JP2922702B2 - Ranging system - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【技術分野】本発明は、測距システムに関し、より詳細
には、マンチェスター化PN信号による測距システムに
関する。例えば、ポジショニングシステム、ソーナー、
レーダーなどに適用されるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ranging system, and more particularly, to a ranging system based on a Manchesterized PN signal. For example, positioning systems, sonars,
It is applied to radar and the like.
【0002】[0002]
【従来技術】本発明に係る従来技術を記載した公知文献
としては、 「スペクトル拡散通信システム」(横山光雄 科学技
術出版社、1988、p.538〜548)がある。スペクトル拡散
通信は特定の疑似雑音(PN)信号を用いて通信を行な
う方式であるが、スペクトル拡散信号の広帯域性とスペ
クトル拡散符号の相関特性を利用し、距離の高精度測定
が可能である。前記文献には、M系列やJPL符号な
どのPN信号を用いたシステムが記載されている。ま
た、 「マンチェスタ符号化PN信号のための遅延ロックル
ープ」(長谷川孝明 外3名、電子情報通信学会論文
誌、Vol.J-73-B-I,No.8,pp.663-665 1990)には、スペ
クトル拡散通信の拡散信号にマンチェスタ符号化PN信
号を用いた場合の遅延ロックループの構成、諸特性、有
利性などが記載されている。また、 「実数直交疑似雑音系列を用いたパルス圧縮多重ソー
ナ」(棚田嘉博 外4名、電子情報通信学会技術研究報
告、SSTA90-37 1990)には、送信符号として実数直交疑
似雑音系列を用いたPN信号を用いて測距を行なうシス
テムについて記載されている。2. Description of the Related Art As a well-known document describing the prior art according to the present invention, there is "Spread Spectrum Communication System" (Mitsuo Yokoyama Science and Technology Publishing Company, 1988, pp. 538-548). Spread spectrum communication is a method of performing communication using a specific pseudo-noise (PN) signal. However, it is possible to measure distance with high accuracy by utilizing the wideband property of a spread spectrum signal and the correlation characteristic of a spread spectrum code. The literature describes a system using a PN signal such as an M-sequence or a JPL code. Also, "Delay Locked Loop for Manchester Coded PN Signal" (Takaaki Hasegawa and three others, IEICE Transactions, Vol.J-73-BI, No.8, pp.663-665 1990) Describes the configuration, various characteristics, advantages, and the like of a delay locked loop when a Manchester-encoded PN signal is used as a spread signal for spread spectrum communication. "Pulse compression multiplexing sonar using real orthogonal pseudo-noise sequences" (Yoshihiro Tanada et al., IEICE technical report, SSTA90-37 1990) uses real orthogonal pseudo-noise sequences as transmission codes. A system for performing distance measurement using a PN signal is described.
【0003】疑似雑音信号の鋭い自己相関関数を利用し
た距離測定の方法であるパルス圧縮法は良く知られてお
り、レーダーやソーナーに応用されている。距離測定の
分解能は、自己相関パルスによる遅れ時間計測の分解能
で決定され、具体的には相関パルス幅に左右される。通
常よく使われる疑似雑音符号NRZ化PN信号の自己相
関パルス幅は、符号長が十分長いとき、おおよそチップ
長の2倍である。チップ長を一定とすると、自己相関パ
ルス幅が狭いほど時間分解能が向上する。したがって、
時間分解能向上には相関関数のメインローブ幅の狭い疑
似雑音信号が必要であった。[0003] A pulse compression method, which is a method of distance measurement using a sharp autocorrelation function of a pseudo noise signal, is well known and has been applied to radars and sonars. The resolution of the distance measurement is determined by the resolution of the delay time measurement by the autocorrelation pulse, and specifically depends on the correlation pulse width. The autocorrelation pulse width of the PN signal converted into a pseudo-noise code NRZ, which is often used, is about twice the chip length when the code length is sufficiently long. Assuming a constant chip length, the narrower the autocorrelation pulse width, the better the time resolution. Therefore,
Narrow pseudo noise signal having a main lobe width of the correlation function in time resolution improvement was required.
【0004】また、チップ長を短くして、時間分解能を
上げる場合、送信信号は広帯域な信号となるが、超音波
を用いて比較的短い距離の計測を行なうような場合、送
波器となる超音波トランスデューサの帯域は実際上、あ
まり広くないため、PN信号をSSB化することでチッ
プ長を変えずに、送信信号の帯域幅を狭める方法が考え
られている。しかし、NRZ化PN信号を用いる場合、
SSB化された信号は帯域の端に最大電力を持ち、帯域
の中心附近に最大ゲインをもつという通常のトランスデ
ューサの特性と一致せず、送受信によりスペクトルが歪
み、相関特性が劣化するという問題点があった。When the chip length is shortened to increase the time resolution, the transmission signal becomes a wide band signal. However, when a relatively short distance is measured using ultrasonic waves, the signal becomes a transmitter. Since the bandwidth of the ultrasonic transducer is not very wide in practice, a method of reducing the bandwidth of the transmission signal without changing the chip length by converting the PN signal into the SSB has been considered. However, when using the NRZ PN signal,
The SSB signal has the problem that the signal has the maximum power at the end of the band, has the maximum gain near the center of the band, does not match the normal transducer characteristic, and the spectrum is distorted due to transmission and reception, and the correlation characteristic is degraded. there were.
