JP5340212B2 - Distance measuring device and distance measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、2つの送受信装置の間で信号を送受信して、それら2つの送受信装置間の距離を測定する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for transmitting and receiving a signal between two transmission / reception apparatuses and measuring a distance between the two transmission / reception apparatuses.
電磁波を反射する対象物までの距離を測定する装置として、特許文献1に記載の装置が知られている。この装置は、送受信装置と、反射対象物との間でフェーズロックドループを形成して、その時の同期周波数から距離を測定するものである。
また、本発明者により発明された、特許文献2、3のように、送受信装置を2個1組として、2つの送受信装置間でフェーズロックドループを形成し、数MHz程度の矩形波を数百乃至数GHzの高周波搬送波に載せて当該数MHz程度の矩形波の位相遅れを検出する装置が知られている。
As an apparatus for measuring the distance to an object that reflects electromagnetic waves, an apparatus described in
Further, as in
しかし、特許文献1に開示の方法は、送信信号と、その反射波の受信信号との間で、同期のかかる周波数を検出して、その周波数から、送信器と反射物間の距離を測定する方法である。周波数を、順次、変更して、同期する周波数を検出するのが困難であるという問題がある。また、特許文献2、3の方法では、2つの送受信装置間でフェーズロックドループを用いることから、回路構成が複雑になる。
そこで本発明の目的は、構造簡単にして、精度の高い距離測定装置及び距離測定方法を提供することである。
However, the method disclosed in
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method with a simple structure and high accuracy.
第1の発明は、第1送受信装置及び第2送受信装置から成り、第1送受信装置と第2送受信装置との間の距離を測定する距離測定装置において、第1送受信装置は、第2送受信装置に向けて信号を送信する第1送信アンテナと、第2送受信装置から信号を受信する第1受信アンテナと、所定の基準周波数の第1基準信号を出力する第1基準発振器と、第1基準発振器の出力する第1基準信号に基づいて、第1基準信号の半周期毎に搬送波の周波数又は位相を変化させた第1状態と第2状態を有した送信信号を第1送信アンテナに出力する変調器と、第1受信アンテナにより受信した受信信号により変調器の出力する送信信号を復調する第1復調器と、第1復調器により復調された信号における周波数又は位相に関する異なる2つの状態の期間のうち少なくとも一方の期間の長さに基づいて距離を求める距離演算装置と、を有し、第2送受信装置は、第1送受信装置から送信された信号を受信し、第1送受信装置に向けて信号を送信する第2アンテナと、第2アンテナから受信された受信信号から第1状態と第2状態とを復調する第2復調器と、第2復調器の出力する信号が第1状態と第2状態の受信期間が等しくなるように、周波数と位相の制御された第2基準信号を出力する第2基準発振器と、所定周波数の返送搬送波を出力する返送搬送波発振器と、第2基準発振器の出力する第2基準信号の半周期毎に、第2アンテナの受信信号を第2復調器に出力し、搬送波発振器の出力する返送搬送波を第2アンテナに出力するように、第2アンテナを信号の受信と送信とを切り換える切換器と、を有することを特徴とする距離測定装置である。 1st invention consists of a 1st transmission / reception apparatus and a 2nd transmission / reception apparatus, The distance measurement apparatus which measures the distance between a 1st transmission / reception apparatus and a 2nd transmission / reception apparatus WHEREIN: A 1st transmission / reception apparatus is a 2nd transmission / reception apparatus. A first transmission antenna that transmits a signal toward the first reception antenna, a first reception antenna that receives a signal from the second transceiver, a first reference oscillator that outputs a first reference signal having a predetermined reference frequency, and a first reference oscillator Modulation that outputs to the first transmitting antenna a transmission signal having a first state and a second state in which the frequency or phase of the carrier wave is changed every half cycle of the first reference signal based on the first reference signal output by , A first demodulator that demodulates a transmission signal output from the modulator by a received signal received by the first receiving antenna, and periods of two different states relating to frequency or phase in the signal demodulated by the first demodulator A distance calculation device that obtains a distance based on the length of at least one of the periods, and the second transmission / reception device receives a signal transmitted from the first transmission / reception device and transmits the signal to the first transmission / reception device. , A second demodulator that demodulates the first state and the second state from the received signal received from the second antenna, and the signal output from the second demodulator is the first state and the second state. A second reference oscillator that outputs a second reference signal whose frequency and phase are controlled so that the reception periods of the states are equal, a return carrier oscillator that outputs a return carrier of a predetermined frequency, and an output of the second reference oscillator For each half cycle of the second reference signal, the second antenna receives the signal so that the received signal of the second antenna is output to the second demodulator and the return carrier wave output from the carrier oscillator is output to the second antenna. Switching between transmission and off And vessels, is a distance measuring apparatus characterized by having a.
