JP3256332B2 - 距離計測方法ならびに距離計測装置 - Google Patents
距離計測方法ならびに距離計測装置Info
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Description
定とドップラー効果による変移量測定との組み合わせに
よる追尾型の距離計測方法ならびにこの方法を用いる距
離計測装置に関するものである。なお、この発明の数値
または演算記号において、記号の前に*を付したものは
当該記号がベクトルを表示することを表し、当該記号を
「 」で挟んだものは推定値を表し、上つき記号T は転
置を表すものである。また、記号のiは、1,2,3…
…Nを代表する記号であって、得られた回の次数を表す
ものであり、例えば、何回目の測定値であるかなどを表
すものである。
的に繰り返す送信波の反射波を得るとともに、送信波の
各周期の規定点から反射波の各周期の規定点までの経過
時間、例えば、送信パルス波から受信パルス波までの経
過時間にもとづいて探知地点から物標までの距離を計測
するようにしたパルス反射型距離計測装置が周知であ
り、こうしたパルス反射型距離計測装置としては、レー
ザや電磁波を用いるレーダと、超音波を用いる魚群探知
機や距離測定装置などがある。
は、一定周波数送信波に対する反射波の周波数変化量に
もとづいて物標の移動速度・移動量を計測するようにし
た電磁波または超音波による速度計測装置・変移量計測
装置などがある。こうした速度計測装置・変移量計測装
置には、送信波として連続波を用いるものと搬送波をパ
ルス変調したパルス波を用いるものとがある。
カにおいて、位置平滑定数αと速度平滑定数βとを係合
して追尾精度を向上するα−βトラッカと、こうしたト
ラッカにおいて、カルマンフィルタによる最適推定理論
を適用した演算により追尾する追尾フィルタ構成のもの
とがあり、さらに、目標の速度変化量γをも考慮したα
−β−γトラッカを検討されていることが、昭和54年
3月オーム社発行「電子通信ハンドブック」の第28編
第1部門5(レーダ情報処理)に開示されている。
ための周波数弁別回路として直角位相の信号を掛算する
直角位相形周波数弁別回路が、上記文献の第10編第2
部門3(角度変調)に開示されている。
方程式により一定値に収束する方法を用いて計測を行う
ことが、上記文献の第5編第1部門2(ろ波と予測)に
開示されている。
に、送信パルス波Aの規定点aから受信パルス波Bの規
定点bまでの時間taを測定し、この時間taとパルス
波の伝搬速度cとの積から計測距離値Rを得ている。こ
の計測では、送信から反射波の受信までの時間経過を主
体にして計測しているため、計測値が間欠的にしか得ら
れないことになる。
する間の伝搬経路、物標の反射面、雑音などの影響を受
けて受信パルス波Bの波形は、図11のように、送信パ
ルス波Aの波形に対して不規則に変形してしまう。しか
し、受信側のパルス波を増幅する増幅回路の帯域幅は、
パルス波を忠実に再現できるように広い帯域幅にしてあ
るので、この不規則な波形がそのまま増幅されてしま
い、規定点bの位置が不規則に変化するなどの理由で、
計測距離値Rは必然的に不規則な誤差を含むことにな
り、毎回の計測距離値R(i)をプロットしてみると、
図12のように、一定しない誤差値を含んでいるため、
分散したものになってしまう。
に、周波数foの連続波による送信波Cが、物標の移動
速度Sによって生ずるドップラー効果により、周波数f
sに偏移して受信波Dになるので、周波数fsと周波数
foとを比較して検出した周波数または位相の変化量△
fまたは△pを測定して得られる移動速度Sと時間tb
とから移動距離値、つまり、計測変移量rを求めてい
る。この計測では、周波数または移相の変化を主体にし
ており、ドップラー効果によって生ずる周波数または位
相の変化量△fまたは△pはごく小さいので、増幅回路
の帯域幅を、上記のパルス波の場合の帯域幅よりも、は
るかに小さい帯域幅にできるため、この小さい帯域幅に
よって、上記の各影響による波形の変形は濾波されてし
まう。また、周波数または位相の変化量△fまたは△p
は、一種の位相変調または周波数変調になっているた
