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公開番号2021143974
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210924
出願番号2020043792
出願日20200313
発明の名称距離計算装置、距離測定システム、距離計算プログラム及び距離計算方法
出願人新日本無線株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01S 13/38 20060101AFI20210827BHJP(測定;試験)
要約【課題】本開示は、FSKドップラーセンサを用いて対象物の距離を測定するにあたり、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性があるとともに、マルチパス及び他の対象物の存在の可能性もあるとしても、対象物が所望の距離範囲内に存在するかどうかを瞬時の失報又は誤報もなく安定にかつ高精度に検出することを目的とする。
【解決手段】本開示では、ピーク選択部22は、複数の各周波数の測距用ビームについて、ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択する。そして、距離選択部24は、複数の各周波数の測距用ビームの間について、複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する。
【選択図】図5

特許請求の範囲【請求項1】
複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換部と、
前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択部と、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算部と、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する距離選択部と、
を備えることを特徴とする距離計算装置。
続きを表示(約 2,300 文字)【請求項2】
前記距離選択部が選択した距離の出力の可否を判定する距離出力部をさらに備え、
前記距離出力部は、(1)前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、所定の変動範囲内であるときに、前記距離選択部が最新に選択した距離を出力し、(2)前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、所定の期間も未だ継続しないときに、前記距離選択部が最新に選択した距離に代えて、前記距離出力部が直近に出力した距離を出力し、(3)前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、前記所定の期間以上も継続するときに、前記距離選択部が最新に選択した距離を出力する
ことを特徴とする、請求項1に記載の距離計算装置。
【請求項3】
前記ピーク選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で前記複数の振幅ピークを選択し、
前記距離計算部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算し、
前記距離選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、前記所望の距離範囲に含まれる前記所望の距離に最も近い距離を選択する
ことを特徴とする、請求項2に記載の距離計算装置。
【請求項4】
前記ピーク選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が最も大きい単数の振幅ピークを選択し、
前記距離計算部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記単数の振幅ピークにおいて位相の差分を計算したうえで、前記単数の振幅ピークにおいて距離を計算し、
前記距離選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記単数の振幅ピークにおいて計算された距離をそのまま選択する
ことを特徴とする、請求項2又は3に記載の距離計算装置。
【請求項5】
前記距離出力部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記所定の変動範囲を前記所望の距離範囲より狭い範囲に設定する
ことを特徴とする、請求項2から4のいずれかに記載の距離計算装置。
【請求項6】
前記距離出力部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときと比べて、前記所定の変動範囲をより広い範囲に設定する
ことを特徴とする、請求項2から5のいずれかに記載の距離計算装置。
【請求項7】
請求項1から6のいずれかに記載の距離計算装置と、
前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記送信波を送信し、前記受信波を受信し、前記ドップラー信号を生成するビーム送受信装置と、
を備えることを特徴とする距離測定システム。
【請求項8】
複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する距離選択ステップと、
を順にコンピュータに実行させるための距離計算プログラム。
【請求項9】
複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算ステップと、
前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する距離選択ステップと、
を順に備えることを特徴とする距離計算方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、FSKドップラーセンサを用いて距離を測定する技術に関する。
続きを表示(約 6,800 文字)【背景技術】
【0002】
FSKドップラーセンサを用いて距離を測定する技術が、特許文献1等に開示されている。FMCWセンサは、広範に周波数を掃引する必要があるため、構成上高コストでありかつ消費電力が大きいが、FSKドップラーセンサは、数個の周波数を切り換えるのみでよく、構成上低コストでありかつ消費電力が小さい。
【0003】
従来技術の理想条件下の距離計算処理を図1に示す。理想条件下では、例えば、対象物Tのみが、空間内に存在しており、一定の運動をしている。よって、図3で後述する対象物Tの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性が低く、マルチパス及び他の対象物の存在の可能性も低い。
【0004】
図1の左上欄から左下欄では、各周波数F

、F

の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する。すると、各周波数変換結果は、単数の振幅ピークを有する。図1の右下欄では、各周波数F