尚、本発明において、第1送受信装置の第1送信アンテナと第1受信アンテナは必ずしも独立したアンテナとする必要は無い。例えば、サーキュレータ又はデュプレクサを用いることで、送受信兼用のアンテナを1つずつ、第1の送受信装置に設ける構成としても良い。第2送受信装置の第2アンテナは、送信と受信が切り換えられる1本のアンテナで構成される。変調器、第1復調器、第2復調器、搬送波発振器、第1基準発振器、第2基準発振器は、必要により、増幅器を含む。なお、第1復調器により復調された信号における周波数又は位相に関する異なる2つの状態とは、送信信号における第1状態の周波数又は位相と、第2状態の周波数又は位相と、一致していても良いし、一致していなくとも良い。送信信号が2値を変調した信号であるから、返送搬送波で送信信号を復調した信号は、周波数又は位相について2値の状態が得られる。 In the present invention, the first transmitting antenna and the first receiving antenna of the first transmission / reception apparatus do not necessarily have to be independent antennas. For example, by using a circulator or a duplexer, a configuration may be adopted in which one antenna for both transmission and reception is provided in the first transmission / reception device. The second antenna of the second transmission / reception device is composed of one antenna that can be switched between transmission and reception. The modulator, the first demodulator, the second demodulator, the carrier wave oscillator, the first reference oscillator, and the second reference oscillator optionally include an amplifier. The two different states relating to the frequency or phase in the signal demodulated by the first demodulator may coincide with the frequency or phase in the first state and the frequency or phase in the second state in the transmission signal. And it doesn't have to match. Since the transmission signal is a binary-modulated signal, a signal obtained by demodulating the transmission signal with a return carrier wave can obtain a binary state with respect to frequency or phase.
本発明において、第1送受信装置の変調器の出力する送信信号の第1状態と第2状態とは、搬送波の周波数を異ならせたFSK変調や、搬送波の位相を異ならせたPSK変調を用いることができる。 In the present invention, the first state and the second state of the transmission signal output from the modulator of the first transmission / reception device use FSK modulation in which the frequency of the carrier wave is different or PSK modulation in which the phase of the carrier wave is different. Can do.
第2の発明は、第1送受信装置から信号を第2送受信装置に送信し、第2送受信装置から信号を第1送受信装置に送信して、第1送受信装置において、送信信号と受信信号に基づいて第1送受信装置と第2送受信装置との間の距離を測定する距離測定方法において、第1送受信装置から、第1基準信号に基づいて、第1基準信号の半周期毎に搬送波の周波数又は位相を変化させた第1状態と第2状態を有した送信信号を第2送受信装置に向けて送信し、第2送受信装置において、第1送受信装置からの受信信号を復調して、第1状態と第2状態とを検出し、第1状態と第2状態の受信期間が等しくなる半周期の期間だけ、所定周波数の返送搬送波を第1送受信装置に向けて送信し、第1送受信装置において、送信信号を、第2送受信装置から受信した返送搬送波により復調して、復調された信号における周波数又は位相に関する異なる2つの状態の期間のうち少なくとも一方の期間の長さに基づいて距離を求める距離測定方法である。なお、第1送受信装置において、送信信号が返送搬送波により復調された信号における周波数又は位相に関する異なる2つの状態とは、送信信号における第1状態の周波数又は位相と、第2状態の周波数又は位相と、一致していても良いし、一致していなくとも良い。送信信号が2値を変調した信号であるから、返送搬送波で送信信号を復調した信号は、周波数又は位相について2値の状態が得られる。この2値の状態の期間の長さのうち、少なくとも一方の期間の長さにより、距離を測定することができる。もちろん、2つの状態のそれぞれの期間の長さから求められたそれぞれの距離の平均値を、求めるべき距離としても良い。また、後述するように、それぞれの期間の差の絶対値から距離を求めることもできる。 The second invention transmits a signal from the first transmission / reception device to the second transmission / reception device, transmits a signal from the second transmission / reception device to the first transmission / reception device, and based on the transmission signal and the reception signal in the first transmission / reception device. In the distance measuring method for measuring the distance between the first transmission / reception device and the second transmission / reception device, based on the first reference signal from the first transmission / reception device, the frequency of the carrier wave or every half cycle of the first reference signal A transmission signal having a first state and a second state whose phases are changed is transmitted to the second transmission / reception device, and the second transmission / reception device demodulates the reception signal from the first transmission / reception device, and the first state The second state is detected, and a return carrier wave having a predetermined frequency is transmitted to the first transmitter / receiver only during a half-cycle period in which the reception periods of the first state and the second state are equal. Send signal from second transceiver Demodulating the return carrier wave signal, a distance measuring method for determining the distance based on the length of the at least one period among the periods of the two different states regarding the frequency or phase of the demodulated signal. In the first transmission / reception apparatus, the two different states relating to the frequency or phase in the signal obtained by demodulating the transmission signal by the return carrier are the frequency or phase in the first state and the frequency or phase in the second state in the transmission signal. , May or may not match. Since the transmission signal is a binary-modulated signal, a signal obtained by demodulating the transmission signal with a return carrier wave can obtain a binary state with respect to frequency or phase. The distance can be measured based on the length of at least one of the periods in the binary state. Of course, the average value of the distances obtained from the lengths of the periods of the two states may be used as the distance to be obtained. Further, as will be described later, the distance can also be obtained from the absolute value of the difference between the periods.
