(57)【要約】【課題】拡散符号の周波数帯域の拡大を抑制し、かつ、距離計測精度が確実に向上する受信時刻計測装置及びこれを用いた測距装置を提供することを目的とする。【解決手段】送信機１０に、拡散符号の一部の期間を高チップレート拡散符号で構成した変則拡散符号を生成する変則拡散符号生成部１１を設けて変則拡散符号を送信し、受信機２０は、高チップレート拡散符号と同一系列の相関基準符号と受信した変則拡散符号との相互相関演算を行い、相関演算出力のピークから変則拡散符号の受信時刻を判定する広帯域逆拡散部２３Ａとを備える．また，広帯域逆拡散部２３Ａで判定した受信時刻と変則拡散符号の送信時刻とから送信機１０と受信機２０との間の距離を算出する距離算出部２４とを備えて測距装置を構成した。【選択図】  図１
2005003456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と受信機とを備え、
前記送信機は、一部の期間が他の期間に比べて周波数帯域が広帯域な拡散符号からなる変則拡散符号を生成する変則拡散符号生成部を備え、前記変則拡散符号を送信する構成であり、
前記受信機は、前記広帯域拡散符号と同一系列の相関基準符号と受信した変則拡散符号との相関演算出力に基づいて前記変則拡散符号の受信時刻を計測する時刻計測部を備える構成であることを特徴とする受信時刻計測装置。
【請求項２】
前記変則拡散符号は、前記一部の期間が他の期間の拡散符号に比べて高チップレートの拡散符号である請求項１に記載の受信時刻計測装置。
【請求項３】
前記変則拡散符号生成部は、拡散符号を生成する拡散符号生成部と、該拡散符号生成部で生成される拡散符号より高チップレートの拡散符号を生成する高チップレート拡散符号生成部と、前記拡散符号生成部で生成された拡散符号の前記一部の期間を前記高チップレート拡散符号生成部で生成された高チップレート拡散符号で置き換えて変則拡散符号に変換する変則拡散符号変換部とを備える構成である請求項２に記載の受信時刻計測装置。
【請求項４】
前記変則拡散符号は、前記他の期間が前記一部の期間の拡散符号の周波数帯域を制限した狭帯域拡散符号である請求項１に記載の受信時刻計測装置。
【請求項５】
前記変則拡散符号生成部は、拡散符号を生成する拡散符号生成部と、該拡散符号生成部で生成された拡散符号の周波数帯域を制限して前記狭帯域拡散符号を出力する帯域制限フィルタと、該帯域制限フィルタから出力される前記狭帯域拡散符号の前記一部の期間を前記拡散符号生成部で生成される拡散符号で置き換えて変則拡散符号に変換する変則拡散符号変換部とを備える構成である請求項４に記載の受信時刻計測装置。
【請求項６】
前記変則拡散符号は、前記他の期間が拡散符号の周波数帯域を制限した狭帯域拡散符号であり、前記一部の期間が前記拡散符号より高チップレートの拡散符号である請求項１に記載の受信時刻計測装置。
【請求項７】
前記変則拡散符号生成部は、拡散符号を生成する拡散符号生成部と、該拡散符号生成部で生成された拡散符号の周波数帯域を制限して前記狭帯域拡散符号を出力する帯域制限フィルタと、前記拡散符号生成部で生成される拡散符号より高チップレートの拡散符号を生成する高チップレート拡散符号生成部と、前記帯域制限フィルタから出力される前記狭帯域拡散符号の前記一部の期間を前記高チップレート拡散符号生成部で生成された高チップレート拡散符号で置き換えて変則拡散符号に変換する変則拡散符号変換部とを備える構成である請求項６に記載の受信時刻計測装置。
【請求項８】
前記変則拡散符号生成部は、前記変則拡散符号の波形データを予め記憶する波形データ記憶部を備え、該波形データ記憶部から波形データを読み出して変則拡散符号を生成する構成である請求項１に記載の受信時刻計測装置。
【請求項９】
前記時刻計測部は、前記広帯域拡散符号と同一系列の相関基準符号と受信した変則拡散符号との相互相関を演算して相関出力を発生する相関演算部と、該相関演算部から出力される相関出力のピーク値が最大となる時刻を前記変則拡散符号の受信時刻と判定する受信時刻判定部とを含む広帯域逆拡散部を備える構成である請求項１〜８のいずれか１つに記載の受信時刻計測装置。
【請求項１０】
前記時刻計測部は、前記他の期間の拡散符号と同一系列の相関基準符号と受信した変則拡散符号との相互相関出力に基づいて変則拡散符号受信時刻の存在範囲を定める受信時刻存在範囲設定部を備え、前記広帯域逆拡散部が前記受信時刻存在範囲設定部で定めた変則拡散符号範囲についてのみ受信時刻計測処理を行う構成とした請求項９に記載の受信時刻計測装置。
【請求項１１】
前記送信機が、生成した変則拡散符号を無線信号に変調して無線送信する構成であり、前記受信機が、受信した前記無線送信信号を受信して変則拡散信号に復調する構成である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の受信時刻計測装置。
【請求項１２】
