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JP3731335B2 - Distance measuring system and distance measuring machine - Google Patents
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JP3731335B2 - Distance measuring system and distance measuring machine - Google Patents

Distance measuring system and distance measuring machine Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信機、中継機及び距離測定機とを備え、基準点からの距離を測定する距離測定システムに関する。また、本発明は、前記基準点からの距離を測定する距離測定機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、電波を用いて自分の位置を計測することができる距離測定システム及び距離測定機が知られている。このような距離測定システムでは、通常3つ以上の送信機から同期をとりつつ電波を送信し、距離測定機によりこの電波を受信して、位相差等から位置計算に必要な情報を解析し、さらに地図情報等の支援を得ながら、自らの位置を計算して、基準点からの距離の算出が行なわれる。また、距離測定機から、基準信号を送信して、中継機によりこれを受信後、中継信号を返送する構成にすることもできる。
【0003】
一方、このような距離測定システムを、船舶の航法等や軍事的な応用を目的に使用する場合には、非常に高い精度が要求される。これに対し、近年では、レジャー目的、例えば、ゴルフ場における位置を計測する用途など、さまざまな分野で距離測定システムを利用するニーズが高まってきている。このような分野で距離測定システムを導入する場合には、高精度に距離を測定することは要求されないものの、機器の低コスト化、小型化が不可欠となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような3つ以上の送信機から電波を送信するシステムでは、正確な距離を算出するために、これら複数の送信機内の時計は、きわめて正確に同期を合わせておく必要がある。また、広いエリアで使用する場合には、送信機からの出力を大きくする必要がある。よって、システム構成は複雑になり、低コスト化も難しくなる。
【0005】
また、距離測定機と中継機を設けてシステムを構成する場合には、距離測定機から電波を送信する必要があるので、距離測定機が高価になるとともに、消費電力が大きくなるため、使用時間が制約され、小型化も困難になる。また、多数の距離測定機が同時に使用される場合には、相互に妨害を与えるおそれがある。
【0006】
従って、従来の距離測定システムでは、例えば、ゴルフ場における簡易な距離測定などに応用する場合に、機器の低コスト化と小型化の要請をともに満足し、使い勝手のよい距離測定機を提供することが困難であるという点が問題となる。
【0007】
そこで、本発明は上述した問題に鑑みなされたものであり、その課題は、簡単な構成で、機器の低コスト化、小型化を容易に実現できる距離測定システム及び距離測定機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の距離測定システムは、第1周波数の送信電波を送信する送信機と、当該送信電波を受信して第2周波数の送信電波を送信する中継機と、当該第1周波数の送信電波と当該第2周波数の送信電波とを受信する距離測定機とからなる距離測定システムであって、前記送信機は、所定の基準信号で前記第1周波数の送信信号を変調する変調手段と、変調された前記送信信号を無線送信する第1送信手段とを備え、前記中継機は、前記送信機により無線送信された前記第1周波数の送信信号を受信する第1受信手段と、受信した前記第1周波数の受信信号の周波数を変換して前記第2周波数の送信信号を生成する変換手段と、生成した前記第2周波数の送信信号を無線送信する第2送信手段とを備え、前記距離測定機は、前記送信機により無線送信された前記第1周波数の送信信号を受信して前記基準信号を復調する第2受信手段と、前記中継機により無線送信された前記第2周波数の送信信号を受信して前記基準信号を復調する第3受信手段と、前記第2受信手段により復調された前記基準信号と前記第3受信手段により復調された前記基準信号との間の位相差を検出する検出手段と、検出した前記位相差に基づいて、前記送信機の位置と前記距離測定機の位置との間の距離を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【0009】
請求項1に記載の発明によれば、送信機においては、所定の基準信号で変調手段により変調された第1周波数の送信信号が、第1送信手段により無線送信される。
【0010】
中継機においては、送信機から送信された第1周波数の送信信号が第1受信手段により受信された後、変換手段により周波数変換され、第2周波数の送信信号が生成される。そして、この第2周波数の送信信号は、第2送信手段により送信される。
【0011】
距離測定機においては、送信機から送信された第1周波数の送信信号が第2受信手段により受信されるとともに、中継機から送信された第2周波数の送信信号が第3受信手段により受信され、ともに基準信号が復調される。そして、2つの基準信号の間の位相差が、検出手段により検出されて、その結果に基づいて送信機と距離測定機の間の距離が、算出手段により算出される。
【0012】
よって、送信機からの送信信号と、その中継信号とを用いるので、機器どうしの正確な同期は不要となり、距離測定機はこれらを受信するだけでよいので、送信信号を出力する必要はない。そのため、距離測定システムの構成は簡単になり、距離測定機は低コストかつ低消費電力なものとなる。
【0013】
請求項2に記載の距離測定システムは、請求項1に記載の距離測定システムにおいて、前記中継機は位置固定に設置され、前記送信機は移動体に設置されていることを特徴とする。
【0014】
請求項2に記載の発明によれば、送信機、中継機、距離測定機のうち、中継器の位置は固定となっているが、送信機は移動体に設置されて、移動可能となっている。
【0015】
よって、送信機の初期の位置が把握されていることを条件に、例えばゴルフボールの内部に送信機を設置するなどして、距離測定を行うことができるので、距離測定システムの利便性が一層高くなる。
【0016】
請求項3に記載の距離測定システムは、請求項1又は請求項2に記載の距離測定システムにおいて、前記距離測定機は、前記距離測定機の位置を基準点とする前記送信機の位置方向と前記中継機の位置方向とのなす角度を設定する設定手段をさらに備え、前記算出手段は、前記位相差と当該設定された角度に基づいて、前記距離を算出することを特徴とする。
【0017】
請求項3に記載の発明によれば、距離測定機を基準にして送信機及び中継器を見た角度を、設定手段により設定し、この角度と検出手段により検出した位相差とから、算出手段によって距離が算出される。
【0018】
よって、距離測定機が複雑な経路を通って移動する場合でも、簡易な手段で前記角度の設定がされ、これにより距離が求められるので、距離測定システムの利用可能性がさらに高まる。
【0019】
請求項4に記載の距離測定機は、所定の基準信号により変調された第1周波数の送信電波を送信する送信機と、当該送信電波を受信して第2周波数の送信電波を送信する中継機と、当該第1周波数の送信電波と当該第2周波数の送信電波とを受信する距離測定機とからなる距離測定システムにおける距離測定機であって、前記送信機により無線送信された前記第1周波数の送信信号を受信して前記基準信号を復調する第2受信手段と、前記中継機により無線送信された前記第2周波数の送信信号を受信して前記基準信号を復調する第3受信手段と、前記第2受信手段により復調された前記基準信号と前記第3受信手段により復調された前記基準信号との間の位相差を検出する検出手段と、検出した前記位相差に基づいて、前記送信機の位置と前記距離測定機の位置との間の距離を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【0020】
請求項4に記載の発明によれば、送信機から送信された第1周波数の送信信号が第2受信手段により受信されるとともに、中継機から送信された第2周波数の送信信号が第3受信手段により受信され、ともに基準信号が復調される。そして、2つの基準信号の間の位相差が、検出手段により検出されて、その結果に基づいて送信機と距離測定機の間の距離が、算出手段により算出される。
【0021】
よって、距離測定機は2つ送信信号を受信するだけでよいので、自ら送信信号を出力する必要はない。そのため、距離測定機は、より簡易に距離測定が行え、低コストかつ低消費電力なものとなる。
【0022】
請求項5に記載の距離測定機は、請求項4に記載の距離測定機において、前記距離測定機の位置を基準点とする前記送信機の位置方向と前記中継機の位置方向のなす角度を設定する設定手段をさらに備え、前記算出手段は、前記位相差と当該設定された角度に基づいて、前記距離を算出することを特徴とする。
