JP7499773B2 - 測距装置、測距方法 - Google Patents

Description

本技術は、測距装置及び測距方法に関する。

従来、屋内ではＧＰＳ（Global positioning system）衛星からの電波が届きにくいため、ＧＰＳを利用した測位又は測距が困難であるという問題がある。そのため、近年、Ｗｉ－ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線信号を用いる測距技術が利用されている。

前記測距技術の利用により、例えば屋内ナビゲーションや、店舗における顧客の移動経路の解析などが実現できる。

特許文献１では、「キャリア位相検出に基づいて距離を算出する測距装置において、少なくとも一方が移動自在な第１装置及び第２装置により取得した位相情報に基づいて前記第１装置と第２装置との間の距離を算出する算出部を有し、前記第１装置は、第１基準信号源と、前記第１基準信号源の出力を用いて３つ以上の第１キャリア信号を送信すると共に３つ以上の第２キャリア信号を受信する第１送受信器とを具備し、前記第２装置は、前記第１基準信号源とは独立に動作する第２基準信号源と、前記第２の基準信号源の出力を用いて前記３つ以上の第２キャリア信号を送信すると共に前記３つ以上の第１キャリア信号を受信する第２送受信器とを具備し、前記算出部は、前記第１及び第２キャリア信号の受信によって得られる位相検出結果に基づいて前記距離の算出を行うと共に、算出した距離を、前記第２送受信器によって受信された前記第１キャリア信号同士の振幅比の情報に基づいて補正する測距装置」が開示されている。該特許文献１では、２装置間の距離を各装置間の通信によって求める通信型測距を採用して正確な距離の算出を可能にすることができる測距装置について説明されている。

特許文献２では、「基地局装置と無線通信端末装置とを備える無線測距システムであって、前記基地局装置は、クロックに基づいてパルスを発生し、発生したパルスを送信する送信手段と、送信された前記パルスを、前記無線通信端末装置を経由して受信する受信手段と、前記クロックを、前記パルス幅よりも狭い移送量を用いて移相した複数の移相クロックを生成する移相手段と、前記複数の移相クロックを用いて、受信したパルスを複数の移相においてデジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、デジタル信号に変換したパルスと、前記送信手段が送信したパルスとの相関演算を行い、相関値を同じ位相毎に加算して遅延プロファイルを形成する相関演算手段と、前記遅延プロファイルにおけるパルスのピークに基づいて、前記無線通信端末装置からの到来波を検出する検出手段と、前記パルスが前記送信手段から送信されてから、検出された前記到来波が前記受信手段に受信されるまでの経過時間と、事前キャリブレーションデータである、前記無線通信端末装置によって一定に定まる回路遅延時間及び前記基地局によって一定に定まる回路遅延時間と、を用いて、前記無線通信端末装置との距離を算出する距離算出手段と、を有し、前記無線通信端末装置は、前記基地局装置から送信されたパルスを受信する送受信手段と、受信した前記パルスを増幅する第１増幅手段と、前記第１増幅手段によって増幅され、所定の周期を有する受信パルスを包絡線検波する検波手段と、前記検波手段による検波結果を２値化するコンパレータと、前記２値化された検波結果に応じて始動及び終了するエッジマスクを用いて、前記２値化された検波結果をマスクするマスク手段と、前記マスクされた２値化された検波結果に応じて、パルスを生成するパルス生成手段と、生成された前記パルスの帯域を制限するバンドパスフィルタと、を有し、前記送受信手段は、前記帯域制限されたパルスを前記基地局装置に再放射し、前記検波手段は、前記所定の周期内において、前記基地局装置から送信されたパルスを検波した後に、前記無線通信端末装置のアンテナから再放射されたパルスを検波し、前記エッジマスクは、前記２値化された検波結果のうち、前記基地局装置から送信されたパルスの２値化された検波結果によって始動し、前記無線通信端末装置のアンテナから再放射されたパルスの２値化された検波結果によって終了する、無線測距システム」が開示されている。該特許文献２では、複数の基地局間のクロック同期、及び、基地局間の位置関係の入力を必要とすることなく、基地局と端末との距離を測定することができる無線測距システムについて説明されている。

特許文献３では、「半二重通信において、無線通信装置からのデータの送受信の遅延時間からの距離測定を行う無線通信システムにおいて、距離測定を行う前記無線通信装置を測定局、距離測定の相手の前記無線通信装置を被測定局とし、前記測定局において、シンボルの長さを示すシンボル切替点パルスで短時間変調信号を生成して送信する変調信号生成送信手段と、前記測定局と前記被測定局とにおいて、受信した前記短時間変調信号から前記シンボル切替点パルスを抽出する復調手段と、前記シンボル切替点パルスを用いてクロックの位相を前記測定局と同期及び保持させるクロック同期手段と、前記測定局において、時刻情報を含むユニークワードを送信する測定局ユニークワード送信手段と、前記測定局と前記被測定局とにおいて、受信した信号から前記ユニークワードを検出するユニークワード検出手段と、前記被測定局において、同期された前記クロックによる固定遅延の後に、前記ユニークワードを折り返し送信する被測定局ユニークワード送信手段と、前記測定局において、前記ユニークワードの送信から、前記被測定局から送信されたユニークワードの受信までの間、測定用のクロックのカウントを行い、カウント数から前記ユニークワードの前記固定遅延を減算し、前期測定局と前期被測定局との距離を算出する距離算出手段とを備えることを特徴とする無線通信システム」が開示されている。該特許文献３では、半二重の無線通信系において、被測定局でシンボル切替点パルスによるクロックの位相保持を行った上で、固定遅延を含めたユニークワードを折り返し送信することで、伝播遅延時間の測定による正確な測距を行う無線通信装置について説明されている。

