特許 5750214 無線距離・速度計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5750214

(24)【登録日】2015年5月22日

(45)【発行日】2015年7月15日

(54)【発明の名称】無線距離・速度計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/34 20060101AFI20150625BHJP

   G01S 11/02 20100101ALI20150625BHJP

【ＦＩ】

   G01S13/34

   G01S11/02

【請求項の数】14

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2009-83620(P2009-83620)

(22)【出願日】2009年3月30日

(65)【公開番号】特開2010-236951(P2010-236951A)

(43)【公開日】2010年10月21日

【審査請求日】2012年3月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004651

【氏名又は名称】日本信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100078330

【弁理士】

【氏名又は名称】笹島 富二雄

(72)【発明者】

【氏名】小林 孝之

(72)【発明者】

【氏名】石毛 隆晴

(72)【発明者】

【氏名】白井 稔人

【審査官】 小川 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５３７５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２５２６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１７７１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１７８５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１４０８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０５０３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２７３３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２５７４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９９／０３２８９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２７６０３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ １３／３４

Ｇ０１Ｓ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周波数を連続的に増大させる期間と低下させる期間を有するよう周波数変調した信号を複数の無線局で送受信し、受信側無線局で生成されるビート信号のビート周波数に基づいて、無線局間の距離及び相対速度の少なくとも一方を計測する無線距離・速度計測装置において、
前記周波数変調された信号の送信動作と受信動作を、前記複数の無線局のうち少なくとも前記計測を必要とする無線局間で相互に行い、送信側無線局の送信信号との間で所定の関係を有して受信側無線局にて前記復調用信号を発生させて受信信号を復調処理して前記ビート信号を生成し、生成されたビート信号の周波数増大期間と周波数低下期間の各ビート周波数を検出し、両無線局でそれぞれ検出された前記各ビート周波数に基づいて、前記周波数増大期間のビート周波数と前記周波数低下期間のビート周波数の差である距離を表すビート周波数と、前記周波数増大期間のビート周波数と前記周波数低下期間のビート周波数の和である相対速度を表すビート周波数との少なくとも一方を算出し、その算出結果を用いて無線局間の前記距離及び前記相対速度の少なくとも一方を計測する構成とし、
前記所定の関係として、送信側無線局の送信信号に対して受信側無線局の復調用信号の発生タイミングを所定時間早くするとき、信号送信と復調用信号発生のタイミングずれ及び送信信号と復調用信号の中心周波数ずれの各絶対値の見積り最大値をそれぞれΔｘｍ、ΔＦｃｍ、ドップラー周波数の絶対値の見積り最大値をＦｄｍ、前記所定時間をΔｔとすると、前記Δｔが、
Δｔ＞（ΔＦｃｍ＋Ｆｄｍ＋α）／ΔＦ＋Δｘｍ
（ΔＦは送信信号の周波数変化率、αは復調回路の不感帯範囲）
を満たすように設定し、
送信側無線局の送信信号に対して受信側無線局の復調用信号の発生タイミングを所定時間遅くするときは、前記Δｔが、
Δｔ＞（ΔＦｃｍ＋Ｆｄｍ＋α）／ΔＦ＋Ｌｍ／ｃ＋Δｘｍ
（Ｌｍは送信側無線局と受信側無線局間の想定最大距離、ｃは送信信号の伝播速度）
を満たすように設定し、
前記所定の関係として、送信側無線局の送信信号の中心周波数に対して受信側無線局の復調用信号の中心周波数を所定周波数ずらすとき、前記所定周波数をΔｆｃｈとすると、前記Δｆｃｈが、
Δｆｃｈ＞α＋ΔＦ（Ｌｍ／ｃ＋Δｘｍ）＋Ｆｄｍ＋ΔＦｃｍ
を満たすように設定する、無線距離・速度計測装置。

【請求項2】

一方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う他方の無線局の復調用信号の発生タイミングを、前記一方の無線局の送信信号より当該他方の無線局に対して定めた前記所定時間早くし、前記他方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う前記一方の無線局の復調用信号の発生タイミングを、前記他方の無線局の送信信号より当該一方の無線局に対して定めた前記所定時間遅くする構成とした請求項１に記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項3】

両無線局の前記所定時間を異ならせた請求項１又は２に記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項4】

両無線局の前記所定時間を同一にした請求項１又は２に記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項5】

受信側無線局の前記復調用信号の中心周波数を、送信側無線局の送信信号の中心周波数より、前記受信側無線局に対して予め定めた前記所定周波数高くする構成とした請求項１に記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項6】

受信側無線局の前記復調用信号の中心周波数を、送信側無線局の送信信号の中心周波数より、前記受信側無線局に対して予め定めた前記所定周波数低くする構成とした請求項１に記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項7】

一方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う他方の無線局の復調用信号の中心周波数を、前記一方の無線局の送信信号の中心周波数より当該他方の無線局に対して定めた前記所定周波数高くし、前記他方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う前記一方の無線局の復調用信号の中心周波数を、前記他方の無線局の送信信号の中心周波数より当該一方の無線局に対して定めた前記所定周波数低くする構成とした請求項１に記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項8】

両無線局の前記所定周波数を異ならせた請求項５〜７のいずれか１つに記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項9】

両無線局の前記所定周波数を同一にした請求項５〜７のいずれか１つに記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項10】

前記各無線局は、少なくとも、
前記周波数変調した信号を送受信する送受信部と、
前記送信動作と前記受信動作の動作開始タイミングを制御する動作タイミング制御部と、
受信動作時に、送信側無線局の送信信号と前記所定の関係を有して復調用信号を生成する復調用信号生成部と、
前記送受信部で受信した受信信号を、前記復調用信号を用いて復調処理して前記ビート信号を生成する復調部と、
前記生成されたビート信号のビート周波数を検出するビート周波数検出部と、
を備える構成とした請求項１〜９のいずれか１つに記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項11】

両無線局でそれぞれ検出されたビート周波数に基づいて、前記距離を表すビート周波数と前記相対速度を表すビート周波数の少なくとも一方を算出し、その算出結果を用いて前記距離及び前記相対速度の少なくとも一方を計測する計測部を、両無線局の少なくとも一方に設ける構成とした請求項１０に記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項12】

両無線局でそれぞれ検出されたビート周波数に基づいて、前記距離を表すビート周波数と前記相対速度を表すビート周波数の少なくとも一方を算出し、その算出結果を用いて前記距離及び前記相対速度の少なくとも一方を計測する計測部を、両無線局以外の外部に設け、両無線局から前記ビート周波数検出結果を前記計測部に送信する構成とした請求項１０に記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項13】

前記計測を必要とする無線局の少なくとも一方は、移動可能な移動局である請求項１〜１２のいずれか１つに記載の無線距離・速度計測装置。

【請求項14】

前記移動局は、列車である請求項１３に記載の無線距離・速度計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、周波数変調した信号を無線局間で送受信して無線局間の距離や相対速度を計測する無線距離・速度計測装置に関し、特に、無線局間の距離や相対速度の計測精度を向上させる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

周波数変調した信号、例えば、ＦＭ−ＣＷ波やチャープ波等の周波数が連続的に変化する信号を無線局間で送受信することにより、無線局間の距離や相対速度を計測するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

ここで、周波数変調した信号を利用した距離や相対速度の計測原理について説明する。
送信側無線局から周波数変調した信号、例えばＦＭ−ＣＷ波を送信し、受信側無線局でこれを受信する。受信側無線局では、送信側無線局の信号送信タイミングと同期させて同じタイミングで発生させた復調用のＦＭ−ＣＷ信号で、受信した送信側無線局の送信ＦＭ−ＣＷ波（以下、受信信号とする）を復調処理してビート信号を生成し、送信信号周波数と受信信号周波数の周波数差となるビート周波数を検出することにより、距離や相対速度を計測する。具体的には、図１４に示すように受信側無線局において、受信信号は、受信側無線局の復調用信号に対して無線局間の距離に比例した時間τ遅れるため、受信信号周波数と復調用信号周波数の周波数差は遅れ時間τに比例し、従って、前記ビート周波数は無線局間の距離に比例している。そこで、ＦＭ−ＣＷ波の周波数増大時のビート周波数をｆｂ１、ＦＭ−ＣＷ波の周波数低下時のビート周波数をｆｂ２、ＦＭ−ＣＷ波の周波数増大時の変化率を「正」としてΔＦ、ＦＭ−ＣＷ波の伝搬速度（光速）をｃ、無線局間の距離をＬとしたとき、周波数増大時の正のビート周波数ｆｂ１と周波数低下時の負のビート周波数ｆｂ２から下記の（１）式により距離Ｌを算出する。
（ｆｂ１−ｆｂ２）／２＝｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−（−ΔＦ・Ｌ／ｃ）｝／２ （１）
上記（１）式により、
Ｌ＝（ｆｂ１−ｆｂ２）・ｃ／（２・ΔＦ） （２）
周波数の変化率ΔＦは予め定めた設定値で既知であり、ｃは既知であるので、検出したビート周波数ｆｂ１とｆｂ２の差を演算することにより、無線局間の距離Ｌを算出できる。

