WO2007029519A1

WO2007029519A1 - 距離測定装置、及び距離測定方法

Info

Publication number: WO2007029519A1
Application number: PCT/JP2006/316683
Authority: WO
Inventors: Tetsuji Uebo
Original assignee: Saika Technological Institute Foundation
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-03-15
Also published as: JP4293194B2; JP2007093576A; BRPI0615288A2; CN101288001A; RU2008112680A; CN101288001B; RU2419813C2; US7932855B2; KR20080039473A; EP1930743A1; CA2621122A1; US20090251360A1

Description

明細書

距離測定装置、及び距離測定方法

技術分野

[0001] 本願発明は、距離測定装置及び距離測定方法に係わり、さらに詳しくは信号源から出力された進行波と、進行波が測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出し、測定対象物までの距離を測定する距離測定装置及び距離測定方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、電波を利用した距離測定装置としては、パルスレーダ、 FMCWレーダ等のレーダが知られている。

パルスレーダは、パルス信号を発信しそれが測定対象物によって反射されて戻つてくるまでの時間を計測することにより、測定対象物までの距離を求めるものである。また、 FMCWレーダは、周波数掃引した連続波を発信し発信信号と反射信号の周波数差力測定対象物までの距離を測定するものである。その他にも、スペクトル拡散レーダや符号化パルスレーダ等のレーダもある力これらはパルスレーダと同様に測定対象物までの信号の往復時間に基づき距離を測定して、る。

[0003] し力しながら、上述のレーダは基本的に測定対象物までの信号の往復時間を計測するものであり、数十 m以内での分解能が不足するため、数十 m以内の近距離の測定が困難であった。また、 FMCWレーダでは、発信信号と反射信号の周波数差から測定対象物までの距離を測定するため、発信信号の周波数変化のリニアリティーを必要とすることや、送信信号が受信側に漏れ込むことで「False Target (偽目標）」が発生するという問題があり、周波数変化のリニアリティーが満たすように発信信号を正確に出力することや、「False Target」の発生を防ぐために送信信号が受信側に漏れ込まないように送受信側のアンテナを分離する等の必要性があり、簡易な構造とすることが困難であった。

[0004] そこで、電磁波発生源から一つの周波数成分のみを有する電磁波を進行波として測定対象物に向けて送信したときに測定対象物力の反射 (反射波）があれば定在波が発生する、という考えに基づいて、図 23に示すように、一つの周波数成分のみを有する電磁波をステップ状に周波数を切り替えながら測定対象物に送信し、この送信波と測定対象物によって反射された反射波との干渉によって発生した定在波を検出し、この定在波の振幅の変動周期を算出した結果に基づき、検出点と測定対象物との距離を求める距離測定装置がある (特許文献 1参照。 )。

[0005] 特許文献 1記載の距離測定装置では、一つの周波数成分のみを有する進行波と、進行波が測定対象物に反射した反射波とが干渉して発生する定在波を検出するので、 FMCWレーダ等のように、送信信号が受信側に漏れ込まないようにする必要性もなく簡易な構造とすることができた。また、パルスレーダや FMCWレーダ等の他のレーダに比べて、近距離測定であっても精度良く測定することが可能であった。

[0006] しかしながら、特許文献 1記載の距離測定装置では、測定対象物と距離測定装置との移動速度が比較的遅ぐ計測時間内の移動距離が無視できるようなときには有効であつたが、測定対象物と距離測定装置との移動速度が速ぐ計測時間内の移動距離が無視できないときには、ドップラー効果によって正しい測定値を得ることが困難であった。

[0007] そこで、移動する測定対象物に対しても正しく距離測定できるように、一つの周波数成分を有する信号の周波数を所定のステップ周波数で増加、減少させこれを進行波として送信し、この進行波が測定対象物に反射した反射波とが干渉して発生した定在波の振幅を検出し、検出した振幅に対応する信号を演算して、検出点と測定対象物との距離を求める距離測定装置がある (例えば、特許文献 2、非特許文献 1参照。）。

特許文献 2及び非特許文献 1記載の距離測定装置は、周波数を所定のステップ周波数で増加、減少させた進行波と、その反射波との干渉によって発生した定在波の振幅に対応する信号を演算して、検出点と測定対象物との距離、並びに、測定対象物との相対速度を同時に計測することが可能であった。また、特許文献 1に記載の距離測定装置と同様に定在波を用いて検出点と測定対象物との距離を求めているので、距離測定装置として簡易な構造とすることができた。

特許文献 1：特開 2002— 357656号公報特許文献 2：特開 2004— 325085号公報

非特許文献 1：「移動体の位置と速度が測定可能な定在波を用いた近距離高分解能レーダ」，藤森新五，上保徹志，入谷忠光，電子情報通信学会論文誌， V01.J87-B, no .3, pp.437-445, March 2004

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 特許文献 2及び非特許文献 1記載の距離測定装置では、測定対象物が 1つのときには、測定対象物までの距離と相対速度とを精度良く測定することができた。しかしながら、測定対象物が複数で、測定対象物同士の距離が接近し、速度差が大きいときには、各測定対象物の距離を一意的に決定できず、間違った測定結果が得られることがあった。

[0009] また、上述の特許文献 1, 2、非特許文献 1に記載されて!ヽるような定在波を利用した距離測定装置では、信号源から出力される信号は、図 23に示しているように、特定の帯域幅内の周波数 fの信号 (波動）を Atの間出力し、その後周波数 f + Δίの a a 信号を Atの間出力するように、ステップ状に周波数を切り替えている。信号源から出力された信号はアンテナ等の送信器から送信され、測定対象物に反射して反射波として検出点に返ってくる（到達する)。このとき、周波数 fの進行波と、周波数 fの進行 a a 波に対応する反射波とが検出点で干渉する（重なり合う）と、定在波が発生する。つまり、周波数 fの

a 進行波を出力してから、この周波数 f aに対応する反射波が検出点に到達するまでは定在波は発生せず、定在波が発生するためには、周波数 f aの進行波の出力を始めてから、この周波数の進行波が測定対象物によって反射され、反射波が検出点に到達するための時間が必要であった。

したがって、周波数の切り替えの時間間隔 Atは、周波数が変化してから定在波が生成されるまでの時間よりも小さくすることはできな力つた。そのため、定在波を利用した距離測定装置は、取得した信号レベルと周波数の関係カゝら距離スペクトルを算出し測定対象物までの距離を得るが、測定対象物が相対速度 Vで移動してヽるときには、ドップラー効果により距離スペクトルのピークがずれ、図 24に示すように、 V Δ t/ Af-f の測定誤差が発生していた。 [0010] 本願発明は、係る問題に鑑み、定在波を利用した距離測定装置と同様に、「単純な構成」、「近距離測定が可能」、「測定誤差が小さい」という特徴を備え、かつドッブラ一効果による影響を実用上受けない距離測定装置及び距離測定方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 本願発明に係る距離測定装置は、特定の帯域幅内において異なった複数の周波数成分を有する信号を出力する信号源と、前記信号を波動として送信する送信部と、前記送信部から送信された波動又は前記信号源から出力された信号の!/ヽずれか一方からなる進行波と、前記送信部から送信された波動が前記測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出する混合波検出部と、前記混合波検出部により検出された混合波の周波数成分を分析する周波数成分分析部と、前記周波数成分分析部によって分析されたデータをスペクトル解析することによって距離スペクトルを求め、測定対象物までの距離を演算する距離演算部とからなることを特徴とするものである。

また、本願発明に係る距離測定方法は、特定の帯域幅内において異なった複数の周波数成分を有する信号を波動として送信し、前記送信した波動又は前記信号のヽずれか一方からなる進行波と、前記送信された波動が測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出し、前記検出した混合波の周波数成分を分析し、周波数成分分析によって分析されたデータをスペクトル解析することによって距離スペクトルを求め、測定対象物までの距離を演算することを特徴とする。

したがって、進行波と反射波との混合波を検出し、その混合波に基づいて測定対象物までの距離を演算して!/、るので、進行波 (送信信号)と反射波 (受信信号)を分離する必要性がなぐ単純で簡易な構造の距離測定装置とすることができる。また、定在波を利用した距離測定装置では、周波数を切り替えた後、その周波数に対応した反射波が検出点に返ってくるまで定在波が発生しない上、周波数を多数段階的に切り替えていく必要があり、それ故高速に距離測定をすることが原理的にできなかつたが、定在波を利用しない本願発明は、周波数切り替えの概念がなぐ故に原理的に周波数切り替えに要する時間というものが存在せず、定在波を利用した距離測定装置に比べて高速に距離測定が可能となる。

[0012] 前記信号源は、それぞれが異なった単一周波数成分を発振する単一周波数発振器の複数と、前記複数の単一周波数発振器から発振された信号を合成する加算器力らなるようにしてちょい。

[0013] また、前記信号源は、単一周波数成分を発振する単一周波数発振器と、前記単一周波数発振器から発振される信号に変調をかける変調器とからなるようにしてもょヽ

[0014] また、前記信号源は、前記特定の帯域幅内の周波数成分を出力する雑音源力なるようにしてちょい。

[0015] また、前記周波数成分分析部は、前記混合波検出部により検出された混合波をデジタル信号に変換する AD変換器と、前記 AD変換器力ゝらの出力データの周波数成分を分析し各周波数成分の大きさを演算する信号処理装置とからなるようにしてもよい。

[0016] また、前記周波数成分分析部は、複数のバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの出力レベルを検出するレベル検出器とカゝらなるようにしてもよい。

[0017] また、前記距離演算部は、前記周波数成分分析部によって分析されたデータをフ一リエ解析することによって距離スペクトルを演算してもよい。

[0018] 前記混合波検出部の複数を異なった位置に備え、前記周波数成分分析部は前記混合波検出部により検出された混合波毎に周波数成分を分析してなり、前記距離演算部は、得られた複数の混合波の周波数成分分析データを用いて距離スペクトルを演算してちょい。

