JP4459951B2 - 距離推定 - Google Patents
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Description
Se=cos(ωt) (1)
とする。ここで、ωは搬送波角周波数であり、tは時間である。このとき、第1の端末と第2の端末との間の遮られない信号経路を仮定すると、第2の端末(受信機)で受信される対応する信号Srは、
Sr=cos(ω・(t−x/c+δt)+φ(ω)) (2)
と表現することができる。ここで、xは、受信機と送信機との間の距離であり、cは光の速度であり、φ(ω)は、RFフィルタによる受信機内での位相シフトであり、δtは、2つの局の基準クロック間の時間差である。φ(ω)は、原則的には、周波数の関数である。
受信された第1の伝送の位相=ω1・(x/c+δt)+φ(ω1) (3)
受信された第2の伝送の位相=ω2・(x/c+δt)+φ(ω2) (4)
と表現することができる。これらの位相を減算して、受信された信号ω1とω2との間の位相の差Δφを与えることができる。すなわち、
Δφ=(ω1−ω2)・(x/c+δt)+φ(ω1)−φ(ω2) (5)
送信局と受信局との間の距離を推定するためにこの関係が使用される場合、未知数は、
x:推定からの所望の出力、
δt:2つの局の基準クロック間の時間差、ならびに
φ(ω1)およびφ(ω2):受信機フィルタからの位相の差
である。
ω・x/c=2*π*80×106/3×108=1.7ラジアン
を考慮すると、それにより、φ(ω)の効果は、0.5/1.7=0.3mの(定)誤差のみである。受信機フィルタからの位相の差による誤差が無視できないものである受信機に関しては、そのような誤差は、受信機の定常特性になる可能性が高く、したがって較正して除くことができる。
1.送信機と受信機とが共に、ホッピング中にそれらの基準クロックに対して位相を保存しなければならない。これは、典型的には、送信機と受信機との両方が、それらの設計に位相同期ループ(PLL)を使用する場合に当てはまる。
2.送信機と受信機との間のクロック誤差による送信機と受信機との間の周波数誤差が存在しやすい。
3.バースト間の位相ジャンプが、2πラジアンよりもはるかに大きくなる場合があり(例えば、1メートル当たり1.7ラジアンでは、50mで85ラジアンになる)、したがって、受信される位相は不明瞭であり、(2π)を法として位相を決定することのみが可能である。
ω1・(x/c+δt)+φ(ω1)
送信機と受信機との間の実際の時間差を推定するためにこの特性を利用するための一方法は、受信機が、この時間差がどのようになるかに関して推測を行い、次いで、実際の時間差が推測に等しい場合に受信機によって見られる位相シフトのパターンを計算するというものである。パターンは、過去に向かっていくらかの時間にわたって計算することができる。典型的には、50ホップにわたってシフトのパターンを計算することが適当であることが判明している。次いで、受信機は、連続位相計算間の差のパターンを、受信されたパターンと比較して、送信機と受信機との間の時間差の推測の精度を査定することができる。送信機と受信機との間の擬似距離は、時間差に信号の速度(無線信号では光の速度)を乗算することによって、時間差から推定することができる。受信機が、クロック位相差δtに関してはまだ補正していないので、これは擬似距離である。
2 受信機
3 アンテナ
4 第1の受信機セクション
5 デジタル信号処理ユニット
6 復調器
7 クロック
10 距離推定ユニット
11 バッファ
12 シリーズ生成器
13 距離推定制御装置
14 計量計算機
15 出力
16 位相決定ユニット
Claims (14)
- 送信機と受信機との間の距離を推定するための方法であって、前記送信機が、信号を一連のバーストとして伝送するように構成され、各バーストの搬送波周波数が、所定のシーケンスに従って設定され、
前記受信機で受信される信号内の連続バーストの位相間の測定差を備える第1のシリーズを生成するステップと、
前記送信機と前記受信機との間のそれぞれの仮定の時間差での、受信される連続バーストの前記位相間の推定差をそれぞれ備える複数の第2のシリーズを生成するステップと、
前記第1のシリーズとそれぞれの前記第2のシリーズとの間の適合の質を決定するステップと、および
