JP2019174284A - 物標位置算出システム、物標位置算出方法、及び物標位置算出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】センサ装置の間の同期が不要である、バイスタティック又はマルチスタティック方式の改善された方法、プログラム、及びセンサシステムの提供。【解決手段】符号化した第１の信号を発射する第１の送信機、及び第１の信号の物標による第１の反射信号を受信する第１の受信機を有する第１のセンサ装置と、第１の反射信号を受信する第２の受信機、および、第１の反射信号の受信に応じて、符号化した第２の信号を発射する第２の送信機、を有する１又は複数の第２のセンサ装置と、の複数のセンサ装置を備え、第１の受信機は、第２の信号の物標による第２の反射信号を受信し、第１のセンサ装置は、第１の信号を発射した時刻と、第１の反射信号を受信した時刻と、第２の反射信号を受信した時刻と、複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、物標の位置を算出する算出回路をさらに備え、複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる。【選択図】図２

Description

本開示は、物標位置算出システム、物標位置算出方法、及び物標位置算出プログラムに関する。

近年、自動車の自動運転技術等の運転補助技術の発展に伴い、高分解能が得られるマイクロ波又はミリ波を含む波長の短いレーダ送信信号を用いた車載レーダ装置等のセンサ装置の需要が高まっている。運転補助技術においては、障害物を的確に回避するために、路側に配された電柱、標識等の物標の位置を高い精度で検知することが求められる。

物標の位置を高い精度で検知するためには、高い方位分解能が求められる。高い方位分解能を得るために、同期させた複数のセンサ装置を用いたバイスタティックセンサシステム及びマルチスタティックセンサシステムが知られている。

特開平９−２５７９１９号公報 特開２０１６−２１７８０７号公報

本開示の一態様は、センサ装置の間の同期が不要である、バイスタティック又はマルチスタティック方式の改善された物標位置算出システム、物標位置算出方法、及び物標位置算出プログラムの提供に資する。

本開示の一態様に係る物標位置算出システムは、複数のセンサ装置を有する物標位置算出システムであって、符号化した第１の信号を発射する第１の送信機、及び前記第１の信号の物標による第１の反射信号を受信する第１の受信機を有する第１のセンサ装置と、前記第１の反射信号を受信する第２の受信機、および、前記第１の反射信号の受信に応じて、符号化した第２の信号を発射する第２の送信機、を有する１又は複数の第２のセンサ装置と、を備え、前記第１の受信機は、前記第２の信号の前記物標による第２の反射信号を受信し、前記第１のセンサ装置は、前記第１の信号を発射した時刻と、前記第１の反射信号を受信した時刻と、前記第２の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、前記物標の位置を算出する算出回路をさらに備え、前記複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる構成を採る。

本開示の一態様に係る物標位置算出方法は、物標の位置を算出する物標位置算出方法であって、符号化した第１の信号を、複数のセンサ装置のうちの第１のセンサ装置が発射し、前記第１の信号の前記物標による第１の反射信号を、前記複数のセンサ装置が受信し、前記第１の反射信号の受信に応じて、前記複数のセンサ装置のうちの前記第１のセンサ装置とは異なる１又は複数の第２のセンサ装置が、符号化した第２の信号を発射し、前記第２の信号の前記物標による第２の反射信号を前記第１のセンサ装置が受信し、前記第１のセンサ装置は、前記第１の信号を発射した時刻と、前記第１の反射信号を受信した時刻と、前記第２の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、前記物標の位置を算出し、前記複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる構成を採る。

本開示の一態様に係る物標位置算出プログラムは、コンピュータに、符号化した第１の信号を、複数のセンサ装置のうちの第１のセンサ装置に発射させる手順、前記第１の信号の物標による第１の反射信号を、前記複数のセンサ装置に受信させる手順、前記第１の反射信号の受信に応じて、前記複数のセンサ装置のうちの前記第１のセンサ装置とは異なる１又は複数の第２のセンサ装置に、符号化した第２の信号を発射させる手順、前記第２の信号の前記物標による第２の反射信号を前記第１のセンサ装置に受信させる手順、前記第１のセンサ装置に、前記第１の信号を発射した時刻と、前記第１の反射信号を受信した時刻と、前記第２の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、前記物標の位置を算出させる手順、を実行させ、前記複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる構成を採る。

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の一態様によれば、センサ装置の間の同期が不要である、バイスタティック又はマルチスタティック方式の改善された物標位置算出システム、物標位置算出方法、及び物標位置算出プログラムを提供できる。

