JPH077048B2 - 方位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は方位測定装置に関し、特にTACAN（tactical ai
r navigation）システムにおいて、TACAN地上装置が発
射するパルス信号を受信して地上装置に対する航空機の
方位を測定する方位測定装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、TACAN地上装置では、指向性をもつ空中線を毎
秒15回の割合で回転し、この回転する空中線を介して毎
秒平均約2700pps（pulse pairper second）の距離測定
用ランダムパルス信号、または約37.5秒に一回の割合で
2700ppsの局識別用パルス信号を送出すると共に、空中
線の指向性が特定の基準方位を指したときに方位基準を
示す主基準方位パルス信号および副基準方位パルス信号
を送出する。この場合、主基準方位パルス信号は空中線
の一回転につき一回送出する。また、副基準方位パルス
信号は、主基準方位パルス信号の送出後、空中線が40度
回転する毎に送出する。

従って、空中線一回転当り、主または副基準方位パルス
信号が計９回送出されることになる。このように毎秒15
回転する指向性空中線から送出されるパルス信号を航空
機上のTACAN装置で受信すると、15Hz成分および135（15
×９）Hz成分からなるエンベロープ（包絡線）によって
振幅変調を受けた信号として受信される。

このエンベロープの15Hz成分の位相を主基準方位パルス
信号の検出時点を基準にして測定すれば、特定の基準方
位からの航空機の方位角（以下、粗方位角と称す）を０
〜360度の範囲で求めることができる。同様に、エンベ
ロープの135Hz成分の位相を副基準方位パルス信号の検
出時点を基準にして測定すれば、360度を９等分した各4
0度セクタの範囲での方位角（以下、精方位角と称す）
として求めることができる。

TACAN装置では、粗方位角（θ１）は40度セクタを決定
するために用いられ、精方位角（θ′９）は40度セクタ
内における正確な方位を決定するために用いられる。す
なわち、求める方位角をθとして関係式で表わすと、 Ｓ＝INT（θ1/40） ……（１） θ＝Ｓ×40＋θ′９（度） ……（２）となる。

但し、Ｓは40度セクタを示す整数値（小数点以下切り捨
て整数値）である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のTACANシステムのような無線航法装置で
は、空間電波の乱れ及び受信パルス信号のエンベロープ
のランダム性等により、エンベロープの15Hz成分と135H
z成分との位相関係がずれて受信されることがある。こ
のような場合に、式（２）に示したような方法で方位角
θを求めると、40度セクタの境界付近において粗方位角
（θ１）の誤差により40度の誤差が発生するという欠点
がある。いま、例えば、実際（真）の方位角が79度（40
度セクタの境界付近）の場合に、粗方位角θ１が82度、
精方位角（θ′９）が39度として測定されたと仮定する
と、式（１）によりＳ＝２となり、式（２）により方位
角θは119度となる。従って、実際（真）の方位角が79
度に対し40度ずれた値となり、40度誤差が発生する。

本発明の目的は、空間電波の乱れ及び受信パルス信号の
エンベロープのランダム性等によってエンベロープの15
Hz成分と135Hz成分との位相ずれが、セクタ占有角度の
ほぼ1/2の範囲内（±19.9度）まで生じても、これをセ
クタ占有角度のほぼ1/2の範囲内（±19.9度）まで補正
でき、従来のように40度誤差を生じることなく安定した
方位角を求めることができる方位測定装置を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の方位測定装置は、毎秒ｆ（ｆは１以上の整数）
回転する指向性空中線から一回転毎に発射される主基準
方位パルス信号および360度をＮ（Ｎは２以上の整数）
等分した各セクタの境界で発射される副基準方位パルス
信号等を含むパルス信号を受信して方位を測定する方位
測定装置において、 前記パルス信号のエンベロープを検出するエンベロープ
検出手段と、前記パルス信号に含まれる前記主基準方位
パルス信号および前記副基準方位パルス信号を検出して
前記主基準方位パルス信号および前記副基準方位パルス
信号に同期した基準方位パルスを発生する基準方位パル
ス発生手段と、前記基準方位パルスを起点として所定周
期のサンプリングパルスを発生すると共に前記サンプリ
ングパルスの発生時刻を示すデータtiを出力するサンプ
リングパルス発生手段と、前記サンプリングパルスに応
じて前記エンベロープをディジタル量aiに変換するＡ−
Ｄ変換手段と、前記サンプリングパルスの発生時刻を示
すデータtiを受けてSin（２πfti）およびCos（２πft
i）の値並びにSin（２πＮ×fti）およびCos（２πＮ×
fti）の値をそれぞれ発生するSin・Cos値発生手段と、
前記ディジタル量aiと前記Sin（２πfti）の値との積お
よび前記ディジタル量aiと前記Cos（２πfti）の値との
積を1/f期間の前記サンプリングパルスについてそれぞ
れ累積加算してSin項の累積加算値およびCos項の累積加
算値を求め、1/f期間毎にその比をとって粗方位角を算
出する粗方位算出手段と、前記ディジタル量aiと前記Si
n（２πＮ×fti）との積および前記ディジタル量aiと前
記Cos（２πＮ×fti）の値との積を1/f期間の前記サン
プリングパルスについてそれぞれ累積加算してSin項の
累積加算値およびCos項の累積加算値を求め、1/f期間毎
にその比をとって精方位角を算出する精方位算出手段
と、前記粗方位角および前記精方位角に基づき方位角を
算出する方位算出手段とを備える。

