JP2012008117A - 変位計測システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1台以上の発信機からの電波を複数台の受信機で受信し、受信信号の受信位相の組合せから算出した受信位相差の変化から発信機の変位を計測する変位計測部(60)と、あらかじめ取得した受信信号に基づく基準データと、変位計測時に取得した受信信号に基づく観測データとの相関係数が所定の閾値よりも低い場合には、計測環境の変化が発生したことを検出する環境変化検出部(40)と、計測環境の変化が検出された場合には、受信信号に対して計測環境が変化したことによる位相誤差を校正する校正処理部(50)とを備え、変位計測部は、計測環境の変化が検出された場合には、校正後の受信信号の受信位相の組合せから受信位相差を算出することで発信機の変位を計測する。
【選択図】図2
Description
特許文献1のような従来技術では、例えば、降雨等の影響で計測環境が変化したことにより受信信号に位相誤差が発生し、受信位相が変化すると、実際には、発信機が変位していない場合であっても、システムとして変位を観測してしまう課題があった。
本発明は、以下の2つの仮定に基づき、変位計測の外乱要因となる環境変化検出を行うものである。
(仮定1)発信機に変位が生じた場合の発信機の変位は、数ミリ程度の大きさであり、発信機と受信機間の距離に比べると微小であることから、発信機変位のみでは、受信位相が変化したとしても、波形そのものは、ほぼ変化しない。
(仮定2)計測環境に変化が生じた場合、例えば、降雨により雨粒の付着等が起こった場合には、発信機と受信機間のマルチパスの状態が変化し、受信位相が変化するとともに、受信波形そのものが変化する。
図1は、本発明の実施の形態1における変位計測システムの基本的な構成を例示する全体図である。図1に示した変位計測システムは、変位を観測したい地点に設置された1台の発信機1(1)と、設置箇所が変位しない場所に設置されたm個の受信機2(1)〜2(m)で構成される。本実施の形態1では、発信機1(1)からの送信信号が未知である場合について説明する。
位相差A:リファレンスデータと降雨検知前の受信データとの位相差であり、上述した位相差θdispに相当する。
位相差B:位相差Cから位相差Aを減算した位相差に相当し、上述した位相補正データθcalに相当する。
位相差C:リファレンスデータと降雨検知後の受信データとの位相差であり、上述した位相差θmeanに相当する値である。
先の実施の形態1では、発信機からの送信信号が未知であり、基準とする計測環境の受信信号と、実際に判定を行う受信信号との類似性に着目し、環境変化の検出を行う場合について説明した。これに対して、本実施の形態2では、発信機からの送信信号が既知であり、基準とする計測環境の受信信号を得るための伝達関数と、実際に判定を行う受信信号を得るための伝達関数との類似性に着目し、環境変化の検出を行う場合について説明する。
先の実施の形態1では、1個の発信機とm個の受信機で送受信系が構成され、送信信号が未知の場合について説明した。これに対して、本実施の形態3では、n個の発信機とm個の受信機で送受信系が構成され、送信信号が未知の場合について説明する。
先の実施の形態2では、1個の発信機とm個の受信機で送受信系が構成され、送信信号が既知の場合について説明した。これに対して、本実施の形態4では、n個の発信機とm個の受信機で送受信系が構成され、送信信号が既知の場合について説明する。
先の実施の形態3では、n個の発信機とm個の受信機で送受信系が構成され、受信信号との相関係数算出に用いるリファレンスデータは、外乱要因がないシステム導入環境下での種々の受信データをデータベース化してあらかじめ登録しておき、それらの中から、計測を行っている時期および時間帯に応じて適切なデータを選択する場合について説明した。これに対して、本実施の形態5では、送信信号が未知の場合において、リファレンスデータとして、受信信号と計測時間が近く、かつ、晴天時に取得したデータを選択する場合について説明する。
・リファレンス効果時間TTL1=TTL_default1
・リファレンス効果時間TTL2=TTL_default2
・フィルタ係数M1、M2、N(ただし、TTL_default2≫TTL_default1≧M2+1とする。)
・環境変化検出閾値Thre1
・環境変化検出閾値Thre2
Thre1=μ+K1σ
Thre2=μ+K2σ
tref1=M2、M2+1、・・・、M2+TTL_default1−1
tref2=M2、M2+1、・・・、M2+TTL_default2−1
CORR1(t)≧Thre1
CORR1(t−m1)≧Thre1
CORR1(t+m2)≧Thre1
の3式を満たすCORR1の数P1がN個以上、かつ、
CORR2(t)≧Thre2
CORR2(t−m1)≧Thre2
CORR2(t+m2)≧Thre2
の3式を満たすCORR2の数P2がN個以上の場合には、観測信号rbasis(m、p、t)取得時は晴天であった(環境変化の検出なし)とする。
CORR1(t)≧Thre1
CORR1(t−m1)≧Thre1
CORR1(t+m2)≧Thre1
の3式を満たすCORR1の数P1がN個以上、かつ、
CORR2(t)≧Thre2
CORR2(t−m1)≧Thre2
