JP3768511B2 - Distance measuring device, distance measuring method, and distance measuring program - Google Patents
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Description
この発明は、距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラムに関し、より特定的には、被測定対象物に対して放射した電磁波から測定対象物との距離を計測する距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラムに関する。 The present invention relates to a distance measuring device, a distance measuring method, and a distance measuring program, and more specifically, a distance measuring device and a distance measuring method for measuring a distance from an electromagnetic wave radiated to an object to be measured from the object to be measured. And a distance measurement program.
現在汎用されているマイクロ波を利用した被検出対象物との距離測定方法は、FMCW(周波数変調持続波)方式とパルス・レーダ方式とに大別される。 Current distance measurement methods using a microwave that are widely used are broadly classified into an FMCW (frequency modulation continuous wave) method and a pulse radar method.
FMCW方式とは、周波数掃引した連続波を発信し、放射信号と反射信号との周波数差から被検出対象物までの距離を求めるものである(たとえば特許文献1参照)。 The FMCW system transmits a continuous wave that has been swept in frequency, and obtains the distance to the object to be detected from the frequency difference between the radiation signal and the reflected signal (for example, see Patent Document 1).
一方、パルス・レーダ方式とは、パルス信号を発信してからそれが測定対象で反射して戻ってくるまでの時間を計測することにより、被検出対象物までの距離を求めるものである(たとえば特許文献2参照)。 On the other hand, the pulse radar system is a method for obtaining a distance to an object to be detected by measuring a time from when a pulse signal is transmitted until it is reflected by a measurement object and returned (for example, Patent Document 2).
上記の2つの計測方式は、いずれも高い計測精度を有する反面、それぞれ、以下に示す問題点を抱えている。 Each of the above two measurement methods has high measurement accuracy, but has the following problems.
最初に、FMCW方式については、計測精度は、計測精度=光速/(2×周波数の掃引幅)の関係式で表わされるように、放射周波数の掃引幅によって決まることから、高い精度を得るためには広い帯域幅を使用する必要がある。しかしながら、距離測定装置が通常使用する、移動体検知センサ用として電波法で区分されている24.15GHzの周波数帯域においては、特定小電力無線の規制によって、帯域幅は、実効周波数24.1〜24.2GHzの0.1GHzに使用が制限されている。このため、FMCW方式のマイクロウェーブ式レベル計の屋外での使用については、十分な帯域幅が得られないという理由から、計測精度に限界が生じてしまい、また、近距離計測が難しくなることとなる。 First, for the FMCW method, the measurement accuracy is determined by the sweep width of the radiation frequency as expressed by the relational expression of measurement accuracy = light speed / (2 × frequency sweep width). Need to use a wide bandwidth. However, in the frequency band of 24.15 GHz that is normally used by the distance measuring device and is classified by the Radio Law for mobile object detection sensors, due to the regulation of specific low power radio, the bandwidth is effective frequency 24.1. The use is limited to 0.1 GHz of 24.2 GHz. For this reason, when using the FMCW microwave level meter outdoors, there is a limit in measurement accuracy because it is not possible to obtain a sufficient bandwidth, and it becomes difficult to measure short distances. Become.
次に、パルス・レーダ方式については、放射器において非常に短い電気的パルスを発生させるためには、成分的には広い電波帯域幅が必要とされる。例えば、2n秒のインパルスを発生させるために必要な帯域幅は2GHzとなる。したがって、この場合も、電波法の定める帯域幅の制限を受けて、屋外での使用が制限されることとなり、より短い電気的パルスが使用できないため、近距離計測が難しくなることとなる。 Next, regarding the pulse radar system, in order to generate a very short electric pulse in the radiator, a wide radio wave bandwidth is required in terms of components. For example, the bandwidth required to generate an impulse of 2n seconds is 2 GHz. Accordingly, in this case as well, the use in the outdoors is restricted due to the limitation of the bandwidth defined by the Radio Law, and it becomes difficult to measure near distances because a shorter electrical pulse cannot be used.
したがって、これらの問題を解決するためには、電波法で定められている電波帯域や放射利得を満足し、かつ、計測距離にかかわらず、特に近距離測定においても高い計測精度を維持することが必要とされる。 Therefore, in order to solve these problems, it is necessary to satisfy the radio wave band and radiation gain specified by the Radio Law, and to maintain high measurement accuracy even in close-range measurement, regardless of the measurement distance. Needed.
上記の2つの計測方式では、使用帯域幅が広いことから、電波法で分類される特定小電力無線として利用することはできないが、出力パワーを抑えた微弱電力無線として利用することが可能である。しかしながら、放射信号の出力電力を下げることによって、反射信号の電力も非常に小さくなるため、遠距離の計測を行なう場合にノイズの影響を受けやすいという問題が生じる。 In the above two measurement methods, since the use bandwidth is wide, it cannot be used as a specific low power radio classified by the Radio Law, but it can be used as a weak power radio with reduced output power. . However, since the power of the reflected signal becomes very small by reducing the output power of the radiation signal, there is a problem that it is easily affected by noise when measuring a long distance.
さらに、最近では、近距離であっても高い測定精度を有する距離測定装置が提案されている(たとえば特許文献3参照)。 Furthermore, recently, a distance measuring device having high measurement accuracy even at a short distance has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
図14は、特許文献3に提案されている距離測定装置の構成を示す概略ブロック図である。
FIG. 14 is a schematic block diagram showing the configuration of the distance measuring device proposed in
図14を参照して、距離測定装置は、所定の周波数の信号を出力する発信源60と、発信源60の出力信号と同一周波数の電磁波を放出する送信部70と、送信部70から放出された電磁波(以下、進行波Dとも称する)と測定対象物M1〜Mn(nは自然数)にて反射した反射波Rとが干渉して形成された定在波Sの振幅を検知するための検出部80と、検出部80の検出信号から測定対象物Mk(kはn以下の自然数)までの距離を算出する信号処理部90とを備える。
Referring to FIG. 14, the distance measuring device emits a
発信源60は、発信部62と周波数制御部64とを含む。発信部62は、周波数制御部64が制御する一定の周波数fの信号を送信部70に対して出力する。周波数制御部64は、発信部62に送った周波数fに関する情報を信号処理部90にも出力する。
The
ここで、図14の距離測定装置における計測方式の原理について、簡単に説明する。 Here, the principle of the measurement method in the distance measuring apparatus of FIG. 14 will be briefly described.
まず、図14に示すように、送信部70から放出された進行波Dと測定対象物Mkにて反射した反射波Rとが干渉することによって、送信部70と測定対象物Mkとの間の伝搬媒質中に定在波Sが形成される。
First, as shown in FIG. 14, the traveling wave D emitted from the
このとき、定在波Sをx軸上の観測点xsに設けられた検出部80で観測して得られる受信パワー信号p(f,x)は、進行波Dの周波数fに対して正弦波関数(cos関数)となる。特に、複数の測定対象物からの反射がある場合には、各測定対象物に対応して互いに異なる周期の正弦波が複数合成されたものとなる。各正弦波の周期は、観測点から測定対象物Mkまでの距離に逆比例の関係にある。図14の距離測定装置は、この性質を利用して測定対象物Mkまでの距離を測定するものである。
At this time, the received power signal p (f, x) obtained by observing the standing wave S with the
すなわち、送信部70から放出された進行波Dが
That is, the traveling wave D emitted from the
で表わされるとき、各測定対象物までの距離をdkとすれば、各測定対象物Mkによる反射波Rは、次のように表わすことができる。 If the distance to each measurement object is d k , the reflected wave R by each measurement object M k can be expressed as follows.
ただし、cは光速、fは送信周波数、Aは進行波Dの振幅レベル、dkは測定対象物Mkまでの距離である。また、γkは測定対象物Mkの反射係数の大きさで伝搬損失を含む。φkは反射における位相シフト量である。 Here, c is the speed of light, f is the transmission frequency, A is the amplitude level of the traveling wave D, and d k is the distance to the measurement object M k . Γ k is the magnitude of the reflection coefficient of the measurement object M k and includes a propagation loss. φ k is a phase shift amount in reflection.
定在波Sは、進行波Dと反射波Rとの加法的合成によって発生し、そのパワー信号p(f,x)は、式(1),(2)より、 The standing wave S is generated by additive synthesis of the traveling wave D and the reflected wave R, and the power signal p (f, x) is obtained from the equations (1) and (2):
で表わされる。一般に、進行波Dに比べて反射波Rのレベルは非常に小さく、γk≪1であると考えられるので、γkの2次以上の項をほぼ0とみなして無視することができる。したがって、受信パワー信号p(f,x)は、次式のように表わされる。 It is represented by In general, the level of the reflected wave R is very small compared to the traveling wave D, and it is considered that γ k << 1. Therefore, the second and higher order terms of γ k can be regarded as almost 0 and ignored. Therefore, the received power signal p (f, x) is expressed as follows:
図15は、1つの測定対象物が距離dの位置にあるときに、x=xs=0の位置で観測される受信パワー信号p(f,0)の波形図である。 FIG. 15 is a waveform diagram of the received power signal p (f, 0) observed at a position where x = x s = 0 when one measurement object is located at a distance d.
図15を参照して、受信パワー信号p(f,0)は、周波数fに対して周期的であり、その周期はc/2dであり、距離dに反比例することが分かる。したがって、この受信パワー信号p(f,0)をフーリエ変換して周期情報を抽出すれば、測定対象物までの距離dを求めることができる。なお、式(3)の受信パワー信号p(f,0)にフーリエ変換公式 Referring to FIG. 15, the received power signal p (f, 0) is periodic with respect to the frequency f, and the period is c / 2d, which is inversely proportional to the distance d. Accordingly, if the received power signal p (f, 0) is Fourier-transformed to extract period information, the distance d to the measurement object can be obtained. Note that the Fourier transform formula is applied to the received power signal p (f, 0) in equation (3).
を適用して得られるプロファイルP(x)は、式(6)のようになる。 A profile P (x) obtained by applying is given by Equation (6).
ただし、 However,
f0は送信周波数帯域の中間周波数、fWは送信周波数の帯域幅である。 f 0 is the intermediate frequency of the transmission frequency band, and f W is the bandwidth of the transmission frequency.
