(57)【要約】【課題】簡素化・小型化しても高精度で距離を計測できる対象物の位置測定装置を提供する。【解決手段】送信信号が反射器により反射され、直接波及び反射面で反射する反射波で伝搬し、合成波を離隔して設けられた２つの受信アンテナで受信し、２つの受信信号のうち大きな信号強度を有する受信信号を選択し利得制御部を介して出力する。位置演算回路３００は、利得制御部の利得量に対する位相量が測定されてなる補正テーブルを用いて、受信信号から直交検波してなる直交ベースバンド信号に対して、利得量及び当該利得量に対応する位相量を補正し、これに基づいて距離を演算し、演算された距離及び選択された受信アンテナの情報に基づいて、２つの受信アンテナに対応して距離に対する合成波の受信位相を計算されてなる補正テーブルを用いて合成波の受信位相を得て補正された直交ベースバンド信号を再補正し、これに基づいて距離を再計算する。【選択図】図１
2011012984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物が直線上でかつ当該直線に平行な反射面に沿って移動し、当該直線の一端に反射器が設けられ、上記対象物に設けられた対象物の位置測定装置であって、
少なくとも１つの周波数の送信信号を送信アンテナから上記反射器に向けて送信する送信手段と、
上記送信信号が上記反射器により反射された後、直接波及び上記反射面で反射する反射波で伝搬し、上記直接波及び上記反射波を含む合成波を、所定の距離だけ離隔して設けられた２つの受信アンテナで受信し、当該２つの受信アンテナで受信された２つの受信信号のうち大きな信号強度を有する受信信号を選択して出力するとともに、選択された受信信号に対応する選択された受信アンテナの情報を出力する受信手段と、
上記受信手段により受信された受信信号の信号レベルが一定となるように利得量及び位相量で利得制御する利得制御手段と、
上記利得制御された受信信号を、上記送信信号を局部発振信号として用いて直交ベースバンド信号に直交検波して出力する直交検波手段と、
上記直交検波手段からの直交ベースバンド信号に基づいて、上記対象物から上記反射器までの距離を演算する演算処理手段とを備え、
上記演算処理手段は、
（ａ）上記利得制御手段の利得量に対する位相量が予め測定されてなる第１の補正テーブルを格納する第１の記憶手段と、
（ｂ）上記２つの受信アンテナに対応してそれぞれ計算され、上記距離に対する合成波の受信位相を予め計算されてなる第２の補正テーブルを格納する第２の記憶手段と、
（ｃ）上記第１の補正テーブルを用いて、上記直交検波手段からの直交ベースバンド信号に対して、上記利得量及び当該利得量に対応する位相量を補正して補正された直交ベースバンド信号を計算し、上記補正された直交ベースバンド信号に基づいて上記距離を演算し、上記演算された距離及び上記選択された受信アンテナの情報に基づいて、上記第２の補正テーブルを用いて合成波の受信位相を得て、当該受信位相を用いて上記補正された直交ベースバンド信号を再補正し、上記再補正された直交ベースバンド信号に基づいて上記距離を再計算する制御手段とを備えたことを特徴とする対象物の位置測定装置。
【請求項２】
上記対象物はエレベータのかごであり、上記反射器はエレベータの塔頂部に設けられ、上記反射面はエレベータ塔の側壁面であることを特徴とする請求項１記載の対象物の位置測定装置。
【請求項３】
上記送信手段は２つの周波数の送信信号を送信し、上記受信手段は２つの周波数の受信信号を受信し、上記直交検波手段は上記２つの周波数の受信信号を上記２つの周波数の送信信号を局部発振信号として用いて２つの直交ベースバンド信号に直交検波して出力し、上記演算処理手段は上記直交検波手段からの２つの直交ベースバンド信号のうちの１つに基づいて、上記対象物から上記反射器までの距離を演算することを特徴とする請求項１又は２記載の対象物の位置測定装置。
【請求項４】
上記送信手段は、２つの周波数の送信信号を発生する２つのＰＬＬ回路を含むことを特徴とする請求項３記載の対象物の位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばエレベータのかごなどの対象物の位置を測定するための距離及び速度の測定装置に関する。特に、エレベータのかごなどの対象物が階などの所定位置に位置したときだけでなく、常に当該対象物の位置を把握しておく運行管理システムにおいて適した対象物の位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に係る対象物の位置測定装置としては、例えば、特許文献１に示す装置がある。測距方式としては、ＦＭ−ＣＷ方式（周波数変調−連続波信号方式）をベースとして、送信信号と反射物からの受信信号の差に基づくビート信号の周波数の値から距離や速度を算出している。
【０００３】
また、従来技術に係る対象物の位置測定装置として、例えば、特許文献２に示す装置がある。測距方式としては、２周波方式をベースとして、異なる周波数の２つの送信信号の周波数の差の値と、反射物からのそれぞれの２つの受信信号の位相差の値から、距離を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９２５２９号公報。