【0004】

また、無線局間の距離が変化する場合、変化した距離の分（ドップラー周波数の分）だけ受信側無線局で受信される送信信号の周波数は変化する。このドップラー周波数は無線局間の相対速度に比例することから、ドップラー周波数を算出することにより相対速度が計測できる。例えば、無線局間の距離が近づく場合、近づいた距離の分（ドップラー周波数の分）だけ受信側無線局における受信信号の周波数は高くなる。従って、ドップラー周波数をＦｄとすると、図１５に示すように、ビート周波数ｆｂ１、ｆｂ２はドップラー周波数Ｆｄの分だけマイナス方向にシフトする。そこで、ビート周波数ｆｂ１、ｆｂ２から下記の（３）式によりドップラー周波数Ｆｄを算出する。
（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２
＝｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ）＋（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ）｝／２ （３）
上記（３）式により、
−Ｆｄ＝（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２ （４）
従って、検出したビート周波数ｆｂ１、ｆｂ２の和を演算することにより、無線局間のドップラー周波数Ｆｄを算出でき、このドップラー周波数Ｆｄから相対速度が算出できる。

【0005】

図１４及び図１５において、Ｆ１はＦＭ−ＣＷ波の最も低い周波数、Ｆ２はＦＭ−ＣＷ波の最も高い周波数を示す。
尚、無線局間の距離が遠ざかる場合は、遠ざかった距離の分（ドップラー周波数の分）だけ受信信号の周波数が低くなり、この場合、ドップラー周波数Ｆｄは（４）式において正の値として算出される。

【0006】

上述の説明では、計測原理が分かり易いように、周波数低下時のビート周波数を負の値として説明しているが、実際の処理では、観測されるビート周波数（復調信号の周波数）は全て正の値であるので、実際の処理においては、上述した算出式において負の周波数を加算するときは減算し、減算するときは加算することになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特表２００８−５３７５９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、特許文献１に記載された計測装置は、一方の無線局を送信機とし、他方の無線局を受信機としてそれぞれの役割を固定し、一方の無線局から他方の無線局に対して信号を送信して距離や速度を計測する構成である。かかる構成では、以下で説明するように、距離や相対速度の計測誤差が生じるという問題がある。

【0009】

特許文献１の計測装置の構成は、送信側の信号送信タイミングと受信側の復調用信号の発生タイミングを一致させる必要があるが、両者のタイミングにずれが生じた場合、距離の計測誤差が生じる。また、送信信号と復調用信号の中心周波数にずれが生じた場合は、相対速度の計測誤差が生じる。

【0010】

例えば、図１６に示すように、信号送信タイミングと復調用信号発生タイミングとの間にずれΔｘが存在し、送信信号の中心周波数と復調用信号の中心周波数との間にずれΔＦｃ（ΔＦｃ＝Ｆ１′−Ｆ１＝Ｆ２′−Ｆ２）が存在するものとする。図中の一点鎖線は、ずれのない時の受信信号を示す。尚、図中、Ｆ１は復調用信号で最も低い周波数、Ｆ２は復調用信号で最も高い周波数、Ｆ１′は送信信号で最も低い周波数、Ｆ２′は送信信号で最も高い周波数を示す。また、Ｆｄはドップラー周波数である。ここで、中心周波数のずれΔＦｃは送信信号の中心周波数が復調用信号の中心周波数より高い場合を「正」とし、信号送信タイミングのずれΔｘは、信号送信タイミングが復調用信号発生タイミングに対して遅い（換言すると、復調用信号発生タイミングが信号送信タイミングに対して早い）場合を「正」とすると、周波数増大時のビート周波数ｆｂ１と周波数低下時のビート周波数ｆｂ２は、下記のように、
ｆｂ１＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ
ｆｂ２＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ
となる。
従って、距離は、上述の（１）式から、
（ｆｂ１−ｆｂ２）／２＝｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ）
−（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）｝／２
＝ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ・Δｘ （５）
となる。
また、ドップラー周波数は、上述の（３）式から、
（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２＝｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ）
＋（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）｝／２
＝−Ｆｄ−ΔＦｃ （６）
となる。

【0011】

上記の（５）式及び（６）式から明らかなように、信号送信タイミングと復調用信号発生タイミングにタイミングずれΔｘが生じた場合、そのずれ分Δｘが残るために距離計測に誤差が生じる。また、送信信号と復調用信号の中心周波数ずれΔＦｃが生じた場合には、そのずれ分ΔＦｃが残るために相対速度計測の誤差が生じる。

【0012】

タイミングずれが生じないようにするためには、例えば両無線局に正確に同期する時計を設ければよいが、そのような時計は一般的に高価であり、また、定期的に同期合わせを行う必要がありメンテナスが大変である。中心周波数ずれについては、特許文献１に、周囲温度測定による中心周波数の補正が示されているが、中心周波数ずれは両無線局の中心周波数の合致調整不良や経年変化等によっても生じるものであり、周囲温度測定による補正だけでは、相対速度の計測誤差を十分に解消できるものではない。

【0013】

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、中心周波数やタイミングのずれに起因する距離や相対速度の計測誤差をなくし、距離や相対速度の計測精度を向上させることができる無線距離・速度計測装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

このため、本発明は、周波数を連続的に増大させる期間と低下させる期間を有するよう周波数変調した信号を複数の無線局で送受信し、受信側無線局で生成されるビート信号のビート周波数に基づいて、無線局間の距離及び相対速度の少なくとも一方を計測する無線距離・速度計測装置において、
前記周波数変調された信号の送信動作と受信動作を、前記複数の無線局のうち少なくとも前記計測を必要とする無線局間で相互に行い、送信側無線局の送信信号との間で所定の関係を有して受信側無線局にて前記復調用信号を発生させて受信信号を復調処理して前記ビート信号を生成し、生成されたビート信号の周波数増大期間と周波数低下期間の各ビート周波数を検出し、両無線局でそれぞれ検出された前記各ビート周波数に基づいて、前記周波数増大期間のビート周波数と前記周波数低下期間のビート周波数の差である距離を表すビート周波数と、前記周波数増大期間のビート周波数と前記周波数低下期間のビート周波数の和である相対速度を表すビート周波数との少なくとも一方を算出し、その算出結果を用いて無線局間の前記距離及び前記相対速度の少なくとも一方を計測する構成とし、
前記所定の関係として、送信側無線局の送信信号に対して受信側無線局の復調用信号の発生タイミングを所定時間早くするとき、信号送信と復調用信号発生のタイミングずれ及び送信信号と復調用信号の中心周波数ずれの各絶対値の見積り最大値をそれぞれΔｘｍ、ΔＦｃｍ、ドップラー周波数の絶対値の見積り最大値をＦｄｍ、前記所定時間をΔｔとすると、前記Δｔが、
Δｔ＞（ΔＦｃｍ＋Ｆｄｍ＋α）／ΔＦ＋Δｘｍ
（ΔＦは送信信号の周波数変化率、αは復調回路の不感帯範囲）
を満たすように設定し、
送信側無線局の送信信号に対して受信側無線局の復調用信号の発生タイミングを所定時間遅くするときは、前記Δｔが、
Δｔ＞（ΔＦｃｍ＋Ｆｄｍ＋α）／ΔＦ＋Ｌｍ／ｃ＋Δｘｍ
（Ｌｍは送信側無線局と受信側無線局間の想定最大距離、ｃは送信信号の伝播速度）
を満たすように設定し、
前記所定の関係として、送信側無線局の送信信号の中心周波数に対して受信側無線局の復調用信号の中心周波数を所定周波数ずらすとき、前記所定周波数をΔｆｃｈとすると、前記Δｆｃｈが、
Δｆｃｈ＞α＋ΔＦ（Ｌｍ／ｃ＋Δｘｍ）＋Ｆｄｍ＋ΔＦｃｍ
を満たすように設定する、構成とした。

