JP6664304B2 - Displacement measuring device and displacement measuring method - Google Patents
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Description
この発明は変位計測装置および変位計測方法に関し、特に、地滑りの可能性のある斜面の変位を計測する変位計測装置および変位計測方法に関する。 The present invention relates to a displacement measuring device and a displacement measuring method, and more particularly to a displacement measuring device and a displacement measuring method for measuring a displacement of a slope having a possibility of landslide.
従来の変位計測システムにおいては、計測点に発信機を設置し、発信機からの電波を固定点に設置した複数の受信アンテナで受信して、その受信アンテナ間の位相差から発信機位置を計算し、発信機位置の変位を求めている(例えば、特許文献1参照)。 In the conventional displacement measurement system, a transmitter is installed at the measurement point, radio waves from the transmitter are received by multiple receiving antennas installed at fixed points, and the transmitter position is calculated from the phase difference between the receiving antennas Then, the displacement of the transmitter position is obtained (for example, see Patent Document 1).
上記の従来の変位計測システムにおいては、受信アンテナ間で位相を比較する必要があるため、複数の受信アンテナからの信号を有線ケーブルで共通の受信機まで伝送し、共通のローカル信号とクロック信号とで周波数変換及びA/D変換を行った後、ディジタル信号処理にて受信信号間の位相差を計算している。 In the above-described conventional displacement measurement system, since it is necessary to compare the phases between the receiving antennas, the signals from the plurality of receiving antennas are transmitted to a common receiver via a wired cable, and a common local signal and a clock signal are transmitted. After performing the frequency conversion and the A / D conversion, the phase difference between the received signals is calculated by digital signal processing.
上述したように、従来の変位計測システムにおいては、位相差を計算するために、周波数変換器およびA/D変換器が必要であり、これらの機器は高価であるため、システム全体のコストが高くなってしまうという問題点があった。 As described above, in the conventional displacement measurement system, a frequency converter and an A / D converter are required to calculate a phase difference, and these devices are expensive. There was a problem that it would be.
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、周波数変換器およびA/D変換器を不要とし、安価な構成で、発信機の位置および変位を求めることが可能な、変位計測装置および変位計測方法を得ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and eliminates the need for a frequency converter and an A / D converter. It is an object to obtain a measuring device and a displacement measuring method.
この発明は、計測点に設置され、計測用信号を発信する発信機と、複数の固定点に設置され、前記発信機から発信された前記計測用信号を受信する複数の受信機と、複数の前記受信機から選択された対となる2つの前記受信機で受信された第1の受信信号および第2の受信信号に基づいて、前記対となる2つの前記受信機間の受信位相差を計測する位相差計測部と、前記位相差計測部で計測された前記受信位相差に基づいて、前記発信機の位置の変位を計測する測位計算器とを備え、前記第1の受信信号と前記第2の受信信号との位相差が予め設定された範囲を超えないように、前記第2の受信信号の位相を所望の角度だけシフトさせる移相器をさらに備え、前記位相差計測部は、ハイブリッド結合器を有し、前記第1の受信信号と、前記第2の受信信号が前記移相器によりシフトされた受信信号とを前記ハイブリッド結合器に入力し、前記ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、前記第1の受信信号および前記第2の受信信号を受信した一対の前記受信機間の前記受信位相差を算出する、変位計測装置である。 The present invention is provided at a measurement point, a transmitter that transmits a signal for measurement, a plurality of receivers that are installed at a plurality of fixed points and receive the signal for measurement transmitted from the transmitter, Measuring a reception phase difference between the paired two receivers based on a first reception signal and a second reception signal received by the two paired receivers selected from the receivers And a positioning calculator for measuring the displacement of the position of the transmitter based on the reception phase difference measured by the phase difference measurement unit, the first reception signal and the second A phase shifter that shifts the phase of the second received signal by a desired angle so that the phase difference between the second received signal and the second received signal does not exceed a preset range. has a coupler, said first reception signal, said first And a reception signal the received signal is shifted by the phase shifter is input to the hybrid coupler, based on the power ratio of the output signal outputted from said hybrid coupler, the first reception signal and the second 2 is a displacement measurement device that calculates the reception phase difference between the pair of receivers that have received the second reception signal .
この発明に係る変位計測装置によれば、位相差計測部が、ハイブリッド結合器を有し、少なくとも一対の受信機で受信された受信信号をハイブリッド結合器に入力し、ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、当該一対の受信機間の受信位相差を算出して、当該受信位相差から計測点の位置の変位を計測するようにしたので、周波数変換器およびA/D変換器を不要とし、安価なハイブリッド結合器を用いた構成で、発信機の位置および変位を求めることができる。 According to the displacement measurement device according to the present invention, the phase difference measurement unit has the hybrid coupler, inputs the received signals received by at least the pair of receivers to the hybrid coupler, and outputs the signals from the hybrid coupler. Since the reception phase difference between the pair of receivers is calculated based on the power ratio of the output signal, and the displacement of the position of the measurement point is measured from the reception phase difference, the frequency converter and the A / D are used. The position and the displacement of the transmitter can be obtained with a configuration using an inexpensive hybrid coupler without using a converter.