【特許文献２】特開２００３−２２２６７１号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の従来技術に係る対象物の位置測定装置は以上のように構成されているので、ＦＭ−ＣＷ方式固有の低高度領域で誤差が増える問題への対策のために、所定の高度に相当するビート信号と、これに対応する基準信号を用意し、これらの信号の位相比較を行って一致した場合に、ドップラシフト量をカウントして基準信号を補正することにより距離や速度を算出する。このため、基準信号の設定やカウントのタイミングにより回路規模が複雑となる課題があった。
【０００６】
また、特許文献２に記載の従来技術に係る対象物の位置測定装置は以上のように構成されているので、異なる周波数の２つの送信信号の周波数差に応じた距離範囲が計測できる。具体的には１ＭＨｚの周波数差で１５０ｍの距離を計測できるが、測定距離範囲の拡張に伴い、２つの受信信号の位相差分解能の制約により測距誤差が増加する問題があった。
【０００７】
本発明の目的は上記の課題を解決するために、ＦＭ−ＣＷ方式のような変復調回路、基準信号及びカウント回路等を排除して簡素化・小型化しても精度良く計測できる対象物の位置測定装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明のもう１つの目的は、２周波方式をベースとしても、測定距離範囲の拡張に伴う計測誤差の増加を小さくすることができる対象物の位置測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る対象物の位置測定装置は、対象物が直線上でかつ当該直線に平行な反射面に沿って移動し、当該直線の一端に反射器が設けられ、上記対象物に設けられた対象物の位置測定装置であって、
少なくとも１つの周波数の送信信号を送信アンテナから上記反射器に向けて送信する送信手段と、
上記送信信号が上記反射器により反射された後、直接波及び上記反射面で反射する反射波で伝搬し、上記直接波及び上記反射波を含む合成波を、所定の距離だけ離隔して設けられた２つの受信アンテナで受信し、当該２つの受信アンテナで受信された２つの受信信号のうち大きな信号強度を有する受信信号を選択して出力するとともに、選択された受信信号に対応する選択された受信アンテナの情報を出力する受信手段と、
上記受信手段により受信された受信信号の信号レベルが一定となるように利得量及び位相量で利得制御する利得制御手段と、
上記利得制御された受信信号を、上記送信信号を局部発振信号として用いて直交ベースバンド信号に直交検波して出力する直交検波手段と、
上記直交検波手段からの直交ベースバンド信号に基づいて、上記対象物から上記反射器までの距離を演算する演算処理手段とを備え、
上記演算処理手段は、
（ａ）上記利得制御手段の利得量に対する位相量が予め測定されてなる第１の補正テーブルを格納する第１の記憶手段と、
（ｂ）上記２つの受信アンテナに対応してそれぞれ計算され、上記距離に対する合成波の受信位相を予め計算されてなる第２の補正テーブルを格納する第２の記憶手段と、
（ｃ）上記第１の補正テーブルを用いて、上記直交検波手段からの直交ベースバンド信号に対して、上記利得量及び当該利得量に対応する位相量を補正して補正された直交ベースバンド信号を計算し、上記補正された直交ベースバンド信号に基づいて上記距離を演算し、上記演算された距離及び上記選択された受信アンテナの情報に基づいて、上記第２の補正テーブルを用いて合成波の受信位相を得て、当該受信位相を用いて上記補正された直交ベースバンド信号を再補正し、上記再補正された直交ベースバンド信号に基づいて上記距離を再計算する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
従って、本発明に係る対象物の位置測定装置によれば、エレベータのかごなどの対象物の位置を従来技術に比較して高精度で測定することができ、ほとんど天候の影響を受けずに従来技術に比較して高精度で位置を測定できる。さらに、２つの受信アンテナを用いた空間ダイバーシティにより、距離方向に連続的な計測ができる。さらにまた、相対的な位置ではなく絶対的な位置を測定できるので、停電からの復旧時に、即座に当該対象物の位置を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る対象物の位置測定装置１のブロック図である。
【図２】図１の対象物の位置測定装置１における電波伝搬経路を説明する説明図である。
【図３】図１の対象物の位置測定装置１において基準となる位置を求める方法を説明する波形図である。
【図４】図１の対象物の位置測定装置１において基準となる位置を求める際の、周波数差Δｆに対して位相差で決まるアンビギティ（曖昧）を含まず一義的に決まる計測可能な最大距離Ｌｍａｘとそのときの距離分解能Ｌｄとの関係を説明するためのグラフであって、（ａ）は送信信号の周波数差Δｆが比較的小さい場合のグラフであり、（ｃ）は送信信号の周波数差Δｆが比較的大きい場合のグラフであり、（ｂ）は送信信号の周波数差Δｆがそれらの間の場合のグラフである。
