JP2013217754A - Distance measuring device and distance correction means - Google Patents

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実則 河野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distance measuring device and distance correction means that are capable of measuring a distance with high accuracy.SOLUTION: First transmitting and receiving means 101a intermittently transmits a radio signal including at least a start point signal, and when second transmitting and receiving means 101b receives the radio signal, the second transmitting and receiving means 101b demodulates the start point signal from the received radio signal, corrects an inherent propagation delay error by an inexpensive method, and then transmits, by return, the radio signal including a distance measuring signal synchronized with the demodulated and corrected start point signal, in time division timing. The first transmitting and receiving means demodulates the distance measuring signal received from the second transmitting and receiving means, corrects the inherent propagation delay error by the inexpensive method, and then calculates a distance between the first and second transmitting and receiving means with high accuracy by measuring a propagation delay phase or propagation delay time of the distance measuring signal corrected on the basis of the start point signal generated at a self station.

Description

この発明は、第1の発受信手段と第2の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いて、時分割で相互間の通信を行うことによって、相互間の距離を高精度で測定できる距離測定装置および距離補正手段に関するものである。
According to the present invention, the distance between each other is accurately determined by performing communication between the first transmitting / receiving unit and the second transmitting / receiving unit using a single radio frequency in a time division manner. It is related with the distance measuring device and distance correction | amendment means which can be measured by.

従来から、複数の無線通信機の間で相互通信を行ない相互間の距離を測定するための、距離補正手段を有する距離測定装置が提案されている。(例えば、特許文献1〜3参照)
特願2011−253633号 特開2009−162488号公報 特開2001−033543号公報
Conventionally, there has been proposed a distance measuring device having a distance correcting means for performing mutual communication between a plurality of wireless communication devices and measuring a distance between them. (For example, see Patent Documents 1 to 3)
Japanese Patent Application No. 2011-253633 JP 2009-162488 A JP 2001-033543 A

図8、図9は、特許文献1に記載されている従来の「距離測定装置および距離補正手段」の実施例であり、第1および第2の制御手段において距離補正手段52を設け、電波減衰時の距離測定精度の低下を防止するために、第1および第2の受信手段13a、13bへの受信信号強度を測定したRSSI値を用いて、出荷時あるいは適時のタイミングで記憶させた補正係数を用いて距離の補正を行うよう構成されている。
一方、特許文献2に記載されている従来の「無線端末装置およびゲイン調整方法」の実施例では、往復時間の測定時に、送信信号と受信信号との信号レベルを合わせることで、電波減衰による距離測定精度の低下を防止するよう構成されている。
8 and 9 show an example of the conventional “distance measuring device and distance correcting means” described in Patent Document 1, in which distance correcting means 52 is provided in the first and second control means, and radio wave attenuation is performed. Correction coefficient stored at the time of shipment or at a timely timing using RSSI values obtained by measuring received signal strengths to the first and second receiving means 13a and 13b in order to prevent a decrease in distance measurement accuracy at the time Is used to correct the distance.
On the other hand, in the example of the conventional “wireless terminal apparatus and gain adjustment method” described in Patent Document 2, the distance due to radio wave attenuation is obtained by matching the signal levels of the transmission signal and the reception signal when measuring the round-trip time. It is configured to prevent a decrease in measurement accuracy.

一方、特許文献3に記載されている従来の「距離検出方法及び距離検出装置」の実施例では、送受信系回路における信号遅延時間を、送受信信号を折り返し直接受信して得られた測定距離を用いて補正値としているが、現実の補正値は、本来受信信号強度によって変化させるべきものである。
前記のように、従来の距離測定精度の低下を防止するための手段は、受信機への受信信号強度の変動によって、中間周波増幅器の伝搬遅延時間が変動するために生じる距離の測定誤差を補正するための距離補正手段を付加するものであるが、装置を複雑にし、コスト高となるにも関わらず、規定の距離測定精度を維持するためには、詳細な温度補償あるいは経年変化補正を行う必要があるなどの問題点があった。
On the other hand, in the embodiment of the conventional “distance detection method and distance detection device” described in Patent Document 3, the signal delay time in the transmission / reception system circuit is measured using the measurement distance obtained by directly receiving the transmission / reception signal. However, the actual correction value should be changed according to the received signal strength.
As described above, the conventional means for preventing the decrease in distance measurement accuracy corrects the distance measurement error caused by the fluctuation of the propagation delay time of the intermediate frequency amplifier due to the fluctuation of the received signal strength to the receiver. In order to maintain the specified distance measurement accuracy despite the complexity and cost of the device, detailed temperature compensation or aging correction is performed. There was a problem such as necessity.

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、第1の発受信手段と第2の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いて、時分割で相互間の通信を行うことにより、相互間の距離を高精度でしかも短時間で測定できる距離測定装置および距離補正手段を、安価でしかも温度補償あるいは経年変化補正などを要さずに提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and uses a single radio frequency between the first transmitting / receiving means and the second transmitting / receiving means in a time division manner. By providing communication, it is possible to provide a distance measurement device and distance correction means that can measure the distance between each other with high accuracy and in a short time at low cost and without requiring temperature compensation or aging correction. Objective.

この発明に係わる距離測定装置では、前記第1の発受信手段が、起点信号を含む無線信号をバースト信号として、前記第2の発受信手段に向けて間欠発信し、前記第2の発受信手段が、前記第1の発受信手段から発信された起点信号を含む無線信号を受信すると、前記受信した起点信号と高精度で同期した距離測定信号を含む無線信号を前記第1の発受信手段に向けて、複数のタイムスロットからランダムに選択された時分割のタイミングで折返して発信し、前記第1の発受信手段において、前記第2の発受信手段から発信された無線信号を受信して前記距離測定信号を復調し、前記自局で生成した起点信号と同期したクロック信号を用いて前記復調した距離測定信号の伝搬遅延位相差もしくは伝搬遅延時間差を測定して、前記第1の発受信手段と第2の発受信手段との間の距離を高精度で測定するよう構成されている。   In the distance measuring apparatus according to the present invention, the first transmitting / receiving unit intermittently transmits a radio signal including a starting point signal as a burst signal to the second transmitting / receiving unit, and the second transmitting / receiving unit. When receiving a radio signal including a starting signal transmitted from the first transmitting / receiving unit, a radio signal including a distance measurement signal synchronized with the received starting signal with high accuracy is transmitted to the first transmitting / receiving unit. In response, the first transmission / reception unit receives a radio signal transmitted from the second transmission / reception unit, and transmits at a time division timing selected at random from a plurality of time slots. Demodulating the distance measurement signal, measuring a propagation delay phase difference or a propagation delay time difference of the demodulated distance measurement signal using a clock signal synchronized with the origin signal generated by the own station, and performing the first transmission / reception The distance between the stage and the second place and receive means is configured to measure at high accuracy.

従来の距離測定装置が、距離を高精度で測定するために、前記発受信手段の受信手段および制御手段に「誤差検出・補正手段」を設け、受信信号強度の変動によって中間周波増幅器の伝搬遅延時間が変動するのを、受信信号強度に対応する補正値および補正係数を出荷時に記憶させ、記憶された補正値および補正係数を用いて距離の補正を行なっていたのに対して、この発明の距離測定装置では、受信信号強度の変動に対し中間周波増幅器の伝搬遅延時間の変動が十分に小さい値になるよう「低伝搬遅延増幅・復調手段」を採用することによって、従来必要であった複雑な構成の「誤差検出・補正手段」を削除することが可能となり、高精度の距離測定装置を安価に実現できることとなった。
In order for a conventional distance measuring device to measure a distance with high accuracy, an "error detecting / correcting means" is provided in the receiving means and the control means of the transmitting / receiving means, and the propagation delay of the intermediate frequency amplifier is caused by fluctuations in the received signal intensity. In contrast to the fact that the time fluctuates, the correction value and correction coefficient corresponding to the received signal strength are stored at the time of shipment, and the correction of the distance is performed using the stored correction value and correction coefficient. The distance measurement device employs a "low propagation delay amplification / demodulation means" so that the fluctuation of the propagation delay time of the intermediate frequency amplifier becomes sufficiently small with respect to the fluctuation of the received signal strength. It is possible to delete the “error detection / correction means” having a simple configuration, and a highly accurate distance measuring device can be realized at low cost.

