JP2006317213A - Distance measuring instrument - Google Patents

Distance measuring instrument Download PDF

Info

Publication number
JP2006317213A
JP2006317213A JP2005138107A JP2005138107A JP2006317213A JP 2006317213 A JP2006317213 A JP 2006317213A JP 2005138107 A JP2005138107 A JP 2005138107A JP 2005138107 A JP2005138107 A JP 2005138107A JP 2006317213 A JP2006317213 A JP 2006317213A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
time
pulse
reception time
reception
receiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005138107A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidenori Sekiguchi
英紀 関口
Akira Fujii
彰 藤井
Masafumi Asai
雅文 浅井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2005138107A priority Critical patent/JP2006317213A/en
Publication of JP2006317213A publication Critical patent/JP2006317213A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a distance between devices with high resolution, based on a propagation time of an impulse radio wave, without being affected by a noise. <P>SOLUTION: This distance measuring instrument includes a pulse transmitter for transmitting an electromagnetic pulse sequence generated in response to a pseudo-random noise (PN) code, and a receiver, and measures the distance between the transmitter and the receiver, or a relative position thereof, based on a propagation time of an electromagnetic wave. The receiver is provided with a pulse detector 1 for detecting a received pulse, a PN code generation part 2 for outputting the noise (PN) code, a reception time measuring part 3 for measuring a reception time in every of the received pulses, a time selection part 4 for selecting the reception time, and a time average-processing part 5 for averaging the selected reception times. The time selection part 4 selects the reception time of the effective pulse from the reception times measured by the reception time measuring part 3, the time average-processing part 5 averages the selected reception times, and the propagation time of the radio wave is found, based on the averaged reception time. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電波の伝搬時間から装置間の距離や相対位置を測定する距離測定装置に関し、特に、インパルス電波の伝搬時間から高分解能に距離を測定する装置に関する。   The present invention relates to a distance measuring device that measures the distance and relative position between devices from the propagation time of radio waves, and more particularly to a device that measures the distance with high resolution from the propagation time of impulse radio waves.

人、車、ロボット、モバイル機器等の可動物の位置を測定することで、在庫管理、在籍管理、動線管理、セキュリティ管理、自動操縦、その他の位置に応じたサービスを提供可能となる。可動物の位置を測定するためには、可動物と固定物との間で距離を測定し、三角測量により可動物の位置を測定するのが基本となる。
そのためには、可動物と固定物との間で距離測定が必要となる。距離測定には、各種の方式があるが、電波の伝搬時間を測定することで、電波でデータ通信しながら距離を測定することが可能となる。電波の伝搬時間から距離を測定することは、GPSのように以前から行われているが、特に、電波に超広帯域(UWB)の周波数を有するインパルス電波を使用することで、高分解能な位置測定が可能となる。
但し、一発のパルスでは、他の機器から同時にパルスやその他の電波が来ればノイズとなり、パルス検出を誤ってしまう。そこで、例えば、パルス列の間隔を疑似ランダム化(PN符号)し、自己相関、及び、相互相関の小さなパルス列を使用することで、相関の無いノイズが重畳しても、パルス列を検出できるタイムホッピング(TH)方式のスペクトル拡散(SS)方式が行われている。
By measuring the position of movable objects such as people, cars, robots, and mobile devices, it is possible to provide inventory management, enrollment management, flow line management, security management, autopilot, and other services according to position. In order to measure the position of the movable object, it is fundamental to measure the distance between the movable object and the fixed object and measure the position of the movable object by triangulation.
For this purpose, distance measurement is required between the movable object and the fixed object. There are various types of distance measurement, but by measuring the propagation time of the radio wave, it is possible to measure the distance while performing data communication with the radio wave. Measuring distance from the propagation time of radio waves has been done for a long time like GPS, but in particular, by using impulse radio waves having ultra-wideband (UWB) frequencies, high-resolution position measurement Is possible.
However, in the case of a single pulse, if a pulse or other radio wave comes from another device at the same time, it becomes noise, and the pulse detection is erroneous. Therefore, for example, by using a pulse sequence having a small autocorrelation and a small cross-correlation by pseudo-randomizing (PN code) the interval between pulse trains, a time hopping that can detect a pulse train even when uncorrelated noise is superimposed ( (TH) type spread spectrum (SS) type is performed.

SS方式で距離測定する場合には、送信パルス列と同じパターン(テンプレート)のパルス列のタイミングをずらして一致するタイミングを求める相関演算が行われ、ずらすタイミング量から送信機と受信機の時間ずれ、すなわち、伝播時間を求めていた。この場合、ずらすタイミングを高分解能で求めるためには、送信側と受信側のパルス列を高精度に位相同期させる必要があり、PLLにより同位相となるようにフィードバック制御させるコヒーレント方式が一般的である。
しかし、PLLによる位相同期は回路が複雑になったり、位相が同期するまでに同期用信号(プリアンブル)を長めに出す必要があり、送信機、あるいは、受信機を小型、軽量、低価格、低消費電力で製作する際には不利となる。
そこで、インパルス信号の位相同期をせずに、インパルス信号の有無をダイオード検波や包絡線検波等で直接検出する非コヒーレント方式があり、受信感度はコヒーレント方式よりも悪くなるが、位相同期をしない分だけ回路構成が簡単になり、送受信機を小型、軽量、低価格、低消費電力で製作できる。しかし、非コヒーレント方式では、インパルス電波の到来を直接タイマで測定する必要があるが、1個のインパルスで時間測定するため、時間分解能、すなわち、距離測定分解能を上げられないという問題があった。
When measuring the distance by the SS method, a correlation calculation is performed to obtain a matching timing by shifting the timing of the pulse train of the same pattern (template) as the transmission pulse train, and the time difference between the transmitter and the receiver from the shifted timing amount, that is, Sought propagation time. In this case, in order to obtain the shift timing with high resolution, it is necessary to phase-synchronize the pulse trains on the transmission side and the reception side with high accuracy, and a coherent method in which feedback control is performed so that the phase is the same by a PLL is common. .
However, phase synchronization by PLL requires a complicated circuit or a long synchronization signal (preamble) before the phase is synchronized. The transmitter or receiver is small, lightweight, low price, and low. It is disadvantageous when manufacturing with power consumption.
Therefore, there is a non-coherent method in which the presence or absence of an impulse signal is directly detected by diode detection or envelope detection without phase synchronization of the impulse signal, and the reception sensitivity is worse than that of the coherent method. Only the circuit configuration becomes simple, and the transceiver can be manufactured with small size, light weight, low price and low power consumption. However, in the non-coherent method, it is necessary to directly measure the arrival of an impulse radio wave with a timer. However, since time measurement is performed with one impulse, there is a problem that the time resolution, that is, the distance measurement resolution cannot be increased.

一方、電波、あるいは、レーザ光を機器から送信し、目標で反射した電波(光)が機器に戻っているまでの時間から、目標までの距離を測定するレーダ技術がある。その中で、特許文献1に記載のものでは、レーザレーダでPN化したパルス列をデジタルタイマによる粗測定と遅延回路による精密測定で求め、さらに、精密測定結果を平均化して時間分解能を上げる方式が示されている。
図22は、上記のように反射した電波が戻ってくるまでの時間から距離測定をする場合の送信パルスと受信パルスを示す図である。同図において(a)は送信パルス列、(b)は受信パルス列、(c)は非コヒーレント受信機での受信パルス列(この例ではクロックかずれた場合を示している)であり、縦の点線は各クロックパルスのタイミングを示す。 同図(a)(b)は送信機からパルス列を送信してから、tp1,tp2,…時間経過後にパルス列が受信されたことを示しており、tpr1,tpr2,…は粗測定による受信時間、tpf1,tpf2,…は精密測定による受信時間を示す。
On the other hand, there is a radar technique that measures the distance to a target from the time until the radio wave (light) reflected by the target returns to the device by transmitting radio waves or laser light from the device. Among them, the method described in Patent Document 1 is a method in which a pulse train converted to PN by a laser radar is obtained by rough measurement by a digital timer and precision measurement by a delay circuit, and the precision measurement result is averaged to increase time resolution. It is shown.
FIG. 22 is a diagram illustrating a transmission pulse and a reception pulse when distance measurement is performed from the time until the reflected radio wave returns as described above. In the figure, (a) is a transmission pulse train, (b) is a reception pulse train, (c) is a reception pulse train in a non-coherent receiver (in this example, a case where the clock is shifted) is shown, and a vertical dotted line is The timing of each clock pulse is shown. (A) and (b) show that a pulse train is received after tp1, tp2, ... time has elapsed since the transmission of a pulse train from a transmitter, tpr1, tpr2, ... are reception times by rough measurement, tpf1, tpf2,... indicate reception times by precise measurement.

特開2002−214369号公報JP 2002-214369 A

前記したように、パルス列の間隔を疑似ランダム化(PN符号)し、自己相関、及び、相互相関の小さなパルス列を使用することで、相関の無いノイズが重畳しても、パルス列を検出できるスペクトル拡散(SS)方式が行われている。
しかし、SS方式で距離測定する場合には、送信パルス列と同じパターン(テンプレート)のパルス列のタイミングをずらして相関演算を行い、ずらすタイミング量から送信機と受信機の時間ずれ、すなわち、伝播時間を求めているが、相関量がピークになるのは、一定の幅があるため、時間分解能はあまりあげられなかった。
As described above, the spread of the pulse train can be detected even if uncorrelated noise is superimposed by using pseudo-random (PN code) intervals between pulse trains and using pulse trains with small auto-correlation and cross-correlation. (SS) method is performed.
However, when measuring the distance by the SS method, the correlation calculation is performed by shifting the timing of the pulse train of the same pattern (template) as the transmission pulse train, and the time lag between the transmitter and the receiver, that is, the propagation time is calculated from the shifted timing amount. Although there is a certain range of the correlation amount peaking, the time resolution is not so high.

一方、上記特許文献1に記載される方式では、受信した全パルスの精密測定結果を平均化するため、図22に示すように受信信号にノイズがある場合に不要なパルスの値tpfnも平均化してしまい、誤差が大きくなるという問題がある。
また、各精密測定値tpf1、tpf2、・・・、tpfmの分布を調べて、他から外れている精密測定値は除外することで、ノイズパルスによる大きく外れた精密測定値は除外できるが、大きく外れていないノイズパルスは除外できないため、それによって、平均値がずれてしまうという問題がある。
On the other hand, in the method described in Patent Document 1, since the precision measurement results of all received pulses are averaged, an unnecessary pulse value tpfn is also averaged when there is noise in the received signal as shown in FIG. There is a problem that the error becomes large.
Further, by examining the distribution of each of the precise measurement values tpf1, tpf2,..., Tpfm, and excluding the precise measurement values that deviate from others, it is possible to exclude the precise measurement values greatly deviated by the noise pulse, Since noise pulses that are not deviated cannot be excluded, there is a problem that the average value is shifted.

ここで、特許文献1に記載されるように送信機と受信機が同じ場所に設置されたレーダの場合には、自分が出したパルス列を自分で受けるため、送信パルス列と受信パルス列は周波数は一致しており、パルス列のタイミング(パルス列間隔)はそろっている。
このため、図22の(a)(b)に示すように各パルスの粗測定値は常に一定で、精密測定値のみばらつく。そのため、精密測定値のみ平均化すれば良かった。
しかし、送信機と受信機が別の場所の設置された機器で、クロック同期しない非コヒーレント通信の場合には、図22の(c)に示すように、送信機側と受信機側とのクロックのずれに応じて、精密測定値tf1、tf2、…、tfmが変化していく。
このため、受信パルスがクロックを超えて変化すると、図22でtf3のように大きく異なる精密測定値となってしまい、精密測定値のみの平均では正しく平均値を測定できず、時間分解能、すなわち、距離測定分解能を上げられないという問題があった。
Here, as described in Patent Document 1, in the case of a radar in which a transmitter and a receiver are installed at the same location, the transmission pulse train and the reception pulse train have the same frequency because they receive the pulse train that they output. The timing of the pulse train (pulse train interval) is the same.
For this reason, as shown in FIGS. 22A and 22B, the coarse measurement value of each pulse is always constant, and only the precise measurement value varies. Therefore, it was only necessary to average only the precision measurement values.
However, in the case of non-coherent communication in which the transmitter and the receiver are installed in different locations and the clocks are not synchronized, as shown in FIG. The precision measurement values tf1, tf2,..., Tfm change in accordance with the deviation of.
For this reason, when the received pulse changes beyond the clock, the precision measurement value is greatly different as shown by tf3 in FIG. 22, and the average value cannot be measured correctly by the average of only the precision measurement value. There was a problem that the distance measurement resolution could not be increased.

すなわち、クロック周期が少しずれていると、パルス列間隔がずれるため、精密測定値のみの変動ではすまず、粗測定値も変化することがある。例えば、クロックが水晶発振器で20ppm周期がずれていたとすると、パルス列長が100μSあった時、最後のパルスは2nsずれる。そのため、精密測定値のみの平均化では、粗測定値が変化した時大きな誤差が発生してしまう
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであって、本発明は、送信機と受信機の設置場所が異なっていても、ノイズなどの影響を受けることなく、インパルス電波の伝搬時間から高分解能に装置間の距離を測定することができる距離測定装置を提供することである。
That is, if the clock period is slightly shifted, the pulse train interval is shifted, so that the coarse measurement value may change without being affected by only the change in the precise measurement value. For example, if the clock is a crystal oscillator and the 20 ppm period is shifted, when the pulse train length is 100 μS, the last pulse is shifted by 2 ns. For this reason, averaging only the precision measurement value causes a large error when the coarse measurement value changes.The present invention was made to solve the above-described problem. It is an object of the present invention to provide a distance measuring device that can measure the distance between devices with high resolution from the propagation time of an impulse radio wave without being affected by noise or the like even if the installation location of the receiver is different.

