(57)【要約】【課題】安価な構成で、発信機の位置および変位を求める。【解決手段】変位計測装置は、計測点に設置されて計測用信号１０１を発信する発信機１と、固定点に設置されて発信機１からの計測用信号１０１を受信する複数の子受信機２と、対として選択された２つの子受信機２の受信信号に基づいて、それらの受信機２間の受信位相差を計測する位相差計測部６と、位相差計測部６で計測された受信位相差に基づいて、発信機１の位置の変位を計測する測位計算器７とを備え、位相差計測部６は、少なくとも一対の入力信号１０３ａ、１０３ｂをハイブリッド結合器８に入力し、ハイブリッド結合器８から出力される出力信号１０４ａ、１０４ｂの電力比に基づいて、子受信機２間の受信位相差を算出する。【選択図】図１
2018059745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測点に設置され、計測用信号を発信する発信機と、
複数の固定点に設置され、前記発信機から発信された前記計測用信号を受信する複数の受信機と、
複数の前記受信機から選択された対となる２つの前記受信機で受信された受信信号に基づいて、前記対となる２つの前記受信機間の受信位相差を計測する位相差計測部と、
前記位相差計測部で計測された前記受信位相差に基づいて、前記発信機の位置の変位を計測する測位計算器と
を備え、
前記位相差計測部は、ハイブリッド結合器を有し、少なくとも一対の前記受信機で受信された受信信号を前記ハイブリッド結合器に入力し、前記ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、前記一対の前記受信機間の前記受信位相差を算出する、
変位計測装置。
【請求項２】
前記位相差計測部は、前記ハイブリッド結合器として、９０°ハイブリッド結合器を有する、
請求項１に記載の変位計測装置。
【請求項３】
前記位相差計測部は、前記ハイブリッド結合器として、１８０°ハイブリッド結合器を有する、
請求項１に記載の変位計測装置。
【請求項４】
前記位相差計測部は、前記ハイブリッド結合器として、９０°ハイブリッド結合器と１８０°ハイブリッド結合器とを有し、
前記位相差計測部は、前記少なくとも一対の前記受信機で受信された前記受信信号をそれぞれ二分配して前記９０°ハイブリッド結合器と前記１８０°ハイブリッド結合器の双方に入力し、前記９０°ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比と前記１８０°ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比との双方の電力比に基づいて、前記受信機間の前記受信位相差を算出する、
請求項１の変位計測装置。
【請求項５】
計測点に発信機を設置し、前記発信機から計測用信号を発信するステップと、
複数の固定点に受信機を設置し、前記発信機から発信された前記計測用信号を前記受信機で受信するステップと、
複数の前記受信機から選択された少なくとも一対の前記受信機で受信された受信信号をハイブリッド結合器に入力し、前記ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、前記一対の前記受信機間の受信位相差を算出するステップと、
算出された前記受信位相差に基づいて、前記発信機の位置の変位を計測するステップと
を備えた、変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は変位計測装置および変位計測方法に関し、特に、地滑りの可能性のある斜面の変位を計測する変位計測装置および変位計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の変位計測システムにおいては、計測点に発信機を設置し、発信機からの電波を固定点に設置した複数の受信アンテナで受信して、その受信アンテナ間の位相差から発信機位置を計算し、発信機位置の変位を求めている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記の従来の変位計測システムにおいては、受信アンテナ間で位相を比較する必要があるため、複数の受信アンテナからの信号を有線ケーブルで共通の受信機まで伝送し、共通のローカル信号とクロック信号とで周波数変換及びＡ／Ｄ変換を行った後、ディジタル信号処理にて受信信号間の位相差を計算している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４９５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の変位計測システムにおいては、位相差を計算するために、周波数変換器およびＡ／Ｄ変換器が必要であり、これらの機器は高価であるため、システム全体のコストが高くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、周波数変換器およびＡ／Ｄ変換器を不要とし、安価な構成で、発信機の位置