JP4553634B2 - 距離計測装置及び距離計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、距離計測装置及び距離計測方法に関するものである。

従来、電波の伝播時間を計測して２点間の距離を求める距離計測装置がある（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１のものでは、移動体端末のような被測定物から送信された無線信号を受信する少なくとも３つの隔置された受信局が備えられている。各受信局は、他の受信局のクロック信号と同期したクロック信号を発生させ、そのクロック信号に従って受信信号を受信する。

そして、各受信局は、受信した受信信号のなかから同じデータ配列を探し、同じデータ配列の到達時間差（シフト時間）を求め、求めた到達時間差に基づいて被測定物までの距離を計測している。

特許文献２のものでは、位置が異なる複数の受信局が移動体からの送信信号を受信するとともに、１つの基準信号送信手段からの参照信号を受信する。各受信局は、移動体端末の送信信号からパルスを検出し、受信した基準信号送信手段からの参照信号を基準として、検出したパルスの遅延時間をクロックで計数する。各受信局は、自局も含め、各受信局で求めた遅延時間の差に基づいて移動体端末までの距離を求めるようにしている。
特開平６−１６７５６２号公報（第２−４頁、図２，３） 特開２００３−１９４９０８号公報（第２，３頁、図２）

しかし、このような従来の距離計測装置では、移動体端末までの距離を計測するには、複数の受信局の位置が既知である必要がある。即ち、位置が固定した複数の受信局が必要になってくる。従って、２つの移動体端末間の距離を計測する場合でも、大きな設備が必要となる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構成で距離を計測することが可能な距離計測装置及び距離計測方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る距離計測装置は、
自端末と相手端末との双方に設けられ、自端末と相手端末との間の信号伝播時間を計測するための計測用信号を送受信することで自端末と相手端末の間の距離を計測する距離計測装置であって、
自端末と相手端末とで同じ時間長の周期で送信用タイミングを発生するクロックと、
前記送信用タイミングにて、前記計測用信号を生成すると共に当該計測用信号を相手端末に送信する送信部と、
相手端末から計測用信号を受信する受信部と、
自端末の送信部が計測用信号を生成した送信用タイミングと、同自端末の受信部が相手端末から当該計測用信号を受信した時刻との時間差を計測する時間計測部と、を備え、
相手端末の時間計測部は、同相手端末の受信部が自端末から計測用信号を受信した時刻と、その直前の送信用タイミングとの時間差を計測し、同相手端末の送信部は、前記時間差を含む時間差信号をその計測直後の送信用タイミングで自端末に送信するものであり、
自端末の時間計測部は、同自端末の受信部が前記相手端末から計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の送信用タイミングとの時間差を計測するものであり、
自端末の距離計測装置は、
相手端末からの時間差信号に基づき、当該時間差を取得する計測時間取得部と、
前記時間計測部が計測した時間差と前記計測時間取得部が取得した時間差とに基づいて、自端末と相手端末との間での計測用信号の信号伝播時間を取得する信号伝播時間取得部と、
前記信号伝播時間取得部が取得した信号伝播時間に基づいて、自端末と相手端末との間の距離を取得する距離取得部と、を備えたことを特徴とする。

自端末である端末iの信号伝播時間取得部は、
相手端末である端末ｊの受信部が端末iから計測用信号を受信した時刻と、同相手端末における、その直前の送信用タイミングとの時間差Δtijと、
端末ｉの送信部が計測用信号を生成した送信用タイミングと、相手端末から計測用信号を受信した時刻との時間差Δtijと、を用い、
数１に従って前記信号伝播時間であるＴを取得すると共に、当該Ｔに光速を乗算することにより端末iと端末jの間の距離を取得するようにしてもよい。

