WO2001007932A1

WO2001007932A1 - Procede et dispositif de detection de distance

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Publication number: WO2001007932A1
Application number: PCT/JP2000/004971
Authority: WO
Inventors: Tadashi Hayakawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2001-02-01
Also published as: DE60028581D1; US6820031B1; DE60028581T2; EP1209484A1; EP1209484A4; EP1209484B1; JP3411856B2; JP2001033543A

Description

明細書距離検出方法及び距離検出装置技術分野

本発明は、移動局間又は移動局と基地局との間の相対距離を検出するのに好適な距離検出装置及びその方法に関し、特にスぺクトラム拡散通信方式の移動体通信システムに好適可能な距離検出装置及びその方法に関する。背景技術

従来、二つの移動体の相対距離をスペクトラム拡散通信方式にしたがった通信によって検出する距離検出装置が開発されている , 例えば、特開平 5 — 1 2 2 1 2 0号公報で開示されている車両通信装置では、ある通信局 M S— 1が他の通信局 M S— 2 に向けて拡散変調した送信波を無線送信し、その送信波を他の通信局 M S 一 2が受信すると、受信波の拡散符号に同期した拡散符号にて拡散変調した送信波を通信局 M S— 1 に送り返す。

通信局 M S— 1は、通信局 M S— 2からの応答波を受信したときに、送信波を送信してから通信局 M S— 2からの応答波を受信するまでの時間を検出して、次式（ 1 ) を元に通信局 M S— 2 との間の相対距離を検出する。

相対距離 =光速 X時間差 / 2 … （ 1 )

しかしながら、上述した車両通信装置においては、送受信回路での信号遅延が原因で精度の高い距離検出ができないという問題点があった。発明の開示

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、送受信回路内での信号遅延に起因した距離検出誤差を除去することができる距離検出方法及び距離検出装置を提供することを目的とする。

本発明の距離検出方法は、電磁波の伝搬時間を測定することで距離を検出する距離検出方法において、送信系回路を出力した送信信号を直接受信系回路に入力し、前記受信系回路を通過した送信信号の受信タイミングと送信信号の送信タイミングとの差を測定して送受信回路の信号遅延時間を求め、求めた信号遅延時間を用いて測定距離の補正を行う。

この方法により、送信系回路の信号遅延時間と受信系回路の信号遅延時間の合計を測定して、この測定した信号遅延時間を測定距離を求める際の補正値とすることで、送信系回路と受信系回路の夫々の信号遅延時間が相殺されるので、精度の高い距離検出が可能になる。

また、本発明の距離検出方法は、送信した信号の測距対象物からの反射信号を受信して、この受信信号と送信信号との位相差を測定し、この測定結果から前記測距対象物との相対距離を検出し、検出した相対距離を受信系回路での前記送信信号の受信タイミングと前記送信信号の送信タイミングとの差の測定結果である送受信系回路での信号遅延時間を用いて補正する。

この方法により、送信系回路での信号遅延時間と受信系回路での信号遅延時間の合計を測定して、この測定した信号遅延時間を測距対象物までの測定距離を求める際の補正値とすることで、送信系回路と受信系回路の夫々の信号遅延時間が相殺されるので、精度の高い距離検出が可能になる。

また、本発明の距離検出装置は、自局の夕イマで周期性の信号を生成して相手局へ送信する送信系回路と、前記相手局が相手局タイマで周期性の信号を生成して自局に送信してくる信号を受信する受信系回路と、前記送信系回路からの送信信号を直接前記受信系回路に入力する信号パスと、前記送信系回路から信号を送信したときの送信タイミングと送信信号が前記信号パスによって前記受信系回路に入力されときの受信タイミングとの差を測定して自局信号遅延時間を求め、さらに相手局からの送信信号を受信した受信タイミングを自局の夕イマの基準タイミングとのずれ量を測定して自局検出位相差を求め、これら自局信号遅延時間及び自局検出位相差と相手局で求められた相手局信号遅延時間及び相手局検出位相差とを用いて自局と相手局との相対距離を検出する距離検出部とを備えた構成を採る。

この構成により、二つの通信局の夫々の送信系回路の信号遅延時間と受信系回路の信号遅延時間を合計した信号遅延時間を測定して、双方の信号遅延時間を二つの通信局間の相対距離を求める際の補正値とすることで、二つの通信局の夫々の送信系回路と受信系回路の信号遅延時間が相殺されるので、精度の高い距離検出が可能になる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1 に係る距離検出装置の基本構成を示すブロック図

図 2は、本発明の実施の形態 7 に係る距離検出装置の構成を示すブロック図、及び

図 3は、実施の形態 8に係る距離検出装置の遅延プロファイルを説明するためのタイミング図、である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

(実施の形態 1 )

