JP5454475B2 - Position detection system, transmission device, reception device, position detection method, position detection program - Google Patents
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Description
本発明は、超音波信号を用いて移動体の位置を決定する位置決定システムに関し、特に、超音波を用いて移動体の位置を正確かつ安定的に決定することを可能にする位置検出システム、送信装置、受信装置、位置検出方法、位置検出プログラムに関する。 The present invention relates to a position determination system that determines the position of a moving body using ultrasonic signals, and in particular, a position detection system that makes it possible to accurately and stably determine the position of a moving body using ultrasonic waves, The present invention relates to a transmission device, a reception device, a position detection method, and a position detection program.
超音波の伝搬時間により距離計測を行う装置の関連技術の一例として、超音波物体計測装置が特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載の超音波物体計測装置は、トーンバースト波発生器から発生するトーンバースト波に、周波数拡散変調器で疑似雑音信号発生器からの疑似雑音信号によって周波数拡散変調を施して送信する。
As an example of a related technique of a device that performs distance measurement based on the propagation time of an ultrasonic wave, an ultrasonic object measurement device is described in
反射波を受信して周波数拡散信号復調器で復調した信号と、周波数拡散を行う場合に用いた疑似雑音信号との相互相関を相互相関器で得る。さらに相関度合検出器9で得られる相関度合から、物体での反射信号の受信の有無を判定し、さらに距離を計測する。
The cross-correlator obtains the cross-correlation between the signal received by the reflected wave and demodulated by the frequency spread signal demodulator and the pseudo noise signal used for frequency spreading. Further, from the correlation level obtained by the
また、複数の疑似雑音信号を順次切り替えて区別した周波数拡散変調信号を用いて送信トーンバースト波を送出し、複数のトーンバースト波を区別判別する。 In addition, a transmission tone burst wave is transmitted using a frequency spread modulation signal in which a plurality of pseudo noise signals are sequentially switched and distinguished, and the plurality of tone burst waves are distinguished and discriminated.
超音波発信源から送信される超音波信号は、人に聞こえない可聴帯域以上の周波数が用いられるため、少なくとも20kHz以上であることが必要である。この周波数帯域の信号を十分な音圧で発生させる手段としては、小型高剛性の振動板を電磁的に振動駆動する、いわゆるスピーカーが知られている。しかしながら、小型化が困難なこと、電流駆動であるため消費電力が大きいことなどから小型の移動体に実装することは困難である。そのため、超音波発信源として電圧駆動である圧電素子が広く用いられている。 Since the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic transmission source uses a frequency that is higher than the audible band that cannot be heard by humans, it is necessary that the ultrasonic signal be at least 20 kHz. As a means for generating a signal in this frequency band with a sufficient sound pressure, a so-called speaker is known which electromagnetically drives a small and highly rigid diaphragm. However, it is difficult to mount on a small mobile body because it is difficult to reduce the size and power consumption is large because of current driving. For this reason, voltage-driven piezoelectric elements are widely used as ultrasonic transmission sources.
この圧電素子は、電圧駆動型であるため一般的に消費電力が小さいが、十分な音圧を確保するためには音響インピーダンスの低い共振体と組み合わせて用いられることが多い。しかしながら、共振現象を利用した場合、一定の位相・周波数・ゲインで超音波を発信できるが、それ以外の周波数での送信ゲインはかなり低く、周波数拡散変調といった広帯域の周波数特性を有する変調方式を利用することが困難である。 Since this piezoelectric element is a voltage-driven type and generally consumes little power, it is often used in combination with a resonator having a low acoustic impedance in order to ensure sufficient sound pressure. However, when the resonance phenomenon is used, ultrasonic waves can be transmitted with a constant phase, frequency, and gain, but the transmission gain at other frequencies is considerably low, and a modulation method having wideband frequency characteristics such as frequency spread modulation is used. Difficult to do.
また、単独の圧電素子においても機械的なQが高く残留振動が長引くため、変調方式の如何を問わず変調波に正確に追従した超音波を発信することが困難である。 In addition, even in a single piezoelectric element, since the mechanical Q is high and the residual vibration is prolonged, it is difficult to transmit an ultrasonic wave that accurately follows the modulated wave regardless of the modulation method.
このような超音波の送信機に残留振動が多い送信源を用いた場合、もしくは周波数拡散変調された超音波の送受信に必要な周波数帯域に比べ送信源の帯域が不足する場合に、理想的な変調波を送信することが難しいため、非疑似雑音のため生じる副次的な相関ピークを抑制することが難しいという問題点がある。 This is ideal when a transmitter with a lot of residual vibration is used for such an ultrasonic transmitter, or when the bandwidth of the transmitter is insufficient compared to the frequency band required for transmission / reception of frequency-spread modulated ultrasonic waves. Since it is difficult to transmit a modulated wave, there is a problem that it is difficult to suppress a secondary correlation peak caused by non-pseudo noise.
(発明の目的)
本発明の目的は、送信機から送出される超音波を、受信機で受信しその超音波の伝搬時間を測定し、送受信機間の距離もしくは送信機の位置を検出するシステムにおいて、各測定周期で、それ以前に周期に送信された超音波の反射波の影響を低減し、最も先に到達する直接波の伝搬時間を正確に測定することができる位置検出システム、送信装置、受信装置、位置検出方法、位置検出プログラムを提供することにある。(Object of invention)
It is an object of the present invention to receive an ultrasonic wave transmitted from a transmitter at a receiver, measure the propagation time of the ultrasonic wave, and detect the distance between the transmitter and the transmitter or the position of the transmitter in each measurement cycle. The position detection system, transmitter, receiver, position that can reduce the influence of the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted in the previous period and accurately measure the propagation time of the direct wave that reaches the earliest The object is to provide a detection method and a position detection program.
本発明による位置検出システムは、自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号を送出する送信部を含む移動体と、超音波信号を受信し、擬似ランダム信号と同じ擬似ランダム信号により変調された超音波のモデル波形を生成し、受信した超音波信号との間で相関値を求め、該超音波信号が該擬似ランダム信号モデル波形と部分的に一致したときに現れる相関値の副次ピークが小さいほうから対応する擬似ランダム信号を複数選択する受信部とを含み、送信部は、電磁波信号と、選択された擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号とを同時に送出する手段を含み、受信部は、該超音波信号と擬似ランダム信号により変調された超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより超音波信号の到達時間を特定し、電磁波信号の到着時点と特定された到達時間とから超音波の伝搬時間を算出する手段と、算出した超音波伝播時間と超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、移動体の位置を算出する手段とを含み、送信部は、送信周期毎に異なる擬似ランダム信号を使用する。 A position detection system according to the present invention includes a moving body including a transmission unit that transmits an ultrasonic signal modulated based on a pseudorandom signal with high autocorrelation, and a pseudorandom signal that receives the ultrasonic signal and is the same as the pseudorandom signal. A model waveform of the ultrasonic wave modulated by the above is generated, a correlation value is obtained with the received ultrasonic signal, and a correlation value that appears when the ultrasonic signal partially matches the pseudo-random signal model waveform A receiving unit that selects a plurality of corresponding pseudo-random signals from the smaller secondary peak, and the transmitting unit simultaneously transmits an electromagnetic wave signal and an ultrasonic signal modulated based on the selected pseudo-random signal. The reception unit specifies the arrival time of the ultrasonic signal by executing correlation processing between the ultrasonic signal and the ultrasonic model waveform modulated by the pseudo-random signal. The position of the moving body is determined based on the time of arrival of the electromagnetic wave signal and the specified arrival time, the ultrasonic wave propagation time, and the calculated ultrasonic wave propagation time and the distance between the ultrasonic wave reception means. And a transmission unit uses a pseudo-random signal that is different for each transmission cycle.
