JP2003287567A - Spread spectrum range-finding communication apparatus - Google Patents
Spread spectrum range-finding communication apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スペクトル拡散信
号を利用した測距通信装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring communication device using a spread spectrum signal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】現在国家プロジェクトとして推進され、
産学官で盛んに研究開発が行われ、近年一部では実用化
に至っている高度道路交通システム（Intelligent Tran
sportSystems 以下ＩＴＳと記す）の中に、自動車の運
転支援や自動運転のシステムＡＶＣＳＳ（Advanced Veh
icle Control and Safety Systems）が構想されてい
る。ＡＶＣＳＳにおいては、自動車周辺の障害物を検出
する装置が必須となる。この装置として、日本国内にお
いては、自動車、自動車の電装部品および通信機器など
のメーカーがミリ波レーダーを盛んに開発している。現
在開発されているミリ波レーダーはＦＭＣＷ方式が主流
である。ＦＭＣＷ方式は、ある周波数の搬送波に時間的
に変化する周波数変調を加えた信号を空中に放射し、検
知しようとする対象物に反射して戻ってきた信号を受信
し、放射した信号と受信した信号の周波数差から距離を
求めようとするものである。ＦＭＣＷ方式は、測距分解
能を上げるためには周波数変調幅を大きくする必要があ
り、測距精度を上げるためには周波数変調の直線性を良
くする必要がある。すなわち、測距性能が局部発振器の
線形性、安定性に左右されるので、温度特性を向上させ
るのが難しく、局部発振器を製作するための難易度が高
い。[Prior Art] Currently promoted as a national project,
Industry, academia and government are actively conducting research and development, and in recent years, it has been put to practical use in some areas.
sportSystems (hereinafter referred to as ITS) includes a system AVCSS (Advanced Veh
icle Control and Safety Systems). In AVCSS, a device that detects an obstacle around the vehicle is essential. In Japan, manufacturers of automobiles, electric components of automobiles, communication equipment, and the like are actively developing millimeter-wave radars for this device. The millimeter wave radar currently being developed is mainly the FMCW method. The FMCW method emits a signal obtained by adding a time-varying frequency modulation to a carrier of a certain frequency, receives a signal reflected back to an object to be detected, and receives the emitted signal. It is intended to obtain the distance from the frequency difference between the signals. In the FMCW method, it is necessary to increase the frequency modulation width in order to increase the distance measurement resolution, and it is necessary to improve the linearity of frequency modulation in order to improve the distance measurement accuracy. That is, since the ranging performance depends on the linearity and stability of the local oscillator, it is difficult to improve the temperature characteristics, and the difficulty of manufacturing the local oscillator is high.
【０００３】ミリ波レーダー方式として、前述したＦＭ
ＣＷ方式の他に有力であると考えられているのがスペク
トル拡散方式である。スペクトル拡散方式による測距装
置は、搬送波を自己相関特性の良いＰＮ信号により位相
変調し、空中に放射する。対象物で反射して戻ってきた
受信信号から相関処理を行い、相関ピークの時間的位置
の変化から、送信信号に対する受信信号の遅延時間Δｔ
（ｓｅｃ）を求め、次式により距離ｄ（ｍ）を求める。
ｄ＝ｃ・Δｔ／２ （１）
ただし、ｃは光速で、３×１０８（ｍ／ｓｅｃ）であ
る。スペクトル拡散方式は、その原理から、距離計測分
解能、耐干渉性能に優れており、測距性能が局部発振器
の特性の影響を受けにくく、使用温度に対する特性も優
れている。スペクトル拡散方式は、このように原理的に
優れた特長を備えながら、ミリ波レーダー開発の主流に
なっていないのは、相関器の入手が困難であったことが
原因であると考えられる。スペクトル拡散方式において
は、距離計測分解能を向上させるためには、スペクトル
拡散帯域幅をより広帯域にする必要があるが、広帯域な
スペクトル拡散信号の相関処理が可能な相関器が従来は
入手困難であった。しかし、近年、広帯域のエラステッ
ク型ＳＡＷコンボルバが入手可能になり、距離計測分解
能の優れたスペクトル拡散方式の測距が可能になった。The above-mentioned FM is used as a millimeter wave radar system.
In addition to the CW method, the spread spectrum method is considered to be effective. A spread spectrum distance measuring device phase-modulates a carrier wave with a PN signal having a good autocorrelation characteristic and radiates it in the air. Correlation processing is performed from the received signal reflected by the object and returned, and from the change in the temporal position of the correlation peak, the delay time Δt of the received signal with respect to the transmitted signal
(Sec) is calculated, and the distance d (m) is calculated by the following equation. d = c · Δt / 2 (1) where c is the speed of light and is 3 × 10 8 (m / sec). Due to its principle, the spread spectrum method is excellent in distance measurement resolution and anti-interference performance, and the distance measurement performance is not easily affected by the characteristics of the local oscillator and is excellent in characteristics with respect to operating temperature. Although the spread spectrum method has such excellent characteristics in principle, it is considered that it is difficult to obtain a correlator that has not become the mainstream of millimeter wave radar development. In the spread spectrum method, it is necessary to make the spread spectrum bandwidth wider in order to improve the distance measurement resolution, but it has been difficult to obtain a correlator capable of performing correlation processing of a spread spectrum signal in a wide band in the past. It was However, in recent years, a wideband elastic type SAW convolver has become available, and spread spectrum distance measurement with excellent distance measurement resolution has become possible.
