KR20080039473A

KR20080039473A - 거리 측정장치 및 거리 측정방법

Info

Publication number: KR20080039473A
Application number: KR1020087005361A
Authority: KR
Inventors: 테쯔지 우에보
Original assignee: 자이단호진 사이카기주쓰겐큐조
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-05-07
Also published as: EP1930743A1; CN101288001A; US7932855B2; RU2008112680A; CN101288001B; RU2419813C2; JP2007093576A; WO2007029519A1; BRPI0615288A2; CA2621122A1; US20090251360A1; JP4293194B2

Abstract

본 발명은 정재파(定在波, standing wave)를 이용한 거리 측정장치와 같이, "단순한 구성", "근거리 측정 가능", "작은 측정 오차"의 특징을 갖는 거리 측정장치 및 거리 측정방법을 제공한다.

상기 거리 측정장치는 특정 대역파 내에 있어서 서로 다른 복수의 주파수 성분을 가지는 신호를 출력하는 신호원(1)과; 신호를파동으로서 송신하는 송신부(2)와; 송신된 진행파(V_T)와 진행파(V_T)가 측정 대상물(6)에 의해 반사된 반사파(V_Rk)와의 혼합파(V_C)를 검출하는 혼합파 검출부(3)와; 검출된 혼합파(V_C)의 주파수 성분을 분석하는 주파수 성분 분석부(4)와; 분석된 데이터를 스펙트럼 해석에 의하여 거리 스펙트럼을 도출하고, 측정 대상물(6)까지의 거리를 연산하는 거리 연산부(5)를 포함하여 이루어진다.

정재파, 거리측정장치, 거리측정방법, 진행파, 반사파, 혼합파, 스펙트럼

Description

거리 측정장치 및 거리 측정방법{DISTANCE MEASURING DEVICE AND DISTANCE MEASURING METHOD}

본 발명은 거리 측정장치 및 거리 측정방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 신호원으로부터 출력된 진행파와, 상기 진행파가 측정 대상물에 의하여 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하고, 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 거리 측정장치 및 거리 측정방법에 관한 것이다.

종래, 전파를 이용한 거리 측정장치로서는, 펄스 레이더(pulse radar), FMCW 레이더 등의 레이더 장치가 알려져 있다.

펄스 레이더는, 펄스 신호를 발신해 그것이 측정 대상물에 의해 반사되어서 되돌아올 때까지의 시간을 측정하는 것에서 의해, 측정 대상물까지의 거리를 도출하는 것이다. 또한, FMCW 레이더는, 고정 주파수 신호에 의해 진폭 변조된 주파수 스위핑 연속파(Frequency-swept continuous wave)를 발신해 발신 신호와 반사 신호의 주파수차이로부터 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 것이다. 그 밖에도, 스펙트럼 확산 레이더나 부호화 펄스 레이더 등의 레이더 장치도 있지만, 이것들은 펄스 레이더와 마찬가지로, 측정 대상물까지의 신호의 왕복 시간에 근거해 거리를 측 정하는 원리를 이용한다.

그렇지만, 상술한 레이더들은 기본적으로 측정 대상물까지의 신호의 왕복 시간을 측량하는 것이며, 수십m 이내에서의 감도(resolution)가 부족하기 때문에, 수십m 이내의 근거리의 측정이 곤란하였다. 또한, FMCW 레이더는, 발신 신호와 반사 신호의 주파수차이로부터 측정 대상물까지의 거리를 측정하기 때문에, 발신 신호의 주파수 변화의 선형성(linearity)을 필요로 하며, 송신 신호가 수신측에 누설되어 가짜 타겟(False Target)이 발생하는 하는 문제가 있어, 주파수 변화의 선형성을 만족시키도록 발신 신호를 정확하게 출력하거나, 가짜 타겟의 발생을 방지 위해서 송신 신호가 수신측에 누설되지 않도록 송수신측의 안테나를 분리하는 등의 필요성이 있어, 간단한 구조로 구성하는 것이 곤란하였다.

여기서, 전자파 발생원으로부터 하나의 주파수 성분만을 가지는 전자파를 진행파로서 측정 대상물을 향해 송신했을 때에 측정 대상물로부터의 반사(반사파)가 있으면 정재파(定在波, standing wave)가 발생한다는 생각에 근거하여, 도 23에 나타낸 바와 같이, 하나의 주파수 성분만을 가지는 전자파를 계단(step) 형태로 주파수를 변화시키면서 측정 대상물에 송신하고, 이 송신파와 측정 대상물에 의해 반사된 반사파와의 간섭에 의해 발생한 정재파를 검출하고, 상기 정재파의 진폭의 변동 주기를 산출한 결과에 근거하여, 검출 지점과 측정 대상물과의 거리를 도출하는 거리 측정장치가 제시되어 있다 (특허문헌 1참조).

특허문헌 1에 기재된 거리 측정장치에서는, 하나의 주파수 성분만을 가지는 진행파와, 상기 진행파가 측정 대상물에 반사된 반사파와의 간섭에 의해 발생하는 정재파를 검출하므로, FMCW 레이더 등과 같이 송신 신호가 수신측에 누출되지 않도록 할 필요성이 없도록 함으로써, 간단한 구조로의 구성이 가능하다. 또한, 펄스 레이더나 FMCW 레이더 등의 다른 레이더에 비교하여, 근거리에서도 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 거리 측정장치에서는, 측정 대상물과 거리 측정장치와의 이동 속도가 비교적 늦고, 측정 시간 내의 이동 거리를 무시할 수 있을 때와 같은 경우에는 유효하지만, 측정 대상물과 거리 측정장치와의 이동 속도가 빠르고, 측정 시간 내의 이동 거리를 무시할 수 없을 때에는, 도플러 효과에 의해 올바른 측정값을 얻는 것이 곤란하다.

여기서, 이동하는 측정 대상물에 대하여도 올바른 거리 측정을 할 수 있도록, 하나의 주파수 성분을 가지는 신호의 주파수를 소정의 계단형(step) 주파수로 증가 또는 감소시켜, 이것을 진행파로서 송신하고, 상기 진행파가 측정 대상물에 반사된 반사파와 간섭해서 발생한 정재파의 진폭을 검출하고, 검출된 진폭에 대응하는 신호를 연산하여, 검출 지점과 측정 대상물과의 거리를 도출하는 거리 측정장치가 제시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2, 비특허문헌 1참조).

특허문헌 2 및 비특허문헌 1에 기재된 거리 측정장치는, 주파수를 소정의 계단형 주파수로 증가, 감소시킨 진행파와, 그 반사파와의 간섭에 의해 발생한 정재파의 진폭에 대응하는 신호를 연산하여, 검출 지점과 측정 대상물과의 거리 및 측정 대상물과의 상대속도를 동시에 측정하는 것이 가능하다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 거리 측정장치와 같이, 정재파를 이용하여 검출 지점과 측정 대상물과의 거리 를 도출하므로, 거리 측정장치로서 간단한 구조라고 할 수 있다.

[특허문헌1] 일본 특허공개공보 제2002-357656호 공보

[특허문헌2] 일본 특허공개공보 제2004-325085호 공보

[비특허문헌1] 「이동체의 위치와 속도가 측정가능한 정재파를 이용한 근거리 고감도 레이더」,후지모리 신고, 우에보 테츠시, 이리타니 타다미쯔, 전자정보통신 학회논문지, vol. J87-B, no 3, pp.437-445, March 2004

상기 특허문헌 2 및 비특허문헌 1에 기재된 거리 측정장치에 의하면, 측정 대상물이 1개일 때에는, 측정 대상물까지의 거리와 상대 속도를 정밀도 높게 측정할 수 있다. 그러나, 측정 대상물이 복수이고, 측정 대상물 사이의 거리가 가까우며, 양자의 속도 차이가 클 때에는, 각 측정 대상물의 거리를 일률적으로 결정할 수 없어, 잘못된 측정 결과를 얻을 수 있는 경우가 발생하였다.

또한, 상술한 특허문헌 1,2 및 비특허문헌 1에 기재되어 있는 것 같은 정재파를 이용한 거리 측정장치에 있어서, 신호원으로부터 출력된 신호는, 도 23에 나타난 바와 같이, 특정한 대역폭 내의 주파수 fa의 신호(파동)를 Δt 사이에 출력하고, 그 후 주파수 fa ＋Δf의 신호를 Δt 사이에 출력하도록 계단형으로 주파수를 변경한다. 신호원으로부터 출력된 신호는 안테나 등의 송신기로부터 송신되고, 측정 대상물에 반사되어 반사파로서 검출 지점에 돌아온다(도달한다). 이때, 주파수fa의 진행파와, 주파수 fa의 진행파에 대응하는 반사파가 검출 지점에서 간섭하며 (겹치며), 정재파가 발생한다.즉, 주파수 fa의 진행파를 출력하고나서, 이 주파수 fa에 대응하는 반사파가 검출 지점에 도달할 때까지는 정재파는 발생하지 않고, 정 재파가 발생하기 위해서는, 주파수 fa의 진행파의 출력을 시작하고 나서부터, 이 주파수의 진행파가 측정 대상물에 의해 반사되어, 반사파가 검출 점에 도달하기 위한 시간이 필요하다.

따라서, 주파수 교체의 시간간격 Δt는, 주파수가 변화되고나서 정재파가 생성될 때까지의 시간보다도 작게 할 수는 없다. 그 때문에, 정재파를 이용한 거리 측정장치는, 취득한 신호 레벨과 주파수의 관계로부터 거리 스펙트럼을 산출하여 측정 대상물까지의 거리를 얻지만, 측정 대상물이 상대속도 v로 이동하고 있을 때에는, 도플러 효과에 의해 거리 스펙트럼의 피크(peak)가 어긋나, 도 24에 나타난 바와 같이, v·Δt／Δf·fo의 측정 오차가 발생한다.

[해결하고자 하는 과제]

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로서, 정재파를 이용한 거리 측정장치와 같이, "단순한 구성", "근거리 측정 가능", "작은 측정 오차"의 특징을 갖추고, 또한 도플러 효과에 의한 영향을 실질적으로 받지 않는 거리 측정장치 및 거리 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제 해결 수단]

본 발명에 의한 거리 측정장치는, 특정 대역폭 내에 있어서 서로 다른 복수의 주파수 성분을 가지는 신호를 출력하는 신호원과; 상기 신호를 파동으로서 송신하는 송신부와; 상기 송신부로부터 송신된파동 또는 상기 신호원으로부터 출력된 신호 중 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신부로부터 송신된 파동이 상기 측정 대상물에 의해 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 혼합파 검출부와; 상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 혼합파의 주파수 성분들을 분석하는 주파수 성분 분석부와; 상기 주파수 성분 분석부에 따라서 분석된 데이터를 스펙트럼 해석함으로써 거리 스펙트럼을 도출하여, 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 거리 측정방법은, 특정 대역폭 내에 있어서 서로 다른 복수의 주파수 성분을 가지는 신호를 파동으로서 송신하는 단계와; 상기 송신한파동 또는 상기 신호 중 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신된 파동이 측정 대상물에 따라서 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 단계와; 상기 검출한 혼합파의 주파수 성분들을 분석하는 단계와; 주파수 성분 분석에 의하여 분석된 데이터를 스펙트럼 해석함으로써 거리 스펙트럼을 도출하여, 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 진행파와 반사파와의 혼합파를 검출하고, 상기 혼합파에 근거하여 측정 대상물까지의 거리를 연산하므로, 진행파(송신 신호)와 반사파(수신 신호)를 분리할 필요성이 없고, 단순하고 간단한 구조의 거리 측정장치를 구성할 수 있다. 또한, 정재파를 이용한 거리 측정장치에 의하면, 주파수를 변경한 후, 그 주파수에 대응한 반사파가 검출 지점으로 돌아올 때까지 정재파가 발생하지 않는 한편, 주파수를 다수 단계적으로 변경하여야 할 필요가 있어, 그 때문에 고속으로 거리 측정을 하는 것이 원리상 불가능하였지만, 정재파을 이용하지 않는 본 발명은, 주파수 변경의 개념이 없으므로, 원리상 주파수 변경에 요하는 시간이 존재하지 않으므로, 정재파을 이용한 거리 측정장치에 비해서 고속의 거리 측정이 가능해진다.

