(57)【要約】      （修正有）【課題】安価な無線装置を用いて高精度で相互間の距離測定を実現することができる相互間距離測定装置を提供する。【解決手段】比較的に狭帯域の無線信号を利用し、少なくとも、第１送受信手段が生成し、時分割の期間保持している起点信号によって振幅変調した無線信号をバースト信号として間欠発信し、第２送受信手段において起点信号を復調し、復調した起点信号と同期を確立し保持した距離測定信号によって振幅変調した無線信号を、時分割のタイミングで折返し、第１送受信手段において距離測定信号を復調し、自局で生成し保持している起点信号を基準とし、復調した距離測定信号との伝搬遅延時間差を測定して相互間の距離を高精度で算出する。【選択図】図１
2014115225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定システムにおいて、
第１送受信手段が、前記無線信号をバースト信号として間欠送信するための第１送信手段と、前記無線信号を周波数分割あるいは時分割のタイミングで受信するための第１受信手段と、前記第１送信手段、第１受信手段、あるいはこれらの両方に局発信号を供給するための第１局発手段と、前記第１送信手段と第１受信手段とを制御するための第１制御手段と、前記第１送信手段と第１受信手段とで、アンテナを個別に備え、アンテナを時分割で切替え、あるいはアンテナを共有するための、第１アンテナおよび第１アンテナ切替手段とから構成され、
第２送受信手段が、前記無線信号をバースト信号として間欠送信するための第２送信手段と、前記無線信号を周波数分割あるいは時分割のタイミングで受信するための第２受信手段と、前記第２送信手段、第２受信手段、あるいはこれらの両方に局発信号を供給するための第２局発手段と、前記第２送信手段と第２受信手段とを制御するための第２制御手段と、前記第２送信手段と第２受信手段とで、アンテナを個別に備え、アンテナを時分割で切替え、あるいはアンテナを共有するための、第２アンテナおよび第２アンテナ切替手段とから構成され、
前記第１送受信手段において、
前記第１制御手段が、少なくとも、基準発振器に同期した起点信号を生成して、前記第１送信手段に向けて出力し、
前記第１送信手段が、前記第１制御手段から入力され、ロールオフフィイルタによって帯域制限した起点信号と前記第１局発手段によって生成された第１局発信号とを、直交ミキサを用いてミキシングし、振幅変調もしくはＯＯＫ変調を行い、所定の周波数に変換して電力増幅し、少なくとも、前記変調した起点信号と、別に生成し任意の変調方式で変調された同期信号とマックレイヤとを含む無線信号として、前記第１アンテナから空間に向けて放射し、
前記第２送受信手段において、
前記第２受信手段が、前記第２アンテナによって受信した無線信号と、前記第２局発手段によって生成された第２局発信号とを直交ミキサを用いてミキシングし、少なくとも、前記振幅変調もしくはＯＯＫ変調された起点信号を同期検波して復調し、中間周波フィルタもしくはベースバンドフィルタによって帯域制限し、等価帯域幅が１００ＭＨｚ以上である低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した起点信号を前記第２制御手段に向けて出力し、
前記第２制御手段が、前記第２受信手段から出力された起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も同期を保持して距離測定信号を生成し、前記生成した距離測定信号を前記第２送信手段に向けて出力し、
前記第２送信手段が、前記第２制御手段から入力され、ロールオフフィイルタによって帯域制限した距離測定信号と前記第２局発手段によって生成された第２局発信号とを、直交ミキサを用いてミキシングし、振幅変調もしくはＯＯＫ変調を行い、所定の周波数に変換して電力増幅し、周波数分割あるいは時分割のタイミングで、少なくとも、前記変調された距離測定信号と、別に生成し任意の変調方式で変調された同期信号とマックレイヤと、を含む無線信号として、前記第２アンテナから空間に向けて放射し、
前記第１送受信手段において、
