JP3592155B2 - Distance measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は測距装置に関し、特に人工衛星と管理局間の距離を測定する測距装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
人工衛星(以下、衛星という)の管制を行う上で、衛星の地球との絶対位置を正確に知る必要がある。その必須事項として、管制局から見た方位角と仰角の角度検出と測距(衛星と管制局との距離を求めること)があげられる。本発明では、このうち測距についての提案を行う。
【0003】
衛星と管制局との距離を測定する場合、管制局より衛星に対し、測距信号を送出し、衛星から中継されてきた測距信号を受信して、その送信から受信までの折り返し時間を測定することにより、管制局から衛星までの距離を求めることができる。
【0004】
しかし、この測定には測距信号が管制局の送信機及び受信機を通過することにより発生する遅延時間が含まれるため、あらかじめ送信機と受信機の局内遅延時間を測定する必要があった。これまでは、局内遅延時間の測定には送信機の出力周波数と受信機の入力周波数が異なるため送信周波数を受信周波数に変換するための周波数変換装置、切替器及び接続ケーブルが必要であり、これらの持つ遅延時間を含んで局内折り返しの遅延時間を測定していた。そして、測距信号の衛星折り返し遅延時間から局内折り返し遅延時間の値を差引くことにより管制局から衛星までの距離算出に必要な時間を算出していた。
【0005】
次に、従来の測距装置の一例について説明する。図6は従来の測距装置の一例の構成図である。図6を参照すると、従来の測距装置50は、測距設備51と、送信機52と、切替器53と、給電機54と、初段受信機55と、切替器56と、受信機57と、送受周波数変換装置58と、指向性アンテナ59とを含んで構成されていた。この測距装置50が管制局を構成している。そして、測距装置50から衛星60に対し測距信号を送出することにより、測距装置50は衛星60と測距装置50間の距離を測定する。
【0006】
次に、測距装置50の動作について説明する。測距設備51から送出された測距信号S1は送信機52にて周波数変換、変調及び電力増幅された後、切替器53、給電器54及び指向性アンテナ59を経由し、衛星60に送出される。衛星60では受信した信号を復調して測距信号S1を取得し、さらにその測距信号S1で監理局からの搬送波(監理局搬送波)とは異なる搬送波周波数を有する搬送波(衛星搬送波)を変調して測距装置50に送信する。測距装置50の初段受信機55は指向性アンテナ59及び給電機54を介してこの変調信号を受信する。初段受信機55はこの変調信号を切替器56を介して受信機57へ送出する。受信機57はこの変調信号を復調して測距信号S1を取得し測距設備51へ送出する。
【0007】
次に、切替器53,56は給電機54側から送受周波数変換装置58側に切替えられる。そして、送信機52からの送信信号が切替器53を介して送受周波数変換装置58に入力される。送受周波数変換装置58では送信信号の周波数が受信信号の周波数に変換される。そして、受信信号の周波数に変換された信号は切替器56を介して受信機57に入力される。受信機57では入力信号が復調され測距信号S1が取得され、その測距信号S1は測距設備51へ送出される。
【0008】
測距設備51は測距信号S1を出力した時刻T1と、切替器53,56で折返した(局内折返しの)測距信号S1を受信した時刻T2と、衛星60経由(衛星折返し)の測距信号S1を受信した時刻T3とから、
(T3−T1)−(T2−T1)=T3−T2
により衛星60と測距装置50間の距離測定に必要な遅延時間を算出する。
【0009】
しかし、この従来の測距装置の一例の第1の問題点は、測距信号S1の衛星60折り返し遅延時間から局内折り返し遅延時間の値を差引く必要があるが、局内折り返し遅延時間は正確には測定ができないことである。その理由は、局内折り返しの遅延時間には、送受信周波数変換装置58、切替器53,56及び送受信周波数変換装置58と切替器53,56間を接続する接続ケーブルの遅延時間が含まれ、これらの誤差は正確に測定することができないためである。
【0010】
第2の問題点は、衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間を同時に測定することができないため、周囲温度の変化により発生する遅延時間の変動誤差が生じることである。その理由は、衛星折り返しと局内折り返しを同時に実施した場合、受信機に同一周波数の信号が入力されてしまうため、切替えが必要となるためである。
【0011】
第3の問題点は、局内折り返し試験器が故障すると測距が行えないことである。その理由は、局内の遅延を測定することがでず、衛星折り返し遅延時間と局内遅延時間の差を求めることができないためである。
【0012】
一方、第2の問題点を解決する手段が特開平7−43456号公報(以下、文献という)に開示されている。次に、この文献開示の測距装置について説明する。図7は文献開示の測距装置の構成図である。なお、前述の図6と同様の構成部分については同一番号を付し、その説明を省略する。図7を参照すると、測距装置70は、測距設備51と、送信機52と、給電機54と、初段受信機55と、受信機57と、減衰器71と、拡散変調器72と、PNコード発生器73と、送受周波数変換装置58と、指向性アンテナ59とを含んで構成されている。この測距装置70が管制局を構成している。そして、測距装置70から衛星60に対し測距信号を送出することにより、測距装置70は衛星60と測距装置70間の距離を測定する。
【0013】
