JP3493570B2 - 移動体の瞬時位置測定法及び装置 - Google Patents
移動体の瞬時位置測定法及び装置Info
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- JP3493570B2 JP3493570B2 JP08914998A JP8914998A JP3493570B2 JP 3493570 B2 JP3493570 B2 JP 3493570B2 JP 08914998 A JP08914998 A JP 08914998A JP 8914998 A JP8914998 A JP 8914998A JP 3493570 B2 JP3493570 B2 JP 3493570B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速で移動する移動体
の瞬時位置を測定する方法に関するものである。
の瞬時位置を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】移動体の位置測定、及び追跡は、移動体
に搭載した発信器の発射する電波を利用する方法が多く
用いられている。方向探知機を複数配置して得られる方
位線の交点を移動体に存在位置として三角法によって算
出する方法、また、パルス波を発信して、複数配置した
受信機で測定したパルスの到来時間差から双曲線法によ
って、発信源の位置を算出する等の方法が採られてい
る。
に搭載した発信器の発射する電波を利用する方法が多く
用いられている。方向探知機を複数配置して得られる方
位線の交点を移動体に存在位置として三角法によって算
出する方法、また、パルス波を発信して、複数配置した
受信機で測定したパルスの到来時間差から双曲線法によ
って、発信源の位置を算出する等の方法が採られてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、方向探
知機を使用する方法では、方位測定原理上アレイアンテ
ナの受信位相を処理しているから、高速で移動する場合
には、ドップラ効果で位相関係に歪みが生じて測定値が
不安定になるという問題がある。また、パルス時間差に
よる方法では、測定対象区域近傍に構造物が存在する
と、複雑な反射、回折波の妨害を受け、時間差が精度良
く測定できないという問題がある。本発明は、上記のよ
うな問題を解決し、高速で移動する移動体に位置を実時
間で追跡することのできる方法及び装置の提供を目的と
する。
知機を使用する方法では、方位測定原理上アレイアンテ
ナの受信位相を処理しているから、高速で移動する場合
には、ドップラ効果で位相関係に歪みが生じて測定値が
不安定になるという問題がある。また、パルス時間差に
よる方法では、測定対象区域近傍に構造物が存在する
と、複雑な反射、回折波の妨害を受け、時間差が精度良
く測定できないという問題がある。本発明は、上記のよ
うな問題を解決し、高速で移動する移動体に位置を実時
間で追跡することのできる方法及び装置の提供を目的と
する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明による移動体の瞬
時位置測定方法及び装置では、間隔をおいて配置した２
基の受信装置で、移動体に装着した発信器が発射する電
波の周波数を測定するようにしてある。測定初期状態と
して、移動体を既知の点に静止させて、発信波の定常周
波数を測定する。この周波数測定は、特定時間ゲート
（例えば、１秒）の間に通過する被測定波の波数を計測
することによって達成される。以後、後続する時間ゲー
トを通過する波数を計測し、直前の波数との差を求め
る。静止状態にある間は同一の定常周波数が計測され、
波数差は０であり、移動体が移動を開始すると、ドップ
ラ効果によって波数差が計測される。この波数差、すな
わち、ドップラ周波数と受信点の配置座標とに基づいて
移動体に瞬時々々の位置を算出する。
時位置測定方法及び装置では、間隔をおいて配置した２
基の受信装置で、移動体に装着した発信器が発射する電
波の周波数を測定するようにしてある。測定初期状態と
して、移動体を既知の点に静止させて、発信波の定常周
波数を測定する。この周波数測定は、特定時間ゲート
（例えば、１秒）の間に通過する被測定波の波数を計測
することによって達成される。以後、後続する時間ゲー
トを通過する波数を計測し、直前の波数との差を求め
る。静止状態にある間は同一の定常周波数が計測され、
波数差は０であり、移動体が移動を開始すると、ドップ
