KR20070009388A - 거리 측정 장치, 거리 측정 방법 및 거리 측정 프로그램 - Google Patents

거리 측정 장치, 거리 측정 방법 및 거리 측정 프로그램 Download PDF

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KR20070009388A
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카즈히로 와카바야시
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가부시키 가이샤 노켄
토쿠시마 대학
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Abstract

본 발명은 거리 측정 장치, 거리 측정 방법 및 거리 측정 프로그램을 제공하는 것으로서, 송신부(20)는, 발신부(12)의 출력 신호와 동일 주파수(f)의 전자파를 계측축(x축) 방향으로 방출한다. 검출부(30)는, 방향성 결합기(32)에서 검출한 반사파(R)를 송신 신호의 동상(同相) 신호와 직교 신호에 의해 동기 검파하고, 검파 신호로부터 직류 성분을 추출함으로서, 반사파(R)의 동상 성분(I(f))과 직교 성분(Q(f))을 검출한다. 해석 신호 생성부(42)는, 반사파(R)의 동상 성분(I(f)), 직교 성분(Q(f))과 소정의 거리(do)에 따른 주기성을 갖는 신호(IO(f), QO(f))를 믹싱하고, 얻어진 측대파의 한쪽만을 이용하여 해석 신호(p(f))를 생성한다. 푸리에 변환부(44)는 해석 신호(p(f))를 푸리에 변환하여 얻어진 프로파일(P(x))로부터 측정 대상물까지의 거리를 구한다.
송신부, 발신부, 검출부, 푸리에 변환부, 방향성 결합기

Description

거리 측정 장치, 거리 측정 방법 및 거리 측정 프로그램{Distance Measuring Device, Distance Measuring Method and Distance Measuring Program}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 기본 구성을 도시한 회로도.
도 2는 도 1의 거리 측정 장치에서의 측정 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 프로파일(P(x))로부터 구하여지는 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)(계측치)와 실제의 측정 대상물까지의 거리와의 관계를 도시한 도면.
도 4는 프로파일(P(x))로부터 구하여지는 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)(계측치)와 실제의 측정 대상물까지의 거리와의 관계를 도시한 도면.
도 5는 도 1의 거리 측정 장치에서의 측정 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 프로파일(P(x))로부터 얻어지는 거리(계측치)와 측정 대상물의 이동 속도와의 관계를 도시한 도면.
도 7은 프로파일(P(x))로부터 얻어지는 거리(계측치)와 측정 대상물의 이동 속도와의 관계를 도시한 도면.
도 8은 본 발명 실시예의 변경예에 따른 거리 측정 장치의 기본 구성을 도시 한 회로도.
도 9는 본 발명의 실시예의 변경예에 따른 거리 측정 장치의 기본 구성을 도시한 회로도.
도 10은 일본 특허 제 3461498호 공보에 제안되어 있는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 개략 블록도.
도 11은 측정 대상물(Mk)이 거리(dk)의 위치에 있는 때에, x=xs=0의 위치에서 관측되는 수신 파워 신호(p(f, 0))의 파형도.
도 12는 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)가 0m로부터 5m까지의 범위에서의 프로파일의 크기|P(x)|의 계산 결과를 도시한 도면.
도 13은 프로파일(P(x))로부터 구하여지는 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)(계측치)와 실제의 측정 대상물까지의 거리와의 관계를 도시한 도면.
도 14는 프로파일(P(x))로부터 구하여지는 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)(계측치)와 실제의 측정 대상물까지의 거리와의 관계를 도시한 도면.
도 15는 측정 대상물(Mk)을 거리(dk)=10m의 위치를 기준으로 하여, ±10㎜의 범위 내에서 미소하게 위치 변화시켰을 때의 계측 오차를 도시한 도면.
도 16은 수신 파워 신호를 다중 처리하여 얻어지는 계측 결과를 도시한 도면.
도 17은 측정 대상물(Mk)이 등속 이동하고 있는 때의 프로파일(P(x))로부터 얻어지는 거리(계측치)와 측정 대상물의 이동 속도와의 관계를 도시한 도면.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10 : 발신원 12 : 발신부
14 : 주파수 제어부 20 : 송신부
30 : 검출부 34, 35 : 승산기
40 : 신호 처리부 44 : 푸리에 변환부
본 발명은, 거리 측정 장치, 거리 측정 방법 및 거리 측정 프로그램에 관한 것이며, 보다 특정적으로는, 피측정 대상물에 대해 방사한 전자파로부터 측정 대상물과의 거리를 계측하는 거리 측정 장치, 거리 측정 방법 및 거리 측정 프로그램에 관한 것이다.
현재 범용되고 있는 마이크로파를 이용한 피검출 대상물과의 거리 측정 방법은, FMCW(주파수 변조 지속파) 방식과 펄스·레이더 방식으로 대별된다.
FMCW 방식이란, 주파수 소인(frequency swept)한 연속파를 발신하며, 방사신호와 반사 신호와의 주파수 차로부터 피검출 대상물까지의 거리를 구하는 것이다(예를 들면 일본 특개평7-159522호 공보 참조).
한편, 펄스. 레이더 방식이란, 펄스 신호를 발신하고 나서 그것이 측정 대상 에서 반사하여 되돌아 오기까지의 시간을 계측함에 의해, 피검출 대상물까지의 거리를 구하는 것이다(예를 들면 국제 공개WO94/24579 팜플랫 참조).
상기한 2개의 계측 방식은, 어느 것이나 높은 계측 정밀도를 갖는 반면, 각각, 이하에 나타낸 문제점을 갖고 있다.
최초로, FMCW 방식에 관해서는, 계측 정밀도는, 계측 정밀도=광속/(2×주파수의 소인 폭)의 관계식으로서 표시되는 바와 같이, 방사 주파수의 소인 폭에 의해 정해지기 때문에, 높은 정밀도를 얻기 위해서는 넓은 대역 폭을 사용할 필요가 있다. 그러나, 거리 측정 장치가 통상 사용하는, 이동체 검지 센서용으로서 전파법에서 구분되어 있는 24.15GHz의 주파수 대역에서는, 특정 소전력 무선의 규제에 의해, 대역 폭은, 실효 주파수 24.1 내지 24.2GHz의 0.1GHz로 사용이 제한되어 있다. 이 때문에, FMCW 방식의 마이크로 웨이브식 레벨계의 옥외에서의 사용에 관해서는, 충분한 대역 폭을 얻을 수 없다는 이유 때문에, 계측 정밀도에 한계가 생겨 버리고, 또한, 근거리 계측이 어려워지게 된다.
다음에, 펄스·레이더 방식에 관해서는, 방사기에서 매우 짧은 전기적 펄스를 발생시키기 위해서는, 성분적으로는 넓은 전파 대역 폭이 필요하게 된다. 예를 들면, 2n초의 펄스를 발생시키기 위해 필요한 대역 폭은 2GHz가 된다. 따라서, 이 경우도, 전파법이 정하는 대역 폭의 제한을 받아, 옥외에서의 사용이 제한되게 되고, 보다 짧은 전기적 펄스를 사용할 수 없기 때문에, 근거리 계측이 어려워지게 된다.
따라서, 이들의 문제를 해결하기 위해서는, 전파법에서 정해져 있는 전파 대 역이나 방사 이득을 만족하며, 또한, 계측 거리에 관계없이, 특히 근거리 측정에서도 높은 계측 정밀도를 유지하는 것이 필요하게 된다.
상기한 2개의 계측 방식에서는, 사용 대역 폭이 넓기 때문에, 전파법에서 분류되는 특정 소전력 무선으로서 이용할 수는 없지만, 출력 파워를 억제한 미약 전력 무선으로서 이용하는 것이 가능하다. 그러나, 방사 신호의 출력 전력을 내림에 의해, 반사 신호의 전력도 매우 작아지기 때문에, 원거리의 계측을 행하는 경우에 노이즈의 영향을 받기 쉽다는 문제가 생긴다.
또한, 최근에는, 근거리에서도 높은 측정 정밀도를 갖는 거리 측정 장치가 제안되어 있다(예를 들면 일본 특개2002-357656호 공보 참조).
도 10은, 일본 특개2002-357656호 공보에 제안되어 있는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 개략 블록도이다.
도 10을 참조하면, 거리 측정 장치는, 소정의 주파수의 신호를 출력하는 발신원(60)과, 발신원(60)의 출력 신호와 동일 주파수의 전자파를 방출하는 송신부(70)와, 송신부(70)로부터 방출된 전자파(이하, 진행파(D)라고도 칭한다)와 측정 대상물(M1 내지 Mn)(n은 자연수)에서 반사한 반사파(R)가 간섭하여 형성된 정재파(S)의 진폭을 검지하기 위한 검출부(80)와, 검출부(80)의 검출 신호로부터 측정 대상물(Mk)(k는 n 이하의 자연수)까지의 거리를 산출하는 신호 처리부(90)를 구비한다.
발신원(60)은, 발신부(62)와 주파수 제어부(64)를 포함한다. 발신부(62)는, 주파수 제어부(64)가 제어하는 일정한 주파수(f)의 신호를 송신부(70)에 대해 출력한다. 주파수 제어부(64)는, 발신부(62)에 보낸 주파수(f)에 관한 정보를 신호 처리부(90)에도 출력한다.
여기서, 도 10의 거리 측정 장치에 있어서의 계측 방식의 원리에 관해, 간단히 설명한다.
우선, 도 10에 도시한 바와 같이, 송신부(70)로부터 방출된 진행파(D)와 측정 대상물(Mk)에서 반사한 반사파(R)가 간섭함에 의해, 송신부(70)와 측정 대상물(Mk) 사이의 전반 매질중에 정재파(S)가 형성된다.