또한, 상기 신호원은 각각 서로 다른 단일 주파수 성분을 발진하는 복수의 단일 주파수 발진기와, 상기 복수의 단일 주파수 발진기로부터 발진된 신호를 합성하는 가산기를 포함하여 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 신호원은 상기 특정 대역폭 내의 주파수 성분을 출력하는 잡음원을 포함하여 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 주파수 성분 분석부는, 상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 혼합파를 디지털 신호로 변환하는 AD변환기와; 상기 AD 변환기로부터의 출력 데이터의 주파수 성분들을 분석하고, 각 주파수 성분의 크기를 연산하는 신호 처리장치를 포함하여 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 주파수 성분 분석부는, 복수의 밴드 패스 필터와; 상기 밴드 패스 필터의 출력 레벨을 검출하는 레벨 검출기를 포함하여 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 거리 연산부는, 상기 주파수 성분 분석부에 의하여 분석된 데이터를 푸리에 해석함으로써 거리 스펙트럼을 연산하도록 이루어질 수도 있다.

상기 혼합파 검출부는 복수로서 서로 다른 위치에 구비되며, 상기 주파수 성분 분석부는, 상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 각각의 혼합파의 주파수 성분들을 분석하고, 상기 거리 연산부는, 상기 분석된 복수의 혼합파의 주파수 성분 분석 데이터를 이용하여 거리 스펙트럼을 연산하도록 이루어질 수도 있다.

더불어, 본 발명의 다른 실시예에 의한 거리 측정장치는, 특정 주파수의 반 송파를 임의의 주기신호로 주파수 변조한 주파수 변조신호를 출력하는 신호원과; 상기 주파수 변조신호를파동으로서 송신하는 송신부와; 상기 송신부로부터 송신된파동 또는 상기 신호원으로부터 출력된 주파수 변조신호의 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신부로부터 송신된 파동이 측정 대상물에 의하여 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 혼합파 검출부와; 상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 혼합파의 진폭 성분을 검출하는 진폭 성분 검출부와; 상기 진폭 성분 검출부에 의하여 검출된 진폭 성분을 스펙트럼 해석함으로써 거리 스펙트럼을 도출하여, 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산부를 포함하여 이루어진다.

특정 주파수의 반송파를 임의의 주기신호로 주파수 변조한 신호를 파동으로서 송신하는 단계와; 상기 송신된파동 또는 주파수 변조한 신호 중 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신된 파동이 상기 측정 대상물에 의하여 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 단계와; 상기 검출된 혼합파의 진폭 성분을 검출하는 단계와; 상기 진폭 성분을 스펙트럼 해석함으로써 거리 스펙트럼을 도출하여, 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

따라서, 진행파와 반사파와의 혼합파를 검출하고, 그 혼합파에 근거해서 측정 대상물까지의 거리를 연산하므로, 진행파(송신 신호)가 수신 측에 누설되지 않도록 송수신 측의 안테나를 분리하는 등의 필요성이 없고, 단순하고 간단한 구조의 거리 측정장치로 구성할 수 있다. 또한, 정재파를 이용한 거리 측정장치에 의하면, 주파수를 변경한 후, 그 주파수에 대응한 반사파가 검출 지점에 돌아올 때까지 정재파가 발생하지 않는 한편, 주파수를 다수 단계적으로 변경할 필요가 있어, 고속 으로 거리측정을 하는 것이 원리상 불가능했지만, 정재파를 이용하지 않는 본 발명은, 주파수 변경의 개념이 없고, 따라서 원리상 주파수 변경 요하는 시간이 존재하지 않으며, 정재파를 이용한 거리 측정장치에 비해서 고속 거리측정이 가능해 진다.

또한, 상기 거리 연산부는, 상기 진폭 성분 검출부에 의하여 검출된 진폭 성분을 푸리에 해석함으로써 거리 스펙트럼을 연산하도록 이루어질 수 있다.

상기 혼합파 검출부는, 복수로서 서로 다른 위치에 구비되며, 상기 진폭 성분 검출부는, 상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 각각의 혼합파의 진폭 성분을 검출하고, 상기 거리 연산부는, 상기 검출된 복수의 혼합파의 진폭 성분 데이터를 이용하여 거리 스펙트럼을 연산하도록 이루어질 수 있다.

더불어, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 거리 측정장치는, 제1변조신호에 의하여 미리 주파수 변조된 제2변조신호로 특정 주파수의 반송파를 이중으로 주파수 변조한 이중 변조신호를 출력하는 신호원과; 상기 이중 변조신호를 파동으로서 송신하는 송신부와; 상기 송신부로부터 송신된파동 또는 상기 신호원으로부터 출력된 이중 변조신호 중 어느 하나로 이루어지는 진행파와, 상기 송신부로부터 송신된파동이 측정 대상물에 의하여 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 혼합파 검출부와; 상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 혼합파의 진폭 성분을 검출하는 진폭 성분 검출부와; 상기 진폭 성분 검출부에 의하여 검출된 진폭 성분으로부터 특정 1개 주파수 성분을 선택하는 단일 주파수 선택부와; 상기 단일 주파수 선택부에서 얻어진 신호의 레벨을 검출하는 신호 레벨 검출부와; 상기 신호 레벨 검출부에 의하여 검출된 신호 레벨로부터 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산부를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 본 발명에 의한 거리 측정방법은, 제1변조신호에 의하여 미리 주파수 변조된 제2변조신호로써 특정 주파수의 반송파를 이중으로 주파수 변조한 이중 변조신호를 파동으로서 송신하는 단계와; 상기 송신된 파동 또는 상기 이중 변조신호 중 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신된 파동이 측정 대상물에 의하여 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 단계와; 상기 검출한 혼합파의 진폭 성분을 검출하는 단계와; 상기 진폭 성분으로부터 특정 1개 주파수 성분을 선택하는 단계와; 상기 선택된 주파수 성분의 신호의 레벨을 검출하는 단계와; 상기 신호 레벨로부터 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

따라서, 진행파와 반사파와의 혼합파를 검출하고, 상기 혼합파에 근거하여 측정 대상물까지의 거리를 연산하므로, 진행파(송신 신호)와 반사파(수신 신호)를 분리할 필요성이 없고, 단순하고 간단한 구조의 거리 측정장치를 구성할 수 있다. 또한, 정재파를 이용한 거리 측정장치에 의하면, 주파수를 변경한 후, 그 주파수에 대응한 반사파가 검출 지점에 돌아올 때까지 정재파가 발생하지 않는 한편, 주파수를 다수 단계적으로 변경할 필요가 있어, 그 때문에 고속으로 거리 측정을 하는 것이 원리상 불가능했지만, 정재파를 이용하지 않는 본 발명은, 주파수 변경의 개념이 없고, 따라서 원리상 주파수 변경에 요하는 시간이 존재하지 않으므로, 정재파를 이용한 거리 측정장치에 비교해서 고속에 거리측정이 가능해 진다.

상기 신호원은, 상기 제1변조신호를 생성하는 제1변조신호와, 상기 제1변조 신호에 의하여 변조된 제2변조신호와, 상기 반송파 각각을 생성하도록 이루어지거나, 또는 상기 이중 변조신호를 미리 기억하는 이중 변조신호 기억수단을 구비하거나; 또는 상기 제2변조신호를 미리 기억하는 제2변조신호 기억수단 및 상기 반송파를 생성하는 반송파 생성수단을 구비하거나 중 어느 하나일 수 있다.

상기 제1변조신호는, 특정 제1주기를 가지고 계단형으로 증가 또는 감소하는 파형을 가지며, 상기 제2변조신호는, 상기 제1주기보다 짧은 주기를 가지는 톱니형파동을 상기 제1변조신호에 의하여 변조하여 얻어질 수 있도록 이루어질 수 있다.

[효과]

이상, 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법에 따르면, 진행파와 측정 대상물에 의해 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하므로, 수신용 안테나에 진행파가 누출되지 않도록 할 필요가 없고, 간단한 구조로 구성할 수 있어, 저가이며, 근거리 측정이 가능한 측정장치를 제공할 수 있다.

또한, 서로 다른 복수의 주파수 성분을 가지는 진행파와 그 반사파와의 혼합파로 거리 스펙트럼을 도출하는 것으로, 그 크기가 피크가 된 거리로부터 측정 대상물과 혼합파 검출부와의 거리를 구할 수 있다.

정재파를 이용하여 측정 대상물까지의 거리를 측정할 때에는, 진행파의 주파수를 변경하고나서 정재파가 발생하는 시간보다 주파수 변경 시간을 짧게 하는 것이 원리상 불가능하기 때문에, 도플러 효과의 영향을 받아 측정 오차가 발생하지만, 본 발명에서는 원리상 주파수 변경의 개념이 없으므로, 도플러 효과의 영향을 대부분 무시할 수 있는 정도까지 관측 시간을 짧게 하는 것이 가능해 지고, 측정 대상물의 이동 속도 및 이동 방향에 관계없이, 정확한 거리를 측정할 수 있다.

또한, 정재파를 이용한 거리 측정장치로는 측정하는 것이 곤란했던, 복수의 측정 대상물끼리의 거리가 근접한 상태이며, 그 속도차이가 큰 경우라도, 각 측정 대상물의 위치를 바로 측정할 수 있다.

또한, 각각 위치가 다른 복수의 혼합파 검출부를 구비하고, 상기 복수의 혼합파 검출부에 의해 검출된 복수의 혼합파로 거리 스펙트럼을 구하므로, 보다 신뢰성 및 정밀도가 높은 거리 측정을 행할 수 있다.

또한, 신호원으로부터 이중 변조신호를 출력할 때에는, 스펙트럼 해석을 고속으로 실행가능한 고가의 마이크로 프로세서 등을 사용할 필요성이 없고, 외곽선 검출기(Envelop detector), 스퀘어 검파기(Sqauare-law detector), 동기 검파기(Synchronous detector), 직교 검파기(Quadrature detector), 밴드패스필터, 매치필터 등의 기기로 신호 처리기기를 구성하고, 거리 스펙트럼의 크기(신호 레벨)을 검출하므로, 마이크로 프로세서 등을 사용한 신호 처리기기와 거의 같은 처리 속도의 신호 처리기기를 저가로 얻을 수 있다. 즉, 저비용이면서 신호 처리 속도도 빠른 거리 측정장치를 얻을 수 있게 된다.

본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법은, 도 1, 도 8 및 도 15에 나타난 바와 같이, 신호원 (1,9,13)으로부터 출력된 신호를 송신부(2)에서 파동으로서 송신하고, 이 파동(진행파V_T)이 측정 대상물(6)에 의해 반사된 반사파(V_R) 을 혼합파 검출부(3)에서 분리하지 않고 혼합파로서 검출하는 것이다.

본 발명에 있어서의 신호원은, 특정 대역폭 내에 있어서 서로 다른 복수의 주파수 성분을 가지는 신호를 출력하거나, 특정 주파수의 반송파를 임의인 주기신호로 주파수 변조한 주파수 변조신호를 출력하거나, 제1변조신호에 의해 미리 주파수 변조된 제2변조신호로 특정 주파수의 반송파를 이중으로 주파수 변조한 이중 변조신호를 출력하는 것이다. 즉, 신호원(1,9,13)으로부터 출력된 신호는, 항상 복수의 서로 다른 주파수성분을 가지는 신호이다.

또한, 본 발명에 있어서의 진행파는, 신호원(1,9,13)으로부터 출력된 신호를 송신부(2)에서 송신한 파동이거나, 또는 신호원(1,9,13)으로부터 출력된 신호이다. 즉, 본 발명에 있어서의 진행파는, 항상 복수의 주파수 성분을 가지는 파동 또는 신호(신호파)이다. 또한, 본 발명에 관련된 반사파는, 항상 복수의 주파수 성분을 가지는 파동이 측정 대상물(6)에 의해 반사된 파동이다.

그리고, 본 발명에 있어서의 혼합파라고 함은, 상기 진행파와 상기 반사파가 혼합(합성)된 파동이다. 즉, 복수의 주파수 성분을 가지는 상기 진행파와 복수의 주파수성분을 가지는 상기 반사파가 합쳐진 파동이 본 발명에 있어서의 혼합파이며, 단일 주파수 성분을 소유하는 복수의 파동(파)이 합쳐진 파동을 가리키는 것이 아니다.

