(57)【要約】    【目的】この発明は、発信手段から発信し障害物あるいは反射物で反射された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信手段の複数のアンテナを切替えながら受信し、当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を直接あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換後に周波数あるいは位相を測定し、障害物あるいは反射物との距離あるいは障害物あるいは反射物の方向を検知するための装置である。    【構成】発信手段２ａの指向性アンテナ２１ａから障害物あるいは反射物１の方向に向けて高周波信号を発信し受信手段２ｂの指向性アンテナ２１ｂと２１ｃを切替えて当該高周波信号の搬送波あるいは拡散符号あるいは変調信号あるいはこれらの組合わせについて振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを測定し障害物あるいは反射物１との距離と位置する方向を検知する。  【選択図】図１
2005315820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波あるいは電波あるいは光波を利用した探知システムにおいて、
無変調あるいは任意の変調信号により変調された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を任意の数のアンテナあるいは送受波器から連続しあるいはバースト状に発信するための発信手段と、当該発信手段から発信され障害物あるいは反射物から反射された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を複数のアンテナあるいは送受波器により受信するための受信手段から構成され、
当該受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えあるいは任意のタイミングで切替えあるいは任意の組合わせに変えるための切替合成器を有しあるいは当該複数のアンテナあるいは送受波器毎に受信手段を準備し、
当該受信手段が入力信号を増幅しあるいは入力信号と当該発信手段から発信される信号とのミキシングを行いあるいは入力信号を少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号への変換を行うために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を当該基準発振器に同期してデジタル信号に変換した後に当該複数の搬送波信号毎にタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせをリアルタイムで検出しあるいは当該受信機の出力信号から複数の搬送波信号を分離し当該複数の搬送波信号毎に基準発振器に同期してデジタル信号に変換してタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せをリアルタイムで検出するための信号検出器とを有し、
当該信号検出器において当該アンテナあるいは送受波器の必要な組合わせ毎にリアルタイムで検出した検出結果から当該障害物あるいは反射物との距離あるいは反射の程度あるいは当該障害物あるいは反射物が位置する方向あるいは高さあるいは深さあるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする障害物検知装置
【請求項２】
超音波あるいは電波あるいは光波を利用した探知システムにおいて、
無変調あるいは任意の変調信号により変調された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を任意の数のアンテナあるいは送受波器から連続しあるいはバースト状に発信するための発信手段と、当該発信手段から発信され障害物あるいは反射物から反射された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を任意の数のアンテナあるいは送受波器により受信するための受信手段から構成され、
当該発信手段において当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいはこれらの任意の組合わせで構成されあるいは当該複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいはこれらの任意の組合わせが固定されあるいは周期的に変化しており、
当該発信手段あるいは受信手段あるいはこれらの両方のアンテナあるいは送受波器が複数の場合には当該複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えあるいは任意のタイミングで切替えあるいは任意の組合わせに変えるための切替合成器を有しあるいは当該複数のアンテナあるいは送受波器毎に発信手段あるいは受信手段あるいはこれらの両方を準備し、
当該受信手段が入力信号を増幅しあるいは入力信号と当該発信手段から発信される信号とのミキシングを行いあるいは入力信号を少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号への変換を行うために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を当該基準発振器に同期してデジタル信号に変換した後に当該複数の搬送波信号毎にタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせをリアルタイムで検出しあるいは当該受信機の出力信号から複数の搬送波信号を分離し当該複数の搬送波信号毎に基準発振器に同期してデジタル信号に変換してタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せをリアルタイムで検出するための信号検出器とを有し、
当該信号検出器において当該アンテナあるいは送受波器の必要な組合わせ毎にリアルタイムで検出した検出結果から当該障害物あるいは反射物との距離あるいは反射の程度あるいは当該障害物あるいは反射物が位置する方向あるいは高さあるいは深さあるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする障害物検知装置
【請求項３】
超音波あるいは電波あるいは光波を利用した探知システムにおいて、
単一あるいは複数のスペクトル拡散符号により拡散された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を任意の数のアンテナあるいは送受波器から連続しあるいはバースト状に発信するための発信手段と、当該発信手段から発信され障害物あるいは反射物から反射された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を任意の数のアンテナあるいは送受波器により受信するための受信手段から構成され、
当該発信手段において当該スペクトル拡散符号が基準発振器に同期して生成されており、
当該受信手段において当該発信手段で生成されるスペクトル拡散符号の任意の周期分あるいは１チップづつ遅れで任意の周期分を固定して準備しあるいは繰返して生成し、
当該発信手段あるいは受信手段あるいはこれらの両方のアンテナあるいは送受波器が複数の場合には当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器を周期的に切替えあるいは任意のタイミングで切替えあるいは任意の組合わせに変えるための切替合成器を有しあるいは当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器毎に発信手段あるいは受信手段あるいはこれらの両方を準備し、
当該受信手段が入力信号を増幅しあるいは入力信号と当該発信手段から発信される信号とのミキシングを行いあるいは入力信号を少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号への変換を行うために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を当該基準発振器に同期してデジタル信号に変換した後に当該受信手段において固定して準備しあるいは繰返して生成するスペクトル拡散符号との相関をとるために必要な数の相関器とあるいは当該受信手段において固定して準備しあるいは繰返して生成するスペクトル拡散符号との相関をとった後に当該基準発振器に同期してデジタル信号に変換するための相関器と当該相関器の出力信号からタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せをリアルタイムで検出するための信号検出器とを有し、
当該信号検出器において当該アンテナあるいは送受波器の必要な組合わせ毎にリアルタイムで検出された検出結果から当該障害物あるいは反射物との距離あるいは反射の程度あるいは当該障害物あるいは反射物が位置する方向あるいは高さあるいは深さあるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする障害物検知装置
【請求項４】
超音波あるいは電波あるいは光波を利用した探知システムにおいて、
単一あるいは複数のスペクトル拡散符号により拡散された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を任意の数のアンテナあるいは送受波器から連続しあるいはバースト状に発信するための発信手段と、当該発信手段から発信され障害物あるいは反射物から反射された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を任意の数のアンテナあるいは送受波器により受信するための受信手段から構成され、
当該発信手段において当該スペクトル拡散符号が基準発振器に同期して生成されており、当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいはこれらの任意の組合わせで構成されあるいは当該複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいはこれらの任意の組合わせが固定されあるいは周期的に切替えられ、当該スペクトル拡散符号が当該複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号に対して同一でありあるいは異なって割当てられており、
当該受信手段において当該発信手段で生成されるスペクトル拡散符号の任意の周期分あるいは１チップづつ遅れで任意の周期分を固定して準備しあるいは繰返して生成し、
当該発信手段あるいは受信手段あるいはこれらの両方のアンテナあるいは送受波器が複数の場合には当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器を周期的に切替えあるいは任意のタイミングで切替えあるいは任意の組合わせに変えるための切替合成器を有しあるいは当該複数のアンテナあるいは複数の送受波器毎に発信手段あるいは受信手段あるいはこれらの両方を準備し、
当該受信手段が入力信号を増幅しあるいは入力信号と当該発信手段から発信される信号とのミキシングを行いあるいは入力信号を少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号への変換を行うために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を当該基準発振器に同期してデジタル信号に変換した後に当該受信手段において固定して準備しあるいは繰返して生成するスペクトル拡散符号との相関をとるための相関器とあるいは当該受信手段において固定して準備しあるいは繰返して生成するスペクトル拡散符号との相関をとった後に当該基準発振器に同期してデジタル信号に変換するための相関器と当該相関器の出力信号から当該複数の搬送波信号毎にタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せをリアルタイムで検出するための信号検出器とを有し、