【図５】図１の対象物の位置測定装置１において基準となる距離を測定後、対象物の移動時においては、直交ベースバンド信号Ｉ，Ｑの逆正接による位相量の変化と波長とを対応させて移動距離を算出する方法を説明するための説明図であって、（ａ）は直交ベースバンド信号Ｉ，Ｑの逆正接による位相量の変化を示す図であり、（ｂ）は距離に対する位相量の変化を示す図である。
【図６】図１の対象物の位置測定装置１においてマルチパスによる合成波の距離に対する信号電力強度変化を示すグラフである。
【図７】図１の対象物の位置測定装置１におけるマルチパスによる合成波及び直接波の距離に対する受信位相の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る対象物の位置測定装置１ａのブロック図である。
【図９】図８の２周波発振器１０１ａの詳細構成を示すブロック図である。
【図１０】図８の２直交検波器２０６Ａの詳細構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る対象物の位置測定装置１の構成を示すブロック図である。本実施の形態において、対象物はエレベータのかごであり、図１において、対象物の位置測定装置１は、無線送信回路１００と、無線受信回路２００と、位置演算回路３００を備えて構成される。ここで、無線送信回路１００は、１周波発振器１０１と、分配器１０２と、増幅器１０３と、送信アンテナ１０４とを備えて構成される。また、無線受信回路２００は、受信アンテナ２０１と、受信アンテナ２０２と、低雑音増幅器２０１Ａ，２０２Ａと、スイッチ２０３と、信号強度比較回路２０４と、利得制御部２０５と、１直交検波器２０６とを備えて構成される。さらに、位置演算回路３００は、基準演算処理部３０１と、合成波位相補正部３０２と、利得位相補正部３０３と、演算処理部３０４とを備えて構成される。
【００１３】
図２は図１の対象物の位置測定装置１における電波伝搬経路を説明する説明図であり、対象物の位置測定装置１をエレベータ塔４００内のエレベータのかご４１０の上部に設けたときの電波伝搬経路を説明する説明図である。図２において、送信アンテナ１０４から放射された送信信号は、エレベータ塔４００の塔頂部４２０に設けられた反射器４２０で反射された後、受信アンテナ２０１と受信アンテナ２０２で受信される。ここで、送信アンテナ１０４と各受信アンテナ２０１，２０２は、それらの開口面が同一平面上になりかつそれらの主ビーム方向が反射器４２０への方向となるように、エレベータのかご４１０上に設けられた対象物の位置測定装置１の上面上に設けられる。送信アンテナ１０４から反射器４２０を介して受信アンテナ２０１，２０２までの直接波の片道の距離をＬとし、往復の距離を２Ｌとする。また、受信アンテナ２０１と受信アンテナ２０２は、エレベータ塔４００内の一方の側壁面４０３からの水平方向の距離（アンテナ高さに対応する。）がそれぞれ距離ｈ１と距離ｈ２のごとく異なる距離に設けられ、電波伝搬におけるマルチパスによる受信信号強度がバースト的に低下する距離地点に対して、どちらかの受信アンテナ２０１，２０２では十分な受信信号強度が得られるように空間ダイバーシティが可能な設置を行う。なお、送信アンテナ１０４はエレベータ塔４００内の一方の側壁面４０３からの水平方向の距離が距離ｈ０となるように設けられている（ｈ１＜ｈ０＜ｈ２）。図２において、一方の側壁面４０３での反射波を実線で示し、他方の側壁面４０４での反射波を破線で示している。ここで、送受信する電波は、垂直偏波、水平偏波、円偏波等のいずれでもよい。垂直偏波や水平偏波では、送信アンテナと受信アンテナで偏波面を揃える必要がある。但し、円偏波の場合は、送信アンテナと受信アンテナで偏波の回転方向を逆にする必要がある。
【００１４】
次に、対象物の位置測定装置１の動作について以下に説明する。図２の無線送信回路１００において、１周波発振器１０１は複数の周波数から予め設定した周波数ｆ（例えば基準演算処理部３０１からの周波数指示信号Ｓｆに基づいて設定される。）にステップ的に切り替えながら、同じく予め設定した振幅と位相を有する送信信号Ｓｔを発生して分配器１０２に出力する。なお、１周波発振器１０１は例えば図９のＰＬＬ回路１１５で構成され、これについては実施の形態２において詳述する。次いで、分配器１０２は入力される送信信号Ｓｔを２分配して、一方の送信信号Ｓｔを無線受信回路２００の１直交検波器２０６に出力するとともに、他方の送信信号Ｓｔを電力増幅器１０３を介して送信アンテナ１０４に出力して送信アンテナ１０４から放射する。送信信号Ｓｔの周波数帯としては比較的高周波で高分解能が得られる２４ＧＨｚ帯を用いることができ、更なる高い周波数の６０ＧＨｚ又は７７ＧＨｚ帯のミリ波帯よりも構成要素を低コストで得られ、電波法令的にも利用可能な産業用周波数領域であり、欧州・北米・環太平洋の大部分で利用可能である。
【００１５】
