JP3493571B2 - 移動体の瞬時自己位置測定法及び装置 - Google Patents
移動体の瞬時自己位置測定法及び装置Info
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- JP3493571B2 JP3493571B2 JP10528898A JP10528898A JP3493571B2 JP 3493571 B2 JP3493571 B2 JP 3493571B2 JP 10528898 A JP10528898 A JP 10528898A JP 10528898 A JP10528898 A JP 10528898A JP 3493571 B2 JP3493571 B2 JP 3493571B2
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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
の瞬時々々の自己位置を測定する方法に関するものであ
る。
の瞬時々々の自己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。
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。
【0004】さらに、上記のような方法では、移動体位
置は外部の測定装置で間接的に測定されることになり、
移動体は自己位置を直接測定することができない。
置は外部の測定装置で間接的に測定されることになり、
移動体は自己位置を直接測定することができない。
【0005】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自己位置を実時間で直接測定する
ことのできる方法及び装置の提供を目的とする。
速で移動する移動体に自己位置を実時間で直接測定する
ことのできる方法及び装置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による移動体の瞬
時自己位置測定方法及び装置では、間隔をおいて配置し
た2基の送信装置から電波を発射し、移動体に装備した
受信装置で送信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。
時自己位置測定方法及び装置では、間隔をおいて配置し
た2基の送信装置から電波を発射し、移動体に装備した
受信装置で送信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。
【0007】
【作用】上記のように、移動体に装備した受信装置で測
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、送信点と移動体が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、送信点を原点とする単
一円となる。同様に、第1の送信点から所定の距離離隔
して設置した第2の送信点からの信号についても、軌跡
円が得られる。したがって、移動体の瞬時自己位置は、
これら2つの軌跡円の交点の座標を計算することによっ
て算出することができる。
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、送信点と移動体が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、送信点を原点とする単
一円となる。同様に、第1の送信点から所定の距離離隔
して設置した第2の送信点からの信号についても、軌跡
円が得られる。したがって、移動体の瞬時自己位置は、
これら2つの軌跡円の交点の座標を計算することによっ
て算出することができる。
【0008】上記は、移動体が2ヶ所の送信点と同一平
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の送信点を設け、それぞれの
送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の送信点を設け、それぞれの
送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。
【0009】さらに、移動体に装備した受信装置の基準
周波数、または、送信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、送信装置を、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。
周波数、または、送信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、送信装置を、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。
【0010】
【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自己位置測定法の測定原理を示す
図である。1a、1b、1cは、発信点であって、それ
ぞれ共通の基準周波数で周波数合成された、周波数の若
干異なる極超短波を発射する。2は、受信点であって、
移動体に装備されている受信装置によって、各発信点1
a、1b、1c{座標(0.0)、(0.y1)、(x
2,0)}からの電波を受信増幅し、それぞれ、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。
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自己位置測定法の測定原理を示す
図である。1a、1b、1cは、発信点であって、それ
ぞれ共通の基準周波数で周波数合成された、周波数の若
干異なる極超短波を発射する。2は、受信点であって、
移動体に装備されている受信装置によって、各発信点1
a、1b、1c{座標(0.0)、(0.y1)、(x
2,0)}からの電波を受信増幅し、それぞれ、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。
【0011】このような構成で、受信点2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
波数を定常周波数とし、以後、受信点2の移動とともに
逐次、1秒毎の周波数を求めて、定常周波数との差、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
発信点と、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の発信点1a
(0.0)については、このΣFn1となる受信点2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1b(0.y1)、1c(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。
位置(X0,Y0)に置き、静止した状態で測定した周
波数を定常周波数とし、以後、受信点2の移動とともに
逐次、1秒毎の周波数を求めて、定常周波数との差、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
発信点と、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の発信点1a
(0.0)については、このΣFn1となる受信点2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1b(0.y1)、1c(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。
ことができる。
【0012】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ΣF
n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。
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ΣF
n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。
【0013】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の発信点1d(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の発信点1d(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】
【0014】図2は、本発明による移動体の瞬時自己位
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は前記、送信点1a、1b、1cに設置される