【０００４】ＩＴＳで検討されているような将来の交通
システムにおいては、自動車間での通信、あるいは、自
動車と路側に設けられたアクセスポイントとの通信が必
要となる可能性がある。その際、通信のためだけの装置
を搭載するのでなく、ミリ波レーダーに通信機能を付加
することが可能であれば、システム全体のコストを低減
でき、容積の小型化も期待できる。しかし、現在開発の
主流であり、一部製品化されているＦＭＣＷ方式ミリ波
レーダーにおいて、通信機能を有するものを見ることは
ない。これは、ＦＭＣＷ方式は測距のために、搬送波を
周波数変調して用いているため、さらに通信すべきデー
タを変調および復調するための技術的難易度が高く、コ
ストが高くなるためであると考えられる。[0004] In future transportation systems such as those being considered by ITS, there is a possibility that communication between cars or communication between cars and an access point provided on the roadside is required. At that time, if it is possible to add a communication function to the millimeter-wave radar instead of mounting a device only for communication, the cost of the entire system can be reduced and the volume can be reduced. However, in the FMCW type millimeter wave radar which is the mainstream of the development and which is partially commercialized, there is no one having a communication function. This is because the FMCW system uses the carrier after frequency-modulating it for distance measurement, and therefore the technical difficulty in modulating and demodulating the data to be communicated is high and the cost is high. Conceivable.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】耐干渉性能および動作
温度特性が優れ、高分解能な距離計測機能を有するスペ
クトル拡散方式による測距装置において、データ通信機
能を追加したスペクトル拡散方式測距通信装置を提供す
ることを目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION A spread spectrum distance measuring communication device having a data communication function is provided in a spread spectrum distance measuring device having excellent interference resistance and operating temperature characteristics and having a high resolution distance measuring function. The purpose is to provide.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によるスペクトル
拡散測距通信装置は、送信スペクトル拡散信号発生器を
有し、該送信スペクトル拡散信号発生器が発生したスペ
クトル拡散信号（以下、送信スペクトル拡散信号と記
す）を空中に放射し、対象物に反射して戻ってきた該ス
ペクトル拡散信号（以下、受信スペクトル拡散信号と記
す）を受信する。さらに、前記スペクトル拡散測距通信
装置は、測距用参照スペクトル拡散信号発生器を有し、
測距用参照スペクトル拡散信号を発生する。前記スペク
トル拡散測距通信装置は、相関器としてＳＡＷコンボル
バを有する。ＳＡＷコンボルバは二つの入力端子と一つ
の出力端子を有し、該入力端子から入力された二つのス
ペクトル拡散信号の相関信号が、該出力端子より出力さ
れる。前記スペクトル拡散測距通信装置において、スペ
クトル拡散のために用いられるＰＮ信号は自己相関特性
が優れたものであり、前記ＳＡＷコンボルバの出力は、
包絡線検波されると、鋭いピークを有する相関パルス信
号となる。前記スペクトル拡散測距通信装置は、距離測
定の第一段階として、送信スペクトル拡散信号と測距用
参照スペクトル拡散信号の相関を検出し、相関パルスの
発生する時刻ｔ０を記憶する。第２段階として、受信ス
ペクトルと測距用参照スペクトルの相関を検出し、相関
パルスの発生する時刻ｔＲを検出する。前記受信スペク
トルの前記送信スペクトルに対する時間的な遅延ｔ
ｄは、スペクトル拡散信号が、前記スペクトル拡散測距
通信装置より放射されて、対象物により反射され、再び
戻って来るまでの時間であるから、前記スペクトル拡散
測距通信装置から前記対象物までの距離をＤ（ｍ）とす
ると、
ｔｄ＝２Ｄ／ｃ （２）
である。ただし、ｃは光速（３×１０８ｍ／ｓ）であ
る。また、前記ｔＲおよびｔ０を用いると、前記ｔ
ｄは、
ｔｄ＝２（ｔＲ−ｔ０） （３）
と表される。（３）式右辺の係数２は、ＳＡＷコンボル
バによる相関検出の原理に由来するもので、ＳＡＷコン
ボルバの一方の入力信号がｔｄだけ遅延したとき、相関
パルスの位置がｔｄ／２だけ遅延することを意味してい
る。（２）式と（３）式より、前記Ｄ（ｍ）は、
Ｄ ＝ｃ（ｔＲ−ｔ０） （４）
と表され、ｔ０およびｔＲの計測により、前記対象物ま
での距離Ｄが計算できる。A spread spectrum ranging communication apparatus according to the present invention includes a transmission spread spectrum signal generator, and a spread spectrum signal generated by the transmission spread spectrum signal generator (hereinafter referred to as a transmission spread spectrum signal). (Hereinafter referred to as "reception spread spectrum signal") is received in the air, and the spread spectrum signal (hereinafter, referred to as received spread spectrum signal) reflected and returned to the object is received. Further, the spread spectrum ranging communication device has a reference spread spectrum signal generator for ranging,
A reference spread spectrum signal for distance measurement is generated. The spread spectrum distance measuring communication device has a SAW convolver as a correlator. The SAW convolver has two input terminals and one output terminal, and the correlation signal of the two spread spectrum signals input from the input terminal is output from the output terminal. In the spread spectrum range finder, the PN signal used for spread spectrum has excellent autocorrelation characteristics, and the output of the SAW convolver is
When envelope detection is performed, a correlation pulse signal having a sharp peak is obtained. As a first step of distance measurement, the spread spectrum distance measuring communication device detects the correlation between the transmitted spread spectrum signal and the reference spread spectrum signal for distance measurement, and stores the time t 0 at which the correlation pulse is generated. As the second step, the correlation between the received spectrum and the reference spectrum for distance measurement is detected, and the time t R at which the correlation pulse occurs is detected. Time delay t of the reception spectrum with respect to the transmission spectrum
d is the time until the spread spectrum signal is radiated from the spread spectrum distance measuring communication device, is reflected by the object, and returns again, so that the spread spectrum signal from the spread spectrum distance measuring communication device to the object is returned. If the distance is D (m), then t d = 2D / c (2). However, c is the speed of light (3 × 10 8 m / s). Further, if the above t R and t 0 are used, the above t
d is expressed as t d = 2 (t R -t 0) (3). The coefficient 2 on the right side of the equation (3) is derived from the principle of correlation detection by the SAW convolver. When one input signal of the SAW convolver is delayed by t d , the position of the correlation pulse is delayed by t d / 2. It means that. From (2) and (3), wherein D (m) is expressed as D = c (t R -t 0 ) (4), by the measurement of t 0 and t R, the distance to the object D can be calculated.