本発明による送信装置は、送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信して送信装置の位置を検出する位置検出システムの送信装置であって、自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づき変調された第1の超音波信号を送出する手段と、送信タイミングを表す電磁波信号と、受信装置で選択された擬似ランダム信号に基づき変調された第2の超音波信号とを同時に送出する手段を含み、送信周期毎に異なる擬似ランダム信号を使用する。 A transmission device according to the present invention is a transmission device of a position detection system that receives an ultrasonic signal transmitted from a transmission device by a reception device and detects the position of the transmission device, and is based on a pseudo-random signal having high autocorrelation. Means for transmitting the modulated first ultrasonic signal, means for simultaneously transmitting the electromagnetic wave signal indicating the transmission timing, and the second ultrasonic signal modulated based on the pseudo-random signal selected by the receiver. Including a different pseudo-random signal for each transmission cycle.
本発明による受信装置は、送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し送信装置の位置を検出する位置検出システムの受信装置であって、送信装置から送信される自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第1の超音波信号を受信し、擬似ランダム信号と同じ擬似ランダム信号により変調された超音波のモデル波形を生成し、受信した超音波信号との間で相関値を求め、該超音波信号が該擬似ランダム信号モデル波形と部分的に一致したときに現れる相関値の副次ピークが小さいほうから対応する擬似ランダム信号を複数選択する手段と、送信装置から同時に送出される電磁波信号と、受信装置で選択した擬似ランダム信号に基づき変調された第2の超音波信号を受信し、該第2の超音波信号と擬似ランダム信号により変調された超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより超音波信号の到達時間を特定し、電磁波信号の到着時点と特定された到達時間とから超音波の伝搬時間を算出する手段と、算出した超音波伝播時間と超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、移動体の位置を算出する手段とを含む。 A receiving device according to the present invention is a receiving device of a position detection system that receives an ultrasonic signal transmitted from a transmitting device and detects the position of the transmitting device, and has high autocorrelation transmitted from the transmitting device. The first ultrasonic signal modulated by the pseudo-random sequence data is received, the model waveform of the ultrasonic wave modulated by the same pseudo-random signal as the pseudo-random signal is generated, and the correlation with the received ultrasonic signal is generated. Means for selecting a plurality of corresponding pseudo-random signals from the smaller secondary peak of the correlation value that appears when the ultrasonic signal partially matches the pseudo-random signal model waveform; The second ultrasonic signal modulated based on the electromagnetic wave signal to be transmitted and the pseudo random signal selected by the receiving device is received, and the second ultrasonic signal and the pseudo random signal are received. The arrival time of the ultrasonic signal is specified by executing correlation processing with the ultrasonic model waveform modulated by, and the propagation time of the ultrasonic wave is calculated from the arrival time of the electromagnetic wave signal and the specified arrival time Means, and means for calculating the position of the moving body based on the calculated ultrasonic propagation time and the interval length between the ultrasonic receiving means.
本発明による位置検出方法は、a)自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号を移動体の送信部から送出するステップと、b)受信部で超音波信号を受信し、擬似ランダム信号により変調された超音波のモデル波形を生成し、該モデル波形と受信した超音波信号との間で相関処理を実行し相関波形を検出するステップと、c)異なる擬似ランダム信号について、相関波形を複数検出し、モデル波形と受信超音波信号とが部分的に一致した際に各相関波形に現れる副次ピークが小さいほうから対応する擬似ランダム信号を複数選択するステップと、d)ステップ(c)で選択された擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号と、送信タイミングを表すトリガ信号と該擬似ランダム信号を規定するデータを含む電磁波信号とを一定送信周期毎に同時に移動体から送出するステップと、e)該電磁波信号を受信し該電磁波信号が含む擬似ランダム信号を規定するデータから擬似ランダム信号により変調された超音波モデル波形を生成するステップと、f)超音波信号を受信し、受信した超音波信号とステップ(e)で生成された超音波モデル波形との間で相関値を算出するステップと、g)算出した超音波伝播時間と超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、移動体の位置を算出するステップとを含み、ステップ(d)は送信周期毎に異なる擬似ランダム信号を使用する。 In the position detection method according to the present invention, a) a step of transmitting an ultrasonic signal modulated based on a pseudorandom signal having a high autocorrelation from a transmission unit of a moving body, and b) a reception unit receiving the ultrasonic signal, Generating a model waveform of an ultrasonic wave modulated by a pseudo-random signal, executing correlation processing between the model waveform and the received ultrasonic signal, and detecting a correlation waveform; c) for different pseudo-random signals, A step of detecting a plurality of correlation waveforms, and selecting a plurality of corresponding pseudo-random signals from the smaller secondary peak appearing in each correlation waveform when the model waveform and the received ultrasonic signal partially match, and d) step An electromagnetic wave including an ultrasonic signal modulated based on the pseudo-random signal selected in (c), a trigger signal indicating transmission timing, and data defining the pseudo-random signal And e) transmitting an ultrasonic model waveform modulated by a pseudo-random signal from data that receives the electromagnetic wave signal and defines a pseudo-random signal included in the electromagnetic wave signal; Generating step, f) receiving an ultrasonic signal, calculating a correlation value between the received ultrasonic signal and the ultrasonic model waveform generated in step (e), and g) the calculated ultrasonic wave. And calculating the position of the moving body based on the propagation time and the interval length between the ultrasonic receiving means, and step (d) uses a pseudo-random signal that is different for each transmission period.
本発明による位置検出プログラムは、移動体に備えられた送信装置を構成するコンピュータに、自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号を移動体の送信部から送出する処理を実行させ、受信装置を構成をするコンピュータに、超音波信号を受信し、擬似ランダム信号により変調された超音波のモデル波形を生成し、該モデル波形と受信した超音波信号との間で相関処理を実行し相関波形を検出する処理と、異なる擬似ランダム信号について、相関波形を複数検出し、モデル波形と受信超音波信号とが部分的に一致した際に各相関波形に現れる副次ピークが小さいほうから対応する擬似ランダム信号を複数選択する処理とを実行させ、送信装置を構成するコンピュータに、選択された擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号と、送信タイミングを表すトリガ信号と該擬似ランダム信号を規定するデータを含む電磁波信号とを一定送信周期毎に同時に移動体から送出する処理を実行させ、受信装置を構成をするコンピュータに、該電磁波信号を受信し該電磁波信号が含む擬似ランダム信号を規定するデータから擬似ランダム信号により変調された超音波モデル波形を生成する処理と、超音波信号を受信し、受信した超音波信号と生成された超音波モデル波形との間で相関値を算出する処理と、算出した超音波伝播時間と超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、移動体の位置を算出する処理を実行させ、送信装置からの超音波信号の送出において、送信周期毎に異なる擬似ランダム信号を使用する。 The position detection program according to the present invention executes a process of transmitting an ultrasonic signal modulated based on a pseudo-random signal having high autocorrelation from a transmission unit of a mobile body to a computer constituting a transmission device provided in the mobile body. Then, the computer constituting the receiving apparatus receives the ultrasonic signal, generates an ultrasonic model waveform modulated by the pseudo-random signal, and performs correlation processing between the model waveform and the received ultrasonic signal. When the correlation waveform is detected and multiple correlation waveforms are detected for different pseudo-random signals and the model waveform and the received ultrasound signal partially match, the secondary peak that appears in each correlation waveform is smaller And processing for selecting a plurality of corresponding pseudo-random signals from the computer, and the computer constituting the transmission apparatus performs modulation based on the selected pseudo-random signals. A computer that constitutes a receiving apparatus by executing a process of simultaneously transmitting an ultrasonic signal, a trigger signal indicating transmission timing, and an electromagnetic wave signal including data defining the pseudo-random signal from a moving body at regular intervals A process of generating an ultrasonic model waveform modulated by a pseudo random signal from data defining the pseudo random signal included in the electromagnetic wave signal and receiving the ultrasonic signal, and receiving the ultrasonic signal And a process for calculating the position of the moving body based on the calculated ultrasonic propagation time and the interval length between the ultrasonic receiving means. In the transmission of the ultrasonic signal from the transmission device, a different pseudo random signal is used for each transmission cycle.