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係る変位計測装置の構成を示す。図1に示すように、本実施の形態に係る変位計測装置は、発信機1と、複数の子受信機2と、子受信機2に接続された親受信機3とから構成されている。
FIG. 1 shows a configuration of a displacement measuring device according to
発信機1は、計測点に設置される。本実施の形態においては、計測点を、例えば、地滑りの発生の可能性のある斜面の一箇所として説明する。本実施の形態1においては、発信機1を、そのような斜面の任意の一箇所に設置して、発信機1の位置の変位を測定することで、計測点の位置の変位を検出する。こうして、計測点の位置の変化量に基づいて、地滑りの発生の可能性の有無を判定することができる。発信機1は、計測用信号101を発信する。計測用信号101は、例えば連続波(CW)電波から構成されるが、これに限定されず、連続波でなくてもよい。
The
各子受信機2は、位置が既知の固定点に設置される。各子受信機2は、発信機1からの計測用信号101を受信する。各子受信機2は、計測用信号101に対し、増幅などの受信処理を行い、受信処理によって得られた受信信号102を親受信機3に送信する。各子受信機2と親受信機3とは、例えばRFケーブルで接続される。
Each
親受信機3は、図1に示すように、2以上の移相器4と、2以上のリミッタ増幅器5と、2以上の位相差計測部6と、1つの測位計算器7とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the
移相器4は、子受信機2に接続され、子受信機2からの受信信号102が入力される。移相器4は、受信信号102の位相を所望の角度だけシフトさせる。移相器4の動作の説明については、後述する図2の説明において行うため、ここでは、簡単に説明する。後段に設けられた位相差計測部6では、計測点の変位が大きい場合に、位相差が予め設定された範囲を超えてしまい、その場合には、位相差を求めることが難しくなる。そのため、移相器4で、受信信号102の位相を所望の角度だけシフトさせることで、位相差を当該予め設定された範囲内に留めるように調整することができるので、位相差を連続的に計測することができる。
The
リミッタ増幅器5は、子受信機2に対して、直接接続されるか、または、移相器4を介して接続される。従って、リミッタ増幅器5は、子受信機2から受信信号102が直接入力されるか、あるいは、移相器4を介して受信信号102が入力される。リミッタ増幅器5は、入力されたそれらの受信信号102の振幅レベルを一定にする処理を行う。
The
各位相差計測部6には、リミッタ増幅器5から、振幅レベルが一定にされた受信信号102が入力される。リミッタ増幅器5は、位相差を計測する組み合わせの対として、予め、2つずつ選択されて、対を構成している。各位相差計測部6には、当該対を成す2つのリミッタ増幅器5から、受信信号102が入力される。各位相差計測部6は、それらの受信信号の位相差を計測する。以下、当該位相差を、受信位相差を呼ぶ。ここで、各位相差計測部6は、図1に示すように、1つの90°ハイブリッド結合器8と、2つの電力計測器9と、1つの電力比較器10と、1つの位相差算出器11とから構成されている。各位相差計測部6の各構成の動作については、後述する。
Each of the phase
測位計算器7には、各位相差計測部6で計測された位相差が入力される。測位計算器7は、それらの位相差に基づいて、発信機1の位置および変位を算出する。
The phase difference measured by each phase
次に、本実施の形態1に係る変位計測装置の動作について説明する。
発信機1は、計測用信号101を発信する。複数の子受信機2は、発信機1から発信された計測用信号101を受信する。それぞれの子受信機2で受信処理された受信信号102は、親受信機3に集められる。親受信機3においては、それらの受信信号102が、移相器4を介してまたは介さずに、リミッタ増幅器5に入力される。リミッタ増幅器5においては、それらの受信信号の振幅レベルが一定にされる。リミッタ増幅器5は、上述したように、位相差を計測する組み合わせの対として、2つずつ選択されている。従って、そうして選択された一対のリミッタ増幅器5から、一対の信号103a、103bが、位相差計測部6に入力される。発信機1の3次元の変位を計測するためには、複数の子受信機2の組み合わせで、位相差を計測する必要があり、一般的に、位相差計測部6は複数個必要となる。なお、位相差計測部6の個数は、単純計算で、子受信機2の個数の1/2だけ必要となる。但し、複数の対で、位相差計測部6を共用するようにしてよく、その場合には、位相差計測部6の個数を減らすことができる。位相差を計測する組み合わせの一対の選択方法は、例えば、隣接する2つの子受信機2からの受信信号を選択する、あるいは、計測点の初期値を基準とした線対称または点対称の位置に設置された2つの子受信機2からの受信信号を選択するなど、従来の変位計測装置と同様の選択方法でよいため、ここではその説明を割愛する。
Next, the operation of the displacement measuring device according to the first embodiment will be described.
