JP2019020217A - 測距システム - Google Patents
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以下、本開示の第1の実施形態について図を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る測距システム100の概略的な構成の一例を示す図である。測距システム100は、図1に示すように、測距装置1と、被測距側装置2とを備える。
ここでは測距装置1の構成について述べる。測距装置1は図1に示すように、測距側送信部11、測距側受信部12、及び測距側制御部13を備える。測距側送信部11及び測距側受信部12はそれぞれ測距側制御部13と相互通信可能に接続されている。なお、測距側送信部11と測距側受信部12は1つの通信機として一体的に構成されていても良い。
次に、被測距側装置2の構成について述べる。被測距側装置2は、図1に示すように、被測距側受信部21、被測距側制御部22、及び被測距側送信部23を備える。被測距側受信部21は、第1周波数の信号及び第2周波数の信号を受信するための通信モジュールである。被測距側受信部21の構成は、測距側受信部12と同様の構成とすることができるため詳細な説明は省略する。被測距側受信部21は、図示しないアンテナを介して測距装置1が送信した応答要求信号を受信し、整形、増幅、周波数変換等の所定の処理を施して被測距側制御部22に出力する。
次に、測距側制御部13が備える機能について説明する。測距側制御部13は、CPUが測距プログラムを実行することによって発現される機能として、図1に示す機能ブロックに対応する機能を備える。すなわち、測距側制御部13は機能ブロックとして、送信制御部131、位相差検出部132、及び距離推定部133を備える。また、不揮発性の記憶媒体(例えばフラッシュメモリ)を用いて実現される構成として、テーブル記憶部M1を備える。テーブル記憶部M1は、測距装置1から被測距側装置2までの距離L毎の、後述する2周波位相差θdと、第1位相差θ1の期待値(位相期待値)θmを示すデータ(以降、距離対応テーブル)を記憶している記憶装置である。距離対応テーブルについての詳細は後述する。
次に、図3に示すフローチャートを用いて、測距側制御部13が被測距側装置2との距離Lを推定するために実施する一連の処理(以降、測距演算処理)について説明する。図3に示すフローチャートは、所定の周期で(例えば100ミリ秒毎に)実施されれば良い。また、図3のフローチャートは所定のイベントが発生したことをトリガとして実行されても良い。
ターゲットとしての被測距側装置2との距離Lが0.5λdだけ離れる毎に(往復距離としてはλd離れる毎に)、2周波位相差θdは1回転してしまう。そのため、片道距離Lが0.5λd増える毎(往復距離としてはλd増える毎)に、2周波位相差θdは同じ値となる。換言すれば、2周波位相差θdが任意の値φとなる地点は、0.5λd間隔で(往復距離としてはλd間隔で)存在する。故に、特許文献1に代表される一般的な2周波CW技術においては、仮に0.5λd以上遠方に存在するターゲットからの信号を受信することを許容すると、ターゲットとの距離Lが「α」であるのか「n×0.5λd+α」(nは自然数)であるのかが判別できなくなる。
上述した第1実施形態では、被測距側装置2が測距装置1から0.5λd以内に存在する場合を想定し、位相期待値θmから推定した被測距側装置2との推定距離Lが正しいか否かを判定するために位相期待値θmを用いる構成を開示した。一方、距離Lに応じた位相期待値θmを用いれば、被測距側装置2が測距装置1から0.5λd以上離れている場合であっても、その距離Lを推定することができる。以下、そのような技術的思想に基づく実施形態を第2実施形態として以下に開示する。
前述の通り、特許文献1に代表される一般的な2周波CW技術においては、0.5λd以上遠方に存在するターゲットからの信号を受信することを許容すると、ターゲットとの距離Lが「α」であるのか「α+n×0.5λd」(nは自然数)であるのかが判別できなくなる。そのため、一般的な2周波CW技術においては、0.5λd以上遠方に存在するターゲットからの信号を受信しないように測距装置での電波の送信電力が調整されている。つまり、換言すれば、一般的な2周波CW技術における検出限界距離は、0.5λdに設定されている。
上述した第1、第2実施形態では、距離推定部133はテーブル記憶部M1に保存されている距離対応テーブルを参照することで推定距離Lに応じた位相期待値θmを取得するものとしたが、これに限らない。
上述した第1、第2実施形態のように、測距装置1と被測距側装置2とが双方向通信可能に構成されている場合には、応答要求信号や応答信号として、所定の情報を含めた信号を送受信するように構成されていても良い。ただし、応答要求信号及び応答信号の先頭部分には、図6に示すように、これからデータが送られてくることを相手側に知らせるための一定の信号波形を有するプリアンブル区間が配置されており、位相差検出部132は当該プリアンブル区間を用いて位相差を検出するものとする。
