JPS6040973A - 方位測定装置 - 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】 本発明は、例えばＴＡＣＡＮ　（Ｔａｃｔｉｃａｌ　Ａ
ｉｒＮａｖｉｇａｔｉｏｎ　：タフティカルエアナビゲ
ーション）装置に用いて有益なる方位測定方式に関する
。

一般に、ＴＡＣＡＮ装置における方位の測定は下記のよ
うにして行なわれている。

ＴＡＣＡＮ地上装置は指向性をもつ空中線を、例えば、
毎秒１５回の割合で回転し、この空中線を介して例えば
毎秒約１０００〜２７００１１′ｉＳ１程度の測定用パ
ルス信号を送出する。これとともに、この空中線の指向
性がある特定の基準方位（例えば真北）を指したときに
、一般の測定用パルス信号とは区別することのできる方
位基準パルス信号を送出する。

これを％ＴＡＣＡＮ地上装置よシ一定の方向にある航空
機の機上受信装置で受信すると、地上装置空中線の指向
性が回転するに従って、受信パルス信号は基本周波数１
５Ｈｚの包絡線によって振幅変調を受けたパルスとして
受信される。

そこで、この受信された振幅変調パルスを昏パルスのピ
ーク値でサンプルホールドし、この結果生ずる包絡線の
基本波成分（現在の例では１５Ｆｌｚ成分ンの位相を、
前述の方位基準パルス信号受信時点を基準にして測定す
れば、これによシ航空機の方位を基準方位からの偏位角
度として測定することができる。

しかしながら、このサンプルホールド方式によりめられ
た包絡線の位相は、もとの振幅変調パルス信号で定まる
正しい包絡線に対し、パルス信号の繰返し間隔で決定さ
れる位相遅れを生じ、また繰返し間隔が不規則の場合に
は、この位相遅れも不規則となることがよく知られてお
シ、これらの位相遅れの不規則性は方位情報を精密に測
定する場合に問題とガるものである。

このようなパルスの繰返し間隔が一定の場合には、位相
遅れも一定となるので、この一定値を補正して部用する
ことも可能であるが、一般に、ＴＡＣＡＮ装置において
は距離測定での必要性から、いわゆるスキツタパルスを
含む、繰返し間隔がランダムなパルス信号が用いられる
ため、このような方法による位相遅れの正確な補正は不
可能である。

本発明の目的は、このような繰返し間隔がランダムなパ
ルスを用いて、このランダム性に基ずく特別な位相遅れ
の補正を必要とせずに、正確な方位を決定できる方位測
定装置を提供するにある。

本発明の装置は、受信したパルスの振幅をディジタル量
に変換するＡ　／　Ｄ変換手段と、受信した前記パルス
の時間位置を受信した方位基準パルス信号の時間位置を
基準としてめたディジタル量に変換する時間位置計測手
段と、受信した前記方位基準パルス信号と同期しこれと
同じ周期を有するコサイン関数の前記受信したパルスの
時間位置における値を前記時間位置計測手段の出力を用
いて発生させるコサイン関数発生手段と、受信した前記
方位基準パルス信号と同期しこれと同じ周期を有するサ
イン関数の前記受信したパルスの時間位置における値を
前記時間位置計測手段の出力を用いて発生させるサイン
関数発生手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力と前記コサ
イン関数発生手段の出力との積を作シこの積を予め定め
た一定時間の間累積加算するコサイン成分累積手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段の出力と前記サイン関数発生手段の
出力との積を作りこの積を前記予め定めた一定時間の間
累積加算するサイン成分累積手段と、前記コサイン成分
累積手段の出力と前記サイン成分累積手段の出力との比
のアークタンジェント（ａｒｃｔａｎ　）またはアーク
タンジェント（ａｒｃｃｏＱを算出する角度算出手段と
を含み、これにょシ基準方位からの偏位角度をめるよう
にしている。

次に、本発明の原理について一例としてＴ　Ａ、　ＣＡ
Ｎ装置に適用した場合を説明する。

今、基準方位パルス信号の繰返し周波数（前述の例では
１５Ｆｌｚ）ｔ：Ｐ［ｆと表わし、この基準方位パルス
信号の受信時点を基準にして測定用パルス信号がそれぞ
れｔｏ、ｔｌ、ｔ２．・・・、１．・・・。

