JP2020026970A - 距離測定装置、距離測定システムおよび距離測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態に係る測位システムの全体構成図である。
Y=a0+a1×X
a0=(Σ(Xk 2)ΣYk−Σ(XkYk)ΣXk)/(nΣ(Xk 2)−(ΣXk)2)
a1=(nΣ(XkYk)−ΣXkΣYk)/(nΣ(Xk 2)−(ΣXk)2)
ここで、Σは、kを0からn−1までの各値とした場合の総和を表す。
t=a1/(Fs×2π)
ここで、Fs(Hz)は、隣り合う2つデータ点(周波数)の間隔である。
a1ave=Σa1(i)/M
ここで、a1(i)は、#i(i=0〜M−1)の狭帯域信号における位相変化特性関数の傾きである。Mは、周波数帯が異なる狭帯域信号の総数である。Σは、#0から#M−1の各狭帯域信号における位相変化特性関数の傾きの総和を表す。
a1ave=Σ(a1(i)×b(i))/Σb(i)
ここで、b(i)は、#i(i=0〜M−1)の狭帯域信号の帯域幅である。
a1ave=Σ(a1(i)×b(i)×c(i))/Σ(b(i)×c(i))
ここで、c(i)は、#i(i=0〜M−1)の狭帯域信号における距離減衰の逆数である。
次に、第2実施形態について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図8は、第2実施形態に係る位相変化特性取得部32で行われる処理の概要を示す説明図である。
Δx(1)=S(1)−S(0)−(W(0)+Fs)
Δy(1)=Δx(1)×a1ave
=(S(1)−S(0)−(W(0)+Fs))×a1ave
ここで、S(0)は、#0の狭帯域信号の最小周波数であり、S(1)は、#1の狭帯域信号の最小周波数である。W(0)は、#0の狭帯域信号の帯域幅である。Fs(Hz)は、隣り合う2つデータ点(周波数)の間隔である。
Δx(2)=S(2)−S(0)−(W(0)+W(1)+Fs×2)
Δy(2)=Δx(2)×a1ave
=(S(2)−S(0)−(W(0)+W(1)+Fs×2))×a1ave
ここで、S(2)は、#2の狭帯域信号の最小周波数である。W(1)は、#1の狭帯域信号の帯域幅である。
Δx(i)=S(i)−S(0)−(ΣW(j)+Fs×i)
Δy(i)=Δx(i)×a1ave
=(S(i)−S(0)−(ΣW(j)+Fs×i))×a1ave
ここで、S(i)は、#iの狭帯域信号の最小周波数である。W(i)は、#iの狭帯域信号の帯域幅である。ΣW(j)は、#0(j=0)から#i−1(j=i−1)の各周波数帯の帯域幅W(j)の総和である。
次に、第2実施形態の変形例について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。
Σ(Yk−a0−a1×Xk)2
ここで、Σは、kを0からn×M−1までの各値とした場合の総和である。
a1+=a1ave+Δa1
a1−=a1ave−Δa1
Δy(i)+=(S(i)−S(0)−(ΣW(j)+Fs×i))×a1+
Δy(i)−=(S(i)−S(0)−(ΣW(j)+Fs×i))×a1−
次に、第3実施形態について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図12は、位相の折り返しが発生していない場合および位相の折り返しが発生した場合のデータ点の状況の一例を示す説明図である。
次に、第3実施形態の第1変形例について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図15は、第3実施形態の第1変形例に係る位相変化特性取得部32で行われるシフト処理の概要を示す説明図である。
次に、第3実施形態の第2変形例について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図16は、第3実施形態の第2変形例に係る信号切り出し部31で行われる切り出し位置調整の概要、および位相変化特性の改善状況を示す説明図である。
次に、第4実施形態について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図18は、第4実施形態に係る測距信号を構成する狭帯域信号を示す説明図である。
2 移動体
11 アンカー間通信部(送信部、受信部)
12 ビーコン発信部
13 制御部
14 記憶部
21 測距信号制御部
22 タイミング検出部
23 距離算出部
24 位置算出部
