JP7258706B2 - 測距装置及び測距システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、測距装置及び測距システムに関する。

近年、車の施錠・開錠を容易にするキーレスエントリが多くの車に採用されている。この技術は自動車の鍵（キー）と自動車間の通信を利用してドアの施錠・開錠を行う。更に、近年、スマートキーにより、鍵に触れることなくドアロックの施錠・開錠を行ったり、エンジンを始動させたりすることができるスマートエントリシステムも採用されている。

しかしながら、攻撃者がキーと自動車間の通信に侵入し、車を盗難する事件が多発している。上述した攻撃（所謂リレーアタック）の防御策としてキーと自動車間の距離を測定し、距離が所定の距離以上と判断したときは通信による車の制御を禁止する策が検討されている。

このような測距を行うシステムとして、位相検出方式を採用し、無線通信によって装置間の距離を求める通信型測距システムがある。

しかしながら、位相検出方式を採用した測距装置においては、ＲＦフィルタ等の装置内での位相遅延の影響が大きい場合があり、正確に測距ができないことがあるという問題がある。

特開２０１８－１５５７２４号公報

実施形態は、装置内の位相遅延の影響を除去して正確な測距を可能にすることができる測距装置及び測距システムを提供することを目的とする。

実施形態の測距装置は、送信信号を出力する送信処理部と、前記送信信号を送信すると共に受信信号を受信するためのアンテナ部と、前記受信信号又は前記送信信号を受信する受信処理部と、一方端から入力された前記送信信号を帯域制限して他方端から出力すると共に前記他方端から入力された前記アンテナ部からの受信信号を帯域制限して前記一方端から出力するフィルタ部と、前記送信処理部から送信した前記送信信号と前記受信処理部によって受信した前記受信信号とに基づく測距演算を行うと共に、前記フィルタ部を通過する信号の遅延を求めて前記測距演算のキャリブレーションを行う距離測定部と、前記フィルタ部の他方端と前記アンテナ部との間の信号の伝送を遮断するための信号遮断部と、前記キャリブレーションの期間には前記アンテナ部と前記フィルタ部の他方端との間の信号の伝送を遮断するように前記信号遮断部を制御する制御部と、前記受信処理部において受信された受信信号のレベルによって前記アンテナ部により妨害波が受信されているか否かを検出する妨害波検出部と、を具備し、前記制御部は、前記妨害波検出部により妨害波が受信されていることが検出された場合には、前記キャリブレーションを行わない。

本発明の第１の実施の形態に係る測距装置を示すブロック図。 測距装置の関連技術を示すブロック図。 図１及び図２中のＦＢ部６の具体的な構成の一例を示すブロック図。 図１及び図２中の送信部５の具体的な構成の一例を示す回路図。 図１及び図２中の受信部４の具体的な構成の一例を示す回路図。 図２の装置におけるこの課題を説明するための説明図。 図１中の信号遮断部１１の具体的な構成の一例を示す回路図。 第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。 本発明の第２の実施の形態を示すブロック図。 キャリブレーション区間の動作を説明するためのタイミングチャート。 本発明の第３の実施の形態を示すブロック図。 本発明の第４の実施の形態を示す説明図。 本発明の第４の実施の形態を示す説明図。 本発明の第４の実施の形態を示す説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る測距装置を示すブロック図である。また、図２は測距装置の関連技術を示すブロック図であり、特許文献１に開示された測距装置を説明するためのものである。本実施の形態は、装置内の遅延位相分を除去するためのキャリブレーション時に妨害波の影響を回避することで、正確な測距を可能にするものである。本実施の形態は、無変調キャリアを用いた位相検出方式を採用した通信型測距を採用する例を説明する。

図１及び図２において同一の構成要素には同一符号を付し、同一構成については重複する説明を省略するものとする。図１及び図２は、測距装置のフィルタ遅延キャリブレーションを実現する無線部の構成を示している。

先ず、図２を参照して特許文献１に開示された関連技術のキャリブレーションについて説明する。

特許文献１に開示された測距装置においては、所定周波数のキャリアを送信し、受信側において伝搬距離に応じた伝搬位相遅延を検出することにより距離を測定する位相測距技術を採用する。２装置間の距離を測定するため、特許文献１の装置では、所定の時間間隔で送受信の役割を交換し、複数の周波数の正弦波を送受信する。その際、２装置間距離を正確に求めるには、各装置に内在する遅延と２装置間の伝搬遅延を分離する必要がある。

特許文献１では、各装置に内在する遅延として、特に遅延の大きいＲＦフィルタの遅延を各装置で測定し、その遅延位相を測定した位相から差し引くことにより２装置間の伝搬距離を求めることを開示している。しかしながら、特許文献１において開示した手法では、各装置の電波環境によっては正しくＲＦフィルタの遅延を計測できない場合がある。以下、この問題について詳細に述べる。

図２の無線部は、無線部内の各部を制御する制御部１０を備えている。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いたプロセッサによって構成されていてもよく、図示しないメモリに記憶されたプログラムに従って動作して各部を制御するものであってもよいし、ハードウェアの電子回路で機能の一部又は全部を実現するものであってもよい。

