JP6825409B2

JP6825409B2 - 測距装置

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Publication number: JP6825409B2
Application number: JP2017028900A
Authority: JP
Inventors: 昭一中林; 典恭菊池; 貴大矢野
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2037-02-20
Also published as: JP2018136135A

Description

本発明は、測距装置に関する。

近年、無線通信を用いた様々な測距技術または測位技術が開発されている。特に、装置間の通信に要する時間（または時間差）から装置同士の離隔距離を推定する既存技術として、例えば、ＴＯＡ（ＴｉｍｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＡｒｒｉｖａｌ：到来時間）方式またはＴＤＯＡ（ＴｉｍｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＡｒｒｉｖａｌ：到達時間差）方式が挙げられる。これらの方式における測距装置は、高い測距精度を実現するために、測距対象の装置からの受信信号の受信タイミングを高い精度で特定することが求められる。

なお、以下の特許文献１には、マルチパスの影響によって誤差が大きいと推定される測距データを除外することで、測距の精度を向上させる技術が開示されている。また、特許文献２には、要求される検出精度に基づいて、受信信号の受信タイミングの検出に用いられる符号長を決定する技術が開示されている。

特開２００９−１８８７７２号公報特開２０１１−９９８０９号公報

しかし、既存技術によっては測距精度が低くなる場合がある。例えば、測距装置の周辺に多くの構造物が存在する場所（交差点等）で、特許文献１の技術によって測距が行われる場合、マルチパスの影響を受ける測距データが多いため、誤差が大きいと推定されることで除外される測距データ数が増加し測距処理に用いられるデータ数が減少することによって、測距精度が低くなる（または測距精度が安定しなくなる）場合がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、測距精度をより向上させることが可能な、新規かつ改良された測距装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１の既知パターン信号に対して高速サンプリング処理を行うことで第１の高速サンプリング信号を作成する第１の信号作成手段と、前記第１の高速サンプリング信号同士から自己相関信号を作成する第２の信号作成手段と、無線アンテナによって受信された受信信号から前記第１の既知パターン信号を検出し、前記受信信号において前記第１の既知パターン信号が含まれる部分に対して高速サンプリング処理を行うことで第２の高速サンプリング信号を作成する第３の信号作成手段と、前記第１の高速サンプリング信号と前記第２の高速サンプリング信号との相関を示す第１の相関パターン信号を作成する第４の信号作成手段と、前記自己相関信号と前記第１の相関パターン信号との相関を示す第２の相関パターン信号を作成する第５の信号作成手段と、前記第２の相関パターン信号において相関値が最大となるタイミングと所定のタイミングとの時間差に基づいて前記受信信号を送信した対向装置と自装置との離隔距離を算出する距離算出手段と、前記受信信号に対して受信処理を行うことで受信データ信号を取得する受信処理部と、前記受信信号に含まれる前記第１の既知パターン信号および前記受信データ信号に基づいて第２の既知パターン信号を作成し、前記第２の既知パターン信号に対して高速サンプリング処理を行うことで第３の高速サンプリング信号を作成する第６の信号作成手段と、を備え、前記第３の高速サンプリング信号が前記第１の高速サンプリング信号として使用される、測距装置が提供される。

前記相関値が最大となるタイミングは、前記受信信号の受信タイミングとして求められてもよい。

前記所定のタイミングは、自装置から前記対向装置に所定の信号が送信されたタイミングであり、前記受信信号は、前記所定の信号に対応するように前記対向装置から送信された折り返し信号であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、測距精度をより向上させることが可能となる。

本発明に係る測距システムの構成を示す図である。本発明における、折り返し信号の受信タイミングの特定方法の概要を示す図である。本発明における、折り返し信号の受信タイミングの特定方法の概要を示す図である。本発明における、折り返し信号の受信タイミングの特定方法の概要を示す図である。本発明における、折り返し信号の受信タイミングの特定方法の概要を示す図である。本発明に係る基地局１００が備える機能構成を示すブロック図である。本発明に係る基地局１００による、折り返し信号の受信タイミングの特定動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る基地局１００または移動局２００のハードウェア構成を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．背景＞
近年、無線通信を用いた様々な測距技術または測位技術が開発されている。例えば、測距技術または測位技術として、ＴＯＡ方式、ＴＤＯＡ方式、ＲＳＳ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ：受信信号強度）方式、またはＡＯＡ（ＡｎｇｌｅｏｆＡｒｒｉｖａｌ：到来方向）方式等が開発されている。特に、ＴＯＡ方式およびＴＤＯＡ方式は、装置間の通信に要する時間（または時間差）から装置同士の離隔距離または装置の位置を特定する技術である。

