(57)【要約】【課題】  距離分解能の１倍程度まで計測距離が近くなっても、高い精度にて測定を実行したい。【解決手段】  制御部５８は、測定モードと保持モードのいずれかを選択する。送信部１４は、測定モードにおいて、時間の経過とともに周波数が変動する信号を生成し、生成した信号を送信する。受信部１６は、ターゲットによって反射された信号を受信する。第４ミキサ４４等は、受信した信号に対して、現タイミングにおいて送信部１４によって生成される信号によって、直交検波を実行する。処理部５６は、直交検波した信号に対して、予め保持した信号による補正を実行し、補正した信号に含まれた周波数成分をもとにターゲットまでの距離を特定する。送信部１４は、保持モードにおいて、時間の経過とともに周波数が変動する信号を生成しつつも、生成した信号の送信を中止する。処理部５６は、直交検波した信号を保持する。【選択図】  図１
2007078518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定モードと保持モードのいずれかを選択する選択部と、
前記選択部において測定モードが選択されている場合、時間の経過とともに周波数が変動する信号を生成し、生成した信号を送信用アンテナに送信させる送信部と、
前記送信部から送信された信号であって、かつ所定のターゲットによって反射された信号を受信用アンテナに受信させる受信部と、
前記受信部において受信した信号に対して、現タイミングにて前記送信部によって生成される信号によって、直交検波を実行する検波部と、
前記検波部において直交検波した信号に対して、予め保持した信号による補正を実行し、補正した信号に含まれた周波数成分をもとにターゲットまでの距離を特定する処理部とを備え、
前記送信部は、前記選択部において保持モードが選択されている場合、時間の経過とともに周波数が変動する信号を生成しつつも、生成した信号の送信を中止し、
前記検波部は、装置内部において漏えいされた信号を直交検波し、
前記処理部は、前記検波部において直交検波した信号を保持することを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記選択部は、測定モードに割り当てられた期間の間に保持モードに割り当てられた期間を配置することによって、測定モードと保持モードとを順次切りかえることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記選択部において保持モードが設定されている場合、過去に保持した信号と、新たに前記検波部において直交検波した信号との間において平滑化処理を実行し、平滑化処理を実行した信号を保持することを特徴とする請求項１または２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記選択部において保持モードが設定されている場合、前記検波部において直交検波した信号を増幅する際の増幅率を順次切りかえ、増幅率と対応づけながら、前記検波部において直交検波した信号を増幅した後に保持する手段と、前記選択部において測定モードが選択されている場合、前記検波部において直交検波した信号の強度に応じて増幅率を設定しながら、設定した増幅率によって前記検波部において直交検波した信号を増幅しており、設定した増幅率に応じて保持した信号を選択してから補正を実行する手段とを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定装置に関し、特に信号を送信してから、ターゲットによって反射された信号を受信することによって、ターゲットとの距離を測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ)方式のレーダ方式では、三角波によって送信波を周波数変調させる。そのため、物体からの反射波と送信波とをミキシングすることによって、距離と速度成分を含んだビート信号が得られる。ＦＭＣＷ方式は、一般的にビート信号を得るまでの高周波回路が比較的単純でありかつ距離・速度信号を同時に検出することができるので、車載レーダに適している。
【０００３】
具体的に説明すると、ＦＭＣＷ方式による距離測定技術では、周波数が時間と共に増加する電磁波を照射し、ターゲットで反射する信号を受信する。電磁波がターゲットとの間を往復する時間差によって、送信信号と受信信号との間には周波数差が生じる。そのため、送信信号と受信信号との間の周波数差、すなわちビート周波数がわかれば、ターゲットによる反射の往復時間がわかるので、ターゲットまでの距離が算出される。ここで、送信信号を使用しながら受信信号を復調することによって、ビート周波数と等しい周波数をもつビート信号が得られ、この信号を信号処理することによってビート周波数が特定される。つまり、高精度の距離測定のためには、ビート周波数を高精度で特定する技術が必要である。
【０００４】
従来、ビート周波数を高精度に得るために、ゼロ拡張、関数フィッテングという手法が使用され、高精度な周波数推定が試みられている。さらに、直交検波、直交検波補正を利用して、低周波数域における周波数推定の妨げとなるスペクトルの鏡像を除去することによって、低周波数域の計測精度が向上している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＭＣＷ方式による距離測定技術では、周波数変調幅から決定される距離分解能の２倍程度の距離において、十分な計測精度が実現される。これは、特定小電力無線局の規定にある７５ＭＨｚ幅の場合、距離分解能が２．０ｍであることに相当する。しかしながら、距離分解能の１倍程度まで計測距離が近くなると、誤差要因によって、十分な精度を得ることが困難になる。そのような近距離の測定に対する誤差要因のひとつは、装置内部で潜在的に存在する雑音によるものと想定される。すなわち、周波数ゼロ付近に極低周波数の雑音が存在することによって、低周波数域での周波数推定が妨げられている。言いかえると、距離分解能の１倍付近まで計測距離を近づけたとき、ターゲットの反射によるスペクトルと、雑音のスペクトルとが重なってしまうので、雑音のスペクトルが周波数推定に影響を与えている。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、低周波数域での雑音が存在する場合でも、近距離の測定の精度を向上させる距離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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の距離測定装置は、測定モードと保持モードのいずれかを選択する選択部と、選択部において測定モードが選択されている場合、時間の経過とともに周波数が変動する信号を生成し、生成した信号を送信用アンテナに送信させる送信部と、送信部から送信された信号であって、かつ所定のターゲットによって反射された信号を受信用アンテナに受信させる受信部と、受信部において受信した信号に対して、現タイミングにて送信部によって生成される信号によって、直交検波を実行する検波部と、検波部において直交検波した信号に対して、予め保持した信号による補正を実行し、補正した信号に含まれた周波数成分をもとにターゲットまでの距離を特定する処理部とを備える。送信部は、選択部において保持モードが選択されている場合、時間の経過とともに周波数が変動する信号を生成しつつも、生成した信号の送信を中止し、検波部は、装置内部において漏えいされた信号を直交検波し、処理部は、検波部において直交検波した信号を保持する。
【０００８】
この態様によると、信号を生成している状態にて補正に使用すべき信号を保持するので、補正に使用すべき信号が測定モードにおいて生じている雑音に近くなり、保持した信号による補正の精度を向上できる。
【０００９】
選択部は、測定モードに割り当てられた期間の間に保持モードに割り当てられた期間を配置することによって、測定モードと保持モードとを順次切りかえてもよい。この場合、測定モードの間に保持モードを配置するので、測定の期間が長い場合でも、その途中において補正に使用すべき信号を保持するので、補正の精度を向上できる。
【００１０】
処理部は、選択部において保持モードが設定されている場合、過去に保持した信号と、新たに検波部において直交検波した信号との間において平滑化処理を実行し、平滑化処理を実行した信号を保持してもよい。この場合、平滑化処理を実行するので、ランダム雑音の影響を低減できる。
【００１１】
処理部は、選択部において保持モードが設定されている場合、検波部において直交検波した信号を増幅する際の増幅率を順次切りかえ、増幅率と対応づけながら、検波部において直交検波した信号を増幅した後に保持する手段と、選択部において測定モードが選択されている場合、検波部において直交検波した信号の強度に応じて増幅率を設定しながら、設定した増幅率によって検波部において直交検波した信号を増幅しており、設定した増幅率に応じて保持した信号を選択してから補正を実行する手段とを含んでもよい。この場合、増幅率に対応づけながら、補正に使用すべき信号を保持しておき、測定の際の増幅率に応じて予め保持した信号を選択してから、補正を実行するので、補正の精度を向上できる。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低周波数域での雑音が存在する場合でも、近距離の測定の精度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、ＦＭＣＷ方式を使用することによって、距離を測定する距離測定装置に関する。距離測定装置は、時間とともに周波数が単調増加あるいは単調減少する信号を生成し、生成した信号をターゲットに向けて送信する。また、距離測定装置は、ターゲットによって反射された信号を受信する。さらに、距離測定装置は、受信した信号に対して、現タイミングにて生成された信号によって直交検波を実行し、送信した信号と受信した信号との間のビート信号を生成する。最終的に、ビート信号に含まれたビート周波数から、ターゲットまでの距離が導出される。ここで、前述のごとく、ターゲットまでの距離が短くなったときに、装置内部で潜在的に存在する雑音の影響が大きくなるので、影響を低減させるために、本実施例に係る距離測定装置は、以下のように処理を行う。
【００１５】
距離測定装置は、予め装置内部で潜在的に存在する雑音に対応した波形を補正用信号として保持する。また、距離測定装置は、ビート信号を補正用信号によって補正し、補正した信号に含まれたビート周波数から、ターゲットまでの距離を測定する。ここで、補正用信号を生成する際にも、距離測定装置は、時間とともに周波数が単調増加あるいは単調減少する信号を生成する。しかしながら、距離測定装置は、生成した信号を送信せずに、信号を生成している状況下にあって、装置内部に存在する雑音を直交検波し、補正用信号を生成する。このように、時間とともに周波数が単調増加あるいは単調減少する信号を生成する状況下における雑音成分から補正用信号を生成するので、補正用信号は、実際の測定の際に含まれる雑音成分に近くなる。その結果、雑音成分の補正の精度が向上し、測定の精度が向上する。
【００１６】
すなわち、本実施例に係る距離測定装置は、計測中の状態、すなわち信号を生成するための回路を動作させたまま、無送信状態をつくりだす機構を備えている。ここで、本発明に関する課題をさらに詳しく説明する。低周波数域の周波数推定を妨げる雑音とは、装置が潜在的にもつ成分である。その潜在的雑音は、装置動作中に発生する信号の漏れ等が原因になって生じる。つまり、計測中に取り込まれる信号は、ターゲットでの反射による信号と、潜在的雑音との重ねあわせである。よって、外部からの信号、すなわちターゲットでの反射による信号がない状態をつくり出せば、雑音成分のみの取り出しができる。しかしながら、信号を生成するための回路自体を停止させたのでは、装置内部の漏れを原因とする潜在的雑音も変化してしまうので、装置内部をできる限り送信中と同じ状態に保ちつつ、送信を停止させることが必要である。
【００１７】
図１は、本発明の実施例に係る距離測定装置１００の構成を示す。距離測定装置１００は、送信用アンテナ１０、受信用アンテナ１２、送信部１４、受信部１６、直交検波部１８、第２局部発振器２６、第１ＬＰＦ４８、第２ＬＰＦ５０、第１増幅部５２、第２増幅部５４、第１ＡＤ部８０、第２ＡＤ部８２、処理部５６を含む。また、送信部１４は、生成部２０、第１局部発振器２２、第１ミキサ２４、第２ミキサ２８、第１ＢＰＦ３０、スイッチ３２、パワーアンプ３４を含み、受信部１６は、第３ミキサ３６、ローノイズアンプ３８、第２ＢＰＦ４０を含み、直交検波部１８は、移相部４２、第４ミキサ４４、第５ミキサ４６を含む。
【００１８】
制御部５８は、距離測定装置１００全体の動作として、測定モードと保持モードのいずれかを選択する。ここで、測定モードとは、図示しないターゲットとの間の距離を測定するための動作に相当し、保持モードとは、前述の補正用信号を取得するための動作に相当する。両者は、保持モードにおいて取得した補正用信号が、測定モードにおいてビート信号の補正のために使用される関係によって結びつけられる。また、測定は、一般的に長期間にわたって実行される。そのため、制御部５８は、測定モードに割り当てられた期間の間に保持モードに割り当てられた期間を配置することによって、測定モードと保持モードとを順次切りかえる。
【００１９】
図２は、制御部５８によって切りかえられるモードのスケジュールを示す。図の横軸が時刻に相当する。図示のごとく、ひとつの測定モードに割り当てられた期間は、ひとつの保持モードに割り当てられて期間よりも長くなっており、両者は交互に切りかえられている。図１に戻る。また、制御部５８は、測定モードと保持モードのいずれかを選択するだけでなく、それぞれにおいて距離測定装置１００の構成要素の動作を指示する。さらに、制御部５８は、距離測定装置１００全体の動作タイミングも制御する。
【００２０】
生成部２０は、時間の経過とともに周波数が変動する信号を生成する。ここでは、時間の経過とともに周波数が変動する信号として、時間の経過とともに周波数が単調増加する信号を生成する。なお、時間の経過とともに周波数が単調減少する信号が生成されてもよい。図３は、送信周波数と受信周波数との関係を示す。図の横軸が時刻に相当し、図の縦軸が周波数に相当する。また、Ａにて示された実線が、送信周波数の変化に相当する。すなわち、送信周波数は、期間Ｔにわたって、周波数ｆ０からｆ０＋Ｂまで増加する。一方、Ｂにて示された実線が、受信周波数の変化に相当する。受信した信号は、ターゲットにおいて反射された信号であるので、受信周波数の変化は、送信周波数の変化から所定の期間だけ遅れている。
【００２１】
所定の期間は、ターゲットまでの往復の距離に相当する。ここでは、受信周波数は、送信周波数からδｔだけ遅れている。また、期間δｔの違いは、周波数δｆの違いに相当する。距離測定装置１００は、δｆを測定することによって、δｔを特定する。また、距離測定装置１００は、δｔから距離を特定する。図１に戻る。なお、生成部２０は、制御部５８において測定モードが選択されている場合であっても、保持モードが選択されている場合であっても、同様に信号の生成を実行する。
【００２２】
第１局部発振器２２は、中間周波数の信号を生成するための信号を発振する。第１ミキサ２４は、生成部２０にて生成された信号と、第１局部発振器２２にて発振された信号とを乗算することによって、生成部２０にて生成された信号の周波数を中間周波数に変換する。第２局部発振器２６は、無線周波数の信号を生成するための信号を発振する。第２ミキサ２８は、第１ミキサ２４にて変換された中間周波数の信号と、第２局部発振器２６にて発振された信号とを乗算することによって、生成部２０にて生成された信号の周波数を無線周波数に変換する。第１ＢＰＦ３０は、第２ミキサ２８にて変換された無線周波数の信号に対して、無線周波数を中心とした通過域以外の部分を減衰させる。そのため、第１ＢＰＦ３０は、第２ミキサ２８による周波数変換によって生じたスプリアス成分等を抑圧する。
【００２３】
スイッチ３２は、制御部５８において測定モードが選択されている場合に、第１ＢＰＦ３０からの無線周波数の信号をパワーアンプ３４に出力する。パワーアンプ３４は、入力した無線周波数の信号を増幅し、増幅した信号を送信用アンテナ１０に送信させる。すなわち、スイッチ３２は、制御部５８において測定モードが選択されている場合に、送信用アンテナ１０から無線周波数の信号が送信されるように切替を実行する。一方、スイッチ３２は、制御部５８において保持モードが選択されている場合に、第１ＢＰＦ３０からの無線周波数の信号をパワーアンプ３４に出力しない。すなわち、スイッチ３２は、制御部５８において保持モードが選択されている場合に、送信用アンテナ１０から無線周波数の信号が送信されないように切替を実行しており、これは生成した信号の送信を中止することに相当する。
【００２４】
図１には、本来信号が流れるべき方向が矢印によって示されている。しかしながら、実際の回路では、矢印以外の方向にも微量ではあるが信号が漏れ出している。その経路はいくつもあり、第２ミキサ２８などを逆に流れた信号の振る舞いは理論的につかみにくい。そのため、理論的に雑音モデルを導出するよりも、送信を中止させた状態をつくり、そのときの信号を取得ことによって雑音を取り出すことが現実的である。しかも、信号を送信している状態とできるだけ同じ状態を保ったまま、信号の送信を中止しなければならない。そのような条件を満たすために、スイッチ３２が、送信用アンテナ１０の前段に設けられている。送信用アンテナ１０の直前まで、信号が流れていれば、送信を中止しても、潜在的雑音の原因となる信号漏れが発生するからである。
【００２５】
スイッチ３２がオンのときパワーアンプ３４が動作し、送信用アンテナ１０から電磁波が送信される。一方、スイッチ３２がオフであれば、パワーアンプ３４が動作しないので、送信用アンテナ１０から電磁波は送信されない。しかしながら、その場合でも信号は生成され、送信用アンテナ１０の直前までは通常の動作をしているので、距離測定装置１００内の信号の漏れは送信時と同様に発生している。よって、後述のごとく、スイッチ３２がオフになっている状態において取り込まれる信号が、低周波数域の周波数推定を困難にする原因となる雑音成分である。なお、潜在的に距離測定装置１００内において発生する雑音は、温度の変化などによって変化するので、測定中も定期的にパワーアンプ３４のスイッチが制御部５８によって制御される。
【００２６】
受信用アンテナ１２は、制御部５８において測定モードが選択されている場合、送信用アンテナ１０から送信された信号であって、かつ図示しないターゲットによって反射された信号を受信する。ここで、送信用アンテナ１０と受信用アンテナ１２との距離が近すぎると、送信用アンテナ１０から受信用アンテナ１２に電磁波が直接回り込む。そのような回り込みが発生すると、測定モードのときと保持モードのときにおいて、ターゲットによって反射された信号以外の成分が変化してしまう。よって、送信用アンテナ１０と受信用アンテナ１２とは十分な距離が隔てられている必要がある。例えば、無線周波数が２４．１５ＧＨｚ帯のときに１ｃｍ程度隔てられている必要がある。
【００２７】
第３ミキサ３６は、受信用アンテナ１２にて受信された無線周波数の信号と、第２局部発振器２６にて発振された信号とを乗算することによって、受信用アンテナ１２にて受信された無線周波数の信号の周波数を中間周波数に変換する。ローノイズアンプ３８は、第３ミキサ３６において変換された中間周波数の信号を増幅する。第２ＢＰＦ４０は、ローノイズアンプ３８にて増幅された中間周波数の信号に対して、中間周波数を中心とした通過域以外の部分を減衰させる。そのため、第２ＢＰＦ４０は、第３ミキサ３６による周波数変換によって生じたスプリアス成分等を抑圧する。
【００２８】
移相部４２は、現タイミングにて生成部２０において生成された信号の位相をπ／２だけ変化させる。第４ミキサ４４と第５ミキサ４６は、第２ＢＰＦ４０からの信号に対して、現タイミングにて送信部１４において生成される信号によって、直交検波を実行する。ここで、現タイミングとは、受信のタイミングに相当する。すなわち、第２ＢＰＦ４０からの信号は、図３の「Ｂ」に相当し、現タイミングにおいて送信部１４によって生成される信号は、図３の「Ａ」に相当する。そのため、第４ミキサ４４と第５ミキサ４６によって生成される信号が、前述のビート信号に相当する。なお、第４ミキサ４４によって生成制される信号が、ビート信号の同相成分に相当し、第５ミキサ４６によって生成される信号が、ビート信号の直交成分に相当する。一方、制御部５８において保持モードが選択されている場合、受信用アンテナ１２は、無線周波数の信号を受信しないので、第４ミキサ４４と第５ミキサ４６は、距離測定装置１００内部において漏えいされた信号、すなわち潜在的雑音を直交検波する。
【００２９】
第１ＬＰＦ４８は、第４ミキサ４４にて生成されたビート信号の同相成分に対して、低域成分以外の部分を抑圧する。第２ＬＰＦ５０は、第５ミキサ４６にて生成されたビート信号の直交成分に対して、低域成分以外の部分を抑圧する。第１増幅部５２は、第１ＬＰＦ４８からの信号を増幅する。ここで、第１増幅部５２は、第４ミキサ４４において直交検波した信号の強度に応じてゲインを設定しながら、設定したゲインによって第４ミキサ４４において直交検波した信号を増幅する。ゲインの設定は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）によってなされており、ここでは、公知の技術のＡＧＣが使用されればよいので、説明を省略する。一方、第２増幅部５４は、第２ＬＰＦ５０からの信号を増幅する。ここで、第２増幅部５４は、第２増幅部５４と同様にＡＧＣの機能を有する。第１ＡＤ部８０は、第１増幅部５２において増幅した信号に対して、アナログ−デジタル変換を実行することによって、デジタル信号を出力する。一方、第２ＡＤ部８２は、第２増幅部５４において増幅した信号に対して、アナログ−デジタル変換を実行することによって、デジタル信号を出力する。
【００３０】
処理部５６は、制御部５８において保持モードが選択されている場合、第１ＡＤ部８０からの信号と第２ＡＤ部８２からの信号を補正用信号として保持する。すなわち、処理部５６は、第４ミキサ４４と第５ミキサ４６において直交検波された信号を保持する。ここで、補正用信号は、所定の期間にわたる時間領域の波形として保持される。また、処理部５６は、過去に保持した信号と、第４ミキサ４４と第５ミキサ４６において新たに直交検波された信号との間において平滑化処理を実行し、平滑化処理を実行した信号を保持する。平滑化処理として、例えば、平均処理が実行される。さらに、保持モードにおいて制御部５８は、第１増幅部５２と第２増幅部５４でのゲインを順次切りかえるように指示する。例えば、第１増幅部５２と第２増幅部５４は、「０ｄＢ」、「３ｄＢ」、「６ｄＢ」というようにゲインを切りかえる。処理部５６は、第１増幅部５２と第２増幅部５４でのゲインと対応づけながら、第４ミキサ４４と第５ミキサ４６において直交検波された信号であって、かつ第１増幅部５２と第２増幅部５４によって増幅された信号を保持する。
【００３１】
処理部５６は、制御部５８において保持モードが選択されている場合、第１ＡＤ部８０からの信号と第２ＡＤ部８２からの信号に対して、予め保持した補正用信号による補正を実行する。ここで、第１ＡＤ部８０からの信号と第２ＡＤ部８２からの信号は、第４ミキサ４４と第５ミキサ４６において直交検波された信号であり、ビート信号に相当する。また、補正用信号による補正とは、第１ＡＤ部８０からの信号の波形から、補正用信号の波形を減じる処理に相当する。また、第２ＡＤ部８２からの信号に対しても同様である。処理部５６は、補正した信号に含まれたビート周波数成分をもとに図示しないターゲットまでの距離を特定する。具体的には、処理部５６は、補正した信号に対してＦＦＴを実行することによって周波数領域の信号に変換した後に、強度がピークとなる周波数成分をビート周波数として抽出する。さらに、処理部５６は、ビート周波数から、図示しないターゲットまでの距離を特定する。
【００３２】
ここで、第１ＡＤ部８０と第２ＡＤ部８２において設定されたゲインの値が、第１ＡＤ部８０と第２ＡＤ部８２から処理部５６に入力される。処理部５６は、複数種類保持された補正用信号のうち、ゲインの値に応じた補正用信号を選択する。さらに、処理部５６は、選択した補正用信号を補正に使用する。
【００３３】
以上のような距離測定装置１００での処理をまとめると、以下のようになる。距離計測を実行する場合には、パワーアンプ３４を動作させ、従来と同じように信号処理を実行する。ただし、パワーアンプ３４を動作させたときに、第１ＡＤ部８０および第２ＡＤ部８２においてアナログ−デジタル変換される信号は、ターゲットからの反射による信号に潜在的雑音が重ねあわされた信号になっている。よって、パワーアンプ３４を中止させた状態においてアナログ−デジタル変換した信号を補正用信号として保持しておき、パワーアンプ３４を動作させたときの信号から補正用信号を減じることによって、ターゲットからの信号のみが取得される。
【００３４】
第１ＡＤ部８０および第２ＡＤ部８２におけるゲインの制御は、ターゲットからの反射による信号の強度が小さい場合にも対応できるようになされる。当然、ゲインの設定を変更すると、補正用信号も変化してしまうので、保持すべき補正用信号は、設定されるゲインの値の数だけ用意される。そのため、処理部５６は、ゲインの値に対応させながら、補正用信号を保持する。通常の計測の場合、処理部５６は、ビート信号を取り込むと、パワーアンプ３４がオンになっているので、ビート信号をバッファに格納する。処理部５６は、その際のゲインの設定値を調べ、ゲインの設定値に対応した補正用信号を使用しながら、ビート信号を補正する。さらに、処理部５６は、次の信号がちょうどよい大きさで取り込まれるように、第１増幅部５２と第２増幅部５４に対して、ゲインを調整させる。
【００３５】
ここで、制御部５８が、測定モードと保持モードとの切替を実行したときに、距離測定装置１００においてなさる処理をさらに具体的に説明する。保持モードのタイミングが１０分間隔に設定されており、保持モードのタイミングが到来すると、制御部５８は、スイッチ３２をオフにするとともに、パワーアンプ３４をオフにして、信号が安定するまでの期間だけ待機する。ここで、信号が安定するまでの期間は、例えば、２００ミリ秒に設定される。その後、処理部５６は、複数のゲインのそれぞれに対応させながら、補正用信号を取得する。補正用信号も、ビート信号と同様に第１ＡＤ部８０および第２ＡＤ部８２から取り込まれるが、制御部５８は、スイッチ３２がオフになっているので、取り込んだ信号が補正用信号であると認識する。
【００３６】
さらに、制御部５８および処理部５６は、第１増幅部５２および第２増幅部５４でのゲインの設定値を調べ、そのゲインに対応する補正用信号であって、かつ既に保持されている補正用信号を更新する。補正用信号の更新は、単なる上書き処理でもよいし、前述のごとく、ランダム性の雑音を抑圧するために更新前の補正用信号を使用しながら平滑化処理した結果によってなされてもよい。複数のゲインに対する補正用信号が更新されれば、制御部５８は、第１増幅部５２および第２増幅部５４でのゲインを信号処理用に復元し、スイッチ３２およびパワーアンプ３４をオンにして信号が安定まで待機する。
【００３７】
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた測定機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００３８】
図４は、処理部５６の構成を示す。処理部５６は、切替部６０、記憶部６２と総称される第１記憶部６２ａ、第２記憶部６２ｂ、第Ｎ記憶部６２ｎ、ビート信号用切替部６４、補正部６６、ＦＦＴ部６８、特定部７０を含む。
【００３９】
切替部６０は、図示しない制御部５８において選択されたモードに応じて、信号の入力と出力の経路を切りかえる。制御部５８において保持モードが選択されている場合、切替部６０は、図示しない第１ＡＤ部８０および第２ＡＤ部８２から信号を入力する。また、切替部６０は、入力した信号を補正用信号として記憶部６２に出力する。その際に、切替部６０は、図示しない第１増幅部５２および第２増幅部５４、あるいは制御部５８から、第１増幅部５２および第２増幅部５４において設定されているゲインの値を受けつけ、ゲインの値に対応した記憶部６２に補正用信号を出力する。
【００４０】
例えば、ゲインの値「０ｄＢ」が第１記憶部６２ａに対応づけられ、ゲインの値「３ｄＢ」が第２記憶部６２ｂに対応づけられている場合、切替部６０では、第１増幅部５２および第２増幅部５４において設定されているゲインの値が「０ｄＢ」であるときに、補正用信号を第１記憶部６２ａに出力する。また、切替部６０は、記憶部６２において既に保持されている補正用信号と、新たに入力した信号との間において平滑化処理を実行し、平滑化処理された信号を新たな補正用信号として、記憶部６２に出力する。記憶部６２は、補正用信号を保持する。記憶部６２の数は、第１増幅部５２および第２増幅部５４において設定されているゲインの値の数に相当する。
【００４１】
制御部５８において測定モードが選択されている場合、切替部６０は、第１段階にて図示しない第１ＡＤ部８０および第２ＡＤ部８２からビート信号を入力する。また、切替部６０は、入力したビート信号をビート信号用切替部６４に出力する。また、切替部６０は、第２段階にてビート信号用切替部６４からビート信号を入力し、ビート信号を補正部６６に出力する。また、切替部６０は、記憶部６２から補正用信号を入力し、補正用信号を補正部６６に出力する。その際に、切替部６０は、図示しない第１増幅部５２および第２増幅部５４、あるいは制御部５８から、第１増幅部５２および第２増幅部５４において設定されているゲインの値を受けつけ、ゲインの値に対応した記憶部６２から補正用信号を入力する。ビート信号用切替部６４は、ビート信号を保持する。
【００４２】
補正部６６は、記憶部６２において保持された補正用信号によって、ビート信号用切替部６４において保持されたビート信号を補正する。補正は、前述のごとく、ビート信号から補正用信号を減ずることによってなされる。図５（ａ）−（ｂ）は、処理部５６における補正の概略を示す。図５（ａ）は、補正部６６に入力されたビート信号と補正用信号の波形をそれぞれ示す。また、図の横軸は、時刻に相当し、図の縦軸は、振幅に相当する。さらに、実線がビート信号に相当し、点線が補正用信号に相当する。図５（ｂ）は、補正部６６によって補正された信号の波形を示す。図５（ａ）に示されたビート信号の波形から、補正用信号の波形が減じられることによって、図５（ｂ）に示された信号の波形が導出される。すなわち、補正部６６は、ビート信号と補正用信号のうち、互いに対応する時刻の振幅を抽出し、ビート信号の振幅から補正用信号の振幅を減じる。このような処理を他の時刻に対しても実行することによって、補正部６６は、補正された信号の波形を生成する。
【００４３】
図５（ａ）のように示された波形を周波数領域に変換した場合が、図６に相当する。図６は、処理部５６に入力されたビート信号のスペクトルを示す。図の横軸は、周波数に相当し、図の縦軸は、強度に相当する。また、実線が、ターゲットでの反射による信号を示し、点線が、潜在的雑音を示す。測定する距離が距離分解能の１倍程度のとき、ビート信号のスペクトルの幅は無視できない大きさになっている。また、潜在的雑音は非常に低い周波数であるので、図中破線のように、スペクトルは周波数ゼロ付近に現れる。実際に観測されるスペクトルは、これらの重ねあわせとなるので、潜在的雑音によって、スペクトルのピーク位置が移動してしまう。それが周波数推定の誤差に相当する。図４に戻る。
【００４４】
ＦＦＴ部６８は、補正部６６において補正した信号に対して、ＦＦＴを実行することによって周波数領域の信号に変換する。なお、周波数領域の信号において、信号強度のピークに対応した周波数が、ビート周波数に相当する。特定部７０は、ＦＦＴ部６８から周波数領域の信号を受けつけ、ビート周波数を特定する。また、特定部７０は、ビート周波数から、ターゲットまで信号が往復する際の期間を特定し、期間からターゲットまでの距離を導出する。なお、ビート周波数から距離を導出するまでの処理は、公知の技術によって実現されればよいので、ここでは説明を省略する。
【００４５】
以上の構成による距離測定装置１００の動作を説明する。図７は、距離測定装置１００による距離の測定手順を示すフローチャートである。制御部５８が保持モードを設定していれば（Ｓ１０のＹ）、第１増幅部５２および第２増幅部５４は、ゲインの設定を退避する（Ｓ１２）。制御部５８は、パワーアンプ３４を停止させ、安定するまで待つ（Ｓ１４）。処理部５６は、ゲインに対応させながら、信号を保持する（Ｓ１６）。制御部５８は、パワーアンプ３４を動作させ、安定するまで待つ（Ｓ１８）。第１増幅部５２および第２増幅部５４は、ゲインの設定を復元する（Ｓ２０）。
【００４６】
一方、制御部５８が保持モードを設定していなければ（Ｓ１０のＮ）、直交検波部１８は、ビート信号の取り込みを実行する（Ｓ２２）。第１ＡＤ部８０および第２ＡＤ部８２は、ゲインを調整する（Ｓ２４）。処理部５６は、取り込みの際のゲインに応じた補正用信号を選択し（Ｓ２６）、ビート信号に対する補正を実行する（Ｓ２８）。処理部５６は、距離を特定する（Ｓ３０）。処理が終了しなければ（Ｓ３２のＮ）、ステップ１０に戻る。処理が終了していれば（Ｓ３２のＹ）、終了する。
【００４７】
図８は、距離測定装置１００をレーダ距離計１１０に適用する場合を示す。レーダ距離計１１０の構成は、距離測定装置１００と同様であるので説明を省略する。ここでは、レーダ距離計１１０の送信用アンテナ１０から信号を送信する。また、ターゲット２００によって反射された信号が、レーダ距離計１１０の受信用アンテナ１２によって受信される。最終的に、レーダ距離計１１０は、ターゲット２００との間の距離を測定する。
【００４８】
ここで、距離「０」に相当する位置が予め定義できていれば、レーダ距離計１１０として利用される。実際の測定については、熱雑音による測定誤差を抑えるために、５０個の瞬時の計測結果が平均されてもよい。レーダ距離計１１０として用いるため、送信用アンテナ１０および受信用アンテナ１２の指向性は鋭いものが望ましい。また、均一な平面を有した物体がターゲット２００となる場合、鏡面反射が優勢となるので、ビーム幅よりも小さい角度で傾いている限りは、アンテナ方向よりも最短距離からの反射が際立って強くなり、最短距離測定が可能である。一方、不均質物体の場合は乱反射が優勢となるので、アンテナ方向の距離が測定される。しかしながら、乱反射優勢の物体がターゲットとなった場合、鏡面反射比べて広範囲から電波が戻ってくる。そのため、ビーム幅を狭くするか、距離補正をするなどの対策が、なされる。
【００４９】
図９は、距離測定装置１００をレーダ水位計１２０に適用する場合を示す。レーダ水位計１２０の構成は、距離測定装置１００と同様であるので説明を省略する。ここでは、レーダ水位計１２０の送信用アンテナ１０から信号を送信する。また、水面２１０によって反射された信号が、レーダ水位計１２０の受信用アンテナ１２によって受信される。さらに、レーダ水位計１２０は、水面２１０との間の距離を測定する。
【００５０】
ターゲットが水である場合、マイクロ波の周波数領域において比誘電率が高くなるので、水面にて電磁波はよく反射する。しかも、均一物質であることから、金属面同様の鋭い鏡面反射が期待できる。水位基準面、すなわち水位「０」を定義する位置までの距離が予めパラメータとして与えられれば、水位基準面までの距離から計測距離を減じることによって、水位が導出される。すなわち、距離が水位に換算される。前述のごとく、５０個の瞬時の計測結果を平均することによって、熱雑音に関する誤差が低減される。
【００５１】
本発明の実施例によれば、信号を生成している状態にて補正用信号を保持するので、補正用信号が測定モードにおいて生じる潜在的誤差に近くなり、保持した補正用信号による補正の精度を向上できる。また、信号を生成している状態にて補正用信号を保持するので、潜在的誤差が低周波数成分を含む場合でも、潜在的誤差を反映できる。また、補正用信号が潜在的誤差を反映するので、ビート周波数が低くなる場合であっても、補正用信号による補正の結果、ビート周波数の測定精度を向上できる。また、低いビート周波数を高い精度にて導出できるので、ターゲットとの間の距離が近い場合であっても、当該距離の測定精度を向上できる。
【００５２】
また、測定モードの間に保持モードを配置するので、測定の期間が長い場合でも、その途中において補正用信号を保持できる。また、測定の途中において補正用信号を保持するので、測定の途中において潜在的誤差の影響が変化する場合であっても、変化に追従するように補正用信号を更新できる。また、測定の途中において補正用信号を更新するので、測定の期間が長い場合でも、測定の精度の悪化を低減できる。また、補正用信号を保持する際に平滑化処理を実行するので、ランダム雑音の影響を低減できる。また、ゲインの値に対応づけながら、補正用信号を保持しておき、測定の際のゲインの値に応じて補正用信号を選択してから、補正を実行するので、補正の精度を向上できる。また、水位計測中に無送信状態をつくり出すので、近距離測定の妨げとなる雑音を取り出すことができ、より近距離における距離測定を実行できる。また、計測可能最小距離が小さくなるので、装置設置条件の制限を緩和できる。
【００５３】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５４】
本発明の実施例において、処理部５６は、ビート信号を補正用信号によって補正した後、ＦＦＴを実行している。すなわち、時間領域において補正を実行している。しかしながらこれに限らず例えば、処理部５６は、ビート信号にＦＦＴを実行することによって周波数領域の信号への変換を実行し、周波数領域の信号を補正用信号にて補正してもよい。すなわち、周波数領域において補正を実行してもよい。この場合、処理部５６は、保持モードにおいて入力した信号に対してＦＦＴを実行することによって、周波数領域の補正用信号を生成し、これを保持する。また、補正は、周波数領域の信号から補正用信号を減じることによって実現される。本変形例によれば、様々な形態にて補正を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例に係る距離測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１の制御部によって切りかえられるモードのスケジュールを示す図である。
【図３】図１での送信周波数と受信周波数との関係を示す図である。
【図４】図１の処理部の構成を示す図である。
【図５】図５（ａ）−（ｂ）は、図１の処理部における補正の概略を示す図である。
【図６】図１の処理部に入力されたビート信号のスペクトルを示す図である。
【図７】図１の距離測定装置による距離の測定手順を示すフローチャートである。
【図８】図１の距離測定装置をレーダ距離計に適用する場合を示す図である。
【図９】図１の距離測定装置をレーダ水位計に適用する場合を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  送信用アンテナ、  １２  受信用アンテナ、  １４  送信部、  １６  受信部、  １８  直交検波部、  ２０  生成部、  ２２  第１局部発振器、  ２４  第１ミキサ、  ２６  第２局部発振器、  ２８  第２ミキサ、  ３０  第１ＢＰＦ、  ３２  スイッチ、  ３４  パワーアンプ、  ３６  第３ミキサ、  ３８  ローノイズアンプ、  ４０  第２ＢＰＦ、  ４２  移相部、  ４４  第４ミキサ、  ４６  第５ミキサ、  ４８  第１ＬＰＦ、  ５０  第２ＬＰＦ、  ５２  第１増幅部、  ５４  第２増幅部、  ５６  処理部、  ５８  制御部、  １００  距離測定装置。
【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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