ｔｎ−１時点に受信され、その受信された情報をベース
バンドに復調したパルス信号の振幅（パルスのピーク値
）がそれぞれ＊　ａＱ、ａｌ、　ａ２．　”’、　ａ　
１゜・・・、”ａ−１であったとする。

さて、このパルス信号のｍ＠ａｏ、ａ□ｌ　８２．−・
・。

ａｌ、・・・１　ａｎｌは後述するように一般に、ａ　
（＝＝ａ　ｃｏｓ　（２ｇｐ　ｔ（−ｆｌ　）　・・・
・・・（１）で表わすことができる。但しａは定数、ま
たθは航空機の基準方位からの偏位角を表わしこのθが
めるべき値である（第１図参照）。

今、このパルス振幅仙に、そのパルス信号を受信した時
点ｔ１で定まる位相をもつコサイン成分ｃｏｓ　（２π
Ｐ　ｔ　Ｉ）　’ｅ乗じて、これｆｎ個分だけ累積加算
すると、結果の値Ｃは以下のようになる。

１＝０ 轟＝０ 一＝Ｏ −Ｏ ・・・・・・（２） 上式の第１項のカッコ０の中は正数だけの和であり、そ
れに対して第２項のカッコ０の中は一定の符号をもたな
い数の和となるので、Ｐによる繰返しサイクル数を充分
多く含むようにｎｔ大きくとれば第２項は第１項に対し
て無視することができるようになる。すなわち。

となる。

また、パルス振幅ａｌ　に、そのパルス信号を受信した
時点１．で定まる位相金もつサイン成分５ｉｎ（２πＰ
ｔ、　）を乗算して、これをｎ園分だけ累積加算すると
、結果の＠、Ｓは前と同様にして、Ｓ−Σ　ａｌｓｉｎ
（２πＰｔ、） となる。

以上の（３）式および（４）式から ニｔａｎ　ａ 従って。

θ＊ｔａｎ−１−・・・・・・（５） または、もしＣの絶対値が０に近い場合には。

θ中。。ｔ−１−・・・・・・（５’）から容易にθの
値をめることができる。

以上の計算から明らかなように、こうしてめられたθは
、　ｒｌｒ充分太きくしてＰによる繰返しサイクル数を
充分多く含むようにするだけで、いくらでも正しい値に
近ずけることが可能であり、従来例に見られたようなパ
ルスの繰返し間隔で左右される位相おくれは生じない。

すなわち、この方式によると得られた受信情報のすべて
を最も忠実に最も効率よく利用して結果を抽出したこと
になる。

なお、上述の説明においては、受信パルス信号Ｑ振幅ａ
、は繰返し周波数Ｐの基本波成分だけとし、これを。

ａＩ＝ａｃｏｓ（２πＰｔ１−θ） で表わされるとしたが、実際には空中線の指向性パター
ンによってその高調波成分も含まれる。

また、一般には、空中線の指向性にさらに９個の等角度
の小ロープを持たせ、この各小ロープによる指向性が基
準方向を指したときに発する精基準パルス信号を加えて
、精密測定が行なえるようにしているため、実際の受信
パルス信号の振幅ａｌの中には９倍の高調波成分（１３
５ＦＩｚ成分）を強く含むことになる。

しかし、これらの高調波成分は、ｃｏｓ（２πｐｔ、）
または５ｉｎ（２πＰｊ＋）ｋ乗じて累積加算すると（
但しＰは１５０２とする）、ｎｔ−大きくしてＰによる
繰返しサイクル分を充分多く含むようにすることによっ
て、これらの高調渡分との積によって生ずる項の和は、
前述と同様にして基本波成分との積によシ生ずる項の和
に比していくらでも小さくなるのでその影響を除くこと
ができる。

従って（５）式または（０式の関係はこの場合でも正し
い。

勿論、１３５Ｈ２成分を利用して方位角をめる場合には
、前述の基準パルス信号として前記精基準パルス信号を
用い、またＰとして１３５Ｈｚを用いて上と同様に行な
えばよいことは明らかである。

また、上述の説明においては、累積加算する項数ｎを一
定としたが、上述の説明で明らかなように、このかわり
に累積加算する時間長を基本波周期に対して充分長い一
定時間長としてもよいし、または、必要とする測定精度
に応じてこの時間長を変えてもよいことは明らかである
。