[0019] さらに、別の本願発明に係る距離測定装置は、特定の周波数の搬送波を任意の周期信号で周波数変調した周波数変調信号を出力する信号源と、前記周波数変調信号を波動として送信する送信部と、前記送信部から送信された波動又は前記信号源力出力された周波数変調信号のいずれか一方力なる進行波と、前記送信部から送信された波動が測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出する混合波検出部と、前記混合波検出部によって検出された混合波の振幅成分を検出する振幅成分検出部と、前記振幅成分検出部によって検出された振幅成分をスぺタトル解析することによって距離スペクトルを求め、測定対象物までの距離を演算する距離演算部とからなる。

また、本願発明に係る距離測定方法は、特定の周波数の搬送波を任意の周期信号で周波数変調した信号を波動として送信し、前記送信された波動又は前記周波数変調した信号の!/、ずれか一方力なる進行波と、前記送信された波動が前記測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出し、検出した混合波の振幅成分を検出し、前記振幅成分をスペクトル解析することによって距離スペクトルを求め、測定対象物までの距離を測定する。

したがって、進行波と反射波との混合波を検出し、その混合波に基づいて測定対象物までの距離を演算して、るので、進行波 (送信信号)が受信側に漏れ込まな!/、ように送受信側のアンテナを分離する等の必要性がなぐ単純で簡易な構造の距離測定装置とすることができる。また、定在波を利用した距離測定装置では、周波数を切り替えた後、その周波数に対応した反射波が検出点に返ってくるまで定在波が発生しない上、周波数を多数段階的に切り替えていく必要があり、それ故高速に距離測定をすることが原理的にできなかったが、定在波を利用しない本願発明は、周波数切り替えの概念がなぐ故に原理的に周波数切り替えに要する時間というものが存在せず、定在波を利用した距離測定装置に比べて高速に距離測定が可能となる。

[0020] また、前記距離演算部は、前記振幅成分検出部によって検出された振幅成分をフ一リエ解析することによって距離スペクトルを演算してもよい。

[0021] 前記混合波検出部の複数を異なった位置に備えてなり、前記振幅成分検出部は、前記混合波検出部により検出された混合波毎に振幅成分を検出してなり、前記距離演算部は、得られた複数の混合波の振幅成分データを用いて距離スペクトルを演算してちよい。

[0022] さらに、別の本願発明に係る距離測定装置は、第 1変調信号によって予め周波数変調された第 2変調信号で特定の周波数の搬送波を二重に周波数変調した二重変調信号を出力する信号源と、前記二重変調信号を波動として送信する送信部と、前記送信部から送信された波動又は前記信号源力出力された二重変調信号のいずれか一方力なる進行波と、前記送信部力送信された波動が測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出する混合波検出部と、前記混合波検出部によつて検出された混合波の振幅成分を検出する振幅成分検出部と、前記振幅成分検出部によって検出された振幅成分力特定の 1つの周波数成分を選択する単一周波数選択部と、前記単一周波数選択部で得られた信号のレベルを検出する信号レべル検出部と、前記信号レベル検出部によって得られた信号レベルカゝら測定対象物までの距離を演算する距離演算部とからなる。

また、本願発明に係る距離測定方法は、第 1変調信号によって予め周波数変調された第 2変調信号で特定の周波数の搬送波を二重に周波数変調した二重変調信号を波動として送信し、前記送信された波動又は前記二重変調信号の!ヽずれか一方からなる進行波と、前記送信部から送信された波動が測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出し、検出した混合波の振幅成分を検出し、前記振幅成分から特定の 1つの周波数成分を選択し、選択された周波数成分の信号のレベルを検出し、前記信号レベルから測定対象物までの距離を測定する。

前記信号源が、前記第 1変調信号を生成する第 1変調信号と、前記第 1変調信号によって変調された前記第 2変調信号と、前記搬送波のそれぞれを生成してもよ!/、。また、前記信号源が、前記二重変調信号を予め記憶する二重変調信号記憶手段を備えていてもよい。

もしくは、前記信号源が、前記第 2変調信号を予め記憶する第 2変調信号記憶手段と、前記搬送波を生成する搬送波生成手段とを備えて、てもよ、。 [0024] 前記第 1変調信号を、特定の第 1周期で階段状に増加又は減少する波形を描く信号とし、前記第 2変調信号を、前記第 1周期より短い周期の鋸波を前記第 1変調信号で変調した信号としてもょ、。

発明の効果

[0025] 以上にしてなる本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法は、進行波と測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出しているので、受信用アンテナに進行波が漏れ込まないようにする必要がなぐ簡易な構造とすることができ低コスト、かつ大きさの小さな距離測定装置を得ることができる。

また、異なった複数の周波数成分を有する進行波とその反射波との混合波から距離スペクトルを求めることで、その大きさのピークとなる距離力も測定対象物と混合波検出部との間の距離を求めることができる。

定在波を利用して測定対象物までの距離を測定するときには、進行波の周波数を切り替えて力定在波ができる時間より周波数切り替え時間を短くすることが原理的にできないため、ドップラー効果の影響を受けてしまい測定誤差が発生するが、本願発明では原理的に周波数切り替えの概念がないので、ドップラー効果の影響をほとんど無視できる程度にまで観測時間を短くすることが可能となり、測定対象物の移動速度及び移動方向に関係なぐ正確な距離を測定することができる。

また、定在波を利用した距離測定装置では、測定することが困難であった複数の測定対象物同士の距離が接近し、かつその速度差が大きいときでも、各測定対象物の位置を正しく測定することができる。

[0026] また、混合波検出部の複数をそれぞれ異なった位置に備え、複数の混合波検出部によって検出された複数の混合波カゝら距離スペクトルを求めるので、より信頼性および精度の高い距離測定を行うことができる。

[0027] また、信号源から二重変調信号を出力するときには、スペクトル解析を高速で実行可能な高コストのマイクロプロセッサ等を使用する必要性がなぐ包絡線検波器、自乗検波器、同期検波器、直交検波器、バンドパスフィルタ、マッチドフィルタ等の機器で信号処理器を構成し、距離スペクトルの大きさ（信号レベル)を検出しているので、マイクロプロセッサ等を使用した信号処理器と略同じ処理速度の信号処理器を低コストで得ることができる。つまり、低コストかつ信号処理速度の速い距離測定装置を得ることがでさるよう〖こなる。

図面の簡単な説明

[図 1]第 1実施形態の距離測定装置の概略を説明したブロック図である。

[図 2]第 1実施形態において、シミュレーションを行う距離測定装置の説明図である。

[図 3]第 1実施形態において、距離 10m、時速 Okmの測定対象物の距離測定のシミユレーシヨン結果を示したグラフである。

[図 4]第 1実施形態において、距離 10m、時速 + 300kmの測定対象物の距離測定のシミュレーション結果を示したグラフである。

[図 5]第 1実施形態において、距離 40m、時速 50kmの測定対象物の距離測定のシミュレーション結果を示したグラフである。

[図 6]第 1実施形態において、距離 5m、時速 + 100km、及び距離 12. 5m、時速 300kmの測定対象物の距離測定のシミュレーション結果を示したグラフである。

[図 7]第 1実施形態において、複数の混合波検出部を備えた距離測定装置の説明図である。

[図 8]第 2実施形態の距離測定装置の概略を説明したブロック図である。

[図 9]第 2実施形態において、シミュレーションを行う距離測定装置の説明図である。

[図 10]第 2実施形態において、距離 10m、時速 Okmの測定対象物の距離測定のシミユレーシヨン結果を示したグラフである。

[図 11]第 2実施形態において、距離 10m、時速 + 300kmの測定対象物の距離測定のシミュレーション結果を示したグラフである。

[図 12]第 2実施形態において、距離 40m、時速 50kmの測定対象物の距離測定のシミュレーション結果を示したグラフである。

[図 13]第 2実施形態において、距離 5m、時速 + 100km、及び距離 12. 5m、時速 300kmの測定対象物の距離測定のシミュレーション結果を示したグラフである。

[図 14]第 2実施形態において、複数の混合波検出部を備えた距離測定装置の説明図である。

[図 15]第 3実施形態の距離測定装置の概略を説明したブロック図である。圆 16]第 3実施形態における信号源の別実施例を説明したブロック図である。

圆 17]第 2変調信号の波形を説明したグラフである。

圆 18]第 1変調信号の波形を説明したグラフである。

[図 19]第 3実施形態において、直交検波器を用いた距離測定装置の説明図である。

[図 20]第 3実施形態において、直交検波器を用いた距離測定装置で、距離 12m、及び距離 20mの測定対象物の距離測定のシミュレーション結果を示したグラフである。圆 21]第 3実施形態において、バンドパスフィルタを用いた距離測定装置の説明図である。

圆 22]第 3実施形態において、バンドパスフィルタを用いた距離測定装置で、距離 12 m、及び距離 20mの測定対象物の距離測定のシミュレーション結果を示したグラフである。

圆 23]定在波を利用した距離測定装置における信号源の周波数についての説明図である。

圆 24]定在波を利用した距離測定装置におけるドップラー効果の影響を説明した図である。

符号の説明

1 信号源

2 送信部

3 混合波検出部

4 周波数成分分析部

5 距離演算部

6 測定対象物

7 信号処理器

8 ダウンコンバータ

8a 局部発振器

8b ミキサ

9 信号源

9a 搬送波信号源 9b 変調信号源

10 振幅成分検出部

11 距離演算部

12 信号処理器

13 信号源

13a 搬送波信号源

13b 第 2変調信号源

13c 第 1変調信号源

13d 第 2変調信号生成手段

13e 第 2変調信号記憶手段

13f 二重変調信号生成手段

13g 二重変調信号記憶手段

14 信号処理器

15 振幅成分検出部

16 単一周波数選択部

17 信号レベル検出部

18 距離演算部

19 信号処理器

20 包絡線検波器

21 直交検波器

22 レベル検出器

23 距離演算部

24 信号処理器

25 振幅成分検出用包絡線検波器

26 バンドパスフィルタ

27 信号レベル検出用包絡線検波器

28 距離演算部

発明を実施するための最良の形態 [0030] 本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法は、図 1、図 8及び図 15に示すように、信号源 1, 9, 13から出力された信号を送信部 2から波動として送信し、この波動 (進行波 V )が測定対象物 6によって反射された反射波 Vを混合波検出部 3で分