および変位を求めることが可能な、変位計測装置および変位計測方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、計測点に設置され、計測用信号を発信する発信機と、複数の固定点に設置され、前記発信機から発信された前記計測用信号を受信する複数の受信機と、複数の前記受信機から選択された対となる２つの前記受信機で受信された受信信号に基づいて、前記対となる２つの前記受信機間の受信位相差を計測する位相差計測部と、前記位相差計測部で計測された前記受信位相差に基づいて、前記発信機の位置の変位を計測する測位計算器とを備え、前記位相差計測部は、ハイブリッド結合器を有し、少なくとも一対の前記受信機で受信された受信信号を前記ハイブリッド結合器に入力し、前記ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、前記一対の前記受信機間の前記受信位相差を算出する、変位計測装置である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る変位計測装置によれば、位相差計測部が、ハイブリッド結合器を有し、少なくとも一対の受信機で受信された受信信号をハイブリッド結合器に入力し、ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、当該一対の受信機間の受信位相差を算出して、当該受信位相差から計測点の位置の変位を計測するようにしたので、周波数変換器およびＡ／Ｄ変換器を不要とし、安価なハイブリッド結合器を用いた構成で、発信機の位置および変位を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る変位計測装置の構成を示したブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る変位計測装置における入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係を示した図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る変位計測装置における位相差計測部および測位計算器のハードウエア構成を示したブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る変位計測装置の動作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に係る変位計測装置における位相差計測部の構成を示したブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る変位計測装置における受信信号の位相差と出力信号の電力比との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る変位計測装置の構成を示す。図１に示すように、本実施の形態に係る変位計測装置は、発信機１と、複数の子受信機２と、子受信機２に接続された親受信機３とから構成されている。
【００１１】
発信機１は、計測点に設置される。本実施の形態においては、計測点を、例えば、地滑りの発生の可能性のある斜面の一箇所として説明する。本実施の形態１においては、発信機１を、そのような斜面の任意の一箇所に設置して、発信機１の位置の変位を測定することで、計測点の位置の変位を検出する。こうして、計測点の位置の変化量に基づいて、地滑りの発生の可能性の有無を判定することができる。発信機１は、計測用信号１０１を発信する。計測用信号１０１は、例えば連続波（ＣＷ）電波から構成されるが、これに限定されず、連続波でなくてもよい。
【００１２】
各子受信機２は、位置が既知の固定点に設置される。各子受信機２は、発信機１からの計測用信号１０１を受信する。各子受信機２は、計測用信号１０１に対し、増幅などの受信処理を行い、受信処理によって得られた受信信号１０２を親受信機３に送信する。各子受信機２と親受信機３とは、例えばＲＦケーブルで接続される。
【００１３】
親受信機３は、図１に示すように、２以上の移相器４と、２以上のリミッタ増幅器５と、２以上の位相差計測部６と、１つの測位計算器７とから構成されている。
【００１４】
移相器４は、子受信機２に接続され、子受信機２からの受信信号１０２が入力される。移相器４は、受信信号１０２の位相を所望の角度だけシフトさせる。移相器４の動作の説明については、後述する図２の説明において行うため、ここでは、簡単に説明する。後段に設けられた位相差計測部６では、計測点の変位が大きい場合に、位相差が予め設定された範囲を超えてしまい、その場合には、位相差を求めることが難しくなる。そのため、移相器４で、受信信号１０２の位相を所望の角度だけシフトさせることで、位相差を当該予め設定された範囲内に留めるように調整することができるので、位相差を連続的に計測することができる。
【００１５】