無線受信回路２００において、エレベータの塔頂部４０２に設けられた反射器４２０により反射されて戻ってきた送信信号を受信アンテナ２０１と受信アンテナ２０２で受信する。受信アンテナ２０１で受信された受信信号は低雑音増幅器２０１Ａを介して信号強度比較回路２０４に入力され、受信アンテナ２０２で受信された受信信号は低雑音増幅器２０２Ａを介して信号強度比較回路２０４に入力される。信号強度比較回路２０４は、入力された２つの受信信号の信号強度を比較し、より大きな信号強度を有する受信信号を選択するようにスイッチ２０３を切り替えるとともに、より大きな信号強度を有する受信信号を受信したアンテナ情報を示すアンテナ選択信号Ｓａを合成波位相補正部３０２に出力する。選択された受信信号Ｓｒは、エレベータ塔４００内の反射器４２０からエレベータのかご４１０までの長距離から近距離までの種々の距離で移動するので広いダイナミックレンジを有しているので、例えばＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路を含む利得制御部２０５により出力される受信信号Ｓｒの電力レベルが一定となるように電力制御を行った後、１直交検波器２０６に出力される。また、利得制御部２０５は、利得制御情報（利得量又は減衰量）に対応する、例えばＡＧＣ回路のＡＧＣ電圧を示すＡＧＣ電圧信号Ｓｖを利得位相補正部３０３に出力する。なお、利得制御部２０５内のＡＧＣ回路について、ＡＧＣ電圧に対応する利得量（減衰量を含む）と位相量とが予め測定されて、補正テーブル３０３ｔとして利得位相補正部３０３内の記憶装置（例えばフラッシュメモリなどの記憶装置である。）に予め格納され、詳細後述する利得制御部２０５の利得量及び位相量の補正に用いる。
【００１６】
次いで、１直交検波器２０６は、例えば図１０の構成を有し（構成は図１０を参照して実施の形態２において詳細後述する。）入力される受信信号に対して、分配器１０２からの送信信号を局部発振信号として用いて直交検波を行って直交ベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）を復調して位置演算回路３００の基準演算処理部３０１に出力する。ここで、直交ベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）は、送信信号の０度成分を基準信号（局部発振信号）として直交検波して得られる受信信号のベースバンド信号Ｉ（Ｓｉ）と、送信信号の９０度成分を基準信号（局部発振信号）として直交検波して得られる受信信号のベースバンド信号Ｑ（Ｓｑ）との２つの信号で構成される。各ベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）の各逆正接は受信信号の位相量に相当する。また、各ベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）の二乗和の平方根は受信信号の振幅に相当する。
【００１７】
位置演算回路３００において、基準演算処理部３０１は、送信信号の周波数が切り替えられたときの各周波数毎の２つのベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）を用いて、エレベータのかご４１０までの基準となる距離である位置情報を以下に説明するように演算して、演算結果を演算処理部３０４に出力する。
【００１８】
図３は図１の対象物の位置測定装置１において基準となる位置を求める方法を説明する波形図である。上述のように送信アンテナ１０４、受信アンテナ２０１及び受信アンテナ２０２の開口面は同一平面にあるとすると、エレベータの塔頂部４０２の反射器４２０からアンテナ１０４，２０１，２０２の開口面までの片道の距離をＬとし、送信信号の２つの周波数をｆ１とｆ２とし、このときの周波数差をΔｆ（＝ｆ１−ｆ２）とし、２つの周波数ｆ１，ｆ２に対する片道の距離Ｌにおける位相差をΔφとし、電波伝搬速度をｃ（＝３．０×１０８ｍ／ｓｅｃ）とすると、次式（１）が成り立つ。
【００１９】
【数１】
2011012984.tif 000003
【００２０】
従って、送信信号の周波数毎の２つのベースバンド信号１，Ｑから位相量θ０、θ１を演算して求め、周波数差Δｆに対する位相差Δφを求めることにより、片道の距離Ｌを算出することができる。
【００２１】
図４は、図１の対象物の位置測定装置１において基準となる位置を求める際の、周波数差Δｆに対して位相差Δφが０〜±π(ラジアン)で決まるアンビギティ（曖昧）を含まず一義的に決まる計測可能な最大距離Ｌｍａｘとそのときの距離分解能Ｌｄとの関係を説明するためのグラフであって、（ａ）は送信信号の周波数差Δｆが比較的小さい場合のグラフであり、（ｃ）は送信信号の周波数差Δｆが比較的大きい場合のグラフであり、（ｂ）は送信信号の周波数差Δｆがそれらの間の場合のグラフである。図４から明らかなように、周波数差Δｆが大きいほど計測可能な最大距離Ｌｍａｘは短くなり、周波数差Δｆが小さいほど計測可能な最大距離Ｌｍａｘは長くなる。また、１直交検波器２０６における性能として位相分解能が一定とすると、周波数差Δｆが大きいほど距離分解能Ｌｄは小さくなり、周波数差Δｆが小さいほど距離分解能Ｌｄは大きくなる。表１に、周波数差Δｆと最大距離Ｌｍａｘ及び距離分解能Ｌｄ（位相分解能が１°の場合）の具体例を示す。
