JP3826191B2 - Moving body positioning method and moving body guidance method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動体測位方法及び測位結果を利用する移動体誘導方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、航空機の着陸誘導に用いられている方法としては、ＩＬＳ（計器着陸装置）がある。このＩＬＳは、水平方向のコ−ス情報を与えるＶＨＦ帯のロ−カライザ、垂直方向のコ−ス情報を与えるＵＨＦ帯のグライドパス、空港からの距離情報を与えるマ−カとから構成されているが、周囲の地形その他による電波の反射による影響を受けやすく、特にグライドパスは、コ−ス作成に地面からの反射波を利用していることから、電波の反射による影響を受けやすい欠点があること、地上設備に、特にグライドパスに、広大なしかも整地した敷地が必要である等の欠点がある（工事費の増大）ので、将来的には、使用を終了するとの計画があり、漸次ＭＬＳ（マイクロ波着陸システム）やＧＰＳを用いた着陸誘導システムに移行する計画が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＩＬＳに代ってその導入が期待されている、マイクロ波を用いたＭＬＳは、まず基本的なサ−ビスを行うための地上施設と、より多くのサ−ビスを与えるための追加地上施設とに分けられる。基本構成としては、進入用方位誘導装置、進入用高低誘導装置、基本デ−タ送信装置、ＤＭＥがある。
【０００４】
そこで、ＭＬＳのサ−ビス拡張のための構成としては、次のうち１つ以上が付加されることになる。逆方向用方位誘導装置、フレア高低用誘導装置、ＤＭＥ／Ｐ、補助デ−タ送信装置。機上側では、地上施設から情報を得てこれを処理し、その結果、通常の直線進入の他、セグメント進入、曲線進入、任意の進入履行操作、及び自動着陸も可能となる。このように、ＭＬＳは新たに地上施設のみならず、航空機側にも新たに、高価な受信器を設置する必要があるなど、航空機側に新たな設備投資を強いるものであり、航空機会社にとって受け入れられず、未だ本格的な運用がされていない。
【０００５】
又、ＧＰＳを利用した着陸方法が考えられているが、このＧＰＳを利用した着陸方式は、ＧＰＳの有効性に強く依存するために、ＧＰＳの有効性が得られないとき、システムは脆弱なものになる欠点がある。
【０００６】
このように、航空機の着陸誘導システムとしては、ＩＬＳの使用を終了するとの計画がありながら、それに代わる有効なシステムがないため、ＩＬＳの使用終了期限が次第に延長されているのが現状である。そこで、ＧＰＳを利用した着陸システムの使用開始迄の期間を補完するものとして、ＧＰＳを用いない着陸誘導システムの開発が求められている。一方、ＩＬＳに代わるものとして使用出来るとともに、簡易な構成で、且つ広大な敷地を必要としない着陸システムの開発が待たれている。
【０００７】
そこで、この出願の発明は、精度の高い、簡便な構成の移動体等の測位方法を目的とし、さらに、この移動体等の測位結果を利用して、ＩＬＳ、ＭＬＳ、ＧＰＳ等を用いた着陸誘導方法に代って、航空機は勿論のこと、その他の移動体にも利用することの出来る、精度の高い、しかも簡便な構成の誘導方法の構築を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、移動体は、信号を送信する機能を備え、地上局は互いに同期した時刻を有し、移動体から送信された送信信号を受信するための複数の受信局を備え、地上局において、各受信局でそれぞれ受信し記録された移動体からの送信信号の受信時間をそれぞれ受信局毎に求め、２受信局間毎の受信時間差から移動体の位置を測位する移動体測位方法において、移動体からの送信信号は、モードＳの質問信号を用い、地上局において、２受信局間で受信した前記モードＳの質問信号の波形の位相反転部分を検出し、この位相反転部分から相互相関値の最大値を求め、この相互相関値の最大値から受信時間差を測定するようにしたものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、相互相関値の最大値を求める時、２つの受信局で受信された時間軸及び受信電界強度について、離散的に記録されたデータの一方又は双方を補間した関数を用いて求めるようにしたものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１〜請求項２に記載の発明において、受信局は、少なくとも４つの受信局を設置することにより、移動体の三次元位置を測位するようにした移動体測位方法であり、請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項２に記載の発明において、受信局は、少なくとも３つの受信局を設置することにより、移動体の二次元位置を測位するようにしたものである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４に記載の発明において、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値を用いた移動体測位方法であり、又、請求項６に係る発明は、同期した時刻は国際標準の時刻を用いた同期基準値と、複数の受信局のいずれかを基準とした基準値を常時又は随時に時刻基準の校正をした同期基準値とを併用して用いたものである。
【００１４】
請求項７に係る発明は、移動体は、信号を送信する機能を備え、地上局は互いに同期した時刻を有し、送信信号を受信するための複数の受信局を備え、地上局において各受信局でそれぞれ受信した移動体からの送信信号の受信時間をそれぞれ受信局毎に求め、２受信局間毎の受信時間差から移動体の三次元位置を求め、この三次元位置と移動体の着陸進入コースとの三次元位置の差の値を求め、この三次元位置の差の値を誘導信号として、地上局から前記移動体へ送信する移動体誘導方法において、移動体からの送信信号は、モードＳの質問信号を用い、地上局において２受信局間で受信したモードＳの質問信号波形の位相反転部分を検出し、この位相反転部分から相互相関値の最大値を求め、この相互相関値の最大値から受信時間差を測定するようにしたものである。
【００１７】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の発明において、相互相関値の最大値を求める時、２つの受信局で受信された時間軸及び受信電界について、離散的に記録されたデータの一方又は双方を補間した関数を用いて求めるようにしたものであり、請求項９に係る発明は、請求項７〜請求項８に記載の発明において、誘導信号は、モードＳの質問信号に応答する応答信号中に含めて送信するようにしたものである。
【００１８】
請求項１０に係る発明は、請求項７〜請求項９に記載の発明において、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値を用いたものであり、請求項１１に係る発明は、請求項７〜請求項９に記載の発明において、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値と、複数の受信局のいずれかを基準とした基準値を常時又は随時に時刻基準の校正をした同期基準値とを併用して用いたものである。
【００２０】
請求項１２に係る発明は、移動体は、信号を送信する機能を備え、地上局は互いに同期した時刻を有し、送信信号を受信するための複数の受信局を備え、地上局において、各受信局でそれぞれ受信した移動体からの送信信号の受信時間をそれぞれ受信局毎に求め、２受信局間毎の受信時間差から移動体の地上面における二次元位置を求め、この二次元位置の値を誘導信号として、地上局から移動体へ送信する移動体誘導方法において、移動体からの送信信号は、モードＳの質問信号を用い、地上局において、２受信局間で受信したモードＳの質問信号波形の位相反転部分を検出し、この位相反転部分から相互相関値の最大値を求め、この相互相関値の最大値から受信時間差を測定するようにしたものである。
