CN102906592B - 距离测定装置以及距离测定方法 - Google Patents

Abstract

距离测定装置包含：第1脉冲产生单元(135)，其产生基准信号；第2脉冲产生单元(137)，其产生对象物检测信号；时间测定部(139)，其测定从第1脉冲的产生时刻到第2脉冲的产生时刻的时间；第1相位检测部(141)，其使用第1频率的信号检测接收到的信号的第1相位；第2相位检测部(163)，其使用第2频率的信号检测接收到的信号的第2相位；以及距离运算部(165)，其根据上述时间测定部、第1相位检测部以及第2相位检测部的输出，运算到达上述对象物的距离。

Description

距离测定装置以及距离测定方法

技术领域

本发明涉及测定距测定对象物的距离的距离测定装置以及距离测定方法。

背景技术

WO2009/050831A1公开了如下的距离测定装置，其为了测定距测定对象物的距离，向对象物发送电磁波(例如，微波)的信号，接收对象物反射的信号，来测定电磁波往返对象物的时间，另外检测其间的相位变化(相位差)，使用上述时间来实施粗略距离测定，使用上述相位差来实施精密距离测定，并组合它们求出最终的距离测定值。根据上述装置，组合使用时间的粗略距离测定和使用相位差的精密距离测定，所以能够在较宽的范围内实施精度较高的距离测定。

但是，在上述装置中，如后所述，基于相位差检测的精密距离测定的精度受到使用时间的粗略距离测定的精度的制约。

发明内容

发明所要解决的问题

因此，存在对不受使用时间的粗略距离测定的精度制约的距离测定装置以及距离测定方法的需求。

解决问题的手段

本发明的距离测定装置具备：第1伪随机信号产生部，其产生时钟频率为f₁的第1伪随机信号；第2伪随机信号产生部，其产生与第1伪随机信号相同模式、且时钟频率为比上述时钟频率f₁稍低的f₂的第2伪随机信号；第1乘法器，其使第1伪随机信号与第2伪随机信号相乘；第1载波产生部，其产生第1频率的载波；第1调制部，其利用第1伪随机信号来调制第1频率的载波；第1发送部，其将调制后的第1频率的载波作为第1频率的调制发送信号向对象物发送；第1接收部，其接收从上述对象物反射的第1频率的调制发送信号，作为第1频率的接收信号；第2乘法器，其使第1频率的接收信号与第2伪随机信号相乘，以求出第1频率的调制接收信号；第1混合耦合器，其接收第1频率的一部分载波，输出作为相位彼此正交的2个成分的第1I信号和第1Q信号；第3乘法器，其使第2乘法器的输出信号与第1I信号相乘；第4乘法器，其使第2乘法器的输出信号与第1Q信号相乘；第1低通滤波器，其对第1乘法器的输出信号进行低频滤波处理；第2低通滤波器，其对第3乘法器的输出信号进行低频滤波处理；第3低通滤波器，其对第4乘法器的输出信号进行低频滤波处理；第1平方器以及第2平方器，它们分别单独对第2低通滤波器以及第3低通滤波器的输出信号进行平方运算；加法器，其使第1平方器和第2平方器的输出信号相加；第1脉冲产生部，其在检测到第1低通滤波器的输出信号的最大振幅值时，产生第1脉冲；第2脉冲产生部，其在检测到上述加法器的输出信号的最大振幅值时，产生第2脉冲；时间测定部，其测定从第1脉冲的产生时刻到第2脉冲的产生时刻的时间。

