JP3590198B2 - Distance measuring device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば軌道上を飛翔する人工衛星等の移動体までの距離を測定するための距離計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
地球局から人工衛星までの距離を測定するための一方法として、単発のパルス信号を用いる方法がある。
この方法は、地球局から人工衛星に向けて単発のパルス信号を送信し、このパルス信号が人工衛星で折り返されて地球局に到達するまでの時間(以下、往復時間と称する)ΔTを測定することにより、地球局から人工衛星までの距離を、
1/2×ΔT×c ただしcは光速 …(1)
なる式により算出するものである。
【0003】
しかしながら上述の方法では、1回のパルス信号の送受信で測距ができるのは1回限りであり、連続して測距を行うには所定の周期で連続してパルスが生じる測距信号を用いる必要がある。すなわち図6に示すように、時間tの間隔でパルスが生じる測距信号(送信測距信号)を送信し、この送信測距信号にパルスが生じてから人工衛星で返送されて受信された測距信号(受信測距信号)にパルスが生じるまでの時間を往復時間ΔTとして測定する必要がある。
【0004】
このとき、測距信号が地球局と人工衛星との間を往復するのに要する時間が図6に示すように送信測距信号におけるパルスの発生間隔tよりも小さい場合には問題ないが、図7に示すように送信測距信号におけるパルスの発生間隔tよりも大きい場合には、送信測距信号に生じる各パルスと受信測距信号に生じる各パルスとの対応が不明となり、往復時間ΔTを正確に測定することが困難になる。
【0005】
この不具合は、測距信号におけるパルスの発生間隔が往復時間ΔTよりも常に長くなるように十分に大きく設定しておくことで回避することが可能となる。ところが測距信号におけるパルスの発生間隔tを長くすると、人工衛星や地球局において測距信号の受信を行なう受信機の同期捕捉時間が長くなるなどの不具合が新たに生じるため、パルスの発生間隔tの長さには制限があり、測距信号におけるパルスの発生間隔を往復時間ΔTより長く設定することができない場合がある。
【0006】
このような場合に従来は、人工衛星の軌道情報に基づいて各時刻における往復時間の予測値を送信測距信号におけるパルスの発生間隔の倍数単位で求めておく。すなわち、ここで求める予測値は、送信測距信号におけるパルスの発生間隔をAとすれば、A×N(Nは整数)で表される。
【0007】
そして、送信測距信号にパルスが生じてから受信測距信号にパルスが生じるまでの時間δtを測定し、真の往復時間ΔTを、
ΔT=A×N+δt
なる式により算出する。
【0008】
このように、A×Nを算出することにより真値を算出する処置をアンビギュイティ除去という。
しかしながらこの方法では、全ての測距データ取得時刻における距離の予測値をあらかじめ算出しておく必要があり、またすべての測距データに対してアンビギュイティ除去が必要になるという不具合があった。
【0009】
一方、地球局から人工衛星までの距離を測定するための別の方法として、測距信号として擬似ランダムノイズ(PN)信号を利用するものがある。
PN信号は図8に示すように、“0”または“1”のビットを配列してなる所定パターンのビット列の繰り返しであるPNコード、PNコードをなす各ビットに同期したPNクロックおよびPNコードの1シーケンスの先頭のビットに同期したPNエポックからなる。
【0010】
かくしてこのPN信号を測距信号として用いた場合、送信PNコードが1シーケンスの先頭から何ビット目であるかをカウントする第1カウンタおよび受信PNコードが1シーケンスの先頭から何ビット目であるかをカウントする第2カウンタをそれぞれ用意する。そして、第1カウンタのカウント値をN1、また第2カウンタのカウント値をN2、さらに送信PNクロックの周期をδTとすると、測距信号の往復時間ΔTは、
ΔT=(N1−N2)×δT …(2)
なる式で求められる。
【0011】
そしてこの式で求められたΔTを前記(1) 式に代入することにより、地球局から人工衛星までの距離を求めることができる。なお、ここで算出される距離は、測距開始時刻をT0としたとき、[T0−ΔT/2]で示される時刻における地球局と人工衛星との間の距離を表わす。
【0012】
ところで、図9に示すように人工衛星までの距離がほぼ一定である場合には、送信測距信号の周波数と受信測距信号の周波数とはほぼ同じであり問題ない。しかしながら、実際には人工衛星までの距離は変動するものとなっており、これにより生じるドップラ効果によって人工衛星にて受信される測距信号の周波数が地球局から送信した測距信号の周波数と異なり、また図10に示すように地上局における受信測距信号の周波数も送信測距信号の周波数と異なってしまう。
【0013】
そこで、人工衛星の運動によるドップラ効果で発生する衛星受信周波数のずれを打ち消すように地上の送信周波数を制御するドップラ補償を実施する場合が多い。
【0014】
このドップラ補償を実施すると、送信測距信号における送信PNクロックの周期δTが変動することになるため、前記(2) 式では往復時間ΔTを求めることができなくなってしまい、距離の測定が行なえなくなってしまう。すなわち上記PN信号を用いた方法では、ドップラ補償を実施する場合に対応することができないという不具合があった。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の距離測定装置では、単発パルスを用いた測距信号を用いて距離測定を行なう場合、パルスの間隔を測距信号の往復時間よりも大きくすることができない場合には、全ての測距タイミングに関する距離の予測値を予め求めておき、全ての測距タイミングにおいてアンビギュイティ除去を行なわなければならず、処理が非常に複雑なものとなっていた。
【0016】
また、PN信号を測距信号として用いて距離測定を行なう場合、送信測距信号中のPNクロックをカウントすることで測距信号の往復時間が求められるため、PNクロックの周波数が変化すると測距信号の往復時間を正確に求めることができず、距離測定を正確に行なうことができなくなってしまうという不具合があった。
【0017】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、第1に、単発パルスを用いた測距信号を用いて距離測定を行なう際に、測距開始時における初期的な測距時にのみ予め求めておいた距離の予測値を用いてのアンビギュイティ除去を行なえば、以降のタイミングではこれらを不要として簡単に測距を行なうことができる距離測定装置を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
前記第1の目的を達成するために本発明は、所定の周期でパルスが生じる測距信号を送信する、例えば測距信号発生部、送信部およびアンテナからなる測距信号送信手段と、前記移動体から返送された測距信号を受信する、例えばアンテナおよび受信部からなる測距信号受信手段と、前記測距信号送信手段により送信される測距信号にパルスが発生してから前記測距信号受信手段により受信された測距信号にパルスが発生するまでの時間を所定の周期で繰り返し計時する例えば時間差計時部などの計時手段と、例えば人工衛星などの移動体との間を前記測距信号が往復するのに要する時間の予測値を測距開始時において前記移動体の移動経路情報に基づいて予測する例えば軌道予測部などの距離予測手段と、前記計時手段により計時された時間を、前記計時手段により1周期前のタイミングで計時された時間と比較する例えば時間差比較手段などの比較手段と、この比較手段によって前記計時手段により計時された時間が所定値以上増加したと判定されたときには前記予測値をそれまでの値から所定値を減じた値とし、また前記比較手段によって前記計時手段により計時された時間が所定値以上減少したと判定されたときには前記予測値をそれまでの値から所定値を増した値とする予測値補正手段と、前記計時手段により計時された時間に前記予測値を加算して得られる時間に基づいて前記移動体までの距離を算出する距離算出手段とを備えた。