이하의 실시 예에서는 파동으로서 전자파를 예로서 설명하고 있지만, 빛, 음파, 전류, 물질 내를 전파하는 물질파 등의 파동 또한 본 발명에 있어서의 파동이다.

한편, 상술한 특허문헌 1,2 및 비특허문헌 1 등에 기재되어 있는 정재파를 이용한 거리 측정장치에 의하면, 신호원으로부터 출력된 신호는, 도 23에 가리키는 것 같이, 단일 주파수성분의 주파수를 시간에 따라 계단형태로 변경하는 신호이며, 본 발명과 같이 항상 서로 다른 복수의 주파수성분을 가지는 신호가 아니다. 또한, 상기 단일 주파수 성분을 가지는 신호에 근거해서 송신된 진행파와, 상기 단일 주파수 성분의 진행파가 측정 대상물에 의해 반사된 반사파와의 간섭에 의해 발생한 파동의 진폭은, 시간적인 변화가 없고, 공간상의 위치에 따라 다른 값을 갖는다. 구체적으로는, 진폭은 위치 변화에 대한 주기 함수가 되고, 이것을 정재파라고 한다.

본 발명과 같이 복수의 주파수성분을 소유하는 신호에 근거하는 진행파와 반사파와의 간섭에 의하면, 공간상의 위치와 혼합파의 진폭과의 관계는 시간에 따른 변화를 수반하여, 정재파와는 다른 현상이 나타낸다.

따라서, 본 발명에 의한 거리 측정장치는, 정재파를 이용한 거리 측정장치와는 다른 물리현상을 이용하고 있어, 원리상 다른 것이다.

[실시 예1]

이하, 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법의 제1실시 예의 기술 적 개요를 설명하기로 한다.

(기술적 개요 1)

도 1은, 본 발명에 의한 거리 측정장치의 개략을 설명하기 위한 설명도이다. 본 발명에 의한 거리 측정장치는, 신호원(1)으로부터 출력된 신호(진행파V_T）가, 송신부(2)로부터 파동으로서 측정 대상물(6)에 송신되어, k 번째의 측정 대상물(6)에 의해 반사된 반사파(V_Rk)와 진행파(V_T)와의 혼합파(V_C)를, 혼합파 검출부(3)로써 검출하고, 주파수 성분 분석부(4)로써 혼합파의 주파수 성분(a(f，x s））을 분석하며, 거리연산부(5)로써 거리 스펙트럼 R（x）을 연산하여, 측정 대상물(6)까지의 거리를 측정하는 것이다.

신호원(1)은, 특정 대역폭 내에 있어서 서로 다른 복수의 주파수 성분을 가지는 신호를 출력하는 것이며, 항상 2개 이상의 주파수 성분이 포함된 신호를 출력한다. 구체적인 예로서, 신호원(1)을, 각각 다른 단일 주파수 성분의 신호를 발진하는 복수의 단일 주파수 발진기와, 상기 복수의 단일 주파수 발진기로부터 발진된 단일 주파수 성분의 신호를 합성하는 가산기로 구성하여, 항상 2개 이상의 주파수성분을 소유하는 신호를 신호원(1)로부터 출력시킨다.

또한, 신호원(1)이, 단일 주파수 성분을 발진하는 단일 주파수 발진기와, 상기 단일 주파수 발진기로부터 발진된 신호에 주파수변조나 진폭변조 등의 소정의 변조를 가하는 변조기로 구성하고, 특정 대역폭 내에서 서로 다른 주파수 성분을 가지는 신호를 출력하도록 할 수도 있다. 더불어, 특정한 대역폭 내의 주파수 성분 을 출력하는 잡음원으로 구성할 수도 있다. 특정한 대역폭 내의 주파수성분을 출력하는 잡음원으로서는, 예를 들면, 잡음원으로부터 출력된 신호를 밴드패스 필터에서 특정한 대역 내의 신호만을 통과시키는 것으로서 실현할 수 있다.

송신부(2)는, 신호원(1)로부터 출력된 신호를 파동으로서 송신하기 위한 안테나(또는 전극) 등의 쌍방향성 소자다. 신호원(1)과 송신부(2)와의 사이에 혼합파검출부(3)를 배치하는 경우에는, 상기 송신부(2)가 반사파를 수신하는 역할을 할 수도 있다. 상기 송신부(2)는, 신호원(1)으로부터 출력된 주파수 성분의 파동을 출력하고, 출력된 파동이 측정 대상물(6)에 송신된다.

한편, 본 발명에 있어서의 진행파(V_T)란, 송신부(2)로부터 송신된 파동 및 신호원(1)으로부터 출력된 신호를 나타낸다.

따라서, 신호원(1)으로부터의 신호와 송신부(2)를 경유하여 돌아온 반사파 신호와의 혼합파를 상기 혼합파 검출부(3)로 검출할 경우는, 신호원(1)으로부터의 신호가 진행파(V_T)가 된다.

혼합파 검출부(3)는, 진행파(V_T)와 반사파(V_Rk)와의 혼합파(V_C)를 검출하는 것이다. 혼합파 검출부(3)는, 신호원(1)과 송신부(2)를 연결하는 송전선의 도중에, 신호원(1)로부터 출력된 진행파(V_T)와 송신부(2)를 경유해서 돌아온 반사파(V_Rk)와의 혼합파(V_C)를 검출하기 위한, 방향성을 가지지 않는 결합기(Coupler)를 설치하는 것에 의해 구성할 수 있다. 또한, 진행파(V_T)와 반사파(V_Rk)와의 혼합파(V_C)를 검출 하기 위한 수신용 안테나(또는 전극)를, 송신부 2과 측정 대상물 6과의 사이의 공간에 설치하고, 이를 혼합파 검출부(3)로 구성할 수도 있다.

주파수 성분 분석부(4)는, 상기 혼합파 검출부(3)에 의해 검출된 혼합파(V_C) 의 주파수 성분을 분석하는 것이다. 복수의 밴드패스 필터와, 밴드패스 필터로부터의 출력 레벨을 검출하기 위한 레벨 검출기에 의해, 상기 주파수 성분 분석부(4)를 구성하고, 각 주파수 성분의 크기를 분석할 수도 있다.

또한, 상기 혼합파 검출부(3)에 의해 검출된 혼합파를 디지털 신호로 변환하는 ＡD변환기와; 상기 AD변환기로부터 출력된 혼합파의 디지털 신호를 푸리에(Fourier) 변환 등의 주파수 성분분석을 하고, 각 주파수 성분의 크기(절대치）a(f，x_s）를 연산하는 소프트웨어를 구비한 신호 처리기로서 구성할 수도 있다.

한편, 상기 혼합파 검출부(3)에 의해 검출된 혼합파를 직접 상기 AD변환기에 출력하여도 좋지만, 혼합파 검출부(3)과 AD변환기의 사이에 다운컨버터(down converter, 8)(도2참조)를 설치하고, 주파수를 내리고 나서 AD변환기에 입력하는 것과 같이 구성해도 좋다. 다운컨버터(8)는, 일반적인 다운컨버터이면 가능하고, 예를 들어 "다운컨버트"하고자 하는 주파수를 발진하는 국부발진기(8a)와, 혼합파 검출부(3)에 의해 검출된 혼합파(V_C)와 상기 국부발진기(8a)로부터의 주기신호를 혼합하는 혼합기(주파수변환기)(8b)로 구성하여, 희망하는 주파수에 "다운컨버트"할 수 있다.

거리 연산부(5)는, 상기 주파수 성분 분석부(4)에서 의해 분석된 데이터를 스펙트럼 해석하여 거리 스펙트럼을 도출하고, 이 거리 스펙트럼의 크기를 연산하고, 거리 스펙트럼의 크기의 피크에 근거해서 측정 대상물(6)까지의 거리를 연산하는 것이다. 스펙트럼 해석의 수법으로서는, 푸리에(Fourier)변환으로 대표된 논패러매틱(non-parametric) 기법, 혹은 A R 모델링 등의 패러매틱(parametric) 기법등의 적당한 스펙트럼 해석 기법에 의해 해석한다.

(측정 원리1)

이하, 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법에 대하여, 도 1 및 도 2를 참조하여 그 측정 원리에 대해서 설명하기로 한다.

신호원(1)으로부터 출력된 진행파가, f₀－f_W／2 내지 f₀＋f_W／2의 대역폭의 주파수 성분을 가지고, 각 주파수 성분에 대한 진폭 A(f），위상 θ(f）일 때, 측정 개시로부터의 경과 시간 t, 위치 x에 있어서의 진행파(V_T)는 이하의 수학식 (1)과 같이 표현된다.

단, f는 주파수, c는 광속, x 축상의 임의인 한점을 x ＝ 0으로 한다.

k 번째의 측정 대상물(6)의 거리를 d_k , 속도를 v_k, 반사 계수의 크기와 위상을 각각 γ_k ，φ_k라고 하면, 상기 측정 대상물(6)로부터의 반사파V_Rk 는 이하의 수학식(2)와 같이 나타낼 수 있다. 단, k ＝ 1,2....이다.

이때, x ＝ x_s의 위치에 있는 혼합파 검출부(3)으로 관측된 혼합파의 신호V_C는, 이하의 수학식(3)과 같이 표현된다.

혼합파 검출부(3)으로 검출된 혼합파(V_C)를 밴드패스 필터를 통과시켜 각주파수 성분으로 분해한다. 또는, 도 2에 나타난 바와 같이, AD변환기에 의해 디지털 신호로 변환하여（S100), 이 디지털 신호를 푸리에 변환 등에 의한 주파수성분분석에 의해 각 주파수 성분으로 분해한다(S101).

분해된 주파수 f의 성분 V_C (f，t，x_s）는, 수학식(3)에 있어서의 피적분 성분이며, 이하의 수학식 (4)로 표현된다.

상기 분해된 주파수f의 성분인 진폭은, 이하의 수학식(5)로 표현된다.

단, 현실적으로 반사파의 크기는 대단히 작다고 생각해도 좋으므로, γ_k ≪ 1로서 근사한다.

여기에서 t를 충분히 작게 하여 v_kt ≒ 0으로 가정하면, (후술하는 시뮬레이션에 나타나듯, 관측 시간 t ＝ 3. 5 [sec, 속도v_k＝300[km／h］의 경우라도, v_kt≒0.29［mm］이 되고, v_kt ≒ 0으로 간주할 수 있다.) 이하의 수학식(6)과 같이 근사할 수 있다.

그런데, A（f）는 신호원(1)의 주파수 특성을 의미하는 것으로, 용이하게 알 수 있으므로 종래 알려져 있는 것으로 여겨도 무방하다. A (f）를 정수 A로 간주할 수 있는 경우에는,

혹은, A （ f ）가 정수가 아닐 경우 (예를 들면, 잡음원을 사용할 경우)에는, A（f）로써 수학식(6)을 정규화하면,

이 된다.

상기 수학식(7)의 정수 A 값은 거리에 관한 정보를 아무것도 가지지 않는다. 여기서, A＝1이라고 하면, 수학식(7)은 수학식(8)과 같아지므로, 이하, 진폭을 나타내는 수학식으로서 (8)을 사용한다.

수학식(8)은, 주파수 f 에 대하여 c／2(d_k－x_s）의 주기를 가지는 주기함수로 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이것을 예를 들면 푸리에 변환으로 대표된 논패러매틱 기법, 혹은 AR모델링 등의 패러매틱 기법에 의해 스펙트럼 해석을 하면, 혼합파 검출부(3)으로부터 측정 대상까지의 거리 d_k－x_s 를 얻을 수 있다.

이하, 푸리에 변환에 의해 거리를 연산하는 예를 게시한다.

푸리에 변환 공식

에 있어서, ω/2π를 2x／c로, t를 f로, f（t）를 a（f，x_s）로 변환한다.

그 결과, 거리 스펙트럼 R（x）이 다음과 같이 도출된다.（S103 (도2참조))

단, Sa（z）＝ sin(z)/z이다.