The
位相差計測部6の内部では、一対の信号103a、103bが、1つの90°ハイブリッド結合器8に入力される。90°ハイブリッド結合器8は、RF回路として一般的に用いられているものである。90°ハイブリッド結合器8は、2つの入力端子と2つの出力端子とを有する四端子の電力分配器で、分配後の位相差が90°である。このとき、例えば、一対の入力信号103a、103bの複素振幅をそれぞれVIN1、VIN2とすると、90°ハイブリッド結合器8から出力される出力信号104a、104bの複素振幅Vout1及びVout2は、それぞれ、次式(1)で与えられる。但し、式(1)において、jは虚数単位である。
Inside the phase
こうして得られた出力信号104a、104bの複素振幅Vout1及びVout2は、電力計測器9に入力される。出力信号104a、104bの複素振幅Vout1及びVout2は、各電力計測器9により、それぞれ、電力値105a、105bに変換され、電力比較器10に入力される。電力比較器10では、次式(2)に示される電力比R12が計算され、出力信号106として出力される。
The complex amplitudes V out1 and V out2 of the
なお、ここで、90°ハイブリッド結合器8への一対の入力信号103a、103bの複素振幅VIN1、VIN2は、それぞれ、次式(3)に示されるように、振幅が等しく、位相差がφ12とする。振幅が等しいとの仮定は、90°ハイブリッド結合器8の前段にある、リミッタ増幅器5により保障される。
Here, the complex amplitudes V IN1 and V IN2 of the pair of
このとき、90°ハイブリッド結合器8の一対の出力信号104a、104bの複素振幅Vout1、Vout2は、式(3)の複素振幅VIN1、VIN2を式(1)に代入することにより、それぞれ、次式(4),(5)になる。
At this time, the complex amplitudes V out1 and V out2 of the pair of
従って、90°ハイブリッド結合器8に入力される入力信号103a、103bの位相差φ12と、90°ハイブリッド結合器8から出力される出力信号104a、104bの電力比R12(出力信号106)との間には、次の関係式(6)が成り立つ。
Accordingly, the phase difference φ 12 between the input signals 103a and 103b input to the 90 °
これにより、位相差算出器11は、式(6)から導出される次式(7)を用いて、90°ハイブリッド結合器8からの出力信号104a、104bの電力比R12(出力信号106)から、90°ハイブリッド結合器8に入力される入力信号103a、103bの位相差φ12を算出して、出力信号107として出力する。
Accordingly, the
このようにして、位相差計測部6では、90°ハイブリッド結合器8からの出力信号104a、104bの電力比R12(出力信号106)から、位相差を計測するための一対の子受信機2からの入力信号103a,103bの位相差φ12(出力信号107)を算出する。
In this way, the phase
式(7)による入力信号103a、103bの位相差φ12(出力信号107)と、電力比較器10で算出された電力比R12(出力信号106)との関係206を、図2に示す。図2において、横軸は、入力信号103a、103bの位相差φ12(出力信号107)である。また、縦軸は、入力信号103a、103bの電力比R12(出力信号106)である。図2に示すように、一対の入力信号103a、103bの位相差φ12と電力比R12とが1対1の関係にあるのは、入力信号103a、103bの位相差が±90°の範囲のみであるので、計測開始時に移相器4を調整し、例えば、位相差を0°にしておく。発信機1の位置の変位が小さく、位相差が±90°の範囲に留まる場合であれば、継続的に変位を計測することができる。一方、変位が大きくなり、位相差が±90°の範囲を超えることが予想される場合には、計測毎に移相器4を調整して入力信号の位相差を±90°の範囲に留めるようにすることもできる。このようにすることによって、子受信機2間での位相差が大幅に変化する場合でも位相差を連続的に計測することができる。
FIG. 2 shows a
以上の説明においては、識別番号1、2の子受信機2の組み合わせの対について位相差φ12を求める手順について説明した。同様の手順によって、他の子受信機2の組み合わせの対についても、位相差φmn(m、nは子受信機2の識別番号)を算出する。識別番号m、nの子受信機2を、以下では、それぞれ、子受信機#m、子受信機#nと呼ぶこととする。このようにして得られた全ての子受信機#m、#n間の位相差φmnを用いて、測位計算器7では、次の方程式(8)を解いて、発信機1の位置の変位を計測する。
In the above description has described the procedure for pairs of combinations of
上式(8)において、(x,y,z)は求めるべき発信機1の位置であり、(Xm,Ym,Zm)は子受信機#mの位置で、(Xn,Yn,Zn)は子受信機#nの位置である。また、ξmは移相器4により与えられた子受信機#mの位相差、ξnは移相器4により与えられた子受信機#nの位相差、Nmnは位相性数値バイアスである。
In the above equation (8), (x, y , z) is the position of the
子受信機#m、#nの位置(Xm,Ym,Zm)及び(Xn,Yn,Zn)は、あらかじめ計測しておくなどして、既知数である。また、位相性数値バイアスNmnは、計測前に予めおおよその発信機の位置を別手段にて計測するか、前回の測位計算時の結果を用いるなどして計算し、既知とすることができる。従って、未知変数は端末の位置(x,y,z)の3個なので、4台以上の子受信機があれば、3個の独立な方程式を得て、発信機1の詳細な3次元位置を求めることができる。このように計測ごとに発信機1の位置を高精度に計算し、前回位置との差分を求めることにより変位を計測することができる。
