(57)【要約】【課題】特定点にある送信部より送信される無線波を複数の受信部で受信して無線波の伝播行路距離差に基づいて立体座標値を求める座標測定装置において、広い周波数帯域を必要とする周波数掃引を使用しないで伝播行路距離差を求める。【解決手段】伝播行路距離差を受信時間差として求めることが出来るよう時間差を時間幅とする論理値パルスを生成する論理演算回路を構成し、送信部からパルス状の無線波を送信する。また、精度を高めるために、送信部は無線波のＯｎ／Ｏｆｆを連続して行い、複数の論理値パルスの時間幅を元に計算を行う。【選択図】図１
2014235050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線波を送信する送信部と、
任意の空間座標系において既知の座標に配置され且つ前記送信部が送信した無線波を受信する複数の受信部と、
前記複数の受信部のうちの任意の二つの受信部からなる受信部対を複数有し、該受信部対に含まれる受信部で受信した無線波に基づいて、前記送信部から該受信部対の第一の受信部までの距離と前記送信部から該受信部対の第二の受信部までの距離との差である伝播行路距離差を算出する伝播行路距離差算出部と、
前記複数の受信部の既知の座標と、前記複数の受信部対についてそれぞれ算出された前記伝播行路距離差と、に基づいて前記送信部の座標を算出する送信部座標算出部と、
を具備する座標測定装置において、
前記伝播行路距離差算出部は、
前記第一の受信部における無線波受信の有無を第一受信論理値に変換する第一論理値変換部と、前記第二の受信部における無線波受信の有無を第二受信論理値に変換する第二論理値変換部と、該第一受信論理値と該第二受信論理値の論理値変化の時間差を時間幅とする論理値パルスである時間差パルスを演算する時間差演算部と、を有し、
該時間差パルスより前記伝播行路距離差を算出することを特徴とする座標測定装置。
【請求項２】
前記送信部は前記無線波の送信と非送信とを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の座標測定装置。
【請求項３】
前記第一のディジタル変換部と前記第二のディジタル変換部のどちらか一方または両方は、
前記無線波を受信した際の論理状態の遷移を検出し、
該検出をした後は所定の時間にわたって該遷移と同じ種類の遷移が再度発生しないよう処理する機能を有することを特徴とする請求項２に記載の座標測定装置。
【請求項４】
前記伝播行路距離差算出部は更に積分器を有し、前記受信時間差ディジタル信号を積算することを特徴とする請求項３に記載の座標測定装置。
【請求項５】
前記送信部は前記複数の受信部とは別体に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のうち一項に記載の座標測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線波を用いて立体座標系の座標値を測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者は無線による座標測定装置に関しての発明を成し、特許出願をした（特願２０１２−２２７９０９）。特定の送信部より送信される無線波が２つの受信部で受信される際の受信波形の差異に基づいて伝播行路距離差を求め、これらを複数組合わせることで立体座標系の座標値を求めるというものである。
この無線波は掃引が施された正弦波であり、ある一定の周波数帯域を使用することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２０１２−２２７９０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、無線波のうちの電波は、その使用が法律で厳しく規制されている。特に周波数掃引を行う広帯域のものは他の無線局への妨害を避ける必要があるため、利用には幾多の手続や認可が必要となり、技術的なものとは異なる障壁が存在する。
また、周波数帯域を狭くしたうえでの掃引で座標測定精度を維持するためには、掃引制御の高精細化や高周波回路などが必要となる。しかし、それらは高価である。
結局のところ、電波の規制の問題を避けることができる環境（例えば電磁遮蔽された特定空間内など）でしか実質的には使用ができないことになってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで上述の問題を解決すべく本発明が成された。
【０００６】
本発明による座標測定装置は、
「無線波を送信する送信部と、
任意の空間座標系において既知の座標に配置され且つ送信部が送信した無線波を受信する複数の受信部と、
複数の受信部のうちの任意の二つの受信部からなる受信部対を複数有し、受信部対に含まれる受信部で受信した無線波に基づいて、送信部から受信部対の第一の受信部までの距離と送信部から受信部対の第二の受信部までの距離との差である伝播行路距離差を算出する伝播行路距離差算出部と、
複数の受信部の既知の座標と、複数の受信部対についてそれぞれ算出された伝播行路距離差と、に基づいて送信部の座標を算出する送信部座標算出部と、
を具備する座標測定装置において、
伝播行路距離差算出部は、