本发明的距离测定装置还具备：第1相位检测部，其根据第2低通滤波器以及第3低通滤波器的输出，检测第1频率的调制接收信号的相位；第2载波产生部，其产生比第1频率低的第2频率的载波；第2调制部，其利用第1伪随机信号来调制第2频率的载波；第2发送部，其将调制后的第2频率的载波作为第2频率的调制发送信号向对象物发送；第2接收部，其接收从上述对象物反射的第2频率的调制发送信号，作为第2频率的接收信号；第5乘法器，其使第2频率的接收信号与第2伪随机信号相乘，以求出第2频率的调制接收信号；第2混合耦合器，其接收第2频率的一部分载波，输出作为相位彼此正交的2个成分的第2I信号和第2Q信号；第6乘法器，其使第5乘法器的输出信号与第2I信号相乘；第7乘法器，其使第5乘法器的输出信号与第2Q信号相乘；第4低通滤波器，其对第6乘法器的输出信号进行低频滤波处理；第5低通滤波器，其对第7乘法器的输出信号进行低频滤波处理；第2相位检测部，其根据第4低通滤波器以及第5低通滤波器的输出，检测第2频率的调制接收信号的相位；以及距离运算部，其根据上述时间测定部、第1相位检测部以及第2相位检测部的输出，运算离上述对象物的距离。

本发明的距离测定装置除了具有检测第1频率的调制接收信号的相位的第1相位检测部之外，还具备检测比第1频率低的第2频率的调制接收信号的相位的第2相位检测部，所以可实施使用2个以上的波长的电磁波的相位检测。因此，本发明的距离测定装置能够在不受时间测定部的测定精度制约的情况下实施高精度的距离测定。

本发明的距离测定方法包括如下步骤：产生时钟频率为f₁的第1伪随机信号以及与第1伪随机信号相同模式、且时钟频率为比上述时钟频率f₁稍低的f₂的第2伪随机信号；向对象物发送利用第1伪随机信号调制第1频率的载波而得到的第1频率的调制发送信号、以及利用第1伪随机信号调制比第1频率低的第2频率的载波而得到的第2频率的调制发送信号；接收从上述对象物反射的第1频率以及第2频率的调制发送信号，作为第1频率的接收信号以及第2频率的接收信号；使接收到的第1频率的接收信号以及第2频率的接收信号与第2伪随机信号相乘，求出第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号；使第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号与第1频率的载波以及第2频率的载波的作为相位彼此正交的2个成分的I信号以及Q信号相乘，求出第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号的I成分以及Q成分；求出第1频率的调制接收信号的I成分以及Q成分的平方和信号；根据从检测出第1伪随机信号以及第2伪随机信号的相乘值的峰值的时刻到检测出上述平方和信号的峰值的时刻的时间，求出离上述对象物的粗略距离测定值。本发明的距离测定方法还包括如下步骤：根据第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号的I成分以及Q成分，求出第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号的第1相位测定值以及第2相位测定值；在根据基准距离、预先求出的与上述基准距离对应的第2频率的调制信号的第2基准相位测定值、以及第2相位测定值而求出的第2组的多个精密距离候选值内，将与上述粗略距离测定值最接近的精密距离候选值作为代表值；以及在根据上述基准距离、预先求出的与上述基准距离对应的第1频率的调制信号的第1基准相位测定值、以及第1相位测定值而求出的第1组的多个精密距离候选值内，将与上述代表值最接近的精密距离候选值设为距离测定值。关于在基于相位的精密距离测定中使用的多个频率的信号，设定为：与最低频率对应的最长波长的1/4大于粗略距离测定的精度，与相邻的两个频率中较高一方的频率对应的波长的1/4大于使用相邻的两个频率中较低一方的频率的信号的相位测定的距离测定精度。

如上所述，本发明的距离测定方法在基于相位的精密距离测定中使用多个频率的信号，这多个频率的信号设定为，与最低频率对应的最长波长的1/4大于粗略距离测定的精度，与相邻2个频率中的较高一方的频率对应的波长的1/4大于使用相邻2个频率中的较低一方的频率的信号的相位测定的距离测定精度。

因此，根据本发明的距离测定方法，可不受粗略距离测定精度的制约，实现更高精度的距离测定。

在本发明一实施方式的距离测定方法中，使用包含第1以及第2频率的调制发送信号在内的频率不同的3个以上的频率的发送信号，根据包含第1以及第2组在内的3个以上的组的精密距离候选值来确定距离测定值。

在本实施方式的距离测定方法内，在基于相位的精密距离测定中使用3个以上的不同频率的信号，这3个以上的不同频率的信号设定为，与最低频率对应的最长的波长的1/4大于粗略距离测定的精度，与相邻2个频率中的较高一方的频率对应的波长的1/4大于使用相邻2个频率中的较低一方的频率的信号的相位测定的距离测定精度。

