JP6916142B2 - 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、例えばブルートゥース（Bluetooth：登録商標）を用いた測距システムとして、各チャネルの中心周波数の位相から測距を行う手法が検討されている。しかし、この手法において、ノイズが入ったチャネルを測距に用いてしまうと、距離を正確に求めることができない問題があった。

本発明の目的は、ノイズが入ったチャネルの検出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複数チャネルで送信し、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、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少なくとも１以上のチャネルで作ることにより、複数のチャネル間で電波の周波数スペクトル上の同一周波数における位相を測定可能にして、前記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、受信した電波をフーリエ変換することで求まる周波数スペクトルの伝搬特性において、受信したチャネルごとに、周波数シフトされた前記ベースバンド信号のＤＣ成分の位相を抽出するＤＣ成分抽出部と、ＤＣ成分抽出部により抽出された各チャネルの位相を比較し、その位相比較の判定結果を基にチャネルの異常有無を判定する異常チャネル判定部とを備えた。

本構成によれば、あるチャネルから測定した位相と、これとは別のチャネルから測定した位相とを比較した場合、チャネルにノイズが入っていると、ノイズ有りの比較結果が得られる。よって、測距を複数のチャネルの通信を通じて行う測距システムにおいて、ノイズが入ったチャネルの有無を検出することが可能となる。

前記測距システムにおいて、前記異常チャネル判定部は、位相比較の判定結果が異常無しの場合、その位相の測定に使用したチャネルを正常チャネルと判定することが好ましい。この構成によれば、ノイズがない可能性が高いチャネルを正常チャネルとして認識することが可能となる。

前記測距システムにおいて、前記異常チャネル判定部は、位相比較の判定結果が異常有りの場合、その位相の測定に使用したチャネルのうち、少なくとも１つを異常チャネルとして判定することが好ましい。この構成によれば、ノイズの入った可能性の高いチャネルを漏れなく検出するのに有利となる。

前記測距システムにおいて、前記周波数シフト部は、各チャネルで前記同一周波数を目標に前記ベースバンド信号をシフトして位相が測定されるにあたり、目標の同一周波数が同じとなっている各チャネルの位相を１つの組とした場合、この組を前記同一周波数ごとに複数作り、前記異常チャネル判定部は、これら各組ごとに得た位相比較の判定結果を基に、チャネルの異常有無を判定することが好ましい。この構成によれば、どのチャネルがノイズ入りのものかを精度よく判定するのに有利となる。

前記測距システムにおいて、前記異常チャネル判定部は、複数組で位相比較の判定結果が異常有りとなった場合、これら位相判定の両方で使用した共通のチャネルを異常チャネルと判定することが好ましい。この構成によれば、ノイズが入ったチャネルを精度よく検出することが可能となる。

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、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測距部とを備えることが好ましい。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。

本発明によれば、ノイズが入ったチャネルを検出することができる。

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）〜（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。 （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），（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。 ノイズ有無の判定を説明するのに用いる電波の周波数特性図。 ノイズ有無の判定を説明するのに用いる電波の周波数特性図。 ノイズ有無の判定を説明するのに用いる電波の周波数特性図。 ノイズ有無の判定を説明するのに用いる電波の周波数特性図。

以下、測距システムの一実施形態を図１〜図１３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、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、合成部２４、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、各チャネルにおいて抽出されたＤＣ成分伝搬特性を、これら複数チャネル分、合成する。本例の合成部２４は、各チャネルにおいて抽出された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、測距に用いる複数チャネルにおいてノイズが入ったチャネルを検出する異常チャネル検出機能を備える。本例の異常チャネル検出機能は、電波Ｓｉの周波数スペクトル上の同一周波数において、その位相∠θ（ｆ）を複数のチャネルから測定し、これら位相∠θ（ｆ）を用いて、チャネルが正常であるか否かを判定する。本例の場合、異常チャネル検出機能は、電波Ｓｉで測距するにあたり、複素信号の振幅特性において「０」Ｈｚから規定量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’から位相∠θ（ｆ）を測定する処理を各チャネルで行い、このようにして求めた位相∠θ（ｆ）からチャネルの異常有無を判定する。