【００２３】
請求項１３に係る発明は、請求項１２に記載の発明において、相互相関値の最大値を求める時、２つの受信局で受信された時間軸及び受信電界について、離散的に記録されたデータの一方又は双方を補間した関数を用いて求めるようにしたものであり、請求項１４に係る発明は、請求項１２〜請求項１３に記載の発明において、誘導信号は、モードＳの質問信号に応答する応答信号中に含めて送信するようにしたものである。
【００２４】
請求項１５に係る発明は、請求項１２〜請求項１４に記載の発明において、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値を用いたものであり、請求項１６に係る発明は、請求項１２〜請求項１４に記載の発明において、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値と、複数の受信局のいずれかを基準とした基準値を常時又は随時に時刻基準の校正をした同期基準値とを併用して用いるようにしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
【実施例】
この発明の実施例を、図１〜図５に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１は、この発明の実施例を示す概念図で、地上に配置した地上局（受信局０〜受信局３）と移動体４としての航空機４との位置関係を示している。Ｒ０〜Ｒ３は、それぞれ移動体４から各受信局０〜受信局３までの距離を表し、Ｒ０は移動体４から受信局０迄の距離、Ｒ１は移動体４から受信局１までの距離、Ｒ２は移動体４から受信局２までの距離、Ｒ３は移動体４から受信局３までのそれぞれ距離である。
【００２８】
（ｘ、ｙ、ｚ）は移動体４の位置座標、（ｘ０、ｙ０、ｚ０）は受信局０の位置座標、（ｘ１、ｙ１、ｚ１）は受信局１の位置座標、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）は受信局２の位置座標、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）は受信局３の位置座標をそれぞれ表している。
【００２９】
図２は、それぞれ受信局０〜受信局３で受信される信号の時間関係を示す図である。図３はこの実施例における相互相関法による受信時間差の精密測定を示す図、図４はサンプルするための説明図、図５はモードＳの質問信号のパルス波形を示す図で、いずれも横軸は時間軸である。
【００３０】
図１において、空港など地上に複数の受信局を配置し、この実施例では、滑走路の四隅に受信局０〜受信局３が配置されている。各受信局０〜受信局３は、移動体４（この実施例では、航空機で、以下、航空機４と記す）からの質問信号を、互いに受信した受信時間差を精密に測定するために、互いに同期した時刻、即ち同期基準値を持たせており、この実施例では、各受信局に等長のケーブルを製作し、同一の信号源から同期信号を送ることで実現している。そして、航空機４は、監視用二次レーダの質問信号を送信する機能を備えている。
【００３１】
図３において、５はローカルオシレータで、この実施例ではその発振周波数は、１０９０ＭＨｚである。６、７はミキサで、受信信号Ａ及び受信信号Ｂとロ−カルオシレータ５の発信周波数（１０９０ＭＨｚ）とをそれぞれミキシングして、中間周波数（この実施例では６０ＭＨｚ）を出力している。８、９はサンプリング回路で、バースト信号中の位相反転部分を重点的にサンプルする。１０は、コンピュータで、演算、制御等このシステムにおける必要な機能を備えている。
【００３２】
ここで、航空機４から送信される信号に、図５に示すモードＳの質問信号がある。このモードＳの質問信号とは、次世代の航空管制用レーダとして国際的に認知されているモードＳというレーダ・システムにおいて、その最大の特徴の一つである個別の航空機４のみに質問／応答させるために、個々の航空機４に固有のアドレスを指定し、そのアドレスを指定して個別の航空機４に質問する際に使用されている質問信号である。そこで、この実施例では、航空機４から送信される信号として、この質問信号を使用している。
【００３３】
又、このモードＳを利用したシステムで航空機衝突防止装置があり、日本国籍のみならず、海外の主要な国の旅客機に搭載が義務づけられており、日本においても既に９０％以上の航空機４が搭載している。この航空機衝突防止装置を搭載した全ての航空機４は、前述のモードＳの質問信号を送信している。
【００３４】
なお、この航空機衝突防止装置は、最低装備として、モードＳの質問信号等を作成、送信する質問装置と、この質問信号に応答する応答装置と、アンテナ装置等が装備されている。
【００３５】
次に、図１〜図５に基づいて、作用動作について説明する。
まず、空港に接近しつつある飛行中の航空機４について、モードＳの質問信号を利用してこの航空機４の測位を行う場合について説明する。
【００３６】
航空機衝突防止装置（図示せず）を搭載している航空機４が送信しているこのモードＳの質問信号は、受信局０〜受信局３でそれぞれ受信される。これらの受信信号は、図２に示すように、同一の送信源（航空機４）からの送信信号（この実施例では質問信号である）であるため、受信局０〜受信局３でそれぞれ受信する信号波形は、マルチパスなどの妨害波成分を除けば同一である。なお、この信号波形は、航空機４の送信ごとに固有であるが、送信条件の違いや送信機の製造誤差などのため送信信号ごとに異なる。
【００３７】
そこで、各受信局０〜受信局３において、受信された各受信信号の立ち上がりでトリガをかけて、図２に示すように、バースト中のモードＳ質問信号の位相反転参照部分（Ｐ６パルス）を重点的にサンプリングし、その位相反転参照部分を含む部分が受信局ごとに同時に記録される。
【００３８】
そして、各受信局０〜受信局３でそれぞれ受信され記録された各受信信号から、それぞれ各受信局の２局間の受信時間差を測定することが出来る。しかしながら、単純に位相測定をして位相反転部分を検出し、各受信局間のその受信時間差を測定しただけでは、位相が変化したタイミングしか見ていないので、受信電界強度の違いや航空機側の送信機の製造誤差による位相変化の違いによる測定誤差が大きく、着陸誘導や空港面管制用に用いることは出来ない。
【００３９】
又、時間差を測定する方法としては、振幅変調パルスの立ち上がり時刻の差を用いるのが一般的であるが、この方法ではパルスの立ち上がり時刻の機材による違いや伝搬中の劣化により、製造上の許容公差を越えることが出来ない。又、モードＳで用いられている位相反転時刻の位相比較による検出も位相反転時刻の許容値（８０ｎｓ）以上の精度を得ることが出来ない。
【００４０】
このため発明者等は、受信時間差の測定にあたり、測定の精度を上げるために重要な、モードＳの質問信号（図５、図２参照）の位相反転参照部分の波形に着目し、２つの受信信号波形を記録した。次いで、その位相反転参照部分の相互相関を求めて最大化するが、この際、送信信号（モードＳの質問信号）は、同一であるから、この２つの受信信号の一方を時間軸に沿って受信時間差だけずらせば、相互相関が最大になることを利用して、受信時間差を求めた。そして、この位相反転参照部分で相互相関を求める方法は、単に位相反転を検出し、その受信時間差を比較する方法に比べ、アンビギュイティを除去することが可能であることを見出した。
【００４１】
そして、これらの離散的に記録された波形データの相互相関を取るために、波形データそのものをコンピュータ１０に送り、相互相関を最大とする受信時間差の計算を行った。
【００４２】
以下、精密測定の方法として、相互相関が最大となる受信時間差の計算による測定方法を、図３、図４を用いて説明する。
【００４３】