前記第１受信手段が、前記第１アンテナによって受信した無線信号と、前記第１局発手段によって生成された第１局発信号とを直交ミキサを用いてミキシングし、少なくとも、前記変調された距離測定信号を同期検波して復調し、中間周波フィルタもしくはベースバンドフィルタによって帯域制限し、等価帯域幅が１００ＭＨｚ以上である低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した距離測定信号を前記第１制御手段に向けて出力し、
前記第１制御手段が、自局で生成し時分割の期間中も継続して保持している起点信号を基準として、前記第１受信手段によって復調された距離測定信号との伝搬遅延位相差、伝搬遅延時間差、あるいはこれらの両方を検出して、前記第１送受信手段と第２送受信手段との間の距離の測定を行う
ことを特徴とする比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置。
【請求項２】
前記請求項第１項において、前記受信手段への受信信号強度の変動に対し、前記受信手段に内在する伝搬遅延時間もしくは伝搬遅延移相の変動が、所定値以下に削減されあるいは抑制されていることを特徴とする比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置。
【請求項３】
前記請求項第１項において、前記受信手段の中間周波フィルタあるいはベースバンドフイルタの伝搬遅延時間が１０マイクロ秒以下であり、前記復調・増幅手段の伝搬遅延時間が１０ナノ秒以下であり、前記受信手段への受信信号強度の変化による前記復調・増幅手段の伝搬遅延時間の変化が１ナノ秒以下であることを特徴とする比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置。
【請求項４】
前記請求項第１項において、前記制御手段に同期確立・保持手段を設け、前記受信手段から出力される起点信号の立上点あるいはゼロ交差点を高精度で検出し、所定の高い周波数のクロック信号によって駈動される、単一もしくは複数組の信号生成カウンタをセットしあるいはリセットして瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も高精度で同期を保持することを特徴とする比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置。
【請求項５】
前記請求項第１項から第３項までのいずれかにおいて、前記送信手段からの出力信号を、前記受信手段への入力信号として直接折返して距離測定を行うことによって、前記送受信手段、受信手段、あるいはこれらの両方に内在する、伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間の定数部分と変数部分との一部あるいは全部を測定し、前記測定結果を用いて前記送受信手段相互間の距離測定結果を補正することを特徴とする比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置。
【請求項６】
前記請求項第１項において、前記アンテナが円偏波指向性アンテナであり、前記アンテナの指向性ビーム幅が目的に応じて設定されることを特徴とする比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置。
【請求項７】
前記請求項第１項から第５項のいずれかにおいて、前記バースト信号を複数回送信し、前記複数回の送信によって検出した相対距離から、前記送受信手段の間の相対速度を算出し、あるいは障害物との相対速度を算出することを特徴とする比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置。
【請求項８】
前記請求項第１項において、前記第２送受信手段が、前記第１送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送受信手段に向けて、複数の周波数スロットあるいはタイムスロットからランダムに選択された周波数スロットあるいはタイムスロットで折返して発信することを特徴とする比較的に広帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、比較的に狭帯域の無線信号を利用し、安価な装置を用いて実現できる、相互間距離測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、送信手段から発信される無線信号を、受信手段で受信することによって、送信手段と受信手段との間の距離を測定する装置が提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照）