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、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Ｓｂ’を少なくとも１以上のチャネルで作ることにより、複数のチャネル間で電波Ｓｉの周波数スペクトル上の同一周波数における位相∠θ（ｆ）を測定可能にして、そのベースバンド信号Ｓｂ’の基づく電波Ｓｉを送信アンテナ１３から送信させる。

本例の周波数シフト部２９は、各チャネルにおいて、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。そして、周波数シフト部２９は、このベースバンド信号Ｓｂ’をミキサ１１でアップコンバートし、これを電波Ｓｉとして送信アンテナ１３から送信させる。

ＤＣ成分抽出部２１は、周波数シフトされていないベースバンド信号ＳｂのＤＣ成分伝搬特性のみならず、周波数シフトされたベースバンド信号Ｓｂ’からもＤＣ成分伝搬特性を抽出する。本例のＤＣ成分抽出部２１は、通信される複数の各チャネルにおいて、それぞれのベースバンド信号Ｓｂ’のＤＣ成分伝搬特性を抽出する。

測距システム１は、周波数シフトされたベースバンド信号Ｓｂ’の伝搬特性（ＤＣ成分伝搬特性）を基にチャネルの異常有無を判定する異常チャネル判定部３１を備える。本例の異常チャネル判定部３１は、ＤＣ成分抽出部２１により抽出された各チャネルの位相∠θ（ｆ）、すなわち各チャネルにおいて周波数シフトされたベースバンド信号Ｓｂ’の位相∠θ（ｆ）を比較し、その位相比較の判定結果を基に、チャネルの異常有無を判定する。

次に、図４〜図１３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。
［測距時の動作］
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（ａ）は、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。なお、ここでは、中心周波数ｆｃのときに位相θ０をとっている。

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６（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６（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６（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ＤＣ成分に対応する周波数を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。

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。

ここで、図７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の中心周波数ｆ１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Ｈ１（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)
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、例えばＣＨ２〜ＣＨｎの電波が送受信された場合には、各チャネルの中心周波数ｆ２〜ｆｎの各伝搬特性Ｈ（ｆ２）〜Ｈ（ｆｎ）が得られる。複数周波数の伝搬特性を測定するのは、１つの周波数の伝搬特性ではインパルスを作ることができないからである。

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），Ｈ（ｆ２），…，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（ｔ２），…，ｙ（ｔｎ）］で表される。なお、ｔ１〜ｔｎは、各伝搬特性Ｈ（ｆ１）〜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。

［異常チャネル検出時の動作］
図８及び図９に示すように、異常チャネル検出の作動を行う場合、電波送信部６は、周波数シフト部２９によって規定量の「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を送信して、この電波Ｓｉの伝搬特性を測定させる。本例の場合、複数チャネルで電波送信を行い、ベースバンド信号Ｓｂをシフトしない送信パターンとベースバンド信号Ｓｂを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。

ここで、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、測距システム１は、まずチャネルＣＨ１を使用して、あるポイント（同一周波数）の位相θｘを求める作動を実行したとする。本例の場合、目標とするポイント（同一周波数）の位相θｘは、例えばチャネルＣＨ１の中心周波数ｆ１とチャネルＣＨ２の中心周波数ｆ２との中央値とする。

図８（ａ）に、ＤＡコンバータ１０の信号出力点Ｐａにおいて、周波数シフト部２９で周波数シフトをした場合のベースバンド信号Ｓｂ’_１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分マイナス側にシフトして、負の規定量ｆｓを中心としたベースバンド信号Ｓｂ’_１を生成する。このベースバンド信号Ｓｂ’_１は、パワースペクトルのピーク周波数が負の「ｆｓ」Ｈｚとなった信号である。そして、ベースバンド信号Ｓｂ’_１は、ミキサ１１でチャネルＣＨ１の中心周波数ｆ１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として送信される。