まず、受信局の２局間の受信時間差の測定方法を説明するにあたり、受信局として受信局０〜受信局３の中で、Ａ局とＢ局を仮定する。前述の通り、同一の送信源からの送信信号であるため、２つの受信局、即ち、Ａ局とＢ局で受信される信号波形は同一である。今、Ａ局で受信されるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号波形をＳＡとすると下式▲１▼の通りとなる。
ＳＡ＝Ａｆ（ｔ）ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ＋φｔ）｝ ――▲１▼
【００４４】
同様に、Ｂ局で受信される信号波形は、受信の時刻は異なるがＡ局と同じ波形であり、信号波形をＳＢとすると下式▲２▼の通りとなる。
ＳＢ＝Ｂｆ（ｔ−Δｔ）ｅｘｐ［ｊ｛ω（ｔ−Δｔ）＋φｔ−Δｔ｝］ ――▲２▼
【００４５】
ここで、ＡとＢは定数でそれぞれの信号の振幅、ｆ（ｔ）は送信信号の包絡線である。Δｔは２局間での受信時刻の差で、ωはＲＦ信号の周波数である。φｔとφｔ−Δｔは、位相の変化を表す項で、φｔを例に取って０＜ｔ＜ｔｕで位相が一様に反転するとすれば、
φｔ＝０ ｔ＜０
φｔ＝０からπに変化 ０＜ｔ＜ｔｕ
φｔ＝π ｔ＞ｔｕ
のように表せる。モードＳの場合、ｔｕは８０ｎｓであり、この範囲内で位相が変化するが、その変化は製造機材によってまちまちである。
【００４６】
このＡ、Ｂの２局で受信される信号は、ミキサ６、７において、ロ−カルオシレータ５からの発振周波数（この実施例では、１０９０ＭＨｚ）とミキシングされて、中間周波数（この実施例では６０ＭＨｚ）に変換される。この中間周波数波形を求めると下式▲３▼、▲４▼の通りとなる。
ＳＡ＝Ａｆ（ｔ）ｅｘｐ｛ｊ（Δωｔ＋φｔ）｝ ――▲３▼
ＳＢ＝Ｂｆ（ｔ−Δｔ）ｅｘｐ［ｊ｛Δω（ｔ−Δｔ）＋φｔ−Δｔ｝］ ――▲４▼
【００４７】
ここで、Δωは中間周波数を表している。なお、中間周波数の波形取得に際しては、予め２つの受信局での位相誤差が生じないように調整されているものとする。
【００４８】
そもそも、ＲＦの位相差は、位相が変化している部分で波形の変化に寄与するので、位相の検波が必要である。このため、この実施例ではＩＱ検波が行われている。そして、サンプル回路８、９により、サンプリングされる。このサンプリングの際、図４に示すように、信号の立ち上がりにトリガを与えて、バースト中の位相反転部分（メッシュで示されている部分）を重点的にサンプリングする。しかしながら、ＲＦの位相差は、位相が変化している部分で波形が変化するので、検波が必要である。そこで、サンプリングした信号は、ＩＱ検波した後、その波形データがコンピュータ１０に記録される。
【００４９】
ここで、Δｔが求めたい受信時間差である。そこで、この受信時間差を求めるため、前述の通り、コンピュータ１０に記録された中間周波数の波形データを用いて、Ａ、Ｂ２つの受信局に関する中間周波数の相互相関を求める。相互相関は複素積であるので、これを特定の区間で積分することにより、時間差τをパラメータとして求めることが出来る。
【００５０】
相互相関の式を下式▲５▼に示す。
式▲５▼において、τは相互相関を求めるパラメータ、Λ（τ）はτをパラメータとする相互相関関数である。＊は共役の複素関数を表す。前述の通り、この２つの波形は同一であるので、相互相関値が最大になるのは２つの波形が一致したとき、即ち、Δｔ＝τの時であり、２局間の受信時間差を精密に求めることが出来る。
【００５２】
ここで、従来のように、振幅変調のみの相関を取る方法では、式▲５▼の第１項のｆ（ｔ）とｆ（ｔ−Δｔ＋τ）との相互相関であるから、相関の変化が振幅変調波に依存し、精度を得ることが出来ない。また、同式▲５▼の第２項と第１項を組み合わせても、Δｔ＝τ＋２ｎπで最大値となり、アンビギュイティが生ずる。
【００５３】
そこで、位相反転参照部分の相関を取る第３項を更に併用すれば、下記に示す理由によりアンビギュイティを除去することが出来る。以下、これについて説明する。
【００５４】
そもそも、２つの信号波形の位相反転時刻がずれている時、第３項は、一方が反転してから他方の反転が終了するまで振動項になる。すなわち、相互相関値を計算しても相殺されて相関値が上昇しない。これに対し、時間の差が小さくなってくると、２つの位相はほぼ同時に変化し一致すればこの項は定数の１になり、最大となる。以上の理由から、モードＳのサイドローブ抑圧に用いられている位相反転参照部分に着目し、これが変化する部分で相関を取れば、位相が一致しない時の相関値の上昇が抑えられ、相互相関の評価関数の変化からアンビギュイティを排除することが出来る。
【００５５】
そこで、２つの受信局間の時間差を精密に測定し、これら２つの受信局間で同一に基準時刻を定め、且つ、２つの受信局間の距離が既知であるならば、共通の時刻に基準信号を発信して２つの受信局間の時間のずれを補正することが出来る。さらに、又、ロ−カルオシレータ５からの発振信号は、伝送線路の環境の相違に基づく２つの受信局間で発生する随時の変動を修正することが出来る。ＲＦ信号波形に対して直接に行った場合には、ＩＱ検波が不要になるだけで同様の処理で測位が可能である。
【００５６】
そこで、相互相関値が最大となる時の受信時間差を、４つの受信局０〜受信局３について３つ求める。次いで、それぞれ求めた３つの受信時間差から、航空機４と各受信局０〜３との距離差が算出される。これら３つの距離差（Ｒ１−Ｒ０）、（Ｒ２−Ｒ０）、（Ｒ３−Ｒ０）から下式▲６▼〜式▲８▼に示すように、３つの非線形連立方程式を立てることが出来る。
【００５７】
これらの式▲６▼〜式▲８▼から、ニュートンラフソン法などの一般的な手法の非線形計算により、航空機４の位置座標である（ｘ、ｙ、ｚ）を求めることが出来る。
【００５９】
このようにして求められた航空機４の位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ）を用いれば、航空機４の位置を常時監視することが出来る。又、航空機４の着陸誘導時に、航空機４に使用しやすい着陸コースからの航空機４の変位情報に変換し、その変位情報をモードＳの質問信号に対する応答信号であるモードＳの応答信号に含めて航空機４に対し送信することが出来る。
【００６０】
また、この位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ）は、着陸進入時のみならず空港面上でも使用出来るから、着陸進入時から切れ目なく空港面管制に移行出来る。従って、航空機４が空港面上にて空港面管制に従っている場合には、この取得された航空機４の位置座標データを滑走路や誘導路上の位置に変換して、受信局で監視することが出来る。なお、この場合、空港面上での位置情報としてのみ航空機４の位置座標を取得したい場合には、位置座標は２次元の情報ですむため、未知数が一つ減り、位置座標取得に必要な受信局は３つでよい。
【００６１】
航空機４から送信された位置座標データは、空港面管制における航空機の位置情報として利用して、航空機の監視が出来る他、同様に空港面での位置情報をモードＳの質問信号に対する応答信号であるモードＳの応答信号に含めて航空機４に対し送信することが出来る。
【００６２】
この航空機４に送信された位置座標データは、航空機４に搭載されている航空機衝突防止装置の中間周波信号あるいはビデオ信号から読み取りの情報を解読する回路によって解読され、航空機側で着陸誘導情報や、空港面上の位置情報として使用することが出来る。
【００６３】
なお、この実施例では、移動体として航空機について述べているが、この発明における移動体としては、航空機に限定されることなく、例えば、船舶、飛行船、宇宙飛行をも行うシャトル、あるいは、地上を移動する自動車等の乗り物すべてを含む。
【００６４】
