(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測点毎に設けられて互いに異なる周波数の電波を送信する複数の電波送信機と、
互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、
それぞれの前記アンテナ毎に設けられて、それぞれの前記アンテナで受信された信号を前記電波送信機毎の対応する周波数帯の信号に弁別する複数の帯域通過フィルタと、
複数の前記アンテナのなかの２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合わせについて、前記電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つの前記アンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての位相差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等位相差面の交点を求めて、当該周波数の電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えたことを特徴とする構造物の震動変位計測装置。
【請求項２】
測位計算手段が、受信機の経路に係る透過位相誤差に起因する２つのアンテナの組み合せについての位相差誤差を補正するための透過位相差補正量を記憶する位相差補正量記憶部を備えることを特徴とする請求項１記載の構造物の震動変位計測装置。
【請求項３】
既知の位置に配置される電波送信機を備えることを特徴とする請求項２記載の構造物の震動変位計測装置。
【請求項４】
計測点毎に設けられ、それぞれが割り当てられた個別の周波数に対して２種類のキャリア周波数を作用させて、それぞれ２種類の周波数の電波を送信する複数の電波送信機と、
互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、
各キャリア周波数を単位として、それぞれの前記アンテナ毎に設けられて、それぞれの前記アンテナで受信された信号を前記電波送信機毎の個別の周波数帯の信号に弁別する複数の帯域通過フィルタと、
各キャリア周波数を単位として、複数の前記アンテナのなかの２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合わせについて、前記電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つの前記アンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記電波送信機毎に、２つの前記アンテナに係るそれぞれの組み合せに対してキャリア周波数毎に求められた２つの位相差からそれぞれの組み合せに係る等位相差面を確定して、確定された少なくとも３つの位相差面の交点を求めて、当該電波発信機の位置を推定する測位計算手段とを備えたことを特徴とする構造物の震動変位計測装置。
【請求項５】
計測点毎に設けられて互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する複数の電波送信機と、
互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、
それぞれの前記アンテナ毎に設けられて、それぞれの前記アンテナで受信された信号を前記電波送信機から送信される信号毎に弁別するように前記電波送信機毎の変調コードにそれぞれ対応可能である複数のマッチトフィルタと、
複数の前記アンテナのなかの２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについて、前記電波送信機から送信される異なる変調コードで変調された電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つの前記アンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記電波送信機から送信される異なる変調コードで変調された電波毎に、２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての位相差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等位相差面の交点を求めて、当該変調コードで変調された電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えたことを特徴とする構造物の震動変位計測装置。
【請求項６】
計測点毎に設けられて互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する複数の電波送信機と、
互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、
それぞれの前記アンテナ毎に設けられて、それぞれの前記アンテナで受信された信号を前記電波送信機から送信される信号毎に弁別するように前記電波送信機毎の送信タイミングにそれぞれ同期して導通状態となる複数のスイッチと、
複数の前記アンテナのなかの２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについて、前記電波送信機から送信される異なる送信タイミングを有する電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つの前記アンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記電波送信機から送信される異なる送信タイミングを有する電波毎に、２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての位相差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等位相差面の交点を求めて、当該送信タイミングを有する電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えたことを特徴とする構造物の震動変位計測装置。
【請求項７】
計測点毎に設けられて互いに異なる周波数の電波を送信する複数の電波送信機と、
互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、
それぞれの前記アンテナ毎に設けられて、それぞれの前記アンテナで受信された信号を前記電波送信機毎の対応する周波数帯の信号に弁別する複数の帯域通過フィルタと、
複数の前記アンテナのなかの２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合わせについて、前記電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つの前記アンテナ間での受信電波の遅延時間差を検出する遅延時間差検出手段と、
前記電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての遅延時間差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等遅延時間差面の交点を求めて、当該周波数の電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えたことを特徴とする構造物の震動変位計測装置。
【請求項８】
計測点毎に設けられて互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する複数の電波送信機と、
互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、
それぞれの前記アンテナ毎に設けられて、それぞれの前記アンテナで受信された信号を前記電波送信機から送信される信号毎に弁別するように前記電波送信機毎の変調コードにそれぞれ対応可能である複数のマッチトフィルタと、
