JP2011211346A - Ultra-wideband wireless communication ranging device, ranging method, and time interval detection device - Google Patents

Ultra-wideband wireless communication ranging device, ranging method, and time interval detection device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve ranging distance resolution without using a high-speed sampling signal.SOLUTION: The ultra-wideband wireless communication ranging device includes: a main counter 163 which is cleared at a first time, and counts up using a clock signal and stops it at a second time by obtaining the first time (Tr) at which a spectrum diffusion modulation signal is transmitted to the space in a reception system, and obtaining the second time (Ds) from a synchronization point of the spectrum diffusion modulation signal; and a sub-counter 162 which obtains k 1-bit signals by being latched at least at the second time and is supplied with clocks from a clock phase shifter 164.

Description

本発明は、超広帯域無線通信を用いた超広帯域無線通信測距装置、超広帯域無線通信を用いた測距方法、超広帯域無線通信測距装置に用いるに好適なる時間間隔検出装置に関するものである。   The present invention relates to an ultra-wideband wireless communication ranging device using ultra-wideband wireless communication, a ranging method using ultra-wideband wireless communication, and a time interval detection device suitable for use in an ultra-wideband wireless communication ranging device. .

スペクトラム拡散変調信号による無線通信(より広くは、超広帯域無線通信)を用いて、距離を測定する測距技術が提案されている。例えば、非特許文献1には、スペクトラム拡散変調信号を用いる無線通信は、電波伝搬に要する時間を正確に算出できることから、測距に用いることができることが記載されている。特許文献1には、スペクトラム拡散のためにPN符号を用い、測距データを検出するに際しては、高速なサンプリング信号でサンプリングして差分信号を得て検出することが記載されている。特許文献2には、自局から他局へ第1のスペクトラム拡散変調信号を送信し、他局ではこの第1のスペクトラム拡散変調信号を受信した時刻と第2のスペクトラム拡散変調信号を送信した時刻との差の時間を、この第2のスペクトラム拡散変調信号に含ませて、自局は、この第2のスペクトラム拡散変調信号を受信して、自局と他局との距離を測定する技術が記載されている。特許文献3には、測距の精度をより高めるために、チャープ方式を用いる技術が記載されている。   A distance measurement technique for measuring a distance using wireless communication (more broadly, ultra-wideband wireless communication) using a spread spectrum modulation signal has been proposed. For example, Non-Patent Document 1 describes that wireless communication using a spread spectrum modulation signal can be used for distance measurement because the time required for radio wave propagation can be accurately calculated. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260260 describes that when a PN code is used for spectrum spreading and distance measurement data is detected, sampling is performed using a high-speed sampling signal to obtain a differential signal. In Patent Document 2, a first spread spectrum modulation signal is transmitted from the own station to another station, and the time at which the other station receives the first spread spectrum modulation signal and the time at which the second spread spectrum modulation signal is transmitted. The time when the local station receives this second spread spectrum modulation signal and measures the distance between the local station and another station is included in the second spread spectrum modulation signal. Are listed. Patent Document 3 describes a technique using a chirp method in order to further improve the accuracy of distance measurement.

しかし、非特許文献1、特許文献1〜特許文献3に記載されたいずれの技術においても、測距における距離の分解能(距離分解能)を向上させるためには、高速なサンプリング信号を用いなければ、その目的を達することができなかった。そして、高速なサンプリング信号を用いるためには回路構成が複雑となり、装置も高価なものとなった。また、高速なサンプリング信号を用いるための高速処理に耐える素子の提供が困難であった。このような理由から、現実的に得られるサンプリング信号の速度には限界があった。   However, in any of the techniques described in Non-Patent Document 1, Patent Document 1 to Patent Document 3, in order to improve distance resolution (distance resolution) in ranging, unless a high-speed sampling signal is used, I couldn't achieve that goal. In order to use a high-speed sampling signal, the circuit configuration becomes complicated and the apparatus becomes expensive. In addition, it has been difficult to provide an element that can withstand high-speed processing for using a high-speed sampling signal. For these reasons, there is a limit to the speed of the sampling signal that can be actually obtained.

特開平10−234072号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-234072 特開2001−183447号公報JP 2001-183447 A 特開2009−170968号公報JP 2009-170968 A

山内雪路著 「スペクトラム拡散通信」 東京電気大学出版局 1994年11月20日第1版発行Yukiji Yamauchi "Spread Spectrum Communication" Tokyo Denki University Press, November 20, 1994, first edition published

上述の問題点に鑑み、本発明の解決しようとする課題は、高速なサンプリング信号を用いることなく、測距の距離分解能を向上させることができる、超広帯域無線通信測距装置、超広帯域無線通信を用いた測距方法を提供することである。また、このような超広帯域無線通信測距装置に用いるに好適なる時間間隔検出装置を提供することである。   In view of the above-described problems, the problem to be solved by the present invention is that an ultra-wideband wireless communication distance measuring apparatus and an ultra-wideband wireless communication capable of improving the distance resolution of distance measurement without using a high-speed sampling signal. It is to provide a distance measuring method using. It is another object of the present invention to provide a time interval detection device suitable for use in such an ultra-wideband wireless communication ranging device.

本発明の超広帯域無線通信測距装置は、空間に送信されて被測距物を経て電波伝搬するスペクトラム拡散変調信号を受信する受信部と、上記スペクトラム拡散変調信号が空間に送信された時刻である第1時刻を得る送信タイミング発生器と、上記受信部から得られるスペクトラム拡散変調信号の同期ポイントから第2時刻を得る同期ポイント検出器と、上記第1時刻と上記第2時刻との時間間隔をデジタル処理によって検出する時間間隔検出手段と、上記時間間隔に基づいて上記被測距物から上記受信部までの電波の到達時間を求める到達時間検出部と、上記到達時間に光速を積算して上記被測距物と上記受信部との間の距離を演算する演算手段と、を備え、上記時間間隔検出手段は、第1時間検出部と、第2時間検出部と、上記第1時間検出部で得られた第1時間間隔と上記第2時間検出部で得られた第2時間間隔とを合成する合成部と、を具備し、上記第1時間検出部は、上記第1時刻においてクリアされ、所定周期の第1クロック信号でカウントアップされ、上記第2時刻においてカウントアップが停止されてmビットのバイナリーデータをカウント値として出力するカウンタを有してなる上位ビット生成器を有し、上記第2時間検出部は、2の冪乗の数kに基づき、上記第1クロック信号を基準として、(180度/k)ずつ位相をずらしたk個のクロック信号である、第1クロック信号ないし第kクロック信号を発生させるクロック位相器と、上記第1クロック信号ないし上記第kクロック信号の各々を、少なくとも上記第2時刻でラッチしてk個の1ビットの信号を得るラッチ回路と、上記ラッチ回路で得られたk個の1ビットの信号から、上記第1クロック信号が上記カウンタをカウントアップする時刻と上記第2時刻との間の時間が短いほど小さな値となる(k−1)ビットのバイナリーデータを形成する下位ビット生成器と、を有し、上記合成部は、上記上位ビット生成器から得られる上記mビットを上位ビットとし、上記ラッチ回路から得られる上記(k−1)ビットを下位ビットとして、(m+n)ビットのバイナリーデータを出力する、ものである。   An ultra-wideband wireless communication distance measuring device of the present invention includes a receiving unit that receives a spread spectrum modulation signal that is transmitted to a space and propagates through a measured object, and a time at which the spread spectrum modulation signal is transmitted to the space. A transmission timing generator for obtaining a first time, a synchronization point detector for obtaining a second time from a synchronization point of a spread spectrum modulation signal obtained from the receiver, and a time interval between the first time and the second time A time interval detecting means for detecting the time by digital processing, an arrival time detecting unit for obtaining an arrival time of the radio wave from the measured object to the receiving unit based on the time interval, and integrating the speed of light to the arrival time. Computing means for computing the distance between the object to be measured and the receiving unit, wherein the time interval detecting means comprises a first time detecting unit, a second time detecting unit, and the first time detecting unit. A combining unit that combines the first time interval obtained by the second time interval and the second time interval obtained by the second time detection unit, wherein the first time detection unit is cleared at the first time. An upper bit generator comprising a counter that counts up with a first clock signal of a predetermined period and stops counting up at the second time and outputs m-bit binary data as a count value; The second time detection unit is a first clock signal which is k clock signals whose phases are shifted by (180 degrees / k) with respect to the first clock signal based on the power k of 2 A clock phase shifter for generating the k-th clock signal and each of the first clock signal to the k-th clock signal are latched at least at the second time to obtain k 1-bit signals. From the latch circuit and k 1-bit signals obtained by the latch circuit, the smaller the time between the time when the first clock signal counts up the counter and the second time, the smaller the value. (K-1) a low-order bit generator that forms binary data, and the combining unit uses the m bits obtained from the high-order bit generator as high-order bits, and the above-mentioned obtained from the latch circuit. (K-1) bits are used as lower bits, and (m + n) bits of binary data are output.

本発明の測距方法は、受信部が、空間に送信されて被測距物を経て電波伝搬するスペクトラム拡散変調信号を受信し、上記スペクトラム拡散変調信号が空間に送信された時刻である第1時刻を得て、同期ポイント検出器が、上記受信部から得られるスペクトラム拡散変調信号の同期ポイントから第2時刻を得て、第1時間検出部のカウンタが、上記第1時刻においてクリアされ、所定周期の第1クロック信号でカウントアップされ、上記第2時刻においてカウントアップが停止されてmビットのバイナリーデータをカウント値として出力し、第2時間検出部が、2の冪乗の数kに基づき、上記第1クロック信号を基準として、(180度/k)ずつ位相をずらしたk個のクロック信号である、第1クロック信号ないし第kクロック信号を発生させ、上記第1クロック信号ないし上記第kクロック信号の各々を、少なくとも上記第2時刻でラッチしてk個の1ビットの信号を得て、上記ラッチ回路で得られたk個の1ビットの信号から、上記第1クロック信号が上記カウンタをカウントアップする時刻と上記第2時刻との間の時間が短いほど小さな値となる(k−1)ビットのバイナリーデータを形成し、合成部が、上記mビットを上位ビットとし、上記(k−1)ビットを下位ビットとして、(m+n)ビットのバイナリーデータを出力して、演算手段が、上記(m+n)ビットのバイナリーデータに基づいて上記被測距物と上記受信部との間の距離を演算する、ものである。   According to the distance measuring method of the present invention, the receiving unit receives a spread spectrum modulation signal that is transmitted to a space and propagates through an object to be measured, and is a time when the spread spectrum modulation signal is transmitted to the space. The time is obtained, the synchronization point detector obtains the second time from the synchronization point of the spread spectrum modulation signal obtained from the reception unit, and the counter of the first time detection unit is cleared at the first time, Counting up with the first clock signal of the period, stopping the counting up at the second time, outputting m-bit binary data as the count value, and the second time detecting unit based on the power k of 2 The first clock signal to the k-th clock signal, which are k clock signals whose phases are shifted by (180 degrees / k) with respect to the first clock signal, are generated. Each of the first clock signal to the kth clock signal is latched at least at the second time to obtain k 1-bit signals, and k 1-bit signals obtained by the latch circuit are obtained. From the signal, (k-1) -bit binary data is formed which has a smaller value as the time between the time when the first clock signal counts up the counter and the second time is shorter. The m bits are the upper bits, the (k-1) bits are the lower bits, and (m + n) bits of binary data are output, and the arithmetic means calculates the measured data based on the (m + n) bits of binary data. The distance between the distance object and the receiving unit is calculated.

本発明の時間間隔検出装置は、第1時刻と第2時刻との時間間隔をデジタル処理によって検出する時間間隔検出装置であって、該時間間隔検出装置は、第1時間検出部と、第2時間検出部と、上記第1時間検出部で得られた第1時間間隔と上記第2時間検出部で得られた第2時間間隔とを合成する合成部と、を備え、上記第1時間検出部は、上記第1時刻においてクリアされ、所定周期の第1クロック信号でカウントアップされ、上記第2時刻においてカウントアップが停止されてmビットのバイナリーデータをカウント値として出力するカウンタを有する上位ビット生成器を具備し、上記第2時間検出部は、2の冪乗の数kに基づき、上記第1クロック信号を基準として、(180度/k)ずつ位相をずらしたk個のクロック信号である、第1クロック信号ないし第kクロック信号を発生させるクロック位相器と、上記第1クロック信号ないし上記第kクロック信号の各々を、少なくとも上記第2時刻でラッチしてk個の1ビットの信号を得るラッチ回路と、上記ラッチ回路で得られたk個の1ビットの信号から、上記第1クロック信号が上記カウンタをカウントアップする時刻と上記第2時刻との間の時間が短いほど小さな値となる(k−1)ビットのバイナリーデータを形成する下位ビット生成器と、を具備し、上記合成部は、上記上位ビット生成器から得られる上記mビットを上位ビットとし、上記ラッチ回路から得られる上記(k−1)ビットを下位ビットとして、(m+n)ビットのバイナリーデータを出力する、ものである。   The time interval detection device of the present invention is a time interval detection device that detects the time interval between the first time and the second time by digital processing, and the time interval detection device includes a first time detection unit, a second time detection unit, and a second time detection unit. A time detection unit; and a synthesis unit that combines the first time interval obtained by the first time detection unit and the second time interval obtained by the second time detection unit. The unit is a high-order bit having a counter that is cleared at the first time, counted up with a first clock signal having a predetermined period, and stopped at the second time, and outputs m-bit binary data as a count value. And the second time detector includes k clock signals whose phases are shifted by (180 degrees / k) with respect to the first clock signal based on the power of 2 k. is there, A clock phase shifter for generating a first clock signal to a k-th clock signal, and a latch for latching each of the first clock signal to the k-th clock signal at least at the second time to obtain k 1-bit signals The shorter the time between the time when the first clock signal counts up the counter and the second time from the k 1-bit signals obtained by the circuit and the latch circuit, the smaller the value is ( k-1) a low-order bit generator that forms binary data, and the combining unit uses the m bits obtained from the high-order bit generator as high-order bits, and is obtained from the latch circuit ( k-1) Outputs (m + n) -bit binary data with the lower bits as bits.

本発明の超広帯域無線通信測距装置、超広帯域無線通信を用いた測距方法によれば、高速なサンプリング信号を用いることなく、高速処理に耐える素子を用いることなく、測距の距離分解能を向上させることができ、さらに、装置価格を廉価なものとできる。また、本発明の時間間隔検出装置によれば、高速なサンプリング信号を用いることなく、このような目的を達する超広帯域無線通信測距装置の提供ができる。   According to the ultra-wideband wireless communication distance measuring apparatus of the present invention and the distance measurement method using ultra-wideband wireless communication, the distance resolution of the distance measurement can be achieved without using a high-speed sampling signal, without using an element that can withstand high-speed processing. In addition, the price of the apparatus can be reduced. In addition, according to the time interval detection device of the present invention, it is possible to provide an ultra-wideband wireless communication ranging device that achieves such a purpose without using a high-speed sampling signal.

