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JP2537375B2 - Lightwave rangefinder - Google Patents

Lightwave rangefinder

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Publication number
JP2537375B2
JP2537375B2 JP62254308A JP25430887A JP2537375B2 JP 2537375 B2 JP2537375 B2 JP 2537375B2 JP 62254308 A JP62254308 A JP 62254308A JP 25430887 A JP25430887 A JP 25430887A JP 2537375 B2 JP2537375 B2 JP 2537375B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
signal
code
distance
carrier signal
Prior art date
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Application number
JP62254308A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH0196580A (en
Inventor
菊雄 志村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sokkisha Co Ltd
Original Assignee
Sokkisha Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sokkisha Co Ltd filed Critical Sokkisha Co Ltd
Priority to JP62254308A priority Critical patent/JP2537375B2/en
Publication of JPH0196580A publication Critical patent/JPH0196580A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2537375B2 publication Critical patent/JP2537375B2/en
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  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は2地点間の直線距離を光電的に測定する光波
距離計に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical distance meter for photoelectrically measuring a linear distance between two points.

(従来の技術) 従来、一定周波数で光を強度変調して送出し、目標で
反射された光(以下、測距光という)を受光し、該測距
光と送出光または参照用光路を通過して受光させた光
(以下、参照光という)との強度変調の位相差から距離
を測定する光波距離計が実用化されている。測距光と送
出光から距離を測定した場合には検出回路のドリフト等
が測定誤差となってあらわれるので、測距光と送出光と
の位相差と、参照光と送出光との位相差を求め、両位相
差を減算して測距光と参照光から正確な距離測定を行う
ことが一般である。これは距離に応じて該位相差が変化
することを利用したもので、位相差を△φ、距離をD、
変調周波数をf、光速をCとすれば、位相差△φは△φ
=4πfD/Cと表わされ、距離Dは位相差△φを測定する
ことにより求めることができる。実際には2つ以上の大
きさの異なる周波数での変調光がそれぞれ測定に使用さ
れ、それぞれの分解能に応じて距離値の各桁が決定され
るようになっている。第7図に従来方式のブロック図を
示す。
(Prior Art) Conventionally, intensity-modulated light is transmitted at a constant frequency, the light reflected by a target (hereinafter referred to as distance measuring light) is received, and the distance measuring light and the transmitted light or a reference optical path is passed. An optical wave range finder for measuring a distance from a phase difference of intensity modulation with light received by the above (hereinafter referred to as reference light) has been put into practical use. When the distance is measured from the distance measuring light and the transmitted light, a drift of the detection circuit etc. may appear as a measurement error.Therefore, the phase difference between the distance measuring light and the transmitted light and the phase difference between the reference light and the transmitted light may be detected. In general, the phase difference is obtained, and the two phase differences are subtracted to perform accurate distance measurement from the distance measuring light and the reference light. This utilizes the fact that the phase difference changes according to the distance. The phase difference is Δφ, the distance is D,
Assuming that the modulation frequency is f and the speed of light is C, the phase difference Δφ is Δφ
= 4πfD / C, and the distance D can be obtained by measuring the phase difference Δφ. In practice, modulated lights at two or more different frequencies are used for measurement, and each digit of the distance value is determined according to each resolution. FIG. 7 shows a block diagram of the conventional method.

(発明が解決しようとする問題点) 従来の光波距離形では一定の周波数で変調を行うた
め、受信光に含まれる信号と雑音との分離の際に狭帯域
フィルタを使用しなければならず、S/Nが悪い場合、例
えば、遠距離の場合や見通しの悪い時などには受信光の
信号だけを抜き出すことが難しい。そのためS/Nを良く
するため反射鏡の反射面積を大きくするなどして反射効
率を上げる必要がある。しかし、例えこのようにしても
測定不能か測定値に誤差を持つことが多かった。
(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional lightwave distance type, since modulation is performed at a constant frequency, a narrow band filter must be used when separating the signal and noise contained in the received light, When the S / N is bad, for example, when the distance is long or the visibility is poor, it is difficult to extract only the received light signal. Therefore, in order to improve the S / N, it is necessary to increase the reflection efficiency by increasing the reflection area of the reflecting mirror. However, even in this case, it was often impossible to measure or there was an error in the measured value.