이때, 정재파(S)를 x축상의 관측점(xs)에 마련된 검출부(80)에서 관측하여 얻어지는 수신 파워 신호(p(f, x))는, 진행파(D)의 주파수(f)에 대해 정현파 함수(cos 함수)가 된다. 특히, 복수의 측정 대상물로부터의 반사가 있는 경우에는, 각 측정 대상물에 대응하여 서로 다른 주기의 정현파가 복수 합성된 것으로 된다. 각 정현파의 주기는, 관측점부터 측정 대상물(Mk)까지의 거리에 역비례의 관계에 있다. 도 10의 거리 측정 장치는, 이 성질을 이용하여 측정 대상물(Mk)까지의 거리를 측정하는 것이다.
즉, 정재파(S)는, 송신부(70)로부터 방출된 진행파(D)와, 측정 대상물(Mk)에 의한 반사파(R)와의 가법적 합성에 의해 발생하고, 그 파워 신호(p(f, x))는, 다음 식으로 표시할 수 있다.
Figure 112006045004687-PAT00001
단, c는 광속, f는 송신 주파수, A는 진행파(D)의 진폭 레벨, dk는 측정 대상물(Mk)까지의 거리이다. 또한, γk는 측정 대상물(Mk)의 반사 계수의 크기로서 전반 손실을 포함한다. φk는 반사에서의 위상 시프트량이다.
도 11은, 측정 대상물(Mk)이 거리(dk)의 위치에 있을 때에, x=xs=0의 위치에서 관측되는 수신 파워 신호(p(f, 0))의 파형도이다.
도 11을 참조하면, 수신 파워 신호(p(f, 0))는, 송신 주파수(f)에 대해 주기적이라는 것을 알 수 있다. 또한, 그 주기는 c/2d이고, 측정 대상물까지의 거리(d)에 반비례하는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 수신 파워 신호(p(f, 0))를 푸리에 변환하여 주기 정보를 추출하면, 측정 대상물까지의 거리(d)를 구할 수 있다. 또한, 식(1)의 수신 파워 신호(p(f, 0))에 푸리에 변환을 적용하여 얻어지는 프로파일(P(x))은, 식(2)와 같이 된다.
Figure 112006045004687-PAT00002
단,
Figure 112006045004687-PAT00003
fO는 송신 주파수 대역의 중간 주파수, fW는 송신 주파수의 대역 폭이다.
이와 같이, 도 10의 거리 측정 장치에 있어서, 측정 대상물(Mk)까지의 거리(dk)는, 진행파(D)의 송신 주파수(f)에 대한 수신 파워 신호(p(f, 0))의 변동 주기에만 의존하고, 송신부(70)에 의해 전자파를 발신하고 나서 검출부(80)에 되돌아 오기까지의 시간의 영향을 받지 않기 때문에, 지금까지의 FMCW 방식 및 펄스·레이더 방식에 대해, 근거리에서도, 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
여기서, 도 10에 도시한 종래의 거리 측정 장치에서는, 정재파(S)의 수신 파 워 신호(p(f, 0))를 식(2)에서 푸리에 변환함으로써, 송신 주파수 대역 폭(fW)에 있어서, 수신 파워 신호(p(f, x))에 1주기 이상의 주기성이 없으면, 정확한 주기 정보를 추출할 수 없다.
도 12는, f0=24.0375GHz, fW=75MHz, γk=0.1, φk=π의 조건하에서의 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)를 0m≤dk≤5m의 범위에서 변화시켰을 때의 수신 파워 신호의 프로파일의 크기|P(x)|를 식(1), (2)을 이용하여 수치 계산에 의해 구한 것이다. 또한, 진행파의 레벨(A2)을 뺀, p(f, 0)-A2를 푸리에 변환하고 있기 때문에, 식(1)의 제 1항은 제거되어 있다.
도 12를 참조하면, 프로파일의 크기|P(x)|는, 식(2)의 제 2항의 성분과 제 3항의 성분에 대응하여, x가 정이 되는 영역과 x가 부가 되는 영역에서 각각 극대치를 갖는 파형이 된다. 종래의 거리 측정 장치에서는, 측정 대상물(Mk)은 반드시 x가 정인 영역에 위치하기 때문에, 이 파형중의 한쪽의 영역(x>0)의 극대치를 추출하고, 극대치에 대응하는 x의 값을 측정 대상물(Mk)의 위치로 하고 있다.
그러나, 거리(d)가 작을 때에는, 도 12에 도시한 바와 같이, 프로파일의 크기|P(x)|의 피크는 정확한 측정 대상물(Mk)의 위치를 나타내지 않게 된다. 이것은, 거리(d)가 작아짐에 수반하여, 2개의 극대치가 서로 간섭함에 의해, 파형이 흐트러져 버림에 의한다. 도 12의 경우에는, 거리(d)가 2m 이상에서는 정확하게 측거(測距)할 수 있지만, 거리(d)가 2m를 하회하면, 올바른 계측치를 얻을 수 없음을 알 수 있다.
즉, 종래의 거리 측정 장치에서는, x가 부의 영역에 나타나는 극대치가, x가 정의 영역에 나타나는 극대치에 미치는 영향(이하, 부의 주파수의 영향이라고도 칭한다)에 기인하여, 근거리에서의 계측 오차의 증가가 문제로 되어 있다.
도 13은, 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)가 근거리 레벨( 내지 10m)일 때의 프로파일(P(x))로부터 얻어지는 계측치와 실제의 측정 대상물(Mk)까지의 거리와의 관계를 도시한 도면이다. 또한, 동 도면의 관계는, 측정 조건으로서, 송신부(70)로부터 방출되는 진행파(D)에 있어서, 송신 주파수(f)의 중심 주파수(f0)를 24.15GHz로 하고, 송신 주파수 대역 폭(fW)을 75MHz로 하였을 때에 얻어진 것이다.
도 13을 참조하면, 종래의 거리 측정 장치로부터 얻어지는 계측치와 실제의 측정 대상물(Mk)까지의 거리(dk)와의 사이에 생기는 계측 오차는, 측정 대상물(Mk)까지의 거리가 짧을수록 큰 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 측정 대상물(Mk)까지의 거리가 4m 이상에서는, 계측치는 실제의 측정 대상물(Mk)까지의 거리에 정확하게 일치하고 있지만, 4m를 하회하면, 계측 오차가 급격하게 증가하기 시작한다. 그리고, 측정 대상물(Mk)까지의 거리가 2m 이하가 되는 영역에서는, 계측 오차가 1000㎜ 정도까지 및, 측정 정밀도가 현저하게 떨어져 버리는 것을 알 수 있다. 이것은, 근거리에서의 프로파일(P(x))의 혼란에 의한 것이고, 2m가 측거할 수 있는 거리의 한계인 것을 시사하고 있다.
상세하게는, 거리(dk)=2m일 때는, 수신 파워 신호(p(f, 0))의 주기는, c/(2×2)=75MHz가 되기 때문에, 송신 주파수 대역 폭(fW)=75MHz는 정확히 수신 파워 신호(p(fx))의 1주기분의 대역에 상당한다. 따라서, 이보다 짧은 주기가 되는, 보다 긴 거리(dk)라면 올바른 계측치를 얻을 수 있기 때문에, 최소 검출 거리(dmin)는,
Figure 112006045004687-PAT00004
로 나타낼 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같이, 종래의 거리 측정 장치를 특정 소전력 무선으로서 사용하는 경우는, 사용할 수 있는 주파수 대역 폭이 전파법과 같은 법률에 의해 제한된다. 예를 들면 일본국 전파법에 있어서의 「이동체 검지 센서」에서는, 24.15GHz대에서의 주파수 대역을 사용하였다고 하면, 점유 주파수 대역 폭의 허용치는 76MHz로 규정된다. 따라서, 도 13의 경우와 마찬가지로, 약 2m 이하의 근거리의 위치 계측에 있어서, 계측 결과에 큰 오차가 생기게 된다.
이상으로 기술한 계측 오차는, 수신 파워 신호(p(f, x))가 1주기 성분 이하가 되는 근거리에 특유한 문제점이지만, 1주기 성분 이상의 주기성이 포함되는 거리(중거리 및 원거리)의 경우라도, 이하에 나타낸 바와 같이 수㎜ 정도의 계측 오차가 생길 수 있다.
도 14는, 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)가 원거리 레벨( 내지 20m)일 때의 프로파일(P(x))로부터 얻어지는 계측치와 실제의 측정 대상물(Mk)까지의 거리와의 관계를 도시한 도면이다. 또한, 동 도면의 관계는, 측정 조건으로서, 송신부(70)로부터 방출되는 진행파(D)에 있어서, 송신 주파수(f)의 중심 주파수(f0)를 24.15GHz로 하고, 송신 주파수 대역 폭(fW)을 75MHz로 하였을 때에 얻어진 것이다.
도 14를 참조하면, 측정 대상물(Mk)을 원거리 레벨인 거리(dk)=10m로부터 dk=20m까지 위치 변화시켰을 때에는, 계측 결과에 최대 ±2㎜ 정도의 오차가 생기고 있음을 알 수 있다. 이 오차의 하나의 원인으로서는, 푸리에 변환에서의 창(window)함수의 창 길이가 수신 파워 신호(p(f, 0))의 파장의 정수배로 되지 않은 것을 들 수 있다.
또한, 중거리 및 원거리에서는, 수신 파워 신호(p(f, 0))에 주기성이 있음에도 관계없이, 측정 대상물(Mk)이 미소하게 위치 변화한 경우에도, 계측 오차가 생긴다.
