(57)【要約】【課題】低コストの発信機を用いて高い計測精度を確保でき、かつ特定の基準発信機に計測精度が依存することなく、長期間安定して高い計測精度が得られる変位計測システム及び変位計測方法を得る。【解決手段】斜面の変位計測点に設置され、それぞれ異なる連続波電波を発信する複数の発信機３と、位置が既知の固定点に設置され、前記連続波電波を受信する複数の受信センサ４と、発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、前記全ての発信機の位置、前記全ての発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求める信号処理ユニット５とを設けた。【選択図】図１
2006349515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜面の変位を計測する変位計測システムであって、
前記斜面の変位計測点に設置され、それぞれ異なる連続波電波を発信する複数の発信機と、
位置が既知の固定点に設置され、前記連続波電波を受信する複数の受信センサと、
発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、前記全ての発信機の位置、前記全ての発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求める信号処理ユニットと
を備えたことを特徴とする変位計測システム。
【請求項２】
斜面の変位を計測する変位計測システムであって、
位置が既知の固定点に設置され、第１の連続波電波を発信する第１の発信機と、
前記斜面の変位計測点に設置され、それぞれ異なる第２の連続波電波を発信する複数の第２の発信機と、
位置が既知の固定点に設置され、前記第１及び第２の連続波電波を受信する複数の受信センサと、
発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、全ての第２の発信機の位置、全ての第１及び第２の発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求める信号処理ユニットと
を備えたことを特徴とする変位計測システム。
【請求項３】
斜面の変位を計測する変位計測システムであって、
前記斜面の変位計測点に設置され、それぞれ異なる連続波電波を発信する複数の発信機と、
位置が既知の固定点に設置され、前記連続波電波を受信する複数の受信センサと、
発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、前記全ての発信機の二次元位置、前記全ての発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求める信号処理ユニットと
を備えたことを特徴とする変位計測システム。
【請求項４】
斜面の変位を計測する変位計測システムであって、
位置が既知の固定点に設置され、第１の連続波電波を発信する第１の発信機と、
前記斜面の変位計測点に設置され、それぞれ異なる第２の連続波電波を発信する複数の第２の発信機と、
位置が既知の固定点に設置され、前記第１及び第２の連続波電波を受信する複数の受信センサと、
発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、全ての第２の発信機の二次元位置、全ての第１及び第２の発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求める信号処理ユニットと
を備えたことを特徴とする変位計測システム。
【請求項５】
前記複数の受信センサの受信信号を前記信号処理ユニットに伝送する光ケーブルをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の変位計測システム。
【請求項６】
固定点に設置され、同期信号を発信する同期信号発信機をさらに備え、
前記受信センサは、前記同期信号に同期して受信信号を前記信号処理ユニットに無線伝送する
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の変位計測システム。
【請求項７】
連続波電波を発信する発信機に替えて、間欠波電波を発信する発信機を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の変位計測システム。
【請求項８】
連続波電波を発信する発信機に替えて、変調波電波を発信する発信機を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の変位計測システム。
【請求項９】
斜面の変位を計測する変位計測方法であって、
前記斜面の変位計測点に設置された複数の発信機により、それぞれ異なる連続波電波を発信するステップと、