【特許文献１】特開Ｈ１１−２１１８１８号公報
【特許文献２】特開Ｈ１０−２６８０２８号公報
【特許文献３】特開２００８−３０４１９２号公報
【０００３】
図８は、特許文献１に記載されている従来の「距離測定機」の実施例である。図８において、位置Ｂの送信機１は基準信号で変調された送信信号を送信し、これを受信した位置Ａの中継機２は周波数を変換した中継信号を送信する。位置Ｃの距離測定機３は、送信機１の送信信号と、中継機２の中継信号をともに受信し、元の基準信号を復調して位相差を検出し、これにより距離ｘ、距離ｙを算出するとされている。
しかしながら、中継機２が周波数を変換した同時送受信方式であり、送信機１とは別に中継機２を設置する必要があり、中継２が時分割方式の場合には適用できず、あるいは中継機２が設置されていない場所では距離測定ができない問題点がある。
【０００４】
また、特許文献２では、人工衛星１７の概算距離値に基づいてＰＮコード発生部１１で最適なコード系列を選択して、該コード系列の送信ＰＮコードを発生し、この送信ＰＮコードの信号を人工衛星に送信して、その折返した信号を受信し、その受信ＰＮコードを上記概算距離値に基づいた最適なコード系列から選択し、選択した受信ＰＮコードと送信ＰＮコードとより、人工衛星１７の距離を測定するように構成したものであるとされている。
しかしながら、人工衛星でＰＮコードを時分割で折り返す場合に、短時間でかつ高精度で同期を確立し、前記ＰＮコードが消滅した後も、長時間に渡り同期を維持するのが難しく、回路が複雑となり、高価となる問題点がある。
【０００５】
また、特許文献３では、第１の送受信機１０００から第２の送受信機２０００へ、周波数ｆ1／ＭＮの矩形波ＤTで周波数ｆ1の搬送波をＱＰＳＫ変調し、送信する。第２の送受信機２０００は、コスタスループにより搬送波を再生し、矩形波Ｄ２を復調する。この後周波数ｆ２（≠ｆ1）の搬送波を生成して、復調した矩形波で周波数ｆ２の搬送波をＱＰＳＫ変調し、第２の送受信機２０００から第１の送受信機１０００へ逆送信する。
【０００６】
第１の送受信機１０００はここから周波数ｆ1／ＭＮの矩形波ＤRを復調する。矩形波ＤRをＭ逓倍し、矩形波ＤTを生成する１／Ｍ分周器１５の入力である１／Ｎ分周器１４との位相差を検出する。位相差は、第１の送受信機１０００から第２の送受信機２０００までの距離の２倍を電波が通過した時間差であるとされている。
しかしながら、第１の送受信機１０００と第２の送受信機２０００は、異なる周波数で送受信する必要があり、時分割で通信する場合には適用できず、周波数の割り当てが難しいのと、高価となる問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、比較的に狭帯域の無線信号を利用し、安価な無線装置を用いた相互間距離測定装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置では、第１送受信手段で生成し時分割の期間保持している起点信号によって振幅変調もしくはＯＯＫ（オンオフキーイング）変調した無線信号を、ロールオフフィルタによって帯域制限した後に、バースト状の無線信号としてアンテナから空間に間欠的に発信し、第２送受信手段において前記無線信号をアンテナで受信して増幅し、直交ミキサを用いてミキシングして、少なくとも、前記振幅変調もしくはＯＯＫ変調された起点信号を同期検波して復調し、前記復調され中間周波フィルタもしくはベースバンドフィルタによって帯域制限された起点信号を、等価帯域幅が５００ＭＨｚ以上である、超高速のコンパレータを用いて増幅して方形波信号に変換し、前記方形波信号に変換した起点信号と高精度で同期を確立し、前記起点信号が消滅した後も少なくとも時分割の期間中基準発振器の精度で同期を保持することで、前記起点信号と高精度で同期した距離測定信号を生成し、前記生成した距離測定信号によって振幅変調もしくはＯＯＫ変調した無線信号を時分割のタイミングで前記第１送受信手段に向けて折返して発信する。