因此，根据本实施方式的距离测定方法，可通过使用3个以上的频率的信号，来实现与使用2种频率信号时相比更高精度的距离测定。

附图说明

图1是用于说明求出第1伪随机信号与第2伪随机信号的相关而得到的基准信号的图。

图2是示出对象物检测信号与基准信号的关系的图。

图3是示出本发明一实施方式的距离测定装置的结构的图。

图4是用于说明本发明一实施方式的距离测定方法的流程图。

图5是示出本发明实施方式的距离测定方法的测定结果的图。

具体实施方式

本发明的距离测定装置是如下这样的装置：向对象物发送电磁波(例如，微波)的信号，接收对象物反射的信号，测定电磁波往返对象物的时间，另外，检测其间的相位的变化(相位差)，使用上述时间来实施粗略距离测定，使用上述相位差来实施精密距离测定，并组合它们来求出最终的距离测定值。

最初，说明基于时间的距离测定原理。

设第1伪随机信号的时钟频率为f₁、第2伪随机信号的时钟频率为f₂，各伪随机信号的重复模式相同。这里，设f₁>f₂。

当设求出所发送的第1伪随机信号与第2伪随机信号的相关而获得的基准信号成为最大值的周期为T_B时，在该T_B期间包含的第1伪随机信号与第2伪随机信号的波数差正好为第1以及第2伪随机信号的重复模式的1周期的波数N。

即，T_B·f₁＝T_B·f₂+N

整理上式，T_B可由下式表示。

T_B＝N/(f₁-f₂)       (1)

即，两个时钟频率的差越小，则基准信号成为最大值的周期T_B越大。

具体地说，将第1以及第2伪随机信号设为同一重复模式的7位的M序列信号M₁以及M₂。第1以及第2伪随机信号的重复模式的1周期的波数N是2⁷-1=127。当f₁=100.004MHZ、f₂=99.996MHZ时，T_B=15.875ms。

图1是用于说明求出第1伪随机信号与第2伪随机信号的相关而获得的基准信号的图。图1(a)是示出求出第1伪随机信号与第2伪随机信号的相关后的结果的信号的图。图1(a)的横轴表示时间，纵轴表示信号的大小。具体地说，纵轴值的+E表示两信号的相关是1，即两信号相同，纵轴值的-E表示两信号的相关是0即两信号不同。在图1(a)的R1表示的时间区域中，两信号的相位不一致，所以两信号的相关随机地成为0或1。在图1(a)的R2表示的时间区域中，两信号的相位一致，所以两信号的相关在一定时间内为1。图1(b)是示出将图1(a)所示的信号通过低通滤波器后的信号的图。该信号是基准信号。在与图1(a)的R1所示的时间区域对应的图1(b)的区域中，基准信号是0，在与图1(a)的R2所示的时间区域对应的图1(b)的区域中，基准信号示出最大值。

接着，设利用第1伪随机信号调制的发送信号由距离测定装置发送到对象物、被对象物反射而作为接收信号被接收之前的传播时间为τ。产生利用第2伪随机信号对该接收信号进行解调并进行相干检波而获得的对象物检测信号的脉冲状信号，将从基准信号的脉冲状信号产生时刻起测量产生对象物检测信号的脉冲状信号的时刻而得的时间差设为T_D，则在T_D期间产生的第2伪随机信号的波数比在T_D期间产生的第1伪随机信号的波数少在τ时间产生的第1伪随机信号的波数，所以下式成立。

T_D·f₂＝T_D·f₁-τ·f₁

整理上式，T_D可由下式表示。

T_D＝τ·f₁/(f₁-f₂)     (2)

即，传播时间τ在时间上扩大f₁/(f₁-f₂)倍，或者作为低速化后的T_D进行测量。由于扩大该测量时间，本发明本质上可称为是适合短距离测定的距离测定装置。

具体地说，因为f₁=100.004MHz、f₂=99.996MHz，所以传播时间τ扩大12500倍，得到下式。

T_D=12500·τ           (3)