【0005】[0005]
【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みなされたも
ので、自己相関関数のメインロープが2/3チップ長と
なるマンチェスター化PN信号を使うことで遅れ時間測
定時の時間分解能を向上させ、またマンチェスター化P
Nを使うことでSSB化した場合も送受信におけるスペ
クトルの歪みの少ない測距システムを提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and improves the time resolution at the time of delay time measurement by using a Manchesterized PN signal in which a main rope of an autocorrelation function has a length of 2/3 chip. , And also Manchester P
It is an object of the present invention to provide a distance measurement system with less spectrum distortion in transmission and reception even when SSB is used by using N.
【0006】[0006]
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、(1)
疑似雑音符号を用いて拡散信号を電波や音波や光などの
搬送波を用いて送信し、その反射波や直達波の送信時か
ら受信時までの時間遅れから、送受信間の距離を計測す
る測距システムにおいて、拡散信号として疑似雑音信号
をマンチェスター符号化したこと、更には、(2)受信
側に送信側と同じマンチェスターPN信号に関する整合
フィルタを用いて得られる相関出力パルス信号から送受
信にかかった時間を計測することで送受信機間の距離を
計測すること、更には、(3)受信側に送信側と同じマ
ンチェスターPN信号を発生するPN信号発生器を有
し、該PN信号発生器から、受信したPN信号に対して
PN信号のチップ長の1/3進んだ参照信号と1/3チ
ップ長遅れた参照信号を取り出し、それらの参照信号と
受信PN信号との相関を取ることで受信PN信号と同期
したPN信号を検出するような2/3・Δ遅延ロックル
ープを用いて、実時間に送受信にかかった時間を計測す
ることで送受信機間の距離を計測すること、更には、
(4)前記(2)又は(3)において、送信するマンチ
ェスターPN信号の周波数成分の上側帯波成分もしくは
下側帯波成分のみを送信するようなSSB方式の送信信
号を用いること、更には、(5)前記(1)又は(4)
において、送信するDSB信号およびSSB信号にコヒ
ーレント検波用のパイロット信号を付加した送信信号を
用いることを特徴としたものである。以下、本発明の実
施例に基づいて説明する。To achieve the above object, the present invention provides (1)
A ranging signal that transmits a spread signal using a carrier wave such as radio waves, sound waves, or light using a pseudo-noise code, and measures the distance between transmission and reception based on the time delay between the transmission and reception of the reflected wave or direct wave. In the system, the pseudo-noise signal was Manchester-encoded as a spread signal, and (2) the time required for transmission / reception from the correlation output pulse signal obtained using the same Manchester PN signal matching filter on the reception side as on the transmission side. And (3) the receiving side has a PN signal generator for generating the same Manchester PN signal as the transmitting side, and receiving from the PN signal generator A reference signal advanced by 1 / of the chip length of the PN signal and a reference signal delayed by 3 of the chip length of the PN signal are extracted, and the phase of the reference signal and the received PN signal is extracted. The distance between the transmitter and the receiver is measured by measuring the time required for transmission and reception in real time using a 2/3 · Δ delay lock loop that detects a PN signal synchronized with the reception PN signal by taking And even
(4) In the above (2) or (3), an SSB transmission signal that transmits only the upper band component or the lower band component of the frequency component of the Manchester PN signal to be transmitted is used. 5) The above (1) or (4)
Wherein a transmission signal obtained by adding a pilot signal for coherent detection to a DSB signal and an SSB signal to be transmitted is used. Hereinafter, a description will be given based on examples of the present invention.
【0007】図1は、本発明による測距システムの一実
施例(請求項1)を説明するための構成図で、図中、1
はクロック信号源、2は2分周器、3はNRZ(ノンリ
ターンゼロ)−PN信号発生器、4はEX−OR(排他
的論理和)回路、5はレベル変換器、6は搬送波信号発
生器、7は乗算器、8はアンプ、9は超音波トランスデ
ューサ(送信用)、10は送信側タイミング検出器、1
1は超音波トランスデューサ(受信用)、12はアン
プ、13は周波数変換器、14はPN信号検出器、15
は時間遅れ計測器である。FIG. 1 is a block diagram for explaining an embodiment (claim 1) of a distance measuring system according to the present invention.
Is a clock signal source, 2 is a frequency divider, 3 is an NRZ (non-return zero) -PN signal generator, 4 is an EX-OR (exclusive OR) circuit, 5 is a level converter, and 6 is a carrier signal generator , 7 is a multiplier, 8 is an amplifier, 9 is an ultrasonic transducer (for transmission), 10 is a transmission-side timing detector, 1
1 is an ultrasonic transducer (for receiving), 12 is an amplifier, 13 is a frequency converter, 14 is a PN signal detector, 15
Is a time delay measuring instrument.
