JP2004019991A - 光信号送信方式 - Google Patents

Abstract

【課題】送信する光信号の掃引範囲の内外を移動する標的が予め設定した速度以下で移動する場合、標的に受信エラーが生じないようにする。
【解決手段】投光器３は、掃引距離Ｌの範囲を掃引し目標範囲に光信号を照射する。従って、標的８が矢印方向の目標範囲の外へ移動しても確実に標的８を受信できる。また、目標範囲の外側にいる物体９がスイッチ操作後に目標範囲内へ移動した場合は、既に、投光器３は矢印の掃引方向へ移動しているので、投光器３の光信号は物体９を受信しない。投光器３が、［Ｌ／｛（（Ｓ−ＡＤ）／２Ｄ）−Ａ｝］以上の時間で掃引すれば、目標範囲の中の標的８が最大移動速度Ａ以下で移動しているときは標的８を確実に受信できる。但し、Ｄは１データ長の受信時間である。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射撃シミュレーションなどで使用される標的等の目標に対して光信号を送信するための光信号送信システムに関するものであり、より詳細には、目標範囲内にいる車両や人体などの標的に対して光信号を送信する際に、投光手段を掃引駆動させながら光信号を送信する光信号送信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射撃シミュレーションなどにおいて、標的に対して実弾や模擬弾を射撃する場合は、命中したか否かを確認するために標的の近くまで行かなければならないので多少の危険性を伴うことがある。そこで、近年、光送信器から標的に向けて情報を含む光信号を送信し、標的から送信されてきた受光信号に含まれる命中情報などによって、命中したか否かを確認することのできる光信号送信システムが広く利用されている。例えば、レーザ送信器から標的に向けて情報を含むレーザ光線を放射し、標的に命中した場合は標的側から命中情報などが送信されるので、射撃手側は命中したことを示す有効性を確認することができる。
【０００３】
図４は、射撃シミュレーションにおける従来の光信号送信システムの概念図である。図４に示すように、射撃シミュレーションに用いられる光信号送信システムにおいては、スイッチ部１１の操作により、光信号送信装置１２から車両１８や人物１９などの標的に向けて光信号が発射される。このとき、光信号送信装置１２は所定の送信範囲内（つまり、目標範囲内）に存在する全ての車両１８や人物１９に対して、光信号を掃引しながら送信する。また、車両１８や人物１９は、それぞれ受信器１８ａ、１９ａを備え、光信号を受信したときは発光又は発煙表示をする。このとき、例えば車両１８が光信号送信装置１２から光信号を受信すると、車両１８は、発煙等によって光信号を受信した旨を表示する。
【０００４】
図４に示す光信号送信システムの構成を、図１のブロック図を用いて説明する。光信号送信装置２は、光信号を送信する投光器３を掃引駆動する送信部４と、図示しない標的から送信されてきた光信号を受信する受信部５と、光信号の送信制御や発煙・発光・発音制御や受信信号の処理などを行う制御部６と、発煙や発光や発音などの表示を行う表示部７とによって構成されている。
【０００５】
図１において、光信号を送信する場合は、スイッチ部１の操作により、制御部６が発射信号を処理して送信部４ヘ出力する。すると、送信部４は、その発射信号によって投光器３を掃引駆動しながら連続的に光信号を送信する。つまり、投光器３から送信される光信号のビームは一定の範囲しか照射できないので、送信部４が投光器１３を掃引駆動することによって広い範囲を照射している。また、受信部５は、図４に示す車両８や人体９の送信器から送信されてきた光信号を受信し、制御部６によって光信号を解析・処理した後、表示部７によって発煙や発光や発音などの表示を行う。これにより、光信号が標的に命中したことを示す有効性を外部に知らせることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光信号送信システムでは、静止している車両１８や人体１９の受信器１８ａ，１９ａは確実に送信できるが、車両１８や人体１９が移動しているときは、それらの信号を受信できないことがある。例えば、光信号の送信範囲の内外に移動するような移動物体については、それが標的であるのか、単なる移動体であるのかを正確に弁別することができないために、光信号を誤受信したり、必要な光信号を受信できなかったりすることがある。