本開示の一態様における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

バイスタティックセンサシステムの全体図 本開示に係るセンサ装置を示すブロック図 実施の形態１に係るマスタ側センサ装置の処理を示すフローチャート 実施の形態１に係るスレーブ側センサ装置の処理を示すフローチャート 実施の形態１に係る符号の送受信を示すタイミング図 マルチスタティックシステムの全体図 実施の形態２に係るマスタ側センサ装置の処理を示すフローチャート 実施の形態２に係る第１のスレーブ側センサ装置の処理を示すフローチャート 実施の形態２に係る第２のスレーブ側センサ装置の処理を示すフローチャート 実施の形態２に係る符号の送受信を示すタイミング図

［本開示に至った経緯］
図１は、バイスタティックセンサシステム１Ａの全体図である。

バイスタティックセンサシステム１Ａは、マスタ側センサ装置Ｓ１と、スレーブ側センサ装置Ｓ２と、を備える。物標２００は、例えば、電柱、標識といった、マスタ側センサ装置Ｓ１及びスレーブ側センサ装置Ｓ２に向かって凸な面を備える物体である。

バイスタティックセンサシステム１Ａにおいては、マスタ側センサ装置Ｓ１が、電磁波又は音波であるセンサ波を発射し、スレーブ側センサ装置Ｓ２が、物標２００で反射されたセンサ波を受信する。バイスタティックセンサシステム１Ａは、センサ波を同じ位置で送受信するモノスタティックセンサ装置のみの場合と比較して、例えば、物標の別の面の反射も利用できるので検知率が向上するという利点がある。図４を参照して後述されるマルチスタティックセンサシステム１Ｂについても同様である。

バイスタティックセンサシステム１Ａにおいて、物標の位置は、センサ波のＴＯＦ（Time Of Flight）に基づいて算出される。物標の位置を正確に算出するためには、ＴＯＦを正確に求める必要があり、発射と受信の時刻を正確に測定する必要がある。時刻の正確な測定のために、マスタ側センサ装置Ｓ１とスレーブ側センサ装置Ｓ２とが、高精度の同期用タイマを備える手法が知られている。しかしながら、同期用タイマを同期させるために、例えば、マスタ側センサ装置Ｓ１とスレーブ側センサ装置Ｓ２との間に同期用の信号線を設けると、信号線の設置が煩わしくなり、さらにセンサ装置が高コスト化するという問題がある。

また、同期させる場合に関して、バイスタティックセンサシステム及びマルチスタティックセンサシステムにおけるセンサ装置の間の同期を監視する手法が提案されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、センサ装置の間の同期が失われた場合に、同期用タイマの調整が求められる。

以上の問題を踏まえて、本開示に至った。

［実施の形態１］
図２は、本開示に係るセンサ装置１００を示すブロック図である。

センサ装置１００は、物標２００までの距離及び位置を算出する。以下において、パルス圧縮レーダを一例にとってセンサ装置１００の構成を説明する。ここで、センサ装置１００は、音波を用いるソナーでも、光、電波等を用いるレーダでもよい。

センサ装置１００は、バイスタティック方式で動作し、マスタ側のセンサ又はスレーブ側のセンサとして動作する。以下、簡単のために、マスタ側のセンサとして動作するセンサ装置１００をセンサ装置１００ａとよび、スレーブ側のセンサとして動作するセンサ装置１００をセンサ装置１００ｂとよぶ。

センサ装置１００は、送信機として、パルス生成回路１１０と、送信ＲＦ部（ＲＦ−ＴＸ）１２０と、送信アンテナ１３０と、を備える。また、センサ装置１００は、受信機として、受信アンテナ１４０と、受信ＲＦ部（ＲＦ−ＲＸ）１５０と、相関回路１６０と、制御回路１７０と、を備える。センサ装置１００ａは、さらに、距離算出回路１８０ａと、位置算出回路１９０ａと、を備える。

パルス生成回路１１０は、送信パルス信号を生成する。次いで、パルス生成回路１１０は、送信パルス信号を、例えば、相補符号のようなパルス符号系列を用いて符号化することにより、符号化済送信パルス信号を生成する。以下、簡単のために、センサ装置１００ａのパルス生成回路１１０をパルス生成回路１１０ａとよび、センサ装置１００ｂのパルス生成回路１１０をパルス生成回路１１０ｂとよぶ。

パルス生成回路１１０ａは、少なくとも２つの異なる符号化済送信パルス信号を生成する。パルス生成回路１１０ｂは、少なくとも１つの符号化済送信パルス信号を生成する。

送信ＲＦ回路１２０は、符号化済み送信パルス信号をアップコンバートし、高周波信号を生成する。送信アンテナ１３０は、高周波信号を物標２００に対して発射する。

発射された高周波信号は、その一部が物標２００によって反射される。そして、受信アンテナ１４０は、被測定物体によって反射された反射波信号を受信する。受信ＲＦ回路１５０は、受信信号をダウンコンバートし、受信パルス信号を生成する。