上記構成において、前記方位算出手段は、前記粗方位算
出手段が出力する前記粗方位角（０〜360度）を前記セ
クタの占有角度（360/N）で除算して得られた商の小数
点以下切り捨て整数値Ｓを該当セクタとして求めるセク
タ検出器と、このセクタ検出器が求めた前期整数値Ｓに
前記セクタ占有角度を乗算して該当セクタの境界角θａ
を算出する乗算器と、前記境界角θａに前記精方位角を
加えた角度と前記粗方位角との差を算出して偏位角とし
て出力する偏位角算出用加減算器と、前記該当セクタの
境界角θａに前記セクタ占有角度を加算および減算して
補正用の境界角θａ＋（360/N）およびθａ−（360/N）
をそれぞれ算出する補正境界角算出用加減算器と、前記
偏位角と前記セクタ占有角度の1/2の角度とを比較して
比較結果を出力する判定器と、前記境界角θａおよび前
記補正用の境界角をそれぞれ受け前記判定器の比較結果
に応じてその内一つを選択するセレクタと、このセレク
タが選択した境界角に前記精方位角を加算して前記方位
角として出力する方位角算出用の加算器とを有してい
る。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。こ
こで、パルス復調器１と、サンプルホールド／フィルタ
２と、基準方位パルス発生器３と、Ａ−Ｄ変換器４と、
等間隔時間カウンタ５と、Sin・Cos発生器６と、粗方位
（θ１）算出器７と、精方位（θ′９）算出器８と、方
位算出器９とを備えて構成される。また、方位算出器９
は図２に示すように構成され、粗方位角（θ１）および
精方位角（θ′９）に基づき方位角θを算出する。

さて、航空機上のTACAN装置により受信されたTACAN地上
装置からのパルス信号は、受信増幅および帯域ろ波され
てパルス復調器１へ供給され、ここで復調されてベース
バンドパルスに変換される。このベースバンドパルスは
サンプルホールド／フィルタ２および基準方位パルス発
生器３へ供給される。サンプルホールド／フィルタ２
は、ベースバンドパルスのピークレベルをホールドし、
その中に含まれる不要な高調波成分を除去するためのス
ムージング処理を行い、ベースバンドパルスのエンベロ
ープを検出してＡ−Ｄ変換器４へ供給する。Ａ−Ｄ変換
器４は、等間隔時間カウンタ５から一定周期のサンプリ
ングパルスPiに応じてベースバンドパルスのエンベロー
プをサンプリングしてディジタル量aiに変換し、粗方位
算出器７および精方位算出器８へ出力する。

基準方位パルス発生器３は、ベースバンドパルスに含ま
れる1/15秒周期の主基準方位パルス信号および1/135秒
周期の副基準方位パルス信号を検出し、主基準方位パル
ス信号および副基準方位パルス信号に同期した基準方位
パルスPsを発生して等間隔時間カウンタ５へ供給する。

等間隔時間カウンタ５は、基準方位パルス発生器３から
基準方位パルスPsを受け、1/15秒周期毎に「０」にリセ
ットして一定周期のクロックをカウントし、サンプリン
グパルスPiを発生してＡ−Ｄ変換器４へ出力すると共
に、各サンプリングパルスPiの発生時刻を示すデータti
を生成してSin・Cos発生器６へ出力する。