T R

離せず混合波として検出するものである。

本願発明における信号源は、特定の帯域幅内において異なった複数の周波数成分を有する信号を出力する、又は、特定の周波数の搬送波を任意の周期信号で周波数変調した周波数変調信号を出力する、もしくは、第 1変調信号によって予め周波数変調された第 2変調信号で特定の周波数の搬送波を二重に周波数変調した二重変調信号を出力するものである。つまり、信号源 1, 9, 13から出力される信号は、常に複数の異なった周波数成分を有する信号である。

また、本願発明における進行波は、信号源 1, 9, 13から出力された信号を送信部 2から送信した波動、又は信号源 1, 9, 13から出力された信号である。つまり、本願発明における進行波は、常に複数の周波数成分を有する波動又は信号 (信号波)である。また、本願発明に係る反射波は、常に複数の周波数成分を有する波動が測定対象物 6によって反射された波動である。

そして、本願発明における混合波とは、前記進行波と前記反射波とが混合 (合成）された波動である。つまり、複数の周波数成分を有する進行波と複数の周波数成分を有する前記反射波とが重ね合わさった波動が本願発明における混合波であり、単一の周波数成分を有する複数の波動（波）が重ね合わさった波動を示すものではない。

[0031] 以下の実施例では、波動として電磁波を例に挙げて説明しているが、光、音波、電流、物質内を伝播する物質波等の波動も本願発明における波動である。

[0032] なお、上述の特許文献 1, 2、非特許文献 1等で記載されている定在波を利用した距離測定装置では、信号源力も出力される信号は、図 23に示すように、単一の周波数成分の周波数を時間的にステップ状に切り替える信号であり、本願発明のように常に異なった複数の周波数成分を有する信号ではない。また、この単一の周波数成分を有する信号に基づ、て送信された進行波と、この単一周波数成分の進行波が測定対象物で反射された反射波との干渉によって発生した波動の振幅は、時間的な変化がなぐ空間上の位置によって異なる値となる。具体的には、位置に対して振幅は周期関数となり、これを定在波という。

本願発明のように複数の周波数成分を有する信号に基づく進行波と反射波との干渉では、空間上の位置と混合波の振幅との関係は時間的な変化を伴い、定在波とは異なる現象となる。

したがって、本願発明に係る距離測定装置は、定在波を利用した距離測定装置とは異なる物理現象を利用しており原理的に異なるものである。

実施例 1

[0033] 以下に、本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法の第 1実施例の技術的概要を説明する。

(技術的概要 1)

図 1は、本願発明に係る距離測定装置の概略を説明するための説明図である。本願発明に係る距離測定装置は、信号源 1から出力された信号 (進行波 V )が、送信

T

部 2から波動として測定対象物 6に送信され、 k番目の測定対象物 6によって反射された反射波 V と進行波 Vとの混合波 Vを、混合波検出部 3で検出し、周波数成分 k T C

分析部 4で混合波の周波数成分 (a (f, x ) )を分析し、距離演算部 5で距離スペクトル s

R (X)を演算し、測定対象物 6までの距離を測定するものである。

[0034] 信号源 1は、特定の帯域幅内において異なった複数の周波数成分を有する信号を出力するものであり、常に 2つ以上の周波数成分が含まれる信号を出力する。具体的な例として、信号源 1を、それぞれが異なった単一周波数成分の信号を発振する単一周波数発振器の複数と、前記複数の単一周波数発振器から発振された単一周波数成分の信号を合成する加算器とから構成し、常に 2つ以上の周波数成分を有する信号を信号源 1から出力させる。また、信号源 1が、単一周波数成分を発振する単一周波数発振器と、この単一周波数発振器力発振される信号に周波数変調や振幅変調等の所定の変調を力ける変調器とから構成し、特定の帯域幅内で異なった周波数成分を有する信号を出力するようにしてもよい。さらに、特定の帯域幅内の周波数成分を出力する雑音源力構成することもできる。特定の帯域幅内の周波数成分を出力する雑音源としては、例えば、雑音源から出力される信号をバンドパスフィルタで特定の帯域内の信号のみを通過させることによって実現することができる。

[0035] 送信部 2は、信号源 1から出力された信号を波動として送信するためのアンテナ（又は電極)等の双方向性素子である。信号源 1と送信部 2との間に混合波検出部 3を配置する場合には、該送信部 2が反射波を受信する役割を担ってもよい。前記送信部 2は、前記信号源 1から出力された周波数成分の波動を出力し、出力された波動が測定対象物 6に送信される。

[0036] なお、本願発明における進行波 Vとは前記送信部 2から送信される波動、及び信

T

号源 1から出力される信号を示す。

したがって、信号源 1からの信号と送信部 2を経由して返ってきた反射波の信号との混合波を前記混合波検出部 3で検出する場合は、信号源 1からの信号が進行波 Vと

T

なる。

[0037] 混合波検出部 3は、前記進行波 Vと前記反射波 V との混合波 Vを検出するもの

T Rk C

である。この混合波検出部 3は、信号源 1と送信部 2とをつなぐ給電線の途中に、信号源 1から出力される進行波 Vと送信部 2を経由して返ってきた反射波 V との混合

T Rk 波 V

Cを検出するための、方向性を持たない結合器を設けることによって構成することができる。また、進行波 Vと反射波 V との混合波 Vを検出するための受信用アンテ

T Rk C

ナ (又は電極)を、送信部 2と測定対象物 6との間の空間に設け、混合波検出部 3とすることちでさる。

[0038] 前記周波数成分分析部 4は、前記混合波検出部 3によって検出された混合波 Vの

C

周波数成分を分析するものである。複数のバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタ力もの出力レベルを検出するためのレベル検出器とによって、前記周波数成分分析部 4を構成して、各周波数成分の大きさを分析することもできる。

また、前記混合波検出部 3によって検出された混合波をデジタル信号に変換する A D変と、 AD変カゝら出力された混合波のデジタル信号をフーリエ変換等の周波数成分分析を行い、各周波数成分の大きさ (絶対値) a (f, x )を演算するソフト s

ウェアを組み込んだ信号処理器とによって構成することもできる。

なお、前記混合波検出部 3によって検出された混合波を直接前記 AD変換器に出力してもよいが、混合波検出部 3と AD変換器の間にダウンコンバータ 8 (図 2参照）を設けて、周波数を下げてから AD変換器に入力するように構成してもよい。ダウンコンバータ 8は、既知のダウンコンバータであればよぐ例えば、ダウンコンバートしたい周波数を発振する局部発振器 8aと、混合波検出部 3によって検出された混合波 Vと前

C

記局部発振器 8aからの周期信号をミキシングするミキサ (周波数変換器) 8bとによつて構成し、所望の周波数にダウンコンバートしてもよい。

[0039] 前記距離演算部 5は、前記周波数成分分析部 4によって分析されたデータをスぺクトル解析して距離スペクトルを求め、この距離スペクトルの大きさを演算し、距離スぺタトルの大きさのピークに基づいて測定対象物 6までの距離を演算するものである。スベクトル解析の手法としては、フーリエ変換に代表されるノンパラメトリック手法、或いは ARモデリング等のパラメトリック手法等の適宜のスペクトル解析手法により解析する。

[0040] (測定原理 1)

以下に、本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法について、図 1及び図 2 を用いてその測定原理にっ、て説明する。

[0041] 信号源 1から出力される進行波力 f - f Z2〜f + f Z2の帯域幅の周波数成分

0 W 0 W

を有し、各周波数成分に対する振幅 A (f) ,位相 Θ (f)であるとき、測定開始からの経過時間 t、位置 Xにおける進行波 Vは以下の数式（1)のように表される。

[数 1]

ただし、 fは周波数、 cは光速、 X軸上の任意の一点を x=0としている。

k番目の測定対象物 6の距離を d、速度を V、反射係数の大きさと位相をそれぞれ k k

y , φ とすれば、その測定対象物 6からの反射波 V は以下の数式（2)のように表 k k Rk

すことができる。ただし、 k = l , 2,…である。

[数 2]

V_Rk A ^養 . _e -² - _df

[0043] このとき、 x = xの位置にある混合波検出部 3で観測される混合波の信号 Vは、以 s C 下の数式（3)のように表される

[数 3]

Vcit,x_s) = V_T(t,x_s) + } V_Rk{t,x_s) i _df

)

I _{d† (3)}

リ

[0044] 混合波検出部 3で検出される混合波 Vをバンドパスフィルタを通し各周波数成分

C

に分解する。あるいは、図 2に示すように、 AD変によってデジタル信号に変換し (S100)、このデジタル信号をフーリエ変換等による周波数成分分析によって各周波数成分に分解する（S101)。

分解された周波数 fの成分 V (f, t, x)は、数式 (3)における被積分成分 (積分の

C s

中身)であり、以下の数式 (4)である。

画

V_c(f,t,x_s) = A(f) . e^j9(-f> .₆^/(*-ΐ) + ί I (4)

I fc = l J

[0045] この分解された周波数 fの成分の振幅は、以下の数式（5)で表される。

[数 5]

\Vc(f,t, x_s)| « A(f) ^l + V _fccos + _φ \ (5)

I ^―^ c _ ノ I J ただし、現実的に反射波の大きさは非常に小さいと考えてよいので、 γ 《1として k 近似している。

[0046] ここで tを十分小さくすることにより、 V t^Oとみなすことができれば (後述するシミュ k

レーシヨンにあるように、観測時間 t = 3.5 [； z sec]、速度 V =300[kmZh]のときで k

も、 vt^O.29[mm]となり、 vt^Oとみなすことができる。）、以下の数式（6)のよう k k

近似できる。

[数 6] - φ,

ノ J 1 (6)