上述した実施形態等では距離推定部133は第1位相差θ1に対する距離Lに応じた期待値を用いて、推定距離Lの妥当性を判定したり、距離Lを推定したりする構成を開示したが、これに限らない。第1位相差θ1の期待値の代わりに、第2位相差θ2の期待値を用いて推定距離Lの妥当性を判定したり、距離Lを推定したりしても良い。第1周波数と第2周波数は入れ替え可能である。
上述した第1、第2実施形態、及び種々の変形例では測距装置1と被測距側装置2とが双方向通信するように構成されているものとしたが、これに限らない。図7に示すように、被測距側装置2が保持している時間情報と同期している時間情報を保持している同期時刻情報保持部135を備える場合には、被測距側装置2から測距装置1への単方向通信によっても、距離Lを推定することができる。
上述した第1〜第3実施形態及び種々の変形例では、ターゲットとしての被測距側装置2を、第1周波数f1及び第2周波数f2の信号を送信可能に構成されているものとしたが、これに限らない。
Claims (9)
- 所定の第1周波数の信号である第1周波数信号、及び前記第1周波数とは異なる第2周波数の信号である第2周波数信号をそれぞれ送信する送信部(11)を備える測距装置(1)と、
前記測距装置から送信されてくる前記第1周波数信号を受信した場合には当該第1周波数信号と少なくとも一部が同じ信号系列となっている第1応答信号を前記第1周波数で返送するとともに、前記測距装置から送信されてくる前記第2周波数信号を受信した場合には当該第2周波数信号と少なくとも一部が同じ信号系列となっている第2応答信号を前記第2周波数で返送するターゲットとしての被測距側装置(2)と、を備える測距システムであって、
前記測距装置は、
前記被測距側装置から返送されてくる前記第1応答信号及び前記第2応答信号を受信する受信部(12)と、
送信信号としての前記第1周波数信号に対する前記受信部が受信した前記第1応答信号の位相の差である第1位相差を検出するとともに、送信信号としての前記第2周波数信号に対する前記受信部が受信した前記第2応答信号の位相の差である第2位相差を検出する位相差検出部(132)と、
前記位相差検出部が検出した前記第1位相差と前記第2位相差の差である2周波位相差に基づいて、前記ターゲットとの距離の推定値を推定距離として取得する距離推定部(133)と、を備え、
前記第1周波数と前記第2周波数はそれぞれ、前記第1周波数と前記第2周波数の差である差分周波数の整数倍とは異なる周波数に設定されており、
前記距離推定部は、前記推定距離に応じた前記第1位相差の期待値である位相期待値と、前記位相差検出部が実際に検出した前記第1位相差である実検出値とを比較することによって前記推定距離が正しいか否かを判定することを特徴とする測距システム。 - 請求項1に記載の測距システムであって、
前記ターゲットは前記第1周波数及び前記第2周波数を用いて前記測距装置と相互通信可能に構成されており、
前記ターゲットは前記第1周波数信号及び前記第2周波数信号を受信した場合に、所定のデータを含む信号を前記第1応答信号及び前記第2応答信号として返送するものであって、
前記第1周波数信号、前記第2周波数信号、前記第1応答信号、及び前記第2応答信号は何れも信号系列の先頭に、予め定められた信号波形を有するプリアンブル区間を備え、
前記位相差検出部は、前記プリアンブル区間を用いて前記第1位相差及び前記第2位相差を検出することを特徴とする測距システム。 - 所定の第1周波数の信号である第1周波数信号、及び前記第1周波数とは異なる第2周波数の信号である第2周波数信号を送信するとともに、前記第1周波数信号がターゲットで反射されて返ってくる信号である第1帰還信号と、前記第2周波数信号が前記ターゲットで反射されて返ってくる信号である第2帰還信号をそれぞれ受信することによって前記ターゲットとの距離を推定する測距装置(1)を備える測距システムであって、
前記測距装置は、
前記第1周波数信号及び前記第2周波数信号を送信する送信部(11)と、
前記第1帰還信号及び前記第2帰還信号を受信する受信部(12)と、
送信信号としての前記第1周波数信号と前記受信部が受信した前記第1帰還信号の位相の差である第1位相差を検出するとともに、送信信号としての前記第2周波数信号と前記受信部が受信した前記第2帰還信号の位相の差である第2位相差を検出する位相差検出部(132)と、
前記位相差検出部が検出した前記第1位相差と前記第2位相差の差である2周波位相差に基づいて、前記ターゲットとの距離の推定値を推定距離として取得する距離推定部(133)と、を備え、
前記第1周波数と前記第2周波数はそれぞれ、前記第1周波数と前記第2周波数の差である差分周波数の整数倍とは異なる周波数に設定されており、
前記距離推定部は、前記推定距離に応じた前記第1位相差の期待値である位相期待値と、前記位相差検出部が実際に検出した前記第1位相差である実検出値とを比較することによって前記推定距離が正しいか否かを判定することを特徴とする測距システム。 - 所定の第1周波数の信号である第1周波数信号、及び前記第1周波数とは異なる第2周波数の信号である第2周波数信号を逐次送信するターゲットとしての被測距側装置(2)と、
前記被測距側装置から送信される前記第1周波数信号と前記第2周波数信号を受信することによって前記被測距側装置との距離を推定する測距装置(1)と、を備える測距システムであって、
