JPH01259280A - 目標物追跡方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車輌に対する目標物追跡方式に関し、特に本発
明はレース用車輌のごとき車輌の位置を追跡するために
もっばら限定されるものではない。

本発明の目的は必要によっては一般的にも供用される目
標物追跡方式を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明は発振器、本質的に選択された周波数において前
記発振器により発生した信号の表わす信号を送信する送
信機、前記送信された信号を受信しその信号をまた前記
送信機から直接信号をも受信する基地受信所に再送信す
る少くとも３つのトランスレータおよび受信信号を比較
して目標物を追跡する手段を具備する目標物追跡方式に
ある。

本発明に関する当業者によって多くの構造の変形、広く
異なった実施例、および応用が特許請求の範囲による本
発明の範囲において可能であり、こ１に開示され記載さ
れた発明は単にその例示にとマ゛まりそれに限定される
ものではない。

〔実施例〕

以下本発明の好ましき実施例を図面により詳細に説明す
る。

追跡方式の全般にわたる目的は定められた範囲内を移動
する目標物（車輌のごとき）の位置、速度および加速度
をうることである。かする目標物とは例えばレース用自
動車のごときものでありうる。これらの測定を行うシス
テムを第１図にその概要について示す。これはＶ　ＨＦ
比較方式であって、４つの観測位置において、かする方
式に関連する位相のあいまいさが何ら新らしい処理を用
いることなく解決されるという特長を有する。こ１には
２つの別々の問題が存在する。その第１は初期セットア
ツプもしくは較正処理であり、その第２は操作中に目標
物から受信場所にいたる信号の１つもしくはそれ以上が
一時的に失われたときにその立場を回復することである
。初期セットアツプは目標物に対する既知の位置を用い
ることによって容易に達成できるが、第２の問題はどれ
だけ多くの信号が一時的に失われたかによる。この方式
はすべての信号が一時的に失なわれたときに対抗できる
が勿論データの空所が発生する。

目標物は安定な発振器を有し、選択された周波数の信号
、好ましくは認められたテレメータ帯のいわゆる３６．
２５ＭＨｚにおいて連続信号を発生する。

その波長は約８．３ｍであって、基地受信局における同
一発振器のごとき同一周波数における他のコヒーレント
な信号に対してこの信号の受信位相の測定は８．３ｍの
未知の倍数によってあいまいとなる。か・る位相比較は
目標物からの信号を４つの異なったルー１−ＴＡ　、Ｔ
ＢＡ　、ＴＣＡ　、ＴＤＡによって受信する基地局Ａに
おいて行なわれる。目標物の移動に対するこれらの距離
の変化は、受信波の位相がＡにおける基準発振器に対し
て変化することを絶えず監視できることによって観測可
能である。かして各経路はそれに対して未知の一定距離
を持っているがこの一定距離からの変化は監視できる。

周波数のトランスレーションを含むすべての位相比較は
リンクの成魚において周波数分周器あるいは周波数増倍
器を含むから、分周または増倍過程の起動に対して用い
られたサイクルの不確定から発生する未知の遅れが常に
存在する。

この不確定性は較正過程で除去することができる、しか
し、システムが例えば信号の喪失のためにロックが失な
われると、信号が回復したときに恐らく異なった関連周
波数でロックされるであらう。

あるチャネルあるいはすべてのチャネルに対してロック
の喪失から回復できるシステムをもつ必要のあるのはこ
のためである。

４つの未知の距離定数を測定する最も簡単な最も直接的
な方法は目標物をある異なった基準点におくことである
；これは既知の距離たとえばａＯ＋ｂｏ、ｃｏ、ｄｏを
表わす零基準として用いられる位相差の出力をあたえる
。追加の距離Ｘ、ＰおよびＱ（第２図における）および
Ｂ、ＣおよびＤにおける周波数のトランスレーションお
よび受信装置Ａにおいて発生した周波数変化はすべて一
定であってこのセットアツプ過程において考慮される。