时间T_D是按照上述基准信号的周期T_B而得到的。

图2是示出对象物检测信号与基准信号的关系的图。基准信号是按照周期T_B产生的。对象物检测信号是相对于基准信号延迟由测定装置以及对象物之间的信号传播时间τ决定的T_D而产生的。

这里，当设作为载波的电磁波的传播速度为v、从距离测定装置到对象物的距离为x时，传播时间τ=2x/v，所以将该式代入式(2)，得到下式。

x＝(f₁-f₂)·v·T_D/(2f₁)        (4)

因此，可通过测定时间差T_D，并将其测定值代入式(4)，来计算距离x。

接着，说明基于相位的距离测定的原理。

当设从距离测定装置到对象物的距离为x、发送信号与接收信号的相位差为θ、作为载波的电磁波的波长为λ时，下式成立。

$\frac{\mathrm{\θ}}{2x}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}$

使该式变形，获得下式。

$x=\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}}\·\mathrm{\θ}$

这样，可通过求出相位差来求出从距离测定装置到对象物的距离x。

这里，用θ’表示(-π、π)之间的相位差，用n表示正整数，则得到下式。

$x=\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}}({\mathrm{\θ}}^{\′}\±2\mathrm{\πn})=\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\θ}}^{\′}\±\frac{\mathrm{\λ}}{2}\·n---\left(5\right)$

在利用通常的方法来测定相位时，是测定(-π、π)之间的相位差θ’。即使测定出(-π、π)之间的相位差θ’，也无法根据式(5)来求出距离的绝对值。因此，一般情况下，实施如下方法：确定对象物的基准位置，求出与基准位置对应的距离以及相位，在(-π、π)的范围内测定基于基准位置的相位差，由此求出基于基准位置的距离。例如，在求与基准位置对应的距离的情况下，实施上述基于时间的距离测定。

上述基于时间的距离测定以及基于相位的距离测定是公知的方法。后面，详细说明本发明的特征结构。

接着，说明本发明一实施方式的距离测定装置的结构。

图3是示出本发明一实施方式的距离测定装置的结构的图。本发明一实施方式的距离测定装置包含4个部分即部分A、部分B、部分C以及部分D。部分A是求出对象物检测信号的产生时刻与基准信号的产生时刻的时间差T_D的部分。部分B是使用第1频率来检测相位的部分。部分C是使用比第1频率低的第2频率的载波来检测相位的部分。部分D是组合部分A、部分B以及部分C的输出来求出距离测定值的部分。

部分A包含：生成基准信号的部分、生成第1频率的调制发送信号的部分、求出第1频率的调制接收信号的部分、求出对象物检测信号的部分、求出对象物检测信号的产生时刻与基准信号的产生时刻的时间差T_D的部分。在本实施方式中，第1频率是10GHz。求出时间差T_D的部分是图3的时间测量部(时间测定部)139。

生成基准信号的部分包含：第1伪随机信号发生器101，其产生时钟频率为f₁的第1伪随机信号；第2伪随机信号发生器103，其产生与第1伪随机信号相同模式、且时钟频率为比上述时钟频率f₁稍低的f₂的第2伪随机信号；第1乘法器105，其使第1伪随机信号与第2伪随机信号相乘；第1低通滤波器123，其对第1乘法器的输出信号进行低频滤波处理；以及第1脉冲发生器(最大值检测器)135，其在检测到第1低通滤波器123的输出信号的最大振幅值时产生第1脉冲。上述第1脉冲是基准信号(图2)。

生成第1频率的调制发送信号的部分包含：第1载波发生器107，其产生第1频率(10GHz)的载波；分配器108，其分配第1载波发生器107的输出；第1调制器109，其利用第1伪随机信号来调制第1频率的载波；以及第1发送器111，其将已调制的第1频率的载波作为第1频率的调制发送信号向对象物O发送。第1发送器具备第1发送天线T1。

求出第1频率的调制接收信号的部分包含：第1接收器113，其接收从对象物O反射的第1频率的调制发送信号，作为第1频率的接收信号；第2乘法器115，其使第1频率的接收信号与第2伪随机信号相乘，以求出第1频率的调制接收信号；分配器120，其分配第2乘法器115的输出。第1接收器113具备第1接收天线R1。