このように、本発明の距離測定装置では、第1の発受信手段と第2の発受信手段との間で、単一の無線周波数を用いたバースト信号によって相互間の通信を行うことで、安価な装置によって、相互間の距離を短時間でしかも高精度に算出できる利点がある。
Thus, in the distance measuring device of the present invention, by performing communication between the first transmitting / receiving unit and the second transmitting / receiving unit by a burst signal using a single radio frequency, There is an advantage that the distance between each other can be calculated in a short time and with high accuracy by an inexpensive apparatus.

本発明の第1の実施の形態による距離測定装置の構成図The block diagram of the distance measuring device by the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態による第1の発受信手段の構成図The block diagram of the 1st transmission / reception means by the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態による第2の発受信手段の構成図The block diagram of the 2nd transmission / reception means by the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態によるタイミングチャートTiming chart according to the first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施の形態による制御フローチャートControl flowchart according to the first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施の形態による同期確立・保持手段の構成図Configuration diagram of synchronization establishment / holding means according to the first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施の形態による距離測定手段の構成図The block diagram of the distance measurement means by the 1st Embodiment of this invention 従来の実施例を示す構成図Configuration diagram showing a conventional example 従来の他の実施例を示す構成図Configuration diagram showing another conventional example

この発明に係わる距離測定装置は、図1〜図5、および請求項1に本発明の第1の実施の形態を示すように、無線信号を用いて第1の発受信手段と第2の発受信手段との間の距離を測定する距離測定装置において、前記第1の発受信手段が、前記無線信号を時分割のタイミングでバースト信号として間欠発信するための第1の発信手段と、前記無線信号を時分割のタイミングで受信するための第1の受信手段と、前記第1の発信手段と第1の受信手段とを制御するための第1の制御手段と、前記第1の発信手段と第1の受信手段との間で、アンテナを時分割で切替えあるいは共有するための第1のアンテナ切替手段とから構成される。   As shown in FIGS. 1 to 5 and claim 1 of the first embodiment of the present invention, the distance measuring apparatus according to the present invention uses a radio signal to transmit the first transmitter / receiver and the second transmitter. In the distance measuring device for measuring the distance to the receiving means, the first transmitting / receiving means intermittently transmits the wireless signal as a burst signal at a time division timing, and the wireless A first receiving means for receiving a signal at time-division timing, a first control means for controlling the first sending means and the first receiving means, and the first sending means; The first antenna switching means for switching or sharing the antenna in a time division manner with the first receiving means.

前記第2の発受信手段が、前記無線信号を時分割のタイミングでバースト信号として間欠発信するための第2の発信手段と、前記無線信号を時分割のタイミングで受信するための第2の受信手段と、前記第2の発信手段と第2の受信手段とを制御するための第2の制御手段と、前記第2の発信手段と第2の受信手段との間で、アンテナを時分割で切替えあるいは共有するための第2のアンテナ切替手段とから構成される。
前記第1の発受信手段において、前記第1の受信手段が、少なくとも、第1の低雑音増幅器と、第1のミキサと、第1の中間周波フイルタと、第1の低伝搬遅延増幅・復調手段とを有し、かつ前記第1の制御手段が、少なくとも、第1の同期確立・保持手段と、第1の距離測定手段と、第1の起点信号生成手段とを有する。
The second transmitting / receiving means transmits the radio signal intermittently as a burst signal at time division timing, and the second reception for receiving the radio signal at time division timing. Means, a second control means for controlling the second transmitting means and the second receiving means, and an antenna in a time-sharing manner between the second transmitting means and the second receiving means. It comprises second antenna switching means for switching or sharing.
In the first transmitting / receiving means, the first receiving means includes at least a first low noise amplifier, a first mixer, a first intermediate frequency filter, and a first low propagation delay amplification / demodulation. And the first control means includes at least a first synchronization establishment / holding means, a first distance measuring means, and a first starting point signal generating means.

前記第2の発受信手段において、前記第2の受信手段が、少なくとも、第2の低雑音増幅器と、第2のミキサと、第2の中間周波フィルタと、第2の低伝搬遅延増幅・復調手段とを有し、かつ前記第2の制御手段が、少なくとも、第2の同期確立・保持手段と、距離測定信号生成手段とを有し、前記第1および第2の発信手段および受信手段トータルの伝搬遅延時間が20ナノ秒以下であり、前記第1および第2の中間周波フィルタの伝搬遅延時間が10ナノ秒以下であり、かつ前記第1および第2の低伝搬増幅・復調手段の伝搬遅延時間が5ナノ秒以下であり、前記第1、第2、あるいはこれらの両方の制御手段において、前記第1、第2、あるいはこれらの両方の受信手段への受信信号強度の変動に対し、前記伝搬遅延時間の変動が比較的に少ない定数部分について固定的に距離補正を行うものとする。   In the second transmitting / receiving means, the second receiving means includes at least a second low noise amplifier, a second mixer, a second intermediate frequency filter, and a second low propagation delay amplification / demodulation. And the second control means includes at least a second synchronization establishment / holding means and a distance measurement signal generation means, and the first and second transmission means and reception means total. The propagation delay time of the first and second intermediate frequency filters is 10 nanoseconds or less, and the propagation of the first and second low propagation amplification / demodulation means The delay time is 5 nanoseconds or less, and in the first, second, or both control means, the fluctuation of the received signal strength to the first, second, or both reception means, Comparison of fluctuations in the propagation delay time And it performs fixedly distance corrected for less constant part.

また、請求項2に示すように、前記起点信号および距離測定信号がASK変調もしくは振幅変調されており、前記低伝搬遅延増幅・復調手段が、広帯域差動増幅手段、自動利得制御手段、ヒステリシス特性、広帯域コンパレータ、あるいはこれらの組合せを有するものとする。
また、請求項3に示すように、前記受信手段への受信信号強度が変動するのに対し、前記受信手段の伝搬遅延時間が変動する変動部分が2ナノ秒以内であるものとする。
また、請求項4に示すように、前記中間周波フィルタがパッシブ回路で構成され、かつ等価帯域幅が100MHz以上であり、前記低伝搬遅延増幅・復調手段が、少なくとも、高速の差動増幅器、高速のオペアンプ、高速のコンパレータ、あるいはこれらの組合せによって構成され、かつ等価帯域幅が200MHz以上であるものとする。
According to a second aspect of the present invention, the origin signal and the distance measurement signal are ASK modulated or amplitude modulated, and the low propagation delay amplifying / demodulating means includes a wideband differential amplifying means, an automatic gain control means, a hysteresis characteristic. , Broadband comparator, or a combination thereof.
According to another aspect of the present invention, the received signal strength to the receiving means fluctuates, whereas the fluctuation portion where the propagation delay time of the receiving means fluctuates is within 2 nanoseconds.
According to a fourth aspect of the present invention, the intermediate frequency filter is formed of a passive circuit and has an equivalent bandwidth of 100 MHz or more, and the low propagation delay amplification / demodulation means includes at least a high speed differential amplifier, a high speed The operational amplifier, the high-speed comparator, or a combination thereof, and the equivalent bandwidth is 200 MHz or more.

また、請求項5に示すように、前記同期確立・保持手段が、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号の立ち上がり点、立下り点、あるいはゼロ交差点を1GHz以上の高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記検出されたタイミングで、単一もしくは複数のカウンタをセットしあるいはリセットすることによって同期を確立し・保持させる。
また、請求項6に示すように、前記距離測定手段が、前記同期確立・保持手段の出力信号と前記起点信号生成手段の出力信号とを比較する比較手段と、前記比較した結果の内で両者の符号もしくは位相が同一でありあるいは異なる期間を検出する検出手段と、前記符号もしくは位相が同一でありあるいは異なる期間から両者間の相対距離を算出する距離算出手段と、前記定数部分について距離補正を行うための距離補正手段とを有する。
In addition, according to a fifth aspect of the present invention, the synchronization establishment / holding means detects a rising point, a falling point, or a zero crossing point of the demodulated origin signal or distance measurement signal by a sampling signal having a high frequency of 1 GHz or more. At the detected timing, synchronization is established and maintained by setting or resetting a single or a plurality of counters.
Further, according to a sixth aspect of the present invention, the distance measuring unit includes a comparing unit that compares the output signal of the synchronization establishing / holding unit and the output signal of the starting point signal generating unit, and both of the comparison results. Detecting means for detecting periods in which the sign or phase is the same or different, distance calculating means for calculating a relative distance between them from the same or different period, and distance correction for the constant portion. And a distance correction means for performing.

