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Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Technologie betrifft eine Distanzmesseinrichtung und ein Distanzmessverfahren.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Es hat ein Problem dahingehend gegeben, dass es schwierig ist, eine Innenraumpositionierung oder -distanzmessung unter Verwendung von GPS (Global Positioning System) durchzuführen, weil Funkwellen von GPS-Satelliten Innenräume mit geringerer Wahrscheinlichkeit erreichen. Deshalb ist eine Distanzmesstechnologie unter Verwendung eines Funksignals, wie etwa Wi-Fi, Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen) oder dergleichen in jüngster Zeit verwendet worden.
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Die Verwendung der Distanzmesstechnologie ermöglicht beispielsweise eine Navigation in Innenräumen, eine Analyse eines von einem Kunden in einem Geschäft zurückgelegten Wegs und dergleichen.
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PTL 1 offenbart „eine Distanzmesseinrichtung, die eine Distanz auf Basis von Trägerphasendetektion berechnet, wobei die Distanzmesseinrichtung enthält: einen Berechnungsabschnitt zum Berechnen der Distanz zwischen einer ersten Einrichtung und einer zweiten Einrichtung, von denen mindestens eine beweglich ist, auf Basis von durch die erste Einrichtung und die zweite Einrichtung erhaltenen Phaseninformationen; wobei die erste Einrichtung eine erste Referenzsignalquelle und einen ersten Sender-Empfänger enthält zum Übertragen von drei oder mehr ersten Trägersignalen unter Verwendung des Ausgangs der ersten Referenzsignalquelle und Empfangen von drei oder mehr zweiten Trägersignalen; wobei die zweite Einrichtung eine zweite Referenzsignalquelle enthält, die unabhängig von der ersten Referenzsignalquelle arbeitet und einen zweiten Sender-Empfänger zum Übertragen von drei oder mehr zweiten Trägersignalen unter Verwendung des Ausgangs der zweiten Referenzsignalquelle und Empfangen der drei oder mehr ersten Trägersignale, wobei der Berechnungsabschnitt die Distanz auf Basis des durch Empfang des ersten und zweiten Trägersignals erhaltenen Detektionsergebnisses berechnet und die berechnete Distanz auf Basis von Informationen bezüglich des Amplitudenverhältnisses eines der ersten Trägersignale zu dem anderen, die durch den zweiten Sender-Empfänger empfangen worden sind, korrigiert“. PTL 1 beschreibt die Distanzmesseinrichtung, die es ermöglicht, eine akkurate Distanz zu berechnen durch Verwenden einer Distanzmessung vom Kommunikationstyp, die eine Distanz zwischen zwei Einrichtungen auf Basis von Kommunikation zwischen den beiden Einrichtungen bestimmt.
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PTL 2 offenbart „ein Drahtlosdistanzmesssystem mit einer Basisstationsvorrichtung und einer Drahtloskommunikationsendgerätevorrichtung, wobei die Basisstation enthält: einen Übertragungsabschnitt, der einen Impuls auf Basis eines Takts generiert und den generierten Impuls überträgt; einen Empfangsabschnitt, der den übertragenen Impuls über die Drahtloskommunikationsendgerätevorrichtung empfängt; einen Phasenverschiebungsabschnitt, der mehrere phasenverschobene Takte erhalten durch Verschieben einer Phase des Takts unter Verwendung eines Transportausmaßes generiert, das schmaler ist als die Breite des Impulses; einen Analog-Digital-Umwandlungsabschnitt, der den empfangenen Impuls in ein digitales Signal an mehreren Phasen unter Verwendung der mehreren phasenverschobenen Takte umwandelt; einen Korrelationsberechnungsabschnitt, der eine Korrelationsberechnung zwischen dem zu dem digitalen Signal umgewandelten Impuls und dem Impuls wie von dem Übertragungsabschnitt übertragen durchführt und durch Hinzufügen von Korrelationswerten zwischen gleichen Phasen ein Laufzeitprofil bildet; einen Detektionsabschnitt, der eine ankommende Welle von der Drahtloskommunikationsendgerätevorrichtung auf Basis von Impulsspitzen in dem Laufzeitprofil detektiert; und einen Distanzberechnungsabschnitt, der eine Distanz zu der Drahtloskommunikationsendgerätevorrichtung unter Verwendung einer verstrichenen Zeit nach dem Übertragen des Impulses von dem Übertragungsabschnitt bis zum Empfang der detektierten ankommenden Welle in dem Empfangsabschnitt, und eine gleichförmig durch die Drahtloskommunikationsendgerätevorrichtung bestimmte Schaltungslaufzeit und eine ungleichförmig durch die Basisstation bestimmte Schaltungslaufzeit, die Vorauskalibrierungsdaten sind, berechnet, wobei die Drahtloskommunikationsendgerätevorrichtung enthält: einen Übertragungs-/Empfangsabschnitt, der einen von der Basisstationsvorrichtung übertragenen Impuls empfängt; einen ersten Verstärkungsabschnitt, der den empfangenen Impuls verstärkt; einen Detektionsabschnitt, der eine Hüllkurvendetektion an einem empfangenen Impuls durchführt, der durch den ersten Verstärkungsabschnitt verstärkt wird und eine vorbestimmte Periode aufweist; einen Vergleicher, der das durch den Detektionsabschnitt erhaltene Detektionsergebnis binarisiert; einen Maskierungsabschnitt, der das binarisierte Detektionsergebnis unter Verwendung einer Randmaske maskiert, die gemäß dem binarisierten Detektionsergebnis gestartet und beendet wird; einen Impulsgenerierungsabschnitt, der einen Impuls gemäß dem maskierten binarisierten Detektionsergebnis generiert; und einen Bandpassfilter, der ein Band des generierten Impulses begrenzt, wobei der Übertragungs-/Empfangsabschnitt den bandbegrenzten Impuls erneut zu der Basisstationsvorrichtung abstrahlt, wobei der Detektionsabschnitt nach dem Detektieren eines von der Basisstationsvorrichtung innerhalb der vorbestimmten Periode übertragenen Impulses den von einer Antenne der Drahtloskommunikationsendgerätevorrichtung erneut abstrahlt, wobei die Randmaske von dem binarisierten Detektionsergebnis gestartet wird durch ein binarisiertes Detektionsergebnis des durch die Basisstationsvorrichtung übertragenen Impulses und beendet durch, von dem binarisierten Detektionsergebnis, eines binarisierten Detektionsergebnisses des von der Antenne der Drahtloskommunikationsendgerätevorrichtung erneut abgestrahlten Impulses“. PTL 2 beschreibt das Drahtlosdistanzmesssystem, das eine Distanz zwischen einer Basisstation und einem Endgerät messen kann, ohne eine Taktsynchronisation zwischen mehreren Basisstationen und einer Eingabe einer Positionsbeziehung zwischen den Basisstationen zu erfordern.
