(57)【要約】信号発信手段１０１と信号受信機１０２および信号処理手段１０３から構成され、前記信号発信手段１０１では基準発振器７に同期した複数の測定信号を構成要素とする高周波信号を発信し、前記信号受信手段１０２では基準発振器３４と同期した第１局発信号を生成して受信した信号とミキシングし、少なくとも周波数が異なる複数の周波数の第１中間周波信号に変換し、前記の複数の測定信号に対応する第１中間周波信号と第２ミキサ３５によって同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の第２局発信号とミキシングして少なくとも周波数が等しい複数の第２中間周波信号に変換し、信号処理手段１０３において前記第２中間周波信号の位相差を検出し、前記信号発信手段１０１と信号受信手段１０２の間の距離を高精度で測定する。
2008029812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を用いて距離を測定するシステムにおいて、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号を含む超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信するための信号発信手段と、前記信号発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信して前記複数の測定信号を再生し、当該再生した複数の測定信号と、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の局発信号とをミキシングしあるいは逆拡散して周波数が共通な中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に変換するための信号受信手段と、前記信号受信手段から出力される前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号を処理して距離を測定するための信号処理手段とから構成され、前記信号処理手段が、基準となる第１の測定信号に対応した第１の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出し、続いて前記基準となる第１の測定信号とは少なくとも周波数が異なる第２の測定信号に対応した第２の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出し、前記検出結果から前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離を測定することを特徴とする距離測定装置
【請求項２】
前記測定信号が、搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいはスペクトル拡散符号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号あるいはこれらの組合せであることを特徴とする請求項第１項に記載の距離測定装置
【請求項３】
前記信号処理手段が、周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せが制御可能な同期発振器と、前記同期発振器から出力されるクロック信号と前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号との同期を確立し同期を保持するための同期確立・保持手段と、前記同期発振器から出力されるクロック信号を基準とし前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出するための位相・周波数検出器を有し、前記同期確立・保持手段によって前記同期発振器を制御して基準となる第１の測定信号に対応した第１の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号と前記同期発振器から出力されるクロック信号との同期を確立し、前記第１の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号とクロック信号との同期を保持した状態で、前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の距離測定装置
【請求項４】
前記信号受信手段の局発信号発振器の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せが制御可能であり、前記同期確立・保持手段によって前記局発信号発振器を制御して前記基準となる第１の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号と周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せが固定のクロック発振器から出力されるクロック信号との同期を確立し、前記第１の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号と前記クロック信号との同期を保持した状態で、前記第２の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出し、前記検出結果から前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離を測定することを特徴とする請求項第１項から第３項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項５】
前記信号受信手段において、前記再生した複数の測定信号を周波数が固定あるいは半固定の局発信号とミキシングして少なくとも周波数が異なる複数の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に変換し、前記信号処理手段の同期発振器の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組み合わせが制御可能であり、前記同期確立・保持手段によって前記同期発振器を制御し、前記基準となる第１の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号と前記同期発振器から出力されるクロック信号との同期を確立し、前記第１の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号とクロック信号との同期を保持した状態で、前記第１の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出し、続いて前記クロック信号を逓倍しあるいは分周して前記周波数が異なる第２の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に対応したクロック信号に変換し、前記変換したクロック信号を基準として、前記第２の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出し、前記検出結果から前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離を測定することを特徴とする請求項第１項から第４項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項６】
前記信号受信手段において、前記再生した複数の測定信号と、周波数が固定あるいは半固定の第１局発信号とミキシングして少なくとも周波数が異なる複数の第１中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に変換し、前記信号受信手段あるいは信号処理手段に設けられた第２局発信号発振器の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せが制御可能であり、前記少なくとも周波数が異なる複数の第１中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号と前記第２局発信号をミキシングして少なくとも周波数が同一である第２中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に変換し、前記信号処理手段が、周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せが制御可能な同期発振器と、前記同期発振器から出力されるクロック信号と前記第２中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号との同期を確立し同期を保持するための同期確立・保持手段と、前記同期発振器から出力されるクロック信号を基準とし前記第２中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出するための位相・周波数検出器を有し、前記同期確立・保持手段によって前記同期発振器を制御して基準となる第１の測定信号に対応した第１の第２中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号と前記同期発振器から出力されるクロック信号との同期を確立し、前記第１の第２中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号とクロック信号との同期を保持した状態で、前記第２中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出することを特徴とする請求項第１項から第４項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項７】
前記信号受信手段において、前記再生した複数の測定信号をチップレータあるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組み合わせが制御可能な拡散符号発振器から出力される拡散符号とミキシングあるいは変調して周波数が共通な中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に変換し、前記同期確立・保持手段によって前記拡散符号発振器を制御し、前記基準となる再生した第１の拡散符号と前記拡散符号発振器から出力される拡散符号との同期を確立し、前記再生した第１の拡散符号との同期を保持した状態で、前記再生した第１の拡散符号の周波数および／あるいは位相を検出し、続いて前記拡散符号発振器において第１の拡散符号とは直交し少なくともチップレートが異なる第２の拡散符号を発振させて前記再生した第２の拡散符号の周波数および／あるいは位相を検出し、前記検出結果から前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離を測定することを特徴とする請求項第１項あるいは第２項に記載の距離測定装置
【請求項８】
前記信号発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号の間を複数回切り替えられあるいはホッピングされ、前記受信手段において、前記複数回切り替えられあるいはホッピングされた際の周波数差および／あるいは位相差、および／あるいは第１の測定信号と第２の測定信号との周波数差および／あるいは位相差、および／あるいは複数の測定信号間の周波数差および／あるいは位相差を求めることによって、前記同期確立・保持手段を設ける場合には同期確立誤差を算出し、あるいは前記同期確立・保持手段を設けない場合には前記発信手段の基準発振器と前記受信手段の基準発振器の周波数差によって生じる周波数シフトおよび／あるいは位相シフトを算出することによって、前記複数の測定信号の間の周波数差および／あるいは位相差の算出誤差を補正することを特徴とする請求項第１項から第７項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項９】