【0023】
請求項5に記載の発明によれば、距離測定機を基準にして送信機及び中継器を見た角度を、設定手段により設定し、この角度と検出手段により検出した位相差とから、算出手段によって距離が算出される。
【0024】
よって、距離測定機が複雑な経路を通って移動する場合でも、簡易な手段で前記角度の設定がされ、これにより距離が求められるので、距離測定機の利用可能性がさらに高まる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図1乃至図8に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明による距離測定システム及び距離測定機を、ゴルフ場において距離を計測するための距離測定システム及び距離測定機に対して適用した場合の実施の形態である。
【0026】
図1に示すように、本実施形態に係る距離測定システムは、周波数f1で基準となる送信信号を無線送信する送信機1と、送信機1からの周波数f1の送信信号を受信し、周波数f2の中継信号に変換して送信する中継機2と、送信機1から送信される送信信号と、中継機2から送信される中継信号とを受信し、それぞれ復調された基準信号の位相差から距離を算出する距離測定機3とから構成されている。図1において、送信機1は位置Bに、中継器2は位置Aに、距離測定機3は位置Cに、それぞれ置かれている。そして、位置Aと位置Bとを結ぶ距離aが既知の値であって、位置Aと位置Cとを結ぶ距離xと、位置Bと位置Cとを結ぶ距離yとが、求めるべき値となる。
【0027】
ここで、図2を用いて、送信機1の構成について説明する。図2に示すように、送信機1は、基準信号発生器11と、発振器/変調器12と、電力増幅器13と、アンテナ14とを備えている。
【0028】
以上の構成において、基準信号発生器11は、距離測定機3における位相差検出の基準を与える所定のパターンの基準信号を発生する。この基準信号は、例えば、図5(a)に示すようなパターンを有するパルス波であり、連続して発生させてもよく、あるいは適宜のタイミングで間欠的に発生させてもよい。また、基準信号のパターンは、ゴルフ場のホール番号のデータなど、一定の情報を表すパターンとしてもよい。
【0029】
発振器/変調器12は、送信機から送信されて中継器2及び距離測定機3により受信される第1周波数f1で発振し、この発振出力を基準信号発生器11から出力される基準信号により変調する。発振器/変調器12としては、例えば、電圧制御発振器を用いることができ、直流電圧を印加して、常に周波数がf1となるようにフィードバック制御される。さらに、この直流電圧に、基準信号発生器12から発生される基準信号を重畳すれば、容易に周波数変調を行うことができる。
【0030】
電力増幅器13は、基準信号により変調された周波数f1の信号を、適切なゲインで増幅する。そして、アンテナ14から、電力増幅器13の出力が無線電波として送信される。
【0031】
次に、図3を用いて、中継機2の構成について説明する。図3に示すように、中継機2は、アンテナ21と、アンテナ共用器22と、低雑音増幅器23と、ミキサ24と、局部発振器25と、電力増幅器26とを備えている。
【0032】
以上の構成において、アンテナ21は、送信機1から送信された周波数f1の送信電波を受信する。ここで、中継器2では、アンテナ21を送信機1からの受信用としてのみならず、距離測定機3への送信用として共用している。そのため、受信した信号は、アンテナ共用器22を通して、低雑音増幅器23に入力され、所定のゲインで増幅される。
【0033】
ミキサ24は、増幅された周波数f1の信号を、局部発信器25からの信号と混合して、周波数f2の信号に変換する。ここで、この周波数f2は、周波数f1と局部発振器25の周波数Δfとの和で与えられ、f2=f1+Δfの関係が成り立つ。
【0034】
電力増幅器26は、ミキサ24から出力された周波数f2の信号を、所定のゲインで増幅する。そして、電力増幅器26の出力は、アンテナ共用器22を通して、アンテナ21から無線電波として送信される。
【0035】
ここで、アンテナ共用器22は、受信側では、周波数f1が通過帯域、周波数f2が阻止帯域である一方、送信側では、周波数f2が通過帯域、周波数f1が阻止帯域であるような特性を有するフィルタにより構成されている。
【0036】
なお、ミキサ24において、周波数f1と局部発振器25の周波数Δfとの和ではなく、差を出力するようにもできる。即ち、f2=f1−Δfの関係を満たす周波数f2を有する信号に変換してもよい。
【0037】
次に、図4を用いて、距離測定機3の構成について説明する。図4に示すように、距離測定機3は、アンテナ31と、アンテナ共用器32と。低雑音増幅器33、43と、ダウンコンバータ34、44と、局部発振器35、45と、復調器36、46と、位相差検出器38と、演算器40とを備えている。
【0038】
以上の構成において、送信機1から送信された周波数f1の送信電波は、アンテナ31で受信され、アンテナ共用器32を通して、低雑音増幅器43に入力され、所定のゲインで増幅される。そして、ダウンコンバータ44では、増幅された周波数f1の信号を、局部発振器45からの信号との差の周波数である中間周波数に変換し、出力する。
【0039】
一方、中継機2から送信された周波数f2の送信電波は、アンテナ31で受信され、アンテナ共用器32を通して、低雑音増幅器33に入力され、所定のゲインで増幅される。そして、ダウンコンバータ34では、増幅された周波数f2の信号を、局部発振器35からの信号との差の周波数である中間周波数に変換し、出力する。
【0040】
そして、ダウンコンバータ44の出力信号は、復調器46で復調され、標準信号S1が取り出され、ダウンコンバータ34の出力信号は、復調器36で復調され、標準信号S2が取り出される。ここで、ダウンコンバータ44及び34の出力信号は、ともに等しい中間周波数になるように、局部発振器35、45の発振周波数が定められている。
【0041】
その後、標準信号S1と標準信号S2は、位相差検出器38に入力される。ここで、標準信号S1、S2は、ともに基準信号発生器11により発生した基準信号を復元した信号となるが、無線伝搬経路の違いや周波数変換に伴って、異なる遅延を有しているため、一定の位相差が存在する。そこで、この位相差検出器38により、この位相差を検出して出力する。そして、この位相差は、演算器40に入力され、後述する計算に従って、求めるべき距離の算出が可能となる。
【0042】
ここで、復調器36、46は、ともに同じ中間周波数において使用するので、同じ特性のものを用いることによって、標準信号S1、S2における復調に伴う位相の遅れを互いにキャンセルでき、位相差検出器38による検出に影響を与えないようにすることができる。
【0043】
また、位相差検出器38は、例えば、復調後の基準信号のパルス波形の立ち上がりにおける時間差を計測するようにしてもよい。この際、双方のパルス波形の立ち上がりの間で、基準クロックパルス数をカウントしたり、この間所定の電流でコンデンサを充電して充電電圧から求めるなど、種々の方法を用いて検出することができる。
【0044】
なお、本実施形態においては、ダウンコンバータ34、44により、いったん中間周波数に変換した後、復調器36、46で復調するようにしているが、受信した周波数f1、f2の信号を直接復調するよう構成してもよい。また、本実施形態では、周波数f1、f2に対して同一の中間周波数に変換するようにしているが、互いに異なる2つの中間周波数に変換するよう構成してもよい。
【0045】
次に、図5及び図6を用いて、本実施形態による距離測定方法の原理について説明する。
【0046】
図5(a)に、送信機1の基準信号発生器11が発生する基準信号の波形パターンを示す。この基準信号により変調された周波数f1の送信信号が、中継機2及び距離測定機3に送信される。
【0047】
送信機1から送信される送信信号は、図5(b)に示すように、中継機2に時間t1だけ遅延して受信される。また、図5(d)に示すように、距離測定機3に時間t3だけ遅延して受信され、さらに復調に要する時間t5の遅延が加わって、標準信号S1が得られる。
【0048】
中継機2においては、受信信号が周波数f2の送信信号に変換されるが、図5(c)に示すように、この周波数変換に要する時間t2だけ遅延して、周波数f2の送信信号が送信される。
【0049】
一方、距離測定機3においては、図5(e)に示すように、中継機2から送信される送信信号が、時間t4だけ遅延して受信され、さらに復調に要する時間t5の遅延が加わって、標準信号S2が得られる。
【0050】
以上から、標準信号S1では、送信機1の基準信号の変化のタイミングから、t3+t5だけ遅延して、同様の波形が得られるのに対して、標準信号S2では、送信機1の基準信号の変化のタイミングから、t1+t2+t4+t5だけ遅延して、同様の波形が得られる。従って、両方の遅延時間の差Δtは、
【数1】
Δt = t1+t2+t4+t5−(t3+t5) = t1+t2+t4-t3
で与えられる。このΔtは、上述したように、距離測定機3の位相差検出器38によって、求めることができる。
【0051】
