JP2010529446A - Ｔａｃａｎタイプの無線航法システムにおける方位角決定用の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

幅Ｔの一連のパルスの形をとる、第１の信号の再形成を可能にする方法であって、該方法は、再構成されるべき第１の信号に対して固定された遅れτが、正弦波形を有する第２の信号へと導入されるステップを含み、そして正弦波形を有する信号を再構成するように、瞬間ｔにおける第１信号の幅Ｔの段階が、瞬間ｔ−１に対応する第２の遅れた正弦曲線信号の正弦曲線部分で置き換えられることを特徴とする。

Description

本発明は例えば回転式送信機又は回転式ビーコンの方位で構成される、方位角決定のための方法及びシステムに関し、この角度は動作において０．５°のオーダーの測定精度で、回転式送信機により供給される信号を用いて決定される。

送信機により送信される信号は正弦曲線をサポートする変調信号である。送信機又は送信アンテナによって送信されるパルス同士は基本的に等しい。

測定精度に対して設定される値は用途による：例えば、１５Ｈｚのみにおいて±３％、１５Ｈｚ＋１３５Ｈｚにおいて±１％。

出願者の仏国特許出願公開第２ ６８７ ２２４号明細書に記載された先行技術は、ＴＡＣＡＮ方位信号の包絡線を決定し、そこから方位角、すなわち無線ビーコンの方位を推定するために、ＴＡＣＡＮ無線ビーコンにより供給される前記信号のパルスの対を用いた方法を開示している。この書類において、該方法は三角計算に関連する相関を実行し、そして均等に分布し、その振幅が方位信号において少なくとも消去のない状態で、関係する仮想パルスの最も近くでその両側にある方位信号と、関係する仮想パルスから所与の最大距離にある方位信号との２対のパルスの平均振幅である仮想パルスを用いて、１／１５秒のサイクル毎に信号の包絡線を決定する。

図１は上記の特許に記載された先行技術による方法を表わす。この図は、ＴＡＣＡＮ無線ビーコンにより送信された信号を捉えるＴＡＣＡＮ受信機１を示す。この信号はパルスの対で構成され、それらの幾つかは、無線ビーコンの無線パターンにおける最大振幅の歯が真東を通る時に送信される主要な基準信号を構成するため、一緒にグループ化されて所定の符号化を有する。

受信機１はアナログ−デジタル変換器２に信号Ｊを配信する。この信号は各々の信号の対に関して、その振幅が各対の第１のパルスのピーク振幅に等しい、単一パルスから作られる。単純化のために、受信機はパルスの対を変換器２に配信することが以下で述べられる。変換器２からの出力信号は、例えば二重のアクセスで制御回路３及びメモリ７に供給される。受信機１は、説明を単純化するため、図１において受信機１の外側のブロック４で表わされている、主要な基準符号解読回路を有する。該符号解読回路は、捉えられた信号中の基準信号の出現を示すパルスで構成される、信号Ｑを供給する。

該方法は１／１５秒の周期、すなわちＴＡＣＡＮ信号の１５Ｈｚ成分の期間に対して得られるサンプルに対応する記憶を持つ、サンプリングに適用される。単純化のために、１５Ｈｚ成分の期間内のみならず、１３５Ｈｚ成分の期間内でもサンプリング・ウィンドウの全数を持つことが最良である。

図１を用いて記載された実施形態において、１／１５秒の間のサンプリング・ウィンドウの数は２８８であり、それは１３５Ｈｚ成分の間では３２のサンプリング・ウィンドウとなる。これらのウィンドウは、０から２８７までカウントして０から再度始まる計数回路６に供給する、４３２０Ｈｚに等しい周波数のクロック５を用いて生成される。

計数回路は、主要な基準信号が現われる際に符号解読回路４によって配信されるパルスにより０にリセットされる。計数回路６は主要な基準信号が現われる際、ｔ＝０の瞬間に０の値で始まる、（１／２８８）・（１／１５）秒に等しい時間の間に０と１の値を交互にとる鋸歯信号を制御回路３に供給する。計数回路はまた主要な基準信号と同期して、メモリ７の２８８箇所に書き込みアドレスを供給し、従って主要な基準信号の各々の新たな０又は１の状態に対して、２８８のサンプリング・ウィンドウを定義する。

これらのパルスの包絡線を決定するための、先行技術によるパルスの直接的処理は、非常に多量の計算をもたらす。

これを避けるために、均等に分布しその振幅が、関係する仮想パルスの両側で、関係するこの仮想パルスの最も近くにあるＴＡＣＡＮ信号の２つのパルスの振幅の平均である、仮想パルスを用いてこの包絡線を決定することが提案されている。