図 1 は本発明の実施の形態 1 に係る距離検出装置の基本構成を示すブロック図である。この図において、この実施の形態 1 に係る距離検出装置は、電波を利用して信号の送受信を行う通信局 1 0、 2 0にそれぞれ搭載したものであり、通信局 1 0、 2 0は、基準夕イマ 1 1、 2 1、信号発生部 1 2、 2 4、送信系回路 1 3、 2 5、信号受信部 1 4、 2 3、受信系回路 1 5、 2 2、送受信兼用アンテナ 1 6、 2 6 を有している。

この実施の形態 1 に係る距離検出装置では、一方の通信局 1 0 における信号発生部 1 2及び信号受信部 1 4、並びに他方の通信局 2 0 における信号受信部 2 3 と及び号発生部 2 4は、それそれマイコン 1 7、 2 7で実現されている。

これらマイコン 1 7、 2 7の図示せぬメモリには以下で説明する距離検出方法をプログラム化したデータ（距離検出プログラム）が書き込まれている。なお、距離検出プログラムが格納される記憶媒体としては、上記メモリの他に、ハードディスク装置、フロヅピーディスク、 C D— R O M、 C D - RW, M O等の磁気記録媒体、光記録媒体または光磁気記録媒体が望ましい。

上記送受信兼用アンテナ 1 6 ( 2 6 ) と送信系回路 1 3 ( 2 5 ) 又は受信系回路 1 5 ( 2 2 ) との間を接続する信号線路 1 8 ( 2 8 ) は、信号入力手段に対応する。（）内は通信局 2 0側の構成要素を示す。

なお、基準タイマ 1 1 ともう一方の基準夕イマ 2 1 との周期は同一とする。図 1 に示す時間差 Δ Τは、他方の通信局 2 0の基準夕イマ 2 1がー方の通信局 1 0の基準タイマ 1 1 より時間が進んでいるとき > ◦ (正）、遅れているときく 0 (負）とする。また、他方の基準夕イマ 2 1がー方の基準夕イマ 1 1 より進んでいるものとして説明を行う。

さて、一方の通信局 1 0は、基準夕イマ 1 1 に基づいた基準夕イミングに同期した周期を持つ信号（周期性信号）を他方の通信局 2 0へ送信する。説明を簡単にするため、送信タイミングは基準夕イマ 1 1 の初期位相とする。他方の通信局 2 0は、一方の通信局 1 0から送信された周期性信号を受信したら、他方の通信局 2 0内の基準夕イマ 2 1 に基づいた基準タイミングに同期した周期性信号を一方の通信局 1 0へ送信する。説明を簡単にするため、他方の通信局 2 0 における送信タイミングは基準夕イマ 2 1の初期位相とする。そして、一方の通信局 1 0は、他方の通信局 2 0 から送信された周期性信号を受信し、その受信した周期性信号と先に送信した周期性信号との位相差を検出し、検出された位相差によって後述する自局の信号遅延時間を補正する。この補正値を使って距離を計算する。

他方の通信局 2 0でも、同様にして一方の通信局 1 0 に対する送信タイミングと受信タイミングとから、その位相差を検出し、さらに通信局 2 0での信号遅延時間を測定する。そして、一方の通信局 1 0 に対して通信局 2 0で検出された位相差及び信号遅延時間、又は位相差で信号遅延時間を補正した補正値を送信する。後述するように、通信局での夕イマ補正が行われた後は、相手局の補正値をもらわなくても距離計算可能になる。

説明を簡単にするために、通信局 1 0 , 2 0の送信信号の送信タイミングをおのおのの基準夕イマ 1 1 , 2 1の初期位相としたが、通信局 1 0， 2 0が同一の位相で送信すれば、必ずしも初期位相でなくても良い。

以上の場合は、一方の通信局 1 0が距離測定を実行する局となる場合である。他方の通信局 2 0が距離測定を実行する局となる場合は、送信局と受信局が逆になる。

なお、ここでは説明を容易にするために、一方の通信局 1 0が距離測定のために送信信号を他方の通信局 2 0へ送信し、受信し. た他方の通信局 2 0がその受信をトリガにして、一方の通信局 1 0へ距離測定のための送信信号を送り返す場合を例に説明するが、本発明はこの様な場合に限定されない。すなわち、双方の通信局 1 0 , 2 0が距離測定とは関係無い通信を行っている場合に、その通信における送信信号及び受信信号を利用して双方の通信局 1 0 , 2 0がそれそれ距離測定を行うことができる。相手局が、当該相手局の送受信回路での信号遅延時間及びこの信号遅延時間を用いて計算される補正情報を送信してくれば、その情報を受信信号から抽出して使用する場合も考えられる。