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PTL 3 offenbart „ein Drahtloskommunikationssystem, das eine Distanzmessung auf Basis einer Laufzeit bei Datenübertragung und -empfang zwischen Drahtloskommunikationsvorrichtungen in einer Halbduplexkommunikation durchführt, wobei das Drahtloskommunikationssystem enthält, wobei die die Distanzmessung durchführende Drahtloskommunikationsvorrichtung als eine Messstation bezeichnet wird und die Drahtloskommunikationsvorrichtung, auf der die Distanzmessung durchgeführt werden soll, als eine gemessene Station bezeichnet wird: einen Modulationssignalgenerierungs-/Übertragungsabschnitt, der ein kurzes Modulationssignal mit einem Symbolschaltpunktimpuls generiert und überträgt, der eine Länge des Symbols in der Messstation angibt; einen Demodulationsabschnitt, der den Symbolschaltpunktimpuls aus dem kurzen Modulationssignal in der Messstation und der gemessenen Station extrahiert; einen Taktsynchronisationsabschnitt, der eine Taktphase mit der Messstation des Symbolschaltpunktimpulses synchronisiert und das Speichern des Takts bewirkt; einen Messstations-Eindeutige-Wort-Übertragungsabschnitt, der ein eindeutiges Wort einschließlich von Zeitinformationen in der Messtation überträgt; einen Eindeutige-Wort-Detektionsabschnitt, der das eindeutige Wort auf Basis eines empfangenen Signals in der Messstation und der gemessenen Station detektiert; einen Gemessene-Stations-Eindeutige-Wort-Übertragungsabschnitt, der das eindeutige Wort nach dem Warten während einer festen Laufzeit unter Verwendung des synchronisierten Takts in der gemessenen Station zurücküberträgt; und einen Distanzberechnungsabschnitt, der während einer Periode ab der Übertragung des eindeutigen Worts bis zu dem Empfang des durch die gemessene Station übertragenen eindeutigen Worts Takte zur Messung zählt und die feste Laufzeit des eindeutigen Worts von dem Zählwert subtrahiert zum Berechnen einer Distanz zwischen der Messstation und der gemessenen Station.“ PTL 3 beschreibt die Drahtloskommunikationsvorrichtung, die eine akkurate Distanzmessung auf Basis der Messung einer Ausbreitungslaufzeit durchführt, in dem Halbduplexkommunikationssystem, durch Durchführen eines Speicherns der Taktphase unter Verwendung des Symbolschaltpunktimpulses in der gemessenen Station und Zurückübertragen des eindeutigen Worts einschließlich der festen Laufzeit.
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Entgegenhaltungsliste
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Patentliteratur
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- PTL 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2018-155725
- PTL 2: japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2010-002266
- PTL 3: japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2014-132263
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Jedoch existiert ein Problem, dass in Innenräumen ein Mehrweg leicht auftritt. Der Mehrweg bedeutet das Empfangen eines Funksignals durch mehrere Wege aufgrund von Reflexion oder Brechung des Funksignals. Der Mehrweg kann Rauschen verursachen oder kann Interferenzen zwischen Funksignalen verursachen, als Beispiel.
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Obwohl die in PTLs 1 bis 3 offenbarten Techniken hilfreich sind, um die Distanzmessleistung zu verbessern, wird gegen den Mehrweg keine Gegenmaßnahme vorgeschlagen.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, dass die vorliegende Technologie eine Distanzmesseinrichtung und ein Distanzmessverfahren zum akkuraten Messen einer Distanz bereitstellt, auch wenn ein Mehrweg auftritt.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Die vorliegende Technologie liefert eine Distanzmesseinrichtung, die Folgendes enthält: Distanzmesseinrichtung, umfassend: einen ersten Sendeempfänger; einen zweiten Sendeempfänger; einen Antwortinformationserfassungsabschnitt; einen Filter; und einen Distanzrechner, wobei der erste Sendeempfänger beim Durchführen eines Frequenzdurchlaufs ein erstes Impulssignal zu dem zweiten Sendeempfänger überträgt, der zweite Sendeempfänger das von dem ersten Sendeempfänger übertragene erste Impulssignal empfängt; der Antwortinformationserfassungsabschnitt Antwortinformationen auf Basis einer durch Empfang des ersten Impulssignals erhaltenen Phasendifferenz erfasst, der Filter Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen extrahiert, wobei die Anfangsantwortinformationen die Antwortinformationen bezüglich des an einer Anfangsstufe zu empfangenen ersten Impulssignals sind; der Distanzrechner eine Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen berechnet und eine Distanz zwischen dem ersten Sendeempfänger und dem zweiten Sendeempfänger durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit mit einer Lichtgeschwindigkeit berechnet.
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Der erste Sendeempfänger kann das erste Impulssignal an den zweiten Sendeempfänger übertragen. Der zweite Sendeempfänger kann das durch den ersten Sendeempfänger übertragene erste Impulssignal empfangen und kann das zweite Impulssignal zu dem ersten Sendeempfänger übertragen. Der erste Sendeempfänger kann das durch den zweiten Sendeempfänger übertragene zweite Impulssignal empfangen. Der Antwortinformationserfassungsabschnitt kann die Antwortinformationen auf Basis einer durch Empfang des ersten Impulssignals und/oder des zweiten Impulssignals erhaltenen Phasendifferenz erfassen. Der Filter kann Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen extrahieren, wobei die Anfangsantwortinformationen die Antwortinformationen bezüglich des ersten Impulssignals und/oder des zweiten Impulssignals, an der Anfangsstufe zu empfangen, sind. Der Distanzrechner kann die Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen berechnen und kann die Distanz durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit mit der Lichtgeschwindigkeit berechnen.
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Der zweite Sendeempfänger kann das zweite Impulssignal generieren durch Hinzufügen, zu dem ersten Impulssignal, einer Differenz zwischen einer Phase des ersten Impulssignals auf Basis eines Übertragungstiming und einer Phase des ersten Impulssignals auf Basis eines Empfangstiming.
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Das erste Impulssignal und das zweite Impulssignal können jeweils eine schmale Frequenzbandbreite aufweisen.
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Das erste Impulssignal und das zweite Impulssignal können jeweils eine Frequenzbandbreite von kleiner oder gleich 160 MHz aufweisen.
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Der Filter kann einen Inverse-Fourier-Transformierer, einen Anfangsantwortinformationsextrahierer und einen Fouriertransformierer enthalten. Der Inverse-Fouriertransformierer kann die Antwortinformationen aus Frequenzbereichsinformationen zu Zeitbereichsinformationen transformieren. Der Anfangsantwortinformationsextrahierer kann die Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen extrahieren, die zu den Zeitbereichsinformationen transformiert worden sind. Der Fouriertransformierer kann die Anfangsantwortinformationen aus den Zeitbereichsinformationen zu den Frequenzbereichsinformationen transformieren.
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Die Anfangsantwortinformationen können die Antwortinformationen bezüglich des ersten Impulssignals und/oder des zweiten Impulssignals, zuerst zu empfangen, sein.
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Der Distanzrechner kann einen Gruppenlaufzeitrechner, einen Frequenzwähler und eine Multiplizierer enthalten. Der Gruppenlaufzeitrechner kann einen Gradienten einer Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen berechnen. Der Frequenzwähler kann eine Frequenz auf Basis des Gradienten der Gruppenlaufzeit berechnen. Der Multiplizierer kann die Distanz berechnen durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit bei der Frequenz mit der Lichtgeschwindigkeit.
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Der Frequenzwähler kann eine Frequenz wählen, bei der der Gradient der Gruppenlaufzeit auf einem Minimum ist.
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Weiter kann die vorliegende Technologie ein Distanzmessverfahren bereitstellen, das beinhaltet: Übertragen eines Impulssignals beim Durchführen eines Frequenzdurchlaufs; Empfangen des Impulssignals; Erfassen einer Phasendifferenz des Impulssignals; Erfassen von Antwortinformationen auf Basis der Phasendifferenz; Extrahieren von Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen, wobei die Anfangsantwortinformationen die Antwortinformationen bezüglich des an einer Anfangsstufe zu empfangenden ersten Impulssignals sind; Berechnen einer Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen; und Berechnen einer Distanz durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit mit einer Lichtgeschwindigkeit.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Konfigurationsdiagramm eine Distanzmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 2 ist ein Schemadiagramm zum Beschreiben des Betriebs eines ersten Sendeempfängers und eines zweiten Sendeempfängers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 3 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Falls, wo ein Mehrwegeinfluss auf die Distanzmessleistung klein ist.
- 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Falls, wo ein Mehrwegeinfluss auf die Distanzmessleistung groß ist.
- 5 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Einflusses von Orientierungen von Antennen auf die Distanzmessleistung.
- 6 veranschaulicht ein Beispiel einer Antwortcharakteristik in einem TOA-Verfahren.
- 7 veranschaulicht ein Beispiel einer Antwortcharakteristik in dem TOA-Verfahren.