[0047] ところで、 A(f)は信号源 1の周波数特性を表しており、容易に知ることができるので既知のものと考えてょ、。 A (f)が定数 Aとみなせる場合には、

[数 7] a{f,x_s) = \Vc{f,t,x_s)\ ^A{ l

I + ;_7fecos ^ ⁽ ~ ^s) -^ li (7) £ ~^ ^ c ノ J あるいは、 A(f)が定数でない場合 (例えば、雑音源を用いた場合）には、 A(f)で数式 (6)を正規化すれば、

[数 8]

«( , x_s) = \Vcif, t,x_s)\剛 « 1 + _fccos ^ ⁽ ~ ^s) - ΦΗ ] (8)

V c

k =l ゝ , J となる。

前記数式 (7)の定数 Aの値は距離に関する情報を何ら持たない。そこで、 A=lとすれば、数式（7)は数式 (8)と同じになるので、以下、振幅を表す数式として（8)を用いる。

[0048] 数式 (8)は、周波数 fに対して cZ2(d — X )の周期を持つ周期関数となっているの

k

がわかる。したがって、これを例えばフーリエ変換に代表されるノンパラメトリック手法、あるいは ARモデリング等のパラメトリック手法によりスペクトル解析をすれば、混合波検出部 3から測定対象までの距離 d -Xが得られる。

k

[0049] 以下に、フーリエ変換によって距離を演算する例を示す。

フーリエ変換公式

[数 9]

/十∞

f(t)C t (9) において、 ωΖ2πを 2xZcに、 tを fに、 1;)を& ， x )に置き換える。その結果、距離スペクトル R (X)が次のように求められる (S103 (図 2参照） )。 [数 10]

— + x_s )

I c ノ 2 ノ

+ I¾_7¾e^ ._e^™^ Sa (-²^ (, + d_k - ,_s ) ) \ ( 10) ~ \ c ノ k=l \ ⁷ ) ただし、 S (z) =sin (z) /z

a

である。

[0050] 数式（10)によれば、 R(x)の大きさ（距離スペクトルの強度） I R(x) I は、 x=0, 士

(d —X )でピークとなることがわかる。現実的に混合波検出部 3から測定対象物 6ま k s

での距離 d —Xは正であるから、 x〉0に限定すれば、 | R (x) Iがピークとなるの k s

値が、混合波検出部 3と測定対象物 6との距離 d — Xである。つまり、 I R (x) I の値 k s

がピークとなる Xを求めることによって、混合波検出部 3から測定対象物 6までの位置を求めることができる（S 104 (図 2参照） )。

[0051] 以上のように本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法では、進行波と測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出しているので、進行波と反射波を分離する必要がなぐ簡易な構造とすることができ低コストで小さな距離測定装置を得ることができる。

定在波を利用して測定対象物までの距離を測定するときには、進行波の周波数を切り替えて力定在波ができる時間よりも観測時間を短くすることが原理的にできないため、ドップラー効果の影響を受けてしまい測定誤差が発生するが、本願発明では原理的に周波数切り替えの概念がなぐ故にドップラー効果の影響をほとんど無視できる程度にまで観測時間を短くすることが可能となり、正確な距離を測定することができる。

[0052] (シミュレーション 1) つぎに上述の測定原理 1に基づいて、図 2で示す距離測定装置でのシミュレーションを行う。

図 2で示した距離測定装置は、信号源 1が 24. 000GHz〜24. 075GHzの成分を一様に含む信号を出力し、送信部 2から前記帯域幅内の成分を一様に含む進行波 Vを測定対象物 6, · ··, 6に送信する。そして、 k番目の測定対象物 6によって反射さ

T

れた反射波 V と進行波 Vとの混合波 V (t, 0)を混合波検出部 3で検出する。なお k T C

、混合波検出部 3の位置は、 X =0としている。そして、検出された混合波 Vは、ダウ s C ンコンバータ 8によって 0〜75MHzにダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた Vは、 AD変^^によってデジタル信号に変換され (S 100)、デジタル信号に変

C

換された V (f, t, 0)をフーリエ変換して各周波数成分に分解する（S101)。そして、

C

各周波数成分の振幅を求めるために、各周波数成分に分解した混合波 V (f, t, 0)

c

の絶対値を算出した後に（S 102)、正規ィ匕した振幅 a (f, 0)を求める。この正規化した振幅 a (f, 0)をスペクトル解析によって距離スペクトル R (X)を求め（S 103)、距離スベクトル R (x)の大きさ（強度）のピーク力も測定対象物 6の位置を算出する（S104)。なお、測定対象物 6の速度が、距離測定装置から遠ざかる方向を正、距離測定装置に近づく方向を負とする。

[0053] 図 2で示した距離測定装置のシミュレーションでは、進行波と反射波との混合波を 3 . 5 sec間にわたり観測する（t = 3. 5 [ sec]とする）。

シミュレーションは、信号源から出力される 24. 000GHz〜24. 075GHzの成分を一様に含む信号を進行波とし、数式 (3)に基づいて混合波 V (t, 0)を計算する。そ

C

して、混合波 Vと— 24GHzの複素正弦波を乗算し、ダウンコンバートされた Vを得

C C

る。つまり、混合波 Vは、 0〜75MHzにダウンコンバートされる。

c

そして、ダウンコンバートされた Vをフーリエ変換し、その絶対値力も数式 (8) (a (f

C

, 0) )を求める。そして、数式（10)に従い、 a (f, 0)をフーリエ変換し、距離スペクトル R (x)及び距離スペクトルの大きさ（ I R(x) I )を求める。

[0054] (シミュレーション 1 1)

図 3は、測定対象物 6が混合波検出部 3から距離 10m、時速 Okmで静止しているときをシミュレーションしたグラフである。図 3 (a)は、ダウンコンバートされた混合波 (進行波 +反射波）の時間波形であり、計測時間の各時刻における瞬時値を示したダラフである（ダウンコンバートされた V (t, 0)のグラフである）。図 3 (b)は、数式（8)で示

C

した a (f, 0)のグラフであり、各周波数成分の正規ィ匕した振幅を示している。図 3 (c) は、図 3 (b)によって求められた a (f, 0)をスペクトル解析して距離と距離スペクトルの大きさ I R (x) I の関係を表したグラフである。図 3 (c)からもわ力るように、距離スぺタトルの大きさは、距離 10mで大きなピーク値となっている。このこと力、静止している状態では正 U、距離が測定できる。

[0055] (シミュレーション 1 2)

図 4は、測定対象物 6が混合波検出部 3から距離 10m、時速 + 300kmで移動しているときをシミュレーションしたグラフである。図 4 (a)は、ダウンコンバートされた混合波 (進行波 +反射波）の時間波形であり、計測時間の各時刻における瞬時値を示したグラフである (ダウンコンバートされた V (t, 0)のグラフである）。図 4 (b)は、数式（

C

8)で示した a (f, 0)のグラフであり、各周波数成分の正規ィ匕した振幅を示している。図 4 (c)は、図 4 (b)によって求められた a (f, 0)をスペクトル解析して距離と距離スぺタトルの大きさ I R (x) Iの関係を表したグラフである。図 4 (c)からもわ力るように、距離スペクトルの大きさは、距離 10mで大きなピーク値となっている。このことから、測定対象物が + 300kmで移動して!/、るときも、シミュレーション 1 1と同様に正し!/、距離が測定できる。

[0056] (シミュレーション 1 3)

図 5は、測定対象物 6が混合波検出部 3から距離 40m、時速 50kmで移動しているときをシミュレーションしたグラフである。図 5 (a)は、ダウンコンバートされた混合波（進行波 +反射波）の時間波形であり、計測時間の各時刻における瞬時値を示したグラフである（ダウンコンバートされた V (t, 0)のグラフである）。図 5 (b)は、数式 (8)で

C

示した a (f, 0)のグラフであり、各周波数成分の正規ィ匕した振幅を示している。図 5 (c )は、図 5 (b)によって求められた a (f, 0)をスペクトル解析して距離と距離スペクトルの大きさ I R (x) I の関係を表したグラフである。図 5 (c)からもわ力るように、距離スベクトルの大きさは、距離 40mで大きなピーク値となっている。このことから、測定対象物との距離、移動速度及び移動方向が変わっても正しい距離が測定できることがゎカゝる。

[0057] (シミュレーション 1—4)

図 6は、測定対象物 6が 2つあり、一方の測定対象物 6が混合波検出部 3から距離 5 m、時速 + 100kmで移動し、他方の測定対象物 6が混合波検出部 3から距離 12. 5 m、時速一 300kmで移動しているときをシミュレーションしたグラフである。図 6 (a)は、ダウンコンバートされた混合波 (進行波 +反射波）の時間波形であり、計測時間の各時刻における瞬時値を示したグラフである（ダウンコンバートされた V (t, 0)のダラ

C

フである)。図 6 (b)は、数式 (8)で示した a (f, 0)のグラフであり、各周波数成分の正規化した振幅を示している。図 6 (c)は、図 6 (b)によって求められた a (f, 0)をスぺタトル解析して距離と距離スペクトルの大きさ I R (x) I の関係を表したグラフである。図 6 (c)からもわ力るように、距離スペクトルの大きさは、距離 5mと 12. 5mで大きなピーク値となっている。このことから、測定対象物が複数であっても、正しい距離が測定できることがわ力る。また、 10m以下の近距離でも正しい距離を測定することができる。さらに、定在波を利用した距離測定装置では、測定することが困難であった複数の測定対象物同士の距離が接近し、速度差が大きいときでも、各測定対象物の位置を正しく測定することができる。

[0058] 前述のシミュレーション 1 1〜1 4からもわ力るように、測定対象物の速度にかかわらず、測定対象物の距離を測定することができる。さらに、複数の測定対象物同士の距離が接近し、速度差が大き!、ときでも各測定対象物の位置を正しく測定することができる。