しかしながら、精度がここで１５０μｓに達しなければならない一方で、受信パルス間の時間は２．５ｍｓに達し得る。動作における変化が２０°／ｓに達し得ることを踏まえると、この方法で得られる測定は大多数の用途において要求される０．５°の許容誤差内に入らない。

本発明による方法は、とりわけ、与えられた瞬間において過去の期間（ｔ−１）に対応する信号を用いて、信号の期間ｔを再構成するためのモジュールの使用に依存する。例えば、正弦曲線タイプの信号の場合、該モジュールはそれぞれ周波数Ｆ_１に対応するフィルター及び、期間ｔ−１における周波数Ｆ_２に対応するフィルターの出力から生じる、周波数Ｆ_１の正弦曲線と周波数Ｆ_２の正弦曲線の分岐を有する期間の段階を置き換えることを可能にする。

該段階は例えば６０μｓ〜２．５ｍｓまで変化する幅Ｔを有する。ＴＡＣＡＮ用途の場合、それらの期間は信号のＦ_１に対して１５Ｈｚに等しく、Ｆ_２に対して１３５Ｈｚに等しい値のｔ、及び遅れた信号の期間ｔ−１のｔに相当する。

本発明の主題は、幅Ｔの一連のパルスの形をとる、第１の信号の再形成を可能にする方法に関し、前記第１の信号が回転式ビーコンから生まれ、そして正弦波信号の形をとり、
・再構成されるべき前記第１の信号が、周波数Ｆ_１において第１のフィルター内で濾過され、周波数Ｆ_２において第２のフィルター内で濾過され、第１のフィルターから得られる信号ＳＦ_１及び第２のフィルターから得られる信号ＳＦ_２が加算器に送信され、次に遅延値τを導入する装置に送信され、そして
・再構成されるべき前記第１の信号の幅Ｔの１つ以上の段階が、正弦曲線の形状を有する信号を再構成するために、第２の正弦波信号で置き換えられ、前記第１の信号へ瞬間ｔ−１に対応する第２の遅れた正弦波信号の正弦曲線の部分だけ、遅れτを加えることにより遅くされることを特徴とする。

周波数Ｆ_１の再構成された信号及び周波数Ｆ_２の再構成された信号は、例えば基準を受け取る装置に送信され、周波数Ｆ_１及びＦ_２における方位角の計算を可能にする。

周波数Ｆ_１及びＦ_２は、それぞれ１５Ｈｚ及び１３５Ｈｚに等しくなり得る。

本発明はまた、正弦曲線の形状を持ち回転式ビーコンから得られる第１の信号の包絡線の再構成を可能にする装置に関し、それが少なくとも次の構成要素：
その後で第１の信号が時間幅Ｔの「段階」の形をとる、符号解読装置につながれたパルス検出器と、第１の周波数Ｆ_１における少なくとも１つの低域フィルター及び、第２の周波数Ｆ_２における帯域通過フィルターを含む、過去を用いて現在を再構成するための装置と、正弦曲線の形で現われるフィルターから得られた信号に、所与の値の遅れτを加える装置と、瞬間ｔに受信された再構成されるべき前記第１の信号の、１つ以上の段階を置き換える、過去を用いて現在を再構成するための装置と
を備え、信号の正弦曲線の部分が、正弦曲線タイプの遅れτだけ遅くされ、置き換えの正弦曲線部分が、置き換えられる段階の値Ｔに実質的に等しい期間を有することを特徴とする。

該装置は、それぞれ第１の周波数Ｆ_１における低域フィルター及び第２の周波数Ｆ_２における帯域通過フィルターである２つのフィルター、第１の低域フィルターから得られる信号の平均値ＶｍＦ_１を計算する第１の装置、帯域通過フィルターから得られる第２の信号の平均値ＶｍＦ_２を計算する第２の装置、２つの再構成された信号の平均値を受ける変曲点（ＶＦ_１，ＶＦ_２）を検出するための第１及び第２の装置、そして２つの再構成された信号から、及び集積用のデジタル発振器より得られる基準から方位角を計算する装置であって、デジタル発振器が、外部の基準に対して該装置の内部基準を隷属させる原理に基づいている装置を備えることができる。

検出装置は、対の符号解読装置及び基準の符号解読装置につながれたＴＡＣＡＮパルス検出器であり、第１のフィルターは１５Ｈｚにおける低域フィルター、そして第２のフィルターは周波数１３５Ｈｚの帯域通過フィルターである。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図と共に例示として与えられ、決して制限されない以下の記載を読むことにより、さらに明らかになるであろう。