超広帯域無線による測距の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the ranging by an ultra wideband radio | wireless. 超広帯域無線による測距の3つの方式を示す図である。It is a figure which shows three systems of ranging by an ultra wideband radio | wireless. 実施形態の超広帯域無線通信測距装置のブロック図である。It is a block diagram of the ultra-wideband wireless communication ranging device of the embodiment. 実施形態のフレームフォーマットを示す図である。It is a figure which shows the frame format of embodiment. 実施形態のフレームフォーマットと測距との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frame format of embodiment, and ranging. 実施形態のベースバンドデータ、PN系列、スペクトラム拡散変調信号の各々を示す図である。It is a figure which shows each of the baseband data of embodiment, a PN series, and a spread spectrum modulation signal. 従来における、同期ポイントに該当するエッジの検出の手法を模式的に示す図であるIt is a figure which shows typically the technique of the detection of the edge applicable to a synchronous point in the past. 実施形態の同期ポイント検出の手法の原理をタイムチャートで示す図である。It is a figure which shows the principle of the technique of the synchronization point detection of embodiment with a time chart. 実施形態の受信処理ブロックの到達時間計測手段として機能する部分のブロック図を示す図である。It is a figure which shows the block diagram of the part which functions as the arrival time measurement means of the reception process block of embodiment. 実施形態の要部を具体的な実施例によって示す図である。It is a figure which shows the principal part of embodiment by a specific Example. 実施形態の要部であるサブカウンタの別の実施例を示す図である。It is a figure which shows another Example of the subcounter which is the principal part of embodiment. 実施例のサブカウンタの動作をタイムチャートで示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the subcounter of an Example by a time chart. スペクトラム拡散変調信号にノイズが含まれる場合を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the case where noise is contained in a spread spectrum modulation signal. 実施形態の多数決処理、平均値処理の機能を有するサブカウンタのブロック図を示す図である。It is a figure which shows the block diagram of the subcounter which has the function of the majority process of embodiment, and an average value process. クロック位相器からのクロック信号とは別のクロック信号でメインカウンタを動作させる実施例の回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit of the Example which operates a main counter with the clock signal different from the clock signal from a clock phase shifter. 図15に示す実施例の回路における、スペクトラム拡散変調信号と、クロック信号との関係を示すタイムチャートである。16 is a time chart showing the relationship between a spread spectrum modulation signal and a clock signal in the circuit of the embodiment shown in FIG.

実施形態の超広帯域無線通信測距装置、実施形態の測距方法、実施形態の時間間隔検出装置では、時間間隔の検出の技術に特徴を有している。   The ultra wideband wireless communication distance measuring device of the embodiment, the distance measuring method of the embodiment, and the time interval detection device of the embodiment are characterized by the technique of time interval detection.

実施形態の時間間隔の検出の技術では、第1時刻と第2時刻との時間間隔をデジタル処理によって検出するものであり、第1時間検出部で得られた時間分解能が粗い第1時間間隔と第2時間検出部で得られた時間分解能が細かい第2時間間隔とを合成するようにしている。   In the time interval detection technique of the embodiment, the time interval between the first time and the second time is detected by digital processing, and the first time interval having a coarse time resolution obtained by the first time detection unit is used. The second time interval obtained by the second time detection unit and the fine time resolution is combined with the second time interval.

第1時間検出部は、第1時刻においてクリアされ、所定周期の第1クロック信号でカウントアップされ、第2時刻においてカウントアップが停止されてmビットのバイナリーデータをカウント値として出力するカウンタを有する上位ビット生成器を具備している。第2時間検出部は、2の冪乗の数kに基づき、第1クロック信号を基準として、(180度/k)ずつ位相をずらしたk個のクロック信号である、第1クロック信号ないし第kクロック信号を発生させるクロック位相器と、第1クロック信号ないし第kクロック信号の各々を、少なくとも第2時刻でラッチしてk個の1ビットの信号を得るラッチ回路と、ラッチ回路で得られたk個の1ビットの信号から、第1クロック信号がカウンタをカウントアップする時刻と第2時刻との間の時間が短いほど、小さな値となる(k−1)ビットのバイナリーデータを形成する下位ビット生成器と、を具備している。合成部は、上位ビット生成器から得られるmビットを上位ビットとし、ラッチ回路から得られる(k−1)ビットを下位ビットとして、(m+n)ビットのバイナリーデータを出力するものである。   The first time detection unit has a counter that is cleared at the first time, counted up by the first clock signal having a predetermined period, stopped at the second time, and outputs m-bit binary data as a count value. An upper bit generator is provided. The second time detection unit is a first clock signal to a first clock signal that are k clock signals whose phases are shifted by (180 degrees / k) based on the first clock signal based on the power of 2 k. a clock phase shifter for generating a k clock signal, a latch circuit for latching each of the first clock signal through the kth clock signal at least at a second time to obtain k 1-bit signals, and a latch circuit. From (k) 1-bit signals, (k-1) -bit binary data that has a smaller value is formed as the time between the time when the first clock signal counts up the counter and the second time is shorter. A low-order bit generator. The synthesizer outputs (m + n) bits of binary data with m bits obtained from the upper bit generator as upper bits and (k-1) bits obtained from the latch circuit as lower bits.

(無線による測距の原理)
実施形態の超広帯域無線通信測距装置の説明に先立ち、図1、図2を参照して、無線測距の原理について簡単に説明をする。
(Principle of distance measurement by wireless)
Prior to the description of the ultra-wideband wireless communication ranging apparatus of the embodiment, the principle of wireless ranging will be briefly described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1は無線による測距の原理を示す図である。無線による距離の測定、すなわち、測距、は、送信機TXから送信したデータを受信機RXで受信するまでの時間である到達時間Δt(単位Sec:秒)を計測し、到達時間Δtに電磁波の伝播速度(光速)を掛けることによって距離を測定するものである。ここで、光速は、約30万キロメートル/毎秒である。   FIG. 1 is a diagram showing the principle of distance measurement by radio. The distance measurement by radio, that is, distance measurement, measures the arrival time Δt (unit: Sec: second), which is the time until the data transmitted from the transmitter TX is received by the receiver RX, and the electromagnetic wave is detected at the arrival time Δt. The distance is measured by multiplying the propagation speed (speed of light). Here, the speed of light is about 300,000 kilometers / second.

図2は無線による測距の3つの方式を示す図である。測距の方式には、大別すると、図2(a)に示す反射型測距と、図2(b)に示す一方向型測距と、図2(c)に示す双方向型測距と、がある。反射型測距では、送信機TXと受信機RXとを同一クロック信号で制御することによって、送信機TXからデータを送信する時刻と受信機RXでデータを受信する時刻とが正確に検出できる。また、送信機TXと受信機RXとで、アンテナを共用することによって、送信機TXと受信機RXの位置が異なることによる距離の修正も必要がないという利点がある。ここで送信機TXと受信機RXを一体として送受信機として構成するのが一般的である。しかしながら、距離を測定する対象物(被測距物)が電磁波を反射しない物質で形成されている場合には測距が困難である。   FIG. 2 is a diagram showing three methods of wireless ranging. Ranging methods can be broadly classified as follows: reflection type ranging shown in FIG. 2 (a), one-way type ranging shown in FIG. 2 (b), and bidirectional type ranging shown in FIG. 2 (c). There is. In reflection-type ranging, the time at which data is transmitted from the transmitter TX and the time at which data is received by the receiver RX can be accurately detected by controlling the transmitter TX and the receiver RX with the same clock signal. Further, by sharing the antenna between the transmitter TX and the receiver RX, there is an advantage that it is not necessary to correct the distance due to the difference in the positions of the transmitter TX and the receiver RX. Here, the transmitter TX and the receiver RX are generally configured as a transmitter / receiver. However, it is difficult to measure the distance when the object for measuring the distance (object to be measured) is formed of a material that does not reflect electromagnetic waves.

一方向型測距では、被測距物が電磁波を反射しない物質で形成されている場合でも受信機RXを備えることによって、測距が可能である利点がある。しかしながら、送信機TXと受信機RXとの両方の内部に双方で同一時刻を得ることができる絶対時刻発生器を設ける必要があり、基準時刻の精度が、大きく測距の精度を支配することとなる。   One-way distance measurement has an advantage that distance measurement is possible by providing the receiver RX even when the object to be measured is formed of a material that does not reflect electromagnetic waves. However, it is necessary to provide an absolute time generator capable of obtaining the same time in both the transmitter TX and the receiver RX, and the accuracy of the reference time largely dominates the accuracy of distance measurement. Become.

双方向型測距では、図2(a)に示すと同様の構成を有するようにされた、一組の送信機TXおよび受信機RX(符号(1)を付した第1の送受信機)と、他の一組の送信機TXおよび受信機RX(符号(2)を付した第2の送受信機)と、で形成される。第1の送受信機の送信機TX(第1の送信機TX)からデータを送信し、第2の送受信機の受信機RX(第2の受信機RX)でデータを受信する。そして、第2の受信機RXでデータを受信した後に再び、第2の送受信機の送信機TX(第2の送信機TX)から第2の受信機RXで受信した時刻を含むデータを送信し、第1の送受信機の受信機RX(第1の受信機RX)でデータを受信する。第1の送信機TXからデータを送信した時刻と、第1の受信機RXでデータを受信した時刻との差の時間から、第2の受信機RXでデータを受信して第2の送信機TXからデータを送信するまでの時刻を引き算して得られる時間に基づき測距をする。このようにすれば、距離を測定する対象物(被測距物)が電磁波を反射しない物質で形成されている場合にも測距が可能である。   In bidirectional ranging, a set of transmitter TX and receiver RX (first transmitter / receiver with reference (1)) having the same configuration as shown in FIG. , Another set of transmitter TX and receiver RX (second transmitter / receiver with reference (2)). Data is transmitted from the transmitter TX (first transmitter TX) of the first transmitter / receiver, and the data is received by the receiver RX (second receiver RX) of the second transmitter / receiver. Then, after the data is received by the second receiver RX, the data including the time received by the second receiver RX is transmitted again from the transmitter TX (second transmitter TX) of the second transmitter / receiver. The data is received by the receiver RX (first receiver RX) of the first transceiver. The second transmitter RX receives the data from the time difference between the time when the data is transmitted from the first transmitter TX and the time when the data is received by the first receiver RX. Ranging is performed based on the time obtained by subtracting the time from TX to transmission of data. In this way, distance measurement is possible even when the object whose distance is to be measured (object to be measured) is formed of a material that does not reflect electromagnetic waves.

以下に述べる実施形態の、超広帯域無線通信測距装置、超広帯域無線通信を用いた測距方法は、反射型測距、一方向型測距、双方向型測距のいずれの方式であっても適用することが可能である。   In the embodiments described below, the ultra-wideband wireless communication distance measuring device and the distance measurement method using ultra-wideband wireless communication are any of reflection type distance measurement, one-way type distance measurement, and bidirectional distance measurement. Can also be applied.

次に、測距における距離分解能について簡単に説明をする。距離分解能とは、測距において、どれだけ、距離を細かく測定できるかの指標である。ここで、距離分解能は、送受信されるデータの転送速度に依存している。データの転送速度が遅い場合には、データの区切りを高速に判別することができず、結果として、良好な距離分解能を得ることができないことになるからである。   Next, the distance resolution in distance measurement will be briefly described. The distance resolution is an index of how finely the distance can be measured in distance measurement. Here, the distance resolution depends on the transfer rate of data transmitted and received. This is because when the data transfer rate is low, the data delimitation cannot be determined at high speed, and as a result, a good distance resolution cannot be obtained.

背景技術の測距装置では、データの転送速度を高くするに好適なる通信方式として、超広帯域無線通信方式を用いている。また、データの到達時間Δt(図1を参照)を正確に測定するために、クロック周波数を高くするようにしている。ここで、数式(1)で表されるようにして、測距距離ΔL(単位m:メータ)が求まる。   The distance measuring apparatus of the background art uses an ultra-wideband wireless communication system as a communication system suitable for increasing the data transfer rate. In addition, the clock frequency is increased in order to accurately measure the data arrival time Δt (see FIG. 1). Here, the distance measurement distance ΔL (unit m: meter) is obtained as expressed by Equation (1).


ΔL=30×107×Δt (1)

ΔL = 30 × 10 7 × Δt (1)

到達時間Δtの分解能を時間分解能δtとし、測距距離ΔLの距離分解能を距離分解能δLとすると、数式(2)で表すように、時間分解能δtは直接に距離分解能δLと関係する。ここで、時間分解能δtとは、どれだけ、短い時間を測定できるかの指標である。   Assuming that the resolution of the arrival time Δt is the time resolution δt and the distance resolution of the ranging distance ΔL is the distance resolution δL, the time resolution δt is directly related to the distance resolution δL, as expressed by Equation (2). Here, the time resolution δt is an index of how short a time can be measured.


δL=30×107×δt (2)

δL = 30 × 10 7 × δt (2)

ここで、到達時間Δtの計測は、デジタルカウンタでカウントアップする手法が一般的であるので、時間分解能δtは、直ちに、カウンタのクロック周波数FC(単位Hz:ヘルツ)の逆数である周期が小さくなるほど、向上する。クロック周波数FCと距離分解能δLとの関係は数式(3)で表される。 Here, since the arrival time Δt is generally measured using a digital counter, the time resolution δt is immediately reduced in the period that is the reciprocal of the counter clock frequency F C (unit: Hz). I see, it improves. The relationship between the clock frequency F C and the distance resolution δL is expressed by Equation (3).


δL=30×107/FC (3)

δL = 30 × 10 7 / F C (3)

数式(3)から、例えば、クロック周波数FCが100MHz(メガ・ヘルツ)である場合には、距離分解能δLは3mとなる。従って、距離分解能δLとして、0.3mを得たい場合には、クロック周波数FCとしては、1GHz(ギガ・ヘルツ)が必要とされる。 From equation (3), for example, when the clock frequency F C is 100 MHz (megahertz), the distance resolution δL is 3 m. Accordingly, in order to obtain 0.3 m as the distance resolution δL, 1 GHz (gigahertz) is required as the clock frequency F C.

ここで、再び本実施形態について述べる、実施形態の技術では、このような従来技術とは大きく異なる。実施形態の、超広帯域無線通信測距装置、超広帯域無線通信を用いた測距方法では、距離分解能はクロック周波数ではなく、用いるクロック信号の数に依存する。実施形態においては、例えば、クロック周波数FCが100MHzである場合においても、例えば、クロック周波数FCが1GHzである場合と同様の距離分解能を得ることもできるものである。 Here, the technique of the embodiment, which will be described again with respect to the present embodiment, is greatly different from such a conventional technique. In the distance measuring method using the ultra-wideband wireless communication distance measuring device and the ultra-wideband wireless communication of the embodiment, the distance resolution depends not on the clock frequency but on the number of clock signals to be used. In the embodiment, for example, even when the clock frequency F C is 100 MHz, for example, the same distance resolution as when the clock frequency F C is 1 GHz can be obtained.

(超広帯域無線通信測距装置の概要)
図3は、実施形態の超広帯域無線通信測距装置のブロック図を示す図である。図3に示す超広帯域無線通信測距装置1は、アンテナ20に接続される、送信系統と受信系統とを備えており、装置全体の制御を制御部(CPU(シーピーユー):中央演算装置)19で行っている。超広帯域無線通信測距装置1は、測距の機能のみならず、他の超広帯域無線通信測距装置と通信をする機能を備えるようにしても良い。実施形態の説明においては、測距機能に係る部分についてのみ説明を行い、通信機能に係る部分の説明は省略する。なお、実施形態の超広帯域無線通信測距装置1の送信系統は図1、図2で示す送信機TXに対応し、実施形態の超広帯域無線通信測距装置1の受信系統は図1、図2で示す受信機RXに対応する。
(Outline of ultra-wideband wireless communication rangefinder)
FIG. 3 is a diagram illustrating a block diagram of the ultra-wideband wireless communication distance measuring apparatus according to the embodiment. The ultra-wideband wireless communication ranging device 1 shown in FIG. 3 includes a transmission system and a reception system connected to an antenna 20, and controls the entire device as a control unit (CPU (central processing unit)) 19. Is going on. The ultra-wideband wireless communication distance measuring device 1 may have not only a distance measurement function but also a function of communicating with other ultra-wideband wireless communication distance measuring devices. In the description of the embodiment, only the portion related to the distance measuring function will be described, and the description of the portion related to the communication function will be omitted. The transmission system of the ultra-wideband wireless communication distance measuring device 1 of the embodiment corresponds to the transmitter TX shown in FIGS. 1 and 2, and the reception system of the ultra-wideband wireless communication distance measuring device 1 of the embodiment is shown in FIGS. This corresponds to the receiver RX shown in FIG.