特開２０１８－１５５７２５号公報 特開２０１０－００２２６６号公報 特開２０１４－１３２２６３号公報

しかし、屋内ではマルチパスが生じやすいという問題がある。マルチパスとは、無線信号が反射又は屈折することによって複数の経路から無線信号を受信することをいう。マルチパスによって、例えばノイズが生じたり、無線信号同士が干渉したりすることがある。

特許文献１～３で開示されている技術は、測距性能の向上のために有用ではあるが、マルチパスの対策はなされていない。

そこで、本技術はマルチパスが生じても正確に距離を測定する測距装置及び測距方法を提供することを主目的とする。

本技術は、第１送受信部と、第２送受信部と、応答情報取得部と、フィルタ部と、距離算出部と、を備えており、前記第１送受信部が、周波数スイープを行いつつ第１パルス信号を前記第２送受信部へ送信し、前記第２送受信部が、前記第１送受信部から送信された前記第１パルス信号を受信し、前記応答情報取得部が、前記第１パルス信号の受信から得られる位相差に基づいて応答情報を取得し、前記フィルタ部が、初期に受信する前記第１パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出し、前記距離算出部が、前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出し、該群遅延と光速度との乗算により前記第１送受信部と前記第２送受信部との間の距離を算出する、測距装置を提供する。
前記第１送受信部が、前記第１パルス信号を前記第２送受信部へ送信し、前記第２送受信部が、前記第１送受信部から送信された前記第１パルス信号を受信し、前記第２パルス信号を前記第１送受信部へ送信し、前記第１送受信部が、前記第２送受信部から送信された前記第２パルス信号を受信し、前記応答情報取得部が、前記第１及び／又は第２パルス信号の受信から得られる位相差に基づいて応答情報を取得し、前記フィルタ部が、初期に受信する前記第１及び／又は第２パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出し、前記距離算出部が、前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出し、該群遅延と光速度との乗算により前記距離を算出してもよい。
前記第２送受信部が、送信時の第１パルス信号の位相と受信時の前記第１パルス信号の位相との差分を前記第１パルス信号に付加して第２パルス信号を生成してもよい。
前記第１及び第２パルス信号の周波数帯域幅が狭帯域であってもよい。
前記第１及び第２パルス信号の周波数帯域幅が１６０ＭＨｚ以下であってもよい。
前記フィルタ部が、逆フーリエ変換部と、初期応答情報抽出部と、フーリエ変換部と、を有しており、前記逆フーリエ変換部が、前記応答情報を、周波数領域の情報から時間領域の情報に変換し、前記初期応答情報抽出部が、時間領域の情報に変換された前記応答情報から前記初期応答情報を抽出し、前記フーリエ変換部が、前記初期応答情報を、時間領域の情報から周波数領域の情報に変換してもよい。
前記初期応答情報が、最初に受信する前記第１及び／又は第２パルス信号に係る前記応答情報であってもよい。
前記距離算出部が、群遅延算出部と、周波数選定部と、乗算部と、を有しており、前記群遅延算出部が、前記初期応答情報に基づいて群遅延の傾きを算出し、前記周波数選定部が、前記群遅延の傾きに基づいて周波数を選定し、前記乗算部が、前記周波数における前記群遅延と前記光速度との乗算により前記距離を算出してもよい。
前記周波数選定部が、前記群遅延の傾きが最小となる周波数を選定してもよい。
さらに、本技術は、周波数スイープを行いつつパルス信号を送信することと、前記パルス信号を受信することと、前記パルス信号の位相差を取得することと、前記位相差に基づいて応答情報を取得することと、初期に受信する前記第１パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出することと、前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出することと、前記群遅延と光速度との乗算により距離を算出することと、を含む、測距方法を提供する。

本技術に係る測距装置の一実施形態の構成図である。 本技術に係る第１及び第２送受信部の動作を説明するための概略図である。 マルチパスによる測距性能への影響が少ない場合を説明するための図である。 マルチパスによる測距性能への影響が多い場合を説明するための図である。 アンテナの向きによる測距性能への影響を説明するための図である。 ＴＯＡ方式における応答特性の一例である。 ＴＯＡ方式における応答特性の一例である。 本技術に係る応答情報の一例である。 本技術に係るフィルタ部の一実施形態の構成図である。 本技術に係る応答情報の一例である。 本技術に係る初期応答情報の一例である。 本技術に係る距離算出部の一実施形態の構成図である。 本技術に係る群遅延の傾きの特性の一例である。 本技術に係る群遅延算出部による群遅延の算出結果の一例である。 本技術に係る群遅延算出部による群遅延の算出結果の一例である。 本技術に係る測距装置による測距結果の一例である。 本技術に係る測距方法のフローチャートの一例である。

以下、本技術を実施するための好適な形態について、添付した図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施形態及び実施例は、本技術の代表的な実施形態及び実施例を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態及び実施例に限定されることはない。なお、本技術の説明は以下の順序で行う。
１．本技術の概要
２．本技術に係る第１の実施形態（測距装置）
３．本技術に係る第２の実施形態（測距方法）

