JPS586156B2 - 距離計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は相関法を利用した距離計測装置、特に距離算定
回路の簡単化に関するものである。

相関法による物体の距離測定方法として、例えば第１図
ａのように“０″、“１゛の２値をとり、周期がＮ＝（
２ｎ−１）（図では次数ｎ＝４の場合を示す。

）のＭ系列信号、所謂人為的に作られた周期的な系列信
号を変調して作られた持続音波を、被距離測定物体に投
射する。

そしてその反射波を受波復調再生して得られた受波系列
信号と、遅延回路を介して得られた送波系列信号との自
己相関（送受波系列信号の積）を求めて、相関関係の成
立即ち送波より受波までに要する時間差τを零とするに
必要な、上記送波系列信号の時間遅延量τ′と音速■と
から距離ｌを によって求めるものがある。

ところでこの場合相関成立のための遅延量τ′を与える
ためには、相関器の出力を検知し、τ＝Ｏのとき生ずる
第１図ｂの如き３角状パルス波の頂点位置を検知して遅
延回路を制御する必要がある。

またこの方法では連続的に変化する距離を測定しようと
する場合には、遅延回路の遅延時間を必要な幅だけ繰返
しスイープさせる必要がある。

しかし従来方法では相関成立の検知に当って３角状パル
ス波の頂点位置を電圧レベルで検出する方法が用いられ
ているため誤差が多く、また遅延量のスイープも機械的
な方法を用いるなど一般に複雑である。

また検出された時間遅延量から距離を算出する場合にも
、上記の距離算出式に相当する演算回路を用いて行って
いるため、回路が複雑である難点がある。

本発明は相関成立の検出および遅延時間の距離変換を、
簡単かつ高精度で行うことができる回路の提供を目的と
するもので、次に図面を用いてその詳細を説明する。

第２図は本発明の一実施例を示すブロック系統図で、以
下第３図の動作波形図を参照しながら構成各部を説明す
る。

図において１，２は第１，第２のクロツク発振器で、１
，２の発振周波数は僅かにずらされている。

３，４は第１，第２の系列信号発生器で、クロック発振
器１，２の出力を基準パルスとして周期的な系列信号、
例えば前記第１図ａで示したようなＭ系列信号ｆＡ（ｔ
），ｆＢ（ｔ）を作る。

５は搬送波発振器、６は変調器、７は電気音響変換器で
、変調器６において搬送波発振器５の出力をＭ系列信号
発生器３からの出力ｊＡ（ｔ）により変調して、電気音
響変換器７により被距離測定物体に投射する。

８は電気音響変換器、９は復調器で、電気音響変換器８
は物体よりの反射波を受波してこれを電気信号に変換し
、復調器９は系列信号を復調再生して、送波系列信号ｆ
Ａ（ｔ）より送波より受波までの音波の伝播時間τに相
当する時間だけ遅れた受波系列信号ｆＣ（ｔ）即ちｆＯ
（ｔ）一ｆＡ（ｔ−τ） を送出する。

１０および１１は第１および第２の乗算器で、第１の乗
算器１０は第１のＭ系列信号発振器３の出力であるｆＡ
（ｔ）と第２のＭ系列信号発振器４の出力であるｆＢ（
ｔ）とを乗算して、ｆＡ（ｔ），ｆＢ（ｔ）の相関関数
φＡＢ（τ） φＡＢ（τ）＝ｆＡ（ｔ）・ｆＢ（ｔ） を求める。

すると乗算器１０の出力側には上式を展開した または φＡＢ（τ）：一１／Ｎ 上記以外のτ こ＼で Ｎ：Ｍ系列信号の周期Ｎ−（２ｎ−１） ｋ：ｏ，１，２．３・・・・・・ τ：送波より受波までの音波の伝播時間 により、第３図ａの関数出力即ちτ＝０のとき最犬値１
（相関成立）となり、τ一±ｔｃで一１／Ｎになるまで
直線的に変化し、その他のτでは一定な−１／Ｎとなる
関数出力を周期ＮＸｔｃで繰返し送出するが、ここでｆ
Ａ（ｔ）とｆＢ（ｔ）とは前記したように両者のクロツ
クパルス周波数が僅かにずれている。

従って相関の成立即ち出力が最犬値１となる点は両クロ
ツクパルス周波数のビート周波数周期毎に現われること
になる。

一方ｆＡ（ｔ）とｆＢ（ｔ）とは同じ系列信号でありそ
のクロックパルス周波数は僅かにずれているだけである
から、上記相関関数φＡＢ（τ）は自己相関関数と見做
して差仕えない。

