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JPH045354B2 - - Google Patents
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JPH045354B2 - - Google Patents

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JPH045354B2
JPH045354B2 JP59225648A JP22564884A JPH045354B2 JP H045354 B2 JPH045354 B2 JP H045354B2 JP 59225648 A JP59225648 A JP 59225648A JP 22564884 A JP22564884 A JP 22564884A JP H045354 B2 JPH045354 B2 JP H045354B2
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    • G01S13/343—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using sawtooth modulation

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は「パツシブインタロゲータラベルシス
テム」（PILS）に係るものである。このパツシブ
インタロゲータラベルシステムとは、インタロゲ
ーシヨン信号を送るインタロゲータと、このイン
タロゲーシヨン信号に応答して、符号化した情報
を含む応答信号をつくる１つ又はそれ以上の「ラ
ベル」又はパツシブなトランスポンダと、応答信
号をうけそしてそれに含まれている情報を解読す
る受信解読システムを備えている。
本発明に係る型式のパツシブなインタロゲータ
ラベルシステムはホルビツツジユニアへ与えられ
た米国特許3273146；コールとバウフアンへ与え
られた米国特許3706094；コールとバウフアンへ
与えられた米国特許3755803そしてバウフアンと
コールへ与えられた米国特許4058217に開示され
ている。これらの特許に開示されたシステムの最
も簡単な形態は、電磁エネルギのRFパルスを送
ることのできる無線周波数トランスミツタを含ん
でいる。これらのパルスはパツシブなトランスポ
ンダのアンテナで受けられ、そしてアンテナでう
けた電気エネルギをピエゾ電気材料内の音波に変
えるピエゾ電気「ランチ」トランスジユーサへ加
えられる。パルスをうけるとピエゾ電気材料内で
発生した音波は決まつた音の路を通つて送られ
る。この路に沿つて決まつた間隔を置いて配置さ
れた別の「タツプ」トランスジユーサ又はリフレ
クタは、音波を電気エネルギーに変えるか、又は
音波をランチトランスジユーサへ戻してランチト
ランスジユーサにより電気エネルギーに再び変え
るかのどちらかを行なう。音の路に沿つて決めら
れた場所にタツプトランスジユーサ又はリフレク
タが存在するか否かが、インタロゲーシヨンパル
スに応答して応答パスルがある時間遅延で送られ
るかどうかを決める。これがトランスポンダの応
答に含まれる情報コードを決定する。
音波パルスが電気信号に再変換されるときその
電気信号はトランスポンダのアンテナに供給さ
れ、そして無線周波電磁エネルギとして送られ
る。このエネルギはインタロゲータトランスミツ
タと同じ場所にあるのが好ましいレシーバとデコ
ーダで受けとられる。そしてこの応答に含まれた
情報は解読される。
パツシブなインタロゲータラベルシステムのト
ランスポンダは「タイムドメイン」内で作動し
て、無線周波電磁エネルギのバースト又はパルス
の受信毎に無線周波エネルギの１つ又はそれ以上
のパルスを含む応答信号をつくる。送られてきた
インタロゲーシヨンパルスに対し応答パルスの存
在又はタイミングが応答に含まれている情報コー
ドを決定する。
上述の型式のパツシブなインタロゲータラベル
システムは多くの欠点を有している。これらのシ
ステムのSN比は容易に改善されない。これらの
システムは広域と狭域との両方の帯域での干渉を
うけるからである。更にこれらのシステムは情報
コードを決定するのにトランスポンダの応答信号
の広範な信号処理を必要とする。この信号処理は
レシーバ側でしなければならないのが普通であ
る。情報が比較的広いバンドの信号に含まれてい
るからである。遠い信号処理部への伝送は広帯域
信号の伝送を必要としよう。
本発明の目的は低電力のインタロゲーシヨン信
号の伝送のみ必要とするだけのインタロゲータ・
トランスポンダシステムを提供することである。
本発明の別の目的はSN比の高いインタロゲー
シヨン・トランスポンダシステムを提供すること
である。
本発明の別の目的は、この種のシステムに現在
使用されているデコーダよりも簡単で低廉な信号
デコーダを有するインタロゲータ・トランスポン
ダシステムを提供することである。
これらの目的並びに後の説明から明らかとなる
別の目的は、規定の周波数範囲内の複数の周波数
の値を順次とる第１の周波数を有する第１のイン
タロゲーシヨン信号を送る装置を提供することに
より、本発明に従つて達成される。この第１周波
数は例えば905−925MHzの範囲にあり、短距離送
信に世界中で自由に使用している周波数帯にあ
る。
本発明によるシステムに関連する遠隔トランス
ポンダは入力として第１信号をうけ、そして出力
として第２応答信号をつくる。このトランスポン
ダ内の信号変換手段は第１の信号を第２の信号に
変換し、そして次のものを含んでいる。
(1) 第１信号をうけるよう結合した「信号コンデ
イシヨニング要素」。各信号コンデイシヨニン
グ要素は第１信号に対して既知の遅延量と既知
の振巾変調とを有する中間信号を与える。
(2) これらの中間信号を組合せて第２信号をつく
るためすべての信号コンデイシヨニング要素へ