【0015】

かかる構成では、計測を必要とする互いの無線局において、一方の無線局から周波数を連続的に増大させる期間と低下させる期間を有するよう周波数変調した信号を送信し、他方の無線局がこれを受信し、受信側無線局でビート信号を生成して周波数増大期間と周波数低下期間の各ビート周波数を検出する。所定時間後、他方の無線局から周波数変調した信号を送信し、一方の無線局がこれを受信し、受信側無線局でビート信号を生成して周波数増大期間と周波数低下期間の各ビート周波数を検出する。両無線局のビート周波数の検出結果に基づいて、周波数増大期間のビート周波数と周波数低下期間のビート周波数の差である距離を表すビート周波数や周波数増大期間のビート周波数と周波数低下期間のビート周波数の和である相対速度を表すビート周波数を算出し、その算出結果を用いて無線局間の距離や相対速度を計測する。両無線局のビート周波数の検出結果を用いることにより、送信信号と復調用信号の中心周波数のずれ及び発生タイミングのずれが相殺され、距離や相対速度の計測誤差をなくして計測精度を向上できるようになる。そして、復調処理によってビート信号の生成を可能とするよう、送信側無線局の送信信号と受信側無線局の復調用信号の発生タイミングとを予め定めた所定時間ずらして設定するか、送信側無線局の送信信号の中心周波数と受信側無線局の復調用信号の中心周波数とを予め定めた所定周波数ずらすことで、それぞれの無線局で確実にビート周波数を検出することができるようになる。

【0018】

請求項１の構成において、請求項２のように、一方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う他方の無線局の復調用信号の発生タイミングを、前記一方の無線局の送信信号より当該他方の無線局に対して定めた前記所定時間早くし、前記他方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う前記一方の無線局の復調用信号の発生タイミングを、前記他方の無線局の送信信号より当該一方の無線局に対して定めた前記所定時間遅くする構成としてもよい。

【0019】

請求項１又は２の構成において、請求項３のように、両無線局の前記所定時間を異ならせてもよく、請求項４のように、両無線局の前記所定時間を同一にしてもよい。

【0021】

請求項１の構成において、請求項５のように、受信側無線局の前記復調用信号の中心周波数を、送信側無線局の送信信号の中心周波数より、前記受信側無線局に対して予め定めた前記所定周波数高くする構成とするとよい。また、請求項６のように、受信側無線局の前記復調用信号の中心周波数を、送信側無線局の送信信号の中心周波数より、前記受信側無線局に対して予め定めた前記所定周波数低くする構成としてもよい。更に、請求項７のように、一方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う他方の無線局の復調用信号の中心周波数を、前記一方の無線局の送信信号の中心周波数より当該他方の無線局に対して定めた前記所定周波数高くし、前記他方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う前記一方の無線局の復調用信号の中心周波数を、前記他方の無線局の送信信号の中心周波数より当該一方の無線局に対して定めた前記所定周波数低くする構成としてもよい。

【0022】

請求項５〜７の構成において、請求項８のように、両無線局の前記所定周波数を異ならせてもよく、請求項９のように、両無線局の前記所定周波数を同一にしてもよい。

【0023】

請求項１０では、前記各無線局は、少なくとも、前記周波数変調した信号を送受信する送受信部と、前記送信動作と前記受信動作の動作開始タイミングを制御する動作タイミング制御部と、受信動作時に、送信側無線局の送信信号と所定の関係を有して復調用信号を生成する復調用信号生成部と、前記送受信部で受信した受信信号を、前記復調用信号を用いて復調処理して前記ビート信号を生成する復調部と、前記生成されたビート信号のビート周波数を検出するビート周波数検出部と、を備える構成とした。

【0024】

請求項１１のように、両無線局でそれぞれ検出されたビート周波数に基づいて、距離を表すビート周波数と相対速度を表すビート周波数の少なくとも一方を算出し、その算出結果を用いて前記距離及び前記相対速度の少なくとも一方を計測する計測部を、両無線局の少なくとも一方に設ける構成とするとよい。

【0025】

請求項１２のように、両無線局でそれぞれ検出されたビート周波数に基づいて、距離を表すビート周波数と相対速度を表すビート周波数の少なくとも一方を算出し、その算出結果を用いて前記距離及び前記相対速度の少なくとも一方を計測する計測部を、両無線局以外の外部に設け、両無線局から前記ビート周波数検出結果を前記計測部に送信する構成とするとよい。

【0026】

請求項１３のように、前記計測を必要とする無線局の少なくとも一方は、移動可能な移動局とする。
また、請求項１４のように、前記移動局は、列車とする。

【発明の効果】

【0027】

本発明の無線距離・速度計測装置によれば、複数の無線局において少なくとも計測を必要とする無線局間で送信動作と受信動作を相互に行い、両無線局で検出した周波数増大期間と周波数低下期間の各ビート周波数の検出結果を用いて、周波数増大期間のビート周波数と周波数低下期間のビート周波数の差である距離を表すビート周波数や周波数増大期間のビート周波数と周波数低下期間のビート周波数の和である相対速度を表すビート周波数を算出し、その算出結果を用いて無線局間の距離や相対速度を計測する構成としたので、送信信号と復調用信号の発生タイミングのずれ及び送信信号と復調用信号の互いの中心周波数のずれに起因する計測誤差をなくすことができる。従って、距離や相対速度の計測精度を向上することができる。

【0028】

また、復調処理によってビート信号の生成の確実性を向上するよう、送信側無線局の送信信号と受信側無線局の復調用信号の発生タイミングとのタイミングずれ及び中心周波数ずれの各絶対値の見積り最大値と、ドップラー周波数の絶対値の見積り最大値とに基づいて設定した所定の関係を有して送信信号と復調用信号の発生タイミングをずらすことにより、それぞれの無線局で確実にビート周波数を検出することができ、距離や相対速度を確実に計測できる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の無線距離・速度計測装置の第１実施形態の概略構成図。

【図2】本発明の周波数変調された信号の一例を示す説明図。

【図3】第１実施形態の送受信動作の説明図。

【図4】第１実施形態の送受信装置の構成を示すブロック図。

【図5】第１実施形態の受信信号と復調用信号とビート周波数の関係図で、（Ａ）は送受信機２０が受信側の場合、（Ｂ）は送受信機１０が受信側の場合である。

【図6】ビート周波数が復調回路の不感帯範囲にあるときの問題点の説明図で、（Ａ）は送受信機２０が受信側の場合、（Ｂ）は送受信機１０が受信側の場合である。

【図7】第２実施形態の信号送信タイミングと復調用信号の生成タイミングの関係図で、（Ａ）は送受信機が２つの場合、（Ｂ）は送受信機が３つの場合である。

【図8】第２実施形態の受信信号と復調用信号とビート周波数の関係図で、（Ａ）は送受信機２０が受信側の場合、（Ｂ）は送受信機１０が受信側の場合である。

【図9】第３実施形態の信号送信タイミングと復調用信号の生成タイミングの関係図で、（Ａ）は送受信機が２つの場合、（Ｂ）は送受信機が３つの場合である。

【図10】第３実施形態の受信信号と復調用信号とビート周波数の関係図で、（Ａ）は送受信機２０が受信側の場合、（Ｂ）は送受信機１０が受信側の場合である。

【図11】第４実施形態の受信信号と復調用信号とビート周波数の関係図で、（Ａ）は送受信機２０が受信側の場合、（Ｂ）は送受信機１０が受信側の場合である。

【図12】送受信機が３つ存在する場合の送受信例を示す図。

【図13】図１２の場合の送受信動作の一例を説明する図。

【図14】周波数変調した信号を利用した無線局間の距離計測原理の説明図。

【図15】無線局間の距離が変化する場合の無線局間の相対速度計測原理の説明図。

【図16】信号送信タイミングと復調用信号発生タイミングのタイミングずれや送信信号と復調用信号の中心周波数ずれが存在する場合の問題点の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に本発明に係る無線距離・速度計測装置の第１実施形態の構成を示す。
図１において、本実施形態の無線距離・速度計測装置は、２つの無線局として送受信機１０、２０を備え、両送受信機１０、２０間で、例えば図２の下図に示すような、周波数変調された信号、例えば周波数が連続的に変化するＦＭ−ＣＷ波を、図３のように所定間隔Ｔで交互に送受信し、送受信機１０、２０間の距離や相対速度を計測する構成である。