【0008】拡散符号にはM系列符号やゴールド符号な
ど様々な符号が使われるが、本発明はそれらの符号をマ
ンチェスター化した信号を用いることで測距分解能を上
げることを目的とするものであるから、拡散符号として
一般によく使われるM系列符号を取り上げて実施例の説
明を行なう。拡散符号として、図2に示す様な符号長7
チップのM系列符号を用いる場合、マンチェスター化さ
れた拡散信号は図3で与えられる。マンチェスター化P
N信号は、例えば、PN信号発生器3からのPN信号
と、そのPN信号のチップレートの2倍の周波数を持つ
クロック信号とのEX−ORをとり、レベル変換器5で
レベル変換することで得ることができる。この信号を搬
送波に乗じて送信する。搬送波として超音波を用いた比
較的短い距離での距離測定のシステムの場合を示してい
るが、搬送波としては電波や光でもかまわない。また、
距離測定の形態として送信機からの直達波を用いる2点
間の距離測定を対象としているが、レーダーのように反
射波を利用し、ある対象物までの距離を測定するシステ
ムでもよい。受信機では送信機で発生しているマンチェ
スター化PN信号と同じ信号を取り出すために相関検出
もしくは同期検出を行なうことで受信時刻を確定し、送
信時からの時間遅れτを時間遅れ計測器15で計測して
送受信機間の距離Lを算出する。Lはcの音速とする
と、L=cτで計算される。Various codes such as an M-sequence code and a Gold code are used for the spread code. The present invention aims to increase the distance measurement resolution by using a Manchester-converted signal of these codes. Therefore, the embodiment will be described by taking an M-sequence code generally used as a spread code. A code length of 7 as shown in FIG.
When the chip M-sequence code is used, the Manchester spread signal is given in FIG. Manchester P
The N signal is, for example, an EX-OR of a PN signal from the PN signal generator 3 and a clock signal having a frequency twice as high as the chip rate of the PN signal, and level conversion by the level converter 5. Obtainable. This signal is multiplied by a carrier wave and transmitted. Although the case of a distance measurement system using an ultrasonic wave as a carrier wave at a relatively short distance is shown, a radio wave or light may be used as the carrier wave. Also,
The form of distance measurement is intended to measure the distance between two points using a direct wave from a transmitter, but a system that measures the distance to a certain object using a reflected wave like a radar may be used. The receiver determines the reception time by performing correlation detection or synchronization detection in order to extract the same signal as the Manchesterized PN signal generated in the transmitter. The time delay τ from the time of transmission is determined by the time delay measurement unit 15. The distance L between the transmitter and the receiver is calculated by measurement. L is calculated as L = cτ, where L is the sound speed of c.
【0009】図4は、相関検出を用いた受信信号の検出
方法を示す図で、図中、21は超音波トランスデューサ
(受信用)、22はアンプ、23は搬送波信号検出器、
24は乗算器、25はLPF(ローパスフィルタ)、2
6はコンパレータ、27は整合フィルタ、28は絶対値
回路、29はコンパレータ、30は時間遅れ計測器(カ
ウンタ)、31は整合フィルタである。FIG. 4 is a diagram showing a method of detecting a received signal using correlation detection. In the figure, reference numeral 21 denotes an ultrasonic transducer (for reception), 22 denotes an amplifier, 23 denotes a carrier signal detector,
24 is a multiplier, 25 is an LPF (low-pass filter), 2
6 is a comparator, 27 is a matched filter, 28 is an absolute value circuit, 29 is a comparator, 30 is a time delay measuring device (counter), and 31 is a matched filter.
【0010】受信機には送信されたマンチェスター化P
N信号に関する整合フィルタ31が用意されており、信
号が受信されるとパルス状の自己相関信号が出力され
る。送信開始時から、相関パルス出力が得られるまでの
時間を計測することで送受信機間の距離がわかる。な
お、搬送波信号を抽出し、受信信号をホモダイン検波す
る構成となっているが、ヘテロダイン検波をして、SA
Wマッチドフィルタと包絡線検波器によって、相関信号
を検出するような構成でもよい。図3のようなマンチェ
スター化PN信号を用いた場合の相関出力は図5のよう
になる。図2のマンチェスター化しないM系列信号の相
関出力を示す図6と比較すると、相関信号のメインロー
ブの幅がマンチェスター化した方が1/3チップ長分狭
くなり、したがって同じチップレートを用いた場合時間
分解能が向上することがわかる。相関検出による方法は
簡易なシステムで構成できるという利点があるが、マル
チパス信号などがあると相関パルス出力の識別が難しく
なるという問題点を有する。この問題を解決するには同
期検出によるシステムが好ましい。[0010] The transmitted Manchesterized P is transmitted to the receiver.
A matched filter 31 for N signals is prepared, and when a signal is received, a pulsed autocorrelation signal is output. By measuring the time from the start of transmission until the correlation pulse output is obtained, the distance between the transmitter and the receiver can be determined. Note that the configuration is such that the carrier signal is extracted and the received signal is subjected to homodyne detection.