結合された「信号組合せ要素」 この信号組合せ要素と信号コンデイシヨニング
要素とは第２信号に既知の情報コードを与え、こ
のコードは識別をし、そして特定のパツシブトラ
ンスポンダと関連づけられる。
本発明のシステムは、トランポンダからの第２
信号をうける装置と、第１と第２信号の両方又は
それらから抽出された信号をうけてこれら２つの
信号を混合し、そしてそれにより別の信号をつく
る混合器とを更に含んでいる。この別の信号は第
１信号と第２信号との和の周波数と差の周波数と
を含んでいてもよい。
最後に、本発明によるシステムは混合器により
つくられた別の信号に応答してその別の信号に含
まれる周波数を検知し、そしてそれによりパツシ
ブなトランスポンダと関連した情報コードを決定
する信号プロセサを含んでいる。
本発明によるシステムは、上に述べた米国特許
3273146と3706094に開示された型式のパツシブな
インタロゲータラベルシステムに優る幾つかの利
点を有している。広狭両域の干渉を殆んどうけな
いので本発明のシステムは既知のシステムよりも
SN比は改善されている。本発明は情報コードを
解読するための複雑な信号プロセサを必要としな
い。信号の処理の主な部分はシステムの無線周波
数（RF）部分において行なわれるのでフーリエ
分析のため普通のアルゴリズムを信号プロセサで
用いればよい。
更に、第１の（質問している）信号と第２の
（応答）信号とを、又はそれらから抽出した信号
を混合する（既述の）混合器の出力は、周波数と
その帯域とが音響波範囲であるので通常の電話線
で送れる。従つて、信号プロセサはRFインタロ
ゲータ／レシーバと混合器とから遠い処にあつて
もよい。このことにより比較的高価なコンピユー
タを使用して遠隔の１つ又はそれ以上のインタロ
ゲータ／レシーバのフーリエ分析を実施でき、そ
の場合その遠隔地からコンピユータまでの高価な
信号伝達系を必要としない。
最後に、本発明のシステムに使用する無線周波
技術はこの種の既知装置のものよりも簡単であ
る。無線周波信号は情報コードを搬送するのに直
接使用されるからである。更に詳しくいえば、質
問信号（第１信号）に対しトランスポンダの応答
信号（第２信号）の周波数と位相とに含まれてい
るからである。
本発明の実施例を以下に添付図を参照して詳細
に説明する。
次に、添付図面の第１図から第２４図を参照し
て、本発明の好ましい実施例について説明する。
各図において同一の素子は、同じ参照番号にて示
している。
第１図は、本発明によるインタロゲータ−トラ
ンスポンダシステムの全体構成を示している。こ
のシステムは、電圧制御発振器１０の如く信号源
を備える。この電圧制御発振器１０は、制御素子
１２から制御信号Ｖを受ける。電圧Ｖは、発振器
によつて発生される信号の周波数を決定する。発
振器のこの出力信号は、電力増巾器１４によつて
増幅され、トランスポンダへ送信するためのアン
テナ１６へ加えられる。送信される信号は、S1と
して示されている。
信号S1は、トランスポンダ２０のアンテナ１８
にて受信され、受動信号変換素子２２に通され
る。この信号変換器は、入力信号S1を出力信号S2
へ変換する。その出力信号S2は、インタロゲー
タ／レシーバ装置へ再送信するため同じアンテナ
１８又は異なるアンテナ２４へ通される。
信号変換素子２２によつて行なわれる信号変換
については、第２図を参照して以下に詳細に説明
するが、ここでは、信号S2は、最少限、特定のト
ランスポンダ２０を識別する情報コードを含んで
いるという説明だけで充分であろう。
信号S2は、送信アンテナ１６と同じアンテナで
も異なるアンテナであつてもよいアンテナ２６に
よつて受信される。この信号は、次に、信号S2を
信号S4へ変換する回路素子２８へ通される。
同様に、VOC１０の出力は、信号S3を発生す
る回路素子３０へ通される。これらの２つの信号
S3およびS4は、ミキサ（４チヤネルマルチプライ
ヤ）３２に加えられる。
回路素子３０及び２８は、各入力信号S1及びS2
を変更して各出力信号S3及びS4を発生する手段を
含んでいてもよいし含まなくてもよい。例えば、
素子３０は、信号S3から送信信号S1の小変換信号
であるように、単なる非遮断電気回路又は配線で
あつてもよい。同様に、回路素子２８は、信号S4
が信号S2と実質的に同一であるがそれより高い信
号レベルを有しているものとなるように、単に増
巾器であつてもよい。回路素子３０及び２８のそ
の他の変形例については以下に説明する。しか
し、一般的には、信号S3は、信号S1から抽出され
るものであり、従つて、信号S1の周波数及び位相
の関数であり、一方、信号S4は、信号S2から導き
出されるものであり、従つて、信号S2の周波数及
び位相の関数である。
信号S3及びS4は、ミキサ３２にて混合され又は
ヘテロダインされて信号S5を発生する。この信号
S5は、信号S3及びS4に含まれた周波数の和の周波
数および差の周波数の両方を含む。信号S5は、信
号プロセサ３４に通される。この信号プロセサ３
４は、信号S5に含まれる周波数の少なくともある
ものを決定し、測定し又は検出する。詳細に述べ
ると、信号プロセサ３４は、信号S5がサンプルさ
れデジタル化された後、フーリエ分析（変換）を
用いて、信号S5における差周波数fiのあるものを
決定する。好ましくは、信号プロセサは、また、
周波数成分fiの振巾ai及び各位相中φiを決定する。
ここで、位相φiは、１つの周波数成分fpに関して
測定されるものである。
信号プロセサ３４で決定される情報は記憶装置
３６及びマイクロプロセサ３８から成るマイクロ
コンピユータに送られる。このマイクロコンピユ
ータは周波数、振幅及び位相情報を連続的に解析
し、そしてこの情報に基づいて決定する。例え
ば、このマイクロコンピユータはトランスポンダ
２０の同一性を決定することができる。
第２図はトランスポンダ２０の性質及び動作を
説明している。このトランスポンダは完全に受動
素子であるか又は電源そして一つ又はそれ以上の
