JP2003222672A - レーダ装置 - Google Patents

レーダ装置

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JP2003222672A
JP2003222672A JP2002022502A JP2002022502A JP2003222672A JP 2003222672 A JP2003222672 A JP 2003222672A JP 2002022502 A JP2002022502 A JP 2002022502A JP 2002022502 A JP2002022502 A JP 2002022502A JP 2003222672 A JP2003222672 A JP 2003222672A
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distance
radar device
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Masaru Ogawa
勝 小川
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価かつ精度の高いレーダ装置を提供する。 【解決手段】 第一周波数f1の信号と第二周波数f2
の信号とを所定のタイミングで切り替えながらVCO1
2が順次出力し、送信アンテナ13がこの信号を放射
し、当該放射された信号が測定対象物で反射することで
得られる反射波を受信アンテナ14で受信し、送信アン
テナ13が現在放射出力している信号と受信した信号と
の周波数の相違状態をミキサ15とバンドパスフィルタ
16とで検出し、当該相違状態により測定対象物との距
離が測定されるレーダ装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、近傍の対象物まで
の距離を測定するため等に利用されるレーダ装置に係
り、特に測定精度の向上、製造コストの低減に関する。
【0002】
【従来の技術】車載用レーダとして、車両近傍の対象物
までの距離を測定するレーダ装置が開発されている。従
来、このようなレーダ装置では、いわゆるパルス方式を
採用したものが多い。すなわち、所定周波数のパルス信
号を放射し、対象物で反射してきた当該パルス信号の反
射波を受信し、当該受信した反射波と放射しているパル
ス信号とを乗じることで、パルス信号とその反射波との
伝播遅延時間を測定し、その伝播遅延時間に基づき対象
物までの距離を測定することとしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーダ装置では、次のような問題点があった。すな
わち、例えば車載のレーダ装置の場合、車両周囲に存在
する複数の対象物を分離するために送信パルスのパルス
幅を狭くすることが通常である。しかし、送信パルス幅
を狭くした場合、送信パルスの尖頭電力が制限される。
尖頭電力の低下は実効送信電力の低下につながり、その
結果対象物を検出する精度が劣化してしまう。この問題
点を解決する方法として、特開2001−42029号
公報に開示されているようなレーダ装置がある。しかし
ながら、この方法では高周波信号の波形整形回路が必要
であり、レーダでよく利用されるマイクロ波、ミリ波帯
において周波数が高くなるほど、性能のよい波形整形回
路は入手が難しく、また高価となってしまう。
【0004】本発明は、上記実情に鑑みて為されたもの
で、製造コストを抑えながら、比較的短距離にある対象
物までの距離を精度よく測定することのできるレーダ装
置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するための本発明は、レーダ装置において、少なくと
も第一周波数の信号と第二周波数の信号とを所定のタイ
ミングで切り替えながら順次出力する信号生成手段と、
前記信号を放射する放射手段と、当該放射された前記信
号が測定対象物で反射することで得られる反射波を受信
し、前記信号生成手段が現在出力している信号と前記受
信した信号との周波数の相違状態を検出する検出手段
と、を含み、前記検出した周波数の相違状態により測定
対象物との距離が測定されることを特徴としている。
【0006】ここで、前記検出手段は、前記信号生成手
段が現在出力している信号と前記受信した信号とを混合
して得た混合信号のうち、前記第1の周波数と第2の周
波数との差の周波数をもつ信号の平均電力又は積算電力
を周波数の相違状態として検出し、当該平均電力又は積