ここで、図6に示すように、送信機1が位置Bに、中継機2が位置Aに、距離測定機3が位置Cに置かれていて、位置Aと位置Cの間の距離をx、位置Bと位置Cの間の距離をy、位置Aと位置Bの間の距離をaとする。また、位置A、B、Cの3点は、図6に示すように、それぞれ角α、β、γをなしているものとする。
【0052】
上述したように、中継機2から距離測定機3までの送信による遅延はt4であるから、距離xは、光速cを用いて、
【数2】
x = c×t4
と表される。
【0053】
また、送信機1から距離測定機3までの送信による遅延はt3であるから、距離yは、
【数3】
y = c×t3
と表される。
【0054】
また、距離xと距離yの差bは、
【数4】
b = c(t4−t3)
となる。
【0055】
さらに、図6においては、次の4つの式が成り立つ。
【0056】
【数5】
xsinα = ysinβ
【数6】
xcosα+ycosβ = a
【数7】
x−y = b
【数8】
α+β = π−γ
ここで、本実施形態では、ゴルフ場において、送信機1はプレイヤーの打ち始めの位置に、中継機2はホール近辺に、それぞれ固定的に設けられ、距離測定機3は、プレイヤーが移動しながら携帯して用いられる。即ち、送信機1と中継機2を結ぶ距離aを予め測定した上で、距離測定機3にて設定しておくことができる。このとき、送信機1から中継機2までの遅延t1も決定される。さらに、t2は予め測定可能であり、数4のt4−t3は、数1よりΔtとt1、t2から求められ、bが決定される。ここで、角γがわかれば、数5乃至数8の連立方程式においては、未知数はx、y、α、βの4つになるので、解くことができる。
【0057】
ところで、一般的には、上述のように送信機1と中継機2とを設置すると、縦方向を結ぶ距離aは非常に長くなり、この距離aに沿ってプレイヤーは縦方向には大きく動くのに対し、横方向にはわずかしか動かない。従って、角α、βは0に近くなり、角γは180°に近くなるような位置Cで、距離測定機3が用いられる状況が多くなる。
【0058】
従って、数5乃至数8の計算において、角αと角βをそれぞれ0°に近似し、角γを180°に近似することが考えられる。この場合には、数5乃至数8は、次のように簡略化される。
【0059】
【数9】
x+y = a
【数10】
x−y = b
この数9及び数10を解くことにより、距離測定機3から中継機2までの距離xと、距離測定機3から送信機1までの距離yとを簡単に算出することができる。
【0060】
一方、数5乃至数8の計算において、プレイヤーの横方向への動きを考慮する場合には、上述の近似は用いず、角γを何らかの方法で与える必要がある。この場合でも、ゴルフ場における簡易な距離計算のためには、高い精度は要求されず、近似的な角度を与えれば十分である。例えば、コース上の一定の範囲ごとに角度の近似値を予め定めておき、選択的に距離測定機3に入力させるような方法を用いてもよい。これにより、数5乃至数8の連立方程式を解くことができ、距離x、yを簡単に算出することができる。
【0061】
本実施形態による距離測定システムによれば、送信機1の基準信号を元に、伝搬遅延その他に基づく位相差が検出されるので、送信機1、中継機2、距離測定機3では、互いに正確な同期をとらなくてもよい。そのため、距離測定システムが簡易に構成できる。
【0062】
また、距離測定機3は受信のみ行い、送信は行わないため、一定のエリア内で同時に複数の距離測定機3を使用した場合でも、相互に無線妨害を与えることはない。また、送信部がないため、低消費電力化が容易となり、電池駆動で長時間使用が可能となる。そのため、プレイヤーが距離測定機3を携帯して用いるのに適している。
【0063】
また、多数のホールからなるゴルフ場においては、各ホールごとに送信機1と中継機2を1台づつ設置することができる。この場合には、送信機1と中継機2により送信信号の周波数を、ホールごとに変えて、互いの妨害を避けるようにすればよい。一方、距離測定機3はどのホールでも用いることができるように、受信周波数を適宜、各ホールごとに送信機1と中継機2の送信周波数に適合して設定するようにする。例えば、予め距離測定機3に各ホールで用いられる周波数と、前記距離aをともに記憶させておき、ホールの番号に従って、記憶内容を読み出して、自動的にセットするようにしてもよい。さらに、送信機1の基準信号のパターンから距離情報を読み取り可能にしてもよい。この場合には、距離測定機3が基準信号を復調すると、距離aが認識されるので、より簡単に距離計算を行うことが可能となる。
【0064】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明を適用する場合には、上記形態以外にも種々の形態が考えられる。以下、有用な変形例について説明する。
【0065】
前記実施形態では、送信機1と中継機2とが固定して設置する場合について説明したが、中継機2のみ固定して設置し、送信機1を移動体に設置して、距離測定機3同様、移動可能とすることができる。例えば、送信機1をゴルフボールの内部に設置することが考えられる。
【0066】
この場合の具体例を、図7を用いて説明する。
【0067】
図7において、ゲーム開始直後には、距離測定機3を携帯するプレイヤーと、ボール内部の送信機1はともに、位置Cにあるものとする。また、中継機2はホール近辺の位置Aに設置されている。まず、プレイヤーが最初にボールを打つと、ボールが位置Bに達するとする。この場合には、図7に示すように、ボール内部の送信機1は位置Bにあり、中継機2が位置Aに、距離測定機3が位置Cにあるような相互の位置関係となる。
【0068】
ここで、距離x、y、a、及び角α、β、γをそれぞれ、図7に示すように与えると、図6の場合とは異なり送信機1と中継機2の間の距離xは、送信機1の位置Bが動くため、不明である。よって、送信機1から中継機2に送信する際の遅延t1も不明となる。よって、
【数11】
t4+t1−t3 = Δt−t2
を求めるようにする。
【0069】
また、中継機2から送信機1までの距離xは
【数12】
x = c×t1
で与えられ、送信機1から距離測定機3までの距離yは
【数13】
y = c×t3
で与えられ、中継機2から距離測定機3までの距離aは
【数14】
a = c×t4
で与えられる。ここで、b’を次にように定義する。
【0070】
【数15】
b’ = c(t4+t1−t3) = a+x−y
図8においては、以下の連立方程式が成り立つ。
【0071】
【数16】
xsinα = ysinγ
【数17】
xcosα+ycosγ = a
【数18】
x+a−y = b’
なお、ゲーム開始直後には打ち始めの位置が決まっているので、距離aは予め測定した上で、距離測定機3にて設定しておくことができる。よって、角γを与えれば、数16乃至数18の連立方程式を解くことができる。
【0072】
また、図6の場合と同様に、角γを近似するか、又は、適宜に入力するなどの方法により、計算を行うことができる。なお、角αと角γを0°と近似すると、数16乃至数18の連立方程式は、次にように簡略化される。
【0073】
【数19】
x+y = a
【数20】
x−y = b’−a
この数19及び数20を解くことにより、距離xと距離yとを簡単に算出することができる。
【0074】
次いで、プレイヤーがボールのある位置Bまで動き、そこから第2打目を打つ場合を考える。この際、距離xは上述のように算出されているので、前記aにこのxの値を入れて更新してから、前記計算を行えばよい。第3打目以降も同様にして計算ができ、毎回ごとに距離xと距離yとを算出することができる。
【0075】
また、プレーヤーが位置Bまで移動した時点で、再度上述のように距離測定を行うようにしてもよい。この場合は、いったんプレイヤーがボールに近接するので、図8に示すように、送信機1と距離測定機3の間の距離は、ほぼ0となる。よって、
【数21】
x = b ’/2
が成り立つので、打ち始めの位置から中継機2までの距離aや、図7の角γが不明であっても、距離計算を行うことができる。
【0076】
なお、ゴルフボール内部に送信機1を設置しなくても、送信機1を移動可能とし、測定の度にゴルフボール近傍へ移動させてもよい。
【0077】
次に、前記実施形態では、距離測定機3において、2つの局部発振器35、45を設けていたが、これらを共通にし1つの局部発振器により、同時に2つ信号に対する周波数変換を行うようにしてもよい。この場合には、中間周波数が、周波数f1側の受信回路と、周波数f2側の受信回路では同一にならず、f1とf2の差の分だけ離れてしまうが、この差が大きくなければ、復調の特性にはあまり影響を与えず、標準信号S1、S2を同様の条件で得ることができる。なお、復調器36、46において信号の遅延時間が異なる場合は、予めその時間差を求めておき、演算器40において補正して計算してもよい。
【0078】
さらに、前記実施形態では、本発明をゴルフ場における距離測定システムに適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、送信機と中継機を設置することができ、主に送信機と中継機の結ぶ直線の近傍において、距離測定機を用いて距離を測定するシステムに対して、適用することが可能である。
