JPS62119476A - 位置測定方式 - 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） 本発明は位置測定方式に関し、特に測定媒体として擬似
雑音信号でＫｖ＠した電波を使用する方式％式％ （発明の背景） 変動地点から複数９・固定地点（３ケ所以上）までの距
離を測定し、２ケ所の固定地点までの距離の差から上記
変動地点の位置を測定することができる。すなわち、２
点までの距離の差が一定である点の軌跡は周知のように
双曲線となるので、第６図に示すように、被測定変動地
点Ｘから固定地点Ａ、Ｂ及びＣまでの距離を測定し、固
定地点Ａ。

Ｂｔでの距離の差が一定（そのときの被測定変動地点Ｘ
の位置で定まる一定値）である点が描く双曲ｌＩＭＢ）
と固定地点Ａ、Ｃまでの距離の差が一足（そのときの被
測定変動地点Ｘの位置で定まる一定値）である点の描く
双曲線（ロ）との交点が被測定変動地点Ｘの位置となる
。このようにして被測定変動地点の位置を演算する方式
は双曲線方式として知られている。

（従来の技術） 上記双曲線方式による位置測定システム（以下、測位シ
ステムという。尚、以下“位置測定”を１側位”と表現
する。）としては、設置個所が既知である複数の地点（
前記固定地点に相当する。）にそれぞれ設置した主局及
び従局（主局ｔ−１局とし、従局を２局以上とする。）
と、被測定点（前記変動地点に相当する。）に設置した
測定局との間で電波の授受を行ない、電波の伝播時間か
ら主局及び谷従局と測定局との間の距離を算出すること
によって上記被測定点の測位を行なうシステムが公知で
ある。

この測位システムに於いては、測定媒体にノ譬ルス信号
を使用してパルス信号の送信時から受信時までの時間差
を求めて距離を演算するパルス時間差方式、及び測定媒
体に正弦波信号を使用して送信信号と受信信号の位相差
から距離を演算する正弦波位相差方式が公知である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来の方式に於いて、ノ臂ルス時間差方式では電波
伝播上からパルス信号に波形歪が生ずるため測定精度を
あまり高めることができず、また測定精度を高めるため
に従局数を多くした場合にはそれぞれの従局に対して異
り九・クルス送出周期を必要とすることから計測周期が
長くなり、例えば時時刻刻変化する位置の測定には極め
て不都合である。

また、正弦波位相差方式では、測定範囲を広くする場合
には正弦波信号の周期を長く設定する必要がｌ５９（送
信波と受信波の同位相点は正弦波信号の１周期毎に現わ
れるため、後述のレーン識別を行なわないで測定できる
範囲は正弦波信号の１周期に相当する範囲である。）、
ま九正弦波信号の周期を長くすると測定積置が低くなる
。従って測定精度を高度に保って測定するには、正弦波
信号の周期を短くするとともに送信波と受信波の時間差
が当該正弦波信号の１周期を越えたときの測定のために
周期の長い正弦波信号によるレーン識別処理が必要とな
シ、かつ側足に使用する信号も２株類以上必要となって
測定レンジの切換制御等を必要とし、処理が極めて′４
１雑となる。

（発明の目的） 本発明は、以上に述べた従来の問題点を解決すべく提案
するもので、測定精度を高度に保つことができ、かつレ
ーン識別が不必要である位置測定方式を得ることを目的
とする。

（発明の概要） 上記目的のため、本発明は、固定地点に設置した主局と
、該主局の設置地点との間の位置関係が既知である複数
の固定地点にそれぞれ設置した従局と、被測位点（変動
地点）に設置した測定局とでシステムを構成し、主局か
ら従局及び測定局に擬似雑音符号で変調した電波を送信
し、従局では上記電波を受信して、受信電波中の擬似雑
音符号に少くとも始期が同期した擬似雑音符号を生成し
て当該符号で変調した電波を測定局に送信し、測定局で
は上記主局からの電波と上記それぞれの従局からの電波
の到達時間差をそれぞれの電波に含まれる擬似雑音イぎ
号によシ求め、これに基いて前記双曲線方式によって上
記測定局の位置を演算するようにしたものである。

（実施例の構成） 第１図〜第４図はいずれも本発明の実施例の構成を説明
する図で、第１図はシステム構成図、第２図は主局のプ
ロ、り図、°第３図は従局のブロック図、第４図Ｆｉ側
足局のプロ、り図である。

第１図に示すように、本発明の実施例に係る測位システ
ムは、１つの主局Ｍと複数の従局Ｓ、〜Ｓと１つの測定
局Ｏとで構成され、主局Ｍ及び従局Ｓ、〜Ｓｎは既知の
固定地点に設置され、測定局Ｏは測定しよ−うとする変
動地点（測位点）に設置される。尚、測位点が複数の場
合に於いては、各側位点に置かれた測定局で主局Ｍ及び
従局Ｓ、〜Ｓｎを共用することができる。また、測定局
ｏＦｉ受信専用局であるため、その設置数には制限がな
く、例えば港湾を航行する不特定多数の船舶に測定局０
を設ければ、それぞれの船舶に於いて自己に対する測位
が可能となる・ 主局Ｍは、第２図に示すように、ディジタル符号構成の
擬似雑音符号（以下、ＰＮ符号という。）を生成するＰ
Ｎ符号発生器１１、搬送波を生成する搬送波発生器１２
、上記ＰＮ符号発生器１１からのＰＮ符号と上記搬送波
発生器１２からの搬送波とを乗算してＰＮ符号で変調し
た高周波信号を生成する乗算器１３、この乗算器１３か
らの高周波信号を電力増幅する電力増幅器１４、この電
力増幅器１４からの高周波信号を′電波として空中に送
出する空中線１５で構成される。

従局Ｓ（従局相互を区別して説明する必要のないときは
添字１〜ｎを省略する。）は、第３図に示すように、主
局Ｍからの電波を受け、かつ自局からの電波を空中に送
出する空中線２１、送出電波と入射電波の伝送経路の分
岐を行なうサーキュレータ２２、主局Ｍの送出電波の周
波数帯の通過域を有し、雑音を排除して主局Ｍからの入
射電波のみを伝達する帯域通過フィルタ２３、局部発振
器２４、主局Ｍからの入射電波と上記局部発振器２４か
らの信号とを混合して主局ＭからのＰＮ符号を受信する
混合器２５、この混合器２５で受信したＰＮ符号と同期
したＰＮ符号を生成するためのＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ　Ｌ
ｏｃｋ　Ｌｏｏｐ）回路２６、搬送波発生器２７、上記
ＤＬＬ回路２６で生成したＰＮ符号と上記搬送波発生器
２７からの搬送波とを乗算して上記ＰＮ符号で変調した
高周波信号を生成する乗算器２８、この乗算器２８から
の高周波信号を電力増幅して電波を生成する電力増幅器
２９で構成される。

上記ＤＬＬ回路２６は、主局Ｍ内で生成したＰＮ符号と
同じノ臂ターン（必ずしも同じパターンである必要はな
いが、しばらくは同じであるものとして説明する。）の
ＰＮ符号を生成するＰＮ符号発生器２６１、このＰＮ符
号発生器２６１からのＰＮ符号と前記混合器２５からの
ＰＮ符号とを乗算する乗算器２６２、乗算器２６２から
の信号を公知の相関同期方式によりて処理し、ＰＮ符号
発生器２６１でのＰＮ符号の生成動作を制御して当該Ｐ
Ｎ符号発生器２６１からのＰＮ符号を前記混合器２５か
らのＰＮ符号と同期させるＰＮ符号同期器２６３とでな
る。

側足局Ｏは、第４図に示すように、主局Ｍからの信号を
受信する主局受信部皿と、従局Ｓ、〜Ｓｎからの信号を
それぞれ受信する従局受信部ＳＲ，〜ＳＲｎとに区分さ
れ、主局Ｍ及び谷従局Ｓ、〜礼からの電波を受ける空中
線３１及び各受信部風。

ＳＲ１〜ＳＲｎからの出力情報（後述の時間差計測器５
１〜５ｎの出力データ）を演算処理する演算器３２とが
各受信部ＭＲ、ＳＲ，〜ＳＲｎに共通に設けられている
。尚、従局受信部ＳＲ（従局受信部相互を区別して説明
する必要のないときは、添字１−　ｎを省略する。）は
全て同一に構成されており、第４図では従局受信部ＳＲ
１について、その内部構成を示している。