算電力が測定対象物との距離の演算に供されるようにし
てもよいし、前記検出手段が、前記信号生成手段が現在
出力している信号と前記受信した信号との周波数が相違
している時間を前記相違状態として検出し、当該時間が
測定対象物との距離の演算に供されるようにしてもよ
い。またここで、前記検出手段における前記相違状態の
検出のための時間を制限する制限手段をさらに含んでも
よい。この制限手段は、前記信号生成手段で生成される
信号または前記受信される信号の少なくとも一方を所定
のタイミングで遮断することにより、前記検出手段にお
ける前記相違状態の検出のための時間を制限することと
するのも好ましい。
【0007】さらに、前記信号生成手段は、前記所定の
タイミングより長い周期で周波数を変化させた遠方用信
号を出力し、前記検出手段は、前記信号生成手段が前記
遠方用信号を出力している間は、受信された反射波と、
前記信号生成手段が出力する遠方用信号とに基づき、測
定対象物との距離が測定されることとするのも好まし
い。この場合において前記遠方用信号は、周波数を増大
又は減少させる二種類のフェーズを有するFM−CW方
式の信号であることとしてもよい。
【0008】また、上記従来例の問題点を解決するため
の本発明は、距離測定方法において、少なくとも第一周
波数の信号と第二周波数の信号とを所定のタイミングで
切り替えながら順次出力し、当該信号を放射する工程
と、当該放射された前記信号が測定対象物で反射するこ
とで得られる反射波を受信し、前記信号生成手段が現在
出力している信号と前記受信した信号との周波数の相違
状態を検出する工程と、を含み、前記検出した周波数の
相違状態により測定対象物との距離を測定することを特
徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】[実施形態1]本発明の実施の形
態について図面を参照しながら説明する。本発明の第1
の実施の形態に係るレーダ装置は、図1に示すように、
制御電圧発生回路11と、VCO12と、送信アンテナ
13と、受信アンテナ14と、ミキサ15と、バンドパ
スフィルタ(BPF)16と、整形回路17と、距離検
出回路18とを含んで構成されている。
【0010】制御電圧発生回路11は、VCO12に対
する制御電圧を出力している。この制御電圧発生回路1
1が出力する制御電圧によりVCO12が出力する信号
の周波数が制御される。具体的に制御電圧発生回路11
は、、周期的に電圧V1の電圧信号と電圧V2の電圧信
号とを交互に出力している。従って、制御電圧発生回路
11が出力する電圧信号は、図2に示すようにパルス状
の信号となる。VCO12は、制御電圧発生回路11が
出力する電圧信号に応じた周波数の信号を送信アンテナ
13とミキサ15とに出力している。送信アンテナ13
は、VCO12が出力する信号を放射する。
【0011】ここで制御電圧発生回路11とVCO12
とが本発明の信号生成手段を実現し、送信アンテナ13
が放射する信号は、図3(a)に示すように、電圧V1
に対応する周波数f1と、電圧V2に対応する周波数f
2とを交互に繰返した信号となる。この信号は、測定対
象物で反射されて受信アンテナ14に反射波として到来
する。
【0012】受信アンテナ14は、到来した反射波を受
信してミキサ15に出力する。ここで受信アンテナ14
が出力する信号は、送信アンテナ13が放射する信号か
らは測定対象物までの行路長分だけ遅延して受信された
ものとなるから、図3(b)に示すように、図3(a)
に示した信号に対して若干遅れた信号となる。ミキサ1
5は、受信アンテナ14から反射波の入力を受け、ま
た、VCO12から、VCO12が現在出力している信
号の入力を受けて、これを合成して出力する。BPF1
6は、本発明の検出手段に相当し、ミキサ15にて合成
された信号から、予め定められた周波数帯域の信号だけ
を抽出して、出力信号(Output)として出力する。ここ
で予め定められた周波数帯域は、f2とf1との差の周
波数を中心とした周波数とすることが好ましい。また、
周波数帯域の幅は用途に応じて設定する。例えば車載用
の場合、測定対象物は車両であると考えられるので、車
両間の相対速度によるドップラー効果分を考慮して周波
数帯域の幅を決定する。
【0013】このBPF16が出力する信号は、VCO
12が現在出力している信号と、受信アンテナ14で現
在受信している信号(反射波)との間で発生するビート
であり、その周波数は、VCO12が現在出力している
信号と反射波とが異なっている場合にはf2−f1の絶