A configuration in which a correlation signal is detected by a W matched filter and an envelope detector may be used. FIG. 5 shows the correlation output when the Manchesterized PN signal as shown in FIG. 3 is used. Compared with FIG. 6 showing the correlation output of the M-sequence signal without Manchester conversion in FIG.
It can be seen that when the width of the probe is changed to Manchester, the width is reduced by 1/3 chip length, and therefore the time resolution is improved when the same chip rate is used. The method using correlation detection has the advantage that it can be configured with a simple system, but has the problem that it becomes difficult to identify the correlation pulse output if there is a multipath signal or the like. To solve this problem, a system based on synchronization detection is preferable.
【0011】図7は、同期検出を用いた受信信号の検出
方法を示す図で、図中、32a,32bは乗算器、33
a,33bは絶対値回路、34は加算器、35はループ
フィルタ、36は電圧制御クロック、37はマンチェス
ター化PN信号発生器、38は2/3・Δ遅延回路、3
9a,39bはレベル変換器、40はタイミング出力発
生器、41aは1/3・Δ遅延回路、41b〜41fは
Δ遅延回路、42はAND回路である。受信機は受信し
たマンチェスター化PN信号を同期追従するための同期
回路、いわゆる遅延ロックループ(DLL)を有する。
遅延ロックループは送信されるマンチェスター化PN信
号と同じ符号のマンチェスターPN信号を発生する参照
信号発生器を有し、その出力PN信号と2/3チップ長
だけ時間遅延のある信号を参照信号として、受信PN信
号との相関をとる。つまり、受信したPN信号に対して
1/3チップ長分の時間すすみのある信号と、1/3チ
ップ長分の時間おくれのある信号を参照信号として受信
信号との相関をとることになる。このとき、同期ループ
の遅延弁別特性は図8の様になる。マンチェスター化し
ないPN信号の遅延弁別特性は1Δ型の場合は図9の様
になる。FIG. 7 is a diagram showing a method of detecting a received signal using synchronization detection. In the drawing, reference numerals 32a and 32b denote multipliers,
a and 33b are absolute value circuits, 34 is an adder, 35 is a loop filter, 36 is a voltage control clock, 37 is a Manchester PN signal generator, 38 is a 2 / 3Δ delay circuit,
9a and 39b are level converters, 40 is a timing output generator, 41a is a ・ Δ delay circuit, 41b to 41f are Δ delay circuits, and 42 is an AND circuit. The receiver has a synchronization circuit for synchronously following the received Manchesterized PN signal, a so-called delay lock loop (DLL).
The delay lock loop has a reference signal generator that generates a Manchester PN signal having the same sign as the transmitted Manchester PN signal, and uses the output PN signal and a signal having a time delay of 2/3 chip length as a reference signal. Correlate with the received PN signal. That is, the received signal is correlated with the received PN signal as a reference signal using a signal having a time progress of 1/3 chip length and a signal having a time delay of 1/3 chip length. At this time, the delay discrimination characteristic of the synchronous loop is as shown in FIG. FIG. 9 shows the delay discrimination characteristic of the PN signal not converted to Manchester in the case of the 1Δ type.
【0012】原点を通過する直線部の傾斜は、マンチェ
スター化した方が急であり、雑音混入時などの位相誤差
が小さくなるという利点が生じる。このDLLの同期検
出で取り出されたPN信号のパターンを観測して、送受
信にかかる遅延時間を計測する。例えば、図3のマンチ
ェスター化PN信号の場合、“+1、−1”のパターン
が3回連続することは1度しかないので、6チップ分の
PN信号を観測して“+1、−1、+1、−1、+1、
−1”のパターンがきたときにパルスを発生させればよ
い。この機能を送受信機にそれぞれ持たせ、パルスが発
生する時刻を比較することで、送受信にかかった時間、
つまり搬送波の伝播時間がわかるため、送受信機間の距
離が測定できる。The inclination of the linear portion passing through the origin is steeper in the case of Manchester, and there is an advantage that a phase error when noise is mixed is reduced. By observing the pattern of the PN signal extracted by the DLL synchronization detection, the delay time required for transmission and reception is measured. For example, in the case of the Manchesterized PN signal shown in FIG. 3, the pattern of "+1, -1" is repeated only once, so that the PN signal for six chips is observed and "+1, -1, +1" , -1, +1,
A pulse may be generated when a pattern of -1 "comes. Each transmitter / receiver is provided with this function, and the time required for transmission / reception is determined by comparing the time at which the pulse is generated.
That is, since the propagation time of the carrier is known, the distance between the transmitter and the receiver can be measured.