また、請求項第7に示すように前記第2の発受信手段が、前記第1の発受信手段から発信された起点信号と識別信号とを含む無線信号を受信すると、前記受信した起点信号と高精度で同期した距離測定信号と識別信号とを含む無線信号を前記第1の発受信手段に向けて、複数のタイムスロットからランダムに選択された時分割のタイミングで折返して発信する。
また、請求項8に示すように、前記無線信号がミリ波帯の電磁波信号であるものとする。
また、請求項9に示すように、前記第1の発受信手段、前記第2の発受信手段、あるいはこれらの両方が、ミリ波レーダとしての機能を併せ持つものとする。
Further, as shown in claim 7, when the second transmitting / receiving unit receives a radio signal including a starting signal and an identification signal transmitted from the first transmitting / receiving unit, the received starting signal and A radio signal including a distance measurement signal and an identification signal synchronized with high accuracy is sent back to the first transmitting / receiving unit at a time division timing randomly selected from a plurality of time slots.
Moreover, as shown in claim 8, the radio signal is an electromagnetic wave signal in a millimeter wave band.
Further, as shown in claim 9, the first transmission / reception means, the second transmission / reception means, or both of them have a function as a millimeter wave radar.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態による距離測定装置の構成図である。図1において、101aは第1の発受信手段、101bは第2の発受信手段、11a、11bは制御手段、12a、12bは発信手段、13a、13bは受信手段、14a、14bはアンテナ切替手段、15a、15bはアンテナ、16は無線信号の伝搬路である。前記第1の発受信手段101aと第2の発受信手段101bは、40GHz帯など、単一の周波数の無線信号を用い、時分割同時通信により、伝搬路16を介して双方向通信を行い、相互間の相対距離を高精度で測定することができる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a distance measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 101a is a first transmission / reception means, 101b is a second transmission / reception means, 11a and 11b are control means, 12a and 12b are transmission means, 13a and 13b are reception means, and 14a and 14b are antenna switching means. , 15a and 15b are antennas, and 16 is a propagation path of a radio signal. The first transmitting / receiving unit 101a and the second transmitting / receiving unit 101b use a radio signal of a single frequency such as a 40 GHz band, and perform bidirectional communication via the propagation path 16 by time division simultaneous communication. The relative distance between each other can be measured with high accuracy.

なお、第1の発受信手段、第2の発受信手段、もしくはこれらの両方のアンテナは、高い利得の指向性アンテナが用いられ、お互いに対向して設置されているものとする。
また、40GHz帯では、等価等方輻射電力として2kWが許容されており、第1の発受信手段と第2の発受信手段との間が見通しであれば、300m以上離れても相互通信が可能であり、かつ雨、霧、あるいは雪などの影響を受けない利点がある。
It is assumed that the first transmitting / receiving unit, the second transmitting / receiving unit, or both of these antennas are high-gain directional antennas and are installed facing each other.
Also, in the 40 GHz band, 2 kW is allowed as the equivalent isotropic radiant power. If the distance between the first transmitter / receiver and the second transmitter / receiver is a line-of-sight, mutual communication is possible even at a distance of 300 m or more. And has the advantage that it is not affected by rain, fog, or snow.

図2は本発明の第1の実施の形態による第1の発受信手段の構成図である。図2において、101aは第1の発受信手段、11aは第1の制御手段、12aは第1の発信手段、13aは第1の受信手段、14aは第1のアンテナ切替手段、15aは第1のアンテナ、41は前記第1のアンテナ切替手段の入出力端子、42は前記第1の受信手段への入力端子、43は低雑音増幅器、44はミキサ、45は局発信号発振器、46は中間周波フィルタ、71は低伝搬遅延増幅・復調手段、50a、50dは接続端子、51は第1の同期確立・保持手段、53は距離算出手段、54は起点信号生成手段、55は変調・増幅手段、56はロールオフフィルタ、57はミキサ、58は電力増幅器、59は前記第1の発信手段の出力端子、60は距離測定出力端子である。   FIG. 2 is a block diagram of the first transmitting / receiving means according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, 101a is the first transmission / reception means, 11a is the first control means, 12a is the first transmission means, 13a is the first reception means, 14a is the first antenna switching means, and 15a is the first , 41 is an input / output terminal of the first antenna switching means, 42 is an input terminal to the first receiving means, 43 is a low noise amplifier, 44 is a mixer, 45 is a local signal oscillator, and 46 is an intermediate Frequency filter 71: Low propagation delay amplification / demodulation means 50a, 50d: connection terminals 51: first synchronization establishment / holding means 53: distance calculation means 54: origin signal generation means 54: modulation / amplification means 55 , 56 is a roll-off filter, 57 is a mixer, 58 is a power amplifier, 59 is an output terminal of the first transmitting means, and 60 is a distance measurement output terminal.

前記第1の制御手段11aの起点信号生成手段54が間欠的に起動されて識別信号と起点信号を生成し、接続端子50dを介して変調・増幅手段55に入力され、変調された後規定の出力に増幅され、ロールオフフィルタ56によって帯域が制限され、ミキサ57によって局部発振器45の出力と混合され、電力増幅器58によって規定の電力まで増幅され、アンテナ切替手段14aによって切替えられてアンテナ15aから少なくとも起点信号を含む無線信号として空間に放射される。   The starting signal generating means 54 of the first control means 11a is intermittently activated to generate an identification signal and a starting signal, input to the modulation / amplifying means 55 via the connection terminal 50d, and modulated and then specified. The output is amplified, the band is limited by the roll-off filter 56, mixed with the output of the local oscillator 45 by the mixer 57, amplified to the specified power by the power amplifier 58, switched by the antenna switching means 14a, and at least from the antenna 15a. The signal is radiated into space as a radio signal including the origin signal.

一方、前記第2の発受信手段11bから空間へ放射された少なくとも距離測定信号を含む無線信号は、アンテナ15aによって受信され、アンテナ切替手段14aによって切替えられて接続端子42に入力されると、低雑音増幅器42によって増幅され、ミキサ44によって局発信号発振器45の出力信号と混合されて中間周波信号に変換され、中間周波フィルタ46によって選択された後、低伝搬遅延増幅・復調手段71によって増幅されて前記距離測定信号が復調され、接続端子50aを介して第1の制御手段11aの同期確立・保持手段51によって前記距離測定信号との同期を確立して保持し、前記保持された距離測定信号の遅延位相あるいは遅延時間を、前記起点信号生成手段54によって生成された起点信号を基準として前記距離測定手段53によって測定し、前記第2の発受信手段101との距離を高精度で測定し、測定結果を接続端子60を介して外部の表示装置(記載せず)に転送する。   On the other hand, a radio signal including at least a distance measurement signal radiated from the second transmitting / receiving unit 11b to the space is received by the antenna 15a, switched by the antenna switching unit 14a, and input to the connection terminal 42. Amplified by the noise amplifier 42, mixed with the output signal of the local oscillator 45 by the mixer 44, converted into an intermediate frequency signal, selected by the intermediate frequency filter 46, and then amplified by the low propagation delay amplification / demodulation means 71. The distance measurement signal is demodulated, and synchronization with the distance measurement signal is established and held by the synchronization establishment / holding means 51 of the first control means 11a via the connection terminal 50a, and the held distance measurement signal is held. The delay phase or the delay time is determined based on the origin signal generated by the origin signal generating means 54. Measured by the measuring means 53, the distance between the second place and receive unit 101 is measured with high accuracy, and transfers the measurement result via the connection terminal 60 to an external display device (not claimed).