主局受信部皿及び従局受信部ＳＲの構成は、それぞれ帯
域通過フィルタ３３．４３、局部発振器３４．４４、混
合器３５．４５及びＤＬＬ回路３６゜４６　（ＰＮ符号
発生器３６１　、４６１、乗算器３６２゜４６２、ＰＮ
符号同期器３６３　、４６３　）でなり、各部分の機能
は前記従局Ｓの受信部（帯域通過フィルタ２３、局部発
振器２４、混合器２５及びＤＬＬ回路２６　（ＰＮ符号
発生器２６１、乗算器２６２、ＰＮ符号同期器２６３）
でなる部分）の各構成部分と同様である。但し、帯域通
過フィルタ３３．４３の通過周波数帯域及び局部発振器
３４．４４の発掘周波数は、それぞれ主局Ｍ及び従局Ｓ
からの信号（′α波）の周波数に対応して設定されてい
る。

上記構成の他には、時間差計測器５１〜５ｎが各従局受
信部ＳＲ４〜ＳＲｎに対応して設けられており、当該時
間差計測器５１〜５ｎは、主局受信部皿のＤＬＬ回路３
６の出力線と谷従局受信部ＳＲ１〜ＳＲｎのＤＬＬ回路
４６の各出力線との間に接続されていて主局Ｍからの信
号の到達時刻と各従局Ｓ、〜Ｓｎからの信号の到達時刻
との間の時間差を算出する。

（実施例の作用） 第５図は本発明の実施例に於ける信号授受の時間関係を
示すタイムチャートである。以下、この第５図を参照し
、前記構成の実施例の動作を説明する。

前記第２図に示す主局Ｍに於いて、ＰＮ符号発生器１１
はディジタル符号の構成によるＰＮ符号を生成している
。このＰＮ符号は前記従来例の正弦波信号と異なシ、そ
の周期Ｔ（第５図）は例えば１１００ｋ程度に極めて長
い時間とすることができる（これに対して正弦波信号で
は、せいぜい１ｋｆｎ）。

ＰＮ符号発生器１１から送出されたＰＮ符号は、乗算器
１３に於いて搬送波発生器１２からの搬送波信号（周波
数ｆｍ　）を変調し、このようにして生成された高周波
信号は電力増幅器１４で電力増幅されたのち、全中線１
５から電波として放射される。

すなわち、主局Ｍから送出される電波は、上記ＰＮ符号
で変調された周波数ｆｍの高周波信号である。

このようにして主局Ｍから送出された上記電波は、従局
Ｓ１〜Ｓｎ及び測定局Ｏで受信される。

前記第３図に示す従局Ｓに於いて、空中線２１に入射し
た電波はサーキュレータ２２によって帯域通過フィルタ
２３の方向に分岐され、当該帯域通過フィルタ２３によ
りて主局Ｍからの電波（周波数ｆｍ　）のみが選択され
る。このようにして帯域通過フィルタ２５を通過した主
局Ｍからの電波（高周波−信号）と局部発振器２４から
の信号とが混合器２５で混合され、当該混合器２５は上
記２つの信号の差の周波数の信号をＤＬＬ回路２６に送
出する。この差の周波数の信号には、当然ながら主局Ｍ
内で生成されたＰＮ符号が含まれている。

ＤＬＬ回路２６では、ＰＮ符号発生器２６１が主局Ｍの
ＰＮ符号発生器１１と同じビット配列（必ずしも同じで
ある必要はないが、当分の間、同じであるものとして説
明する。）のＰＮ符号を発生しており、このＰＮ符号と
上記混合器２５からの信号とを乗算器２６２によりて乗
算し、その結果によってＰＮ符号同期器２６３で相関を
とり、その相関関係によりてＰＮ符号発生器２６１での
ＰＮ符号生成動作を制御する（相関同期方式）ことによ
シ当該ＤＬＬ回路２６は混合器２５が出力する信号中の
ＰＮ符号と同期したＰＮ符号を出力する。

ＤＬＬ回路２６から出力されたＰＮ符号は乗算器２８に
於いて搬送波発生器２７からの搬送波信号（周波数ｆｍ
　）を変調し、このようにして生成された高周波信号は
電力増幅器２９で電力増幅されたのち、サーキュレータ
２２で空中Ｉｗ２１の方向に分岐され、当該全中線２１
から電波として放射される。尚、従局Ｓからの電波の周
波数は、谷従局Ｓ　−８について互に異った値（ｆ８１
．　ｆｓ２　、・・・・・・　　　　ｎ 、？”、ｎ）に設定する（必ずしも異った値にする必要
はないが、当分の間、互に異っているものとして説明す
る。） 以上のようにして各従局Ｓ、〜八から送出されたそれぞ
れの電波は測定局Ｏで受信される。