このように、図14の距離測定装置においては、測定対象物Mkまでの距離は、進行波の送信周波数に対する受信パワー信号の変動周期にのみ依存し、送信部70によって電磁波を発信してから検出部80に戻ってくるまでの時間の影響を受けないことから、これまでのFMCW方式およびパルス・レーダ方式に対して、近距離においても、より高い精度で測定することができる。
ここで、図14に示す従来の距離測定装置においては、定在波Sの受信パワー信号p(f,0)を式(6)にてフーリエ変換することから、送信周波数帯域幅fWにおいて、受信パワー信号に1周期以上の周期性がなければ、正確な周期情報を抽出することができない。 Here, in the conventional distance measuring apparatus shown in FIG. 14, the received power signal p (f, 0) of the standing wave S is Fourier-transformed by the equation (6), so that in the transmission frequency bandwidth f W If the received power signal does not have a periodicity of one cycle or more, accurate cycle information cannot be extracted.
図16は、f0=24.0375GHz、fW=75MHz、γk=0.1およびφk=πの条件下において、測定対象物Mkの距離dkを0mから5mまでの間で変化させたときのプロファイルの大きさ|P(x)|を式(4),(6)を用いて数値計算により求めたものである。なお、進行波のレベルA2を引いた、p(f,0)−A2をフーリエ変換しているので、式(4)の第1項は除去されている。 FIG. 16 shows that the distance d k of the measuring object M k varies between 0 m and 5 m under the conditions of f 0 = 24.0375 GHz, f W = 75 MHz, γ k = 0.1 and φ k = π. The size of the profile | P (x) | when obtained is obtained by numerical calculation using equations (4) and (6). Note that p (f, 0) -A 2 obtained by subtracting the level A 2 of the traveling wave is Fourier-transformed, so the first term of Equation (4) is removed.
図16を参照して、プロファイルの大きさ|P(x)|は、式(6)の第2項の成分と第3項の成分とに対応して、xが正となる領域とxが負となる領域とにおいてそれぞれ極大値を有する波形となる。従来の距離測定装置においては、測定対象物Mkは必ずxが正の領域に位置することから、この波形のうちの一方の領域(x>0)の極大値を抽出し、極大値に対応するxの値を測定対象物Mkの位置としている。 Referring to FIG. 16, the profile size | P (x) | corresponds to the region where x is positive and x corresponds to the component of the second term and the component of the third term of Equation (6). Waveforms each having a maximum value in the negative region. In the conventional distance measuring apparatus, since the measurement object M k is always located in a region where x is positive, the maximum value of one region (x> 0) of this waveform is extracted and corresponds to the maximum value. The value of x to be used is the position of the measuring object Mk .
しかしながら、距離dが小さいときには、図16に示すように、プロファイル|P(x)|のピークは正確な測定対象物Mkの位置を示さなくなる。これは、距離dが小さくなるに伴なって、2つの極大値が互いに干渉し合うことによって、波形が乱れてしまうことによる。図16の場合では、距離dが2m以上では正確に測距できるが、距離dが2m以下となると、正しい計測値が得られていないことが分かる。 However, when the distance d is small, as shown in FIG. 16, the peak of the profile | P (x) | does not indicate the exact position of the measuring object Mk . This is because, as the distance d becomes smaller, the two maximum values interfere with each other, thereby disturbing the waveform. In the case of FIG. 16, it can be seen that the distance can be accurately measured when the distance d is 2 m or more, but a correct measurement value is not obtained when the distance d is 2 m or less.
図17は、図16のプロファイルから導かれる測定対象物Mkまでの距離(計測値)と実際の測定対象物Mkまでの距離との関係を示す図である。 FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the distance (measured value) to the measurement object Mk derived from the profile of FIG. 16 and the actual distance to the measurement object Mk .
図17を参照して、測定対象物Mkまでの距離が2m以上においては、計測値は実際の測定対象物Mkまでの距離に正確に一致しているが、2m以下では、測定精度が著しく劣ってしまうことが分かる。これは、図16に示す近距離でのプロファイルの乱れによるものであり、2mが測距できる距離の限界であることを示唆している。 Referring to FIG. 17, when the distance to measurement object Mk is 2 m or more, the measurement value exactly matches the distance to actual measurement object Mk. It turns out that it is remarkably inferior. This is due to the disturbance of the profile at a short distance shown in FIG. 16, and suggests that 2 m is the limit of the distance that can be measured.
詳細には、距離d=2mのときには、受信パワー信号p(f,0)の周期は、c/(2×2)=75MHzとなることから、送信周波数帯域幅fW=75MHzはちょうど受信パワー信号の1周期分の帯域に相当する。したがって、これより短い周期となるような、より長い距離であれば正しい計測値が得られることから、最小検出距離dminは、 Specifically, when the distance d = 2 m, the period of the reception power signal p (f, 0) is c / (2 × 2) = 75 MHz, so that the transmission frequency bandwidth f W = 75 MHz is just the reception power. This corresponds to a band for one period of the signal. Therefore, since a correct measurement value can be obtained if the distance is longer than the shorter period, the minimum detection distance d min is
で表わすことができる。 It can be expressed as
ここで、先述のように、当該距離測定装置を特定小電力無線として使用する場合は、使用できる周波数帯域幅が国内電波法によって制限される。たとえば「移動体検知センサ」においては、24.15GHz帯での周波数帯域を使用したとすると、占有周波数帯域幅の許容値は76MHzと規定される。したがって、図16の場合と同様に、約2m以下の近距離の位置計測において、計測結果に大きな誤差を生じることとなる。 Here, as described above, when the distance measuring device is used as the specific low-power radio, the usable frequency bandwidth is limited by the domestic radio law. For example, in the “moving body detection sensor”, if the frequency band in the 24.15 GHz band is used, the allowable value of the occupied frequency bandwidth is defined as 76 MHz. Therefore, as in the case of FIG. 16, a large error occurs in the measurement result in the position measurement at a short distance of about 2 m or less.
以上に述べた計測誤差は、受信パワー信号が1周期成分以下となる近距離に特有の問題点であるが、1周期成分以上の周期性が含まれる距離(中距離および遠距離)の場合であっても、計測結果に数cmの誤差が生じる。 The measurement error described above is a problem peculiar to a short distance in which the received power signal is 1 period component or less, but in the case of a distance (medium distance and long distance) including a periodicity of 1 period component or more. Even if there is, an error of several centimeters occurs in the measurement result.
図18は、測定対象物Mkまでの距離が中距離レベルのときのプロファイルから得られる計測値と実際の測定対象物Mkまでの距離との関係を示す図である。 FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the measurement value obtained from the profile when the distance to the measurement object Mk is a medium distance level and the distance to the actual measurement object Mk .
図18を参照して、測定対象物Mkを中距離レベルである距離d=4.9mからd=5.0mまでの区間を2mmごとに位置変化させたときには、計測結果に約±2.5cm程度の誤差が生じていることが分かる。 Referring to FIG. 18, when the position of measurement object M k is changed every 2 mm in the interval from distance d = 4.9 m to d = 5.0 m, which is a medium distance level, the measurement result is about ± 2. It can be seen that an error of about 5 cm occurs.
図19は、測定対象物Mkをさらに遠距離レベル(d=10m)まで位置変化させたときの計測誤差を示す図である。 FIG. 19 is a diagram illustrating a measurement error when the position of the measurement object Mk is further changed to the far distance level (d = 10 m).
図19から明らかなように、測定対象物Mkが当該距離測定装置から遠距離であって、受信パワー信号に十分な周期成分が見られる距離d=10mの地点に位置するときにおいても、計測結果には、約±5cm程度の誤差が生じている。 As is apparent from FIG. 19, measurement is performed even when the measurement object M k is far from the distance measuring device and is located at a distance d = 10 m where a sufficient periodic component can be seen in the received power signal. The result has an error of about ± 5 cm.
この計測誤差を低減する手段としては、第1に、受信パワー信号をフーリエ変換する際に、受信パワー信号から少なくとも1周期成分が含まれる信号範囲を抽出してフーリエ変換することを、少なくとも半周期成分以上の範囲で繰り返し、その各フーリエ変換されたデータから各時間領域の和を求めることが挙げられる。 As a means for reducing the measurement error, first, when the received power signal is subjected to Fourier transform, a signal range including at least one period component is extracted from the received power signal and subjected to Fourier transform. It is possible to repeat the calculation over a range of components or more and obtain the sum of each time domain from the Fourier transformed data.
第2に、送信周波数の使用帯域幅は同一とし、送信する初期の周波数をわずかにずらせることによって得られた受信パワー信号をフーリエ変換することを、少なくとも半周期成分以上の範囲で繰り返し、その各フーリエ変換されたデータから各時間領域の和を求めることが挙げられる。 Secondly, the use bandwidth of the transmission frequency is the same, and the Fourier transform of the received power signal obtained by slightly shifting the initial frequency to be transmitted is repeated at least in the range of the half period component or more. It is possible to obtain the sum of each time domain from each Fourier transformed data.
図20は、受信パワー信号をかかる手段に従って多重処理したときの処理結果である。図20から明らかなように、計測結果に見られる誤差は、距離dが10mに至る範囲において、約±1cm程度にまで改善される。 FIG. 20 shows the processing result when the received power signal is multiplexed according to such means. As apparent from FIG. 20, the error seen in the measurement result is improved to about ± 1 cm in the range where the distance d reaches 10 m.
しかしながら、このような多重処理は、複数のフーリエ変換処理を含むことから、処理に相当な時間が必要となり、即応性を必要とする用途には不向きであるという問題点を有する。 However, since such multiple processing includes a plurality of Fourier transform processes, it takes a considerable amount of time for the processing, and thus has a problem that it is not suitable for applications that require quick response.
さらに、図14の距離測定装置では、測定対象物Mkが等速で計測軸(x軸)上を移動している場合においても、計測結果に誤差が生じるという問題がある。 Furthermore, the distance measuring apparatus of FIG. 14 has a problem that an error occurs in the measurement result even when the measurement object Mk is moving on the measurement axis (x-axis) at a constant speed.