対値に等しく、同一である場合には「0」に等しい。つ
まり、BPF16が出力する信号は、図3(c)に示す
ように、パルス幅分の時間のうち、反射波の遅延時間τ
の間だけ周波数f2−f1の絶対値に等しい周波数の信
号となり、そうでない期間では直流信号となるという信
号である。
【0014】整形回路17は、BPF16から入力され
る信号が所定量以上の交流成分を有している間は、事前
に定められた電圧Vpの電圧信号を出力し、そうでない
間は電圧Vn(例えば「0V」)の電圧信号を出力する
(図3(d))。この整形回路17は、BPF16が出
力する信号の強度によらずに、交流成分の有無によって
2値化された電圧信号を出力するもので、これにより信
号強度が減衰した場合にも精度の高い測定を可能とする
ものである。
【0015】距離検出回路18は、整形回路17から入
力される信号から、遅延時間τに関係する量を測定し、
これを元に測定対象物までの距離を演算することにな
る。具体的に距離検出回路18は、整形回路17から入
力される信号をパルス幅の時間に亘って時間積分して平
均電力を得て、その平均電力を距離に関係する量として
出力する。例えばRC積分回路によるその積分結果は、
図3(e)に示すようになる。また、図3(f)に示す
ような積算電力を利用してもよい。この場合、制御電圧
発生回路11が出力する制御電圧の立上がり、立ち下り
のいずれかのタイミングで積分結果をリセットするよう
にしておくことが好ましい。
【0016】また、距離検出回路18は、より直接的
に、整形回路17が出力する電圧信号の立上がり及び立
ち下りのタイミングを検出し、その時間差により遅延時
間τを検出し、このτを距離に関係する量として出力す
るようにしてもよい。これはパルス信号のエッジを検出
する回路とタイマ回路とから容易に構成できる。
【0017】すなわち、本実施の形態によると、ミキサ
15以降の回路であるBPF16、整形回路17、及び
距離検出回路18は、ビート信号のように低周波の信号
を処理するだけで済み、安価に構成できるようになる。
【0018】なお、VCO12が出力する周波数f1及
びf2は、適宜定めることができるが、測定対象物との
相対速度によるドップラー効果の影響を軽減するために
は、f1とf2との差をドップラーシフト分より十分大
きく設定することが好ましい。
【0019】[実施形態2]ところで、第1の実施の形
態に係るレーダ装置によると、近傍に測定対象となるべ
き車両等が一台だけあるという場合はよいが、複数台の
車両がある場合、各車両からの反射波が到来して測定精
度を劣化させる場合がある。そこで、距離の検出のため
の時間を制限して、測定可能な最長距離を限定すること
で、当該最長距離より遠方の対象物での反射波を距離検
出に利用しないようにすることで最も近傍にある車両ま
での距離の測定精度を向上することも好ましい。
【0020】具体的に、本発明の第2の実施の形態に係
るレーダ装置は、図4に示すように、パルス発生回路2
1と、制御電圧発生回路22と、VCO12と、第1ス
イッチ23と、送信アンテナ13と、受信アンテナ14
と、第2スイッチ24と、ミキサ15と、BPF16
と、整形回路17と、距離検出回路18とを含んで構成
される。なお、第1の実施の形態に係るものと同様の構
成をとる部分については同じ符号を付して詳細な説明を
省略する。
【0021】パルス発生回路21は、測定可能な最長距
離との関係において定められる時間だけ「H」となるパ
ルス信号を出力する。制御電圧発生回路22は、第1の
実施の形態における制御電圧発生回路11とほぼ同様の
ものであるが、パルス発生回路21が出力するパルス信
号が「H」となっている期間に、電圧信号の出力電圧を
電圧V1と電圧V2との間で変化させる点が異なる。な
お、電圧を変化させるタイミングは、パルス発生回路2
1が出力するパルス信号が「H」となっている幅の中央
の時点とするのも好ましい。
【0022】第1スイッチ23は、VCO12が出力す
る信号を送信アンテナ13に出力するか否かを制御す
る。具体的に、この第1スイッチ23は、パルス発生回
路21が出力するパルス信号の入力を受けて、当該パル
ス信号が「H」となっている間はオンとなって、VCO
12が出力する信号を送信アンテナ13に伝達する。第
2スイッチ24も同様に、パルス発生回路21が出力す
るパルス信号の入力を受けて、当該パルス信号が「H」
となっている間はオンとなって、受信アンテナ14で受
信した反射波をミキサ15に伝達する。
【0023】本実施の形態によると、パルス発生回路2