め、振幅制限回路によって、雑音成分を除去できるの
で、これによっても、上記の各影響による波形の変形を
除去できる。しかも、距離変化に対応して計測値が連続
的に得られているなどの理由で、比較的高い測定精度が
得られる。 したがって、初回の測定点における距離値R
(0)が分かっていれば、これに、その都度の計測変移
量r(i)を積算して得られる積算距離値をプロットし
てみると、図12のように、誤差値の少ない線状になっ
て得られるという利点がある。
のプロットの途中において、送信波を目的物体以外の物
体の通過などにより計測変移量r(i)が撹乱され、ま
たは、遮断されてしまうと、その撹乱または遮断による
移動量によって積算距離値に多量の誤差値を生じたり、
実質的に計測が不能になるという不都合が生ずる。
プラー変移量計測とを係合するとともに最適推定理論を
適用して計測距離値を演算する方法が極めて有効であ
る。
する方法では、最適推定のための演算における収束にお
いて、あまりにも長い時間が掛かり過ぎて、こうした追
尾型の距離計測においては、移動体の速度変化が速い場
合や移動データを綿密に得たい場合には、積算距離値の
算出が間に合わず、目的を達し得ないという不都合が生
ずる。
方法ならびに距離計測装置の提供が望まれているという
課題がある。
なパルス反射型距離計測とドップラー変移量計測とを係
合するとともに最適推定理論を適用して、計測距離値を
収束するようにした距離計測方法において、逐次型最小
二乗法による収束演算を行うことにより、演算時間の短
縮を可能にして上記の課題を解決し得るようにしたもの
である。
おける方程式では非常に長い多重の演算式を解かねばな
らないが、逐次型最小二乗法による収束演算の場合の演
算式の展開は、はるかに短く単行程の演算で行えるた
め、演算時間を極度に短縮し得るようになり、移動体の
速度変化が速い場合や移動データを綿密に得たい場合の
追尾に対しても、オンライン式の構成で行わせることが
できる。
明する。図1〜図4において図10〜図13における符
号と同一符号で示す部分は図10〜図13で説明した同
一符号の部分と同一機能をもつ部分である。
図11のように、電波の送信パルス波Aを送信して目的
とする物標Eから反射して来る受信パルス波Bを受信し
て、両パルス波の規定点aから規定点bまでの間の時間
taを測定し、毎回の計測距離値R(i)に対応する時
間量ta(i)を得る部分である。そして、送信パルス
Aは、周期的に繰り返し送信しているので、時間量ta
(i)は、要約すると、送信パルスAの規定点a、つま
り、送信波の各周期の規定点から、受信パルスBの規定
点b、つまり、反射波の各周期における送信波の規定点
に対応する規定点までの時間量を得ていることになる。
foの送信波Cを送信し、物標Eから反射して来る受信
波パルスDを受信して、物標Eの移動速度S(計測地点
に対して遠ざかる場合を+Sとし、近付く場合を−Sと
する)によって偏移した受信波Dの周波数fsの波形の
同一周期点、例えば、波形のゼロクロス点の間の時間量
tcを測定することにより、その逆数から周波数fsを
測定し、毎回の計測変移量r(i)に対応する周波数変
化量fs(i)(周波数変化量が微小変化である場合に
は位相変化量を測定するが、この実施例では、こうした
場合における位相変化量を含めて周波数変化量という)
を得る部分である。
は、各計測をアナログ的に処理するアナログ処理部分を
構成している。
移計測部2とで得られた各アナログ計測値をA/D変換
して所要のディジタル処理を行う部分であり、第1に
は、距離値計測手段をもっており、この手段は、距離計
測部1で得られる毎回の時間量ta(i)と、電波の伝
搬速度cとの積によって、毎回の計測距離値R(i)を
得るための計測を行うものである。
この手段は、変移量計測部2によって得られる毎回の周
波数変化量fs(i)は、電波の伝搬速度cにもとづい
て、ドップラー効果による周波数偏移が、次の算定式
数fsをサンプルして上記の演算を行い、次のサンプル
を行うまでの間の時間tbとの積によって、毎回の計測
変移量r(i)を得るものである。
り、この手段は、所定時点に距離計測手段によって得ら