当該信号検出器において当該アンテナあるいは送受波器の必要な組合わせ毎にリアルタイムで検出された検出結果から当該障害物あるいは反射物との距離あるいは反射の程度あるいは当該障害物あるいは反射物が位置する方向あるいは高さあるいは深さあるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする障害物検知装置
【請求項５】
当該発信手段においてスペクトル拡散符号により単一あるいは複数の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が直接拡散されあるいは周波数ホッピングされあるいは時間ホッピングされあるいはチャープ変調されあるいはこれらが組み合わされておりあるいは当該スペクトル拡散符号の符号系列あるいは符号長あるいは伝送速度あるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせが固定されあるいは切替えられあるいは組替えられあるいは複数組設けられあるいは一定の周期で繰返されあるいはこれらが組合わされることを特徴とする請求項第１項から第４項までに記載の障害物検知装置
【請求項６】
当該発信手段において当該複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいは複数の変調信号あるいはこれらの任意の組合わせが相互に同期しあるいは直交しておりあるいは直交周波数分割多重（ＯＦＭＤ）化されておりあるいは任意の変調信号あるいは任意の副搬送波あるいはこれらの組合わせにより当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が振幅変調されあるいは両側帯波変調されあるいは単側帯波変調されることを特徴とする請求項第１項から第５項に記載の障害物検知装置
【請求項７】
当該発信手段において当該複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいは複数の変調信号あるいはこれらの任意の組合わせが複数のスペクトル拡散符号により拡散される場合には当該複数のスペクトル拡散符号が相互に同期しあるいは直交していることを特徴とする請求項第１項から第６項に記載の障害物検知装置
【請求項８】
当該発信手段において発信され当該障害物あるいは反射物において反射され当該受信手段において受信される複数の搬送波信号あるいは複数の副搬送波信号あるいは複数の変調信号あるいはこれらの任意の組合わせの受信タイミングを検出しあるいはこれらの任意の組合わせの相互間の位相差あるいは位相の変化を検出しあるいはこれらの両方を検出することによって当該障害物あるいは反射物との距離を高精度で検知することを特徴とする請求項第１項から第７項に記載の障害物検知装置
【請求項９】
当該発信手段において生成される複数のスペクトル拡散符号が相互に同期しあるいは直交して発信され当該障害物あるいは反射物において反射され当該受信手段において受信される複数のスペクトル拡散符号のタイミングを検出しあるいは当該受信される複数のスペクトル拡散符号相互間の位相差あるいは位相の変化を検出しあるいはこれらの両方を検出することによって当該障害物あるいは反射物との距離を高精度で検知することを特徴とする請求項第１項から第８項に記載の障害物検知装置
【請求項１０】
当該発信手段において発信され当該障害物あるいは反射物により反射され当該受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器で受信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を当該複数のアンテナあるいは送受波器を切替えあるいは組合わせを変えながら受信しあるいは当該複数のアンテナあるいは送受波器毎に個別に受信機を接続して受信し当該信号検出器においてタイミングを検出しあるいは位相差あるいは位相の変化を検出しあるいはこれらの両方を検出することによって当該障害物あるいは反射物が位置する方向を検知することを特徴とする請求項第１項から第９項に記載の障害物検知装置
【請求項１１】
当該発信手段においてスペクトル拡散符号が連続して発信される場合には当該スペクトル拡散符号の１周期分が繰返して生成されあるいはバースト状に発信される場合には少なくとも当該スペクトル拡散符号の１周期分で構成され、当該受信手段において固定して準備されたスペクトル拡散符号１周期分との相関をとるための相関器あるいは当該受信手段において基準発振器と同期して繰返し生成される１チップづつ遅れのスペクトル拡散符号１周期分との相関をとるための相関器が設けられることを特徴とする請求項第１項から第１０項に記載の障害物検知装置
【請求項１２】
当該発信手段において生成されバースト状に発信されるスペクトル拡散符号に対して当該受信手段において受信されるスペクトル拡散符号の最初の１周期分を0番目とし１チップ遅れの１周期分を１番目としＫチップ遅れの１周期分をＫ番目とし最大数Ｍチップ遅れの１周期分をＭ番目とすると、チップ長あるいは搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号の波長のいずれかを単位距離あるいは解像度とし他方を補助単位距離あるいは補助解像度とし、単位距離としてチップ長を用いるとして、Ｍ×チップ長さの２分の１が当該障害物あるいは反射物と当該発受信手段との間の最大探知距離であり、当該反射波がＫ番目に受信されたとするとＫ×チップ長の２分の１が障害物あるいは反射物と当該発受信手段との距離であり、Ｋ番目とＫ＋１番目に同時に受信されたとすると単位距離を按分することを特徴とする請求項第１項から第１１項に記載の障害物検知装置
【請求項１３】
当該発信手段が生成したスペクトル拡散符号に対して当該受信手段において生成されるスペクトル拡散符号の特定のチップ遅れ１周期分あるいは特定のチップ遅れ複数周期分を指定しあるいは選択することで探知する階層あるいは断層の設定が可能でありあるいは１周期分の符号長を任意に選択することでプロセス利得あるいはＳ／Ｎあるいは鮮明さの設定が可変でありあるいは伝送速度あるいはスペクトルを検出するチップ間隔を任意に選択することで解像度の設定が可変でありあるいは同期しあるいは直交する複数の信号の周波数間隔を変えることで距離の測定精度が可変でありあるいはこれらの組合わせであることを特徴とする請求項第１項から第１２項に記載の障害物検知装置
【請求項１４】
当該発信手段と受信手段のアンテナあるいは送受波器が共用されあるいは近接して設置される場合には当該発信手段で生成したスペクトル拡散符号から少なくとも１チップ遅れのスペクトル拡散符号を当該受信手段で固定して準備しあるいは繰返して生成し、当該発信手段が発信し当該受信手段で受信されるまでの時間遅れが当該発信手段が生成するスペクトル拡散符号の１チップの伝送時間以下である場合には当該アンテナあるいは送受波器の入力側あるいは出力側あるいはこれらの両方に１チップ以上の遅れとなるよう遅延回路を挿入し距離の測定時には当該遅延時間を差し引くことを特徴とする請求項第１項から第１３項に記載の障害物検知装置
【請求項１５】
当該発信手段において任意の変調信号より変調した超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を当該受信手段において受信し振幅スペクトルを検出することで当該障害物あるいは反射物体の有無を探知し当該発信手段から発信された信号とのビートをとった後に周波数スペクトルを検出することで当該障害物あるいは反射物体との距離を探知し当該受信手段のアンテナあるいは送受波器を切替えた時の位相差あるいは位相の変化を検出することで当該障害物あるいは反射物体の方向あるいは高さあるいは深さを検知することを特徴とする請求項第１項から第１４項に記載の障害物検知装置
【請求項１６】
当該信号検出器の検出結果を直接処理しあるいは一時蓄積しあるいは任意の割合で加算しあるいは減算しあるいは任意の組合わせで比較を行いあるいは必要な演算を行いあるいはこれらの組合わせの結果から当該障害物あるいは反射物からの距離あるいは反射の程度を検知しあるいは当該障害物あるいは反射物が位置する方向あるいは高さあるいは深さあるいはこれらの組合わせを検知しあるいはこれらの両方を検知することを特徴とする請求項第１項から第１５項に記載の障害物検知装置
【請求項１７】
当該信号検出器においてタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せをリアルタイムで検出するために必要な数の高速で動作する高周波論理回路を設け当該高周波論理回路を用いて積和演算を行いあるいは高速フーリエ変換を行いあるいは振幅スペクトルあるいは位相スペクトルあるいはこれらの両方を検出しあるいは任意の期間の平均をとりあるいは窓関数を設けて演算を行いあるいは任意のサンプリング数毎あるいは任意のサンプリング周波数毎に検出した結果を時系列にならべあるいはタイムスタンプを付して出力しあるいはこれらを組合わせることを特徴とする請求項第１項から第１６項に記載の障害物検知装置
【請求項１８】
当該受信機の出力信号を基準発振器に同期したサンプリング周波数で変換したデジタル信号を多段のシフトレジスタに蓄積し当該シフトレジスタから当該サンプリング周波数の整数倍あるいは整数分の１に同期した信号成分の少なくとも１サイクル分を単位として１組あるいは複数組を選択しあるいは当該受信機の出力信号を複数種類の異なるサンプリング周波数でデジタル信号に変換し当該サンプリング周波数毎に設けた複数のシフトレジスタに蓄積し当該サンプリング周波数に同期した信号成分の少なくとも１サイクル分を単位として１組あるいは複数組を選択し当該組毎のデジタル信号を基本単位として積和演算しあるいは高速フーリエ変換して当該受信機の出力信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せを検出することを特徴とする請求項第１項から第１７項に記載の障害物検知装置
【請求項１９】
当該信号検出器において高速で動作する高周波論理回路がＡＮＤ、ＯＲ、ＩＮＶ、ＢＵＦ、ＸＯＲ、ラッチ、選択回路、レジスタ、シフトレジスタ、エンコーダ、デコーダ、パリテイ回路、カウンタ、加算回路、減算回路、乗算回路、除算回路、逓倍回路、コンバータ回路、相関器、分配回路、変復調回路、同期回路、数値制御発振器、および比較回路の任意の組合わせから構成され当該デジタル信号とＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルとの積和演算あるいは高速フーリエ変換を行いあるいは当該デジタル信号に対して必要なリアルタイム処理を行うことを特徴とする請求項第１項から第１８項に記載の障害物検知装置
【請求項２０】
当該高周波論理回路においてタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せをリアルタイムで検出するために用いるＳｉｎのルックアップテーブルが０、１、０、−１、あるいは１、１、−１、−１、あるいはこれらの整数倍あるいは整数分の１の繰り返しでありあるいはＣｏｓのルックアップテーブルが１、０、−１、０あるいは１、−１、−１、１、あるいはこれらの整数倍あるいは整数分の１の繰り返しでありあるいは積和演算を行う際の−１の乗算は当該デジタル信号の補数を求めあるいはこれらの組合わせであることを特徴とする請求項第１項から第１９項に記載の障害物検知装置
【請求項２１】
当該複数のアンテナあるいは送受波器が周期的に切替えられあるいは組合わせが変えられ当該信号検出器によりタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せを検出する際に正の順番に検出した値と逆の順番に検出された値あるいは一方向に検出した値と逆方向に検出された値との差分をとることで基本的に存在する誤差を削減することを特徴とする請求項第１項から第２０項に記載の障害物検知装置