自端末である端末iの送信部は、計測用信号を生成する第１周期、第（ｎ１＋１）（ｎ１；自然数）及び第（ｎ１＋ｎ２＋１）周期（ｎ１，ｎ２；自然数）の送信用タイミングのそれぞれにおいて、前記計測用信号を相手端末である端末ｊに送信するものであり、
端末iの信号伝播時間取得部は、
端末ｊの受信部が、端末iから前記第１周期目の送信用タイミングで生成された計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の端末ｊの送信用タイミングとの時間差Δtji0と、
端末iの送信部が、前記第（ｎ１＋１）周期目の送信用タイミングで計測用信号を生成した送信用タイミングと、端末iの受信部が端末jから当該計測用信号を受信した時刻との時間差Δtji1と、
端末ｊの受信部が、端末iから前記第（ｎ１＋ｎ２＋１）周期目の送信用タイミングで生成された計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の端末ｊの送信用タイミングとの時間差Δtji2と、を用い、
数２に従って前記信号伝播時間であるＴを取得すると共に、当該Ｔに光速を乗算することにより端末iと端末ｊの間の距離を取得するようにしてもよい。

前記自端末の送信部は、前記送信用タイミングにて、疑似乱数コードを生成すると共に当該疑似乱数コードを含む前記計測用信号を相手端末に送信するものであり、
前記自端末の計測時間取得部は、同自端末の送信部が生成した疑似乱数コードと、相手端末の送信部が生成した疑似乱数コードとの位相差に基づいて前記時間差を取得するようにしてもよい。

本発明の第２の観点に係る距離計測方法は、
自端末と相手端末との間の信号伝播時間を計測するための計測用信号を送受信することで自端末と相手端末の間の距離を計測する距離計測方法であって、
自端末と相手端末とで同じ時間長の周期で送信用タイミングを発生する送信用タイミング発生ステップと、
前記送信用タイミングにて、前記計測用信号を生成すると共に当該計測用信号を相手端末に送信する送信ステップと、
相手端末から計測用信号を受信する受信ステップと、
自端末が計測用信号を生成した送信用タイミングと、自端末が相手端末から当該計測用信号を受信した時刻との時間差を計測する時間計測ステップと、を備え、
相手端末では、前記時間計測ステップにて、前記受信ステップで自端末から計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の送信用タイミングとの時間差を計測すると共に、前記時間差を含む時間差信号をその計測直後の送信用タイミングで自端末に送信し、
自端末では、前記時間計測ステップにて、前記受信ステップで相手端末から計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の送信用タイミングとの時間差を計測し、
自端末において行われる距離計測ステップを備え、
前記距離計測ステップは、相手端末からの時間差信号に基づき、当該時間差を取得する計測時間取得ステップと、
前記自端末が計測した時間差と相手端末から取得した時間差とに基づいて、自端末と相手端末との間での計測用信号の信号伝播時間を取得する信号伝播時間取得ステップと、
前記信号伝播時間取得ステップで取得した信号伝播時間に基づいて、自端末と相手端末との間の距離を取得する距離取得ステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で距離を計測することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る距離計測装置を図面を参照して説明する。
（実施形態１）
実施形態１に係る距離計測装置の構成を図１に示す。
実施形態１に係る距離計測装置１０は、送信部としての送信回路１１と、受信部としての受信回路１２と、制御部１３と、を備える。

この距離計測装置１０は、図２に示すようにワイヤレスネットワークを形成する通信端末としての各ノード１ａ〜１ｇに備えられている。各ノード１ａ〜１ｇは、例えばウルトラワイドバンド通信（ＵＷＢ）に従って自端末と相手端末との間で無線通信を行う。

ノード１ａ〜１ｇのうち、ノード１ａ〜１ｄは、例えば、部屋の隅のように、位置が既知の場所に配置される。ノード１ｅ〜１ｇは、適当な場所に位置する。そして、各ノード１ａ〜１ｇの距離計測装置１０は、破線で示すように、相手端末との間で無線通信を行うことにより相手端末との距離を計測する。

図１に戻り、送信回路１１は、信号を送信するものであり、ＰＮコード発生器２１と、変調器２２と、アンテナ切換器２３と、アンテナ２４と、を備える。送信する信号には、自端末と相手端末との間の信号伝播時間を計測するための計測用信号も含まれる。