前記信号発信手段において生成される同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号が変化部分と固定部分から構成され、前記信号受信手段において生成される同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の局発信号が変化部分と固定部分から構成され、少なくとも、前記信号発信手段で生成される測定信号の変化部分と前記信号受信手段で生成される局発信号の変化部分とが同一であり、あるいは相似であり、あるいは類似であることを特徴とする請求項第１項から第７項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項１０】
前記信号発信手段において同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号を生成するのに対応し、前記信号発信手段および／あるいは受信手段に接続した複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替え、前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離と方向を測定することを特徴とする請求項第１項から第７項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項１１】
前記信号発信手段および／あるいは信号受信手段において、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号を生成するために、特定の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはタイミングあるいはこれらの組み合わせを制御起点として複数の測定信号を生成し、あるいは制御起点を定めて複数の拡散符号を発生させあるいは複数の周波数間をホッピングさせあるいはチャープ変調しあるいは複数の周波数間を周波数シフトキーイングし、あるいは制御起点を定めて任意の変調信号あるいはベースバンド信号によって振幅変調しあるいは両側帯波変調しあるいは単側帯波変調することを特徴とする請求項第１項から第７項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項１２】
前記同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の測定信号を複数回繰り返して生成する際に、前記複数の測定信号に対応する制御起点の間隔が同一でありあるいは整数倍であり、あるいは前記制御起点の間隔で生成される前記複数の測定信号のサイクル数が整数倍でありあるいは同一であることを特徴とする請求項第１項から第１１項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項１３】
前記制御起点が少なくとも周波数が異なる複数の測定信号のゼロクロス点あるいは特定点であり、かつ直前の測定信号のゼロクロス点あるいは特定点に同期して後続の測定信号を起動しあるいは生成を開始し、当該直前の測定信号から後続の測定信号への変化が継続的であり連続的に行われることを特徴とする請求項第１２項に記載する距離測定装置
【請求項１４】
前記信号発信手段から発信される基準発振器に同期しあるいは直交した複数の測定信号がスペクトル拡散符号により拡散されている場合には、逆拡散し、あるいは逓倍して、前記複数の測定信号を再生することを特徴とする請求項第１項から第１３項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項１５】
前記信号発信手段が同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の変調信号あるいはベースバンド信号により変調された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信し、前記受信手段において、前記超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信して前記複数の変調信号あるいはベースバンド信号を復調し、当該復調した複数の変調信号あるいはベースバンド信号を、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の局発信号とミキシングして周波数が共通な中間周波信号に変換することを特徴とする請求項第１項から第４項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項１６】
前記局発信号発振器あるいは同期発振器あるいはこれらの両方が、前記制御起点において、特定の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せから発振を開始し、あるいは特定の周波数あるいは位相点あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せにセットされあるいはリセットされあるいは切替えられ、あるいは特定の信号の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せに同期させることを特徴とする請求項第１項から第１５項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項１７】
前記局発信号発振器あるいは同期発振器あるいは拡散符号発振器あるいはこれらの組合せが、複数の測定信号間の位相差をデジタル信号として検出するためのデジタル位相比較器あるいはデジタル遅延ロックループと、前記デジタル信号によって周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せを制御できるデジタル制御発振器とを有し、前記位相比較器あるいは遅延ロックループに入力される複数の信号間の同期を確立し、前記同期を保持させることができることを特徴とする請求項第１項から第１６項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項１８】
前記制御起点において、数値制御発振器の発振周波数および／あるいは発振位相を設定するレジスタをセットしあるいはリセットすることを特徴とする請求項第１７項に記載の距離測定装置
【請求項１９】
前記位相・周波数検出器において、前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出するために、前記中間周波信号あるいは前記変調信号あるいはベースバンド信号をアナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換し、Ｓｉｎのルックアップテーブルとして０、１、０、−１を単位とし、Ｃｏｓｉｎのルックアップテーブルとして１、０、−１、０を単位とし、前記デジタル信号との積和演算を行うことを特徴とする請求項第１項から第１８項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項２０】
前記位相・周波数検出器において、前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出するために、前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号をダイレクトコンバージョンしてＩ／Ｑ信号を出力し、あるいはゼロビートをとることによってＩ／Ｑ信号を出力し、当該Ｉ／Ｑ信号をアナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換することを特徴とする請求項第１項から第１９項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項２１】
前記信号処理手段において、前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の複数サイクルに渡る窓枠関数を設け、かつ／または前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に対応したクロック信号発振器から出力されるクロック信号を分岐しあるいは分周しあるいは逓倍して基準となる複数のクロック信号を発生し、前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相をリアルタイムで演算することを特徴とする請求項第１項から第２０項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項２２】
前記信号処理手段が、前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離測定を複数回実施した結果を統計処理するための統計処理手段を有し、当該統計処理手段を用いて前記発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の伝搬経路の分布状況、あるいはハイトパターンあるいはマルチパスの発生状況を推定し、前記推定結果から前記距離測定の精度を高めることを特徴とする請求項第１項から第２１項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項２３】
前記統計処理手段において、特定の発信手段からの距離測定を複数回継続して実施し、あるいは複数のアンテナあるいは送受波器を切替えて距離測定を実施し、前記測定結果の分布とモデル化した距離測定の分布とを比較することで、前記伝搬経路の分布状況あるいはマルチパスの発生状況を推定することを特徴とする請求項第２２項に記載の距離測定装置
【請求項２４】
前記統計処理手段において、特定の発信手段からの距離測定を複数回継続して実施し、および／あるいは特定の発信手段および／あるいは受信手段の個別のアンテナ毎に距離測定を実施し、比較的に距離を短く測定した結果を加重して平均しあるいは移動平均を求めることを特徴とする請求項第２１項から第２３項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項２５】
前記信号発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が、同期信号および／あるいは前記信号発信手段を特定できる識別信号および／あるいは前記信号発信手段に関する情報を含むことを特徴とする請求項第１項から第２１項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項２６】
前記信号発信手段から発信される複数の測定信号が、多重化されかつ／または時分割で発信されることを特徴とする請求項第１項から第２１項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項２７】
