JP2021131399A - Distance measuring device and distance measuring method - Google Patents

Distance measuring device and distance measuring method Download PDF

Info

Publication number
JP2021131399A
JP2021131399A JP2021094343A JP2021094343A JP2021131399A JP 2021131399 A JP2021131399 A JP 2021131399A JP 2021094343 A JP2021094343 A JP 2021094343A JP 2021094343 A JP2021094343 A JP 2021094343A JP 2021131399 A JP2021131399 A JP 2021131399A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
known signal
distance
transmission
transmitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021094343A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7087167B2 (en
Inventor
正樹 西川
Masaki Nishikawa
正樹 西川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electronic Devices and Storage Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of JP2021131399A publication Critical patent/JP2021131399A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7087167B2 publication Critical patent/JP7087167B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

To make it possible to accurately calculate a distance by employing a communication type distance measurement obtaining a distance between two devices by communication between each of the devices.SOLUTION: A distance measuring device of an embodiment includes a first device having a first transceiver which transmits a first known signal corresponding to a first carrier frequency and a second known signal corresponding to a second carrier frequency different from the first carrier frequency and receives a third known signal corresponding to the first carrier frequency and a fourth known signal corresponding to the second carrier frequency; a second device having a second transceiver which transmits the third known signal and the fourth known signal and receives the first and the second known signals; and a calculation unit which calculates the distance between the first device and the second device on the basis of the phases of the first to fourth known signals. The first transceiver and the second transceiver perform total six times of transceiving comprising two times of transceiving for each of the first and the third kwon signals and one time transceiving for each of the second and the fourth kwon signals.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、測距装置及び測距方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a distance measuring device and a distance measuring method.

近年、車の施錠・開錠を容易にするキーレスエントリが多くの車に採用されている。この技術は自動車の鍵(キー)と自動車間の通信を利用してドアの施錠・開錠を行う。更に、近年、スマートキーにより、鍵に触れることなくドアロックの施錠・解錠を行ったり、エンジンを始動させたりすることができるスマートエントリシステムも採用されている。 In recent years, keyless entries that make it easier to lock and unlock cars have been adopted in many cars. This technology locks and unlocks doors using the key of the car and the communication between the cars. Further, in recent years, a smart entry system has been adopted in which a smart key can be used to lock / unlock the door lock and start the engine without touching the key.

しかしながら、攻撃者がキーと自動車間の通信に侵入し、車を盗難する事件が多発している。上述した攻撃(所謂リレーアタック)の防御策としてキーと自動車間の距離を測定し、距離が所定の距離以上と判断したときは通信による車の制御を禁止する策が検討されている。 However, there are many cases where an attacker breaks into the communication between the key and the car and steals the car. As a defensive measure against the above-mentioned attack (so-called relay attack), a measure is being studied in which the distance between the key and the vehicle is measured, and when the distance is determined to be greater than or equal to a predetermined distance, the control of the vehicle by communication is prohibited.

測距技術としては、2周波CW(Continuous Wave)方式、FM(Frequency Modulated)CW方式、ドップラ方式、位相検出方式など多数ある。一般に測距は、測定装置の同一筐体内に送信器と受信器を設け、送信器から発射した電波を対象物に当て、その反射波を受信器で検出することで、測定装置から対象物までの距離を求めるようになっている。 There are many distance measuring techniques such as a dual frequency CW (Continuous Wave) method, an FM (Frequency Modulated) CW method, a Doppler method, and a phase detection method. Generally, in distance measurement, a transmitter and a receiver are provided in the same housing of the measuring device, the radio wave emitted from the transmitter is applied to the object, and the reflected wave is detected by the receiver, from the measuring device to the object. The distance is calculated.

しかしながら、対象物の反射係数が比較的小さいこと、電波法による出力電力の制限等を考慮すると、反射波を利用した測距技術では、測距可能な距離が比較的小さく、上述したリレーアタックに対する対策に利用するには十分ではない。 However, considering that the reflection coefficient of the object is relatively small, the output power is limited by the Radio Law, etc., the distance that can be measured by the distance measuring technology using the reflected wave is relatively small, and the above-mentioned relay attack is dealt with. Not enough to use as a countermeasure.

特開平8−166443号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-166443

実施形態は、2装置間の距離を各装置間の通信によって求める通信型測距を採用して正確な距離の算出を可能にすることができる測距装置及び測距方法を提供することを目的とする。 An object of the embodiment is to provide a distance measuring device and a distance measuring method capable of accurately calculating a distance by adopting a communication type distance measuring in which the distance between two devices is obtained by communication between the devices. And.

実施形態の測距装置は、少なくとも一方が移動可能な第1装置と第2装置の間の距離を、複数の搬送波周波数で伝送される第1〜第4の既知信号の位相に基づいて算出する測距装置において、第1基準信号源と、前記第1基準信号源の出力を用いて第1の搬送波周波数に対応する前記第1の既知信号及び前記第1の搬送波周波数とは異なる第2の搬送波周波数に対応する前記第2の既知信号を送信すると共に前記第1の搬送波周波数に対応する前記第3の既知信号及び前記第2の搬送波周波数に対応する前記第4の既知信号を受信する第1送受信器とを具備した前記第1装置と、前記第1基準信号源とは独立に動作する第2基準信号源と、前記第2基準信号源の出力を用いて前記第1の搬送波周波数に対応する前記第3の既知信号及び前記第2の搬送波周波数に対応する前記第4の既知信号を送信すると共に前記第1の既知信号及び前記第2の既知信号を受信する第2送受信器とを具備した前記第2装置と、前記第1装置に設けられた第1の位相検出器と、前記第2装置に設けられた第2の位相検出器と、前記第1装置又は第2装置に設けられ、前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出する算出部とを具備し、前記第1送受信器及び前記第2送受信器は、第1期間に前記第1の既知信号の送受信を行い第2期間に前記第3の既知信号の送受信を行い第3期間に前記第1の既知信号の送受信を行い、第4期間に前記第2の既知信号の送受信を行い第5期間に前記第4の既知信号の送受信を行い第6期間に前記第2の既知信号の送受信を行い、前記第2位相検出器は前記第1期間に前記第1の既知信号についての第1の位相を検出し、前記第1位相検出器は前記第2期間に前記第3の既知信号についての第2の位相を検出し、前記第2位相検出器は前記第3期間に前記第1の既知信号についての第3の位相を検出し、前記第2位相検出器は前記第4期間に前記第2の既知信号についての第4の位相を検出し、前記第1位相検出器は前記第5期間に前記第4の既知信号についての第5の位相を検出し、前記第2位相検出器は前記第6期間に前記第2の既知信号についての第6の位相を検出し、前記算出部は、検出した前記第1から第6の位相を用い、前記第1の位相と第4位相の間の差分演算及び前記第2の位相と第5の位相との間の差分演算を含み位相の検出間隔に応じた演算により、前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出し、前記第1及び第2送受信器の一方は、前記第1及び第2送受信器の他方に対して、受信信号に基づいて前記第1又は第2位相検出器が検出した位相情報を位相オフセットとして付加して生成した既知信号を送信する。 The ranging device of the embodiment calculates the distance between the first device and the second device, which can move at least one of them, based on the phases of the first to fourth known signals transmitted at a plurality of carrier frequencies. In the distance measuring device, the first known signal corresponding to the first carrier frequency by using the output of the first reference signal source and the output of the first reference signal source and the second known signal different from the first carrier frequency. A second known signal corresponding to the carrier frequency is transmitted, and the third known signal corresponding to the first carrier frequency and the fourth known signal corresponding to the second carrier frequency are received. The first apparatus including one transmitter / receiver, the second reference signal source operating independently of the first reference signal source, and the output of the second reference signal source are used to obtain the first carrier frequency. A second transmitter / receiver that transmits the corresponding third known signal and the fourth known signal corresponding to the second carrier frequency and receives the first known signal and the second known signal. The second device provided, the first phase detector provided in the first device, the second phase detector provided in the second device, and the first device or the second device are provided. The first transmitter / receiver and the second transmitter / receiver are provided with a calculation unit for calculating the distance between the first apparatus and the second apparatus. Transmission and reception, transmission and reception of the third known signal in the second period, transmission and reception of the first known signal in the third period, transmission and reception of the second known signal in the fourth period, and transmission and reception in the fifth period. The fourth known signal is transmitted and received, the second known signal is transmitted and received in the sixth period, and the second phase detector determines the first phase of the first known signal in the first period. The first phase detector detects the second phase of the third known signal during the second period, and the second phase detector detects the first known signal during the third period. The second phase detector detects the fourth phase of the second known signal during the fourth period, and the first phase detector detects the fourth phase of the second known signal during the fifth period. The fifth phase of the fourth known signal was detected, the second phase detector detected the sixth phase of the second known signal in the sixth period, and the calculation unit detected the sixth phase. Using the first to sixth phases, the difference calculation between the first phase and the fourth phase and the difference calculation between the second phase and the fifth phase are included according to the phase detection interval. By the calculation, the first device and the second device The distance between the first and second transmitters and receivers was calculated, and one of the first and second transmitters and receivers was detected by the first or second phase detector based on the received signal with respect to the other of the first and second transmitters and receivers. A known signal generated by adding phase information as a phase offset is transmitted.

本発明の第1の実施の形態に係る測距装置を採用した測距システムを示すブロック図。The block diagram which shows the distance measuring system which adopted the distance measuring device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 反射波を利用した位相検出方式による測距の原理及びその問題点を説明するための説明図。Explanatory drawing for explaining the principle of distance measurement by a phase detection method using a reflected wave and its problem. 反射波を利用した位相検出方式による測距の原理及びその問題点を説明するための説明図。Explanatory drawing for explaining the principle of distance measurement by a phase detection method using a reflected wave and its problem. 位相検出方式による測距の問題点を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the problem of distance measurement by a phase detection method. 位相検出方式による測距の問題点を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the problem of distance measurement by a phase detection method. 図1中の送信部14及び受信部15の具体的な構成の一例を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the transmitting unit 14 and the receiving unit 15 in FIG. 図1中の送信部24及び受信部25の具体的な構成の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of the specific structure of the transmission part 24 and the receiving part 25 in FIG. 第1の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the operation of 1st Embodiment. 剰余系を用いた距離の算出手法を説明するための説明図。Explanatory drawing for explaining the distance calculation method using the remainder system. 剰余系を用いた距離の算出手法を説明するための説明図。Explanatory drawing for explaining the distance calculation method using the remainder system. 横軸に距離をとり縦軸に位相をとって、角周波数が異なる3つの送信波を送信する例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of transmitting three transmitted waves having different angular frequencies with a distance on a horizontal axis and a phase on a vertical axis. 検出した信号の振幅観測により、正しい距離を選択する方法を説明するための説明図。Explanatory drawing for explaining the method of selecting the correct distance by the amplitude observation of the detected signal. 第1の実施の形態を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the 1st Embodiment. 第1の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating 1st Embodiment. 第1の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating 1st Embodiment. 第1の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating 1st Embodiment. 第1の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating 1st Embodiment. 第1の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating 1st Embodiment. 第1の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating 1st Embodiment. 8回交番シーケンスを説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating an eight-fold alternation sequence. 第1の実施の形態において通信時間を短縮するための伝送シーケンスを示す説明図。The explanatory view which shows the transmission sequence for shortening a communication time in 1st Embodiment. 第1の実施の形態において通信時間を短縮するための伝送シーケンスを示す説明図。The explanatory view which shows the transmission sequence for shortening a communication time in 1st Embodiment. 図17のシーケンスに対応したタイミングチャート。The timing chart corresponding to the sequence of FIG. 第1の実施の形態の効果を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the effect of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の効果を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the effect of 1st Embodiment. 本発明の第2の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the 2nd Embodiment of this invention. 図21のシーケンスに対応したタイミングチャート。The timing chart corresponding to the sequence of FIG. 21. 本発明の第3の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施の形態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施の形態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the 9th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る測距装置を採用した測距システムを示すブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a distance measuring system using the distance measuring device according to the first embodiment of the present invention.

本実施の形態は無変調キャリアを用いた位相検出方式を採用し、各装置間の通信によって各装置間の距離を求める通信型測距を採用する例を説明する。反射波を用いた一般的な位相検出方式では、上述したように測距可能な距離が比較的短い。そこで、本実施の形態においては、装置間で通信を行う通信型測距を採用する。しかしながら、各装置の各送信器同士は独立に動作することから、各送信器からの送信電波の初期位相は相互に異なり、位相差により距離を求める従来の位相検出方式では正確な距離を求めることはできない。そこで、本実施の形態においては、後述するように、一方の装置の受信により求めた位相情報を他方の装置に伝送することにより、他方の装置において正確な距離を求めることを可能にしている。 In this embodiment, an example will be described in which a phase detection method using a non-modulation carrier is adopted, and a communication type ranging is adopted in which the distance between each device is obtained by communication between the devices. In a general phase detection method using a reflected wave, the distance that can be measured is relatively short as described above. Therefore, in the present embodiment, the communication type distance measurement for communicating between the devices is adopted. However, since each transmitter of each device operates independently, the initial phases of the radio waves transmitted from each transmitter are different from each other, and the conventional phase detection method in which the distance is obtained by the phase difference requires an accurate distance. Can't. Therefore, in the present embodiment, as will be described later, by transmitting the phase information obtained by the reception of one device to the other device, it is possible to obtain an accurate distance in the other device.

本実施の形態は、このような測距技術を採用する場合において、後述する4回交番シーケンスのように、測距に要する通信時間を短縮することを可能にするものである。以下、本実施の形態において採用する通信型測距技術について、図2Aから図15を参照して基本構成を説明する。
<通信型測距技術の基本構成>
先ず、本実施の形態において採用する位相検出方式による測距を説明するために、図2A,2Bの説明図を参照して、反射波を利用した位相検出方式による測距の原理及びその問題点について説明する。
(位相検出方式について)
位相検出方式では、測距のために、中心角周波数ωC1から角周波数±ωB1だけずれた2つの周波数の信号を送信する。反射波を利用する測距装置においては、送信器及び受信器が同一筐体内に設けられ、送信器から発射した送信信号(電波)を対象物に反射させ、その反射波を受信する。
This embodiment makes it possible to shorten the communication time required for distance measurement when adopting such a distance measurement technique, as in the case of a four-time alternation sequence described later. Hereinafter, the basic configuration of the communication type ranging technology adopted in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2A to 15.
<Basic configuration of communication type ranging technology>
First, in order to explain the distance measurement by the phase detection method adopted in the present embodiment, the principle of the distance measurement by the phase detection method using the reflected wave and its problems are referred to with reference to the explanatory diagrams of FIGS. 2A and 2B. Will be described.
(About phase detection method)
In the phase detection method, signals of two frequencies deviated from the central angular frequency ω C1 by the angular frequency ± ω B1 are transmitted for distance measurement. In a distance measuring device that uses reflected waves, a transmitter and a receiver are provided in the same housing, and the transmitted signal (radio wave) emitted from the transmitter is reflected by an object to receive the reflected wave.

図2A及び図2Bはこの状態を示しており、送信器Tから発射した電波が壁Wによって反射して受信器Sにおいて受信されることを示している。なお、説明の容易化のため壁Wでの反射では、電波の位相は変化しないものとして説明する。 2A and 2B show this state, and show that the radio wave emitted from the transmitter T is reflected by the wall W and received by the receiver S. For the sake of simplicity, it is assumed that the phase of the radio wave does not change in the reflection on the wall W.

図2Aに示すように、送信器から発射した電波の角周波数をωC1+ωB1とし、初期位相をθ1Hとする。この場合には、送信器から発射される送信信号(送信波)tx1(t)は下記(1)式で表される。
tx1(t)=cos{(ωC1+ωB1)t+θ1H} …(1)
この送信信号が送信器から距離R[m]だけ離れた対象物(壁W)に遅延時間τで到達して反射し、受信器において受信される。電波の速度は光速c(=3×108m/s)であるので、τ=(R/c)[秒]である。受信器で受信する信号は発射された信号に対して遅延2τを受けている。従って、受信器の受信信号(受信波)rx1(t)は下記(2),(3)式で表される。
rx1(t)=cos{(ωC1+ωB1)t+θ1H−θ2×Hτ1)} …(2)
θ2×Hτ1=(ωC1+ωB1)2τ …(3)
すなわち、送信信号は、遅延時間と送信角周波数の乗算結果(θ2×Hτ1)だけ位相シフトが生じて、受信器に受信されたことになる。
As shown in FIG. 2A, the angular frequency of the radio wave emitted from the transmitter is ω C1 + ω B1 , and the initial phase is θ 1H . In this case, the transmission signal (transmission wave) tx1 (t) emitted from the transmitter is represented by the following equation (1).
tx1 (t) = cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ 1H }… (1)
This transmission signal reaches an object (wall W) separated from the transmitter by a distance R [m] with a delay time τ 1 , is reflected, and is received at the receiver. Since the speed of radio waves is the speed of light c (= 3 × 10 8 m / s), τ 1 = (R / c) [seconds]. Signal received by the receiver has received the delay 2.tau 1 relative to firing signals. Therefore, the received signal (received wave) rx1 (t) of the receiver is represented by the following equations (2) and (3).
rx1 (t) = cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ 1H −θ 2 × Hτ1 )}… (2)
θ 2 × Hτ1 = (ω C1 + ω B1 ) 2τ 1 … (3)
That is, the transmission signal is received by the receiver with a phase shift caused by the multiplication result (θ 2 × Hτ1 ) of the delay time and the transmission angular frequency.

同様に、図2Bに示すように、角周波数ωC1−ωB1を用いた場合の送信信号tx1(t)及び受信信号rx1(t)を、初期位相をθ1Lとして下記(4)〜(6)式に示す。
tx1(t)=cos{(ωC1−ωB1)t+θ1L} …(4)
rx1(t)=cos{(ωC1−ωB1)t+θ1L−θ2×Lτ1} …(5)
θ2×Lτ1=(ωC1−ωB1)2τ …(6)
角周波数ωC1+ωB1の送信信号が受信されるまでに生じる位相シフト量をθH1(t)とし、角周波数ωC1−ωB1の送信信号が受信されるまでに生じる位相シフト量をθL1(t)とすると、2つの受信波の位相シフトの差分は、(3)式から(6)式を引いた下記(7)式によって与えられる。
θH1(t)−θL1(t)=(θ2×Hτ1−θ2×Lτ1)=2ωB1×2τ …(7)
ここで、τ=R/cである。差分周波数ωB1は既知であるので、2つの受信波の位相シフト量の差分を測定すれば、測定結果から距離Rを、
R=c×(θ2×Hτ1−θ2×Lτ1)/(4ωB1
と算出することができる。
Similarly, as shown in FIG. 2B, the transmission signal tx1 (t) and the reception signal rx1 (t) when the angular frequencies ω C1- ω B1 are used have the following (4) to (6 ) with the initial phase set to θ 1L. ) Is shown in the equation.
tx1 (t) = cos {(ω C1- ω B1 ) t + θ 1L }… (4)
rx1 (t) = cos {(ω C1- ω B1 ) t + θ 1L −θ 2 × Lτ1 }… (5)
θ 2 × Lτ1 = (ω C1 -ω B1 ) 2τ 1 … (6)
Let θ H1 (t) be the amount of phase shift that occurs before the transmission signal with angular frequency ω C1 + ω B1 is received, and θ L1 be the amount of phase shift that occurs before the transmission signal with angular frequency ω C1- ω B1 is received. Assuming (t), the difference between the phase shifts of the two received waves is given by the following equation (7) obtained by subtracting the equation (6) from the equation (3).
θ H1 (t) −θ L1 (t) = (θ 2 × Hτ1 −θ 2 × Lτ1 ) = 2ω B1 × 2τ 1 … (7)
Here, τ 1 = R / c. Since the difference frequency ω B1 is known, if the difference between the phase shift amounts of the two received waves is measured, the distance R can be obtained from the measurement result.
R = c × (θ 2 × Hτ1 −θ 2 × Lτ1 ) / (4ω B1 )
Can be calculated.

ところで、上記説明は位相情報のみを考慮して距離Rを算出したものである。次に、角周波数ωC1+ωB1の送信波を用いた場合において振幅についての考察を加える。上記(1)式に示す送信波は、距離R離れた対象物に到達する時点では、遅延量τ=R/cだけ遅延し、距離Rに応じた減衰L1で振幅が減衰し、下記(8)式に示す受信波rx2(t)となる。
rx2(t)=L×cos{(ωC1+ωB1)t+θ1H−(ωC1+ωB1)τ} …(8)
更に、送信波は、対象物から反射時に減衰LRFLを受ける。対象物における反射波tx2(t)は、下記(9)式で与えられる。
tx2(t)=LRFL×L×cos{(ωC1+ωB1)t+θ1H−(ωC1+ωB1)τ} …(9)
受信器で受信される受信信号はrx1(t)は、対象物から遅延量τ=R/c[秒]だけ遅延し、距離Rに応じた減衰L1で振幅が減衰するので、下記(10)式によって表される。
rx1(t)=L×LRFL×L×cos{(ωC1+ωB1)t+θ1H−2(ωC1+ωB1)τ} …(10)
このように、送信器からの送信信号は受信器に到達するまでに、L×LRFL×Lの減衰を受けることになる。測距において送信器から発射できる信号振幅は、適用周波数に応じて電波法に従う必要がある。例えば、920MHz帯の特定周波数では、送信信号電力を1mW以下に抑える制限がある。受信信号の信号雑音比の観点から、正確に測距するためには送信から受信までに受ける減衰を小さく抑える必要がある。しかしながら、上述したように、反射波を利用した測距では減衰が比較的大きいことから、正確に測距できる距離が短い。
By the way, in the above description, the distance R is calculated by considering only the phase information. Next, a consideration will be given to the amplitude when a transmitted wave having an angular frequency of ω C1 + ω B1 is used. When the transmitted wave represented by the above equation (1) reaches an object separated by a distance R, it is delayed by a delay amount τ 1 = R / c, and the amplitude is attenuated by the attenuation L1 corresponding to the distance R. The received wave rx2 (t) shown in Eq. 8) is obtained.
rx2 (t) = L 1 × cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ 1H − (ω C1 + ω B1 ) τ 1 }… (8)
Further, the transmitted wave receives an attenuated LRFL when reflected from the object. The reflected wave tx2 (t) in the object is given by the following equation (9).
tx2 (t) = L RFL × L 1 × cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ 1H − (ω C1 + ω B1 ) τ 1 }… (9)
As for the received signal received by the receiver, rx1 (t) is delayed by the delay amount τ 1 = R / c [seconds] from the object, and the amplitude is attenuated by the attenuation L1 according to the distance R. ) Is expressed by the formula.
rx1 (t) = L 1 × L RFL × L 1 × cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ 1H -2 (ω C1 + ω B1 ) τ 1 }… (10)
In this way, the transmitted signal from the transmitter is attenuated by L 1 × L RFL × L 1 by the time it reaches the receiver. The signal amplitude that can be emitted from the transmitter in distance measurement must follow the Radio Law according to the applicable frequency. For example, in a specific frequency of the 920 MHz band, there is a limitation that the transmission signal power is suppressed to 1 mW or less. From the viewpoint of the signal-to-noise ratio of the received signal, it is necessary to keep the attenuation received from transmission to reception small in order to measure the distance accurately. However, as described above, since the attenuation is relatively large in the distance measurement using the reflected wave, the distance that can be accurately measured is short.

そこで、上述したように、本実施の形態においては、反射波を利用することなく、2つの装置間で互いに信号を送信及び受信することにより、LRFL×L分だけ減衰を低減することで、正確に測距できる距離を拡大するようになっている。 Therefore, as described above, in the present embodiment, the attenuation is reduced by L RFL × L 1 minute by transmitting and receiving signals from each other between the two devices without using the reflected wave. , The distance that can be accurately measured is expanded.

しかしながら、2つの装置は、互いに距離Rだけ離間しており同一の基準信号を共有することができず、一般にその送信信号を受信に用いる局部発振信号に同期させることは困難である。つまり、2つの装置間では、信号周波数にずれが生じるだけでなく、初期位相については不明である。以下、このような非同期の送信波を用いた場合の測距における問題について説明する。
(非同期の場合の課題)
本実施の形態における測距システムでは、2物体間の測距に際して、各物体の位置にそれぞれ非同期にキャリア信号(送信信号)を射出する2つの装置(第1装置及び第2装置)を配置し、これらの2つの装置間の距離Rを求める。本実施の形態においては、第1装置において中心角周波数ωC1から角周波数±ωB1だけずれた2つの周波数のキャリア信号を送信し、第2装置において中心角周波数ωC2から角周波数±ωB2だけずれた2つの周波数のキャリア信号を送信する。
However, the two devices are separated from each other by a distance R and cannot share the same reference signal, and it is generally difficult to synchronize the transmitted signal with the locally oscillated signal used for reception. That is, not only is the signal frequency shifted between the two devices, but the initial phase is unknown. Hereinafter, problems in distance measurement when such an asynchronous transmitted wave is used will be described.
(Issues in the case of asynchronous)
In the distance measuring system of the present embodiment, two devices (first device and second device) that asynchronously emit carrier signals (transmission signals) are arranged at the positions of each object when measuring a distance between two objects. , The distance R between these two devices is obtained. In the present embodiment, the first apparatus transmits carrier signals having two frequencies deviated from the central angle frequency ω C1 by the angular frequency ± ω B1 , and the second apparatus transmits the carrier signals having an angular frequency ± ω B2 from the central angle frequency ω C2. It transmits carrier signals of two frequencies that are slightly offset.

図3A及び図3Bは、2つの装置A1,A2間で、上述した位相検出方式を単に適用した場合の問題を説明する説明図である。最初に、装置A1の送信信号を装置A2で受信する場合を想定する。装置A1の局部発振器は、送信波のキャリア角周波数がωC1+ωB1とωC1−ωB1の2波をヘテロダイン方式で生成するために必要な周波数の信号を発生し、装置A1はこの角周波数の2つの送信波を送信する。また、装置A2の局部発振器は、送信波の角周波数がωC2+ωB2とωC2−ωB2の2波をヘテロダイン方式で生成するために必要な周波数の信号を発生し、装置A2は局部発振器からの信号を用いてヘテロダイン方式の受信を行うものとする。 3A and 3B are explanatory views illustrating a problem when the above-mentioned phase detection method is simply applied between the two devices A1 and A2. First, it is assumed that the transmission signal of the device A1 is received by the device A2. The local oscillator of the device A1 is the two-wave carrier angular frequency of the transmitted wave is ω C1 + ω B1 and omega C1 - [omega] B1 generates a frequency signal necessary for generating heterodyne scheme, the device A1 This angular frequency Two transmitted waves of are transmitted. Further, the local oscillator of the device A2 generates a frequency signal necessary for the angular frequency of the transmitted wave is generated by heterodyne scheme two waves ω C2 + ω B2 and omega C2 - [omega] B2, device A2 is a local oscillator Heterodyne reception shall be performed using the signal from.

ここで、上述した反射波を用いた場合と対応させるため、送受信器間の距離は2Rとする。また、装置A1からの角周波数ωC1+ωB1の送信信号と角周波数ωC1−ωB1の送信信号の初期位相はそれぞれθ1H、θ1Lとする。また、装置A2の角周波数がωC2+ωB2,ωC2−ωB2の2つの信号の初期位相はそれぞれθ2H、θ2Lとする。 Here, the distance between the transmitter / receiver is set to 2R in order to correspond to the case where the reflected wave described above is used. The initial phase of the transmission signal of the transmission signal and the angular frequency omega C1 - [omega] B1 of the angular frequency omega C1 + omega B1 from device A1, respectively theta IH, and theta 1L. Furthermore, the angular frequency omega C2 + omega B2 of device A2, omega C2 - [omega] 2 two signal initial phase respectively theta 2H of B2, and theta 2L.

まず、角周波数ωC1+ωB1の送信信号について位相を考える。装置A1からは上記(1)式に示す送信信号が出力される。装置A2における受信信号rx2(t)は、下記(11)式で与えられる。
rx2(t)=cos{(ωC1+ωB1)t+θ1H−θ2×Hτ1} …(11)
装置A2においては、2つの信号cos{(ωC2+ωB2)t+θ2H}及びsin{(ωC2+ωB2)t+θ2H}と式(11)の受信波とを乗算することにより、受信波を同相成分(I信号)と直交成分(Q信号)とに分離する。受信波の位相(以下、検出位相又は単に位相という)は、I,Q信号から簡単に求めることができる。即ち、検出位相θH1(t)は下記(12)式で表される。なお、下記(12)式では、角周波数ωC1+ωC2近傍の高調波の項は、復調時に除去されるので省略している。
θH1(t)=tan−1(Q(t)/I(t))=−{(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θ1H−θ2H−θ2×Hτ1} …(12)
同様に、装置A1から角周波数ωC1−ωB1の送信信号を送信した場合において、装置A2において得られるI,Q信号から求められる検出位相θL1(t)は、下記(13)式で与えられる。なお、下記(13)式では、角周波数ωC1+ωC2近傍の高調波の項は、復調時に除去されるので省略している。
θL1(t)=tan−1(Q(t)/I(t))=−{(ωC1−ωC2)t−(ωB1−ωB2)t+θ1L−θ2L−θ2×Lτ1} …(13)
これらの2つの検出位相の位相差(以下、検出位相差又は単に位相差という)θH1(t)−θL1(t)は、下記(14)式で表される。
θH1(t)−θL1(t)=−2(ωB1−ωB2)t+(θ1H−θ1L)−(θ2H−θ2L)+(θ2×Hτ1−θ2×Lτ1) …(14)
反射波を利用した従来の測距装置は、装置A1と装置A2とが同一の装置であって局部発振器を共有していることになるので、下記(15)式〜(17)式を満足する。
ωB1=ωB2 …(15)
θ1H=θ2H …(16)
θ1L=θ2L …(17)
(15)式〜(17)式が成立する場合には、(14)式は上述した(7)式と等しくなり、装置A2における受信信号に対するI,Q復調処理によって求めた位相差により、装置A1と装置A2との間の距離Rを算出できることになる。
First, consider the phase of the transmitted signal having an angular frequency of ω C1 + ω B1. The transmission signal represented by the above equation (1) is output from the device A1. The received signal rx2 (t) in the device A2 is given by the following equation (11).
rx2 (t) = cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ 1H −θ 2 × Hτ1 }… (11)
In the device A2, the received wave is in-phase by multiplying the two signals cos {(ω C2 + ω B2 ) t + θ 2H } and sin {(ω C2 + ω B2 ) t + θ 2H } and the received wave of the equation (11). It is separated into a component (I signal) and an orthogonal component (Q signal). The phase of the received wave (hereinafter, referred to as the detected phase or simply the phase) can be easily obtained from the I and Q signals. That is, the detection phase θ H1 (t) is expressed by the following equation (12). In the following equation (12), the term of the harmonic near the angular frequency ω C1 + ω C2 is omitted because it is removed at the time of demodulation.
θ H1 (t) = tan -1 (Q (t) / I (t)) =-{(ω C1- ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ 1H −θ 2H −θ 2 × Hτ1 }… (12)
Similarly, when the transmission signal of the angular frequency ω C1- ω B1 is transmitted from the device A1, the detection phase θ L1 (t) obtained from the I and Q signals obtained by the device A2 is given by the following equation (13). Be done. In the following equation (13), the term of the harmonic near the angular frequency ω C1 + ω C2 is omitted because it is removed at the time of demodulation.
θ L1 (t) = tan -1 (Q (t) / I (t)) =-{(ω C1 -ω C2 ) t- (ω B1 -ω B2 ) t + θ 1L −θ 2L −θ 2 × Lτ1 } … (13)
The phase difference between these two detected phases (hereinafter, referred to as the detected phase difference or simply the phase difference) θ H1 (t) −θ L1 (t) is expressed by the following equation (14).
θ H1 (t) −θ L1 (t) =-2 (ω B1- ω B2 ) t + (θ 1H −θ 1L ) − (θ 2H −θ 2L ) + (θ 2 × Hτ1 −θ 2 × Lτ1 )… (14)
In the conventional ranging device using the reflected wave, since the device A1 and the device A2 are the same device and share the local oscillator, the following equations (15) to (17) are satisfied. ..
ω B1 = ω B2 … (15)
θ 1H = θ 2H … (16)
θ 1L = θ 2L … (17)
When the equations (15) to (17) are satisfied, the equation (14) becomes equal to the equation (7) described above, and the apparatus is based on the phase difference obtained by the I, Q demodulation process for the received signal in the apparatus A2. The distance R between A1 and the device A2 can be calculated.

しかしながら、装置A1と装置A2とは離間して設けられ、局部発振器は相互に独立して動作するので、上記式(15)〜式(17)は満足しない。この場合には、初期位相の差分等の未知の情報が(14)式に含まれており、正しく距離を算出することはできない。
(実施の形態の基本測距方法)
第1装置が送信した上述した2つの角周波数の信号を第2装置において受信して各信号の位相を求めると共に、第2装置が送信した上述した2つの角周波数の信号を第1装置において受信して各信号の位相を求める。更に、第1装置と第2装置のいずれか一方から他方に、位相情報を伝送する。本実施の形態においては、後述するように、第1装置の受信によって求められる2つの信号の位相差と第2装置の受信によって求められる2つの信号の位相差とを加算することにより、第1装置と第2装置との間の距離Rを求めるようになっている。なお、位相情報としては、I,Q信号であってもよく、I,Q信号から求めた位相の情報であってもよく、周波数が異なる2つの信号から求めた位相の差の情報であってもよい。
(構成)
図1において、第1装置1(以下、装置1ともいう)と第2装置2(以下、装置2ともいう)とは距離Rだけ離間して配置されている。装置1と装置2の少なくとも一方は移動自在であり、距離Rはこの移動に伴って変化する。装置1には、制御部11が設けられている。制御部11は、装置1の各部を制御する。制御部11は、CPU等を用いたプロセッサによって構成されて、メモリ12に記憶されたプログラムに従って動作して各部を制御するものであってもよい。
However, since the device A1 and the device A2 are provided apart from each other and the local oscillators operate independently of each other, the above equations (15) to (17) are not satisfied. In this case, unknown information such as the difference in the initial phase is included in the equation (14), and the distance cannot be calculated correctly.
(Basic ranging method of the embodiment)
The above-mentioned two angular frequency signals transmitted by the first device are received by the second device to obtain the phase of each signal, and the above-mentioned two angular frequency signals transmitted by the second device are received by the first device. To find the phase of each signal. Further, phase information is transmitted from one of the first device and the second device to the other. In the present embodiment, as will be described later, the first is by adding the phase difference of the two signals obtained by the reception of the first device and the phase difference of the two signals obtained by the reception of the second device. The distance R between the device and the second device is calculated. The phase information may be I, Q signals, phase information obtained from I, Q signals, or phase difference information obtained from two signals having different frequencies. May be good.
(composition)
In FIG. 1, the first device 1 (hereinafter, also referred to as device 1) and the second device 2 (hereinafter, also referred to as device 2) are arranged apart by a distance R. At least one of the device 1 and the device 2 is movable, and the distance R changes with this movement. The device 1 is provided with a control unit 11. The control unit 11 controls each unit of the device 1. The control unit 11 may be configured by a processor using a CPU or the like and operate according to a program stored in the memory 12 to control each unit.

発振器13は、制御部11に制御されて、内蔵する基準発振器をもとに2つの周波数の発振信号(ローカル信号)を発生する。発振器13からの各発振信号は、送信部14及び受信部15に供給される。発振器13が発生する発振信号の角周波数は、送信部14の送信波の角周波数としてωC1+ωB1及びωC1−ωB1の2波を生成するために必要な角周波数に設定される。なお、発振器13が複数の発振器によって構成されている場合には、これらの各発振器は、共通の基準発振器の出力に同期して発振する。 The oscillator 13 is controlled by the control unit 11 and generates oscillation signals (local signals) of two frequencies based on the built-in reference oscillator. Each oscillation signal from the oscillator 13 is supplied to the transmission unit 14 and the reception unit 15. The angular frequency of the oscillation signal by the oscillator 13 is generated, is set to the angular frequency required to generate the two-wave transmission section 14 ω C1 + ω B1 and omega C1 - [omega] B1 as the angular frequency of the transmitted wave. When the oscillator 13 is composed of a plurality of oscillators, each of these oscillators oscillates in synchronization with the output of a common reference oscillator.

送信部14は例えば直交変調器によって構成することができる。送信部14は、制御部11に制御されて、角周波数がωC1+ωB1の送信信号及び角周波数がωC1−ωB1の送信信号の2つの送信波を出力することができるようになっている。送信部14からの送信波はアンテナ回路17に供給される。 The transmitter 14 can be configured by, for example, a quadrature modulator. Transmitting section 14 is controlled by the control unit 11, so that it can be angular frequency transmission signal and the angular frequency of ω C1 + ω B1 outputs two transmission waves of the transmission signal of omega C1 - [omega] B1 There is. The transmitted wave from the transmitting unit 14 is supplied to the antenna circuit 17.

アンテナ回路17は、1つ以上のアンテナを有しており、送信部14からの送信波を送信することができるようになっている。また、アンテナ回路17は、後述する装置2からの送信波を受信して受信信号を受信部15に供給するようになっている。 The antenna circuit 17 has one or more antennas, and can transmit the transmitted wave from the transmitting unit 14. Further, the antenna circuit 17 receives the transmitted wave from the device 2 described later and supplies the received signal to the receiving unit 15.