例えば、ＴＯＡ方式が行われる場合、基地局（測距もしくは測位を行う装置）は、自装置が送信した信号の送信タイミングから、移動局（測距もしくは測位の対象装置）が当該信号を受信した後に送信した折り返し信号を受信するまでに要した時間△Ｔと、事前に把握している、移動局の内部処理時間τを用いて、以下の式（１）によって自装置と移動局との離隔距離を算出する。

そして、複数の基地局によって測定された、各基地局と移動局との離隔距離に基づいて移動局の測位が行われる。すなわち、ＴＯＡ方式において、基地局は、測距もしくは測位の精度をより向上させるには、折り返し信号の受信タイミングをより高い精度で特定することが求められる。また、ＴＤＯＡ方式等においても、ＴＯＡ方式と同様に、基地局は、折り返し信号の受信タイミングをより高い精度で特定することが求められる。

ＴＯＡ方式およびＴＤＯＡ方式等の、基地局と移動局との間の通信に要する時間（または時間差）から測距または測位を行う既存技術として、上記の特許文献１もしくは特許文献２の技術が挙げられる。

ここで、特許文献１の技術は、マルチパスの影響によって誤差が大きいと推定される測距データを除外することで、測距の精度を向上させる技術である。しかし、測距装置の周辺に多くの構造物が存在する場所（交差点等）における測距では、マルチパスの影響を受ける測距データが多いため、誤差が大きいと推定されることで除外される測距データ数が増加し測距処理に用いられるデータ数が減少することによって、測距精度が低くなる（または測距精度が安定しなくなる）場合がある。

また、特許文献２のように拡散符号またはインパルス信号を用いた測距方式は、高い距離分解能を実現可能であるが、当該方式は広帯域無線通信を利用しているため、基地局は、送信電力を低く抑えることで他システムとの干渉を抑制する場合が多い（すなわち、測位可能な範囲が狭い）。また、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等の、上記以外の狭帯域無線通信による方式は、高い分解能もしくは精度を確保することが困難である。

本件の発明者は、上記事情に鑑み本発明を創作するに行った。本発明に係る測距装置は、測距対象の装置からの折り返し信号の受信タイミングを特定するにあたり、折り返し信号と、その検出用の参照信号との相関ではなく、当該相関を示す相関信号と、参照信号同士の相関（すなわち自己相関）を示す自己相関信号との相関に基づいて処理を行う。これによって、折り返し信号と参照信号との相関に基づいて折り返し信号の受信タイミングを特定する既存技術に比べて、相関値の算出に用いられる情報量が多くなるため、本発明に係る測距システムは、折り返し信号の受信タイミングの特定精度をより向上させることができる。

なお、本発明が「測距装置」として具現される例を中心に説明するが、複数の測距装置と所定の物体との離隔距離に基づいて当該物体の位置が特定され得るため、本発明は「測位装置」として具現されてもよい。すなわち、以降で説明する「測距装置」は「測位装置」に換言されてもよいし、「測距システム」は「測位システム」に換言されてもよい。

以降、「２．本発明に係る測距システムの概要」「３．装置の機能構成」「４．装置の動作」「５．変形例」「６．各装置のハードウェア構成」について順次説明することで、本発明を詳細に説明する。

＜２．本発明に係る測距システムの概要＞
上記では、本発明の背景について説明した。続いて、本発明に係る測距システムの概要について説明する。

（２−１．測距システムの構成）
まず、図１を参照して、本発明に係る測距システムの構成について説明する。図１は、本発明に係る測距システムの構成を示す図である。

図１に示すように、本発明に係る測距システムは基地局１００および移動局２００を備える。なお、基地局１００または移動局２００は一台のみ備えられてもよいが、本明細書では、図１に示すように、基地局１００および移動局２００が複数台備えられる場合を一例として説明する。そして、基地局１００および移動局２００は双方向の無線通信を行う。より具体的には、図１に示すように、基地局１００Ａまたは基地局１００Ｂは、移動局２００Ａまたは移動局２００Ｂと双方向の無線通信を行う。なお、図示していないが、基地局１００同士または移動局２００同士が無線通信を行ってもよい。

