DE69025139T2

DE69025139T2 - Verfahren und Gerät zur Abstandsmessung und Gerät zum Festellen der relativen Lage

Info

Publication number: DE69025139T2
Application number: DE69025139T
Authority: DE
Inventors: Koei Obata; Tomoaki Ueda
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1990-11-26
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2010-11-27
Also published as: EP0430148B1; US5128961A; AU640712B2; JPH03165287A; JP2718222B2; DE69025139D1; EP0430148A2; AU6700690A; EP0430148A3; CA2030851A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abstandsmessung gemäß der entsprechenden Präambel des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 und eine Vorrichtung zur Messung der relativen Lage gemäß der Präambel des Anspruchs 7. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der US-A-4 697 186 bekannt.
Es ist bekannt, daß der Abstand zu einem Zielobjekt gemessen werden kann unter Verwendung von Maximalsequenzcodes, die eine Art von Pseudorauschen sind.
Figur 11 ist ein Blockschaltbild, das eine Anordnung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Abstandsmessung schematisch darstellt. Ein ausbalancierter Modulator wird mit einem aus einem Trägersignalgenerator ausgegebenen Trägersignal versorgt, und der ausbalancierte Modulator wird auch mit einem aus einem Maximalsequenzcodegenerator ausgegebenen Maximalsequenzcode versorgt, um das Trägersignal mit dem Maximalsequenzcode zu modulieren. Das modulierte Trägersignal wird mittels eines Umwandlers in ein Zielobjekt gesendet. Das modulierte Trägersignal wird durch das Zielobjekt reflektiert und durch einen Empfänger empfangen. Das empfangene Signal wird einem ausbalancierten Mischer bereitgestellt, welcher durch eine Einheit zur veränderlichen Verzögerung hindurch mit einem Maximalsequenzcode versorgt wird, um eine Impulsantwort zu erhalten. Ein Impulsantwortsignal wird einem Abstandszähler durch eine Synchronermittlungseinrichtung hindurch bereitgestellt. Der Maximalsequenzcodeausgang aus der Einheit zur veränderlichen Verzögerung wird auch dem Abstandszähler bereitgestellt, und der Maximalsequenzcode wird dem Abstandszähler direkt bereitgestellt, um den Abstand zu dem Zielobjekt zu messen.
Das heißt, eine Kreuzkorrelation eines reflektierten Maximalsequenzcodes, der durch Senden eines Standardmaximalsequenzcodes und Reflektieren des Codes durch das Zielobjekt erhalten wird, mit Maximalsequenzcodes, die durch Verschieben des Standardmaximalsequenzcodes mit jedem 1 Bit erhalten werden, wird erreicht. Dann wird eine Ausbreitungsverzögerungszeit des Maximalsequenzcodes auf der Grundlage eines Maximalsequenzcodes mit einer vorbestimmten Anzahl von verschobenen Bits erhalten, um den maximalen Kreuzkorrelationswert zu erhalten. Danach wird der Abstand zu dem Zielobjekt auf der Grundlage der erhaltenen Ausbreitungsverzögerungszeit und einer bekannten wellenausbreitungsverzögerungszeit gemessen.
Ferner wird ein Rauscheinfluß wirksam verkleinert, um bemerkenswert genaue Abstandsmessungen ohne Verstärkung des gesendeten Maximalsequenzcodes vorzusehen, da der Maximalsequenzcode kennzeichnende Autokorrelationsmerkmale aufweist. Die Codelänge des Maximalsequenzcodes kann leicht vergrößert werden, und im Ergebnis der Codelängenvergrößerung kann der Rauscheinfluß weiter verkleinert werden, wodurch die gwünschte Genauigkeit bei der Abstandsmessung leicht erhalten werden kann. Das heißt, eine Abstandsauflösung Δl wird durch die Gleichung Δl ≤ CT/L (Meter) ausgedrückt, und die Abstandsauflösung kann dadurch kleiner werden, daß das L größer gemacht wird. Dabei ist eine Ausbreitungsgeschwindigkeit C mis, die Codelänge ist L Bits, und 1 Zyklus des Maximalsequenzcodes ist T s.
Die Kreuzkorrelationswerte des reflektierten Maximalsequenzcodes mit einer Mehrzahl von Arten von der Codelänge entsprechenden verschobenen Maximalsequenzcodes werden notwendigerweise berechnet, da der maximale Kreuzkorrelationswert ermittelt werden muß. Dies hat den Nachteil, daß der notwendige Zeitabschnitt zur Abstandsmessung merklich vergrößert ist. Der Nachteil wird mit weiterer Verbesserung der Genauigkeit bei der Abstandsmessung immer auffälliger.
Der Nachteil kann eliminiert werden durch Vorsehen von Kreuzkorrelatoren zum Erhalten von Kreuzkorrelationswerten auf der Grundlage jeden der Codelänge entsprechenden verschobenen Maximalsequenzcodes. Der weitere Nachteil einer Vergrößerung der Vorrichtung zur Abstandsmessung ergibt sich, da die Anzahl von Kreuzkorrelatoren merklich vergrößert wird.
Bei beiden Vorrichtungen zur Abstandsmessung werden für jeden Reflexionspfad maximale Kreuzkorrelationswerte ermittelt, wenn die Vorrichtungen unter den Umständen einer Mehrpfadreflexion verwendet werden. Dies ist nachteilig, da ein Messen des Abstands zu dem Zielobjekt mit Genauigkeit sehr schwierig wird.
Herkömmlicherweise wird bei einer Anzeigevorrichtung mit dreidimensionaler Graphik ein stereoskopisches Sehen verwendet, um ein Gefühl von Realität beim Anzeigen von Figuren zu geben. Aber eine ausreichende Realität kann durch Verwenden nur des stereoskopischen Sehens nicht erreicht werden. Folglich wird gefordert, daß auf der Grundlage der ermittelten relativen Lagen des Operators und der Anzeige eine perspektivische Projektion der Anzeigefigur bezüglich der Blickrichtung erhalten wird.
Um die Forderung zu erfüllen, kann ein Verfahren verwendet werden, bei welchem an verschiedenen Stellen in einer Anzeigevorrichtung mit dreidimensionaler Graphik Abstandsmessungen auf der Grundlage eines Puls-Echo-Verfahrens unter Verwendung von Ultraschallwellen ausgeführt werden. Dann wird die relative Lage des Operators auf der Grundlage einer Mehrzahl von Ergebnissen bei der Abstandsmessung gemessen. Wenn eine Abstandsmessung auf der Grundlage des Puls-Echo-Verfahrens unter Verwendung von Ultraschallwellen ausgeführt wird, dann entstehen Nachteile derart, daß Funktionsstörungen vorkommen können, die durch ein aus einer Büroautomatisierungsvorrichtung ausgegebenes Rauschen verursacht werden, daß Funktions- störungen von Schalleingangsschnittstellen vorkommen können und daß durch Mehrpfadreflexion und dergleichen verursachte Funktionsstörungen vorkommen können, da der wirksame Bereich der Abstandsmessung nicht auf eine benachbarte Graphikanzeigevorrichtung begrenzt sein kann und diese Überlagerung mit einer anderen in derselben Art und Weise verwendeten Schnittstelle nicht vermieden werden kann. Im Ergebnis wird das Messen der genauen relativen Lage des Operators bezüglich der Graphikanzeigevorrichtung fast unmöglich.
Um diese Nachteile zu eliminieren, kann ein Verfahren verwendet werden, bei welchem ein Trägersignal mit einem Pseudorauschen moduliert und gesendet wird, wobei dann in der Graphikanzeigevorrichtung ein empfangenes Signal demoduliert wird. Aber es ergibt sich ein anderer Nachteil derart, daß der zur Abstandsmessung notwendige Zeitabschnitt vergrößert wird durch Berechnung von Kreuzkorrelationswerten für das empfangene Signal mit jedem der Codelänge entsprechenden verschobenen Maximalsequenzcode, da der maximale Kreuzkorrelationswert auf der Empfangsseite ermittelt werden muß. Der Nachteil wird mit der Verbesserung der Genauigkeit der Abstandsmessung immer auffälliger. Die Anzeigegeschwindigkeit der Graphikanzeigevorrichtung ist folglich merklich verkleinert.