수학식(10)에 의하면, R(x)의 크기(거리 스펙트럼의 강도）｜R（x）｜는, x＝ 0,±(d_k－x_s）에서 피크를 이루는 것을 알 수 있다. 현실적으로 혼합파 검출부(3)으로부터 측정 대상물(6)까지의 거리 d_k－x_s 는 양수이기 때문에, x ＞ 0에 한정하면 , ｜ R（x）｜이 피크를 이루는 ｘ 의 값이, 혼합파 검출부(3)과 측정 대상물(6)과의 거리 d_k－x_s 이다.즉, |R（x）｜의 값이 피크가 된 ｘ 를 구함으로써, 혼합파 검출부(3)로부터 측정 대상물(6)까지의 거리를 구할 수 있다. (S104 (도 2참조))

이상과 같이, 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법에 의하면, 진행파와 측정 대상물에 의해 반사된 반사파와의 혼합파을 검출하므로, 진행파와 반사파를 분리할 필요가 없고, 간단한 구조로 구성할 수 있어, 저가로 근거리를 측정할 수 있는 측정장치를 얻을 수 있다.

또한, 서로 다른 복수의 주파수성분을 소유하는 진행파와 그 반사파와의 혼합파로 거리 스펙트럼을 구하는 것으로, 그 크기가 피크가 된 거리로부터 측정 대상물과 혼합파 검출부와의 사이의 거리를 구할 수 있다.

정재파를 이용하여 측정 대상물까지의 거리를 측정할 때에는, 진행파의 주파수를 변경하고나서 정재파가 발생하는 시간보다 관측 시간을 짧게 하는 것이 원리상 불가능하기 때문에, 도플러 효과의 영향을 받아 측정 오차가 발생하지만, 본 발명에서는 원리상 주파수 변경의 개념이 없고, 따라서 도플러 효과의 영향을 대부분 무시할 수 있을 정도까지 관측 시간을 짧게 하는 것이 가능해지므로, 정확한 거리를 측정할 수 있다.

(시뮬레이션1)

다음으로, 상술한 측정 원리 1에 근거하여, 도 2에서 나타내는 거리 측정장치에 의한 시뮬레이션을 행한다.

도 2에서 나타낸 거리 측정장치는, 신호원(1)이 24.000GHz 내지 24.075GHz 의 대역폭 내에 해당하는 성분을 한결같이 포함하는 신호를 출력하고, 송신부 2로부터 상기 대역폭 내의 성분을 한결같이 포함하는 진행파(V_T)를 측정 대상물(6, ..., 6)로 송신한다. 그리고, k 번째의 측정 대상물(6)에 의해 반사된 반사파(V_Rk)와 진행파(V_T)와의 혼합파(V_C)(t，0)를 혼합파 검출부(3)로 검출한다. 한편, 혼합파 검출부(3)의 위치는, x_s ＝ 0으로 한다. 그리고, 검출된 혼합파(V_C)는, 다운컨버터(8)에 의해 0 내지 75 MHz로 다운컨버트된다. 다운컨버트된 Ｖ_C 는, AD변환기에 의해 디지털 신호로 변환되며（S100), 디지털 신호로 변환된 Ｖ_C （ f ，t ， 0)를 푸리에 변환하여 각 주파수 성분으로 분해한다（S101).

그리고, 각 주파수 성분의 진폭을 구하기 위해서, 각 주파수 성분으로 분해한 혼합파 V_C (f，t，0)의 절대치를 산출한 후에（S102), 정규화된 진폭 a（f ，0)을 구한다.

상기 정규화된 진폭 a(f ，0)을 스펙트럼 해석하여 거리 스펙트럼 R(x）을 구하고(S103), 거리 스펙트럼 R（x）의 크기(강도)의 피크에서 측정 대상물(6)의 위치를 산출한다(S104). 한편, 측정 대상물(6)의 속도가 거리 측정장치로부터 멀어지는 방향을 양의 방향, 거리 측정장치에 근접하는 방향을 음의 방향이라고 한다.

도 2에서 나타낸 거리 측정장치의 시뮬레이션에 의하면, 진행파와 반사파와의 혼합파를 3.5μsec 사이에 걸쳐 관측한다（ t＝3. 5 [μsec］로 한다).

시뮬레이션은, 신호원으로부터 출력된 24.000GHz 내지 24.075GHz 광역대 내의 성분을 한결같이 포함하는 신호를 진행파로 하여 수학식(3)에 근거해서 혼합파 V_C (t，0)을 계산한다. 그리고, 혼합파 V_C와 -24 G H z 의 복합 사인파를 곱하고, 다운컨버트된 Ｖc를 얻는다. 즉, 혼합파 Vc는, 0 내지 75 MHz로 다운컨버트된다.

그리고, 다운컨버트된 Ｖc를 푸리에 변환하고, 그 절대치로부터 수학식(8)(a（ f，0))을 구한다. 그리고, 수학식(10)에 의하여 a（f ，0)을 푸리에 변환하고, 거리 스펙트럼 R（x） 및 거리 스펙트럼의 크기（｜R（ x）｜）을 구한다.

(시뮬레이션1-1)

도 3은, 측정 대상물(6)이 혼합파 검출부(3)로부터의 거리 10m에서, 시속 0k m 로 정지하고 있을 경우를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 3a는, 다운컨버트된 혼합파(진행파+반사파)의 시간 파형이며, 각 측량 단위 시간에 있어서의 순시 값을 나타낸 그래프이다 (다운컨버트된 Ｖc(t，0)의 그래프이다). 도 3b는, 수학식(8)에 나타난 ａ（f，0)의 그래프이며, 각 주파수 성분이 정규화된 진폭을 나타내고 있다. 도 3c은, 도 3b에 의해 도출된 ａ（f，0)을 스펙트럼 해석하여 거리와 거리 스펙트럼의 크기｜R（x）｜의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 3c로부터 알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 거리 10 m에서 피크 값을 이루고 있다. 이로부터, 정지하고 있는 상태에서 정확한 거리를 측정할 수 있다.

(시뮬레이션1-2)

도 4는, 측정 대상물(6)이 혼합파 검출부(3)으로부터의 거리 10 m, 시속+300 km로 이동하고 있을 때를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 4a는, 다운컨버트된 혼합파(진행파+반사파)의 시간 파형이며, 각 측량 단위 시간에 있어서의 순시 값을 나타낸 그래프이다 (다운컨버트된 Ｖc (t，0)의 그래프이다). 도 4b는, 수학식 (8)로 나타낸 ａ（f，0)의 그래프이며, 각 주파수 성분이 정규화된 진폭을 나타내고 있다. 도 4c는, 도 4b에 의해 도출된 ａ（f，0)을 스펙트럼 해석하여 거리와 거리 스펙트럼의 크기｜R（x）｜의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4c로부터 알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 거리 10 m에서 피크 값을 이루고 있다. 이로부터, 측정 대상물이 +300 km로 이동하고 있을 때도, 시뮬레이션 1-1과 같이 정확한 거리를 측정할 수 있다.

(시뮬레이션1-3)

도 5는, 측정 대상물(6)이 혼합파 검출부(3)로부터의 거리 40 m, 시속 -50 km로 이동하고 있을 때를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 5a는, 다운컨버트된 혼합파(진행파+반사파)의 시간 파형이며, 각 측량 단위 시간에 있어서의 순시 값을 나타낸 그래프이다 (다운컨버트된 Ｖc（t，0)의 그래프이다). 도 5b는, 수학식 (8)에서 나타낸 ａ（f，0)의 그래프이며, 각 주파수 성분이 정규화한 진폭을 나타내고 있다. 도 5c는, 도 5b에 의해 도출된 ａ（f，0)을 스펙트럼 해석하여 거리와 거리 스펙트럼의 크기｜R（x）｜의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5c로부터 알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 거리 40 m에서 피크 값을 이루고 있다. 이로부터, 측정 대상물과의 거리, 이동 속도 및 이동 방향이 바뀌어도 정확한 거리를 측정할 수 있는 것을 알 수 있다.

(시뮬레이션1-4)

도 6은, 측정 대상물(6)이 2개 있는 경우로서, 일방의 측정 대상물(6)이 혼합파 검출부(3)로부터의 거리 5 m, 시속+100 km로 이동하고, 타방의 측정 대상물(6)이 혼합파 검출부(3)로부터의 거리 12.5m, 시속 -300km로 이동하고 있을 때를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 6a는, 다운컨버트된 혼합파(진행파+반사파)의 시간파형이며, 각 측량 단위 시간에 있어서의 순시 값을 나타낸 그래프이다 (다운컨버트된 Ｖc (t，0)의 그래프이다). 도 6b는, 수학식 (8)에 나타난 ａ（f，0)의 그래프이며, 각 주파수 성분이 정규화된 진폭을 나타내고 있다. 도 6c는, 도 6b에 의해 도출된 ａ（f，0)을 스펙트럼 해석하여 거리와 거리 스펙트럼의 크기｜R（x）｜의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 6c로부터 알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 거리 5 m 과 12. 5 m 에서 피크 값을 이루고 있다. 이로부터, 측정 대상물이 복수인 경우에도, 정확한 거리를 측정할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 10 m 이하의 근거리라도 정확한 거리를 측정할 수 있다. 더불어, 정재파를 이용한 거리 측정장치로는, 측정하는 것이 곤란했던 복수의 측정 대상물끼리의 거리가 가깝고, 속도차이가 클 때라도, 각 측정 대상물의 위치를 확실히 측정할 수 있다.

상술한 시뮬레이션 1-1 내지 1-4로부터 알 수 있는 것 같이, 측정 대상물의 속도에 관계없이, 측정 대상물의 거리를 측정할 수 있다. 더욱이, 복수의 측정 대상물끼리의 거리가 근접해 있고, 속도차이가 클 때라도 각 측정 대상물의 위치를 정확하게 측정할 수 있다.

상술한 설명에서는, 1개의 혼합파 검출부(3)로 혼합파을 검출하였지만, 도 7에 나타난 것과 같이, 복수의 혼합파 검출부 (3,..., 3)을 각각 다른 위치 x_s1，…， x_sN 에 배치할 수도 있다. 이렇게 복수의 혼합파검출부 (3,..., 3)으로부터 검출된 혼합파 Vc는, 각 혼합파 검출부(3)에 AD변환기로 AD 변환하고（S110), 디지털 신호로 변환된 혼합파의 신호를 푸리에 변환하여(S111), 그 절대치를 산출해서 각 혼합파 검출부(3)의 진폭 a（f，x_si ）（ i는, 1,2,...N ，…）을 구한다. 그리고, 임의의 2개의 진폭(예를 들면, a（f，x_s1)와 a（f，x_s2))의 차이를 도출하는 것에 의해, 불필요한 직류 성분(수학식 (8)의 제1항)을 제거하고(S113), 불필요한 직류 성분을 제거한 진폭 a（f ，x_si）마다의 스펙트럼 해석에 의하여 거리 스펙트럼을 도출하여（S114), 각 거리 스펙트럼을 평균화한 후에（S115), 거리 스펙트럼의 크기의 피크로부터 측정 대상물(6)까지의 거리를 연산한다（S116). 이들은, 예를 들어 임의의 2개의 진폭의 차이를 도출하여, 불필요한 직류 성분을 제거하는 직류 성분제거수단과, 복수의 거리 스펙트럼의 평균을 연산하는 거리 스펙트럼 평균화수단을 상기 거리 연산부(5)에 구비시키는 것에 의해 실현할 수 있다.

따라서, 복수의 혼합파 검출부(3)를 마련하고, 도 7에 나타내는 것과 같은 신호 처리기를 구성할 경우, 불필요한 직류 성분의 제거를 행할 수 있다. 또한, 각 진폭 a（f，x_si ）으로부터 얻어진 거리 스펙트럼을 평균화하고, 노이즈 성분을 저하시켜, 보다 정확하게 거리를 측정할 수 있다.

[실시 예2]

다음으로, 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법의 제2실시 예의 기술적 개요를 설명한다.

(기술적 개요 2)

도 8은, 본 발명에 의한 거리 측정장치의 개략을 설명하기 위한 설명도이다. 본 발명에 의한 거리 측정장치는, 신호원(9)으로부터 출력된 신호가, 송신부(2)로부터 파동으로서 측정 대상물(6)에 송신되어, k 번째의 측정 대상물(6)에 의해 반사된 반사파(V_Rk)와 진행파(V_T)와의 혼합파(Vc)를, 혼합파 검출부(3)로 검출하고, 진폭성분 검출부(10)로 혼합파의 진폭성분（a(t，x_s ））을 검출하고, 거리 연산부(11)로 거리 스펙트럼 R（x）을 연산하고, 측정 대상물(6)까지의 거리를 측정하는 것이다.