無線信号を送受信するアンテナ部１は、フィルタ部２の外側端子に接続され、フィルタ部２の内側端子は切換器３を介して受信部４及び送信部５に接続される。フィルタ部２は測距信号の帯域を通過させるＲＦフィルタである。フィルタ部２の外側端子及び内側端子はいずれもフィードバック部（ＦＢ部）６に接続される。ＦＢ部６は、フィルタ部２の外側端子に接続されたＦＯ端子とフィルタ部２の内側端子に接続されたＦＩ端子とを有している。ＦＢ部６は、制御部１０に制御されて、ＦＯ端子又はＦＩ端子の一方を選択して、ＦＯ端子に入力された信号又はＦＩ端子に入力された信号を選択的に受信部４に出力する。

図３は図１及び図２中のＦＢ部６の具体的な構成の一例を示すブロック図である。フィルタ部２の外側端子はＦＢ部６のＦＯ端子に接続され、内側端子はＦＩ端子に接続される。ＦＯ端子は方向性結合器（ＤＣ：directional coupler）６１ａに接続され、ＦＩ端子は方向性結合器６１ｂに接続される。方向性結合器６１ａ，６１ｂは、それぞれＦＯ端子又はＦＩ端子からの信号を３端子スイッチ６２に伝達する。スイッチ６２は、制御部１０から与えられる制御信号ＣＮＴ＿ＦＢに従って、方向性結合器６１ａ，６１ｂの一方の出力を選択してアッテネータ（ＡＴＮ）６３に出力する。アッテネータ６３は入力された信号を減衰させて受信部４に出力する。

距離測定部９は、位相検出方式における測距信号を発生する。例えば、距離測定部９は、測距信号として正弦波を発生させるためのデジタルデータを出力してもよい。距離測定部９は、アンテナ９を介して受信した測距信号の位相検出結果が与えられ、送信した測距信号の位相検出結果と受信信号から得た位相検出結果とに対する測距演算によって、自機と他機との間の距離を算出する。

距離測定部９は、測距信号を発生するための信号を変調部７に供給する。変調部７は、制御部１０に制御されて、測距信号を発生して送信信号として送信部５に出力する。なお、変調部７は、測距時には、無変調の送信信号を出力する。送信部５は、後述する発振器を含むシンセサイザ部を有しており、制御部１０に制御されて、ローカル信号を用いて変調部７からの送信信号を高周波信号に変換して切換器３に出力する。

図４は図１及び図２中の送信部５の具体的な構成の一例を示す回路図である。送信部５のＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）５１は、変調部７から入力されたデジタル送信信号をアナログ信号に変換してローパスフィルタ５２に出力する。ローパスフィルタ５２は、ＤＡＣ５１の出力に含まれる折り返し歪を除去してイメージ抑圧ミキサ５３に出力する。シンセサイザ５６はローカル周波数のローカル信号（ＬＯ信号）を発生して移相器５７に出力する。移相器５７は、ＬＯ信号の位相をπ／２だけ変化させて直交するＬＯ信号を発生する。移相器５７はＬＯ信号をミキサ５３に与える。図では１本の線で記載されているが、π／２ずれた２つのＬＯ信号が出力される。

ミキサ５３は、ローパスフィルタ５２の出力とＬＯ信号との乗算により、ローパスフィルタ５２の出力を周波数変換してパワーアンプ（ＰＡ）５４に出力する。パワーアンプ５４は、ミキサ５３の出力を増幅し、マッチング回路（ＭＣ）５５に与える。マッチング回路５５は、パワーアンプ５４の出力を効率良くアンテナ部１に伝送するための電力整合を行う。

切換器３は、送信部５からの送信信号をフィルタ部２に与えると共に、フィルタ部２からの受信信号を受信部４に与える。受信部４は、送信部５から直交したＬＯ信号が与えられる。受信部４は、ＬＯ信号を用いて、受信信号をベースバンド信号に変換して復調部８に出力する。

図５は図１及び図２中の受信部４の具体的な構成の一例を示す回路図である。受信部４の端子ＩＮには、切換器３からの受信信号が入力され、端子ＣＡＬにはＦＢ部６の出力が入力される。マッチング回路（ＭＣ）４１は、フィルタ部２からの信号を電力整合してローノイズアンプ（ＬＮＡ）４２に与える。ローノイズアンプ４２は、入力された信号を低雑音で増幅して加算器４３に出力する。加算器４３には、ローノイズアンプ４２の出力と端子ＣＡＬを介して入力されたキャリブレーション時の信号が与えられる。加算器４３は２入力を加算してイメージ抑圧ミキサ４４に出力する。ただし、理想的には同時に入力されることはない。

ミキサ４４には送信部５からＬＯ信号が与えられており、ミキサ４４は、ＬＯ信号を用いて加算器４３からのＲＦ（高周波）信号をベースバンド信号に周波数変換してローパスフィルタ４５に出力する。ローパスフィルタ４５は、ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）４６のサンプリング時に生じるる折り返し歪をミキサ４４の出力から除去してＡＤＣ４６に出力する。ＡＤＣ４６は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、復調部８に出力する。

復調部８は、受信信号を復調して位相情報を含む受信情報を取得する。復調部８は、受信信号の位相情報を距離測定部９に出力する。距離測定部９は、送信する測距信号の位相情報と受信した測距信号の位相情報とに基づいて、測距演算を行う。

距離測定部９における測距演算に用いられる位相には、フィルタ部２の遅延位相が含まれる。正確な測距のためには、フィルタ部２の遅延位相分を測定位相から除去する必要がある。図２の例では、ＦＢ部６を利用して、フィルタ部２を通過する経路と通過しない経路の遅延を計測することで、フィルタ部２の遅延を求めて、キャリブレーションを実行する。