＜１．本技術の概要＞
現在、様々な測距技術が研究されている。例えば、ユーザの動作量を測定する歩行者自立航法（ＰＤＲ：Pedestrian Dead Reckoning）、地磁気などのデータと照合する測位方法、光の飛行時間から距離を測定するＴＯＦ（Time Of Flight）方式などがある。

しかし、歩行者自立航法は、加速度センサーやジャイロセンサーなどから取得した誤差が蓄積され、補正できないという問題がある。地磁気などのデータと照合する測位方法では、事前にマップを作成する必要があり、マップやレイアウトなどが変更になると照合データを再作成する必要があるという運用面での問題がある。ＴＯＦ方式は、見通し線上を人が遮るシャドーイングにより測距性能が低下するという問題がある。

これらの問題を解決するため、無線信号を用いる測距技術が利用されている。無線信号を用いる測距方法は、事前にマップなどを作成する必要がないという特長がある。

現在、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの無線信号を用いて通信する機能が、スマートフォンなどの携帯端末に内蔵されている。そのため、無線信号を用いるのに適した環境であるといえる。

無線信号を用いる測距方法は、プログラムなどによって実現できる。当該プログラムは前記携帯端末に内蔵できる。

本技術に係る測距装置の一実施形態の構成図を図１に示す。図１に示されるとおり、本技術に係る測距装置１は、第１送受信部１０と、第２送受信部２０と、応答情報取得部３０と、フィルタ部４０と、距離算出部５０と、を備えている。

第１送受信部１０及び第２送受信部２０がパルス信号を送受信する。送信されたパルス信号と受信されたパルス信号の位相差に基づいて、測距装置１は、第１送受信部１０と第２送受信部２０との間の距離を算出する。

第１及び第２送受信部１０、２０の動作を説明するための概略図を図２に示す。図２に示されるとおり、第１送受信部１０と第２送受信部２０は所定の距離だけ離れて配置されている。

第１送受信部１０は、第１アンテナ１１と、第１処理部１２と、を備えている。第２送受信部２０は、第２アンテナ２１と、第２処理部２２と、を備えている。

第１アンテナ１１及び第２アンテナ２１は、無線パルス信号を送受信する。第１処理部１２及び第２処理部２２は、前記無線パルス信号を処理する。

第１送受信部１０は、第１アンテナ１１及び第２アンテナ２１を介して、周波数スイープを行いつつ第１パルス信号６１を第２送受信部２０へ送信する。測距装置１は、ある程度の適切なレンジ（測定範囲）で異なる複数の周波数を用いて測定（周波数スイープ）する。

第１パルス信号６１は、所定の遅延時間を生じて第２送受信部２０へ到達する。すなわち、第１パルス信号６１は、前記遅延時間と送信角周波数を乗算した位相差を生じて第２送受信部２０へ到達する。

第２送受信部２０は、第１送受信部１０から送信された第１パルス信号６１を受信する。

第２処理部２２は、第１パルス信号６１に前記位相差を付加して第２パルス信号６２を生成する。当該位相差は、送信時の第１パルス信号６１の位相と受信時の前記第１パルス信号６１の位相との差分である。

第２送受信部２０は、第２アンテナ２１及び第１アンテナ１１を介して、周波数スイープを行いつつ第２パルス信号６２を第１送受信部１０へ送信する。

第１送受信部１０は、第２送受信部２０から送信された第２パルス信号６２を受信する。

このようにして、測距装置１は無線パルス信号を疑似的に反射させている。

なお、当該一実施形態では、測距装置１は２つの送受信部１０、２０から構成されているが、３つ以上の送受信部から構成されていてもよいし、１つの送受信部から構成されていてもよい。

測距装置１が１つの送受信部から構成されているとき、１つの送受信部から送信される無線パルス信号を対象物が反射する。前記送受信部は、反射される無線パルス信号を受信する。

ただし、この場合、反射される無線パルス信号の強度が弱くなるため、前記無線パルス信号の検出が難しくなる。そのため、測距装置１は少なくとも２つの送受信部から構成されていることが望ましい。

ところで、測距装置１は主に屋内で利用されるが、前述したように、屋内ではマルチパスが生じやすいという問題がある。

ここで、マルチパスによる測距性能への影響について、図３及び４を参照しながら説明する。図３は、マルチパスによる測距性能への影響が少ない場合を説明するための図である。図４は、マルチパスによる測距性能への影響が多い場合を説明するための図である。

図３における左側の図は、無線パルス信号の送信機３及び受信機４が配置されている環境を示している。送信機３及び受信機４の周囲には、無線パルス信号を反射する物は配置されていない。そのため、マルチパスが発生する可能性が低い。

図３における右側の図は、送信機３及び受信機４による測距結果を示している。送信機３と受信機４との間の距離を変化させて、算出される距離を評価している。横軸は、送信機３と受信機４との間の距離を実測した値である。縦軸は、前記無線パルス信号の解析により前記距離を算出した値である。

直線５は、前記距離を実測した値であり、正解値である。直線５では、横軸の値と縦軸の値が同じになっている。

折れ線６は、前記無線パルス信号の解析により前記距離を算出した値である。折れ線６と直線５はほぼ重なり合っている。測距性能が高いことがわかる。

一方で、図４における左側の図では、送信機３及び受信機４の周囲には、無線パルス信号を反射する物は配置されている。そのため、マルチパスが発生する可能性が高い。

図４における右側の図では、折れ線６と直線５は乖離している。マルチパスの影響で測距性能が低下していることがわかる。

屋内では無線パルス信号を反射する物が配置されている可能性が高く、マルチパスが発生する可能性が高い。そのため、マルチパスの影響を削減して、測距性能を向上させることが望ましい。