相関回路１６０は、受信パルス信号とパルス符号系列との相関（相互相関）をとって相関信号を生成する。以下、簡単のために、センサ装置１００ａの相関回路１６０を相関回路１６０ａとよび、センサ装置１００ｂの相関回路１６０を相関回路１６０ｂとよぶ。

相関回路１６０ａは、パルス生成回路１１０ａで用いられるパルス符号系列及びパルス生成回路１１０ｂで用いられるパルス符号系列のいずれかを用いて相関信号を生成する。したがって、相関回路１６０ａは、パルス生成回路１１０ａ及び１１０ｂのいずれによって生成された符号化済み送信パルス信号の受信も検出できる。

相関回路１６０ｂは、パルス生成回路１１０ａで用いられるパルス符号系列を用いて相関信号を生成する。したがって、相関回路１６０ｂは、パルス生成回路１１０ａによって生成された符号化済み送信パルス信号の受信を検出できる。相関回路１６０ａは、符号化済み送信パルス信号の受信を検出したことを指示する受信検出信号を、距離算出回路１８０ａに出力する。

制御回路１７０は、タイミング信号を生成する。ここで、タイミング信号とは、パルス生成回路１１０が送信パルス信号を生成するタイミングを示す信号である。制御回路１７０は、タイマを備え、相関回路１６０ｂからの入力又は所定の時間の経過に応じて、タイマの動作を開始又は終了させ、タイマの終了に応じてタイミング信号を生成する。以下、簡単のために、センサ装置１００ａの制御回路１７０を制御回路１７０ａとよび、センサ装置１００ｂの制御回路１７０を制御回路１７０ｂとよぶ。

制御回路１７０ａは、タイミング信号をパルス生成回路１１０ａと距離算出回路１８０ａとに出力する。制御回路１７０ｂは、タイミング信号をパルス生成回路１１０ｂに出力する。パルス生成回路１１０は、制御回路１７０からのタイミング信号の入力に応じて、送信パルス信号を生成する。タイミングの詳細については、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃを参照して後述する。

距離算出回路１８０ａは、タイミング信号を入力した時刻と受信検出信号を入力した時刻とから、図１に示した値Ｌ１及び値Ｌ１＋Ｌ２を算出する。ここで、値Ｌ１及び値Ｌ２は、それぞれ、マスタ側センサ装置Ｓ１及びスレーブ側センサ装置Ｓ２から物標２００までの距離である。

位置算出回路１９０ａは、値Ｌ１及び値Ｌ１＋Ｌ２から値Ｌ２を求め、値Ｌ１、値Ｌ２、値Ｌ１２とから、例えば、三角測量の原理に基づいて、物標２００の位置を算出する。ここで、値Ｌ１２は、図１に示されるように、マスタ側センサ装置Ｓ１とスレーブ側センサ装置Ｓ２との間の距離である。

図３Ａは、実施の形態１に係るマスタ側センサ装置Ｓ１の処理を示すフローチャートである。

図３Ｂは、実施の形態１に係るスレーブ側センサ装置Ｓ２の処理を示すフローチャートである。

図３Ｃは、実施の形態１に係る符号（符号化済み送信パルス信号）の送受信を示すタイミング図である。

実施の形態１においては、例えば、マスタ側センサ装置Ｓ１は、センサ装置１００ａであり、スレーブ側センサ装置Ｓ２は、センサ装置１００ｂである。

図３Ｃに示されるように、図３Ａ及び図３Ｂのフローチャートは、並行して処理される。したがって、図３Ａ及び図３Ｂのフローチャートを同時に参照しながら、マスタ側センサ装置Ｓ１及びスレーブ側センサ装置Ｓ２の処理を説明する。

なお、図３Ｃに示されるタイミング図においては、簡単のため、送信信号の符号化済み送信パルス信号及び受信信号の受信パルス信号が、いずれも矩形波として模式化されている。また、受信パルス信号については、簡単のため、最初にマスタ側センサ装置Ｓ１又はスレーブ側センサ装置Ｓ２に到達したもののみが、図３Ｃに記載されている。

図３ＡのステップＳ１００において、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ１に符号１で符号化されたパルス（以下、符号１のパルスと称する）（第１の信号）を発射する。例えば、図３Ｃに示されるように、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ１に、符号１の符号化済み送信パルス信号Ｐ１を発射する。

図３ＡのステップＳ１１０において、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ１１に符号１のパルス（第１の反射信号）を受信する。例えば、図３Ｃに示されるように、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ１１に、符号１の符号化済み送信パルス信号Ｐ１に対応する受信パルス信号のうち、最初にマスタ側センサ装置Ｓ１に到達した受信パルス信号Ｐ１’を受信する。

図３ＢのステップＳ１２０において、スレーブ側センサ装置Ｓ２は、時刻Ｔ２１に符号１のパルス（第１の反射信号）を受信する。例えば、図３Ｃに示されるように、スレーブ側センサ装置Ｓ２は、時刻Ｔ２１に、符号１の符号化済み送信パルス信号Ｐ１に対応する受信パルス信号のうち、最初にスレーブ側センサ装置Ｓ２に到達した受信パルス信号Ｐ１’’を受信する。