ＰＮ（Pseudo-random Noise；疑似乱数）コード発生器２１は、一定のパルス列からなるＰＮコードを生成するものであり、生成したＰＮコードを変調器２２に出力する。また、ＰＮコード発生器２１は、遅延生成器２６にもＰＮコードを出力する。

変調器２２は、制御部１３から送信データが供給され、ＰＮコード発生器２１から出力されたＰＮコードに対して、供給された送信データにより変調を行うものであり、変調方式には、例えば、パルス位置変調（ＰＰＭ）が用いられる。

アンテナ切換器２３は、変調器２２の出力信号のアンテナ２４への出力とアンテナ２４が受信した信号のＬＮＡ２５への出力との切り換えを行うものである。

アンテナ２４は、アンテナ切換器２３を介して変調器２２の出力信号を電波として送出し、また、電波を受信するためのものである。

受信回路１２は、相手端末から送信された計測用信号を受信するものであり、アンテナ切換器２３と、アンテナ２４と、ＬＮＡ２５と、遅延生成器２６と、相関器２７と、復調器２８と、を備える。尚、アンテナ切換器２３とアンテナ２４とは、送信回路１１と共用のものである。
ＬＮＡ（Low Noise Amplifier；低ノイズアンプ）２５は、アンテナ２４が受信した信号を増幅するものである。

遅延生成器２６は、ＰＮコード発生器２１から供給されたＰＮコードを、相関器２７が生成した位相差データに基づいて、位相差が０となるように遅延させるものであり、遅延させたＰＮコードを相関器２７に出力する。

相関器２７は、遅延生成器２６から出力されたＰＮコードとＬＮＡ２５から出力された信号との相関を計測することにより、同期させるためのものである。また、相関器２７は、相関を計測して、位相差データを生成して、遅延生成器２６と制御部１３とに出力する。

復調器２８は、遅延生成器２６から出力されたＰＮコードを用いてＬＮＡ２５から出力された信号を復調するものである。

制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成されたものであり、図３に示す回路を備えて、距離計測装置１０の各部を制御する。

また、制御部１３は、機能的には、送信制御回路１３ａと、受信制御回路１３ｂと、時間計測回路１３ｃと、計測時間取得回路１３ｄと、信号伝播時間取得回路１３ｅと、距離計測回路１３ｆと、を備える。

送信制御回路１３ａは、送信回路１１の各部を制御するものである。受信制御回路１３ｂは、受信回路１２の各部を制御するものである。時間計測回路１３ｃは、前記送信部が前記計測用信号を生成してから、前記相手端末が送信した計測用信号を前記受信部が受信するまでの時間を計測するものである。

計測時間取得回路１３ｄは、前記相手端末が前記計測用信号を生成してから、前記送信部が送信した前記計測用信号が、前記相手端末によって受信されるまでの計測時間を取得するものである。

信号伝播時間取得回路１３ｅは、前記時間計測部が計測した時間と前記計測時間取得部が取得した計測時間とに基づいて前記計測用信号の信号伝播時間を取得するものである。距離計測回路１３ｆは、信号伝播時間取得部が取得した信号伝播時間に基づいて前記相手端末との間の距離を取得するものである。

具体的には、制御部１３の送信制御回路１３ａは、相手端末に送信データを送信する場合、送信データに自端末のノード番号の情報を付加して、変調器２２に出力する。また、制御部１３は、計測用信号を生成して送信回路１１に供給する。

制御部１３の送信制御回路１３ａは、この送信データを、ウルトラワイドバンド通信に従って送信するように、ＰＮコード発生器２１、変調器２２、アンテナ切換器２３を制御する。