れる初期計測距離値R(0)と、この所定時点以後に、
距離計測手段によって得られる毎回の計測距離値R
(i)と、変移量計測手段によって得られる毎回の計測
変移量r(i)とにもとづいて、カルマンフィルタによ
る最適推定の演算処理を行うが、演算処理の過程をリカ
ッチ形の分散方程式に代えて、逐次型最小二乗法により
収束を行う演算を用いるようにしたものである。
(i)とする方程式
なるR(0)の推定値「R(0,1)」を求める演算式
cとして、つまり、
る。
離値演算部3に設けた演算処理器(この発明においてC
PUという)によって行い、所要の定数値・係数値など
はCPU内に予め記憶してある。
得られる修正距離値R(N)と計測時間の経過とを数値
表示により表示し、または、これらの各値をアナログ値
に変換したものを画面上にプロットして表示する部分で
ある。
る場合の図形によって、計測値の収束経過を示すと、図
2のように、初期計測距離値R(0)における誤差値ε
R (0)が、毎回の計測変移量r(i)の積算値によっ
て徐々に減少し、毎回の修正距離値R(i)が、真の毎
回の距離値RT (i)に収束して、距離測定精度が向上
することになるものである。
変移量r(i)と計測距離値R(i)との各計測値を得
るための送信波が目的とする物標以外の反射物体によっ
て妨げられて異常な計測値を発生し、または、計測値が
得られなくなった異常時後に、予測し得る計測値に近い
計測値が得られるように復活した時点などに設定するた
めの検出を各計測値の演算処理によって行う機能を修正
距離値演算部3に設けることによって、図3のように、
上記の復活した時点を計測開始として、同様に、距離測
定精度を向上することができる。
として扱い、この間における修正距離値R(N)と、計
測変移量r(i)を累積した積算値を、データ欠損前の
値に保持して、変化が無かったものとみなしているが、
このデータ欠損部分のデータをゼロにリセットして計測
しても、データ復活後の経過は、実質的には同一結果に
なる。また、データ欠損時以前の移動データどおりの値
と推定して延長軌跡にしてもよい場合もあるが、この間
に反対方向に移動すると、かえって誤差が大きくなるの
で、この間に、計測距離値R(i)が間欠的にでも得ら
れる場合には、図4のように、この間の計測距離値R
(i)の数回分の平均をスライドさせながら得た平均値
を修正距離値R(N)の代わりに置き換えて表示した方
が、無難な結果が得られることは言うまでもない。
の修正距離値Rcが求め得る理由、つまり、計測方法の
原理を以下に説明する。図12において、ある計測点に
おいて、真の距離値RT (i)に対する真の初期計測距
離値RT (0)と真の変移量rT (i)の関係は次式で
表すことができる。
をεR(i)、毎回の計測変移量r(i)の誤差値をε
r(i)とすると、上記のように、ドップラー変移量計
測の場合の誤差値、つまり、εr(i)は、僅かの速度
変化を計測しながら得られる値であるほか、上記の従来
技術で述べたように、小さい帯域幅の増幅回路によって
雑音等の影響を除去できるため、パルス反射型距離計測
の場合の誤差値、つまり、εR(i)に比べて、はるか
に小さいので、次のように関係づけることができる。
(0)とし、また、毎回の計測誤差値をε(i)とする
と、
離値R(i)との各計測値から誤差値ε(i)の二乗和
が最小となるように、R(0)の推定値「R(0,
i)」を求めたときの計測距離値R(i)の推定値「R
(i)」が、修正距離値Rcになるようにすればよいわ
けであるから、次式のように設定することができる。
ていないが、推定計算の演算過程の都合上、係数αを設
けて推定するものとし、現在時点までに、N個の計測距
離値R(i)と計測変移量r(i)とが得られたとする
と、式(10)から次式が得られる。
るために、ベクトルを示す記号*と行列Zを設定する
と、
は次式のように簡潔に表すことができる。
含むベクトル*θであるから、ここで、推定誤差の分散
行列をP(i)、最小二乗法を用いて収束させるための
荷重をρとおくと、最小二乗推定値「*θ(N)」は次
式のように表すことができることになる。
初期値として、
めの介在記号として、C,P11,P12,P21,P22,