、F

の測距用ビームの間について、単数の振幅ピーク(ドップラー周波数f

)において、位相の差分φ
11
−φ
12
を計算したうえで、単数の振幅ピーク(ドップラー周波数f

)において、距離R={c(φ
11
−φ
12
)}/{4π(F

−F

)}を計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開昭57−091470号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
FSKドップラーセンサは、電化製品の省エネルギー(電源のオン/オフ)及びセキュリティの確保(警報の出力/非出力)等のために、電化製品の使用者及び立入禁止領域の侵入者等が、所望の距離範囲内に存在するかどうかを検出することができる。
【0007】
従来技術の実際条件下の距離計算処理を図2及び図3に示す。実際条件下では、例えば、使用者Uが、個室P内に存在しており、不規則な運動をしており、歩行者Wが、個室P外に存在しており、測距用ビームを横切っている。よって、図3で後述する使用者Uの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性が高く、マルチパス及び他の対象物の存在の可能性も高い。
【0008】
図3では、使用者Uが、基本的には一定の運動をしているものの、測距用ビームの反射部位のばらつき等に応じて、一時的にはほぼ停止をしているように見える。
【0009】
期間t

、t

、t

では、使用者Uが一定の運動をしているように見える。よって、各周波数F

、F

の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー周波数は、十分に高い。そして、各周波数F

、F

の測距用ビームの間について、位相の差分φ
11
−φ
12
を高精度に計算することができ、距離Rも高精度に計算することができる。
【0010】
期間t

、t

では、使用者Uがほぼ停止をしているように見える。よって、各周波数F

、F

の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー周波数は、ほぼ0である。そして、各周波数F

、F

の測距用ビームの間について、位相の差分φ
11
−φ
12
を高精度に計算できず又はほぼ0とし、距離Rも高精度に計算できず又はほぼ0とする。
【0011】
図2の左上欄から左下欄では、各周波数F

、F

の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する。すると、各周波数変換結果は、マルチパス及び他の対象物の存在のため、複数の振幅ピークを有する可能性がある。たとえ、各周波数変換結果が、単数の振幅ピークしか有さないとしても、使用者Uの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性がある。よって、振幅ピークの選択では、使用者Uまでの正確な距離検出が困難である。
【0012】
図2の右下欄では、各周波数F