位置が既知の固定点に設置された複数の受信センサにより、前記連続波電波を受信するステップと、
発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、前記全ての発信機の位置、前記全ての発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求めるステップと
を含むことを特徴とする変位計測方法。
【請求項１０】
斜面の変位を計測する変位計測方法であって、
位置が既知の固定点に設置された第１の発信機により、第１の連続波電波を発信するステップと、
前記斜面の変位計測点に設置された複数の第２の発信機により、それぞれ異なる第２の連続波電波を発信するステップと、
位置が既知の固定点に設置された複数の受信センサにより、前記第１及び第２の連続波電波を受信するステップと、
発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、全ての第２の発信機の位置、全ての第１及び第２の発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求めるステップと
を含むことを特徴とする変位計測方法。
【請求項１１】
斜面の変位を計測する変位計測方法であって、
前記斜面の変位計測点に設置された複数の発信機により、それぞれ異なる連続波電波を発信するステップと、
位置が既知の固定点に設置された複数の受信センサにより、前記連続波電波を受信するステップと、
発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、前記全ての発信機の二次元位置、前記全ての発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求めるステップと
を含むことを特徴とする変位計測方法。
【請求項１２】
斜面の変位を計測する変位計測方法であって、
位置が既知の固定点に設置された第１の発信機により、第１の連続波電波を発信するステップと、
前記斜面の変位計測点に設置された複数の第２の発信機により、それぞれ異なる第２の連続波電波を発信するステップと、
位置が既知の固定点に設置された複数の受信センサにより、前記第１及び第２の連続波電波を受信するステップと、
発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、全ての第２の発信機の二次元位置、全ての第１及び第２の発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求めるステップと
を含むことを特徴とする変位計測方法。
【請求項１３】
光ケーブルにより前記複数の受信センサの受信信号を前記信号処理ユニットに伝送するステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項９から請求項１２までのいずれかに記載の変位計測方法。
【請求項１４】
固定点に設置された同期信号発信機により、同期信号を発信するステップと、
前記受信センサにより、前記同期信号に同期して受信信号を前記信号処理ユニットに無線伝送するステップとをさらに含む
ことを特徴とする請求項９から請求項１２までのいずれかに記載の変位計測方法。
【請求項１５】
連続波電波を発信するステップに替えて、間欠波電波を発信するステップを含む
ことを特徴とする請求項９から請求項１４までのいずれかに記載の変位計測方法。
【請求項１６】
連続波電波を発信するステップに替えて、変調波電波を発信するステップを含む
ことを特徴とする請求項９から請求項１４までのいずれかに記載の変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地滑りの恐れのある斜面の変位を計測する変位計測システム及び変位計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地滑りの恐れのある斜面の変位を計測する方法として、ＧＰＳ測位装置を利用する方法があった（例えば、特許文献１参照）。この方法は、基準点と観測点の双方に高精度ＧＰＳ受信機を設置し、基準点と観測点の測位結果の差分を取ることにより観測点の変位を計測するというものである。
【０００３】
また、電波の伝播時間を利用する方法があった（例えば、特許文献２参照）。この方法は、斜面の複数観測点に電波送受信機を設置し、複数観測点間でパルス状の電波を送受信して観測点間の距離を求めることにより変位を計測するというものである。
【０００４】
さらに、電波の位相差を用いて変位を計測する方法があった（例えば、特許文献３参照）。この方法は、変位計測点に電波発信機を設置し、固定点に設置した受信機間で電波の位相を比較することにより発信機位置の変位を計測するというものである。長期間における計測の安定性を保証し得る方法として、位置が既知の点に基準発信機を設けて、その発信機からの電波の位相により受信系の位相量を補正する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８５７３２号公報
