JP2021148442A - 測距装置、測距システム及び測距方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測距及びデータ通信が可能な装置において送受信回路を共用化して回路規模の増大を抑制すると共に、比較的長い距離での測距を可能にする。【解決手段】実施形態の測距装置は、位相検出方式による通信型測距を採用した測距装置において、データ通信に用いる複数チャンネルでの送信が可能に構成されて、送信データを変調して得た送信信号を送信する送信回路と、前記送信回路を制御して、前記位相検出方式による測距に用いる連続波として同一チャンネル内の相互に異なる周波数を有する複数の連続波を発生させる制御部１１とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、測距装置、測距システム及び測距方法に関する。

従来、測距方式には時間検出方式、周波数差検出方式、位相検出方式などがあるが、実装の簡易性から、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位相検出方式を採用した測距システムが注目されている。
このような測距システムを携帯端末等に採用されるデータ通信装置に組込むことが考えられる。しかしながら、データ通信用の回路と測距用の回路とを組み合わせた場合、回路規模が大きくなってしまう。

また、データ通信に用いるチャンネルを利用して測距用の信号を送信する場合には、一般的にデータ通信に用いられるチャンネル間隔が比較的大きいことから、測距可能な距離が短いという欠点がある。

特表２０１７ー５１３０２４号公報 特開２０１８ー１５５７２４号公報

実施形態は、測距及びデータ通信が可能な装置において送受信回路を共用化して回路規模の増大を抑制すると共に、比較的長い距離での測距を可能にすることができる測距装置、測距システム及び測距方法を提供することを目的とする。

実施形態の測距装置は、位相検出方式による通信型測距を採用した測距装置において、データ通信に用いる複数チャンネルでの送信が可能に構成されて、送信データを変調して得た送信信号を送信する送信回路と、前記送信回路を制御して、前記位相検出方式による測距に用いる連続波として同一チャンネル内の相互に異なる周波数を有する複数の連続波を発生させる制御部とを具備する。

本発明の一実施の形態に係る測距装置を示すブロック図。 通信型測距を行う測距システムの一例を説明するための説明図。 装置３０，装置４０の送信信号の例を示す説明図。 測距信号の周波数成分を説明するための説明図。 実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。 変形例を説明するための説明図。

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。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態に係る測距装置を示すブロック図である。本実施の形態における測距装置は、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調を採用したデータ通信装置を兼ねており、測距用の回路部分とデータ通信用の回路部分のうち送受信回路については共用化した構成である。また、本実施の形態においては、データ通信において用いる伝送チャンネルの１チャンネル内の帯域中の複数のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：連続波）を測距に用いることで、比較的長い距離での測距を可能にしている。

本実施の形態は無変調キャリアであるＣＷを用いた位相検出方式を採用し、通信によって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。

図２は通信型測距を行う測距システムの一例を説明するための説明図である。図２の測距システムは、測距装置３０と測距装置４０との間の通信によって、装置３０と装置４０との間の距離を測距するものである。

装置３０と装置４０とは相互に同一構成である。装置３０は、送信部３２及び受信部３３を備える。送信部３２は、測距に用いるＣＷ（以下、測距信号ともいう）を発生する。送信部３２からの測距信号は、スイッチ３５を介してアンテナ３４に供給されて、装置４０に送信される。また、装置３０のアンテナ３４には、装置４０からの測距信号が到来する。この測距信号はスイッチ３５を介して受信部３３に供給されて受信される。

なお、装置４０の送信部４２、受信部４３、アンテナ４４及びスイッチ４５は、それぞれ装置３０の送信部３２、受信部３３、アンテナ３４及びスイッチ３５と同様の構成である。これにより、装置３０からの測距信号は装置４０において受信され、装置４０からの測距信号は装置３０において受信される。

デジタル部３１，４１は、相互に同様の構成であり、それぞれ装置３０又は装置４０の各部を制御する。即ち、デジタル部３１は、送信部３２に装置４０に送信する測距信号を発生させ、受信部３３に装置４０からの測距信号を受信させる。同様に、デジタル部４１は、送信部４２に装置３０に送信する測距信号を発生させ、受信部４３に装置３０からの測距信号を受信させる。