q,s,t,u,vを設定すると、求める係数推定値
「α(N)」と距離値の推定値「R(0,N)」とは、
次式で表すことができることになる。
算定した値を、上記の式(13)の推定値「R(0,
i)」に代入すれば、求める修正距離値Rcを得ること
ができる。
(i)」として、式(26)の「R(0,N)」は「R
(0,i)」として、また、式(25)・式(26)の
r(N)はr(i)として書き表せられるので、式(1
3)を解くことができるわけである。
と、第1の構成として、周期的に繰り返す送信波、例え
ば、送信パルス波Aの反射波、例えば、発信パルス波B
を得るとともに、送信波の各周期の規定点aから反射波
の規定点aに対応する規定点bまでの時間量の測定値に
もとづいて得られる計測距離値を、送信波の周波数fo
に対する反射波の周波数変化量または位相変化量の測定
値にもとづいて得られる計測変移量で修正することによ
り修正距離値を得る距離測定方法において、前記修正を
行うための最適推定の演算を、逐次型最小二乗法による
収束を用いて演算するようにした距離計測方法を提供す
るものである。
成による距離計測方法において、所定時点に得られた初
期計測距離値をR(0)、上記の所定時点以後に得られ
る毎回の計測変移量をr(i)、毎回の計測距離値をR
(i)、また、修正距離値をRc、誤差の二乗和が最小
となる計測距離値の推定値を「R(0,i)」として、
演算式 Rc=「R(i)」=「R(0,i)」+r(i) により修正距離値を得る演算を行うようにした距離計測
方法を提供するものである。
成または第2の構成などによる距離計測方法を用いる装
置おいて、上記の計測距離値を得るための時間量を測定
する距離計測部、例えば、距離計測部1と、上記の計測
変移量を得るための周波数変化量または位相変化量を測
定する変移計測部、例えば、変移計測部2と、上記の時
間量と、上記の周波数変化量または位相変化量とにもと
づいて上記の計測距離値と上記の変化量とを計測すると
ともに、上記の演算式にもとづく演算を行なって上記の
修正距離値を得る修正距離値演算部、例えば、修正距離
値演算部3とを設けた距離計測装置を提供するものであ
る。
第2実施例を説明する。図5〜図9において図1〜図4
における符号と同一符号で示す部分は図1〜図4で説明
した同一符号の部分と同一機能をもつ部分であり、ま
た、図5の構成における各部の信号を図6〜図8に示し
てある。
き周波数よりも高い周波数の連続波を発振して得られる
信号を微分またはハードリミットして矩形波または狭い
パルス波にした発振信号11aを発生し、第1分周回路
12と90°/2相回路22とに与える。
周して、図13で説明したような送信波Cの周波数f0
の信号に相当する周期t0をもつ矩形波の第1分周信号
12aを作り、第2分周回路13と変調回路14と90
°/2相回路22とに与える。
を、さらに分周して、図10で説明したような送信パル
ス波Aに相当するような図6のパルス幅t1もつパルス
p1を所定の周期でを繰り返し送信するための周期Tと
パルス幅t1に相当する周期とを作るとともに、パルス
幅t1を周期T毎に選択して送信パルス波信号13aを
作り、変調回路14と比較回路26とに与える。
信パルス波信号13aによって変調するが、この場合、
中間の変調率、例えば、50%程度の変調率で変調して
変調波信号14aを作り、送信回路15に与える。
増幅して送波器16に与えることにより、図10・図1
3で説明した送信パルス波Aと送信波Cとを複合した信
号を送信波A1として物標Eに向けて送波する。また、
必要に応じて、周期t0に相当する周波数の共振回路を
介在させてもよい。
波して得られた受波信号を増幅回路18で所要の振幅値
に増幅して、図10・図13で説明した受信パルス波B
と受信波Dとを複合した受信信号18aを作り、この受
信信号18aを振幅制限回路20と検波回路25とに与
える。
をもつ受信信号18aを振幅検波して、図10で説明し
た受信パルス波Bに相当する波形もつ受信パルス波信号
25aを作り、必要に応じて波形成形を行った後、比較
回路26与える。
aから規定点bまでの間に相当する時間taを検出する
もので、送信パルス波信号13aと受信パルス波信号2