【0020】
このような手段を講じたことにより、移動体までの距離は、送信測距信号におけるパルス発生と受信測距信号におけるパルス発生との時間差と、予測値とによって、アンビギュイティ除去に類似した処理によって算出されるが、予測値は測距動作開始時にのみ移動体の移動経路情報に基づいて予測され、以降は送信測距信号におけるパルス発生と受信測距信号におけるパルス発生との時間差の変化状況に応じて適切な値に補正される。
【0023】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、図面を参照して本発明の第1実施形態につき説明する。
図1は本実施形態に係る距離測定装置を適用して構成された地球局装置の要部構成を示す機能ブロック図である。
【0024】
この図に示すように本実施形態の地球局装置は、測距信号発生部1、送信部2、アンテナ3、受信部4、時間差計時部5、演算部6および軌道予測部7を有している。
【0025】
測距信号発生部1は、所定の周期(所定時間Aの間隔)で単発のパルスが生じる測距信号を発生する。この測距信号発生部1で発生された測距信号は、送信部2を介してアンテナ3に供給され、送信測距信号として人工衛星Sに向けて送信される。
【0026】
人工衛星Sで折り返された返送測距信号は、アンテナ3を介して受信部4に与えられ、ここで受信される。
時間差計時部5は、測距信号発生部1が発生する測距信号にパルスが生じてから、受信部4にて受信された測距信号にパルスが生じるまでの時間差δtを計時し、演算部6に通知する。
【0027】
演算部6は、例えばマイクロプロセッサを主制御回路として有し、例えばソフトウェア処理によりそれぞれ実現される時間差比較手段6a、予測値補正手段6bおよび距離算出手段6cを有している。このうち時間差比較手段6aは、時間差計時部5が現在出力している時間差と前タイミングで出力していた時間差との差と所定の規定値との比較処理を行なうものである。また予測値補正手段6bは、時間差比較手段6aによる比較結果に基づいて必要に応じ、距離算出手段6cが距離の算出に用いる予測値の補正を行なうものである。そして距離算出手段6cは、時間差計時部5により計時された時間差δtと予め求められている予測値とに基づいて人工衛星Sまでの距離を算出するための処理を行なうものである。
【0028】
軌道予測部7は、人工衛星Sの軌道情報に基づいて、演算部6が測距を開始する時点の初期的な予測値を求めて運算部6に与えるものである。
次に以上のように構成された地球局装置における人工衛星Sまでの距離の測定動作につき演算部6の処理手順に従って説明する。
まず演算部6は、起動されて測距動作を開始するとき、軌道予測部7に現在の距離を予測させる。軌道予測部7は、人工衛星Sの軌道情報に基づき、現在における人工衛星Sまでの距離を予測し、その値を出力する。ここで軌道予測部7は、測距信号発生部1が発生している測距信号におけるパルスの発生間隔Aの整数倍の精度で距離を予測する。すなわち、軌道予測部7が出力する値は、A×N(Nは整数)なる値をとる。
【0029】
そして演算部6は、以上のように軌道予測部7が出力する値を予測値として取り込む(図2中のステップST1)。また演算部6は、その時点において時間差計時部5が出力している時間差δtを取り込む(ステップST2)。
【0030】
次に演算部6は距離算出手段6cにより、人工衛星Sまでの距離を、
1/2×{(A×N)+δt}×c
なる式により算出する。
【0031】
ここで、測距開始後の最初の距離算出時には、(A×N)は軌道予測部7にて予測された値であるので、アンビギュイティ除去を行なう従来と同様な手法による距離の算出処理が行なわれることになる。
【0032】
さて演算部6は、前回に時間差計時部5が出力している時間差δtを取り込んだ時点から所定の時間(例えば1秒)が経過したら、ステップST3において距離の算出に用いた時間差δtの値をδt′とする(ステップST4)とともに、時間差計時部5が現在出力している時間差δtを新たに取り込む(ステップST5)。かくして、δtは最新の測距タイミングにおける時間差を示し、またδt′は1つ前の測距タイミングにおける時間差を示すことになる。
【0033】
そして演算部6は時間差比較手段6aにより、[δt−δt′]が所定の基準値δt よりも大きいか否かの判断および[δt′−δt]が所定の基準値δt よりも大きいか否かの判断(ステップST6およびステップST7)を行なう。すなわちこのステップST6およびステップST7において演算部6は、時間差計時部5が出力している時間差δtの値を1つ前の測距タイミングにおける値と比較し、両者の差が所定値異常となっているか否かの判断を行なっている。さらに詳しくは、現測距タイミングにおける時間差δtの値が1つ前の測距タイミングにおける値から所定値以上に増加しているか、あるいは1つ前の測距タイミングにおける値よりも所定値以上に減少しているかを判定している。
【0034】
さて、人工衛星Sが近付いているとき、時間差計時部5で求められる時間差δtは徐々に減少してゆく。しかし、時間差δtが一旦“0”まで達すると、時間差計時部5にて受信測距信号に生じるパルスと比較される送信測距信号のパルスが変化し、時間差δtは一気にパルスの間隔であるAまで増加する。従って、測距の実行間隔をT、人工衛星Sの考えられる最大の速度をVとしたときに、測距信号におけるパルスの間隔Aを、
V×T<1/2×c×A
なる関係が成立するように設定しておけば、上述のような時間差δtの値の急激な変化は時間差計時部5にて受信測距信号に生じるパルスと比較される送信測距信号のパルスが変化したためであることが分かる。そして上述のように時間差δtの値が急激に増加している場合は、人工衛星Sが近付いているときであるため、演算部6はステップST6において[δt−δt′]が所定の基準値δt よりも大きいと判断すると、予測値補正手段6bによってNを[N−1]として予測値(A×N)の値を補正する。
【0035】
逆に、人工衛星Sが遠ざかっているとき、時間差計時部5で求められる時間差δtは徐々に増加してゆく。しかし、時間差δtが一旦パルスの間隔であるAまで達すると、時間差計時部5にて受信測距信号に生じるパルスと比較される送信測距信号のパルスが変化し、時間差δtは一気に“0”まで減少する。従って、測距信号におけるパルスの間隔Aを上述のように設定しておけば、上述のような時間差δtの値の急激な変化は時間差計時部5にて受信測距信号に生じるパルスと比較される送信測距信号のパルスが変化したためであることが分かる。そして上述のように時間差δtの値が急激に減少している場合は、人工衛星Sが近付いているときであるため、演算部6はステップST7において[δt′−δt]が所定の基準値δt よりも大きいと判断すると、予測値補正手段6bによってNを[N+1]として予測値(A×N)の値を補正する。
【0036】
なお、演算部6はステップST6およびステップST7において[δt−δt′]および[δt′−δt]のいずれも所定の基準値δt よりも大きくないと判断すると、ステップST8およびステップST9の処理を行なわず、予測値をこれまでのままとする。
【0037】
そして演算部6は、未補正または補正済みの予測値を用いてステップST3以降の処理を繰り返す。