도 15는, 측정 대상물(Mk)을 거리(dk)=10m의 위치를 기준으로 하여, ±10㎜의 범위 내에서 미소하게 위치 변화시켰을 때의 계측 오차를 도시한 도면이다.
도 15에서 분명한 바와 같이, 측정 대상물(Mk)이 해당 거리 측정 장치로부터 원거리이고, 수신 파워 신호(p(f, 0))에 충분한 주기성이 보이는 거리(dk)=10m의 지 점에 위치하는 때에도, 계측 결과에는, 약 ±5㎝ 정도의 오차가 생기고 있다.
여기서, 이 계측 오차를 저감하는 수단으로서는, 첫째,파워 신호(p(f,0))를 푸리에 변환할 때에, 수신 파워 신호(p(f, 0))로부터 적어도 1주기 성분이 포함되는 신호 범위를 추출하여 푸리에 변환하는 것을, 적어도 반주기 성분 이상의 범위에서 반복하고, 그 각 푸리에 변환된 데이터로부터 각 시간 영역의 합을 구하는 것을 들 수 있다.
둘째, 송신 주파수(f)의 사용 대역 폭(fW)은 동일하게 하고, 송신하는 초기의 주파수를 약간 어긋나게 함에 의해 얻어진 수신 파워 신호를 푸리에 변환하는 것을, 적어도 반주기 성분 이상의 범위에서 반복하고, 그 각 푸리에 변환된 데이터로부터 각 시간 영역의 합을 구하는 것을 들 수 있다.
도 16은, 수신 파워 신호(p(f, 0))를 이들의 수단에 따라 다중 처리하였을 때의 처리 결과이다. 도 16에서 분명한 바와 같이 계측결과에 보이는 오차는, 변위가 ±10㎜에 이르는 범위에서, 약 ±1㎝ 정도까지 개선된다.
그러나, 이와 같은 다중 처리는, 복수의 푸리에 변환 처리를 포함하기 때문에, 처리에 상당한 시간이 필요하게 되고, 즉응성을 필요로 하는 용도에는 부적합하다는 문제점을 갖는다.
또한, 도 10의 거리 측정 장치에서는, 측정 대상물(Mk)이 등속으로 계측축(x축)상을 이동하고 있는 경우에도, 계측 결과에 오차가 생긴다는 문제가 있다.
상세하게는, 측정 대상물(Mk)이 이동하고 있는 경우, 검출부(80)에서 검출되 는 정재파(S)의 수신 파워 신호(p(f, 0))에서는, 수신 주파수가 송신 주파수(f)에 대해 전반 매질의 시간적 변화에 비례한 주파수만큼 시프트한다고 하는, 도플러 시프트가 생긴다. 이때의 시프트량은, 측정 대상물(Mk)이 접근하는 경우에는 수신 주파수를 내리는 방향으로 작용하고, 측정 대상물(Mk)이 멀어지는 경우에는 수신 주파수를 올리는 방향으로 작용한다.
예를 들면, 소정의 거리(dk)=10m에 위치하는 측정 대상물(Mk)이 일정한 속도로 등속 이동하고 있는 것으로 한다. 그리고, 종래의 거리 측정 장치는, 송신부(70)에서, 사용 대역 폭 내에서 송신 주파수(f)를 상승시키면서 소인하는 상승소인(upward frequency sweep)과, 사용 대역 폭 내에서 송신 주파수(f)를 하강시키면서 소인하는 하강소인(downward frequency sweep)을 각각 행하는 것으로 한다.
이때, 측정 대상물(Mk)의 이동 방향과 송신 주파수(f)의 소인 방향에 의해, 수신 파워 신호(p(f, 0))에는 주기성에 이하와 같은 현상이 생긴다. 상세하게는, 상승소인의 경우는, 측정 대상물(Mk)이 접근할 때에는 주기성이 길어지고, 측정 대상물(Mk)이 멀어질 때에는 주기성이 짧아진다. 한편, 하강소인의 경우는, 측정 대상물(Mk)이 접근할 때에는 주기성이 짧아지고, 측정 대상물(Mk)이 멀어질 때에는 주기성이 길어진다.
그리고, 어느 소인 방향에서도, 주기성이 길어지면, 송신 주파수 대역 폭(fW)에 있어서, 수신 파워 신호(p(f, 0))에 1주기 이상의 주기성이 얻어지지 않으 며, 상술한 부의 주파수의 영향에 의한 계측 오차를 증가시켜 버린다.
또한, 이때의 계측 오차는, 상술한 도플러 시프트의 영향에 의해, 상승소인과 하강소인의 어느 소인 방향에서도, 측정 대상물(Mk)의 이동 속도가 증가함에 따라, 실제의 측정 대상물(Mk)의 위치(10m)에 대한 오차가 커진다.
이와 같은 계측 오차를 저감하는 수단으로서는, 송신 주파수(f)를 상승소인하여 얻어지는 수신 파워 신호(p(f, 0))를 푸리에 변환하여 얻어지는 계측 결과(이하, 제 1의 위치 정보라고도 칭한다)와, 송신 주파수(f)를 하강소인하여 얻어지는 수신 파워 신호(p(f, 0))를 푸리에 변환하여 얻어지는 계측 결과(이하, 제 2의 위치 정보라고도 칭한다)를 구하고, 제 1 및 제 2의 위치 정보를 평균화하는 보정 처리를 행함에 의해, 이동하는 측정 대상물의 위치를 검출하는 방법을 들 수 있다.
이 방법에 따라 보정 처리를 한 결과를 도 17에 도시한다. 도 17을 참조하면, 소인 시간이 10m초일 때에는, 이동 속도가 개략 ±2m/s 이하가 되는 범위에서, 계측 오차가 0m로 유지되어 있다. 그러나, 이동 속도가 이 범위를 초과하여 증가함에 따라 계측 오차가 커지는 것을 알 수 있다. 이것은, 상술한 부의 주파수의 영향에 기인하는 것이다. 즉, 종래의 거리 측정 장치에서는, 프로파일의 크기|P(x)|의 파형에 있어서, x가 정이 되는 영역의 극대치만을 일양하게 추출하기 때문에, 측정 대상물(Mk)이 멀어지는 방향으로 고속으로 이동하고, x가 부가 되는 영역에 존재하는 경우를 정확하게 검출할 수 없는 것에 의한다.
또한, 도시는 생략하지만, 소인 시간을 보다 단축함에 의해, 올바른 측정 대 상물(Mk)의 위치를 얻을 수 있는 때의 이동 속도의 범위는 더욱 확대된다.
그러나, 이와 같은 방법에서는, 보정 처리를 할 수 있는 측정 대상물(Mk)의 이동 속도의 범위가, 송신 주파수(f)의 소인 시간에 의존하기 때문에, 고속으로 이동하는 측정 대상물(Mk)을 대상으로 할 때에는, 소인 시간을 한층 짧게, 즉 소인 속도를 고속으로 하여야 한다. 그를 위해서는, 안정되고 고속 가변이 가능한 발진기가 새롭게 필요해진다.
본 발명의 목적은, 좁은 방사 주파수 대역에서도, 근거리까지 정밀도 좋게 계측 가능한 거리 측정 장치, 거리 측정 방법 및 거리 측정 프로그램을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 이동하는 측정 대상물에서도, 정확하게 측거(measurement distance) 가능한 거리 측정 장치, 거리 측정 방법 및 거리 측정 프로그램을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 측정 대상물까지의 거리를 계측하는 거리 측정 장치는, 주파수가 가변인 송신 신호를 출력하는 발신원과, 송신 신호와 동일 주파수의 전자파를 발생하고, 측정 대상물에 대해 방사하는 송신부와, 전자파의 반사파를 검출하는 검출부와, 검출된 반사파와 송신 주파수와의 관계를 연산 처리함에 의해 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 신호 처리부를 구비한다. 검출부는, 검출된 반사파 를 송신 신호에 의해 동기 검파하여 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 검파부를 포함한다. 신호 처리부는, 추출된 위상 변화 성분의 변동 주파수를, 소정의 거리에 따른 주파수만큼 변화시키는 주파수 변환부와, 주파수 변환부에 의해 얻어진 상측 대파(帶波) 및 하측 대파중의 한쪽을 해석 신호로 하는 해석 신호 생성부와, 해석 신호를 푸리에 변환하여 프로파일을 산출하고, 프로파일의 극대치와 소정의 거리에 의거하여 측정 대상물까지의 거리를 구하는 푸리에 변환부를 포함한다.
바람직하게는, 발신원은, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 상승시켜서 소인하는 상승소인부와, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 하강시켜서 소인하는 하강소인부를 포함한다. 신호 처리부는, 상승소인 수단에 따라 푸리에 변환 수단에서 얻어지는 측정 대상물까지의 거리를 제 1의 위치 정보로 하고, 하강소인 수단에 따라 푸리에 변환 수단에서 얻어지는 측정 대상물까지의 거리를 제 2의 위치 정보로서 보존하는 정보 보존부와, 보존된 제 1 및 제 2의 위치 정보를 평균화하여 진정한 측정 대상물까지의 거리를 도출하는 보정부를 또한 포함한다.
바람직하게는, 검파부는, 반사파를 송신 신호에 의해 동기 검파하여 위상 변화 성분의 동상(同相) 성분을 추출하고, 반사파를 송신 신호와 π/2 위상이 다른 신호에 의해 동기 검파하여 위상 변화 성분의 직교 성분을 추출한다.
바람직하게는, 소정의 거리는, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소인시킬 때의 분할 수에 따라 가변으로 한다.