【００２２】
【表１】
2011012984.tif 000004
【００２３】
従って、対象物までの距離が不明の時には、まず、周波数差Δｆが比較的小さい設定（計測可能な最大距離Ｌｍａｘが長く、距離分解能Ｌｄが大きい）で計測し、順次、周波数差Δｆが比較的大きい設定（計測可能な最大距離Ｌｍａｘが短く、距離分解能Ｌｄが小さい）へと移行して計測を行う。ここで、周波数差Δｆを大きくすると、計測可能な最大距離Ｌｍａｘが短くなり、実際の距離が計測可能な最大距離Ｌｍａｘを越えてアンビギティ（曖昧）を含むことが想定されるが、周波数差Δｆに対応した計測可能な最大距離Ｌｍａｘは既知であるので、整数倍した計測可能な最大距離Ｌｍａｘを加算して補正を行うことにより、周波数差Δｆが大きいときの距離分解能Ｌｄが短い特徴を利用して、精度の高い計測を実現することができる。
【００２４】
図５は、図１の対象物の位置測定装置１において基準となる距離を測定後、対象物の移動時においては、直交ベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）の各逆正接による位相量の変化と波長とを対応させて移動距離を算出する方法を説明するための説明図であって、（ａ）は直交ベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）の各逆正接による位相量の変化を示す図であり、（ｂ）は距離に対する位相量の変化を示す図である。図５（ｂ）において、５０１は基準位置での位相であり、５０２はかご４１０の位置での位相である。すなわち、図５は、エレベータのかご４１０までの基準となる距離（基準位置は、例えば、図２に示すように所定の階で着床しているときである。）を測定後、演算処理部３０４にて、対象物であるエレベータのかごの移動時においては、直交ベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）の各逆正接による位相量の変化と波長とを対応させて移動距離を算出する方法を説明するための説明図である。
【００２５】
ここで、例えば、エレベータのかご４１０までの基準となる距離を測定したときのベースバンド信号を（Ｉ０，Ｑ０）とし、移動後にサンプリングしたときのベースバンド信号を（Ｉ１，Ｑ１）とすると、移動距離ΔＬは次式（２）が成り立つ。エレベータのかご４１０が移動することにより位相量が−πから＋πへと繰り返し変化し、これに応じて距離の変化が１波長分の距離（例えば、２４．１５ＧＨｚの場合の１波長は１２．４ｍｍ）の整数倍に相当し、サンプリング周期に応じて１波長内の距離の算出や、サンプリング周期に応じた移動距離により速度の算出も可能である。また、任意のタイミングで基準となる距離を測定することや、対象物であるエレベータのかご４１０への着床センサ４１１（図２において、着床マーカー信号発生器４１２からの着床マーカー信号を受信して着床階情報を検出する。）からの階情報により、対象物の絶対位置を校正することができる。
【００２６】
【数２】
2011012984.tif 000005
【００２７】
演算処理部３０４は、以下に示すように、合成波位相補正部３０２及び利得位相補正部３０３を用いて、距離演算結果に対して合成波位相及び利得位相の補正を行って補正後の距離の値を演算して位置情報として出力する。
【００２８】
エレベータのかご４１０が長距離から近距離まで移動するので、広いダイナミックレンジを有する受信信号に対して利得制御部２０５にて適切な電力レベルに設定するに当たり、利得制御部２０５内の増幅器や減衰器のデバイス固有の特性に基づいて、利得位相補正部３０３の補正テーブル３０３ｔを参照してベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）を補正することにより、より正確な距離の値の算出を行う。すなわち、利得位相補正部３０３は、利得制御部２０６からのＡＧＣ電圧信号Ｓｖに基づいて、補正テーブル３０３ｔを参照することにより、利得量（減衰量を含む）に対応するＡＧＣ電圧に対応する利得量（減衰量を含む）及び位相量を得て、その補正情報を演算処理部３０４に出力する。これに応答して、ベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）の振幅及び位相を補正して距離を演算する。次いで、演算処理部３０４は、当該演算された距離に基づいて、以下に示すように、補正テーブル３０２ｔを用いて補正を行ってより正確な距離を演算して位置情報として出力する。
【００２９】
