JP2009103488A

JP2009103488A - 飛翔体の測位装置

Info

Publication number: JP2009103488A
Application number: JP2007273543A
Authority: JP
Inventors: Hirotake Morizaki; 浩武森崎; Hideki Yasui; 英己安井; Asako Moriya; 朝子守屋
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】飛翔体が長時間にわたって加速を続けると、信号処理の基準周波数を発生する基準発信器において加速度による周波数ドリフトが生じるという問題があった。
【解決手段】飛翔体に搭載され且つ複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信して自己の位置を測位する飛翔体の測位装置であって、基準周波数を発生する基準発信器１２と、飛翔体に生じた加速度を計測する加速度計１３と、加速度計１３で計測した加速度に対応する基準発信器の周波数ドリフトを算出する第１補正手段１４を備え、第１補正手段１４により、算出した周波数ドリフトに基づいて実際に生じた基準発信器１２の周波数ドリフトをキャンセルすることで、加速度により生じる基準発信器１２の周波数ドリフトを解消した。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信して自己の位置を測位する飛翔体の測位装置であって、とくに、高速度で長距離を飛翔する飛翔体に搭載するのに好適な飛翔体の測位装置に関するものである。

従来、飛翔体の測位装置としては、特許文献１に開示されているものがある。その測位装置は、ＧＰＳ衛星からの信号と基地局からの信号を受信して自己の位置を検出する主受信機と、飛翔体に搭載され且つＧＰＳ衛星からの信号を受信して自己の位置を検出する搭載受信機を備え、主受信機から搭載受信機にデータを入力する有線のデータ入力経路を介して双方を分離可能に接続した構成としている。

上記の飛翔体の測位装置は、粗測位用のＣ／Ａコードを使用するＧＰＳ及びＤＧＰＳを用いて、ロケット弾等のように飛翔時間が短い飛翔体における高精度測位を実現したものである。なお、ＤＧＰＳは、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信するほかに、緯度経度が明らかな基地局からの信号を受信して誤差補正情報として用いるものであって、精密測位用のＰコードを使用したＧＰＳ並みの測位精度を得ることができる。
特開２００４−３２５４３５号公報

ところが、上記した従来の飛翔体の測位装置は、飛翔時間が比較的短く、発射位置が不特定であり、緊急発射が要求されるような飛翔体において、測位精度の向上を実現したのであるが、例えば誘導ミサイルのような高速度で長距離を飛翔する飛翔体に適用しようとすると、次のような問題点があった。

すなわち、ＧＰＳ受信機を含む飛翔体の測位装置では、例えば、飛翔体が長時間にわたって加速を続けると、信号処理の基準周波数を発生する基準発信器において加速度による周波数ドリフトが生じ、これによりＧＰＳ衛星からの信号を見失った状態となって、加速時における受信途絶時間が長くなるという問題点があった。そして、従来では上記の問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、高速度で長距離を飛翔する飛翔体に適用した場合でも、加速度により生じる基準発信器の周波数ドリフトを解消して、加速時における受信途絶時間の短縮を実現することができる飛翔体の測位装置を提供することを目的としている。

本発明の飛翔体の測位装置は、飛翔体に搭載され且つ複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信して自己の位置を測位する飛翔体の測位装置であって、受信系の信号処理回路の基準周波数を発生する基準発信器と、飛翔体に生じた加速度を計測する加速度計と、加速度計で計測した加速度に対応する基準発信器の周波数ドリフトを算出する第１補正手段を備え、第１補正手段が、算出した周波数ドリフトに基づいて実際に生じた基準発信器の周波数ドリフトをキャンセルする手段である構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の飛翔体の測位装置によれば、高速度で長距離を飛翔する飛翔体に適用した場合でも、加速度により生じる基準発信器の周波数ドリフトを解消して、加速時における受信途絶時間を極めて短く又は無くすことができ、測位の安定化や測位精度のさらなる向上を実現することができる。

図１は本発明に係わる飛翔体の測位装置の一実施形態を説明するブロック図である。

図示の測位装置は、例えば、誘導ミサイルのように高速度で長距離を飛翔する飛翔体に搭載され、発射段階から目標に到達するまでの間において、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信して自己の位置を測位するものである。

測位装置は、基本的な構成として、ＧＰＳアンテナ１、プリアンプフィルタ２、周波数変換器３、Ａ／Ｄ変換器４、キャリア相関器５及びコード相関器６を直列に接続すると共にコード相関器６に対して、コード追尾フィルタ７及びキャリア追尾フィルタ８を並列に接続し、これらのフィルタ７，８を測位演算処理器９に接続している。

また、キャリア相関器５には、位相同期回路（ＰＬＬ）１０が接続され、コード相関器６には、Ｃ／Ａコード発生器１１が接続されている。

プリアンプフィルタ２は、ＧＰＳアンテナ１で受信した信号（１．５７５ＧＨｚ）をバンドパスフィルタに通して帯域外の信号を排除し、低ノイズアンプで信号を増幅する。周波数変換器３は、プリアンプフィルタ２からの信号を入力してＧＰＳ受信機の中間周波数に周波数変換を行う。Ａ／Ｄ変換器４は、周波数変換器３からの中間周波数の信号を入力してアナログ／デジタル変換を行う。

キャリア相関器５は、位相同期回路１０からのＧＰＳ信号のキャリア周波数と、Ａ／Ｄ変換器からの信号（入力信号）との相関をとり、信号の追尾を行う。コード相関器６は、Ｃ／Ａコード発生器１１からの粗測位用ＧＰＳ信号の擬似ランダムコードと、キャリア相関器５を経た信号（入力信号）との相関をとり、信号の追尾を行う。