【0079】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、送信機から出力される第1周波数の送信信号と、これを中継機により中継した第2周波数の送信信号とを、距離測定機により受信して位相差から距離を算出するようにしたので、機器どうしの正確な同期は不要であり、距離測定機が送信を行う必要はない。そのため、距離測定システムの構成は簡単になり、距離測定機を低コストかつ低消費電力にすることが可能となる。
【0080】
請求項2に記載の発明によれば、中継器の位置を固定とし、送信機は移動体に設置し、移動可能としたので、例えばゴルフボールの内部に送信機を設置することができ、距離測定システムの利便性を一層高めることができる。
【0081】
請求項3に記載の発明によれば、角度の設定手段を設け、この角度と検出手段により検出した位相差とから距離を算出するようにしたので、距離測定機が複雑な経路を通って移動する場合でも、簡易に距離が求められ、距離測定システムの利用可能性を増大させることができる。
【0082】
請求項4に記載の発明によれば、送信機から出力される第1周波数の送信信号と、これを中継機により中継した第2周波数の送信信号とを、距離測定機により受信して位相差から距離を算出するようにしたので、距離測定機が送信を行う必要はない。そのため、距離測定機は、より簡易に距離測定を行うことができ、低コストかつ低消費電力にすることが可能となる。
【0083】
請求項5に記載の発明によれば、距離測定機に角度の設定手段を設け、この角度と検出手段により検出した位相差とから距離を算出するようにしたので、距離測定機が複雑な経路を通って移動する場合でも、簡易に距離が求められ、距離測定機の利用可能性を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による距離測定システムを示す全体図である。
【図2】本発明の実施形態による送信機の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施形態による中継機の構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の実施形態による距離測定機の構成を示すブロック図である。
【図5】本発明の実施形態において、基準信号の位相関係を示す説明図である。
【図6】本発明に係る距離測定の原理を示す説明図である。
【図7】本発明の変形例としての距離測定システムを示す第1の全体図である。
【図8】本発明の変形例としての距離測定システムを示す第2の全体図である。
【符号の説明】
1…送信機
2…中継機
3…距離測定機
11…基準信号発生器
24…ミキサ
25、35、45…局部発振器
36、46…復調器
38…位相差検出器
40…演算器。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a distance measuring system that includes a transmitter, a repeater, and a distance measuring device, and measures a distance from a reference point. The present invention also relates to a distance measuring device that measures the distance from the reference point.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a distance measuring system and a distance measuring machine capable of measuring one's position using radio waves are known. In such a distance measuring system, usually, radio waves are transmitted from three or more transmitters in synchronization, and the radio waves are received by the distance measuring device, and information necessary for position calculation is analyzed from a phase difference, etc. Furthermore, while obtaining support such as map information, it calculates its own position and calculates the distance from the reference point. Further, a reference signal may be transmitted from the distance measuring device, and after receiving the reference signal by the relay device, the relay signal may be returned.
[0003]
On the other hand, when such a distance measuring system is used for the purpose of navigating a ship or military applications, very high accuracy is required. On the other hand, in recent years, there is an increasing need to use a distance measurement system in various fields such as leisure purposes, for example, an application for measuring a position on a golf course. When a distance measurement system is introduced in such a field, it is not required to measure the distance with high accuracy, but it is indispensable to reduce the cost and size of the device.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a system that transmits radio waves from three or more transmitters as described above, it is necessary to synchronize the clocks in the plurality of transmitters very accurately in order to calculate an accurate distance. Also, when used in a wide area, it is necessary to increase the output from the transmitter. Therefore, the system configuration is complicated and it is difficult to reduce the cost.
[0005]
Also, when configuring a system with a distance measuring device and a repeater, it is necessary to transmit radio waves from the distance measuring device, so the distance measuring device becomes expensive and power consumption increases. Is limited, and miniaturization becomes difficult. Moreover, when many distance measuring devices are used simultaneously, there exists a possibility of interfering with each other.
[0006]
Therefore, in a conventional distance measuring system, for example, when applied to a simple distance measurement in a golf course, etc., it is possible to provide a user-friendly distance measuring device that satisfies both the cost reduction and downsizing requirements of equipment. The problem is that is difficult.