【特許文献２】特開２００３−３２９４９２号公報
【特許文献３】特開２００１−２７２４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＧＰＳを利用した変位計測法では、電離層シンチレーション等の影響により観測値がばらつくため、センチメートル級の精度を得るためには、一定の観測時間のデータを平均する必要があった。そのため、地滑りが急激に加速するなどの過渡応答があっても、一回の計測ではそのような過渡応答を発見できず、地滑りの変化の兆候の発見には供することができないという問題点があった。
【０００７】
また、従来の電波の伝播時間を利用する方法は、センチメートル級の精度を得るためには、ナノ秒級のパルス幅の信号を送受信する必要があり、ギガヘルツ級の広帯域信号を扱うことから大変高価なシステムになってしまうという問題点があった。また、このようなギガヘルツ級の帯域幅の電波を遠距離に到達させるためにはある程度の送信電力が必要で、電波法上の問題で現実的には不可能という問題点もあった。
【０００８】
さらに、従来の電波の位相差を用いる方法は、長期間の計測精度を確保するためには、受信系遅延位相量を補正するために基準発信機を必要とし、この基準発信機の電波の受信状態に計測精度が大きく依存してしまうという問題点があった。また、基準発信機を用いない場合、受信系ケーブル等の遅延位相量の経時変化の影響で、長期間安定した測位精度が得られない問題点があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、低コストの発信機を用いて高い計測精度を確保でき、かつ特定の基準発信機に計測精度が依存することなく、長期間安定して高い計測精度が得られる変位計測システム及び変位計測方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る変位計測システムは、斜面の変位を計測する変位計測システムであって、前記斜面の変位計測点に設置され、それぞれ異なる連続波電波を発信する複数の発信機と、位置が既知の固定点に設置され、前記連続波電波を受信する複数の受信センサと、発信機毎に分離された各受信センサの受信信号に基づいて、全ての発信機及び全ての受信センサの組み合わせ毎に受信位相を算出し、前記全ての発信機の位置、前記全ての発信機の発信位相、及び全ての受信系の遅延位相量を未知変数とする、前記受信位相の算出式の連立方程式を解くことにより各発信機の位置の変位を求める信号処理ユニットとを設けたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る変位計測システムは、低コストの発信機を用いて高い計測精度を確保でき、かつ特定の基準発信機に計測精度が依存することなく、長期間安定して高い計測精度が得られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る変位計測システムについて図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る変位計測システムの構成を示す図である。
【００１３】
図１において、この実施の形態１に係る変位計測システムは、斜面内の地滑りエリア２などに設置された複数の発信機３と、斜面の静止エリア１に設置された複数の受信センサ４と、信号処理ユニット５とが設けられている。
【００１４】
信号処理ユニット５には、複数の受信機６と、複数のＡ／Ｄ変換器７と、複数の離散フーリエ変換手段（ＦＦＴ）８と、複数の位相算出手段９と、測位計算手段１０とが設けられている。
【００１５】
つぎに、この実施の形態１に係る変位計測システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
斜面内の地滑りエリア２内の複数観測点に設置された発信機３は、それぞれの発信機３に割り当てられたわずかに異なる周波数の連続波（ＣＷ）電波を発信する。各発信機３からの電波は、静止エリア１に設置された複数の受信センサ４により受信され、ＲＦケーブル等で信号処理ユニット５に導かれる。
【００１７】
信号処理ユニット５内の受信機６は、各受信センサ４からのＲＦ信号を周波数変換し、ＩＦ信号または位相情報を含むベースバンド信号とする。このＩＦ信号またはベースバンド信号は、Ａ／Ｄ変換器７に入力され、ディジタル信号に変換される。このディジタル受信信号は、離散フーリエ変換手段８によって周波数領域に変換される。各観測点の発信機３は、わずかに異なる周波数が割り当てられているため、フーリエ変換により各発信機３の信号を弁別することができる。
【００１８】