基地局１００は、自装置と移動局２００との離隔距離を算出する測距装置である。例えば、基地局１００は、ＴＯＡ方式によって自装置と移動局２００との離隔距離を算出する測距装置である。基地局１００は、自装置が送信した信号の送信タイミングから、移動局２００が当該信号を受信した後に送信した折り返し信号を受信するまでに要した時間△Ｔと、事前に把握している、移動局２００の内部処理時間τを用いて、上記の式（１）によって自装置と移動局２００との離隔距離を算出する。なお、測距方式は、ＴＯＡ方式に限定されず、ＴＤＯＡ方式等の様々な方式であってもよい。

移動局２００は、基地局１００による測距の対象装置である。例えば、移動局２００は、基地局１００から送信された信号を受信した後、折り返し信号を基地局１００に送信することでＴＯＡ方式による測距を実現する。なお、本明細書では、基地局１００が測距を行う場合を一例として説明するが、移動局２００も、基地局１００と同様の機能を有することによって測距を行ってもよい。

基地局１００および移動局２００が設置される場所は任意である。本明細書では、一例として、基地局１００が交差点の周辺に設置され、移動局２００は、歩行者に携帯されていたり、自動車に設置されていたりする場合を一例として想定する。また、測距の目的も任意である。例えば、基地局１００は、自装置と移動局２００との離隔距離を算出することで、当該離隔距離の情報を、自動車の自動運転、ユーザに対する店舗への誘導もしくは店舗の宣伝、迷子の捜索等の様々な目的に利用してよい。

（２−２．測距システムの機能概要）
上記では、本発明に係る測距システムの構成について説明した。続いて、本発明に係る測距システムの機能概要について説明する。

既存の測距システムにおける基地局は、移動局からの折り返し信号の受信タイミングを特定するにあたり、折り返し信号と、その検出用の参照信号との相関値を算出している。そして、基地局は、例えば、相関値が最大となる時点を折り返し信号の受信タイミングとして特定する。

一方、本発明に係る測距システムは、折り返し信号と、その検出用の参照信号との相関を示す相関パターン信号（以降、便宜的に「第１の相関パターン信号」と呼称する）ではなく、第１の相関パターン信号と、参照信号の自己相関信号との相関を示す相関パターン信号（以降、便宜的に「第２の相関パターン信号」と呼称する）を用いる。より具体的には、本発明に係る測距システムは、第２の相関パターン信号における相関の最大値に基づいて折り返し信号の受信タイミングを特定する。

ここで、図２〜図５を参照して、本発明における、折り返し信号の受信タイミングの特定方法についてより具体的に説明する。図２〜図５は、本発明における、折り返し信号の受信タイミングの特定方法のイメージを示す図である。

まず、本発明に係る基地局１００は、移動局２００からの折り返し信号の受信タイミングの特定にあたり、折り返し信号と、折り返し信号の検出に用いられる既知パターン信号に対して高速サンプリング処理を行う。例えば、図２に示すように、基地局１００は、既知パターン信号に対して高速サンプリング処理を行うことで、参照信号を生成する。

そして、基地局１００は、図３に示すように、参照信号（図３Ａ）と、高速サンプリング処理が行われた後の折り返し信号（図３Ｂ）との相関値を算出することで、第１の相関パターン信号を出力する。さらに、基地局１００は、図４に示すように、参照信号（図４Ａと図４Ｂ）同士の相関値（すなわち自己相関値）を算出することで、自己相関信号（図４Ｃ）を出力する。

その後、基地局１００は、図５に示すように、第１の相関パターン信号と自己相関信号との相関値を算出することで、第２の相関パターン信号を出力する。そして、基地局１００は、図５Ｃに示すように、第２の相関パターン信号における相関の最大値を探索し、相関の最大値を示すタイミングを、折り返し信号の受信タイミングとして出力する。

これによって、折り返し信号と参照信号との相関の最大値に基づいて折り返し信号の受信タイミングを特定する既存の測距システムに比べて、本発明に係る測距システムは、折り返し信号の受信タイミングの特定精度をより向上させることができる。より具体的には、本発明に係る測距システムが、相関を示す信号（第１の相関パターン信号と自己相関信号）同士の相関値に基づいて処理を行うことによって、相関値の算出に用いられる情報量が既存の測距システムに比べて多くなるため、本発明に係る測距システムは、折り返し信号の受信タイミングの特定精度をより向上させることができる。したがって、本発明に係る測距システムは測距精度をより向上させることができる。