本方法発明においても、第1送受信装置の変調器の出力する送信信号の第1状態と第2状態とは、搬送波の周波数を異ならせたFSK変調や、搬送波の位相を異ならせたPSK変調を用いることができる。 Also in this method invention, the first state and the second state of the transmission signal output from the modulator of the first transmitting / receiving device are FSK modulation in which the frequency of the carrier wave is different or PSK modulation in which the phase of the carrier wave is different. Can be used.
本発明では、第1送受信装置から第2送受信装置への送信信号は、第1基準信号の半周期毎に搬送波の周波数又は位相を変化させた第1状態と第2状態を有した信号である。この送信信号は、第2送受信装置において、復調されて、第1状態と第2状態とが検出される。そして、第1状態と第2状態の受信期間が等しくなる半周期の期間だけ、所定周波数の返送搬送波が、第2送受信装置から第1送受信装置に向けて送信される。第1送受信装置においては、第1送受信装置からの送信信号が、第2送受信装置から受信した返送搬送波により復調される。そして、復調された信号における第1状態又は第2状態の期間の長さに基づいて距離が求められる。このように、本発明では、第1送受信装置の第1状態と第2状態の受信期間が等しくなる半周期の期間が、第1送受信装置と第2送受信装置の往復の伝送路長を電磁波が伝搬するのに必要な伝搬時間だけ遅延した期間において、返送搬送波が第1送受信装置において受信される。したがって、遅延時間+1周期/4だけ先行する第2状態とこれに続く第1状態とから成る送信信号の返送搬送波による復調により、第2状態と第1状態の復調である異なる2つの状態が検出される。この時、異なる2つの状態において、遅延時間が長くなる程、第2状態に対応する状態の期間が短く、第1状態に対応する状態の期間が長くなる。この2つの状態の期間のうち、少なくとも一方の期間の長さから、第1送受信装置と第2送受信装置との間の距離を求めることができる。また、復調した後の第1状態の期間と第2状態の期間の平均値から距離を求めることができる。これらの場合には、第1状態の期間の長さ、すなわち、半周期の期間が測定値に含まれているので、この半周期の期間だけ測定値を補正する必要がある。また、復調した後の第1状態の期間と第2状態の期間との差の絶対値により、距離を求めることができる。この場合には、それぞれの測定値に含まれる半周期の期間は相殺されるので、より正確に距離を求めることができる。なお、復調した後の第1状態を、期間の長い方を状態として定義すれば、差の絶対値ではなく、第1状態の期間から第2状態の期間を減じた値により、距離を求めることができる。このようにして、第1基準信号に同期した遅延信号を得ることができることから、距離を正確に測定することができる。 In the present invention, the transmission signal from the first transmission / reception device to the second transmission / reception device is a signal having a first state and a second state in which the frequency or phase of the carrier wave is changed every half cycle of the first reference signal. . The transmission signal is demodulated in the second transmission / reception device, and the first state and the second state are detected. Then, a return carrier wave having a predetermined frequency is transmitted from the second transmission / reception device to the first transmission / reception device only during a half cycle in which the reception periods of the first state and the second state are equal. In the first transmission / reception device, the transmission signal from the first transmission / reception device is demodulated by the return carrier wave received from the second transmission / reception device. Then, the distance is obtained based on the length of the period of the first state or the second state in the demodulated signal. Thus, in the present invention, the half-cycle period in which the reception periods of the first state and the second state of the first transmission / reception device are equal is the electromagnetic wave length of the round-trip transmission path length between the first transmission / reception device and the second transmission / reception device. In the period delayed by the propagation time necessary for propagation, the return carrier wave is received by the first transmitting / receiving device. Therefore, two