[0059] 上述の説明では、 1つの混合波検出部 3で混合波を検出しているが、図 7に示すように、複数の混合波検出部 3, · ··, 3をそれぞれ異なった位置 X , · · · , X に配置して sl sN

もよい。このように複数の混合波検出部 3, · ··, 3から検出された混合波 Vは、混合波

C

検出部 3毎に AD変換器で AD変換し (S110)、デジタル信号に変換された混合波の信号をフーリエ変換し (S111)、その絶対値を算出して混合波検出部 3毎の振幅 a (f , χ ) (iは、 1, 2, · ··, N, · · ·)を求める。そして、任意の 2つの振幅（例えば、 a (f, X ) si sl と a (f, x ；) )の差を取ることにより、不要な直流成分 (数式 (8)の第 1項)を除去し (Sl

13)、不要な直流成分を除去した振幅 a (f, x )毎にスペクトル解析し距離スペクトルを求め（SI 14)、各距離スペクトルの平均化をした後に（SI 15)、距離スペクトルの大きさのピーク力測定対象物 6までの距離を演算する（S116)。これらは、例えば、任意の 2つの振幅の差を取って不要な直流成分を除去する直流成分除去手段と、複数の距離スペクトルの平均を演算する距離スペクトル平均化手段とを前記距離演算部 5に備えさせることによって実現することができる。

したがって、複数の混合波検出部 3を設け、図 7に示すような信号処理器を構成した場合、不要な直流成分の除去を行うことができる。また、各振幅 a (f, X )から得られた距離スペクトルを平均化し、ノイズ成分を低減させ、より正確に距離を測定できる。実施例 2

[0060] つぎに、本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法の第 2実施例の技術的概要を説明する。

(技術的概要 2)

図 8は、本願発明に係る距離測定装置の概略を説明するための説明図である。本願発明に係る距離測定装置は、信号源 9から出力された信号が、送信部 2から波動として測定対象物 6に送信され、 k番目の測定対象物 6によって反射された反射波 V

R

と進行波 Vとの混合波 Vを、混合波検出部 3で検出し、振幅成分検出部 10で混合 k T C

波の振幅成分 (a (t, X ) )を検出し、距離演算部 11で距離スペクトル R (x)を演算し、測定対象物 6までの距離を測定するものである。

[0061] 信号源 9は、特定の周波数の搬送波を任意の周期信号で周波数変調した周波数変調信号を出力するものであり、常に 2つ以上の周波数成分が含まれる信号を出力する。具体的な例として、信号源 9を、図 9に示すように、特定の周波数の搬送波信号を発信する搬送波信号源 9aと、この搬送波信号を任意の周期信号で変調する変調信号源 9bとから構成し、この信号源 9から周波数変調信号を出力させる。他の具体例として、マイクロプロセッサを備えた周波数変調信号生成手段（図示しない）と、瞬時周波数 f 0 +f D ·πιωの周波数変調信号を出力するためのデータを記憶させた周波数変調信号記憶手段 (図示しな、)とによって構成し、該周波数変調信号記憶手段に記憶されているデータを、該周波数変調信号生成手段が読み出し、周波数変調信号を生成するようにしてもょヽ。 [0062] 送信部 2は、信号源 9から出力された信号を波動として送信するためのアンテナ（又は電極)等の双方向性素子である。信号源 9と送信部 2との間に混合波検出部 3を配置する場合には、該送信部 2が反射波を受信する役割を担ってもよい。前記送信部 2は、前記信号源 9から出力された周波数成分の波動を出力し、出力された波動が測定対象物 6に送信される。

[0063] なお、本願発明における進行波 Vとは、前記送信部 2から送信される波動、及び信

T

号源 9から出力される信号を示す。

したがって、信号源 9からの信号と送信部 2を経由して返ってきた反射波の信号との混合波を前記混合波検出部 3で検出する場合は、信号源 9からの信号が進行波 Vと

T

なる。

[0064] 混合波検出部 3は、前記進行波 Vと前記反射波 V との混合波 Vを検出するもの

T Rk C

である。この混合波検出部 3は、信号源 9と送信部 2をつなぐ給電線の途中に、信号源 9から出力される進行波 Vと送信部 2を経由して返ってきた反射波 V との混合波

T Rk

V

Cを検出するための、方向性を持たない結合器を設けることによって構成することもできる。また、進行波 Vと反射波 V との混合波 Vを検出するための受信用アンテナ

T Rk C

(又は電極)を、送信部 2と測定対象物 6との間の空間に設け、混合波検出部 3としてちょい。

[0065] 振幅成分検出部 10は、前記混合波検出部 3によって検出された混合波 Vの振幅

C

成分を検出するものであり、包絡線検波器、自乗検波器、同期検波器、直交検波器等の機器の、ずれかによつて構成される。

[0066] 前記距離演算部 11は、振幅成分検出部 10によって検出された振幅成分をスぺタトル解析することによって距離スペクトルを求め、この距離スペクトルの大きさを演算し、距離スペクトルの大きさのピークに基づいて測定対象物 6までの距離を演算するものである。スペクトル解析の手法としては、フーリエ変換に代表されるノンパラメトリック手法、あるいは ARモデリング等のパラメトリック手法等の適宜のスペクトル解析手法により解析する。

[0067] (測定原理 2)

以下に、本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法について、図 8及び図 9 を用いてその測定原理にっ、て説明する。

[0068] 信号源 9が、周波数 f の搬送波信号源 9aと、この搬送波信号源 9aの搬送波を変調

0

する変調信号源 9bとから構成されるとき、測定開始力もの経過時間 t、位置 Xにおける進行波 Vは、以下の数式（11)で表されるような周波数変調された連続波となる。

T

[数 11]

V_T{t,x) = Ae^je . _e 。 - ϊ) .

(11)

[0069] ただし、 tは測定開始力の経過時間、 m(t)は変調信号であり、振幅が 1の任意の周期関数である。周波数変調の最大周波数偏移は f f

D、中心周波数は 0とする。したがって、進行波 V (t, X)の瞬時周波数は f +f ·πι(ΐ である。また、 cは光速、 Θは

Τ 0 D

位相であり、 X軸上の任意の一点を χ=0としている。

γ 、 φ とすれば、その測定対象物 6からの反射波は、以下の数式（12)のように表す k k

ことができる。ただし、 k=l， 2,…である。

[数 12]

)dt

V_Rk(t,x) = A _ke^j4>h . e^j& . ²⁷^。 ― (12) このとき、 x=xの位置にある混合波検出部 3で検出される混合波の信号 Vは、以 s C 下の数式（13)のように表される。

[数 13]

n

V_c (t,x_s) V_T (t,x_s) + ^ V_Rk (t, x_s )

k=l

. 丄十 _ei ( - _i- ._e ー". (ίー）

(13)

[0071] そして、 Vの振幅は、以下の数式（14)で表される _c

c

[数 14] a(t,x_s) = \\'c(t, x_s

eW -j^ < +_Vkt—x_s、 . f m(t- ²(¾ I "fc> ^L)一 m(i— I dt

= A - 1+ (14) 現実的に反射波の大きさは非常に小さいと考えてよいので γ

k《1であり、 γ

kの 2次以上の項は、ほぼ 0として無視し得る。したがって、以下の数式（15)のように近似できる。

[数 15]

(t, X_s) f¾

2(d_k十 v _ltt、 - x_s

A - 1 + , Ik os < (f)_k d_k -\-v_kt - x_s) + 2- f_D dt

(15)

[0073] ここで tを十分小さくすることにより、 V t 0とみなすことができれば (後述するシミュ k

レーシヨンにあるように、観測時間 t = 20 [； z sec]、速度 V t = 300[kmZh]のときで k

も、 vt^l.7[mm]となり、 vt^Oとみなすことができる。）、以下の数式（16)のよう k k

に近似でき、速度 Vの

k 影響を除去できる。

[数 16]

(t,x_s) A ' 1十 Ik cos \ φ_Η (d_k - x_s)十 2π _ m{t '二)― m(t dt

(16)

[0074] さらに、以下の数式（17)

[数 17]

-) - m(t - ^ ) d

m{t) (17)

dt として近似すれば、数式（16)は、以下の数式（18)となる。

[数 18] ( o + z, · m(t) )

x_s) « 1十 , fc< (18) ただし、定数 Aは本願発明においては、何ら情報を持たないので、 A=lとした。

[0075] さて、数式（18)は、瞬時周波数 f +f ·ηι(ΐ に対して cZ2(d—x)の周期を持つ

0 D k s

周期関数となっているのがわかる。したがつてこれを、例えばフーリエ変換に代表されるノンパラメトリック手法、あるいは ARモデリング等のパラメトリック手法によりスぺクトル解析すれば、混合波検出部 3から測定対象物 6までの距離 d— Xが得られる。

k s 以下に、フーリエ変換によって距離を算出する例を示す。

フーリエ変換公式（9)にお、て、 f (t)を a (t, x )とし、 ω Z2 πに、 tを瞬時周波数 f s 0

+f .m (t)に置き換える。 df=f · dm (t)となるので、距離スペクトル R(x)が、以下の

D D

数式（19)のように求められる。

[数 19]

R{x) ― J α{ί_Ί x_s )e-^^ia . _e-i i '! . f_D . d m(t)

― f_D · s a ( ^x ] + e- .„ Sa ( ^(x - d_k + x,))

I c ノ

ただし、 S (z) =sin (z) /z

a

である。

[0076] 数式（19)によれば、 R(x)の大きさ（距離スペクトルの強度） I R(x) | は、 z = 0、士

での距離 d —Xは正であるから、 x〉0に限定すれば、 | R (x)

k s Iがピークとなるの値力求めるべき距離 d —Xである。

k s

[0077] 以上のように本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法では、進行波と測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出しているので、進行波と反射波を分離する必要がなぐ簡易な構造とすることができ低コストで小さな距離測定装置を得ることができる。