[0007]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and the problem is to provide a distance measuring system and a distance measuring machine that can easily realize cost reduction and downsizing of a device with a simple configuration. is there.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a distance measuring system according to claim 1 includes a transmitter that transmits a transmission radio wave of a first frequency, and a relay that receives the transmission radio wave and transmits a transmission radio wave of a second frequency. And a distance measuring system that receives the transmission radio wave of the first frequency and the transmission radio wave of the second frequency, wherein the transmitter transmits the first frequency with a predetermined reference signal Modulation means for modulating a signal; and first transmission means for wirelessly transmitting the modulated transmission signal, wherein the relay receives a transmission signal of the first frequency wirelessly transmitted by the transmitter. 1 reception means, conversion means for converting the frequency of the received reception signal of the first frequency to generate a transmission signal of the second frequency, and second transmission for wirelessly transmitting the generated transmission signal of the second frequency With means and before The distance measuring device receives a transmission signal of the first frequency wirelessly transmitted by the transmitter and demodulates the reference signal; and transmits the second frequency wirelessly transmitted by the repeater Detecting a phase difference between the third receiving means for receiving the signal and demodulating the reference signal, and the reference signal demodulated by the second receiving means and the reference signal demodulated by the third receiving means And detecting means for calculating a distance between the position of the transmitter and the position of the distance measuring device based on the detected phase difference.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, in the transmitter, the first frequency transmission signal modulated by the modulation means with the predetermined reference signal is wirelessly transmitted by the first transmission means.
[0010]
In the repeater, after the first frequency transmission signal transmitted from the transmitter is received by the first receiving means, the frequency is converted by the converting means to generate a second frequency transmission signal. The second frequency transmission signal is transmitted by the second transmission means.
[0011]
In the distance measuring device, the first frequency transmission signal transmitted from the transmitter is received by the second receiving means, and the second frequency transmission signal transmitted from the relay is received by the third receiving means, In both cases, the reference signal is demodulated. Then, the phase difference between the two reference signals is detected by the detecting means, and the distance between the transmitter and the distance measuring device is calculated by the calculating means based on the result.
[0012]
Therefore, since the transmission signal from the transmitter and the relay signal are used, accurate synchronization between the devices is not necessary, and the distance measuring device only needs to receive them, so there is no need to output the transmission signal. Therefore, the configuration of the distance measuring system is simplified, and the distance measuring device is low cost and low power consumption.
[0013]
A distance measuring system according to a second aspect is the distance measuring system according to the first aspect, characterized in that the repeater is installed in a fixed position and the transmitter is installed in a moving body.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, the position of the repeater is fixed among the transmitter, the repeater, and the distance measuring device, but the transmitter is installed on the moving body and is movable. Yes.
[0015]
Therefore, on the condition that the initial position of the transmitter is known, the distance measurement can be performed, for example, by installing the transmitter inside the golf ball, so that the convenience of the distance measurement system is further increased. Get higher.
[0016]
The distance measuring system according to claim 3 is the distance measuring system according to claim 1 or 2, wherein the distance measuring device includes a position direction of the transmitter with a position of the distance measuring device as a reference point. The apparatus further includes setting means for setting an angle formed with the position direction of the repeater, and the calculating means calculates the distance based on the phase difference and the set angle.
[0017]
According to the third aspect of the present invention, the angle at which the transmitter and the repeater are viewed with reference to the distance measuring device is set by the setting means, and the calculation means is calculated from the angle and the phase difference detected by the detection means. Is used to calculate the distance.
[0018]
Therefore, even when the distance measuring device moves through a complicated route, the angle is set by a simple means, and the distance is thereby obtained, thereby further increasing the availability of the distance measuring system.
[0019]
5. The distance measuring device according to claim 4, wherein the transmitter transmits a transmission radio wave having a first frequency modulated by a predetermined reference signal, and a relay device that receives the transmission radio wave and transmits a transmission radio wave of a second frequency. And a distance measuring device in a distance measuring system comprising a distance measuring device that receives a transmission radio wave of the first frequency and a transmission radio wave of the second frequency, wherein the first frequency wirelessly transmitted by the transmitter Second receiving means for demodulating the reference signal by receiving the transmission signal, and third receiving means for demodulating the reference signal by receiving the transmission signal of the second frequency wirelessly transmitted by the repeater; Detecting means for detecting a phase difference between the reference signal demodulated by the second receiving means and the reference signal demodulated by the third receiving means; and based on the detected phase difference, the transmitter And the position of Characterized in that it comprises a calculating means for calculating the distance between the position of the serial distance measuring.
[0020]
According to the fourth aspect of the present invention, the first frequency transmission signal transmitted from the transmitter is received by the second receiving means, and the second frequency transmission signal transmitted from the repeater is third received. And the reference signal is demodulated together. Then, the phase difference between the two reference signals is detected by the detecting means, and the distance between the transmitter and the distance measuring device is calculated by the calculating means based on the result.
[0021]
Therefore, since the distance measuring device only needs to receive two transmission signals, there is no need to output a transmission signal by itself. Therefore, the distance measuring device can measure the distance more easily, and is low cost and low power consumption.
[0022]
The distance measuring device according to claim 5 is the distance measuring device according to claim 4, wherein an angle formed between a position direction of the transmitter and a position direction of the repeater with the position of the distance measuring device as a reference point. Setting means for setting is further provided, wherein the calculation means calculates the distance based on the phase difference and the set angle.
[0023]
According to the fifth aspect of the present invention, the angle at which the transmitter and the repeater are viewed with reference to the distance measuring device is set by the setting means, and the calculation means is calculated from the angle and the phase difference detected by the detection means. Is used to calculate the distance.
[0024]
Therefore, even when the distance measuring device moves through a complicated route, the angle is set by a simple means, and the distance is thereby obtained, thereby further increasing the availability of the distance measuring device.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to FIGS. The embodiment described below is an embodiment when the distance measuring system and the distance measuring device according to the present invention are applied to the distance measuring system and the distance measuring device for measuring the distance at the golf course. is there.
[0026]
As shown in FIG. 1, the distance measuring system according to the present embodiment receives a transmitter 1 that wirelessly transmits a reference transmission signal at a frequency f1, a transmission signal having a frequency f1 from the transmitter 1, and a frequency f2. A relay 2 that converts the signal into a relay signal for transmission, a transmission signal that is transmitted from the transmitter 1, and a relay signal that is transmitted from the relay 2 are received from the phase difference of the demodulated reference signal, respectively. It is comprised from the distance measuring device 3 which calculates. In FIG. 1, the transmitter 1 is placed at position B, the repeater 2 is placed at position A, and the distance measuring device 3 is placed at position C. The distance a connecting the position A and the position B is a known value, and the distance x connecting the position A and the position C and the distance y connecting the position B and the position C are values to be obtained. .
[0027]
Here, the configuration of the transmitter 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the transmitter 1 includes a reference signal generator 11, an oscillator / modulator 12, a power amplifier 13, and an antenna 14.
[0028]
In the above configuration, the reference signal generator 11 generates a reference signal having a predetermined pattern that provides a reference for phase difference detection in the distance measuring device 3. The reference signal is a pulse wave having a pattern as shown in FIG. 5A, for example, and may be generated continuously or intermittently at an appropriate timing. Further, the pattern of the reference signal may be a pattern representing certain information such as golf hole number data.
[0029]
The oscillator / modulator 12 oscillates at the first frequency f 1 transmitted from the transmitter and received by the repeater 2 and the distance measuring device 3, and this oscillation output is modulated by the reference signal output from the reference signal generator 11. To do. As the oscillator / modulator 12, for example, a voltage controlled oscillator can be used, and feedback control is performed so that a frequency is always f1 by applying a DC voltage. Furthermore, if the reference signal generated from the reference signal generator 12 is superimposed on this DC voltage, frequency modulation can be easily performed.
[0030]
The power amplifier 13 amplifies the signal having the frequency f1 modulated by the reference signal with an appropriate gain. Then, the output of the power amplifier 13 is transmitted from the antenna 14 as a radio wave.