又、この実施例では、航空機４から送信される信号には、二次レーダの質問信号、応答信号等の送信信号がある。又、航空機４から送信される応答信号としては、地上からの質問信号に応答する応答信号や航空機４から自発的に送信される応答信号も含んでいる。但し、航空機４から自発的に送信された応答信号を受信した地上局では、この応答信号から航空機４の位置データを求め、このデータをＡＤＳ−Ｂ等で使用されるスキッタ信号に乗せて誘導信号として地上局から航空機側へ送信するように構成しても同様な作用効果がある。
【００６５】
なお、各受信局０〜受信局３における時刻の同期方法としては、各受信局に時刻の安定したクロックを置き、ＧＰＳ時刻で同期を取る方法もある。
又、同期基準値としては、国際標準の時刻を用いても良く、あるいは、複数ある受信局のいずれかを基準として定め、この基準とした受信局における時刻を基準値とし、この基準値を常時又は随時基準時刻の校正をして用いても良い。又、両者を併用して同期基準値としても良い。
【００６６】
なお、この実施例では、相互相関をとる方法として、位相反転部分で相関をとっているが、包絡線で相関をとるようにしても、同様な作用効果がある。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明は、移動体は、信号を送信する機能を備え、地上局は互いに同期した時刻を有し、移動体から送信された送信信号を受信するための複数の受信局を備え、地上局において、各受信局でそれぞれ受信し記録された移動体からの送信信号の受信時間をそれぞれ受信局毎に求め、２受信局間毎の受信時間差から移動体の位置を測位する移動体測位方法において、移動体からの送信信号は、モードＳの質問信号を用い、地上局において、２受信局間で受信した前記モードＳの質問信号の波形の位相反転部分を検出し、この位相反転部分から相互相関値の最大値を求め、この相互相関値の最大値から受信時間差を測定するようにしたので、簡単な構成で、正確に移動体の位置を測位することが出来、精度の高い測位データが得られる。さらに、移動体側では、従来の装備を用いることが出来るとともに、地上局においても最小の設備を準備すれば良く、コストを節約することが出来る。
【００６８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、相互相関値の最大値を求める時、２つの受信局で受信された時間軸及び受信電界について、離散的に記録されたデータの一方又は双方を補間した関数を用いて求めるようにしたで、請求項１に係る発明の効果に加えてさらに正確に移動体の位置を測位することが出来る。
【００６９】
請求項３に係る発明は、請求項１〜請求項２に記載の発明において、受信局は、少なくとも４つの受信局を設置することにより、移動体の三次元位置を測位するので、請求項１〜請求項２に係る発明の効果に加えて、さらに、移動体側では従来の装備を用いることが出来るとともに、地上局側においても最小の設備でよく、容易に移動体の三次元位置を測位することが出来る。
【００７０】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項２に記載の発明において、受信局は、少なくとも３つの受信局を設置することにより、移動体の二次元位置を測位するので、請求項１及び請求項２に係る発明の効果に加えて、さらに、移動体側では従来の装備を用いることが出来るとともに、地上局側においても最小の設備でよく、容易に移動体の二次元位置を測位することが出来る。
【００７１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４に記載の発明において、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値を用いたので、又、請求項６に係る発明は、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値と、複数の受信局のいずれかを基準とした基準値を常時又は随時に時刻基準の校正をした同期基準値とを併用したので、受信局間の正確な同期をとることが出来るとともに、請求項１〜請求項４に係る発明の効果に加えて、さらに正確に移動体の位置を測位することが出来る。
【００７２】
請求項７に係る発明は、移動体は信号を送信する機能を備え、地上局は互いに同期した時刻を有し、送信信号を受信するための複数の受信局を備え、地上局において各受信局でそれぞれ受信した移動体からの送信信号の受信時間をそれぞれ受信局毎に求め、２受信局間毎の受信時間差から移動体の三次元位置を求め、この三次元位置と移動体の着陸進入コースとの三次元位置の差の値を求め、この三次元位置の差の値を誘導信号として、地上局から前記移動体へ送信する移動体誘導方法において、移動体からの送信信号は、モードＳの質問信号を用い、地上局において２受信局間で受信したモードＳの質問信号波形の位相反転部分を検出し、この位相反転部分から相互相関値の最大値を求め、この相互相関値の最大値から受信時間差を測定するようにしたので、移動体が空港に接近しつつある航空機である場合には、測位した位置データを、そのまま航空機の着陸誘導に利用することが出来る。
【００７３】
そして、すでに航空機に搭載されている航空機衝突防止装置の外部装置の追加とソフトウエアの変更をするだけで、ＩＬＳが設置されていなくても、従来広大な敷地を整地しないと得ることのできなかった高精度のＩＬＳ着陸信号が得られる。航空機が空港に着陸する際の国際標準に定めた進入精度、安全度で誘導することが出来る。従って、既存の着陸誘導システムの補強システムとして又、これに代わるシステムとして利用することが出来る。さらに、簡便な地上装置が構成できるから、地方空港への導入が容易となる。
【００７４】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の発明において、相互相関値の最大値を求める時、２つの受信局で受信された時間軸及び受信電界について、離散的に記録されたデータの一方又は双方を補間した関数を用いて求めるようにしたので、請求項７と同様な効果があるとともに、さらに移動体の精密な着陸誘導が出来る。
【００７５】
請求項９に係る発明は、請求項７〜請求項８に記載の発明において、誘導信号は、モードＳの質問信号に応答する応答信号中に含めて送信するようにしたので、請求項７〜請求項８に記載の発明の効果に加えて、従来の装置をそのまま利用して移動体を精密に誘導することが出来る。
【００７６】
請求項１０に係る発明は、請求項７〜請求項９に記載の発明において、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値を用いたので、又、請求項１１に係る発明は、同期した時刻は国際標準の時刻を用いた同期基準値と、複数の受信局のいずれかを基準とした基準値を常時又は随時に時刻基準の校正をした同期基準値とを併用して用いたので、請求項７〜請求項９に記載の発明の効果に加えて、受信局間の正確な同期をとることが出来る。従って、さらに、正確に移動体を誘導することが出来る。
【００７７】
請求項１２に係る発明は、移動体は、信号を送信する機能を備え、地上局は互いに同期した時刻を有し、送信信号を受信するための複数の受信局を備え、地上局において、各受信局でそれぞれ受信した移動体からの送信信号の受信時間をそれぞれ受信局毎に求め、２受信局間毎の受信時間差から移動体の地上面における二次元位置を求め、この二次元位置の値を誘導信号として、地上局から移動体へ送信する移動体誘導方法において、移動体からの送信信号は、モードＳの質問信号を用い、地上局において、２受信局間で受信したモードＳの質問信号波形の位相反転部分を検出し、この位相反転部分から相互相関値の最大値を求め、この相互相関値の最大値から受信時間差を測定するようにしたので、着陸進入時のみならず空港面上でも使用出来るから、着陸進入時から切れ目なく精密な空港面管制に移行することが出来るとともに、既存の管制用レーダの代用として使用することも出来る。又、既存の航空機の着陸誘導システムを軽微に改良するだけで、簡便で、正確な着陸誘導システムを得ることが出来る。