前記拡散符号が、ＰＮ符号である請求項１〜１１に記載の受信時刻計測装置。
【請求項１３】
前記請求項１〜１１のいずれか１つに記載の受信時刻計測装置を用いて送信機と受信機との間の距離を計測する測距装置であって、
前記送信機は、送信機側計時部の時刻情報に基づいて予め定めた送信時刻に変則拡散符号を送信する構成であり、
前記受信機は、前記送信機側計時部と互いに同期する受信機側計時部の時刻情報から得られる変則拡散符号の送信時刻と時刻計測部で計測した受信時刻に基づいて送信機−受信機間の距離を算出する距離算出部を備えることを特徴とする測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペクトル拡散方式を用いた受信時刻計測装置に関し、特に、受信時刻計測精度を向上する受信時刻計測装置に関する。また、この受信時刻計測装置を用いて、拡散符号の周波数帯域の拡大の抑制と距離計測精度の向上を図る測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電波を発射する送信機と電波を受信する受信機に、互いに同期の取れた時計を用意し、送信機から電波を発射した送信時刻と受信機で計測した電波の受信時刻の差に電波の伝搬速度（光速と同じで３×１０５ｋｍ／ｓ）を乗じることにより、送信機−受信機間の距離を計測できる。このような送信機−受信機間の電波の伝搬時間計測により距離を算出する測距装置の１つとして、スペクトル拡散方式を用いた測距装置が従来から知られている。
【０００３】
スペクトル拡散方式を用いた測距装置では、送信機は、拡散符号を無線信号に変調して送信する。受信機は、送信機からの無線信号を受信し送信機の送信した拡散符号と同じ波形の拡散符号に復調し、逆拡散手段で復調された拡散符号と例えば送信機から送信した拡散符号と同一系列の相関基準符号との相関を演算する。逆拡散手段の相関出力は、復調した拡散信号が相関基準信号と同位相の時に最大値を示し、逆拡散手段から拡散符号の１周期毎にピークを持つ相関出力が得られるので、この相関出力のピークの出現時刻を計測して受信時刻とする。そして、計測した受信時刻と送信時刻の差に電波の伝搬速度を乗じて送信機−受信機間の距離を算出する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、相関出力を高速クロックでサンプリングし、そのサンプリング値のクロック間の差分値を求め、その差分値が予め定めた閾値以下になるタイミングを検出し、このタイミング検出時刻を相関出力のピーク出現時刻とすることにより、サンプリングクロック周期の精度で相関出力のピーク出現時刻を検出できるようにして受信時刻の計測精度を向上させ、この計測受信時刻を用いて距離計測を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
横山光雄、「スペクトル拡散通信システム」、科学技術出版社、１９８８年
【特許文献１】
特開平１０−２３４０７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スペクトル拡散方式を用いた測距装置の距離計測の精度は、相関出力のピーク出現時刻の検出精度、即ち、受信信号の受信時刻検出精度に依存し、ピーク形状が鋭い程受信時刻計測精度、延いては距離計測精度は良くなる。相関出力のピーク形状は図２１に示すように三角形状をしており、ピークの底辺の幅（ピーク幅）は拡散符号の２チップ分に相当する時間である。従って、前者の場合には、１チップの時間が短い拡散符号、言い換えればチップレート（周波数）の高い拡散符号を用いれば相関出力のピーク幅が狭くなりピーク出現時刻の検出精度が向上し、延いては距離計測精度が向上する。しかし、拡散符号のチップレートを高くすれば拡散符号の周波数帯域が広がり、特に、無線信号を利用する場合は周波数資源の有効利用の観点から好ましくない。
【０００７】
後者の場合には、前者よりピーク出現時刻の検出精度が向上する。しかし、無線信号を利用する場合、通常は電波法等で無線信号の占有周波数帯域が制限されるため、実際の相関出力は図２２に示すようにピーク付近の鋭さが失われピーク付近は平坦に近い形状となる。このため、後者の方式を用いても、ピークの出現時刻の検出誤差が生じ易く、距離計測精度が確実に向上するとは言い難い。
【０００８】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、受信時刻計測精度を向上する受信時刻計測装置を提供することを目的とする。また、この受信時刻計測装置を用いて拡散符号の周波数帯域の拡大を抑制し、かつ、距離計測精度が確実に向上する測距装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明の受信時刻計測装置は、送信機と受信機とを備え、前記送信機は、一部の期間が他の期間に比べて周波数帯域が広帯域な拡散符号からなる変則拡散符号を生成する変則拡散符号生成部を備え、前記変則拡散符号を送信する構成であり、前記受信機は、前記広帯域拡散符号と同一系列の相関基準符号と受信した変則拡散符号との相関演算出力に基づいて前記変則拡散符号の受信時刻を計測する時刻計測部を備える構成である。
