JP2681637B2 - 拡散スペクトル距離測定方式 - Google Patents

拡散スペクトル距離測定方式

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はスペクトラム拡散通信方式に関する。スペク
トラム拡散方式とは、ベースバンド情報信号をその帯域
幅の数百乃至数千倍のスペクトラム帯域に分散させて送
出し、受信側においてはそのスペクトラム帯域を元のベ
ースバンド信号の帯域に圧縮して復調する通信方式であ
る。 本発明は伝送すべき情報信号以外のなんらかの信号に
よりスペクトラム拡散信号として広帯域化(拡散)して
変調するにあたり、情報信号帯域幅に比してかなりビッ
ト速度が大であるデジタル符号変調信号(キャリア)を
用いるような直接拡散(DS)変調方式に関する。 [発明の概要] 本発明は変調コードとして異なった符号巡環周期を有
する2つ又はそれ以上の巡環符号を使用する。距離が測
定されるローカル送受信器においては、周波数変換が行
われ、再送信された信号を受けてこれを符号同期をかけ
て復調する基地受信器側の符号同期タイミングの基地や
送信器側符号同期タイミングに対するずれはそれぞれの
シュードノイズに対して計測されて基地局/ローカル局
間距離が求められる。 [従来の技術] 拡散スペクトル距離測定システムは、従来より、航空
航法などの分野において一般的に採用されているが、大
別して直接拡散方式と周波数ホッピング方式に分けられ
る。周波数ホッピング方式については、測定分解能など
に不十分な面があるため、直接拡散方式が主として用い
られる。この方式も更に単式と複式に分類できる。この
うち精度面で実用的なものは複式である。 従来はシュードノイズ(PN)発生器で単一の符号系列
を生成して用いてきたが、仮に20MHzのチップレート即
ち符号速度で、100kmの範囲にあるローカル局の位置を
測定する場合、従来のシステムであれば、 という長大なビット長を有する巡環符号系列を用いねば
ならず、この符号に対して同期を確実にとるには極めて
高度な技術的手段を用いる必要があり、経済的にも問題
が多い。 [発明が解決しようとする問題点] 本発明は、直接拡散スペクトラム方式に基づく距離測
定方法において、長距離レンジ高分解能化には不可避的
とされてきたビット数の大きな巡環符号の使用にとって
換わる新規な方式を提供するものである。 [問題点を解決するための手段] この目的を達成するため本発明は符号コード変調にノ
ギスなど従来の測長器に用いられているバーニアの原理
を採用したものである。 [作用] 一般に巡環符号系列を用いた距離測定は第1図に示す
ように車輪の回転長で距離を測定するのに類似してい
る。第1図は(イ)のスタート位置から目盛付きの車輪
が(ロ)の状態に非すべり回転移動した場合である。こ
の場合、1回転以上回転移動するシステムでは結果の目
盛を見ただけではスタート点からの距離を断定できな
い。これを時計にあてはめれば、時,分,秒はわかる
が、日付は回転数を知らねばならないことに対応する。
即ち、この場合、車輪の1回転は丁度巡環符号の1周期
に相当する。従って、長距離の距離測定をカバーするた
めには、長周期の符号系列に相当する大きな径の車輪を
用いる必要が生じる訳である。符号変調に用いる符号系
列を尺度として利用する場合には、上記車輪に表示され
た2とか3という数字は符号に直接対応している訳では
なく、符号との同期をチェックして位置を推定するやり
方であるので、その推定作業が長周期の符号については
極めて困難となる傾向にある。 これに対して、本発明の原理は第2図に示されるよう
に丁度直径の異なる2つの車輪10,12を同時に非すべり
回転移動しながらその両方の目盛の関係を用いて距離を
算出することに比類できる。ここで、第2図のそれぞれ
の車輪10,12は単独には第1図のものと同様であるが、
軸14は車輪10,12をそれぞれ自由に回転可能に装着する
ものとする。車輪10,12の径が異なっているために、同
一移動距離lだけ回転して、車輪12が1回転したとして
も第1の車輪のスタート位置は(ロ)でずれることにな
る。このずれは、車輪間の径寸法関係に従う。 [実施例] この原理は本発明に従って第3図の典型的なDS−SS距
離測定方式に適用されうる。第3図は従来周知の複式測
距システムのブロック図であり、搬送波発振器20からの
キャリアは平衡変調器22において、シュードノイズ(P
N)発生器24からのシュードノイズで変調され周波数F1