신호원(9)은, 특정 주파수의 반송파를 임의의 주기신호로 주파수 변조한 주파수 변조신호를 출력하는 것이며, 항상 2개 이상의 주파수 성분이 포함된 신호를 출력한다. 구체적인 예로서, 신호원(9)을, 도 9에 나타낸 것 같이, 특정 주파수의 반송파 신호를 발신하는 반송파 신호원(9a)과, 상기 반송파신호를 임의의 주기신호로 변조하는 변조신호원(9b)으로 구성하고, 상기 신호원(9)로부터 주파수변조신호를 출력시킨다. 다른 구체적인 예로서, 마이크로 프로세서를 구비한 주파수변조신호 생성수단(미도시)과, 순시 주파수 f₀＋f_D·m（t）의 주파수 변조신호를 출력하기 위한 데이터를 기억하는 주파수 변조신호 기억수단(미도시)으로 구성하고, 상기 주파수 변조신호 기억수단에 기억되어 있는 데이터를, 상기 주파수 변조신호 생성수단이 읽어들이고, 주파수 변조신호를 생성하도록 할 수도 있다.

송신부(2)는, 신호원(9)로부터 출력된 신호를 파동으로서 송신하기 위한 안테나(또는 전극) 등의 쌍방향성 소자이다. 신호원(9)과 송신부(2)와의 사이에 혼합파 검출부(3)를 배치할 경우에는, 상기 송신부(2)가 반사파을 수신하는 역할을 할 수 있다. 상기 송신부(2)는, 상기 신호원(9)로부터 출력된 주파수 성분의 파동을 출력하고, 출력된 파동이 측정 대상물(6)에 송신된다.

한편, 본 발명에 있어서의 진행파V_T 라 함은, 상기 송신부(2)로부터 송신된 파동 및 신호원(9)로부터 출력된 신호를 나타낸다.

따라서, 신호원(9)로부터의 신호와 송신부(2)을 경유해서 돌아온 반사파의 신호와의 혼합파를 상기 혼합파 검출부(3)로 검출할 경우에는, 신호원(9)으로부터의 신호가 진행파(V_T)가 된다.

혼합파 검출부(3)는, 상기 진행파(V_T)와 상기 반사파(V_Rk)와의 혼합파(Vc)를 검출하는 것이다. 이 혼합 파검출부(3)는, 신호원(9)과 송신부(2)를 연결하는 송전선의 도중에, 신호원(9)으로부터 출력된 진행파(V_T)와 송신부(2)를 경유해서 돌아온 반사파(V_Rk)와의 혼합파(V_C)를 검출하기 위한, 방향성을 가지지 않는 결합기(Coupler)를 설치하는 것에 의해 구성할 수 있다. 또한, 진행파(V_T)와 반사파(V_Rk)와의 혼합파(Vc)를 검출하기 위한 수신용 안테나(또는 전극)을, 송신부(2)와 측정 대상물(6)과의 사이의 공간에 설치하여, 혼합파 검출부(3)를 구성할 수도 있다.

진폭 성분 검출부(10)은, 상기 혼합파 검출부(3)에 의해 검출된 혼합파(V_C) 의 진폭 성분을 검출하는 것이며, 외곽선 검출기(Envelop detector), 스퀘어 검출기(Sqauare-law detector), 동기 검출기(Synchronous detector), 직교 검출 기(Quadrature detector) 등의 기기중 어느 하나로 구성된다.

거리 연산부(11)는, 진폭 성분 검출부(10)에 의해 검출된 진폭성분을 스펙트럼 해석 함으로써 거리 스펙트럼을 도출하고, 상기 거리 스펙트럼의 크기를 연산하여, 거리 스펙트럼 크기의 피크에 근거해서 측정 대상물(6)까지의 거리를 연산하는 것이다. 스펙트럼 해석의 기법으로서는, 푸리에 변환으로 대표된 논패러매틱 (non-parametric) 기법, 혹은 AR 모델링 등의 패러매틱(parametric) 기법 등의 적당한 스펙트럼 해석 기법을 사용한다.

(측정 원리2)

이하, 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법에 대하여, 도 8 및 도 9를 참고하여 그 측정 원리에 대해서 설명하기로 한다.

신호원(9)이, 주파수 f₀의 반송파 신호원(9a)과, 상기 반송파 신호원(9a)의 반송파를 변조하는 변조신호원(9b)로 구성될 경우, 측정 개시로부터의 경과 시간 t, 위치 x 에 있어서의 진행파(V_T)는, 이하의 수학식(11)로 표현된 주파수변조 된 연속파가 된다.

단, t는 측정 개시로부터의 경과 시간, m（t）는 변조신호이며, 진폭이 1인 의의 주기 함수이다. 주파수 변조의 최대 주파수 시프트는 f_D, 중심 주파수는 f₀이 다. 따라서, 진행파 V_T（t，x）의 순시 주파수는 f₀＋f_D(t）이다. 또한, c는 광속, θ는 위상이며, x 축 상의 임의의 한점을 x＝0으로 한다.

k번째 측정 대상물(6)의 거리를 d_k , 속도를 v_k, 반사 계수의 크기와 위상을 각각 γ_k, φ_k 이라고 하면, 측정 대상물(6)로부터의 반사파는, 이하의 수학식 (12)와 같이 나타낼 수 있다. 단, k ＝ 1,2,...이다.

이때, x ＝ x _s 의 위치에 있는 혼합파 검출부(3)로 검출된 혼합파의 신호Vc 는, 이하의 수학식 (13)과 같이 표현된다.

그리고, V_C의 진폭은, 이하의 수학식 (14)로 표현된다.

현실적으로 반사파의 크기는 대단히 작다고 생각해도 좋으므로, γ_k ≪ 1이며, γ_k의 2차 이상의 항은, 거의 0으로서 무시할 수 있다. 따라서, 이하의 수학식 (15)과 같이 근사할 수 있다.

여기서 t를 최대한 작게 하여, v_{k t} ≒ 0으로 가정할 수 있다면 (후술하는 시뮬레이션에서 보여지듯, 관측 시간 t＝20 [sec］, 속도 v_{k t} ＝300[km／h］의 경우라도, v_{k t} ≒1. 7［mm］가 되어, v_{k t} ≒ 0으로 간주할 수 있다.), 이하의 수학식 (16)과 같이 근사할 수 있고, 속도v_k 의 영향을 제거할 수 있다.

또한, 이하의 수학식(17)

으로서 근사하면, 수학식(16)은, 이하의 수학식(18)이 된다.

단, 정수A는 본 발명에 있어서는 아무런 의미를 갖지 않으므로, A ＝ 1로 하였다.

그런데, 수학식 (18)은 순시 주파수 f₀＋f_D·m（t）에 대하여 c／2(d_k－x_s）의 주기를 가지는 주기함수로 이루어진 것을 알 수 있다. 따라서 이것을, 예를 들면 푸리에 변환으로 대표된 논패러매틱(non-parametric) 기법, 혹은 AR 모델링 등의 패러매틱(parametric) 기법에 의해 스펙트럼 해석하면, 혼합파 검출부(3)로부터 측정 대상물(6)까지의 거리(d_k－x_s)를 구할 수 있다.

이하, 푸리에(Fourier) 변환에 의해 거리를 산출하는 예를 게시한다.

푸리에 변환 공식(9)에 있어서, f(t）를 a（t，x_s ）로서 ω/2π로, t를 순시 주파수 f₀＋f_D·m（t）로 치환한다. d_f ＝ f_D·m（t）가 되므로, 거리 스펙트럼 R(x）가, 이하의 수학식 (19)와 같이 도출된다.

단, Sa（z）＝ sin（z)／z 이다.

수학식 (19)에 따르면, R(x）의 크기(거리 스펙트럼의 강도）｜ R(x）｜는, z ＝ 0, ±(d_k－x_s)에서 피크가 된 것을 알 수 있다. 현실적으로 혼합파 검출부(3)로부터 측정 대상물(6)까지의 거리(d_k－x_s)은 양수이기 때문에, x ＞ 0으로 한정하면,｜ R(x）｜가 피크가 된 ｘ의 값이, 구해야 할 거리(d_k－x_s)이다.

이상과 같이 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법에서는, 진행파와 측정 대상물에 의해 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하므로, 진행파와 반사파를 분리할 필요가 없고, 간단한 구조로 구성할 수 있어 저가로 근접 거리 측정장치를 제공할 수 있다.

또한, 서로 다른 복수의 주파수성분을 소유하는 진행파와 그 반사파와의 혼합파로 거리 스펙트럼을 도출함으로써, 그 크기가 피크를 이루는 거리로부터 측정 대상물과 혼합파 검출부와의 거리를 구할 수 있다.

정재파를 이용하여 측정 대상물까지의 거리를 측정할 때에는, 진행파의 주파수를 변경하고 나서 정재파가 생성된 시간보다도 관측 시간을 짧게 하는 것이 원 리상 불가능하기 때문에, 도플러 효과의 영향을 받아 측정 오차가 발생하지만, 본 발명에서는 원리상 주파수 변경의 개념이 없고, 따라서 도플러 효과의 영향을 대부분 무시할 수 있을 정도까지 관측 시간을 짧게 하는 것이 가능하여, 정확한 거리를 측정할 수 있다.

(시뮬레이션2)

다음으로 상술한 측정 원리 2에 근거하여, 도 9에 도시된 거리 측정장치에 의한 시뮬레이션을 수행하기로 한다.

도 9에 나타난 거리 측정장치의 신호원(9)은, 주파수 f₀=24.0375 GHz 의 반송파 신호를 출력하는 반송파 신호원(9a)과, 변조신호 m（t）가 주파수 50 k H z 인 사인파로써, 최대 주파수 시프트 f_D＝37.5 MHz인 변조신호원(9b)를 구비하고, 순시 주파수 f₀＋f_D·m（t）인 신호를 출력한다. 그리고, 송신부(2)로부터 수학식 (11)로 표현된 진행파(V_T)가 송신된다. k번째의 측정 대상물(6)에 의해 반사된 반사파(V_Rk)와, 상기 진행파(V_T)와의 혼합파 Vc（t，0)를 혼합파 검출부(3)로 검출한다. 혼합파(Vc)의 관측은, 변조신호 m（t）의 1주기에 걸쳐 수행한다. 따라서, t ＝ 1/50［ kHz ］＝ 20 [μsec］이다. 한편, 혼합파 검출부(3)의 위치는, x_s ＝ 0으로 한다. 또한, 측정 대상물(6)의 속도가, 거리 측정장치로부터 멀어지는 방향을 양의 방향, 거리 측정장치에 근접하는 방향을 음의 방향으로 한다.

검출된 혼합파(Vc)는, 외곽선 검출기(Envelop detector)에 의해 외곽선 검출 을 행하고, 혼합파의 진폭 성분 a（t，0)을 검출하고（S120), 혼합파의 진폭성분 a（t，0)을 검출하면, AD변환기에 의해 디지털 신호로 변환한다（S121). 그리고, 디지털 변환된 진폭 a（t，0)을 스펙트럼 해석하고, 거리 스펙트럼 R（x）을 구하고 （S122), 도출된 거리 스펙트럼 크기의 피크에서 측정 대상물(6)의 위치를 연산한다(S123).

