CN115136027A - 无线测距系统、测距终端、控制电路、存储介质和无线测距方法 - Google Patents
无线测距系统、测距终端、控制电路、存储介质和无线测距方法 Download PDFInfo
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Abstract
无线测距系统(1)具有:测距终端(100),其发送测距信号;以及被测距终端(200),其在接收到测距信号之后连续多次向测距终端(100)发送针对测距信号的响应信号。其特征在于,测距终端(100)在每次接收到多个响应信号中的各个响应信号时,测定从发送测距信号起的经过时间,根据使用经过时间计算出的多个响应信号各自的传输时间,计算测距终端(100)与被测距终端(200)之间的相对距离。
Description
技术领域
本发明涉及使用电波测定终端间的相对距离的无线测距系统、测距终端、控制电路、存储介质以及无线测距方法。
背景技术
作为使用电波测定终端间的相对距离的方法,根据从测距终端向被测距终端发送测距信号的时刻和测距终端接收到针对测距信号的响应信号的时刻,计算终端间的相对距离的双向测距(TWR:Two-Way Ranging)方式受到关注。在专利文献1中,公开有在TWR方式中组合被称作UWB(Ultra-Wide Band:超宽带)的使用纳秒级脉冲的无线通信技术而成的无线测距技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第3649404号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,根据上述现有技术,使用信号在测距终端与被测距终端之间往返1次期间的传输时间来估计相对距离,因此,存在如下的问题:有时与各终端的接收处理所需的时间成比例地,1次测距所需的时间变长,测距频度降低,测距精度降低。例如,在测距频度降低时,一次测距中包含的误差的影响变大,测距精度降低。另外,在测距频度降低时,被测距终端的移动速度快的情况下,在求出相对距离的时点,与被测距终端之间的相对距离已经变化,测距精度降低。
本发明正是鉴于上述情况而完成的,其目的在于,得到能够提高测距精度的无线测距系统。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题而达到目的,本发明的无线测距系统具有:测距终端,其发送测距信号;以及被测距终端,其在接收到测距信号之后连续多次向测距终端发送针对测距信号的响应信号,测距终端在每次接收到多个响应信号中的各个响应信号时,测定从发送测距信号起的经过时间,根据使用经过时间计算出的多个响应信号各自的传输时间,计算测距终端与被测距终端之间的相对距离。
发明效果
本发明的无线测距系统起到能够提高测距精度这样的效果。
附图说明
图1是表示实施方式1的无线测距系统的结构的图。
图2是表示用于实现图1所示的测距终端和被测距终端的功能的专用硬件的图。
图3是表示用于实现图1所示的测距终端和被测距终端的功能的控制电路的结构的图。
图4是用于说明图1所示的无线测距系统的动作的图。
图5是表示实施方式2的无线测距系统的结构的图。
图6是表示实施方式3的无线测距系统的结构的图。
图7是用于说明图6所示的无线测距系统的动作的图。
具体实施方式
以下,根据附图详细说明本发明的实施方式的无线测距系统、测距终端、控制电路、存储介质以及无线测距方法。
实施方式1
图1是表示实施方式1的无线测距系统1的结构的图。无线测距系统1具有测距终端100和被测距终端200。测距终端100使用无线信号测定测距终端100与被测距终端200之间的相对距离。此外,在图1中,仅示出说明本实施方式的技术所需的结构要素,省略一般的结构。
测距终端100和被测距终端200分别具有用于收发测距用的无线信号的收发天线10、生成无线信号的发送部20、用于接收无线信号并处理接收信号的接收部30、以及控制发送部20和接收部30的控制部40。
此外,测距终端100和被测距终端200是能够收发测距用的无线信号的无线装置。如上所述,测距终端100和被测距终端200各自作为无线装置具有的构成要素是相同的,且标注有相同的符号,但各构成要素的功能有在设置于测距终端100的情况下和设置于被测距终端200的情况下共同的情况,也有仅在设置于测距终端100或被测距终端200的情况下执行的功能。
测距终端100和被测距终端200的发送部20、接收部30和控制部40的功能可以通过专用电路实现,也可以通过执行程序的通用电路实现。当发送部20、接收部30和控制部40的功能通过专用电路实现的情况下,测距终端100和被测距终端200具有图2所示的处理电路90。图2是表示用于实现图1所示的测距终端100和被测距终端200的功能的专用硬件的图。处理电路90是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit:专用集成电路)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array:现场可编程门阵列)或者将它们组合而成的电路。