前記信号発信手段と信号受信手段が異なる高さで設置され、前記高さの差分が既知であり、前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離の測定結果から、前記信号発信手段と信号受信手段との間の水平方向の距離を求めることを特徴とする請求項第１項から第２１項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項２８】
前記信号受信手段が複数のアンテナあるいは複数の送受波器と当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器を切替えるための切替手段を有し、前記信号受信手段および／あるいは信号発信手段の方向、あるいは前記信号受信手段および／あるいは信号発信手段が向かっている方向、および／あるいは前記信号受信手段と信号発信手段との間の距離を検知することを特徴とする請求項第１項から第２１項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項２９】
前記信号発信手段が携帯無線システムの基地局であり、前記信号受信手段が携帯無線システムの携帯端末であることを特徴とする請求項第１項から第２８項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項３０】
前記信号受信手段が携帯無線システムの基地局であり、前記信号発信手段が携帯無線システムの携帯端末であることを特徴とする請求項第１項から第２９項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項３１】
前記信号受信手段を測量システムの基準点あるいはトランジット側に固定して設置し、前記信号発信手段を測量点あるいはポール側に設置し、当該測量点あるいはポール側までの距離および当該測量点あるいはポール側の方向および／あるいは高さを測量することを特徴とする請求項第１項から第３０項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項３２】
前記信号受信手段が間隔を置いて離散的に設置され、前記信号発信手段を移動体に装着し、あるいは移動体が携帯し、あるいは観測点に固定し、前記信号発信手段の位置あるいは位置の変化を標定することを特徴とする請求項第１項から第３０項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項３３】
前記信号発信手段が間隔を置いて離散的に設置され、前記信号受信手段を移動体に装着し、あるいは移動体が携帯し、あるいは観測点に固定とし、当該信号受信手段の位置あるいは位置の変化を標定することを特徴とする請求項第１項から第３０項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項３４】
前記信号発信手段および受信手段が同一あるいは異なる移動体に装着されあるいは移動体により携帯されることを特徴とする請求項第１項から第３０項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項３５】
前記信号発信手段が信号受信手段を含み、自局以外の信号発信手段から発信される発信要求を受信することによって、前記同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号を含む超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信することを特徴とする請求項第１項から第３４項のいずれかに該当する距離測定装置
【請求項３６】
前記信号発信手段から発信される複数の信号間の周波数の変化あるいはチップレートの変化を小さな変化から大きな変化まで段階的に切替えることによって、前記信号受信手段で受信する複数の信号から、長いレンジから短いレンジまで段階的に切替えて距離を測定することを特徴とする請求項第１項から第３５項のいずれかに該当する距離測定装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、単一の信号発信手段から少なくとも周波数が異なる複数の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信し、単一の信号受信手段で受信することによって、前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離を高い精度で測定するための距離測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来から、複数の異なる周波数の無線信号を用いて距離を測定するシステムが提案されている。（例えば、特許文献１から５参照）【特許文献１】米国特許第４０８７８１６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０７５５７号
【特許文献３】特表２００４−５０７７１４号
【特許文献４】特開２００６−０２３２６１号
【特許文献５】特開２００６−００４２２０１号
【０００３】  図１１は、特許文献１に記載されている従来の「ＶＬＦ帯無線位置検知装置」の実施例である。図１１において、「米国海軍ＶＬＦ通信局」から発信されるＶＬＦ信号（２０ｍｓｅｃ周期でｆ０とｆ０＋５０Ｈｚの間でＦＳＫされる電波）をアンテナ１０で受信し増幅器１１で増幅し、ＶＣＸＯ２２に同期したシンセサイザ２３の信号とミキサ１６でミキシングして中間周波信号を生成し、中間周波増幅器１２で増幅しリミッタ１８でリミットした後、前記ＶＣＸＯ２２の信号を分周器２４でＰ分の１に分周したものと位相比較器２０で比較し、その結果をループフイルタ２１に入力し、ループフイルタ２１の出力でＶＣＸＯ２２の発振周波数を制御している。【０００４】  一方、リミッタ１８の出力は遅延時間測定器２５で分周器２４の出力を分周器２７で２０分周したタイミングで分周器２４の出力と比較する。検出した遅延時間から前記通信局までの距離を測定することができる。  図１１に示す従来の技術では、ＶＬＦ信号の周波数が（ｆ０とｆ０＋５０Ｈｚ）の間で変化するタイミングを受信側で正確に検出することが難しく誤差を生じるため、長距離で概略の測定は可能であるが、そのままでは３００ｍ以内の比較的に近い距離を高精度で測定するのが難しい問題点があった。【０００５】  特許文献２に記載されている従来の「移動局および移動体通信システム」では、固定局から移動体端末に向けて無線送信される周波数の異なる２つの距離測定信号を送信し、移動体端末では当該２つの距離測定信号の位相差から自己と固定局の間の距離を測定し、これらを３つの固定局との間で行なうことで、自己の位置を算出している。  特許文献２の（００１２）に記載されているように、固定局から無線送信される２つの異なる周波数ホッピング変調された距離測定信号を受信し、２つの距離測定信号の位相差を測定するとされており、具体的な位相差の測定手順が図２に示されている。【０００６】  前記の方法では、図２に示されているとおり、送信開始点０を基点として２つの異なる周波数の距離測定信号の位相が変化し始めるので、移動体端末側で、固定局と同期して、送信開始点０のタイミングを知ることが重要となる。  しかし、前記の送信開始点０を１つの固定局から送信された２つの距離測定信号から高い精度で検出することが困難であるため、３つの固定局間で相互に同期を取った距離測定信号を受信することが必須の条件となり、３つの固定局間で同期を取り、しかも移動体端末で３つの基地局から同時にあるいは短時間で受信できなければならない制約があるなどの問題点があった。【０００７】  特許文献３に記載されている従来の「ＲＦ位相デルタの判定による距離／測距」では、第１のトランスポンダから第２のトランスポンダへ、第１と第２の周波数の第１と第２の信号を送信し、前記第２のタランスポンダにおいてこれら２つの信号間の位相差を判定することで、前記第１と第２のトランスポンダ間の距離が測定できることが開示されている。  しかしながら、前記２つの信号間の比較およびその位相差を判定するのに、前記第２のトランスポンダにおいて、前記第１信号に位相ロックして基準信号を発生し、前記第２信号と混合して混合信号を発生し、カウンタにおいて、前記混合信号におけるヌルまたはピークの数をカウントすることによって位相差を判定している。  このため、距離の測定精度がヌルまたはピークの発生間隔によって支配され、（００２５）に記述されているように、第１信号に８８０ＭＨｚ、第２信号に８８４ＭＨｚを用いた場合、ヌルまたはピークが７５ｍおきに発生することになり、距離の測定精度は±３７．５ｍとなる。  なお、（００２６）に距離の測定精度を改善する方法が記述されているが、原理的に精度の改善には限界があり、ｃｍ単位の精度にまで高めることが難しい問題点がある。【０００８】  特許文献４に記載されている従来の「アクテイブタグ装置」では、発信手段あるいは中継手段において、同期しあるいは直交した複数の搬送波周波数あるいは副搬送波周波数あるいは複数の変調周波数あるいは複数の拡散符号速度の間でホッピングさせあるいは切替えられた超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信することが開示されている。  しかしながら、受信手段において前記発信手段あるいは中継手段からの距離を検知することが記述されているが、前記発信手段および受信手段の具体的な実現手段が記述されていない問題点があった。【０００９】  特許文献５に記載されている従来の「距離測定システム、距離測定方法ならびに通信装置」では、一つの移動端末から周波数の異なる２つの搬送波が送信され、他の移動端末の受信機で受信して２つの搬送波の位相差ΔΦを検出することで距離が算出されるとされている。  しかしながら、距離を求める根拠となっている（００６７）に開示されている式（６）と（７）では、周波数がｆ１とｆ２で異なるため、ΔΦは時間とともに変化しており、従って、（００７１）に開示されている距離Ｒは時間とともに変化している。  