また、制御部１３は、相手端末からの電波を受信するようにアンテナ切換器２３を切り換え、アンテナ２４が相手端末からの電波を受信すると、受信した電波から受信データを復調するように、ＬＮＡ２５、ＰＮコード発生器２１、遅延生成器２６、相関器２７、復調器２８を制御する。制御部１３は、復調器２８が復調した受信データを取得する。

また、各ノード１ａ〜１ｇの距離計測装置１０は、変調器２２の出力信号を、自端末と相手端末との間の信号伝播時間を計測するための計測用信号として用いて、相互に送受信する。従って、変調器２２の出力信号にはＰＮコードが含まれている。そして、各ノード１ａ〜１ｇの距離計測装置１０は、相手端末との間の距離を求める。

相手端末との間の距離は、以下のようにして求められる。
図２に示すノード１ａ〜１ｇのうちのいずれかをノードｉ，ｊとする。ノードｉは、図４（ａ）に示すように、１周期目において、ノードｉのＰＮコード発生器２１が生成したＰＮコードを含む信号を送信するものとする。

ノードｊは、図４（ｂ）に示すように、ＰＮコードの区切りを示すパルスを基準として、ノードｉがパルスを送信してから時間αが経過したときに、ノードｊのＰＮコード発生器２１が基準パルスを生成するものとする。

また、ノードｊは、図４（ｃ）に示すように、基準パルスを生成してから時間差Δｔji経過後にノードｉからの基準パルスを受信するものとする。ノードｉは、図４（ｄ）に示すように、基準パルスを生成してから時間差Δｔij経過後にノードｊからの基準パルスを受信するものとする。

時間αと時間差Δｔij，Δｔji，信号伝播時間Ｔの間には、次の数３が成り立つ。

この数３を変形すると、次の数４が得られる。

制御部１３は、この信号伝播時間Ｔに光速を乗算することによりノードｉとノードｊとの間の距離を求める。

尚、このとき、ノードｉのクロックとノードｊのクロックとは、同期する必要はない。但し、各クロックの周波数の差による誤差は、２回の通信時間間隔が十分短いために無視できる。

次に実施形態１に係るノードｉ，ｊの動作を説明する。
ノードｉがノードｊとの間の距離計測を行う場合、ノードｉ，ｊは、図５に示すフローチャートに従って距離計測を行う。

ノードｉの送信制御回路１３ａは、ノードｉとノードｊとの間の信号伝播時間を計測するため、図４（ａ）に示すようなＰＮコードを含む信号を生成し、送信回路１１を制御して、この信号を送信する（ステップＳ１１）。

ノードｊの受信制御回路１３ｂは、受信回路１２を制御して、ノードｉから送信された信号を受信し、送信データに付加されたノード番号に基づいて、受信した信号がノードｉから送信された信号であることを識別する（ステップＳ１２）。

ノードｊの送信制御回路１３ａは、図４（ｂ）に示すようなＰＮコードを含む信号を生成し、送信回路１１を制御して、この信号を送信する（ステップＳ１３）。

ノードｉの受信制御回路１３ｂは、受信回路１２を制御して、ノードｊから送信された信号を受信し、送信データに付加されたノード番号に基づいて、受信した信号がノードｊから送信された信号であることを識別する（ステップＳ１４）。

ノードｉの時間計測回路１３ｃは、ノードｉが基準パルスを生成してから、ノードｊからの基準パルスを受信するまでの時間差Δｔijを計測する（ステップＳ１５）。

ノードｊの時間計測回路１３ｃは、ノードｊが基準パルスを生成してから、ノードｉからの基準パルスを受信するまでの時間差Δｔjiを計測する（ステップＳ１６）。ノードｊは、計測の結果、得られた時間差Δｔjiを送信する（ステップＳ１７）。

ノードｉの計測時間取得回路１３ｄは、このノードｊから送信された信号を受信して、受信した信号から、ノードｊが計測した時間差Δｔjiを取得する（ステップＳ１８）。

ノードｉの信号伝播時間取得回路１３ｅは、ノードｉが計測した時間差Δｔijとノードｊが計測した時間差Δｔjiとに基づいて、数４に従って信号伝播時間Ｔを算出する（ステップＳ１９）。