ラ効果によって波数差が計測される。この波数差、すな
わち、ドップラ周波数と受信点の配置座標とに基づいて
移動体に瞬時々々の位置を算出する。
【０００５】
【作用】上記のように各受信装置で測定されるドップラ
周波数は、１ゲート間の平均移動速度に対応する。ゲー
ト時間を１秒とすると、上記、ドップラ周波数と使用電
波の波長の積は、即、移動体の平均秒速となり、さらに
は１秒間の移動距離に対応する。受信装置で得られるド
ップラ周波数は、受信点と移動体が１ゲート前に存在し
た点を結ぶ直線上を移動した距離に対応するものである
から、同一ドップラ周波数が得られる移動体の存在可能
位置の軌跡は、受信点を原点とする単一円となる。同様
に、第１の受信点から所定の距離離隔して設置した第２
の受信点でも同様の軌跡円が得られるから、これら２つ
の軌跡円の交点を移動体の瞬時存在位置として算出する
ことができる。
周波数は、１ゲート間の平均移動速度に対応する。ゲー
ト時間を１秒とすると、上記、ドップラ周波数と使用電
波の波長の積は、即、移動体の平均秒速となり、さらに
は１秒間の移動距離に対応する。受信装置で得られるド
ップラ周波数は、受信点と移動体が１ゲート前に存在し
た点を結ぶ直線上を移動した距離に対応するものである
から、同一ドップラ周波数が得られる移動体の存在可能
位置の軌跡は、受信点を原点とする単一円となる。同様
に、第１の受信点から所定の距離離隔して設置した第２
の受信点でも同様の軌跡円が得られるから、これら２つ
の軌跡円の交点を移動体の瞬時存在位置として算出する
ことができる。
【０００６】上記は、移動体が２ヶ所の受信点と同一平
面上を行動範囲とする場合の手段であるが、移動体が３
次元で行動する場合は第３の受信点を設け、それぞれの
受信点を原点とする三つの軌跡球面の交点を移動体の３
次元位置として算出することができる。
面上を行動範囲とする場合の手段であるが、移動体が３
次元で行動する場合は第３の受信点を設け、それぞれの
受信点を原点とする三つの軌跡球面の交点を移動体の３
次元位置として算出することができる。
【０００７】さらに、移動体に装着した発信器の周波
数、または、測定系の基準周波数の漂動は、そのままド
ップラ周波数に加算されるが、受信装置を、さらに１基
追加することによって、消去することができる。
数、または、測定系の基準周波数の漂動は、そのままド
ップラ周波数に加算されるが、受信装置を、さらに１基
追加することによって、消去することができる。
【０００８】
【実施例】以下，本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の請求項１及び請求項３に
記載した移動体の瞬時位置測定法の測定原理を示す図で
ある。１は、発信点であって、移動体に装着された発信
器から極超短波を発射する。２ａ、２ｂ、２ｃは、受信
点で受信装置が設置してあり、発信点１の電波を受信増
幅し、各受信点２ａ、２ｂ、２ｃ｛座標（０．０）、
（０，ｙ１）、（ｘ２．０）｝に設置された受信装置に
共通に供給される基準クロックで作られる時間ゲート
（例えば１秒）で周波数を離散的に計測するようにして
ある。このような構成で、発信器１を既知の初期位置
（Ｘ０，Ｙ０）に置き、静止した状態で測定した周波数
を基準周波数とし、以後、発信器１の移動とともに逐
次、１秒毎の周波数を求めて、基準周波数との差、即ち
ドップラ周波数を測定時間と共に累積してΣＦｎとする
と、使用電波の波長λとの積ΣＦｎ・λは、ｎ秒間に受
信点と、初期位置（Ｘ０，Ｙ０）を結ぶ直線上を移動し
た距離に相当する。したがって、第１の受信点２ａ
（０，０）については、このΣＦｎ１となる発信器１の
移動後の存在位置（Ｘ，Ｙ）は、（０，０）を原点とす
る半径［ｒ１｛（０，０）と（Ｘ０，Ｙ０）の距離｝＋
ΣＦｎ１・λ｝の円周Ｃ１上にあることになる。同様に
第２、第３の受信点２ｂ（０，ｙ１）、２ｃ（ｘ２，
０）についても、それぞれの軌跡円Ｃ２、Ｃ３、が得ら
れるから、次に示す連立方程式を解くことによって、移
動点（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。
て説明する。図１は、本発明の請求項１及び請求項３に
記載した移動体の瞬時位置測定法の測定原理を示す図で
ある。１は、発信点であって、移動体に装着された発信
器から極超短波を発射する。２ａ、２ｂ、２ｃは、受信
点で受信装置が設置してあり、発信点１の電波を受信増
幅し、各受信点２ａ、２ｂ、２ｃ｛座標（０．０）、