図1に本発明の受信機の概略構成を示す。
本発明では、疑似ランダム雑音(PN)符号に応じて生成された電磁波パルス列を送信するパルス送信機と、電磁波パルス列を受信する受信機と、パルス送信から受信までの電磁波の伝搬時間から送信機と受信機との距離、あるいは、相対位置を測定する装置において、図1に示すように、受信機に、受信したパルスを検出するパルス検出器1と、同期部6と、擬似ランダム雑音である例えばPN符号を出力するPN符号発生部2と、受信するパルスごとに受信時刻を測定する受信時刻測定部3と、PN符号に応じて有効なパルスの受信時刻を選択する時刻選択部4と、選択した受信時刻を平均化する時刻平均処理部5とを設け、時刻平均処理部5で平均化されたパルス列の時間平均により伝播時間を求め分解能を向上させるものである。
1個のパルスの受信時刻では無く、複数のパルスの受信時刻の平均を取ることで時間分解能、すなわち、距離分解能を向上できる。また、有効な受信時刻のみ使用して平均化するため、ノイズによるパルスにより平均値がずれることが防止できる。
また、送信機と受信機とのクロックが一致していない非コヒーレント通信を行なうため、受信時刻測定部3は、受信機のクロックに同期して動作するタイマによる粗測定部3aと、受信したパルスとクロックとの差を測定する精密測定部3bと、粗測定部3aと精密測定部3bから受信時刻を計算する時刻計算部3cを備え、時刻平均処理部5は、計算された受信時刻を用いて平均する。
送信装置と受信装置のクロックを同期させない非コヒーレント通信において、精密測定値がパルスごとに変化しても、粗測定値と精密測定値を合わせた受信時刻を使用することで正しく平均値を計算することが可能となる。また、非コヒーレント通信であるので、装置を小型、軽量、低価格、低消費電力化可能である。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a receiver according to the present invention.
In the present invention, a pulse transmitter that transmits an electromagnetic pulse train generated according to a pseudo random noise (PN) code, a receiver that receives an electromagnetic pulse train, and a transmitter based on the propagation time of electromagnetic waves from pulse transmission to reception In the apparatus for measuring the distance or relative position with respect to the receiver, as shown in FIG. 1, the receiver includes a pulse detector 1 for detecting a received pulse, a synchronization unit 6, and pseudo-random noise. A PN code generation unit 2 that outputs a PN code, a reception time measurement unit 3 that measures a reception time for each received pulse, a time selection unit 4 that selects a valid pulse reception time according to the PN code, and a selection The time average processing unit 5 for averaging the received times is provided, and the propagation time is obtained by the time average of the pulse train averaged by the time average processing unit 5 to improve the resolution.
The time resolution, that is, the distance resolution can be improved by taking the average of the reception times of a plurality of pulses instead of the reception time of one pulse. In addition, since averaging is performed using only valid reception times, it is possible to prevent the average value from being shifted by a pulse due to noise.
Further, in order to perform non-coherent communication in which the clocks of the transmitter and the receiver do not match, the reception time measurement unit 3 includes a coarse measurement unit 3a using a timer that operates in synchronization with the clock of the receiver, and the received pulse. A precision measurement unit 3b that measures the difference between the clock and the clock, and a time calculation unit 3c that calculates the reception time from the rough measurement unit 3a and the precision measurement unit 3b. The time average processing unit 5 uses the calculated reception time. Average.
In non-coherent communication that does not synchronize the clocks of the transmitter and receiver, even if the precision measurement value changes for each pulse, the average value is correctly calculated by using the reception time that combines the coarse measurement value and the precision measurement value. It becomes possible. In addition, because of non-coherent communication, the apparatus can be reduced in size, weight, cost, and power consumption.

また、本発明においては、以下のように構成することもできる。
(1)上記において、送信機のクロックと受信機のクロックの差から時間スケールを求め、時間スケールにより受信時刻を補正する。
このように時間スケールにより受信時刻を補正することにより、クロック誤差があっても高精度な距離測定が可能となる。
(2)上記精密測定部をタップ付遅延回路により構成する。
(3)各タップの遅延量から精密遅延量を受信時刻に変換する表を設け、上記受信時刻測定部3は、上記表を参照して、上記タップ付遅延回路により求めた各タップの遅延量から受信時刻を求める。
上記(2)のようにタップ付き遅延回路を用いることにより、入力されたパルスのエッジ位置をクロックよりも細かい精度で測定することが可能となる。
また、上記(3)のように表を用いて受信時刻を求めることにより、比較的簡単な回路で受信時刻を求めることができる。
Moreover, in this invention, it can also comprise as follows.
(1) In the above, a time scale is obtained from the difference between the transmitter clock and the receiver clock, and the reception time is corrected by the time scale.
By correcting the reception time using the time scale in this way, highly accurate distance measurement can be performed even if there is a clock error.
(2) The precision measuring unit is constituted by a tapped delay circuit.
(3) A table for converting a precise delay amount into a reception time from a delay amount of each tap is provided, and the reception time measuring unit 3 refers to the table and the delay amount of each tap obtained by the delay circuit with taps. Obtain the reception time from
By using a tapped delay circuit as described in (2) above, it is possible to measure the edge position of the input pulse with a finer precision than the clock.
Further, by obtaining the reception time using the table as in (3) above, the reception time can be obtained with a relatively simple circuit.

(4)上記受信時刻測定部3は、送信パルス列の中でデータ変調していないプリアンブル部のパルス列を用いて受信時刻を測定する。
(5)上記受信時刻測定部3は、プリアンブル部のパルス列の次に送られてくるデータ変調していない距離測定用のパルス列を用いて受信時刻を測定する。
(6)上記受信時刻測定部3は、パルス位置変調しているデータ部のパルス列を用い、復調データに基づき受信時刻を補正して受信時刻を測定する。
上記(4)のようにデータ変調されていないプリアンブルパルスを用いることにより、データパルス列を用いて時刻測定をする場合のように復調データに基づき受信時刻を補正する必要がない。
また、上記(5)のように、送信機からプリアンブル部のパルス列とデータ部のパルス部の間にデータ変調されていない距離測定用のパルス列を送信し、これを受信機で受信して、このパルス列により距離測定をすることにより、プリアンブルパルス列を用いて時刻測定する場合のように時刻を保持する長大なシフトメモリが不要になり、また、データパルス列を用いて時刻測定をする場合のように復調データに基づき受信時刻を補正する必要がなく、回路構成を簡単にすることができる。
さらに、上記(6)のように、データ部のパルス列を用い受信時刻を測定することにより、復調データに基づき受信時刻を補正する必要はあるが、上記(5)と同様にプリアンブルパルス列を用いて時刻測定する場合のように時刻を保持する長大なシフトメモリが不要となる。
(7)PN符号の基準となるパルスと各パルスとの時間差を格納する表を設け、上記受信時刻測定部3は、各パルスの受信時刻から表中の時間差を減じることで各パルスの受信時刻を基準パルスの受信時刻に換算し、上記時刻平均処理部5は基準パルス受信時刻と換算した時刻とを比較し、その差が大きいものは平均処理から除外する。
(8)PN符号のパルス間隔を格納する表を設け、上記時刻平均処理部3は、各パルスの受信時刻と前回の有効受信時刻の差から表中の時間差を減じたものの絶対値が基準値以下であれば、受信時刻を有効とし、基準値以上であれば前回の有効受信時刻に表中の時間差を加えた値を有効受信時刻とし、有効受信時刻から平均値を求める。
上記(7)(8)のように構成することにより、ノイズなどがあっても、平均値を正しく求めることができ、距離測定の精度を向上させることができる。
(4) The reception time measuring unit 3 measures the reception time using the pulse train of the preamble part that is not data-modulated in the transmission pulse train.
(5) The reception time measurement unit 3 measures the reception time using a distance measurement pulse train that is not data-modulated and is sent next to the preamble portion pulse train.
(6) The reception time measuring unit 3 uses the pulse train of the data part subjected to pulse position modulation, corrects the reception time based on the demodulated data, and measures the reception time.
By using preamble pulses that are not data-modulated as in (4) above, there is no need to correct the reception time based on the demodulated data as in the case of measuring time using a data pulse train.
Also, as in (5) above, a transmitter transmits a pulse train for distance measurement that is not data-modulated between the pulse train of the preamble portion and the pulse portion of the data portion, and receives it at the receiver. By measuring the distance using the pulse train, a long shift memory that holds the time is not required, as in the case of measuring the time using the preamble pulse train, and demodulating as in the case of measuring the time using the data pulse train. There is no need to correct the reception time based on the data, and the circuit configuration can be simplified.
Further, as described in (6) above, it is necessary to correct the reception time based on the demodulated data by measuring the reception time using the pulse train of the data part, but using the preamble pulse train as in (5) above. As in the case of measuring time, a long shift memory that holds the time is not required.
(7) A table for storing the time difference between each pulse and a pulse serving as a reference for the PN code is provided, and the reception time measurement unit 3 subtracts the time difference in the table from the reception time of each pulse to receive the reception time of each pulse. Is converted into a reference pulse reception time, and the time average processing unit 5 compares the reference pulse reception time with the converted time, and excludes those having a large difference from the average processing.
(8) A table for storing the pulse interval of the PN code is provided, and the time average processing unit 3 uses the difference between the reception time of each pulse and the previous effective reception time as a result of subtracting the time difference in the table as a reference value. If it is below, the reception time is valid, and if it is equal to or greater than the reference value, the value obtained by adding the time difference in the table to the previous effective reception time is set as the effective reception time, and the average value is obtained from the effective reception time.
By configuring as in the above (7) and (8), even if there is noise or the like, the average value can be obtained correctly, and the accuracy of distance measurement can be improved.

本発明においては、ノイズなどの影響を受けることなく、インパルス電波の伝搬時間から高分解能に装置間の距離を測定することができる。
また、受信時間を平均化しているので、精度よくパルスの受信時刻を求めることができ、装置間の距離や位置を高精度に測定することが可能となる。
In the present invention, the distance between devices can be measured with high resolution from the propagation time of an impulse radio wave without being affected by noise or the like.
In addition, since the reception times are averaged, the pulse reception time can be obtained with high accuracy, and the distance and position between the devices can be measured with high accuracy.

図2は本発明の実施例の距離測定装置の全体構成を示す図である。
本実施例の距離測定装置は、同図に示すように第1の地点に設置された送受信機aと、第2の地点に設置された送受信機bからなり、第1の地点と第2の地点間での電波の伝播時間から第1の地点と第2の地点間の距離を求める。
送受信機a,bは、拡散/データ変調部11と、拡散データ変調部11で変調されたパルスを出力するパルス発生器12と、パワーアンプPAと送信アンテナとを備え、変調されたパルスを増幅し送信する送信手段13と、受信アンテナと低雑音アンプLNAを備えパルスを受信して増幅する受信手段14と、パルスを検出するパルス検出器15と、受信したパルス列を逆拡散し復調する逆拡散/データ復調部16と、受信時刻測定部17と、パルスの送信等を制御するとともに、受信時刻から第1、第2の地点間の距離を測定するマイコン18から構成される。
同図において、送受信機aからパルス電波列を送信し、送受信機bでパルス電波列を受信し、パルス電波の受信時刻を測定する。次に、送受信機bからパルス電波列を送信し、送受信機aでパルス電波列を受信し、パルス電波の受信時刻を測定する。この時、送受信機bにおける受信時刻や送信時刻のデータを電波に乗せて送受信機bから送受信機aに送り返すことで、送受信機aで両送受信機間の距離を測定することができる。
FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the distance measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.
The distance measuring apparatus according to the present embodiment includes a transmitter / receiver a installed at a first point and a transmitter / receiver b installed at a second point as shown in FIG. The distance between the first point and the second point is obtained from the propagation time of the radio wave between the points.
The transceivers a and b include a spread / data modulation unit 11, a pulse generator 12 that outputs a pulse modulated by the spread data modulation unit 11, a power amplifier PA, and a transmission antenna, and amplifies the modulated pulse. Transmitting means 13 for transmitting and receiving, receiving means 14 having a receiving antenna and a low noise amplifier LNA for receiving and amplifying pulses, a pulse detector 15 for detecting pulses, and despreading for despreading and demodulating the received pulse train / Data demodulator 16, reception time measurement unit 17, and microcomputer 18 that controls the transmission of pulses and the like and measures the distance between the first and second points from the reception time.
In the figure, a pulse radio wave train is transmitted from the transceiver a, the pulse radio wave train is received by the transceiver b, and the reception time of the pulse radio wave is measured. Next, the pulse radio wave train is transmitted from the transceiver b, the pulse radio wave train is received by the transceiver a, and the reception time of the pulse radio wave is measured. At this time, the data of the reception time and the transmission time in the transmitter / receiver b is transmitted on the radio wave and sent back from the transmitter / receiver b to the transmitter / receiver a, whereby the distance between the two transmitters / receivers can be measured by the transmitter / receiver a.