何らかの方法で、送信機側と受信機側で時間を合わせる必要があり、この点が本方式の問題点であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  この発明は、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を単一の信号発信手段から発信し、単一の信号受信手段で受信することによって距離を測定する装置において、前記信号発信手段から発信する複数の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を、前記信号受信手段において共通の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に変換し、前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出することによって、前記信号発信手段と信号受信手段の間の距離を高い精度で測定できる距離測定装置を安価に実現するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  この発明に係わる距離測定装置は、少なくとも単一の信号発信手段と、単一の信号受信手段および信号処理手段から構成され、  単一の信号発信手段からは同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信し、  単一の信号受信手段において、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の局発信号を生成し、前記複数の局発信号を用いて受信した複数の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号とミキシングして周波数が共通な中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に変換し、【００１２】  信号処理手段において、同期発振器から出力されるクロック信号を用いて周波数および／あるいは位相を検出するための位相・周波数検出器と、前記同期発振器から出力されるクロック信号の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せを制御し、前記中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号と前記クロック信号との同期を確立し保持するための同期確立・保持手段を設け、【００１３】  前記位相・周波数検出器と同期確立・保持手段によって、基準となる第１の周波数の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号に対応した第１の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号と前記クロック信号を同期状態とし、当該同期状態を保持して、少なくとも周波数が異なる第２の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号に対応した第２の中間周波信号あるいは変調信号あるいはバースバンド信号の周波数および／あるいは位相を検出し、前記検出結果から前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離を高精度で測定するものである。  上記の応用として、前記受信手段において局発信号の周波数を固定し、周波数が異なる複数の中間周波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号を出力し、前記信号処理手段において前記同期発振器から出力されるクロック信号の周波数を逓倍しあるいは分周することでも同様な効果が実現できる他、多様な応用が可能である。
【発明の効果】
【００１４】  従来の高精度で距離を測定する装置として、単一の信号発信手段から超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信し、距離を測定する対象物から反射されあるいは再発信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を単一の信号受信手段において受信されるまでの時間を測定し距離を測定するレーダあるいはトランスポンダなどと、単一の信号発信手段からＦＳＫ変調された高周波信号を単一の信号受信手段で受信して搬送波信号とＦＳＫ変調された信号と間の時間遅れを検出して距離を測定する「ＶＬＦ帯無線位置検知装置」などがあるが、これらは何れも高価であるか、距離の測定精度が低く、あるいは距離の測定に時間を要し、特に、３００ｍ以内の比較的に短距離での測定精度が低いなどの問題点があった。【００１５】  これに対して本発明の距離測定装置では、単一の信号発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を単一の信号受信手段で受信し、反射波あるいは再輻射波を用いることなく、直接距離を測定できる方法であり、３００ｍ以内の比較的に近い距離を高精度で、しかもリアルタイムで測定することが可能であり、しかも安価に実現できるなどの利点がある。  更に、方向あるいは向かっている方向を検出する手段と組み合わせることによって、移動体の位置を高い精度で標定できるメリットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  この発明に係わる距離測定装置は、図１、請求項１、および請求項５に本発明の第１の形態を示すように、信号発信手段１０１と信号受信手段１０２、および信号処理手段１０３から構成される。  信号発信手段１０１において、電圧制御発振器４の発振周波数を分周器６および位相比較器５から構成される位相同期ループによって基準発振器７と同期させて生成される周波数が固定の局発信号と、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の直交信号とをミキサ３でミキシングし、かつ／あるいは前記局発信号と同期信号をミキサ３で変調して複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号を生成し電力増幅器２によって増幅し、アンテナ１から高周波信号として空間に放射する。【００１７】  ミキサ３によりミキサングするタイミングと、直交信号発生器８ｂの少なくとも発振周波数を切り替えるタイミングを制御部９によって制御することで、前記複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号を同時および／あるいは時系列で生成することができる。  信号受信手段１０２において、基準発振器３２の発振周波数を分周器３２および位相比較器３３から構成される位相同期ループによって周波数が固定の第１局発信号を生成し、前記第１局発信号を第１ミキサ１６に印加し、アンテナ１０で受信し低雑音増幅器１１で増幅した受信信号とミキシングすることによって複数の周波数の第１中間周波信号に変換し、前記第１中間周波信号を増幅器１７により増幅し、第２ミキサ３５により第２中間周波信号に変換して信号処理手段１０３に入力する。【００１８】  信号処理手段１０３では、前記第２中間周波信号から同期信号検出器５１により同期信号を検出し、制御部５４の制御タイミングをスタートさせる。  前記信号発信手段１０１からは、前記同期信号がタイミングの基準となって複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号が発信されるので、制御部５４によって、直交信号発信器５５の周波数を設定し待ち受ける。【００１９】  前記同期信号を検出すると、制御部５４によって予め決められたタイミングで前記直交信号発生器５５の少なくとも発振周波数を制御し、第２ミキサ３５に供給して前記第１中間周波信号とミキシングし、周波数が共通な複数の第２中間周波信号に変換する。【００２０】  前記基準となる第１の搬送波信号あるいは副搬送波信号を受信中に、前記第１の周波数の搬送波信号あるいは副搬送波信号に対応する第１の第２中間周波信号と同期発振器５４で生成されるクロック信号との同期を確立するとともに、当該同期状態を保持し、第１の第２中間周波信号の周波数および／あるいは位相を位相・周波数検出器５２により検出し、続いて受信する少なくとも周波数が異なる第２の搬送波信号あるいは副搬送波信号に対応する第２の第２中間周波信号の周波数および／あるいは位相を位相・周波数検出器５２により検出し、前記検出結果から前記信号発信手段１０１と信号受信手段１０２の間の距離を高精度で測定することができる。【００２１】  図３および請求項３に本発明の第２の形態を示すように、信号受信手段１０２の直交信号発生器５５の周波数を切替える代わりに、信号処理手段１０３の同期発振器５３の出力信号を逓倍あるいは分周するための逓倍器５６を設けても同様な効果が得られる。  また、図８および請求項１１に回路構成を示す同期発振器５３を用いることによって、２つの入力信号間の同期を確立し、同期を安定に保持することができる効果がある。【００２２】  また、図８および請求項２６に本発明の第３の形態を示すように、前記信号発信手段１０１および／あるいは信号受信手段１０２に複数のアンテナあるいは複数の送受波器を設け、当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器を切替手段によって切替えることによって、当該信号発信手段１０１と信号受信手段１０２の間の距離を高精度で測定するとともに、当該信号発信手段１０１および／あるいは信号受信手段１０２の位置する方向が測定でき、従って、信号受信手段１０２の現在の位置を高い精度で標定できるメリットが付加される。【００２３】    （実施の形態１）  図１は本発明の第１の形態による距離測定装置の構成図、図２は信号の流れの例を示す図である。図１において、１０１は信号発信手段、１はアンテナ、２は電力増幅器、３はミキサ、４は電圧制御発振器、５は位相比較器、６は分周器、７は基準発振器、８ａは同期信号発生器、８ｂは直交信号発生器、９は制御部である。一方、１０２は信号受信手段、１０はアンテナ、１１は低雑音増幅器、１６は第１ミキサ、１７は第１中間周波増幅器、３１は電圧制御発振器、３２は分周器、３３は位相比較器、３４は基準発振器、３５は第２ミキサである。また、１０３は信号処理手段であり、５１は同期信号検出器、５２は位相・周波数検出器、５３は同期発振器、５４は制御部、５５は直交信号発生器、６１、６２、６３は接続点である。【００２４】  信号発信手段１０１において、電圧制御発振器４は、その発振周波数および位相が分周器６および位相比較器５から構成されるフエイズロックループによって基準発振器７の周波数および位相にロックされ、搬送波信号あるいは副搬送波信号を生成し、前記同期信号発生器８ａによって生成される同期信号および／あるいは直交信号とミキサ３によってミキシングしあるいは変調をかけて、電力増幅器２で増幅してアンテナ１から高周波信号として空間に放射する。  前記直交信号発生器８ｂの少なくとも発振周波数が制御部９によって周期的に切替え制御され、図２に示す第１の制御起点２０３ａにおいて設定された第１の直交信号と、第２の制御起点２０３ｂにおいて設定された第２の直交信号２０２とは同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なって生成される。【００２５】  信号発信手段１０１は以上のように構成されるため、アンテナ１からは、同期信号によってヘッダー部分が変調され、制御部９によって厳密に制御されたタイミングで同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の直交信号によってミキシングされあるいは変調された高周波信号がバースト状に放射されている。【００２６】  一方、信号受信手段１０２において、電圧制御発振器３１は、その発振周波数および位相が分周器３２および位相比較器３３から構成されるフエイズロックループによって基準発振器３４の周波数および位相にロックされ、局発信号を生成して第１ミキサ１６に印加し、アンテナ１０により受信し低雑音増幅器１１で増幅された受信信号とミキシングすることによって複数の周波数の第１中間周波信号に変換し、第１中間周波増幅器１７により増幅し、第２ミキサ３５によって接続点６３を介して供給される少なくとも周波数が異なる複数の直交信号とミキシングして少なくとも周波数帯が共通な第２中間周波信号に変換し、接続点６１を介して信号処理手段１０３に出力する。【００２７】  信号処理手段１０３は、前記信号受信手段１０２から出力される第２中間周波信号から同期信号を検出するための同期信号検出器５１と、前記第２ミキサに直交信号を供給するための直交信号発生器５５と、周波数および／あるいは位相を検出するための位相・周波数検出器５２と、位相・周波数検出器５２にクロック信号を供給するための同期発振器５３と、制御部５４から構成される。  ここで、前記同期発振器５３は、図９に回路構成を示すように、前記第２中間周波信号の周波数および／あるいは位相と前記同期発振器５３で生成するクロック信号の周波数および／あるいは位相との同期を確立するための同期確立手段と、同期したことを検出するための同期検出手段と、同期を保持させるための同期保持手段を内蔵するものとする。