The positions (X m , Y m , Z m ) and (X n , Y n , Z n ) of the slave receivers #m and #n are known numbers, for example, measured in advance. In addition, the phase characteristic numerical bias N mn can be known by previously measuring the approximate position of the transmitter by another means before measurement or by calculating using the result of the previous positioning calculation or the like. . Therefore, since there are three unknown variables of the terminal position (x, y, z), if there are four or more child receivers, three independent equations are obtained, and the detailed three-dimensional position of the
なお、必要とされる変位計測方向が1次元のみの場合、未知変数が1個となるため、2台の子受信機2、1個の位相差計測部6、及び、測位計算器7のみを用いて、さらに低コストな変位計測装置を実現することもできる。
If the required displacement measurement direction is only one-dimensional, the number of unknown variables is one. Therefore, only two
また、本実施の形態における90°ハイブリッド結合器の代わりに、180°ハイブリッド結合器や、その他の結合器を用いても同様の変位計測装置を実現することができる。 Further, a similar displacement measuring device can be realized by using a 180 ° hybrid coupler or another coupler instead of the 90 ° hybrid coupler in the present embodiment.
なお、本実施の形態における位相差計測部6と測位計算器7とは、一般的なパソコン14および無線アダプタ12等を用いて実現することができる。図3にその例を示す。
Note that the phase
図3に示すように、パソコン14は、プロセッサ15、メモリ16、外部機器インターフェース17、表示器インターフェース18などから構成される。表示器インターフェース18には表示器19を接続する。外部機器インターフェース17はUSB端子などを想定しており、これに外部機器ハブ13を通して複数の無線アダプタ(無線LAN等)12を接続する。
As shown in FIG. 3, the
複数の90°ハイブリッド結合器8からの出力信号を、無線アダプタ12のアンテナ端子に接続する。多くの無線アダプタ12には電力計測機能が実装されており、ソフトウェアによりパソコン14本体から受信電力情報を取得することができる。
Output signals from the plurality of 90 °
このように取得した受信電力情報をパソコン14でソフトウェア処理し、電力計測器9、電力比較器10、位相差算出器11、および、測位計算器7の機能を実現することができ、さらに表示器インターフェース18を介して表示器19に結果を表示させることもできる。
The received power information obtained in this way is processed in software by the
すなわち、電力計測器9、電力比較器10、位相差算出器11、および、測位計算器7は、プロセッサ15が、メモリ16に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサ及び複数のメモリが連携して、上記機能を実行してもよい。
That is, the
次に、図3のパソコン14等を用いて、本実施の形態を実現する場合のソフトウェアのフローチャートを図4に示す。また、その処理手順を以下に示す。
Next, FIG. 4 shows a flowchart of software for realizing the present embodiment using the
ステップS1:パソコン14は、接続された全ての無線アダプタ12から受信電力情報を取得する。
Step S1: The
ステップS2:パソコン14は、ステップS1で得た受信電力情報から、全ての90°ハイブリッド結合器8の一対の出力信号104a、104bの電力比R12(出力信号106)を計算する。
Step S2: The
ステップS3:パソコン14は、上記の式(7)を用いて、ステップS2で求めた電力比R12(出力信号106)から、全ての90°ハイブリッド結合器8の一対の入力信号の位相差φ12を計算する。
Step S3: The
ステップS4:パソコン14は、ステップS3で求めた複数の位相差φ12を、上記の式(8)に代入し、(x,y,z)に関する連立方程式を解き、発信機1の位置を計算する。
Step S4: the
ステップS5:ステップS4で得た発信機1の位置または変位量(初期位置からの差分)を、表示器19に表示する。
Step S5: The position or displacement (difference from the initial position) of the
変位量を連続的に計測する場合には、上記のステップS1からステップS5までを繰り返す。 When the displacement amount is continuously measured, the above steps S1 to S5 are repeated.