また、測距誤差の大きな原因となっている距離計内部
(光学素子表面など)での反射光によるニセの信号を側
距のための信号と分離することが難しく、反射防止処理
などの対策が必要となっていた。
In addition, it is difficult to separate the fake signal due to the reflected light inside the rangefinder (the surface of the optical element, etc.), which is a major cause of the distance measurement error, from the signal for the side distance. Was needed.

また、最長測定距離は発行素子の出力や受光素子感
度、使用電力、寸法などに実用上の制限がありほぼ限界
に到達しているのが現状であり、より長距離の測定が可
能でかつ精度が高く、しかもコンパクト、かつ安価な距
離計の開発が測量、測地などの分野において切望され
る。
In addition, the longest measurement distance is practically limited by the output of the emitting element, the sensitivity of the light receiving element, the power used, the size, etc. The development of high-performance, compact, and inexpensive rangefinders is highly desired in the fields of surveying and geodetic surveys.

本発明は上述のような従来の光波距離計にみられる問
題点を解決するためになされたものであり、S/Nが悪い
場合にも測定ができ精度が保たれ、より長距離の測定も
可能とする光波距離計を提供することを目的としてい
る。
The present invention was made in order to solve the problems found in the conventional light-wave distance meters as described above, the accuracy can be maintained even when the S / N is bad, the accuracy is maintained, and longer distances can also be measured. The purpose is to provide a light-wave rangefinder that enables it.

(問題点を解決するための手段) 送出光と測距光の位相差、あるいは測距光と参照光と
の位相差から目標までの距離を算出する光波距離計にお
いて、逆出光の強度変調および受信光からの信号の復調
にスペクトラム拡散方式を用いるようにしたもので、一
定周波数の信号(搬送波)をPNコード(疑似雑音符号)
によりPSK変調(位相偏移変調)して得られる広い周波
数帯域に拡散された信号(スペクトラム拡散信号)によ
って強度変調した光を送出し、受信した光より再びPNコ
ードによる自己相関特性を利用して受信信号への同期と
搬送波信号の復調を行ない、変復調の際の各搬送波、PN
コード、PNコード発生クロックの位相差を測定すること
によって距離を算出するようにしている。
(Means for Solving Problems) In a light wave rangefinder that calculates the distance to the target from the phase difference between the transmitted light and the distance measuring light or the phase difference between the distance measuring light and the reference light, the intensity modulation It uses a spread spectrum method to demodulate the signal from the received light, and uses a PN code (pseudo noise code) to convert a signal (carrier wave) with a constant frequency
Light intensity-modulated by a signal (spread spectrum signal) spread over a wide frequency band obtained by PSK modulation (phase shift keying) is transmitted, and the autocorrelation characteristic of the PN code is used again from the received light. Synchronizes to the received signal and demodulates the carrier signal, and modifies and demodulates each carrier, PN
The distance is calculated by measuring the phase difference between the code and the PN code generation clock.

(作 用) 測距光(又は参照光)以外の信号が入力されるとこれ
らは相関がとれず広い周波数範囲に拡散され、測距光
(又は参照光)だけが復調される。
(Operation) When signals other than distance measuring light (or reference light) are input, they are not correlated and are spread over a wide frequency range, and only distance measuring light (or reference light) is demodulated.