送信系統は、送信部11、送信処理ブロック12、データ変換部13、バッファー14、およびCPU19を有して形成されている。CPU19は、超広帯域無線通信測距装置1を使用する使用者とのインターフェイスであるユーザーインターフェイス(ユーザI/F)と接続される。CPU19は、ユーザーI/Fを介して使用者からの原データをバッファー14に送出する。バッファー14は、適宜なタイミングで原データをデータ変換部13に送出する。データ変換部13は、バッファー14からの原データに基づき所定のデータフォーマットに基づいたベースバンドデータを発生するエンコードの処理を行う。送信処理ブロック12は、ベースバンドデータに対してスペクトラム拡散変調を施す処理を行う。送信部11は電力増幅部と周波数変換部とを有し、送信処理ブロック12で発生されたスペクトラム拡散変調信号に周波数変換を施すことによって、さらに、高い周波数に変換し、例えば、3.3GHzの高周波をアンテナ20に送出する。   The transmission system includes a transmission unit 11, a transmission processing block 12, a data conversion unit 13, a buffer 14, and a CPU 19. The CPU 19 is connected to a user interface (user I / F) that is an interface with a user who uses the ultra-wideband wireless communication distance measuring device 1. The CPU 19 sends the original data from the user to the buffer 14 via the user I / F. The buffer 14 sends the original data to the data converter 13 at an appropriate timing. The data conversion unit 13 performs an encoding process for generating baseband data based on a predetermined data format based on the original data from the buffer 14. The transmission processing block 12 performs processing for performing spread spectrum modulation on the baseband data. The transmission unit 11 includes a power amplification unit and a frequency conversion unit, and performs frequency conversion on the spread spectrum modulation signal generated by the transmission processing block 12 to further convert the signal to a higher frequency, for example, 3.3 GHz. A high frequency is sent to the antenna 20.

送信処理ブロック12は送信タイミング発生器121を有しており、送信タイミング発生器121は計測開始トリガー信号Trを発生させる。なお、一方向型測距では、互いに分離された送信系統と受信系統との各々において、同一の時刻を両者に知らせるために、絶対時間基準を発生する2つの絶対時刻発生器が送信タイミング発生器121として、送信系統と受信系統の両者で独立して用いられる。そして、受信系統では、予めの取り決めに従った時刻に送信系統から発生されるスペクトラム拡散変調信号の送信時刻(第1時刻)を受信部に設けられた送信タイミング発生器121で検出することができる。   The transmission processing block 12 includes a transmission timing generator 121, and the transmission timing generator 121 generates a measurement start trigger signal Tr. In one-way ranging, two absolute time generators that generate an absolute time reference are used as transmission timing generators in order to inform both of the transmission system and the reception system separated from each other at the same time. 121 is used independently in both the transmission system and the reception system. In the reception system, the transmission timing generator 121 provided in the reception unit can detect the transmission time (first time) of the spread spectrum modulation signal generated from the transmission system at the time according to the predetermined agreement. .

受信系統は、受信部15、受信処理ブロック16、データ変換部17、バッファー18、およびCPU19を有して形成されている。受信部15はアンテナ20からの得られる高周波信号を同調増幅して、3.3GHzの高周波をベースバンド帯域のスペクトラム拡散変調信号に周波数変換して、受信処理ブロック16に対して出力する。受信処理ブロック16は、スペクトラム拡散変調信号からベースバンドデータを再生する処理を行う。データ変換部13は、ベースバンドデータから原データを得るデコードの処理を行う。バッファー14は、原データをバッファー18に蓄え、CPU19が指定する所定のタイミングでCPU19に送出する。CPU19はユーザーI/Fを介して、使用者が原データを使用することができるようにする。   The reception system includes a reception unit 15, a reception processing block 16, a data conversion unit 17, a buffer 18, and a CPU 19. The receiving unit 15 tunes and amplifies the high-frequency signal obtained from the antenna 20, frequency-converts the 3.3 GHz high-frequency signal into a spectrum spread modulation signal in the baseband, and outputs it to the reception processing block 16. The reception processing block 16 performs processing for reproducing baseband data from the spread spectrum modulation signal. The data conversion unit 13 performs a decoding process for obtaining original data from the baseband data. The buffer 14 stores the original data in the buffer 18 and sends it to the CPU 19 at a predetermined timing designated by the CPU 19. The CPU 19 enables the user to use the original data via the user I / F.

上述した原データとしては、測定装置からの測定データ、音声データ、映像データ、をはじめとする種々のデータを用いることができる。   As the above-described original data, various data including measurement data, audio data, and video data from the measurement apparatus can be used.

図4は、データ変換部13、データ変換部17で処理されるベースバンドデータの1フレームのデータフォーマット(フレームフォーマット)を示す図である。プリアンブルは、フレームシンク(FLM)に先立つ引き込み用の領域であり、プリアンブル1(P1)およびプリアンブル2(P2)から成っている。プリアンブル1(P1)、プリアンブル2(P2)、フレームシンク(FLM)は、それらの各々が8ビットで構成されている。フレームシンクはフレーム同期を得るための信号であり、ユニークパターンとされ、他の領域から識別可能とされている。つまり、フレームシンクは、1フレーム内の各データの位置を特定する役目を果す。   FIG. 4 is a diagram illustrating a data format (frame format) of one frame of baseband data processed by the data conversion unit 13 and the data conversion unit 17. The preamble is a pull-in area prior to the frame sync (FLM), and includes a preamble 1 (P1) and a preamble 2 (P2). Each of preamble 1 (P1), preamble 2 (P2), and frame sync (FLM) is composed of 8 bits. The frame sync is a signal for obtaining frame synchronization, has a unique pattern, and can be identified from other areas. That is, the frame sync serves to specify the position of each data in one frame.

プリアンブルとフレームシンクとを合わせて24ビットのデータとされている。データ1(D1)およびデータ2(D2)は、ユーザーI/Fを介してやり取りされる原データをブロックコードとしたものである。データ1(D1)およびデータ2(D2)は、各々所定ビットで構成されている。エンドコード(END)は、1フレームの最後を示すデータであり、8ビットで構成されている。   The preamble and frame sync are combined into 24-bit data. Data 1 (D1) and data 2 (D2) are obtained by using block data as original data exchanged via the user I / F. Data 1 (D1) and data 2 (D2) are each composed of predetermined bits. End code (END) is data indicating the end of one frame, and is composed of 8 bits.

送信系統においては、バッファー14からデータ1(D1)およびデータ2(D2)が供給され、データ変換部13で、プリアンブル1(P1)、プリアンブル2(P2)、フレームシンク(FLM)、エンドコード(END)を付加するエンコードの処理がされる。そして、図4に示すフレームフォーマットに従いエンコードされたベースバンドデータは送信処理ブロック12へ送出される。ここで、ユーザーI/Fから入力される原データを構成する、データ1(D1)およびデータ2(D2)が連続時系列データである場合には、CPU19とバッファー18とを介してデータ変換部13へのデータ出力のタイミングの調整がなされる。   In the transmission system, data 1 (D 1) and data 2 (D 2) are supplied from the buffer 14, and the data converter 13 performs preamble 1 (P 1), preamble 2 (P 2), frame sync (FLM), end code ( END) is added. Then, the baseband data encoded according to the frame format shown in FIG. 4 is sent to the transmission processing block 12. Here, when the data 1 (D1) and the data 2 (D2) constituting the original data input from the user I / F are continuous time series data, the data conversion unit is connected via the CPU 19 and the buffer 18. The data output timing to 13 is adjusted.

受信系統においては、図4に示すフレームフォーマットに従ったベースバンドデータが受信処理ブロック16からデータ変換部17に対して出力される。データ変換部17で、プリアンブル1(P1)、プリアンブル2(P2)、フレームシンク(FLM)、エンドコード(END)を除き、データ1(D1)およびデータ2(D2)のみがバッファー18に対して供給される。ここで、原データを構成する、データ1(D1)およびデータ2(D2)が連続時系列データである場合には、バッファー18とCPU19とを介して連続時系列データとしてユーザーI/Fに出力される。また、受信処理ブロック16は、後述する同期ポイントの検出時刻(第2時刻)を検出することができる。   In the reception system, baseband data according to the frame format shown in FIG. 4 is output from the reception processing block 16 to the data converter 17. In the data converter 17, only data 1 (D 1) and data 2 (D 2) are transferred to the buffer 18 except for preamble 1 (P 1), preamble 2 (P 2), frame sync (FLM), and end code (END). Supplied. Here, when data 1 (D1) and data 2 (D2) constituting the original data are continuous time series data, they are output to the user I / F as continuous time series data via the buffer 18 and the CPU 19. Is done. Further, the reception processing block 16 can detect a detection time (second time) of a synchronization point described later.

図5は、図4に示すフレームフォーマットと測距との関係(測距同期タイミング)を示す図である。図5の上段の、符号TXを付して示す信号は、送信処理ブロック12から出力されて送信部11に入力される信号である。また、図5の中段の、符号RXを付して示す信号は、受信部15から出力されて受信処理ブロック16に入力される信号である。図5の下段は測距のためのカウンタであるメインカウンタのカウント値を示すものである。図5の横軸は時間である。   FIG. 5 is a diagram showing a relationship (ranging synchronization timing) between the frame format shown in FIG. 4 and distance measurement. 5 is a signal output from the transmission processing block 12 and input to the transmission unit 11. 5 is a signal output from the reception unit 15 and input to the reception processing block 16 in the middle part of FIG. The lower part of FIG. 5 shows the count value of the main counter which is a counter for distance measurement. The horizontal axis in FIG. 5 is time.

実施形態の送信処理ブロック12でのスペクトラム拡散変調は、PN系列(擬似乱数系列:Pseudorandom Noise系列)を乗算する直接拡散(DS)が用いられる。また、実施形態の受信処理ブロック16でのスペクトラム逆拡散変調は、送信時に用いたと同じ、PN系列が用いられる。ここで、ベースバンドデータの1ビット区間は、PN系列の7チップ区間に対応するようにされているので、ベースバンドデータの、プリアンブル1(P1)、プリアンブル2(P2)およびフレームシンク(FLM)の連続する24ビットの区間は、168チップを有するようにされている。   The spread spectrum modulation in the transmission processing block 12 of the embodiment uses direct spreading (DS) that multiplies a PN sequence (pseudorandom sequence). In addition, the spectrum despread modulation in the reception processing block 16 of the embodiment uses the same PN sequence as that used at the time of transmission. Here, since the 1-bit section of the baseband data corresponds to the 7-chip section of the PN sequence, preamble 1 (P1), preamble 2 (P2) and frame sync (FLM) of the baseband data. The continuous 24-bit section is configured to have 168 chips.

図5を参照して、このような、フレームフォーマットを有する信号を用いた測距について、より、詳細に説明をする。   With reference to FIG. 5, the ranging using such a signal having a frame format will be described in more detail.

送信処理ブロック12で発生されたスペクトラム拡散変調信号の1フレームの先頭に配されたプリアンブル1(P1)の先頭が送出される時刻(第1時刻)からメインカウンタのカウントをスタートさせる。そして、反射型測距、一方向型測距、双方向型測距を問わず、空間を伝播した後の電波を受信し、受信処理ブロック16で、フレームシンク(FLM)の終わりを同期ポイントとして検出して、同期ポイントの検出時刻(第2時刻)にメインカウンタのカウントアップを停止させる。現実問題として、受信処理ブロック16における内部処理時間Otが発生するので、メインカウンタが停止するのは内部処理時間Otが経過した後である。なお、一方向型測距においては、メインカウンタのカウント開始の時刻(第1時刻)は、送信側と受信側の両者が認識できる共通の絶対時間を発生する絶対時刻発生器(送信タイミング発生器)が受信系統に配され、これによって定められる。   The count of the main counter is started from the time (first time) at which the head of preamble 1 (P1) arranged at the head of one frame of the spread spectrum modulation signal generated in the transmission processing block 12 is transmitted. Regardless of reflection type distance measurement, one-way type distance measurement, or two-way type distance measurement, radio waves propagated through the space are received, and the reception processing block 16 uses the end of the frame sync (FLM) as a synchronization point. Detecting and stopping counting up of the main counter at the synchronization point detection time (second time). As an actual problem, since the internal processing time Ot occurs in the reception processing block 16, the main counter stops after the internal processing time Ot has elapsed. In the unidirectional distance measurement, the time at which the main counter starts counting (first time) is an absolute time generator (transmission timing generator) that generates a common absolute time that can be recognized by both the transmission side and the reception side. ) Is arranged in the receiving system and determined by this.

ここで、プリアンブル1(P1)、プリアンブル2(P2)およびフレームシンク(FLM)の連続する24ビットの区間に対応する時間であるデータ転送時間Dtと、内部処理時間Otとの各時間は既知であり、受信系統、実際にはCPU19の内部にこの時間が記憶されている。フレームシンク(FLM)の終わりを同期ポイントとして検出するのは、フレームシンク(FLM)であることを検出終了した時点で、1フレーム中の位置が特定できるからである。送信処理ブロック12から受信処理ブロック16に電波を介して信号が到達するまでの時間は、以下の数式(4)で表される。また、到達時間Δtから、すでに述べた数式(1)に示すようにして、測距距離ΔLを求めることができる。ここで、送信部11、受信部15における時間遅れは、短時間であるので考慮していない。しかしながら、送信部11、受信部15における時間遅れが無視できない場合には、これを数式(4)の右辺から減じて、さらに、測距の分解能を良好なものとすることができる。   Here, each time of the data transfer time Dt that is a time corresponding to a continuous 24-bit section of the preamble 1 (P1), the preamble 2 (P2), and the frame sync (FLM) and the internal processing time Ot is known. Yes, this time is stored in the reception system, actually in the CPU 19. The end of the frame sync (FLM) is detected as a synchronization point because the position in one frame can be specified when the detection of the frame sync (FLM) is completed. The time until the signal arrives from the transmission processing block 12 to the reception processing block 16 via radio waves is expressed by the following formula (4). Further, from the arrival time Δt, the distance measurement distance ΔL can be obtained as shown in the mathematical expression (1) already described. Here, the time delay in the transmission unit 11 and the reception unit 15 is a short time and is not considered. However, when the time delay in the transmission unit 11 and the reception unit 15 cannot be ignored, this can be subtracted from the right side of Equation (4) to further improve the distance measurement resolution.


Δt=T−Dt−Ot (4)

Δt = T−Dt−Ot (4)

図5を参照すれば、明らかなように、このようにして到達時間Δtを計測して測距を行うと、符号TXを付す送信信号と、符号RXを付す受信信号と、が一体構成されている同一の装置からのものとされる場合には、プリアンブル1(P1)の先頭は、計測開始トリガー信号Tr(図3を参照)によって容易に検知することができる。よって、反射型測距および双方向測距においては、計測開始トリガー信号Trをカウント開始のトリガー(第1時刻)として有効に活用することができる。   Referring to FIG. 5, as is apparent, when the arrival time Δt is measured and the distance is measured in this way, a transmission signal denoted by reference numeral TX and a reception signal denoted by reference numeral RX are integrally configured. If they are from the same device, the head of preamble 1 (P1) can be easily detected by the measurement start trigger signal Tr (see FIG. 3). Therefore, in reflection-type distance measurement and bidirectional distance measurement, the measurement start trigger signal Tr can be effectively used as a trigger for starting counting (first time).

図6は、直接拡散方式における、ベースバンドデータ、PN系列、スペクトラム拡散変調信号の各々を示す図である。PN系列は符号長が1チップを単位として変化する可変長符号である。また符合長の最大長さが拘束されている可変長拘束符号(ランレングスリミッテッドコード)である。例えば、図6に示す1ビット区間の例では、1010011の7チップの情報を有している。また、ベースバンドデータは符号長が1ビットを単位として変化する符号である。ここで、1ビット区間は、複数個のチップ区間で構成されている。結果として、スペクトラム拡散変調信号は、1チップを単位として、1、0が反転するまでの長さ(反転長)が変化する可変長拘束符号とされている。そして、スペクトラム拡散変調信号は0の並びの個数、または、1の並びの個数、すなわち、信号の立上エッジ、信号の立下エッジに情報を有している。   FIG. 6 is a diagram showing each of baseband data, a PN sequence, and a spread spectrum modulation signal in the direct spreading method. The PN sequence is a variable length code whose code length changes in units of one chip. Further, it is a variable length constrained code (run length limited code) in which the maximum code length is constrained. For example, the example of the 1-bit section shown in FIG. 6 has information of 7 chips of 1010011. Baseband data is a code whose code length changes in units of 1 bit. Here, the 1-bit section is composed of a plurality of chip sections. As a result, the spread spectrum modulation signal is a variable length constrained code in which the length (inversion length) until 1 and 0 are inverted is changed in units of 1 chip. The spread spectrum modulation signal has information on the number of lines of 0 or the number of lines of 1, that is, the rising edge of the signal and the falling edge of the signal.