能動素子を含むことがある。理解されるように、
第１図のブロツ図で示される信号変換素子２２は
Ｎ＋１コの信号処理素子４０及び信号結合素子４
２から成つている。信号処理素子４０の各々がア
ンテナ１８に持続されており、そして伝送疑問
（interrogation）信号S1を受信する。理解される
ように、各々の処理素子４０は出力としてそれぞ
れの中間信号I0，I1，……，INを生ずる。これら
の中間信号は結合素子４２に伝送され、この結合
素子４２でこれらの中間信号を結合して（例え
ば、加法、乗法等など）出力信号S2を生成する。
第２図に見られるように、各々の信号処理素子
４０は既知の遅れTi及び既知の振幅調整Ai（減衰
か又は増幅のいずれかである）から成つている。
その各々の遅れTi及び振幅調整Aiは受信信号S1の
周波数の関数であるかもしれうないし、又は周波
数に独立で、それぞれ、一定の遅れ及び一定の振
幅調整を与えることもある。
この発明の実施例では、遅延素子Ti、振幅調整
素子Ai及び中間信号結合素子４２は厳密に受動素
子である、すなわち、それらは動作するのに電源
を必要とせずそして処理される信号は増幅されな
い。しかし、この発明の原理及び概念は能動素子
にも適用できる。以下に詳細に説明するように、
遅延素子は表面弾性波を発生し、伝送し、及び受
信する素子によつて、又は赤外線又は光の放射を
伝送する光フアイバー又は光導波管によつて実現
される。振幅調整素子は信号を減衰させるために
抵抗から成るそして／又はリアクタンスから成る
受動素子のいずれから構成される。第２図から明
らかなように、遅延素子及び振幅調整素子の順序
は逆にしてもよい、すなわち、振幅素子Aiが遅延
素子Tiより先になつてもよい。
第３図に示すシグナルプロセツサ３４は、信号
S5に含まれる周波数fiのいくつかを決定する。図
示のように、信号S5は、オーデイオレンジのパス
バンド（例えば１〜3KHz）を有するバンドパス
フイルタ４４を通過する。このバンドパスフイル
タは、信号S5のうちの、信号S3，S4とは異なる周
波数を有する部分を通過させ、極低周波数ノイズ
を除去する。バンドパスフイルタの出力は、アン
チ−アリアジングフイルタ４６を介して、サンプ
ルホールド回路４８へ供給される。アナログ信号
は、このようにして、クロツク５０で決定される
サンプリング率でサンプリングされる。このサン
プリング率は、パンドパスフイルタ４４の上側の
周波数の２倍である。サンプルホールド回路にお
けるサンプルした信号の出力期間は、そのサンプ
ルした信号がアナログ・デジダル（Ａ／Ｄ）コン
バータ５２によつてデジタル化のなされる期間で
ある。最終的には、このデジタル化されたサンプ
ルは、Ａ／Ｄコンバータから、専用コンピユータ
５４に送られ、このコンピユータ５４では、定め
られた期間に出力されたサンプルを繰り返し格納
して、これらの信号のフーリエ変換を行う。コン
ピユータ５４では、このようにして、オリジナル
信号S5に含まれる周波数fiを規定するデジタル出
力を発生する。必要に応じて、コンピユータ５４
において、各周波数fiにおけるそれぞれの振幅ai
および位相φiを決定するようにしても良い。
第４図および第５図は、シグナルプロセツサ３
４の典型的な出力を表わす周波数の図である。こ
れらの出力は、トランスポンダー２０の信号変圧
器２２によつて与えられる情報コードを有してい
るので、このコードに対応する特定のトランスポ
ンダーの確認が行なわれる。
ここで、再び第１図の装置において、VCO10
を制御して、信号S1の周波数が定められた周波数
レンジ内において連続した複数の周波数値となる
ようにするものとする。例えば、制御電圧を最小
および最大電圧の間で傾斜を持たせて引き上げ、
あるいは引き下げて、定められた周波数レンジの
限度内において連続して周波数を移動させるよう
になす。この代りに、電圧Ｖを、最小および最大
電圧間において、ステツプ状に１つの値から次の
値にして、信号S1が定められた周波数レンジ内に
おいて、多数のデイスクリートな周波数値となる
ようにしても良い。この周波数レンジとしては、
905ないし925MHzが好適であり、周波数帯はシヨ
ートレンジ伝送については、全世界を通じて自由
に利用することができる。
信号S1が連続的に複数の周波数値をとつたとし
た場合には、シグナルプロセツサの出力は、第４
図および第５図に示す形態となる。第４図に示す
ように、信号S5に含まれる多数のデイスクリート
な周波数f0，f1，f2……f10は、異なつた振幅（大
きさ）a0，a1……a10および位相φ0，φ1……φ10を
有している（周波数f1……f10の位相φ1……φ10は
全て周波数f0の位相φ0を基準としている）。
測定した位相φ0……φ10は、送信機からトラン
スポンダーまでの距離に依存しているので、送信
機およびレシーバを中心とする半径方向の内方、
外方へのトランスポンダーの移動は、各位相の測
定を繰り返し行なうことで測定することができ
る。第５図は、第４図の位相に対して、送信機／
レシーバからトランスポンダーまでの距離が異な
ることに起因して、位相φ0……φ10が第４図の各
位相に対してどの程度回転（例えば45゜）したの
かを示している。
信号S5に異なる周波数が含まれるのは、トラン
スポンダーの特性と共に、伝送された信号S1に含
まれる周波数のためである。
VCO10は周波数に関して線形掃引を与えるよ
うに制御されるものとする。またトランスポンダ
ーは、信号変換部品が第６図に示されるように遅
延線フイルタとして設計できるように構成されて
いる。このフイルタは初期遅延T0とこの後に続
く等しい複数の遅延△Ｔを有する。各遅延部５５
からの出力は位相シフトφi（ｉ＝０からＮ）を受
けている。位相左φi−φi-1は中心周波数（915M
Hz）において４つの値０、±90゜あるいは180゜のう
ちの一つの値に拘束されている。トランスポンダ
ーのコード情報はこれらの位相差で搬送される。
このシステムの目的は位相差のパターンを特定の