【００７８】
又、航空機が着陸後も同一の構成で、空港面上の航空機の位置を、航空機自体が、及び空港面管制官が知ることが出来るので、空港面の管制にも使用することが出来る。さらに、既存の航空機の着陸誘導システムを軽微に改良するだけで、簡便で、正確な着陸誘導システムを得ることが出来る。さらに、地上における移動体の位置を知ることが出来、簡易な誘導装置を提供することが出来る。
【００７９】
請求項１３に係る発明は、請求項１２に記載の発明において、相互相関値の最大値を求める時、２つの受信局で受信された時間軸及び受信電界について、離散的に記録されたデータの一方又は双方を補間した関数を用いて求めるようにしたので、請求項１２に係る発明の効果に加えて、さらに、移動体を精密に着陸誘導することが出来る。
【００８０】
請求項１４に係る発明は、請求項１２〜請求項１３に記載の発明において、誘導信号は、モードＳの質問信号に応答する応答信号中に含めて送信するようにしたので、請求項１２〜請求項１３の発明の効果に加えて、既存の航空機の着陸誘導システムを軽微に改良するだけで、簡便で、正確な着陸誘導システムを得ることが出来る。又、請求項１５に係る発明は、請求項１２〜請求項１４に記載の発明において、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値を用いたので、又、請求項１６に係る発明は、同期した時刻は、国際標準の時刻を用いた同期基準値と、複数の受信局のいずれかを基準とした基準値を常時又は随時に時刻基準の校正をした同期基準値とを併用して用いるようにしたので、上記効果に加えて、さらに受信局間の正確な同期をとることが出来る。従って、さらに正確に移動体を誘導することが出来る。
【００８１】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す概念図である。
【図２】この発明の実施例を示すもので、各受信局における受信信号の時間関係を示す図である。
【図３】この発明の実施例を示すもので、装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施例を示すもので、サンプルするための説明図である。
【図５】モードＳ信号のパルス波形を示す図である。
【符号の説明】
０ 受信局
１ 受信局
２ 受信局
３ 受信局
４ 移動体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a moving body positioning method and a moving body guiding method using positioning results.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is ILS (instrument landing device) as a method used for landing guidance of an aircraft. This ILS is composed of a VHF band localizer that gives horizontal course information, a UHF band glide path that gives vertical course information, and a marker that gives distance information from the airport. However, it is easily affected by the reflection of radio waves from the surrounding terrain and others. Especially, the glide path uses the reflected waves from the ground to create courses, so it has the disadvantage of being easily affected by the reflection of radio waves. There is a drawback that ground facilities, especially the glide path, require a vast and evenly leveled site (increased construction costs), so there are plans to end use in the future, gradually Plans for shifting to a landing guidance system using MLS (microwave landing system) or GPS are being studied.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, MLS using microwaves, which is expected to be introduced in place of ILS, is a ground facility for performing basic services and an additional ground for providing more services. Divided into facilities. Basic configurations include an approach direction guidance device, an approach elevation guidance device, a basic data transmission device, and a DME.
[0004]
Therefore, one or more of the following is added as a configuration for service expansion of MLS. Direction guidance device for reverse direction, flare height guidance device, DME / P, auxiliary data transmission device. On the aircraft side, information is obtained from ground facilities and processed. As a result, segment approach, curve approach, arbitrary approach execution operation, and automatic landing can be performed in addition to normal straight line approach. In this way, MLS requires new equipment investment on the aircraft side, such as the need to newly install expensive receivers not only on the ground facilities but also on the aircraft side. Not yet fully operational.
[0005]
In addition, although a landing method using GPS is considered, since the landing method using GPS strongly depends on the effectiveness of GPS, the system is weak when the effectiveness of GPS cannot be obtained. There are disadvantages to become.