図３ＢのステップＳ１３０において、スレーブ側センサ装置Ｓ２は、時刻Ｔ２１＋ΔＴ２に符号２で符号化されたパルス（以下、符号２のパルスと称する）（第２の信号）を発射する。ここで、符号２は、符号１とは異なる符号である。値ΔＴ２は、マスタ側センサ装置Ｓ１に既知である限り、任意の正の値であってよく、例えば、所定の値である。

例えば、スレーブ側センサ装置Ｓ２の制御回路１７０ｂは、タイマを備え、符号１のパルスの受信検出信号に応じて、計時を開始する。次いで、時間ΔＴ２の経過に応じて、制御回路１７０ｂは、送信パルス信号の生成を指示するタイミング信号をパルス生成回路１１０ｂに出力する。パルス生成回路１１０ｂは、タイミング信号に応じて、符号２のパルスを生成する。その結果、相関回路時刻Ｔ２１＋ΔＴ２に、符号２の符号化済み送信パルス信号Ｐ２が発射される。

図３ＡのステップＳ１４０において、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ２１’に符号２のパルス（第２の反射信号）を受信する。例えば、図３Ｃに示されるように、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ２１’に、符号２の符号化済み送信パルス信号Ｐ２に対応する受信パルス信号のうち、最初にマスタ側センサ装置Ｓ１に到達した受信パルス信号Ｐ２’を受信する。

図３ＡのステップＳ１５０において、マスタ側センサ装置Ｓ１の距離算出回路１８０ａは、値Ｌ１及び値Ｌ１＋Ｌ２を算出する。例えば、マスタ側センサ装置Ｓ１を発射した符号１のパルスが物標２００まで到達するのにかかる時間をＴＯＦ１とすると、値ＴＯＦ１及び値Ｌ１は、次の式（１）及び式（２）から求められる。

ここで、値Ｃは、パルス信号の空間中の伝播速度を表す。

また、スレーブ側センサ装置Ｓ２を発射した符号２のパルスが物標２００に反射してマスタ側センサ装置Ｓ１まで到達するのにかかる時間をＴＯＦ２とすると、値ＴＯＦ２及び値Ｌ１＋Ｌ２は、次の式（３）及び式（４）から求められる。

図３ＡのステップＳ１６０において、マスタ側センサ装置Ｓ１の位置算出回路１９０ａは、物標２００の位置を算出する。例えば、位置算出回路１９０ａは、値Ｌ１及びＬ１＋Ｌ２から値Ｌ１及びＬ２を求め、値Ｌ１及びＬ２と、センサ装置Ｓ１及びＳ２間の距離Ｌ１２とから、三角測量の原理を用いて、物標２００の位置を算出する。

実施の形態１においては、（１）センサ装置が発射するパルスを符号化し、（２）異なるセンサ装置が、異なる符号を用い、（３）各センサ装置が、自センサ装置及び他センサ装置の符号を処理する相関回路を具備する。そして、自センサ装置の符号と異なる符号で符号化された、他センサ装置からの符号化済みパルス信号の受信から一定時間後に、自センサ装置の符号を用いて符号化された符号化済みパルス信号を送り返す。

実施の形態１によれば、値ΔＴ２がマスタ側センサ装置Ｓ１に既知である。したがって、マスタ側センサ装置Ｓ１は、スレーブ側センサ装置Ｓ２が備えるタイマを用いて測時した時刻Ｔ２１を用いることなく、上述の式（１）〜（４）を用いて物標２００までの距離及び物標２００の位置を算出できる。それ故、マスタ側センサ装置Ｓ１とスレーブ側センサ装置Ｓ２との間の同期が不要であり、例えば、マスタ側センサ装置Ｓ１とスレーブ側センサ装置Ｓ２とを同期させるための配線が不要となる。同期が不要である分、マスタ側センサ装置Ｓ１及びスレーブ側センサ装置Ｓ２並びにセンサシステム１Ａ全体を簡素化及び低コスト化できる。

［実施の形態２］
図４は、マルチスタティックセンサシステム１Ｂの全体図である。

バイスタティックセンサシステム１Ｂは、マスタ側センサ装置Ｓ１と、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２と、第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３と、を備える。物標２００は、例えば、電柱、標識である。例えば、車載用途のセンサ装置は、車両が物標２００に衝突するまでにかかる時間を測定する。したがって、車載用途の場合、物標２００の車両に最も近い位置までの距離が算出されるのが好ましい。例えば、物標２００の表面が、マスタ側センサ装置Ｓ１、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２、及び第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３に向かって凸な面である場合、物標２００の車両に最も近い位置までの距離が算出されうるので好ましい。