[0031]
Next, the configuration of the repeater 2 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the repeater 2 includes an antenna 21, an antenna duplexer 22, a low noise amplifier 23, a mixer 24, a local oscillator 25, and a power amplifier 26.
[0032]
In the above configuration, the antenna 21 receives the transmission radio wave having the frequency f <b> 1 transmitted from the transmitter 1. Here, in the repeater 2, the antenna 21 is shared not only for reception from the transmitter 1 but also for transmission to the distance measuring device 3. Therefore, the received signal is input to the low noise amplifier 23 through the antenna duplexer 22 and amplified with a predetermined gain.
[0033]
The mixer 24 mixes the amplified signal with the frequency f1 with the signal from the local oscillator 25 and converts it to a signal with the frequency f2. Here, the frequency f2 is given by the sum of the frequency f1 and the frequency Δf of the local oscillator 25, and the relationship f2 = f1 + Δf is established.
[0034]
The power amplifier 26 amplifies the signal of the frequency f2 output from the mixer 24 with a predetermined gain. The output of the power amplifier 26 is transmitted as a radio wave from the antenna 21 through the antenna duplexer 22.
[0035]
Here, the antenna duplexer 22 has such characteristics that the frequency f1 is a pass band and the frequency f2 is a stop band on the reception side, while the frequency f2 is a pass band and the frequency f1 is a stop band on the transmission side. It is composed of filters.
[0036]
The mixer 24 may output a difference instead of the sum of the frequency f1 and the frequency Δf of the local oscillator 25. That is, the signal may be converted into a signal having a frequency f2 that satisfies the relationship f2 = f1−Δf.
[0037]
Next, the configuration of the distance measuring device 3 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the distance measuring device 3 includes an antenna 31 and an antenna duplexer 32. Low noise amplifiers 33 and 43, down converters 34 and 44, local oscillators 35 and 45, demodulators 36 and 46, a phase difference detector 38, and an arithmetic unit 40 are provided.
[0038]
In the above configuration, the transmission radio wave having the frequency f1 transmitted from the transmitter 1 is received by the antenna 31, is input to the low noise amplifier 43 through the antenna duplexer 32, and is amplified with a predetermined gain. The down converter 44 converts the amplified signal having the frequency f1 into an intermediate frequency that is a difference frequency from the signal from the local oscillator 45, and outputs the intermediate frequency.
[0039]
On the other hand, the transmission radio wave having the frequency f2 transmitted from the repeater 2 is received by the antenna 31, is input to the low noise amplifier 33 through the antenna duplexer 32, and is amplified by a predetermined gain. The down converter 34 converts the amplified signal of the frequency f2 into an intermediate frequency that is a difference frequency from the signal from the local oscillator 35, and outputs it.
[0040]
The output signal of the down converter 44 is demodulated by the demodulator 46 and the standard signal S1 is extracted, and the output signal of the down converter 34 is demodulated by the demodulator 36 and the standard signal S2 is extracted. Here, the oscillation frequencies of the local oscillators 35 and 45 are determined so that the output signals of the down converters 44 and 34 have the same intermediate frequency.
[0041]
Thereafter, the standard signal S1 and the standard signal S2 are input to the phase difference detector 38. Here, the standard signals S1 and S2 are signals obtained by restoring the reference signal generated by the reference signal generator 11, but have different delays due to the difference in radio propagation path and frequency conversion. There is a certain phase difference. Therefore, this phase difference detector 38 detects and outputs this phase difference. This phase difference is input to the computing unit 40, and the distance to be obtained can be calculated according to the calculation described later.
[0042]
Here, since both the demodulator 36 and 46 are used at the same intermediate frequency, by using one having the same characteristics, the phase delay accompanying the demodulation in the standard signals S1 and S2 can be canceled each other, and the phase difference detector 38 is used. It is possible to prevent the detection by.
[0043]
Further, the phase difference detector 38 may measure the time difference at the rising edge of the pulse waveform of the reference signal after demodulation, for example. At this time, it can be detected using various methods such as counting the number of reference clock pulses between the rising edges of both pulse waveforms, or charging the capacitor with a predetermined current during this time and obtaining the charge voltage.
[0044]
In this embodiment, the down converters 34 and 44 convert the signal to an intermediate frequency once, and then the demodulator 36 and 46 demodulate the signal. However, the received signals of the frequencies f1 and f2 are directly demodulated. It may be configured. In this embodiment, the frequencies f1 and f2 are converted to the same intermediate frequency, but may be converted to two different intermediate frequencies.
[0045]
Next, the principle of the distance measuring method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0046]
FIG. 5A shows a waveform pattern of the reference signal generated by the reference signal generator 11 of the transmitter 1. A transmission signal having a frequency f1 modulated by the reference signal is transmitted to the repeater 2 and the distance measuring device 3.
[0047]
The transmission signal transmitted from the transmitter 1 is received by the repeater 2 with a delay of time t1, as shown in FIG. 5 (b). Further, as shown in FIG. 5 (d), the distance measuring device 3 receives the signal with a delay of time t3, and further adds a delay of time t5 required for demodulation to obtain the standard signal S1.
[0048]
In the repeater 2, the received signal is converted into a transmission signal having the frequency f2. As shown in FIG. 5C, the transmission signal having the frequency f2 is transmitted after being delayed by a time t2 required for the frequency conversion. The
[0049]
On the other hand, in the distance measuring device 3, as shown in FIG. 5 (e), the transmission signal transmitted from the repeater 2 is received with a delay of time t4, and a delay of time t5 required for demodulation is added. A standard signal S2 is obtained.
[0050]
From the above, in the standard signal S1, a similar waveform is obtained with a delay of t3 + t5 from the change timing of the reference signal of the transmitter 1, whereas in the standard signal S2, the change of the reference signal of the transmitter 1 is obtained. From this timing, a similar waveform is obtained with a delay of t1 + t2 + t4 + t5. Therefore, the difference Δt between both delay times is
[Expression 1]
Δt = t1 + t2 + t4 + t5- (t3 + t5) = t1 + t2 + t4-t3
Given in. This Δt can be obtained by the phase difference detector 38 of the distance measuring device 3 as described above.
[0051]
Here, as shown in FIG. 6, the transmitter 1 is located at the position B, the repeater 2 is located at the position A, the distance measuring device 3 is located at the position C, and the distance between the position A and the position C is expressed as x. The distance between the position B and the position C is y, and the distance between the position A and the position B is a. Further, it is assumed that the three points A, B, and C form angles α, β, and γ, respectively, as shown in FIG.
[0052]
As described above, since the delay due to transmission from the repeater 2 to the distance measuring device 3 is t4, the distance x uses the speed of light c,
[Expression 2]
x = c × t4
It is expressed.
[0053]
Further, since the delay due to transmission from the transmitter 1 to the distance measuring device 3 is t3, the distance y is
[Equation 3]
y = c × t3
It is expressed.
[0054]
The difference b between the distance x and the distance y is
[Expression 4]
b = c (t4-t3)
It becomes.
[0055]
Further, in FIG. 6, the following four expressions hold.
[0056]
[Equation 5]
xsinα = ysinβ
[Formula 6]
xcosα + ycosβ = a
[Expression 7]
x−y = b
[Equation 8]
α + β = π-γ
Here, in the present embodiment, in the golf course, the transmitter 1 is fixedly provided at the position where the player begins to hit, the relay machine 2 is provided in the vicinity of the hole, and the distance measuring device 3 is moved while the player moves. It is used by carrying. That is, the distance a connecting the transmitter 1 and the repeater 2 can be measured in advance and set by the distance measuring device 3. At this time, the delay t1 from the transmitter 1 to the repeater 2 is also determined. Furthermore, t2 can be measured in advance, and t4-t3 in Equation 4 is obtained from Δt and t1, t2 from Equation 1, and b is determined. Here, if the angle γ is known, in the simultaneous equations of Equations 5 to 8, there are four unknowns x, y, α, and β, which can be solved.
