JP4979268B2 - 漏洩同軸ケーブルを用いた位置検出システム - Google Patents
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Description
前記受信機は、前記各信号の受信電界強度をそれぞれ測定するレベル測定部と、このレベル測定部が測定した前記各信号の受信電界強度の差分値を導いて前記漏洩同軸ケーブルの一端から前記受信部に至るまでの距離を求める距離演算部とを備えることを特徴としている。
前記一対の送信機は、前記漏洩同軸ケーブルの一端部から他端部に至るまでの前記信号の伝搬遅延時間よりも長い周期時間でその周波数が変化する第一のチャープ信号を送出する第一の送信機と、前記漏洩同軸ケーブルを介して、前記第一の送信機が送出した第一のチャープ信号を受けて、該漏洩同軸ケーブルに前記第一のチャープ信号と同一時間周期でその周波数が変化する第二のチャープ信号を送出する第二の送信機とからなり、
前記受信機は、受信した前記第一のチャープ信号および前記第二のチャープ信号の周波数をそれぞれ計測する周波数測定部と、この周波数測定部が測定した前記第一チャープ信号と第二のチャープ信号との周波数の差分値を求める差分演算部と、この差分演算部が求めた前記差分値の時間変化を求める微分演算部と、この微分演算部によって前記差分値に時間変化がないと検出されたとき、前記差分演算部が求めた差分値により前記漏洩同軸ケーブルの一端から前記受信部に至るまでの距離を求める距離演算部とを備えて提供される。
前記受信機は、受信した前記データに含まれる前記識別符号を検出するデータ識別部と、このデータ識別部が検出した識別符号により識別される前記各データの受信電界強度をそれぞれ測定するレベル測定部と、このレベル測定部が測定した前記各データの受信電界強度の差分値を導いて前記漏洩同軸ケーブルの一端から前記受信部に至るまでの距離を求める距離演算部とを備えることを特徴としている。
前記一対の受信機は、前記漏洩同軸ケーブルから各受信機にそれぞれ導かれた前記無線データの受信レベルを測定するレベル測定部と、これらレベル測定部がそれぞれ計測した前記受信レベルの差分値を導いてこの差分値によって前記漏洩同軸ケーブルの一端からこの受信機に至るまでの距離を求める距離演算部とを備えて提供される。
さて、本発明の第一の実施形態を示す図1において1は、例えばビル等の建物内のフロア等に予め配設された漏洩同軸ケーブル(以下、LCXと称することがある)である。ちなみにこの図でLCX1は、理解を容易にするために直線状に描いているが、直線状の配置に限定されるものではなく、後述する位置検出対象物(被検出物)を検出する場所に適するよう配設される。
L1=Tx−(At・X+CL+SL)+N[dBm]
であり、B送信機2bが送出した周波数f2の電波の電界強度L2は、
L2=Tx−{At・(D−X)+CL+SL}+N[dBm]
となる。距離演算部15は、レベル測定部14が測定した上記電界強度L1,L2を受けて、それぞれの電界強度の差分LDを求める。この差分LDは、図4に示す周波数f1の信号の電界強度L1と周波数f2の信号における電界強度L2との受信レベルの差であり、
LD=L1−L2=−At・X+At×(D−X)
=−2At・X+At・D[dB]
なる演算を施すことで求めることができる。したがって距離演算部15は、LCX1の左方に位置する一方の接続点1aから受信機10までの距離をXを
X=(At・D−LD)/(2At)=(D/2)−(LD/2At)[m]
としてノイズ成分の影響を受けることなく求めることができる。
X=100−2.5LD[m]
なる演算を距離演算部15が施せば被検出体(受信機)10の位置を検出することができる。例えば、距離演算部15によって電界強度の差分LD=0[dB]と求められた場合、距離Xは、100[m]となって被検出体がLCX1の中間に位置することがわかる。