ところで、15Hz成分および135Hz成分を含むベースバン
ドパルスのエンベロープをディジタル量に変換する場
合、サンプリングパルスの周波数としては少なくとも13
5×２＝270Hz以上を必要とする。いま、例えば、サンプ
リングパルスPiの周波数を1920Hzとすれば、等間隔時間
カウンタ５は、基準方位パルスPsを受けた後、周期が1/
1920秒のサンプリングパルスを発生し、次の基準方位パ
ルスを受けるまでの1/15秒間に合計128（1920÷15＝12
8）個のサンプリングパルスを送出する。ここで、サン
プリングパルスPiのサフィックスｉを1/15秒期間のサン
プリングパルス番号とすれば、ｉ＝1,2,……,128とな
る。また、サンプリングパルスPiの周期をΔｔ（Δｔ＝
1/1920秒）とすれば、サンプリングパルスPiの発生時刻
を示すデータtiは、ti＝ｉ×Δｔ（ｉ＝1,2,……,128）
である。

Sin・Cos発生器６は、サンプリングパルスPiの発生時刻
を示すデータtiを受け、Sin（２πfti）およびCos（２
πfti）の値をそれぞれ発生して粗方位算出器７へ出力
すると共に、Sin（18πfti）およびCos（18πfti）の値
を発生して精方位算出器８へ出力する。ここで、ｆは指
向性空中線の毎秒回転数、すなわちｆ＝15（Hz）であ
り、また、9f＝135（Hz）である。

粗方位算出器７は、Sin（２πfti）およびCos（２πft
i）の値にディジタル量aiをそれぞれ乗算してディジタ
ルデータai×Sin（２πfti）およびai×Cos（２πfti）
を得て、1/15（1/f）秒間のサンプリングパルスについ
てそれぞれ累積加算する。この場合、不要信号を除去す
るために、1/15秒毎にデータを更新しながら移動平均化
累積加算を所定時間（例えば１秒間）行う。このように
累積加算したディジタル量は、主基準方位パルス信号の
検出時点における受信パルス信号のエンベロープの15Hz
成分を抽出したものであり、Sin項の累積加算値をＸと
し、Cos項の累積加算値をＹとして、次式（３），
（４）により主基準方位パルス信号の検出時点における
15Hz成分の位相、すなわち粗方位角（θ１）を1/15秒毎
に算出する。

|X|≦|Y|のとき θ１＝tan^-1（X/Y）……（３） |X|＞|Y|のとき θ１＝cot^-1（Y/X）……（４） 精方位（θ′９）算出器８は、粗方位（θ１）算出器７
と同様の演算処理を行い、受信パルス信号のエンベロー
プの135Hz成分を抽出し、1/15秒毎に精方位角（θ′
９）を算出する。

このように本実施例では、離散フーリエ変換処理方式に
よって粗方位角および精方位角をそれぞれ独立に算出す
るので、空間電波の乱れ及び受信パルス信号のエンベロ
ープのランダム性等によるエンベロープの15Hz成分と13
5Hz成分との位相ずれによる影響を低減できる。

次に方位算出器９について説明する。

第２図に示すように、40度セクタ（Ｓ）検出器10と、乗
算器11と、減算器12,13,15と、加算器14,18と、判定器1
6と、セレクタ17とから構成される。

40度セクタ（Ｓ）検出器10は、粗方位角θ１の値に応じ
たセクタ値Ｓ（整数）を求める。このセクタ値Ｓは、36
0度を９等分した40度セクタの内のθ１を含むセクタを
示し、式（１）によって算出される。

乗算器11は、セクタ値Ｓに40度を乗算して粗方位角θ１
を含むセクタの境界角度θａ（θａ＝Ｓ×40）を求め、
減算器12,15および加算器14並びにセレクタ17へ供給す
る。減算器12は、粗方位角θ１と境界角度θａとを減算
して偏位角θｂ（θｂ＝θ１−θａ）を求め、減算器13
へ供給する。減算器13は、偏位角θｂと精方位角θ′９
とを減算して偏位角θｃ（θｃ＝θｂ−θ′９）を求め
る。ところで、この偏位角θｃは、θｃ＝θ１−（Ｓ×
40＋θ′９）であるから、セクタ値Ｓとして求めた方位
角（Ｓ×40＋θ′９）と粗方位角θ１との差を示してい
る。

判定器16は、偏位角θｃと判定基準角αとを比較して、
比較結果に応じて判定信号19,20,21をセレクタ17へ供給
する。すなわち、−α＜θｃ＜＋αであるときは判定信
号19を出力し、θｃ＜−αであるときは判定信号20を出
力し、＋α＜θｃであるときは判定信号21を出力する。
なお、判定基準角αは、セクタ占有角度（40度）の1/2
（20度）に設定する。

一方、加算器14は、乗算器11が出力する境界角度θａに
40度を加算したデータ（θａ＋40）を生成し、また、減
算器15は、境界角度θａから40度を減算したデータ（θ
ａ−40）を生成してセレクタ17へそれぞれ出力してい
る。