本発明によれば、超音波信号の反射波の影響を受けることなく、超音波発信源から最も先に到達する直接波の伝搬時間を正確に算出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to accurately calculate the propagation time of the direct wave that reaches the earliest from the ultrasonic wave transmission source without being affected by the reflected wave of the ultrasonic signal.
次に、本発明による第1の実施の形態について図1乃至図11を参照して詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態による位置検出システムの構成を示すブロック図である。以下の実施の形態においては、本発明による位置検出システムを、電子ペンシステムに適用した場合を説明する。Next, a first embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a position detection system according to a first embodiment of the present invention. In the following embodiments, a case where the position detection system according to the present invention is applied to an electronic pen system will be described.
図1において、本発明の第1の実施の形態による超音波伝搬時間測定を用いる位置検出システムは、送信部100を装着する可動物体としての電子ペン10と、電子ペン10から離れた所定の位置に設置された受信部200を備える受信装置20を備えている。本位置検出システムでは、超音波伝搬時間の測定に先立ち使用するM系列の選択(以下、M系列選択モード)を行う。
In FIG. 1, a position detection system using ultrasonic propagation time measurement according to the first embodiment of the present invention includes an
電子ペン10の送信部100は、制御回路101、M系列生成回路102、超音波駆動回路103、超音波送信機104、受信トリガ駆動回路105、受信トリガ送信機106とを備えている。
The
M系列生成回路102が生成するM系列は特性多項式により生成される系列であり、特性多項式と初期条件を規定することにより得られる。なお、M系列の詳細は、例えば、非特許文献1(柏木濶著「M系列とその応用」(1996年3月25日,昭晃堂))に記述されている。例えば、4次の特性多項式f(x) = x4 + x + 1により生成される系列長が15ビットであるデータ列を用いる。初期条件を変更することにより、データの並びが巡回的にシフトした15通りの異なるデータ列が得られる。The M series generated by the M
M系列選択モードにおいて、制御回路101は、予め各送信周期で決められた特性多項式に基づきM系列の初期条件を決定し、この初期条件を一定の送信周期でM系列生成回路102と受信トリガ駆動回路105に伝達する。
In the M-sequence selection mode, the
M系列生成手段102は、制御回路101から送られた初期条件に従って送信周期毎に異なるM系列のコード化されたビット列を生成する。
The M-
超音波駆動回路103は、M系列生成手段102で生成したこのM系列データを超音波変調用の駆動信号として超音波送信機104に供給する。
The
超音波送信機104は、超音波駆動回路103からの駆動信号を変調信号として超音波を変調しM系列変調された超音波信号を空間に送出する。好ましい実施例としては、超音波の変調に位相変調方式が使用される。
The
一方、制御回路101は、トリガパルスの生成を受信トリガ駆動回路105に指示し、続いて上述のM系列の初期条件をコード化した初期条件データを受信トリガ駆動回路105に供給する。
On the other hand, the
超音波送信機104の送信タイミングに同期して、受信トリガ送信機106は、この受信トリガ駆動回路105の出力により駆動され、受信トリガ信号を電子ペン10から空間に送出する。この受信トリガ信号は、例えば電磁波信号である赤外線信号として送出する。
In synchronization with the transmission timing of the
後述の如くM系列選択モードにおいてはM系列が選択される。続く超音波伝搬時間測定モードにおいて、制御回路101は、M系列の特性多項式に基づきM系列選択モードにより決定された複数の初期条件の中から、送信周期毎に順番にM系列の初期条件を決定し、この初期条件をM系列生成回路102と受信トリガ駆動回路105に伝達する。
As will be described later, the M sequence is selected in the M sequence selection mode. In the subsequent ultrasonic propagation time measurement mode, the
M系列生成手段102は、この初期条件に従いM系列データを生成する。超音波駆動回路103は、このM系列データを超音波変調用の駆動信号として超音波送信機104に供給する。超音波送信機104は、この駆動信号を変調信号として超音波を変調しM系列変調された超音波信号を空間に送出する。
The M
図2に、M系列によりコード化した一例として、M系列により位相変調された変調波の波形の例を示す。ここでは、一定の周波数の超音波を15ビットのM系列「100010011010111」で位相変調された超音波信号の波形を示している。図2に示す波形は、1ビット当たり基本波(例えば40kHz)の1周期を対応させて、「0」の場合は反転位相で、「1」の場合は同相で位相変調したものであり、変調波は基本波15周期分の長さとなっている。 FIG. 2 shows an example of a waveform of a modulated wave phase-modulated by the M sequence as an example of encoding by the M sequence. Here, the waveform of an ultrasonic signal obtained by phase-modulating an ultrasonic wave having a constant frequency with a 15-bit M-sequence “100010011010111” is shown. The waveform shown in FIG. 2 corresponds to one cycle of the fundamental wave per bit (for example, 40 kHz), and is “0” in phase inversion and “1” in phase modulation. The wave has a length of 15 fundamental waves.
一方、制御回路101は、受信トリガ信号の生成を受信トリガ駆動回路105に指示し、続いて選択したM系列の初期条件データを受信トリガ駆動回路105に供給する。
On the other hand, the
超音波送信機104の送信タイミングに同期して、受信トリガ送信機106は、この受信トリガ駆動回路105の出力により駆動され受信トリガ信号を電子ペン10から空間に送出する。
In synchronization with the transmission timing of the
受信装置20の受信部200は、1つないし複数の超音波受信機201と、超音波受信機201と対応する1つないし複数のサンプリング回路202と、受信トリガ受信機203と、検出回路204と、メモリ205及びデータ処理回路206とを備えている。
The receiving unit 200 of the receiving
受信トリガ受信機203は、電子ペン10からの受信トリガ信号を受信し、この受信トリガ信号を電気信号に変換する。
The reception trigger receiver 203 receives a reception trigger signal from the
検出回路204は、受信トリガ受信機203の出力から受信トリガ信号を検出すると、受信トリガ信号の到来時刻をメモリ205に格納し、次にM系列の初期条件データを検出しこれをメモリ205に格納する。
When detecting the reception trigger signal from the output of the reception trigger receiver 203, the
超音波受信機201は、電子ペン10から送信された超音波信号を受信し、この超音波信号をM系列コードの電気信号に変換する。
The
サンプリング回路202は、超音波受信機201の出力を一定のサンプリング間隔(ΔT)でサンプル化し、サンプル化された超音波の波形データを順次メモリ205に格納する。また、サンプリング回路202では、必要に応じて、ノイズ除去を目的にフィルタ処理を行う。
The
図3は、15ビットM系列のデータ列「100010011010111」により位相変調された超音波を受信した波形の例を示している。ここでは、サンプリング間隔(ΔT)を超音波の基本波周期の1/16としてメモリ205に格納された超音波の受信波形を示している。横軸は、受信トリガ信号を受信した時点を「0」とした時刻を示している。基本波の周波数が20kHzの超音波を使用した場合、超音波の基本周期は50μsecとなり、サンプリング間隔は3.125μsecとなる。メモリ205に格納された超音波の受信波形(図3)は、送信された超音波の直接波や反射波、さらにノイズが混合した合成波となる。
FIG. 3 shows an example of a waveform when an ultrasonic wave phase-modulated by a 15-bit M-sequence data string “100010011010111” is received. Here, the received waveform of the ultrasonic wave stored in the
データ処理回路206は、メモリ205に受信トリガ信号の到来時刻を示すデータが格納されると、M系列の初期条件データを読み出し、この初期条件(必要に応じて更に特性多項式)に基づきM系列モデル波形を生成し、メモリ205に格納されている超音波受信波形との間で相関処理を行う。
When the data indicating the arrival time of the reception trigger signal is stored in the
M系列選択モードの時、受信トリガ信号と超音波信号が繰り返し電子ペン10から送出される。その際、送信毎に異なるM系列が使用される。データ処理回路206は、受信毎に超音波のM系列モデル波形との相関度を両者の形状が部分的に一致したとき生ずる複数の副次ピークに基づいて使用したM系列の最適度をチェックする。最大副次ピークの値が小さいM系列ほどの最適度が高く評価される。全M系列のうち最大副次ピークの値が小さい順に対応するM系列を選択する。
In the M-sequence selection mode, the reception trigger signal and the ultrasonic signal are repeatedly sent from the
超音波伝搬測定モードの時、選択されたM系列に基づき生成された受信トリガ信号と超音波信号が送出され相関処理が行われる。データ処理回路206は、相関値の最初のピークを検出すると受信トリガ信号の到来時刻からこのピークを検出した時点までの経過時間、即ち電子ペン10からの受信部200に至る超音波信号の伝搬時間を算出する。
