JP2848353B2 - Doppler measurement method - Google Patents

Doppler measurement method

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JP2848353B2
JP2848353B2 JP8243213A JP24321396A JP2848353B2 JP 2848353 B2 JP2848353 B2 JP 2848353B2 JP 8243213 A JP8243213 A JP 8243213A JP 24321396 A JP24321396 A JP 24321396A JP 2848353 B2 JP2848353 B2 JP 2848353B2
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doppler
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flying object
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一美 佐川
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はドップラー計測方式
に係り、特に人工衛星等の飛翔体と地球局との間の距離
変化率を計測する際に、飛翔体自身が受けるアップリン
クドップラーシフトによる周波数変移を減少させる必要
がある場合、及び飛翔体に対して基準周波数を伝送する
必要がある場合にドップラー計測を行うドップラー計測
方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Doppler measurement method, and more particularly, to measuring the rate of change in distance between a flying object such as an artificial satellite and an earth station, the frequency caused by the uplink Doppler shift received by the flying object itself. The present invention relates to a Doppler measurement method for performing Doppler measurement when it is necessary to reduce displacement and when it is necessary to transmit a reference frequency to a flying object.

【0002】[0002]

【従来の技術】地球局から搬送波信号を送信し、人工衛
星等の飛翔体ではコヒーレントトランスポンダ方式によ
り受信周波数から送信周波数を得、地球局ではこれを受
信し、送受信間のドップラー周波数を計測することによ
って、地球局と飛翔体との距離変化率を計測するドップ
ラー計測方式が従来より用いられている。
2. Description of the Related Art A carrier signal is transmitted from an earth station, and a flying object such as an artificial satellite obtains a transmission frequency from a reception frequency by a coherent transponder method, and the earth station receives the transmission frequency and measures a Doppler frequency between transmission and reception. Accordingly, a Doppler measurement method for measuring a distance change rate between an earth station and a flying object has been conventionally used.

【0003】図2は従来のドップラー計測方式の一例の
構成図を示す。この従来のドップラー計測方式では、人
工衛星に基準周波数fsを発生する基準周波数発生器1
が搭載され、地球局に基準周波数fsとは異なる基準周
波数fs0を発生する基準周波数発生器2、空中線装置
3、受信装置4及びドップラー計測装置5が設けられて
いる。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional Doppler measurement system. In this conventional Doppler measurement method, a reference frequency generator 1 for generating a reference frequency fs on an artificial satellite is used.
The earth station is provided with a reference frequency generator 2 for generating a reference frequency fs0 different from the reference frequency fs, an antenna device 3, a receiving device 4, and a Doppler measuring device 5.

【0004】このドップラー計測方式では、人工衛星か
ら送信された基準周波数fsは、人工衛星の移動による
ドップラー効果を受けて地球局の空中線装置3により受
信される。この受信周波数fdは、fs{1+(v/
c)}で表される。ここで、vは人工衛星の移動速度、
cは光速である。この受信周波数fdは受信装置4を通
してドップラー計測装置5に供給される。
In this Doppler measurement method, the reference frequency fs transmitted from the artificial satellite is received by the antenna device 3 of the earth station under the Doppler effect due to the movement of the artificial satellite. This reception frequency fd is fs {1+ (v /
c) Represented by}. Where v is the moving speed of the satellite,
c is the speed of light. The reception frequency fd is supplied to the Doppler measurement device 5 through the reception device 4.

【0005】ドップラー計測装置5は受信装置4よりの
受信周波数fdと基準周波数発生器2よりの基準周波数
fs0とを用いてドップラー周波数fD(=fs{1+
(v/c)}−fs0)を計測した後、このドップラー
周波数fDを用いて片道で定義された距離変化率v(=
c・fD/fs0)を算出する。
The Doppler measuring device 5 uses the received frequency fd from the receiving device 4 and the reference frequency fs0 from the reference frequency generator 2 to obtain a Doppler frequency fD (= fs {1+).
After measuring (v / c)}-fs0), the distance change rate v (= one-way) defined using this Doppler frequency fD
c · fD / fs0) is calculated.

【0006】図3は従来のドップラー計測方式の他の例
の構成図を示す。この従来の計測方式では、受信周波数
に対してr倍の関係で送信周波数を得ることができるコ
ヒーレンストランスポンタ11を搭載し、地球局は、空
中線装置12、受信装置13、ドップラー計測装置1
4、アップリンク周波数発生器15、周波数逓倍器16
及び送信装置17を備えた構成とされている。アップリ
ンク周波数発生器15は基準信号周波数fuを発生す
る。
FIG. 3 shows a configuration diagram of another example of the conventional Doppler measurement method. In this conventional measurement method, a coherence transponder 11 capable of obtaining a transmission frequency in a relationship of r times the reception frequency is mounted, and the earth station includes an antenna device 12, a reception device 13, and a Doppler measurement device 1.
4. Uplink frequency generator 15, frequency multiplier 16
And a transmission device 17. Uplink frequency generator 15 generates reference signal frequency fu.