在上述处理电路通过通用电路实现的情况下,该通用电路例如是图3所示的结构的控制电路91。图3是表示用于实现图1所示的测距终端100和被测距终端200的功能的控制电路91的结构的图。如图3所示,控制电路91具有CPU(Central Processing Unit:中央处理单元)92和存储器93。CPU92是处理器,也称作运算部、微处理器、微计算机、DSP(DigitalSignal Processor:数字信号处理器)等。存储器93例如是RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory:只读存储器)、闪存、EPROM(ErasableProgrammable ROM:可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(注册商标)(Electrically EPROM:电可擦除可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、高密度盘、迷你盘、DVD(Digital Versatile Disk:数字多功能盘)等。
在通过控制电路91实现上述处理电路的情况下,通过CPU92读出并执行存储器93中存储的与各构成要素的处理对应的程序来实现。另外,存储器93也用作CPU92执行的各处理中的临时存储器。此外,CPU92执行的程序可以经由通信路径提供,也可以以存储于存储介质的状态提供。此外,也可以是,测距终端100和被测距终端200各自的功能的一部分使用专用电路实现,一部分使用程序和CPU92实现。
图4是用于说明图1所示的无线测距系统1的动作的图。测距终端100的发送部20向被测距终端200发送测距信号101。被测距终端200的接收部30接收测距信号101。在被测距终端200的接收部30完成测距信号101的接收处理之后,控制部40指示发送部20连续向测距终端100发送针对测距信号101的多个响应信号201-1、201-2、201-3。
在测距终端100的接收部30每次接收到响应信号201-1、201-2、201-3中的各个响应信号时,测距终端100的控制部40测定各响应信号201-1、201-2、201-3的传输时间TToF_1、TToF_2、TToF_3。传输时间TToF_n是从被测距终端200发送响应信号201-n到测距终端100接收到响应信号201-n为止的时间。传输时间TToF_n(n≥2)由以下的数学式(1)表示。
[数学式1]
其中,数学式(1)的Ttotal_n是测距终端100的从发送测距信号101到接收到响应信号201-n为止的经过时间,在n≥2的情况下,Treply_n是从被测距终端200发送响应信号201-n-1到发送响应信号201-n为止的时间。TToF_1可以与现有的TWR技术同样地使用以下的数学式(2)计算。
[数学式2]
其中,Treply_1是从被测距终端200接收到测距信号101到发送响应信号201-1为止的时间。被测距终端200在完成测距信号101的接收处理后立即发送响应信号201-1,因此,Treply_1表示接收处理时间。
在n≥2时,能够使Treply_n比接收处理时间短。另外,测距终端100能够不进行接收处理而连续进行多次测距处理。控制部40使用多个传输时间TToF_n中的各个传输时间和通信速度,多次计算测距终端100与被测距终端200之间的相对距离。
如以上说明的那样,在实施方式1的无线测距系统1中,在测距终端100发送测距信号101之后,被测距终端200连续向测距终端100发送针对测距信号101的多个响应信号201-1、201-2、201-3。测距终端100在每次接收到多个响应信号201-1、201-2、201-3中的各个响应信号时,测定从发送测距信号101到接收到多个响应信号201-1、201-2、201-3中的各个响应信号为止的经过时间Ttotal_n,根据使用Ttotal_n计算出的多个响应信号201-1、201-2、201-3各自的传输时间TToF_n,计算测距终端100与被测距终端200之间的相对距离。
这里,被测距终端200对1个测距信号101发送多个响应信号201-1、201-2、201-3。测距终端100能够计算与响应信号201-1、201-2、201-3相同数量的相对距离。因此,与对1个测距信号101发送1个响应信号201-n的情况相比,测距终端100能够提高测距频度。因此,即使在被测距终端200高速移动的情况下,也能够实时计算相对距离。另外,通过提高测距频度,能够将多次相对距离的计算结果平均化。因此,能够提高测距精度。
此外,以上说明了使用针对1个测距信号101的响应信号201-1、201-2、201-3的测距处理,但被测距终端200也可以对1个测距信号101发送2个响应信号201-n,也可以发送4个以上的响应信号201-n。