このように各発信機３ごとに分離された各受信センサ４の受信信号は、位相算出手段９に入力されて各発信機３、各受信センサ４の組み合わせごとに受信位相が算出される。これら全ての受信位相は、測位計算手段１０に入力され、各発信機３の位置が算出される。
【００１９】
なお、発信機３の弁別方法は、上記のように各発信機に異なる周波数を割り当てる周波数分割による方法ばかりでなく、各発信機３の電波を発信機ごとに固有の符号で変調し、符号により発信機を弁別する符号分割や、電波を間欠発信し、各発信機に異なる発信時間を割り当てる時分割による方法であってもよい。また、電波を間欠発信させる場合、電力消費が抑制されて、発信機の電池寿命が長くなるという副次効果も生じる。
【００２０】
つづいて、測位計算法について説明する。発信機＃ｌの電波の受信センサ＃ｍにおける受信位相は、次のようになる。
【００２１】
【数１】
2006349515.tif 000003
【００２２】
但し、（ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）は発信機＃ｌの位置座標、（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）はセンサ＃ｍの位置座標、φｔ−ｌは発信機＃ｌの発信位相、φｒ−ｍはＲＦケーブルの遅延等による受信系の遅延位相量、Ｎｌ，ｍは位相整数値バイアスである。
【００２３】
センサ＃ｍの位置座標（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）は既知数であり、発信機＃ｌの位置座標（ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）と、発信機＃ｌの発信位相φｔ−ｌ（注：ｔ＿ｌを見易くするために、下付きをｔ−ｌと表している）、受信系の遅延位相量φｒ−ｍ（注：ｒ＿ｍを見易くするために、下付きをｒ−ｍと表している）は未知変数である。また、位相整数値バイアスＮｌ，ｍも未知変数であるが、測距儀等を用いて計測した発信機位置の初期値や、追尾フィルタを用いて求めた発信機位置の概略値を用いて計算することができる。
【００２４】
ここで、Ｌ個の発信機３とＭ個の受信センサ４を用いることを考える。受信位相観測値φｌ，ｍの総数はＬ×Ｍ個であるから、Ｌ×Ｍ個の式（１）のような連立方程式を立てることができる。
【００２５】
一方、未知変数の数は、発信機３の位置座標（ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）（ｌ＝１，２，・・・，Ｌ）の３Ｌ個と、発信位相φｔ−ｌ（ｌ＝１，２，・・・，Ｌ）のＬ個、および受信系遅延位相量φｒ−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のＭ個であるが、実際には受信系遅延位相量はセンサ間の相対値でよく全体として１個少なくて済むため、未知変数の総数は（４Ｌ＋Ｍ−１）個となる。
【００２６】
連立方程式は、方程式の数が未知変数の数より多い場合のみに解くことができるので、次の条件を満たせば、方程式を解いて発信機位置を測位することができる。
【００２７】
Ｌ×Ｍ≧４Ｌ＋Ｍ−１                                        （２）
【００２８】
上式の等号が成立するとき、方程式の数と未知変数の数が一致するので、方程式は一意の解を持つ。また、不等号のみが成立するとき、未知変数の数より方程式の数の方が多くなるため、方程式は解を持たない可能性があるが、その場合は最小二乗解を求める。
【００２９】
式（２）をＬとＭについての条件に直すと、
Ｌ≧２かつＭ≧７
または
Ｌ≧３かつＭ≧６                                            （３）
または
Ｌ≧４かつＭ≧５
となる。
【００３０】
最小二乗原理により、発信機数Ｌ、受信センサ数Ｍともに数が多いほどより正確な解を求めることができ、高い計測精度が得られる。
【００３１】
本実施の形態１による変位計測システムによると、電波の位相差を用いて発信機位置を測位するので、低コストの狭帯域発信機を用いて高い計測精度が得られる。また、受信系の遅延位相量を推定して測位計算をおこなうため、受信系遅延位相量の経時変化によらず、長期間にわたり安定して高い計測精度が得られる。また、基準発信機を用いないため、計測精度が特定の基準発信機の受信状態に依存しないという利点がある。
【００３２】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る変位計測システムについて図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る変位計測システムの構成を示す図である。
【００３３】
上記の実施の形態１では、全ての発信機3が動くものとして測位計算を行うが、本実施の形態２では、１機または複数の発信機を位置が既知の不動点に配置することによって、他の発信機の測位精度を向上させることを特徴とする。