Der Nachteil kann durch Vorsehen von Kreuzkorrelatoren zum Erhalten von Kreuzkorrelationswerten auf der Grundlage jeden der Codelänge entsprechenden verschobenen Maximalsequenzcodes eliminiert werden. Der weitere Nachteil der Vergrößerung der Vorrichtung zur Abstandsmessung ergibt sich, da die Anzahl von Kreuzkorrelatoren merklich vergrößert ist.
In beiden Vorrichtungen zur Abstandsmessung werden für jeden Reflexionspfad maximale Kreuzkorrelationswerte ermittelt, wenn die Vorrichtungen unter einem Umstand mit Mehrpfadreflexion verwendet werden, wodurch sich der Nachteil ergibt, daß das Messen des Abstands zu dem Zielobjekt mit Genauigkeit sehr schwierig wird.
Im Ergebnis ist es bei einer Anzeigevorrichtung mit dreidimensionaler Graphik überhaupt nicht bewerkstelligt, daß eine relative Lage (Blickrichtung in ein Sehgerät und dergleichen) eines Operators automatisch gemessen wird, wobei eine Blickrichtung auf der Grundlage des Ergebnisses der Messung berechnet und dann entsprechend der Blickrichtung eine perspektivische Projektion und dergleichen der Anzeigefiguren geändert wird.
Bei einer Vorrichtung, die vorzugsweise auf der Grundlage einer ermittelten relativen Lage eines Operators mit einer sich von der Graphikanzeigevorrichtung unterscheidenden Vorrichtung gesteuert wird, ergeben sich ähnliche vorstehend genannte Nachteile.
Aus der US-A-4 115 772 ist ein Pseudorauschradarsystem bekannt, bei welchem ein Binärimpulscode mit maximaler Länge mit einer Amplitude Null oder A, wobei A immer positiv oder immer negativ ist, eine Trägerwelle moduliert und ihre Phase umkehrt. Irgendeine der Wellen wird übertragen. Die empfangene Welle und die andere Welle werden gemischt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abstand zu einem Zielobjekt mit einem bemerkenswert kurzen Zeitabschnitt und ohne Komplizieren einer Anordnung einer Vorrichtung zur Abstandsmessung zu messen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einfluß einer Mehrpfadreflexion leicht zu eliminieren.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine relative Lage eines Operators bezüglich einer Vorrichtung mit einem bemerkenswert kurzen Zeitabschnitt und ohne Komplizieren einer Anordnung einer Vorrichtung zur Messung der relativen Lage genau zu messen.
Ein Verfahren zur Abstandsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Schritte:
einen Schritt zum Senden eines kennzeichnende Autokorrelationsmerkmale aufweisenden Pseudorauschens in ein Zielobjekt und
einen Schritt zum Empfangen eines aus dem Zielobjekt reflektierten Pseudorauschens und ist gekennzeichnet durch die Schritte:
einen Schritt zum Erhalten eines Kreuzkorrelationswertes durch Kreuzkorrelieren des empfangenen Pseudorauschens mit einem Konvolutionsrauschen, das durch Konvolution von sich voneinander unterscheidenden Koeffizienten erhalten wird, mit dem zum Senden verwendeten Pseudorauschen und einen Schritt zum Messen eines Abstands auf der Grundlage des erhaltenen Kreuzkorrelationswerts.
Wenn dieses Verfahren zur Abstandsmessung verwendet wird, dann wird der maximale Kreuzkorrelationswert auf der Grundlage eines Pseudorauschens erhalten, welches mit einer dem Ausbreitungsabstand entsprechenden vorbestimmten Verschiebungsgröße verschoben ist. Und der Koeffizient oder die vorbestimmte Verschiebungsgröße des entsprechenden Pseudorauschens wird auf der Grundlage des erhaltenen Kreuzkorrelationswerts erhalten, da jedes verschobene Pseudorauschen vorher mit vorbestimmten Koeffizienten einer Konvolution unterzogen wird. Dann wird auf der Grundlage der erhaltenen Verschiebungsgröße der Abstand zu dem Zielobjekt gemessen.
Es ist vorzuziehen, daß das zum Senden verwendete Pseudorauschen ein Maximalsequenzcode ist und das Konvolutionsrauschen erhalten wird durch Konvolution erwarteter Werte zur Messung als Koeffizienten mit dem Pseudorauschen.
Wenn dieses Verfahren zur Abstandsmessung verwendet wird, dann kann das Pseudorauschen leicht erzeugt und mit einem kurzen Zeitabschnitt auf der Grundlage des erzeugten Pseudorauschens der Abstand zu dem Zielobjekt leicht gemessen werden.
Es ist ferner vorzuziehen, daß die erwarteten Werte zur Messung sich von 0 unterscheidende sich monoton ändernde Werte innerhalb eines zugelassenen Messungsbereichs und einen 0-Wert außerhalb diesen Bereichs aufweisen.
Wenn dieses Verfahren zur Abstandsmessung verwendet wird, dann wird ein sich von 0 unterscheidender Kreuzkorrelationswert erhalten, wenn das Zielobjekt innerhalb des eine Messung zulassenden Bereichs ist. Im Unterschied dazu ist der Kreuzkorrelationswert 0, wenn das Zielobjekt außerhalb des zugelassenen Messungsbereichs ist. Im Ergebnis wird ein durch Mehrpfadreflexion und dergleichen verursachter Meßfehler sicher eliminiert durch Bestimmen des optimalen Bereichs zum Zulassen einer Messung, wenn die Messung des Abstands zu dem Zielobjekt unter den Umständen einer Mehrpfadreflexion ausgeführt wird.
Eine Vorrichtung zur Abstandsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt:
ein Übertragungsmittel zum Modulieren eines Trägersignals mit einem Pseudorauschen, um ein moduliertes Signal zu erhalten, und zum Senden des modulierten Signals und
ein Empfangsmittel zum Empfangen eines aus dem Zielobjekt reflektierten Signals und zum Erhalten eines Abstands zu dem Zielobjekt und ist dadurch gekennzeichnet, daß
das Empfangsmittel enthält: ein Konvolutionscode-Ausgangsmittel zum Ausgeben eines Konvolutionscodes, der durch Konvolution sich voneinander unterscheidender erwarteter Werte zur Messung mit jedem verschobenen Pseudorauschen erhalten wird, wobei der Sequenzcode derselbe wie derjenige des Übertragungsmittels ist, ein Kreuzkorrelationsmittel zum Erhalten eines Kreuzkorrelationswerts aus einer Kreuzkorrelation des empfangenen Pseudorauschens mit dem Konvolutionscode und ein Abstandsberechnungsmittel zum Berechnen des Abstands auf der Grundlage des Kreuzkorrelationswertes.
Wenn diese Vorrichtung zur Abstandsmessung verwendet wird, dann wird auf der Grundlage des erhaltenen Kreuzkorrelationswertes ermittelt, welcher Kreuzkorrelationswert mit einem Pseudorauschen, mit dem ein erwarteter Wert einer Konvolution unterzogen wird, maximal ist. Dann wird auf der Grundlage der Verschiebungsgröße des Pseudorauschens, das mit dem entsprechenden erwarteten Wert einer Konvolution unterzogen wird, der Abstand zu dem Zielobjekt genau gemessen.
Es ist vorzuziehen, daß das Pseudorauschen ein Maximalsequenzcode ist und das Konvolutionsrauschen erhalten wird durch Konvolution erwarteter Werte zur Messung als Koeffizienten mit dem Pseudorauschen.
Es ist ferner vorzuziehen, daß die erwarteten Werte zur Messung sich von 0 unterscheidende sich monoton ändernde Werte innerhalb eines zugelassenen Messungsbereichs und einen 0-Wert außerhalb des Bereichs haben.
Eine Vorrichtung zur Messung der relativen Lage gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt:
ein Pseudorauschsendequellenmittel zum Senden eines Pseudorauschens, welches von einem Operator einer Vorrichtung getragen wird; und ist gekennzeichnet durch:
eine Mehrzahl von Pseudorauschempfangsmitteln zum Erhalten von Abständen zu dem Operator, wobei die Empfangsmittel an der Vorrichtung an voneinander beabstandeten vorbestimmten Stellen befestigt sind; und
ein Mittel zur Berechnung der relativen Lage zum Berechnen einer relativen Lage des Operators auf der Grundlage der durch die Pseudorauschempfangsmittel erhaltenen Abstände,
bei welcher das Pseudorauschempfangsmittel enthält: ein Konvolutionscode-Ausgangsmittel zum Ausgeben eines Konvolutionscodes, der durch Konvolution sich voneinander unterscheidender erwarteter Werte zur Messung mit jedem Bit eines verschobenen Pseudorauschens erhalten wird, wobei der Sequenzcode derselbe wie das gesendete Pseudorauschen ist, ein Kreuzkorrelationsmittel zum Erhalten eines Kreuzkorrelationswertes des empfangenen Pseudorauschens, das mit dem Konvolutionscode kreuzkorreliert ist, und ein Abstandsberechnungsmittel zum Berechnen des Abstands auf der Grundlage des Kreuzkorrelationswertes.
Wenn diese Vorrichtung zur Messung der relativen Lage verwendet wird, dann wird das aus der Pseudorauschsendequelle des Operators gesendete Pseudorauschen durch die Mehrzahl von Pseudorauschempfangsmitteln, die an voneinander beabstandeten vorbestimmten Stellen auf der Vorrichtung befestigt sind, empfangen. In jedem Pseudorauschempfangsmittel wird der Kreuzkorrelationswert durch das Kreuzkorrelationsmittel auf der Grundlage des empfangenen Pseudorauschens und des aus dem Konvolutionscode-Ausgangsmittel ausgegebenen Konvolutionscodes erhalten, wobei dann der Abstand zu dem Zielobjekt durch das Abstandsberechnungsmittel erhalten wird. Insbesondere wird ein Pseudorauschen mit kennzeichnenden Autokorrelationsmerkmalen empfangen und der Kreuzkorrelationswert des empfangenen Pseudorauschens mit dem Konvolutionscode erhalten, wobei dann entsprechend dem empfangenen Pseudorauschen mit einer dem Ausbreitungsabstand entsprechenden Verschiebungsgröße der maximale Kreuzkorrelationswert erhalten wird. Und der Koeffizient oder die vorbestimmte Verschiebungsgröße des entsprechenden empfangenen Pseudorauschens wird auf der Grundlage des erhaltenen Kreuzkorrelationswerts erhalten, da jedes verschobene empfangene Pseudorauschen vorher mit vorbestimmten Koeffizienten einer Konvolution unterzogen wird. Dann wird auf Grundlage der erhaltenen Verschiebungsgröße der Abstand zu dem Zielobjekt gemessen. Danach wird auf der Grundlage der aus allen Pseudorauschempfangsmitteln ausgegebenen Abstände die relative Lage des Operators bezüglich der Vorrichtung berechnet. Die Vorrichtung führt die vorher bestimmten Verarbeitungen auf der Grundlage der berechneten relativen Lage aus.
Es ist vorzuziehen, daß die Pseudorauschsendequelle eine Maximalsequenzschallquelle ist, wobei die Vorrichtung eine Anzeigevorrichtung mit dreidimensionaler Graphik ist und die Anzeigevorrichtung mit dreidimensionaler Graphik eine Blickrichtung auf der Grundlage der berechneten relativen Lage bestimmt.
Wenn diese Vorrichtung zur Messung der relativen Lage verwendet wird, dann wird das Pseudorauschen zum Senden leicht erhalten durch Modulieren einer Schallwelle mit einem Maximalsequenzcode. Und die relative Lage des Operators wird auf der Grundlage des erhaltenen Pseudorauschens berechnet, wobei auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses eine Blickrichtung bestimmt wird und dann entsprechend der Blickrichtung eine perspektivische Projektion oder dergleichen von Anzeigefiguren geändert wird.
Es ist auch vorzuziehen, daß das Konvolutionscode-Ausgangsmittel einen Konvolutionscode vorsieht, der erhalten wird durch Konvolution von erwarteten Werten zur Messung, welche sich von 0 unterscheidende sich monoton ändernde Werte innerhalb eines zugelassenen Messungsbereichs und einen 0-Wert außerhalb des Bereichs haben, mit dem Pseudorauschen.
Wenn diese Vorrichtung zur Messung der relativen Lage verwendet wird, dann wird ein sich von 0 unterscheidender Kreuzkorrelationswert erhalten, wenn der Operator innerhalb des Bereichs zum Zulassen einer Messung ist, und im Gegensatz dazu ist der Kreuzkorrelationswert 0, wenn der Operator außerhalb des Bereichs zum Zulassen einer Messung ist. Im Ergebnis wird ein durch Mehrpfadreflexion und dergleichen verursachter Meßfehler sicher eliminiert, um zum genauen Messen die relative Lage durch Bestimmen des optimalen Bereichs zum Zulassen einer Messung vorzusehen, wenn die Messung der relativen Lage des Operators unter den Umständen einer Mehrpfadreflexion ausgeführt wird.
Es ist selbstverständlich möglich, daß ein Pseudorauschen mit kennzeichnenden Autokorrelationsmerkmalen verwendet wird, das sich von dem Maximalsequenzcode unterscheidet.
Insbesondere ist ein Maximalsequenzcode die längste Codesequenz innerhalb von Codes, die durch Schieberegister mit einer vorbestimmten Anzahl von Stufen oder einen aus Verzögerungseinrichtungen gebildeten Rückkopplungscodegenerator erzeugt werden können, und ist die sogenannte maximale periodische Sequenz oder die längste Sequenz. Der Maximalsequenzcode kann in der Form eines Modulo-j-Codes sein, wobei j eine willkürliche Zahl ist; ein Binärsystemcode wird in der folgenden Erläuterung verwendet. Der Binärsystemcode weist die folgenden Merkmale auf:
(1) Die Differenz zwischen der Anzahl des Auftretens einer "0" und der Anzahl des Auftretens einer "1" innerhalb einer Periode einer Reihe ist nur 1 Bit. Das heißt, wenn ein Binärsystemcode mit einer Bitlänge von 2n-1 verwendet wird, dann ist die Anzahl des Auftretens einer "1" 2n-1, wogegen die Anzahl des Auftretens einer "0" 2n-1-1 ist. Wenn speziell n=3 ist, dann ist der Binärsystemcode zum Beispiel "1 0 1 1 1 0 0", und die Anzahl des Auftretens einer "1" ist um 1 größer als diejenige einer "0".
(2) Die statistische Verteilung der "0" und der "1" ist konstant. Die relative Lage von Ketten aus "0" und "1" ändert sich in Abhängigkeit von dem Binärsystemcode, aber die Anzahl des Auftretens einer Kette mit einer vorbestimmten Länge ist für alle untereinander dieselbe Bitlänge aufweisenden Binärsystemcodes konstant.
(3) Unter Bezugnahme auf Fig. 12 ist der Autokorrelationswert des Binärsystemcodes 2n-1 (der ebensogroß wie die Bitlänge ist) für eine 0-Bit-Verschiebung, wogegen der Autokorrelationswert des Binärsystemcodes -1 ist für eine willkürliche Anzahl von Bitverschiebungen, die sich von dem Bitverschiebungsbereich 0±1 unterscheiden. Der Autokorrelationswert -1 wird durch Zählen der Anzahl von Übereinstimmungsabschnitten erhalten, und der Wert -1 zeigt an, daß die Anzahl von Nichtübereinstimmungen um 1 größer als die Anzahl von Übereinstimmungen ist. Ferner ändert sich der Autokorrelationswert linear von -1 bis 2n-1 innerhalb des Bitverschiebungsbereichs 0±1.
(4) Eine Summation mit Modulo 2 eines Originalbinärsystemcodes und eines phasenverschobenen Originalbinärsystemcodes mit einer vorbestimmten Phasenverschiebungsgröße ist ein anderer phasenverschobener Originalbinärsystemcode, dessen Phasenverschiebungsgröße sich von der vorbestimmten Phasenverschiebungsgröße unterscheidet.
(5) Alle inneren Zustände, die dazu in der Lage sind, durch einen n-Schritt-Schieberegistergenerator erhalten zu werden, erscheinen in einem Binärsystemcode in einer vorbestimmten Taktzeit innerhalb einer Periode. Das heißt, jeder innere Zustand erscheint nur zu einer Zeit und innerhalb nur einer Taktzeit.