前記第1の受信手段13aにおいて伝搬遅延を生じる主な要素は、中間周波フィルタ46と、低伝搬遅延増幅・復調手段71、およびその他の電子部品によるものである。前記中間周波フィルタ46によって生じる伝搬遅延は、受信信号強度の変動に対して影響を受ける度合いが少なくほぼ一定の値を呈するのに対して、前記低伝搬遅延増幅・復調手段71では、伝搬遅延時間の絶対値が小さいものが実現できれば、受信信号強度の変動に対して伝搬遅延時間の変動が十分小さく、したがって、距離の測定誤差が小さく、距離の測定精度を高くすることが可能となる。   The main elements that cause a propagation delay in the first receiving means 13a are the intermediate frequency filter 46, the low propagation delay amplifying / demodulating means 71, and other electronic components. The propagation delay caused by the intermediate frequency filter 46 is less affected by fluctuations in the received signal intensity and exhibits a substantially constant value. On the other hand, the low propagation delay amplification / demodulation means 71 has a propagation delay time. If a signal having a small absolute value can be realized, the fluctuation of the propagation delay time is sufficiently small with respect to the fluctuation of the received signal strength, and therefore the distance measurement error is small and the distance measurement accuracy can be increased.

前記低伝搬遅延増幅・復調手段71は、超高速の差動増幅器、超高速のオペアンプ、超高速のコンパレータあるいはこれらの組合せを用いると、等価帯域幅として10GHz程度以上の広帯域が実現できることから、伝搬遅延時間の絶対値が100ピコ秒以下であり、受信信号強度の変動に対して30ピコ秒程度の小さな変動であり、一方、固定部分が70ピコ秒程度のものが実現できることから、前記中間周波フィルタ46の伝搬遅延時間とともに、受信信号強度の変動に対して変動しない固定値部分を補正することで、距離測定誤差を±15cm程度に抑えることができる。   The low propagation delay amplifying / demodulating means 71 can realize a wide band of about 10 GHz or more as an equivalent bandwidth by using an ultra high speed differential amplifier, an ultra high speed operational amplifier, an ultra high speed comparator, or a combination thereof. Since the absolute value of the delay time is 100 picoseconds or less and is a small fluctuation of about 30 picoseconds with respect to the fluctuation of the received signal strength, on the other hand, a fixed part of about 70 picoseconds can be realized. The distance measurement error can be suppressed to about ± 15 cm by correcting the fixed value portion that does not vary with the variation of the received signal intensity together with the propagation delay time of the filter 46.

なお、前記第1および第2の中間周波フィルタの伝搬遅延時間が10ナノ秒以下であり、かつ前記第1および第2の低伝搬遅延増幅・復調手段の伝搬遅延時間が5ナノ秒以下であり、前記第1、第2、あるいはこれらの両方の制御手段において、前記伝搬遅延時間の内、前記第1および第2の受信手段への受信信号強度の変動に対して変動の少ない定数部分について距離補正を行うものとする。
また、前記起点信号および距離測定信号がASK変調されており、前記低伝搬遅延増幅・復調手段の等価帯域幅を広帯域化することで、受信信号強度の変化に対して伝搬遅延の変動を無視できる程度に削減することができる。
The propagation delay time of the first and second intermediate frequency filters is 10 nanoseconds or less, and the propagation delay time of the first and second low propagation delay amplification / demodulation means is 5 nanoseconds or less. In the first, second, or both of the control means, the distance of a constant portion of the propagation delay time that is less fluctuating with respect to fluctuations in received signal strength to the first and second receiving means. Correction shall be performed.
Further, the origin signal and the distance measurement signal are ASK-modulated, and the propagation delay fluctuation can be ignored with respect to the change of the received signal strength by widening the equivalent bandwidth of the low propagation delay amplification / demodulation means. Can be reduced to a degree.

また、前記受信手段への受信信号強度が変動するのに対し、前記受信手段の伝搬遅延時間が変動する変動部分が2ナノ秒以内であり、前記中間周波フィルタがパッシブ回路で構成され、前記低伝搬遅延増幅・復調手段が、少なくとも、高速の差動増幅器、高速のオペアンプ、高速のコンパレータ、あるいはこれらの組合せによって構成されているものとする。   In addition, while the received signal strength to the receiving unit varies, the fluctuation part in which the propagation delay time of the receiving unit varies is within 2 nanoseconds, the intermediate frequency filter is configured by a passive circuit, and the low It is assumed that the propagation delay amplification / demodulation means includes at least a high-speed differential amplifier, a high-speed operational amplifier, a high-speed comparator, or a combination thereof.

その他に、低雑音増幅器43、ミキサ44などにも伝搬遅延が存在するが、これらはいずれも等価帯域幅を1GHz以上とすることで、受信信号強度の変動に対し、前記伝搬遅延の変動はいずれも無視できる程度に小さくすることができる。
また、前記第1の制御手段、第2の制御手段、あるいはこれらの両方の同期確立・保持手段では、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号のゼロ交差点を1GHz以上の高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記サンプリング信号を分周して距離測定信号を生成するための単一もしくは複数のカウンタを、前記ゼロ交差点のタイミングでセットしあるいはリセットすることで、同期誤差によって生じる距離測定誤差を±15cm以下に軽減することができる。
In addition, there are also propagation delays in the low noise amplifier 43, the mixer 44, etc., all of which have an equivalent bandwidth of 1 GHz or more. Can be made small enough to be ignored.
In the first control means, the second control means, or both synchronization establishment / holding means, the demodulated origin signal or the zero crossing point of the distance measurement signal is detected by a high frequency sampling signal of 1 GHz or more. By detecting or dividing the sampling signal to generate a distance measurement signal, a single or a plurality of counters are set or reset at the timing of the zero crossing point, so that the distance measurement error caused by the synchronization error is ± It can be reduced to 15 cm or less.

図3は本発明の第1の実施の形態による第2の発受信手段の構成図である。図3において、101bは第2の発受信手段、11bは第2の制御手段、12bは第2の発信手段、13bは前記第2の受信手段、14bは第2のアンテナ切替手段、15bはアンテナ、41は前記第2のアンテナ切替手段の入出力端子、42は前記第2の受信手段への入力端子、43は低雑音増幅器、44はミキサ、45は局発信号発振器、46は中間周波フィルタ、47は低伝搬遅延増幅・復調手段、50a、50dは接続端子、51は第2の同期確立・保持手段、61は距離測定信号生成手段、55は変調・増幅手段、56はロールオフフィルタ、57はミキサ、58は電力増幅器、59は前記第2の発信手段の出力端子である。   FIG. 3 is a block diagram of the second transmitting / receiving means according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, 101b is the second transmitting / receiving means, 11b is the second control means, 12b is the second transmitting means, 13b is the second receiving means, 14b is the second antenna switching means, and 15b is the antenna. , 41 is an input / output terminal of the second antenna switching means, 42 is an input terminal to the second receiving means, 43 is a low noise amplifier, 44 is a mixer, 45 is a local signal oscillator, and 46 is an intermediate frequency filter. , 47 is a low propagation delay amplification / demodulation means, 50a and 50d are connection terminals, 51 is a second synchronization establishment / holding means, 61 is a distance measurement signal generation means, 55 is a modulation / amplification means, 56 is a roll-off filter, 57 is a mixer, 58 is a power amplifier, and 59 is an output terminal of the second transmitting means.

前記第1の発受信手段11aから空間へ放射された起点信号を含む無線信号が、アンテナ15bによって受信され、アンテナ切替手段14bによって切替えられて接続端子42に入力されると、低雑音増幅器42によって増幅され、ミキサ44によって局発信号発振器45の出力と混合されて中間周波信号に変換され、中間周波フィルタ46によって選択された後、低伝搬遅延増幅・復調手段71によって増幅されて前記起点信号が復調され、接続端子50aを介して第2の制御手段11bの同期確立・保持手段51によって前記起点信号との同期を確立して保持し、前記同期保持された起点信号の位相あるいは遅延時間と同期した距離測定信号を、前記距離測定信号生成手段61によって生成し、前記生成された距離測定信号を接続端子50d介して第2の発信手段12bに転送する。   When a radio signal including an origin signal radiated from the first transmitting / receiving unit 11a to the space is received by the antenna 15b, switched by the antenna switching unit 14b, and input to the connection terminal 42, the low-noise amplifier 42 The signal is amplified and mixed with the output of the local oscillator 45 by the mixer 44 to be converted to an intermediate frequency signal. After being selected by the intermediate frequency filter 46, the signal is amplified by the low propagation delay amplification / demodulation means 71 and the starting signal is Demodulated and synchronized with the origin signal by establishing and holding the synchronization with the origin signal by the synchronization establishment / holding means 51 of the second control means 11b via the connection terminal 50a, and synchronized with the phase or delay time of the origin signal held in synchronization. The distance measurement signal generated is generated by the distance measurement signal generation means 61, and the generated distance measurement signal is connected to the connection terminal 5 Transferred to the second transmitting unit 12b through d.