【００１０】
かかる構成では、変則拡散符号生成部が一部の期間が他の期間に比べて周波数帯域が広帯域な拡散符号からなる変則拡散符号を生成し、生成した変則拡散符号を送信機から送信する。受信機は、送信機から送信された変則拡散符号を受信すると、時刻計測部が、広帯域拡散符号と同一系列の相関基準符号と受信した変則拡散符号との相関を演算し、演算結果から得られた相関出力に基づいて変則拡散符号の受信時刻を計測する。
【００１１】
前記変則拡散符号は、請求項２のように、前記一部の期間が他の期間の拡散符号に比べて高チップレートの拡散符号とするとよい。
かかる構成では、送信機から全てが高チップレートの拡散符号を送信する場合と比較して、同等の受信時刻計測精度が得られると共に周波数帯域を抑えることができるようになる。
【００１２】
請求項２の場合、前記変則拡散符号生成部は、請求項３のように、拡散符号を生成する拡散符号生成部と、該拡散符号生成部で生成される拡散符号より高チップレートの拡散符号を生成する高チップレート拡散符号生成部と、前記拡散符号生成部で生成された拡散符号の前記一部の期間を前記高チップレート拡散符号生成部で生成された高チップレート拡散符号で置き換えて変則拡散符号に変換する変則拡散符号変換部とを備える構成とするとよい。
【００１３】
前記変則拡散符号は、請求項４のように、前記他の期間が前記一部の期間の拡散符号の周波数帯域を制限した狭帯域拡散符号とするようにしてもよい。
かかる構成では、送信機から全てを狭帯域に制限されない拡散符号を送信する場合と比較して、同等の受信時刻計測精度が得られると共に周波数帯域を抑えることができるようになる。
【００１４】
請求項４の場合、前記変則拡散符号生成部は、請求項５のように、拡散符号を生成する拡散符号生成部と、該拡散符号生成部で生成された拡散符号の周波数帯域を制限して前記狭帯域拡散符号を出力する帯域制限フィルタと、該帯域制限フィルタから出力される前記狭帯域拡散符号の前記一部の期間を前記拡散符号生成部で生成される拡散符号で置き換えて変則拡散符号に変換する変則拡散符号変換部とを備える構成とするとよい。
【００１５】
前記変則拡散符号は、請求項６のように、前記他の期間が拡散符号の周波数帯域を制限した狭帯域拡散符号であり、前記一部の期間が前記拡散符号より高チップレートの拡散符号とするようにしてもよい。
【００１６】
かかる構成では、送信機から全てが高チップレートの拡散符号を送信する場合と比較して、同等の受信時刻計測精度が得られると共に請求項２の場合よりも更に周波数帯域を抑えることができるようになる。
【００１７】
請求項６の場合、前記変則拡散符号生成部は、請求項７のように、拡散符号を生成する拡散符号生成部と、該拡散符号生成部で生成された拡散符号の周波数帯域を制限して前記狭帯域拡散符号を出力する帯域制限フィルタと、前記拡散符号生成部で生成される拡散符号より高チップレートの拡散符号を生成する高チップレート拡散符号生成部と、前記帯域制限フィルタから出力される前記狭帯域拡散符号の前記一部の期間を前記高チップレート拡散符号生成部で生成された高チップレート拡散符号で置き換えて変則拡散符号に変換する変則拡散符号変換部とを備える構成とするとよい。
【００１８】
前記変則拡散符号生成部は、請求項８のように、前記変則拡散符号の波形データを予め記憶する波形データ記憶部を備え、該波形データ記憶部から波形データを読み出して変則拡散符号を生成する構成とするとよい。
【００１９】
かかる構成では、波形データ記憶部から予め記憶させた波形データを読み出すだけで変則拡散符号が生成できるようになる。
請求項９のように、前記時刻計測部は、前記広帯域拡散符号と同一系列の相関基準符号と受信した変則拡散符号との相互相関を演算して相関出力を発生する相関演算部と、該相関演算部から出力される相関出力のピーク値が最大となる時刻を前記変則拡散符号の受信時刻と判定する受信時刻判定部とを含む広帯域逆拡散部を備える構成とするとよい。
【００２０】
請求項１０のように、前記時刻計測部は、前記他の期間の拡散符号と同一系列の相関基準符号と受信した変則拡散符号との相互相関出力に基づいて変則拡散符号受信時刻の存在範囲を定める受信時刻存在範囲設定部を備え、前記広帯域逆拡散部が前記受信時刻存在範囲設定部で定めた変則拡散符号範囲についてのみ受信時刻計測処理を行う構成とするとよい。
【００２１】
かかる構成では、広帯域逆拡散部は、変則拡散符号全てに対して計測処理動作を行わなくて済み、計測処理動作の負担を軽減できるようになる。