【０００７】前記スペクトル拡散測距通信装置の距離測
定分解能は、（４）式より、ｔＲ−ｔ０の測定精度によ
ることがわかり、該測定精度はｔＲあるいはｔ０そのも
のの測定精度である。時刻ｔＲあるいはｔ０はＳＡＷコ
ンボルバ出力を包絡線検波した相関パルス信号から測定
されるが、該相関パルス信号は幅ｔｗ（ｓｅｃ）の三角
波であり、時刻ｔＲあるいはｔ０の測定精度はｔｗ／２
である。該ｔｗはスペクトル拡散信号の帯域幅Ｂｗ（Ｈ
ｚ）を用いると、
ｔｗ＝２／Ｂｗ （５）
と表される。さらに、前記距離分解能をＤｒｅｓ（ｍ）
とすると、
となる。本発明によるスペクトル拡散測距通信装置は、
相関器として前記ＳＡＷコンボルバを用いており、該Ｓ
ＡＷコンボルバの帯域幅Ｂｗが一例として４５０ＭＨｚ
であるとき、（６）式より、距離測定分解能Ｄｒｅｓは
０．６７ｍとなり、高分解能のスペクトル拡散測距通信
装置が実現される。From the equation (4), it is understood that the distance measurement resolution of the spread spectrum distance measuring communication device depends on the measurement accuracy of t R -t 0 , and the measurement accuracy is the measurement accuracy of t R or t 0 itself. . The time t R or t 0 is measured from the correlation pulse signal obtained by envelope detection of the SAW convolver output. The correlation pulse signal is a triangular wave with a width t w (sec), and the measurement accuracy at the time t R or t 0 is t w / 2
Is. The t w is the bandwidth B w (H
Using z), t w = 2 / B w (5) Further, the distance resolution is set to D res (m)
Then, Becomes A spread spectrum ranging communication device according to the present invention is
The SAW convolver is used as a correlator, and the S
The bandwidth B w of the AW convolver is 450 MHz as an example.
Then, according to the formula (6), the distance measurement resolution Dres becomes 0.67 m, and a high-resolution spread spectrum distance measuring communication device is realized.
【０００８】さらに、本発明によるスペクトル拡散測距
通信装置の送信側は、デジタルデータ入力端子を有し、
該デジタルデータ入力端子から入力されたデジタルデー
タを符号化する符号器を有する。該符号器は、入力され
たデジタルデータを、０の状態が一定チップ数以上連続
しない符号に符号化する機能を有する。さらに、前記ス
ペクトル拡散測距通信装置の送信側は、送信スペクトル
拡散に用いるＰＮ信号を、該符号により変調を施す機能
を有する。該変調の方式はＣＳＫ方式とし、拡散に用い
られるＰＮ信号を、前記符号が１のときＰＮＡ信号、前
記符号が０のときＰＮＢ信号とする。上記方式により変
調されたＰＮ信号により、スペクトル拡散された送信ス
ペクトル信号が空中に放射される。一方、受信側は、デ
ータ通信用参照スペクトル信号の発生機能を有し、さら
に、受信スペクトル拡散信号とデータ通信用参照スペク
トル拡散信号の相関を検出するためにＳＡＷコンボルバ
を有し、該受信スペクトル拡散信号とデータ通信用参照
スペクトル拡散信号との相関が検出される。送信側にお
けるＰＮＡ信号は、前記データ通信用参照ＰＮ信号に対
して時間的に対称なＰＮ信号、また、送信側におけるＰ
ＮＢ信号は、前記測距用参照ＰＮ信号に対し無相関なＰ
Ｎ信号を用いる。前記送信スペクトル信号が、前記ＰＮ
Ａ信号で拡散されている場合、該ＳＡＷコンボルバから
相関パルスが出力され、前記ＰＮＢ信号で拡散されてい
る場合、相関パルスは出力されない。したがって、受信
側では、相関パルスの有無によって、送信側において１
あるいは０のどちらを送っているのか知ることができ、
送信側で送った符号を復調できる。さらに、受信側は復
号器を有し、送信側の符号器と逆の動作をする。該復号
器は、受信符号を復号し、送信側で送ったデジタルデー
タを出力する。さらに、本発明によるスペクトル拡散測
距通信装置は、送信側において送信における符号として
１を送っている間、送信側から送信されたスペクトル拡
散信号が対象物に反射して戻ってきたスペクトル拡散信
号を自ら受信することにより距離の測定が可能である。
しかし、送信における符号として０を送っている間は、
前記ＰＮＢ信号と前記測距用参照ＰＮ信号が無相関であ
るから距離測定ができないが、送信側が有する前記符号
器により、前記符号において０が一定チップ数以上連続
しないので、一定時間間隔以下で距離測定が必ず行われ
ることになり、本発明の請求項２に記載のスペクトル拡
散測距通信装置が実現できる。Further, the transmitting side of the spread spectrum distance measuring communication device according to the present invention has a digital data input terminal,
It has an encoder which encodes the digital data inputted from the digital data input terminal. The encoder has a function of encoding the input digital data into a code in which the state of 0 does not continue for a certain number of chips or more. Further, the transmission side of the spread spectrum distance measuring communication device has a function of modulating a PN signal used for transmission spread spectrum with the code. The modulation method is the CSK method, and the PN signal used for spreading is the PNA signal when the code is 1 and the PNB signal when the code is 0. The PN signal modulated by the above method radiates the spectrum-spread transmission spectrum signal into the air. On the other hand, the receiving side has a function of generating a reference spread spectrum signal for data communication, and further has a SAW convolver for detecting the correlation between the received spread spectrum signal and the reference spread spectrum signal for data communication. The correlation between the signal and the reference spread spectrum signal for data communication is detected. The PNA signal on the transmitting side is a PN signal that is temporally symmetric with respect to the reference PN signal for data communication, and P on the transmitting side.