[0078] (シミュレーション 2)

つぎに上述の測定原理 2に基づいて、図 9で示す距離測定装置でのシミュレーションを行う。

図 9で示した距離測定装置の信号源 9は、周波数 f = 24. 0375GHzの搬送波信

0

号を出力する搬送波信号源 9aと、変調信号 m (t)が周波数 50kHzの正弦波で、最大周波数偏移 f = 37. 5MHzの変調信号源 9bとを備え、瞬時周波数 f +f -m(t)

D 0 D の信号を出力する。そして、送信部 2から数式（11)で表される進行波 Vが送信され

T

る。 k番目の測定対象物 6によって反射された反射波 V と、前記進行波 Vとの混合 k T 波 V (t, 0)を混合波検出部 3で検出する。混合波 Vの観測は、変調信号 m (t)の 1 c c

周期にわたり行う。したがって、 t= lZ50[kHz] = 20 [ sec]である。なお、混合波検出部 3の位置は、 X =0としている。また、測定対象物 6の速度が、距離測定装置か s

ら遠ざかる方向を正、距離測定装置に近づく方向を負としている。

検出された混合波 Vは、包絡線検波器によって包絡線検波を行い、混合波の振

C

幅成分 a (t, 0)を検出する（S120)。そして、混合波の振幅成分 a (t, 0)を検出すると、 AD変換器によってデジタル信号に変換する（S121)。そして、デジタル変換された振幅 a (t, 0)をスペクトル解析し、距離スペクトル R (x)を求める（S 122)。そして、求めた距離スペクトルの大きさのピーク力も測定対象物 6の位置を演算する（S 123)

[0079] (シミュレーション 2—1)

図 10は、測定対象物 6が混合波検出部 3の位置カゝら距離 10m、時速 Okmで静止しているときをシミュレーションしたグラフである。図 3 (a)は、変調信号 m(t)と混合波の振幅 a (t, 0)を示したグラフである。これを基に、スペクトル解析をして距離スペクトルの大きさを示したものが図 10 (b)である。図 10 (b)からもわ力るように、距離スペクトルの大きさは、距離 10mで大きなピーク値となっている。このこと力、静止している状態では数十 m以内の近距離であっても正しい距離が測定できる。

[0080] (シミュレーション 2— 2)

図 11は、測定対象物 6が混合波検出部 3の位置力も距離 10m、時速 + 300kmで移動しているときをシミュレーションしたグラフである。図 11 (a)は、変調信号 m ( と混合波の振幅 a (t, 0)を示したグラフである。これを基に、スペクトル解析をして距離スペクトルの大きさを示したものが図 11 (b)である。図 11 (b)からもわ力るように、距離スペクトルの大きさは、距離 10mで大きなピーク値となっている。このことから、測定対象物が + 300kmで移動して!/、るときも、シミュレーション 2— 1と同様に正し!/、距離が測定できる。

[0081] (シミュレーション 2— 3)

図 12は、測定対象物 6が混合波検出部 3の位置カゝら距離 40m、時速— 50kmで移動しているときをシミュレーションしたグラフである。図 12 (a)は、変調信号 m (t)と混合波の振幅 a (t, 0)を示したグラフである。これを基に、スペクトル解析をして距離スベクトルの大きさを示したものが図 12 (b)である。図 12 (b)からもわ力るように、距離スベクトルの大きさは、距離 40mで大きなピーク値となっている。このことから、測定対象物の距離、移動速度及び移動方向が変わっても正しい距離が測定できる。

[0082] (シミュレーション 2—4)

図 13は、 2つの測定対象物 6, 6を測定している。一方の測定対象物 6は、混合波検出部 3の位置から距離 5m、時速 + 100kmで移動し、他方の測定対象物 6は、混合波検出部 3の位置から距離 12. 5m、時速— 300kmで移動しているときをシミュレーシヨンしたグラフである。図 13 (a)は、変調信号 m (t)と混合波の振幅 a (t, 0)を示したグラフである。これを基に、スペクトル解析をして距離スペクトルの大きさを示したものが図 13 (b)である。図 13 (b)からもわ力るように、距離スペクトルの大きさは、距離 5mと 12. 5mでそれぞれ大きなピーク値をとつている。このことから、測定対象物が複数であっても、正しい距離が測定できることがわかる。また、 10m以下の近距離でも正しい距離を測定することができる。さらに、定在波を利用した距離測定装置では、測定することが困難であった複数の測定対象物同士の距離が接近し、速度差が大ヽときでも、各測定対象物の位置を正しく測定できる。

[0083] 前述のシミュレーション2—1〜2—4からもゎカるょぅに、測定対象物の速度にかかわらず、測定対象物の距離を測定することができる。さらに、複数の測定対象物同士の距離が接近し、速度差が大き!、ときでも各測定対象物の位置を正しく測定することができる。

[0084] 上述の説明では、 1つの混合波検出部 3で混合波を検出しているが、図 14に示すように、複数の混合波検出部 3, · ··, 3をそれぞれ異なった位置 X , · · · , X に配置し sl sN てもよい。このように複数の混合波検出部 3, · ··, 3から検出された混合波 Vは、各混

C

合波検出部 3で検出された混合波 V毎に包絡線検波器によって包絡線を検波する

C

ことで混合波の振幅成分 (振幅 a (t, x ) (iは、 1, 2, · ··, N, · ··) )を検出し (S130)、検出された各振幅 a (t, X )を AD変翻によって AD変換し (S131)、デジタル信号に変換された各振幅のな力から任意の 2つの振幅（例えば、 a (t, x )と& X；) )の sl s2 差を取ることにより、不要な直流成分 (数式（18)の第 1項)を除去し (S132)、不要な直流成分を除去した振幅 a (t, x )毎にスペクトル解析し距離スペクトルを求め（S13

3)、各距離スペクトルを平均化した後に（S 134)、距離スペクトルの大きさのピークから測定対象物までの距離を演算する（S135)。これらは、例えば、任意の 2つの振幅の差を取って不要な直流成分を除去する直流成分除去手段と、複数の距離スぺタトルの平均を演算する距離スペクトル平均化手段とを前記距離演算部 5に備えさせることによって実現することができる。なお、直流成分の除去をアナログ回路 (差動増幅器など)で行、、その後に AD変換を行ってもょ、。

したがって、複数の混合波検出部 3を設け、図 14に示すような信号処理器を構成した場合、不要な直流成分の除去を行うことができる。また、各振幅 a (t, X )から得られた距離スペクトルを平均化し、ノイズ成分を低減させ、より正確に距離を測定できる。実施例 3

[0085] 以下に、本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法の第 3実施例の技術的概要を説明する。

(技術的概要 3)

図 15は、本願発明に係る距離測定装置の概略を説明するための説明図である。本願発明に係る距離測定装置は、信号源 13から出力された信号が、送信部 2から波動として測定対象物 6に送信され、 k番目の測定対象物 6によって反射された反射波 V と進行波 Vとの混合波 Vを混合波検出部 3で検出し、この混合波 Vを信号処理

Rk T C C 器 14で処理し、測定対象物 6までの距離を求めるものである。信号処理器 14は、振幅成分検出部 15、単一周波数選択部 16、信号レベル検出部 17、距離演算部 18から構成し、前記振幅成分検出部 15で混合波の振幅成分 (a (t, X ) )を検出し、前記 s

単一周波数選択部 16で特定の周波数 f の成分のみの信号 (R(x (t) ) )を選択し、選

B

択した信号の信号レベル（ I R(x (t) ) I )を前記信号レベル検出部 17で検出し、この信号レベル力測定対象物 6までの距離を前記距離演算部 18で測定する。

[0086] 信号源 13は、第 1変調信号によって予め周波数変調された第 2変調信号で特定の周波数の搬送波を二重に周波数変調した信号 (二重変調信号)を出力するものであり、常に 2つ以上の周波数成分が含まれる信号を出力するものである。

[0087] 信号源 13の具体例としては、図 15に示すように、搬送波信号源 13aと、第 2変調信号源 13bと、第 1変調信号源 13cとから信号源 13を構成する。前記第 1変調信号源 1 3cは、特定の第 1周期の第 1変調信号 x(t)を出力する。また、前記第 2変調信号源 1 3bは、第 2変調信号 m (t)を出力するものであり、該第 2変調信号 m (t)は、第 2変調信号源 13bで発振された特定の第 2周期の周期信号を前記第 1変調信号 x (t)で周波数変調した信号である。前記搬送波信号源 13aは、瞬時周波数 f +f

0 D ·πιωの二重変調信号を出力するものであり、該搬送波信号源 13aが発振した搬送波を前記第 2変調信号 m (t)で周波数変調する。

[0088] つまり、本願発明における信号源 13から出力される二重変調信号は、搬送波信号を第 2変調信号 m (t)で周波数変調したものであり、かつ、第 2変調信号 m(t)は第 1 変調信号 x (t)で周波数変調したものである。よって、本願発明における二重変調信号は、搬送波信号を第 2変調信号 m (t)で周波数変調した後の信号を、第 1変調信号 x (t)で更に周波数変調したものでもなぐ搬送波信号を第 1変調信号 x(t)で周波数変調した後の信号を、第 2変調信号 m (t)で更に周波数変調したものでもな!/、。

[0089] また、他の信号源 13の具体例としては、図 16 (a)に示すように、信号源 13を前記搬送波信号源 13a (搬送波生成手段)、第 2変調信号生成手段 13d、第 2変調信号記憶手段 13eから構成する。前記第 2変調信号記憶手段 13eは、第 2変調信号 m (t) を出力するためのデータを記憶し、前記第 2変調信号生成手段 13dは、前記第 2変調信号記憶手段 13eに記憶されているデータを読み出し、第 2変調信号 m(t)を出力する。そして、搬送波信号源 13aは、特定の周波数の搬送波を発振し、この搬送波を前記第 2変調信号 m (t)で周波数変調し、瞬時周波数 f +f ·πι )の二重変調