【０００９】
前記第１送受信手段において、前記第２送受信手段から発信された無線信号をアンテナで受信して増幅し、直交ミキサを用いてミキシングして中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換し、少なくとも、前記振幅変調もしくはＯＯＫ変調された距離測定信号を同期検波して復調し、前記復調され中間周波フィルタもしくはベースバンドフィルタによって帯域制限された距離測定信号を、等価帯域幅が５００ＭＨｚ以上である、超高速のコンパレータを用いて増幅して方形波信号に変換し、自局において生成し保持している点信号を基準として前記距離測定信号との伝搬遅延時間あるいは伝搬遅延位相を測定することで、前記第２送受信手段との間の相対距離を高精度で算出する。
なお、高精度の相互間距離測定を実現するためには、前記受信手段の中間周波フィルタあるいはベースバンドフイルタの伝搬遅延時間が１０マイクロ秒以下であり、前記復調・増幅手段の伝搬遅延時間が１０ナノ秒以下であり、前記受信手段への受信信号強度の変化による前記復調・増幅手段の伝搬遅延時間の変化が１ナノ秒以下とする必要がある。
また、前記受信手段の内部の伝搬遅延時間が、受信信号強度の変化に対応して、変動が比較的に少ない定数部分、変動が比較的に大きい変動部分、あるいはこれらの両方について距離補正を行うことで、高精度の距離測定を実現することができる。
【発明の効果】
【００１０】
前述のように、本発明の比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定装置によって、時分割による双方向通信による相互間の距離測定を高精度で実現できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるシステム構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態による送受信手段の構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態による無線信号の構成図
【図４】本発明の第１の実施の形態による相互間距離測定のためのタイミングチャート
【図５】従来の狭帯域送受信手段による距離測定誤差の測定データ
【図６】従来の狭帯域送受信手段による距離測定誤差の他の測定データ
【図７】本発明の同期確立・保持手段の構成図とタイミングチャート
【図８】従来の実施例を示す構成図
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるシステムの構成図である。図１において、１０１ａは第１送受信手段、１０１ｂは第２送受信手段、１１ａ、１１ｂは制御手段、１２ａ、１２ｂは送信手段、１３ａ、１３ｂは受信手段、１４ａ、１４ｂは局発手段、１５ａ、１５ｂはアンテナ切替手段、１６ａ、１６ｂはアンテナ、１７ａ、１７ｂは無線信号の伝搬路である。
【００１３】
図１および請求項１に示すように、比較的に狭帯域の無線信号を用いた相互間距離測定システムにおいて、第１送受信手段１０１ａが、前記無線信号をバースト信号として間欠送信するための第１送信手段１１ａと、前記無線信号を周波数分割あるいは時分割のタイミングで受信するための第１受信手段１２ａと、前記第１送信手段、第１受信手段、あるいはこれらの両方に局発信号を供給するための第１局発手段１４ａと、前記第１送信手段と第１受信手段とを制御するための第１制御手段１１ａと、前記第１送信手段と第１受信手段とで、アンテナを個別に備え、アンテナを時分割で切替え、あるいはアンテナを共有するための、第１アンテナ１６ａおよび第１アンテナ切替手段１５ａとから構成され、
【００１４】
第２送受信手段１０１ｂが、前記無線信号をバースト信号として間欠送信するための第２送信手段１１ｂと、前記無線信号を周波数分割あるいは時分割のタイミングで受信するための第２受信手段１２ｂと、前記第２送信手段、第２受信手段、あるいはこれらの両方に局発信号を供給するための第２局発手段１４ｂと、前記第２送信手段と第２受信手段とを制御するための第２制御手段１１ｂと、前記第２送信手段と第２受信手段とで、アンテナを個別に備え、アンテナを時分割で切替え、あるいはアンテナを共有するための、第２アンテナ１６ｂおよび第２アンテナ切替手段１５ｂとから構成される。