また、一方の通信局 1 0が他方の通信局 2 0 との間の距離を検出する際には、誤差原因となる一方の通信局 1 0の送受信系回路 (送信系回路 1 3 と受信系回路 1 5 ) における信号遅延時間を測定する。すなわち、送信信号を信号線路 1 8で折り返して受信し、送信タイミングと受信タイミングとの差を測定する。この測定値で距離測定値を補正して、送受信回路での信号遅延時間を相殺することにより、精度の高い距離検出が可能になる。なお、他方の通信局 2 0が距離測定を実行する局となる場合は、他方の通信局 2 0の送受信系回路（受信系回路 2 2 と送信系回路 2 5 ) における信号遅延時間を測定して補正値として用いる。

以下、距離検出方法について説明する。

ここで、通信局 1 0の送信系回路 1 3の信号遅延時間を t l、受信系回路 1 5の信号遅延時間を t 2、通信局 2 0の受信系回路 2 2 の信号遅延時間を t 2、送信系回路 2 5 の信号遅延時間を t 3 とする。

通信局 1 0、 2 0は、自局の基準夕イマ 1 1、 2 1 を基準として、相手局に測距用の信号を送信し、また相手からの測距用の信号を受信して、自局が送信した信号と相手が送信した信号との位相差 T a、 T bを測定する。

また、通信局 1 0、 2 0の夫々は、自局からの送信信号を信号線路 1 8、 2 8で折り返して自局の受信系回路 1 5、 2 2 に入力して受信し、そのときの送信タイミングと受信タイミングとの差を測定する。この測定によって、 t 1、 t 2、 t 3、 t 4の値を個別に測定できないが、通信局 1 0は（ t 1 + t 4 ) を、通信局 2 0は ( t 2 + t 3 ) を測定することができる。この場合、（ t 1 + t 4 ) は通信局 1 0における送受信系回路 1 3、 1 5の夫々の信号遅延時間の和であり、（ t 2 + t 3)は通信局 2 0における送受信系回路 2 5、 2 2の夫々の信号遅延時間の和である。

図 1 より明らかなように、位相差 T b、 T aと信号伝搬時間 T、時間差△ Τ、信号遅延時間 t 1、 t 2、 t 3、 t 4の関係は、次式（ 2 )、 ( 3 ) のようになる。

T a二 T + t 3+ t 4—△ T … （ 2 )

T b = T + t l+ t 2 + AT ·'· ( 3 )

通信局 1 0、 2 0は、位相差 T a、 T bに対して、信号遅延時間（ t l+ t4)、 ( t 2+ t 3) を用いて、式（ 4 )、（ 5 ) の補正を行い、補正位相差 T a h、 T b hを相手局に通知する。

T ah= T a— ( t 1+ t 4) … （ 4 )

T b h二 T b— ( t 2+ t 3) … （ 5 )

信号遅延時間 t l、 t 4、 t 2、 t 3= 0 とした場合の通信局間の相対距離 Rは、式（ 6 ) により検出できる。

R = _c xT = c x ( T a + T b ) / 2 … （ 6 )

但し： cは光速

実際は、信号遅延時間 t 1、 t 4、 t 2、 t 3= 0 とならないので、式（ 6 ) の右辺の T a、 T bを T ah、 T bhに置き換えて式（ 4 )、 ( 5 ) を代入すると式（ 7 ) になり、さらに式（ 2 )、（ 3 ) を代入すると式（ 8 ) になる。

c X ( T ah+ T bh) / 2 = c x {T a + T b - ( t 1+ t 2 + t 3+ t 4)} / 2 … （ 7 )

c x ( T ah+ T bh) / 2 = c x T … （ 8 )

式（ 8 ) は式（ 6 ) の T a、 T bを T ah、 T bhに置き換えた式（ 9 ) に他ならない。したがって、相対距離 Rが求められる。

R = c xT = c x ( T ah+ T bh) / 2 … （ 9 )

一方、通信局 1 0の基準夕イマ 1 1を基準としたときの、他方の通信局 2 0の基準夕イマ 2 1の一方の通信局 1 0の基準夕イマ 1 1 からのずれ量 AT b (二 — Δ Τ ) は、信号遅延時間 t l、 t 4、 t 2、 t 3= 0 とした場合、式（ 1 0 ) により求める事ができる。

Δ T b二 — 厶 T二（ T a— Tb) / 2 ...( 1 0 )

この夕イマずれ量 A T bに基づいて、通信局 2 0の基準夕イマを通信局 1 0の基準夕イマに合わせる処理を行い、その後の測定位相差をて a (通信局 1 0 )、て b (通信局 2 0 ) とすると、式（ 1 1 ) 〜式（ 1 3 ) のようになる。

て a= Ta+ A T b = T · · · ( 1 1 )

て b = Tb— A T b = T ...( 1 2 )

R = c x T = c xて a = c xて b ··· ( 1 3 )