次に以上の動作を、測距信号におけるパルスの間隔を100msec 、測距の実行間隔を1sec とし、人工衛星Sは測距開始時刻に往復時間にして550msec の距離にあり、毎秒1msec に相当する距離で近づいている場合を例にして詳しく説明する。
【0038】
このとき測距開始時において軌道予測部7では、予測値(N×A)として500msec (N=5)が算出される。また時間差計時部5では、往復時間の真値550msec に対する予測値との差に相当する50msecが時間差δtとして求められる。
【0039】
以後、時間差計時部5では、1sec 毎の時間差δtが、[49,48,47, …,2,1,0,99,98…]という具合に求められ、往復時間の真値が[549,548,547 …]という具合に求められる。
【0040】
さて、測距開始から51秒が経過すると、時間差δtは99となる。このとき、予測値を500ms のままとしておくと、求められる往復時間は599ms となり、1秒前の500ms から急激に変化することになる。これは、人工衛星Sが1sec の間に99msecの往復時間に相当する距離を動いたことになるため、不適切であることがわかる。そこで、Nをこれまでの“5”から“1”を減じた“4”として予測値(A×N)を400ms に補正することで真値である499ms を求めることが可能となる。
【0041】
以上のように本実施形態によれば、測距開始時のみに軌道予測部7にて軌道情報に基づく距離の予測を行ない、これにより算出される予測値を用いてアンビギュイティ除去を行なえば、以降は、送信測距信号におけるパルス発生と受信測距信号におけるパルス発生との時間差を最新の測距タイミングでの値と1つ前の測距タイミングでの値とで比較し、両者の差が所定の規定値δt を上回るような急激な変化が生じたことをもって予測値を補正して行くことで、軌道予測部7による軌道情報に基づく距離の予測を行なわずに正確な測距が行なえる。
【0042】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2実施形態につき説明する。
図3は本実施形態に係る距離測定装置を適用して構成された地球局装置の要部構成を示す機能ブロック図である。
【0043】
この図に示すように本実施形態の地球局装置は、測距信号発生部11、送信部12、アンテナ13、受信部14、送信PNコード位置カウンタ15、受信PNコード位置カウンタ16、時刻信号部17、往復時間カウンタ18、基準クロック発生部19および測距処理部20を有している。
【0044】
測距信号発生部11は、“0”または“1”のビットを配列してなる所定パターンのビット列の繰り返しである擬似ランダムノイズ(PN)コード、PNコードをなす各ビットに同期したPNクロックおよびPNコードの1シーケンスの先頭のビットに同期したPNエポックからなるPN信号を測距信号として発生する。この測距信号発生部11で発生された測距信号は、送信部12を介してアンテナ13に供給され、送信測距信号として人工衛星Sに向けて送信される。
【0045】
人工衛星Sで折り返された返送測距信号は、アンテナ13を介して受信部14に与えられ、ここで受信される。
送信PNコード位置カウンタ15は、測距信号発生部11が発生する測距信号のうちのPNエポックがリセット信号として、またPNクロックがクロック信号としてそれぞれ入力されている。すなわち送信PNコード位置カウンタ15は、送信測距信号のPNクロックをカウントするものであり、そのカウント値は送信測距信号のPNエポックにパルスが生じることでリセットされる。
【0046】
受信PNコード位置カウンタ16は、受信部14で受信された測距信号(受信測距信号)のうちのPNエポックがリセット信号として、またPNクロックがクロック信号としてそれぞれ入力されている。すなわち受信PNコード位置カウンタ16は、受信測距信号のPNクロックをカウントするものであり、そのカウント値は受信測距信号のPNエポックにパルスが生じることでリセットされる。
【0047】
時刻信号部17は、所定の時刻または所定の時間間隔で測距データ取得要求を出力する。
往復時間カウンタ18は、基準クロック発生部19が発生する所定周波数の基準クロックをカウントするものであり、そのカウント値は測距処理部20からの制御の下にリセットされる。
【0048】
測距処理部20は、例えばマイクロプロセッサを主制御回路として有し、例えばソフトウェア処理によりそれぞれ実現される往復時間計時制御手段20aおよび距離計算手段20bを有している。このうち往復時間計時制御手段20aは、時刻信号部17から測距データ取得要求が与えられたことに応じて測距信号発生部11が出力するPNコードが1シーケンスにおける何ビット目であるかをチェックし、同じビットが受信測距信号におけるPNコードに生じるまでの時間を計時するための処理を行なうものである。また距離計算手段20bは、往復時間計時制御手段20aにより計時された時間に基づいて人工衛星Sまでの距離を算出するものである。
【0049】
次に以上のように構成された地球局装置における人工衛星Sまでの距離の測定動作につき測距処理部20の処理手順に従って説明する。
まず測距処理部20は、時刻信号部17から出力された測距データ取得要求が到来するのを待ち受けている(図4中のステップST11)。そして測距データ取得要求が到来すると測距処理部20は、次に送信PNコード位置カウンタ15がカウントアップするのを待ってカウントアップ後のカウント値N1の取り込み(ステップST12)を行なうとともに、往復時間カウンタ18をリセットする(ステップST13)。
【0050】
ここで送信PNコード位置カウンタ15は、測距信号発生部11が発生するPN信号、すなわち送信測距信号におけるPNクロックをカウントするものであり、PNエポックにパルスが生じることでリセットされるものであるので、そのカウント値N1は、送信測距信号として現在送出されているPNコードが、PNコードの1シーケンスにおける何ビット目であるかを示したものである。
【0051】
続いて測距処理部20は、受信PNコード位置カウンタ16のカウント値N2を監視し、このカウント値N2がステップST12で取り込んだカウント値N1と同じになるのを待つ(ステップST14およびステップST15)。
【0052】
ここで受信PNコード位置カウンタ16は、受信部14で受信されたPN信号、すなわち受信測距信号におけるPNクロックをカウントするものであり、PNエポックにパルスが生じることでリセットされるものであるので、そのカウント値N2は、受信測距信号として現在受信されているPNコードが、PNコードの1シーケンスにおける何ビット目であるかを示したものである。
【0053】
かくして、カウント値N2がステップST12で取り込んだカウント値N1と同じになれば、測距データ取得要求が到来した直後に送信測距信号にて送出されたPNコードのビットが人工衛星Sで折り返されて戻ってきたことになる。そこで測距処理部20は、往復時間カウンタ18のカウント値N3を取り込む(ステップST16)。
【0054】
ここで往復時間カウンタ18は、基準クロック発生部19が発生する所定の周波数の基準クロックをカウントするものであり、ステップST13においてリセットがなされている。従って往復時間カウンタ18は、測距データ取得要求に応じてカウント値N1を取り込んだ時点からの基準クロックの周期数をカウントしている。
【0055】
そこで測距処理部20は、ステップST16で取り込んだカウント値N3に基準クロック発生部19が発生する基準クロックの周期δT′を掛け算することで往復時間ΔTを算出する。すなわち、
ΔT=N3×δT′
なる式により往復時間ΔTを算出する(ステップST17)。
【0056】
そして測距処理部20は、
1/2×ΔT×c