先行技術による構成の線図である。 本発明の方法を用いることにより、方位角を決定するためのシステムの全体動作を例示する線図である。

本発明の出願において実施される原理をより良く説明するために、本発明による方法及び装置は、１３５Ｈｚの周波数に対する信号の形が基本的に同一であることを踏まえて、そこに周波数１５Ｈｚに対するシステムの様々なポイントにおける信号が図解されている、図２に表わされるＴＡＣＡＮシステムに関する例示を通じて説明される。

心覚えとして、ＴＡＣＡＮシステムは３つの主な関数を有する。
１−モールス符号関数
２−斜めの距離関数
３−磁気的に角度をなす方位関数

本発明の主題は、角度をなす方位関数及び関連する測定の精度に関する。方位関数の目的は、回転式アンテナを有するビーコンによって送信された２つの信号間の位相差を得ることを可能にする、時間差を測定することである。これらの信号Ｓ_ｒｅｆの１つは基準として使用され、パルス位置変調によって送信される。別の信号Ｓ_ｖａｒは可変であり、振幅変調によって送信される。その位相はビーコンに関して移動する運搬手段又は航空機の方位に依存する。

（時間）差又は位相差の測定は、基準信号Ｓ_ｒｅｆと変調包絡線のプラスの傾斜を有する中間振幅における点との間で行なわれる。変調包絡線はビーコンＳ_１により送信されるパルスで構成される。（例えば±０．５°未満のジッターに対応する）方位精度に関する臨界点は、全体の変調包絡線に対する位相差である。

本発明の目的は、正弦曲線の変曲点を最大の精度で決定するために、ビーコンにより送信された真の包絡線の形を得るように受信された、離散化した包絡線を再形成することである。

この包絡線は通常、ビーコンにより送信されたＴＡＣＡＮの対（上記のデータに対応する例において２７００／秒）を解読することにより得られる。全体の包絡線は２つの変調周波数（１５Ｈｚ及び１３５Ｈｚ）で構成される。低域フィルター及び帯域通過フィルターは、これら２つの包絡線の分離を可能にするであろう。

各フィルター（低域フィルター又は帯域通過フィルター）は、ＴＡＣＡＮ変調の１５Ｈｚ及び１３５Ｈｚ正弦曲線に書き込まれた段階（２７００／秒）の連続を、入力として受ける。これらの段階はフィルターの出力において再構成された、包絡線に対する位相差を生じる。位相差はビーコンによって送信された２対のパルス間の最大偏差に等しく、方位角の測定に際してジッターの用語で知られる振動に反映される。２対の間の最大偏差は、１３．４°の不正確さに等価な２．５ｍｓであり得る。

図２において、本発明による例示的装置はＴＡＣＡＮパルス検出器１０を備える。検出されたパルスは、一方でＴＡＣＡＮの対の符号解読装置１１に、そしてＴＡＣＡＮの基準符号解読装置１２に送信される。ＴＡＣＡＮの基準は、その機能がとりわけ方位又は方位角の計算用の装置１４に隷属した基準を送信することである、集積用のデジタル発振器１３に送信される。集積用のデジタル発振器１３は、全体としてシステムを制御するために用いられるクロックを供給する。方位計算の実施を可能にする基準信号を供給するのは前記発振器である。

その後に（ＴＡＣＡＮパルスで構成された）対１１の符号解読が続く、ビーコンによって送信されたＴＡＣＡＮパルスの検出１０は、ビーコンの１５Ｈｚと１３５Ｈｚの包絡線の離散化、該線図における信号Ｓ_２を得ることを可能にする。

ＴＡＣＡＮの対の符号解読から得られる符号解読された対の振幅は、その機能がとりわけ複数の段階を、符号解読された対同士の間の正弦曲線の部分で置き換えることである、「過去を用いた現在の再構成」用と言われる装置１５に送信され、正弦曲線の部分は、以下に記載される本発明による方法を実施することにより、遅くされた信号に対応する。装置１５は信号Ｓ_３により図式的に表される、再構成された信号を供給する。再構成された信号は一方で１５Ｈｚ低域フィルター１６に送信され、そして１３５Ｈｚ帯域通過フィルター１７に送信される。

１５Ｈｚにおいてフィルタリングされた信号Ｓ_１５は、一方で平均値ＶｍＦ_１の計算を可能にする装置２１に送信され、次に１５Ｈｚにおける変曲点ＶＦ_１５の検出に適した装置２２に送信される。

１３５Ｈｚにおいてフィルタリングされた信号Ｓ_１３５は、一方で平均値ＶｍＦ_２の計算を可能にする装置２３に送信され、次に１３５Ｈｚにおける変曲点ＶＦ_１３５の検出に適した装置２４に送信される。