（０，ｙ１）、（ｘ２．０）｝に設置された受信装置に
共通に供給される基準クロックで作られる時間ゲート
（例えば１秒）で周波数を離散的に計測するようにして
ある。このような構成で、発信器１を既知の初期位置
（Ｘ０，Ｙ０）に置き、静止した状態で測定した周波数
を基準周波数とし、以後、発信器１の移動とともに逐
次、１秒毎の周波数を求めて、基準周波数との差、即ち
ドップラ周波数を測定時間と共に累積してΣＦｎとする
と、使用電波の波長λとの積ΣＦｎ・λは、ｎ秒間に受
信点と、初期位置（Ｘ０，Ｙ０）を結ぶ直線上を移動し
た距離に相当する。したがって、第１の受信点２ａ
（０，０）については、このΣＦｎ１となる発信器１の
移動後の存在位置（Ｘ，Ｙ）は、（０，０）を原点とす
る半径［ｒ１｛（０，０）と（Ｘ０，Ｙ０）の距離｝＋
ΣＦｎ１・λ｝の円周Ｃ１上にあることになる。同様に
第２、第３の受信点２ｂ（０，ｙ１）、２ｃ（ｘ２，
０）についても、それぞれの軌跡円Ｃ２、Ｃ３、が得ら
れるから、次に示す連立方程式を解くことによって、移
動点（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。
【数１】
この移動点（Ｘ，Ｙ）は、上記３式の内の２式で求める
ことができる。しかしながら、発信器１の発信周波数は
時間とともに漂動していることも考えられる。この周波
数漂動は各受信装置に共通の値としてドップラ周波数Σ
Ｆｎに△Ｆとして加算されて測定されるから、移動点
（Ｘ，Ｙ）の計算値に誤差が発生する。この測定誤差は
ΣＦｎ１、ΣＦｎ２、ΣＦｎ３に同一値△Ｆとして加算
されているから、上記３式を使用して連立３元２次方程
式として解けば、周波数漂動分△Ｆが消去された、正確
な移動点（Ｘ，Ｙ）を算出することができる。
ことができる。しかしながら、発信器１の発信周波数は
時間とともに漂動していることも考えられる。この周波
数漂動は各受信装置に共通の値としてドップラ周波数Σ
Ｆｎに△Ｆとして加算されて測定されるから、移動点
（Ｘ，Ｙ）の計算値に誤差が発生する。この測定誤差は
ΣＦｎ１、ΣＦｎ２、ΣＦｎ３に同一値△Ｆとして加算
されているから、上記３式を使用して連立３元２次方程
式として解けば、周波数漂動分△Ｆが消去された、正確
な移動点（Ｘ，Ｙ）を算出することができる。
【０００９】上記は、２次元平面を測定対象とした場合
の測定法を示したものであるが、同様に３次元空間にも
拡張することができる。 すなわち、上記、測定対象平
面に垂直な軸上に第４の受信点２ｄ（０，０，ｚ３）を
設置して、累積ドップラ周波数ΣＦｎ４が得られたとす
ると、初期位置を（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）として、移動点
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、以下の連立方程式を解くことによっ
て求めることができる。
の測定法を示したものであるが、同様に３次元空間にも
拡張することができる。 すなわち、上記、測定対象平
面に垂直な軸上に第４の受信点２ｄ（０，０，ｚ３）を
設置して、累積ドップラ周波数ΣＦｎ４が得られたとす
ると、初期位置を（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）として、移動点
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、以下の連立方程式を解くことによっ
て求めることができる。
【数２】
【００１０】図２は、本発明による移動体の瞬時位置測
定装置の１実施例の構成を示す図である。図において、
１０は発信器で移動体に装着されて極超短波の電波を連
続して発射している。２０は、前記、受信点２ａ、２
ｂ、２ｃに設置される受信装置であって、受信アンテナ
２１、受信増幅部２２、周波数計測部２３とで構成され
ている。２４は、データ伝送ケーブルで、周波数計測部
２３で測定された周波数データをデータ処理部２６に伝
送する。２５は、信号伝送ケーブルで、データ処理部２
６の内部で発生させた基準クロック信号（例えば１０Ｍ
Ｈｚ）を各受信装置２０に分配する。アンテナ２１に誘
起した発信器１０からの信号は、受信増幅部２２で高周
波増幅、周波数変換、中間周波増幅されて、周波数計測
部２３に出力される。このとき、周波数変換に使用され
る局部発振信号は、前記基準クロック信号に準拠した周
波数シンセサイザから供給される。
定装置の１実施例の構成を示す図である。図において、