(시뮬레이션 2-1)

도 10은, 측정 대상물(6)이 혼합파 검출부(3)의 위치로부터의 거리 10 m에서, 시속 0 km 로 정지하고 있을 때를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 3a는, 변조신호 m（t）와 혼합파의 진폭 a（t，0)을 나타낸 그래프이다. 이를 기초로, 스펙트럼 해석을 하여 거리 스펙트럼의 크기를 나타낸 것이 도 10b이다. 도 10b로부터 알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 거리 10 m에서 피크 값을 이룬다. 이로부터, 정지하고 있는 상태에서는 몇 십m 이내의 근거리에서도 정확한 거리를 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

(시뮬레이션2-2)

도 11은, 측정 대상물(6)이 혼합파 검출부(3)의 위치부터의 거리 10 m에서, 시속+300 km로 이동하고 있을 때를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 11a는, 변조신호m（t）와 혼합파의 진폭 a（t，0)을 나타낸 그래프다. 이를 기초로, 스펙트럼 해석을 하여 거리 스펙트럼의 크기를 나타낸 것이 도 11（b）이다. 도 11（ b ）로부터알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 거리 10 m에서 피크 값이 된다. 이로부터, 측정 대상물이 +300 km로 이동하고 있을 때도, 시뮬레이션 2-1과 같이 정 확한 거리를 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

(시뮬레이션2-3)

도 12는, 측정 대상물(6)이 혼합파 검출부(3)의 위치로부터의 거리 40 m에서, 시속 -50 km로 이동하고 있을 때를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 12a는, 변조신호 m（t)와 혼합파의 진폭 a（t，0)을 나타낸 그래프이다. 이를 기초로, 스펙트럼 해석을 하여 거리 스펙트럼의 크기를 나타낸 것이 도 12b이다. 도 12b로부터 알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 거리 40 m에서 피크 값이 된다. 이로부터, 측정 대상물의 거리, 이동 속도 및 이동 방향이 바뀌어도 정확한 거리를 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

(시뮬레이션2-4)

도 13에서는, 2개의 측정 대상물(6,6)에 대한 측정을 수행한다. 일방의 측정 대상물(6)은, 혼합 파검출부(3)의 위치부터의 거리 5 m에서, 시속+100 km로 이동하며, 타방의 측정 대상물(6)은, 혼합파 검출부(3)의 위치부터의 거리 12. 5 m에서, 시속 -300 km로 이동할 때를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 13a는, 변조신호 m（t）와 혼합파의 진폭 a（t，0)을 나타낸 그래프이다. 이를 기초로, 스펙트럼 해석하여 거리 스펙트럼의 크기를 나타낸 것이 도 13b이다. 도 13b로부터 알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 거리 5 m 과 12. 5 m에서 각각 피크 값을 이루고 있다. 이로부터, 측정 대상물이 복수여도, 정확한 거리를 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 10 m 이하의 근거리라도 정확한 거리를 측정할 수 있다. 더욱이, 정재파를 이용한 거리 측정장치로는 측정하는 것이 곤란했던 복수의 측정 대상물끼리의 거리가 가깝고, 속도차이가 클 때라도, 각 측정 대상물의 위치를 올바르게 측정할 수 있다.

상술한 시뮬레이션 2-1 내지 2-4로부터 알 수 있는 것 같이, 측정 대상물의 속도에 관계없이 측정 대상물의 거리를 측정할 수 있다. 더욱이, 복수의 측정 대상물끼리의 거리가 접근해 있고, 그 속도차이가 클 때라도 각 측정 대상물의 위치를 정확하게 측정할 수 있다.

상술한 설명에서는, 1개의 혼합파 검출부(3)로 혼합파를 검출하였지만, 도 14에 나타낸 것 같이, 복수의 혼합파 검출부(3,..., 3)를 각각 서로 다른 위치 x_s1，…， x_sN 에 배치할 수도 있다. 이렇게 복수의 혼합파검출부(3,..., 3)로부터 검출된 혼합파(V_C)는, 각 혼합파 검출부(3)에서 검출된 혼합파 Vc에 외곽선 검출기에 의해 외곽선을 검출하는 것으로서 혼합파의 진폭 성분(진폭 a（t，x_si）（ i 는, 1,2,...., N ，...））을 검출하고（S130), 검출된 각 진폭 a（t，x_si）을 AD변환기에 의해 AD변환하며（S131), 디지털 신호로 변환된 각 진폭 중에서 임의의 2개의 진폭 (예를 들면, a（t，x_s1）와 a（t，x_s2）)의 차이를 도출함으로써, 불필요한 직류 성분(수학식 (8)의 제1항)을 제거한 후（S132), 불필요한 직류 성분을 제거한 진폭 a（t，x_si）마다 스펙트럼 해석하여 거리 스펙트럼을 구하고(S133), 각 거리 스펙트럼을 평균화한 후에(S134), 거리 스펙트럼 크기의 피크에서 측정 대상물까지의 거리를 연산한다（S135). 이것은, 예를 들면, 상기 거리 연산부(5)가 임의의 2 개의 진폭의 차이를 도출하여 불필요한 직류 성분을 제거하는 직류 성분 제거수단과, 복수의 거리 스펙트럼의 평균을 연산하는 거리 스펙트럼 평균화수단을 구비하는 것에 의해 실현할 수 있다. 한편, 직류 성분의 제거를 아날로그회로(미분증폭기 (differential amplifier)등)로 행하고, 그 후에 A D 변환을 행하여도 무방하다.

따라서, 복수의 혼합파 검출부(3)을 구비하고, 도 14에 나타낸 것과 같은 신호 처리기를 구성했을 경우, 불필요한 직류 성분의 제거를 행할 수 있다. 또한, 각진폭 a（t，x_si）으로부터 얻을 수 있었던 거리 스펙트럼을 평균화하고, 노이즈 성분을 최소화시켜, 더욱 정확하게 거리를 측정할 수 있다.

[실시 예3]

이하, 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법의 제3실시 예에 의한 기술적 개요를 설명하기로 한다.

(기술적 개요 3)

도 15는, 본 발명에 의한 거리 측정장치의 개략을 설명하기 위한 설명도이다.본 발명에 의한 거리 측정장치는, 신호원(13)으로부터 출력된 신호가, 송신부(2)로부터 파동으로서 측정 대상물(6)에 송신되어, k 번째의 측정 대상물 6에 의해 반사된 반사파(V_Rk)와 진행파(V_T)와의 혼합파(Vc)를 혼합파 검출부(3)로 검출하고, 이 혼합파(Vc)를 신호 처리기(14)로 처리하여, 측정 대상물(6)까지의 거리를 구하는 것이다. 신호 처리기(14)는, 진폭 성분 검출부(15), 단일 주파수 선택부(16), 신호 레벨 검출부(17), 거리 연산부(18)를 포함하여 이루어지며, 상기 진 폭 성분 검출부(15)로 혼합파의 진폭성분(a（t，x_s）)을 검출하고, 상기 단일주파수선택부(16)로 특정한 주파수f_B 성분만의 신호（R（x（t）））를 선택하고, 선택한 신호의 신호 레벨（｜ R (x（t））｜）을 상기 신호 레벨 검출부(17)로 검출하여, 이 신호 레벨로부터 측정 대상물 6까지의 거리를 상기 거리 연산부(18)로 측정한다.

신호원(13)은, 제1변조신호에 의해 미리 주파수 변조된 제2변조신호로 특정 주파수의 반송파를 이중으로 주파수 변조하여 호(이중 변조신호)를 출력하는 것이며, 항상 2개 이상의 주파수성분이 포함된 신호를 출력하는 것이다.

신호원(13)의 구체적인 예로서는, 도 15에 나타난 것 같이, 반송파 신호원(13a)과, 제2변조신호원(13b)과, 제1변조신호원(13c)으로 신호원(13)을 구성한다. 상기 제1변조신호원(13c)은, 특정한 제1주기를 가진 제1변조신호 x（ t ）를 출력한다. 또한, 상기 제2변조신호원(13b)은, 제2변조신호 m（t）을 출력하는 것이며, 상기 제2변조신호 m（t）는, 제2변조신호원(13b)에서 발진된 특정한 제2주기를 가진 주기신호가 상기 제1변조신호 x（t）에 의하여 주파수 변조된 신호이다. 상기 반송파 신호원(13a)은, 순시 주파수 f₀＋f_D·m（t）의 이중 변조신호를 출력하는 것이며, 상기 반송파신호원(13a)이 발진한 반송파는 상기 제2변조신호 m (t）에 의하여 주파수 변조된다.

즉, 본 발명에 있어서의 신호원(13)으로부터 출력된 이중 변조신호는, 반송파 신호가 제2변조신호 m（t）에 의하여 주파수 변조된 것이며, 아울러 제2변조신 호 m（t）는 제1변조신호 x（t）에 의하여 주파수 변조된 것이다. 따라서, 본 발명에 있어서의 이중 변조신호는, 반송파 신호가 제2변조신호 m（t）에 의하여 주파수 변조된 후의 신호가 제1변조신호 x（t)에 의하여 거듭 주파수 변조된 것도 아니고, 반송파 신호가 제1변조신호 x（t）에 의하여 주파수 변조된 후의 신호가, 제2변조신호 m（t）에 의하여 거듭 주파수 변조된 것도 아니다.

또한, 신호원(13)의 다른 구체적인 예는, 도 16a에 나타난 것 같이, 신호원 (13)을 상기 반송파신호원(13a)（반송파 생성수단), 제2변조신호 생성수단(13d) 및 제2변조신호 기억수단(13e)으로 구성한 것이다. 상기 제2변조신호 기억수단(13 e)은, 제2변조신호 m（t)를 출력하기 위한 데이터를 기억하고, 상기 제2변조신호 생성수단(13d)은, 상기 제2변조신호 기억수단(13e) 에 기억되어 있는 데이터를 읽어들여, 제2변조신호 m（t）를 출력한다. 그리고, 반송파신호원(13a)은, 특정 주파수의 반송파를 발진하고, 상기 반송파를 상기 제2변조신호 m（ t ）로써 주파수 변조하여, 순시 주파수 f₀＋f_D·m（t）인 이중 변조신호를 출력한다.

상기 제2변조신호 생성수단(13d)은, 마이크로 프로세서 등으로 구성되어 있지만, 미리 기억되어 있는 데이터에 근거해서 제2변조신호를 생성하는 것일 뿐이므로, 측정 원리 1 및 2로 있어서의 푸리에 해석(주파수해석)에서 사용할 수 있는 마이크로 프로세서에 비해서 저기능의 프로세서를 사용할 수 있고, 저가로 구성할 수 있다.

아울러, 도 16b에서 나타내는 것 같이, 마이크로 프로세서를 갖춘 이중 변조 신호 생성수단(13f)과, 순시 주파수 f₀＋f_D·m（t）의 이중 변조신호를 출력하기 위한 데이터를 기억하는 이중 변조신호 기억수단(13g)으로 구성하고, 상기 이중 변조신호 기억수단 (13g)에 기억되어 있는 데이터를, 이중 변조신호 생성수단(13f) 이 읽어들여, 이중 변조신호를 생성하도록 할 수 있다.

상기 이중 변조신호 생성수단(13f)도 마이크로 프로세서를 갖추고 있지만, 푸리에 해석(주파수해석)에서 사용할 수 있는 마이크로 프로세서보다 저기능의 프로세서를 사용할 수 있고, 저가로 구성할 수 있다.

송신부(2)는, 신호원(13)으로부터 출력된 신호를 파동으로서 송신하기 위한 안테나(또는 전극) 등의 쌍방향성 소자다. 신호원(13)과 송신부(2)와의 사이에 혼합파 검출부(3)를 배치할 경우에는, 상기 송신부(2)가 반사파를 수신하는 역할을 할 수도 있다. 상기 송신부(2)는, 상기 신호원(13)으로부터 출력된 주파수 성분의 파동을 출력하고, 출력된 파동이 측정 대상물(6)에 송신된다.

한편, 본 발명에 있어서의 진행파(V_T)라고 함은 상기 송신부(2)로부터 송신된 파동 및 신호원(13)으로부터 출력된 신호를 나타낸다.

따라서, 신호원(13)으로부터의 신호와 송신부(2)을 경유해서 돌아온 반사파의 신호와의 혼합파를 상기 혼합파 검출부(3)로 검출할 경우에는, 신호원(13)으로부터의 신호가 진행파(V_T)가 된다.

혼합파 검출부(3)는, 상기 진행파(V_T)와 상기 반사파(V_Rk)와의 혼합파(Vc)를 검출하는 것이다. 이 혼합파 검출부(3)는, 신호원(13)과 송신부(2)를 연결시키는 송전선의 도중에, 신호원(13)으로부터 출력된 진행파(V_T)와 송신부(2)를 경유하여 돌아온 반사파(V_Rk)와의 혼합파(Vc)를 검출하기 위한, 방향성을 가지지 않는 결합기를 구비하는 것에 의해 구성할 수 있다.