[0006]
As described above, there is a plan for terminating the use of ILS as an aircraft landing guidance system, but there is no effective system to replace it, so that the expiration date for using ILS is gradually extended. Therefore, development of a landing guidance system that does not use GPS is demanded as a supplement to the period until the start of use of a landing system that uses GPS. On the other hand, development of a landing system that can be used as an alternative to ILS, has a simple configuration, and does not require a large site is awaited.
[0007]
Therefore, the invention of this application is aimed at a positioning method for a mobile body or the like having a high accuracy and a simple configuration, and further using the positioning result of the mobile body or the like for landing using ILS, MLS, GPS, or the like. Instead of the guidance method, an object is to construct a guidance method with high accuracy and simple configuration that can be used not only for aircraft but also for other mobile objects.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the invention according to claim 1, the mobile body has a function of transmitting a signal, the ground station has a time synchronized with each other, and includes a plurality of receiving stations for receiving transmission signals transmitted from the mobile body. In the ground station, the reception time of the transmission signal from the mobile body received and recorded at each reception station is obtained for each reception station, and the position of the mobile body is determined from the reception time difference between the two reception stations.In the mobile body positioning method, the transmission signal from the mobile body uses the mode S interrogation signal, and the ground station detects the phase inversion of the waveform of the mode S interrogation signal received between the two receiving stations. The maximum value of the cross-correlation value is obtained from the phase inversion part, and the reception time difference is measured from the maximum value of the cross-correlation value.
[0009]
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1,When obtaining the maximum value of the cross-correlation value, the time axis received by the two receiving stations and the received electric fieldStrengthIs obtained using a function obtained by interpolating one or both of the discretely recorded data.
[0010]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2,The receiving station is a moving body positioning method in which the three-dimensional position of the moving body is determined by installing at least four receiving stations,The invention according to
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the synchronized time is a mobile positioning method using a synchronization reference value using an international standard time. The invention according to No. 6The synchronized time was used in combination with a synchronization reference value using an international standard time and a reference value based on one of a plurality of receiving stations, or a synchronization reference value with a time reference calibrated at any time. Is.
[0014]
The invention according to
[0017]
The invention according to claim 8 is the invention according to
[0018]
The invention according to
[0020]
In the invention according to claim 12, the mobile body has a function of transmitting a signal, the ground station has a time synchronized with each other, and includes a plurality of receiving stations for receiving a transmission signal. The reception time of the transmission signal from the mobile unit received at the receiving station is determined for each receiving station, the two-dimensional position on the ground surface of the mobile unit is determined from the reception time difference between the two receiving stations, and the value of this two-dimensional position In the mobile body guidance method for transmitting from the ground station to the mobile body as a guidance signal, the transmission signal from the mobile body uses the mode S interrogation signal, and the ground station uses the mode S interrogation signal received between the two receiving stations. The phase inversion portion of the signal waveform is detected, the maximum value of the cross-correlation value is obtained from the phase inversion portion, and the reception time difference is measured from the maximum value of the cross-correlation value.
[0023]
The invention according to claim 13 is the invention according to claim 12,When obtaining the maximum value of the cross-correlation value, the time axis received by the two receiving stations and the received electric field are obtained using a function obtained by interpolating one or both of the discretely recorded data. ,The invention according to claim 14 is the invention according to claims 12 to 13,The induction signal is transmitted by being included in a response signal responding to the mode S question signal.
[0024]
The invention according to claim 15 is the invention according to claims 12 to 14, wherein the synchronized time is a synchronization reference value using an international standard time, and the invention according to claim 16 is In the inventions according to claims 12 to 14,For synchronized time, calibrate the time reference at any time or at any time with the reference value based on the international standard time and the reference value based on one of multiple receiving stations.TheThe synchronization reference value is used in combination.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【Example】
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0027]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of the present invention, which is arranged on the ground.Ground stationThe positional relationship between (receiving station 0 to receiving station 3) and the
[0028]
(X, y, z) are the position coordinates of the moving
[0029]
FIG. 2 is a diagram illustrating a time relationship of signals received by the receiving station 0 to the receiving station 3, respectively. FIG. 3 is a diagram showing precise measurement of a reception time difference by the cross-correlation method in this embodiment, FIG. 4 is an explanatory diagram for sampling, and FIG. 5 is a diagram showing a pulse waveform of a question signal in mode SIn either case, the horizontal axis is the time axis.
[0030]
In FIG. 1, a plurality of receiving stations are arranged on the ground such as an airport. In this embodiment, receiving stations 0 to 3 are arranged at four corners of the runway. Each of the receiving stations 0 to 3 synchronizes with each other in order to precisely measure the reception time difference between the interrogation signals received from the mobile unit 4 (in this embodiment, an aircraft, hereinafter referred to as the aircraft 4). In this embodiment, an equal length cable is produced at each receiving station, and a synchronization signal is sent from the same signal source. The
[0031]
In FIG. 3, 5 is a local oscillator, and in this embodiment, its oscillation frequency is 1090 MHz.
[0032]
Here, the signal transmitted from the
[0033]
In addition, there is an aircraft collision prevention device in a system using this mode S, which is required to be installed not only on Japanese nationalities but also on passenger aircraft in major overseas countries. In Japan, more than 90% of
[0034]
The aircraft collision prevention apparatus is equipped with, as a minimum equipment, an interrogation apparatus that creates and transmits a mode S interrogation signal, a response apparatus that responds to the interrogation signal, an antenna apparatus, and the like.
[0035]
Next, the operation will be described with reference to FIGS.
First, a description will be given of the case where the
[0036]
This mode S interrogation signal transmitted by the
[0037]
Therefore, in each receiving station 0 to receiving station 3, a trigger is applied at the rising edge of each received signal, and as shown in FIG. 2, the phase inversion reference portion (P6The portion including the phase inversion reference portion is simultaneously recorded for each receiving station.
[0038]
Then, the reception time difference between the two stations of each reception station can be measured from each reception signal received and recorded by each of the reception stations 0 to 3. However, simply measuring the phase and detecting the phase inversion part, and measuring the reception time difference between each receiving station, only sees the timing at which the phase changes,Received electric field strengthThe measurement error due to the difference in phase and the phase change due to the manufacturing error of the transmitter on the aircraft side is large, and it cannot be used for landing guidance or airport control.
[0039]
As a method for measuring the time difference, the difference in the rise time of the amplitude modulation pulse is generally used. However, in this method, due to the difference in the rise time of the pulse due to equipment or deterioration during propagation, the manufacturing tolerance The tolerance cannot be exceeded. Also, the detection by phase comparison of the phase inversion time used in mode S cannot obtain the accuracy of the allowable value (80 ns) or more of the phase inversion time.