詳細には、測定対象物Mkが移動している場合、検出部80で検出される定在波Sの受信パワー信号においては、受信周波数が送信周波数fに対して伝搬媒質の時間的変化に比例した周波数だけシフトするという、ドップラーシフトが生じる。このときのシフト量は、測定対象物Mkが接近する場合には受信周波数を下げる方向に、測定対象物Mkが離れる場合では受信周波数を上げる方向に作用する。
Specifically, when the measurement object M k is moving, in the reception power signal of the standing wave S detected by the
図21は、測定対象物Mkがx軸上を等速移動しているときの計測結果の一例を示す図である。図21の計測においては、たとえば、距離d=5mに位置する測定対象物Mkが静止状態から速度2.0m/秒で前後に等速移動しているものとする。また、送信周波数については、使用帯域幅内で上昇させながら掃引する上昇掃引と、使用帯域幅内で下降させながら掃引する下降掃引とを行なうものとする。 FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a measurement result when the measurement object M k is moving on the x axis at a constant speed. In the measurement of FIG. 21, for example, it is assumed that the measurement object M k located at a distance d = 5 m is moving forward and backward at a speed of 2.0 m / sec from a stationary state. As for the transmission frequency, it is assumed that an upward sweep that sweeps while increasing within the use bandwidth and a downward sweep that sweeps while decreasing within the use bandwidth are performed.
図21を参照して、計測結果は、上昇掃引時(実線に相当)および下降掃引時(点線に相当)ともに、測定対象物Mkの移動体速度が増加するにつれ、実際の測定対象物Mkの位置(5m)に対する誤差が大きくなることが分かる。なお、いずれの掃引時においても、計測結果が0mで折り返された波形を示すが、これは、FFT処理結果のうちの正の結果のみを抽出する従来の距離測定方法に起因するものである。 Referring to FIG. 21, the measurement results show that the actual measurement object M increases as the moving body speed of the measurement object Mk increases both during the upward sweep (corresponding to the solid line) and during the downward sweep (corresponding to the dotted line). It can be seen that the error with respect to the position of k (5 m) increases. It should be noted that, at any time of sweeping, the measurement result shows a waveform folded at 0 m, which is due to the conventional distance measurement method that extracts only the positive result among the FFT processing results.
このような計測誤差を低減する手段としては、送信周波数を上昇掃引して得られる受信パワー信号をフーリエ変換して得られる計測結果(以下、第1の位置情報とも称する)と、送信周波数を下降掃引して得られる受信パワー信号をフーリエ変換して得られる計測結果(以下、第2の位置情報とも称する)とを求め、第1および第2の位置情報を平均化する補正処理を行なうことによって、移動する測定対象物の位置を検出する方法が挙げられる。 As means for reducing such a measurement error, a measurement result (hereinafter also referred to as first position information) obtained by Fourier-transforming a reception power signal obtained by increasing and sweeping the transmission frequency, and decreasing the transmission frequency By obtaining a measurement result (hereinafter also referred to as second position information) obtained by performing Fourier transform on the received power signal obtained by sweeping, and performing a correction process for averaging the first and second position information And a method for detecting the position of the moving measurement object.
この方法に従って補正処理をした結果を、図21中に太い実線で示す。掃引時間20m秒においては、移動体速度が±0.8m/s未満となる範囲において、正しい測定対象物Mkの位置である5mが算出されている。 The result of correction processing according to this method is indicated by a thick solid line in FIG. In the sweep time of 20 ms, 5 m, which is the correct position of the measuring object Mk , is calculated in the range where the moving body speed is less than ± 0.8 m / s.
図22は、図21の計測をさらに掃引時間を短くしたときの計測結果の一例を示す図である。図22の計測は、測定対象物Mkの距離(d=5m)および移動体速度については、図21と同一条件とし、掃引時間のみを20m秒から10m秒に短縮させて行なったものである。 FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a measurement result when the sweep time is further shortened in the measurement of FIG. The measurement in FIG. 22 is performed by setting the distance (d = 5 m) of the measurement object M k and the moving body speed to the same conditions as in FIG. 21 and shortening only the sweep time from 20 milliseconds to 10 milliseconds. .
図22を参照して、上昇掃引時(実線に相当)および下降掃引時(点線に相当)のいずれにおいても、測定対象物Mkの移動体速度が大きくなるにしたがって計測結果の誤差が増加する。この傾向は図21に示す掃引時間20m秒の結果と共通する。さらに、これらの計測結果に上記の補正処理を施すと、図22の太い実線で示す結果が得られる。 Referring to FIG. 22, the error in the measurement result increases as the moving object speed of measurement object Mk increases both in the upward sweep (corresponding to the solid line) and in the downward sweep (corresponding to the dotted line). . This tendency is common to the result of the sweep time of 20 ms shown in FIG. Furthermore, when the above correction processing is performed on these measurement results, the result indicated by the thick solid line in FIG. 22 is obtained.
この補正処理の結果から明らかなように、掃引時間を短くすることによって、正しい測定対象物Mkの位置が得られる移動体速度の範囲が±−1.5m/s未満となり、補正できる測定対象物Mkの速度範囲が広がっていることが分かる。 As is apparent from the result of this correction processing, by shortening the sweep time, the range of the moving body speed at which the correct position of the measurement object Mk can be obtained is less than ± -1.5 m / s, and the measurement object that can be corrected It can be seen that the speed range of the object Mk is widened.
しかしながら、このような方法では、補正処理ができる測定対象物Mkの速度範囲が、送信周波数の掃引時間に依存することから、高速で移動する測定対象物Mkを対象とするときには、掃引時間を短く、すなわち掃引速度を高速にしなければならず、安定して高速可変が可能な発振器が新たに必要となる。 However, in such a method, since the speed range of the measurement object Mk that can be corrected depends on the transmission frequency sweep time, when the measurement object Mk moving at high speed is targeted, the sweep time Therefore, it is necessary to provide a new oscillator that can be varied at high speed stably.
それゆえ、この発明のある目的は、狭い放射周波数帯域においても、近距離まで精度良く計測可能な距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラムを提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a distance measuring device, a distance measuring method, and a distance measuring program capable of accurately measuring a short distance even in a narrow radiation frequency band.
この発明の別の目的は、移動する測定対象物においても、正確に測距可能な距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラムを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a distance measuring device, a distance measuring method, and a distance measuring program capable of accurately measuring even a moving measurement object.
この発明のある局面によれば、測定対象物までの距離を計測する距離測定装置であって、所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力する発信源と、信号と同一周波数の電磁波を発生し、測定対象物に対して放射する送信部と、電磁波と電磁波の反射波とによって測定対象物との間に形成される定在波のパワー信号を検出する検出部と、検出した定在波のパワー信号と送信周波数との関係を演算処理することによって測定対象物までの距離を算出する信号処理部とを備える。検出部は、電磁波の進行方向を検出軸として、検出軸上に設けられた複数の観測点の各々に対応して配置され、各々が対応する観測点での定在波のパワー信号を検出する複数の検出器を含む。信号処理部は、複数の検出器で検出された複数の定在波のパワー信号から定数成分、振幅変化成分および位相変化成分を算出して解析信号を生成する解析信号生成手段と、解析信号をフーリエ変換してプロファイルを算出し、プロファイルの極大値から測定対象物までの距離を求めるフーリエ変換手段とを含む。 According to an aspect of the present invention, there is provided a distance measuring device that measures a distance to an object to be measured, a transmission source that outputs a signal having a predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth, and a signal having the same frequency as the signal. A transmitter that generates an electromagnetic wave and radiates the object to be measured; a detector that detects a power signal of a standing wave formed between the object to be measured by the electromagnetic wave and the reflected wave of the electromagnetic wave; A signal processing unit that calculates a distance to the measurement object by calculating a relationship between the power signal of the standing wave and the transmission frequency. The detection unit is arranged corresponding to each of a plurality of observation points provided on the detection axis with the traveling direction of the electromagnetic wave as a detection axis, and detects a power signal of a standing wave at each corresponding observation point. Includes multiple detectors. The signal processing unit includes a plurality of detectors in the plurality of detected constant component from the power signal of the standing wave, an analysis signal generating means for generating an analysis signal to calculate the amplitude change component and a phase change component, the analytic signal calculating the profile by converting Fourier, and a Fourier transform means for obtaining a distance from the maximum value of the profile to the measurement object.
好ましくは、複数の観測点は、検出軸上であって、送信部と測定対象物との間の任意の位置にそれぞれ設けられる。 Preferably, the plurality of observation points are provided on arbitrary positions between the transmission unit and the measurement object on the detection axis.
好ましくは、測定対象物は、少なくとも1個以上とする。 Preferably, the number of measurement objects is at least one.
好ましくは、発信源は、所定の送信周波数を所定の帯域幅で所定のステップで上昇させて掃引する上昇掃引手段と、所定の送信周波数を所定の帯域幅で所定のステップで下降させて掃引する下降掃引手段とを含む。信号処理部は、上昇掃引手段に応じてフーリエ変換手段にて得られる測定対象物までの距離を第1の位置情報とし、下降掃引手段に応じてフーリエ変換手段にて得られる測定対象物までの距離を第2の位置情報として保持する手段と、保持された第1および第2の位置情報を平均化して真の測定対象物までの距離を導出する補正手段とをさらに含む。 Preferably, the transmission source sweeps up the predetermined transmission frequency by increasing the predetermined bandwidth at a predetermined step in a predetermined step and the predetermined transmission frequency by decreasing the predetermined transmission frequency by a predetermined step. And descending sweep means. The signal processing unit uses the distance to the measurement object obtained by the Fourier transform unit according to the ascending sweep means as the first position information, and the distance to the measurement object obtained by the Fourier transform means according to the descending sweep means. It further includes means for holding the distance as the second position information, and correction means for averaging the held first and second position information to derive the distance to the true measurement object.