他方の基準夕イマ 2 1の進みを補正して、基準夕イマ 2 1 を△ Tだけ戻すので、通信局 2 0はそれまで受信タイミングとして検出していた値 T bに Δ Tだけプラスされた値を新たに検出する。この値が式（ 1 2 ) のて bである。

それまでは、通信局 1 0の基準夕イマが一 Δ Τのとき通信局 2 0は信号を初期位相で送信していたが、他方の基準夕イマ 2 1 が補正されたのでその分遅く送信される。したがって、それまでの通信局 1 0の受信タイミングとして検出していた値 T aより Δ Τ 分マイナスされた値が新たに検出される。この値が式（ 1 1 ) のて aである。

式（ 1 1 ) 〜式（ 1 3 ) から分かるように、一度通信局 1 0 と通信局 2 0 との間で基準夕イマ 1 1、 2 1の夕イマ合わせを行うと、以後は相手局からの位相差の通知を必要とせず、相手局からの送信信号の受信タイミングを測定するだけで相対距離：を検出することができる。

実際は、信号遅延時間 t 1、 t 4、 t 2、 t 3= 0 とならないので、式（ 1 0 )の右辺の T a、 T bを T ah、 T bhに置き換えて式（ 4 )、 ( 5 ) を代入すると式（ 1 4 ) になり、さらに式（ 2 )、（ 3 ) を代入すると式（ 1 5 ) になる。 ( T bh— T ah) / 2二 { T b - T a - ( t 2+ t 3- t 1- t 4)} / 2 - ( 1 4 )

△ T h = ( T bh— T ah) / 2 = AT + t l- t 3 … ( 1 5 ) 通信局 1 0の基準夕イマ 1 1を基準として通信局 2 0の基準夕イマ 2 1の夕イマ合わせを行う場合、通信局 2 0の基準夕イマ 2 1の補正量 AT bh を— Δ Τ Ιιとすると、夕イマ合わせ後の通信局 1 0の検出位相差 r aと通信局 2 0の検出位相差て bは、式（ 1 6 )、 ( 1 7 ) となる。

r a = T a + A T b h - ( 1 6 )

て b = T b— A T b h ··· ( 1 7 )

式（ 1 1 ) 〜式（ 1 3 ) の説明と同様に、基準夕イマ 2 1の進みを補正して夕イマ 2 1 を ATh分戻すので、通信局 2 0はそれまで受信タイミングとして検出していた値 T bに△ Th だけプラスされた値が新たに検出する。この値が式（ 1 7 ) のて bである。それまでは、通信局 1 0の夕イマが一 Δ ΤΙι のとき通信局 2 0は信号を送信していたが夕イマ 2 1が補正されたのでその分遅く送信される。したがって、それまでの通信局 1 0の受信タイミングとして検出していた値 T aより △ Th 分マイナスされた値が新たに検出される。この値が式（ 1 6 ) のて aである。

式（ 1 6 ) に式（ 2 ) と式（ 1 5 ) を代入すると式（ 1 8 ) になり、また式（ 1 7 ) に式（ 3 ) と式（ 1 5 ) を代入すると、式 ( 1 9 ) になる。

て a = T + t l+ t 4 - ( 1 8 )

て b = T + t 2+ t 3 - ( 1 9 )

て a、て bに対して前記の補正式（ 4 )、（ 5 ) の補正を行って得られる補正位相差をて a h、て bhとすると、式（ 2 0 ) になりて a h、て b hは信号の伝搬時間 Tになる。

T = r a h = r b h - ( 2 0 )

式（ 2 0 ) の両辺に光速 cを掛けた式（ 2 1 ) は、式（ 1 3 ) の r a、て bをて ah、て bhで置き換えたものに他ならない。 R = _c x T = c x r ah= c x r bh ··· ( 2 1 )

上記から明らかなように、通信局 1 0、 2 0の送信系回路 1 3、 2 5 と受信系回路 1 5、 2 2の信号遅延時間 t l、 t 4、 t 2、 t 3 の合計値を測定して、検出位相差 T a、 T bに式（ 4 )、式（ 5 ) の補正して得られた値を補正位相差 T a h+ T b h と決めることで、通信局 1 0 と通信局 2 0 との間の相対距離 Rを検出することができる。

特に、式（ 1 4 ) 〜（ 2 1 ) に至る説明に示した通り、基準夕イマ 1 1、 2 1の時間差 Δ Τ、送受信系回路 1 3、 1 5、 2 2、 2 5の信号遅延時間 t l、 t 2、 t 3、 t 4の各値を求めることはできないが、通信局 1 0 と通信局 2 0の基準夕イマ 1 1、 2 1の夕イマ合わせを行った後は、自局で測定した位相差の情報だけで相対距離 Rを検出することができる。