【００１５】
図２は本発明の第１の実施の形態による送受信手段の構成図である。図２において、１０１ａ、１０１ｂは第１および第２送受信手段、１１は制御手段、１２は送信手段、１３は受信手段、１４は局発手段、１５はアンテナ切替手段、１６はアンテナ手段、４１はアンテナ切替手段の入出力端子、４２ａは受信手段への入力端子、４３は低雑音増幅器、４４ａ、４４ｂは直交ミキサ、４５ａは局発信号発振器、４５ｂ、４５ｃは９０°移相器、４６ａ、４６ｂは中間周波フィルタもしくはベースバンドルィルタ、４７は同期検波・低伝搬遅延増幅手段、４８ａ、４８ｂは制御手段の入出力端子、４９は同期確立・保持手段、５０は距離測定手段、５１は信号生成手段、５２は距離測定データの出力端子、５３は変調・増幅手段、５４ａ、５４ｂはロールオフフィルタ、５５ａ、５５ｂは直交ミキサ、５６は電力増幅器、５８は送信手段の出力端子、４２ｂは送信手段からの出力端子である。
【００１６】
図２、および請求項１に示すように、前記第１送受信手段１０１ａにおいて、前記第１制御手段が、少なくとも、基準発振器に同期した起点信号を生成して、前記第１送信手段に向けて出力し、前記第１送信手段が、前記第１制御手段から入力され、ロールオフフィイルタによって帯域制限した起点信号と前記第１局発手段によって生成された第１局発信号とを、直交ミキサを用いてミキシングし、振幅変調もしくはＯＯＫ変調を行い、所定の周波数に変換して電力増幅し、少なくとも、前記変調した起点信号と、別に生成し任意の変調方式で変調された同期信号とマックレイヤとを含む無線信号として、前記第１アンテナから空間に向けて放射する。
【００１７】
前記第２送受信手段１０１ｂにおいて、前記第２受信手段が、前記第２アンテナによって受信した無線信号と、前記第２局発手段によって生成された第２局発信号とを直交ミキサを用いてミキシングし、少なくとも、前記振幅変調もしくはＯＯＫ変調された起点信号を同期検波して復調し、中間周波フィルタもしくはベースバンドフィルタによって帯域制限し、等価帯域幅が１００ＭＨｚ以上である低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した起点信号を前記第２制御手段に向けて出力し、前記第２制御手段が、前記第２受信手段から出力された起点信号と瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も同期を保持して距離測定信号を生成し、前記生成した距離測定信号を前記第２送信手段に向けて出力し、前記第２送信手段が、前記第２制御手段から入力され、ロールオフフィイルタによって帯域制限した距離測定信号と前記第２局発手段によって生成された第２局発信号とを、直交ミキサを用いてミキシングし、振幅変調もしくはＯＯＫ変調を行い、所定の周波数に変換して電力増幅し、周波数分割あるいは時分割のタイミングで、少なくとも、前記変調された距離測定信号と、別に生成し任意の変調方式で変調された同期信号とマックレイヤと、を含む無線信号として、前記第２アンテナから空間に向けて放射する。
【００１８】
前記第１送受信手段において、前記第１受信手段が、前記第１アンテナによって受信した無線信号と、前記第１局発手段によって生成された第１局発信号とを直交ミキサを用いてミキシングし、少なくとも、前記変調された距離測定信号を同期検波して復調し、中間周波フィルタもしくはベースバンドフィルタによって帯域制限し、等価帯域幅が１００ＭＨｚ以上である低伝搬遅延増幅手段あるいは広帯域増幅手段によって増幅し、前記復調した距離測定信号を前記第１制御手段に向けて出力し、前記第１制御手段が、自局で生成し時分割の期間中も継続して保持している起点信号を基準として、前記第１受信手段によって復調された距離測定信号との伝搬遅延位相差、伝搬遅延時間差、あるいはこれらの両方を検出して、前記第１送受信手段と第２送受信手段との間の距離の測定を行う。
【００１９】