この発明の別の局面によれば、測定対象物までの距離を計測する距離測定方法であって、所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップと、信号と同一周波数の電磁波を発生し、測定対象物に対して放射するステップと、電磁波と電磁波の反射波とによって測定対象物との間に形成される定在波のパワー信号を検出するステップと、検出した定在波のパワー信号と送信周波数との関係を演算処理することによって測定対象物までの距離を算出するステップとを備える。定在波のパワー信号を検出するステップは、電磁波の進行方向を検出軸として、検出軸上に設けられた複数の観測点の各々に対応して配置される複数の検出器において、対応する観測点での定在波のパワー信号を検出するステップを含む。測定対象物までの距離を算出するステップは、複数の検出器で検出された複数の定在波のパワー信号から定数成分、振幅変化成分および位相変化成分を算出して解析信号を生成するステップと、解析信号をフーリエ変換してプロファイルを算出し、プロファイルの極大値から測定対象物までの距離を求めるステップとを含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a distance measuring method for measuring a distance to a measurement object, the step of outputting a signal having a predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth, and a signal having the same frequency as the signal. Generating an electromagnetic wave and radiating the electromagnetic wave to the measurement object; detecting a standing wave power signal formed between the electromagnetic wave and the reflected wave of the electromagnetic wave; and the detected standing wave Calculating a distance to the measurement object by calculating a relationship between the wave power signal and the transmission frequency. The step of detecting the power signal of the standing wave uses the traveling direction of the electromagnetic wave as a detection axis, and the corresponding observation is performed by a plurality of detectors arranged corresponding to each of the plurality of observation points provided on the detection axis. Detecting a standing wave power signal at the point. The step of calculating the distance to the measurement object includes a step of calculating a constant component, an amplitude change component, and a phase change component from a plurality of standing wave power signals detected by a plurality of detectors, and generating an analysis signal. calculates a profile analysis signal into Fourier, and determining the distance from the local maximum of profile to the measurement object.
好ましくは、複数の観測点は、検出軸上であって、送信部と測定対象物との間の任意の位置にそれぞれ設けられる。 Preferably, the plurality of observation points are provided on arbitrary positions between the transmission unit and the measurement object on the detection axis.
好ましくは、測定対象物は、少なくとも1個以上とする。 Preferably, the number of measurement objects is at least one.
好ましくは、所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップは、所定の送信周波数を所定の帯域幅で所定のステップで上昇させて掃引するステップと、所定の送信周波数を所定の帯域幅で所定のステップで下降させて掃引するステップとを含む。測定対象物までの距離を算出するステップは、上昇掃引したときにフーリエ変換にて得られる測定対象物までの距離を第1の位置情報とし、下降掃引したときにフーリエ変換にて得られる測定対象物までの距離を第2の位置情報として保持するステップと、保持された第1および第2の位置情報を平均化して真の測定対象物までの距離を導出するステップとをさらに含む。 Preferably, the step of outputting a signal having a predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth includes a step of increasing the predetermined transmission frequency by a predetermined step with a predetermined bandwidth, and sweeping the predetermined transmission frequency. And sweeping down in a predetermined step with a bandwidth of. The step of calculating the distance to the measurement object uses the distance to the measurement object obtained by the Fourier transform when the up sweep is performed as the first position information, and the measurement object obtained by the Fourier transform when the down sweep is performed. The method further includes the step of holding the distance to the object as the second position information, and the step of deriving the distance to the true measurement object by averaging the held first and second position information.
この発明の別の局面によれば、測定対象物までの距離を計測する距離測定プログラムであって、コンピュータに、所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップと、信号と同一周波数の電磁波を発生し、測定対象物に対して放射するステップと、電磁波と電磁波の反射波とによって測定対象物との間に形成される定在波のパワー信号を検出するステップと、検出した定在波のパワー信号と送信周波数との関係を演算処理することによって測定対象物までの距離を算出するステップとを実行させる。定在波のパワー信号を検出するステップは、電磁波の進行方向を検出軸として、検出軸上に設けられた複数の観測点の各々に対応して配置される複数の検出器において、対応する観測点での定在波のパワー信号を検出するステップを含む。測定対象物までの距離を算出するステップは、複数の検出器で検出された複数の定在波のパワー信号から定数成分、振幅変化成分および位相変化成分を算出して解析信号を生成するステップと、解析信号をフーリエ変換してプロファイルを算出し、プロファイルの極大値から測定対象物までの距離を求めるステップとを含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a distance measurement program for measuring a distance to an object to be measured, the step of outputting a signal having a predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth to a computer, A step of generating an electromagnetic wave of the same frequency and radiating it to a measurement object; a step of detecting a power signal of a standing wave formed between the measurement object by the electromagnetic wave and a reflected wave of the electromagnetic wave; and detection The step of calculating the distance to the measurement object is performed by calculating the relationship between the power signal of the standing wave and the transmission frequency. The step of detecting the power signal of the standing wave uses the traveling direction of the electromagnetic wave as a detection axis, and the corresponding observation is performed by a plurality of detectors arranged corresponding to each of the plurality of observation points provided on the detection axis. comprising the step of detecting a power signal of the standing wave at the point. The step of calculating the distance to the measurement object includes a step of calculating a constant component, an amplitude change component, and a phase change component from a plurality of standing wave power signals detected by a plurality of detectors, and generating an analysis signal. calculates a profile analysis signal into Fourier, and determining the distance from the local maximum of profile to the measurement object.
好ましくは、複数の観測点は、検出軸上であって、送信部と測定対象物との間の任意の位置にそれぞれ設けられる。 Preferably, the plurality of observation points are provided on arbitrary positions between the transmission unit and the measurement object on the detection axis.
好ましくは、測定対象物は、少なくとも1個以上とする。 Preferably, the number of measurement objects is at least one.
好ましくは、所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップは、所定の送信周波数を所定の帯域幅で所定のステップで上昇させて掃引するステップと、所定の送信周波数を所定の帯域幅で所定のステップで下降させて掃引するステップとをコンピュータに実行させる。測定対象物までの距離を算出するステップは、上昇掃引したときにフーリエ変換にて得られる測定対象物までの距離を第1の位置情報とし、下降掃引したときにフーリエ変換にて得られる測定対象物までの距離を第2の位置情報として保持するステップと、保持された第1および第2の位置情報を平均化して真の測定対象物までの距離を導出するステップとをさらにコンピュータに実行させる。 Preferably, the step of outputting a signal having a predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth includes a step of increasing the predetermined transmission frequency by a predetermined step with a predetermined bandwidth, and sweeping the predetermined transmission frequency. And causing the computer to execute a step of descending and sweeping in a predetermined step with a bandwidth of. The step of calculating the distance to the measurement object uses the distance to the measurement object obtained by the Fourier transform when the up sweep is performed as the first position information, and the measurement object obtained by the Fourier transform when the down sweep is performed. And causing the computer to further execute a step of holding the distance to the object as the second position information and a step of deriving a distance to the true measurement object by averaging the held first and second position information. .
この発明によれば、制限された送信周波数帯域幅においても、測定対象物を距離0mから高い測定精度で測距可能な距離測定装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a distance measuring apparatus capable of measuring a measurement object from a distance of 0 m with high measurement accuracy even in a limited transmission frequency bandwidth.
さらに、測定対象物が高速移動しているときにおいても、送信周波数を上昇掃引および下降掃引して得られる計測結果に補正処理を施すことにより、掃引時間に依存せず、精度良く測距することができる。 In addition, even when the measurement object is moving at high speed, it is possible to accurately measure the distance without depending on the sweep time by applying correction processing to the measurement result obtained by sweeping the transmission frequency up and down. Can do.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従う距離測定装置の基本構成を示す回路図である。
[Embodiment 1]
1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a distance measuring apparatus according to
図1を参照して、距離測定装置は、一定の送信周波数fの信号を発信する発信源10と、発信された信号と同一の周波数fの電磁波を放出する送信部20と、送信部20から出力された電磁波(以下、進行波Dとも称する)と測定対象物M1〜Mnにおいて反射された電磁波(以下、反射波Rとも称する)とが干渉して形成される定在波Sを検知する検出部30と、検出部30で検知された定在波Sの受信パワー信号を演算処理し、測定対象物M1〜Mnとの距離d1〜dnを算出する信号処理部40とを備える。
Referring to FIG. 1, the distance measuring device includes a
発信源10は、一定の周波数fの信号を出力する発信部12と、発信部12の出力する信号の周波数fを制御する周波数制御部14とを含む。
The
発信部12は、たとえば電圧制御発振回路(VCO:Voltage Controlled Oscillator)で構成され、周波数制御部14からの制御信号に基づいて、所定の送信周波数fの信号を出力する。
The
周波数制御部14は、たとえば位相検出器で構成され、信号処理部40からの基準発振信号と発信部12から帰還される帰還信号との位相差を検出し、VCOの発振周波数を上昇または下降させる制御信号を出力する。
The
発信部12では、VCOがこの制御信号を受けて発振周波数を調整することにより、基準発振信号に対して周波数と位相とが一致し、かつ所定の送信周波数fに制御された信号が出力される。
In the
送信部20は、たとえばアンテナで構成され、アンテナと測定対象物M1〜Mnとの間に存在する空気や水などの伝搬媒質中もしくは真空中に、発信部12の出力信号と同一周波数fの電磁波を計測軸(x軸)方向に放出する。
The
検出部30は、たとえばアンテナや振幅検出器などの複数の検出器で構成される。各検出器は、x軸上に設けた複数の観測点(たとえばx=0,x1,x2とする)ごとに配置される。複数の検出器は、対応する観測点(x=0,x1,x2)における定在波Sの受信パワー信号p(f,0),p(f,x1),p(f,x2)をそれぞれ検知する。
The
信号処理部40は、検出部30に接続され、各観測点において検出した受信パワー信号p(f,0),p(f,x1),p(f,x2)を受ける。
The
信号処理部40は、複数の受信パワー信号p(f,0),p(f,x1),p(f,x2)から解析信号を生成する解析信号生成部42と、生成された解析信号をフーリエ変換してプロファイルP(x)を算出するフーリエ変換部44とを含む。なお、解析信号生成部42とフーリエ変換部44とは、たとえばデジタルシグナルプロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)によって一体的に構成される。これにより、各部における演算処理は、予め記憶されたプログラムにしたがってソフトウェア的に実行される。
The
以上のように、本実施の形態に係る距離測定装置の構成は、図14に示す従来の距離測定装置に対して、基本的な構成を同じくする。しかしながら、検出部30において複数の観測点に対応して複数の検出器を設けた点と、信号処理部40に解析信号生成部42を含む点とにおいて、従来の距離測定装置とは異なっている。以下に、本実施の形態に従う距離測定方法について詳細に説明し、上記の相違点のもたらす効果について明示する。
As described above, the configuration of the distance measuring device according to the present embodiment is the same as the basic configuration of the conventional distance measuring device shown in FIG. However, it differs from the conventional distance measuring device in that a plurality of detectors are provided corresponding to a plurality of observation points in the
最初に、本実施の形態に従う距離測定方法の測定原理について説明する。 First, the measurement principle of the distance measurement method according to the present embodiment will be described.