- 8 veranschaulicht ein Beispiel von Antwortinformationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 9 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Filters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 10 veranschaulicht ein Beispiel von Antwortinformationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 11 veranschaulicht ein Beispiel von Anfangsantwortinformationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 12 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Distanzrechners gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 13 veranschaulicht ein Beispiel einer Gradientencharakteristik von Gruppenlaufzeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 14 veranschaulicht Beispiele von Ergebnissen der Gruppenlaufzeit berechnet durch einen Gruppenlaufzeitrechner gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 15 veranschaulicht Beispiele von Ergebnissen einer Gruppenlaufzeit berechnet durch den Gruppenlaufzeitrechner gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 16 veranschaulicht ein Beispiel eines Ergebnisses eines Distanzmessresultats, erhalten durch die Distanzmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
- 17 veranschaulicht ein Beispiel eines Flussdiagramms eines Distanzmessverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
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Modi zum Ausführen der Erfindung
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Folgendes beschreibt bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Technologie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es ist anzumerken, dass die unten zu beschreibenden folgenden Ausführungsformen und Beispiele spezifische Beispiele von Ausführungsformen und Beispielen der vorliegenden Technologie sind und die vorliegende Technologie nicht darauf beschränkt ist. Es sei angemerkt, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.
- 1. Umriss der vorliegenden Technologie
- 2. Erste Ausführungsform der vorliegenden Technologie (Distanzmesseinrichtung)
- 3. Zweite Ausführungsform der vorliegenden Technologie (Distanzmesseinrichtung)
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<1. Umriss der vorliegenden Technologie>
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Verschiedene Distanzmesstechniken werden gegenwärtig untersucht. Zu Beispielen dafür zählen Fußgängerkopppelnavigation (PDR - Pedestrian Dead Reckoning), das ein Bewegungsausmaß eines Nutzers misst, ein Positionierungsverfahren, das einen Abgleich gegenüber geomagnetischen Daten oder dergleichen durchführt, ein Laufzeit-(TOF - Time of Flight-) Verfahren, das eine Distanz auf Basis einer Laufzeit von Licht misst.
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Jedoch weist die Fußgängerkoppelnavigation ein Problem dahingehend auf, dass von einem Beschleunigungssensor, einem Kreiselsensor usw. erfasst Fehler angehäuft werden und es nicht möglich ist, die Fehler zu korrigieren. Das Positionierungsverfahren, das einen Abgleich gegenüber geomagnetischen Daten oder dergleichen durchführt, hat ein Problem bezüglich des Betriebs dahingehend, dass es notwendig ist, eine Karte im Voraus anzulegen oder übereinstimmende Daten neu anzulegen, wenn die Karte, ein Layout oder dergleichen geändert wird. Das TOF-Verfahren hat ein Problem dahingehend, dass die Distanzmessleistung aufgrund von Schattenbildung abnimmt, die durch eine Person auf einer Sichtlinie verdeckt wird.
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Zur Lösung dieser Probleme wird eine Distanzmesstechnologie unter Verwendung eines Funksignals verwendet. Ein Distanzmessverfahren unter Verwendung des Funksignals hat einen Vorteil dahingehend, dass es keine Karte im Voraus anlegen muss.
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Eine Funktion des Durchführens von Kommunikation unter Verwendung eines Funksignals wie etwa Wi-Fi, Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen), LTE (Long Term Evolution) oder dergleichen ist gegenwärtig in einem mobilen Endgerät wie etwa einem Smartphone enthalten. Dementsprechend kann gesamt werden, dass es eine für das Verwenden des Funksignals geeignete Umgebung ist.
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Es ist möglich, das Distanzmessverfahren unter Verwendung des Funksignals durch ein Programm oder dergleichen zu erzielen. Es ist möglich, das Programm in dem mobilen Endgerät zu errichten.
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1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Distanzmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Wie in 1 dargestellt, enthält eine Distanzmesseinrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie einen ersten Sendeempfänger 10, einen zweiten Sendeempfänger 20, einen Antwortinformationserfassungsabschnitt 30, einen Filter 40 und einen Distanzrechner 50.
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Der erste Sendeempfänger 10 und der zweite Sendeempfänger 20 übertragen und empfangen jeweils ein Impulssignal. Auf Basis einer Phasendifferenz zwischen dem übertragenen Impulssignal und dem empfangenen Impulssignal berechnet die Distanzmesseinrichtung 1 eine Distanz zwischen dem ersten Sendeempfänger 10 und dem zweiten Sendeempfänger 20.
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2 ist ein Schemadiagramm zum Beschreiben des Betriebs des ersten Sendeempfängers 10 und des zweiten Sendeempfängers 20. Wie in 2 dargestellt, sind der erste Sendeempfänger 10 und der zweite Sendeempfänger 20 um eine vorbestimmte Distanz voneinander beabstandet.
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Der erste Sendeempfänger 10 enthält eine erste Antenne 11 und einen ersten Prozessor 12. Der zweite Sendeempfänger 20 enthält eine zweite Antenne 21 und einen zweiten Prozessor 22.
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Die erste Antenne 11 und die zweite Antenne 21 übertragen und empfangen jeweils ein Funkimpulssignal. Der erste Prozessor 12 und der zweite Prozessor 22 verarbeiten jeweils das Funkimpulssignal.
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Der erste Sendeempfänger 10 überträgt über die erste Antenne 11 und die zweite Antenne 21 ein erstes Impulssignal 61 zu dem zweiten Sendeempfänger 20 beim Durchführen eines Frequenzdurchlaufs. Die Distanzmesseinrichtung 1 führt eine Messung (Frequenzdurchlauf) unter Verwendung von mehreren verschiedenen Frequenzen in einem angemessenen Bereich (Messbereich) eines gewissen Grads durch.
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Das erste Impulssignal 61 kommt an dem zweiten Sendeempfänger 20 mit einer vorbestimmten Laufzeit an. Das heißt, das erste Impulssignal 61 kommt an dem zweiten Sendeempfänger 20 mit einer Phasendifferenz an, die durch Multiplizieren der Laufzeit mit einer Übertragungswinkelfrequenz multipliziert wird.
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Der zweite Sendeempfänger 20 empfängt das von dem ersten Sendeempfänger 10 übertragene erste Impulssignal 61.
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Der zweite Prozessor 22 generiert ein zweites Impulssignal 62 durch Hinzufügen der Phasendifferenz zu dem ersten Impulssignal 61. Die Phasendifferenz ist eine Differenz zwischen einer Phase des ersten Impulssignals 61 auf Basis eines Übertragungstiming und einer Phase des ersten Impulssignals 61 auf Basis eines Empfangstiming.
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Der zweite Sendeempfänger 20 überträgt über die zweite Antenne 21 und die erste Antenne 11 das zweite Impulssignal 62 zu dem ersten Sendeempfänger 10 beim Durchführen eines Frequenzdurchlaufs.
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Der erste Sendeempfänger 10 empfängt das von dem zweiten Sendeempfänger 20 übertragene zweite Impulssignal 62.
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Auf diese Weise reflektiert die Distanzmesseinrichtung 1 ein Funkimpulssignal auf Pseudoweise.
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In dieser Ausführungsform enthält die Distanzmesseinrichtung 1 zwei Sendeempfänger 10 und 20, die drei oder mehr Sendeempfänger oder einen Sendeempfänger enthalten können.
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In einem Fall, wo die Distanzmesseinrichtung 1 einen Sendeempfänger enthält, reflektiert ein Objekt ein von einem Sendeempfänger übertragenes Funkimpulssignal. Der Sendeempfänger empfängt das reflektierte Funkimpulssignal.
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In diesem Fall jedoch ist die Stärke des reflektierten Funkimpulssignals abgeschwächt, das heißt es ist schwierig, das Funkimpulssignal zu detektieren. Dementsprechend ist es wünschenswert, dass die Distanzmesseinrichtung 1 mindestens zwei Sendeempfänger enthält.
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Übrigens wird die Distanzmesseinrichtung 1 hauptsächlich im Innenbereich verwendet, und wie oben erwähnt, gibt es ein Problem dahingehend, dass ein Mehrweg leicht im Innenbereich auftritt.
