JP6916141B2 - 測距システム - Google Patents

Description

本発明は、２者間の距離を測定する測距システムに関する。

従来、２者間で電波を送受信し合って、電波の伝搬時間から２者間の距離を演算する測距システムが周知である（特許文献１等参照）。この測距システムでは、基地局から端末に電波を送信し、その電波を端末から基地局に返信させる。そして、このときの電波のやり取りに要した伝搬時間から、基地局と端末との間の距離を演算する。

特開２０１７−３８３４８号公報

ところで、この種の測距システムにおいては、測距できる距離（測距可能距離）が短いと、離れた相手との間の距離を測定できない。よって、十分な測距可能距離を確保したい要望があった。

本発明の目的は、十分な測距可能距離を確保することを可能にした測距システムを提供することにある。

前記問題点を解決する測距システムは、第１通信機及び第２通信機の一方から他方に、複素信号からなるベースバンド信号を周波数変換した電波を送信し、当該電波の伝搬特性を求めて、当該伝搬特性から前記第１通信機及び前記第２通信機の間の距離を演算する構成であって、ベースバンド信号を周波数変換することで生成される電波を相手側に送信して測距を行うにあたり、あるベースバンド信号に対し、パワースペクトルのピーク周波数を規定量シフトした別のベースバンド信号を作り、当該ベースバンド信号を周波数変換した電波を送信アンテナから送信させる周波数シフト部と、これらベースバンド信号の電波から求まる伝搬特性を用いて、前記第１通信機及び第２通信機の間の距離を求める測距部とを備えた測距システム。

本構成によれば、パワースペクトルのピーク周波数を規定量シフトさせて作成したベースバンド信号で伝搬特性を測定した場合、周波数シフトをしないベースバンド信号で伝搬特性を測定したときに得られる周波数とは異なる周波数の伝搬特性を抽出することが可能となる。このため、仮に同じチャネルで電波送信した場合であっても、複数の周波数の伝搬特性を得ることが可能となるので、伝搬特性を測定するにあたっての周波数の分解能が向上する。よって、このように伝搬特性をより狭い周波数間隔で測定することが可能となれば、測距可能距離が隣の周波数との間隔に依存する測距システムにおいて、測距可能距離を延ばすことが可能となる。

前記測距システムにおいて、前記第１通信機及び前記第２通信機は、前記電波を複数チャネルで送信し、前記測距部は、各チャネルで測定された伝搬特性を基に、前記距離を求めることが好ましい。この構成によれば、複数チャネルを使用して、距離をより精度よく求めるのに有利となる。

前記測距システムにおいて、受信した電波をフーリエ変換することによって求まる周波数スペクトルの伝搬特性において、ＤＣ成分付近の位相を基に前記ＤＣ成分の位相を補間することにより、ＤＣ成分の伝搬特性を抽出するＤＣ成分抽出部を備え、前記ＤＣ成分抽出部は、周波数スペクトルにおいてベースバンドＤＣ成分に対応する伝搬周波数をＤＣ成分周波数とした場合、当該ＤＣ成分周波数ごとにＤＣ成分伝搬特性を抽出し、前記測距部は、これらＤＣ成分伝搬特性を基に、前記第１通信機及び前記第２通信機の間の距離を求めることが好ましい。この構成によれば、周波数スペクトルのＤＣ成分伝搬特性には、送受信する信号をＤ／Ａ変換又はＡ／Ｄ変換する際に生じ得る誤差が乗らない。よって、距離を精度よく求めるのに一層有利となる。

前記測距システムにおいて、測定された複数の伝搬特性を合成する合成部と、合成により得られた伝搬特性を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部とを備え、前記測距部は、逆フーリエ変換の演算結果から、前記第１通信機及び前記第２通信機の間の距離を演算することが好ましい。この構成によれば、逆フーリエ変換の演算結果を用いて、距離を精度よく求めることが可能となる。

前記測距システムにおいて、前記規定量は、周波数スペクトルにおいてベースバンドＤＣ成分に対応する伝搬周波数をＤＣ成分周波数とした場合、当該ＤＣ成分周波数の周波数間隔が等間隔となる値に設定されていることが好ましい。この構成によれば、伝搬特性を測定する際の周波数間隔をそれぞれ一定間隔に設定することが可能となるので、周波数間隔が最適化される。よって、距離を精度よく求めるのに一層有利となる。