第一の受信部における無線波受信の有無を第一受信論理値に変換する第一論理値変換部と、第二の受信部における無線波受信の有無を第二受信論理値に変換する第二論理値変換部と、第一受信論理値と第二受信論理値の論理値変化の時間差を時間幅とする論理値パルスである時間差パルスを演算する時間差演算部と、を有し、
時間差パルスより伝播行路距離差を算出する」
ことを特徴としている。
この特徴により、第一の受信部と第二の受信部との受信時間差を論理値パルスとして扱えるようになる。
【０００７】
さらに、本発明の座標測定装置は、
「送信部は無線波の送信と非送信とを繰り返す」
ことを特徴としている。
この特徴により、時間差パルスが連続して演算されることになり、時系列の連続した座標測定を行うことができるようになる。
【０００８】
くわえて、本発明の座標測定装置は、
「第一のディジタル変換部と第二のディジタル変換部のどちらか一方または両方は、
無線波を受信した際の論理状態の遷移を検出し、
検出をした後は所定の時間にわたってこの遷移と同じ種類の遷移が再度発生しないよう処理する機能を有する」
ことを特徴としている。
この特徴により、第一の受信部および第二の受信部で受信する無線波にマルチパスの成分が重畳しても影響を無くすことができる。
【０００９】
また、本発明の座標測定装置は、
「伝播行路距離差算出部は更に積分器を有し、時間差パルスを積算する」
ことを特徴としている。
この特徴により、一定期間積分器に積算された複数の時間差パルスの平均値を得ることができるので、より精度の高い座標測定が可能となる。
【００１０】
そして、本発明の座標測定装置は、
「送信部は複数の受信部とは別体に設けられている」
ことを特徴としている。
一体に設けられているレーダー方式の場合は座標測定対象に無線波を照射して反射させる必要があり、このため送信部の出力はある程度の大きさが求められる。これに比べて本発明の送信部の場合は、送信部から受信部へ無線波が直接伝播する。このため送信部に必要とされる出力が著しく低いので、構成部品が低廉となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、無線波に掃引を施さずに伝播行路距離差を受信時間差より精度良く算出できるようになり、諸問題が解決できる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願発明の受信部対および伝播行路距離差を求める回路を示す図である。
【図２】第一の受信部にかかる無線波および論理値の時系列図である。
【図３】第二の受信部にかかる無線波および論理値の時系列図である。
【図４】時間差パルスと積分器出力の時系列図である。
【００１４】
本発明は、先述の通り特願２０１２−２２７９０９（以下「先願」とする）の周波数掃引が広い周波数帯域を必要とする問題を解決することを目的としており、先願の技術とは異なる本発明の技術で解決をしたものである。そのため、立体座標値を算出する技術的な内容の大半は先願と共通する。よって、本発明の説明においては先願と異なる部分の説明を主とする。
【００１５】
本発明の「無線波」はいわゆる無線のみならず、空間中を何らかの方法で伝播するものであれば特定のものに限定されない。例を挙げるならば、電磁波（電波・可視光線・紫外線・赤外線・Ｘ線・γ線など）や音波（超音波・低周波音を含む）や粒子線（電子線・陽子線・中性子線・α線など）が該当する。
【実施例１】
【００１６】
図１を参照しながら本発明を説明する。
図１は、本発明の要旨を実現する一例を示す回路の概略である。
座標測定装置１０は送信部１１より送信される無線波を第一の受信部１２および第二の受信部１３で受信する。
図中で明示していないが、受信部対とは第一の受信部１２と第二の受信部１３とで構成される。
本発明では、「送信部１１と第一の受信部１２との距離」と「送信部１１と第二の受信部１３との距離」の差（伝播行路距離差）を算出することを目的としている。
【００１７】
第一の受信部１２および第二の受信部１３は具体的にはアンテナであり、受信した無線波を電気信号に変換する。
第一論理値変換部１４は第一の受信部１２が無線波を受信しているか否かを論理値に変換する。具体的には、図中に示してある通り、パワーディテクタで受信した無線波のパワーを検出し、コンパレータで所定の閾値と比較し、無線波の受信の有無を論理値に変換する。変換された結果が第一受信論理値（図中の丸５）となる。
第二論理値変換部１５についても同様に第二の受信部１３が無線波を受信しているか否かを論理値に変換し、第二受信論理値（図中の丸１２）となる。
【００１８】
第一受信論理値と第二受信論理値はその後にそれぞれＡＮＤ演算を施される。このＡＮＤ演算については後述するが、第一受信論理値と第二受信論理値を操作することが目的である。
【００１９】
第一受信論理値と第二受信論理値は結果的に時間差演算部１６に入力される。図１において時間差演算部１６は点線で囲まれた箇所である。Ｄ−ＦＦなどの論理演算回路で構成される。
結果として、第一の受信部１２で無線波を受信した時刻と第二の受信部１３で無線波を受信した時刻との時間差を時間幅とする時間差パルスが演算され、正の成分（図中の丸１６）と負の成分（図中の丸１９）とが出力される。
【００２０】