以後、Ｔが移動すると距離ａ、ｂ、ｃおよびｄは出力と
してたえず利用される。

以上説明した方式から発生しうる２つの問題点がある。

その第１は目標物からの信号がすべてのチャンネルにわ
たって連続的に受信されなければならないことである。

すなわち何かの理由で特殊なチャンネルにドロップアウ
トが発生すると波長のある一部分のあいまいさが再導入
される。しかしながら、目標物の位置を特定するために
は単に２つの局が必要であるから（もし概略の距離が判
明しているならば）、あいまいさの識別は−たび信号が
再びあられれるときわめて迅速に達成される。すべての
信号が失なわれても、あいまいさは、４つの測定された
距離ａ、ｂ、ｃ、ｄ間の関係の存在すること、それは局
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの位置のみによることおよび発見のため
の基地局を用いた初期セットアツプ過程において得られ
たものに等価な定数を許容するという事実を用いること
によって一度すべての信号が再びあられれると解決する
。

第２の問題は、同期発振器が目標物および基受信局にお
いて位相比較を可能にするために用いられるのは当然で
あるが、発振器の間にあるドリフトが発生する可能性が
常にあることである。この目的のために提案された標準
発振器の信転度は目標物がある加速をうけているときは
約１０９分の１である。これは６秒毎に約２メートル増
減しうる範囲誤差に等価である。しかしすべての範囲す
なわちａ、ｂ、ｃ、ｄは互に増減する。以上述べた幾何
学的な関係はたえず監視されたこのドリフトを許容して
適当な訂正を行うことを可能とする。

かくしてあまり高度でない発振器を用いることができる
。ドリフトの訂正に対して用いられた幾何学的表現は幾
何学的考察の見出しの下で再び論する。

冗長度のへツクアップレベルは可能である。何となれば
、もし発振器が同期を非常に外れてドリフトしても（こ
れは正常の環境下においてはありそうもないことである
が）、システムは双曲線航法システムに復帰できる。こ
れに対して必要な計算は標準システムに対するものより
非常に複雑で、発生により処理しなければならない。し
かしこの特性はシステムで使用される。

以上述べたようにこの方式は位置測定を提供する、そし
てすべての距離は連続的に測定されるので出力は木質的
に連続的に出力される。出力が位置に関する新らしい情
報をあたえる速度はシステムの帯域幅による。これは例
えば点火雑音からの干渉に対して妨害されないように小
さくなくてはならない、しかし発振器のドリフトおよび
目標物の運動から発生するドツプラーシフトを調節する
ためにまだかなり大きい。提案されている安定な発振器
では、周波数シフトはＩ　Ｈｚ以下であるから問題ない
。目標物が観測場所の１つに向ってもしくはそれから１
００ｍ　／　ｓｅｃ　（３６０ｋｍ　／　ｈｒもしくは
２２０＋ｎｐｈ）の速度で動いているときのドツプラー
シフトは約±１２Ｈｚである。かくして±１００ＭＩ（
ｚの全帯域幅が必要によっては１秒間に５０の割合で測
定でき目標物から放射されるパワーが少さくても優れた
雑音免疫性があたえられる。これはアンテナおよび電力
の見出しのもとにさらに詳細に説明する。速度測定は相
つぐ位置測定間の差から得られ、また受信信号のドツプ
ラーシフトの直接測定からも得られる。これは位置測定
の独チエツクをあたえるから両方の測定がなされること
が提案される。

加速度の測定は相つぐ速度測定の差から得られる。この
装置からはａ、ｂ、ｃ、ｄ方向の加速度成分に比例して
用いられる制御信号がありこれが必要によっては速度測
定のチエツクを提供する。

対披数宴１択 本発明に好適している遠隔測定に応用するためには利用
可能な種々の帯域がある。この場合に考慮すべき主要な
事項は、小さなアンテナが目標車両上に使用されなけれ
ばならないこと、Ｂ、Ｃ。

およびＤで受信した信号の位相に関する情報をＡにおけ
る基地局に送り返すために必要とされるアンテナはあま
り大きくてはいけないこと、および目標車両によって送
信される周波数と経路ＢＡ。

ＣＡおよびＤＡに使用される３つの異なった周波数のそ
れぞれとの間には□　（ここでＮおよびＭは整数である
）という形式の合理的で簡単な関係があるべきであると
いうことである。影効果（シャドウ効果）を最小にする
ためには、目標送信器の周波数はできるだけ低くされる
べきであり、小さな放射アンテナに対する要求と合致す
べきである。目標送信器の周波数は標準の１０メガヘル
ツの基準発振器から容易に得られるべきであり、それに
よって周波数の除算又は乗算において必然的に発生する
位相変動（位相ジッタ）が最小とされることが望ましい
という付加的な要素がある。