(実施例) 第1図を参照して説明する。基本発振器1の出力(基
準搬送波信号31)は帯域フィルタ2と分周器3に入力さ
れる。帯域フィルタ2の出力は正弦波となりPSK変調器
5で分周器3の出力(基準PNコードクロック32)により
PNコード発生器4で発生されたPNコードによりPSK変調
される。このようにして得られたスペクトラム拡散信号
は駆動回路6、発光素子7を経て光信号41となり、対物
レンズL1を経て送出される。PNコード発生器4からはPN
コードの一周期ごとに基準エポックパルス33が出力され
る。目標の反射鏡44などにより反射され戻された測距光
42は受光素子11で光電変換され広帯域の増幅器12a及び
フィルタ12bを経て相関器13a、b、cに入力される。発
光素子7、受光素子11と対物レンズL1との間には連動す
る反射ミラーM1、M2が配置されており、外部からの操作
によって光路上にミラーM1、M2を移動させたときには発
光素子7から出た光信号41はミラーM1、M2で反射され、
符号43で示す参照用光路を経て受光素子11に入る。相関
器13a、b、cではそれぞれ復調側のPNコード発生器19
よりP(同期)E(Pに対して1/2ビット進み)、L
(Pに対して1/2ビット遅れ)の、PNコード発生器4で
発生されるものと同じ符号系列のPNコードが入力され、
受信されたスペクトラム拡散信号側のPNコードとの自己
相関がとられる。PNコードの自己相関関数は第2図
(a)に示すような特性があり、相関がとられる2つの
PNコードの位相差が±1ビット以内であると相関機の出
力には搬送波が復調され、位相差0のとき(第2図
(a)のピーク位置)に出力が最大になる。
(Example) An example will be described with reference to FIG. The output of the basic oscillator 1 (reference carrier signal 31) is input to the bandpass filter 2 and the frequency divider 3. The output of the bandpass filter 2 becomes a sine wave, and the output of the frequency divider 3 (reference PN code clock 32) in the PSK modulator 5
PSK modulation is performed by the PN code generated by the PN code generator 4. The spread spectrum signal thus obtained becomes the optical signal 41 through the drive circuit 6 and the light emitting element 7, and is transmitted through the objective lens L1. PN from PN code generator 4
The reference epoch pulse 33 is output for each cycle of the code. Distance measuring light reflected back by the target reflector 44, etc.
42 is photoelectrically converted by the light receiving element 11 and is input to the correlators 13a, 13b, 13c via the wide band amplifier 12a and the filter 12b. Reflecting mirrors M1 and M2 are arranged between the light emitting element 7 and the light receiving element 11 and the objective lens L1. When the mirrors M1 and M2 are moved to the optical path by an external operation, The emitted optical signal 41 is reflected by the mirrors M1 and M2,
The light enters the light receiving element 11 via the reference optical path indicated by the reference numeral 43. Each of the correlators 13a, 13b, 13c has a demodulation side PN code generator 19
From P (synchronous) E (leading 1/2 bit to P), L
The PN code of the same code sequence as that generated by the PN code generator 4 (1/2 bit behind P) is input,
The autocorrelation with the PN code of the received spread spectrum signal is taken. The autocorrelation function of the PN code has the characteristics shown in FIG.
When the phase difference of the PN code is within ± 1 bit, the carrier wave is demodulated to the output of the correlator, and the output becomes maximum when the phase difference is 0 (peak position in FIG. 2 (a)).