Es ist weithin bekannt, daß ein Rauschen kennzeichnende Autokorrelationsmerkmale aufweist und die Autokorrelationswerte des Rauschens unwesentlich sind, wenn das Rauschen leicht verschoben ist. Im Anschluß an das Vergrößern der Bitlänge kann der Maximalsequenzcode als Pseudorauschen verwendet werden, da der Maximalsequenzcode ein Merkmal aufweist, das dem vorstehend genannten Merkmal ähnlich ist.
Wenn der Maximalsequenzcode in das Zielobjekt gesendet wird und er empfangen wird, nachdem er durch das Zielobjekt reflektiert wurde, dann ist der empfangene Maximalsequenzcode bezüglich des Originalmaximalsequenzcodes phasenverschoben mit einer vorbestimmten Anzahl von Bits, die einem Ausbreitungsabstand (zweimal so groß wie der Abstand zu dem Zielobjekt) entsprechen. Der maximale Kreuzkorrelationswert wird folglich durch Erhalten einer Kreuzkorrelation des empfangenen Maximalsequenzcodes mit dem um die vorbestimmte Anzahl von Bits phasenverschobenen Maximal sequenz code erhalten.
Herkömmlicherweise werden die Kreuzkorrelationswerte auf der Grundlage einer Mehrzahl von nacheinander um 1 Bit phasenverschobenen Maximalsequenzcodes berechnet, wobei es dann die Bitverschiebungsgröße ermöglicht, den maximalen Kreuzkorrelationswert zu erhalten. Dadurch ist die herkömmliche Vorrichtung zur Abstandsmessung entsprechend jedem phasenverschobenen Maximalsequenzcode mit einer Mehrzahl von Kreuzkorrelationswert-Berechnungsschaltungen versehen oder so angeordnet, daß sie Kreuzkorrelationswert -Berechnungsverarbeitungen für jeden phasenverschobenen Maximal sequenzcode nacheinander ausführt.
Die Erfinderin trieb die Forschungen zum durch Maximalsequenzcodes dargestellten Pseudorauschen voran und fand neue Merkmale wie folgt:
Wenn der Code "0" in Maximalsequenzcodes durch den Code "-1" ersetzt wird, dann ist die Kreuzkorrelation eines Standardmaximalseqenzcodes mit einem Reihencode, der durch Addieren einer Mehrzahl von Maximalsequenzcodes erhalten wird, wobei jeder Maximalsequenzcode durch eine Phasenverschiebung des Standardmaximalsequenzcodes mit einer Einzelphase erhalten wird, dasselbe wie eine Summe von Kreuzkorrelationen des Standardmaximalsequenzcodes mit einem Einzelmaximalsequenzcode.
Die Erfinderin erarbeitete die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der Ergebnisse.
Wenn zum Beispiel ein in Fig. 10-A1 gezeigter Standardmaximalsequenzcode "1 0 1 1 1 0 0" mit einer Bitlänge von 2³-1 in Betracht gezogen wird, dann sind die mit +1 Bit, +2 Bits und +4 Bits phasenverschobenen Maximalsequenzcodes "0 1 0 1 1 1 0", "0 0 1 0 1 1 1" und "1 1 0 0 1 0 1" (siehe Figuren 10- B1, 10-C1 und 10-D1). Ein Sequenzcode, der durch Addieren der entsprechend mit +1 Bit, +2 Bits bzw. +4 Bits phasenverschobenen Maximalsequenzcodes erhalten wird, ist in Fig. 10-E1 dargestellt. Wenn die reflektierten Maximalsequenzcodes mit entsprechend +1 Bit, +2 Bits bzw. +4 Bits phasenverschoben sind und die Kreuzkorrelation der durch das Zielobjekt reflektierten Maximalsequenzcodes mit dem Standardmaximalsequenzcode erhalten wird, dann werden entsprechend an der mit +1 Bit, +2 Bits und +4 Bits phasenverschobenen Stelle (siehe Figuren 10- B2, 10-C2 und 10-D2) bezüglich der Autokorrelation für die mit +1 Bit, +2 Bits und + 4 Bits phasenverschobenen Maximalsequenzcodes Maxima mit demselben Wert wie das Maximum der Autokorrelation (siehe Fig. 10-A2) erhalten.
Ferner sind die in den Figuren 10-A2, 10-B2, 10-C2 und 10-D2 gezeigten Maximumwerte der Kreuzkorrelationen 7, und diese Maximumwerte der Kreuzkorrelationen ändern sich entsprechend jedem Koeffizienten des phasenverschobenen Maximalsequenzcodes mit entsprechenden Bits durch vorheriges Ausführen einer Konvolution der sich voneinander unterscheidenden Koeffizienten mit dem phasenverschobenen Maximalsequenzcode mit +1 Bit, +2 Bits und +4 Bits.
Die Erfinderin erarbeitete die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der Ergebnisse.
Die Sequenzcodes zum Erhalten einer Kreuzkorrelation des empfangenen Maximalsequenzcodes sind Maximalsequenzcodes, die durch Phasenverschiebung von jedem 1 Bit und durch Konvolution der sich voneinander unterscheidenden erwarteten Werte erhalten werden. Dadurch wird der Kreuzkorrelationswert des empfangenen Maximalsequenzcodes mit dem mit vorbestimmten Bits phasenverschobenen Maximalsequenzcode, welcher derselbe wie derjenige des empfangenen Maximalsequenzcodes ist, maximal, und es wird auf der Grundlage der erhaltenen Kreuzkorrelationswerte ermittelt, daß der maximale Kreuzkorrelationswert erhalten wird auf der Grundlage jenes der Maximalsequenzcodes, mit welchem ein entsprechender erwarteter Wert zur Messung einer Konvolution unterzogen wird, da jeder Maximalsequenzcode einer Konvolution entsprechend einem erwarteten Wert zur Messung unterzogen wird. Im Ergebnis ist es ausreichend, den Kreuzkorrelationswert nur einmal zu berechnen, so daß der zur Messung notwendige Zeitabschnitt merklich verkleinert wird. Es ist auch ausreichend, nur eine Kreuzkorrelationswert-Berechnungsschaltung vorzusehen, so daß die Anordnung der Vorrichtung zur Messung merklich vereinfacht wird.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von erläuternden Ausführungsformen, welche mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, augenscheinlich werden.
Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Abstandsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ist ein Blockschaltbild, welches eine Anordnung eines Beispiels eines Abstandsmessungscodegenerators zeigt;
Die Figuren 3(A), 3(B) und 3(C) sind Darstellung, die beim Erläutern der Bestimmung eines eine Messung zulassenden Bereichs zweckdienlich sind;
Figur 4 ist ein Blockschaltbild eines Hauptabschnitts eines Empfangsabschnitts, welches einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Abstandsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht;
Figur 5 ist ein Blockschaltbild, welches eine Anordnung eines Sequenzcodegenerators zeigt;
Figur 6 ist ein Blockschaltbild eines Hauptabschnitts eines Pseudorauschempfängers, welches einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Messung der relativen Lage gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht;
Figur 7 ist eine Darstellung, welche eine relative Lage eines Operators bezüglich einer Vorrichtung und einen vorbestimmten Schwellenwert darstellt;
Figur 8 ist eine schematische Perspektivansicht einer Graphikanzeigevorrichtung, welche mit der Vorrichtung zur Messung der relativen Lage versehen ist;
Figur 9 ist ein Blockschaltbild eines Hauptabschnitts eines Empfangsabschnitts, welches einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Messung der relativen Lage gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht;
Figur 10 ist eine Darstellung, die zum Erläutern neu gefundener Merkmale eines Maximalsequenzcodes zweckdienlich ist;
Figur 11 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Vorrichtung zur Abstandsmessung, die einen Maximalsequenzcode verwendet; und
Figur 12 ist eine Darstellung, welche zum Erläutern weithin bekannter Merkmale eines Maximalsequenzcodes zweckdienlich ist.