なお、通信局 2 0の基準夕イマ 2 1 を基準として通信局 1 0の基準夕イマ 1 1の夕イマ合わせを行う場合は、タイマ 2 1の補正量の符号を反転すればよい。

また、通信局 2 0の基準夕イマ 2 1の補正量 A T bh を決定した後、通信局 1 0 と通信局 2 0 との相対距離 Rを式（ 2 2 ) によつても求めることができる。

R = c X ( T a h- Δ T b h) … ( 2 2 )

このように、この実施の形態 1 に係る距離検出装置では、通信局 1 0、 2 0の送信系回路 1 3、 2 5 と受信系回路 1 5、 2 2の信号遅延時間 t 1 と t 4の合計値、 t 2 と t 3の合計値を測定して、この合計した信号遅延時間を、相対距離 Rを求める際の補正値とすることで、送信系回路 1 3、 2 5 と受信系回路 1 5、 2 2の信号遅延時間が相殺されるので、精度の高い距離検出が可能になる。 (実施の形態 2 )

上記実施の形態 1 に係る距離検出装置は、距離情報を必要とする位置認識装置、速度検出装置、車載装置、移動体、固定局、交通情報生成装置等に適用できる。

例えば、自動車の無線装置の送信した送信信号が相手の車の車体に反射して、その反射波を受信する方式においては、図 1の通信局 1 0を自車の無線装置とし、通信局 2 0 を相手の車の無線装置とすると、相手の車の受信系回路 2 2 と送信系回路 2 5の信号遅延時間 t 2、 t 3が" 0 " であり、基準夕イマ 1 1、 2 1の時間差 Δ Τ = 0の場合と等価である。但し、相手の車の無線装置からは補正位相差 T bh の通知はない。この場合、式（ 2 1 ) により距離 Rを検出できる。

= c X { T a - ( t 1+ t 4)} / 2 … ( 2 3 )

但し： T aは自車の無線装置からの送信信号が相手の車体に反射してその反射波を受信したときの受信信号と送信信号の位相差

(実施の形態 3 )

自車の無線装置の送信した信号を相手の車の無線装置が受信して、理想的に応答時間 = 0で応答信号を送信して、その信号を受信する方式においては、相手の車の無線装置が受信系回路 1 1 と送信系回路 2 5の信号遅延時間 t 2+ t 3 を自車の無線装置に通知して、式（ 2 4 ) により距離 Rが算出できる。この場合も相手の車の無線装置から補正位相差 T bhの通知はない。

R = c X { T a— ( t 1+ t 4) + ( t 2+ t 3)} / 2 - ( 2

4 )

実際には、応答時間を" 0 " にはできないので、その対策として相手の車の無線装置が自車の無線装置からの送信信号の受信時刻 T 1 と相手の車の無線装置からの送信信号の送信時刻 T 2を自車の無線装置に通知する方法が用いられる。この場合も、相手の車の無線装置が信号遅延時間 t 2+ t 3 を自車に通知することで距離 Rの算出ができる。 (実施の形態 4 )

本発明は、無線通信方式一般に適用可能であるが、特にスぺクトラム拡散通信方式においては、距離分解能に優れ、受信信号の拡散符号の同期合わせがそのまま信号の位相差の測定と等価になるので、実用が容易である。

以下、距離検出の精度と無線のスペックに関して、下記に実施の形態を交えて述べる。

測定機器と測定対象物との間で電磁波のやり取りを行って、電磁波の片道の伝搬時間 Tを測定して、この伝搬時間 Tに光速（ c = 3 . 0 X 1 0 ⁸ [ m / s ] ) を掛けることで距離 Rが算出できる , このとき、伝搬時間 Tの測定の時間分解能 d Tに光速 c を掛けて算出される距離 d Xが距離分解能となる。逆に、距離の許容誤差 d xから光速を割って算出される d Tが時間の許容誤差となる。車の衝突防止装置への適用を考えた場合、図 1 の通信局 1 0、 2 0は車に搭載される距離検出用無線局となる。

ところで、衝突防止のための車間距離の測定において許容される距離の誤差を 1 mオーダとすると、測定時間の許容誤差 d Tは約 3 n s e cのオーダとなる。測距信号にスぺクトラム拡散信号を使用したとき、 1 mのオーダ距離分解能に相当する時間分解能を得るチップレートのオーダは約 1 0 0 M H zである。チップレートが 1 0 O M H zのオーダのスぺクトラム拡散装置は容易に実現できる。このとき、通信機の送受信系回路のゲート遅延時間は一般に数十〜数百 n s e cのオーダであるので、ゲートの遅延誤差は無視し得ない。ゲートの遅延時間を補正して設計値として算出したとしても、製造上のばらつきが存在するので設計値通りにならない。