The NB signal is a P that is uncorrelated with the reference PN signal for distance measurement.
N signal is used. The transmission spectrum signal is the PN
When spread by the A signal, a correlation pulse is output from the SAW convolver, and when spread by the PNB signal, no correlation pulse is output. Therefore, on the receiving side, 1 is set on the transmitting side depending on the presence or absence of the correlation pulse.
Or you can know which one is sending 0,
The code sent on the transmission side can be demodulated. Further, the receiving side has a decoder, and operates in the opposite manner to the transmitting side encoder. The decoder decodes the received code and outputs the digital data sent on the transmitting side. Further, the spread spectrum ranging and communication apparatus according to the present invention transmits the spread spectrum signal transmitted from the transmission side to the target while the transmission side transmits 1 as the code for transmission, and It is possible to measure the distance by receiving the signal by itself.
However, while sending 0 as the code for transmission,
Distance measurement cannot be performed because the PNB signal and the reference PN signal for distance measurement are uncorrelated, but since the encoder on the transmission side does not continue 0 or more for a certain number of chips in the code, the distance is less than a certain time interval. Since the measurement is always performed, the spread spectrum distance measuring communication device according to the second aspect of the present invention can be realized.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本発明によるスペクトル拡散測距
通信装置の実施例を図１に示す。１００は送信部、２０
０は測距受信部、３００はデータ受信部である。前記送
信部１００において、１０１はデータ入力端子、１０２
は符号器、１０３はＰＮＡ発生器、１０４はＰＮＢ発生
器、１０５は切り替えスイッチ、１０６は１ＧＨｚの中
間周波信号を発生する中間周波発振器、１０７は送信ス
ペクトル拡散を行うための乗算器、１０８は周波数変換
器、１０９および１１１は帯域通過フィルタ、１１０は
高周波増幅器、１１２は送信アンテナである。前記受信
部２００において、２１８は受信アンテナ、２１７およ
び２１３は帯域通過フィルタ、２１６は高周波増幅器、
２１５は周波数変換器、２１４は局部発振器、２１２は
切り替えスイッチ、２１１はＳＡＷコンボルバ、２１０
は参照スペクトル拡散信号を生成するための乗算器、２
０９は測距用参照ＰＮ発生器、２０８は中間周波増幅
器、２０７は帯域通過フィルタ、２０６は包絡線検波
器、２０５はサンプリング器、２０４は演算コントロー
ラ、２０３はメモリ、２０２は演算器、２０１は距離出
力端子である。前記ＳＡＷコンボルバ２１１は二つの入
力端子２１１ａおよび２１１ｂと、出力端子２１１ｃを
有する。前記データ受信部３００において、３１０はＳ
ＡＷコンボルバ、３０９はデータ通信用参照スペクトル
拡散信号を発生するための乗算器、３０８はデータ通信
用参照ＰＮ信号発生器、３０７は中間周波増幅器、３０
６は帯域通過フィルタ、３０５は包絡線検波器、３０４
は同期再生器、３０３はサンプリング器、３０２は復号
器、３０１は受信データ出力端子である。前記ＳＡＷコ
ンボルバ３１０は二つの入力端子３１０ａおよび３１０
ｂと、出力端子３１０ｃを有する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of a spread spectrum distance measuring communication device according to the present invention. 100 is a transmitter, 20
Reference numeral 0 is a distance measurement receiving unit, and 300 is a data receiving unit. In the transmission unit 100, 101 is a data input terminal, 102
Is an encoder, 103 is a PNA generator, 104 is a PNB generator, 105 is a changeover switch, 106 is an intermediate frequency oscillator that generates an intermediate frequency signal of 1 GHz, 107 is a multiplier for performing transmission spectrum spreading, and 108 is a frequency Converters, 109 and 111 are band pass filters, 110 is a high frequency amplifier, and 112 is a transmission antenna. In the receiving unit 200, 218 is a receiving antenna, 217 and 213 are band pass filters, 216 is a high frequency amplifier,
215 is a frequency converter, 214 is a local oscillator, 212 is a changeover switch, 211 is a SAW convolver, 210
Is a multiplier for generating a reference spread spectrum signal, 2
09 is a reference PN generator for distance measurement, 208 is an intermediate frequency amplifier, 207 is a band pass filter, 206 is an envelope detector, 205 is a sampler, 204 is an arithmetic controller, 203 is a memory, 202 is an arithmetic unit, 201 is 201 It is a distance output terminal. The SAW convolver 211 has two input terminals 211a and 211b and an output terminal 211c. In the data receiving unit 300, 310 is S
AW convolver, 309 is a multiplier for generating a reference spread spectrum signal for data communication, 308 is a reference PN signal generator for data communication, 307 is an intermediate frequency amplifier, 30
6 is a band pass filter, 305 is an envelope detector, 304
Is a synchronous reproducer, 303 is a sampler, 302 is a decoder, and 301 is a received data output terminal. The SAW convolver 310 has two input terminals 310a and 310a.
b and an output terminal 310c.