請求項１１のように、前記送信機が、生成した変則拡散符号を無線信号に変調して無線送信する構成であり、前記受信機が、受信した前記無線送信信号を受信して変則拡散信号に復調する構成とするとよい。
【００２２】
かかる構成では、無線信号により送信機−受信機間の距離計測が行えるようになる。
請求項１２のように、前記拡散符号をＰＮ符号とするとよい。
【００２３】
請求項１３の発明は、前記請求項１〜１１のいずれか１つに記載の受信時刻計測装置を用いて送信機と受信機との間の距離を計測する測距装置であって、前記送信機は、送信機側計時部の時刻情報に基づいて予め定めた送信時刻に変則拡散符号を送信する構成であり、前記受信機は、前記送信機側計時部と互いに同期する受信機側計時部の時刻情報から得られる変則拡散符号の送信時刻と時刻計測部で計測した受信時刻に基づいて送信機−受信機間の距離を算出する距離算出部を備える構成とした。
【００２４】
かかる構成では、送信機と受信機間の距離を高精度に計測できるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る受信時刻計測装置の第１実施形態を用いた本発明の測距装置の構成図である。
【００２６】
図１において、本実施形態の測距装置は、送信機１０と受信機２０を備える。
前記送信機１０は、一部の期間（以下、置換期間とする）が他の期間に比べて周波数帯域が広帯域な拡散符号からなる変則拡散符号を生成する変則拡散符号生成部１１と、受信機２０側の後述する時計２２と同期して時刻を計時する時計１２と、変則拡散符号生成部１１で生成された変則拡散符号を例えば無線信号に変調してアンテナ（図示せず）から受信機２０に送信する通信部１３とを備えて構成される。尚、変則拡散符号を有線で送信するようにしてもよい。
【００２７】
前記変則拡散符号生成部１１は、周波数帯域が広帯域な拡散符号として高チップレート拡散符号を生成する高チップレート拡散符号生成部１１Ａと、拡散符号を生成する拡散符号生成部１１Ｂと、拡散符号生成部１１Ｂで生成した拡散符号の置換期間部分を高チップレート拡散符号生成部１１Ａで生成した高チップレート拡散符号で置き換えて変則拡散符号に変換する変則拡散符号変換部１１Ｃとを備えて構成される。
【００２８】
前記拡散符号生成部１１Ｂは、拡散符号として例えば１符号周期が図２に示すような１５チップで構成されるチップレート５ＭＨｚ、振幅１のＭ系列のＰＮ符号を生成する。図３は図２に示すＭ系列のＰＮ符号の自己相関結果を示し、１チップ以上位相がずれた自己相関値の絶対値が小さくなる特性を示す。拡散符号の生成は、例えば拡散符号データを予め記憶させたメモリを備え、時計１２の時刻情報が予め定めた送信時刻になった時にメモリから符号データを読み出して拡散符号を生成し出力するようにすればよい。
【００２９】
高チップレート拡散符号生成部１１Ａは、高チップレート拡散符号として例えば拡散符号生成部１１Ｂで生成される１５チップのＭ系列ＰＮ符号のチップレートに比べてチップレートが１６倍であるチップレート８０ＭＨｚのＭ系列のＰＮ符号を生成する。高チップレート拡散符号の生成は、例えば高チップレート拡散符号データを予め記憶させたメモリを備え、時計１２の時刻情報が予め定めた送信時刻になった時にメモリから符号データを読み出して高チップレート拡散符号を生成し出力するようにすればよい。
【００３０】
尚、変則拡散符号生成部１１の構成として、波形データ記憶部としてのメモリを設け、変則拡散符号の波形データを予め前記メモリに記憶させておき、送信時刻に波形データをメモリから読み出すことにより変則拡散符号を生成するようにすれば、変則拡散符号生成部１１の構成を簡素化できる。
【００３１】
変則拡散符号変換部１１Ｃは、高チップレート拡散符号生成部１１Ａから入力する高チップレート拡散符号を拡散符号生成部１１Ｂからのタイミング信号の入力により拡散符号の置換期間に相当する期間だけ出力する高チップレート拡散符号間欠出力部１１ａと、拡散符号生成部１１Ｂから入力する拡散符号と高チップレート拡散符号間欠出力部１１ａから入力する高チップレート拡散符号とを合成して通信部１３に出力する変則拡散符号を生成する符号合成部１１ｂとを備える。
【００３２】
前記高チップレート拡散符号間欠出力部１１ａは、例えば拡散符号として用いる図２のＭ系列のＰＮ符号の７番目のチップの初めから１８７．５ｎｓだけ１符号周期分の高チップレート拡散符号を出力し、それ以外の期間では出力を「１」とする機能を有する。
【００３３】
前記符号合成部１１ｂは、例えば高チップレート拡散符号と拡散符号の積を計算して図４に示すような変則拡散符号を生成する。尚、図４では高チップレート拡散符号区間が拡散符号と同じ振幅「１」であるが、それ以外の値であってもよく、その場合は、図１の破線で示すように振幅調整部１１ｃを設け、振幅調整部１１ｃで振幅を調整した高チップレート拡散符号を符号合成部１１ｂに入力すればよい。
【００３４】
