機能を実現する。具体的には、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの間で、ピーク周波数位置及び受信強度レベルの少なくとも一方を比較し、該比較結果に基づいて近距離測定モードと遠距離測定モードとのうち、目標物までの距離測定に適した適正モードがいずれであるかを判定する。
【００２１】
次に、１回の高速フーリエ変換を実施するためのビート波形信号のサンプリングデータ長は、近距離測定モード及び遠距離測定モードのいずれにおいても同じに設定されている。また、ＦＦＴ処理メモリ３２ｂのサイズも、該サンプリングデータ長に応じて定められている。例えば、図２を用いて近距離測定モードを例にとり説明すると、ビート波形信号のサンプリング期間ｔＮは変調周期ＴＮよりも短く設定され、１つの変調周期ＴＮの周波数偏移幅ΔｆＮを時間軸上で等間隔に分割する形で、同じ時間長を有するサンプリング期間ｔＮが複数設定される。互いに異なるサンプリング期間ｔＮに割り振られる周波数偏移区間は、周波数絶対値は互いに異なるものとなるが、周波数変調パターンＭＰＮが線形であるため各区間の周波数偏移幅及び勾配は全て等価となる。その結果、目標物の位置が変化しなければ、各サンプリング期間ｔＮで得られるビート波形信号も互いに等価なものとなる。この事情は、遠距離測定モードにおいても全く同じであり、ここでも１つの変調周期ＴＦ内にて周波数偏移幅ΔｆＦを時分割する形で、同じサンプリングデータ長を有するサンプリング期間ｔＦが複数設定される。
【００２２】
近距離の目標物は遠距離の目標物よりも距離測定のための電波飛行時間が小さいので、図２に示すように、近距離測定モードのサンプリング期間ｔＮは遠距離測定モードのサンプリング期間ｔＦよりも小さく設定される。上記のように、近距離測定モードと遠距離測定モードにてサンプリングデータ長が同じに設定されることは、各々のサンプリング期間ｔＮ及びｔＦに含まれるビート波形信号のサンプリング点（Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ）の数ｎが互いに等しくなることを意味する。すなわち、サンプリング期間内に配列するサンプリング点の時間間隔は近距離測定モードの方が遠距離測定モードよりも密となる。送信波の変調パターンが線形であり、かつ、フーリエ変換の線形写像としての数学的性質から、ビート波形信号をフーリエ変換して得られる周波数スペクトラムのデータ点の周波数軸上での出現間隔もまた、近距離測定モードの方が遠距離測定モードよりも密となる。このことは、近距離測定モードが遠距離測定モードよりも距離測定の分解能が良好であり、かつ、より近くの目標物の距離測定も可能となることに対応している。
【００２３】
また、近距離測定モードと遠距離測定モードの各サンプリング期間ｔＮ及びｔＦの長さは、それぞれのモードにおける測定可能な距離の最大値を決定するものとなる。具体的には、近距離測定モードにおける測定可能な最大距離ＲＡは、サンプリング期間ｔＮに光速ｃを乗じて得られる目標物までの１往復分の距離を２で割ることにより、
ＲＡ＝ｃ・ｔＮ・／２
として表される（この距離ＲＡは、以下「あいまい距離」と称することがある）。同様に、遠距離測定モードにおける測定可能な距離の最大値ＲＢは、
ＲＢ＝ｃ・ｔＦ・／２
として表される。さらに、遠距離測定モードの方が近距離測定モードよりも距離測定の分解能が低いため、遠距離測定モードにおいて距離検出が可能となる下限距離ＲＦＣは、近距離測定モードにおいて距離検出が可能となる下限距離ＲＮＣよりも大きくなる。
【００２４】
以下、距離測定装置１における距離測定制御の処理の流れについて説明する。
図４は、測定制御プログラムの全体処理の流れを示すフローチャートである。Ｓ１では測定モードを近距離測定モードに設定し、Ｓ２にて近距離測定モードでの距離測定を行なう。続いてＳ３では測定モードを遠距離測定モードに設定し、Ｓ４にて遠距離測定モードでの距離測定を行なう。なお、近距離測定モードでの距離測定と遠距離測定モードでの距離測定とは順序を入れ替えて実施してもよい。
【００２５】