0 D

信号を出力する。

前記第 2変調信号生成手段 13dは、マイクロプロセッサ等によって構成されている力予め記憶されているデータに基づいて第 2変調信号を生成するだけなので、測定原理 1及び 2におけるフーリエ解析 (周波数解析)で用いられるマイクロプロセッサに比べて低機能なプロセッサを使用することができ、低コストとすることができる。

[0090] さらに、図 16 (b)に示すように、マイクロプロセッサを備えた二重変調信号生成手段 13fと、瞬時周波数 f +f .m(t)の二重変調信号を出力するためのデータを記憶さ

0 D

せた二重変調信号記憶手段 13gとによって構成し、該二重変調信号記憶手段 13g に記憶されているデータを、該二重変調信号生成手段 13fが読み出し、二重変調信号を生成するようにしてもょ、。

前記二重変調信号生成手段 13fもマイクロプロセッサを備えている力フーリエ解析 (周波数解析)で用いられるマイクロプロセッサより低機能なプロセッサを使用することができ、低コストとすることができる。

[0091] 送信部 2は、信号源 13から出力された信号を波動として送信するためのアンテナ（又は電極)等の双方向性素子である。信号源 13と送信部 2との間に混合波検出部 3 を配置する場合には、該送信部 2が反射波を受信する役割を担ってもよい。前記送信部 2は、前記信号源 13から出力された周波数成分の波動を出力し、出力された波動が測定対象物 6に送信される。

[0092] なお、本願発明における進行波 Vとは前記送信部 2から送信される波動、及び信

T

号源 13から出力される信号を示す。

したがって、信号源 13からの信号と送信部 2を経由して返ってきた反射波の信号との混合波を前記混合波検出部 3で検出する場合は、信号源 13からの信号が進行波 Vとなる。

T

[0093] 混合波検出部 3は、前記進行波 Vと前記反射波 V との混合波 Vを検出するもの

T Rk C

である。この混合波検出部 3は、信号源 13と送信部 2とをつなぐ給電線の途中に、信号源 13から出力される進行波 Vと送信部 2を経由して返ってきた反射波 V との混

T Rk 合波 Vを検出するための、方向性を持たない結合器を設けることによって構成することができる。また、進行波 Vと反射波 V との混合波 Vを検出するための受信用ァ

T k C

ンテナ (又は電極)を送信部 2と測定対象物 6との間の空間に設け、混合波検出部 3とすることちでさる。

[0094] 振幅成分検出部 15は、前記混合波検出部 3によって検出された混合波 Vの振幅

C

[0095] 前記単一周波数選択部 16は、前記振幅成分検出部 15によって検出された混合波 Vの振幅成分の中から 1つの周波数成分を選択するものであり、直交検波器やバン

C

ドパスフィルタ、マッチドフィルタ等の機器の、ずれかによつて構成される。

[0096] 前記信号レベル検出部 17は、前記単一周波数選択部 16によって得られた信号のレベルを検出するものであり、包絡線検波器、自乗検波器等の機器のいずれか〖こよつて構成される。また、信号レベル検出部 17を、 AD変^^、マイクロプロセッサ等によって構成し、前記単一周波数選択部 16からの出力信号を AD変換し、マイクロプロセッサで信号レベルを演算することも可能である。

[0097] 前記距離演算部 18は、前記信号レベル検出部 17によって検出された信号レベルのピークに基づいて測定対象物 6までの距離を演算するものである。

[0098] (測定原理 3)

以下に、本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法について、図 15〜図 1 9を用いてその測定原理を説明する。

[0099] 信号源 13が、第 1変調信号によって予め周波数変調された第 2変調信号で特定の周波数の搬送波を二重に周波数変調して、瞬時周波数 f +f ·πι(ΐ

0 D の二重変調信号を出力するとき、測定開始力もの経過時間 t、位置 Xにおける進行波 Vは、以下の

T

数式 (20)で示す周波数変調された連続波となる。

[数 20]

V_T{t, x) = Ae^je . ₆^ ο(*- ϊ ) . _ej2nf_D J _m(t- ^)dt (20)

[0100] ただし、 tは測定開始からの経過時間、 cは光速であり、 Aは振幅、 Θは位相、 X軸上の任意の一点を x=0としている。また、 m (t)は、第 2変調及び以下の数式（22)で表されるように、瞬時値が第 1周期 Tで Δ χずつ増加する階段状信号であり、図 17及び以下の数式（21)で示す鋸波とする

[数 21] ( ) = 2 ( f_mt [f_mt ] ) - 1

ただし、 []は、その値を超えない最大の整数値を表す。 m(t)は、図 17に示すように周波数 f 1 +1

m、最小値、最大値の鋸波である。

なお、図 17で示した鋸波の復帰時間は 0である力復帰時間を有する鋸波（つまり、三角波）であってもよい。

[0101] x(t) «,m(t)( ¾mf

mを変化させるための第 1変調信号であり、図 18(ステップ状の）の信号とする。

[数 22] x[t)― Ax (22)

[0102] つまり、 x(t)=NAx, (N=l, 2, ···)のとき、 m(t)の周波数 f 力以下の数式（23

m

)となるよう、 m(t)を周波数変調する。

[数 23] = ^ ( ¥ま定数 ) (23)

[0103] なお、 x(t)を特定の第 1周期 Tで Δχずつ増加する階段状の信号としているが、原理的には x(t)を Δχずつ減少する階段状の信号としても同様である。以下では、 x(t )を Δ Xずつ増加する階段状の信号にっ、て説明する。

[0104] 自明なことであるが、第 1変調信号の第 1周期 Tは、第 2変調信号の鋸波の周期 (繰り返し時間）より長い。また、第 2変調信号の鋸波の周期は、搬送波の周期より長い。

[0105] k番目の測定対象物 6の距離を d、速度を V、反射係数の大きさと位相をそれぞれ k k

γ , φ とすれば、その測定対象物 6からの反射波 V は、以下の数式（24)のように k k Rk

表すことができる。ただし、 k=l, 2…である。

[数 24] V_Rk(t,x) = A_lke^ . . ² 。 -² . e 。1 - )dt

(24)

[0106] このとき、 x=xの位置にある混合波検出部 3で検出される混合波の信号 Vは、以

s C 下の数式（25)のように表される。

[数 25]

Vc t = V_T{t,x_s)十 ^ V {t

k =l 十¹ ^ _A;e ^fc _e （4+" — ） . _e ^fo )-m(f-^1

(25)

[0107] そして、信号 Vの振幅は以下の数式（26)で表される。

[数 26]

A 1十 (26)

[0108] 現実的に、反射波の大きさは非常に小さいと考えてよいので、 γ

k《1であり、 y kの

2次以上の項は、ほぼ 0として無視し得る。したがって、以下の数式（27)のように近似できる。

[数 27]

α(ί, x_s) f¾

2\ a_k十 v_kt) -x_s^ x_s

A- 1十〉 fccos I φ_Η (4 - x_s)十 ' D m t ) - m(t ) dt

(27)

[0109] ここで、 tを十分小さくすることにより、 vt 0とみなすことができれば、以下の数式 ( k

28)のように近似でき、速度 Vの影響を除去できる。

k

[数 28]

, 2( x_s、 , 、

%(t, f¾ A - 1 I cos ( k (dk x_s) m{t― )― m{t―— J dt

(28)

[0110] さらに、以下の数式（29)

[数 29]

として近似すれば、数式（28)は、以下の数式（30)となる。

[数 30]

、 1 , I 4 ( jo + _D · m(i) ) 、 | _f

' ) « 1十〉 fccos <j (4 -x_s) - ί, J. (30)

k=l

ただし、定数 Aは本願発明においては、何ら情報を持たないので、 A=lとした。 x(t) =ΝΔχのとき、 k番目のその測定対象物 6に対応する振幅成分 f は、 a(t, X) k s の位相を微分して以下の数式（31)のように求められる。

[数 31]

1 d j^( f₀ + f_D -m(t) ) 1

D~ (31)

NAx

[0112] x(t) =ΝΔχが測定対象物 6と混合波検出部間の距離 d -Xに等しいとき、 f は以 k s k 下の数式（32)で与えられる周波数 f となる。

B

[数 32] f_B = 2 f_D (32) [0113] したがって、 a(t, X )を直交検波器やバンドパスフィルタ等の単一周波数選択部 16 s

を通し、周波数 f

Βの成分のみを選択し、その信号レベルを検出すれば、 x(t) =ΝΔχ の距離に測定対象物 6が存在するカゝ否かを知ることができる。

[0114] 周波数 f の成分を選択するための単一周波数選択部 16として、直交検波器を用い

B

る場合、 X (t) =Ν Δ xにおける直交検波出力 R (X (t) )は、以下の数式（33)となる。

[数 33]

R(x(t)) = / a(t,x_s) -e^j27TfBtdt (33)

J(N-1)T なお、直交検波出力 R (x (t) )を距離スペクトルと称す。

[0115] 距離スペクトル R (x (t) )のレベル（大きさ）は、その絶対値で表される。つまり、 I R ( x (t) ) Iは、以下の数式（34)となる。

[数 34]

\ R( x(t) ) \ = (34)

[0116] 以上のように本願発明に係る距離測定装置及び距離測定方法では、進行波と測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出しているので、進行波と反射波を分離する必要がなぐ簡易な構造とすることができ低コストで小さな距離測定装置を得ることができる。

また、スペクトル解析を高速で実行可能なマイクロプロセッサ等を使用することなぐ包絡線検波器、自乗検波器、同期検波器、直交検波器、バンドパスフィルタ、マッチドフィルタ等の機器で信号処理器を構成し、距離スぺ外ルの大きさ (信号レベル)を検出しているので、マイクロプロセッサ等を使用した信号処理器と略同じ処理速度の信号処理器を低コストで得ることができる。つまり、低コストでも、信号処理速度の速 V、距離測定装置を得ることができるようになる。

[0117] (シミュレーション 3)