として送信器26からアンテナ28を介して送出される。ロ
ーカル側即ち受信側においては、アンテナ30、無線周波
数増幅器32、F1対F2周波数変換器34、送信器36により、
符号を不変に保ったまま別の中心周波数F2の信号に変換
されて再送信され、基地側即ち送信側アンテナ28に往復
の信号伝搬径路長に対応する遅延を伴って戻って来る。
送信側の受信段は無線周波数増幅段38、平衡ミキサ40、
シュードノイズ(PN)発生器42、同期検出器44、距離計
数器46よりなり、送受信信号間の符号遅延のビット数を
計数することによって送信側及び受信側即ち距離が測定
されるサイト間の距離を定める。 第4図は第3図に示す複式測距方式に上述した本発明
の原理を適用することを説明するための図である。第4
(a)図は基地側送信信号を示し、符号系列1及び2に
はそれぞれ基準となる点(同期パルス)が決められてお
り、これは符号化シーケンスを識別するものとして、こ
の点を通過する度にパルスが出るものとして表される。
系列1及び2はそれぞれチップタイムTC1,TC2,ビット数
はNであるものとする。系列1,2の巡環周期に差がある
ため、図のように同期パルスは徐々にずれる。第4
(b)図はローカル側の符号系列1及び2の応答を示
し、それぞれの系列は伝搬遅延TDを受ける。第4(c)
図は再度基地局に戻ってきた系列1及び2の受信応答を
示し、ここでτ1は出力同期パルス直後に観測され
る入力同期パルスまでの時間である。第4(c)図の符
号は当然ながら2×TDの時間遅延しており、この遅れを
直接測定することは第1図の単一車輪による測定に該当
するので、本発明では系列を2種類持っているので、そ
れぞれの見掛け上の遅れ時間τ1を計測する。TD
充分に小さい時に、両系列についてのτ1は実質的
に等しく、原理的には上述した単一車輪による測定と同
一となるが、TDが増大するにつれて系列1,2についての
τ1の差が生じてくる。 第5図は、系列1及び2のチップレートが16/15の関
係(TC2/TC1=16/15)にある場合にτ1から距離を
算出する態様を示す。第5図の数値はTC1で換算したビ
ットシフト量Mを示し、距離LはMTC1×Cで表される。
ここで、Cは光速即ち電波速度を表す。 第5図の場合に、符号長を便宜上15ビットと比較的少
なく選択して示したが、これでも15×16=240の位置判
別能力がある。実際例として、チップレート1/TC1=20M
Hzとし、TC2/TC1=255/254の関係にある2種の符号を使
った場合の例では、 チップ時間TC1=1/20×106=50×10-9sec 距離分解能ρ=50×10-9×3×108/2=7.5m/Bit 距離測定レンジR=255×254×7.5≒486km となる。 第6図は本発明の一実施例を説明するための図であ
り、アンテナ50を有する移動基地局側52とアンテナ54を
有する1つの固定局トランスポンダ即ちローカル局側56
とを示す。基地局52の拡散スペクトル送信器58は例えば
第4(a)図のチップタイムTC1,TC2のような符号巡環
周期の異なる2種のシュードノイズ発生器を持ち、これ
ら符号を用いてキャリアを符号変調して送信する。 第7図はこのような拡散スペクトラム送信器58の1つ
の構成の例である。クロック制御器60は2つの擬似雑音
発生器62,64にそれぞれ第1及び第2のクロックCLK1,CL
K2を供給して、シュードノイズPN1,PN2を発生させる。
これらシュードノイズは論理ゲート回路66を介してミキ
サ(2)68において搬送液と混合され、更にミキサ
(1)70において入力信号(TX入力)と混合され、次い
で増幅器72を介してアンテナ50から送出される。この構
成において、上記のシュードノイズPN1,PN2は、例えば
上述したように、チップレート1/TC1=20MHz,TC2/TC1
255/254の関係に選択されてもよい。 拡散スペクトル送信器58からの送出信号はF1の中心周
波数を有する。 図示している1つの固定局トランスポンダ56はアンテ
ナ54でこの信号(中心周波数F1)を受け、これを増幅器
74で増幅する。この出力は周波数変換器76で中心周波数
がF1からF2に変換されFM/AMモジュレータ78に与えられ
る。モジュレータ78は入力トーン信号又はトーンコード
信号に従って変調を行い、これを送信器80を介してアン
テナ54から再送出する。従って、トーンモジュレータ78
は移動基地局52のため、例えばトランスポンダ番号の識
別を可能とさせる。 移動基地局52の拡散スペクトル受信器82はこの再送出