【請求項２２】
当該受信手段において基準発振器に同期したサンプリング周期でデジタル信号に変換し当該発信手段が超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を発信する任意のタイミングを起点としたサンプリングの数あるいはサンプリング周期の数をもって当該信号のタイミングとして検出することを特徴とする請求項第１項から第２１項に記載の障害物検知装置
【請求項２３】
当該受信手段において当該変換したデジタル信号を当該発信手段が発信するスペクトル拡散符号の１周期分に相当する段数のシフトレジスタに順次入力し当該シフトレジスタの各段と固定された当該スペクトル拡散符号の１周期分との相関をとりその結果とＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルとの積和演算を行うことでリアルタイムで振幅スペクトルあるいは位相スペクトルを検出しあるいは当該デジタル信号とＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルとの積和演算を行いその出力と当該受信手段で基準発振器に同期して生成した拡散符号との相関をとって当該拡散符号の１周期分を加算することでリアルタイムで振幅スペクトルあるいは位相スペクトルを検出することを特徴とする請求項第１項から第２２項に記載の障害物検知装置
【請求項２４】
当該受信手段において受信された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を直接増幅しあるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号への変換を行った後にＮ乗あるいはＮ逓倍を行ってキャリアをリカバリーし当該リカバリーしたキャリアに対してタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを検出することを特徴とする請求項第１項から第２３項に記載の障害物検知装置
【請求項２５】
当該発信手段から発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号と当該障害物あるいは反射物から反射され当該受信手段が受信する超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号とをミキシングしあるいはビートをとるためのミキサーあるいは相関器を設け当該ミキサーあるいは相関器の出力信号を基準発振器に同期したサンプリング周波数でデジタル信号に変換してシフトレジスタに蓄積し当該シフトレジスタの任意のタップ間隔を選択しあるいは任意のタップを組合わせてサンプリング周波数の異なる複数組のデジタル信号を生成しあるいは当該ミキサーあるいは相関器の出力信号をサンプリング周波数の異なる複数組のデジタル信号に変換し当該複数組のデジタル信号毎に該当するサンプリング周波数を用いて積和演算しあるいは高速フーリエ変換しあるいは必要な演算を行うことで周波数スペクトルをリアルタイムで検出することを特徴とする請求項第１項から第２４項に記載した障害物検知装置
【請求項２６】
当該発信手段において異なるスペクトル拡散符号により拡散された複数の超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を単一あるいは間隔をおいて設置した指向性の方向が異なる複数のアンテナあるいは送受波器から同期して発信する場合には異なるスペクトル拡散符号で拡散して発信しあるいはタイミングを違えて発信する場合には任意のスペクトル拡散符号で拡散して発信し当該受信手段において当該障害物あるいは反射物から反射された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を単一あるいは間隔をおいて設置した指向性の方向が異なる複数のアンテナあるいは送受波器により受信することを特徴とする請求項第１項から第２５項に記載した障害物検知装置
【請求項２７】
当該発信手段が間隔をおいて複数箇所に設置され各々異なるスペクトル拡散符号により拡散された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を同期しあるいはタイミングを違えて発信し単一あるいは複数の受信手段において当該障害物あるいは反射物により反射された超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を異なるスペクトル拡散符号に対応してタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せを検出し当該検出結果から当該障害物あるいは反射物との距離あるいは方向あるいは高さあるいは深さあるいはこれらの組合わせを検知しあるいは当該障害物あるいは反射物の立体的な画像を検知することを特徴とする請求項第１項から第２６項に記載した障害物検知装置
【請求項２８】
当該発信手段あるいは受信手段あるいはこれらの両方のアンテナあるいは送受波器が前後方向あるいは左右方向あるいは上下方向あるいは対角線方向あるいは中心に対して放射状方向あるいはこれらの組合わせの方向に配置されあるいは東西南北方向に配置されることを特徴とする請求項第１項から第２７項に記載の障害物検知装置
【請求項２９】
当該発信手段あるいは受信手段あるいはこれらの両方のアンテナあるいは送受波器を当該超音波あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは比較的に周波数の高い変調信号の１波長程度以下の間隔で配置して１組として複数組設け当該複数組を当該スペクトル拡散符号の１チップ程度以下あるいは比較的に低い周波数の変調信号の１波長程度以下の間隔で設置して当該障害物あるいは反射物との距離を検知するための基準とすることを特徴とする請求項第１項から第２８項に記載の障害物検知装置
【請求項３０】
当該発信手段と受信手段のアンテナあるいは送受波器を１組として少なくとも２組設け当該少なくとも２組のアンテナあるいは送受波器を移動体の進行方向で当該障害物あるいは反射物と衝突の可能性がある辺の両端に配置し当該障害物あるいは反射物の幅あるいは大きさと位置関係を検知し当該障害物あるいは反射物との衝突の可能性を予測することを特徴とする請求項第１項から第２９項に記載の障害物検知装置
【請求項３１】
当該発信手段あるいは受信手段あるいはこれらの両方において指向性ビームの方向を同じくする少なくとも２組のアンテナあるいは送受波器を任意の間隔で任意の軸に垂直な方向に設置し当該少なくとも２組を設置した軸を中心に回転させあるいは当該軸と直交する軸を中心に回転させ当該障害物あるいは反射物との距離あるいは方向あるいは高さあるいは深さあるいはこれらの組合わせを検知することを特徴とする請求項第１項から第３０項に記載の障害物検知装置
【請求項３２】
当該発信手段あるいは受信手段において複数のアンテナあるいは送受波器の出力信号を合成器を介して合成して少なくとも２組の指向性アンテナあるいは送受波器とし当該合成器を制御して各組の指向性を個別にあるいは同期して回転させあるいはスキャンさせることで当該障害物あるいは反射物が位置する方向あるいは反射波が到来する方向をサーチしあるいは追尾しあるいは当該合成器を制御して当該２組の指向性のビーム幅を個別にあるいは同期して変化させ当該ビーム幅を広くして概略の距離と方向あるいは位置を検知し当該ビーム幅を狭くして精度の高い距離と方向あるいは位置を検知することを特徴とする請求項第１項から第３１項に記載した障害物検知装置
【請求項３３】
当該受信手段において当該搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは比較的に周波数の高い変調信号の４分の１波長程度の間隔で設置し同位相で励振したアンテナあるいは送受波器を２分の１波長程度の間隔となる２組とし当該２組を交互に切り替えることを特徴とする請求項第１項から第３２項に記載の障害物検知装置
【請求項３４】
当該発信手段のアンテナあるいは送受波器の指向性ビームの幅を比較的に狭くし当該受信手段のアンテナあるいはサンサーの指向性ビームの幅を比較的に広くし、あるいは当該受信手段のアンテナあるいは送受波器を移動体の表面に近接させあるいは密着させる構造とすることでフロントバック比を高めることを特徴とする請求項第１項から第３３項に記載の障害物検知装置
【請求項３５】
当該発信手段と当該受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器を当該発信手段が発信する超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号の１波長程度以下の間隔で配置し当該発信手段と当該受信手段で交互に切替えて発信と受信を繰返し行うことを特徴とする請求項第１項から第３４項に記載の障害物検知装置
【請求項３６】
当該任意の数のアンテナあるいは送受波器の開口面あるいは指向性のビームの方向が当該受信手段を携行しあるいは装備する移動体の進行方向あるいは周辺方向に向けて比較的に容易に方向調整が可能な構造でありあるいは当該切替合成器により指向性ビームの方向調整が可能な構成であることを特徴とする請求項第１項から第３５項に記載の障害物検知装置
【請求項３７】
当該発信手段のアンテナが円偏波の指向性ビームを有し当該受信手段のアンテナが当該発信手段とは逆旋回の円偏波の指向性ビームを有し当該発信手段と受信手段のアンテナあるいは送受波器の間のアイソレーションが大きくあるいは当該障害物あるいは反射物により１回だけ反射される反射波に対して特に敏感に感応することを特徴とする請求項第１項から第３６項に記載した障害物検知装置
【請求項３８】
当該発信手段のアンテナあるいは送受波器と当該受信手段のアンテナあるいは送受波器が４波長程度以上の間隔をおいて設置され当該発信手段のアンテナあるいは送受波器と当該受信手段のアンテナの間のアイソレーションが障害物あるいは反射物までの距離を検知するのに十分なダイナミックレンジを得るのに必要な値であり各々の指向性のビームが対象とする障害物あるいは反射物に対して交差しておりあるいは焦点が合わされていることを特徴とする請求項第１項から第３７項に記載した障害物検知装置
【請求項３９】
当該受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器が無線通信用のダイバーシテイアンテナあるいはダイバーシテイ送受波器と共用し、あるいは当該発信手段と受信手段の間でサーキュレータを用いあるいは切替えスイッチを用いて当該複数のアンテナあるいは送受波器の一部あるいは全部を共用することを特徴とする請求項第１項から第３８項に記載した障害物検知装置
【請求項４０】
当該単一あるいは複数のアンテナあるいは送受波器が当該搬送波信号あるいは副搬送波信号の１波長程度以下の間隔で少なくとも２組設けられ当該発信手段と受信手段が当該２組のアンテナあるいは送受波器を交互に切替えて発信および受信を行うことを特徴とする請求項第１項から第３９項に記載した障害物検知装置
【請求項４１】
当該受信手段が地磁気センサーあるいは加速度センサーあるいは重力センサーあるいはこれらの組合せを搭載し、地磁気センサーあるいは加速度センサーにより当該障害物あるいは反射物との距離あるいは方向あるいは高さあるいは深さあるいはこれらの組合わせを検知する機能を補完させあるいは重力センサーにより当該複数のアンテナあるいは送受波器の上下方向を検知することを特徴とする請求項第１項から第４０項に記載した障害物検知装置
【請求項４２】
当該受信手段において障害物あるいは反射物を検知するための第１の発信手段が間欠動作し当該第１の発信手段が休止期間中に歩道あるいは横断歩道あるいはバリアフリー道路あるいは自動車道あるいは高速道路に沿って設置された第２の発信手段あるいはアクテイブタグから発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信し当該第２の発信手段あるいはアクテイブタグの位置する方向を検知しあるいは当該第２の発信手段あるいはアクテイブタグから発信される情報あるいはデータを検知することを特徴とする請求項第１項から第４１項に記載した障害物検知装置