尚、変則拡散符号の置換期間は、１符号周期に複数存在するようにしてもよく、また、複数符号周期毎に１つ存在するようにしてもよい。置換期間の長さは変則拡散符号全体より短ければよく、変則拡散符号全体に対する置換期間の長さの割合ｎは０＜ｎ＜１であればよい。
【００３５】
一方、前記受信機２０は、送信機１０からの変則拡散符号を受信する通信部２１と、送信機１０側の時計１２と同期して時刻を計時する時計２２と、通信部２１を介して入力する変則拡散符号の受信時刻を計測する時刻計測部２３と、時刻計測部２３で計測された受信時刻と時計２２から得られる変則拡散符号送信時刻とに基づいて送信機１０と受信機２０との間の距離を算出する距離算出部２４とを備えて構成される。尚、前記距離算出部２４を除いた構成が本実施形態の受信時刻計測装置に相当する。
【００３６】
前記時刻計測部２３は、入力した変則拡散符号を高チップレート拡散符号（広帯域拡散符号）と同一系列の相関基準符号を用いて逆拡散処理して変則拡散符号の受信時刻を計測する広帯域逆拡散部２３Ａと、入力した変則拡散符号を置換期間以外の拡散符号（高チップレート拡散符号より狭帯域な拡散符号）と同一系列の相関基準符号を用いて逆拡散処理して受信時刻の存在範囲を定める受信時刻存在範囲設定部としての狭帯域逆拡散部２３Ｂとを備える。
【００３７】
前記広帯域逆拡散部２３Ａは、入力する変則拡散符号の１符号周期分のデータを格納するシフトレジスタ２３ａと、高チップレート拡散符号と同一系列の相関基準符号を発生する相関基準符号発生部２３ｂと、シフトレジスタ２３ａ内のデータと相関基準符号発生部２３ｂからの相関基準符号との相互相関を演算する相関演算部２３ｃと、相関演算部２３ｃからの相関出力と時計２２からの時刻情報の基づいて変則拡散符号受信時刻を判定しその受信時刻情報を距離算出部２４に出力する受信時刻判定部２３ｄとを備える。
【００３８】
狭帯域逆拡散部２３Ｂは、相関基準符号発生部２３ｅが高チップレート拡散符号より狭帯域な図２に示す拡散符号と同一系列の相関基準符号を発生することが広帯域逆拡散部２３Ａと異なるだけであり、シフトレジスタ２３ａ、相関演算部２３ｃ及び受信時刻判定部２３ｄは同じ構成である。
【００３９】
次に動作を説明する。
送信機１０側の時計１２と受信機２０側の時計２２は精度良く同期が取られている。時計１２の時刻情報に基づいて予め定めた送信時刻毎に、拡散符号生成部１１Ｂは、メモリ内の符号データの読み出しを開始して図２に示す拡散符号を生成して符号合成部１１ｂに出力する。また、高チップレート拡散符号生成部１１Ａもメモリ内の符号データの読み出しを開始して図２の拡散符号より１６倍のチップレートを持つ高チップレート拡散符号を生成して高チップレート拡散符号間欠出力部１１ａに出力する。拡散符号生成部１１Ａは、７番目のチップの出力タイミングでタイミング信号を高チップレート拡散符号間欠出力部１１ａに出力する。これにより、高チップレート拡散符号間欠出力部１１ａから高チップレート拡散符号が符号合成部１１ｂに出力される。これ以外の期間では、高チップレート拡散符号間欠出力部１１ａは「１」の出力を符号合成部１１ｂに出力する。符号合成部１１ｂは、拡散符号の７番目のチップが高チップレート拡散符号に置き換えられた図４の変則拡散符号を生成して通信部１３に出力する。通信部１３は、変則拡散符号を無線信号に変調して送信する。
【００４０】
受信機２０の通信部２１は、送信機１０からの無線信号を受信すると変則拡散符号に復調してＡ／Ｄ変換器等によりデータ信号として広帯域逆拡散部２３Ａと狭帯域逆拡散部２３Ｂの各シフトレジスタ２３ａに出力する。シフトレジスタ２３ａ内の符号データは順次シフトされ更新される。
【００４１】
狭帯域逆拡散部２３Ｂがない場合、広帯域逆拡散部２３Ａにおいて、シフトレジスタ２３ａ内の変則拡散符号データと相関基準符号発生部２３ｂの相関基準信号との相互相関が相関演算部２３ｃで演算され、相関演算部２３ｃから図５に示すような相関出力が出力される。尚、図５は、相関基準符号として高チップレート拡散符号の１符号周期分を用いた場合であり、横軸は変則拡散符号の位相を相関基準符号に対してずらした時間を示し、縦軸は相関値を示す。受信時刻判定部２３ｄは、図５の相関出力の相関値のピークが最大となった時の時刻を変則拡散符号受信時刻と判定し、その受信時刻情報を距離算出部２４に出力する。距離算出部２４は、送信機１０側の時計１２と同期している時計２２から取得した送信時刻と受信時刻判定部２３ｄからの受信時刻との差分から変則拡散符号の伝搬時間を算出し、この伝搬時間に変則拡散符号の伝搬速度を乗算して送信機１０と受信機２０との間の距離を算出する。
【００４２】
狭帯域逆拡散部２３Ｂを備える場合、狭帯域逆拡散部２３Ｂでは、シフトレジスタ２３ａ内の変則拡散符号データと相関基準符号発生部２３ｅから発生する高チップレート拡散符号より狭帯域な拡散符号と同一系列の相関基準符号との相互相関を相関演算部２３ｃで演算する。相関演算部２３ｃの相関出力は図６のようになる。ここで、図５と図６とから変則拡散符号の受信時刻は、図６に示す相関出力のピークの立上りの開始点から立下りの終了点までの範囲に存在することがわかる。シフトレジスタ２３Ａとシフトレジスタ２３Ｂのそれぞれに蓄えられた変則拡散符号データには時刻参照データを付加し、お互いの時間関係が判るようにしておく。