このような可変長拘束符号においては、同期ポイントが存在するエッジ情報の検出精度がそのまま時間分解能と関係することとなる。そして、図5に示す到達時間Δtの時間分解能δtを小さくするためには、スペクトラム拡散変調信号のエッジ位置にある同期ポイントを正確に検出する必要がある。時間Td(図6を参照)だけエッジ位置の検出時間の誤りがあれば、そのまま、距離分解能δLに影響があることは先にのべた通りである。ここで、送信処理ブロック12では、自らタイミングを管理しているのでスペクトラム拡散変調信号のエッジ位置を正確に管理できる。一方、受信処理ブロック16に入力されるスペクトラム拡散変調信号のエッジ位置は、測距される距離に応じて変化するのであるから、無限に小さい周期のクロック信号でカウントしない限り、時間Tdを0とすることはできない。   In such a variable length constraint code, the detection accuracy of edge information where a synchronization point exists is directly related to the time resolution. In order to reduce the time resolution δt of the arrival time Δt shown in FIG. 5, it is necessary to accurately detect the synchronization point at the edge position of the spread spectrum modulation signal. If there is an error in the edge position detection time for the time Td (see FIG. 6), the distance resolution δL is directly affected as described above. Here, since the transmission processing block 12 manages the timing itself, the edge position of the spread spectrum modulation signal can be managed accurately. On the other hand, since the edge position of the spread spectrum modulation signal input to the reception processing block 16 changes according to the distance to be measured, the time Td is set to 0 unless counted with an infinitely small clock signal. I can't do it.

このように、無限に小さい周期のクロック信号、すなわち、無限に高い周波数のクロック信号でメインカウンタを動作させれば、時間分解能δt=0となり、距離分解能δL=0となり、測距距離ΔLは正確に検出されることとなる。すなわち、距離分解能δLを可能な限り小さくするためには、可能な限り高い周波数のクロック信号を用いれば良いこととなる。しかしながら、上述したように、高い周波数のクロック信号、例えば、1GHzのクロック信号で動作するハードウエアを実現することは困難である。以下どのようにして、時間分解能を向上させるかについて具体的に説明をする。   Thus, if the main counter is operated with a clock signal having an infinitely small cycle, that is, an infinitely high frequency clock signal, the time resolution δt = 0 and the distance resolution δL = 0, and the distance measurement distance ΔL is accurate. Will be detected. That is, in order to make the distance resolution δL as small as possible, a clock signal having a frequency as high as possible should be used. However, as described above, it is difficult to realize hardware that operates with a high-frequency clock signal, for example, a 1 GHz clock signal. Hereinafter, how the time resolution is improved will be described in detail.

(実施形態の到達時間計測回路の原理)
実施形態の超広帯域無線通信測距装置の要部である、到達時間計測回路の原理について説明をする。この到達時間計測回路は、到達時間Δtを計測するものである。到達時間Δtは、図4、図5に示すフォーマットを有する信号を少なくとも1フレーム分を送信系統から送出し、これを受信系統で受信することによって行うことができる。ここで、受信系統においては、フレームシンクをデコードして、同期ポイントを検出できる。ここで、図4、図5に示すフォーマットは1フレーム完結フォーマットであるので、測距の目的を達するためには、少なくとも1フレーム分のデータを送信すれば十分である。実施形態のエッジ検出回路に与えられた命題は、より低いクロック周波数で、スペクトラム拡散変調信号の同期ポイントのエッジの位置をより正確に検出し、より小さい時間分解能δtを得ることができる回路を構成することである。なお、時系列連続データを送信する場合には、複数のフレームが連続して送信されるが、この場合には、マルチパスの影響が生じ、被測距物が極めて大きな送度を有して移動する事態が生じない限り、受信系統で検出する同期ポイントは、一定の時間間隔で発生することとなる。
(Principle of the arrival time measuring circuit of the embodiment)
The principle of the arrival time measuring circuit, which is a main part of the ultra-wideband wireless communication distance measuring device of the embodiment, will be described. This arrival time measuring circuit measures the arrival time Δt. The arrival time Δt can be performed by transmitting at least one frame of the signal having the format shown in FIGS. 4 and 5 from the transmission system and receiving it by the reception system. Here, in the reception system, the synchronization point can be detected by decoding the frame sync. Here, since the formats shown in FIGS. 4 and 5 are one-frame completion formats, it is sufficient to transmit at least one frame of data in order to achieve the object of ranging. The proposition given to the edge detection circuit of the embodiment constitutes a circuit that can detect the position of the edge of the synchronization point of the spread spectrum modulation signal more accurately and obtain a smaller time resolution δt at a lower clock frequency. It is to be. In addition, when transmitting time-series continuous data, a plurality of frames are transmitted continuously. In this case, multipath effects occur, and the object to be measured has a very high transmission rate. Unless there is a situation of movement, synchronization points detected by the reception system are generated at regular time intervals.

図7は、従来技術における、同期ポイントに該当する反転エッジ(同期ポイントのエッジと省略する)の検出の手法を模式的に示す図である。図7を参照して、従来のエッジの位置の検出の技術を簡単に説明する。従来は、受信されるスペクトラム拡散変調信号の同期ポイント(図5を参照)を検出するまでクロック信号の毎回の、例えば、立上エッジのタイミングにおいてメインカウンタ(図5を参照)でカウントしている。そして、このメインカウンタでのカウント値のみを測距に用いている。   FIG. 7 is a diagram schematically showing a technique for detecting an inversion edge (abbreviated as an edge of a synchronization point) corresponding to a synchronization point in the prior art. A conventional technique for detecting the position of the edge will be briefly described with reference to FIG. Conventionally, the clock signal is counted by the main counter (see FIG. 5) at each rising edge timing, for example, at the rising edge timing until the synchronization point (see FIG. 5) of the received spread spectrum modulation signal is detected. . Only the count value of the main counter is used for distance measurement.

ここで、送信されるスペクトラム拡散変調信号のプリアンブル1(P1)の先頭、および同期ポイント(図5を参照)はクロック信号の立上エッジと一致している。また、送信されるスペクトラム拡散変調信号のプリアンブル1(P1)の先頭でカウンタのカウント値はクリア(0にセット)される。一方、電波の伝播経路の長さに応じた伝播時間遅れを伴うことにより、受信されるスペクトラム拡散変調信号の同期ポイントは、クロック信号の立上エッジに対して位相が非同期である。ここで位相が非同期とは、同期ポイントのエッジとクロック信号のエッジとが同時刻に検知される保障がないという意味である。そのために、従来のエッジ検出技術によれば、同期ポイントのエッジとクロック信号のエッジの位相差分は誤差が生じ、その分、時間分解能が低下したこととなる。   Here, the head of preamble 1 (P1) and the synchronization point (see FIG. 5) of the spread spectrum modulation signal to be transmitted coincide with the rising edge of the clock signal. Also, the count value of the counter is cleared (set to 0) at the beginning of preamble 1 (P1) of the spread spectrum modulation signal to be transmitted. On the other hand, due to the propagation time delay corresponding to the length of the propagation path of the radio wave, the phase of the synchronization point of the received spread spectrum modulation signal is asynchronous with respect to the rising edge of the clock signal. Here, the phase is asynchronous means that there is no guarantee that the edge of the synchronization point and the edge of the clock signal are detected at the same time. Therefore, according to the conventional edge detection technique, an error occurs in the phase difference between the edge of the synchronization point and the edge of the clock signal, and the time resolution is reduced accordingly.

図7を用いて具体的に、従来方式における分解能について説明をする。図7には、スペクトラム拡散変調信号S1、スペクトラム拡散変調信号S2の2つの異なる位相の信号を示している。スペクトラム拡散変調信号S1、スペクトラム拡散変調信号S2のいずれかが、受信部15から受信処理ブロック16に入力されるものとして、両者を対比して説明をする。スペクトラム拡散変調信号S1、スペクトラム拡散変調信号S2は、クロック信号φの立上エッジでカウントされる。符合Qを付した信号が1である時点がカウントアップの時点を示す。また、丸印を付したエッジがフレームシンクの最後尾のエッジである同期ポイントである。送信系統からは、スペクトラム拡散変調信号のプリアンブル1(P1)の先頭が送信される時刻にクロック信号φの0番目の立上エッジが発生し、また、同期ポイントのエッジとクロック信号のエッジとが同期状態の信号が送信される。 The resolution in the conventional method will be specifically described with reference to FIG. FIG. 7 shows two different phase signals of the spread spectrum modulation signal S 1 and the spread spectrum modulation signal S 2 . A description will be given by comparing either of the spread spectrum modulation signal S 1 and the spread spectrum modulation signal S 2 as input from the reception unit 15 to the reception processing block 16. The spread spectrum modulation signal S 1 and the spread spectrum modulation signal S 2 are counted at the rising edge of the clock signal φ. The time when the signal with the sign Q is 1 indicates the time of counting up. Further, the edge with a circle is a synchronization point that is the last edge of the frame sync. From the transmission system, the 0th rising edge of the clock signal φ is generated at the time when the head of preamble 1 (P1) of the spread spectrum modulation signal is transmitted, and the edge of the synchronization point and the edge of the clock signal are A synchronized signal is transmitted.

図7に対比のために示したスペクトラム拡散変調信号S1については、その同期ポイントは、クロック信号φのj番目の立上エッジ(j番目のクロックと省略する、以下同様)の直後に来る。したがって、j番目のクロックは、この同期ポイントを検出することができず、(j+1)番目のクロックがエッジの反転を検出してカウントの停止をする。そして、カウンタには(j+1)という値が保持される。 For the spread spectrum modulation signal S 1 shown for comparison in FIG. 7, the synchronization point comes immediately after the jth rising edge of the clock signal φ (abbreviated as jth clock, the same applies hereinafter). Therefore, the j-th clock cannot detect this synchronization point, and the (j + 1) -th clock detects edge inversion and stops counting. The counter holds a value (j + 1).

一方、スペクトラム拡散変調信号S2については、スペクトラム拡散変調信号S2の同期ポイントは、(j+1)番目のクロックの直前に来るので、j+1番目のクロックで、この同期ポイントを検出してカウント停止をする。そして、そして、カウンタには(j+1)という値が保持される。 On the other hand, the spread spectrum modulation signal S 2 is synchronization point of the spread spectrum modulated signal S 2 is (j + 1) -th so immediately precedes the clock, at j + 1 th clock, a count stop by detecting the synchronization point To do. The counter holds a value (j + 1).

このようにして、スペクトラム拡散変調信号S1についてのメインカウンタのカウント値は(j+1)を示し、スペクトラム拡散変調信号S2についてのメインカウンタのカウント値も(j+1)を示す。このように、両者の到達時間が、時間差TCを有していても、メインカウンタのカウント値は(j+1)と同一値となる。つまり、従来の方法によれば、時間は、TC単位で切上の処理がなされ、実際の時間よりも、長い時間として時間T(図5を参照)が検出されることとなる。その結果、時間分解能δtは、数式(5)で表されることとなる。 In this way, the count value of the main counter for the spread spectrum modulation signal S 1 indicates (j + 1), and the count value of the main counter for the spread spectrum modulation signal S 2 also indicates (j + 1). Thus, even if the arrival time of both has a time difference T C , the count value of the main counter is the same value as (j + 1). That is, according to the conventional method, the time, the processing on the cut at T C units are made, than the actual time, time T as long (see Figure 5) is to be detected. As a result, the time resolution δt is expressed by Equation (5).


δt=TC (5)

δt = T C (5)

ここで、時間分解能δt=TCであるとは、カウントによって生じる時間の誤差の最大値である時間誤差最大値δmax=TCとなることを言うものである。 Here, the time resolution .DELTA.t = T C, is intended to refer to become to be the maximum value of the time error caused by the count time error maximum value delta] max = T C.

図8は、実施形態のエッジ検出(同期ポイント検出を含む)の手法の原理をタイムチャートで示す図である。図8には、クロック信号φ0を0°(度)として、45°、90°、135°と、異なる4個のクロック信号である、クロック信号φ0〜クロック信号φ3が示されている。ここで、各クロック信号の1の期間の長さと、0の期間の長さとは同一とされている。スペクトラム拡散変調信号S3〜スペクトラム拡散変調信号S10は、そのいずれかが、受信部15から受信処理ブロック16に入力されるものとして対比されている。矢印を付した立上エッジが受信された同期ポイントであるとして、クロック信号の周期TCを0〜7の符号を付した8つの領域に分割して説明する。 FIG. 8 is a time chart illustrating the principle of the edge detection (including synchronization point detection) method of the embodiment. FIG. 8 shows clock signals φ 0 to φ 3 , which are four clock signals different from 45 °, 90 °, and 135 °, where the clock signal φ 0 is 0 ° (degrees). . Here, the length of 1 period and the length of 0 period of each clock signal are the same. Any one of the spread spectrum modulation signal S 3 to the spread spectrum modulation signal S 10 is compared as being input from the reception unit 15 to the reception processing block 16. As a synchronization point of rising edges by arrows is received, will be described by dividing the period T C of the clock signal into eight regions, labeled 0-7.

表1は、ラッチ後信号Q0〜ラッチ後信号Q3を示す表である。ラッチ後信号Q0〜ラッチ後信号Q3は、図8に示すように、スペクトラム拡散変調信号の同期ポイントでクロック信号φ0〜クロック信号φ3の各々をラッチしたものである。表1の枡内には、スペクトラム拡散変調信号S3〜スペクトラム拡散変調信号S10の各々の同期ポイントにおいて、クロック信号φ0〜クロック信号φ3の各々をラッチした場合の、ラッチ後信号Q0〜ラッチ後信号Q3の1、0の極性の各々が記載されている。ここで、1はクロック信号φ0〜クロック信号φ3の各々が図8に示すハイレベルである状態、0はクロック信号φ0〜クロック信号φ3の各々が図8に示すローレベルである状態に対応する。 Table 1 shows a post-latching signal Q 0 to a post-latching signal Q 3 . As shown in FIG. 8, the latched signal Q 0 to the latched signal Q 3 are obtained by latching the clock signal φ 0 to the clock signal φ 3 at the synchronization point of the spread spectrum modulation signal. In Table 1, the latched signal Q 0 when the clock signal φ 0 to the clock signal φ 3 are latched at the respective synchronization points of the spread spectrum modulation signal S 3 to the spread spectrum modulation signal S 10. polar each of ~ the latch after the signal Q 3 of 1,0 is described. Here, 1 is a state where each of the clock signals φ 0 to φ 3 is at the high level shown in FIG. 8, and 0 is a state where each of the clock signals φ 0 to φ 3 is at the low level shown in FIG. Corresponding to


Figure 2011211346
Figure 2011211346

表1を参照すれば、実施形態においては、スペクトラム拡散変調信号の同期ポイント検出の時間分解能を向上できることが理解される。つまり、実施形態では、同期ポイントのエッジとクロック信号のエッジの位相差分も計測の対象として分解能を向上させているのである。例えば。クロック信号φ0をラッチして検出されるラッチ後信号Q0が1、クロック信号φ1をラッチして検出されるラッチ後信号Q1が0、クロック信号φ2をラッチして検出されるラッチ後信号Q2が0、クロック信号φ3をラッチして検出されるラッチ後信号Q0が0、である場合には、矢印を付したエッジに同期ポイントを有するスペクトラム拡散変調信号S3であることが検出される。そして、表1を参照すれば、ラッチ後信号Q0〜ラッチ後信号Q3の各状態が1、または、0のいずれであるかによって、その他のスペクトラム拡散変調信号S4〜スペクトラム拡散変調信号S10についても、クロック信号が1個の場合よりも小さい時間分解能を有して同期ポイントの検出が行えることが理解される。 Referring to Table 1, it can be understood that the time resolution of the synchronization point detection of the spread spectrum modulation signal can be improved in the embodiment. In other words, in the embodiment, the phase difference between the edge of the synchronization point and the edge of the clock signal is also measured, and the resolution is improved. For example. Latch the latch after the signal Q 0 which is detected by latching the clock signal phi 0 is 1, the latch after the signal Q 1 that is detected by latching the clock signal phi 1 is 0, it is detected by latching the clock signal phi 2 When the post-signal Q 2 is 0 and the post-latch signal Q 0 detected by latching the clock signal φ 3 is 0, it is a spread spectrum modulation signal S 3 having a synchronization point at the edge with an arrow. It is detected. Then, referring to Table 1, depending on whether each state of the latched signal Q 0 to the latched signal Q 3 is 1 or 0, the other spread spectrum modulation signal S 4 to spread spectrum modulation signal S for ten, it is understood that the clock signal can be performed is less time resolution has been synchronization point detection than for one.