【請求項４３】
当該受信手段において当該発信手段が発信する超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が妨害を受けたことを検知した時には当該発信手段がスペクトル拡散符号の系列を変更しあるいは変調信号を変更することを特徴とする請求項第１項から第４２項に記載した障害物検知装置
【請求項４４】
当該受信手段に設けられあるいは接続された表示操作手段あるいは音声装置において当該移動体が向いている方向を特定の矢印の角度で示しあるいは障害物あるいは反射物が存在する方向と距離を特定の矢印の角度と長さで表示しあるいはアナウンスしあるいは当該表示操作手段あるいは音声装置を携帯する移動体が停止あるいは減速あるいは方向転換することを補助しあるいはこれらの組合わせをすることを特徴とする請求項第１項から第４３項に記載した障害物検知装置
【請求項４５】
当該受信手段に設けられあるいは接続された表示操作手段あるいは音声装置において当該障害物あるいは反射物との距離あるいは位置する方向あるいは高さあるいは深さあるいはこれらの組合わせが数字あるいは記号あるいは符号あるいは文字あるいはデジタル情報によって表示されあるいはアナウンスされることを特徴とする請求項第１項から第４４項に記載した障害物検知装置
【請求項４６】
当該発信手段および受信手段に設けられあるいは接続される複数のアンテナあるいは送受波器を対象とする障害物あるいは反射物の断面よりも広い間隔で配置することによって当該障害物あるいは反射物を立体画像として検知することを特徴とする請求項第１項から第４５項に記載した障害物検知装置
【請求項４７】
当該受信手段に設けられあるいは接続された表示操作手段において障害物あるいは反射物を立体画像により表示しあるいは材質あるいは種類あるいは数あるいは特質あるいはこれらの組合わせを表示することを特徴とする請求項第１項から第４６項に記載した障害物検知装置
【請求項４８】
当該受信手段において受信する超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号の振幅スペクトルの検出値を用いてタイミング毎あるいはタイミング周波数毎に重み付けをして加重平均を行いあるいは障害物あるいは反射物の大小あるいは反射係数の大小あるいは障害物あるいは反射物の材質あるいは種類あるいはこれらの組合わせを検知しあるいはスペクトル拡散符号のチップ長さを変更して障害物あるいは反射物との距離を検知するレンジを変更することを特徴とする請求項第１項から第４７項に記載した障害物検知装置
【請求項４９】
当該発信手段が一般の無線局あるいは微弱電波を発する無線機である場合当該発信手段が発信する高周波信号にアイドル信号あるいは報知信号の一部として無変調の搬送波あるいはスペクトル拡散符号あるいは副搬送波信号あるいはベースバンド信号あるいはこれらの組合わせを含むことを特徴とする請求項第１項から第４８項に記載した障害物検知装置
【請求項５０】
当該受信手段において信号検出器が算出した振幅スペクトルに基づいて受信機の利得を制御しあるいは信号検出器が算出した位相スペクトルに基づいて受信機あるいは信号検出器の局発周波数の制御あるいは同期あるいは同調の制御あるいはこれらの組合わせを行うことを特徴とする請求項第１項から第４９項に記載した障害物検知装置
【請求項５１】
当該信号検出器において当該発信手段から信号を発信し当該障害物あるいは反射物から反射され当該受信手段により受信された時のタイミングから検出した距離と、当該発信手段から同期しあるいは直交する複数の信号を発信し当該障害物あるいは反射物から反射され当該受信手段により受信された時の複数の信号間の位相差から求めた距離とを比較し必要な距離補正を行うことを特徴とする請求項第１項から第５０項に記載した障害物検知装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波あるいは電波あるいは光波を利用した探知システムであり、障害物あるいは反射物との距離と障害物あるいは反射物が位置する方向を高精度でしかも経済的な方法で探知し、探知結果をデジタル表示しあるいは音声でアナウンスするためのものである。
【背景技術】
【０００２】
方向探知機については、従来から複数のアンテナを切替えて電波の到来方向を探知する方法として従来から循環切換型ドップラ方向探知機があり、最近では特許文献１に示すような複数のアンテナを切替えるもの、あるいは特許文献２に示すようなＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換しデジタル処理を行うもものがあるる。一方、方位を測定するためのレーダー装置としては特許文献１の三次元レーダーがあり、あるいは特許文献２のようにアンテナの合成分配器を設けることで水平・垂直の方位識別を時分割で行う方法があり、あるいは非特許文献２の７６ＧＨｚ帯の自動車用ミリ波レーダーでは複数の送信側指向性アンテナと受信側指向性アンテナの指向性の組合わせを変えて水平方向の方位を測定する方法がある。
【０００３】
従来のドップラ方向探知機では円周上に配置した複数のアンテナを順次循環して切換えることによって生じるドップラー効果から切換走査と同期した低周波信号を取り出し当該低周波信号の位相から受信信号の到来方向を測定するものであり、受信用のアンテナや装置全体が大きくなり、また数百ＭＨｚ帯以上の高い周波数の高周波信号や連続あるいはバースト状に発信される電波やスペクトル拡散された電波が発信された方向を探知するのが難しいかほとんど不可能である。
一方、最近の方向探知機では特許文献１のように複数のアンテナを切替えるものでは位相差の測定を高速に行わなければならないためアナログ式の位相検波器を用いなければ処理が遅くなり、特許文献２のようにデジタル信号に変換して位相差を算出処理する場合には複数のアンテナを切替えて処理を行うと時間遅れが生じるためアンテナを合成するだけで切替えを行わない方法しか採れない問題点がある。これに対して本発明の実施例の図４の方式では複数のアンテナを切替えてしかもデジタル信号に変換して処理する場合でも特許文献８に示す高周波論理回路を用いてデジタル信号処理を行うとリアルタイムでの処理が可能となる。
特許文献３の三次元レーダーでは大型で複雑となり高価となる欠点があり、特許文献４のレーダ装置では送受信アンテナを合成分配することで探知と方位測定に必要な振幅情報と位相情報を取得して処理する場合に、デジタル信号に変換して処理するとリアルタイムの処理が難しいので、位相情報を取得する際に複数のアンテナ出力の差をとっているため方位の中心部分で出力が最低となり十分な出力が得られないために方位の測定精度が悪くなっているのに対して、本発明の実施例の図４では複数のアンテナあるいは送受波器を切替える際に個々のアンテナあるいは送受波器毎あるいはアンテナあるいは送受波器の組合わせ毎にデジタル信号に変換し位相ベクトルを検出してリアルタイム処理を行うため方位の中心で特に振幅が大きく位相の測定の精度が高くなっている。
非特許文献４の７６ＧＨｚ帯の自動車用ミリ波レーダではチャープ変調法によるスペクトル拡散方式が採用されており相関係数はシャープであるがあまりにもアナログ的でありデータの伝送には適さず、また、衝突を防止するためにリアルタイムの処理が必要であるためアナログ処理しか行っておらず、方向を測定するのにビームを極端に絞った複数個の送信アンテナと受信アンテナの指向性の方向を組合わせているので組合わせを細かくすることが難しく±４°程度の精度のものである。本発明では、直接拡散法あるいは周波数ホッピング法が用いられデジタル処理が可能となっており、方向の検知精度も±１°と高精度である。
特許文献５〜７の水中超音波機器では障害物あるいは反射物が位置する方向を測定するためのスキャニング探知と深さを測定するための測深探知に分けて実施しなければならないのに対して本発明の実施例の図１ではスキャニング探知と深さを測定するための測深探知の両方を同時に実施できる。
【特許文献１】特表２００２−５２９９４２号公報
【特許文献２】特開平０９−２３６６４６号公報
【特許文献３】特開２００１−４２０３６号公報
【特許文献４】特開平１１−１７４１４７号公報
【特許文献５】特開平０５−２３２２２５号公報
【特許文献６】特開平０５−２８８８５１号公報
【特許文献７】特開２００１−１４１８０８号公報
【特許文献８】特願２００４−０５７５０８号
【非特許文献１】坂巻佳壽美著「見てわかるデジタル信号処理」株式会社工業調査会出版
【非特許文献２】Masaru OGAWA "ELECTRICALLY SCANNED MILLIMETER WAVE AUTOMOTIVE RADAR" MWE2003 Microwave Workshop Digest, [WS4-2], P105-P109, November 26-28, 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法では、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号をデジタル信号に変換して処理を行う場合にリアルタイム処理が難しいため方向探知装置のようにある程度の遅れが許容される場合には複数のアンテナを切替えて処理できるが、レーダーなどのようにリアルタイムで処理する必要がある場合には複数のアンテナを組合わせて合成しその出力をアナログ処理することが必要であり、複数のアンテナを組合わせあるいは合成してアナログ処理した場合には特許文献４に示すようにアンテナの方位の中心方向部分でアンテナ出力が小さくなり方位測定の精度が悪くなり、あるいは発信側のアンテナと受信側のアンテナの指向性を極端に狭くして組合わせを切替えるため組合わせが粗く方位測定の精度が上がらず、何れの場合も送信側でバースト状の信号を送信しあるいはスペクトル拡散して送信することで妨害と干渉を避ける方式が採用できず、装置も高価となり小型化が難しいなどの問題があった。また、従来の超音波探知機器では障害物あるいは反射物が位置する方向を検知するのが難しい問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係わる障害物検知装置は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、直接拡散あるいは周波数ホッピングによるスペクトル拡散技術あるいは直交周波数分割多重化技術を活用し高周波論理回路を採用することでリアルタイムの処理が可能であり、送信側から発信する信号が超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号のいずれの場合にも適用が可能であり、障害物あるいは反射物の距離を測定する他に反射の程度あるいは方向、高度、深さなどをデジタル表示できるメリットが得られる。
【発明の効果】
【０００６】
この発明の障害物検知装置において、直接拡散あるいは周波数ホッピングによるスペクトル拡散技術あるいは直交周波数分割多重化技術を用いることにより他からの干渉あるいは妨害を排除でき、障害物あるいは反射物との距離と反射の程度および障害物あるいは反射物が位置する方向と高さあるいは深さが高精度で測定できしかもサンプリング毎あるいはサンプリング周波数毎にデジタル表示が可能であり、ミリ波帯あるいは準ミリ波帯に適用しても小型で安価な装置が実現できる。特に、方向の測定においては２．４ＧＨｚ帯を利用して±１°以内の測定精度が実現出来ている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
この発明に係わる障害物検知装置は発信手段と受信手段から構成され、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号のいずれにも適用され、当該受信手段の複数のアンテナあるいは送受波器が切替えられあるいは組合わせが周期的に変えられ、当該受信手段への入力信号が高周波論理回路を用いてリアルタイムで処理され、検知結果をサンプリング毎あるいはサンプリング周波数毎にデジタル表示できる小型・軽量で安価な障害物検知装置を実現する。