【0007】この従来のドップラー計測方式では、アッ
プリンク周波数発生器15により発生されたアップリン
ク周波数(基準信号周波数)fu(t)(=fu0)が
送信装置17及び空中線装置12をそれぞれ通して人工
衛星へ時刻tで送信される。人工衛星ではアップリンク
遅延時間Tuで定義された人工衛星自身の軌道運動v
(t+Tu)よりドップラー効果を受けたアップリンク
周波数(基準信号周波数)fuを受信する。このとき、
人工衛星のコヒーレントトランスポンダ11は時刻(t
+Tu)ではfs(t+Tu)=fu(t)[1+{v
(t+Tu)/c}]なる周波数で受信し、それをr倍
の周波数に逓倍して地球局へ送信する。
In this conventional Doppler measurement method, the uplink frequency (reference signal frequency) fu (t) (= fu0) generated by the uplink frequency generator 15 passes through the transmitting device 17 and the antenna device 12, respectively, and is artificially generated. It is transmitted to the satellite at time t. In the satellite, the orbital motion v of the satellite itself defined by the uplink delay time Tu
An uplink frequency (reference signal frequency) fu subjected to the Doppler effect from (t + Tu) is received. At this time,
The coherent transponder 11 of the satellite transmits the time (t
+ Tu), fs (t + Tu) = fu (t) [1+ {v
(T + Tu) / c}], multiply it by r times and transmit it to the earth station.

【0008】この送信周波数は、ダウンリンク遅延時間
Tdで定義された人工衛星の軌道運動v(t+Tu+T
d)により再びドップラー効果を受け、地球局の空中線
装置12を介して受信装置13において、時刻(t+T
u+Td)に、fd(t+Tu+Td)=r・fs(t
+Tu)[1+{v(t+Tu+Td)/c}]なる周
波数にて受信される。
The transmission frequency is determined by the orbital motion v (t + Tu + T) of the satellite defined by the downlink delay time Td.
d) again causes the Doppler effect, and at the receiving device 13 via the antenna device 12 of the earth station, the time (t + T)
u + Td), fd (t + Tu + Td) = r · fs (t
+ Tu) [1+ {v (t + Tu + Td) / c}].

【0009】ドップラー計測装置14はこの受信周波数
から周波数逓倍器16から入力されるアップリンク周波
数fu0のr倍の基準周波数r・fu0を用いて、ドッ
プラー周波数fD(t+Tu+Td)(=fd(t+T
u+Td)−r・fu0)を計測し、更にこのドップラ
ー周波数を用いて距離変化率(v=(c/2)・fD/
r・fu)を算出する。この従来方式によれば、地球局
送信周波数fu(=fu0)が固定であるので、軌道決
定等の処理に依存することなく、真の往復のドップラー
周波数が観測される。
The Doppler measuring device 14 uses the received frequency and a reference frequency r · fu0 r times the uplink frequency fu0 input from the frequency multiplier 16 to obtain a Doppler frequency fD (t + Tu + Td) (= fd (t + T)
u + Td) −r · fu0), and further using this Doppler frequency, the distance change rate (v = (c / 2) · fD /
r · fu) is calculated. According to this conventional method, since the earth station transmission frequency fu (= fu0) is fixed, a true round-trip Doppler frequency can be observed without depending on processing such as orbit determination.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、図2に示し
た前者の従来のドップラー計測方式では、人工衛星に搭
載された基準周波数発生器1により発生される基準周波
数fsは、周波数変動等を考慮すると未知なものとな
り、その結果、計測されたドップラー周波数fDには、
地球局基準周波数fs0との間のオフセット的なずれが
含まれて観測されるため、真のドップラー周波数が観測
されることはなく、別途軌道決定処理を行う必要があ
り、これにより基準周波数fsを推定する等の処理を行
わざるを得ない。
However, in the former conventional Doppler measurement method shown in FIG. 2, the reference frequency fs generated by the reference frequency generator 1 mounted on the artificial satellite takes account of frequency fluctuations and the like. Then, it becomes unknown, and as a result, the measured Doppler frequency fD includes:
Since the offset including the offset from the earth station reference frequency fs0 is included in the observation, the true Doppler frequency is not observed, and it is necessary to perform an orbit determination process separately. Processing such as estimation must be performed.

