JP2900776B2 - 固定データパターンを利用した距離計測装置 - Google Patents

固定データパターンを利用した距離計測装置

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JP2900776B2
JP2900776B2 JP5337842A JP33784293A JP2900776B2 JP 2900776 B2 JP2900776 B2 JP 2900776B2 JP 5337842 A JP5337842 A JP 5337842A JP 33784293 A JP33784293 A JP 33784293A JP 2900776 B2 JP2900776 B2 JP 2900776B2
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一美 佐川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、データパターンの送受
信をする移動体通信または衛星通信方式において、デー
タを伝送するために必要となるデータクロック及びフレ
ーム同期パターンを利用し、あるいはスペクトラム拡散
通信方式において用いられるスペクトラム拡散用PNコ
ードクロック及びPNコードの送受タイミングを利用し
て、移動体または飛翔体と基地局との間の往復距離を計
測する距離計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は送受信データ伝送系において、送
信側と受信側とにおけるフレーム同期パターン(固定デ
ータパターンの一種)の発生タイミング差を遅延時間計
測系で計測するようにしたフレーム同期タイミングを利
用した距離計測装置の構成図であり、図4はこの距離計
測装置の各部の信号を示すタイムチャートである。
【0003】図3における遅延時間計測機能は、送信用
フレーム同期パターンhの送出タイミングを基準とし、
受信側でフレーム同期パターンmを検出したタイミング
との間で図4に示すような計測ゲートiを作り、この計
測ゲートiが開いている間、高速な基準クロックjの波
数を数えることにより計測ゲートiの幅、即ち送受信フ
レーム同期タイミング差を計測している。高速な基準ク
ロックjの周期数をfREF、計測ゲートiの幅をT、計
測カウントkの値をNとすると次のような関係になり、 T=(1/fREF)・N 「SEC」 従って、計測遅延時間Tに対する往復距離Rは次のよう
に求まる。
【0004】R=(光速)*T 「m」
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図3のような遅延時間
計測方式では、距離計測分解能即ち遅延時間計測分解能
を向上する為には、高速な基準クロックjの周波数が必
要となり、最大距離計測距離を大きくするには、この高
速な基準クロックjの波数を数えるカウンタ7が高速で
動作し、かつカウンタ長が長いものを必要とする。通
常、カウンタ長を長くすると、最小桁の変化を最上位桁
に伝搬するキャリー信号の伝搬時間の問題で高速な基準
クロックを取り扱うことが難しく、従って最大距離計測
範囲を増大し、かつ計測分解能の向上を計ることは困難
とされてきた。
【0006】また、送信イベント(入力イベントh)で
計測ゲートを開き、受信イベント(基準イベントm)で
計測ゲートを閉じ、計測ゲート幅を計測する方式では、
次の計測を行うために必要な待ち時間を作る必要があ
り、この間の計測は行うことができないという欠点が避
けられない。
【0007】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本願発明の請求項1は、送信側から固定データパタ
ーンの送信タイミングを基準とするデータパターンを伝
送路に送信し、受信側ではデータクロックの再生を行う
と共に前記固定データパターンの検出をし、この固定デ
ータパターンの検出と前記送信タイミングとの間の遅延
時間を計測することによって前記伝送路で生じた遅延時
間を計測し、この遅延時間を基に前記伝送路の距離を計
測する距離計測装置において、送信側固定データカウン
タの内容を受信側固定データパターンの検出タイミング
でサンプリングすることによって得られたカウント値を
送信クロック周波数によって除算した値から粗遅延時間
を取得し、受信固定データパターン検出タイミングにお
ける送信側のクロックの位相を計測する手段により得ら
れるデータから高分解能遅延時間を取得し前記粗遅延
時間と前記高分解能遅延時間とを合成することにより算
出した距離を伝送路の距離として出力することを特徴と
する固定データパターンを利用した距離計測装置を提供
する。また、本願発明の請求項2は、データ伝送方式に
よりデータの送受信をする通信系に適用され、前記固定
データパターンがフレーム同期パターンであり、前記固
定データカウンタがフレームカウンタであることを特徴
とする請求項1に記載の固定データパターンを利用した
距離計測装置を提供する。
【0008】
【作用】本発明の遅延時間の計測手段は、送信側フレー
ム同期パターン(固定データパターン)間隔即ちフレー