또한, 진행파(V_T)와 상기 반사파(V_Rk)와의 혼합파(Vc)를 검출하기 위한 수신용 안테나(또는 전극)를 송신부(2)와 측정 대상물(6) 사이의 공간에 마련하여, 혼합파 검출부(3)를 구성하는 것도 가능하다.

진폭 성분 검출부(15)는, 상기 혼합파 검출부(3)에 의해 검출된 혼합파(Vc)의 진폭 성분을 검출하는 것이며, 외곽선 검파기, 스퀘어 검파기, 동기 검파기, 직교 검파기 등의 기기 중 어느 하나로 구성된다.

상기 단일 주파수 선택부(16)는, 상기 진폭 성분 검출부(15)에 의해 검출된 혼합파(Vc)의 진폭 성분 중에서 1개의 주파수 성분을 선택하는 것이며, 직교 검파기나 밴드패스필터, 매치 필터 등의 기기 중 어느 하나로 구성된다.

상기 신호 레벨 검출부(17)는, 상기 단일 주파수 선택부(16)에 의해 얻어진 신호의 레벨을 검출하는 것이며, 외곽선 검파기, 스퀘어 검파기 등의 기기 중 어느 하나로 구성된다. 또한, 신호 레벨 검출부(17)를, AD 변환기, 마이크로 프로세서 등에 의해 구성하고, 상기 단일 주파수 선택부(16)로부터의 출력 신호를 AD 변환하여, 마이크로 프로세서에서 신호 레벨을 연산하는 것도 가능하다.

상기 거리 연산부(18)는, 상기 신호 레벨 검출부(17)에 의해 검출된 신호 레벨의 피크에 근거하여 측정 대상물(6)까지의 거리를 연산하는 것이다.

(측정 원리3)

이하, 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법에 대해서, 도 15∼도 19를 참조하여 그 측정 원리를 설명한다.

신호원(13)이, 제1변조신호에 의해 미리 주파수 변조된 제2변조신호로 특정 주파수의 반송파를 이중으로 주파수 변조하고, 순시 주파수 f₀＋f_D·m（t）의 ２중 변조신호를 출력할 때, 측정 개시로부터의 경과 시간 t, 위치 x 에 있어서의 진행파(V_T)는, 이하의 수학식 (20)으로 표현된 주파수 변조된 연속파가 된다.

단, t는 측정 개시로부터의 경과 시간, c 는 광속이며, A 는 진폭, θ는 위상, x 축 상의 임의인 한점을 x ＝ 0으로 한다. 또한, m（t）는, 제2변조신호이며, 도 16 및 이하의 수학식 (21)로 표현된 톱니형 파동이다.

단, []는, 그 값을 초과하지 않는 최대의 정수값을 의미한다. m（t）는, 도 16에 나타난 것 같이 주파수 fm, 최소값 -1, 최대치 +1의 톱니형 파동이다.

한편, 도 17에서 나타낸 톱니형 파동의 복귀 시간은 0이지만, 복귀 시간을 가지는 톱니형 파동(즉, 삼각파)이어도 무방하다.

x（t）는, m（t）의 주파수 fm 을 변화시키기 위한 제1변조신호이며, 도 17 및 아래의 수학식 (22)로 표현된 것 같이, 순시 값이 제1주기 T를 가지고 Δx 만큼씩 증가하는 계단형(스텝형)의 신호이다.

즉, x （t）＝ NΔx ，(N ＝ 1,2,...)일 때, m（t）의 주파수 fm가, 아래의 수학식(23)과 같이 나타나도록, m（t）를 주파수 변조한다.

한편, x（t）를 특정의 제1주기 T로 Δx 만큼씩 증가하는 계단형의 신호로 예시하고 있지만, 원리상 x（t）를 Δx 만큼씩 감소하는 계단형의 신호로서 한 경우에도 마찬가지이다. 이하에서는, x（t）를 Δx 만큼씩 증가하는 계단형의 신호로 하는 경우에 대해서 설명한다.

자명한 것이지만, 제1변조신호의 제1주기 T는, 제2변조신호의 톱니형 파동의 주기(반복된 시간)보다 길다. 또한, 제2변조신호의 톱니형 파형의 주기는, 반송파의 주기보다 길다.

k번째의 측정 대상물(6)의 거리를 d_k, 속도를 v_k, 반사 계수의 크기와 위상 을 각각 γ_k，φ _k라고 하면, 상기 측정 대상물(6)로부터의 반사파V_Rk 는, 이하의 수학식(24)과 같이 나타낼 수 있다.단, k ＝ 1,2...이다.

이때, x ＝ x_s 의 위치에 있는 혼합파 검출부(3)로 검출된 혼합파의 신호 (Vc)는, 이하의 수학식(25)과 같이 표현된다.

그리고, 신호(Vc)의 진폭은 이하의 수학식 (26)으로 표현된다.

현실적으로, 반사파의 크기는 대단히 작다고 생각해도 좋으므로, γ_k ≪ 1이며, γ_k의 2차 이상의 항은, 거의 0으로서 무시할 수 있다. 따라서, 이하의 수학식 (27)과 같이 근사할 수 있다.

여기에서, t 을 충분히 작게 하는 것에 의해, v_kt ≒ 0으로 가정할 수 있다면, 아래의 수학식 (28)과 같이 근사할 수 있고, 속도 v_k의 영향을 제거할 수 있다.

나아가, 이하의 수학식 (29)

로서 근사하면, 수학식 (28)은, 아래의 수학식(30)이 된다.

단, 정수 A는 본 발명에 있어서 아무런 정보를 가지지 않으므로, A ＝ 1로 한다.

x（t）＝ NΔ x 일 때, k번째의 그 측정 대상물(6)에 대응하는 진폭 성분f_k 는, a（t ，x_s）의 위상을 미분하여 이하의 수학식(31)과 같이 구해진다.

x（t）＝ NΔx 가 측정 대상물(6)과 혼합파 검출부 간의 거리(d_k－x_s)와 같을 때, f_k 는 아래의 수학식 (32)으로 주어지는 주파수f_B 가 된다.

따라서, a（t，x_s ）를 직교검출기나 밴드패스 필터 등의 단일 주파수 선택부(16)를 통하여, 주파수 f_B의 성분만을 선택하고, 그 신호 레벨을 검출하면, x（t）＝NΔx 의 거리에 측정 대상물(6)이 존재할 것인지 아닌지를 알 수 있다.

주파수 f_B의 성분을 선택하기 위한 단일 주파수 선택부(16)로서, 직교 검출기를 사용할 경우, x（t）＝ NΔx 에 있어서의 직교 검출 출력 R（x（t））은, 아래의 수학식(33)이 된다.

한편, 직교 검출 출력 R（x（t））을 거리 스펙트럼이라고 칭한다.

거리 스펙트럼 R（x（t））의 레벨(크기)는, 그 절대치로 표현된다. 즉, ｜ R（x（t））｜는, 이하의 수학식 (34)이 된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 거리 측정장치 및 거리 측정방법에 의하면, 진행파와 측정 대상물에 의해 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하므로, 진행파와 반사파를 분리할 필요가 없고, 간단한 구조로 구성할 수 있어 저가로, 짧은 거리 측정이 가능한 장치를 제공할 수 있다.

또한, 서로 다른 복수의 주파수 성분을 소유하는 진행파와 그 반사파와의 혼합파로 거리 스펙트럼을 구함으로써, 그 크기가 피크가 된 거리로부터 측정 대상물과 혼합파 검출부과의 거리를 도출할 수 있다.

정재파를 이용해서 측정 대상물까지의 거리를 측정할 때에는, 진행파의 주파수를 변경하고나서 정재파를 생성하는 시간보다 관측 시간을 짧게 하는 것이 원리상 불가능하기 때문에, 도플러 효과의 영향을 받아 측정 오차가 발생하지만, 본 발 명에서는 원리상 주파수 변경의 개념이 없으므로 도플러 효과의 영향을 대부분 무시할 수 있을 정도까지 관측 시간 짧게 하는 것이 가능하며, 정확한 거리를 측정할 수 있다.

또한, 스펙트럼 해석에 있어서 고속 실행이 가능한 마이크로 프로세서 등을 사용할 필요가 없이, 외곽선 검출기, 스퀘어 검출기, 동기 검출기, 직교 검출기, 밴드패스 필터, 매치 필터 등의 기기로 신호 처리기을 구성하여, 거리 스펙트럼의 크기(신호 레벨)를 검출하므로, 마이크로 프로세서 등을 사용한 신호 처리기와 거의 같은 처리 속도의 신호 처리기를 저가로 제공할 수 있다. 즉, 저가이면서, 신호 처리 속도가 빠른 거리 측정장치를 얻을 수 있게 된다.

(시뮬레이션3)

다음으로, 상술한 측정 원리 3에 근거하여, 도 19, 21에서 나타난 거리 측정장치로의 시뮬레이션을 수행한다.

본 시뮬레이션에서는, 도 19, 21에서 나타난 것 같이, 주파수 f₀=24. 1 GHz의 사인파, 최대 주파수 시프트 f_D ＝37.5 MHz, 제1변조신호의 변조 주기 T＝20sec, 제1변조신호의 순시 값의 증가량 Δ x ＝ 0. 2 m, 제2변조신호 m（t）의 주파수를 정하기 위한 정수 η=1/75로 하여, 순시 주파수 f₀＋f_D·m（t)의 신호를 출력한다.

그리고, 송신부(2)로부터 수학식 (20)로 표현된 진행파(V_T)가 송신된다. k 번째의 측정 대상물(6)에 의해 반사된 반사파(V_Rk)와, 상기 진행파(V_T)와의 혼합파 Vc（t，0)을 혼합파 검출부(3)로 검출한다.검출된 혼합파(Vc)에 근거하여, 신호 처리기 (19),(24)는 측정 대상물(6)의 위치를 연산한다.

(시뮬레이션3-1)

도 19는, 신호 처리기(19)를 진폭성분을 검출하기 위한 외곽선 검출기(20), 주파수 f_B=1 MHz의 성분 만을 선택하기 위한 직교검출기(21), 신호 레벨을 검출하는 레벨 검출기(22), 거리연산부(23)로 구성한 거리 측정장치의 설명도이다.

도 20은, 2개의 측정 대상물(6,6)이, d₁=12 m, d₂=20 m 에 각각 위치하고, d₁=12 m 에 위치하는 측정 대상물(6)의 반사 계수 γ₁=0. 01, 위상φ₁=π로 하며, d₂=20 m 에 위치하는 측정 대상물(6)의 반사 계수γ₂=0. 01, 위상φ₂=π로 해서 시뮬레이션을 했을 때의 위치（x（t））와 거리 스펙트럼의 크기｜ R（x（ t ））｜를 나타낸 그래프이다. 도 20으로부터 알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 12 m 과 20 m에서 피크를 이룬다. 이로부터, 마이크로 프로세서 등을 대신하여 직교 검출기 등을 사용해도, 정확한 거리를 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

(시뮬레이션3-2)

도 21은, 신호 처리기(24)를 진폭 성분 검출용 외곽선 검출기(25), 2개의 밴드패스 필터(26a)，(26b), 신호 레벨 검출용 외곽선 검출기(27), 거리 연산부(28)로 구성한 거리 측정장치의 설명도이다.

도 22는, 2개의 측정 대상물(6,6)이, d₁=12 m, d₂=20 m 에 각각 위치하고, d₁=12 m 에 위치하는 측정 대상물(6)의 반사 계수γ₁=0. 01, 위상φ₁=π로 하며, d₂=20 m 에 위치하는 측정 대상물(6)의 반사 계수γ₂=0. 01, 위상 φ₂=π로 하고, 밴드패스 필터는, 선택하는 주파수 f_B＝ 1 MHz, Q ＝ 20으로서 시뮬레이션을 했을 때의 위치（x（t））와 거리 스펙트럼의 크기｜ R（x（t））｜를 표현한 그래프이다.

도 22로부터 알 수 있는 것 같이, 거리 스펙트럼의 크기는, 12 m 과 20 m 에서 피크가 된다. 이로부터, 마이크로 프로세서 등을 대신하여 밴드패스 필터 등을 사용하여도, 정확한 거리를 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 실시 예에서는 2개의 밴드패스 필터를 직렬접속하고 있지만, 밴드패스 필터의 수는 2에 한정된 것이 아니고, 당연히 필요에 따라 임의의 수를 사용할 수 있다.