ここで、ラッチ後信号Q0〜ラッチ後信号Q3の取りうる状態の数について述べる。取りうる状態の数は、原理的には、クロック信号の数k=4であるので、2k=24=16である。しかしながら、各クロック信号は、周期TCを有し、時間TC/2で極性が反転するという拘束があるために、クロック信号の周期TC/4ごとの離散時間に対して4個の連続した1、4個の連続した0を有することが加重条件となる。よって、取りうる状態の数、すなわち、1周期TCを分割できる数は、数式(6)で表される。そして、時間分解能δtは数式(7)で表される。 Here, the number of states that the post-latch signal Q 0 to the post-latch signal Q 3 can take will be described. In principle, the number of states that can be taken is 2 k = 2 4 = 16 since the number of clock signals k = 4. However, each clock signal has a period T C and is constrained to reverse its polarity at time T C / 2, so that there are four consecutive times for a discrete time every clock signal period T C / 4. Having 1 or 4 consecutive 0s is a weighting condition. Therefore, the number of states that can be taken, that is, the number that can divide one cycle T C is expressed by Expression (6). The time resolution δt is expressed by Equation (7).


取りうる状態の数=2×4 (6)

δt=TC/(2×4) (7)

Number of possible states = 2 × 4 (6)

δt = T C / (2 × 4) (7)

ここで、時間分解能δt=TC/(2×4)であるとは、位相差によって検出する時間の誤差の最大値である時間誤差最大値δmax=TC/(2×4)となることを言うものである。一般式で、クロック信号の数と時間分解能との関係について以下に説明をする。位相が順次、等間隔に180/k(度)ずつずれたクロック信号の数を整数kとし、周期TC/kごとの離散時間に対してk個の連続した1、または、0を有するという加重条件を加味すると、整数kと整数nとの関係は、数式(8)で表される。数式(8)をnについて解けば、数式(9)を得ることができる。また、数式(8)をkについて解けば、数式(10)を得ることができる。このときの、時間分解能は、時間分解能TC/(2n)で表される。 Here, the time resolution δt = T C / (2 × 4) means that the time error maximum value δmax = T C / (2 × 4), which is the maximum time error detected by the phase difference. Is what you say. The relationship between the number of clock signals and the time resolution will be described below using general formulas. The number of clock signals whose phases are sequentially shifted by 180 / k (degrees) at equal intervals is an integer k, and k continuous 1s or 0s are obtained for a discrete time every cycle T C / k. When weighting conditions are taken into consideration, the relationship between the integer k and the integer n is expressed by Equation (8). If Equation (8) is solved for n, Equation (9) can be obtained. Further, when Equation (8) is solved for k, Equation (10) can be obtained. The time resolution at this time is represented by time resolution T C / (2 n ).


n=2×k (8)

n=Log(2×k)/Log(2) (9)

k=2n-1 (10)

2 n = 2 × k (8)

n = Log (2 × k) / Log (2) (9)

k = 2 n-1 (10)

よって、クロック信号の数k=4の場合は、1周期を分割できる数は2×k=8となり、n=3、すなわち、3ビットで表せる数となる。他のクロック信号の数については、例えば、クロック信号の数k=2の場合は、1周期を分割できる数は2×k=4となり、n=2、すなわち、2ビットで表せる数となる。また、クロック信号の数k=8の場合は、1周期を分割できる数は2×k=16となり、n=4、すなわち、4ビットで表せる数となる。ここで、当然に、クロック信号の数k=5の場合にも上式は適用できる。クロック信号の数k=5の場合には、1周期を分割できる数は2×k=10となり、クロック信号の数が1個の場合に比べて10倍、時間分解能を向上させることができる。しかしながら、この場合には、10は2の冪乗で表すことができないのでデジタル処理に適しておらず、後述する、上位ビットと下位ビットの加算の演算を用いて測距の処理に用いるに適当ではない。   Therefore, when the number of clock signals k = 4, the number that can divide one cycle is 2 × k = 8, and n = 3, that is, a number that can be represented by 3 bits. Regarding the number of other clock signals, for example, when the number of clock signals k = 2, the number that can divide one cycle is 2 × k = 4, and n = 2, that is, a number that can be expressed by 2 bits. When the number of clock signals k = 8, the number that can divide one cycle is 2 × k = 16, and n = 4, that is, a number that can be represented by 4 bits. Here, of course, the above equation can also be applied when the number of clock signals k = 5. When the number of clock signals k = 5, the number that can divide one cycle is 2 × k = 10, and the time resolution can be improved by 10 times compared to the case where the number of clock signals is one. However, in this case, since 10 cannot be expressed by a power of 2, it is not suitable for digital processing, and is suitable for use in distance measurement processing using an addition operation of higher bits and lower bits, which will be described later. is not.

つまり、数式(8)において、nの数が整数となるように、クロック信号の数kを選んでおくのが望ましく、k=2、4、8、16、32・・・と、2の冪乗となる数が望ましい。   That is, in Equation (8), it is desirable to select the number k of clock signals so that the number of n is an integer, k = 2, 4, 8, 16, 32. A number that is a power is desirable.

(実施形態の到達時間計測回路のブロック図)
図9は、受信処理ブロック16(図3を参照)における、到達時間計測手段として機能する到達時間計測回路を中心とするブロック図を示す図である。図9を参照して実施形態の到達時間計測回路を中心とするブロック図について説明をする。受信処理ブロック16は、データのデコード(復号)に係る部分も含まれるが、この部分についての説明は省略する。
(Block diagram of the arrival time measuring circuit of the embodiment)
FIG. 9 is a block diagram centering on an arrival time measuring circuit functioning as arrival time measuring means in the reception processing block 16 (see FIG. 3). A block diagram centering on the arrival time measuring circuit of the embodiment will be described with reference to FIG. The reception processing block 16 includes a portion related to data decoding (decoding), but description of this portion is omitted.

受信処理ブロック16の到達時間計測回路は、相関器161、サブカウンタ162、メインカウンタ163、クロック位相器164、データ同期器165、合成器168を主要なる構成部として形成されている。相関器161、メインカウンタ163、クロック位相器164、データ同期器165、は、周期TCを一定周期とするクロック信号に同期して動作する同期処理がなされる。一方、サブカウンタ162は、スペクトラム拡散変調信号Sに同期して動作し、クロック信号には非同期で動作する非同期処理がなされる。同期処理のクロック信号の周波数は、例えば、100MHzとされている。合成器168の構成については、後述する。 The arrival time measurement circuit of the reception processing block 16 includes a correlator 161, a sub-counter 162, a main counter 163, a clock phase shifter 164, a data synchronizer 165, and a combiner 168 as main components. The correlator 161, the main counter 163, the clock phase shifter 164, and the data synchronizer 165 perform a synchronization process that operates in synchronization with a clock signal having a period TC as a constant period. On the other hand, the sub-counter 162 operates in synchronization with the spread spectrum modulation signal S and performs asynchronous processing that operates asynchronously with the clock signal. The frequency of the clock signal for the synchronization processing is, for example, 100 MHz. The configuration of the synthesizer 168 will be described later.

スペクトラム拡散変調信号Sは、サブカウンタ162と相関器161に入力される。相関器161は、送信に際して用いられたのと同一のPN系列を発生させてスペクトラム拡散変調信号Sからベースバンドデータを再生する。データ同期器165は、フレームシンク(FLM)からフレーム同期のための、同期ポイントで発生する同期ポイント信号DSを検出する。同期ポイント信号DSは、上述したように、測距に用いられるとともに、ベースバンドデータの位置基準(時間基準)として用いられる。例えば、データ1(D1)、データ2(D2)、の位置検出に用いられる。そして、データ同期器165を経たベースバンド信号からデータ領域である、データ1(D1)、データ2(D2)が抜き出され、内部処理、すなわち、データのデコードの処理が行われるようになされている。 The spread spectrum modulation signal S is input to the sub-counter 162 and the correlator 161. The correlator 161 generates the same PN sequence used for transmission and reproduces baseband data from the spread spectrum modulation signal S. Data synchronizer 165 for frame synchronization from the frame sync (FLM), detecting the synchronization point signal D S generated in synchronization point. Synchronization point signal D S, as described above, with use in ranging, used as a position reference for baseband data (time reference). For example, it is used for position detection of data 1 (D1) and data 2 (D2). Then, data 1 (D1) and data 2 (D2), which are data areas, are extracted from the baseband signal that has passed through the data synchronizer 165, and internal processing, that is, data decoding processing is performed. Yes.

メインカウンタ163は、クロック信号に同期してカウントの動作を行う。このメインカウンタの動作は、図7を参照して説明をした従来のメインカウンタの動作と同様である。メインカウンタ163は、送信タイミング発生器121(図3を参照)から出力される、計測開始トリガー信号Trが入力されるとカウントを開始(第1時刻)し、同期ポイント信号DSが入力されるとカウントを停止するが、上述したように、現実のカウント停止の時間(第2時刻)は最大で時間TC遅れる。このカウント結果にクロック信号の周期を掛けた時間が、時間T(図5を参照)である。ここで、メインカウンタ163で計測した時間Tの時間分解能の値は、数式(5)で表されるように時間分解能TCとなる。 The main counter 163 performs a counting operation in synchronization with the clock signal. The operation of the main counter is the same as the operation of the conventional main counter described with reference to FIG. The main counter 163 is outputted from the transmit timing generator 121 (see FIG. 3), when the measurement start trigger signal Tr is inputted by counting the start (first time), a synchronization point signal D S is input However, as described above, the actual count stop time (second time) is delayed by a time T C at the maximum. The time obtained by multiplying the count result by the period of the clock signal is time T (see FIG. 5). Here, the time resolution value of the time T measured by the main counter 163 becomes the time resolution T C as expressed by the equation (5).

メインカウンタ163で検出した時間Tから、数式(4)に基づき、到達時間Δtの粗い量(切上げられた、時間分解能TC単位の量)を求めることが可能となる。ここで、内部処理時間Ot(図5を参照)は、データ同期器165においてフレームシンクを検出するのに必要な時間である。また、データ転送時間Dt(図5を参照)は、プリアンブル1(P1)の先頭からフレームシンク(FLM)の終わりまでの時間である。 From the time T detected by the main counter 163, it is possible to obtain a rough amount of the arrival time Δt (rounded-up amount in units of time resolution T C ) based on the equation (4). Here, the internal processing time Ot (see FIG. 5) is a time necessary for the data synchronizer 165 to detect a frame sync. The data transfer time Dt (see FIG. 5) is the time from the beginning of preamble 1 (P1) to the end of frame sync (FLM).

サブカウンタ162は、図8に示す原理に基づき、クロック信号の周期TCよりも短い時間を計測して、到達時間Δtの細かい量(切上げにより捨てられた量)を求めるためのものである。 The sub-counter 162 is for measuring a time shorter than the clock signal period T C based on the principle shown in FIG. 8 and obtaining a fine amount of the arrival time Δt (amount discarded by rounding up).

サブカウンタ162は、クロック位相器164からの複数個の位相が異なるクロック信号を、スペクトラム拡散変調信号Sのエッジのタイミング(スペクトラム拡散変調信号Sの反転のタイミング)でラッチする作用を行う。そして、この複数個の各クロック信号のラッチされたレベルに基づき、周期TCよりも短い時間を計測する。サブカウンタ162では、メインカウンタ163では検出できない時間Tよりも短い時間tを検出して時間分解能を、数式(7)で表せる、時間分解能TC/(2×k)まで向上させる。 The sub-counter 162 performs an operation of latching a plurality of clock signals having different phases from the clock phase shifter 164 at the edge timing of the spread spectrum modulation signal S (inversion timing of the spread spectrum modulation signal S). Then, based on the latched levels of the plurality of clock signals, a time shorter than the cycle T C is measured. The sub-counter 162 detects a time t shorter than the time T that cannot be detected by the main counter 163, and improves the time resolution to a time resolution T C / (2 × k) that can be expressed by Equation (7).

つまり、メインカウンタ163で計測した時間Tと、サブカウンタ162で計測した時間tと、を用いることによって以下の数式(11)によって、到達時間Δtを求め、時間分解能TC/(2×k)を有する測距が可能となる。ここで、(T−TC)+tの演算をおこなう理由は、メインカウンタ163での処理では、時間の切上げ処理が行われるからこれを補正して、時間分解能を向上するためである。この演算はCPU19で行われる。なお、予め、時間Otに切上によって生じる誤差の時間TCを予め含ませるようにしておいても良い。数式(11)から、さらに、測距距離ΔLを求める数式(12)を得ることができる。 That is, by using the time T measured by the main counter 163 and the time t measured by the sub-counter 162, the arrival time Δt is obtained by the following formula (11), and the time resolution T C / (2 × k) It becomes possible to measure the distance. Here, the reason why the calculation of (T−T C ) + t is performed is to improve the time resolution by correcting the round-up process in the process in the main counter 163. This calculation is performed by the CPU 19. Note that a time T C of an error caused by rounding up may be included in advance in the time Ot. From Expression (11), Expression (12) for obtaining the distance measurement distance ΔL can be further obtained.


Δt=(T−TC)+t−Dt−Ot (11)

ΔL=30×107×{(T−TC)+t−Dt−Ot} (12)

Δt = (T−T C ) + t−Dt−Ot (11)

ΔL = 30 × 10 7 × {(T−T C ) + t−Dt−Ot} (12)

(実施例)
図10は、実施形態の要部を具体的な実施例によって示す図である。
(Example)
FIG. 10 is a diagram illustrating a main part of the embodiment by a specific example.

到達時間Δtの上位mビットは、上位ビット生成器として機能するメインカウンタ163から得られる。メインカウンタ163は計測開始トリガー信号Trが入力されるごとにリセットされ、同期ポイント(図5を参照)が検出されるごとに、合成器168に時間T(図5を参照)に相当するmビットのバイナリーデータで表すカウント値を取り込むようにしている。合成器168にmビットのバイナリーデータを取り込むタイミングは、ノア(NOR)ゲート165bの出力信号である同期ポイント信号DSによって制御される。 The upper m bits of the arrival time Δt are obtained from the main counter 163 that functions as an upper bit generator. The main counter 163 is reset every time the measurement start trigger signal Tr is input, and every time a synchronization point (see FIG. 5) is detected, the synthesizer 168 receives m bits corresponding to time T (see FIG. 5). The count value represented by binary data is taken in. The timing for taking the binary data of m bits to the combiner 168 is controlled by a synchronization point signal D S is the output signal of the NOR (NOR) gate 165b.