受信部15は例えば直交復調器によって構成することができる。受信部15は、制御部11に制御されて、発振器13からの例えば角周波数がωC1,ωB1の信号を用いて、装置2からの送信波を受信して復調し、受信波の同相成分(I信号)及び直交成分(Q信号)を分離して出力することができるようになっている。 The receiving unit 15 can be configured by, for example, an orthogonal demodulator. The receiving unit 15 is controlled by the control unit 11 to receive and demodulate the transmitted wave from the device 2 by using the signals from the oscillator 13 having, for example, ω C1 and ω B1 angular frequencies, and the in-phase component of the received wave. (I signal) and orthogonal component (Q signal) can be separated and output.

装置2の構成は装置1と同様である。すなわち、第2装置には、制御部21が設けられている。制御部21は、装置2の各部を制御する。制御部21は、CPU等を用いたプロセッサによって構成されて、メモリ22に記憶されたプログラムに従って動作して各部を制御するものであってもよい。 The configuration of the device 2 is the same as that of the device 1. That is, the second device is provided with a control unit 21. The control unit 21 controls each unit of the device 2. The control unit 21 may be configured by a processor using a CPU or the like and operate according to a program stored in the memory 22 to control each unit.

発振器23は、制御部21に制御されて、内蔵する基準発振器をもとに2つの周波数の発振信号を発生する。発振器23からの各発振信号は、送信部24及び受信部25に供給される。発振器23が発生する発振信号の角周波数は、送信部24の送信波の角周波数としてωC2+ωB2及びωC2−ωB2の2波を生成するために必要な角周波数に設定される。なお、発振器23が複数の発振器によって構成されている場合には、これらの各発振器は、共通の基準発振器の出力に同期して発振する。 The oscillator 23 is controlled by the control unit 21 and generates oscillation signals of two frequencies based on the built-in reference oscillator. Each oscillation signal from the oscillator 23 is supplied to the transmission unit 24 and the reception unit 25. The angular frequency of the oscillation signal by the oscillator 23 is generated, is set to the angular frequency required to generate the two waves ω C2 + ω B2 and omega C2 - [omega] B2 as the angular frequency of the transmission wave of the transmitter 24. When the oscillator 23 is composed of a plurality of oscillators, each of these oscillators oscillates in synchronization with the output of a common reference oscillator.

送信部24は例えば直交変調器によって構成することができる。送信部24は、制御部21に制御されて、角周波数がωC2+ωB2の送信信号及び角周波数がωC2−ωB2の送信信号の2つの送信波を出力することができるようになっている。送信部24からの送信波はアンテナ回路27に供給される。 The transmitter 24 can be configured by, for example, a quadrature modulator. Transmitter 24 is controlled by the control unit 21, so that it can transmit signals and the angular frequency of the angular frequency omega C2 + omega B2 outputs two transmission waves of the transmission signal of omega C2 - [omega] B2 There is. The transmitted wave from the transmitting unit 24 is supplied to the antenna circuit 27.

アンテナ回路27は、1つ以上のアンテナを有しており、送信部24からの送信波を送信することができるようになっている。また、アンテナ回路27は、装置1からの送信波を受信して受信信号を受信部25に供給するようになっている。 The antenna circuit 27 has one or more antennas, and can transmit the transmitted wave from the transmitting unit 24. Further, the antenna circuit 27 receives the transmitted wave from the device 1 and supplies the received signal to the receiving unit 25.

受信部25は例えば直交復調器によって構成することができる。受信部25は、制御部21に制御されて、発振器23からの例えば角周波数がωC2,ωB2の信号を用いて、装置1からの送信波を受信して復調し、受信波の同相成分(I信号)及び直交成分(Q信号)を分離して出力することができるようになっている。 The receiving unit 25 can be configured by, for example, an orthogonal demodulator. The receiving unit 25 is controlled by the control unit 21 to receive and demodulate the transmitted wave from the device 1 by using the signals from the oscillator 23, for example, having angular frequencies of ω C2 and ω B2, and the in-phase component of the received wave. (I signal) and orthogonal component (Q signal) can be separated and output.

図4は図1中の送信部14及び受信部15の具体的な構成の一例を示す回路図である。また、図5は図1中の送信部24及び受信部25の具体的な構成の一例を示す回路図である。図4及び図5はイメージ抑圧方式の送受信器を示しているが、この構成に限定されるものではない。 FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the transmitting unit 14 and the receiving unit 15 in FIG. Further, FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the transmitting unit 24 and the receiving unit 25 in FIG. 4 and 5 show an image suppression type transmitter / receiver, but the present invention is not limited to this configuration.

なお、イメージ抑圧方式の構成は公知であり、その特徴は、高周波用のローカル角周波数、ここではωC1又はωC2を中心として、より高い角周波数帯を復調するときには、より低い角周波数帯の信号は減衰され、より低い角周波数帯を復調するときには、より高い角周波数帯の信号は減衰されるというものである。このフィルタリング効果は信号処理に起因するものである。なお、送信についても同様である。ωC1又はωC2を中心としてより高い角周波数帯を復調するときは、図4及び図5中のsin(ωB1t+θB1)又はsin(ωB2t+θB2)を用い、より低い角周波数帯を復調するときは、図4及び図5中、−sin(ωB1t+θB1)又は−sin(ωB2t+θB2)を用いる。この極性の変更により復調する周波数帯が決まる。なお、θB1やθB2はt=0における各角周波数の位相、すなわち初期位相を表している。θC1やθC2も同様である。 The configuration of the image suppression method is known, and its feature is that when demodulating a higher angular frequency band centered on the local angular frequency for high frequency, ω C1 or ω C2, the lower angular frequency band is used. The signal is attenuated, and when demodulating the lower angular frequency band, the signal in the higher angular frequency band is attenuated. This filtering effect is due to signal processing. The same applies to transmission. When demodulating a higher angular frequency band centered on ω C1 or ω C2 , use sin (ω B1 t + θ B1 ) or sin (ω B2 t + θ B2 ) in FIGS. 4 and 5 to obtain a lower angular frequency band. When demodulating, -sin (ω B1 t + θ B1 ) or -sin (ω B2 t + θ B2 ) is used in FIGS. 4 and 5. The frequency band to be demodulated is determined by this change in polarity. Note that θ B1 and θ B2 represent the phase of each angular frequency at t = 0, that is, the initial phase. The same applies to θ C1 and θ C2.

なお、イメージ抑圧方式の受信器では、角周波数ωC1+ωC2近傍の高調波の項は、復調時に除去されるので、下記演算においては、この項を省略して示している。 In the image suppression type receiver, the term of harmonics near the angular frequency ω C1 + ω C2 is removed at the time of demodulation, so this term is omitted in the following calculation.

送信部14は、乗算器TM01〜TM04,TM11,TM12及び加算器TS01,TS02,TS11によって構成されている。入力信号ITX1は、乗算器TM01,TM03に供給され、入力信号QTX1は、乗算器TM02,TM04に供給される。乗算器TM01,TM04には、発振器13からcos(ωB1t+θB1)が与えられ、乗算器TM02,TM03には、発振器13から±sin(ωB1t+θB1)のいずれかが与えられる。 The transmitter 14 is composed of multipliers TM01 to TM04, TM11, TM12 and adders TS01, TS02, TS11. Input signal I TX1 is supplied to the multiplier TM01, TM03, the input signal Q TX1 is supplied to the multiplier TM02, TM04. The multipliers TM01 and TM04 are given cos (ω B1 t + θ B1 ) from the oscillator 13, and the multipliers TM02 and TM03 are given either ± sin (ω B1 t + θ B1) from the oscillator 13.

乗算器TM01〜TM04,TM11,TM12はそれぞれ2入力を乗算し、加算器TS01は乗算器TM01,TM02の乗算結果を加算して乗算器TM11に出力し、加算器TS02は乗算器TM03の乗算結果からTM04の乗算結果を減算して乗算器TM12に出力する。 The multipliers TM01 to TM04, TM11, and TM12 each multiply two inputs, the adder TS01 adds the multiplication results of the multipliers TM01 and TM02 and outputs them to the multiplier TM11, and the adder TS02 is the multiplication result of the multiplier TM03. The multiplication result of TM04 is subtracted from and output to the multiplier TM12.

乗算器TM11には、発振器13からcos(ωC1t+θC1)が与えられ、乗算器TM12には、発振器13からsin(ωC1t+θC1)が与えられる。 The multiplier TM11 is given cos (ω C1 t + θ C1 ) from the oscillator 13, and the multiplier TM12 is given sin (ω C1 t + θ C1 ) from the oscillator 13.

乗算器TM11,TM12はそれぞれ2入力を乗算して、乗算結果を加算器TS11に与える。加算器TS11は乗算器TM11,TM12の出力を加算して加算結果を送信波tx1として出力するようになっている。 The multipliers TM11 and TM12 each multiply two inputs and give the multiplication result to the adder TS11. The adder TS11 adds the outputs of the multipliers TM11 and TM12 and outputs the addition result as a transmission wave tx1.

受信部15は、乗算器RM11〜RM16及び加算器RS11,RS12によって構成されている。乗算器RM11,RM12には、装置2の送信波がアンテナ回路17を介して受信信号rx1として入力される。乗算器RM11,RM12には、発振器13から角周波数がωC1で位相が相互に90度異なる発振信号がそれぞれ与えられる。乗算器RM11は2入力を乗算して乗算結果を乗算器RM13,RM14に与え、乗算器RM12は2入力を乗算して乗算結果を乗算器RM15,RM16に与える。 The receiving unit 15 is composed of multipliers RM11 to RM16 and adders RS11 and RS12. The transmitted wave of the device 2 is input to the multipliers RM11 and RM12 as a received signal rx1 via the antenna circuit 17. Oscillation signals having an angular frequency of ω C1 and phases different from each other by 90 degrees are given to the multipliers RM11 and RM12 from the oscillator 13. The multiplier RM11 multiplies two inputs and gives the multiplication result to the multipliers RM13 and RM14, and the multiplier RM12 multiplies the two inputs and gives the multiplication result to the multipliers RM15 and RM16.

乗算器RM13,RM15には、発振器13から角周波数(ベースバンド用ローカル角周波数)がωB1の発振信号が与えられる。乗算器RM13は2入力を乗算して乗算結果を加算器RS11に与え、乗算器RM14は2入力を乗算して乗算結果を加算器RS12に与える。 An oscillation signal having an angular frequency (baseband local angular frequency) of ω B1 is given to the multipliers RM13 and RM15 from the oscillator 13. The multiplier RM13 multiplies two inputs and gives the multiplication result to the adder RS11, and the multiplier RM14 multiplies the two inputs and gives the multiplication result to the adder RS12.

また、乗算器RM14,RM16には、発振器13から角周波数がωB1の発振信号か又はその反転信号で乗算器RM13に与えるωB1の発振信号と直交した信号が与えられる。乗算器RM14は2入力を乗算して乗算結果を加算器RS12に与え、乗算器RM16は2入力を乗算して乗算結果を加算器RS11に与える。 Further, the multipliers RM14 and RM16 are given an oscillation signal having an angular frequency of ω B1 from the oscillator 13 or a signal orthogonal to the oscillation signal of ω B1 given to the multiplier RM 13 by an inverted signal thereof. The multiplier RM14 multiplies two inputs and gives the multiplication result to the adder RS12, and the multiplier RM16 multiplies the two inputs and gives the multiplication result to the adder RS11.

加算器RS11は乗算器RM13,RM16の出力を減算して減算結果をI信号として出力するようになっている。また、加算器RS12は乗算器RM14,RM15の出力を加算して加算結果をQ信号として出力するようになっている。受信部15からのI,Q信号は制御部11に供給される。 The adder RS11 subtracts the outputs of the multipliers RM13 and RM16 and outputs the subtraction result as an I signal. Further, the adder RS12 adds the outputs of the multipliers RM14 and RM15 and outputs the addition result as a Q signal. The I and Q signals from the receiving unit 15 are supplied to the control unit 11.

図4及び図5の回路は同一の回路を示している。即ち、図5において、乗算器TM05〜TM08,TM21,TM22,RM21〜RM26及び加算器TS05,TS06,TS21,RS21,RS22の構成は、夫々図4の乗算器TM01〜TM04,TM11,TM12,RM11〜RM16及び加算器TS01,TS02,TS11,RS11,RS12の構成と同様である。発振器23の発振信号の周波数及び位相が発振器13と異なることから、図5においては、入力としてITX2,QTX2が供給されると共に、図4の角周波数ωB1に代えてベースバンド用ローカル角周波数ωB2が入力され、図4の角周波数ωC1に代えてωC2が入力される点が異なるのみである。受信部25からのI,Q信号は制御部21に供給される。 The circuits of FIGS. 4 and 5 show the same circuit. That is, in FIG. 5, the configurations of the multipliers TM05 to TM08, TM21, TM22, RM21 to RM26 and the adders TS05, TS06, TS21, RS21, RS22 are the multipliers TM01 to TM04, TM11, TM12, RM11 of FIG. 4, respectively. The configuration is the same as that of the RM16 and the adders TS01, TS02, TS11, RS11, and RS12. Since the frequency and phase of the oscillation signal of the oscillator 23 are different from those of the oscillator 13, in FIG. 5, ITX2 and QTX2 are supplied as inputs, and the local angle for the baseband is replaced with the angular frequency ω B1 in FIG. The only difference is that the frequency ω B2 is input and ω C2 is input instead of the angular frequency ω C1 in FIG. The I and Q signals from the receiving unit 25 are supplied to the control unit 21.

本実施の形態においては、装置1の制御部11は、送信部14を制御して、角周波数がωC1+ωB1及びωC1−ωB1の2つの送信波をアンテナ回路17を介して送信させる。 In the present embodiment, the control unit 11 of the apparatus 1 controls the transmission section 14, the angular frequency to transmit two transmission waves of omega C1 + omega B1 and omega C1 - [omega] B1 through the antenna circuit 17 ..

一方、装置2の制御部21は、送信部24を制御して、角周波数がωC2+ωB2及びωC2−ωB2の2つの送信波をアンテナ回路27を介して送信させる。 On the other hand, the control unit 21 of the apparatus 2 controls the transmission section 24, the angular frequency to transmit two transmission waves of omega C2 + omega B2 and omega C2 - [omega] B2 via the antenna circuit 27.

装置1の制御部11は、受信部15を制御して、装置2からの2つの送信波を受信させてI,Q信号を夫々取得する。制御部11は、2つの受信信号によりそれぞれ得られるI,Q信号から求めた2つの位相の差を求める。 The control unit 11 of the device 1 controls the receiving unit 15 to receive the two transmitted waves from the device 2 and acquire the I and Q signals, respectively. The control unit 11 obtains the difference between the two phases obtained from the I and Q signals obtained from the two received signals, respectively.

同様に、装置2の制御部21は、受信部25を制御して、装置1からの2つの送信波を受信させてI,Q信号を夫々取得する。制御部21においても、2つの受信信号によりそれぞれ得られるI,Q信号から求めた2つの位相の差を求める。 Similarly, the control unit 21 of the device 2 controls the receiving unit 25 to receive the two transmitted waves from the device 1 and acquire the I and Q signals, respectively. The control unit 21 also obtains the difference between the two phases obtained from the I and Q signals obtained from the two received signals, respectively.

本実施の形態においては、装置1の制御部11は、取得したI,Q信号に基づく位相情報を送信部14に与えて送信させる。なお、上述したように、位相情報としては、例えば所定の初期値を与えたり、2つの受信信号から求めたI,Q信号であってもよく、これらのI,Q信号から求めた位相の情報であってもよく、これらの位相の差の情報であってもよい。 In the present embodiment, the control unit 11 of the device 1 gives the phase information based on the acquired I and Q signals to the transmission unit 14 to transmit the phase information. As described above, the phase information may be, for example, an I or Q signal obtained from two received signals or given a predetermined initial value, and the phase information obtained from these I and Q signals may be used. It may be information on the difference between these phases.

例えば、制御部11は、角周波数がωB2の受信信号の位相情報に基づくI,Q信号を生成して乗算器TM11,TM12にそれぞれ供給することで、位相情報を送信するようにしてもよい。 For example, the control unit 11 may transmit the phase information by generating I and Q signals based on the phase information of the received signal having an angular frequency of ω B2 and supplying them to the multipliers TM11 and TM12, respectively. ..

また、制御部11は、角周波数がωB1の発振信号の出力時に、角周波数がωB1の発振信号の初期位相に角周波数ωB2の受信信号の位相情報を加算したI,Q信号を生成し、乗算器TM11,TM12にそれぞれ供給することで、位相情報を送信するようにしてもよい。 The control unit 11, when the output of the oscillation signal of the angular frequency omega B1, I the angular frequency obtained by adding the phase information of the received signal of the initial phase to the angular frequency omega B2 of the oscillation signal of the omega B1, generating a Q signal Then, the phase information may be transmitted by supplying the multipliers TM11 and TM12, respectively.

装置2の受信部25は、アンテナ回路27を介して送信部14が送信した位相情報を受信する。受信部25は受信信号を復調して、位相情報のI,Q信号を得る。このI,Q信号は制御部21に供給される。制御部21は、受信部25からの位相情報により、装置1の制御部11によって取得された位相差を含む値を得る。算出部としての制御部21は、受信部25の受信結果によって得た位相差と、装置2から送信された位相情報に基づく位相差とを加算することで、第1装置1と第2装置2との間の距離Rを算出する。 The receiving unit 25 of the device 2 receives the phase information transmitted by the transmitting unit 14 via the antenna circuit 27. The receiving unit 25 demodulates the received signal to obtain I and Q signals of phase information. The I and Q signals are supplied to the control unit 21. The control unit 21 obtains a value including the phase difference acquired by the control unit 11 of the device 1 from the phase information from the reception unit 25. The control unit 21 as a calculation unit adds the phase difference obtained from the reception result of the reception unit 25 and the phase difference based on the phase information transmitted from the device 2 to the first device 1 and the second device 2. The distance R between and is calculated.

なお、図1では、第1装置1及び第2装置2のいずれも位相情報を送信する機能及び受信した位相情報を制御部に与えて距離Rを算出する機能を有する例を示してあるが、第1装置1及び第2装置2の一方において位相情報を送信する機能を有し、他方において受信した位相情報を制御部に与えて距離Rを算出する機能を有していればよい。
(通信型測距の基本動作)
次に、このような通信型測距における動作について装置2で距離を算出する場合を例として図6のフローチャートを参照して説明する。図6は左側に装置1の動作を示し、右側に装置2の動作を示している。図6において装置1,2のステップ相互間を結ぶ矢印は装置1,2間で通信が行われることを示している。なお、ステップS4、S5、S14、S15はほぼ同時に実行される。
Although FIG. 1 shows an example in which both the first device 1 and the second device 2 have a function of transmitting phase information and a function of giving the received phase information to the control unit and calculating the distance R. It suffices that one of the first device 1 and the second device 2 has a function of transmitting phase information, and the other has a function of giving the received phase information to the control unit and calculating the distance R.
(Basic operation of communication type ranging)
Next, the operation in such communication type distance measurement will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 by taking as an example the case where the device 2 calculates the distance. FIG. 6 shows the operation of the device 1 on the left side and the operation of the device 2 on the right side. In FIG. 6, the arrows connecting the steps of the devices 1 and 2 indicate that communication is performed between the devices 1 and 2. It should be noted that steps S4, S5, S14, and S15 are executed almost at the same time.

装置1の制御部11は、ステップS1において、測距開始の指示があったか否かを判定し、測距開始の指示があると発振器13を制御して必要な発振信号の出力を開始させる。また、装置2の制御部21は、ステップS11において、測距開始の指示があったか否かを判定し、測距開始の指示があると発振器23を制御して必要な発振信号の出力を開始させる。 In step S1, the control unit 11 of the device 1 determines whether or not there is an instruction to start distance measurement, and if there is an instruction to start distance measurement, controls the oscillator 13 to start outputting a necessary oscillation signal. Further, the control unit 21 of the device 2 determines in step S11 whether or not there is an instruction to start distance measurement, and if there is an instruction to start distance measurement, controls the oscillator 23 to start outputting a necessary oscillation signal. ..

なお、後述するように、制御部11はステップS9において発振を終了させ、制御部21はステップS20において発振を終了させている。制御部11,21における発振の開始及び終了の制御は、測距のための送信及び受信期間中には、発振器13,23の発振を停止させないことを示すものであり、実際の発振の開始及び終了タイミングは図6のフローに限定されない。発振器13,23の発振が継続している期間には、各発振器13,23の初期位相が新たに設定されることはない。 As will be described later, the control unit 11 ends the oscillation in step S9, and the control unit 21 ends the oscillation in step S20. The control of the start and end of the oscillation in the control units 11 and 21 indicates that the oscillation of the oscillators 13 and 23 is not stopped during the transmission and reception period for distance measurement, and the actual start and end of the oscillation are shown. The end timing is not limited to the flow shown in FIG. During the period in which the oscillations of the oscillators 13 and 23 continue, the initial phase of each of the oscillators 13 and 23 is not newly set.

装置1の制御部11は、ステップS3において2つの送信信号を生成して、これらの送信信号を送信波としてアンテナ回路17から送信させる(ステップS4)。また、装置2の制御部21は、ステップS13において2つの送信信号を生成して、これらの送信信号を送信波としてアンテナ回路27から送信させる(ステップS14)。 The control unit 11 of the device 1 generates two transmission signals in step S3, and transmits these transmission signals as transmission waves from the antenna circuit 17 (step S4). Further, the control unit 21 of the device 2 generates two transmission signals in step S13, and transmits these transmission signals as transmission waves from the antenna circuit 27 (step S14).

装置1の発振器13から出力される周波数がωC1の発振信号の初期位相はθC1であり、周波数がωB1の発振信号の初期位相はθB1であるものとする。なお、上述したように、これらの初期位相θC1,θB1は、発振器13の発振が継続する限り、新たに設定されることはない。 It is assumed that the initial phase of the oscillation signal having a frequency of ω C1 output from the oscillator 13 of the device 1 is θ C1 , and the initial phase of the oscillation signal having a frequency of ω B1 is θ B1 . As described above, these initial phases θ C1 and θ B1 are not newly set as long as the oscillation of the oscillator 13 continues.

なお、装置2の発振器23から出力される周波数がωC2の発振信号の初期位相はθC2であり、周波数がωB2の発振信号の初期位相はθB2であるものとする。これらの初期位相θC2,θB2についても、発振器23の発振が継続する限り、新たに設定されることはない。 It is assumed that the initial phase of the oscillation signal having a frequency of ω C2 output from the oscillator 23 of the device 2 is θ C2 , and the initial phase of the oscillation signal having a frequency of ω B2 is θ B2 . These initial phases θ C2 and θ B2 are not newly set as long as the oscillation of the oscillator 23 continues.

なお、2周波の同時送信、同時受信を想定した場合は、装置1に図4の無線部が2つ、装置2に図5の無線部が2つ必要となる。もしくはスーパーヘテロダイン方式等の無線機を用いる。ただし、それぞれの発振器は同一のものを使用するものとする。
(装置1からの角周波数がωC1+ωB1の送信波の送受信)
いま、図4において、ITX1=1,QTX1=0、すなわち半径1、位相0度のIQ信号を与えるものとすると、送信部14を構成する乗算器TM11,TM12及び加算器TS11によって、装置1からは角周波数がωC1+ωB1とωC1−ωB1の2送信波が出力される。角周波数がωC1+ωB1の送信信号tx1(t)は、下記(18)式で表される。
tx1(t)=cos(ωC1t+θC1)cos(ωB1t+θB1)−sin(ωC1t+θC1)sin(ωB1t+θB1
=cos{(ωC1+ωB1)t+θC1+θB1} …(18)
装置1、2相互間の距離をRとし、装置1からの送信波が装置2において受信されるまでの遅延をτとすると、装置2の受信信号rx2(t)は、下記(19),(20)式によって示すことができる。
rx2(t)=cos{(ωC1+ωB1)(t−τ)+θC1+θB1
=cos{(ωC1+ωB1)t+θC1+θB1−θτH1} …(19)
θτH1=(ωC1+ωB1)τ …(20)
この受信信号rx2(t)がアンテナ回路27によって受信されて受信部25に供給される。図5の受信器においては、受信信号rx2(t)は、乗算器RM21,RM22に入力される。次に、図5の受信器の各ノードにおける信号を順次計算する。乗算器RM21,RM23,RM24の出力を夫々I(t),I(t),I(t)とし、乗算器RM22,RM26,RM25の出力を夫々Q(t),Q(t),Q(t)とし、加算器RS21,RS22の出力を夫々I(t),Q(t)とする。これらの出力は、下記(21)式〜(26)式によって示される。
(t)=cos(ωC2t+θC2)×cos{(ωC1+ωB1)t+θC1+θB1−θτH1} …(21)
(t)=sin(ωC2t+θC2)×cos{(ωC1+ωB1)t+θC1+θB1−θτH1} …(22)
(t)=I(t)×cos(ωB2t+θB2) …(23)
(t)=Q(t)×sin(ωB2t+θB2) …(24)
(t)=I(t)×sin(ωB2t+θB2) …(25)
(t)=Q(t)×cos(ωB2t+θB2) …(26)
加算器RS21の出力I(t)は、I(t)=I(t)+Q(t)であり、加算器RS22の出力Q(t)は、Q(t)=I(t)−Q(t)である。これらのI(t),Q(t)から得られる位相θH1(t)は、下記(27)で示される。
θH1(t)=tan−1(Q(t)/I(t))=−{(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2+θB1−θB2−θτH1} …(27)
(装置2からの角周波数がωC2+ωB2の送信波の送受信)
同様に、図5において、ITX2=1,QTX2=0とする。この場合に、装置2から送信される角周波数ωC2+ωB2の信号tx2(t)が遅延τ後に、装置1で受信された場合において、装置1で検出するI(t),Q(t)信号から得られる位相θH2(t)を求める。
tx2(t)=cos(ωC2t+θC2)cos(ωB2t+θB2)−sin(ωC2t+θC2)sin(ωB2t+θB2
=cos{(ωC2+ωB2)t+θC2+θB2} …(28)
rx1(t)=cos{(ωC2+ωB2)(t−τ)+θC2+θB2
=cos{(ωC2+ωB2)t+θC2+θB2−θτH2} …(29)
θτH2=(ωC2+ωB2)τ …(30)
この受信信号rx1(t)がアンテナ回路17によって受信されて受信部15に供給される。図4の受信器においては、受信信号rx1(t)は、乗算器RM11,RM12に入力される。次に、図4の受信器の各ノードにおける信号を順次計算する。乗算器RM11,RM13,RM14の出力を夫々I(t),I(t),I(t)とし、乗算器RM12,RM16,RM15の出力を夫々Q(t),Q(t),Q(t)とし、加算器RS11,RS12の出力を夫々I(t),Q(t)とする。これらの出力は、下記(31)式〜(36)式によって示される。
(t)=cos(ωC1t+θC1)×cos{(ωC2+ωB2)t+θC2+θB2−θτH2} …(31)
(t)=sin(ωC1t+θC1)×cos{(ωC2+ωB2)t+θC2+θB2−θτH2} …(32)
(t)=I(t)×cos(ωB1t+θB1) …(33)
(t)=Q(t)×sin(ωB1t+θB1) …(34)
(t)=I(t)×sin(ωB1t+θB1) …(35)
(t)=Q(t)×cos(ωB1t+θB1) …(36)
加算器RS11の出力I(t)は、I(t)=I(t)+Q(t)であり、加算器RS12の出力Q(t)は、Q(t)=I(t)−Q(t)である。これらのI(t),Q(t)から得られる位相θH2(t)=tan−1(Q(t)/I(t))は、下記(37)で示される。
θH2(t)=(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2+θB1−θB2+θτH2 …(37)
(装置1からの角周波数がωC1−ωB1の送信波の送受信)
次に、装置1から送信される角周波数ωC1−ωB1の信号tx1(t)について、同様の演算を行う。
tx1(t)=cos(ωC1t+θC1)cos(ωB1t+θB1)+sin(ωC1t+θC1)sin(ωB1t+θB1
=cos{(ωC1−ωB1)t+θC1−θB1} …(38)
となる。装置1、装置2間の距離はRで、遅延時間はτであるので、装置2での受信信号rx2(t)は、下記(39),(40)式で与えられる。
rx2(t)=cos{(ωC1−ωB1)(t−τ)+θC1−θB1
=cos{(ωC1−ωB1)t+θC1−θB1−θτL1} …(39)
θτL1=(ωC1−ωB1)τ …(40)
装置2の各ノードの信号は、下記(43)〜(47)式に示すことができる。
(t)=cos(ωC2t+θC2)×cos{(ωC1−ωB1)t+θC1−θB1−θτL1} …(41)
(t)=sin(ωC2t+θC2)×cos{(ωC1−ωB1)t+θC1−θB1−θτL1} …(42)
(t)=I(t)×cos(ωB2t+θB2) …(43)
(t)=Q(t)×−sin(ωB2t+θB2) …(44)
(t)=I(t)×−sin(ωB2t+θB2) …(45)
(t)=Q(t)×cos(ωB2t+θB2) …(46)
加算器RS21から得られるI(t)=I(t)−Q(t)と、加算器RS22から得られるQ(t)=I(t)+Q(t)から装置2で検出する位相θL1(t)=tan−1(Q(t)/I(t))は、下記(47)式で与えられる。
θL1(t)=tan−1(Q(t)/I(t))=−{(ωC1−ωC2)t−(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2−(θB1−θB2)−θτL1} …(47)
(装置2からの角周波数がωC2−ωB2の送信波の送受信)
同様に、装置2から送信される角周波数ωC2−ωB2の信号tx2(t)が遅延τ2後に、装置1で受信された場合において、装置1で検出するI(t),Q(t)信号から得られる位相θL2(t)を求める。
tx2(t)=cos(ωC2t+θC2)cos(ωB2t+θB2)+sin(ωC2t+θC2)sin(ωB2t+θB2
=cos{(ωC2−ωB2)t+θC2−θB2} …(48)
rx1(t)=cos{(ωC2−ωB2)(t−τ)+θC2−θB2
=cos{(ωC2−ωB2)t+θC2−θB2−θτL2} …(49)
θτL2=(ωC2−ωB2)τ …(50)
装置1の各ノードの信号は、下記(53)〜(57)式に示すことができる。
(t)=cos(ωC1t+θC1)×cos{(ωC2−ωB2)t+θC2−θB2−θτL2} …(51)
(t)=sin(ωC1t+θC1)×cos{(ωC2−ωB2)t+θC2−θB2−θτL2} …(52)
(t)=I(t)×cos(ωB1t+θB1) …(53)
(t)=Q(t)×−sin(ωB1t+θB1) …(54)
(t)=I(t)×−sin(ωB1t+θB1) …(55)
(t)=Q(t)×cos(ωB1t+θB1) …(56)
加算器RS11から得られるI(t)=I(t)−Q(t)と、加算器RS12から得られるQ(t)=I(t)+Q(t)から装置1で検出する位相θL2(t)=tan−1(Q(t)/I(t))は、下記(57)式で与えられる。
θL2(t)=(ωC1−ωC2)t−(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2−(θB1−θB2)+θτL2 …(57)
装置1の制御部11は、図6のステップS6において、受信部15が受信したI,Q信号を取得し、ステップS7において、上記(37),(57)式に示す位相θτH2(t)及びθτL2(t)を算出する。また、装置2の制御部21は、図6のステップS16において、受信部25が受信したI,Q信号を取得し、ステップS17において、上記(27),(47)式に示す位相θτH1(t)及びθτL1(t)を算出する。
Assuming simultaneous transmission and simultaneous reception of two frequencies, the device 1 requires two wireless units of FIG. 4 and the device 2 requires two wireless units of FIG. Alternatively, a radio such as a superheterodyne system is used. However, the same oscillator shall be used.
(Transmission and reception of transmitted waves with angular frequencies of ω C1 + ω B1 from device 1)
Now, assuming that I TX1 = 1, Q TX1 = 0, that is, an IQ signal having a radius of 1 and a phase of 0 degrees is given in FIG. from 1 angular frequency 2 transmission wave omega C1 + omega B1 and omega C1 - [omega] B1 is output. The transmission signal tx1 (t) having an angular frequency of ω C1 + ω B1 is represented by the following equation (18).
tx1 (t) = cos (ω C1 t + θ C1 ) cos (ω B1 t + θ B1 ) -sin (ω C1 t + θ C1 ) sin (ω B1 t + θ B1 )
= Cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ C1 + θ B1 }… (18)
Assuming that the distance between the devices 1 and 2 is R and the delay until the transmitted wave from the device 1 is received by the device 2 is τ 1 , the received signal rx2 (t) of the device 2 is the following (19), It can be expressed by equation (20).
rx2 (t) = cos {(ω C1 + ω B1 ) (t−τ 1 ) + θ C1 + θ B1 }
= Cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ C1 + θ B1 −θ τH1 }… (19)
θ τH1 = (ω C1 + ω B1 ) τ 1 ... (20)
This received signal rx2 (t) is received by the antenna circuit 27 and supplied to the receiving unit 25. In the receiver of FIG. 5, the received signal rx2 (t) is input to the multipliers RM21 and RM22. Next, the signals at each node of the receiver of FIG. 5 are sequentially calculated. The outputs of the multipliers RM21, RM23, and RM24 are I 1 (t), I 2 (t), and I 3 (t), respectively, and the outputs of the multipliers RM22, RM26, and RM25 are Q 1 (t) and Q 2 (respectively). Let t) and Q 3 (t), and let the outputs of the adders RS21 and RS22 be I (t) and Q (t), respectively. These outputs are represented by the following equations (21) to (26).
I 1 (t) = cos (ω C2 t + θ C2 ) × cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ C1 + θ B1 −θ τH1 }… (21)
Q 1 (t) = sin (ω C2 t + θ C2 ) × cos {(ω C1 + ω B1 ) t + θ C1 + θ B1 −θ τH1 }… (22)
I 2 (t) = I 1 (t) × cos (ω B2 t + θ B2 )… (23)
Q 2 (t) = Q 1 (t) × sin (ω B2 t + θ B2 )… (24)
I 3 (t) = I 1 (t) × sin (ω B2 t + θ B2 )… (25)
Q 3 (t) = Q 1 (t) × cos (ω B2 t + θ B2 )… (26)
The output I (t) of the adder RS21 is I (t) = I 2 (t) + Q 2 (t), and the output Q (t) of the adder RS22 is Q (t) = I 3 (t). -Q 3 (t). The phase θ H1 (t) obtained from these I (t) and Q (t) is shown in (27) below.
θ H1 (t) = tan -1 (Q (t) / I (t)) =-{(ω C1- ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2- θ τH1 }… (27)
(Transmission and reception of transmitted waves with angular frequencies of ω C2 + ω B2 from device 2)
Similarly, in FIG. 5, I TX2 = 1 and Q TX2 = 0. In this case, the device after 2 signal tx2 (t) is the delay τ of the angular frequency omega C2 + omega B2 transmitted from the 2, when received by the apparatus 1, I (t) to be detected by the device 1, Q (t ) Find the phase θ H2 (t) obtained from the signal.
tx2 (t) = cos (ω C2 t + θ C2 ) cos (ω B2 t + θ B2 ) -sin (ω C2 t + θ C2 ) sin (ω B2 t + θ B2 )
= Cos {(ω C2 + ω B2 ) t + θ C2 + θ B2 }… (28)
rx1 (t) = cos {(ω C2 + ω B2 ) (t−τ 2 ) + θ C2 + θ B2 }
= Cos {(ω C2 + ω B2 ) t + θ C2 + θ B2 −θ τH2 }… (29)
θ τH2 = (ω C2 + ω B2 ) τ 2 … (30)
This received signal rx1 (t) is received by the antenna circuit 17 and supplied to the receiving unit 15. In the receiver of FIG. 4, the received signal rx1 (t) is input to the multipliers RM11 and RM12. Next, the signals at each node of the receiver of FIG. 4 are sequentially calculated. The outputs of the multipliers RM11, RM13, and RM14 are I 1 (t), I 2 (t), and I 3 (t), respectively, and the outputs of the multipliers RM12, RM16, and RM15 are Q 1 (t) and Q 2 (respectively). Let t) and Q 3 (t), and let the outputs of the adders RS11 and RS12 be I (t) and Q (t), respectively. These outputs are represented by the following equations (31) to (36).
I 1 (t) = cos (ω C1 t + θ C1 ) × cos {(ω C2 + ω B2 ) t + θ C2 + θ B2 −θ τH2 }… (31)
Q 1 (t) = sin (ω C1 t + θ C1 ) × cos {(ω C2 + ω B2 ) t + θ C2 + θ B2 −θ τH2 }… (32)
I 2 (t) = I 1 (t) × cos (ω B1 t + θ B1 )… (33)
Q 2 (t) = Q 1 (t) × sin (ω B1 t + θ B1 )… (34)
I 3 (t) = I 1 (t) × sin (ω B1 t + θ B1 )… (35)
Q 3 (t) = Q 1 (t) × cos (ω B1 t + θ B1 )… (36)
The output I (t) of the adder RS11 is I (t) = I 2 (t) + Q 2 (t), and the output Q (t) of the adder RS12 is Q (t) = I 3 (t). -Q 3 (t). The phase θ H2 (t) = tan -1 (Q (t) / I (t)) obtained from these I (t) and Q (t) is shown in (37) below.
θ H2 (t) = (ω C1 -ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2 + θ τH2 … (37)
(Transmission and reception of transmitted waves with angular frequencies of ω C1- ω B1 from device 1)
Next, the same calculation is performed on the signal tx1 (t) of the angular frequency ω C1- ω B1 transmitted from the device 1.
tx1 (t) = cos (ω C1 t + θ C1 ) cos (ω B1 t + θ B1 ) + sin (ω C1 t + θ C1 ) sin (ω B1 t + θ B1 )
= Cos {(ω C1- ω B1 ) t + θ C1- θ B1 }… (38)
Will be. Since the distance between the device 1 and the device 2 is R and the delay time is τ 1 , the received signal rx2 (t) in the device 2 is given by the following equations (39) and (40).
rx2 (t) = cos {(ω C1- ω B1 ) (t-τ 1 ) + θ C1- θ B1 }
= Cos {(ω C1- ω B1 ) t + θ C1- θ B1- θ τL1 }… (39)
θ τL1 = (ω C1 -ω B1 ) τ 1 ... (40)
The signals of each node of the device 2 can be represented by the following equations (43) to (47).
I 1 (t) = cos (ω C2 t + θ C2 ) × cos {(ω C1- ω B1 ) t + θ C1- θ B1- θ τL1 }… (41)
Q 1 (t) = sin (ω C2 t + θ C2 ) × cos {(ω C1- ω B1 ) t + θ C1- θ B1- θ τL1 }… (42)
I 2 (t) = I 1 (t) × cos (ω B2 t + θ B2 )… (43)
Q 2 (t) = Q 1 (t) × −sin (ω B2 t + θ B2 )… (44)
I 3 (t) = I 1 (t) × −sin (ω B2 t + θ B2 )… (45)
Q 3 (t) = Q 1 (t) × cos (ω B2 t + θ B2 )… (46)
Detected by device 2 from I (t) = I 2 (t) -Q 2 (t) obtained from the adder RS21 and Q (t) = I 3 (t) + Q 3 (t) obtained from the adder RS22. The phase θ L1 (t) = tan -1 (Q (t) / I (t)) to be used is given by the following equation (47).
θ L1 (t) = tan -1 (Q (t) / I (t)) = - {(ω C1 -ω C2) t- (ω B1 -ω B2) t + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2 ) −θ τL1 }… (47)
(Transmission and reception of transmitted waves with angular frequencies of ω C2- ω B2 from device 2)
Similarly, when the signal tx2 (t) of the angular frequency ω C2- ω B2 transmitted from the device 2 is received by the device 1 after the delay τ2 , I (t) and Q (t) detected by the device 1 are detected. ) Find the phase θ L2 (t) obtained from the signal.
tx2 (t) = cos (ω C2 t + θ C2 ) cos (ω B2 t + θ B2 ) + sin (ω C2 t + θ C2 ) sin (ω B2 t + θ B2 )
= Cos {(ω C2- ω B2 ) t + θ C2- θ B2 }… (48)
rx1 (t) = cos {(ω C2- ω B2 ) (t-τ 2 ) + θ C2- θ B2 }
= Cos {(ω C2- ω B2 ) t + θ C2- θ B2- θ τL2 }… (49)
θ τL2 = (ω C2 -ω B2 ) τ 2 … (50)
The signals of each node of the device 1 can be represented by the following equations (53) to (57).
I 1 (t) = cos (ω C1 t + θ C1 ) × cos {(ω C2- ω B2 ) t + θ C2- θ B2- θ τL2 }… (51)
Q 1 (t) = sin (ω C1 t + θ C1 ) × cos {(ω C2- ω B2 ) t + θ C2- θ B2- θ τL2 }… (52)
I 2 (t) = I 1 (t) × cos (ω B1 t + θ B1 )… (53)
Q 2 (t) = Q 1 (t) × −sin (ω B1 t + θ B1 )… (54)
I 3 (t) = I 1 (t) × −sin (ω B1 t + θ B1 )… (55)
Q 3 (t) = Q 1 (t) × cos (ω B1 t + θ B1 )… (56)
Detected by device 1 from I (t) = I 2 (t) -Q 2 (t) obtained from the adder RS11 and Q (t) = I 3 (t) + Q 3 (t) obtained from the adder RS12. The phase θ L2 (t) = tan -1 (Q (t) / I (t)) to be used is given by the following equation (57).
θ L2 (t) = (ω C1 -ω C2) t- (ω B1 -ω B2) t + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) + θ τL2 ... (57)
The control unit 11 of the device 1 acquires the I and Q signals received by the receiving unit 15 in step S6 of FIG. 6, and in step S7, the phase θ τH2 (t) shown in the above equations (37) and (57). And θ τL2 (t) are calculated. Further, the control unit 21 of the device 2 acquires the I and Q signals received by the receiving unit 25 in step S16 of FIG. 6, and in step S17, the phase θ τH1 (Phase θ τH1) shown in the above equations (27) and (47). t) and θ τL1 (t) are calculated.