【００３４】
この方法は、特許文献３に示されている基準発信機を設ける方法と類似しているが、従来技術では基準発信機が受信系遅延位相量の算出に決定的な役割を果たし、電波の遮蔽等により基準発信機の電波が受信不能となると原理的には計測不能となるのに対し、本実施の形態２では、受信可能な全ての発信機を用いて測位計算を行うため、固定発信機が受信不能になっても、受信可能な発信機数Ｌと受信センサ数Ｍが特定の条件を満たせば計測の継続が可能であるという点で異なる。
【００３５】
図２において、この実施の形態２に係る変位計測システムは、静止エリア２０１内の位置が既知の点に設置した固定発信機２０３と、斜面内の地滑りエリア２０２などに設置された複数の計測用発信機２０４と、斜面の静止エリア２０１に設置された複数の受信センサ２０５と、信号処理ユニット２０６とが設けられている。
【００３６】
信号処理ユニット２０６には、複数の受信機２０７と、複数のＡ／Ｄ変換器２０８と、複数の離散フーリエ変換手段（ＦＦＴ）２０９と、複数の位相算出手段２１０と、測位計算手段２１１とが設けられている。
【００３７】
つぎに、この実施の形態２に係る変位計測システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
ハードウェアの動作そのものは上記の実施の形態１とほぼ同じであり、固定発信機２０３と計測用発信機２０４はハードウェア上の違いはなく、いずれも上記実施の形態１における発信機３と同様に動作する。さらに、各発信機２０３、２０４は周波数分割等により弁別され、位相算出手段２１０により各々の受信位相が算出されるまでは上記実施の形態１と同様である。上記実施の形態１との違いは、測位計算手段２１１で行われる測位計算法にある。
【００３９】
本実施の形態２の測位計算法では、固定発信機２０３の位置を既知とし、未知変数を減らすことを特徴とする。例えば、発信機＃ａの位置が既知で固定点（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）にある場合、次のような方程式を立てることができる。
【００４０】
【数２】
2006349515.tif 000004
【００４１】
ここで、固定発信機２０３と計測用発信機２０４の合計数をＬ、受信センサ数をＭとすると、方程式の数は上記実施の形態１と同様にＬ×Ｍ個である。
【００４２】
一方、未知変数の数は、固定発信機＃ａを除く計測用発信機２０４の位置（ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）（ｌ＝１，２，・・・，ａ−１，ａ＋１，・・・，Ｌ）の３（Ｌ−１）個と、発信位相φｔ−ｌ（ｌ＝１，２，・・・，Ｌ）のＬ個、および受信系遅延位相量φｒ−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のＭ個であるが、実際には受信系遅延位相量はセンサ間の相対値でよく全体として１個少なくて済むため、未知変数の総数は（４Ｌ＋Ｍ−４）個となる。
【００４３】
連立方程式は方程式の数が未知変数の数より多い場合のみに解くことができるので、次の条件を満たせば、方程式を解いて発信機位置を測位することができる。
【００４４】
Ｌ×Ｍ≧４Ｌ＋Ｍ−４                                        （５）
【００４５】
上式の等号が成立するとき、方程式の数と未知変数の数が一致するので、方程式は一意の解を持つ。また、不等号のみが成立するとき、未知変数の数より方程式の数の方が多くなるため、方程式は解を持たない可能性があるが、その場合は最小二乗解を求める。
【００４６】
上記条件のほか、本実施の形態２では計測用発信機２０４の他に固定発信機２０３も必要であるので、Ｌ≧２であることも必須である。従って、前記条件と式（５）の条件を合わせたＬとＭについての条件は、次式となる。
【００４７】
Ｌ≧２かつＭ≧４                                            （６）
【００４８】
１機の発信機を既知点に固定するだけで、発信機数とセンサ数にかかわる制限は上記実施の形態１に比べ大幅に緩和され、少ない発信機数とセンサ数で変位計測システムを実現できることがわかる。逆に、発信機数とセンサ数が同じならば、冗長性の増大により、より高い計測精度が得られる。
【００４９】
なお、上記は固定発信機２０３を１機とした場合の説明であるが、より多くの発信機を位置が既知の固定点に設置することもできる。その場合、固定発信機２０３の数を多くするほどより冗長性が増して、計測用発信機２０４の位置をより高い精度で計測することができる。
【００５０】