以下に、本発明の距離測定方法を説明するが、先ず従来例である1個のパルスで距離測定する場合を図3を使って説明する。なお、送受信機aと送受信機bはタイマが同期されていないため、時刻がtoずれているとする。
送受信機aが時刻Tatにパルスを送信して送受信機bが時刻Tbrにパルスを受信し、次に、送受信機bが時刻Tbtにパルスを送信し、送受信機aが時刻Tarにパルスを受信したとし、電波の伝搬時間をtpとすると、時刻Tbr、時刻Tbtは、以下の(1)式のようになる。
Tbr=Tat+to+tp…(1)
Tbt=Tar+to−tp
これらの式をtp、toについて解けば、以下の(2)式となる。
tp={(Tar−Tat)−(Tbt−Tbr)}/2…(2)
to={(Tbr−Tat)+(Tbt−Tar)}/2={(Tbr+Tbt)−(Tat+Tar)}/2
The distance measuring method of the present invention will be described below. First, the case of measuring distance with one pulse, which is a conventional example, will be described with reference to FIG. Note that it is assumed that the times of the transmitter / receiver a and the transmitter / receiver b are shifted because the timers are not synchronized.
Transmitter / receiver a transmits a pulse at time Tat, transmitter / receiver b receives a pulse at time Tbr, then transmitter / receiver b transmits a pulse at time Tbt, and transmitter / receiver a receives a pulse at time Tar Assuming that the propagation time of the radio wave is tp, the time Tbr and the time Tbt are expressed by the following equation (1).
Tbr = Tat + to + tp (1)
Tbt = Tar + to-tp
If these equations are solved for tp and to, the following equation (2) is obtained.
tp = {(Tar-Tat)-(Tbt-Tbr)} / 2 (2)
to = {(Tbr−Tat) + (Tbt−Tar)} / 2 = {(Tbr + Tbt) − (Tat + Tar)} / 2

従って、送受信機bは送受信機aにパルス受信時刻Tbrとパルス送信時刻Tbtを送ってあげれば送受信機aで伝搬遅延tpとタイマオフセットtoが求められる。
tpが分かれば、光速をc、送受信機ab間の距離をLabとすると、距離Labは以下の(3)式により求めることができる。
Lab=c・tp…(3)
上記(2)式は、送受信機aにおいて、パルスを送信してから戻ってくるまでの時間(Tar−Tat)から送受信機bにおける反射の遅延時間(Tbt−Tbr)を減算して1/2したものである。tpのみ求める場合は、送受信機bは反射の遅延時間(パルスを受信してからパルスを送信するまでの遅延時間)のみ送受信機aに送っても良い。
Accordingly, if the transmitter / receiver b sends the pulse reception time Tbr and the pulse transmission time Tbt to the transmitter / receiver a, the transmitter / receiver a can determine the propagation delay tp and the timer offset to.
If tp is known, if the speed of light is c and the distance between the transceivers ab is Lab, the distance Lab can be obtained by the following equation (3).
Lab = c · tp (3)
The above equation (2) is obtained by subtracting the reflection delay time (Tbt-Tbr) at the transmitter / receiver b from the time (Tar-Tat) from the transmission of the pulse to the return at the transmitter / receiver a. It is a thing. When only tp is obtained, the transmitter / receiver b may send only the reflection delay time (delay time from receiving a pulse to transmitting a pulse) to the transmitter / receiver a.

次に、本実施例の複数パルスを使用し、平均処理を行って距離測定する場合を図4により説明する。
m個のパルス列を送受信機aから送受信機bに送信した時、各パルスの伝搬遅延tp11、tp12、・・・、tp1mは以下の(4)式で表される。
tp11=Tbr1−Tat1−to…(4)
tp12=Tbr2−Tat2−to
・・・
tp1m=Tbrm−Tatm−to
ここで、伝搬遅延時間の平均値tp1avは以下の(5)式で表現できる。
tp1av =(tp11+・・・+tp1m)/m
={(Tbr1+ ・・・+Tbrm)−(Tat1+・・・+Tatm)}/m−to=Tbrav−Tatav−to…(5)
但し、Tbrav=(Tbr1+・・・+Tbrm)/m、Tatav=(Tat1+・・・+Tatm)/m
同様に、m個のパルス列を送受信機bから送受信機aに返信した時、各パルスの伝搬遅延tp21、tp22、・・・、tp2mは以下の(6)式で表現できる。
tp21=Tar1−Tbt1+to…(6)
tp22=Tar2−Tbt2+to
・・・
tp2m=Tarm−Tbtm+to
Next, the case where the distance measurement is performed by using the plural pulses of the present embodiment and performing the averaging process will be described with reference to FIG.
When m pulse trains are transmitted from the transmitter / receiver a to the transmitter / receiver b, the propagation delays tp11, tp12,..., tp1m of each pulse are expressed by the following equation (4).
tp11 = Tbr1-Tat1-to (4)
tp12 = Tbr2-Tat2-to
...
tp1m = Tbrm-Tatm-to
Here, the average value tp1av of the propagation delay time can be expressed by the following equation (5).
tp1av = (tp11 +... + tp1m) / m
= {(Tbr1 +... + Tbrm)-(Tat1 +... + Tatm)} / m-to = Tbrav-Tatav-to (5)
However, Tbrav = (Tbr1 +... + Tbrm) / m, Tatav = (Tat1 +... + Tatm) / m
Similarly, when m pulse trains are returned from the transceiver b to the transceiver a, the propagation delays tp21, tp22,..., Tp2m of each pulse can be expressed by the following equation (6).
tp21 = Tar1-Tbt1 + to (6)
tp22 = Tar2-Tbt2 + to
...
tp2m = Tarm−Tbtm + to

伝搬遅延時間の平均値tp2avは以下の(7)式で表現できる。
tp2av=(tp21+・・・+tp2m)/m
={(Tar1+・・・+Tarm)−(Tbt1+・・・+Tbtm)}/m+to
=Tarav−Tbtav+to…(7)
但し、Tarav=(Tar1+・・・+Tarm)/m、Tbtav=(Tbt1+・・・+Tbtm)/m
従って、往復の伝搬遅延時間の平均tpavは以下の(8)式となる。
tpav=(tp1av+tp2av)/2={(Tarav−Tatav)−(Tbtav−Tbrav)}/2…(8)
また、tp1av=tp2avとすると、toが以下(9)式のように求まる。
to={(Tbrav−Tatav)+(Tbtav−Tarav)}/2={(Tbrav+Tbtav)−(Tatav+Tarav)}/2…(9)
これは、前記(2)において、Tat→Tatav、Tbr→Tbrav、Tbt→Tbtav、Tar→Taravに他ならず、送信時刻、受信時刻をそれぞれ平均化すれば良いことに相当する。
The average value tp2av of the propagation delay time can be expressed by the following equation (7).
tp2av = (tp21 +... + tp2m) / m
= {(Tar1 + ... + Tarm)-(Tbt1 + ... + Tbtm)} / m + to
= Tarav-Tbtav + to (7)
However, Tarav = (Tar1 +... + Tarm) / m, Tbtav = (Tbt1 +... + Tbtm) / m
Therefore, the average tpav of round-trip propagation delay time is expressed by the following equation (8).
tpav = (tp1av + tp2av) / 2 = {(Tarav−Tatav) − (Tbtav−Tbrav)} / 2 (8)
Further, when tp1av = tp2av, to is obtained as in the following equation (9).
to = {(Tbrav−Tatav) + (Tbtav−Tarav)} / 2 = {(Tbrav + Tbtav) − (Tatav + Tarav)} / 2 (9)
In (2), this is equivalent to Tat → Tatav, Tbr → Tbrav, Tbt → Tbtab, Tar → Tarav, and it is only necessary to average the transmission time and the reception time.

送信する時のパルス列間隔はPN系列であり既知であるので、最初のパルスと各パルスとの時間間隔の和Tatst、Tbtstは既知であり以下の(10)式で表現できる。Tatst=(Tat2−Tat1)+(Tat3−Tat1)+・・・+(Tatm−Tat1)=m(Tatav−Tat1)…(10)
Tbtst=(Tbt2−Tbt1)+(Tat3−Tbt1)+・・・+(Tatm−Tbt1)=m(Tbtav−Tbt1)
この関係を前記(8)(9)式に代入してTatav、Tbtavを消去すると以下の(11)(12)式のようになる。
tpav={(Tarav−Tat1−Tatst/m)−(Tbt1+Tbtst/m−Tbrav)}/2…(11)
to={(Tbrav+Tbt1+Tbtst/m)−(Tat1+Tatst/m+Tarav)}/2…(12)
すなわち、送受信機bから送受信機aには、パルス列の受信時刻の平均値Tbravと最初の送信パルス時刻Tbt1を送れば良い。
Since the pulse train interval at the time of transmission is a PN sequence and is known, the sums Tatst and Tbtst of the time interval between the first pulse and each pulse are known and can be expressed by the following equation (10). Tatst = (Tat2−Tat1) + (Tat3−Tat1) +... + (Tatm−Tat1) = m (Tatav−Tat1) (10)
Tbtst = (Tbt2-Tbt1) + (Tat3-Tbt1) +... + (Tatm-Tbt1) = m (Tbtav-Tbt1)
Substituting this relationship into the equations (8) and (9) to eliminate Tatav and Tbtav, the following equations (11) and (12) are obtained.
tpav = {(Tarav-Tat1-Tatst / m)-(Tbt1 + Tbtst / m-Tbrav)} / 2 (11)
to = {(Tbrav + Tbt1 + Tbtst / m) − (Tat1 + Tattst / m + Tarav)} / 2 (12)
That is, the average value Tbrav of the reception time of the pulse train and the first transmission pulse time Tbt1 may be sent from the transmitter / receiver b to the transmitter / receiver a.

次に本実施例の距離測定装置における受信回路の具体的な構成例について説明する。
図5は本発明の第1の実施例の受信回路の構成を示す図である。
図5において、アンテナATで受信されたインパルス電波は、バンドパスフィルタFで不要な周波数成分除去後、低雑音アンプLNAで増幅され、パルス検出回路20でパルスの有無を検出される。パルス検出回路20は、公知のダイオード検波回路、包絡線回路+コンパレータ、ヒステリシス付きコンパレータ等で実現できる。
検出されたパルスは、適当なサンプリング、ここでは、10MHzでサンプリングされて、相関器(DMF:同期用デジタルマッチドフィルタ)21内のシフトレジスタ22に入力されるとともに、パルスの立ち上がりエッジ時刻を検出するために受信時刻測定部23に入力される。
受信時刻測定部23は、100MHzクロックで動作するデジタルタイマ231からなる粗測定部23bと、タップ付遅延回路232とデコーダ233からなる精密測定部23aとから構成される。
Next, a specific configuration example of the receiving circuit in the distance measuring apparatus according to the present embodiment will be described.
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the receiving circuit according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 5, an impulse radio wave received by the antenna AT is amplified by a low noise amplifier LNA after unnecessary frequency components are removed by a band pass filter F, and the presence or absence of a pulse is detected by a pulse detection circuit 20. The pulse detection circuit 20 can be realized by a known diode detection circuit, envelope circuit + comparator, comparator with hysteresis, and the like.
The detected pulse is sampled at an appropriate sampling, here 10 MHz, and input to the shift register 22 in the correlator (DMF: digital matched filter for synchronization) 21 and detects the rising edge time of the pulse. Therefore, it is input to the reception time measuring unit 23.
The reception time measurement unit 23 includes a coarse measurement unit 23b including a digital timer 231 that operates with a 100 MHz clock, and a fine measurement unit 23a including a tapped delay circuit 232 and a decoder 233.

上記タップ付遅延回路232の構成を図6に示し、また、タップ付き遅延回路232を含む受信時刻測定部23のタイミングチャートを図7に示す。
タップ付き遅延回路232は、入力されたパルスのエッジ位置をクロックよりも細かい精度で測定するものである。タップ付き遅延回路232は、入力パルスに対して遅延素子Dlyが直列に繋がった構造となっている。
ここでは、遅延素子Dlyの遅延時間は1nsであるので、10nsを刻むために10段の遅延素子からなる。入力パルスは、D−フリップフロップDFFで100MHzクロックでサンプリングされると同時に遅延素子Dlyに入力される。
このため、各遅延素子Dlyの出力は1nsずつずれており、DFFの入力である遅延0〜遅延4およびDFFの出力である遅延0ck〜遅延4ckは図7に示すようになる。
各遅延素子Dlyの出力もDFFで100MHzクロックでサンプリングされるため、サンプリングされたデータは、入力パルスのエッジ位置に応じて、途中まで1が途中から0となっている。
The configuration of the tapped delay circuit 232 is shown in FIG. 6, and the timing chart of the reception time measuring unit 23 including the tapped delay circuit 232 is shown in FIG. 7.
The tapped delay circuit 232 measures the edge position of the input pulse with a finer precision than the clock. The tapped delay circuit 232 has a structure in which delay elements Dly are connected in series to an input pulse.
Here, since the delay time of the delay element Dly is 1 ns, the delay element Dly includes 10 stages of delay elements in order to cut 10 ns. The input pulse is sampled by the D-flip-flop DFF with a 100 MHz clock and simultaneously input to the delay element Dly.
For this reason, the output of each delay element Dly is shifted by 1 ns, and the delay 0 to delay 4 as the input of the DFF and the delay 0 ck to delay 4 ck as the output of the DFF are as shown in FIG.
Since the output of each delay element Dly is also sampled by the DFF with a 100 MHz clock, the sampled data is 1 from halfway to 0 depending on the edge position of the input pulse.

そこで、1の数を数える(エンコードする)と、10nsの中でのエッジ位置が分かる。ここでは、1の数が5個あるため5ns位置にエッジがあることが分かる。このエンコード値とこの時の粗測定部23bのデジタルタイマ231の値をラッチすることで、パルスの立ち上がりエッジ位置、すなわち、パルス受信時刻が測定できる。
粗測定値と精密測定値は、粗測定値×定数1+精密測定値×定数2で受信時刻を計算できる。ここでは、粗測定値は10ns単位、精密測定値は1nsであるため、定数1を10、定数2を1にすればよい。
但し、乗算回路は規模が大きくなるため、精密測定値をエンコードする際に、図8に示すようなテーブルを用意し、定数1=256、定数2=25.6として、該テーブルを表引きするようにしてエンコードすれば、精密測定値を下位8桁(8bit)、粗測定値を上位桁として結合させるだけでよくなり、回路が簡単となる。
さらに、遅延素子の遅延量が一定でなくばらついている時には、前もってばらつきを測定しておき、図9に示すようなテーブルを作成しておく方法もある。
i番目の遅延量がDiであり、i番目まで遅延量の総和をSiとすると、i番目の表には、Si-1 ×定数1/粗測定値単位を格納しておけば良い。例を示すと、定数1=256、粗測定値単位=10ns、遅延量が交互に0.8ns、1.0nsとすると遅延素子は12段必要で、テーブルは図9のようになる。
Therefore, when the number of 1 is counted (encoded), the edge position within 10 ns is known. Here, since there are five 1s, it can be seen that there is an edge at the 5 ns position. By latching the encoded value and the value of the digital timer 231 of the coarse measuring unit 23b at this time, the rising edge position of the pulse, that is, the pulse reception time can be measured.
As for the coarse measurement value and the fine measurement value, the reception time can be calculated by coarse measurement value × constant 1 + precision measurement value × constant 2. Here, since the coarse measurement value is 10 ns and the fine measurement value is 1 ns, the constant 1 may be set to 10 and the constant 2 may be set to 1.
However, since the scale of the multiplication circuit is large, a table as shown in FIG. 8 is prepared when encoding the precise measurement value, and the table is tabulated as constant 1 = 256 and constant 2 = 25.6. If encoding is performed in this way, it is only necessary to combine the fine measurement value as the lower 8 digits (8 bits) and the coarse measurement value as the upper digits, and the circuit becomes simple.
Furthermore, when the delay amount of the delay element is not constant and varies, there is a method in which the variation is measured in advance and a table as shown in FIG. 9 is created.
If the i-th delay amount is Di and the sum of delay amounts up to the i-th is Si, the i-th table may store S i-1 × constant 1 / rough measurement value unit. For example, if constant 1 = 256, coarse measurement value unit = 10 ns, and delay amounts are alternately 0.8 ns and 1.0 ns, 12 delay elements are required, and the table is as shown in FIG.