図５は、測定処理の詳細を示すフローチャートである。すでに詳細は上記した通りであるが、まずＳ５１にてビート波形信号のサンプリングを行ない、Ｓ５２にてサンプリングされたビート波形信号データのデジタルフィルタリング処理を行なう。続いてＳ５３において、図３に示すように、フィルタリング処理後のビート波形信号データを高速フーリエ変換処理し、周波数スペクトラムＳｐｍのデータを得る。Ｓ５４では、該周波数スペクトラムＳｐｍ上の閾値ＬＴ以上のレベルを有する強度ピークを抽出・取得する。そして、Ｓ５５では、取得された強度ピークの周波数値から目標物までの距離Ｒを算出する。近距離測定モード強度ピークのピーク強度レベル（受信強度レベル）ＬＮと、ピーク周波数位置及び算出された測定距離ＲＮとはＲＡＭ３２内の近距離測定モード結果メモリ３２ｄに、遠距離測定モードで取得した強度ピーク値ＬＦと、ピーク周波数位置及び算出された測定距離ＲＦとは、同じく遠距離測定モード結果メモリ３２ｅにそれぞれ記憶される。なお、目標物が存在しなかったり、種々の理由により距離の測定が実施できなかったりした場合は、近距離測定モード結果メモリ３２ｄないし遠距離測定モード結果メモリ３２ｅに距離の算出結果が記憶されない。
【００２６】
図４に戻り、Ｓ５において適正モード判定プログラム３３ｆを立ち上げ、適正モード判定処理を行なう。図６に、適正モード判定処理の詳細を示す。まず、Ｓ１０１では、強度ピーク（ないし測定距離）を取得できたのが、近距離測定モードと遠距離測定モードとの一方のみであったか否かを判定する。この場合、適正モード判定部は、強度ピーク取得部が近距離測定モードと遠距離測定モードとの一方のみにおいて強度ピークが取得できた場合に、該強度ピークが取得できたモードを適正モードとするように判定する処理となる。これにより、計測に成功した方のモードが適正モードして自動設定されるので、ユーザーの利便を図ることができる。
【００２７】
具体的には、Ｓ１０１において近距離測定モード結果メモリ３２ｄ及び遠距離測定モード結果メモリ３２ｅの記憶内容を読み取り、近距離測定モードと遠距離測定モードのいずれについて、ピーク周波数位置及び算出距離が記憶されているか（つまり、距離を検出できたか）を確認する。Ｓ１０２にて、近距離測定モード測定距離ＲＮのみが検出された場合はＳ１０３に進み、近距離測定モードを採用する。一方、Ｓ１０２にて近距離測定モード測定距離ＲＮが検出されず、１０４にて遠距離測定モード測定距離ＲＦのみが検出された場合はＳ１０５に進み、遠距離測定モードを採用する。また、近距離測定モードと遠距離測定モードのいずれについても測定距離が検出されていなかった場合はＳ１１８に進み、エラーを出力する。
【００２８】
続いて、Ｓ１０１にて強度ピーク（ないし測定距離）を取得できたのが、近距離測定モードと遠距離測定モードとの双方であった場合はＳ１０６に進む。このステップでは、取得された近距離測定モード測定距離ＲＮと遠距離測定モード測定距離ＲＦとの間に大きな隔たりがあるか否かを判定している。具体的には、これら距離の差分｜ＲＦ−ＲＮ｜が、予め定められた値ε（例えば、ＲＦとＲＮの大きい方の値の１０％など）よりも小さい場合、近距離測定モード測定距離ＲＮと遠距離測定モード測定距離ＲＦとはほぼ等しいと判断する。そして、Ｓ１０６において｜ＲＦ−ＲＮ｜≧εであり、近距離測定モード測定距離ＲＮと遠距離測定モード測定距離ＲＦとの間に顕著な差があると判断された場合はＳ１１０に進み、遠距離測定モード測定距離ＲＦと前述のあいまい距離ＲＡとを比較する処理を行なう。この比較結果においてＲＦ＞ＲＡの場合の処理はＳ１１１以下の処理となるが、その詳細について後述する。
【００２９】
他方、Ｓ１１０にてＲＦ≦ＲＡの場合はＳ１１３以下の処理に進む。該処理においては、近距離測定モードと遠距離測定モードとの双方において強度ピークが取得できた場合に、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置の比較に基づき、遠距離測定モード強度ピークが目標物との間の多重反射に由来した多重反射ピークであるか否かを判別する。そして、遠距離測定モード強度ピークが多重反射ピークであると判別された場合は近距離測定モードを適正モードとするように判定する。なお、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置の比較は、各周波数位置が示す近距離測定モード測定距離ＲＮと遠距離測定モード測定距離ＲＦとの比較と処理上は等価なものとみなす。