複数の前記アンテナのなかの２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについて、前記電波送信機から送信される異なる変調コードで変調された電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つの前記アンテナ間での受信電波の遅延時間差を検出する遅延時間差検出手段と、
前記電波送信機から送信される異なる変調コードで変調された電波毎に、２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての遅延時間差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等遅延時間差面の交点を求めて、当該変調コードで変調された電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えたことを特徴とする構造物の震動変位計測装置。
【請求項９】
計測点毎に設けられて互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する複数の電波送信機と、
互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、
それぞれの前記アンテナ毎に設けられて、それぞれの前記アンテナで受信された信号を前記電波送信機から送信される信号毎に弁別するように前記電波送信機毎の送信タイミングにそれぞれ同期して導通状態となる複数のスイッチと、
複数の前記アンテナのなかの２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについて、前記電波送信機から送信される異なる送信タイミングを有する電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つの前記アンテナ間での受信電波の遅延時間差を検出する遅延時間差検出手段と、
前記電波送信機から送信される異なる送信タイミングを有する電波毎に、２つの前記アンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての遅延時間差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等遅延時間差面の交点を求めて、当該送信タイミングを有する電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えたことを特徴とする構造物の震動変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電波を用いて被測定対象の構造物の震動による歪みや基準位置からの変位量を測定する構造物の震動変位計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加震機上に載せられた建造物の応答や橋梁等の構造物の震動による変位や歪みを計測することは、耐震性向上または疲労破壊防止等の研究に大変有用である。震動による変位や歪みを測定するためには、構造物全体に分布する複数の計測点の位置を精密に測定する必要がある。但し、例えばビルの壁面の揺れを解析する場合を想定すればわかるように、このような計測点は一般に広範囲に分散して存在する。
【０００３】
図９は、従来の構造物の震動変位計測装置の例を示す概略図である。図において、１０１は計測対象である建造物の壁面、１０２は光学式のカメラ、１０３はカメラ１０２の画像を位置情報に変換する測位計算手段である。複数のカメラ１０２が計測点を視野に入れて、ステレオ視することにより計測点の変位を計測する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構造物の震動変位計測装置は以上のように構成されているので、光学式のカメラ１０２の視野は計測対象である構造物の壁面１０１に比べると狭く、壁面に広く分散した全ての計測点の変位を同時に測定するためには、各計測点毎あるいは隣接する計測点から構成される各グループ毎にそれぞれ視野を向けた多数のカメラが必要となる。但し、カメラ１０２の位置を計測対象である壁面１０１から十分に離せば１つのカメラの視野に多数の計測点を捉えることができるが、カメラと計測点の距離が離れれば変位計測の計測精度が劣化する。したがって、従来の構造物の震動変位計測装置では、多数のカメラを要することが避けられず、そのため多大のコストを要するという課題があった。
【０００５】
また、従来の構造物の震動変位計測装置では、光学画像により変位を計測するために、照明等の周囲環境に計測精度が大きく影響されるという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、構造物の広い測定範囲における各計測点の変位を同時かつ精密に低コストで測定することができる構造物の震動変位計測装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る構造物の震動変位計測装置は、計測点毎に設けられて互いに異なる周波数の電波を送信する複数の電波送信機と、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機毎の対応する周波数帯の信号に弁別する複数の帯域通過フィルタと、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合わせについて、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての位相差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等位相差面の交点を求めて、当該周波数の電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるようにしたものである。
【０００８】
この発明に係る構造物の震動変位計測装置は、測位計算手段が受信機の経路に係る透過位相誤差に起因する２つのアンテナの組み合せについての位相差誤差を補正するための透過位相差補正量を記憶する位相差補正量記憶部を備えるようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る構造物の震動変位計測装置は、既知の位置に配置される電波送信機を備えるようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る構造物の震動変位計測装置は、計測点毎に設けられ、それぞれが割り当てられた個別の周波数に対して２種類のキャリア周波数を作用させて、それぞれ２種類の周波数の電波を送信する複数の電波送信機と、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、各キャリア周波数を単位として、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機毎の個別の周波数帯の信号に弁別する複数の帯域通過フィルタと、各キャリア周波数を単位として、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合わせについて、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、電波送信機毎に、２つのアンテナに係るそれぞれの組み合せに対してキャリア周波数毎に求められた２つの位相差からそれぞれの組み合せに係る等位相差面を確定して、確定された少なくとも３つの位相差面の交点を求めて、当該電波発信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る構造物の震動変位計測装置は、計測点毎に設けられて互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する複数の電波送信機と、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機から送信される信号毎に弁別するように電波送信機毎の変調コードにそれぞれ対応可能である複数のマッチトフィルタと、