リミッタ増幅器５は、子受信機２に対して、直接接続されるか、または、移相器４を介して接続される。従って、リミッタ増幅器５は、子受信機２から受信信号１０２が直接入力されるか、あるいは、移相器４を介して受信信号１０２が入力される。リミッタ増幅器５は、入力されたそれらの受信信号１０２の振幅レベルを一定にする処理を行う。
【００１６】
各位相差計測部６には、リミッタ増幅器５から、振幅レベルが一定にされた受信信号１０２が入力される。リミッタ増幅器５は、位相差を計測する組み合わせの対として、予め、２つずつ選択されて、対を構成している。各位相差計測部６には、当該対を成す２つのリミッタ増幅器５から、受信信号１０２が入力される。各位相差計測部６は、それらの受信信号の位相差を計測する。以下、当該位相差を、受信位相差を呼ぶ。ここで、各位相差計測部６は、図１に示すように、１つの９０°ハイブリッド結合器８と、２つの電力計測器９と、１つの電力比較器１０と、１つの位相差算出器１１とから構成されている。各位相差計測部６の各構成の動作については、後述する。
【００１７】
測位計算器７には、各位相差計測部６で計測された位相差が入力される。測位計算器７は、それらの位相差に基づいて、発信機１の位置および変位を算出する。
【００１８】
次に、本実施の形態１に係る変位計測装置の動作について説明する。
発信機１は、計測用信号１０１を発信する。複数の子受信機２は、発信機１から発信された計測用信号１０１を受信する。それぞれの子受信機２で受信処理された受信信号１０２は、親受信機３に集められる。親受信機３においては、それらの受信信号１０２が、移相器４を介してまたは介さずに、リミッタ増幅器５に入力される。リミッタ増幅器５においては、それらの受信信号の振幅レベルが一定にされる。リミッタ増幅器５は、上述したように、位相差を計測する組み合わせの対として、２つずつ選択されている。従って、そうして選択された一対のリミッタ増幅器５から、一対の信号１０３ａ、１０３ｂが、位相差計測部６に入力される。発信機１の３次元の変位を計測するためには、複数の子受信機２の組み合わせで、位相差を計測する必要があり、一般的に、位相差計測部６は複数個必要となる。なお、位相差計測部６の個数は、単純計算で、子受信機２の個数の１／２だけ必要となる。但し、複数の対で、位相差計測部６を共用するようにしてよく、その場合には、位相差計測部６の個数を減らすことができる。位相差を計測する組み合わせの一対の選択方法は、例えば、隣接する２つの子受信機２からの受信信号を選択する、あるいは、計測点の初期値を基準とした線対称または点対称の位置に設置された２つの子受信機２からの受信信号を選択するなど、従来の変位計測装置と同様の選択方法でよいため、ここではその説明を割愛する。
【００１９】
位相差計測部６の内部では、一対の信号１０３ａ、１０３ｂが、１つの９０°ハイブリッド結合器８に入力される。９０°ハイブリッド結合器８は、ＲＦ回路として一般的に用いられているものである。９０°ハイブリッド結合器８は、２つの入力端子と２つの出力端子とを有する四端子の電力分配器で、分配後の位相差が９０°である。このとき、例えば、一対の入力信号１０３ａ、１０３ｂの複素振幅をそれぞれＶIN1、ＶIN2とすると、９０°ハイブリッド結合器８から出力される出力信号１０４ａ、１０４ｂの複素振幅Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２は、それぞれ、次式（１）で与えられる。但し、式（１）において、ｊは虚数単位である。
【００２０】
【数１】
2018059745.tif 000003
【００２１】
こうして得られた出力信号１０４ａ、１０４ｂの複素振幅Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２は、電力計測器９に入力される。出力信号１０４ａ、１０４ｂの複素振幅Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２は、各電力計測器９により、それぞれ、電力値１０５ａ、１０５ｂに変換され、電力比較器１０に入力される。電力比較器１０では、次式（２）に示される電力比Ｒ１２が計算され、出力信号１０６として出力される。
【００２２】
【数２】
2018059745.tif 000004
【００２３】
なお、ここで、９０°ハイブリッド結合器８への一対の入力信号１０３ａ、１０３ｂの複素振幅ＶIN1、ＶIN2は、それぞれ、次式（３）に示されるように、振幅が等しく、位相差がφ12とする。振幅が等しいとの仮定は、９０°ハイブリッド結合器８の前段にある、リミッタ増幅器５により保障される。
【００２４】
【数３】
2018059745.tif 000005
【００２５】
このとき、９０°ハイブリッド結合器８の一対の出力信号１０４ａ、１０４ｂの複素振幅Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２は、式（３）の複素振幅ＶIN1、ＶIN2を式（１）に代入することにより、それぞれ、次式（４），（５）になる。
【００２６】
【数４】
2018059745.tif 000006