キャリブレーション時には、距離測定部９は、フィルタ部２の遅延を求めるためのキャリブレーション信号、例えば、測距信号と同様の正弦波等を発生させる。変調部７は、距離測定部９の出力に基づいて、送信信号を送信部５に出力する。送信部５は、周波数変換を行い、周波数ｆ_Ｌの正弦波を出力する。ＦＢ部６は制御部１０からの制御信号ＣＮＴ＿ＦＢにより、ＦＯ端子を選択する。即ち、この場合には、送信部５から出力された周波数ｆ_Ｌの正弦波は、切換器３及びフィルタ部２を通過し、ＦＢ部６のＦＯ端子を介して受信部４に入力される。なお、切換器３により、送信部５からの送信信号が直接受信部４において受信されることはないものとする。

受信部４は周波数ｆ_Ｌの正弦波をベースバンド信号に変換して復調部８に与え、復調部８は、復調後のキャリブレーション信号（正弦波）の位相情報を距離測定部９に出力する。例えば、復調部８は、直交したローカル信号を用いることで、復調結果としてＩ，Ｑ信号を出力してもよい。このような距離測定部９から変調部７、送信部５、切換器３、フィルタ部２、ＦＢ部６、受信部４及び復調部８を経由する信号経路をキャリブレーションパスＡとする。距離測定部９が出力した信号の送受信において同一の発振器が用いられているので、距離測定部９における送信信号と受信信号との同期は取れており、キャリブレーションパスＡ全体の遅延位相は距離測定部９において計測できる。

いま、送信処理部を構成する変調部７及び送信部５による遅延位相をθ_ＴＸとし、ＦＢ部６と受信処理部を構成する受信部４及び復調部８とによる遅延位相をθ_ＲＸとし、フィルタ部２の遅延位相をθ_ＢＰＦとする。キャリブレーションパスＡの遅延位相θ_{ｐａｔｈＡ}は下記（１）式で表される。
θ_{ｐａｔｈＡ}＝θ_ＴＸ＋θ_ＢＰＦ＋θ_ＲＸ …（１）
次に、ＦＢ部６は、制御信号ＣＮＴ＿ＦＢによりＦＩ端子を選択する。この場合には、送信部５から出力された周波数ｆ_Ｌの正弦波は、切換器３からＦＢ部６のＦＩ端子を介して受信部４に供給される。受信部４は周波数ｆ_Ｌの正弦波をベースバンド信号に変換して復調部８に与え、復調部８は、復調後のキャリブレーション信号（正弦波）の位相情報を距離測定部９に出力する。このような距離測定部９から変調部７、送信部５、切換器３、ＦＢ部６、受信部４及び復調部８を経由する信号経路をキャリブレーションパスＢとする。距離測定部９は、出力した信号をキャリブレーションパスＢを介して受信しているので、距離測定部９における送信信号と受信信号との同期は取れており、キャリブレーションパスＢ全体の遅延位相は距離測定部９において計測できる。キャリブレーションパスＢの遅延位相θ_{ｐａｔｈＢ}は下記（２）式で表される。
θ_{ｐａｔｈＢ}＝θ_ＴＸ＋θ_ＲＸ …（２）
（１）式と（２）式の差分をとり、下記（３）式が得られる。この（３）式により、フィルタ部２の遅延位相を検出することが可能であることが分かる。（３）式の遅延位相を距離測定部９で得た検出位相から減算することにより正確な測距が可能となる。
θ_{ｐａｔｈＡ}－θ_{ｐａｔｈＢ}＝θ_ＢＰＦ …（３）
しかしながら、上記手法では、アンテナ１を介して混入する妨害波（干渉波）の影響により正確な測距ができないことがある。

図６は図２の装置におけるこの課題を説明するための説明図である。アンテナ１には太線にて示す妨害波が混入し、この妨害波はＦＢ部６のＦＯ端に直接入力されるか又はフィルタ部２を介してＦＢ部６のＦＩ端に入力される。この場合において、上記手順でキャリブレーションを実行すると、妨害波とキャリブレーション信号である周波数ｆ_Ｌの正弦波とが加算された信号が受信部４において受信されることになる。妨害波がフィルタ帯域内の周波数であれば、フィルタ部２を介して受信部４のＦＩ端子に入力される。

受信部４の受信信号に妨害波信号が加算されることから、距離測定部９で観測される位相は上記（１）式、（２）式で表わすことができない。例えば、復調部８を通過した妨害波の周波数が周波数ｆ_Ｌに対してΔｆ_Ｉずれた信号であるものとし、キャリブレーション信号との振幅比がＡ_Ｉであるものとし、妨害波がない場合の復調部８の復調結果が（Ｉ_Ｓ，Ｑ_Ｓ）であるものとすると、受信信号の（Ｉ，Ｑ）は、下記（４）式で表される。
（Ｉ，Ｑ）＝（Ｉ_Ｓ＋Ａ_Ｉｃｏｓ（－２πΔｆ_Ｉ）ｔ，Ｑ_Ｓ＋Ａ_Ｉｓｉｎ（－２πΔｆ_Ｉ）ｔ） …（４）
ここで、Ｉ_Ｓ ^２＋Ｑ_Ｓ ^２＝１である。この（４）式から、検出される位相θ_{ｄｅｔ＿ｉｎｔ}は、下記（５）式で表される。
θ_{ｄｅｔ＿ｉｎｔ}＝ｔａｎ^－１（Ｑ_Ｓ＋Ａ_Ｉｓｉｎ（－２πΔｆ_Ｉ）ｔ）／（Ｉ_Ｓ＋Ａ_Ｉｃｏｓ（－２πΔｆ_Ｉ）ｔ） …（５）
妨害波がない場合に検出される位相θ_ｄｅｔは、
θ_ｄｅｔ＝ｔａｎ^－１（Ｑ_Ｓ／Ｉ_Ｓ） …（６）
であり、あきらかにθ_{ｄｅｔ＿ｉｎｔ}≠θ_ｄｅｔである。したがって、キャリブレーションによりフィルタ部２の遅延位相を求めることができず、結果的に距離を正しく計測できない。

そこで、本実施の形態においては、信号遮断部１１を設けるようになっている。図１において、アンテナ部１とフィルタ部２との間には信号遮断部１１が設けられる。信号遮断部１１は、制御部１０に制御されて、アンテナ部１とフィルタ部２との間の接続を遮断し、アンテナ部１から混入する妨害波がフィルタ部２側に出力されることを阻止するようになっている。

図７は図１中の信号遮断部１１の具体的な構成の一例を示す回路図である。図７の信号遮断部１１は、３端子スイッチ１１ａ及び終端器１１ｂによって構成される。スイッチ１１ａの一方端子はアンテナ部１に接続され、他方端子は終端器１１ｂを介して基準電位点に接続され、共通端子はフィルタ部２に接続される。なお、終端器１１ｂは、例えば、アンテナインピーダンスを考慮した５０Ωの抵抗により構成されていてもよい。

スイッチ１１ａは、制御部１０からの制御信号ＣＮＴ＿ＴＥＲＭによって制御されて、共通端子をアンテナ部１又は終端器１１ｂの一方端に選択的に接続する。制御部１０は、制御信号ＣＮＴ＿ＴＥＲＭによってスイッチ１１ａを制御して、通常の受信時にはアンテナ入力を選択してフィルタ部２に供給し、キャリブレーション時には終端器１１ｂを選択してフィルタ部２の外側端子を終端する。

次に、このように構成された実施の形態の動作について図８を参照して説明する。図８は第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。

制御部１０は、測距に際して、所定のタイミングでキャリブレーションを実施する。制御部１０は、図８のステップＳ１においてキャリブレーション期間であるか否かを判定し、ステップＳ６において測距信号の送信期間であるか否かを判定する。キャリブレーション期間には、制御部１０は、ステップＳ２において、信号遮断部１１に制御信号ＣＮＴ＿ＴＥＲＭを与えて、スイッチ１１ａの共通端子を終端器１１ｂに接続させる。これにより、フィルタ部２は、終端器１１ｂによって終端され、アンテナ部１において受信された信号（妨害波）は、フィルタ部２及びＦＢ部６に入力されない。

この状態で、制御部１０は、ステップＳ３において、キャリブレーションパスＡを用いた位相検出を実行させる。即ち、制御部１０は、制御信号ＣＮＴ＿ＦＢをＦＢ部６に与えてＦＯ端子を選択させ、距離測定部９に所定のキャリブレーション信号を出力させる。このキャリブレーション信号は、変調部７から送信部５に供給されてＲＦ信号に変換された後、切換器３及びフィルタ部２を経由してＦＢ部６に入力される。ＦＢ部６は、フィルタ部２の外側端子から出力された信号をＦＯ端子を介して取り込んで受信部４に出力する。受信部４に入力された受信信号は、送信部５が用いたＬＯ信号を用いてベースバンド信号に変換された後復調部８に供給される。復調部８は、受信信号を復調して位相情報を距離測定部９に出力する。距離測定部９は、送信したキャリブレーション信号の位相を基準に受信信号の位相を検出する。

次に、制御部１０は、ステップＳ４において、キャリブレーションパスＢを用いた位相検出を実行させる。即ち、制御部１０は、制御信号ＣＮＴ＿ＦＢをＦＢ部６に与えて、ＦＩ端子を選択させ、距離測定部９にキャリブレーション信号を出力させる。このキャリブレーション信号は、変調部７から送信部５に供給されてＲＦ信号に変換された後、切換器３を経由してＦＢ部６に入力される。ＦＢ部６は、フィルタ部２の内側端子に接続されたＦＩ端子を介して送信信号を取り込んで受信部４に出力する。受信部４は、受信信号をベースバンド信号に変換した後復調部８に与える。復調部８は、受信信号の位相情報を距離測定部９に与える。距離測定部９は、送信したキャリブレーション信号の位相を基準に受信信号の位相を検出する。

制御部１０は、ステップＳ５において、距離測定部９にフィルタ部２の遅延位相を算出させる。フィルタ部２の遅延位相は、キャリブレーションパスＡを用いた位相検出結果とキャリブレーションパスＢを用いた位相検出結果との差によって求められる。キャリブレーションパスＡを用いた位相検出時とキャリブレーションパスＢを用いた位相検出時において、アンテナ部１からのアンテナ入力は、信号遮断部１１により阻止されており、ＦＢ部６には入力されない。