フレームシンクパターン発生器165aには、予め定められているユニークパターンが保存されている。ユニークパターンと、時系列のベースバンドデータのパターンとが一致するときに、NORゲート165bは、同期ポイント信号DSを発生する。1ビットのシフトレジスタ1711〜シフトレジスタ171nは、フレームシンクを形成するビット数と同数が直列に接続されており、クロック信号φ0によってビットシフトの動作をする。イクスクルーシブオア(EXOR)は、ベースバンドデータとフレームシンクとの1ビットごとの一致を検出するものである。 A predetermined unique pattern is stored in the frame sync pattern generator 165a. And unique pattern, when the pattern matches the baseband data time series, NOR gate 165b generates a synchronization point signal D S. The same number of 1-bit shift registers 171 1 to 171 n as the number of bits forming the frame sync are connected in series, and the bit shift operation is performed by the clock signal φ 0 . Exclusive OR (EXOR) detects a match for each bit between the baseband data and the frame sync.

サブカウンタ162は、フリップフロップ162a〜フリップフロップ162dの4個のディフリップフロップ(DFF)を有している。フリップフロップ162aのディ入力端子(D入力端子)にはクロック信号φ0(図8を参照)が入力され、フリップフロップ162bのD入力端子にはクロック信号φ1(図8を参照)が入力され、フリップフロップ162cのD入力端子にはクロック信号φ2(図8を参照)が入力され、フリップフロップ162dのD入力端子にはクロック信号φ3(図8を参照)が入力されている。すべてのフリップフロップのクロック端子(CK端子)には、エッジ検出器174から得られるスペクトラム拡散変調信号Sの極性が反転する時刻(反転エッジの生じる時刻)を知らせるためのタイミング信号が入力されている。なお、フリップフロップ162a〜フリップフロップ162dのCK端子には、直接にスペクトラム拡散変調信号Sを入力して、立上エッジ、または、立下エッジのどちらか一方のエッジのみをトリガーとして用い、クロック信号φ0〜クロック信号φ3の1、または、0の状態をラッチするようにしても良い。この場合には、エッジ検出器174は必要とはされない。 The sub-counter 162 has four de-flip flops (DFF), that is, flip-flops 162a to 162d. To Di input terminal of the flip-flop 162a (input terminal D) (see Figure 8) clock signal phi 0 is input, (see Figure 8) clock signal phi 1 to the D input terminal of the flip-flop 162b is input The clock signal φ 2 (see FIG. 8) is input to the D input terminal of the flip-flop 162c, and the clock signal φ 3 (see FIG. 8) is input to the D input terminal of the flip-flop 162d. A timing signal for notifying the time when the polarity of the spread spectrum modulation signal S obtained from the edge detector 174 is inverted (the time when the inverted edge occurs) is input to the clock terminals (CK terminals) of all flip-flops. . Note that the spread spectrum modulation signal S is directly input to the CK terminals of the flip-flops 162a to 162d, and only one of the rising edge and the falling edge is used as a trigger, and the clock signal A state of 1 or 0 of φ 0 to clock signal φ 3 may be latched. In this case, the edge detector 174 is not required.

下位ビット生成器166には、フリップフロップ162aの出力端子(Q端子)〜フリップフロップ162dの出力端子(Q端子)の各々から出力される、1、または、0の出力が、4ビットのデータとして入力される。そして、下位ビット生成器166からは、3ビットのバイナリーデータが出力される。一般的に述べると、下位ビット生成器166は、クロック信号の数kに等しい数のディフリップフロップからのk個の入力信号が入力され、数式(9)で与えられるnビットのバイナリーデータが出力される。   The low-order bit generator 166 receives 1 or 0 output from each of the output terminal (Q terminal) of the flip-flop 162a to the output terminal (Q terminal) of the flip-flop 162d as 4-bit data. Entered. The lower bit generator 166 outputs 3-bit binary data. Generally speaking, the low-order bit generator 166 receives k input signals from a number of de-flip flops equal to the number k of clock signals, and outputs n-bit binary data given by Equation (9). Is done.

表2は、フリップフロップ162aの出力端子(Q端子)〜フリップフロップ162dの出力端子(Q端子)の各々から出力されるk個のデータ(この場合は4個のデータQ0〜データQ3)に対する、nビット(この場合は3ビット)のバイナリーデータを対応させた表である。表2の左側の欄は、nビットデータの各々に対応する時間であり、上段から順に、0、(TC/2n)、2×(TC/2n)、〜7×(TC/2n)となっている。なお、表1に示すテーブルが下位ビット生成器166に設けられている。 Table 2 shows k data output from each of the output terminal (Q terminal) of the flip-flop 162a to the output terminal (Q terminal) of the flip-flop 162d (in this case, four data Q 0 to data Q 3 ). Is a table in which binary data of n bits (3 bits in this case) is associated. The column on the left side of Table 2 indicates the time corresponding to each of the n-bit data, and in order from the top, 0, (T C / 2 n ), 2 × (T C / 2 n ), ˜7 × (T C / 2n ). The table shown in Table 1 is provided in the lower bit generator 166.


Figure 2011211346
Figure 2011211346

合成器168は、メインカウンタ163からの上位mビットのバイナリーデータと下位ビット生成器166からの下位nビットのバイナリーデータとを合成して、m+nビットのデータをCPU19に出力する。このとき、メインカウンタ163からのmビットのバイナリーデータの値には、上述したように、切上げによって、最大で1エルエスビー(1LSB:Least significant bit)分の誤差が生じている。この誤差に相当する、下位ビット生成器166からの下位nビットを連結して、合成器168から出力する。   The combiner 168 combines the upper m bits of binary data from the main counter 163 and the lower n bits of binary data from the lower bits generator 166 and outputs m + n bits of data to the CPU 19. At this time, the value of the m-bit binary data from the main counter 163 has an error of 1 LSB (1 LSB: Least Significant Bit) at the maximum due to rounding up as described above. The lower n bits from the lower bit generator 166 corresponding to this error are concatenated and output from the combiner 168.

なお、メインカウンタ163のmビットと下位ビット生成器166のnビットを加算する演算は、合成器168で行うことなく、CPU19で行うようにしても良い。また、上述したように切上げによって、mビットのバイナリーデータの値が1LSB分大きくなっているが、この補正はどの段階で行うようにしても良い。例えば、メインカウンタ163で、最初のクロック信号を無視して実質的に、−1をカウント初期値とするようにしても良く、後述する合成器168で補正をするようにしても良く、さらには、上述したように、CPU19で補正をするようにしても良い。   The operation of adding the m bits of the main counter 163 and the n bits of the lower bit generator 166 may be performed by the CPU 19 without being performed by the synthesizer 168. Further, as described above, the value of m-bit binary data is increased by 1 LSB by rounding up, but this correction may be performed at any stage. For example, the main counter 163 may ignore the first clock signal and substantially set −1 as the count initial value, may be corrected by a combiner 168 described later, As described above, the CPU 19 may perform correction.

なお、下位nビットは、スペクトラム拡散変調信号Sの反転エッジのタイミングで、検出する信号であが、同期ポイントエッジのみを利用するようにしても良く、図10に示すように、同期ポイントエッジを含み、すべての反転エッジを利用するようにしても良い。一方、上位mビットは、ベースバンドデータをクロック同期して検出する信号であり、さらにフレームシンク検出用のシフトレジスタによる遅延も存在している。そして、時系列データであるスペクトラム拡散変調信号Sをサンプルするポイントが、上位ビットの検出におけると、下位ビットの検出におけるとでは、異なり、両者のフォーマット上の反転エッジの検出位置にはずれが生じている。   The lower n bits are signals to be detected at the timing of the inversion edge of the spread spectrum modulation signal S, but only the synchronization point edge may be used. As shown in FIG. Including all the inverted edges may be used. On the other hand, the upper m bits are signals for detecting baseband data in synchronization with the clock, and there is also a delay caused by a shift register for detecting frame sync. The point at which the spread spectrum modulation signal S, which is time series data, is sampled differs between the detection of the upper bits and the detection of the lower bits, and there is a shift in the detection position of the inverted edge on both formats. Yes.

しかしながら、送信系統から送信されるスペクトラム拡散変調信号は、クロック信号に同期しており、受信系統でも同一のクロック信号が関与して同期ポイントが検出される。つまり、送信処理、受信処理のいずれもが、同一の水晶発振子からの基準信号をもとに行われている。ここで、水晶発振子の発振精度は、±50ppm〜±100ppm(1ppm=1×10-6)の範囲と高く、両者(上位ビット検出の時刻、下位ビット検出の時刻)の検出時間差が測距の距離分解能に及ぼす影響はほとんどない。よって、実施形態のエッジ検出方法は十分な精度を有することが理解される。 However, the spread spectrum modulation signal transmitted from the transmission system is synchronized with the clock signal, and the same clock signal is involved in the reception system to detect the synchronization point. That is, both the transmission process and the reception process are performed based on the reference signal from the same crystal oscillator. Here, the oscillation accuracy of the crystal oscillator is as high as ± 50 ppm to ± 100 ppm (1 ppm = 1 × 10 −6 ), and the detection time difference between the two (the upper bit detection time and the lower bit detection time) is a distance measurement. Has little effect on the distance resolution. Therefore, it is understood that the edge detection method of the embodiment has sufficient accuracy.

特に、反射型測距(図2(a)を参照)においては、同一のクロック信号以外には、送信処理と受信処理に関与しないので、水晶発振子の発振精度が距離分解能に与える影響は、さらに、少ない。また、被測定物と超広帯域無線通信測距装置との間の距離が変化する場合においても、通常の車輌速度程度の速度を有して距離が時間に応じて変化する場合には、両者間の検出時間差が測距の距離分解能に及ぼす影響はほとんどない。よって、反射型測距において、実施形態のエッジ検出方法は十分な精度を有することが理解される。   In particular, in the reflection type distance measurement (see FIG. 2A), since the transmission processing and the reception processing are not involved except for the same clock signal, the influence of the oscillation accuracy of the crystal oscillator on the distance resolution is Furthermore, there are few. In addition, even when the distance between the DUT and the ultra-wideband wireless communication distance measuring device changes, if the distance changes according to time with a speed approximately equal to the normal vehicle speed, The difference in detection time has little effect on the distance resolution of ranging. Therefore, it is understood that the edge detection method of the embodiment has sufficient accuracy in the reflection type distance measurement.

また、詳細は省略するが、図2(c)に示す双方向型測距において、送信側と受信側とで異なる水晶発振子を用いる場合においても、2つの水晶発振子の周波数の誤差が、±50ppm〜±100ppmの範囲に収まる場合には、測距の距離分解能に及ぼす影響はほとんどない。なお、図2(b)に示す一方向型測距においては、送信機TXと受信機RXとの両方で用いる絶対時刻のずれが無視できるのであれば、この絶対時刻によって校正したクロック信号を送信機TXと受信機RXとで共に用いることによって測距の距離分解能に及ぼす影響はほとんどない。よって、双方向型測距および一方向型測距においても、実施形態のエッジ検出方法は十分な精度を有することが理解される。   Although not described in detail, in the bidirectional distance measurement shown in FIG. 2C, even when different crystal oscillators are used on the transmission side and the reception side, the frequency error between the two crystal oscillators is When it falls within the range of ± 50 ppm to ± 100 ppm, there is almost no influence on the distance resolution of distance measurement. In the one-way distance measurement shown in FIG. 2B, if the deviation of the absolute time used in both the transmitter TX and the receiver RX can be ignored, a clock signal calibrated based on the absolute time is transmitted. By using both the machine TX and the receiver RX, there is almost no influence on the distance resolution of ranging. Therefore, it is understood that the edge detection method of the embodiment has sufficient accuracy even in the bidirectional distance measurement and the unidirectional distance measurement.

CPU19では、数式(12)に基づき、以下の演算を行い、測距距離ΔLを得る。カウント値(m+n)は、上述したように、上位ビットのLSBに補正を加え、上位mビットと下位nビットとを連結した後の値である。   The CPU 19 performs the following calculation based on the formula (12) to obtain the distance measurement distance ΔL. As described above, the count value (m + n) is a value after correcting the LSB of the upper bits and concatenating the upper m bits and the lower n bits.


ΔL=30×107×[{カウント値(m+n)/2n}×TC−Dt−Ot] (13)

ΔL = 30 × 10 7 × [ { count value (m + n) / 2 n } × T C -Dt-Ot] (13)

上述した図10に示すハードウエア構成は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)によって、実現することができる。この場合において、例えば、クロック信号の周波数が100MHzであり、4つの位相が異なるクロック信号を用いる場合には、800MHzのクロック信号を用いたのと等価である。クロック信号の周波数が100MHzであるときに得られる距離分解能が3mであるのに対して、4つの位相が異なるクロック信号を用いることによって、距離分解能が0.375mに向上する。なお、位相が異なるクロック信号を発生させるには遅延素子を用いるが、FPGA内のPLL(Phase Locked Loop)を用いても良く、プロパゲーションディレー量が管理されたゲート回路を用いるようにしても良い。   The hardware configuration shown in FIG. 10 described above can be realized by, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array). In this case, for example, when the clock signal has a frequency of 100 MHz and four clock signals having different phases are used, this is equivalent to using an 800 MHz clock signal. The distance resolution obtained when the frequency of the clock signal is 100 MHz is 3 m, but the distance resolution is improved to 0.375 m by using clock signals having four different phases. Although a delay element is used to generate clock signals having different phases, a PLL (Phase Locked Loop) in the FPGA may be used, or a gate circuit in which a propagation delay amount is managed may be used. .

要するに、実施形態の超広帯域無線通信測距装置は、以下の特徴を有している。   In short, the ultra-wideband wireless communication distance measuring device of the embodiment has the following features.

空間に送信されて被測距物を経て電波伝搬するスペクトラム拡散変調信号を受信する受信部と、スペクトラム拡散変調信号が空間に送信された時刻である第1時刻(例えば、プリアンブルの先頭の送信時刻)を知らせる送信タイミング発生器と、受信部から得られるスペクトラム拡散変調信号の同期ポイントから第2時刻(例えば、フレームシンク終了時刻)を得る同期ポイント検出器(例えば、データ同期器)と、第1時刻と第2時刻との時間間隔をデジタル処理によって検出する時間間隔検出手段と、時間間隔に基づいて被測距物から受信部までの電波の到達時間を求める到達時間検出部(例えば、CPU)と、到達時間に光速を積算して被測距物と受信部との間の距離を演算する演算手段(例えば、CPU)と、を備えている。   A receiver that receives a spread spectrum modulation signal that is transmitted to space and propagates through a measured object, and a first time that is the time at which the spread spectrum modulation signal is transmitted to space (for example, the first transmission time of the preamble) ), A synchronization point detector (for example, a data synchronizer) that obtains a second time (for example, frame sync end time) from the synchronization point of the spread spectrum modulation signal obtained from the receiver, and a first Time interval detection means for detecting the time interval between the time and the second time by digital processing, and an arrival time detection unit (for example, CPU) for determining the arrival time of the radio wave from the measured object to the reception unit based on the time interval And calculating means (for example, CPU) for calculating the distance between the object to be measured and the receiving unit by integrating the speed of light with the arrival time.

そして、時間間隔検出手段は、第1時間検出部(例えば、上位ビット生成器)と、第2時間検出部(例えば、下位ビット生成器)と、第1時間検出部で得られた第1時間間隔と第2時間検出部で得られた第2時間間隔とを合成する合成部(例えば、合成器)と、を備えている。第1時間検出部は、第1時刻においてクリアされ、所定周期の第1クロック信号でカウントアップされ、第2時刻においてカウントアップが停止されてmビットのバイナリーデータをカウント値として出力するカウンタを有する上位ビット生成器を具備している。ここで、第1クロック信号の周期である所定周期は、例えば、装置を動作させる基準となる、最も周期の短い繰り返し信号であるシステムクロックの周期である。   The time interval detection means includes a first time obtained by the first time detector (for example, the upper bit generator), the second time detector (for example, the lower bit generator), and the first time detector. A combining unit (for example, a combiner) that combines the interval and the second time interval obtained by the second time detection unit. The first time detection unit has a counter that is cleared at the first time, counted up by the first clock signal having a predetermined period, stopped at the second time, and outputs m-bit binary data as a count value. An upper bit generator is provided. Here, the predetermined cycle which is the cycle of the first clock signal is, for example, the cycle of the system clock which is a repetitive signal having the shortest cycle, which is a reference for operating the apparatus.