ムサイズを送信データクロックで計数し、このカウンタ
の内容を受信側フレーム同期パターンの検出タイミング
でサンプリングし、送信側データクロックを基準信号
(図3,図4における基準クロックjに対応)として遅
延時間を計測する系を持っている。送信側データクロッ
ク周波数をfTXとし、送信フレームサイズをNとする
と、遅延時間計測分解能(1/fTX)、最大計測遅延時
間範囲(N/fTX)の遅延時間計測器を実現できる。
【0009】一般に、送信データクロックを基準信号と
したからといって、遅延時間計測における分解能を向上
することはできない。しかし、送信データクロックの位
相を、受信フレーム同期検出タイミングで計測する位相
計測機能を持つことにより、遅延時間計測における分解
能を向上できる。
【0010】計測位相分解能をδθ、計測位相をθとす
ると、計測遅延時間分解能{(1/fTX)・(δθ/2
π)}、最大計測遅延時間範囲(1/fTX)の遅延時間
計測器となり、前記計測値と合成することにより、計測
遅延時間分解能{(1/fTX)・(δθ/2π)}、最
大計測遅延時間範囲(N/fTX)の遅延時間計測器を実
現することが可能となる。
【0011】計測位相差をθ、波数カウントサンプリン
グ値をXとすると、計測遅延時間Tは、次式で計算でき
る。
【0012】 T=(θ+2πX)/(2πfTX) 「SEC」 本発明では、送信側フレームカウンタの値をサンプリン
グし、かつ送信側データクロックの位相を受信フレーム
同期パターン検出時にサンプリングする方式を採用して
いる。そこで、図3の従来の装置では不可避であった、
次の計測に必要な非計測帯を有するという欠点は本発明
の装置にはなく、また、1計測前の計測値θ(k−
1)、X(k−1)の値を保持しておくことで受信フレ
ーム間周期Pを計測できるという付加機能が得られる。
【0013】P={θ(k)+2πX(k)−θ(k−
1)+2πX(k−1)}/(2πfTX
【0014】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は、本発明の一実施例の構成を示す図であり、
図2は図1の実施例における各部信号のタイムチャート
である。
【0015】基準クロック発生源(データ発生器を兼ね
る)1で発生された送信データクロックdは、フレーム
パターン発生器2及びフレームカウンタ9へ伝えられ
る。フレーム発生器2は、送信データクロックd及びデ
ータD1を受け、フレーム同期パターンを含む送信デー
タパターンD2を生成し、伝送路3へ送信する。ビット
同期回路4では、受信データパターンからデータクロッ
クを再生し、再生クロックa及び、再生データD3をフ
レーム同期部5に伝え、受信データパターン中のフレー
ム同期パターン位置を検出する。
【0016】フレームカウンタ9は、基準クロック発生
源1からの送信データクロックdを計数しており、フレ
ームパターン発生器2からの送信フレームタイミングR
でリセットされ、従ってリングカウンタを構成してい
る。上述したフレーム同期部5の受信フレーム同期パタ
ーン検出タイミング(受信イベントb)は、サンプラ1
0に伝えられ、そこで送信フレームカウント値cをサン
プリングし、遅延時間計測分解機能(1/fTX)、最大
計測遅延時間範囲(N/fTX)の遅延時間計測器を実現
する。
【0017】一方、送信データクロックdは、記録容量
Tの波形メモリ111に収納されており、受信フレーム
検出タイミングbがT/2ディレイ回路112を介して
波形メモリ111に伝えられ、送信データクロックdの
格納が終了させられる。そこで、波形メモリ111に
は、受信フレーム検出タイミングを中心として区間[+
T/2,−T/2]にわたって送信データクロックdの
波形が格納される。数値制御発振器113は、波形メモ
リ111のデータの中心で位相がゼロで、かつ、送信デ
ータクロックdと同一の周波数でSIN、COSの複素
信号(図2のe及びf)を発生する発振器である。複素
乗算器114では、波形メモリ111の内容と数値制御
発振器113の出力との間で次の演算が行われる。
【0018】 cos(θ−θref)=cosθcosθref+sinθsinθref sin(θ−θref)=sinθcosθref−cosθsinθref ここで、cosθ,sinθは、波形メモリ111に格納され
た送信データクロックdの波形、cosθref、sinθ
refは、数値制御発生器113により発生される複素基
準信号である。積分器115は、積分時間Tの間、複素
乗算器114からの出力cos(θ−θref)、sin(θ−
θref)をそれぞれ積分し、ATAN2演算器116で
位相角θが算出される。
【0019】 θ=tan-1{Σsin(θ−θref)/(Σcosθ−θref)}「0≦θ<2π」 θrefは、上に記したように受信フレーム検出タイミン
グbに対する送信データクロックdの波形の中心でゼロ
になるので、積分時間Tの積分値から求められた位相角
θは、受信フレーム検出タイミングbにおいてサンプリ
ングされた送信データクロックdの位相を意味してい
る。従って、計測位相分解能をδθ、計測位相をθとす
ると、計測遅延時間分解能{(1/fTX)・(δθ/2