マスタ側センサ装置Ｓ１は、例えば、センサ装置１００ａと同様の構成を有する。第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２は、例えば、センサ装置１００ｂと同様の構成を有する。第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３は、例えば、センサ装置１００ｂと同様の構成を有する。

図５Ａは、実施の形態２に係るマスタ側センサ装置Ｓ１の処理を示すフローチャートである。

図５Ｂは、実施の形態２に係る第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２の処理を示すフローチャートである。

図５Ｃは、実施の形態２に係る第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３の処理を示すフローチャートである。

図５Ｄは、実施の形態２に係る符号（符号化済み送信パルス信号）の送受信を示すタイミング図である。

図５Ｄに示されるように、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃのフローチャートは、並行して処理される。したがって、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃのフローチャートを同時に参照しながら、マスタ側センサ装置Ｓ１、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２、及び第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３の処理を説明する。

なお、図５Ｄに示されるタイミング図においては、簡単のため、送信信号の符号化済み送信パルス信号及び受信信号の受信パルス信号が、いずれも矩形波として模式化されている。また、受信パルス信号については、簡単のため、最初にマスタ側センサ装置Ｓ１、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２、又は第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３に到達したもののみが、図５Ｄに記載されている。

図５ＡのステップＳ２００において、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ１に符号１のパルスを発射する。例えば、図５Ｄに示されるように、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ１に、符号１の符号化済み送信パルス信号Ｐ１を発射する。

図５ＡのステップＳ２１０において、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ１１に符号１のパルスを受信する。例えば、図５Ｄに示されるように、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ１１に、符号１の符号化済み送信パルス信号Ｐ１に対応する受信パルス信号のうち、最初にマスタ側センサ装置Ｓ１に到達した受信パルス信号Ｐ１’を受信する。

図５ＢのステップＳ２２０において、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２は、時刻Ｔ２１に符号１のパルスを受信する。例えば、図５Ｄに示されるように、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２は、時刻Ｔ２１に、符号１の符号化済み送信パルス信号Ｐ１に対応する受信パルス信号のうち、最初に第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２に到達した受信パルス信号Ｐ１’’を受信する。

図５ＢのステップＳ２３０において、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２は、時刻Ｔ２１＋ΔＴ２に符号２のパルスを発射する。ここで、符号２は、符号１とは異なる符号である。値ΔＴ２は、マスタ側センサ装置Ｓ１に既知である限り、任意の正の値であってよく、例えば、所定の値である。

図５ＣのステップＳ２４０において、第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３は、時刻Ｔ３１に符号１のパルスを受信する。例えば、図５Ｄに示されるように、第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３は、時刻Ｔ３１に、符号１の符号化済み送信パルス信号Ｐ１に対応する受信パルス信号のうち、最初に第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３に到達した受信パルス信号Ｐ１’’’を受信する。

一例において、受信される符号１のパルスの強度と発射される符号２のパルスの強度とは、逆相関の関係にある。即ち、受信される符号１のパルスの強度が強いほど、発射される符号２のパルスの強度が弱くされ、また、受信される符号１のパルスの強度が弱いほど、発射される符号２のパルスの強度が強くされる。例えば、発射される符号２のパルスの強度は、受信される符号１のパルスの強度に反比例する。強度を反比例させることにより、物標２００の位置に関わらず、マスタ側センサ装置Ｓ１による符号２のパルスの受信強度を確保することができ、また、各センサからの信号の符号化による遠近問題を軽減することができる。

図５ＣのステップＳ２５０において、第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３は、時刻Ｔ３１＋ΔＴ３に符号３で符号化されたパルス（以下、符号３のパルスと称する）を発射する。ここで、符号３は、符号１及び符号２のいずれとも異なる符号である。値ΔＴ３は、マスタ側センサ装置Ｓ１に既知である限り、任意の正の値であってよく、例えば、所定の値である。

一例において、受信される符号１のパルスの強度と発射される符号３のパルスの強度とは、逆相関の関係にある。即ち、受信される符号１のパルスの強度が強いほど、発射される符号３のパルスの強度が弱くなり、受信される符号１のパルスの強度が弱いほど、発射される符号３のパルスの強度が強くなる。例えば、発射される符号３のパルスの強度は、受信される符号１のパルスの強度に反比例する。強度を反比例させることにより、物標２００の位置に関わらず、マスタ側センサ装置Ｓ１による符号３のパルスの受信強度を確保することができ、また、各センサからの信号の符号化による遠近問題を軽減することができる。

図５ＡのステップＳ２６０において、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ２１’に符号２のパルスを受信する。例えば、図５Ｄに示されるように、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ２１’に、符号２の符号化済み送信パルス信号Ｐ２に対応する受信パルス信号のうち、最初にマスタ側センサ装置Ｓ１に到達した受信パルス信号Ｐ２’を受信する。