従って、Ａ_Ｉ＝０であるので、上記（５）式のθ_{ｄｅｔ＿ｉｎｔ}は、（６）式のθ_ｄｅｔに一致する。即ち、妨害波による影響を除去してフィルタ部２の遅延位相を正確に求めることが可能である。

測距信号の送信期間には、制御部１０は、ステップＳ７において、信号遮断部１１に制御信号ＣＮＴ＿ＴＥＲＭを与えて、スイッチ１１ａの共通端子をアンテナ部１に接続させる。これにより、フィルタ部２は、アンテナ部１に接続される。また、制御部１０は、制御信号ＣＮＴ＿ＦＢをＦＢ部６に与えて、ＦＯ端子及びＦＩ端子を選択させずに、ＦＢ部６から受信部４へのアンテナ入力を阻止する。

この状態で、制御部１０は、測距信号の送受信を行う（ステップＳ８）。距離測定部９からの測距信号は、変調部７から送信部５に供給されてＲＦ信号に変換された後、切換器３及びフィルタ部２を経由してアンテナ部１に供給されて、他機へ送信される。一方、他機から送信された測距信号は、アンテナ部１によって受信される。信号遮断部１１は、アンテナ部１からのアンテナ入力（受信信号）を通過させ、受信信号はフィルタ部２及び切換器３を介して受信部４に入力される。受信部４に入力された受信信号は、送信部５が用いたＬＯ信号を用いてベースバンド信号に変換された後復調部８に入力される。復調部８は、受信信号を復調して位相情報を距離測定部９に出力する。距離測定部９は、送信した測距信号の位相と、自機と他機の受信信号の位相に基づいて自機と他機との間の距離を算出する。この場合には、距離測定部９は、ステップＳ５において求めたフィルタ部２の遅延位相分を除去した測距演算を行う。これにより、距離測定部９において、フィルタ部２の遅延位相の影響を受けない、正確な測距が可能となる。

このように本実施の形態においては、フィルタ部の遅延位相の影響を除去するためのキャリブレーションに際して、信号遮断部によりアンテナ部とフィルタ部との接続を遮断していることから、キャリブレーション信号の帯域を含む妨害波がアンテナから入力された場合においても、フィルタ部の遅延位相を正確に計測することが可能である。これにより、フィルタ部の遅延位相による影響を除去した正確な測距演算が可能となる。
（第２の実施の形態）
図９は本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。図９において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態は、信号遮断部１１を省略して妨害波検出部２１を採用した点が第１の実施の形態と異なる。妨害波検出部２１は、制御部１０からの制御信号ＣＮＴ＿ＩＮＴＤＥＴにより制御されて、受信部４から出力される信号の信号強度を検出する。妨害波検出部２１は、検出した信号強度が所定の閾値以上であるか否かの検出結果を距離測定部９に出力するようになっている。

制御部１０は、キャリブレーションを実施する期間（キャリブレーション区間）において、キャリブレーション信号を送信する期間（送信区間）と送信しない期間（以下、無信号区間という）とを設定し、無信号区間において、信号強度の検出を行うように制御信号ＣＮＴ＿ＩＮＴＤＥＴを出力する。

距離測定部９は、妨害波検出部２１が検出した信号強度が所定の閾値以上である場合には、妨害波の影響によりキャリブレーションが正常に行われないものとして、キャリブレーション結果を破棄したりキャリブレーションの実施を延期したりするようになっていてもよい。

次に、このように構成された実施の形態の動作について図１０を参照して説明する。図１０はキャリブレーション区間の動作を説明するためのタイミングチャートである。

図１０の上段はキャリブレーションパスＡを用いたキャリブレーション信号の送信の前に妨害波の検出を行う例を示している。この例では、制御部１０は、キャリブレーション区間の最初に、制御信号ＣＮＴ＿ＩＮＴＤＥＴを妨害波検出部２１に出力して、妨害波の検出を行う（妨害波モニタ）。制御部１０は、この妨害波の検出時には距離測定部９にキャリブレーション信号を出力させない無信号区間とする。これにより、受信部４はアンテナ部１により受信された妨害波を受信することになる。妨害波検出部２１は、妨害波の信号強度が所定の閾値以上であるか否かの検出結果を距離測定部９に出力する。

次に、制御部１０は、キャリブレーションパスＡを用いた位相検出を行い（Ｃａｌ ｐａｔｈＡ）、次いで、キャリブレーションパスＢを用いた位相検出を行う（Ｃａｌ ｐａｔｈＢ）。なお、Ｃａｌ ｐａｔｈＡは、図８のステップＳ３におけるキャリブレーションと同様の処理であり、Ｃａｌ ｐａｔｈＢは、図８のステップＳ４におけるキャリブレーションと同様の処理である。距離測定部９は、キャリブレーションパスＡ，Ｂを用いた位相検出結果によって、フィルタ部２の遅延位相（キャリブレーション結果）を求める。

距離測定部９は、無信号区間において妨害波検出部２１により検出された信号強度が所定の閾値以上であることが示された場合には、妨害波が存在するものとして、キャリブレーション結果を破棄する。なお、制御部１０は、妨害波が存在する場合には、再度キャリブレーションを実施してもよく、また、図１０上段のキャリブレーションパスＡ，Ｂによる位相検出を省略して、所定時間後に再度図１０の上段の制御を行ってもよい。