時間差パルスは、積分器１７および積分器１８で積算することもできる。積算することで複数の時間差パルスの平均をとることができるので外乱等の誤差の混入を除去し均質化することができる。
積分器での積算回数を多くすると、時間分解能と引換に演算精度を向上することが可能となる。
【００２１】
最終的には、積分器１７・積分器１８の出力をマイコン（ＣＰＵ）へ入力し、積算結果が得られる。「送信部１１と第一の受信部１２との距離」と「送信部１１と第二の受信部１３との距離」の差である伝播行路距離差は、時間差パルスの時間幅と光速より求めることができる。
【００２２】
実際の立体座標測定では、本図のような受信部対を複数用意し、それぞれについて伝播行路距離差を求め、それぞれの受信部の座標位置からそれぞれの伝播行路距離差となる双曲面を想定し、複数の双曲面の交点を求める。この交点が送信部の座標となる。
この複数の距離差に基づく双曲面の交点より立体座標を計算する方法は先願と同じである。
【００２３】
図１において、送信部１１は受信部対他と別体に設けられているが、これに限定されない。レーダーのように送信部１１を一体に設けても良い。
【００２４】
続いて、図２から図４を参照しながら本発明を説明する。
【００２５】
図２は、第一の受信部１２が受信する無線波と第一受信論理値の時系列図である。
送信部から送信される無線波（図中の丸１）は最短経路を辿って第一の受信部１２に到達すると図中の丸２のような無線波となって受信される。伝播行路距離の分だけ時刻が遅れて受信したことを示している。
最短経路以外の経路（例えば周辺に存在する物体に反射するなど）でも無線波が到達することがあり、その波形（図中の丸３）は更に遅れて受信される。なお、この最短経路以外の経路は複数存在する可能性が高く、以降はこの「最短経路以外の経路」のことをマルチパスと表現する。
【００２６】
結果として、第一の受信部１２には図中の丸４のような最短経路で到達した無線波にそれ以外の経路で到達した無線波が重畳したものとなる。この状態で無線波受信の有無を第一受信論理値に変換すると図中の丸５の波形となる。
ここで重要となるのは、最短経路で届いた無線波を受信した瞬間のタイミングであり、図中の丸５の波形のアップエッジの検出が要求される。
【００２７】
しかしながら、マルチパスの無線波波形（図中の丸３）が重畳する際に、場合によっては最短経路の無線波を相殺してしまうことが有る。そうなると、第一受信論理値は一定のデューティ比の矩形波とはならず、不規則なＨｉ／Ｌｏを繰り返す波形となってしまう。
アップエッジ検出によって無線波受信のタイミングを検出するためにこの現象は非常に都合が悪く、無線波受信のタイミング以外のアップエッジは除去する必要がある。
【００２８】
第一受信論理値が第一論理値変換部１４から出力された後にＡＮＤ演算を施すのはこの目的の為である。第一受信論理値のアップエッジを検出したら次の無線波の受信のタイミングまではディセーブル信号として負論理信号をＡＮＤ演算回路へ印加する。結果、無線波の受信のタイミングでのアップエッジのみを検出することができ、図中の丸７のような波形を生成することができる。
【００２９】
なお、送信部１１は無線波を図中の丸１のように一定の間隔で送信と非送信を繰り返すと良い。このようにすることで、一度無線波を受信したら次に無線波を受信できることが期待できる時間間隔が明確となるからである。
また、先述の積分器に複数の時間差パルスを積算する上でも断続的な無線波が好ましい。
【００３０】
図３は、第二の受信部１３が受信する無線波と第二受信論理値の時系列図である。
原理は第一の受信部１２についての説明と全く同じであり、図２中の丸２〜丸７が図３中の丸９〜丸１４に相当する。
【００３１】
図４は、時間差パルスと積分器出力の時系列図である。
先述の通り、「第一受信論理値の無線波受信タイミングを示す図２中の丸７のアップエッジ」と「第二受信論理値の無線波受信タイミングを示す図３中の丸１４のアップエッジ」を時間幅とする論理値パルスが時間差パルス（図中の丸１６）である。
この時間差パルス（図中の丸１６）の時間差を測定することで伝播行路距離差が算出されるのである。
【００３２】
積分器へは時間差パルスが追加される度に積算値が上昇していく（図中の丸１７）。
一定の間隔毎に積分器の出力をマイコンへ取りこむ。その際に積分器はリセットされる。これを繰り返すことで連続して伝播行路距離差を求めることができる。
【００３３】
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない限り多くの改変を施すことが可能であるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
量産可能な送信部・受信部・論理演算回路によって経済性と測定精度に優れる効果を有している。
【符号の説明】
【００３５】
１０     座標測定装置
１１     送信部
１２     第一の受信部
１３     第二の受信部
１４     第一論理値変換部
１５     第二論理値変換部
１６     時間差演算部
１７     積分器
１８     積分器
【図１】
2014235050.tif 000003
【図２】
2014235050.tif 000004
【図３】
2014235050.tif 000005
【図４】
2014235050.tif 000006