図5に戻り、上記受信時刻測定部23で測定されたパルス受信時刻は、ラッチ24でラッチされ、シフトレジスタ22と同様に10MHzで動作する受信時刻用シフトメモリ25に格納される。すなわち、シフトレジスタ22に1が立っている時に、そのエッジの時刻がシフトメモリ25に入っていることになる。
シフトレジスタ22とシフトメモリ25は、10MHzで動作するため、100ns単位で次々にデータが入力される。
相関器(DMF)21では、前もって保持された既知のPN系列ビット列21aとシフトレジスタ22のデータとを、排他的論理和ExOR回路で比較して、比較結果を加算器21bで加算する。閾値判定回路21cは加算器21bの出力が予め設定された閾値より大きければ、PN系列のパルス列が受信されたと判断し同期が捕捉されたとする。
同期が捕捉されると、シフトメモリ25の内容は固定され、後述するように時刻が抜き出され、平均処理部28で平均処理が行われる。
Returning to FIG. 5, the pulse reception time measured by the reception time measurement unit 23 is latched by the latch 24 and stored in the reception time shift memory 25 operating at 10 MHz, similarly to the shift register 22. That is, when 1 is set in the shift register 22, the edge time is in the shift memory 25.
Since the shift register 22 and the shift memory 25 operate at 10 MHz, data is sequentially input in units of 100 ns.
In the correlator (DMF) 21, the known PN sequence bit string 21a held in advance and the data in the shift register 22 are compared by the exclusive OR circuit, and the comparison result is added by the adder 21b. If the output of the adder 21b is greater than a preset threshold, the threshold determination circuit 21c determines that a PN sequence pulse train has been received and captures synchronization.
When the synchronization is captured, the contents of the shift memory 25 are fixed, the time is extracted as will be described later, and the averaging process is performed by the averaging processor 28.

送受信データフォーマットを図10に示す。
送信データは、PN系列の一種である8値のリードソロモンRS系列でタイムホッピングされており、さらに、パルス位置変調(PPM)でデータ変調されている。
1チップ100nsとして、RS系列として5763421を使用するとすると、1μsのパルス区間の内、最初のパルスは500nsの位置に、次のパルスは700nsの位置にタイムホッピング(TH)されている(図10のTHデータ参照)。
通信データは、同図に示すようにデータ無変調のプリアンブル部とデータ部から構成され、同期用のデータ無変調のプリアンブル部は、7パルス7μsであり、その後に、データ部が来る。データ部も同じRS系列でタイムホッピングされているが、さらに、データが1の時には、1チップパルス位置がずれるパルス位置変調PPMされている。
例えば、0110のデータの場合、5763・・・のRS系列は5873・・・と変調され、500ns、800ns、700ns、300ns位置にパルスがホッピングされる。なお、プリアンブル部は無変調なので、5763のままである。
The transmission / reception data format is shown in FIG.
The transmission data is time-hopped with an 8-value Reed-Solomon RS sequence, which is a kind of PN sequence, and further data-modulated with pulse position modulation (PPM).
When 576421 is used as the RS sequence for one chip of 100 ns, the first pulse is time-hopped (TH) in the position of 500 ns and the next pulse is in the position of 700 ns in the pulse section of 1 μs (FIG. 10). (See TH data).
As shown in the figure, the communication data is composed of a data non-modulated preamble portion and a data portion, and the synchronization data non-modulated preamble portion is 7 pulses 7 μs, followed by the data portion. The data part is also time-hopped by the same RS sequence, but when the data is 1, pulse position modulation PPM is performed in which the position of one chip pulse is shifted.
For example, in the case of 0110 data, the 5762... RS sequence is modulated as 5873..., And pulses are hopped at 500 ns, 800 ns, 700 ns, and 300 ns positions. Since the preamble part is not modulated, it remains 5663.

受信側は、受信パルスを100nsでサンプリングするが、前記シフトレジスタ22に順番に格納され、丁度プリアンブル部が格納された時に、前もって格納してあるPN系列ビット列、すなわち、5763・・・に相当する0000010000 0000000100 0000001000 0001000000・・・のビット列と比較される。 すなわち、前記したようにシフトレジスタ22とPN系列ビット列21aとの各ビットの一致度を排他的論理和ExOR回路で検出し、検出結果を加算器21bで加算して閾値判定回路21cで閾値と比較し、一致度が閾値以上あれば、一致したと判定され、同期捕捉信号が出力される。   The receiving side samples the received pulse at 100 ns, but when it is stored in the shift register 22 in order and the preamble part is stored, it corresponds to the PN sequence bit string stored in advance, that is, 5863. 00000100 0000000100 0000001000 000000000000... Are compared. That is, as described above, the degree of coincidence of each bit between the shift register 22 and the PN series bit string 21a is detected by the exclusive OR circuit, and the detection result is added by the adder 21b and compared with the threshold value by the threshold value determination circuit 21c. If the degree of coincidence is equal to or greater than the threshold value, it is determined that they coincide and a synchronization acquisition signal is output.

この実施例では、データ変調されていないプリアンブル部の7パルスの受信時刻を平均する。
時刻選択部26は図5に示すように、PN系列THデータ26a(前記図10に示したようにパルス位置を記録したデータ)と、セレクタ26bを備える。セレクタ26bは、PH系列THデータ26aによりシフトメモリ25に保持された時刻データを選択的に抜き出す。
上記同期捕捉信号が出力された時点で、シフトメモリ25の該当する位置にはパルス到着時刻が格納されているので、上記セレクタ26bによりパルス位置に相当する時刻データが抜き出される。
例えば、前記図10に示したようにRS系列が5763・・・であるので、シフトメモリ25の右から最初の10個については、右から6番目を抜き出す。同様に、次の10個については8番目、次の10個については7番目、次の10個については4番目とする。 例えば、図10の受信パルスで示すように、1番目のパルスと2番目のパルスの間にノイズによる誤ったパルスが入っても、このメモリは選択されないため、平均値を誤ることは無い。
上記時刻選択部26で選択された受信時刻は平均処理部28に送られる。平均処理部28では、上記7個のパルス受信時刻の平均値を計算する。これにより、前記(11)式に示したTbravが求まる。
In this embodiment, the reception times of 7 pulses in the preamble part that is not data-modulated are averaged.
As shown in FIG. 5, the time selection unit 26 includes PN sequence TH data 26a (data in which pulse positions are recorded as shown in FIG. 10) and a selector 26b. The selector 26b selectively extracts the time data held in the shift memory 25 by the PH series TH data 26a.
Since the pulse arrival time is stored at the corresponding position of the shift memory 25 at the time when the synchronization acquisition signal is output, the time data corresponding to the pulse position is extracted by the selector 26b.
For example, as shown in FIG. 10, since the RS sequence is 5763..., For the first ten from the right of the shift memory 25, the sixth from the right is extracted. Similarly, the next 10 are the eighth, the next 10 are the seventh, and the next 10 are the fourth. For example, as shown by the received pulse in FIG. 10, even if an erroneous pulse due to noise enters between the first pulse and the second pulse, this memory is not selected, so the average value will not be erroneous.
The reception time selected by the time selection unit 26 is sent to the average processing unit 28. The average processing unit 28 calculates the average value of the seven pulse reception times. Thereby, Tbrav shown in the equation (11) is obtained.

一方、TH/PPMデコード部27は、図5に示すように上記PN系列THデータ26aによりシフトレジタス22に保持されたデータを選択的に抜き出すセレクタ27aと、抜き出したデータを格納するデータレジスタ27bを備える。
そして、前記同期捕捉後、70サンプル(7μs)ごとにシフトレジスタ22が更新されるので、前記シフトメモリ25からデータを抜き出すのと同様の方法で、10bit単位でシフトレジスタから該当するbitを抜き出し、データレジスタ27bに格納する。 ここで、データ部は前記したように、パルス位置変調(PPM)されているので、抜き出す時に2bit分を抜き出して、10か01かにより、データ0かデータ1かを判定する。
例えば、RS系列が5763・・・であるので、図10の受信パルスのデータ部に示すように、シフトレジスタの右から10bitについては、右から6番目と7番目の10を抜き出す。これが10であるので、位置変調されていないのでデータ0と判定される。同様に、次の10bitについては、8番目と9番目が抜き出され01であるので、データ1と判定される。抜き出されたデータはデータレジスタ27bに格納される。
以上は、送信機aのパルス送信と受信機bのパルス受信を説明したが、送信機bから送信機aにパルスを送り返す場合も同様である。
On the other hand, as shown in FIG. 5, the TH / PPM decoding unit 27 includes a selector 27a for selectively extracting data held in the shift register 22 by the PN sequence TH data 26a, and a data register 27b for storing the extracted data. .
Since the shift register 22 is updated every 70 samples (7 μs) after the acquisition of synchronization, the corresponding bits are extracted from the shift register in units of 10 bits in the same manner as the data is extracted from the shift memory 25. Store in the data register 27b. Here, as described above, since the data portion is subjected to pulse position modulation (PPM), 2 bits are extracted at the time of extraction, and it is determined whether the data is 0 or 1 depending on whether it is 10 or 01.
For example, since the RS sequence is 5763..., As shown in the data portion of the received pulse in FIG. 10, for the 10 bits from the right of the shift register, the sixth and seventh 10s from the right are extracted. Since this is 10, it is determined that the data is 0 because the position is not modulated. Similarly, for the next 10 bits, the eighth and ninth bits are extracted and are 01, so that it is determined as data 1. The extracted data is stored in the data register 27b.
In the above, the pulse transmission of the transmitter a and the pulse reception of the receiver b have been described, but the same applies to the case where the pulse is sent back from the transmitter b to the transmitter a.

送受信機a,bでの距離測定の処理フローを図11に示す。
送受信機aでは、プリアンブルデータを送信すると同時に先頭パルス送信時刻Tat1を保存する。送受信機bでは、プリアンブルで同期捕捉すると同時にパルス列の平均受信時刻Tbravを計算する。
送受信機aではプリアンブルに続いてデータ部で、距離測定を行うコマンド(測距コマンド)をデータとして送る。送受信機bでは同期捕捉後、コマンドデータを受信し、測距コマンドと判断されれば、パルス列を送り返すと同時にその時の先頭パルスの送信時刻Tbt1を保存する。
受信機aでは、プリアンブルで同期捕捉すると同時にパルス列の平均受信時刻Taravを計算する。送受信機bではプリアンブルに続いてデータ部で、保存しておいた時刻データTbravとTbt1をデータとして送る。送受信機aでは同期捕捉後、時刻データを受信し、前記(11)式に従って、平均伝搬時間Tpavを求め、前記(3)で装置間距離を求める。
FIG. 11 shows a processing flow of distance measurement in the transceivers a and b.
The transmitter / receiver a transmits the preamble data and simultaneously stores the leading pulse transmission time Tat1. The transmitter / receiver b calculates the average reception time Tbrav of the pulse train at the same time as acquiring synchronization with the preamble.
In the transceiver a, following the preamble, a data measurement command (ranging command) is sent as data in the data section. The transmitter / receiver b receives the command data after capturing the synchronization, and if it is determined to be a distance measurement command, it returns the pulse train and simultaneously stores the transmission time Tbt1 of the leading pulse at that time.
The receiver a calculates the average reception time Tarav of the pulse train at the same time as acquiring synchronization with the preamble. In the transmitter / receiver b, the time data Tbrav and Tbt1 stored in the data portion are transmitted as data following the preamble. The transmitter / receiver a receives time data after acquisition of synchronization, calculates the average propagation time Tpav according to the equation (11), and determines the inter-device distance in (3).