制御部11は、取得した位相情報を送信部14に与えて送信させる(ステップS8)。例えば、制御部11は、図4の乗算器TM11,TM12に供給する発振信号に代えて、位相情報に基づくI,Q信号を供給する。なお、位相情報を伝送するための別の送信器を用いてもよい。 The control unit 11 gives the acquired phase information to the transmission unit 14 to transmit it (step S8). For example, the control unit 11 supplies I and Q signals based on phase information in place of the oscillation signals supplied to the multipliers TM11 and TM12 in FIG. In addition, another transmitter for transmitting the phase information may be used.

装置2の制御部21は、ステップS18において、装置1からの位相情報を受信する。上述したように、位相情報としては、装置1の受信部15からのI,Q信号であってもよく、このI,Q信号から得られた位相の情報であってもよく、また、これらの位相の差の情報であってもよい。 The control unit 21 of the device 2 receives the phase information from the device 1 in step S18. As described above, the phase information may be I, Q signals from the receiving unit 15 of the device 1, phase information obtained from the I, Q signals, or these. It may be information on the phase difference.

制御部21は、ステップS19において、下記(58)式の演算を行って距離を算出する。下記(58)式は、(27)式と(47)式との差分と、(37)式と(57)式との差分とを加算するものである。
{θH1(t)−θL1(t)}+{θH2(t)−θL2(t)}=(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2) …(58)
また、下記(59)式及び(60)式が成立する。
θτH1−θτL1=(ωC1+ωB1)τ−(ωC1−ωB1)τ
=2ωB1τ …(59)
θτH2−θτL2=(ωC2+ωB2)τ−(ωC2−ωB2)τ
=2ωB2τ …(60)
また、装置1、装置2間の電波の遅延τ,τは進行方向によらず同じなので、(58)〜(60)式から下記(61)式が得られる。
{θH1(t)−θL1(t)}+{θH2(t)−θL2(t)}=(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2
=2×(ωB1+ωB2)τ …(61)
τ=(R/c)であるから、上記(61)式は、装置2で検出したI,Q信号による2周波の位相差と装置1で検出したI,Q信号による2周波の位相差の加算により距離Rの2倍に比例する値が求まることを示す。装置1の発振器13による角周波数ωB1と装置2の発振器13による角周波数ωB2とは、一般に数十ppmのオーダーの誤差で一致させることができる。従って、上記(61)式による距離Rの算出は、少なくとも1m程度の分解能以上の分解能で求めることができる。
In step S19, the control unit 21 performs the calculation of the following equation (58) to calculate the distance. The following equation (58) adds the difference between the equation (27) and the equation (47) and the difference between the equation (37) and the equation (57).
H1 (t) -θ L1 (t)} + {θ H2 (t) -θ L2 (t)} = (θ τH1- θ τL1 ) + (θ τH2- θ τL2 )… (58)
Further, the following equations (59) and (60) are established.
θ τH1 −θ τL1 = (ω C1 + ω B1 ) τ 1 − (ω C1- ω B1 ) τ 1
= 2ω B1 τ 1 … (59)
θ τH2 -θ τL2 = (ω C2 + ω B2) τ 2 - (ω C2 -ω B2) τ 2
= 2ω B2 τ 2 … (60)
Further, since the delays τ 1 and τ 2 of the radio waves between the devices 1 and 2 are the same regardless of the traveling direction, the following equation (61) can be obtained from the equations (58) to (60).
H1 (t) -θ L1 (t)} + {θ H2 (t) -θ L2 (t)} = (θ τH1- θ τL1 ) + (θ τH2- θ τL2 )
= 2 × (ω B1 + ω B2 ) τ 1 … (61)
Since τ 1 = (R / c), the above equation (61) shows the two-frequency phase difference due to the I and Q signals detected by the device 2 and the two-frequency phase difference due to the I and Q signals detected by the device 1. It is shown that a value proportional to twice the distance R can be obtained by the addition of. The angular frequency ω B1 by the oscillator 13 of the device 1 and the angular frequency ω B2 by the oscillator 13 of the device 2 can generally be matched with an error on the order of several tens of ppm. Therefore, the calculation of the distance R by the above equation (61) can be obtained with a resolution of at least about 1 m or more.

制御部11は、ステップS9において発振器13を停止させ、制御部21は、ステップS20において発振器23を停止させる。なお、上述したように、制御部11,21は、ステップS4,S5,S14,S15における送受信の期間に発振を継続させればよく、発振器13,23の発振の開始及び終了タイミングは図6の例に限定されるものではない。
(2πの剰余による距離の算出)
ところで、装置1と装置2で検出した位相差の加算を行うとき、その結果が負の値になる場合や、2π[rad]より大きくなる場合がある。この場合には2πの剰余をとることで検出位相に対する正しい距離Rを求めることができる。
The control unit 11 stops the oscillator 13 in step S9, and the control unit 21 stops the oscillator 23 in step S20. As described above, the control units 11 and 21 may continue the oscillation during the transmission / reception period in steps S4, S5, S14, and S15, and the start and end timings of the oscillations of the oscillators 13 and 23 are shown in FIG. It is not limited to the example.
(Calculation of distance by remainder of 2π)
By the way, when the phase difference detected by the device 1 and the device 2 is added, the result may be a negative value or may be larger than 2π [rad]. In this case, the correct distance R with respect to the detection phase can be obtained by taking a remainder of 2π.

図7及び図8は剰余系を用いた距離の算出手法を説明するための説明図である。 7 and 8 are explanatory views for explaining a distance calculation method using a remainder system.

例えば、R=11m、ωB1=ωB2=2π×5MHzとしたとき、装置1によって得られる検出位相差Δθ12と装置2によって得られる検出位相差Δθ21とが、それぞれ下記(62)式及び(63)式に示すものとなるものとする。
Δθ12=θτH1−θτL1=−1.8849[rad] …(62)
Δθ21=θτH2−θτL2=−6.0737[rad] …(63)
上記(61)式から下記(61a)式が得られる。
For example, when R = 11 m and ω B1 = ω B2 = 2π × 5 MHz, the detected phase difference Δθ 12 obtained by the device 1 and the detected phase difference Δθ 21 obtained by the device 2 are shown in the following equation (62) and 21 respectively. It shall be as shown in equation (63).
Δθ 12 = θ τH1 −θ τL1 = -1.8849 [rad]… (62)
Δθ 21 = θ τH2 −θ τL2 = −6.0737 [rad]… (63)
From the above equation (61), the following equation (61a) can be obtained.

(1/2)[{Δθ12}+{Δθ21}]=(ωB1+ωB2)(R/c) …(61a)
図7は上記(62)式及び(63)式の位相関係を示している。位相0度を基準に時計方向に回転する一番内側の矢印で示すΔθ21と内側から2番の矢印で示すΔθ12との和の位相は、内側から3番目の矢印で示すものとなる。この位相の半分の角度は、一番外側の矢印で示す太線の位相となる。
(1/2) [{Δθ 12 } + {Δθ 21 }] = (ω B1 + ω B2 ) (R / c)… (61a)
FIG. 7 shows the phase relationship of the above equations (62) and (63). The phase of the sum of Δθ 21 indicated by the innermost arrow that rotates clockwise with respect to the phase 0 degree and Δθ 12 indicated by the second arrow from the inside is indicated by the third arrow from the inside. The half angle of this phase is the phase of the thick line indicated by the outermost arrow.

(61a)式から、−0.3993=(ωB1+ωB2)(R/c)となる。この式を解くと、R=−19mとなり、検出位相差が−π(rad)よりも大きいことから距離を正しく求めることができていないことが分かる。 From equation (61a), −0.3993 = (ω B1 + ω B2 ) (R / c). When this equation is solved, R = -19 m, and the detected phase difference is larger than −π (rad), so it can be seen that the distance cannot be calculated correctly.

そこで、本実施の形態においては、このような場合には、図8に示すように、Δθ12及びΔθ21のいずれも2πだけ加算して計算を行う。即ち、位相0度を基準に反時計方向に回転する一番内側の矢印で示す2π+Δθ21と内側から2番の矢印で示す2π+Δθ12との和の位相は、内側から3番目の矢印で示すものとなる。この位相の半分の角度は、一番外側の矢印で示す太線の位相となる。 Therefore, in the present embodiment, in such a case, as shown in FIG. 8, both Δθ 12 and Δθ 21 are added by 2π to perform the calculation. That is, the phase of the sum of 2π + Δθ 21 indicated by the innermost arrow that rotates counterclockwise with respect to the phase 0 degree and 2π + Δθ 12 indicated by the second arrow from the inside is indicated by the third arrow from the inside. It becomes. The half angle of this phase is the phase of the thick line indicated by the outermost arrow.

2π+(Δθ12+Δθ21)/2=2.3008であり、(61a)式から、R=11mと求まる。 2π + (Δθ 12 + Δθ 21 ) / 2 = 2.3008, and R = 11m can be obtained from the equation (61a).

以上から、本実施の形態においては、検出位相差を加算する場合には2πの剰余をとって距離Rを求めればよい。なお、位相加算において2πの剰余を用いる手法は、他の実施の形態においても同様に適用可能である。
(複数の距離候補からの選択)
ところで、2πを超えた検出位相差を検出することはできないことから、算出された検出位相差に対して複数の距離の候補が存在する。複数存在する距離の候補から正しい距離を選択する手法として、角周波数が異なる3つの送信波を送信する方法と、受信電力により判定する方法とがある。
From the above, in the present embodiment, when adding the detected phase differences, the distance R may be obtained by taking a remainder of 2π. The method of using the remainder of 2π in the phase addition can be similarly applied to other embodiments.
(Selection from multiple distance candidates)
By the way, since it is not possible to detect a detection phase difference exceeding 2π, there are a plurality of distance candidates for the calculated detection phase difference. As a method of selecting the correct distance from a plurality of distance candidates, there are a method of transmitting three transmitted waves having different angular frequencies and a method of determining by the received power.

図9は横軸に距離をとり縦軸に位相をとって、角周波数が異なる3つの送信波を送信する例を示す説明図である。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example in which three transmitted waves having different angular frequencies are transmitted with a distance on the horizontal axis and a phase on the vertical axis.

τ=(R/c)であるから、上記(61)式から下記(64)式が得られる。
(1/2)×{(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)}=(ωB1+ωB2)×(R/c) …(64)
左辺をθdetと記すと、距離Rとθdetの関係は、図9の実線に示すものとなる。ただし、上記(64)式で計算される検出位相差の和θdetは、−π(rad)とπ(rad)の間以外の値も取り得るが、この検出位相差の和θdetは、−π(rad)とπ(rad)の間に変換したものである。これは、一般に、位相角は範囲[−π(rad),π(rad)]内で表示されることによる。
Since τ 1 = (R / c), the following equation (64) can be obtained from the above equation (61).
(1/2) × {(θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 )} = (ω B1 + ω B2 ) × (R / c)… (64)
When the left-hand side referred to as theta det, relationship between the distance R and theta det is as shown in solid line in FIG. However, the sum θ det of the detected phase differences calculated by the above equation (64) can take a value other than between −π (rad) and π (rad), but the sum θ det of the detected phase differences is It is converted between −π (rad) and π (rad). This is because the phase angle is generally displayed within the range [-π (rad), π (rad)].

図9を参照すると、検出位相差の和θdetによる距離の候補としては、R、R、Rがある。ここで、検出位相差の和θdetは、角周波数ωC1+ωB1,ωC1−ωB1,ωC2+ωB2,ωC2−ωB2の各送信波の送受信により得た位相の加減算結果であるが、新たに、角周波数ωC1+ωB1/Q,ωC2+ωB2/Qの送信波の送受信により得た位相の加減算結果を考える。但し、Qは下記(65)式を満足する有理数とする。
Q>1 …(65)
新たな角周波数での検出位相と距離Rとの関係は、図9の破線によって示すことができる。上記距離の候補R〜Rから正しい距離を選択するには、新たな角周波数で得られた検出位相の結果を参照する。すなわち、θdet1が検出されれば、距離Rと判断し、θdet2が検出されれば、距離Rと判断する。なお、電波のカバー範囲を小さく抑えれば、上記の位相折り返しによる検査は不要である。なお、上記説明では異なる3つの周波数の送信について述べたが、同様なことは異なる3つ以上の周波数を送信しても実現できる。
With reference to FIG. 9, there are R 1 , R 2 , and R 3 as distance candidates based on the sum of the detected phase differences θ date . Here, the sum theta det detected phase difference, the phase is the addition and subtraction result of obtained by transmission and reception of the transmission wave of angular frequency ω C1 + ω B1, ω C1 -ω B1, ω C2 + ω B2, ω C2 -ω B2 However, let us consider the results of phase addition and subtraction obtained by transmitting and receiving transmitted waves with angular frequencies ω C1 + ω B1 / Q and ω C2 + ω B2 / Q. However, Q is a rational number that satisfies the following equation (65).
Q> 1 ... (65)
The relationship between the detected phase at the new angular frequency and the distance R can be shown by the broken line in FIG. To select the correct distance from the candidate R 1 to R 3 of the distance refers to the results of the detected phase with a new angular frequency. That is, if θ det 1 is detected, it is determined to be the distance R 1, and if θ det 2 is detected, it is determined to be the distance R 2. If the coverage range of radio waves is kept small, the above-mentioned inspection by phase folding is unnecessary. In the above description, transmission of three different frequencies has been described, but the same thing can be realized by transmitting three or more different frequencies.

次に、図10の説明図を参照して検出した信号の振幅観測により、正しい距離を選択する方法について説明する。 Next, a method of selecting the correct distance by observing the amplitude of the signal detected with reference to the explanatory diagram of FIG. 10 will be described.

上記(8)式では、距離Rに応じて減衰Lで振幅が減衰するものと説明したが、一般的に自由空間の伝搬減衰は下記(66)式で表される。
=(λ/4πR) …(66)
ここで、λは波長である。(66)式によれば、距離Rが大きければ減衰Lも大きく、距離Rが小さければ減衰Lも小さい。受信電力Pを縦軸にとった図10はこの関係を示している。送受信のアンテナ利得を1、送信電力をPと仮定すると、距離Rでの受信電力Pと距離Rでの受信電力Pはそれぞれ下記(67)式又は(68)式によって与えられる。
=(λ/4πR×P …(67)
=(λ/4πR×P …(68)
この受信電力と検出位相差の和θdetとから距離RとRの区別が可能となる。
In the above (8), the amplitude attenuation L 1 according to the distance R is described as attenuated, propagation attenuation generally free space is represented by the following (66) below.
L 1 = (λ / 4πR) 2 … (66)
Here, λ is a wavelength. According to (66) above, if the distance R is greater attenuation L 1 is large, the distance R is small if the attenuation L 1 is small. FIG. 10 showing the received power P on the vertical axis shows this relationship. 1 antenna gain of the transmitting and receiving, is given by assuming the transmission power P 0, respectively received power P 2 at the receiving power P 1 and the distance R 2 at range R 1 is the following (67) or (68) below ..
P 1 = (λ / 4πR 1 ) 2 × P 0 … (67)
P 2 = (λ / 4πR 2 ) 2 × P 0 … (68)
Distinction between the distance R 1 and R 2 from the received power and the sum theta det detected phase difference is possible.

なお、この場合、位相加算においても2πの剰余を用いることで、確実な測距が可能となる。 In this case, reliable distance measurement is possible by using the remainder of 2π even in the phase addition.

このように本実施の形態の基本測距方法では、第1装置及び第2装置からそれぞれ2つの角周波数の信号をそれぞれ第2装置及び第1装置に送信すると共に、第1及び第2装置においてそれぞれ角周波数が異なる2つの受信信号の2つの位相を求める。そして、第1装置と第2装置のいずれか一方から他方に、求めた位相情報を伝送する。位相情報を受信した装置は、第1装置により受信した2つの受信信号の位相差と第2装置により受信した2つの受信信号の位相差との加算結果により、第1装置と第2装置の発振器の初期位相に拘わらず、第1装置と第2装置との間の距離を正確に算出する。この測距システムでは、反射波を用いておらず、第1装置及び第2装置からの直接波のみによって、正確な測距を行っており、測距可能な距離を拡大することができる。 As described above, in the basic distance measuring method of the present embodiment, signals having two angular frequencies are transmitted from the first device and the second device to the second device and the first device, respectively, and in the first and second devices, respectively. Find the two phases of two received signals, each with a different angular frequency. Then, the obtained phase information is transmitted from either one of the first device and the second device to the other. The device that received the phase information is the oscillator of the first device and the second device based on the addition result of the phase difference of the two received signals received by the first device and the phase difference of the two received signals received by the second device. Accurately calculate the distance between the first device and the second device regardless of the initial phase of. In this distance measuring system, accurate distance measurement is performed only by direct waves from the first device and the second device without using reflected waves, and the distance that can be measured can be expanded.

ところで、上記説明は、上記(58)式において電波の遅延τ,τが同一であるものとして、検出位相差の加算から距離を求める上記(61)式を求めた。しかしながら、この(58)式は、装置1,2において送受信する処理が同時に行われた場合の例である。 By the way, in the above description, assuming that the radio wave delays τ 1 and τ 2 are the same in the above equation (58), the above equation (61) for obtaining the distance from the addition of the detected phase differences is obtained. However, this equation (58) is an example when the processing of transmitting and receiving is performed simultaneously in the devices 1 and 2.

しかしながら、国内電波法の規定から、同時送受信ができない周波数帯が存在する。例えば、920MHz帯などがその一例となる。このような周波数帯で測距を行う場合には時系列で送受信を行わざるを得ない。本実施の形態においては、このような時系列送受信の場合に対応した例を示す。
(時系列送受信における課題)
装置1,2間において、同時刻には1波しか送受信できないものと規定した場合には、測距に必要な少なくとも4波の送受信を時系列で実施する必要がある。しかしながら、時系列送受信を実施すると、検出位相に時系列処理で生じた遅延分の位相が加算されてしまい、伝搬に要した位相が求められなくなる。上記(58)式を変形してこの理由について説明する。
However, due to the provisions of the Domestic Radio Law, there are frequency bands that cannot be transmitted and received at the same time. For example, the 920 MHz band is an example. When performing distance measurement in such a frequency band, transmission and reception must be performed in chronological order. In the present embodiment, an example corresponding to such a case of time-series transmission / reception is shown.
(Issues in time-series transmission and reception)
If it is specified that only one wave can be transmitted and received between the devices 1 and 2 at the same time, it is necessary to transmit and receive at least four waves necessary for distance measurement in chronological order. However, when time-series transmission / reception is performed, the phase for the delay generated in the time-series processing is added to the detection phase, and the phase required for propagation cannot be obtained. The reason for this will be described by modifying the above equation (58).

なお、図6の破線部分はほぼ同時に実行されるものであるが、時系列処理で1波ずつ送受信する場合、破線の部分は図11Aのようになる。 The broken line portion in FIG. 6 is executed almost at the same time, but when one wave is transmitted / received by time series processing, the broken line portion is as shown in FIG. 11A.

上記と同様に、互いに距離Rだけ離間する装置1,2において、装置1から送信した角周波数ωC1+ωB1の信号を装置2において検出した場合の位相(シフト量)をθH1とし、装置1から送信された角周波数ωC1−ωB1の信号を装置2において検出した場合の位相をθL1とし、装置2から送信した角周波数ωC2+ωB2の信号を装置1において検出した場合の位相(シフト量)をθH2とし、装置2から送信された角周波数ωC2−ωB2の信号を装置1において検出した場合の位相をθL2とする。 Similarly to the above, in the devices 1 and 2 separated from each other by the distance R, the phase (shift amount) when the signal of the angular frequency ω C1 + ω B1 transmitted from the device 1 is detected in the device 2 is set to θ H1 , and the device 1 is set. The phase when the signal of the angular frequency ω C1- ω B1 transmitted from the device 2 is detected by the device 2 is θ L1, and the phase when the signal of the angular frequency ω C2 + ω B2 transmitted from the device 2 is detected by the device 1 ( The shift amount) is set to θ H2, and the phase when the signal of the angular frequency ω C2- ω B2 transmitted from the device 2 is detected by the device 1 is set to θ L2 .

いま、例えば、位相検出順序をθH1、θL2、θH2、θL1とする。また、図11B及び図11Cに示すように、各送信信号は、時間Tだけずれて送受信されるものとする。この場合には、上記(27)式、(37)式、(47)式及び(57)式の(t)に時間を代入し、上記(58)式を変形した下記(79)式が成立する。
{θH1(t)−θL1(t+3T)}+{θH2(t+2T)−θL2(t+T)}
=(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)+(ωC1−ωC2)4T …(79)
上記(79)式の最終項が時系列送受信により付加された位相である。この付加された位相は、受信するRF(高周波)信号の角周波数とほぼ同じローカル角周波数に対する装置1、装置2の誤差角周波数と遅延4Tの乗算結果となる。ローカル周波数を920[MHz]、周波数誤差を40[ppm]、遅延Tを0.1[ms]とした場合、付加された位相は、360°×14.7となり、付加された位相による誤差が大き過ぎて、正しく測距できないことが分かる。
Now, for example, the phase detection order is θ H1 , θ L2 , θ H2 , and θ L1 . Further, as shown in FIGS. 11B and 11C, it is assumed that each transmission signal is transmitted and received with a time lag of T. In this case, the following equation (79), which is a modification of the above equation (58), is established by substituting time into (t) of the above equations (27), (37), (47) and (57). do.
H1 (t) -θ L1 (t + 3T)} + {θ H2 (t + 2T) -θ L2 (t + T)}
= (Θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 ) + (ω C1- ω C2 ) 4T… (79)
The final term of the above equation (79) is the phase added by time series transmission / reception. This added phase is the result of multiplying the local angular frequency substantially the same as the angular frequency of the received RF (high frequency) signal by the error angular frequency of the devices 1 and 2 and the delay 4T. When the local frequency is 920 [MHz], the frequency error is 40 [ppm], and the delay T is 0.1 [ms], the added phase is 360 ° × 14.7, and the error due to the added phase is It turns out that it is too large to measure the distance correctly.

次に、位相検出順序をθH1,θL1,θH2,θL2とするものとする。図12A及び図12Bはこの場合の例を示している。この場合には、下記(58)式を変形して、下記(80)式が得られる。
{θH1(t)−θL1(t+T)}+{θH2(t+2T)−θL2(t+3T)}
=(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)+(ωB1−ωB2)4T …(80)
この(80)式の最終項が時系列送受信により付加された位相である。この付加された位相は、受信する高周波信号の低い角周波数とほぼ同じベースバンド用ローカル角周波数に対する装置1、装置2の誤差角周波数と遅延4Tの乗算結果となる。ベースバンド用ローカル周波数を5[MHz]、周波数誤差を40[ppm]、遅延Tを0.1[ms]とした場合、360°×0.08=28.8°となり、前例より正確に測距できることが分かる。
Next, it is assumed that the phase detection order is θ H1 , θ L1 , θ H2 , and θ L2. 12A and 12B show an example in this case. In this case, the following equation (58) is modified to obtain the following equation (80).
H1 (t) -θ L1 (t + T)} + {θ H2 (t + 2T) -θ L2 (t + 3T)}
= (Θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 ) + (ω B1- ω B2 ) 4T… (80)
The final term of Eq. (80) is the phase added by time series transmission / reception. This added phase is the result of multiplying the error angular frequency of the devices 1 and 2 by the delay 4T with respect to the baseband local angular frequency which is substantially the same as the low angular frequency of the received high frequency signal. When the baseband local frequency is 5 [MHz], the frequency error is 40 [ppm], and the delay T is 0.1 [ms], 360 ° x 0.08 = 28.8 °, which is more accurate than the previous example. You can see that it can be distanced.

しかし、この場合においても、誤差分がシステム仕様の許容誤差内にあるか否かはシステム依存となる。本実施の形態は、時系列送受信により発生する距離誤差を小さくする時系列の手順を提示するものである。なお、本実施の形態は、電波法により規定された送受信の規制を考慮した手順を示すものである。
(具体的な手順(8回交番シーケンス)の例)
先ず、送信遅延による影響を考える。
However, even in this case, whether or not the error amount is within the permissible error of the system specification depends on the system. This embodiment presents a time-series procedure for reducing the distance error generated by time-series transmission / reception. In this embodiment, the procedure in consideration of the transmission / reception regulation specified by the Radio Law is shown.
(Example of specific procedure (8 times alternation sequence))
First, consider the effect of transmission delay.

上記(58)式を変形して、下記(81)式を得る。
{θH1(t)+θH2(t)}−{θL1(t)+θL2(t)}=(θτH1+θτH2)−(θτL1+θτL2) …(81)
なお、ここで、
θH1(t)+θH2(t)=θτH1+θτH2 …(82)
θL1(t)+θL2(t)=θτL1+θτL2 …(83)
である。
The following equation (81) is obtained by modifying the above equation (58).
H1 (t) + θ H2 (t)}-{θ L1 (t) + θ L2 (t)} = (θ τH1 + θ τH2 )-(θ τL1 + θ τL2 )… (81)
In addition, here
θ H1 (t) + θ H2 (t) = θ τH1 + θ τH2 … (82)
θ L1 (t) + θ L2 (t) = θ τL1 + θ τL2 … (83)
Is.

無線通信において、自分宛ての信号を受信したとき、キャリアセンスなしで返信できる規定がある。これに従い、装置1から装置2へ信号を送信終了後、ただちに、装置2から装置1へ返信することにする。解析を簡単にするため、装置1が送信してからt後に装置2が装置1へ返信すると仮定する。(27)式及び(37)式から下記(84)式が得られる。
θH1(t)+θH2(t+t)=θτH1+θτH2+{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(84)
遅延tは時系列的には最短の時間であり、装置1から装置2へ角周波数ωC1+ωB1の信号を送る時間、送受タイミングマージン、伝搬遅延を含むものである。右辺、第3項、第4項は遅延tによる位相誤差になる。周波数が高いことから第4項が特に問題となるが、これについては後で言及する。
In wireless communication, there is a provision that when a signal addressed to you is received, you can reply without a carrier sense. According to this, immediately after the transmission of the signal from the device 1 to the device 2 is completed, the signal is returned from the device 2 to the device 1. To simplify the analysis, it is assumed that the device 2 returns to the device 1 after t 0 after the device 1 transmits. The following equation (84) can be obtained from the equations (27) and (37).
θ H1 (t) + θ H2 (t + t 0 ) = θ τH1 + θ τH2 + {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (84)
The delay t 0 is the shortest time in the time series, and includes the time for transmitting the signal of the angular frequency ω C1 + ω B1 from the device 1 to the device 2, the transmission / reception timing margin, and the propagation delay. The right side, the third term, and the fourth term are phase errors due to the delay t 0. The fourth term is particularly problematic due to the high frequency, which will be mentioned later.

次に、(84)式の左辺に、さらに遅延Tを追加するものとする。図13はこのような伝送手順を示している。図13に示すように、この場合の検出位相の加算値は、遅延Tの追加に拘わらず同一である。従って、下記(85)式が得られる。
θH1(t+T)+θH2(t+t+T)=θτH1+θτH2+{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(85)
上記(85)式の右辺と上記(84)式の右辺とは同じである。即ち、相対的時間差が同一であれば(上記例ではT)、装置1から送信された信号を装置2で受信した位相と装置2から送信された信号を装置1で受信した位相の加算結果は、遅延Tに拘わらず変化しない。つまり、これらの位相の加算結果は、遅延Tに依存しない値となる。
Next, it is assumed that a delay T is further added to the left side of the equation (84). FIG. 13 shows such a transmission procedure. As shown in FIG. 13, the added value of the detected phase in this case is the same regardless of the addition of the delay T. Therefore, the following equation (85) is obtained.
θ H1 (t + T) + θ H2 (t + t 0 + T) = θ τH1 + θ τH2 + {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (85)
The right side of the above equation (85) and the right side of the above equation (84) are the same. That is, if the relative time difference is the same (T in the above example), the addition result of the phase of the signal transmitted from the device 1 received by the device 2 and the phase of the signal transmitted from the device 2 received by the device 1 is , It does not change regardless of the delay T. That is, the addition result of these phases becomes a value that does not depend on the delay T.

次に、角周波数ωC1−ωB1信号の装置1、装置2間の送受信においても同様に示す。即ち、上記(47)式及び(57)式から、下記(86)式、(87)式が得られる。
θL1(t)+θL2(t+t)=θτL1+θτL2+{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(86)
θL1(t+T)+θL2(t+t+T)=θτL1+θτL2+{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(87)
上記考察から、角周波数ωC1+ωB1信号の双方向の送受信後、角周波数ωC1−ωB1信号の送受信を行うシーケンスを考える。装置1から角周波数ωC1+ωB1信号の送信開始時間を基準として、装置1から角周波数ωC1−ωB1信号の送信開始時間をTとすると、上記(84)式及び(87)式から下記(88)式が得られる。ただし、T>tである。
θH1(t)+θH2(t+t)−{θL1(t+T)+θL2(t+t+T)}
=θτH1−θτL1+θτH2−θτL2+2(ωB1−ωB2)t …(88)
上記(88)式の左辺の最終項が送信遅延による位相誤差である。受信した高周波用のローカル周波数の遅延誤差は角周波数ωC1+ωB1信号と角周波数ωC1−ωB1信号の差分をとることで打ち消されている。したがって、位相誤差は時系列的には最短の遅延時間tとベースバンド用のローカル角周波数(例えば2π×5[MHz])の誤差の乗算となる。遅延時間tを小さく設定すれば誤差は小さくなる。従って、遅延時間tの値によっては、実使用上は、精度上問題無い測距が可能と言える。
Next, the same applies to the transmission / reception of the angular frequency ω C1- ω B1 signal between the devices 1 and 2. That is, the following equations (86) and (87) can be obtained from the above equations (47) and (57).
θ L1 (t) + θ L2 (t + t 0 ) = θ τL1 + θ τL2 + {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (86)
θ L1 (t + T) + θ L2 (t + t 0 + T) = θ τL1 + θ τL2 + {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (87)
From the above discussion, after the bidirectional transmission and reception of the angular frequency omega C1 + omega B1 signals, consider a sequence of transmitting and receiving the angular frequency omega C1 - [omega] B1 signal. Based on the transmission start time from the device 1 the angular frequency omega C1 + omega B1 signal and a transmission start time of the angular frequency omega C1 - [omega] B1 signal from the device 1 is T, the following from (84) and (87) below Equation (88) is obtained. However, T> t 0 .
θ H1 (t) + θ H2 (t + t 0 )-{θ L1 (t + T) + θ L2 (t + t 0 + T)}
= Θ τH1 −θ τL1 + θ τH2 −θ τL2 +2 (ω B1- ω B2 ) t 0 … (88)
The final term on the left side of the above equation (88) is the phase error due to the transmission delay. Delay error of a local frequency for the received high frequency is canceled by taking the difference between the angular frequency omega C1 + omega B1 signal and the angular frequency omega C1 - [omega] B1 signal. Therefore, the phase error is the product of the shortest delay time t 0 in time series and the error of the local angular frequency for the baseband (for example, 2π × 5 [MHz]). If the delay time t 0 is set small, the error becomes small. Therefore, depending on the value of the delay time t 0 , it can be said that distance measurement without any problem in accuracy is possible in actual use.

次に、距離推定誤差要因である上記(88)式の最終項を除去する手法について説明する。 Next, a method of removing the final term of the above equation (88), which is a factor of the distance estimation error, will be described.

上記(27)式と(37)式から、下記(89)式が得られる。
θH1(t+t)+θH2(t)=θτH1+θτH2−{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(89)
この(89)式の左辺に所定の遅延Dを加えても、上述したように、右辺の値は変化しない。従って、下記(90)式が得られる。
θH1(t+t+D)+θH2(t+D)=θτH1+θτH2−{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(90)
上記(84)式と(90)式を加算すると、下記(91)式が得られる。
θH1(t)+θH2(t+t)+θH1(t+t+D)+θH2(t+D)=2(θτH1+θτH2) …(91)
図14の左側は上記(91)式の状態を示している。この(91)式においてD=tとすると、下記(92)式が得られる。
θH1(t)+2θH2(t+t)+θH1(t+2t)=2(θτH1+θτH2) …(92)
上記(92)式の右辺は、時間依存のない距離に応じた電波伝搬遅延の項のみとなる。
From the above equations (27) and (37), the following equation (89) can be obtained.
θ H1 (t + t 0 ) + θ H2 (t) = θ τH1 + θ τH2 − {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (89)
Even if a predetermined delay D is added to the left side of the equation (89), the value on the right side does not change as described above. Therefore, the following equation (90) is obtained.
θ H1 (t + t 0 + D) + θ H2 (t + D) = θ τH1 + θ τH2 − {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (90)
By adding the above equations (84) and (90), the following equation (91) is obtained.
θ H1 (t) + θ H2 (t + t 0 ) + θ H1 (t + t 0 + D) + θ H2 (t + D) = 2 (θ τH1 + θ τH2 )… (91)
The left side of FIG. 14 shows the state of the above equation (91). When D = t 0 in this equation (91), the following equation (92) is obtained.
θ H1 (t) + 2 θ H2 (t + t 0 ) + θ H1 (t + 2t 0 ) = 2 (θ τH1 + θ τH2 )… (92)
The right-hand side of the above equation (92) is only a term of radio wave propagation delay according to a distance that does not depend on time.