前記第2の制御手段11bの距離測定信号生成手段61が時分割のタイミングで起動されて識別信号と距離測定信号が生成され、接続端子50dを介して変調・増幅手段55に入力され、変調されたのち規定の出力に増幅され、ロールオフフィルタ56によって帯域が制限され、ミキサ57によって局部発振器45の出力と混合された後、電力増幅器58によって規定の電力まで増幅され、アンテナ切替手段14bによって切替えられてアンテナ15bばから空間に放射される。   The distance measurement signal generation means 61 of the second control means 11b is activated at a time division timing to generate an identification signal and a distance measurement signal, which are input to the modulation / amplification means 55 via the connection terminal 50d and modulated. After being amplified to a specified output, the band is limited by the roll-off filter 56, mixed with the output of the local oscillator 45 by the mixer 57, amplified to a specified power by the power amplifier 58, and switched by the antenna switching means 14b. And is radiated to the space from the antenna 15b.

前記第2の受信手段13bにおいて伝搬遅延時間を生じる主な要素は、比較的に帯域の狭い中間周波フィルタ46と、低伝搬遅延増幅・復調手段71である。前記中間周波フィルタ46によって生じる伝搬遅延は、受信信号強度の変動に対して影響を受ける度合いが少なくほぼ一定の値を呈するのに対して、前記低伝搬遅延増幅・復調手段71では、伝搬遅延時間の絶対値を1ナノ秒以下に小さくすることで、受信信号強度の変動に対して伝搬遅延時間の変動も小さくなるので、したがって、距離の測定誤差が小さく、距離の測定精度を高くすることができる。   The main elements that generate the propagation delay time in the second receiving means 13b are the intermediate frequency filter 46 having a relatively narrow band and the low propagation delay amplifying / demodulating means 71. The propagation delay caused by the intermediate frequency filter 46 is less affected by fluctuations in the received signal intensity and exhibits a substantially constant value. On the other hand, the low propagation delay amplification / demodulation means 71 has a propagation delay time. By reducing the absolute value of the signal to 1 nanosecond or less, the fluctuation of the propagation delay time is also reduced with respect to the fluctuation of the received signal strength. it can.

前記低伝搬遅延増幅・復調手段71は、超高速の差動増幅器、超高速のオペアンプ、あるいは超高速のコンパレータなどの組合せであり、等価帯域幅として10GHz程度以上が実現できることから、伝搬遅延時間の絶対値が100ピコ秒以下を実現でき、受信信号強度の変動に対して30ピコ秒程度の変動であるとすると、固定部分が70ピコ秒程度であり、前記中間周波フィルタ46の伝搬遅延時間とともに、受信信号強度の変動に対して変動しない固定値部分を補正することで、距離測定誤差を1cm程度に抑えることができる。なお、中間周波フィルタ46の帯域幅を1GHzにできれば、伝搬遅延時間が1ナノ秒であり、30cm相当の遅延に改善できることになる。   The low propagation delay amplifying / demodulating means 71 is a combination of an ultra high speed differential amplifier, an ultra high speed operational amplifier, an ultra high speed comparator or the like, and an equivalent bandwidth of about 10 GHz or more can be realized. If the absolute value can be 100 picoseconds or less and the fluctuation of the received signal intensity is about 30 picoseconds, the fixed part is about 70 picoseconds, and the propagation delay time of the intermediate frequency filter 46 is increased. The distance measurement error can be suppressed to about 1 cm by correcting the fixed value portion that does not vary with respect to the variation in the received signal strength. If the bandwidth of the intermediate frequency filter 46 can be 1 GHz, the propagation delay time is 1 nanosecond, which can be improved to a delay equivalent to 30 cm.

なお、実用上許容できるのは、前記第1および第2の発信手段および受信手段トータルの伝搬遅延時間が20ナノ秒程度以下であり、前記第1および第2の中間周波フィルタの伝搬遅延時間が10ナノ秒程度以下であり、かつ前記第1および第2の低伝搬遅延増幅・復調手段の伝搬遅延時間が5ナノ秒程度以下である。   It should be noted that the propagation delay time of the first and second transmitting means and the receiving means is about 20 nanoseconds or less, and the propagation delay times of the first and second intermediate frequency filters are acceptable in practice. The propagation delay time of the first and second low propagation delay amplification / demodulation means is about 5 nanoseconds or less.

その他に、低雑音増幅器43、ミキサ44などにも伝搬遅延が存在するが、いずれも無視できる程度に小さい。
また、前記第1の制御手段、第2の制御手段、あるいはこれらの両方が同期確立・保持手段を有し、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号の立ち上がり、立下り、あるいはゼロ交差点を高い周波数のサンプリング信号によって検出し、周波数安定度の高い基準信号を分周して距離測定信号を生成するためのリセット付きカウンタを、前記検出したタイミングでセットしあるいはリセットすることで、高精度の同期を確立し、起点信号が消滅したのちも同期を安定に保持できるので、同期誤差によって生じる距離測定誤差を削減することができる。
In addition, there are propagation delays in the low-noise amplifier 43, the mixer 44, etc., but all are small enough to be ignored.
Further, the first control means, the second control means, or both of them have synchronization establishment / holding means, and the rising edge, falling edge, or zero crossing point of the demodulated origin signal or distance measurement signal is high. A highly accurate synchronization is achieved by setting or resetting a counter with reset to detect a frequency sampling signal and divide a reference signal with high frequency stability to generate a distance measurement signal at the detected timing. Since the synchronization can be stably maintained even after the origin signal disappears, the distance measurement error caused by the synchronization error can be reduced.

図4は、本発明の第1の実施の形態による距離測定装置のタイミングチャートである。図4において、21aは第1の発受信手段101aから発信される起点信号、21bは第2の発受信手段101bよって復調される起点信号、22は前記第1の発受信手段から第2の発受信手段に向けて起点信号が伝搬する伝搬経路、23aは前記第2の発受信手段よって復調された起点信号に同期して生成される距離測定信号、23bは前記第1の発受信手段によって復調された距離測定信号、24は前記第2の発受信手段から第1の発受信手段に向けて距離測定信号が伝搬する伝搬経路である。   FIG. 4 is a timing chart of the distance measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, 21a is a starting signal transmitted from the first transmitting / receiving means 101a, 21b is a starting signal demodulated by the second transmitting / receiving means 101b, and 22 is a second transmitting signal from the first transmitting / receiving means. A propagation path through which the origin signal propagates toward the reception means, 23a is a distance measurement signal generated in synchronization with the origin signal demodulated by the second origination / reception means, and 23b is demodulated by the first origination / reception means The distance measurement signal 24 is a propagation path through which the distance measurement signal propagates from the second transmission / reception means toward the first transmission / reception means.

一方、25は前記第1の発受信手段の発信のタイミングから第2の発受信手段の発信のタイミングまでの時分割の間隔、26は前記第1の発受信手段から発信される起点信号と前記第1の発受信手段によって復調される距離測定信号との位相差、27aは前記第1の発受信手段の発信手段の時間軸、27bは前記第1の発受信手段の受信手段の時間軸、28aは前記第2の発受信手段の受信手段の時間軸、28bは前記第2の発受信手段の発信手段の時間軸である。
あるいは前記時分割の間隔25に対して複数のタイムススロットを設け、ランダムに選択して折り返すことによって、複数の第2の発受信手段との間の距離が測定可能となるメリットが得られる。
On the other hand, 25 is a time-division interval from the transmission timing of the first transmission / reception means to the transmission timing of the second transmission / reception means, and 26 is the origin signal transmitted from the first transmission / reception means and the A phase difference from the distance measurement signal demodulated by the first transmitter / receiver; 27a, a time axis of the transmitter of the first transmitter / receiver; 27b, a time axis of the receiver of the first transmitter / receiver; 28a is the time axis of the receiving means of the second transmitting / receiving means, and 28b is the time axis of the transmitting means of the second transmitting / receiving means.
Alternatively, by providing a plurality of time slots with respect to the time division interval 25 and selecting and randomly turning back, a merit that distances between the plurality of second transmitting / receiving units can be measured can be obtained.