１０は発信器で移動体に装着されて極超短波の電波を連
続して発射している。２０は、前記、受信点２ａ、２
ｂ、２ｃに設置される受信装置であって、受信アンテナ
２１、受信増幅部２２、周波数計測部２３とで構成され
ている。２４は、データ伝送ケーブルで、周波数計測部
２３で測定された周波数データをデータ処理部２６に伝
送する。２５は、信号伝送ケーブルで、データ処理部２
６の内部で発生させた基準クロック信号（例えば１０Ｍ
Ｈｚ）を各受信装置２０に分配する。アンテナ２１に誘
起した発信器１０からの信号は、受信増幅部２２で高周
波増幅、周波数変換、中間周波増幅されて、周波数計測
部２３に出力される。このとき、周波数変換に使用され
る局部発振信号は、前記基準クロック信号に準拠した周
波数シンセサイザから供給される。
【００１１】周波数計測部２２は、受信増幅部２１から
の中間周波信号（例えば１ＭＨｚ）を受けて、前記クロ
ック信号を分割して得られる時間ゲート間（例えば１
秒）に存在する中間周波信号の波数を計測し、ディジタ
ル値として出力する。各受信装置２０で計測されたディ
ジタル周波数データは、データ伝送ケーブル２４を介し
てデータ処理部２６に伝送される。
の中間周波信号（例えば１ＭＨｚ）を受けて、前記クロ
ック信号を分割して得られる時間ゲート間（例えば１
秒）に存在する中間周波信号の波数を計測し、ディジタ
ル値として出力する。各受信装置２０で計測されたディ
ジタル周波数データは、データ伝送ケーブル２４を介し
てデータ処理部２６に伝送される。
【００１２】データ処理部２６は、先ず、発信器１０が
既知の初期位置に静止しているときにシステムを起動
し、そのとき測定された周波数を基準周波数として記憶
する。以後、時間ゲート間隔毎に伝送されてくる周波数
と、前記基準周波数との差分、すなわち、ドップラ周波
数を計算し、逐次累積する。
既知の初期位置に静止しているときにシステムを起動
し、そのとき測定された周波数を基準周波数として記憶
する。以後、時間ゲート間隔毎に伝送されてくる周波数
と、前記基準周波数との差分、すなわち、ドップラ周波
数を計算し、逐次累積する。
【００１３】この状態で、発信器１０が初期位置に滞留
していればドップラ周波数は、０であり、移動を開始す
るまでは、累積値も０のまま推移する。発信器１０が移
動を開始すると、移動速度に比例したドップラ周波数が
発生し、その数値は、計測するゲート時間内の移動距離
に比例する。したがって、時間ゲート個々のドップラ周
波数を累積すれば、累積した時間までに移動した合計距
離を計算することができる。ここで算出される距離は、
受信点２ａ、２ｂ、２ｃと初期位置（Ｘ０，Ｙ０）とを
結ぶ直線上の距離に基準化されたものであるから、各受
信点２ａ、２ｂ、２ｃで測定された累積ドップラ周波数
ΣＦｎ１、ΣＦｎ２、ΣＦｎ３を用いて
していればドップラ周波数は、０であり、移動を開始す
るまでは、累積値も０のまま推移する。発信器１０が移
動を開始すると、移動速度に比例したドップラ周波数が
発生し、その数値は、計測するゲート時間内の移動距離
に比例する。したがって、時間ゲート個々のドップラ周
波数を累積すれば、累積した時間までに移動した合計距
離を計算することができる。ここで算出される距離は、
受信点２ａ、２ｂ、２ｃと初期位置（Ｘ０，Ｙ０）とを
結ぶ直線上の距離に基準化されたものであるから、各受
信点２ａ、２ｂ、２ｃで測定された累積ドップラ周波数
ΣＦｎ１、ΣＦｎ２、ΣＦｎ３を用いて
【数１】の演算を実行して、各時刻毎の発信器１０の位
置を算出する。
置を算出する。
【００１４】上記実施例では、周波数計測部２３を、周
波数を直接計測する周波数カウンタとして説明したが、
数値制御発振器と周波数弁別回路で構成した、自動周波
数制御回路等の制御数値の累積を使用しても同等の効果
が得られる。この方法は、特に微弱な信号を取り扱う場
合、多少の時間遅れを考慮すれば有効な手段となる。
波数を直接計測する周波数カウンタとして説明したが、
数値制御発振器と周波数弁別回路で構成した、自動周波
数制御回路等の制御数値の累積を使用しても同等の効果
が得られる。この方法は、特に微弱な信号を取り扱う場
合、多少の時間遅れを考慮すれば有効な手段となる。
【００１５】２７は、表示器であって、描出した測定区
域の地図上に、刻々移動体の軌跡をプロットする。ま
た、刻々の秒速等も表示することができる。
域の地図上に、刻々移動体の軌跡をプロットする。ま
た、刻々の秒速等も表示することができる。
【００１６】
【発明の効果】上記のように、本発明による移動体の位