また、本発明に係る測距システムは、上記のとおり、処理に用いる各種信号に対して高速サンプリング処理を行うことによって、折り返し信号の受信タイミングの特定についての分解能および精度をより向上させることができる。なお、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズ）等における周波数帯域は数十［ＭＨｚ］程度（高くても数百［ＭＨｚ］程度）であり、受信処理におけるサンプリング速度も通常数十［Ｍｓｐｓ］から数百［Ｍｓｐｓ］程度である。ここで、１０［ｃｍ］程度の測距精度を実現するためには、一般的に、数［Ｇｓｐｓ］以上のサンプリング速度での処理が求められるため、本発明における高速サンプリング処理におけるサンプリング速度は、ＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ、超広帯域無線）のように数［Ｇｓｐｓ］以上の速度を指すこととする。なお、これはあくまで一例であり、高速サンプリング処理におけるサンプリング速度は任意に変更されてもよい。例えば、数［Ｇｓｐｓ］以上のサンプリング速度では測距が困難である場合（例えば、対象物が遠方に位置する場合等）には、サンプリング速度が適宜低く設定されてもよい。

また、本発明に係る測距システムは、拡散符号またはインパルス信号を用いる他の測距方法と異なり、他システムと干渉する可能性が低い狭帯域無線通信を用いることができるため、送信電力を高くすることで測距可能な範囲をより広くすることができる。

＜３．装置の機能構成＞
上記では、本発明に係る測距システムの機能概要について説明した。続いて、図６を参照して、各装置が備える機能構成について説明する。図６は、本発明に係る基地局１００が備える機能構成を示すブロック図である。

（基地局１００の機能構成）
図６に示すように、基地局１００は、既知パターン生成部１１０と、送信処理部１２０と、アンテナ制御部１３０と、受信処理部１４０と、測距部１５０と、制御部１６０と、を備える。また、送信処理部１２０は、データ生成部１２１と、送信信号生成部１２２と、を備え、受信処理部１４０は、信号検出部１４１と、高速サンプリング部１４２と、相関処理部１４３と、受信タイミング特定部１４４と、を備える。

（既知パターン生成部１１０）
既知パターン生成部１１０は、送信処理または受信処理に使用される既知パターン信号（第１の既知パターン信号）を生成する。既知パターン信号とは、プリアンブル等の、折り返し信号の検出に用いられるパターン信号を指し、基地局１００および移動局２００の両装置が予め把握しているパターン信号である。送信側の装置が既知パターン信号を送信信号に含めることによって、受信側の装置が当該信号を検出することができる。既知パターン生成部１１０は、生成した既知パターン信号を後述する送信処理部１２０および受信処理部１４０に提供する。

（送信処理部１２０）
送信処理部１２０は、信号の送信に関する各種処理を行う。上記のとおり、送信処理部１２０は、データ生成部１２１と、送信信号生成部１２２と、を備える。以降にて、各機能構成について説明する。

（データ生成部１２１）
データ生成部１２１は、送信データを生成する。当該送信データは任意である。例えば、送信データは測距によって提供される各種サービス（自動車の自動運転、ユーザに対する店舗への誘導もしくは店舗の宣伝、迷子の捜索等）等に関する情報を含んでもよいし、通信に用いられる各種情報（基地局１００の識別情報等）を含んでもよい。なお、当該送信データは適宜省略されてもよい。その場合には、後述する送信信号生成部１２２によって既知パターン信号のみが送信信号に変換される。データ生成部１２１は、生成した送信データを送信信号生成部１２２に提供する。

（送信信号生成部１２２）
送信信号生成部１２２は、送信信号を生成する。より具体的に説明すると、送信信号生成部１２２は、既知パターン生成部１１０から提供される既知パターン信号、データ生成部１２１から提供される送信データに基づいて送信信号を生成する。例えば、送信信号生成部１２２は、送信データに対してエンコード、インタリーブ等の各種処理を行った上で既知パターン信号を付与することでベースバンド信号を生成し、当該ベースバンド信号に対して変調処理およびアップコンバージョンを施すことで電気信号を出力する。送信信号生成部１２２は、出力した電気信号をアンテナ制御部１３０に提供する。