前記第1の発受信手段から発信される前記起点信号21aをASin(2πf1t)とすると、前記起点信号21aが、距離L(m)の伝搬経路22を伝搬し、前記第2の発受信手段によって受信され、起点信号21bとして復調されると、BSin{2πf1t+(2πLf1/C)}に位相が変化する。
前記復調された起点信号21bと同期した距離測定信号23aを生成すると、生成された距離測定信号23aは、同じくBSin{2πf1t+(2πLf1/C)}で表される。
Assuming that the starting signal 21a transmitted from the first transmitting / receiving means is ASin (2πf1t), the starting signal 21a propagates through the propagation path 22 of the distance L (m) and is transmitted by the second transmitting / receiving means. When received and demodulated as the origin signal 21b, the phase changes to BSin {2πf1t + (2πLf1 / C)}.
When the distance measurement signal 23a synchronized with the demodulated starting point signal 21b is generated, the generated distance measurement signal 23a is also represented by BSin {2πf1t + (2πLf1 / C)}.

前記時分割の間隔25の後に、前記生成された距離測定信号23aが、前記第2の発受信手段から発信され、再び、距離L(m)の伝搬経路16を伝搬し、前記第1の発受信手段で復調される距離測定信号23bは、CSin{2πf1t+(4πLf1/C)}で表わされる。ここで、Cは光の速度とする。
そこで、前記第1の発受信手段で生成された起点信号21aと同期しあるいは直交し、周波数が前記起点信号の整数倍のクロック信号を用い、前記復調された距離測定信号23bの位相を測定すると、前記第1の発受信手段で生成された起点信号21aと前記第1の発受信手段で復調された距離測定信号23bとの位相差26が測定され、ΔΦ={4πLf1/C}となることから、L={CΔΦ/4πf1}から、距離L(m)が算出できる。
After the time division interval 25, the generated distance measurement signal 23a is transmitted from the second transmission / reception means, propagates again through the propagation path 16 of the distance L (m), and the first transmission signal is transmitted. The distance measurement signal 23b demodulated by the receiving means is represented by CSin {2πf1t + (4πLf1 / C)}. Here, C is the speed of light.
Therefore, when the phase of the demodulated distance measurement signal 23b is measured using a clock signal that is synchronized with or orthogonal to the starting signal 21a generated by the first transmitting / receiving means and whose frequency is an integral multiple of the starting signal. The phase difference 26 between the starting point signal 21a generated by the first transmitter / receiver and the distance measurement signal 23b demodulated by the first transmitter / receiver is measured, and ΔΦ = {4πLf1 / C}. From L = {CΔΦ / 4πf1}, the distance L (m) can be calculated.

なお、距離測定の際に、伝搬位相差を測定する代わりに、伝搬遅延時間差を測定しても同様な効果が得られる。
また、前記算出された距離の中には、前記発受信手段に内在する伝搬遅延によって距離の測定誤差が生じるので、適正な距離補正手段を設ける必要がある。
また、前記内存する伝搬遅延の内、受信信号強度の変化によって前記伝搬遅延が変動する部分については、距離の補正が難しいので、絶対値を極力小さく抑えることで安価な距離補正手段が実現できる。
In the distance measurement, the same effect can be obtained by measuring the propagation delay time difference instead of measuring the propagation phase difference.
Further, in the calculated distance, a distance measurement error occurs due to a propagation delay inherent in the transmission / reception means. Therefore, it is necessary to provide an appropriate distance correction means.
In addition, since it is difficult to correct the distance of the existing propagation delay where the propagation delay fluctuates due to a change in received signal strength, an inexpensive distance correction means can be realized by keeping the absolute value as small as possible.

図5は、本発明の第1の実施の形態による制御フローチャートである。図5において、31はスタート、32は第1発受信手段の制御ステップ、33は第2発受信手段の制御ステップ、34は第1発受信手段の制御ステップ、35はENDである。
前記第1発受信手段の制御ステップ32では、第1発受信手段で、起点信号を生成し、起点信号を含む無線信号を間欠発信し、前記第2発受信手段の制御ステップ33では、受信した無線信号から低伝搬遅延増幅・復調手段によって起点信号を復調して同期を検出・保持し、当該保持した起点信号と同期した距離測定信号を生成し、距離測定信号を含む無線信号を複数のタイムスロットからランダムに選択された時分割のタイミングで折返し発信する。
FIG. 5 is a control flowchart according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, 31 is a start, 32 is a control step of the first transmission / reception means, 33 is a control step of the second transmission / reception means, 34 is a control step of the first transmission / reception means, and 35 is END.
In the control step 32 of the first transmission / reception means, the first transmission / reception means generates a starting point signal, intermittently transmits a radio signal including the starting point signal, and the second transmission / reception means control step 33 receives the signal. The origin signal is demodulated from the radio signal by the low propagation delay amplification / demodulation means to detect and hold the synchronization, and the distance measurement signal synchronized with the held origin signal is generated, and the radio signal including the distance measurement signal is transmitted to a plurality of times. Call back at a time-sharing timing randomly selected from the slot.

更に、前記第1発受信手段の制御ステップ34では、受信した無線信号から低伝搬遅延増幅・復調手段によって起点信号を復調して同期を検出・保持し、最初に発信した起点信号を基準として当該保持した距離測定信号の遅延位相もしくは遅延時間を測定し、主として受信手段に内在する受信信号強度の変動に対して伝搬遅延時間の変動が少ない固定的な部分を補正して距離を算出する。
また、同期を瞬時に確立しかつ長時間同期を維持する手段として、図6に示す同期検出・保持手段51が設けられる。
Further, in the control step 34 of the first transmission / reception means, the origin signal is demodulated from the received radio signal by the low propagation delay amplification / demodulation means to detect and hold the synchronization, and the origin signal that is transmitted first is used as a reference. The delay phase or delay time of the held distance measurement signal is measured, and the distance is calculated by correcting a fixed portion where the fluctuation of the propagation delay time is small with respect to the fluctuation of the received signal strength inherent in the receiving means.
As means for establishing synchronization instantaneously and maintaining synchronization for a long time, a synchronization detection / holding means 51 shown in FIG. 6 is provided.

図6は、本発明の第1の実施の形態による同期確立・保持手段の構成図である。図6において、51は同期確立・保持手段、61は距離測定信号生成手段、71は低伝搬遅延増幅・復調手段、81は基準発振器、82はリセット付きカウンタ、83は位相同期発振器、84は同期検出手段、50a、86は接続端子である。
前記リセットカウンタ82を複数組設けることによって、複数のタイミングで同期を確立して保持し、距離の測定を前記複数のタイミングに対応して行い、複数回の測定値の平均値をとることで、距離の測定精度を改善することができる。
FIG. 6 is a block diagram of the synchronization establishment / holding means according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 6, 51 is synchronization establishment / holding means, 61 is a distance measurement signal generation means, 71 is a low propagation delay amplification / demodulation means, 81 is a reference oscillator, 82 is a counter with reset, 83 is a phase synchronization oscillator, and 84 is synchronization. Detection means 50a and 86 are connection terminals.
By providing a plurality of sets of the reset counter 82, synchronization is established and held at a plurality of timings, distance measurement is performed corresponding to the plurality of timings, and an average value of a plurality of measurement values is taken. The distance measurement accuracy can be improved.

前記低伝搬遅延増幅・復調手段71から、接続端子50aを介して、復調した起点信号が出力され、位相同期発振器83により200MHz程度以上の高い周波数のサンプリング信号を生成し、前記サンプリング信号を用いて前記復調された起点信号の立上り点あるいは立下り点あるいはゼロ交差点を同期検出手段84により検出してカウンタ82をセットしあるいはリセットし、前記起点信号と同期した距離測定信号を距離測定信号生成手段61に供給する。したがって、前記距離測定信号は、基準発振器81の安定度と同じ安定度の周波数を、起点信号が消滅した後も、長時間に渡って保持することができる。
The low propagation delay amplification / demodulation means 71 outputs a demodulated starting signal via the connection terminal 50a, generates a high frequency sampling signal of about 200 MHz or more by the phase-locked oscillator 83, and uses the sampling signal. The synchronous detection means 84 detects the rising point, the falling point, or the zero crossing point of the demodulated starting point signal, sets or resets the counter 82, and the distance measurement signal generation means 61 generates the distance measurement signal synchronized with the starting point signal. To supply. Therefore, the distance measurement signal can hold a frequency having the same stability as that of the reference oscillator 81 for a long time after the origin signal disappears.