ここで、図6記載の測距装置50との相違点は切替器53,56を削除し、減衰器71と、拡散変調器72と、PNコード発生器73とを追加したことである。即ち、測距装置70では局内折返しの測距信号S1を減衰器71と、拡散変調器72と、PNコード発生器73とを介して取得している。具体的には、送信機52からの送信信号を減衰器71を介して拡散変調器72にて拡散変調する。そして、その拡散変調信号を送受周波数変換装置58にて受信周波数に変換し受信機57に入力する。受信機57ではその拡散変調信号を逆拡散さらに復調して測距信号S1を取得し距離設備51に送出する。このように測距装置70では送信機52からの送信信号を局内折り返し時に拡散変調したため切替器53,56による信号の切替えが不要となり、もって衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間とを同時に測定することが可能となる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この文献開示の技術をもってしても前述の第1及び第3の問題点は解決しない。そこで本発明の目的は、送受信周波数変換装置を含む局内折り返し設備を不要とし、しかも衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間を同時に測定することが可能な測距装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、監理局から対象物に対し第1信号を送信する送信手段と、前記第1信号を受信した前記対象物から前記監理局に返送される第2信号を受信する第1及び第2受信手段と、前記送信手段が前記第1信号を送信した時刻と前記第2受信手段が前記第2信号を受信した時刻とに基づき前記監理局と前記対象物間の距離を測定する測定手段とを含む測距装置であって、その測距装置は前記送信手段から送信される前記第1信号のうち少なくとも前記第1受信手段を飽和させるに必要なレベルの信号を前記第1受信手段へ入力させる帰還手段を含み、前記測定手段は前記第1受信手段へ前記第1信号の一部が入力された時刻に基づき前記監理局内の折返し遅延時間を算出することを特徴とする。
【0016】
本発明によれば、第1信号の一部を受信手段へ入力させ、その入力された時刻に基づき監理局内の折返し遅延時間を算出するため、送受信周波数変換装置を含む局内折り返し設備を不要とし、しかも衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間を同時に測定することが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の概要について説明する。図1に示すように、正確な局内折り返し遅延時間を求める方法として、誤差を生じる局内折り返し試験設備は使用しないこととする。目的は、送受信周波数変換装置、切替器及び接続ケーブルにて構成される局内折り返し設備にて発生する遅延誤差を排除し、局内折り返し遅延時間の測定精度を高めることである。給電機1には通常、送信機52側の電力が受信機57側に回り込まないようにフィルタを挿入するが、本発明では送信側の電力を受信側へ回し込み、拡張帯域特性を有する初段の受信機(低雑音増幅装置)2を用いてその漏洩してくる測距信号電力により受信機57が飽和することを利用する。
【0018】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図1は本発明に係る測距装置の最良の実施の形態の構成図である。なお、同図において従来例(図6)と同様の構成部分については同一番号を付し、その説明を省略する。図1を参照すると、測距装置10は測距設備51と、送信機52と、給電機1と、初段受信機2と、受信機57と、指向性アンテナ59とを含んで構成されている。この測距装置10が管制局を構成している。そして、測距装置10から衛星60に対し測距信号を送出することにより、測距装置10は衛星60と測距装置10間の距離を測定する。
【0019】
衛星60からは衛星自身の状態を示すテレメトリ信号S2が測距信号S1に重畳されて測距装置10に対し送信されている。図2はこの測距装置10が使用する周波数帯域を示す周波数帯域図である。同図に示すように、管制局から衛星に対して送信される信号(コマンドと測距信号S1)の周波数帯域は衛星から管制局に対して送信される信号(テレメトリ信号S2と測距信号S1)の周波数帯域よりも高い周波数の帯域が割当てられている。
【0020】
次に、給電機1について説明する。図3は給電機1内に設けられたフィルタの通過帯域特性図である。従来は送信帯域の周波数成分が受信部へ漏れ込みを起こさないように給電機1にフィルタを挿入し周波数特性を調整していたが、本発明では送信帯域の周波数成分を通過させることとする。図3を参照すると、従来、衛星60からの受信信号であるテレメトリ信号S2と測距信号S1に対しては減衰量を小さくし、衛星60に対する送信信号であるコマンドと測距信号S1に対しては減衰量を大きくするようフィルタを構成していた。これにより、受信機57において衛星60からの信号は受信するが送信機52からの回り込み信号は受信しないようにしていた。これに対し、本発明では送信機52からの回り込み信号を受信するようにコマンドと測距信号S1の送信に使用する周波数帯域の減衰量を従来よりも小さくしている。
【0021】
次に、初段受信機2について説明する。初段受信機2は低雑音増幅装置にて構成されている。図4は初段受信機2に入力される信号の周波数特性図である。同図を参照すると、初段受信機2は衛星60からの受信信号であるテレメトリ信号S2及び測距受信信号S1と、送信機52からの回り込み信号(測距送信信号S1)の両者が受信可能となるよう受信周波数帯域が従来よりも拡張されている。又、同図を参照すると、測距送信信号S1のレベルの方がテレメトリ信号S2及び測距受信信号S1のレベルより高くなっているが、これは測距送信信号S1が少なくとも初段受信機2を飽和させるに必要なレベルを有していることを示している。
【0022】
次に、測距装置10の動作について説明する。本提案の構成では測距設備51から送信機52を経由し給電機1から衛星60に測距信号S1が送信される。又、衛星60からの測距信号S1は、給電機1から受信機57を経由し測距設備51にて受信される。この間に、実際の測距に不要な局内折り返し信号を取り込むための構成(送受信周波数変換器、入出力部切り替え器、接続ケーブル)は存在しない。又、給電機1から初段受信器(低雑音増幅装置)2までの路長が遅延過誤差となるが、本発明では初段受信機2が給電機1の出力部に導波管にて直結されているため、局内折り返し時間の誤差とはならない。