【0031】

図４に送受信機１０の構成を示す。
図４において、送受信機１０は、送受信アンテナ１１と、ＦＭ−ＣＷ波発生器１２と、復調用信号発生器１３と、復調回路１４と、送受信切替え用の切替えスイッチ１５と、信号解析部１６と、距離・速度算出部１７と、タイミング制御部１８とを備える。

【0032】

前記送受信アンテナ１１は、ＦＭ−ＣＷ波発生器１２で発生したＦＭ−ＣＷ波を送信すると共に、他方の送受信機２０から送信されるＦＭ−ＣＷ波を受信するもので、ＦＭ−ＣＷ波発生器１２及び切替えスイッチ１５と共に送受信部に相当する。前記復調用信号発生器１３は、復調用のＦＭ−ＣＷ波を発生して復調回路１４に出力するもので復調用信号生成部に相当する。前記復調回路１４は、復調用信号発生器１３からの復調用信号により受信信号を復調処理しビート信号を発生するもので、復調部に相当する。前記切替えスイッチ１５は、送信動作期間に送受信アンテナ１１をＦＭ−ＣＷ波発生器１２側に接続し、受信動作期間に送受信アンテナ１１を復調回路１３に接続するものである。前記信号解析部１６は、復調回路１４から入力するビート信号を、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理等によって解析してビート周波数を検出するもので、ビート周波数検出部に相当する。前記タイミング制御部１８は、ＦＭ−ＣＷ波発生器１２のＦＭ−ＣＷ波発生タイミング、復調用信号発生器１３の復調用信号発生タイミング及び切替えスイッチ１５の切替えタイミングを制御すると共に、送受信機２０に対する送受信動作の開始タイミングを通知する指令を発生するもので、動作タイミング制御部に相当する。また、タイミング制御部１８は、自身の前記タイミング通知指令を基準として予め定めたタイミングでＦＭ−ＣＷ波発生器１２、復調用信号発生器１３及び切替えスイッチ１５に駆動制御信号を出力する。尚、送受信動作の開始タイミングの通知指令に関しては、外部から両送受信機１０、２０へ通知指令を送信するようにしてもよい。

【0033】

送受信機２０の構成は、タイミング制御部１８が動作開始のタイミング通知指令を発生しないことを除いて送受信機１０と同様の構成であるので、説明を省略する。尚、送受信機２０の信号解析部１６で検出したビート周波数を送受信機１０側に送信し、送受信機１０側の距離・速度算出部１７で距離・速度算出を実施するようにした場合、送受信機２０の距離・速度算出部１７は省略してもよい。

【0034】

次に、本実施形態装置による距離、相対速度の計測動作について説明する。
送受信機１０のタイミング制御部１８から送受信動作開始のタイミング通知指令を発生し、このタイミング通知指令を送受信機２０側に送信する。送受信機２０は、タイミング通知指令を受信することにより、送受信機１０と同期して図３に示すように、交互に送受信動作を行う。

【0035】

タイミング通知指令の発生時点を基準として、予め設定したプログラムに従って、所定のタイミングで、両送受信機１０、２０で同時に動作を開始する。そして、送受信機１０側では、タイミング制御部１８から駆動制御信号を発生し、切替えスイッチをＦＭ−ＣＷ波発生器１２に接続すると共に、ＦＭ−ＣＷ波発生器１２からＦＭ−ＣＷ波を発生し、送受信アンテナ１１から送信する。他方の送受信機２０側では、送受信機１０の送信動作に合わせて切替えスイッチ１５を復調回路１４に接続すると共に、送受信機１０側のＦＭ−ＣＷ波の発生タイミングに合わせてタイミング制御部１８により復調用信号発生器１３を駆動してＦＭ−ＣＷ波の復調用信号を発生する。

【0036】

送受信機２０で、送受信機１０から送信されたＦＭ−ＣＷ波を受信すると、この受信信号は切替えスイッチ１５を介して復調回路１４に入力する。復調回路１４は、入力する受信信号を復調用信号を用いて復調処理し発生したビート信号を信号解析部１６に出力する。信号解析部１６は、入力するビート信号を解析処理してそのビート周波数を検出する。

【0037】

このとき送受信機２０で検出される、周波数増大時のビート周波数ｆｂ１₂と周波数低下時のビート周波数ｆｂ２₂は、図５（Ａ）に示すように、
ｆｂ１₂＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ （７）
ｆｂ２₂＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ （８）
となる。ここで、ΔＦは周波数の変化率（周波数増大時「正」）、ｃはＦＭ−ＣＷ波の伝搬速度（光速）、Ｆｄはドップラー周波数、Ｌは無線局間の距離を示す。また、送信信号の中心周波数と復調用信号の中心周波数との間のずれΔＦｃ（ΔＦｃ＝Ｆ１′−Ｆ１＝Ｆ２′−Ｆ２）と、信号送信タイミングと復調用信号発生タイミングとの間のずれΔｘとが、存在するものとする。尚、図５において、Ｆ１は復調用信号で最も低い周波数、Ｆ２は復調用信号で最も高い周波数、Ｆ１′は送信信号で最も低い周波数、Ｆ２′は送信信号で最も高い周波数であり、一点鎖線は、ずれのない時の送受信機２０における受信信号を示す。また、中心周波数のずれΔＦｃは送信信号が復調用信号より高い場合を「正」とし、信号送信タイミングのずれΔｘは、信号送信タイミングが復調用信号発生タイミングに対して遅い（換言すると、復調用信号発生タイミングが信号送信タイミングに対して早い）場合を「正」としている。

【0038】

送受信機１０の送信動作終了後、図３に示すように、所定時間Ｔ後に、送受信機１０側では、受信動作を行うために、切替えスイッチ１５を復調回路１４側に切替え接続し、ＦＭ−ＣＷ波を停止し、復調用信号を発生させる。また、送受信機２０側では、切替えスイッチ１５をＦＭ−ＣＷ波発生器１２側に切替え接続し、ＦＭ−ＣＷ波を発生させ、復調用信号を停止し、送信動作を行う。これにより、送受信機１０側の復調回路１４からビート信号が発生し、信号解析部１６はそのビート周波数を検出する。

【0039】

このとき送受信機１０で検出される、周波数増大時のビート周波数ｆｂ１₁と周波数低下時のビート周波数ｆｂ２₁は、図５（Ｂ）に示すように、
ｆｂ１₁＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ （９）
ｆｂ２₁＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ （１０）
となる。

【0040】

このように、送受信機１０、２０間で、少なくとも１回、交互に送受信動作を行った後、送受信機２０側で検出したビート周波数の検出結果を送受信機１０側の距離・速度算出部１７に送信し、送受信機１０側で、距離・速度算出部１７により、両送受信機１０、２０のビート周波数の検出結果を用いて、下記の（１１）、（１２）式から距離を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の差）と相対速度を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の和）を算出し、その結果に基づいて送受信機１０、２０間の距離や相対速度を算出する。
距離を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の差）に関して、
（ｆｂ１₂−ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁−ｆｂ２₁）／４
＝｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ）−（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）｝／４＋｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）−（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ）｝／４
＝（ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ・Δｘ）／２＋（ΔＦ・Ｌ／ｃ−ΔＦ・Δｘ）／２
＝ΔＦ・Ｌ／ｃ （１１）
相対速度を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の和）に関して、
（ｆｂ１₂＋ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁＋ｆｂ２₁）／４
＝｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ）＋（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）｝／４＋｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）＋（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ）｝／４
＝（−Ｆｄ−ΔＦｃ）／２＋（−Ｆｄ＋ΔＦｃ）／２
＝−Ｆｄ （１２）

【0041】

上記（１１）式及び（１２）式から明らかなように、距離を表すビート周波数には信号発生タイミングのずれ成分Δｘが含まれず、信号発生タイミングのずれに起因する距離計測誤差をなくすことができる。また、相対速度を表すビート周波数には中心周波数のずれ成分ΔＦｃが含まれず、中心周波数のずれに起因する相対速度計測誤差をなくすことができる。従って、距離や相対速度の計測精度を向上できる。

【0042】

前述したように、上述の説明も計測原理が分かり易いように、周波数低下時のビート周波数を負の値として説明しており、実際の処理においては、上述した算出式において負の周波数を加算するときは減算し、減算するときは加算することになる。以下の説明も同様とする。

【0043】

尚、送信信号と復調用信号の中心周波数ずれが存在しない場合については、各ビート周波数ｆｂ１₁、ｆｂ２₁、ｆｂ１_２、ｆｂ２_２において、ΔＦｃ＝０として算出すればよい。また、信号発生タイミングのずれが存在しない場合については、各ビート周波数ｆｂ１₁、ｆｂ２₁、ｆｂ１_２、ｆｂ２_２において、Δｘ＝０として算出すればよい。これらのいずれの場合も、距離を表すビート周波数からは信号発生タイミングのずれ成分Δｘを、相対速度を表すビート周波数からは中心周波数のずれ成分ΔＦｃを、それぞれ除くことができることは明らかであり、信号発生タイミングのずれや中心周波数のずれに起因する計測誤差をなくすことができる。

【0044】

無線局として送受信機が３つ以上存在する場合も同様である。距離や相対速度を計測したい送受信機間で、例えば図２の下図に示すような、周波数変調された信号、例えば周波数が連続的に変化するＦＭ−ＣＷ波を相互に送受信し、各送受信機のビート周波数の検出結果を用いて、上述の（１１）、（１２）式から距離を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の差）と相対速度を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の和）を算出し、その結果に基づいて送受信機間の距離や相対速度を算出する。

【0045】

ところで、無線機の復調回路は、周波数０Ｈｚ（直流）付近の信号を低減・除去するように構成することが多い。その場合、復調処理で生成されるビート信号のビート周波数が０Ｈｚ付近であるとビート信号の検出が困難になったり不可能になる虞れがある。以下、ビート信号の検出が困難や不可能である周波数範囲を不感帯と称す。

【0046】

図６は、その一例であり、送受信機２０で受信した送受信機１０の送信ＦＭ−ＣＷ波が送受信機２０の復調用信号であるＦＭ−ＣＷ波と周波数上で近接し、送受信機２０側のプラスのビート周波数ｆｂ１₂が復調回路の不感帯に含まれてしまう例である。

【0047】

図示のようにｆｂ１₂＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ≒０であるようなビート信号は低減・除去され、そのビート周波数の検出が不能になることが考えられ、その場合、（１１）、（１２）式は、ｆｂ１₂＝０として、下記（１１）′、（１２）′式のようになり、信号発生タイミングのずれ成分Δｘや中心周波数のずれ成分ΔＦｃを取り除くことは出来ない。
（ｆｂ１₂−ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁−ｆｂ２₁）／４
＝｛０−（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）｝／４＋｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）−（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ）｝／４
＝（３・ΔＦ・Ｌ／ｃ＋Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）／４ （１１）′
（ｆｂ１₂＋ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁＋ｆｂ２₁）／４
＝｛０＋（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）｝／４＋｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）＋（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ）｝／４
＝（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−３Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ）／４ （１２）′

【0048】

かかる問題を解消するための本発明の実施形態を以下に説明する。
復調処理で生成されるビート信号のビート周波数が略０Ｈｚ（直流）となることを防止するには、送信信号（例えばＦＭ−ＣＷ波）の送信タイミングと復調用信号（ＦＭ−ＣＷ波）の生成タイミングを、予め定めた所定時間（Δｔ）ずらすようにすればよい。
以下に説明する本発明の第２実施形態は、図７の（Ａ）に示すように、受信側の復調用信号生成タイミングを送信側の信号送信タイミングよりΔｔだけ早くする（換言すれば、送信側の信号送信タイミングを受信側の復調用信号生成タイミングよりもΔｔだけ遅くする）構成例である。尚、ハードウエア構成は、図４と同じであり、送受信機１０、２０内のタイミング制御部１８のタイミング制御が第１実施形態と異なるだけである。

【0049】

本実施形態では、送受信機１０が送信側で送受信機２０が受信側の場合は、送受信機２０側での復調用信号の生成がΔｔだけ早くなるので、送受信機２０の図８（Ａ）に示す復調用信号は、図中の矢印で示すように時間軸上で左方へΔｔ移動することとなり、周波数の増大時及び低下時共にビート周波数が図中の矢印方向に変化し、ビート周波数の絶対値が大きくなる。また、送受信機１０が受信側で送受信機２０が送信側の場合は、送受信機１０側での復調用信号の生成がΔｔだけ早くなるので、送受信機１０の図８（Ｂ）に示す復調用信号は、同じく時間軸上で図の左方へΔｔ移動することとなり、送受信機１０が送信側で送受信機２０が受信側の場合と同様に、周波数の増大時及び低下時共にビート周波数が図中の矢印方向に変化し、ビート周波数の絶対値が大きくなる。

【0050】

この場合の送受信機２０、１０でそれぞれ検出されるビート周波数ｆｂ１₂とｆｂ２₂、ｆｂ１₁とｆｂ２₁は、以下のようになる。
ｆｂ１₂＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ）
ｆｂ２₂＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ）
ｆｂ１₁＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ）
ｆｂ２₁＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ）
従って、
距離を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の差）は、下記の（１３）式のようになる。
（ｆｂ１₂−ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁−ｆｂ２₁）／４
＝［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ）｝−｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ）｝］／４＋［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ）｝−｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ）｝］／４
＝｛ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ）｝／２＋｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ）｝／２
＝ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ・Δｔ （１３）
また、相対速度を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の和）は、下記の（１４）式のようになる。
（ｆｂ１₂＋ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁＋ｆｂ２₁）／４
＝［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ）｝＋｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ）｝］／４＋［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ）｝＋｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ）｝］／４
＝（−Ｆｄ−ΔＦｃ）／２＋（−Ｆｄ＋ΔＦｃ）／２
＝−Ｆｄ （１４）
上記（１３）式において、ΔＦ及びΔｔは既知であるため、距離を表すビート周波数を算出することが出来る。

【0051】

ここで、復調用信号の早生成分Δｔは、タイミングずれΔｘと中心周波数ずれΔＦｃの各絶対値の見積り最大値Δｘｍ、ΔＦｃｍ及びドップラー周波数Ｆｄの絶対値の見積り最大値Ｆｄｍ（相対速度の想定最大値）を設定することで決めることができる。復調回路の不感帯範囲を±αとすると、各ビート信号のビート周波数が不感帯の範囲外となるためには、以下の式を満たせばよい。
ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ）＞α
−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ）＜−α
ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ）＞α
−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ）＜−α
ここで、｜Δｘ｜≦Δｘｍ、｜ΔＦｃ｜≦ΔＦｃｍ、｜Ｆｄ｜≦Ｆｄｍとおくと、上の４式から、早生成分Δｔは以下の（１５）式を満たすように定めればよい。
Δｔ＞（ΔＦｃｍ＋Ｆｄｍ＋α）／ΔＦ＋Δｘｍ （１５）

【0052】

かかる第２実施形態の構成によれば、受信側無線局において送信側無線局からの送信信号を復調処理して得られるビート信号のビート周波数が増大するので、ビート周波数が復調回路の不感帯（０Ｈｚ付近）に入ることを防止できる。従って、距離や相対速度を確実に計測できる。

【0053】

送受信機１０側と送受信機２０側で早生成分Δｔの値を異ならせてもよい。送受信機１０側の早生成分をΔｔ１、送受信機２０側の早生成分をΔｔ２（Δｔ２≠Δｔ１）とすると、送受信機２０、１０でそれぞれ検出されるビート周波数ｆｂ１₂とｆｂ２₂、ｆｂ１₁とｆｂ２₁は、以下のようになる。
ｆｂ１₂＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）
ｆｂ２₂＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）
ｆｂ１₁＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ２）
ｆｂ２₁＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ２）
従って、
距離を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の差）は、下記の（１６）式のようになる。
（ｆｂ１₂−ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁−ｆｂ２₁）／４
＝［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）｝−｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）｝］／４＋［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ２）｝−｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ２）｝］／４
＝｛ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）｝／２＋｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ２）｝／２
＝ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ（Δｔ１＋Δｔ２）／２ （１６）
また、相対速度を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の和）は、（１４）式において、
（ｆｂ１₂＋ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁＋ｆｂ２₁）／４
＝（−Ｆｄ−ΔＦｃ）／２＋（−Ｆｄ＋ΔＦｃ）／２
となり、早生成分Δｔの項が含まれないことから、
（ｆｂ１₂＋ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁＋ｆｂ２₁）／４＝−Ｆｄ
であり、（１４）式と同様となる。
従って、（１６）式のΔＦ、Δｔ１、Δｔ２は既知であるので、送受信機１０側と送受信機２０側で早生成分Δｔの値が異なった場合でも、距離を表すビート周波数を算出できる。