Die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die erste Ausführungsform

Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Abstandsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Auf einer Ubertragungsseite wird ein ausbalancierter Modulator 62 mit einem aus einem Trägergenerator 61 ausgegebenen Trägersignal versorgt, und der ausbalancierte Modulator 62 wird auch mit einem aus einem Maximalsequenzcodegenerator 63 ausgegebenen Standardmaximalsequenzcode versorgt, so daß er das Trägersignal mit dem Standardmaximalsequenzcode moduliert, um ein moduliertes Signal zu erhalten. Dann wird das modulierte Signal mittels eines Umwandlers 64 in ein Zielobjekt gesendet. Auf einer Empfangsseite wird das durch das Zielobjekt reflektierte modulierte Trägersignal mittels eines Empfängers 65 empfangen. Das somit empfangene modulierte Signal wird einem ausbalancierten Mischer 67 bereitgestellt, welcher durch eine Einheit zur veränderlichen Verzögerung 66 hindurch mit einem Maximalsequenzcode versorgt wird, um eine dem Zielobjekt entsprechende Impulsantwort zu erhalten. Die Impulsantwort wird einem Kreuzkorrelator 2 durch eine Synchronermittlungseinrichtung 68 hindurch bereitgestellt, um einen dem Abstand zu dem Zielobjekt entsprechenden Kreuzkorrelationswert zu erhalten. Die Empfangsseite enthält einen Abstandsmessungscodegenerator 1 zum Erzeugen eines Sequenzcodes (der nachstehend als Abstandsmessungscode bezeichnet wird) C(t) gemäß der Gleichung
welcher nicht einfach ein Maximalsequenzcode, sondern ein Abstandsmessungscode ist, der durch Ausführen einer Konvolution von erwarteten Werten zur Messung Wj (wobei j=0, 1, ... 2n-2) mit aufeinanderfolgend phasenverschobenen Maximalsequenzcodes erhalten wird, wobei der Standardmaximalsequenzcode m(t) eine Bitlänge von 2n-1 Bits mit jedem 1 Bit aufweist. Der Abstandsmessungscode C(t) wird dem Kreuzkorrelator 2 bereitgestellt, um einen Kreuzkorrelationswert für einen Maximalsequenzcode m(t+xΔT) mit einer unbekannten Phasenverschiebungsgröße mit dem Abstandsmessungscode C(t) zu erhalten. Die Empfangsseite enthält auch eine Versetzungskorrekturschaltung 3 zum Ausführen einer Versetzungskorrektur an dem erhaltenen Kreuzkorrelationswert. Bei dieser Ausführungsform ist der erwartete Wert zur Messung WO so bestimmt, daß er 0 ist, um einen "0"-Pegel festzulegen.
Figur 2 ist ein Blockschaltbild, welches eine Anordnung eines Beispiels eines Abstandsmessungscodegenerators zeigt.
Eine Anzahl m von erwarteten Werten zur Messung Wm...W2, 11m...112, 111 und Addierer 12...122, 121 hindurch entsprechend bereitgestellt. Der aus einem Sequenzcodegenerator 14 ausgegebene standardmaximalsequenzcode wird den Multiplizierern 11m...112, 111 bereigestellt. Der Inhalt jeden Pipelineregisters wird dem nächsten Addierer bereitgestellt, um eine Konvolution der mit einer Einzelphasenverschiebungsgröße phasenverschobenen Maximalsequenzcodes auszuführen. Der Addierer 121 der ersten Stufe wird mit einem dem erwarteten Wert zur Messung WO entsprechenden Wert "0" versorgt, wogegen ein Ausgang aus dem Register 13m der letzten Stufe einem Datenbus bereitgestellt wird.
Bei dieser Ausführungsform werden alle erwarteten Werte zur Messung Wm...W2, W1 auf der Grundlage des Standardmaximalsequenzcodes moduliert. Jeder modulierte erwartete Wert wird einem nächsten folgenden Addierer durch die entsprechenden Pipelineregister 131, 132...13m hindurch bereitgestellt, und dann wird jeder folgende modulierte erwartete Wert addiert und um 1 Bit des Maximalsequenzcodes verschoben, um einen Abstandsmessungscode C(t) zu erhalten.
Der Nachteil eines merklichen Komplizierens ihrer Anordnung ergibt sich selbst dann nicht, wenn die Bitlänge des Maximalsequenzcodes vergrößert wird, da beim Vergrößern der Bitlänge nur die jeweilige Anzahl von Multiplizierern, Addierem und Pipelineregistern vergrößert wird. Wenn im Unterschied dazu die Anzahl von erwarteten Werten zur Messung Wj nicht vergrößert wird, dann wird die Anzahl von in der Vorrichtung zur Abstandsmessung vorhandenen Schaltungen nicht notwendigerweise geändert.
Wenn in der Vorrichtung zur Abstandsmessung mit der vorstehend beschriebenen Anordnung ein Maximalsequenzcode m(t + xΔT) mit einer unbekannten Phasenverschiebungsgröße empfangen wird, dann wird als maximaler Kreuzkorrelationswert ein Kreuzkorrelationswert des empfangenen Maximalsequenzcodes mit einem um j Bits phasenverschobenen Maximalsequenzcode (wobei j die Ungleichung x-1 < j < x+1 erfüllt) erhalten und aus dem Kreuzkorrelator 2 ausgegeben. Der Kreuzkorrelationswert wird mittels der Versetzungskorrekturschaltung 3 korrigiert und notwendigenfalls eine Umwandlungsverarbeitung ausgeführt, um den Abstand zu erhalten, da der vorliegende Kreuzkorrelationswert keinen dem Abstand entsprechenden Wert aufweist.
Wie es aus dem Vorstehenden augenscheinlich ist, können die erwarteten Werte zur Messung Wj willkürlich bestimmt werden.