【００２７】
従って、９０°ハイブリッド結合器８に入力される入力信号１０３ａ、１０３ｂの位相差φ12と、９０°ハイブリッド結合器８から出力される出力信号１０４ａ、１０４ｂの電力比Ｒ１２（出力信号１０６）との間には、次の関係式（６）が成り立つ。
【００２８】
【数５】
2018059745.tif 000007
【００２９】
これにより、位相差算出器１１は、式（６）から導出される次式（７）を用いて、９０°ハイブリッド結合器８からの出力信号１０４ａ、１０４ｂの電力比Ｒ１２（出力信号１０６）から、９０°ハイブリッド結合器８に入力される入力信号１０３ａ、１０３ｂの位相差φ12を算出して、出力信号１０７として出力する。
【００３０】
【数６】
2018059745.tif 000008
【００３１】
このようにして、位相差計測部６では、９０°ハイブリッド結合器８からの出力信号１０４ａ、１０４ｂの電力比Ｒ１２（出力信号１０６）から、位相差を計測するための一対の子受信機２からの入力信号１０３ａ，１０３ｂの位相差φ１２（出力信号１０７）を算出する。
【００３２】
式（７）による入力信号１０３ａ、１０３ｂの位相差φ１２（出力信号１０７）と、電力比較器１０で算出された電力比Ｒ１２（出力信号１０６）との関係２０６を、図２に示す。図２において、横軸は、入力信号１０３ａ、１０３ｂの位相差φ１２（出力信号１０７）である。また、縦軸は、入力信号１０３ａ、１０３ｂの電力比Ｒ１２（出力信号１０６）である。図２に示すように、一対の入力信号１０３ａ、１０３ｂの位相差φ１２と電力比Ｒ１２とが１対１の関係にあるのは、入力信号１０３ａ、１０３ｂの位相差が±９０°の範囲のみであるので、計測開始時に移相器４を調整し、例えば、位相差を０°にしておく。発信機１の位置の変位が小さく、位相差が±９０°の範囲に留まる場合であれば、継続的に変位を計測することができる。一方、変位が大きくなり、位相差が±９０°の範囲を超えることが予想される場合には、計測毎に移相器４を調整して入力信号の位相差を±９０°の範囲に留めるようにすることもできる。このようにすることによって、子受信機２間での位相差が大幅に変化する場合でも位相差を連続的に計測することができる。
【００３３】
以上の説明においては、識別番号１、２の子受信機２の組み合わせの対について位相差φ１２を求める手順について説明した。同様の手順によって、他の子受信機２の組み合わせの対についても、位相差φｍｎ（ｍ、ｎは子受信機２の識別番号）を算出する。識別番号ｍ、ｎの子受信機２を、以下では、それぞれ、子受信機＃ｍ、子受信機＃ｎと呼ぶこととする。このようにして得られた全ての子受信機＃ｍ、＃ｎ間の位相差φｍｎを用いて、測位計算器７では、次の方程式（８）を解いて、発信機１の位置の変位を計測する。
【００３４】
【数７】
2018059745.tif 000009
【００３５】
上式（８）において、（ｘ，ｙ，ｚ）は求めるべき発信機１の位置であり、（Ｘm，Ｙm，Ｚm）は子受信機＃ｍの位置で、（Ｘn，Ｙn，Ｚn）は子受信機＃ｎの位置である。また、ξmは移相器４により与えられた子受信機＃ｍの位相差、ξｎは移相器４により与えられた子受信機＃ｎの位相差、Ｎｍｎは位相性数値バイアスである。
【００３６】
子受信機＃ｍ、＃ｎの位置（Ｘm，Ｙm，Ｚm）及び（Ｘn，Ｙn，Ｚn）は、あらかじめ計測しておくなどして、既知数である。また、位相性数値バイアスＮｍｎは、計測前に予めおおよその発信機の位置を別手段にて計測するか、前回の測位計算時の結果を用いるなどして計算し、既知とすることができる。従って、未知変数は端末の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の３個なので、４台以上の子受信機があれば、３個の独立な方程式を得て、発信機１の詳細な３次元位置を求めることができる。このように計測ごとに発信機１の位置を高精度に計算し、前回位置との差分を求めることにより変位を計測することができる。
【００３７】
なお、必要とされる変位計測方向が1次元のみの場合、未知変数が１個となるため、２台の子受信機２、1個の位相差計測部６、及び、測位計算器７のみを用いて、さらに低コストな変位計測装置を実現することもできる。
【００３８】
また、本実施の形態における９０°ハイブリッド結合器の代わりに、１８０°ハイブリッド結合器や、その他の結合器を用いても同様の変位計測装置を実現することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態における位相差計測部６と測位計算器７とは、一般的なパソコン１４および無線アダプタ１２等を用いて実現することができる。図３にその例を示す。
【００４０】
図３に示すように、パソコン１４は、プロセッサ１５、メモリ１６、外部機器インターフェース１７、表示器インターフェース１８などから構成される。表示器インターフェース１８には表示器１９を接続する。外部機器インターフェース１７はＵＳＢ端子などを想定しており、これに外部機器ハブ１３を通して複数の無線アダプタ（無線ＬＡＮ等）１２を接続する。