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Unter Bezugnahme auf 3 und 4 wird ein Einfluss eines Mehrwegs auf die Distanzmessleistung nun beschrieben. 3 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Falls, wo der Einfluss des Mehrwegs auf die Distanzmessleistung klein ist. 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Falls, wo der Einfluss des Mehrwegs auf die Distanzmessleistung groß ist.
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Ein linkes Diagramm von 3 veranschaulicht eine Ausführungsform, in der ein Sender 3 und ein Empfänger 4 eines Funkimpulssignals angeordnet sind. Um den Sender 3 und den Empfänger 4 ist kein Objekt, das das Funkimpulssignal reflektiert, angeordnet. Somit ist es unwahrscheinlich, dass der Mehrweg auftreten wird.
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Ein rechtes Diagramm von 3 veranschaulicht Ergebnisse einer durch den Sender 3 und den Empfänger 4 durchgeführten Distanzmessung. Eine Distanz zwischen dem Sender 3 und dem Empfänger 4 wird variiert, um eine zu berechnende Distanz zu evaluieren. Eine horizontale Achse stellt einen Wert, der durch tatsächliches Messen der Distanz zwischen dem Sender 3 und dem Empfänger 4 erhalten wird. Eine vertikale Achse stellt einen Wert dar, der durch Berechnen der Distanz durch Analysieren des Funkimpulssignals erhalten wird.
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Eine gerade Linie 5 stellt einen Wert dar, der durch tatsächliches Messen der Distanz, der ein Charakterwert ist, erhalten wird. In der geraden Linie 5 sind der Wert der horizontalen Achse und der Wert der vertikalen Achse die gleichen.
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Eine polygonale Linie 6 stellt einen Wert dar, der durch Berechnen der Distanz durch Analysieren des Funkimpulssignals erhalten wird. Die polygonale Linie 6 und die gerade Linie 5 überlappen einander beinahe. Es versteht sich, dass die Distanzmessleistung hoch ist.
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Im Gegensatz dazu sind in einem linken Diagramm von 4 Objekte, die das Funkimpulssignal reflektieren, um den Sender 3 und dem Empfänger 4 angeordnet. Das heißt, es ist wahrscheinlich, dass der Mehrweg auftritt.
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In einem rechten Diagramm von 4 weichen die polygonale Linie 6 und die gerade Linie 5 voneinander ab. Es versteht sich, dass die Distanzmessleistung durch den Einfluss des Mehrwegs reduziert ist.
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Es besteht eine hohe Möglichkeit, dass ein Objekt, das den Funkimpuls reflektiert, im Innenbereich angeordnet ist, und es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass ein Mehrweg auftritt. Dementsprechend ist es wünschenswert, den Einfluss des Mehrwegs zu reduzieren und die Distanzmessleistung zu verbessern.
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Übrigens gibt es auch ein Distanzmessverfahren unter Verwendung einer Feldstärkenmessung (RSSI - Received Signal Strength Indication), von dem ebenfalls bekannt ist, dass es für den Mehrweg anfällig ist. Dieses Verfahren nutzt den Vorteil einer Funkwellencharakteristik, dass eine Stärke von Funkwellen und eine Distanz korrelieren. In diesem Verfahren wird beispielsweise geschätzt, dass die Distanz kurz ist, falls die Feldstärkemessung groß ist, und dass die Distanz lang ist, falls die Feldstärkemessung klein ist.
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In dem Verfahren unter Verwendung der Feldstärkenmessung ist bekannt, dass Orientierungen von jeweiligen in dem Sender 3 und dem Empfänger 4 enthaltenen Antennen die Distanzmessleistung beeinflussen. Unter Bezugnahme auf 5 wird der Einfluss der Orientierungen der Antennen auf die Distanzmessleistung beschrieben. 5 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Einflusses der Orientierungen der Antennen auf die Distanzmessleistung.
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Ein linkes Diagramm von 5 veranschaulicht die Orientierungen der in dem Sender 3 und dem Empfänger 4 enthaltenen jeweiligen Antennen. In der Reihenfolge von der linken Seite sind eine Ansicht, in der der Sender 3 und der Empfänger 4 einander gegenüber liegen, eine Ansicht, in der der Empfänger 4 um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht ist, und eine Ansicht, in der der Sender 3 um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht ist, dargestellt.
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Ein rechtes Diagramm von 5 veranschaulicht Ergebnisse einer durch den Sender 3 und den Empfänger 4 durchgeführten Distanzmessung.
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In 5 zeigen Werte von 0 bis 345 Grad, angebracht an einer Außenseite eines Kreises, Rotationswinkel im Uhrzeigersinn des Senders 3 und des Empfängers 4 an. Werte von -80 bis -50 [dB], an der Mitte des Kreises zu der Außenseite angebracht, geben die Feldstärkemessung an.
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Eine polygonale Linie 6 stellt die Feldstärkemessung dar, wenn sich der Empfänger 4 im Uhrzeigersinn dreht. Eine polygonale Linie 6 stellt die Feldstärkemessung dar, wenn sich der Sender 3 im Uhrzeigersinn dreht. Je nach den Winkeln des Empfängers 4 und des Senders 3 differiert die Signalstärkemessung um 10 bis 20 [dB].
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Wie in 5 dargestellt, beeinflussen die Orientierungen der jeweiligen Antennen des Senders 3 und des Empfängers 4 die Distanzmessleistung und verursachen einen Fehler. Dementsprechend ist es wünschenswert, den Einfluss der Orientierungen der Antennen zu reduzieren und die Distanzmessleistung zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Probleme werden gegenwärtig verschiedene Distanzmessverfahren vorgeschlagen. Zu Beispielen davon zählen ein Ankunftswinkel(AOA - Angle of Arrival-) Verfahren, ein Ankunftszeit-(TOA - Time of Arrival-) Verfahren und ein Phasendifferenzdetektionsverfahren.
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Das AOA-Verfahren ist ein Verfahren des Durchführens einer Positionierung unter Verwendung mehrerer Richtantennen. Dies ist ein Verfahren, bei dem, wenn ein Empfänger ein Funksignal von einem Sender empfängt, eine Position des Senders durch Messen eines Winkels geschätzt wird, unter dem das Funksignal ankommt, als Beispiel.
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Das AOA-Verfahren kann die Ungleichförmigkeit einer Strahlungscharakteristik der Antenne verbessern. Jedoch hat das AOA-Verfahren ein Problem dahingehend, dass die Installationskosten aus Gründen, wie etwa die Richtwirkung der Antenne in Abhängigkeit von einem Ort ändern zu müssen, hoch sind. Außerdem hat das AOA-Verfahren ein Problem dahingehend, dass es unmöglich ist, auf einen Fall zu reagieren, wo sich der Ort ändert.
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Das TOA-Verfahren ist ein Verfahren zum Schätzen einer Position auf Basis einer Ausbreitungszeit eines Funksignals. Das TOA-Verfahren ist ein Verfahren zum Schätzen einer Distanz durch Multiplizieren der Ausbreitungszeit des Funksignals mit einer Geschwindigkeit des Funksignals.
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Das TOA-Verfahren ist nützlich im Fall des Verwendens eines Funksignals mit einer breiten Frequenzbandbreite wie etwa Ultrabreitbandfunkkommunikation (UWB - Ultra Wideband Radio Communication), weil das Funksignal eine hohe Auflösung hat und es somit möglich ist, den Mehrweg leicht zu beseitigen.
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6 veranschaulicht ein Beispiel einer Antwortcharakteristik bezüglich eines Funksignals mit einer großen Frequenzbandbreite in dem TOA-Verfahren. In 6 stellt eine horizontale Achse die Zeit dar, und eine vertikale Achse stellt die Amplitude dar.