また、図２、および請求項２に示すように、前記受信手段への受信信号強度の変動に対し、前記受信手段に内在する伝搬遅延時間もしくは伝搬遅延移相の変動が、所定値以下に削減されあるいは抑制されている。
また、請求項３に示すように、前記受信手段の中間周波フィルタあるいはベースバンドフイルタの伝搬遅延時間が１０マイクロ秒以下であり、前記復調・増幅手段の伝搬遅延時間が１０ナノ秒以下であり、前記受信手段への受信信号強度の変化による前記復調・増幅手段の伝搬遅延時間の変化が１ナノ秒以下である。
【００２０】
図３は本発明の第１の実施の形態による無線信号の構成図である。図３において、３１は同期信号、３２はマックレイヤ、３３は起点信号もしくは距離測定信号である。
ここで、前記同期信号３１は、前記第１送受信手段１０１ａと前記第２送受信手段１０１ｂとの間で大まかな同期をとるための信号であり、通常数１０ナノ秒程度の同期誤差を生じるので、この信号を用いて相互間の距離測定を行うと数ｍから数１０ｍの誤差を生じる。
前記マックレイヤ３２は、相互間通信を行うためのものであり、少なくとも、自局の識別信号と相手局の識別信号、通信情報、誤り訂正符号などを含む。
前記起点信号もしくは距離測定信３３は、前記第１送受信手段１０１ａと前記第２送受信手段１０１ｂとの間で正確な同期をとるためのものであり、要求される距離測定精度を実現するのに十分な同期精度が要求される。
【００２１】
図４は本発明の第１の実施の形態による相互間距離測定のためのタイミングチャート例である。図４において、２１ａは第１送受信手段で時分割の期間中も継続して生成される起点信号、２２は起点信号を含む無線信号が１ｍｓのバースト信号として間欠送信され空間を伝搬する伝搬経路、２１ｂは第２送受信手段によって復調され同期・保持される起点信号、２３ａは同期・保持された起点信号に同期して生成される距離測定信号、２４は距離測定信号を含む無線信号が時分割の間隔２５でバースト信号として折返され空間を伝搬する伝搬経路、２３ｂは第１送受信手段によって復調される距離測定信号、２６ａ、２６ｂは第１送受信手段で生成された起点信号と受信した距離測定信号との伝搬遅延時間差とする。
【００２２】
前記第１送受信手段から送信される起点信号２１ａをｈ（ｔ）で表すと、前記起点信号２１ａが距離Ｌ（ｍ）の空間の伝搬経路２２を伝搬し、前記第２送受信手段によって復調されると、復調された起点信号２１ｂは、光の速度をＣとすると、ｈ（ｔ−Ｌ／C）となり、前記復調された起点信号２１ｂと同期誤差が０で同期した距離測定信号２３ａを生成し、前記時分割の間隔２５（＝ｔｄ）の後に前記第１送受信手段に向けて折返し発信され、再び、距離Ｌ（ｍ）の空間の伝搬経路２４を伝搬し、前記第１送受信手段で復調されると、復調された距離測定信号２３ｂはｈ（ｔ−２Ｌ／Ｃ−ｔｄ）となる。
【００２３】
一方、前記第１送受信手段で生成された起点信号２１ａは、時分割のタイミングｔｄ後には、ｈ（ｔ−ｔｄ）で表わされるので、前記ｔｄ後の起点信号２１ａを基準として、前記復調された距離測定信号２３ｂとの時間差２６ａおよび２６ｂを測定すると、δｔ＝２Ｌ／Ｃとなることから、Ｌ＝Ｃδｔ／２から、距離Ｌ（ｍ）が算出できる。
ここで、ｈ（ｔ）の繰り返し周期をＴとすると、Ｔ＞２Ｌ／Ｃを満足する必要があり、繰返し周期を１μsとすると、Ｌ＜１５０ｍから測定可能距離が求められる。
【００２４】
なお、算出された距離には、前記第１および第２送受信手段に内在する伝搬遅延時間が含まれるので、（１）フィルタなどにより生じる伝搬遅延時間はの定値分については、パッシブフィルタを採用するなどし、受信信号強度（ＲＳＳＩ）の変化によって変動するのを極力抑制し、補正値を設けて補正し、（２）受信信号強度の変化によって生じる伝搬遅延時間の変動値分については、中間周波増幅器もしくはバースバンド増幅器に超高速のコンパレータを採用し、等価帯域幅を１００ＭＨｚ以上とすることで、無視できる程度にまで軽減することが必要である。
また、従来のＴＯＡ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）方式では単発のパルスにより遅延時間を測定しているのに対して、本発明では伝搬遅延時間を必要なサイクル分２６ａ、２６ｂ、−−−だけ継続して測定できるので、例えば１ｍｓのバースト期間中に４００回の測定を行い、平均値を求めることで測定精度を２０倍に高めることが可能となり、あるいは距離が比較的に短く測定されたものを直接波によるものと判定することで測定精度の改善が期待できる。