図６は図１の対象物の位置測定装置１においてマルチパスによる合成波の距離に対する信号電力強度変化を示すグラフである。図６において、６０１はアンテナ高さ（本実施の形態においては、例えば図２のｈ１，ｈ２に対応する。）が低いときの受信電力であり、６０２はアンテナ高さが高いときの受信電力であり、６０３はダイバーシティ処理後の受信電力である。ここで、例えば、直接波とエレベータ塔４００の側壁面４０３又は４０４からの反射波による２つの経路のマルチパスにおける合成波は、受信電力をＰｒとし、送信電力をＰｔとし、送信アンテナ利得をＧｔとし、受信アンテナ利得をＧｒとし、直接波の送受アンテナ指向性をＤｄとし、間接波の送受アンテナ指向性Ｄｒとし、直接波の伝搬距離をｒｄ（＝２Ｌ）、間接波の伝搬距離をｒｒとし、エレベータ塔４００の則壁面４０３，４０４の複素反射係数を(Γｖ)とし、ｋ＝２π/λとし、反射係数の位相遅れをΦとすると、次式が成り立つ。反射波が２つ以上の場合には、次式（３）中の括弧内第２項が相当する反射波の数だけ加算される。
【００３０】
【数３】
2011012984.tif 000006
【００３１】
各受信アンテナ２０１，２０２においては、エレベータ塔４００の各側壁面４０３，４０４からの距離が異なることにより、マルチパスによる受信信号強度がバースト的に低下する距離地点が変わるので、どちらかの受信アンテナ２０１，２０２では信号強度の大きな受信信号を得ることができて、距離の変化に対して連続的な計測が可能となる。受信アンテナ２０１，２０２の選択情報は信号強度比較回路２０４から合成波位相補正部３０２に送られる。
【００３２】
図７は図１の対象物の位置測定装置１におけるマルチパスによる合成波７０１及び直接波７０２の距離に対する受信位相の変化を示すグラフである。図７の、距離に対する合成波７０１の受信位相のグラフは、上記式（３）の右辺の括弧内の複素数の虚数項から、受信アンテナ２０１，２０２毎に予め計算することができ、合成波位相補正部３０２内の記憶装置（例えばフラッシュメモリなどの記憶装置である。）に補正テーブル３０２ｔとして予め格納される。合成波位相補正部３０２は、信号強度比較回路２０４からのアンテナ選択信号Ｓａに基づいて、選択された受信アンテナ２０１又は２０２に対応する補正テーブル３０２ｔを選択し、演算処理部３０４により利得位相補正部３０３による補正後の距離情報に応答して補正すべき受信位相の情報を演算処理部３０４に返信する。すなわち、演算処理部３０４は、合成波位相補正部３０２からの、選択された受信アンテナ２０１又は２０２に基づく補正すべき受信位相の情報に基づいて、直交検波されたベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）の位相を補正した後、より正確な距離を計算して位置情報として出力する。
【００３３】
以上説明したように、実施の形態１に係る対象物の位置測定装置１によれば、位置演算回路３００の基準演算処理部３０１は１直交検波器２０６からのベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ，Ｓｑ）に基づいて基準の距離を演算して演算処理部３０４に出力し、演算処理部３０４は、合成波位相補正部３０２を用いて広いダイナミックレンジを有する受信信号に対する利得制御での利得及び位相の補正を行った後、利得位相補正部３０３を用いてマルチパスによる直接波に対する合成波の位相の補正を行うことにより、より正確な距離の値の算出を行う。従って、エレベータのかご４１０の位置を従来技術に比較して高精度で測定することができ、ほとんど天候の影響を受けずに従来技術に比較して高精度で位置を測定できる。さらに、２つの受信アンテナを用いた空間ダイバーシティにより、距離方向に連続的な計測ができる。さらにまた、相対的な位置ではなく絶対的な位置を測定できるので、エレベータ塔４００の停電からの復旧時に、即座にエレベータのかご４１０の位置を計測できる。
【００３４】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２に係る対象物の位置測定装置１ａのブロック図である。図８において、本実施の形態に係る対象物の位置測定装置１ａは、無線送信回路１００ａと、無線受信回路２００ａと、位置演算回路３００ａとを備えて構成される。ここで、無線送信回路１００ａは、２周波発振器１０１ａと、分配器１０２ａと、電力増幅器１０３と、送信アンテナ１０４とを備えて構成される。また、無線受信回路２００ａは、受信アンテナ２０１，２０２と、低雑音増幅器２０１Ａ，２０２Ａと、スイッチ２０３と、信号強度比較回路２０４と、利得制御部２０５と、２直交検波器２０６Ａとを備えて構成される。さらに、位置演算回路３００ａは、基準演算処理部３０１ａと、合成波位相補正部３０２と、利得位相補正部３０３と、演算処理部３０４とを備えて構成される。
【００３５】
なお、図８において、図１と同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない
【００３６】
本実施の形態においては、対象物の位置測定装置１ａをエレベータ塔４００内のエレベータのかご４１０に設定し、２つの周波数ｆ１，ｆ２（これらの周波数差Δｆは周波数ｆ１，ｆ２に比較して十分に小さいものとする。例えば、周波数ｆ１，ｆ２が２４ＧＨｚ帯であるときは、周波数差Δｆは１乃至数ＭＨｚ程度である。）の送信信号を用いてエレベータのかご４１０の距離を測定することを特徴とし、ここで、２波の送信信号が同時に伝搬し、その経路は実施の形態１に係る図２と同様である。実施の形態２の構成及び動作について、実施の形態１のそれらとの相違点について以下に説明し、同様のものについては詳細説明を省略する。