本発明によれば、十分な測距可能距離を確保することができる。

一実施形態の測距システムが用いられる通信機のモデル図。 測距システムの電波送信部及び電波受信部の構成図。 測距システムにおいて距離演算を行う要素の構成図。 測距の手順を示すフローチャート。 （ａ），（ｂ）は「０」Ｈｚ中心のベースバンド信号の周波数スペクトル図、（ｃ）はそのベースバンド信号の電波の周波数スペクトル図。 （ａ），（ｂ）は「ｆｓ」中心のベースバンド信号の周波数スペクトル図、（ｃ）はそのベースバンド信号の電波の周波数スペクトル図。 （ａ）〜（ｃ）はＤＣ成分の求め方を説明するのに用いる位相スペクトル図。 複数チャネルの各電波から構築される振幅及び位相を示す特性図。

以下、測距システムの一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
図１に示すように、測距システム１は、第１通信機２及び第２通信機３の間の距離Ｌを、無線通信を通じて測定する。本例の測距システム１は、無線によって接続された第１通信機２及び第２通信機３の間で電波Ｓｉを送受し、電波Ｓｉの伝搬特性（振幅及び位相）を求める。そして、その伝搬特性から等価的にインパルスの伝搬時間Ｔｘ、すなわち距離Ｌを演算する。本例の場合、例えば第１通信機２が車両の電子キーであり、第２通信機３が車両である。第１通信機２及び第２通信機３の通信は、例えばブルートゥース（Bluetooth：登録商標）であることが好ましい。

図２に示すように、測距システム１は、電波Ｓｉの送信側となる電波送信部６と、電波Ｓｉの受信側となる電波受信部７とを備える。電波送信部６は、波形生成部８、変調部９、ＤＡコンバータ１０、ミキサ１１、発振器１２及び送信アンテナ１３を備える。

波形生成部８は、第１通信機２及び第２通信機３の間で送信される電波Ｓｉとして、周期的なデジタル符号からなる周期信号Ｓｋを生成し、これを変調部９に出力する。周期信号Ｓｋは、例えば２値化符号の「０」及び「１」が周期Ｔごとに切り替わる信号からなる。変調部９は、ＧＦＳＫ（Gaussian Frequency Shift Keying）により信号変調を行う。周期信号Ｓｋは、変調部９で変調されて、ＤＡコンバータ１０でＤ／Ａ変換される。そして、Ｄ／Ａ変換後のベースバンド信号Ｓｂがミキサ１１で発振器１２の搬送波と重畳されて、送信アンテナ１３から電波Ｓｉとして送信される。

電波受信部７は、受信アンテナ１６、ミキサ１７、発振器１８、ＡＤコンバータ１９及びフーリエ変換部２０を備える。電波受信部７は、電波送信部６から送信された周期信号Ｓｋの電波Ｓｉを受信アンテナ１６で受信すると、受信信号をミキサ１７で元のベースバンド信号Ｓｂに変換し、これをＡＤコンバータ１９でＡ／Ｄ変換する。そして、Ａ／Ｄ変換後の信号がフーリエ変換部２０によって変換（ＦＦＴ変換）されることにより、受信信号の周波数スペクトル（伝搬特性）が測定される。伝搬特性は、送受信された電波Ｓｉの振幅及び位相の各データである。

測距システム１は、通信時の伝搬特性の測定を、通信する複数のチャネルの全てで実行する。また、第１通信機２から第２通信機３に電波Ｓｉを送信して伝搬特性を測定するとともに、第２通信機３から第１通信機２にも電波Ｓｉを送信して伝搬特性を測定する。すなわち、第１通信機２及び第２通信機３の両方で伝搬特性の測定を行う。この場合、第１通信機２及び第２通信機３の両方に、電波送信部６及び電波受信部７が各々設けられることになる。

電波受信部７は、受信電波の伝搬特性のＤＣ成分を抽出するＤＣ成分抽出部２１を備える。ＤＣ成分抽出部２１は、受信した電波Ｓｉの伝搬特性として振幅及び位相のＤＣ成分（ＤＣ成分伝搬特性）を抽出する。ＤＣ成分は、複素信号からなるベースバンド信号Ｓｂ（Ｓｂ’）のフーリエ変換後（ＦＦＴ変換後）の周波数スペクトルにおいて、周波数が「０」Ｈｚのときの特性値である。本例のＤＣ成分抽出部２１は、受信した電波Ｓｉをフーリエ変換することによって求まる周波数スペクトルの伝搬特性において、ＤＣ成分付近の位相を基にＤＣ成分の位相を補間して、ＤＣ成分伝搬特性を算出する。

図３に示すように、測距システム１は、乗算部２３、合成部２４、逆フーリエ変換部２５及び測距部２６を備える。なお、乗算部２３、逆フーリエ変換部２５及び測距部２６の機能群は、第１通信機２及び第２通信機３のどちらに設けられてもよい。

