JPH05281340A

JPH05281340A - 測距装置

Info

Publication number: JPH05281340A
Application number: JP4105987A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Uchida; 吉孝内田
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】相関器としてコンボルバを用いたスペクトル
拡散方式の測距装置においてコンボルバ上でのＰＮ符号
の位相同期を不要とする構成を提供することである。【構成】スイッチ２１，２２，２３が夫々ａ端子に接
続されていると、ＶＣＯ３０から高周波部３２を介して
掃引搬送波が対象物に向かって送信される。その反射波
を受信し、高周波部３３を介してコンボルバ３４で自己
相関をとり、その相関出力を演算部４０で処理して伝搬
時間τを算出する。次に、上記各スイッチをｂ端子に接
続すると、ＰＮＧ２６からのＰＮ符号でＶＣＯからの単
一周波数の搬送波を位相変調してバースト的ＳＳ信号を
送信し、かつＰＮＧ２７から時間的に反転したＰＮ符号
を遅延時間設定部３９を介して掛算器２５に送り前記搬
送波を位相変調してコンボルバ３４の一方の入力に与え
他方の入力には受信信号を与えて相関をとる。そして、
受信側ＰＮ符号の初期位相を代えて、更に相関をとり、
最大の相関ピークから演算部４０が伝搬時間τ’を算出
し、このτ’より対象物までの距離を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スペクトラム拡散送受
信方式を利用した測距装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】全ての高周波信号の伝搬速度は一定値を
とるため、送信信号波形と該送信信号が対象物で反射さ
れて戻ってきて受信された信号波形との時間差を求める
ことにより２点間の距離を測定することが可能となる。
一般にこのような２点間（基準点と測定点）の距離を測
定する方法として、（ａ）基準点から電波を発射して測
定点で反射した反射波を基準点で受信する方法（ｂ）基
準点から電波を発射して測定点で受信して、その受信信
号を送り返して基準点で受信する方法がある。いずれに
しても２点間の距離ｄは、次式よりｄ＝Ｃ／２τ Ｃ：光速、 τ：電波の伝搬時間（１）で算出される。

【０００３】この伝搬時間の測定方法には種々あるが、
その中の１つにパルス法がある。この方法は、伝搬時間
に比べて充分に短い時間幅をもつパルス波を送信して、
測定点（対象物）で反射したパルス波を受信して、送信
パルス波に対するその遅れ時間τを測定する方法であ
る。

【０００４】一般にスペクトル拡散方式による測距方法
は搬送波をＰＮ符号で位相変調し、受信信号の自己相関
を求めて、その相関値が最大となる遅れ時間を測定する
方法であり、このパルス法の変形である。図６にこのよ
うな従来の測距装置の一例を示す。

【０００５】同図で送信部Ｔにおいて、局部発振器１か
らの搬送波は掛算器３によりＰＮ符号発生器２で作られ
るＰＮ符号と掛算され位相変調が行なわれ、高周波部４
を介しスペクトル拡散信号（ＳＳ）を送信する。と同時
に、ＰＮ符号のスタートビットを受信部Ｒの時間計数器
に入力する。

【０００６】受信部Ｒでは、対象物５に反射して戻って
きた送信信号を受信して、高周波部６を経て相関器７に
入力する。相関器７は、受信信号の自己相関を求める。
この相関器７には、マッチドフィルタが使用されてお
り、従って送信部Ｔに用いたＰＮ符号と同じＰＮ符号パ
ターンが設定されている。そして、受信信号とマッチド
フィルタのＰＮ符号パターンが一致すると鋭い相関ピー
ク出力が得られる。相関器７によって得られた相関出力
（相関ピーク）は、検波器及び波形整形器８で検波され
デジタル信号に波形整形されたのち時間計数器９に入力
される。

【０００７】時間計数器９では、前記スタートビットと
相関ピーク出力の時間差を求める。そして、その結果を
距離演算部１０に与え、距離演算部１０において、対象
物５との距離を（１）式に基づき計算する。しかし、上
述のように相関器７にマッチドフィルタを用いる場合、
設定されるＰＮ符号パターンで使用するＰＮ符号が一意
に決定されるため、ランダムなＰＮ符号の変更はでき
ず、同様なＰＮ符号の混信時には測定不能となる。従っ
て、上記問題点を解決する別の方法として相関器にコン
ボルバを用いる測距方式がある。この方式を図７に示
す。