しかし、位相差が±1ビット以上であると出力は最少
となり搬送波は復調されない。もし測距光以外の信号
(参照光の場合には参照光以外の信号)、たとえば雑音
等の非希望信号が入力された場合は相関がとれず、非希
望信号成分はPNコードにより広い周波数範囲に拡散され
てしまい相関器出力側に漏れる量は非常に小さくなって
しまうので、送出信号と非希望信号が混ざって入力され
ても相関器出力にはS/Nの良い搬送波だけが復調され
る。このようにPNコードの自己相関を利用すると希望す
る信号だけを取り出す効率の良いフィルタを実現するこ
とができる。以上述べた搬送波の復調は相関器13aによ
って行なわれ、増幅器14a、帯域フィルタ14bを経て位相
差測定器20に出力される。測距に使用すると搬送波復調
のためには測距光(または参照光)と復調側の両方のPN
コードの位相差が0になるように同期させておかなけれ
ばならず、そのため相関器13b、cがPNコードの位相同
期、受信信号追跡用として使用される。この相関器13
b、cでもE及びLのPNコードと受信信号のPNコードで
の自己相関がとられ、それらの相関関数は第2図
(b)、(c)に示すようにPのそれに対してそれぞれ
±1/2ビットだけシフトしている。相関器13b、cの出力
振巾は振巾検出器15b、c、A/Dコンバータ16を経て中央
処理器17へ入力され、スレッシホールド電圧と比較され
る。中央処理器17は両者ともスレッシホールド電圧以上
となるようにPNコード発生器19より発生されるPNコード
の位相をシフトさせる。その結果PのPNコードは受信信
号のPNコードに対して第2図に示した範囲R、即ち完全
同期に対して±1/2ビット以内の位相になる。
However, if the phase difference is ± 1 bit or more, the output is minimal and the carrier wave is not demodulated. If a signal other than the ranging light (in the case of the reference light, a signal other than the reference light), for example, an undesired signal such as noise is input, correlation cannot be obtained, and the undesired signal component has a wide frequency range due to the PN code. Since the amount of leakage to the output side of the correlator is very small, even if the transmitted signal and the undesired signal are mixed and input, only the carrier with good S / N is demodulated to the correlator output. . In this way, by using the autocorrelation of the PN code, it is possible to realize an efficient filter that extracts only the desired signal. The demodulation of the carrier wave described above is performed by the correlator 13a, and is output to the phase difference measuring device 20 via the amplifier 14a and the bandpass filter 14b. When used for distance measurement, both the ranging light (or reference light) and demodulation side PN are used for carrier demodulation.
It must be synchronized so that the phase difference between the codes becomes 0, and therefore the correlators 13b and 13c are used for phase synchronization of the PN code and tracking of the received signal. This correlator 13
Even in b and c, the autocorrelation between the PN code of E and L and the PN code of the received signal is taken, and their correlation functions are ±± with respect to that of P as shown in FIGS. 2 (b) and (c). Shifted by 1/2 bit. The output amplitudes of the correlators 13b and 13c are input to the central processing unit 17 via the amplitude detectors 15b and 15c and the A / D converter 16 and compared with the threshold voltage. The central processing unit 17 shifts the phase of the PN code generated by the PN code generator 19 so that both of them are equal to or higher than the threshold voltage. As a result, the PN code of P has a phase within the range R shown in FIG. 2 with respect to the PN code of the received signal, that is, within ± 1/2 bit for perfect synchronization.

次に、完全同期させるため中央処理器17は相関器13
b、13cの出力振巾の差(第2図(d)VE-L)を求め、そ
の値がS(0)になるやうに数値制御発振器18を制御す
る。
Next, in order to achieve perfect synchronization, the central processing unit 17
The difference between the output amplitudes of b and 13c (V EL in FIG. 2 (d)) is obtained, and the numerically controlled oscillator 18 is controlled as soon as the value becomes S (0).

以上のようにして完全な同期が得られるとPNコード発
生器19からは受信信号のPNコードに同期したPNコードP
が得られ、それに応じて復調PNコードクロック35、復調
エポックパルス36が得られ、また帯域フィルタ14bから
は復調搬送波信号34が得られる。そして、基準信号31、
32、33に対するこれらの復調信号34、35、36の位相差が
位相差測定器20によって測定され中央処理器17に入力さ
れて距離が算出される。復調信号34、35、36は基準信号
31、32、33とそれぞれ同じ周波数fc、fPN、fEPである
が、位相は光路長に応じて変化している。参照光信号と
基準信号の位相差をそれぞれφc、φPN、φEP、測距光
信号と基準信号の位相差をそれぞれφ′c、φ′PN
φ′EPとすると各位相差の差△φc=φ′c−φc、△
φPN=φ′PN−φPN、△φEP=φ′EP−φEPより目標ま
での距離Dが求まる。即ちDc=△φcC/4πfc、DPN=△
φPNC/4πfPN、DEP=△φEPC/4πfEP、ここで基準搬送
波信号31、基準PNコードクロック32、基準エポックパル
ス33の各周波数はfc>fPN>fEP、Dc≦C/Fc、DPN≦C/
fPN、DEP≦C/fEPであるので、fc、fPN、fEPを適当に選
べば、Dc、DPN、DEPよりそれぞれDの下位、中位、上位
の桁を決めることができ、分解能によってはDc、DPN、D
EPのうち1ヶまたは2ヶだけで決めることも可能であ
り、距離の測定が行なえる。
When perfect synchronization is obtained as described above, the PN code generator 19 outputs the PN code P synchronized with the PN code of the received signal.
Then, the demodulated PN code clock 35 and the demodulated epoch pulse 36 are obtained accordingly, and the demodulated carrier signal 34 is obtained from the bandpass filter 14b. Then, the reference signal 31,
The phase difference of these demodulated signals 34, 35, 36 with respect to 32, 33 is measured by the phase difference measuring device 20 and input to the central processing unit 17 to calculate the distance. Demodulated signals 34, 35, 36 are reference signals
The frequencies fc, f PN , and f EP are the same as those of 31, 32, and 33, respectively, but the phase changes according to the optical path length. The phase difference between the reference light signal and the reference signal respectively φc, φ PN, φ EP, φ'c the phase difference of the distance measuring light and reference signals, respectively, φ 'PN,
If φ ′ EP , the difference of each phase difference Δφc = φ′c−φc, Δ
The distance D to the target can be obtained from φ PN = φ ′ PN −φ PN and Δφ EP = φ ′ EP −φ EP . That is, Dc = △ φc C / 4πfc, D PN = △
φ PN C / 4πf PN , D EP = Δφ EP C / 4πf EP , where the frequencies of the reference carrier signal 31, the reference PN code clock 32, and the reference epoch pulse 33 are fc> f PN > f EP , Dc ≦ C / Fc, D PN ≤C /
Since f PN , D EP ≤ C / f EP , if fc, f PN , and f EP are selected appropriately, the lower, middle, and upper digits of D can be determined from Dc, D PN , and D EP , respectively. Yes, depending on the resolution Dc, D PN , D
It is also possible to decide with only one or two EPs , and the distance can be measured.