なる式によって距離を算出する。なお、ここで算出される距離は、測距データ取得要求時刻をT0としたとき、[T0+ΔT/2]で示される時刻における距離を表わす。
【0057】
こののち測距処理部20は、ステップST11以降の処理を繰り返す。
かくして本実施形態によれば、測距信号発生部11においてドップラ補償を行なうべく測距信号の周波数を変化させる処理を行なっても、図5に示すように往復時間ΔTを正確に計時することができ、距離を正確に算出することができる。
【0058】
なお本発明は前記各実施形態に限定されるものではない。例えば前記各実施形態では、地球局装置に適用され、地球局から人工衛星までの距離を測定するものとしているが、本発明の距離測定装置が適用される装置は地球局装置には限定されない。また移動体も人工衛星には限定されず、飛行機などの他の移動体であってもよい。
【0059】
また前記第1実施形態では、測距信号として正弦波トーンを用い、送信正弦波と受信正弦波の位相差を測定するようにしてもよい。
このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【0060】
【発明の効果】
本発明は、所定の周期でパルスが生じる測距信号を送信する、例えば測距信号発生部、送信部およびアンテナからなる測距信号送信手段と、前記移動体から返送された測距信号を受信する、例えばアンテナおよび受信部からなる測距信号受信手段と、前記測距信号送信手段により送信される測距信号にパルスが発生してから前記測距信号受信手段により受信された測距信号にパルスが発生するまでの時間を所定の周期で繰り返し計時する例えば時間差計時部などの計時手段と、例えば人工衛星などの移動体との間を前記測距信号が往復するのに要する時間の予測値を測距開始時において前記移動体の移動経路情報に基づいて予測する例えば軌道予測部などの距離予測手段と、前記計時手段により計時された時間を、前記計時手段により1周期前のタイミングで計時された時間と比較する例えば時間差比較手段などの比較手段と、この比較手段によって前記計時手段により計時された時間が所定値以上増加したと判定されたときには前記予測値をそれまでの値から所定値を減じた値とし、また前記比較手段によって前記計時手段により計時された時間が所定値以上減少したと判定されたときには前記予測値をそれまでの値から所定値を増した値とする予測値補正手段と、前記計時手段により計時された時間に前記予測値を加算して得られる時間に基づいて前記移動体までの距離を算出する距離算出手段とを備えたので、単発パルスを用いた測距信号を用いて距離測定を行なう際に、測距開始時における初期的な測距時にのみ予め求めておいた距離の予測値を用いてのアンビギュイティ除去を行なえば、以降のタイミングではこれらを不要として簡単に測距を行なうことができる距離測定装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る距離測定装置を適用して構成された地球局装置の要部構成を示す機能ブロック図。
【図2】図1中の演算部6の処理手順を示すフローチャート。
【図3】本発明の第2実施形態に係る距離測定装置を適用して構成された地球局装置の要部構成を示す機能ブロック図。
【図4】図3中の測距処理部20の処理手順を示すフローチャート。
【図5】図3に示す地球局装置での測距信号の往復時間の計時の動作を説明する図。
【図6】単発のパルス信号を用いて距離を測定するための従来の一方法を説明する図。
【図7】送信測距信号におけるパルスの発生間隔よりも測距信号の往復時間が大きい場合において距離を測定するための従来の一方法を説明する図。
【図8】擬似ランダムノイズ信号(PN信号)の構成を示す図。
【図9】擬似ランダムノイズ信号を用いて距離を測定するための従来の一方法を説明する図。
【図10】擬似ランダムノイズ信号を用いて距離を測定するときの不具合を説明する図。
【符号の説明】
1…測距信号発生部
2,12…送信部
3,13…アンテナ
4,14…受信部
5…時間差計時部
6…演算部
6a…時間差比較手段
6b…予測値補正手段
6c…距離算出手段
7…軌道予測部
11…測距信号発生部
15…送信PNコード位置カウンタ
16…受信PNコード位置カウンタ
17…時刻信号部
18…往復時間カウンタ
19…基準クロック発生部
20…測距処理部
20a…往復時間計時制御手段
20b…距離計算手段
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a distance measuring device for measuring a distance to a moving object such as an artificial satellite flying in orbit.
[0002]
[Prior art]
One method for measuring the distance from an earth station to an artificial satellite is to use a single pulse signal.
According to this method, a single pulse signal is transmitted from an earth station to an artificial satellite, and a time (hereinafter, referred to as a round-trip time) ΔT from the return of the pulse signal by the artificial satellite to the earth station is measured. As a result, the distance from the earth station to the satellite
1/2 × ΔT × c where c is the speed of light... (1)
It is calculated by the following equation.
[0003]
However, in the above-described method, the distance can be measured only once by transmitting and receiving a pulse signal only once, and a distance measurement signal in which a pulse is continuously generated at a predetermined cycle is used for continuous distance measurement. There is a need. That is, as shown in FIG. 6, a ranging signal (transmission ranging signal) in which a pulse is generated at an interval of time t is transmitted, and after a pulse is generated in the transmission ranging signal, the ranging signal returned by the artificial satellite is received. It is necessary to measure the time until a pulse is generated in the distance signal (received distance measurement signal) as the round trip time ΔT.