求出对象物检测信号的部分包含：第1混合耦合器117，其接收第1频率的一部分载波，输出作为相位彼此正交的2个成分的第1I信号和第1Q信号；第3乘法器119，其使第2乘法器115的输出信号与第1I信号相乘；第4乘法器121，其使第2乘法器115的输出信号与第1Q信号相乘；第2低通滤波器125，其对第3乘法器119的输出信号进行低频滤波处理；第3低通滤波器127，其对第4乘法器121的输出信号进行低频滤波处理；第1平方器129，其对第2低通滤波器125的输出信号进行平方运算；第2平方器131，其对第3低通滤波器127的输出信号进行平方运算；加法器133，其使第1以及第2平方器的输出信号相加；以及第2脉冲发生器(最大值检测器)137，其在检测到加法器133的输出信号的最大振幅值时产生第2脉冲。上述第2脉冲是对象物检测信号(图2)。

检测第1频率的调制接收信号的相位的部分即部分B是第1相位检测部141。第1相位检测部141监视第2低通滤波器125的输出信号，设时间

$\frac{f_1}{(f_1-f_2)\·f_{01}}$

中的最大值为I’。这里，

f₀₁

是载波的第1频率。同样，监视第3低通滤波器127的输出信号，设相同时间中的最大值为Q’。利用下式求出调制接收信号的相位θ。

θ＝tan^-1(Q′/I′)

这里，考虑I’以及Q’的符号，能够求出-π以及π之间的相位。

部分C包含生成第2频率的调制发送信号的部分、求出第2频率的调制接收信号的部分、检测第2频率的调制接收信号的相位的部分。在本实施方式中，第2频率是2GHz。

生成第2频率的调制发送信号的部分包含：第2载波发生器143，其产生第2频率(2GHz)的载波；分配器144，其分配第2载波发生器143的输出；第2调制器145，其利用第1伪随机信号来调制第2频率的载波；以及第2发送器147，其将已调制的第2频率的载波作为第2频率的调制发送信号向对象物发送。第2发送器147具备第2发送天线T2。

求出第2频率的调制接收信号的部分具备：第2接收器149，其接收对象物反射的第2频率的调制发送信号，作为第2频率的接收信号；第5乘法器151，其使第2频率的接收信号与第2伪随机信号相乘，以求出第2频率的调制接收信号；以及分配器156，其分配第5乘法器151的输出。第2接收器149具备第2接收天线R2。

检测第2频率的调制接收信号的相位的部分包含：第2混合耦合器153，其接收第2频率的一部分载波，输出作为相位彼此正交的2个成分的第2I信号和第2Q信号；第6乘法器155，其使第5乘法器151的输出信号与第2I信号相乘；第7乘法器157，其使第5乘法器151的输出信号与第2Q信号相乘；第4低通滤波器159，其对第6乘法器155的输出信号进行低频滤波处理；第5低通滤波器161，其对第7乘法器157的输出信号进行低频滤波处理；以及第2相位检测部163。

第2相位检测部163监视第4低通滤波器159的输出信号，设时间

$\frac{f_1}{(f_1-f_2)\·f_{02}}$

中的最大值为I’。这里，

f₀₂

是载波的第2频率。同样，监视第5低通滤波器161的输出信号，设相同时间中的最大值为Q’。利用下式求出调制接收信号的相位θ。

θ＝tan^-1(Q′/I′)

这里，考虑I’以及Q’的符号，能够求出-π以及π之间的相位。

组合部分A、部分B以及部分C的输出来求出距离测定值的部分D是距离运算部165。

接着，说明本发明一实施方式的距离测定方法。如上所述，可按照基准信号的周期T_B来实施距离测定。在上述例子中，T_B=15.875ms。

图4是用于说明本发明一实施方式的距离测定方法的流程图。

表1是示出用于说明本实施方式的距离测定方法的数值例的表。在表1中，测定IQ值相当于根据由部分A获得的时间差T_D求出的粗略距离测定值。由于存在各种原因所引起的测定误差，测定IQ值相对于实际距离浮动。理论角度是与实际距离以及后面说明的基准距离之差对应的理论上的相位的值。测定角度相当于使用第1或第2频率进行检测的相位的值。