【０００８】この方式の基本的動作は、図６の説明と同
じである。異なる点は、送信されるＰＮ符号と時間的に
反転したＰＮ符号で搬送波を掛算器１１により位相変調
したものを参照信号として、相関器（コンボルバ）７の
もう一方の入力に加える点である。これにより、ＰＮ符
号の系列を変更することでプログラマブルな測距方式が
可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した装置
で、時間的に連続したＳＳ信号を送信する場合、測距可
能距離はコンボルバのゲート長τｇ（遅延時間）で決定
される。すなわち、τ＞τｇであれば時系列にくる次の
ＰＮ符号周期と重なり測定困難となる。

【００１０】この問題点を解消する方法としては、例え
ばＳＳ信号を連続送信でなく、ＰＮ符号１周期分（それ
以上の場合もある）のバースト的な信号として送信する
（パルス化ＳＳ方式と仮称する）方式が考えられる。し
かし、受信信号の自己相関が最大になるようにするため
には、コンボルバ上における参照信号と受信信号のＰＮ
符号の位相同期をとる必要がある。なお、ここではコン
ボルバのゲート長τｇとＰＮ符号１周期長は例えば等し
いとする。従って、コンボルバ上で位相同期をとるまで
のトレーニング期間を必要とし、バースト時間の制約等
から上記パルス化ＳＳ方式によっても前記問題点の解決
が困難なことは明白である。

【００１１】本発明の目的は、相関器としてコンボルバ
を用いたスペクトル拡散方式を用いて、しかもコンボル
バ上でのＰＮ符号の位相同期を必要としない測距装置を
提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の測距装置は、制御信号に基づいて所定周期
でＰＮ符号及びそのＰＮ符号に対して時間的に反転した
反転ＰＮ符号を発生すると共に、位相データ信号に基づ
いて発生する符号の位相をずらすＰＮ符号発生手段と、
所定電圧から成る駆動信号と上記ＰＮ符号とを起動信号
に基づいて選択し、出力する第１のスイッチと、上記起
動信号に基づいて掃引搬送波と、所定周波数の搬送波と
を選択的に出力する発振器と、上記第１のスイッチの出
力により上記発振器の出力を変調する第１の変調器と、
該変調器の出力を対象物に対し送信する送信用高周波部
と、遅延時間設定信号に対応して上記時間反転ＰＮ符号
を可変的に遅延せしめる遅延時間設定部と、上記発振器
の出力を上記遅延時間設定部の出力で変調する第２の変
調器と、対象物から戻ってくる送信信号を受信する受信
用高周波部と、上記起動信号に基づいて上記第２の変調
の出力と、受信信号とを選択的に出力する第２のスイッ
チと、上記受信信号と上記第２のスイッチの出力との相
関をとるコンボルバと、上記起動信号に基づいて上記コ
ンボルバの出力を選択的に分周器と検波器とに供給する
第３のスイッチと、前記掃引搬送波と分周器の出力に基
づいて第１の伝搬時間を算出すると共に、前記遅延時間
設定信号、及び位相データ信号を出力し、上記検波器の
出力に基づいて該検波器の出力の最大ピーク点を検出
し、その時点の位相ずらし時間と上記第１の伝搬時間と
に基づいて第２の伝搬時間を算出し、かつ、上記第２の
伝搬時間に基づいて、前記対象物までの距離を算出する
演算部と、備えたことを要旨とする。

【００１３】

【作用】第１のスイッチにより前記駆動信号が選択され
ると、該駆動信号により掃引搬送波が変調され、対象物
に対し送信される。この時の対象物からの反射信号が受
信され、その受信信号の自己相関を求め、その相関出力
と前記掃引搬送から第１の伝搬時間を算出する。

【００１４】次に、第１のスイッチによりＰＮ符号を選
択してＳＳ信号を対象物に対し送信する。この時の対象
物からの反射信号と、時間反転ＰＮ符号に基づく参照信
号との自己相関がとられる。この場合、ＰＮ符号の位相
は位相データ信号により位相がずらされ、また時間反転
ＰＮ符号は前記遅延時間設定信号により遅延されてい
る。そして上記相関出力の検出時の位相ずらし時間と第
１の伝搬時間から第２の伝搬時間を求め、この第２の伝
搬時間に基づいて対象物までの距離が算出される。