前記被測距側装置と同期した時間情報を保持する同期時刻情報保持部(135)と、
前記ターゲットから送信されてきた前記第1周波数信号及び前記第2周波数信号を受信する受信部(12)と、
前記同期時刻情報保持部が保持している時間情報に基づいて、前記被測距側装置が前記第1周波数信号を送信してから前記受信部が当該第1周波数信号を受信するまでに生じた位相の差である第1位相差を取得するとともに、前記被測距側装置が前記第2周波数信号を送信してから前記受信部が当該第2周波数信号を受信するまでに生じた位相の差である第2位相差を検出する位相差検出部(132)と、
前記位相差検出部が検出した前記第1位相差と前記第2位相差の差である2周波位相差に基づいて、前記ターゲットとの距離の推定値を推定距離として算出する距離推定部(133)と、を備え、
前記第1周波数と前記第2周波数はそれぞれ、前記第1周波数と前記第2周波数の差である差分周波数の整数倍とは異なる周波数に設定されており、
前記距離推定部は、前記推定距離に応じた前記第1位相差の期待値である位相期待値と、前記位相差検出部が実際に検出した前記第1位相差である実検出値とを比較することによって前記推定距離が正しいか否かを判定することを特徴とする測距システム。 - 請求項1から4の何れか1項に記載の測距システムであって、
前記ターゲットとの距離が前記差分周波数の波長である差分波長の半分未満である場合の前記ターゲットとの距離と前記位相期待値との対応関係を示す距離対応テーブルを記憶しているテーブル記憶部(M1)を備え、
前記距離推定部は、前記ターゲットとの距離が前記差分波長の半分未満である場合の距離である最小距離を前記推定距離として取得し、
前記テーブル記憶部が記憶している前記距離対応テーブルにおいて前記最小距離と対応付けられている前記位相期待値と前記実検出値とが一致している場合に前記推定距離としての前記最小距離は前記ターゲットとの距離として正しいと判定し、当該推定距離を前記ターゲットとの距離として採用することを特徴とする測距システム。 - 請求項5に記載の測距システムであって、
前記テーブル記憶部が記憶している前記距離対応テーブルは、前記ターゲットとの距離が前記差分波長の半分未満である場合の前記ターゲットとの距離と前記位相期待値との対応関係に加えて、前記ターゲットとの距離が前記差分波長の半分以上である場合の前記ターゲットとの距離と前記位相期待値との対応関係も示すデータであって、
前記距離推定部は、
前記距離対応テーブルにおいて前記最小距離と対応付けられている前記位相期待値と前記実検出値が一致しなかった場合には、前記差分波長の半分の長さを整数倍した長さを前記最小距離に加えた距離を、前記ターゲットとの距離候補として少なくとも1つ取得し、
少なくとも1つの前記距離候補のうち、前記距離対応テーブルにおいて前記実検出値と一致する前記位相期待値と対応付けられている前記距離候補を前記ターゲットとの距離として採用することを特徴とする測距システム。 - 請求項5に記載の測距システムであって、
前記距離推定部は、前記距離対応テーブルにおいて前記最小距離と対応付けられている前記位相期待値と前記実検出値が一致しなかった場合には、前記差分波長の半分の長さを整数倍した長さを前記最小距離に加えた距離を、前記ターゲットとの距離候補として少なくとも1つ算出するものであって、
前記距離推定部が算出する前記距離候補毎に、当該距離候補に応じた前記位相期待値を前記第1周波数に基づいて算出する位相期待値算出部(134)を備え、
前記距離推定部は、少なくとも1つの前記距離候補のうち、前記位相期待値算出部によって算出されている前記位相期待値が前記実検出値と一致している前記距離候補を前記ターゲットとの距離として採用することを特徴とする測距システム。 - 請求項1から4の何れか1項に記載の測距システムであって、
前記距離推定部は、前記ターゲットとの距離が前記差分周波数の波長である差分波長の半分未満である場合の距離である最小距離を前記推定距離として取得するものであって、
前記推定距離としての前記最小距離と前記第1周波数に基づいて、当該推定距離に応じた前記位相期待値を算出する位相期待値算出部(134)を備え、
前記距離推定部は、前記位相期待値算出部が算出した前記位相期待値と、前記実検出値とが一致している場合に、前記推定距離としての前記最小距離は前記ターゲットとの距離として正しいと判定し、当該推定距離を前記ターゲットとの距離として採用することを特徴とする測距システム。 - 請求項8に記載の測距システムであって、
前記距離推定部は、前記位相期待値算出部が算出した前記最小距離に対する前記位相期待値と前記実検出値が一致しなかった場合には、前記差分波長の半分の長さを整数倍した長さを前記最小距離に加えた距離を、前記ターゲットとの距離候補として少なくとも1つ算出し、
前記位相期待値算出部は、前記距離推定部が算出する前記距離候補毎に前記位相期待値を算出し、
前記距離推定部は、少なくとも1つの前記距離候補のうち、前記位相期待値算出部によって算出されている前記位相期待値が前記実検出値と一致している前記距離候補を前記ターゲットとの距離として採用することを特徴とする測距システム。
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