在本实施方式中，第1频率是10GHz，与第1频率对应的第1波长是30mm，第2频率是2GHz，与第2频率对应的第2波长是150mm。

[表1]

以下的图4的各个步骤由部分D(图3的距离运算部165)实施。

在图4的步骤S010中，实施配置于基准距离处的测定对象物的距离测定，求出第1以及第2频率的调制接收信号的第1以及第2相位测定值。将与基准距离对应的第1以及第2相位测定值作为第1以及第2相位基准值存储到图3未图示的存储装置内。

在表1中，基准距离是150mm。与基准距离对应的第1相位测定值是40度，与基准距离对应的第2相位测定值是160度。

在图4的步骤S020中，实施测定对象物的距离测定。即，求出粗略距离测定值、第1以及第2相位测定值。

在表1中，对于实际距离165mm，求出粗略距离测定值140mm、第1相位测定值35度以及第2相位测定值240度。

在图4的步骤S030中，根据第2相位基准值以及第2相位测定值来求出第2组的精密距离候选值。

这里，第2波长是150mm，所以当将式(5)的角度的单位从弧度变更为度时，得到下式。

$\mathrm{\Δx}=\frac{75}{360}{\mathrm{\θ}}^{\′}\±75n---\left(6\right)$

这里，Δx表示精密距离候选值相对于基准距离的偏差。

在表1中，第2相位基准值是160度，第2相位测定值是240度。因此，相位差是80度。当将该值代入式(6)的θ’时，成为：

Δx＝16.67±75n

因为基准距离是150mm，所以第2组的精密距离候选值包含91.67mm、166.67mm、241.67mm。

在图4的步骤S040中，在第2组的精密距离候选值中，将与粗略距离测定值最接近的值作为第2组的代表值。

在表1中，因为粗略距离测定值是140mm，所以第2组的代表值为166.67mm。

在图4的步骤S050中，根据第1相位基准值以及第1相位测定值来求出第1组的精密距离候选值。

这里，第1波长是30mm，所以当将式(5)的角度单位从弧度变更为度时，得到下式。

$\mathrm{\Δx}=\frac{15}{360}{\mathrm{\θ}}^{\′}\±15n---\left(7\right)$

在表1中，第1相位基准值是40度，第1相位测定值是35度。因此，相位差是-5度。当将该值代入式(7)的θ’时，成为：

Δx＝-0.21±15n

基准距离是150mm，所以第1组的精密距离候选值包含149.79mm，164.79mm，179.79mm。

在图4的步骤S060中，在第1组的精密距离候选值中，将与第2组的代表值最接近的值设为距离测定值。

在表1中，第2组的代表值是166.67mm，所以距离测定值为164.79mm。

在使用第2频率的信号时，根据式(6)，相位每1度的测定距离是0.21mm。另一方面，在使用第1频率的信号时，根据式(7)，相位每1度的测定距离是0.04mm。这样，使用第1频率时的测定距离精度是使用第2频率时的测定距离精度的5倍。

另外，在使用第2频率的信号时，第2组的精密距离候选值之间的间隔是75mm(第2波长的1/2)。另一方面，在使用第1频率的信号时，第1组的精密距离候选值之间的间隔是15mm(第1波长的1/2)。

这里，根据式(5)以及式(6)，第2波长的1/4相当于第2组的精密距离候选值之间的间隔的1/2。因此，一般情况下，在使用多个频率的信号来实施基于相位的精密距离测定时，应该将与最低的频率对应的最长的波长的1/4(在本例中为第2波长的1/4即37.5mm)设定为大于粗略距离测定的精度。通过这样进行设定，在图4的步骤S040中，可根据粗略距离测定值从第2组的精密距离候选值中选择第2组的代表值。应注意的是，与最低的频率对应的最长的波长受到粗略距离测定精度的制约。