【００２５】
図５は、従来の狭帯域送受信手段による距離測定誤差の測定データである。図５において、１０１ａは従来の狭帯域の第１送受信手段、１０１ｂは従来の狭帯域の第２送受信手段、２０１は波長短縮率で割算して伝搬距離に換算した可変長の同軸ケーブル、２００ａは距離測定誤差の測定データである。
前記第１送受信手段１０１ａから起点信号によって変調された高周波信号をバースト信号として間欠発信し、同軸ケーブル２０１を経由し、前記第２送信手段１０１ｂで前記起点信号で変調された高周波信号を受信して復調し、復調した起点信号と順次に同期を確立・保持して距離測定信号を生成し、時分割のタイミングで前記距離測定で変調された高周波信号を折返し、同軸ケーブル２０１を経由して前記第１送受信手段１０１ａによって受信して復調し、復調した距離測定信号の伝搬遅延位相を自局で生成した起点信号を基準として測定し、距離測定誤差の測定データ２００ａを求めたものであり、同軸ケーブル２０１の長さが長くなるに連れて距離測定誤差が生じており、しかも、距離測定誤差が波打っていることが分かる。
【００２６】
図６は、従来の狭帯域送受信手段による距離測定誤差の他の測定データである。図６において、従来の狭帯域の第１送受信手段１０１ａと従来の狭帯域の第２送受信手段１０１ｂとの間を、固定長の同軸ケーブル２０１ａ、２０１ｂと、可変減衰器２０２とを介して接続し、図５と同様な手順で、可変抵抗器２０１の減衰量を変化させながら距離測定を行い、距離測定誤差の測定データを図２００ｂに示している。
前記可変減衰器２０２の伝搬遅延時間は減衰量の変化でもほぼ一定であると考えられることから、距離測定誤差が生じる原因が受信信号強度が変化するためであると判断できる。
ここで、測定誤差が波打っている原因は受信手段のＡＧＣ（自動利得制御機能）によることが、前記機能をＯＦＦとすることで直線に近づくことが確認されている。
従って、前記問題点を解決するためには、少なくとも、前記受信手段の中間周波増幅器もしくはベースバンド増幅器として、等価帯域幅を５００ＭＨｚ以上の高速コンパレータを採用し、伝搬遅延時間の変動を所定の範囲内に縮減する必要があるものと結論付けられる。
【００２７】
図７は、本発明の同期確立・保持手段の構成図とタイミングチャートである。図７において、１０１ａは第１送受信手段、１０１ｂは第２送受信手段、８１ａ、８１ｂは基準発振器、８２は起点信号生成手段および振幅変調器、８３は送信手段、８４は位相同期発振器、８５は受信手段、８６は同期検波および低伝搬遅延増幅器、８７はゼロ交差点検出器、８８はリセット付きカウンタ、８９は同期信号出力端子、９１は検波信号出力、９２は方形波信号出力、９３は立上がり点検出出力、９４は同期信号出力、９５ａ、９５ｂは同期誤差である。
【００２８】
前記第１送受信手段１０１ａにおいて、基準発振器８１ａで基準信号が生成され、起点信号生成および振幅変調器（もしくはＯＯＫ変調器）８２によって、前記基準信号と同期し繰返し周期が1μsの起点信号を生成して振幅変調し、送信手段８３によって所定の周波数に変換して所定の出力に増幅し、アンテナ１６ａから無線信号として空間に放射される。
一方、前記放射された無線信号は第２送受信手段１０１ｂのアンテナ１６ｂによって受信され、受信手段８５によって増幅し、直交ミキサ（quadrature mixer、複素ミキサとも言う）を用いて中間周波信号もしくはベースバンド信号に変換し、同期検波および低伝搬遅延増幅器８６によって帯域制限された検波信号出力９１として出力され、超高速コンパレータによって増幅され方形波出力信号９２に変換され、前記方形波出力信号９２の立上り点、もしくはゼロ交差点を比較的に高い周波数のクロック（数１００ＭＨｚ）を用いて任意の短時間（数μｓ）の間で検出し、検出した２か所以上の立上り点もしくはゼロ交差点９３のタイミングで、前記比較的に高い周波数のクロック信号で駆動されるリセット付きカウンタをリセットすることで、瞬時（数μｓ以内）に同期を確立でき、同期信号出力９４を出力し、前記起点信号の消滅後も、基準発振器の精度で時分割のタイミングの間も同期信号出力９４の同期を保持できる。