、F

の測距用ビームについて、各周波数変換結果からとりあえず単数の最大ピーク(ドップラー周波数f

)を選択する。そして、各周波数F

、F

の測距用ビームの間について、単数の最大ピーク(ドップラー周波数f

)において、位相の差分φ
11
−φ
12
を計算したうえで、単数の最大ピーク(ドップラー周波数f

)において、距離R={c(φ
11
−φ
12
)}/{4π(F

−F

)}を計算する。
【0013】
ここで、図2と異なり、個室P内の使用者Uの速度が遅い可能性が高いことを考慮して、単数の最低周波ピークを選択することも考えられる。しかし、個室P内の使用者Uの速度が速い可能性もあり、個室P外の歩行者Wの速度が(ドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であるため)遅く見える可能性もあり、個室P外の歩行者Wの速度が遅い可能性もあり、個室Pの天井、壁面及び床面でマルチパスが生じる可能性もあり、最低周波ピークの選択では、使用者Uまでの正確な距離検出が困難である。
【0014】
そこで、図2のように、個室P内の使用者Uの距離が短い可能性が高いことを考慮して、単数の最大振幅ピークを選択することを考えている。しかし、個室P内の使用者Uの反射が弱い可能性もあり、個室P外の歩行者Wの反射が(ドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であるため)強く見える可能性もあり、個室P外の歩行者Wの反射が強い可能性もあり、個室Pの天井、壁面及び床面でマルチパスが生じる可能性もあり、最大振幅ピークの選択では、使用者Uまでの正確な距離検出が困難である。
【0015】
従来技術の実際条件下の距離計算結果を図4に示す。図4では、使用者Uが、個室P内に存在しており、不規則な運動をしており、歩行者Wが、個室P外に存在しており、測距用ビームを横切っている。すると、個室Pの大きさを約2mとして、個室P内の使用者Uの距離(約1m)が、安定に出力されるべきであるが、個室P外の歩行者Wの距離(約9m)、使用者Uの速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離(約3m及び約0m)及びマルチパスによる距離(約10m)が、瞬時に出力されている。そして、FSKドップラーセンサが失報又は誤報する可能性があり、電化製品及びセキュリティ等が誤作動する可能性がある。
【0016】
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、FSKドップラーセンサを用いて対象物の距離を測定するにあたり、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外である可能性があるとともに、マルチパス及び他の対象物の存在の可能性もあるとしても、対象物が所望の距離範囲内に存在するかどうかを瞬時の失報又は誤報もなく安定にかつ高精度に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
前記課題を解決するために、複数の各周波数の測距用ビームについて、ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択することとした。そして、複数の各周波数の測距用ビームの間について、複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択することとした。
【0018】
具体的には、本開示は、複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換部と、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択部と、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算部と、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する距離選択部と、を備えることを特徴とする距離計算装置である。
【0019】
また、本開示は、複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する距離選択ステップと、を順にコンピュータに実行させるための距離計算プログラムである。
【0020】
また、本開示は、複数の各周波数の測距用ビームについて、送信波と受信波との間のドップラー信号を、時間領域から周波数領域へと周波数変換する周波数変換ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で複数の振幅ピークを選択するピーク選択ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算する距離計算ステップと、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、所望の距離範囲に含まれる所望の距離に最も近い距離を選択する距離選択ステップと、を順に備えることを特徴とする距離計算方法である。
【0021】
これらの構成によれば、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離、マルチパスによる距離及び他の対象物の距離を高精度に除外したうえで、目的の対象物の距離を高精度に選択することができる。よって、目的の対象物が所望の距離範囲内に存在するかどうかを、瞬時の失報又は誤報もなく、安定にかつ高精度に検出することができる。
【0022】
また、本開示は、前記距離選択部が選択した距離の出力の可否を判定する距離出力部をさらに備え、前記距離出力部は、(1)前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、所定の変動範囲内であるときに、前記距離選択部が最新に選択した距離を出力し、(2)前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、所定の期間も未だ継続しないときに、前記距離選択部が最新に選択した距離に代えて、前記距離出力部が直近に出力した距離を出力し、(3)前記距離選択部が最新に選択した距離が、前記距離出力部が直近に出力した距離と比べて、前記所定の変動範囲外である状態が、前記所定の期間以上も継続するときに、前記距離選択部が最新に選択した距離を出力することを特徴とする距離計算装置である。
【0023】
この構成によれば、対象物の速度に応じたドップラー信号の周波数がセンサ回路の帯域外であることによる距離、マルチパスによる距離及び他の対象物の距離をより高精度に除外したうえで、目的の対象物の距離をより高精度に出力することができる。よって、目的の対象物が所望の距離範囲内に存在するかどうかを、瞬時の失報又は誤報もなく、より安定にかつより高精度に検出することができる。
【0024】
つまり、最新に選択した距離が直近に出力した距離と比べて大きく変動する状態が、瞬時的にしか継続しないときは、直近に出力した距離を再び出力することにより、出力する距離の安定を優先させることができる。一方で、最新に選択した距離が直近に出力した距離と比べて大きく変動する状態が、長期にわたり継続するときは、最新に選択した距離を新たに出力することにより、出力する距離の更新を優先させることができる。
【0025】
また、本開示は、前記ピーク選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が大きい順序で前記複数の振幅ピークを選択し、前記距離計算部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に位相の差分を計算したうえで、前記複数の振幅ピーク毎に距離を計算し、前記距離選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記複数の振幅ピーク毎に計算された距離から、前記所望の距離範囲に含まれる前記所望の距離に最も近い距離を選択することを特徴とする距離計算装置である。
【0026】
この構成によれば、直近に出力した距離が所望の距離範囲内であるときは、最新に選択する距離も所望の距離範囲内である可能性が高いところ、関心度が高い所望の距離範囲内での距離の選択について、本開示の高精度な方法を採用することができる。
【0027】
また、本開示は、前記ピーク選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームについて、前記ドップラー信号の周波数変換結果から、振幅が最も大きい単数の振幅ピークを選択し、前記距離計算部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記単数の振幅ピークにおいて位相の差分を計算したうえで、前記単数の振幅ピークにおいて距離を計算し、前記距離選択部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲外であるときに、前記複数の各周波数の測距用ビームの間について、前記単数の振幅ピークにおいて計算された距離をそのまま選択することを特徴とする距離計算装置である。
【0028】
この構成によれば、直近に出力した距離が所望の距離範囲外であるときは、最新に選択する距離も所望の距離範囲外である可能性が高いところ、関心度が低い所望の距離範囲外での距離の選択について、従来技術の簡便な方法を採用することができる。
【0029】
また、本開示は、前記距離出力部は、前記距離出力部が直近に出力した距離が、前記所望の距離範囲内であるときに、前記所定の変動範囲を前記所望の距離範囲より狭い範囲に設定することを特徴とする距離計算装置である。
【0030】
この構成によれば、直近に出力した距離が所望の距離範囲内であるときは、最新に選択する距離も所望の距離範囲内である可能性が高いところ、関心度が高く対象物が静止する所望の距離範囲内での距離の出力について、ばらつきをほぼ許容しないことができる。
(【0031】以降は省略されています)

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