上記(47)式及び(57)式から、下記(93)式が得られる。
θL1(t+t)+θL2(t)=θτL1+θτL2−{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(93)
この(93)式の左辺に所定の遅延Dを加えても、右辺の値は変化しない。従って、下記(94)式が得られる。
θL1(t+t+D)+θL2(t+D)=θτL1+θτL2−{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(94)
上記(86)式と(94)式を加算すると、下記(95)式が得られる。
θL1(t)+θL2(t+t)+θL1(t+t+D)+θL2(t+D)=2(θτL1+θτL2) …(95)
この(95)式において、D=tとすると、下記(96)式が得られる。
θL1(t)+2θL2(t+t)+θL1(t+2t)=2(θτL1+θτL2) …(96)
上記(96)式の右辺は、時間依存のない距離に応じた電波伝搬遅延の項のみとなる。
From the above equations (47) and (57), the following equation (93) can be obtained.
θ L1 (t + t 0 ) + θ L2 (t) = θ τL1 + θ τL2 − {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (93)
Even if a predetermined delay D is added to the left side of the equation (93), the value on the right side does not change. Therefore, the following equation (94) can be obtained.
θ L1 (t + t 0 + D) + θ L2 (t + D) = θ τL1 + θ τL2 − {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (94)
By adding the above equations (86) and (94), the following equation (95) is obtained.
θ L1 (t) + θ L2 (t + t 0 ) + θ L1 (t + t 0 + D) + θ L2 (t + D) = 2 (θ τL1 + θ τL2 )… (95)
In this equation (95), when D = t 0 , the following equation (96) is obtained.
θ L1 (t) + 2 θ L2 (t + t 0 ) + θ L1 (t + 2t 0 ) = 2 (θ τ L1 + θ τ L2 )… (96)
The right-hand side of the above equation (96) is only a term of radio wave propagation delay according to a distance that does not depend on time.

上記(92)式及び(96)式は、装置1の送信信号を装置2で位相検出し、t後に装置2の送信信号を装置1で位相検出し、2t後に再度装置1の送信信号を装置2で位相検出するシーケンスを意味している。以下、装置1の送信信号の送信及びこれに対する装置2の位相検出と、装置2の送信信号の送信及びこれに対する装置1の位相検出とが交番すると共に、これらの位相検出を時間をずらして再度測定することを「繰返し交番」と呼ぶことにする。 Above (92) and (96) below, the apparatus and phase detects the transmission signal 1 in the apparatus 2, and the phase detection in the transmission signal apparatus 1 of the device 2 after t 0, the transmission signal again device 1 after 2t 0 Means a sequence in which the phase is detected by the device 2. Hereinafter, the transmission of the transmission signal of the device 1 and the phase detection of the device 2 with respect to the transmission signal of the device 1 and the phase detection of the device 1 with respect to the transmission of the transmission signal of the device 2 alternate with each other, and these phase detections are performed again with a time lag. The measurement will be called "repeated alternation".

即ち、装置1,2において、それぞれ2つのキャリア信号を送信して受信すると共に、もう一度装置1又は2から他方の装置に対してt間隔でキャリア信号を送受信する繰返し交番を行うことによって、送信の順序及び時間は制限される代わりに、時間依存を受けることない正確な測距が可能となる。 That is, in the apparatus 1, which receives and transmits each of the two carrier signals, by performing the repeated alternating of transmitting and receiving a carrier signal from again device 1 or 2 in t 0 interval to the other device, transmission The order and time of the above are limited, but accurate distance measurement is possible without being subject to time dependence.

更に、キャリア信号の送受信シーケンスによっては、繰返し交番をt間隔で行わなくても、時間に依存しない正確な測距が可能となる。 Further, depending on the transmission / reception sequence of the carrier signal, accurate distance measurement that does not depend on time is possible even if repeated alternation is not performed at t 0 intervals.

即ち、上記(95)式の左辺に固定遅延Tを加えても右辺は一定なので、
θL1(t+T)+θL2(t+t+T)+θL1(t+t+D+T)+θL2(t+D+T)=2(θτL1+θτL2) …(97)
上記(91)式と(97)式から、下記(98)式が得られる。
θH1(t)+θH2(t+t)+θH1(t+t+D)+θH2(t+D)
−{θL1(t+T)+θL2(t+t+T)+θL1(t+t+D+T)+θL2(t+D+T)}
=2{(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)}=4×(ωB1+ωB2)τ …(98)
上記(98)式は、角周波数ωC1+ωB1、ωC2+ωB2の往復を時間間隔Dで繰返し交番したのち、測定開始からT後に角周波数ωC1−ωB1、ωC2−ωB2の往復を時間間隔Dで繰返し交番するシーケンスを示しており、このシーケンスを採用することで、上記(88)式の最終項の距離推定誤差要因を除去して、正確な測距が可能であることを示している。
That is, even if the fixed delay T is added to the left side of the above equation (95), the right side is constant.
θ L1 (t + T) + θ L2 (t + t 0 + T) + θ L1 (t + t 0 + D + T) + θ L2 (t + D + T) = 2 (θ τL1 + θ τL2 )… (97)
From the above equations (91) and (97), the following equation (98) can be obtained.
θ H1 (t) + θ H2 (t + t 0 ) + θ H1 (t + t 0 + D) + θ H2 (t + D)
-{Θ L1 (t + T) + θ L2 (t + t 0 + T) + θ L1 (t + t 0 + D + T) + θ L2 (t + D + T)}
= 2 {(θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 )} = 4 × (ω B1 + ω B2 ) τ 1 … (98)
The (98) equation, after repeated alternating angular frequency omega C1 + omega B1, the round trip omega C2 + omega B2 at time intervals D, round-trip from the measurement start angular frequency omega C1 - [omega] B1 after T, ω C2B2 Is shown in a sequence in which Shown.

図14及び図15はこのシーケンスを示している。このようなシーケンスで位相を計測することにより伝搬遅延成分のみ取り出すことができる。即ち、装置1の制御部11は、所定タイミングで角周波数がωC1+ωB1の送信波(以下、送信波H1Aという)を送信する。装置2の制御部21は、送信波H1Aの受信直後に、角周波数がωC2+ωB2の送信波(以下、送信波H2Aという)を送信する。更に、装置2の制御部21は、送信波H2Aの送信後に角周波数がωC2+ωB2の送信波(以下、送信波H2Bという)を再度送信する。装置1の制御部11は、2回目の送信波H2Bの受信後に、再び角周波数がωC1+ωB1の送信波(以下、送信波H1Bという)を送信する。 14 and 15 show this sequence. By measuring the phase in such a sequence, only the propagation delay component can be extracted. That is, the control unit 11 of the device 1 transmits a transmission wave having an angular frequency of ω C1 + ω B1 (hereinafter referred to as a transmission wave H1A) at a predetermined timing. Immediately after receiving the transmission wave H1A, the control unit 21 of the device 2 transmits a transmission wave having an angular frequency of ω C2 + ω B2 (hereinafter referred to as transmission wave H2A). Further, the control unit 21 of the device 2 transmits the transmission wave having an angular frequency of ω C2 + ω B2 (hereinafter referred to as the transmission wave H2B) again after the transmission wave H2A is transmitted. After receiving the second transmission wave H2B, the control unit 11 of the device 1 transmits the transmission wave having an angular frequency of ω C1 + ω B1 (hereinafter, referred to as the transmission wave H1B) again.

また、更に制御部11は、角周波数がωC1−ωB1の送信波(以下、送信波L1Aという)を送信する。装置2の制御部21は、送信波L1Aの受信直後に、角周波数がωC2−ωB2の送信波(以下、送信波L2Aという)を送信する。更に、装置2の制御部21は、送信波L2Aの送信後に角周波数がωC2−ωB2の送信波(以下、送信波L2Bという)を再度送信する。装置1の制御部11は、2回目の送信波L2Bの受信後に、再び角周波数がωC1−ωB1の送信波(以下、送信波L1Bという)を送信する。 Further, the control unit 11 further transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C1- ω B1 (hereinafter referred to as a transmitted wave L1A). Immediately after receiving the transmission wave L1A, the control unit 21 of the device 2 transmits a transmission wave having an angular frequency of ω C2- ω B2 (hereinafter referred to as transmission wave L2A). Further, the control unit 21 of the device 2 transmits the transmission wave having an angular frequency of ω C2- ω B2 (hereinafter referred to as the transmission wave L2B) again after the transmission wave L2A is transmitted. After receiving the second transmission wave L2B, the control unit 11 of the device 1 transmits the transmission wave having an angular frequency of ω C1- ω B1 (hereinafter referred to as the transmission wave L1B) again.

こうして、図14及び図15に示すように、装置2の制御部21は、所定の基準時間0から所定時間において送信波H1Aに基づく位相θH1(t)を取得し、時間t+Dから所定時間において送信波H1Bに基づく位相θH1(t+t+D)を取得し、時間Tから所定時間において送信波L1Aに基づく位相θL1(t+T)を取得し、時間t+D+Tから所定時間において送信波L1Bに基づく位相θL1(t+t+D+T)を取得する。 In this way, as shown in FIGS. 14 and 15, the control unit 21 of the apparatus 2 acquires the phase θ H1 (t) based on the transmitted wave H1A from the predetermined reference time 0 to the predetermined time, and determines the phase θ H1 (t) from the time t 0 + D. The phase θ H1 (t + t 0 + D) based on the transmitted wave H1B is acquired in time, the phase θ L1 (t + T) based on the transmitted wave L1A is acquired from the time T at a predetermined time, and the transmitted wave is transmitted from the time t 0 + D + T at a predetermined time. The phase θ L1 (t + t 0 + D + T) based on L1B is acquired.

また、装置1の制御部11は、時間tから所定時間において送信波H2Aに基づく位相θH2(t+t)を取得し、時間Dから所定時間において送信波H2Bに基づく位相θH2(t+D)を取得し、時間t+Tから所定時間において送信波L2Aに基づく位相θL2(t+t+T)を取得し、時間D+Tから所定時間において送信波L2Bに基づく位相θL2(t+D+T)を取得する。 Further, the control unit 11 of the device 1 acquires the phase θ H2 (t + t 0 ) based on the transmitted wave H2A from the time t 0 at a predetermined time, and the phase θ H2 (t + D) based on the transmitted wave H2B from the time D to the predetermined time. Is acquired, the phase θ L2 (t + t 0 + T) based on the transmitted wave L2A is acquired from the time t 0 + T at a predetermined time, and the phase θ L2 (t + D + T) based on the transmitted wave L2B is acquired from the time D + T at a predetermined time.

装置1又は2の少なくとも一方は、他方に、位相情報、即ち、求めた4つの位相又は2つの位相差又は位相差の上記(98)式の演算結果を送信する。位相情報を受信した装置1又は2の制御部は、上記(98)式の演算によって、距離を算出する。なお、図6のステップS7、S17では位相差算出と記載したが、この場合、必ずしもステップS7、S17で位相差を算出する必要はなく、S19の距離算出時に位相差の算出を行なってもよい。 At least one of the devices 1 or 2 transmits the phase information, that is, the calculation result of the above-mentioned equation (98) of the obtained four phases or two phase differences or phase differences to the other. The control unit of the device 1 or 2 that has received the phase information calculates the distance by the calculation of the above equation (98). In addition, although it was described as the phase difference calculation in steps S7 and S17 of FIG. 6, in this case, it is not always necessary to calculate the phase difference in steps S7 and S17, and the phase difference may be calculated when calculating the distance in S19. ..

このように図14及び図15の例は、第1装置及び第2装置からのキャリア信号を繰返し交番させることで、同時にキャリア信号を送受信できない場合でも、正確な測距が可能である。例えば、第1装置及び第2装置はそれぞれ2つの角周波数の信号を2回ずつそれぞれ第2装置及び第1装置に所定のシーケンスで送信して、第1及び第2装置のそれぞれにおいて位相差を求める。そして、第1装置と第2装置のいずれか一方から他方に、求めた位相情報を伝送し、位相情報を受信した装置は、第1装置及び第2装置により求めた8つの位相に基づいて、第1装置と第2装置との間の距離を算出する。これにより、第1装置と第2装置の発振器の初期位相に拘わらず、第1装置と第2装置との間の距離を正確に算出する。このように、各角周波数の信号を同時に送ることなく、相互にずれたタイミングで送受信した場合でも、距離推定の誤差を除去して正確な測距が可能である。 As described above, in the examples of FIGS. 14 and 15, by repeatedly alternating the carrier signals from the first device and the second device, accurate distance measurement is possible even when the carrier signals cannot be transmitted and received at the same time. For example, the first device and the second device each transmit signals of two angular frequencies to the second device and the first device in a predetermined sequence twice, respectively, and cause a phase difference in each of the first device and the second device. Ask. Then, the device that transmits the obtained phase information from one of the first device and the second device to the other and receives the phase information is based on the eight phases obtained by the first device and the second device. Calculate the distance between the first device and the second device. As a result, the distance between the first device and the second device is accurately calculated regardless of the initial phase of the oscillators of the first device and the second device. In this way, accurate distance measurement is possible by removing the error of distance estimation even when signals of each angular frequency are transmitted and received at timings deviated from each other without being transmitted at the same time.

なお、図14及び図15の例では、装置1と装置2との間でキャリア信号の送受信の方向を交番させて、4回の送受信が行われ、装置1,2で計8回の送信及び位相検出が行われているが、以下、図14及び図15の送受信シーケンスを8回交番シーケンスという。
<通信時間を短縮するための伝送シーケンス>
以上説明したように、本実施の形態において採用する通信型測距技術においては、8回交番シーケンスを採用することで、時間ずれによる影響を完全になくして、正確な測距を行うことができる。しかし、8回交番シーケンスでは、装置1,2が2波を2回ずつ、つまり、装置1が4回、装置2も4回の送信を行う必要があり、測距に要する時間が比較的長い。
(4回交番シーケンス)
そこで、本実施の形態においては、正確な測距を可能にしつつ、より短時間に測距する手法(4回交番シーケンス)を提案する。
In the examples of FIGS. 14 and 15, the directions of transmission and reception of the carrier signal are alternated between the device 1 and the device 2, and the transmission and reception are performed four times, and the devices 1 and 2 transmit and transmit a total of eight times. Although phase detection is performed, the transmission / reception sequence of FIGS. 14 and 15 is hereinafter referred to as an eight-time alternating sequence.
<Transmission sequence to reduce communication time>
As described above, in the communication type distance measurement technology adopted in the present embodiment, by adopting the eight-time alternation sequence, the influence of the time lag can be completely eliminated and accurate distance measurement can be performed. .. However, in the 8-time alternation sequence, the devices 1 and 2 need to transmit two waves twice, that is, the device 1 needs to transmit four times and the device 2 also needs to transmit four times, and the time required for distance measurement is relatively long. ..
(4 police box sequence)
Therefore, in the present embodiment, we propose a method (four-time alternation sequence) for measuring the distance in a shorter time while enabling accurate distance measurement.

図16及び図17は本実施の形態において通信時間を短縮するための伝送シーケンスを示す説明図である。また、図18は図17のシーケンスに対応したタイミングチャートである。 16 and 17 are explanatory views showing a transmission sequence for shortening the communication time in the present embodiment. Further, FIG. 18 is a timing chart corresponding to the sequence of FIG.

図16に示すように、この伝送シーケンスにおいては、装置1は送信波ωC1+ωB1を送信し、装置2は送信波ωC2+ωB2を送信し、装置1はωC1−ωB1を生成して送信し、装置2はωC2−ωB2を生成して送信する。このように、図16及び図17の伝送シーケンスは、送信が4回交番して行われるので、4回交番シーケンスというものとする。 As shown in FIG. 16, in this transmission sequence, the device 1 transmits the transmission wave ω C1 + ω B1 , the device 2 transmits the transmission wave ω C2 + ω B2 , and the device 1 generates ω C1- ω B1. And the device 2 generates ω C2- ω B2 and transmits it. As described above, the transmission sequence of FIGS. 16 and 17 is referred to as a four-time alternating sequence because the transmission is performed by alternating four times.

次に、4回交番シーケンスを採用した場合にも、8回交番シーケンスと同様に、時間ずれによる影響を完全になくして正確な測距を行う手法について説明する。 Next, even when the 4-fold alternation sequence is adopted, a method of performing accurate distance measurement by completely eliminating the influence of the time lag will be described as in the 8-fold alternation sequence.

時系列伝送を考慮して求めた上述の(84)式〜(87)式は、それぞれ以下の(112)式〜(115)式に変形できる。即ち、(84)式のtを2tに置き換えることで(112)式が得られる。また、(85)式のTをtに置き換えることで(113)式が得られる。また、上述したように相対的に同一の遅延が加えられても算出された位相の加算結果に変化はないので、(86)式の左辺に所定の遅延Tを加え、tを2tに置き換えることで(114)式が得られる。同様に、(87)式のTをT+tに置き換えることで(115)式が得られる。
θH1(t)+θH2(t+2t)=θτH1+θτH2+2{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(112)
θH1(t+t)+θH2(t+2t)=θτH1+θτH2+{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(113)
θL1(t+T)+θL2(t+2t+T)=θτL1+θτL2+2{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(114)
θL1(t+t+T)+θL2(t+2t+T)=θτL1+θτL2+{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(115)
次に、2×(113)式−(112)式−{2×(115)式−(114)式}を求めると、下記(116)式が得られる。
θH2(t+2t)+2θH1(t+t)−θH1(t)−{θL2(t+2t+T)+2θL1(t+t+T)−θL1(t+T)}
=(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)=2×(ωB1+ωB2)τ …(116)
この(116)式は、装置1,2において求めた位相差の加算によって、遅延時間τを求めることができることを示している。即ち、(116)式は、上述した8回交番シーケンスを示す(98)式と同様に、距離推定誤差要因を除去して、正確な測距が可能であることを示している。
The above equations (84) to (87) obtained in consideration of time series transmission can be transformed into the following equations (112) to (115), respectively. That, (84) t 0 a by replacing 2t 0 (112) type is obtained. Further, by replacing T in Eq. (85) with t 0 , Eq. (113) can be obtained. Further, as described above, even if the relatively same delay is applied, the calculated phase addition result does not change. Therefore, a predetermined delay T is added to the left side of the equation (86), and t 0 is changed to 2t 0 . By substituting, equation (114) is obtained. Similarly, by replacing T in Eq. (87) with T + t 0 , Eq. (115) can be obtained.
θ H1 (t) + θ H2 (t + 2t 0 ) = θ τH1 + θ τH2 + 2 {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (112)
θ H1 (t + t 0 ) + θ H2 (t + 2t 0 ) = θ τH1 + θ τH2 + {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (113)
θ L1 (t + T) + θ L2 (t + 2t 0 + T) = θ τL1 + θ τL2 + 2 {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (114)
θ L1 (t + t 0 + T) + θ L2 (t + 2t 0 + T) = θ τL1 + θ τL2 + {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (115)
Next, when the 2 × (113) equation − (112) equation − {2 × (115) equation − (114) equation} is obtained, the following equation (116) is obtained.
θ H2 (t + 2t 0 ) + 2θ H1 (t + t 0 ) -θ H1 (t)-{θ L2 (t + 2t 0 + T) + 2θ L1 (t + t 0 + T) -θ L1 (t + T)}
= (Θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 ) = 2 × (ω B1 + ω B2 ) τ 1 … (116)
This equation (116) shows that the delay time τ 1 can be obtained by adding the phase differences obtained in the devices 1 and 2. That is, Eq. (116) shows that accurate distance measurement is possible by removing the distance estimation error factor, as in Eq. (98) showing the above-mentioned eight-time alternation sequence.

また、(116)式は、計6回の位相の測定を行うことを示している。即ち、装置2の時間t=0の検出位相θH1(t)、装置2の時間t=tの検出位相θH1(t+t)、装置1の時間t=2tの検出位相θH2(t+2t)、装置2の時間t=Tの検出位相θL1(t+T)、装置2の時間t=t+Tの検出位相θL1(t+t+T)、装置1の時間t=2t+Tの検出位相θL2(t+2t+T)を順次行えば良いことを示している。 Further, the equation (116) indicates that the phase measurement is performed a total of 6 times. That is, the detection phase theta H1 of device 2 Time t = 0 (t), the device detection phase θ H1 (t + t 0) of time t = t 0 2, the time device 1 t = 2t 0 detected phase theta H2 ( t + 2t 0), the time device 2 t = T of the detected phase θ L1 (t + T), the time device 2 t = t 0 + T of the detected phase θ L1 (t + t 0 + T), the device 1 of the time t = 2t 0 + T It shows that the detection phase θ L2 (t + 2t 0 + T) may be sequentially performed.

この場合において、θH1(t)及びθH1(t+t)は、1回の伝送シーケンスによって位相を測定することができ、また、θL1(t+T)及びθL1(t+t+T)は、1回の伝送シーケンスによって位相を測定することができる。 In this case, the phases of θ H1 (t) and θ H1 (t + t 0 ) can be measured by one transmission sequence, and θ L1 (t + T) and θ L1 (t + t 0 + T) are 1 The phase can be measured by the transmission sequence of times.

図17はこのシーケンスを示している。なお、図17のシーケンスを実現する場合には、図6の破線部分は例えば図18に示すものとなる。図17のシーケンスを実現するために、装置1の制御部11は、t=0及びt=tに対応するタイミングで角周波数がωC1+ωB1の送信波を装置2に送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=2tに対応するタイミングで、角周波数がωC2+ωB2の送信波を送信する。 FIG. 17 shows this sequence. When realizing the sequence of FIG. 17, the broken line portion of FIG. 6 is shown in FIG. 18, for example. In order to realize the sequence of FIG. 17, the control unit 11 of the device 1 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C1 + ω B1 to the device 2 at a timing corresponding to t = 0 and t = t 0. The control unit 21 of the device 2 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C2 + ω B2 at a timing corresponding to t = 2t 0 immediately after receiving the transmitted wave.

更に、装置1の制御部11は、t=T及びt=t+Tに対応するタイミングで角周波数がωC1−ωB1の送信波を送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=2t+Tに対応するタイミングで、角周波数がωC2−ωB2の送信波を送信する。 Furthermore, the control unit 11 of the device 1 is the angular frequency at a timing corresponding to t = T and t = t 0 + T transmits a transmission wave ω C1B1. Control unit 21 of the apparatus 2, at a timing corresponding to the immediately following reception of the transmitted wave t = 2t 0 + T, is the angular frequency to transmit the transmission wave ω C2B2.

こうして、図17に示すように、装置2の制御部21は、時間t=0及びt=tにおける受信信号に基づいて位相θH1(t)及びθH1(t+t)を取得し、時間t=T及びt=t+Tにおける受信信号に基づいて位相θL1(t+T)及びθL1(t+t+T)を取得する。 In this way, as shown in FIG. 17, the control unit 21 of the device 2 acquires the phases θ H1 (t) and θ H1 (t + t 0 ) based on the received signals at the times t = 0 and t = t 0, and obtains the time. The phases θ L1 (t + T) and θ L1 (t + t 0 + T) are acquired based on the received signals at t = T and t = t 0 + T.

また、装置1の制御部11は、時間t=2tにおける受信信号に基づいて位相θH2(t+2t)を取得し、時間t=2t+Tにおける受信信号に基づいて位相θL2(t+2t+T)を取得する。 The control unit 11 of the apparatus 1, the time t = based on the received signal at 2t 0 acquires the phase θ H2 (t + 2t 0) , the phase theta L2 based on the received signal in the time t = 2t 0 + T (t + 2t 0 + T) is acquired.

4回交番シーケンスで位相を計測した装置1及び装置2の一方は、自機において取得した位相情報を、装置1及び装置2の他方に送信する。装置1及び装置2のうち位相情報の提供を受けた装置は、上記(116)式の演算によって、距離を算出する。こうして、4回交番シーケンスを採用した場合においても、伝搬遅延成分のみを抽出して、正確な測距が可能である。 One of the devices 1 and 2 whose phase is measured in the four-time alternating sequence transmits the phase information acquired by the own device to the other of the devices 1 and 2. Of the devices 1 and 2, the device for which the phase information is provided calculates the distance by the calculation of the above equation (116). In this way, even when the four-time alternation sequence is adopted, it is possible to extract only the propagation delay component and perform accurate distance measurement.

図19及び図20は実施の形態の効果を説明するための説明図である。図19及び図20は水平方向に時間をとり、1回の測距に必要な装置1,装置2からの送信シーケンスを示している。図19は図15の8回交番シーケンスに対応したシーケンスを示し、図20は図17の4回交番シーケンスに対応したシーケンスを示している。 19 and 20 are explanatory views for explaining the effect of the embodiment. 19 and 20 show the transmission sequence from the device 1 and the device 2 required for one distance measurement, taking time in the horizontal direction. FIG. 19 shows a sequence corresponding to the 8-fold alternation sequence of FIG. 15, and FIG. 20 shows a sequence corresponding to the 4-fold alternation sequence of FIG.

なお、図19及び図20は、電波法において同時送受信が禁止された周波数帯(日本国内サブGHz(920MHz帯))が存在することを考慮したものである。なお、図19及び図20において、装置1から出力される2つの送信波を送信波A1,B1とし、装置2から出力される2つの送信波を送信波A2,B2とする。図19及び図20の例は、送信波A1,A2を928MHz帯のチャンネルCH61によって送受信し、送信波B1,B2を922.4MHz帯のチャンネルCH33によって送受信する例を示している。 Note that FIGS. 19 and 20 take into consideration that there is a frequency band (sub-GHz in Japan (920 MHz band)) for which simultaneous transmission / reception is prohibited by the Radio Law. In FIGS. 19 and 20, the two transmitted waves output from the device 1 are referred to as transmission waves A1 and B1, and the two transmitted waves output from the device 2 are referred to as transmission waves A2 and B2. The examples of FIGS. 19 and 20 show an example in which transmission waves A1 and A2 are transmitted and received by channel CH61 in the 928MHz band, and transmission waves B1 and B2 are transmitted and received by channel CH33 in the 922.4MHz band.

8回交番シーケンスを示す図19において、装置1は、キャリアセンスを例えば128μS(秒)間実施した後、送信波A1を送信する。装置2は、送信波A1を受信した後、キャリアセンスを例えば128μS間実施した後、送信波A2を送信する。更に、装置2は、送信波A2の送信に続けて送信波A2を再度送信する。装置1は、装置2からの送信波A2を受信した後、キャリアセンスを例えば128μS(秒)間実施した後、送信波A1を送信する。 In FIG. 19, which shows an eight-time alternation sequence, the apparatus 1 transmits the transmission wave A1 after performing carrier sense for, for example, 128 μS (seconds). After receiving the transmission wave A1, the device 2 performs carrier sense for, for example, 128 μS, and then transmits the transmission wave A2. Further, the device 2 transmits the transmission wave A2 again following the transmission of the transmission wave A2. After receiving the transmission wave A2 from the device 2, the device 1 performs carrier sense for, for example, 128 μS (seconds), and then transmits the transmission wave A1.

次に、装置1は、送信波A1の送信に続けてキャリアセンスを例えば128μS(秒)間実施した後、送信波B1を送信する。装置2は、送信波B1を受信した後、キャリアセンスを例えば128μS間実施した後、送信波B2を送信する。更に、装置2は、送信波B2の送信に続けて送信波B2を再度送信する。装置1は、装置2からの送信波B2を受信した後、キャリアセンスを例えば128μS(秒)間実施した後、送信波B1を送信する。 Next, the device 1 performs carrier sense for, for example, 128 μS (seconds) following the transmission of the transmission wave A1, and then transmits the transmission wave B1. After receiving the transmission wave B1, the device 2 performs carrier sense for, for example, 128 μS, and then transmits the transmission wave B2. Further, the device 2 transmits the transmission wave B2 again following the transmission of the transmission wave B2. After receiving the transmission wave B2 from the device 2, the device 1 performs carrier sense for, for example, 128 μS (seconds), and then transmits the transmission wave B1.

一方、4回交番シーケンスを示す図20において、装置1は、キャリアセンスを例えば128μS(秒)間実施した後、送信波A1を送信する。なお、装置1は、装置2が時間t=0,t=tのタイミングで2回送信波A1を受信できるように送信波A1の送信を行えばよい。装置2は、送信波A1を2回受信した後、キャリアセンスを例えば128μS間実施して送信波A2を送信する。 On the other hand, in FIG. 20, which shows a four-time alternation sequence, the apparatus 1 transmits the transmission wave A1 after performing carrier sense for, for example, 128 μS (seconds). The device 1 may transmit the transmission wave A1 so that the device 2 can receive the transmission wave A1 twice at the timings of time t = 0 and t = t 0. After receiving the transmission wave A1 twice, the device 2 performs carrier sense for, for example, 128 μS, and transmits the transmission wave A2.

次に、装置1は、装置2からの送信波A2を受信した後、キャリアセンスを例えば128μS(秒)間実施し、送信波B1を送信する。なお、装置1は、装置2が時間t=T,t=t+Tのタイミングで2回送信波B1を受信できるように送信波B1の送信を行えばよい。装置2は、送信波B1を2回受信した後、キャリアセンスを例えば128μS間実施して送信波B2を送信する。 Next, after receiving the transmission wave A2 from the device 2, the device 1 performs carrier sense for, for example, 128 μS (seconds), and transmits the transmission wave B1. The device 1 may transmit the transmission wave B1 so that the device 2 can receive the transmission wave B1 twice at the timing of time t = T and t = t 0 + T. After receiving the transmission wave B1 twice, the device 2 performs carrier sense for, for example, 128 μS, and transmits the transmission wave B2.

図19と図20との比較から明らかなように、4回交番シーケンスは、通信に要する時間が8回交番シーケンスの6/8倍であり、通信時間を短縮することができる。なお、キャリアセンス実施時において、4回交番シーケンスのキャリアセンス回数は、8回交番シーケンスのキャリアセンス回数の4/6倍である。 As is clear from the comparison between FIGS. 19 and 20, the time required for communication in the 4-fold alternation sequence is 6/8 times that of the 8-fold alternation sequence, and the communication time can be shortened. At the time of carrying out the carrier sense, the number of carrier senses in the 4-fold alternation sequence is 4/6 times the number of carrier senses in the 8-fold alternation sequence.

ところで、8回交番シーケンスを示す上記(98)式は、検出位相の演算結果が2πの剰余系、すなわち0〜2πの間で求めた場合に成立する。(98)式の左辺をS8Aとし、ある整数をn8Aとすると、下記(99)式が成立する。 By the way, the above equation (98) showing the eight-fold alternating sequence is established when the calculation result of the detection phase is obtained in the remainder system of 2π, that is, between 0 and 2π. Assuming that the left side of equation (98) is S 8A and a certain integer is n 8A , the following equation (99) is established.

8A+n8A×2π=4(ωB1+ωB2)τ …(99)
この(99)式を変形して、下記(100)式が得られる。
S 8A + n 8A x 2π = 4 (ω B1 + ω B2 ) τ 1 ... (99)
By modifying this equation (99), the following equation (100) can be obtained.

(ωB1+ωB2)τ=(S8A/4)+(n8A×π/2) …(100)
上記(100)式は、(ωB1+ωB2)τがπ/2周期の不確定性を持つことを示している。即ち、(ωB1+ωB2)τは、π/2の剰余系で求められることになる。
B1 + ω B2 ) τ 1 = (S 8A / 4) + (n 8A × π / 2)… (100)
The above equation (100) shows that (ω B1 + ω B2 ) τ 1 has an uncertainty of π / 2 period. That is, (ω B1 + ω B2 ) τ 1 is obtained by the remainder system of π / 2.

従って、τ=(R/c)であるから、8回交番シーケンスにおいて測距可能な最大距離(以下、最大測距距離という)は、4波を同時に送信して上記(61)式により距離を求める場合の1/2である。 Therefore, since τ 1 = (R / c), the maximum distance that can be measured in the 8-time alternation sequence (hereinafter referred to as the maximum distance measurement distance) is the distance according to the above equation (61) by transmitting four waves at the same time. Is 1/2 of the case of obtaining.

一方、4回交番シーケンスを示す上記(116)式も、検出位相の演算結果が2πの剰余系、すなわち0〜2πの間で求めた場合に成立する。(116)式の左辺をS4Aとし、ある整数をn4Aとすると、下記(117)式が成立する。 On the other hand, the above equation (116) showing the four-fold alternating sequence also holds when the calculation result of the detection phase is obtained in the remainder system of 2π, that is, between 0 and 2π. Assuming that the left side of equation (116) is S 4A and a certain integer is n 4A , the following equation (117) is established.

(ωB1+ωB2)τ=(S4A/2)+(n4A×π) …(117)
上記(117)式は、(ωB1+ωB2)τがπ周期の不確定性を持つことを示している。即ち、(ωB1+ωB2)τは、πの剰余系で求められることになる。
B1 + ω B2 ) τ 1 = (S 4A / 2) + (n 4A × π)… (117)
The above equation (117) shows that (ω B1 + ω B2 ) τ 1 has a pion-period uncertainty. That is, (ω B1 + ω B2 ) τ 1 is obtained by the remainder system of π.

以上から、4回交番シーケンスの測距可能な最大距離(以下、最大測距距離という)は、8回交番シーケンスの最大測距距離の2倍であり、上記(61)式により距離を求める場合と同じ最大測距距離が得られることが分かる。 From the above, the maximum distance that can be measured in the 4-fold alternation sequence (hereinafter referred to as the maximum distance-measuring distance) is twice the maximum distance-measuring distance in the 8-fold alternation sequence. It can be seen that the same maximum distance measurement distance as is obtained.

最大測距距離以上の距離を計測した結果は、近距離を計測した結果と同様となり、距離の区別がつかなくなることから、最大測距距離が大きい4回交番シーケンスは、8回交番シーケンスに比べて有利である。また、最大測距距離は、(ωB1+ωB2)が小さい程大きくなるが、4回交番シーケンスではこの値が2倍になった場合でも、8回交番シーケンスと同じ最大測距距離が得られる。つまり、4回交番シーケンスは、8回交番シーケンスと同じ最大測距距離を得られればよい場合には、使用可能な周波数(チャンネル)の組み合わせを増やすことができ、空チャンネルでの測定がし易くなるという利点がある。 The result of measuring a distance greater than or equal to the maximum distance measurement distance is the same as the result of measuring a short distance, and the distance cannot be distinguished. It is advantageous. In addition, the maximum distance measurement distance increases as (ω B1 + ω B2 ) decreases, but even if this value is doubled in the 4-time alternation sequence, the same maximum distance measurement distance as in the 8-fold alternation sequence can be obtained. .. In other words, the 4-fold alternation sequence can increase the combinations of usable frequencies (channels) if the same maximum ranging distance as the 8-fold alternation sequence can be obtained, and it is easy to measure with an empty channel. There is an advantage of becoming.

このように本実施の形態においては、第1装置及び第2装置からのキャリア信号を繰返し交番させることで、正確な測距が可能である。この場合において、4回交番シーケンスを採用することにより、8回交番シーケンスに比べて、測距に必要な通信時間を短縮することが可能である。しかも、4回交番シーケンスは、8回交番シーケンスに比べて、最大測距距離を2倍に増加させることが可能であり、使用周波数の自由度を増大させることができる。
(第2の実施の形態)
図21は本発明の第2の実施の形態を説明するための説明図である。図21は通信時間を短縮するための伝送シーケンスを示している。また、図22は図21のシーケンスに対応したタイミングチャートである。本実施の形態におけるハードウェア構成は第1の実施の形態と同様である。本実施の形態は、第1の実施の形態における4回交番シーケンスに対して送信順序が異なる4回交番シーケンスを採用した点が第1の実施の形態と異なるのみである。
As described above, in the present embodiment, accurate distance measurement is possible by repeatedly alternating the carrier signals from the first device and the second device. In this case, by adopting the 4-fold alternation sequence, it is possible to shorten the communication time required for distance measurement as compared with the 8-fold alternation sequence. Moreover, the 4-fold alternation sequence can double the maximum distance measurement distance as compared with the 8-fold alternation sequence, and can increase the degree of freedom of the frequency used.
(Second Embodiment)
FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining a second embodiment of the present invention. FIG. 21 shows a transmission sequence for shortening the communication time. Further, FIG. 22 is a timing chart corresponding to the sequence of FIG. 21. The hardware configuration in this embodiment is the same as that in the first embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment only in that a four-time alternating sequence having a different transmission order from the four-time alternating sequence in the first embodiment is adopted.

本実施の形態の伝送シーケンスにおいても、図16に示すように、装置1は2つの送信波ωC1+ωB1,ωC1−ωB1を生成して送信し、装置2は2つの送信波ωC2+ωB2,ωC2−ωB2を生成して送信する。 Also in the transmission sequence of the present embodiment, as shown in FIG. 16, the device 1 two transmission waves omega C1 + omega B1, and generates and transmits a omega C1 - [omega] B1, device 2 two transmission waves omega C2 + Ω B2 and ω C2 −ω B2 are generated and transmitted.

第1の実施の形態の4回交番シーケンスにおいては、装置1の送信時間は、装置2の送信時間の約2倍である。これと同様に、装置2の送信時間を装置1の送信時間の約2倍にして測距することも可能である。本実施の形態はこの場合の例を示している。 In the four-time alternating sequence of the first embodiment, the transmission time of the device 1 is about twice the transmission time of the device 2. Similarly, it is possible to measure the distance by setting the transmission time of the device 2 to about twice the transmission time of the device 1. This embodiment shows an example in this case.

時系列伝送を考慮して求めた上述の(84)式〜(87)式は、それぞれ以下の(118)式〜(121)式に変形できる。即ち、(118)式は、(84)式と同じ式である。(85)式のTをT=0とし、tを2tに置き換えることで(119)式が得られる。また、(86)式の左辺に所定の遅延Tを加えることで(120)式が得られる。同様に、(87)式のtを2tに置き換えることで(121)式が得られる。
θH1(t)+θH2(t+t)=θτH1+θτH2+{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(118)
θH1(t)+θH2(t+2t)=θτH1+θτH2+2{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(119)
θL1(t+T)+θL2(t+t+T)=θτL1+θτL2+{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(120)
θL1(t+T)+θL2(t+2t+T)=θτL1+θτL2+2{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(121)
次に、2×(118)式−(119)式−{2×(120)式−(121)式}を求めると、下記(122)式が得られる。
θH1(t)+2θH2(t+t)−θH2(t+2t)−{θL1(t+T)+2θL2(t+t+T)−θL2(t+2t+T)}
=(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)=2×(ωB1+ωB2)τ …(122)
この(122)式からτを求めることができる。即ち、(122)式は、第1の実施の形態の4回交番シーケンスと同様に、距離推定誤差要因を除去して、正確な測距が可能であることを示している。
The above equations (84) to (87) obtained in consideration of time series transmission can be transformed into the following equations (118) to (121), respectively. That is, the equation (118) is the same equation as the equation (84). Equation (119) can be obtained by replacing T in equation (85) with T = 0 and replacing t 0 with 2t 0. Further, the equation (120) can be obtained by adding a predetermined delay T to the left side of the equation (86). Similarly, (87) t 0 a by replacing 2t 0 (121) type is obtained.
θ H1 (t) + θ H2 (t + t 0 ) = θ τH1 + θ τH2 + {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (118)
θ H1 (t) + θ H2 (t + 2t 0 ) = θ τH1 + θ τH2 + 2 {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (119)
θ L1 (t + T) + θ L2 (t + t 0 + T) = θ τL1 + θ τL2 + {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (120)
θ L1 (t + T) + θ L2 (t + 2t 0 + T) = θ τL1 + θ τL2 + 2 {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (121)
Next, when the 2 × (118) equation- (119) equation-{2 × (120) equation- (121) equation} is obtained, the following equation (122) is obtained.
θ H1 (t) + 2 θ H2 (t + t 0 ) -θ H2 (t + 2t 0 )-{θ L1 (t + T) + 2θ L2 (t + t 0 + T) -θ L2 (t + 2t 0 + T)}
= (Θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 ) = 2 × (ω B1 + ω B2 ) τ 1 … (122)
Τ 1 can be obtained from this equation (122). That is, Eq. (122) shows that accurate distance measurement is possible by removing the distance estimation error factor, as in the case of the four-time alternation sequence of the first embodiment.

また、(122)式は、計6回の位相の測定を行うことを示している。即ち、装置2の時間t=0の検出位相θH1(t)、装置1の時間t=tの検出位相θH2(t+t)、装置1の時間t=2tの検出位相θH2(t+2t)、装置2の時間t=Tの検出位相θL1(t+T)、装置1の時間t=t+Tの検出位相θL2(t+t+T)、装置1の時間t=2t+Tの検出位相θL2(t+2t+T)を順次行えば良いことを示している。 Further, the equation (122) indicates that the phase measurement is performed a total of 6 times. That is, the detection phase theta H1 of device 2 Time t = 0 (t), detected phase theta H2 of time device 1 t = t 0 (t + t 0), detected phase theta H2 of time device 1 t = 2t 0 ( t + 2t 0), the time device 2 t = T of the detected phase θ L1 (t + T), the time device 1 t = t 0 + T of the detected phase θ L2 (t + t 0 + T), the device 1 of the time t = 2t 0 + T It shows that the detection phase θ L2 (t + 2t 0 + T) may be sequentially performed.

この場合において、θH2(t+t)及びθH2(t+2t)は、1回の伝送シーケンスによって位相を測定することができ、また、θL2(t+t+T)及びθL2(t+2t+T)は、1回の伝送シーケンスによって位相を測定することができる。 In this case, the phases of θ H2 (t + t 0 ) and θ H2 (t + 2t 0 ) can be measured by one transmission sequence, and θ L2 (t + t 0 + T) and θ L2 (t + 2t 0 + T). Can measure the phase with a single transmission sequence.

図21はこのシーケンスを示している。なお、図21のシーケンスを実現する場合には、図6の破線部分は例えば図22に示すものとなる。図21のシーケンスを実現するために、装置1の制御部11は、t=0に対応するタイミングで角周波数がωC1+ωB1の送信波を装置2に送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=t及びt=2tに対応するタイミングで、角周波数がωC2+ωB2の送信波を送信する。 FIG. 21 shows this sequence. When realizing the sequence of FIG. 21, the broken line portion of FIG. 6 is shown in FIG. 22, for example. In order to realize the sequence of FIG. 21, the control unit 11 of the device 1 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C1 + ω B1 to the device 2 at a timing corresponding to t = 0. The control unit 21 of the device 2 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C2 + ω B2 at a timing corresponding to t = t 0 and t = 2t 0 immediately after receiving the transmitted wave.

更に、装置1の制御部11は、t=Tに対応するタイミングで角周波数がωC1−ωB1の送信波を送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=t+T及びt=2t+Tに対応するタイミングで、角周波数がωC2−ωB2の送信波を送信する。 Further, the control unit 11 of the device 1 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C1- ω B1 at a timing corresponding to t = T. The control unit 21 of the device 2 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C2- ω B2 at a timing corresponding to t = t 0 + T and t = 2t 0 + T immediately after receiving the transmitted wave.

こうして、図21に示すように、装置2の制御部21は、時間t=0における受信信号に基づいて位相θH1(t)を取得し、時間t=Tにおける受信信号に基づいて位相θL1(t+T)を取得する。 Thus, as shown in FIG. 21, the control unit 21 of the device 2 acquires the phase θ H1 (t) based on the received signal at time t = 0, and the phase θ L1 based on the received signal at time t = T. Get (t + T).

また、装置1の制御部11は、時間t=t及びt=2tにおける受信信号に基づいて位相θH2(t+t)及びθH2(t+2t)を取得し、時間t=t+T及びt=2t+Tにおける受信信号に基づいて位相θL2(t+t+T)及びθL2(t+2t+T)を取得する。 The control unit 11 of the apparatus 1 acquires the phase θ H2 (t + t 0) and θ H2 (t + 2t 0) on the basis of the received signal in the time t = t 0 and t = 2t 0, time t = t 0 + T And the phases θ L2 (t + t 0 + T) and θ L2 (t + 2t 0 + T) are acquired based on the received signal at t = 2t 0 + T.

図21に示す4回交番シーケンスで位相を計測した装置1及び装置2の一方は、自機において取得した位相情報を、装置1及び装置2の他方に送信する。装置1及び装置2のうち位相情報の提供を受けた装置は、上記(122)式の演算によって、距離を算出する。こうして、図21の4回交番シーケンスを採用した場合においても、伝搬遅延成分のみを抽出して、正確な測距が可能である。 One of the devices 1 and 2 whose phase is measured by the four-time alternating sequence shown in FIG. 21 transmits the phase information acquired by the own device to the other of the devices 1 and 2. Of the devices 1 and 2, the device for which the phase information is provided calculates the distance by the calculation of the above equation (122). In this way, even when the four-fold alternating sequence shown in FIG. 21 is adopted, it is possible to extract only the propagation delay component and perform accurate distance measurement.

本実施の形態を採用して測距を行う場合の通信シーケンスは、図20のA1期間の長さとA2期間の長さとを入れ替え、B1期間の長さとB2期間の長さとを入れ替えたものに相当する。従って、本実施の形態においても、測距に必要な通信時間を短縮可能である。 The communication sequence in the case of performing distance measurement by adopting this embodiment corresponds to the one in which the length of the A1 period and the length of the A2 period in FIG. 20 are exchanged, and the length of the B1 period and the length of the B2 period are exchanged. do. Therefore, also in this embodiment, the communication time required for distance measurement can be shortened.

また、本実施の形態における4回交番シーケンスにおいても、最大測距距離は、8回交番シーケンスの最大測距距離の2倍であり、上記(61)式により距離を求める場合と同じ最大測距距離が得られることは明らかである。 Further, also in the four-time alternation sequence in the present embodiment, the maximum distance measurement distance is twice the maximum distance measurement distance in the eight-time alternation sequence, which is the same maximum distance measurement as when the distance is calculated by the above equation (61). It is clear that the distance can be obtained.

このように本実施の形態においては、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

なお、一般的に、無線送受信装置においては、受信時消費電力よりも送信時消費電力の方が大きい。従って、第1の実施の形態においては装置1の方が装置2よりも測距のための通信に必要な消費電力が大きく、第2の実施の形態においては装置2の方が装置1よりも測距のための通信に要する消費電力が大きい。従って、2つの装置1,2のうち消費電力を低減したい装置がいずれの装置であるかに応じて第1及び第2の実施の形態のいずれを採用するかを決定すればよい。例えば、装置1が固定装置、装置2がバッテリで駆動される携帯装置の場合等においては、装置2の消費電力が小さい第1の実施の形態を採用した方がよい。
(第3の実施の形態)
図23及び図24は本発明の第3の実施の形態を説明するための説明図である。図23及び図24は通信時間を短縮するための伝送シーケンスを示している。本実施の形態におけるハードウェア構成は第1の実施の形態と同様である。本実施の形態は、第1及び第2の実施の形態における4回交番シーケンスに対して送信順序が異なる4回交番シーケンスを採用した点が第1及び第2の実施の形態と異なるのみである。
In general, in a wireless transmitter / receiver, the power consumption at the time of transmission is larger than the power consumption at the time of reception. Therefore, in the first embodiment, the device 1 consumes more power required for communication for distance measurement than the device 2, and in the second embodiment, the device 2 consumes more power than the device 1. The power consumption required for communication for distance measurement is large. Therefore, it is sufficient to decide which of the first and second embodiments is adopted depending on which of the two devices 1 and 2 is the device whose power consumption is desired to be reduced. For example, in the case where the device 1 is a fixed device and the device 2 is a portable device driven by a battery, it is better to adopt the first embodiment in which the power consumption of the device 2 is small.
(Third Embodiment)
23 and 24 are explanatory views for explaining the third embodiment of the present invention. 23 and 24 show a transmission sequence for shortening the communication time. The hardware configuration in this embodiment is the same as that in the first embodiment. The present embodiment is different from the first and second embodiments only in that it employs a four-time alternating sequence in which the transmission order is different from the four-time alternating sequence in the first and second embodiments. ..

本実施の形態の伝送シーケンスにおいても、図16に示すように、装置1は2つの送信波ωC1+ωB1,ωC1−ωB1を生成して送信し、装置2は2つの送信波ωC2+ωB2,ωC2−ωB2を生成して送信する。 Also in the transmission sequence of the present embodiment, as shown in FIG. 16, the device 1 two transmission waves omega C1 + omega B1, and generates and transmits a omega C1 - [omega] B1, device 2 two transmission waves omega C2 + Ω B2 and ω C2 −ω B2 are generated and transmitted.

第1の実施の形態の(116)式を求めるために求めた2×(113)式−(112)式の値と、第2の実施の形態の(122)式を求めるために求めた2×(118)式−(119)式の値とは、いずれも同一の値(θτH1+θτH2)である。 The values of the 2 × (113) − (112) equations obtained to obtain the (116) equation of the first embodiment and the 2 obtained to obtain the (122) equation of the second embodiment. The values of the formulas × (118) and − (119) are all the same value (θ τH1 + θ τH2 ).

同様に、第1の実施の形態の(116)式を求めるために求めた2×(115)式−(114)式の値と、第2の実施の形態の(122)式を求めるために求めた2×(120)式−(121)式の値とは、いずれも同一の値(θτL1+θτL2)である。 Similarly, in order to obtain the values of the 2 × (115) − (114) equations obtained to obtain the (116) equation of the first embodiment and the (122) equation of the second embodiment. The obtained values of the formulas 2 × (120) − (121) are all the same value (θ τL1 + θ τL2 ).

従って、{2×(113)式−(112)式}と{2×(118)式−(119)式}とを入れ替え、(118)式、(119)式、(114)式及び(115)式を用いて得られる下記(116a)式を用いても、(116)式及び(122)式と同様の結果を得ることができる。
θH1(t)+2θH2(t+t)−θH2(t+2t)−{θL2(t+2t+T)+2θL1(t+t+T)−θL1(t+T)}
=(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)=2×(ωB1+ωB2)τ …(116a)
また、同様に、{2×(115)式−(114)式}と{2×(120)式−(121)式}とを入れ替え、(112)式、(113)式、(120)式及び(121)式を用いて得られる下記(116b)式を用いても、(116)式及び(122)式と同様の結果を得ることができる。
θH2(t+2t)+2θH1(t+t)−θH1(t)−{θL1(t+T)+2θL2(t+t+T)−θL2(t+2t+T)}
=(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)=2×(ωB1+ωB2)τ …(116b)
図23は(116b)式を用いた場合の4回交番シーケンスを示している。また、図24は(116a)式を用いた場合の4回交番シーケンスを示している。
Therefore, {2 × (113) equation − (112) equation} and {2 × (118) equation − (119) equation} are exchanged, and (118) equation, (119) equation, (114) equation and (115) equation are exchanged. The same results as those of the equations (116) and (122) can be obtained by using the following equation (116a) obtained by using the equation (116).
θ H1 (t) + 2 θ H2 (t + t 0 ) -θ H2 (t + 2t 0 )-{θ L2 (t + 2t 0 + T) + 2θ L1 (t + t 0 + T) -θ L1 (t + T)}
= (Θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 ) = 2 × (ω B1 + ω B2 ) τ 1 … (116a)
Similarly, the {2 × (115) equation- (114) equation} and the {2 × (120) equation − (121) equation} are exchanged, and the (112) equation, the (113) equation, and the (120) equation are replaced. And the following equation (116b) obtained by using the equation (121) can also be used to obtain the same result as the equations (116) and (122).
θ H2 (t + 2t 0 ) + 2θ H1 (t + t 0 ) -θ H1 (t)-{θ L1 (t + T) + 2θ L2 (t + t 0 + T) -θ L2 (t + 2t 0 + T)}
= (Θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 ) = 2 × (ω B1 + ω B2 ) τ 1 … (116b)
FIG. 23 shows a four-time alternation sequence when the equation (116b) is used. Further, FIG. 24 shows a four-time alternation sequence when the equation (116a) is used.

図23の例では、装置1の制御部11は、t=0及びt=tに対応するタイミングで角周波数がωC1+ωB1の送信波を装置2に送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=2tに対応するタイミングで、角周波数がωC2+ωB2の送信波を送信する。 In the example of FIG. 23, the control unit 11 of the device 1 transmits the transmitted wave having an angular frequency of ω C1 + ω B1 to the device 2 at the timing corresponding to t = 0 and t = t 0. The control unit 21 of the device 2 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C2 + ω B2 at a timing corresponding to t = 2t 0 immediately after receiving the transmitted wave.

更に、装置1の制御部11は、t=Tに対応するタイミングで角周波数がωC1−ωB1の送信波を送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=t+T及びt=2t+Tに対応するタイミングで、角周波数がωC2−ωB2の送信波を送信する。 Further, the control unit 11 of the device 1 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C1- ω B1 at a timing corresponding to t = T. The control unit 21 of the device 2 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C2- ω B2 at a timing corresponding to t = t 0 + T and t = 2t 0 + T immediately after receiving the transmitted wave.

こうして、図23に示すように、装置2の制御部21は、時間t=0及びt=tにおける受信信号に基づいて位相θH1(t)及びθH1(t+t)を取得し、時間t=Tにおける受信信号に基づいて位相θL1(t+T)を取得する。 In this way, as shown in FIG. 23, the control unit 21 of the device 2 acquires the phases θ H1 (t) and θ H1 (t + t 0 ) based on the received signals at the times t = 0 and t = t 0, and obtains the time. The phase θ L1 (t + T) is acquired based on the received signal at t = T.

また、装置1の制御部11は、時間t=2tにおける受信信号に基づいて位相θH2(t+2t)を取得し、時間t=t+T及びt=2t+Tにおける受信信号に基づいて位相θL2(t+t+T)及びθL2(t+2t+T)を取得する。 Further, the control unit 11 of the device 1 acquires the phase θ H2 (t + 2t 0 ) based on the received signal at time t = 2t 0, and is based on the received signal at time t = t 0 + T and t = 2t 0 + T. Acquire the phases θ L2 (t + t 0 + T) and θ L2 (t + 2t 0 + T).

装置1,2において求めたこれらの位相を元に(116b)式を用いて、距離の算出が可能である。 The distance can be calculated by using the equation (116b) based on these phases obtained in the devices 1 and 2.

また、図24の例では、装置1の制御部11は、t=0に対応するタイミングで角周波数がωC1+ωB1の送信波を装置2に送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=t及びt=2tに対応するタイミングで、角周波数がωC2+ωB2の送信波を送信する。 Further, in the example of FIG. 24, the control unit 11 of the device 1 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C1 + ω B1 to the device 2 at a timing corresponding to t = 0. The control unit 21 of the device 2 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C2 + ω B2 at a timing corresponding to t = t 0 and t = 2t 0 immediately after receiving the transmitted wave.

更に、装置1の制御部11は、t=T及びt=t+Tに対応するタイミングで角周波数がωC1−ωB1の送信波を送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=2t+Tに対応するタイミングで、角周波数がωC2−ωB2の送信波を送信する。 Furthermore, the control unit 11 of the device 1 is the angular frequency at a timing corresponding to t = T and t = t 0 + T transmits a transmission wave ω C1B1. Control unit 21 of the apparatus 2, at a timing corresponding to the immediately following reception of the transmitted wave t = 2t 0 + T, is the angular frequency to transmit the transmission wave ω C2B2.

こうして、図24に示すように、装置2の制御部21は、時間t=0における受信信号に基づいて位相θH1(t)を取得し、時間t=T及びt=t+Tにおける受信信号に基づいて位相θL1(t+T)及びθL1(t+t+T)を取得する。 In this way, as shown in FIG. 24, the control unit 21 of the device 2 acquires the phase θ H1 (t) based on the received signal at time t = 0, and the received signal at time t = T and t = t 0 + T. The phases θ L1 (t + T) and θ L1 (t + t 0 + T) are acquired based on.

また、装置1の制御部11は、時間t=t及びt=2tにおける受信信号に基づいて位相θH2(t+t)及びθH2(t+2t)を取得し、時間t=2t+Tにおける受信信号に基づいて位相θL2(t+2t+T)を取得する。 Further, the control unit 11 of the device 1 acquires the phases θ H2 (t + t 0 ) and θ H2 (t + 2t 0 ) based on the received signals at the time t = t 0 and t = 2t 0 , and the time t = 2t 0 + T. The phase θ L2 (t + 2t 0 + T) is acquired based on the received signal in.

装置1,2において求めたこれらの位相を元に(116a)式を用いて、距離の算出が可能である。 The distance can be calculated by using the equation (116a) based on these phases obtained in the devices 1 and 2.

他の構成及び作用は第1及び第2の実施の形態と同様である。 Other configurations and operations are similar to those of the first and second embodiments.

このように本実施の形態においても、第1及び第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(第4の実施の形態)(6回交番シーケンス)
図25及び図26は本発明の第4の実施の形態を説明するための説明図である。図25及び図26は通信時間を短縮するための伝送シーケンスを示している。本実施の形態におけるハードウェア構成は第1の実施の形態と同様である。本実施の形態は、4回交番シーケンスと略同様の通信時間で測距が可能な6回交番シーケンスを採用した点が第1から第3の実施の形態と異なる。
As described above, in the present embodiment as well, the same effects as those in the first and second embodiments can be obtained.
(Fourth Embodiment) (6 times alternating sequence)
25 and 26 are explanatory views for explaining a fourth embodiment of the present invention. 25 and 26 show a transmission sequence for reducing the communication time. The hardware configuration in this embodiment is the same as that in the first embodiment. The present embodiment is different from the first to third embodiments in that a six-time police box sequence capable of measuring a distance in substantially the same communication time as the four-time police box sequence is adopted.

図25に示すように、この伝送シーケンスにおいては、装置1は送信波ωC1+ωB1を生成して送信し、装置2は送信波ωC2+ωB2を生成して送信し、装置1は送信波ωC1+ωB1を生成して再度送信する。次いで、装置1はωC1−ωB1を生成して送信し、装置2はωC2−ωB2を生成して送信し、装置1は送信波ωC1−ωB1を生成して再度送信する。このように、図25及び図26の伝送シーケンスは、送信が6回交番して行われるので、6回交番シーケンスというものとする。 As shown in FIG. 25, in this transmission sequence, the device 1 generates and transmits the transmission wave ω C1 + ω B1 , the device 2 generates and transmits the transmission wave ω C2 + ω B2, and the device 1 generates and transmits the transmission wave ω C2 + ω B2. Generate ω C1 + ω B1 and send it again. Next, the device 1 generates and transmits ω C1- ω B1 , the device 2 generates and transmits ω C2- ω B2 , and the device 1 generates and transmits the transmission wave ω C1- ω B1 again. As described above, the transmission sequence of FIGS. 25 and 26 is referred to as a 6-time alternating sequence because the transmission is performed by alternating 6 times.

図15の伝送シーケンスを示す(98)式においては、装置2から装置1に計4回の送信が行われているが、時間t=tとt=Dの送信波は、装置1での位相計測時間が異なるだけで同一の信号である。また、同様に、装置2からの時間t=t+Tとt=D+Tの送信波は、装置1での位相計測時間が異なるだけで同一の信号である。そこで、本実施の形態においては、これらの送信波を1回に纏めて送信することで、送信時間を短縮するようになっている。即ち、(98)式において、D=tとすると、下記(98’)式が導かれる。
θH1(t)+2θH2(t+t)+θH1(t+2t
−{θL1(t+T)+2θL2(t+t+T)+θL1(t+2t+T)}
=2{(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)}=4×(ωB1+ωB2)τ …(98’)
この(98’)式は、6回交番シーケンスによっても、上述した8回交番シーケンスを示す(98)式と同様に、装置1,2において求めた位相差の加算によって、遅延時間τ、即ち、装置1,2間の距離を、正確に測距することができることを示している。
In the equation (98) showing the transmission sequence of FIG. 15, the transmission from the device 2 to the device 1 is performed a total of four times, but the transmission wave at time t = t 0 and t = D is transmitted by the device 1. The signals are the same except that the phase measurement time is different. Similarly, the transmitted waves of time t = t 0 + T and t = D + T from the device 2 are the same signal except that the phase measurement time in the device 1 is different. Therefore, in the present embodiment, the transmission time is shortened by transmitting these transmitted waves at once. That is, in the equation (98), if D = t 0 , the following equation (98') is derived.
θ H1 (t) + 2 θ H2 (t + t 0 ) + θ H1 (t + 2t 0 )
− {Θ L1 (t + T) + 2θ L2 (t + t 0 + T) + θ L1 (t + 2t 0 + T)}
= 2 {(θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 )} = 4 × (ω B1 + ω B2 ) τ 1 … (98')
This equation (98') has a delay time τ 1 , that is, by adding the phase difference obtained in the devices 1 and 2 even by the 6-fold alternation sequence and the same as the equation (98) showing the 8-fold alternation sequence described above. , It is shown that the distance between the devices 1 and 2 can be accurately measured.

図26はこのシーケンスを示している。図26のシーケンスを実現するために、装置1の制御部11は、t=0に対応するタイミングで角周波数がωC1+ωB1の送信波を装置2に送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=tに対応するタイミングで、角周波数がωC2+ωB2の送信波を送信する。装置1の制御部11は、この送信波の受信直後のt=2tに対応するタイミングで、角周波数がωC1+ωB1の送信波を再度送信する。 FIG. 26 shows this sequence. In order to realize the sequence of FIG. 26, the control unit 11 of the device 1 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C1 + ω B1 to the device 2 at a timing corresponding to t = 0. The control unit 21 of the device 2 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C2 + ω B2 at a timing corresponding to t = t 0 immediately after receiving the transmitted wave. The control unit 11 of the device 1 retransmits the transmitted wave having an angular frequency of ω C1 + ω B1 at the timing corresponding to t = 2t 0 immediately after receiving the transmitted wave.

更に、装置1の制御部11は、t=Tに対応するタイミングで角周波数がωC1−ωB1の送信波を送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=t+Tに対応するタイミングで、角周波数がωC2−ωB2の送信波を送信する。装置1の制御部11は、この送信波の受信直後のt=2t+Tに対応するタイミングで、角周波数がωC1−ωB1の送信波を再度送信する。 Further, the control unit 11 of the device 1 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C1- ω B1 at a timing corresponding to t = T. The control unit 21 of the device 2 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C2- ω B2 at a timing corresponding to t = t 0 + T immediately after receiving the transmitted wave. The control unit 11 of the device 1 retransmits the transmitted wave having an angular frequency of ω C1ω B1 at the timing corresponding to t = 2t 0 + T immediately after receiving the transmitted wave.

こうして、図26に示すように、装置2の制御部21は、時間t=0及びt=2tにおける受信信号に基づいて位相θH1(t)及びθH1(t+2t)を取得し、時間t=T及びt=2t+Tにおける受信信号に基づいて位相θL1(t+T)及びθL1(t+2t+T)を取得する。 In this way, as shown in FIG. 26, the control unit 21 of the device 2 acquires the phases θ H1 (t) and θ H1 (t + 2t 0 ) based on the received signals at the times t = 0 and t = 2t 0, and obtains the time. The phases θ L1 (t + T) and θ L1 (t + 2t 0 + T) are acquired based on the received signals at t = T and t = 2t 0 + T.

また、装置1の制御部11は、時間t=tにおける受信信号に基づいて位相θH2(t+t)を取得し、時間t=t+Tにおける受信信号に基づいて位相θL2(t+t+T)を取得する。 The control unit 11 of the apparatus 1, the time t = acquires phase theta H2 a (t + t 0) on the basis of the received signal at t 0, the phase theta L2 based on the received signal in the time t = t 0 + T (t + t 0 + T) is acquired.

6回交番シーケンスで位相を計測した装置1及び装置2の一方は、自機において取得した位相情報を、装置1及び装置2の他方に送信する。装置1及び装置2のうち位相情報の提供を受けた装置は、上記(98’)式の演算によって、距離を算出する。こうして、6回交番シーケンスを採用した場合においても、伝搬遅延成分のみを抽出して、正確な測距が可能である。 One of the devices 1 and 2 whose phase is measured in the 6-time alternation sequence transmits the phase information acquired by the own device to the other of the devices 1 and 2. Of the devices 1 and 2, the device for which the phase information is provided calculates the distance by the calculation of the above equation (98'). In this way, even when the 6-time alternation sequence is adopted, it is possible to extract only the propagation delay component and perform accurate distance measurement.

なお、6回交番シーケンスでの測距に必要な通信時間は、4回交番シーケンスでの測距に必要な通信時間と略同様である。
(最大測距距離の2倍化)
ところで、6回交番シーケンスを示す(98’)式では、上記(99)式及び(100)式と同様の式が成立し、検出可能な最大測距距離は、4回交番シーケンスの1/2となる。しかし、式の変形によって最大測距距離を4回交番シーケンスと同じ距離に伸ばすことが可能である。以下、この方法について説明する。
The communication time required for distance measurement in the 6-time alternation sequence is substantially the same as the communication time required for distance measurement in the 4-time alternation sequence.
(Double the maximum distance measurement distance)
By the way, in the equation (98') showing the 6-fold alternation sequence, the same equations as the above equations (99) and (100) are established, and the maximum detectable distance measurement distance is 1/2 of the 4-fold alternation sequence. It becomes. However, it is possible to extend the maximum ranging distance to the same distance as the four-time alternation sequence by modifying the equation. Hereinafter, this method will be described.

装置2において装置1からの送信波の受信後に送信波を装置1に送信する場合を示す上記(84)式と、距離推定誤差要因を除去するために用いた上記(90)との差分を計算すると、下記(101)式が得られる。
θH1(t)+θH2(t+t)−θH1(t+t+D)−θH2(t+D)=2{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(101)
同様に、(86)式−(94)式を計算すると、下記(102)式が得られる。
θL1(t)+θL2(t+t)−θL1(t+t+D)−θL2(t+D)=2{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(102)
(102)式の左辺のtに固定遅延Tを加えても右辺は一定なので、(103)式が得られる。
θL1(t+T)+θL2(t+t+T)−θL1(t+t+D+T)−θL2(t+D+T)
=2{−(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(103)
式(101)−式(103)を計算すると、下記(104)式が得られる。
θH1(t)+θH2(t+t)−θH1(t+t+D)−θH2(t+D)
−θL1(t+T)−θL2(t+t+T)+θL1(t+t+D+T)+θL2(t+D+T)=4(ωB1−ωB2)t …(104)
この(104)式において、D=tとすると、下記(110)式が得られる。
θH1(t)−θH1(t+2t)−θL1(t+T)+θL1(t+2t+T)=4(ωB1−ωB2)t …(110)
この(110)式の結果は、2πの剰余系で求まる。(110)式の左辺をSとおくと整数nを用いて、下記(105)式が得られる。
(ωB1−ωB2)t=(S/4)+(nπ/2) …(105)
(105)式の(ωB1−ωB2)tはπ/2周期の不確定性をもつ。
Calculate the difference between the above equation (84) showing the case where the transmitted wave is transmitted to the device 1 after receiving the transmitted wave from the device 1 in the device 2 and the above (90) used to eliminate the distance estimation error factor. Then, the following equation (101) is obtained.
θ H1 (t) + θ H2 (t + t 0 ) -θ H1 (t + t 0 + D) -θ H2 (t + D) = 2 {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (101)
Similarly, when the equations (86)-(94) are calculated, the following equation (102) is obtained.
θ L1 (t) + θ L2 (t + t 0 ) -θ L1 (t + t 0 + D) -θ L2 (t + D) = 2 {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (102) )
Since the right side is constant even if the fixed delay T is added to t on the left side of equation (102), equation (103) can be obtained.
θ L1 (t + T) + θ L2 (t + t 0 + T) -θ L1 (t + t 0 + D + T) -θ L2 (t + D + T)
= 2 {-(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (103)
By calculating Equation (101) -Equation (103), the following equation (104) is obtained.
θ H1 (t) + θ H2 (t + t 0 ) -θ H1 (t + t 0 + D) -θ H2 (t + D)
−θ L1 (t + T) −θ L2 (t + t 0 + T) + θ L1 (t + t 0 + D + T) + θ L2 (t + D + T) = 4 (ω B1 −ω B2 ) t 0 … (104)
In this equation (104), when D = t 0 , the following equation (110) is obtained.
θ H1 (t) -θ H1 (t + 2t 0 ) -θ L1 (t + T) + θ L1 (t + 2t 0 + T) = 4 (ω B1- ω B2 ) t 0 ... (110)
The result of Eq. (110) can be obtained by the remainder system of 2π. If the left side of equation (110) is set to S 4, the following equation (105) can be obtained using the integer n 4.
(Ω B1 -ω B2) t 0 = (S 4/4) + (n 4 π / 2) ... (105)
(Ω B1- ω B2 ) t 0 in Eq. (105) has an uncertainty of π / 2 period.

装置の設計値として、ベースバンド用ローカル周波数を5[MHz]、送受信間の周波数誤差を最大±40[ppm]、遅延tを0.1[ms]とした場合、360°×(5×10×±40[ppm])=±7.2°となる。即ち、上記(105)式の左辺は−π/4〜π/4[rad]=−45〜45°に収まることが明らかであり、不確定性を排除することができることが分かる。従って、−π〜π[rad]の間で求めたSを用いて、下記(111)式が得られる。
(ωB1−ωB2)t=S/4 …(111)
このように(111)式によって、(ωB1−ωB2)tを一意に求めることができる。
As the design values of the device, when the baseband local frequency is 5 [MHz], the maximum frequency error between transmission and reception is ± 40 [ppm], and the delay t 0 is 0.1 [ms], 360 ° × (5 ×) 10 6 × ± 40 [ppm] ) = a ± 7.2 °. That is, it is clear that the left side of the above equation (105) is within −π / 4 to π / 4 [rad] = 45 to 45 °, and it can be seen that uncertainty can be eliminated. Therefore, the following equation (111) can be obtained by using S 4 obtained between −π and π [rad].
(Ω B1 -ω B2) t 0 = S 4/4 ... (111)
In this way, (ω B1- ω B2 ) t 0 can be uniquely obtained by the equation (111).

次に、(88)式に、(20)式、(30)式、(40)式及び(50)式を代入して、τ=τとすると、下記(107)式が得られる。
θH1(t)+θH2(t+t)−{θL1(t+T)+θL2(t+t+T)}
=2(ωB1+ωB2)τ+2(ωB1−ωB2)t …(107)
この(107)式は2πの剰余系で求まるので、左辺の値をSとすると、整数nを用いて、下記(108)式が得られる。
(ωB1+ωB2)τ=S/2+(ωB1−ωB2)t+nπ …(108)
(111)式から(ωB1−ωB2)tを一意に求めることができるので、この(111)式を(108)式に代入することにより、(ωB1+ωB2)τを、π周期の不確定性をもって求めることができる。
Next, by substituting the equations (20), (30), (40) and (50) into the equation (88) and setting τ 1 = τ 2 , the following equation (107) is obtained.
θ H1 (t) + θ H2 (t + t 0 )-{θ L1 (t + T) + θ L2 (t + t 0 + T)}
= 2 (ω B1 + ω B2 ) τ 1 +2 (ω B1 −ω B2 ) t 0 … (107)
Since this equation (107) can be obtained by the remainder system of 2π, if the value on the left side is S 6 , the following equation (108) can be obtained using the integer n 6.
(Ω B1 + ω B2) τ 1 = S 6/2 + (ω B1 -ω B2) t 0 + n 6 π ... (108)
Since (ω B1- ω B2 ) t 0 can be uniquely obtained from Eq. (111), by substituting this Eq. (111) into Eq. (108), (ω B1 + ω B2 ) τ 1 can be changed to π. It can be obtained with the uncertainty of the cycle.

即ち、τ=(R/c)であるから、(98’)式を直接計算する代わりに、(110)式と(111)式から(ωB1−ωB2)tを求め、(107)式に代入して(ωB1+ωB2)τを計算することにより、最大測距距離を8回交番シーケンスの倍、即ち、4回交番シーケンスと同様に、上記(61)式により距離を求める場合と同じ最大測距距離まで延ばすことができる。 That is, since τ 1 = (R / c), instead of directly calculating the equation (98'), (ω B1- ω B2 ) t 0 is obtained from the equations (110) and (111), and (107). ) By substituting into equation (ω B1 + ω B2 ) τ 1 , the maximum distance measurement distance is doubled of the 8-time alternation sequence, that is, the distance is calculated by the above equation (61) in the same manner as the 4-fold alternation sequence. It can be extended to the same maximum distance measurement distance as required.

(110)式を得るにはθH1(t),θH1(t+2t),θL1(t+T),θL1(t+2t+T)を検出し、式(107)を得るにはθH1(t),θH2(t+t),θL1(t+T),θL2(t+t+T)を検出する必要がある。これはすなわち、図26に示した6回交番シーケンスで位相を計測することにより、4回交番シーケンスの最大測距距離まで測距できることを示している。 To obtain equation (110), θ H1 (t), θ H1 (t + 2t 0 ), θ L1 (t + T), θ L1 (t + 2t 0 + T) are detected, and to obtain equation (107), θ H1 (t). ), θ H2 (t + t 0 ), θ L1 (t + T), θ L2 (t + t 0 + T). This means that by measuring the phase in the 6-fold alternation sequence shown in FIG. 26, the distance can be measured up to the maximum distance measurement distance in the 4-fold alternation sequence.