トランスポンダーの独特の識別情報として検索す
ることにある。
各遅延部品からの出力信号I0……IN（中間信号）
は加算されて信号S2を形成する。この信号S2はト
ランスポンダーの共通アンテナに供給される。
さらに、このシステム内の信号S3およびS4が、
周波数と位相（振幅ではない）に関してそれぞれ
信号S1とS2とそれぞれ送信機と受信器において関
係しているとすると、応答信号S4が、ミクサ３２
において送信信号S3と混合されると、トランスポ
ンダー内の遅延によつてビートが発生する。実
際、各中間信号I0……INはそれ自身の独特のビー
ト周波数を作り出す。隣接するビート周波数の位
相を比較することによつて、トランスポンダーで
位相コード化された情報を元に戻すことができ
る。
従つて、VCO周波数が、毎秒ω〓ラジアンの一
定の速さで最小周波数ω0から最大周波数ω0＋△
ωまで掃引されるとすると、この掃引が行なわれ
る時間はτ＝△ω／ω〓である。なお、ω＝2πfラ
ジアンである。
この信号S1は周波数変調されたコサイン波で表
わすことができる。
S1（ｔ）＝COS（ω0t＋１／2ω〓t2） この信号の瞬時周波数はω0＋ω〓tである。初期
位相はゼロに設定することができる。これは単に
時間原点をどこに選ぶかの任意な問題にすぎな
い。振幅は１にすることができる。掃引時間は当
然有限であるが、この束縛は今の解析では無視さ
れる。有限な掃引時間によつて作り出された「端
部効果」があるが、このシステムの主要な操作は
この端部効果を無視することにより最も明瞭に理
解される。
トランスポンダーの中間信号Iiは以下の点を除
いて送信信号S1と同じ形態を有している。
(1) Tc＋T0＋ｉ△Ｔ遅延している。ここでTcは
送信器からトランスポンダーそして受信器まで
のラウンドトリツプ伝達時間である。
(2) θi位相がシフトしている。そして (3) 振幅が（全ての中間信号に対して全て等し
い）Ａに減少されている。
従つて、コンポジツト応答信号S2は次式で与え
られる。
S2（ｔ）＝ＡN 〓i=0 S1（ｔ−Tc−T0−ｉ△Ｔ）θi ＝ＡN 〓i=0 cos｛ω0（ｔ−Tc−T0−ｉ△Ｔ） ＋１／2ω〓（ｔ−Tc−T0 −ｉ△Ｔ）2＋θi｝ 次に、ミキサ３２の有用な出力は次の周波数の
異なる成分の積によつて表わすことができる。
S5（ｔ）＝S1（ｔ）×S2（ｔ） この代数式を解くと、以下の様に表わされる。
S5（ｔ）＝ＡN 〓 〓i=0 cos｛ω〓t（ｉ△Ｔ＋Tc＋Tp）＋ω0（ｉ△Ｔ＋Tc＋
Tp） −１／2ω〓（Tc 2＋Tp 2＋（ｉ△Ｔ）2＋2TcTp＋2i
△Ｔ（Tc＋Tp））−θi｝ これは、振幅Ａ、瞬時周波数ω（ｉ△Ｔ＋Tc＋
Tp）、包含位相φiの周波数ラインでなる（Ｎ＋１）
本のくし状スペクトルとして認識されるだろう。
多くの周波数ラインが相互に干渉しないように信
号S5（ｔ）についてスペクトル分析を行なえば、
各ラインについて別々に振幅Ａ及び位相φiを検索
することができる。（実際、フーリエ分析によつ
て各ラインの平行座標が得られ、極座標に変換し
て位相φiを得るためには更に処理することが必要
である。） 第４図及び第５図は、伝搬遅延Tcの変化の結
果として位相φiがどのように変化するかを示して
いる。そこで、異なる時間における周波数ライン
の位相φiを計算してその計算によるそれぞれの結
果を比較することにより、トランスポンダが送受
信システムに対して半径方向に移動したかどうか
を決定することができる。この比較は、マイクロ
プロセツサ３８の適当なプログラムによる簡単な
方法で行なつてもよい。
第７図は、米国特許第3706094号明細書に開示
された代表的な型式のトランスポンダを示してお
り、このトランスポンダは受信信号S1を音波に変
換し、ダイポールアンテナ５６を介して送信する
ためにその音波エネルギーを電気信号S2に再変換
する。詳述すると、トランスポンダの信号変換素
子は、リチウムニオベート（LiNGO3）結晶のよ
うは圧電材料の基板５８から成つている。この基
板の表面上には、アルミニウム等の金属の層が付
着され、第７図に示すようなパターンが形成され
ている。たとえば、このパターンは、ダイポール
アンテナ５６に接続された２つのバスバー６０及
び６２、送り出しトランスデユーサ６４並びに複
数のタツプトランスデユーサ６６から構成されて
もよい。バー６０及び６２は、送り出しトランス
デユーサから発生し、実質的に直線的に伝搬して
タツプトランスデユーサに順々に到達する音波の
伝送路６８を形成している。このタツプトランス
デユーサは、バスバー６０及び６２によつて集め
られ加算された音波を電気エネルギーに再変換す
る。その後、この電気エネルギーがダイポールア
ンテナ５６を作動させて電磁放射線に変換され、
信号S2として伝搬される。
米国特許第3706094号明細書に開示された音波
トランスデユーサでは、それぞれの等距離のトラ
ンスデユーサ位置におけるタツプトランスデユー
サの有無が送信された応答信号における情報コー
ドを与えている。したがつて、トランスポンダに
送信された高周波エネルギーの単１パルスすなわ
ちバースト信号（第１信号S1）が、結果として音
波装置のタツプトランスデユーサの有無に依存す
る１以上の応答パルス（第２信号S2）となるだろ
う。
本発明の好ましい実施例において、第７図に示
すように、音波路６８に沿つて等間隔にタツプ・
トランスジユーサ６６が設けられており、このタ
ツプ・トランスジユーサの間に選定した数の“遅
延パツド７０”を設けることにより情報コードが
与えられる。この遅延パツドは、第８図にその詳
細が示されており、同一の材料で成るのが好まし
く、またバス・バー６０，６２及びトランスジユ
ーサ６４，６６とともに配置されるのが好まし
い。各遅延パツドは、動作周波数（約915MHz）
において遅延していない音波に対して1/4すなわ
ち90゜だけ１つのタツプ・トランスジユーサ６６
から次のトランスジユーサへの音波の伝播を遅延