本実施の形態においては、キャリブレーション信号の送信区間と異なる期間の無信号区間において妨害波モニタを行う必要があり、送信区間において妨害波が存在するか否かを確実に判定することはできない。しかし、妨害波モニタ区間と送信区間との間の時間差を十分に小さくすることで、妨害波モニタ区間における信号強度の検出によって、送信区間における妨害波の混入を十分な精度で推定できるものと考えられる。

図１０の中段は、キャリブレーション区間において、妨害波のモニタ、Ｃａｌ ｐａｔｈＡ、妨害波のモニタ、Ｃａｌ ｐａｔｈＢの順に実施する例である。この例では、図１０の上段の例に比べて、妨害波モニタとＣａｌ ｐａｔｈＢとの間の時間差が小さくなっており、Ｃａｌ ｐａｔｈＢの送信区間における妨害波の混入の推定精度を向上させることが可能である。

更に、図１０の下段は、キャリブレーション区間において、妨害波モニタ、Ｃａｌ ｐａｔｈＡ、妨害波モニタ、Ｃａｌ ｐａｔｈＢ、妨害波モニタの順に実施する例である。この例ではＣａｌ ｐａｔｈＢの実施中に妨害波が混入した場合でも、妨害波モニタにより妨害波を検出できる可能性が高くなる。即ち、図１０の下段の例では、妨害波モニタの回数を増やすことで、キャリブレーション中に妨害波が存在した場合における、妨害波の検出精度を向上させることができる。

なお、図１０のいずれの例においても、送信区間と無信号区間との間の時間差はなるべく小さいほうが望ましい。

このように構成された実施の形態においては、キャリブレーション区間において、キャリブレーション信号を送信しない無信号期間を設定し、当該無信号期間における信号強度を検出することで、妨害波の影響を受けるか否かを判定することができ、妨害波の影響を受けていないキャリブレーション結果のみを採用することが可能である。こうして本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、受信部４の出力に含まれる妨害波のレベルを検出する例を説明したが、復調部８の出力から妨害波のレベルを検出するようにになっていてもよい。
（第３の実施の形態）
図１１は本発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。図１１において図１及び図９と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態は第１及び第２の実施の形態を組み合わせて、信号遮断部１１及び妨害波検出部２１の両方を設けたものである。

このように構成された実施の形態においては、キャリブレーション区間において、図１０と同様の制御を行うと共に、Ｃａｌ ｐａｔｈＡ及びＣａｌ ｐａｔｈＢにおいて、信号遮断部１１によりアンテナ部１とフィルタ部２とを遮断する。信号遮断部１１を構成するスイッチ１１ａによるアイソレーションが完全でない場合には、妨害波はアンテナ部１からスイッチ１１ａを介してＦＢ部６に入力されてキャリブレーション信号と合成される。この場合には、上記（５）式で示すように遅延位相劣化を招く。即ち、妨害波の振幅が小さい場合には、上記（５）式のθ_{ｄｅｔ＿ｉｎｔ}は、（６）式のθ_ｄｅｔに近似できると考えられるが、妨害波の振幅が大きい場合、キャリブレーションの精度が劣化する。

この場合でも、本実施の形態においては、妨害波検出部２１により妨害波レベルを検出するので、妨害のレベルを判定することができる。妨害波の混入レベルが所定の閾値以上であれば、キャリブレーション結果を例えば廃棄する。また、必要に応じて、キャリブレーションを再度実施する。

このように本実施の形態においては、第１及び第２の実施の形態を組み合わせており、より一層確実に正確なキャリブレーションの実施が可能である。
（第４の実施の形態）
図１２から図１４は本発明の第４の実施の形態を示す説明図である。上記各実施の形態の説明では、フィルタ部２の遅延位相を計測して、送受信信号の位相からフィルタ部２の遅延位相分を除去することで、正確な測距を可能にするものと説明したが、上記各実施の形態においては、フィルタ部２の遅延位相だけでなく、装置に組み込まれた部品の遅延素子全般の補正が可能である。本実施の形態はこの補正を説明するものである。

図１２から図１４は特許文献１において開示された測距手法を採用した測距時及びキャリブレーション時の送受信を示している。装置Ｄ１及びＤ２は、いずれも上記各実施の形態と同一の装置であり、アンテナ部１、フィルタ部２、切換器３、受信部４、送信部５、ＦＢ部６、変調部７、復調部８、距離測定部９及び制御部１０を含むと共に、信号遮断部１１及び妨害波検出部２１の少なくとも一方を含む構成である。なお、図１２～図１４において、送信側の構成を送信器Ｄ１ａ，Ｄ２ａにて示し、受信側の構成を受信器Ｄ１ｂ，Ｄ２ｂにて示し、フィルタ部２の構成をフィルタ部Ｄ１ｃ，Ｄ２ｃにて示し、アンテナ部１の構成をアンテナ部Ｄ１ｄ，Ｄ２ｄにて示している。なお、ＦＢ部６、信号遮断部１１及び妨害波検出部２１については図示を省略している。

装置Ｄ１の送信器Ｄ１ａからの測距信号は、フィルタ部Ｄ１ｃを経由してアンテナ部Ｄ１ｄから送信される。この測距信号は、装置Ｄ２のアンテナ部Ｄ２ｄによって受信され、フィルタ部Ｄ２ｃを経由して受信器Ｄ２ｂにおいて受信されて、位相が求められる。また、装置Ｄ２の送信器Ｄ２ａからの測距信号は、フィルタ部Ｄ２ｃを経由してアンテナ部Ｄ１２から送信される。この測距信号は、装置Ｄ１のアンテナ部Ｄ１ｄによって受信され、フィルタ部Ｄ１ｃを経由して受信器Ｄ１ｂにおいて受信されて、位相が求められる。装置Ｄ１，Ｄ２が求めた位相の情報を用いた演算によって、装置Ｄ１と装置Ｄ２との間の距離が求められる。