図８（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（負の規定量「ｆｓ」のシフト）をした場合のベースバンド信号Ｓｂ’_１の電波の周波数スペクトル（図８（ｂ）の紙面上図がパワースペクトル、図８（ｂ）の紙面下図が位相スペクトル）を図示する。また、図８（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（負の規定量「ｆｓ」のシフト）をした場合のＡ／Ｄ変換後のベースバンド信号Ｓｂ’_１の周波数スペクトル（図８（ｃ）の紙面上図がパワースペクトル、図８（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、負の「ｆｓ」Ｈｚ中心で作られたベースバンド信号Ｓｂ’_１の伝搬特性を測定した場合、このベースバンド信号Ｓｂ’_１の「０」Ｈｚは、受信電波の「ｆ１＋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’_１の「０」Ｈｚと受信電波の「ｆ１＋ｆｓ」が等しくなる。よって、位相スペクトルのＤＣ成分を測定した場合、これを「ｆ１＋ｆｓ」の位相θ_１＋として求めることが可能となる。

続いて、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、測距システム１は、チャネル２を使用して、チャネルＣＨ１と同じポイント（周波数）の位相θｘを求める作動を実行したとする。
図９（ａ）に、ＤＡコンバータ１０の信号出力点Ｐａにおいて、周波数シフト部２９で周波数シフトをした場合のベースバンド信号Ｓｂ’_２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分プラス側にシフトして、正の規定量ｆｓを中心としたベースバンド信号Ｓｂ’_２を生成する。このベースバンド信号Ｓｂ’_２は、パワースペクトルのピーク周波数が正の「ｆｓ」Ｈｚとなった信号である。そして、ベースバンド信号Ｓｂ’_２は、ミキサ１１でチャネルＣＨ２の中心周波数ｆ２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として送信される。

図９（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（正の規定量「ｆｓ」のシフト）をした場合のベースバンド信号Ｓｂ’_２の電波の周波数スペクトル（図９（ｂ）の紙面上図がパワースペクトル、図９（ｂ）の紙面下図が位相スペクトル）を図示する。また、図９（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（正の規定量「ｆｓ」のシフト）をした場合のＡ／Ｄ変換後のベースバンド信号Ｓｂ’_２の周波数スペクトル（図９（ｃ）の紙面上図がパワースペクトル、図９（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、正の「ｆｓ」Ｈｚ中心で作られたベースバンド信号Ｓｂ’_２の伝搬特性を測定した場合、このベースバンド信号Ｓｂ’_２の「０」Ｈｚは、受信電波の「ｆ２−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’_２の「０」Ｈｚと受信電波の「ｆ２−ｆｓ」が等しくなる。よって、位相スペクトルのＤＣ成分を測定した場合、これを「ｆ２−ｆｓ」の位相θ_２−として求めることが可能となる。

図１０に示すように、異常チャネル判定部３１は、このように算出された位相θ_１＋，位相θ_２−を用いて、異常チャネルの有無を判定する。本例の異常チャネル判定部３１は、位相θ_１＋，位相θ_２−の差の絶対値（位相差ｄθ_１，２）を算出し、これを閾値ｘと比較することにより、チャネルが異常であるか否かを判定する。なお、チャネル番号を「ｉ」とした場合、位相差は、ｄθ_{ｉ，ｉ＋１}と表すことができる。そして、位相差ｄθ_{ｉ，ｉ＋１}が閾値ｘ以上となる場合、チャネルｉ，ｉ＋１の片方又は両方のチャネルがノイズ等の影響を受けていると想定される。よって、異常チャネル判定部３１は、次式の判定条件(2)が成立するか否かを確認することにより、異常チャネルの有無を判定する。

ｄθ_{ｉ，ｉ＋１}＞ｘかつｄθ_{ｉ−１，ｉ}＞ｘ … (2)
図１１に示すように、異常チャネル判定部３１は、「ｄθ_１，２＞ｘかつｄθ_２，３＞ｘ」が成立することを確認すると、チャネルＣＨ２が異常チャネルであると判定する。なお、位相差ｄθ_２，３は、位相差ｄθ_１，２と同じ算出の仕方を用いて求めることができる。すなわち、チャネルＣＨ２から位相θ_２＋を算出し、チャネルＣＨ３から位相θ_３−を算出し、これらの差の絶対値をとることにより、位相差ｄθ_２，３を求める。また、図中の位相差ｄθ_３，４も同様の算出の仕方で求められる。