このように本実施の形態においても、6回交番シーケンスを採用して、正確な測距が可能であり、8回交番シーケンスに比べて約6/8倍に通信時間を短縮することが可能である。また、6回交番シーケンスにおいても、最大測距距離を上記(61)式により距離を求める場合と同じ最大測距距離まで延ばすことができる。
(送受信周波数の一般化)
次に、送受信周波数を一般化する例について説明する。
(8回交番シーケンスで位相計算を一度に計算する場合の周波数の一般化)
送信波がω+ω、ω−ωの場合には、上記(84)式、(20)式及び(30)式が得られる。
θH1(t)+θH2(t+t)=θτH1+θτH2+{(ωB1−ωB2)+(ωC1−ωC2)}t …(84)
θτH1=(ωC1+ωB1)τ …(20)
θτH2=(ωC2+ωB2)τ …(30)
角周波数を一般化して、装置1の送信波をωC1+ωH1、ωC1+ωL1とし、装置2の送信波の角周波数をωC2+ωH2、ωC2+ωL2と置き換えた場合、下記(123)式〜(130)式が成立する。なお、上記一般化した角周波数における検出位相は、Θ(t)と表記する。
ΘH1(t)+ΘH2(t+t)=ΘτH1+ΘτH2+(ωH1−ωH2)t+(ωC1−ωC2)t …(123)
ΘH1(t+t+D)+ΘH2(t+D)=ΘτH1+ΘτH2−(ωH1−ωH2)t−(ωC1−ωC2)t …(124)
ΘL1(t+T)+ΘL2(t+t+T)=ΘτL1+ΘτL2+(ωL1−ωL2)t+(ωC1−ωC2)t …(125)
ΘL1(t+t+D+T)+ΘL2(t+D+T)=ΘτL1+ΘτL2−(ωL1−ωL2)t−(ωC1−ωC2)t …(126)
ΘτH1=(ωC1+ωH1)τ …(127)
ΘτH2=(ωC2+ωH2)τ …(128)
ΘτL1=(ωC1+ωL1)τ …(129)
ΘτL2=(ωC2+ωL2)τ …(130)
よって、(98)式に相当する式は、下記(131)式で与えられる。
ΘH1(t)+ΘH2(t+t)+ΘH1(t+t+D)+ΘH2(t+D)
−{ΘL1(t+T)+ΘL2(t+t+T)+ΘL1(t+t+D+T)+ΘL2(t+D+T)}
=2(ΘτH1−ΘτL1)+2(ΘτH2−ΘτL2
=2(ωH1−ωL1)τ+2(ωH2−ωL2)τ …(131)
ここで、ωH1及びωH2の設計値をωとし、ωL1及びωL2の設計値をωとする。測距システムの目標仕様を考慮すると、ωに対するωH1,ωH2の誤差、ωに対するωL1,ωL2の誤差は、数10[ppm]のオーダーとなり、1m程度の分解能であれば設計値を用いても全く問題がない。τ=τとし、ωH1,ωH2に代えてωを用い、ωL1,ωL2に代えてωを用いて(131)式を改めると、下記(134)式が得られる。
ΘH1(t)+ΘH2(t+t)+ΘH1(t+t+D)+ΘH2(t+D)
−{ΘL1(t+T)+ΘL2(t+t+T)+ΘL1(t+t+D+T)+ΘL2(t+D+T)}
≒4(ω−ω)τ …(134)
この(134)式によってτを求めて、R=cτによって、距離を算出することができる。
(8回交番シーケンスにおいて位相計算を分割する場合の周波数の一般化)
8回交番シーケンスでは、最大測距距離は、(61)式により距離を求める場合の1/2になるものと説明したが、6回交番シーケンスの場合と同様に、位相計算を分割することによって最大測距距離を(61)式により距離を求める場合と同じ距離に延ばすことができる。
As described above, also in this embodiment, the 6-time alternation sequence is adopted to enable accurate distance measurement, and the communication time can be shortened by about 6/8 times as compared with the 8-fold alternation sequence. be. Further, even in the 6-time alternation sequence, the maximum distance measurement distance can be extended to the same maximum distance measurement distance as when the distance is obtained by the above equation (61).
(Generalization of transmission / reception frequency)
Next, an example of generalizing the transmission / reception frequency will be described.
(Generalization of frequency when phase calculation is calculated at once in 8 alternating sequences)
When the transmitted wave is ω C + ω B and ω C −ω B , the above equations (84), (20) and (30) are obtained.
θ H1 (t) + θ H2 (t + t 0 ) = θ τH1 + θ τH2 + {(ω B1- ω B2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 ... (84)
θ τH1 = (ω C1 + ω B1 ) τ 1 ... (20)
θ τH2 = (ω C2 + ω B2 ) τ 2 … (30)
When the angular frequency is generalized so that the transmitted wave of the device 1 is ω C1 + ω H1 and ω C1 + ω L1 and the angular frequency of the transmitted wave of the device 2 is replaced with ω C2 + ω H2 and ω C2 + ω L2 , the following (123) )-Equations (130) are established. The detection phase at the generalized angular frequency is expressed as Θ (t).
Θ H1 (t) + Θ H2 (t + t 0 ) = Θ τ H1 + Θ τ H2 + (ω H1- ω H2) t 0 + (ω C1- ω C2 ) t 0 … (123)
Θ H1 (t + t 0 + D) + Θ H2 (t + D) = Θ τH1 + Θ τH2-H1 −ω H2 ) t 0 − (ω C1 −ω C2 ) t 0 … (124)
Θ L1 (t + T) + Θ L2 (t + t 0 + T) = Θ τ L1 + Θ τ L2 + (ω L1- ω L2) t 0 + (ω C1- ω C2 ) t 0 … (125)
Θ L1 (t + t 0 + D + T) + Θ L2 (t + D + T) = Θ τ L1 + Θ τ L2-L1- ω L2 ) t 0-C1- ω C2 ) t 0 ... (126)
Θ τH1 = (ω C1 + ω H1) τ 1 ... (127)
Θ τH2 = (ω C2 + ω H2) τ 2 ... (128)
Θ τL1 = (ω C1 + ω L1) τ 1 ... (129)
Θ τL2 = (ω C2 + ω L2) τ 2 ... (130)
Therefore, the equation corresponding to the equation (98) is given by the following equation (131).
Θ H1 (t) + Θ H2 (t + t 0 ) + Θ H1 (t + t 0 + D) + Θ H2 (t + D)
-{Θ L1 (t + T) + Θ L2 (t + t 0 + T) + Θ L1 (t + t 0 + D + T) + Θ L2 (t + D + T)}
= 2 (Θ τH1 -Θ τL1) +2 (Θ τH2 -Θ τL2)
= 2 (ω H1 -ω L1 ) τ 1 +2 (ω H2- ω L2 ) τ 2 … (131)
Here, the design values of ω H1 and ω H2 are ω H, and the design values of ω L1 and ω L2 are ω L. Considering the target specification of the distance measuring system, omega omega for H H1, error of omega H2, omega for omega L L1, the error of omega L2 becomes the order of several 10 [ppm], if a resolution of about 1m Design There is no problem using the value. If τ 1 = τ 2 and ω H is used instead of ω H1 and ω H2 , and ω L is used instead of ω L1 and ω L2 , the following equation (134) is obtained.
Θ H1 (t) + Θ H2 (t + t 0 ) + Θ H1 (t + t 0 + D) + Θ H2 (t + D)
-{Θ L1 (t + T) + Θ L2 (t + t 0 + T) + Θ L1 (t + t 0 + D + T) + Θ L2 (t + D + T)}
≒ 4 (ω Hω L ) τ 1 … (134)
Τ 1 can be obtained by this equation (134), and the distance can be calculated by R = cτ 1.
(Generalization of frequency when dividing phase calculation in 8 alternating sequences)
It was explained that in the 8-fold alternation sequence, the maximum distance measurement distance is halved when the distance is calculated by Eq. (61), but as in the case of the 6-fold alternation sequence, the phase calculation is divided. The maximum distance measurement distance can be extended to the same distance as when the distance is calculated by the equation (61).

一般化した角周波数を用いて、(104)式を表すと、下記(135)式となる。
ΘH1(t)+ΘH2(t+t)−ΘH1(t+t+D)−ΘH2(t+D)
−ΘL1(t+T)−ΘL2(t+t+T)+ΘL1(t+t+D+T)+ΘL2(t+D+T)
=2{(ωH1−ωL1)−(ωH2−ωL2)}t …(135)
上記(135)式は2πの剰余系で求まるので、左辺をΣとおくと、整数mを用いて、下記(136)式が得られる。
{(ωH1−ωL1)−(ωH2−ωL2)}t=(Σ/2)+mπ …(136)
ここで、装置の設計値として、ωH1とωL1の角周波数差、ωH2とωL2の角周波数差を2π×10[MHz]とし、送受間の周波数誤差を最大±40[ppm]、遅延tを0.1[ms]とした場合、360°×(10×10×±40[ppm])=±14.4°なので、(136)式の左辺は、−π/2〜π/2[rad]=−90〜90°に収まることが明らかであり不確定性を排除することができる。すなわち、−π〜π[rad]の間で求めたΣをもちいて、下記(137)式が与えられる。
{(ωH1−ωL1)−(ωH2−ωL2)}t=Σ/2 …(137)
こうして、(137)式より、{(ωH1−ωL1)−(ωH2−ωL2)}tを一意に求めることができる。
When equation (104) is expressed using the generalized angular frequency, it becomes equation (135) below.
Θ H1 (t) + Θ H2 (t + t 0 ) -Θ H1 (t + t 0 + D) -Θ H2 (t + D)
−Θ L1 (t + T) −Θ L2 (t + t 0 + T) + Θ L1 (t + t 0 + D + T) + Θ L2 (t + D + T)
= 2 {(ω H1- ω L1 )-(ω H2- ω L2 )} t 0 ... (135)
Since the above equation (135) can be obtained by the remainder system of 2π, if the left side is set to Σ 8 , the following equation (136) can be obtained using the integer m 8.
{(Ω H1 -ω L1) - (ω H2 -ω L2)} t 0 = (Σ 8/2) + m 8 π ... (136)
Here, as the design values of the device, the angular frequency difference between ω H1 and ω L1 and the angular frequency difference between ω H2 and ω L2 are set to 2π × 10 [MHz], and the maximum frequency error between transmission and reception is ± 40 [ppm]. If the delay t 0 and 0.1 [ms], 360 ° × (10 × 10 6 × ± 40 [ppm]) = so ± 14.4 °, (136) type of left side, - [pi] /. 2 to It is clear that π / 2 [rad] = −90 to 90 °, and uncertainty can be eliminated. That is, the following equation (137) is given using Σ 8 obtained between −π and π [rad].
{(Ω H1 -ω L1) - (ω H2 -ω L2)} t 0 = Σ 8/2 ... (137)
In this way, {(ω H1- ω L1 )-(ω H2- ω L2 )} t 0 can be uniquely obtained from the equation (137).

上記(107)式に相当する式は、(134)式の導出時と同様に、下記(138)式として求められる。
ΘH1(t)+ΘH2(t+t)−{ΘL1(t+T)+ΘL2(t+t+T)}
=(ΘτH1−ΘτL1)+(ΘτH2−ΘτL2)+{(ωH1−ωL1)−(ωH2−ωL2)}t
=2(ω−ω)τ+{(ωH1−ωL1)−(ωH2−ωL2)}t …(138)
この(138)式に、(137)式の結果を代入することで、τを求めることができ、距離R=cτ から、距離を求めることができる。この場合には、(134)式により距離を求める場合の2倍の最大測距距離が得られ、(61)式により距離を求める場合と同じ最大測距距離に延ばすことができる。
(6回交番シーケンスで位相計算を分割して計算する場合の周波数の一般化)
上記(135)式において、D=tとすると、下記(139)式が得られる。
ΘH1(t)−ΘH1(t+2t)−ΘL1(t+T)−+ΘL1(t+2t+T)
=2{(ωH1−ωL1)−(ωH2−ωL2)}t …(139)
(139)式の左辺を−π〜π[rad]の間で求めた結果をΣとおくと、上記(137)式の導出時の説明と同様に不確定性を排除することができ、下記(140)式が得られる。
{(ωH1−ωL1)−(ωH2−ωL2)}t=Σ/2 …(140)
この(140)式を、(138)式に代入することで、τを求めることができ、距離R=cτ から、距離を求めることができる。
(4回交番シーケンスで位相計算を一度に計算する場合の周波数の一般化)
同様に、上記(116)式及び(122)式は、角周波数ω,ωの設計値を用いて、それぞれ下記(141)式及び(142)式で表される。
ΘH2(t+2t)+2ΘH1(t+t)−ΘH1(t)−{ΘL2(t+2t+T)+2ΘL1(t+t+T)−ΘL1(t+T)}
≒2(ω−ω)τ …(141)
ΘH1(t)+2ΘH2(t+t)−ΘH2(t+2t)−{ΘL1(t+T)+2ΘL2(t+t+T)−ΘL2(t+2t+T)}
≒2(ω−ω)τ …(142)
これらの(ω−ω)τは、(117)式と同様にπ周期の不確定性をもって算出できる。従って、(141)式や(142)式を用いることで、任意の2波や3波以上を用いた測距にも4回交番シーケンスを適用可能である。
(第5の実施の形態)(3周波短縮交番シーケンス)
図27から図29は本発明の第5の実施の形態を説明するための説明図である。図27から図29は3周波6回交番シーケンスを示している。本実施の形態におけるハードウェア構成は第1の実施の形態と同様である。上述した図9では、3つの送信波を用いた測距によって測距できる距離を延ばす例を説明した。これらの3つの周波数の送信波を4回交番シーケンスと同様の手法によって伝送することが考えられる。図27はこの場合の伝送シーケンスにおいて装置1,2から送信される送信信号を示しており、図28は図27の伝送シーケンスにおける位相検出を示している。
The equation corresponding to the above equation (107) is obtained as the following equation (138) as in the case of deriving the equation (134).
Θ H1 (t) + Θ H2 (t + t 0 )-{Θ L1 (t + T) + Θ L2 (t + t 0 + T)}
= (Θ τH1 -Θ τL1) + (Θ τH2 -Θ τL2) + {(ω H1 -ω L1) - (ω H2 -ω L2)} t 0
= 2 (ω H −ω L ) τ 1 + {(ω H1 −ω L1 ) − (ω H2- ω L2 )} t 0 … (138)
By substituting the result of Eq. (137) into this Eq. (138), τ 1 can be obtained, and the distance can be obtained from the distance R = cτ 1 . In this case, the maximum distance measurement distance that is twice as large as the case where the distance is calculated by the equation (134) can be obtained, and the maximum distance measurement distance can be extended to the same as the case where the distance is calculated by the equation (61).
(Generalization of frequency when phase calculation is divided and calculated in a 6-time alternating sequence)
In the above equation (135), when D = t 0 , the following equation (139) is obtained.
Θ H1 (t) -Θ H1 (t + 2t 0 ) -Θ L1 (t + T)-+ Θ L1 (t + 2t 0 + T)
= 2 {(ω H1- ω L1 )-(ω H2- ω L2 )} t 0 ... (139)
If the result obtained by finding the left side of the equation (139) between −π and π [rad] is Σ 6 , the uncertainty can be eliminated as in the explanation at the time of deriving the equation (137). The following equation (140) can be obtained.
{(Ω H1- ω L1 )-(ω H2- ω L2 )} t 0 = Σ 6 /2… (140)
By substituting this equation (140) into the equation (138), τ 1 can be obtained, and the distance can be obtained from the distance R = cτ 1 .
(Generalization of frequency when phase calculation is calculated at once in a 4-fold alternating sequence)
Similarly, the above equations (116) and (122) are represented by the following equations (141) and (142), respectively, using the design values of the angular frequencies ω H and ω L.
Θ H2 (t + 2t 0 ) +2 Θ H1 (t + t 0 ) -Θ H1 (t)-{Θ L2 (t + 2t 0 + T) + 2Θ L1 (t + t 0 + T) -Θ L1 (t + T)}
≒ 2 (ω Hω L ) τ 1 … (141)
Θ H1 (t) + 2 Θ H2 (t + t 0 ) -Θ H2 (t + 2t 0 )-{Θ L1 (t + T) + 2Θ L2 (t + t 0 + T) -Θ L2 (t + 2t 0 + T)}
≒ 2 (ω H −ω L ) τ 1 … (142)
These (ω Hω L ) τ 1 can be calculated with the uncertainty of the π period as in the equation (117). Therefore, by using the equations (141) and (142), the four-time alternation sequence can be applied to the distance measurement using any two waves or three or more waves.
(Fifth Embodiment) (3 frequency shortened police box sequence)
27 to 29 are explanatory views for explaining the fifth embodiment of the present invention. 27 to 29 show a three-frequency six-time alternation sequence. The hardware configuration in this embodiment is the same as that in the first embodiment. In FIG. 9 described above, an example of extending the distance that can be measured by distance measurement using three transmitted waves has been described. It is conceivable to transmit the transmitted waves of these three frequencies by the same method as the four-time alternating sequence. FIG. 27 shows the transmission signals transmitted from the devices 1 and 2 in the transmission sequence in this case, and FIG. 28 shows the phase detection in the transmission sequence of FIG. 27.

本実施の形態においては、図27に示すように、装置1は送信波ωC1+ωH1を生成して送信し、装置2は送信波ωC2+ωH2を生成して送信し、装置1は送信波ωC1+ωL1を生成して送信し、装置2は送信波ωC2+ωL2を生成して送信する。更に、3波目として、装置1は送信波ωC1+ωM1を生成して送信し、装置2は送信波ωC2+ωM2を生成して送信する。3つの周波数の送信波を6回交番させて伝送するので、以下、図28のシーケンスを3周波6回交番シーケンスという。 In the present embodiment, as shown in FIG. 27, the device 1 generates and transmits the transmission wave ω C1 + ω H1 , the device 2 generates and transmits the transmission wave ω C2 + ω H2 , and the device 1 transmits. The wave ω C1 + ω L1 is generated and transmitted, and the device 2 generates and transmits the transmitted wave ω C2 + ω L2 . Further, as the third wave, the device 1 generates and transmits the transmission wave ω C1 + ω M1 , and the device 2 generates and transmits the transmission wave ω C2 + ω M2 . Since transmission waves of three frequencies are transmitted by alternating them six times, the sequence of FIG. 28 is hereinafter referred to as a three-frequency six-time alternating sequence.

τ=(R/c)を用いて、上記(141)式から下記(143)式が得られる。
(1/2)×ΘH2(t+2t)+2ΘH1(t+t)−ΘH1(t)−{ΘL2(t+2t+T)+2ΘL1(t+t+T)−ΘL1(t+T)}
≒(ω−ω)×(R/c) …(143)
また、これまでの説明と同様に計算すると(144)式が得られるのは明らかである。
(1/2)×ΘM2(t+2t+D)+2ΘM1(t+t+D)−ΘM1(t+D)−{ΘL2(t+2t+T)+2ΘL1(t+t+T)−ΘL1(t+T)}
≒(ω−ω)×(R/c) …(144)
図28に示した3周波6回交番シーケンスにおいて、「装置1が送信波ωC1+ωH1を生成して送信してから、装置2から送信された送信波ωC2+ωH2を受信するまでの部分」で得られた位相から(143)式の左辺を計算でき、この値をΘdetと記す。同様に、「装置1が送信波ωC1+ωL1を生成して送信してから、装置2から送信された送信波ωC2+ωM2を受信するまでの部分」で得られた位相から(144)式の左辺が計算でき、この値をΘdet1と記す。ΘdetとΘdet1を用いれば、図9を用いて説明したのと同様に測距できる距離を延ばすことができる。
Using τ 1 = (R / c), the following equation (143) can be obtained from the above equation (141).
(1/2) × Θ H2 (t + 2t 0 ) + 2Θ H1 (t + t 0 ) −Θ H1 (t)-{Θ L2 (t + 2t 0 + T) +2Θ L1 (t + t 0 + T) −Θ L1 (t + T)}
≒ (ω Hω L ) × (R / c)… (143)
Further, it is clear that the equation (144) can be obtained by calculating in the same manner as the above description.
(1/2) × Θ M2 (t + 2t 0 + D) + 2Θ M1 (t + t 0 + D) -Θ M1 (t + D)-{Θ L2 (t + 2t 0 + T) + 2Θ L1 (t + t 0 + T) -Θ L1 (t + T)}
≒ (ω Mω L ) × (R / c)… (144)
In the three-frequency six-time alternating sequence shown in FIG. 28, "the portion from the device 1 generating and transmitting the transmitted wave ω C1 + ω H1 to the reception of the transmitted wave ω C2 + ω H2 transmitted from the device 2". The left side of equation (143) can be calculated from the phase obtained in ”, and this value is described as Θdet. Similarly, from the phase obtained in "the portion from the device 1 generating and transmitting the transmission wave ω C1 + ω L1 to the reception of the transmission wave ω C2 + ω M2 transmitted from the device 2" (144). The left side of the equation can be calculated, and this value is written as Θdet1. By using Θdet and Θdet1, it is possible to extend the distance that can be measured as described with reference to FIG.

更に、本実施の形態においては、図29に示すように、図28のシーケンスと比べて、3波目の送受信タイミングが異なり、3波目の送信波ωC1+ωM1の送信時間を短縮1回の送信を省略した3周波6回交番シーケンス(以下、3周波短縮交番シーケンスともいう)によって、正確な測距を可能にするものである。すなわち図29では、装置1の制御部11は、t=Dに対応するタイミングで角周波数がωC1+ωM1の送信波を装置2に送信する。装置2の制御部21は、この送信波の受信直後のt=t+Dに対応するタイミングで、角周波数がωC2+ωM2の送信波を送信する。また、装置1の制御部11は、時間t=t+Dにおける受信信号に基づいて位相ΘM2(t+t+D)を取得し、装置2の制御部21は、時間t=Dにおける受信信号に基づいて位相ΘM1(t+D)を取得する。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 29, the transmission / reception timing of the third wave is different from that of the sequence of FIG. 28, and the transmission time of the third wave transmission wave ω C1 + ω M1 is shortened once. Accurate distance measurement is possible by a 3-frequency 6-time police box sequence (hereinafter, also referred to as a 3-frequency shortened police box sequence) that omits the transmission of. That is, in FIG. 29, the control unit 11 of the device 1 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C1 + ω M1 to the device 2 at a timing corresponding to t = D. The control unit 21 of the device 2 transmits a transmitted wave having an angular frequency of ω C2 + ω M2 at a timing corresponding to t = t 0 + D immediately after receiving the transmitted wave. Further, the control unit 11 of the device 1 acquires the phase Θ M2 (t + t 0 + D) based on the received signal at the time t = t 0 + D, and the control unit 21 of the device 2 sets the received signal at the time t = D. Based on this, the phase Θ M1 (t + D) is acquired.

以下、図29の3周波短縮交番シーケンスによって、正確な測距が可能となる理由について説明する。 Hereinafter, the reason why accurate distance measurement is possible by the three-frequency shortened alternating sequence of FIG. 29 will be described.

下記4式は上述した(27)式、(37)式、(47)式及び(57)式を示している。
θH1(t)=−{(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2+θB1−θB2−θτH1} …(27)
θH2(t)=(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2+θB1−θB2+θτH2 …(37)
θL1(t)=−{(ωC1−ωC2)t−(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2−(θB1−θB2)−θτL1} …(47)
θL2(t)=(ωC1−ωC2)t−(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2−(θB1−θB2)+θτL2 …(57)
これらの(27)式、(37)式、(47)式及び(57)式において、装置1の送信波の角周波数をωC1+ωH1、ωC1+ωL1、装置2の送信波の角周波数をωC2+ωH2、ωC2+ωL2と置き換えて一般化した場合、(127)〜(130)式を用いて以下の(201)〜(204)式が成立する。
ΘH1(t)=−{(ωC1−ωC2)t+(ωH1−ωH2)t+(ΘC1−ΘC2)+(ΘH1−ΘH2)−ΘτH1} …(201)
ΘH2(t)=(ωC1−ωC2)t+(ωH1−ωH2)t+(ΘC1−ΘC2)+(ΘH1−ΘH2)+ΘτH2 …(202)
ΘL1(t)=−{(ωC1−ωC2)t+(ωL1−ωL2)t+(ΘC1−ΘC2)+(ΘL1−ΘL2)−ΘτL1} …(203)
ΘL2(t)=(ωC1−ωC2)t+(ωL1−ωL2)t+(ΘC1−ΘC2)+(ΘL1−ΘL2)+ΘτL2 …(204)
同様に、3つ目の角周波数ωC1+ωM1、ωC2+ωM2を用いると、下記(205)式,(206)式が成立することは明らかである。
ΘM1(t)=−{(ωC1−ωC2)t+(ωM1−ωM2)t+(ΘC1−ΘC2)+(ΘM1(t)−ΘM2)−ΘτM1} …(205)
ΘM2(t)=(ωC1−ωC2)t+(ωM1−ωM2)t+(ΘC1−ΘC2)+(ΘM1−ΘM2)+ΘτM2 …(206)
ただし、
ΘτM1=(ωC1+ωM1)τ …(129a)
ΘτM2=(ωC2+ωM2)τ …(130a)
とする。
The following four equations show the above-mentioned equations (27), (37), (47) and (57).
θ H1 (t) =-{(ω C1- ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2- θ τH1 }… (27)
θ H2 (t) = (ω C1 -ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2 + θ τH2 … (37)
θ L1 (t) = - { (ω C1 -ω C2) t- (ω B1 -ω B2) t + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) -θ τL1} ... (47)
θ L2 (t) = (ω C1 -ω C2) t- (ω B1 -ω B2) t + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) + θ τL2 ... (57)
In these equations (27), (37), (47) and (57), the angular frequency of the transmitted wave of the device 1 is ω C1 + ω H1 , ω C1 + ω L1 , and the angular frequency of the transmitted wave of the device 2. Is replaced with ω C2 + ω H2 and ω C2 + ω L2 and generalized, the following equations (201) to (204) are established using equations (127) to (130).
Θ H1 (t) =-{(ω C1- ω C2 ) t + (ω H1- ω H2 ) t + (Θ C1- Θ C2 ) + (Θ H1- Θ H2 ) -Θ τ H1}… (201)
Θ H2 (t) = (ω C1 -ω C2 ) t + (ω H1- ω H2 ) t + (Θ C1- Θ C2 ) + (Θ H1- Θ H2 ) + Θ τ H2… (202)
Θ L1 (t) =-{(ω C1- ω C2 ) t + (ω L1- ω L2 ) t + (Θ C1- Θ C2 ) + (Θ L1- Θ L2 ) -Θ τ L1}… (203)
Θ L2 (t) = (ω C1 -ω C2 ) t + (ω L1- ω L2 ) t + (Θ C1- Θ C2 ) + (Θ L1- Θ L2 ) + Θ τ L2… (204)
Similarly, when the third angular frequencies ω C1 + ω M1 and ω C2 + ω M2 are used, it is clear that the following equations (205) and (206) are established.
Θ M1 (t) =-{(ω C1- ω C2 ) t + (ω M1- ω M2 ) t + (Θ C1- Θ C2 ) + (Θ M1 (t) -Θ M2 ) -Θ τ M1}… (205)
Θ M2 (t) = (ω C1 -ω C2 ) t + (ω M1- ω M2 ) t + (Θ C1- Θ C2 ) + (Θ M1- Θ M2 ) + Θ τ M2… (206)
However,
Θ τM1 = (ω C1 + ω M1) τ 1 ... (129a)
Θ τM2 = (ω C2 + ω M2) τ 2 ... (130a)
And.

上記(201)式〜(206)式の関係から、下記(207)式〜(211)式が成立する。
ΘH1(t)+ΘH2(t+2t)=ΘτH1+ΘτH2+2{(ωC1−ωC2)+(ωH1−ωH2)}t …(207)
ΘH1(t+t)+ΘH2(t+2t)=ΘτH1+ΘτH2+{(ωC1−ωC2)+(ωH1−ωH2)}t …(208)
ΘL1(t+T)+ΘL2(t+2t+T)=ΘτL1+ΘτL2+2{(ωC1−ωC2)+(ωL1−ωL2)}t …(209)
ΘL1(t+t+T)+ΘL2(t+2t+T)=ΘτL1+ΘτL2+{(ωC1−ωC2)+(ωL1−ωL2)}t …(210)
ΘM1(t+D)+ΘM2(t+t+D)=ΘτM1+ΘτM2+{(ωC1−ωC2)+(ωM1−ωM2)}t …(211)
なお、上述したように、装置1内の複数の発振器は共通の基準発振源に同期して発振しており、装置2内の複数の発振器も共通の基準発振源に同期して発振しているものとする。このとき、設計値とした理想的な角周波数をそれぞれω、ω、ωとし、送受間の周波数誤差をkとおくと、次の(212)式が成立する。
k=(ωH1−ωH2)/ω=(ωL1−ωL2)/ω=(ωM1−ωM2)/ω …(212)
このkを用いると、(207)式〜(211)式から下記(213)式及び(214)式が成立する。
ΘH1(t)−ΘH1(t+t)−ΘL1(t+T)+ΘL1(t+t+T)
={(ωH1−ωH2)−(ωL1−ωL2)}t
=k(ω−ω)t …(213)
ΘH1(t+t)+ΘH2(t+2t)−{ΘM1(t+D)+ΘM2(t+t+D)}
=ΘτH1+ΘτH2−ΘτM1+ΘτM2+{(ωH1−ωH2)−(ωM1−ωM2)}t
=ΘτH1+ΘτH2−ΘτM1+ΘτM2+k(ω−ω)t …(214)
ここで装置の設計値として仮に、kを最大±40[ppm]、ω−ωを2π×10[MHz]、遅延tを0.1[ms]とした場合、(213)式の右辺を計算すると±40[ppm]×2π×10[MHz]×0.1[ms])=±0.08πなので、式(213)の左辺は2πの不確定性をもつことなく一意に求まる。すなわちkが±40[ppm]程度あっても、送受信パラメータを適切に選択すれば、式(213)の左辺の2πの不確定性を排除できることがわかる。
From the relationship between the above equations (201) to (206), the following equations (207) to (211) are established.
Θ H1 (t) + Θ H2 (t + 2t 0 ) = Θ τ H1 + Θ τ H2 + 2 {(ω C1- ω C2 ) + (ω H1- ω H2 )} t 0 ... (207)
Θ H1 (t + t 0 ) + Θ H2 (t + 2t 0 ) = Θ τH1 + Θ τH2 + {(ω C1- ω C2 ) + (ω H1- ω H2 )} t 0 … (208)
Θ L1 (t + T) + Θ L2 (t + 2t 0 + T) = Θ τ L1 + Θ τ L2 + 2 {(ω C1- ω C2 ) + (ω L1- ω L2 )} t 0 … (209)
Θ L1 (t + t 0 + T) + Θ L2 (t + 2t 0 + T) = Θ τ L1 + Θ τ L2 + {(ω C1- ω C2 ) + (ω L1- ω L2 )} t 0 … (210)
Θ M1 (t + D) + Θ M2 (t + t 0 + D) = Θ τ M1 + Θ τ M2 + {(ω C1- ω C2 ) + (ω M1- ω M2 )} t 0 … (211)
As described above, the plurality of oscillators in the device 1 oscillate in synchronization with the common reference oscillation source, and the plurality of oscillators in the device 2 also oscillate in synchronization with the common reference oscillation source. It shall be. At this time, if the ideal angular frequencies used as the design values are ω H , ω L , and ω M, and the frequency error between transmission and reception is k, the following equation (212) is established.
k = (ω H1 -ω H2 ) / ω H = (ω L1 -ω L2 ) / ω L = (ω M1 -ω M2 ) / ω M … (212)
When this k is used, the following equations (213) and (214) are established from the equations (207) to (211).
Θ H1 (t) -Θ H1 (t + t 0 ) -Θ L1 (t + T) + Θ L1 (t + t 0 + T)
= {(Ω H1 -ω H2 )-(ω L1- ω L2 )} t 0
= K (ω H −ω L ) t 0 … (213)
Θ H1 (t + t 0 ) + Θ H2 (t + 2t 0 )-{Θ M1 (t + D) + Θ M2 (t + t 0 + D)}
= Θ τH1 + Θ τH2 -Θ τM1 + Θ τM2 + {(ω H1 -ω H2) - (ω M1 -ω M2)} t 0
= Θ τH1 + Θ τH2 -Θ τM1 + Θ τM2 + k (ω H -ω M) t 0 ... (214)
Here, assuming that k is a maximum of ± 40 [ppm], ω H −ω L is 2π × 10 [MHz], and delay t 0 is 0.1 [ms] as the design values of the device, the equation (213) is used. When the right side is calculated, ± 40 [ppm] × 2π × 10 [MHz] × 0.1 [ms]) = ± 0.08π, so the left side of equation (213) can be uniquely obtained without any uncertainty of 2π. .. That is, even if k is about ± 40 [ppm], it can be seen that the uncertainty of 2π on the left side of the equation (213) can be eliminated by appropriately selecting the transmission / reception parameters.

よって、(213)式及び(214)式から次の(215)式が成立する。
ΘH1(t+t)+ΘH2(t+2t)−ΘM1(t+D)−ΘM2(t+t+D)
−(ω−ω)/(ω−ω){ΘH1(t)−ΘH1(t+t)−ΘL1(t+T)+ΘL1(t+t+T)}
=(ΘτH1−ΘτM1)+(ΘτH2−ΘτM2)≒2(ω−ω)τ …(215)
同様に、(207)式〜(211)式から次の(216)式が成立する。
ΘL1(t+t+T)+ΘL2(t+2t+T)−ΘM1(t+D)−ΘM2(t+t+D)
−(ω−ω)/(ω−ω){ΘH1(t)−ΘH1(t+t)−ΘL1(t+T)+ΘL1(t+t+T)}
=(ΘτL1−ΘτM1)+(ΘτL2−ΘτM2)≒2(ω−ω)τ …(216)
また、(201)式〜(204)式の関係から、次の(217)式が成立する。
ΘH2(t+2t)+2ΘH1(t+t)−ΘH1(t)
−{ΘL2(t+2t+T)+2ΘL1(t+t+T)−ΘL1(t+T)}
=(ΘτH1−ΘτL1)+(ΘτH2−ΘτL2)≒2(ω−ω)τ …(217)
すなわち、(215)式、(216)式及び(217)式を用いれば、3つの角周波数ω、ω、ωのいずれの2つの組み合わせによっても測距が可能であることが分かる。
Therefore, the following equation (215) is established from the equations (213) and (214).
Θ H1 (t + t 0 ) + Θ H2 (t + 2t 0 ) -Θ M1 (t + D) -Θ M2 (t + t 0 + D)
-(Ω H- ω M ) / (ω H- ω L ) {Θ H1 (t) -Θ H1 (t + t 0 ) -Θ L1 (t + T) + Θ L1 (t + t 0 + T)}
= (Θ τH1 -Θ τM1) + (Θ τH2 -Θ τM2) ≒ 2 (ω H -ω M) τ 1 ... (215)
Similarly, the following equations (216) are established from the equations (207) to (211).
Θ L1 (t + t 0 + T) + Θ L2 (t + 2t 0 + T) -Θ M1 (t + D) -Θ M2 (t + t 0 + D)
− (Ω L −ω M ) / (ω H −ω L ) {Θ H1 (t) −Θ H1 (t + t 0 ) −Θ L1 (t + T) + Θ L1 (t + t 0 + T)}
= (Θ τL1 -Θ τM1) + (Θ τL2 -Θ τM2) ≒ 2 (ω L -ω M) τ 1 ... (216)
Further, from the relationship between the equations (201) to (204), the following equation (217) is established.
Θ H2 (t + 2t 0 ) +2 Θ H1 (t + t 0 ) -Θ H1 (t)
-{Θ L2 (t + 2t 0 + T) + 2Θ L1 (t + t 0 + T) -Θ L1 (t + T)}
= (Θ τH1 -Θ τL1) + (Θ τH2 -Θ τL2) ≒ 2 (ω H -ω L) τ 1 ... (217)
That is, it can be seen that distance measurement is possible by using any combination of the three angular frequencies ω H , ω L , and ω M by using the equations (215), (216), and (217).

このように本実施の形態においては、4回交番シーケンスと同様の手法によって、3周波を用いた測距が可能である。そして、3周波6回交番シーケンスにより、3通りの測距が可能である。3周波短縮交番シーケンスでは、3つ目の周波数における装置2による位相取得は1回でよく、装置1の送信時間を短縮できる。同様に考えれば、4波以上の場合も同様に短縮することが可能である。また、(213)式は、受信を2回ずつ行った周波数から求めればよく、最初の2つの周波数である必要はない。3つ以上の周波数を用いた場合の、その中の2つの周波数で一方の装置(例えば装置1)が「送送受」とすればよい。これらは上記から容易に類推できるので説明は省略する。
(第6の実施の形態)(位相情報の伝送方法の具体例)
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるハードウェア構成は第1の実施の形態と同様である。
As described above, in the present embodiment, distance measurement using three frequencies is possible by the same method as the four-time alternation sequence. Then, three types of distance measurement are possible by the three-frequency six-time alternating sequence. In the three-frequency shortening alternating sequence, the phase acquisition by the device 2 at the third frequency may be performed only once, and the transmission time of the device 1 can be shortened. Considering the same, it is possible to shorten the case of 4 waves or more in the same manner. Further, the equation (213) may be obtained from the frequencies obtained by receiving twice each, and does not have to be the first two frequencies. When three or more frequencies are used, one device (for example, device 1) may be "transmitted / received" at two of the frequencies. Since these can be easily inferred from the above, the description thereof will be omitted.
(Sixth Embodiment) (Specific Example of Phase Information Transmission Method)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. The hardware configuration in this embodiment is the same as that in the first embodiment.

上記各実施の形態においては、装置1又は装置2の一方が、取得したI,Q信号に基づく位相情報を他方に送信し、他方の装置において装置1,2において求めた位相情報を合成して距離を求める方法を説明した。この場合において、装置1,2の一方が他方において測定した位相情報を入手するために別途データ通信を行うものとすると、データ通信確立のために測距完了までの時間が長引いたりプロトコルが複雑になることが考えられる。本実施の形態は、このようなデータ通信を省略した位相情報の伝送を可能にする具体例を示すものである。 In each of the above embodiments, one of the devices 1 and 2 transmits the phase information based on the acquired I and Q signals to the other, and the other device synthesizes the phase information obtained by the devices 1 and 2. I explained how to find the distance. In this case, if one of the devices 1 and 2 performs data communication separately in order to obtain the phase information measured by the other, the time until the distance measurement is completed is prolonged or the protocol becomes complicated in order to establish the data communication. It is conceivable that This embodiment shows a specific example that enables transmission of phase information without such data communication.

上述した図4及び図5に示すように、装置1は、ITX1,QTX1の入力が可能であり、装置2は、ITX2,QTX2の入力が可能である。上述した(装置2からの角周波数がωC2+ωB2の送信波の送受信)においては、装置2が送信する際にITX2=1,QTX2=0、すなわち半径1、位相0度のIQ信号を与えるものとして説明した。 As shown in FIGS. 4 and 5 described above, the device 1 is capable of input I TX1, Q TX1, apparatus 2 is capable of input I TX2, Q TX2. In the above-mentioned ( transmission / reception of a transmitted wave having an angular frequency of ω C2 + ω B2 from the device 2), when the device 2 transmits, I TX2 = 1, Q TX2 = 0, that is, an IQ signal having a radius of 1 and a phase of 0 degrees. Was explained as giving.