【００４３】
従って、本実施形態の構成では、狭帯域逆拡散部２３Ｂで相関演算部２３ｃの図６に示す相関出力から受信時刻判定部２３ｄで、相関出力のピーク立上り開始時刻と立下り終了時刻を判定して変則拡散符号の受信時刻存在範囲を予め定めておく。広帯域逆拡散部２３Ａの相関演算部２３ｃは、狭帯域逆拡散部２３Ｂの受信時刻判定部２３ｄが定めた受信時刻存在範囲情報に基づいてその範囲内についてのみ前述のようにして相関演算を実行する。こうすることにより、広帯域逆拡散部２３Ａでの相関演算処理の負担を軽減できる。例えば、本実施形態のようなチップレート５ＭＨｚ、１５チップで構成されるＭ系列のＰＮ符号の場合、拡散符号１周期は３０００ｎｓであり、狭帯域逆拡散部２３Ｂのピーク範囲は図６に示すように４００ｎｓとなるので、１符号周期全てについて相関演算処理する場合に比較して、広帯域逆拡散部２３Ａでの相関演算処理範囲を２／１５に軽減できる。
【００４４】
ここで、図５に示す変則拡散符号の相関出力と、図７及び図８にそれぞれ示す拡散符号（高チップレート拡散符号より狭帯域）の自己相関出力と高チップレート拡散符号の自己相関出力を比較した場合、図８の高チップレート拡散符号の自己相関出力と同程度のピーク幅の狭い鋭いピーク形状が得られる。ピーク幅の狭い鋭いピーク形状ほど受信時刻の計測精度は良く、従って、狭帯域の拡散符号だけを用いた場合に比べて受信時刻計測精度を向上でき、延いては距離計測精度を向上できる。
【００４５】
また、信号の周波数帯域は、基本的には信号のフーリエ変換の結果、信号の全平均電力の例えば９９％を占める周波数幅として得られる。しかし、フーリエ変換では時間窓は無限大であるのに対し、実際の帯域の測定での時間窓は測定時の周波数分解能により定まる。測定時の周波数分解能は、例えば１０ｋＨｚであり、そのとき時間窓は１００μｓで、本実施形態で用いる拡散符号１周期の３μｓに比べて長い。対象とする信号の１周期に比べて時間窓が長ければ、測定される帯域はフーリエ変換結果得られる周波数幅と一致する。図９〜図１１にそれぞれ本実施形態における変則拡散符号、拡散符号（高チップレート拡散符号より狭帯域）、高チップレート拡散符号の各フーリエ変換結果を示す。変則拡散符号は、同等の測距精度が得られる高チップレートより高周波成分の割合が少なく帯域が狭いことがわかる。
【００４６】
以上のように本実施形態の構成によれば、一部の期間（置換期間）を他の期間より周波数帯域が広帯域の高チップレート拡散符号に置き換えた変則拡散符号を用いる構成としたので、高チップレート拡散符号より狭帯域の拡散符号だけを用いた場合よりも受信時刻計測精度が向上し、延いては、測距精度を向上できる。そして、高チップレート拡散符号だけを用いた場合に比べて周波数帯域の拡大を抑制でき、周波数資源の有効利用の観点から優れている。従って、高チップレート拡散符号だけの場合よりは周波数帯域を抑制でき、狭帯域拡散符号だけの場合よりは受信時刻及び測距精度を向上できる。また、狭帯域逆拡散部２３Ｂを設けて受信時刻存在範囲を設定し、その存在範囲のみ受信時刻計測処理ための相関演算処理を行う構成としたので、受信時刻計測のための相関演算処理の負担を軽減できる利点がある。
【００４７】
次に、図１２に、本発明の受信時刻計測装置の第２実施形態を用いた測距装置の構成図を示す。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図１２において、本実施形態の送信機１０の変則拡散符号生成部３１は、第１実施形態の拡散符号生成部１１Ｂと同一の拡散符号を生成する拡散符号生成部３１Ａと、拡散符号生成部３１Ａからの拡散符号の帯域を制限する帯域制限フィルタ３１Ｂと、変則拡散符号変換部３１Ｃとを備えて構成される。変則拡散符号変換部３１Ｃは、拡散符号間欠出力部３１ａ及び符号合成部３１ｂを備え、拡散符号間欠出力部３１ａが高チップレート拡散符号ではなくチップレート５ＭＨｚの拡散符号を間欠出力する他は変則拡散符号変換部１１Ｃと同一の構成である。尚、拡散符号の振幅調整が必要な場合は振幅調整部３１ｃを設ければよい。
【００４９】
前記拡散符号生成部３１Ａは、例えば１５チップで構成されるチップレート５ＭＨｚ、振幅１のＭ系列のＰＮ符号を生成して帯域制限フィルタ３１Ｂに出力する。また、予め定めた置換期間だけ変則拡散符号変換部３１Ｃの拡散符号間欠出力部３１ａに拡散符号を出力する。前記拡散符号間欠出力部３１ａは、拡散符号が入力するとその拡散符号を符号合成部３１ｂに出力し、それ以外は出力零とする。符号合成部３１ｂは、帯域制限されない拡散符号と帯域制限された拡散符号を合成して例えば図１３に示すような一部の期間が他の期間より周波数帯域が広帯域な拡散符号からなる変則拡散符号を生成する。図１３の変則拡散符号は、拡散符号の３符号周期のうち１番目と３番目が帯域制限された拡散符号（狭帯域拡散符号）であり、２番目が帯域制限されない拡散符号（広帯域拡散符号）である。