另外,测距终端100和被测距终端200各自的种类只要具有收发无线信号的功能,则没有特别限制。测距终端100和被测距终端200分别可以是移动终端,也可以是固定终端。
实施方式2
图5是表示实施方式2的无线测距系统2的结构的图。无线测距系统2是具有通信终端300a和通信终端300b的无线通信系统。通信终端300a使用无线信号测定通信终端300a与通信终端300b之间的相对距离。此外,在图5中,仅示出说明本实施方式的技术所需的结构要素,省略一般的结构。
通信终端300a、300b分别具有用于收发无线信号的收发天线11、生成无线信号的发送部21、用于接收无线信号并处理接收信号的接收部31、以及控制发送部21和接收部31的控制部41。通信终端300a、300b收发对测距用的无线信号附加通信信号而成的无线信号。
通信终端300a除了测距终端100的功能之外还具有通信功能。另外,通信终端300b除了被测距终端200的功能之外还具有通信功能。通信终端300a能够对测距信号附加通信信号进行发送。例如,通信终端300a对测距信号附加表示通信终端300b连续发送响应信号的次数即连续发送次数的通信信号进行发送。在该情况下,通信终端300b根据测距信号中附加的通信信号表示的连续发送次数,连续发送响应信号。例如,在测距信号中附加有表示连续发送次数为“5”的通信信号的情况下,通信终端300b对1个测距信号连续发送5次响应信号。
另外,通信终端300b能够对连续发送的多个响应信号中的至少一个附加通信信号而发送给通信终端300a。例如,通信终端300b能够对响应信号附加表示序列编号的通信信号而发送给通信终端300a,所述序列编号表示响应信号的发送顺序。通信终端300a能够使用序列编号检测响应信号的错误。
此外,通信终端300a、300b的硬件结构与测距终端100和被测距终端200相同,因此,在此省略说明。另外,除了具有上述通信功能之外,通信终端300a的动作与测距终端100相同,除了具有上述通信功能之外,通信终端300b的动作与被测距终端200相同,因此,在此省略说明。
如以上说明的那样,实施方式2的无线测距系统2与无线测距系统1同样地,能够提高测距精度。另外,无线测距系统2具有通信功能,因此,能够指定响应信号的连续发送次数,或者使用序列编号检测连续错误。这样,通过追加通信功能,能够实现仅用测距功能不能实现的功能。
实施方式3
图6是表示实施方式3的无线测距系统3的结构的图。无线测距系统3是具有通信终端300c、通信终端300d和通信终端300e的无线通信系统。通信终端300c使用无线信号,测定通信终端300c与通信终端300d之间的相对距离以及通信终端300c与通信终端300e之间的相对距离。此外,在图6中,仅示出说明本实施方式的技术所需的结构要素,省略一般的结构。
通信终端300c、300d、300e各自的结构与通信终端300a、300b相同,因此,在此省略详细的说明。
通信终端300c除了测距终端100的功能之外还具有通信功能。通信终端300d、300e分别除了被测距终端200的功能之外还具有通信功能。通信终端300c能够测定与多个通信终端300d、300e之间的相对距离。
图7是用于说明图6所示的无线测距系统3的动作的图。通信终端300c的发送部21将无线信号301分别发送给多个通信终端300d、300e。此时,无线信号301包含测距信号和通信信号。例如,通信信号表示作为测距对象的多个通信终端300d、300e和多个通信终端300d、300e的测距顺序。
在接收到无线信号301时,通信终端300d确认无线信号301中包含的通信信号表示的测距对象,判断通信终端300d是否包含于测距对象。在包含于测距对象的情况下,通信终端300d进一步确认无线信号301中包含的通信信号表示的通信终端300d的测距顺序。同样地,在接收到无线信号301时,通信终端300e确认无线信号301中包含的通信信号表示的测距对象,判断通信终端300e是否包含于测距对象。在包含于测距对象的情况下,通信终端300e进一步确认无线信号301中包含的通信信号表示的通信终端300e的测距顺序。
通信终端300d按照已确认的测距顺序,连续多次向通信终端300c发送针对无线信号301中包含的测距信号的响应信号302。通信终端300e按照已确认的测距顺序,连续多次向通信终端300c发送针对无线信号301中包含的测距信号的响应信号302。具体而言,测距顺序为第“1”个的通信终端300d如通常那样,在完成接收处理后立即发送响应信号302,然后以一定的间隔发送响应信号302。为了使发送信号不与通信终端300d冲突,测距顺序为第“2”个的通信终端300e在从完成无线信号301的接收处理起经过预定的偏移时间后,发送响应信号302,然后以一定的间隔发送响应信号302。
通信终端300c能够在每次接收到多个响应信号302时,测定从发送无线信号301起的经过时间,根据使用经过时间计算出的多个响应信号302各自的传输时间,计算通信终端300c与通信终端300d之间的相对距离、以及通信终端300c与通信终端300e之间的相对距离。此外,相对距离的计算方法与实施方式1相同,因此,在此省略详细的说明。