In the ultrasonic wave propagation measurement mode, a reception trigger signal and an ultrasonic signal generated based on the selected M series are transmitted and correlation processing is performed. When the
(実施の形態の動作)
次に、本発明の第1実施の形態における送信部100の制御回路101の動作を図4および図5のフローチャートを参照して説明する。また、受信部200のデータ処理回路206の動作を図6のフローチャートを参照して説明する。(Operation of the embodiment)
Next, the operation of the
まず、M系列選択モードの場合について説明する。図4において、制御回路101は、互いに異なる複数のM系列から任意のM系列を選び、選んだM系列の初期条件を決定する(ステップ301)。
First, the case of the M-sequence selection mode will be described. In FIG. 4, the
制御回路101は、決定した初期条件をM系列生成回路102へ供給する(ステップ302)。
The
また、制御回路101は、M系列の初期条件を決定すると、受信トリガ駆動回路105に対してトリガパルスの生成を受信トリガ駆動回路105に指示し、初期条件をコード化した初期条件データを供給する(ステップ303)。
When the
M系列生成回路102は、制御回路101が設定した初期条件に基づきM系列データを生成し(ステップ304)、超音波駆動回路103に供給する。
The M-
超音波駆動回路103は、M系列生成回路102から供給されたM系列データから超音波を変調するための駆動信号(変調信号)を生成する(ステップ305)。
The
受信トリガ駆動回路105は、制御回路101からのトリガパルスの生成指示により受信トリガ駆動信号を生成する(ステップ306)。
The reception
ステップ303と304で両駆動信号が生成されると、受信トリガ送信機106と超音波送信機104は、受信トリガ駆動回路105と超音波駆動回路103の出力によりそれぞれ同時に駆動され、受信トリガ信号とM系列により変調された超音波信号を電子ペン10から空間に送出する(ステップ307)。
When both drive signals are generated in
ステップ307が実行されると、制御回路101は判定ステップ308で全てのM系列初期条件をチェックしたか否かを判定する。全M系列の送信が終了していなければ、制御回路101は、ステップ301に戻り次のM系列の初期条件を設定する。
When
従って、全M系列の送信が終了するまで、ステップ301から307が順次実行され、異なるM系列により変調された複数の超音波信号が順次送出される。 Therefore, steps 301 to 307 are sequentially executed until transmission of all M sequences is completed, and a plurality of ultrasonic signals modulated by different M sequences are sequentially transmitted.
そして、各超音波信号の送出と同時に、これらのM系列の初期条件をコード化した初期条件データとトリガパルスにより変調された複数の受信トリガ信号が順次送出される。図2に示す15ビットM系列で位相変調された超音波信号の場合、ステップ301から307の処理が15回繰り返され15種類のM系列データがチェックされる。
Simultaneously with the transmission of each ultrasonic signal, initial condition data that encodes these M-sequence initial conditions and a plurality of reception trigger signals modulated by the trigger pulse are sequentially transmitted. In the case of the ultrasonic signal phase-modulated with the 15-bit M-sequence shown in FIG. 2, the processing of
全M系列の送信が終了すると(ステップ308)、全M系列のうち使用するM系列を選択する(ステップ309)。 When transmission of all M sequences ends (step 308), an M sequence to be used is selected from all M sequences (step 309).
次に、超音波伝搬時間測定モードの場合について説明する。図5において、まず、制御回路101は、電子ペン10が動作を開始すると(ステップ311)、M系列選択モードで選択されたM系列に対応するM系列の初期条件の中から送信周期毎に順次1つを決定し(ステップ312)、決定した初期条件をM系列生成回路102へ供給する(ステップ313)。
Next, the case of the ultrasonic propagation time measurement mode will be described. In FIG. 5, first, when the
また、制御回路101は、M系列初期条件を決定すると、トリガパルスとM系列初期条件データを受信トリガ駆動回路105に供給し、受信トリガ信号の生成を指示する(ステップ314)。
Further, when determining the M-sequence initial condition, the
M系列生成回路102は、供給された初期条件に基づきM系列データを生成し(ステップ315)、超音波駆動回路103に供給する。
The M-
超音波駆動回路103は、M系列生成回路102から供給されたM系列データから超音波を変調するための駆動信号(変調信号)を生成する(ステップ316)。
The
また、受信トリガ駆動回路105は、受信トリガ駆動信号を生成する(ステップ317)。
The reception
ステップ316と317で両駆動信号が生成されると、受信トリガ送信機106と超音波送信機104は受信トリガ駆動回路105と超音波駆動回路103の出力によりそれぞれ同時に駆動され、受信トリガ信号とM系列により変調された超音波信号を電子ペン10から空間に送出する(ステップ318)。
When both drive signals are generated in
ステップ318が実行されると、制御回路101は送信周期を決定するタイマーを駆動する(ステップ319)。制御回路101は次の送信時点を検出すると(ステップ320)、電子ペン10の動作が終了したか否かを判定し(ステップ321)、動作中であれば、制御回路101はステップ312に戻り、次の送信周期の開始時点で再びM系列の初期条件を決定し、上述の動作を繰り返す。
When
電子ペン10の動作が終了した場合、制御回路101はステップ321からステップ311に戻る。
When the operation of the
受信部200において、データ処理回路206が図6のフローチャートによる処理を実行する前に、サンプリング回路202は、超音波受信機201が受信した超音波信号を一定のサンプリング間隔でサンプル化し、サンプル化した超音波波形データをメモリ205に格納する。一方、検出回路204は、受信トリガ受信機203が受信した受信トリガ信号からトリガ検出信号とM系列初期条件データを検出し、メモリ205に格納する。
In the receiving unit 200, before the
データ処理回路206は、トリガ検出信号をメモリ205から読出すと、サンプリングカウンタの値「t」(サンプリング時刻)を「0」に設定する(ステップ401)。
When reading the trigger detection signal from the
M系列初期条件をメモリに格納されている初期条件に設定し(ステップ402)、この初期条件に基づき図2にあるような位相変調によるM系列モデル波形を生成する(ステップ403)。データ処理回路206は、M系列選択中であれば(ステップ404)、相関開始時点(ts)を設定し(ステップ405)、相関値算出ステップ406に進む。The M-sequence initial condition is set to the initial condition stored in the memory (step 402), and an M-sequence model waveform by phase modulation as shown in FIG. 2 is generated based on the initial condition (step 403). If the M sequence is being selected (step 404), the
ステップ406において、まずN個の受信超音波波形データがメモリ205から読み出され、ステップ403で生成されたモデル波形との間で相関計算が実行され、下記の式(1)に基づき相関値C(t)が算出されメモリに格納される。
式1において、iは整数値でサンプリング時刻を変数であり、Nはモデル波形のサンプリング数、r(i)はサンプリング時刻iのモデル波形の値、f(i+t)はサンプリング時刻(i+t)の受信波形の値である。
In
相関処理開始から所定時間が経過したか否かが判定され(ステップ407)、経過していなければステップ408でサンプリング時刻tを単位量1だけ進ませステップ406に戻る。この相関計算は、所定時間が経過するまで実行されメモリ205に複数の相関値が格納される。
It is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the start of the correlation process (step 407). If not, the sampling time t is advanced by the
相関開始から所定時間が経過すると、M系列選択中であるか否かが判定され(ステップ409)、M系列選択中であれば、メモリ205に格納されている相関値から最大の相関値(一次ピーク)を検出しその発生時点を超音波到達時点 (te)として設定する(ステップ410)。When a predetermined time has elapsed from the start of correlation, it is determined whether or not the M series is being selected (step 409). If the M series is being selected, the maximum correlation value (primary value) is selected from the correlation values stored in the
ステップ411において、データ処理回路206は、下記の式(2)に基づき相関開始時点から超音波到達時点の直前に至る期間、即ち、
ここで、P(n)はあるM系列の初期条件nの超音波到達時点以前の期間(
次に、メモリ205に格納された超音波データと全相関値はステップ412で消去され、次回到来する超音波データ、トリガ検出信号、M系列初期条件データを格納するための準備をする。
Next, the ultrasonic data and all correlation values stored in the
データ処理回路206は、全M系列の選択を終了したか否かを判定し(ステップ413)、終了していなければステップ401に戻り、次の受信トリガ信号と超音波信号の到来を検出するためメモリ205を監視し、トリガ検出信号を読出す。
The
全M系列の選択が終了していれば、データ処理回路206はステップ414に進み、メモリ205に格納されている全副次ピークのなかから副次ピークの小さい順に、それに対応するM系列を使用するM系列として選択し、M系列選択モードを終了しステップ401に戻る。
If the selection of all M series has been completed, the