【実施例１】
【０００８】
以下、本発明の実施例を図１に従って説明する。図１において、１は障害物あるいは反射物、２は発信手段および受信手段、２ａは発信手段、２ｂは受信手段、２１ａは発信手段２ａの指向性アンテナ、２１ｂ、２１ｃは受信手段２ｂの指向性アンテナ、３１ａは当該発信手段２ａのアンテナ２１ａから当該障害物あるいは反射物１へ向けた方向線、３１ｂ、３１ｃは受信手段２ｂのアンテナ２１ｂと２１ｃへ向けた当該障害物あるいは反射物１からの方向線、３２ａ、３２ｂ、３２ｃはアンテナ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの指向性パターン、３３ａ、３３ｂ、３３ｃは補助線、３４ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは寸法線である。
ここで、３４ａをｄｍとし、３４ｂをＤｍとする。発信手段２ａのアンテナの指向性３２ａの方向にスペクトル拡散符号で拡散された高周波信号が放射されており、受信手段２ｂのアンテナの指向性３２ｂと３２ｃを有するアンテナ２１ｂと２１ｃで当該障害物あるいは反射物１から反射される高周波信号を受信しているものとする。
発発信手段２ａの指向性アンテナ２１ａから方向線３１ａの方向に放射され受信手段２ｂの指向性アンテナ２１ｂと２１ｃへの方向線３１ｂと３１ｃの方向に伝搬される高周波信号の拡散符号あるいは搬送波信号の伝搬位相差を測定するものとすると、方向線３１ｂと３１ｃの間の伝搬位相差Δφは、Δφ＝（２π／λ）｛ｒ×（ｄ／Ｄ）｝からも求められる。ここで、ｒｍ＝アンテナ２１ｂと２１ｃ間の長さ、ｄｍ＝３４ａ、Ｄｍ＝３４ｂ、ｄｍ＜＜Ｄｍとする。
先ず、伝搬位相差を当該高周波信号の搬送波信号の位相差で測定する場合を検討すると、無線周波数を２．４ＧＨｚ帯とするとλ＝０．１２５ｍとなり、ｒ＝０．０３ｍ、ｄ＝０．１ｍ、Ｄ＝１０ｍとすると、Δφ＝５０．２４｛０．０３×（０．１／１０）｝＝０．０１５ラジアン＝０．９°となる。搬送波信号の伝搬位相差の測定精度はπ/4ラジアンの１００分の１すなわち±０．００８ラジアン＝±０．４５°程度が実現可能であるので、測定精度は１０ｍ先で±３ｃｍ程度となる。すなわち、アンテナ２１ｂと２１ｃの間隔が３ｃｍの場合、１０ｍ先の障害物あるいは反射物が位置する方向が±３ｃｍの精度で検知できることになる。
次に、障害物あるいは反射物との距離を拡散符号の伝搬位相差で測定する場合を検討すると、拡散符号の伝搬速度を４Ｍｂｐｓとするとλ＝７５ｍとなり、発信手段２ａから発信されて受信手段２ｂで受信されるまでの位相差をΔφラジアンとすると、障害物あるいは反射物との距離Ｌ＝（１／２）（λ／２π）Δφとなる。拡散符号の伝搬位相差の測定精度は搬送波信号の位相差を測定するより少し良く±０．００６ラジアン＝±０．３４°程度が実現可能であるので、測定精度は１０ｍ先で±３．５ｃｍ程度となる。
上記の場合は、障害物あるいは反射物の他に周辺の障害物あるいは反射物の影響を考え無い理想的な場合であるが、実際には反射物の影響で測定精度が悪くなる。対策として、発信手段２ａの指向性アンテナ２１ｂ、２１ｃと発信手段２ａの指向性アンテナ２１ａの指向性パターンを狭くし円偏波指向性アンテナを用いることで２回反射する反射物の影響を軽減する他、位相差の測定を１ｍｓ／回の高速で行い、１００回の移動平均をとることで測定精度を１０倍とし±０．０４５°に向上できる。
ここで、搬送波信号の波長が短い場合には測定可能な長さに限界があるので、搬送波信号の周波数より低い副搬送波信号を用いて拡散符号で変調し、副搬送波信号の位相差を測定することで精密な方向を検知することができる。
更に、地磁気センサーあるいは加速度センサーなどを補助的に用いて絶対方位を測定しあるいは移動距離を積算することで障害物あるいは反射物との距離あるいは障害物あるいは反射物が位置する方向あるいは位置の検知精度の向上を図ることができる。
なお、方向を精度良く検知する為には当該受信手段２ｂのアンテナ２１ｂと２１ｃの間のアイソレーションが定在波の変動値（当該発信手段２ａに利得１２ｄB以上の指向性アンテナを用いる場合で１０ｄB程度）以上必要でありアイソレーションを高めることで測定の精度を高められることが実験で確かめられている。
また、距離を検知する別の方法として、当該発信手段１において同期しあるいは直交する複数の搬送波周波数の間でホッピングしあるいは同期しあるいは直交する複数の搬送波あるいは複数の副搬送波あるいは複数の変調信号あるいはこれらの組合わせにより複数の異なる周波数の高周波信号を生成しあるいは任意の信号により振幅変調あるいは両側帯波変調あるいは単側帯波変調しあるいは直交周波数分割多重化して複数の異なる周波数の高周波信号を生成して同時あるいは交互に発信し、当該受信手段２において当該複数の異なる周波数の高周波信号相互間の位相差を検出することで当該発信手段１と受信手段２の距離Ｄｍを受信タイミングから検知するよりもはるかに高い精度で検知できる。
例えば、当該発信手段１から発信される高周波信号の周波数がｆ０から（ｆ０＋Δｆ）にホッピングされ当該受信手段２において受信された高周波信号の搬送波の位相をそれぞれ、Ｓ１＝ＡＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φ０＋２πＤ／λ０｝、Ｓ２＝ＢＳｉｎ｛２π（ｆ０＋Δｆ）ｔ＋φ０＋２πＤ／（λ０−Δλ）｝であるとする。Ｓ１およびＳ２の位相を検出すると、Φ１＝｛φ０＋２πＤ／λ０｝、Φ２＝｛φ０＋２πＤ／（λ０−Δλ）｝となるので、Φ２−Φ１＝２πＤ｛１／（λ０−Δλ）−１／λ０｝≒（２πＤ／λ０）｛（１＋Δλ）−１｝＝２πＤ（Δλ／λ０）となり、位相差（Φ２−Φ１）を検出することで距離Ｄは、Ｄ＝（Φ２−Φ１）／｛２π（Δλ／λ０）｝となり、１０ＭＨｚをホッピングさせると約３０ｃｍ当たり１°の位相差が生じ、３６０°の位相差が生じるまでに約１００ｍの距離が検知できることになる。１００ｍを越える距離は当該スペクトル拡散符号を利用して更に１００ｍ単位で延長できる。
そこで、位相差の測定精度を±０．０３°まで向上できれば、当該発信手段で生成されるスペクトル拡散符号を利用して長い尺度（１００ｍ単位等）とし、当該発信手段でホッピングさせことで短い尺度（１ｃｍ単位等）とし、通常の巻尺と同様な感覚で、１ｃｍ単位で１００ｍまでの距離が検知できることになる。
なお、周波数がｆ０から（ｆ０＋Δｆ）にホッピングされる代わりに同期しあるいは直交する複数の高周波信号を同時にあるいは交互に切替えて発信し、当該受信手段側で当該複数の高周波信号間の位相差を検出しても同様な効果が得られる。
また、当該受信手段の複数のアンテナを切替える代わりに当該複数のアンテナにそれぞれ個別に受信手段を接続し受信手段の間で受信した高周波信号の位相差を比較することでも同様な効果が得られる。
また、受信手段の指向性アンテナを上下左右に複数基設けあるいは左右方向のものを９０°回転させることで障害物あるいは反射物が位置する方向を左右だけでなく上下方向にも検知することができる。
また、当該発信手段から発信され当該受信手段に直接伝搬される高周波信号と地面あるいは側壁で反射されて伝搬される高周波信号が干渉して生じるいわゆるマルチパスによる方向測定の誤差は当該指向性アンテナに円偏波指向性アンテナを採用し当該発信手段の指向性パターンを狭くし、受信側で測定した障害物あるいは反射物が位置する方向を検知することで、当該移動体の進行方向の前面に障害物あるいは反射物があるのか側面にあるのかが判断できる。
また、当該受信手段の複数のアンテナを指向性アンテナとし、指向性ビームの方向をほぼ同じとする複数のアンテナを当該搬送波信号の波長より短い間隔で設置して１組とし更に複数組を当該拡散符号のチップ長さより短い間隔で設置し、あるいは複数のアンテナの指向性を徐々に変えながら当該搬送波信号の波長より短い間隔で円形状あるいは角形状あるいは任意の形状に沿って配置することによってマルチパスの発生方向を分析することでマルチパスの影響を軽減できることが確認されている。
また、当該発信手段のアンテナが円偏波指向性アンテナであり当該受信手段のアンテナが当該発信手段のアンテナとは逆旋回の円偏波指向性アンテナであり当該発信手段から発信された高周波信号が当該移動体の周辺に存在する反射物から反射されて当該受信手段で受信される高周波信号の振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを測定しあるいは当該受信手段での受信が妨害された場合には当該発信手段から発信される高周波信号の拡散符号を変更して当該高周波信号の振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを測定することで当該移動体が進行する方向の障害物あるいは反射物を検知することができる。
また、当該発信手段から発信される高周波信号に感応して当該高周波信号と同一あるいは異なるあるいはタイミングを変えた高周波信号を再発信する中継手段を設けることで検知距離を延長することができ、当該中継手段から再発信される高周波信号の振幅あるいは周波数あるいは位相を測定しあるいは当該中継手段から再発信される際の遅れ時間を検知することにより当該中継手段との速度差あるいは距離あるいは当該中継手段が存在する方向あるいはこれらの組合わせを検知することができる。
また、当該発信手段が休止期間中に当該発信手段とは別の発信手段から発信される高周波信号を受信することによって当該別の発信手段が存在する方向を検知することができる。
また、当該発信手段の指向性アンテナ２１ａの代わりに当該受信手段の指向性アンテナ２１ｂと２１ｃを当該発信手段と受信手段を切替えるためのスイッチをアンテナの切替合成器２２に追加し、当該指向性アンテナ２１ｂと２１ｃを当該発信手段が発信する高周波信号の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号の１波長程度以下の間隔で配置し交互に切替えて発信と受信を行うことで少ないアンテナの数で障害物検知装置が実現できる。
また、当該障害物あるいは反射物に中継手段を設置し、当該発信手段から発信される高周波信号を受信して当該高周波信号を広帯域の増幅器で増幅し識別番号あるいは識別符号を附加して再発信することで当該障害物あるいは反射物に関する情報を合わせて発信することができる。
また、当該発信手段あるいは中継手段において、同期しあるいは直交する複数の高周波信号を同時にあるいは交互に発信し当該受信手段において当該複数の高周波信号間の位相差を検出することで当該障害物あるいは反射物との距離を測定できる。
【実施例２】
【０００９】
図２は本発明の他の実施例であり、１は障害物あるいは反射物、２は発信手段および受信手段、２ａは発信手段、２ｂは受信手段、２２ａ、２２ｂはアンテナ切替合成器、２ｃは接続ケーブル、２２ｅは発信手段２ａの指向性アンテナ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅは受信手段２ｂの指向性アンテナ、３１ａは当該発信手段２ａのアンテナ２１ａから当該障害物あるいは反射物１へ向けた方向線、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅは受信手段２ｂのアンテナ２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄ、２１ｅへ向けた当該障害物あるいは反射物１からの反射波の方向線、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅはアンテナ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅの指向性パターン、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆは補助線、３４ｂ、３３ｃ、３３ｄは寸法線である。