different states, which are demodulation of the second state and the first state, are detected by demodulating the transmission signal consisting of the second state preceding by delay time + 1 period / 4 and the first state following this by the return carrier wave. Is done. At this time, in two different states, the longer the delay time, the shorter the period of the state corresponding to the second state, and the longer the period of the state corresponding to the first state. The distance between the first transmitter / receiver and the second transmitter / receiver can be obtained from the length of at least one of the two states. Further, the distance can be obtained from the average value of the period of the first state and the period of the second state after demodulation. In these cases, since the length of the period of the first state, that is, the half cycle period is included in the measurement value, it is necessary to correct the measurement value by this half cycle period. Further, the distance can be obtained from the absolute value of the difference between the period of the first state and the period of the second state after demodulation. In this case, since the half-cycle period included in each measurement value is canceled, the distance can be obtained more accurately. If the first state after demodulation is defined as the state having the longer period as the state, the distance is obtained not by the absolute value of the difference but by the value obtained by subtracting the period of the second state from the period of the first state. Can do. In this way, since a delay signal synchronized with the first reference signal can be obtained, the distance can be accurately measured.
第1の発明においては、第2送受信装置は、受信と送信とを切り換える共通のアンテナを用いているので構造が簡単となる。また、切換器を用いて、第2送受信装置で受信された信号の第1状態と第2状態の受信期間が等しくなるように、第2基準信号の周波数と位相が制御されることから、簡単な構造で、第1送受信装置で生成される第1基準信号の第2送受信装置における受信信号に対して1周期/4の遅延をもって同期をとることができる。そして、この第2基準信号に同期して、第1状態と第2状態の受信期間が等しくなる半周期の期間において、返送搬送波が出力される。これにより、構造を簡単にして、正確な距離を測定することが可能となる。 In the first invention, since the second transmitting / receiving apparatus uses a common antenna for switching between reception and transmission, the structure is simplified. In addition, since the frequency and phase of the second reference signal are controlled using the switch so that the reception periods of the first state and the second state of the signal received by the second transmission / reception device are equal, With this structure, the first reference signal generated by the first transmitter / receiver can be synchronized with the received signal at the second transmitter / receiver with a delay of one cycle / 4. Then, in synchronization with the second reference signal, a return carrier wave is output in a half-cycle period in which the reception periods of the first state and the second state are equal. Thereby, the structure can be simplified and an accurate distance can be measured.