【0011】これに対し、図3に示した後者の従来のド
ップラー計測方式では、前述したように、地球局送信周
波数fu(=fu0)が固定ならば、人工衛星搭載基準
周波数源と地球局基準周波数源との間に存在する周波数
オフセットを考慮することなく、真の往復のドップラー
周波数を観測することはできるが、人工衛星受信端で
は、アップリンク周波数がドップラーシフトを受けて受
信されるために、コヒーレントトランスポンダ11はこ
のアップリンク周波数変移を予め考慮して設計されてい
なければならない。
On the other hand, in the latter conventional Doppler measurement method shown in FIG. 3, as described above, if the earth station transmission frequency fu (= fu0) is fixed, the reference frequency source mounted on the satellite and the earth station reference frequency are set. Although it is possible to observe the true round-trip Doppler frequency without considering the frequency offset existing between the frequency source and the satellite, at the satellite receiving end, since the uplink frequency is received by receiving the Doppler shift, , The coherent transponder 11 must be designed in consideration of this uplink frequency shift.

【0012】また、図3の従来方式では、コヒーレント
トランスポンダ11を構成する位相同期ループは、この
アップリンクドップラーシフトにより、常に周波数オフ
セットのストレスがかかった状態で動作するため、アッ
プリンク周波数が高周波数になるほど設計が困難であ
る。
In the conventional system shown in FIG. 3, the phase locked loop constituting the coherent transponder 11 always operates under the stress of the frequency offset due to the uplink Doppler shift. The more difficult it is to design.

【0013】更に、このような常に周波数オフセットの
ストレスがかかった状態での動作を軽減させるため、地
球局におけるアップリンク送信周波数を人工衛星の軌道
運動に応じて周波数制御をする方式も従来行われてきた
が、この場合、計測されるドップラー周波数に制御誤差
を生ずるため、アップリンク周波数制御中はドップラー
計測を不可能とする運用、若しくは、ドップラー周波数
計測中はアップリンク周波数制御を止めるという運用を
必要とする。
Further, in order to reduce the operation in a state where the stress of the frequency offset is always applied, a method of controlling the uplink transmission frequency at the earth station in accordance with the orbital motion of the satellite has been conventionally performed. However, in this case, there is a control error in the measured Doppler frequency, so operation to disable Doppler measurement during uplink frequency control or operation to stop uplink frequency control during Doppler frequency measurement is performed. I need.

【0014】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
コヒーレントトランスポンダのループストレスを軽減す
るためにアップリンク周波数を連続的に変化させている
最中においても、ドップラー周波数を計測し得るドップ
ラー計測方式を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points,
An object of the present invention is to provide a Doppler measurement method capable of measuring a Doppler frequency even while continuously changing an uplink frequency in order to reduce a loop stress of a coherent transponder.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、地上局から飛翔体への送信周波数を飛翔体
に搭載されたコヒーレントトランスポンダが受信してそ
の受信周波数からダウンリンクの送信周波数を得て地上
局に向けて送信し、地上局はダウンリンクの送信周波数
を受信し、この受信周波数と基準周波数とから送受間の
ドップラー周波数を計測することにより、距離変化率を
算出するドップラー計測方式において、地上局は、計測
されたドップラー周波数から飛翔体に対する次回の距離
変化率を推定し、推定した距離変化率からアップリンク
の送信周波数を可変制御することにより、飛翔体の受信
端におけるアップリンク周波数変移をゼロにすることを
特徴とする。
According to the present invention, a coherent transponder mounted on a flying object receives a transmission frequency from a ground station to a flying object and transmits a downlink from the reception frequency. The Doppler calculates the distance change rate by obtaining the frequency and transmitting it to the ground station, receiving the downlink transmission frequency and measuring the Doppler frequency between transmission and reception from this received frequency and the reference frequency. In the measurement method, the ground station estimates the next distance change rate for the flying object from the measured Doppler frequency, and variably controls the uplink transmission frequency from the estimated distance change rate, so that the It is characterized in that the uplink frequency shift is set to zero.