【０００７】
図５は、従来の光信号送信システムにおいて、標的に対して光信号を掃引駆動する状態を示す概念図である。つまり、図５に示すように、投光器３が図の矢印に示すような掃引方向へ掃引駆動して光信号を送信している場合、標的８が、掃引速度と同じ速度または掃引速度より早い速度で目標範囲の外側へ（つまり、図のａ矢印方向へ）移動したときには、投光器３からの光信号を標的８に照射することはできない。つまり、光信号は標的８を捕捉することができない。また、投光器３が目標範囲内にいる標的に対して光信号を送信しているにも関わらず、目標範囲の外にいる物体９が、投光器３のスイッチ操作後に目標範囲の内側へ（つまり、図のｂ矢印方向へ）移動してくると、物体９は光信号を受信してしまう。つまり、物体９は標的として誤って捕捉されてしまう。
【０００８】
このように、従来の光信号送信システムにおいては、投光器３を目標範囲内で掃引駆動しているにも関わらず、標的の移動速度によっては、標的に対して正常に光信号を照射することができなかったり、投光器３のスイッチ操作と目標範囲外の物体の移動開始との順序如何によっては、物体に光信号を照射してしまい、単なる物体を標的と誤認識してしまうことがある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、送信する光信号の掃引範囲の内外を移動する物体が、予め設定した速度以下で移動する場合は、真の標的と単なる物体とを弁別して、真の標的に対して受信エラーが生じないような光信号送信システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の光信号送信システムは、目標に対して情報を含む光信号を送信する光信号送信システムにおいて、前記光信号を送信する２台の投光手段と、前記投光手段のそれぞれから照射される光信号を所定の範囲にわたり、前記目標に対して掃引して照射する掃引駆動手段と、前記投光手段から前記目標に対して停止して照射する掃引停止手段と、前記投光手段からの光信号を受光した受光手段から応答信号を受信する受信手段とを備え、前記掃引駆動手段および前記掃引停止手段により、投光手段が掃引する１ストロークの掃引時間は、前記投光手段の掃引距離を、最大掃引速度から前記標的の最大移動速度を減算した値で除した時間以上とすることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の光信号送信システムによれば、投光手段を設けて、光信号を掃引させながら目標範囲内を照射し、または停止して照射している。したがって、移動中の車両や人物などの標的が所定の速度以下であれば、これらの標的が目標範囲内から外部に移動しても確実に受信することができる。更に目標範囲外にいる車両や人物などが投光器の掃引開始後に目標範囲内に移動しても、これらの移動中の車両や人物を誤って受信することはなくなる。つまり、目標範囲の内外を移動する物体については、目標範囲内にいる真の標的に対しては光信号を確実に照射することができ、目標範囲外から目標範囲内へ移動した移動物体へは光信号を照射させないようにすることができる。
【００１２】
このとき、標的が最低限必要な２データ長のデータを受信する時間を２Ｄ〔秒〕、各投光手段のビーム幅である送信範囲をＳ（ｍ）、確実にデータを受信しなければならない標的等の移動速度をＡ〔ｍ／秒〕とすると、投光手段を掃引距離Ｌの範囲で掃引させる時間Ｔは、