図５ＡのステップＳ２７０において、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ３１’に符号３のパルスを受信する。例えば、図５Ｄに示されるように、マスタ側センサ装置Ｓ１は、時刻Ｔ３１’に、符号３の符号化済み送信パルス信号Ｐ３に対応する受信パルス信号のうち、最初にマスタ側センサ装置Ｓ１に到達した受信パルス信号Ｐ３’を受信する。

図５ＡのステップＳ２８０において、マスタ側センサ装置Ｓ１の距離算出回路１８０ａは、値Ｌ１＋Ｌ２及び値Ｌ１＋Ｌ３を算出する。ここで、値Ｌ１は、マスタ側センサ装置Ｓ１と物標２００との間の距離を表す。また、値Ｌ２は、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２と物標２００との間の距離を表す。また、値Ｌ３は、第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３と物標２００との間の距離を表す。

例えば、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２を発射した符号２のパルスが物標２００に反射してマスタ側センサ装置Ｓ１まで到達するのにかかる時間をＴＯＦ２１とすると、値ＴＯＦ２１及び値Ｌ１＋Ｌ２は、次の式（５）及び式（６）から求められる。

また、第２のスレーブ側センサ装置Ｓ３を発射した符号３のパルスが物標２００に反射してマスタ側センサ装置Ｓ１まで到達するのにかかる時間をＴＯＦ３１とすると、値ＴＯＦ３１及び値Ｌ１＋Ｌ３は、次の式（７）及び式（８）から求められる。

図５ＡのステップＳ２９０において、マスタ側センサ装置Ｓ１の位置算出回路１９０ａは、物標２００の位置を算出する。例えば、位置算出回路１９０ａは、図４に示される、値Ｌ１＋Ｌ２から特定される楕円体Ｅ１２と、値Ｌ１＋Ｌ３から特定される楕円体Ｅ１３と、の交わりに基づき、物標２００の位置を算出する。

なお、図５Ａ〜図５Ｄにおいては、Ｔ１１＜Ｔ２１＜Ｔ２１＋ΔＴ２＜Ｔ３１＜Ｔ３１＋ΔＴ３である場合を例にとって説明している。しかしながら、マスタ側センサ装置Ｓ１、第１のスレーブ側センサ装置Ｓ２、及びスレーブ側センサ装置Ｓ３と物標２００との位置関係に応じて、値Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ２１＋ΔＴ２、Ｔ３１、及びＴ３１＋ΔＴ３の大小関係が入れ替わり、フローチャートのステップの順序も入れ替わることに留意する。

実施の形態２によれば、値ΔＴ２及びΔＴ３がセンサ装置Ｓ１に既知である。したがって、センサ装置Ｓ１は、センサ装置Ｓ２及びＳ３が備えるタイマを用いて測時した時刻Ｔ２１及びＴ３１を用いることなく、上述の式（５）〜式（８）を用いて物標２００までの距離及び物標２００の位置を算出できる。それ故、センサ装置Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３間の同期が不要であり、例えば、センサ装置Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３を同期させるための配線が不要となる。同期が不要である分、センサ装置Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３並びにセンサシステム１Ｂ全体を簡素化及び低コスト化できる。

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

上記各実施の形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラム可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル プロセッサ（Reconfigurable Processor）を利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。例えば、バイオ技術の適用が可能性としてありえる。

［他の実施の形態］
実施の形態１及び２においては、センサ装置Ｓ１がマスタ側のセンサ装置であり、センサ装置Ｓ２及びＳ３がスレーブ側のセンサ装置であるとして説明した。しかしながら、パルス生成回路１１０、相関回路１６０、及び制御回路１７０が、それぞれ、マスタ側の機能とスレーブ側の機能とを併せ持つことも可能である。この場合、センサ装置Ｓ１をスレーブ側のセンサ装置として機能させ、センサ装置Ｓ２又はＳ３をマスタ側のセンサ装置として機能させる構成、即ち、マスタ側とスレーブ側を入れ替えた構成も考えられる。

実施の形態１及び２においては、センサ装置Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３は、最初にセンサ装置Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３に到達した受信パルス信号を採用した。しかしながら、最初にセンサ装置Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３に到達した受信パルス信号が、物標２００によって反射されたものではなく、直接センサ装置Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３各々から到達したものである場合も考えられる。この場合、２番目にセンサ装置Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３に到達した受信パルス信号が、物標２００に反射されたもののうち最初のものであると考えられる。そこで、最初にセンサ装置Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３に到達した受信パルス信号を採用する構成に代えて、センサ装置Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３が、２番目にセンサ装置Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３に到達した受信パルス信号を採用する実施の形態も考えられる。

図２に示される本開示の距離算出回路１８０ａ及び位置算出回路１９０ａは、ともにセンサ装置１００ａに含まれる。これに代えて、距離算出回路１８０ａ及び／又は位置算出回路１９０ａを、センサ装置１００ａと別体として設ける実施の形態も考えられる。