【００１０】はじめに測距のみを行う場合の動作を説明
する。この場合、データ入力端子１０１のレベルは１に
固定され、スイッチ１０５はａ側に投入されている。送
信部１００では、中間周波発振器１０６により発生した
中間周波信号は、乗算器１０７により、ＰＮＡ発生器１
０３が生成したＰＮＡ信号と乗算されることによりスペ
クトル拡散された後、周波数変換器１０８により空中に
放射するための周波数に変換され、高周波増幅器１１０
により増幅され、帯域通過フィルタ１１１により帯域制
限されて、送信アンテナ１１２より放射される。空中に
放射された放射されたスペクトル拡散信号は、対象物で
反射されて戻ってきて受信スペクトル拡散信号となる。First, the operation when only distance measurement is performed will be described. In this case, the level of the data input terminal 101 is fixed at 1, and the switch 105 is turned on to the a side. In the transmitter 100, the intermediate frequency signal generated by the intermediate frequency oscillator 106 is supplied to the PNA generator 1 by the multiplier 107.
03 is multiplied by the PNA signal generated to spread the spectrum, and then converted by the frequency converter 108 into a frequency for radiating into the air, and the high frequency amplifier 110.
Is amplified by the bandpass filter 111, is band-limited by the bandpass filter 111, and is radiated from the transmission antenna 112. The radiated spread spectrum signal radiated in the air is reflected by the object and returns to become a received spread spectrum signal.
【００１１】測距受信部２００において、受信アンテナ
２１８が受信した受信スペクトル拡散信号は、高周波増
幅器２１６により一定のレベルに増幅され、周波数変換
器により中間周波信号に変換される。スイッチ２１２が
ａ側に入れられているときに、該中間周波信号はＳＡＷ
コンボルバ２１１の一方の入力端子２１１ｂ に入力さ
れる。スイッチ２１２がｂ側に入れられているときは、
送信スペクトル拡散信号がＳＡＷコンボルバの入力２１
１ｂに入力される。一方、測距用参照ＰＮ発生器２０９
が発生した参照ＰＮ信号は、乗算器２１０により中間周
波発振器１０６が発生した中間周波搬送波の一部と乗算
され、測距用参照スペクトル拡散信号となる。該測距用
参照スペクトル拡散信号はＳＡＷコンボルバ２１１のも
う一方の入力端子２１１ａに入力される。ＳＡＷコンボ
ルバ２１１は、スイッチ２１２により選択された送信ス
ペクトル拡散信号か受信スペクトル拡散信号のいずれか
と、測距用参照スペクトル拡散信号の相関を検出し、出
力端子２１１ｃより出力する。ＰＮＡ信号と測距用参照
ＰＮ信号は共に自己相関特性の優れたＰＮ信号が採用さ
れ、かつ両ＰＮ信号は互いに時間的な対称になっている
ので、ＳＡＷコンボルバの出力は、図２に示されるよう
な鋭いバースト信号になる（以下コンボリューション信
号と記す）。ＳＡＷコンボルバの出力は、中間周波増幅
器２０８で増幅され、帯域通過フィルタ２０７で帯域制
限された後、包絡線検波器２０６に入力される。包絡線
検波器２０６は図２のコンボリューション信号の包絡線
を検出し、図３に示されるような相関パルス信号を出力
する。受信スペクトル拡散信号は、送信スペクトル拡散
信号に対して、送信スペクトル拡散信号が送信アンテナ
１１２より放射され、対象物で反射され受信アンテナ２
１８にもどる時間だけ遅延している。該遅延時間をｔｄ
（ｓｅｃ）とすると、送信スペクトル拡散信号と参照ス
ペクトル拡散信号との相関パルスに対し、受信スペクト
ル拡散信号と測距用参照スペクトル拡散信号との相関パ
ルスの遅延はｔｄ／２（ｓｅｃ）である。サンプリング
器２０５は、包絡線検波器２０６の出力である相関パル
ス信号をサンプリングし、相関パルス発生の時刻をメモ
リ２０３に記憶させる。距離測定の第一段階として、ス
イッチ２１２がｂ側に入れられ、該状態での相関ピーク
の時刻ｔ０（ｓｅｃ）がメモリ２０３に記憶される。ｔ
０は送信スペクトル拡散信号と測距用参照スペクトル拡
散信号の相関ピークが発生する時刻である。第二段階と
して、スイッチ２１１がａ側に入れられ、該状態での相
関ピークの時刻ｔR（ｓｅｃ）がメモリ２０３に記憶さ
れる。ｔRは受信スペクトル拡散信号と参照スペクトル
拡散信号の相関ピークが発生する時刻である。演算器２
０２は、前記メモリに記憶されたｔ０およびｔRを用い
て、前述の（４）式により、対象物までの距離D(m)を計
算し、測定距離出力端子２０１より出力する。In the distance measuring receiver 200, the received spread spectrum signal received by the receiving antenna 218 is amplified to a constant level by the high frequency amplifier 216 and converted into an intermediate frequency signal by the frequency converter. When the switch 212 is turned to the a side, the intermediate frequency signal is SAW.
It is input to one input terminal 211b of the convolver 211. When the switch 212 is on the b side,
The spread spectrum signal is input to the SAW convolver 21.