25 ビーコン制御部
31 信号切り出し部
32 位相変化特性取得
32 位相変化特性取得部
33 遅延時間取得部
Claims (21)
- 応答側の装置との間で測距信号を送受信することにより、前記応答側の装置と自装置との間の距離を測定する距離測定装置であって、
自発の測距信号を送信する送信部と、
前記応答側の装置から送信される応答の測距信号を受信する受信部と、
前記自発の測距信号および前記応答の測距信号のタイミングに基づいて、前記距離を測定する制御部と、
を備え、
前記送信部は、
前記自発の測距信号として、周波数帯が異なり且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数送信し、
前記受信部は、
前記応答の測距信号として、周波数帯が異なり且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数受信し、
前記制御部は、
各周波数帯の前記狭帯域信号に含まれる周波数ごとに、送信した前記狭帯域信号と受信した前記狭帯域信号との間の位相変化量を取得し、
各周波数帯の前記狭帯域信号に含まれる各周波数での位相変化量に基づいて、周波数帯ごとの位相変化特性を取得し、
前記周波数帯ごとの位相変化特性を統合して、全体的な位相変化特性を取得し、
前記全体的な位相変化特性に基づいて、送信した前記狭帯域信号に対する受信した前記狭帯域信号の遅延時間を取得し、
前記遅延時間に基づいて、前記距離を取得することを特徴とする距離測定装置。 - 前記制御部は、
前記周波数帯ごとの位相変化特性として、前記狭帯域信号に含まれる各周波数と位相変化量との関係を表す位相変化特性関数の傾きを取得することを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
前記周波数帯ごとの位相変化特性に対して平均化を行って、前記全体的な位相変化特性を取得することを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
前記周波数帯ごとの位相変化特性に対して、各周波数帯の帯域幅で重み付けした平均化を行うことを特徴とする請求項3に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
前記周波数帯ごとの位相変化特性に対して、各周波数帯の距離減衰特性で重み付けした平均化を行うことを特徴とする請求項3に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
前記狭帯域信号に含まれる各周波数での位相変化量を表すデータ点を周波数帯ごとに取得し、
周波数帯ごとの前記データ点が互いに隣接するように、各周波数帯の前記データ点をシフトし、
シフトした状態の前記データ点を対象にして、前記全体的な位相変化特性を取得することを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
初期の前記全体的な位相変化特性に基づいて、前記データ点のシフト量を取得し、
そのシフト量に基づいて、前記データ点をシフトし、
シフトした状態の前記データ点を対象にして、新たな全体的な位相変化特性を取得することを特徴とする請求項6に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
前記新たな全体的な位相変化特性と前記データ点との間の誤差を取得する処理を、前記周波数帯ごとの位相変化特性を統合して取得した初期の前記全体的な位相変化特性の場合と、その初期の全体的な位相変化特性を所定幅だけ変化させた補正後の全体的な位相変化特性の場合とで行い、
前記初期の全体的な位相変化特性の場合の誤差と、前記補正後の全体的な位相変化特性の場合の誤差とを比較して、補正の妥当性を判定し、
補正が妥当でない場合には、前記初期の全体的な位相変化特性を採用し、
補正が妥当である場合には、前記補正後の全体的な位相変化特性を初期の全体的な位相変化特性に置き換えて、前記誤差を取得する処理を繰り返すことを特徴とする請求項7に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
前記狭帯域信号に含まれる各周波数での位相変化量を表すデータ点を周波数帯ごとに取得し、
前記データ点に位相の折り返しが発生している場合には、その位相の折り返しが解消されるように、前記データ点の位相変化量を補正することを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