（アンテナ制御部１３０）
アンテナ制御部１３０は、アンテナを制御することで外部装置（移動局２００等）との通信を実現する。より具体的に説明すると、送信の際には、アンテナ制御部１３０は、アンテナに、送信信号生成部１２２から提供された電気信号を無線信号に変換させ、当該無線信号を移動局２００に送信させる。また、受信の際には、アンテナが移動局２００から受信した無線信号を電気信号に変換し、アンテナ制御部１３０は、当該電気信号を後述する受信処理部１４０に提供する。

（受信処理部１４０）
受信処理部１４０は、信号の受信に関する各種処理を行う。上記のとおり、受信処理部１４０は、信号検出部１４１と、高速サンプリング部１４２と、相関処理部１４３と、受信タイミング特定部１４４と、を備える。以降にて、各機能構成について説明する。

（信号検出部１４１）
信号検出部１４１は、各種信号（折り返し信号等）の検出を行う。より具体的に説明すると、信号検出部１４１は、アンテナ制御部１３０から提供される電気信号にアナログ処理およびダウンコンバージョンを施すことにより、ベースバンド信号を出力する。そして、信号検出部１４１は、ベースバンド信号から、既知パターン生成部１１０によって提供される既知パターン信号と同一（または相関値の高い）の信号を探索することで折り返し信号を検出する。信号検出部１４１は、既知パターン信号の検出タイミングに関する情報を後述する高速サンプリング部１４２へ提供する。

（高速サンプリング部１４２）
高速サンプリング部１４２は、各種信号（既知パターン信号、折り返し信号等）に対して高速サンプリング処理を行う。より具体的に説明すると、高速サンプリング部１４２は、既知パターン生成部１１０から提供される既知パターン信号を高速にサンプリングすることで参照信号（第１の高速サンプリング信号）を生成する第１の信号作成手段として機能する。そして、高速サンプリング部１４２は、当該参照信号を後述する相関処理部１４３に提供する。また、高速サンプリング部１４２は、信号検出部１４１から提供される、既知パターン信号の検出タイミングに関する情報に基づいて、折り返し信号において既知パターン信号が含まれる部分を高速にサンプリングする第３の信号作成手段としても機能する。そして、高速サンプリング部１４２は、その出力結果（第２の高速サンプリング信号）を後述する相関処理部１４３に提供する。

（相関処理部１４３）
相関処理部１４３は、相関値の算出処理を行う。より具体的に説明すると、相関処理部１４３は、高速サンプリング部１４２から提供される、参照信号と、折り返し信号に対する高速サンプリング処理の出力結果（第２の高速サンプリング信号）との相関値を算出することで、相関の大きさを示す信号として第１の相関パターン信号を出力する第４の信号作成手段として機能する。また、相関処理部１４３は、参照信号同士の相関値（すなわち自己相関値）を算出することで、相関の大きさを示す信号として自己相関信号を出力する第２の信号作成手段としても機能する。さらに、相関処理部１４３は、第１の相関信号パターンと自己相関信号との相関値を算出することで、相関の大きさを示す信号として第２の相関パターン信号を出力する第５の信号作成手段としても機能する。相関処理部１４３は、出力した第２の相関パターン信号を後述する受信タイミング特定部１４４に提供する。

（受信タイミング特定部１４４）
受信タイミング特定部１４４は、第２の相関パターン信号に基づいて折り返し信号の受信タイミングを特定する。より具体的に説明すると、受信タイミング特定部１４４は、相関処理部１４３から提供される第２の相関パターン信号における相関の最大値を探索し、相関の最大値を示すタイミングを、折り返し信号の受信タイミングとして出力する。受信タイミング特定部１４４は、折り返し信号の受信タイミングに関する情報を後述する測距部１５０に提供する。

（測距部１５０）
測距部１５０は、基地局１００と移動局２００との離隔距離を算出する距離算出手段として機能する。より具体的に説明すると、測距部１５０は、送信信号の送信タイミング、折り返し信号の受信タイミングおよび移動局２００の内部処理時間τに基づいて上記の式（１）の演算を行うことで、基地局１００と移動局２００との離隔距離を算出する。測距部１５０は、基地局１００と移動局２００との離隔距離に関する情報を後述する制御部１６０に提供する。

（制御部１６０）
制御部１６０は、各機能構成を統括的に制御する。例えば、制御部１６０は、上記の測距処理の際、各機能構成を統括的に制御する。なお、制御部１６０は、測距処理以外の各種処理を制御してもよい。例えば、制御部１６０は、測距部１５０から提供された、基地局１００と移動局２００との離隔距離に関する情報を所定のディスプレイ（図示なし）に表示する処理を制御したり、当該情報を外部装置（図示なし）に送信したりする処理等を制御してもよい。また、制御部１６０は、他の基地局１００と移動局２００との離隔距離に関する情報を所定の方法で取得し、当該情報と、自装置と移動局２００との離隔距離に関する情報に基づいて移動局２００の測位処理を制御してもよい。

（移動局２００の機能構成）
上記のとおり、移動局２００は、基地局１００と同様の機能構成を備え得るため説明を省略する。なお、移動局２００は、基地局１００と異なる機能構成を備えていてもよい。例えば、移動局２００は、基地局１００のように高速サンプリングによる高精度な受信処理を行わなくてもよい。

＜４．装置の動作＞
上記では、各装置が備える機能構成について説明した。続いて、図７を参照して、各装置の動作について説明する。図７は、本発明に係る基地局１００による、折り返し信号の受信タイミングの特定動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０００では、基地局１００の既知パターン生成部１１０が既知パターン信号を生成し、データ生成部１２１が送信データを生成する。ステップＳ１００４では、送信信号生成部１２２が、既知パターン信号および送信データに基づいて送信信号を生成する。ステップＳ１００８では、アンテナ制御部１３０がアンテナを制御することで送信信号が移動局２００に送信される。図示していないが、移動局２００が当該信号を受信した場合、折り返し信号を基地局１００に送信する。

その後、アンテナが移動局２００からの折り返し信号を受信した場合（ステップＳ１０１２／Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１６にて、信号検出部１４１が、折り返し信号から既知パターン信号と同一の信号を探索することで折り返し信号を検出する。ステップＳ１０２０では、高速サンプリング部１４２が折り返し信号に対して高速サンプリング処理を行う。ステップＳ１０２４では、高速サンプリング部１４２が既知パターン信号に対して高速サンプリング処理を行うことで参照信号を出力する。ステップＳ１０２８では、相関処理部１４３が、各タイミングにおける折り返し信号と参照信号との相関値を算出することで第１の相関パターン信号を生成する。ステップＳ１０３２では、相関処理部１４３が、各タイミングにおける参照信号同士の相関値を算出することで自己相関信号を生成する。

ステップＳ１０３６では、相関処理部１４３が、各タイミングにおける第１の相関パターン信号と自己相関信号との相関値を算出することで第２の相関パターン信号を生成する。ステップＳ１０４０では、受信タイミング特定部１４４が第２の相関パターン信号における相関の最大値を探索し、相関の最大値を示すタイミングを、折り返し信号の受信タイミングとして出力することで処理が終了する。ステップＳ１０１２にて、アンテナが移動局２００からの折り返し信号を受信できない場合（ステップＳ１０１２／Ｎｏ）についても処理が終了する。なお、図示していないが図７の動作後に、測距部１５０が折り返し信号の受信タイミングを用いて測距処理を行う。

＜５．変形例＞
上記では、各装置の動作について説明した。続いて、本発明の変形例について説明する。

上記では、折り返し信号の受信タイミングの特定処理に既知パターン信号が用いられた。一方、本変形例では、既知パターン信号と受信データに基づいて復元された折り返し信号によって、折り返し信号の受信タイミングの特定が行われる。

ここで、変形例における各装置の機能構成および各装置の動作について説明する。なお、重複記載を避けるために、主に、上記の実施形態との相違点について説明する。

まず、変形例における受信処理部１４０は、折り返し信号に対して各種受信処理（復調、復号等）を行い、折り返し信号に含まれる受信データ信号を取得する。そして、受信処理部１４０は、既知パターン信号および当該受信データ信号に基づいて折り返し信号を復元する。換言すると、受信処理部１４０は、移動局２００によって生成された折り返し信号と同一の折り返し信号を復元する。基地局１００は、移動局２００による折り返し信号の送信処理の内容（符号化方式、変調方式等）を予め把握しているため、当該処理が可能となる。そして、復元された折り返し信号は、第２の既知パターン信号として、移動局２００から送信された折り返し信号の受信タイミングの特定に用いられる。より具体的には、高速サンプリング部１４２が、第２の既知パターン信号である復元後の折り返し信号に対して高速サンプリング処理を行うことで参照信号（第３の高速サンプリング信号）を作成する第６の信号作成手段として機能する。