実施の形態２においては、値Ｌ１＋Ｌ２及びＬ１＋Ｌ３を用いて物標２００の位置を算出した。実施の形態２においては、センサ装置Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３の位置関係は、限定されないが、Ｘ−Ｙ平面の二次元を前提としていた。これに代えて、センサ装置Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３を、それぞれＺ方向の位置の差があるように配置する実施の形態も考えられる。例えば、距離算出回路１８０ａは、値Ｌ１、Ｌ１＋Ｌ２、及びＬ１＋Ｌ３を算出する。次いで、位置算出回路１９０ａは、センサ装置Ｓ１の位置を中心とする半径Ｌ１の球面と、センサ装置Ｓ１及びＳ２の位置までの距離の和が値Ｌ１＋Ｌ２に等しい点からなる楕円体と、センサ装置Ｓ１及びＳ３の位置までの距離の和が値Ｌ１＋Ｌ３に等しい点からなる楕円体と、の交点を求めることにより、物標２００の三次元位置を算出する。

［本開示のまとめ］
本開示に係る物標位置算出システムは、複数のセンサ装置を有する物標位置算出システムであって、符号化した第１の信号を発射する第１の送信機、及び前記第１の信号の物標による第１の反射信号を受信する第１の受信機を有する第１のセンサ装置と、前記第１の反射信号を受信する第２の受信機、および、前記第１の反射信号の受信に応じて、符号化した第２の信号を発射する第２の送信機、を有する１又は複数の第２のセンサ装置と、を備え、前記第１の受信機は、前記第２の信号の前記物標による第２の反射信号を受信し、前記第１のセンサ装置は、前記第１の信号を発射した時刻と、前記第１の反射信号を受信した時刻と、前記第２の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、前記物標の位置を算出する算出回路をさらに備え、前記複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる。

本開示に係る物標位置算出システムにおいて、前記１又は複数の第２のセンサ装置が発射する前記第２の信号は、前記第１の反射信号の受信から所定の時間の経過後に発射される。

本開示に係る物標位置算出システムにおいて、前記第１の反射信号は、前記第１の信号の発射に応じて、前記１又は複数の第２のセンサ装置が最初又は２回目に受信する信号である。

本開示に係る物標位置算出システムにおいて、前記複数のセンサ装置がソナーである。

本開示に係る物標位置算出システムにおいて、前記複数のセンサ装置がレーダである。

本開示に係る物標位置算出システムにおいて、前記レーダがパルス圧縮レーダである。

本開示に係る物標位置算出システムにおいて、さらに、符号化した第３の信号を、前記１又は複数の第２のセンサ装置が発射し、前記第３の信号の前記物標による第３の反射信号を、前記複数のセンサ装置が受信し、前記第３の反射信号の受信に応じて、前記第１のセンサ装置が、符号化した第４の信号を発射し、前記第４の信号の前記物標による第４の反射信号を前記１又は複数の第２のセンサ装置が受信し、前記１又は複数の第２のセンサ装置は、前記第３の信号を発射した時刻と、前記第３の反射信号を受信した時刻と、前記第４の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置に基づいて、前記物標の位置を算出する。

本開示に係る物標位置算出システムにおいて、前記第２のセンサ装置は、受信した前記第１の反射信号の強度に応じて、発射する前記第２の信号の強度を調整する。

本開示に係る物標位置算出方法は、物標の位置を算出する物標位置算出方法であって、符号化した第１の信号を、複数のセンサ装置のうちの第１のセンサ装置が発射し、前記第１の信号の前記物標による第１の反射信号を、前記複数のセンサ装置が受信し、前記第１の反射信号の受信に応じて、前記複数のセンサ装置のうちの前記第１のセンサ装置とは異なる１又は複数の第２のセンサ装置が、符号化した第２の信号を発射し、前記第２の信号の前記物標による第２の反射信号を前記第１のセンサ装置が受信し、前記第１のセンサ装置は、前記第１の信号を発射した時刻と、前記第１の反射信号を受信した時刻と、前記第２の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、前記物標の位置を算出し、前記複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる。

本開示に係る物標位置算出プログラムは、コンピュータに、符号化した第１の信号を、複数のセンサ装置のうちの第１のセンサ装置に発射させる手順、前記第１の信号の物標による第１の反射信号を、前記複数のセンサ装置に受信させる手順、前記第１の反射信号の受信に応じて、前記複数のセンサ装置のうちの前記第１のセンサ装置とは異なる１又は複数の第２のセンサ装置に、符号化した第２の信号を発射させる手順、前記第２の信号の前記物標による第２の反射信号を前記第１のセンサ装置に受信させる手順、前記第１のセンサ装置に、前記第１の信号を発射した時刻と、前記第１の反射信号を受信した時刻と、前記第２の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、前記物標の位置を算出させる手順、を実行させ、前記複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる。