【００１５】

【実施例】以下図面に示す本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の測距装置の一実施例で、２１，２２及び
２３は夫々第１，第２及び第３のスイッチ、２４及び２
５は第１及び第２の掛算器、２６及び２７は第１及び第
２のＰＮ符号発生器（ＰＮＧ）、２８及び２９は第１及
び第２のドライバ、３０電圧制御発振器（ＶＣＯ）、３
２及び３３は送信側受信側高周波部、３４はコンボル
バ、３５は増幅器、３６はバンドパスフィルタ（ＢＰ
Ｆ）、３７は分周器、３８は検波器、３９は遅延時間設
定部、４０は演算部、４１及び４２は夫々送信及び受信
用アンテナである。

【００１６】まず、最初に、各スイッチ２１，２２，２
３はａ端子と接続される。送信部Ｔにおいては、ａ端子
を介してある適当な電位（＋Ｖ）が掛算器２６に与えら
れて駆動可能とし、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３０から
の繰返し掃引（スイーブ）搬送波を高周波部（ＲＦ部）
３２を介して送信する。

【００１７】受信部Ｒでは対象物に反射して戻ってきた
送信信号を受信して、高周波部（ＲＦ部）３３を介して
コンボルバ３４の一方の入力端子に入力する。これと同
時にコンボルバ３４のもう一方の入力にもスイッチ２２
により同一の信号が入力される。

【００１８】コンボルバ３４においては、両入力信号の
自己相関が求められるが、両入力信号がスイープされた
搬送波であるため結果的には掛算が行なわれ出力され
る。そして出力された相関出力は増幅器３５により増幅
され、ＢＰＦ３６によりフィルタリングされてスイッチ
２３を介して分周器３７により１／２分周され演算部４
０に入力される。また、送信に用いられているスイープ
された搬送波も演算部４０に入力される。今、受信アン
テナ４２から演算部４０までの処理系の遅延時間が非常
に小さく無視できるとするならば、ｆＴとｆＲは図２に
示す関係となる。送信周波数ｆＴを繰返し周波数ｆｍで
ｆｏを中心に最大偏移△ｆで三角波状に変化させると、
受信波ｆＲは伝搬時間τだけ遅れる。

【００１９】これにより演算部４０において、ｆＴとｆ
Ｒの混合を行なえばビート周波数ｆｂが得られ、このビ
ート周波数ｆｂを求めることで、次式より伝搬時間τが
算出できる。 τ＝ｆｂ／２・ｆｍ・△ｆ（２）ただし、τ＜１／２・ｆｍ演算部４０において、上記計算を行ない遅延時間設定部
３９にその遅延時間データを与える。

【００２０】次に、遅延時間算出後、演算部４０は各ス
イッチ２１，２２，２３に起動信号を与え、各スイッチ
をｂ端子に接続させる。また、その起動信号を基にＶＣ
Ｏ３０は単一周波数（例えばコンボルバの中心周波数と
も等しいｆｏ）を発生するよう制御される。そして、演
算部４０からのバースト周期（τ１）信号よりドライバ
２８，２９を経て、ＰＮ符号発生器２６，２７を駆動し
て図３に示すようなＰＮ符号１周期分（τ０）のバース
ト的なＳＳ信号が送信される。なお、コンボルバ３４の
ゲート長とＰＮ符号２周期は等しいとする。また、送信
に用いられたＰＮ符号と時間的に反転したＰＮ符号が遅
延時間設定部３９に入力され、τ程遅らされ、掛算器２
５により搬送波を位相変調した後、コンボルバ３４のも
う一方の入力端子に入力される。

【００２１】これにより、受信された送信信号との自己
相関をコンボルバ３４により求めるが、予め伝搬時間分
参照信号のＰＮ符号を遅らせているために、コンボルバ
３４上ではほぼお互いの符号位相は一致する。従って、
一致した時、鋭い相関ピーク出力が得られ、増幅器３
５、ＢＰＦ３６を介し検波器３８で検波された後、演算
部４０に入力される。演算部４０では、ドライバ２８，
２９に対してバースト周期信号を与えると共に、受信部
Ｒに用いるＰＮ符号の初期位相データを与える（現在の
位相に対して以降の位相を±ｎチップほどディザさせる
ことになる）。