いま、装置Ｄ１のＦＢ部６から復調部８までの遅延位相をθ_ＲＸ１、変調部７から送信部５までの遅延位相をθ_ＴＸ１と定義し、装置Ｄ２のＦＢ部６から復調部８までの遅延位相をθ_ＲＸ２、変調部７から送信部５までの遅延位相をθ_ＴＸ２と定義する。また、フィルタ部Ｄ１ｃ，Ｄ２ｃの遅延位相をそれぞれθ_ＢＰＦ１，θ_ＢＰＦ２とし、装置Ｄ１，Ｄ２間の測距信号の伝搬による遅延をθ_Ｒとする。

装置Ｄ１から装置Ｄ２への測距信号の遅延位相の合計は、図１２に示すように、θ_ＴＸ１＋θ_ＢＰＦ１＋θ_Ｒ＋θ_ＢＰＦ２＋θ_ＲＸ２となる。また、装置Ｄ２から装置Ｄ１への測距信号の遅延位相の合計は、θ_ＴＸ２＋θ_ＢＰＦ２＋θ_Ｒ＋θ_ＢＰＦ１＋θ_ＲＸ１となる。

θ_Ｒ以外の遅延位相は、測距演算から除外する必要がある。除外すべき合計の遅延位相θ_ｃａｌは、測距信号が装置Ｄ１，Ｄ２間を往復するので、下記（７）式で与えられる。

θ_ｃａｌ＝θ_ＴＸ１＋θ_ＲＸ１＋２θ_ＢＰＦ１＋θ_ＴＸ２＋θ_ＲＸ２＋２θ_ＢＰＦ２ …（７）
なお、フィルタ部Ｄ１ｃ，Ｄ２ｃの遅延位相が２倍されているのは、同じ装置において、送信時の遅延と受信時の遅延が加算されるためである。

次に、図１３及び図１４を参照して、式（７）を算出する方法について説明する。

装置１においてフィルタ部Ｄ１ｃを通過するキャリブレーションパスＡ、フィルタ部Ｄ１ｃを通過しないキャリブレーションパスＢを用いて検出する位相をそれぞれ、θ_{ｐａｔｈＡ，１}、θ_{ｐａｔｈＢ，１}とすると、
θ_{ｐａｔｈＡ，１}＝θ_ＴＸ１＋θ_ＢＰＦ１＋θ_ＲＸ１ …（８）
θ_{ｐａｔｈＢ，１}＝θ_ＴＸ１＋θ_ＲＸ１ …（９）
である。

同様に、装置２においてキャリブレーションパスＡ、キャリブレーションパスＢを用いて検出する位相をそれぞれ、θ_{ｐａｔｈＡ，２}、θ_{ｐａｔｈＢ，２}とすると、
θ_{ｐａｔｈＡ，２}＝θ_ＴＸ２＋θ_ＢＰＦ２＋θ_ＲＸ２ …（１０）
θ_{ｐａｔｈＢ，２}＝θ_ＴＸ２＋θ_ＲＸ２ …（１１）
である。

ここで、（８）式を２倍した結果から（９）式を減算し、（１０）式を２倍した結果から（１１）式を減算し、それぞれの減算結果を加算すると、下記（１２）式が得られる。
（８）×２－（９）＋（１０）×２－（１１）＝θ_ＴＸ１＋θ_ＲＸ１＋２θ_ＢＰＦ１＋θ_ＴＸ２＋θ_ＲＸ２＋２θ_ＢＰＦ２ …（１２）
上記（１２）式は上記（７）式に等しい。従って、上記計算をすることにより、フィルタ部２（Ｄ１ｃ，Ｄ２ｃ）の遅延位相のみの補正ではなく、送受信回路全体の遅延位相を含めた遅延位相の補正が可能である。

このように構成された実施の形態においては、装置Ｄ１は測距信号を装置Ｄ２に送信すると共に、装置Ｄ２からの測距信号を受信する。また、装置Ｄ２は測距信号を装置Ｄ１に送信すると共に、装置Ｄ１からの測距信号を受信する。装置Ｄ１，Ｄ２の少なくとも一方は、受信信号の位相検出結果を装置Ｄ２，Ｄ１に与える。これにより、装置Ｄ１，Ｄ２の少なくとも一方は、装置Ｄ１，Ｄ２間の測距演算が可能である。

この測距演算において、本実施の形態においては、測距信号の送信及び受信信号の位相からθ_ｃａｌを除外する。即ち、実施の形態においては、装置Ｄ１，Ｄ２の少なくとも一方は、キャブレーションパスＡの遅延位相及びキャリブレーションパスＢの遅延位相の情報を通信相手の装置Ｄ２，Ｄ１に与える。これにより、装置Ｄ１，Ｄ２の少なくとも一方は、上記（１２）式の演算によって、測距演算から除外する遅延位相θ_ｃａｌを算出し、このθ_ｃａｌを用いて位相情報を補正することで、正確な測距が可能となる。