そこで、本発明の距離検出方法を適用すると、自局の送信信号を信号線路 1 8、 2 8で折り返して受信系回路 1 3、 2 2 に入力して送信信号とその送信信号を受信した受信信号との位相差を測定することから、製造上のばらつきを含むゲート遅延誤差を約 3 n s e cの分解能で測定が可能になる。

したがって、本発明の距離検出方法を用いることで、距離分解能が 1 mオーダで車間距離の測定ができるようになり、実用化レベルの衝突防止装置の実現が可能になる。

(実施の形態 5 )

別の実施の形態として、セルラ携帯電話システムにおけるロケ —夕、ナビゲ一夕などの位置検出装置が実現できる。例えば、 1 1 0番、 1 1 9番緊急サービスや迷子捜査などに応用できる。なお、米国では、携帯電話事業者に、加入者の位置を一定の精度、確率で検出できることが義務づけられている。

このセルラ携帯電話システムでは、図 1 の通信局 1 0、通信局 2 0の片方が基地局、もう片方が移動局となる。

セルラ携帯電話の位置検出に要求される精度が約 6 0 mのォーダだとすると、距離分解能 6 0 mを時間分解能に換算すると約 2 ◦ O n s e cであり、周波数に換算すると約 5 M H zである。現行のセルラ C D M Aシステムとして I S 9 5 が実用化されており、そのチップレートが約 1 . 2 M H zであるので、 4倍のォ一バーサンプリングをとれば、オーダ一的に約 2 0 0 n s e cの時間分解能を実現できる。すなわち、 I S 9 5 の拡散スペクトラム通信の無線スペックと同程度のオーダーの無線スペックで、通話と距離検出を同時に実現できる。

(実施の形態 6 )

本発明の実施の形態 6 は、携帯電話間の距離検出、表示サ一ビスを行うようにしたものである。

この実施の形態 6では、図 1 の通信局 1 0、 2 0がそれそれ携帯電話になり、この 2台の携帯電話間で通話することになる。距離分解能やスペクトラム拡散のチップレートのオーダは、上述した実施の形態 5のセルラ携帯電話システムにおけるロケ一夕、ナビゲ一夕などの位置検出装置と同程度である。

(実施の形態 7 )

図 2 は本発明の実施の形態 7 に係るスぺクトラム拡散通信方式に対応した一般的な通信装置の基本構成を示すブロック図である。

この図に示すように、この通信装置は、制御用 C P U 1 2 1 とメモリ 1 2 2 を有する制御部 1 2 0 と、無線回路 1 3 1 と拡散/ 逆拡散部 1 3 2 と送受信兼用アンテナ 1 3 3 とを有する送受信部 1 3 0 と、 D S P (デジタルシグナルプロセッサ） 1 4 1 とメモリ 1 4 2 を有する拡散符号同期獲得/維持部 1 4 0 と、基準タイマ 1 5 0 とを備えて構成される。

送受信兼用アンテナ 1 3 3 は、送信系回路と受信系回路の両方に接続しているので、送信信号はそのまま、アンテナ部で折り返して受信系回路に入力される。

スペクトラム拡散通信においては、送信波と受信波のキャリア周波数に異なる周波数を利用する F D D方式、または送信夕イミングと受信タイミングを分けて送信タイミング中は受信信号を無視する T D D方式によって自局の送信信号を相手局からの受信信号と認識することを防止している。

自局の送信信号を自局で受信する場合、 T D D方式では、送信タイミング中の受信信号を無視しなければ実現できる。 F D D方式では、送信波のキャリアを受信の復調回路の復調波として供給すれば実現できる。

また、スペクトラム拡散通信においては、拡散符号同調獲得/ 維持部 1 4 0 による同期獲得維持がそのまま受信タイミング測定になっているので、自局の送信信号を折り返した信号および相手局からの信号受信タイミングの測定を行うために、現行の一般的なハ一ドウエア構成に新たに受信タイミング測定用のハードゥエァを追加する必要がない。

拡散符号同期獲得/維持部 1 4 0の例として遅延プロファイルの説明を図 3 に示す。この図において、全位相範囲に亘つて相関出力を検出してノイズより十分大きい相関出力を出力する位相ゆ i を求めて、通常の復調のときは、位相で逆拡散を行う。車間距離検出の場合、チップレート 1 0 0 Μ Η ζ で 4倍オーバ一サンプリングしたときの時間分解能は約 2 . 5 n s で、距離分解能に換算すると約 0 . 7 5 mである。

セルラ規格携帯電話システムとして実際に適用されている C D M Aシステム I S 9 5では、チップレートが 1 . 2 M H z なので、 4倍のオーバ一サンプリングしたときの時間分解能は約 2 0 0 n s で、距離分解能に換算すると約 6 0 mである。