コード追尾フィルタ７は、コード相関器６のデータからＣ／Ａコード位相の誤差を計算して、Ｃ／Ａコード発生器１１にフィードバックをかける。キャリア追尾フィルタ８は、コード相関器６のデータからキャリア周波数の誤差を計算して、位相同期回路１０にフィードバックをかける。測位演算処理器９は、コード追尾フィルタ７の出力の擬似距離と、キャリア追尾フィルタ８の出力のデルタレンジから、飛翔体の位置と速度を演算する。

ここで、この種の飛翔体の測位装置では、受信系の信号処理回路の基準周波数（２０．５２４ＭＨｚ）を発生する基準発信器１２、図中においては、周波数変換器３及び位相同期回路１０に対して基準周波数を発生する基準発信器１２を備えており、例えば、飛翔体が長時間にわたって加速を続けると、基準発信器１２において加速度による周波数ドリフトが生じ、これによりＧＰＳ衛星からの信号を見失った状態となって、加速時における受信途絶時間が長くなることがある。

これに対して、飛翔体の測位装置は、上記の基準発信器１２と、飛翔体に生じた加速度を計測する加速度計１３と、加速度計１３で計測した加速度に対応する基準発信器１２の周波数ドリフトを算出する第１補正手段１４を備えている。

加速度計１３は、飛翔体に生じる３軸方向の加速度や機軸回りの遠心加速度を計測するものであって、機械式や圧電式のものを用いることができる。第１補正手段１４は、加速度計１３で計測した加速度に対応する基準発信器１２の周波数ドリフトすなわち推定の周波数ドリフトを算出するドリフト演算器１４Ａと、ドリフト演算器１４Ａで算出した周波数ドリフトに基づいて実際に生じた基準発信器１２の周波数ドリフトをキャンセルする加減算器１４Ｂを備えている。

これにより、飛翔体の測位装置は、加速度により生じる基準発信器１２の周波数ドリフトを解消して、加速時における受信途絶時間を極めて短く又は無くすことができる。

また、この種の飛翔体の測位装置では、上記の周波数ドリフトによる受信途絶中に大きな加速度が生じると、飛翔体の速度とＧＰＳ衛星との相対速度により受信周波数のドップラーシフトが発生し、これにより信号初期捕捉に時間を要したり測位精度が低下したりすることがある。

これに対して、飛翔体の測位装置は、加速度計１３で計測した加速度から飛翔体の速度を算出する積分器１５と、積分器１５で算出した速度を基に各ＧＰＳ衛星との相対速度を求めて各ＧＰＳ衛星毎に受信周波数のドップラーシフトすなわち推定のドップラーシフトを算出する第２補正手段１６を備えており、第２補正手段１６が、算出したドップラーシフトに基づいて実際に生じた受信周波数のドップラーシフトをキャンセルする。

このようにして、飛翔体の測位装置は、先述の如く加速度により生じる基準発信器１２の周波数ドリフトを解消するうえに、受信周波数のドップラーシフトをも解消して、信号初期捕捉の時間を短縮することができると共に、検波帯域を不必要に広げる必要も無いので、測位精度をより高めることができる。

さらに、当該飛翔体の測位装置は、上述の如くＧＰＳ信号の初期捕捉が完了すれば、次回の受信途絶が発生するまでの間に、コード追尾フィルタ７及びキャリア追尾フィルタ８から、ＧＰＳ衛星の捕捉のための各誤差値が、コード相関器６のＣ／Ａコード発生器１１及びキャリア相関器５の位相同期回路１０に夫々フィードバックされるので、安定した信号捕捉を継続的に行うことができる。

さらに、当該飛翔体の測位装置は、本発明者らが先に提案した飛翔体の測位装置における搭載受信機として用いることが可能であり、この場合には、ロケット弾等のように飛翔時間が短い飛翔体から、誘導ミサイル等のように高速度で長距離を飛翔する飛翔体までの各種飛翔体において、測位精度の向上や誘導制御の迅速化などを実現する。

さらに、上記実施形態における飛翔体の測位装置は、Ｃ／ＡコードのＧＰＳを用いて高精度の測位を行うものであるが、ＤＧＰＳやＣ／ＡコードのＧＰＳよりも高精度であるＰコードのＧＰＳを使用することも当然可能である。

本発明に係わる飛翔体の測位装置の一実形態を説明するブロック図である。

符号の説明

１２基準発信器
１３加速度計
１４第１補正手段
１５積分器
１６第２補正手段

Claims

飛翔体に搭載され且つ複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信して自己の位置を測位する飛翔体の測位装置であって、受信系の信号処理回路の基準周波数を発生する基準発信器と、飛翔体に生じた加速度を計測する加速度計と、加速度計で計測した加速度に対応する基準発信器の周波数ドリフトを算出する第１補正手段を備え、第１補正手段が、算出した周波数ドリフトに基づいて実際に生じた基準発信器の周波数ドリフトをキャンセルする手段であることを特徴とする飛翔体の測位装置。
加速度計で計測した加速度から飛翔体の速度を算出する積分器と、積分器で算出した速度に基づいて受信周波数のドップラーシフトを算出する第２補正手段を備え、第２補正手段が、算出したドップラーシフトに基づいて実際に生じた受信周波数のドップラーシフトをキャンセルする手段であることを特徴とする請求項１に記載の飛翔体の測位装置。