（測距演算の一例）
次に、測距演算の一例について、特許文献２に記載された手法を用いて説明する。
装置３０及び装置４０は、周波数ｆ_Ｌの無変調キャリアである測距信号（ＣＷ）を互いに送信すると共に受信し、周波数ｆ_Ｈの無変調キャリアである測距信号（ＣＷ）を互いに送信すると共に受信する。装置３０，４０の図示しない発振器によって生成される発振信号の角周波数ω_Ｂ，ω_Ｃを用いて、周波数２πｆ_Ｌ＝ω_Ｃ−ω_Ｂとし、２πｆ_Ｈ＝ω_Ｃ＋ω_Ｂと表現するものとする。装置３０，４０の図示しない発振器の発振信号の周波数は厳密には同一とはならない。このずれを考慮して、装置３０は、角周波数がω_Ｃ１＋ω_Ｂ１の送信信号と角周波数がω_Ｃ１−ω_Ｂ１の送信信号との２波の送信信号を送信するものとする。同様に、装置４０は、角周波数がω_Ｃ２＋ω_Ｂ２の送信信号と角周波数がω_Ｃ２−ω_Ｂ２の送信信号との２波の送信信号を送信するものとする。装置３０，４０は互いの送信信号を受信する。

また、装置３０の角周波数がω_Ｃ１の発振信号の初期位相はθ_Ｃ１であり、周波数がω_Ｂ１の発振信号の初期位相はθ_Ｂ１であるものとし、装置４０の角周波数がω_Ｃ２の発振信号の初期位相はθ_Ｃ２であり、周波数がω_Ｂ２の発振信号の初期位相はθ_Ｂ２であるものとする。

装置３０から装置４０に送信される送信信号のうち、角周波数ω_Ｃ１＋ω_Ｂ１の送信信号が装置４０において遅延τ_１後に受信されるまでに生じる位相シフト量をθ_Ｈ１（ｔ）とし、角周波数ω_Ｃ１−ω_Ｂ１の送信信号が装置４０において受信されるまでに生じる位相シフト量をθ_Ｌ１（ｔ）とする。

同様に、装置４０から装置３０に送信される送信信号のうち、角周波数ω_Ｃ２＋ω_Ｂ２の送信信号が装置３０において遅延τ_２後に受信されるまでに生じる位相シフト量をθ_Ｈ２（ｔ）とし、角周波数ω_Ｃ２−ω_Ｂ２の送信信号が装置３０において受信されるまでに生じる位相シフト量をθ_Ｌ２（ｔ）とする。

この場合には、下記（１）式が成立することが特許文献２に示されている。
｛θ_Ｈ１（ｔ）−θ_Ｌ１（ｔ）｝＋｛θ_Ｈ２（ｔ）−θ_Ｌ２（ｔ）｝＝（θ_τＨ１−θ_τＬ１）＋（θ_τＨ２−θ_τＬ２） …（１）
但し、
θ_τＨ１＝（ω_Ｃ１＋ω_Ｂ１）τ_１ …（２）
θ_τＨ２＝（ω_Ｃ２＋ω_Ｂ２）τ_２ …（３）
θ_τＬ１＝（ω_Ｃ１−ω_Ｂ１）τ_１ …（４）
θ_τＬ２＝（ω_Ｃ２−ω_Ｂ２）τ_２ …（５）
である。

装置３０、装置４０間の電波の遅延τ_１，τ_２は進行方向によらず同じなので、（１）式から下記（６）式が得られる。
｛θ_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 …（６）
電波の速度をｃとし、装置３０と装置４０との間の距離をＲとし、遅延時間をτとすると、τ＝Ｒ／ｃである。これを（６）式に代入して、下記（７）式が得られる。

（１／２）×｛（θ_τＨ１−θ_τＬ１）＋（θ_τＨ２−θ_τＬ２）｝＝（ω_Ｂ１＋ω_Ｂ２）×（Ｒ／ｃ） …（７）
この（７）式から、装置３０と装置４０との間の距離Ｒは、角周波数ω_Ｂ１，ω_Ｂ２と、装置３０が受信した２周波から求めた位相差と装置４０が受信した２周波から求めた位相差との加算結果とによって算出できることが分かる。