【0016】また、本発明は、地上局から飛翔体への送
信周波数を、飛翔体に搭載されたコヒーレントトランス
ポンダが受信してその受信周波数からダウンリンクの送
信周波数を得て地上局に向けて送信し、地上局がダウン
リンクの送信周波数を受信し、この受信周波数と基準周
波数とから送受間のドップラー周波数を計測することに
より、距離変化率を算出するドップラー計測方式におい
て、地上局を以下の構成にすることにより、上記の目的
を達成するものである。すなわち、地上局は、制御信号
により周波数が可変されるアップリンク周波数を発生す
るアップリンク周波数発生手段と、アップリンク周波数
を飛翔体に送信する送信手段と、飛翔体からのダウンリ
ンク周波数を受信する受信手段と、基準周波数を発生す
る基準周波数発生器と、受信手段からの受信周波数と基
準周波数からドップラー周波数を計測すると共に飛翔体
に対する次回の距離変化率を推定するドップラー計測装
置と、推定した距離変化率から制御信号を生成してアッ
プリンク周波数発生手段に供給し、これより飛翔体受信
端でのドップラー周波数をキャンセルするようなアップ
リンク周波数を発生させるアップリンク周波数制御装置
とを有する。
Further, according to the present invention, a transmission frequency from the ground station to the flying object is received by a coherent transponder mounted on the flying object, a downlink transmission frequency is obtained from the received frequency, and transmitted to the ground station. Then, the ground station receives the downlink transmission frequency, and measures the Doppler frequency between transmission and reception from the received frequency and the reference frequency to calculate the distance change rate. By doing so, the above object is achieved. That is, the ground station generates an uplink frequency whose frequency is varied by the control signal, a transmission unit that transmits the uplink frequency to the flying object, and receives a downlink frequency from the flying object. A receiving means, a reference frequency generator for generating a reference frequency, a Doppler measuring device for measuring a Doppler frequency from the receiving frequency and the reference frequency from the receiving means and estimating a next rate of change in distance to the flying object, and an estimated distance An uplink frequency control device for generating a control signal based on the rate of change and supplying the control signal to an uplink frequency generating means, thereby generating an uplink frequency that cancels the Doppler frequency at the receiving end of the flying object.

【0017】本発明では、計測されたドップラー周波数
から推定した距離変化率に基づきアップリンクの送信周
波数を可変制御し、飛翔体の受信端におけるアップリン
ク周波数変移をゼロにするようなフィードバックループ
が構成されるため、計測されるドップラー周波数は飛翔
体からのダウンリンク送信周波数を既知の値とするダウ
ンリンクドップラー周波数となり、ダウンリンク片道距
離変化率の計測を可能とするドップラー計測方式を構築
することができる。
According to the present invention, a feedback loop is configured such that the uplink transmission frequency is variably controlled based on the distance change rate estimated from the measured Doppler frequency, and the uplink frequency shift at the receiving end of the flying object becomes zero. Therefore, the measured Doppler frequency is a downlink Doppler frequency with a known value of the downlink transmission frequency from the flying object, and it is possible to construct a Doppler measurement method that can measure the downlink one-way distance change rate. it can.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0019】図1は本発明になるドップラー計測方式の
一実施の形態の構成図を示す。同図中、図3と同一構成
部分には同一符号を付してある。図1に示すように、こ
の実施の形態は、地球局に、空中線装置12、受信装置
13、送信装置17、ドップラー計測装置21、基準周
波数発生器22、アップリンク周波数制御装置23、ア
ップリンク周波数発生器24が設けられ、人工衛星には
コヒーレントトランスポンダ11が搭載されている。
FIG. 1 shows a configuration diagram of an embodiment of the Doppler measurement system according to the present invention. 3, the same components as those of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 1, in this embodiment, an antenna device 12, a receiving device 13, a transmitting device 17, a Doppler measuring device 21, a reference frequency generator 22, an uplink frequency control device 23, an uplink frequency A generator 24 is provided, and the coherent transponder 11 is mounted on the artificial satellite.

【0020】基準周波数発生器22は固定の基準周波数
r・fu0を発生する。また、アップリンク周波数発生
器24はアップリンク周波数制御装置23からの制御信
号に基づき、発生するアップリンク周波数fuが可変制
御される。また、アップリンク周波数制御装置23はド
ップラー計測装置21により計測されたドップラー周波
数に基づいて、人工衛星の距離変化率を外挿演算により
推定し、その推定値に基づいてアップリンク周波数発生
器24から発生されるアップリンク周波数を制御する。
The reference frequency generator 22 generates a fixed reference frequency r.fu0. The uplink frequency generator 24 variably controls the generated uplink frequency fu based on a control signal from the uplink frequency control device 23. Further, the uplink frequency control device 23 extrapolates the distance change rate of the artificial satellite based on the Doppler frequency measured by the Doppler measurement device 21 and calculates the distance change rate from the uplink frequency generator 24 based on the estimated value. Control the generated uplink frequency.