そして、相関処理部１４３は、当該参照信号と折り返し信号（高速サンプリング処理後）との相関値を算出することで第１の相関パターン信号を出力する。また、相関処理部１４３が、参照信号同士の相関値（すなわち自己相関値）を算出することで自己相関信号を出力する。さらに、相関処理部１４３が、第１の相関パターン信号と自己相関信号との相関値を算出することで第２の相関パターン信号を出力する。最後に、受信タイミング特定部１４４が第２の相関パターン信号における相関の最大値を探索し、相関の最大値を示すタイミングを、折り返し信号の受信タイミングとして出力する。

本発明の変形例によって、既知パターン相関処理に用いられる信号長が長くなるため、基地局１００は、折り返し信号の受信タイミングの特定精度をより向上させることができるため、測距の精度をより向上させることができる。

なお、上記では、各種受信処理（復調、復号等）によって取得された受信データ信号が用いられたが、基地局１００および移動局２００が、事前に、折り返し信号に含まれるデータ信号の内容を共有している場合には、各種受信処理を省略することができる。より具体的には、基地局１００は、事前に把握している受信データ信号および既知パターンに基づいて折り返し信号を復元し、これを第２の既知パターンとして使用してもよい。これによって、基地局１００は、各種受信処理のためのリソースを削減することができ、折り返し信号の検出後に復元処理を行わなくてよいため、受信タイミングの特定に要する時間を短縮することができる。

＜６．各装置のハードウェア構成＞
上記では、本発明の変形例について説明した。続いて、図８を参照して、本発明に係る各装置のハードウェア構成について説明する。上述の動作は、ソフトウェアと、以下に説明する基地局１００または移動局２００のハードウェアとの協働により実現される。

図８は、本発明に係る基地局１００または移動局２００のハードウェア構成を示すブロック図である。本発明に係る基地局１００または移動局２００は、図８に示す情報処理装置９００によって具現され得る。

情報処理装置９００は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）９０１と、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）９０２と、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）９０３と、ホストバス９０４と、ブリッジ９０５と、外部バス９０６と、インタフェース９０７と、入力装置９０８と、出力装置９０９と、ストレージ装置９１０と、送受信装置９１１と、を備える。

ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って情報処理装置９００内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ９０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ９０２は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０３は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはＣＰＵバス等から構成されるホストバス９０４により相互に接続されている。

ホストバス９０４は、ブリッジ９０５を介して、ＰＣＩ（ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バス等の外部バス９０６に接続されている。なお、必ずしもホストバス９０４、ブリッジ９０５および外部バス９０６を分離構成する必要はなく、１つのバスにこれらの機能を実装してもよい。

入力装置９０８は、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチおよびレバー等ユーザが情報を入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路等から構成されている。情報処理装置９００を操作するユーザは、この入力装置９０８を操作することにより、情報処理装置９００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。

出力装置９０９は、例えば、ＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置、ＯＬＥＤ（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）装置およびランプ等の表示装置を含む。

ストレージ装置９１０は、データ格納用の装置である。ストレージ装置９１０は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置等を含んでもよい。ストレージ装置９１０は、例えば、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）で構成される。このストレージ装置９１０は、ハードディスクを駆動し、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データを格納してもよい。

送受信装置９１１は、例えば、外部装置と通信するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。また、送受信装置９１１は、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）対応通信装置であってもよい。

＜７．むすび＞
以上で説明してきた本発明に係る測距装置は、測距対象の装置からの折り返し信号の受信タイミングを特定するにあたり、折り返し信号と、その検出用の参照信号との相関ではなく、当該相関を示す相関信号と、参照信号同士の相関（すなわち自己相関）を示す自己相関信号との相関に基づいて処理を行う。これによって、折り返し信号と参照信号との相関に基づいて折り返し信号の受信タイミングを特定する既存技術に比べて、相関値の算出に用いられる情報量が多くなるため、本発明に係る測距システムは、折り返し信号の受信タイミングの特定精度をより向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本実施形態に係る各装置の動作における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。すなわち、基地局１００または移動局２００の動作における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。例えば、図７のステップＳ１０２０「折り返し信号を高速サンプリング」とステップＳ１０２４「既知パターン信号を高速サンプリングして参照信号を生成」は、逆の順序で処理されてもよいし、並列的に処理されてもよい。