以下、ブロック図を用いて本発明の具体的な実施例を説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to block diagrams. The present invention is not limited to the following examples.
図1は、第1送受信装置100の構成図である。第1基準発振器10は、1MHzの方形波の第1基準信号S1を発振する発振器である。この第1基準信号S1は、ゲート回路であるトランジスタTr1 のベース端子に入力し、第1基準信号S1のインバータ11による反転第1基準信号S2は、ゲート回路であるトランジスタTr2のベース端子に入力している。第1正弦波発振器12は、20MHzの正弦波の第1変調信号S3を発振する発振器である。また、第2正弦波発振器13は、120MHzの正弦波の第2変調信号S4を発振する発振器である。第1変調信号S3は、トランジスタTr1のコレクタ端子に入力し、第2変調信号S4は、トランジスタTr2のコレクタ端子に入力している。トランジスタTr1とトランジスタTr2のエミッタは、変調器15の変調信号入力端子に接続されている。変調器15の搬送波入力端子には、搬送波発振器14の出力する180MHzの正弦波である搬送波が入力している。
FIG. 1 is a configuration diagram of the first transmission /
トランジスタTr1とトランジスタTr2とは、第1基準信号S1の半周期毎に、交互に、オンオフする。したがって、変調器15の変調信号入力端子には、第1基準信号S1の半周期毎に、20MHzの第1変調信号S3と、120MHzの第2変調信号S4とが、交互に、入力することになる。変調器15は、マルチプレクサ、すなわち、振幅変調器、周波数シフタであり、上側帯波、すなわち、搬送波と変調信号との加算周波数の信号だけを分別するバンドパスフィルタを内在している。よって、変調器15の出力する送信信号S5は、1MHzの第1基準信号S1の半周期毎に、200MHz(=180+20MHz)と、300MHz(=180+120MHz)の正弦波となる。この送信信号S5は、送信増幅器16により増幅されて、第1送信アンテナ17より、電磁波として、第2送受信装置200に向けて放射される。送信信号S5は、図3(b)に示すように、1MHzの半周期毎に、周波数が200MHzの第1状態Aと、周波数が300MHzの第2状態Bとの2状態を、交互に繰り返す信号となる。
The transistors Tr1 and Tr2 are alternately turned on and off every half cycle of the first reference signal S1. Therefore, a 20 MHz first modulation signal S3 and a 120 MHz second modulation signal S4 are alternately input to the modulation signal input terminal of the
以上が、第1送受信装置100の送信系統の構成及び作用である。次に、第1送受信装置100の受信系統の構成について説明する。第1受信アンテナ20は、第2送受信装置200からの返送搬送波を受信するアンテナである。第1受信アンテナ20で受信された信号は、受信増幅器21で増幅され、受信信号S6として、第2復調器22に入力される。第2復調器22の復調搬送波入力端子には、変調器15の出力する送信信号S5が入力している。第2復調器22の出力信号S7は、増幅器23で増幅されて、バンドパスフィルタ24に入力して、第1状態に対応した信号のみが抽出される。バンドパスフィルタ24の出力信号は、包絡線検波器25で方形波に波形整形される。そして、波形整形後の信号は積分器26に入力して、多数周期の平均値として、第1状態の期間が出力される。この期間に基づいて、第1送受信装置100と第2送受信装置200との距離が求められる。距離演算装置は、バンドパスフィルタ24、包絡線検波器25、タイマ26で構成されている。受信系統の作用については、第1受信アンテナ20で受信される信号の形態が明らかになる第2送受信装置200の説明の後で説明する。
The above is the configuration and operation of the transmission system of the first transmission /
図2は、第2送受信装置200の構成を示したブロック図である。第1送受信装置100の第1送信アンテナ17から放射された信号は、第2アンテナ40で受信される。第2アンテナ40の出力信号は、切換器41に入力している。切換器41は、第2基準発振器42の出力する1MHzの方形波である第2基準信号S10の半周期毎に、第2アンテナ40の出力する信号を、受信端子Rと、送信端子Sとに、通過させるように切り換え制御する。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the second transmission /
第2アンテナ40で受信された信号S9は、図3(c)に示すように、切換器41の受信端子Rを介して、増幅器46に入力し、増幅器46の出力する信号S11は、第2復調器47に入力している。また、第2復調器47の復調搬送波入力端子には、返送搬送波発振器48の発振する180MHzの正弦波である返送搬送波S12が入力している。また、第2復調器47の出力は、20MHz帯域のみの信号を抽出するバンドパスフィルタ49と、120MHz帯域のみの信号を抽出するバンドパスフィルタ50とに入力している。そして、バンドパスフィルタ49の出力信号S14は、増幅器51で増幅されて、第1検波回路53に入力している。バンドパスフィルタ50の出力信号S15は、増幅器52で増幅されて、第2検波回路54に入力している。バンドパスフィルタ49の出力信号S14は、20MHzの正弦波であり、第1状態Aの復調であるから、上記の第1状態Aに対応した状態を示している。また、バンドパスフィルタ50の出力信号S15は、120MHzの正弦波であり、第2状態Bの復調であるから、上記の第2状態Bに対応した状態を示している。これらの出力信号S14、S15は、1MHzの半周期の中だけ現れる。第1検波回路53、第2検波回路54は、正弦波の包絡線を検波して、図3(a)のような方形波にして出力する回路である。第1検波回路53の出力は第1積分回路56に入力し、第2検波回路54の出力は第2積分回路57に入力している。第1積分回路56と第2積分回路57は、共に、方形波を積分して、平均された直流レベルとする回路である。第1積分回路56と第2積分回路57の出力は、比較器58の非反転入力端子、反転入力端子に、それぞれ、入力している。比較器58の出力する制御信号S16は、増幅器59を介して、中心周波数1MHzを発信する発振器を内在した電圧制御発振器43に入力している。