【００３０】
図７の左は、測定装置１からのマイクロ波送信波が目標物により通常反射して戻る場合を、同じく右は多重反射して戻る場合を示している。送受信のための電波飛行距離は、ｎ次の多重反射ＭＲが生じた場合、通常反射ＳＲの場合のｎ倍に増加する。従って、多重反射ＭＲが生じた場合の測定距離は、通常反射ＳＲにより正常に測定される測定距離よりも大きい値として誤検出されることとなる。こうした多重反射は、電波送信強度の大きい遠距離測定モード測定時において、目標物が比較的近距離に存在する場合に起きやすい傾向にある。よって、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置の比較に基づき、遠距離測定モードでの多重反射による誤検出を判別することで、多重反射の影響を受けにくい近距離測定モードを適正モードとして自動設定でき、より信頼度の高い距離検出が可能となる。
【００３１】
例えば、図８に示すように｜ＲＦ−ＲＮ｜＜εとなる場合、すなわち、近距離測定モード測定距離ＲＮと遠距離測定モード測定距離ＲＦとがほぼ等しいと判別された場合は、遠距離測定モードでの多重反射による誤検出の可能性は低いと判断できる。この場合、遠方の目標物に対する距離測定には遠距離測定モードが適しており、比較的近くの目標物に対する距離測定には近距離測定モードが適していると判断できることから、図６においてはＳ１０６からＳ１０７に進み、近距離測定モード測定距離ＲＮと遠距離測定モード測定距離ＲＦとを代表値（例えば、両者の平均値（ＲＦ＋ＲＮ）／２）で置き換え、近距離と遠距離とを区別するための所定の閾値Ｒ０と該代表値とを比較する。そして、近距離と判断された場合はＳ１０８に進んで近距離測定モードを採用し、遠距離と判断された場合はＳ１０９に進んで遠距離測定モードを採用する。
【００３２】
一方、Ｓ１０６において｜ＲＦ−ＲＮ｜≧εとなり、Ｓ１１０にてＲＦ＜ＲＡの場合のＳ１１３以下の処理においては、遠距離測定モードに対する多重反射判定を、以下のようにして行なう。まず、｜ＲＦ−ＲＮ｜≧εとなる状態は、「近距離測定モード強度ピークの周波数位置が示す近距離測定モード距離ＲＮと遠距離測定モード強度ピークの周波数位置が示す遠距離測定モード距離ＲＦとの間に予め定められた範囲εを超える差が生じている状態」、つまり「ＲＮとＲＦとの間に相当の差が生じた状態」ことを意味する。このとき、Ｓ１１３において、遠距離測定モードにおいて距離検出が可能となる下限距離ＲＦＣよりも近距離測定モード距離ＲＮが小さく（ＲＮ＜ＲＦｃ）、かつ、遠距離測定モード距離ＲＦが予め定められた近距離基準値Ｒ０よりも小さい場合（ＲＦ＜Ｒ０）は、遠距離測定モード強度ピークは多重反射ピークであると判別し、Ｓ１１４に進んで近距離測定モードを採用する。
【００３３】
上記条件が成立したとき、遠距離測定モード測定での結果を多重反射とみなす理由は次の２つである：
・ＲＮ＜ＲＦｃ及びＲＦ＜Ｒ０のいずれの条件も、目標物が測定装置に相当近接していることを示し、遠距離測定モードでは多重反射につながる高強度の送信波を受けやすい状態になっている；
・ＲＮ＜ＲＦｃの条件は、近距離測定モードで検出された目標物が遠距離測定モードの下限距離ＲＦｃよりも近くに位置しており、遠距離測定モードでは本来は検出されるべきではないことを意味する。それにもかかわらず遠距離測定モードで距離検出されたということは、多重反射の影響により下限距離ＲＦＣを超えて電波飛行距離が伸びた結果であると考えられる。
【００３４】