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Wie in 6 dargestellt, nimmt die Amplitude in drei Zeitperioden zu. In jeder der drei Zeitperioden ist angegeben, dass das Funksignal den Empfänger erreicht hat. Es wird angenommen, dass das Funksignal in der ersten angekommenen Zeitperiode (die Zeitperiode auf der linken Seite in 6 unter den drei Zeitperioden, in denen die Amplitude zunimmt) die kürzeste Laufzeit aufweist und korrekt ist, und das Funksignal in den anderen Zeitperioden (den jeweiligen Zeitperioden in der Mitte und auf der rechten Seite in 6 und in den drei Zeitperioden, in denen die Amplitude zunimmt) durch Mehrweg beeinflusst ist. Dementsprechend kann durch Entfernen einer Charakteristik des durch Mehrweg beeinflussten Funksignals die Distanzmesseinrichtung eine Distanz mit hoher Genauigkeit berechnen.
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Das Funksignal mit einer großen Frequenzbandbreite weist eine hohe Auflösung auf, und es ist somit möglich, den Mehrweg leicht zu beseitigen. Im Gegensatz dazu besteht ein Problem dahingehend, dass ein Funksignal mit einer schmalen Frequenzbandbreite eine geringer Auflösung aufweist und es somit schwierig ist, den Mehrweg zu beseitigen. Zu Beispielen für das Funksignal mit einer schmalen Frequenzbandbreite zählen BLE (Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen) Low Energy) mit einer höchsten Frequenz von etwa 80 MHz und LTE-Advanced mit einer höchsten Frequenz von etwa 160 MHz.
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7 veranschaulicht ein Beispiel einer Antwortcharakteristik bezüglich eines Funksignals mit einer schmalen Frequenzbandbreite in dem TOA-Verfahren. In 7 stellt eine horizontale Achse die Zeit dar, und eine vertikale Achse stellt die Amplitude dar.
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Wie in 7 dargestellt, weist das Beispiel eine Wellenform auf, in der mehrere Signale gemischt sind. Dem ist so, weil das Funksignal eine geringe Auflösung aufweist. Dementsprechend ist es schwierig, die Charakteristik des durch Mehrweg beeinflussten Funksignals zu beseitigen.
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Die vorliegende Technologie verwendet das Phasendifferenzdetektionsverfahren. Das Phasendifferenzdetektionsverfahren ist ein Verfahren des Berechnens einer Distanz auf Basis einer Phasendifferenz zwischen einem gesendeten Signal und einem empfangenen Signal.
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<2. Erste Ausführungsform der vorliegenden Technologie (Distanzmesseinrichtung)>
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Eine Distanzmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie wird beschrieben. Die Distanzmesseinrichtung 1 berechnet eine Distanz zwischen dem ersten Sendeempfänger 10 und dem zweiten Sendeempfänger 20 auf Basis der Differenz (Phasendifferenz) zwischen der Phase des durch den ersten Sendeempfänger 10 übertragenen ersten Impulssignals 61 und der Phase des durch den Sendeempfänger 20 empfangenen ersten Impulssignals 61.
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Ein Distanzmessverfahren wird ausführlich beschrieben. Das Differenzieren der Phasendifferenz bezüglich einer Winkelfrequenz ergibt die Gruppenlaufzeit. Die Gruppenlaufzeit gibt eine Differenzcharakteristik der Phase bei der Phase bei der Frequenz an. Die Gruppenlaufzeit gibt einen Gradienten der Phase bezüglich der Winkelfrequenz an.
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Durch das Multiplizieren der Gruppenlaufzeit mit einer Lichtgeschwindigkeit (etwa 3 x 108 [m/s]) erhält man die Distanz zwischen dem ersten Sendeempfänger 10 und dem zweiten Sendeempfänger 20.
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Weiter kann die vorliegende Technologie eine Gruppenlaufzeit nutzen, die in einem Umlauf des Impulssignals auftritt. Das heißt, ein Mittelwert der Gruppenlaufzeit, verursacht durch die Übertragung und den Empfang des ersten Impulssignals 61, und der Gruppenlaufzeit, verursacht durch die Übertragung und den Empfang des zweiten Impulssignals 62, kann verwendet werden. Die Verwendung des Mittelwerts reduziert eine Vorbelastung eines Distanzmessergebnisses und verbessert die Distanzmessleistung.
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Ein Frequenz des ersten Impulssignals 61 und eine Frequenz des zweiten Impulssignals 62 variieren jeweils mit einer vorbestimmten Rate. Das erste Impulssignal 61 und das zweite Impulssignal 62 variieren beispielsweise mit einer vorbestimmten Rate von einer niedrigen Frequenz zu einer höheren Frequenz.
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Auf Basis einer aus dem Empfang des ersten Impulssignals 61 und/oder des zweiten Impulssignals 62 erhaltenen Phasendifferenz erfasst der Antwortinformationserfassungsabschnitt 30 Antwortinformationen. Bei den Antwortinformationen handelt es sich um Informationen, die durch Analysieren des empfangenen ersten Impulssignals 61 und/oder des empfangenen zweiten Impulssignals 62 erhalten werden. Es ist möglich, den Antwortinformationserfassungsabschnitt 30 beispielsweise unter Verwendung eines Programms zu erzielen.
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8 veranschaulicht ein Beispiel für die Antwortinformationen. In 8 stellt eine horizontale Achse eine Frequenz dar, und eine vertikale Achse stellt eine Gruppenlaufzeit dar. Durch Variieren der Frequenz analysiert die Distanzmesseinrichtung 1 die Gruppenlaufzeit für jede Frequenz.
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Falls kein Rauschen oder dergleichen generiert wird, tendiert die Gruppenlaufzeit im Allgemeinen dazu, ungeachtet der Frequenz gleichförmig zu sein. Jedoch ist, wie in 8 dargestellt, die Gruppenlaufzeit nicht gleichförmig. Das heißt, die Gruppenlaufzeit differiert abhängig von der Frequenz. Somit ist es höchstwahrscheinlich, dass durch Auftreten des Mehrwegs Rauschen generiert wird. Es ist deshalb wünschenswert, den Mehrweg zu beseitigen.
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Wie oben beschrieben, weist das Funksignal mit einer großen Frequenzbandbreite eine hohe Auflösung auf, und es ist somit möglich, den Mehrweg leicht zu beseitigen. Im Gegensatz dazu weist das Funksignal mit einer schmalen Frequenzbandbreite eine geringe Auflösung auf, und deshalb gibt es somit ein Problem dahingehend, dass das Beseitigen des Mehrwegs schwierig ist.
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Jedoch werden gegenwärtig IC-Chips unter Verwendung eines Kommunikationsstandards wie etwa BLE oder LTE-Advanced, was ein Funksignal mit einer schmalbandigen Frequenzbandbreite ist, in viele mobile Endgeräte eingebaut. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Positionierung unter Verwendung eines Funksignals mit einer schmalen Frequenzbandbreite durchzuführen.
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Die Distanzmesseinrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie verwendet ein Funksignal mit einer schmalen Frequenzbandbreite. Das heißt, das erste Impulssignal 61 und das zweite Impulssignal 62 weisen jeweils eine schmale Frequenzbandbreite auf. Insbesondere ist die Frequenzbandbreite jedes des ersten Impulssignals 61 und des zweiten Impulssignals 62 kleiner oder gleich 160 MHz.
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Die Distanzmesseinrichtung 1 enthält den Filter 40, der den Mehrweg beseitigt.
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Der Filter 40 extrahiert Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen. Die Anfangsantwortinformationen sind Antwortinformationen bezüglich des ersten Impulssignals 61 oder des zweiten Impulssignals 62, an einer Anfangsstufe durch den ersten Sendeempfänger 10 oder den zweiten Sendeempfänger 20 zu empfangen. Bei den Anfangsantwortinformationen kann es sich auch um Antwortinformationen bezüglich des ersten Impulssignals 61 oder des zweiten Impulssignals 62, zuerst zu empfangen, handeln. Es ist höchstwahrscheinlich, dass die Anfangsantwortinformationen nicht der Mehrweg sind.
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9 ist ein Konfigurationsdiagramm des Filters 40 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 9 dargestellt, enthält der Filter 40 einen Inverse-Fourier-Transformierer 41, einen Anfangsantwortinformationsextrahierer 42 und einen Fourier-Transformierer 43. Es ist möglich, den Filter 40 beispielsweise unter Verwendung eines Programms zu erzielen.