[0040]
For this reason, the inventors pay attention to the waveform of the phase inversion reference portion of the mode S interrogation signal (see FIGS. 5 and 2), which is important for increasing the measurement accuracy when measuring the reception time difference. The signal waveform was recorded. Next, the cross-correlation of the phase-inversion reference part is obtained and maximized. At this time, since the transmission signal (the interrogation signal in mode S) is the same, one of the two reception signals is obtained.Along the time axisThe reception time difference was obtained by utilizing the fact that the cross-correlation is maximized if the reception time difference is shifted. Then, it has been found that the method of obtaining the cross-correlation in the phase inversion reference portion can remove the ambiguity as compared with the method of simply detecting the phase inversion and comparing the reception time difference.
[0041]
And theseDiscretelyRecorded waveformdataIn order to obtain the cross-correlation, the waveform data itself was sent to the
[0042]
Hereinafter, as a precise measurement method, a measurement method by calculating a reception time difference at which the cross-correlation is maximized will be described with reference to FIGS.
[0043]
First, in describing a method for measuring a reception time difference between two receiving stations, it is assumed that a receiving station 0 to a receiving station 3 are a receiving station 0 and a receiving station B. As described above, since the transmission signals are from the same transmission source, the signal waveforms received by the two receiving stations, that is, the A station and the B station are the same. Now, let the RF (Radio Frequency) signal waveform received at station A be SAThen, the following formula (1) is obtained.
SA= Af (t) exp {j (ωt + φt)} ―― ▲ ▼
[0044]
Similarly, the signal waveform received at station B is the same as that at station A, although the reception time is different.BThen, the following formula (2) is obtained.
SB= Bf (t−Δt) exp [j {ω (t−Δt) + φt-Δt}] ―― ▲ ▼
[0045]
Here, A and B are constants, the amplitude of each signal, and f (t) is the envelope of the transmission signal. Δt is the difference in reception time between the two stations, and ω is the frequency of the RF signal. φtAnd φt-ΔtIs a term representing the phase change, φtFor example, 0 <t <tuIf the phase is uniformly reversed,
φt= 0 t <0
φt= Change from 0 to π 0 <t <tu
φt= Πt> tu
It can be expressed as For mode S, tuIs 80 ns, and the phase changes within this range, but the change varies depending on the manufacturing equipment.
[0046]
The signals received by the two stations A and B are mixed with the oscillation frequency (1090 MHz in this embodiment) from the
SA= Af (t) exp {j (Δωt + φt)} ―― ▲ 3 ▼
SB= Bf (t−Δt) exp [j {Δω (t−Δt) + φt-Δt}] ―― ▲ 4 ▼
[0047]
Here, Δω represents an intermediate frequency. Note that, when acquiring the waveform of the intermediate frequency, it is assumed that the phase error between the two receiving stations has been adjusted in advance.
[0048]
In the first place, the RF phase difference contributes to the change of the waveform at the portion where the phase is changed, so that the phase must be detected. For this reason, IQ detection is performed in this embodiment. Then, sampling is performed by the sample circuits 8 and 9. At the time of this sampling, as shown in FIG. 4, a trigger is given to the rising edge of the signal, and the phase inversion portion (portion indicated by the mesh) in the burst is sampled with priority. However, the RF phase difference needs to be detected because the waveform changes at the portion where the phase changes. Therefore, the sampled signal is subjected to IQ detection, and its waveform data is recorded in the
[0049]
Here, Δt is a reception time difference to be obtained. Therefore, in order to obtain this reception time difference, as described above, the intermediate frequency cross-correlation for the two receiving stations A and B is obtained using the waveform data of the intermediate frequency recorded in the
[0050]
The equation of cross-correlation is shown in the following equation (5).
In equation (5), τ is a parameter for obtaining a cross-correlation, and Λ (τ) is a cross-correlation function having τ as a parameter. * Represents a conjugate complex function. As described above, since these two waveforms are the same, the cross-correlation value is maximized when the two waveforms match, that is, when Δt = τ, and the reception time difference between the two stations is precisely determined. You can ask.
[0052]
Here, as in the conventional method, the correlation of only amplitude modulation is a cross-correlation between f (t) and f (t−Δt + τ) in the first term of equation (5), and therefore, the change in correlation is Depends on the amplitude-modulated wave, accuracy cannot be obtained. Further, even if the second term and the first term of the formula (5) are combined, the maximum value is obtained at Δt = τ + 2nπ, and ambiguity is generated.
[0053]
Therefore, if the third term that correlates the phase inversion reference portion is further used in combination, ambiguity can be removed for the following reason. This will be described below.
[0054]
In the first place, when the phase inversion times of the two signal waveforms are shifted, the third term becomes a vibration term from when one of the two is inverted until the other inversion is completed. That is, even if the cross-correlation value is calculated, it is canceled and the correlation value does not rise. On the other hand, when the time difference becomes smaller, the two phases change almost simultaneously and coincide with each other, and this term becomes a constant 1 and becomes the maximum. For the above reasons, focusing on the phase inversion reference part used for side lobe suppression in mode S, and taking the correlation at the part where this changes, the increase in the correlation value when the phases do not match is suppressed, and the cross correlation Ambiguity can be excluded from changes in the evaluation function.
[0055]
Therefore, if the time difference between the two receiving stations is precisely measured, the reference time is set identically between the two receiving stations, and the distance between the two receiving stations is known, the reference time is set at a common time. A time difference between the two receiving stations can be corrected by transmitting a signal. Furthermore, the oscillation signal from the
[0056]
Therefore, three reception time differences for the four receiving stations 0 to 3 when the cross-correlation value is maximized are obtained. Next, a distance difference between the
[0057]
From these equations (6) to (8), the position coordinates (x, y, z) of the
[0059]
If the position coordinate data (x, y, z) of the
[0060]
Further, since the position coordinate data (x, y, z) can be used not only at the time of landing approach but also on the airport surface, it is possible to shift to airport surface control without interruption from the time of landing approach. Therefore, when the
[0061]
The position coordinate data transmitted from the
[0062]
The position coordinate data transmitted to the
[0063]
In this embodiment, an aircraft is described as a mobile body. However, the mobile body in the present invention is not limited to an aircraft. Includes all moving vehicles and other vehicles.
[0064]
In this embodiment, the signals transmitted from the
[0065]
As a time synchronization method in each of the receiving stations 0 to 3, there is a method in which a clock having a stable time is placed in each receiving station and synchronization is performed at the GPS time.
As the synchronization reference value, an international standard time may be used, or one of a plurality of receiving stations is defined as a reference, and the time at the receiving station as a reference is set as a reference value. Alternatively, the reference time may be calibrated at any time. Moreover, it is good also as a synchronous reference value by using both together.