図1に示す距離測定装置において、ある観測点xにおいて検知される定在波の受信パワー信号p(f,x)は、従来の距離測定装置における受信パワー信号の式(4)と同様に、 In the distance measuring device shown in FIG. 1, the standing wave received power signal p (f, x) detected at a certain observation point x is similar to the received power signal equation (4) in the conventional distance measuring device.
で表わされる。この式(8)を変形して得られる受信パワー信号p(f,x)は、 It is represented by The received power signal p (f, x) obtained by modifying this equation (8) is
ただし、 However,
となる。 It becomes.
ここで、基準とする観測点をx=0とすると、x=0の受信パワー信号p(f,0)は、 Here, assuming that the reference observation point is x = 0, the received power signal p (f, 0) at x = 0 is
である。この受信パワー信号p(f,0)において、振幅変化成分m(f)と位相変化成分θ(f)とを算出して得られる解析信号pa(f,0)は、 It is. In the received power signal p (f, 0), an analysis signal pa (f, 0) obtained by calculating the amplitude change component m (f) and the phase change component θ (f) is
で表わされる。 It is represented by
したがって、受信パワー信号p(f,0)のプロファイルP(x)は、式(11)の解析信号pa(f,0)をフーリエ変換することにより、 Therefore, the profile P (x) of the received power signal p (f, 0) is obtained by performing Fourier transform on the analysis signal pa (f, 0) of the equation (11).
となる。この式(12)は、式(6)に示す従来の距離測定装置にて得られるプロファイルP(x)と比較して、単一項の成分からなり、複数項の成分を含まないことが分かる。これは、位相変化成分θ(f)を算出したことによって、式(6)中のcos関数が複素正弦波関数ejθ(f)に置き換えられたことによる。 It becomes. Compared with the profile P (x) obtained by the conventional distance measuring device shown in the expression (6), the expression (12) is composed of a single term component and does not include a plural term component. . This is because the cos function in the equation (6 ) is replaced with the complex sine wave function ejθ (f) by calculating the phase change component θ (f).
ここで、cos関数から複素正弦波関数ejθ(f)を導く方法には、一般的にヒルベルト変換が知られている。これによれば、cos関数から、これに直交するsin関数を求めることで複素正弦波関数ejθ(f)が得られる。しかしながら、ヒルベルト変換によって複素正弦波関数を生成するためには、基本となるcos関数に十分な周期性が含まれることが必要とされる。したがって、本実施の形態のように、距離dが短く、cos関数に十分な周期性が認められない場合においては、ヒルベルト変換の適用は困難であるといえる。 Here, as a method for deriving the complex sine wave function e jθ (f) from the cos function, the Hilbert transform is generally known. According to this, a complex sine wave function ejθ (f) is obtained by obtaining a sin function orthogonal to the cos function. However, in order to generate a complex sine wave function by the Hilbert transform, it is necessary that the basic cos function includes sufficient periodicity. Therefore, it can be said that the Hilbert transform is difficult to apply when the distance d is short and sufficient cosine function is not recognized as in the present embodiment.
これに対して、本実施の形態では、受信パワー信号p(f,0)を各成分が既知の解析信号pa(f,0)に変換することによって、複素正弦波関数ejθ(f)を導出する。本手法によれば、cos関数に周期性が含まれていることを必要としないため、周期性が見られない近距離においてもフーリエ変換からプロファイルP(x)を得ることができる。 On the other hand, in this embodiment, the complex sine wave function e jθ (f) is obtained by converting the received power signal p (f, 0) into an analysis signal pa (f, 0) whose components are known. To derive. According to this method, since it is not necessary for the cosine function to include periodicity, the profile P (x) can be obtained from Fourier transform even at a short distance where periodicity is not observed.
さらに、複素正弦波関数を含む解析信号pa(f,0)をフーリエ変換して得られるプロファイルの大きさ|P(x)|は、式(12)から明らかなように、単一の極大値を有する。これにより、図16の距離dが小さい領域において見られた、第2項成分と第3項成分との干渉によって生じるプロファイルの乱れを回避でき、近距離における計測誤差を軽減することができる。 Further, the profile magnitude | P (x) | obtained by Fourier transforming the analytic signal pa (f, 0) including the complex sine wave function is a single maximum value as is apparent from the equation (12). Have Thereby, the profile disturbance caused by the interference between the second term component and the third term component, which is seen in the region where the distance d in FIG. 16 is small, can be avoided, and the measurement error at a short distance can be reduced.
そこで、本実施の形態では、定在波Sの観測点を複数個設け、各観測点において検出される受信パワー信号から、振幅変化成分m(f)および位相変化成分θ(f)を求めて解析信号pa(f,0)を生成し、これをフーリエ変換することによって、近距離においても誤差のない距離測定方法を実現する。 Therefore, in the present embodiment, a plurality of observation points of the standing wave S are provided, and the amplitude change component m (f) and the phase change component θ (f) are obtained from the received power signal detected at each observation point. An analysis signal pa (f, 0) is generated and Fourier-transformed to realize a distance measurement method having no error even at a short distance.
詳細には、基準となる観測点x=0に新たに追加された2つの観測点x=x1,x2における受信パワー信号p(f,x1),p(f,x2)は、それぞれ、 Specifically, the received power signals p (f, x 1 ) and p (f, x 2 ) at two observation points x = x 1 , x 2 newly added to the reference observation point x = 0 are: Respectively,
となる。式(11),(13),(14)より、位相変化成分θ(f)は、 It becomes. From the equations (11), (13), and (14), the phase change component θ (f) is
ただし、 However,
また、振幅変化成分m(f)は、 The amplitude change component m (f) is
がそれぞれ算出される。 Are calculated respectively.
さらに、解析信号の構築には直接必要はないが、定数成分A2も Furthermore, the constant component A 2 is not necessary directly for the construction of the analysis signal.
により算出される。 Is calculated by
式(15),(16)によって、振幅変化成分m(f)、位相変化成分θ(f)が求められると、式(11)に示す解析信号pa(f,0)が生成される。この解析信号pa(f,0)をフーリエ変換することにより、式(12)に示すプロファイルP(x)が得られる。 When the amplitude change component m (f) and the phase change component θ (f) are obtained by the equations (15) and (16), the analysis signal pa (f, 0) shown in the equation (11) is generated. The analysis signal pa (f, 0) is Fourier transformed to obtain a profile P (x) shown in Expression (12).
図2は、図1の距離測定装置において、以上に述べた測定原理を実現するための動作を示すフロー図である。 FIG. 2 is a flowchart showing an operation for realizing the measurement principle described above in the distance measuring apparatus of FIG.
図2を参照して、まず計測に先立って、図1の周波数制御部14において、周波数条件が設定される。詳細には、送信部20から放出される電磁波の中心周波数f0、送信周波数範囲fW、掃引する周波数ステップΔfが設定される(ステップS01)。
Referring to FIG. 2, first, prior to measurement, frequency conditions are set in
周波数条件が設定されると、周波数制御部14は、掃引開始時の送信周波数fとして、f=f0−fW/2を設定する。周波数制御部14は、発信部12のVCOの発振周波数を送信周波数fに制御するための制御信号を出力する(ステップS02)。
When the frequency condition is set, the
発信部12は、周波数制御部14からの制御信号に応じて、自己の発振周波数を送信周波数fに調整し、送信周波数fの信号を出力する(ステップS03)。送信部20は、出力信号と同一周波数fの電磁波を測定対象物Mkに対して放出する。
The
次に、検出部30は、送信周波数fの進行波Dと測定対象物で反射された反射波Rとによって生成される定在波Sを検出する。このとき、検出部30では、3つの観測点(x=0,x1,x2)にそれぞれ配置された検出器によって、定在波Sの受信パワー信号p(f,0),p(f,x1),p(f,x2)がそれぞれ検出される(ステップS04)。
Next, the
ステップS03およびS04に示す検出動作は、送信周波数fを周波数ステップΔfだけ増加させて行なわれる(ステップS06)。以上に示す一連の動作は、最終的に送信周波数fが掃引終了時の周波数f0+fW/2に至るまで繰り返される(ステップS05)。 The detection operation shown in steps S03 and S04 is performed by increasing the transmission frequency f by the frequency step Δf (step S06). The series of operations described above is repeated until the transmission frequency f finally reaches the frequency f 0 + f W / 2 at the end of the sweep (step S05).
ステップS05において、所定の周波数範囲fWでの受信パワー信号の検出が終了すると、信号処理部40内の解析信号生成部42において、受信パワー信号p(f,0),p(f,x1),p(f,x2)から解析信号pa(f,0)=m(f)ejθ(f)が算出される(ステップS07)。
In step S05, when the detection of the received power signal in the predetermined frequency range f W is completed, the analysis
得られた解析信号pa(f,0)は、フーリエ変換部44においてフーリエ変換される。これにより、プロファイルP(x)が導出される(ステップS08)。
The obtained analysis signal pa (f, 0) is subjected to Fourier transform in the
最後に、プロファイルP(x)の極大値を抽出することにより、測定対象物Mkの距離dkを求めることができる(ステップS09)。 Finally, by extracting the maximum value of the profile P (x), the distance dk of the measurement object Mk can be obtained (step S09).
図3は、f0=24.0375GHz,fW=75MHz,γk=0.1,φk=πの条件下において、の測定対象物Mkの距離dkを0m≦dk≦5mの範囲で変化させたときに、図1の距離測定装置において、受信パワー信号のプロファイルの大きさ|P(x)|を数値計算により求めたものである。なお、3つの観測点(0,x1,x2)をそれぞれ(0,−2mm,−5mm)とし、フーリエ変換時の窓関数にはハミング窓を用いた。 3, f 0 = 24.0375GHz, f W = 75MHz, under the conditions of γ k = 0.1, φ k = π, the distance d k of the measuring object M k of 0 m ≦ d k ≦ 5 m of When the distance is changed in the range, the profile | P (x) | of the received power signal profile is obtained by numerical calculation in the distance measuring apparatus of FIG. Three observation points (0, x 1 , x 2 ) were set to (0, −2 mm, −5 mm), respectively, and a Hamming window was used as a window function at the time of Fourier transform.