いま、装置2において、入力の半径1は変えずに位相オフセットとしてθD2H又はθD2Lを与えて送信するものとする。このことは送信するキャリア信号の位相をずらすことに相当する。すなわち、装置2が角周波数ωC2+ωB2で送信する場合には、ITX2=cos(θD2H),QTX2=sin(θD2H)を入力し、角周波数ωC2−ωB2で送信する場合には、ITX2=cos(θD2L),QTX2=sin(θD2L)を入力するものとする。以下、この場合の送受信信号について説明する。 Now, in the device 2, it is assumed that θ D2H or θ D2L is given as a phase offset without changing the input radius 1 and transmitted. This corresponds to shifting the phase of the carrier signal to be transmitted. That is, when the device 2 transmits at the angular frequency ω C2 + ω B2 , I TX2 = cos (θ D2H ) and Q TX2 = sin (θ D2H ) are input, and the device 2 transmits at the angular frequency ω C2- ω B2. I TX2 = cos (θ D2L ) and Q TX2 = sin (θ D2L ) are input to. Hereinafter, the transmission / reception signal in this case will be described.

まず、高い角周波数ωC2+ωB2の送信波での位相検出について説明する。角周波数ωC2、ωB2の初期位相をそれぞれθC2、θB2とすると、装置2から送信される角周波数ωC2+ωB2の信号tx2(t)は、下記(301)式にて表される。
tx2(t)=cos(ωC2t+θC2){cos(ωB2t+θB2)cos(θD2H)+sin(ωB2t+θB2)sin(θD2H)}−sin(ωC2t+θC2){sin(ωB2t+θB2)cos(θD2H)−cos(ωB2t+θB2)sin(θD2H)}
=cos(ωC2t+θC2)cos{ωB2t+θB2−θD2H}−sin(ωC2t+θC2)sin{ωB2t+θB2−θD2H
=cos{(ωC2+ωB2)t+θC2+θB2−θD2H} …(301)
装置2、装置1間の距離をR、装置2からの送信波が遅延時間τ後に装置1において受信されるものとすると、その受信信号rx1(t)は、下記(302)式で表される。
rx1(t)=cos{(ωC2+ωB2)(t−τ)+θC2+θB2−θD2H
=cos{(ωC2+ωB2)t+θC2+θB2−θD2H−θτH2} …(302)
なお、θτH2=(ωC2+ωB2)τ …(303)
である。よって上記(29)式及び(30)式と、(302)式及び(303)式との比較から、装置1で検出される位相θH2(t)は、上記(37)式と同様の下記(304)式で与えられることは容易に類推できる。
θH2(t)=(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2+θB1−θB2+θD2H+θτH2 …(304)
次に、低い角周波数ωC2−ωB2の送信波での位相検出について説明する。装置1で検出する位相θL2(t)は、上記(304)式の導出と同様に考えることで、次の(305)式で求めることができる。
θL2(t)=(ωC1−ωC2)t−(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2−(θB1−θB2)+θD2L+θτL2 …(305)
なお、
θτL2=(ωC2−ωB2)τ …(306)
である。
First, phase detection in a transmitted wave having a high angular frequency ω C2 + ω B2 will be described. Assuming that the initial phases of the angular frequencies ω C2 and ω B2 are θ C2 and θ B2 , respectively, the signal tx2 (t) of the angular frequencies ω C2 + ω B2 transmitted from the device 2 is expressed by the following equation (301). ..
tx2 (t) = cos (ω C2 t + θ C2 ) {cos (ω B2 t + θ B2 ) cos (θ D2H ) + sin (ω B2 t + θ B2 ) sin (θ D2H )} − sin (ω C2 t + θ C2 ) {sin B2 t + θ B2 ) cos (θ D2H ) -cos (ω B2 t + θ B2 ) sin (θ D2H )}
= Cos (ω C2 t + θ C2 ) cos {ω B2 t + θ B2 −θ D2H } − sin (ω C2 t + θ C2 ) sin {ω B2 t + θ B2 −θ D2H }
= Cos {(ω C2 + ω B2 ) t + θ C2 + θ B2- θ D2H }… (301)
Assuming that the distance between the device 2 and the device 1 is R and the transmitted wave from the device 2 is received by the device 1 after the delay time τ 2 , the received signal rx1 (t) is expressed by the following equation (302). NS.
rx1 (t) = cos {( ω C2 + ω B2) (t-τ 2) + θ C2 + θ B2 -θ D2H}
= Cos {(ω C2 + ω B2 ) t + θ C2 + θ B2- θ D2H −θ τH2 }… (302)
Note that θ τH2 = (ω C2 + ω B2 ) τ 2 ... (303)
Is. Therefore, from the comparison between the above equations (29) and (30) and the above equations (302) and (303), the phase θ H2 (t) detected by the apparatus 1 is the same as that of the above equation (37). It can be easily inferred that it is given by Eq. (304).
θ H2 (t) = (ω C1 -ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2 + θ D2H + θ τH2 … (304)
Next, the phase detection of the transmitted wave having a low angular frequency ω C2- ω B2 will be described. The phase θ L2 (t) detected by the device 1 can be obtained by the following equation (305) by considering the same as the derivation of the equation (304) above.
θ L2 (t) = (ω C1 -ω C2) t- (ω B1 -ω B2) t + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) + θ D2L + θ τL2 ... (305)
note that,
θ τL2 = (ω C2 -ω B2 ) τ 2 … (306)
Is.

ここで、上述した図17に示す4回交番シーケンスで測距をする場合を考える。 Here, consider the case where the distance is measured by the four-time alternating sequence shown in FIG. 17 described above.

装置1、装置2間の距離をRとし、装置1の送信波が装置2に到達するまでの遅延時間をτとする。ITX1=1,QTX1=0であれば、装置2における検出位相θH1(t),θL1(t)は、上記(20)式、(27)式、(40)式及び(47)によって与えられる。これらの式を再掲する。
θτH1=(ωC1+ωB1)τ …(20)
θH1(t)=−{(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2+θB1−θB2−θτH1} …(27)
θτL1=(ωC1−ωB1)τ …(40)
θL1(t)=−{(ωC1−ωC2)t−(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2−(θB1−θB2)−θτL1} …(47)
ここで、上記(116)式から、装置2において受信信号から求めた位相情報を初期位相に加えて装置1に送信することで、装置1は、受信信号から求めた位相情報により測距が可能であることが類推される。以下、この類推について検証する。
Let R be the distance between the device 1 and the device 2, and let τ 1 be the delay time until the transmitted wave of the device 1 reaches the device 2. If I TX1 = 1 and Q TX1 = 0, the detection phases θ H1 (t) and θ L1 (t) in the apparatus 2 are the above equations (20), (27), (40) and (47). Given by. These formulas are reprinted.
θ τH1 = (ω C1 + ω B1 ) τ 1 ... (20)
θ H1 (t) =-{(ω C1- ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2- θ τH1 }… (27)
θ τL1 = (ω C1 -ω B1 ) τ 1 ... (40)
θ L1 (t) = - { (ω C1 -ω C2) t- (ω B1 -ω B2) t + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) -θ τL1} ... (47)
Here, from the above equation (116), by adding the phase information obtained from the received signal in the device 2 to the initial phase and transmitting it to the device 1, the device 1 can measure the distance based on the phase information obtained from the received signal. It is inferred that The analogy will be examined below.

いま、装置2は、受信信号の検出位相から下記(307)式及び(308)式に示す位相オフセットθD2H,θD2Lを設定するものとする。
θD2H=2θH1(t+t)−θH1(t) …(307)
θD2L=2θL1(t+t+T)−θL1(t+T) …(308)
装置2は、受信信号から求めた位相情報を元に計算した、θD2H、θD2Lを用いた送信を行う。装置1は、図17のt=2t及びt=2t+Tのタイミングの受信信号によって得た2つの位相情報を加算して下記(309)式を得る。
θH2(t+2t)−θL2(t+2t+T)
=(ωC1−ωC2)(t+2t)+(ωB1−ωB2)(t+2t)+θC1−θC2+θB1−θB2+θD2H+θτH2
−{(ωC1−ωC2)(t+2t+T)−(ωB1−ωB2)(t+2t+T)+θC1−θC2−(θB1−θB2)+θD2L+θτL2
=−(ωC1−ωC2)T+(ωB1−ωB2)T+2(ωB1−ωB2)(t+2t)+2(θB1−θB2)+(θτH2−θτL2)+θD2H−θD2L …(309)
ここで、θD2H−θD2Lは下記(310)式で与えられる。
θD2H−θD2L
=2θH1(t+t)−θH1(t)−{2θL1(t+t+T)−θL1(t+T)}
=−2{(ωC1−ωC2)(t+t)+(ωB1−ωB2)(t+t)+θC1−θC2+θB1−θB2−θτH1
+{(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2+θB1−θB2−θτH1
+2{(ωC1−ωC2)(t+t+T)−(ωB1−ωB2)(t+t+T)+θC1−θC2−(θB1−θB2)−θτL1
−{(ωC1−ωC2)(t+T)−(ωB1−ωB2)(t+T)+θC1−θC2−(θB1−θB2)−θτL1
=(ωC1−ωC2)T−(ωB1−ωB2)T−2(ωB1−ωB2)(t+2t)−2(θB1−θB2)−(θτH1−θτL1) …(310)
装置1、装置2間の電波の遅延は進行方向によらず同じ、すなわち、τ=τなので、上記(309)式及び(310)式から下記(311)式が成立する。
θH2(t+2t)−θL2(t+2t+T)=(θτH1−θτL1)+(θτH2−θτL2)=2(ωB1+ωB2)τ …(311)
この(311)式は、装置1で測定した位相情報だけを用いて測距できることを意味している。すなわち、装置2は、測定した位相情報を元に、(307)式及び(308)式で与えられるθD2H,θD2Lを使って送信すれば、装置1は装置1で測定した位相情報だけを用いて測距できることが可能であることが分かる。
Now, it is assumed that the device 2 sets the phase offsets θ D2H and θ D2L shown in the following equations (307) and (308) from the detection phase of the received signal.
θ D2H = 2θ H1 (t + t 0 ) −θ H1 (t)… (307)
θ D2L = 2θ L1 (t + t 0 + T) −θ L1 (t + T)… (308)
The device 2 performs transmission using θ D2H and θ D2L calculated based on the phase information obtained from the received signal. The apparatus 1 adds the two phase information obtained from the received signals at the timings of t = 2t 0 and t = 2t 0 + T in FIG. 17 to obtain the following equation (309).
θ H2 (t + 2t 0 ) −θ L2 (t + 2t 0 + T)
= (Ω C1 -ω C2 ) (t + 2t 0 ) + (ω B1- ω B2 ) (t + 2t 0 ) + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2 + θ D2H + θ τH2
- {(ω C1 -ω C2) (t + 2t 0 + T) - (ω B1 -ω B2) (t + 2t 0 + T) + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) + θ D2L + θ τL2}
=-(Ω C1 -ω C2 ) T + (ω B1- ω B2 ) T + 2 (ω B1- ω B2 ) (t + 2t 0 ) +2 (θ B1- θ B2 ) + (θ τH2- θ τL2 ) + θ D2H −θ D2L … (309)
Here, θ D2H −θ D2L is given by the following equation (310).
θ D2H −θ D2L
= 2θ H1 (t + t 0 ) -θ H1 (t)-{2θ L1 (t + t 0 + T) -θ L1 (t + T)}
= -2 {(ω C1- ω C2 ) (t + t 0 ) + (ω B1- ω B2 ) (t + t 0 ) + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2- θ τH1 }
+ {(Ω C1- ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2- θ τH1 }
+2 {(ω C1 -ω C2) (t + t 0 + T) - (ω B1 -ω B2) (t + t 0 + T) + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) -θ τL1}
- {(ω C1 -ω C2) (t + T) - (ω B1 -ω B2) (t + T) + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) -θ τL1}
= (Ω C1 -ω C2 ) T- (ω B1 -ω B2 ) T-2 (ω B1 -ω B2 ) (t + 2t 0 ) -2 (θ B1- θ B2 )-(θ τH1 −θ τL1 )… ( 310)
Since the delay of the radio wave between the device 1 and the device 2 is the same regardless of the traveling direction, that is, τ 1 = τ 2 , the following equation (311) is established from the above equations (309) and (310).
θ H2 (t + 2t 0 ) −θ L2 (t + 2t 0 + T) = (θ τH1 −θ τL1 ) + (θ τH2 −θ τL2 ) = 2 (ω B1 + ω B2 ) τ 1 ... (311)
This equation (311) means that the distance can be measured using only the phase information measured by the device 1. That is, if the device 2 transmits using the θ D2H and θ D2L given by the equations (307) and (308) based on the measured phase information, the device 1 transmits only the phase information measured by the device 1. It can be seen that it is possible to measure the distance by using it.

このように本実施の形態においては、装置1,2の一方は、測定した位相情報に基づいて得た位相により送信するキャリア信号の位相をずらした送信波を他方の装置に送信することで、他方の装置において測距が可能となる。これにより、本実施の形態においては、位相情報を別途通信することが不要となり、測距完了までの時間が長引いたりプロトコルが複雑になることを防止することができる。
(変形例)
次に、第6の実施の形態の変形例について説明する。
As described above, in the present embodiment, one of the devices 1 and 2 transmits a transmission wave in which the phase of the carrier signal to be transmitted is shifted according to the phase obtained based on the measured phase information to the other device. Distance measurement is possible with the other device. As a result, in the present embodiment, it is not necessary to separately communicate the phase information, and it is possible to prevent the time until the completion of distance measurement is prolonged and the protocol becomes complicated.
(Modification example)
Next, a modified example of the sixth embodiment will be described.

上記(310)式は、装置2が受信信号の検出位相から下記(312)式及び(313)式に示す位相オフセットθD2H,θD2Lを設定した場合にも成立することを示している。
θD2H=0 …(312)
θD2L=2θL1(t+t+T)−θL1(t+T)−{2θH1(t+t)−θH1(t)} …(313)
装置2がこのθD2H、θD2Lを用いて生成した送信波を装置1に送信した場合でも、装置1は測定した位相情報だけを用いて測距できる。
It is shown that the above equation (310) also holds when the apparatus 2 sets the phase offsets θ D2H and θ D2L shown in the following equations (312) and (313) from the detection phase of the received signal.
θ D2H = 0 ... (312)
θ D2L = 2θ L1 (t + t 0 + T) -θ L1 (t + T)-{2θ H1 (t + t 0 ) -θ H1 (t)} ... (313)
Even when the device 2 transmits the transmitted wave generated by using the θ D2H and θ D2L to the device 1, the device 1 can measure the distance using only the measured phase information.

このように、装置2の送信時にどのような位相を与えるかは設計事項であり、様々に変形しても本実施の形態の効果を得ることができる。 As described above, what kind of phase is given at the time of transmission of the device 2 is a design matter, and the effect of the present embodiment can be obtained even if it is deformed in various ways.

また、(102)式から分かるように、同様の位相の変化をθC2やθB2に与えても同様の効果が得られる。ここでは送信するキャリア信号の位相をずらす方法として、図4及び図5に示した無線部の構成を元にITX2,QTX2に与える位相情報として説明したが、他の構成でも活用できる。 Further, as can be seen from the equation (102), the same effect can be obtained by giving the same phase change to θ C2 and θ B2. Here, as a method of shifting the phase of the carrier signal to be transmitted, the phase information given to ITX2 and QTX2 based on the configuration of the radio unit shown in FIGS. 4 and 5 has been described, but other configurations can also be used.

更に、同様の考え方を用いれば、他の送受シーケンスでも装置1で測定した位相情報だけで測距を可能にすることができる。すなわち、送受信シーケンスの最後を装置2から装置1に対する送信とし、装置2から送信する際に、装置2は受信した位相情報を元に所定の演算を行い、その結果を元に装置2の位相をずらして送信するようにしてもよい。
(第7の実施の形態)(3周波6回交番シーケンスにおける位相情報の伝送方法の例)
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるハードウェア構成は第1の実施の形態と同様である。
Further, if the same idea is used, it is possible to measure the distance with only the phase information measured by the device 1 in other transmission / reception sequences. That is, the end of the transmission / reception sequence is the transmission from the device 2 to the device 1, and when the device 2 transmits the signal, the device 2 performs a predetermined calculation based on the received phase information, and the phase of the device 2 is calculated based on the result. You may shift the transmission.
(7th Embodiment) (Example of a method of transmitting phase information in a 3-frequency 6-time alternating sequence)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. The hardware configuration in this embodiment is the same as that in the first embodiment.

上述したように、2πを超えた検出位相差を検出することはできないことから、算出された検出位相差に対して複数の距離の候補が存在する。複数存在する距離の候補から正しい距離を選択する手法として、上述の図28の3周波6回交番シーケンスを示した。本実施の形態は、この3周波6回交番シーケンスのように、3波以上を用いた測距において位相情報の別途のデータ通信を不要とする例を示すものである。 As described above, since it is not possible to detect a detection phase difference exceeding 2π, there are a plurality of distance candidates for the calculated detection phase difference. As a method of selecting the correct distance from a plurality of existing distance candidates, the above-mentioned three-frequency six-time alternation sequence of FIG. 28 is shown. This embodiment shows an example in which a separate data communication of phase information is not required in distance measurement using three or more waves, as in this three-frequency six-time alternation sequence.

送信波がω+ω、ω−ωで、装置2が角周波数ωC2+ωB2で送信する場合に位相オフセットをITX2=cos(θD2H),QTX2=sin(θD2H)と入力し、角周波数ωC2−ωB2で送信する場合にITX2=cos(θD2L),QTX2=sin(θD2L)と入力するものとする。この場合の送受信信号は、以下に再掲する上記各式によって示される。
θH1(t)=−{(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2+θB1−θB2−θτH1} …(27)
θH2(t)=(ωC1−ωC2)t+(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2+θB1−θB2+θD2H+θτH2 …(304)
θL1(t)=−{(ωC1−ωC2)t−(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2−(θB1−θB2)−θτL1} …(47)
θL2(t)=(ωC1−ωC2)t−(ωB1−ωB2)t+θC1−θC2−(θB1−θB2)+θD2L+θτL2 …(305)
θτH1=(ωC1+ωB1)τ …(20)
θτH2=(ωC2+ωB2)τ …(303)
θτL2=(ωC2−ωB2)τ …(306)
θτL1=(ωC1−ωB1)τ …(40)
まず、3つの周波数のうち、任意の2つの周波数で測距が可能であることを説明するために角周波数を一般化した場合の測距の式を説明する。
When the transmitted wave is ω C + ω B , ω Cω B and the device 2 transmits at the angular frequency ω C2 + ω B2 , the phase offset is I TX2 = cos (θ D2H ), Q TX2 = sin (θ D2H ). When inputting and transmitting at the angular frequency ω C2- ω B2 , it is assumed that I TX2 = cos (θ D2L) and Q TX2 = sin (θ D2L ) are input. The transmission / reception signal in this case is indicated by the above equations reprinted below.
θ H1 (t) =-{(ω C1- ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2- θ τH1 }… (27)
θ H2 (t) = (ω C1 -ω C2 ) t + (ω B1- ω B2 ) t + θ C1- θ C2 + θ B1- θ B2 + θ D2H + θ τH2 … (304)
θ L1 (t) = - { (ω C1 -ω C2) t- (ω B1 -ω B2) t + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) -θ τL1} ... (47)
θ L2 (t) = (ω C1 -ω C2) t- (ω B1 -ω B2) t + θ C1 -θ C2 - (θ B1 -θ B2) + θ D2L + θ τL2 ... (305)
θ τH1 = (ω C1 + ω B1 ) τ 1 ... (20)
θ τH2 = (ω C2 + ω B2 ) τ 2 … (303)
θ τL2 = (ω C2 -ω B2 ) τ 2 … (306)
θ τL1 = (ω C1 -ω B1 ) τ 1 ... (40)
First, in order to explain that distance measurement is possible at any two frequencies out of the three frequencies, a distance measurement formula when the angular frequency is generalized will be described.

装置1の送信波の角周波数をωC1+ωH1,ωC1+ωL1,ωC1+ωM1、装置2の送信波の角周波数をωC2+ωH2,ωC2+ωL2,ωC2+ωM2とし、装置2が角周波数ωC2+ωH2で送信する場合にITX2=cos(ΘD2H),QTX2=sin(ΘD2H)を入力し、角周波数ωC2+ωL2で送信する場合にITX2=cos(ΘD2L),QTX2=sin(ΘD2L)を入力し、角周波数ωC2+ωM2で送信する場合にITX2=cos(ΘD2M),QTX2=sin(ΘD2M)を入力するものとする。これまでの説明と同様に計算すると以下の(320)式〜(332)式が成立する。なお、ωH1>ωM1>ωL1とし、上記一般化した角周波数における検出位相の表記はΘ(t)とする。
ΘH1(t)+ΘH2(t+2t)=ΘτH1+ΘτH2+ΘD2H+2{(ωH1−ωH2)+(ωC1−ωC2)}t …(320)
ΘH1(t+t)+ΘH2(t+2t)=ΘτH1+ΘτH2+ΘD2H+{(ωH1−ωH2)+(ωC1−ωC2)}t …(321)
ΘL1(t+T)+ΘL2(t+2t+T)=ΘτL1+ΘτL2+ΘD2L+2{(ωL1−ωL2)+(ωC1−ωC2)}t …(322)
ΘL1(t+t+T)+ΘL2(t+2t+T)=ΘτL1+ΘτL2+ΘD2L+{(ωL1−ωL2)+(ωC1−ωC2)}t …(323)
ΘM1(t+D)+ΘM2(t+2t+D)=ΘτM1+ΘτM2+ΘD2M+2{(ωM1−ωM2)+(ωC1−ωC2)}t …(324)
ΘM1(t+t+D)+ΘM2(t+2t+D)=ΘτM1+ΘτM2+ΘD2M+{(ωM1−ωM2)+(ωC1−ωC2)}t …(325)
ΘτH1=(ωC1+ωH1)τ …(326)
ΘτH2=(ωC2+ωH2)τ …(327)
ΘτL1=(ωC1+ωL1)τ …(328)
ΘτL2=(ωC2+ωL2)τ …(329)
ΘτM1=(ωC1+ωM1)τ …(330)
ΘτM2=(ωC2+ωM2)τ …(331)
ここで、装置2は取得した位相情報を元に、下記(332)式〜(334)式に示す位相オフセットを設定する。
ΘD2H=2ΘH1(t+t)−ΘH1(t) …(332)
ΘD2L=2ΘL1(t+t+T)−ΘL1(t+T) …(333)
ΘD2M=2ΘM1(t+t+D)−ΘM1(t+D) …(334)
装置2が設定した位相オフセットを有する送信波を送信する場合において、上記(221)式×2−(220)式−{(223)式×2−(222)式}を計算して整理すると、下記(335)式が得られる。
ΘH2(t+2t)−ΘL2(t+2t+T)
=(ΘτH1−ΘτL1)+(ΘτH2−ΘτL2
=(ωH1−ωL1)τ+(ωH2−ωL2)τ …(335)
ここで、角周波数ωH1、ωH2及びωL1、ωL2をそれらの設計値ω、ωに置き換えても、測距システムの目標仕様を考慮すると、ωに対するωH1,ωH2の誤差及びωに対するωL1,ωL2の誤差は、数10[ppm]のオーダーであり、この置き換えは実用上問題がない。そこで、τ=τとし、ωH1,ωH2に代えてωを用い、ωL1,ωL2に代えてωを用いて(335)式を改めると、下記(336)式が得られる。
ΘH2(t+2t)−ΘL2(t+2t+T)
≒2(ω−ω)τ …(336)
この(336)式からτが求まり、R=cτから距離を求めることができる。
The angular frequency of the transmitted wave of the device 1 is ω C1 + ω H1 , ω C1 + ω L1 , ω C1 + ω M1 , and the angular frequency of the transmitted wave of the device 2 is ω C2 + ω H2 , ω C2 + ω L2 , ω C2 + ω M2. When 2 transmits at the angular frequency ω C2 + ω H2 , input I TX2 = cos (Θ D2H ) and Q TX2 = sin (Θ D2H ), and when transmitting at the angular frequency ω C2 + ω L2 , I TX2 = cos ( Θ D2L ), Q TX2 = sin (Θ D2L ) is input, and I TX2 = cos (Θ D2M ) and Q TX2 = sin (Θ D2M ) are input when transmitting at the angular frequency ω C2 + ω M2. .. The following equations (320) to (332) are established by calculation in the same manner as in the above description. It should be noted that ω H1 > ω M1 > ω L1 and the notation of the detection phase at the above generalized angular frequency is Θ (t).
Θ H1 (t) + Θ H2 (t + 2t 0 ) = Θ τH1 + Θ τH2 + Θ D2H + 2 {(ω H1- ω H2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (320)
Θ H1 (t + t 0 ) + Θ H2 (t + 2t 0 ) = Θ τH1 + Θ τH2 + Θ D2H + {(ω H1- ω H2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (321)
Θ L1 (t + T) + Θ L2 (t + 2t 0 + T) = Θ τL1 + Θ τL2 + Θ D2L +2 {(ω L1 -ω L2) + (ω C1 -ω C2)} t 0 ... (322)
Θ L1 (t + t 0 + T) + Θ L2 (t + 2t 0 + T) = Θ τL1 + Θ τL2 + Θ D2L + {(ω L1- ω L2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (323)
Θ M1 (t + D) + Θ M2 (t + 2t 0 + D) = Θ τM1 + Θ τM2 + Θ D2M +2 {(ω M1 -ω M2) + (ω C1 -ω C2)} t 0 ... (324)
Θ M1 (t + t 0 + D) + Θ M2 (t + 2t 0 + D) = Θ τM1 + Θ τM2 + Θ D2M + {(ω M1- ω M2 ) + (ω C1- ω C2 )} t 0 … (325)
Θ τH1 = (ω C1 + ω H1) τ 1 ... (326)
Θ τH2 = (ω C2 + ω H2) τ 2 ... (327)
Θ τL1 = (ω C1 + ω L1) τ 1 ... (328)
Θ τL2 = (ω C2 + ω L2) τ 2 ... (329)
Θ τM1 = (ω C1 + ω M1) τ 1 ... (330)
Θ τM2 = (ω C2 + ω M2) τ 2 ... (331)
Here, the device 2 sets the phase offsets shown in the following equations (332) to (334) based on the acquired phase information.
Θ D2H = 2 Θ H1 (t + t 0 ) −Θ H1 (t)… (332)
Θ D2L = 2Θ L1 (t + t 0 + T) −Θ L1 (t + T)… (333)
Θ D2M = 2 Θ M1 (t + t 0 + D) -Θ M1 (t + D)… (334)
When transmitting a transmission wave having a phase offset set by the device 2, the above equation (221) × 2- (220) − {(223) equation × 2- (222)} can be calculated and arranged. The following equation (335) can be obtained.
Θ H2 (t + 2t 0 ) -Θ L2 (t + 2t 0 + T)
= (Θ τH1 -Θ τL1) + (Θ τH2 -Θ τL2)
= (Ω H1 -ω L1 ) τ 1 + (ω H2- ω L2 ) τ 2 … (335)
Here, the angular frequency omega H1, omega H2 and omega L1, omega L2 their design values omega H, be replaced by omega L, considering the target specification of the distance measuring system, omega omega H1 for H, the omega H2 omega L1 for errors and omega L, the error of omega L2 are of the order of a few 10 [ppm], this replacement is not practical problem. Therefore, if τ 1 = τ 2, and ω H is used instead of ω H1 and ω H2 , and ω L is used instead of ω L1 and ω L2 , the following equation (336) is obtained. Be done.
Θ H2 (t + 2t 0 ) -Θ L2 (t + 2t 0 + T)
≒ 2 (ω H −ω L ) τ 1 … (336)
Τ 1 can be obtained from this equation (336), and the distance can be obtained from R = cτ 1.

同様に、(321)下記×2−(320)式−{(325)式×2−(324)式}及び(325)式×2−(324)式−{(323)式×2−(322)式}を計算して整理すると、下記(337)式及び(338)式が得られる。
ΘH2(t+2t)−ΘM2(t+2t+D)
=(ΘτH1−ΘτM1)+(ΘτH2−ΘτM2
=(ωH1−ωM1)τ+(ωH2−ωM2)τ
≒2(ω−ω)τ …(337)
ΘM2(t+2t+D)−ΘL2(t+2t+T)
=(ΘτM1−ΘτL1)+(ΘτM2−ΘτL2
=(ωM1−ωL1)τ+(ωM2−ωL2)τ
≒2(ω−ω)τ …(338)
ただし、角周波数ωは、角周波数ωM1、ωM2の設計値である。
Similarly, (321) the following x2- (320) formula-{(325) formula x2- (324) formula} and (325) formula x2- (324) formula-{(323) formula x2-( 322) Equation} is calculated and arranged to obtain the following equations (337) and (338).
Θ H2 (t + 2t 0 ) -Θ M2 (t + 2t 0 + D)
= (Θ τH1 -Θ τM1) + (Θ τH2 -Θ τM2)
= (Ω H1 -ω M1 ) τ 1 + (ω H2- ω M2 ) τ 2
≒ 2 (ω Hω M ) τ 1 … (337)
Θ M2 (t + 2t 0 + D) -Θ L2 (t + 2t 0 + T)
= (Θ τM1 -Θ τL1) + (Θ τM2 -Θ τL2)
= (Ω M1 -ω L1 ) τ 1 + (ω M2- ω L2 ) τ 2
≒ 2 (ω M −ω L ) τ 1 … (338)
However, the angular frequency ω M is a design value of the angular frequencies ω M1 and ω M2.

上記(336)式〜(338)式は、装置1は自機が測定した位相情報だけを用いて測距できることを意味している。すなわち、装置2は、測定した位相情報を元に(332)式〜(334)式で与えられるΘD2H,ΘD2L,ΘD2Mを用いた送信波を送信すれば、装置1は装置1で測定した位相情報だけを用いて測距できることが可能であることが分かる。 The above equations (336) to (338) mean that the device 1 can measure the distance using only the phase information measured by the own device. That is, the apparatus 2 is measured based on the phase information (332) to (334) below at given theta D2H, theta D2L, theta by transmitting the transmission waves using the D2M, device 1 is measured by apparatus 1 It can be seen that it is possible to measure the distance using only the phase information obtained.

このように本実施の形態においては、3周波6回交番シーケンスにおいても、装置1,2の一方は、測定した位相情報に基づいて得た位相により送信するキャリア信号の位相をずらした送信波を他方の装置に送信することで、位相情報を別途通信することなく、他方の装置において測距が可能となり、測距完了までの時間が長引いたりプロトコルが複雑になることを防止することができる。
(第8の実施の形態)(3周波短縮交番シーケンスにおける位相情報の伝送方法の例)
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるハードウェア構成は第1の実施の形態と同様である。
As described above, in the present embodiment, even in the three-frequency six-time alternating sequence, one of the devices 1 and 2 transmits a transmission wave in which the phase of the carrier signal to be transmitted is shifted according to the phase obtained based on the measured phase information. By transmitting to the other device, it is possible to measure the distance in the other device without separately communicating the phase information, and it is possible to prevent the time until the completion of the distance measurement is prolonged and the protocol becomes complicated.
(Eighth Embodiment) (Example of a method of transmitting phase information in a three-frequency shortened alternating sequence)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. The hardware configuration in this embodiment is the same as that in the first embodiment.

上述したように、3周波6回交番シーケンスにおいては、3波目の1回の送受信を省略した図29に示す3周波短縮交番シーケンスが採用可能である。本実施の形態は、この3周波短縮交番シーケンスにおいて、位相情報の別途のデータ通信を不要とする例を示すものである。 As described above, in the three-frequency six-time police box sequence, the three-frequency shortened police box sequence shown in FIG. 29 in which one transmission / reception of the third wave is omitted can be adopted. This embodiment shows an example in which a separate data communication of phase information is not required in this three-frequency shortened alternating sequence.