発信手段２ａのアンテナの指向性３２ａの方向にスペクトル拡散符号で拡散された高周波信号が放射されており、アンテナ２１ｂと２１ｃおよび２１ｄと２１ｅはアンテナの切替合成器２２ａおよび２２ｂにより周期的に切替えられあるいは組合わせが変えられており接続ケーブル２ｃにより受信手段２ｂに接続されており、当該アンテナの指向性３２ｂと３２ｃおよび３２ｄと３２ｅで当該障害物あるいは反射物１から反射される高周波信号を受信しているものとする。
発信手段２ａの指向性アンテナ２１ａから方向線３１ａの方向に放射され受信手段２ｂの指向性アンテナ２１ｂと２１ｃおよび２１ｄと２１ｅへの方向線３１ｂと３１ｃおよび３１ｄと３１ｅの方向に伝搬される高周波信号の拡散符号あるいは搬送波信号の伝搬位相差を測定すると、方向線３１ｂと３１ｃおよび３１ｄと３１ｅの間の伝搬位相差から、障害物あるいは反射物１が位置する方向を検知することができる。
当該受信手段２ｂの指向性アンテナ２１ｂと２１ｃおよび２１ｄと２１ｅから障害物あるいは反射物１が位置する２つの方向が検知できると、当該２つの方向の検知結果とアンテナ２１ｂ、２１ｃと２１ｄ、２１ｅ間の長さ３４ｃが所与であることから距離３４ｂが求められ当該障害物あるいは反射物１の位置が検知できる。
当該アンテナ２１ｂと２１ｃおよび２１ｄと２１ｅを例えば自動車の進行方向の両側あるいは歩行者の両胸等に設けておくと、当該検知された障害物あるいは反射物１が当該自動車あるいは歩行者にとって、衝突の危険性があるのかそれとも衝突の危険性の無い道路脇あるいは歩道上の障害物あるいは反射物であるか等の判断が可能となる。
ここで、発信手段２ａおよび受信手段２ｂが同一の筐体に納められているが、発信手段２ａと受信手段２ｂを分離し受信側を当該指向性アンテナ２１ｂと２１ｃあるいは２１ｄと２１ｅの何れか一方と一体化するなど任意の構成が考えられる。
また、当該指向性アンテナ２１ｂと２１ｃおよび２１ｄと２１ｅの間隔は当該は信手段２ａが発信する高周波信号の1波長程度以下であり、当該指向性アンテナ２１ｂ、２１ｃと２１ｄ、２１ｅの間隔は十分なアイソレーションが得られる程度に任意の間隔とすることができる。
【実施例３】
【００１０】
図３は本発明の発信手段が発信する高周波信号の周波数割当ての例を示す図であり、４１ａは第１の信号、４１ｂは第２の信号、４１ｃは搬送波信号、４２は周波数を示し右に行くほど周波数が高くなることを示す。
搬送波信号４１ｃの周波数が７６ＧＨｚ帯等の超高周波になると波長が数ｍｍとなって受信手段の複数のアンテナを切替えた際の位相差を検知するのが困難となる。そこで、第２の信号４１ｂを副搬送波信号とし第１の信号４１ａを変調すると、受信手段の複数のアンテナを切替えた際の第２の副搬送波信号４１ｂの位相差を検出することが容易となり方向の検知が可能となる。
距離を検知する方法として同期しあるいは直交する複数の高周波信号を用いるときには、当該搬送波信号４１ｃを抑圧し第１の信号４１ａと第２の信号４１ｂが副搬送波信号により両側帯波変調した場合の両側帯波とすると、当該第１の信号４１ａと第２の信号４１ｂは同期し直交しており、受信手段において両者の位相差を検出することで障害物あるいは反射物と当該受信手段との距離が検知できることになる。
また、複数の高周波信号を直交周波数分割多重化することでも当該複数の高周波信号が直交しており同様の効果が得られる。
【実施例４】
【００１１】
図４は本発明の発信手段と受信手段の構成例を説明するための図であり、２ａは発信手段、２ｂは受信手段、２ｃは信号検出器、２ｄは操作表示手段、２１ａ、２１ｂ、２１ｃは指向性アンテナ、２２はアンテナ切替合成器、２３は受信機、２４は送信機、２５は変調器、２６ａ、２６ｂ、２６ｃは相関器、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄはＡ／Ｄコンバータ、２８は拡散符号発生器（Ｎ）、２８ａ、２８ｂ、２８ｃは拡散符号発生器（Ｎ−１）（Ｎ−２）（Ｎ−３）、２９ａは基準発振器、２９ｂは第１局部発振器、２９ｃは第２局部発振器、２０３はアンテナ切替合成器の制御ライン、２０４、２０５、２０６、２０７は接続端子である。
発信手段２ａでは、基準発振器２９ａにより生成されたクロック信号に同期して拡散符号発生器（Ｎ）２８でスペクトル拡散符号を生成し当該拡散符号により第１局部発振器２９ｂの出力を直交変調器２５でスペクトル拡散し、送信機２４で第２の局部発振器２９ｃからの出力信号と混合し増幅しスペクトル拡散された高周波信号をアンテナ２１ａから空間に発信している。
一方、受信手段２ｂでは、高周波信号を受信する間に信号検出器２ｃから制御ライン２０３を通して送られる制御信号によってアンテナ切替合成器２２を制御しアンテナ２１ｂと２１ｃを周期的に切替える。アンテナ切替合成器２２の出力は受信機２３により第２局部発振器２９ｃの出力信号と混合し更に中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換した後３分岐し、相関器（Ｎ−１）２６ａ、相関器（Ｎ−２）２６ｂ、相関器（Ｎ−３）２６ｃに接続され、当該基準発振器２９ａに同期した拡散符号発生器（Ｎ−１）２８ａ、拡散符号発生器（Ｎ−２）２８ｂ、拡散符号発生器（Ｎ−３）２８ｃで生成された拡散符号との相関をとる。
相関器２６ａは当該発信手段２ａの拡散符号に対して１チップ遅れの符号系列（Ｎ−１）との相関をとり、相関器２６ｂは２チップ遅れの符号系列（Ｎ−２）との相関をとり、相関器２６ｃは３チップ遅れの符号系列（Ｎ−３）との相関をとる。相関器の数は３式に限らず通常は当該発信手段２ａで生成されるスペクトル拡散符号１周期分の数を準備する。
相関器２６ａ、２６ｂ、２６ｃの出力は無線区間を伝搬した後の高周波信号の位相成分を正確に含んでいることから、当該アンテナ２１ｂと２１ｃを周期的に切替ながら相関器２６ａ、２６ｂ、２６ｃの出力信号相互間の位相差あるいは位相の変化を検出することで障害物あるいは反射物が位置する方向を検知することができる。
更に、当該受信手段２ｂで受信される高周波信号は障害物あるいは反射物までの距離の２倍に相当する伝搬遅延を生じていることから、当該相関器２６ａ、２６ｂ、２６ｃから出力される出力信号のタイミングを検出することで障害物あるいは反射物との距離が検知でき、上記の方向の検知と合わせれば、複数個の障害物あるいは反射物が距離を隔てて存在する場合でもチップ長さを解像度として当該複数の障害物あるいは反射物を識別して距離と方向を探知することができる。
【実施例５】
【００１２】
図５は本発明の発信手段と受信手段の他の構成例を説明するための図であり、２ａは発信手段、２ｂは受信手段、２ｃは信号検出器、２ｄは操作表示手段、２１ａ、２１ｂ、２１ｃは指向性アンテナ、２２はアンテナ切替合成器、２３は受信機、２４は送信機、２８は拡散符号発生器、２９は基準発振器、２７はＡ／Ｄコンバータ、２８は信号検出器、２０４、２０７は接続端子、２０３、２０４、２０５は接続ラインである。
発信手段２ａでは、基準発振器２９により生成されたクロック信号に同期して拡散符号発生器２８でスペクトル拡散符号を生成し当該拡散符号により送信機２４を変調して増幅しスペクトル拡散された高周波信号をアンテナ２１ａから空間に発信している。
受信手段２ｂでは、発信手段２ａから発信され障害物あるいは反射物で反射された高周波信号は指向性アンテナ２１ｂと２１ｃで受信され、信号検出器２ｃから制御ライン２０３を通して送られる制御信号に応じてアンテナ切替合成器２２によって切替えられ、受信機２３に向けて出力される。受信機２３は受信した高周波信号を直接あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換し信号検出器２ｃから制御ライン２０５を経由してサンプリングクロックの供給を受けてＡ／Ｄコンバータ２７によりデジタル信号に変換し、信号検出器２ｃに入力される。
信号検出器２ｃでは、入力されたデジタル信号を一旦シフトレジスタに蓄積し当該発信手段２ａにおいて生成したスペクトル拡散符号の１周期分に相当する相関器を設けて相関係数を算出する。
当該信号検出器２ｃに設けられた相関器では離れた区間を伝搬した後の高周波信号の搬送波の位相成分を正確に含んでいることから、当該アンテナ２１ｂと２１ｃを周期的に切替ながら当該位相成分の差あるいは変化を測定することで障害物あるいは反射物が位置する方向の検知を行うことができる。
当該受信手段２ｂで受信される高周波信号は障害物あるいは反射物までの距離の２倍に相当する遅れが生じていることから、当該１周期分の相関器では１チップ遅れから複数チップ遅れに対応する相関出力が検出されることから、スペクトル拡散符号のチップ長さを単位として遅れの数を掛算することで距離の検知が可能であり、複数個の障害物あるいは反射物が距離を隔てて存在する場合でもチップ長さを解像度として複数の障害物あるいは反射物との距離と方向および高さあるいは深さを探知することができる。
当該相関器の出力とＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルとの積和演算あるいは高速フーリエ変換によりタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせがリアルタイムで検出され距離と方向の検知が行われる。
当該信号検出器２ｃをデジタルシグナルプロセッサーを用いて実現すると電力消費が大きくしかも処理に時間がかかるためリアルタイムでの分析が難しく電池の寿命が短くなる欠点があるが、高周波論理回路で構成すると低消費電力でしかも処理時間が短くリアルタイムで演算が可能となる。
また、当該Ａ／Ｄコンバータ２７は８ビット程度のものを用い数十回の測定を行い移動平均値を求めることで、当該障害物あるいは反射物が位置する方向を±１°以内の精度で検知できるが、１０ビット以上のＡ／Ｄコンバータを用いることで更に精度を向上できる。
また、当該相関器の出力信号から振幅スペクトルと位相スペクトルあるいはこれらの両方を検出しあるいは任意の期間の平均をとりあるいは窓関数を設けて演算を行いあるいは任意のサンプリング数毎あるいは任意のサンプリング周期数毎に検出結果を時系列ならべあるいはタイムスタンプを付して出力しあるいはこれらを組合わせる。当該検出結果から障害物あるいは反射物までの距離と反射の程度および方向と高さあるいは深さを探知しデジタル表示しあるいはアナログに変換して表示しあるいは音声にてアナウンスすることができる。
また、当該発信手段２ａにおいて生成するスペクトル拡散符号の段数を増やすことでプロセス利得を稼ぎ当該受信手段の感度を改善し探知距離を拡大することができる。
また、当該発信手段２ａの指向性アンテナのパターンを狭くし左右あるいは上下にスキャンしあるいは回転させることで複数の障害物あるいは反射物との距離と方向を更に詳細に検知することができる。
また、当該高周波論理回路が基本となる論理回路あるいは機能ブロックあるいはこれらの組合わせで構成され、当該ＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルとして０、１、０、−１、あるいは１、１、−１、−１、あるいはこれらの整数倍あるいは整数分の１の繰り返しでありあるいはＣｏｓのルックアップテーブルが１、０、−１、０あるいは１、−１、−１、１、あるいはこれらの整数倍あるいは整数分の１の繰り返しでありあるいは積和演算を行う際の−１の乗算は当該デジタル信号の補数を求めあるいはこれらの組合わせである。
また、当該発信手段が連続動作している場合、当該発信手段のアンテナ２１ａと当該受信手段のアンテナ２１ｂ、２１ｃとの間隔を十分にとり両者間のアイソレーションが当該発信手段から発信され当該障害物あるいは反射物で反射され当該受信手段で受信されるまでの減衰量以上に確保される必要があるが、両者の間隔に制約がある場合には、当該受信手段の前段部分に相関器を設け当該発信手段が発信するスペクトル拡散符号との相関をとることで感度の低下を防止する必要がある。
【実施例６】
【００１３】
図６は本発明の発信手段が生成するスペクトル拡散符号と受信手段の相関器の関係を示す図であり、５１は発信手段がバースト状に発信するスペルトル拡散符号、５２はシフトレジスタ、５３は受信手段で生成されるスペクトル拡散符号１周期分の固定レジスタ、５４はΣＳｉｎ積和演算器、５５はΣＣｏｓ積和演算器、５６は発信手段と受信手段間の遅延時間、５７は振幅スペクトル検出器、５８は位相スペクトル検出器、５９、６０は出力端子である。
当該発信手段においてバースト状に発信されるスペクトル拡散符号５１は１周期分あるいは１符号長分で例えばＭ系列８チップで構成されているものとする。
当該拡散符号５１が発信され障害物あるいは反射物で反射され当該受信手段において受信されデジタル信号に変換された後シフトレジスタ５２に順次入力され２つの出力に分岐される。
１周期分の固定相関器５３において、当該シフトレジスタ５２に入力されたデジタル信号とクロック周期毎に相関がとられ、その結果は、ΣＳｉｎ積和演算器５４によりＳｉｎのルックアップテーブルと掛算され加算され、更に、ΣＣｏｓ積和演算器５５によりＣｏｓのルックアップテーブルと掛算され加算される。
当該ΣＳｉｎ積和演算器５４の出力とΣＣｏｓ積和演算器５５の出力は、振幅スペクトル検出器５７によって、例えば、各々２乗して加算し平方根を求めあるいは各々の絶対値を加算することで振幅スペクトルが検出され接続端子５９から出力され、位相スペクトル検出器５８によりお互いの比を求めることで位相スペクトルが算出され接続端子６０から出力される。
当該発信手段と受信手段間の遅延時間５６は当該発信手段がバースト状に発信したスペクトル拡散符号５１の１周期分がそのまま受信手段のシフトレジスタ５２に入力されるまでの主として受信手段の遅れ時間により生じるものであり、何らかの障害物あるいは反射物により反射されて受信されるスペクトル拡散符号は各障害物あるいは反射物毎に必ず発信手段のスペクトル拡散符号５１の１周期分が順番にシフトレジスタ５２に入力され１周期分が揃ったところで相関出力が最大となる。
かくして、何らかの障害物あるいは反射物からの反射を受信すると、順次受信されるスペクトル拡散符号５１に応じてΣＳｉｎ積和演算器５４とΣＣｏｓ積和演算器５５からベクトルに応じた出力が順次出力されるので、振幅スペクトル検出器５７の出力が最大になり次に出力が有るまでのクロック数をカウントすることで反射波が到達した時間が計測でき、当該振幅スペクトル検出器５７の出力で反射の強さが検知でき、アンテナを切替えた際の位相スペクトル検出器５８の出力から当該障害物あるいは反射物の方向あるいは高さあるいは深さが検知できる。
ここで、発信手段と受信手段間の遅延時間５６は、発信手段がスペルトル拡散符号５１の１周期分をバースト状に発信している状態で受信手段のシフトレジスタ５２に当該１周期分の入力が完了するまでの時間として計測できる。
また、当該ΣＳｉｎ積和演算器５４とΣＣｏｓ積和演算器５５を当該シフトレジスタ５２の１チップ毎に設けその後に１周期分の固定相関器５３を設けても同様な効果が得られる。
また、当該振幅スペクトル検出器５７の出力がクロック周期に渡って連続して出力がある場合には当該連続して受信されるスペクトル拡散符号の中間点に当該障害物あるいは反射物が有るかあるいは複数個存在するかであり、その場合の解像度はスペルトル拡散符号５１の１チップ分の長さに相当し、中間点は内挿法あるいは加重平均をとる事で求められる。
また、当該スペクトル拡散符号５１のチップ長と当該高周波信号の搬送波あるいは副搬送波あるいは中間周波信号の波長とを比較して何れか周波数が高い方の２倍以上の周期（４倍の周期が望ましい）でデジタル信号に変換する。
【実施例７】
【００１４】
図７[は本発明の受信手段のアンテナ切替合成器の構成例を示す図であり、２１ｂ１と２１ｃ１はＡ群のアンテナ、２１ｂ２と２１ｃ２はＢ群のアンテナ、２２はアンテナ切替合成器、２２ａ、２２ｂは切替接点、２２ｃは合成部、２２ｄは出力端子である。ここで、Ａ群のアンテナ間とＢ群のアンテナ間はそれぞれ高周波信号の搬送波あるいは副搬送波の波長のλ／２とし、Ａ群のアンテナとＢ群のアンテナとの間はλ／４程度とする。
当該切替接点２２ａと２２ｂによりＡ群のアンテナが選択された場合、当該Ａ群のアンテナが位相合成部２２ｃによって位相合成され、指向性が例えば左方向から右方向にサーチされる。一方、当該切替接点２２ａと２２ｂによりＢ群のアンテナが選択された場合、当該Ｂ群のアンテナが位相合成部２２ｃによって位相合成され、指向性が例えば左方向から右方向にサーチされるものとする。
当該Ａ群のアンテナとＢ群のアンテナは例えばお互いにλ／４離れているので２組を切替えることで障害物あるいは反射物から反射された高周波信号の搬送波の位相差を測定し方向が検知でき、各組をサーチすることでＡ群のアンテナとＢ群のアンテナ各々に入力する高周波信号が最も大きい方向を知ることができる。
そこで、Ａ群のアンテナとＢ群のアンテナをサーチした結果から、複数方向から高周波信号の反射を受信した時にはＡ群のアンテナとＢ群のアンテナの位相差を測定することで複数の障害物あるいは反射物の方向を区別して検知でき、そのときの拡散符号の位相差から当該障害物あるいは反射物との距離が検知できる。
一般に、マルチパスの環境下でＡ群のアンテナとＢ群のアンテナで受ける高周波信号の搬送波の位相差がφａおよび（φａ＋Δａ）とφｂおよび（φｂ＋Δｂ）とすると、両者の合計の位相差は（Δａ＋Δｂ）となるので、当該Ａ群のアンテナとＢ群のアンテナを別々にサーチさせて当該位相差（Δａ＋Δｂ）が０になる方向を探すとその方向が２個の障害物あるいは反射物からの反射波の中間の方向を向くこととなる。
一方、当該Ａ群のアンテナとＢ群のアンテナをサーチさせると両者に入射する高周波信号の電力には障害物あるいは反射物の種類によって差が出ることになる。
そこで、当該Ａ群のアンテナとＢ群のアンテナとの間の位相差を計算する時に入射する電力が大きい方の位相に重み付けを行い入射電力の大きい時の位相差に近づけるかあるいは大きい入射電力の時の位相差を選択する。一般に、障害物あるいは反射物からの反射回数が少ない程入射電力が大きいので当該入射電力の値を利用することで位相差の計算で誤差を少なくできる可能性が高くなる。
上記の状況は、特に、マルチパスにより複数方向から高周波信号が到来する場合に１回反射波と複数回反射波を区別することで複数方向を区別するのに有効であることが実験結果確かめられている。
受信手段のＡ群のアンテナとＢ群のアンテナの指向性を鋭くすると発信手段が存在する方向を最初に見つけ出すのが難しいが、Ａ群のアンテナとＢ群のアンテナに分けて別々にサーチすることで当該発信手段の方向を最初に見つけるのもたやすくなる利点がある。
なお、方向を精度良く検知する為には各アンテナ間のアイソレーションが定在波の変動値（当該発信手段の指向性アンテナの利得が１２ｄB以上の時１０ｄB程度）以上であることが必要であり、アイソレーションを高めるためには両者間に遮蔽版を設けあるいは反射板を設けあるいは指向性を強くすることによっても実現できる。
また、上記の傾斜させる角度は高周波信号の伝搬経路にある障害物あるいは反射物の分布状況によって最適な値があることから、予め、現在位置が一般道路か高速道路か等の地域情報に基づいて最適な角度をアダプテイブアレイアンテナを用いて構成するなどの方法が採れる。
また、当該Ａ群のアンテナとＢ群のアンテナを当該発信手段が発信する高周波信号の搬送波あるいは副搬送波あるいは変調信号の１波長以下の間隔で配置し当該２つの組のアンテナを交互に切替えて発信と受信を行うことで少ないアンテナの数で指向性のスキャンができるメリットがある。
また、当該Ａ群のアンテナとＢ群のアンテナを任意の軸を中心に回転させることで当該軸を中心に指向性のビームの方向を回転させることができる。
また、上記の説明ではアンテナを切替えた後合成するものについて説明したが合成を行った後に切替えても同様の効果が得られる。
【実施例８】
【００１５】
図８は本発明のアンテナ切替合成器の他の実施例を示す構成図であり、２１ａ、２１ｂはアンテナ、２２はアンテナ切替合成器、２２３ａ、２２３ｂは遅延回路、２２４ａ、２２４ｂはサーキュレータあるいは平衡トランス、２２５ａはＡ系列拡散符号器、２２５ｂはＢ系列拡散符号器、２２６ａはＡ系列相関器、２２６ｂはＢ系列相関器、２２７ａ、２２７ｂは接続端子である。
本アンテナ切替合成器２２は発信手段と受信手段でアンテナを共用するためのものであり、Ａ系列拡散符号器２２５ａにより生成された拡散符号により拡散された高周波信号の大部分はサーキュレータあるいは平衡トランス２２４ａおよび遅延回路２２３ａを経由してアンテナ２１ａから空間に放射されるが、一部はＡ系列相関器２２６ａに回り込んでいる。一方、Ｂ系列拡散符号器２２５ｂにより生成された拡散符号により拡散された高周波信号の大部分はサーキュレータあるいは平衡トランス２２４ｂおよび遅延回路２２３ｂを経由してアンテナ２１ｂから空間に放射されるが、一部はＢ系列相関器２２６ｂに回り込んでいる。
逆に、アンテナ２１ａで受信された高周波信号は遅延回路２２３ａおよびサーキュレータあるいは平衡トランス２２４ａを経由してＡ系列相関器２２６ａに入力されその出力は接続端子２２７ａを介して受信手段の受信機に入力される。一方、アンテナ２１ｂで受信された高周波信号は遅延回路２２３ｂおよびサーキュレータあるいは平衡トランス２２４ｂを経由してＢ系列相関器２２６ｂに入力されその出力は接続端子２２７ｂを介して受信手段の受信機に入力される。
Ａ系列拡散符号器２２５ａにより拡散された高周波信号の一部がサーキュレータあるいは平衡トランス２２４ａを経緯してＡ系列相関器２２６ａに入力されると符号系列が同じであるため接続端子２２７ａには高周波信号が出力されるので受信機を飽和させることになる。また、Ｂ系列拡散符号器２２５ｂにより拡散された高周波信号の一部がサーキュレータあるいは平衡トランス２２４ｂを経緯してＢ系列相関器２２６ｂに入力されると符号系列が同じであるため接続端子２２７ｂには高周波信号が出力され受信機を飽和させることになる。
そこで、Ａ系列拡散符号器２２５ａの符号系列をＡ系列相関器２２６ａの符号系列より少なくとも１チップ進めておき、Ｂ系列拡散符号器２２５ｂの符号系列をＢ系列相関器２２６ｂの符号系列より少なくとも１チップ進めておくと、符号系列が同じでもＡ系列相関器２２６ｂとＢ系列相関器２２６ａのプロセス利得だけアイソレーションが確保できるので上記の受信機の飽和を防止することができることになる。
一方、アンテナ２１ａから空間に放射されたＡ系列拡散符号器２２５ａで拡散された高周波信号の一部はアンテナ２１ｂで直接受信されＢ系列相関器２２６ｂに入力されるが符号系列が異なるため接続端子２２７ｂには高周波信号が減衰して出力され受信機を飽和させることはない。ここで、アンテナ２１ａと２１ｂとは間隔を置いて設置されるため相互に２０ｄＢ程度のアイソレーションが確保できる。また、アンテナ２１ｂから空間に放射されたＢ系列拡散符号器２２５ｂで拡散された高周波信号の一部はアンテナ２１ａで直接受信されＡ系列相関器２２６ａに入力されるが符号系列が異なるため接続端子２２７ａからは高周波信号が減衰して出力されるので受信機を飽和せせることはない。ここで、アンテナ２１ｂと２１ａとは間隔を置いて設置されることで相互に２０ｄＢ程度のアイソレーションが確保できる。
障害物あるいは反射物で反射された高周波信号は当該高周波信号が放射されたアンテナ２１ａあるいは２１ｂで受信され、各々同じ符号系列の相関器２２６ａあるいは２２６ｂで受信されるが、時間遅れが１チップ以上に調節されているためＡ系列相関器２２６ａあるいはＢ系列相関器２２６ｂと相関が合致し接続端子２２７ａあるいは２２７ｂから受信機に出力される。
なお、遅延回路２２３ａ、２２３ｂによる遅延量は、スペクトル拡散符号の伝送速度を５０Ｍｂｐｓとすると、２０ｎｓｅｃの半分の１０ｎｓｅｃ以上が必要である。
また、発信手段が連続発信する場合について述べたが、バースト状の高周波信号を発信する場合にも適用可能であり、サーキュレータあるいは平衡トランスの代わりにラットレースの分岐器あるいは方向性結合器などを用いても同様な効果が得られる。
また、発信手段と受信手段のアンテナを共用する場合に付いて述べたが、発信手段と受信手段のアンテナを別々に設ける場合でも同様な効果が得られる。
【００１６】
以上の説明では、当該障害物検知装置を１式設ける場合について述べたが、移動体の前後あるいは左右、前後左右などの複数ヶ所に設けることで前方および後方の全方向について障害物あるいは反射物の検知が可能となる。
また、当該障害物検知装置が２式以上の場合には、時分割で動作させるかお互いに異なる拡散符号を用いることで相互の干渉を防止できる。
また、当該発信手段を移動体の中央部に設置し両サイドに当該受信手段を設置し、両サイドで障害物あるいは反射物が位置する方向を検知し、当該障害物あるいは反射物が進行方向に位置し当該移動体と衝突の危険性が高い場合に警報を発することも可能である。
また、アナログ式の相関器を用いる場合には問題にならないが、デジタル相関器を用いるとサンプリングとサンプリングの間に空白期間があり測定精度が低下するので加重平均などの方法で補完をする必要がある。
また、当該発信手段から超音波トランスデューサーあるいは超音波送波器を用いて超音波信号を発信し、当該受信手段において超音波トランスデューサーあるいは超音波受波器を用いて超音波信号を受信し、あるいは当該発信手段において発光ダイオードあるいはレーザーダイオードを用いて光信号を発信し当該受信手段においてホトダイオードを用いて光信号を受信することでも同様な効果が得られる。なお、本出願では、超音波トランスデューサーあるいは超音波送受波器と発光ダイオードあるいはレーザーダイオードあるいはホトダイオードを総称して送受波器と呼称するものとする。
また、障害物あるいは反射物の方向を検知するためにスペクトル拡散符号の位相差を検出する方法と搬送波あるいは副搬送波の位相差を検出する方法があるが、一般に長距離では拡散符号の位相差を用い、近距離では搬送波の位相差を用いる。
また、スペクトル拡散符号を用いて拡散せずに無変調あるいは一般のアナログ信号あるいはデジタル信号により変調された高周波信号の搬送波あるいは副搬送波の位相差を複数のアンテナを切替えて測定することでも同様な効果が得られる。
また、複数のアンテナを切替える代わりに、各アンテナに対応する受信手段を個別に設けて当該複数の受信手段の出力信号の間の位相差を測定することでも同様な効果が得られる。
また、当該発信手段において生成した光信号を当該高周波信号により変調して空間に放射し当該受信手段において受信した光信号から当該高周波信号を復調し当該受信手段の位置あるいは当該発信手段の位置あるいはこれらの位置する方向あるいは両者間の距離を検知することができる。
また、当該発信手段を太陽電池および蓄電用コンデンサとの一体構造あるいは薄板状構造とし防水筐体に収納することによって移動体の表面に貼付けあるいは埋設することができる。
また、当該発信手段および受信手段が飛行物体に搭載されあるいは人等を含む移動体に搭載されあるいは装着されあるいは携帯されても同様な効果が得られる。
また、当該アンテナ切替合成器により少なくとも２群に分けたアンテナを選択して２群の受信機に接続し順次選択を行いながら切替を行い当該２群の受信機から出力される中間周波信号あるいはベースバンド信号相互間の相関値の変化を演算することで同様な効果が得られる。例えば、当該複数のアンテナが円周状に配置されているとすると当該相関値が最大のとき当該２群のアンテナを結ぶ線と垂直の方向に当該障害物あるいは反射物が存在することになる。
また、当該受信手段および当該発信手段の両方が複数のアンテナを有し当該受信手段の複数のアンテナが切替られる場合には当該発信手段の複数のアンテナの内の任意のアンテナに固定されあるいは当該受信手段の複数のアンテナが切替られる場合には当該発信の内の任意のアンテナに固定されあるいは当該発信手段の複数のアンテナの内の任意のアンテナと当該受信手段の複数のアンテナの内の任意のアンテナが組合わされて発信および受信を行うことで障害物あるいは反射物の位置あるいは方向の検知の精度を向上できる。
また、当該発信手段および受信手段を固定して設置し逆に移動体が接近する場合に距離と方向を検知することができる。
また、当該発信手段から発信される高周波信号を一定周期で変化する変調信号により周波数変調しあるいは周波数ホッピングをさせることでも同様な効果が得られる。
また、当該発信手段から発信される高周波信号をスペクトル拡散符号により拡散する場合、当該スペクトル拡散符号を一定周期で変化する変調信号により伝送速度を速度変調しても同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明の利用範囲は広く、超音波探傷機、魚群探知機、水中探知機、医療用超音波診断装置、気象レーダー、各種レーダー、３次元レーダー、自動車用ミリ波レーダー、赤外線レーダー、障害物検知装置、その他に適用して、障害物あるいは反射物が位置する方位を高精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す概念図である。
【図３】本発明の発信手段が発信する高周波信号の周波数割当ての例を示す図である。
【図４】本発明の発信手段および受信手段の構成例を示す図である。
【図５】本発明の発信手段および受信手段の他の構成例を示す図である。
【図６】本発明の発信手段が生成するスペクトル拡散符号と受信手段の相関器の関係を示す図である。
【図７】本発明の受信手段のアンテナの構成例を示す図である。
【図８】本発明の発信手段および受信手段のアンテナ切替合成器の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１                                        障害物あるいは反射物
２                                        発信手段および受信手段
２ａ                                      発信手段
２ｂ                                      受信手段
２ｃ                                      信号検出器
２ｄ                                      操作表示手段
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ    指向性アンテナ
２１ｂ１、２１ｂ２、２１ｃ１、２１ｃ２    指向性アンテナ
２２                                      アンテナ切替合成器
２２ａ、２２ｂ                            アンテナ切替合成器
２２ｃ                                    アンテナ合成器
２２ｄ                                    アンテナ切替合成器出力端子
２２ｅ                                    アンテナ切替合成器の接続ケーブル
２３                                      受信機
２４                                      送信機
２５                                      ３分岐器
２６ａ                                    相関器（Ｎ−１）
２６ｂ                                    相関器（Ｎ−２）
２６ｃ                                    相関器（Ｎ−３）
２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ              Ａ／Ｄコンバータ
２８、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ              拡散符号発生器
２９、２９ａ                              基準発振器
２９ｂ                                    第１局部発振器
２９Ｃ                                    第２局部発振器
２０３                                    アンテナ切替の制御ライン
２０４、２０５、２０６、２０７            接続端子
３１ａ                                    発信手段から障害物あるいは反射物へ発信される高周波信号の方向線
３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ            障害物あるいは反射物から受信手段へ反射される高周波信号の方向線
３２ａ                                    発信手段のアンテナ２１ａの指向性
３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ            受信手段のアンテナ２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄ、２１ｅの指向性
３３ａ                                    障害物あるいは反射物からの垂直線
３３ｂ                                    発信手段および受信手段からの垂直線
３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ            引出線
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ                    寸法線
４１ａ                                    第１の変調信号
４１ｂ                                    第２の変調信号
４１ｃ                                    高周波信号の搬送波
５１                                      発信手段が生成するスペルとる拡散符号
５２                                      シフトレジスタ
５３                                      １周期分の固定相関器
５４                                      ΣＳｉｎ積和演算器
５５                                      ΣＣｏｓ積和演算器
５６                                      発信手段と受信手段の間の遅延時間
５７                                      振幅スペクトル検出器
５８                                      位相スペクトル検出器
５９、６０                                接続端子
２２３ａ、２２３ｂ                        遅延回路
２２４ａ、２２４ｂ                        サーキュレータあるいは平衡トランス
２２５ａ                                  Ａ系列拡散符号器
２２５ｂ                                  Ｂ系列拡散符号器
２２６ａ                                  Ａ系列相関器
２２６ｂ                                  Ｂ系列相関器
２２７ａ、２２７ｂ                        接続端子
【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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