させるのに十分な幅を有している。連続するタツ
プ・トランスジユーサの間にこれらの遅延パツド
を配置させることにより、前のタツプ・トランス
ジユーサ６６Ａの下方を音波が通つた時を基準と
した、次のタツプ・トランジユーサ６６Ｂが受取
つた音波の位相φは、次の４つの位相状態を可能
にするように制御されるのが好ましい。
１ タツプ・トランスジユーサ６６Ａと６６Ｂと
の間にパツドがないときにはφ＝−90゜であり、 ２ タツプ・トランスジユーサ６６Ａと６６Ｂと
の間に１つのパツドが有するときにはφ＝0゜で
あり、 ３ タツプ・トランスジユーサ６６Ａと６６Ｂと
の間に２つのパツドが有るときにはφ＝90゜で
あり、 ４ タツプ・トランスジユーサ６６Ａと６６Ｂと
の間に３つのパツドがあるときにはφ＝180゜で
ある。
第６図を参照すると、位相情報φ0（ライン中の
第１のタツプ・トランスジユーサによつて捨つた
信号）と位相情報φ1，φ2……φN（後続のタツプ・
トランスジユーサによつて拾つた信号）とが、第
７図の実施例ではバス・バー６０と６２とで成る
組合せ器（加算器）へ供給される。この位置情報
は、アンテナ５６によつて信号S2として送られる
ものであり、トランスポンダの情報コードを含ん
でいる。
第９図は、第２図に示す一般クラスのトランス
ポンダの別の例を示している。この例では、組合
せすなわち結合要素42が加算装置７２とミキサ７
４とを備えている。また、この例では、公知の遅
延TN＝０と公知の振幅修正（modification）AN
＝１とを有する。
受取つた信号S1を加算装置７２からの出力信号
に混合（ヘテロダイン操作）することの効果は、
出力信号S2の周波数を２倍にすることにある。ミ
キサ７４の出力はその２つの入力の和と差の周波
数を含むことになり、２つの入力は信号S1の周波
数である。アンテナが、最初、和の周波数であつ
て差の周波数ではない周波数の信号を放射するよ
うに同調してある場合、送られた（放射された）
信号S2は信号S1の２倍の周波数を有する。従つ
て、システムの受信装置は送信装置の周波数より
１オクターブ高い周波数を受取るよう同調され、
信号S1を送信し且つ信号S2を受取るのを可能にす
る。この装置は、送つた信号S1を反射する目標物
からのクラツタやエコーの問題を解消している。
第１０，１１図は、第９図のトランスポンダを
実行する音響波装置を示す。この装置は、圧電気
基層５８上に普通のバスバー６０及び６２を含
む。バスバー６０は、一点で縦に割られており、
ダイオード７６及びRFチヨーク７７は、出力信
号S2の周波数を２倍にする単一のアンバランスな
ミキサを与えるように、ギヤツプを横切つて結合
されている。
この実施例において、遅延パツド７８は、音響
波の位相遅延だけでなく選択された減衰（振幅変
調）をも与えるように第１１図に示される構成を
とる。この構成は、エンコーデイングの追加手段
を提供し、すなわち、コードは、位相情報と同様
に振幅から成る。
第１１図を参照すると、タツプトランスジユー
サ６６間に挿入される遅延パツドは、特に設計さ
れた振幅変調パツド８０を含む。パツド８０は、
永続する音響波のトラベル６８のパスに垂直な切
り込まれたエツジを有する。このように、この切
り込まれたエツジは、波に、２つのエツジ面８２
及び８４を示す。エツジ８２は、長さ“ａ”を有
し、これに対し、エツジ８４は、長さ“ｂ”を有
する。エツジ８２は、２つのエツジ８２及び８４
でパツドにより与えられる遅延の相違がそれぞれ
180゜であるように、距離Ｄ離れて、エツジ８４に
平行に伸びている。この拘束によつて、エツジ８
２を横切る波の部分は、エツジ８４を横切る波の
部分によつて、位相から離れ、これにより、削除
を与える。
減衰Ｗは、関連したエツジ長さａ及びｂを比較
することによつて、計算され得る。
Ｗ＝（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ） 長さｂ＝０の場合には、減衰はない（Ｗ＝１）。
ａ＝ｂの場合には、最大減衰である（Ｗ＝０）。
第９図のトランスポンダにより伝えられる信号
S2の周波数は、信号S1の周波数の２倍なので、デ
コーデイングシステムは、それに従つて修正され
ねばならない。第１２図においては、VCOによ
りつくられる信号の周波数ｆの倍数（例えば２
倍）である周波数Mfを有する信号S3を与えるよ
うに、VCO10の出力に結合された周波数増倍器
（例えば２倍器）を有する第１図に示されるシス
テムの部分が示されている。トランスポンダから
受け取られる増大信号S2によりそれから混合され
る信号S3は、信号S2の周波数に近似している周波
数を有する。
第１３図には、本発明によるデコーデイングシ
ステムの更に他の変形例が示されている。この場
合に、信号S3及びS4は、分離されてつくられた信
号S6及びS7によりヘテロダイン受信することによ
り、それぞれ、つくられる。信号S6及びS7は、同
期出力S3及びS4をつくるように、同じ信号、ある
いは、関連した同期信号でなければならない。
第１３図に示される形状は、信号S3及びS4の周
波数を低下させるように、従つて、システム設計
を促進するように、作用し得る。
第１４図においては、第１図装置のVCOによ
りつくられる信号の周波数ｆが、どのように、定
められた周波数レンジ（905−925MHz）以内に、
ステツプで変化され得るかを示している。この例
において、コントロールユニツト１２は、周波数
ｆが、128の等しいステツプの最小の周波数905M
Hzから最大の周波数925MHzに上げられるように、
VCO10に、階段電圧Ｖを与える。925MHzに達し
た後に、この周波数は、128ステツプにふたたび
下げられ、プロセスはくり返される。
第１５図は、下記の３つの追加的特徴を有する
第１図の装置を示す。
(1) VCOの周波数を変化させるための傾斜また
は鋸歯信号発生器。
(2) クロツク発生器および送信モードと受信モー
ドとの間に前後に切換えるためのスイツチ。
(3) サンプリング時間を選択し、それによつて周
波数掃引における非直線性を補償するための同
期パルス発生器。
第１５図の装置は、VCO92に鋸歯波形を供給
するための傾斜発生器９０を有する。VCOは、
905MHzから925MHzに向つて直線状に反復的に傾
斜変化する周波数ｆの出力信号を発生する。この
信号はRF増巾器９４によつて増巾されて、信号
を送信電力増巾器９８、または解読混合器１００
に導く送信−受信スイツチ９６に供給される。ス
イツチ９６は、クロツク１０２によつて発生され
る100KHzの矩形波信号によつて制御される。電
力増巾器９８からの出力信号S1は外部循環器すな
わち送信／受信（TR）スイツチ１０４に供給さ
れ、アンテナ１０６によつて電磁放射として送信
される。
アンテナ１０６によつてトランスポンダ応答信
号S2が受信されて、循環器すなわちTRスイツチ
１０４を通して受信器増巾器１０８に供給され
る。この増巾器の出力S4は、スイツチ９６によつ
て断続的に供給される信号S3と混合される。
混合器１００の出力S5は、信号S3と信号S4との
周波数の和と差とを含んでおり、この出力S5は
1KHzと3KHzとの間のパスバンドを有するバンド
パス波器１１０に供給される。この波器の出
力は、抗偽信号波器１１２を通してサンプルお
よび保持装置１１４に供給される。
サンプルおよび保持装置１１４は、各サンプル
をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１６に
供給する。このＡ／Ｄ変換器は、各サンプルの計
数値を急速フーリエ変換手段によつて信号に含ま
れた周波数を分析する素子１１８に提供する。サ
ンプルおよび保持装置１１４とＡ／Ｄ変換器１１
６とは、VCO92によつて発生された信号から導
出されたサンプリング信号によつて作動せしめら
れる。このサンプリング信号は、VCO出力信号
の単調に増加する周波数ｆの時間に対する非直線
性を補償する。
第１５図に示されているように、VCO92によ
つて発生される信号は、増巾され固定信号遅延時
間Tsを有する遅延素子１２０を通過せしめられ
る。遅延させられた信号と遅延させられない信号
との両方が、周波数の和と差との両方を含む信号
S7を発生する混合器１２２に供給される。信号S7
は、この信号の周波数差部分だけを通過させるロ
ーパス波器１２４に供給される。このローパス
波器の出力は、各正方向行き（または負方向行
き）の零交差においてパルスを発生する零交差検
出器１２６に供給される。これらの各パルスは、
サンプルおよび保持装置１１４とＡ／Ｄ変換器１
１６とを作動させるために使用される。
第１６図ないし第１８図は、第１５図に示した
回路の作動を示す。すなわち、第１６図はクロツ
ク１０２からの100KHzの出力を示し、第１７図
はVCO92により発生される信号の周波数掃引を
示す。そして、第１８図においては、実線１２８
によつて送信信号S1の周波数を示し、破線１３０
によつてトランスポンダから受信した信号S2の周
波数を示している。図面から解るように、破線１
３０で示す信号は実線１２８で示す信号の送信の
間隔期間中に受信される。これらの間隔期間は、
トランスポンダに対する信号S1の送信とトランス
ポンダからの信号の受信との間の１周走行遅延時
間と略等しく選定される。多重破線によつて示し
たように、トランスポンダからの応答信号は、異
る遅延時間（T0，T1，……TN）を有する組合せ
（例へは加算した）中間信号の結果として、任意
の所定時間において多数の周波数を含んでいるで
あろう。
第１９図ないし第２２図は、レーザーから発生
する放射線を使用する、本発明のさらに好ましい
実施例を示している。第１９図に示すように、レ
ーザー１３２は励磁され、制御装置に応答して、
一連の異なる周波数の（例えば、赤外線または可
視光線スペクトルの）放射線を発生する。この放
射線は信号S1を形成し、信号S1はトランスポンダ
１３４に伝送される。トランスポンダ１３４は信
号S1を受け、(1)信号S1に応答して応答信号S2を発
生し、(2)鏡１３６によつて信号S1を反射する。反
射された信号S1は、応答信号S2と同様にホトセル
（PC）１３８に受け容れられ、ホトセル１３８
は、これらの放射線信号を電気信号に変換する。
ホトセル１３８の出力は、異なる周波数の信号S1
及びS2を含んでおり、第１図に示される形式の信
号処理装置１４０に供給される。
第１９図に示される、呼びかけ、受信及びエン
コード装置用のトランスポンダ１３４は、第２０
図、第２１図及び第２２図に示される形態の１つ
をとることができる。第２０図には、異なる長さ
の複数の光フアイバが示されており、この光フア
イバは信号S1を受け、反射信号S2を伝送する。従
つて、信号S2には、すべての光フアイバから出る
信号全部が含まれる。この構成において、各光フ
アイバは、信号S1を受け、一端からそれを導入
し、反射して、再び信号S1をその受信端に導く。
第２１図の実施例では、単一の光フアイバが使
用されて信号S2を発生する。この場合、光フアイ
バの多くのタツプすなわちノツチ１４２は、放射
線の一部を反射し受信端に戻す役割を果たす。
第２２図はオプテイカル基板にドープされた一
体化オプテイクデイレーラインを有するオプテイ
カルウエーブガイドを示している。このウエーブ
ガイドは受信ガイド１４６、伝送ガイド１４８及
びこの受信ガイドと伝送ガイドとの間にある複数
のタツプ１５０から成る。従つて、このオプテイ
カルウエーブガイドは、第２１図に示されるノツ
チ付光フアイバと全く同様に作動する。
第２３，２４図はトランスポンダTPに対する
距離及び方位を得るのに如何に複数箇の送受シス
テムが用いられるかを示す図である。第２３図に
於いては２台の送信機、受信機、及びミキサが距
離Ｌだけ離れたアンテナ１５２と１５４と共に用
いられる。アンテナ１５２，１５４夫々から信号
S2を受けるミキサ１５６と１５８は送信された信