As shown in FIG. 3C, the signal S9 received by the
第2基準発振器42は、電圧制御発振器43とその出力を方形波に変換する2値化回路44とから成る。電圧制御発振器43は、比較器58から出力される制御信号S16の電圧レベルに応じて、1MHzの基準信号の位相と周波数を制御する装置である。すなわち、比較器58の出力する制御信号S16の電圧レベルが零となるように、電圧制御発振器43の出力する信号の周波数と位相とが制御されることになる。そして、電圧制御発振器43の出力する正弦波に同期した方形波が2値化回路44により得られる。2値化回路44の出力が、第2基準信号S10となる。したがって、第2基準信号S10は、第2送受信装置200で受信された状態の第1基準信号に対して、T/2の時間遅れをもって同期することになる。ただし、Tは、図3(a)に示すように、第1基準信号S1の半周期の長さである。
The
また、返送搬送発振器48の出力する返送搬送波S12は、増幅器55で増幅されて、切換器41の送信端子Sを介して、第2アンテナ40から、電波として、第1送受信装置100に向けて放射される。
The return carrier wave S12 output from the
第2基準信号S10は、図3(d)に示すように、1MHzの半周期を受信期間とし、受信信号のその半周期において第1状態と第2状態との期間が等しくなるタイミングで立ち上がる方形波の信号である。第2基準信号S10は、周波数と位相とがフィードバック制御されているので、この受信期間において、復調後の20MHzの第1状態と120MHzの第2状態の期間の長さが等しくなる状態で、周波数と位相とが安定する。この状態において、第2復調器47の入力信号S11は、図3(e)に示すように、1MHzの正確に1周期/4(T/2)の第1状態である200MHzと、これに続く正確に1周期/4(T/2)の第2状態である300MHzの正弦波となる。したがって、バンドパスフィルタ49の出力信号S14は、図3(f)に示すように、1MHzの正確に1周期/4(T/2)だけ20MHzの正弦波となる。また、バンドパスフィルタ50の出力信号S15は、図3(g)に示すように、1MHzの正確に1周期/4(T/2)だけ120MHzの正弦波となる。この第1状態の立ち上がり時刻t3は、図3(a)に示す、第1送受信装置100における第1基準信号S1の立ち上がり時刻t1に対して、Δt1+T/2だけ遅延する。Δt1は、第1送受信装置100から第2送受信装置200までの電波の遅延時間となる。
As shown in FIG. 3D, the second reference signal S10 has a half period of 1 MHz as a reception period, and rises at a timing when the period of the first state and the second state becomes equal in the half period of the reception signal. It is a wave signal. Since the frequency and the phase of the second reference signal S10 are feedback-controlled, the frequency of the second reference signal S10 is equal to the length of the period of the first state of 20 MHz after demodulation and the period of the second state of 120 MHz. And the phase is stable. In this state, as shown in FIG. 3E, the input signal S11 of the
切換器41が、送信端子Sに切り換えられた1MHzの半周期の送信期間だけ、図3(h)に示すように、180MHzの正弦波である返送搬送波S12が、第2アンテナ40から第1送受信装置100に向けて放射される。
As shown in FIG. 3 (h), the return carrier S12, which is a sine wave of 180 MHz, is transmitted from the
この返送搬送波S12は、図1に示す第1送受信装置100の第1受信アンテナ20により受信される。そして、第1復調器22に入力する受信信号S6は、図3(i)に示すように、この受信信号S6の立ち上がり時刻t5は、第2送受信装置200において、送信される返送搬送波12の立ち上がり時刻t4より、Δt2だけ遅延する。この遅延時間Δt2は、第2送受信装置200から第1送受信装置100までの電波の伝搬遅延時間である。
This return carrier wave S12 is received by the first receiving
次に、この180MHzの正弦波の受信信号S6は、第1送受信装置100における送信信号S5を復調搬送波として、第1復調器22において、復調される。したがって、第1復調器22の出力のうち低域の側帯波(すなわち、差周波数)だけ抽出すると、第1復調器22の出力信号S7は、図3(j)に示すように、20MHzと120MHzの正弦波が、1MHzの半周期において、期間を分けて現れる信号となる。200MHzの第1状態Aの送信信号で復調された期間は、20MHzの第1状態Aとなり、300MHzの第2状態Bの送信信号で復調された期間は、120MHzの第2状態Bとなる。
Next, the 180 MHz sine wave reception signal S6 is demodulated in the
今、仮に、伝搬遅延時間Δt1とΔt2が零であるとする。すると、第1復調器22は、1周期/4(T/2)の期間において、300MHzの第2状態Bと、この期間に続く、1周期/4(T/2)の期間において、200MHzの第1状態Aにある送信信号を送信する期間において、180MHzの返送搬送波を入力することになる。したがって、第1復調器22の出力信号S7は、1MHzの半周期において、1周期/4(T/2)の期間、120MHzの第2状態Bとなり、この期間に続く1周期/4(T/2)の期間、20MHzの第1状態Aとなる。第1復調器22の出力信号S7において、第1状態Aの期間長ΔTaは、次式で表される。
また、第2状態Bの期間長ΔTbは、次式で表される。
Further, the period length ΔTb of the second state B is expressed by the following equation.