【００５０】
図１３の変則拡散符号の置換期間は、３符号周期毎に１つ存在する例であるが符号周期数は３に限らない。置換期間の長さは変則拡散符号全体より短ければよく、変則拡散符号全体に対する置換期間の長さの割合ｎは０＜ｎ＜１であればよい。
【００５１】
尚、変則拡散符号生成部３１を図１２の構成でなく、変則拡散符号の波形データを記憶した波形データ記憶部としてのメモリを設け、メモリから波形データを読み出して変則拡散符号を生成する構成としてもよい。この場合、記憶させる狭帯域のＰＮ符号として、例えば符号の変化区間（１チップの周期に相当する）が下記の式に示すように１／２周期のコサインで接続した波形を記憶させる。
【００５２】
ｙ＋１＝Ａｃｏｓ（π・ｃｈｉｐｒａｔｅ・ｔ）
ｙ−１＝−Ａｃｏｓ（π・ｃｈｉｐｒａｔｅ・ｔ）
ここで、ｙ＋１は符号が「１」から「−１」に変化する区間の波形を表し、ｙ−１は符号が「−１」から「１」に変化する区間の波形を表す。Ａは拡散符号の振幅、ｃｈｉｐｒａｔｅはチップレートである。
【００５３】
受信機２０における本実施形態の時刻計測部２３における広帯域逆拡散部２３Ａは、第１実施形態の狭帯域逆拡散部２３Ｂと同一の構成であり、本実施形態の狭帯域逆拡散部２３Ｂは、第１実施形態の相関基準符号発生部２３ｅに代えて、帯域制限された拡散符号と同一の相関基準符号を発生する相関基準符号発生部２３ｆを設けた以外は第１実施形態と同じ構成である。受信機２０側の時刻計測部２３における受信時刻計測処理動作は第１実施形態と同様であるのでここでは説明を省略する。
【００５４】
かかる実施形態では、広帯域逆拡散部２３Ａで得られる相関出力は図１４のようになる。ここで、図１４の変則拡散符号の相関出力と、図１５に示す帯域制限された拡散符号の自己相関出力及び図７の帯域制限されない拡散符号の自己相関出力を比較した場合、図７の帯域制限されない拡散符号の自己相関出力と同程度の三角形状のピーク形状となり、帯域制限された拡散符号だけの場合と比較して受信時刻の計測精度は良い。また、周波数帯域に関しては、本実施形態の変則拡散符号のフーリエ変換結果は図１６に示すようになり、図１０に示す帯域制限されない拡散符号に比べて高周波成分の割合が少なく帯域が狭いことがわかる。従って、帯域制限されない拡散符号だけを用いた場合と比較して、同等の受信時刻計測精度及び測距精度で周波数帯域を狭くでき、周波数資源の有効利用の観点から優れる。
【００５５】
次に、図１７に本発明の受信時刻計測装置の第３実施形態を用いた測距装置の構成図を示す。尚、上述の各実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】
本実施形態は、置換期間を第１実施形態で用いた高チップレート拡散符号としその他の期間を第２実施形態で用いた帯域制限した拡散符号として変則拡散符号を構成するようにしたものである。
【００５７】
図１７において、本実施形態の送信機１０の変則拡散符号生成部４１は、第１実施形態の高チップレート拡散符号生成部４１Ａ、拡散符号生成部４１Ｂ、変則拡散符号変換部４１Ｃ及び帯域制限フィルタ４１Ｄを備えて構成される。高チップレート拡散符号生成部４１Ａ及び拡散符号生成部４１Ｂは第１実施形態と同一構成であり、帯域制限フィルタ４１Ｄは第２実施形態の帯域制限フィルタ３１Ｂと同一構成であり、変則拡散符号変換部４１Ｃは、帯域制限された拡散符号の置換期間を高チップレート拡散符号に置き換えて変則拡散符号を生成する構成である。
【００５８】
本実施形態の受信機２０の広帯域逆拡散部２３Ａは、第１実施形態の広帯域逆拡散部と同一の構成であり、本実施形態の狭帯域逆拡散部２３Ｂは、第２実施形態の狭帯域逆拡散部と同一の構成である。受信機２０側の受信時刻計測処理動作は第１及び第２実施形態と同様であるのでここでは説明を省略する。
【００５９】
かかる第３実施形態によれば、変則拡散符号の周波数帯域を第１実施形態に比べて更に狭くすることができる。
