JP3785178B2 - Distance measuring device - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a distance measuring device for measuring a distance to a moving body such as an artificial satellite flying in an orbit.
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。 One method for measuring the distance from an earth station to an artificial satellite is to use a single pulse signal.
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。
In 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 when the pulse signal is turned back by the artificial satellite to reach the earth station is measured. The distance from the earth station to the satellite,
1/2 × ΔT × c where c is the speed of light (1)
Is calculated by the following formula.
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。 However, in the above-described method, distance measurement can be performed only once by transmission / reception of a single pulse signal, and a distance measurement signal in which pulses continuously occur in a predetermined cycle is used for continuous distance measurement. There is a need. That is, as shown in FIG. 6, a distance measurement signal (transmission distance measurement signal) that generates a pulse at an interval of time t is transmitted, and after the pulse is generated in the transmission distance measurement signal, the measurement signal returned and received 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.
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。 At this time, there is no problem if the time required for the distance measurement signal to reciprocate between the earth station and the artificial satellite is smaller than the pulse generation interval t in the transmission distance measurement signal as shown in FIG. As shown in FIG. 7, when the pulse generation interval t in the transmission ranging signal is larger than the correspondence between each pulse generated in the transmission ranging signal and each pulse generated in the reception ranging signal, the round trip time ΔT is set to It becomes difficult to measure accurately.
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。 This problem can be avoided by setting it sufficiently large so that the pulse generation interval in the distance measurement signal is always longer than the round trip time ΔT. However, if the pulse generation interval t in the distance measurement signal is increased, a new problem such as an increase in the synchronization acquisition time of the receiver that receives the distance measurement signal in the artificial satellite or the earth station occurs. Is limited, and the pulse generation interval in the distance measurement signal may not be set longer than the round trip time ΔT.
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。 In such a case, conventionally, a predicted value of the round-trip time at each time is obtained in units of multiples of the pulse generation interval in the transmission ranging signal based on the orbit information of the artificial satellite. 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.
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。
Then, the time δt from when the pulse is generated in the transmission ranging signal until the pulse is generated in the reception ranging signal is measured, and the true round trip time ΔT is
ΔT = A × N + δt
It is calculated by the following formula.
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。 In this way, the process of calculating the true value by calculating A × N is called ambiguity removal.
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。 However, with this method, it is necessary to calculate in advance the predicted values of distances at all distance measurement data acquisition times, and there is a problem that ambiguity removal is required for all distance measurement data.
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。 On the other hand, another method for measuring the distance from the earth station to the artificial satellite uses a pseudo random noise (PN) signal as a distance measurement signal.
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。 As shown in FIG. 8, the PN signal is a PN code that 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 forming the PN code, and a PN code. It consists of a PN epoch synchronized with the first bit of one sequence.
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。
Thus, when this PN signal is used as a ranging signal, the first counter for counting how many bits the transmission PN code is from the beginning of one sequence and how many bits the reception PN code is from the beginning of one sequence Each of the second counters for counting is prepared. When the count value of the first counter is N1, the count value of the second counter is N2, and the cycle of the transmission PN clock is δT, the round-trip time ΔT of the ranging signal is
ΔT = (N1-N2) × δT (2)
It is calculated by the following formula.
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。 The distance from the earth station to the artificial satellite can be obtained by substituting ΔT obtained by this equation into the 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] when the distance measurement start time is T0.
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。 By the way, when the distance to the artificial satellite is almost constant as shown in FIG. 9, the frequency of the transmission ranging signal and the frequency of the receiving ranging signal are almost the same, and there is no problem. However, in reality, the distance to the artificial satellite varies, and the frequency of the ranging signal received by the artificial satellite differs from the frequency of the ranging signal transmitted from the earth station due to the Doppler effect caused by this. Further, as shown in FIG. 10, the frequency of the reception ranging signal at the ground station is also different from the frequency of the transmission ranging signal.
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。 Therefore, in many cases, Doppler compensation is performed to control the transmission frequency on the ground so as to cancel the shift of the satellite reception frequency caused by the Doppler effect caused by the movement of the artificial satellite.
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。 If this Doppler compensation is performed, the cycle δT of the transmission PN clock in the transmission ranging signal will fluctuate, so that the round trip time ΔT cannot be obtained by the above equation (2), and the distance cannot be measured. End up. That is, the method using the PN signal has a problem that it cannot cope with the case where Doppler compensation is performed.