1が出力しているパルス信号が「H」の状態にある間に
(図5(a))、制御電圧発生回路22が出力する電圧
信号の電圧が変化し、それに応じてVCO12が出力す
る信号の周波数が変化する(図5(b))。第1スイッ
チ23により、パルス発生回路21が出力しているパル
ス信号が「H」の状態にある間だけ、VCO12が出力
する信号が送信されるため、実際に送信される信号は、
図5(c)に示すような信号である。
【0024】この図5(c)に示す信号が測定対象物で
反射され、反射波として受信アンテナ14に到来する。
受信アンテナ14で受信される反射波の信号は図5
(d)に示すような期間で受信される。ここで、当該反
射波の周波数は、図5(b)の信号の周波数の変化か
ら、測定対象物までの距離に依存した遅延時間τだけ遅
れて変化する。このため、ミキサ15で合成され、BP
F16でビートの周波数近傍の信号成分だけが抽出さ
れ、整形回路17がビートが発生している期間だけ、所
定の電圧信号を出力するようになって、図5(e)に示
すような信号が距離検出回路18に出力される。
【0025】距離検出回路18は、この出力信号を元に
測定対象物までの距離に関係する信号を出力する。ま
た、この距離検出回路18は、パルス発生回路21が出
力するパルス信号により、制御電圧発生回路22の出力
電圧が変化される直後所定時間内に整形回路17からの
出力がなければ、距離検出を行わない。これによると、
最も近傍の車両(測定対象物)よりも遠い位置にある別
の車両によって反射した反射波は、さらに遅れて到来す
るため、例えば図5(f)に示すように、遅延時間τ′
だけ遅れて整形回路17が信号の出力を開始する。この
ときには、既に第2スイッチ24の働きによって、当該
受信信号はミキサ15に伝達されないので、この別の車
両によって反射された反射波が距離検出の結果に影響す
ることはない。また、制御電圧発生回路22の出力電圧
が変化される直後に整形回路17から出力信号がなけれ
ば検出しないようにしたので、図5(g),(h)にそ
れぞれ示した2つの反射波が区別して扱われる。
【0026】なお、ここでは第1スイッチ23と第2ス
イッチ24とは同じタイミングでオン・オフするよう制
御されているが、第2スイッチ24は、パルス発生回路
21の出力する信号ではなく、VCO12が出力する周
波数が変化するタイミングに合わせて(その直前に)オ
ンとなるように制御されてもよい。
【0027】さらに、ここでは、VCO12と、送信ア
ンテナ13との間に第1スイッチ23を配しているが、
VCO12の出力をミキサ15に分配するより前に第1
スイッチ23を配してもよい。この場合、VCO12の
出力がミキサ15に伝達されないので、受信された反射
波の信号をミキサ15に出力しても、BPF16の出
力、すなわち整形回路17の出力はビートが発生してい
ないときと同じになる。従って、この場合には第2スイ
ッチ24は必ずしも必要でない。
【0028】[実施形態3]さらに、第1、第2の実施
の形態に係るレーダ装置に遠方監視用レーダを組み合せ
て、測定距離のレンジを拡大することとするのも好まし
い。本発明の第3の実施の形態に係るレーダ装置は、近
傍用のモードに加えて遠方監視用のモードを追加したも
ので、図6に示すように、パルス発生回路21と、制御
電圧発生回路31と、VCO12と、第1スイッチ23
と、送信アンテナ13と、受信アンテナ14と、第2ス
イッチ24と、第3スイッチ32と、BPF16と、整
形回路17と、距離検出回路18と、FM−CW用信号
処理回路33と、モード切替制御回路34とを含んで構
成される。なお、第1、第2の実施の形態と同様の構成
をとるものについては、同じ符号を付してその詳細な説
明を省略する。
【0029】本実施の形態の制御電圧発生回路31は、
近傍用モードと遠方監視用のモードとのいずれかを選択
する信号(モード選択信号)の入力を受けて、近傍用モ
ードが選択されている場合には、第2の実施の形態にお
ける制御電圧発生回路22と同様の動作を行う。また、
遠方監視用のモードが選択されている場合、制御電圧発
生回路31は、電圧を連続的に増大又は減少させて図7
に示すような三角波状の電圧信号を出力する。この場
合、VCO12は、この三角波状の電圧信号に従い、F
M−CW用の信号として、周波数を増大又は減少させる
二種類のフェーズを有する信号を出力することになる。
なお、本実施の形態では、パルス発生回路21もまた、
選択信号の入力を受けており、遠方監視用のモードが選
択されているときには、常時「H」となるように信号を
出力している。
【0030】第3スイッチ32は、選択信号の入力を受
けて、近傍用モードが選択されている場合には、ミキサ
15が出力する信号をBPF16に出力する。また、遠
方監視用のモードが選択されている場合には、ミキサ1
5が出力する信号をFM−CW用信号処理回路33に出
力する。
【0031】FM−CW用信号処理回路33は、広く知
られたFM−CWレーダの処理(例えば特開平2001
−91639号公報、「FM−CWレーダ装置」等に記
載の処理)により、測定対象物までの距離や測定対象物
の速度等を検出して出力する。
【0032】モード切替制御回路34は、距離検出回路
18又はFM−CW用信号処理回路33から測定対象物
までの距離の情報の入力を受けて、これらに基づき、近
傍用モードとするか遠方監視用のモードとするかを選択
する選択信号を出力する。具体的に、このモード切替制
御回路34は、起動時(電源投入時)には遠方監視用の
モードとなっており、FM−CW用信号処理回路33か
ら定期的に入力される測定対象物までの距離に基づき、
測定対象物までの距離が所定の値より小さくなると、近
傍用モードを選択する選択信号を出力する。また、近傍
用モードにおいて、測定対象物が見いだされない場合に
は遠方監視用のモードを選択する選択信号を出力する。
さらに、例えば高速道路走行時に自車の直前へ他車が割
込む場合を考えると、遠方監視用モードにおいて、測定
対象物までの距離が所定の値より小さくなっていなくて
も、周期的に近傍用モードを選択する選択信号を出力
し、近傍に他車(測定対象物)が入ってきていた場合に
当該他車までの距離を精度よく測定できるようにしてお
くことも好適である。
【0033】この場合において、近傍用モードでは、距
離検出の周期を、遠方監視用のモードにおける距離検出
の周期よりも短くしておくことも好ましい。これによ
り、近傍の測定対象物においては、その位置変化を正確
に把握させることができる。また、遠方監視用のモード
では、FM−CWのように、測定対象物との相対速度の
変化を測定しておくことが好適である。この相対速度の
変化の情報と、近傍用モードでの位置に関する情報とに
基づき、測定対象物との位置関係等の把握をより正確に
行うことができるようになる。
【0034】[受信アンテナと送信アンテナとの共用]
なお、これら第1、第2、第3の実施形態の説明におい
ては、送信アンテナ13と、受信アンテナ14とは別個
に設けられているとして説明したが、サーキュレータを
用いて、1つのアンテナにより送信アンテナ13と受信
アンテナ14とを兼ねてもよい。
【0035】[3以上の周波数を用いる場合]さらに、
ここまでの各実施形態の説明においては(第3の実施形
態においてはその近傍用モードの際)、VCO12は、
f1とf2との2つの周波数を切替ながら出力している
こととしていたが、例えばf1,f2,f3…というよ
うに、3つ以上の周波数を順次切替ながら用いるように
しても構わない。この場合も反射波が受信されるまでの
遅延時間分だけ周波数が相違することとなり、上述と同
様の構成によって測定対象物までの距離を測定できる。
このとき、f3−f1の周波数の信号を検出すること等
により、各反射波の周波数差が大きいことで、図5
(g),(h)にそれぞれ示した2つ反射波と同じ遅延
時間を有する2つの信号をも区別できるようになる。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、少なくとも第一周波数
の信号と第二周波数の信号とを所定のタイミングで切り
替えながら順次出力して、この信号を放射し、当該放射
された信号が測定対象物で反射することで得られる反射
波を受信し、送信側で現在出力している信号と受信した
信号との周波数の相違状態により測定対象物との距離が
測定されることとした。すなわち、周波数の相違状態を
用いているので高周波処理が不要になって、部品や構成
にかかるコストを低減できる。
【0037】また、距離の測定にかける時間を制限する
ことで、最も近傍にある測定対象物のみからの信号を処
理することとして、他の測定対象物からの反射波の影響
を低減し、測定の精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態に係るレーダ装置
の構成ブロック図である。
【図2】 制御電圧発生回路11の出力信号を表すタイ
ミングチャート図である。
【図3】 本発明の第1の実施の形態に係るレーダ装置
の各部の信号を表すタイミングチャート図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態に係るレーダ装置
の構成ブロック図である。
【図5】 本発明の第2の実施の形態に係るレーダ装置
の各部の信号を表すタイミングチャート図である。
【図6】 本発明の第3の実施の形態に係るレーダ装置
の構成ブロック図である。
【図7】 制御電圧発生回路31が遠方監視用モードに
おいて出力する信号を表すタイミングチャート図であ
る。
【符号の説明】
11,22,31 制御電圧発生回路、12 VCO、
13 送信アンテナ、14 受信アンテナ、15 ミキ
サ、16 バンドパスフィルタ、17 整形回路、18
距離検出回路、21 パルス発生回路、23 第1ス
イッチ、24第2スイッチ、32 第3スイッチ、33
FM−CW用信号処理回路、34モード切替制御回
路。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも第一周波数の信号と第二周波
    数の信号とを所定のタイミングで切り替えながら順次出
    力する信号生成手段と、 前記信号を放射する放射手段と、 当該放射された前記信号が測定対象物で反射することで
    得られる反射波を受信し、前記信号生成手段が現在出力
    している信号と前記受信した信号との周波数の相違状態
    を検出する検出手段と、 を含み、前記検出した周波数の相違状態により測定対象
    物との距離が測定されることを特徴とするレーダ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のレーダ装置において、 前記検出手段は、前記信号生成手段が現在出力している
    信号と前記受信した信号とを混合して得た混合信号のう
    ち、前記第1の周波数と前記第2の周波数の差の周波数
    を持つ信号の平均電力又は積算電力を周波数の相違状態
    として検出し、当該平均電力又は積算電力が測定対象物
    との距離の演算に供されることを特徴とするレーダ装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のレーダ装置において、 前記検出手段は、前記信号生成手段が現在出力している
    信号と前記受信した信号との周波数が相違している時間
    を前記相違状態として検出し、当該時間が測定対象物と
    の距離の演算に供されることを特徴とするレーダ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載のレー
    ダ装置において、 前記検出手段における前記相違状態の検出のための時間
    を制限する制限手段をさらに含むことを特徴とするレー
    ダ装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載のレーダ装置において、 前記制限手段は、前記信号生成手段で生成される信号ま
    たは前記受信される信号の少なくとも一方を所定のタイ
    ミングで遮断することにより、前記検出手段における前
    記相違状態の検出のための時間を制限することを特徴と
    するレーダ装置。
  6. 【請求項6】 請求項1から5に記載のレーダ装置にお
    いて、 前記信号生成手段は、前記所定のタイミングより長い周
    期で周波数を変化させた遠方用信号を出力し、 前記検出手段は、前記信号生成手段が前記遠方用信号を
    出力している間は、受信された反射波と、前記信号生成
    手段が出力する遠方用信号とに基づき、測定対象物との
    距離が測定されることを特徴とするレーダ装置。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載のレーダ装置において、 前記遠方用信号は、周波数を増大又は減少させる二種類
    のフェーズを有するFM−CW方式の信号であることを
    特徴とするレーダ装置。
  8. 【請求項8】 少なくとも第一周波数の信号と第二周波
    数の信号とを所定のタイミングで切り替えながら順次出
    力し、当該信号を放射する工程と、 当該放射された前記信号が測定対象物で反射することで
    得られる反射波を受信し、前記信号生成手段が現在出力
    している信号と前記受信した信号との周波数の相違状態
    を検出する工程と、 を含み、前記検出した周波数の相違状態により測定対象
    物との距離を測定することを特徴とする距離測定方法。
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