Die zweite Ausführungsform

Die Figuren 3(A), 3(B) und 3(C) sind Darstellungen zum Erläutern der Bestimmung eines eine Messung zulassenden Bereichs. Figur 3(A) zeigt erwartete Werte zur Messung Wj, wogegen Fig. 3(B) eine Kreuzkorrelationsfunktion für einen Abstandsmessungscode mit einem Maximalsequenzcode darstellt.
Die erwarteten Werte zur Messung Wj sind innerhalb des Bereichs 0 ≤ j ≤ 2n-2 bestimmt, wie in Fig. 3(A) gezeigt. Speziell ist der erwartete Wert zur Messung Wk1 als 1 bestimmt, wenn j = k1, ist der erwartete Wert zur Messung Wk2 als 0 bestimmt, wenn j = k2, sind die erwarteten Werte für Messungen Wj innerhalb des Bereichs k1 < j < k2 als sich linear ändernde Werte innerhalb des Bereichs 1 > Wj > 0 bestimmt und sind die erwarteten Werte zur Messung Wj außerhalb des Bereichs als 0 bestimmt. Die Kreuzkorrelationsfunktion Φ des Abstandsmessungscodes mit dem Maximalsequenzcode wird dargestellt durch die Gleichung Φ = 2n - (k2 - k1) / 2, wenn j = k1, und wird dargestellt durch die Gleichung Φ = - (k2 - k1) / 2, wenn j = k2, und wird dargestellt durch die Gleichung Φ = - (k2 - k1) / 2, wenn j ≤ k1 - 1 oder k2 ≤ j, und der Wert der Kreuzkorrelationsfunktion Φ ändert sich linear in dem Bereich k1 ≤ j ≤ k2.
Wenn unter Verwendung des Abstandsmessungscodes C(t) der Abstand gemessen wird, dann wird ein Kreuzkorrelationswert, der größer als - (k2 - k1) / 2 ist, nur dann erhalten, wenn das Zielobjekt in dem Bereich k1 ≤ j ≤ k2 vorhanden ist. Dann kann der Abstand zu dem Zielobjekt durch Anwenden einer Versetzungskorrektur gemessen werden. Die Versetzungskorrektur wird ausgeführt, um den Abstand D als Dk2 = CTk1 / 1 zu bestimmen, wenn die Kreuzkorrelationsfunktion Φ - (k2 - k1) / 2 ist, und um den Abstand D als Dk1 = CTk2 / 1 zu bestimmen, wenn die Kreuzkorrelationsfunktion Φ 2n - (k2 - k1) / 2 ist, wie in Fig. 3(C) gezeigt (wobei
Der Abstand zu dem Zielobjekt kann durch einfaches Anwenden der Versetzungskorrektur auf den erhaltenen Kreuzkorrelationswert gemessen werden, wenn die erwarteten Werte zur Messung Wj als vorstehend genannte Werte bestimmt sind.
Bei dieser Ausführungsform kann der Abstand nur in dem Bereich CTk1 / 1 ≤ D ≤ CTk2 / 1 gemessen werden. Dadurch können Einflüsse durch störende Objekte außerhalb des Bereichs und durch Mehrpfadreflexion sicher eliminiert werden, um eine genaue Abstandsmes sung auszuführen.

Die dritte Ausführungsform

Figur 4 ist ein Blockschaltbild eines Hauptabschnitts eines Empfangsabschnitts, welches einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Abstandsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß zwischen dem Abstandsmessungscodegenerator 1 und dem Kreuzkorrelator 2 eine Auswahleinrichtung 4 zwischengeschaltet ist und daß der Kreuzkorrelator 2 mit einem aus einem Sequenzcodegenerator 5 ausgegebenen Maximalsequenzcode mit einer gewünschten Bitverschiebungsgröße und dem Abstandsmessungscode selektiv versorgt wird.
Figur 5 ist ein Blockschaltbild, das eine Anordnung des Sequenzcodegenerators zeigt.
Eine Anzahl J von Schieberegistern 511, 512...51j ist in Reihe geschaltet, und ein ausschließlich logisches Additionsoperationsergebnis auf der Grundlage der Ausgangsdaten aus dem Schieberegister der Ausgangsstufe und der Ausgangsdaten aus dem Schieberegister einer vorbestimmten Stufe wird dem schieberegister der Eingangsstufe bereitgestellt. Die Ausgangsdaten aus dem Schieberegister 51j der Ausgangsstufe werden einem m-stufigen Schieberegister 52 zur Verzögerung bereitgestellt. Der Inhalt einer gewünschten Stufe des Schieberegisters 52 wird durch eine Auswahleinrichtung 53 gewählt, um daraus ausgegeben zu werden. Die Anzahl j von Stufen der Schieberegister ist mit 2j-1 ≥ m bestimmt, und die vorbestimmte Stufe ist so bestimmt, daß sie dasselbe Bitmuster mit einem (2j-1)-maligen Zyklus wiederholt. Ferner ist eine Umwandlungsschaltung (nicht dargestellt) vorgesehen zum Umwandeln des "0"-Pegels der aus der Auswahleinrichtung 53 ausgegebenen Binärdaten in den "1"-Pegel. Die Anzahl von Schieberegistern 511, 512...51j ist 7, wobei dann die Bitlänge des Maximalsequenzcodes 127 Bits ist.
Diese Ausführungsform führt zunächst eine Abstandsmessung auf der Grundlage des Abstandsmessungscodes C(t) ähnlich wie bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform aus und berechnet dann den Kreuzkorrelationswert durch Steuern der Auswahleinrichtung 53, um den Maximalsequenzcode mit der entsprechenden Bitverschiebungsgröße auf der Grundlage des gemessenen Abstands auszugeben, wodurch die Genauigkeit zur Abstandsmessung verbessert wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung zur Abstandsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen beschränkt. Das Verfahren und die Vorrichtung zur Abstandsmessung können eine Abstandsmessung unter Verwendung eines sich von dem Maximalsequenzcode unterscheidenden Pseudorauschens mit kennzeichnenden Autokorrelationsmerkmalen, zum Beispiel von Zufallszahlen, eines Balowasequenzcodes und dergleichen, ausführen. Das Verfahren und die Vorrichtung zur Abstandsmessung können ein Pseudorauschen mit einer willkürlichen Bitlänge verwenden.