以上のように従来の距離測定装置では、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。 As described above, in the conventional distance measuring device, when the distance measurement is performed using the PN signal as the distance measurement signal, the round trip time of the distance measurement signal is obtained by counting the PN clock in the transmission distance measurement signal. If the frequency of the PN clock changes, the round trip time of the distance measurement signal cannot be obtained accurately, and the distance measurement cannot be performed accurately.
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、PN信号を測距信号として用いて距離測定を行なう際に、送信測距信号の周波数に拘らずに正確な距離測定を行なうことができ、ドップラ補償の実施時にも正確な距離測定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。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the object of the present invention is to perform the distance measurement using the PN signal as a distance measurement signal regardless of the frequency of the transmission distance measurement signal. It is an object of the present invention to provide a distance measuring apparatus capable of performing accurate distance measurement and capable of performing accurate distance measurement even when Doppler compensation is performed.
前記目的を達成するために本発明は、所定の擬似ランダムノイズコード、この擬似ランダムノイズコードに同期した擬似ランダムノイズクロックおよび前記擬似ランダムノイズコードの1シーケンス毎の所定ビットを示す擬似ランダムノイズエポックをそれぞれ含んだ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、前記送信手段が送信している擬似ランダムノイズコードが擬似ランダムノイズエポックが示す所定のビットから何ビット目であるかを検出する例えば送信PNコード位置カウンタなどの送信コード位置検出手段と、前記受信手段が受信している擬似ランダムノイズコードが擬似ランダムノイズエポックが示す所定のビットから何ビット目であるかを検出する例えば受信PNコード位置カウンタなどの受信コード位置検出手段と、一定周期の基準クロックを発生する例えば基準クロック発生部などの基準クロック発生手段と、所定の測距開始時点から、この時点における前記送信コード位置検出手段の検出結果と同じ検出結果が前記受信コード位置検出手段で得られるまでの時間を前記基準クロックを用いて計時する、例えば往復時間カウンタおよび往復時間計時制御手段からなる計時手段と、この計時手段により計時された時間を前記移動体との間を前記測距信号が往復するのに要した時間とし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。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pseudo-random noise epoch indicating a predetermined pseudo-random noise code, a pseudo-random noise clock synchronized with the pseudo-random noise code, and a predetermined bit for each sequence of the pseudo-random noise code. Transmitting a ranging signal each including, for example, a ranging signal transmitting means including a ranging signal generating unit, a transmitting unit, and an antenna; and receiving a ranging signal returned from the moving body, for example, from an antenna and a receiving unit Ranging signal receiving means, and a transmission code such as a transmission PN code position counter for detecting the number of bits from a predetermined bit indicated by the pseudo random noise epoch, the pseudo random noise code transmitted by the transmission means A position detecting means and a pseudo-random noise code received by the receiving means; For example, a received code position detecting means such as a received PN code position counter for detecting the number of bits from a predetermined bit indicated by the pseudo random noise epoch, for example, a reference clock generating section for generating a reference clock having a fixed period, etc. The reference clock generation means and the time from the predetermined distance measurement start time until the reception code position detection means obtains the same detection result as the detection result of the transmission code position detection means at this time is used for the reference clock. For example, the time measured by the time counting means, such as a round-trip time counter and a round-trip time counting control means, and the time measured by the time measuring means as the time required for the distance measurement signal to reciprocate between the moving body Distance calculating means for calculating the distance to the moving body.
このような手段を講じたことにより、PNコードにおけるあるビットが移動体を介して返送されるまでの時間が測距信号の往復時間として計時されて、この時間から移動体の距離が算出されるが、測距信号の往復時間を計時するに当たっては、測距信号の周波数に拘りなしに周波数が一定とされた基準クロックの周期数をカウントすることで実現され、ドップラ補償等により測距信号の周波数が変化しても、測距信号の往復時間を計時には影響しない。 By taking such means, the time until a bit in the PN code is returned via the mobile unit is counted as the round-trip time of the ranging signal, and the distance of the mobile unit is calculated from this time. However, when measuring the round trip time of the distance measurement signal, it is realized by counting the number of periods of the reference clock whose frequency is constant regardless of the frequency of the distance measurement signal. Even if the frequency changes, the round trip time of the distance measurement signal is not affected.