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについて、電波送信機から送信される異なる変調コードで変調された電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、電波送信機から送信される異なる変調コードで変調された電波毎に、２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての位相差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等位相差面の交点を求めて、当該変調コードで変調された電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る構造物の震動変位計測装置は、計測点毎に設けられて互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する複数の電波送信機と、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機から送信される信号毎に弁別するように電波送信機毎の送信タイミングにそれぞれ同期して導通状態となる複数のスイッチと、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについて、電波送信機から送信される異なる送信タイミングを有する電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、電波送信機から送信される異なる送信タイミングを有する電波毎に、２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての位相差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等位相差面の交点を求めて、当該送信タイミングを有する電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る構造物の震動変位計測装置は、計測点毎に設けられて互いに異なる周波数の電波を送信する複数の電波送信機と、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機毎の対応する周波数帯の信号に弁別する複数の帯域通過フィルタと、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合わせについて、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の遅延時間差を検出する遅延時間差検出手段と、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての遅延時間差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等遅延時間差面の交点を求めて、当該周波数の電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る震動変位計測装置は、計測点毎に設けられて互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する複数の電波送信機と、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機から送信される信号毎に弁別するように電波送信機毎の変調コードにそれぞれ対応可能である複数のマッチトフィルタと、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについて、電波送信機から送信される異なる変調コードで変調された電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の遅延時間差を検出する遅延時間差検出手段と、電波送信機から送信される異なる変調コードで変調された電波毎に、２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての遅延時間差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等遅延時間差面の交点を求めて、当該変調コードで変調された電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるようにしたものである。
【００１５】
この発明に係る震動変位計測装置は、計測点毎に設けられて互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する複数の電波送信機と、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機から送信される信号毎に弁別するように電波送信機毎の送信タイミングにそれぞれ同期して導通状態となる複数のスイッチと、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについて、電波送信機から送信される異なる送信タイミングを有する電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の遅延時間差を検出する遅延時間差検出手段と、電波送信機から送信される異なる送信タイミングを有する電波毎に、２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての遅延時間差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等遅延時間差面の交点を求めて、当該送信タイミングを有する電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるようにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による構造物の震動変位計測装置を示す構成図である。図１において、１は計測対象である構造物の壁面、２ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｊは送信機番号）はそれぞれ壁面１上の各計測点に設置された電波送信機、３ｉ（ｉ＝１〜４：ｉはアンテナ番号）はそれぞれ互いに異なる位置に配置されたアンテナ、４は局部発信機、５ｉ（ｉはアンテナ番号）は対応するアンテナに接続されたダウンコンバータ、６ｉ（ｉはアンテナ番号）はＡ／Ｄ変換器、７ｉｊ（ｉはアンテナ番号、ｊは送信機番号）は各アンテナ毎に設置されそれぞれ通過帯域の中心周波数がｆ１〜ｆｎである帯域通過フィルタ、８ａ，８ｂ，８ｃはそれぞれアンテナ３１とアンテナ３２、アンテナ３１とアンテナ３３、アンテナ３１とアンテナ３４で測定された同一送信源からの電波の位相差を検出する位相差検出手段、９は測位計算手段、１０は表示手段である。なお、アンテナ３１〜３４は直線配列ではないように配列され、これらのアンテナに複数の送信機２１〜２ｎから正弦波が入射する。
【００１７】
次に動作について説明する。
各計測点に設置された電波送信機２１〜２ｎは、キャリア周波数ｆｃを基準にして、それぞれ（ｆ１＋ｆｃ），…，（ｆｎ＋ｆｃ）の周波数の電波を送信する。ここで、ｆ１，…，ｆｎはｆｃに比べ十分に小さな値とする。これらの電波を、異なる位置に設置された少なくとも４個の受信アンテナ３１〜３４で受信する。また、第ｉ番の受信アンテナ３ｉの位置をｑｉ＝［Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ］と表すことにする。なお、ｑに付されたアンダーラインは、本願明細書においてベクトルを表すものとし、以下の記載においても同様の意義を有する。
【００１８】
それぞれの受信アンテナ３ｉで受信された信号は、ダウンコンバータ５ｉで局部発信機４が出力する周波数ｆｃの局発信号と乗じられて、それぞれｆ１，…，ｆｎの周波数を有する信号に変換される。これらの受信信号はＡ／Ｄ変換器６ｉでデジタル信号に変換された後、帯域通過フィルタ７ｉｊを通過して、電波送信機２ｊ毎の信号に弁別される。すなわち、帯域通過フィルタ７ｉｎから出力される信号は、第ｎ計測点の電波送信機２ｎからの受信信号ｒ’ｎ，ｉのみとなる。