5aとの規定点、例えば、送信パルス波信号13aは送
信パルスp1の立ち上がり点を、また、受信パルス波信
号25aは受信パルスp2の立ち上がりの中間振幅点、
もしくは、受信パルスp2を立ち上がり部分を微分した
波形の所定振幅点を検出して得られる各信号によって、
この各信号の期間をゲートするゲート信号を比較検出信
号26aとしてゲート回路19に与える。
ルス、例えば、発振回路11の発振信号11aを比較検
出信号26aでゲートしたパルス、つまり、図10で説
明した時間ta、つまり、物標Eまでの距離値に対応し
た時間量に相当するパルス量、または、比較検出信号の
期間を積分して得られる電圧量を時間量信号27aとし
てA/D変換回路31に与える。
回路をもつ回路群であり、時間量信号26aをディジタ
ル値の信号に変換してCPU32に与える。振幅制限回
路20は、受信信号18aの振幅を一定にする振幅制限
を行った信号を濾波回路21に与える。濾波回路21
は、帯域通過型濾波回路であって、受信信号18a中の
搬送波、つまり、第1分周信号12aの周期t0に相当
する周波数成分が位相偏移または周波数偏移を受けた正
弦波状の信号、つまり、図13の受信波Dの周波数fs
を濾波して抽出することにより得られた受信位相信号2
1aをサンプルホールド回路23とサンプルホールド回
路24とに与える。
って位相偏移を受けるので、遠方側に移動した場合に
は、その移動速度に従って、例えば、図8の位相φ1の
信号または位相φ2の信号のように位相が遅れた信号と
なり、移動速度がさらに速い場合には、位相偏移を累積
した周波数偏移になって現れることになる。
2aから90°の位相差をもつ2相の周波数信号を得る
もので、第1分周信号12aの周期t0を1/4だけず
らせた位相の時点をサンプルするためサンプル時点信号
22a、つまり、90°移相した信号と第1分周信号1
2aそのものの位相の時点をサンプルするためのサンプ
ル時点信号22bとの2相信号を得る回路であり、サン
プル時点信号22aをサンプルホールド回路23に、ま
た、サンプル時点信号22bをサンプルホールド回路2
4に与える。
ワンショットマルチバイブレータとカウンタとの組み合
わせとし、ワンショットマルチバイブレータで第1分周
信号の立上始縁に対応する幅の狭いパルスを作ってサン
プル時点信号22aを得るとともに、第1分周信号12
aの分周比を4にしておき、第1分周信号の立上始縁か
ら第1分周信号12aの1パルス後に幅の狭いパルスを
作ってサンプル時点信号22bを得るようにすることが
でき。また、上記の分周比を4の整数倍にしておき、第
1分周信号の立上始縁から上記の分周比の逆数の1/4
に相当する数だけ発信信号11aのパルスを計数した時
点で幅の狭いパルスを作るようにしてサンプル時点信号
22bを得ることもできる。
位相信号21aを各サンプリングして得られたレベル値
の信号を保持するとともに新たなサンプル毎にサンプル
したレベル値を更新して保持するようにした市販のサン
プルホールド素子であり、それぞれ、サンプルホールド
して得られるサンプルホールド信号23aとサンプルホ
ールド信号24aとをA/D変換回路31に与える。
で示す信号は、検出基準位相、つまり、検出位相0°の
場合を示し、破線で示す信号は、位相φ1と位相φ2だ
け偏移した信号を示しており、サンプル時点信号22a
とサンプル時点信号22bとの位相は、検出基準位相を
基準にしてみると、それぞれ、sin成分のレベルを得
る位相点とcos成分のレベルを得る位相点とに相当し
ていることになる。そして、90°/2相回路22とサ
ンプルホールド回路23・24で構成した部分は、90
独立/2相によるsin成分の信号とcos成分の信号
とを、それぞれ、受信位相信号21aに掛算した信号と
して、サンプルホールド信号23aとサンプルホールド
信号24aとを得ているものである。
を真上0におき、位相角度を右回りに取った極座標で見
ると、サンプルホールド信号23aとサンプルホールド
信号24aとは、その各レベルの極性を図9のように置
いたことになり、位相φ1と位相φ2との角度値を極座
標値で検出していることになるものである。
ド信号23a・24aとの各レベル値をディジタル値に
