JPH06100654B2 - Ultrasonic rangefinder - Google Patents

Ultrasonic rangefinder

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Publication number
JPH06100654B2
JPH06100654B2 JP2077104A JP7710490A JPH06100654B2 JP H06100654 B2 JPH06100654 B2 JP H06100654B2 JP 2077104 A JP2077104 A JP 2077104A JP 7710490 A JP7710490 A JP 7710490A JP H06100654 B2 JPH06100654 B2 JP H06100654B2
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JP
Japan
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time
wave
storage means
point
received
Prior art date
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JP2077104A
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Inventor
峯夫 岩崎
純一 秋園
修 朝倉
一洋 白井
Original Assignee
運輸省港湾技術研究所長
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ディジタル相関器を使用して、送信時刻と受
信時刻との差を正確に計測し、送信点から反射点または
受信点までの距離を計測する超音波距離計に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention uses a digital correlator to accurately measure the difference between the transmission time and the reception time, and to measure the difference from the transmission point to the reflection point or the reception point. The present invention relates to an ultrasonic range finder for measuring a distance.

(従来の技術) 超音波距離計は超音波の送信時刻と、受信時刻との差
と、音速を用いて、送信点から受信点までの距離を計測
するものである。このとき、受信時刻を正確に計測しな
ければ、距離に大きな誤差を生じることとなる。たとえ
ば水中での音速は約1.5km/秒であるから、受信時刻に10
00分の1秒の誤差があると距離に1.5mの誤差を生じる。
(Prior Art) An ultrasonic distance meter measures a distance from a transmission point to a reception point by using a difference between an ultrasonic wave transmission time and an ultrasonic reception time and a sound velocity. At this time, if the reception time is not accurately measured, a large error will occur in the distance. For example, the speed of sound underwater is about 1.5 km / sec, so 10
An error of 1/00 second causes an error of 1.5 m in distance.

いま、受信信号について調べると、受信時刻として判定
することは、ノイズの影響を避けるため、受信信号があ
るしきい値を越えた時刻としている。
Now, when examining the received signal, it is determined that the received time is the time when the received signal exceeds a certain threshold value in order to avoid the influence of noise.

第4図は受信信号にノイズが混入していない場合を、第
5図は受信信号にノイズが混入している場合を示す。第
4図では、ノイズが混入していないが、受信レベルが高
い場合と、低い場合とで、しきい値を越える時間に差が
あるため、受信レベルの差により距離の差が生じる。第
5図では、受信信号にノイズを含んでいるため、細い実
線に示すようにしきい値レベルを越えた時刻がt1、t2と
2回あり、そのいずれを正しい時刻とするかにより、t1
〜t2の時刻差すなわち距離の差を生じる。
FIG. 4 shows the case where noise is not mixed in the received signal, and FIG. 5 shows the case where noise is mixed in the received signal. In FIG. 4, noise is not mixed, but there is a difference in the time when the reception level exceeds the threshold value between when the reception level is high and when the reception level is low. Therefore, a difference in distance occurs due to the difference in reception level. In FIG. 5, since the received signal contains noise, there are two times at which the threshold level is exceeded, as shown by the thin solid line, t1 and t2. Depending on which is the correct time, t1
A time difference of ~ t2, that is, a distance difference is generated.

(発明が解決しようとする課題) 第4図において誤差が生じるのは、超音波を水中に送信
したとき水中の潮流、気泡、水温変化、送受信機の動揺
による影響のためである。
(Problems to be Solved by the Invention) An error occurs in FIG. 4 due to the influence of tidal current in the water, bubbles, water temperature change, and shaking of the transceiver when ultrasonic waves are transmitted into the water.

第5図においては反射点までの距離の大小により、ノイ
ズのレベルが変動するため、誤差が大きくなったり、小
さくなったりする。
In FIG. 5, the noise level fluctuates depending on the size of the distance to the reflection point, so that the error increases or decreases.

本発明の目的は前述の欠点を改善し、ノイズや受信レベ
ルの変動による影響の少ない超音波距離計を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to improve the above-mentioned drawbacks and to provide an ultrasonic range finder which is less affected by noise and fluctuations in reception level.