本開示は、物標の位置を算出するセンサ装置に好適である。

１Ａ バイスタティックセンサシステム
１Ｂ マルチスタティックセンサシステム
１００ センサ装置
１１０ パルス生成回路
１２０ ＲＦ−ＴＸ
１３０ 送信アンテナ
１４０ 受信アンテナ
１５０ ＲＦ−ＲＸ
１６０ 相関回路
１７０ 制御回路
１８０ 距離算出回路
１９０ 位置算出回路
Ｓ１ マスタ側センサ装置
Ｓ２ スレーブ側センサ装置
Ｓ３ スレーブ側センサ装置

Claims (10)

1. 複数のセンサ装置を有する物標位置算出システムであって、
   符号化した第１の信号を発射する第１の送信機、及び前記第１の信号の物標による第１の反射信号を受信する第１の受信機を有する第１のセンサ装置と、
   前記第１の反射信号を受信する第２の受信機、および、前記第１の反射信号の受信に応じて、符号化した第２の信号を発射する第２の送信機、を有する１又は複数の第２のセンサ装置と、
   を備え、
   前記第１の受信機は、前記第２の信号の前記物標による第２の反射信号を受信し、
   前記第１のセンサ装置は、前記第１の信号を発射した時刻と、前記第１の反射信号を受信した時刻と、前記第２の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、前記物標の位置を算出する算出回路をさらに備え、
   前記複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる、
   物標位置算出システム。
2. 前記１又は複数の第２のセンサ装置が発射する前記第２の信号は、前記第１の反射信号の受信から所定の時間の経過後に発射される、
   請求項１に記載の物標位置算出システム。
3. 前記第１の反射信号は、前記第１の信号の発射に応じて、前記１又は複数の第２のセンサ装置が最初又は２回目に受信する信号である、
   請求項１又は２に記載の物標位置算出システム。
4. 前記複数のセンサ装置がソナーである、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の物標位置算出システム。
5. 前記複数のセンサ装置がレーダである、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の物標位置算出システム。
6. 前記レーダがパルス圧縮レーダである、
   請求項５に記載の物標位置算出システム。
7. さらに、
   符号化した第３の信号を、前記１又は複数の第２のセンサ装置が発射し、
   前記第３の信号の前記物標による第３の反射信号を、前記複数のセンサ装置が受信し、
   前記第３の反射信号の受信に応じて、前記第１のセンサ装置が、符号化した第４の信号を発射し、
   前記第４の信号の前記物標による第４の反射信号を前記１又は複数の第２のセンサ装置が受信し、
   前記１又は複数の第２のセンサ装置は、前記第３の信号を発射した時刻と、前記第３の反射信号を受信した時刻と、前記第４の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置に基づいて、前記物標の位置を算出する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の物標位置算出システム。
8. 前記第２のセンサ装置は、受信した前記第１の反射信号の強度に応じて、発射する前記第２の信号の強度を調整する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の物標位置算出システム。
9. 物標の位置を算出する物標位置算出方法であって、
   符号化した第１の信号を、複数のセンサ装置のうちの第１のセンサ装置が発射し、
   前記第１の信号の前記物標による第１の反射信号を、前記複数のセンサ装置が受信し、
   前記第１の反射信号の受信に応じて、前記複数のセンサ装置のうちの前記第１のセンサ装置とは異なる１又は複数の第２のセンサ装置が、符号化した第２の信号を発射し、
   前記第２の信号の前記物標による第２の反射信号を前記第１のセンサ装置が受信し、
   前記第１のセンサ装置は、前記第１の信号を発射した時刻と、前記第１の反射信号を受信した時刻と、前記第２の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、前記物標の位置を算出し、
   前記複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる、
   物標位置算出方法。
10. コンピュータに、
    符号化した第１の信号を、複数のセンサ装置のうちの第１のセンサ装置に発射させる手順、
    前記第１の信号の物標による第１の反射信号を、前記複数のセンサ装置に受信させる手順、
    前記第１の反射信号の受信に応じて、前記複数のセンサ装置のうちの前記第１のセンサ装置とは異なる１又は複数の第２のセンサ装置に、符号化した第２の信号を発射させる手順、
    前記第２の信号の前記物標による第２の反射信号を前記第１のセンサ装置に受信させる手順、
    前記第１のセンサ装置に、前記第１の信号を発射した時刻と、前記第１の反射信号を受信した時刻と、前記第２の反射信号を受信した時刻と、前記複数のセンサ装置の位置と、に基づいて、前記物標の位置を算出させる手順、を実行させ、
    前記複数のセンサ装置が信号の符号化に用いる符号は互いに異なる、
    物標位置算出プログラム。

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