変換してCPU32に与える。
物標Eまでの距離値と、物標Eの変移量とに対応するデ
ィジタル値、つまり、ゲート計数信号27aにもとづく
ディジタル値と、サンプルホールド信号23a・24a
にもとづくディジタル値とをメモリに取り込んで記憶
し、これらディジタル値と、CPU32に予め記憶して
おいた所要の係数値とにもとづいて、計測距離値R
(i)と計測変移量r(i)とを計測し、これら計測値
にもとづいて、上記の第1実施例で説明したところの逐
次型最小二乗法による収束演算を適用した最適推定を演
算して、目的とする修正距離値R(N)を得る処理を行
い、得られた毎回の修正距離値R(N)を記憶保持す
る。
(N)を読み出して得られるデータをプリンタ41で数
字印字し、または、読み出したデータをD/A変換して
得られるアナログ値のデータにもとづいて表示器43に
図2〜図4のような図形を表示するものである。
成として、上記の第1実施例で説明した第1の構成また
は第2の構成による距離計測方法において、図6の変調
波信号14aのように、1つの連続波、例えば、第1分
周信号12aのような波形の振幅を所要の周期、例え
ば、周期T1で部分的にパルス状に振幅変調した送信
波、例えば、パルスp1で変調した送信波を用い、上記
のパルス状の部分を上記の計測距離値を得るための送信
波とし、上記の連続波を上記の計測変移量を得るための
送信波として用いるようにした距離計測方法を提供する
ものである。
成による距離計測方法において、上記の振幅変調を中間
の変調率、例えば、50%変調で変調した送信波を用い
るようにした距離計測方法を提供するものである。
成、第2の構成、第4の構成、第5の構成による距離計
測方法を用いる距離計測装置であって、上記の送信波を
送信するための送信回路、例えば、発振回路11・第1
分周回路12・第2分周回路13・変調回路14・送信
回路15などで構成した回路と、上記の送信波による反
射波を受信する受信回路、増幅回路18・振幅制限回路
20・検波回路25などで構成した回路と、上記の送信
波の周波数をもつ正弦波信号と余弦波信号とを得る基準
波回路、例えば、90°/2相回路22などで構成した
回路と、上記の受信回路により得られる反射波の周波数
信号を、上記の正弦波信号と余弦波信号とにもとづいて
検出することにより、例えば、サンプルホールド回路2
3・サンプルホールド回路24などで構成した回路によ
って、上記の計測変移量を得る変移量計測手段と、上記
の受信回路により得られる反射波のパルス信号と送信波
のパルス信号との間の時間量にもとづいて、例えば、比
較回路26・ゲート回路27などで構成した回路によ
り、上記の計測距離値を得る距離値計測手段と、上記の
計測変移量と計測距離値とにもとづいて、上記の演算式
による演算を、例えば、CPU32によって行うことに
より修正距離値を得る最適推定演算手段とを設けた距離
計測装置を提供するものである。
成による距離計測装置において、上記の変移量計測手段
と、距離値計測手段と、最適推定演算手段とを1つのC
PU、例えば、CPU32により演算する演算手段を設
けた距離計測装置を提供するものである。
て実施することができる。 (1)変移量の計測に用いる反射波が得られないことを
検出した出力により、距離計測用のパルス波を送信し、
または、距離計測用のパルス変調を行うように構成す
る。
距離値表示器とアナログ値による距離値表示器とを設け
て構成し、アナログ値による距離値表示器を設ける。
ンプルホールド信号23a・24aのアナログ信号、ま
たは、D/A変換器42から得られるこれらの信号に対
応する各アナログ信号を、図9のように、ブラウン管の
X・Y偏向電極に所要の極性で与えることにより、位相
φ1・位相φ2などに対応する位相点像を表示して、周
辺に設けた単位距離目盛によって、距離値の小さい変化
状況を細かくアナログ的に読み取り得るようにする。ま
た、表示するアナログ値の信号を鋸歯状波にした波形に
することにより、位相線像にして見易く表示する。さら
に、ブラウン管に代え、2相式メータを用いて表示す
る。
ールド回路23・24とによって掛算出力を得る部分
を、90°/2相回路の出力を正弦波状の波形によるs