以上のような手順のソフトウェアをパソコン上で動作させることにより、本実施形態を実現することができる。 The present embodiment can be realized by operating software having the above procedure on a personal computer.
以上のように、本実施の形態によると、高価な周波数変換器やA/D変換器を用いずに、安価な90°ハイブリッド結合器8と電力計測器9と電力比較器10、または、安価な90°ハイブリッド結合器8とパソコン14と無線アダプタ12等を用いて、子受信機2間の受信位相差を計測し、発信機1の位置およびその時間変化である変位を求めることができるため、低コストな変位計測装置を実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, an inexpensive 90 °
実施の形態2.
上記の実施の形態1では、90°ハイブリッド結合器の働きにより、図2に示すように、位相差の計測可能な範囲が±90°に限られていたが、本実施の形態では、90°ハイブリッド結合器と180°ハイブリッド結合器とを組み合わせて用いることにより、計測可能な位相差の範囲を±180°に拡大する。
In
実施の形態1との構成の違いは、位相差計測部6の内部構成のみである。すなわち、本実施の形態に係る変位計測装置の構成は、図1の位相差計測部6の代わりに、図5に示す位相差計測部6が設けられている。このように、本実施の形態と実施の形態1との構成の違いは、位相差計測部6の内部構成のみであるため、他の構成についての説明は省略する。
The difference from the first embodiment is only the internal configuration of the phase
図5に、本実施の形態における位相差計測部6の内部構成を示す。位相差計測部6は、2台の分配器31a、31bと、分配器31a、31bに接続された90°ハイブリッド結合器32aと、分配器31a、31bに接続された180°ハイブリッド結合器32bと、90°ハイブリッド結合器32aおよび180°ハイブリッド結合器32bに接続された合計4個の電力計測器33と、電力計測器33に接続された合計2個の電力比較器34と、それらの電力比較器34に接続された位相差算出器35とから構成される。
FIG. 5 shows an internal configuration of the phase
本実施の形態においては、位相差計測部6に入力される一対の入力信号103a、103bのうち、入力信号103aが分配器31aに入力され、入力信号103bが分配器31bに入力される。入力信号103aは、分配器31aで2分配され、一方が90°ハイブリッド結合器32aに入力され、他方が180°ハイブリッド結合器32bに入力される。同様に、入力信号103bは、分配器31bで2分配され、一方が90°ハイブリッド結合器32aに入力され、他方が180°ハイブリッド結合器32bに入力される。
In the present embodiment, of the pair of
90°ハイブリッド結合器32aと、それに接続された電力計測器33及び電力比較器34の処理手順については、実施の形態1で説明した90°ハイブリッド結合器8と、それに接続された電力計測器9及び電力比較器10の処理手順と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Regarding the processing procedure of the 90 °
一方、180°ハイブリッド結合器32bと、それに接続された電力計測器33及び電力比較器34の処理手順については、後述する。
On the other hand, the processing procedure of the 180 °
次に、本実施の形態に係る変位計測装置の動作について説明する。
本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、図1に示すように、発信機1は、計測用信号101を発信する。複数の子受信機2は、発信機1から発信された計測用信号101を受信する。それぞれの子受信機2で受信処理された受信信号102は、親受信機3に集められる。親受信機3においては、それらの受信信号102が、移相器4を介してまたは介さずに、リミッタ増幅器5に入力される。リミッタ増幅器5においては、それらの受信信号の振幅レベルが一定にされる。一定の振幅レベルにされた受信信号は、位相差を計測する組み合わせの対として、2つずつ選択されて、入力信号103a,103bとなる。このようにして選択された一対の入力信号103a、103bは、位相差計測部6に入力される。ここまでの動作は、実施の形態1と同じである。
Next, the operation of the displacement measuring device according to the present embodiment will be described.