한편, 상술한 설명에서는, 1개의 혼합파 검출부(3)로 혼합파를 검출하지만, 복수의 혼합파 검출부(3,..., 3)를 각각 서로 다른 위치에 배치하고, 그들로부터 검출된 혼합파에 근거하여 거리 스펙트럼을 구하고, 측정 대상물(6)의 위치를 측량할 수도 있다.

자동차 등의 이동체에 설치함으로 인해 충돌방지 시스템으로서 이용하거나, 액체, 분체의 레벨 측정용 센서, 혹은 보안 시스템에 있어서 사람의 존재 여부나 그 위치를 감지하기 위한 센서로서 사용하는 것이 가능하다.

Claims

측정 대상물까지의 거리를 측정하는 거리 측정장치에 있어서,

특정 대역폭 내에 있어서 서로 다른 복수의 주파수 성분을 가지는 신호를 출력하는 신호원과;

상기 신호를파동으로서 송신하는 송신부와;

상기 송신부로부터 송신된 파동 또는 상기 신호원으로부터 출력된 신호 중 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신부로부터 송신된 파동이 상기 측정 대상물에 의해 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 혼합파 검출부와;

상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 혼합파의 주파수 성분을 분석하는 주파수 성분 분석부와;

상기 주파수 성분 분석부에 따라서 분석된 데이터를 스펙트럼 해석함으로써 거리 스펙트럼을 도출하여, 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 신호원은, 각각 서로 다른 단일 주파수 성분을 발진하는 복수의 단일 주파수 발진기와;

상기 복수의 단일 주파수 발진기로부터 발진된 신호를 합성하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 신호원은, 단일 주파수 성분을 발진하는 단일 주파수 발진기와;

상기 단일 주파수 발진기로부터 발진된 신호에 변조를 가하는 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 신호원은, 상기 특정 대역폭 내의 주파수 성분을 출력하는 잡음원을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정창치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 주파수 성분 분석부는, 상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 혼합파를 디지털 신호로 변환하는 AD변환기와;

상기 AD 변환기로부터의 출력 데이터의 주파수 성분들을 분석하고, 각 주파수 성분의 크기를 연산하는 신호 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 주파수 성분 분석부는, 복수의 밴드 패스 필터와;

상기 밴드 패스 필터의 출력 레벨을 검출하는 레벨 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 거리 연산부는, 상기 주파수 성분 분석부에 의하여 분석된 데이터를 푸리에 해석함으로써 거리 스펙트럼을 연산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 혼합파 검출부는 복수로서 서로 다른 위치에 구비되며,

상기 주파수 성분 분석부는, 상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 각각의 혼합파의 주파수 성분들을 분석하고,

상기 거리 연산부는, 상기 분석된 복수의 혼합파의 주파수 성분 분석 데이터를 이용하여 거리 스펙트럼을 연산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
측정 대상물까지의 거리를 측정하는 거리 측정방법에 있어서,

특정 대역폭 내에 있어서 서로 다른 복수의 주파수 성분을 가지는 신호를파동으로서 송신하는 단계와;

상기 송신한파동 또는 상기 신호 중 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신된파동이 측정 대상물에 따라서 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 단계와;

상기 검출한 혼합파의 주파수 성분을 분석하는 단계와;

주파수 성분 분석에 의하여 분석된 데이터를 스펙트럼 해석함으로써 거리 스 펙트럼을 도출하여, 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정방법.
측정 대상물까지의 거리를 측정하는 거리 측정장치에 있어서,

특정 주파수의 반송파를 임의의 주기신호로 주파수 변조한 주파수 변조신호를 출력하는 신호원과;

상기 주파수 변조신호를파동으로서 송신하는 송신부와;

상기 송신부로부터 송신된파동 또는 상기 신호원으로부터 출력된 주파수 변조신호의 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신부로부터 송신된파동이 측정 대상물에 의하여 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 혼합파 검출부와;

상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 혼합파의 진폭 성분을 검출하는 진폭 성분 검출부와;

상기 진폭 성분 검출부에 의하여 검출된 진폭 성분을 스펙트럼 해석함으로써 거리 스펙트럼을 도출하여, 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제10항에 있어서,

상기 거리 연산부는, 상기 진폭 성분 검출부에 의하여 검출된 진폭 성분을 푸리에 해석함으로써 거리 스펙트럼을 연산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제10항 또는 제11항에 있어서,

상기 혼합파 검출부는, 복수로서 서로 다른 위치에 구비되며,

상기 진폭 성분 검출부는, 상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 각각의 혼합파의 진폭 성분을 검출하고,

상기 거리 연산부는, 상기 검출된 복수의 혼합파의 진폭 성분 데이터를 이용하여 거리 스펙트럼을 연산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
측정 대상물까지의 거리를 측정하는 거리 측정방법에 있어서,

특정 주파수의 반송파를 임의의 주기신호로 주파수 변조한 신호를파동으로서 송신하는 단계와;

상기 송신된파동 또는 주파수 변조한 신호 중 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신된파동이 상기 측정 대상물에 의하여 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 단계와;

상기 검출된 혼합파의 진폭 성분을 검출하는 단계와;

상기 진폭 성분을 스펙트럼 해석함으로써 거리 스펙트럼을 도출하여, 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정방법.
측정 대상물까지의 거리를 측정하는 거리 측정장치에 있어서,

제1변조신호에 의하여 미리 주파수 변조된 제2변조신호로써 특정 주파수의 반송파를 이중으로 주파수 변조한 이중 변조신호를 출력하는 신호원과;

상기 이중 변조신호를파동으로서 송신하는 송신부와;

상기 송신부로부터 송신된파동 또는 상기 신호원으로부터 출력된 이중 변조신호 중 어느 하나로 이루어지는 진행파와, 상기 송신부로부터 송신된파동이 측정 대상물에 의하여 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 혼합파 검출부와;

상기 혼합파 검출부에 의하여 검출된 혼합파의 진폭 성분을 검출하는 진폭 성분 검출부와;

상기 진폭 성분 검출부에 의하여 검출된 진폭 성분으로부터 특정 1개 주파수 성분을 선택하는 단일 주파수 선택부와;

상기 단일 주파수 선택부에서 얻어진 신호의 레벨을 검출하는 신호 레벨 검출부와;

상기 신호 레벨 검출부에 의하여 검출된 신호 레벨로부터 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제14항에 있어서,

상기 신호원은, 상기 제1변조신호를 생성하는 제1변조신호와, 상기 제1변조신호에 의하여 변조된 제2변조신호와, 상기 반송파 각각을 생성하도록 이루어지거나;

또는 상기 이중 변조신호를 미리 기억하는 이중 변조신호 기억수단을 포함하 여 이루어지거나;

또는 상기 제2변조신호를 미리 기억하는 제2변조신호 기억수단 및 상기 반송파를 생성하는 반송파 생성수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
제14항 또는 제15항에 있어서,

상기 제1변조신호는, 특정 제1주기를 가지고 계단형으로 증가 또는 감소하는파형을 가지며,

상기 제2변조신호는, 상기 제1주기보다 짧은 주기를 가지는 톱니형 파동을 상기 제1변조신호에 의하여 변조하여 얻어진 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
측정 대상물까지의 거리를 측정하는 거리 측정방법에 있어서,

제1변조신호에 의하여 미리 주파수 변조된 제2변조신호로 특정 주파수의 반송파를 이중으로 주파수 변조한 이중 변조신호를파동으로서 송신하는 단계와;

상기 송신된파동 또는 상기 이중 변조신호 중 어느 하나로 이루어진 진행파와, 상기 송신된파동이 측정 대상물에 의하여 반사된 반사파와의 혼합파를 검출하는 단계와;

상기 검출한 혼합파의 진폭 성분을 검출하는 단계와;

상기 진폭 성분으로부터 특정 1개 주파수 성분을 선택하는 단계와;

상기 선택된 주파수 성분의 신호의 레벨을 검출하는 단계와;

상기 신호 레벨로부터 측정 대상물까지의 거리를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정방법.

[도면의 간단한 설명]

도 1은 제1실시 형태의 거리 측정장치의 개략을 설명한 블록도

도 2는 제1실시 형태에 있어서, 시뮬레이션을 행하는 거리 측정장치의 설명 도

도 3은 제1실시 형태에 있어서, 거리 10 m, 시속 0 km의 측정 대상물의 거리측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

도 4는 제1실시 형태에 있어서, 거리 10 m, 시속 +300 km인 측정 대상물의 거리 측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

도 5는 제1실시 형태에 있어서, 거리 40 m, 시속 -50 km인 측정 대상물의 거리측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

도 6은 제1실시 형태에 있어서, 거리 5 m, 시속 +100 k m 및 거리 12. 5 m, 시속 -300 km인 측정 대상물의 거리 측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

도 7은 제1실시 형태에 있어서, 복수의 혼합파 검출부를 구비한 거리 측정장치의 설명도

도 8은 제2실시 형태의 거리 측정장치의 개략을 설명한 블록도

도 9는 제2실시 형태에 있어서, 시뮬레이션을 행하는 거리 측정장치의 설명 도

도 10은 제2실시 형태에 있어서, 거리 10 m, 시속 0 km인 측정 대상물의 거리 측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

도 11은 제2실시 형태에 있어서, 거리 10 m, 시속 +300 km인 측정 대상물의 거리 측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

도 12는 제2실시 형태에 있어서, 거리 40m, 시속 -50 km인 측정 대상물의 거리 측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

도 13은 제2실시 형태에 있어서, 거리 5 m, 시속 +100 km 및 거리 12. 5 m, 시속 -300 km의 측정 대상물의 거리측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

도 14는 제2실시 형태에 있어서, 복수의 혼합파 검출부를 구비한 거리 측정장치의 설명도

도 15는 제3실시 형태에 있어서, 거리 측정장치의 개략을 설명한 블록도

도 16은 제3실시 형태에 있어서의 신호원의 다른 실시 예를 설명한 블록도

도 17은 제2변조신호의 파형을 설명한 그래프

도 18은 제1변조신호의 파형을 설명한 그래프

도 19는 제3실시 형태에 있어서, 직교검출기를 이용한 거리 측정장치의 설명도

도 20은 제3실시 형태에 있어서, 직교검출기를 이용한 거리 측정장치로, 거리 12 m 및 거리 20 m인 측정 대상물의 거리 측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

도 21는 제3실시 형태에 있어서, 밴드패스 필터를 이용한 거리 측정장치의 설명도

도 22는 제3실시 형태에 있어서, 밴드패스 필터를 이용한 거리 측정장치로, 거리 12 m 및 거리 20m인 측정 대상물의 거리 측정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그 래프

도 23은 정재파를 이용한 거리 측정장치에 있어서의 신호원의 주파수에 관한 설명도

도 24는 정재파를 이용한 거리 측정장치에 있어서의 도플러 효과의 영향을 설명한 도면

<도면의 주요부분 부호에 대한 간단한 설명>

1: 신호원

2: 송신부

3: 혼합파 검출부

4: 주파수 성분 분석부

5: 거리 연산부

6: 측정 대상물

7: 신호 처리기

8: 다운 컨버터

8a: 국부발진기

8b: 혼합기

9: 신호원

9a: 반송파 신호원

9b: 변조신호원

10: 진폭 성분 검출부

11: 거리 연산부

12: 신호 처리기

13: 신호원

13a: 반송파 신호원

13b: 제2변조신호원

13c: 제1변조신호원

13d: 제2변조신호 생성수단

13e: 제2변조신호 기억수단

13f: 이중 변조신호 생성수단

13g: 이중 변조신호 기억수단

14: 신호 처리기

15: 진폭 성분 검출부

16: 단일 주파수 선택부

17: 신호 레벨 검출부

18: 거리 연산부

19: 신호 처리기

20: 외곽선검출기

21: 직교 검출기

22: 레벨 검출기

23: 거리 연산부

24: 신호 처리기

25: 진폭 성분 검출용 외곽선 검출기

26: 밴드패스 필터

27: 신호 레벨 검출용 외곽선 검출기

28: 거리 연산부