【0054】

前述したように、早生成分Δｔ１、Δｔ２は、タイミングずれΔｘと中心周波数ずれΔＦｃの各絶対値の見積り最大値Δｘｍ、ΔＦｃｍ及びドップラー周波数Ｆｄの絶対値の見積り最大値Ｆｄｍ（相対速度の想定最大値）を設定することで決めることができ、各ビート信号のビート周波数が復調回路の不感帯範囲±αの範囲外となるためには、以下の式を満たせばよい。
ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）＞α
−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）＜−α
ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ２）＞α
−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ２）＜−α
｜Δｘ｜≦Δｘｍ、｜ΔＦｃ｜≦ΔＦｃｍ、｜Ｆｄ｜≦Ｆｄｍとおくと、上の４式から、早生成分Δｔ１、Δｔ２は、以下の（１７）式を満たすように定めればよい。
Δｔ１、Δｔ２＞（ΔＦｃｍ＋Ｆｄｍ＋α）／ΔＦ＋Δｘｍ （１７）

【0055】

無線局として送受信機が３つ以上存在する場合も同様である。距離や相対速度を計測したい送受信機間で、例えば図２の下図に示すような、周波数変調された信号、例えば周波数が連続的に変化するＦＭ−ＣＷ波を相互に送受信して送受信機間の距離や相対速度を計測する。例えば、図７の（Ｂ）に示すように、各送受信機１０、２０、３０が順次に他の各送受信機２０と３０、３０と１０、１０と２０と送受信動作を行なう際に受信側の復調用信号の生成をΔｔだけ早くする。このΔｔは図示のように、送受信機１０、２０間ではΔｔ１２、送受信機１０、３０間ではΔｔ１３、送受信機２０、３０間ではΔｔ２３として計測対象によって異なっても良い。

【0056】

送受信機１０、２０間での距離や相対速度は、送受信機１０の送信信号を送受信機２０で受信して復調したビート信号の周波数と、送受信機２０の送信信号を送受信機１０で受信して復調したビート信号の周波数によって、（１３）式、（１４）式から計測できる。同様に、送受信機１０、３０間での距離や相対速度は、送受信機１０の送信信号を送受信機３０で受信して復調したビート信号の周波数と、送受信機３０の送信信号を送受信機１０で受信して復調したビート信号の周波数によって、送受信機２０、３０間での距離や相対速度は、送受信機２０の送信信号を送受信機３０で受信して復調したビート信号の周波数と、送受信機３０の送信信号を送受信機２０で受信して復調したビート信号の周波数によって、それぞれ計測できる。

【0057】

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、復調処理で生成されるビート信号のビート周波数が略０Ｈｚ（直流）となることを防止するため、図９の（Ａ）に示すように、受信側の復調用信号生成タイミングを送信側の信号送信タイミングよりΔｔだけ遅くする（換言すれば、送信側の信号送信タイミングを受信側の復調用信号生成タイミングよりもΔｔだけ早くする）構成である。尚、図９は、送受信機１０側と送受信機２０側で遅生成分Δｔの値をΔｔ１とΔｔ２として異ならせた例である。

【0058】

本実施形態は、送受信機１０が送信側で送受信機２０が受信側の場合に、その復調用信号生成タイミングを送受信機１０の信号送信タイミングよりΔｔ１だけ遅くし、送受信機１０が受信側無線機の場合に、その復調用信号生成タイミングを送受信機２０の信号送信タイミングよりΔｔ２だけ遅くした例であり、図１０に、受信側送受信機での受信信号と復調信号の生成タイミングとビート周波数を示し、図１０の（Ａ）は送受信機２０が受信側の場合、（Ｂ）は送受信機１０が受信側の場合である。

【0059】

かかる構成では、送受信機１０が送信側で送受信機２０が受信側の場合は、送受信機２０の図１０（Ａ）に示す復調用信号が、図中の矢印で示すように時間軸上で右方へΔｔ１移動することとなり、周波数の増大時及び低下時共にビート周波数が図中の矢印方向に変化し、ビート周波数の絶対値が大きくなる。また、送受信機１０が受信側で送受信機２０が送信側の場合は、送受信機１０の図１０（Ｂ）に示す復調用信号は、同じく時間軸上で図の右方へΔｔ２移動することとなり、送受信機１０が送信側で送受信機２０が受信側の場合と同様に、周波数の増大時及び低下時共にビート周波数が図中の矢印方向に変化し、ビート周波数の絶対値が大きくなる。尚、本実施形態では、送受信機１０、２０において、復調用信号が受信信号より時間軸上で遅れ、周波数の増大時と低下時でビート周波数の正負が逆となっている。

【0060】

この場合の送受信機２０，１０でそれぞれ検出されるビート周波数ｆｂ１₂とｆｂ２₂、ｆｂ１₁とｆｂ２₁は、以下のようになる。
ｆｂ１₂＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ１）
ｆｂ２₂＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ１）
ｆｂ１₁＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）
ｆｂ２₁＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）
従って、
距離を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の差）は、下記の（１８）式のようになる。
（ｆｂ１₂−ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁−ｆｂ２₁）／４
＝［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ１）｝−｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ１）｝］／４＋［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝−｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝］／４
＝｛ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ１）｝／２＋｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝／２
＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−ΔＦ（Δｔ１＋Δｔ２）／２ （１８）
また、相対速度を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の和）は、下記の（１９）式のようになる。
（ｆｂ１₂＋ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁＋ｆｂ２₁）／４
＝［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ１）｝＋｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ１）｝］／４＋［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝＋｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝］／４
＝（−Ｆｄ−ΔＦｃ）／２＋（−Ｆｄ＋ΔＦｃ）／２
＝−Ｆｄ （１９）
上記（１８）式において、ΔＦ、Δｔ１、Δｔ２は既知であるため、距離を表すビート周波数を算出することが出来る。相対速度を表すドップラー周波数Ｆｄを算出できることは（１９）式から明らかである。

【0061】

尚、上記実施形態では、それぞれの送受信機１０、２０での遅生成分をΔｔ１、Δｔ２として異ならせた例を示したが、同じとしてもよく、この場合、上述の式中のΔｔ１、Δｔ２をΔｔに置き換えればよい。

【0062】

遅生成分Δｔ１、Δｔ２は、タイミングずれΔｘと中心周波数ずれΔＦｃの各絶対値の見積り最大値Δｘｍ、ΔＦｃｍ、送受信機間距離Ｌの想定最大値Ｌｍ及びドップラー周波数Ｆｄの絶対値の見積り最大値Ｆｄｍ（相対速度の想定最大値）を設定することで決めることができ、各ビート信号のビート周波数が復調回路の不感帯範囲±αの範囲外となるためには、以下の式を満たせばよい。
ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ−Δｔ１）＜−α
−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ−Δｔ１）＞α
ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）＜−α
−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）＞α
｜Δｘ｜≦Δｘｍ、｜ΔＦｃ｜≦ΔＦｃｍ、Ｌ≦Ｌｍ、｜Ｆｄ｜≦Ｆｄｍとおくと、上の４式から、遅生成分Δｔ１、Δｔ２は、以下の（２０）式を満たすように定めればよい。
Δｔ１、Δｔ２＞（ΔＦｃｍ＋Ｆｄｍ＋α）／ΔＦ＋Ｌｍ／ｃ＋Δｘｍ （２０）

【0063】

無線局としての送受信機が３つ以上存在する場合の遅生成（受信側復調用信号生成タイミングを送信側信号送信タイミングより遅く生成する）の関係は、前述した第２実施形態の早生成（受信側復調用信号生成タイミングを送信側信号送信タイミングより早く生成する）の場合と同様である。各送受信機が順次に他の各送受信機と送受信動作を行なう際に受信側の復調用信号の生成をΔｔだけ遅くする。このΔｔは送受信機１０、２０間ではΔｔ１２、送受信機１０、３０間ではΔｔ１３、送受信機２０、３０間ではΔｔ２３と計測対象によって異なっても良い。

【0064】

尚、一方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う他方の無線局の復調用信号発生タイミングを、一方の無線局の信号送信タイミングより早くし、他方の無線局の送信動作時に、受信動作を行う一方の無線局の復調用信号発生タイミングを、他方の無線局の信号送信タイミングより遅くするようにしてもよい。例えば、送受信機１０が送信側で送受信機２０が受信側の場合に、送受信機２０の復調用信号の生成タイミングを送受信機１０の信号送信タイミングより早くし、送受信機２０が送信側で送受信機１０が受信側の場合に、送受信機１０の復調用信号の生成タイミングを送受信機２０の信号送信タイミングより遅くする構成としてもよい。