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Der Inverse-Fourier-Transformierer 61 führt eine inverse Fourier-Transformation an den Anfangsantwortinformationen durch, um die Antwortinformationen von Frequenzbereichsinformationen zu Zeitbereichsinformationen zu transformieren.
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10 veranschaulicht Antwortinformationen, die durch die Transformation erhalten werden, die durch den Inverse-Fourier-Transformierer 41 an den in 8 dargestellten Antwortinformationen durchgeführt wird. In 10 stellt eine horizontale Achse die Zeit dar, und eine vertikale Achse stellt die Amplitude dar.
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Eine durch eine durchgezogene Linie angegebene Zeitantwortcharakteristik 7 ist eine Zeitantwortcharakteristik bezüglich eines Impulssignals mit einer schmalen Frequenzbandbreite. Die durch die durchgezogene Linie angegebene Zeitantwortcharakteristik 7 wird erhalten, indem die Antwortinformationen durch den Inverse-Fourier-Transformierer 41 transformiert werden.
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Im Gegensatz dazu ist eine durch eine gestrichelte Linie angegebene Zeitantwortcharakteristik 8 eine Zeitantwortcharakteristik bezüglich eines Impulssignals mit einer großen Frequenzbandbreite. Die durch die gestrichelte Linie angegebene Zeitantwortcharakteristik 8 ist nicht in den Antwortinformationen enthalten. Die durch die gestrichelte Linie angegebene Zeitantwortcharakteristik 8 ist zum Zweck der folgenden Erläuterung vorgelegt.
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Der Anfangsantwortinformationsextrahierer 42 extrahiert die Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen, die zu den Zeitbereichsinformationen transformiert worden sind. In 10 handelt es sich bei der durch die durchgezogene Linie angegebenen Zeitantwortcharakteristik 7 um die Antwortinformationen. Die Antwortinformationen innerhalb eines Bereichs einer Zeitperiode T sind die Anfangsantwortinformationen.
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Unter Fokussierung auf die durch die gestrichelte Linie angegebenen Zeitantwortcharakteristik 8 nimmt die Amplitude in drei Zeitperioden zu. In jeder der drei Zeitperioden ist angegeben, dass das Funksignal den Empfänger erreicht hat. Es wird angenommen, dass das erste angekommene Funksignal die kürzeste Laufzeit aufweist und korrekt ist, und das Funksignal in einer anderen Zeitperiode ist durch Mehrweg beeinflusst. Dementsprechend kann die Distanzmesseinrichtung 1 durch Beseitigen einer Charakteristik des durch Mehrweg beeinflussten Funksignals eine Distanz mit hoher Genauigkeit berechnen.
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Die Anfangsantwortinformationen sind Antwortinformationen entsprechend dem ersten angekommenen Signal. Dementsprechend ermöglicht die Extraktion der Anfangsantwortinformationen der Distanzmesseinrichtung 1, die Distanz akkurat zu berechnen. Es ist möglich, die Extraktion beispielsweise unter Verwendung einer Austastungstechnik zu erzielen.
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Ein Verfahren des Berechnens der Zeitperiode T ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise sind mehrere Muster, in denen eine schmalbandige Zeitantwortcharakteristik und eine breitbandige Zeitantwortcharakteristik miteinander assoziiert sind, im Voraus registriert werden. Der Anfangsantwortinformationsextrahierer 42 kann das Anpassen der in den Antwortinformationen enthaltenen schmalbandigen Zeitantwortcharakteristik gegenüber der in dem Muster enthaltenen schmalbandigen Zeitantwortcharakteristik durchführen, um dadurch eine breitbandige Zeitantwortcharakteristik zu schätzen und die Zeitperiode T zu berechnen. Das Muster kann in einer Ablageeinrichtung wie etwa einem in einem Computer eingebauten Speicher registriert werden.
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Alternativ kann der Anfangsantwortinformationsextrahierer 42 die Zeitperiode T allmählich verkürzen und die Zeitperiode T auf Basis eines Timing berechnen, mit der die Gruppenlaufzeit in 8 im Wesentlichen gleichförmig wird, als Beispiel.
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Der Fourier-Transformierer 43 führt eine Fourier-Transformation an den Anfangsantwortinformationen durch, um die Anfangsantwortinformationen aus den Zeitbereichsinformationen zu den Frequenzbereichsinformationen zu transformieren.
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11 veranschaulicht Anfangsantwortinformationen, erhalten durch die durch den Fouriertransformierer 43 an den in 10 dargestellten Anfangsantwortinformationen durchgeführten Transformation. In 11 stellt eine horizontale Achse eine Frequenz dar, und eine vertikale Achse stellt die Gruppenlaufzeit dar.
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Wie in 11 dargestellt, ist eine Variation bei der Gruppenlaufzeit im Vergleich mit 8 im Wesentlichen gleichförmig. Wie oben beschrieben, tendiert die Gruppenlaufzeit, falls kein Rauschen oder dergleichen generiert wird, im Allgemeinen dazu, unabhängig von der Frequenz gleichförmig zu sein. Deshalb versteht sich, dass das durch den Mehrweg oder dergleichen verursachte Rauschen beseitigt worden ist.
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Der in der Distanzmesseinrichtung 1 enthaltene Distanzrechner 50 berechnet die Distanz zwischen dem ersten Sendeempfänger 10 und dem zweiten Sendeempfänger 20 auf Basis der Anfangsantwortinformationen.
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12 ist ein Konfigurationsdiagramm des Distanzrechners 50 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 12 dargestellt, enthält der Distanzrechner 50 einen Gruppenlaufzeitrechner 51, einen Frequenzwähler 52 und einen Multiplizierer 53. Es ist möglich, den Distanzrechner 50 beispielsweise unter Verwendung eines Programms zu erzielen.
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In 11 ist die Gruppenlaufzeit im Wesentlichen gleichförmig. Somit erscheint die Gruppenlaufzeit ungeachtet der gewählten Frequenz im Wesentlichen gleich zu sein. Dementsprechend kann die Distanz durch Multiplizieren einer optionalen Gruppenlaufzeit mit der Lichtgeschwindigkeit berechnet werden.
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Um ein akkurates Distanzmessergebnis zu erhalten, ist es jedoch notwendig, eine entsprechende Frequenz zu wählen und die Distanz auf Basis einer zu der Frequenz in Beziehung stehenden Gruppenlaufzeit zu berechnen. Um eine angemessene Frequenz zu wählen, berechnet der Gruppenlaufzeitrechner 51 dementsprechend einen Gradienten der Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen.
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Der Gradient der Gruppenlaufzeit ist ein Wert, der durch Differenzieren der Gruppenlaufzeit bezüglich der Frequenz erhalten wird, und bezieht sich auf eine Variation der Gruppenlaufzeit in einem kleinen Frequenzintervall. Eine Frequenz, deren Gradient der Gruppenlaufzeit klein ist, weist einen kleinen Einfluss des Mehrwegs auf, und eine Frequenz, deren Gradient der Gruppenlaufzeit groß ist, weist einen großen Einfluss des Mehrwegs auf. Weiter ist eine Frequenz, bei der der Gradient der Gruppenlaufzeit ein Minimum ist, eine Frequenz des Funksignals, dass den Empfänger zuerst erreicht hat. Es ist deshalb wünschenswert, eine Frequenz zu wählen, bei der der Gradient der Gruppenlaufzeit ein Minimum ist.
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13 veranschaulicht einen berechneten Gradienten der Gruppenlaufzeit, der erhalten wird, indem die Gruppenlaufzeit bezüglich der Frequenz auf Basis der in 11 dargestellten Anfangsantwortinformationen durch den Gruppenlaufzeitrechner 51 differenziert wird. In 13 stellt eine horizontale Achse eine Frequenz dar, und eine vertikale Achse ist ein Gradient der Gruppenlaufzeit.