[0004]
At this time, there is no problem if the time required for the ranging signal to reciprocate between the earth station and the artificial satellite is smaller than the pulse generation interval t in the transmission ranging signal as shown in FIG. As shown in FIG. 7, when the interval is longer than the pulse generation interval t in the transmission distance measurement signal, the correspondence between each pulse generated in the transmission distance measurement signal and each pulse generated in the reception distance measurement signal becomes unknown, and the round trip time ΔT becomes longer. It becomes difficult to measure accurately.
[0005]
This problem can be avoided by setting the pulse generation interval in the distance measurement signal to be sufficiently long so that it is always longer than the round trip time ΔT. However, increasing the pulse generation interval t in the ranging signal causes a new problem such as a longer synchronization acquisition time of a receiver that receives the ranging signal in an artificial satellite or an earth station. There is a limit to the length of the distance measurement signal, and it may not be possible to set the pulse generation interval in the distance measurement signal to be longer than the round trip time ΔT.
[0006]
In such a case, conventionally, a predicted value of the round-trip time at each time is calculated based on the orbit information of the artificial satellite in multiples of the pulse generation interval in the transmission ranging signal. That is, the predicted value obtained here is represented by A × N (N is an integer), where A is the pulse generation interval in the transmission ranging signal.
[0007]
Then, the time δt from the occurrence of a pulse in the transmission ranging signal to the occurrence of a pulse in the reception ranging signal is measured, and the true round trip time ΔT is calculated as follows:
ΔT = A × N + δt
It is calculated by the following equation.
[0008]
As described above, the process of calculating the true value by calculating A × N is called ambiguity removal.
However, in this method, it is necessary to calculate in advance the distance prediction values at all the distance measurement data acquisition times, and there is a problem that ambiguity removal is required for all the distance measurement data.
[0009]
On the other hand, another method for measuring the distance from an earth station to an artificial satellite uses a pseudorandom noise (PN) signal as a ranging signal.
As shown in FIG. 8, the PN signal is a PN code which is a repetition of a bit string of a predetermined pattern formed by arranging "0" or "1" bits, a PN clock synchronized with each bit forming the PN code, and a PN code. It consists of a PN epoch synchronized with the first bit of one sequence.
[0010]
Thus, when this PN signal is used as a ranging signal, a first counter that counts the number of bits of the transmission PN code from the beginning of one sequence and the number of bits of the reception PN code from the beginning of one sequence Are prepared respectively. If the count value of the first counter is N1, the count value of the second counter is N2, and the period of the transmission PN clock is δT, the round trip time ΔT of the distance measurement signal is
ΔT = (N1−N2) × δT (2)
It is obtained by the following formula.
[0011]
Then, the distance from the earth station to the artificial satellite can be obtained by substituting ΔT obtained by this equation into the above equation (1). The distance calculated here represents the distance between the earth station and the artificial satellite at the time indicated by [T0-ΔT / 2], where T0 is the distance measurement start time.
[0012]
By the way, when the distance to the artificial satellite is almost constant as shown in FIG. 9, there is no problem since the frequency of the transmission ranging signal and the frequency of the receiving ranging signal are almost the same. However, in practice, the distance to the satellite fluctuates, and the frequency of the ranging signal received by the satellite differs from the frequency of the ranging signal transmitted from the earth station due to the Doppler effect caused by this. Also, as shown in FIG. 10, the frequency of the received ranging signal at the ground station differs from the frequency of the transmitted ranging signal.
[0013]
Therefore, Doppler compensation for controlling the terrestrial transmission frequency so as to cancel the deviation of the satellite reception frequency generated by the Doppler effect due to the motion of the artificial satellite is often performed.
[0014]
When this Doppler compensation is performed, the period δT of the transmission PN clock in the transmission distance measurement signal fluctuates. Therefore, the round trip time ΔT cannot be obtained by the above equation (2), and the distance cannot be measured. Would. That is, the method using the PN signal has a problem that it cannot cope with the case where Doppler compensation is performed.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional distance measuring device, when distance measurement is performed using a distance measurement signal using a single pulse, if the pulse interval cannot be made longer than the round trip time of the distance measurement signal, In this case, it is necessary to obtain a predicted value of the distance related to the distance measurement timing in advance, and to remove the ambiguity at all the distance measurement timings, so that the processing is very complicated.
[0016]
When the distance is measured using the PN signal as the ranging signal, the round trip time of the ranging signal is obtained by counting the PN clock in the transmitted ranging signal. There was a problem that the round trip time of the signal could not be obtained accurately, and the distance measurement could not be performed accurately.
[0017]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to firstly start distance measurement when a distance measurement is performed using a distance measurement signal using a single pulse. Distance elimination device that eliminates the need for ambiguity removal using the predicted value of the distance obtained in advance only at the time of initial distance measurement at the time, and can easily perform distance measurement at subsequent timings Is to provide.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the present invention provides a distance measuring signal transmitting unit which transmits a distance measuring signal in which a pulse is generated at a predetermined cycle, for example, a distance measuring signal generating unit, a transmitting unit and an antenna; Receiving the ranging signal returned from the body, for example, a ranging signal receiving unit including an antenna and a receiving unit, and the ranging signal after a pulse is generated in the ranging signal transmitted by the ranging signal transmitting unit; The distance measurement signal between the moving object such as an artificial satellite and a time measurement unit such as a time difference timer that repeatedly measures the time until a pulse is generated in the distance measurement signal received by the reception unit at a predetermined cycle. A distance estimating means such as a trajectory estimating unit for estimating a predicted value of a time required for the vehicle to make a round trip at the start of ranging based on the moving route information of the moving body, Is compared with the time measured at the timing one cycle before by the time measuring means, for example, a comparing means such as a time difference comparing means, and the comparing means determines that the time measured by the time measuring means has increased by a predetermined value or more. When the predicted value is a value obtained by subtracting a predetermined value from the previous value, and when it is determined by the comparing means that the time measured by the time measuring means has decreased by a predetermined value or more, the predicted value is set to the value obtained up to that time. Predicted value correcting means for increasing a predetermined value from a value, and distance calculating means for calculating a distance to the moving object based on a time obtained by adding the predicted value to the time measured by the time measuring means. And with.
[0020]
By taking such measures, the distance to the moving object is determined by a time difference between the generation of a pulse in the transmission ranging signal and the generation of a pulse in the reception ranging signal, and a prediction value, which is similar to ambiguity removal. The predicted value is predicted based on the moving route information of the moving object only at the start of the ranging operation, and thereafter, the time difference between the pulse generation in the transmission ranging signal and the pulse generation in the receiving ranging signal is changed. Is corrected to an appropriate value.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram showing a main configuration of an earth station device configured by applying the distance measuring device according to the present embodiment.