図3から明らかなように、プロファイルP(x)は、測定対象物Mkまでの距離dkが0m≦dk≦5mを満たす全範囲において、受信パワー信号の周期の位置に極大値を有する関数となっている。 As is clear from FIG. 3, the profile P (x) has a maximum value at the position of the period of the received power signal in the entire range where the distance d k to the measurement object M k satisfies 0 m ≦ d k ≦ 5 m. It is a function.
図4は、図3に示すプロファイルP(x)から求められる測定対象物Mkの距離dk(計測値)と実際の測定対象物までの距離との関係を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the distance d k (measured value) of the measurement object M k obtained from the profile P (x) shown in FIG. 3 and the distance to the actual measurement object.
図4に示すように、プロファイルP(x)から得られる測定対象物の距離dkと実際の測定対象物までの距離とは、0m≦dk≦5mの全範囲において、1対1の関係が得られている。これにより、従来計測不可能であった距離が2m以下の領域においても計測することができ、特にd=0mからの測距が可能となる。 As shown in FIG. 4, the distance d k of the measurement object obtained from the profile P (x) and the distance to the actual measurement object have a one-to-one relationship in the entire range of 0 m ≦ d k ≦ 5 m. Is obtained. As a result, it is possible to measure even in a region where the distance that is conventionally impossible to measure is 2 m or less, and in particular, it is possible to measure the distance from d = 0 m.
図5は、図4に示す関係のうち、測定対象物までの距離dkが中距離レベル(4.0m≦dk≦5.0m)における計測結果を抽出して示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an extracted measurement result at a medium distance level (4.0 m ≦ d k ≦ 5.0 m) in the distance d k to the measurement object in the relationship illustrated in FIG. 4.
図5に示すように、測定対象物Mkの距離dkには、図で示されるような変動が見られず、誤差は非常に小さい。したがって、中距離以上に位置する測定対象物Mkに対しても、計測誤差を低減することができる。 As shown in FIG. 5, the distance d k of the measuring object M k does not change as shown in the figure, and the error is very small. Therefore, the measurement error can be reduced even for the measurement object M k located at a medium distance or more.
図6は、上記測定対象物を第1の測定対象物Mkとして、さらにx=10mの位置に固定した第2の測定対象物Mk+1を追加したときに、図1の距離測定装置にて得られるプロファイルを示す図である。 FIG. 6 shows a case where the measurement object is the first measurement object M k , and the second measurement object M k + 1 fixed at the position of x = 10 m is added to the distance measurement device of FIG. It is a figure which shows the profile obtained.
図6によれば、プロファイルは、第1および第2の測定対象物にそれぞれ対応する極大値を独立的に有することが分かる。 According to FIG. 6, it can be seen that the profile independently has local maxima corresponding to the first and second measurement objects, respectively.
図7は、図6に示すプロファイルP(x)から求められる第1の測定対象物Mkの距離dk(計測値)と実際の第1の測定対象物Mkまでの距離との関係を示す図である。さらに、図8は、図6に示すプロファイルP(x)から求められる第2の測定対象物Mk+1の距離dk+1(計測値)と実際の第2の測定対象物Mk+1までの距離との関係を示す図である。 7, the relationship between the distance to the first measurement object M k distance d k (measured value) and the actual first measuring object M k obtained from profile P (x) shown in FIG. 6 FIG. Further, FIG. 8, and the distance to the object of measurement M k + 1 profile P (x) from the second measurement object M k + 1 obtained distance d k + 1 (measured value) and the actual second shown in FIG. 6 It is a figure which shows a relationship.
図7および図8を参照して、測定対象物が2個存在するときにおいても、それぞれの位置は、誤差成分を含まずに正確に計測されていることが分かる。なお、2個以上の複数の測定対象物に対しても、独立して各対象物の測距が可能であることは言うまでもない。 Referring to FIGS. 7 and 8, it can be seen that even when there are two measurement objects, each position is accurately measured without including an error component. Needless to say, it is possible to measure each object independently even with respect to two or more measurement objects.
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、制限された送信周波数帯域幅においても、測定対象物を距離0mから高い測定精度で測距可能な距離測定装置を実現することができる。
As described above, according to
[実施の形態2]
先の実施の形態では、距離0mから正確に測距可能な距離測定装置について提案した。本願発明の距離測定装置によれば、さらに、従来において問題視されてきた移動する測定対象物の距離の計測についても高精度に行なうことができる。本実施の形態では、本願発明の距離測定装置を用いた移動する測定対象物の測距について詳細に説明する。
[Embodiment 2]
In the previous embodiment, a distance measuring device capable of accurately measuring a distance from a distance of 0 m was proposed. According to the distance measuring device of the present invention, it is also possible to measure the distance of the moving measuring object, which has been regarded as a problem in the past, with high accuracy. In the present embodiment, distance measurement of a moving measurement object using the distance measurement device of the present invention will be described in detail.
初めに、本願発明に係る距離測定装置において、移動する測定対象物の測距は、基本的に従来の距離測定装置において説明したもの(図21および図22参照)と同様の手順で行なわれる。 First, in the distance measuring device according to the present invention, the distance measurement of the moving measuring object is basically performed in the same procedure as that described in the conventional distance measuring device (see FIGS. 21 and 22).
詳細には、まず、送信周波数fの掃引方向を周波数帯域幅fWの範囲で上昇させ(Δf>0に相当)、得られた受信パワー信号からプロファイルP(x)を算出する。得られたプロファイルから極大値を抽出して距離を計測し、計測結果と移動速度との相関を示す測定対象物Mkの第1の位置情報を求める。 Specifically, first, the sweep direction of the transmission frequency f is increased in the range of the frequency bandwidth f W (corresponding to Δf> 0), and the profile P (x) is calculated from the obtained received power signal. The maximum value is extracted from the obtained profile, the distance is measured, and the first position information of the measuring object Mk indicating the correlation between the measurement result and the moving speed is obtained .
次に、送信周波数fの掃引方向を周波数帯域幅fWの範囲で下降させ(Δf<0に相当)、得られた受信パワー信号からプロファイルP(x)を算出する。得られたプロファイルP(x)から極大値を抽出して距離を計測し、計測結果と移動速度との相関を示す測定対象物Mkの第2の位置情報を求める。 Next, the sweep direction of the transmission frequency f is lowered within the range of the frequency bandwidth f W (corresponding to Δf <0), and the profile P (x) is calculated from the obtained reception power signal. The maximum value is extracted from the obtained profile P (x), the distance is measured, and the second position information of the measurement object M k indicating the correlation between the measurement result and the moving speed is obtained .
最後に、得られた第1の位置情報と第2の位置情報とを平均化する補正処理と行ない、真の測定対象物Mkの位置情報を求めるものである。 Finally, correction processing for averaging the obtained first position information and second position information is performed, and position information of the true measurement object Mk is obtained.
図9は、この発明の実施の形態2に従う距離測定装置の基本構成を示す回路図である。 FIG. 9 is a circuit diagram showing a basic configuration of a distance measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
図9を参照して、距離測定装置は、実施の形態1の距離測定装置の信号処理部40に、第1の位置情報と第2の位置情報との補正処理を行なう補正処理部46を追加したものである。したがって、信号処理部40についてのみ説明し、これ以外の共通する部分についての説明は繰り返さない。
Referring to FIG. 9, the distance measurement device adds a
信号処理部40は、受信パワー信号から解析信号を生成する解析信号生成部42と、解析信号をフーリエ変換してプロファイルP(x)を算出するフーリエ変換部44と、プロファイルP(x)から得られた位置情報を補正処理して真の位置情報を取得する補正処理部46とを含む。
The
解析信号生成部42は、送信周波数fの上昇掃引時および下降掃引時のそれぞれについて、得られた受信パワー信号から振幅変化成分m(f)および位相変化成分θ(f)を算出して解析信号pa(f,0)を生成する。
The analysis
フーリエ変換部44は、得られた解析信号をフーリエ変換してプロファイルP(x)を算出する。上昇掃引時において、プロファイルP(x)の極大値を与える距離dkが第1の位置情報として取得される。同様に、下降掃引時において、プロファイルP(x)の極大値を与える距離dkが第2の位置情報として取得される。
The
補正処理部46は、第1の位置情報と第2の位置情報との和を2分の1する、すなわち平均化する補正処理を行なう。処理結果である距離dkは、測定対象物Mkの真の位置情報として取得される。
The
以下に、第1および第2の位置情報とかかる情報から得られる真の位置情報との関係について、測定結果をもとに説明する。 Hereinafter, the relationship between the first and second position information and the true position information obtained from the information will be described based on the measurement results.
図10および図11は、距離dk=5mに位置する測定対象物Mkが移動体速度2.0m/秒で前後に等速移動しているときに、距離測定装置で検出される受信パワー信号の検出結果を示す図である。なお、距離測定装置における送信周波数の掃引時間は20m秒とする。 10 and 11 show the received power detected by the distance measuring device when the measuring object M k located at the distance d k = 5 m is moving at a moving body speed of 2.0 m / sec at a constant speed back and forth. It is a figure which shows the detection result of a signal. Note that the transmission frequency sweep time in the distance measuring device is 20 milliseconds.
詳細には、図10は、送信周波数fを下降掃引したときに得られる測定対象物Mkの受信パワー信号のプロファイルの大きさ|P(x)|を数値計算により求めた結果である。 Specifically, FIG. 10 shows a result obtained by numerical calculation of the magnitude | P (x) | of the received power signal profile of the measurement object M k obtained when the transmission frequency f is swept down.
図10を参照して、下降掃引時には、移動速度が負(測定対象物Mkが接近することに相当)から正(測定対象物が離れることに相当)となる範囲で、プロファイルの大きさ|P(x)|は、距離が正から負にわたって極大値を示す。 Referring to FIG. 10, during the downward sweep, the size of the profile is within a range in which the moving speed is negative (corresponding to approach of measurement object Mk ) to positive (corresponding to separation of measurement object). P (x) | indicates a maximum value over a distance from positive to negative.
一方、図11は、送信周波数fを上昇掃引したときに得られる測定対象物Mkの受信パワー信号のプロファイルの大きさ|P(x)|を数値計算により求めた結果である。 On the other hand, FIG. 11 shows the result of numerical calculation of the magnitude | P (x) | of the received power signal profile of the measurement object M k obtained when the transmission frequency f is swept up.
図11を参照して、上昇掃引時には、移動速度が負から正となる範囲で、プロファイルの大きさ|P(x)|は、距離が負から正にわたって極大値を示す。 Referring to FIG. 11, during the upward sweep, the profile size | P (x) | shows the maximum value over the distance from negative to positive in the range where the moving speed is from negative to positive.
図12は、図10および図11に示すプロファイルから得られる距離(計測値)と測定対象物の移動速度との関係を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the distance (measured value) obtained from the profiles shown in FIGS. 10 and 11 and the moving speed of the measurement object.
図12を参照して、上昇掃引時の計測結果(図中の実線に相当)は、図11のプロファイルを反映し、移動速度が負から正となる範囲で負から正へと単調増加する。上昇掃引時の計測結果は第1の位置情報として保持される。 Referring to FIG. 12, the measurement result (corresponding to the solid line in the figure) at the time of the upward sweep reflects the profile of FIG. 11, and monotonously increases from negative to positive in the range where the moving speed is from negative to positive. The measurement result during the upward sweep is held as the first position information.
一方、下降掃引時の計測結果(図中の点線に相当)は、図10のプロファイルを反映し、移動速度が負から正となる範囲で正から負へと単調減少する。下降掃引時の計測結果は、第2の位置情報として保持される。 On the other hand, the measurement result (corresponding to the dotted line in the figure) during the downward sweep reflects the profile of FIG. 10 and monotonously decreases from positive to negative within the range in which the moving speed is from negative to positive. The measurement result during the downward sweep is held as second position information.
これらの第1および第2の位置情報を平均化する補正処理によって得られる計測結果は、図中の太い実線で示すように、測定対象物の移動速度の大小によらず正確に距離5mを保持している。 The measurement result obtained by the correction process for averaging the first and second position information accurately maintains the distance 5 m regardless of the moving speed of the measurement object, as indicated by the thick solid line in the figure. is doing.
以上の計測結果を図21および図22に示す従来の計測結果と比較すると、従来の距離測定装置では、負の距離を測定できないために、計測結果は0mで折り返された波形となる。これに対して、本実施の形態では、第1および第2の位置情報ともに、計測結果は、負に至っても折り返されることなく直線性を保っている。このため、補正処理して得られる計測結果には、移動速度が大きいときにおいても誤差が見られない。したがって、本実施の形態によれば、移動する測定対象物においても、掃引時間に依存することなく、正確に位置を計測することができる。 Comparing the above measurement results with the conventional measurement results shown in FIGS. 21 and 22, since the conventional distance measurement device cannot measure a negative distance, the measurement result is a waveform folded at 0 m. On the other hand, in the present embodiment, both the first and second position information maintain the linearity without being folded back even if the measurement result reaches a negative value. For this reason, the measurement result obtained by the correction process does not show an error even when the moving speed is high. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to accurately measure the position of a moving measurement object without depending on the sweep time.
図13は、図9に示す距離測定装置における測定動作を説明するためのフロー図である。 FIG. 13 is a flowchart for explaining the measuring operation in the distance measuring apparatus shown in FIG.
図13を参照して、まず計測に先立って、図9の周波数制御部14において、周波数条件が設定される。詳細には、送信部20から放出される電磁波の中心周波数f0、送信周波数範囲fW、掃引する周波数ステップΔfが設定される(ステップS10)。以下においては、送信周波数fを、周波数ステップΔfごとに増加(上昇掃引に相当)、または周波数ステップΔfごとに減少(下降掃引に相当)することによって、第1および第2の位置情報がそれぞれ検出される。
Referring to FIG. 13, first, prior to measurement, frequency conditions are set in
まず、上昇掃引においては、周波数条件が設定されると、周波数制御部14は、掃引開始時の送信周波数fとして、f=f0−fW/2を設定する。周波数制御部14は、発信部12のVCOの発振周波数を送信周波数fに制御するための制御信号を出力する(ステップS11)。
First, in the upward sweep, when the frequency condition is set, the
発信部12は、周波数制御部14からの制御信号に応じて、自己の発振周波数を送信周波数fに調整し、送信周波数fの信号を出力する(ステップS12)。送信部20は、出力信号と同一周波数fの電磁波を測定対象物Mkに対して放出する。
The
次に、検出部30は、送信周波数fの進行波Dと測定対象物Mkで反射された反射波Rとによって生成される定在波Sを検出する。このとき、検出部30では、3つの観測点(x=0,x1,x2)にそれぞれ配置された検出器によって、定在波Sの受信パワー信号p(f,0),p(f,x1),p(f,x2)がそれぞれ検出される(ステップS13)。
Next, the
ステップS12およびS13に示す検出動作は、送信周波数fを周波数ステップΔfだけ増加させて行なわれる(ステップS15)。以上に示す一連の動作は、最終的に送信周波数fが掃引終了時の周波数f0+fW/2に至るまで繰り返される(ステップS14)。 The detection operation shown in steps S12 and S13 is performed by increasing the transmission frequency f by the frequency step Δf (step S15). The series of operations described above are repeated until the transmission frequency f finally reaches the frequency f 0 + f W / 2 at the end of the sweep (step S14).
ステップS14において、所定の周波数範囲fWでの受信パワー信号の検出が終了すると、信号処理部40内の解析信号生成部42において、受信パワー信号p(f,0),p(f,x1),p(f,x2)から解析信号pa(f,0)=m(f)ejθ(f)が算出される(ステップS16)。
In step S14, the detection of the reception power signal of a predetermined frequency range f W is completed, the analysis
さらに、得られた解析信号pa(f,0)は、フーリエ変換部44においてフーリエ変換される。これにより、プロファイルP(x)が導出される(ステップS17)。
Further, the obtained analysis signal pa (f, 0) is subjected to Fourier transform in the
最後に、プロファイルP(x)の極大値を抽出することにより、測定対象物Mkの距離dkを求めることができる(ステップS18)。検出された距離dkは、第1の位置情報として補正処理部46に送られる。
Finally, by extracting the maximum value of the profile P (x), the distance d k of the measuring object M k can be obtained (step S18). The detected distance d k is sent to the
次に、下降掃引においては、周波数条件が設定されると、周波数制御部14は、掃引開始時の送信周波数fとして、f=f0+fW/2を設定する。周波数制御部14は、発信部12のVCOの発振周波数を送信周波数fに制御するための制御信号を出力する(ステップS21)。
Next, in the downward sweep, when the frequency condition is set, the
発信部12は、周波数制御部14からの制御信号に応じて、自己の発振周波数を送信周波数fに調整し、送信周波数fの信号を出力する。送信部20は、出力信号と同一周波数fの電磁波を測定対象物Mkに対して放出する(ステップS22)。
The
次に、検出部30は、送信周波数fの進行波Dと測定対象物Mkで反射された反射波Rとによって生成される定在波Sを検出する。このとき、検出部30では、3つの観測点(x=0,x1,x2)にそれぞれ配置された検出器によって、定在波Sの受信パワー信号p(f,0),p(f,x1),p(f,x2)がそれぞれ検出される(ステップS23)。
Next, the
ステップS22およびS23に示す検出動作は、送信周波数fを周波数ステップΔfだけ減少させて行なわれる(ステップS25)。以上に示す一連の動作は、最終的に送信周波数fが掃引終了時の周波数f0−fW/2に至るまで繰り返される(ステップS24)。 The detection operation shown in steps S22 and S23 is performed by reducing the transmission frequency f by the frequency step Δf (step S25). The series of operations described above are repeated until the transmission frequency f finally reaches the frequency f 0 −f W / 2 at the end of the sweep (step S24).
ステップS24において、所定の周波数範囲fWでの受信パワー信号の検出が終了すると、信号処理部40内の解析信号生成部42において、受信パワー信号p(f,0),p(f,x1),p(f,x2)から解析信号pa(f,0)=m(f)ejθ(f)が算出される(ステップS26)。
In step S24, the detection of the reception power signal of a predetermined frequency range f W is completed, the analysis
得られた解析信号pa(f,0)は、フーリエ変換部44においてフーリエ変換される。これにより、プロファイルP(x)が導出される(ステップS27)。
The obtained analysis signal pa (f, 0) is subjected to Fourier transform in the
最後に、プロファイルP(x)の極大値を抽出することにより、測定対象物Mkの距離dkを求めることができる(ステップS28)。検出された距離dkは、第2の位置情報として補正処理部46に送られる。
Finally, by extracting the maximum value of the profile P (x), the distance d k of the measurement object M k can be obtained (step S28). The detected distance d k is sent to the
補正処理部46は、ステップS18,S28において、第1および第2の位置情報が送られると、これら2つの位置情報を平均化する(ステップS29)。得られた結果は、測定対象物Mkの真の位置情報として取得される(ステップS30)。
When the first and second position information is sent in steps S18 and S28, the
なお、本実施の形態にかかる距離測定装置において、観測点(0,x1,x2)は、発信源10から送信部20までの接続部、すなわち、プリント配線基板上での結合、もしくは接続ケーブル(同軸ケーブル)上での結合を表わしているが、送信部20の導波管内や送信20部から測定対象物M1〜Mnとの間に設けても同様に検出できる。すなわち、原理的に任意の位置に計測点を設けることが可能である。
In the distance measuring apparatus according to the present embodiment, the observation point (0, x 1 , x 2 ) is a connection part from the
また、受信パワー信号の直流成分が何らかの手段によって既知であれば、定数成分A2が既知となるため、観測点の数を2点で構成することも可能となり、装置の簡易化を図ることができる。 Also, if known by the DC component is some means received power signal, for constant component A 2 is known, it becomes possible to configure the number of observation points at two points, is possible to simplify the apparatus it can.