このように測距光と逆出光との位相差から目標点まで
の測距を行なうことができる。また、ミラーM1、M2を光
路上に移動させて参照用光路43を通過させた参照光と送
出光との位相差を求め、前記測距光と送出光との位相差
との差から目標点までの測距を行なうことができ、この
場合には信号伝播回路内での誤差がなくなるので正確な
値を得ることができる。また、前記した遅延ロックルー
プを使った同期追跡システムの他にタウデイザロックル
ープを使った同期追跡システムがある。しかし、この場
合はS/Nがやや低下する。
In this way, it is possible to measure the distance from the phase difference between the distance measuring light and the back-emitted light to the target point. Further, the mirrors M1 and M2 are moved to the optical path to obtain the phase difference between the reference light and the outgoing light that has passed through the reference optical path 43, and the target point is determined from the difference between the phase difference between the distance measuring light and the outgoing light. The distance can be measured up to, and in this case, an accurate value can be obtained because there is no error in the signal propagation circuit. In addition to the sync tracking system using the delay lock loop described above, there is a sync tracking system using the tau dither lock loop. However, in this case, the S / N is slightly reduced.

第3図は本発明の別の実施例を示す同期追跡の制御を
行なう部分のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a portion for controlling synchronization tracking showing another embodiment of the present invention.

前記第1の実施例では搬送波をPNコードによりPSK変
調して得られたスペクトラム拡散信号によって強度変調
された光を送出し、その光を受光して得た信号にPNコー
ドの自己相関の特性を利用することによって復調用のPN
コードを同期させるとともにS/Nの良い搬送波信号を復
調させ、同期後の各信号31〜36の位相を調べることによ
って距離測定が行なえるように構成しているもので、同
期に関する制御を中央処理器17でデジタル的に行なうよ
うになっているが、本実施例ではアナログ的に行なうよ
うにしたものである。
In the first embodiment, the light intensity-modulated by the spread spectrum signal obtained by PSK-modulating the carrier wave by the PN code is transmitted, and the signal obtained by receiving the light has the characteristic of the autocorrelation of the PN code. PN for demodulation by using
The code is synchronized, the carrier signal with good S / N is demodulated, and the distance measurement can be performed by examining the phase of each signal 31-36 after synchronization. The device 17 is designed to perform digitally, but in this embodiment, it is designed to be performed analogically.

第3図においては、振巾検出器15b、cの出力はスレ
ッシホールド検出回路51b、cによりスレッシホールド
電圧と比較され、それぞれの出力は同期判別回路52に入
力され、範囲R(第2図)内に入ったかどうかの信号が
出される。所定の範囲R内に入っていなければ同期判別
回路52が出力して電圧制御発振器53、PNコード発生器を
制御してP、E、Lの各PNコードの位相をシフトさせ
る。
In FIG. 3, the outputs of the amplitude detectors 15b and 15c are compared with the threshold voltage by the threshold detection circuits 51b and 51c, and the respective outputs are input to the synchronization determination circuit 52 and the range R (second (Fig.) A signal is sent out as to whether or not it entered. If it is not within the predetermined range R, the synchronization determination circuit 52 outputs it to control the voltage controlled oscillator 53 and the PN code generator to shift the phase of each P, E and L PN code.