本実施の形態２によると、上記実施の形態１より少ない発信機数とセンサ数で測位計算可能なため、より低コストの変位計測システムを実現できるという利点がある。また、上記実施の形態１と同数の発信機とセンサを用いる場合、測位計算の冗長性が増すため、最小二乗原理により、より高い精度で計測用発信機２０４の位置を測位できるという利点がある。さらに、冗長性の増大により、固定発信機２０３や計測用発信機２０４と受信センサ２０５間に電波の遮蔽やフェージング等が生じても、影響を受けにくくなるという利点もある。
【００５１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る変位計測システムについて説明する。上記の実施の形態１は発信機３が三次元に動くことを想定しているが、斜面の変位計測においては、斜面に沿った二次元平面内での計測のみで十分なことが多い。ここでは、そのような場合に適用する実施の形態について説明する。
【００５２】
ハードウェア構成は、上記実施の形態１と全て同様である。但し、測位計算のみが異なり、二次元測位に特化した測位計算を行う。以下にその測位計算法を示す。
【００５３】
二次元平面は斜面に沿っており、その面内の方向をＸ方向とＹ方向、面に垂直な方向をＺ方向とする。各発信機のＺ座標は次のように既知の座標に固定されているものとする。
【００５４】
ｚｌ＝Ｚｌ      （ｌ＝１，２，・・・，Ｌ）                    （７）
【００５５】
但し、全ての発信機３が同じ平面内にある必要は無く、Ｚｌが発信機ごとによって異なる値であってもよいことに注意する。このとき、次のような方程式を立てることができる。
【００５６】
【数３】
2006349515.tif 000005
【００５７】
ここで、発信機数をＬ、センサ数をＭとすると、方程式の数は上記実施の形態１と同様にＬ×Ｍ個である。
【００５８】
一方、未知変数の数は、発信機３の二次元位置座標（ｘｌ，ｙｌ）（ｌ＝１，２，・・・，Ｌ）の２Ｌ個と、発信位相φｔ−ｌ（ｌ＝１，２，・・・，Ｌ）のＬ個、および受信系遅延位相量φｒ−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のＭ個であるが、実際には受信系遅延位相量はセンサ間の相対値でよく全体として１個少なくて済むため、未知変数の総数は（３Ｌ＋Ｍ−１）個となる。
【００５９】
連立方程式は方程式の数が未知変数の数より多い場合のみに解くことができるので、次の条件を満たせば、方程式を解いて発信機位置を測位することができる。
【００６０】
Ｌ×Ｍ≧３Ｌ＋Ｍ−１                                        （９）
【００６１】
上式の等号が成立するとき、方程式の数と未知変数の数が一致するので、方程式は一意の解を持つ。また、不等号のみが成立するとき、未知変数の数より方程式の数の方が多くなるため、方程式は解を持たない可能性があるが、その場合は最小二乗解を求める。
【００６２】
上式をＬとＭについての条件に直すと、
Ｌ≧２かつＭ≧５
または
Ｌ≧３かつＭ≧４                                            （１０）
である。
【００６３】
上記の実施の形態１に比べ、少ない発信機数と受信センサ数で測位計算が可能なことがわかる。
【００６４】
本実施の形態３によると、上記実施の形態１より少ない発信機数と受信センサ数で測位計算可能なため、より低コストの変位計測システムを実現できるという利点がある。また、上記実施の形態１と同数の発信機と受信センサを用いる場合、測位計算の冗長性が増すため、最小二乗原理により、より高い精度で計測用発信機の二次元位置を測位できるという利点がある。さらに、冗長性の増大により、発信機と受信センサ間に電波の遮蔽やフェージング等が生じても、影響を受けにくくなるという利点もある。
【００６５】
なお、本実施の形態３の測位計算法は、固定発信機２０３を用いる実施の形態２の方法と併用してもよい。その場合、より少ない受信センサ数で変位計測システムを実現できる。
【００６６】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る変位計測システムについて図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態４に係る変位計測システムの構成を示す図である。
【００６７】
上記の実施の形態１〜３では、受信センサと信号処理ユニット間をＲＦケーブルで接続することを想定しているが、このＲＦケーブルは信号電力の損失が大きいため、受信センサと信号処理ユニットの受信機間の距離を離して設置する場合、受信機における信号対雑音比が低下し、測位精度が劣化してしまう。また、低損失のＲＦケーブルは高価な上に直径が太く、設置時の取り回しが不便であったり、設置後の外観が悪かったりするという問題がある。本実施の形態４は上記のような問題を解決するために有効な手段で、ＲＦケーブルのかわりに光ケーブルを用いて、受信センサから信号処理ユニットに信号を伝送する。
【００６８】
図３において、この実施の形態４に係る変位計測システムは、斜面内の地滑りエリア４０２などに設置された複数の発信機４０３と、斜面の静止エリア４０１に設置された複数の受信センサ４０４と、複数の電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）４０５と、光ケーブル４０６と、信号処理ユニット４０７とが設けられている。
【００６９】
信号処理ユニット４０７には、複数の光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）４０８と、複数の受信機４０９と、複数のＡ／Ｄ変換器４１０と、複数の離散フーリエ変換手段（ＦＦＴ）４１１と、複数の位相算出手段４１２と、測位計算手段４１３とが設けられている。
【００７０】
つぎに、この実施の形態４に係る変位計測システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００７１】
斜面内の静止エリア４０１や地滑りエリア４０２の複数観測点に設置された発信機４０３は、それぞれの発信機４０３に割り当てられたわずかに異なる周波数のＣＷ（連続波）電波を発信する。各発信機４０３からの電波は、静止エリア４０１に設置された複数の受信センサ４０４により受信され、ＲＦ信号の状態で電気／光変換器４０５により光信号に変換される。この光信号は、光ケーブル４０６を通じて信号処理ユニット４０７に伝送される。
【００７２】
信号処理ユニット４０７では、光信号は光／電気変換器４０８において電気信号に戻され、受信機４０９に入力される。後の処理は上記実施の形態１〜３と同様であるので説明を省略する。
【００７３】
なお、電気／光変換器４０５により変換される信号はＲＦ信号でなくとも、周波数変換されたＩＦ信号や、位相情報を含む復調信号であってもよい。また、Ａ／Ｄ変換したディジタル受信信号や、離散フーリエ変換したディジタル受信信号、あるいは、各発信機の受信位相などのディジタルデータを光ケーブルで送る方法も考えられる。
【００７４】
本実施の形態４によれば、受信センサ４０４から信号処理ユニット４０７まで光ケーブル４０６により信号を伝送するので、伝播損失を少なくできる。そのため受信センサ４０４と信号処理ユニット４０７間の距離を離して設置することができ、広範囲における変位を計測することができる。また、信号対雑音比を高くすることができ、高い測位精度が得られる。さらに、ＲＦケーブルに比べて細い光ケーブル４０６を用いるので、設置時の取り回しが簡単であり、また、設置後の外観もよくなるという利点がある。
【００７５】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る変位計測システムについて図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態５に係る変位計測システムの構成を示す図である。また、図５は、この発明の実施の形態５に係る変位計測システムの受信センサユニットの構成を示すブロック図である。
【００７６】
上記の実施の形態１〜４では受信センサと信号処理ユニット間を有線接続するので、設置時に配線の手間がかかり、また、ケーブル断線などの問題が発生する可能性がある。また、上記の実施の形態４で改善されるとはいえ、依然として外観上の問題も皆無ではない。本実施の形態５は上記のような問題を解決するために有効な手段で、受信センサから信号処理ユニットに信号を無線伝送する。
【００７７】
図４において、この実施の形態５に係る変位計測システムは、斜面内の地滑りエリア５０２などに設置され計測信号Ｓ２を発信する複数の計測用発信機５０３と、同期信号Ｓ１を発信する同期信号発信機５０４と、斜面の静止エリア５０１に設置されディジタル化された計測信号Ｓ３を発信する複数の受信センサユニット５０５と、ディジタル化された計測信号Ｓ３を受信する信号処理ユニット５０６とが設けられている。
【００７８】
信号処理ユニット５０６には、無線ＬＡＮ受信機５０７と、複数の離散フーリエ変換手段（ＦＦＴ）５０８と、複数の位相算出手段５０９と、測位計算手段５１０とが設けられている。
【００７９】
また、図５において、受信センサユニット５０５には、同期信号Ｓ１及び計測信号Ｓ２を受信する受信機５２１と、同期信号／計測信号分離手段５２２と、クロック生成手段５２３と、Ａ／Ｄ変換器５２４と、ディジタル化された計測信号Ｓ３を送信する無線ＬＡＮ送信機５２５とが設けられている。
【００８０】
つぎに、この実施の形態５に係る変位計測システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００８１】
斜面内の静止エリア５０１や地滑りエリア５０２の複数観測点に設置された発信機５０３は、それぞれの発信機５０３に割り当てられたわずかに異なる周波数の計測信号Ｓ２を発信する。各発信機５０３からの電波は、静止エリア５０１に設置された複数の受信センサユニット５０５により受信される。