なお、上記（７）式は、装置３０，４０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。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。そこで、特許文献２では、時系列送受信の場合に対応した例を開示している。

図３は矢印によってこの場合の装置３０，装置４０の送信信号の例を示す説明図である。図３に示すシーケンスでは、下記（８）式が成立する。ここで、ｔ０、Ｄ、Ｔは図３に示した遅延時間を表す。
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 …（８）
即ち、図３のシーケンスにおいては、装置３０は、所定タイミングで角周波数がω_Ｃ１＋ω_Ｂ１の送信波（以下、送信波Ｈ１Ａという）を送信する。装置４０は、送信波Ｈ１Ａの受信直後に、角周波数がω_Ｃ２＋ω_Ｂ２の送信波（以下、送信波Ｈ２Ａという）を送信する。更に、装置４０は、送信波Ｈ２Ａの送信後に角周波数がω_Ｃ２＋ω_Ｂ２の送信波（以下、送信波Ｈ２Ｂという）を再度送信する。装置３０は、２回目の送信波Ｈ２Ｂの受信後に、再び角周波数がω_Ｃ１＋ω_Ｂ１の送信波（以下、送信波Ｈ１Ｂという）を送信する。

更に装置３０は、角周波数がω_Ｃ１−ω_Ｂ１の送信波（以下、送信波Ｌ１Ａという）を送信する。装置４０は、送信波Ｌ１Ａの受信直後に、角周波数がω_Ｃ２−ω_Ｂ２の送信波（以下、送信波Ｌ２Ａという）を送信する。更に、装置４０は、送信波Ｌ２Ａの送信後に角周波数がω_Ｃ２−ω_Ｂ２の送信波（以下、送信波Ｌ２Ｂという）を再度送信する。装置３０は、２回目の送信波Ｌ２Ｂの受信後に、再び角周波数がω_Ｃ１−ω_Ｂ１の送信波（以下、送信波Ｌ１Ｂという）を送信する。

こうして、図３に示すように、装置４０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θ_Ｈ１（ｔ）を取得し、時間ｔ_０＋Ｄから所定時間において送信波Ｈ１Ｂに基づく位相θ_Ｈ１（ｔ＋ｔ_０＋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θ_Ｌ１（ｔ＋Ｔ）を取得し、時間ｔ_０＋Ｄ＋Ｔから所定時間において送信波Ｌ１Ｂに基づく位相θ_Ｌ１（ｔ＋ｔ_０＋Ｄ＋Ｔ）を取得する。

また、装置３０は、時間ｔ_０から所定時間において送信波Ｈ２Ａに基づく位相θ_Ｈ２（ｔ＋ｔ_０）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θ_Ｈ２（ｔ＋Ｄ）を取得し、時間ｔ_０＋Ｔから所定時間において送信波Ｌ２Ａに基づく位相θ_Ｌ２（ｔ＋ｔ_０＋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θ_Ｌ２（ｔ＋Ｄ＋Ｔ）を取得する。

装置３０又は４０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（８）式の演算結果を送信する。位相情報を受信した装置３０又は４０の制御部は、上記（８）式の演算によって、距離を算出する。

（構成）
図１は図２の装置３０（又は４０）の具体的な構成の一例を示している。送受信回路２０は、図２の送信部３２，４２及び受信部３３，４３に対応する。また、図１では、制御部１１、送信データ処理部１２、測距信号送信処理部１３、受信データ処理部１４、測距処理部１５、スイッチ１６，１７により、図２のデジタル部３１，４１を構成している。

制御部１１は、図１の測距装置の各部を制御する。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いたプロセッサによって構成されていてもよく、図示しないメモリ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し、ハードウェアの電子回路で機能の一部又は全部を実現するものであってもよい。

送信データ処理部１２及び受信データ処理部１４は、データ通信のための回路であり、測距信号送信処理部１３及び測距処理部１５は、測距のための回路である。送受信回路２０は、データ通信及び測距において共通に用いられる回路である。

送信データ処理部１２の出力及び測距信号送信処理部１３の出力は、スイッチ１６を介して送受信回路２０に供給される。スイッチ１６は、制御部１１に制御されて、送信データ処理部１２の出力又は測距信号送信処理部１３の出力を選択的に送受信回路２０に与える。