ところで、同様にマルチパスの影響を受けやすいことで知られている、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）を用いる測距方法がある。当該方法は、電波の強度と距離が相関関係にあるという電波の特性を利用する。当該方法は、例えば受信信号強度が大きければ距離が短く、受信信号強度が小さければ距離が長いと推定する。

受信信号強度を用いる方法では、送信機３及び受信機４が備えているアンテナの向きが、測距性能に影響を与えることが知られている。前記アンテナの向きによる測距性能への影響について、図５を参照しながら説明する。図５は、前記アンテナの向きによる測距性能への影響を説明するための図である。

図５における左側の図は、送信機３及び受信機４が備えているアンテナの向きを示している。左から順に、送信機３と受信機４が向かい合っている図、受信機４が右回りに９０度回転した図、送信機３が右回りに９０度回転した図が示されている。

図５における右側の図は、送信機３及び受信機４による測距結果を示している。

図５において、円の外側に付されている０～３４５［度］の値は、送信機３及び受信機４の右回りの回転角度を示している。円の中心から外側に向かって付されている－８０～－５０［ｄＢ］の値は、受信信号強度を示している。

折れ線６は、受信機４が右回りに回転するときの受信信号強度を示している。折れ線６は、送信機３が右回りに回転するときの受信信号強度を示している。受信機４及び送信機３の角度によって、受信信号強度が１０～２０［ｄＢ］異なっている。

この図５に示されるとおり、送信機３及び受信機４が備えているアンテナの向きが、測距性能に影響を与え、誤差を生じている。そのため、アンテナの向きによる影響を削減して、測距性能を向上させることが望ましい。

この問題を解決するため、現状、種々の測距方法が提案されている。その一例としてＡＯＡ（Angle of Arrival）方式、ＴＯＡ（Time of Arrival）方式、位相差検出方式などがある。

ＡＯＡ方式は、複数の指向性アンテナを用いて測位を行う方法である。例えば送信機からの無線信号を受信機が受信する際に、無線信号が到来する角度を測定することで、送信機の位置を推定する方式である。

ＡＯＡ方式は、アンテナの放射特性の不均一性については改善できる。しかし、ロケーションによってアンテナの指向性を変える必要があるなど、ＡＯＡ方式は設置コストがかかるという問題がある。また、ＡＯＡ方式は、ロケーションが変化した場合に対応できないなどの問題もある。

ＴＯＡ方式は、無線信号の伝搬時間に基づいて位置を推定する方式である。ＴＯＡ方式は、無線信号の伝搬時間と無線信号の速度を乗算することで、距離を推定する方式である。

ＴＯＡ方式は、例えば超広帯域無線通信（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）などのような周波数帯域幅が広帯域の無線信号を利用する場合、当該無線信号が高分解能でありマルチパスを容易に除去できるため有用である。

ＴＯＡ方式における、周波数帯域幅が広帯域の無線信号に係る応答特性の一例を図６に示す。図６において、横軸は時間、縦軸は振幅である。

図６に示されるとおり、３つの時間帯において振幅が大きくなっている。３つの時間帯のそれぞれにおいて、無線信号が受信機に到達したことが示されている。最初に到達した時間帯（振幅が大きくなっている３つの時間帯のうち、図６において左側にある時間帯）における無線信号が、最も遅延時間が短く正しい無線信号であり、そのほかの時間帯（振幅が大きくなっている３つの時間帯のうち、図６において中央と右側にある時間帯）における無線信号はマルチパスによる無線信号であると推測される。よって、マルチパスによる無線信号の特性を除去することより、測距装置は精度良く距離を算出できる。

周波数帯域幅が広帯域の無線信号は高分解能であるためマルチパスを容易に除去できる。一方で、周波数帯域幅が狭帯域の無線信号は低分解能であるためマルチパスの除去が困難であるという問題がある。周波数帯域幅が狭帯域の無線信号の一例として、最大周波数が約８０ＭＨｚのＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）や、最大周波数が約１６０ＭＨｚのＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄなどがある。

ＴＯＡ方式における、周波数帯域幅が狭帯域の無線信号に係る応答特性の一例を図７に示す。図７において、横軸は時間、縦軸は振幅である。

図７に示されるとおり、複数の信号が混ざり合った波形となっている。これは、無線信号が低分解能であるためである。そのため、マルチパスによる無線信号の特性の除去が難しい。

そこで、本技術は位相差検出方式を採用する。位相差検出方式は、送信信号と受信信号の位相差から距離を算出する方式である。

＜２．本技術に係る第１の実施形態（測距装置）＞
本技術に係る実施形態である測距装置について説明する。第１送受信部１０が送信する第１パルス信号６１の位相と、第２送受信部２０が受信する第１パルス信号６１の位相の差分（位相差）に基づいて、測距装置１は、第１送受信部１０と第２送受信部２０との間の距離を算出する。

測距方法について具体的に説明する。前記位相差を角周波数で微分すると群遅延が得られる。当該群遅延は、周波数における位相の微分特性を示す。当該群遅延は、角周波数に対する位相の傾きを示す。

前記群遅延と光速度（約３×１０８［ｍ／ｓ］）を乗算すると、第１送受信部１０と第２送受信部２０との間の距離が得られる。

さらに、本技術はパルス信号の往復で生じる群遅延を利用してもよい。すなわち、第１パルス信号６１の送受信により生じる群遅延と、第２パルス信号６２の送受信により生じる群遅延の平均値を利用してもよい。当該平均値の利用により、測距結果の偏りが低減され、測距性能が向上する。