Die vierte Ausführungsform

Figur 8 ist eine schematische Perspektivansicht einer Graphikanzeigevorrichtung, welche mit einer Vorrichtung zur Messung der relativen Lage versehen ist.
Ein Pseudorauschsender 81 ist an der Stelle der dargestellten Brille zum stereoskopischen Sehen oder Filtern oder dergleichen (nachstehend als Brille bezeichnet) vorgesehen. An einer vorbestimmten Kantenstelle einer Graphikanzeigevorrichtung 9 sind Pseudorauschempfänger 7 vorgesehen. Der Pseudorauschsender 81 kann Ultraschallwellen senden, an denen zum Beispiel eine Zweiphasenmodulation auf der Grundlage eines Maximalsequenzcodes als Pseudorauschen ausgeführt wird. Der Abstand zwischen den Pseudorauschempfängern 7 ist bestimmt als d. Die Abstände zwischen dem Pseudorauschsender 81 und jedem Pseudorauschempfänger 7 sind entsprechend mit 11 bzw. 12 dargestellt.
Figur 6 ist ein Blockschaltbild eines Hauptabschnitts des Pseudorauschempfängers, welches einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Messung der relativen Lage gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
Jeder Pseudorauschempfänger enthält einen Abstandmessungscodegenerator 71 zum Erzeugen eines durch die Gleichung
dargestellten Abstandsmessungscodes C(t), der erhalten wird durch Ausführen einer Konvolution von erwarteten Werten zur Messung Wj (wobei j=0, 1,...2n-2) mit Einzelwerten mit Maximalsequenzcodes, die aufeinanderfolgend phasenverschoben sind, wobei der Standardmaximalsequenzcode m(t) eine Bitlänge von 2n-1 Bits mit jedem 1 Bit aufweist. Der Empfänger hat auch einen Kreuzkorrelator 72 zum Erhalten eines Kreuzkorrelationswerts eines Maximalsequenzcodes m(t+xΔT) mit unbekannter Phasenverschiebungsgröße mit dem Abstandsmessungscode C(t) und eine Versetzungskorrekturschaltung 73 zum Ausführen einer Versetzungskorrektur an dem erhaltenen Kreuzkorrelationswert. Ferner ist ein Abschnitt zur Berechnung der relativen Lage 74 vorgesehen, welcher Abschnitt 74 die aus den Versetzungskorrekturschaltungen 73 von jedem Pseudorauschempfänger 7 ausgegebenen Abstandsmessungssignale empfängt und eine relative Lage auf der Grundlage der Abstandsmessungssignale berechnet. Bei dieser Ausführungsform wird der erwartete Wert zur Messung WO als 0 bestimmt, um einen "0"-Pegel festzulegen.
Wenn in der Vorrichtung zur Messung der relativen Lage mit der vorstehend genannten Anordnung ein Maximalsequenzcode m(t + xΔT) mit einer unbekannten Phasenverschiebungsgröße empfangen wird, dann wird als maximaler Kreuzkorrelationswert ein Kreuzkorrelationswert des empfangenen Maximalsequenzcodes mit einem um j Bits phasenverschobenen Maximalsequenzcode erhalten (wobei j die Ungleichung x-1 < j < x+1 erfüllt) und aus dem Kreuzkorrelator 72 ausgegeben. Der Kreuzkorrelationswert wird durch die Versetzungskorrekturschaltung 73 korrigiert und einer Umwandlungsverarbeitung unterzogen entsprechend der Notwendigkeit dafür, den Abstand zu erhalten, da der vorliegende Kreuzkorrelationswert keinen dem Abstand entsprechenden Wert aufweist. Die aus den Versetzungskorrekturschaltungen 73 ausgegebenen Werte werden dem Abschnitt zur Berechnung der relativen Lage 74 bereitgestellt. Der Abschnitt zur Berechnung der relativen Lage 74 berechnet die relative Lage eines Operators bezüglich der Graphikanzeigevorrichtung 9 aufgrund der relativen Lagen des mit der Brille 8 versehenen Pseudorauschsenders 81 bezüglich der Graphikanzeigevorrichtung 9, wie in Fig. 7 gezeigt, und vorbestimmter Konstanten, zum Beispiel des vorher bestimmten Abstands zwischen den Pseudorauschempfängern 7.
Diese Ausführungsform eliminiert eine Funktionsstörung, die durch aus einer Büroautomatisierungsvorrichtung ausgegebenes Rauschen verursacht wird, sicher und eliminiert auch Funktionsstörungen von Schalleingangsschnittstellen und eine Überlagerung zwischen in demselben System verwendeten Schnittstellen sicher, wodurch die Genauigkeit der Messung der relativen Lage verbessert wird.
Die Graphikanzeigevorrichtung 9 berechnet ferner eine Operatorblickrichtung auf der Grundlage der berechneten relativen Lage und ändert dann eine perspektivische Projektion von Anzeigefiguren entsprechend der berechneten Blickrichtung, wodurch eine bessere stereoskopische Anzeige ausgeführt wird.
Wie es aus dem Vorstehenden augenscheinlich ist, können die erwarteten Werte zur Messung Wj willkürlich bestimmt sein.
Ferner kann ein tatsächlicher eine Messung zulassender Bereich bestimmt werden durch Festsetzen der erwarteten Werte zur Messung Wj mit sich von 0 unterscheidenden Werten innerhalb eines gewünschten Bereichs, der durch einen maximalen eine Messung zulassenden Bereich enthalten ist. In diesem Fall wird die Meßgenauigkeit der relativen Lage verbessert durch Begrenzen des tatsächlichen eine Abstandsmessung zulassenden Bereichs, der die Grundlage der Berechnung einer relativen Lage ist, auf die benachbarte Graphikanzeigevorrichtung 9.

Die fünfte Ausführungsform

Figur 9 ist ein Blockschaltbild eines Hauptabschnitts eines Empfangsabschnitts, welches einer anderen Ausführungs form der Vorrichtung zur Messung der relativen Lage gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dadurch, daß zwischen dem Abstandsmessungscodegenerator 71 und dem Kreuzkorrelator 72 eine Auswahleinrichtung 75 zwischengeschaltet ist und der Kreuzkorrelator 72 mit einem aus einem Sequenzcodegenerator 76 ausgegebenen Maximalsequenzcode mit gewünschter Bitverschiebungsgröße und dem Abstandsmessungscode selektiv versorgt wird.
Diese Ausführungsforrn führt zunächst eine Abstandsmessung auf der Grundlage des Abstandsmessungscodes C(t) ähnlich wie bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform aus und berechnet dann den Kreuzkorrelationswert durch Steuern der Auswahleinrichtung 75, um den Maximalsequenzcode mit der entsprechenden Bitverschiebungsgröße auf der Grundlage des gemessenen Abstands auszugeben. Dadurch wird die Genauigkeit einer Abstandsmessung verbessert und die Genauigkeit einer Messung der relativen Lage auch verbessert.
Die Vorrichtung zur Messung der relativen Lage gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen beschränkt. Die Vorrichtung zur Messung der relativen Lage kann eine Messung der relativen Lage unter Verwendung eines sich von dem Maximalsequenzcode unterscheidenden Pseudorauschens mit kennzeichnenden Autokorrelationsmerkmalen, zum Beispiel von Zufallszahlen, eines Balowasequenzcodes und dergleichen, ausführen. Die Vorrichtung zur Messung der relativen Lage kann ein Pseudorauschen mit einer willkürlichen Bitlänge verwenden. Die Vorrichtung zur Messung der relativen Lage kann bei einem Industrieroboter und dergleichen verwendet werden, um zu vermeiden, daß zu einer Verletzung oder zum Tode führende Unfälle vorkommen.