Also in the present embodiment, as in
本実施の形態においては、位相差計測部6において、まず、2台の分配器31a、31bが、一対の入力信号103a、103bをそれぞれ2分配する。入力信号103aを2分配して得られる信号を、以下では、入力信号201aと呼び、入力信号103bを2分配して得られる信号を、以下では、入力信号201bと呼ぶ。入力信号201a、201bは、それぞれ、90°ハイブリッド結合器32aと180°ハイブリッド結合器32bの双方に入力される。90°ハイブリッド結合器に分配された信号の処理手順は、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
In the present embodiment, in the phase
180°ハイブリッド結合器32bに供給された信号の処理手順について説明する。180°ハイブリッド結合器32bは、RF回路として一般的に用いられているものである。180°ハイブリッド結合器32bは、2つの入力端子と2つの出力端子とを有する四端子の電力分配器で、分配後の位相差が180°である。位相差を計測する一対の入力信号201a、201bの複素振幅をそれぞれVIN1、VIN2とすると、180°ハイブリッド結合器32bから出力される一対の出力信号202a、202bの複素振幅VoutB_1、VoutB_2は、それぞれ、次式(9)で与えられる。
The processing procedure of the signal supplied to the 180 °
この一対の出力信号202a、202bの複素振幅VoutB_1、VoutB_2は、電力計測器33により、それぞれ、電力値203a、203bに変換され、電力比較器34が、次式(10)のように電力比RB_12を計算し、出力信号204として出力する。
The complex amplitudes V outB — 1 and V outB — 2 of the pair of
ここで、180°ハイブリッド結合器32bへの一対の入力信号201a、201bは、次式(11)に示すように、振幅が等しく、位相差がφ12とする。振幅が等しいとの仮定は、180°ハイブリッド結合器32bの前段にあるリミッタ増幅器5により保障される。
Here, a pair of
このとき、式(11)のVIN1、VIN2を、式(9)に代入することにより、180°ハイブリッド結合器32bの一対の出力信号202a、202bの複素振幅VoutB_1、VoutB_2は、それぞれ、次式(12)、(13)となる。
At this time, by substituting V IN1 and V IN2 of Expression (11) into Expression (9), the complex amplitudes V outB_1 and V outB_2 of the pair of
従って、180°ハイブリッド結合器32bへの一対の入力信号201a、201bの位相差φ12と、一対の出力信号202a、202bの電力比204との間には、次式(14)の関係式が成り立つ。
Thus, a pair of
図6に、式(14)の関係式に基づく180°ハイブリッド結合器32bの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係(205)と、式(6)の関係式に基づく90°ハイブリッド結合器32aの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係(206)を示す。図6において、横軸は、入力信号の位相差φ12である。また、縦軸は、出力信号の電力比R12(出力信号106、204)である。
FIG. 6 shows a relation (205) between the phase difference of the input signal of the 180 °
図6に示すように、180°ハイブリッド結合器32bの入力信号の位相差と出力信号電力比との関係(205)と、90°ハイブリッド結合器32aの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係(206)とは異なる。例えば90°ハイブリッド結合器32aの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係(206)が、鏡像関係となる0°〜90°と90°〜180°では、180°ハイブリッド結合器32bの電力比のdB値の符号が反転しており、0°〜90°と90°〜180°の入力信号位相差を区別することが可能となる。
As shown in FIG. 6, the relation (205) between the phase difference of the input signal of the 180 °
同様に、90°ハイブリッド結合器32aの入力信号の位相差と出力信号の電力比との関係(206)が、鏡像関係となる−180°〜−90°と−90°〜0°では、180°ハイブリッド結合器32bの電力比のdB値の符号が反転しており、−180°〜−90°と−90°〜0°の入力信号の位相差を区別することが可能となる。このように、180°ハイブリッド結合器32bの出力信号の電力比を参照することにより、±180°の全位相差の範囲を計測することが可能となる。
Similarly, when the relationship (206) between the phase difference of the input signal of the 90 °
なお、180°ハイブリッド結合器32bの出力信号の電力比は、90°ハイブリッド結合器32aの出力信号の電力比の鏡像関係を識別するのに用いるだけでなく、式(14)から導出される次式(15)を用いて、入力信号の位相差φ12(符号107)を算出するのに用いることもできる。従って、位相差算出器35は、次式(15)により、位相差φ12を算出する。
Note that the power ratio of the output signal of the 180 °
本実施の形態においては、位相差算出器35が、90°ハイブリッド結合器32aの出力信号の電力比を用いて式(7)により位相差φ12(符号107)を算出するとともに、180°ハイブリッド結合器32bの出力信号の電力比を用いて式(15)により位相差φ12を算出する。位相差算出器35は、それら2つの位相差φ12の平均値を求めて、位相差205として出力する。
In the present embodiment, the
このように、本実施の形態によれば、90°ハイブリッド結合器32aの出力信号の電力比と180°ハイブリッド結合器32bの出力信号の電力比の双方から位相差をそれぞれ計算して平均することにより、より高精度に位相差を計算することができる。
As described above, according to the present embodiment, the phase difference is calculated and averaged from both the power ratio of the output signal of the 90 °
なお、測位計算器7による変位計測の手順は、実施の形態1と同様であるので説明は省略する。 Note that the procedure of measuring the displacement by the positioning calculator 7 is the same as that of the first embodiment, and therefore the description is omitted.