第１パルス信号６１及び第２パルス信号６２は、所定の速度で周波数が変化している。第１パルス信号６１及び第２パルス信号６２は、例えば低い周波数から高い周波数に所定の速度で変化している。

第１及び／又は第２パルス信号６１、６２の受信から得られる位相差に基づいて、応答情報取得部３０は応答情報を取得する。応答情報とは、受信した第１及び／又は第２パルス信号６１、６２を解析した情報である。応答情報取得部３０は、例えばプログラムなどを利用することによって実現できる。

前記応答情報の一例を図８に示す。図８において、横軸は周波数、縦軸は群遅延となっている。周波数を変化させることにより、測距装置１は周波数ごとに群遅延を解析している。

一般的に、ノイズなどが発生しなければ、周波数に関わらず群遅延は均一となる傾向にある。しかし、図８に示されるとおり、群遅延が不均一となっている。つまり、周波数によって群遅延が異なっている。このことにより、マルチパスの発生によってノイズが生じている可能性が高い。したがって、マルチパスを除去することが望ましい。

前述したように、周波数帯域幅が広帯域の無線信号は高分解能であるためマルチパスを容易に除去できる。一方で、周波数帯域幅が狭帯域の無線信号は低分解能であるためマルチパスの除去が困難であるという問題がある。

しかし、現在、周波数帯域幅が狭帯域の無線信号であるＢＬＥやＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄなどの通信規格を利用するＩＣチップが多くの携帯端末に内蔵されている。したがって、周波数帯域幅が狭帯域の無線信号を用いて測位を行うことが望ましい。

本技術に係る測距装置１は、周波数帯域幅が狭帯域の無線信号を用いる。すなわち、第１及び第２パルス信号６１、６２の周波数帯域幅は狭帯域である。特には、第１及び第２パルス信号６１、６２の周波数帯域幅は１６０ＭＨｚ以下である。

測距装置１はマルチパスを除去するフィルタ部４０を備えている。

フィルタ部４０は、前記応答情報から初期応答情報を抽出する。初期応答情報とは、第１送受信部１０又は第２送受信部２０が初期に受信する第１パルス信号６１又は第２パルス信号６２に係る応答情報である。さらには、初期応答情報は、最初に受信する第１パルス信号６１又は第２パルス信号６２に係る応答情報であってもよい。初期応答情報は、マルチパスではない可能性が高い。

フィルタ部４０の一実施形態の構成図を図９に示す。図９に示されるとおり、フィルタ部４０は、逆フーリエ変換部４１と、初期応答情報抽出部４２と、フーリエ変換部４３と、を有している。フィルタ部４０は、例えばプログラムなどを利用することによって実現できる。

逆フーリエ変換部４１は、前記応答情報に対して逆フーリエ変換を行い、前記応答情報を、周波数領域の情報から時間領域の情報に変換する。

図８に示されている応答情報を、逆フーリエ変換部４１が変換したものを図１０に示す。図１０において、横軸は時間、縦軸は振幅となっている。

実線の時間応答特性７は、周波数帯域幅が狭帯域のパルス信号に係る時間応答特性である。実線の時間応答特性７は、前記応答情報を逆フーリエ変換部４１が変換したものである。

一方で、破線の時間応答特性８は、周波数帯域幅が広帯域のパルス信号に係る時間応答特性である。破線の時間応答特性８は、前記応答情報に含まれていない。破線の時間応答特性８は、以降の説明のために記載したものである。

初期応答情報抽出部４２は、時間領域の情報に変換された前記応答情報から前記初期応答情報を抽出する。図１０において、実線の時間応答特性７が前記応答情報である。時間帯Ｔの範囲内の前記応答情報が前記初期応答情報である。

破線の時間応答特性８に着目すると、３つの時間帯において振幅が大きくなっている。３つの時間帯のそれぞれにおいて、無線信号が受信機に到達したことが示されている。最初に到達した無線信号が最も遅延時間が短く正しい無線信号であり、そのほかの信号はマルチパスによる無線信号であると推測される。よって、マルチパスによる無線信号の特性を除去することより、測距装置１は精度良く距離を算出できる。

前記初期応答情報は、前記最初に到達した信号に対応する応答情報である。よって、前記初期応答情報の抽出により、測距装置１は精度良く距離を算出できる。前記抽出は、例えばゲーティング技術などを利用することによって実現できる。

時間帯Ｔの算出方法は特に限定されない。例えば、狭帯域の時間応答特性と広帯域の時間応答特性を対応づけたパターンがあらかじめ複数登録されていてもよい。初期応答情報抽出部４２は、前記応答情報に含まれている狭帯域の時間応答特性と、前記パターンに含まれている狭帯域の時間応答特性の照合により、広帯域の時間応答特性を推測し、時間帯Ｔを算出してもよい。前記パターンは、コンピュータが内蔵するメモリなどの記憶装置に登録されることができる。

あるいは、初期応答情報抽出部４２は、例えば時間帯Ｔを徐々に短くしていき、図８において群遅延が略均一となるときの時間帯Ｔを算出してもよい。

フーリエ変換部４３は、前記初期応答情報に対してフーリエ変換を行い、前記初期応答情報を、時間領域の情報から周波数領域の情報に変換する。

図１０に示されている初期応答情報を、フーリエ変換部４３が変換したものを図１１に示す。図１１において、横軸は周波数、縦軸は群遅延となっている。

図１１に示されるとおり、図８と比較すると、群遅延の変化量が略均一になっている。前述したように、一般的に、ノイズなどが発生しなければ、周波数に関わらず群遅延は均一となる傾向にある。よって、マルチパスなどによるノイズが除去できていることがわかる。