以上のように、この発明の実施の形態2によれば、測定対象物が高速移動しているときにおいても、送信周波数を上昇掃引および下降掃引して得られる計測結果に補正処理を施すことにより、掃引時間に依存せず、精度良く測距することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, even when the measurement object is moving at a high speed, the measurement result obtained by performing the upward sweep and the downward sweep on the transmission frequency is subjected to correction processing. The distance can be measured accurately without depending on the sweep time.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10,60 発信源、12,62 発信部、14,64 周波数制御部、20,70 送信部、30,80 検出部、40,90 信号処理部、42 解析信号生成部、44,92 フーリエ変換部、46 補正処理部、M1〜Mn 測定対象物。
10, 60 transmission source, 12, 62 transmission unit, 14, 64 frequency control unit, 20, 70 transmission unit, 30, 80 detection unit, 40, 90 signal processing unit, 42 analysis signal generation unit, 44, 92
Claims (12)
所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力する発信源と、
前記信号と同一周波数の電磁波を発生し、前記測定対象物に対して放射する送信部と、
前記電磁波と前記電磁波の反射波とによって前記測定対象物との間に形成される定在波のパワー信号を検出する検出部と、
検出した前記定在波のパワー信号と前記送信周波数との関係を演算処理することによって前記測定対象物までの距離を算出する信号処理部とを備え、
前記検出部は、
前記電磁波の進行方向を検出軸として、前記検出軸上に設けられた複数の観測点の各々に対応して配置され、各々が対応する観測点での前記定在波のパワー信号を検出する複数の検出器を含み、
前記信号処理部は、
前記複数の検出器で検出された複数の前記定在波のパワー信号から定数成分、振幅変化成分および位相変化成分を算出して解析信号を生成する解析信号生成手段と、
前記解析信号をフーリエ変換してプロファイルを算出し、前記プロファイルの極大値から前記測定対象物までの距離を求めるフーリエ変換手段とを含む、距離測定装置。 A distance measuring device for measuring a distance to a measurement object,
A source for outputting a signal having a predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth;
A transmitter that generates an electromagnetic wave having the same frequency as the signal and radiates the electromagnetic wave to the measurement object;
A detection unit for detecting a power signal of a standing wave formed between the measurement object and the electromagnetic wave and a reflected wave of the electromagnetic wave;
A signal processing unit that calculates a distance to the measurement object by calculating a relationship between the detected power signal of the standing wave and the transmission frequency;
The detector is
A plurality of detection signals, each of which is arranged corresponding to each of a plurality of observation points provided on the detection axis with the traveling direction of the electromagnetic wave as a detection axis, and each detects a power signal of the standing wave at the corresponding observation point. Including detectors,
The signal processing unit
Analysis signal generating means for calculating a constant component, an amplitude change component and a phase change component from the plurality of standing wave power signals detected by the plurality of detectors, and generating an analysis signal;
The analysis signal into Fourier calculates the profile, and a Fourier transform means for obtaining a distance to the measurement object from the maximum value of the profile, the distance measuring device.
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで上昇させて掃引する上昇掃引手段と、
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで下降させて掃引する下降掃引手段とを含み、
前記信号処理部は、
前記上昇掃引手段に応じて前記フーリエ変換手段にて得られる前記測定対象物までの距離を第1の位置情報とし、前記下降掃引手段に応じて前記フーリエ変換手段にて得られる前記測定対象物までの距離を第2の位置情報として保持する手段と、
保持された前記第1および第2の位置情報を平均化して真の前記測定対象物までの距離を導出する補正手段とをさらに含む、請求項3に記載の距離測定装置。 The source is
Ascending sweep means for sweeping up the predetermined transmission frequency by increasing the predetermined bandwidth in a predetermined step;
Down sweep means for sweeping down the predetermined transmission frequency in a predetermined step at a predetermined bandwidth;
The signal processing unit
The distance to the measurement object obtained by the Fourier transform means according to the ascending sweep means is the first position information, and the measurement object obtained by the Fourier transform means according to the descending sweep means Means for holding the distance as second position information;
The distance measuring apparatus according to claim 3, further comprising a correction unit that averages the held first and second position information to derive a true distance to the measurement object.
所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップと、
前記信号と同一周波数の電磁波を発生し、前記測定対象物に対して放射するステップと、
前記電磁波と前記電磁波の反射波とによって前記測定対象物との間に形成される定在波のパワー信号を検出するステップと、
検出した前記定在波のパワー信号と前記送信周波数との関係を演算処理することによって前記測定対象物までの距離を算出するステップとを備え、
前記定在波のパワー信号を検出するステップは、
前記電磁波の進行方向を検出軸として、前記検出軸上に設けられた複数の観測点の各々に対応して配置される複数の検出器において、対応する観測点での前記定在波のパワー信号を検出するステップを含み、
前記測定対象物までの距離を算出するステップは、
前記複数の検出器で検出された複数の前記定在波のパワー信号から定数成分、振幅変化成分および位相変化成分を算出して解析信号を生成するステップと、
前記解析信号をフーリエ変換してプロファイルを算出し、前記プロファイルの極大値から前記測定対象物までの距離を求めるステップとを含む、距離測定方法。 A distance measurement method for measuring a distance to a measurement object,
Outputting a signal having a predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth;
Generating an electromagnetic wave having the same frequency as the signal and radiating the electromagnetic wave to the measurement object;
Detecting a standing wave power signal formed between the measurement object and the electromagnetic wave and the reflected wave of the electromagnetic wave;
Calculating a distance to the measurement object by calculating a relationship between the detected power signal of the standing wave and the transmission frequency, and
Detecting the standing wave power signal comprises:
In a plurality of detectors arranged corresponding to each of a plurality of observation points provided on the detection axis with the traveling direction of the electromagnetic wave as a detection axis, the power signal of the standing wave at the corresponding observation point Including the step of detecting
Calculating the distance to the measurement object,
Calculating a constant component, an amplitude change component, and a phase change component from the plurality of standing wave power signals detected by the plurality of detectors, and generating an analysis signal;
Calculating a profile the analysis signal into Fourier, and determining a distance to said object of measurement from the maximum value of the profile, the distance measurement method.
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで上昇させて掃引するステップと、
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで下降させて掃引するステップとを含み、
前記測定対象物までの距離を算出するステップは、
前記上昇掃引したときに前記フーリエ変換にて得られる前記測定対象物までの距離を第1の位置情報とし、前記下降掃引したときに前記フーリエ変換にて得られる前記測定対象物までの距離を第2の位置情報として保持するステップと、
保持された前記第1および第2の位置情報を平均化して真の前記測定対象物までの距離を導出するステップとをさらに含む、請求項7に記載の距離測定方法。 Outputting a signal having the predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth,
Sweeping up the predetermined transmission frequency in a predetermined step with the predetermined bandwidth; and
Sweeping down the predetermined transmission frequency in a predetermined step at a predetermined bandwidth; and
Calculating the distance to the measurement object,
The distance to the measurement object obtained by the Fourier transform when the upward sweep is performed is the first position information, and the distance to the measurement object obtained by the Fourier transform when the downward sweep is performed is the first position information. 2 as position information of 2;
The distance measurement method according to claim 7, further comprising: averaging the held first and second position information to derive a true distance to the measurement object.
コンピュータに、
所定の送信周波数と所定の帯域幅とを有する信号を出力するステップと、
前記信号と同一周波数の電磁波を発生し、前記測定対象物に対して放射するステップと、
前記電磁波と前記電磁波の反射波とによって前記測定対象物との間に形成される定在波のパワー信号を検出するステップと、
検出した前記定在波のパワー信号と前記送信周波数との関係を演算処理することによって前記測定対象物までの距離を算出するステップとを実行させ、
前記定在波のパワー信号を検出するステップは、
前記電磁波の進行方向を検出軸として、前記検出軸上に設けられた複数の観測点の各々に対応して配置される複数の検出器において、対応する観測点での前記定在波のパワー信号を検出するステップを含み、
前記測定対象物までの距離を算出するステップは、
前記複数の検出器で検出された複数の前記定在波のパワー信号から定数成分、振幅変化成分および位相変化成分を算出して解析信号を生成するステップと、
前記解析信号をフーリエ変換してプロファイルを算出し、前記プロファイルの極大値から前記測定対象物までの距離を求めるステップとを含む、距離測定プログラム。 A distance measurement program for measuring the distance to a measurement object,
On the computer,
Outputting a signal having a predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth;
Generating an electromagnetic wave having the same frequency as the signal and radiating the electromagnetic wave to the measurement object;
Detecting a standing wave power signal formed between the measurement object and the electromagnetic wave and the reflected wave of the electromagnetic wave;
Calculating a distance to the measurement object by calculating a relationship between the detected power signal of the standing wave and the transmission frequency; and
Detecting the standing wave power signal comprises:
In a plurality of detectors arranged corresponding to each of a plurality of observation points provided on the detection axis with the traveling direction of the electromagnetic wave as a detection axis, the power signal of the standing wave at the corresponding observation point Including the step of detecting
Calculating the distance to the measurement object,
Calculating a constant component, an amplitude change component, and a phase change component from the plurality of standing wave power signals detected by the plurality of detectors, and generating an analysis signal;
The analysis signal into Fourier calculates the profile, and determining the distance from the maximum value of the profile up to the measurement target, a distance measuring program.
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで上昇させて掃引するステップと、
前記所定の送信周波数を前記所定の帯域幅で所定のステップで下降させて掃引するステップとをコンピュータに実行させ、
前記測定対象物までの距離を算出するステップは、
前記上昇掃引したときに前記フーリエ変換にて得られる前記測定対象物までの距離を第1の位置情報とし、前記下降掃引したときに前記フーリエ変換にて得られる前記測定対象物までの距離を第2の位置情報として保持するステップと、
保持された前記第1および第2の位置情報を平均化して真の前記測定対象物までの距離を導出するステップとをさらにコンピュータに実行させる、請求項11に記載の距離測定プログラム。 Outputting a signal having the predetermined transmission frequency and a predetermined bandwidth,
Sweeping up the predetermined transmission frequency in a predetermined step with the predetermined bandwidth; and
Causing the computer to execute a step of sweeping down the predetermined transmission frequency by a predetermined step with the predetermined bandwidth,
Calculating the distance to the measurement object,
The distance to the measurement object obtained by the Fourier transform when the upward sweep is performed is the first position information, and the distance to the measurement object obtained by the Fourier transform when the downward sweep is performed is the first position information. 2 as position information of 2;
The distance measurement program according to claim 11, further causing the computer to execute the step of averaging the held first and second position information and deriving a true distance to the measurement object.
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