【００８２】
一方、静止エリア５０１には同期信号発信機５０４を設置し、同期信号Ｓ１を発信する。各受信センサユニット５０５は、この同期信号Ｓ１も受信する。
【００８３】
受信センサユニット５０５内の受信機５２１は、計測信号Ｓ２と同期信号Ｓ１の両方のＲＦ信号を周波数変換し、ＩＦ信号または位相情報を含む復調信号とする。この信号は同期信号／計測信号分離手段５２２に入力され、計測信号Ｓ２と同期信号Ｓ１に分離される。同期信号Ｓ１は、クロック生成手段５２３に入力され、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋ  Ｌｏｏｐ）等の方法により同期信号に同期したクロック信号が生成される。Ａ／Ｄ変換器５２４は、このクロック信号を用いて、計測信号Ｓ２のサンプリングとＡ／Ｄ変換を行う。すなわち、全受信センサユニット５０５のＡ／Ｄ変換器５２４は、同期信号Ｓ１に同期して、計測信号Ｓ２のサンプリングを行うことになる。Ａ／Ｄ変換された計測信号Ｓ３は、無線ＬＡＮ送信機５２５によってディジタルデータとして送信される。
【００８４】
信号処理ユニット５０６は、各受信センサユニット５０５からのディジタル計測信号Ｓ３を受信し、内部の無線ＬＡＮ受信機５０７によってディジタルデータとして復調される。このディジタル計測信号は、各センサの信号ごとにフーリエ変換され、各発信機５０３の信号として弁別される。後の処理は上記実施の形態１〜４と同様であるので説明を省略する。
【００８５】
なお、各受信センサユニット５０５内で離散フーリエ変換や位相算出を行い、発信機５０３ごとの信号や位相情報をディジタルデータとして受信センサユニット５０５から信号処理ユニット５０６に送信する構成にしてもよい。
【００８６】
また、同期信号発信機５０４は、上記実施の形態２における位置が既知の固定発信機２０３を兼ねることもできる。
【００８７】
本実施の形態５によれば、受信センサユニット５０５から信号処理ユニット５０６まで無線でディジタル計測信号Ｓ３を伝送するため、受信センサユニット５０５の設置位置の自由度が飛躍的に高まり、広範囲における変位を計測することができる。また、ＲＦケーブルによる伝送と比べて高い信号対雑音比を得ることができ、高い測位精度が得られる。さらに、設置時の取り回しが簡単であり、設置後の外観もよくなるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る変位計測システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る変位計測システムの構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態４に係る変位計測システムの構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態５に係る変位計測システムの構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態５に係る変位計測システムの受信センサユニットの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  静止エリア、２  地滑りエリア、３  発信機、４  受信センサ、５  信号処理ユニット、６  受信機、７  Ａ／Ｄ変換器、８  離散フーリエ変換手段、９  位相算出手段、１０  測位計算手段、２０１  静止エリア、２０２  地滑りエリア、２０３  固定発信機、２０４  計測用発信機、２０５  受信センサ、２０６  信号処理ユニット、２０７  受信機、２０８  Ａ／Ｄ変換器、２０９  離散フーリエ変換手段、２１０  位相算出手段、２１１  測位計算手段、４０１  静止エリア、４０２  地滑りエリア、４０３  発信機、４０４  受信センサ、４０５  電気／光変換器、４０６  光ケーブル、４０７  信号処理ユニット、４０８  光／電気変換器、４０９  受信機、４１０  Ａ／Ｄ変換器、４１１  離散フーリエ変換手段、４１２  位相算出手段、４１３  測位計算手段、５０１  静止エリア、５０２  地滑りエリア、５０３  計測用発信機、５０４  同期信号発信機、５０５  受信センサユニット、５０６  信号処理ユニット、５０７  無線ＬＡＮ受信機、５０８  離散フーリエ変換手段、５０９  位相算出手段、５１０  測位計算手段、５２１  受信機５２２  同期信号／計測信号分離手段、５２３  クロック生成手段、５２４  Ａ／Ｄ変換器、５２５  無線ＬＡＮ送信機。
【図１】
2006349515.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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