図7は、本発明の第1の実施の形態による距離測定手段の構成図である。図7において、53は距離測定手段、51は同期確立・保持手段、54は起点信号生成手段、83は位相同期発振器、91は比較手段(XORロジック)、92はゲート回路(ANDロジック)、93は検出手段(バイナリカウンタ)、94は距離算出・補正手段(CPU)、96および60は接続端子である。   FIG. 7 is a block diagram of the distance measuring means according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 7, 53 is a distance measuring means, 51 is synchronization establishment / holding means, 54 is a starting point signal generating means, 83 is a phase synchronous oscillator, 91 is comparison means (XOR logic), 92 is a gate circuit (AND logic), 93 Is a detection means (binary counter), 94 is a distance calculation / correction means (CPU), and 96 and 60 are connection terminals.

前記比較手段(XORロジック)91において、同期確立・保持手段51により保持された距離測定信号と、起点信号生成手段54により生成された起点信号とが比較され、両者が一致するときには位相同期発振器83のパルス信号を阻止し、両者が不一致の時には位相同期発振器83からのパルス信号を検出手段(バイナリカウンタ)93に向けて通過させるために、ゲート回路(ANDロジック)92が設けられる。
すなわち、比較手段91において両者が一致するときにはゲート回路92によって位相同期発振器83からのパルス信号が阻止され、両者が不一致の時にはパルス信号を通過させる。
したがって、両者が不一致の場合にバイナリカウンタ93が位相同期発振器83の出力パルスで駈動され、CPU94によってパルス数が読み取られて両者間の距離が算出され、前記定数部分について距離補正を行う。
In the comparing means (XOR logic) 91, the distance measurement signal held by the synchronization establishing / holding means 51 is compared with the starting signal generated by the starting signal generating means 54. A gate circuit (AND logic) 92 is provided in order to prevent the pulse signal from passing through and to pass the pulse signal from the phase-locked oscillator 83 toward the detection means (binary counter) 93 when the two do not match.
That is, in the comparison means 91, the pulse signal from the phase-locked oscillator 83 is blocked by the gate circuit 92 when the two match, and when the two do not match, the pulse signal is passed.
Therefore, when the two do not match, the binary counter 93 is swung by the output pulse of the phase-locked oscillator 83, the number of pulses is read by the CPU 94, the distance between the two is calculated, and distance correction is performed for the constant portion.

前記読み取られたパルス信号の数は、第1の送受信機と第2の送受信機に内在する伝搬遅延時間と、両者間の距離によって生じる伝搬遅延時間とのトータルの伝搬遅延時間が測定できるので、トータルの伝搬遅延時間から前記送受信機に内在する伝搬遅延時間の定数部分あるいは固定部分を差し引いたものが、両者間の距離に比例した伝搬遅延時間として算出され、両者間の補正された距離が測定できる。
前記送受信機に内在する伝搬遅延時間の内、受信信号強度の変動に影響されるものは等価帯域幅を広くして極力小さく抑え、受信信号強度に影響されない固定的なものを距離補正値として差し引くことによって、距離の測定精度を改善することができる。
Since the number of read pulse signals can measure the total propagation delay time of the propagation delay time inherent in the first transceiver and the second transceiver, and the propagation delay time caused by the distance between the two, The total propagation delay time minus the constant or fixed part of the propagation delay time inherent in the transceiver is calculated as the propagation delay time proportional to the distance between them, and the corrected distance between them is measured. it can.
Of the propagation delay times inherent in the transceiver, those affected by fluctuations in received signal strength are kept as small as possible by widening the equivalent bandwidth, and a fixed one that is not affected by received signal strength is subtracted as a distance correction value. Thus, the distance measurement accuracy can be improved.

以上の説明では、発受信手段が、周波数帯域が比較的に広い無線信号を利用し、受信信号強度の変動に対して伝搬遅延時間の変動が小さい回路構成を採り、あるいは受信信号強度の変動に対して伝搬遅延時間の変動が少ない定数部分を補正する方法について述べたが、そのためには、無線信号として、広い帯域幅を占有できる30GHz帯以上のミリ波帯の電磁波信号あるいは光信号を利用することが望ましい。   In the above description, the transmitting / receiving means uses a radio signal having a relatively wide frequency band, adopts a circuit configuration in which the fluctuation of the propagation delay time is small with respect to the fluctuation of the received signal intensity, or the fluctuation of the received signal intensity. On the other hand, a method for correcting a constant portion with a small variation in propagation delay time has been described. For this purpose, an electromagnetic wave signal or an optical signal in a millimeter wave band of 30 GHz band or higher that can occupy a wide bandwidth is used as a radio signal. It is desirable.

また、前記発受信手段の回路構成の中でも、大きな伝搬遅延時間を有する中間周波フィルタ、ロールオフフィルタ、あるいはその他の電子部品の影響が大きいので、可能な限り等価通過帯域幅を広くして、トータルの伝搬遅延時間を小さく抑えることが必要である。
また、前記第1の発受信手段、前記第2の発受信手段、あるいはこれらの両方が、相互通信により距離を測定する機能の他に、従来のミリ波レーダ(反射波を検知して距離を測定する)としての機能を付加しあるいは共有することによって、2重の距離測定手段を持たせることが可能となり、信頼性を向上できるメリットが得られ、かついずれか一方が相互通信機能を有さない場合でも相手方との距離を測定することが可能となる。
Further, among the circuit configurations of the transmitting and receiving means, the influence of an intermediate frequency filter, a roll-off filter, or other electronic components having a large propagation delay time is large, so that the equivalent pass bandwidth is increased as much as possible, It is necessary to reduce the propagation delay time.
In addition to the function of measuring the distance by mutual communication, the first transmitting / receiving means, the second transmitting / receiving means, or both of them, a conventional millimeter wave radar (detects a reflected wave to detect the distance). Add or share the function of (measurement), it becomes possible to have a double distance measurement means, the merit that can improve the reliability, and either one has a mutual communication function Even if it is not, it is possible to measure the distance to the other party.

本発明によれば、複数の発受信手段の間で、複数のタイムスロットからランダムに選択された時分割のタイミングによる相互通信を行うことによって、短時間に、高精度で、しかも安価な装置を用いて、相互間の距離を高精度で測定することが可能となる。
例えば、高速道路を走行中の車と車の間の距離と方向が瞬時にしかも高精度で測定可能となり、協調運転あるいは衝突防止装置などに応用することができ、あるいは、歩行者あるいはロボットなどの自律移動の誘導あるいは制御が可能となる。
なお、本発明の距離測定技術は基盤技術であり、上記以外に多分野での利用が期待できる。
According to the present invention, a high-accuracy and inexpensive apparatus can be obtained in a short time by performing intercommunication at a time division timing randomly selected from a plurality of time slots between a plurality of transmission / reception means. It becomes possible to measure the distance between each other with high accuracy.
For example, the distance and direction between cars traveling on a highway can be measured instantaneously and with high accuracy, and can be applied to cooperative driving or collision prevention devices, or to pedestrians or robots, etc. Autonomous movement can be guided or controlled.
Note that the distance measurement technique of the present invention is a basic technique, and can be expected to be used in many other fields.