另外，根据式(5)以及式(7)，第1波长的1/4相当于第1组的精密距离候选值之间的间隔的1/2。因此，一般情况下，在使用多个频率的信号来实施基于相位的精密距离测定时，与相邻的两频率中的较高的一方的频率(第1频率即10GHz)对应的波长的1/4(在本例中为第1波长的1/4即7.5mm)应该设定为大于使用相邻的两频率中的较低的一方的频率(第2频率即2GHz)时的相位测定的距离测定精度。通过这样进行设定，在图4的步骤S060中可根据第2组的代表值，从第1组的精密距离候选值中选择距离测定值。应注意的是，通过使用多个频率，能够使精密距离测定的精度不受粗略距离测定精度的制约。

以上说明了使用两个频率的方法。一般情况下，也可以在满足上述相邻两频率的关系的同时，使用3个以上的频率来实施距离测定。理论上，通过在满足上述相邻2个频率的关系的同时逐渐增加使用的电磁波的频率，能够无制约地提高精密距离测定的精度。

图5是示出本发明实施方式的距离测定方法的测定结果的图。图5的横轴表示到达测定对象物的距离。图5的纵轴表示距离的测定值(左刻度)以及测定误差(右刻度)。图5的A1表示距离的测定值，图5的A2表示测定误差。由图5可知，测定误差相对于距离周期性地进行变化。此周期是第1频率(10GHz)的波长(30mm)的1/2。测定误差的振幅的大小与使用第1频率的载波的相位运算的误差对应。

根据本发明，可通过进行基于时间的距离测定并且使用多个频率的载波进行基于相位的距离测定，以较高的精度获得到达测定对象物的距离的绝对值。另外，根据上述规定的方法组合使用多个频率的载波，由此能够不受基于时间的距离测定(粗略距离测定)精度的制约，实现高测定精度。

Claims (3)