in成分信号とcos成分信号に変更し、サンプルホー
ルド回路23・24と掛算回路に変更するとともに、掛
算回路の出力を積分回路または濾波回路もしくはこれら
組み合わせに与えることによって、サンプルホールド信
号23a・24aと同様の掛算出力を得るように構成す
る。
方向との追尾を行う構成において、距離の追尾を行う部
分に、上記の各実施例および各変形実施の距離計測方法
または距離計測装置を用いて構成する。
変移量r(i)を得るアナログ計測部分を、受信周波数
fsを送信周波数f0と比較して得られる周波数の変化
量△fまたは位相の変化量△pを検出して、△fまたは
△pから対応する変移量を得るように構成する。
ルスp1による変調を全振幅変調、つまり、100%変
調にするとともに、パルスp1のパルス幅t1を、サン
プルホールド信号23a・24aが目的を十分に目的を
果し得る程度の時間長になるように変更して構成する。
また、この構成の場合において、図7の送信波A1にお
ける短いt1の箇所が無振幅になるようにして形成し、
図7の受信パルス波信号25aを波形が逆転した波形に
して時間taを検出し、または、受信信号18aを逆検
波して図7の受信パルス波信号25aと同様の波形を得
るように構成する。この構成は、上記の第1の構成と第
2の構成のような距離計測方法において、1つの搬送波
の全振幅を所要の周期をもつパルスで振幅変調した送信
波を用い、このパルスの部分を上記の計測距離値を得る
ための送信波とし、また、このパルスの中に含まれる搬
送波を上記の計測変移量を得るための送信波として用い
るようにした距離計測方法を構成していることになる。
を、繰り返し周期Tを複数分割した区間毎に、順次に、
または、所定の順序で周波数を変化して得られる周波数
変調波形にするとともに、距離計測部1では、周波数変
調波形の周波数の変化点などを距離計測のための規定点
として検出することにより計測距離値を得るようにし、
また、変移計測部2では、周波数の変化している所定の
周波数または各周波数に対する受信信号中の周波数変化
量または位相変化量を検出することにより計測変移量を
得るように構成する。
において、反射波の受信信号の周波数を周波数変換して
得られる周波数の信号、例えば、スーパーヘテロダイン
増幅回路による中間周波数の信号を受信信号18aとし
て得るようにし、受信信号中の周波数変化量または位相
変化量を検出するための周波数信号または90°/2相
信号を得るための周期をもつ信号を、送信波の周波数か
ら周波数変換して得た信号または独立の発信器の周波数
の信号から得るように構成する。
第1分周回路12・第2分周回路13・90°/2相回
路22に代えて、これらによる分周部分などを、CPU
32による計数処理で行うように構成する。また、この
場合、必要に応じて、発振回路11の発振信号11aに
代えて、CPU32のクロック信号を用いるように構成
する。この構成によれば、第7の構成のような距離計測
装置において、上記の送信波の周期の制御と、上記の変
移量計測手段と、距離値計測手段と、最適推定演算手段
とを1つのCPUにより演算する演算手段を設けた距離
計測装置を構成していることになる。
測変移量を得る演算部分と、最適推定演算処理を行う演
算部分とを、各別個のCPUを用いて演算するように構
成する。
と、計測変移量を得るための送信波とを、別個の送信波
で行うともに、計測距離値を得るための回路部分と計測
偏移量を得るための回路部分とを独立した別個の回路に
して構成する。
ス反射型距離計測とドップラー変移量計測とを係合する
とともに、最適推定に逐次型最小二乗法による収束演算
を行っているため、複雑な方程式を解くための非常に長
い演算が不要になるので、移動体の速度変化が速い場合
や移動データを綿密に得たい場合に対しても、オンライ
ン式の構成で行わせることができるなどの特長がある。
0〜図13は従来技術を示し、各図の内容は次のとおり
である。
Claims (10)
- 【請求項1】 周期的に繰り返す送信波の反射波を得る
とともに、前記送信波の各周期のパルス波の規定点から
前記反射波の前記規定点に対応する規定点までの時間量
の測定値にもとづいて得られる計測距離値を、前記送信