【0021】上記のアップリンク周波数発生器24、送
信装置17、空中線装置12、コヒーレントトランスポ
ンダ11、空中線装置12、受信装置13、ドップラー
計測装置21及びアップリンク周波数制御装置23はフ
ィードバックループを構成し、コヒーレントトランスポ
ンダ受信端ドップラー周波数をキャンセルするように、
アップリンク周波数発生器24の出力アップリンク周波
数が制御される。
The above-mentioned uplink frequency generator 24, transmitting device 17, antenna device 12, coherent transponder 11, antenna device 12, receiving device 13, Doppler measuring device 21, and uplink frequency control device 23 constitute a feedback loop. To cancel the coherent transponder receiver Doppler frequency,
The output uplink frequency of the uplink frequency generator 24 is controlled.

【0022】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。地球局において、アップリンク周波数発生器24か
ら時刻tで発生されたアップリンク周波数fu(t)
は、送信装置17及び空中線装置12を介して人工衛星
に向け送信される。このアップリンク周波数fu(t)
は、アップリンク遅延時間Tuで定義された人工衛星自
身の軌道運動v(t+Tu)によりドップラー効果を受
け、時刻(t+Tu)にfs(t+Tu)=fu(t)
[1+{v(t+Tu)/c}]なる周波数にて受信さ
れる。なお、ここでは、人工衛星は地球局方向に移動速
度vで軌道運動しているものとする。
Next, the operation of this embodiment will be described. At the earth station, the uplink frequency fu (t) generated at time t from the uplink frequency generator 24
Is transmitted to the artificial satellite via the transmitting device 17 and the antenna device 12. This uplink frequency fu (t)
Receives the Doppler effect due to the orbital motion v (t + Tu) of the satellite itself defined by the uplink delay time Tu, and at time (t + Tu), fs (t + Tu) = fu (t)
It is received at a frequency of [1+ {v (t + Tu) / c}]. Here, it is assumed that the artificial satellite is orbiting at a moving speed v toward the earth station.

【0023】人工衛星に搭載されたコヒーレントトラン
スポンダ11は、この受信周波数fs(t+Tu)をr
倍の周波数に逓倍して地球局に向け送信する。このダウ
ンリンクの送信周波数r・fs(t+Tu)は、ダウン
リンク遅延時間Tdで定義された人工衛星の軌道運動v
(t+Tu+Td)により再びドップラー効果を受け、
地球局の空中線装置12を介して受信装置13におい
て、時刻(t+Tu+Td)に、fd(t+Tu+T
d)=r・fs(t+Tu)[1+{v(t+Tu+T
d)/c}]なる周波数にて受信される。
The coherent transponder 11 mounted on the artificial satellite changes this reception frequency fs (t + Tu) to r
The frequency is doubled and transmitted to the earth station. This downlink transmission frequency r · fs (t + Tu) is the orbital motion v of the satellite defined by the downlink delay time Td.
(T + Tu + Td) again causes Doppler effect,
At the receiving device 13 via the antenna device 12 of the earth station, at time (t + Tu + Td), fd (t + Tu + T)
d) = r · fs (t + Tu) [1 + Δv (t + Tu + T)
d) / c}].

【0024】ドップラー計測装置21は基準周波数発生
器22から入力される固定の基準周波数r・fu0を用
いて、この受信周波数fd(t+Tu+Td)からドッ
プラー周波数fD(t+Tu+Td)(=fd(t+T
u+Td)−rfu0)を計測する。計測されたドップ
ラー周波数fD(t+Tu+Td)は以下のように式変
形できる。
The Doppler measuring device 21 uses the fixed reference frequency r.fu0 input from the reference frequency generator 22 to calculate the Doppler frequency fD (t + Tu + Td) (= fd (t + T) from the received frequency fd (t + Tu + Td).
u + Td) -rfu0) is measured. The measured Doppler frequency fD (t + Tu + Td) can be transformed as follows.