【0013】上記の実施例では、受信信号から2乗検波
などにより搬送波信号を抽出し、受信PN信号をベース
バンドまで周波数変換し、ベースバンドDLLを用いて
同期検出するシステムの構成となっており、検波される
搬送波信号の位相(0とπ)の不確定性による相関出力
値の正負の不確定性をなくすため、各アームフィルタに
は絶対値回路を用いている。上記の実施例はホモダイン
検波によるものであるが、いわゆるヘテロダイン検波に
より中間周波数信号に周波数変換し、ノンコヒーレント
型DLLを用いるシステムでもよい。その場合は、DL
Lの各アームフィルタが乗算器、帯域通過フィルタおよ
び包絡線検波器もしくは2乗検波器などで構成されるこ
とになる。In the above embodiment, a carrier signal is extracted from the received signal by square detection or the like, the frequency of the received PN signal is converted to baseband, and the system is configured to perform synchronous detection using the baseband DLL. In order to eliminate the uncertainty of the correlation output value due to the uncertainty of the phase (0 and π) of the detected carrier signal, an absolute value circuit is used for each arm filter. Although the above-described embodiment is based on homodyne detection, a system using non-coherent DLL by converting the frequency to an intermediate frequency signal by so-called heterodyne detection may be used. In that case, DL
Each of the L arm filters is constituted by a multiplier, a band-pass filter, an envelope detector, a square detector, or the like.
【0014】請求項1〜3のシステムは、マンチェスタ
ー化PN信号の上下側帯スペクトルを送信する方法であ
るが、送信帯域が、例えば超音波を使うときのように制
限される場合がある。このようなとき、分解能に関わる
PN信号のチップレートは下げずに伝送帯域を狭める方
法として、SSB方式でPN信号を送る方法がある(前
記公知文献)。従来、この方法はマンチェスター化し
ないPN信号に適用されていた。この方法をマンチェス
ター化PN信号に適用した実施例(請求項4)を図10
(a),(b)に示す。図(a)は送信機、図(b)は
受信機の構成図である。図中、51はクロック信号源、
52は2分周器、53はNRZ−PN信号発生器、54
はEX−OR(排他的論理和)回路、55はレベル変換
器、56は搬送波信号源、57は乗算器、58は送信信
号の帯域を制限するフィルタであり、高域通過フィルタ
(HPF)、低域通過フィルタ(LPF)、帯域通過フ
ィルタ(BPF)のいずれかのフィルタである。59は
アンプ、60は超音波トランスデューサ(送信用)、6
1は超音波トランスデューサ(受信用)、62はアン
プ、63はBPF1、64a,64bは乗算器、65
a,65bはBPF2、66a,66bは包絡線検波、
67は加算器、68はループフィルタ、69は電圧制御
クロック、70はマンチェスター化PN信号発生器、7
1は2/3・Δ遅延回路、72a,72bはレベル変換
器、73はタイミング出力発生器、74は時間遅れ計測
器である。図10(a)の送信機では超音波トランスデ
ューサ60からの送信前に高域通過フィルタ58を用い
て帯域制限を行ない、上側帯波成分のみを伝送してい
る。なお、低域通過フィルタを用いて、下側帯波を送信
してもよいし、高域通過フィルタ、低域通過フィルタは
BPFでも構わない。The system according to the first to third aspects is a method for transmitting the upper and lower side bands of the Manchesterized PN signal. However, the transmission band may be limited, for example, when using ultrasonic waves. In such a case, as a method of narrowing the transmission band without lowering the chip rate of the PN signal related to the resolution, there is a method of transmitting the PN signal by the SSB method (the above-mentioned known document). Conventionally, this method has been applied to PN signals that are not converted to Manchester. An embodiment in which this method is applied to a Manchesterized PN signal (Claim 4) is shown in FIG.
(A) and (b) show. FIG. 1A is a configuration diagram of a transmitter, and FIG. 2B is a configuration diagram of a receiver. In the figure, 51 is a clock signal source,
52 is a 2 frequency divider, 53 is an NRZ-PN signal generator, 54
Is an EX-OR (exclusive OR) circuit, 55 is a level converter, 56 is a carrier signal source, 57 is a multiplier, and 58 is a transmission signal.
This is a filter that limits the band of the signal, and is a high-pass filter.
(HPF), low-pass filter (LPF), band-pass filter
Filter (BPF). 59 is an amplifier, 60 is an ultrasonic transducer (for transmission), 6
1 is an ultrasonic transducer (for reception), 62 is an amplifier, 63 is BPF1, 64a and 64b are multipliers, 65
a, 65b are BPF2, 66a, 66b are envelope detection,
67 is an adder, 68 is a loop filter, 69 is a voltage control clock, 70 is a Manchesterized PN signal generator, 7
1 is a 2 / 3.DELTA. Delay circuit, 72a and 72b are level converters, 73 is a timing output generator, and 74 is a time delay measuring device. In the transmitter of FIG. 10A, the band is limited using the high-pass filter 58 before transmission from the ultrasonic transducer 60, and only the upper band component is transmitted. The lower band wave may be transmitted using a low-pass filter, or the high-pass filter and the low-pass filter
BPF may be used .