本発明の他の実施の形態として、送信側の制御回路101でM系列初期条件を決定すると予め設定されている特性多項式により自動的にM系列のビット列が決定されるが、M系列のビット配列を変更せずに1ビットシフトした配列になるようにしてもよい。
As another embodiment of the present invention, when an M-sequence initial condition is determined by the
図7は、上記の超音波受信波形と図2の15ビットM系列モデル波形との相関値を示し、ステップ410において最大副次ピークが矢印の点で検出されたことを示す。
FIG. 7 shows the correlation value between the above-mentioned ultrasonic reception waveform and the 15-bit M-sequence model waveform of FIG. 2, and shows that the maximum secondary peak is detected at the point of the arrow in
図8は、図2の15ビットM系列において1ビット分シフトした15ビットM系列のデータ列、即ち「000100110101111」により位相変調した超音波を用いた場合の相関値を示し最大副次ピークが矢印の点で検出されたことを示す。 FIG. 8 shows a correlation value when using a 15-bit M-sequence data string shifted by 1 bit in the 15-bit M-sequence of FIG. 2, that is, an ultrasonic wave phase-modulated by “000100110101111”, and the maximum secondary peak is an arrow. It is detected at the point.
図9は、15ビットM系列のデータ列「100110101111000」により位相変調した超音波を用いた場合の相関値を示し最大副次ピークが矢印の点で検出されたことを示す。 FIG. 9 shows a correlation value when an ultrasonic wave phase-modulated by a 15-bit M-sequence data string “100110101111000” is used, and shows that the maximum secondary peak is detected at the point of the arrow.
図7から図9において、いずれもトリガパルスを受信した時点を「0」とし、サンプリング間隔は3.125μsecである。送信部100と受信部200が一定距離に保たれている限り超音波到達時点における相関値ピーク(主ピーク)は同一の時刻に現れる。
7 to 9, in all cases, the time point when the trigger pulse is received is “0”, and the sampling interval is 3.125 μsec. As long as the
超音波信号は伝搬距離により減衰するため、受信部200で何周期前までの超音波信号を受信する可能性があるかを考慮して必要なM系列の個数を設定する必要がある。 Since the ultrasonic signal is attenuated depending on the propagation distance, it is necessary to set the number of necessary M sequences in consideration of how many cycles before the reception unit 200 may receive the ultrasonic signal.
例えば、3周期前までの超音波信号を受信する可能性がある場合、最低でも4通りの異なるM系列が得られるようにしなければならないし、1周期前までの超音波信号を受信する可能性がある場合は、最低でも2通りの異なるM系列が得られるようにしなければならない。2通りの異なるM系列を選択する場合、図7から図9では最大副次ピークが小さいM系列「000100110101111」および「100110101111000」が使用するM系列として選択される。 For example, when there is a possibility of receiving an ultrasonic signal up to three cycles before, it is necessary to obtain at least four different M sequences, and the possibility of receiving an ultrasonic signal up to one cycle before If there is, at least two different M sequences must be obtained. When two different M sequences are selected, the M sequences “000100110101111” and “100110101111000” having the smallest maximum secondary peak are selected as M sequences to be used in FIGS.
更に、本発明のさらに他の実施の形態として、異なる複数のM系列に対応して複数の異なる符号(またはインデックス)を割り当て、これらの符号とそれぞれを対応するM系列の初期条件と特性多項式に関連付けしたマッピングテーブルを受信部200に備えることも可能である。 Furthermore, as yet another embodiment of the present invention, a plurality of different codes (or indexes) are allocated corresponding to a plurality of different M sequences, and these codes and the corresponding M sequence initial conditions and characteristic polynomials are assigned. It is possible to provide the receiving unit 200 with an associated mapping table.
M系列選択モードの時、送信部100は1つのM系列を送信する際このM系列に割り当てられた符号(インデックス)を受信トリガ信号により送信し、受信部200は前記マッピングテーブルを参照し受信した符号に関連付けされたM系列初期条件と特性多項式を読み出す。
In the M sequence selection mode, the transmitting
この方法により、少ない情報量でM系列初期条件と特性多項式を受信側に伝達することができる。マッピングテーブルに対応して、異なるM系列のビット列を割り当てても構わない。 By this method, the M-sequence initial condition and the characteristic polynomial can be transmitted to the receiving side with a small amount of information. Different M-sequence bit strings may be assigned corresponding to the mapping table.
上述のように決定されたM系列の初期条件は、送信部100の制御回路101に設定され、超音波伝搬時間測定モードで使用される。従って、送信部100は設定された複数のM系列を送信周期毎に巡回的に変更し、そのM系列に基づき受信トリガ信号と超音波信号を生成し受信部200に送出する。
The M-sequence initial conditions determined as described above are set in the
超音波伝搬時間測定モードにおいて、選択されたM系列の基づき生成された受信トリガ信号と超音波信号が送信部100から送出されると、データ処理回路206は、ステップ401でトリガ検出信号をメモリ205から読出し、ステップ402でM系列初期条件をメモリに格納されている初期条件に設定し、M系列モデル波形を生成する(ステップ403)。
In the ultrasonic propagation time measurement mode, when the reception trigger signal and the ultrasonic signal generated based on the selected M series are transmitted from the
M系列選択モードでないため、データ処理回路206は、ステップ405を飛び越しステップ406に進み、前述のように1サンプル分のM系列超音波データをメモリ205から読出し、ステップ403で生成されたM系列モデル波形との間で相関計算を実行し、式(1)に基づき相関値C(t)を算出しメモリ205に格納する。
Since it is not in the M-sequence selection mode, the
データ処理回路206は、所定時間が経過するまでステップ406を実行し、ステップ407からステップ409に進む。ステップ409では、既にM系列選択モードを終了しているので、ステップ415からの処理が実行される。
The
ステップ415において、データ処理回路206は、所定時間内に算出された全相関値から副次ピークの値より大きな所定値以上の相関値を選択し、この中から先頭ピークを検出する。
In
先頭ピークを検出した時点のサンプリング時刻(tf)を先頭ピーク検出時点として設定し(ステップ416)、超音波伝搬時間(tf
× ΔT)算出する(ステップ417)。次に、ステップ418で全てのデータをメモリ205から消去する。The sampling time (t f ) at the time when the first peak is detected is set as the first peak detection time (step 416), and the ultrasonic wave propagation time (t f
× ΔT) is calculated (step 417). Next, in
以下、上述ように測定された超音波伝播時間から移動体である電子ペン10の位置を検出するデータ処理回路206による処理の例について説明する。
Hereinafter, an example of processing by the
図10は、電子ペン10と超音波受信機201−1、201−2との位置算出方法を2次元で示す図である。図10において、Pは電子ペン10の描画可能範囲上のx−y座標における位置座標値(x,y)、S1、S2はそれぞれ超音波受信部201−1、201−2の位置を示している。
FIG. 10 is a diagram illustrating a two-dimensional position calculation method between the
また、d1は電子ペン10から超音波受信機201−1までの距離、d2は電子ペン10から超音波受信機201−2までの距離である。Dは超音波受信機201−1、201−2の中央をx−y座標の原点とした場合の原点からの距離である。また、αは電子ペン10と超音波受信機201−1とを結ぶ直線がx軸となす角度を示している。
Further, d1 is a distance from the
ここで、超音波受信機201−1と201−2で受信した超音波信号に基づいて算出した超音波伝搬時間をそれぞれt1、t2とし、また、音速をAとする。 Here, the ultrasonic propagation times calculated based on the ultrasonic signals received by the ultrasonic receivers 201-1 and 201-2 are t1 and t2, respectively, and the sound velocity is A.