此外,在上文中,通信终端300c将2台通信终端300d、300e作为测距对象,但本实施方式不限于该例子。例如,通信终端300c也可以将3台以上的通信终端作为测距对象。
如以上说明的那样,实施方式3的无线测距系统3与无线测距系统1同样地,能够提高测距精度。另外,无线测距系统3计算1台通信终端100c与多个通信终端100d、100e之间的相对距离。即使在有多台测距对象的情况下,也能够使用通信功能将测距顺序分别通知给多个通信终端100d、100e。因此,作为测距对象的多个通信终端100d、100e分别能够调整发送时刻,以使通信终端100d发送的响应信号302与通信终端100e发送的响应信号302不冲突。
以上的实施方式所示的结构示出一例,既可以与其他公知的技术组合,也可以将实施方式彼此组合,还可以在不脱离主旨的范围内省略、变更结构的一部分。
符号说明
1、2、3:无线测距系统;10、11:收发天线;20、21:发送部;30、31:接收部;40,41:控制部;90:处理电路;91:控制电路;92:CPU;93:存储器;100:测距终端;101:测距信号;200:被测距终端;201-1、201-2、201-3、302:响应信号;300a、300b、300c、300d、300e:通信终端;301:无线信号。
Claims (13)
1.一种无线测距系统,其特征在于,该无线测距系统具有:
测距终端,其发送测距信号;以及
被测距终端,其在接收到所述测距信号之后连续多次向所述测距终端发送针对所述测距信号的响应信号,
所述测距终端在每次接收到多个所述响应信号中的各个响应信号时,测定从发送所述测距信号起的经过时间,根据使用所述经过时间计算出的多个所述响应信号各自的传输时间,计算所述测距终端与所述被测距终端之间的相对距离。
2.根据权利要求1所述的无线测距系统,其特征在于,
所述测距终端对所述测距信号附加通信信号进行发送。
3.根据权利要求2所述的无线测距系统,其特征在于,
所述测距终端向所述测距信号附加表示所述被测距终端连续发送所述响应信号的次数即连续发送次数的所述通信信号。
4.根据权利要求3所述的无线测距系统,其特征在于,
所述被测距终端按照所述测距信号中附加的所述通信信号表示的所述连续发送次数,连续发送所述响应信号。
5.根据权利要求1~4中的任意一项所述的无线测距系统,其特征在于,
所述被测距终端对连续发送的多个所述响应信号中的至少一个附加通信信号进行发送。
6.根据权利要求5所述的无线测距系统,其特征在于,
所述被测距终端对所述响应信号附加表示序列编号的所述通信信号,所述序列编号表示所述响应信号的发送顺序。
7.根据权利要求6所述的无线测距系统,其特征在于,
所述测距终端使用所述序列编号检测所述响应信号的错误。
8.根据权利要求1~7中任意1项所述的无线测距系统,其特征在于,
所述测距终端对所述测距信号附加表示作为测距对象的多个所述被测距终端和多个所述被测距终端的测距顺序的通信信号,发送给多个所述被测距终端。
9.根据权利要求8所述的无线测距系统,其特征在于,
多个所述被测距终端分别在按照所述通信信号表示的所述测距顺序的时刻发送所述响应信号。
10.一种测距终端,其特征在于,该测距终端具有:
发送部,其向被测距终端发送测距信号;
接收部,其根据所述测距信号,接收所述被测距终端连续发送的多个响应信号;以及
控制部,其在每次接收到多个所述响应信号中的各个响应信号时,测定从发送所述测距信号起的经过时间,根据使用所述经过时间计算出的多个所述响应信号各自的传输时间,计算所述测距终端与所述被测距终端之间的相对距离。
11.一种控制电路,该控制电路控制发送用于测定与被测距终端之间的相对距离的测距信号的测距终端,其特征在于,该控制电路使测距终端执行如下步骤:
每次接收到根据所述测距信号连续发送的多个响应信号中的各个响应信号时,测定从发送所述测距信号起的经过时间;以及
根据使用所述经过时间计算出的多个所述响应信号各自的传输时间,计算所述测距终端与所述被测距终端之间的相对距离。
12.一种存储介质,该存储介质存储有控制发送用于测定与被测距终端之间的相对距离的测距信号的测距终端的程序,其特征在于,该程序使测距终端执行如下步骤:
每次接收到根据所述测距信号连续发送的多个响应信号中的各个响应信号时,测定从发送所述测距信号起的经过时间;以及
根据使用所述经过时间计算出的多个所述响应信号各自的传输时间,计算所述测距终端与所述被测距终端之间的相对距离。
13.一种无线测距方法,其特征在于,该无线测距方法包含如下步骤:
测距终端发送测距信号;
被测距终端接收所述测距信号;
所述被测距终端连续多次向所述测距终端发送针对所述测距信号的响应信号;
所述测距终端在每次接收到多个所述响应信号中的各个响应信号时,测定从发送所述测距信号起的经过时间;以及
所述测距终端根据使用所述经过时间计算出的多个所述响应信号各自的传输时间,计算所述测距终端与所述被测距终端之间的相对距离。
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