바람직하게는, 소정의 거리는, 소정의 대역 폭과 분할 수로부터 정해지는 최 대 검출 가능 거리의 개략 반분을 최대치로 하도록 설정된다.
바람직하게는, 검파부는, 포락선 검파한 반사파로부터 송신 신호의 직류 성분을 공제함에 의해 반사파의 위상 변화 성분을 추출한다.
본 발명에 의하면, 측정 대상물까지의 거리를 계측하는 거리 측정 방법은, 주파수가 가변인 신호를 출력하는 스탭과, 신호와 동일 주파수의 전자파를 발생하고, 측정 대상물에 대해 방사하는 스탭과, 전자파의 반사파를 검출하는 스탭과, 검출한 반사파와 신호의 주파수와의 관계를 연산 처리함에 의해 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭을 구비한다. 반사파를 검출하는 스탭은, 검출된 반사파를 신호에 의해 동기 검파하여 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭을 포함한다. 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭은, 추출된 위상 변화 성분의 변동 주파수를, 소정의 거리에 따른 주파수만큼 변화시키는 스탭과, 주파수를 변화시켜서 얻어지는 상측 대파 및 하측 대파중의 한쪽을 해석 신호로 하는 스탭과, 해석 신호를 푸리에 변환하여 프로파일을 산출하고, 프로파일의 극대치와 소정의 거리에 의거하여 측정 대상물까지의 거리를 구하는 스탭을 포함한다.
바람직하게는, 주파수가 가변인 신호를 출력하는 스탭은, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 상승시켜서 소인하는 스탭과, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 하강시켜서 소인하는 스탭을 포함한다. 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭은, 상승소인한 때에 푸리에 변환에서 얻어지는 측정 대상물까지의 거리를 제 1의 위치 정보로 하고, 하강소인한 때에 푸리에 변환에서 얻어지는 측정 대상물까지의 거리를 제 2의 위치 정보로서 보 존하는 스탭과, 보존된 제 1 및 제 2의 위치 정보를 평균화하여 진정한 측정 대상물까지의 거리를 도출하는 스탭을 또한 포함한다.
바람직하게는, 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭은, 반사파를 송신 신호에 의해 동기 검파하여 위상 변화 성분의 동상 성분을 추출하고, 반사파를 송신 신호와 π/2 위상이 다른 신호에 의해 동기 검파하여 위상 변화 성분의 직교 성분을 추출한다.
바람직하게는, 소정의 거리는, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소인시킬 때의 분할 수에 따라 가변으로 한다.
바람직하게는, 소정의 거리는, 소정의 대역 폭과 분할 수로부터 정해지는 최대 검출 가능 거리의 개략 반분을 최대치로 하도록 설정된다.
바람직하게는, 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭은, 포락선 검파한 반사파로부터 송신 신호의 직류 성분을 공제함에 의해 반사파의 위상 변화 성분을 추출한다.
본 발명에 의하면, 측정 대상물까지의 거리를 계측하는 거리 측정 프로그램은, 컴퓨터에, 주파수가 가변인 신호를 출력하는 스탭과, 신호와 동일 주파수의 전자파를 발생하고, 측정 대상물에 대해 방사하는 스탭과, 전자파의 반사파를 검출하는 스탭과, 검출한 반사파와 신호의 주파수와의 관계를 연산 처리함에 의해 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭을 실행시킨다. 반사파를 검출하는 스탭은, 검출된 반사파를 신호에 의해 동기 검파하여 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭을 포함한다. 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭은, 추출된 위상 변화 성 분의 변동 주파수를, 소정의 거리에 따른 주파수만큼 변화시키는 스탭과, 주파수를 변화시켜서 얻어지는 상측 대파 및 하측 대파중의 한쪽을 해석 신호로 하는 스탭과, 해석 신호를 푸리에 변환하여 프로파일을 산출하고, 프로파일의 극대치와 소정의 거리에 의거하여 측정 대상물까지의 거리를 구하는 스탭을 포함한다.
바람직하게는, 주파수가 가변인 신호를 출력하는 스탭은, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 상승시켜 소인하는 스탭과, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 하강시켜 소인하는 스탭을 포함한다. 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭은, 상승소인한 때에 푸리에 변환에서 얻어지는 측정 대상물까지의 거리를 제 1의 위치 정보로 하고, 하강소인한 때에 푸리에 변환에서 얻어지는 측정 대상물까지의 거리를 제 2의 위치 정보로서 보존하는 스탭과, 보존된 제 1 및 제 2의 위치 정보를 평균화하여 진정한 측정 대상물까지의 거리를 도출하는 스탭을 또한 포함한다.
바람직하게는, 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭은, 반사파를 송신 신호에 의해 동기 검파하여 위상 변화 성분의 동상 성분을 추출하고, 반사파를 송신 신호와 π/2 위상이 다른 신호에 의해 동기 검파하여 위상 변화 성분의 직교 성분을 추출한다.
바람직하게는, 소정의 거리는, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소인시킬 때의 분할 수에 따라 가변으로 한다.
바람직하게는, 소정의 거리는, 소정의 대역 폭과 분할 수로부터 정해지는 최대 검출 가능 거리의 개략 반분을 최대치로 하도록 설정된다.
바람직하게는, 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭은, 포락선 검파한 반사파로부터 송신 신호의 직류 성분을 공제함에 의해 반사파의 위상 변화 성분을 추출한다.
본 발명에 의하면, 제한된 송신 주파수 대역 폭에 있어서도, 측정 대상물을 거리 0m로부터 높은 측정 정밀도로 측거 가능한 거리 측정 장치를 실현할 수 있다.
또한, 측정 대상물이 고속 이동하고 있는 때에도, 송신 주파수를 상승소인 및 하강소인하여 얻어지는 계측 결과에 보정 처리를 시행함에 의해, 소인 시간에 의존하지 않고, 정밀도 좋게 측거할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 도면중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타낸다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 기본 구성을 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 거리 측정 장치는, 일정한 송신 주파수(f)의 송신 신호를 발신하는 발신원(10)과, 발신된 송신 신호와 동일한 주파수(f)의 전자파를 방출하는 송신부(20)와, 송신부(20)로부터 출력된 전자파(이하, 진행파(D)라고도 칭한다)가 측정 대상물(M1 내지 Mk)에서 각각 반사된 때의 전자파(이하, 반사파(R)라고도 칭한다)를 검출하는 검출부(30)와, 검출부(30)에서 검출된 반사파(R)를 연산 처리 하고, 측정 대상물(M1 내지 Mk)과의 거리(d1 내지 dn)을 산출하는 신호 처리부(40)를 구비한다.
발신원(10)은, 일정한 주파수(f)의 송신 신호를 출력하는 발신부(12)와, 발신부(12)의 출력하는 송신 신호의 주파수(f)를 제어하는 주파수 제어부(14)를 포함한다.
발신부(12)는, 예를 들면 전압 제어 발진 회로(VCO : Voltage Controlled Oscillator)로 구성되고, 주파수 제어부(14)로부터의 제어 신호에 의거하여, 소정의 송신 주파수(f)의 송신 신호를 출력한다.
주파수 제어부(14)는, 예를 들면 위상 검출기로 구성되고, 신호 처리부(40)로부터의 기준 발진 신호와 발신부(12)로부터 귀환되는 귀환 신호와의 위상차를 검출하고, VCO의 발진 주파수를 상승 또는 하강시키는 제어 신호를 출력한다.
발신부(12)에서는, VCO가 이 제어 신호를 받아서 발진 주파수를 조정함에 의해, 기준 발진 신호에 대해 주파수와 위상이 일치하고, 또한 소정의 송신 주파수(f)로 제어된 송신 신호가 출력된다.
송신부(20)는, 예를 들면 안테나로 구성되고, 안테나와 측정 대상물(M1 내지 Mk)과의 사이에 존재하는 공기나 물 등의 전반 매질중 또는 진공중에, 발신부(12)의 출력 신호와 동일 주파수(f)의 전자파를 계측축(x축) 방향으로 방출한다.
검출부(30)는, 방향성 결합기(32)와, 승산기(34, 35)와, 로우패스 필터(LPF)(36, 37)와, π/2 이상기(38)를 포함한다.
방향성 결합기(32)는, x축상의 x=0의 지점에 위치하도록 배치된다. 방향성 결합기(32)는, 송신부(20)의 안테나에서 수신된 신호로부터 반사파(R)를 검출하고, 그 검출한 반사파(R)를 승산기(34, 35)의 한쪽 입력에 각각 출력한다..
승산기(34, 35)의 다른쪽 입력에는, 발신부(12)인 VCO로부터 송신 주파수(f)의 송신 신호가 각각 주어진다. 이때, 승산기(35)의 다른쪽 입력에는, 발신부(12)로부터의 송신 신호를 π/2 이상기(38)에서 π/2만큼 위상 시프트하여 얻어지는 신호가 주어진다.
이로써, 승산기(34, 35)에서는, 반사파(R)와 송신 신호에 동기한 신호를 곱셈함에 의한 검파, 이른바 동기 검파가 행하여진다. 그리고, 승산기(34)로부터는, 이들 2개의 입력 신호의 승산 결과로서, 검파 신호의 동상(I상) 성분(I(f, t))이 출력된다. 또한, 승산기(35)로부터는, 이들 2개의 입력 신호의 승산 결과로서, 검파 신호의 직교(Q상) 성분(Q(f, t))이 출력된다.