本発明は、所定の擬似ランダムノイズコード、この擬似ランダムノイズコードに同期した擬似ランダムノイズクロックおよび前記擬似ランダムノイズコードの1シーケンス毎の所定ビットを示す擬似ランダムノイズエポックをそれぞれ含んだ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、前記送信手段が送信している擬似ランダムノイズコードが擬似ランダムノイズエポックが示す所定のビットから何ビット目であるかを検出する例えば送信PNコード位置カウンタなどの送信コード位置検出手段と、前記受信手段が受信している擬似ランダムノイズコードが擬似ランダムノイズエポックが示す所定のビットから何ビット目であるかを検出する例えば受信PNコード位置カウンタなどの受信コード位置検出手段と、一定周期の基準クロックを発生する例えば基準クロック発生部などの基準クロック発生手段と、所定の測距開始時点から、この時点における前記送信コード位置検出手段の検出結果と同じ検出結果が前記受信コード位置検出手段で得られるまでの時間を前記基準クロックを用いて計時する、例えば往復時間カウンタおよび往復時間計時制御手段からなる計時手段と、この計時手段により計時された時間を前記移動体との間を前記測距信号が往復するのに要した時間とし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、PN信号を測距信号として用いて距離測定を行なう際に、送信測距信号の周波数に拘らずに正確な距離測定を行なうことができ、ドップラ補償の実施時にも正確な距離測定を行なうことができる距離測定装置となる。 The present invention provides a ranging signal including a predetermined pseudo-random noise code, a pseudo-random noise clock synchronized with the pseudo-random noise code, and a pseudo-random noise epoch indicating a predetermined bit for each sequence of the pseudo-random noise code. Ranging signal transmitting means for transmitting, for example, a ranging signal generating section, transmitting section and antenna; Ranging signal receiving means for receiving, for example, a ranging signal returned from the mobile body; A transmission code position detection means such as a transmission PN code position counter for detecting the number of bits from a predetermined bit indicated by the pseudo random noise epoch, and the reception of the pseudo random noise code transmitted by the transmission means; The pseudo-random noise code received by the means is pseudo-random noise A received code position detecting means such as a received PN code position counter for detecting the number of bits from a predetermined bit indicated by the pock, and a reference clock generating means such as a reference clock generating section for generating a reference clock having a fixed period. And using the reference clock to measure the time from the predetermined distance measurement start time until the reception code position detection means obtains the same detection result as the detection result of the transmission code position detection means at this time, for example, Distance to the moving body as time required for the distance measurement signal to reciprocate between the time measuring means composed of a reciprocating time counter and a reciprocating time measuring control means and the time measured by the time measuring means. The distance calculation means for calculating the transmission distance measurement signal when the distance measurement is performed using the PN signal as the distance measurement signal. Can make accurate distance measurements regardless of the frequency, the distance measuring apparatus capable of performing an accurate distance measurement even when implementation of the Doppler compensation.
(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。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。 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.
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。
As shown in this figure, the earth station device of the present embodiment has a ranging
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。
The ranging
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。
The return ranging signal returned by the artificial satellite S is given to the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
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
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。
First, when the
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)。
And the calculating
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。
Next, the
1/2 × {(A × N) + δt} × c
It is calculated by the following formula.
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。
Here, when calculating the first distance after the start of distance measurement, since (A × N) is a value predicted by the
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。
Now, when a predetermined time (for example, 1 second) has elapsed since the time difference δt output by the time difference
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δtx よりも大きいか否かの判断および[δt′−δt]が所定の基準値δtx 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。
Then, the
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δtx 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。
Now, when the artificial satellite S is approaching, the time difference δt obtained by the
V × T <1/2 × c × A
If the relationship is set so that the following relationship is established, the abrupt change in the value of the time difference δt as described above causes the pulse of the transmission distance measurement signal to be compared with the pulse generated in the reception distance measurement signal in the
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δtx 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。
On the other hand, when the artificial satellite S is moving away, the time difference δt obtained by the
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δtx 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。
If
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。
And the calculating
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。 Next, the above operation is performed by setting the pulse interval in the distance measurement signal to 100 msec, the distance measurement execution interval to 1 second, and the satellite S is at a distance of 550 msec as the round trip time at the distance measurement start time, corresponding to 1 msec per second. This will be described in detail by taking the case of approaching by distance as an example.
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。
At this time, at the start of distance measurement, the
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。
Thereafter, in the time
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。 Now, when 51 seconds elapse from the start of distance measurement, the time difference δt becomes 99. At this time, if the predicted value is left at 500 ms, the required round-trip time is 599 ms, which changes abruptly from 500 ms one second ago. This proves to be inappropriate because the satellite S has moved a distance corresponding to a round trip time of 99 msec during 1 sec. Therefore, it is possible to obtain 499 ms which is a true value by correcting the predicted value (A × N) to 400 ms by setting N to “4” obtained by subtracting “1” from “5” so far.