【００２８】  また、前記位相・周波数検出器５２は、例えば、図６に示すように、前記第２中間周波信号をクロック信号の周期でデジタル信号に変換し、ＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルと積和演算し、あるいは高速フーリエ変換し、あるいは、図７に示すように、ＩＱ信号に変換した後ゼロビートをとるなどの方法で入力信号の周波数および／あるいは位相を検出する。【００２９】  前記信号発信手段１０１が第１の制御起点において同期信号を含む第１の直交信号に対応する第１の高周波信号を発信すると、前記信号処理手段１０３の同期信号検出器５１が前記同期信号を検出し、前記制御部５４が制御タイミングを起動する。  前記信号発信手段１０１から発信される前記第１の直交信号に対応する第１の第２中間周波信号に、前記同期発振器５３から出力されるクロック信号が同期したことを前記同期発振器５３に内蔵する同期検出手段によって検出した時点で、前記同期発振器５３に内蔵された同期保持手段によってクロック信号の周波数および／あるいは位相を保持させる。【００３０】  前記同期発振器５３が同期状態を保持している間に、前記第１の第２中間周波信号の周波数および／あるいは位相を前記位相・周波数検出器５２によって検出し、続いて、前記信号発信手段１０１からは第２の制御起点において少なくとも周波数が異なる第２の直交信号に対応して第２の高周波信号が空間に放射され、前記信号処理手段１０３において前記直交信号発生器５５の周波数が前記制御部５４によって切替えられ、前記信号受信手段１０２の第２ミキサ３５に接続点６３を介して第２の直交信号を供給し、第２の第２中間周波信号の周波数および／あるいは位相を前記位相・周波数検出器５２によって検出し、当該検出結果から、前記信号発信手段１０１と前記受信信号手段１０２との間の距離を高精度で測定することができる。【００３１】  前記の信号発信手段１０１から発信される第１の高周波信号と第２の高周波信号をａＳｉｎ（２πｆ１ｔ）、ａＳｉｎ（２πｆ２ｔ）とすると、前記信号受信手段１０２で受信される前記第１の高周波信号と第２の高周波信号は、前記信号発信手段１０１からの距離をＤ（ｍ）とすると、ＡＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋（２πＤ／λ１）｝、ＡＳｉｎ｛２πｆ２ｔ＋（２πＤ／λ２）｝となる。ここで、λ１は前記第１の高周波信号の波長であり、λ２は前記第２の高周波信号の波長である。【００３２】  前記信号受信手段１０２で周波数が異なる第１中間周波信号に変換され、更に、信号処理手段１０３から供給される周波数が異なる複数の直交信号と第２ミキサによってミキシングして第２中間周波信号に変換される過程において、前記第１の高周波信号に対応して前記信号処理手段１０３において生成される第１の直交信号をＢＳｉｎ（２πｆＬ１ｔ＋φ）とし、前記第２の高周波信号に対応して前記信号処理手段１０３において生成される第２の直交信号をＢＳｉｎ（２πｆＬ２ｔ＋φ）とすると、前記第１の第２中間周波信号はＡＢＳｉｎ｛２πｆｉｔ＋（２πＤ／λ１）−φ｝、前記第２の第２中間周波信号はＡＢＳｉｎ｛２πｆｉｔ＋（２πＤ／λ２）−φ｝で表される。ここで、ｆｉ＝ｆ１−ｆＬ１、ｆｉ＝ｆ２−ｆＬ２とする。  前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号を比較すると、周波数が同じであるが位相のみ相違することになり、前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号が同時に受信できる場合には、測定のタイミングに関係なく位相差を測定できることになる。【００３３】  しかし、現実には、前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号を同時に受信するには２台の受信機を持つ必要があり、２台の受信機の間の特性の差が距離の測定精度を悪化させるので、前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号を交互に受信して位相差を測定する必要がある。  そこで、前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号の間の位相差を測定する制御起点として、前記第１の第２中間周波信号に対してｔ１とし、前記第２の第２中間周波信号に対してｔ２とすると、ｔ１とｔ２の間隔を制御部５４によって厳密に管理することによって解決できる。【００３４】  前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号は、前記の同期状態が保持されていると、周波数は同一であるが距離Ｄ（ｍ）に相当する分だけ位相差が生じており、当該位相差ΔΦは、ΔΦ＝（２πＤ／λ１）−（２πＤ／λ２）＝２πＤ｛（１／λ１）−（１／λ２）｝＝（Ｄ／Ｃ）｛２π（ｆ１−ｆ２）｝となり、前記信号発信手段１０１と信号受信手段１０２の間の距離Ｄ（ｍ）は、Ｄ＝（Ｃ×ΔΦ）／｛２π（ｆ１−ｆ２）｝から求めることができる。ここで、Ｃは光の速度とする。【００３５】  例えば、ｆ１−ｆ２＝５ＭＨｚとすると、前記信号発信手段１０１と信号受信手段１０２の間の距離が６０ｍのとき、前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号の間の位相差は３６０°となるので、前記位相差の測定精度を±０．５°とすると、距離の測定精度は、距離が６０ｍのとき、±８ｃｍとなり、高精度の距離の測定が可能となる。【００３６】  なお、前記同期が確立し保持されていない場合が起こると、距離の測定精度が悪くなる。  そこで、前記遅延同期ループ発振器５４の周波数のズレがΔｆの場合、前記信号発信手段から発信される複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号の周波���をｆ１⇒ｆ２⇒ｆ１の順序で変化させると、上記の検出された位相差は（ｆ１−ｆ２＋Δｆ）−（ｆ２−ｆ１＋Δｆ）＝２（ｆ１−ｆ２）となるので、周波数のズレ分のΔｆを削減することができる。  ここで、前記複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号の周波数をｆ１⇒ｆ２⇒ｆ１の順序で変化させるとき、前記複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号に対応する制御起点の間隔を同一としあるいは整数倍とし、前記制御起点の間隔でに生成される前記複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号のサイクル数を整数倍としあるいは同一とすることで、直交性を確保しあるいは維持することが容易となる利点が得られる。【００３７】  ただし、測定期間中に周波数のずれが１サイクルを超えると位相差が３６０°を超えるので距離の測定が不定となるので、測定中に１サイクルを超えないように同期を確立し保持する必要がある。  なお、前記同期しあるいは直交した複数の高周波信号を生成する方法として、周波数をホッピングさせ、あるいはＦＳＫ変調を行い、あるいは単一の変調信号あるいはベースバンド信号を用いて搬送波信号あるいは副搬送波信号を振幅変調し、あるいは両側帯波変調し、あるいは単側帯波変調を上下に繰り返しても同様な効果が得られる。【００３８】  また、信号発信手段１０１からは高周波信号として発信する場合について説明したが、超音波信号あるいは光信号として発信しても同様な効果が得られる。  また、前記同期発振器５３の内部の発振器には、図８に一例を示すように、周波数および／あるいは位相が制御可能であり特定の周波数および／あるいは位相に保持可能である信号発振器の他に、位相比較器、同期確立手段、同期検出手段、および同期保持手段などが内蔵されている。  また、前記直交信号発生器５５を信号受信手段１０２に設け、あるいは前記第２ミキサ３５を信号処理手段１０３に設けても同様な効果がえられる。【００３９】  また、前記信号発信手段１０１において生成される同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の高周波信号が変化部分（直交信号）と固定部分（局発信号）から構成され、前記信号受信手段１０２において生成される同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の局発信号が変化部分（直交信号）と固定部分（局発信号）から構成され、少なくとも、前記信号発信手段１０１で生成される変化部分と前記信号受信手段１０２で生成される変化部分とを同一とし、あるいは相似とし、あるいは類似とすることが望ましい。  また、前記信号発信手段１０１の固定部分と信号受信手段１０２の固定部分との周波数の差が前記信号受信手段１０２の第１中間周波数および／あるいは第２中間周波数と同じとすることが望ましい。【００４０】    （実施の形態３）  図３は、本発明の第２の形態による距離測定装置の構成図である。図３において、１０２は信号受信手段、１０はアンテナ、１１は低雑音増幅器、１６はミキサ、１７は中間周波増幅器、３１は電圧制御発振器、３２は分周器、３３は位相比較器、３５は基準発振器であり、１０３は信号処理手段、５１は同期信号検出器、５２は位相・周波数検出器、５３は同期発振器、５４は制御部、５６は逓倍あるいは分周器、６１、６２は接続点である。【００４１】  信号受信��１０２において、電圧制御発振器３１は、その発振周波数および位相が分周器３２および位相比較器３３から構成される位相同期ループによって基準発振器３５の周波数および位相にロックされ、周波数が固定の局発信号を生成としてミキサ１６に印加し、アンテナ１０により受信し低雑音増幅器１１で増幅された受信信号とミキシングすることによって周波数が異なる中間周波信号に変換し、中間周波増幅器１７により増幅し、接続点６１を介して信号処理手段１０３に出力する。【００４２】  信号処理手段１０３は、前記中間周波信号から同期信号を検出するために同期信号検出器５１と、当該中間周波信号の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せを検出するための位相・周波数検出器５２と、周波数および／あるいは位相を測定するための基準となるクロック信号を前記位相・周波数検出器５２に供給するための逓倍・分周器５６と、同期発振器５３と、制御部５４から構成される。【００４３】  前記逓倍・分周器５６を待ち受け状態では逓倍・分周数（×Ｐ１）に設定して、前記信号発信手段１０１（記載せず）の第１のタイミングで放射される高周波信号を待ち受けている。  なお、前記位相・周波数検出器５２の主要部には、例えば、図７に示すように、前記中間周波信号をクロック信号の周期でデジタル信号に変換し、ＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルと積和演算する方法、あるいは高速フーリエ変換する方法、あるいは図８に示すように、ＩＱ信号に変換した後ゼロビートをとるなどの方法で入力信号の周波数および／あるいは位相を検出する。【００４４】  前記信号発信手段１０１が第１のタイミングで同期信号を含む第１の高周波信号を発信すると、前記同期信号検出器５１が当該同期信号を検出し、前記制御部５３が制御タイミングを起動する。  