π)}、最大計測遅延時間範囲(1/fTX)の遅延時間
計測器を実現する。
【0020】演算部8は、位相計測値θ(k)(図1の
Q2)と、サンプリングフレームカウント値X(k)
(図1のQ1)を入力し、次の演算を行うことにより遅
延時間計測値T(k)(図1のQ3)を算出する。
【0021】 T(k)={θ(k)+2πX(k)}/2πfTX 「SEC」 また付加機能として、1計測周期前のθ(k−1)、X
(k−1)を記憶しておくことにより、受信フレーム周
期P(k)を算出することができる。
【0022】P(k)={θ(k)+2πX(k)−θ
(k−1)+2πX(k−1)}/{2πfTX
【0023】
【発明の効果】以上に説明したよにに本発明は、フレー
ム同期パターン等の固定データパターンを利用した距離
計測装置において、受信フレーム同期パターン等の受信
固定データパターンの検出タイミングにおける送信固定
データパターンカウンタ(送信フレームカウンタ等)の
サンプル及び、送信データクロック位相の計測を行い、
2つの計測値を組み合わせることにより、距離計測分解
能の向上と、最大距離計測範囲の増大を可能としてい
る。
【0024】また、この手法を用いることにより、従来
の遅延時間計測で必要とされていた非計測時間を必要と
せず、受信フレーム周期の計測機能を合わせ持つ特色を
有している。
【0025】また、受信固定データパターンタイミング
(実施例では受信フレーム同期タイミング)における送
信データクロックの位相をサンプリング計測する目的
で、受信データクロックを用いるのではなく、数値制御
発振器により送信データクロック周波数を発生させるた
め、送受データクロックの周波数は異っていても良いこ
とを意味している。即ち、伝送路においてドップラシフ
ト効果による受信データクロックの送信データクロック
からのズレを許容することが可能であり、さらには、伝
送路としてデータクロックが異る各種変複調方式を採用
する場合があっても距離計測が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1の実施例における各部信号を示すタイムチ
ャートである。
【図3】従来装置を示すブロック図である。
【図4】図3の従来装置における各部信号を示すタイム
チャートである。
【符号の説明】
1 基準クロック源 2 フレームパターン発生器 3 伝送路 4 ビットクロック再生回路 5 フレームパターン検出回路 6 計測ゲート発生器 7 高速カウンタ 8 演算回路 9 送信フレームカウンタ 10 サンプラ 11 送信クロックサンプリング位相計測部 111 波形メモリ 112 T/2遅延回路 113 数値制御発振器 114 複素乗算器 115 積分器 116 atan2演算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/00 - 17/95 H04L 7/00 - 7/10 G04F 10/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送信側から固定データパターンの送信タ
    イミングを基準とするデータパターンを伝送路に送信
    し、受信側ではデータクロックの再生を行うと共に前記
    固定データパターンの検出をし、この固定データパター
    ンの検出と前記送信タイミングとの間の遅延時間を計測
    することによって前記伝送路で生じた遅延時間を計測
    し、この遅延時間を基に前記伝送路の距離を計測する距
    離計測装置において、 送信側固定データカウンタの内容を受信側固定データパ
    ターンの検出タイミングでサンプリングすることによっ
    得られたカウント値を送信クロック周波数によって除
    算した値から粗遅延時間を取得し、受信固定データパタ
    ーン検出タイミングにおける送信側のクロックの位相を
    計測する手段により得られるデータから高分解能遅延時
    を取得し前記粗遅延時間と前記高分解能遅延時間と
    を合成することにより算出した距離を伝送路の距離とし
    て出力することを特徴とする固定データパターンを利用
    した距離計測装置。
  2. 【請求項2】 データ伝送方式によりデータの送受信を
    する通信系に適用され、前記固定データパターンがフレ
    ーム同期パターンであり、前記固定データカウンタがフ
    レームカウンタであることを特徴とする請求項1に記載
    の固定データパターンを利用した距離計測装置。
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JPH102963A (ja) * 1996-06-17 1998-01-06 Mitsubishi Electric Corp スペクトル拡散距離測定装置
JP5669172B2 (ja) * 2010-03-24 2015-02-12 日本電気株式会社 電波測距装置及び電波測距方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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