そして範囲R内に入ると振巾検出器15b、cの出力は
減算回路53aによって減算(VE-L)された後、電圧制御
発振器53に入力され、減算値が第2図(d)に示すS点
になるようにPNコードの位相が制御される。このように
して完全な同期が得られ前述のように距離が求まる。
Then, within the range R, the outputs of the amplitude detectors 15b and 15c are subtracted (V EL ) by the subtraction circuit 53a and then input to the voltage controlled oscillator 53, and the subtracted value is S shown in FIG. 2 (d). The phase of the PN code is controlled so that it becomes a point. In this way perfect synchronization is obtained and the distance is determined as described above.

第4図は本発明の別の実施例の同期判別信号取得の方
法である。相関器13aで復調された搬送波信号の振巾を
検出し、スレッシホールド電圧と比較して範囲R内に入
ったかどうかを判別して制御を行なう方法である。制御
はアナログ、デジタルのどちらでも行なうことができ
る。
FIG. 4 shows a method of acquiring a synchronization discrimination signal according to another embodiment of the present invention. This is a method in which the amplitude of the carrier signal demodulated by the correlator 13a is detected and compared with the threshold voltage to determine whether it is within the range R to perform control. Control can be performed either in analog or digital.

この方法は前記2例に比べスレッシホールド電圧を高
くすることができる。前2例では第2図の範囲R内に入
ったかどうかの判定にVE、VLの電圧を検出して行なうた
め、スレッシホールド電圧はVoに近い値にしなければな
らないが、この例では振巾検出器15aの出力、すなわちV
Pの電圧を検出して行なうため、スレッシホールド電圧V
1/2で良い。こうすると範囲Rの両端付近での正しく行
なえるという利点がある。
This method can increase the threshold voltage as compared with the above two examples. In the previous two examples, the threshold voltage must be close to V o because the voltages of V E and V L are detected to determine whether or not it is within the range R of FIG. 2, but in this example Then, the output of the amplitude detector 15a, that is, V
Since the voltage of P is detected, the threshold voltage V
It may be the 1/2. This has the advantage that it can be performed correctly near both ends of the range R.

第5図は本発明の別の実施例の相関器部分を示すブロ
ック図である。この例での相関器はヘテロダイン型と呼
ばれ2段の相関器で構成され、第1の相関器13′a、1
3′b、13′cで一定周波数fc+fdの信号とP、E、L
のPNコードとの積が作られ、それぞれ第2の相関器は13
a、13b、13cに入力される。こうすることによって相関
器13a、13b、13cの入力と出力で中心周波数がfcからfd
に変換される。また距離測定のためには基準発振器1よ
り周波数変換器61にてfdの基準信号62を作り復調された
fdの信号63との位相差を求めることによって行なう。
FIG. 5 is a block diagram showing a correlator portion of another embodiment of the present invention. The correlator in this example is called a heterodyne type and is composed of two stages of correlators, and the first correlator 13'a, 1 '
3'b and 13'c signals of constant frequency f c + f d and P, E, L
And the PN code of
Input to a, 13b and 13c. By doing this, the center frequencies at the inputs and outputs of the correlators 13a, 13b, 13c are changed from f c to f d.
Is converted to. Also, for distance measurement, a reference signal 62 of f d is made by the frequency converter 61 from the reference oscillator 1 and demodulated.
This is done by finding the phase difference between the f d and the signal 63.

通常はfc>fdとするので信号の周波数は低くなり相関
器以降の回路設計が簡単になる。
Normally, f c > f d , so the frequency of the signal is low, and the circuit design after the correlator becomes simple.