第2時間検出部は、2の冪乗の数kに基づき、1クロック信号を基準として、(180度/k)ずつ位相をずらしたk個のクロック信号である、第1クロック信号ないし第kクロック信号を発生させるクロック位相器と、第1クロック信号ないし第kクロック信号の各々を、少なくとも第2時刻でラッチしてk個の1ビットの信号を得るラッチ回路(例えば、サブカウンタ)と、ラッチ回路で得られたk個の1ビットの信号から、第1クロック信号がカウンタをカウントアップする時刻と第2時刻との間の時間が短いほど小さな値となる(k−1)ビットのバイナリーデータを形成する下位ビット生成器と、を具備している。   The second time detection unit is a first clock signal to a k-th clock signal that are k clock signals whose phases are shifted by (180 degrees / k) based on one clock signal based on the power of 2 k. A clock phase shifter for generating a clock signal, a latch circuit (for example, a sub-counter) for latching each of the first clock signal to the k-th clock signal at least at a second time and obtaining k 1-bit signals, From the k 1-bit signals obtained by the latch circuit, the shorter the time between the time when the first clock signal counts up the counter and the second time, the smaller the value becomes (k−1) -bit binary. And a lower bit generator for forming data.

合成部(例えば、合成器)は、上位ビット生成器から得られるmビットを上位ビットとし、ラッチ回路から得られる(k−1)ビットを下位ビットとして、(m+n)ビットのバイナリーデータを出力するものである。   A synthesizer (for example, a synthesizer) outputs binary data of (m + n) bits, with m bits obtained from the upper bit generator as upper bits and (k−1) bits obtained from the latch circuit as lower bits. Is.

上述した、実施例のサブカウンタ162では、スペクトラム拡散変調信号Sの同期ポイントの反転エッジをトリガーとして、クロック信号φ0〜クロック信号φ3の1、または、0の状態をトリガー時点でラッチするようにした。しかしながら、下位nビットのバイナリーデータを発生させるサブカウンタは、スペクトラム拡散変調信号Sの同期ポイントの反転エッジと、クロック信号のエッジとの相対関係を検出するものである。より具体的には、クロック信号の1周期内の位相量と検出している。しかしながら、この相対関係を検出するものであれば、サブカウンタとしての機能を果すことができ、上述の実施例に限るものではない。 In the sub-counter 162 according to the embodiment described above, the inversion edge of the synchronization point of the spread spectrum modulation signal S is used as a trigger, and the state of 1 or 0 of the clock signal φ 0 to the clock signal φ 3 is latched at the trigger time. I made it. However, the sub-counter that generates low-order n-bit binary data detects the relative relationship between the inversion edge of the synchronization point of the spread spectrum modulation signal S and the edge of the clock signal. More specifically, the phase amount in one cycle of the clock signal is detected. However, as long as it can detect this relative relationship, it can function as a sub-counter and is not limited to the above-described embodiment.

図11は、実施形態の要部であるサブカウンタの別の実施例を示す図である。サブカウンタ262は、8個のディフリップフロップ(DFF)を有している。8個のディフリップフロップの各々のクロック端子には、クロック信号φ0〜クロック信号φ7が入力されている。クロック信号φ0〜クロック信号φ7は、クロック位相器264で発生される相互に位相が45度異なるクロックである。8個のディフリップフロップの各々のディ入力端子には、スペクトラム拡散変調信号Sが印加されている。そして、8個のディフリップフロップの各々の出力端子からは、出力信号Q0〜出力信号Q7が出力される。下位ビット生成器266は、出力信号Q0〜出力信号Q7の8ビットの信号から3ビットのバイナリーデータを生成する。 FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the sub-counter that is a main part of the embodiment. The sub-counter 262 has eight de-flip flops (DFF). Clock signals φ 0 to φ 7 are input to the clock terminals of the eight de-flip flops. The clock signals φ 0 to φ 7 are clocks generated by the clock phase shifter 264 and having phases different from each other by 45 degrees. A spread spectrum modulation signal S is applied to the de input terminal of each of the eight de-flip flops. Output signals Q 0 to Q 7 are output from the output terminals of the eight de-flip flops. The lower bit generator 266 generates 3-bit binary data from 8-bit signals of the output signal Q 0 to the output signal Q 7 .

図12は、サブカウンタ262の動作をタイムチャートで示す図である。図12は図8に対応するもので、スペクトラム拡散変調信号S3〜スペクトラム拡散変調信号S10の各々を検出する場合における概念を示す図である。 FIG. 12 is a time chart showing the operation of the sub-counter 262. FIG. 12 corresponds to FIG. 8 and is a diagram showing a concept in the case of detecting each of the spread spectrum modulation signal S 3 to the spread spectrum modulation signal S 10 .

表3は、フリップフロップの出力端子(Q端子)の各々から出力される8個のデータQ0〜データQ7に対する、nビット(この場合は3ビット)のバイナリーデータを対応させた表である。表3の左側のS3〜S10の欄は、図12に示すスペクトラム拡散変調信号S3〜スペクトラム拡散変調信号S10の各々を意味している。 Table 3 is a table in which n-bit (3 bits in this case) binary data is associated with eight data Q 0 to data Q 7 output from each output terminal (Q terminal) of the flip-flop. . The columns S 3 to S 10 on the left side of Table 3 mean each of the spread spectrum modulation signal S 3 to the spread spectrum modulation signal S 10 shown in FIG.


Figure 2011211346
Figure 2011211346

この表3をテーブルとして、下位ビット生成器266において用いることによって、8ビットの信号を3ビットのバイナリーデータに変換することができる。つまり、図10に示す回路におけるクロック位相器164、サブカウンタ162を、図11に示すクロック位相器264、サブカウンタ262に置き換えることによって、同様の分解能を得るようにすることができる。図8に示す回路に比べて、クロック信号の数は2倍となるが、インバータ回路によって半数のクロック信号を発生させることができる。   By using Table 3 as a table in the lower bit generator 266, an 8-bit signal can be converted into 3-bit binary data. That is, the same resolution can be obtained by replacing the clock phase shifter 164 and the sub-counter 162 in the circuit shown in FIG. 10 with the clock phase shifter 264 and the sub-counter 262 shown in FIG. Compared with the circuit shown in FIG. 8, the number of clock signals is doubled, but half the clock signals can be generated by the inverter circuit.

(実施形態の変形例)
図13、図14、表4、表5を参照して、実施形態の変形例について説明をする。
(Modification of the embodiment)
A modification of the embodiment will be described with reference to FIGS. 13, 14, 4, and 5.

通信障害(ノイズ、マルチパス等)によって、クロック周期から外れる信号が発生した場合に、非同期処理を行うサブカウンタ162(図9を参照)において、誤動作が生じることがある。実施形態の変形例は、このような誤動作を防止するものである。   When a signal out of the clock cycle is generated due to communication failure (noise, multipath, etc.), malfunction may occur in the sub-counter 162 (see FIG. 9) that performs asynchronous processing. The modification of the embodiment prevents such a malfunction.

図13は、スペクトラム拡散変調信号Sにノイズが含まれる場合を模式的に示す図である。   FIG. 13 is a diagram schematically showing a case where the spread spectrum modulation signal S includes noise.

表3は、図13に示されるスペクトラム拡散変調信号Sのノイズのエッジ(p番目のエッジと(p+1)番目のエッジ)の近傍の立上エッジ、立下エッジの位置と、4個のフリップフロップ(図10を参照)の出力端子からの、出力信号Q0〜出力信号Q3との関係を示す表である。 Table 3 shows the positions of the rising and falling edges in the vicinity of the noise edges (pth edge and (p + 1) th edge) of the spread spectrum modulation signal S shown in FIG. is a table showing the output terminal (see FIG. 10), the relationship between the output signal Q 0 ~ output signal Q 3.


Figure 2011211346
Figure 2011211346

表4に示すように、本来のエッジに対応する出力信号Q0〜出力信号Q3の値は、1000である。一方、ノイズによってラッチされたp番目に対応する出力信号Q0〜出力信号Q3の値は、0111である。また、ノイズによってラッチされた(p+1)番目に対応する出力信号Q0〜出力信号Q3の値は、0011である。 As shown in Table 4, the values of the output signal Q 0 to the output signal Q 3 corresponding to the original edge are 1000. On the other hand, the values of the output signals Q 0 to Q 3 corresponding to the p-th latched by noise are 0111. Further, the value of the output signal Q 0 to output signal Q 3 corresponding to the (p + 1) th latched by noise is 0011.

表5は、図13に図示しない範囲を含む、スペクトラム拡散変調信号Sから検出されるノイズのエッジを含め、これらの近傍の立上エッジ、立下エッジの位置と、4個のフリップフロップ(図10を参照)の出力端子からの、出力信号Q0〜出力信号Q3との関係を示す表である。また、現在のエッジの位置の出力信号Q0〜出力信号Q3と、それより前の4個のエッジの位置の出力信号Q0〜出力信号Q3との5個において、多数決を取ったエッジの位置の出力信号Q0〜出力信号Q3である。 Table 5 includes the edges of noise detected from the spread spectrum modulation signal S including the range not shown in FIG. 13, the positions of rising edges and falling edges in the vicinity thereof, and four flip-flops (see FIG. 10) is a table showing the relationship between the output signal Q 0 to the output signal Q 3 from the output terminal. Further, the majority of the output signals Q 0 to Q 3 at the current edge position and the output signals Q 0 to Q 3 at the positions of the four previous edges are majority. The output signal Q 0 to the output signal Q 3 at the positions of


Figure 2011211346
Figure 2011211346

表5から解るように、このようにして、それ以前の複数個のエッジの位置の出力信号Q0〜出力信号Q3に基づいて、ノイズを排除することが可能となる。ノイズを排除するためのアルゴリズムは、ノイズであるか否かを判定される当該エッジより以前の複数個のエッジの多数決処理(発生頻度処理)のみならず、当該エッジよりも遅れてくるエッジを多数決処理の対象とすることができる。 As can be seen from Table 5, in this way, noise can be eliminated based on the output signals Q 0 to Q 3 at the positions of a plurality of previous edges. The algorithm for eliminating noise is not only the majority processing (occurrence frequency processing) of a plurality of edges before the edge for which it is determined whether or not it is noise, but also the majority of edges that are behind the edge. It can be the target of processing.

また、多数決処理によるのみならず、時系列の出力信号Q0を複数個加算して、加算個数で除して平均値を求め、四捨五入をして、0、または、1のいずれとなるかを決するようにして、他の出力信号Q1〜出力信号Q3についても同様に、平均値を求めた後に四捨五入を行い、ノイズを除去するようにしても良い。このような平均値処理を採用することもできる。そして、多数決処理、平均値処理の結果に基づき、ノイズ、マルチパス等により生じた他の部分と異なるエッジのデータを、他の部分のデータに置き換えて、下位ビットについての測距の誤りが生じないようにできる。 In addition to the majority process, a plurality of time-series output signals Q 0 are added, divided by the added number to obtain an average value, and rounded off to determine whether it becomes 0 or 1 Similarly, the other output signals Q 1 to Q 3 may be similarly rounded off after obtaining an average value to remove noise. Such average value processing can also be employed. Then, based on the results of majority processing and average value processing, the edge data different from other parts caused by noise, multipath, etc. is replaced with the data of other parts, resulting in a ranging error for the lower bits. I can not.

具体的には、図10に示す合成器168にサブカウンタ362は接続され、同期ポイント信号DSに同期して、サブカウンタ362での演算結果は合成器168に取り込まれる。ここで、ノイズ除去器366cを備えない場合には、同期ポイント信号DSが出力された時点で、表5に示すエッジPの時点のスペクトラム拡散変調信号Sがラッチ回路366aに取り込まれていたとすると、誤った位相差に基づく情報を合成器168に取り込んでしまうこととなる。しかしながら、ノイズ除去器366cを備える場合には、スペクトラム拡散変調信号Sのエッジごとに、ノイズであるか否かを検出しているので、ノイズによって検出される位相差信号は排除されており、下位nビットの情報がノイズで誤りを生ずることはない。 Specifically, the sub-counter 362 to the synthesizer 168 shown in FIG 10 is connected, in synchronism with the sync point signal D S, calculation result of the sub-counter 362 is taken to the synthesizer 168. Here, in the case without the noise remover 366c is, when the synchronization point signal D S is output, the spread spectrum modulation signal S at the time of the edge P shown in Table 5 and was taken into the latch circuit 366a Therefore, information based on an erroneous phase difference is taken into the synthesizer 168. However, in the case of including the noise remover 366c, whether or not it is noise is detected for each edge of the spread spectrum modulation signal S, so that the phase difference signal detected by the noise is eliminated, n-bit information does not cause errors due to noise.

図14は、上述した多数決処理、平均値処理の機能を有するサブカウンタであるサブカウンタ362のブロック図を示す図である。ラッチ回路366aは、図10に示すと同様にディフリップフロップ回路を有している。ラッチ回路366aからのクロック数と等しい複数個の信号(例えば、Q1〜Q3)は、ラッチ時刻ごとに、メモリ366b(例えば、4ビット幅のリング状シフトレジスタ)に順次、保存される。例えば、pで示す記憶位置の信号が処理対象信号である場合には、それ以前の信号((p−4)で示す位置の信号〜(p−1)で示す位置の信号)、または、それ以降の信号(p+1)で示す位置の信号〜(p+4)で示す位置の信号)、もしくは、それ以前とそれ以降の信号が、ノイズの除去の目的で使用できる。 FIG. 14 is a block diagram of a sub-counter 362 that is a sub-counter having the above-described majority processing and average value processing functions. The latch circuit 366a has a de-flip flop circuit as shown in FIG. A plurality of signals (for example, Q 1 to Q 3 ) equal to the number of clocks from the latch circuit 366a are sequentially stored in the memory 366b (for example, a 4-bit ring shift register) at each latch time. For example, when the signal at the storage position indicated by p is the signal to be processed, the previous signal (the signal at the position indicated by (p-4) to the signal at the position indicated by (p-1)), or Signals at positions indicated by subsequent signals (p + 1) to signals at positions indicated by (p + 4)), or signals before and after that can be used for the purpose of noise removal.

ノイズ除去器366cは、上述した、多数決処理、または、平均値処理によって、ノイズを除去する。下位ビット生成器366dは、ノイズ除去後の信号について、変換テーブルを用いて、nビットのデータを形成する。なお、ノイズ除去器366cで行う処理は、複数個の信号(例えば、Q1〜Q3)を処理する段階で行うのみならず、nビットデータに変換した後に行うようにしても良い。例えば、(m+n)ビットのバイナリーデータをCPU19に取り込んだ後、CPU19での演算処理によってノイズを除去するようにしても良い。 The noise remover 366c removes noise by the above-described majority process or average value process. The low-order bit generator 366d forms n-bit data using the conversion table for the signal after noise removal. Note that the processing performed by the noise remover 366c is not only performed at the stage of processing a plurality of signals (for example, Q 1 to Q 3 ), but may be performed after conversion to n-bit data. For example, after taking (m + n) -bit binary data into the CPU 19, noise may be removed by arithmetic processing in the CPU 19.

(実施形態の別の変形例)
図15、図16を参照して別の変形例の説明をする。図10に示す回路では、メインカウンタ163とサブカウンタ162aには同一のクロック信号φ0が入力されている。そのために、サブカウンタ162のフリップフロップのクロック端子CKにスペクトラム拡散変調信号Sのエッジとクロック信号φ0のエッジが一致する場合には、サブカウンタ162で0000(バイナリーでは、111)がラッチされながら、同時にメインカウンタ163でもカウントアップされ、誤計測が生じるおそれがある。
(Another modification of the embodiment)
Another modification will be described with reference to FIGS. 15 and 16. In the circuit shown in FIG. 10, the same clock signal φ 0 is input to the main counter 163 and the sub-counter 162a. Therefore, when the edge of the spread spectrum modulation signal S and the edge of the clock signal φ 0 coincide with the clock terminal CK of the flip-flop of the subcounter 162, 0000 (111 in binary) is latched by the subcounter 162. At the same time, the main counter 163 is counted up, which may cause erroneous measurement.