그리고, 검파 신호의 동상 성분(I(f, t))과 직교 성분(Q(f, t))이 LPF(36, 37)에 각각 주어지면, 고주파 성분이 제거되고, 직류 성분(I(f), Q(f))이 추출된다. 추출된 직류 성분(I(f), Q(f))은, 신호 처리부(40)에 출력된다.
신호 처리부(40)는, 검출부(30)에 접속되고, 반사파(R)의 직류 성분(I(f), Q(f))을 받는다.
신호 처리부(40)는, 반사파(R)의 직류 성분(I(f), Q(f))으로부터 해석 신호(p(f))를 생성하는 해석 신호 생성부(42)와, 생성된 해석 신호(p(f))를 푸리에 변환하여 프로파일(P(x))을 산출하는 푸리에 변환부(44)를 포함한다. 또한, 해석 신호 생성부(42)와 푸리에 변환부(44)는, 예를 들면 디지털 시그널 프로세서(DSP : Digital Signal Processor)에 의해 일체적으로 구성된다. 이로써, 각 부분에서의 연산 처리는, 미리 기억된 프로그램에 따라 소프트웨어적으로 실행된다.
이상과 같이, 본 실시예에 관한 거리 측정 장치의 구성은, 도 10에 도시한 종래의 거리 측정 장치에 대해, 기본적인 구성을 같게 한다. 그러나, 검출부(30)에서 반사파(R)를 검출하는 점과, 신호 처리부(40)에 해석 신호 생성부(42)를 포함하는 점에서, 종래의 거리 측정 장치와는 다르다. 이하에, 본 실시예에 따른 거리 측정 방법에 관해 상세히 설명하고, 상기한 차이점이 가져오는 효과에 관해 명시한다.
최초로, 본 실시예에 따른 거리 측정 방법의 측정 원리에 관해 설명한다.
도 1에 도시한 거리 측정 장치에 있어서, 송신부(20)로부터 방출된 진행파(D)가 시각(t)에서,
Figure 112006045004687-PAT00005
로 나타날 때, 각 측정 대상물까지의 거리를 dk라고 하면, 각 측정 대상물(Mk)에 의한 반사파(R)는, 다음과 같이 나타낼 수 있다
Figure 112006045004687-PAT00006
단, c는 광속, f는 송신 주파수, A는 진행파(D)의 진폭 레벨, dk는 측정 대상물(Mk)까지의 거리이다. 또한, γk는 측정 대상물(Mk)의 반사 계수의 크기로서 전반 손실을 포함한다. φk는 반사에 있어서의 위상 시프트량이다.
그리고, 검출부(30)의 승산기(34, 35)에서, 식(6)의 반사파(R)를, 송신 주파수(f)의 송신 신호와 이것과 π/2 위상이 다른 송신 신호의 직교 신호로 각각 동기 검파함에 의해, 다음 식으로 표시한 검파 신호의 동상 성분(I(f, t))과 직교 성분(Q(f, t))을 얻을 수 있다.
Figure 112006045004687-PAT00007
또한, 식(7)의 동상 성분(I(f, t)) 및 직교 성분(Q(f, t))으로부터, LPF(36, 37)를 통하여 고주파 성분(송신 신호의 2배파 성분에 상당)을 제거함에 의해, 직류 성분(I(f), Q(f))이 추출된다.
Figure 112006045004687-PAT00008
여기서, 식(8)을 참조하면, 직류 성분(I(f), Q(f))은, 식(7)로 표현되는 반사파(R)의 검파 신호로부터, 진행파(D)가 측정 대상물(Mk)에서 반사한 때의 위상 시프트량(φk)의 변화분(이하, 위상 변화 성분이라고도 칭한다)을 추출한 것임을 알 수 있다. 즉, 식(8)의 직류 성분은, 측정 대상물(Mk)까지의 거리(dk)에 따른 주기로 변동하는 함수가 된다. 따라서, 이 직류 성분을 푸리에 변환함에 의해 주기 성분을 추출하면, 거리(dk)를 알 수 있다.
식(8)에 표시한 직류 성분은, 각각 실(實) 신호로서, 다음 식으로 표시한 cos 함수와 sin 함수로 표시된다.
Figure 112006045004687-PAT00009
따라서, 식(9), (10)을 동상 성분 및 직교 성분으로 하는 복소 정현파 함수를 수신 파워 신호(p(f))로 하고, 이것을 푸리에 변환하여 얻어지는 프로파일의 크기 |P(x)|의 극대치에 의거하여 측정 대상물(Mk)까지의 거리(dk)를 얻을 수 있다고 예상된다.
그러나, 식(9), (10)으로 이루어지는 복소 정현파 함수를 푸리에 변환한 프로파일(P(x))에는, 상기한 식(2)의 프로파일(P(x))과 마찬가지로, e+jθ(f)에 기인하는 제 2항과, e-jθ(f)에 기인하는 제 3항이 발생한다(θ(f)는 위상 변화 성분). 그 때문에, 도 12에서 도시한 것과 마찬가지로, 거리(d)가 작은 때에는, 프로파일의 크기 |P(x)|에 있어서, 제 2항 및 제 3항에 각각 대응하는 2개의 극대치가 서로 간섭함에 의해, 계측 오차가 증가하게 된다. 즉, 부의 주파수의 영향을 회피할 수 없기 때문에, 측정 대상물이 근거리에 위치할 때, 및 측정 대상물이 이동체인 때의 계측 오차를 저감할 수 없다.
그래서, 본 발명에 의한 거리 측정 장치는, 식(9), (10)으로 이루어지는 복소 정현파 함수의 주기성이, 부의 주파수의 영향을 받지 않는 거리에 따른 주기성이 되도록 주파수 변환시키는 것을 특징으로 한다.
상세하게는, 식(9), (10)을 동상 성분 및 직교 성분으로 하는, 거리(dk)에 따른 주기성을 갖는 실 신호와, 미리 설정된 소정의 거리(do)에 따른 주기성을 갖는 신호(IO(f), QO(f))를 혼성(믹싱)한다. 신호(IO(f), QO(f))를 각각,
Figure 112006045004687-PAT00010
로 하면, 식(9), (10)의 실 신호와 식(11), (12)를 믹싱함에 의해, 다음 식으로 표시되는 해석 신호(p(f))가 생성된다.
Figure 112006045004687-PAT00011
즉, 식(13)의 해석 신호(p(f))는, 송신 주파수(f)에 대해 주기적이고, 그 주기성은, 소정의 거리(do)에 따른 주기성보다도 거리(dk)에 따른 주기성만큼 높은 신호가 된다.
여기서, 거리(do)에 따른 신호(IO(f), QO(f))와, 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)에 따른 실 신호(I(f), Q(f))를 믹싱하였을 때에는, 식(13)으로 표시한 양 신호의 주파수의 합의 성분에 더하여, 양 신호의 주파수의 차의 성분도 동시에 발생한다. 이하에 있어서, 주파수의 합의 성분을 상측 대파(USB : Upper Side Band)라고도 칭하고, 주파수의 차의 성분을 하측 대파(LSB : Lower Side Band)라고도 칭한다.
그리고, 이들의 상측 대파(USB)와 하측 대파(LSB)로 이루어지는 신호를 푸리에 변환하면, 얻어지는 프로파일의 파형에는, 소정의 거리(do)를 중심으로 하여, +dk만큼 시프트한 위치(x=do+dk)와, -dk만큼 시프트한 위치(x=do-dk)에 각각 극대치가 나타난다.
이것은, 도 12의 프로파일(P(x))에서 보여진, x=0을 중심으로 하여, x가 정의 영역과 x가 부의 영역에 각각 극대치가 생기는 현상과 동등하다. 그 때문에, x=do를 중심으로 하여 부의 영역(x=do-dk)에 나타나는 극대치가, 실질적으로 부의 주파수의 영향을 정의 영역(x=do+dk)에 나타나는 극대치에 미치게 되어, 계측 오차를 증가시키게 된다.
즉, 거리(dk)가 0m에 근접함에 따라, 2개의 극대치가 함께 중심치(do)에 근접하게 되고, 서로 간섭함에 의해 계측 오차를 크게 하는 결과가 된다. 또한, 측정 대상물(Mk)이 고속으로 이동하고 있을 때에는, 정의 영역(x=do+dk)에 나타나는 극대치가 부의 영역(x=do-dk)에 나타나고, 또한 부의 영역에 나타나는 극대치가 정의 영역에 나타난다는 역전 현상이 발생한다. 그 결과, 진정한 극대치가 어느쪽인지를 판별하는 것이 곤란하게 되고, 계측 오차를 증가시키게 된다.
그래서, 본 발명에 의한 거리 측정 장치는, 이와 같은 실질적인 부의 주파수의 영향을 억제하는 수단으로서, 상측 대파(USB)와 하측 대파(LSB)의 어느 한쪽만을 해석 신호(p(f))로서 이용하는 구성으로 한다.
상세하게는, 상측 대파(USB)를 해석 신호(p(f))로서 이용할 때에는, 해석 신호(p(f))는, 상기한 식(13)으로 표현된다. 한편, 하측 대파(LSB)를 해석 신 호(p(f))로서 이용할 때에는, 해석 신호(p(f))는, p(i)=1(f)·IO(f)-Q(f)·QO(f)로 표현된다.
예를 들면, 식(13)의 상측 대파를 해석 신호(p(f))로 하여, 이것을 푸리에 변환의 공식
Figure 112006045004687-PAT00012
에 적용하여 얻어지는 거리(x)에 있어서의 프로파일(P(x))은, 다음 식과 같이 된다.
Figure 112006045004687-PAT00013
단, fO는 송신 주파수 대역의 중심 주파수, fW는 송신 주파수의 대역 폭이다.