[0057]
By the way, generally, when the transmitter 1 and the repeater 2 are installed as described above, the distance a connecting the vertical direction becomes very long, and the player moves greatly in the vertical direction along the distance a. In contrast, it moves only slightly in the lateral direction. Accordingly, there are many situations where the distance measuring device 3 is used at the position C where the angles α and β are close to 0 and the angle γ is close to 180 °.
[0058]
Therefore, in the calculations of Equations 5 to 8, it is conceivable that the angle α and the angle β are each approximated to 0 ° and the angle γ is approximated to 180 °. In this case, Equations 5 to 8 are simplified as follows.
[0059]
[Equation 9]
x + y = a
[Expression 10]
x−y = b
By solving Equations 9 and 10, the distance x from the distance measuring device 3 to the relay device 2 and the distance y from the distance measuring device 3 to the transmitter 1 can be easily calculated.
[0060]
On the other hand, when calculating the lateral movement of the player in the equations 5 to 8, it is necessary to give the angle γ by some method without using the above approximation. Even in this case, high accuracy is not required for simple distance calculation in a golf course, and it is sufficient to give an approximate angle. For example, a method may be used in which an approximate value of an angle is determined in advance for each predetermined range on the course and is selectively input to the distance measuring device 3. Thereby, simultaneous equations of Formulas 5 to 8 can be solved, and the distances x and y can be calculated easily.
[0061]
According to the distance measurement system according to the present embodiment, the phase difference based on the propagation delay and the like is detected based on the reference signal of the transmitter 1, so that the transmitter 1, the repeater 2, and the distance measurement device 3 are mutually accurate. You don't have to be synchronized. Therefore, the distance measuring system can be configured easily.
[0062]
In addition, since the distance measuring device 3 performs only reception and does not perform transmission, even when a plurality of distance measuring devices 3 are used at the same time in a certain area, they do not cause radio interference with each other. In addition, since there is no transmission unit, it is easy to reduce power consumption, and the battery can be used for a long time. Therefore, it is suitable for a player to carry and use the distance measuring device 3.
[0063]
Further, in a golf course composed of a large number of holes, one transmitter 1 and one repeater 2 can be installed for each hole. In this case, the transmitter 1 and the repeater 2 may change the frequency of the transmission signal for each hole so as to avoid mutual interference. On the other hand, the distance measuring device 3 is set so that the reception frequency is appropriately adapted to the transmission frequency of the transmitter 1 and the repeater 2 for each hole so that it can be used in any hole. For example, both the frequency used in each hall and the distance a may be stored in advance in the distance measuring device 3, and the stored content may be read and automatically set according to the hole number. Further, the distance information may be readable from the reference signal pattern of the transmitter 1. In this case, when the distance measuring device 3 demodulates the reference signal, the distance a is recognized, so that the distance calculation can be performed more easily.
[0064]
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, when the present invention is applied, various forms other than the above forms are conceivable. Hereinafter, useful modifications will be described.
[0065]
In the above embodiment, the case where the transmitter 1 and the repeater 2 are fixedly installed has been described. However, only the repeater 2 is fixedly installed, the transmitter 1 is installed on a moving body, and the distance measuring device 3 is installed. Similarly, it can be movable. For example, it is conceivable to install the transmitter 1 inside a golf ball.
[0066]
A specific example in this case will be described with reference to FIG.
[0067]
In FIG. 7, it is assumed that both the player carrying the distance measuring device 3 and the transmitter 1 inside the ball are at the position C immediately after the start of the game. The repeater 2 is installed at a position A near the hall. First, assume that the ball reaches position B when the player first hits the ball. In this case, as shown in FIG. 7, the transmitter 1 in the ball is at the position B, the repeater 2 is at the position A, and the distance measuring device 3 is at the position C.
[0068]
Here, when the distances x, y, a and the angles α, β, γ are given as shown in FIG. 7, unlike the case of FIG. 6, the distance x between the transmitter 1 and the repeater 2 is Since the position B of the transmitter 1 moves, it is unknown. Therefore, the delay t1 when transmitting from the transmitter 1 to the repeater 2 is also unknown. Therefore,
## EQU11 ##
t4 + t1-t3 = Δt-t2
To ask.
[0069]
The distance x from the repeater 2 to the transmitter 1 is
[Expression 12]
x = c × t1
The distance y from the transmitter 1 to the distance measuring device 3 is given by
[Formula 13]
y = c × t3
The distance a from the repeater 2 to the distance measuring device 3 is given by
[Expression 14]
a = c × t4
Given in. Here, b ′ is defined as follows.
[0070]
[Expression 15]
b '= c (t4 + t1-t3) = a + xy
In FIG. 8, the following simultaneous equations hold.
[0071]
[Expression 16]
xsinα = ysinγ
[Expression 17]
xcosα + ycosγ = a
[Formula 18]
x + a−y = b ′
Since the starting position is determined immediately after the start of the game, the distance a can be set by the distance measuring device 3 after being measured in advance. Therefore, if the angle γ is given, the simultaneous equations of Equations 16 to 18 can be solved.
[0072]
As in the case of FIG. 6, the calculation can be performed by a method such as approximating the angle γ or inputting it appropriately. When the angles α and γ are approximated to 0 °, the simultaneous equations of Equations 16 to 18 are simplified as follows.
[0073]
[Equation 19]
x + y = a
[Expression 20]
x−y = b′−a
By solving Equations 19 and 20, the distance x and the distance y can be easily calculated.
[0074]
Next, consider a case where the player moves to a position B where the ball is located and then hits the second shot. At this time, since the distance x is calculated as described above, the calculation may be performed after the value of x is updated in a. The third and subsequent shots can be similarly calculated, and the distance x and the distance y can be calculated every time.
[0075]
Further, when the player moves to the position B, the distance measurement may be performed again as described above. In this case, since the player once approaches the ball, the distance between the transmitter 1 and the distance measuring device 3 is almost zero as shown in FIG. Therefore,
[Expression 21]
x = b '/ 2
Therefore, even if the distance a from the starting position to the repeater 2 and the angle γ in FIG. 7 are unknown, the distance can be calculated.
[0076]
In addition, even if the transmitter 1 is not installed in the golf ball, the transmitter 1 may be movable and moved to the vicinity of the golf ball every time it is measured.
[0077]
Next, in the embodiment, the distance measuring device 3 is provided with the two local oscillators 35 and 45. However, these may be used in common, and frequency conversion for two signals may be simultaneously performed by one local oscillator. Good. In this case, the intermediate frequency is not the same in the receiving circuit on the frequency f1 side and the receiving circuit on the frequency f2 side, and is separated by the difference between f1 and f2, but if this difference is not large, the demodulation is performed. The standard signals S1 and S2 can be obtained under the same conditions. If the signal delay times are different in the demodulators 36 and 46, the time difference may be obtained in advance, and the calculation may be corrected in the arithmetic unit 40.
[0078]
Furthermore, although the case where the present invention is applied to a distance measurement system in a golf course has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a transmitter and a relay can be installed. In addition, the present invention can be applied to a system that measures a distance using a distance measuring device in the vicinity of a straight line connecting a transmitter and a repeater.