前記送信機と前記受信機との間の前記時間差の推定値として、前記第1のシリーズに対する最高の適合の質を有する第2のシリーズに対応する仮定の差を採用するステップと、
を備える方法。 - 前記送信機からの前記仮定の時間差が、前記送信機と前記受信機との間の所定の最大距離と最小距離との間の範囲にわたっている請求項1に記載の方法。
- 少なくとも20秒のシリーズが存在する請求項2に記載の方法。
- 前記送信機と前記受信機との間の前記時間差の現行推定値での、受信される連続バーストの前記位相間の推定差を備える前記第2のシリーズの第1のものを生成するステップと、
前記送信機と前記受信機との間の前記時間差の前記現行推定値からランダムに摂動(perturb)された前記送信機からの前記時間差の第2の推定値を決定するステップと、および
前記送信機と前記受信機との間の前記時間差の前記第2の推定値での、受信される連続バーストの前記位相間の推定差を備える前記第2のシリーズの第2のものを生成するステップと、
を備える請求項1に記載の方法。 - 前記時間差の前記現行推定値が、
前記受信機で受信される信号内の連続バーストの位相間の測定差を備える第1のシリーズを生成するステップと、
前記送信機と前記受信機との間のそれぞれの仮定の時間差での、受信される連続バーストの前記位相間の推定差をそれぞれ備える複数の第2のシリーズを生成するステップであって、前記送信機からの前記仮定の時間差が、前記送信機と前記受信機との間の所定の最大距離と最小距離との間の範囲にわたっている、ステップと、
前記第1のシリーズとそれぞれの前記第2のシリーズとの間の適合の質を決定するステップと、および
前記送信機と前記受信機との間の前記時間差の現在の推定値として、前記第1のシリーズに対する最高の適合の質を有する第2のシリーズに対応する仮定の差を採用するステップと、
によって提供される請求項4に記載の方法。 - 前記送信機と前記受信機との間の時間差が複数の値のそれぞれを有する確率の推定値を生成するステップと、前記それぞれの第2のシリーズに対応する前記時間差に対応する前記推定確率に従って、前記第1のシリーズと、前記第2のシリーズの少なくともいくつかとの間の適合の質を重み付けするステップと、および前記重み付けされた適合の質を比較するステップとを備える請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- 前記第1のシリーズを生成する前記ステップが、最終中間受信機周波数をゼロにサーボするように、前記受信機で受信された前記信号を処理することを備える請求項1乃至6のいずれかに記載の方法。
- 前記第1のシリーズを生成する前記ステップが、最終中間受信機周波数を最終非ゼロ中間受信機周波数からゼロにサーボするように、前記受信機で受信された前記信号を処理することを含む請求項7に記載の方法。
- 前記最終中間受信機周波数の前記サーボが、デジタル方式で行われる請求項7または8に記載の方法。
- 連続バーストの前記位相の前記測定差が、各バーストの末尾で測定される前記バーストの前記位相に基づいて求められる請求項1乃至9のいずれかに記載の方法。
- 前記送信機および前記受信機が、周波数ホッピング・スペクトラム拡散方式に従って動作可能である請求項1乃至10のいずれかに記載の方法。
- 前記方式がブルートゥース(登録商標)である請求項11に記載の方法。
- 前記伝送される信号が、前記送信機から前記受信機へ伝送すべきデータで変調される請求項1乃至12のいずれかに記載の方法。
- 一連のバーストとして送信機により送信された信号を受信し、各バーストの搬送波周波数が所定のシーケンスに従って設定され、受信機が、前記送信機と前記受信機との間の距離を推定するようにアレンジされており、前記受信機が、
前記受信機で受信される連続バーストの位相間の測定差を備える第1のシリーズを生成すること、
前記送信機と前記受信機との間のそれぞれの仮定の時間差での、受信される連続バーストの前記位相間の推定差をそれぞれ備える複数の第2のシリーズを生成すること、
前記第1のシリーズとそれぞれの前記第2のシリーズとの間の適合の質を決定すること、および
前記送信機と前記受信機との間の前記時間差の推定値として、前記第1のシリーズに対する最高の適合の質を有する第2のシリーズに対応する仮定の差を採用することを行う受信機。
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