号S1から導き出される共通信号S3も受ける。これ
らミキサにより作られた信号S5はトランスポンダ
から受けた符号化された位相情報を含む。一方の
アンテナ１５２に受けた信号の位相φ01を他方の
アンテナ１５４で受けた信号の位相φ02と例えば
比較器１６０で比較することにより、位相差△φ
を決める事が出来る。
第２３図に示す配置から θ＝tam-1△φ／φL φL＝KL＝2πL／λ φL＝2πfL／ｃ となる事が分ろう。
従つてトラスポンダへの方位θが測定出来る。
第２４図は既知の位置に配置した第２３図示の
型式の２組の装置のこれら位置からトランスポン
ダへ至る距離R1及びR2がどの様にして決定出来
るかを示す。この場合、第１の方位角θ1は第１装
置系１６２で測定され、方位角θ2は第２装置系１
６４で測定される。距離R1及びR2はこれら角度
θ1，θ2並びに距離L0、そして２つの装置系１６２
と１６４との間の角θ0とより計算する事が出来
る。
茲にパツシブなトランスポンダ質問の新規なシ
ステムが開示され、すべての目的及びその期待さ
れた効果をすべて満足するシステムが開示された
が本発明に対する変型、変更、使用目的は本発明
明細書及図面及び実施例を当業者が研究すること
に依り多様になし得る事が明らかであろう。そし
てこの様な多様な変更は特許請求の範囲に規定し
た本発明要旨から離れる事なくすべて本発明に包
含されるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるインタロゲータ・トラン
スポンダシステムのブロツク図である。第２図は
第１図のシステムに使用されるトランスポンダの
ブロツク図である。第３図は第１図のシステムに
用いられる信号プロセサのブロツク図である。第
４，５図は第１図のシステムの信号プロセサによ
り得られる情報の周波数グラフである。第６図は
本発明の１つの好ましい実施例のパツシブなトラ
ンスポンダのブロツク図である。第７図は第６図
の実施例の実際の構成を示す図である。第８図は
第７図の一部分の拡大図である。第９図は本発明
の別の好ましい実施例のパツシブなトランスポン
ダのブロツク図である。第１０図は第９図の実施
例の実際の構成を示す図である。第１１図は第１
０図のものに使用される定在音波装置の詳細を示
す図である。第１２図は第１図のインタロゲー
タ／レシーバの１つの好ましい実施例のブロツク
図である。第１３図は第１図のインタロゲータ／
レシーバの別の好ましい実施例のブロツク図であ
る。第１４図は第１図のシステムにおける周波数
変動の１つの好ましい形を示す周波数対時間のグ
ラフである。第１５図は本発明のシステムの質
問、受信及び解読部分の１つの好ましい実施例の
詳細ブロツク図である。第１６図は第１５図の装
置のクロツク出力を表わすタイミングダイアグラ
ムである。第１７図は第１５図の装置の伝達信号
を表わす周波数対時間のダイアグラムである。第
１８図は第１５図の装置における伝達信号と受信
信号との両方を表わす周波数対時間のダイアグラ
ムである。第１９図は赤外線又は光線で作動する
本発明のインタロゲータ／トランスポンダシステ
ムのトランスミツタとレシーバとのブロツク図で
ある。第２０図は第１９図のシステムと使用する
パツシブなトランスポンダの１つの好ましい実施
例を表わす。第２１図は第１９図のシステムと使
用するためのパツシブなトランスポンダの別の好
ましい実施例を表わす。第２２図は第１６図のシ
ステムと使用するパツシブなトランスポンダの第
３の好ましい実施例を示す。第２３図は、本発明
のパツシブなインタロゲータ／トランスポンダシ
ステムを使用してどのようにしてトランスポンダ
への方角を決めるかを示すトポロジカルダイアグ
ラムである。第２４図は、本発明のパツシブなイ
ンタロゲータ／トランスポンダシステムを使用し
てどのようにしてトランスポンダへのレンジをど
のようにして決めるかを示すトポロジカルダイア
グラムである。 図中：１０：電圧制御発振器、１４：電力増巾
器、１６；１８：アンテナ、２０：トランスポン
ダ、２８：信号変換回路素子、３０：信号発生回
路素子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ エンコードされた情報を搬送するトランスポ
    ンダを質問するための装置において、以下のａ，
    ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，及びｇの構成要素を備える
    ことを特徴とする装置。 (a) 第１の信号を受信し、そしてそれに応答して
    第２の信号を送信する少なくとも一個のトラン
    スポンダ手段。この手段は信号変換手段を含
    み、この信号変換手段は前記の第１の信号を入
    力として受けそして前記の第２の信号を出力と
    して発生し、(1)前記の第１の信号を既知量だけ
    遅延させ、そして既知量だけ振幅を変えた中間
    信号をそれぞれが発生する複数の信号条件付け
    手段と、(2)すべての信号条件付け手段に接続さ
    れていて、前記の中間信号を組み合わせて前記
    の第２の信号をつくる信号結合手段とを含み、
    前記の信号条件付け手段と信号結合手段とは前
    記のトランスポンダ手段に関連した前記の第２
    の信号へ既知の情報コードを与える。 (b) 第１の周波数を有する前記の第１の信号を送
    信する送信手段。前記の第１の周波数は前記の
    複数の信号条件付け手段のそれぞれの既知の遅
    延量を時間的に区別できるだけの広さの所定の
    周波数範囲内の複数の周波数の値を順次にと
    る。 (c) 前記のトランスポンダ手段からの前記の第２
    の信号を受ける受信手段。 (d) 前記の送信手段へ接続され、前記の第１の信
    号から取り出された第３の信号を発生する手
    段。 (e) 前記の受信手段へ接続され、前記の第２の信
    号から取り出された第４の信号を発生する手