明らかに多くの可能な解が存在するが、結局非常に有用
な解は目標送信器に対して３６．２５０メガヘルツを選
定し、また通信用の周波数に対してハンドＣ（１６０，
１３７５乃至１６０．３１２５メガヘルツ）内の３つの
周波数を選定することである。ハンドＣ内の各周波数と
３６．２５０との最も簡単な比は、３６７／８３　。

８４／１９．１３７／３１　、１９０／４３　、２９６
／６７　、３４９／７９である。

これらのうちで、２，４、および５番目のものの分子は
素数ではないので、より高い周波数において必要とされ
る少くとも除算又は乗算が簡単化される。そのために通
信リンク用として１６０．２６３゜１６０、１７４およ
び１６０．１４９という周波数が与えられる。これらの
周波数はハンドＣに対して標準的ではないけれども、少
くとも低電力が要求されるにすぎないという事実および
信号が広く分散されないようにアンテナが指向性をもっ
ているという事実は如何なる許可機関にもそれらの周波
数を許容させるべきである。

３６．２５０メガヘルツという目標送信器の周波数は２
．０７ｍ　　（メートル）という□波長を有する。

これはＡ、Ｂ、ＣおよびＤにおける受信アンテナの長さ
として使用されうるが、目標車両に対してはむしろ大き
い値である。しかし必要とされる物理的な長さは二重ら
せん巻き又はジグザグアンテナを用いることによって減
少されうる。

システムの　ブロックのりに 目標車両は１０メガヘルツというような安定した発振器
をそなえており、そこから安定した送信周波数がとり出
される。このことを行うための簡単な手段が第３図に示
されている。同様なユニットが局Ａにおける基準用とし
て必要とされる。

トランスレータ（周波数変換器）はこの３６．２５メガ
ヘルツの周波数を１６０．２６３　、１６０．１７４お
よび１６０、１４９メガヘルツという３つの選定された
通信周波数の１つに変換する。このことを行う手段が第
４図の上部に示されている。

ノイズ除去を確保するために必要とされる狭いハンド巾
を提供し、更に必要とされるあまり一般的でない整数に
よって除算するための純粋な信号を提供するために各ユ
ニットに２個の位相ロンクループが設けられる。局部発
振器の周波数は、それらがすべて同じ一般的な範囲にあ
りそれによって両立可能とされる（コンパティプルであ
る）すなわち発振成長時間（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　
ｔｉｍｅ）が最小限にされるように選定されている。こ
の回路に用いられる最低の周波数は０．５４１メガヘル
ツ（受信器りに対する）であり、それによって過剰の乗
算比によって生ずる位相変動（位相ジッタ）が小さくさ
れる。

同様な要素が基地局Ａにおける受信器にも用いられてお
り、それによって更に発振生長時間が減少される。

最終的には４つの局Ａ、Ｂ、Ｃ，およびＤから３６．２
５メガヘルツの４個の信号を得て、これらの信号がＡに
おける標準発信器からの信号と位相比較されなければな
らない。すべての波長はそれらが増減するときカウント
されなければならず、また残余の位相差は測定されなけ
ればならないので、そのための２つの部分が存在する。

各信号は測定されなければならない位相差を示す。また
各信号は距離ａ、ｂ、ｃおよびｄ（第１図における）の
変化に比例するがしかし更に未知の定数要素を含む位相
変化を示す。この定数要素は設立（セラ１〜アツプ）又
は計算処理において発見されなければならない。

測定の課題を容易にするために、いくつかの位相乗算が
導入されうる。その理由はすべての信号が該システム中
において同一周波数において利用しうるからである。こ
のことは３６．２４０メガヘルツの同じミキシング信号
を用いてすべてのチャネルを１０キロヘルツにまでミキ
シングにより低下させ、次いで１０を掛けることによっ
て達成される。

それにより位相比較は１００キロヘルツにおいて行われ
る。このことは第５図における回路によって達成される
。第５図上部の回路は第３図の変形であり、必要とされ
る異なる周波数かえられる。これらの基準回路は位相ロ
ックループ（すなわち３６、２５／１０　＝　２９／８
および３６．２４／１０＝　１５１／２５）を用いるこ
とによって簡単化されうるが、図示されたシステムはそ
の動作が本質的に受動的であるため該システムの固有の
位相安定度を有しているので好適なものである。

２つの出力は第５図の底部に示されるように関連付けら
れる。簡単なロジック回路により、測定されている距離
が増加しているかあるいは減少しているかが決定され、
次いでゼロ交差（ゼロクロシング）をカウントすること
により該距離が±０．２１ｍ　（メートル）の範囲内で
与えられる。この精度の範囲内に内挿するためにＡ／Ｄ
変換器を設けることも可能である。