【００４１】
複数の９０°ハイブリッド結合器８からの出力信号を、無線アダプタ１２のアンテナ端子に接続する。多くの無線アダプタ１２には電力計測機能が実装されており、ソフトウェアによりパソコン１４本体から受信電力情報を取得することができる。
【００４２】
このように取得した受信電力情報をパソコン１４でソフトウェア処理し、電力計測器９、電力比較器１０、位相差算出器１１、および、測位計算器７の機能を実現することができ、さらに表示器インターフェース１８を介して表示器１９に結果を表示させることもできる。
【００４３】
すなわち、電力計測器９、電力比較器１０、位相差算出器１１、および、測位計算器７は、プロセッサ１５が、メモリ１６に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサ及び複数のメモリが連携して、上記機能を実行してもよい。
【００４４】
次に、図３のパソコン１４等を用いて、本実施の形態を実現する場合のソフトウェアのフローチャートを図４に示す。また、その処理手順を以下に示す。
【００４５】
ステップＳ１：パソコン１４は、接続された全ての無線アダプタ１２から受信電力情報を取得する。
【００４６】
ステップＳ２：パソコン１４は、ステップＳ１で得た受信電力情報から、全ての９０°ハイブリッド結合器８の一対の出力信号１０４ａ、１０４ｂの電力比Ｒ１２（出力信号１０６）を計算する。
【００４７】
ステップＳ３：パソコン１４は、上記の式（７）を用いて、ステップＳ２で求めた電力比Ｒ１２（出力信号１０６）から、全ての９０°ハイブリッド結合器８の一対の入力信号の位相差φ１２を計算する。
【００４８】
ステップＳ４：パソコン１４は、ステップＳ３で求めた複数の位相差φ１２を、上記の式（８）に代入し、（ｘ，ｙ，ｚ）に関する連立方程式を解き、発信機１の位置を計算する。
【００４９】
ステップＳ５：ステップＳ４で得た発信機１の位置または変位量（初期位置からの差分）を、表示器１９に表示する。
【００５０】
変位量を連続的に計測する場合には、上記のステップＳ１からステップＳ５までを繰り返す。
【００５１】
以上のような手順のソフトウェアをパソコン上で動作させることにより、本実施形態を実現することができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態によると、高価な周波数変換器やＡ／Ｄ変換器を用いずに、安価な９０°ハイブリッド結合器８と電力計測器９と電力比較器１０、または、安価な９０°ハイブリッド結合器８とパソコン１４と無線アダプタ１２等を用いて、子受信機２間の受信位相差を計測し、発信機１の位置およびその時間変化である変位を求めることができるため、低コストな変位計測装置を実現することができる。
【００５３】
実施の形態２．
上記の実施の形態１では、９０°ハイブリッド結合器の働きにより、図２に示すように、位相差の計測可能な範囲が±９０°に限られていたが、本実施の形態では、９０°ハイブリッド結合器と１８０°ハイブリッド結合器とを組み合わせて用いることにより、計測可能な位相差の範囲を±１８０°に拡大する。
【００５４】
実施の形態１との構成の違いは、位相差計測部６の内部構成のみである。すなわち、本実施の形態に係る変位計測装置の構成は、図１の位相差計測部６の代わりに、図５に示す位相差計測部６が設けられている。このように、本実施の形態と実施の形態１との構成の違いは、位相差計測部６の内部構成のみであるため、他の構成についての説明は省略する。
【００５５】
図５に、本実施の形態における位相差計測部６の内部構成を示す。位相差計測部６は、２台の分配器３１ａ、３１ｂと、分配器３１ａ、３１ｂに接続された９０°ハイブリッド結合器３２ａと、分配器３１ａ、３１ｂに接続された１８０°ハイブリッド結合器３２ｂと、９０°ハイブリッド結合器３２ａおよび１８０°ハイブリッド結合器３２ｂに接続された合計４個の電力計測器３３と、電力計測器３３に接続された合計２個の電力比較器３４と、それらの電力比較器３４に接続された位相差算出器３５とから構成される。
【００５６】
本実施の形態においては、位相差計測部６に入力される一対の入力信号１０３ａ、１０３ｂのうち、入力信号１０３ａが分配器３１ａに入力され、入力信号１０３ｂが分配器３１ｂに入力される。入力信号１０３ａは、分配器３１ａで２分配され、一方が９０°ハイブリッド結合器３２ａに入力され、他方が１８０°ハイブリッド結合器３２ｂに入力される。同様に、入力信号１０３ｂは、分配器３１ｂで２分配され、一方が９０°ハイブリッド結合器３２ａに入力され、他方が１８０°ハイブリッド結合器３２ｂに入力される。
【００５７】
９０°ハイブリッド結合器３２ａと、それに接続された電力計測器３３及び電力比較器３４の処理手順については、実施の形態１で説明した９０°ハイブリッド結合器８と、それに接続された電力計測器９及び電力比較器１０の処理手順と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５８】
