JPH0424576A - 方位測定システム - 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、天空を移動しまたは移動後静止することがあ
るような移動物体の方位位置を当該移動物体にて高精度
に測定する方位測定システムに係り、特に航空機の位置
測定システムとして適用可能な方位測定システムに関す
る。

（従来の技術） 周知のように、航空機の位置測定システムとしては、従
来、ＡＤＦ　（自動方向探知機）やＶＯＲ（超短波全方
向式無線標識）等が知られている。

ＡＤＦは、枠型アンテナまたはアトコックアンテナなど
を機械的に回転して受信出力変化から電波の到来方向を
求め、送信アンテナからの位置を求めるシステムである
。

ＶＯＲは、ＶＨＦ帯の指向性電波を毎秒３０回の速度で
回転し、この電波にのせて電波の回転に同期した３　０
　Ｈｚ基準位相の電波を送る。航空機上では指向性の回
転によって生ずる電界強度変化の３０　Ｈｚ可変位相と
同じ＜３０Ｈｚの基準位相電波の位相とを比較して送信
局の方位を決定する。

（発明が解決し、ようとする課題） しかし、ＡＤＦは、地上設備、機上設備共に簡単である
が測定誤差が大きいという問題がある。

即ち、ＡＤＦの持つ誤差は機器誤差、近接物体散乱誤差
、電波伝搬誤差に分類される。８１器誤差はアンテナ系
における誤差とかシステムに特有の誤差である。近接物
体散乱誤差は受信アンテナ設置場所近傍の物体によって
到来電波が散乱を受ける事によって生ずる誤差で、アン
テナ付近の構造物体などあらゆるものが散乱の原因とな
り誤差を生ずる。電波伝搬誤差は使用波長によって異な
るが、海岸線効果などがある。ＡＤＦはこれらの誤差に
より測定精度が低下するだけでなく、測定精度そのもの
がアンテナの指向性に依存しているなめ高精度の方位測
定は望めないのである。

また、ＶＯＲは、ＡＤＦよりも高精度の測定が可能で、
約±２．５°の測定精度が得られるが、この精度は送信
アンテナの特性により決定されるので、これ以上の精度
を得るのは困難である。

本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その
目的は、航空機を含み天空を移動し饋たは移動後静止す
ることがあるような任意の移動物体の方位位置を当該移
動物体にてＶＯＲよりも高精度に測定し得る方位測定シ
ステムを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するなめ、本発明の方位測定システムは
次の如き構成を有する。

即ち、本発明の方位測定システムは、地上側装置と天空
を移動等する移動物体に搭載される移動体側装置とで構
成され；　地上側装置が、複数の送信アンテナを所定の
配！態様で設定してなる送信アンテナ群と；　送信機の
高周波信号出力を前記複数の送信アンテナのそれぞれに
所定の順序・時間間隔で切り換えて供給するアンテナ切
換回路と；　前記複数の送信アンテナのそれぞれと前記
アンテナ切換回路間を接続する線路であって両者間の電
気的距離が各送信アンテナごとに全て等しくなるように
調整された給電回路と；　前記アンテナ切換回路が、前
記複数の送信アンテナ中の特定の送信アンテナを選択し
ている基準信号期間ではその期間の先頭付近所定時間領
域にて被変調高周波信号を発生し残余の時間領域にて無
変調高周波信号を発生し、前記特定送信アンテナ以外の
各送信アンテナを選択している各測定期間では前記無変
調高周波信号と同一周波数の無変調高周波信号を連続的
に発生する前記送信機と；　を備え、移動体側装置は、
受信アンテナと；　受信アンテナの出力を増幅し周波数
変換する受信回路と受信回路の出力を前記被変調信号に
基づき基準信号期間の信号と測定期間の信号とに分離す
る信号分離回路と；　前記基準信号期間の信号に位相を
合わせて発振しその基準信号期間の経過後も同一周波数
での発振を継続する位相同期発振器と二位相同期発振器
の出力に基づき前記各測定期間の信号を位相検波する位
相検波回路と−当該移動物体の速度を検出する速度計と
；　既知の情報である前記送信アンテナ群の位置と配置
及び送信タイミングの情報、位相同期検波回路からの位
相情報と速度計からの速度情報に基づき受信アンテナの
送信アンテナ群に対する方位を計算する方位演軍部と：
　を備えていることを特徴とするものである。

（作　用） 次に、前記の如く構成される本発明の方位測定システム
の作用を説明する。

地上側装置の各送信アンテナからは同相で電波放射が行
われるが、受信点ではそれが十分に遠方であれば平面波
として受信され、近距離であれば球面波として受信され
る。そこで、各送信アンテナが水平面から同じ高さ位置
で直線状に等間隔で配列してあり、一方の端にある送信
アンテナを特定送信アンテナとすると、ある角度θ方向
の十分遠方な受信点で各送信アンテナからの受信位相は
、特定送信アンテナの位相を基準にこれから直線状に変
化する。前記角度θはこの位相変化直線とアンテナの配
列方向とのなす角であるので、この位相変化から角度θ
が求められる。受信点が近距離の場合は、受信位相は略
２次関数的に変化するが、これを直線状変化に補正すれ
ば良い。

要するに、送信アンテナ群の配置態様は地勢に応じ区々
としているが、受信側において送信アンテナ群の実際の
配置態様が既知であれば、上述した同一水平面内の直線
配置態様に補正換算することは十分に可能であるので、
送信アンテナ群の配ＷＲ様が如何様であっても上述した
手法によって方位測定が可能である。

ここに、測定方位はアンテナの配列方向を回転軸とした
場合の軸回り方向であり、その最大測定角は各送信アン
テナ間の間隔（等間隔）に反比例するが、方位分解能は
直線配置アンテナ列の両端間距離に比例する。従って、
各送信アンテナ間の間隔を一定とすると、送信アンテナ
の数に比例して分解能を向上させることができ、ＶＯＲ
の測定精度以上の精度を容易に得ることができる。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る方位測定システムを示
し、この方位測定システムは地上側装置（第１図（ａ）
）と移動体側装置（第１図（ｂ））とで構成される。

地上側装置は、第１図（ａ）に示すように、送信機３と
、アンテナ切換回路２と、送信アンテナ群１と、それに
各送信アンテナとアンテナ切換回路２とを電気的に等距
離で結ぶ給電回路４とで基本的に構成される。

送信アンテナ群１は、電気的特性が同じである複数の送
信アンテナを地勢に応じた所定の配置態様で設定したも
のである。即ち、配置態様は、理想的には、各送信アン
テナを水平面から同じ高さ位置で横一列に等間隔配置で
あることが望ましいが、実際には円弧状となったり、傾
斜していたり、また凹凸があったりする。この実際の配
置態様はその位置情報と共に受信側たる移動物体に既知
情報として提供され、移動物体側にて理想的な配置ａ様
に補正換算するようになっている。

アンテナ切換回路２は、送信機３の出力を送信アンテナ
群１の各送信アンテナに所定の順序・時間間隔で切り換
えて供給する。

その結果、例えば第２図に示すように、各送信アンテナ
から時分割的に電波が放射される。第２図において、送
信アンテナ群はＮ＋１個の送信アンテナを直線上に配列
してなり、一端から他端に向かい、０，１，２．・・・
・・・、Ｎと付番しであるとし、第０番目の送信アンテ
ナを特定送信アンテナとしてこれから番号順に所定の時
間間隔（Ｔｏ。

ＴＩ、・・・・・、ＴＮ）で切り換えられ、これを繰り
返すとする。

送信機３は、変調器と周波数安定度の優れた発振器とを
備え、特定送信アンテナ（第０番送信アンテナ）が選択
されるＴ。の期間（基準信号期１ｍ）では、その期間の
先頭付近所定時間領域にて発振器の出力を基準信号にて
変調した被変調高周波信号を出力し残余の時間領域にて
発振器の出力（無変調高周波信号）をそのまま送出し、
残余の送信アンテナが順次選択されるＴ１〜ＴＮの期間
（測定期間）では発振器の出力（無変調高周波信号）を
そのまま送出する。この送信タイミング情報は全て移動
物体側に既知情報として提供され、位相変化測定の際の
基準データとして用いられる。

次に、移動体側装置は、第１図（ｂ）ｃこ示すように、
受信アンテナ２０と、受信回路２１と、信号分離回路２
２と、位相同期発振器２３と、位相検波回路２４と、速
度計２５と、方位演算部２６とで基本的（こ構成される
。

地上側装置が送信した信号は受信アンテナ２０番こて受
信されて受信回路２１に入る。受信回路２１ｇよ、増幅
回路と高安定な局部発振回路と周波数変換回路を備え、
入力された受信信号は増幅と適当な中間周波数への変換
の処理を受けて信号分離回路２２へ出力される。

信号分離回路２２は、入力信号から被変調信号を検出し
、その被変調信号を含む期間ＴＯの信号を位相同期発振
器２３へ出力し、後続するＴ　１　＝　Ｔ　Ｎの期間の
各信号を位相検波回路２４へ出力する。

位相同期発振器２３は、期間ＴＯの信号に位相をロック
して発振動作をし、期間ＴＯ以降はその周波数で連続的
に発振動作をする。

位相検波回路２４は、位相同期発振器２３の出力を基準
信号として信号分離回路２２の出力を位相検波し、位相
変化情報を複素信号の形式で方位演算部２６へ出力する
。第３図に具体例を示しである。送信アンテナ群の配置
態様は当該移動物体におり）で既知であるから、これに
基づき送信アンテナ群が横一列等間隔配置であるとみな
せる程度に補正できる。従って、第３図では、送信アン
テナ群が横一列等間隔配置である場合の各受信信号の位
相変化を示しである。

受信点が十分に遠方であるときは、受信アンテナ２０は
平面波を受信するから、各送信アンテナからの受信位相
は、第３［Ｎ（ａ＞に示すように、特定送信アンテナ（
第０番送信アンテナ）の位相を基準にこれから一定値宛
遅れたものとなり、各送信アンテナの配列方向から角度
θ（方位角θである）傾いた直線状となる。このときの
位相変化φＮは、 φＮ＝Ｊエニ１１“−（１） λ となる、ここに、Ｌｓは送信アンテナ群の両端送信アン
テナ間の距離、λは波長である。

一方、受信点が近距離であるときは、受信アンテナ２０
は球面波を受信するから、各送信アンテナからの受信位
相は、第３図（ｂ）に示すように、略２次関数的に変化
する。そして、距離が近いほど変化が激しい。

なお、次の式（２）が満たされるとき、受信点は十分に
遠方であると判断される。

Ｒ≧−２−ＬＬ（２） λ Ｒは送受両アンテナ間の距離である。

方位演算部２６は、例えば第４図に示すように、距離検
出回路４１と、速度補正値発生器４２と、位相補正関数
発生器４３と、位相乗算器４４と、高速フーリエ変換器
４５とを基本的に備える。

位相検波回路２４の出力は距離検出回路４１と位相乗算
器４４とに供給される。また、速度計２５の出力は速度
補正値発生器４２に与えられる。

距離検出回路４１は、入力された位相変化情報の変化状
態から当該移動物体が遠近いずれにあるかを判定する。

即ち、位相変化が直線的であれば遠方であると判定し、
出力信号の内容を無限大距離に設定する。一方、位相変
化が２次関数的であれば近距離と判定し、入力信号スペ
クトルの広がりから距離を求め、それを出力信号の内容
とする。

位相補正関数発生器４３は、距離検出回路４１の出力た
る距離情報と速度補正値発生器４２の出力たる速度補正
値とに基づき所定の位相補正関数を発生し、それを位相
乗算器４４へ出力する０位相補正関数は、遠距離である
ときは速度補正を主としたものからなり、近距離である
ときは速度補正と距離補正の両者を加味した２次関数で
表されるものとなる。

位相乗算器４４では、遠距離であるときは位相検波回路
２４の出力内容をそのまま出力し、近距離であるときは
直線変化とみなせるような位相補正をして出力する。

その結果、高速フーリエ変換器４５では、式（１）で示
される位相変化を周波数スペクトルとして出力しく第５
図）、角度θに変換し表示等する。

ここに、当該システムの方位分解能はＬＮ／λ、即ち、
直線配置アンテナ列の両端間の距離ＬＮに比例する。ま
た、測定方位はアンテナ配列方向を回転軸とした場合の
軸回り方向であり、最大測定角は各送信アンテナ間の間
隔（等間隔）に反比例する。従って、各送信アンテナ間
の間隔を一定とすると、送信アンテナの数に比例して分
解能を向上させることができ、ＶＯＲの測定精度以上の
精度を容易に得ることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の方位測定システムによれ
ば、送信側に所定配置ＦＢ様の複数の送信アンテナから
なる送信アンテナ群を配設して各送信アンテナから所定
の順序・時間間隔で信号を送信させ、受信側において各
受信信号の位相変化を検出し方位角を求めるようにした
ので、方位分解能は送信アンテナの個数に依存すること
となり、必要な方位分解能を自由に実現でき、またＶＯ
Ｒの測定精度以上の精度を容易に得ることができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る方位測定システムの構
成を示し、同図（ａ）は地上側装置の構成ブロック図、
同図（ｂ）は移動体側装置の構成ブロック図、第２図は
送信タイムチャート、第３図は位相変化測定原理説明図
、第４図は位相演算部の構成ブロック図、第５図は高速
フーリエ変換器の動作説明図である。 １・・・・・・アンテナ群、　２・・・・・・アンテナ
切換回路、３・・・・・・送信機、　４・・・・・・給
電回路、　２０・・・・・・受信アンテナ、　２１・・
・・・・受信回路、　２２・・・・・・信号分離回路、
　２３・・・・・・位相同期発振器、　２４・・・・・
・位相検波回路、　２５・・・・・・速度計、　２６・
・・・・・方位演算部。 代理人　弁理士　　八　幡　　義　博 ４多夕りを艮檀Ｊ斐３【 （ｂ） 本発明ガか位渕史システムの講２へ例 慶　／　閃 ＴＯ−一一巻ず梢ＫＭ五月（靭−１碗Ｕ稠４４と翔ζｊ
【う弓５灰１８Δハど右゛う１６）Ｔ１〜ＴＮ−渕克籾
ＩＪＩ　（然亥訓濃期関〕ｙし惜タイム手ヤード 第 図 入 受楼了しデナカマナ分遠可にあ凱場多ト（ａ） 棲ｌ目受 受信アンテナ イむ柁　アンデテカ＼脛〈１鵡る踵魯 （ｂ） 杷測定激ＰＬ説刈図 竿 閃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　地上側装置と天空を移動等する移動物体に搭載される
   移動体側装置とで構成され；地上側装置が、複数の送信
   アンテナを所定の配置態様で設定してなる送信アンテナ
   群と；送信機の高周波信号出力を前記複数の送信アンテ
   ナのそれぞれに所定の順序・時間間隔で切り換えて供給
   するアンテナ切換回路と；前記複数の送信アンテナのそ
   れぞれと前記アンテナ切換回路間を接続する線路であっ
   て両者間の電気的距離が各送信アンテナごとに全て等し
   くなるように調整された給電回路と；前記アンテナ切換
   回路が、前記複数の送信アンテナ中の特定の送信アンテ
   ナを選択している基準信号期間ではその期間の先頭付近
   所定時間領域にて被変調高周波信号を発生し残余の時間
   領域にて無変調高周波信号を発生し、前記特定送信アン
   テナ以外の各送信アンテナを選択している各測定期間で
   は前記無変調高周波信号と同一周波数の無変調高周波信
   号を連続的に発生する前記送信機と；を備え、移動体側
   装置は、受信アンテナと；受信アンテナの出力を増幅し
   周波数変換する受信回路と；受信回路の出力を前記被変
   調信号に基づき基準信号期間の信号と測定期間の信号と
   に分離する信号分離回路と；前記基準信号期間の信号に
   位相を合わせて発振しその基準信号期間の経過後も同一
   周波数での発振を継続する位相同期発振器と；位相同期
   発振器の出力に基づき前記各測定期間の信号を位相検波
   する位相検波回路と；当該移動物体の速度を検出する速
   度計と；既知の情報である前記送信アンテナ群の位置と
   配置及び送信タイミングの情報、位相同期検波回路から
   の位相情報と速度計からの速度情報に基づき受信アンテ
   ナの送信アンテナ群に対する方位を計算する方位演算部
   と；を備えていることを特徴とする方位測定システム。