送信装置であって、それぞれ、共通の基準周波数で周波
数合成された、周波数の若干異なる極超短波の電波を連
続して発信している。20は、移動体に装備される受信
装置であって、受信アンテナ21と、受信増幅部22
と、3系統の周波数変換部23a、23b、23cと、
3系統の周波数計測部24a、24b、24cと、基準
クロック発振器25と、データ処理部26とで構成され
ている。アンテナ21に誘起した送信装置からの信号
は、受信増幅部22で高周波増幅、周波数変換部23
a、23b、23cで同一の中間周波数に変換された後
増幅されて、それぞれ周波数計測部24a、24b、2
4c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、前記基準クロック発振器25の出力信
号に準拠した周波数シンセサイザから供給される。
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は前記、送信点1a、1b、1cに設置される
送信装置であって、それぞれ、共通の基準周波数で周波
数合成された、周波数の若干異なる極超短波の電波を連
続して発信している。20は、移動体に装備される受信
装置であって、受信アンテナ21と、受信増幅部22
と、3系統の周波数変換部23a、23b、23cと、
3系統の周波数計測部24a、24b、24cと、基準
クロック発振器25と、データ処理部26とで構成され
ている。アンテナ21に誘起した送信装置からの信号
は、受信増幅部22で高周波増幅、周波数変換部23
a、23b、23cで同一の中間周波数に変換された後
増幅されて、それぞれ周波数計測部24a、24b、2
4c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、前記基準クロック発振器25の出力信
号に準拠した周波数シンセサイザから供給される。
【0015】周波数計測部24は、受信増幅部23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
ル値としてデータ処理部26に出力する。
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
ル値としてデータ処理部26に出力する。
【0016】データ処理部26は、移動体、すなわち受
信装置20が、既知の初期位置(X0,Y0)に静止し
ているときに測定された周波数を定常周波数として記憶
する。以後、時間ゲート間隔毎に測定される周波数と、
前記定常周波数との差分、すなわち、ドップラ周波数を
計算し、逐次累積する。
信装置20が、既知の初期位置(X0,Y0)に静止し
ているときに測定された周波数を定常周波数として記憶
する。以後、時間ゲート間隔毎に測定される周波数と、
前記定常周波数との差分、すなわち、ドップラ周波数を
計算し、逐次累積する。
【0017】この状態で移動体、すなわち受信装置20
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。移動体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、送信点1a、1b、1cと移動体の初期
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、受信点2で測定された累積ドップラ
周波数ΣFn1、ΣFn2、ΣFn3を用いて
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。移動体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、送信点1a、1b、1cと移動体の初期
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、受信点2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、各時刻毎の移動体、すなわ
ち受信装置20の位置を算出する。
ち受信装置20の位置を算出する。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】
【発明の効果】上記のように、本発明による移動体の瞬
時自己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。
時自己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。
【図1】本発明による移動体の瞬時自己位置測定法の測
定原理を示す図である。
定原理を示す図である。
【図2】本発明による移動体の瞬時自己位置測定装置の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
1a・1b・1c; 発信点
2 ; 受信点
10 ; 送信装置
20 ; 受信装置
20 ; 受信装置
21 ; 受信アンテナ
22 ; 受信増幅部
23a・23b・23c; 周波数変換部
24a・24b・24c; 周波数計測部
25 ; 基準クロック発振器
26 ; データ処理部
27 ; 表示器
Claims (3)
- 【請求項1】移動体に搭載された受信装置によって、互
いに所定の間隔をおいて設置した第1及び、第2の送信
装置の発射する電波の周波数を測定し、その周波数の、
移動体の移動にともなう周波数の変動成分から、2次元
的な自己位置を測定するようにした移動体の瞬時自己位
置測定法において、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、各送信
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自己
位置測定法 - 【請求項2】移動体に搭載された受信装置によって、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の送信装置の発射する電波の周波数を測定し、そ
の周波数の、移動体の移動にともなう周波数の変動成分
から、3次元的な自己位置を測定しようとしたその移動
体の瞬時自己位置測定法において、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、各送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
る移動体の瞬時自己位置測定法 - 【請求項3】請求項1及び請求項2に記載の移動体の瞬
時自己位置測定法を実施する装置において、各送信装置
の送信周波数の基準を共通にしたことを特徴とする移動
体の瞬時自己位置測定装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10528898A JP3493571B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 移動体の瞬時自己位置測定法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10528898A JP3493571B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 移動体の瞬時自己位置測定法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11258323A JPH11258323A (ja) | 1999-09-24 |
JP3493571B2 true JP3493571B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=14403503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10528898A Expired - Fee Related JP3493571B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 移動体の瞬時自己位置測定法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3493571B2 (ja) |
-
1998
- 1998-03-13 JP JP10528898A patent/JP3493571B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11258323A (ja) | 1999-09-24 |
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Date | Code | Title | Description |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |