JP2020106432A - Distance measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、周波数変調連続波(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave)レーダーの原理に基づいて目標物までの距離を測定する距離測定装置に関するものである。 The present invention relates to a distance measuring device for measuring a distance to a target object based on the principle of a frequency modulated continuous wave (FMCW) radar.
周波数変調連続波レーダーは、周波数変調した連続波を目標物に送信し、送信波と反射波の周波数差に由来したビート波形信号から距離を求めるものである。周波数変調連続波レーダーは送信波として連続波を使用するので、高い送信出力がなくても所望の信号雑音比(SN比)を得やすい利点がある。 The frequency-modulated continuous wave radar transmits a frequency-modulated continuous wave to a target object and obtains the distance from a beat waveform signal derived from the frequency difference between the transmitted wave and the reflected wave. Since the frequency-modulated continuous wave radar uses a continuous wave as a transmission wave, there is an advantage that a desired signal-to-noise ratio (SN ratio) can be easily obtained without a high transmission output.
周波数変調連続波レーダーは、送信波の周波数偏移幅Δfとし、光速をcとして、距離測定の分解能がc/(2・Δf)に比例することが知られており、Δfを拡大することで高分解能化を実現することができる。しかしながら、高分解能を得るためにΔfを拡大した場合、広帯域化により受信雑音が増加して検知距離が減少するので、遠方の目標物が検知しにくくなるという問題がある。そこで、Δfを大きく設定する代わりに送信出力を下げ、近距離目標物に対する分解能を向上させた近距離測定モードと、これとは逆にΔfを縮小して送信出力を上げ、受信機雑音を低減しつつ検知距離を増加させた遠距離測定モードとを1つの測定系に組み込み、目標物までの距離に応じてモードを切り替えつつ使用可能とした距離測定装置が提案されている(特許文献1)。 It is known that the frequency modulation continuous wave radar has a frequency deviation width Δf of the transmitted wave and a speed of light as c, and the resolution of the distance measurement is proportional to c/(2·Δf). High resolution can be realized. However, when Δf is increased to obtain a high resolution, reception noise increases and the detection distance decreases due to a wider band, which makes it difficult to detect a distant target. Therefore, instead of setting a large Δf, the transmission output is reduced to improve the resolution with respect to a short-range target, and in contrast to this, Δf is reduced to increase the transmission output and reduce receiver noise. A distance measuring device has been proposed in which a long-distance measuring mode in which the detection distance is increased while being incorporated into one measuring system and the mode can be used while switching the mode according to the distance to the target object (Patent Document 1). ..
しかしながら、上記の従来技術に開示された距離測定装置では、遠距離測定モードと近距離測定モードとのいずれを採用するかは、どの目標物を測定したいかに応じてユーザーに選択が委ねられている。このため、距離測定に慣れていないユーザーには、採用しようとするモードが当該目標物の距離測定に適しているか否かの把握が難しい問題がある。例えば、目標物までの距離が近距離と遠距離のいずれであるかが判然としない場合や、広い空間のどこに目標物が存在するかの把握が難しいような場合、ユーザーは2つのモードを適当に選んで測定を行なうこともあり得る。このとき、得られる距離測定結果が目標物までの正しい距離を反映しているかどうかについても、適切な判断ができない問題を生じる。 However, in the distance measuring device disclosed in the above-mentioned related art, which of the long distance measuring mode and the short distance measuring mode is adopted is left to the user to select depending on which target object is to be measured. .. Therefore, there is a problem that it is difficult for a user who is not familiar with distance measurement to know whether or not the mode to be adopted is suitable for distance measurement of the target. For example, when it is not clear whether the distance to the target is short range or long range, or when it is difficult to know where the target exists in a wide space, the user can select two modes. There is a possibility that the measurement may be performed by selecting. At this time, there arises a problem that an appropriate judgment cannot be made as to whether or not the obtained distance measurement result reflects the correct distance to the target object.
本発明の課題は、遠距離測定モードと近距離測定モードとの双方が使用可能な距離測定装置において、目標物までの距離測定に好適なモードがいずれであるかを適切に判別することができ、ひいてはモードの適正化を自動で行うことにより、近距離及び遠距離のいずれの目標物についても満足のゆく距離測定結果を得られるようにすることにある。 An object of the present invention is, in a distance measuring device that can be used in both a long distance measuring mode and a short distance measuring mode, it is possible to appropriately determine which mode is suitable for measuring a distance to a target object. As a result, it is possible to obtain satisfactory distance measurement results for both short-distance and long-distance targets by automatically optimizing the modes.
上記の課題を解決するために、本発明の距離測定装置は、予め定められた線形変調パターンにて周波数が連続変調される送信波形信号を生成する信号生成部と、送信波形信号の入力に基づき周波数が連続変調されるマイクロ波送信波を目標物に向けて送信する送信出力部とを備え、連続変調の周波数偏移幅が第一の帯域幅に設定され送信波の送信強度が第一の送信強度に設定される近距離測定モードと、周波数偏移幅が第一の帯域幅よりも狭い第二の帯域幅に設定され送信波の送信強度が第一の送信強度よりも高い第二の送信強度に設定される遠距離測定モードとが切り替え可能に設定される送信部と、マイクロ波送信波の反射波を受信する受信部と、送信波形信号と受信部の受信波形信号とを混合し、送信波形信号と受信波形信号との周波数差に基づくビート波形信号を出力する混合部と、ビート波形信号の周波数スペクトラムを生成する周波数スペクトラム生成部と、周波数スペクトラム上にて目標物の距離を特定するための強度ピークを取得する強度ピーク取得部とを有する信号処理部と、送信部に対し近距離測定モードを設定してマイクロ波送信波を目標物に向け送信させることにより、信号処理部に近距離測定モード強度ピークを取得させる近距離測定モード測定処理と、送信部に対し遠距離測定モードを設定してマイクロ波送信波を目標物に向け送信させることにより、信号処理部に遠距離測定モード強度ピークを取得させる遠距離測定モード測定処理とを順次実行する測定制御部と、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの間でピーク周波数位置及び受信強度レベルの少なくともいずれかを比較し、該比較結果に基づいて、近距離測定モードと遠距離測定モードとのいずれが適正モードであるかを判定する適正モード判定部と、適正モードにおいて生成された周波数スペクトラム上の強度ピークの周波数位置に基づき目標物までの距離情報を生成する距離情報生成部と、生成された距離情報を出力する距離情報出力部と、を備えたことを特徴する。 In order to solve the above problems, the distance measuring device of the present invention is based on the input of the transmission waveform signal and a signal generation unit that generates a transmission waveform signal whose frequency is continuously modulated in a predetermined linear modulation pattern. And a transmission output unit for transmitting a microwave transmission wave whose frequency is continuously modulated toward a target object, wherein the frequency deviation width of continuous modulation is set to the first bandwidth and the transmission intensity of the transmission wave is the first. The short-range measurement mode is set to the transmission intensity, and the frequency deviation width is set to the second bandwidth which is narrower than the first bandwidth, and the transmission intensity of the transmitted wave is higher than the first transmission intensity. The transmission unit is set to be switchable between the long distance measurement mode set to the transmission intensity, the reception unit that receives the reflected wave of the microwave transmission wave, and the transmission waveform signal and the reception waveform signal of the reception unit are mixed. , A mixing unit that outputs a beat waveform signal based on the frequency difference between the transmission waveform signal and the reception waveform signal, a frequency spectrum generation unit that generates the frequency spectrum of the beat waveform signal, and specify the distance of the target on the frequency spectrum A signal processing unit having an intensity peak acquisition unit for acquiring an intensity peak for the purpose of setting a short-distance measurement mode for the transmission unit and transmitting the microwave transmission wave toward the target object, Short-distance measurement mode Short-distance measurement mode measurement processing that acquires the intensity peak and long-distance measurement in the signal processing unit by setting the long-distance measurement mode for the transmission unit and transmitting microwave transmission waves to the target A measurement control unit that sequentially executes a long-distance measurement mode measurement process for acquiring a mode intensity peak, and at least one of a peak frequency position and a reception intensity level between the short-distance measurement mode intensity peak and the long-distance measurement mode intensity peak. And an appropriate mode determination unit that determines which of the short-distance measurement mode and the long-distance measurement mode is the appropriate mode based on the comparison result, and an intensity peak on the frequency spectrum generated in the appropriate mode. And a distance information output unit that outputs the generated distance information, the distance information generation unit that generates distance information to the target object based on the frequency position.
本発明の距離測定装置においては、連続変調されるマイクロ波送信波の周波数偏移幅と送信強度とが互いに相違する近距離測定モードと遠距離測定モードとを具備し、目標物までの距離測定をそれら近距離測定モードと遠距離測定モードとにより順次実施する。そして、各モードで得られるビート波形信号を周波数スペクトラムに変換し、該周波数スペクトラムから近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとを各々取得する。そして、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの間でピーク周波数位置及び受信強度レベルの少なくともいずれかを比較し、その比較結果に基づいて近距離測定モードと遠距離測定モードとのいずれが適正モードであるかを判定する。これにより、目標物までの距離測定に好適なモードが近距離測定モードと遠距離測定モードとのいずれであるかを適切に判別することができ、ひいては該モードの適正化により、近距離及び遠距離のいずれの目標物についても満足のゆく距離測定結果を得られるようになる。 The distance measuring device of the present invention is provided with a short-distance measuring mode and a long-distance measuring mode in which the frequency deviation width and the transmission intensity of continuously modulated microwave transmission waves are different from each other, and the distance to the target is measured. Are sequentially performed in the short distance measurement mode and the long distance measurement mode. Then, the beat waveform signal obtained in each mode is converted into a frequency spectrum, and the short-distance measurement mode intensity peak and the long-distance measurement mode intensity peak are respectively acquired from the frequency spectrum. Then, at least one of the peak frequency position and the reception intensity level is compared between the short-distance measurement mode intensity peak and the long-distance measurement mode intensity peak, and the short-distance measurement mode and the long-distance measurement mode are based on the comparison result. Which of the two is in the proper mode is determined. Accordingly, it is possible to appropriately determine whether the mode suitable for measuring the distance to the target object is the short-distance measurement mode or the long-distance measurement mode. A satisfactory distance measurement result can be obtained for any target in the distance.
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態である距離測定装置1の電気的構成を示すブロック図である。距離測定装置1は、周波数変調連続波(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave)レーダーの原理に基づいて目標物までの距離を測定する装置として構成され、マイクロプロセッサ部2と、これに接続されるセンサ部3とを有する。マイクロプロセッサ部2は、センサ部3の作動制御部及び信号処理部として機能するものであり、CPU31、RAM32、ROM33、入出力部34とそれらを接続するバス30を有する。センサ部3は、送信側ブロックとして、送信コントローラ35、PLL制御部41、発振回路40、方向性結合器39、送信アンプ38t及び送信アンテナ37tを有する。他方、受信ブロックは、受信アンテナ37r、低雑音アンプ38r、混合部42、入力アンプ44及びA/D変換部45を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a
送信コントローラ35は、マイクロプロセッサ部2から入出力部34を介して送信波の周波数指示値と送信波の出力強度設定指示とを受け、PLL制御部41及び送信アンプ38tの作動制御を行なう。PLL制御部41は、送信コントローラ35から転送される周波数指示値に基づき、発振回路40の発信出力動作を位相同期させた形でフィードバック制御し、周波数が連続的に変調された送信波形信号(詳細は図2を用いて後述する)を該発振回路40に出力させる役割を果たす。すなわち、マイクロプロセッサ部2、送信コントローラ35、PLL制御部41及び発振回路40は、送信波形信号を生成する信号生成部として機能する。
The
発振回路40からの送信波形信号は送信アンプ38tで増幅された後、送信アンテナ37tより周波数が連続変調された送信波として出力される。送信アンプ38tの送信出力は、マイクロプロセッサからの出力強度設定指示を受けて送信コントローラ35から入力されるゲイン設定入力値に基づき調整される。そして、該送信アンプ38tの送信出力は送信アンテナ37tから目標物に向けて送信波として送出される。よって、送信アンプ38t及び送信アンテナ37tは、マイクロ波送信波を目標物に向けて送信する送信出力部として機能する。また、該送信出力部は前述の信号生成部とともに送信部を形成する。
The transmission waveform signal from the
一方、送信波の反射波は受信アンテナ37rにより受信され、その受信波形信号が低雑音アンプ38rで増幅された後、方向性結合器39から分配される送信波形信号と混合部42にて混合される。混合部42からは送信波形信号と受信波形信号とが作るビート波形信号が出力される。該ビート波形信号は入力アンプ44にて増幅され、さらにA/D変換部45によりデジタル化され、入力波形データとしてマイクロプロセッサ部2に入力される。
On the other hand, the reflected wave of the transmitted wave is received by the receiving antenna 37r, the received waveform signal is amplified by the low noise amplifier 38r, and then mixed with the transmitted waveform signal distributed from the
距離測定装置1は、周波数が連続変調される送信波を送信し、目標物によるその反射波を受信する。そして、その送信波形信号と受信波形信号とを混合し、それらの周波数差に基づくビート波形信号を検知信号として抽出し、該ビート波形信号の周波数解析に基づいて目標物までの距離を測定する。図2は送信波の波形の例を示すものであり、周波数偏移幅(占有周波数帯域)と周期とが一定に定められた線形変調パターンに従うものが使用されている。
The
送信波の周波数は、送信波が出てからその反射波が返ってくるまでの期間、すなわち電波飛行期間中にも刻々変化する。その結果、ある時刻に送信された送信波が反射波となって帰ってきたとき、その受信波と受信時点での送信波とを混合すれば、両者の差分周波数に相当する定在波がうなり(ビート)となって発生する。具体的には、検知モジュールから反射体までの距離をR、ビート波形信号の周波数(=送信周波数f1と受信周波数f2の差分周波数)をδf、光速をcとすれば、
δf=2・R・Δf/(c・T)
となる。c、T及びΔfが一定であるから、ビート波形信号の周波数δfは反射体までの距離Rに単純に比例することがわかる。したがって、δfの測定から反射体までの距離Rを直接的に求めることができる。
The frequency of the transmitted wave changes momentarily during the period from the emission of the transmitted wave to the return of the reflected wave, that is, during the radio wave flight period. As a result, when the transmitted wave transmitted at a certain time returns as a reflected wave, if the received wave and the transmitted wave at the time of reception are mixed, a standing wave corresponding to the difference frequency between the two will snarl. It occurs as a (beat). Specifically, if the distance from the detection module to the reflector is R, the frequency of the beat waveform signal (=the difference frequency between the transmission frequency f1 and the reception frequency f2) is δf, and the speed of light is c,
δf=2·R·Δf/(c·T)
Becomes Since c, T and Δf are constant, it can be seen that the frequency δf of the beat waveform signal is simply proportional to the distance R to the reflector. Therefore, the distance R to the reflector can be directly obtained from the measurement of δf.
距離測定装置1においては、上記の送信出力部において、連続変調の周波数偏移幅が第一の帯域幅に設定され送信波の送信強度が第一の送信強度に設定される近距離測定モードと、周波数偏移幅が第一の帯域幅よりも狭い第二の帯域幅に設定され送信波の送信強度が第一の送信強度よりも高い第二の送信強度に設定される遠距離測定モードとが切り替え可能に設定される。図2の下段には近距離測定モードの送信波MPNの例を、図2の上段には遠距離測定モードの送信波MPFの例をそれぞれ示している。
In the
本実施形態においては、近距離測定モードと遠距離測定モードのいずれにおいても、送信波の中心周波数が所定の周波数帯域、例えば、75GHz以上80GHz以下の帯域に設定されている。この程度の高周波帯域を利用することで、例えば目標物が人などの場合、その相対移動に基づくドップラーシフトの影響を受けにくくなる利点が生ずる。近距離測定モードの送信波MPNの周波数偏移幅ΔfNは1GHz以上3GHz以下(例えば2GHz)の広帯域に設定され、距離測定の分解能は例えば10cm〜30cm(例えば15cm)程度に確保されている。また、近距離測定モードの変調周期TNは0.05ms〜0.5ms程度に設定される。他方、遠距離測定モードの送信波MPFの周波数偏移幅ΔfFは300MHz以上1GHz以下(例えば900Mz)の狭帯域に設定され、距離測定の分解能は例えば30cm〜1m(例えば33cm)程度に確保されている。また、遠距離測定モードの送信波MPNの変調周期TFは0.5ms〜1.0ms程度に設定される。 In this embodiment, the center frequency of the transmitted wave is set to a predetermined frequency band, for example, 75 GHz or more and 80 GHz or less in both the short distance measurement mode and the long distance measurement mode. By using the high frequency band of this level, for example, when the target is a person, there is an advantage that it is less likely to be affected by the Doppler shift based on the relative movement of the target. The frequency deviation width Δf N of the transmission wave MPN in the short distance measurement mode is set to a wide band of 1 GHz or more and 3 GHz or less (for example, 2 GHz), and the resolution of distance measurement is secured at, for example, about 10 cm to 30 cm (for example, 15 cm). The modulation cycle T N in the short distance measurement mode is set to about 0.05 ms to 0.5 ms. On the other hand, the frequency deviation width Δf F of the transmission wave MPF in the long distance measurement mode is set to a narrow band of 300 MHz or more and 1 GHz or less (for example, 900 Mz), and the resolution of distance measurement is ensured at, for example, about 30 cm to 1 m (for example, 33 cm). ing. Further, the modulation period T F of the transmission wave MPN in the long distance measurement mode is set to about 0.5 ms to 1.0 ms.
なお、図2はのこぎり波状の線形変調パターンを例示しており、各周期Tの周波数変化率は常時一定である。他方、図14に示すような三角波状の線形変調パターンを採用することも可能である。この場合、周波数変化率の絶対値は一定であるが、符号は半周期(T/2)ごとに反転する。しかし、ビート波形信号の周波数δfは、送信周波数f1と受信周波数f2の差分として出現するので、周波数差分値の符号を無視すれば、のこぎり波状の線形変調パターンを使用する場合と同じである。 Note that FIG. 2 exemplifies a sawtooth wave-like linear modulation pattern, and the frequency change rate of each cycle T is always constant. On the other hand, it is also possible to adopt a triangular wave-shaped linear modulation pattern as shown in FIG. In this case, the absolute value of the frequency change rate is constant, but the sign is inverted every half cycle (T/2). However, since the frequency δf of the beat waveform signal appears as a difference between the transmission frequency f1 and the reception frequency f2, if the sign of the frequency difference value is ignored, it is the same as when using a sawtooth linear modulation pattern.
図1に戻り、マイクロプロセッサ部2のROM33には次のようなプログラムが格納されている。いずれもRAM32を実行エリアとしてCPU31により実行され、個別の機能実現部を具現化する。
・測定制御プログラム33a:送信部に対し近距離測定モードを設定してマイクロ波送信波を目標物に向け送信させることにより信号処理部に近距離測定モード強度ピークを取得させる近距離測定モード測定処理と、送信部に対し遠距離測定モードを設定してマイクロ波送信波を目標物に向け送信させることにより信号処理部に遠距離測定モード強度ピークを取得させる遠距離測定モード測定処理と、を順次実行する機能を実現する。
・デジタルフィルタ(近距離用)33b:近距離測定モードで取得されるビート信号波形データをRAM32のフィルタ処理メモリ32aに取り込み、高調波等に由来したノイズなどを除去するデジタルフィルタリング処理を行なう。ローパスフィルタないしバンドパスフィルタとして構成される。
・デジタルフィルタ(遠距離用)33c:遠距離測定モードで取得されるビート信号波形データについて、デジタルフィルタ(近距離用)33bと同様のデジタルフィルタリング処理を行なう。ローパスフィルタないしバンドパスフィルタとして構成される。
Returning to FIG. 1, the
-Measurement control program 33a: Short-distance measurement mode measurement processing for setting the short-distance measurement mode to the transmission unit and transmitting the microwave transmission wave toward the target object to cause the signal processing unit to acquire the short-distance measurement mode intensity peak And the long-distance measurement mode measurement process in which the signal processing unit acquires the long-distance measurement mode intensity peak by setting the long-distance measurement mode for the transmission unit and transmitting the microwave transmission wave toward the target object. Realize the function to be executed.
Digital filter (for short distance) 33b: The beat signal waveform data acquired in the short distance measurement mode is taken into the filter processing memory 32a of the RAM 32, and digital filtering processing is performed to remove noise and the like derived from harmonics. It is configured as a low pass filter or a band pass filter.
Digital filter (for long distance) 33c: Performs the same digital filtering process as the digital filter (for short distance) 33b on the beat signal waveform data acquired in the long distance measurement mode. It is configured as a low pass filter or a band pass filter.
・FFTモジュール33d:フィルタリング処理後のビート信号波形データをRAM32のFFT処理メモリ32bに取り込み、図3のようにビート波形信号に高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transformation)を施して周波数スペクトラムSpmのデータに変換する。
・ピーク解析プログラム33e:周波数スペクトラムデータをRAM32のピーク解析メモリ32cに取り込み、図3に示すように、周波数スペクトラムSpm上に表れる閾値LT以上の強度ピークPを抽出・取得する処理を行なう。
・適正モード判定プログラム33f:適正モード判定部の機能を実現する。具体的には、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの間で、ピーク周波数位置及び受信強度レベルの少なくとも一方を比較し、該比較結果に基づいて近距離測定モードと遠距離測定モードとのうち、目標物までの距離測定に適した適正モードがいずれであるかを判定する。
FFT module 33d: The beat signal waveform data after the filtering process is fetched into the FFT processing memory 32b of the RAM 32, and the beat waveform signal is subjected to fast Fourier transformation (FFT) as shown in FIG. Convert to.
-Peak analysis program 33e: The frequency spectrum data is loaded into the peak analysis memory 32c of the RAM 32, and as shown in FIG. 3, a process of extracting and acquiring an intensity peak P equal to or higher than the threshold value LT appearing on the frequency spectrum Spm is performed.
Proper mode determination program 33f: Realizes the function of the proper mode determination unit. Specifically, between the short-distance measurement mode intensity peak and the long-distance measurement mode intensity peak, at least one of the peak frequency position and the reception intensity level is compared, and the short-distance measurement mode and the long-distance measurement mode are based on the comparison result. Which of the measurement modes is an appropriate mode suitable for measuring the distance to the target is determined.
次に、1回の高速フーリエ変換を実施するためのビート波形信号のサンプリングデータ長は、近距離測定モード及び遠距離測定モードのいずれにおいても同じに設定されている。また、FFT処理メモリ32bのサイズも、該サンプリングデータ長に応じて定められている。例えば、図2を用いて近距離測定モードを例にとり説明すると、ビート波形信号のサンプリング期間tNは変調周期TNよりも短く設定され、1つの変調周期TNの周波数偏移幅ΔfNを時間軸上で等間隔に分割する形で、同じ時間長を有するサンプリング期間tNが複数設定される。互いに異なるサンプリング期間tNに割り振られる周波数偏移区間は、周波数絶対値は互いに異なるものとなるが、周波数変調パターンMPNが線形であるため各区間の周波数偏移幅及び勾配は全て等価となる。その結果、目標物の位置が変化しなければ、各サンプリング期間tNで得られるビート波形信号も互いに等価なものとなる。この事情は、遠距離測定モードにおいても全く同じであり、ここでも1つの変調周期TF内にて周波数偏移幅ΔfFを時分割する形で、同じサンプリングデータ長を有するサンプリング期間tFが複数設定される。 Next, the sampling data length of the beat waveform signal for performing one fast Fourier transform is set to be the same in both the short distance measurement mode and the long distance measurement mode. The size of the FFT processing memory 32b is also set according to the sampling data length. For example, when taking explaining short-distance measurement mode as an example with reference to FIG. 2, the sampling period t N of the beat waveform signal is set to be shorter than the modulation period T N, the frequency shift width Delta] f N of one modulation period T N A plurality of sampling periods t N having the same time length are set so as to be divided at equal intervals on the time axis. The frequency shift sections assigned to different sampling periods t N have different frequency absolute values, but since the frequency modulation pattern MPN is linear, the frequency shift width and the slope of each section are all equal. As a result, if the position of the target object does not change, the beat waveform signals obtained in each sampling period t N are also equivalent to each other. This circumstance is exactly the same in the long distance measurement mode, and here again, the frequency shift width Δf F is time-divided within one modulation cycle T F , and the sampling period t F having the same sampling data length is Multiple are set.
近距離の目標物は遠距離の目標物よりも距離測定のための電波飛行時間が小さいので、図2に示すように、近距離測定モードのサンプリング期間tNは遠距離測定モードのサンプリング期間tFよりも小さく設定される。上記のように、近距離測定モードと遠距離測定モードにてサンプリングデータ長が同じに設定されることは、各々のサンプリング期間tN及びtFに含まれるビート波形信号のサンプリング点(S1,S2,・・・,Sn)の数nが互いに等しくなることを意味する。すなわち、サンプリング期間内に配列するサンプリング点の時間間隔は近距離測定モードの方が遠距離測定モードよりも密となる。送信波の変調パターンが線形であり、かつ、フーリエ変換の線形写像としての数学的性質から、ビート波形信号をフーリエ変換して得られる周波数スペクトラムのデータ点の周波数軸上での出現間隔もまた、近距離測定モードの方が遠距離測定モードよりも密となる。このことは、近距離測定モードが遠距離測定モードよりも距離測定の分解能が良好であり、かつ、より近くの目標物の距離測定も可能となることに対応している。 Since the short-distance target has a shorter radio flight time for distance measurement than the long-distance target, as shown in FIG. 2, the short-distance measurement mode sampling period t N is the long-distance measurement mode sampling period t. It is set smaller than F. As described above, the setting of the same sampling data length in the short distance measurement mode and the long distance measurement mode means that the sampling points (S1, S2) of the beat waveform signal included in the respective sampling periods t N and t F are included. ,..., Sn) are equal in number n to each other. That is, the time intervals of the sampling points arranged in the sampling period are closer in the short distance measurement mode than in the long distance measurement mode. The modulation pattern of the transmitted wave is linear, and from the mathematical property as a linear mapping of the Fourier transform, the appearance interval on the frequency axis of the data points of the frequency spectrum obtained by Fourier transforming the beat waveform signal is also The short distance measurement mode is denser than the long distance measurement mode. This corresponds to the fact that the short-distance measurement mode has a better distance measurement resolution than the long-distance measurement mode, and also enables the distance measurement of a closer target.
また、近距離測定モードと遠距離測定モードの各サンプリング期間tN及びtFの長さは、それぞれのモードにおける測定可能な距離の最大値を決定するものとなる。具体的には、近距離測定モードにおける測定可能な最大距離RAは、サンプリング期間tNに光速cを乗じて得られる目標物までの1往復分の距離を2で割ることにより、
RA=c・tN・/2
として表される(この距離RAは、以下「あいまい距離」と称することがある)。同様に、遠距離測定モードにおける測定可能な距離の最大値RBは、
RB=c・tF・/2
として表される。さらに、遠距離測定モードの方が近距離測定モードよりも距離測定の分解能が低いため、遠距離測定モードにおいて距離検出が可能となる下限距離RFCは、近距離測定モードにおいて距離検出が可能となる下限距離RNCよりも大きくなる。
The length of each sampling period t N and t F in the short distance measurement mode and the long distance measurement mode determines the maximum measurable distance in each mode. Specifically, the maximum measurable distance RA in the short distance measurement mode is obtained by dividing the distance for one round trip to the target object obtained by multiplying the sampling period t N by the speed of light c by 2.
R A =c·t N ·/2
(This distance RA may be referred to as an "ambiguous distance" hereinafter). Similarly, the maximum value R B of the measurable distance in the long distance measurement mode is
R B =c·t F ·/2
Expressed as Further, since the long distance measurement mode has a lower distance measurement resolution than the short distance measurement mode, the lower limit distance R FC that enables distance detection in the long distance measurement mode enables distance detection in the short distance measurement mode. Is larger than the lower limit distance R NC .
以下、距離測定装置1における距離測定制御の処理の流れについて説明する。
図4は、測定制御プログラムの全体処理の流れを示すフローチャートである。S1では測定モードを近距離測定モードに設定し、S2にて近距離測定モードでの距離測定を行なう。続いてS3では測定モードを遠距離測定モードに設定し、S4にて遠距離測定モードでの距離測定を行なう。なお、近距離測定モードでの距離測定と遠距離測定モードでの距離測定とは順序を入れ替えて実施してもよい。
The process flow of the distance measurement control in the
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the entire processing of the measurement control program. In S1, the measurement mode is set to the short distance measurement mode, and in S2, the distance measurement is performed in the short distance measurement mode. Subsequently, in S3, the measurement mode is set to the long distance measurement mode, and in S4, the distance measurement in the long distance measurement mode is performed. The distance measurement in the short distance measurement mode and the distance measurement in the long distance measurement mode may be performed in reverse order.
図5は、測定処理の詳細を示すフローチャートである。すでに詳細は上記した通りであるが、まずS51にてビート波形信号のサンプリングを行ない、S52にてサンプリングされたビート波形信号データのデジタルフィルタリング処理を行なう。続いてS53において、図3に示すように、フィルタリング処理後のビート波形信号データを高速フーリエ変換処理し、周波数スペクトラムSpmのデータを得る。S54では、該周波数スペクトラムSpm上の閾値LT以上のレベルを有する強度ピークを抽出・取得する。そして、S55では、取得された強度ピークの周波数値から目標物までの距離Rを算出する。近距離測定モード強度ピークのピーク強度レベル(受信強度レベル)LNと、ピーク周波数位置及び算出された測定距離RNとはRAM32内の近距離測定モード結果メモリ32dに、遠距離測定モードで取得した強度ピーク値LFと、ピーク周波数位置及び算出された測定距離RFとは、同じく遠距離測定モード結果メモリ32eにそれぞれ記憶される。なお、目標物が存在しなかったり、種々の理由により距離の測定が実施できなかったりした場合は、近距離測定モード結果メモリ32dないし遠距離測定モード結果メモリ32eに距離の算出結果が記憶されない。 FIG. 5 is a flowchart showing details of the measurement process. Although the details have already been described above, first, the beat waveform signal is sampled in S51, and the beat waveform signal data sampled in S52 is digitally filtered. Subsequently, in S53, as shown in FIG. 3, the beat waveform signal data after the filtering process is subjected to the fast Fourier transform process to obtain the data of the frequency spectrum Spm. In S54, the intensity peak having a level equal to or higher than the threshold value LT on the frequency spectrum Spm is extracted and acquired. Then, in S55, the distance R from the acquired frequency value of the intensity peak to the target object is calculated. Short-distance measurement mode The peak intensity level (reception intensity level) L N of the intensity peak and the peak frequency position and the calculated measurement distance R N are obtained in the short-distance measurement mode result memory 32d in the RAM 32 in the long-distance measurement mode. The intensity peak value L F , the peak frequency position, and the calculated measurement distance R F are similarly stored in the long distance measurement mode result memory 32e. If the target does not exist or the distance cannot be measured for various reasons, the distance calculation result is not stored in the short distance measurement mode result memory 32d or the long distance measurement mode result memory 32e.
図4に戻り、S5において適正モード判定プログラム33fを立ち上げ、適正モード判定処理を行なう。図6に、適正モード判定処理の詳細を示す。まず、S101では、強度ピーク(ないし測定距離)を取得できたのが、近距離測定モードと遠距離測定モードとの一方のみであったか否かを判定する。この場合、適正モード判定部は、強度ピーク取得部が近距離測定モードと遠距離測定モードとの一方のみにおいて強度ピークが取得できた場合に、該強度ピークが取得できたモードを適正モードとするように判定する処理となる。これにより、計測に成功した方のモードが適正モードして自動設定されるので、ユーザーの利便を図ることができる。 Returning to FIG. 4, in S5, the proper mode determination program 33f is started, and proper mode determination processing is performed. FIG. 6 shows details of the appropriate mode determination process. First, in S101, it is determined whether or not the intensity peak (or measurement distance) was acquired in only one of the short distance measurement mode and the long distance measurement mode. In this case, when the intensity peak acquisition unit can acquire the intensity peak in only one of the short distance measurement mode and the long distance measurement mode, the appropriate mode determination unit sets the mode in which the intensity peak can be acquired as the appropriate mode. The determination process is as follows. As a result, the mode that succeeds in the measurement is automatically set as the proper mode, which is convenient for the user.
具体的には、S101において近距離測定モード結果メモリ32d及び遠距離測定モード結果メモリ32eの記憶内容を読み取り、近距離測定モードと遠距離測定モードのいずれについて、ピーク周波数位置及び算出距離が記憶されているか(つまり、距離を検出できたか)を確認する。S102にて、近距離測定モード測定距離RNのみが検出された場合はS103に進み、近距離測定モードを採用する。一方、S102にて近距離測定モード測定距離RNが検出されず、104にて遠距離測定モード測定距離RFのみが検出された場合はS105に進み、遠距離測定モードを採用する。また、近距離測定モードと遠距離測定モードのいずれについても測定距離が検出されていなかった場合はS118に進み、エラーを出力する。 Specifically, in S101, the stored contents of the short distance measurement mode result memory 32d and the long distance measurement mode result memory 32e are read, and the peak frequency position and the calculated distance are stored for both the short distance measurement mode and the long distance measurement mode. Check (that is, whether the distance can be detected). In S102, when only the short distance measurement mode measurement distance R N is detected, the process proceeds to S103, and the short distance measurement mode is adopted. On the other hand, when the short distance measurement mode measurement distance R N is not detected in S102 and only the long distance measurement mode measurement distance R F is detected in 104, the process proceeds to S105, and the long distance measurement mode is adopted. If the measured distance is not detected in either the short distance measurement mode or the long distance measurement mode, the process proceeds to S118 and an error is output.
続いて、S101にて強度ピーク(ないし測定距離)を取得できたのが、近距離測定モードと遠距離測定モードとの双方であった場合はS106に進む。このステップでは、取得された近距離測定モード測定距離RNと遠距離測定モード測定距離RFとの間に大きな隔たりがあるか否かを判定している。具体的には、これら距離の差分|RF−RN|が、予め定められた値ε(例えば、RFとRNの大きい方の値の10%など)よりも小さい場合、近距離測定モード測定距離RNと遠距離測定モード測定距離RFとはほぼ等しいと判断する。そして、S106において|RF−RN|≧εであり、近距離測定モード測定距離RNと遠距離測定モード測定距離RFとの間に顕著な差があると判断された場合はS110に進み、遠距離測定モード測定距離RFと前述のあいまい距離RAとを比較する処理を行なう。この比較結果においてRF>RAの場合の処理はS111以下の処理となるが、その詳細について後述する。 Subsequently, if the intensity peak (or measurement distance) can be acquired in S101 in both the short distance measurement mode and the long distance measurement mode, the process proceeds to S106. In this step, it is determined whether or not there is a large gap between the acquired short distance measurement mode measurement distance R N and long distance measurement mode measurement distance R F. Specifically, when the difference |R F −R N | between these distances is smaller than a predetermined value ε (for example, 10% of the larger value of R F and R N ), the near distance measurement is performed. It is determined that the mode measurement distance R N and the long distance measurement mode measurement distance R F are substantially equal. If |R F −R N |≧ε in S106 and it is determined that there is a significant difference between the short distance measurement mode measurement distance RN and the long distance measurement mode measurement distance R F , the process proceeds to S110. Going forward, the process of comparing the long distance measurement mode measurement distance R F with the aforementioned ambiguous distance R A is performed. In the comparison result, the process in the case of R F >R A is the process from S111 onward, and the details will be described later.
他方、S110にてRF≦RAの場合はS113以下の処理に進む。該処理においては、近距離測定モードと遠距離測定モードとの双方において強度ピークが取得できた場合に、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置の比較に基づき、遠距離測定モード強度ピークが目標物との間の多重反射に由来した多重反射ピークであるか否かを判別する。そして、遠距離測定モード強度ピークが多重反射ピークであると判別された場合は近距離測定モードを適正モードとするように判定する。なお、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置の比較は、各周波数位置が示す近距離測定モード測定距離RNと遠距離測定モード測定距離RFとの比較と処理上は等価なものとみなす。 On the other hand, if R F ≦R A in S110, the process proceeds to S113 and thereafter. In the processing, when the intensity peaks can be acquired in both the short distance measurement mode and the long distance measurement mode, the long distance is calculated based on the comparison of the frequency positions of the short distance measurement mode intensity peak and the long distance measurement mode intensity peak. It is determined whether or not the distance measurement mode intensity peak is a multiple reflection peak derived from multiple reflection with the target. When it is determined that the long-distance measurement mode intensity peak is the multiple reflection peak, the short-distance measurement mode is determined to be the proper mode. The comparison of the frequency positions of the short-distance measurement mode intensity peak and the long-distance measurement mode intensity peak is performed by comparing and processing the short-distance measurement mode measurement distance R N and the long-distance measurement mode measurement distance R F indicated by each frequency position. The above is considered equivalent.
図7の左は、測定装置1からのマイクロ波送信波が目標物により通常反射して戻る場合を、同じく右は多重反射して戻る場合を示している。送受信のための電波飛行距離は、n次の多重反射MRが生じた場合、通常反射SRの場合のn倍に増加する。従って、多重反射MRが生じた場合の測定距離は、通常反射SRにより正常に測定される測定距離よりも大きい値として誤検出されることとなる。こうした多重反射は、電波送信強度の大きい遠距離測定モード測定時において、目標物が比較的近距離に存在する場合に起きやすい傾向にある。よって、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置の比較に基づき、遠距離測定モードでの多重反射による誤検出を判別することで、多重反射の影響を受けにくい近距離測定モードを適正モードとして自動設定でき、より信頼度の高い距離検出が可能となる。
The left side of FIG. 7 shows a case where the microwave transmission wave from the measuring
例えば、図8に示すように|RF−RN|<εとなる場合、すなわち、近距離測定モード測定距離RNと遠距離測定モード測定距離RFとがほぼ等しいと判別された場合は、遠距離測定モードでの多重反射による誤検出の可能性は低いと判断できる。この場合、遠方の目標物に対する距離測定には遠距離測定モードが適しており、比較的近くの目標物に対する距離測定には近距離測定モードが適していると判断できることから、図6においてはS106からS107に進み、近距離測定モード測定距離RNと遠距離測定モード測定距離RFとを代表値(例えば、両者の平均値(RF+RN)/2)で置き換え、近距離と遠距離とを区別するための所定の閾値R0と該代表値とを比較する。そして、近距離と判断された場合はS108に進んで近距離測定モードを採用し、遠距離と判断された場合はS109に進んで遠距離測定モードを採用する。 For example, when |R F −R N |<ε as shown in FIG. 8, that is, when it is determined that the short distance measurement mode measurement distance R N and the long distance measurement mode measurement distance R F are substantially equal to each other. It can be judged that the possibility of erroneous detection due to multiple reflection in the long distance measurement mode is low. In this case, it can be determined that the long-distance measurement mode is suitable for distance measurement for a distant target object, and the short-distance measurement mode is suitable for distance measurement for a relatively close target object. Therefore, in FIG. 6, S106. To S107, the short-distance measurement mode measurement distance R N and the long-distance measurement mode measurement distance R F are replaced with a representative value (for example, the average value of both (R F +R N )/2) to obtain the short-distance and long-distance. A predetermined threshold value R 0 for distinguishing between and the representative value is compared. If it is determined that the distance is short, the process proceeds to S108 to adopt the short distance measurement mode, and if it is determined to be the long distance, the process proceeds to S109 to adopt the long distance measurement mode.
一方、S106において|RF−RN|≧εとなり、S110にてRF<RAの場合のS113以下の処理においては、遠距離測定モードに対する多重反射判定を、以下のようにして行なう。まず、|RF−RN|≧εとなる状態は、「近距離測定モード強度ピークの周波数位置が示す近距離測定モード距離RNと遠距離測定モード強度ピークの周波数位置が示す遠距離測定モード距離RFとの間に予め定められた範囲εを超える差が生じている状態」、つまり「RNとRFとの間に相当の差が生じた状態」ことを意味する。このとき、S113において、遠距離測定モードにおいて距離検出が可能となる下限距離RFCよりも近距離測定モード距離RNが小さく(RN<RFc)、かつ、遠距離測定モード距離RFが予め定められた近距離基準値R0よりも小さい場合(RF<R0)は、遠距離測定モード強度ピークは多重反射ピークであると判別し、S114に進んで近距離測定モードを採用する。 On the other hand, in S106, |R F −R N |≧ε, and in the case of R F < RA in S110, the multiple reflection determination for the long-distance measurement mode is performed in the following processes in S113. First, | R F -R N | a ≧ epsilon state, long distance measurement shown the frequency position of the short distance measurement mode distance R N and the long distance measurement mode intensity peak indicating the frequency location of the "near measurement mode intensity peaks It means that the difference between the mode distance R F and the mode distance R F exceeds a predetermined range ε”, that is, “the condition that a considerable difference occurs between R N and R F ”. At this time, in S113, the short distance measurement mode distance R N is smaller than the lower limit distance R FC at which the distance can be detected in the long distance measurement mode ( RN <R F c ), and the long distance measurement mode distance R F Is smaller than a predetermined short-distance reference value R 0 (R F <R 0 ), it is determined that the long-distance measurement mode intensity peak is a multiple reflection peak, and the process proceeds to S114 to adopt the short-distance measurement mode. To do.
上記条件が成立したとき、遠距離測定モード測定での結果を多重反射とみなす理由は次の2つである:
・RN<RFc及びRF<R0のいずれの条件も、目標物が測定装置に相当近接していることを示し、遠距離測定モードでは多重反射につながる高強度の送信波を受けやすい状態になっている;
・RN<RFcの条件は、近距離測定モードで検出された目標物が遠距離測定モードの下限距離RFcよりも近くに位置しており、遠距離測定モードでは本来は検出されるべきではないことを意味する。それにもかかわらず遠距離測定モードで距離検出されたということは、多重反射の影響により下限距離RFCを超えて電波飛行距離が伸びた結果であると考えられる。
When the above conditions are met, there are two reasons to consider the result in long-distance measurement mode as multiple reflection:
・ Both of the conditions of R N <R F c and R F <R 0 indicate that the target object is considerably close to the measuring device, and in the long-distance measurement mode, the high-intensity transmitted wave that leads to multiple reflection is received. In an easy state;
The condition of R N <R F c is that the target object detected in the short-distance measurement mode is located closer than the lower limit distance R F c in the long-distance measurement mode. It means that it should not be done. Nevertheless, the fact that the distance is detected in the long distance measurement mode is considered to be the result of the radio wave flight distance extending beyond the lower limit distance R FC due to the influence of multiple reflection.
よって、上記の方式の採用により、遠距離測定モードにおける多重反射発生の判定を正確に行うことができる。図9は、その事例を示すものである。遠距離測定モード距離RFは近距離測定モード距離RNのほぼ2倍となっており、遠距離測定モードにて2次の多重反射が生じた場合に相当する。つまり、|RF−RN|>εであり、かつR0>RF及びRFc>RNの条件を充足しているので、近距離測定モードが適正モードと判定され、測定値として近距離測定モード距離RNが採用されている。 Therefore, by adopting the above method, it is possible to accurately determine the occurrence of multiple reflection in the long distance measurement mode. FIG. 9 shows an example thereof. The long-distance measurement mode distance R F is almost twice the short-distance measurement mode distance R N , which corresponds to the case where secondary multiple reflection occurs in the long-distance measurement mode. That, | R F -R N |> is epsilon, and because they meet the condition of R 0> R F and R Fc> R N, short distance measurement mode is determined that proper mode, near a measure The distance measurement mode distance R N is adopted.
他方、S113において、RN<RFc及びRF<R0のうち一方でも不成立の場合は、遠距離測定モードにおいて多重反射が発生している可能性が低いとみなし、S115に進む。この場合は、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとのうち受信強度レベルを高く生じている方のモードを適正レベルとして判定する。すなわち、近距離測定モード強度ピークの強度レベル(受信強度レベル)をLN、遠距離測定モード強度ピークの強度レベルをLFとして、LN>LFのときはS116に進んで近距離測定モードを採用し、そうでない場合はS117に進んで遠距離測定モードを採用する。 On the other hand, if one of R N <R F c and R F <R 0 is not satisfied in S113, it is considered that multiple reflection is unlikely to occur in the long distance measurement mode, and the process proceeds to S115. In this case, of the short-distance measurement mode intensity peak and the long-distance measurement mode intensity peak, the mode in which the reception intensity level is high is determined as the appropriate level. That is, the intensity level (reception intensity level) of the short-distance measurement mode intensity peak is L N , and the intensity level of the long-distance measurement mode intensity peak is L F. When L N >L F , the process proceeds to S116, and the short-distance measurement mode is performed. If not, the process proceeds to S117 to adopt the long-distance measurement mode.
図10は、その事例を示すものであり、遠距離測定モード距離RFは近距離測定モード距離RNとの間に差が生じており、|RF−RN|>εを充足している(しかし、RFはRN遠の整数倍になっていない)。そして、R0>RFは充足しているが、RFc>RNは充足していない。そこで、近距離測定モードと遠距離測定モードの各ピークの強度レベルLN,LFが比較され、LN>LFとなっていることから、近距離測定モードが適正モードと判定され、測定値として近距離測定モード距離RNが採用されている。 FIG. 10 shows an example thereof, and there is a difference between the long-distance measurement mode distance R F and the short-distance measurement mode distance R N, and |R F −R N |>ε is satisfied. (However, R F is not an integral multiple of R N far). And, although R 0> R F is satisfied, R Fc> R N is not satisfied. Therefore, the intensity levels L N and L F of the peaks in the short-distance measurement mode and the long-distance measurement mode are compared with each other, and L N >L F is satisfied. Therefore, the short-distance measurement mode is determined to be the proper mode, and the measurement is performed. The short range measurement mode distance R N is adopted as the value.
図6に戻り、次に、S110において、遠距離測定モード測定距離RFがあいまい距離RAを超えていた場合の処理について説明する。遠距離測定モード測定距離RFと近距離測定モード測定距離RNとに大きな差が発生する状況は、上記のように遠距離測定モード測定で多重反射が発生する場合だけでなく、近距離測定モード測定のあいまい距離RAを超えてやや遠方に存在する目標物が、近距離測定モードにおいて、データ処理上の都合により本来よりも小さく測定されてしまう場合にも発生しうる。以下、その詳細につき説明する。 Returning to FIG. 6, next, in S110, the processing when the long distance measurement mode measurement distance R F exceeds the ambiguous distance R A will be described. Situation where a large difference is generated in the long-distance measurement mode measurement distance R F and near measurement mode measurement distance R N is not only when the multiple reflection occurs in the long distance measurement mode measurement as described above, near field measurements This may also occur in the case where a target existing slightly farther than the ambiguous distance RA of the mode measurement is measured smaller than it should be in the short distance measurement mode due to data processing. The details will be described below.
図2を用いてすでに説明したごとく、近距離測定モードにて線形変調パターンMPNの一つの周期TNは、サンプリングデータ長が一定となる複数のサンプリング期間tNに区切られる。そして、変調の周期TN内にて新たなサンプリング期間tNが到来するごとにビート波形信号のデータサンプリングが実行され、サンプリングされた波形データに基づいて周波数スペクトラムが更新される。そのサンプリング期間tNの起点に相当する周波数位置は距離測定のゼロ点を与える。また、サンプリング期間tNの終点に対応する周波数位置は、サンプリング期間tN内にて測定可能な最大距離、すなわち、あいまい距離RAに対応する。このとき、送信波が目標物に反射されて返ってくるまでの電波飛行時間を無制限に長く設定できれば、測定可能な距離の上限は装置の検出感度が確保されている限り制約がない。しかし、上記のように1回の距離測定のためのサンプリングデータ長が一定に制限されると、測定可能な距離の上限も、あいまい距離RAにより制約されることとなる。 As already described with reference to FIG. 2, one cycle T N of the linear modulation pattern MPN in the short distance measurement mode is divided into a plurality of sampling periods t N in which the sampling data length is constant. Then, each time a new sampling period t N arrives within the modulation cycle T N , data sampling of the beat waveform signal is executed, and the frequency spectrum is updated based on the sampled waveform data. The frequency position corresponding to the starting point of the sampling period t N gives the zero point of the distance measurement. The frequency position corresponding to the end point of the sampling period t N corresponds to the maximum measurable distance within the sampling period t N , that is, the fuzzy distance RA . At this time, if the radio wave flight time until the transmitted wave is reflected by the target object and returned can be set to be unlimited, the upper limit of the measurable distance is not limited as long as the detection sensitivity of the device is secured. However, if the sampling data length for one distance measurement is limited to a certain value as described above, the upper limit of the measurable distance is also limited by the fuzzy distance RA .
図11に示すように、例えば目標物が近距離測定モードの最大距離、すなわちあいまい距離RAを少し超えた距離RF’ に存在している状況を考える。距離RF’に対応する周波数偏移幅wf’は、変調パターンMPNの1周期の周波数偏移幅ΔfN(図2)に収まっており、一見正確な測定が可能なように思われる。しかし、実際には、この場合の距離RF’の測定に必要な電波飛行時間τTがサンプリング期間tNを超えており、あるサンプリング期間の開始点S0で出力された送信波の反射波は、次のサンプリング期間に食い込んだタイミングで受信される。すると、その目標物の距離測定は、次のサンプリング期間の開始点S0'を起点としてなされる形となってしまうのである。その結果、計測される距離RFは、次のサンプリング期間の開始点S0'を基準とした周波数偏移幅wfに基づき、これに対応する電波飛行時間τFを用いて算出されるので、実際の距離RF’からあいまい距離RAを減じた値として誤測定されることとなる。このとき、対応する強度ピークPFは、あいまい距離RAからはみ出した期間が折り返された形で距離軸上に出現する。 As shown in FIG. 11, for example, consider a situation in which the target object is present at the maximum distance in the short-distance measurement mode, that is, at a distance R F ′ that slightly exceeds the fuzzy distance RA . The frequency shift width wf′ corresponding to the distance R F ′ is within the frequency shift width Δf N (FIG. 2) of one period of the modulation pattern MPN, and it seems that accurate measurement is possible. However, in reality, the radio wave flight time τ T required for measuring the distance R F'in this case exceeds the sampling period t N , and the reflected wave of the transmitted wave output at the start point S0 of a certain sampling period is , It will be received at the timing of cutting into the next sampling period. Then, the distance measurement of the target object becomes a form starting from the starting point S0′ of the next sampling period. As a result, the measured distance R F is calculated based on the frequency shift width wf based on the start point S0′ of the next sampling period and the corresponding radio wave flight time τ F. and thus are erroneously as the distance R F 'value obtained by subtracting the ambiguity distance R a from the measurement. At this time, the corresponding intensity peak P F appears on the distance axis in a form in which the period protruding from the ambiguous distance RA is folded.
つまり、近距離測定モードでは、上記のような位置に目標物が存在する場合、あいまい距離RAの影響により測定距離RFが実際の距離RF’よりも小さく誤測定されてしまう不具合が生じうる。しかし、この不具合は、測定可能な距離の上限が大きい遠距離測定モードでは原理的に生じない。よって、あいまい距離(最大距離)RAよりも遠方に目標物が存在することに由来して、実距離RF’よりも小さい距離が誤測定される可能性がある場合には、近距離測定モードと遠距離測定モードとの双方において強度ピークが取得できたとき、近距離測定モード強度ピークと遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置(あるいは測定距離)の比較に基づき、近距離測定モード距離RNについて上記要因による誤測定であるか否かを判別することができる。そして、誤測定であると判別された場合は遠距離測定モードが適正モードとなるように判定を行なう。 That is, in the short-distance measurement mode, when the target object is present at the position as described above, the measurement distance R F becomes smaller than the actual distance R F ′ due to the influence of the ambiguous distance R A , which causes a malfunction. sell. However, this problem does not occur in principle in the long distance measurement mode in which the upper limit of the measurable distance is large. Therefore, when there is a possibility that a distance smaller than the actual distance R F ′ is erroneously measured due to the existence of the target object at a distance farther than the ambiguous distance (maximum distance) R A , the short distance measurement is performed. When the intensity peak can be acquired in both the long range measurement mode and the long range measurement mode, the short range measurement mode distance is calculated based on the comparison of the frequency position (or measurement distance) between the short range measurement mode intensity peak and the long range measurement mode intensity peak. for R N it can be determined whether or not the measurement error due to the factors. When it is determined that the measurement is erroneous, the determination is made so that the long distance measurement mode becomes the proper mode.
具体的には、図6において、近距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて算出される近距離測定モード距離RNと遠距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて算出される遠距離測定モード距離RFとの間に予め定められた値を超える差εが生じており(|RF−RN|>ε:S106→S110)、かつ、遠距離測定モード距離RFがあいまい距離RA(近距離測定モードにてサンプリング期間内に測定可能な最大距離)よりも大きい場合に(RN>RA:S110→S111)、S111にて、近距離測定モード距離RNと最大距離RAの自然数(n:n≧1)倍との合計値RN+RA×nと、遠距離測定モード距離RFとの差が予め定められた値δ(例えば、(RN+RA×n)とRFとの大きい方の値の10%など)内に収まっているか否かを調べる。図11にて説明したごとく、近距離測定モード距離RNは、あいまい距離RA(あるいは、RA×nの値)を加算して折り返しの影響を補うことにより、実距離RF’に近づくはずである。他方、遠距離測定モード距離RFはあいまい距離RAの影響を受けないから、これが実際の距離RF’を反映していると考えれば、RN+RA×nとRFとの一致度を評価することで、近距離測定モード距離RNがあいまい距離RAに由来した誤測定であるか否かを的確に判別できる。 Specifically, in FIG. 6, the short-distance measurement mode distance R N calculated based on the frequency position of the short-distance measurement mode intensity peak and the long-distance measurement calculated based on the frequency position of the long-distance measurement mode intensity peak. A difference ε exceeding a predetermined value is generated with the mode distance R F (|R F −R N |>ε:S106→S110), and the long distance measurement mode distance R F is an ambiguous distance R. If it is larger than A (maximum distance measurable within the sampling period in the short distance measurement mode) ( RN > RA :S110→S111), in S111, the short distance measurement mode distance R N and the maximum distance R A difference δ between a total value R N + RA ×n that is a natural number (n:n≧1) times A and a long distance measurement mode distance R F is a predetermined value δ (for example, ( RN + RA ×n ) And R F , such as 10% of the larger value). As described with reference to FIG. 11, the short-distance measurement mode distance R N approaches the actual distance R F ′ by adding the ambiguous distance R A (or the value of R A ×n) to compensate for the influence of aliasing. Should be. On the other hand, since the long distance measurement mode distance R F is not affected by the fuzzy distance R A , if it is considered that this reflects the actual distance R F ′, the degree of coincidence between R N +R A ×n and R F can be considered. It is possible to accurately determine whether or not the short-distance measurement mode distance R N is an erroneous measurement derived from the ambiguous distance R A.
図12は、その測定事例を示すものであり、実線で示す遠距離測定モード距離RFが近距離測定モードでは、あいまい距離RAによって折り返しを1回受けた近距離測定モード距離RNとなっている。この場合は、S111にて|RF−(RN+RA×1) | <εとなっているか否かを判別するとともに、|RF−(RN+RA×1)|<δとなる場合にあいまい距離の影響を受けたとみなしてS112に進み、遠距離測定モードを適正モードとする判定を行ない、測定値として遠距離測定モード距離RFが採用される。また、目標物までの距離によっては、折り返しの影響が複数回(n回:n>2)生じることもあり得る。例えば、あいまい距離RAが20mであり、目標物の距離が50mである場合、近距離測定モード距離RNは2回の折り返しが生じる結果(つまり、n=2)、10mと測定される。すなわち、折り返しが2回以上生じている場合も考慮すれば、S111にて自然数nの値を順次1ずつ増やしつつ|RF−(RN+RA×n) | の値を計算し、nが2以上のある値となったときに|RF−(RN+RA×n) | <δが成立していれば、あいまい距離の影響を受けたとみなし、遠距離測定モードを適正モードとする判定を行なうようにする。例えば図12においては、破線で示す遠距離測定モード距離RF’が、近距離測定モードでは、あいまい距離RAによって折り返しを3回受けた近距離測定モード距離RNとなっている。 FIG. 12 shows an example of the measurement. In the short-distance measurement mode, the long-distance measurement mode distance R F shown by the solid line is the short-distance measurement mode distance R N that has been folded once by the fuzzy distance RA . ing. In this case, it is determined in S111 whether or not |R F −(R N +R A ×1)| <ε, and |R F −(R N +R A ×1)|<δ In this case, it is considered that the influence of the ambiguous distance is reached, and the process proceeds to S112 to determine that the long distance measurement mode is the proper mode, and the long distance measurement mode distance R F is adopted as the measurement value. Further, depending on the distance to the target object, the influence of folding may occur a plurality of times (n times: n>2). For example, if the fuzzy distance R A is 20 m and the target distance is 50 m, the short range measurement mode distance R N is measured as 10 m, which results in two turns (ie n=2). That is, considering the case where aliasing occurs more than once, while increasing one by one the value of the natural number n at S111 | R F - (R N + R A × n) | values and calculations, n is when a two or more of the values | R F - (R n + R a × n) | < if δ is satisfied, it is considered that the impact of ambiguity distance, the long-distance measurement mode proper mode Make a decision. 12 For example, the long-distance measurement mode distance R F 'indicated by a broken line, the short distance measurement mode, and has a vague distance R A short distance measurement mode Distance received three times the folded by R N.
一方、S111にて、|RF−(RN+RA×n)|≧δとなり、RFと(RN+RA)との間に無視できない差が生じていた場合は、あいまい距離RAの影響を受けた不具合ではないと判断し、S115に進む。以下は、遠距離測定モードにおいて多重反射が発生している可能性が低いと判断された場合と同じ処理となる。図13は、その事例を示すものである。すなわち、|RF−(RN+RA×n) | <δが充足されておらず、近距離測定モードと遠距離測定モードの各ピークの強度レベルLN,LFが比較された結果、LN<LFとなっていることから、遠距離測定モードが適正モードと判定され、また、測定値として遠距離測定モード距離RFが採用されている。 On the other hand, in S111, |R F −(R N +R A ×n)|≧δ, and when there is a non-negligible difference between R F and (R N +R A ), the ambiguous distance R A It is determined that the defect is not affected by the above, and the process proceeds to S115. The following process is the same as the process performed when it is determined that multiple reflection is unlikely to occur in the long distance measurement mode. FIG. 13 shows such an example. That is, |R F −(R N +R A ×n)| <δ is not satisfied, and the intensity levels L N and L F of the peaks in the short distance measurement mode and the long distance measurement mode are compared, Since L N <L F , the long distance measurement mode is determined to be the proper mode, and the long distance measurement mode distance R F is used as the measurement value.
以上のようにして適正モード判定処理が実行され、距離測定のための適正モードが決定される。その後、図4の処理に戻り、S6にて、図1の各モードの結果メモリ32d,32eの記憶内容のうち、適正モードと判定された方の測定距離が読み出され、出力される。図1に示すように、該測定距離は、適正モードとして採用された測定モードの種別の情報とともに出力される。S7にて処理終了でなければS1に戻り、以下の処理を繰り返す。 The appropriate mode determination process is executed as described above, and the appropriate mode for distance measurement is determined. After that, returning to the process of FIG. 4, in S6, of the stored contents of the result memories 32d and 32e of each mode of FIG. 1, the measured distance determined to be the proper mode is read and output. As shown in FIG. 1, the measurement distance is output together with information on the type of measurement mode adopted as the proper mode. If the process is not completed in S7, the process returns to S1 and the following processes are repeated.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図4の測定制御プログラムの処理の流れでは、1回の距離測定ごとに近距離測定モードでの測定と遠距離測定モードでの測定とをその都度繰り返し、どちらが適正モードであるかを毎回繰り返し判定するようにしていた。しかし、距離測定の目標物の存在状況が頻繁に変化しないような場合は、最初の1回目の測定時に図4のS1〜S5の流れを実行して適正モードを決定し、その後は状況に応じて決定した適正モードを維持しつつ測定を繰り返すように構成することもできる。図15に、その場合の処理の例を示している。S1〜S7までの処理は図4と同じである。そして、S7にて処理終了でなければS8に進み、適正モードの再判定を行なうか否かを判断する処理を行なう。例えば目標物に対する距離測定結果が、測定を繰り返すにつれて接近方向ないし離間方向に変化しているような場合、その測定距離が、近距離と遠距離との境界を定める所定の閾値をまたぐ変化が生じたとき、S8において適正モードの再判定が必要と判断する。この場合は、S1〜S5の流れに戻り、適正モードの再設定処理を行なう。一方、測定距離に上記閾値をまたぐ変化が生じていない場合は、S8において適正モードの再判定は不要と判断し、現在の適正モードを維持しつつS9に進んで、図5の測定処理を実施する。測定処理が終了すればS6に戻り、結果出力を行なう。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this. For example, in the processing flow of the measurement control program of FIG. 4, the measurement in the short distance measurement mode and the measurement in the long distance measurement mode are repeated for each distance measurement, and which is the proper mode each time. I was trying to judge repeatedly. However, when the existence condition of the target object for distance measurement does not change frequently, the flow of S1 to S5 in FIG. The measurement may be repeated while maintaining the proper mode determined by the above. FIG. 15 shows an example of processing in that case. The processing from S1 to S7 is the same as in FIG. Then, if the process is not completed in S7, the process proceeds to S8, and a process of determining whether or not to re-determine the proper mode is performed. For example, when the distance measurement result for the target object changes in the approaching direction or the separating direction as the measurement is repeated, the measured distance changes beyond a predetermined threshold value that defines the boundary between the short distance and the long distance. If so, it is determined that it is necessary to re-determine the proper mode in S8. In this case, the process returns to S1 to S5 to perform the proper mode resetting process. On the other hand, if the measured distance does not change beyond the threshold value, it is determined in S8 that the proper mode does not need to be re-determined, the current proper mode is maintained, and the process proceeds to S9 to perform the measurement process of FIG. To do. When the measurement process ends, the process returns to S6 and the result is output.
1 距離測定装置
2 マイクロプロセッサ部
3 センサ部
30 バス
31 CPU
32 RAM
33 ROM
33a 測定制御プログラム
33b デジタルフィルタ(近距離用)
33c デジタルフィルタ(遠距離用)
33dFFTモジュール
33e ピーク解析プログラム
33f 適正モード判定プログラム
34 入出力部
35 送信コントローラ
38t 送信アンプ
37t 送信アンテナ
37r 受信アンテナ
38r 低雑音アンプ
39 方向性結合器
40 発振回路
41 PLL制御部
42 混合部
44 入力アンプ
45 A/D変換部
1
32 RAM
33 ROM
33a Measurement control program 33b Digital filter (for short distance)
33c Digital filter (for long distance)
33d FFT module 33e Peak analysis program 33f Appropriate
Claims (6)
前記マイクロ波送信波の反射波を受信する受信部と、
前記送信波形信号と前記反射波の前記受信部による受信波形信号とを混合し、前記送信波形信号と前記受信波形信号との周波数差に基づくビート波形信号を出力する混合部と、前記ビート波形信号の周波数スペクトラムを生成する周波数スペクトラム生成部と、前記周波数スペクトラム上にて前記目標物の距離を特定するための強度ピークを取得する強度ピーク取得部とを有する信号処理部と、
前記送信部に対し前記近距離測定モードを設定して前記マイクロ波送信波を前記目標物に向け送信させることにより、前記信号処理部に近距離測定モード強度ピークを取得させる近距離測定モード測定処理と、前記送信部に対し前記遠距離測定モードを設定して前記マイクロ波送信波を前記目標物に向け送信させることにより、前記信号処理部に遠距離測定モード強度ピークを取得させる遠距離測定モード測定処理とを順次実行する測定制御部と、
前記近距離測定モード強度ピークと前記遠距離測定モード強度ピークとの間でピーク周波数位置及び受信強度レベルの少なくともいずれかを比較し、該比較結果に基づいて、前記近距離測定モードと前記遠距離測定モードのいずれが前記目標物までの距離測定に適した適正モードであるかを判定する適正モード判定部と、
前記適正モードにて生成された前記周波数スペクトラム上の前記強度ピークの周波数位置に基づき前記目標物までの距離情報を生成する距離情報生成部と、
生成された前記距離情報を出力する距離情報出力部と、
を備えたことを特徴する距離測定装置。 A signal generator that generates a transmission waveform signal whose frequency is continuously modulated according to a predetermined modulation pattern, and transmits a microwave transmission wave whose frequency is continuously modulated based on the input of the transmission waveform signal, toward a target object. And a transmission output unit for performing the continuous modulation frequency deviation width is set to a first bandwidth, the transmission intensity of the transmission wave is set to a first transmission intensity short-distance measurement mode, the frequency deviation The distance measurement mode in which the transfer width is set to a second bandwidth narrower than the first bandwidth and the transmission strength of the transmission wave is set to a second transmission strength higher than the first transmission strength is A transmitter that is set to be switchable,
A receiving unit for receiving a reflected wave of the microwave transmission wave,
A mixing unit that mixes the transmission waveform signal and a reception waveform signal of the reflected wave by the reception unit, and outputs a beat waveform signal based on a frequency difference between the transmission waveform signal and the reception waveform signal, and the beat waveform signal. A signal processing section having a frequency spectrum generating section for generating a frequency spectrum of, and an intensity peak acquiring section for acquiring an intensity peak for specifying the distance of the target on the frequency spectrum,
A short-distance measurement mode measurement process that causes the signal processing unit to acquire a short-distance measurement mode intensity peak by setting the short-distance measurement mode for the transmission unit and transmitting the microwave transmission wave toward the target object. And a long-distance measurement mode in which the signal processing unit acquires the long-distance measurement mode intensity peak by setting the long-distance measurement mode to the transmission unit and transmitting the microwave transmission wave toward the target object. A measurement control unit that sequentially executes measurement processing,
At least one of the peak frequency position and the reception intensity level is compared between the short-distance measurement mode intensity peak and the long-distance measurement mode intensity peak, and the short-distance measurement mode and the long-distance distance are based on the comparison result. An appropriate mode determination unit that determines which of the measurement modes is an appropriate mode suitable for measuring the distance to the target,
A distance information generation unit that generates distance information to the target object based on the frequency position of the intensity peak on the frequency spectrum generated in the proper mode;
A distance information output unit that outputs the generated distance information,
A distance measuring device comprising:
前記距離情報生成部は、前記近距離測定モードと前記遠距離測定モードの双方において、前記サンプリング期間の起点に相当する周波数位置を距離測定のゼロ点に対応させ、前記サンプリング期間の終点に対応する周波数位置を前記サンプリング期間内に測定可能な最大距離とする形で前記目標物までの距離情報を生成するものであり、
前記適正モード判定部は、前記強度ピーク取得部が前記近距離測定モードと前記遠距離測定モードとの双方において前記強度ピークが取得できた場合に、前記近距離測定モード強度ピークと前記遠距離測定モード強度ピークとの周波数位置の比較に基づき、前記近距離測定モードにおいて、前記近距離測定モード強度ピークの周波数位置に基づいて前記距離情報生成部が生成する近距離測定モード距離が、前記サンプリング期間内に測定可能な最大距離よりも前記目標物が遠方に存在することに由来して該目標物までの実距離よりも小さく誤測定されたものであるか否かを判別するとともに、前記誤測定であると判別された場合は前記遠距離測定モードを前記適正モードとするように判定する請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の距離測定装置。 The frequency spectrum generation unit divides each cycle of the linear modulation pattern into a plurality of sampling periods in which the sampling data length is constant, and data of the beat waveform signal each time a new sampling period arrives within the cycle. Sampling is performed, and the frequency spectrum is updated based on the sampled waveform data.
The distance information generation unit associates the frequency position corresponding to the starting point of the sampling period with the zero point of the distance measurement in both the short distance measurement mode and the long distance measurement mode, and corresponds to the end point of the sampling period. It is to generate the distance information to the target object in the form of the frequency position being the maximum distance that can be measured within the sampling period,
The proper mode determination unit, when the intensity peak acquisition unit can acquire the intensity peak in both the short distance measurement mode and the long distance measurement mode, the short distance measurement mode intensity peak and the long distance measurement. Based on the comparison of the frequency position with the mode intensity peak, in the short distance measurement mode, the short distance measurement mode distance generated by the distance information generation unit based on the frequency position of the short distance measurement mode intensity peak is the sampling period. The erroneous measurement is performed while determining whether or not the target is erroneously measured smaller than the actual distance to the target due to the existence of the target farther than the maximum measurable distance. The distance measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein when it is determined that the distance measurement mode is set to the appropriate mode, the distance measurement mode is set to the proper mode.
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