送信データ処理部１２は、制御部１１に制御されて、送信データを発生してスイッチ１６に出力する。スイッチ１６は、データ通信時には送信データ処理部１２の出力を選択して送受信回路２０に出力する。

送受信回路２０は、ＦＳＫ変調により送信信号を生成すると共に、受信信号をＦＳＫ復調してベースバンド信号を生成する処理を行う。即ち、送受信回路２０のデータ発生器２１は、スイッチ１６を介して送信データが与えられる。データ発生器２１は、送信データに基づいてＦＳＫ変調のためのデータを発生して発振器２２に出力する。発振器２２は、入力されたデータに応じて発振周波数を変化させる。

こうして、送信データはＦＳＫ変調されて発振器２２から送信信号が得られる。なお、発振器２２は、複数のチャンネルに対応する複数の周波数の送信信号を発生することが可能である。制御部１１は、発振器２２が発生する送信信号の周波数（チャンネル）を制御することができるようになっている。

発振器２２の出力はパワーアンプ２３に与えられる。パワーアンプ２３は、送信信号を増幅してスイッチ２４を介してアンテナ２５に出力する。スイッチ２４は、制御部１１に制御されて、送信時にはパワーアンプ２３とアンテナ２５とを接続し、受信時にはアンテナ２５と受信信号取得部２６とを接続する。こうして、送信時には、アンテナ２５はパワーアンプ２３からの送信信号を送信する。

アンテナ２５は、受信時には、受信信号を受信して、スイッチ２４を介して受信処理部２６に与える。受信処理部２６は受信信号に対するＦＳＫ復調処理を行い、復調信号を出力する。

送受信回路２０の受信処理部２６からの復調信号はスイッチ１７に供給される。スイッチ１７は、制御部１１に制御されて、受信処理部２６の出力を受信データ処理部１４又は測距処理部１５に選択的に与える。スイッチ１７は、データ通信時には受信処理部２６からの受信信号を受信データ処理部１４に出力する。受信データ処理部１４は、入力された受信信号から受信データを復元する。

本実施の形態においては、測距信号送信処理部１３は、制御部１１に制御されて、上述した２周波の測距信号を出力するための信号を発生する。本実施の形態においては、ＦＳＫ変調方式での伝送を考慮して、測距信号送信処理部１３は、例えば、論理値“１”に対応するハイレベル（“Ｈ”）を連続的に発生して出力する。なお、以下の説明では、連続する“１”又は“Ｈ”の連続を「連続１」というものとする。

制御部１１は、測距時には、スイッチ１６に測距信号送信処理部１３の出力を選択させ、スイッチ１７により受信処理部２６の出力を測距処理部１５に供給させる。測距信号送信処理部１３からの連続１は、スイッチ１６を介してデータ発生器２１に与えられる。送受信回路２０の動作は、測距時においてもデータ通信時と同様である。データ発生器２１は、連続１が入力されると、発振器２２から連続１に対応した周波数の発振出力を出力させる。

即ち、測距時には、発振器２２の送信信号は、無変調キャリアであるＣＷとなる。例えば、論理値“１”に対する周波数偏位が２００ＫＨｚに設定されている場合には、連続１が送受信回路２０に入力されると、発振器２２から所定の伝送チャンネルの中心周波数に対して＋２００Ｈｚの周波数のＣＷが出力される。なお、発振器２２からの送信信号の伝送チャンネルについては、制御部１１により設定される。

ところで、第１波を連続１に対応させて発生させた手法を利用して、第２波についても、連続１に対応させて発生させることが考えられる。例えば、２つの伝送チャンネルを用いて連続１に対応した２つのＣＷを発生させるのである。

ところで、２波を用いた測距では、測距可能な距離は、｛光速ｃ／（ｆ_Ｈ−ｆ_Ｌ）｝×（１／２）である。２つのチャンネルを用いて２つのＣＷを発生させる場合には、測距可能な距離はチャンネル間隔の制限を受ける。例えば、伝送チャンネルのチャンネル間隔が３ＭＨｚである場合には、測距結果は約５０ｍで折り返すので、測距可能な距離は約５０ｍとなる。