[0024]
As shown in this figure, the earth station apparatus of the present embodiment has a ranging signal generating unit 1, a transmitting unit 2, an antenna 3, a receiving unit 4, a time difference timer 5, a calculating unit 6, and an orbit predicting unit 7. I have.
[0025]
The ranging signal generator 1 generates a ranging signal in which a single pulse is generated at a predetermined cycle (an interval of a predetermined time A). The ranging signal generated by the ranging signal generator 1 is supplied to the antenna 3 via the transmitter 2 and transmitted to the artificial satellite S as a transmission ranging signal.
[0026]
The return ranging signal returned by the artificial satellite S is provided to the receiving unit 4 via the antenna 3 and received here.
The time difference timer 5 measures the time difference δt from when a pulse is generated in the ranging signal generated by the ranging signal generator 1 to when a pulse is generated in the ranging signal received by the receiver 4. Notify 6.
[0027]
The arithmetic unit 6 includes, for example, a microprocessor as a main control circuit, and includes a time difference comparing unit 6a, a predicted value correcting unit 6b, and a distance calculating unit 6c, each of which is realized by, for example, software processing. The time difference comparing means 6a compares the difference between the time difference currently output by the time difference timer 5 and the time difference output at the previous timing with a predetermined specified value. The predicted value correcting means 6b corrects the predicted value used for the distance calculation by the distance calculating means 6c as needed based on the comparison result by the time difference comparing means 6a. The distance calculating means 6c performs a process for calculating the distance to the artificial satellite S based on the time difference δt measured by the time difference timer 5 and a predicted value obtained in advance.
[0028]
The orbit predicting unit 7 obtains an initial predicted value at the time when the arithmetic unit 6 starts ranging based on the orbit information of the artificial satellite S, and gives it to the calculating unit 6.
Next, an operation of measuring the distance to the artificial satellite S in the earth station apparatus configured as described above will be described according to the processing procedure of the arithmetic unit 6.
First, when the arithmetic unit 6 is activated and starts the distance measuring operation, the orbit estimating unit 7 makes the orbit estimating unit 7 estimate the current distance. The orbit prediction unit 7 predicts the current distance to the artificial satellite S based on the orbit information of the artificial satellite S, and outputs the value. Here, the trajectory prediction unit 7 predicts the distance with an accuracy that is an integral multiple of the pulse generation interval A in the distance measurement signal generated by the distance measurement signal generation unit 1. That is, the value output by the trajectory prediction unit 7 takes a value of A × N (N is an integer).
[0029]
Then, the calculation unit 6 takes in the value output by the trajectory prediction unit 7 as a prediction value as described above (step ST1 in FIG. 2). Further, the arithmetic unit 6 captures the time difference δt output from the time difference timer unit 5 at that time (step ST2).
[0030]
Next, the arithmetic unit 6 calculates the distance to the artificial satellite S by the distance calculating means 6c.
1/2 × {(A × N) + δt} × c
It is calculated by the following equation.
[0031]
Here, at the time of the first distance calculation after the start of the distance measurement, (A × N) is a value predicted by the trajectory prediction unit 7, and therefore, the distance calculation processing by the same method as in the related art for removing ambiguity is performed. Will be performed.
[0032]
When a predetermined time (for example, 1 second) has elapsed since the time when the time difference δt output by the time difference timer 5 was previously captured, the calculation unit 6 calculates the value of the time difference δt used for calculating the distance in step ST3. δt ′ (step ST4), and the time difference δt currently output by the time difference timer 5 is newly fetched (step ST5). Thus, δt indicates the time difference at the latest distance measurement timing, and δt 'indicates the time difference at the immediately preceding distance measurement timing.
[0033]
Then, the arithmetic unit 6 uses the time difference comparing unit 6a to set [δt−δt ′] to a predetermined reference value δt. x And whether [δt′−δt] is greater than a predetermined reference value δt x It is determined whether or not it is greater than (steps ST6 and ST7). That is, in steps ST6 and ST7, the arithmetic unit 6 compares the value of the time difference δt output by the time difference timer unit 5 with the value at the immediately preceding ranging timing, and the difference between the two becomes a predetermined value abnormality. To determine whether or not. More specifically, the value of the time difference δt at the current ranging timing has increased from a value at the immediately preceding ranging timing to a predetermined value or more, or decreased to a predetermined value or more than the value at the previous ranging timing. Has been determined.
[0034]
Now, when the artificial satellite S is approaching, the time difference δt obtained by the time difference timer 5 gradually decreases. However, once the time difference δt reaches “0”, the pulse of the transmission ranging signal that is compared with the pulse generated in the reception ranging signal in the time difference timer 5 changes, and the time difference δt is the pulse interval A at a stretch. To increase. Therefore, assuming that the distance measurement execution interval is T and the maximum possible speed of the satellite S is V, the pulse interval A in the distance measurement signal is
V × T <1/2 × c × A
If the relationship is established so that the following relationship is established, the abrupt change in the value of the time difference δt as described above will cause the pulse of the transmission ranging signal to be compared with the pulse generated in the reception ranging signal by the time difference timer 5. It turns out that it is because it changed. Then, as described above, when the value of the time difference δt sharply increases, it is when the artificial satellite S is approaching. Therefore, in step ST6, the arithmetic unit 6 sets [δt−δt ′] to the predetermined reference value δt. x If it is determined that the value is larger than N, the predicted value (A × N) is corrected by the predicted value correcting means 6b, where N is [N−1].
[0035]
Conversely, when the artificial satellite S is moving away, the time difference δt obtained by the time difference timer 5 gradually increases. However, once the time difference δt reaches the pulse interval A, the pulse of the transmission ranging signal compared with the pulse generated in the reception ranging signal in the time difference timer 5 changes, and the time difference δt is “0” at a stroke. To decrease. Therefore, if the pulse interval A in the ranging signal is set as described above, the abrupt change in the value of the time difference δt as described above is compared with the pulse generated in the received ranging signal by the time difference timer 5. It can be understood that this is because the pulse of the transmission ranging signal has changed. When the value of the time difference δt is sharply reduced as described above, since the artificial satellite S is approaching, the calculation unit 6 determines in step ST7 that [δt′−δt] is equal to the predetermined reference value δt. x If it is determined that the value is larger than N, the predicted value (A × N) is corrected by the predicted value correcting means 6b by setting N to [N + 1].
[0036]
In step ST6 and step ST7, the arithmetic unit 6 sets both [δt−δt ′] and [δt′−δt] to the predetermined reference value δt. x If it is determined that it is not larger than the above, the processing of steps ST8 and ST9 is not performed, and the predicted value is kept as it is.
[0037]
Then, the calculation unit 6 repeats the processing after step ST3 using the uncorrected or corrected predicted value.