置測定法及び装置によれば、高速で移動する移動体の瞬
時位置をリアルタイムで測定することができる。
置測定法及び装置によれば、高速で移動する移動体の瞬
時位置をリアルタイムで測定することができる。
【図１】本発明による移動体の瞬時位置測定法の測定原
理を示す図である。
理を示す図である。
【図２】本発明による移動体の瞬時位置測定装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
１ ； 発信点
２ａ・２ｂ・２ｃ； 受信点
１０ ； 発信器
２０ ； 受信装置
２１ ； 受信アンテナ
２２ ； 受信増幅部
２３ ； 周波数計測部
２４ ； データ伝送ケーブル
２５ ； 信号伝送ケーブル
２６ ； データ処理部
２７ ； 表示器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01S 5/00 - 5/30
Claims (3)
- 【請求項１】移動体に装着した発信器の発射する電波の
周波数を測定する、互いに所定の間隔をおいて設置し
た、第１及び第２の受信装置によって構成され、その移
動体が既知の位置に静止した状態にある時の受信周波数
を基準として、以後、特定した時間間隔毎に測定した移
動によって生じる周波数の変化分を累積して得られる、
各測定時間に対応するドップラ周波数と、使用電波の波
長とから計算される、各受信装置の設置位置を原点とす
る軌跡円の交点を、移動体の位置として算出することを
特徴とする移動体の瞬時位置測定法 - 【請求項２】移動体に装着した発信器の発射する電波の
周波数を測定する、互いに所定の間隔をおいて３次元配
置した、第１、第２及び第３の受信装置によって構成さ
れ、その移動体が既知の位置に静止した状態にある時の
受信周波数を基準として、以後、特定した時間間隔毎に
測定した移動によって生じる周波数の変化分を累積して
得られる、各測定時間に対応するドップラ周波数と、使
用電波の波長とから計算される、各受信装置の設置位置
を原点とする軌跡球面の交点を、移動体の位置として算
出することを特徴とする移動体の瞬時位置測定法 - 【請求項３】請求項１及び請求項２に記載の移動体の瞬
時位置測定法を実施する装置において、各受信装置の周
波数測定基準を共通にしたことを特徴とする移動体の瞬
時位置測定装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08914998A JP3493570B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 移動体の瞬時位置測定法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08914998A JP3493570B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 移動体の瞬時位置測定法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11248818A JPH11248818A (ja) | 1999-09-17 |
| JP3493570B2 true JP3493570B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=13962818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08914998A Expired - Fee Related JP3493570B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 移動体の瞬時位置測定法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3493570B2 (ja) |
-
1998
- 1998-02-27 JP JP08914998A patent/JP3493570B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 木村小一，衛星航法，日本，海文堂出版株式会社，１９７８年 ９月 １日，再版，４９−５２頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11248818A (ja) | 1999-09-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |