JP2833988B2

JP2833988B2 - 距離計測装置

Info

Publication number: JP2833988B2
Application number: JP5351835A
Authority: JP
Inventors: 俊文五十嵐
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JPH07198841A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人工衛星と信号発生源
との間の距離を測定する装置のうち、特に複数の周波数
信号（トーン又はトーン信号とも通称される）を各々独
立に送受信して、その位相差を測定することにより、ア
ンビギュイティを除いた距離を計測する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星の距離を測定する回路として特
開昭５９−１６９２３３に記載されたもの等がある。ま
た別の従来の位相測定方式の距離計測装置は、最高周波
数のトーン信号とその整数分の１の周波数関係にある複
数のトーン信号を順次に独立し、時間間隔を置いて、送
受信し、送信信号と受信信号との位相差を測定し、各信
号の位相差データからアンビギュイティを除去した距離
計測値を算出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の位相差測定方式
の距離計測装置では、標的の速度が計測用信号の最高周
波数に対する一定の比率より大きくなると各周波数信号
の位相差データから算出する距離計測値が誤った値とな
るという問題点があった。

【０００４】これを解決するためには、複数の周波数信
号を同時に送信し、受信した信号を同時に測定するとい
う手段が考えられるが、この方式の場合には、回路が複
雑になり、また一周波数信号を順次に送信する方式に対
して同一の計測精度を得るためには、送信電力を大きく
する必要が生じ地上局設備及び衛星共に大電力の送信設
備が必要となる。

【０００５】従来の距離計測装置における解決すべき課
題について具体的に述べる。従来の静止衛星用の位相差
測定方式を用いた距離計測装置（例えばインテルサット
標準として使用される）では、２７．７ｋＨｚの周波数
のトーン信号を最高周波数信号として用いて、送信信号
と折り返し受信した信号との相関を取ることにより両信
号の位相差を計測し、約５ｋｍ単位での距離を精度良く
計測し（即ち、距離分解能が約５ｋｍ）、それ以上の距
離のあいまいさを除去するために最高周波数の整数分の
１の周波数のトーン信号（３９６８Ｈｚ、２８３Ｈｚ、
３５Ｈｚ）を使用して同様の計測を行い、約４，２００
ｋｍまでの標的の直視距離の測定を行う方式を取ってい
る。各トーン信号は０．５秒間送信され、トーン信号の
送信の時間間隔は１秒である。したがって、例えば、２
７．７ｋＨｚのトーン信号は４秒に１回送信され、１回
当りの送信時間は０．５秒である。

【０００６】ところが、上述の距離計測方式は静止衛星
の距離計測であるために、衛星が僅かに移動している場
合での測定はできるが、衛星の速度が速くなった場合
（位相差測定のために送信信号との相関の積分時間に依
存するが、例えば１ｋｍ／ｓｅｃ以上の場合）には各ト
ーン信号の測定時刻の差による位相測定データのオフセ
ット的なずれが生じる。これを補正するためにソフトウ
エアによる合わせ込みを行っているが、合わせ込める範
囲以上の位相のずれが生じることがあり、このときには
距離データとして異常となる。また衛星から折り返し送
信されるトーン信号のＳ／Ｎが悪い場合にはトーン信号
の積分時間を長くする必要があり、この場合には各トー
ンの測定時間間隔が長くなることにより各トーン信号の
オフセット的な位相データのずれが生じ、距離データが
異常となる。

【０００７】このように、従来の距離計測装置には、測
定対象の衛星等の標的が所定値を越えた速度で移動した
場合における距離測定の可能性に関して解決すべき課題
があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明が提供する手段は、複数の異った周波数信号
の送受信を各周波数信号ごとに時間間隔を置いて行い、
各周波数信号について送信信号と受信信号との位相差を
測定し、各周波数信号に関する前記位相差から、前記複
数の周波数信号のうちの最高の周波数の信号の周期によ
る距離計測の不確定性を除いて標的までの距離を計測す
る装置において、前記時間間隔における標的の距離変化
が最高周波数信号で測定できる距離より大きくなること
による距離計測の誤りを、前記最高周波数信号以外の周
波数信号の前記位相差から推定した距離変化率をもと
に、各周波数信号について測定された前記位相差を補正
することにより修正し、正しい距離を計測することを特
徴とする距離計測装置である。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明による距離計測装置の構成を
示すブロック図である。本装置では、トーン発生部１か
ら出力したトーン信号を標的となる衛星に送信し、衛星
のトランスポンダから折り返された信号を受信して、送
信したーン信号との位相差を位相差計測部２で計測す
る。距離計測処理部３は、トーン発生部１から送信する
トーン信号の選択および送信の制御、位相差計測部２で
計測したデータの取得、位相差計測部２の制御、ならび
に取得した位相差データから距離値を算出する演算処理
を行う。この演算処理には、位相差の変化率の算出およ
びこの変化率に基づく位相差データの補正という本発明
の特徴とする処理を含む。