Ｔ≧Ｌ／｛（Ｓ／２Ｄ）−Ａ｝となるようにすれば、移動速度Ａ〔ｍ／秒〕で移動する標的等を確実に受信することができる。
【００１３】
ここで、（Ｓ／２Ｄ）は最大掃引速度であるので、上記の式の意味は、１ストロークの掃引時間≧掃引距離／（最大掃引速度−標的の移動速度）となる。つまり、投光手段が掃引駆動する１ストロークの掃引時間が、投光手段の掃引距離を、最大掃引速度から標的の移動速度を減算した値で除した時間以上となるようにすれば、目標範囲内にいる標的が目標範囲の内外に移動しても、確実にその標的を受信することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明における光信号送信システムについて説明する。光信号とは、レーザ光線や近赤外光線や可視光線などの総称信号であり、特に、直線指向性が高く、且つビームの広がりの少ないコヒーレント光であるレーザ光線などが好んで用いられている。また、光信号は、信号の送信時刻や送信信号の種類や送信信号の個別番号や標的の受光部位や標的までの距離などの各種情報を含んでいる。
【００１５】
図６は、本発明における光信号送信システムの全体構成図である。図６において、この光信号送信システムは、レーザ光線や近赤外光線や可視光線などの光信号を送信する送信部４と、他の送信部４から送信された光信号の反射光を受信して電気信号に変換する受信部５と、受信部５が変換した電気信号を解析する制御部６と、制御部６の解析結果に応じて光信号の受信情報を音や光や発煙などによって表示する表示部７とによって構成されている。このような構成の光信号送信システムは、図示しない車両や人物に装着された送受信手段との間で相互に光信号の送受信を行い、光信号の受光内容を評価したり送信結果を判定したりする。このとき、送信部４照射する目標範囲にいる車両や人物に対して光信号を送信する際、送信部４が掃引駆動および駆動停止して光信号を照射している。以下、本発明の特徴である光信号を掃引駆動および掃引駆動停止して送信する方法について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明における光信号送信システムの構成を示すブロック図である。この光信号送信システムは、光信号を送信する光信号送信装置２と、光信号送信装置２に対して光信号の発射／停止操作を行うスイッチ部１とによって構成されている。また、光信号送信装置２は、光信号を送信する投光器３を掃引駆動する図示しない掃引駆動部を有する送信部４と、図示しない標的から送信されてきた光信号を受信する受信部５と、送信部４に対する光信号送信制御や表示部７に対する発煙、発光、発音制御や受信部５に対する受信信号処理などを行う制御部６と、発煙、発光、発音などの表示を行う表示部７とによって構成されている。
【００１７】
図１において、図示しない標的に向けて光信号を送信する場合は、スイッチ部１の操作により、制御部６が発射信号を制御・処理して送信部４ヘ出力する。送信部４は受信した発射信号によって投光器３を掃引駆動しながら連続的に光信号を送信する。つまり、投光器３から送信される光信号のビームは一定の範囲しか照射できないので、投光器３を掃引駆動することによって広い範囲を照射している。尚、投光器３は一定の規則に従って、目標に対して掃引駆動および掃引駆動停止を行うが、投光器３の掃引駆動の詳細については後述する。
【００１８】
また、受信部５は、目標範囲内に存在する図示しない車両や人体（以下、これらをまとめて標的という）の送信器から送信されてきた光信号を受信したとき、制御部６によって、受信した光信号の解析処理を行った後、表示部７によって発音や発光や発煙等の表示を行う。これによって、光信号が標的に命中したことを示す有効性の情報を外部に知らせることができる。
【００１９】