一方、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂと、それに接続された電力計測器３３及び電力比較器３４の処理手順については、後述する。
【００５９】
次に、本実施の形態に係る変位計測装置の動作について説明する。
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、図１に示すように、発信機１は、計測用信号１０１を発信する。複数の子受信機２は、発信機１から発信された計測用信号１０１を受信する。それぞれの子受信機２で受信処理された受信信号１０２は、親受信機３に集められる。親受信機３においては、それらの受信信号１０２が、移相器４を介してまたは介さずに、リミッタ増幅器５に入力される。リミッタ増幅器５においては、それらの受信信号の振幅レベルが一定にされる。一定の振幅レベルにされた受信信号は、位相差を計測する組み合わせの対として、２つずつ選択されて、入力信号１０３ａ，１０３ｂとなる。このようにして選択された一対の入力信号１０３ａ、１０３ｂは、位相差計測部６に入力される。ここまでの動作は、実施の形態１と同じである。
【００６０】
本実施の形態においては、位相差計測部６において、まず、２台の分配器３１ａ、３１ｂが、一対の入力信号１０３ａ、１０３ｂをそれぞれ２分配する。入力信号１０３ａを２分配して得られる信号を、以下では、入力信号２０１ａと呼び、入力信号１０３ｂを２分配して得られる信号を、以下では、入力信号２０１ｂと呼ぶ。入力信号２０１ａ、２０１ｂは、それぞれ、９０°ハイブリッド結合器３２ａと１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの双方に入力される。９０°ハイブリッド結合器に分配された信号の処理手順は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００６１】
１８０°ハイブリッド結合器３２ｂに供給された信号の処理手順について説明する。１８０°ハイブリッド結合器３２ｂは、ＲＦ回路として一般的に用いられているものである。１８０°ハイブリッド結合器３２ｂは、２つの入力端子と２つの出力端子とを有する四端子の電力分配器で、分配後の位相差が１８０°である。位相差を計測する一対の入力信号２０１ａ、２０１ｂの複素振幅をそれぞれＶIN1、ＶIN2とすると、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂから出力される一対の出力信号２０２ａ、２０２ｂの複素振幅ＶｏｕｔＢ＿１、ＶｏｕｔＢ＿２は、それぞれ、次式（９）で与えられる。
【００６２】
【数８】
2018059745.tif 000010
【００６３】
この一対の出力信号２０２ａ、２０２ｂの複素振幅ＶｏｕｔＢ＿１、ＶｏｕｔＢ＿２は、電力計測器３３により、それぞれ、電力値２０３ａ、２０３ｂに変換され、電力比較器３４が、次式（１０）のように電力比ＲＢ＿１２を計算し、出力信号２０４として出力する。
【００６４】
【数９】
2018059745.tif 000011
【００６５】
ここで、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂへの一対の入力信号２０１ａ、２０１ｂは、次式（１１）に示すように、振幅が等しく、位相差がφ12とする。振幅が等しいとの仮定は、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの前段にあるリミッタ増幅器５により保障される。
【００６６】
【数１０】
2018059745.tif 000012
【００６７】
このとき、式（１１）のＶIN1、ＶIN2を、式（９）に代入することにより、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの一対の出力信号２０２ａ、２０２ｂの複素振幅ＶｏｕｔＢ＿１、ＶｏｕｔＢ＿２は、それぞれ、次式（１２）、（１３）となる。
【００６８】
【数１１】
2018059745.tif 000013
【００６９】
従って、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂへの一対の入力信号２０１ａ、２０１ｂの位相差φ12と、一対の出力信号２０２ａ、２０２ｂの電力比２０４との間には、次式（１４）の関係式が成り立つ。
【００７０】
【数１２】
2018059745.tif 000014
【００７１】
図６に、式（１４）の関係式に基づく１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係（２０５）と、式（６）の関係式に基づく９０°ハイブリッド結合器３２ａの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係（２０６）を示す。図６において、横軸は、入力信号の位相差φ１２である。また、縦軸は、出力信号の電力比Ｒ１２（出力信号１０６、２０４）である。
【００７２】