さらにまた、上述の説明においてはｔ、をある基準方位
パルス信号の受信時点からの時間としたが、新らしい基
準方位パルス信号が受信されるごとに、それ以後受信さ
れるパルスの１．はこの最も新らしい基準方位パルス信
号受信時点からの時間としてもよいことは明らかである
。

次に図面を８照して本発明の詳細な説明する。

本発明の一実施例を示す第２図を８照すると、本実施例
は、パルス復調器１．Ａ／Ｄ変換器２゜基準方位パルス
信号検出器３９時間カウンタ４．−パルス信号時間位置
検出器５．パルス信号時間位置計測器６．コサイン関数
発生器７．サイン関数発生器８９乗算器９，１０．コサ
イン成分累積加算器ｉ１．サイン成分累積加算器１２お
よび偏位角度算出器１３を含んでいる。

さて、本実施例の動作は下記の通りである。

機上受信装置の空中線で受信されたＴＡＣＡＮ地上装置
からの信号は、受信装置により増幅および帯域沖波され
てパルス復調器ｌに供給され、ξとで復調されてベース
バンドにおけるパルスに変換される。

このパルスは、Ａ１１）変換器２．基準方位パルス信号
検出器３およびパルス信号時間位置検出器５に供給され
る。

パルス信号時間位置検出器５は供給された各ベースバン
ドパルスのピーク値が現われた時点で位置検出パルスを
発生し、これをＡ／Ｄ変換器２およびパルス信号時間位
置計測器６に供給する。

Ａｌ１）変換器２は入力ベースパントパルスを前記位置
検出パルスによってそのピーク値をサンプルホールドし
、これをデジタル量に変換する。

一方、基準方位パルス信号検出器３は、入力ベースパン
トパルス中に含まれる基準方位ノくルス信号を検出して
その検出時点に基準時点ノ（ルスを発生し、これを時間
カウンタ４に供給する。

時間カウンタ４は、一定周期のクロックをカウントする
カウンタで、前記基準時点）くルスの供給を受けるごと
にＯにリセットされる。また、供給されるクロック周波
数は時間軸に対する必要な分解能を得るために充分高く
選ばれている。

さて、パルス信号時間位置計測器６は、前記位置検出パ
ルスの供給を受けると、その時点における時間カウンタ
４の内容をラッチする。

以上の処理によシ、各受信パルス信号の振幅３゜はＡ／
Ｄ変換器２の出力としてディジタル量で得られ、また、
最も新らしく受信した基準方位ノくルス信号を基準時点
としたパルス信号ａ１の受信時点ｔ、は、パルス信号時
間位置計測器６の出力として同様にディジタル量として
得られることになる。

こうして得られたディジタル量１．は、コサイン関数発
生器７およびサイン関数発生器８に供給され、それぞれ
ｃｏｓ　（２ｒＰｔ　、　）および５ｉｎ（２πＰｔθ
を発生する。但しＰは基準方位パルス信号の周波数で、
予め定めた値である。

このディジタル量ｃｏｓ（２πｐｔ、）は乗算器９に供
給され、ここでＡ／Ｄ変換器２からのディジタル量ａＩ
と乗算され、ディジタル量ａ、ｃｏｓ（２πＰｔ、）が
得られ、これがコサイン成分累積加算器１１に供給され
る。同様にディジタル量５ｉｎ（２πｐｔ、）は乗算器
１０に供給され、ここでＡ／Ｄ変換器２からのディジタ
ル量ａ、と乗算されてディジタル量５ｉｎ（２πＰｔ、
）が得られサイン成分累積加算器１２に供給される。

累積加算器１１は、次次に与えられるディジタル量ａ、
ｃｏｓ（２πＰ　”　ｔ　）を、予め定めた一定時間間
隔ごとに区切シ、この各時間間隔内に含まれるａｌｃｏ
ｓ（２πｐｔ、）の和を作シ、これをディジタル量Ｃと
して各時間間隔の終りごとに出力し、偏位角度算出器１
３に供給する。

同様に、累積加算器１２は次次に与えられるディジタル
量ａ１ｓｉｎ（２πｐｉｉ）を累積加算器１１と全く同
じ時間間隔ごとに区切り、累積加算器１１がａ、ｃｏｓ
（２πＰｔ、）に対して行なったのと全く同じ処理を対
応するａ、５ｉｎ（２πＰｔ＋）に対して行ない、これ
をディジタル量Ｓとしてディジタル量Ｃに対応して出力
し、偏位角度算出器１３に供給する。