電波をアンテナ50を介して受け、再生トーン信号又はト
ーンコード信号を、固定局トランスポンダを識別するた
めの局識別システム84に出力する。この局識別システム
84は上記再生トーン信号又はトーンコード信号に対応し
た選局制御信号を拡散スペクトル受信器82にフィードバ
ックして選局すると共に選局された受信信号に符号同期
をかけて復調する。距離測定システム86は拡散スペクト
ル送信器58で送信する際に用いた符号同期タイミングと
この復調の際の符号同期タイミングのずれをそれぞれの
シュードノイズに対して上述したτ1として計測
し、その値を基に移動局52と1つの固定局56との距離を
算定し、そのデータを定位システム88に与える。定位シ
ステム88は、また、局識別システム84からもデータを受
ける。 [発明の効果] 従って、本発明をもってすれば、長距離レンジの測定
が効果的になしうることが可能となる。 また、少なくとも1個のADF(自動方向探査装置)を
併用して電波源方位を同時に計測すれば、ローカル局の
2次元もしくは3次元空間中の位置を測定することが可
能となる。 更に、モニタ送受信器を空間的に離れた地点に1個以
上設置し、そのうち少なくとも1個は基地送信器の出力
とローカル送信器の出力に対して別個に符号同期をと
り、それらの結果と場合によっては距離データを総合し
て基地局とローカル局の2次元もしくは3次元的な相対
位置を算出するシステムを与えることもできる。 更に、本発明に従って構成された2つ以上のシステム
に単一のローカル送受信器が同時に関与し、2つ以上あ
る基地局それぞれからの距離を測定してそのローカル送
受信器の位置を固定するシステムも構成することが可能
である。 更にまた、空間的配置のわかっている2つ以上のロー
カル局に対し同一の基地局より別個に交信を行い、基地
局の測位を行うシステムも構成可能となる。 また、それぞれのローカル送受信器において、固有の
トーン信号を付加して、基地局における復調時にこのト
ーンを識別することでどのローカル送受信器の応答であ
るかを知るシステムを与えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】 第1図及び第2図は本発明の動作を説明するための図、
第3図は本発明を適用する従来構成の直接拡散測距シス
テムの構成図、第4図及び第5図は本発明の測定方式の
原理を説明するための図、第6図は本発明の一般的な構
成を示す図、第7図は第6図の一部に使用できる回路を
示す図である。 図で、58は拡散スペクトル送信器、74は増幅器、76は周
波数変換器、78はモジュレータ、80は送信器、82は拡散
スペクトラム受信器、84は局識別システム、86は距離測
定システム、88は定位システムを示す。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.符号巡環周期の異なる2種以上のシュードノイズに
    よりキャリアを符号変調して得られた送信信号を送出す
    る第1の拡散スペクトル送信器と、第1の拡散スペクト
    ル受信器と、第1の拡散スペクトル送信器の送信信号及
    び第1の拡散スペクトル受信器の受信信号に夫々対応す
    る符号同期タイミング信号が入力される距離測定器と、
    固定局トランスポンダを識別するための局識別システム
    と、を有する移動基地局と、 上記送信信号を受信し、得られた受信信号の中心周波数
    を変換する周波数変換器と、周波数変換された受信信号
    を入力トーン信号又はトーンコード信号に従って変調す
    るモジュレータと、該モジュレータからの変調信号を再
    送信信号として出力する送信器と、を有する固定局トラ
    ンスポンダと、を備え、 前記移動基地局は前記再送信信号を受信して第1の拡散
    スペクトル受信器により得られた受信信号に符号同期を
    かけて復調し、前記距離測定器により前記符号同期タイ
    ミング信号のずれ量から移動基地局に対する固定局トラ
    ンスポンダの距離を測定すると共に第1の拡散スペクト
    ル受信器からの再生トーン信号又はトーンコード信号に
    対応した選局制御信号を前記局識別システムが第1の拡
    散スペクトル受信器にフィードバックして選局するよう
    に構成したことを特徴とする拡散スペクトル距離測定方
    式。
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