이에 의하면, 식(15)의 프로파일(P(x))은, x=do+dK의 위치에 극대치를 갖게 되고, x=do-dk에 위치하는 극대치에 의한 실질적인 부의 주파수의 영향이 제거된 결과가 된다.
여기서, 거리(dk)에 따른 주기성을 갖는 실 신호(ej θ(f))와, 소정의 거리(do)에 따른 주기성을 갖는 신호(IO(f), QO(f))를 믹싱함에 있어서, 적용되는 식(13)의 각 성분중, 신호(IO(f), QO(f))에 관해서는, 식(11), (12)로 표시되는 산술식을 이용하여 얻을 수 있다. 한편, 실 신호(ej θ(f))에 관해서는, 실수 성분(cos 함수)은 수신한 반사파(R)로부터 도출할 수 있지만, 허수 성분(sin 함수)에 관해서는 도출할 수 없다.
일반적으로, cos 함수로부터 복소 정현파 함수(ej θ(f))를 도출하는 방법으로는, 힐버트 변환이 알려져 있다. 이에 의하면, cos 함수로부터, 이것에 직교하는 sin 함수를 구함으로써 복소 정현파 함수(ej θ(f))를 얻을 수 있다. 그러나, 힐버트 변환에 의해 복소 정현파 함수를 생성하기 위해서는, 기본이 되는 cos 함수에 충분한 주기성이 포함될 것이 필요하게 된다. 따라서, 본 실시예와 같이, 거리(d)가 짧고, cos 함수에 충분한 주기성이 인정되지 않는 경우에서는, 힐버트 변환의 적용은 곤란하다고 할 수 있다.
이에 대해, 본 실시예에서는, 식(7)에 나타난 바와 같이, 반사파(R)를 송신 신호의 동상 신호와 직교 신호로서 각각 동기 검파하여 직류 성분을 추출함에 의해, 실수 성분인 동상 성분(I(f))과, 허수 성분인 직교 성분(Q(f))을 얻을 수 있기 때문에, 복소 정현파 함수(ej θ(f))를 도출할 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 거리 측정 장치에 의하면, 거리(dk)에 따른 주기성을 갖는 실 신호를 반사파(R)의 동기 검파를 행함에 의해 도출하고, 또한, 소정의 거리(do)에 따른 주기성을 갖는 신호를 산술식으로부터 도출함에 의해, 실질적인 부의 주파수의 영향이 제거된 해석 신호(p(f))를 생성하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 해석 신호(p(f))의 생성에 있어서 중요하게 되는, 소정의 거리(do)의 설정 방법에 관해 설명한다.
식(13)의 해석 신호(p(f))를 푸리에 변환하여 얻어지는 프로파일(P(x))은, 도 12에 도시한 종래의 프로파일(P(x))과 마찬가지로, 제 2항 및 제 3항의 성분에 대응하여, x가 정이 되는 영역(x=do+dk)과, x가 부가 되는 영역(x=-do-dk)에 각각 극대치가 나타난다. 따라서, 소정의 거리(do)의 설정에는, 거리(dk)가 0m가 되었을 때에 있어서도, 2개의 극대치가 간섭하는 일이 없는 것이 조건으로 된다. 구체적으로는, 측정 대상물(Mk)이 정지하고 있는 때에는, 최저라도, 식(4)의 최소 검출 거리(dmin)가 확보되도록 설정할 것이 필요하게 된다. 또한, 푸리에 변환에 있어서의 창 함수를 고려하면, 소정의 거리(do)는, 다시 최소 검출 거리(dmin)를 2배한 거리로 설정된다.
또한, 측정 대상물(Mk)이 이동할 때에는, 측정 대상물(Mk)까지의 거리(dk)와 이동 속도와의 관계에 의거하여 설정할 것이 필요하게 된다.
상세하게는, 송신 주파수(f)의 소인에 있어서, 대역 폭(fW)을 N개의 분할 수로 소인한 경우, 샘플링 정리로부터 도출되는 최대 검출 거리(dmax)는, dmax=N·C/fW가 된다. 그리고, 측정 대상물(Mk)이 이동하고 있는 때에는, 송신 주파수(f)를 상승소인하여 얻어지는 해석 신호(p(f))를 푸리에 변환하여 얻어지는 계측 결과(제 1의 위치 정보)와, 송신 주파수(f)를 하강소인하여 얻어지는 해석 신호(p(f))를 푸리에 변환하여 얻어지는 계측 결과(제 2의 위치 정보)를 구하고, 제 1 및 제 2의 위치 정보를 평균화하는 보정 처리를 행함에 의해, 이동하는 측정 대상물(Mk)의 위치가 검출된다. 이 때의 제 1 및 제 2의 위치 정보는, 보정치를 중심으로 먼 쪽과 가가운 쪽으로 각각 시프트한 데이터가 되고, 그 시프트량은, 이동 속도가 높을수록 커진다. 따라서 소정의 거리(do)를 최대 검출 거리(dmax)의 1/2를 최대치가 되도록 설정하면, 상술한 보정 처리를 행하는 것이 가능해진다.
그리고, 측정 대상물(Mk)의 이동 속도가 커지면, 대역 폭(fW)에 포함되는 반사파(R)의 파장 수가 늘어나기 때문에, 송신 주파수(f)의 소인에 있어서의 분할 수(N)를 더욱 증가시킬 필요가 생긴다. 이때, 소정의 거리(do)는, 최대 검출 거리(dmax)가 증가한 것에 비례하여 증가하게 된다. 즉, 소정의 거리(do)는, 측정 대상물(Mk)까지의 거리(dk)와 이동 속도에 따라 설정되는 가변치이다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 거리 측정 장치는, 반사파(R)로부터 거리(dk) 에 따른 주기성을 갖는 신호를 추출하고, 이 신호의 주파수를 거리(do)에 따른 주기성만큼 시프트시켰을 때에 발생하는 2개의 측 대파의 한쪽을 이용하여 해석 신호(p(f))를 생성한다. 그 해석 신호(p(f))의 생성 수단으로서, 반사파(R)의 동기 검파 수단과 주파수 변환 수단이 존재한다.
이것은, 수신한 정재파(S)의 수신 파워 신호를 푸리에 변환하는 종래의 거리 측정 장치에 대해, 반사파(R)로부터 외관상의 정재파를 생성하고, 이 정재파를 이용하여 생성한 해석 신호(p(f))를 푸리에 변환하는 점에서 다르다. 그리고, 이 차이점에 의해, 본 발명에 의한 거리 측정 장치는, 부의 주파수의 영향을 제거하여, 근거리에 위치하는 측정 대상물(Mk) 및 이동하는 측정 대상물(Mk)에서도, 정확하게 거리(dk)를 계측하는 것이 가능하게 된다.
도 2는, 도 1의 거리 측정 장치에 있어서, 이상으로 기술한 측정 원리를 실현하기 위한 동작을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 우선 계측에 앞서, 도 1의 주파수 제어부(14)에서, 주파수 조건이 설정된다. 상세하게는, 송신부(20)로부터 방출되는 전자파의 중심 주파수(fO), 송신 주파수 범위(fW), 소인하는 주파수 스탭(△f)이 설정된다(스탭 S01).
주파수 조건이 설정되면, 주파수 제어부(14)는, 소인 시작시의 송신 주파수(f)로서, f=fO-fW/2를 설정한다. 주파수 제어부(14)는, 발신부(12)의 VCO의 발진 주파수를 송신 주파수(f)로 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다(스탭 S02).
발신부(12)는, 주파수 제어부(14)로부터의 제어 신호에 따라, 자기의 발진 주파수를 송신 주파수(f)로 조정하고, 송신 주파수(f)의 신호를 출력한다(스탭 S03). 송신부(20)는, 출력 신호와 동일 주파수(f)의 전자파를 측정 대상물(Mk)에 대해 방출한다.
다음에, 검출부(30)는, 송신 주파수(f)의 진행파(D)가 측정 대상물에서 반사된 때의 반사파(R)를 검출한다. 이때, 검출부(30)에서는, 방향성 결합기(32)를 통하여 송신부(20)의 수신 신호로부터 반사파(R)가 검출되면, 반사파(R)가 송신 신호에 의해 동기 검파되어 직류 성분이 추출됨에 의해, 반사파(R)의 동상 성분(I(f)), 직교 성분(Q(f))이 검출된다(스탭 S04).
스탭 S03 및 S04에 나타낸 검출 동작은, 또한, 송신 주파수(f)를 주파수 스탭(△f)만큼 증가시켜서 행하여진다(스탭 S06). 이상으로 나타낸 일련의 동작은, 최종적으로 송신 주파수(f)가 소인 종료시의 주파수(fO+fW/2)에 이를 때까지 반복된다(스탭 S05).
스탭 S05에서, 소정의 주파수 대역 폭(fW)에서의 반사파(R)의 동상 성분(I(f)), 직교 성분(Q(f))의 검출이 종료되면, 신호 처리부(40) 내의 해석 신호 생성부(42)에서, 동상 성분(I(f)), 직교 성분(Q(f))으로부터 해석 신호(p(f))가 산출된다(스탭 S07).
이때, 해석 신호 생성부(42)에서는, 스탭 S10에 나타낸 바와 같이, 측정 대상물(Mk)의 위치 및 이동 속도에 의거하여 소정의 거리(do)가 설정되면, 거리(do)에 따른 주기성을 갖는 신호(IO(f), QO(f))가 식(11), (12)를 이용하여 산출된다(스탭 S11). 그리고, 스탭 S07에서, 동상 성분(I(f)), 직교 성분(Q(f))과 신호(IO(f), QO(f))가 믹싱되고, 발생하는 2개의 측 대파중의 한쪽(예를 들면 상측 대파(USB))를 이용하여 해석 신호(p(f))가 생성된다.