つぎに上述の測定原理 3に基づいて、図 19, 21で示す距離測定装置でのシミュレーシヨンを行う。このシミュレーションでは、図 19, 21に示すように、周波数 f = 24. 1GHzの正弦波

0

、最大周波数偏移 f = 37. 5MHz、第 1変調信号の変調周期 T= 20 /z sec、第 1変

D

調信号の瞬時値の増加量 Δ χ=0. 2m、第 2変調信号 m (t)の周波数を決めるための定数 7? = 1Z75とし、瞬時周波数 f +f 'm(t)の信号を出力する。そして、送信部

0 D

2から数式（20)で表される進行波 Vが送信される。 k番目の測定対象物 6によって反

T

射された反射波 V と、前記進行波 Vとの混合波 V (t, 0)を混合波検出部 3で検出 k T C

する。検出された混合波 Vに基づいて、信号処理器 19 (24)は測定対象物 6の位置

C

を演算する。

[0118] (シミュレーション 3— 1)

図 19は、信号処理器 19を振幅成分を検出するための包絡線検波器 20、周波数 f

B

= 1MHzの成分のみを選択するための直交検波器 21、信号レベルを検出するレべル検出器 22、距離演算部 23から構成した距離測定装置の説明図である。

図 20は、 2つの測定対象物 6, 6力 d = 12m、 d = 20mにそれぞ; tl^立置し、 d =

1 2 1

12mに位置する測定対象物 6の反射係数 γ =0. 01、位相 φ = πとし、 d = 20m

1 1 2 に位置する測定対象物 6の反射係数 γ =0. 01、位相 φ = πとし、シミュレーション

2 2

をしたときの位置 (x(t) )と距離スペクトルの大きさ I R (x(t) ) Iとを示したグラフである。図 20からも分かるように、距離スペクトルの大きさは、 12mと 20mでピークとなつている。このことから、マイクロプロセッサ等の代わりに直交検波器等を用いても、正しい距離が測定できる。

[0119] (シミュレーション 3— 2)

図 21は、信号処理器 24を振幅成分検出用包絡線検波器 25、 2つのバンドパスフィルタ 26a, 26b、信号レベル検出用包絡線検波器 27、距離演算部 28とから構成した距離測定装置の説明図である。

図 22は、 2つの測定対象物 6, 6力 d = 12m、 d = 20mにそれぞ; tl^立置し、 d =

1 2 1

1 1 2 に位置する測定対象物 6の反射係数 γ =0. 01、位相 φ = πとし、バンドパスフィ

2 2

ルタは、選択する周波数 f = 1ΜΗζ、 Q = 20として、シミュレーションをしたときの位

B

置 (x (t) )と距離スペクトルの大きさ I R(x (t) ) Iとを示したグラフである。図 22からも分かるように、距離スペクトルの大きさは、 12mと 20mでピークとなっている。このこと力ら、マイクロプロセッサ等の代わりにバンドパスフィルタ等を用いても、正し、距離が測定できる。本例では 2つのバンドパスフィルタを直列接続して、るが，バンドパスフィルタの数は 2に限定されるものではなぐ当然ながら必要に応じて任意の数を用いることができる。

[0120] なお、上述の説明では、 1つの混合波検出部 3で混合波を検出しているが、複数の混合波検出部 3, · ··, 3をそれぞれ異なった位置に配置し、それらから検出された混合波に基づいて距離スペクトルを求め、測定対象物 6の位置を計測することもできる産業上の利用可能性

[0121] 自動車等の移動体に備えさせることにより衝突防止システムとして利用することや、液体、粉体のレベル計測用センサ、あるいはセキュリティシステムおいて人の存在やその位置を検知するためのセンサとして利用することもできる。

Claims

請求の範囲

[1] 測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、

特定の帯域幅内において異なった複数の周波数成分を有する信号を出力する信号源と、

前記信号を波動として送信する送信部と、

前記送信部から送信された波動又は前記信号源から出力された信号のいずれか一方からなる進行波と、前記送信部から送信された波動が前記測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出する混合波検出部と、

前記混合波検出部により検出された混合波の周波数成分を分析する周波数成分分析部と、

前記周波数成分分析部によって分析されたデータをスペクトル解析することによつて距離スペクトルを求め、測定対象物までの距離を演算する距離演算部と、力なることを特徴とする距離測定装置。

[2] 前記信号源は、それぞれが異なった単一周波数成分を発振する単一周波数発振器の複数と、前記複数の単一周波数発振器から発振された信号を合成する加算器からなる請求項 1記載の距離測定装置。

[3] 前記信号源は、単一周波数成分を発振する単一周波数発振器と、前記単一周波数発振器から発振される信号に変調をかける変調器とからなる請求項 1記載の距離測定装置。

[4] 前記信号源は、前記特定の帯域幅内の周波数成分を出力する雑音源力なる請求項 1記載の距離測定装置。

[5] 前記周波数成分分析部は、前記混合波検出部により検出された混合波をデジタル信号に変換する AD変換器と、前記 AD変換器力ゝらの出力データの周波数成分を分祈し各周波数成分の大きさを演算する信号処理装置とからなる請求項 1〜4のいずれかに記載の距離測定装置。

[6] 前記周波数成分分析部は、複数のバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの出力レベルを検出するレベル検出器とからなる請求項 1〜4のいずれかに記載の距離測定装置。

[7] 前記距離演算部は、前記周波数成分分析部によって分析されたデータをフーリエ解析することによって距離スペクトルを演算する請求項 1〜6のいずれかに記載の距離測定装置。

[8] 前記混合波検出部の複数を異なった位置に備えてなり、

前記周波数成分分析部は、前記混合波検出部により検出された混合波毎に周波数成分を分析してなり、

前記距離演算部は、得られた複数の混合波の周波数成分分析データを用いて距離スペクトルを演算する請求項 1〜7のいずれかに記載の距離測定装置。

[9] 測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、

特定の帯域幅内において異なった複数の周波数成分を有する信号を波動として送信し、

前記送信した波動又は前記信号の!/、ずれか一方からなる進行波と、前記送信された波動が測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出し、

前記検出した混合波の周波数成分を分析し、

周波数成分分析によって分析されたデータをスペクトル解析することによって距離スペクトルを求め、測定対象物までの距離を演算することを特徴とする距離測定方法

[10] 測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、

特定の周波数の搬送波を任意の周期信号で周波数変調した周波数変調信号を出力する信号源と、

前記周波数変調信号を波動として送信する送信部と、

前記送信部から送信された波動又は前記信号源から出力された周波数変調信号のいずれか一方力なる進行波と、前記送信部力送信された波動が測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出する混合波検出部と、

前記混合波検出部によって検出された混合波の振幅成分を検出する振幅成分検出部と、

前記振幅成分検出部によって検出された振幅成分をスペクトル解析することによつて距離スペクトルを求め、測定対象物までの距離を演算する距離演算部と、力なることを特徴とする距離測定装置。

[11] 前記距離演算部は、前記振幅成分検出部によって検出された振幅成分をフーリエ解析することによって距離スペクトルを演算する請求項 10記載の距離測定装置。

[12] 前記混合波検出部の複数を異なった位置に備えてなり、

前記振幅成分検出部は、前記混合波検出部により検出された混合波毎に振幅成分を検出してなり、

前記距離演算部は、得られた複数の混合波の振幅成分データを用いて距離スぺクトルを演算する請求項 10又は 11に記載の距離測定装置。

[13] 測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、

特定の周波数の搬送波を任意の周期信号で周波数変調した信号を波動として送信し、

前記送信された波動又は前記周波数変調した信号のいずれか一方からなる進行波と、前記送信された波動が前記測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出し、

検出した混合波の振幅成分を検出し、

前記振幅成分をスペクトル解析することによって距離スペクトルを求め、測定対象物までの距離を測定することを特徴とする距離測定方法。

[14] 測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、

第 1変調信号によって予め周波数変調された第 2変調信号で特定の周波数の搬送波を二重に周波数変調した二重変調信号を出力する信号源と、

前記二重変調信号を波動として送信する送信部と、

前記送信部から送信された波動又は前記信号源から出力された二重変調信号のいずれか一方力なる進行波と、前記送信部から送信された波動が測定対象物によつて反射された反射波との混合波を検出する混合波検出部と、

前記振幅成分検出部によって検出された振幅成分力特定の 1つの周波数成分を選択する単一周波数選択部と、前記単一周波数選択部で得られた信号のレベルを検出する信号レベル検出部と、前記信号レベル検出部によって得られた信号レベルカゝら測定対象物までの距離を演算する距離演算部とからなることを特徴とする距離測定装置。

[15] 前記信号源は、前記第 1変調信号を生成する第 1変調信号と、前記第 1変調信号によって変調された前記第 2変調信号と、前記搬送波のそれぞれを生成してなる、又は、前記二重変調信号を予め記憶する二重変調信号記憶手段を備えてなる、もしくは、前記第 2変調信号を予め記憶する第 2変調信号記憶手段と、前記搬送波を生成する搬送波生成手段とを備えてなる請求項 14記載の距離測定装置。

[16] 前記第 1変調信号は、特定の第 1周期で階段状に増加又は減少する波形を描いてなり、

前記第 2変調信号は、前記第 1周期より短い周期の鋸波を前記第 1変調信号で変調したものである請求項 14記載又は 15記載の距離測定装置。

[17] 測定対象物までの距離を測定するための距離測定方法であって、

第 1変調信号によって予め周波数変調された第 2変調信号で特定の周波数の搬送波を二重に周波数変調した二重変調信号を波動として送信し、

前記送信された波動又は前記二重変調信号の!/、ずれか一方からなる進行波と、前記送信部から送信された波動が測定対象物によって反射された反射波との混合波を検出し、

検出した混合波の振幅成分を検出し、

前記振幅成分から特定の 1つの周波数成分を選択し、

選択された周波数成分の信号のレベルを検出し、

前記信号レベルカゝら測定対象物までの距離を測定することを特徴とする距離測定方法。