JPH07117580B2

JPH07117580B2 - 単一非操縦または固定センサ−による航空エミツタ−の消極測距方法

Info

Publication number: JPH07117580B2
Application number: JP60184363A
Authority: JP
Inventors: ゴリンスキイマーチン
Original assignee: グラマンエアロスペ−スコ−ポレ−シヨン
Priority date: 1985-08-23
Filing date: 1985-08-23
Publication date: 1995-12-18
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPS6246277A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は移動する目標の距離の測定、特に、固定されま
たは、直線軌道に沿い定速で移動する単一試験プラツト
フオームから移動目標の距離を消極的に測定する方法に
関する。

種々の消極測距装置および方法は従来から開発されてい
る。消極測距装置において、航空機または船舶等目標の
位置は、積極測距装置のように、目標に向けて伝達され
る放射エネルギより発生より音響信号よりはむしろ目標
自身から放射する放射信号より典型的に測定される。一
般にこれら従来の装置および方法では、協同地上基地送
受信ステーシヨンの使用と共に多様な光学的、電磁的お
よび音響的センサーを使用する。このような装置の多く
は、複数個の協同センサーユニツトおよび相互相関設備
が必要である。このような装置は一般に複雑で、さらに
作動限定、例えば、連続放射信号のみを検出する能力、
または、観察運搬体自身の速度よりも早い速度で移動す
る目標にたいし有効となるべき無能力等を含むことがよ
くある。

従来の消極測距装置および方法の有する問題の多くは、
本発明者であるマーチン・ゴリンスキ名による1979年12
月18日に発行された米国特許第4,179,697号（′697特
許）及び、これも本発明者名による米国特許第4,558,32
3号（′323特許）に記載された消極測距方法によつて解
説される。′697特許および′323特許は共に、エミツタ
目標への距離を、一般に試験プラツトフオームと称する
単一移動運搬体より測定する消極測距方法を開示する。

′697特許に開示された方法では、単一測定航空機は、
目標航空機のそれ自身にたいする一連の消極方角測定を
同時に行いながら、定速で曲り軌道に沿つて飛行せしめ
られる。このような測定は目標の距離を測定するのに使
用される数学的計算用データを提供する交差放射線の形
状パターンを生ずる。

′323特許に開示された方法では、単一測定航空機を使
用するが、これを目標航空機のそれ自身にたいする一連
の消極方角測定を同時に行いながら、不定速度で（すな
わち、加減速して）直線軌道に沿い飛行せしめられる。
これも、測定により、目標の距離にたいする数学的解答
用データを提供する交差放射線の形状パターンを生ず
る。

これら方法は共にある適用例にとつては有効かつ有用で
あるが、これら従来方法により課される移動拘束に合致
しなければならない試験プラツトフオームなしに目標の
距離を消極的に測定するのが望ましい他の適用例があ
る。例えば、通常の仕方で移動する、すなわち、定速で
直線軌道に沿つて移動する航空機にとつて、指定コース
をそれたりまたはその通常空気速度を変えないで他の航
空機への距離を容易に測定できることが望ましい。同様
に、従来方法の移動拘束を充足できない航空交通管制塔
やホバリング・ヘリコプター等固定試験プラツトフオー
ムにとつて、他の航空機への距離を測定できることが望
ましい。

目標運搬体が放射する放射エネルギから別時間で得られ
る一連の方角および周波数測定を利用する測距方法によ
つて、前記問題が解消され、他の利益が得られる。本発
明は試験プラットフォームから目標への距離を消極的に
測定する方法において、試験プラットフォームを直線コ
ース上に定速で飛行させること；プラットフォームで、
目標から放射するエネルギ信号の有無を検出し、３つの
別時間で前記エネルギ信号を採取すること；前記エネル
ギ信号サンプルの各サンプルのため、プラットフォーム
での到着角に応答する第１検出信号と、プラットフォー
ムに到着時、周波数に応答する第２検出信号とを発生す
ること；前記検出信号を記憶すること、前記記憶検出信
号、前記プラットフォーム速度および位置を利用して目
標への距離を測定すること；目標の距離を表す目標表示
信号を発生することを特徴とする方法である。試験プラ
ットフォームの速度がゼロに等しい場合は本発明には含
まれない。本発明によれば、測距を行うには、必要なの
は単一測定運搬体ないし試験プラツトフオームだけであ
る。試験プラツトフオームは目標運搬体が放射する放射
線のセンサを備える。この放出放射線はパルス状または
連続している。配列ビーム形成回路を含むセンサーは、
目標航空機への距離を測定するため使用される放射線源
に関する方角および周波数情報を提供する。またこの情
報から、エミツタの移動速度と方向とが計算される。

本発明の方法によれば、定速での放射エネルギセンサー
の直線状移動が得られる。その移動中の別時間にセンサ
ーに接続される電気回路により、エミツタ目標が送る放
射エネルギ信号を採取する。目標とセンサーの結合移動
により、受入れ放射線の形状パターンが生ずる。方角角
度とこれら放射線の周波数とが測定されてから、数学的
に結合してセンサーにたいする目標運搬体への距離を得
る。

ここで、本発明は航空機の追跡について述べているが、
本方法は、音響センサーを採用する船舶および、光学セ
ンサーを採用する衛星にたいてしても同等に適用でき
る。また、前述のゴリンスキ特許および出願に記載され
たいくつかの想定も本明細書で有効である。特に、距離
が測定される目標は操縦せず、試験航空機は目標から長
距離にありそれで同一水平面にあるよう考慮されてい
る。

以下、図面により本発明を説明する。

第１図は本発明の方法を包含する典型的な提案を示す。
電磁放射線を放出する航空機である移動目標20は図面に
おいて飛行路22に沿つて移動している。ここで、飛行路
22は直線であり、目標体の速度は一定であるとする。こ
れも航空機である試験プラツトフオーム24は、目標体20
によつて放出される電磁放射線のセンサー26を備えてい
る。図示において直線路28に沿つて移動する試験プラツ
トフオームは一定速度での作動に制約される。

第２図は本発明の実施に使用される装置を例示し、この
装置の接続方法を示す。

航空機20等目標体がレーダーパルス等のエネルギ信号を
出すと、試験航空機24はアンテナ30を介して信号を受信
してから、方角と放出信号の受入れ周波数とを測定する
消極検出システム32に向けられる。この種のシステムは
リツトン・インダスリーズ社アメコム部等メーカより入
手できる。リツトン・モデルNo.ALR−73はこのような消
極検出システムの一例である。

試験プラツトフオーム24はまだ航行システム34と、追跡
システム36と、デイスプレイ38とを含む。航行システム
34と追跡システム36とは周知の回路を採用しかつ、リツ
トン・インダストリーズ等メーカより入手できる。これ
らシステムの例では、リツトンの航行システムASN−92
とリツトンの追跡コンピユータOL−77/ASQとを含む。追
跡システムは以下述べるように本発明の方法を実施に際
し必要な数学的計算工程を達成することができる。本発
明の好ましい実施例において、このシステムを使用する
が、専用システムも使用できる従つて、追跡システムに
よつて計算が行われる場合、本発明では多くの試験航空
機にすでに乗せられているシステムのみが必要なため、
嵩ばつた高価な設備を付加的に設けるシステムよりも利
益があることは明らかである。

第３図は本発明の基本的概念を例示する。図示のベクト
ルACは試験プラツトフオーム24の軌道を、ベクトルDFは
目標体20の軌道を示す。試験プラツトフオームは定速で
ベクトルACに沿つて移動して夫々時間T₁、T₂およびT₃に
おいて点Ａ、ＢおよびＣで交差するようになつている。
同様に、目標体20は定速でベクトルDFに沿つて移動し
て、夫々時間T₁、T₂およびT₃において点Ｄ、ＥおよびＦ
で交差するものとする。第３図に示す線図において、T₁
とT₂、T₂とT₃間の時間間隔は等しくしてある。従つて、
これら期間中に試験プラツトフオームが移動した距離AB
とBCは等しく、同期間中に目標体が移動した距離DEとEF
も等しい。等しい時間間隔従つて等距離という想定は、
本発明の概念の説明の都合で定めたにすぎない。しか
し、実際には、T₁とT₂、T₂とT₃間の時間は等しくする必
要はなく、プラツトフオームおよび目標体がこの期間中
に移動した距離も等しくする必要はない。

第３図を第２図と共に参照すると、試験プラツトフオー
ム24のセンサー26は、試験プラツトフオームが点Ａ、Ｂ
およびＣと交差するとき目標体20が放出する放射信号を
採取する。これら各点で、プラツトフオーム上の消極検
出システム32は、プラツトフオームへの到着時の、目標
航空機にたいする方角と放出信号の周波数を測定するた
め上記サンプルを利用する。これら見本が得られ、その
方角と周波数が測定されると、以下で述べるように、追
跡システム36はこのデータを利用して、目標体20への距
離を数学的に計算する。

プラツトフオームの軌道に沿う４つの地点で測定を要す
る前述のゴリンスキーの特許・出願に記載される消極測
距方法とは対照的に、本発明の方法では試験プラツトフ
オームの軌道に沿い３つの地点での測定だけでよい。し
かし、本発明では、前の方法で利用される方角測定に加
えて周波数測定を要するので、前の方法では４つの可観
体とは対照的に、目標の距離測定に際し合計６つの可観
体を使用する。

本発明の方法を説明するため、時間T₁、T₂およびT₃につ
いての方角および周波数の測定の値として、夫々θ_１、
₁;θ_２、_２およびθ_３、_３を示す。一般に、３つ
の測定方角角度の値は、試験プラツトフオームと目標体
との飛行路の形状のため異なる。同様に、測定周波数
も、目標体が送信する周波数が一定であつても、ドツプ
ラーシフトが変化するため、変化する。

地点Ａにおいて、測定周波数_１はつぎのように定義さ
れる。_１＝_０＋1/λ〔V_tcosτ＋V_psinθ_１〕（１）ここで、_０はエミツタの伝達周波数に等しい（現在、未知）、 λは伝達波長に等しい、 τはエミツタへの方角線、ADと目標速度ベクトルOF間の
角度に等しい、 θ_１は測定方角に等しい、 V_pはプラツトフオーム速度（それは搭載航行システム34
によつて知られる）に等しい、 V_tは目標航空機の速度（現在、未知）に等しい。

等式（１）の右辺は伝達周波数_０の一方トツパーシフ
トを示す。同様の等式を展開して周波数_２と_３を定
義することができる。従つて、試験プラツトフオーム24
が地点ＢとＣにあると、夫々測定周波数_２と_３は次
式で示される。_２＝_０＋1/λ〔V_tcos（τ＋θ_1,2）＋V_psinθ_２〕
（２）_３＝_０＋1/λ〔V_tcos（τ＋θ_1,2）＋V_psinθ_２〕
（３）ここで、 θ_２は地点Ｂにおける測定方角に等しい、 θ_３は地点Ｃにおける測定方角に等しい、 θ₁₂はθ_１−θ_２に等しい、 θ₁₃はθ_１−θ_３に等しい。

その他のパラメータは前記に定義されている。角度はす
べて反時計方向で正で測定される。従つて、第３図にお
いて、θ_３は値が負である。

前記等式（１）〜（３）には３つの未知数τ、V_tおよび
_０を有する。従つて、これら等式は、これら未知数に
ついて解かれ、次式を生ずる。

ここで θ_2,3＝θ_２−θ_３、ｃは電磁波の伝播速度に等しい。

_０は等式（４）により計算されるので等式（５）の右
辺の各変数は既知であるため、τの値の容易に解ける。
なお、偏角の分子と分母の符号を保持することで、アー
ク正接に関連する普通の角度上の不明確さは解決され
る。

最後の未知数V_tは下記の等式より定まる。

未知数V_tとτの値を計算し、測定間の間隔Ｔ（これはT₁
とT₂、T₂とT₃間の時間間隔に等しい）を知ると、試験プ
ラツトフオーム24から目標航空機20gでの未知距離、す
なわち、第３図に示すAD、BEおよびCFを解くことができ
る。従つて、 DE＝EF＝V_tT （７）一方、 AB＝BC＝V_pT （８）従つて、地点Ａにおいて目標20への距離は、次式で示す
ADである。

ここで、等式（11）の右辺のすべての量は既知である。
同様に、地点ＢとＣにおいて目標20への距離は夫々次式
のようにBEとCFである。

従つて、等式11、12、13を解くと、試験プラツトフオー
ムが定速で直線コースを横断している場合、試験プラツ
トフオームから移動エミツターへの任意のサンプル地点
Ａ、Ｂ、Ｃにおける距離が得られる。この距離情報が計
算されると、プラツトフオームの標準搭載システムを使
用してエミツタ目標の速度と移動方向とを測定すること
ができる。

本発明は多くの軍事用に使用できる。しかし、このよう
に軍事用の他、本発明は、例えば、航空交通管制等、商
業用にも使用できる。このような適用例において、伝達
周波数_０は既知である。そこで、サンプル地点は３つ
よりはむしろ、２点、例えばＡとＢのみが必要で、目標
エミツタへの適用距離を測定するに要する時間が減少す
る。

各測定組が明確なエミツタより生じた消極検出システム
により定められる場合、本発明を実施するのに使用され
る計算は異なる３つの測定組について本質的に実時間で
行うことができる。そのため、本技術により位置決めさ
れるエミツタ数は、追跡システムにおける配分追跡フア
イル数のみによつて限定される。

なお、本発明については、その精神と範囲から逸脱しな
いで多くの変型が可能である。ここに使用した用語およ
び表現は説明用であつて限定するものではなく、また、
ここに説明され請求される発明の均等物を排除する意図
はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、目標運搬体が放出する放射エネルギ信号を受
信するセンサを支持する試験航空機として示され、また
航空機として示される移動運搬体を示す。第２図は本発
明の消極測距方法に使用される消極測距システムのブロ
ツク線図である。第３図は別検出地点における目標航空
機と移動試験航空機間の関係を示す幾何学的線図であ
る。 20……目標、22……飛行路、24……試験プラツフオー
ム、26……センサ、28……直線路、30……アンテナ、32
……消極検出システム、34……航行システム、36……追
跡システム、38……デイスプレイ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試験プラットフォームから目標への距離を
消極的に測定する方法において、試験プラットフォーム
を直線コース上に定速で飛行させること；プラットフォ
ームで、目標から放射するエネルギ信号の有無を検出
し、３つの別時間で前記エネルギ信号を採取すること；
前記エネルギ信号サンプルの各サンプルのため、プラッ
トフォームでの到着角に応答する第１検出信号と、プラ
ットフォームに到着時、周波数に応答する第２検出信号
とを発生すること；前記検出信号を記憶すること、前記
記憶検出信号、前記プラットフォーム速度および位置を
利用して目標への距離を測定すること；目標の距離を表
す目標表示信号を発生することを特徴とする方法。
【請求項２】目標への距離を測定する工程は、前記エネ
ルギ信号の伝達周波数を計算すること；前記伝達周波数
を利用して前記別サンプル時間の第１の時間に目標への
方角線と目標のコースとの間の角度を計算すること；前
記計算角度を利用して目標の速度を計算すること；前記
計算角度と前記目標速度とを利用して目標への距離を測
定することより成る、特許請求の範囲第１項に記載の方
法。
【請求項３】前記エネルギ信号の伝達周波数は既知であ
り、そのため前記エネルギ信号は２つの別時間のみで採
取される、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
方法。
【請求項４】試験プラットフォームと目標とは本質的に
同じ高度であり、両者共水平に飛行している、特許請求
の範囲第１項または第２項に記載の方法。
【請求項５】前記エネルギ信号を採取する工程は、連続
発生エネルギ信号を受信することである、特許請求の範
囲第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】前記エネルギ信号を採取する工程は、パル
スエネルギ信号を受信することである、特許請求の範囲
第１項ないし第４項のいずれかに記載の方法。
【請求項７】前記エネルギ信号を採取する工程は、連続
発生レーダ信号を受信することである、特許請求の範囲
第１項ないし第４項のいずれかに記載の方法。
【請求項８】前記エネルギ信号を採取する工程は、パル
スレーダ信号を受信することである、特許請求の範囲第
１項ないし第４項のいずれかに記載の方法。
【請求項９】前記連続発生エネルギ信号を採取する工程
は、光学周波数信号と音波信号とより成る信号クラスを
採取することである、特許請求の範囲第５項に記載の方
法。
【請求項１０】前記エネルギ信号を採取する工程は、エ
ネルギ信号クラスのパルスエネルギ信号を受信すること
である、特許請求の範囲第６項に記載の方法。
【請求項１１】試験プラットフォームは試験航空機であ
り、定速度で試験航空機の直線路を横断すること；試験
航空機で、３つの別時間で目標で放出した無線信号を採
取すること；前記各サンプルのため、試験航空機での到
着角に応答する前記第１検出信号と、試験航空機への到
着時の周波数に応答する前記第２検出信号とを発生する
こと；前記第１および第２検出信号および前記試験航空
機速度を利用して空中目標への距離を測定すること；目
標への距離を表す前記目標表示信号を発生することより
成る、特許請求の範囲第１項〜第10項のいずれかに記載
の方法。