変曲点の２つの値は、１５Ｈｚの変曲点と、隷属した、一連の基準あるいは英語でＭＲＢ（主要基準バースト）（ｍａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｕｒｓｔ）の基準との間の時間測定、及び１３５Ｈｚの変曲点と隷属したＭＲＢの基準との間の時間測定に関して、当業者に知られている方法により、それぞれ角度θ_１５に対して（周波数１５Ｈｚに関しては、角度は０〜３６０°の間で変化し得る）、及びθ_１３５に対して（周波数１３５Ｈｚに関しては、方位角は０〜４０°の間で変化し得る）方位角を決定するために、隷属した基準を受ける方位計算装置によって使用される。

１５Ｈｚにおいてフィルタリングされた信号は又、１３５Ｈｚにおいてフィルタリングされた信号も受信する加算器８に送信される。信号Ｓ_１５とＳ_１３５の合計は、その機能がとりわけ信号に対して時間遅れτを導入することである、ＲＡＭ１０に送られる前に増幅器９に送信される（この遅れはとりわけフィルターの処理時間に相当する）。遅れた信号Ｓ２は、方位角の計算に使用される再構成された信号を生み出すために、「符号解読された対の間の段階Ｔを置き換える」ための、ＴＡＣＡＮの対の符号解読から得られた信号に追加される正弦曲線部分に対応する。

本発明による方法は、特に、それぞれ低域フィルターの出力、及び期間ｔ−１に対応する（従って遅れτを受けている）低域フィルターの出力から生じる、低域フィルター１５Ｈｚの正弦曲線及び１３５Ｈｚの正弦曲線の分岐によって、複数の段階を期間ｔで置き換えることを可能にする、過去を用いて現在を再形成するためのモジュール１５の使用に依存する。期間ｔ−１に対応する信号は２つのフィルターの入力において投入され、それは期間ｔに対応する信号のサンプルと関連する。従って、最大の位相差はビーコンに対する航空機の角速度によりもたらされた位相差に等しく、後者はビーコンにより送信された２対の間の最大偏差に対して無視できる。

期間ｔに関して、１５Ｈｚ信号及び１３５Ｈｚ信号を含むＴＡＣＡＮの対の符号解読装置から得られる信号は、「現在を再構成するための装置」に送信される。追加される正弦曲線の部分は、それぞれ１５Ｈｚ及び１３５Ｈｚの周波数に位置する、低域フィルター及び帯域通過フィルターから生まれた信号を追加することにより得られる。正規に構成された信号は、その値が例えば存在する装置内への信号の通路から生じる遅れ、とりわけフィルターによりもたらされる遅れに対応する時間遅れτを加えるために用いられる、遅延メモリ２０を通る前にゲインＫの増幅器１９内で例えば増幅される。従って、この遅延装置から得られる信号は、期間ｔ−１に対して１５Ｈｚ及び１３５Ｈｚの周波数成分を有する正弦曲線の形をとる。

遅れの値は、例えば１５Ｈｚ正弦曲線に対する１５Ｈｚの値、及び１３５Ｈｚ正弦曲線に対する１３５Ｈｚの値、並びに処理サブシステムとフィルターによって生じる全体時間を考慮に入れて決定される。

ゲイン増幅器１９のゲインＫの値は、例えば１未満である。

１５Ｈｚ低域フィルターの出力は、それゆえ１５Ｈｚの周波数の正弦曲線に対応する変曲点２２を検出する前に、その平均値の計算に使用される装置２１に送信された正弦波形を有する信号に相当する。

１３５Ｈｚ高域フィルターの出力は、それゆえ１３５Ｈｚの周波数の正弦曲線に対応する変曲点２４を検出する前に、その平均値の計算に使用される装置２３に送信された正弦波形を有する信号に相当する。

過去から現在を再構成する装置と方位計算装置の集合は、クロックにより制御される。信号を離散化するためのクロック周波数の値の選定は、例えば次のようになされる：与えられた用途の技術的条項により規定される出力は、例えば１８０°における最も重要なビットのようなものを伴う、１２ビット方位のワードにより特徴付けられ、それは分割比が２ｅｘｐ（１２）＝４０９６である２進カウンターに導く。与えられた例に対して測定期間が１／１５秒とすると、基準周波数は４０９６×１５＝６１４４０Ｈｚの倍数でなければならない。