乗算部２３は、第１通信機２から第２通信機３に電波送信して測定された伝搬特性と、第２通信機３から第１通信機２に電波送信して測定された伝搬特性とを乗算する。このように、本例の乗算部２３は、第１通信機２から第２通信機３に電波送信して求まったＦＦＴ結果と、第２通信機３から第１通信機２に電波送信して求まったＦＦＴ結果とを乗算する。

合成部２４は、受信電波ごとにＤＣ成分抽出部２１が抽出した複数のＤＣ成分伝搬特性を合成する。例えば、電波Ｓｉが複数チャネルで送信された場合、各チャネルにおいて抽出されたＤＣ成分伝搬特性を、複数チャネル分、合成する。本例の合成部２４は、複数のＤＣ成分伝搬特性を合成することにより、これらを並べたベクトルから構築される周波数データＨ（ｆ）を求める。

逆フーリエ変換部２５は、合成後の伝搬特性を逆フーリエ変換することにより、測距に必要な演算結果を算出する。本例の逆フーリエ変換部２５は、合成部２４により求められた周波数データＨ（ｆ）を逆フーリエ変換し、その演算結果として時間データｙ（ｔ）を求める。

測距部２６は、合成により得られた伝搬特性を逆フーリエ変換した演算結果（逆フーリエ変換部２５の演算結果）から、第１通信機２及び第２通信機３の間の距離Ｌを算出する。本例の測距部２６は、逆フーリエ変換部２５により求められた時間データｙ（ｔ）から、第１通信機２及び第２通信機３の間の距離Ｌを算出する。

測距システム１は、ベースバンド信号Ｓｂのピーク周波数を規定量ｆｓシフトする手法を用いて、測距可能距離を延ばす測距可能距離増加機能を備える。本例の測距可能距離増加機能は、電波Ｓｉで測距するにあたり、あるチャネルで電波送信する際、「０」Ｈｚ中心のベースバンド信号Ｓｂから伝搬特性を測定するのみならず、「０」Ｈｚからピーク周波数を規定量ｆｓシフトさせたベースバンド信号Ｓｂ’を作り、このベースバンド信号Ｓｂ’から測定した伝搬特性も用いて、測距を行うものである。

この場合、測距システム１は、あるベースバンド信号Ｓｂに対してパワースペクトルのピーク周波数を規定量ｆｓシフトした別のベースバンド信号Ｓｂ’を作成する周波数シフト部２９（図２参照）を備える。本例の周波数シフト部２９は、ＡＤコンバータ１９に設けられている。周波数シフト部２９は、例えば元のベースバンド信号Ｓｂを規定量ｆｓシフトさせることにより、規定量ｆｓを中心としたベースバンド信号Ｓｂ’を作成する。測距部２６は、これらベースバンド信号Ｓｂ，Ｓｂ’から求まる伝搬特性を用いて、第１通信機２及び第２通信機３の間の距離Ｌを求める。

次に、図４〜図８を用いて、本実施例の測距システム１の作用及び効果を説明する。
図４に示すように、ステップ１０１において、第１通信機２は、電波Ｓｉを第２通信機３に送信して、第２通信機３に伝搬特性を測定させる。本例の場合、まず波形生成部８は、「０」及び「１」が周期的に繰り返される周期信号Ｓｋを生成し、これを変調部９に出力する。変調部９は、「０」及び「１」の繰り返し信号の周期信号ＳｋをＧＦＳＫ変調し、これをＤＡコンバータ１０に出力する。そして、ＤＡコンバータ１０を通過した複素信号は、ミキサ１１（周波数シフト部２９）に出力される。

図５及び図６に示すように、電波送信部６は、測距の電波Ｓｉを電波受信部７に送信するにあたり、周波数シフトを行わない「０」Ｈｚ中心で作ったベースバンド信号Ｓｂからなる電波Ｓｉを送信する場合（図５で示す例）と、周波数シフト部２９によってベースバンド信号Ｓｂを規定量の「ｆｓ」Ｈｚ中心となるように作ったベースバンド信号Ｓｂ’の電波Ｓｉを送信する場合（図６で示す例）との２通りのパターンで、電波送信を実行する。ここで、複数チャネルで電波送信を行う場合、ベースバンド信号Ｓｂを周波数シフトしない送信パターンとベースバンド信号Ｓｂを周波数シフトする送信パターンとを、各チャネルで繰り返し行う。