CORR2(t+m2)≧Thre2
の3式を満たすCORR2の数P2がN個未満の場合には、観測信号rbasis(m、p、t)取得時は、降雨状態であった(環境変化の検出あり)とする。
CORR1(t)≧Thre1
CORR1(t−m1)≧Thre1
CORR1(t+m2)≧Thre1
の3式を満たすCORR1の数P1がN個未満、かつ、
CORR2(t)≧Thre2
CORR2(t−m1)≧Thre2
CORR2(t+m2)≧Thre2
の3式を満たすCORR2の数P2がN個以上の場合には、観測信号rbasis(m、p、t)取得時は、降雨状態であった(環境変化の検出あり)とする。
CORR1(t)≧Thre1
CORR1(t−m1)≧Thre1
CORR1(t+m2)≧Thre1
の3式を満たすCORR1の数P1がN個未満、かつ、
CORR2(t)≧Thre2
CORR2(t−m1)≧Thre2
CORR2(t+m2)≧Thre2
の3式を満たすCORR2の数P2がN個未満の場合には、観測信号rbasis(m、p、t)取得時は、降雨状態であった(環境変化の検出あり)とする。
Claims (13)
- 変位を観測したい地点に設置された1台以上の発信機からの電波を、設置箇所が変位しない場所に設置された複数台の受信機で受信し、前記複数台の受信機による受信信号の受信位相の組合せから受信位相差を算出し、前記受信位相差の変化から前記1台以上の発信機の変位を計測する変位計測部を備えた変位計測システムにおいて、
あらかじめ取得した受信信号に基づく基準データと、変位計測時に取得した受信信号に基づく観測データとの相関係数を算出し、算出した前記相関係数が所定の閾値よりも低い場合には、計測環境の変化が発生したことを検出する環境変化検出部と、
前記環境変化検出部により前記計測環境の変化が検出された場合には、前記変位計測時に取得した受信信号に対して、前記計測環境が変化したことによる位相誤差を校正する校正処理部と
をさらに備え、
前記変位計測部は、前記環境変化検出部により前記計測環境の変化が検出された場合には、前記校正処理部による校正後の受信信号の受信位相の組合せから受信位相差を算出することで、前記1台以上の発信機の変位を計測する
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項1に記載の変位計測システムにおいて、
前記環境変化検出部は、前記1台以上の発信機からの送信信号が未知であり送信信号情報を利用できない場合には、あらかじめ取得した受信信号を前記基準データとし、変位計測時に取得した受信信号を前記観測データとし、受信信号同士の相関係数を算出することで前記計測環境の変化が発生したか否かを検出する
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項1に記載の変位計測システムにおいて、
前記環境変化検出部は、前記1台以上の発信機からの送信信号が既知であり送信信号情報を利用できる場合には、あらかじめ取得した受信信号および前記送信信号情報に基づいて算出した計測環境の伝達関数を前記基準データとし、変位計測時に取得した受信信号および前記送信信号情報に基づいて算出した計測環境の伝達関数を前記観測データとし、伝達関数同士の相関係数を算出することで前記計測環境の変化が発生したか否かを検出する
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項2に記載の変位計測システムにおいて、
前記校正処理部は、前記環境変化検出部により前記計測環境の変化が検出された場合には、前記計測環境の変化を検出する直前の前記複数台の受信機による受信信号の受信位相の組合せから算出した受信位相差と、前記計測環境の変化を検出した時点の前記複数台の受信機による受信信号の受信位相の組合せから算出した受信位相差との差分として位相補正データを算出し、前記環境変化検出部により前記計測環境の変化が検出された状態が継続する間は、前記位相補正データを用いて変位計測時に取得した受信信号の位相誤差を校正する
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項3に記載の変位計測システムにおいて、
前記校正処理部は、前記環境変化検出部により前記計測環境の変化が検出された場合には、前記基準データとしての伝達関数と、前記計測環境の変化を検出した時点の前記観測データとしての伝達関数との差分に対して前記送信信号情報を乗算することで受信信号補正データを算出し、前記環境変化検出部により前記計測環境の変化が検出された状態が継続する間は、変位計測時に取得した受信信号から前記受信信号補正データを減算することで前記変位計測時に取得した受信信号の位相誤差を校正する
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の変位計測システムにおいて、
季節や時間帯により異なる種々の日射・温度条件下であらかじめ取得した受信信号を、前記日射・温度条件と関連付けて複数の基準データとして記憶するデータ記憶部と、
変位計測時における前記日射・温度条件に応じた基準データを、前記データ記憶部から抽出し、変位計測に用いる前記基準データを順次更新するリファレンスデータ抽出部と
をさらに備えることを特徴とする変位計測システム。 - 請求項2に記載の変位計測システムにおいて、