前記第４図に示す測定局０に於いて、空中線３１に入射
した主局Ｍ及び各従局Ｓ、〜Ｓｎからの電波は、それぞ
れ１局受信部飄及び各従局受信部ＳＲ４〜ＳＲｎで受信
され、当該主局受信部風及び各従局受信部ＳＲ，〜ＳＲ
ｎは、それぞれの受信電波に含まれるＰＮ符号と同期し
たＰＮ符号を出力する。主局受信部進及び各従局受信部
ＳＲ，〜ＳＲｎのＰＮ符号出力動作は、前記従局Ｓの動
作に於けるＤＬＬ回路２６のＰＮ符号出力動作と同様で
ある。

上記主局受信部ＭＲと各従局受信部ＳＲ１〜ＳＲｎでの
電波の受信時間は、主局Ｍ及び各従局Ｓ１〜Ｓｎと測定
局０との間の距離を互に異にすることから互に異った時
間となり、この時間の異なシを各電波に含まれるＰＮ符
号に基いて時間差計測器５１〜５ｎによって主局Ｍから
の電波到達時間と各従局Ｓ、〜Ｓｎからの電波の到達時
間の差で把握する。時間差計測器５１〜５ｎで得られた
電波の各到達時間差情報は、演算器３２に入力され、こ
れらの情報に基いて測定局０の位置、すなわち被測位変
動地点の位置が演算される。

主局Ｍから電波を送出し、各従局Ｓ１〜Ｓｎで当該電波
が受信されてから当該各従局Ｓ、〜Ｓｎカラ電波を送出
し、主局Ｍ及び各従局Ｓ、〜Ｓｎからの′電波を測定局
０で受信するまでの時間関係は上記説明から明らかなよ
うに、各電波に含まれるＰＮ符号による同期作用によっ
て同一の基準点（主局Ｍからの電波送出時）を持つ。

いま、第１図に示すように、主局Ｍが送出した電波が測
定局０に達するまでの時間をｔｍ１主局Ｍが送出した電
波が谷従局Ｓ、〜Ｓｎに達するまでの時間をｔ、〜Ｌ　
ｎ　ｓ各従局Ｓ、〜八が送出した電波が測定局Ｏに達す
るまでの時間をｔ８１〜ｔ８ｎとすると、主局Ｍが電波
を送出してから測定局０が従局Ｓ、〜Ｓからの′１波を
受信するまでの時間ｔｍ８１〜ｔｍｓｎは第５図から明
らかなように（但し、第５図は２局の従局８１　＊　８
２についてのみ示しである。）％次の通シとなる。

ｔｍａ１＝＝　ｔ１＋ｔ１１１ ｔｍ８２：ｔ２＋ｔｓ２ ｔｍａｎ”稲＋ｔｓｎ すなわち、測定局０に於いて、主局受信部風がＰＮ符号
を出力するのは主局ＭがＰＮ符号を送出してから時間ｔ
ｍののちであり、各従局受信部ＳＲ，〜ＳＲがＰＮ符号
を出力するのは主局ＭがＰＮ符号を送出してからそれぞ
れ時間ｔｍ８．〜ｔｆｆｌｌＩｎののちである。

時間差計測器５１〜５ｎは上記主局受信部風でのＰＮ符
号受信時間と、上記各従局受信部ＳＲ，〜ＳＲｎでのＰ
Ｎ符号受信時間との差を演算するので、それぞれの出力
Δ、〜Δ１は Δ１　”　ｔｍｌｌｌ−ｔｍ＝（ｔｍ１−　ｔｍ　）　
”　ｔ１Δ２　””　ｔｍｌｌ□−１ｍ＝（１，２−１
ｍ）＋１２Δ１＝ｔｍａｎ−ｔｍ＝（ｔｌｌｎ−ｔｒｎ
）＋ｔｎとなる。

ところで、主局Ｍ、！：各従局Ｓ、〜Ｓｎとの位置関係
は固定的であるので、上記時間ｔ、〜ｔｎの値は既知で
ある。従りて演算器３２に於いて、各時間差計測器５１
〜５ｎの出力Δ、〜Δ。からそれぞれ上記各時間ｔ、〜
ｔｎを引（ことによって測定局０では主局Ｍからの電波
到達時間と各従局Ｓ１〜Ｓｎからの電波到達時間の差を
求めることができ、この電波到達時間差に光速（約３　
Ｘ　１０　ｍ／ｓｅｅ　）を掛けることによって測定局
０からみた主局Ｍと各従局Ｓ、〜Ｓｎとの間の距離の差
が演算できる。従って前記双曲線方式による測位が可能
となる。