かくして本発明の第一の実施形態に係る漏洩同軸ケーブルを用いた位置検出システムは、LCX1の両端にそれぞれ接続された一対の送信機2a,2bがLCX1内に、互いに周波数の近い高周波信号をそれぞれ送出する一方、このLCX1に設けられたスロットから電波として放射された信号を受信する受信機10は、レベル測定部14によって上記一対の送信機2a,2bによる電波の電界強度を測定するとともに、距離演算部15が測定した各電界強度の差分値LDを導き、この差分値LDが被検出体(受信機10)の位置によって変化することを利用しているので、この差分値LDを用いて被検出体に至るまでの距離を容易に求めることができる。
さて、本発明の第二の実施形態が前述した第一の実施形態と異なるところは、LCX1の両端に接続された一対の送信機がLCX1内にそれぞれチャープ信号を送出する一方、受信機10は、LCX1から電波となって放射されるこれらチャープ信号を受信し、それぞれのチャープ信号の周波数差分値から被検出体に至るまでの距離を求める点にある。
このように構成された本発明の第二の実施形態に係る漏洩同軸ケーブルを用いた位置検出システムは、第一の送受信機3aが、時間的に周波数が変化する第一のチャープ信号ch1を生成する。この第一のチャープ信号ch1は、例えば図8に示すように時間の経過に比例して所定の周波数まで高くなり(UP変化)、次いで時間の経過に比例して変化前の周波数に到達する(DOWN変化)。第一の送受信機3aは、以降、このような周波数変化を繰り返す第一のチャープ信号ch1を送出する。尚、第一のチャープ信号ch1は、周波数が高くなる場合の周波数変化量の絶対値と、周波数が低くなる場合の時間に対する周波数の変化量の絶対値とが等しい。一方、第二の送受信機3bが送出する第二のチャープ信号ch2も、第一のチャープ信号ch1と同一時間周期でその周波数が変化する。
まず、受信機10がLCX1の第一の接続点1aの近くにある場合を説明する。ここでは第一の送受信機3aからLCX1に第一のチャープ信号ch1の送出を開始する時刻をt=0とし、この信号が第二の接続点1bに到達する時刻をt=Tとする。すると、第一の送受信機3aが送出した第一のチャープ信号ch1の周波数は、図8(a)に示すように時間の経過とともに変化しながら時刻t=Tのときに第二の接続点1bに到達する。
t1=(X/L)T
の関係式を得ることができる。また第一および第二のチャープ信号ch1,ch2の最低周波数をfc、これらチャープ信号の周波数変化率をΔfとすれば、受信機10がそれぞれ検出する第一のチャープ信号ch1の周波数f1および第二のチャープ信号ch2の周波数f2は、それぞれ、
f1=fc+Δf(t−t1)
f2=fc+Δf(t+t1−2T)
なる式で求めることができる。差分演算部20は、これら第一のチャープ信号ch1の周波数f1と第二のチャープ信号ch2の周波数f2との周波数差分値fdを求める。つまり差分演算部20は、
fd=|f1−f2|=2Δf(T−t1)
を求める。差分演算部20の次段に設けられた微分演算部21は、差分演算部20が求めたfdの値が時間的に変化しないかどうかを検出する。つまり、上述したように第一のチャープ信号ch1の周波数f1と第二のチャープ信号ch2の周波数f2との周波数差分値fdが短時間の範囲内で一定の差分値であるかどうかを検出する。この周波数差分値fdが一定値であれば、距離が計測できる。つまり距離演算部15は、微分演算部21によって周波数差分値fdに時間変化がないと検出されたとき、差分演算部20が求めた周波数差分値から次式に示す演算を施して受信部に至るまでの距離を求める。つまり、上式を変形すると、
t1=T−(fd/2Δf)
となるから、この式を[t1=(X/L)T]の式を変形して導かれる[X=(t1/T)L]に代入すれば、
X=L[1−{fd/(2ΔfT)}][m]
として求めることができる。