【0015】受信機の構成例として、ノンコヒーレント
型DLLを用いた例を図10(b)に示す。受信信号は
拡散信号を通過させる帯域幅をもつ広帯域な帯域フィル
タBPF1を通過した後、参照PN信号により逆拡散さ
れて狭帯域信号となる。その後、狭帯域な帯域フィルタ
BPF2を通過後、包絡線検波器66a,66bにより
包絡線検波されて、時間誤差信号ε(t)が得られる。
伝播時間tの計測は図7のシステムと同様に行なうこと
ができる。また、超音波を搬送波とする際の送信源とな
る超音波トランスデューサや電波を搬送波とするときの
放射源となるアンテナの帯域特性で十分に一方の側帯波
を抑圧できるようであれば、搬送波周波数をトランスデ
ューサやアンテナの帯域特性の上限もしくは下限の周波
数に設定することで、SSB信号を送信することも可能
である。FIG. 10B shows an example in which a non-coherent DLL is used as a configuration example of the receiver. The received signal passes through a wideband bandpass filter BPF1 having a bandwidth for allowing the spread signal to pass, and is then despread by the reference PN signal to become a narrowband signal. Then, after passing through a narrow band-pass filter BPF2, envelope detection is performed by envelope detectors 66a and 66b, and a time error signal ε (t) is obtained.
The measurement of the propagation time t can be performed similarly to the system of FIG. Also, if one sideband can be sufficiently suppressed by the band characteristics of an ultrasonic transducer serving as a transmission source when ultrasonic waves are used as a carrier and an antenna serving as a radiation source when radio waves are used as a carrier, the carrier wave frequency can be reduced. Is set to the upper or lower limit frequency of the band characteristic of the transducer or the antenna, the SSB signal can be transmitted.
【0016】図11にマンチェスター化PN信号のスペ
クトルの包絡線を示す。マンチェスター化しないNRZ
−PN信号のスペクトル包絡線を示す図12と比較する
と、マンチェスター化PN信号では信号パワースペクト
ルが伝送帯域の中心附近に集っているのに対し、NRZ
−PN信号では帯域の端に集ることがわかる。超音波ト
ランスデューサの帯域特性に限らず、帯域制限する場
合、帯域の端でのフィルタ特性の劣化は避けられない。
したがって、信号自体のスペクトルは制限帯域の中心に
集まっていた方が、システムが簡単となるし、また送信
PN信号もスペクトル歪みが少なくなっているため、自
己相関特性の劣化が小さくなるという利点を持つことに
なる。FIG. 11 shows an envelope of the spectrum of the Manchester PN signal. NRZ without Manchester
Compared to FIG. 12, which shows the spectral envelope of the PN signal, the signal power spectrum of the Manchesterized PN signal is concentrated near the center of the transmission band, whereas the NRZ
It can be seen that the -PN signal gathers at the edge of the band. When limiting the band, not limited to the band characteristics of the ultrasonic transducer, deterioration of the filter characteristics at the end of the band is inevitable.
Therefore, if the spectrum of the signal itself is concentrated at the center of the limited band, the system becomes simpler, and since the transmission PN signal also has less spectral distortion, there is an advantage that the deterioration of the autocorrelation characteristic is reduced. Will have.
【0017】請求項1あるいは請求項4に関する受信機
においてホモダイン検波を行なう場合、送信される信号
には搬送波信号成分が含まれないため、DSB信号に関
しては、2乗検波などの方法で搬送波信号を抽出せねば
ならず、受信機の回路構成が複雑になる。一方、SSB
信号では搬送波信号の抽出は非常に困難である。請求項
5のシステムでは、このような場合に受信機側でのホモ
ダイン検波を容易にするため、周波数変換されたマンチ
ェスター化PN信号に搬送波のパイロット信号を付加し
た送信信号を用いている。When homodyne detection is performed in the receiver according to claim 1 or 4, since the signal to be transmitted does not include a carrier signal component, the carrier signal is not included in the DSB signal by a method such as square detection. It must be extracted, which complicates the circuit configuration of the receiver. Meanwhile, SSB
It is very difficult to extract a carrier signal from a signal. In such a case, in order to facilitate homodyne detection on the receiver side in such a case, a transmission signal obtained by adding a carrier pilot signal to the frequency-converted Manchesterized PN signal is used.
【0018】図13は、請求項5で用いるSSB信号を
用いる場合の送信機の構成例および受信機の搬送波信号
の検出部の構成例を示す。図中、81は搬送波信号源、
82は乗算器、83は帯域制限用フィルタ、84は振幅
調整器、85は加算器、86はアンプ、87は超音波ト
ランスデューサ(送信用)、88は超音波トランスデュ
ーサ(受信用)、89はアンプ、90a,90bはBP
F、91は乗算器、92は低域通過フィルタである。P
N信号の抽出に関しては、請求項1〜4に関して記した
システムが適用である。マンチェスター化されたPN信
号は、適当に振幅調整を受けた搬送波周波数のパイロッ
ト信号を加えられた後、トランスデューサから送信され
る。受信側では、帯域フィルタを用いてパイロット信号
を抽出し、受信信号からパイロット信号を帯域フィルタ
で除去しホモダイン検波を行なっている。このことで、
検波後に直流成分が含まれないようにしている。また、
LPFはホモダイン検波後、ベースバンドのPN信号を
取り出すためのフィルタである。なお、この実施例のよ
うな帯域フィルタを用いず、PLLなどの同期回路を用
いて搬送波信号を抽出しても構わない。FIG. 13 shows an example of the configuration of a transmitter when the SSB signal used in claim 5 is used and an example of the configuration of a carrier signal detector of a receiver. In the figure, 81 is a carrier signal source,
82 is a multiplier, 83 is a band limiting filter , 84 is an amplitude adjuster, 85 is an adder, 86 is an amplifier, 87 is an ultrasonic transducer (for transmission), 88 is an ultrasonic transducer (for reception), 89 is an amplifier , 90a and 90b are BP
F and 91 are multipliers, and 92 is a low-pass filter . P
The system described in claims 1 to 4 is applicable to the extraction of the N signal. The Manchesterized PN signal is transmitted from the transducer after being added with a pilot signal of a carrier frequency which has been appropriately adjusted in amplitude. On the receiving side, a pilot signal is extracted using a band filter, the pilot signal is removed from the received signal by a band filter, and homodyne detection is performed. With this,
No DC component is included after detection. Also,
LPF converts the baseband PN signal after homodyne detection.