よって、上記の方式の採用により、遠距離測定モードにおける多重反射発生の判定を正確に行うことができる。図９は、その事例を示すものである。遠距離測定モード距離ＲＦは近距離測定モード距離ＲＮのほぼ２倍となっており、遠距離測定モードにて２次の多重反射が生じた場合に相当する。つまり、｜ＲＦ−ＲＮ｜＞εであり、かつＲ０＞ＲＦ及びＲＦｃ＞ＲＮの条件を充足しているので、近距離測定モードが適正モードと判定され、測定値として近距離測定モード距離ＲＮが採用されている。
【００３５】
他方、Ｓ１１３において、ＲＮ＜ＲＦｃ及びＲＦ＜Ｒ０のうち一方でも不成立の場合は、遠距離測定モードにおいて多重反射が発生している可能性が低いとみなし、Ｓ１１５に進む。この場合は、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとのうち受信強度レベルを高く生じている方のモードを適正レベルとして判定する。すなわち、近距離測定モード強度ピークの強度レベル（受信強度レベル）をＬＮ、遠距離測定モード強度ピークの強度レベルをＬＦとして、ＬＮ＞ＬＦのときはＳ１１６に進んで近距離測定モードを採用し、そうでない場合はＳ１１７に進んで遠距離測定モードを採用する。
【００３６】
図１０は、その事例を示すものであり、遠距離測定モード距離ＲＦは近距離測定モード距離ＲＮとの間に差が生じており、｜ＲＦ−ＲＮ｜＞εを充足している（しかし、ＲＦはＲＮ遠の整数倍になっていない）。そして、Ｒ０＞ＲＦは充足しているが、ＲＦｃ＞ＲＮは充足していない。そこで、近距離測定モードと遠距離測定モードの各ピークの強度レベルＬＮ，ＬＦが比較され、ＬＮ＞ＬＦとなっていることから、近距離測定モードが適正モードと判定され、測定値として近距離測定モード距離ＲＮが採用されている。
【００３７】
図６に戻り、次に、Ｓ１１０において、遠距離測定モード測定距離ＲＦがあいまい距離ＲＡを超えていた場合の処理について説明する。遠距離測定モード測定距離ＲＦと近距離測定モード測定距離ＲＮとに大きな差が発生する状況は、上記のように遠距離測定モード測定で多重反射が発生する場合だけでなく、近距離測定モード測定のあいまい距離ＲＡを超えてやや遠方に存在する目標物が、近距離測定モードにおいて、データ処理上の都合により本来よりも小さく測定されてしまう場合にも発生しうる。以下、その詳細につき説明する。
【００３８】
図２を用いてすでに説明したごとく、近距離測定モードにて線形変調パターンＭＰＮの一つの周期ＴＮは、サンプリングデータ長が一定となる複数のサンプリング期間ｔＮに区切られる。そして、変調の周期ＴＮ内にて新たなサンプリング期間ｔＮが到来するごとにビート波形信号のデータサンプリングが実行され、サンプリングされた波形データに基づいて周波数スペクトラムが更新される。そのサンプリング期間ｔＮの起点に相当する周波数位置は距離測定のゼロ点を与える。また、サンプリング期間ｔＮの終点に対応する周波数位置は、サンプリング期間ｔＮ内にて測定可能な最大距離、すなわち、あいまい距離ＲＡに対応する。このとき、送信波が目標物に反射されて返ってくるまでの電波飛行時間を無制限に長く設定できれば、測定可能な距離の上限は装置の検出感度が確保されている限り制約がない。しかし、上記のように１回の距離測定のためのサンプリングデータ長が一定に制限されると、測定可能な距離の上限も、あいまい距離ＲＡにより制約されることとなる。
【００３９】
図１１に示すように、例えば目標物が近距離測定モードの最大距離、すなわちあいまい距離ＲＡを少し超えた距離ＲＦ’ に存在している状況を考える。距離ＲＦ’に対応する周波数偏移幅ｗｆ’は、変調パターンＭＰＮの１周期の周波数偏移幅ΔｆＮ（図２）に収まっており、一見正確な測定が可能なように思われる。しかし、実際には、この場合の距離ＲＦ’の測定に必要な電波飛行時間τＴがサンプリング期間ｔＮを超えており、あるサンプリング期間の開始点S0で出力された送信波の反射波は、次のサンプリング期間に食い込んだタイミングで受信される。すると、その目標物の距離測定は、次のサンプリング期間の開始点S0'を起点としてなされる形となってしまうのである。その結果、計測される距離ＲＦは、次のサンプリング期間の開始点S0'を基準とした周波数偏移幅ｗｆに基づき、これに対応する電波飛行時間τＦを用いて算出されるので、実際の距離ＲＦ’からあいまい距離ＲＡを減じた値として誤測定されることとなる。このとき、対応する強度ピークＰＦは、あいまい距離ＲＡからはみ出した期間が折り返された形で距離軸上に出現する。