次に本発明の第三の実施形態に係る漏洩同軸ケーブルを用いた位置検出システムについて説明する。この第三の実施形態が前述した第一および第二の実施形態と異なるところは、LCX1の両端に接続された一対の送受信機3a,3bが、互いに同じ周波数の高周波信号を異なる時刻で重複することなくLCX1内に送出する点と、どちらの送受信機3a,3bが送出した高周波信号であるのかを識別可能にする識別符号を備えるとともに、受信機10は、LCX1に設けられたスロットから電波として放射される上記高周波信号に含まれる識別符号を識別して、識別された電波毎の受信電界強度の差分値から被検出体の位置を求める点にある。
X=(D/2)−(LD/2At)[m]
として求めることができる。
次に本発明の第四の実施形態に係る漏洩同軸ケーブルを用いた位置検出システムについて説明する。この実施形態が前述した第一〜第三の実施形態と異なるところは、概略的には図15に示すように予め所定の場所に配設されたLCX1と、このLCX1の近傍に位置し、所定の周波数(例えば、2.4GHz帯)の電波を送出する被検出物(送信機2)と、この送信機2が送信した電波をLCX1を介して、このLCX1の両端の接続端1a,1bに接続された一対の受信機10a,10bがそれぞれ受信した受信レベルを測定し、この測定した受信レベルの差分値から被検出物の位置を検出する点にある。
例えばLCX1の長さ(接続点1aから接続点1bに至る長さ)がD[m]、図15で左方に位置する一方の接続点1aから送信機2までの距離がX[m]であり、送信機2がややLCX1の右方に位置するB受信機10bに近いところに位置しているとすると、この送信機2が送出した電波は、LCX1内で減衰しながら伝搬するものの、B受信機10bにおける受信電界強度(受信レベルL2)が、A受信機10aの受信電界強度(受信レベルL1)より大きい。このため図17に示すように受信機間での受信レベル差LDとなって現れる。この受信レベル差LDは、前述した第一の実施形態における受信レベルの差分値と同様である。したがって、図15には、特に図示しないがそれぞれの受信機10a,10bが受信した受信レベルの受信レベル差LDを求めることで第一の実施形態に準じて送信機2の位置を検出することができる。
1a,1b 接続点
2a,2b 送信機
10 受信機
11 アンテナ
12 受信部
13 周波数切換部
14 レベル測定部
15 距離演算部
16 出力部
Claims (1)
- 所定の場所に配設された漏洩同軸ケーブルと、
この漏洩同軸ケーブルの両端にそれぞれ接続されて、該漏洩同軸ケーブル内に所定の信号をそれぞれ送出する一対の送信機と、
これら一対の送信機からそれぞれ送出されて、前記漏洩同軸ケーブルから電波として空間に放射される前記信号をそれぞれ受信する受信機とを備え、
前記一対の送信機は、前記漏洩同軸ケーブルの一端部から他端部に至るまでの前記信号の伝搬遅延時間よりも長い周期時間で、一定の変化率で時間の経過に比例して、所定の周波数範囲の下限周波数から上限周波数まで周波数が上昇した後にその上限周波数からその下限周波数まで周波数が下降する変化を繰り返す第一のチャープ信号を送出する第一の送信機と、
前記漏洩同軸ケーブルを介して、前記第一の送信機が送出した第一のチャープ信号を受けて、該漏洩同軸ケーブルに前記第一のチャープ信号と同一周期時間で、前記第一のチャープ信号と同じ変化率で時間の経過に比例して、前記第一のチャープ信号と同じ周波数範囲の下限周波数から上限周波数まで周波数が上昇した後にその上限周波数からその下限周波数まで周波数が下降する変化を繰り返す第二のチャープ信号を送出する第二の送信機とからなり、
前記受信機は、受信した前記第一のチャープ信号および前記第二のチャープ信号の周波数をそれぞれ計測する周波数測定部と、
この周波数測定部が測定した前記第一のチャープ信号と第二のチャープ信号との周波数の差分値を求める差分演算部と、
前記差分演算部が求めた前記差分値の時間変化を求める微分演算部と、
前記微分演算部によって前記差分値に時間変化がないと検出されたときに、前記差分演算部が求めた差分値により前記漏洩同軸ケーブルの一端から前記受信機に至るまでの距離を求める距離演算部と、を備えることを特徴とする漏洩同軸ケーブルを用いた位置検出システム。
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