測距装置１が備えている距離算出部５０は、前記初期応答情報に基づいて第１送受信部１０と第２送受信部２０との間の距離を算出する。

距離算出部５０の一実施形態の構成図を図１２に示す。図１２に示されるとおり、距離算出部５０は、群遅延算出部５１と、周波数選定部５２と、乗算部５３と、を有している。距離算出部５０は、例えばプログラムなどを利用することによって実現できる。

図１１において、群遅延が略均一であるため、どの周波数を選定してもほぼ同じような群遅延になるように見える。よって、任意の群遅延と光速度の乗算により距離を算出してもよい。

しかし、精度の良い測距結果を得るためには、適切な周波数を選定し、当該周波数に係る群遅延に基づいて距離を算出する必要がある。そこで、適切な周波数を選定するために、群遅延算出部５１が、前記初期応答情報に基づいて群遅延の傾きを算出する。

前記群遅延の傾きとは、群遅延の周波数微分値であり、微小の周波数区間における群遅延の変化量をいう。群遅延の傾きが小さい周波数はマルチパスの影響が小さく、群遅延の傾きが大きい周波数はマルチパスの影響が大きい。さらには、群遅延の傾きが最小となる周波数は、受信機に最初に到達した無線信号に係る周波数である。したがって、群遅延の傾きが最小となる周波数が選定されることが望ましい。

図１１に示されている初期応答情報に基づいて、群遅延算出部５１が群遅延を周波数で微分して群遅延の傾きを算出したものを図１３に示す。図１３において、横軸は周波数、縦軸は群遅延の傾きとなっている。

周波数選定部５２は、前記群遅延の傾きに基づいて周波数を選定する。具体的に説明すると、周波数選定部５２は、前記群遅延の傾きが最小となる周波数を選定する。図１３に示されるとおり、周波数２．４１［ＧＨｚ］付近の点Ｐにおける群遅延の傾きが最小となっている。よって、周波数選定部５２は、点Ｐにおける周波数Ｆを選定する。

群遅延算出部５１は、周波数Ｆにおける群遅延の傾きを周波数で積分することにより群遅延を算出する。

複数の距離のそれぞれにおける、群遅延算出部５１による群遅延の算出結果の一例を図１４及び１５に示す。

図１４及び１５に示されるとおり、群遅延が略均一になっている。前述したように、一般的に、ノイズなどが発生しなければ、周波数に関わらず群遅延は均一となる傾向にある。よって、マルチパスなどによるノイズが除去できていることがわかる。

乗算部５３は、周波数Ｆにおける群遅延と光速度の乗算により前記距離を算出する。

測距装置１による測距結果の一例を図１６に示す。図１６において、横軸は、第１送受信部１０と第２送受信部２０との間の距離を実測した値である。縦軸は、測距装置１が前記距離を算出した値である。

直線５は、前記距離を実測した値であり、正解値である。直線５では、横軸の値と縦軸の値が同じになっている。

折れ線６は、測距装置１が前記距離を算出した値である。図４と比較すると、折れ線６と直線５はほぼ重なり合っている。そのため、測距性能が向上していることがわかる。

測距装置１は、ＰＣ、サーバ、ワークステーション、タブレット端末などのスタンドアロンのコンピュータを利用することによって実現される。あるいは、測距装置１は、ネットワークを介して協働する複数のコンピュータから成るコンピュータシステムを利用することによって実現される。

前記プログラムは、前記コンピュータが内蔵するメモリやハードディスクドライブ等の記憶装置に格納されることができる。前記コンピュータが内蔵するＣＰＵ等の情報処理部が、前記プログラムを動作させることができる。

前記プログラムは、前記コンピュータではない他のコンピュータ又は他のコンピュータシステムに格納されてもよい。この場合、前記コンピュータは、前記プログラムが有する機能を提供するクラウドサービスを利用することができる。このクラウドサービスとして、例えばＳａａＳ（Software as a Service）、ＩａａＳ（Infrastructure as a Service）、ＰａａＳ（Platform as a Service）等が挙げられる。

さらに前記プログラムは、記憶媒体に記憶されることができる。すなわち、前記プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の記憶媒体に、コンピュータが読み取り可能な形態で記憶されることができる。これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることができる。

＜３．本技術に係る第２の実施形態（測距方法）＞
本技術に係る実施形態である測距方法について説明する。本技術に係る測距方法のフローチャートの一例を図１７に示す。図１７に示されるとおり、本技術に係る測距方法は、周波数スイープを行いつつパルス信号を送信すること（Ｓ１）と、前記パルス信号を受信すること（Ｓ２）と、前記パルス信号の位相差を取得すること（Ｓ３）と、前記位相差に基づいて応答情報を取得すること（Ｓ４）と、初期に受信する前記第１パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出すること（Ｓ５）と、前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出すること（Ｓ６）と、前記群遅延と光速度との乗算により距離を算出すること（Ｓ７）と、を含む。