上記に明らかな通り、現行の一般的なスぺクトラム拡散通信装置のハード構成は、本発明の距離測定装置のハードウェア構成の要件を満たしている。したがって、現行の一般的なスペクトラム拡散通信装置をそのまま用いて、制御手段 1 2 0 のメモリ 1 2 2 に本発明の距離検出方法を実現するプログラムを記憶させることで、本発明の距離検出装置を極めて簡単に実現することができる。

(実施の形態 8 )

なお、上記実施の形態 7ではスペクトラム拡散通信装置を例にあげたが、本発明は無線通信方式一般に適用できることは明らかである。すなわち、通信装置のハード構成に、要求される距離分解能から換算される時間分解能で測定可能な受信信号の受信タイミング測定手段を追加すればよい。

本明細書は、 1 9 9 9年 7 月 2 6 日出願の特願平 1 1 一 2 1 0 2 3 7 に基づく。この内容はすべてここに含めておく。産業上の利用可能性

本発明によれば、各種の通信、特にスペクトラム拡散通信方式による通信を行っている通信局間の距離測定において、精度の高い距離検出ができる。

Claims

lb 請求の範囲

1 . 送信信号に送信用の信号処理を加えて無線送信する送信系回路と、測距対象物から受信した受信信号に受信用の信号処理を加える受信系回路と、前記送信系回路及び前記受信系回路における信号遅延時間を測定し、前記測距対象物までの距離を測定した際の距離測定値を、前記信号遅延時間を用いて補正する距離検出部と、を具備する距離検出装置。

2 . 請求項 1記載の距離検出装置において、

前記送信系回路から出力された送信信号を前記受信系回路へ直接入力して受信した場合の送信タイミングと受信タイミングとの時間差を測定し、その測定された時間差を前記信号遅延時間とすることを特徴とする距離検出装置。

3 . 請求項 1記載の距離検出装置において、

第 1基準タイミングを発生する第 1基準夕イマと、前記第 1 基準タイミングに同期した周期性信号を生成して前記送信信号として前記送信系回路へ入力する信号発生部とを備え、

前記距離検出部は、前記測距対象物から受信した受信信号の受信タイミングが、前記第 1基準タイミングからどれだけずれているかを示す第 1位相差を検出し、当該第 1位相差及び前記検出信号遅延時間、並びに前記測距対象物において検出される第 2位相差及び信号遅延時間を用いて、前記測距対象物までの距離を検出することを特徴とする距離検出装置。

4 . 請求項 3記載の距離検出装置において、

前記測距対象物は、独自に第 2基準タイミングを発生する第 2基準夕イマを持ち、当該測距対象物における信号遅延時間を測定し、受信信号の受信タイミングが前記第 2基準タイミングからどれだけずれているかを示す第 2位相差を検出し、前記送信信号の受信に応答して前記第 2基準タイミングに同期した周期性信号を生成して送信する通信局であることを特徴とする距離検出装置

5 . 請求項 3記載の距離検出装置において、

前記距離検出部は、前記第 1位相差を前記検出信号遅延時間で補正して補正位相差とし、この補正位相差と前記測距対象物から通知された通知補正位相差とを用いて、前記測距対象物までの距離を検出することを特徴とする距離検出装置。

6 . 請求項 5記載の距離検出装置において、

前記測距対象物は、独自に第 2基準タイミングを発生する第 2基準夕イマを持ち、当該測距対象物における信号遅延時間を測定し、受信信号の受信夕ィミングが前記第 2基準夕ィミングからどれだけずれているかを示す第 2位相差を検出し、前記第 2位相差を前記測距対象物における信号遅延時間で補正し、その補正した位相差を前記通知補正位相差として送信する、通信局であることを特徴とする距離検出装置。

7 . 請求項 3記載の距離検出装置において、

前記距離検出部は、前記測距対象物に対して前記第 1位相差及び前記検出信号遅延時間、又は前記第 1位相差を前記検出信号遅延時間で補正した補正位相差を送信し、且つ前記測距対象物から前記第 2位相差及び前記信号遅延時間、又は前記第 2位相差を前記信号遅延時間で補正した補正位相差を受信することを特徴とする距離検出装置。

8 . 請求項 5記載の距離検出装置において、

前記距離検出部は、前記補正位相差を次式、

補正位相差 =第 1位相差一検出信号遅延時間

より求めることを特徴とする距離検出装置。

9 . 請求項 8記載の距離検出装置において、

前記距離検出部は、前記測距対象物までの距離を次式、距離 = K x (補正位相差 +通知補正位相差） / 2

但し： Kは光速に相当する定数

に基づいて検出する距離検出装置。

1 0 . 請求項 6記載の距離検出装置において、前記距離検出部は、前記補正位相差と前記通知補正位相差とを用いて、一一前 5一一一記第 1基準タイマと前記第 2基準夕イマとを合わせるための補正量を決定することを特徴とする距離検出装置。