Input to 1b. On the other hand, the reference PN generator 209 for distance measurement
The reference PN signal generated by is multiplied by a part of the intermediate frequency carrier generated by the intermediate frequency oscillator 106 by the multiplier 210, and becomes a reference spread spectrum signal for distance measurement. The reference spread spectrum signal for distance measurement is input to the other input terminal 211 a of the SAW convolver 211. The SAW convolver 211 detects the correlation between either the transmission spread spectrum signal or the reception spread spectrum signal selected by the switch 212 and the reference spread spectrum signal for distance measurement, and outputs it from the output terminal 211c. The PNA signal and the reference PN signal for distance measurement are both PN signals having excellent autocorrelation characteristics, and both PN signals are temporally symmetrical to each other, so that the output of the SAW convolver is shown in FIG. Such a sharp burst signal (hereinafter referred to as a convolution signal). The output of the SAW convolver is amplified by the intermediate frequency amplifier 208, band-limited by the band-pass filter 207, and then input to the envelope detector 206. The envelope detector 206 detects the envelope of the convolution signal in FIG. 2 and outputs a correlation pulse signal as shown in FIG. As for the reception spread spectrum signal, the transmission spread spectrum signal is radiated from the transmission antenna 112, is reflected by the object, and is received by the reception antenna 2 with respect to the transmission spread spectrum signal.
It is delayed by the time to return to 18. The delay time is t d
If it is (sec), the delay of the correlation pulse between the reception spread spectrum signal and the reference spread spectrum signal for distance measurement is t d / 2 (sec) with respect to the correlation pulse between the transmission spread spectrum signal and the reference spread spectrum signal. . The sampler 205 samples the correlation pulse signal output from the envelope detector 206, and stores the time of generation of the correlation pulse in the memory 203. As the first step of distance measurement, the switch 212 is turned on to the b side, and the time t 0 (sec) of the correlation peak in this state is stored in the memory 203. t
0 is the time when the correlation peak of the transmission spread spectrum signal and the reference spread spectrum signal for distance measurement occurs. As the second step, the switch 211 is turned on to the side a, and the time t R (sec) of the correlation peak in this state is stored in the memory 203. t R is the time at which a correlation peak between the received spread spectrum signal and the reference spread spectrum signal occurs. Calculator 2
02 calculates the distance D (m) to the object using the equation (4) using t 0 and t R stored in the memory, and outputs it from the measured distance output terminal 201.
【００１２】次にデータ通信を行う場合の動作について
説明する。データ通信は、２台の本発明によるスペクト
ル拡散測距通信装置ＡおよびＢとの間で行うものとす
る。データは該スペクトル拡散測距通信装置Ａから該ス
ペクトル拡散測距通信装置Ｂに送信されるものとする。
前記スペクトル拡散通信装置Ａのデータ送信部１００に
おいて、送信データ入力端子１０１より入力された送信
データは、符号器１０２により符号化され、送信符号と
して出力される。符号化方式としては、符号の中の０が
一定チップ数より連続しないようなものであれば任意の
方式で良く、最も簡単な例としては、０が決められたチ
ップ数連続した場合、１を挿入する方法が有る。スイッ
チ１０５は、スペクトル拡散を行うために用いるＰＮ信
号を、ＰＮＡ信号発生器が発生するＰＮＡ信号か、ある
いは、ＰＮＢ信号発生器が発生するＰＮＢ信号の何れか
選択するスイッチである。 該スイッチ１０５は、送信
符号が１のときＰＮＡ信号が選択され、送信符号が０の
ときＰＮＢ信号が選択される。スイッチ１０５の出力
は、送信符号によりＣＣＫされたＰＮ符号になり、前述
した送信部と同様にスペクトル拡散に用いられ、生成さ
れたスペクトル拡散信号は送信アンテナより放射され
る。ＰＮＢ信号は、測距用参照ＰＮ信号の時間的な対称
になっていない任意のＰＮ信号であるので、送信符号と
して０を送信している間は距離測定ができないが、送信
符号が０である状態は一定チップ数以上連続しないの
で、一定の測定間隔に１回以上は必ず距離測定が行われ
る。最小測定時間は、該スペクトル拡散測距通信装置が
使われるシステムにより決まり、該最小測定間隔から送
信符号として許される０の連続チップ数が決まる。Next, the operation when performing data communication will be described. It is assumed that data communication is performed between two spread spectrum distance measuring communication devices A and B according to the present invention. It is assumed that the data is transmitted from the spread spectrum ranging communication device A to the spread spectrum ranging communication device B.
In the data transmission section 100 of the spread spectrum communication apparatus A, the transmission data input from the transmission data input terminal 101 is encoded by the encoder 102 and output as a transmission code. As an encoding method, any method may be used as long as 0 in the code does not continue more than a fixed number of chips, and the simplest example is 1 when 0 continues for a predetermined number of chips. There is a way to insert it. The switch 105 is a switch that selects a PN signal used for performing spread spectrum, either a PNA signal generated by a PNA signal generator or a PNB signal generated by a PNB signal generator. In the switch 105, the PNA signal is selected when the transmission code is 1, and the PNB signal is selected when the transmission code is 0. The output of the switch 105 becomes a PN code CCKed by the transmission code, and is used for spread spectrum as in the above-mentioned transmission section, and the generated spread spectrum signal is radiated from the transmission antenna. Since the PNB signal is an arbitrary PN signal that is not time-symmetric with respect to the reference PN signal for distance measurement, the distance cannot be measured while 0 is transmitted as the transmission code, but the transmission code is 0. Since the state does not continue for a certain number of chips or more, distance measurement is always performed at least once at a certain measurement interval. The minimum measurement time is determined by the system in which the spread spectrum distance measuring communication device is used, and the number of consecutive chips of 0 permitted as a transmission code is determined from the minimum measurement interval.
【００１３】前記スペクトル拡散測距通信装置Ｂの測距
受信部２００においては、周波数変換器２１５の出力は
帯域通過フィルタ２１３を経て、中間周波数信号の一部
が、データ受信部のＳＡＷコンボルバ３１０の一方の入
力端子３１０ｂに入力される。一方、データ通信用参照
ＰＮ発生器３０８が発生したデータ受信用参照ＰＮ信号
は、乗算器３０９により中間周波発振器１０６が発生し
た中間周波搬送波の一部と乗算され、データ通信用参照
スペクトル拡散信号となる。該データ通信用参照スペク
トル拡散信号はＳＡＷコンボルバ３１０のもう一方の入
力端子３１０ａに入力される。データ通信用参照ＰＮ信
号は、スペクトル拡散測距通信装置ＡのＰＮＡ信号と時
間的に対称なＰＮ信号が用いられ、スペクトル拡散測距
通信装置ＡのＰＮＢ信号および拡散測距通信装置ＢのＰ
ＮＡ信号とは時間的に対称で無いことが要求される。前
記スペクトル拡散測距通信装置Ａにおいて、送信符号１
を送信している間は、送信スペクトル拡散信号はＰＮＡ
信号で拡散されている。したがって、前記スペクトル拡
散測距通信装置Ｂの受信スペクトル信号は、スペクトル
拡散測距通信装置ＡのＰＮＡ信号で拡散されている。ス
ペクトル拡散測距通信装置Ｂのデータ通信用参照ＰＮ信
号は、スペクトル拡散測距通信装置ＡのＰＮＡ信号と時
間的に対称なＰＮ信号であるから、スペクトル拡散測距
通信装置Ｂの包絡線検波器３０５からは図３の相関パル
スが出力される。一方、前記スペクトル拡散測距通信装
置Ａにおいて、送信符号０を送信している間は、前記ス
ペクトル拡散測距通信装置Ｂの受信スペクトル信号は、
スペクトル拡散測距通信装置ＡのＰＮＢ信号で拡散され
ている。データ通信用参照ＰＮ信号は、スペクトル拡散
測距通信装置ＡのＰＮＢ信号と時間的対称にはなってい
ないから、スペクトル拡散測距通信装置Ｂの包絡線検波
器３０５からは、相関ピークが出力されない。スペクト
ル拡散測距通信装置Ｂの包絡線検波器からの相関ピーク
の有無は、スペクトル拡散測距通信装置Ａの送信符号と
して１か０のどちらを送っているかの情報を有してお
り、かつ、該送信符号の同期情報も有している。スペク
トル拡散測距通信装置Ｂにおいて、同期信号再生器３０
４は、ＳＡＷコンボルバ３１０から出力される相関ピー
ク信号から同期信号を再生し、サンプリング器３０３
は、該同期信号のタイミングでＳＡＷコンボルバからの
出力をサンプリングすることにより、受信符号を再生で
きる。該受信符号は、復号器３０２により、スペクトル
拡散測距通信装置Ａの符号器１０２における符号化と逆
の手順で復号化され受信データとなり、受信データ出力
端子３０１より出力されるIn the distance measuring receiving unit 200 of the spread spectrum distance measuring communication device B, the output of the frequency converter 215 is passed through the band pass filter 213, and a part of the intermediate frequency signal is output from the SAW convolver 310 of the data receiving unit. It is input to one input terminal 310b. On the other hand, the data reception reference PN signal generated by the data communication reference PN generator 308 is multiplied by a part of the intermediate frequency carrier wave generated by the intermediate frequency oscillator 106 by the multiplier 309 to form a data communication reference spread spectrum signal. Become. The reference spread spectrum signal for data communication is input to the other input terminal 310a of the SAW convolver 310. The data communication reference PN signal is a PN signal that is time-symmetrical to the PNA signal of the spread spectrum distance measuring communication device A. The PNB signal of the spread spectrum ranging communication device A and the PNB signal of the spread spectrum ranging communication device B are used.
It is required that it is not symmetrical in time with the NA signal. In the spread spectrum distance measuring communication device A, the transmission code 1
While transmitting the
It is spread by the signal. Therefore, the received spectrum signal of the spread spectrum distance measurement communication device B is spread by the PNA signal of the spread spectrum distance measurement communication device A. Since the reference PN signal for data communication of the spread spectrum distance measuring communication device B is a PN signal that is temporally symmetrical to the PNA signal of the spread spectrum distance measuring communication device A, the envelope detector of the spread spectrum distance measuring communication device B is detected. The correlation pulse of FIG. 3 is output from 305. On the other hand, while the spread spectrum distance measuring communication device A is transmitting the transmission code 0, the received spectrum signal of the spread spectrum distance measuring communication device B is
The PNB signal of the spread spectrum distance measuring communication device A is spread. Since the reference PN signal for data communication is not temporally symmetrical with the PNB signal of the spread spectrum distance measuring communication apparatus A, the correlation peak is not output from the envelope detector 305 of the spread spectrum distance measuring communication apparatus B. . The presence / absence of a correlation peak from the envelope detector of the spread spectrum distance measuring communication device B has information indicating whether 1 or 0 is transmitted as the transmission code of the spread spectrum distance measuring communication device A, and It also has synchronization information of the transmission code. In the spread spectrum distance measuring communication device B, the synchronization signal regenerator 30
Reference numeral 4 reproduces a synchronization signal from the correlation peak signal output from the SAW convolver 310, and the sampling unit 303
Can reproduce the received code by sampling the output from the SAW convolver at the timing of the synchronization signal. The received code is decoded by the decoder 302 in the reverse procedure of the coding in the encoder 102 of the spread spectrum distance measuring communication device A, becomes received data, and is output from the received data output terminal 301.
【００１４】[0014]
【発明の効果】耐干渉性能および動作温度特性の優れ、
高分解能な距離計測機能を有するスペクトル拡散方式に
よる測距装置において、データ通信機能を追加したスペ
クトル拡散方式測距通信装置を提供することが可能にな
る。EFFECT OF THE INVENTION Excellent anti-interference performance and operating temperature characteristics,
It becomes possible to provide a spread spectrum range finder with a data communication function in a spread spectrum range finder having a high resolution distance measuring function.