以上のように、本実施の形態においても、上記の実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施の形態によると、位相差を±180度の全範囲で計測することができるので、計測中に移相器4を操作することなく、継続的に変位計測を計測することが可能となる。従って、本実施の形態では、移相器4を設けなくてもよい。また、90°ハイブリッド結合器32aの出力信号の電力比と180°ハイブリッド結合器32bの出力信号の電力比の双方を用いて、高精度に、位相差を計算することができるため、より高精度に変位を計測することができる。
As described above, also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, according to the present embodiment, since the phase difference can be measured in the entire range of ± 180 degrees, it is possible to continuously measure the displacement measurement without operating the
1 発信機、2 子受信機、3 親受信機、4 移相器、5 リミッタ増幅器、6 位相差計測部、7 測位計算器、8 90°ハイブリッド結合器、9 電力計測器、10 電力比較器、11 位相差算出器、12 無線アダプタ、13 外部機器ハブ、14 パソコン、15 プロセッサ、16 メモリ、17 外部機器インターフェース、18 表示器インターフェース、19 表示器、31a,31b 分配器、32a 90°ハイブリッド結合器、32b 180°ハイブリッド結合器、33 電力計測器、34 電力比較器、35 位相差算出器。
Claims (6)
複数の固定点に設置され、前記発信機から発信された前記計測用信号を受信する複数の受信機と、
複数の前記受信機から選択された対となる2つの前記受信機で受信された第1の受信信号および第2の受信信号に基づいて、前記対となる2つの前記受信機間の受信位相差を計測する位相差計測部と、
前記位相差計測部で計測された前記受信位相差に基づいて、前記発信機の位置の変位を計測する測位計算器と
を備え、
前記第1の受信信号と前記第2の受信信号との位相差が予め設定された範囲を超えないように、前記第2の受信信号の位相を所望の角度だけシフトさせる移相器をさらに備え、
前記位相差計測部は、ハイブリッド結合器を有し、前記第1の受信信号と、前記第2の受信信号が前記移相器によりシフトされた受信信号とを前記ハイブリッド結合器に入力し、前記ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、前記第1の受信信号および前記第2の受信信号を受信した一対の前記受信機間の前記受信位相差を算出する、
変位計測装置。 A transmitter installed at the measurement point and transmitting a measurement signal,
A plurality of receivers installed at a plurality of fixed points and receiving the measurement signal transmitted from the transmitter,
A receiving phase difference between the paired two receivers based on a first received signal and a second received signal received by the two paired receivers selected from the plurality of the receivers; A phase difference measuring unit for measuring
A positioning calculator that measures displacement of the position of the transmitter based on the reception phase difference measured by the phase difference measurement unit,
A phase shifter that shifts the phase of the second reception signal by a desired angle so that the phase difference between the first reception signal and the second reception signal does not exceed a preset range. ,
The phase difference measurement unit has a hybrid coupler, the first received signal , the second received signal and the received signal shifted by the phase shifter is input to the hybrid coupler, Calculating the reception phase difference between the pair of receivers that have received the first reception signal and the second reception signal , based on a power ratio of an output signal output from the hybrid coupler;
Displacement measuring device.
請求項1に記載の変位計測装置。 The phase difference measurement unit has a 90 ° hybrid coupler as the hybrid coupler.
The displacement measuring device according to claim 1.
請求項1に記載の変位計測装置。 The phase difference measurement unit has a 180 ° hybrid coupler as the hybrid coupler.
The displacement measuring device according to claim 1.
複数の固定点に設置され、前記発信機から発信された前記計測用信号を受信する複数の受信機と、
複数の前記受信機から選択された対となる2つの前記受信機で受信された受信信号に基づいて、前記対となる2つの前記受信機間の受信位相差を計測する位相差計測部と、
前記位相差計測部で計測された前記受信位相差に基づいて、前記発信機の位置の変位を計測する測位計算器と
を備え、
前記位相差計測部は、ハイブリッド結合器を有し、少なくとも一対の前記受信機で受信された受信信号を前記ハイブリッド結合器に入力し、前記ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、前記一対の前記受信機間の前記受信位相差を算出し、
前記位相差計測部は、前記ハイブリッド結合器として、90°ハイブリッド結合器と180°ハイブリッド結合器とを有し、
前記位相差計測部は、前記少なくとも一対の前記受信機で受信された前記受信信号をそれぞれ二分配して前記90°ハイブリッド結合器と前記180°ハイブリッド結合器の双方に入力し、前記90°ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比と前記180°ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比との双方の電力比に基づいて、前記受信機間の前記受信位相差を算出する、
の変位計測装置。 A transmitter installed at the measurement point and transmitting a measurement signal,
A plurality of receivers installed at a plurality of fixed points and receiving the measurement signal transmitted from the transmitter,
A phase difference measurement unit that measures a reception phase difference between the two receivers in the pair based on the reception signals received by the two receivers in the pair selected from the plurality of receivers.