発信機付近の変位が発生しない固定点に設置した1台以上の基準発信機が存在する場合には、前記1台以上の基準発信機のそれぞれから送信され前記複数台の受信機のそれぞれで受信した各観測信号を基準データとし、あらかじめ定めたリファレンス効果時間が経過した場合には、前記観測データと近い時刻に取得した新たな基準データを選定するように基準データの更新処理を行う基準データ選択部をさらに備え、
前記環境変化検出部は、前記基準データ選択部により逐次更新される基準データと、前記観測データとの相関係数を算出することで前記計測環境の変化が発生したか否かを検出する
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項7に記載の変位計測システムにおいて、
前記基準発信機が存在しない場合には、
前記基準データ選択部は、前記1台以上の基準発信機のそれぞれから送信される信号の代わりに前記1台以上の発信機から送信される信号を用いて前記基準データの更新処理を行う
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項7または8に記載の変位計測システムにおいて、
前記基準データ選択部は、前記リファレンス効果時間が経過したことにより前記新たな基準データを選定する際に、観測データ取得時刻から一定時間内に取得した基準データのうち、更新前の現状の基準データに対する相関係数が最も大きくなる基準データを前記新たな基準データとして更新処理を行う
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項7ないし9のいずれか1項に記載の変位計測システムにおいて、
前記環境変化検出部は、前記基準データ選択部により逐次更新される基準データに対して、時間的に数サンプル前後のデータに対する相関係数の値も加味して前記計測環境の変化が発生したか否かを検出する
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項7ないし10のいずれか1項に記載の変位計測システムにおいて、
前記基準データ選択部は、短期的な環境変化と長期的な環境変化の両方に対応できるように、時間長の異なる複数のリファレンス効果時間に対応する複数の基準データについて前記更新処理を行い、
前記環境変化検出部は、前記基準データ選択部により逐次更新される前記複数の基準データのそれぞれと、前記観測データとの相関係数を算出することで、前記短期的あるいは前記長期的な計測環境の変化が発生したか否かを検出する
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項7に記載の変位計測システムにおいて、
前記環境変化検出部は、P台の基準発信機とM台の受信機が存在する場合に、前記基準発信機と前記受信機との総組合せ数PMに対して、一定数以上の組合せで計測環境の変化が発生したと判断することで、環境変化が発生したものと断定する
ことを特徴とする変位計測システム。 - 請求項8に記載の変位計測システムにおいて、
前記環境変化検出部は、N台の発信機とM台の受信機が存在する場合に、前記発信機と前記受信機との総組合せ数NMに対して、一定数以上の組合せで計測環境の変化が発生したと判断することで、環境変化が発生したものと断定する
ことを特徴とする変位計測システム。
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JP2013195366A (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Mitsubishi Electric Corp | 変位計測システム |
WO2018216170A1 (ja) * | 2017-05-25 | 2018-11-29 | 三菱電機株式会社 | 変位計測装置 |
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JPH10239414A (ja) * | 1997-02-26 | 1998-09-11 | Fujitsu Ltd | 位置標定方式 |
JP2005277668A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Toshiba Corp | 無線受信装置及び無線受信方法 |
JP2008202964A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Mitsubishi Electric Corp | 変位計測装置 |
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- 2011-03-28 JP JP2011070882A patent/JP5687108B2/ja active Active
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JPWO2018216170A1 (ja) * | 2017-05-25 | 2019-06-27 | 三菱電機株式会社 | 変位計測装置 |
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