図15は、クロック位相器164からのクロック信号とは別のクロック信号でメインカウンタ163を動作させる回路を示す図である。図15に示すように、遅延素子Ddを用いて、メインカウンタ163のクロック信号φ0'は、クロック信号φ0に対して遅れるようにする。このようにすれば、サブカウンタ162で0000が発生するときにメインカウンタ163のカウントアップが行われることとなり、誤った時間計測をすることがない。図16は、図15に示す回路における、スペクトラム拡散変調信号Sと、クロック信号φ0'およびクロック信号φ0〜 クロック信号φ3との関係を示すタイムチャートである。 FIG. 15 is a diagram showing a circuit for operating the main counter 163 with a clock signal different from the clock signal from the clock phase shifter 164. As shown in FIG. 15, by using the delay elements Dd, clock signals phi 0 of the main counter 163 'is such delayed with respect to the clock signal phi 0. In this way, the main counter 163 is incremented when 0000 is generated in the sub-counter 162, and erroneous time measurement is not performed. FIG. 16 is a time chart showing the relationship between the spread spectrum modulation signal S, the clock signal φ 0 ′, and the clock signal φ 0 to clock signal φ 3 in the circuit shown in FIG.

以上に説明した実施形態、実施例を組み合わせて、新たな実施形態とすることも当然可能であり、また、本発明は、上述した実施形態に限られないことも当然である。   Of course, it is possible to combine the above-described embodiment and examples to make a new embodiment, and the present invention is not limited to the above-described embodiment.

1 超広帯域無線通信測距装置、 11 送信部、 12 送信処理ブロック、 13 データ変換部、 14 バッファー、 15 受信部、 16 受信処理ブロック、 17 データ変換部、 18 バッファー、 20 アンテナ、 121 送信タイミング発生器、 161 相関器、 162 サブカウンタ、 162a〜162d ディフリップフロップ(DFF)、 163 メインカウンタ、 164 クロック位相器、 165 データ同期器、 165a フレームシンクパターン発生器、 165b ノアゲート、 166 下位ビット生成器、 168 合成器、 1711〜171n シフトレジスタ、 174 エッジ検出器、 262 サブカウンタ、 264 クロック位相器、 266 下位ビット生成器、 362 サブカウンタ、 366a ラッチ回路、 366b メモリ、 366c ノイズ除去器、 366d 下位ビット生成器、 D1、D2 データ、 DS 同期ポイント信号、 Dt データ転送時間、 END エンドコード、 FLM フレームシンク、 Ot 内部処理時間、 P1、P2 プリアンブル、 Q0〜Q7 ラッチ後信号(出力信号、データ)、 RX 受信機、 S スペクトラム拡散変調信号、 S1〜S10 スペクトラム拡散変調信号、 TX 送信機、 Tr 計測開始トリガー信号、 ΔL 測距距離、 Δt 到達時間、 δL 距離分解能、 δt 時間分解能、 φ クロック信号、 φ0〜φ7 クロック信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultra-wideband wireless communication ranging device, 11 Transmitter, 12 Transmission processing block, 13 Data conversion unit, 14 Buffer, 15 Reception unit, 16 Reception processing block, 17 Data conversion unit, 18 Buffer, 20 Antenna, 121 Transmission timing generation , 161 correlator, 162 sub-counter, 162a to 162d de-flip flop (DFF), 163 main counter, 164 clock phase shifter, 165 data synchronizer, 165a frame sync pattern generator, 165b NOR gate, 166 lower bit generator, 168 synthesizer, 171 1 ~171 n shift register, 174 an edge detector, 262 sub-counter, 264 a clock phase shifter 266 lower bit generator, 362 sub-counter, 366a latch circuit, 366b memory, 3 6c noise remover, 366d lower bit generator, D1, D2 data, D S synchronization point signal, Dt data transfer time, END end code, FLM frame sync, Ot internal processing time, P1, P2 preamble, Q 0 to Q 7 latch after the signal (output signal, data), RX receiver, S spread spectrum modulation signal, S 1 to S 10 spread spectrum modulation signal, TX transmitter, Tr measurement start trigger signal, [Delta] L measured distance, Delta] t arrival time, [delta] L Distance resolution, δt time resolution, φ clock signal, φ 0 to φ 7 clock signal

Claims (7)

空間に送信されて被測距物を経て電波伝搬するスペクトラム拡散変調信号を受信する受信部と、
上記スペクトラム拡散変調信号が空間に送信された時刻である第1時刻を得る送信タイミング発生器と、
上記受信部から得られるスペクトラム拡散変調信号の同期ポイントから第2時刻を得る同期ポイント検出器と、
上記第1時刻と上記第2時刻との時間間隔をデジタル処理によって検出する時間間隔検出手段と、
上記時間間隔に基づいて上記被測距物から上記受信部までの電波の到達時間を求める到達時間検出部と、
上記到達時間に光速を積算して上記被測距物と上記受信部との間の距離を演算する演算手段と、を備え、
上記時間間隔検出手段は、第1時間検出部と、第2時間検出部と、上記第1時間検出部で得られた第1時間間隔と上記第2時間検出部で得られた第2時間間隔とを合成する合成部と、を具備し、
上記第1時間検出部は、
上記第1時刻においてクリアされ、所定周期の第1クロック信号でカウントアップされ、上記第2時刻においてカウントアップが停止されてmビットのバイナリーデータをカウント値として出力するカウンタを有してなる上位ビット生成器を有し、
上記第2時間検出部は、
2の冪乗の数kに基づき、上記第1クロック信号を基準として、(180度/k)ずつ位相をずらしたk個のクロック信号である、第1クロック信号ないし第kクロック信号を発生させるクロック位相器と、
上記第1クロック信号ないし上記第kクロック信号の各々を、少なくとも上記第2時刻でラッチしてk個の1ビットの信号を得るラッチ回路と、
上記ラッチ回路で得られたk個の1ビットの信号から、上記第1クロック信号が上記カウンタをカウントアップする時刻と上記第2時刻との間の時間が短いほど、小さな値となる(k−1)ビットのバイナリーデータを形成する下位ビット生成器と、を有し、
上記合成部は、
上記上位ビット生成器から得られる上記mビットを上位ビットとし、上記ラッチ回路から得られる上記(k−1)ビットを下位ビットとして、(m+n)ビットのバイナリーデータを出力する、
超広帯域無線通信測距装置。
A receiving unit that receives a spread spectrum modulation signal that is transmitted to space and propagates through an object to be measured;
A transmission timing generator for obtaining a first time which is a time at which the spread spectrum modulation signal is transmitted to space;
A synchronization point detector for obtaining a second time from the synchronization point of the spread spectrum modulation signal obtained from the receiver;
Time interval detection means for detecting a time interval between the first time and the second time by digital processing;
An arrival time detection unit for obtaining an arrival time of radio waves from the object to be measured to the reception unit based on the time interval;
Calculating means for calculating the distance between the object to be measured and the receiving unit by integrating the speed of light with the arrival time;
The time interval detection means includes a first time detection unit, a second time detection unit, a first time interval obtained by the first time detection unit, and a second time interval obtained by the second time detection unit. And a synthesis unit that synthesizes
The first time detector is
An upper bit having a counter that is cleared at the first time, counted up with a first clock signal of a predetermined period, and stopped at the second time and outputs m-bit binary data as a count value Having a generator,
The second time detector is
Based on the power of 2 k, the first clock signal through the kth clock signal, which are k clock signals shifted in phase by (180 degrees / k) with respect to the first clock signal, are generated. A clock phaser,
A latch circuit that latches each of the first clock signal to the k-th clock signal at least at the second time to obtain k 1-bit signals;
From the k 1-bit signals obtained by the latch circuit, the smaller the time between the time when the first clock signal counts up the counter and the second time, the smaller the value (k− 1) a low-order bit generator that forms binary data of bits,
The synthesis unit is
(M + n) bits of binary data are output with the m bits obtained from the upper bit generator as upper bits, the (k-1) bits obtained from the latch circuit as lower bits,
Ultra-wideband wireless communication ranging device.
上記スペクトラム拡散変調信号は、可変長符号で形成され、
上記第2時間検出部のラッチ回路は、
上記可変長符号とされる上記スペクトラム拡散変調信号の反転エッジの発生時に上記k個の1ビットの信号を得る、
請求項1に記載の超広帯域無線通信測距装置。
The spread spectrum modulation signal is formed of a variable length code,
The latch circuit of the second time detector is
Obtaining the k 1-bit signals at the occurrence of an inversion edge of the spread spectrum modulation signal to be the variable length code;
The ultra-wideband wireless communication ranging apparatus according to claim 1.
上記スペクトラム拡散変調信号は、可変長符号で形成され、
上記第2時間検出部は、メモリを有し、
上記メモリに上記可変長符号のエッジが反転する時刻に得られる、上記k個の1ビットの信号を時系列に従って順次、記憶させ、
上記メモリに記憶された複数組の上記k個の1ビットの信号の中から発生頻度が高いk個の1ビットの信号を選択して、上記下位ビット生成器に対して出力する、
請求項1または請求項2に記載の超広帯域無線通信測距装置。
The spread spectrum modulation signal is formed of a variable length code,
The second time detection unit has a memory,
The k 1-bit signals obtained at the time when the edge of the variable length code is inverted are sequentially stored in the memory according to a time series,
Selecting k 1-bit signals having a high occurrence frequency from a plurality of sets of the k 1-bit signals stored in the memory, and outputting the selected signals to the lower bit generator;
The ultra-wideband radio communication ranging apparatus according to claim 1 or 2.
上記スペクトラム拡散変調信号は、可変長符号で形成され、
上記第2時間検出部は、メモリを有し、
上記メモリに上記可変長符号のエッジが反転する時刻に得られる、上記k個の1ビットの信号を時系列に従って順次、記憶させ、
上記メモリに記憶された複数組の上記k個の1ビットの信号をビットごとに平均して、四捨五入して得たk個の1ビットの信号を選択して、上記下位ビット生成器に対して出力する、
請求項1または請求項2に記載の超広帯域無線通信測距装置。
The spread spectrum modulation signal is formed of a variable length code,
The second time detection unit has a memory,
The k 1-bit signals obtained at the time when the edge of the variable length code is inverted are sequentially stored in the memory according to a time series,
A plurality of sets of the k 1-bit signals stored in the memory are averaged for each bit, and k 1-bit signals obtained by rounding are selected, and the lower bit generator is selected. Output,
The ultra-wideband radio communication ranging apparatus according to claim 1 or 2.
さらに、
スペクトラム拡散変調信号を送信する送信部を具備し、
上記第1時刻を上記送信部から得る、
請求項1に記載の超広帯域無線通信測距装置。
further,
Comprising a transmitter for transmitting a spread spectrum modulation signal;
Obtaining the first time from the transmitter;
The ultra-wideband wireless communication ranging apparatus according to claim 1.
受信部が、空間に送信されて被測距物を経て電波伝搬するスペクトラム拡散変調信号を受信し、上記スペクトラム拡散変調信号が空間に送信された時刻である第1時刻を得て、
同期ポイント検出器が、上記受信部から得られるスペクトラム拡散変調信号の同期ポイントから第2時刻を得て、
第1時間検出部のカウンタが、
上記第1時刻においてクリアされ、所定周期の第1クロック信号でカウントアップされ、上記第2時刻においてカウントアップが停止されてmビットのバイナリーデータをカウント値として出力し、
第2時間検出部が、
2の冪乗の数kに基づき、上記第1クロック信号を基準として、(180度/k)ずつ位相をずらしたk個のクロック信号である、第1クロック信号ないし第kクロック信号を発生させ、上記第1クロック信号ないし上記第kクロック信号の各々を、少なくとも上記第2時刻でラッチしてk個の1ビットの信号を得て、上記ラッチ回路で得られたk個の1ビットの信号から、上記第1クロック信号が上記カウンタをカウントアップする時刻と上記第2時刻との間の時間が短いほど、小さな値となる(k−1)ビットのバイナリーデータを形成し、
合成部が、
上記mビットを上位ビットとし、上記(k−1)ビットを下位ビットとして、(m+n)ビットのバイナリーデータを出力して、
演算手段が、上記(m+n)ビットのバイナリーデータに基づいて上記被測距物と上記受信部との間の距離を演算する、
測距方法。
A receiving unit receives a spread spectrum modulation signal that is transmitted to space and propagates through an object to be measured, and obtains a first time that is a time at which the spread spectrum modulation signal is transmitted to space;
The synchronization point detector obtains the second time from the synchronization point of the spread spectrum modulation signal obtained from the receiving unit,
The counter of the first time detection unit is
Cleared at the first time, counted up with a first clock signal of a predetermined period, stopped at the second time, and output m-bit binary data as a count value,
The second time detection unit
Based on the power of 2 k, the first clock signal through the kth clock signal are generated which are k clock signals whose phases are shifted by (180 degrees / k) with respect to the first clock signal. Each of the first clock signal to the kth clock signal is latched at least at the second time to obtain k 1-bit signals, and k 1-bit signals obtained by the latch circuit are obtained. From this, the shorter the time between the time at which the first clock signal counts up the counter and the second time, the smaller the (k−1) -bit binary data is formed,
The synthesis unit
The m bits are upper bits, the (k-1) bits are lower bits, and (m + n) bit binary data is output,
An arithmetic means calculates a distance between the measured object and the receiving unit based on the binary data of (m + n) bits.
Ranging method.
第1時刻と第2時刻との時間間隔をデジタル処理によって検出する時間間隔検出装置であって、
該時間間隔検出装置は、第1時間検出部と、第2時間検出部と、上記第1時間検出部で得られた第1時間間隔と上記第2時間検出部で得られた第2時間間隔とを合成する合成部と、を備え、
上記第1時間検出部は、
上記第1時刻においてクリアされ、所定周期の第1クロック信号でカウントアップされ、上記第2時刻においてカウントアップが停止されてmビットのバイナリーデータをカウント値として出力するカウンタを有する上位ビット生成器を具備し、
上記第2時間検出部は、
2の冪乗の数kに基づき、上記第1クロック信号を基準として、(180度/k)ずつ位相をずらしたk個のクロック信号である、第1クロック信号ないし第kクロック信号を発生させるクロック位相器と、
上記第1クロック信号ないし上記第kクロック信号の各々を、少なくとも上記第2時刻でラッチしてk個の1ビットの信号を得るラッチ回路と、
上記ラッチ回路で得られたk個の1ビットの信号から、上記第1クロック信号が上記カウンタをカウントアップする時刻と上記第2時刻との間の時間が短いほど小さな値となる(k−1)ビットのバイナリーデータを形成する下位ビット生成器と、を具備し、
上記合成部は、
上記上位ビット生成器から得られる上記mビットを上位ビットとし、上記ラッチ回路から得られる上記(k−1)ビットを下位ビットとして、(m+n)ビットのバイナリーデータを出力する、
時間間隔検出装置。
A time interval detection device for detecting a time interval between a first time and a second time by digital processing,
The time interval detection apparatus includes a first time detection unit, a second time detection unit, a first time interval obtained by the first time detection unit, and a second time interval obtained by the second time detection unit. And a synthesis unit that synthesizes
The first time detector is
An upper bit generator having a counter that is cleared at the first time, counted up with a first clock signal having a predetermined period, and stopped at the second time and outputs m-bit binary data as a count value. Equipped,
The second time detector is
Based on the power of 2 k, the first clock signal through the kth clock signal, which are k clock signals shifted in phase by (180 degrees / k) with respect to the first clock signal, are generated. A clock phaser,
A latch circuit that latches each of the first clock signal to the k-th clock signal at least at the second time to obtain k 1-bit signals;
From the k 1-bit signals obtained by the latch circuit, the smaller the time between the time when the first clock signal counts up the counter and the second time, the smaller the value (k−1). A lower bit generator that forms binary data of bits;
The synthesis unit is
(M + n) bits of binary data are output with the m bits obtained from the upper bit generator as upper bits, the (k-1) bits obtained from the latch circuit as lower bits,
Time interval detection device.
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