図５（ａ）に、ＤＡコンバータ１０の信号出力点Ｐａにおいて、周波数シフトをしていない場合のベースバンド信号Ｓｂのパワースペクトル（振幅特性）を図示したものである。同図に示されるように、このベースバンド信号Ｓｂは、パワースペクトルのピーク周波数が「０」Ｈｚとなった信号である。ピーク周波数は、パワースペクトルにおいて振幅が最大値をとる際の周波数をいう。そして、ベースバンド信号Ｓｂは、ミキサ１１で中心周波数ｆｃにアップコンバートされた後、搬送波に乗せられ、送信アンテナ１３から電波Ｓｉとして所定チャネルで送信される。第２通信機３は、第１通信機２から送信された電波Ｓｉを受信アンテナ１６で受信する。

図５（ｂ）に、受信アンテナ１６の信号経路上の一点Ｐｂにおいて、周波数シフトをしていない場合のベースバンド信号Ｓｂの電波の周波数スペクトル（図５（ｂ）の紙面上図がパワースペクトル、図５（ｂ）の紙面下図が位相スペクトル）を図示する。同図に示されるように、パワースペクトルは、電波Ｓｉの中心周波数ｆｃのときにピークが立った振幅変化をとる。また、伝搬による位相変化特性は、周波数と位相とが比例して上昇していく位相変化をとる。

受信アンテナ１６で受信された電波は、ミキサ１７によってダウンコンバートされ、ベースバンド信号Ｓｂに変換される。そして、ダウンコンバートされたベースバンド信号Ｓｂは、ＡＤコンバータ１９によってＡ／Ｄ変換され、フーリエ変換部２０に出力される。フーリエ変換部２０は、Ａ／Ｄ変換後の信号をフーリエ変換し、ベースバンド信号Ｓｂの周波数スペクトル、すなわち伝搬特性を測定する。

図５（ｃ）に、ＡＤコンバータ１９の信号出力点Ｐｃにおいて、周波数シフトをしていない場合のＡ／Ｄ変換後のベースバンド信号Ｓｂの周波数スペクトル（図５（ｃ）の紙面上図がパワースペクトル、図５（ｃ）の紙面下図が位相スペクトル）を図示する。パワースペクトルは、周波数が「０」Ｈｚ（パワースペクトルのＤＣ成分）のときにピーク（振幅Ｐ（ｆ））が立った振幅変化をとる。本例の場合、周期Ｔで「０」，「１」が繰り返される周期信号Ｓｋを送信して測距するので、パワースペクトルは、１／Ｔ周期でスペクトルが立つ波形をとる。パワースペクトルは、ＤＣ成分である周波数「０」Ｈｚを頂点とした放物線に沿って値が変化する波形をとる。また、位相スペクトルも、１／Ｔ周期でスペクトルが立つ波形をとっていることが分かる。

ところで、電波送受信時、Ａ／Ｄ変換やＤ／Ａ変換のサンプリングタイミングの際に信号に遅延が生じるが、仮に遅延が発生した場合には、図７（ａ）に示すように、位相特性の傾きは変化するものの、ＤＣ成分である周波数「０」Ｈｚの位相は変化しない。このように、周波数「０」Ｈｚの位相には遅延の誤差が現れないので、この位相を電波（キャリアの中心周波数）の位相として抽出すれば、遅延の誤差をキャンセルできることが分かる。よって、Ｄ／Ａ変換やＡ／Ｄ変換による位相誤差は、「０」Ｈｚのとき「０」であるので、ベースバンド信号Ｓｂが「０」Ｈｚのときの位相θ０は、対応する受信信号の位相θ０と等しくなる。

しかし、図７（ｂ）に示すように、実際のところ、周波数「０」Ｈｚの成分にはオフセットによる誤差が生じ、正しくＤＣ成分を抽出することができない。
そこで、図７（ｃ）に示すように、ＤＣ成分抽出部２１は、位相スペクトルのＤＣ成分（周波数「０」）の直近前後の位相θｍ，θｐを利用して、ＤＣ成分の位相θ０を算出する。本例の場合、ＤＣ成分（周波数「０」）の１つ前の位相スペクトルの位相θｍと、ＤＣ成分（周波数「０」）の１つ後の位相スペクトルの位相θｐとの平均を求め、これをＤＣ成分の位相θ０（＝（θｍ＋θｐ）／２）として割り出す。このようにして、本例のＤＣ成分抽出部２１は、周波数スペクトルの伝搬特性において、ＤＣ成分付近の位相を基にＤＣ成分の位相を補間することにより、ＤＣ成分の位相∠θ（ｆ）を抽出する。そして、ＤＣ成分抽出部２１は、パワースペクトルのＤＣ成分と、補間により求めた位相スペクトルのＤＣ成分とを、ＤＣ成分伝搬特性として算出する。

図５（ｂ），（ｃ）に戻り、位相スペクトルにおいては、Ａ／Ｄ変換後のベースバンド信号Ｓｂの「０」Ｈｚの位相θ０（図５（ｃ）に図示）と、受信電波の中心周波数ｆｃの位相θ０（図５（ｂ）に図示）とが関連付いていることが分かる。よって、周波数スペクトルにおいてベースバンドＤＣ成分（ベースバンド信号ＳｂのＤＣ成分）に対応する伝搬周波数をＤＣ成分周波数とした場合、周波数シフトしないときのＤＣ成分周波数は、中心周波数の「ｆｃ」となる。伝搬周波数は、通信においてベースバンドＤＣ成分が伝搬される周波数をいう。

図４に戻り、ステップ１０２において、第２通信機３は、電波Ｓｉを第１通信機２に送信して、第１通信機２に伝搬特性（振幅及び位相）を測定させる。すなわち、第２通信機３から第１通信機２に電波Ｓｉを送信して、第１通信機２においても伝搬特性（振幅及び位相）を測定する。なお、伝搬特性の測定は、第１通信機２から第２通信機３に電波送信して行う場合と同様であるので、説明を省略する。

第１通信機２及び第２通信機３の通信の往復で伝搬特性が各々測定されると、乗算部２３は、第１通信機２から第２通信機３に電波送信して測定された伝搬特性（ＦＦＴ結果）と、第２通信機３から第１通信機２に電波送信して測定された伝搬特性（ＦＦＴ結果）とを乗算する。これにより、測距システム１の各デバイスにクロック誤差やＰＬＬの初期位相誤差が発生していても、これら誤差は送信側と受信側とで逆符号の位相誤差で現れていることから、ＦＦＴ結果の乗算により、これら誤差がキャンセルされる。

図６（ａ）に、ＤＡコンバータ１０の信号出力点Ｐａにおいて、周波数シフトをした場合のベースバンド信号Ｓｂ’のパワースペクトル（振幅特性）を図示する。同図に示されるように、周波数シフト部２９は、測距において電波送信を行うにあたり、元のベースバンド信号Ｓｂを規定量ｆｓ分シフトして、規定量ｆｓを中心としたベースバンド信号Ｓｂ’を生成する。このベースバンド信号Ｓｂ’は、パワースペクトルのピーク周波数が「ｆｓ」Ｈｚとなった信号である。そして、ベースバンド信号Ｓｂ’は、ミキサ１１で中心周波数ｆｃにアップコンバートされた後、搬送波に乗せられ、送信アンテナ１３から電波Ｓｉとして、周波数シフトを行わないときと同じチャネルで送信される。

図６（ｂ）に、受信アンテナ１６の信号経路上の一点Ｐｂにおいて、周波数シフトをした場合のベースバンド信号Ｓｂ’の電波の周波数スペクトル（図６（ｂ）の紙面上図がパワースペクトル、図６（ｂ）の紙面下図が位相スペクトル）を図示する。また、図６（ｃ）に、ＡＤコンバータ１９の信号出力点Ｐｃにおいて、周波数シフトをした場合のＡ／Ｄ変換後のベースバンド信号Ｓｂ’の周波数スペクトル（図６（ｃ）の紙面上図がパワースペクトル、図６（ｃ）の紙面下図が位相スペクトル）を図示する。

これら図から分かるように、「ｆｓ」Ｈｚ中心で作られたベースバンド信号Ｓｂ’の伝搬特性を測定した場合、このベースバンド信号Ｓｂ’の「０」Ｈｚは、受信電波の「ｆｃ−ｆｓ」をダウンコンバートしたものであるので、ベースバンド信号Ｓｂ’の「０」Ｈｚと受信電波の「ｆｃ−ｆｓ」が等しくなる。よって、位相スペクトルにおいてベースバンドＤＣ成分（ベースバンド信号Ｓｂ’のＤＣ成分）を測定した場合、これを「ｆｃ−ｆｓ」の位相∠θ（ｆｃ−ｆｓ）として求めることが可能となる。

このように、周波数シフトされていないベースバンド信号Ｓｂを所定チャネルで電波送信した場合には、このチャネルにおけるＤＣ成分周波数「ｆｃ」のときのＤＣ成分伝搬特性（振幅及び位相の各データ）を得ることができる。また、周波数シフトされたベースバンド信号Ｓｂ’を、周波数シフトしないときと同じチャネルで送信した場合には、このチャネルにおけるＤＣ成分周波数「ｆｃ−ｆｓ」のときのＤＣ成分伝搬特性（振幅及び位相の各データ）を得ることができる。