    段。 (f) 前記の第３の信号と前記の第４の信号を受
    け、これらの信号を混合して第５の信号を発生
    する混合手段。 (g) この第５の信号に応答し、第５の信号に含ま
    れる周波数の少なくともいくつかの周波数を検
    出し、それにより前記のトランスポンダ手段に
    関連する前記の情報コードを決定する信号処理
    手段。 ２ 前記の発信手段が前記の所定の周波数の範囲
    内の複数の個々の周波数の値として前記の第１の
    周波数を発生する手段を備えている請求項１に記
    載の装置。 ３ 前記の発信手段が前記の所定の周波数の範囲
    内の複数の個々の周波数の値として前記の第１の
    周波数を発生する手段を備えている請求項１に記
    載の装置。 ４ 発信手段は前記の第１の信号を電磁波として
    発生する手段を備えている請求項１に記載の装
    置。 ５ 発信手段は無線送信機であり、そして周波数
    範囲は無線周波数スペクトル内にある請求項４に
    記載の装置。 ６ 発信手段はコヒーレントな光輻射源である請
    求項４に記載の装置。 ７ 周波数範囲は赤外線域にある請求項６に記載
    の装置。 ８ 発信手段と受信手段は一つのアンテナを共有
    している請求項１に記載の装置。 ９ 発信手段は第１の信号の伝送を間歇的に遮断
    するスイツチ手段を含み、それにより第２信号を
    受けるための反復期間をつくるようにした請求項
    １に記載の装置。 １０ スイツチ手段はクロツク信号発生器と、こ
    のクロツク信号に応答してクロツク信号率で第１
    の信号を遮断する電子スイツチを含むようにした
    請求項９に記載の装置。 １１ スイツチ手段は、第１の信号から取り出さ
    れた第３の信号を発生する手段へ第１の信号を、
    その信号が発信手段によつて送信されないとき
    に、交互に送るようにしている請求項９に記載の
    装置。 １２ 前記の信号交換手段は音波の複数の進行路
    を表面上で決めている基板と、表面音波をそれぞ
    れ長さの異なる進行路の始端から終端へ伝送する
    電気回路手段とを含む請求項１に記載の装置。 １３ 前記の電気回路手段は、進行路に沿つて伝
    播する表面音波に第１の信号を交換するため基板
    表面に配置した少なくとも一個のランチ・トラン
    スジユーサと、音波を出力信号に変換するため進
    行路に沿つて間隔を置いて基板表面に配置した複
    数のタツプ・トランスジユーサと、これらのタツ
    プ・トランスジユーサに結合され、出力信号を組
    み合わせて第２の信号を形成する電気回路とを含
    む請求項１２に記載の装置。 １４ 進行路に沿つて複数のトランスジユーサ位
    置を等間隔に決め、タツプトランスジユーサをこ
    れらのトランスジユーサ位置の少なくともいくつ
    かの位置に配し、タツプ・トランスジユーサのこ
    れらの位置における有無が第２の信号における情
    報コードをつくつている請求項１３に記載の装
    置。 １５ 基板表面上に進行路に沿つて複数の音波遅
    延パツドを配し、進行路に沿つての音波伝播時間
    を調整するようにした請求項１２に記載の装置。 １６ すべての遅延パツドは音波の進行方向に同
    じ巾を有し、それによりパツドの有無が所定量だ
    け音波の伝播時間を変えるようにした請求項１５
    に記載の装置。 １７ 遅延パツドは所定量だけ音波の振幅を変え
    る形状であり、音波の振幅は少なくとも情報コー
    ドの一部分となつている請求項１５に記載の装
    置。 １８ 基板はニオブ酸リウチム（LiNbO3）結晶
    である請求項１２に記載の装置。 １９ 信号変換手段は、光波の進行路を決める少
    なくとも一つの光学的ウエーブガイドと、このウ
    エーブガイドの一端に光波を注入する手段と、ウ
    エーブガイドのこの一端に注入した光波がウエー
    ブガイドに沿つて間隔を置いた点に到達するとき
    を決定するタツプ手段とを備えている請求項１に
    記載の装置。 ２０ 光学的ウエーブガイドを少なくとも一本の
    光フアイバーを備えている請求項１９に記載の装
    置。 ２１ 光学的ウエーブガイドが集積光ウエーブガ
    イドを備えている請求項１９に記載の装置。 ２２ タツプ手段は第２の信号をつくる手段を含
    んでいる請求項１９に記載の装置。 ２３ 送信手段は第１の信号を光ビームとして伝
    播する請求項２２に記載の装置。 ２４ タツプ手段は光輻射として第２の信号を伝
    播する手段を含む請求項２３に記載の装置。 ２５ タツプ手段は無線周波数電磁輻射として第
    ２の信号を伝播する手段を含む請求項２３に記載
    の装置。 ２６ 混合手段は、(1)第３と第４の信号を受け、
    そして第３の信号の周波数と第４の信号の周波数
    の和と差とに等しい周波数の出力信号をつくるヘ
    テロダインと、(2)差の周波数を含む前記の出力信
    号の部分だけを通して第５の信号を形成する周波
    数フイルタとを含む請求項１に記載の装置。 ２７ 第５の信号がアナログ信号であり、信号処
    理手段が第５の信号をデジタル信号に変化するア
    ナログ・デジタル変換器を含んでいる請求項１に
    記載の装置。 ２８ 信号処理手段は、アナログ・デジタル変換
    器に結合され、デジタル信号に対して急速フーリ
    エ変換を実施する手段を含んでいる請求項２７に
    記載の装置。
JP59225648A 1984-10-09 1984-10-26 エンコードされた情報を搬送するトランスポンダを質問するための装置 Granted JPS61104279A (ja)

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