距離d1、d2は、d1=A×t1、d2=A×t2として算出することができる。超音波受信機201−1と201−2間の間隔長(2D)と距離d1、d2の間には、図10に示す関係が成立していることから、電子ペン10の位置(x、y)を計算により求めることができる。
The distances d1 and d2 can be calculated as d1 = A × t1 and d2 = A × t2. Since the relationship shown in FIG. 10 is established between the distance (2D) between the ultrasonic receivers 201-1 and 201-2 and the distances d1 and d2, the position (x, y) of the
また、超音波受信機を3個以上にすることで、3次元上の位置を特定することも可能である。 In addition, it is possible to specify a three-dimensional position by using three or more ultrasonic receivers.
図11は、超音波伝搬時間測定モードにおける受信部200の動作を説明する図である。各測定周期で直接波の他に前の周期の反射波も受信しているが、副次ピークが小さいM系列超音波を使用することで、前の周期の反射波と今回の周期のM系列モデル波形との相互相関値のピークと副次ピークが重なっても直接波のピークを検知することが可能になる。 FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the receiving unit 200 in the ultrasonic propagation time measurement mode. In each measurement period, the reflected wave of the previous period is also received in addition to the direct wave, but the reflected wave of the previous period and the M series of the current period can be obtained by using M-sequence ultrasonic waves having a small secondary peak. Even if the peak of the cross-correlation value with the model waveform overlaps with the secondary peak, the peak of the direct wave can be detected.
一方、M系列選択モードにおいて、受信装置20において、受信トリガ信号と超音波信号を受信する毎に、超音波信号に使用する全てのM系列モデル波形との相関値をそれぞれ求め、異なるM系列間の相互相関値をチェックする。その際、相互相関値のピークの値が小さいM系列データほど高く評価し、全M系列の相互相関値のピークが小さいほうから、その相互相関値に対するM系列の組み合わせを形成するM系列(初期条件)を、使用するM系列として割り当ててもよい。
On the other hand, in the M-sequence selection mode, each time the
さらに、副次ピークの小さいM系列のうち、相互相関値が低い組み合わせを選択し、使用するM系列として割り当ててもよい。 Further, a combination having a low cross-correlation value may be selected from the M sequences having a small secondary peak and assigned as the M sequence to be used.
(第1の実施の形態の効果)
上述した第1の実施の形態によれば、副次ピークが小さいM系列超音波を使用することで、前の周期の反射波と今回の周期のM系列モデル波形との相互相関値のピークと副次ピークが重なっても直接波のピークを検知することが可能になるので、超音波信号の反射波の影響を受けることなく、超音波発信源から最も先に到達する直接波の伝搬時間を正確に算出することが可能となる。(Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment described above, by using M-sequence ultrasound with a small secondary peak, the peak of the cross-correlation value between the reflected wave of the previous cycle and the M-sequence model waveform of the current cycle Since it is possible to detect the peak of the direct wave even if the secondary peaks overlap, the propagation time of the direct wave that reaches the earliest from the ultrasonic wave source can be reduced without being affected by the reflected wave of the ultrasonic signal. It is possible to calculate accurately.
ここで、電子ペン10の送信部100及び受信装置20の受信部200のハードウェア構成例について、図12を参照して説明する。
Here, a hardware configuration example of the
図12を参照すると、送信部100及び受信部200は、一般的なコンピュータ装置と同様のハードウェア構成によって実現することができ、CPU(Central Processing Unit)401、RAM(Random Access Memory)等のメインメモリであり、データの作業領域やデータの一時退避領域に用いられる主記憶部402、電磁波信号と超音波信号の送信機と受信機として機能する通信部403、入力装置405、出力装置406及び記憶装置407と接続してデータの送受信を行う入出力インタフェース部404、上記各構成要素を相互に接続するシステムバス408を備えている。記憶装置407は、例えば、ROM(Read
Only Memory)、磁気ディスク、半導体メモリ等の不揮発性メモリから構成されるハードディスク装置等で実現される。Referring to FIG. 12, the
Only Memory), a hard disk device including a non-volatile memory such as a magnetic disk and a semiconductor memory.
本実施の形態による位置検出システムは、コンピュータに、図1に示す各手段の機能を実現する位置検出プログラムを組み込んだ、LSI(Large Scale Integration)等のハードウェア部品である回路部品を実装することにより、その動作をハードウェア的に実現することは勿論として、位置検出プログラムを、記憶装置407に格納し、そのプログラムを主記憶部402にロードしてCPU401で実行することにより、ソフトウェア的に実現することも可能である。
In the position detection system according to the present embodiment, a circuit component that is a hardware component such as an LSI (Large Scale Integration) in which a position detection program that realizes the function of each unit shown in FIG. As a matter of course, the operation is realized in hardware, the position detection program is stored in the
以上、好ましい実施の形態と実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも、上記実施の形態及び実施例に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。 The present invention has been described above with reference to preferred embodiments and examples. However, the present invention is not necessarily limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made within the scope of the technical idea. Can be implemented.
上記各実施の形態では、本発明を電子ペンシステムに適用した場合について説明したが、ロボットシステムへ適用することが可能である。送信装置をロボットへ設置し、受信装置をある空間の天井や壁に設置することでロボットの空間内の位置を検出することができる。空間内のロボットの位置を把握することでロボットを制御し衝突回避といった用途に使用可能である。 In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to an electronic pen system has been described. However, the present invention can be applied to a robot system. The position of the robot in the space can be detected by installing the transmitter on the robot and installing the receiver on the ceiling or wall of a certain space. By grasping the position of the robot in space, the robot can be controlled and used for collision avoidance.
一方、送信装置を人間等に装着し、受信装置をある空間の天井や壁に設置することで、空間内での動線検出や位置追跡といった用途にも適用することができる。 On the other hand, by installing the transmission device on a person or the like and installing the reception device on the ceiling or wall of a certain space, it can also be applied to uses such as flow line detection and position tracking in the space.
これまでは、M系列による変調について述べたが、例えばGold系列のように、自己相関性が高く、他の系列との相互相関が低い擬似ランダム信号であれば、M系列に限定するものではない。 So far, modulation by M sequence has been described, but it is not limited to M sequence as long as it is a pseudo-random signal having high autocorrelation and low cross-correlation with other sequences such as Gold sequence, for example. .
この出願は、2008年7月25日に出願された日本出願特願2008−191880を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2008-191880 for which it applied on July 25, 2008, and takes in those the indications of all here.