ここで、図８に示すように、例えばチャネルＣＨ１でベースバンド信号Ｓｂの電波Ｓｉが通信された場合には、ＣＨ１のＤＣ成分周波数「ｆ１：中心周波数」の伝搬特性Ｈ（ｆ１）、すなわちＣＨ１のベースバンド信号ＳｂのＤＣ成分伝搬特性が得られる。伝搬特性Ｈ（ｆ１）は、大きさが振幅特性、位相角が位相特性を表す複素数として得られる。伝搬特性Ｈ（ｆ１）は、次式(1)により表される。なお、次式では、Ｐ（ｆ１）がＣＨ１の振幅データであり、∠θ（ｆ１）が位相データである。

Ｈ（ｆ１）＝Ｐ（ｆ１）∠θ（ｆ１） … (1)
また、周波数シフトされたベースバンド信号Ｓｂ’の電波ＳｉをチャネルＣＨ１で送信した場合には、同様にＤＣ成分周波数「ｆ１−ｆｓ」の伝搬特性Ｈ（ｆ１−ｆｓ）を得ることができる。このように、チャネルＣＨ１の電波通信を通じて、ＤＣ成分周波数「ｆ１：中心周波数」のときの伝搬特性Ｈ（ｆ１）と、ＤＣ成分周波数「ｆ１−ｆｓ」のときの伝搬特性Ｈ（ｆ１−ｆｓ）とを得ることができる。

図４に戻り、ステップ１０３において、測距システム１（第１通信機２及び第２通信機３）は、通信の各チャネルで、順次、伝搬特性を測定する。通信がブルートゥースの場合、複数のチャネル（例えば４０チャネル）が存在するので、各チャネルの全てにおいて通信（往復）の伝搬特性が測定される。このため、ＣＨ２以降においても、各チャネルにおいて同様に２つの伝搬特性を得ることができる。

ステップ１０４において、合成部２４は、全チャネルの往復の伝搬特性を合成する。本例の場合、合成部２４は、各チャネルの伝搬特性を並べたベクトルを作る。本例では、各チャネルの伝搬特性を並べたベクトル、すなわち周波数データＨ（ｆ）として、［Ｈ（ｆ１−ｆｓ），Ｈ（ｆ１），Ｈ（ｆ２−ｆｓ），Ｈ（ｆ２），…，Ｈ（ｆｎ−ｆｓ），Ｈ（ｆｎ）］を得る。

ステップ１０５において、逆フーリエ変換部２５は、合成後の伝搬特性（周波数データＨ（ｆ））を逆フーリエ変換する。本例の場合、ベクトル（周波数データＨ（ｆ））を入力データとして、これを逆フーリエ変換し、その演算結果を取得する。逆フーリエ変換の演算結果は、時間データｙ（ｔ）として取得することができる。時間データｙ（ｔ）は、［ｙ（ｔ１’），ｙ（ｔ１），ｙ（ｔ２’），ｙ（ｔ２），…，ｙ（ｔｎ’），ｙ（ｔｎ）］で表される。なお、ｔ１’，ｔ１，ｔ２’，ｔ２，…，ｔｎ’，ｔｎは、各伝搬特性Ｈ（ｆ１−ｆｓ），Ｈ（ｆ１），Ｈ（ｆ２−ｆｓ），Ｈ（ｆ２），…，Ｈ（ｆｎ−ｆｓ），Ｈ（ｆｎ）に対応した時間データである。

測距部２６は、逆フーリエ変換の演算結果を基に、電波Ｓｉの伝搬時間Ｔｘ、すなわち第１通信機２及び第２通信機３の距離Ｌを演算する。具体的には、測距部２６は、逆フーリエ変換の演算結果としてパルスを求め、このパルスが発生した時間を距離Ｌに換算する。なお、マルチパスの影響によって複数のパルスが出現した場合には、例えば最短時間のものを対象パルスとして取得するとよい。

ところで、複素信号の位相スペクトル（位相特性）を用いて測距を行う場合、位相は０〜２πの繰り返しであるため、測距の演算時に求まる距離Ｌにも繰り返しの性質が存在する。この繰り返しの周期、すなわち測距可能距離ｄmaxは、位相測定の周波数間隔Δｆに依存する。周波数間隔Δｆで位相測定した場合、測距可能距離ｄmaxは、次式(2)により求まる。なお、次式の「ｃ」は光速度である。