そこで、バンドパスフィルタ24を、第1状態Aの20MHz帯域のみを検出するフィルタとする。すると、包絡線検波器25による出力信号S9は、図3(k)に示すように、第1状態Aの期間長ΔTaだけHレベルとなる信号となる。そして、1MHzの周期で繰り返して出力される出力信号S9を積分器26により積分して、平均化された直流レベルをある。この直流レベルMが、(1)式のΔTaに比例している。したがって、次式が成立する。
また、バンドパスフィルタ24を第2状態Bの120MHz帯域のみを検出するフィルタにすると、包絡線検波器25による出力信号S9は、第2状態Bの期間長ΔTbだけHレベルとなる信号となる。したがって、ΔTbは、(2)式で表されるので、距離Lは次式で表される。
また、バンドパスフィルタ24を、20MHzの第1状態Aと120MHzの第2状態Bとの2つの状態を、それぞれ、検出する2台のフィルタとして、それぞれの出力を積分する2つの積分器を設けるとすると、上記の手法により、それぞれ、距離が求めれる。この2つの方法で求めた距離の相加平均値を、第1送受信装置100と第2受信装置200との間の距離とすることができる。
The
さらに、バンドパスフィルタ24を、20MHzの第1状態Aと120MHzの第2状態Bとの2つの状態を、それぞれ、検出する場合には、次のように、Tを介在させることなく、次式により、距離Lを求めることができる。ただし、第1状態Aの期間の長さを検出する積分器26の出力値をM1、第2状態Bの期間の長さを検出する積分器26の出力値をM2とする。
上記実施例では、第1状態Aと第2状態Bとは、1MHzの第1基準信号の半周期毎に、周波数を変化させたFSK変調が用いられている。これを、周波数は一定で、1MHzの第1基準信号の半周期毎に、位相をπだけ変化させた、BPSK変調を用いても良い。 In the above embodiment, the first state A and the second state B use FSK modulation in which the frequency is changed every half cycle of the first reference signal of 1 MHz. Alternatively, BPSK modulation in which the frequency is constant and the phase is changed by π every half cycle of the first reference signal of 1 MHz may be used.
第2送受信装置が複数存在する場合には、第2送受信装置毎に、第1状態と第2状態と返送搬送波の周波数を、異なる値に設定すれば良い。このようにすれば、第2送受信装置が複数存在しても、それぞれの距離を測定することができる。第1送受信装置は、第2送受信装置に対して、一対一に対応させて用いても良いし、1台の第1送受信装置だけ用いて、タイムシャーリングにより、異なる第2送受信装置に対して、異なる周波数で、送信及び受信して、距離を測定しても良い。 When there are a plurality of second transmission / reception devices, the first state, the second state, and the frequency of the return carrier may be set to different values for each second transmission / reception device. In this way, even if there are a plurality of second transmission / reception devices, each distance can be measured. The first transmission / reception device may be used in a one-to-one correspondence with the second transmission / reception device, or by using only one first transmission / reception device, and for different second transmission / reception devices by time shearing, The distance may be measured by transmitting and receiving at different frequencies.
本発明は、第1送受信装置をリーダとし、第2送受信装置をタグとするような、移動体における距離、位置を求めるのに用いることができる。 The present invention can be used to determine a distance and a position in a moving body in which the first transmission / reception device is a reader and the second transmission / reception device is a tag.
100…第1送受信装置
200…第2送受信装置
12…第1正弦波発振器
13…第2正弦波発振器
14…搬送波発振器
15…変調器
22…第1復調器
41…切換器
42…第2基準発振器
47…第2復調器
48…返送搬送波発振器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1送受信装置は、
前記第2送受信装置に向けて信号を送信する第1送信アンテナと、
前記第2送受信装置から信号を受信する第1受信アンテナと、
所定の基準周波数の第1基準信号を出力する第1基準発振器と、
前記第1基準発振器の出力する第1基準信号に基づいて、第1基準信号の半周期毎に搬送波の周波数又は位相を変化させた第1状態と第2状態を有した送信信号を前記第1送信アンテナに出力する変調器と、
前記第1受信アンテナにより受信した受信信号により前記変調器の出力する前記送信信号を復調する第1復調器と、
前記第1復調器により復調された信号における周波数又は位相に関する異なる2つの状態の期間のうち少なくとも一方の期間の長さに基づいて前記距離を求める距離演算装置と、
を有し、
前記第2送受信装置は、
前記第1送受信装置から送信された信号を受信し、前記第1送受信装置に向けて信号を送信する第2アンテナと、
前記第2アンテナから受信された受信信号から前記第1状態と前記第2状態とを復調する第2復調器と、
前記第2復調器の出力する信号が前記第1状態と前記第2状態の受信期間が等しくなるように、周波数と位相の制御された第2基準信号を出力する第2基準発振器と、
所定周波数の返送搬送波を出力する返送搬送波発振器と、
前記第2基準発振器の出力する第2基準信号の半周期毎に、前記第2アンテナの受信信号を前記第2復調器に出力し、前記搬送波発振器の出力する前記返送搬送波を前記第2アンテナに出力するように、前記第2アンテナを信号の受信と送信とを切り換える切換器と、
を有することを特徴とする距離測定装置。 In a distance measuring device that includes a first transmitting / receiving device and a second transmitting / receiving device and measures a distance between the first transmitting / receiving device and the second transmitting / receiving device,
The first transmitting / receiving device includes:
A first transmitting antenna for transmitting a signal to the second transmitting / receiving device;
A first receiving antenna for receiving a signal from the second transmitting / receiving device;
A first reference oscillator for outputting a first reference signal having a predetermined reference frequency;
Based on the first reference signal output from the first reference oscillator, the transmission signal having the first state and the second state in which the frequency or phase of the carrier wave is changed every half cycle of the first reference signal is the first signal. A modulator that outputs to the transmit antenna;
A first demodulator that demodulates the transmission signal output from the modulator based on a reception signal received by the first reception antenna;
A distance calculation device for obtaining the distance based on a length of at least one of two periods of different states related to frequency or phase in the signal demodulated by the first demodulator;
Have
The second transmission / reception device includes:
A second antenna that receives a signal transmitted from the first transmission / reception device and transmits the signal toward the first transmission / reception device;
A second demodulator that demodulates the first state and the second state from a received signal received from the second antenna;
A second reference oscillator that outputs a second reference signal whose frequency and phase are controlled such that the signal output from the second demodulator is equal in the reception period of the first state and the second state;
A return carrier oscillator that outputs a return carrier of a predetermined frequency;
The received signal of the second antenna is output to the second demodulator every half cycle of the second reference signal output from the second reference oscillator, and the return carrier wave output from the carrier oscillator is output to the second antenna. A switch that switches between receiving and transmitting a signal to the second antenna so as to output,
A distance measuring device comprising:
前記第1送受信装置から、第1基準信号に基づいて、第1基準信号の半周期毎に搬送波の周波数又は位相を変化させた第1状態と第2状態を有した送信信号を前記第2送受信装置に向けて送信し、
前記第2送受信装置において、前記第1送受信装置からの受信信号を復調して、前記第1状態と前記第2状態とを検出し、前記第1状態と前記第2状態の受信期間が等しくなる前記半周期の期間だけ、所定周波数の返送搬送波を前記第1送受信装置に向けて送信し、
前記第1送受信装置において、前記送信信号を、前記第2送受信装置から受信した前記返送搬送波により復調して、復調された信号における周波数又は位相に関する異なる2つの状態の期間のうち少なくとも一方の期間の長さに基づいて前記距離を求める距離測定方法。 A signal is transmitted from the first transmission / reception device to the second transmission / reception device, and a signal is transmitted from the second transmission / reception device to the first transmission / reception device. In the first transmission / reception device, based on the transmission signal and the reception signal, In the distance measuring method for measuring the distance between the second transmitting and receiving device,
A transmission signal having a first state and a second state in which the frequency or phase of a carrier wave is changed every half cycle of the first reference signal from the first transmission / reception device based on the first reference signal. Send it to the device,
In the second transmitter / receiver, the received signal from the first transmitter / receiver is demodulated to detect the first state and the second state, and the reception periods of the first state and the second state are equal. Transmitting a return carrier wave having a predetermined frequency to the first transmitting / receiving device only during the half cycle period,
In the first transmission / reception device, the transmission signal is demodulated by the return carrier wave received from the second transmission / reception device, and at least one of the two periods having different frequencies or phases in the demodulated signal is transmitted. A distance measuring method for obtaining the distance based on a length.
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