すなわち、前記第６図にあてはめて考えると、固定地点
Ａ、Ｂ及びＣにそれぞれ主局Ｍ、従局Ｓ、及びＳ２を設
置し、被測定変動地点Ｘに測定局Ｏを設置する（但し、
従局が２局の場合）と、０）は（ｔｓｌ　　ｔｍ）ｘｃ
を示すライン、←）は（ｔ８２−　ｔｍ）×Ｃを示すラ
イン（但し、Ｃは光速）となる。

上記ライン（イ）及び（ロ）は、実際には測定偏差によ
る巾をもっていて、その交点Ｘ（被測定点）は測定偏差
に基ずく面積を有することとなる。測位精度を上げるに
は上記面積を小さくすればよいが、このためには従局Ｓ
の設置数を多くして多くの双曲線関数に基いて演算をす
るようにすればよい。

以上の実施例では、主局Ｍからの送出電波に含まれるＰ
Ｎ符号と従局Ｓ１〜Ｓｎからの送出電波に含まれる各Ｐ
Ｎ符号は、全て同一ノヤターン、すなわちビット構成が
同じであるとしたが、第５図から明らかなように各ＰＮ
符号はその始期が互に同一時間基準に基いておればよく
、従って、少くとも各ＰＮ符号はその始期に於いて同期
していればよく、必ずしもビット構成を同一にする必要
はない。

また、実施例では各従局Ｓ、〜Ｓｎの送出電波の周波数
は互に異なるものとしたが、上記のように各ＰＮ符号の
ビット構成を互に異ならしめた場合、測定局０ではＰＮ
符号のビット構成から受信電波の発信従局を判別するこ
とができるため、各従局Ｓ、〜Ｓの送出電波の周波数と
同一に設定することもできる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明では′電波の到達
時間を測定する媒体としてＰＮ符号を使用するようにし
たものであり、ＰＮ符号はピット数を多くすることによ
って、ビット長さを短く保ったままその周期を極めて長
く設定できることから、レーン識別等の煩雑な処理をし
なくても高精度の測位が可能であること、（従来の正弦
波位相差方式に比べて）、ＰＮ符号の符号速度を上げる
ことによって高精度の測位ができること、ＰＮ符号の使
用によって相関同期方式が採用できるので、雑音（外米
電波等）等の妨害に対して高い信頼性を維持できること
、測位精度を上げるために従局数を多くしても計測周期
が長くならないこと（従来のパルス時間差方式に比べて
）、等の長所を有し、本発明は極めて顕著な効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の詳細な説明するもので、第１
図はシステム構成図、第２図は主局のブロック図、第３
図は従局のブロック図、第４図は測定局のブロック図、
第５図は信号授受の時間関係を示すタイムチャートであ
シ、第６゛図は双曲線方式の測位方法の原理を示す図で
ある。 （主な記号） Ｍ・・・主局、　　　　　　５（８１〜Ｓｎ）・・・従
局、０・・・測定局、　　　　　皿・・・主局受信部、
ＳＲ１〜ＳＲｎ・・・従局受信部、 １１　、２６１　、３６１　、４６１・・・ＰＮ符号発
生器、１５．２１．３１・・・空中線、　　２６．３６
．４６・・・ＤＩ、Ｌ回路、２６３　、３６３　、４６
３・・・ＰＮ符号同期器、５１〜５ｎ・・・時間差計測
器。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定地点に設置した主局と、該主局の設置地点との間の
   位置関係が既知である複数の固定地点にそれぞれ設置し
   た従局と、位置測定を行おうとする変動地点に設置した
   測定局でなり、上記主局から擬似雑音符号で変調した電
   波を送信し、上記それぞれの従局では、上記主局からの
   電波を受信して、受信電波中の擬似雑音符号に少くとも
   始期が同期した擬似雑音符号を生成して当該擬似雑音符
   号で変調した電波を送信し、上記測定局では、上記主局
   からの電波と上記それぞれの従局からの電波の到達時間
   差を、それぞれの電波に含まれている擬似雑音符号に基
   いて算出し、当該到達時間差に基いて上記測定局の位置
   を検出するようにした位置測定方式。