微分位相と信号処理による超高精度距離計測法

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平成4年度には,(1)ハードウェアの開発,(2)信号処理系のコンピュータシュミレーションを行った。(1)ハードウェアの開発 デジタル信号処理による位相検波回路を完成し,測定精度を検討した.受信信号と参照信号の両方を40kHzの中間周波に変換した後,高速AD変換器で波形をデジタル化して計算機に取り込み,次にこのデータをデジタル信号処理して位相と振幅を求める方式である.アナログ位相検波では,位相の測定精度は約1度であるが,デジタル信号処理では1/100度までに精度が向上すること,精度の限界は量子化雑音とタイミング系のジッタで決まることが実験的に確かめられた.また,位置が可変で調整できるモデル標的として,電磁石を利用したアクチュエータを試作した.(2)信号処理系のコンピュータシュミレーション 原理的には,微分位相法により超高精度の距離計測が可能であるが,有限の信号対雑音比のもとでの測定精度をコンピュータシュミレーションにより検討した.帯域幅200KhZの水中ソナーの場合,従来方式での測定精度は不確定性原理で決まり3.75mmであるが,微分位相を用いるとS/Nが10dBの場合で約100倍測定精度が向上することを明らかにした.これは,最小自乗法による結果であるが,最尤推定アルゴリズムを用いれば,さらに精度の向上が期待できる.