【００１９】
帯域通過フィルタ７ｉｊの作用により、複数の送信機２ｊからの電波を独立して処理することができるので、以降では、第ｎ計測点の位置ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］を推定する測位処理を代表として動作について説明する。第ｎ計測点に設置された電波送信機２ｎから放射された電波ｓ（ｔ）＝ｅｘｐ［ｊ２π（ｆｃ＋ｆｎ）ｔ］は、各受信アンテナ３１〜３４で受信される。
【００２０】
第１の受信アンテナ３１および第２の受信アンテナ３２における受信信号はそれぞれ次式で与えられる。
ｒｎ，１（ｔ）＝ｓ（ｔ）ｅｘｐ［ｊφ１］                  （１）
ｒｎ，２（ｔ）＝ｓ（ｔ）ｅｘｐ［ｊφ２］                  （２）
ここで、φ１，φ２はそれぞれ受信アンテナ３１，３２における受信信号の位相であり、次式のように表すことができる。
【数１】
0003602403.tif 000002
ここでｋｉは整数である。なお、‖ｐ−ｑｉ‖は計測点（送信機２ｎ）から受信アンテナ３ｉまでの距離、λ≡ｃ／（ｆｃ＋ｆｎ）は電波の波長、ｃは電波の速度（光速）を示すものである。帯域通過フィルタ７１ｎ，７２ｎから出力される受信信号ｒ’ｎ，１，ｒ’ｎ，２はそれぞれ次式のようになる。
【数２】
0003602403.tif 000003
位相差検出手段８ａは、受信信号ｒ’ｎ，１（ｔ）とｒ’ｎ，２（ｔ）との相関を次式のように求めることにより受信信号の位相差Δφ１２≡φ１−φ２を測定する。
【数３】
0003602403.tif 000004
ここで、＜＞は時間ｔに関する平均操作を与え、＊は複素共役を表すものである。位相差検出手段８ｂ，８ｃも同様に、それぞれ受信アンテナ３１の受信信号ｒ’ｎ，１（ｔ）と受信アンテナ３３の受信信号ｒ’ｎ，３（ｔ）との位相差Δφ１３≡φ１−φ３、受信アンテナ３１の受信信号ｒ’ｎ，１（ｔ）と受信アンテナ３４の受信信号ｒ’ｎ，４（ｔ）との位相差Δφ１４≡φ１−φ４を測定する。
【００２１】
測位計算手段９は、上記位相差Δφ１２，Δφ１３，Δφ１４を入力し、後述の測位計算を行うことにより第ｎ計測点の位置ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］を算出し、これを表示手段１０に出力する。測位計算手段９は、他の計測点についても異なる帯域通過フィルタの出力信号の位相差を入力することで同様に位置を算出し、  表示手段１０はすべての計測点の位置を合成することにより、計測対象である壁面の震動変位の分布を表示する。
【００２２】
次に、測位計算手段９の測位計算について説明する。位相差Δφ１２≡φ１−φ２の関係に、式（３）および式（４）を代入すると、計測点の位置ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］に関する方程式を次のように得ることができる。
【数４】
0003602403.tif 000005
ここで、ｋ１２はｋ１２≡ｋ１−ｋ２なる整数であり、以降ｋを整数値バイアスと呼ぶこととする。同様に、位相差Δφ１３、位相差Δφ１４について、次の関係式が成立する。
【数５】
0003602403.tif 000006
【００２３】
したがって、整数値バイアスｋ１２，ｋ１３，ｋ１４が計測点の初期位置などの情報により既知であるとすると、位相差Δφ１２，Δφ１３，Δφ１４を測定すれば、式（８）、式（９）および式（１０）を解くことにより、第ｎ計測点の位置ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］を決定することができる。他の計測点についても同様に独立に位置を推定することができる。
【００２４】
図２は、２つのアンテナに受信される電波に係る等位相差面を示す図である。図２に示されるように、式（８）を満足する［ｘ，ｙ，ｚ］は放物面として与えられる位相差Δφ１２に係る等位相差面上に存在する。図３は、２種類の等位相差面の交差状態を示す図である。式（８）の場合と同様に、式（９）を満足する［ｘ，ｙ，ｚ］は位相差Δφ１３に係る等位相差面上に存在するから、［ｘ，ｙ，ｚ］の存在範囲は位相差Δφ１２に係る等位相差面と位相差Δφ１３に係る等位相差面との交差曲線上に限定される。さらに、式（１０）を満足する［ｘ，ｙ，ｚ］は位相差Δφ１４に係る等位相差面上に存在するから、上記の交差曲線と位相差Δφ１４に係る等位相差面との交点を求めることで、第ｎ計測点の位置ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］を決定することができる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、計測点毎に設けられて互いに異なる周波数の電波を送信する複数の電波送信機２ｊと、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナ３ｉと、各アンテナ３ｉ毎に設けられて、それぞれのアンテナ３ｉで受信された信号を電波送信機２ｊ毎の対応する周波数帯の信号に弁別する帯域通過フィルタ７ｉｊと、複数のアンテナ３ｉのなかの２つのアンテナ３ｉに係る少なくとも３つの異なる組み合せについて、電波送信機２ｊから送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ３ｉ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段（８ａ，８ｂ，８ｃ）と、電波送信機２ｊから送信される異なる周波数の電波毎に、２つのアンテナ３ｉに係る３つの異なる組み合せについての位相差からそれぞれ導かれる３つの等位相差面の交点を求めて、当該周波数の電波を送信する電波送信機２ｊの位置を推定する測位計算手段９とを備えるように構成したので、計測点が広範囲に分布していてもすべての計測点に係る電波送信機２ｊから送信される電波をアンテナ３ｉで受信して、各電波送信機２ｊから送信される電波毎にそれぞれの組み合せに係るアンテナ３ｉ間での位相差を基にして当該電波送信機２ｊの位置を独立に演算することができるから、構造物についての広い測定範囲における各計測点の位置を同時に独立して推定することができるという効果を奏する。
【００２６】
また、計測点の位置を電波の位相差から求めるよう構成したので、電波の波長の数分の１〜数１０分の１の精度で高精度に位置を推定することができるという効果を奏する。また、電波を用いて計測しているので、周囲の照明環境に影響を受けることがないから、暗い室内の測定や屋外における夜間の測定でも十分な計測精度を得ることができるという効果を奏する。
【００２７】
さらに、この発明の実施の形態では、広い測定範囲を計測するには多数の電波発信機を要するが、受信信号の位相差からその位置を算出するよう構成したので、発信電波の波形に係る制約が小さくなり、単純な構造の電波発信機を用いることができるから、広範囲にまたがる壁面等の変位を低コストで高精度に観測することができるという効果を奏する。
【００２８】
なお、この実施の形態では、電波送信機２ｊから正弦波信号を放射するように構成しているが、帯域通過フィルタ７ｉｊの通過帯域幅以下の周波数帯域を有する任意の波形形状の信号を用いても同様の効果を奏する。
【００２９】
また、位相差検出手段（８ａ，８ｂ，８ｃ）は、アンテナ３１の受信信号とアンテナ３２の受信信号との位相差、アンテナ３１の受信信号とアンテナ３３の受信信号との位相差、アンテナ３１の受信信号とアンテナ３４の受信信号との位相差を検出するように構成されているが、アンテナ３２の受信信号とアンテナ３４の受信信号との位相差のように他の受信信号の組合わせから得られる位相差を用いる構成としてもよく、この場合にも同様の効果を奏することができる。
【００３０】
局部発信機４、ダウンコンバータ５ｉによる受信信号の周波数変換は、さらに複数の段数に分けたスーパーヘテロダイン等の受信機構成を用いることもできる。また、Ａ／Ｄ変換器６ｉは帯域通過フィルタ７ｉｊの後段に設置することもでき、Ａ／Ｄ変換器６ｉを省いて位相差検出手段８がアナログ信号を入力して位相差を検出するように構成することもできる。さらに、図１では受信信号のアンプが省略されているが、例えば受信アンテナ３ｉの直後等に挿入することもできる。