次に、本発明の光信号送信システムにおいて光信号に含まれるデータについて説明する。図１において、光信号送信装置２と図示しない標的との間で送受信される光信号には、光信号の送信時刻や送信信号の種類や送信信号の個別番号や標的の受光部位や標的までの距離などの各種データが含まれている。したがって、光信号を掃引するためにはこれらのデータを連続的に送信する必要がある。そのため、標的が１データ長を確実に受信するためには、受信する地点において２データ長以上を受信する必要がある。
【００２０】
図３は、標的が光信号に含まれるデータを受信するときのデータの流れを示す概念図である。図３において、標的が１データの長さを受信する時間はＤ秒であり、Ｎｏ．１データ、Ｎｏ．２データ、Ｎｏ．３データ・・・がこの順序で図の右方から左方へ流れて行き、各地点にいる標的Ａ及び標的Ｂが、それぞれ図示する地点においてデータを取得する。もちろん、Ｎｏ．１データ、Ｎｏ．２データ、Ｎｏ．３データ・・・は、同じ情報内容のデータである。したがって、図３は同じ情報内容のデータが繰り返し送信されて行くことを意味している。
【００２１】
図３において、標的Ａは、Ｎｏ．１データの始めからデータを受信しているので、データが図の矢印の方向へ流れている場合は、Ｎｏ．１データの１データ長の全てをＤ秒間で受信することができる。しかし、標的Ｂは、Ｎｏ．１データの途中からデータを受信しているので、データが図の矢印の方向へ流れている場合は、Ｎｏ．１データの残りの部分を所定の時間かけて受信すると共に、Ｎｏ．２データの１データ長をＤ秒間かけて受信しなければ、１データ長に含まれる全てのデータを正確に受信することはできない。つまり、標的が任意の位置にいる場合は、全てのデータを正確に受信するためには、２データ長のデータを２Ｄ秒間かけて受信する必要がある。
【００２２】
次に、標的に光信号を送信する投光器の掃引速度と掃引時間について説明する。投光器の掃引速度は、車両や人物などの標的の移動速度と、必要なデータ長と、連続送信を行っているために生じる同一データの重複受信回数とよって設定される。つまり、車両や人物などの標的が停止しているときは、光信号の掃引速度を速くしても１データ長のデータを全て受信できるが、車両や人物などの標的の移動速度が速めに設定されているときは、標的が１データ長の全データを正確に受信するためには、光信号の掃引速度を遅く設定しなければならない。すなわち、標的の速度と光信号の掃引速度との相対速度を、常に、ほぼ一定にする必要がある。また、標的がデータを重複して受信する回数を減らすためには、光信号の掃引速度を速めに設定する必要がある。
【００２３】
図２は、本発明の光信号送信システムにおける光信号の掃引駆動を示す概念図である。つまり、この図は、図１に示す光信号送信システムにおいて、光信号を目標範囲内で掃引した場合の概念を示している。図２に示すように、投光器３は、掃引距離Ｌの範囲を掃引駆動している。このとき、投光器３は、掃引駆動および掃引駆動停止を繰り返しながら、信範囲Ｓの光ビームの送信を行う。投光器３は、１ータ長のデータをＤ秒間かけて掃引しながら送信し、つぎに、１ータ長のデータをＤ秒間かけて停止して送信している。
【００２４】
また、投光器３ａは、標的等の移動速度Ａ〔ｍ／秒〕と１データ長を標的が受信する時間をＤ〔秒〕を乗算した距離〔ｍ〕分を重ねて、Ｌ〔ｍ〕掃引している。
【００２５】
ここで、送信される光信号の１データ長を標的が受信する時間をＤ〔秒〕、投光器１個の掃引距離をＬ〔ｍ〕、投光器１個のビームの送信範囲をＳ〔ｍ〕とすると、投光器３の最短掃引時間
Ｔｍｉｎは、次の式（１）で与えられる。
Ｔｍｉｎ＝２Ｄ×Ｌ／（Ｓ−ＡＤ）〔秒〕　　　　　　　　　　　　　　（１）
【００２６】
つまり、前述したように、ある位置に存在する標的は、最低限必要な２データ長のデータを受信するのに２Ｄ〔秒〕かかるので、光信号にビーム幅がなくて一条の光であれば、掃引距離Ｌの範囲内にある全ての標的が２データ長のデータを受信するのには、最短掃引時間として（２Ｄ×Ｌ）〔秒〕が必要となる。しかし、各投光器３から送信される光信号は送信範囲Ｓのビームを有しているので、送信範囲Ｓの範囲内においては、投光器３は、見掛け上は掃引が停止されていると見なすことができる。
【００２７】
したがって、見かけ上の掃引距離は（Ｓ−ＡＤ）と見なせるので、実際の最短掃引時間Ｔｍｉｎは、式（１）に示すように、（２Ｄ×Ｌ／（Ｓ−ＡＤ））〔秒〕となる。よって、投光器３の掃引時間を（２Ｄ×Ｌ／（Ｓ−ＡＤ））〔秒〕以上に設定すれば、目標範囲の中にある標的は光信号の全てのコードを確実に受信することができる。言い換えれば、掃引時間が（２Ｄ×Ｌ／（Ｓ−ＡＤ））〔秒〕より短ければ標的は光信号の全てのコードを受信することはできない。
【００２８】
また、投光器３は、掃引距離Ｌの範囲を最短掃引時間Ｔｍｉｎ＝２Ｄ×Ｌ／（Ｓ−ＡＤ）で掃引するので、投光器３の最大掃引速度Ｖｍａｘは次の式（２）で与えられる。
Ｖｍａｘ＝Ｌ／（２Ｄ×Ｌ／（Ｓ−ＡＤ））＝（Ｓ−ＡＤ）／２Ｄ〔ｍ／秒〕（２）
【００２９】
ここで、車両や人体などの標的が確実に全てのデータを取得するためには、各投光器３ａ，３ｂが実際に駆動している掃引速度と標的の移動速度との和が最大掃引速度Ｖｍａｘ以内でなければならない。したがって、最大掃引速度Ｖｍａｘ＝（（Ｓ−ＡＤ）／２Ｄ）〔ｍ／秒〕、投光器３ａが実際に駆動している掃引速度Ｖ〔ｍ／秒〕、確実にデータを受信しなければならない標的の移動速度Ａ〔ｍ／秒〕としたときは、次の式（３）が成り立つ。
Ｖｍａｘ≧Ｖ＋Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
【００３０】
よって、式（２）と式（３）より、次の式（４）が導き出される。
Ｖ≦Ｖｍａｘ−Ａ＝（Ｓ−ＡＤ）／２Ｄ−Ａ　　　　　　　　　　　　　（４）
式（４）より、投光器３の掃引速度Ｖ〔ｍ／秒〕は、最大掃引速度Ｖｍａｘ〔ｍ／秒〕より標的の移動速度Ａ〔ｍ／秒〕を引いた値より小さくしなければならないことが分かる。
【００３１】
さらに、式（４）より、投光器３を掃引距離Ｌの範囲で実際に掃引させる時間Ｔは、次の式（５）で与えられる。
Ｔ≧Ｌ／Ｖ＝Ｌ／｛（（Ｓ−ＡＤ）／２Ｄ）−Ａ｝　　　　　　　　　（５）
【００３２】
式（５）から分かるように、最低限必要な２データ長のデータを受信する時間を２Ｄ〔秒〕、投光器３のビーム幅である送信範囲をＳ（ｍ）、確実にデータを受信しなければならない車両や人体などの標的の移動速度をＡ〔ｍ／秒〕とすると、投光器３を掃引距離Ｌの範囲で掃引させる時間Ｔは、［Ｌ／｛（（Ｓ−ＡＤ）／２Ｄ）−Ａ｝］〔秒〕以上にする必要がある。
【００３３】
ここで、（（Ｓ−ＡＤ）／２Ｄ）は最大掃引速度であるので、上記の式（５）の意味は、１ストロークの掃引時間≧掃引距離／（最大掃引速度−標的の移動速度）となる。つまり、投光器３が掃引駆動する１ストロークの掃引時間が、投光器３の掃引距離を、最大掃引速度から標的の移動速度を減算した値で除した時間以上となるようにすれば、目標範囲内にいる標的が目標範囲の内外に移動しても、確実にその標的を受信することができる。
【００３４】
次に、図２において、目標範囲の内外を移動する標的や物体に対して誤検知が生じないかどうかを検証してみる。つまり、本発明の光信号送信システムでは、光信号の掃引方法として、投光器３の投光器を使用して、目標を挟み込む様に動作させている。これによって、投光器３が矢印の掃引方向（時計方向）へ駆動しながら光信号を送信することによって、標的８が如何なる速度で目標範囲の外側へ移動しても、確実に標的８に光信号を照射してデータを受信することができる。
【００３５】
したがって、標的８が何れの方向へ移動しても、確実に光信号を照射して標的８のデータを受信することができる。また、目標範囲の外側にいる物体９が掃引開始後（スイッチ操作後）に目標範囲の内側へ移動してきた場合は、すでに、投光器３は図の矢印の掃引方向（時計方向）へ移動しているので、投光器３ａの光信号が物体９を受信することはない。
【００３６】