【００２２】この繰返しを行なうことで、コンボルバ３
４上において完全に収まったＰＮ符号１周期の自己相関
が得られ、最大の相関ピークを検出することが可能とな
る。すなわち、最終的には、ＰＮ符号１チップ以内の精
度で収束された伝搬時間τ’が求まる。そして、演算部
４０において、伝搬時間τ’より（１）式に基づいて距
離ｄを算出した結果を出力する。なお、演算部４０にお
いて（２）式により伝搬時間τが得られた時点で距離を
算出することは可能であるが、対象物の状態により、例
えばドップラー周波数偏移などを生じているとその距離
の精度は劣化することになる。従って、この一連の操作
はコンボルバ４０上でのＰＮ符号の位相同期を不要とす
ると同時に、距離精度の向上を計るものである。

【００２３】図４は前記実施例における遅延時間算後の
動作の詳細を示すフローチャートである。ステップＳＴ
１において、演算部４０よりのバースト周期信号がドラ
イバ２８，２９を介してＰＮＧ２６，２７に与えられ、
送受信側ＰＮ符号が出力され、τｏのバースト的なＳＳ
信号が送信される。送受信側ＰＮ符号は時間的に反転し
ている。

【００２４】ステップＳＴ２では、受信側ＰＮ符号が、
τ時間を設定した遅延時間設定部３９を介して掛算器２
５に入力され、これによりキャリアが変調され、コンボ
ルバ３４の他方の入力端子に加えられる。ステップＳＴ
３では、コンボルバ３４から出力される相関ピークの最
大レベルαを演算部４０で算出する。

【００２５】ステップＳＴ４においては、演算部４０が
バースト周期信号をドライバ２８，２９を介してＰＮ符
号発生器２６，２７に与えると共に受信側ＰＮ符号発生
器２７（または送信側ＰＮ符号発生器２６でもよい）に
ＰＮ符号初期位相データθを与える。 θ＝γ−ε＋ｎ但し、γは前記(１)式における初期位相データ(もしく
はアドレスＡｏ)、εはオフセット値（例えば；Ａｏ−
２）、ｎはディザチップ数（Defult1)である。ステップ
ＳＴ５では、コンボルバ３４から出力される相関ピーク
の最大レベルβを演算部４０で算出する。

【００２６】次に、ステップＳＴ６〜ＳＴ１１は演算部
４０で行なわれる演算を示す。ステップＳＴ６では、前
記相関ピークの最大レベルα，βを比較し、α≧βであ
ると、ステップＳＴ９に行き、また、α≧βでなければ
（ＮＯ）、ステップＳＴ７でτ’＝τ＋ηを算出しステ
ップＳＴ８でα＝βとする。但し、η＝Ｔ_pn×（−ε＋
ｎ）、Ｔ_PNはＰＮクロック時間である。

【００２７】ステップＳＴ９では、ｎ＝４を判定し、Ｎ
ＯであればステップＳＴ１０でｎ＝ｎ＋１とし、ステッ
プＳＴ４に戻り、また、ＹＥＳであると、ステップＳＴ
１１でτ’もしくはτより対象物との距離ｄを算出して
出力する。

【００２８】図５は本発明の他の実施例で、図１と同一
符号は同一又は類似の回路をあらわし、図５のＡの部分
も図１と同一の構成であり、また、図５の実施例では、
前記第２のスイッチ及び分周器は不要である。

【００２９】図５の実施例の基本的動作は図１と同じで
あり、異なる点は伝搬時間τを求める過程において、受
信信号を高周波部３３を介して直接演算部４０に入力
し、送信信号ｆＴと混合させる点である。その後の動作
は図１と同じであるため、その説明は省略する。

【００３０】なお、図１及び図５の実施例においてはＰ
Ｎ符号の初期位相データをＰＮＧ２６，２７に与えると
したが、これに代えて、遅延時間設定３９に、遅延時間
設定データＫを与えるようにしてもよい。Ｋ＝ψ−ε＋ｎただし、ψは遅延時間τに相当するデータ（もしくはそ
のアドレスＡ₁）である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の測距装置に
よれば、コンボルバを相関器として用いたスペクトル拡
散方式を利用してしかもコンボルバ上でのＰＮ符号の位
相同期を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】上記実施例の動作説明図である。

【図３】上記実施例の動作説明図である。

【図４】前記実施例における遅延時間算出後の動作を示
すフローチャートである。

【図５】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図６】従来の測距装置の一例を示すブロック図であ
る。