【0023】
図5は測距装置10の動作を示すタイミングチャートである。同図において、(A)は測距装置51から出力される測距信号S1の出力波形を示し、(B)は初段受信機2におけるテレメトリ信号S2の受信波形を示し、(C)は測距装置51に入力される衛星折返しの測距信号S1の受信波形を示す。
【0024】
図1及び図5を参照すると、測距設備51より、測距信号S1が図5(A)のタイミングで出力される。この時刻をT1とする。出力された信号S1は、送信機52にて周波数変換、変調及び電力増幅され、給電機1及び指向性アンテナ59を介して衛星60に送出される。このとき測距信号S1の電力の一部は給電機1にて受信ポートに分岐され、給電機1に直結された初段受信機2(低雑音増幅装置)に入力される。
【0025】
すると、初段受信機2である低雑音増幅装置は過入力を起こし飽和する。衛星60からはテレメトリ信号S2が発信されているが、初段受信機2が飽和すると受信スペクトラムが圧縮され、テレメトリ信号S2のレベルが見掛上、下がったように見える。即ち、初段受信器2(低雑音増幅装置)が飽和することにより、初段受信器2の利得が下がり、受信機57において衛星からのテレメトリ信号S2の受信レベルが低下する。図5(B)に示すようにその動作レベルが低下する時刻をT2とする。この(T2−T1)が局内折り返し遅延時間に相当する。
【0026】
次に衛星60から測距信号S1がテレメトリ信号S2に重畳され送信されてくる。初段受信機2にて電力増幅された信号は受信機57にて周波数変換及び復調されたのち測距設備51にて測距信号S1を取り出し測距設備51で測定した衛星折り返しの時刻T3が求められる(図5(C)参照)。
【0027】
測距設備51での衛星折り返しの遅延時間は(T3−T1)にて求められる。ここで、衛星折り返し(T3−T1)と局内折り返し(T2−T1)から求める衛星測距のための遅延時間は
(T3−T1)−(T2−T1)=T3−T2
にて求められる。即ち、初段受信機2の動作レベルが低下した時刻T2から衛星折り返し信号を受信した時刻T3の差を求めれば管制局から衛星60までの折り返し時間を求められ、これにより管制局から衛星60までの正確な遅延時間を求めることができる。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、監理局から対象物に対し第1信号を送信する送信手段と、前記第1信号を受信した前記対象物から前記監理局に返送される第2信号を受信する受信手段と、前記送信手段が前記第1信号を送信した時刻と前記受信手段が前記第2信号を受信した時刻とに基づき前記監理局と前記対象物間の距離を測定する測定手段とを含む測距装置であって、その測距装置は前記送信手段から送信される前記第1信号の一部を前記受信手段へ入力させる帰還手段を含み、前記測定手段は前記受信手段へ前記第1信号の一部が入力された時刻に基づき前記監理局内の折返し遅延時間を算出するため、送受信周波数変換装置を含む局内折り返し設備を不要とし、しかも衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間を同時に測定することが可能となる。
【0029】
具体的には、本発明の第1の効果は、正確な測距ができることである。第1の効果が得られる理由は、局内折り返し用設備を必要としないため、折り返し用送受信周波数変換器、切替器及び接続ケーブルによる誤差を生じることがないためである。本発明の第2の効果は、正確な測距ができることである。第2の効果が得られる理由は、局内折り返しと衛星折り返しを同時に行うことができるため、切替時間内に発生する測定誤差をなくすことができるためである。本発明の第3の効果は、折り返し用試験設備が存在しなくても測距ができることである。第3の効果が得られる理由は、測距のための専用の折り返し試験設備が不要であるため、折り返し試験設備が故障したことにより測距ができなくなるということがなくなるためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る測距装置の最良の実施の形態の構成図である。
【図2】測距装置10が使用する周波数帯域を示す周波数帯域図である。
【図3】給電機1内に設けられたフィルタの通過帯域特性図である。
【図4】初段受信機2に入力される信号の周波数特性図である。
【図5】測距装置10の動作を示すタイミングチャートである。
【図6】従来の測距装置の一例の構成図である。
【図7】文献開示の測距装置の構成図である。
【符号の説明】
1 給電機
2 初段受信機
10 測距装置
51 測距設備
52 送信機
57 受信機
59 指向性アンテナ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a distance measuring device, and particularly to a distance measuring device that measures a distance between an artificial satellite and a management station.
[0002]
[Prior art]
In order to control an artificial satellite (hereinafter referred to as a satellite), it is necessary to accurately know the absolute position of the satellite with respect to the earth. The essential items include detection of the azimuth angle and elevation angle as viewed from the control station and ranging (finding the distance between the satellite and the control station). The present invention proposes distance measurement.