스탭 S07에서 얻어진 해석 신호(p(f))는, 푸리에 변환부(44)에서 푸리에 변환된다. 이로써, 프로파일(P(x))이 도출된다(스탭 S08).
최후로, 프로파일(P(x))의 극대치를 추출함에 의해, 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)를 구할 수 있다(스탭 S09).
도 3은, 도 1의 거리 측정 장치에 있어서, 프로파일(P(x))로부터 구하여지는 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)(계측치)와 실제의 측정 대상물까지의 거리와의 관계를 도시한 도면이다. 또한, 동 도면의 관계는, fO=24.0375GHz, fW=75MHz, γk=0.1, φk=π의 조건하에 있어서, 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)를 0m≤dk≤10m의 범위에서 변화시켰을 때에 얻어진 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 프로파일(P(x))로부터 얻어지는 측정 대상물의 거리(dk)와 실제의 측정 대상물까지의 거리sms, 0m≤dk≤10m의 모든 범위에 있어서, 1대1의 관계가 얻어졌다. 이로써, 도 12에 도시된 종래 계측 불가능하였던 거리가 2m 이하의 영역에서도 계측할 수 있고, 특히 d=0m로부터의 측거가 가능해진다.
도 4는, 측정 대상물(Mk)까지의 거리(dk)가 원거리 레벨(10m≤dk≤20m)일 때의 계측치와 실제의 측정 대상물까지의 거리와의 관계를 도시한 도면이다.
도 4에서 분명한 바와 같이, 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)에는, 도 13에서 도시된 오차가 생기지 않는다. 따라서, 중거리 이상에 위치하는 측정 대상물(Mk)에 대해서도, 계측 오차를 저감할 수 있다.
다음에, 도 1의 거리 측정 장치에 있어서의 이동하는 측정 대상물(Mk)까지의 거리(dk)의 측정 동작에 관해 설명한다.
도 5는, 도 1에 도시한 거리 측정 장치에 있어서의 측정 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 우선 계측에 앞서, 도 1의 주파수 제어부(14)에서, 주파수 조건이 설정된다. 상세하게는, 송신부(20)로부터 방출되는 전자파의 중심 주파수(fO), 송신 주파수 범위(fW), 소인하는 주파수 스탭(△f)이 설정된다(스탭 S20). 이하에서는, 송신 주파수(f)를, 주파수 스탭(△f)마다 증가(상승소인에 상당히), 또는 주파수 스탭(△f)마다 감소(하강소인에 상당히)함에 의해, 제 1 및 제 2의 위치 정보가 각각 검출된다.
우선, 상승소인에서는, 주파수 조건이 설정되면, 주파수 제어부(14)는, 소인 시작시의 송신 주파수(f)로서, f=fO-fW/2를 설정한다. 주파수 제어부(14)는, 발신부(12)의 VCO의 발진 주파수를 송신 주파수(f)로 제어하기 위한 제어 신호를 출력 한다(스탭 S21).
발신부(12)는, 주파수 제어부(14)로부터의 제어 신호에 따라, 자기의 발진 주파수를 송신 주파수(f)로 조정하고, 송신 주파수(f)의 신호를 출력한다(스탭 S22). 송신부(20)는, 출력 신호와 동일 주파수(f)의 전자파를 측정 대상물(Mk)에 대해 방출한다.
다음에, 검출부(30)는, 송신 주파수(f)의 진행파(D)가 측정 대상물(Mk)에서 반사된 반사파(R)를 검출한다. 그리고, 검출부(30)는, 반사파(R)를 송신 신호의 동상 신호와 직교 신호에 의해 동기 검파하여, 반사파(R)의 동상 성분(I(f)), 직교 성분(Q(f))을 검출한다(스탭 S23).
스탭 S22 및 S23에 나타낸 검출 동작은, 송신 주파수(f)를 주파수 스탭(△f)만큼 증가시켜 행하여진다(스탭 S24). 이상으로 나타낸 일련의 동작은, 최종적으로 송신 주파수(f)가 소인 종료시의 주파수(fO+fW/2)에 이를 때까지 반복된다(스탭 S25).
스탭 S25에서, 소정의 주파수 범위(fW)에서의 동상 성분(I(f)) 및 직교 성분(Q(f))의 검출이 종료되면, 신호 처리부(40) 내의 해석 신호 생성부(42)에서, 동상 성분(I(f)), 직교 성분(Q(f))과 소정의 거리(do)에 따른 주기성의 신호(IO(f), QO(f))가 믹싱되고, 그때 생기는 상측 대파(USB)로부터 해석 신호(p(f))가 산출된다(스탭 S26).
또한, 얻어진 해석 신호(p(f))는, 푸리에 변환부(44)에서 푸리에 변환된다. 이로써, 프로파일(P(x))이 도출된다(스탭 S27).
최후로, 프로파일(P(x))의 극대치를 추출하고, 극대치를 주는 위치(x)로부터 소정의 거리(do)를 공제함에 의해, 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)를 구할 수 있다(스텝 S28). 검출된 거리(dk)는, 제 1의 위치 정보로서 푸리에 변환부(44)에 저장된다.
다음에, 하강소인에서는, 주파수 조건이 설정되면, 주파수 제어부(14)는, 소인 시작시의 송신 주파수(f)로서, f=fO+fW/2를 설정한다. 주파수 제어부(14)는, 발신부(12)의 VCO의 발진 주파수를 송신 주파수(f)로 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다(스탭 S31).
발신부(12)는, 주파수 제어부(14)로부터의 제어 신호에 따라, 자기의 발진 주파수를 송신 주파수(f)로 조정하고, 송신 주파수(f)의 신호를 출력한다. 송신부(20)는, 출력 신호와 동일 주파수(f)의 전자파를 측정 대상물(Mk)에 대해 방출한다(스탭 S32).
다음에, 검출부(30)는, 송신 주파수(f)의 진행파(D)가 측정 대상물(Mk)에서 반사된 반사파(R)를 검출한다. 그리고, 스탭 S23와 같은 순서에 따라, 반사파(R)의 동상 성분(I(f)), 직교 성분(Q(f))이 각각 검출된다(스탭 S33).
스탭 S32 및 S33에 나타낸 검출 동작은, 송신 주파수(f)를 주파수 스탭(△f)만큼 감소시켜 행하여진다(스탭 S34). 이상으로 나타낸 일련의 동작은, 최종적으로 송신 주파수(f)가 소인 종료시의 주파수(fO-fW/2)에 이를 때까지 반복된다(스탭 S35).
스탭 S34에서, 소정의 주파수 범위(fW)에서의 동상 성분(I(f)), 직교 성분(Q(f))의 검출이 종료되면, 신호 처리부(40) 내의 해석 신호 생성부(42)에서, 동상 성분 1(f), 직교 성분(Q(f))과, 거리(do)에 따른 주기성의 신호(IO(f), QO(f))가 믹싱되고, 그때의 상측 대파(USB)로부터 해석 신호(p(f))가 산출된다(스탭 S36).
얻어진 해석 신호(p(f))는, 푸리에 변환부(44)에서 푸리에 변환된다. 이로써, 프로파일(P(x))이 도출된다(스탭 S37).
최후로, 프로파일(P(x))의 극대치를 추출함에 의해, 측정 대상물(Mk)의 거리(dk)를 구할 수 있다(스탭 S38). 검출된 거리(dk)는, 제 2의 위치 정보로서 푸리에 변환부(44)에 저장된다.
푸리에 변환부(44)는, 스탭 S28, S38에서, 제 1 및 제 2의 위치 정보가 보내지면, 이들 2개의 위치 정보를 평균화한다(스탭 S39). 얻어진 결과는, 측정 대상물(Mk)의 진정한 위치 정보로서 취득된다(스탭 S40).
도 6은, 도 5의 보정 처리로부터 얻어지는 거리(계측치)와 측정 대상물(Mk)의 이동 속도와의 관계를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상승소인시의 계측 결과인 제 1의 위치 정보와, 하강소인시의 계측 결과인 제 2의 위치 정보를 평균화함에 의해, 계측 오차는, 측정 대상 물(Mk)의 이동 속도의 넓은 범위에서, 약 0m로 유지되고 있다.
그러나, 도 6에서, 이동 속도가 40m/s을 초과하면, 약 5.0m의 계측 오차가 생겨 버린다. 이 계측 오차는, 송신 주파수(f)의 분할 수(N)에 의한 샘플링 때문의 앨리에이싱의 영향을 받는 것에 기인한다. 그리고, 송신 주파수(f)의 분할 수(N)를 더욱 증가하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 고속시에 있어서의 계측 오차를 해소할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 거리 측정 장치에 , 반사파를 동기 검파하여 동상 성분과 직교 성분을 검출하고, 이것을 소정의 거리에 따른 주파수만큼 시프트시켰을 때의 측 대파의 한쪽을 해석 신호로서 이용함에 의해, 근거리부터 원거리까지 정밀도 좋게 계측할 수 있다. 또한, 측정 대상물이 고속 이동하고 있을 때에도, 송신 주파수를 상승소인 및 하강소인하여 얻어지는 계측 결과에 보정 처리를 시행함에 의해, 소인 시간에 의존하지 않고, 정밀도 좋게 측거할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 반사파(R)의 검출을 방향성 결합기(32)에 의해 행하는 구성으로 하였지만, 도 8에 도시한 바와 같이, 수신 전용으로 마련한 안테나(202)에 의해 검출하는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 안테나(202)가 수신한 신호는 직접 승산기(24, 26)의 한쪽 입력에 각각 입력된다.