次に本発明の第2の実施例の受信回路を図12に示す。本実施例は、プリアンブル部とデータ部の間に、無変調の距離測定用のプリアンブル部を挿入し、この距離測定用プリアンブル部により、上記のように距離測定を行なうものである。
送受信機の全体構成、タップ付遅延回路は第1の実施例と同様であるが、第1の実施例と異なるのは、プリアンブル部でパルス受信時刻を測定せずに同期捕捉後、上記距離測定用距離測定用プリアンブル部のパルス受信時刻を測定することである。図13に距離測定の処理フローを示す。
送受信機aでプリアンブルデータを送信すると、送受信機bではプリアンブルで同期捕捉する。送受信機aではプリアンブルに続いて上記距離測定用プリアンブル部のデータを送ると同時に、先頭パルス送信時刻Tat1を保存する。
送受信機bでは、プリアンブルに続いて上記距離測定用プリアンブル部のデータを受信すると同時にパルス列の平均受信時刻Tbravを計算する。
次いで、送受信機aは、データ部で測距を行うコマンドをデータとして送る。送受信機bでは測距コマンドと判断されれば、パルス列を送り返す。
送受信機aではプリアンブルで同期捕捉する。送受信機bではプリアンブル部に続いて上記距離測定用プリアンブル部を送ると同時に、先頭パルス送信時刻Tbt1を保存する。
送受信機aではプリアンブルに続く上記距離測定用プリアンブル部のm個のパルスを受信したらパルス列の平均受信時刻Taravを計算する。
送受信機bではデータ部で、保存しておいた時刻データTbravとTbt1を送る。送受信機aでは、この時刻データの受信が完了したら、第1の実施例と同様に(11)に従って平均伝搬時間Tpavを求め(3)で装置間距離を求める。
Next, a receiving circuit according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the present embodiment, an unmodulated distance measuring preamble portion is inserted between the preamble portion and the data portion, and the distance measurement is performed as described above by this distance measuring preamble portion.
The overall configuration of the transceiver and the delay circuit with a tap are the same as in the first embodiment, but the difference from the first embodiment is that the distance measurement is performed after acquiring the synchronization without measuring the pulse reception time in the preamble section. This is to measure the pulse reception time of the preamble section for measuring distance. FIG. 13 shows a processing flow of distance measurement.
When the transmitter / receiver a transmits the preamble data, the transmitter / receiver b acquires the synchronization by the preamble. The transmitter / receiver a transmits the data of the distance measurement preamble portion following the preamble, and at the same time stores the leading pulse transmission time Tat1.
The transceiver b receives the data of the distance measurement preamble portion following the preamble and calculates the average reception time Tbrav of the pulse train at the same time.
Next, the transmitter / receiver a sends a command for distance measurement in the data section as data. If the transmitter / receiver b determines that the command is a distance measurement command, it sends back a pulse train.
The transmitter / receiver a acquires synchronization by using a preamble. The transmitter / receiver b transmits the distance measurement preamble portion following the preamble portion, and at the same time stores the leading pulse transmission time Tbt1.
When the transmitter / receiver a receives m pulses of the distance measurement preamble portion following the preamble, the average reception time Tarav of the pulse train is calculated.
In the transmitter / receiver b, the data section sends the saved time data Tbrav and Tbt1. In the transmitter / receiver a, when the reception of this time data is completed, the average propagation time Tpav is obtained according to (11) as in the first embodiment, and the inter-device distance is obtained in (3).

図12により本実施例の、同期捕捉、受信時刻測定、データデコードについて説明する。
実施例1と同様に、入力信号を10MHzでサンプリングしてシフトレジスタ22に格納する。実施例1と同様に相関器(DMF)21で同期が捕捉されたならば、次に送られてくる距離測定用プリアンブル部のパルスの受信時刻を測定し、平均処理を行う。
同期が捕捉されると、PN系列回転レジスタ21dに入っているPN系列ビット列は、シフトレジスタ22にデータが入力されシフトすると同時にシフト回転される。
例えば、PN系列が5763・・・とすると、PN系列ビット列は、右から見て0000010000 0000000100 0000001000 0001000000・・・であるので、6bitシフト回転すると、右端から左端に回転して1が現れる。さらに、1bitシフト回転すると左端から2番目に1が現れる。
このタイミングで、時刻測定部23で測定されラッチ24にラッチされる受信時刻データが、時刻選択部26のラッチ26cによりラッチされる。
ラッチされたデータは、平均処理部28で積算され、m個積算されたならば、1/mして平均値データとなる。
The synchronization acquisition, reception time measurement, and data decoding of this embodiment will be described with reference to FIG.
As in the first embodiment, the input signal is sampled at 10 MHz and stored in the shift register 22. When synchronization is acquired by the correlator (DMF) 21 in the same manner as in the first embodiment, the reception time of the next pulse of the distance measurement preamble section is measured and averaged.
When the synchronization is captured, the PN sequence bit string stored in the PN sequence rotation register 21d is shifted in rotation as soon as data is input to the shift register 22 and shifted.
For example, if the PN sequence is 5763..., The PN sequence bit string is 00000100,000,000,100,000,000,000,000,000,000 as viewed from the right. Further, when 1-bit shift rotation is performed, 1 appears second from the left end.
At this timing, the reception time data measured by the time measuring unit 23 and latched in the latch 24 is latched by the latch 26c of the time selecting unit 26.
The latched data is integrated by the average processing unit 28. If m pieces are integrated, 1 / m is obtained as average value data.

ついで、データ部が受信される。PN系列回転レジスタ21dに入っているPN系列ビット列は、シフトレジスタ22と同時にシフト回転され、上述したように6bitシフト回転すると、右端から左端に回転して1が現れ、さらに、1bitシフト回転すると左端から2番目に1が現れる。
そこで、シフトレジスタの左端と左端から2番目とに1があるかどうかをTH/PPMデコード部27の論理積ゲート27c,27dで見る。そして、左端から2番目にあればデータ変調していないのでデータ0、左端にあればデータ変調されているのでデータ1と判断できる。この0/1のデータはデータレジスタ27bに格納される。
本実施例では、第1の実施例のような長大なシフトメモリが不要であるので回路が簡単になる。また、プリアンブル部の次に距離測定用プリアンブル部を送信し、最初のプリアンブル部で同期捕捉後、次の距離測定用プリアンブル部で時間測定しているのて、後述するデータ部で時間測定する場合のようにデータ変調による時間補正は不要になる。
The data part is then received. The PN sequence bit string stored in the PN sequence rotation register 21d is shifted and rotated simultaneously with the shift register 22. As described above, when the 6-bit shift rotation is performed, 1 appears from the right end to the left end, and when the 1-bit shift rotation is performed, the left end 1 appears second from.
Therefore, whether or not there is 1 at the left end and the second end from the left end of the shift register is checked by the AND gates 27c and 27d of the TH / PPM decoding unit 27. If it is the second from the left end, it is determined that the data is not modulated because it is data 0, and if it is located at the left end, it is determined that the data is modulated because it is data modulated. This 0/1 data is stored in the data register 27b.
In this embodiment, since a long shift memory as in the first embodiment is unnecessary, the circuit is simplified. Also, when the distance measurement preamble part is transmitted next to the preamble part, the synchronization is acquired by the first preamble part, and the time is measured by the next distance measurement preamble part. Thus, time correction by data modulation becomes unnecessary.

次に、第3の実施例の受信回路を図14に示す。
送受信機の全体構成、タップ付遅延回路、送受信データフォーマットは第1の実施例と同様である。第1の実施例と異なるのは、プリアンブル部でパルス受信時刻を測定せずに同期捕捉後、データ部でパルス受信時刻を測定することである。図15に距離測定の処理フローを示す。
送受信機aでプリアンブルデータを送信すると、送受信機bではプリアンブルで同期捕捉する。送受信機aではプリアンブルに続いてデータ部で、測距を行うコマンドをデータとして送ると同時に先頭パルス送信時刻Tat1を保存する。送受信機bでは、プリアンブルに続いてコマンドデータを受信すると同時にパルス列の平均受信時刻Tbravを計算する。このとき、前もってm個のパルスを受信したら平均値を求めるようにする。送受信機bでは測距コマンドと判断されれば、パルス列を送り返す。送受信機aではプリアンブルで同期捕捉する。送受信機bではプリアンブルに続いてデータ部の先頭パルス送信時刻Tbt1を保存すると同時に、データ部で、保存しておいた時刻データTbravとTbt1を送る。送受信機aではプリアンブルに続いて時刻データを受信すると同時に、m個のパルスを受信したらパルス列の平均受信時刻Taravを計算する。受信データが完了したら、第1の実施例と同様に、前記(11)式に従って平均伝搬時間Tpavを求め(3)式で装置間距離を求める。
Next, the receiving circuit of the third embodiment is shown in FIG.
The overall structure of the transceiver, the tapped delay circuit, and the transmission / reception data format are the same as in the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the pulse reception time is measured in the data portion after acquisition of synchronization without measuring the pulse reception time in the preamble portion. FIG. 15 shows a processing flow of distance measurement.
When the transmitter / receiver a transmits the preamble data, the transmitter / receiver b acquires the synchronization by the preamble. In the transmitter / receiver a, a command for distance measurement is sent as data in the data section following the preamble, and at the same time the leading pulse transmission time Tat1 is stored. The transceiver b receives the command data following the preamble and calculates the average reception time Tbrav of the pulse train at the same time. At this time, if m pulses are received in advance, an average value is obtained. If the transmitter / receiver b determines that the command is a distance measurement command, it sends back a pulse train. The transmitter / receiver a acquires synchronization by using a preamble. The transceiver b saves the head pulse transmission time Tbt1 of the data portion following the preamble, and simultaneously sends the saved time data Tbrav and Tbt1 in the data portion. The transceiver a receives time data following the preamble, and at the same time, receives m pulses and calculates an average reception time Tarav of the pulse train. When the received data is completed, as in the first embodiment, the average propagation time Tpav is obtained according to the equation (11), and the inter-device distance is obtained by the equation (3).

図14において、同期捕捉、受信時刻測定、データデコードを説明する。
実施例1と同様に、入力信号を10MHzでサンプリングしてシフトレジスタ22に格納する。この時、同期捕捉前は、受信時刻は保持されない。実施例1と同様に相関器(DMF)21で同期が捕捉されたならば、第2の実施例で説明したように、PN系列回転レジスタ21dに入っているPN系列ビット列は、シフトレジスタ22と同時にシフト回転される。
例えば、PN系列が5763・・・とすると、PN系列ビット列は、右から見て0000010000 0000000100 0000001000 0001000000・・・であるので、6bitシフト回転すると、右端から左端に回転して1が現れる。さらに、1bitシフト回転すると左端から2番目に1が現れる。
そこで、シフトレジスタ22の左端と左端から2番目とに1があるかどうかをTH/PPMデコード部27の論理積ゲート27c,27dで見て、左端から2番目にあればデータ変調していないのでデータ0、左端にあればデータ変調されているのでデータ1と判断できる。
In FIG. 14, synchronization acquisition, reception time measurement, and data decoding will be described.
As in the first embodiment, the input signal is sampled at 10 MHz and stored in the shift register 22. At this time, the reception time is not held before acquisition of synchronization. If synchronization is acquired by the correlator (DMF) 21 as in the first embodiment, as described in the second embodiment, the PN sequence bit string contained in the PN sequence rotation register 21d is the shift register 22 and At the same time, the rotation is shifted.
For example, if the PN sequence is 5763..., The PN sequence bit string is 00000100,000,000,100,000,000,000,000,000,000 as viewed from the right. Further, when 1-bit shift rotation is performed, 1 appears second from the left end.
Therefore, whether or not there is 1 at the left end and the second end from the left end of the shift register 22 is viewed from the AND gates 27c and 27d of the TH / PPM decoding unit 27, and if it is the second from the left end, data modulation is not performed. If data 0 is at the left end, it can be determined as data 1 since data modulation is performed.

この0/1のデータはデータレジスタ27bに格納される。さらに、このタイミングで時刻測定部23で測定され、ラッチ24にラッチされている受信時刻データがセレクトされる。
但し、デ―タ1の時にはデータ変調されてパルス位置が100nsずれているので、ラッチされているデータから100ns減算したデータをセレクトするようになっている。 すなわち、時刻選択部26に減算器26eを設けて、減算器26eでラッチされた時刻から100nsを減算し、上記論理積ゲート27c,27dの出力に応じてセレクタ26dで、ラッチされた時刻または減算器26eが出力する時刻をセレクトする。
セレクタされたデータは、平均処理部28で積算され、m個積算されたならば、1/mして平均値データとなる。
第3の実施例では、第1の実施例のような長大なシフトメモリが不要であるので回路が簡単になる。なお、第1の実施例と第3の実施例を融合させ、プリアンブル部とデータ部のパルスの両方を用いて平均化処理をしてもよい。
This 0/1 data is stored in the data register 27b. Further, the reception time data measured by the time measurement unit 23 at this timing and latched in the latch 24 is selected.
However, in the case of data 1, since the data is modulated and the pulse position is shifted by 100 ns, data obtained by subtracting 100 ns from the latched data is selected. That is, the time selector 26 is provided with a subtractor 26e, which subtracts 100 ns from the time latched by the subtractor 26e, and latched by the selector 26d or subtracted according to the outputs of the AND gates 27c and 27d. The time output by the device 26e is selected.
The selected data is integrated by the average processing unit 28, and if m pieces are integrated, 1 / m is obtained as average value data.
In the third embodiment, since a long shift memory as in the first embodiment is unnecessary, the circuit is simplified. Note that the first embodiment and the third embodiment may be merged, and averaging processing may be performed using both the preamble portion and the data portion pulses.

次に第4の実施例について説明する。送受信機の構成は前記実施例と同様であるが、平均処理の部分が変わる。
パルス列を受信する場合に、全てのパルスを正しく入力できるとは限らないため、この実施例では正しく入力できたパルスのみ用いて平均化する。
ここで、送信時の先頭パルス(基準パルス)とi番目のパルスとの時間間隔T1iは既知であり、タイムホッピングデータの基準パルス時間差は例えば図16に示すようになる。したがって図16 に示した表を参照することにより送信時の先頭パルスとi番目のパルスとの時間間隔T1iを求めることができる。
本実施例では、上記既知の送信時の先頭パルスとi番目のパルスとの時間間隔T1iを用いて、正しく入力できたパルスのみを抜き出し平均化する。
Next, a fourth embodiment will be described. The configuration of the transceiver is the same as that of the above embodiment, but the average processing part is changed.
When a pulse train is received, not all pulses can be correctly input. In this embodiment, only pulses that have been correctly input are averaged.
Here, the time interval T1i between the first pulse (reference pulse) and the i-th pulse at the time of transmission is known, and the reference pulse time difference of time hopping data is as shown in FIG. 16, for example. Accordingly, by referring to the table shown in FIG. 16, the time interval T1i between the first pulse and the i-th pulse at the time of transmission can be obtained.
In the present embodiment, only the pulses that have been correctly input are extracted and averaged using the known time interval T1i between the first pulse and the i-th pulse at the time of transmission.