[0003]
When measuring the distance between the satellite and the control station, the control station sends a ranging signal to the satellite, receives the ranging signal relayed from the satellite, and measures the return time from transmission to reception By doing so, the distance from the control station to the satellite can be obtained.
[0004]
However, since this measurement includes a delay time generated when the ranging signal passes through the transmitter and the receiver of the control station, it is necessary to measure the in-station delay time of the transmitter and the receiver in advance. Until now, measurement of intra-station delay time requires a frequency converter, switch, and connection cable to convert the transmission frequency to the reception frequency because the output frequency of the transmitter and the input frequency of the receiver are different. The delay time of the loopback in the station was measured including the delay time of. Then, the time required for calculating the distance from the control station to the satellite is calculated by subtracting the value of the intra-station return delay time from the satellite return delay time of the ranging signal.
[0005]
Next, an example of a conventional distance measuring device will be described. FIG. 6 is a configuration diagram of an example of a conventional distance measuring device. Referring to FIG. 6, a conventional
[0006]
Next, the operation of the distance measuring
[0007]
Next, the switches 53 and 56 are switched from the
[0008]
The distance measuring
(T3-T1)-(T2-T1) = T3-T2
Calculates the delay time required for measuring the distance between the
[0009]
However, a first problem of this conventional distance measuring apparatus is that it is necessary to subtract the value of the return delay time in the station from the return delay time of the
[0010]
A second problem is that since the satellite return delay time and the intra-station return delay time cannot be measured simultaneously, a delay time variation error occurs due to a change in ambient temperature. The reason is that, when the satellite return and the intra-station return are performed at the same time, a signal of the same frequency is input to the receiver, so that switching is required.
[0011]
A third problem is that distance measurement cannot be performed if the in-station loopback tester fails. The reason is that the delay in the station cannot be measured, and the difference between the satellite return delay time and the intra-station delay time cannot be obtained.