1 1 . 請求項 1 0記載の距離検出装置において、

前記距離検出部は、前記第 1基準タイマを基準として、前記第 2基準夕イマの補正量を次式、

第 2基準夕イマ補正量二（補正位相差—通知補正位相差） / 2 により決定することを特徴とする距離検出装置。

2 求項 1 0記載の距離検出装置において、

前記距離検出部は、前記第 2基準夕イマを基準として、前記第 1基準夕イマの補正量を次式、

第 1基準夕イマ補正量 = (通知補正位相差一補正位相差） / 2 により決定することを特徴とする距離検出装置。

1 3 . 求項 1 0記載の距離検出装置において、

前記距離検出部は、前記夕イマ合わせの補正量に基づいて前記第 1基準夕イマと前記第 2基準夕イマとのタイマ合わせを行つた後は、前記測距対象物までの距離を次式、

距離二 K X補正位相差

但し： Kは光速に相当する定数

に基づいて検出することを特徴とする距離検出装置。

1 4 . 請求項 1 0記載の距離検出装置において、

前記距離検出部は、前記第 1基準夕イマの補正量を決定した後は、前記測距対象物までの距離を次式、

距離 = K x (補正位相差一第 2基準夕イマ補正量）

但し： Kは光速に相当する定数

に基づいて検出することを特徴とする距離検出装置。

1 5 . 請求項 1記載の距離検出装置において、

前記距離検出部は、前記送信信号が前記測距対象物に反射した反射波の受信タイミングが、前記第 1基準タイミングからどれだけずれているかを示す第 1位相差を検出し、前記測距対象物までの距離を次式、

距離 = K X (第 1位相差—検出信号遅延時間） / 2

但し： Κは光速に相当する定数

に基づいて検出することを特徴とする距離検出装置。

1 6 . 請求項 1記載の距離検出装置において、

前記送信信号がスぺクトラム拡散信号であることを特徴とする距離検出装置。

1 7 . 請求項 1記載の距離検出装置において、

前記測距対象物との間でスぺクトラム拡散通信方式の無線通信を行うことを特徴とする距離検出装置。

1 8 . 測距対象物までの距離を検出する方法において、送信信号に送信用の信号処理を加える送信系回路及び受信信号に受信用の信号処理を加える受信系回路の夫々の信号遅延時間を検出し、

送信信号を前記送信系回路経由で前記測距対象物に対して送信し、

前記測距対象物から前記送信信号の受信に応答して送信された信号を受信し、

その受信信号の位相情報及び前記検出信号遅延時間を用いて測距対象物までの距離を計算する、ことを特徴とする距離検出方法。

1 9 . 測距対象物までの距離を検出する方法において、送信信号に送信用の信号処理を加える送信系回路及び受信信号に受信用の信号処理を加える受信系回路の夫々の信号遅延時間を検出し、

前記測距対象物から前記送信信号の反射波を受信し、その受信信号の位相情報及び前記検出信号遅延時間を用いて測距対象物までの距離を計算する、ことを特徴とする距離検出方法。

2 0 . 送信信号に送信用の信号処理を加えて無線送信する送信系回路と、測距対象物から受信した受信信号に受信用の信号処理を加える受信系回路と、距離検出プログラムが格納された記録媒体と、前記距離検出プログラムにしたがって動作するプロセッザとを具備し、

前記距離検出プログラムは、前記プロセッサに、前記送信系回路及び前記受信系回路における信号遅延時間を測定させ、送信信号を前記送信系回路経由で前記測距対象物に対して送信させ、前記測距対象物からの信号を受信したときに、その受信信号の位相情報及び前記検出信号遅延時間を用いて測距対象物までの距離を計算させる、ことを特徴とする距離検出装置。

2 1 . 送信信号に送信用の信号処理を加えて無線送信する送信系回路と、測距対象物から受信した受信信号に受信用の信号処理を加える受信系回路と、距離検出プログラムが格納された記録媒体と、前記距離検出プログラムにしたがって動作するプロセッザとを具備し、

前記距離検出プログラムは、前記プロセッサに、前記送信系回路及び前記受信系回路における信号遅延時間を測定させ、送信信号を前記送信系回路経由で前記測距対象物に対して送信させ、前記測距対象物から前記送信信号の反射波を受信したときに、その受信信号の位相情報及び前記検出信号遅延時間を用いて測距対象物までの距離を計算させる、ことを特徴とする距離検出装置。

2 2 . 請求項 2 0記載の距離検出装置において、前記記録媒体は、半導体メモリ、磁気記録媒体、光記録媒体、又は光磁気記録媒体のいずれかであることを特徴とする距離検出