ノードｉの距離計測回路１３ｆは、算出した信号伝播時間Ｔに光速を乗算して、ノードｊまでの距離を求める（ステップＳ２０）。尚、Δｔji，Δｔijは基準パルスの時間差として説明したが、別の言い方をすれば、ＰＮコードパルス列の位相差を意味する。

以上説明したように、本実施形態１によれば、ノードｉ，ｊが互いに、ＰＮコードを含む信号を送受信し、自端末が信号を送信してから相手端末からの信号を受信するまでの時間差Δｔij，Δｔjiに基づいて２つのノードｉ，ｊ間の距離を計測するようにした。

従って、ノードｉ，ｊ間の距離を計測する場合に受信局のような設備を必要とせず、簡易な構成でノードｉ，ｊ間の距離を計測することができる。

また、２つのノード間でクロックを同期させる必要もなく、ＰＬＬ回路のような同期処理に必要とされる回路を備える必要もなく、構成を簡略化してコストを低減することができる。

また、特に、ＵＷＢ通信やスペクトラム拡散通信では、ＰＮコードでの送信や、受信側の相関器２７等、既に備えられている機器を用いて上記機能を実現できるため、距離計測装置を複雑化することなく、安価に構成することができる。また、電波伝播時間を高精度で計測することができ、距離計測を正確に行うことができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る距離計測装置は、３つの時間データに基づいて信号伝播時間を求め、２つのノード間の距離を計測するようにしたものである。

実施形態２に係るノードｉ，ｊは、実施形態１に係る距離計測装置１０と同様の構成のものを備える。

次に実施形態２に係る距離計測装置１０の距離計測の方法を、図６に示すタイミングチャートに基づいて説明する。
ノードｉは、第１周期と第（ｎ１＋ｎ２＋１）周期においてＰＮコードを含む信号を送信し、ノードｊは、第（ｎ１＋１）周期において、ＰＮコードを含む信号を送信するものとする。尚、ｔｃは、ＰＮコードの１周期を示す。

ノードｊは、図６（ｃ）に示すように、それぞれ、第１、第（ｎ１＋ｎ２＋１）周期において、基準パルスを生成してから、Δｔji0経過後に、ノードｉが送信した基準パルスを受信するものとする。ノードｉは、図６（ｄ）に示すように、第（ｎ１＋１）周期において、基準パルスを生成してから、Δｔij1経過後に、ノードｊが送信した基準パルスを受信するものとする。

ノードｉのクロック周波数とノードｊのクロック周波数との差を考慮する必要があり、差が一定であるとすると、このクロック周波数の差によるクロック時刻の差は、時間に比例する。このクロック周波数の差によるクロック時刻の差の比例定数をｅとする。ノードｉ，ｊの（ｎ１＋１）周期目の通信と（ｎ１＋ｎ２＋１）周期目の通信とのクロック時刻差αは、次の数５によって表される。

尚、（ｎ２・ｔｃ・ｅ）は、（ｎ１＋１）周期目の通信と（ｎ１＋ｎ２＋１）周期目の通信とのクロック時刻差αに対する補正項である。精度が要求される場合、この補正項が必要になってくる。数５を変形すると、次の数６が得られる。

同様に、１周期目の通信と（ｎ１＋ｎ２＋１）周期目の通信とから、次の数７が成立する。

尚、（（ｎ１＋ｎ２）・ｔｃ・ｅ）は、１周期目の通信と（ｎ１＋ｎ２＋１）周期目の通信とのクロック時刻差αに対する補正項である。この場合も、精度が要求される場合、この補正項が必要になってくる。ｎ１，ｎ２は、ノードｊによってカウントされる。数７を変形すると、次の数８が得られる。