【００３７】
図８において、２周波発振器１０１ａは、基準演算処理部３０１ａからの２つの周波数指示信号Ｓｆ１，Ｓｆ２に基づいて２つの周波数ｆ１，ｆ２の送信信号Ｓｔ１，Ｓｔ２を発生して分配器１０２ａに出力する。分配器１０２ａは入力される送信信号Ｓｔ１，Ｓｔ２をそれぞれ２分配して電力増幅器１０３を介して送信アンテナ１０４に出力するとともに、２直交検波器２０６Ａに出力する。送信アンテナ１０４から放射される２つの送信信号は実施の形態１と同様に伝搬伝搬して受信アンテナ２０１，２０２に受信される。受信アンテナ２０１，２０２はそれぞれ２つの送信信号を受信して低雑音増幅器２０１Ａ，２０２Ａを介してスイッチ２０３及び信号強度比較回路２０４に出力する。ここで、２つの送信信号Ｓｔ１，Ｓｔ２の周波数差Δｆは、計測可能な最大距離と距離分解能を考慮して表１に示すような値に設定し、周波数差Δｆが小さいので、信号レベル差は無視できる程度に小さいものとする。従って、信号強度比較回路２０４はいずれかの周波数ｆ１又はｆ２の信号強度を検出して、実施の形態１と同様に、大きな信号強度を有する受信信号を選択するようにスイッチ２０３を切り替えかつ選択した受信信号の受信アンテナ２０１又は２０２の情報を示すアンテナ選択信号Ｓａを合成波位相補正部３０２に出力する。スイッチ２０３から出力される受信信号Ｓｒは利得制御部２０５を介して２直交検波器２０６Ａに出力される。
【００３８】
図９は図８の２周波発振器１０１ａの詳細構成を示すブロック図である。図９において、２周波発振器１０１ａは、図１の１周波発振器１０１の周波数安定化を図るＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路１１５をベースに、２波のコヒーレンシーと安定した周波数差を維持するために基準発振器１１０を共通に用いたＰＬＬ回路１２５との２重化方式を用いた回路である。ここで、ＰＬＬ回路１１５は、基準発振器１１０と、位相検波器１１１と、ループフィルタである低域通過フィルタ１１２と、高周波の電圧制御発振器１１３と、分周器１１４とを備えて構成される。また、ＰＬＬ回路１２５は、基準発振器１１０と、位相検波器１２１と、ループフィルタである低域通過フィルタ１２２と、高周波の電圧制御発振器１２３と、分周器１２４とを備えて構成される。なお、基準発振器１１０を共通に用いたＰＬＬ回路１１５，１２５は２重化まででなく、３重化以上の構成にしてもよく、多周波のデータを同時に取得することにより、基準となる位置の確定を速やかに行うことができる。ＰＬＬ回路１１５，１２５の動作としては、比較的低く安定した周波数を有する基準発振器１１０からの信号と、高周波の電圧制御発振器１１３，１２３からの出力信号を分周して低い周波数とした信号とを位相検波し、差成分が無くなるようにループフィルタを介して高周波の電圧制御発振器１１３，１２３を駆動する。基準発振器１１０を共有してこのようなＰＬＬ回路１１５，１２５を２重化することにより、２波のコヒーレンシーと安定した周波数差を得ている。なお、基準発振器１１０の周波数をｆ０とすると、分周器１１４は、周波数指示信号Ｓｆ１に基づいて、ｆ１＝ｆ０×Ｎ１となる分周比Ｎ１を設定して入力信号を分周し、分周器１２４は、周波数指示信号Ｓｆ２に基づいて、ｆ２＝ｆ０×Ｎ２となる分周比Ｎ２を設定して入力信号を分周する。
【００３９】
図１０は図８の２直交検波器２０６Ａの詳細構成を示すブロック図である。図１０において、２直交検波器２０６Ａは２個の１直交検波器２０６，２０６ａを備えて構成される。ここで、１直交検波器２０６は、π／２移相器２１１と、２個の混合器２１２，２１３と、２個の低域通過フィルタ２１４，２１５とを備えて構成される。また、１直交検波器２０６ａは、π／２移相器２２１と、２個の混合器２２２，２２３と、２個の低域通過フィルタ２２４，２２５とを備えて構成される。従って、２直交検波器２０６Ａは、利得制御部２０５からの受信信号（２つの周波数ｆ１，ｆ２の周波数成分を有する。）から、２つの局部発振信号Ｓｔ１，Ｓｔ２を用いて、周波数ｆ１のベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ１，Ｓｑ１）と、周波数ｆ２のベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ２，Ｓｑ２）を直交検波して基準演算処理部３０１ａに出力する。
【００４０】
位置演算回路３００ａの基準演算処理部３０１ａは、２波の送信信号Ｓｔ１，Ｓｔ２のそれぞれの周波数ｆ１，ｆ２に対応するベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ１，Ｓｑ１）Ｉ，Ｑ（Ｓｉ２，Ｓｑ２）を用いて、実施の形態１と同様に、エレベータのかご４１０までの基準となる位置情報である距離を演算する。従って、実施の形態１と同様に、対象物までの距離が不明の時には、２波の周波数差Δｆが比較的小さく計測可能な最大距離Ｌｍａｘ及び距離分解能Ｌｄが比較的大きな設定から計測を開始し、順次、２波の周波数差Δｆを大きくして計測可能な最大距離Ｌｍａｘ及び距離分解能Ｌｄが比較的小さな設定へと移行する計測手順を行う。