【００１０】図２は図１の実施例の距離計測処理部３で
行う制御及び処理の流れを示す図である。また、図２に
おいて、トーン送出とは、トーン発生部１に対するトー
ン送出の命令の発生を示す。位相差取得とは、位相差計
測部２から位相差のデータを取得する制御を示す。図２
の３５Ｈｚトーン送出４から距離データ出力処理１５ま
での処理は従来の距離計測装置で行われた処理であり、
距離計測処理として繰り返し行われる。本発明の特徴
は、図２の位相差データ取得１１と各データからの距離
値演算処理１２との間に、位相変化率算出処理１６と位
相データ補正処理１７を挿入し、各周波数信号の位相測
定データの位相を補正することにより、各トーン信号の
計測時間の差による位相のオフセットの補正を行い、各
データからの距離値演算処理を正しく行えるようにする
ことにある。位相変化率算出処理１６は、取得した位相
差データ、例えば５つのデータを使用してその位相差の
差の平均を算出すことにより、位相の変化率を求める処
理である。位相データ補正処理１７は、位相変化率算出
処理１６で得られた位相変化率データを使用し、取得し
たトーン信号の位相差データの計測時間のずれによるオ
フセットを補正する。本実施例では、２７ｋＨｚトーン
信号を基準として、この信号に対する位相の補正を他の
３種類のトーン信号に対して施す。

【００１１】位相変化率算出処理１６で位相変化率の算
出するために５つの位相差データを用いたということ
は、これら５つの位相差データが直前の位相差データか
らどれだけ変化していたか、即ち位相差の差のデータを
５つ抽出することを意味する。本実施例では、これら５
つの差データの平均値を第３番目の位相差データに対す
る補正値とする。トーン信号の周波数が４つであり、し
たがって、１つの周波数のトーン信号の送出間隔が４秒
であれば、５つの位相差データは２０秒間にわたって計
測することにより得られる。測定対象の衛星は距離を変
えたとしても、通常はその速度を定速度として扱って実
質上差し支えないので、この平均処理により距離変化率
を計算しても必要な程度に十分に高い精度の位相差補正
ができる。

【００１２】図３から図５は、本実施例に置ける位相差
計測データの位相関係を示したものであり、それぞれ次
の関係を示している。

【００１３】図３は標的が静止している場合の送信信号
と受信信号の位相差、ひいては時間を示す図である。本
図おいて、横軸は送信信号と受信信号との位相差を表す
とともに標的の距離をも表し、ひいては時間をも表す。
そして、横軸方向の１区分は最高周波数トーン信号の１
周期に対応している。各信号の位相差は、標的までの距
離に対応した位相差となっている。本図におけるＡはト
ーン信号の送信から受信までの時間であり、また、送信
信号と受信信号との位相差であり、また測定対象の衛星
の距離でもある。

【００１４】図４は、標的が動いている（遠ざかる方
向）場合の送信信号と受信信号の位相関係を示し、最高
トーンの１／ｎの周波数のトーン信号の位相差Ｃは、最
高トーン信号の位相差Ｂより距離的に遠ざかった位相差
となっていることを示している。

【００１５】図５は、一つの周波数信号の位相差計測デ
ータの時間的変化を示したものである。計測タイミング
毎に位相差が変化していることを示している。例えば、
２８３Ｈｚを４秒おきに０．５秒ずつ送信したとして、
第１回、第２回及び第３回目に受信するトーンは、受信
トーン１，２及び３の如くであり、送信トーンと受信ト
ーンとの位相差は，及びの如くに変化する。

【００１６】本実施例は、図５で示される同一周波数の
位相差データを他の周波数の位相差データと共に記憶
し、この位相差データの例えば５データの平均を算出
し、これより平均的位相変化量を求め、算出に使用した
周波数及びこれより高い周波数の信号に対し、その周波
数に対応した位相変化量に換算し、最高周波数を測定し
た時間と同一タイミングで測定したと同等の位相差デー
タとなるように補正を行い、この補正された各位相差デ
ータをもとに、距離値を算出する。

【００１７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、異
った時間に計測した各周波数の位相差データを同一時刻
に計測したデータに補正することができ、この補正によ
り、標的の距離変化率（速度）が最高周波数で測定でき
る距離より大きくなっても距離計測を誤ることなく行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図。

【図２】図１の実施例の距離計測処理部における制御及
び処理の流れを示す図。

【図３】標的が静止している場合の送信信号と受信信号
の位相差を示す図。

【図４】標的が遠ざかる方向に動いている場合の送信信
号と受信信号の位相差を示す図。

【図５】一つの周波数信号の位相計測データの時間的変
化を示す図。

【符号の説明】

１トーン発生部２位相差計測部３距離計測処理部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の異った周波数信号の送受信を各周
波数信号ごとに時間間隔を置いて行い、各周波数信号に
ついて送信信号と受信信号との位相差を測定し、各周波
数信号に関する前記位相差から、前記複数の周波数信号
のうちの最高の周波数の信号の周期による距離計測の不
確定性を除いて標的までの距離を計測する装置におい
て、前記時間間隔における標的の距離変化が最高周波数信号
で測定できる距離より大きくなることによる距離計測の
誤りを、前記最高周波数信号以外の周波数信号の前記位
相差から推定した距離変化率をもとに、各周波数信号に
ついて測定された前記位相差を補正することにより修正
し、正しい距離を計測することを特徴とする距離計測装
置。
【請求項２】前記距離変化率は、前記最高周波数信号
以外の周波数信号のうちの１つの周波数信号について連
続して測定した複数の前記位相差の差を平均することに
より算出することを特徴とする請求項１に記載の距離計
測装置。