電波法で許容される２．４ＧＨｚ帯の小電力データ通信システムの占有周波数帯幅は、直接スペクトル拡散方式では２６ＭＨｚ以下である。占有周波数帯幅とは、その上限の周波数を超えて輻射され、及びその下限の周波数未満において輻射される平均電力がそれぞれ与えられた発射によって輻射される全平均電力の０．５％に等しい上限及び下限の周波数帯幅をいう、と定義されており、ここでは帯域と同じ意味で用いる。この制限を満足する一例として、図１８に示すような変則拡散符号を考える。図１８の変則拡散符号は、置換部分を第１実施形態で用いた高チップレート拡散符号としその他の期間を第２実施形態で用いた帯域制限した拡散符号とした第３実施形態の構成で生成される変則拡散符号である。ここで、置換期間は拡散符号の１０符号周期毎に１回現れるようにした。この変則拡散符号を２．４５ＧＨｚの搬送波で振幅変調した送信信号のフーリエ変換結果を図１９に示す。占有周波数帯幅を計算で求めると８．３３ＭＨｚとなり、２６ＭＨｚ以下という電波法の基準を満足している。また、広帯域逆拡散部２３Ａにおける変則拡散符号と相関基準符号との相互相関演算で得られる図２０に示す相関出力から、受信時刻計測精度を決める相関値のピーク幅は２５ｎｓである。これは、５ＭＨｚの拡散符号（ピーク幅は４００ｎｓ、図７参照）と比べると１６倍狭く、受信時刻計測精度及び測距精度が向上することがわかる。
【００６０】
以上のように、本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の受信時刻計測精度及び測距精度が得られ、且つ、第１実施形態より更に周波数帯域を抑制できる利点がある。
【００６１】
尚、変則拡散符号生成部の構成として、変則拡散符号の波形データを予めメモリに記憶させておき、送信時刻に波形データをメモリから読み出すことにより変則拡散符号を生成するようにすれば、変則拡散符号生成部の構成を簡素化できる。
【００６２】
尚、上述の各実施形態では、受信時刻存在範囲を設定するための狭帯域逆拡散部２３Ｂを設ける構成を示したが、狭帯域逆拡散部２３Ｂは必ずしも設ける必要はない。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の受信時刻計測装置によれば、一部の期間を他の期間に比べて周波数帯域が広帯域な拡散符号からなる変則拡散符号を送信機側から送信し、広帯域の拡散符号と同一系列の相関基準符号を用いて相関演算し、その相関出力のピーク形状から受信時刻を計測する構成としたので、変則拡散符号の他の期間と同じ拡散符号だけを用いる場合と比較すれば、受信時刻計測精度を向上できる。また、変則拡散符号の一部の期間と同じ拡散符号だけを用いる場合と比較すれば、占有周波数帯域を抑制でき周波数資源の有効利用に観点において優れる。
【００６４】
また、受信時刻存在範囲設定部を設ける構成とすれば、受信時刻計測処理の負担を軽減できる利点がある。
また、本発明の測距装置によれば、本発明の受信時刻計測装置を用いて送信装置と受信装置間の距離を計測するので、高精度に送信装置と受信装置間の距離を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る受信時刻計測装置の第１実施形態を用いた測距装置を示す構成図
【図２】同上実施形態で用いる拡散符号の例を示す図
【図３】図２の拡散符号の自己相関出力を示す図
【図４】同上実施形態の変則拡散符号の例を示す図
【図５】広帯域逆拡散部の相互相関出力を示す図
【図６】狭帯域逆拡散部の相互相関出力を示す図
【図７】置換期間以外の期間に用いた拡散符号の自己相関出力を示す図
【図８】置換期間に用いた高チップレート拡散符号の自己相関出力を示す図
【図９】同上実施形態の変則拡散符号のフーリエ変換結果の図
【図１０】置換期間以外の期間に用いた拡散符号のフーリエ変換結果の図
【図１１】置換期間に用いた高チップレート拡散符号のフーリエ変換結果の図
【図１２】本発明に係る受信時刻計測装置の第２実施形態を用いた測距装置を示す構成図
【図１３】同上実施形態の変則拡散符号の例を示す図
【図１４】広帯域逆拡散部の相互相関出力を示す図
【図１５】帯域制限された拡散符号の自己相関出力を示す図
【図１６】同上実施形態の変則拡散符号のフーリエ変換結果の図
【図１７】本発明に係る受信時刻計測装置の第３実施形態を用いた測距装置を示す構成図
【図１８】同上実施形態の変則拡散符号の例を示す図
【図１９】同上実施形態の変則拡散符号を２．４５ＧＨｚの搬送波で振幅変調した送信信号のフーリエ変換結果の図
【図２０】広帯域逆拡散部の相互相関出力を示す図
【図２１】帯域制限されていない拡散符号の相関値曲線のピーク形状を示す図
【図２２】帯域制限された拡散符号の相関値曲線のピーク形状を示す図
【符号の説明】
１０    送信機
１１、３１、４１    変則拡散符号生成部
１１Ａ、４１Ａ    高チップレート拡散符号生成部
１１Ｂ、３１Ａ、４１Ｂ    拡散符号生成部
１１Ｃ、３１Ｃ、４１Ｃ    変則拡散符号変換部
１２、２２    時計
２０    受信機
２３    時刻計測部
２３Ａ    広帯域逆拡散部
２３Ｂ    狭帯域逆拡散部
２３ｃ    相関演算部
２３ｄ    受信時刻判定部
２４    検出用算出部
３１Ｂ、４１Ｄ    帯域制限フィルタ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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