【図７】従来の測距装置の他の例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

２１，２２，２３第１，第２，第３のスイッチ２４，２５第１及び第２の掛算器２６，２７第１及び第２のＰＮ符号発生器（ＰＮＧ）２８，２９第１及び第２のドライバ３０電圧制御発振器（ＶＣＯ）３２，３３送信側及び受信側高周波部３４コンボルバ３５増幅器３６バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３７分周器３８検波器３９遅延時間設定部４０演算部４１，４２送信及び受信用アンテナ

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【手続補正書】

【提出日】平成４年５月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】次に、遅延時間算出後、演算部４０は各ス
イッチ２１，２２，２３に起動信号を与え、各スイッチ
をｂ端子に接続させる。また、その起動信号を基にＶＣ
Ｏ３０は単一周波数（例えばコンボルバの中心周波数と
も等しいｆｏ）を発生するよう制御される。そして、演
算部４０からのバースト周期（τ１）信号よりドライバ
２８，２９を経て、ＰＮ符号発生器２６，２７を駆動し
て図３に示すようなＰＮ符号１周期分（τ０）のバース
ト的なＳＳ信号が送信される。なお、コンボルバ３４の
ゲート長とＰＮ符号１周期は等しいとする。また、送信
に用いられたＰＮ符号と時間的に反転したＰＮ符号が遅
延時間設定部３９に入力され、τ程遅らされ、掛算器２
５により搬送波を位相変調した後、コンボルバ３４のも
う一方の入力端子に入力される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】ステップＳＴ４においては、演算部４０が
バースト周期信号をドライバ２８，２９を介してＰＮ符
号発生器２６，２７に与えると共に受信側ＰＮ符号発生
器２７（または送信側ＰＮ符号発生器２６でもよい）に
ＰＮ符号初期位相データθを与える。 θ＝γ−ε＋ｎ但し、γは前記（１）式における初期位相データ（もし
くはアドレスＡｏ）、εはオフセット値（例えば；Ａｏ
−２）、ｎはディザチップ数（Ｄｅｆｕｌｔは０）であ
る。ステップＳＴ５では、コンボルバ３４から出力され
る相関ピークの最大レベルβを演算部４０で算出する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】ステップＳＴ９では、ｎ＝４を判定し、Ｎ
ＯであればステップＳＴ１０でｎ＝ｎ＋１とし、ステッ
プＳＴ４に戻り、また、ＹＥＳであると、ステップＳＴ
１１でτ’もしくはτより対象物との距離ｄを算出して
出力する。なお、この一連の動作はＰＮ符号の初期位相
データを基準に前後２チップの制御を行なっているが、
さらに制御量を変えたい場合はε値及びｎ値を変えるこ
とで対応ができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御信号に基づいて所定周期でＰＮ符号
及びそのＰＮ符号に対して時間的に反転した反転ＰＮ符
号を発生すると共に、位相データ信号に基づいて発生す
る符号の位相をずらすＰＮ符号発生手段と、所定電圧から成る駆動信号と上記ＰＮ符号とを起動信号
に基づいて選択し、出力する第１のスイッチと、上記起動信号に基づいて掃引搬送波と、所定周波数の搬
送波とを選択的に出力する発振器と、上記第１のスイッチの出力により上記発振器の出力を変
調する第１の変調器と、該変調器の出力を対象物に対し
送信する送信用高周波部と、遅延時間設定信号に対応して上記時間反転ＰＮ符号を可
変的に遅延せしめる遅延時間設定部と、上記発振器の出力を上記遅延時間設定部の出力で変調す
る第２の変調器と、対象物から戻ってくる送信信号を受信する受信用高周波
部と、上記起動信号に基づいて上記第２の変調の出力と、受信
信号とを選択的に出力する第２のスイッチと、上記受信信号と上記第２のスイッチの出力との相関をと
るコンボルバと、上記起動信号に基づいて上記コンボルバの出力を選択的
に分周器と検波器とに供給する第３のスイッチと、前記掃引搬送波と分周器の出力に基づいて第１の伝搬時
間を算出すると共に、前記遅延時間設定信号、及び位相
データ信号を出力し、上記検波器の出力に基づいて該検
波器の出力の最大ピーク点を検出し、その時点の位相ず
らし時間と上記第１の伝搬時間とに基づいて第２の伝搬
時間を算出し、かつ、上記第２の伝搬時間に基づいて、
前記対象物までの距離を算出する演算部と、を備えたことを特徴とする測距装置。