そこで、本実施の形態においては、同一チャンネルにおいて、２波の測距信号を発生させるように制御する。即ち、制御部１１は、測距信号送信処理部１３を制御して、連続１を発生させると共に、論理値“０”に対応するローレベル（“Ｌ”）の信号を連続的に発生して出力する。なお、連続する“０”又は“Ｌ”の連続を「連続０」と言うものとする。

データ発生器２１は、連続０が入力されると、発振器２２から論理値“０”に対応した周波数の発振出力を出力させる。即ち、この場合の発振器２２からの送信信号も、無変調キャリアであるＣＷとなる。例えば、論理値“０”に対する周波数偏位が−２００ＫＨｚに設定されている場合には、連続０が送受信回路２０に入力されると、発振器２２から所定の伝送チャンネルの中心周波数に対して−２００Ｈｚの周波数のＣＷが出力される。

本実施の形態においては、測距信号の２波のうち第１波としては例えば連続１に対応させて所定のチャンネルで発生したＣＷを用い、第２波としては例えば連続０に対応させて第１波と同一チャンネルにおいて発生したＣＷを用いるように制御する。

制御部１１は、測距時には、スイッチ１６に測距信号送信処理部１３の出力を選択させ、スイッチ１７により受信処理部２６の出力を測距処理部１５に供給させる。測距信号送信処理部１３からの連続１又は連続０は、スイッチ１６を介してデータ発生器２１に与えられる。送受信回路２０の動作は、測距時においてもデータ通信時と同様である。データ発生器２１は、連続１が入力されると、発振器２２から連続１に対応した周波数の発振出力を出力させ、連続０が入力されると、発振器２２から連続０に対応した周波数の発振出力を出力させる。即ち、測距時には、発振器２２の送信信号は、無変調キャリアであるＣＷとなり、２波の送信信号周波数の差は、論理値“１”，“０”に対応して設定された周波数偏位量に対応したものとなる。

例えば、論理値“１”に対する周波数偏位が２００ＫＨｚに設定されている場合には、連続１が送受信回路２０に入力されると、発振器２２から所定の伝送チャンネルの中心周波数に対して＋２００Ｈｚの周波数のＣＷが出力される。本実施の形態においては、この場合のＣＷが上述した測距信号の２波のうちの周波数ｆ_Ｈの信号として用いるようになっている。

また、本実施の形態においては、論理値“０”に対する周波数偏位を−２００ＫＨｚに設定し、連続０が送受信回路２０に入力されると、発振器２２から周波数ｆ_Ｈを有する伝送チャンネルの中心周波数に対して−２００Ｈｚの周波数のＣＷを出力するように構成される。本実施の形態においては、この場合のＣＷを上述した測距信号の２波のうちの周波数ｆ_Ｌの信号として用いるようになっている。

次に、このように構成された実施の形態の動作について図４及び図５を参照して説明する。図４は測距信号の周波数成分を説明するための説明図であり、図５は実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。

図４は横軸に周波数をとり、データ通信に用いられる所定のＮ個のチャンネル（ｃｈ）の伝送帯域を示しており、上向きの矢印は各チャンネルの中心周波数を示している。本実施の形態においては、図４に示すＮ個の伝送チャンネルを用いて、データ通信及び測距を行う。図４の伝送チャンネルは、１チャンネル当たり３ＭＨｚの帯域を有する（チャンネル間隔が３ＭＨｚ）例を示しているが、チャンネル間隔は特に限定されるものではない。

また、図４の例では、所定の１チャンネルの帯域を拡大して下段に示しており、上向き破線矢印は隣接する２つのチャンネルの中心周波数に対応する。発振器２２は、データ“１”に対応する周波数偏位が２００ＫＨｚ、データ“０”に対応する周波数偏位が−２００ＫＨｚとなる発振出力を発生するように構成されている例を示している。

制御部１１は、図５のステップＳ１において、測距モードが設定されているかデータ通信モードが設定されているかを判定する。例えば、制御部１１は、図示しないホストからの要求に応じて、測距モードとデータ通信モードとを設定するようになっていてもよい。例えば、ホストは、ユーザ操作に従って、測距モードとデータ通信モードとを指定してもよい。