ビーコンは一連の主要基準を１５Ｈｚの周波数で送信する。ここで、この１５Ｈｚはビーコンに特有の局部発振器により供給される。測定精度を上げるため、ビーコンを再び集める質問機は、受信した一連の主要基準を用いてビーコンにより送信される１５Ｈｚにおいて制御されなければならない。集積用の発振器は、例えば内部の１５Ｈｚをビーコンの１５Ｈｚに隷属させるために用いられる。このシステムはビーコンからの１５Ｈｚに対し、６１４４０Ｈｚにおいて制御されたクロックを供給する。

得られた変曲点の値Ｖ_１５及びＶ_１３５は、次に隷属した基準もまた受ける方位計算装置１４に送信される。方位計算装置は２つの信号間の時間、及び次に１５Ｈｚと１３５Ｈｚの周波数に対応する方位角θ_１５及びθ_１３５を測定するために、当業者に知られたステップを実行する。

本発明の枠組みから逸脱することなく、そのステップが上記に記載されている方法は、期間Ｔで分離され、そのための目的が正弦曲線の形の信号を再構成することである、一連のパルスの形を持つ信号を受信する、あらゆる装置に適用できる。

Claims (6)

1. 幅Ｔの一連のパルスの形をとる、第１の信号の再構成を可能にする方法であって、
   前記第１の信号が回転式ビーコンから生まれ、そして正弦波信号の形をとり、
   ・再構成されるべき前記第１の信号が、周波数Ｆ_１において第１のフィルター（１６）内で濾過され、周波数Ｆ_２において第２のフィルター（１７）内で濾過され、第１のフィルター（１６）から得られる信号ＳＦ_１及び第２のフィルター（１７）から得られる信号ＳＦ_２が加算器（１８）に送信され、次に遅延値τを導入する装置（２０）に送信され、そして
   ・再構成されるべき前記第１の信号の幅Ｔの１つ以上の段階が、正弦曲線の形状を有する信号を再構成するために、第２の正弦波信号で置き換えられ、前記第１の信号へ瞬間ｔ−１に対応する第２の遅れた正弦波信号の正弦曲線の部分だけ、遅れτを加えることにより遅くされることを特徴とする方法。
2. 周波数Ｆ_１の再構成された信号及び周波数Ｆ_２の再構成された信号が、基準を受け取る装置（１４）に送信され、周波数Ｆ_１及びＦ_２における方位角の計算を可能にすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 周波数Ｆ_１及びＦ_２がそれぞれ１５Ｈｚ及び１３５Ｈｚに等しいことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 正弦曲線の形状を持ち回転式ビーコンから得られる第１の信号の包絡線の再構成を可能にする装置であって、少なくとも次の構成要素：
   その後で第１の信号が時間幅Ｔの「段階」の形をとる、符号解読装置（１１）につながれたパルス検出器（１０）と、第１の周波数Ｆ_１における少なくとも１つの低域フィルター（１６）及び、第２の周波数Ｆ_２における帯域通過フィルター（１７）を含む、過去を用いて現在を再構成するための装置（１５）と、正弦曲線の形で現われるフィルターから得られた信号に、所与の値の遅れτを加える装置（２０）と、瞬間ｔに受信された再構成されるべき前記第１の信号の、１つ以上の段階を置き換える、過去を用いて現在を再構成するための装置（１５）と
   を備え、信号の正弦曲線の部分が、正弦曲線タイプの遅れτだけ遅くされ、置き換えの正弦曲線部分が、置き換えられる段階の値Ｔに実質的に等しい期間を有することを特徴とする装置。
5. それぞれ第１の周波数Ｆ_１における低域フィルター（１６）及び第２の周波数Ｆ_２における帯域通過フィルター（１７）である２つのフィルターと、第１の低域フィルターから得られる信号の平均値ＶｍＦ_１を計算する第１の装置（２１）と、帯域通過フィルターから得られる第２の信号の平均値ＶｍＦ_２を計算する第２の装置（２３）と、２つの再構成された信号の平均値を受ける検出変曲点（ＶＦ_１，ＶＦ_２）のための第１の装置（２２）及び第２の装置（２４）と、２つの再構成された信号から、及び集積用のデジタル発振器（１３）より得られる基準から方位角を計算する装置（１４）であって、前記デジタル発振器が、外部の基準に対して該装置の内部基準を隷属させる原理に基づいている装置とを備えることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記検出装置が、一対の符号解読装置及び基準の符号解読装置につながれたＴＡＣＡＮパルス検出器であり、第１のフィルターが１５Ｈｚにおける低域フィルターであり、そして第２のフィルターが周波数１３５Ｈｚの帯域通過フィルターであることを特徴とする、請求項４及び５のいずれか一項に記載の装置。

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