セレクタ17は、判定信号19を受けたとき（−α＜θｃ＜
＋αのとき）は乗算器11が出力する境界角度θａを選択
し、判定信号20を受けたとき（θｃ＜−αのとき）は減
算器15が出力するデータ（θａ−40）を選択し、判定信
号21を受けたとき（＋α＜θｃのとき）は加算器14が出
力するデータ（θａ＋40）を選択し補正境界データＰと
して加算器18へ出力する。加算器18は、精方位算出器９
から供給される精方位角θ′９とセレクタ17が出力する
補正境界データＰとを加算して方位角θ（θ＝Ｐ＋θ′
９）を求める。

ここで、具体例により方位算出器９の動作を説明する。

いま、例えば、実際（真）の方位角が79度であるとき
に、粗方位角θ１＝82（度）、精方位角θ′９＝39.8
（度）であった場合、 40度セクタ検出器10はセクタ値Ｓ＝２を求める。

乗算器11は、境界角度θａ＝Ｓ×40＝80（度）を算出す
る。

減算器12は、θｂ＝θ１−θａ＝82−80＝２（度）を算
出する。

減算器13は、θｃ＝θｂ−θ′９＝２−39.8＝−37.8
（度）を算出する。

判定器16は、偏行角θｃと判定基準角α（20度）とを比
較し、θｃ＜−20であるから、判定信号20をセレクタ17
へ出力する。

セレクタ17は、判定信号20に応じて減算器15の出力デー
タ（θａ−40＝＝40）を選択する。

加算器18は、精方位角θ′９と出力データ（θａ−40＝
40）とを加算して方位角θ＝39.8＋40＝79.8（度）を求
める。

また、粗方位角θ１＝79.8（度）、精方位角θ′９＝0.
2（度）であった場合、 Ｓ＝１であるから、θａ＝Ｓ×40＝40（度）となり、θ
ｂ＝θ１−θａ＝79.8−40＝39.8（度）となる。

また、θｃ＝θｂ−θ′９＝39.8−0.2＝39.6（度）と
なり、 θｃ＞20であるから、判定器16は判定信号21をセレクタ
17へ出力し、セレクタ17は判定信号21に応じて加算器14
の出力データ（θａ＋40＝80）を選択するので、方位角
θは、 θ＝θ′９＋80＝0.2＋80＝80.2（度）として求められ
る。

更に、粗方位角θ１＝79.8（度）、精方位角θ′９＝3
9.8（度）であった場合、 セクタ値Ｓ＝１、θａ＝Ｓ×40＝40（度） θｂ＝θ１−θａ＝79.8−40＝39.8（度） θｃ＝θｂ−θ′９＝39.8−39.8＝０（度）となり、 −20＜θｃ＜20であるから、判定器16は判定信号19を出
力し、セレクタ17は乗算器11の出力データθａ＝40を選
択するので、 θ＝θ′９＋40＝39.8＋40＝79.8（度）として求められ
る。

このようにして、エンベロープの15Hz成分と135Hz成分
との位相ずれが、セクタ占有角度のほぼ1/2の範囲内
（±19.9度）まで生じても、これをセクタ占有角度のほ
ぼ1/2の範囲内（±19.9度）まで補正できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、受信パルス信号の
エンベロープから粗方位角および精方位角を算出する場
合、受信パルス信号に含まれる周期1/15秒の主基準方位
パルス信号および周期1/（９×15）秒の副基準方位パル
ス信号を検出して主および副基準方位パルス信号に同期
した基準方位パルスを発生し、この基準方位パルスを起
点としてサンプリングパルスおよびサンプリングパルス
の発生時刻を示すデータを発生し、サンプリングパルス
に応じてエンベロープをディジタル量aiに変換し、サン
プリングパルスの発生時刻を示すデータtiによりSin
（２πfti）,Cos（２πfti）並びにSin（18πfti）,Cos
（18πfti）の値（ｆ＝15Hz）をそれぞれ発生し、ディ
ジタル量aiとSinおよびCos値との積を1/f周期毎にそれ
ぞれ累積加算し、離散フーリエ変換処理方式によってエ
ンベロープの15Hz成分および135Hz成分を抽出して粗方
位角および精方位角をそれぞれ独立に算出することによ
り、空間電波の乱れ及び受信パルス信号のエンベロープ
のランダム性等に起因するエンベロープの15Hz成分と13
5Hz成分との位相ずれの影響を低減できる。