ｄmax＝ｃ／Δｆ … (2)
ここで、本例の場合、パワースペクトルのピーク周波数を規定量ｆｓシフトさせて作成したベースバンド信号Ｓｂ’で伝搬特性（位相）を測定した場合、周波数シフトをしないベースバンド信号Ｓｂで伝搬特性（位相）を測定したときに得られるＤＣ成分周波数（本例は「ｆｃ」）とは異なる値のＤＣ成分周波数（本例は「ｆｃ−ｆｓ」）を抽出することが可能となる。このため、仮に同じチャネルで電波送信した場合であっても、複数のＤＣ成分周波数を得ることが可能となるので、伝搬特性を測定するにあたってのＤＣ成分周波数の分解能が向上する。よって、このように伝搬特性をより狭い周波数間隔Δｆで測定することが可能となれば、測距可能距離ｄmaxが隣の周波数との間隔に依存する測距システム１において、測距可能距離ｄmaxを延ばすことができる。

第１通信機２及び第２通信機３は、電波Ｓｉを複数チャネルで送信する。測距部２６は、各チャネルで測定された伝搬特性を基に、距離Ｌを求める。よって、複数チャネルを使用して、距離Ｌを精度よく求めるのに有利となる。

測距システム１は、ＤＣ成分付近の位相θ０を基にＤＣ成分の位相を補間することによってＤＣ成分の伝搬特性を抽出するＤＣ成分抽出部２１を備える。ＤＣ成分抽出部２１は、ＤＣ成分周波数ごとにＤＣ成分を抽出する。測距部２６は、これらＤＣ成分を基に、第１通信機２及び第２通信機３の間の距離Ｌを求める。ところで、周波数スペクトルのＤＣ成分には、送受信する信号をＤ／Ａ変換又はＡ／Ｄ変換する際に生じ得る誤差が乗らない。よって、距離Ｌを精度よく求めるのに一層有利となる。

測距システム１は、測定された伝搬特性を合成する合成部２４と、合成により得られた伝搬特性を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部２５とを備える。測距部２６は、逆フーリエ変換の演算結果から、第１通信機２及び第２通信機３の間の距離Ｌを演算する。よって、逆フーリエ変換の演算結果を用いて、距離Ｌを精度よく求めることができる。

規定量ｆｓは、ＤＣ成分周波数の周波数間隔Δｆが等間隔となる値に設定されている。このため、伝搬特性を測定する際の周波数間隔Δｆをそれぞれ一定間隔に設定することが可能となるので、周波数間隔Δｆが最適化される。よって、距離Ｌを精度よく求めるものに一層有利となる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・例えば、任意の周波数を「０」とし、これを逆フーリエ変換時に周波数データＨ（ｆ）に加えてもよい。例えば、Ｈ（ｆ）＝［Ｈ（ｆ１），Ｈ（ｆ２），Ｈ（ｆ３），…，Ｈ（ｆｎ）］を、Ｈ（ｆ）＝［Ｈ（ｆ１），０，Ｈ（ｆ２），０，Ｈ（ｆ３），０，…，０，Ｈ（ｆｎ）］として逆フーリエ変換してもよい。こうすることで、逆フーリエ変換後の時間データサンプル数を増やすことができる。前述の例の場合、サンプル数は「ｎ」→「２ｎ−１」となる。

・処理は、全てのチャネルを用いることに限定されず、一部のチャネルのみ使用する態様としてもよい。
・測距は、複数チャネルを使用する方式に限らず、１つのチャネルから求めるものとしてもよい。

・周波数シフトは、１つのチャネルにおいて１パターンに限定されず、複数パターンとしてもよい。例えば、１つのチャネルにおいて周波数シフトを２パターン設け、１つのチャネルで３つのデータ（伝搬特性）を得るようにしてもよい。

・周波数シフトする規定量ｆｓは、種々の値に変更可能である。
・測距は、逆フーリエ変換の演算結果を用いることに限定されない。例えば、測定した伝搬特性（位相）の値自体から距離Ｌを演算するなど、他の手法に変更可能である。

・周期信号Ｓｋは、「０」，「１」が繰り返される信号に限定されない。例えば、「０」，「０」，「１」のデータ群が繰り返される信号など、２値化符号が周期的に繰り返されるものであれば、「０」，「１」の組み合わせは適宜変更できる。

・周期信号Ｓｋは、「０」，「１」の周期的な信号に限定されず、例えば「０」のみ、或いは「１」のみの信号でもよい。
・演算の順序は、フーリエ変換、ＤＣ成分抽出、乗算の順に限定されない。例えば、フーリエ変換、乗算、ＤＣ成分抽出の順序に変更してもよい。

・ＤＣ成分の位相θ０は、ＤＣ成分の前後の平均をとった値に限定されない。例えば、ＤＣ成分前後に限らず位相をいくつか抽出し、それらの値からＤＣ成分の位相θ０を求めてもよい。

・電波の周波数は、種々の周波数が採用できる。
・周期信号Ｓｋは、デジタル符号であればよい。また、このデジタル符号は、２値化符号に限定されず、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）等の変調を用いる場合を想定して、他の符号に変更してもよい。

・変調部９は、ＧＦＳＫに限定されず、単なるＦＳＫなどの他の部材に変更してもよい。
・第１通信機２を車両とし、第２通信機３を電子キーとすることに限定されない。例えば、第１通信機２を無線通信式のパーソナルコンピュータとし、第２通信機３を無線ＬＡＮルータとしてもよい。

・第２通信機３は、電子キー機能を有する高機能携帯電話でもよい。
・測距システム１は、電波を送受し合って測距を行うシステムに限定されない。例えば、第１通信機２及び第２通信機３の一方から他方のみに電波を送信して測距を行う単方向としてもよい。また、第１通信機２及び第２通信機３で電波を送受し合い、さらにもう一度、第１通信機２及び第２通信機３の一方から他方に電波を送信した上で、伝搬特性を求めて、２者間の測距を行ってもよい。

・測距システム１は、車両用の電子キーの認証を無線で行う電子キーシステムに使用されることに限定されず、種々のシステムや装置に適用してもよい。
・通信方式は、ブルートゥースに限定されず、例えば無線ＬＡＮやＵＷＢ等の他の通信としてもよい。

次に、上記実施形態及び変更例ら把握できる技術的思想について記載する。
（イ）第１通信機及び第２通信機の一方から他方に、複素信号からなるベースバンド信号を周波数変換した電波を送信し、当該電波の伝搬特性を求めて、当該伝搬特性から前記第１通信機及び前記第２通信機の間の距離を演算する測距方法であって、ベースバンド信号を周波数変換することで生成される電波を相手側に送信して測距を行うにあたり、測距に用いるベースバンド信号に対し、パワースペクトルのピーク周波数を規定量シフトしたベースバンド信号を作り、当該ベースバンド信号を周波数変換した電波を送信アンテナから送信させるステップと、これらベースバンド信号の電波から求まる伝搬特性を用いて、前記第１通信機及び第２通信機の間の距離を求めるステップとを備えた測距方法。

１…測距システム、２…第１通信機、３…第２通信機、１３…送信アンテナ、２１…ＤＣ成分抽出部、２４…合成部、２５…逆フーリエ変換部、２９…周波数シフト部、Ｓｂ，Ｓｂ’…ベースバンド信号、Ｌ…距離。

Claims (5)

1. 第１通信機及び第２通信機の一方から他方に、複素信号からなるベースバンド信号を周波数変換した電波を送信し、当該電波の伝搬特性を求めて、当該伝搬特性から前記第１通信機及び前記第２通信機の間の距離を演算する測距システムであって、
   ベースバンド信号を周波数変換することで生成される電波を相手側に送信して測距を行うにあたり、あるベースバンド信号に対し、パワースペクトルのピーク周波数を規定量シフトした別のベースバンド信号を作り、当該ベースバンド信号を周波数変換した電波を送信アンテナから送信させる周波数シフト部と、
   これらベースバンド信号の電波から求まる伝搬特性を用いて、前記第１通信機及び第２通信機の間の距離を求める測距部と
   を備えた測距システム。
2. 前記第１通信機及び前記第２通信機は、前記電波を複数チャネルで送信し、
   前記測距部は、各チャネルで測定された伝搬特性を基に、前記距離を求める
   請求項１に記載の測距システム。
3. 受信した電波をフーリエ変換することによって求まる周波数スペクトルの伝搬特性において、ＤＣ成分付近の位相を基に前記ＤＣ成分の位相を補間することにより、ＤＣ成分の伝搬特性を抽出するＤＣ成分抽出部を備え、
   前記ＤＣ成分抽出部は、周波数スペクトルにおいてベースバンドＤＣ成分に対応する伝搬周波数をＤＣ成分周波数とした場合、当該ＤＣ成分周波数ごとにＤＣ成分伝搬特性を抽出し、
   前記測距部は、これらＤＣ成分伝搬特性を基に、前記第１通信機及び前記第２通信機の間の距離を求める
   請求項１又は２に記載の測距システム。
4. 測定された複数の伝搬特性を合成する合成部と、
   合成により得られた伝搬特性を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部とを備え、
   前記測距部は、逆フーリエ変換の演算結果から、前記第１通信機及び前記第２通信機の間の距離を演算する
   請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の測距システム。
5. 前記規定量は、周波数スペクトルにおいてベースバンドＤＣ成分に対応する伝搬周波数をＤＣ成分周波数とした場合、当該ＤＣ成分周波数の周波数間隔が等間隔となる値に設定されている
   請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の測距システム。

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