つまり、投光器３が、それぞれ、［Ｌ／｛（Ｓ−２Ｄ）−Ａ｝］〔秒〕以上の時間で掃引動作を行えば、目標範囲の中にいる車両や人物などの標的が最大移動速度Ａ〔ｍ／秒〕以下で移動している場合は、確実にその標的を受信できることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光信号送信システムによれば、移動中の車両や人物などの標的が所定の速度以下であれば、これらの標的が目標範囲内から外部に移動しても確実に受信することができる。また、目標範囲外にいる車両や人物などが投光器の掃引開始後に目標範囲内に移動しても、これらの移動中の車両や人物を誤って受信することはなくなる。つまり、目標範囲の内外を移動する物体については、目標範囲内にいる真の標的に対しては光信号を確実に照射することができ、目標範囲外から目標範囲内へ移動した移動物体へは光信号を照射させないようにすることができる。もって、移動中の標的と他の移動物体とを弁別して、確実な射撃訓練を行うことのできる射撃シミュレーションを実現することができる。
【００３８】
また、本発明の光信号送信システムによれば、投光器が掃引駆動停止して光信号を送信することにより、目標範囲にいる標的の移動速度が速くても標的が確実に受信することができる。また、データの複数受信回数を減らすこともできるので、標的へ照射したときの受信情報をより早く取得して解析処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における光信号送信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の光信号送信システムにおける光信号の掃引駆動を示す概念図である。
【図３】標的が光信号に含まれるデータを受信するときのデータの流れを示す概念図である。
【図４】射撃シミュレーションにおける従来の光信号送信システムの概念図である。
【図５】従来の光信号送信システムにおいて、標的に対して光信号を掃引駆動する状態を示す概念図である。
【図６】本発明における光信号送信システムの全体構成図である。
【符号の説明】
１　、１１スイッチ部、２、１２　光信号送信装置、３　投光器、４　送信部、５　受信部、６　制御部、７　表示部、８　標的、９　物体、１３　投光器、１４　送信部。

Claims (2)

1. 目標に対して情報を含む光信号を送信する光信号送信システムにおいて、
   前記光信号を送信する２台の投光手段と、
   前記投光手段のそれぞれから照射される光信号を所定の範囲にわたり、前記目標に対して掃引して照射する掃引駆動手段と、
   前記投光手段から前記目標に対して停止して照射する掃引停止手段と、
   前記投光手段からの光信号を受光した受光手段から応答信号を受信する受信手段とを備え、
   前記掃引駆動手段および前記掃引停止手段により、投光手段が掃引する１ストロークの掃引時間は、前記投光手段の掃引距離を、最大掃引速度から前記標的の最大移動速度を減算した値で除した時間以上とすることを特徴とする光信号送信システム。
2. 目標に対して情報を含む光信号を送信する光信号送信システムにおいて、
   前記光信号を送信する２台の投光手段と、
   前記投光手段のそれぞれから照射される光信号を所定の範囲にわたり、前記目標に対して掃引して照射する掃引駆動手段と、
   前記投光手段から前記目標に対して停止して照射する掃引停止手段と、
   前記投光手段からの光信号を受光した受光手段から応答信号を受信する受信手段とを備え、
   前記掃引駆動手段および前記掃引停止手段により、前記標的に対して１ストロークで照射する光信号所定の範囲と、引続き掃引駆動した後の１ストロークで照射する光信号所定の範囲について、前記標的が受信に必要な最小受信時間と、前記標的の最大移動速度を乗算した値の範囲だけ重ねることを特徴とする光信号送信システム。

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