前記信号発信手段１０１から発信される前記第１の高周波信号に対応する第１の中間周波信号と前記クロック信号発振器５３の出力信号の発振周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せの差を検出し、両者の周波数および／あるいは位相が一致するよう前記同期発振器５３の周波数および／あるいは位相を制御し、両者が同期すると、前記同期発振器５３に内蔵する同期検出手段によって同期を検出し、同期が検出された段階で同期保持手段によって同期を保持する。【００４５】  前記同期発振器５３が同期状態を保持している間に、前記中間周波信号の周波数および／あるいは位相を前記位相・周波数検出器５２によって検出し、続いて、前記信号発信手段１０１からは、第２のタイミングで少なくとも周波数が異なる第２の高周波信号が空間に放射され、前記制御手段５４よって前記逓倍・分周器５６の分周数が逓倍・分周数（×Ｐ２）に切替えられ、前記受信手段１０２から出力される少なくとも周波数が異なる第２の中間周波信号の周波数および／あるいは位相を前記位相・周波数検出器５２によって検出し、前記検出結果から、前記信号発信手段１０１と前記受信信号手段１０２との間の距離を高精度で測定することができる。【００４６】  なお、前記同期発振器５３の内部の発振器には、図８に一例を示すように、遅延ロックループ発振器、あるいは電圧制御水晶発振器、あるいは位相同��ループ発振器、あるいは数値制御発振器、あるいは周波数および／あるいは位相が制御可能であり同期状態の周波数および／あるいは位相を保持可能できるデジタル制御発振器をが内蔵されている。  また、位相同期ループ発振器にΔΣ変調を用いても同様な効果が得られる。  また、前記信号発信手段１０１から複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号を並列に発信する場合には、位相・周波数検出器５２の入力側にバンドパスフイルタを挿入し、前記逓倍器５６の逓倍数を切替えるタイミングで当該バンドパスフイルタを切替える必要がある。【００４７】  図２は本発明の第１の形態における信号の関係を示す図であ。図５において、２０１、２０２は信号発信手段１０１（記載せず）から発信される第１の直交信号と第２の直交信号、２０３ａ、２０３ｂは制御部９（記載せず）から出力される制御起点、２０４ａ、２０４ｂは前記信号発振手段の制御起点２０３ａ、２０３ｂと信号受信手段１０２（記載せず）の制御起点２１０ａ、２１０ｂとの間の位相差、２０５は信号受信手段１０２において生成される第１局発信号であり、前記制御起点２１０ａ、２１０ｂとは必ずしも同期させる必要はなく、信号分周器２４の分周数が固定であるため固定の周波数である。【００４８】  ２０６、２０７は前記信号発信手段１０１の第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２に対応して出力される第１の第１中間周波信号と第２の第１中間周波信号、２０８、２０９は前記信号発信手段１０１の第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２に対応して前記信号受信手段１０２において生成される第１の直交信号と第２の直交信号、２１２、２１３は前記信号発信手段１０１の第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２に対応して出力される第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号、２１１ａ、２１１ｂは前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号の位相、２２１〜２３１はそれぞれの時間軸である。【００４９】  信号発信手段１０１から発信される第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２は、周波数は異なるが、前記信号発信手段１０１の制御部９（記載せず）から出力される制御起点２０３ａ、２０３ｂにおいて特定の位相（図中では電圧ゼロからの立ち上がり）に同期しており従ってお互いに直交している。  一方、信号受信手段１０２で生成される第１の局発信号２０５は固定の周波数であり、従って、当該信号受信手段１０２から出力される第１の第１中間周波信号２０６と第２の第１中間周波信号２０７の間の周波数は異なっており、そのままでは位相差を測定することが難しい。  そこで、前記信号受信手段１０２に第２ミキサ３５を設け、第１の第２中間周波信号２１２と第２の第２中間周波信号２１３を出力し、各々の位相２１１ａと２１１ｂとから位相差を求めることとする。【００５０】  前記信号受信手段１０２の第１の第２中間周波信号２１２と第２の第２中間周波信号２１３のと間の位相差を測定するために、先ず、前記第１の第２中間周波数と同期発振器５３から出力されるクロック信号との同期を確立し、当該同期したクロック信号を位相検出器５２に供給して第１の第２中間周波信号２１２の周波数および／あるいは位相を測定し、当該第１の第２中間周波信号２０８との同期を保持した状態でクロック信号を前記位相・周波数検出器５２に供給し、前記第２の第２中間周波信号２１３の周波数および／あるいは位相を測定する。  前記第１の第２中間周波信号２１２と第２の第２中間周波信号２１３の位相２１１ａと２１１ｂが測定可能となり、従って、当該信号発信手段１０１と信号受信手段１０２との間の距離を高精度で測定することが可能となる。  また、前記信号発信手段１０１から前記第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２を同時に放射できる場合には、制御起点２０３ａと２０３ｂが同一のタイミングで生成することができるので、前記信号受信手段１０２において、位相差を測定することが容易となる。【００５１】  図４は本発明の第１の形態における信号の関係を示す図であ。図４において、２０１、２０２は信号発信手段１０１（記載せず）から発信される第１の直交信号と第２の直交信号、２０３ａ、２０３ｂは制御部９（記載せず）から出力される制御起点、２０４ａ、２０４ｂは前記信号発信手段１０１の制御起点２０３ａ、２０３ｂと信号受信手段１０２（記載せず）の制御起点２１０ａ、２１０ｂとの間の位相差、２０５は信号受信手段１０２において生成される第１局発信号であり、分周器２４の分周数が固定であるため固定の周波数である。【００５２】  ２０６、２０７は前記第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２に対応して出力される第１の中間周波信号と第２の中間周波信号、２０８、２０９は前記信号発信手段１０１の第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２に対応して前記信号受信手段１０２において生成される第１の直交信号と第２の直交信号、２１２、２１３は前記信号発信手段１０１の第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２に対応して出力される第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号、２１１ａ、２１１ｂは前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号の位相、２２１〜２３１はそれぞれの時間軸である。【００５３】  信号発信手段１０１から発信される第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２は、周波数は異なるが、前記信号発信手段１０１の制御部９（記載せず）から出力される制御起点２０３ａ、２０３ｂにおいて特定の位相（図中では電圧ゼロからの立ち上がり）に同期しており従ってお互いに直交している。  一方、信号受信手段１０２で生成される第１の局発信号２０５は固定の周波数であり、従って、当該信号受信手段１０２から出力される第１の第１中間周波信号２０６と第２の第１中間周波信号２０７の間の周波数は異なっており、そのままでは位相差を測定することが難しい。【００５４】  前記第１の中間周波信号２０６と第２の中間周波信号２０７の位相差を測定するために、先ず、前記第１の中間周波数と同期発振器５３の同期を確立し、第１のクロック信号２１４を前記位相検出器５２に供給して前記第１の中間周波信号２０６の周波数および／あるいは位相を測定し、当該第１の中間周波信号２０６との同期を保持した状態で、第２のクロック信号２１５を位相検出器５２に供給して前記第２の中間周波信号の周波数および／あるいは位相を測定する。【００５５】  前記第１の中間周波信号２０６と第２の中間周波信号２０７との位相��２１１ｂが測定可能となり、従って、当該信号発信手段１０１と信号受信手段１０２との間の距離を高精度で測定することが可能となる。  また、前記信号発信手段１０１から前記第１の高周波信号２０１と第２の高周波信号２０２を同時に放射できる場合には、制御起点２０３ａと２０３ｂとも同一タイミングとなるので、前記位相差を測定することが容易となる。【００５６】  図５は本発明の第３の形態における信号の流れの他の例を示す図である。図５において、２０１、２０２は信号発信手段１０１（記載せず）から発信される第１の直交信号と第２の直交信号、２０３ａ、２０３ｂは信号発信手段１０１の制御部９（記載せず）から出力される制御起点、２０４ａ、２０４ｂは前記信号発振手段の制御起点２０３ａ、２０３ｂと信号受信手段１０２（記載せず）の制御起点２１０ａ、２１０ｂとの間の位相差、２０５は信号受信手段１０２において生成される第１局発信号であり、前記制御起点２１０ａ、２１０ｂとは必ずしも同期させる必要はなく、信号分周器２４の分周数が固定であるため固定の周波数である。【００５７】  ２０６、２０７は前記信号発信手段１０１の第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２に対応して出力される第１の第１中間周波信号と第２の第１中間周波信号、２０８、２０９は前記信号発信手段１０１の第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２に対応して前記信号受信手段１０２において生成される第１の直交信号と第２の直交信号、２１２、２１３は前記信号発信手段１０１の第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２に対応して出力される第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号のゼロビート出力であり、２１１ａ、２１１ｂは前記第１の第２中間周波信号と第２の第２中間周波信号の位相に応じた直流電圧、２２１〜２３１はそれぞれの時間軸である。【００５８】  信号発信手段１０１から発信される第１の直交信号２０１と第２の直交信号２０２は、周波数は異なるが、前記信号発信手段１０１の制御部９（記載せず）から出力される制御起点２０３ａ、２０３ｂにおいて特定の位相（図中では電圧ゼロからの立ち上がり）に同期しており従ってお互いに直交している。  一方、信号受信手段１０２で生成される第１の局発信号２０５は固定の周波数であり、従って、当該信号受信手段１０２から出力される第１の第１中間周波信号２０６と第２の第１中間周波信号２０７の間の周波数は異なっており、そのままでは位相差を測定することが難しい。  そこで、前記信号受信手段１０２に第２ミキサ３５を設け、第１の第２中間周波信号２１２と第２の第２中間周波信号２１３を出力し、各々の位相２１１ａと２１１ｂとから位相差を求めることとする。