【００４１】
ここで、実施の形態１と同様に、周波数差Δｆを大きくすると、計測可能な最大距離が小さくなり、実際の距離が計測可能な最大距離を越えてアンビギティ（曖昧）を含むことが想定されるが、周波数差Δｆに対応した計測可能な最大距離は既知であるので、整数倍した計測可能な最大距離を加算して補正を行うことにより、周波数差Δｆが大きいときの距離分解能が小さい特徴を利用して、従来技術に比較して高精度で計測を実現することができる。
【００４２】
エレベータのかご４１０の移動時においては、実施の形態１に係る図５の説明と同様に、２波の各ベースバンド信号Ｉ，Ｑ（Ｓｉ１，Ｓｑ１）（Ｓｉ２，Ｓｑ２）のどちらかを用いて、各逆正接による位相量の変化と波長とを対応させて移動距離を算出する。サンプリング周期に応じて１波長内の距離の算出や、サンプリング周期に応じた移動距離により速度の算出も可能である。また、任意のタイミングで基準となる距離を測定することや、対象物であるエレベータのかご４１０への着床センサ４１１からの階情報により、対象物の絶対位置を校正することができる。
【００４３】
実施の形態２における対象物の位置測定装置１ａにおけるマルチパスによる合成波の信号強度変化は、実施の形態１に係る図６の説明と同様に、各受信アンテナ２０１，２０２においては、エレベータ塔４００の側壁面４０３，４０４からの距離が異なることにより、マルチパスによる２波の受信信号強度がバースト的に低下する距離地点が変わるので、どちらかのアンテナでは強度の大きな２波の信号を得ることができて、距離の変化に対して連続的な計測が可能となる。
【００４４】
なお、演算処理部３０４は、実施の形態１と同様に、合成波位相補正部３０２及び利得位相補正部３０３を用いて演算結果の距離を補正する。
【００４５】
以上説明したように、実施の形態２に係る対象物の位置測定装置１ａによれば、実施の形態２に係る対象物の位置測定装置１と同様の作用効果を有する。また、２周波発振器１０１ａは２個のＰＬＬ回路１１５，１２５を用いて構成することにより、２周波のコヒーレンシーと安定した周波数差を得て２つの送信信号を高精度で発生することができる。
【００４６】
以上の実施の形態１，２においては、対象物がエレベータのかご４１０の場合について説明しているが、本発明はこれに限らず、対象物が直線上でかつ当該直線に平行な反射面に沿って移動し、当該直線の一端に反射器が設けられ、当該対象物に設けられた対象物の位置測定装置であって、送信アンテナからの送信信号が反射器に向けて放射された後、直接波及び上記反射面で反射する反射波で伝搬し、所定の距離だけ離隔して設けられた２つの受信アンテナで受信する場合に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上詳述したように、本発明に係る対象物の位置測定装置によれば、エレベータのかごなどの対象物の位置を従来技術に比較して高精度で測定することができ、ほとんど天候の影響を受けずに従来技術に比較して高精度で位置を測定できる。さらに、２つの受信アンテナを用いた空間ダイバーシティにより、距離方向に連続的な計測ができる。さらにまた、相対的な位置ではなく絶対的な位置を測定できるので、停電からの復旧時に、即座に当該対象物の位置を計測できる。
【符号の説明】
【００４８】
１，１ａ  対象物の位置測定装置、１００，１００ａ  無線送信回路、１０１  １周波発振器、１０１ａ  ２周波発振器、１０２，１０２ａ  分配器、１０３  電力増幅器、１０４  送信アンテナ、１１０  基準発振器、１１１，１２１  位相検波器、１１２，１２２  低域通過フィルタ、１１３，１２３  電圧制御発振器、１１４，１２４  分周器、１１５，１２５  ＰＬＬ回路、２００，２００ａ  無線受信回路、２０１，２０２  受信アンテナ、２０１Ａ，２０２Ａ  低雑音増幅器、２０３  スイッチ、２０４  信号強度比較回路、２０５  利得制御部、２０６，２０６ａ  １直交検波器、２０６Ａ  ２直交検波器、２１１，２２１  π／２移相器、２１２，２１３，２２２，２２３  混合器、２１４，２１５，２２４，２２５  低域通過フィルタ、３００，３００ａ  位置演算回路、３０１，３０１ａ  基準演算処理部、３０２  合成波位相補正部、３０２ｔ  補正テーブル、３０３  利得位相補正部、３０３ｔ  補正テーブル、３０４  演算処理部、４００  エレベータ塔、４０１  底面、４０２  塔頂部、４０３，４０４  側壁面、４１０  エレベータのかご、４２０  反射器。
【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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【図１０】
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