【0025】 fD(t+Tu+Td)=fd(t+Tu+Td)−r・fu0 =r・fs(t+Tu)[1+{v(t+Tu+Td)/c}]−r・fu0 =r・fu(t)[1+{v(t+Tu)/c}][1+{v(t+Tu+Td)/c}]-r・fu0 ≒r・fu(t)[1+{v(t+Tu)/c}+{v(t+Tu+Td)/c}]-r・fu0 ここで、アップリンク周波数fu(t)がドップラー計
測期間中、fu0に固定されているものとすると、計測
ドップラー周波数fD(t+Tu+Td)は上式にfu
(t)=fu0を代入することにより fD(t+Tu+Td)=r・fu0[{v(t+T
u)/c}+{v(t+Tu+Td)/c}] に簡略化される。また、このときの往復の距離変化率は
上式を整理することにより次式で表される。
FD (t + Tu + Td) = fd (t + Tu + Td) −r · fu0 = r · fs (t + Tu) [1+ {v (t + Tu + Td) / c}] − r · fu0 = r · fu ( t) [1+ {v (t + Tu) / c}] [1+ {v (t + Tu + Td) / c}]-rfu0 ≒ rfu (t) [1+ {v (t + Tu) / c} + {v (t + Tu + Td) / c}]-r · fu0 Here, assuming that the uplink frequency fu (t) is fixed at fu0 during the Doppler measurement period, The measured Doppler frequency fD (t + Tu + Td) is fu in the above equation.
By substituting (t) = fu0, fD (t + Tu + Td) = r · fu0 [{v (t + T
u) / c} + {v (t + Tu + Td) / c}]. Also, the rate of change of the distance of the reciprocation at this time is expressed by the following equation by rearranging the above equation.

【0026】v(t+Tu)+v(t+Tu+Td)=
c・fD(t+Tu+Td)/(r・fu0) 従って、計測ドップラー周波数fD(t+Tu+Td)
は往復の距離変化率に対応していることとなる。
V (t + Tu) + v (t + Tu + Td) =
c · fD (t + Tu + Td) / (r · fu0) Therefore, the measured Doppler frequency fD (t + Tu + Td)
Corresponds to the rate of change of the distance of the round trip.

【0027】アップリンク周波数制御装置23は、ドッ
プラー計測装置21により計測されたドップラー周波数
fD(t+Tu+Td)より次回の時刻t’(>t+T
u+Td)における人工衛星の距離変化率v’(t’)
を外挿演算により推定し、アップリンク周波数発生器2
4より出力されるアップリンク周波数を可変制御する。
制御後のアップリンク周波数fu(t’)はfu0{1
−(v’(t’)/c)}である。
The uplink frequency controller 23 calculates the next time t ′ (> t + T) from the Doppler frequency fD (t + Tu + Td) measured by the Doppler measuring device 21.
u + Td), the rate of change of the satellite's distance v '(t')
Is estimated by extrapolation, and the uplink frequency generator 2
4 variably controls the uplink frequency output from
The uplink frequency fu (t ') after control is fu0 {1
− (V ′ (t ′) / c)}.

【0028】この制御後のアップリンク周波数fu
(t’)は、送信装置17及び空中線装置12をそれぞ
れ介して再び人工衛星に向けて送信される。そして、上
記と同様にして再び地球局のドップラー計測装置21で
計測される、アップリンク周波数補正後のドップラー計
測周波数fD’(t+Tu+Td)は次式で表される。
Uplink frequency fu after this control
(T ') is transmitted again to the artificial satellite via the transmitting device 17 and the antenna device 12, respectively. The Doppler measurement frequency fD '(t + Tu + Td) after the uplink frequency correction, which is measured again by the Doppler measurement device 21 of the earth station in the same manner as described above, is expressed by the following equation.

【0029】 fD’(t+Tu+Td) =r・fu0[1−{v’(t’)/c}][1+{v(t+Tu)/c}+ {v(t+Tu+Td)/c}]−r・fu0 ≒r・fu0[−{v’(t’)/c}+{v(t+Tu)/c}+{v(t +Tu+Td)/c}] アップリンク周波数補正が正確に行われた場合、推定さ
れた距離変化率v’(t’)と人工衛星のアップリンク
の距離変化率とがキャンセルされる(コヒーレントトラ
ンスポンダ11の受信端ドップラー周波数が、補正され
たアップリンク周波数によりキャンセルされる)ことが
期待され、−v’(t’)+v(t+Tu)=0が成立
するから、この場合のドップラー計測周波数fD’(t
+Tu+Td)は上式を整理することにより次式で表さ
れる。
FD ′ (t + Tu + Td) = r · fu0 [1− {v ′ (t ′) / c}] [1+ {v (t + Tu) / c} + {v (t + Tu + Td) / c}] − r · fu0 {R · fu0 [− {v ′ (t ′) / c} + {v (t + Tu) / c} + {v (t + Tu + Td) / c}] It is estimated when the uplink frequency correction is correctly performed. It is expected that the distance change rate v '(t') and the uplink distance change rate of the artificial satellite are canceled (the Doppler frequency at the receiving end of the coherent transponder 11 is canceled by the corrected uplink frequency). Since −v ′ (t ′) + v (t + Tu) = 0 holds, the Doppler measurement frequency fD ′ (t
+ Tu + Td) is expressed by the following equation by rearranging the above equation.