【0065】

この場合、送受信機２０で検出されるビート周波数ｆｂ１₂とｆｂ２₂は、第２実施形態で示したものであり、送受信機１０で検出されるビート周波数ｆｂ１₁とｆｂ２₁は、第３実施形態で示したものであり、以下のようになる。
ｆｂ１₂＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）
ｆｂ２₂＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）
ｆｂ１₁＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）
ｆｂ２₁＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）
従って、
距離を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の差）は、下記の（２１）式のようになる。
（ｆｂ１₂−ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁−ｆｂ２₁）／４
＝［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）｝−｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）｝］／４＋［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝−｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝］／４
＝｛ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）｝／２＋｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝／２
＝ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ（Δｔ１−Δｔ２）／２ （２１）
また、相対速度を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の和）は、下記の（２２）式のようになる。
（ｆｂ１₂＋ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁＋ｆｂ２₁）／４
＝［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）｝＋｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ１）｝］／４＋［｛ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝＋｛−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ（Δｘ＋Δｔ２）｝］／４
＝（−Ｆｄ−ΔＦｃ）／２＋（−Ｆｄ＋ΔＦｃ）／２
＝−Ｆｄ （２２）
上記（２１）式において、ΔＦ、Δｔ１、Δｔ２は既知であるため、距離を表すビート周波数を算出することが出来る。相対速度を表すドップラー周波数Ｆｄを算出できることは（２２）式から明らかである。

【0066】

また、上述の例では、早生成分Δｔ１と遅生成分Δｔ２が異なる例であるが、Δｔ１＝ｔ２＝Δｔとすると、ΔＦ（Δｔ１−Δｔ２）／２＝０となるので、（２１）式からΔＦ・Δｔ１、ΔＦ・Δｔ２を除去する処理の必要がなくなる利点がある。

【0067】

上述したように、送信側の送信信号と受信側の復調用信号の生成タイミングをずらしてビート周波数を復調回路の不感帯の範囲外にさせる場合、両者の生成タイミング差を前述の（１７）式、（２０）式の条件を満たして設定すればよいので、例えば受信側の復調用信号の生成タイミングを変化させて生成タイミング差を生じさせる場合を考えると、下記の４通りの組み合わせを考えることができる。
１．送受信機１０、２０側共に早生成。
２．送受信機２０側を早生成、送受信機１０側を遅生成。
３．送受信機２０側を遅生成、送受信機１０側を早生成。
４．送受信機１０、２０側共に遅生成。

【0068】

無線局としての送受信機が３つ以上存在する場合も同様である。各送受信機が順次に他の各送受信機と送受信動作を行なう際に受信側の復調用信号の生成をΔｔだけずらす。このΔｔは送受信機１０、２０間ではΔｔ１２、送受信機１０、３０間ではΔｔ１３、送受信機２０、３０間ではΔｔ２３と計測対象によって異なっても良い。図９の（Ｂ）は、計測対象との１回目の送受信では受信側復調用信号を早生成し、２回目の送受信では受信側復調用信号を遅生成する例である。１回目の送受信で受信側復調用信号を遅生成し、２回目の送受信で受信側復調用信号を早生成しても良い。
尚、受信側の復調用信号の生成タイミングのずらす量は同じでもよいし、異なっていてもよい。
送信側の信号送信タイミングを変化させて生成タイミング差を生じさせる場合も、同様の組み合わせを設定することができる。

【0069】

送受信機２０（又は送受信機１０）で受信した送受信機１０（又は送受信機２０）の送信信号が著しく高い周波数となった場合、周波数の増大時と低下時で異符号として表れていたビート周波数ｆｂ１、ｆｂ２は同符号となる。このような現象は、例えば送受信機１０と送受信機２０が高速で近づいている場合等に現れる。このような場合も、復調処理で生成されるビート信号のビート周波数が０Ｈｚ付近になることが考えられる。尚、送受信機２０（又は送受信機１０）で受信した送受信機１０（又は送受信機２０）の送信信号が著しく低い周波数となった場合も同様であり、このような現象は、例えば送受信機１０と送受信機２０が高速で遠ざかる場合等に現れる。

【0070】

このようにビート周波数が同符号となるような場合でも、復調処理で生成されるビート信号のビート周波数が、復調回路の不感帯の範囲外となるようにするには、受信側無線機の復調用信号の中心周波数と送信側無線機の送信信号の中心周波数を、予め定めた所定周波数ずらすよう設定すればよい。

【0071】

以下に説明する本発明の第４実施形態は、受信側の復調用信号の中心周波数を送信側の送信信号の中心周波数より予めΔｆｃｈ高くする（換言すれば，送信側の送信信号の中心周波数を受信側の復調用信号の中心周波数より予めΔｆｃｈ低くする）ことで、ビート周波数がプラス（正）側となるよう設定した例である。

【0072】

本実施形態は、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、送受信機１０が送信側で送受信機２０が受信側の場合、送受信機２０側の復調用信号の中心周波数を送受信機１０の送信信号の中心周波数よりΔｆｃｈ１高くし、送受信機２０が送信側で送受信機１０が受信側の場合、送受信機１０側の復調用信号の中心周波数を送受信機２０の送信信号の中心周波数よりΔｆｃｈ２高くした例である。

【0073】

この場合の送受信機２０、１０でそれぞれ検出されるビート周波数ｆｂ１₂とｆｂ２₂、ｆｂ１₁とｆｂ２₁は、以下のようになる。
ｆｂ１₂＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ１
ｆｂ２₂＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ１
ｆｂ１₁＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ２
ｆｂ２₁＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ２
従って、
距離を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の差）は、下記の（２３）式のようになる。
（ｆｂ１₂−ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁−ｆｂ２₁）／４
＝｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ１）−（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ１）｝／４＋｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ２）−（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ２）｝／４
＝（ΔＦ・Ｌ／ｃ＋ΔＦ・Δｘ）／２＋（ΔＦ・Ｌ／ｃ−ΔＦ・Δｘ）／２
＝ΔＦ・Ｌ／ｃ （２３）
また、相対速度を表すビート周波数（ｆｂ１とｆｂ２の和）は、下記の（２４）式のようになる。
（ｆｂ１₂＋ｆｂ２₂）／４＋（ｆｂ１₁＋ｆｂ２₁）／４
＝｛（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ１）＋（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ１）｝／４＋（ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ２）＋（−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ２）｝／４
＝（−Ｆｄ−ΔＦｃ＋Δｆｃｈ１）／２＋（−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋Δｆｃｈ２）／２
＝−Ｆｄ＋（Δｆｃｈ１＋Δｆｃｈ２）／２ （２４）
上記（２４）式において、Δｆｃｈ１、Δｆｃｈ２は既知であるため、相対速度を表すビート周波数を算出することが出来る。

【0074】

Δｆｃｈ１、Δｆｃｈ２は、タイミングずれΔｘと中心周波数ずれΔＦｃの各絶対値の見積り最大値Δｘｍ、ΔＦｃｍ、送受信機間距離Ｌの想定最大値Ｌｍ及びドップラー周波数Ｆｄの絶対値の見積り最大値Ｆｄｍ（相対速度の想定最大値）を設定することで決めることができる。そして、ビート周波数ｆｂ１、ｆｂ２が共にプラスであることから、各復調信号のビート周波数が図１１のようにプラス側の不感帯範囲αの範囲外とするためには、ｆｂ２₂、ｆｂ２₁に着目し、以下の式を満たせばよい。
ｆｂ２₂＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ１＞α
ｆｂ２₁＝−ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ＋Δｆｃｈ２＞α
｜Δｘ｜≦Δｘｍ、｜ΔＦｃ｜≦ΔＦｃｍ、Ｌ≦Ｌｍ、｜Ｆｄ｜≦Ｆｄｍとおくと、上の２式から、中心周波数のオフセット分Δｆｃｈ１、Δｆｃｈ２は、それぞれ次式を満たすように定めればよいことになる。
Δｆｃｈ１、Δｆｃｈ２＞α＋ΔＦ（Ｌｍ／ｃ＋Δｘｍ）＋Ｆｄｍ＋ΔＦｃｍ （２５）