また、基地局１００の構成の一部は、適宜基地局１００外に設けられ得る。また、基地局１００の機能の一部が、制御部１６０よって具現されてもよい。例えば、制御部１６０が、既知パターン生成部１１０、送信処理部１２０、アンテナ制御部１３０、受信処理部１４０、測距部１５０の機能の一部を具現してもよい。

なお、上記では、第１の相関パターン信号ではなく第２の相関パターン信号に基づいて折り返し信号の受信タイミングの特定処理が行われる旨について説明したが、第１の相関パターン信号および第２の相関パターン信号の両方に基づいて折り返し信号の受信タイミングの特定処理が行われてもよい。例えば、第２の相関パターン信号において相関値が最大となるタイミングと、第１の相関パターン信号において相関値が最大となるタイミングとの差が所定の閾値より大きい場合には、基地局１００は、適宜処理のやり直しを行ったり、折り返し信号の受信タイミングを特定できないという出力を行ったりしてもよい。また、基地局１００は、第２の相関パターン信号において相関値が最大となるタイミングと、第１の相関パターン信号において相関値が最大となるタイミングと、を用いて各種演算（平均値の算出等）を行うことによって折り返し信号の受信タイミングを特定してもよい。これによって、折り返し信号の受信タイミングの特定精度がより向上され得る。

また、本発明に係る方式と既存方式とを切り替えることができてもよい。より具体的に説明すると、基地局１００は、本発明に係る方式を用いなくても折り返し信号の受信タイミングを十分高い精度で特定することができると判断した場合には、第１の相関パターン信号における相関の最大値に基づいて折り返し信号の受信タイミングを特定する方式（すなわち既存方式）を用いて処理を行ってもよい。これによって、基地局１００は、処理に要するリソースを削減することができる。また基地局１００は、測距対象となる移動局２００の数が多い場合においても、処理方式を既存方式に切り替えることによって、処理精度を低減させる代わりに測距処理数を増加させてもよい。なお、本発明に係る方式と既存方式とを切り替える方法は任意である。例えば、基地局１００が方式を切り替える旨を通知する所定の信号を移動局２００に送信してもよい。

１００基地局
１１０既知パターン生成部
１２０送信処理部
１２１データ生成部
１２２送信信号生成部
１３０アンテナ制御部
１４０受信処理部
１４１信号検出部
１４２高速サンプリング部
１４３相関処理部
１４４受信タイミング特定部
１５０測距部
１６０制御部
２００移動局

Claims

第１の既知パターン信号に対して高速サンプリング処理を行うことで第１の高速サンプリング信号を作成する第１の信号作成手段と、
前記第１の高速サンプリング信号同士から自己相関信号を作成する第２の信号作成手段と、
無線アンテナによって受信された受信信号から前記第１の既知パターン信号を検出し、前記受信信号において前記第１の既知パターン信号が含まれる部分に対して高速サンプリング処理を行うことで第２の高速サンプリング信号を作成する第３の信号作成手段と、
前記第１の高速サンプリング信号と前記第２の高速サンプリング信号との相関を示す第１の相関パターン信号を作成する第４の信号作成手段と、
前記自己相関信号と前記第１の相関パターン信号との相関を示す第２の相関パターン信号を作成する第５の信号作成手段と、
前記第２の相関パターン信号において相関値が最大となるタイミングと所定のタイミングとの時間差に基づいて前記受信信号を送信した対向装置と自装置との離隔距離を算出する距離算出手段と、
前記受信信号に対して受信処理を行うことで受信データ信号を取得する受信処理部と、
前記受信信号に含まれる前記第１の既知パターン信号および前記受信データ信号に基づいて第２の既知パターン信号を作成し、前記第２の既知パターン信号に対して高速サンプリング処理を行うことで第３の高速サンプリング信号を作成する第６の信号作成手段と、を備え、
前記第３の高速サンプリング信号が前記第１の高速サンプリング信号として使用される、
測距装置。
前記相関値が最大となるタイミングは、前記受信信号の受信タイミングとして求められる、
請求項１に記載の測距装置。
前記所定のタイミングは、自装置から前記対向装置に所定の信号が送信されたタイミングであり、
前記受信信号は、前記所定の信号に対応するように前記対向装置から送信された折り返し信号である、
請求項１または２のいずれか１項に記載の測距装置。