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δtx 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。
As described above, according to this embodiment, only when the distance measurement is started, the
(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。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
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。 FIG. 3 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.
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。
As shown in this figure, the earth station device of this embodiment includes a ranging
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。
The ranging
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。
The return ranging signal returned by the artificial satellite S is given to the receiving
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。
The transmission PN code position counter 15 receives a PN epoch of the ranging signal generated by the ranging
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。
The reception PN
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。
The
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。
The round-trip time counter 18 counts a reference clock having a predetermined frequency generated by the reference
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。
The distance
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。
Next, the operation of measuring the distance to the artificial satellite S in the earth station device configured as described above will be described in accordance with the processing procedure of the distance
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)。
First, the distance
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。
Here, the transmission PN code position counter 15 counts the PN signal generated by the ranging
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)。
Subsequently, the distance
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。
Here, the reception PN code position counter 16 counts the PN signal received by the
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)。
Thus, if the count value N2 becomes the same as the count value N1 acquired in step ST12, the bit of the PN code sent in the transmission ranging signal immediately after the ranging data acquisition request arrives is folded back by the artificial satellite S. I'm back. Therefore, the distance
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。
Here, the round trip time counter 18 counts a reference clock having a predetermined frequency generated by the
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)。
Therefore, the distance
ΔT = N3 × δT ′
The round trip time ΔT is calculated by the following equation (step ST17).
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。
The distance
1/2 × ΔT × c
The distance is calculated by the following formula. The distance calculated here represents the distance at the time indicated by [T0 + ΔT / 2], where the distance measurement data acquisition request time is T0.
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。
After that, the distance
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。
Thus, according to the present embodiment, even when the ranging
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。 The present invention is not limited to the above embodiments. For example, in each of the embodiments described above, the distance measuring device is applied to the earth station device and measures the distance from the earth station to the artificial satellite, but the device to which the distance measuring device of the present invention is applied is not limited to the earth station device. Further, the moving body is not limited to an artificial satellite, and may be another moving body such as an airplane.
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。 In the first embodiment, a sine wave tone may be used as the distance measurement signal, and the phase difference between the transmission sine wave and the reception sine wave may be measured.
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。 In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
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
DESCRIPTION OF
Claims (2)
所定の擬似ランダムノイズコード、この擬似ランダムノイズコードに同期した擬似ランダムノイズクロックおよび前記擬似ランダムノイズコードの1シーケンス毎の所定ビットを示す擬似ランダムノイズエポックをそれぞれ含んだ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、
前記送信手段が送信している擬似ランダムノイズコードが擬似ランダムノイズエポックが示す所定のビットから何ビット目であるかを検出する送信コード位置検出手段と、
前記受信手段が受信している擬似ランダムノイズコードが擬似ランダムノイズエポックが示す所定のビットから何ビット目であるかを検出する受信コード位置検出手段と、
一定周期の基準クロックを発生する基準クロック発生手段と、
所定の測距開始時点から、この時点における前記送信コード位置検出手段の検出結果と同じ検出結果が前記受信コード位置検出手段で得られるまでの時間を前記基準クロックを用いて計時する計時手段と、
この計時手段により計時された時間を前記移動体との間を前記測距信号が往復するのに要した時間とし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測定装置。 In a distance measuring device that measures the distance to a moving body that has a function of returning a received signal,
Ranging for transmitting a ranging signal including a predetermined pseudorandom noise code, a pseudorandom noise clock synchronized with the pseudorandom noise code, and a pseudorandom noise epoch indicating a predetermined bit for each sequence of the pseudorandom noise code Signal transmission means;
Ranging signal receiving means for receiving a ranging signal returned from the mobile body;
Transmission code position detection means for detecting how many bits from a predetermined bit indicated by the pseudo random noise epoch the pseudo random noise code transmitted by the transmission means;
Received code position detecting means for detecting how many bits from a predetermined bit indicated by the pseudo random noise epoch the pseudo random noise code received by the receiving means;
A reference clock generating means for generating a reference clock having a fixed period;
Time measuring means for measuring the time from the predetermined distance measurement start time until the reception code position detection means obtains the same detection result as the detection result of the transmission code position detection means at this time, using the reference clock;
Distance calculating means for calculating the distance to the moving body by using the time measured by the time measuring means as the time required for the distance measurement signal to reciprocate between the moving body and the time measuring means; Distance measuring device.
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