このように本実施の形態においては、フィルタ部を通過するキャリブレーションパスとフィルタ部を通過しないキャリブレーションパスの位相検出結果を用いて、測距信号の送信及び受信信号の位相を補正することで、装置内の各部の遅延を相殺した正確な測距が可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…アンテナ部、２…フィルタ部、３…切換器、４…受信部、５…送信部、６…ＦＢ部、７…変調部、８…復調部、９…距離測定部、１０…制御部、１１…信号遮断部、１１ａ…スイッチ、１１ｂ…終端器、２１…妨害波検出部。

Claims (8)

1. 送信信号を出力する送信処理部と、
   前記送信信号を送信すると共に受信信号を受信するためのアンテナ部と、
   前記受信信号又は前記送信信号を受信する受信処理部と、
   一方端から入力された前記送信信号を帯域制限して他方端から出力すると共に前記他方端から入力された前記アンテナ部からの受信信号を帯域制限して前記一方端から出力するフィルタ部と、
   前記送信処理部から送信した前記送信信号と前記受信処理部によって受信した前記受信信号とに基づく測距演算を行うと共に、前記フィルタ部を通過する信号の遅延を求めて前記測距演算のキャリブレーションを行う距離測定部と、
   前記フィルタ部の他方端と前記アンテナ部との間の信号の伝送を遮断するための信号遮断部と、
   前記キャリブレーションの期間には前記アンテナ部と前記フィルタ部の他方端との間の信号の伝送を遮断するように前記信号遮断部を制御する制御部と、
   前記受信処理部において受信された受信信号のレベルによって前記アンテナ部により妨害波が受信されているか否かを検出する妨害波検出部と、を具備し、
   前記制御部は、前記妨害波検出部により妨害波が受信されていることが検出された場合には、前記キャリブレーションを行わない測距装置。
2. 前記受信処理部において受信された受信信号のレベルによって前記アンテナ部により妨害波が受信されているか否かを検出する妨害波検出部を更に具備し、
   前記制御部は、前記妨害波検出部により妨害波が受信されていることが検出された場合には、前記距離測定部が求めた前記第１及び第２の遅延の計測結果を前記キャリブレーションに採用しない請求項１に記載の測距装置。
3. 前記制御部は、前記妨害波検出部により妨害波が受信されていることが検出された場合には、前記距離測定部に前記第１及び第２の遅延の計測を再度実行させる請求項２に記載の測距装置。
4. 前記制御部は、前記第１及び第２の遅延の計測期間以外の期間に、前記妨害波を検出させる請求項２に記載の測距装置。
5. 送信信号を出力する送信処理部と、
   前記送信信号を送信すると共に受信信号を受信するためのアンテナ部と、
   前記受信信号又は前記送信信号を受信する受信処理部と、
   一方端から入力された前記送信信号を帯域制限して他方端から出力すると共に前記他方端から入力された前記アンテナ部からの受信信号を帯域制限して前記一方端から出力するフィルタ部と、
   前記送信処理部から送信した前記送信信号と前記受信処理部によって受信した前記受信信号とに基づく測距演算を行うと共に、前記フィルタ部を通過する信号の遅延を求めて前記測距演算のキャリブレーションを行う距離測定部と、
   前記受信処理部において受信された受信信号のレベルによって前記アンテナ部により妨害波が受信されているか否かを検出する妨害波検出部と、
   前記妨害波検出部により妨害波が受信されていることが検出されていない場合に、前記キャリブレーションを行う制御部とを具備する測距装置。
6. 前記送信処理部から出力された前記送信信号を前記受信処理部に直接供給する第１の経路と前記送信処理部から出力された前記送信信号を前記フィルタ部を経由して前記他方端から前記受信処理部に供給する第２の経路とを切換えるフィードバック部を更に具備し、
   前記距離測定部は、前記第１の経路による前記送信信号の第１の遅延の計測と前記第２の経路による前記送信信号の第２の遅延の計測とを行って前記フィルタ部を通過する信号の遅延を求めて前記測距演算のキャリブレーションを行い、
   前記制御部は、前記妨害波検出部により妨害波が受信されていることが検出された場合には、前記距離測定部が求めたフィルタ部を通過する信号の遅延の計測結果を前記キャリブレーションに採用しない請求項５に記載の測距装置。
7. 前記信号遮断部は、
   終端器と、
   前記制御部に制御されて、前記アンテナ部と前記終端器との一方を、前記フィルタ部の他方端に選択的に接続するスイッチとを具備する請求項１に記載の測距装置。
8. 前記送信処理部から出力された前記送信信号を前記受信処理部に直接供給する第１の経路と前記送信処理部から出力された前記送信信号を前記フィルタ部を経由して前記他方端から前記受信処理部に供給する第２の経路とを切換えるフィードバック部を更に具備し、前記距離測定部は、前記第１の経路による前記送信信号の第１の遅延の計測と前記第２の経路による前記送信信号の第２の遅延の計測とを行って前記フィルタ部の遅延を求めて前記測距演算のキャリブレーションを行う請求項１に記載の測距装置と同一構成の第１の装置と、
   前記第１の装置と同一構成の第２の装置と、を具備し、
   前記第１の装置の前記距離測定部は、前記第１の装置についての前記第１及び第２の遅延の計測結果と前記第２の装置についての前記第１及び第２の遅延の計測結果とに基づいて、前記測距演算のキャリブレーションを行う測距システム。

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