【００２９】
例えば、高安定の水晶発振器から出力される基準信号（３２ＭＨｚ）に同期した位相同期発振器の出力信号（５００ＭＨｚ以上）を前記カウンタで分周し、受信した起点信号と同期した距離測定信号９４を出力すると、同期確立誤差９５ａ、９５ｂは±１ｎｓ程度となり、距離測定誤差として±３０ｃｍが実現できることになり，更にサンプリング周波数を高くすることで，距離の測定精度を数ｃｍ以下に改善することができる。
また、前記第２送受信手段にリセット付きカウンタを複数組設け、複数組のアンテナを切替えながらゼロ交差点出力を検出してリセットすることで複数組の距離測定信号を生成して順次折返し、あるいは複数組のアンテナにそれぞれ受信回路を接続し、複数組の方形波出力信号をＯＲ回路で合成し、合成した受信出力から立上点を検出してカウンタをリセットすることでも、いずれも同様にダイバーシテイ効果が得られ、路面での反射によって生じる距離測定誤差を軽減できる。なお、前者は特に低速走行時あるいは停止時の距離測定に改善の効果が大きく、後者は全般に渡って効果が大きい。
また、図７、および請求項４に示すように、前記制御手段に同期確立・保持手段を設け、前記受信手段から出力される起点信号の立上点あるいはゼロ交差点を高精度で検出し、所定の高い周波数のクロック信号によって駈動される、単一もしくは複数組の信号生成カウンタをセットしあるいはリセットして瞬時に同期を確立し、かつ前記起点信号が消滅した後も高精度で同期を保持する。
【００３０】
以上の説明では、複数の送受信手段が、相互間で時分割双方向通信を行い、高精度で相互間の距離測定を行うために、周波数帯域が比較的に広く占有できる無線信号を利用し、受信信号強度の変動に対して伝搬遅延時間の変動が小さい回路構成を採り、受信信号強度の変動に対して伝搬遅延時間の変動が少ない定数部分について距離補正を行い、あるいは前記定数部分と変数部分の一部あるいは全部について距離補正を行う方法について述べたが、
そのためには、請求項５に示すように、前記送信手段からの出力信号を、前記受信手段への入力信号として直接折返して距離測定を行うことによって、前記送受信手段、受信手段、あるいはこれらの両方に内在する、伝搬遅延位相あるいは伝搬遅延時間の定数部分と変数部分との一部あるいは全部を測定し、前記測定結果を用いて前記送受信手段相互間の距離測定結果を補正することができる。
【００３１】
また、請求項６に示すように、前記アンテナが円偏波指向性アンテナであり、前記アンテナの指向性ビーム幅が目的に応じて設定される。
また、請求項７に示すように、前記バースト信号を複数回送信し、前記複数回の送信によって検出した相対距離から、前記送受信手段の間の相対速度を算出し、あるいは障害物との相対速度を算出する。
また、請求項７に示すように、前記第２送受信手段が、前記第１送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送受信手段に向けて、複数の周波数スロットあるいはタイムスロットからランダムに選択された周波数スロットあるいはタイムスロットで折返して発信する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、比較的に帯域が制限された無線信号を用い、複数送受信手段の間で、時分割による双方向通信を行い、高精度で相互間の距離測定を行うための安価な距離測定装置が実現できる。
なお、本発明は基盤技術に関するものであり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
【符号の説明】
【００３３】
１０１ａ                第１送受信手段
１０１ｂ                第２送受信手段
１１ａ、１１ｂ          制御手段
１２ａ、１２ｂ          送信手段
１３ａ、１３ｂ          受信手段
１４ａ、１４ｂ          アンテナ切替手段
１５ａ、１５ｂ          アンテナ
【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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