本技術に係る測距方法は、第１の実施形態において説明した技術を利用できる。よって、第１の実施形態において説明した技術については、再度の説明を割愛する。

まず、周波数スイープを行いつつパルス信号が送信される（Ｓ１）。

次に、前記パルス信号が受信される（Ｓ２）。

次に、前記パルス信号の位相差を取得すること（Ｓ３）では、送信時の前記パルス信号の位相と受信時の前記パルス信号の位相との差分である位相差が取得される。

次に、前記位相差に基づいて応答情報が取得される（Ｓ４）。応答情報とは、受信した前記パルス信号を解析した情報である。応答情報には群遅延情報が含まれている。群遅延とは、周波数における位相の微分特性を示す。当該群遅延は、角周波数に対する位相の傾きを示す。群遅延と光速度との乗算により距離が算出できる。

次に、前記応答情報から初期応答情報が抽出される（Ｓ５）。初期応答情報とは、初期に受信した前記パルス信号に係る応答情報である。初期応答情報は、マルチパスではない可能性が高い。

次に、前記初期応答情報に基づいて群遅延が算出される（Ｓ６）。より具体的に説明すると前記初期応答情報に基づいて群遅延の傾きが算出される。

群遅延の傾きとは、群遅延の周波数微分値であり、微小の周波数区間における群遅延の変化量をいう。群遅延の傾きが小さい周波数はマルチパスの影響が小さく、群遅延の傾きが大きい周波数はマルチパスの影響が大きい。さらには、群遅延の傾きが最小となる周波数は、受信機に最初に到達した無線信号に係る周波数である。したがって、群遅延の傾きが最小となる周波数が選定されることが望ましい。

そして、前記群遅延の傾きに基づいて周波数が選定される。前記周波数に基づいて群遅延が選定される。

最後に、前記周波数における群遅延と光速度の乗算により、距離が算出される（Ｓ７）。

初期に受信する前記第１パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出すること（Ｓ５）や、前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出すること（Ｓ６）などにおいてマルチパスの影響が低減されているため、測距性能が向上する。

本技術に係る測距方法は、ＰＣ、サーバ、ワークステーション、タブレット端末などのスタンドアロンのコンピュータを利用することによって実現される。あるいは、測距装置１は、ネットワークを介して協働する複数のコンピュータから成るコンピュータシステムを利用することによって実現される。

本技術に係る測距方法は、例えばプログラムなどを利用することによって実現できる。前記プログラムは、前記コンピュータが内蔵するメモリやハードディスクドライブ等の記憶装置に格納されることができる。前記コンピュータが内蔵するＣＰＵ等の情報処理部が、前記プログラムを動作させることができる。

前記プログラムは、前記コンピュータではない他のコンピュータ又は他のコンピュータシステムに格納されてもよい。この場合、前記コンピュータは、前記プログラムが有する機能を提供するクラウドサービスを利用することができる。このクラウドサービスとして、例えばＳａａＳ（Software as a Service）、ＩａａＳ（Infrastructure as a Service）、ＰａａＳ（Platform as a Service）等が挙げられる。

さらに前記プログラムは、記憶媒体に記憶されることができる。すなわち、前記プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の記憶媒体に、コンピュータが読み取り可能な形態で記憶されることができる。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることができる。

なお、本明細書中に記載した効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
［１］第１送受信部と、
第２送受信部と、
応答情報取得部と、
フィルタ部と、
距離算出部と、を備えており、
前記第１送受信部が、周波数スイープを行いつつ第１パルス信号を前記第２送受信部へ送信し、
前記第２送受信部が、前記第１送受信部から送信された前記第１パルス信号を受信し、
前記応答情報取得部が、前記第１パルス信号の受信から得られる位相差に基づいて応答情報を取得し、
前記フィルタ部が、初期に受信する前記第１パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出し、
前記距離算出部が、前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出し、該群遅延と光速度との乗算により前記第１送受信部と前記第２送受信部との間の距離を算出する、
測距装置。
［２］前記第１送受信部が、前記第１パルス信号を前記第２送受信部へ送信し、
前記第２送受信部が、前記第１送受信部から送信された前記第１パルス信号を受信し、前記第２パルス信号を前記第１送受信部へ送信し、
前記第１送受信部が、前記第２送受信部から送信された前記第２パルス信号を受信し、
前記応答情報取得部が、前記第１及び／又は第２パルス信号の受信から得られる位相差に基づいて応答情報を取得し、
前記フィルタ部が、初期に受信する前記第１及び／又は第２パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出し、
前記距離算出部が、前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出し、該群遅延と光速度との乗算により前記距離を算出する、
［１］に記載の測距装置。
［３］前記第２送受信部が、送信時の第１パルス信号の位相と受信時の前記第１パルス信号の位相との差分を前記第１パルス信号に付加して第２パルス信号を生成する、
［２］に記載の測距装置。
［４］前記第１及び第２パルス信号の周波数帯域幅が狭帯域である、
［２］又は［３］に記載の測距装置。
［５］前記第１及び第２パルス信号の周波数帯域幅が１６０ＭＨｚ以下である、
［２］～［４］のいずれか一つに記載の測距装置。
［６］前記フィルタ部が、逆フーリエ変換部と、初期応答情報抽出部と、フーリエ変換部と、を有しており、
前記逆フーリエ変換部が、前記応答情報を、周波数領域の情報から時間領域の情報に変換し、
前記初期応答情報抽出部が、時間領域の情報に変換された前記応答情報から前記初期応答情報を抽出し、
前記フーリエ変換部が、前記初期応答情報を、時間領域の情報から周波数領域の情報に変換する、
［１］～［５］のいずれか一つに記載の測距装置。
［７］前記初期応答情報が、最初に受信する前記第１及び／又は第２パルス信号に係る前記応答情報である、
［１］～［６］のいずれか一つに記載の測距装置。
［８］前記距離算出部が、群遅延算出部と、周波数選定部と、乗算部と、を有しており、
前記群遅延算出部が、前記初期応答情報に基づいて群遅延の傾きを算出し、
前記周波数選定部が、前記群遅延の傾きに基づいて周波数を選定し、
前記乗算部が、前記周波数における前記群遅延と前記光速度との乗算により前記距離を算出する、
［１］～［７］のいずれか一つに記載の測距装置。
［９］前記周波数選定部が、前記群遅延の傾きが最小となる周波数を選定する、
［８］に記載の測距装置。
［１０］周波数スイープを行いつつパルス信号を送信することと、
前記パルス信号を受信することと、
前記パルス信号の位相差を取得することと、
前記位相差に基づいて応答情報を取得することと、
初期に受信する前記第１パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出することと、
前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出することと、
前記群遅延と光速度との乗算により距離を算出することと、を含む、
測距方法。