(課題を解決するための手段) 第1図は第1発明の原理構成を示す図である。第1図に
おいて、1は送信機、2は受信機、3は参照波を得る手
段、4は受信波をA/D変換し格納する手段、5はディジ
タル相関器、6は演算回路、7は反射点を示す。第1図
において、1点鎖線は、その右側の各構成ブロックが受
信点に設置されることを示している。
(Means for Solving the Problem) FIG. 1 is a diagram showing a principle configuration of the first invention. In FIG. 1, 1 is a transmitter, 2 is a receiver, 3 is means for obtaining a reference wave, 4 is means for A / D converting and storing the received wave, 5 is a digital correlator, 6 is an arithmetic circuit, and 7 is Indicates a reflection point. In FIG. 1, the alternate long and short dash line indicates that each of the constituent blocks on the right side thereof is installed at the receiving point.

送信された超音波が反射点7から反射されて受信された
とき、時間差により送信点から反射点までの距離を計測
する超音波距離計において、第1発明は下記の構成とし
ている。即ち、 送信超音波の波形に対応する信号波形を参照波とするた
めに記憶する記憶手段と、受信波をA/D変換したデータ
を格納する格納手段と、前記格納手段に格納したデータ
を読出し、前記記憶手段から読出した参照波と比較する
ディジタル相関器5と、前記ディジタル相関器の出力に
ついて最大相関値が得られた参照波の発生時刻を受信時
刻と判定し、送信時刻との時間差を演算する演算回路6
とで構成し、送信点から受信点までの距離を計測するこ
とである。
The first invention has the following configuration in an ultrasonic range finder that measures the distance from the transmission point to the reflection point by a time difference when the transmitted ultrasonic wave is reflected from the reflection point 7 and received. That is, storage means for storing a signal waveform corresponding to the waveform of the transmitted ultrasonic wave as a reference wave, storage means for storing data obtained by A / D converting the received wave, and reading the data stored in the storage means. , The digital correlator 5 for comparing with the reference wave read from the storage means, and the generation time of the reference wave for which the maximum correlation value is obtained for the output of the digital correlator is determined as the reception time, and the time difference from the transmission time is Calculation circuit 6 for calculation
And measures the distance from the transmission point to the reception point.

また第6図は第2発明の原理構成を示す図である。第6
図に示すとおり、第2発明では、受信点を送信点と離れ
て設置し、送信された超音波を反射点での反射波ではな
く直接に受信したときの時間差により送信点と受信件と
の間の距離を計測する超音波距離計において、第1発明
と同様に構成することである。
Further, FIG. 6 is a diagram showing a principle configuration of the second invention. Sixth
As shown in the figure, in the second invention, the receiving point is installed away from the transmitting point, and the transmitting point and the reception condition are different from each other due to the time difference when the transmitted ultrasonic wave is directly received instead of the reflected wave at the reflecting point. An ultrasonic range finder for measuring the distance between the two is configured similarly to the first invention.

そのため、第6図に示す各符号の内第1図と同一の符号
は第1図と同様のものを示している。
Therefore, among the reference numerals shown in FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same reference numerals as those in FIG.

(作用) 第1図において、送信機1から超音波を送信し、反射点
7において反射された信号は受信機2により受信され
る。受信機2は受信信号をA/D変換して記憶装置など4
に格納する。一方、参照波を得る手段3を例えば受信点
に設置して、送信する超音波の波形に対応する信号波形
を参照波とするために記憶する記憶手段に格納して置
く。次にディジタル相関器5は参照波とするために記憶
する記憶手段3のデータと、受信波をA/D変換して格納
する手段4の当初のものを読出して、両者の相関値を求
める。第2図Aは参照波で時間軸方向に32個の時系列値
で形成したもの、第2図Bは受信波形を示す。参照波が
たとえば32個の時系列値で形成した波形であるとき、受
信波データも格納を開始した時刻TOから同じ個数のデー
タを読出して相関値を求め、ディジタル相関器内の相関
値の記憶装置のアドレスTOに格納する。第2図はこの状
況をアナログ波形で説明する図である。
(Operation) In FIG. 1, the ultrasonic wave is transmitted from the transmitter 1, and the signal reflected at the reflection point 7 is received by the receiver 2. The receiver 2 A / D converts the received signal and stores it in a storage device, etc. 4
To store. On the other hand, the means 3 for obtaining the reference wave is installed, for example, at the receiving point and stored in the storage means for storing the signal waveform corresponding to the waveform of the ultrasonic wave to be transmitted as the reference wave. Next, the digital correlator 5 reads out the data of the storage means 3 to be stored as the reference wave and the original one of the means 4 for A / D converting the received wave and storing it, and obtains the correlation value between them. 2A shows a reference wave formed by 32 time series values in the time axis direction, and FIG. 2B shows a received waveform. When the reference wave is a waveform formed with 32 time-series values, for example, the same number of data is read from the time TO at which the received wave data also starts to be stored, the correlation value is obtained, and the correlation value is stored in the digital correlator. Store in the device address TO. FIG. 2 is a diagram for explaining this situation with analog waveforms.