制御部１１は、測距モードが設定されていないと判定した場合には、データ通信モードに応じた処理を行う（ステップＳ２）。即ち、制御部１１は、送信データ処理部１２及び受信データ処理部１４を制御して、データ通信を行う。送信データ処理部１２は、送信データを発生する。この送信データは、スイッチ１６を介して送受信回路２０のデータ発生器２１に供給される。データ発生器２１は、送信データに基づいてＦＳＫ変調のためのデータを発生して発振器２２の発振周波数を変化させる。これにより、発振器２２から送信データに応じたＦＳＫ被変調信号が発生する。発振器２２からのＦＳＫ被変調信号（送信信号）は、パワーアンプ２３によって増幅された後、スイッチ２４を介してアンテナ２５に供給されて送信される。

アンテナ２５に誘起した受信信号は、スイッチ２４を介して受信処理部２６に供給される。受信処理部２６は、受信信号をＦＳＫ復調して、復調信号を得る。この復調信号は、データ通信モード時には、スイッチ１７を介して受信データ処理部１４に供給される。受信データ処理部１４によって、入力された受信信号から受信データが復元される。こうして、データ通信モードにおいて、データの送受信が行われる。

制御部１１は、測距モードが設定されていると判定した場合には、処理をステップＳ１からステップＳ３に移行する。例えば、ユーザは、図１の測距装置を含む端末と他機との間の距離を求めたい場合には、測距モードを指定する。測距モードが指定されると、制御部１１は、ステップＳ３において第１波送信タイミングになったか否かを判定し、ＮＯ判定の場合にはステップＳ６において第２波送信タイミングになったか否かを判定し、ここでＮＯ判定の場合にはステップＳ９において受信タイミングになったか否かを判定する。

例えば、制御部１１は、データ通信における所定のパケットにおいて測距モードを実行して、測距信号の送信及び受信を行うように制御してもよい。制御部１１は、ステップＳ３において、第１波の送信タイミングになったことを検出すると、測距信号送信処理部１３に連続１を発生させる（ステップＳ４）。

測距信号送信処理部１３からの連続１はスイッチ１６を介してデータ発生器２１に供給される。データ発生器２１は、発振器２２から連続１に対応した発振出力、即ち、発振周波数がチャンネルの中心周波数＋２００ＫＨｚの無変調キャリアであるＣＷを第１波出力として発生させる（ステップＳ５）。例えば、データ発生器２１は、発振器２２から図４の第ｎチャンネル（ｃｈ）の中心周波数＋２００ＫＨｚの測距信号ＣＷ１を第１波として発生させる。この第１波は、パワーアンプ２３により増幅された後、スイッチ２４を介してアンテナ２５に供給されて送信される。

次に、制御部１１は、ステップＳ３において、第１波の送信タイミングでないと判定した場合には、ステップＳ６において、第２波の送信タイミングになったか否かを判定する。制御部１１は、第２波の送信タイミングになったものと判定すると、測距信号の第２波の送信を行う。

本実施の形態においては、制御部１１は、第１波と同一チャンネルにおいて第２波の測距信号を発生させるために、測距信号送信処理部１３に連続０を発生させる（ステップＳ７）。測距信号送信処理部１３からの連続０はスイッチ１６を介してデータ発生器２１に供給される。データ発生器２１は、発振器２２から連続０に対応した発振出力、即ち、発振周波数が第１波を含むチャンネルの中心周波数−２００ＫＨｚの無変調キャリアであるＣＷを第２波出力として発生させる（ステップＳ５）。例えば、第１波が図４の測距信号ＣＷ１である場合には、データ発生器２１は、発振器２２から第ｎチャンネル（ｃｈ）の中心周波数−２００ＫＨｚの測距信号ＣＷ２を第２波として発生させる。この第２波は、パワーアンプ２３により増幅された後、スイッチ２４を介してアンテナ２５に供給されて送信される。

こうして、送受信回路２０からは、同一チャンネル内の２波の測距信号が出力される。図４の例では、これらの測距信号であるＣＷ１，ＣＷ２の周波数間隔は４００ＫＨｚである。従って、この場合には、測距結果は約３７５ｍで折り返すので、測距可能な距離を約３７５ｍまで延長できる。なお、２波の測距信号を隣接するチャンネルのＣＷ１，ＣＷ３とした場合には、上述したように、測距可能な距離は約５０ｍしかない。