【0030】fD’(t+Tu+Td)≒r・fu0
{v(t+Tu+Td)/c} 従って、この場合はドップラー計測周波数fD’(t+
Tu+Td)を用いてダウンリンクの片道距離変化率v
(t+Tu+Td)が上式を整理することにより得られ
る次式より求められる。
FD ′ (t + Tu + Td) ≒ r · fu0
{V (t + Tu + Td) / c} Therefore, in this case, the Doppler measurement frequency fD ′ (t +
Tu + Td), one-way distance change rate v in downlink
(T + Tu + Td) is obtained from the following equation obtained by rearranging the above equation.

【0031】v(t+Tu+Td)=c・fD’(t+
Tu+Td)/(r・fu0) また、この片道距離変化率が次のアップリンク周波数制
御量を外挿するための観測値として使用されるフィード
バック制御を行うことによって、アップリンク周波数を
制御しながら、ダウンリンクの片道距離変化率を計測す
ることができる。
V (t + Tu + Td) = c.fD '(t +
Tu + Td) / (r · fu0) Also, by performing feedback control in which this one-way distance change rate is used as an observation value for extrapolating the next uplink frequency control amount, while controlling the uplink frequency, The rate of one-way distance change of the downlink can be measured.

【0032】また、アップリンクドップラー補正が正常
に行われた場合、コヒーレントトランスポンダ11の受
信周波数は、fs(t+Tu)=fu0{1−(v’
(t’)/c)+(v(t+Tu)/c)}=fu0と
なり、軌道運動をする人工衛星に対して、ドップラー効
果を伴わない基準周波数fu0を伝送することが可能と
なり、コヒーレントトランスポンダ11のループストレ
スを軽減することができる。
When the uplink Doppler correction is normally performed, the reception frequency of the coherent transponder 11 is fs (t + Tu) = fu0 {1- (v ′).
(T ′) / c) + (v (t + Tu) / c)} = fu0, and the reference frequency fu0 without the Doppler effect can be transmitted to the orbiting artificial satellite, and the coherent transponder 11 Loop stress can be reduced.

【0033】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではなく、人工衛星以外の航空機その他の飛翔
体と地上局との間の距離変化率を計測するドップラー計
測システム全般に適用可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, but is applicable to all Doppler measurement systems for measuring the rate of change in distance between an aircraft other than an artificial satellite or other flying object and a ground station. It is.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
計測されたドップラー周波数から推定した距離変化率に
基づきアップリンクの送信周波数を可変制御し、飛翔体
の受信端におけるアップリンク周波数変移をゼロにする
ようにフィードバックループを構成することにより、計
測されるドップラー周波数は飛翔体からのダウンリンク
送信周波数を既知の値とするダウンリンクドップラー周
波数となり、ダウンリンク片道距離変化率の計測を可能
とでき、また、飛翔体のループストレスを軽減すること
を目的として、アップリンク周波数を連続的に変化して
いる最中でも軌道運動する飛翔体に対してドップラー効
果を伴わない基準周波数を伝送することができると共
に、ドップラー周波数も計測でき、更にトランスポンダ
の設計も容易にできる。また、本発明によれば、人工衛
星等の飛翔体に対しても、ドップラー効果を意識するこ
となく地上局から基準周波数を伝送することができ、飛
翔体搭載高安定度周波数源の開発リスクを軽減できる。
As described above, according to the present invention,
The transmission frequency of the uplink is variably controlled based on the distance change rate estimated from the measured Doppler frequency, and the measurement is performed by forming a feedback loop so that the uplink frequency shift at the receiving end of the flying object is zero. The Doppler frequency is a downlink Doppler frequency with the downlink transmission frequency from the flying object as a known value, and it is possible to measure the downlink one-way distance change rate, and to reduce the loop stress of the flying object Even while the uplink frequency is continuously changing, it can transmit the reference frequency without Doppler effect to the orbiting projectile, measure the Doppler frequency, and easily design the transponder. it can. Further, according to the present invention, it is possible to transmit a reference frequency from a ground station to a flying object such as an artificial satellite without being aware of the Doppler effect, thereby reducing the risk of developing a high stability frequency source mounted on a flying object. Can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】従来の一例の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional example.