A positioning calculator that measures displacement of the position of the transmitter based on the reception phase difference measured by the phase difference measurement unit,
The phase difference measurement unit has a hybrid coupler, inputs the received signals received by at least one pair of the receiver to the hybrid coupler, based on the power ratio of the output signal output from the hybrid coupler Calculating the reception phase difference between the pair of receivers ,
The phase difference measurement unit has a 90 ° hybrid coupler and a 180 ° hybrid coupler as the hybrid coupler,
The phase difference measurement unit divides the received signals received by the at least one pair of receivers into two, and inputs the received signals to both the 90 ° hybrid coupler and the 180 ° hybrid coupler, and the 90 ° hybrid Calculating the reception phase difference between the receivers based on both the power ratio of the output signal output from the coupler and the power ratio of the output signal output from the 180 ° hybrid coupler,
Displacement measuring device.
複数の固定点に受信機を設置し、前記発信機から発信された前記計測用信号を前記受信機で受信するステップと、
複数の前記受信機から選択された少なくとも一対の前記受信機で受信された第1の受信信号と第2の受信信号との位相差が予め設定された範囲を超えないように、前記第2の受信信号の位相を移相器により所望の角度だけシフトさせるステップと、
前記第1の受信信号と、前記第2の受信信号が前記移相器によりシフトされた受信信号とをハイブリッド結合器に入力し、前記ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、前記一対の前記受信機間の受信位相差を算出するステップと、
算出された前記受信位相差に基づいて、前記発信機の位置の変位を計測するステップと
を備えた、変位計測方法。 Installing a transmitter at the measurement point, transmitting a signal for measurement from the transmitter,
Installing a receiver at a plurality of fixed points, receiving the measurement signal transmitted from the transmitter at the receiver,
The second received signal is received by at least one pair of receivers selected from a plurality of the receivers, so that the phase difference between the first received signal and the second received signal does not exceed a predetermined range, the second received signal Shifting the phase of the received signal by a desired angle by a phase shifter;
The first received signal and the received signal obtained by shifting the second received signal by the phase shifter are input to a hybrid coupler, and based on a power ratio of an output signal output from the hybrid coupler. Calculating a reception phase difference between the pair of receivers,
Measuring the displacement of the position of the transmitter based on the calculated reception phase difference.
複数の固定点に受信機を設置し、前記発信機から発信された前記計測用信号を前記受信機で受信するステップと、
複数の前記受信機から選択された少なくとも一対の前記受信機で受信された受信信号をハイブリッド結合器に入力し、前記ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比に基づいて、前記一対の前記受信機間の受信位相差を算出するステップと、
算出された前記受信位相差に基づいて、前記発信機の位置の変位を計測するステップと
を備え、
前記受信位相差を算出するステップは、
前記ハイブリッド結合器として、90°ハイブリッド結合器と180°ハイブリッド結合器とを用い、
前記少なくとも一対の前記受信機で受信された前記受信信号をそれぞれ二分配して前記90°ハイブリッド結合器と前記180°ハイブリッド結合器の双方に入力し、前記90°ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比と前記180°ハイブリッド結合器から出力される出力信号の電力比との双方の電力比に基づいて、前記受信機間の前記受信位相差を算出する、
変位計測方法。 Installing a transmitter at the measurement point, transmitting a signal for measurement from the transmitter,
Installing a receiver at a plurality of fixed points, receiving the measurement signal transmitted from the transmitter at the receiver,
A received signal received by at least a pair of the receivers selected from the plurality of receivers is input to a hybrid coupler, and based on a power ratio of an output signal output from the hybrid coupler, the pair of the receivers Calculating a reception phase difference between the receivers;
Based on the calculated reception phase difference, Bei example a step of measuring a displacement of the position of the transmitter,
The step of calculating the reception phase difference,
As the hybrid coupler, using a 90 ° hybrid coupler and a 180 ° hybrid coupler,
The received signals received by the at least one pair of receivers are respectively divided into two and input to both the 90 ° hybrid coupler and the 180 ° hybrid coupler, and the output output from the 90 ° hybrid coupler Calculating the reception phase difference between the receivers based on both the power ratio of the signal and the power ratio of the output signal output from the 180 ° hybrid coupler,
Displacement measurement method.
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