第6図は本発明の別の実施例の復調搬送波信号34を得
る部分を示すブロック図である。この例では発振器18又
は53で周波数fcの出力を得、その出力を分周器3に入力
して復調PNコードクロック35を得ている。受信信号に完
全に同期した場合には発振器18又は53の出力は復調搬送
波信号34となり、距離測定のための信号として使うこと
ができる。
FIG. 6 is a block diagram showing a portion for obtaining a demodulated carrier signal 34 according to another embodiment of the present invention. In this example, the output of the frequency f c is obtained by the oscillator 18 or 53, and the output is input to the frequency divider 3 to obtain the demodulated PN code clock 35. When perfectly synchronized with the received signal, the output of the oscillator 18 or 53 becomes the demodulated carrier signal 34, which can be used as a signal for distance measurement.

(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、搬送波信号をPNコ
ードによりPSK変調して得られるスペクトラム拡散信号
によって送出光の強度変調を行ない、PNコードの自己相
関の特性を利用した、受信信号に対しての同期及び搬送
波信号の復調を行なうため、信号が雑音の中に埋もれて
いるような場合でもS/Nの非常に良い信号を復調するこ
とができる。そのため遠距離や見通しの悪い条件でも距
離測定を可能とし精度を保つことができると同時に最長
測定距離も伸ばすことができるので一般の測量や特に地
震予知などのための長距離の測地測量などに利用するこ
とができる。
(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, the intensity of the transmitted light is modulated by the spread spectrum signal obtained by PSK modulating the carrier signal with the PN code, and the autocorrelation characteristic of the PN code is used. Since the received signal is synchronized and the carrier signal is demodulated, it is possible to demodulate a signal having a very good S / N even when the signal is buried in noise. As a result, it is possible to measure distances even under long-distance or poor visibility conditions, and at the same time, it is possible to extend the longest measurement distance. can do.

また、参照光と測距光の選択は機械的に光路を切り換
えることによって行なっているのが現状であるが、スペ
クトラム拡張方式の特性(同期した信号以外は相関器を
通過できないという性質)上、同期信号の位相差より参
照光か測距光かあるいは内部反射光かを判別させ、即
ち、予め参照光、内部反射光(必要ならば)と基準信号
との位相差(幾何学的に決まるのである一定値となる)
を測定して求めておき、同期した信号の位相差と予め求
めておいた位相差とを比較することによって同期した信
号が参照光か内部反射光か、あるいは測距光かの判別が
つくので、希望する信号が得られるように同期をずらせ
てやれば参照光、測距光の選択が行なえるのである。す
なわち、光路切換機構を使用せず、参照光、内部反射
光、測距光が常時受光されている状態でも希望する信号
が得られることであり希望する信号に同期するように制
御をかけるようにすれば、光路切換機構といった機械部
品が不要となり、また特別な反射防止処理などの対策も
不要となるのでコストの面でも非常に有利となる。
In addition, although the selection of the reference light and the distance measuring light is currently performed by mechanically switching the optical path, due to the characteristics of the spectrum expansion method (the property that only a synchronized signal can pass through the correlator), The reference light, the distance measuring light, or the internal reflected light is discriminated from the phase difference of the synchronizing signal, that is, the phase difference between the reference light, the internal reflected light (if necessary) and the reference signal (because it is geometrically determined. It will be a certain value)
It is possible to determine whether the synchronized signal is the reference light, the internal reflection light, or the distance measuring light by comparing the phase difference of the synchronized signal with the phase difference obtained in advance. If the synchronization is shifted so that the desired signal can be obtained, the reference light and the distance measuring light can be selected. That is, the desired signal can be obtained even when the reference light, the internal reflected light, and the distance measuring light are constantly received without using the optical path switching mechanism, and the control is performed so as to synchronize with the desired signal. This eliminates the need for mechanical parts such as an optical path switching mechanism and eliminates the need for special measures such as antireflection treatment, which is very advantageous in terms of cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
遅延ロックループのPNコード自己相関関数図、第3図は
アナログ的に同期追跡する場合の実施例のブロック図、
第4図は同期判別の別の方法を示すブロック図、第5図
はヘテロダイン相関器を示すブロック図、第6図は本発
明の別の実施例の復調搬送波信号を得る部分を示すブロ
ック図、第7図は従来方式のブロック図である。 1……基準発振器、2……帯域フィルタ 3……分周器、4、19……PNコード発生器 5……PSK変調器、6……発光素子駆動回路 7……発光素子、11……受光素子 12……広帯域増幅器及びフィルタ 13a、b、c……相関器 14……増巾器及び帯域フィルタ 15a、b、c……振巾検出器 16……A/Dコンバータ、17……中央処理器 18……数値制御発振器、20……位相差測定器 21……表示器、31……基準搬送波信号 32……基準PNコードクロック 33……基準エポックパルス 34……復調搬送波信号 35……復調PNコードクロック 36……復調エポックパルス 41……送出光、42……測距光 43……参照用光路、44……目標の反射鏡 51b、c……スレッシホールド検出回路 52……同期判別回路、53……電圧制御発振器 61、64……周波数変換器 62……fd基準信号、63……fd復調信号 64……周波数選別器
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a PN code autocorrelation function diagram of a delay locked loop, and FIG. 3 is a block diagram of an embodiment in the case of analog synchronous tracking.
4 is a block diagram showing another method for determining synchronization, FIG. 5 is a block diagram showing a heterodyne correlator, and FIG. 6 is a block diagram showing a portion for obtaining a demodulated carrier signal according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block diagram of a conventional method. 1 ... Reference oscillator, 2 ... Bandpass filter 3 ... Divider, 4, 19 ... PN code generator 5 ... PSK modulator, 6 ... Light emitting element drive circuit 7 ... Light emitting element, 11 ... Photodetector 12 …… Broadband amplifier and filter 13a, b, c …… Correlator 14 …… Amplifier and bandpass filter 15a, b, c …… Amplitude detector 16 …… A / D converter, 17 …… Center Processor 18 …… Numerically controlled oscillator, 20 …… Phase difference measuring instrument 21 …… Display, 31 …… Reference carrier signal 32 …… Reference PN code clock 33 …… Reference epoch pulse 34 …… Demodulation carrier signal 35 …… Demodulated PN code clock 36 …… Demodulated epoch pulse 41 …… Outgoing light, 42 …… Distance measuring light 43 …… Reference optical path, 44 …… Target reflector 51b, c …… Threshold detection circuit 52 …… Synchronous discrimination circuit, 53 ...... a voltage-controlled oscillator 61, 64 ...... frequency converter 62 ...... f d reference signal, 63 ...... f d demodulated signal 64 ... Frequency sorter