なお、上述の一定時間間隔としては、例えば、方位基準
パルス信号周波数Ｐ（現在の例では１５Ｈｚ）の数十〜
数百サイクル分程度とすることかできる。

さて、ディジタル量Ｃとディジタル−ｔｉｔｓとの供給
を受けた偏位角度算出器１３は、これらの供給を受ける
ごとに、Ｃの絶対値と８の絶対値とを比較し、Ｉ　ＣＩ
〉ｌ　Ｓ　ｌの場合にはθ＝ｔａｎ−”−・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）ま
た、ＩｃＩ＜１８１の場合には、 θ−ｃｏｔ”且　・・・・・・・・・・・・・・−・・
・・・・・・・・・・（のを用いて角度θを算出して出
力する。

前述したように、こうしてめられた角度θは、第１図に
示す基準方位か“らの偏位角θを表わしている。

なお、例えばコサイン関数発生器７は、ｔｌの必要な分
解能の範囲でｃｏｓ　（２πＰｔ、）を予め計算し、こ
の値をＲＯＭ（読出し専用メモリ）の１゜に対応するメ
モリアドレスに書込んでおき％　ｔｌが与えられた場合
には、これをメモリアドレスとしてこのＲＯＭに書込ま
れたデータを読出すという構成により容易に実現するこ
とができる。

なお、コサイン関数発生器７およびサイン関数発生器８
は、必しずしも前述のようにＣ０８（２πＰｔθおよび
５ｉｎ（２πＰｔ、）を発生する必要はなく、α。

βを互いに相異なる任意の低値の定数とするとき、それ
ぞれｃｏｓ　（２πＰｔ、＋α）およびｃｏｓ　（２π
Ｐｔ、＋β）という関数を発生するものであってもよい
。この場合には偏位角θをめる式は一般にはこのαおよ
びβを含む関数となシ前述の（６）式あるいは（６′）
式よシも複雑になる。

また、上述の実施例においては累積加算器１１および１
２は、入力を一定時間間隔ずつ累積加算してそれを各時
間間隔の終りごとに出力するとしたが、とのかわシに第
３図に示すように、累積加算区間をダブらせて、算出結
果の出力時点の間隔を累積加算区間時間間隔よりも短か
く取るようにすることもできる。

これを行なうには下記のようにすればよい。

例えば、累積加算区間間隔のｌ／４の間隔で算出結果を
出力する場合には、第４図に示すように、加算参人ＤＤ
と４個のレジスタＲ−１，〜１１．−４と制御回路Ｃ０
ＮＴ　を設ける。加算器ＡＩ）Ｄは人力から新らしいデ
ータが入力するごとに、レジスタＲ−１〜Ｒ−４のそれ
ぞれの内容に新らしく入ったデータの内容を加算してこ
れらの各レジスタを更新する。一方、制御回路ＣＯＮ　
Ｔは累積加算区間時間間隔で各レジスタ凡−１〜１ｔ−
４の内容を読出して出力し、読出したら直ちにそのレジ
スタをＯにリセットする。但し、この抗出し／リセット
は、各レジスタごとに累積加算区間時間間隔のｌ／４だ
け時間をづらせて次次に行なわせる。

とうして累積加算区間時間間隔だけ累積加算された入力
データが、累積加算区間時間間隔のｌ／４の時間間隔で
次次に出力されることになる。

勿論累積加算器１１および１２の中に累積加算区間時開
間隔内に現われる入力データを記憶できる容量をもつバ
ッファメモリを設けて行なうようにすることもできる。

また、累積加算器１１および１２は入力データの累積加
算を予め定めた累積加算区間時間間隔ごとに区切って行
なうかわシに、予め定めた入力データの個数ｎごとに区
切って行なうようにすることもできる。

才た、累積加算する区間の時間長は前述のように、これ
を長くすればする根側定精度が高くなるが、測定方位が
時間とともに変化する場合には、必要以上にこれを長く
とることはむしろ測定精度を劣化させることになる。一
般にＴＡＣＡＮ装置の場合には方位測定と距離測定とが
並列に行なわれているが、距離測定の結果、距離が大き
い場合には一般に方位角の変化は緩慢であシ、−刃距離
測定の結果、距離が小さい場合には方位角の変化は急速
になる。そこで、第５図に示すようにして、この距離測
定の結果に応じて予め定めた関数に従ってこの累積加算
する時間長を変化し精度の最適化を図るようにすること
もできる。