本実施例においては上記既知のデータを用い以下のようにして平均化処理を行なう。
各受信パルスを先頭パルス位置に換算した時刻Tbr12、・・・、Tbr1mを、基準パルス時間差T12、・・・、T1mを用いて以下の(13)式のように定義する。
Tbr12=Tbr2−T12…(13)
・・・
Tbr1m=Tbrm−T1m
上記のように定義すると、T1i=Tati−Tat1なので、以下の(14)式のようになる。
Tbr1=tp11+to+Tat1…(14)
Tbr12=Tbr2−(Tat2−Tat1)=tp12+to+Tat1
・・・
Tbr1m=Tbrm−(Tatm−Tat1)=tp1m+to+Tat1
In the present embodiment, the averaging process is performed as follows using the known data.
Times Tbr12,..., Tbr1m obtained by converting each received pulse to the head pulse position are defined as the following expression (13) using the reference pulse time differences T12,.
Tbr12 = Tbr2-T12 (13)
...
Tbr1m = Tbrm−T1m
If defined as above, T1i = Tati−Tat1, and therefore, the following equation (14) is obtained.
Tbr1 = tp11 + to + Tat1 (14)
Tbr12 = Tbr2- (Tat2-Tat1) = tp12 + to + Tat1
...
Tbr1m = Tbrm− (Tatm−Tat1) = tp1m + to + Tat1

Tbr12、・・・、Tbr1mはTbr1とほぼ同じ値になるはずである。そこで、これらの値が大きくはずれていなければ正しくパルスが入力できていると判断できる。そこで、大きくはずれているTbr1xは除外してmb(<=m)個使用して平均化すれば、以下の(15)式となる。
Tbr1av=(Tbr1+Tbr12+・・・+Tbr1m)/mb…(15)
同様に、以下の(16)式のようになる。
Tar1=tp21−to+Tat1…(16)
Tar12=Tar2−(Tbt2−Tbt1)=tp22−to+Tbt1
・・・
Tar1m=Tarm−(Tbtm−Tbt1)=tp2m−to+Tbt1
Tar1av=(Tar1+Tar12+・・・+Tar1m)/ma
Tbr12,..., Tbr1m should be almost the same value as Tbr1. Therefore, if these values do not deviate greatly, it can be determined that a pulse is correctly input. Therefore, if br (<= m) of Tbr1x which is greatly deviated is used and averaged by using mb (<= m), the following equation (15) is obtained.
Tbr1av = (Tbr1 + Tbr12 +... + Tbr1m) / mb (15)
Similarly, the following equation (16) is obtained.
Tar1 = tp21−to + Tat1 (16)
Tar12 = Tar2- (Tbt2-Tbt1) = tp22-to + Tbt1
...
Tar1m = Tarm− (Tbtm−Tbt1) = tp2m−to + Tbt1
Tar1av = (Tar1 + Tar12 +... + Tar1m) / ma

以上の一部の平均値Tbr1av、Tar1avを用いて、前記(2)式においてTat→Tat1、Tbr→Tbr1av、Tbt→Tbt1、Tar→Tar1avとすれば以下の(17)式のようになる。
tp={(Tar1av−Tat1)−(Tbt1−Tbr1av)}/2…(17)
to={(Tbr1av+Tbt1)−(Tat1+Tar1av)}/2
すなわち、送受信機bから送受信機aには、Tbr1avとTbt1を送れば良いことになる。
Using the partial average values Tbr1av and Tar1av described above, the following equation (17) is obtained when Tat → Tat1, Tbr → Tbr1av, Tbt → Tbt1, and Tar → Tar1av in the above equation (2).
tp = {(Tar1av−Tat1) − (Tbt1−Tbr1av)} / 2 (17)
to = {(Tbr1av + Tbt1)-(Tat1 + Tar1av)} / 2
That is, Tbr1av and Tbt1 may be sent from the transceiver b to the transceiver a.

以上の平均値を求める処理フローを図17に示す。
図17において、まず、Tbr1をSumにいれ、iを2、nを1とする(ステップS1)。ついで、前記図16の表を参照して基準パルス時間差T1iを求め、Tbri−T1iをTbr1iとし、|Tbri−Tbr1|<εであるかを調べる(ステップS2,S3)。
|Tbri−Tbr1|<εでなければステップS5にいき、|Tbri−Tbr1|<εであれば、Sum+Tbr1iをSumとし、n+1をnとしステップS5にいく。 ステップS5でi+1をiとし、i>mであるかを調べる(ステップS6)。i>mでなければ、ステップS2に戻り、上記処理を繰り返し、i>mであれば、Sum/nをTbr1avとする(ステップS7)。
FIG. 17 shows a processing flow for obtaining the above average value.
In FIG. 17, first, Tbr1 is put into Sum, i is set to 2, and n is set to 1 (step S1). Next, the reference pulse time difference T1i is obtained with reference to the table of FIG. 16, Tbr-T1i is set to Tbr1i, and whether or not | Tbri-Tbr1 | <ε is checked (steps S2 and S3).
If | Tbri−Tbr1 | <ε, go to Step S5. If | Tbri−Tbr1 | <ε, Sum + Tbr1i is set to Sum, n + 1 is set to n, and the process goes to Step S5. In step S5, i + 1 is set to i, and it is checked whether i> m is satisfied (step S6). If i> m, the process returns to step S2, and the above process is repeated. If i> m, Sum / n is set to Tbr1av (step S7).

次に、第5の実施例について説明する。
送受信機で使用するタイマとして一般の水晶クロックを使用すると、数10ppmの誤差がある。
本発明では送受信機間でクロック同期をしないために、クロック誤差が問題となる場合がある。例えば、送受信機aからパルスを送信後、送受信機bがパルスを返信するまでに200μs時間がかかったとすると、20ppmタイマ誤差があると、4ns(=1.2m)の誤差が発生する。
すなわち、高精度に距離測定するためには上記クロックのずれによるスケール誤差の補正が必要であり、本実施例ではこのスケール誤差を以下のように補正している。
前もって、送受信機aからパルス列を時間間隔Tawで送信し、送受信機bが時間間隔Tbwで受信できたとすると送受信機bのタイマは送受信機aに比べてsc=Tbw/Tawのスケール誤差があることが分かる。
Next, a fifth embodiment will be described.
When a general crystal clock is used as a timer used in a transceiver, there is an error of several tens of ppm.
In the present invention, since clock synchronization is not performed between the transceivers, a clock error may be a problem. For example, if it takes 200 μs after transmitting a pulse from the transceiver a until the transceiver b returns the pulse, an error of 4 ns (= 1.2 m) occurs when there is a 20 ppm timer error.
That is, in order to measure the distance with high accuracy, it is necessary to correct the scale error due to the clock deviation. In this embodiment, the scale error is corrected as follows.
If the transmitter / receiver a transmits a pulse train at the time interval Taw in advance and the transmitter / receiver b can receive at the time interval Tbw, the timer of the transmitter / receiver b has a scale error of sc = Tbw / Taw compared to the transmitter / receiver a. I understand.

送受信機aの時間を基準とし、タイマのオフセットtoや伝搬遅延tpはタイマaで表現されているとすると、前記(1)式は以下の(18)式のように表現できる。
Tbr=sc{Tat+to+tp}…(18)
Tbt=sc{Tar+to−tp}
これをtp、toについて解けば、以下の(19)式となる。
tp={(Tar−Tat)−(Tbt−Tbr)/sc}/2…(19)
to={(Tbr/sc−Tat)+(Tbt/sc−Tar)}/2={(Tbr+Tbt)/sc−(Tat+Tar)}/2
(19)式を前記(2)式と比べてみれば、(1)式の送受信機bにおける時間Tbxを1/sc倍すれば良いことが分かる。
複数パルスで平均する場合には、前記(8)式、(11)式においてTbxx→Tbxx/scとすると、以下の(20)式となる。
tpav={(Tarav−Tatav)−(Tbtav−Tbrav)/sc}/2 ={(Tarav−Tat1−Tatst/m)−(Tbt1+Tbtst/m−Tbrav)/sc}/2…(20)
to={(Tbrav+Tbtav)/sc−(Tatav+Tarav)}/2
={(Tbrav+Tbt1+Tbtst/m)/sc−(Tat1+Tatst/m+Tarav)}/2
Assuming that the time of the transmitter / receiver a is used as a reference and the timer offset to and the propagation delay tp are expressed by the timer a, the equation (1) can be expressed as the following equation (18).
Tbr = sc {Tat + to + tp} (18)
Tbt = sc {Tar + to-tp}
If this is solved for tp and to, the following equation (19) is obtained.
tp = {(Tar−Tat) − (Tbt−Tbr) / sc} / 2 (19)
to = {(Tbr / sc-Tat) + (Tbt / sc-Tar)} / 2 = {(Tbr + Tbt) / sc- (Tat + Tar)} / 2
Comparing the equation (19) with the equation (2), it can be seen that the time Tbx in the transceiver b of the equation (1) should be multiplied by 1 / sc.
When averaging with a plurality of pulses, if Tbxx → Tbxx / sc in the above equations (8) and (11), the following equation (20) is obtained.
tpav = {(Tarav−Tatav) − (Tbtav−Tbrav) / sc} / 2 = {(Tarav−Tat1−Tattst / m) − (Tbt1 + Tbtst / m−Tbrav) / sc} / 2 (20)
to = {(Tbrav + Tbtav) / sc- (Tatav + Tarav)} / 2
= {(Tbrav + Tbt1 + Tbtst / m) / sc- (Tat1 + Tattst / m + Tarav)} / 2

すなわち、送受信機bから送受信機aには、クロック誤差を考えない場合と同様にパルス列の受信時刻の平均値Tbravと最初の送信パルス時刻Tbt1を送り、送受信機aで受信した値を1/scすれば良い。
但し、第4実施例のように全てのパルスが正しく入力できない場合に、スケール誤差が無視できない場合には、図17のフローにおいて、Tbr1iにはスケール誤差が入るため、Tbr1iを平均化してもTbr1の平均にはならない。
これは、Tbr1i=Tbti−T1iの計算で、iが大きくなって先頭パルスとの時間間隔が離れる程T1iとT1i/scの差が無視できなくなるからである。
Tbr1i=Tbri−T1i/scとして計算すれば正しく計算できるが、scの計算を毎回送受信機bで行う必要があるが、scは1に近いため、桁落ちしないようにbit長を長くした固定小数点演算や浮動小数点演算が必要となり、回路規模が大きくなる。
That is, the average value Tbrav of the reception time of the pulse train and the first transmission pulse time Tbt1 are sent from the transmitter / receiver b to the transmitter / receiver a in the same manner as when no clock error is considered, and the value received by the transmitter / receiver a is 1 / sc Just do it.
However, if all the pulses cannot be correctly input as in the fourth embodiment and the scale error cannot be ignored, the scale error is included in Tbr1i in the flow of FIG. 17, so that even if Tbr1i is averaged, Tbr1 It is not the average of
This is because in the calculation of Tbr1i = Tbti−T1i, the difference between T1i and T1i / sc cannot be ignored as i increases and the time interval from the first pulse increases.
Although it is possible to calculate correctly by calculating as Tbr1i = Tbri−T1i / sc, it is necessary to calculate sc by the transmitter / receiver b every time. However, since sc is close to 1, a fixed point with a long bit length so as not to drop digits. Arithmetic and floating point operations are required, which increases the circuit scale.

そこで、Tbriが正しいかどうかの判定を先頭の基準パルスとの差では無く、誤差の無視できる直前パルスとの差で行うようにする。
既知局bでの各受信パルスの間隔は既知局aでの送信パルス間隔にほぼ等しくscもほぼ1に近いため以下の(21)式が成り立つ。
Tbri−Tbri-1≒sc(Tati−Tati-1)≒Tati−Tati-1
…(21)
したがって、Tdi=Tati−Tati-1と定義すると以下の(22)式でi番目のパルスが正しいパルスかどうか判定できる。
Tbrdlti=|(Tbri−Tbrpi-1)−Tdi|<ε…(22)
なお、上記Tdiは前もって計算し表に入れておけば良く、タイムホッピングデータの各パルス間隔は例えば図18に示すようになる。したがって図18に示した表を参照することにより求めることができる。
さらに、受信パルスが正しくなければ、平均処理に使うための仮パルス到達時刻としてTbrpi=Tbri-1+Tdiを使い、パルス到着時間の疑似平均値を以下の(23)式のようにする。
Tbrpav=(Tbr1+Tbrp2+ ・・・+Tbrpm)/m…(23)
同様に送受信機aについても以下(24)式のようになる。
Tardlti=|(Tari−Tarpi-1)−Tdi|…(24)
Tarpi=Tari−1+Tdi if(Tbrdlti>=ε)
Tarpi=Tari if(Tbrdlti<ε)
Tarpav=(Tar1+Tarp2+ ・・・+Tarpm)/m
Therefore, it is determined whether Tbri is correct based on the difference from the immediately preceding pulse where the error can be ignored, not the difference from the leading reference pulse.
Since the interval between the reception pulses at the known station b is almost equal to the transmission pulse interval at the known station a and sc is nearly 1, the following equation (21) holds.
Tbri−Tbri −1 ≈sc (Tati−Tati −1 ) ≈Tati−Tati −1
... (21)
Therefore, if defined as Tdi = Tati−Tati− 1 , it can be determined whether or not the i-th pulse is a correct pulse by the following equation (22).
Tbrdlti = | (Tbri−Tbrpi −1 ) −Tdi | <ε (22)
The Tdi may be calculated in advance and entered in a table, and each pulse interval of the time hopping data is as shown in FIG. Therefore, it can be obtained by referring to the table shown in FIG.
Furthermore, if the received pulse is not correct, Tbrpi = Tbr -1 + Tdi is used as the provisional pulse arrival time for use in the averaging process, and the pseudo average value of the pulse arrival time is expressed by the following equation (23).
Tbrpav = (Tbr1 + Tbrp2 +... + Tbrpm) / m (23)
Similarly, the transmitter / receiver a is expressed by the following equation (24).
Tardlti = | (Tari−Tapi −1 ) −Tdi | (24)
Tarpi = Tari-1 + Tdi if (Tbrdlti> = ε)
Tarpi = Tari if (Tbrdlti <ε)
Tarpav = (Tar1 + Tarp2 + ... + Tarpm) / m