次に、受信波データを1個遅くした時刻T1から前記と同
個数読み出して相関値を求め、前記の記憶装置の次のア
ドレスT1に格納する。
Next, from the time T1 when the received wave data is delayed by one, the same number is read out to obtain the correlation value, and the correlation value is stored in the next address T1 of the storage device.

このようにして相関値を求めることを受信波の終わりま
で繰り返せば、相関値の時系列が得られる。ついでこの
時系列の内で最大の値を有する受信波データの発生時刻
Txを求めて演算装置6に送る。この場合、当初の相関値
は低く、Txで相関値が最大になっている。演算回路6で
は時系列データのサンプリング時間間隔と受信波データ
の相関値最大値発生までの繰り返し回数を積算して、メ
モリ開始から相関値最大になる時間を求め、さらに発信
から受信データのメモリ開始までの時間を加算した値を
求める。この値が発信から受信までに要した正確な時間
である。ついでこの値と音速とから、送信点から受信点
までの距離を計算できる。
By repeating the process of obtaining the correlation value in this manner until the end of the received wave, a time series of correlation values can be obtained. Next, the time of occurrence of the received wave data that has the maximum value in this time series
Tx is obtained and sent to the arithmetic unit 6. In this case, the initial correlation value is low and the correlation value is maximum at Tx. The arithmetic circuit 6 integrates the sampling time interval of the time-series data and the number of repetitions until the maximum value of the correlation value of the received wave data is obtained to obtain the time when the correlation value becomes maximum from the start of the memory, and further the start of the memory of the reception data from the transmission. Calculate the value with the time added to. This value is the exact time it took from sending to receiving. Then, the distance from the transmission point to the reception point can be calculated from this value and the sound velocity.

第2発明では、受信点が送信点と離れて設置され、超音
波について反射点を介することなく受信できる場合であ
る。参照波を含み、距離計算に至る過程は第1発明の場
合と同様である。
In the second invention, the receiving point is installed apart from the transmitting point, and the ultrasonic wave can be received without passing through the reflecting point. The process including the reference wave and reaching the distance calculation is the same as in the case of the first invention.

(実施例) 本発明の実施例においては、参照波とするために記憶す
る記憶手段は受信点に設置して置く。または送信点に設
置して置いて、ディジタル相関器において比較すると
き、送信点から通信回線によりデータを送信して参照波
とする。受信波はA/D変換の後、つねにメモリに格納し
ておく。ディジタル相関器相関において比較するデータ
は、前記メモリの格納データを読出して直接相関値を求
めると演算時間が多大となるから、メモリの後にバッフ
ァを1段設けて、当初のメモリにおける信号振幅がしき
い値を越える時刻より少し前の波形からバッファに移し
て行く。そしてバッファのデータを読出して参照波形と
の相関値を求めれば、相関値を求めるに要する時間が短
縮できる。
(Embodiment) In the embodiment of the present invention, the storage means for storing the reference wave is installed at the receiving point. Alternatively, when it is installed at a transmission point and compared by a digital correlator, data is transmitted from the transmission point through a communication line and used as a reference wave. The received wave is always stored in memory after A / D conversion. For the data to be compared in the digital correlator, if the data stored in the memory is read and the correlation value is directly calculated, the calculation time will be too long. Waveforms slightly before the time when the threshold is exceeded are moved to the buffer. If the data in the buffer is read and the correlation value with the reference waveform is obtained, the time required to obtain the correlation value can be shortened.

次に第3図は距離を演算するブロック図である。第3図
において、ブロック11は距離計算部、12は最大相関時刻
データ、13は記録開始時刻データ、14は発信時刻データ
を示す。15は距離出力部である。距離計算部11ではま
ず、時刻データ14と13との時間差と、13と12との時間差
をそれぞれ求める。
Next, FIG. 3 is a block diagram for calculating the distance. In FIG. 3, block 11 is a distance calculation unit, 12 is maximum correlation time data, 13 is recording start time data, and 14 is transmission time data. Reference numeral 15 is a distance output unit. The distance calculation unit 11 first obtains the time difference between the time data 14 and 13 and the time difference between 13 and 12, respectively.