Claims (42)
前記超音波信号を受信し、前記擬似ランダム信号と同じ擬似ランダム信号により変調された超音波のモデル波形を生成し、該モデル波形と受信した超音波信号との間で相関処理を実行し相関波形を検出し、異なる疑似ランダム信号について、前記相関波形を複数検出し、前記モデル波形と受信超音波信号とが部分的に一致した際に各相関波形に現れる副次ピークが小さいほうから対応する前記擬似ランダム信号を複数選択する受信部とを具備し、
前記送信部は、
前記選択された擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号と、送信タイミングを表すトリガ信号と該疑似ランダム信号を規定するデータを含む電磁波信号とを一定周期毎に同時に送出する手段を備え、
前記受信部は、
該超音波信号と前記擬似ランダム信号により変調された超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記電磁波信号の到着時点と特定された到達時間とから超音波の伝搬時間を算出する手段と、
算出した前記超音波伝搬時間と超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出する手段とを備え、
超音波信号と電磁波信号とを一定周期毎に同時に送出する前記手段は、送信周期毎に異なる擬似ランダム信号を使用することを特徴とする位置検出システム。 A moving body including a transmitter that transmits an ultrasonic signal modulated based on a pseudorandom signal having high autocorrelation;
Receiving the ultrasonic signal, generating an ultrasonic model waveform modulated by the same pseudo-random signal as the pseudo-random signal , executing correlation processing between the model waveform and the received ultrasonic signal, and generating a correlation waveform It detects, for different pseudo-random signal, the correlation waveform plurality detects, from the corresponding more sub following peaks that appear in the correlation waveform is small when the model waveform and the reception ultrasonic signal is partially coincident A receiver for selecting a plurality of the pseudo-random signals,
The transmitter is
Means for simultaneously transmitting an ultrasonic signal modulated based on the selected pseudo-random signal, a trigger signal representing transmission timing, and an electromagnetic wave signal including data defining the pseudo-random signal at regular intervals ;
The receiver is
The arrival time of the ultrasonic signal is specified by performing correlation processing between the ultrasonic signal and the ultrasonic model waveform modulated by the pseudo-random signal, and the arrival time specified as the arrival time of the electromagnetic wave signal Means for calculating the propagation time of the ultrasonic wave from the time,
Means for calculating the position of the moving body based on the calculated ultrasonic propagation time and the interval length between the ultrasonic receiving means;
The position detecting system characterized in that the means for simultaneously transmitting an ultrasonic signal and an electromagnetic wave signal at a constant cycle uses a pseudo-random signal that is different for each transmission cycle.
互いに異なる複数のM系列から選択した任意のM系列を規定するデータに基づき生成されたM系列データによって変調された超音波信号と、前記M系列を規定するデータを含む電磁波信号を送出することを特徴とする請求項2に記載の位置検出システム。 The transmitter is
Transmitting an ultrasonic signal modulated by M-sequence data generated based on data defining an arbitrary M-sequence selected from a plurality of different M-sequences, and an electromagnetic wave signal including the data defining the M-sequence. The position detection system according to claim 2.
送信タイミングとM系列を規定するデータを送信周期毎に決定し、該送信タイミングを表すトリガ信号と該M系列を規定するデータを含む電磁波信号を空間に送出する電磁波送信手段と、
前記送信周期毎に決定されるM系列を規定するデータに基づきM系列波形を生成し、M系列波形の超音波信号を前記電磁波信号と同時に空間に送出する超音波送信手段を備え、
前記受信部が、
送出された前記超音波信号を受信し、M系列波形を出力する超音波受信手段と、
受信した前記電磁波信号から前記トリガ信号と前記M系列を規定するデータを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出した前記M系列を規定するデータと前記超音波受信手段が出力したM系列波形を格納する記憶回路と、
前記記憶回路からM系列を規定するデータを読み出し、M系列モデル波形を生成し、格納されたM系列波形を順次読み出し該M系列モデル波形との間で相関値を算出し、算出された相関値の最初の相関ピーク値を検出し、前記トリガ信号を受信した時点と該相関ピーク値の検出時点とから超音波伝搬時間を決定すると共に、前記超音波伝搬時間と超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出するデータ処理回路を備えることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の位置検出システム。 The transmitter is
Electromagnetic wave transmission means for determining data for defining a transmission timing and an M-sequence for each transmission cycle, and transmitting an electromagnetic wave signal including a trigger signal indicating the transmission timing and data for defining the M-sequence to a space;
An ultrasonic transmission means for generating an M-sequence waveform based on data defining an M-sequence determined for each transmission period, and transmitting an ultrasonic signal of the M-sequence waveform to the space simultaneously with the electromagnetic wave signal;
The receiver is
Ultrasonic receiving means for receiving the transmitted ultrasonic signal and outputting an M-sequence waveform;
Detecting means for detecting data defining the trigger signal and the M-sequence from the received electromagnetic wave signal;
A storage circuit for storing data defining the M-sequence detected by the detection means and an M-sequence waveform output by the ultrasonic reception means;
The data defining the M series is read from the storage circuit, the M series model waveform is generated, the stored M series waveforms are sequentially read out, the correlation value is calculated with the M series model waveform, and the calculated correlation value The first correlation peak value is detected, the ultrasonic propagation time is determined from the time when the trigger signal is received and the detection time of the correlation peak value, and the interval length between the ultrasonic propagation time and the ultrasonic receiving means is determined. The position detection system according to claim 2, further comprising: a data processing circuit that calculates a position of the moving body based on the position.
前記選択された擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号と、送信タイミングを表すトリガ信号と該疑似ランダム信号を規定するデータを含む電磁波信号とを一定周期毎に同時に送出する手段を備え、
超音波信号と電磁波信号とを一定周期毎に同時に送出する前記手段は、送信周期毎に異なる擬似ランダム信号を使用する
ことを特徴とする送信装置。 A transmitter for transmitting an ultrasonic signal modulated based on a pseudorandom signal having high autocorrelation; and receiving the ultrasonic signal, generating a model waveform of an ultrasonic wave modulated by the pseudorandom signal, and Correlation processing is performed between the waveform and the received ultrasonic signal to detect the correlation waveform, and multiple correlation waveforms are detected for different pseudo-random signals, and the model waveform and the received ultrasonic signal partially match And a receiving device that selects a plurality of the corresponding pseudo-random signals from the smaller secondary peak that appears in each correlation waveform when the transmitting device of the position detection system,
Means for simultaneously transmitting an ultrasonic signal modulated based on the selected pseudo-random signal, a trigger signal representing transmission timing, and an electromagnetic wave signal including data defining the pseudo-random signal at regular intervals ;
The transmitting device characterized in that the means for simultaneously transmitting an ultrasonic signal and an electromagnetic wave signal at a constant cycle uses a pseudo-random signal that differs at each transmission cycle.
前記送信装置から送信される自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を受信し、前記擬似ランダム信号と同じ擬似ランダム信号により変調された超音波のモデル波形を生成し、該モデル波形と受信した超音波信号との間で相関処理を実行し相関波形を検出し、異なる疑似ランダム信号について、前記相関波形を複数検出し、前記モデル波形と受信超音波信号とが部分的に一致した際に各相関波形に現れる副次ピークが小さいほうから対応する前記擬似ランダム信号を複数選択する手段と、
前記送信装置から送信周期毎に異なる擬似ランダム信号を使用して一定周期毎に同時に送出される、前記選択された擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号と、送信タイミングを表すトリガ信号と該疑似ランダム信号を規定するデータを含む電磁波信号とを受信し、該超音波信号と前記擬似ランダム信号により変調された超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記電磁波信号の到着時点と特定された到達時間とから超音波の伝搬時間を算出する手段と、
算出した前記超音波伝搬時間と超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記送信装置の位置を算出する手段と
を備えることを特徴とする受信装置。 The reception device of the position detection system that receives an ultrasonic signal transmitted from a transmission device by a reception device and detects the position of the transmission device,
Receiving said ultrasonic signal modulated by the data of high pseudo-random sequence of autocorrelation transmitted from the transmission device to generate the pseudo random signal ultrasonic waves modulated by the same pseudo-random signal and a model waveform, Correlation processing is executed between the model waveform and the received ultrasonic signal to detect a correlation waveform, a plurality of correlation waveforms are detected for different pseudo-random signals, and the model waveform and the received ultrasonic signal are partially means for selecting a plurality of corresponding said pseudo-random signals from more sub following peaks that appear in the correlation waveform is small when the match,
The transmitting device uses the pseudo random signal which is different for each transmission cycle from the simultaneously transmitted at fixed intervals, and the modulated ultrasound signal on the basis of the pseudo random signal said selected trigger signal and said representative of the transmission timing receiving an electromagnetic wave signal including data defining a pseudo-random signal, the arrival of the ultrasonic signal by performing a correlation process with the ultrasonic model waveform modulated by the pseudo random signal and the ultrasonic signal Means for specifying time, and calculating the propagation time of the ultrasonic wave from the arrival time of the electromagnetic wave signal and the specified arrival time;
A receiving apparatus comprising: means for calculating a position of the transmitting apparatus based on the calculated ultrasonic propagation time and an interval length between the ultrasonic receiving means.