101a 第1の発受信手段
101b 第2の発受信手段
11a、11b 制御手段
12a、12b 発信手段
13a、13b 受信手段
14a、14b アンテナ切替手段
15a、15b アンテナ
101a First transmission / reception means 101b Second transmission / reception means 11a, 11b Control means 12a, 12b Transmission means 13a, 13b Reception means 14a, 14b Antenna switching means 15a, 15b Antenna

Claims (9)

無線信号を用いて第1の発受信手段と第2の発受信手段との間の距離を測定する距離測定装置において、
前記第1の発受信手段が、前記無線信号を時分割のタイミングでバースト信号として間欠発信するための第1の発信手段と、前記無線信号を時分割のタイミングで受信するための第1の受信手段と、前記第1の発信手段と第1の受信手段とを制御するための第1の制御手段と、前記第1の発信手段と第1の受信手段との間で、アンテナを時分割で切替えあるいは共有するための第1のアンテナ切替手段とから構成され、
前記第2の発受信手段が、前記無線信号を時分割のタイミングでバースト信号として間欠発信するための第2の発信手段と、前記無線信号を時分割のタイミングで受信するための第2の受信手段と、前記第2の発信手段と第2の受信手段とを制御するための第2の制御手段と、前記第2の発信手段と第2の受信手段との間で、アンテナを時分割で切替えあるいは共有するための第2のアンテナ切替手段とから構成され、
前記第1の発受信手段において、前記第1の受信手段が、少なくとも、第1の低雑音増幅器と、第1のミキサと、第1の中間周波フィルタと、第1の低伝搬遅延増幅・復調手段とを有し、かつ前記第1の制御手段が、少なくとも、第1の同期確立保持手段と、第1の距離測定手段と、第1の起点信号生成手段とを有し、
前記第2の発受信手段において、前記第2の受信手段が、少なくとも、第2の低雑音増幅器と、第2のミキサと、第2の中間周波フィルタと、第2の低伝搬遅延増幅・復調手段とを有し、かつ前記第2の制御手段が、少なくとも、第2の同期確立保持手段と、第2の距離測定信号生成手段とを有し、
前記第1および第2の発信手段および受信手段トータルの伝搬遅延時間が20ナノ秒以下であり、前記第1および第2の中間周波フィルタの伝搬遅延時間が10ナノ秒以下であり、かつ前記第1および第2の低伝搬遅延増幅・復調手段の伝搬遅延時間が5ナノ秒以下であり、前記第1、第2、あるいはこれらの両方の制御手段において、前記第1、第2、あるいはこれらの両方の受信手段への受信信号強度の変動に対し、前記伝搬遅延時間の変動が比較的に少ない定数部分について距離補正を行うことを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
In a distance measuring device that measures a distance between a first transmitting / receiving unit and a second transmitting / receiving unit using a radio signal,
A first transmission means for intermittently transmitting the radio signal as a burst signal at a time division timing; and a first reception for receiving the radio signal at a time division timing. Means, a first control means for controlling the first transmitting means and the first receiving means, and an antenna in a time-sharing manner between the first transmitting means and the first receiving means. A first antenna switching means for switching or sharing,
The second transmitting / receiving means transmits the radio signal intermittently as a burst signal at time division timing, and the second reception for receiving the radio signal at time division timing. Means, a second control means for controlling the second transmitting means and the second receiving means, and an antenna in a time-sharing manner between the second transmitting means and the second receiving means. A second antenna switching means for switching or sharing,
In the first transmitting / receiving means, the first receiving means includes at least a first low noise amplifier, a first mixer, a first intermediate frequency filter, and a first low propagation delay amplification / demodulation. And the first control means includes at least a first synchronization establishment holding means, a first distance measuring means, and a first starting point signal generating means,
In the second transmitting / receiving means, the second receiving means includes at least a second low noise amplifier, a second mixer, a second intermediate frequency filter, and a second low propagation delay amplification / demodulation. And the second control means includes at least a second synchronization establishment holding means and a second distance measurement signal generating means,
The total propagation delay time of the first and second transmission means and reception means is 20 nanoseconds or less, the propagation delay time of the first and second intermediate frequency filters is 10 nanoseconds or less, and the first The propagation delay time of the first and second low propagation delay amplifying / demodulating means is 5 nanoseconds or less, and the first, second, or both of the control means, the first, second, or these A distance measuring device and a distance correcting means characterized in that distance correction is performed on a constant portion where the fluctuation of the propagation delay time is relatively small with respect to fluctuations in received signal strength to both receiving means.
前記請求項第1項において、前記起点信号および距離測定信号がASK変調されており、前記低伝搬遅延増幅・復調手段が、広帯域差動増幅手段、自動利得制御手段、ヒステリシス特性、広帯域コンパレータ、あるいはこれらの組合せを有することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
In the first aspect, the origin signal and the distance measurement signal are ASK-modulated, and the low propagation delay amplification / demodulation means includes a wideband differential amplification means, an automatic gain control means, a hysteresis characteristic, a wideband comparator, or A distance measuring device and a distance correcting means characterized by having a combination thereof.
前記請求項第1項において、前記受信手段への受信信号強度が変動するのに対し、前記受信手段の伝搬遅延時間が変動する変動部分が2ナノ秒以内であることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
2. The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the received signal strength to the receiving means varies, but the fluctuation portion where the propagation delay time of the receiving means varies is within 2 nanoseconds. And distance correction means.
前記請求項第1項において、前記中間周波フィルタがパッシブ回路で構成され、かつ等価帯域幅が100MHz以上であり、前記低伝搬遅延増幅・復調手段が、少なくとも、高速の差動増幅器、高速のオペアンプ、高速のコンパレータ、あるいはこれらの組合せによって構成され、かつ等価帯域幅が200MHz以上であることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
2. The method of claim 1, wherein the intermediate frequency filter is formed of a passive circuit and has an equivalent bandwidth of 100 MHz or more, and the low propagation delay amplification / demodulation means includes at least a high-speed differential amplifier and a high-speed operational amplifier. A distance measuring device and a distance correcting means, characterized in that it is constituted by a high-speed comparator, or a combination thereof, and has an equivalent bandwidth of 200 MHz or more.
前記請求項第1項において、前記同期確立・保持手段が、前記復調された起点信号もしくは距離測定信号の立ち上がり点、立下り点、あるいはゼロ交差点を200MHz以上の高い周波数のサンプリング信号によって検出し、前記検出されたタイミングで、単一もしくは複数のカウンタをセットしあるいはリセットすることによって同期を確立し保持させることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
In the first aspect, the synchronization establishment / holding means detects a rising point, a falling point, or a zero crossing point of the demodulated starting point signal or distance measurement signal by a sampling signal having a high frequency of 200 MHz or more, A distance measuring device and distance correcting means for establishing and maintaining synchronization by setting or resetting a single or a plurality of counters at the detected timing.
前記請求項第1項において、前記距離測定手段が、前記同期確立・保持手段の出力信号と前記起点信号生成手段の出力信号とを比較する比較手段と、前記比較した結果の内で両者の符号もしくは位相が同一でありあるいは異なる期間を検出する検出手段と、前記符号もしくは位相が同一でありあるいは異なる期間から両者間の相対距離を算出する距離算出手段と、前記定数部分について距離補正を行うための距離補正手段とを有することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
The distance measuring means according to claim 1, wherein the distance measuring means compares the output signal of the synchronization establishing / holding means with the output signal of the origin signal generating means, and the sign of both of the comparison results. Alternatively, detection means for detecting periods with the same phase or different phases, distance calculation means for calculating a relative distance between the two with the same code or phase, or for correcting the distance for the constant portion A distance measuring device and a distance correcting means.
前記請求項第1項において、前記第2の発受信手段が、前記第1の発受信手段から発信された起点信号と識別信号とを含む無線信号を受信すると、前記受信した起点信号と高精度で同期した距離測定信号と識別信号とを含む無線信号を前記第1の発受信手段に向けて、複数のタイムスロットからランダムに選択された時分割のタイミングで折返して発信することを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
In the first aspect of the present invention, when the second transmitting / receiving unit receives a radio signal including the starting signal and the identification signal transmitted from the first transmitting / receiving unit, the received starting signal and the high accuracy A radio signal including a distance measurement signal and an identification signal synchronized with each other is sent back to the first transmission / reception means at a time division timing randomly selected from a plurality of time slots. Distance measuring device and distance correcting means.
前記請求項第1項において、前記無線信号がミリ波帯の電磁波信号であることを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。
2. The distance measuring apparatus and distance correcting means according to claim 1, wherein the wireless signal is an electromagnetic wave signal in a millimeter wave band.
前記請求項第1項において、前記第1の発受信手段、前記第2の発受信手段、あるいはこれらの両方が、ミリ波レーダとしての機能を併せ持つことを特徴とする距離測定装置および距離補正手段。   The distance measuring device and the distance correcting unit according to claim 1, wherein the first transmitting / receiving unit, the second transmitting / receiving unit, or both of them have a function as a millimeter wave radar. .
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