【００４０】
つまり、近距離測定モードでは、上記のような位置に目標物が存在する場合、あいまい距離ＲＡの影響により測定距離ＲＦが実際の距離ＲＦ’よりも小さく誤測定されてしまう不具合が生じうる。しかし、この不具合は、測定可能な距離の上限が大きい遠距離測定モードでは原理的に生じない。よって、あいまい距離（最大距離）ＲＡよりも遠方に目標物が存在することに由来して、実距離ＲＦ’よりも小さい距離が誤測定される可能性がある場合には、近距離測定モードと遠距離測定モードとの双方において強度ピークが取得できたとき、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置（あるいは測定距離）の比較に基づき、近距離測定モード距離ＲＮについて上記要因による誤測定であるか否かを判別することができる。そして、誤測定であると判別された場合は遠距離測定モードが適正モードとなるように判定を行なう。
【００４１】
具体的には、図６において、近距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて算出される近距離測定モード距離ＲＮと遠距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて算出される遠距離測定モード距離ＲＦとの間に予め定められた値を超える差εが生じており（｜ＲＦ−ＲＮ｜＞ε：Ｓ１０６→Ｓ１１０）、かつ、遠距離測定モード距離ＲＦがあいまい距離ＲＡ（近距離測定モードにてサンプリング期間内に測定可能な最大距離）よりも大きい場合に（ＲＮ＞ＲＡ：Ｓ１１０→Ｓ１１１）、Ｓ１１１にて、近距離測定モード距離ＲＮと最大距離ＲＡの自然数（ｎ：ｎ≧１）倍との合計値ＲＮ＋ＲＡ×ｎと、遠距離測定モード距離ＲＦとの差が予め定められた値δ（例えば、（ＲＮ＋ＲＡ×ｎ）とＲＦとの大きい方の値の１０％など）内に収まっているか否かを調べる。図１１にて説明したごとく、近距離測定モード距離ＲＮは、あいまい距離ＲＡ（あるいは、ＲＡ×ｎの値）を加算して折り返しの影響を補うことにより、実距離ＲＦ’に近づくはずである。他方、遠距離測定モード距離ＲＦはあいまい距離ＲＡの影響を受けないから、これが実際の距離ＲＦ’を反映していると考えれば、ＲＮ＋ＲＡ×ｎとＲＦとの一致度を評価することで、近距離測定モード距離ＲＮがあいまい距離ＲＡに由来した誤測定であるか否かを的確に判別できる。
【００４２】
図１２は、その測定事例を示すものであり、実線で示す遠距離測定モード距離ＲＦが近距離測定モードでは、あいまい距離ＲＡによって折り返しを１回受けた近距離測定モード距離ＲＮとなっている。この場合は、Ｓ１１１にて｜ＲＦ−（ＲＮ＋ＲＡ×１） ｜ ＜εとなっているか否かを判別するとともに、｜ＲＦ−（ＲＮ＋ＲＡ×１）｜＜δとなる場合にあいまい距離の影響を受けたとみなしてＳ１１２に進み、遠距離測定モードを適正モードとする判定を行ない、測定値として遠距離測定モード距離ＲＦが採用される。また、目標物までの距離によっては、折り返しの影響が複数回（ｎ回：ｎ＞２）生じることもあり得る。例えば、あいまい距離ＲＡが２０ｍであり、目標物の距離が５０ｍである場合、近距離測定モード距離ＲＮは２回の折り返しが生じる結果（つまり、ｎ＝２）、１０ｍと測定される。すなわち、折り返しが２回以上生じている場合も考慮すれば、Ｓ１１１にて自然数ｎの値を順次１ずつ増やしつつ｜ＲＦ−（ＲＮ＋ＲＡ×ｎ） ｜ の値を計算し、ｎが２以上のある値となったときに｜ＲＦ−（ＲＮ＋ＲＡ×ｎ） ｜ ＜δが成立していれば、あいまい距離の影響を受けたとみなし、遠距離測定モードを適正モードとする判定を行なうようにする。例えば図１２においては、破線で示す遠距離測定モード距離ＲＦ’が、近距離測定モードでは、あいまい距離ＲＡによって折り返しを３回受けた近距離測定モード距離ＲＮとなっている。
【００４３】