１ 測距装置
１０ 第１送受信部
２０ 第２送受信部
３０ 応答情報取得部
４０ フィルタ部
４１ 逆フーリエ変換部
４２ 初期応答情報抽出部
４３ フーリエ変換部
５０ 距離算出部
５１ 群遅延算出部
５２ 周波数選定部
５３ 乗算部
６１ 第１パルス信号
６２ 第２パルス信号
Ｓ１ パルス信号の送信
Ｓ２ パルス信号の受信
Ｓ３ 位相差の取得
Ｓ４ 応答情報の取得
Ｓ５ 初期応答情報の抽出
Ｓ６ 群遅延の算出
Ｓ７ 距離の算出

Claims (8)

1. 第１送受信部と、
   第２送受信部と、
   応答情報取得部と、
   フィルタ部と、
   距離算出部と、を備えており、
   前記第１送受信部が、周波数スイープを行いつつ第１パルス信号を前記第２送受信部へ送信し、
   前記第２送受信部が、前記第１送受信部から送信された前記第１パルス信号を受信し、
   前記応答情報取得部が、前記第１パルス信号の受信から得られる位相差に基づいて応答情報を取得し、
   前記フィルタ部が、初期に受信する前記第１パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出し、
   前記距離算出部が、前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出し、該群遅延と光速度との乗算により前記第１送受信部と前記第２送受信部との間の距離を算出し、
   前記距離算出部が、群遅延算出部と、周波数選定部と、乗算部と、を有しており、
   前記群遅延算出部が、前記初期応答情報に基づいて群遅延の傾きを算出し、
   前記周波数選定部が、前記群遅延の傾きに基づいて周波数を選定し、
   前記乗算部が、前記周波数における前記群遅延と前記光速度との乗算により前記距離を算出する、
   測距装置。
2. 前記第１送受信部が、前記第１パルス信号を前記第２送受信部へ送信し、
   前記第２送受信部が、前記第１送受信部から送信された前記第１パルス信号を受信し、送信時の第１パルス信号の位相と受信時の前記第１パルス信号の位相との差分を前記第１パルス信号に付加して第２パルス信号を生成し、前記第２パルス信号を前記第１送受信部へ送信し、
   前記第１送受信部が、前記第２送受信部から送信された前記第２パルス信号を受信し、
   前記応答情報取得部が、前記第１及び／又は第２パルス信号の受信から得られる位相差に基づいて応答情報を取得し、
   前記フィルタ部が、初期に受信する前記第１及び／又は第２パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出し、
   前記距離算出部が、前記初期応答情報に基づいて群遅延を算出し、該群遅延と光速度との乗算により前記距離を算出する、
   請求項１に記載の測距装置。
3. 前記第１及び第２パルス信号の周波数帯域幅が狭帯域である、
   請求項２に記載の測距装置。
4. 前記第１及び第２パルス信号の周波数帯域幅が１６０ＭＨｚ以下である、
   請求項２に記載の測距装置。
5. 前記フィルタ部が、逆フーリエ変換部と、初期応答情報抽出部と、フーリエ変換部と、を有しており、
   前記逆フーリエ変換部が、前記応答情報を、周波数領域の情報から時間領域の情報に変換し、
   前記初期応答情報抽出部が、時間領域の情報に変換された前記応答情報から前記初期応答情報を抽出し、
   前記フーリエ変換部が、前記初期応答情報を、時間領域の情報から周波数領域の情報に変換する、
   請求項１に記載の測距装置。
6. 前記初期応答情報が、最初に受信する前記第１及び／又は第２パルス信号に係る前記応答情報である、
   請求項２に記載の測距装置。
7. 前記周波数選定部が、前記群遅延の傾きが最小となる周波数を選定する、
   請求項１に記載の測距装置。
8. 周波数スイープを行いつつパルス信号を送信することと、
   前記パルス信号を受信することと、
   前記パルス信号の位相差を取得することと、
   前記位相差に基づいて応答情報を取得することと、
   初期に受信する前記パルス信号に係る前記応答情報である初期応答情報を前記応答情報から抽出することと、
   前記初期応答情報に基づいて群遅延の傾きを算出することと、
   前記群遅延の傾きに基づいて周波数を選定することと、
   前記周波数における前記群遅延と光速度との乗算により距離を算出することと、を含む、
   測距方法。