図１２に、正常なチャネルを判定する作動例を図示する。同図に示されるように、異常チャネル判定部３１は、次式の判定条件(3)が成立するか否かを確認し、この判定条件(3)を満足するチャネルを正常チャネルと判定する。

ｄθ_{ｉ，ｉ＋１}≦ｘ … (3)
異常チャネル判定部３１は、判定条件(3)が成立することを確認すると、チャネルｉ，ｉ＋１はともに正常なチャネルであると判定する。

図１３に、端のチャネル（例えば、ＣＨ１）の異常を判定する作動例を図示する。同図に示されるように、異常チャネル判定部３１は、次式の判定条件(4)，(5)のどちらかが成立するか否かを確認し、この判定条件が成立するチャネルを異常チャネルと判定する。

ｄθ_{ｉ，ｉ＋１}＞ｘかつｄθ_{ｉ＋１，ｉ＋２}≦ｘ … (4)
ｄθ_{ｉ，ｉ−１}＞ｘかつｄθ_{ｉ−１，ｉ−２}≦ｘ … (5)
異常チャネル判定部３１は、判定条件(4)，(5)のいずれかが成立することを確認すると、チャネルｉ（図１３の場合はＣＨ１）を異常チャネルと判定する。

測距部２６は、測定した伝搬特性（振幅及び位相の各データ）を使用して測距を行うにあたり、異常チャネル判定部３１によって異常と判定されたチャネルを除外して、距離Ｌを演算する。よって、ノイズの影響を受けない正常なチャネルのみを使用して測距を行うことが可能となるので、距離Ｌを高い精度で求めることが可能となる。

さて、本例の場合、あるチャネルにおいて周波数シフトしたベースバンド信号Ｓｂ’（Ｓｂ’_１）から測定した伝搬特性の位相と、これとは別のチャネルにおいて周波数シフトしたベースバンド信号Ｓｂ’（Ｓｂ’_２）から測定した伝搬特性の位相とを比較した場合、チャネルにノイズが入っていると、ノイズ有りの比較結果が得られる。よって、測距を複数のチャネルの通信を通じて行う測距システム１において、ノイズが入ったチャネルの有無を検出することができる。

異常チャネル判定部３１は、位相比較の判定結果が異常無しの場合、その位相を求めるのに使用したチャネルを正常チャネル（ノイズ無しのチャネル）と判定する。よって、ノイズがない可能性の高いチャネルを正常チャネルとして認識することが可能となる。

異常チャネル判定部３１は、位相比較の判定結果が異常有りの場合、その位相を求めるのに使用したチャネルのうち、少なくとも１つを異常チャネル（ノイズ有りのチャネル）として判定する。よって、ノイズが入った可能性の高いチャネルを漏れなく検出するのに有利となる。

周波数シフト部２９は、各チャネルで同一周波数（本例は「ｆ１＋ｆｓ」と「ｆ２−ｆｓ」とが同一周波数）を目標にベースバンド信号Ｓｂをシフトして位相が測定されるにあたり、目標の同一周波数が同じとなっている各チャネルの位相を１つの組とした場合、この組を同一周波数ごとに複数作る。異常チャネル判定部３１は、これら各組（本例はθ_１＋，θ_２−の組、θ_２＋，θ_３−の組等）ごとに得た位相比較の判定結果を基に、チャネルの異常有無を判定する。よって、どのチャネルがノイズ入りのものかを精度よく判定するのに有利となる。

異常チャネル判定部３１は、複数組で位相比較の判定結果が異常有りとなった場合、これら位相判定の両方で使用した共通のチャネルを異常チャネルと判定する。よって、ノイズが入ったチャネルを精度よく検出することができる。

測距システム１は、測定された複数の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。

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。
・異常チャネルの判定は、測距のどのタイミングで実施してもよい。このように、異常チャネルの判定は、測距前、測距途中、測距終了後のいずれで実施されてもよい。

・ベースバンド信号Ｓｂを周波数シフトする場合のシフト量、すなわち目標とする同一周波数は、２チャンネル間の中央値に限定されない。例えば、一方のチャネルの周波数に偏った周波数を目標周波数としてもよい。

・異常チャネルの判定は、３つ以上のチャネルを使用して実施してもよい。例えば、ＣＨ１（４．０ＧＨｚ）、ＣＨ２（４．１ＧＨｚ）、ＣＨ３（４．２ＧＨｚ）で異常チャネルの判定を行う場合、例えば「ＣＨ１を−１００ＭＨｚシフト」及び「ＣＨ２シフトなし」で判定を行うとともに、「ＣＨ２シフトなし」及び「ＣＨ３を＋１００ＭＨｚシフト」で判定を行い、これらの判定で共に異常を検出しなければ、正常なチャネルと判定する。このようにしても、チャネルのノイズ有無を検出することができる。

・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。
・位相比較は、乗算部２３の出力（乗算後の位相）を用いて行われることに限らず、乗算前の位相を用いて行ってもよい。

・位相比較は、位相差を閾値と比較する処理に限定されず、異常チャネルを検出できる比較であれば、他の比較方法に変更可能である。
・周波数シフトした際に得た伝搬特性（振幅及び位相の各データ）を測距に使用してもよい。

・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複数チャネルで送信し、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、複数のチャネル間で電波の周波数スペクトル上の同一周波数における位相が測定できるように、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チャネルごとに作り、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、受信した電波をフーリエ変換することで求まる周波数スペクトルの伝搬特性において、受信したチャネルごとに、周波数シフトされた前記ベースバンド信号のＤＣ成分の位相を抽出するステップと、ＤＣ成分抽出部により抽出された各チャネルの位相を比較し、その位相比較の判定結果を基にチャネルの異常有無を判定す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、３１…異常チャネル判定部、Ｓｂ，Ｓｂ’（Ｓｂ’_１，Ｓｂ’_２）…ベースバンド信号、Ｌ…距離。

Claims (6)

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複数チャネルで送信し、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、
   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少なくとも１以上のチャネルで作ることにより、複数のチャネル間で電波の周波数スペクトル上の同一周波数における位相を測定可能にして、前記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、
   受信した電波をフーリエ変換することで求まる周波数スペクトルの伝搬特性において、受信したチャネルごとに、周波数シフトされた前記ベースバンド信号のＤＣ成分の位相を抽出するＤＣ成分抽出部と、
   ＤＣ成分抽出部により抽出された各チャネルの位相を比較し、その位相比較の判定結果を基にチャネルの異常有無を判定する異常チャネル判定部と
   を備えた測距システム。
2. 前記異常チャネル判定部は、位相比較の判定結果が異常無しの場合、その位相の測定に使用したチャネルを正常チャネルと判定する
   請求項１に記載の測距システム。
3. 前記異常チャネル判定部は、位相比較の判定結果が異常有りの場合、その位相の測定に使用したチャネルのうち、少なくとも１つを異常チャネルとして判定する
   請求項１又は２に記載の測距システム。
4. 前記周波数シフト部は、各チャネルで前記同一周波数を目標に前記ベースバンド信号をシフトして位相が測定されるにあたり、目標の同一周波数が同じとなっている各チャネルの位相を１つの組とした場合、この組を前記同一周波数ごとに複数作り、
   前記異常チャネル判定部は、これら各組ごとに得た位相比較の判定結果を基に、チャネルの異常有無を判定する
   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. 前記異常チャネル判定部は、複数組で位相比較の判定結果が異常有りとなった場合、これら位相判定の両方で使用した共通のチャネルを異常チャネルと判定する
   請求項４に記載の測距システム。
6. 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、
   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測距部とを備える
   請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の測距システム。

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