【００５９】  前記信号受信手段１０２の第１の第２中間周波信号２１２と第２の第２中間周波信号２１３のと間の位相差を測定するために、先ず、前記第１の第２中間周波数と第１の直交信号２０８との間がゼロビートとなるように制御し、前記位相検出器５２によって第１の第２中間周波信号２１２の周波数および／あるいは位相を測定し、当該第１の第２中間周波信号２０８とのゼロビートを保持した状態で第２の直交信号２０９を前記位相・周波数検出器５２に供給し、前記第２の第２中間周波信号２１３の周波数および／あるいは位相を測定する。  前記第１の第２中間周波信号２１２と第２の第２中間周波信号２１３の位相２１１ａと２１１ｂが測定可能となり、従って、当該信号発信手段１０１と信号受信手段１０２との間の距離を高精度で測定することが可能となる。【００６０】  ここで、ゼロビートに制御するためには、前記第１の第１中間周波信号の周波数と第１の直交信号の周波数とが同じとなるように制御し、同様に、前記第２の第１中間周波信号の周波数と第２の直交信号の周波数とが同じとなるように制御する必要がある。  また、前記のようにゼロビートをとる代わりに、前記中間周波信号をデジタル信号に変換する際のサンプリング周波数を変化させることでも同様な効果が得られる。【００６１】  図６は、本発明の位相・周波数検出器の一例を示す構成図である。図６において、６１、６４、６５は接続点、５２１はアナログ・デジタル変換器、５２２ａはＳｉｎ積和演算器、５２２ｂはＣｏｓ積和演算器、５２３はＡｒｃＴａｎ演算器である。  信号受信手段１０２（記載せず）から出力される中間周波信号は、接続点６１を介して入力され、アナログ・デジタル変換器５２１によってデジタル信号に変換され、２分岐されてＳｉｎ積和演算器５２２ａとＣｏｓ積和演算器５２２ｂに印加される。  周波数および／あるいは位相を測定するための基準となるクロック信号は、接続点５２５を介して入力され、３分岐され、アナログ・デジタル変換器５２１、Ｓｉｎ積和演算器５２２ａ、およびＣｏｓ積和演算器５２２ｂに印加される。【００６２】  前記Ｓｉｎ積和演算器５２２ａのルックアップテーブルには「０，１，０，−１」を基本単位として用い、前記Ｃｏｓ積和演算器５２２ｂのルックアップテーブルには「１，０，−１，０]を基本単位として用いることで、積和演算を高速で処理できるメリットが得られる。  前記積和演算器５２２ａ、５２２ｂの出力は、ＡｒｃＴａｎ演算器５２３によって、位相Φ＝ＡｒｃＴａｎ（Ｓｉｎ／Ｃｏｓ）が計算され、結果が接続点６４を介して制御部５４（記載せず）に出力される。  なお、前記位相・周波数検出器を利用して、図９に一例を示す同期発振器の内部に内蔵されているデジタル位相比較器として用いることも可能である。【００６３】  図７は、本発明の位相・周波数検出器の他の例を示す構成図である。図７において、６１、６４、６５は接続点、５２４ａ、５２４ｂはミキサ、５２６ａ、５２６ｂは低域通過フイルタ、５２１ａ、５２１ｂはアナログ・デジタル変換器、５２３はＡｒｃＴａｎ演算器、５２５は９０°移相器である。  信号受信手段１０２（記載せず）から出力される中間周波信号は、接続点６１を介して入力され、２分岐されてミキサ５２４ａと５２４ｂに印加される。【００６４】  周波数および／あるいは位相を検出するための基準となるクロック信号は、接続点５２５を介して入力され、２分岐され、一方は直接ミキサ５２４ａに第１の局発信号として印加され、もう一方は９０°移相器５２５により９０°移相されてミキサ５２４ｂに第２の局発信号として印加される。  前記ミキサ５２４ａからはＩ信号が出力され、低域通過フイルタ５２６ａにより高調波が取りの除かれ、アナログ・デジタル変換器５���１ａによりデジタル変換され、ＡｒｃＴａｎ演算器５２３にＩ信号として入力される。【００６５】  前記ミキサ５２４ｂからはＱ信号が出力され、低域通過フイルタ５２６ｂにより高調波が取りの除かれ、アナログ・デジタル変換器５２１ｂによりデジタル変換され、ＡｒｃＴａｎ演算器５２３にＱ信号として入力される。  前記ＡｒｃＴａｎ演算器５２３によって、位相差Φ＝ＡｒｃＴａｎ（Ｉ／Ｑ）が計算され、結果が接続点６４を介して制御部５４（記載せず）に出力される。【００６６】  なお、前記位相・周波数検出器を利用して、図９に一例を示す同期発振器の内部に内蔵されている位相比較器に用いることができる。  また、ミキサ５２６ａ、５２６ｂの出力周波数は共にゼロビート（直流）に設定する他に、共通な任意の周波数に変換した後に位相を測定することができる。【００６７】  図８は、本発明の同期発振器の一例を示す構成図である。図８において、５３は同期発振器、５３１は同期確立・同期保持回路、５３２はデジタル位相比較器、５３３はデジタル制御発振器、６７、６８、６９、７０は接続点である。  信号受信手段１０２（記載せず）から出力される中間周波信号は、同期入力信号として接続点６１を介して入力され、前記同期確立・保持回路５３１を介して前記デジタル位相比較器５３２に接続され、前記同期入力信号と前記デジタル制御発振器５３３の出力信号との間の位相が比較され、比較された結果は前記デジタル制御発振器５３３の制御信号として入力され、前記デジタル制御発振器５３３の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せを制御し、接続点６８から同期出力信号として出力される。【００６８】  前記同期入力信号と同期出力信号との間で周波数および／あるいは位相が同期すると、同期検出信号が接続点７０から制御部５４（記載せず）に向けて出力され、前記制御部５４から同期保持信号が接続点６９を介して同期確立・保持回路５３１に入力され、前記デジタル制御発振器５３３の発振周波数および／あるいは位相を保持させる。【００６９】  前記同期確立・保持回路５３１は、例えば、ＡＮＤゲートあるいはＯＲゲートで構成され、接続点６９に「０」あるいは「１」が印加されるとＡＮＤゲートあるいはＯＲゲートの出力は「０」あるいは「１」に固定され、同期が確立した状態を擬似的に設定することで、前記デジタル位相比較器５３２の出力信号はＯＦＦに保持され、デジタル制御発振器５３３の周波数および／あるいは位相を保持するよう制御する。  なお、前記デジタル位相比較器５３２の出力信号を前記デジタル制御発振器５３３の周波数設定レジスタに加減算することで発振周波数を制御することができる。【００７０】  前記デジタル制御発振器５３３の例として、デジタル信号によって制御する電圧制御発振器、あるいは数値制御発振器、あるいは周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せが制御可能であり特定の周波数あるいは位相あるいは遅延時間あるいはこれらの組合せに設定可能でありかつ保持可能であるデジタル制御発振器を用いることができる。【００７１】  また、前記デジタル制御発振器５３３として数値制御発振器を用い、前記デジタル位相比較器５３１から出力されるデジタル制���信号によって前記数値制御発振器の発振周波数および／あるいは位相を制御して同期状態とし、当該デジタル信号を保持することで前記同期状態を保持させることで、発振周波数が高安定であり、同期引き込み時間が短く、同期引き込み時および同期確立・保持のための制御が安定な同期発振器を実現することができる。  また、前記制御起点によって、前記数値制御発振器の加算器（アキュムレータ）をリセットすることで、出力信号の電圧セロ点を容易にコントロールすることが可能となる。【００７２】    （実施の形態４）  図９は本発明の第４の形態による距離測定装置の構成図である。図９において、１ａ、１ｂは信号発信手段１０１に接続された複数のアンテナ、１ｃは当該複数のアンテナ１ａ、１ｂを切替えるためのアンテナ切替手段、１０ａ、１０ｂは信号受信手段１０２に接続された複数のアンテナ、１０ｃは当該複数のアンテナ１０ａ、１０ｂを切替えるためのアンテナ切替手段、６６は制御部５４とアンテナ切替器１０ｃとの接続点であり、その他は図１と同様である。【００７３】  前記複数のアンテナ１ａ、１ｂおよび／あるいはアンテナ１０ａ、１０ｂは前記高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号の１波長以下の間隔で配置され、前記信号発信手段１０１が当該高周波信号を発信しあるいは前記信号受信手段１０２が当該高周波信号を受信する間に、制御部９あるいは制御部５４によって制御される前記アンテナ切替手段１ｃあるいは１０ｃによって周期的に切替えられているものとする。【００７４】  上記の構成により、信号発信手段１０１と信号受信手段１０２との間の距離を測定することが可能となるとともに、当該信号発信手段１０１および／あるいは信号受信手段１０２が位置する方向および／あるいは向かっている方向を高精度で測定できることから、単一の信号発信手段１０１を固定して設置することで信号受信手段１０２の現在位置（距離と方向）を高精度で標定できるメリットが生じ、あるいは単一の信号受信手段１０２を固定して設置することで信号発信手段１０１の現在位置（距離と方向）を高精度で標定できるメリットが生じる。【００７５】  ここで、例えば、前記信号発信手段１０１が携帯電話システムの基地局であり、前記信号受信手段１０２が携帯端末である場合、単一の基地局からの無線信号を受信することで携帯端末の正確な位置（距離と方向）が標定できることになる。  また、前記信号発信手段１０１が複数箇所に設置されている場合には、複数箇所からの距離と方向を測定することで、双曲線航法あるいは三角法などの方法により、前記信号受信手段１０２の正確な位置を標定することができる。  また、前記信号発信手段１０１の複数のアンテナ１ａ、１ｂを切替手段１ｃによって切替える代わりに、複数のアンテナ１ａ、１ｂをセクター化することでも概略の方向を測定できることから、前記信号受信手段１０２の概略の位置（距離は正確）を標定することができる。【００７６】  また、前記信号発信手段１０１および／あるいは信号受信手段１０２に２基の指向性アンテナ１ａ、１ｂあるいは１０ａ、１０ｂを当該信号発信手段１０１から発信される信号の１波長以下の間隔で配置して接続し、当該２基の指向性アンテナの指向を水平方向��るいは水平方向から斜め下方に向けて設置することで、マルチパスによる方向測定の誤差を軽減するとともに、位置（距離と方向）標定が可能な距離を拡大することができる。  また、前記信号受信手段１０２および／あるいは信号発信手段１０１に複数のアンテナ１ａ、１ｂおよび／あるいは１０ａ、１０ｂとアンテナ切替器１ｃおよび／あるいは１０ｃを追加する以外は、距離のみを測定のに必要な回路構成と共通であることから、距離の測定に加えて方向の測定を行なうために上昇するコストを低く抑えることができる。【００７７】  図１０は、本発明の距離測定装置による距離の測定結果から位置を標定する際の概念図である。図１０において、３０１は比較的に高い位置に設置された信号発信手段あるいは信号受信手段、３０２は比較的に低い位置に設置されあるいは移動する信号発信手段あるいは信号受信手段、３０３は地面あるいは床面など、３１１は前記の測定方法により測定された距離（Ｌｍ）、３１２は前記比較的に高い位置と比較的に低い位置との差（Ｈｍ）、３１３は比較的に低い位置の高さ（ｈｍ）、３１４は水平方向の距離（Ｄｍ）である。【００７８】  前記の測定方法により測定された距離（Ｌｍ）３１１が求められると、水平方向の距離（Ｄｍ）３１４は既知の三角形の定理により容易に算出することができる。  