JPS6246277A - 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 - 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ット
７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する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
受信ステーショ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ぐ
は、複数個の協同センサーユニットおよび相互相関設備
が必要である。このような装ｆｆ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Ｍ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・ボリンスキ名による１９７９
年１２月１８日に発行された米国特許第１，１７９，６
９７号（’　６９７特許）及び、これも本発明者名によ
る１９８１年１１月２５日に出願された米国特許出願第
’ａ　２４．８２７（’８２７出願）に記載された消極
測距方法によって解説される。′６９７特許および′８
２７出願は共に、エミッタ目標への距離を、一般に試験
プラットフォ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＃！ｆ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ｆｉ１１定を同時に行いながら、定速で曲り軌道に分
って飛行せしめられもこのような測定は目標の距離を測
定するのに便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。

′８２７出願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又差数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っ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ットフォームなしに目標の
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
線軌道に沿って移動する航空機にとって、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−等固定試験プラットフォーム
にとって、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
って、前記問題が解消され、他の利益が得られる。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
体ないし試験プラットフォームだけである。試験プラッ
トフォームは目標運搬体が放射する放射線のセ／すを備
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、エミッ
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、エミッタ目標が送る放
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、前述のボ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に沿って移切している。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ォーム２４Ｕ、
目標体２０によって放出される電磁放射線のセンサー２
６を備えている。図示において直線路２８に沿って移動
する試験プラットフォ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
ステムけりフトン・インタ゛スリーズ社アメコム部等メ
ーカより入手できる。リット／・モデル１ｆ６ＡＬＲ−
７３はこのような消極検出システムの一例である。

試験プラットフォーム２４はまた航行システム３４と、
追跡システム３６と、ディスプレイ３８とを含む。航行
システム３４と追跡／ステム３６とは周知の回路を採用
しかつ、リットン・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、リット／の航行うステムＡＳ
Ｎ−９２とリットンの追跡コンピュータ０Ｌ−７７／Ａ
ＳＱ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って
、追跡システムによっ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、嵩ばった高価な設備を付乃口的に設け
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ＡＣｄ試験プラットフォーム２４の軌道を、ベクトル
ＤＦけ目標体２０の軌道を示す。試験プラットフォーム
は定速でベクトルＡＣＫＩ＋９って移動して夫々時間Ｔ
、、Ｔ、およびＴ３において点Ａ％ＢおよびＣで交差す
るようになっている。同様に、目標体２０は定速でベク
トルＤＦに沿って移動して、夫々時間ＴＩ％Ｔ、および
Ｔｓ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、Ｔ、とＴ１、Ｔ２　とＴ１
間の時間間隔は等しくしである。従って、これら期間中
に試験プラットフォームが移動した距離ＡＢとＥＣは等
しく、同期間中に目標体が移動した距離ＤＢとＥＦも等
しい。等しい時間間隔従って等距離という想定は、本発
明の詳細な説明の都合で定めたにすぎない。しかし、実
際には、Ｔ、とＴ７、Ｔ２　と１８間の時間ぼ等しくす
る必要はなく、プラツ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、試験プラットフォー
ム２４のセンサー２６は、試験プラットフォームが点Ａ
１ＢおよびＣと又差するとき目標体２０が放出する放射
信号を採取する。これら各点で、プラットフォーム上の
消極検出システム３２は、プラットフォームへの到着時
の、目標航空機にたいする方角と放出傷号の周波数を測
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でれると、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。

プラットフォームの軌道に沿う４つの地点で６（す定を
要する前述のボリンスキーの特許・出願に記載きれる消
極測距方法とは対照的に、本発明の方法では試験プラッ
トフォームの軌道に沿い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
に卯えて周波数測定を要するので、前の方法でｔｉ４つ
の町観体とは対照的に、目標の距離測定に際し合計６つ
の５Ｔ観体を使用する。

本発明の詳細な説明するため、時間ＴＩ　ｓＴｔおよび
Ｔ。

についての方角および周波数の測定の値として、夫々θ
８、ｆＩ；θ！、ｆｔおよびθ３、ｆ、を示す。一般に
、３つの測定方角角度の値は、試験プラットフォームと
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っても、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ＬＶｉつぎのように定義さ
れる。

ム＝ｆｏ＋’ｄ　ＣＶｔｃｏｓｒ十ＦＦ　８％ｎθ、〕
　　　　（１）ここで、 ｆｏはエミッタの伝達絢波故に等しい（現在、未知）、
λは伝達波長に等しい、 τはエミッタへの方角線、ＡＤと目標速度ベクトルＯＦ
間の角度に等しい、 θ１は測定方角に等しい、 Ｖ　はプラットフォーム速度（これは搭載航行システム
３４によって知られる〕に等しい、 Ｖ、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ｆ。の一方トツバーシフ
トを示す。同様の等式を展開して周波数ｆ、と１３を定
義することができる。従って、試験プラットフォーム２
４が地点ＢとＣにあると、夫々測定周波数ｆ、とｆ、は
次式で示される。

ｆｘ　＝ｆｏ　＋’Ａ　（Ｖｔｃｏｓ　（τ十〇１１．
汁Ｓ’、　ｓｉｎθ２）　　　（２）ム＝ｆｏ　＋’／
２　ＣＶ（ｃｏｓ（ｒ＋θ１．ｓ　）＋Ｖｐ　ｓｓｎθ
３）　　　　（３）ここで、 θ、は地点Ｂにおける測定方角に等しい、θＳは地点Ｃ
における測定方角に等しい、θ１．はθ１−θ、に等し
い、 θ０．はθ１−θ、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。従って、第３図にお
いて、θ、は値が負である。