晟且学血考察 第２図において、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤにおける受信アン
テナの座標が、Ａ−（０，０）、Ｂ−（Ｘ、Ｏ）、　Ｃ
ｍ（Ｓ、Ｔ）、　Ｄ−（Ｕ、Ｖ）ニより与えられるとす
る。

その場合、Ｔがどこにあっても、 （Ｌ−Ｍ＋Ｎ）Ａ２−Ｌｂ２＋ＭＣ２−Ｎｄ２＝Ｊ　　
−（１）ただしＬ＝ＶＳ−ＵＴ、Ｍ−ＶＸ、Ｎ＝ＴＸと
なり、 Ｊ＝Ｘ（ＵＴ（Ｘ−Ｕ）　十５Ｖ（Ｓ−Ｘ）　十ＴＶ（
Ｔ−Ｖ）　テある。

もし該システムが目標物を既知の位置に配置することに
より又は以下に説明するような他の方法によって校正さ
れたならば、各発振器の駆動によってすべての距離を等
しい量だけ変化させる。各位置Ａ、Ｂ、ＣおよびＤに関
連して測定された距離がＡ、Ｂ、Ｃ，およびＤとして示
され、またこれらがすべてドリフト量ｅだけ大きすぎる
と仮定する。

その場合にはａ＝Ａ−ｅ、、ｂ＝Ｂ−ｅ、　ｃ＝Ｃ−ｅ
、ｄ＝Ｄ−ｅとなり、上記（１）弐から２（（Ｌ−ご＋
Ｎ）Ａ　−ＬＢ　＋ＭＣ−ＮＤ）となる。ここで該式中
のすべてのファクターは既知である。その理由はり、Ｍ
、ＮおよびＪは受信局の位置にのみ依存し、またＡ、Ｂ
、Ｃ，およびＤは目標物Ｔのある１つの位置に対して観
測される距離である。このことは、２個の発振器の相対
的な安定度が連続的にモニターされうろことを意味する
。

該システムを校正するための最も直接的な方法は既知の
位置を用いることであるが、再校正又は初期の校正が目
標物を未知の異なる位置に次々と動かすことによって達
成される。

各位置を１．２．・・・とじて表し、それらに対する実
際の距離が（ａ　Ｉ＋　ｂ’ｘ　Ｃｌ＋　ｄ　＋）、（
ａ　２＋　ｂ　２１Ｃ２＋　ｄ　２）、・・・であると
する。それに対して測定された位置が（ＡＩ、Ｂ＋、Ｃ
ｚＤ＋）　、（ＡＺ、Ｂ２．Ｃ２゜Ｄｚ）、・・・であ
るとし、その場合各測定において未知の定数がある。こ
れにより、 Ａ、−ａ、＋α、Ｂ、＝ｂ、十β、Ｃ，＝ｃ、＋７゜Ｄ
ｌ−ｄＩ十δ Ａ２＝ａ　２＋α、Ｂ２＝ｂ、＋β、Ｃ，−ｃ２＋７゜
Ｄｚ−ｄｚ＋δとなる。

ａｌ　＋　ｂ　Ｉ　＋・・・を式（１）に代入すること
により、（し−に十Ｎ）（ＡＩ”　　　２八、α±　α
２）−Ｌ（Ｂｌ”−２Ｂ、　　β　＋　Ｂ２）＋Ｍ（Ｃ
，”−２Ｃ＋　ｒ　＋　ｒ　２）　−Ｎ（貼２−２Ｄ１
δ十６２）−Ｊとなる。

第２の位置に対して、 （Ｌ−Ｍ＋Ｎ）（八２”　　　２Ａ２α＋　α２）　　
　Ｌ（Ｂ２”　　　２Ｂ２β　＋　Ｂ２）十Ｍ（Ｃ２”
　　２Ｃ２γ＋１２）−Ｎ（Ｂ２”−２０２δ＋６２）
−Ｊとなり、上記両式から、 （Ｌ　　Ｍ十Ｎ）（ＡＩ−八２）α−Ｌ（Ｂ＋　　Ｂｚ
）Ｂ＋Ｍ（ＣＩ　　Ｃ２）■ γ−Ｎ（ＤＩ−０２）δ−−（（Ｌ−Ｍ＋Ｎ）（Ａ、２
−八ｚ”）−ｔ。