また、粗方位角および精方位角に基づき方位角を算出す
る場合に、粗方位角をセクタ占有角度で除算し小数点以
下切り捨て整数値により算出したセクタの境界角度と精
方位角とを加算し、この値と粗方位角との差をセクタ占
有角の1/2と比較してセクタ境界角度を補正することに
より、空間電波の乱れ及び受信パルス信号のエンベロー
プのランダム性等に起因するエンベロープの15Hz成分と
135Hz成分との位相ずれが、セクタ占有角度のほぼ1/2の
範囲内（±19.9度）まで生じても、これをセクタ占有角
度のほぼ1/2の範囲内（±19.9度）まで補正でき、従来
のように40度誤差を生じることなく安定した方位角を求
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の方位算出器９を詳細に示すブロック図である。 １……パルス復調器、２……サンプルホールド／フィル
タ、３……基準方位パルス発生器、４……Ａ−Ｄ変換
器、５……等間隔時間カウンタ、６……Sin・Cos発生
器、７……粗方位（θ１）算出器、８……精方位（θ′
９）算出器、９……方位算出器、10……40度セクタ
（Ｓ）検出器、11……乗算器、12,13,15……減算器、1
4,18……加算器、16……判定器、17……セレクタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】毎秒ｆ（ｆは１以上の整数）回転する指向
   性空中線から一回転毎に発射される主基準方位パルス信
   号および360度をＮ（Ｎは２以上の整数）等分した各セ
   クタの境界で発射される副基準方位パルス信号等を含む
   パルス信号を受信して方位を測定する方位測定装置にお
   いて、 前記パルス信号のエンベロープを検出するエンベロープ
   検出手段と、前記パルス信号に含まれる前記主基準方位
   パルス信号および前記副基準方位パルス信号を検出して
   前記主基準方位パルス信号および前記副基準方位パルス
   信号に同期した基準方位パルスを発生する基準方位パル
   ス発生手段と、前記基準方位パルスを起点として所定周
   期のサンプリングパルスを発生すると共に前記サンプリ
   ングパルスの発生時刻を示すデータtiを出力するサンプ
   リングパルス発生手段と、前記サンプリングパルスに応
   じて前記エンベロープをディジタル量aiに変換するＡ−
   Ｄ変換手段と、前記サンプリングパルスの発生時刻を示
   すデータtiを受けてSin（２πfti）およびCos（２πft
   i）の値並びにSin（２πＮ×fti）およびCos（２πＮ×
   fti）の値をそれぞれ発生するSin・Cos値発生手段と、
   前記ディジタル量aiと前記Sin（２πfti）の値との積お
   よび前記ディジタル量aiと前記Cos（２πfti）の値との
   積を1/f期間の前記サンプリングパルスについてそれぞ
   れ累積加算してSin項の累積加算値およびCos項の累積加
   算値を求め、1/f期間毎にその比をとって粗方位角を算
   出する粗方位算出手段と、前記ディジタル量aiと前記Si
   n（２πＮ×fti）との積および前記ディジタル量aiと前
   記Cos（２πＮ×fti）の値との積を1/f期間の前記サン
   プリングパルスについてそれぞれ累積加算してSin項の
   累積加算値およびCos項の累積加算値を求め、1/f期間毎
   にその比をとって精方位角を算出する精方位算出手段
   と、前記粗方位角および前記精方位角に基づき方位角を
   算出する方位算出手段とを備えることを特徴とする方位
   測定装置。
2. 【請求項２】前記方位算出手段は、前記粗方位算出手段
   が出力する前記粗方位角（０〜360度）を前記セクタの
   占有角度（360/N）で除算して得られた商の小数点以下
   切り捨て整数値Ｓを該当セクタとして求めるセクタ検出
   器と、このセクタ検出器が求めた前記整数値Ｓに前記セ
   クタ占有角度を乗算して該当セクタの境界角θａを算出
   する乗算器と、前記境界角θａに前記精方位角を加えた
   角度と前記粗方位角との差を算出して偏位角として出力
   する偏位角算出用加減算器と、前記該当セクタの境界角
   θａに前記セクタ占有角度を加算および減算して補正用
   の境界角θａ＋（360/N）およびθａ−（360/N）をそれ
   ぞれ算出する補正境界角算出用加減算器と、前記偏位角
   と前記セクタ占有角度の1/2の角度とを比較して比較結
   果を出力する判定器と、前記境界角θａおよび前記補正
   用の境界角をそれぞれ受け前記判定器の比較結果に応じ
   てその内一つを選択するセレクタと、このセレクタが選
   択した境界角に前記精方位角を加算して前記方位角とし
   て出力する方位角算出用の加算器とを有していることを
   特徴とする請求項１記載の方位測定装置。