数８に示す比例定数ｅを数６の比例定数ｅに代入すると、信号伝播時間Ｔは、次の数９によって求められる。

ＰＮコードの１周期ｔｃを約分して、数９を整理すると、数９は、次の数１０に変形される。

この数１０によって求められた信号伝播時間Ｔに光速を乗算すれば、ノードｉとノードｊとの間の距離が求められる。

次に実施形態２に係るノードｉ，ｊの動作を説明する。
ノードｉがノードｊとの間の距離計測を行う場合、ノードｉ，ｊは、図７に示すフローチャートに従って距離計測を行う。

実施形態１と同様に、ノードｉの送信制御回路１３ａは、１，（ｎ１＋ｎ２＋１）周期目において、ＰＮコードを含む信号を生成し、送信回路１１を制御して、この信号を送信する（ステップＳ３１，Ｓ３７）。ノードｊの送信制御回路１３ａは、（ｎ１＋１）周期目において、ＰＮコードを含む信号を生成し、送信回路１１を制御して、この信号を送信する（ステップＳ３４）。そして、ノードｉ，ｊの受信制御回路１３ｂは、受信回路１２を制御して相互に信号を受信する（ステップＳ３２，Ｓ３５，Ｓ３８）。

ノードｉの時間計測回路１３ｃは、（ｎ１＋１）周期目において、ノードｉが基準パルスを生成してからノードｊからの基準パルスを受信するまでの時間差Δｔij1を計測する（ステップＳ３６）。

ノードｊの時間計測回路１３ｃは、１，（ｎ１＋ｎ２＋１）周期目において、基準パルスを生成してから、ノードｉからの基準パルスを受信するまでの時間差Δｔji0，Δｔji2を計測する（ステップＳ３３，Ｓ３９）。ノードｊは、計測の結果、得られた時間差Δｔji0，Δｔji2を送信する（ステップＳ４０）。

ノードｉの計測時間取得回路１３ｄは、このノードｊから送信された信号を受信して、受信した信号から、ノードｊが計測した時間差Δｔji0，Δｔji2を取得する（ステップＳ４１）。

ノードｉの信号伝播時間取得回路１３ｅは、ノードｉが計測した時間差Δｔij2とノードｊが計測した時間差Δｔji0，Δｔji2と、周期数ｎ１，ｎ２に基づき、数１０に従って信号伝播時間Ｔを算出する（ステップＳ４２）。

ノードｉの距離計測回路１３ｆは、算出した信号伝播時間Ｔに光速を乗算して、ノードｊまでの距離を求める（ステップＳ４３）。

以上説明したように、本実施形態２によれば、３つの時間差Δｔji0，Δｔij1，Δｔji2に基づいて信号伝播時間Ｔを求め、２つのノードｉ，ｊ間の距離を計測するようにした。

従って、時間を計測する周期が不連続であっても、２つのノードｉ，ｊ間の距離を計測することができる。
また、実施形態１と同様に、ノードｉのクロックとノードｊのクロックとは、同期させる必要はない。

しかもノードｉ，ｊのクロック周波数に差があっても、その影響を受けずに正確に距離を計測することができる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、ノード１ａ〜１ｇ間の距離を計測する場合、図２の破線で示すように、９対のノード間で通信が行われる。実施形態１を例にすると、１対のノード間で距離を計測するためには、２回の通信を必要とする。従って、９対のノード間の距離を計測するためには、少なくとも１８回の通信を必要とする。

しかし、例えば、図８に示すように、ノード１ｇが１回送信した電波をノード１ａ，１ｃ，１ｄが受信して時間を取得し、信号伝播時間Ｔを計測すれば、通信回数をノードの数、即ち、７回にすることができる。

この通信回数の低減効果は、ノードの数が増えるに従って大きくなる。図２に示す例では、全ノード間が通信可能であり、すべての距離を計測する場合、２１対のノード間通信が可能になる。

このため、１対で２回の通信を行う場合、４２回の通信が必要になる。これに対して、図８に示す例では、７回となり、すべてのノード間で通信を行う場合と比較して１／３になる。