【0075】

無線局としての送受信機が３つ以上存在する場合の中心周波数のオフセットの関係は生成タイミングをずらす場合と同様である。各送受信機が順次に計測対象の他の各送受信機と送受信動作を行なう際に受信側の復調用信号の中心周波数を送信側の送信信号の中心周波数より予めΔｆｃｈ高くする。このΔｆｃｈは送受信機１０、２０間ではΔｆｃｈ１２、送受信機１０、３０間ではΔｆｃｈ１３、送受信機２０、３０間ではΔｆｃｈ２３と計測対象によって異なっても良い。

【0076】

第４実施形態では、受信側の復調用信号の中心周波数を送信側の送信信号の中心周波数より高くする（換言すれば，送信側の送信信号の中心周波数を受信側の復調用信号の中心周波数より低くする）例を示したが、逆に、受信側の復調用信号の中心周波数を送信側の送信信号の中心周波数より低くする（換言すれば，送信側の送信信号の中心周波数を受信側の復調用信号の中心周波数より高くする）ように設定しても同様である。この場合、ビート周波数は共にマイナス側となり、ビート周波数をマイナス側の不感帯範囲−αの範囲外とするためには、ｆｂ１₂、ｆｂ１₁に着目し、以下の式を満たせばよい。
ｆｂ１₂＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ−ΔＦｃ＋ΔＦ・Δｘ−Δｆｃｈ１＜−α
ｆｂ１₁＝ΔＦ・Ｌ／ｃ−Ｆｄ＋ΔＦｃ−ΔＦ・Δｘ−Δｆｃｈ２＜−α
上の２式から、中心周波数のオフセット分Δｆｃｈ１、Δｆｃｈ２は、それぞれ次式を満たすように定めればよいことになる。
Δｆｃｈ１、Δｆｃｈ２＞α＋ΔＦ（Ｌｍ／ｃ＋Δｘｍ）＋Ｆｄｍ＋ΔＦｃｍ （２６）

【0077】

無線局としての送受信機が３つ以上存在する場合の中心周波数を低くする関係は高くする場合と同様である。各送受信機が順次に計測対象の他の各送受信機と送受信動作を行なう際に受信側の復調用信号の中心周波数を送信側の送信信号の中心周波数より予めΔｆｃｈ低くする。このΔｆｃｈは送受信機１０、２０間ではΔｆｃｈ１２、送受信機１０、３０間ではΔｆｃｈ１３、送受信機２０、３０間ではΔｆｃｈ２３と計測対象によって異なっても良い。

【0078】

上述したように、送信側の送信信号と受信側の復調用信号の中心周波数をずらしてビート周波数を復調回路の不感帯の範囲外にさせる場合、両者の周波数差を前述の（２５）式、（２６）式の条件を満たして設定すればよいので、例えば受信側の復調用信号の中心周波数を変化させて中心周波数に周波数差（オフセット量Δｆｃｈ）を生じさせる場合を考えると、送信側の送信信号の中心周波数との関係で下記の４通りの組み合わせを考えることができる。
１．送受信機１０、２０側共に高く設定。
２．送受信機２０側を高く、送受信機１０側を低く設定。
３．送受信機２０側を低く、送受信機１０側を高く設定。
４．送受信機１０、２０側共に低く設定。

【0079】

また、無線局としての送受信機が３つ以上存在する場合も同様である。各送受信機が順次に計測対象の他の各送受信機と送受信動作を行なう際に受信側の復調用信号の中心周波数を送信側の送信信号の中心周波数より予めΔｆｃｈずらす。このΔｆｃｈは送受信機１０、２０間ではΔｆｃｈ１２、送受信機１０、３０間ではΔｆｃｈ１３、送受信機２０、３０間ではΔｆｃｈ２３と計測対象によって異なっても良い。中心周波数のオフセットの高低は計測対象との１回目の送受信で受信側を高くし、２回目の送受信で受信側を低くしても、１回目の送受信で受信側を低くし、２回目の送受信で受信側を高くしても良い。

【0080】

尚、受信側の復調用信号の中心周波数のずらし量Δｆｃｈ１とΔｆｃｈ２は、異なってもよく、同じでもよい。送信側の送信信号の中心周波数を変化させて周波数差を生じさせる場合も、同様の組み合わせを設定することができる。

【0081】

また、上述の２、３のように、送受信機２０側を高く（又は低く）、送受信機１０側を低く（又は高く）設定するような組み合わせの場合において、Δｆｃｈ１とΔｆｃｈ２を同じ（即ち、Δｆｃｈ１＝−Δｆｃｈ２）にすると、（２４）式において、Δｆｃｈ１＋Δｆｃｈ２＝０となるので、（２４）式からΔｆｃｈ１、Δｆｃｈ２を除去する処理の必要がなくなる利点がある。

【0082】

上述した各実施形態において、距離を表すビート周波数や相対速度を表すドップラー周波数を複数回算出し、これらに対して平均化処理や最尤推定法等を用いることで、距離と速度の計測精度を向上できる。

【0083】

上述の各実施形態では、距離・速度算出部１７を一方の送受信機に設ける構成を示したが、両方の送受信機１０、２０に設けてお互いにビート周波数の検出結果を送受信してそれぞれで距離や相対速度を算出する構成としてもよい。また、距離・速度算出部１７を外部装置に設け、各送受信機１０、２０からビート周波数の検出結果をそれぞれ外部装置に送信し、外部装置側で距離や相対速度を算出する構成としてもよい。

【0084】

本発明の無線距離・速度計測装置は、例えば、一方の送受信機を列車に搭載して移動局とし、他方の送受信機を地上側に固定局として複数設置し、列車と複数の固定局との間で相互に送受信することで、列車の位置や速度の検出に適用できる。この場合、移動局である列車側をマスターとし、列車側から地上側の各固定局に対して動作指令を送信して送受信動作を行うことで、列車とその地上側の各固定局との間の距離や相対速度を計測することが考えられる。或いは、固定局である地上側をマスターとし、地上側から列車側の移動局や他の固定局に対して動作指令を送信して送受信動作を行うことで、列車とその地上側の各固定局との間の距離や相対速度を計測することが考えられる。また、外部の計測部をマスターとし、外部から列車側の移動局や地上側の固定局に対して動作指令を送信して送受信動作を行うことで、列車とその地上側の各固定局との間の距離や相対速度を計測することが考えられる。

【0085】

また、無線局としての送受信機が３つ以上存在する場合に、各送受信機が順次に計測対象の他の各送受信機と相互に送受信動作を行って他の送受信機との距離や相対速度を計測し、それぞれの計測結果を、例えば外部の管理装置で収集し、管理装置から必要な計測データを随時読み出すようなことも考えられる。

【0086】

無線局としての送受信機がＮｏ.１、Ｎｏ.２、Ｎｏ.３の３台存在する場合の例を図１２、図１３に示す。ここでは、図１２に示すように３台の送受信機が相互に送受信動作を行い互いの距離や相対速度を計測する場合を示している。まず、図１３に示すようにＮｏ.１の送受信機が送信を行い、Ｎｏ.２、Ｎｏ.３の送受信機が受信するビート周波数を検出する。次に、Ｎｏ.２の送受信機が送信を行い、Ｎｏ.１、Ｎｏ.３の送受信機が受信するビート周波数を検出する。次に、Ｎｏ.３の送受信機が送信を行い、Ｎｏ.１、Ｎｏ.２の送受信機が受信するビート周波数を検出する。Ｎｏ.１とＮｏ.２の送受信機間の距離や相対速度は、（１）と（２）の送受信動作により計測できる。同時にＮｏ.１とＮｏ.３の送受信機間とＮｏ.２とＮｏ.３の送受信機間の距離や相対速度は、（１）と（３）、（２）と（３）の送受信動作によりそれぞれ計測できる。例えば、Ｎｏ.１の送受信機を列車側の移動局とし、Ｎｏ.２、Ｎｏ.３の各送受信機を地上側の固定局として、Ｎｏ.２とＮｏ.３の送受信機間での距離や相対速度計測を不要とすると、Ｎｏ.２の送受信機はＮｏ.３の送受信機の送信波を受信しても計測する必要がなく、また、Ｎｏ.３の送受信機はＮｏ.２の送受信機の送信波を受信しても計測する必要がない。

【符号の説明】

【0087】

１０、２０、３０ 送受信機
１１ 送受信アンテナ
１２ ＦＭ−ＣＷ波発生器１２
１３ 復調用信号発生器
１４ 復調回路
１５ 切替えスイッチ
１６ 信号解析部
１７ 距離・速度算出部
１８ タイミング制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】