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光を搬送波信号により強度変調し目標点に
向って送出する光送出手段と、目標点での反射光を受光
し復調する光受光復調手段とを備え、前記送出光の搬送
波信号と反射光の搬送波信号との位相差から目標点まで
の距離を算出する光波距離計において、前記光送出手段
は一定周波数の搬送波信号をPNコード(疑似雑音符号)
によりPSK変調(位相偏移変調)して得られる広い周波
数帯域に拡散された信号(スペクトラム拡散信号)によ
って強度変調した光を送出し、前記光受光復調手段は受
光した光を基に前記PNコードによる自己相関特性により
搬送波信号の復調を行なう、スペクトラム拡散方式を用
いたことを特徴とする光波距離計。
1. A carrier signal of the outgoing light, comprising: an optical sending means for intensity-modulating light by a carrier signal and sending the light toward a target point; and an optical receiving and demodulating means for receiving and demodulating reflected light at the target point. In the lightwave rangefinder for calculating the distance to the target point from the phase difference between the carrier signal of the reflected light and the reflected light, the light transmitting means uses a PN code (pseudo noise code) for the carrier signal of a constant frequency.
The intensity-modulated light is transmitted by a signal (spread spectrum signal) spread over a wide frequency band obtained by PSK modulation (phase shift keying) by means of the PN code based on the received light. An optical distance meter using a spread spectrum method for demodulating a carrier signal by the autocorrelation characteristic of
【請求項2】前記光送出手段と光受光復調手段との間に
は参照用光路が設けられ、反射光の搬送波信号と参照用
光路通過光の搬送波信号との位相差から目標点までの距
離を算出するようになっていることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の光波距離計。
2. A reference optical path is provided between the light transmitting means and the light receiving and demodulating means, and a distance from a phase difference between a carrier signal of reflected light and a carrier signal of light passing through the reference optical path to a target point. The lightwave rangefinder according to claim 1, characterized in that
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