一方、Ｓ１１１にて、｜ＲＦ−（ＲＮ＋ＲＡ×ｎ）｜≧δとなり、ＲＦと（ＲＮ＋ＲＡ）との間に無視できない差が生じていた場合は、あいまい距離ＲＡの影響を受けた不具合ではないと判断し、Ｓ１１５に進む。以下は、遠距離測定モードにおいて多重反射が発生している可能性が低いと判断された場合と同じ処理となる。図１３は、その事例を示すものである。すなわち、｜ＲＦ−（ＲＮ＋ＲＡ×ｎ） ｜ ＜δが充足されておらず、近距離測定モードと遠距離測定モードの各ピークの強度レベルＬＮ，ＬＦが比較された結果、ＬＮ＜ＬＦとなっていることから、遠距離測定モードが適正モードと判定され、また、測定値として遠距離測定モード距離ＲＦが採用されている。
【００４４】
以上のようにして適正モード判定処理が実行され、距離測定のための適正モードが決定される。その後、図４の処理に戻り、Ｓ６にて、図１の各モードの結果メモリ３２ｄ，３２ｅの記憶内容のうち、適正モードと判定された方の測定距離が読み出され、出力される。図１に示すように、該測定距離は、適正モードとして採用された測定モードの種別の情報とともに出力される。Ｓ７にて処理終了でなければＳ１に戻り、以下の処理を繰り返す。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図４の測定制御プログラムの処理の流れでは、１回の距離測定ごとに近距離測定モードでの測定と遠距離測定モードでの測定とをその都度繰り返し、どちらが適正モードであるかを毎回繰り返し判定するようにしていた。しかし、距離測定の目標物の存在状況が頻繁に変化しないような場合は、最初の１回目の測定時に図４のＳ１〜Ｓ５の流れを実行して適正モードを決定し、その後は状況に応じて決定した適正モードを維持しつつ測定を繰り返すように構成することもできる。図１５に、その場合の処理の例を示している。Ｓ１〜Ｓ７までの処理は図４と同じである。そして、Ｓ７にて処理終了でなければＳ８に進み、適正モードの再判定を行なうか否かを判断する処理を行なう。例えば目標物に対する距離測定結果が、測定を繰り返すにつれて接近方向ないし離間方向に変化しているような場合、その測定距離が、近距離と遠距離との境界を定める所定の閾値をまたぐ変化が生じたとき、Ｓ８において適正モードの再判定が必要と判断する。この場合は、Ｓ１〜Ｓ５の流れに戻り、適正モードの再設定処理を行なう。一方、測定距離に上記閾値をまたぐ変化が生じていない場合は、Ｓ８において適正モードの再判定は不要と判断し、現在の適正モードを維持しつつＳ９に進んで、図５の測定処理を実施する。測定処理が終了すればＳ６に戻り、結果出力を行なう。
【符号の説明】
【００４６】
１  距離測定装置
２  マイクロプロセッサ部
３  センサ部
３０  バス
３１  ＣＰＵ
３２  ＲＡＭ
３３  ＲＯＭ
３３ａ  測定制御プログラム
３３ｂ  デジタルフィルタ（近距離用）
３３ｃ  デジタルフィルタ（遠距離用）
３３ｄＦＦＴモジュール
３３ｅ  ピーク解析プログラム
３３ｆ  適正モード判定プログラム
３４  入出力部
３５  送信コントローラ
３８ｔ  送信アンプ
３７ｔ  送信アンテナ
３７ｒ  受信アンテナ
３８ｒ  低雑音アンプ
３９  方向性結合器
４０  発振回路
４１  ＰＬＬ制御部
４２  混合部
４４  入力アンプ
４５  Ａ／Ｄ変換部
【図１】
2020106432.tif 000003
【図２】
2020106432.tif 000004
【図３】
2020106432.tif 000005
【図４】
2020106432.tif 000006
【図５】
2020106432.tif 000007
【図６】
2020106432.tif 000008
【図７】
2020106432.tif 000009
【図８】
2020106432.tif 000010
【図９】
2020106432.tif 000011
【図１０】
2020106432.tif 000012
【図１１】
2020106432.tif 000013
【図１２】
2020106432.tif 000014
【図１３】
2020106432.tif 000015
【図１４】
2020106432.tif 000016
【図１５】
2020106432.tif 000017