しかも、ネットワークの初期化のための通信が必要な場合、ネットワーク初期化の際に、時間データを送受信することにより、距離計測のための通信は不要となる。

実施形態２では、ノードｉが、ＰＮコードの周期数にＰＮコードの周期を乗算することにより、通信間隔の時間を求めている。しかし、ノードｉが、直接、周期を計測するようにしてもよい。

上記実施形態では、ＵＷＢ通信を利用した場合について説明した。しかし、これに限られるものでなく、スペクトラム拡散方式の無線通信に上記実施形態に係る距離計測装置を適用することができる。

また、上記実施形態では、各ノードのクロックと受信信号のクロックとの差を求めるためにＰＮコードパルス列の相関値を求めるようにした。しかし、ＰＮコードパルス列を用いずに、送信データに送信側の時刻データを付加し、受信側で受信時刻を計測し、受信データ内の時刻データとの差を求めてクロックの差を求めることもできる。

また、ノード間の距離を計測することができれば、位置が既知であるノードを利用して、上記実施形態の距離計測装置１０を、各ノードの位置を計測する位置計測装置としても用いることができる。

即ち、通信可能なノード１ａ〜１ｇ間の距離が求められると、これらの距離データと位置が既知のノード１ａ〜１ｄの位置データから、位置が未知のノード１ｅ〜１ｇの位置を求めることができる。各ノード１ａ〜１ｇのクロックの差の測定分解能を１ｎｓとすると、測定距離の分解能は、約３０ｃｍと非常に高くなる。各ノード１ａ〜１ｇのクロックの位相ずれ、周波数ずれの影響も排除されるので、高精度に位置を計測することができる。

本発明の実施形態１に係る距離計測装置の構成を示すブロック図である。 図１の距離計測装置を備えるノードのネットワークを示す説明図である。 図１の制御部の構成を示すブロック図である。 ２つのノード間の距離を計測する方法を説明するためのタイミングチャートである。 実施形態１に係るノードの距離計測処理の内容を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る２つのノード間の距離を計測する方法を説明するためのタイミングチャートである。 実施形態２に係るノードの距離計測処理の内容を示すフローチャートである。 通信回数を低減するための方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１ａ〜１ｇ ノード
１０ 距離計測装置
１１ 送信回路
１２ 受信回路
１３ 制御部
１３ａ 送信制御回路
１３ｂ 受信制御回路
１３ｃ 時間計測回路
１３ｄ 計測時間取得回路
１３ｅ 信号伝播時間取得回路
１３ｆ 距離計測回路

Claims (5)

1. 自端末と相手端末との双方に設けられ、自端末と相手端末との間の信号伝播時間を計測するための計測用信号を送受信することで自端末と相手端末の間の距離を計測する距離計測装置であって、
   自端末と相手端末とで同じ時間長の周期で送信用タイミングを発生するクロックと、
   前記送信用タイミングにて、前記計測用信号を生成すると共に当該計測用信号を相手端末に送信する送信部と、
   相手端末から計測用信号を受信する受信部と、
   自端末の送信部が計測用信号を生成した送信用タイミングと、同自端末の受信部が相手端末から当該計測用信号を受信した時刻との時間差を計測する時間計測部と、を備え、
   相手端末の時間計測部は、同相手端末の受信部が自端末から計測用信号を受信した時刻と、その直前の送信用タイミングとの時間差を計測し、同相手端末の送信部は、前記時間差を含む時間差信号をその計測直後の送信用タイミングで自端末に送信するものであり、
   自端末の時間計測部は、同自端末の受信部が前記相手端末から計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の送信用タイミングとの時間差を計測するものであり、
   自端末の距離計測装置は、
   相手端末からの時間差信号に基づき、当該時間差を取得する計測時間取得部と、
   前記時間計測部が計測した時間差と前記計測時間取得部が取得した時間差とに基づいて、自端末と相手端末との間での計測用信号の信号伝播時間を取得する信号伝播時間取得部と、
   前記信号伝播時間取得部が取得した信号伝播時間に基づいて、自端末と相手端末との間の距離を取得する距離取得部と、を備えた、
   ことを特徴とする距離計測装置。
2. 自端末である端末iの信号伝播時間取得部は、
   相手端末である端末ｊの受信部が端末iから計測用信号を受信した時刻と、同相手端末における、その直前の送信用タイミングとの時間差Δtijと、
   端末ｉの送信部が計測用信号を生成した送信用タイミングと、相手端末から計測用信号を受信した時刻との時間差Δtijと、を用い、
   数１に従って前記信号伝播時間であるＴを取得すると共に、当該Ｔに光速を乗算することにより端末iと端末jの間の距離を取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の距離計測装置。
   