波の周波数に対する反射波の周波数変化量または位相変
化量の測定値にもとづいて得られる計測変移量で修正す
ることにより修正距離値を得る距離測定方法であって、 前記修正を行うための最適推定の演算を、逐次型最小二
乗法による収束を用いて演算することを特徴とする距離
計測方法。 - 【請求項2】 請求項1の距離計測方法であって、 所定時点に得られた初期計測距離値をR(0)、上記の
所定時点以後に得られる毎回の計測変移量をr(i)、
毎回の計測距離値をR(i)、また、修正距離値をR
c、誤差の二乗和が最小となる計測距離値の推定値を
「R(0,i)」として、演算式 Rc=「R(i)」=「R(0,i)」+r(i) により修正距離値を得る演算を行うことを特徴とする距
離計測方法。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2の距離計測方法
であって、 1つの連続波の振幅を所要の周期で部分的にパルス状に
振幅変調した送信波を用い、前記パルス状の部分を前記
計測距離値を得るための送信波とし、前記連続波を前記
計測変移量を得るための送信波として用いることを特徴
とする距離計測方法。 - 【請求項4】 請求項3の距離計測方法であって、 前記振幅変調を中間の変調率で変調した送信波を用いる
ことを特徴とする距離計測方法。 - 【請求項5】 請求項1または請求項2の距離計測方法
であって、 1つの搬送波の全振幅を所要の周期をもつパルスで振幅
変調した送信波を用い、前記パルスの部分を前記計測距
離値を得るための送信波とし、前記パルスの中に含まれ
る前記搬送波を前記計測変移量を得るための送信波とし
て用いることを特徴とする距離計測方法。 - 【請求項6】 請求項1または請求項2の距離計測方法
を用いる距離計測装置であって、 前記計測距離値を得るための時間量を測定する距離計測
部と、 前記計測変移量を得るための周波数変化量または位相変
化量を測定する変移計測部と、 前記時間量と、前記周波数変化量または位相変化量とに
もとづいて前記計測距離値と前記変化量とを計測すると
ともに、前記演算式にもとづく演算を行なって前記修正
距離値を得る修正距離値演算部とを具備することを特徴
とする距離計測装置。 - 【請求項7】 請求項3または請求項4もしくは請求項
5の距離計測方法を用いる距離計測装置であって、 前記計測距離値を得るための時間量を測定する距離計測
部と、 前記計測変移量を得るための周波数変化量または位相変
化量を測定する変移計測部と、 前記時間量と、前記周波数変化量または位相変化量とに
もとづいて前記計測距離値と前記変化量とを計測すると
ともに、前記演算式にもとづく演算を行なって前記修正
距離値を得る修正距離値演算部とを具備することを特徴
とする距離計測装置。 - 【請求項8】 請求項6・請求項7の距離計測装置であ
って、 前記送信波を送信するための送信回路と、 前記送信波による反射波を受信する受信回路と、 前記送信波の周波数をもつ正弦波信号と余弦波信号とを
得る基準波回路と、 前記受信回路により得られる反射波の周波数信号を、前
記正弦波信号と前記余弦波信号とにもとづいて検出する
ことにより、前記計測変移量を得る変移量計測手段と、 前記受信回路により得られる前記反射波のパルス信号と
前記送信波のパルス信号との間の時間量にもとづいて前
記計測距離値を得る距離値計測手段と、 前記計測変移量と前記計測距離値とにもとづいて、前記
演算式による演算を行うことにより前記修正距離値を得
る最適推定演算手段とを具備することを特徴とする距離
計測装置。 - 【請求項9】 請求項8の距離計測装置であって、 前記変移量計測手段と、前記距離値計測手段と、前記最
適推定演算手段とを1つのCPUにより演算する演算手
段を具備することを特徴とする距離計測装置。 - 【請求項10】 請求項8の距離計測装置であって、 前記送信波の周期の制御と、前記変移量計測手段と、前
記距離値計測手段と、前記最適推定演算手段とを1つの
CPUにより演算する演算手段を具備することを特徴と
する距離計測装置。
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