【図3】従来の他の例の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of another example of the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 コヒーレントトランスポンダ 12 空中線装置 13 受信装置 17 送信装置 21 ドップラー計測装置 22 基準周波数発生器 23 アップリンク周波数制御装置 24 アップリンク周波数発生器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Coherent transponder 12 Antenna device 13 Receiving device 17 Transmitting device 21 Doppler measuring device 22 Reference frequency generator 23 Uplink frequency control device 24 Uplink frequency generator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 13/74 - 13/84 H04B 1/59 H04B 7/185──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01S 13/74-13/84 H04B 1/59 H04B 7/185

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 地上局から飛翔体への送信周波数を該飛
翔体に搭載されたコヒーレントトランスポンダが受信し
てその受信周波数からダウンリンクの送信周波数を得て
前記地上局に向けて送信し、前記地上局は該ダウンリン
クの送信周波数を受信し、この受信周波数と基準周波数
とから送受間のドップラー周波数を計測することによ
り、距離変化率を算出するドップラー計測方式におい
て、 前記地上局は、前記計測されたドップラー周波数から前
記飛翔体に対する次回の距離変化率を推定し、該推定し
た距離変化率から前記アップリンクの送信周波数を可変
制御することにより、前記飛翔体の受信端におけるアッ
プリンク周波数変移をゼロにすることを特徴とするドッ
プラー計測方式。
A coherent transponder mounted on the flying object receives a transmission frequency from the ground station to the flying object, obtains a downlink transmission frequency from the received frequency, and transmits the downlink transmission frequency to the ground station. The ground station receives the downlink transmission frequency, and measures a Doppler frequency between transmission and reception from the reception frequency and the reference frequency, thereby calculating a distance change rate. By estimating the next distance change rate with respect to the flying object from the calculated Doppler frequency, and variably controlling the uplink transmission frequency from the estimated distance change rate, the uplink frequency shift at the receiving end of the flying object is calculated. Doppler measurement method characterized by zero.
【請求項2】 地上局から飛翔体への送信周波数を該飛
翔体に搭載されたコヒーレントトランスポンダが受信し
てその受信周波数からダウンリンクの送信周波数を得て
前記地上局に向けて送信し、前記地上局は該ダウンリン
クの送信周波数を受信し、この受信周波数と基準周波数
とから送受間のドップラー周波数を計測することによ
り、距離変化率を算出するドップラー計測方式におい
て、 前記地上局は、 制御信号により周波数が可変されるアップリンク周波数
を発生するアップリンク周波数発生手段と、 前記アップリンク周波数を飛翔体に送信する送信手段
と、 前記飛翔体からのダウンリンク周波数を受信する受信手
段と、 前記基準周波数を発生する基準周波数発生器と、 前記受信手段からの受信周波数と前記基準周波数からド
ップラー周波数を計測すると共に前記飛翔体に対する次
回の距離変化率を推定するドップラー計測装置と、 前記推定した距離変化率から前記制御信号を生成して前
記アップリンク周波数発生手段に供給し、これより前記
飛翔体受信端でのドップラー周波数をキャンセルするよ
うな前記アップリンク周波数を発生させるアップリンク
周波数制御装置とを有することを特徴とするドップラー
計測方式。
2. A transmission frequency from the ground station to the flying object is received by a coherent transponder mounted on the flying object, a downlink transmission frequency is obtained from the received frequency, and the downlink transmission frequency is transmitted to the ground station. A ground station receives the downlink transmission frequency, and measures a Doppler frequency between transmission and reception from the reception frequency and the reference frequency to calculate a distance change rate. In the Doppler measurement method, the ground station includes a control signal An uplink frequency generating unit that generates an uplink frequency whose frequency is varied by: a transmitting unit that transmits the uplink frequency to a flying object; a receiving unit that receives a downlink frequency from the flying object; A reference frequency generator for generating a frequency; A Doppler measuring device for measuring a frequency and estimating a next distance change rate with respect to the flying object; and generating the control signal from the estimated distance change rate and supplying the control signal to the uplink frequency generating means, thereby performing the flying. An uplink frequency control device for generating the uplink frequency that cancels the Doppler frequency at the body receiving end.
【請求項3】 前記ドップラー計測装置は、前記送受間
のドップラー周波数を計測すると共に、ダウンリンクの
片道距離変化率を算出し、前記アップリンク周波数制御
装置は、該ダウンリンクの片道距離変化率が次のアップ
リンク周波数制御量を外挿するための観測値として入力
されることを特徴とする請求項2記載のドップラー計測
方式。
3. The Doppler measuring device measures a Doppler frequency between the transmission and reception and calculates a downlink one-way distance change rate, and the uplink frequency control device calculates a downlink one-way distance change rate. The Doppler measurement method according to claim 2, wherein the Doppler measurement method is input as an observation value for extrapolating a next uplink frequency control amount.
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