[0012]
On the other hand, means for solving the second problem is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-43456 (hereinafter referred to as literature). Next, a distance measuring device disclosed in this document will be described. FIG. 7 is a configuration diagram of a distance measuring device disclosed in the literature. The same components as those in FIG. 6 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Referring to FIG. 7, the
[0013]
Here, the difference from the
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the first and third problems described above are not solved even by the technology disclosed in this document. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a distance measuring apparatus which eliminates the need for in-station loopback equipment including a transmission / reception frequency conversion apparatus and is capable of simultaneously measuring a satellite loopback delay time and a loopback delay time in a station.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a transmitting unit that transmits a first signal from a supervisory station to an object, and a second signal that is returned from the object that has received the first signal to the supervisory station. First and second receiving means for receiving, a time between the control station and the object based on a time at which the transmitting means transmits the first signal and a time at which the second receiving means receives the second signal; And a measuring means for measuring a distance. The distance measuring apparatus outputs a signal of a level necessary to saturate at least the first receiving means among the first signals transmitted from the transmitting means. Feedback means for inputting to the first receiving means, wherein the measuring means calculates a return delay time in the supervisory station based on a time when a part of the first signal is input to the first receiving means. And
[0016]
According to the present invention, a part of the first signal is input to the receiving means, and the return delay time in the supervisory station is calculated based on the input time. Moreover, the satellite return delay time and the intra-station return delay time can be measured simultaneously.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, an outline of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, as a method for obtaining an accurate intra-station loop-back delay time, it is assumed that an intra-station loop test equipment that causes an error is not used. It is an object of the present invention to eliminate a delay error generated in an intra-station loop-back facility composed of a transmission / reception frequency converter, a switch, and a connection cable, and to improve the accuracy of measuring the intra-station loop-back delay time. Normally, a filter is inserted into the
[0018]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a preferred embodiment of a distance measuring apparatus according to the present invention. In the figure, the same components as those of the conventional example (FIG. 6) are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Referring to FIG. 1, a
[0019]
From the
[0020]
Next, the
[0021]
Next, the first-
[0022]
Next, the operation of the
[0023]
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the
[0024]
Referring to FIG. 1 and FIG. 5, the ranging
[0025]
Then, the low-noise amplifier, which is the first-
[0026]
Next, the ranging signal S1 is superimposed on the telemetry signal S2 and transmitted from the
[0027]
The delay time of the return of the satellite in the
Is required. That is, if the difference between the time T2 at which the operation level of the first-
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, transmitting means for transmitting a first signal from a supervisory station to an object, and receiving means for receiving a second signal returned from the object having received the first signal to the supervisory station, A distance measuring device including a measuring unit that measures a distance between the supervisory station and the object based on a time when the transmitting unit transmits the first signal and a time when the receiving unit receives the second signal. Wherein the distance measuring device includes feedback means for inputting a part of the first signal transmitted from the transmitting means to the receiving means, and the measuring means transmits a part of the first signal to the receiving means. Since the return delay time in the supervisory station is calculated based on the input time, the need for an in-station return facility including a transmission / reception frequency converter is eliminated, and the satellite return delay time and the in-station return delay time can be measured simultaneously. That.
[0029]
Specifically, a first effect of the present invention is that accurate distance measurement can be performed. The reason why the first effect is obtained is that no equipment is required for the loopback transmission / reception frequency converter, the switching device, and the connection cable because the loopback equipment is not required. A second effect of the present invention is that accurate distance measurement can be performed. The second effect is obtained because the intra-station return and the satellite return can be performed at the same time, so that a measurement error occurring within the switching time can be eliminated. A third effect of the present invention is that distance measurement can be performed without the need for a folding test facility. The reason why the third effect can be obtained is that a dedicated loopback test facility for distance measurement is not required, so that the failure of the loopback test facility does not prevent the distance measurement from being performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a preferred embodiment of a distance measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a frequency band diagram showing a frequency band used by the
FIG. 3 is a passband characteristic diagram of a filter provided in the
FIG. 4 is a frequency characteristic diagram of a signal input to a first-
FIG. 5 is a timing chart showing an operation of the
FIG. 6 is a configuration diagram of an example of a conventional distance measuring device.
FIG. 7 is a configuration diagram of a distance measuring device disclosed in the literature.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記送信手段から送信される前記第1信号のうち少なくとも前記第1受信手段を飽和させるに必要なレベルの信号を前記第1受信手段へ入力させる帰還手段を含み、前記測定手段は前記第1受信手段へ前記第1信号の一部が入力された時刻に基づき前記監理局内の折返し遅延時間を算出することを特徴とする測距装置。Transmitting means for transmitting a first signal from the control station to the object, first and second receiving means for receiving a second signal returned from the object receiving the first signal to the control station, A distance measuring device that measures a distance between the control station and the object based on a time at which the transmitting means transmits the first signal and a time at which the second receiving means receives the second signal; A device,
Feedback means for inputting a signal of a level necessary to saturate at least the first receiving means among the first signals transmitted from the transmitting means to the first receiving means, wherein the measuring means comprises a first receiving means A distance measuring apparatus, wherein a return delay time in the supervisory station is calculated based on a time when a part of the first signal is input to the means.
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