それらの値を加算してから、音速とを積算すれば、距離
が求められる。距離出力部15ではその値を出力する。
The distance can be obtained by adding these values and then integrating the sound velocity. The distance output unit 15 outputs the value.

(発明の効果) このようにして本願発明によると、超音波を受信した信
号について、メモリを利用し、参照波との相関値を求め
ることにより、雑音に影響されない受信時刻を的確に知
って、送信点と受信点または反射点までの正確な距離を
求めることができる。
(Effect of the invention) According to the invention of the present application, by using a memory for a signal that receives an ultrasonic wave and obtaining a correlation value with a reference wave, it is possible to accurately know a reception time that is not affected by noise, The exact distance between the transmitting point and the receiving point or the reflecting point can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の原理構成を示す図、 第2図は第1図の動作説明のための図、 第3図は本発明の実施例としての距離を演算することを
説明するブロック図、 第4図・第5図は従来の超音波距離計の動作を説明する
ための図、 第6図は第2発明の原理構成を示す図である。 1……送信機 2……受信機 3……参照波を得る手段 4……A/D変換・格納手段 5……ディジタル相関器 6……演算回路
FIG. 1 is a diagram showing a principle configuration of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram for explaining calculation of a distance as an embodiment of the present invention, 4 and 5 are diagrams for explaining the operation of the conventional ultrasonic rangefinder, and FIG. 6 is a diagram showing the principle configuration of the second invention. 1 ... Transmitter 2 ... Receiver 3 ... Means for obtaining reference wave 4 ... A / D conversion / storing means 5 ... Digital correlator 6 ... Arithmetic circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】送信された超音波が反射点より反射されて
受信されたとき、時間差により送信点から反射点までの
距離を計測する超音波距離計において、 送信超音波の波形に対応する信号波形を参照波とするた
めに記憶する記憶手段と、 受信波をA/D変換したデータを格納する格納手段と、 前記格納手段に格納したデータを読出し、前記記憶手段
から読出した参照波と比較するディジタル相関器と、 前記ディジタル相関器の出力について最大相関値が得ら
れた参照波の発生時刻を受信時刻と判定し、送信時刻と
の時間差を演算する演算回路とで構成すること、 を特徴とする超音波距離計。
1. An ultrasonic range finder for measuring a distance from a transmission point to a reflection point by a time difference when a transmitted ultrasonic wave is reflected by a reflection point and received, and a signal corresponding to a waveform of the transmission ultrasonic wave. Storage means for storing a waveform as a reference wave, storage means for storing data obtained by A / D converting the received wave, read data stored in the storage means, and compare with the reference wave read from the storage means And a calculation circuit that determines the generation time of the reference wave for which the maximum correlation value is obtained for the output of the digital correlator as the reception time and calculates the time difference from the transmission time. And ultrasonic range finder.
【請求項2】送信点と受信点とを離れて設置し送信され
た超音波を受信したときの時間差により送信点と受信点
との間の距離を計測する超音波距離計において、 送信超音波の波形に対応する信号波形を参照波とするた
めに記憶する記憶手段と、 受信波をA/D変換したデータを格納する格納手段と、 前記格納手段に格納したデータを読出し、前記記憶手段
から読出した参照波と比較するディジタル相関器と、 前記ディジタル相関器の出力について最大相関値が得ら
れた参照波の発生時刻を受信時刻と判定し、送信時刻と
の時間差を演算する演算回路とで構成すること、 を特徴とする超音波距離計。
2. An ultrasonic range finder for measuring a distance between a transmitting point and a receiving point by a time difference when the transmitted ultrasonic wave is received by installing the transmitting point and the receiving point apart from each other. Storage means for storing the signal waveform corresponding to the waveform of the reference wave as a reference wave, storage means for storing the data obtained by A / D converting the received wave, and the data stored in the storage means are read out from the storage means. A digital correlator that compares the read reference wave with an arithmetic circuit that determines the generation time of the reference wave for which the maximum correlation value is obtained for the output of the digital correlator as the reception time and calculates the time difference from the transmission time. An ultrasonic range finder characterized by:
JP2077104A 1990-03-28 1990-03-28 Ultrasonic rangefinder Expired - Lifetime JPH06100654B2 (en)

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JPH03277987A JPH03277987A (en) 1991-12-09
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JPH07333331A (en) * 1994-06-14 1995-12-22 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Accoustic position measuring equipment based on correlation
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