第５図において、ＤＭＥは距離測定装置を示し、その測
定結果はデータ変換器において予め定めた関数に従って
データ変換され、これは累積加算区間時間長として前述
のコサイン成分累積加算器１１およびサイン成分累積加
算器１２に供給され、これらが累積加算する時間長を制
御する。このデータ変換器は適当な変換テーブルを書き
込んだＲＯＭを用いて容易に実現することができる。

この累積加算時間長をさらに精密に制御するには、前述
の距離測定結果ばかルでなく、自己の測定した方位結果
と、自己の航空機の飛行方向と速度とより、測定すべき
方位角の変化速度を概算し、これによって最適の累積加
算時間長をダイナミックに制御するようにすることもで
きる。

なお、以上の実施例においてはＴＡＣＡＮ装置を用いて
説明したが、本発明は何もＴＡＣＡＮ装置に限定される
ことはなく、一般の方位測定装置に用いられることは明
らかである。

以上述べたように本発明によると、受信したパルス情報
の振幅と基準方位パルス信号を基準にした時間位置とを
ディジタル量に変換し、これと、同じ基準方位パルス信
号を基準として局部的に生成したコサイン関数およびサ
イン関数のディジタル量とを用いて上述のように処理す
ることにより、比較的簡単な演算処理により、得られた
受信情報を最も忠実に最も効率よく利用して基準方位か
らの偏位角度をめるＴＡＣＡＮ　装置を提供することが
できる。

これにより高ｎ度の方位測定が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基準方位と偏位角θとの関係を説明するための
図、第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、第３
図は累積加算区間と結果出力時点との関係の一例を示す
タイムチャート、第４図は累積加算器の一例を説明する
ためのブロック図および第５図は距離測定結果によシ累
積加算時間長を制御する手段を説明するためのブロック
図である。 図において、ｌ・・・・・・パルス復調器、２・−・・
・・Ａ／Ｄ変換器、３・・・−・・基準方位パルス信号
検出器、４・・・・・・時間カウンタ、５−・・・・・
パルス信号時間位置検出器、６・・・・・・パルス信号
時間位置計測器、７・・・・・コサイン関数発生器、８
・・・・−・サイン関数発生器、９、ｌＯ・・・・・・
乗算器、１１・・・・・・コサイン成分累積加算器、１
２・・・・・・サイン成分累積加算器、１３・・・・・
・偏位角度算出器。 代理人　弁理士　内　原　日 荊／国 方３国 第４閃 カ５園

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）受信したパルスの振幅をディジタル量に変換する
   Ａ／Ｄ変換手段と、 受信した前記パルスの時間位置を受信した方位基準パル
   ス信号の時間位置を基準としてめたディジタル量に変換
   する時間位置計測手段と、受信した前記方位基準パルス
   信号と同期しこれと同じ周期を有するコサイン関数の前
   記受信したパルスの時間位置における銭金前記時間位置
   計測手段Ｑ出力を用いて発生させるコサイン関数発生手
   段と、 受信した前記方位基準パルス信号と同期しこれと同じ周
   期を有するサイン関数の前記受信したパルスの時間位置
   における値を前記時間位置計測手段の出力を用いて発生
   させるサイン関数発生手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段の出力と前記コサイン関数発生手段
   の出力との積全作りこのｎＩを予め定めた一定時間の間
   累積加算するコサイン成分累積手段と。 前記Ａ／Ｄ変換手段の出力と前記サイン関数発生手段の
   出力との積を作シこの積を前記予め定めた一定時間の間
   累積加算するサイン成分累積手段と、 前記コサイン成分累積手段の出力と前記サイン成分累積
   手段の出力との比のアークタンジェント（ａｒｃｔａｎ
   　）またはアークタンジェント（ａｒｃｃｏｔ　）を算
   出する角度算出手段とを含み。
2. （２）　前記累積加算する時間間隔長を機上装置と地上
   装置との間の距離の測定結果に基いて制御するようにし
   た手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の方位測定装置。