制御部１１は、ステップＳ６において、第２波の送信タイミングでないと判定した場合には、ステップＳ９において、受信タイミングになったか否かを判定する。制御部１１は、受信タイミングになったものと判定すると、スイッチ２４を制御して、アンテナ２５に誘起した受信信号を受信処理部２６に供給し、ＦＳＫ復調により復調信号を得る。測距処理部１５は、スイッチ１７を介して復調信号を取り込んで、位相を検出する。測距処理部１５は、位相の検出結果を用いて、自機と他機との間の距離を求める測距演算を行う。

なお、特許文献２の手法を採用する場合には、自機又は他機は、位相の検出結果を相手の機器に伝送する必要がある。制御部１１は、この位相情報を、例えば、送信データ処理部１２を用いたデータ通信によって相手機器に伝送するようにしてもよい。またあるいは、制御部１１は、相手機器からの位相情報をデータ通信によって受信するようにしてもよい。

このように本実施の形態においては、ＦＳＫ変調を採用したデータ通信用の回路部分と、測距用の回路部分とのうち送受信回路については共用化した構成とすることができ、回路規模が増大することを抑制することができる。また、本実施の形態においては、データ通信において用いる伝送チャンネルの１チャンネル内の帯域中の複数のＣＷを測距信号に用いており、比較的長い距離での測距が可能である。

また、本実施の形態においては、１つの伝送チャンネル内で２波のＣＷを発生させており、連続１のみを用いて１伝送チャンネル内で１つのＣＷのみを発生させる場合に比べて、測距信号に利用可能なＣＷの数を多くすることができ、測距精度を向上させることが可能である。

なお、図１においては、測距及びデータ通信における送信装置と受信装置との両方を含む装置を示したが、送信装置と受信装置とを別体に構成してもよく、図１の制御部１１、送信データ処理部１２、測距信号送信処理部１３、スイッチ１６、データ発生器２１、発振器２２、パワーアンプ２３及びアンテナ２５によって、測距用送信装置を構成することが可能である。同様に、図１の制御部１１、受信データ処理部１４、測距処理部１５、スイッチ１７、受信処理部２６及びアンテナ２５によって測距用受信装置を構成することが可能である。

また、制御部１１だけでなく、送信データ処理部１２、測距信号送信処理部１３、受信データ処理部１４及び測距処理部１５についても、ＣＰＵやＦＰＧＡ等を用いたプロセッサによって構成されていてもよく、図示しないメモリ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し、ハードウェアの電子回路で機能の一部又は全部を実現するものであってもよい。

（変形例）
上記実施の形態においては、２波の測距信号を１つの伝送チャンネル内において発生させる例について説明したが、異なる伝送チャネルで発生させてもよい。例えば、図４の（ｎ−１）チャンネル内のＣＷ３とｎチャンネル内のＣＷ２とを２波の測距信号としてもよい。

この場合においても、測距可能な距離を多少は延長することが可能である。

（変形例）
図６は変形例を説明するための説明図である。図６は横軸に距離をとり縦軸に位相をとって、２つの測距結果を示している。

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、測距結果には折り返しが生じ、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。上記実施の形態においては、同一チャンネル内の２波のＣＷ（測距信号）を発生させており、折り返えされる距離を長くすることが可能である。しかし、同一チャンネル内の２波のＣＷを用いた測距結果は、測距精度が比較的低いことが考えられる。そこで、本変形例では、同一チャンネル内の２波のＣＷは、折り返しの補正のみに用い、測距結果は他のＣＷの組を用いて行う。

図６は実線により、同一チャンネル内の２波のＣＷの組（以下、折り返し補正用ＣＷの組という）以外の２波のＣＷの組（以下、測距用ＣＷの組という）による測距結果を示している。測距用ＣＷの組は、２つのＣＷの周波数の差が比較的大きくなるように、伝送チャンネルが選択されている。従って、測距用ＣＷの組を用いた測距では折り返される距離は比較的短い反面、測距精度は比較的高い。