【００３１】
実施の形態２．
実施の形態１では、アンテナ３ｉから位相差検出手段８に至る受信機の経路に係る透過位相誤差を考慮してはいないが、実際の装置にはこの透過位相誤差が存在する。したがって、実施の形態１による構造物の震動変位計測装置の構成では、測位計算手段９が用いる位相差に誤差が生じて、その結果計測点の測位精度が劣化する。この実施の形態２による構造物の震動変位計測装置は、透過位相誤差を補償する点で実施の形態１と相違する。また、この実施の形態２による構造物の震動変位計測装置の構成は、図１に示される実施の形態１による構造物の震動変位計測装置と基本的には同一であり、測位計算手段９が位相補正量記憶部を備える点で相違する。
【００３２】
次に動作について説明する。
図４は、この発明の実施の形態２による構造物の震動変位計測装置を用いての送信機位置の導出過程を示すフローチャートである。第１に、測定前または測定後等の構造物が静止している時点で、任意の電波送信機２ｊが既知の位置にある際あるいはレーザ等の他の測定手段でその位置を決定できる位置にある際に、当該位置［ｘ０，ｙ０，ｚ０］を記録する（ステップＳＴ１）。そして、位相差検出手段（８ａ，８ｂ，８ｃ）を用いて、既知の位置にある電波送信機２ｊから送信される電波について、アンテナ３ｉ間の受信信号の位相差Δφ１２，Δφ１３，Δφ１４を測定する（ステップＳＴ２）。
【００３３】
次に、以下の式（１１）〜式（１３）を満足する位相差Δφ０１２，Δφ０１３，Δφ０１４を求める。なお、電波送信機２ｊが既知の位置［ｘ０，ｙ０，ｚ０］にあるときには、幾何学的条件からそれぞれの２つのアンテナ３ｉの組み合せに係る受信信号の位相差Δφ０１２，Δφ０１３，Δφ０１４は、式（１１）〜式（１３）により一意に決定される。
【数６】
0003602403.tif 000007
位相差Δφ０１２，Δφ０１３，Δφ０１４が求められれば、以下の式（１４）〜式（１６）を用いて、受信機の経路に係る透過位相誤差に起因するそれぞれの２つのアンテナの組み合せについての位相差誤差を補正するための透過位相差補正量η１２，η１３，η１４を算出して、これらの透過位相差補正量を測位計算手段９内に設けられた位相差補正量記憶部に記憶する（ステップＳＴ３）。
η１２＝Δφ１２−Δ０１２                              （１４）
η１３＝Δφ１３−Δ０１３                              （１５）
η１４＝Δφ１４−Δ０１４                              （１６）
【００３４】
次に、計測点の位置測定時には、位相差検出手段８は、電波送信機２ｊから送信される電波毎に、受信信号の位相差Δφ１２，Δφ１３，Δφ１４を測定する（ステップＳＴ４）。位相差Δφ１２，Δφ１３，Δφ１４が測定されれば、測位計算手段９は、位相差補正量記憶部に記憶された透過位相差補正量η１２，η１３，η１４を用いて、以下の式（１７）〜式（１９）に示されるように位相差を補正する（ステップＳＴ５）。
Δφ１２←Δφ１２−η１２                              （１７）
Δφ１３←Δφ１３−η１３                              （１８）
Δφ１４←Δφ１４−η１４                              （１９）
位相差が補正されれば、測位計算手段９は、補正後の位相差Δφ１２，Δφ１３，Δφ１４を用いて、実施の形態１と同様に、式（８）〜式（１０）から計測点の位置ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］を算出する。
【００３５】
以上のように、この実施の形態２によれば、測位計算手段９が受信機の経路に係る透過位相誤差に起因する２つのアンテナの組み合せについての位相差誤差を補正するための透過位相差補正量を記憶する位相差補正量記憶部を備えるように構成したので、位相差検出手段８から得られる位相差を補正して、正確な位相差を基にして計測点の位置を算出するから、計測点位置に係る測位精度の劣化を防止することができるという効果を奏する。
【００３６】
この実施の形態２では、測定の前後に、任意の電波送信機２ｊが既知の位置［ｘ０，ｙ０，ｚ０］にあるときに透過位相差補正量η１２，η１３，η１４を求めている。これに代えて、既知の位置にある送信機を別途設ける構成を採ることもできる。図５は、この発明の実施の形態２の変形例による構造物の震動変位計測装置を示す構成図である。図５において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。２０は、既知の位置［ｘ０，ｙ０，ｚ０］にある別途設けられた電波送信機である。また、７ｉ０（ｉはアンテナ番号）はアンテナ毎に設けられて、（ｆ０＋ｆｃ）の周波数の電波を送信する電波送信機２０からの受信信号を通過させる通過帯域の中心周波数がｆ０の帯域通過フィルタである。
【００３７】
上記のような構成を用いることで、既に述べたように計測点位置に係る測位精度の劣化を防止することができるという効果が得られ、さらに構造物の測定範囲外の既知の位置［ｘ０，ｙ０，ｚ０］に配置される電波送信機２０を備えるように構成したので、レーザ等の他の測定手段を用いて電波送信機の初期位置を測定する必要がなく、装置構成を簡略化することができるという効果を奏する。また、通過帯域の中心周波数がｆ０である帯域通過フィルタ７ｉ０を付加することで、透過位相補正処理を計測点測定時に同時に実施することができる。
【００３８】
実施の形態３．
実施の形態１では、式（８）〜式（１０）の整数値バイアスｋ１２，ｋ１３，ｋ１４が既知であることを前提としている。ところが、ｋ１２，ｋ１３，ｋ１４を知ることが難しい場合には、整数値バイアスによる推定位置の曖昧さが生じないように長い波長の電波を用いることが強いられ、このために十分な測位精度が得られないことがある。これは、測位精度が一般に波長に反比例するからである。この実施の形態３による構造物の震動変位計測装置は、整数値バイアスｋ１２，ｋ１３，ｋ１４が未知の場合にも計測点の位置を曖昧なく測定できるようにする点で実施の形態１と相違する。
【００３９】
図６は、この発明の実施の形態３による構造物の震動変位計測装置を示す構成図である。図６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。３１ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｊは送信機番号）は壁面１上の各計測点に設置されて周波数（ｆｊ＋ｆｃ１）の電波と周波数（ｆｊ＋ｆｃ２）の電波との２種類の電波を送信する電波送信機、３２１，３２２は分配器、３３１は周波数ｆｃ１の局発信号を発生する局部発信機、３３２は周波数ｆｃ２の局発信号を発生する局部発信機、３４ａ，３４ｂ，３４ｃはそれぞれアンテナ３１とアンテナ３２、アンテナ３１とアンテナ３３、アンテナ３１とアンテナ３４で測定された同一送信源からの周波数（ｆｊ＋ｆｃ１）の電波の位相差を検出する位相差検出手段、３４ａ’，３４ｂ’，３４ｃ’はそれぞれアンテナ３１とアンテナ３２、アンテナ３１とアンテナ３３、アンテナ３１とアンテナ３４で測定された同一送信源からの周波数（ｆｊ＋ｆｃ２）の電波の位相差を検出する位相差検出手段、３５は測位計算手段である。ここで、ｆｃ１とｆｃ２とは互いに異なるキャリア周波数である。
【００４０】
次に動作について説明する。
実施の形態１と同様に、帯域通過フィルタ７ｉｊの作用により、複数の送信機３１ｊからの電波を独立して処理することができるので、以降では、第ｎ計測点の位置ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］を推定する測位処理を代表として動作について説明する。第ｎ計測点に設置された電波送信機３１ｎは周波数（ｆｎ＋ｆｃ１）の電波と周波数（ｆｎ＋ｆｃ２）の電波とを、すなわち波長λ１≡ｃ／（ｆｎ＋ｆｃ１）の電波と波長λ２≡ｃ／（ｆｎ＋ｆｃ２）の電波との２種類の電波を放射する。
【００４１】
これらの電波は、異なる位置に設置された少なくとも４個の受信アンテナ３１〜３４で受信され、これら受信信号は分配器３２１，３２２でそれぞれ分配され、ダウンコンバータ５ｉで局部発信機３３１が出力する周波数ｆｃ１の局発信号、および局部発信機３３２が出力する周波数ｆｃ２の局発信号と乗じられて、共にｆｎの周波数の信号に変換される。これらの受信信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器６ｉでデジタル信号に変換され、帯域通過フィルタ７ｉｊで電波送信機３１ｊ毎の信号に弁別される。このようにして、位相差検出手段３４ａ〜３４ｃはそれぞれ波長λ１の電波の受信信号の位相差Δφ１２，Δφ１３，Δφ１４を、位相差検出手段３４ａ’〜３４ｃ’はそれぞれ波長λ２の電波の受信信号の位相差Δψ１２，Δψ１３，Δψ１４を測定する。
【００４２】
測位計算手段３５は、以下の式（２０）〜式（２２）を満足するように、整数値バイアスｋ１２，ｋ１３，ｋ１４およびｌ１２，ｌ１３，ｌ１４を決定する。
【数７】
0003602403.tif 000008
上記の式（２０）〜式（２２）は、計測点の位置ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］と位相差Δφ１２，Δφ１３，Δφ１４，Δψ１２，Δψ１３，Δψ１４と整数値バイアスｋ１２，ｋ１３，ｋ１４，ｌ１２，ｌ１３，ｌ１４との関係が以下の式（２３）〜式（２８）を満たすことに基づいて得られたものである。例えば、式（２０）は式（２３）と式（２６）とから導出される。
【数８】
0003602403.tif 000009
次に、測位計算手段３５は、式（２０）〜式（２２）で決定された整数値バイアスｋ１２，ｋ１３，ｋ１４を用いて、式（２３）〜式（２５）を満たすｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］を算出して、これを第ｎ計測点位置の推定結果として出力する。
【００４３】
この実施の形態３における式（２０）〜式（２２）に基づいた整数値バイアスの決定は、図７を用いて説明される。図７は、２種類の電波に係る等位相差面を示す図である。図７において、太い点線は波長λ１の電波に係る位相差Δφ１２の等位相差面であり、これは式（２３）を満たす座標［ｘ，ｙ，ｚ］の集合として与えられるものである。位相差Δφ１２に係る複数個の等位相差面は、それぞれ対応する整数値バイアスｋ１２が互いに異なっている。一方、一点鎖線は波長λ２の電波に係る位相差Δψ１２の等位相差面であり、これは式（２６）を満たす座標［ｘ，ｙ，ｚ］の集合として与えられるものである。位相差Δψ１２に係る複数個の等位相差面は、それぞれ対応する整数値バイアスｌ１２が互いに異なっている。
【００４４】
電波送信機３１ｎとアンテナ３１との間の距離と、電波送信機３１ｎとアンテナ３２との間の距離との距離差は測定する電波の波長によらず一定である。したがって、図７に示されるように、上記２種類の等位相差面のなかで電波送信機３１ｎが真に存在する面は互いに一致する。すなわち、整数値バイアスｋ１２，ｌ１２が一意に決定される。
【００４５】
以上のように、この実施の形態３によれば、２種類のキャリア周波数に基づいてそれぞれ２種類の電波を送信する複数の電波送信機３１ｊと、各キャリア周波数毎に２つのアンテナ３ｉ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段３４ａ〜３４ｃ’と、キャリア周波数毎に求められた２つの位相差からそれぞれの２つのアンテナ３ｉの組み合せに係る等位相差面を確定して、確定された３つの等位相差面の交点を求めて電波発信機３１ｊの位置を推定する測位計算手段３５とを備えるように構成したので、２つのアンテナ３ｉの組み合せに係る等位相差面を正確に導けるから、計測点の位置測定に係る測位精度の劣化を防止することができるという効果を奏する。
【００４６】
また、計測点の位置測定に係る測位精度を高いレベルに維持できるので、比較的短い波長の電波を用いることができるから、計測点の位置をより高精度に推定することができるという効果を奏する。
【００４７】
なお、この実施の形態３では、２種類の波長の電波を用いたが、さらに別の波長の電波を用いることもできる。また、測位計算手段３５は、式（２０）〜式（２２）で決定された整数値バイアスｋ１２，ｋ１３，ｋ１４を用いて式（２３）〜式（２５）から第ｎ計測点位置を算出しているが、同時に決定できる整数値バイアスｌ１２，ｌ１３，ｌ１４を用いて式（２６）〜式（２８）から第ｎ計測点位置を算出しても同様な効果を奏する。さらに、直接式（２３）〜式（２８）の最小二乗解を求めても、同様な効果を奏する。
【００４８】
実施の形態４．
実施の形態１では、複数の計測点を同時かつ独立に測位するために、電波送信機２ｊの発信周波数の違いを利用して、各アンテナ３ｉで受信された受信信号を帯域通過フィルタ７ｉｊで弁別して位相差を求めた。これに対し、この実施の形態４では電波送信機２ｊの送信信号の変調コードの違いを利用して各アンテナ３ｉで受信された受信信号を弁別することにより、複数の計測点を同時かつ独立に測位する。
【００４９】
この実施の形態４による構造物の震動変位計測装置の構成は、基本的には図１に示された実施の形態１による構造物の震動変位計測装置と同様である。但し、電波送信機２ｊは、擬似ランダム系列等の互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する。また、各アンテナ３ｉで受信された受信信号を弁別するために、帯域通過フィルタ７ｉｊに代えて各電波発信機２ｊ毎の変調コードにそれぞれ対応する複数のマッチトフィルタ（復調器）を用いる。
【００５０】
以上のように、この実施の形態４によれば、計測点毎に設けられて互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する複数の電波送信機と、各アンテナで受信された受信信号を弁別するための各電波発信機毎の変調コードにそれぞれ対応するように設けられたマッチトフィルタとを備えるように構成したので、アンテナに受信された電波を各電波発信機毎の信号に弁別して２つのアンテナ間の位相差を検出することができるから、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。また、互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する複数の電波送信機２ｊを備えるように構成したので、電波送信機が使用する周波数帯域幅を小さくすることができるという効果を奏する。
【００５１】
実施の形態５．
実施の形態１では、複数の計測点を同時かつ独立に測位するために、電波送信機２ｊの発信周波数の違いを利用して、各アンテナ３ｉで受信された受信信号を帯域通過フィルタ７ｉｊで弁別して位相差を求めた。これに対し、この実施の形態５では電波送信機２ｊの送信信号の送信タイミングの違いを利用して各アンテナ３ｉで受信された受信信号を弁別することにより、複数の計測点を同時かつ独立に測位する。
【００５２】
この実施の形態５による構造物の震動変位計測装置の構成は、基本的には図１に示された実施の形態１による構造物の震動変位計測装置と同様である。但し、電波送信機２ｊは、互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する。また、各アンテナ３ｉで受信された受信信号を弁別するために、帯域通過フィルタ７ｉｊに代えて各電波送信機２ｊ毎の送信タイミングにそれぞれ同期して導通状態となる複数のスイッチを用いる。
【００５３】
以上のように、この実施の形態５によれば、計測点毎に設けられて互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する複数の電波送信機と、各アンテナで受信された受信信号を弁別するために各電波発信機毎の送信タイミングにそれぞれ同期して導通するように設けられた複数のスイッチとを備えるように構成したので、アンテナに受信された電波を各電波発信機毎の信号に弁別して２つのアンテナ間の位相差を検出することができるから、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。また、互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する複数の電波送信機２ｊを備えるように構成したので、電波送信機が使用する周波数帯域幅を小さくすることができるという効果を奏する。
【００５４】
実施の形態６．
実施の形態１〜５では、受信信号の位相差を用いて計測点の位置を求めている。この実施の形態６は、受信信号の遅延時間差から計測点の位置を求める点で実施の形態１〜５と相違する。図８は、この発明の実施の形態６による構造物の震動変位計測装置を示す構成図である。図８において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。４１ｊ（ｊ＝１〜ｎ：ｊは送信機番号）は壁面１上の各計測点に設置されてそれぞれ異なる周波数の変調信号の電波を送信する電波送信機、４２ａ，４２ｂ，４２ｃはそれぞれアンテナ３１とアンテナ３２、アンテナ３１とアンテナ３３、アンテナ３１とアンテナ３４で測定された同一送信源からの電波の遅延時間差を検出する遅延時間差検出手段、４３は測位計算手段である。
【００５５】
次に動作について説明する。
実施の形態１と同様に、帯域通過フィルタ７ｉｊの作用により、複数の送信機４１ｊからの電波を独立して処理することができるので、以降では、第ｎ計測点の位置ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］を推定する測位処理を代表として動作を説明する。第ｎ計測点に設置された電波送信機４１ｎは、ｓ（ｔ）＝ξｎ（ｔ）ｅｘｐ［ｊ２π（ｆｃ＋ｆｎ）ｔ］なる電波を放射する。但し、変調信号ξｎ（ｔ）の帯域幅は帯域通過フィルタ７ｉｊの通過帯域幅以下とする。帯域通過フィルタ７１ｎ，７２ｎから出力される受信信号ｒ’ｎ，１および受信信号ｒ’ｎ，２はそれぞれ次式のようになる。
【数９】
0003602403.tif 000010
ここで、τ１，τ２は次式で表される遅延時間である。
τ１＝‖ｐ−ｑ１‖／ｃ                                  （３１）
τ２＝‖ｐ−ｑ２‖／ｃ                                  （３２）
遅延時間差検出手段４２ａは、受信信号ｒ’ｎ，１（ｔ）とｒ’ｎ，２（ｔ）との相関関数を式（３３）に示されるように求めて、相関関数のピーク位置を求めることにより遅延時間差Δτ１２≡τ１−τ２を測定する。
【数１０】
0003602403.tif 000011
【００５６】
測位計算手段４３は、遅延時間差検出手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃにより求められた遅延時間差Δτ１２，Δτ１３，Δτ１４を入力して、以下の式（３４）〜式（３６）を満たすｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ］を算出し、これを第ｎ計測点位置の推定結果として出力する。
【数１１】
0003602403.tif 000012
この場合も実施の形態１と同様に、式（３４）〜式（３６）によりそれぞれ放物面として与えられる３つの等遅延時間差面の交点を求めることで、第ｎ計測点の位置が導かれる。
【００５７】
以上のように、この実施の形態６によれば、壁面１上の各計測点に設置されてそれぞれ異なる周波数の変調信号の電波を送信する複数の電波送信機４１ｊと、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ３ｉで受信された同一送信源からの電波の遅延時間差を検出する遅延時間差検出手段（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）とを備えるように構成したので、アンテナに受信された電波を各電波発信機毎の信号に弁別して２つのアンテナ間の遅延時間差を検出することができるから、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。
【００５８】
なお、この実施の形態６では、電波発信機４１ｊ毎の異なる送信周波数に基づいて、アンテナ３ｉに受信される受信信号を各計測点毎の信号に弁別して計測している。しかし、この実施の形態はこのような態様に限定されるものではなく、実施の形態４および実施の形態５に示されるように、電波の変調コードまたは電波の送信タイミングで受信信号を弁別して計測するように構成しても、同様な効果を得ることができる。さらに、実施の形態２と同様に、既知の位置に設置された電波送信機からの受信信号を用いて、遅延時間差の較正を行うこともできる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、計測点毎に設けられて互いに異なる周波数の電波を送信する複数の電波送信機と、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機毎の対応する周波数帯の信号に弁別する複数の帯域通過フィルタと、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合わせについて、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての位相差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等位相差面の交点を求めて、当該周波数の電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるように構成したので、計測点が広範囲に分布していてもすべての計測点に係る電波送信機から送信される電波をアンテナで受信して、各電波送信機から送信される電波毎にアンテナ間での位相差を基にして当該電波送信機の位置を独立に演算することができるから、構造物についての広い測定範囲における各計測点の位置を同時に独立して推定することができるという効果を奏する。また、計測点の位置を電波の位相差から求めるように構成したので、電波の波長の数分の１〜数１０分の１の精度で高精度に位置を推定することができるという効果を奏する。また、電波を用いて計測しているので、周囲の照明環境に影響を受けることがないから、暗い室内の測定や屋外における夜間の測定でも十分な計測精度を得ることができるという効果を奏する。さらに、受信信号の位相差から計測点の位置を算出するように構成したので、発信電波の波形に係る制約が小さくなり、単純な構造の電波発信機を用いることができるから、広範囲にまたがる壁面等の変位を低コストで高精度に観測することができるという効果を奏する。
【００６０】
この発明によれば、測位計算手段が受信機の経路に係る透過位相誤差に起因する２つのアンテナの組み合せについての位相差誤差を補正するための透過位相差補正量を記憶する位相差補正量記憶部を備えるように構成したので、位相差検出手段から得られる位相差を補正して、正確な位相差を基にして計測点の位置を算出するから、計測点位置に係る測位精度の劣化を防止することができるという効果を奏する。
【００６１】
この発明によれば、既知の位置に配置される電波送信機を備えるように構成したので、レーザ等の他の測定手段を用いて電波送信機の位置を測定する必要がなく、装置構成を簡略化することができるという効果を奏する。
【００６２】
この発明によれば、計測点毎に設けられ、それぞれが割り当てられた個別の周波数帯に対して２種類のキャリア周波数を作用させて、それぞれ２種類の周波数の電波を送信する複数の電波送信機と、各キャリア周波数を単位として、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合わせについて、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の位相差を検出する位相差検出手段と、電波送信機毎に、２つのアンテナに係るそれぞれの組み合せに対してキャリア周波数毎に求められた２つの位相差からそれぞれの組み合せに係る等位相差面を確定して、確定された少なくとも３つの位相差面の交点を求めて、当該電波発信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるように構成したので、２つのアンテナの組み合せに係る等位相差面を正確に導けるから、計測点の位置測定に係る測位精度の劣化を防止することができるという効果を奏する。また、計測点の位置測定に係る測位精度を高いレベルに維持できるので、比較的短い波長の電波を用いることができ、計測点の位置をより高精度に推定することができるという効果を奏する。
【００６３】
この発明によれば、計測点毎に設けられて互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する複数の電波送信機と、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機から送信される信号毎に弁別するように電波送信機毎の変調コードにそれぞれ対応可能である複数のマッチトフィルタとを備えるように構成したので、アンテナに受信された電波を各電波発信機毎の信号に弁別してそれぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間の位相差を検出することができるから、構造物についての広い測定範囲における各計測点の位置を同時に独立して推定することができる等の効果を奏する。また、互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する複数の電波送信機を備えるように構成したので、電波送信機が使用する周波数帯域幅を小さくすることができるという効果を奏する。
【００６４】
この発明によれば、計測点毎に設けられて互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する複数の電波送信機と、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機から送信される信号毎に弁別するように電波送信機毎の送信タイミングにそれぞれ同期して導通状態となる複数のスイッチとを備えるように構成したので、アンテナに受信された電波を各電波発信機毎の信号に弁別してそれぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間の位相差を検出することができるから、構造物についての広い測定範囲における各計測点の位置を同時に独立して推定することができる等の効果を奏する。また、互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する複数の電波送信機を備えるように構成したので、電波送信機が使用する周波数帯域幅を小さくすることができるという効果を奏する。
【００６５】
この発明によれば、計測点毎に設けられて互いに異なる周波数の電波を送信する複数の電波送信機と、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナと、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機毎の対応する周波数帯の信号に弁別する複数の帯域通過フィルタと、複数のアンテナのなかの２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合わせについて、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、それぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間での受信電波の遅延時間差を検出する遅延時間差検出手段と、電波送信機から送信される異なる周波数の電波毎に、２つのアンテナに係る少なくとも３つの異なる組み合せについての遅延時間差からそれぞれ導かれる少なくとも３つの等遅延時間差面の交点を求めて、当該周波数の電波を送信する電波送信機の位置を推定する測位計算手段とを備えるように構成したので、計測点が広範囲に分布していてもすべての計測点に係る電波送信機から送信される電波をアンテナで受信して、各電波送信機から送信される電波毎にアンテナ間での遅延時間差を基にして当該電波送信機の位置を独立に演算することができるから、構造物についての広い測定範囲における各計測点の位置を同時に独立して推定することができる等の効果を奏する。
【００６６】
この発明によれば、計測点毎に設けられて互いに直交する変調コードでそれぞれ変調された電波を送信する複数の電波送信機と、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機から送信される信号毎に弁別するように電波送信機毎の変調コードにそれぞれ対応可能である複数のマッチトフィルタとを備えるように構成したので、アンテナに受信された電波を各電波発信機毎の信号に弁別してそれぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間の遅延時間差を検出することができるから、構造物についての広い測定範囲における各計測点の位置を同時に独立して推定することができる等の効果を奏する。
【００６７】
この発明によれば、計測点毎に設けられて互いに異なる送信タイミングを有する電波を送信する複数の電波送信機と、それぞれのアンテナ毎に設けられて、それぞれのアンテナで受信された信号を電波送信機から送信される信号毎に弁別するように電波送信機毎の送信タイミングにそれぞれ同期して導通状態となる複数のスイッチとを備えるように構成したので、アンテナに受信された電波を各電波発信機毎の信号に弁別してそれぞれの組み合せに係る２つのアンテナ間の遅延時間差を検出することができるから、構造物についての広い測定範囲における各計測点の位置を同時に独立して推定することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による構造物の震動変位計測装置を示す構成図である。
【図２】２つのアンテナに受信される電波に係る等位相差面を示す図である。
【図３】２種類の等位相差面の交差状態を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による構造物の震動変位計測装置を用いての送信機位置の導出過程を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態２の変形例による構造物の震動変位計測装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３による構造物の震動変位計測装置を示す構成図である。
【図７】２種類の電波に係る等位相差面を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態６による構造物の震動変位計測装置を示す構成図である。
【図９】従来の構造物の震動変位計測装置の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  壁面、２ｊ（ｊ＝１〜ｎ），２０，３１ｊ（ｊ＝１〜ｎ），４１ｊ（ｊ＝１〜ｎ）  電波送信機、３ｉ（ｉ＝１〜４）  アンテナ、４，３３１，３３２  局部発信機、５ｉ（ｉ＝１〜４）  ダウンコンバータ、６ｉ（ｉ＝１〜４）  Ａ／Ｄ変換器、７ｉｊ（ｉ＝１〜４，ｊ＝１〜ｎ）  帯域通過フィルタ、８ａ，８ｂ，８ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ａ’，３４ｂ’，３４ｃ’  位相差検出手段、９，３５，４３  測位計算手段、１０  表示手段、３２１，３２２  分配器、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ  遅延時間差検出手段。
【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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