前記等式（１）＠３）には３つの未知数τ、ｙｔおよび
ｆｏを有する。従って、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。

ｓｉｎθ２　ｓｉｎθ、、ｓ十ｓｉｎ　ＤＨｓｉｎθ宜
、３）ここで θ２１．−０２−〇８、 Ｃは電磁波の伝播速度に等しい。

ｆｏ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ｖｌは下記の等式より定まる。

未知数ｙ、とτの値を計算し、測定間の間隔Ｔ（こ！′
Ｌ１ユＴ、とＴ７、Ｔ、とＴ１間の時間間隔に等しい）
を知ると、試験プラットフォーム２４から目標航空機２
０（７での未知距離、すなわち、第３図に示すＡＤ、Ｂ
ＥおよびＣＦを解ぐことができる。従って、 ＤＨ：＝ＥＦ＝Ｖ、Ｔ　　　　　　　　　　　　　［７
１一方、 ＡＢ＝ｓｃ＝ＶｐＴ　　　　　　　　　　（８１促って
、地点Ａにおいて目標２０への距離は、次式で示すＡＤ
である。

ＡＤ＝ＡＧ十ＧＤ−（ＡＥｃｏｓθ１＋ＤＥｓｉｎ（ｒ
十〇ｒ、ｘ）〕ｓｉｎθ１，２ ここで、等式（１１）の右辺のすべての清は既知である
。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。

ＢＥ＝ＥＧ＋ＧＥ＝−＝−−〔ＡＥ　ｃｏｓθ、＋ＤＥ
ｓｉｎτ〕　　　（２）８Ｚｎθ１，２ ＣＦ＝ＣＪ＋ＪＦ＝−ＣＡＢ　ｃｏｓθ、−４−ＤＢ　
Ｓｉｎτ）　　　Ｑ３）ｓｉｎθ１．Ｉｔ 従って、等式１１．１２．１３を解くと、試験プラット
フォームが定速で直線コースを横断している場合、試験
プラットフォームから＄６エミツターへの任慧のサンプ
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、プラットフォームの標準搭献システ
ムを使用してエミッタ目標の速度と移動方向とを測定す
ることができる。

第１図は試験プランフオームが固定されている場合にお
ける、本発明の基本概念を示す。この形式の適用例には
航空交通管制塔、ホバリング・ヘリコプタまたは引留船
舶を含む。ここで、試験プラットフォームの速度はゼロ
であるから、Ｖ、ハ等式１．２．３ではゼロに設定され
る。この場合も、地点ＤＳＥ、Ｆにおけるエミッタ目標
への距離を測定する方法はなお同じである。そこでＡＤ
、ＢＥ、　ＣＦは、地点ＢとＣは地点Ａと共通位置して
いるので、共通点Ａから移動エミッタへの距離を示す。

測定誤差の存在する計算距離の精度を改善するため、時
間Ｔ１、Ｔ、でなされる測定を第１の測定と共に使用し
て距離計算を最新のものとする。この最新方法は所望に
より長期にわたり続行される。

本発明は多くの軍事用に使用できる。しかし、このよう
な軍事用の他、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１０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
エミッタへの適用距離を測定するに要する時間が減少す
る。

各測定紐が明確なエミッ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つの測定紐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
れるエミッタ数は、追跡システムにおける配分追跡ファ
イル数のみによって限定される。

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Ｆｉ、説明用であっ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＃″ｉ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ｆざ号を
受信するセンサを支持する試験航空機として示され、抜
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
ロック線図である。第３図は態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。第１図は単一検出地点における目標航空機と固定試
験プラットフォーム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
ランフオーム、２６・・・センサ、２８・・・直線路、
３０・・・アンテナ、３２・・・消極検出システム、３
４・・・航行システム、３６・・・追跡システム、３８
・・・ディスプレイ。 ％野山願人　　　ゲラマン　エアロスペースコーポレー
ション 、′、、＋゛、。 代　埋　人　弁理士　　斉　藤　武　彦１１５．．．．
．．．．．Ｉ＞６ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３ 手続補正書（方式） ％式％ １事件の表示 昭和６０年特許願第１８４３６信号 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称クラマン　エアロスペース　コーポレーション４、
代理人 氏名　弁理士　（７１７５）　　斉　藤　武　彦゛、　
、−ゝ′〜−７ ５、補正の対象 願書に添付の手書き明細書の浄書 ６補正の内容 別紙のとおり、ただし内容の補正はない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、直線である試験プラットフォー
   ムのコースを定速で移動すること；プラットフオームで
   、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；目標の距離を表わす目標
   表示信号を発生することを特徴とする方法。 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。 ３、前記試験プラットフォームは、その速度がゼロに等
   しくなるように固定される、特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載の方法。 ４、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〜第３項のいづれかに記載の方
   法。 ５、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。 ６、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５項のいずれかに記載の方法。 ７、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５項のいずれかに記載の方法。 ８、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５項のいずれかに記載の方法。 ９、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５項のいずれかに記載の方法。 １０、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６項に記載の方法。 １１、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７項に記載の方法。 １２、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つの別時間で目標が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
   離を表わ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１１項のいずれかに記載の方
   法。