図６は上述した（７）式の左辺をθ_ｄｅｔとして、距離Ｒとθ_ｄｅｔとの関係を示すものである。図６の実線は測距用ＣＷの組を用いた場合の例であり、破線は折り返し補正用のＣＷの組を用いた例である。なお、上記（７）式で計算される検出位相差の和θ_ｄｅｔは、−π（ｒａｄ）とπ（ｒａｄ）の間以外の値も取り得るが、図６に示す検出位相差の和θ_ｄｅｔ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。

図６の実線に示すように、測距用ＣＷの組を用いた場合には、検出位相差の和θ_ｄｅｔの変化に対する距離の変化が小さいことから、高い測距精度が得られることが分かる。測距用ＣＷの組を用いた場合において検出位相差の和θ_ｄｅｔ０が得られたものとすると、図６に示すように、測距結果の距離の候補としては、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３がある。

一方、折り返し補正用ＣＷの組を用いて得られた検出位相差の和と距離との関係を、図６の破線にて示してある。図６の破線は、折り返される距離が比較的長いことを示している。Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３のうち測距結果として正しい距離を選択するには、これらの距離のうち折り返し補正用ＣＷの組を用いて得られた検出位相差の和から得た距離近傍の距離を選べばよい。例えば、折り返し補正用ＣＷの組を用いてθ_ｄｅｔ１が検出された場合には、測距用ＣＷの組を用いて得られた距離Ｒ_２が正しい測距結果と判断することができる。このように、同一チャンネル内の２波のＣＷの組は、測距結果の折り返しの補正に用いる。

なお、図６では測距用ＣＷの組として１組のみを用いる例を示したが、複数の組を用いてもよい。また、測距用ＣＷの組として、連続１に対応する所定チャンネルのＣＷと連続０に対応する他のチャンネルのＣＷとの組を採用してもよく、連続１同士又は連続０同士に対応する相互に異なるチャンネルのＣＷの組を採用してもよい。

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。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。

１１…制御部、１２…送信データ処理部、１３…測距信号送信処理部、１４…受信データ処理部、１５…測距処理部、１６，１７，２４…スイッチ、２０…送受信回路、２１…データ発生器、２２…発振器、２３…パワーアンプ、２５…アンテナ、２６…受信処理部。

Claims (6)

1. 位相検出方式による通信型測距を採用した測距装置において、
   データ通信に用いる複数チャンネルでの送信が可能に構成されて、送信データを変調して得た送信信号を送信する送信回路と、
   前記送信回路を制御して、前記位相検出方式による測距に用いる連続波として同一チャンネル内の相互に異なる周波数を有する複数の連続波を発生させる制御部と
   を具備する測距装置。
2. 前記送信回路は、ＦＳＫ変調により前記送信信号を得るものであり、
   前記送信データとして連続１及び連続０を発生して前記送信回路に与える測距信号送信処理部を具備し、
   前記制御部は、測距モードにおいて、前記同一チャンネル内の複数の連続波を発生させるために、前記測距信号送信処理部に連続１及び連続０を発生させて前記送信回路に供給させる
   請求項１に記載の測距装置。
3. 前記測距信号送信処理部は、前記連続１と連続０とを時分割に前記送信回路に与え、
   前記送信回路は、同一チャンネル内において、前記連続１に基づく連続波と前記連続０に基づく連続波とを時分割に発生する
   請求項２に記載の測距装置。
4. 請求項１に記載の測距装置と同一構成の複数の測距装置を備え、
   前記複数の測距装置同士で、前記同一チャンネル内の相互に異なる周波数を有する複数の連続波を送受信して測距結果を得る
   測距システム。
5. 前記複数チャンネルを用いて複数の連続波を発生させて前記複数の測距装置同士で送受信して得た測距結果の折り返しを、前記同一チャンネル内の複数の連続波を前記複数の測距装置同士で送受信して得た測距結果を用いて補正する
   請求項４に記載の測距システム。
6. 位相検出方式による通信型測距を採用した測距方法において、
   送信データとして連続１及び連続０を発生し、
   送信データをＦＳＫ変調して送信信号を送信する送信回路に対して前記連続１及び連続０を与えることで、データ通信に用いる複数チャンネルのうちの所定のチャンネル内の相互に異なる周波数を有する複数の連続波を測距のための送信信号として発生させる
   測距方法。

Images