Next, in the above operation, the interval between pulses in the ranging signal is set to 100 msec, the interval for performing ranging is set to 1 sec, and the artificial satellite S is located at a distance of 550 msec as a round trip time at the ranging start time, which corresponds to 1 msec per second. This will be described in detail with an example of a case in which the distance is approaching.
[0038]
At this time, at the start of ranging, the trajectory prediction unit 7 calculates 500 msec (N = 5) as a predicted value (N × A). Further, the time difference timer 5 obtains 50 msec corresponding to the difference between the true value of the round trip time 550 msec and the predicted value as the time difference δt.
[0039]
Thereafter, the time difference timer 5 obtains the time difference δt every 1 sec as [49, 48, 47, ..., 2, 1, 0, 99, 98 ...], and the true value of the round trip time is [549, 548, 547...].
[0040]
When 51 seconds have elapsed since the start of the distance measurement, the time difference δt becomes 99. At this time, if the predicted value is kept at 500 ms, the required reciprocating time is 599 ms, which rapidly changes from 500 ms one second before. This means that the artificial satellite S has moved a distance corresponding to a reciprocation time of 99 msec during 1 sec, and thus it is found to be inappropriate. Therefore, by correcting N to “4” obtained by subtracting “1” from “5” so far and correcting the predicted value (A × N) to 400 ms, it is possible to obtain the true value of 499 ms.
[0041]
As described above, according to the present embodiment, the trajectory prediction unit 7 predicts the distance based on the trajectory information only at the time of starting the distance measurement, and removes the ambiguity using the predicted value calculated thereby. Thereafter, the time difference between the pulse generation in the transmission ranging signal and the pulse generation in the reception ranging signal is compared with the value at the latest ranging timing and the value at the immediately preceding ranging timing, and the difference between the two is compared. Is a predetermined specified value δt x By correcting the predicted value based on the occurrence of a sudden change exceeding the range, accurate distance measurement can be performed without predicting the distance based on the trajectory information by the trajectory prediction unit 7.
[0042]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a functional block diagram showing a main configuration of an earth station device to which the distance measuring device according to the present embodiment is applied.
[0043]
As shown in this figure, the earth station device of the present embodiment includes a ranging signal generator 11, a transmitter 12, an antenna 13, a receiver 14, a transmission PN code position counter 15, a reception PN code position counter 16, and a time signal unit. 17, a round-trip time counter 18, a reference clock generator 19 and a distance measurement processor 20.
[0044]
The ranging signal generator 11 includes a pseudo random noise (PN) code, which is a repetition of a bit string of a predetermined pattern in which bits of “0” or “1” are arranged, a PN clock synchronized with each bit constituting the PN code, and A PN signal composed of a PN epoch synchronized with the first bit of one sequence of the PN code is generated as a ranging signal. The ranging signal generated by the ranging signal generation unit 11 is supplied to the antenna 13 via the transmission unit 12 and transmitted to the artificial satellite S as a transmission ranging signal.
[0045]
The return ranging signal returned by the artificial satellite S is provided to the receiving unit 14 via the antenna 13 and received here.
In the transmission PN code position counter 15, the PN epoch of the ranging signal generated by the ranging signal generator 11 is input as a reset signal, and the PN clock is input as a clock signal. That is, the transmission PN code position counter 15 counts the PN clock of the transmission ranging signal, and the count value is reset by generating a pulse in the PN epoch of the transmission ranging signal.
[0046]
In the reception PN code position counter 16, the PN epoch of the ranging signal (reception ranging signal) received by the receiving unit 14 is input as a reset signal, and the PN clock is input as a clock signal. That is, the reception PN code position counter 16 counts the PN clock of the received distance measurement signal, and the count value is reset by generating a pulse in the PN epoch of the received distance measurement signal.
[0047]
The time signal unit 17 outputs a distance measurement data acquisition request at a predetermined time or at a predetermined time interval.
The round-trip time counter 18 counts a reference clock of a predetermined frequency generated by the reference clock generator 19, and the count value is reset under the control of the distance measurement processor 20.
[0048]
The distance measurement processing unit 20 has, for example, a microprocessor as a main control circuit, and has a round-trip time measuring control unit 20a and a distance calculation unit 20b, each of which is realized by, for example, software processing. Among them, the round-trip time counting control means 20a determines which bit in the one sequence the PN code output by the ranging signal generating section 11 in response to the request for obtaining ranging data from the time signal section 17. This is a process for checking and measuring the time until the same bit occurs in the PN code in the received ranging signal. The distance calculating means 20b calculates the distance to the artificial satellite S based on the time measured by the round-trip time measuring control means 20a.
[0049]
Next, the operation of measuring the distance to the artificial satellite S in the earth station apparatus configured as described above will be described according to the processing procedure of the distance measurement processing unit 20.
First, the ranging processing unit 20 waits for the arrival of the ranging data acquisition request output from the time signal unit 17 (step ST11 in FIG. 4). When the distance measurement data acquisition request arrives, the distance measurement processing section 20 waits for the next transmission PN code position counter 15 to count up, captures the count value N1 after the count up (step ST12), and reciprocates. The time counter 18 is reset (step ST13).
[0050]
Here, the transmission PN code position counter 15 counts a PN signal generated by the distance measurement signal generation unit 11, that is, a PN clock in the transmission distance measurement signal, and is reset when a pulse is generated in the PN epoch. Therefore, the count value N1 indicates the bit number of the PN code currently transmitted as the transmission ranging signal in one sequence of the PN code.
[0051]
Subsequently, the distance measurement processing unit 20 monitors the count value N2 of the reception PN code position counter 16, and waits until the count value N2 becomes equal to the count value N1 captured in step ST12 (steps ST14 and ST15). .
[0052]
Here, the reception PN code position counter 16 counts the PN signal received by the reception unit 14, that is, the PN clock in the received distance measurement signal, and is reset by the occurrence of a pulse in the PN epoch. The count value N2 indicates the bit number of the PN code currently received as the received ranging signal in one sequence of the PN code.
[0053]
Thus, when the count value N2 becomes equal to the count value N1 captured in step ST12, the PN code bit transmitted by the transmission ranging signal immediately after the arrival of the ranging data acquisition request arrives at the artificial satellite S. You have returned. Therefore, the distance measurement processing section 20 takes in the count value N3 of the round trip time counter 18 (step ST16).
[0054]
Here, the round-trip time counter 18 counts the reference clock of a predetermined frequency generated by the reference clock generator 19, and has been reset in step ST13. Therefore, the round-trip time counter 18 counts the number of periods of the reference clock from the time when the count value N1 is fetched in response to the distance measurement data acquisition request.
[0055]
Therefore, the distance measurement processing unit 20 calculates the round trip time ΔT by multiplying the count value N3 fetched in step ST16 by the period δT ′ of the reference clock generated by the reference clock generation unit 19. That is,
ΔT = N3 × δT ′
The round trip time ΔT is calculated by the following equation (step ST17).
[0056]
And the distance measurement processing unit 20
1/2 × ΔT × c
The distance is calculated by the following equation. Note that the distance calculated here represents the distance at the time indicated by [T0 + ΔT / 2], where T0 is the distance measurement data acquisition request time.
[0057]
Thereafter, the distance measurement processing unit 20 repeats the processing after step ST11.
Thus, according to the present embodiment, even when the ranging signal generating unit 11 changes the frequency of the ranging signal to perform Doppler compensation, the round trip time ΔT can be accurately measured as shown in FIG. The distance can be accurately calculated.
[0058]
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, in each of the above embodiments, the present invention is applied to the earth station device and measures the distance from the earth station to the artificial satellite. However, the device to which the distance measuring device of the present invention is applied is not limited to the earth station device. The moving object is not limited to the artificial satellite, but may be another moving object such as an airplane.
[0059]
In the first embodiment, a sine wave tone may be used as the distance measurement signal, and the phase difference between the transmitted sine wave and the received sine wave may be measured.
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0060]
【The invention's effect】
The present invention transmits a ranging signal in which a pulse is generated in a predetermined cycle, for example, a ranging signal transmitting unit including a ranging signal generating unit, a transmitting unit, and an antenna, and receives a ranging signal returned from the moving body. For example, a ranging signal receiving unit including an antenna and a receiving unit, and a ranging signal received by the ranging signal receiving unit after a pulse is generated in the ranging signal transmitted by the ranging signal transmitting unit. A predicted value of the time required for the distance measurement signal to reciprocate between a time measuring means such as a time difference timer and a moving object such as an artificial satellite which repeatedly measures the time until a pulse is generated at a predetermined cycle. At the start of distance measurement based on the movement route information of the moving body, for example, a distance prediction unit such as a trajectory prediction unit, and the time measured by the time measurement unit is set to one cycle by the time measurement unit. A comparing means such as a time difference comparing means for comparing with the time measured at the timing of, and when it is determined by the comparing means that the time measured by the time measuring means has increased by a predetermined value or more, the predicted value is calculated up to that time. A value obtained by subtracting a predetermined value from the value, and when it is determined by the comparing means that the time measured by the timing means has decreased by a predetermined value or more, the predicted value is a value obtained by increasing the predetermined value from the previous value. Prediction value correction means, and the distance calculation means for calculating the distance to the moving object based on the time obtained by adding the prediction value to the time measured by the time measurement means, so that a single-shot pulse When performing distance measurement using the ranging signal used, the ambiguity using the predicted distance value obtained in advance only at the initial ranging at the start of ranging. By performing the removed by, a distance measuring apparatus capable of easily ranging them as unnecessary in subsequent timing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a configuration of a main part of an earth station device configured by applying a distance measuring device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of a calculation unit 6 in FIG.
FIG. 3 is a functional block diagram showing a configuration of a main part of an earth station device configured by applying a distance measuring device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of a distance measurement processing unit 20 in FIG. 3;
FIG. 5 is a view for explaining the operation of measuring the round trip time of the ranging signal in the earth station apparatus shown in FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional method for measuring a distance using a single pulse signal.
FIG. 7 is a view for explaining a conventional method for measuring a distance when a round trip time of a ranging signal is longer than a pulse generation interval of a transmission ranging signal.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a pseudo random noise signal (PN signal).
FIG. 9 is a view for explaining a conventional method for measuring a distance using a pseudo-random noise signal.
FIG. 10 is a diagram illustrating a problem when measuring a distance using a pseudo random noise signal.
[Explanation of symbols]
1: Distance measurement signal generator
2, 12 ... transmission unit
3,13 ... antenna
4,14 ... Receiver
5: Time difference timer
6 arithmetic unit
6a: Time difference comparison means
6b: predicted value correction means
6c distance calculating means
7 orbit prediction unit
11 Distance measuring signal generator
15: Transmission PN code position counter
16 ... Received PN code position counter
17: Time signal section
18 Round trip time counter
19: Reference clock generator
20 Distance measuring unit
20a: Round-trip time counting control means
20b ... Distance calculation means

Claims (1)

受信信号を返送する機能を有した移動体までの距離の計測を行なう距離計測装置において、
所定の周期でパルスが生じる測距信号を送信する測距信号送信手段と、
前記移動体から返送された測距信号を受信する測距信号受信手段と、
前記測距信号送信手段により送信される測距信号にパルスが発生してから前記測距信号受信手段により受信された測距信号にパルスが発生するまでの時間を所定の周期で繰り返し計時する計時手段と、
前記移動体との間を前記測距信号が往復するのに要する時間の予測値を測距開始時において前記移動体の移動経路情報に基づいて予測する距離予測手段と、
前記計時手段により計時された時間を、前記計時手段により1周期前のタイミングで計時された時間と比較する比較手段と、
この比較手段によって前記計時手段により計時された時間が所定値以上増加したと判定されたときには前記予測値をそれまでの値から所定値を減じた値とし、また前記比較手段によって前記計時手段により計時された時間が所定値以上減少したと判定されたときには前記予測値をそれまでの値から所定値を増した値とする予測値補正手段と、
前記計時手段により計時された時間に前記予測値を加算して得られる時間に基づいて前記移動体までの距離を算出する距離算出手段とを具備したことを特徴とする距離計測装置。
In a distance measuring device that measures a distance to a moving object having a function of returning a received signal,
Distance measurement signal transmitting means for transmitting a distance measurement signal in which a pulse is generated at a predetermined cycle;
Distance measurement signal receiving means for receiving a distance measurement signal returned from the moving object,
A timer for repeatedly measuring, at a predetermined cycle, the time from when a pulse is generated in the ranging signal transmitted by the ranging signal transmitting means to when a pulse is generated in the ranging signal received by the ranging signal receiving means. Means,
Distance predicting means for predicting a predicted value of a time required for the distance measurement signal to reciprocate between the moving object and the moving object at the start of ranging based on moving route information of the moving object;
Comparing means for comparing the time measured by the time measuring means with the time measured at a timing one cycle before by the time measuring means;
When it is determined by the comparing means that the time counted by the timing means has increased by a predetermined value or more, the predicted value is set to a value obtained by subtracting a predetermined value from the previous value. When it is determined that the time has decreased by a predetermined value or more, a predicted value correction unit that sets the predicted value to a value obtained by increasing a predetermined value from the previous value,
A distance measuring device, comprising: distance calculating means for calculating a distance to the moving object based on a time obtained by adding the predicted value to the time measured by the time measuring means.
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