【図１】本発明によるスペクトル拡散測距通信装置の一
実施例を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a spread spectrum ranging communication device according to the present invention.
【図２】コンボリューション波形[Figure 2] Convolution waveform
【図３】相関パルス波形FIG. 3 Correlation pulse waveform
１００ 送信部 １０１ データ入力端子 １０２ 符号器 １０３ ＰＮＡ発生器 １０４ ＰＮＢ発生器 １０５ 切り替えスイッチ １０６ 中間周波発振器 １０７ 周波数変換器 １０８ 乗算器 １０９ 帯域通過フィルタ １１０ 高周波増幅器 １１１ 帯域通過フィルタ １１２ 送信アンテナ ２００ 測距受信部 ２０１ 距離出力端子 ２０２ 演算器 ２０３ メモリ ２０４ 演算コントローラ ２０５ サンプリング器 ２０６ 包絡線検波器 ２０７ 帯域通過フィルタ ２０８ 中間周波増幅器 ２０９ 測距用参照ＰＮ発生器 ２１０ 乗算器 ２１１ ＳＡＷコンボルバ ２１１ａ ２１１ｂ 入力端子 ２１１ｃ 出力端子 ２１２ 切り替えスイッチ ２１３ 帯域通過フィルタ ２１４ 局部発振器 ２１５ 周波数変換器 ２１６ 高周波増幅器 ２１７ 帯域通過フィルタ ２１８ 受信アンテナ ３００ データ受信部 ３０１ 受信データ出力端子 ３０２ 復号器 ３０３ サンプリング器 ３０４ 同期再生器 ３０５ 包絡線検波器 ３０６ 帯域通過フィルタ ３０７ 中間周波増幅器 ３０８ データ通信用参照ＰＮ発生器 ３０９ 乗算器 ３１０ ＳＡＷコンボルバ ３１０ａ ３１０ｂ 入力端子 ３１０ｃ 出力端子 100 transmitter 101 data input terminal 102 encoder 103 PNA generator 104 PNB generator 105 changeover switch 106 Intermediate frequency oscillator 107 Frequency converter 108 multiplier 109 bandpass filter 110 high frequency amplifier 111 band pass filter 112 transmitting antenna 200 Distance measuring unit 201 Distance output terminal 202 arithmetic unit 203 memory 204 arithmetic controller 205 sampling device 206 Envelope detector 207 Bandpass filter 208 Intermediate frequency amplifier 209 Reference PN generator for distance measurement 210 multiplier 211 SAW Convolver 211a 211b Input terminal 211c output terminal 212 changeover switch 213 bandpass filter 214 Local oscillator 215 frequency converter 216 High Frequency Amplifier 217 bandpass filter 218 Receiving antenna 300 data receiver 301 Received data output terminal 302 Decoder 303 Sampling device 304 Synchronous regenerator 305 Envelope detector 306 Bandpass filter 307 Intermediate frequency amplifier 308 Reference PN generator for data communication 309 multiplier 310 SAW Convolver 310a 310b input terminal 310c output terminal
Claims (2)
により拡散されたスペクトル拡散信号を用いて距離測定
を行うスペクトル拡散測距通信装置において、該スペク
トル拡散信号の同期検出を行うための相関器として、広
帯域エラステック型表面弾性波コンボルバ（以下、ＳＡ
Ｗコンボルバと記す）を用いるスペクトル拡散測距通信
装置において、デジタルデータ入力端子を有し、さら
に、２種類のＰＮ信号発生器ＡおよびＢを有し、それぞ
れが発生するＰＮ信号をＰＮＡ信号およびＰＮＢ信号と
し、前記入力端子より入力された入力デジタル信号の値
に応じて、スペクトル拡散の際に使われるＰＮ信号がＰ
ＮＡ信号あるいはＰＮＢ信号から選択され、発生するス
ペクトル拡散信号が、前記入力デジタル信号によりＣＳ
Ｋ（Code Shift Keying）変調されることを特徴とする
スペクトル拡散測距通信装置。1. A pseudo noise signal (hereinafter referred to as a PN signal)
In a spread spectrum range finder communication device for performing distance measurement using a spread spectrum signal spread by, a wide band elastic type surface acoustic wave convolver (hereinafter, SA) is used as a correlator for synchronous detection of the spread spectrum signal.
A spread spectrum ranging communication device using a W convolver) has a digital data input terminal, and further has two types of PN signal generators A and B. The PN signals generated by the respective PNA signals are PNA signals and PNB signals. The PN signal used in the spread spectrum is P, depending on the value of the input digital signal input from the input terminal.
The spread spectrum signal generated and selected from the NA signal and the PNB signal is converted into a CS signal by the input digital signal.
A spread spectrum ranging communication device characterized by being K (Code Shift Keying) modulated.
信装置から送信したスペクトル拡散信号を受信し、受信
したスペクトル拡散信号が、前記ＰＮＡ信号あるいはＰ
ＮＢ信号のどちらで拡散されているかを検出するための
相関器として、前記ＳＡＷコンボルバを有し、該ＳＡＷ
コンボルバの出力を用いて、受信したスペクトル拡散信
号から受信データを復調する機能を有するスペクトル拡
散測距通信装置。2. A spread spectrum signal transmitted from the spread spectrum ranging communication apparatus according to claim 1, and the received spread spectrum signal is the PNA signal or P.
The SAW convolver is provided as a correlator for detecting which of the NB signals is diffused.
A spread spectrum ranging communication device having a function of demodulating received data from a received spread spectrum signal using an output of a convolver.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002088129A JP2003287567A (en) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | Spread spectrum range-finding communication apparatus |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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