図６に示すように、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの入力信号の位相差と出力信号電力比との関係（２０５）と、９０°ハイブリッド結合器３２ａの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係（２０６）とは異なる。例えば９０°ハイブリッド結合器３２ａの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係（２０６）が、鏡像関係となる０°〜９０°と９０°〜１８０°では、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの電力比のｄＢ値の符号が反転しており、０°〜９０°と９０°〜１８０°の入力信号位相差を区別することが可能となる。
【００７３】
同様に、９０°ハイブリッド結合器３２ａの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係（２０６）が、鏡像関係となる−１８０°〜−９０°と−９０°〜０°では、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの電力比のｄＢ値の符号が反転しており、−１８０°〜−９０°と−９０°〜０°の入力信号の位相差を区別することが可能となる。このように、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの出力信号の電力比を参照することにより、±１８０°の全位相差の範囲を計測することが可能となる。
【００７４】
なお、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの出力信号の電力比は、９０°ハイブリッド結合器３２ａの出力信号の電力比の鏡像関係を識別するのに用いるだけでなく、式（１４）から導出される次式（１５）を用いて、入力信号の位相差φ12（符号１０７）を算出するのに用いることもできる。従って、位相差算出器３５は、次式（１５）により、位相差φ１２を算出する。
【００７５】
【数１３】
2018059745.tif 000015
【００７６】
本実施の形態においては、位相差算出器３５が、９０°ハイブリッド結合器３２ａの出力信号の電力比を用いて式（７）により位相差φ１２（符号１０７）を算出するとともに、１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの出力信号の電力比を用いて式（１５）により位相差φ１２を算出する。位相差算出器３５は、それら２つの位相差φ１２の平均値を求めて、位相差２０５として出力する。
【００７７】
このように、本実施の形態によれば、９０°ハイブリッド結合器３２ａの出力信号の電力比と１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの出力信号の電力比の双方から位相差をそれぞれ計算して平均することにより、より高精度に位相差を計算することができる。
【００７８】
なお、測位計算器７による変位計測の手順は、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００７９】
以上のように、本実施の形態においても、上記の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施の形態によると、位相差を±１８０度の全範囲で計測することができるので、計測中に移相器４を操作することなく、継続的に変位計測を計測することが可能となる。従って、本実施の形態では、移相器４を設けなくてもよい。また、９０°ハイブリッド結合器３２ａの出力信号の電力比と１８０°ハイブリッド結合器３２ｂの出力信号の電力比の双方を用いて、高精度に、位相差を計算することができるため、より高精度に変位を計測することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  発信機、２  子受信機、３  親受信機、４  移相器、５  リミッタ増幅器、６  位相差計測部、７  測位計算器、８  ９０°ハイブリッド結合器、９  電力計測器、１０  電力比較器、１１  位相差算出器、１２  無線アダプタ、１３  外部機器ハブ、１４  パソコン、１５  プロセッサ、１６  メモリ、１７  外部機器インターフェース、１８  表示器インターフェース、１９  表示器、３１ａ，３１ｂ  分配器、３２ａ  ９０°ハイブリッド結合器、３２ｂ  １８０°ハイブリッド結合器、３３  電力計測器、３４  電力比較器、３５  位相差算出器。
【図１】
2018059745.tif 000016
【図２】
2018059745.tif 000017
【図３】
2018059745.tif 000018
【図４】
2018059745.tif 000019
【図５】
2018059745.tif 000020
【図６】
2018059745.tif 000021