これらの疑似平均値を用いて前記(20)式を変形すると以下の(25)式のようになる。
tpav={(Tarpav−Tat1−Tatst/m)−(Tbt1+Tbtst/m−Tbrpav)/sc}/2 …(25)
to={(Tbrpav+Tbt1+Tbtst/m)/sc−(Tat1+Tatst/m+Tarpav)}/2
送受信機bから送受信機aには、疑似平均値TbrpavとTbt1を送れば良い。
この計算方式の特徴は、パルスが正しくない時、そのパルスを使用しないで平均値を求めてしまうと、(8)式でtp1avが正しく求まらなくなってしまうため、前回の受信パルスから擬似的に正しいと思われるパルスを生成することである。
この時、前回のパルスから生成するため、桁落ちの発生しやすいsc計算をしなくても、パルス間隔が短いため誤差が無視できる。すなわち、パルスが正しいかどうかも含めて送受信機bでは桁落ちの発生しやすいscの計算をしなくて済む。
送受信機aとしてPC(パソコン)のような計算資源が豊富な機器とし、送受信機bとして周辺機器やタグのような計算資源が乏しい機器とすると、送受信機bでは小数点の乗算や除算を行わずに加減算のみで実行可能であるため、送受信機bの回路が簡単となる。
When the equation (20) is modified using these pseudo average values, the following equation (25) is obtained.
tpav = {(Tarpav−Tat1−Tatst / m) − (Tbt1 + Tbtst / m−Tbrpav) / sc} / 2 (25)
to = {(Tbrpav + Tbt1 + Tbtst / m) / sc- (Tat1 + Tastst / m + Tarpav)} / 2
The pseudo average values Tbrpav and Tbt1 may be sent from the transceiver b to the transceiver a.
The feature of this calculation method is that if the average value is obtained without using the pulse when the pulse is not correct, tp1av cannot be obtained correctly with the equation (8), so that it is a pseudo value from the previous received pulse. To generate a pulse that seems to be correct.
At this time, since the pulse is generated from the previous pulse, the error can be ignored because the pulse interval is short without performing sc calculation that is likely to cause a digit loss. That is, it is not necessary to calculate sc, which is likely to cause a digit loss, in the transceiver b including whether the pulse is correct.
If the transceiver a is a device with abundant computing resources such as a PC (personal computer), and the transceiver b is a device with few computing resources such as peripheral devices and tags, the transceiver b does not perform multiplication or division of decimal points. Therefore, the circuit of the transceiver b can be simplified.

以上をフローチャートで示すと図19のようになる。
Tbr1をSumに入れ、Tbrp1をTbr1とし、iを2とする(ステップS1)。次に前記図18に示す表を参照してTdiを求め、|(Tbri−Tbrpi-1)−Tdi|をTbrdltiとする(ステップS2)。
ついで、Tbrdlti<εであるかを調べ(ステップS3)、Tbrdlti<εであれば、TbrpiをTbriとして(ステップS4)、ステップS5に行く。また、Tbrdlti<εでなければ、Tbrpi-1+TdiをTbrpiとして(ステップS8)、ステップS5に行く。
ステップS5で、Sum+TbrpiをSumとし、また、i+1をiとする。そして、i>mであれば、ステップS2に戻り、そうでなければSum/mをTbrpavとする(ステップS6,S7)。
This is shown in a flowchart in FIG.
Tbr1 is put into Sum, Tbrp1 is set to Tbr1, and i is set to 2 (step S1). Next, Tdi is obtained with reference to the table shown in FIG. 18, and | (Tbri-Tbrpi -1 ) -Tdi | is set to Tbrdlti (step S2).
Next, it is checked whether Tbrdlti <ε (step S3). If Tbrdlti <ε, Tbrpi is set to Tbri (step S4), and the process goes to step S5. If Tbrdlti <ε, Tbrpi −1 + Tdi is set as Tbrpi (step S8), and the process goes to step S5.
In step S5, Sum + Tbrpi is set to Sum, and i + 1 is set to i. If i> m, the process returns to step S2, otherwise Sum / m is set to Tbrpav (steps S6 and S7).

以上は、2台の装置間の距離計測を高分解能化する方法として説明したが、これを応用して、図20に示すように、位置が既知の送受信機A1、A2、A3に対して、位置が未知の送受信機Mにおいて、M−A1間距離L1、M−A2間距離L2、M−A3間距離L3を高分解能で測定すれば、以下の連立方程式を解くことで送受信機Mの位置を高分解能に測定できる。
(x−xi)2 +(y−yi)2 +(z−zi)2 =Li2
さらに、本発明は、双方向の電波の送受のみで無く、図21(a)(b)に示すようなGPS型や逆GPS型のように単方向の電波による位置測定にも応用可能である。
例えば、図21(a)に示す逆GPS型では、インパルス電波を送信する位置が未知の送信機Mと、インパルス電波を受信する位置が既知の受信機A1、A2、A3、A4において、電波の到着時間差TDOA(Time Difference of Arrival)によって以下の連立方程式を解くことで送信機Mの位置が求まる。
√{(x−xi)2 +(y−yi)2 +(z−zi)2 }−√{(x−xj)2 +(y−yj)2 +(z−zj)2 }=c(ti−tj)
ここで、ti,tjはパルスの到達時間で、図21(a)においてはti=t1〜t4、tj=t1〜tj(i≠j)。
The above has been described as a method for increasing the resolution of the distance measurement between two devices. As shown in FIG. 20, for a transmitter / receiver A1, A2, A3 whose positions are known, In the transmitter / receiver M whose position is unknown, if the M-A1 distance L1, the M-A2 distance L2, and the M-A3 distance L3 are measured with high resolution, the position of the transmitter / receiver M is solved by solving the following simultaneous equations: Can be measured with high resolution.
(X−xi) 2 + (y−yi) 2 + (z−zi) 2 = Li 2
Furthermore, the present invention can be applied not only to transmission / reception of bidirectional radio waves, but also to position measurement using unidirectional radio waves such as the GPS type and the reverse GPS type as shown in FIGS. .
For example, in the reverse GPS type shown in FIG. 21A, in the transmitter M whose position for transmitting the impulse radio wave is unknown and in the receivers A1, A2, A3, and A4 where the position for receiving the impulse radio wave is known, The position of the transmitter M can be obtained by solving the following simultaneous equations based on the arrival time difference TDOA (Time Difference of Arrival).
√ {(x−xi) 2 + (y−yi) 2 + (z−zi) 2 } −√ {(x−xj) 2 + (y−yj) 2 + (z−zj) 2 } = c ( ti-tj)
Here, ti and tj are pulse arrival times, and ti = t1 to t4 and tj = t1 to tj (i ≠ j) in FIG.

その際、受信機A1〜A4において、各パルス列の受信時刻を本発明により平均化することで高分解能で時間差が求められ、それによって、高分解能に位置が求められる。また、GPS型についても同様に、受信機Mにおいて各パルス列の受信時刻を平均化することで高分解能に時間差が求まるため、高分解能に位置が求まる。
なお、以上の説明では、データ変調はパルス位置変調PPMで説明したが、パルス有無変調OOK(On−Off−Keying)でも同様に機能する。
さらに、以上の説明では電波を使うものとして説明しているが、可視光やその他の光を用いて距離測定を行う場合でも同様に応用できる。
At that time, in the receivers A1 to A4, the time difference is obtained with high resolution by averaging the reception time of each pulse train according to the present invention, and thereby the position is obtained with high resolution. Similarly, for the GPS type, the receiver M averages the reception time of each pulse train, so that the time difference is obtained with high resolution. Therefore, the position is obtained with high resolution.
In the above description, the data modulation has been described by the pulse position modulation PPM. However, the pulse presence / absence modulation OOK (On-Off-Keying) functions similarly.
Furthermore, in the above description, it is described that radio waves are used. However, the present invention can be similarly applied to the case where distance measurement is performed using visible light or other light.

(付記1) 疑似ランダム雑音符号に応じて生成された電磁波パルス列を送信するパルス送信機と、電磁波パルス列を受信する受信機と、パルス送信から受信までの電磁波の伝搬時間から送信機と受信機との距離、あるいは、相対位置を測定する装置であって、
受信するパルスごとに受信時刻を測定する受信時刻測定部と、PN符号に応じて有効なパルスの受信時刻を選択する時刻選択部と、選択した受信時刻を平均化する時刻平均処理部とを有し、平均化された受信時刻に基づき距離を算出する
ことを特徴とする距離測定装置。
(付記2) 受信時刻測定部は、受信機のクロックに同期して動作するタイマによる粗測定部と、受信したパルスとクロックとの差を測定する精密測定部と、粗測定部と精密測定部により測定された値から受信時刻を計算する時刻計算部を有し、
平均処理部は、計算された受信時刻を用いて平均する
ことを特徴とする付記1の距離測定装置。
(付記3) 送信機のクロックと受信機のクロックの差から時間スケールを求め、時間スケールにより受信時刻を補正する
ことを特徴とする付記1または付記2の距離測定装置。
(付記4) 精密測定部が、タップ付遅延回路により構成される
ことを特徴とする付記2または付記3の距離測定装置。
(付記5) 各タップの遅延量から精密遅延量を受信時刻に変換する表を有し、上記受信時刻測定部は、上記表を参照して、上記タップ付遅延回路により求めた各タップの遅延量から受信時刻を求めることを特徴とする付記4の距離測定装置。
(付記6) 上記受信時刻測定部は、送信パルス列の中でデータ変調していないプリアンブル部のパルス列を用いて受信時刻を測定する
ことを特徴とする付記1,2,3,4または付記5の距離測定装置。
(付記7) 上記受信時刻測定部は、プリアンブル部のパルス列の次に送られてくるデータ変調していない距離測定用のパルス列を用いて受信時刻を測定する
ことを特徴とする付記1,2,3,4または付記5の距離測定装置。
(付記8) 上記受信時刻測定部は、パルス位置変調しているデータ部のパルス列を用い、復調データに基づき受信時刻を補正して受信時刻を測定する
ことを特徴とする付記1,2,3,4または付記5の距離測定装置。
(付記9) PN符号の基準となるパルスと各パルスとの時間差を格納する表を有し、 上記受信時刻測定部は、各パルスの受信時刻から表中の時間差を減じることで各パルスの受信時刻を基準パルスの受信時刻に換算し、
上記時刻平均処理部は基準パルス受信時刻と換算した時刻とを比較し、その差が大きいものは平均処理から除外する
ことを特徴とする付記1,2,3,4,5,6,7または付記8の距離測定装置。
(付記10) PN符号のパルス間隔を格納する表を有し、
上記時刻平均処理部は、各パルスの受信時刻と前回の有効受信時刻の差から表中の時間差を減じたもの絶対値が基準値以下であれば、受信時刻を有効とし、基準値以上であれば前回の有効受信時刻に表中の時間差を加えた値を有効受信時刻とし、有効受信時刻から平均値を求める
ことを特徴とする付記1,2,3,4,5,6,7または付記8の距離測定装置。
(Supplementary note 1) A pulse transmitter that transmits an electromagnetic pulse train generated according to a pseudo-random noise code, a receiver that receives an electromagnetic pulse train, and a transmitter and a receiver based on the propagation time of electromagnetic waves from pulse transmission to reception A device for measuring the distance or relative position of
A reception time measurement unit that measures the reception time for each received pulse, a time selection unit that selects a valid pulse reception time according to the PN code, and a time average processing unit that averages the selected reception times. And calculating the distance based on the averaged reception time.
(Supplementary Note 2) The reception time measurement unit includes a coarse measurement unit using a timer that operates in synchronization with the clock of the receiver, a precision measurement unit that measures a difference between the received pulse and the clock, a coarse measurement unit, and a precision measurement unit. A time calculation unit for calculating the reception time from the value measured by
The distance measuring apparatus according to appendix 1, wherein the averaging processing unit performs averaging using the calculated reception time.
(Supplementary note 3) The distance measuring device according to supplementary note 1 or supplementary note 2, wherein a time scale is obtained from a difference between a transmitter clock and a receiver clock, and the reception time is corrected by the time scale.
(Supplementary note 4) The distance measuring device according to supplementary note 2 or supplementary note 3, wherein the precision measuring unit is configured by a tapped delay circuit.
(Additional remark 5) It has the table | surface which converts the precise delay amount into the reception time from the delay amount of each tap, The said reception time measurement part refers to the said table, The delay of each tap calculated | required by the said delay circuit with a tap The distance measuring device according to appendix 4, wherein the reception time is obtained from the quantity.
(Additional remark 6) The said reception time measurement part measures reception time using the pulse sequence of the preamble part which is not data-modulated in a transmission pulse train, Additional remark 1, 2, 3, 4 or Additional remark 5 Distance measuring device.
(Additional remark 7) The said reception time measurement part measures reception time using the pulse train for distance measurement which is sent after the pulse train of a preamble part and is not data-modulated, The additional notes 1, 2, The distance measuring device according to 3, 4 or appendix 5.
(Additional remark 8) The said reception time measurement part correct | amends reception time based on demodulation data using the pulse train of the data part which carried out the pulse position modulation, and measures reception time, It is characterized by the above-mentioned. , 4 or appendix 5 distance measuring device.
(Additional remark 9) It has the table | surface which stores the time difference of each pulse and the pulse used as the reference | standard of PN code | symbol, The said reception time measurement part receives each pulse by subtracting the time difference in a table | surface from the reception time of each pulse. Convert the time to the reference pulse reception time,
The time average processing unit compares the reference pulse reception time with the converted time, and those having a large difference are excluded from the average processing. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 The distance measuring device according to appendix 8.
(Supplementary note 10) It has a table for storing the pulse interval of the PN code,
If the absolute value of the difference between the reception time of each pulse and the previous effective reception time minus the time difference in the table is equal to or less than the reference value, the time averaging processing unit validates the reception time and must be greater than or equal to the reference value. For example, the value obtained by adding the time difference in the table to the previous effective reception time is set as the effective reception time, and the average value is obtained from the effective reception time. 8. Distance measuring device.