b)受信部で前記超音波信号を受信し、前記擬似ランダム信号により変調された超音波のモデル波形を生成し、該モデル波形と受信した超音波信号との間で相関処理を実行し相関波形を検出するステップと、
c)異なる擬似ランダム信号について、前記相関波形を複数検出し、前記モデル波形と受信超音波信号とが部分的に一致した際に各相関波形に現れる副次ピークが小さいほうから対応する前記擬似ランダム信号を複数選択するステップと、
d)前記ステップ(c)で選択された擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号と、送信タイミングを表すトリガ信号と該擬似ランダム信号を規定するデータを含む電磁波信号とを一定送信周期毎に同時に前記移動体から送出するステップと、
e)該電磁波信号を受信し該電磁波信号が含む擬似ランダム信号を規定するデータから前記擬似ランダム信号により変調された超音波モデル波形を生成するステップと、
f)前記超音波信号を受信し、受信した超音波信号とステップ(e)で生成された前記超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記電磁波信号の到着時点と特定された到達時間とから超音波の伝搬時間を算出するステップと、
g)算出した前記超音波伝搬時間と超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出するステップとを含み、
ステップ(d)は送信周期毎に異なる擬似ランダム信号を使用することを特徴とする位置検出方法。 a) transmitting an ultrasonic signal modulated based on a pseudo-random signal having a high autocorrelation from a transmitter of the moving body;
b) The reception unit receives the ultrasonic signal, generates an ultrasonic model waveform modulated by the pseudo-random signal, executes correlation processing between the model waveform and the received ultrasonic signal, and generates a correlation waveform Detecting steps,
c) For a plurality of different pseudo-random signals, a plurality of the correlation waveforms are detected, and when the model waveform and the received ultrasonic signal partially match, the corresponding pseudo-random ones corresponding to the smaller secondary peaks appearing in the correlation waveforms. Selecting a plurality of signals;
d) An ultrasonic signal modulated based on the pseudo-random signal selected in the step (c), a trigger signal indicating transmission timing, and an electromagnetic wave signal including data defining the pseudo-random signal are transmitted at fixed transmission cycles. Simultaneously sending from the mobile;
e) receiving the electromagnetic wave signal and generating an ultrasonic model waveform modulated by the pseudo random signal from data defining a pseudo random signal included in the electromagnetic wave signal;
f) receiving the ultrasonic signal, and determining the arrival time of the ultrasonic signal by executing a correlation process between the received ultrasonic signal and the ultrasonic model waveform generated in step (e). Calculating the propagation time of the ultrasonic wave from the arrival time of the electromagnetic wave signal and the identified arrival time ;
g) calculating the position of the moving body based on the calculated ultrasonic propagation time and the interval length between the ultrasonic receiving means,
Step (d) uses a different pseudo-random signal for each transmission cycle.
互いに異なる複数のM系列から選択した任意のM系列を規定するデータに基づき生成されたM系列データによって変調された超音波信号と、前記M系列を規定するデータを含む電磁波信号を送出することを特徴とする請求項26に記載の位置検出方法。 The transmitter is
Transmitting an ultrasonic signal modulated by M-sequence data generated based on data defining an arbitrary M-sequence selected from a plurality of different M-sequences, and an electromagnetic wave signal including the data defining the M-sequence. The position detection method according to claim 26, characterized in that:
自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号を移動体の送信部から送出する処理を実行させ、
受信装置を構成をするコンピュータに、
前記超音波信号を受信し、前記擬似ランダム信号により変調された超音波のモデル波形を生成し、該モデル波形と受信した超音波信号との間で相関処理を実行し相関波形を検出する処理と、
異なる擬似ランダム信号について、前記相関波形を複数検出し、前記モデル波形と受信超音波信号とが部分的に一致した際に各相関波形に現れる副次ピークが小さいほうから対応する前記擬似ランダム信号を複数選択する処理とを実行させ、
前記送信装置を構成するコンピュータに、
選択された擬似ランダム信号に基づき変調された超音波信号と、送信タイミングを表すトリガ信号と該擬似ランダム信号を規定するデータを含む電磁波信号とを一定送信周期毎に同時に前記移動体から送出する処理を実行させ、
前記受信装置を構成をするコンピュータに、
該電磁波信号を受信し該電磁波信号が含む擬似ランダム信号を規定するデータから前記擬似ランダム信号により変調された超音波モデル波形を生成する処理と、
前記超音波信号を受信し、受信した超音波信号と生成された前記超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記電磁波信号の到着時点と特定された到達時間とから超音波の伝搬時間を算出する処理と、
算出した前記超音波伝搬時間と超音波受信手段相互の間隔長に基づいて、前記移動体の位置を算出する処理を実行させ、
超音波信号と電磁波信号とを一定周期毎に同時に送出する前記処理で、送信周期毎に異なる擬似ランダム信号を使用することを特徴とする位置検出プログラム。 In a computer constituting a transmission device provided in a moving body,
A process of transmitting an ultrasonic signal modulated based on a pseudo-random signal having a high autocorrelation from a transmission unit of a mobile object is executed.
To the computer that configures the receiver,
Receiving the ultrasonic signal, generating an ultrasonic model waveform modulated by the pseudo-random signal, executing correlation processing between the model waveform and the received ultrasonic signal, and detecting a correlation waveform; ,
A plurality of the correlation waveforms are detected for different pseudo-random signals, and the corresponding pseudo-random signals corresponding to the smaller secondary peak appearing in each correlation waveform when the model waveform and the received ultrasonic signal partially coincide with each other. Process to select multiple,
In the computer constituting the transmission device,
A process of simultaneously transmitting an ultrasonic signal modulated based on the selected pseudo-random signal, a trigger signal indicating transmission timing, and an electromagnetic wave signal including data defining the pseudo-random signal from the moving body at regular intervals And execute
In a computer constituting the receiving device,
Processing for receiving the electromagnetic wave signal and generating an ultrasonic model waveform modulated by the pseudo random signal from data defining a pseudo random signal included in the electromagnetic wave signal;
Receiving the ultrasonic signal , specifying the arrival time of the ultrasonic signal by executing a correlation process between the received ultrasonic signal and the generated ultrasonic model waveform, and the arrival time of the electromagnetic wave signal A process of calculating the propagation time of the ultrasonic wave from the identified arrival time ,
Based on the calculated ultrasonic propagation time and the distance between the ultrasonic receiving means, a process for calculating the position of the moving body is executed,
A position detection program that uses a pseudo-random signal that is different for each transmission period in the process of simultaneously transmitting an ultrasonic signal and an electromagnetic wave signal for every predetermined period .
互いに異なる複数のM系列から選択した任意のM系列を規定するデータに基づき生成されたM系列データによって変調された超音波信号と、前記M系列を規定するデータを含む電磁波信号を送出することを特徴とする請求項35に記載の位置検出プログラム。 A computer constituting the transmitting device is
Transmitting an ultrasonic signal modulated by M-sequence data generated based on data defining an arbitrary M-sequence selected from a plurality of different M-sequences, and an electromagnetic wave signal including the data defining the M-sequence. 36. The position detection program according to claim 35, wherein:
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