It is a filter for taking out. Note that the carrier signal may be extracted using a synchronization circuit such as a PLL instead of using the bandpass filter as in this embodiment.
【0019】[0019]
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 (1)請求項1に対する効果:マンチェスター化したP
N信号を使うことで、マンチェスター化しない通常のP
N信号を使う場合よりも時間分解能が上がり、より精度
の良い距離測定が可能となる。 (2)請求項2に対する効果:マンチェスター化PN信
号に関する整合フィルタを用いて非同期に受信PN信号
との相関パルス出力信号を得ることができるため、簡易
なシステム構成で精度良い距離測定が可能となる。 (3)請求項3に対する効果:マンチェスター化PN信
号に関する2/3・Δ型遅延ロックループを用いて受信
PN信号を同期検出することで、マルチパス信号などの
ノイズの影響を受けにくい精度の良い距離測定が可能と
なる。 (4)請求項4に対する効果:マンチェスター化PN信
号をSSB方式で送信することにより、チップ長を短く
維持しながら、送受信過程および伝送過程における帯域
制限を受けにくい、時間分解能の高い距離測定が可能と
なる。 (5)請求項5に対する効果:送信するマンチェスター
化PN信号に搬送波信号をパイロット信号として重畳す
ることにより、同期検波による受信機が簡易な構成で実
現できる。As apparent from the above description, the present invention has the following effects. (1) Effect on Claim 1: Manchesterized P
By using the N signal, the normal P
The time resolution is higher than when N signals are used, and more accurate distance measurement is possible. (2) Effect on Claim 2: Since a correlation pulse output signal with the received PN signal can be obtained asynchronously using a matched filter for the Manchesterized PN signal, accurate distance measurement can be performed with a simple system configuration. . (3) Effect on Claim 3: Synchronous detection of a received PN signal using a 2/3 · Δ delay lock loop relating to a Manchesterized PN signal makes it highly accurate and less susceptible to noise such as a multipath signal. Distance measurement becomes possible. (4) Effect on Claim 4: By transmitting the Manchesterized PN signal by the SSB method, it is possible to measure distance with high time resolution, while maintaining a short chip length, less subject to band limitation in transmission / reception and transmission processes. Becomes (5) Effect on Claim 5 By superimposing a carrier signal as a pilot signal on a transmitted Manchester PN signal, a receiver using synchronous detection can be realized with a simple configuration.
【図1】 本発明による測距システムの一実施例を説明
するため構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an embodiment of a distance measuring system according to the present invention.
【図2】 NRZ−PN信号を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an NRZ-PN signal.
【図3】 マンチェスター化PN信号を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a Manchesterized PN signal.
【図4】 相関検出を用いた受信信号の検出方法を示す
図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a method of detecting a received signal using correlation detection.
【図5】 マンチェスター化PN信号の自己相関特性を
示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an autocorrelation characteristic of a Manchesterized PN signal.
【図6】 NRZ−PN信号の自己相関特性を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram illustrating an autocorrelation characteristic of an NRZ-PN signal.
【図7】 同期検出を用いた受信信号の検出方法を示す
図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a detection method of a received signal using synchronization detection.
【図8】 マンチェスター化PN信号の2/3・Δ型遅
延弁別特性を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a 2/3 · Δ delay discrimination characteristic of a Manchesterized PN signal.
【図9】 NRZ−PN信号の1Δ遅延弁別特性を示す
図である。FIG. 9 is a diagram illustrating 1Δ delay discrimination characteristics of an NRZ-PN signal.
【図10】 本発明による測距システムの他の実施例を
示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the distance measuring system according to the present invention.
【図11】 マンチェスター化PN信号を示す図であ
る。FIG. 11 is a diagram showing a Manchesterized PN signal.
【図12】 NRZ−PN信号を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an NRZ-PN signal.
【図13】 SSB信号を用いる場合の送信機及び受信
機の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a transmitter and a receiver when an SSB signal is used.