[0079]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the first frequency transmission signal output from the transmitter and the second frequency transmission signal relayed by the relay device are received by the distance measuring device and the phase difference is received. Since the distance is calculated from the above, accurate synchronization between the devices is unnecessary, and the distance measuring device does not need to perform transmission. Therefore, the configuration of the distance measuring system is simplified, and the distance measuring device can be reduced in cost and power consumption.
[0080]
According to the second aspect of the present invention, the position of the repeater is fixed, and the transmitter is installed on the moving body and is movable. For example, the transmitter can be installed inside the golf ball, and the distance The convenience of the measurement system can be further enhanced.
[0081]
According to the third aspect of the present invention, since the angle setting means is provided, and the distance is calculated from the angle and the phase difference detected by the detection means, the distance measuring device moves through a complicated route. Even in this case, the distance is easily obtained, and the availability of the distance measurement system can be increased.
[0082]
According to the fourth aspect of the present invention, the first frequency transmission signal output from the transmitter and the second frequency transmission signal relayed by the relay device are received by the distance measuring device and the phase difference is received. Therefore, the distance measuring device does not need to perform transmission. Therefore, the distance measuring device can perform distance measurement more easily, and can reduce cost and power consumption.
[0083]
According to the fifth aspect of the present invention, the distance measuring device is provided with the angle setting means, and the distance is calculated from the angle and the phase difference detected by the detecting means. Even when moving through, the distance is easily determined, and the availability of the distance measuring device can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view showing a distance measuring system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a transmitter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a repeater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a distance measuring device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a phase relationship of reference signals in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the principle of distance measurement according to the present invention.
FIG. 7 is a first overall view showing a distance measuring system as a modification of the present invention.
FIG. 8 is a second overall view showing a distance measuring system as a modification of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Transmitter
2 ... Repeater
3 ... Distance measuring machine
11 ... Reference signal generator
24 ... Mixer
25, 35, 45 ... Local oscillator
36, 46 ... demodulator
38 ... Phase difference detector
40. An arithmetic unit.

Claims (5)

第1周波数の送信電波を送信する送信機と、当該送信電波を受信して第2周波数の送信電波を送信する中継機と、当該第1周波数の送信電波と当該第2周波数の送信電波とを受信する距離測定機とからなる距離測定システムであって、
前記送信機は、
所定の基準信号で前記第1周波数の送信信号を変調する変調手段と、
変調された前記送信信号を無線送信する第1送信手段とを備え、
前記中継機は、
前記送信機により無線送信された前記第1周波数の送信信号を受信する第1受信手段と、
受信した前記第1周波数の受信信号の周波数を変換して前記第2周波数の送信信号を生成する変換手段と、
生成した前記第2周波数の送信信号を無線送信する第2送信手段とを備え、
前記距離測定機は、
前記送信機により無線送信された前記第1周波数の送信信号を受信して前記基準信号を復調する第2受信手段と、
前記中継機により無線送信された前記第2周波数の送信信号を受信して前記基準信号を復調する第3受信手段と、
前記第2受信手段により復調された前記基準信号と前記第3受信手段により復調された前記基準信号との間の位相差を検出する検出手段と、
検出した前記位相差に基づいて、前記送信機の位置と前記距離測定機の位置との間の距離を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする距離測定システム。
A transmitter that transmits a transmission radio wave of the first frequency, a relay that receives the transmission radio wave and transmits a transmission radio wave of the second frequency, a transmission radio wave of the first frequency, and a transmission radio wave of the second frequency A distance measuring system comprising a distance measuring device for receiving,
The transmitter is
Modulation means for modulating the transmission signal of the first frequency with a predetermined reference signal;
First transmitting means for wirelessly transmitting the modulated transmission signal,
The repeater is
First receiving means for receiving a transmission signal of the first frequency wirelessly transmitted by the transmitter;
Conversion means for converting the frequency of the received signal of the first frequency to generate the transmission signal of the second frequency;
Second transmission means for wirelessly transmitting the generated transmission signal of the second frequency,
The distance measuring machine is
Second receiving means for receiving the transmission signal of the first frequency wirelessly transmitted by the transmitter and demodulating the reference signal;
Third receiving means for receiving the transmission signal of the second frequency wirelessly transmitted by the repeater and demodulating the reference signal;
Detecting means for detecting a phase difference between the reference signal demodulated by the second receiving means and the reference signal demodulated by the third receiving means;
Calculation means for calculating a distance between the position of the transmitter and the position of the distance measuring device based on the detected phase difference;
A distance measuring system comprising:
前記中継機は位置固定に設置され、前記送信機は移動体に設置されていることを特徴とする請求項1に記載の距離測定システム。The distance measuring system according to claim 1, wherein the repeater is installed in a fixed position, and the transmitter is installed in a moving body. 前記距離測定機は、前記距離測定機の位置を基準点とする前記送信機の位置方向と前記中継機の位置方向とのなす角度を設定する設定手段をさらに備え、前記算出手段は、前記位相差と当該設定された角度に基づいて、前記距離を算出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の距離測定システム。The distance measuring device further includes setting means for setting an angle formed by the position direction of the transmitter and the position direction of the repeater with the position of the distance measuring device as a reference point, and the calculating means includes the position The distance measurement system according to claim 1 or 2, wherein the distance is calculated based on a phase difference and the set angle. 所定の基準信号により変調された第1周波数の送信電波を送信する送信機と、当該送信電波を受信して第2周波数の送信電波を送信する中継機と、当該第1周波数の送信電波と当該第2周波数の送信電波とを受信する距離測定機とからなる距離測定システムにおける距離測定機であって、
前記送信機により無線送信された前記第1周波数の送信信号を受信して前記基準信号を復調する第2受信手段と、
前記中継機により無線送信された前記第2周波数の送信信号を受信して前記基準信号を復調する第3受信手段と、
前記第2受信手段により復調された前記基準信号と前記第3受信手段により復調された前記基準信号との間の位相差を検出する検出手段と、
検出した前記位相差に基づいて、前記送信機の位置と前記距離測定機の位置との間の距離を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする距離測定機。
A transmitter that transmits a transmission radio wave of a first frequency modulated by a predetermined reference signal; a relay that receives the transmission radio wave and transmits a transmission radio wave of a second frequency; a transmission radio wave of the first frequency; A distance measuring device in a distance measuring system comprising a distance measuring device that receives a transmission radio wave of a second frequency,
Second receiving means for receiving the transmission signal of the first frequency wirelessly transmitted by the transmitter and demodulating the reference signal;
Third receiving means for receiving the transmission signal of the second frequency wirelessly transmitted by the repeater and demodulating the reference signal;
Detecting means for detecting a phase difference between the reference signal demodulated by the second receiving means and the reference signal demodulated by the third receiving means;
Calculation means for calculating a distance between the position of the transmitter and the position of the distance measuring device based on the detected phase difference;
A distance measuring machine comprising:
前記距離測定機の位置を基準点とする前記送信機の位置方向と前記中継機の位置方向のなす角度を設定する設定手段をさらに備え、前記算出手段は、前記位相差と当該設定された角度に基づいて、前記距離を算出することを特徴とする請求項4に記載の距離測定機。The apparatus further includes setting means for setting an angle formed by the position direction of the transmitter and the position direction of the repeater with the position of the distance measuring device as a reference point, and the calculation means includes the phase difference and the set angle. The distance measuring device according to claim 4, wherein the distance is calculated based on the distance.
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