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Der Frequenzwähler 52 wählt eine Frequenz auf Basis des Gradienten der Gruppenlaufzeit. Insbesondere wählt der Frequenzwähler 52 eine Frequenz, bei der der Gradient der Gruppenlaufzeit ein Minimum ist. Wie in 13 dargestellt, ist der Gradient der Gruppenlaufzeit an einem Punkt P in der Nähe der Frequenz 2,41 [GHz] das Minimum. Somit wählt der Frequenzwähler 52 eine Frequenz F an dem Punkt P.
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Der Gruppenlaufzeitrechner 51 berechnet die Gruppenlaufzeit bei der Frequenz F durch Integrieren des Gradienten der Gruppenlaufzeit bezüglich der Frequenz.
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14 und 15 veranschaulichen jeweils Beispiele von Ergebnissen einer durch den Gruppenlaufzeitrechner 51 für jeweilige Distanzen berechneten Gruppenlaufzeit.
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Wie in 14 und 15 dargestellt, ist die Gruppenlaufzeit im Wesentlichen gleichförmig. Wie oben beschrieben, tendiert die Gruppenlaufzeit, falls kein Rauschen oder dergleichen generiert wird, im Allgemeinen dazu, ungeachtet der Frequenz gleichförmig zu sein. Deshalb versteht sich, dass das durch den Mehrweg oder dergleichen verursachte Rauschen beseitigt worden ist.
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Der Multiplizierer 53 berechnet die Distanz durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit bei der Frequenz F mit der Lichtgeschwindigkeit.
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16 veranschaulicht ein Beispiel eines Ergebnisses eines durch die Distanzmesseinrichtung 1 erhaltenen Distanzmessergebnisses. In 16 stellt eine horizontale Achse einen durch tatsächliches Messen der Distanz zwischen dem ersten Sendeempfänger 10 und dem zweiten Sendeempfänger 20 erhaltenen Wert dar. Eine vertikale Achse stellt einen durch Berechnen der Distanz durch die Distanzmesseinrichtung 1 erhaltenen Wert dar.
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Eine gerade Linie 5 stellt einen durch tatsächliches Messen der Distanz, was ein korrekter Wert ist, erhaltenen Wert dar. In der geraden Linie 5 sind der Wert der horizontalen Achse und der Wert der vertikalen Achse die gleichen.
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Eine polygonale Linie 6 stellt einen durch Berechnen der Distanz durch die Distanzmesseinrichtung 1 erhaltenen Wert dar. Verglichen mit 3 überlappen die polygonale Linie 6 und die gerade Linie 5 einander beinahe. Deshalb versteht sich, dass die Distanzmessleistung verbessert ist.
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Die Distanzmesseinrichtung 1 wird erzielt durch Nutzen eines unabhängigen Computers wie etwa eines PC, eines Servers, einer Workstation, eines Tablet-Endgeräts oder dergleichen. Alternativ wird die Distanzmesseinrichtung 1 erzielt durch Nutzen eines Computersystems einschließlich mehrerer über ein Netzwerk zusammenarbeitender Computer.
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Das Programm kann in einer Ablageeinrichtung wie etwa einem Speicher oder einem in dem Computer eingebauten Festplattenlaufwerk gespeichert sein. Eine Informationsverarbeitungseinheit wie etwa eine in den Computer eingebaute CPU kann das Programm betreiben.
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Das Programm kann in einem anderen Computer als dem oben erwähnten Computer oder in einem anderen Computersystem gespeichert werden. In diesem Fall kann der Computer einen Cloud-Dienst verwenden, der Funktionen des Programms liefert. Zu Beispielen für den Cloud-Dienst zählen SaaS (Software as a Service), IaaS (Infrastructure as a Service) und PaaS (Platform as a Service).
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Weiter kann das Programm in einem Ablagemedium gespeichert werden. Das heißt, das Programm kann in einer computerlesbaren Form auf einem Ablagemedium wie etwa einer CD-ROM, einer DVD, einem Flash-Speicher oder einem Festplattenlaufwerk gespeichert werden. Außerdem können die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen wie angemessen gewählt oder geändert werden, ohne von dem Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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<3. Zweite Ausführungsform der vorliegenden Technologie (Distanzmessverfahren)>
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Ein Distanzmessverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie wird beschrieben. 17 veranschaulicht ein Beispiel eines Flussdiagramms des Distanzmessverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Wie in 17 dargestellt, beinhaltet das Distanzmessverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: Übertragen eines Impulssignals beim Durchführen eines Frequenzdurchlaufs (S1); Empfangen des Impulssignals (S2); Erfassen einer Phasendifferenz des Impulssignals (S3); Erfassen von Antwortinformationen auf Basis der Phasendifferenz (S4); Extrahieren von Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen, wobei die Anfangsantwortinformationen die Antwortinformationen bezüglich des an einer Anfangsstufe zu empfangenden ersten Impulssignals sind (S5); Berechnen einer Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen (S6); und Berechnen einer Distanz durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit mit einer Lichtgeschwindigkeit (S7).
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Das Distanzmessverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die in der ersten Ausführungsform beschriebene Technologie nutzen. Dementsprechend entfällt hier die in der ersten Ausführungsform beschriebene Technologie.
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Zuerst wird das Impulssignal übertragen, während der Frequenzdurchlauf durchgeführt wird (S1).
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Danach wird das Impulssignal empfangen (S2).
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Danach wird bei dem Erfassen der Phasendifferenz des Impulssignals (S3) eine Phasendifferenz, die eine Differenz zwischen einer Phase des Impulssignals auf Basis eines Übertragungstiming und einer Phase des Impulssignals auf Basis eines Empfangstiming ist, erfasst.
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Danach werden die Antwortinformationen auf Basis der Phasendifferenz erfasst (S4). Die Antwortinformationen sind Informationen, die erhalten werden durch Analysieren des empfangenen Impulssignals. Die Antwortinformationen beinhalten Gruppenlaufzeitinformationen. Die Gruppenlaufzeit gibt eine Differenzcharakteristik einer Phase bei einer Frequenz an. Die Gruppenlaufzeit gibt einen Gradienten der Phase bezüglich einer Winkelfrequenz an. Es ist möglich, die Distanz durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit mit der Lichtgeschwindigkeit zu berechnen.
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Danach werden die Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen extrahiert (S5). Bei den Anfangsantwortinformationen handelt es sich um Antwortinformationen bezüglich des Impulssignals, das an einer Anfangsstufe empfangen worden ist. Es ist hoch wahrscheinlich, dass die Anfangsantwortinformationen nicht der Mehrweg sind.
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Danach wird die Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen berechnet (S6). Insbesondere wird der Gradient der Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen berechnet.
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Der Gradient der Gruppenlaufzeit ist ein Wert, der durch Differenzieren der Gruppenlaufzeit bezüglich der Frequenz erhalten wird, und bezieht sich auf eine Variation der Gruppenlaufzeit in einem kleinen Frequenzintervall. Eine Frequenz, deren Gradient der Gruppenlaufzeit klein ist, weist einen kleinen Einfluss des Mehrwegs auf, und eine Frequenz, deren Gradient der Gruppenlaufzeit groß ist, weist einen großen Einfluss des Mehrwegs auf. Weiter ist eine Frequenz, bei der der Gradient der Gruppenlaufzeit ein Minimum ist, eine Frequenz des Funksignals, dass den Empfänger zuerst erreicht hat. Es ist deshalb wünschenswert, eine Frequenz zu wählen, bei der der Gradient der Gruppenlaufzeit ein Minimum ist.
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Danach wird eine Frequenz auf Basis des Gradienten der Gruppenlaufzeit gewählt. Die Gruppenlaufzeit wird auf Basis der Frequenz gewählt.
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Schließlich wird die Distanz durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit bei der Frequenz mit der Lichtgeschwindigkeit berechnet (S7).
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Der Einfluss des Mehrwegs wird reduziert durch: das Extrahieren, aus den Antwortinformationen, der Anfangsantwortinformationen, bei denen es sich um die Antwortinformationen bezüglich des an der Anfangsstufe zu empfangenden ersten Impulssignals handelt (S5); und das Berechnen der Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen (S6). Somit wird die Distanzmessleistung verbessert.