1…クロック信号源、2…2分周器、3…NRZ(ノン
リターンゼロ)−PN信号発生器、4…EX−OR(排
他的論理和)回路、5…レベル変換器、6…搬送波信号
発生器、7…乗算器、8…アンプ、9…超音波トランス
デューサ(送信用)、10…送信側タイミング検出器、
11…超音波トランスデューサ(受信用)、12…アン
プ、13…周波数変換器、14…PN信号検出器、15
…時間遅れ計測器。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Clock signal source, 2 ... 2 frequency divider, 3 ... NRZ (non-return zero) -PN signal generator, 4 ... EX-OR (exclusive OR) circuit, 5 ... Level converter, 6 ... Carrier signal Generator, 7 Multiplier, 8 Amplifier, 9 Ultrasonic transducer (for transmission), 10 Transmitter timing detector,
11: Ultrasonic transducer (for reception), 12: Amplifier, 13: Frequency converter, 14: PN signal detector, 15
… Time delay measuring instrument.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−7196(JP,A) 特開 平4−367132(JP,A) 特開 平4−347942(JP,A) 特開 平4−252531(JP,A) 特開 平4−47819(JP,A) 特開 平3−184446(JP,A) 特開 平2−246542(JP,A) 「レーダ技術 その2」、電子通信学 会刊、昭和43年4月30日初版発行、P. 119〜P.124(12.5符号化パルスレー ダ) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/00 - 7/64 G01S 13/00 - 17/88 Continuation of the front page (56) References JP-A-5-7196 (JP, A) JP-A-4-367132 (JP, A) JP-A-4-347942 (JP, A) JP-A-4-252513 (JP) JP-A-4-47819 (JP, A) JP-A-3-184446 (JP, A) JP-A-2-246542 (JP, A) "Radar technology part 2", published by the Society of Electronics and Communication Engineers, Showa First edition issued on April 30, 43, p. 119-p. 124 (12.5 coded pulse radar) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01S 7/00-7/64 G01S 13/00-17/88
Claims (5)
音波や光などの搬送波を用いて送信し、その反射波や直
達波の送信時から受信時までの時間遅れから、送受信間
の距離を計測する測距システムにおいて、拡散信号とし
て疑似雑音信号をマンチェスター符号化したことを特徴
とする測距システム。A spread signal is transmitted using a carrier wave such as a radio wave, a sound wave, or light using a pseudo-noise code, and a time delay between transmission and reception of a reflected wave or a direct wave from a transmission time to a reception time is used. In a distance measuring system for measuring the distance, a pseudo noise signal is subjected to Manchester encoding as a spread signal.
N信号に関する整合フィルタを用いて得られる相関出力
パルス信号から送受信にかかった時間を計測することで
送受信機間の距離を計測することを特徴とする請求項1
記載の測距システム。2. The receiving side has the same Manchester P as the transmitting side.
The distance between the transmitter and the receiver is measured by measuring the time required for transmission and reception from a correlation output pulse signal obtained using a matched filter for N signals.
The ranging system described.
N信号を発生するPN信号発生器を有し、該PN信号発
生器から、受信したPN信号に対してPN信号のチップ
長の1/3進んだ参照信号と1/3チップ長遅れた参照
信号を取り出し、それらの参照信号と受信PN信号との
相関を取ることで受信PN信号と同期したPN信号を検
出するような2/3・Δ遅延ロックループを用いて、実
時間に送受信にかかった時間を計測することで送受信機
間の距離を計測することを特徴とする請求項1記載の測
距システム。3. The receiving side has the same Manchester P as the transmitting side.
A PN signal generator that generates an N signal; a reference signal that is one third of the chip length of the PN signal and a reference signal that is one third chip delayed with respect to the received PN signal from the PN signal generator; And a real-time transmission / reception using a 2 / 3.DELTA. Delay lock loop that detects a PN signal synchronized with the received PN signal by correlating the reference signal with the received PN signal. The distance measuring system according to claim 1, wherein the distance between the transmitter and the receiver is measured by measuring time.
数成分の上側帯波成分もしくは下側帯波成分のみを送信
するようなSSB方式の送信信号を用いることを特徴と
する請求項2又は3記載の測距システム。4. The distance measurement according to claim 2, wherein an SSB transmission signal that transmits only the upper band component or the lower band component of the frequency component of the transmitted Manchester PN signal is used. system.
コヒーレント検波用のパイロット信号を付加した送信信
号を用いることを特徴とする請求項1又は4記載の測距
システム。5. The distance measuring system according to claim 1, wherein a transmission signal obtained by adding a pilot signal for coherent detection to a DSB signal and an SSB signal to be transmitted is used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355847A JP2922702B2 (en) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Ranging system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355847A JP2922702B2 (en) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Ranging system |
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|---|---|
| JPH05172936A JPH05172936A (en) | 1993-07-13 |
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ID=18446039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP3355847A Expired - Fee Related JP2922702B2 (en) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Ranging system |
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| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9430723B1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-08-30 | Kyocera Document Solutions Inc. | Printing device software management and common interface |
-
1991
- 1991-12-20 JP JP3355847A patent/JP2922702B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「レーダ技術 その2」、電子通信学会刊、昭和43年4月30日初版発行、P.119〜P.124(12.5符号化パルスレーダ) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05172936A (en) | 1993-07-13 |
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