3周波短縮交番シーケンスを採用する場合においても、上記(320)式〜(323)式及び(326)〜(329)式は成立する。また、(330)式及び(331)式を用いることで、下記(339)式が成立する。
ΘM1(t+D)+ΘM2(t+t+D)=ΘτM1+ΘτM2+ΘD2M+{(ωM1−ωM2)+(ωC1−ωC2)}t …(339)
なお、上述したように、装置1内の複数の発振器は共通の基準発振源に同期して発振しており、装置2内の複数の発振器も共通の基準発振源に同期して発振しているものとする。このとき、理想的な角周波数をそれぞれω、ω、ωとし、送受間の周波数誤差をkとおくと、次の(340)式が成立する。
k=(ωH1−ωH2)/ω=(ωL1−ωL2)/ω=(ωM1−ωM2)/ω …(340)
ここで、装置2は取得した位相情報を元に、下記(341)式〜(343)式に示す位相オフセットを設定する。
ΘD2H=2ΘH1(t+t)−ΘH1(t) …(341)
ΘD2L=2ΘL1(t+t+T)−ΘL1(t+T) …(342)
ΘD2M=ΘM1(t+D)−{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘH1(t)−ΘH1(t+t)}−{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘL1(t+T)−ΘL1(t+t+T)} …(343)
装置2が設定した位相オフセットを有する送信波を送信する場合、上記図28と図29との対比から、上記(336)式が成立することは明らかである。また、(321)式−(339)式−{(ω−ω)/(ω−ω)}{(320)式−(321)式−(322)式+(323)式}を計算すると、下記(344)式が得られる。
ΘH1(t+t)+ΘH2(t+2t)−ΘM1(t+D)−ΘM2(t+t+D)
−{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘH1(t)−ΘH1(t+t)−ΘL1(t+T)+ΘL1(t+t+T)}
=ΘτH1+ΘτH2+ΘD2H−{ΘτM1+ΘτM2+ΘD2M}+{(ωH1−ωH2)−(ωM1−ωM2)}t−{(ω−ω)/(ω−ω)}{(ωH1−ωH2)−(ωL1−ωL2)}t …(344)
上記(344)式に(340)式、(341)式及び(343)式を代入すると、下記(345)式が得られる。
ΘH1(t+t)+ΘH2(t+2t)−ΘM1(t+D)−ΘM2(t+t+D)
−{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘH1(t)−ΘH1(t+t)−ΘL1(t+T)+ΘL1(t+t+T)}
=ΘτH1+ΘτH2−(ΘτM1+ΘτM2)+{(ωH1−ωH2)−(ωM1−ωM2)}t−{(ω−ω)/(ω−ω)}{(ωH1−ωH2)−(ωL1−ωL2)}t+2ΘH1(t+t)−ΘH1(t)+{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘH1(t)−ΘH1(t+t)}+{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘL1(t+T)−ΘL1(t+t+T)}−ΘM1(t+D) …(345)
τ=τを用いて整理すると、下記(346)式が得られる。
ΘH2(t+2t)−ΘM2(t+t+D)
=(ΘτH1−ΘτM1)+(ΘτH2−ΘτM2
≒2(ω−ω)τ …(346)
また、(339)式−(323)式−{(ω−ω)/(ω−ω)}{(320)式−(321)式−(322)式+(323)式}を計算すると、下記(347)式が得られる。
ΘM1(t+D)+ΘM2(t+t+D)−ΘL1(t+t+T)−ΘL2(t+2t+T)−{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘH1(t)−ΘH1(t+t)−ΘL1(t+T)+ΘL1(t+t+T)}
=ΘτM1+ΘτM2+ΘD2M−{ΘτL1+ΘτL2+ΘD2L}+{(ωM1−ωM2)−(ωL1−ωL2)}t−{(ω−ω)/(ω−ω)}{(ωM1−ωM2)−(ωL1−ωL2)}t …(347)
上記(347)式に(340)式、(342)式及び(343)式を代入すると、下記(348)式が得られる。
ΘM1(t+D)+ΘM2(t+t+D)−ΘL1(t+t+T)−ΘL2(t+2t+T)−{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘH1(t)−ΘH1(t+t)−ΘL1(t+T)+ΘL1(t+t+T)}
=ΘτM1+ΘτM2−(ΘτL1+ΘτL2)+{(ωM1−ωM2)−(ωL1−ωL2)}t−{(ω−ω)/(ω−ω)}{(ωM1−ωM2)−(ωL1−ωL2)}t+{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘH1(t)−ΘH1(t+t)}−{(ω−ω)/(ω−ω)}{ΘL1(t+T)−ΘL1(t+t+T)}+ΘM1(t+D)−2ΘL1(t+t+T)+ΘL1(t+T) …(348)
τ=τを用いて整理すると、下記(349)式が得られる。
ΘM2(t+t+D)−ΘL2(t+2t+T)
=(ΘτM1−ΘτL1)+(ΘτM2−ΘτL2
≒2(ω−ω)τ …(349)
上記(336)式、(346)式及び(349)式は、装置1は自機が測定した位相情報だけを用いて測距できることを意味している。すなわち、装置2は、測定した位相情報を元に(341)式〜(343)式で与えられるΘD2H,ΘD2L,ΘD2Mを用いた送信波を送信すれば、装置1は装置1で測定した位相情報だけを用いて測距できることが可能であることが分かる。
Even when the three-frequency shortened alternating sequence is adopted, the above equations (320) to (323) and (326) to (329) are satisfied. Further, by using the equations (330) and (331), the following equation (339) is established.
Θ M1 (t + D) + Θ M2 (t + t 0 + D) = Θ τM1 + Θ τM2 + Θ D2M + {(ω M1 -ω M2) + (ω C1 -ω C2)} t 0 ... (339)
As described above, the plurality of oscillators in the device 1 oscillate in synchronization with the common reference oscillation source, and the plurality of oscillators in the device 2 also oscillate in synchronization with the common reference oscillation source. It shall be. At this time, if the ideal angular frequencies are ω H , ω L , and ω M, and the frequency error between transmission and reception is k, the following equation (340) is established.
k = (ω H1 -ω H2 ) / ω H = (ω L1 -ω L2 ) / ω L = (ω M1 -ω M2 ) / ω M … (340)
Here, the device 2 sets the phase offsets shown in the following equations (341) to (343) based on the acquired phase information.
Θ D2H = 2 Θ H1 (t + t 0 ) −Θ H1 (t)… (341)
Θ D2L = 2 Θ L1 (t + t 0 + T) -Θ L1 (t + T)… (342)
Θ D2M = Θ M1 (t + D)-{(ω M- ω L ) / (ω H- ω L )} {Θ H1 (t) -Θ H1 (t + t 0 )}-{(ω H- ω M ) / (Ω H −ω L )} {Θ L1 (t + T) −Θ L1 (t + t 0 + T)}… (343)
When transmitting a transmitted wave having a phase offset set by the device 2, it is clear from the comparison between FIGS. 28 and 29 that the above equation (336) holds. Further, (321)-(339)-{(ω H- ω M ) / (ω H- ω L )} {(320)-(321)-(322) + (323)} Is calculated, the following equation (344) is obtained.
Θ H1 (t + t 0 ) + Θ H2 (t + 2t 0 ) -Θ M1 (t + D) -Θ M2 (t + t 0 + D)
-{(Ω H- ω M ) / (ω H- ω L )} {Θ H1 (t) -Θ H1 (t + t 0 ) -Θ L1 (t + T) + Θ L1 (t + t 0 + T)}
= Θ τH1 + Θ τH2 + Θ D2H - {Θ τM1 + Θ τM2 + Θ D2M} + {(ω H1 -ω H2) - (ω M1 -ω M2)} t 0 - {(ω H -ω M) / (ω H - ω L )} {(ω H1- ω H2 )-(ω L1- ω L2 )} t 0 … (344)
By substituting the equations (340), (341) and (343) into the above equation (344), the following equation (345) is obtained.
Θ H1 (t + t 0 ) + Θ H2 (t + 2t 0 ) -Θ M1 (t + D) -Θ M2 (t + t 0 + D)
-{(Ω H- ω M ) / (ω H- ω L )} {Θ H1 (t) -Θ H1 (t + t 0 ) -Θ L1 (t + T) + Θ L1 (t + t 0 + T)}
= Θ τH1 + Θ τH2 − (Θ τM1 + Θ τM2 ) + {(ω H1 −ω H2 ) − (ω M1 −ω M2 )} t 0 − {(ω H −ω M ) / (ω H −ω L )} {(Ω H1- ω H2 )-(ω L1- ω L2 )} t 0 + 2Θ H1 (t + t 0 ) -Θ H1 (t) + {(ω M- ω L ) / (ω H- ω L )} { Θ H1 (t) -Θ H1 (t + t 0 )} + {(ω H- ω M ) / (ω H- ω L )} {Θ L1 (t + T) -Θ L1 (t + t 0 + T)} -Θ M1 ( t + D) ... (345)
By rearranging using τ 1 = τ 2 , the following equation (346) is obtained.
Θ H2 (t + 2t 0 ) -Θ M2 (t + t 0 + D)
= (Θ τH1 -Θ τM1) + (Θ τH2 -Θ τM2)
≒ 2 (ω Hω M ) τ 1 … (346)
Further, (339)-(323)-{(ω M- ω L ) / (ω H- ω L )} {(320)-(321)-(322) + (323)} Is calculated, the following equation (347) is obtained.
Θ M1 (t + D) + Θ M2 (t + t 0 + D) -Θ L1 (t + t 0 + T) -Θ L2 (t + 2t 0 + T)-{(ω M- ω L ) / (ω H- ω L )} {Θ H1 ( t) -Θ H1 (t + t 0 ) -Θ L1 (t + T) + Θ L1 (t + t 0 + T)}
= Θ τM1 + Θ τM2 + Θ D2M-τL1 + Θ τL2 + Θ D2L } + {(ω M1- ω M2 )-(ω L1- ω L2 )} t 0 -{(ω M- ω L ) / (ω H- ω L )} {(ω M1- ω M2 )-(ω L1- ω L2 )} t 0 … (347)
By substituting the equations (340), (342) and (343) into the above equation (347), the following equation (348) is obtained.
Θ M1 (t + D) + Θ M2 (t + t 0 + D) -Θ L1 (t + t 0 + T) -Θ L2 (t + 2t 0 + T)-{(ω M- ω L ) / (ω H- ω L )} {Θ H1 ( t) -Θ H1 (t + t 0 ) -Θ L1 (t + T) + Θ L1 (t + t 0 + T)}
= Θ τ M1 + Θ τ M2 − (Θ τ L1 + Θ τ L2 ) + {(ω M1 −ω M2 ) − (ω L1 −ω L2 )} t 0 − {(ω M −ω L ) / (ω H −ω L )} {(Ω M1- ω M2 )-(ω L1- ω L2 )} t 0 + {(ω M- ω L ) / (ω H- ω L )} {Θ H1 (t) -Θ H1 (t + t 0 ) }-{(Ω H- ω M ) / (ω H- ω L )} {Θ L1 (t + T) -Θ L1 (t + t 0 + T)} + Θ M1 (t + D) -2Θ L1 (t + t 0 + T) + Θ L1 ( t + T) ... (348)
By rearranging using τ 1 = τ 2 , the following equation (349) is obtained.
Θ M2 (t + t 0 + D) -Θ L2 (t + 2t 0 + T)
= (Θ τM1 -Θ τL1) + (Θ τM2 -Θ τL2)
≒ 2 (ω M −ω L ) τ 1 … (349)
The above equations (336), (346) and (349) mean that the device 1 can measure the distance using only the phase information measured by the own device. That is, the apparatus 2 is measured based on the phase information (341) to (343) below at given theta D2H, theta D2L, theta by transmitting the transmission waves using the D2M, device 1 is measured by apparatus 1 It can be seen that it is possible to measure the distance using only the phase information obtained.

このように本実施の形態においては、3周波短縮交番シーケンスにおいても、装置1,2の一方は、測定した位相情報に基づいて得た位相により送信するキャリア信号の位相をずらした送信波を他方の装置に送信することで、位相情報を別途通信することなく、他方の装置において測距が可能となり、測距完了までの時間が長引いたりプロトコルが複雑になることを防止することができる。
(第9の実施の形態)
図30及び図31は本発明の第9の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態は上記各測距システムをスマートエントリシステムに適用した例を示すものである。
As described above, in the present embodiment, even in the three-frequency shortened alternating sequence, one of the devices 1 and 2 transmits the transmitted wave in which the phase of the carrier signal to be transmitted is shifted by the phase obtained based on the measured phase information. By transmitting to the device of No. 1, it is possible to measure the distance in the other device without separately communicating the phase information, and it is possible to prevent the time until the completion of the distance measurement is prolonged and the protocol becomes complicated.
(9th embodiment)
30 and 31 are explanatory views showing a ninth embodiment of the present invention. This embodiment shows an example in which each of the above ranging systems is applied to a smart entry system.

図30において、キー31は自動車32のドアの解錠及び施錠並びに自動車32のエンジンの起動を可能にする信号を無線によって送信することができるようになっている。即ち、キー31は図示しないデータ送受信部を有しており、データ送受信部によって認証のための暗号化された固有データを送信することができるようになっている。キー31のデータ送受信部からの電波は、自動車32に搭載された図示しない車両制御装置35において受信される。 In FIG. 30, the key 31 can wirelessly transmit a signal that enables the door of the automobile 32 to be unlocked and locked and the engine of the automobile 32 to be started. That is, the key 31 has a data transmission / reception unit (not shown), and the data transmission / reception unit can transmit encrypted unique data for authentication. The radio wave from the data transmission / reception unit of the key 31 is received by a vehicle control device 35 (not shown) mounted on the automobile 32.

図31に示すように車両制御装置35には、制御部36が設けられている。制御部36は、車両制御装置35の各部を制御する。制御部36は、CPU等を用いたプロセッサによって構成されて、メモリ38に記憶されたプログラムに従って動作して各部を制御するものであってもよい。 As shown in FIG. 31, the vehicle control device 35 is provided with a control unit 36. The control unit 36 controls each unit of the vehicle control device 35. The control unit 36 may be configured by a processor using a CPU or the like and operate according to a program stored in the memory 38 to control each unit.

車両制御装置35には、データ送受信部37が設けられている。データ送受信部37は、アンテナ35aを介してキー31のデータ送受信部との間で無線通信を行うことができる。データ送受信部37は、キー31から送信された固有データを受信し、所定の応答データをキー31に送信することで、キー31と自動車32との認証を行うようになっている。 The vehicle control device 35 is provided with a data transmission / reception unit 37. The data transmission / reception unit 37 can perform wireless communication with the data transmission / reception unit of the key 31 via the antenna 35a. The data transmission / reception unit 37 receives the unique data transmitted from the key 31 and transmits predetermined response data to the key 31 to authenticate the key 31 and the automobile 32.

データ送受信部37は、電界強度を細かく設定できるようになっており、キー31がデータ送受信部37の送信データを受信可能な比較的近い位置、即ち、自動車32の近傍に位置しなければ、認証は行われない。 The data transmission / reception unit 37 can set the electric field strength in detail, and if the key 31 is not located at a relatively close position where the transmission data of the data transmission / reception unit 37 can be received, that is, in the vicinity of the automobile 32, the authentication is performed. Is not done.

例えば、図30の破線に示すように、キー31が自動車32の十分近くに位置するものとする。この場合には、データ送受信部37はキー31との間で互いに通信が可能であり、データ送受信部37はメモリ37aに記録されている固有データとの照合によってキー31を認証する。データ送受信部37は、制御部36に対してキー31を認証したことを示す信号を出力する。これにより、制御部36は、解錠・施錠装置39を制御して、解錠及び施錠の許可を与える。 For example, as shown by the broken line in FIG. 30, it is assumed that the key 31 is located sufficiently close to the automobile 32. In this case, the data transmission / reception unit 37 can communicate with each other with the key 31, and the data transmission / reception unit 37 authenticates the key 31 by collating with the unique data recorded in the memory 37a. The data transmission / reception unit 37 outputs a signal indicating that the key 31 has been authenticated to the control unit 36. As a result, the control unit 36 controls the unlocking / locking device 39 to give permission for unlocking and locking.

図30において中継装置33,34はリレーアタックの攻撃者が所持する。中継装置33はキー31との間で通信が可能であり、中継装置34は自動車32内のデータ送受信部37との間で通信が可能であって、中継装置33,34はキー31とデータ送受信部37との間の通信を中継する。これにより、キー31が図30のように十分に自動車32から離間して、キー31とデータ送受信部37との直接通信ができない場合においても、中継装置33,34を経由することで、データ送受信部37はキー31を認証できてしまう。 In FIG. 30, the relay devices 33 and 34 are possessed by the attacker of the relay attack. The relay device 33 can communicate with the key 31, the relay device 34 can communicate with the data transmission / reception unit 37 in the automobile 32, and the relay devices 33 and 34 can communicate with the key 31. The communication with the unit 37 is relayed. As a result, even when the key 31 is sufficiently separated from the automobile 32 as shown in FIG. 30 and the key 31 and the data transmission / reception unit 37 cannot directly communicate with each other, the data transmission / reception can be performed via the relay devices 33 and 34. The unit 37 can authenticate the key 31.

そこで、本実施の形態においては、制御部36は、データ送受信部37の認証結果と第2装置2からの測距結果とに基づいて、解錠及び施錠並びにエンジンの始動等を許可するか否かを決定するようになっている。 Therefore, in the present embodiment, whether or not the control unit 36 permits unlocking and locking, engine start, and the like based on the authentication result of the data transmission / reception unit 37 and the distance measurement result from the second device 2. It is supposed to decide.

キー31には上記各実施の形態における第1装置1が内蔵されている。一方、車両制御装置35には上記各実施の形態における第2装置2が搭載されている。装置1からの送信波は、アンテナ27aを介して装置2において受信され、装置2からの送信波は、アンテナ27aを介して装置1において受信される。装置1からの送信波は、直接アンテナ27aに受信される場合と、中継装置33,34を経由してアンテナ27aに受信される場合とがある。同様に、第2装置2からの送信波は、アンテナ27aから直接装置1に受信される場合と、アンテナ27aから中継装置34,33を経由して装置1に受信される場合とがある。 The key 31 has a built-in first device 1 according to each of the above embodiments. On the other hand, the vehicle control device 35 is equipped with the second device 2 according to each of the above embodiments. The transmitted wave from the device 1 is received by the device 2 via the antenna 27a, and the transmitted wave from the device 2 is received by the device 1 via the antenna 27a. The transmitted wave from the device 1 may be directly received by the antenna 27a or may be received by the antenna 27a via the relay devices 33 and 34. Similarly, the transmitted wave from the second device 2 may be received directly from the antenna 27a to the device 1 or may be received from the antenna 27a to the device 1 via the relay devices 34 and 33.

中継装置33,34において装置1,装置2からの送信波の位相が変化しないものとすると、装置1,2において求めた位相に基づいて、装置2はキー31との間の距離を算出することができる。装置2は、算出した距離を制御部36に出力する。メモリ38には、キー31の認証を許可する距離閾値が格納されており、制御部36は、装置2によって算出された距離がメモリ38から読み出した距離閾値以内の場合には、キー31が認証されたものとして、解錠及び施錠並びにエンジンの始動等を許可する。また、制御部36は、装置2によって算出された距離がメモリ38から読み出した距離閾値よりも大きい場合には、キー31の認証を許可しない。従って、この場合には、解錠及び施錠並びにエンジンの始動等は許可されない。 Assuming that the phases of the transmitted waves from the devices 1 and 2 do not change in the relay devices 33 and 34, the device 2 calculates the distance to the key 31 based on the phases obtained in the devices 1 and 2. Can be done. The device 2 outputs the calculated distance to the control unit 36. The memory 38 stores a distance threshold value that allows authentication of the key 31, and the control unit 36 authenticates the key 31 when the distance calculated by the device 2 is within the distance threshold value read from the memory 38. As a result, unlocking and locking, starting the engine, etc. are permitted. Further, the control unit 36 does not allow the authentication of the key 31 when the distance calculated by the device 2 is larger than the distance threshold value read from the memory 38. Therefore, in this case, unlocking and locking, starting the engine, etc. are not permitted.

なお、中継装置33,34において、装置1,装置2からの送信波の位相を変化させることができるものとする。この場合でも、装置1,2の初期位相が不明であることから、装置2によって算出される距離がメモリ38から読み出された距離閾値以内の値とするために必要な移相量を中継装置33,34において求めることはできない。このため、中継装置33,34を用いたとしても、キー31の認証が許可される可能性は十分に小さい。 It is assumed that the relay devices 33 and 34 can change the phase of the transmitted wave from the device 1 and the device 2. Even in this case, since the initial phases of the devices 1 and 2 are unknown, the amount of phase shift required for the distance calculated by the device 2 to be within the distance threshold value read from the memory 38 is set as the relay device. It cannot be obtained at 33 and 34. Therefore, even if the relay devices 33 and 34 are used, the possibility that the authentication of the key 31 is permitted is sufficiently small.

このように本実施の形態においては、上記各実施の形態における測距システムを利用することで、スマートエントリシステムに対するリレーアタックによって、車両の解錠等が行われることを防止することができる。 As described above, in the present embodiment, by using the distance measuring system in each of the above embodiments, it is possible to prevent the vehicle from being unlocked or the like by the relay attack on the smart entry system.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。例えば、図17において、装置2は、装置1から送信された同じ周波数の送信波を2回ずつ受信するものとして説明しているが、2回を越えて受信しても良いことはもちろんである。雑音やインパルス妨害が重畳された信号を受信した場合、受信回数を増やして平均化したり異常値を除去するなどの信号処理が一般的に行われるが、その場合にも本発明が適用できる。また、距離を算出するための位相計算の式が受信間隔t0に依存していることに着目すれば、受信間隔の変化に応じた様々な式の変形や組み合わせが可能であり、受信間隔が既知(いわゆる所定の間隔)であれば、必ずしも等間隔で送受信しなくても良いことは容易に理解できるであろう。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified at the implementation stage without departing from the gist thereof. For example, in FIG. 17, the device 2 is described as receiving the transmission wave of the same frequency transmitted from the device 1 twice, but of course, it may be received more than twice. .. When a signal on which noise or impulse disturbance is superimposed is received, signal processing such as increasing the number of receptions to average or removing abnormal values is generally performed, and the present invention can be applied even in that case. Further, paying attention to the fact that the phase calculation formula for calculating the distance depends on the reception interval t0, various formulas can be modified or combined according to the change in the reception interval, and the reception interval is known. If it is (so-called predetermined interval), it can be easily understood that it is not always necessary to transmit and receive at equal intervals.

また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 In addition, the above-described embodiment includes inventions at various stages, and various inventions can be extracted by an appropriate combination in a plurality of disclosed constituent requirements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of effect of the invention can be solved. If is obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.

1,2…装置、11,21…制御部、12,22…メモリ、13,23…発振器、14,24…送信部、15,25…受信部、17,27…アンテナ回路。
1,2 ... device, 11,21 ... control unit, 12,22 ... memory, 13,23 ... oscillator, 14,24 ... transmitter unit, 15,25 ... receiver unit, 17,27 ... antenna circuit.

Claims (3)

少なくとも一方が移動可能な第1装置と第2装置の間の距離を、複数の搬送波周波数で伝送される第1〜第4の既知信号の位相に基づいて算出する測距装置において、
第1基準信号源と、前記第1基準信号源の出力を用いて第1の搬送波周波数に対応する前記第1の既知信号及び前記第1の搬送波周波数とは異なる第2の搬送波周波数に対応する前記第2の既知信号を送信すると共に前記第1の搬送波周波数に対応する前記第3の既知信号及び前記第2の搬送波周波数に対応する前記第4の既知信号を受信する第1送受信器とを具備した前記第1装置と、
前記第1基準信号源とは独立に動作する第2基準信号源と、前記第2基準信号源の出力を用いて前記第1の搬送波周波数に対応する前記第3の既知信号及び前記第2の搬送波周波数に対応する前記第4の既知信号を送信すると共に前記第1の既知信号及び前記第2の既知信号を受信する第2送受信器とを具備した前記第2装置と、
前記第1装置に設けられた第1の位相検出器と、
前記第2装置に設けられた第2の位相検出器と、
前記第1装置又は第2装置に設けられ、前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出する算出部とを具備し、
前記第1送受信器及び前記第2送受信器は、第1期間に前記第1の既知信号の送受信を行い第2期間に前記第3の既知信号の送受信を行い第3期間に前記第1の既知信号の送受信を行い、第4期間に前記第2の既知信号の送受信を行い第5期間に前記第4の既知信号の送受信を行い第6期間に前記第2の既知信号の送受信を行い、
前記第2位相検出器は前記第1期間に前記第1の既知信号についての第1の位相を検出し、前記第1位相検出器は前記第2期間に前記第3の既知信号についての第2の位相を検出し、前記第2位相検出器は前記第3期間に前記第1の既知信号についての第3の位相を検出し、前記第2位相検出器は前記第4期間に前記第2の既知信号についての第4の位相を検出し、前記第1位相検出器は前記第5期間に前記第4の既知信号についての第5の位相を検出し、前記第2位相検出器は前記第6期間に前記第2の既知信号についての第6の位相を検出し、
前記算出部は、検出した前記第1から第6の位相を用い、前記第1の位相と第4位相の間の差分演算及び前記第2の位相と第5の位相との間の差分演算を含み位相の検出間隔に応じた演算により、前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出し、
前記第1及び第2送受信器の一方は、前記第1及び第2送受信器の他方に対して、受信信号に基づいて前記第1又は第2位相検出器が検出した位相情報を位相オフセットとして付加して生成した既知信号を送信する
測距装置。
In a distance measuring device that calculates the distance between a first device and a second device that can move at least one of them based on the phases of the first to fourth known signals transmitted at a plurality of carrier frequencies.
The first reference signal source and the output of the first reference signal source are used to correspond to the first known signal corresponding to the first carrier frequency and a second carrier frequency different from the first carrier frequency. A first transmitter / receiver that transmits the second known signal and receives the third known signal corresponding to the first carrier frequency and the fourth known signal corresponding to the second carrier frequency. The first device provided and
A second reference signal source that operates independently of the first reference signal source, the third known signal corresponding to the first carrier frequency using the output of the second reference signal source, and the second reference signal source. The second apparatus including a second transmitter / receiver for transmitting the fourth known signal corresponding to a carrier frequency and receiving the first known signal and the second known signal.
The first phase detector provided in the first device and
A second phase detector provided in the second device and
It is provided in the first device or the second device, and includes a calculation unit for calculating the distance between the first device and the second device.
The first transmitter / receiver and the second transmitter / receiver transmit / receive the first known signal in the first period, transmit / receive the third known signal in the second period, and transmit / receive the first known signal in the third period. Signals are transmitted and received, the second known signal is transmitted and received in the fourth period, the fourth known signal is transmitted and received in the fifth period, and the second known signal is transmitted and received in the sixth period.
The second phase detector detects the first phase of the first known signal during the first period, and the first phase detector detects the second phase of the third known signal during the second period. The second phase detector detects the third phase of the first known signal in the third period, and the second phase detector detects the second phase in the fourth period. The first phase detector detects the fourth phase for the known signal, the first phase detector detects the fifth phase for the fourth known signal during the fifth period, and the second phase detector detects the sixth phase. Detecting the sixth phase for the second known signal during the period,
The calculation unit uses the detected first to sixth phases to perform a difference calculation between the first phase and the fourth phase and a difference calculation between the second phase and the fifth phase. The distance between the first device and the second device is calculated by calculation according to the detection interval of the included phase.
One of the first and second transmitters / receivers adds phase information detected by the first or second phase detector based on a received signal to the other of the first and second transmitters / receivers as a phase offset. A distance measuring device that transmits the known signal generated by the above.
少なくとも一方が移動可能な第1装置と第2装置の間の距離を、複数の搬送波周波数で伝送される第1〜第4の既知信号の位相に基づいて算出する測距装置において、
第1基準信号源と、前記第1基準信号源の出力を用いて第1の搬送波周波数に対応する前記第1の既知信号及び前記第1の搬送波周波数とは異なる第2の搬送波周波数に対応する前記第2の既知信号を送信すると共に前記第1の搬送波周波数に対応する前記第3の既知信号及び前記第2の搬送波周波数に対応する前記第4の既知信号を受信する第1送受信器とを具備した前記第1装置と、
前記第1基準信号源とは独立に動作する第2基準信号源と、前記第2基準信号源の出力を用いて前記第1の搬送波周波数に対応する前記第3の既知信号及び前記第2の搬送波周波数に対応する前記第4の既知信号を送信すると共に前記第1の既知信号及び前記第2の既知信号を受信する第2送受信器とを具備した前記第2装置と、
前記第1装置に設けられた第1の位相検出器と、
前記第2装置に設けられた第2の位相検出器と、
前記第1装置又は第2装置に設けられ、前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出する算出部とを具備し、
前記第1送受信器及び前記第2送受信器は、第1期間に前記第1の既知信号の送受信を行い第2期間に前記第3の既知信号の送受信を行い、第3期間に前記第2の既知信号の送受信を行い第4期間に前記第4の既知信号の送受信を行い、
前記第1の位相検出器が前記第2期間に前記第3の既知信号について第1の位相を検出する場合には、前記第2の位相検出器は、前記第1期間に所定の時間間隔で2回の位相検出を行って前記第1の既知信号の第2及び第3の位相を検出し、前記第2の位相検出器が前記第1期間に前記第1の既知信号について第1の位相を検出する場合には、前記第1の位相検出器は、前記第2期間に所定の時間間隔で2回の位相検出を行って前記第3の既知信号の第2及び第3の位相を検出し、
前記第1の位相検出器が前記第4期間に前記第4の既知信号について第4の位相を検出する場合には、前記第2の位相検出器は、前記第3期間に所定の時間間隔で2回の位相検出を行って前記第2の既知信号の第5及び第6の位相を検出し、前記第2の位相検出器が前記第3期間に前記第2の既知信号について第4の位相を検出する場合には、前記第1の位相検出器は、前記第4期間に所定の時間間隔で2回の位相検出を行って前記第4の既知信号の第5及び第6の位相を検出し、
前記算出部は、検出した前記第1から第6の位相を用い、前記第2の位相と第3の位相の間の差分演算及び前記第5の位相と第6の位相との間の差分演算を含み位相の検出間隔に応じた演算により、前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出し、
前記第1送受信器は、前記第1基準信号源の出力を用いて前記第1の搬送波周波数とも前記第2の搬送波周波数とも異なる第3の搬送波周波数に対応する第5の既知信号を送信すると共に前記第3の搬送波周波数に対応する第6の既知信号を受信し、
前記第2送受信器は、第2基準信号源の出力を用いて前記第6の既知信号を送信すると共に前記第5の既知信号を受信し、
前記第1送受信器及び前記第2送受信器は、前記第1及び第3の既知信号の1回ずつの送受信及び前記第2及び第4の既知信号の1回ずつの送受信に続けて、前記第5及び第6の既知信号の1回ずつの送受信を行い、
前記第2送受信器は、前記第5及び第6の既知信号の1回ずつの送受信において前記第5の既知信号を所定の間隔で2回受信し、
前記第2送受信器は、前記第5及び第6の既知信号の1回ずつの送受信における前記第5の既知信号の2回受信のうちの1回を省略し、
前記第1及び第2送受信器の一方は、前記第1及び第2送受信器の他方に対して、受信信号に基づいて前記第1又は第2位相検出器が検出した位相情報を位相オフセットとして付加して生成した既知信号を送信する
測距装置。
In a distance measuring device that calculates the distance between a first device and a second device that can move at least one of them based on the phases of the first to fourth known signals transmitted at a plurality of carrier frequencies.
The first reference signal source and the output of the first reference signal source are used to correspond to the first known signal corresponding to the first carrier frequency and a second carrier frequency different from the first carrier frequency. A first transmitter / receiver that transmits the second known signal and receives the third known signal corresponding to the first carrier frequency and the fourth known signal corresponding to the second carrier frequency. The first device provided and
A second reference signal source that operates independently of the first reference signal source, the third known signal corresponding to the first carrier frequency using the output of the second reference signal source, and the second reference signal source. The second apparatus including a second transmitter / receiver for transmitting the fourth known signal corresponding to a carrier frequency and receiving the first known signal and the second known signal.
The first phase detector provided in the first device and
A second phase detector provided in the second device and
It is provided in the first device or the second device, and includes a calculation unit for calculating the distance between the first device and the second device.
The first transmitter / receiver and the second transmitter / receiver transmit / receive the first known signal in the first period, transmit / receive the third known signal in the second period, and transmit / receive the third known signal in the third period. The known signal is transmitted and received, and the fourth known signal is transmitted and received during the fourth period.
When the first phase detector detects the first phase of the third known signal in the second period, the second phase detector will perform the first phase at predetermined time intervals in the first period. The second and third phases of the first known signal are detected by performing two phase detections, and the second phase detector makes a first phase for the first known signal during the first period. When detecting, the first phase detector detects the second and third phases of the third known signal by performing phase detection twice at a predetermined time interval in the second period. death,
When the first phase detector detects the fourth phase of the fourth known signal in the fourth period, the second phase detector will perform the third period at predetermined time intervals. The phase detection is performed twice to detect the fifth and sixth phases of the second known signal, and the second phase detector performs the fourth phase for the second known signal in the third period. When detecting, the first phase detector detects the fifth and sixth phases of the fourth known signal by performing phase detection twice at a predetermined time interval in the fourth period. death,
The calculation unit uses the detected first to sixth phases to perform a difference calculation between the second phase and the third phase and a difference calculation between the fifth phase and the sixth phase. The distance between the first device and the second device is calculated by calculation according to the phase detection interval including the above.
The first transmitter / receiver uses the output of the first reference signal source to transmit a fifth known signal corresponding to a third carrier frequency different from the first carrier frequency and the second carrier frequency. Upon receiving the sixth known signal corresponding to the third carrier frequency,
The second transmitter / receiver transmits the sixth known signal and receives the fifth known signal by using the output of the second reference signal source.
The first transmitter / receiver and the second transmitter / receiver receive the first transmission / reception of the first and third known signals and the transmission / reception of the second and fourth known signals once, and then the first transmission / reception of the second and fourth known signals. The 5th and 6th known signals are transmitted and received once, respectively.
The second transmitter / receiver receives the fifth known signal twice at predetermined intervals in each transmission / reception of the fifth and sixth known signals.
The second transmitter / receiver omits one of the two receptions of the fifth known signal in each transmission / reception of the fifth and sixth known signals.
One of the first and second transmitters / receivers adds phase information detected by the first or second phase detector based on a received signal to the other of the first and second transmitters / receivers as a phase offset. A distance measuring device that transmits the known signal generated by the above.
少なくとも一方が移動可能な第1装置と第2装置の間の距離を、複数の搬送波周波数で伝送される第1〜第4の既知信号の位相に基づいて算出する測距方法であって、
前記第1装置に設けられた第1送受信器が、第1基準信号源の出力を用いて第1の搬送波周波数に対応する前記第1の既知信号を送信し、
前記第2装置に設けられた第2送受信器が、前記第1基準信号源とは独立に動作する第2基準信号源の出力を用いて前記第1の既知信号を受信し、この受信の後前記第1の搬送波周波数に対応する第3の既知信号を送信し、
前記第1送受信器が、前記第1基準信号源の出力を用いて前記第3の既知信号を受信し、この受信の後前記第1基準信号源の出力を用いて前記第1の既知信号を送信し、
前記第2送受信器が、前記第2基準信号源の出力を用いて前記第1の既知信号を受信し、
前記第1送受信器が、前記第1基準信号源の出力を用いて前記第1の搬送波周波数とは異なる第2の搬送波周波数に対応する第2の既知信号を送信し、
第2送受信器が、前記第2基準信号源の出力を用いて前記第2の既知信号を受信し、この受信の後前記第2の搬送波周波数に対応する第4の既知信号を送信し、
前記第1送受信器が、前記第1基準信号源の出力を用いて前記第4の既知信号を受信し、この受信の後前記第1基準信号源の出力を用いて前記第2の既知信号を送信し、
前記第2送受信器が、前記第2基準信号源の出力を用いて前記第2の既知信号を受信し、
前記第2装置に設けられた第2の位相検出器が前記第2送受信器によって受信された前記第1及び第2の既知信号の位相を検出し、
前記第1装置に設けられた第1の位相検出器が前記第1送受信器によって受信された前記第3及び第4の既知信号の位相を検出し、
前記第1装置もしくは第2装置に設けられた算出部が、前記第1及び第2の位相検出器が検出した前記第1〜第4の既知信号の位相に基づいて、前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出する測距方法。
A distance measuring method that calculates the distance between a first device and a second device that can move at least one of them based on the phases of the first to fourth known signals transmitted at a plurality of carrier frequencies.
The first transmitter / receiver provided in the first apparatus transmits the first known signal corresponding to the first carrier frequency by using the output of the first reference signal source.
A second transmitter / receiver provided in the second apparatus receives the first known signal using the output of the second reference signal source that operates independently of the first reference signal source, and after this reception. A third known signal corresponding to the first carrier frequency is transmitted,
The first transmitter / receiver receives the third known signal using the output of the first reference signal source, and after this reception, uses the output of the first reference signal source to receive the first known signal. Send and
The second transmitter / receiver receives the first known signal using the output of the second reference signal source.
The first transmitter / receiver uses the output of the first reference signal source to transmit a second known signal corresponding to a second carrier frequency different from the first carrier frequency.
The second transmitter / receiver receives the second known signal using the output of the second reference signal source, and after this reception, transmits a fourth known signal corresponding to the second carrier frequency.
The first transmitter / receiver receives the fourth known signal using the output of the first reference signal source, and after this reception, uses the output of the first reference signal source to receive the second known signal. Send and
The second transmitter / receiver receives the second known signal using the output of the second reference signal source.
A second phase detector provided in the second apparatus detects the phase of the first and second known signals received by the second transmitter / receiver.
The first phase detector provided in the first apparatus detects the phase of the third and fourth known signals received by the first transmitter / receiver.
The first device and the calculation unit provided in the first device or the second device are based on the phases of the first to fourth known signals detected by the first and second phase detectors. A distance measuring method for calculating the distance to the second device.
JP2021094343A 2018-01-25 2021-06-04 Distance measuring device and distance measuring method Active JP7087167B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018010400 2018-01-25
JP2018010400 2018-01-25
JP2018020766A JP6896659B2 (en) 2018-01-25 2018-02-08 Distance measuring device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018020766A Division JP6896659B2 (en) 2018-01-25 2018-02-08 Distance measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021131399A true JP2021131399A (en) 2021-09-09
JP7087167B2 JP7087167B2 (en) 2022-06-20

Family

ID=67472148

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018020766A Active JP6896659B2 (en) 2018-01-25 2018-02-08 Distance measuring device
JP2021094343A Active JP7087167B2 (en) 2018-01-25 2021-06-04 Distance measuring device and distance measuring method

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018020766A Active JP6896659B2 (en) 2018-01-25 2018-02-08 Distance measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP6896659B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024084840A1 (en) * 2022-10-21 2024-04-25 アルプスアルパイン株式会社 Distance measurement method and distance measurement system

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7199322B2 (en) * 2019-08-26 2023-01-05 株式会社東芝 Ranging device and ranging method
JP7297619B2 (en) * 2019-09-18 2023-06-26 株式会社東芝 rangefinder
JP7234170B2 (en) * 2020-02-14 2023-03-07 株式会社東芝 Ranging device and ranging method
JP7199391B2 (en) 2020-02-28 2023-01-05 株式会社東芝 rangefinder
JP7150771B2 (en) * 2020-03-16 2022-10-11 株式会社東芝 Ranging device, ranging system and ranging method
JP7424160B2 (en) 2020-03-26 2024-01-30 株式会社デンソー security system
JP7359054B2 (en) * 2020-03-26 2023-10-11 株式会社デンソー distance estimation device
JP7434130B2 (en) * 2020-09-24 2024-02-20 株式会社東芝 Distance measuring device and method
WO2023084986A1 (en) * 2021-11-10 2023-05-19 アルプスアルパイン株式会社 Communication device, distance measuring device, and authentication method in communication device
JPWO2023105918A1 (en) * 2021-12-07 2023-06-15
WO2024101123A1 (en) * 2022-11-10 2024-05-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Information processing device, information processing method, and program

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006042201A (en) * 2004-07-29 2006-02-09 Advanced Telecommunication Research Institute International Distance measurement system, distance measuring method and communication equipment
JP2006208355A (en) * 2004-12-28 2006-08-10 Tokyo Rader Kk Method for measuring inter radio stations distance
EP2204669A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-07 Atmel Automotive GmbH System, method and switch for measuring the distance between two nodes of a wireless network
US20110006942A1 (en) * 2008-12-30 2011-01-13 Wolfram Kluge Circuit and method for distance measurement between two nodes of a radio network
JP2016042086A (en) * 2014-08-13 2016-03-31 ジック アーゲー Method for simultaneously performing data transmission and distance measurement

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006042201A (en) * 2004-07-29 2006-02-09 Advanced Telecommunication Research Institute International Distance measurement system, distance measuring method and communication equipment
JP2006208355A (en) * 2004-12-28 2006-08-10 Tokyo Rader Kk Method for measuring inter radio stations distance
EP2204669A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-07 Atmel Automotive GmbH System, method and switch for measuring the distance between two nodes of a wireless network
US20110006942A1 (en) * 2008-12-30 2011-01-13 Wolfram Kluge Circuit and method for distance measurement between two nodes of a radio network
JP2016042086A (en) * 2014-08-13 2016-03-31 ジック アーゲー Method for simultaneously performing data transmission and distance measurement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024084840A1 (en) * 2022-10-21 2024-04-25 アルプスアルパイン株式会社 Distance measurement method and distance measurement system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6896659B2 (en) 2021-06-30
JP7087167B2 (en) 2022-06-20
JP2019128341A (en) 2019-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7087167B2 (en) Distance measuring device and distance measuring method
US11747427B2 (en) Distance measuring device and distance measuring method
JP6912301B2 (en) Distance measuring device
JP6851925B2 (en) Distance measuring device
US20210181322A1 (en) Distance measuring device and distance measuring method
US11719791B2 (en) Distance measuring device and distance measuring method
US10416301B2 (en) Distance measurement between two nodes of a radio network
US20160209505A1 (en) Transmitter-receiver circuit and method for distance measurement between a first node and a second node of a radio network
US20170176583A1 (en) Method in a Radar System, Radar System, and/or Device of a Radar System
CN108603928A (en) For reducing the method and system interfered caused by the phase noise in radar system
JP7297619B2 (en) rangefinder
US11486990B2 (en) Method for radio measuring applications
JP2017173114A (en) Distance measuring system and distance measuring method
JP7150771B2 (en) Ranging device, ranging system and ranging method
US20230236308A1 (en) Communication apparatus and distance generation method thereof
JP2006030022A (en) Distance measurement apparatus and distance measurement method using radio waves

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210604

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220510

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220608

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7087167

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150