Claims

1. Verfahren zur Abstandsmessung, welches die Schritte umfaßt:

einen Schritt zum Senden eines kennzeichnende Autokorrelationsmerkmale aufweisenden Pseudorauschens in ein Zielobjekt und

einen Schritt zum Empfangen eines aus dem Zielobjekt reflektierten Pseudorauschens;

gekennzeichnet durch die Schritte:

einen Schritt zum Kreuzkorrelieren des empfangenen Pseudorauschens mit einem Konvolutionsrauschen (C(t)), das durch Konvolution von sich voneinander unterscheidenden Koeffizienten mit dem zum Senden verwendeten Pseudorauschen erhalten wird, um einen Kreuzkorrelationswert (Φ) zu erhalten; und einen Schritt zum Bestimmen eines Abstandes (D) zu dem Zielobjekt auf der Grundlage des erhaltenen Kreuzkorrelationswertes (Fig. 1, 4).

2. Verfahren zur Abstandsmessung nach Anspruch 1, bei welchem das zum Senden verwendete Pseudorauschen ein Maximalsequenzcode ist und das Konvolutionsrauschen (C(t)) erhalten wird durch Konvolution erwarteter Werte (Wj) zur Messung als Koeffizienten mit dem Pseudorauschen (Fig. 2).

3. Verfahren zur Abstandsmessung nach Anspruch 1, bei welchem die erwarteten Werte (Wj) zur Messung sich von unterscheidende sich monoton ändernde Werte innerhalb eines zugelassenen Messungsbereichs und einen 0-Wert außerhalb des zugelassenen Bereichs aufweisen (Fig. 3 (A)).

4. Vorrichtung zur Abstandsmessung, welche umfaßt:

ein Übertragungsmittel (61, 62, 63, 64) zum Modulieren eines Trägersignals mit einem Pseudorauschen, um ein moduliertes Signal zu erhalten, und zum Senden des modulierten Signals in ein Zielobjekt und

ein Empfangsmittel (1, 2, 3, 65, 66, 67, 68) zum Empfangen eines aus dem Zielobjekt reflektierten Signals und zum Erhalten eines Abstands (11, 12) zu dem Zielobjekt, dadurch gekennzeichnet, daß

das Empfangsmittel (1, 2, 3, 65, 66, 67, 68) enthält: ein Konvolutionscode-Ausgangsmittel (1) zum Ausgeben eines Konvolutionscodes (C(t)), der durch Konvolution sich voneinander unterscheidender erwarteter Werte (Wj) zur Messung mit jedem verschobenen Pseudorauschbit erhalten wird, wobei das Übertragungsmittel einen Sequenzcode aufweist, der derselbe wie ein zur Konvolution durch das Konvolutionscode-Ausgangsmittel (1) verwendeter Sequenzcode ist, ein Kreuzkorrelationsmittel (2) zum Kreuzkorrelieren des empfangenen Pseudorauschens mit dem Konvolutionscode (C(t)), um einen Kreuzkorrelationswert (Φ) zu erhalten, und ein Abstandsberechnungsmittel (3) zum Berechnen des Abstands (D) auf der Grundlage des Kreuzkorrelationswertes (Φ) (Fig. 1, 4).

5. Vorrichtung zur Abstandsmessung nach Anspruch 4, bei welcher das Pseudorauschen ein Maximalsequenzcode ist und der Konvolutionscode (C(t)) erhalten wird durch Konvolution erwarteter Werte (Wj) zur Messung als Koeffizienten mit dem Pseudorauschen (Fig. 2).

6. Vorrichtung zur Abstandsmessung nach Anspruch 4, bei welcher die erwarteten Werte (Wj) zur Messung sich von unterscheidende sich monoton ändernde Werte innerhalb eines zugelassenen Messungsbereichs und einen 0-Wert außerhalb des zugelassenen Bereichs aufweisen (Fig. 3(A)).

7. Vorrichtung zur Messung der relativen Lage, welche umfaßt:

ein Pseudorauschsendequellenmittel (81) zum Senden eines Pseudorauschens, welches von einem Operator einer Vorrichtung (9) getragen wird;

gekennzeichnet durch:

eine Mehrzahl von Pseudorauschempfangsmitteln (7) zum Erhalten von Abständen zu dem Operator, wobei die Empfangsmittel (7) an der Vorrichtung (9) an voneinander beabstandeten vorbestimmten Stellen befestigt sind; und

ein Mittel zum Erhalten der relativen Lage (74) zum Erhalten einer relativen Lage des Operators auf der Grundlage der durch die Pseudorauschempfangsmittel (7) erhaltenen Abstände,

bei welcher das Pseudorauschempfangsmittel (7) enthält: ein Konvolutionscode-Ausgangsmittel (71) zum Ausgeben eines Konvolutionscodes (C(t)), der durch Konvolution sich voneinander unterscheidender erwarteter Werte (Wj) zur Messung mit jedem Bit eines verschobenen Pseudorauschens erhalten wird, wobei das gesendete Pseudorauschen ein Sequenzcode zur Konvolution durch das Konvolutionscode-Ausgangsmittel (71) ist, ein Kreuzkorrelationsmittel (72) zum Kreuzkorrelieren des empfangenen Pseudorauschens mit dem Konvolutionscode (C(t)), um einen Kreuzkorrelationswert (Φ) zu erhalten, und ein Abstandsberechnungsmittel (73) zum Berechnen des Abstands (11, 12) auf der Grundlage des Kreuzkorrelationswertes (Φ) (Fig. 6, 8, 9).

8. Vorrichtung zur Messung der relativen Lage nach Anspruch 7, bei welcher das Pseudorauschsendequellenmittel (81) eine Maximalsequenzschallquelle ist, wobei die Vorrichtung (9) eine Anzeigevorrichtung mit dreidimensionaler Graphik ist und die Anzeigevorrichtung mit dreidimensionaler Graphik eine Blickrichtung auf der Grundlage der berechneten relativen Lage bestimmt (Fig. 8).

9. Vorrichtung zur Messung der relativen Lage nach Anspruch 7, bei welcher das Konvolutionscode-Ausgangsmittel (71) einen Konvolutionscode (C(t)) ausgibt, der erhalten wird durch Konvolution erwarteter Werte (Wj) zur Messung mit sich von unterscheidenden sich monoton ändernden Werten innerhalb eines zugelassenen Messungsbereichs und einem 0-Wert außerhalb des zugelassenen Bereichs (Fig. 3(A)).