周波数が最も低い前記データ点の位相変化量が0になるように、全ての前記データ点の位相変化量を均一に補正することを特徴とする請求項9に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
周波数が低い前記データ点を所定数選択して、そのデータ点に基づいて、暫定的な位相変化特性を取得し、その暫定的な位相変化特性に基づいて、位相の折り返しが発生しているデータ点を選択し、そのデータ点の位相変化量を2πだけ補正することを特徴とする請求項9に記載の距離測定装置。 - 前記制御部は、
受信した前記狭帯域信号に対して受信タイミングを推定し、
前記受信タイミングに基づいて、遅延量が短くなるように信号切り出し位置を調整して、前記狭帯域信号を切り出し、
切り出した前記狭帯域信号に基づいて、前記位相変化特性を取得することを特徴とする請求項9に記載の距離測定装置。 - 応答側の装置との間で測距信号を送受信することにより、前記応答側の装置と自装置との間の距離を測定する距離測定装置であって、
自発の測距信号を送信する送信部と、
前記応答側の装置から送信される応答の測距信号を受信する受信部と、
前記自発の測距信号および前記応答の測距信号のタイミングに基づいて、前記距離を測定する制御部と、
を備え、
前記送信部は、
前記自発の測距信号として、周波数帯が同一で且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数回送信し、
前記受信部は、
前記応答の測距信号として、周波数帯が同一で且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数回受信し、
前記制御部は、
各回の前記狭帯域信号に含まれる周波数ごとに、送信した前記狭帯域信号と受信した前記狭帯域信号との間の位相変化量を取得し、
各回の前記狭帯域信号に含まれる各周波数での位相変化量に基づいて、各回の位相変化特性を取得し、
前記各回の位相変化特性を統合して、全体的な位相変化特性を取得し、
前記全体的な位相変化特性に基づいて、送信した前記狭帯域信号に対する受信した前記狭帯域信号の遅延時間を取得し、
前記遅延時間に基づいて、前記距離を取得することを特徴とする距離測定装置。 - 前記自発の測距信号の変調方式として、マルチキャリア信号を用いることを特徴とする請求項1から請求項13のいずれかに記載の距離測定装置。
- 前記マルチキャリア信号として、OFDM信号を用いることを特徴とする請求項14に記載の距離測定装置。
- 前記制御部は、
前記遅延時間から、前記応答側の装置において前記自発の測距信号を受信してから前記応答の測距信号を送信するまでの信号処理に要する時間である信号処理時間を減算して、往復の電波伝搬時間を算出し、その往復の電波伝搬時間の半分を片道の電波伝搬時間とし、その片道の電波伝搬時間に伝搬速度を乗算することで距離を算出することを特徴とする請求項1から請求項15のいずれかに記載の距離測定装置。 - 距離測定装置と応答側の装置との間で測距信号を送受信することにより、前記距離測定装置と前記応答側の装置との間の距離を測定する距離測定システムであって、
前記距離測定装置は、
自発の測距信号を送信する送信部と、
前記応答側の装置から送信される応答の測距信号を受信する受信部と、
前記自発の測距信号および前記応答の測距信号のタイミングに基づいて、前記距離を測定する制御部と、
を備え、
前記送信部は、
前記自発の測距信号として、周波数帯が異なり且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数送信し、
前記受信部は、
前記応答の測距信号として、周波数帯が異なり且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数受信し、
前記制御部は、
各周波数帯の前記狭帯域信号に含まれる周波数ごとに、送信した前記狭帯域信号と受信した前記狭帯域信号との間の位相変化量を取得し、
各周波数帯の前記狭帯域信号に含まれる各周波数での位相変化量に基づいて、周波数帯ごとの位相変化特性を取得し、
前記周波数帯ごとの位相変化特性を統合して、全体的な位相変化特性を取得し、
前記全体的な位相変化特性に基づいて、送信した前記狭帯域信号に対する受信した前記狭帯域信号の遅延時間を取得し、
前記遅延時間に基づいて、前記距離を取得することを特徴とする距離測定システム。 - 距離測定装置と応答側の装置との間で測距信号を送受信することにより、前記距離測定装置と前記応答側の装置との間の距離を測定する距離測定システムであって、