本発明の受信機の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the receiver of this invention. 本発明の実施例の距離測定装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the distance measuring apparatus of the Example of this invention. 1個のパルスを使って距離測定する場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where distance measurement is carried out using one pulse. 複数パルスを使用し、平均処理を行なって距離測定する場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where a distance measurement is performed by using a plurality of pulses and performing an averaging process. 本発明の第1の実施例の受信回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the receiving circuit of 1st Example of this invention. タップ付き遅延回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the delay circuit with a tap. 受信時刻測定部の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of a reception time measurement part. 精密測定値コンコード表(1)を示す図である。It is a figure which shows a precise measurement value concord table (1). 精密測定値コンコード表(2)を示す図である。It is a figure which shows a precision measured value concord table | surface (2). 送信データフォーマットを示す図である。It is a figure which shows a transmission data format. 第1の実施例の受信回路による距離測定の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the distance measurement by the receiving circuit of a 1st Example. 本発明の第2の実施例の受信回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the receiving circuit of the 2nd Example of this invention. 第2の実施例の受信回路による距離測定の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the distance measurement by the receiving circuit of a 2nd Example. 本発明の第3の実施例の受信回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the receiving circuit of the 3rd Example of this invention. 第3の実施例の受信回路による距離測定の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the distance measurement by the receiver circuit of a 3rd Example. タイムホッピングデータの基準パルス時間差の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reference pulse time difference of time hopping data. 第4の実施例の平均値を求める処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow which calculates | requires the average value of a 4th Example. タイムホッピングデータのパルス間隔の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pulse interval of time hopping data. 第5の実施例の平均値を求める処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow which calculates | requires the average value of a 5th Example. 距離計測を利用した位置測定例(1)を示す図である。It is a figure which shows the position measurement example (1) using distance measurement. 距離計測を利用した位置測定例(2)を示す図である。It is a figure which shows the position measurement example (2) using distance measurement. パルス到達時間から距離測定をする場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where distance measurement is carried out from pulse arrival time.

符号の説明Explanation of symbols

1 パルス検出器
2 PN符号発生部
3 受信時刻測定部
4 時刻選択部
5 時刻平均処理部
6 同期部
11 拡散データ変調部
12,15 パルス発生器
13 送信手段
14 受信手段
16 逆拡散/データ復調部
17 受信時刻測定部
18 マイコン
20 パルス検出器
21 相関器(DMF)
22 シフトレジスタ
23 受信時刻測定部
24 ラッチ
25 シフトメモリ
26 時刻選択部
27 TH/PPMデコード部
28 平均処理部


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulse detector 2 PN code generation part 3 Reception time measurement part 4 Time selection part 5 Time average process part 6 Synchronization part 11 Spread data modulation part 12, 15 Pulse generator 13 Transmission means 14 Reception means 16 Despreading / data demodulation part 17 Reception Time Measurement Unit 18 Microcomputer 20 Pulse Detector 21 Correlator (DMF)
22 Shift register 23 Reception time measurement unit 24 Latch 25 Shift memory 26 Time selection unit 27 TH / PPM decoding unit 28 Average processing unit


Claims (5)

疑似ランダム雑音符号に応じて生成された電磁波パルス列を送信するパルス送信機と、電磁波パルス列を受信する受信機と、パルス送信から受信までの電磁波の伝搬時間から送信機と受信機との距離、あるいは、相対位置を測定する装置であって、
受信するパルスごとに受信時刻を測定する受信時刻測定部と、PN符号に応じて有効なパルスの受信時刻を選択する時刻選択部と、選択した受信時刻を平均化する時刻平均処理部とを有し、平均化された受信時刻に基づき距離を算出する
ことを特徴とする距離測定装置。
A pulse transmitter that transmits an electromagnetic pulse train generated according to a pseudo-random noise code, a receiver that receives the electromagnetic pulse train, and the distance between the transmitter and the receiver from the propagation time of the electromagnetic waves from pulse transmission to reception, or A device for measuring the relative position,
A reception time measurement unit that measures the reception time for each received pulse, a time selection unit that selects a valid pulse reception time according to the PN code, and a time average processing unit that averages the selected reception times. And calculating the distance based on the averaged reception time.
受信時刻測定部は、受信機のクロックに同期して動作するタイマによる粗測定部と、受信したパルスとクロックとの差を測定する精密測定部と、粗測定部と精密測定部により測定された値から受信時刻を計算する時刻計算部を有し、
平均処理部は、計算された受信時刻を用いて平均する
ことを特徴とする請求項1の距離測定装置。
The reception time measurement unit was measured by a coarse measurement unit using a timer that operates in synchronization with the clock of the receiver, a precision measurement unit that measures the difference between the received pulse and the clock, and a coarse measurement unit and a precision measurement unit. It has a time calculation unit that calculates the reception time from the value,
The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the averaging processing unit performs averaging using the calculated reception time.
送信機のクロックと受信機のクロックの差から時間スケールを求め、時間スケールにより受信時刻を補正する
ことを特徴とする請求項1または請求項2の距離測定装置。
3. The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein a time scale is obtained from a difference between a transmitter clock and a receiver clock, and the reception time is corrected by the time scale.
PN符号の基準となるパルスと各パルスとの時間差を格納する表を有し、 上記受信時刻測定部は、各パルスの受信時刻から表中の時間差を減じることで各パルスの受信時刻を基準パルスの受信時刻に換算し、
上記時刻平均処理部は基準パルス受信時刻と換算した時刻とを比較し、その差が大きいものは平均処理から除外する
ことを特徴とする請求項1,2または請求項3の距離測定装置。
It has a table that stores the time difference between each pulse and the pulse that becomes the reference of the PN code, and the reception time measurement unit subtracts the time difference in the table from the reception time of each pulse to determine the reception time of each pulse as a reference pulse. Converted to
4. The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the time average processing unit compares the reference pulse reception time with the converted time, and excludes those having a large difference from the average processing.
PN符号のパルス間隔を格納する表を有し、
上記時刻平均処理部は、各パルスの受信時刻と前回の有効受信時刻の差から表中の時間差を減じたものの絶対値が基準値以下であれば、受信時刻を有効とし、基準値以上であれば前回の有効受信時刻に表中の時間差を加えた値を有効受信時刻とし、有効受信時刻から平均値を求める
ことを特徴とする請求項1,2,3または請求項4の距離測定装置。










A table storing pulse intervals of PN codes;
If the absolute value of the difference between the reception time of each pulse and the previous effective reception time minus the time difference in the table is equal to or less than the reference value, the time averaging processing unit validates the reception time and must be greater than or equal to the reference value. 5. The distance measuring device according to claim 1, wherein a value obtained by adding a time difference in the table to a previous effective reception time is used as an effective reception time, and an average value is obtained from the effective reception time.










JP2005138107A 2005-05-11 2005-05-11 Distance measuring instrument Withdrawn JP2006317213A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005138107A JP2006317213A (en) 2005-05-11 2005-05-11 Distance measuring instrument

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005138107A JP2006317213A (en) 2005-05-11 2005-05-11 Distance measuring instrument

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006317213A true JP2006317213A (en) 2006-11-24

Family

ID=37538028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005138107A Withdrawn JP2006317213A (en) 2005-05-11 2005-05-11 Distance measuring instrument

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006317213A (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007212420A (en) * 2006-02-13 2007-08-23 National Institute Of Information & Communication Technology Distance measuring system
JP2008286782A (en) * 2007-05-16 2008-11-27 Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc Method for reducing error in bidirectional ranging between two transceivers caused by clock frequency offset
JP2011130404A (en) * 2009-12-15 2011-06-30 Korea Electrotechnology Research Inst Apparatus and method for detecting impulse signal and impulse signal sequence
CN102136759A (en) * 2011-01-10 2011-07-27 苏州工业园区金禾电气设备有限公司 All-direction monitoring and management method for switching operation or equipment routing inspection and examine and system
RU2464612C1 (en) * 2011-04-14 2012-10-20 Юрий Геннадьевич Абрамов Method for recirculation-nonius time-to-digital conversion
JP2013510307A (en) * 2009-11-06 2013-03-21 ローズマウント インコーポレイテッド Location detection in wireless networks
RU2494429C1 (en) * 2012-03-29 2013-09-27 Юрий Геннадьевич Абрамов Recirculating conversion method of single time intervals of nanosecond duration to digital code
RU2494430C1 (en) * 2012-04-03 2013-09-27 Юрий Геннадьевич Абрамов Method for recirculating-vernier time-code conversion
JP2014514534A (en) * 2011-03-11 2014-06-19 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 Fine time assistant for global navigation satellite system
JP2015534640A (en) * 2012-09-19 2015-12-03 キャタピラー インコーポレイテッドCaterpillar Incorporated Positioning system using radio frequency signals
WO2019049480A1 (en) * 2017-09-08 2019-03-14 オムロン株式会社 Sensor device and measurement method
CN110068813A (en) * 2018-01-22 2019-07-30 三星电子株式会社 Method and apparatus for using radar to determine the distance away from object
JP2021504676A (en) * 2017-11-22 2021-02-15 ニダ テック スウェーデン エービー How to determine the distance between two nodes

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007094266A1 (en) * 2006-02-13 2007-08-23 National Institute Of Information And Communications Technology Distance measuring system
US8279111B2 (en) 2006-02-13 2012-10-02 National Institute Of Information And Communications Technology Distance measuring system
JP2007212420A (en) * 2006-02-13 2007-08-23 National Institute Of Information & Communication Technology Distance measuring system
JP2008286782A (en) * 2007-05-16 2008-11-27 Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc Method for reducing error in bidirectional ranging between two transceivers caused by clock frequency offset
JP2013510307A (en) * 2009-11-06 2013-03-21 ローズマウント インコーポレイテッド Location detection in wireless networks
JP2011130404A (en) * 2009-12-15 2011-06-30 Korea Electrotechnology Research Inst Apparatus and method for detecting impulse signal and impulse signal sequence
CN102136759A (en) * 2011-01-10 2011-07-27 苏州工业园区金禾电气设备有限公司 All-direction monitoring and management method for switching operation or equipment routing inspection and examine and system
JP2014514534A (en) * 2011-03-11 2014-06-19 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 Fine time assistant for global navigation satellite system
RU2464612C1 (en) * 2011-04-14 2012-10-20 Юрий Геннадьевич Абрамов Method for recirculation-nonius time-to-digital conversion
RU2494429C1 (en) * 2012-03-29 2013-09-27 Юрий Геннадьевич Абрамов Recirculating conversion method of single time intervals of nanosecond duration to digital code
RU2494430C1 (en) * 2012-04-03 2013-09-27 Юрий Геннадьевич Абрамов Method for recirculating-vernier time-code conversion
JP2015534640A (en) * 2012-09-19 2015-12-03 キャタピラー インコーポレイテッドCaterpillar Incorporated Positioning system using radio frequency signals
WO2019049480A1 (en) * 2017-09-08 2019-03-14 オムロン株式会社 Sensor device and measurement method
JP2019049430A (en) * 2017-09-08 2019-03-28 オムロン株式会社 Sensor device and measurement method
US11506787B2 (en) 2017-09-08 2022-11-22 Omron Corporation Sensor device and measurement method
JP2021504676A (en) * 2017-11-22 2021-02-15 ニダ テック スウェーデン エービー How to determine the distance between two nodes
CN110068813A (en) * 2018-01-22 2019-07-30 三星电子株式会社 Method and apparatus for using radar to determine the distance away from object
JP2019128347A (en) * 2018-01-22 2019-08-01 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Method and device for determining distance to object using radar
JP7231390B2 (en) 2018-01-22 2023-03-01 三星電子株式会社 OBJECT DISTANCE DETERMINATION METHOD AND DEVICE USING RADAR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006317213A (en) Distance measuring instrument
US20180231649A1 (en) Systems and methods of wireless position tracking
FI112893B (en) Method in receiver and receiver
US7868815B2 (en) Wireless distance measurement system and wireless distance measurement method
KR20010034174A (en) Receiver of pseudo-noise signals of satellite radio navigational systems
JP2009532958A (en) Information transmission method and system
JPH02103487A (en) Cps receiver
CN101952736A (en) Multipath detection for received SPS signal
CN103297218B (en) Ranging data processing method under incoherent Instrumentation system
US10018731B2 (en) Processor for a radio receiver
US20120268141A1 (en) Method and arrangement for measuring the signal delay between a transmitter and a receiver
CN106918822B (en) Calculate the GNSS receiver of the non-fuzzy discriminator for parsing subcarrier tracking fuzziness
KR100713661B1 (en) A receiver for a spread spectrum system
US9246537B2 (en) Method for determining the arrival time of a UWB pulse and corresponding receiver
CN1690726B (en) Down-scaling apparatus and method, GPS synchronization acquisition method, and GPS receiver
JP4092317B2 (en) Satellite positioning method and satellite positioning system
US8054863B2 (en) Ranging system and method
US9178561B2 (en) Method and apparatus for correlating signals received from a navigation satellite system
US8750346B2 (en) Method for integrating signals transmitted from a transmitter to at least one ultra wide band (UWB) receiver as well as device for the implementation of the method
JP4553634B2 (en) Distance measuring device and distance measuring method
RU2326401C2 (en) Method of signal detection
RU2695537C1 (en) Method of processing signals of space radio navigation systems
JP4738059B2 (en) Pulse radar equipment
JP2005033326A (en) Time synchronization system and transmission apparatus
JPH05100007A (en) Diffusion symbol capturing circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080805