   
3. 自端末である端末iの送信部は、計測用信号を生成する第１周期、第（ｎ１＋１）（ｎ１；自然数）及び第（ｎ１＋ｎ２＋１）周期（ｎ１，ｎ２；自然数）の送信用タイミングのそれぞれにおいて、前記計測用信号を相手端末である端末ｊに送信するものであり、
   端末iの信号伝播時間取得部は、
   端末ｊの受信部が、端末iから前記第１周期目の送信用タイミングで生成された計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の端末ｊの送信用タイミングとの時間差Δtji0と、
   端末iの送信部が、前記第（ｎ１＋１）周期目の送信用タイミングで計測用信号を生成した送信用タイミングと、端末iの受信部が端末jから当該計測用信号を受信した時刻との時間差Δtji1と、
   端末ｊの受信部が、端末iから前記第（ｎ１＋ｎ２＋１）周期目の送信用タイミングで生成された計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の端末ｊの送信用タイミングとの時間差Δtji2と、を用い、
   数２に従って前記信号伝播時間であるＴを取得すると共に、当該Ｔに光速を乗算することにより端末iと端末ｊの間の距離を取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の距離計測装置。
   

   
4. 前記自端末の送信部は、前記送信用タイミングにて、疑似乱数コードを生成すると共に当該疑似乱数コードを含む前記計測用信号を相手端末に送信するものであり、
   前記自端末の計測時間取得部は、同自端末の送信部が生成した疑似乱数コードと、相手端末の送信部が生成した疑似乱数コードとの位相差に基づいて前記時間差を取得する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の距離計測装置。
5. 自端末と相手端末との間の信号伝播時間を計測するための計測用信号を送受信することで自端末と相手端末の間の距離を計測する距離計測方法であって、
   自端末と相手端末とで同じ時間長の周期で送信用タイミングを発生する送信用タイミング発生ステップと、
   前記送信用タイミングにて、前記計測用信号を生成すると共に当該計測用信号を相手端末に送信する送信ステップと、
   相手端末から計測用信号を受信する受信ステップと、
   自端末が計測用信号を生成した送信用タイミングと、自端末が相手端末から当該計測用信号を受信した時刻との時間差を計測する時間計測ステップと、を備え、
   相手端末では、前記時間計測ステップにて、前記受信ステップで自端末から計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の送信用タイミングとの時間差を計測すると共に、前記時間差を含む時間差信号をその計測直後の送信用タイミングで自端末に送信し、
   自端末では、前記時間計測ステップにて、前記受信ステップで相手端末から計測用信号を受信した時刻と、その受信直前の送信用タイミングとの時間差を計測し、
   自端末において行われる距離計測ステップを備え、
   前記距離計測ステップは、相手端末からの時間差信号に基づき、当該時間差を取得する計測時間取得ステップと、
   前記自端末が計測した時間差と相手端末から取得した時間差とに基づいて、自端末と相手端末との間での計測用信号の信号伝播時間を取得する信号伝播時間取得ステップと、
   前記信号伝播時間取得ステップで取得した信号伝播時間に基づいて、自端末と相手端末との間の距離を取得する距離取得ステップと、を備えた、
   ことを特徴とする距離計測方法。

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