1.一种距离测定装置，其具备：

第1伪随机信号产生部，其产生时钟频率为f1的第1伪随机信号；

第2伪随机信号产生部，其产生与第1伪随机信号相同模式、且时钟频率为比上述时钟频率f₁稍低的f₂的第2伪随机信号；

第1乘法器，其使第1伪随机信号与第2伪随机信号相乘；

第1载波产生部，其产生第1频率的载波；

第1调制部，其利用第1伪随机信号来调制第1频率的载波；

第1发送部，其将调制后的第1频率的载波作为第1频率的调制发送信号向对象物发送；

第1接收部，其接收从上述对象物反射的第1频率的调制发送信号，作为第1频率的接收信号；

第2乘法器，其使第1频率的接收信号与第2伪随机信号相乘，以求出第1频率的调制接收信号；

第1混合耦合器，其接收第1频率的一部分载波，输出作为相位彼此正交的2个成分的第1I信号和第1Q信号；

第3乘法器，其使第2乘法器的输出信号与第1I信号相乘；

第4乘法器，其使第2乘法器的输出信号与第1Q信号相乘；

第1低通滤波器，其对第1乘法器的输出信号进行低频滤波处理；

第2低通滤波器，其对第3乘法器的输出信号进行低频滤波处理；

第3低通滤波器，其对第4乘法器的输出信号进行低频滤波处理；

第1平方器以及第2平方器，它们分别单独对第2低通滤波器以及第3低通滤波器的输出信号进行平方运算；

加法器，其使第1平方器和第2平方器的输出信号相加；

第1脉冲产生部，其在检测到第1低通滤波器的输出信号的最大振幅值时，产生第1脉冲；

第2脉冲产生部，其在检测到上述加法器的输出信号的最大振幅值时，产生第2脉冲；

时间测定部，其测定从第1脉冲的产生时刻到第2脉冲的产生时刻的时间；

第1相位检测部，其根据第2低通滤波器以及第3低通滤波器的输出，检测第1频率的调制接收信号的相位；

第2载波产生部，其产生比第1频率低的第2频率的载波；

第2调制部，其利用第1伪随机信号来调制第2频率的载波；

第2发送部，其将调制后的第2频率的载波作为第2频率的调制发送信号向对象物发送；

第2接收部，其接收从上述对象物反射的第2频率的调制发送信号，作为第2频率的接收信号；

第5乘法器，其使第2频率的接收信号与第2伪随机信号相乘，以求出第2频率的调制接收信号；

第2混合耦合器，其接收第2频率的一部分载波，输出作为相位彼此正交的2个成分的第2I信号和第2Q信号；

第6乘法器，其使第5乘法器的输出信号与第2I信号相乘；

第7乘法器，其使第5乘法器的输出信号与第2Q信号相乘；

第4低通滤波器，其对第6乘法器的输出信号进行低频滤波处理；

第5低通滤波器，其对第7乘法器的输出信号进行低频滤波处理；

第2相位检测部，其根据第4低通滤波器以及第5低通滤波器的输出，检测第2频率的调制接收信号的相位；以及

距离运算部，其根据从检测出第1伪随机信号以及第2伪随机信号的相乘值的峰值的时刻到检测出上述加法器的结果的峰值的时刻的时间，求出离上述对象物的粗略距离测定值，根据第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号的I成分以及Q成分，求出第1频率的调制接收信号的第1相位测定值以及第2频率的调制接收信号的第2相位测定值，在根据基准距离、预先求出的与上述基准距离对应的第2频率的调制信号的第2基准相位测定值、以及第2相位测定值而求出的第2组的多个精密距离候选值内，将与上述粗略距离测定值最接近的精密距离候选值作为代表值，在根据上述基准距离、预先求出的与上述基准距离对应的第1频率的调制信号的第1基准相位测定值、以及第1相位测定值而求出的第1组的多个精密距离候选值内，将与上述代表值最接近的精密距离候选值设为距离测定值，其中，关于在基于相位的精密距离测定中使用的多个频率的信号，设定为：与最低频率对应的最长波长的1/4大于粗略距离测定的精度，与相邻的两个频率中较高一方的频率对应的波长的1/4大于使用相邻的两个频率中较低一方的频率的信号的相位测定的距离测定精度。

2.一种距离测定方法，包括如下步骤：

产生时钟频率为f1的第1伪随机信号以及与第1伪随机信号相同模式、且时钟频率为比上述时钟频率f₁稍低的f₂的第2伪随机信号；

向对象物发送利用第1伪随机信号调制第1频率的载波而得到的第1频率的调制发送信号、以及利用第1伪随机信号调制比第1频率低的第2频率的载波而得到的第2频率的调制发送信号；

接收从上述对象物反射的第1频率以及第2频率的调制发送信号，作为第1频率的接收信号以及第2频率的接收信号；

使接收到的第1频率的接收信号以及第2频率的接收信号与第2伪随机信号相乘，求出第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号；

使第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号与第1频率的载波以及第2频率的载波的作为相位彼此正交的2个成分的I信号以及Q信号相乘，求出第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号的I成分以及Q成分；

求出第1频率的调制接收信号的I成分以及Q成分的平方和信号；

根据从检测出第1伪随机信号以及第2伪随机信号的相乘值的峰值的时刻到检测出上述平方和信号的峰值的时刻的时间，求出离上述对象物的粗略距离测定值；

根据第1频率的调制接收信号以及第2频率的调制接收信号的I成分以及Q成分，求出第1频率的调制接收信号的第1相位测定值以及第2频率的调制接收信号的第2相位测定值；

在根据基准距离、预先求出的与上述基准距离对应的第2频率的调制信号的第2基准相位测定值、以及第2相位测定值而求出的第2组的多个精密距离候选值内，将与上述粗略距离测定值最接近的精密距离候选值作为代表值；以及

在根据上述基准距离、预先求出的与上述基准距离对应的第1频率的调制信号的第1基准相位测定值、以及第1相位测定值而求出的第1组的多个精密距离候选值内，将与上述代表值最接近的精密距离候选值设为距离测定值，

其中，关于在基于相位的精密距离测定中使用的多个频率的信号，设定为：与最低频率对应的最长波长的1/4大于粗略距离测定的精度，与相邻的两个频率中较高一方的频率对应的波长的1/4大于使用相邻的两个频率中较低一方的频率的信号的相位测定的距离测定精度。

3.根据权利要求2所述的距离测定方法，其中，

使用包含第1频率的调制发送信号以及第2频率的调制发送信号在内的频率不同的3个以上频率的发送信号，根据包含第1组以及第2组在内的3个以上的组的精密距离候选值确定距离测定值。