従って以上から遅延時間τを０から（２ｎ−１）まで繰
返しスイープさせて相関を求めたことになる。

次に第２の乗算器１１は復調器９の出力である受波系列
信号ｆＣと、第２のＭ系列信号発振器４の出力であるｆ
Ｂ（ｔ）との乗算を行って、両者の相関関数φＯＢ（τ
） φＯＢ（Ｔ）一ｆＣ（ｔ）／ｆＢ（ｔ） を求めるが、こ５でｆＣ（ｔ）は前記したようにｆＡ（
ｔ−Ｔ）であり、ｆｃ（ｔ）とｆＢ（ｔ）のクロックパ
ルス周波数のずれはｆＡ（ｔ）とｆＢ（ｔ）間のずれと
同じである。

従って第２の乗算器１１の出力には、第３図ｂのように
送波より受波までの搬送波の伝播時間τだけ遅れ、しか
も両クロツクパルス周波数のビート周波数の周期毎に相
関の成立を生ずるφＡＢ（τ）と同一関数出力が得られ
ることになる。

従って結局第１の乗算器１０の出力に現われる３角状パ
ルス出力の頂点位置と、第２の乗算器１１の出力に現わ
れる３角状パルス出力の頂点位置との間の時間差τは、
音波投射点から被距離測定物体までの距離に比例したも
のとなる。

次に１２および１３は第１および第２の微分回路、１４
および１５は第１および第２の零クロス検出回路で、第
１第２の微分回路１２．１３は第３図ｃ，ｄのように第
１，第２の乗算器１０および１１の出力をそれぞれ微分
し、第１，第２の零クロス検出回路１４．１５は微分出
力が正から負極性に変化する際の零レベル通過の瞬間を
検出して、第３図ｅ，ｆに示す零クロス検出パルスＰ１
，Ｐ２を送出する。

１６はゲート回路、１７は基準電圧源、１８は積分器で
、ゲート回路１６は零クロス検出パルスＰ１によってゲ
ートを開きＰ２によってゲートを閉じて、この間第３図
ｇのように基準電圧源１７からの一定電圧を積分器１８
に加える。

従って積分器１８の出力にはゲート回路１６から得られ
た電圧時間幅に比例した第３図ｈの電圧出力、即ち第１
，第２の乗算器１０．１１のそれぞれの３角状パルス出
力の頂点位置間の時間に比例した出力が得られることに
なり、この電圧値から音波発射から被距離測定物体まで
の距離を知ることができる。

以上のように本発明では相関技術を利用した距離測定に
おいて、遅延時間のスイープに周波数ビートによる方法
を用い、また相関成立を乗算器の出力に現われる３角状
パルス波の微分と零クロス検出によって検知するように
している。

従って前記した従来方法に比べて遅延時間のスイープが
簡単となり、また相関成立の検知を簡単正確に行える。

また更に本発明では基準の相関関数出力と、これより送
波から受波までの伝播時間だけ遅れて生ずる相関関数出
力を作りそれぞれの相関成立時生ずる零クロス検出パル
スによりゲートを制御して、相関成立点間に相邑する電
圧幅の出力を求めて距離を測定するものであるので、前
記距離算定式の演算回路を用いるものに比べて回路は簡
単となる。

なお以上においては系列信号としてＭ系列信号を用いた
例を示したが、Ｌ系列など他の公知の系列信号を用いる
ことができるのは勿論、音波の代りに電磁波、光波など
の搬送波を用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはＭ系列信号波形の一例図、およびＭ系列
信号波形相互の相関関数出力波形図、第２図は本発明の
一実施例ブロック系統図、第３図はその回路各部の波形
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１の周期的系列信号発信器と、その変調持続波を
   音波に変換して被距離測定物体に投射し、その反射波を
   電気信号に変換して復調する送受波回路と、上記第１の
   周期的系列信号発振器のそれより基準クロツクパルス周
   波数が僅かにずれた第２の周期的系列信号発振器と、上
   記第１，第２の周期的系列信号発振器出力を乗算して両
   信号の相関を求める第１の乗算器と、上記第２の周期的
   系列信号発振器の出力信号と上記送受波回路の復調受波
   信号とを乗算して両信号の相関を求める第２の乗算器と
   、第１，第２の乗算器の出力をそれぞれ微分して相関成
   立の瞬間を電圧極性の正負の反転点として与える第１，
   第２の微分回路と、そのそれぞれの出力の正負極性の反
   転点においてそれぞれ零クロス検出パルスを送出する第
   １，第２の零クロス検出器と、そのそれぞれの出力パル
   スにより制御されて開閉が行われるゲート回路とを備え
   、ゲート回路の開放時間が投射音波の発射点から被測定
   物体までの距離に比例することを利用して距離計測を行
   うようにしたことを特徴とする相関法による距離計測装
   置。