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Das Distanzmessverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie wird durch Nutzen eines unabhängigen Computers wie etwa eines PC, eines Servers, einer Workstation, eines Tablet-Endgeräts oder dergleichen erzielt. Alternativ wird die Distanzmesseinrichtung 1 erzielt durch Nutzen eines Computersystems einschließlich mehrerer über ein Netzwerk zusammenarbeitender Computer.
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Das Distanzmessverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie kann beispielsweise unter Verwendung eines Programms oder dergleichen erzielt werden. Das Programm kann in einer Ablageeinrichtung wie etwa einem Speicher oder einem in dem Computer eingebauten Festplattenlaufwerk gespeichert sein. Eine Informationsverarbeitungseinheit wie etwa eine in den Computer eingebaute CPU kann das Programm betreiben.
-
Das Programm kann in einem anderen Computer als dem oben erwähnten Computer oder in einem anderen Computersystem gespeichert werden. In diesem Fall kann der Computer einen Cloud-Dienst verwenden, der Funktionen des Programms liefert. Zu Beispielen für den Cloud-Dienst zählen SaaS (Software as a Service), IaaS (Infrastructure as a Service) und PaaS (Platform as a Service).
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Weiter kann das Programm in einem Ablagemedium gespeichert werden. Das heißt, das Programm kann in einer computerlesbaren Form auf einem Ablagemedium wie etwa einer CD-ROM, einer DVD, einem Flash-Speicher oder einem Festplattenlaufwerk gespeichert werden.
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Außerdem können die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen wie angemessen gewählt oder geändert werden, ohne von dem Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Es wird angemerkt, dass die hierin beschriebenen Effekte lediglich veranschaulichend und nicht beschränkend sind und auch andere Effekte auftreten können.
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Es wird angemerkt, dass die vorliegende Technologie die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.
- [1] Eine Distanzmesseinrichtung, mit:
- einen ersten Sendeempfänger;
- einen zweiten Sendeempfänger;
- einen Antwortinformationserfassungsabschnitt;
- einen Filter; und
- einen Distanzrechner, wobei
- der erste Sendeempfänger beim Durchführen eines Frequenzdurchlaufs ein erstes Impulssignal zu dem zweiten Sendeempfänger überträgt,
- der zweite Sendeempfänger das von dem ersten Sendeempfänger übertragene erste Impulssignal empfängt;
- der Antwortinformationserfassungsabschnitt Antwortinformationen auf Basis einer durch Empfang des ersten Impulssignals erhaltenen Phasendifferenz erfasst,
- der Filter Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen extrahiert, wobei die Anfangsantwortinformationen die Antwortinformationen bezüglich des an einer Anfangsstufe zu empfangenen ersten Impulssignals sind;
- der Distanzrechner eine Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen berechnet und eine Distanz zwischen dem ersten Sendeempfänger und dem zweiten Sendeempfänger durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit mit einer Lichtgeschwindigkeit berechnet.
- [2] Die Distanzmesseinrichtung nach [1], wobei
der erste Sendeempfänger das erste Impulssignal zu dem zweiten Sendeempfänger überträgt,
der zweite Sendeempfänger das durch den ersten Sendeempfänger übertragene erste Impulssignal empfängt und das zweite Impulssignal zu dem ersten Sendeempfänger überträgt,
der erste Sendeempfänger das durch den zweiten Sendeempfänger übertragene zweite Impulssignal empfängt,
der Antwortinformationserfassungsabschnitt die Antwortinformationen auf Basis einer durch Empfang des ersten Impulssignals und/oder des zweiten Impulssignals erhaltenen Phasendifferenz erfasst,
der Filter Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen extrahiert, wobei die Anfangsantwortinformationen die Antwortinformationen bezüglich des ersten Impulssignals und/oder des zweiten Impulssignals, an der Anfangsstufe zu empfangen, sind, und
der Distanzrechner die Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen berechnet und die Distanz durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit mit der Lichtgeschwindigkeit berechnet.
- [3] Die Distanzmesseinrichtung nach [2], wobei der zweite Sendeempfänger das zweite Impulssignal generiert durch Hinzufügen, zu dem ersten Impulssignal, einer Differenz zwischen einer Phase des ersten Impulssignals auf Basis eines Übertragungstiming und einer Phase des ersten Impulssignals auf Basis eines Empfangstiming.
- [4] Die Distanzmesseinrichtung nach [2] oder [3], wobei das erste Impulssignal und das zweite Impulssignal jeweils eine schmale Frequenzbandbreite aufweisen.
- [5] Die Distanzmesseinrichtung nach einem von [2] bis [4], wobei das erste Impulssignal und das zweite Impulssignal jeweils eine Frequenzbandbreite von kleiner oder gleich 160 MHz aufweisen.
- [6] Die Distanzmesseinrichtung nach einem von [1] bis [5], wobei
der Filter einen Inverse-Fourier-Transformierer, einen Anfangsantwortinformationsextrahierer und einen Fourier-Transformierer enthält,
der Inverse-Fourier-Transformierer die Antwortinformationen aus Frequenzbereichsinformationen zu Zeitbereichsinformationen transformiert;
der Anfangsantwortinformationsextrahierer die Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen extrahiert, die zu den Zeitbereichsinformationen transformiert worden sind, und
der Fourier-Transformierer die Anfangsantwortinformationen aus den Zeitbereichsinformationen zu den Frequenzbereichsinformationen transformiert.
- [7] Die Distanzmesseinrichtung nach einem von [1] bis [6], wobei die Anfangsantwortinformationen die Antwortinformationen bezüglich des ersten Impulssignals und/oder des zweiten Impulssignals, zuerst zu empfangen, sind.
- [8] Die Distanzmesseinrichtung nach einem von [1] bis [7], wobei
der Distanzrechner einen Gruppenlaufzeitrechner, einen Frequenzwähler und einen Multiplizierer enthält,
der Gruppenlaufzeitrechner einen Gradienten einer Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen berechnet,
der Frequenzwähler eine Frequenz auf Basis des Gradienten der Gruppenlaufzeit wählt, und
der Multiplizierer die Distanz durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit bei der Frequenz durch die Lichtgeschwindigkeit berechnet.
- [9] Die Distanzmesseinrichtung nach [8], wobei der Frequenzwähler eine Frequenz wählt, bei der der Gradient der Gruppenlaufzeit ein Minimum ist.
- [10] Ein Distanzmessverfahren, mit:
- Übertragen eines Impulssignals beim Durchführen eines Frequenzdurchlaufs;
- Empfangen des Impulssignals;
- Erfassen einer Phasendifferenz des Impulssignals;
- Erfassen von Antwortinformationen auf Basis der Phasendifferenz;
- Extrahieren von Anfangsantwortinformationen aus den Antwortinformationen, wobei die Anfangsantwortinformationen die Antwortinformationen bezüglich des an einer Anfangsstufe zu empfangenden ersten Impulssignals sind;
- Berechnen einer Gruppenlaufzeit auf Basis der Anfangsantwortinformationen; und
- Berechnen einer Distanz durch Multiplizieren der Gruppenlaufzeit mit einer Lichtgeschwindigkeit.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Distanzmesseinrichtung
- 10
- erster Sendeempfänger
- 20
- zweiter Sendeempfänger
- 30
- Antwortinformationserfassungsabschnitt
- 40
- Filter
- 41
- Inverse-Fourier-Transformierer
- 42
- Anfangsantwortinformationsextrahierer
- 43
- Fourier-Transformierer
- 50
- Distanzrechner
- 51
- Gruppenlaufzeitrechner
- 52
- Frequenzwähler
- 53
- Multiplizierer
- 61
- erstes Impulssignal
- 62
- zweites Impulssignal
- S1
- Übertragung des Impulssignals
- S2
- Empfang des Impulssignals
- S3
- Erfassung der Phasendifferenz
- S4
- Erfassung von Antwortinformationen
- S5
- Extraktion von Anfangsantwortinformationen
- S6
- Gruppenlaufzeitberechnung
- S7
- Distanzberechnung