（Ｂ、２〜８２”）　＋Ｍ（ＣＩ”−Ｃｍ”）−Ｎ（Ｄ
、２−０２”））　　となる。

第３の測定（すなわちＡ３＋Ｂ３．Ｃ３，Ｂ３の測定）
により次のような別の式かえられる。

（１，−門十Ｎ）（Ａ２−八３）α−Ｌ（８２Ｂ３）Ｂ
＋Ｍ（Ｃ２Ｃ３）７−Ｎ（０２Ｄ：＋）δ−一（（Ｌ−
門＋Ｎ）　（ＡＺ”　　Ａ３”）　　Ｌ（Ｂ２”　　Ｂ
：ｌＪ＋Ｍ（Ｃ２”　　ＣｉＪ　　Ｎ（Ｂ２”　　Ｂ３
”））このようにして５回の測定により、好ましくは利
用しうる進路の周りで十分に隔離して、α、β。

γ、およびδを生じたことに対して解決されうる４個の
式かえられる。これら未知の定数は測定された距離Ａ、
Ｂ、・・・を実際の距離ａ、ｂ、・・・に変換する場合
の未知の距離である。上述した処理は、もしすべての信
号が失われるような場合に遅延を回復する機構を提供す
る。もし２個より多くの信号が一度に失われなければ、
残りの２つの局は目標物を追跡しつづけ、この情報は該
信号が回復したときに未知の定数を解くことを可能にす
る。

位置（Ｘ　、　Ｙ）の計算には単に（ａ　、　ｂ）のみ
が必要とされる。その理由は、 ここでａは点（０，０）からの距離であり、ｂは点（Ｘ
、Ｏ）からの距離である。

Ｃおよび／又はｄを用いた他の解がある。適当な重み付
けした式によって誤差を最小にしうる可能性があるがこ
のためには一度に更に多（の作業を特徴とする 特にもし遮断の場合の回復の際のギャップをみたすこと
が必要とされるならば、４個より多くの局が用いられう
ろことに留意されるべきである。

この場合には４個のグループからの情報は局の喪失を補
償するために他の局を含ませるために使用されることが
でき、新しい局に対する未知の問題はきわめて迅速に解
決される。すなわち未知の定数をすべて得るために必要
とされる十分な解析は要求されない。

本発明の用途は次のとおりである。

本発明は例えば競争用のモータ車両のような目標車両を
追跡するために利用されうる。したがって本システムと
装置は車のテスト期間中利用されることができ、それに
よってタイヤ、翼の寸法、重量分布などの異なった要素
の変動の影響についての量的な分析が得られる。

このようにして少くとも本発明の好ましい形態において
、車の構造や組立てに対して変化がもたらされる車の速
度や加速度などの量について詳細な比較がなされろるよ
うな高精度な目標物追跡システムかえられるという有利
なシステムが提供される。このことは明らかに有利性を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかする車輛追跡方式において用いられ
るシステムの一般図、第２図は本発明にか・る車輛追跡
方式を図式的に表示した図、第３図は本発明にかする方
式において発振周波数から送信周波数を得る方法を示す
ブロック図、第４図は本発明のトランスレータにおいて
周波数変換を達成する方法を示すブロック図、第５図は
本発明に力いる車輌追跡方式において位相比較を行うた
めの回路を示す。 （符号の説明） Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ：局（ステーション） Ｔ二目標物（ターゲラ１〜）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発振器と、本質的に選択された周波数において前記
   発振器によって発生された信号を表わす信号を送信する
   送信機と、送信された信号を受信し、その信号を前記送
   信機からの直接信号を受信する基地受信局に再送信する
   少くとも３つのトランスレータと、受信信号を比較して
   目標物を追跡する手段とを具備する目標物追跡方式 ２、受信信号を比較する前記手段がその基地受信局にお
   いて基準発振器を有する請求項１に記載の目標物追跡方
   式 ３、受信信号を比較する前記手段が前記目標物から前記
   基地受信局に直接受信された信号および前記トランスレ
   ータを介して前記基地受信局において受信された信号の
   位相変化を前記基準発振器からの信号と比較する請求項
   ２に記載の目標物追跡方式 ４、前記トランスレータからの信号がおのおの異なった
   周波数にて送信される前記請求項の何れかに記載の目標
   物追跡方式 ５、３個のトランスレータが具備される前記請求項の何
   れかに記載の目標物追跡方式