또한, 본 발명에 있어서의 반사파(R)의 동상 성분(I(f)) 및 직교 성분(Q(f))의 검출을, 아날로그 승산기(34, 36)에서 반사파(R)를 동기 검파하는 구성으로 하였지만, 송신 신호의 송신 주파수(f)가 높고, 아날로그 승산기를 사용할 수 없는 경우는, 도 9에서 도시한 바와 같이, 도 1의 검출부(30)에서의 승산기(34, 35)를 다이오드로 이루어지는 가산기(38, 39)를 구성하고, 반사파(R)를 포락선 검파함에 의해, 검출하는 구성으로 하면 좋다. 또한, 이 경우, 검파 신호에는, 송신 신호의 직류 성분도 포함되기 때문에, 이 직류 성분을 제거하기 위한 수단이 별도 필요하게 된다.
본발명은 제한된 송신 주파수 대역 폭에 있어서도, 측정 대상물을 거리 0m로부터 높은 측정 정밀도로 측거 가능한 거리 측정 장치를 실현할 수 있으며,
또한, 측정 대상물이 고속 이동하고 있는 때에도, 송신 주파수를 상승소인 및 하강소인하여 얻어지는 계측 결과에 보정 처리를 시행함에 의해, 소인 시간에 의존하지 않고, 정밀도 좋게 측거할 수 있다.

Claims (18)

  1. 측정 대상물까지의 거리를 계측하는 거리 측정 장치로서,
    주파수가 가변인 송신 신호를 출력하는 발신원(12)과,
    상기 송신 신호와 동일 주파수의 전자파를 발생하고, 상기 측정 대상물에 대해 방사하는 송신부(20)와,
    상기 전자파의 반사파를 검출하는 검출부(30)와,
    검출된 상기 반사파와 상기 송신 신호의 주파수와의 관계를 연산 처리함에 의해 상기 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 신호 처리부(40)를 구비하고,
    상기 검출부(30)는,
    검출된 상기 반사파를 상기 송신 신호에 의해 동기 검파하여 상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 검파 수단을 포함하고,
    상기 신호 처리부(40)는,
    추출된 상기 위상 변화 성분의 변동 주파수를, 소정의 거리에 따른 주파수만큼 변화시키는 주파수 변환 수단과,
    상기 주파수 변환 수단에 의해 얻어지는 상측 대파 및 하측 대파중의 한쪽을 해석 신호로 하는 해석 신호 생성 수단과,
    상기 해석 신호를 푸리에 변환하여 프로파일을 산출하고, 상기 프로파일의 극대치와 상기 소정의 거리에 의거하여 상기 측정 대상물까지의 거리를 구하는 푸리에 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발신원(12)은,
    소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 상승시켜 소인하는 상승소인 수단과,
    상기 소정의 송신 주파수를 상기 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 하강시켜 소인하는 하강소인 수단을 포함하고,
    상기 신호 처리부(40)는,
    상기 상승소인 수단에 따라 상기 푸리에 변환 수단으로 얻어지는 상기 측정 대상물까지의 거리를 제 1의 위치 정보로 하고, 상기 하강소인 수단에 따라 상기 푸리에 변환 수단으로 얻어지는 상기 측정 대상물까지의 거리를 제 2의 위치 정보로서 보존하는 수단과,
    보존된 상기 제 1 및 제 2의 위치 정보를 평균화하여 진정한 상기 측정 대상물까지의 거리를 도출하는 보정 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 검파 수단은, 상기 반사파를 상기 송신 신호에 의해 동기 검파하여 상기 위상 변화 성분의 동상 성분을 추출하고, 상기 반사파를 상기 송신 신호와 π/2 위상이 다른 신호에 의해 동기 검파하여 상기 위상 변화 성분의 직교 성분을 추출 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 소정의 거리는, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소인시킬 때의 분할 수에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 소정의 거리는, 상기 소정의 대역 폭과 상기 분할 수로부터 정해지는 최대 검출 가능 거리의 개략 반분을 최대치로 하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 검파 수단은, 포락선 검파한 상기 반사파로부터 상기 송신 신호의 직류 성분을 공제함에 의해 상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  7. 측정 대상물까지의 거리를 계측하는 거리 측정 방법으로서,
    주파수가 가변인 신호를 출력하는 스탭과,
    상기 신호와 동일 주파수의 전자파를 발생하고, 상기 측정 대상물에 대해 방사하는 스탭과,
    상기 전자파의 반사파를 검출하는 스탭과,
    검출한 상기 반사파와 상기 신호의 주파수와의 관계를 연산 처리함에 의해 상기 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭을 구비하고,
    상기 반사파를 검출하는 스탭은,
    검출된 상기 반사파를 상기 신호에 의해 동기 검파하여 상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭을 포함하고,
    상기 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭은,
    추출된 상기 위상 변화 성분의 변동 주파수를, 소정의 거리에 따른 주파수만큼 변화시키는 스탭과,
    상기 주파수를 변화시켜 얻어지는 상측 대파 및 하측 대파중의 한쪽을 해석 신호로 하는 스탭과,
    상기 해석 신호를 푸리에 변환하여 프로파일을 산출하고, 상기 프로파일의 극대치와 상기 소정의 거리에 의거하여 상기 측정 대상물까지의 거리를 구하는 스탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 주파수가 가변인 신호를 출력하는 스탭은,
    소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 상승시켜서 소인하는 스탭과,
    상기 소정의 송신 주파수를 상기 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 하강 시켜 소인하는 스탭을 포함하고,
    상기 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭은,
    상기 상승소인한 때에 상기 푸리에 변환에서 얻어지는 상기 측정 대상물까지의 거리를 제 1의 위치 정보로 하고, 상기 하강소인한 때에 상기 푸리에 변환에서 얻어지는 상기 측정 대상물까지의 거리를 제 2의 위치 정보로서 보존하는 스탭과,
    보존된 상기 제 1 및 제 2의 위치 정보를 평균화하여 진정한 상기 측정 대상물까지의 거리를 도출하는 스탭을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭은, 상기 반사파를 상기 신호에 의해 동기 검파하여 상기 위상 변화 성분의 동상 성분을 추출하고, 상기 반사파를 상기 신호와 π/2 위상이 다른 신호에 의해 동기 검파하여 상기 위상 변화 성분의 직교 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 소정의 거리는, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소인시킬 때의 분할 수에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 소정의 거리는, 상기 소정의 대역 폭과 상기 분할 수로부터 정해지는 최대 검출 가능 거리의 개략 반분을 최대치로 하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭은, 포락선 검파한 상기 반사파로부터 상기 신호의 직류 성분을 공제함에 의해 상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  13. 측정 대상물까지의 거리를 계측하는 거리 측정 프로그램으로서,
    컴퓨터에,
    주파수가 가변인 신호를 출력하는 스탭과,
    상기 신호와 동일 주파수의 전자파를 발생하고, 상기 측정 대상물에 대해 방사하는 스탭과,
    상기 전자파의 반사파를 검출하는 스탭과,
    검출한 상기 반사파와 상기 신호의 주파수와의 관계를 연산 처리함에 의해 상기 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭을 실행시키고,
    상기 반사파를 검출하는 스탭은,
    검출된 상기 반사파를 상기 신호에 의해 동기 검파하여 상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭을 포함하고,
    상기 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭은,
    추출된 상기 위상 변화 성분의 변동 주파수를, 소정의 거리에 따른 주파수만큼 변화시키는 스탭과,
    상기 주파수를 변화시켜 얻어지는 상측 대파 및 하측 대파중의 한쪽을 해석 신호로 하는 스탭과,
    상기 해석 신호를 푸리에 변환하여 프로파일을 산출하고, 상기 프로파일의 극대치와 상기 소정의 거리에 의거하여 상기 측정 대상물까지의 거리를 구하는 스탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 프로그램.
  14. 제 13항에 있어서,
    주파수가 가변인 신호를 출력하는 스탭은,
    소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 상승시켜서 소인하는 스탭과,
    상기 소정의 송신 주파수를 상기 소정의 대역 폭으로 소정의 스탭에서 하강시켜 소인하는 스텝을 포함하고,
    상기 측정 대상물까지의 거리를 산출하는 스탭은,
    상기 상승소인한 때에 상기 푸리에 변환에서 얻어지는 상기 측정 대상물까지의 거리를 제 1의 위치 정보로 하고, 상기 하강소인한 때에 상기 푸리에 변환에서 얻어지는 상기 측정 대상물까지의 거리를 제 2의 위치 정보로서 보존하는 스탭과,
    보존된 상기 제 1 및 제 2의 위치 정보를 평균화하여 진정한 상기 측정 대상 물까지의 거리를 도출하는 스탭을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 프로그램.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭은, 상기 반사파를 상기 신호에 의해 동기 검파하여 상기 위상 변화 성분의 동상 성분을 추출하고, 상기 반사파를 상기 신호와 π/2 위상이 다른 신호에 의해 동기 검파하여 상기 위상 변화 성분의 직교 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 프로그램.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 소정의 거리는, 소정의 송신 주파수를 소정의 대역 폭으로 소인시킬 때의 분할 수에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 프로그램.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 소정의 거리는, 상기 소정의 대역 폭과 상기 분할 수로부터 정해지는 최대 검출 가능 거리의 개략 반분을 최대치로 하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 프로그램.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 스탭은, 포락선 검파한 상기 반사 파로부터 상기 신호의 직류 성분을 공제함에 의해 상기 반사파의 위상 변화 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 프로그램.
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