前記距離測定装置は、
自発の測距信号を送信する送信部と、
前記応答側の装置から送信される応答の測距信号を受信する受信部と、
前記自発の測距信号および前記応答の測距信号のタイミングに基づいて、前記距離を測定する制御部と、
を備え、
前記送信部は、
前記自発の測距信号として、周波数帯が同一で且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数回送信し、
前記受信部は、
前記応答の測距信号として、周波数帯が同一で且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数回受信し、
前記制御部は、
各回の前記狭帯域信号に含まれる周波数ごとに、送信した前記狭帯域信号と受信した前記狭帯域信号との間の位相変化量を取得し、
各回の前記狭帯域信号に含まれる各周波数での位相変化量に基づいて、各回の位相変化特性を取得し、
前記各回の位相変化特性を統合して、全体的な位相変化特性を取得し、
前記全体的な位相変化特性に基づいて、送信した前記狭帯域信号に対する受信した前記狭帯域信号の遅延時間を取得し、
前記遅延時間に基づいて、前記距離を取得することを特徴とする距離測定システム。 - 前記応答側の装置は、
前記距離測定装置から送信される前記自発の測距信号を受信する受信部と、
前記応答の測距信号を送信する送信部と、
前記自発の測距信号の受信タイミングから所定の信号処理時間が経過したタイミングで前記応答の測距信号を前記送信部から送信する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記狭帯域信号に含まれる周波数ごとに、受信した前記狭帯域信号と送信した前記狭帯域信号との間の位相変化量を取得し、
前記狭帯域信号に含まれる各周波数での位相変化量に基づいて、位相変化特性を取得し、
前記位相変化特性に基づいて、受信した前記狭帯域信号に対する送信した前記狭帯域信号の遅延時間を取得し、
前記遅延時間に基づいて、前記自発の測距信号の受信タイミングを取得することを特徴とする請求項17または請求項18に記載の距離測定システム。 - 距離測定装置において、応答側の装置との間で測距信号を送受信することにより、前記応答側の装置と自装置との間の距離を測定する距離測定方法であって、
自装置から、自発の測距信号として、周波数帯が異なり且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数送信し、
前記応答側の装置から、応答の測距信号として、周波数帯が異なり且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数受信し、
各周波数帯の前記狭帯域信号に含まれる周波数ごとに、送信した前記狭帯域信号と受信した前記狭帯域信号との間の位相変化量を取得し、
各周波数帯の前記狭帯域信号に含まれる各周波数での位相変化量に基づいて、周波数帯ごとの位相変化特性を取得し、
前記周波数帯ごとの位相変化特性を統合して、全体的な位相変化特性を取得し、
前記全体的な位相変化特性に基づいて、送信した前記狭帯域信号に対する受信した前記狭帯域信号の遅延時間を取得し、
前記遅延時間に基づいて、前記距離を取得することを特徴とする距離測定方法。 - 距離測定装置において、応答側の装置との間で測距信号を送受信することにより、前記応答側の装置と自装置との間の距離を測定する距離測定方法であって、
自装置から、自発の測距信号として、周波数帯が同一で且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数回送信し、
前記応答側の装置から、応答の測距信号として、周波数帯が同一で且つ複数の周波数を含む狭帯域信号を複数回受信し、
各回の前記狭帯域信号に含まれる周波数ごとに、送信した前記狭帯域信号と受信した前記狭帯域信号との間の位相変化量を取得し、
各回の前記狭帯域信号に含まれる各周波数での位相変化量に基づいて、各回の位相変化特性を取得し、
前記各回の位相変化特性を統合して、全体的な位相変化特性を取得し、
前記全体的な位相変化特性に基づいて、送信した前記狭帯域信号に対する受信した前記狭帯域信号の遅延時間を取得し、
前記遅延時間に基づいて、前記距離を取得することを特徴とする距離測定方法。
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