なお、比較的に高い位置に設置された発信手段あるいは信号受信手段３０１は、例えば、柱あるいは天井などに設置され、比較的に低い位置に設置されあるいは移動する信号発信手段あるいは信号受信手段３０２は、例えば、歩行者が携帯しあるいは移動体に装着されている。【００７９】  また、比較的に高い位置に設置された発信手段あるいは信号受信手段３０１の周辺の地理によっては、より複雑な演算が必要となるので、前記比較的に高い位置に設置された信号発信手段あるいは信号受信手段３０１から周辺の地理に関する情報を発信することも有効である。  また、上記に加えて、信号発信手段あるいは信号受信手段が設置された方向あるいは信号発信手段あるいは信号受信手段が向かっている方向が検出できれば、信号発信手段あるいは信号受信手段の位置の標定が可能となる。【００８０】  以上の説明では、デジタル位相比較器を用いることとしたが、ハードウエアを用いた積和演算器を用いて位相を測定し、あるいはＤＳＰあるいはマイクロコンピュータを用いてソフトウエアによりＦＦＴ演算を行なって位相を測定し、あるいは既存の技術を採用することで実現できる。ソフトウエアによる演算では処理時間が遅くなりリアルタイムでの処理が難しくなるので、ハードウエアにより処理する方が処理時間、電流消費の面、およびコストの面などの点から有利である。【００８１】  また、前記信号発信手段から超音波トランスデューサーあるいは超音波送波器を用いて超音波信号を発信し、前記受信手段において超音波トランスデューサーあるいは超音波受波器を用いて超音波信号を受信し、あるいは前記発信手段において発光ダイオードあるいはレーザーダイオードを用いて光信号を発信し、前記受信手段においてホトダイオードを用いて光信号を受信することでも同様な効果が得られる。【００８２】  また、前記信号発信手段において、基準発振器に同期し��変調信号あるいはベースバンド信号を生成し、あるいは直交する複数の変調信号あるいはベースバンド信号を生成し、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波を変調して発信し、前記信号受信手段において、基準発振器に同期した局発信号を生成して受信した変調信号あるいはベースバンド信号とミキシングして共通の周波数の変調信号あるいはベースバンド信号に変換することでも同様な効果が得られる。【００８３】  また、前記信号発信手段から発信される共通の搬送波信号あるいは副搬送波信号が、同期しあるいは直交する少なくともチップレートが異なる複数のスペクトル拡散符号により拡散されている場合には、前記信号受信手段において受信した拡散された共通の搬送波信号あるいは副搬送波信号を逆拡散するために用いる複数のスペクトル拡散符号を生成するためのチップレートが異なる複数の同期信号を前記複数の変調信号あるいはベースバンド信号とすることができる。【００８４】  また、前記信号発信手段において、同期しあるいは直交し少なくとも周波数が異なる複数の信号を生成するタイミングで前記信号発信手段および／あるいは受信手段に接続した複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替え、前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離と方向を測定することによってマルチパスあるいはハイトパターンにより生じる測定誤差を軽減することができる。【００８５】  また、前記信号発信手段においてウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）のスペクトル拡散符号を用いて超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号に変換して発信しても同様な効果が得られる。この場合、複数のアンテナあるいは複数の送受波器の間隔は、当該スペクトル拡散符号のチップレートに対応する間隔以下となる。  また、上記の距離測定方法を携帯電話システムを含む移動無線システム全般、あるいは測量システムなど、距離あるいは距離と方向の標定が必要なシステムに汎用的に適用することが出来る。【００８６】  また、前記信号発信手段と信号受信手段との間の距離測定を複数回実施した結果を統計処理し、前記発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の伝搬経路の分布状況あるいはマルチパスの発生状況を推定することで距離測定の精度を高めることができる。  また、複数回実施した距離測定の結果の分布とモデル化した距離測定の分布とを比較することで前記伝搬経路の分布状況あるいはマルチパスの発生状況を推定することができる。【００８７】  また、前記信号発信手段から発信される複数の信号の周波数あるいはチップレートの変化を小さな変化から大きな変化まで段階的に切替えることによって、前記信号受信手段で受信する複数の信号から、長いレンジから短いレンジまで段階的に切替えて距離を測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】  本発明は、上記のように構成されているため、単一の信号発信手段あるいは単一の信号受信手段を固定して設置することで、信号発信手段と信号受信手段との間の距離を高精度で測定することが可能となり、方向あるいは向かっている方向の測定と合わせれば、位置の標定が高精度で行なえることになる。  位置の標定が高精度で行なえることから、歩行者が交差点などの横断歩道を渡る場合に、横断歩道から逸脱しないように誘導し、歩行を支援するためのシステムに利用可能である。  また、移動無線システムにおいて単一の基地局と携帯端末との間で方向と距離が測定可能となるので、高精度なカーナビゲーションシステムあるいは歩行者ナビゲーションシステムを実現することが可能となる。【００８９】  また、信号発信手段としてアクテイブタグを用い、受信手段として複数の基地局をネットワークで結ぶことで、アクテイブタグの正確な位置が検知できることから、マーケットなどで顧客の移動経路を調査するための動線管理、貨物の移動集積を効率化するための物流管理、あるいは迷子の探索などに用いることができる。  また、前記アクテイブタグを家畜あるいは野生動物に携帯させて正確な位置が検知することで、バイオテレメトリなどに用いることができる。【００９０】  また、信号受信手段をトランジット側に設置し発信手段をポール側に設置することで、距離と方向を高精度で測量することが可能である。なお、測量に用いる場合にはリアルタイム性はそれほど要求されないので、時間をかけてデータの取得回数を増やすことで測量の精度を上げることが可能である。  また、航行中の複数の船舶間、飛行中の複数の航空機間、あるいは走行中の複数の車両間などの間隔および方向を正確に測定できるので、衝突防止あるいは相互間の距離を維持するなどのシステムに活用することができる。【００９１】  また、移動体と操縦者相互間の１対１の通信によって移動体との相対的な位置関係が正確に測定できることから、移動体のリモコンなどが安価な装置で可能となる。  また、本発明の距離測定技術は基盤技術であり、その他の多分野での応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】実施の形態１による距離測定装置の構成図
【図２】実施の形態１における信号の流れの例を示す図
【図３】実施の形態２による距離測定装置の構成図
【図４】実施の形態２における信号の流れの例を示す図
【図５】実施の形態２における信号の流れの他の例を示す図
【図６】位相・周波数検出器の一例を示す構成図
【図７】位相・周波数検出器の他の例を示す構成図
【図８】同期発振器の一例を示す構成図
【図９】実施の形態３による距離測定装置の構成図
【図１０】距離の測定結果から位置を標定する際の概念図
【図１１】従来の実施例を示す構成図
【符号の説明】
【００９３】１                  アンテナ１ａ、１ｂ          複数のアンテナ１ｃ                アンテナ切替手段２                  電力増幅器３                  ミキサ４                  電圧制御発振器５                  位相比較器６                  分周器７                  基準発振器８ａ                同期信号発生器８ｂ                ＦＳＫ信号発生器９                  制御部１０                アンテナ１０ａ、１０ｂ      複数のアンテナ１０ｃ              アンテナ切替手段１１                低雑音増幅器１６                第１ミキサ１７                中間周波増幅器３１                電圧制御発振器３２                分周器３３                位相比較器３４                基準発振器３５                第２ミキサ【００９４】５１                同期信号検出器５２                位相・周波数検出器５３                同期発振器５４                制御部５５                直交信号発生器５６                逓倍・分周器６１〜７０          接続点１０１              信号発信手段１０２              信号受信手段１０３              信号処理手段２０１、２０２      第１と第２の直交信号２０３ａ、２０３ｂ  制御起点２０４ａ、２０４ｂ  発信制御起点と受信制御起点の間の位相差２０５              受信第１局発信号２０６、２０７      第１と第２の第１中間周波信号２０８、２０９      第１と第２の直交信号２１０ａ、２１０ｂ  制御起点２１１ａ、２１１ｂ  第１と第２の第２中間周波信号の位相差２１２、２１３      第１と第２の第２中間周波信号２１４、２１５      第１と第２のクロック信号２２１〜２３１      各信号の時間軸【００９５】３０１              比較的に高い位置に設置された信号発信手段あるいは信号受信手段３０２              比較的に低い位置に設置されあるいは移動する信号発信手段あるいは信号受信手段３０３              地面あるいは床面など３１１              前記の測定方法により測定された距離（Ｌｍ）３１２              前記比較的に高い位置と比較的に低い位置との差（Ｈｍ）３１３              比較的に低い位置の高さ（ｈｍ）３１４              水平方向の距離（Ｄｍ）５２１、５２１ａ    アナログ・デジタル変換器５２１ｂ            アナログ・デジタル変換器５２２ａ            Ｓｉｎ積和演算器５２２ｂ            Ｃｏｓ積和演算器５２３              ＡｒｃＴａｎ演算器５２４ａ、５２４ｂ  ミキサ５２５              ９０°移相器５２６ａ、５２６ｂ  低域通過フイルタ５３１              デジタル位相比較器５３２              同期確立・同期保持手段５３３              デジタル制御発振器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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