[0066]
In this embodiment, as a method of obtaining the cross-correlation, the correlation is taken at the phase inversion portion, but the same effect can be obtained even if the correlation is taken by the envelope.
[0067]
【The invention's effect】
In the invention according to claim 1, the mobile body has a function of transmitting a signal, the ground station has a time synchronized with each other, and includes a plurality of receiving stations for receiving transmission signals transmitted from the mobile body. In the ground station, the reception time of the transmission signal from the mobile body received and recorded at each reception station is obtained for each reception station, and the position of the mobile body is determined from the reception time difference between the two reception stations.In the mobile body positioning method, the transmission signal from the mobile body uses the mode S interrogation signal, and the ground station detects the phase inversion of the waveform of the mode S interrogation signal received between the two receiving stations. Since the maximum value of the cross-correlation value was obtained from the phase inversion part and the reception time difference was measured from the maximum value of the cross-correlation value,With a simple configuration, the position of the moving body can be accurately measured, and highly accurate positioning data can be obtained. Further, on the mobile body side, conventional equipment can be used, and the minimum equipment can be prepared even in the ground station, so that cost can be saved.
[0068]
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1,When obtaining the maximum value of the cross-correlation value, the time axis and the received electric field received by the two receiving stations were obtained using a function obtained by interpolating one or both of the discretely recorded data.The invention according to claim 1In addition to the effect, the position of the moving body can be measured more accurately.
[0069]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2,Since the receiving station locates the three-dimensional position of the mobile body by installing at least four receiving stations,Effects of the inventions according to claims 1 and 2In addition, conventional equipment can be used on the mobile unit side, and the minimum equipment is also required on the ground station side, and the three-dimensional position of the mobile unit can be easily determined.
[0070]
The invention according to
[0071]
The invention according to
[0072]
The invention according to
[0073]
And the aircraft collision prevention device already installed on the aircraftAdding external devicesBy simply changing the software, even if the ILS is not installed, a highly accurate ILS landing signal that could not be obtained without leveling a vast site is obtained. The aircraft can be guided with the accuracy and safety specified in the international standard when landing at the airport. Therefore, it can be used as a reinforcement system for an existing landing guidance system or as a system replacing it. Furthermore, since a simple ground device can be configured, introduction into a regional airport is facilitated.
[0074]
The invention according to claim 8 is the invention according to
[0075]
The invention according to claim 9 is the invention according to
[0076]
The invention according to
[0077]
In the invention according to claim 12, the mobile body has a function of transmitting a signal, the ground station has a time synchronized with each other, and includes a plurality of receiving stations for receiving a transmission signal. The reception time of the transmission signal from the mobile unit received at the receiving station is determined for each receiving station, the two-dimensional position on the ground surface of the mobile unit is determined from the reception time difference between the two receiving stations, and the value of this two-dimensional position In the mobile body guidance method for transmitting from the ground station to the mobile body as a guidance signal, the transmission signal from the mobile body uses the mode S interrogation signal, and the ground station uses the mode S interrogation signal received between the two receiving stations. Since the phase inversion part of the signal waveform was detected, the maximum value of the cross-correlation value was obtained from this phase inversion part, and the reception time difference was measured from the maximum value of this cross-correlation value.Since it can be used not only at the time of landing approach but also on the airport surface, it can shift to precise airport surface control from the time of landing approach and can also be used as a substitute for the existing control radar. In addition, a simple and accurate landing guidance system can be obtained by slightly improving the landing guidance system of an existing aircraft.
[0078]
Further, since the aircraft itself and the airport controller can know the position of the aircraft on the airport surface with the same configuration after the aircraft has landed, it can also be used for airport control. Furthermore, a simple and accurate landing guidance system can be obtained by slightly improving the landing guidance system of an existing aircraft. Furthermore, the position of the moving body on the ground can be known, and a simple guidance device can be provided.
[0079]
The invention according to claim 13 is the invention according to claim 12,When obtaining the maximum value of the cross-correlation value, the time axis and the received electric field received by the two receiving stations are obtained using a function obtained by interpolating one or both of the discretely recorded data.The invention according to claim 12In addition to the effects, the moving object can be guided to land precisely.
[0080]
The invention according to claim 14 is the invention according to claims 12 to 13,Since the guidance signal is included and transmitted in the response signal in response to the mode S interrogation signal, in addition to the effects of the inventions of claims 12 to 13, the landing guidance system of the existing aircraft is slightly changed. A simple and accurate landing guidance system can be obtained simply by making improvements. or,The invention according to claim 15 is the invention according to claims 12 to 14, in which the synchronized time uses the synchronization reference value using the international standard time, and the invention according to claim 16 ,For synchronized time, calibrate the time reference at any time or at any time with the reference value based on the international standard time and the reference value based on one of multiple receiving stations.TheSince the synchronization reference value is used in combination, in addition to the above effect, it is possible to further accurately synchronize the receiving stations. Therefore, the moving body can be guided more accurately.
[0081]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2, showing an embodiment of the present invention, is a diagram showing a time relationship of received signals at each receiving station.
FIG. 3 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention and is an explanatory diagram for sampling.
FIG. 5 is a diagram showing a pulse waveform of a mode S signal.
[Explanation of symbols]
0 receiving station
1 receiving station
2 receiving stations
3 receiving stations
4 moving objects
Claims (16)
地上局は、互いに同期した時刻を有し、前記移動体から送信された送信信号を受信するための複数の受信局を備え、
前記地上局において、前記各受信局でそれぞれ受信し記録された前記移動体からの前記送信信号の受信時間をそれぞれ受信局毎に求め、
２受信局間毎の受信時間差から前記移動体の位置を測位する移動体測位方法において、
前記移動体からの送信信号は、モードＳの質問信号を用い、
前記地上局において、２受信局間で受信した前記モードＳの質問信号の波形の位相反転部分を検出し、
この位相反転部分から相互相関値の最大値を求め、
この相互相関値の最大値から前記受信時間差を測定すること
を特徴とする移動体測位方法。The mobile body has a function of transmitting a signal,
The ground station has a time synchronized with each other, and includes a plurality of receiving stations for receiving transmission signals transmitted from the mobile unit,
In the ground station, for each receiving station, the reception time of the transmission signal from the mobile unit received and recorded at each receiving station, respectively.
In the mobile body positioning method for positioning the position of the mobile body from the reception time difference between two receiving stations,
The transmission signal from the mobile body uses a mode S interrogation signal,
In the ground station, a phase inversion portion of the waveform of the mode S interrogation signal received between two receiving stations is detected,
Find the maximum cross-correlation value from this phase inversion,
The mobile positioning method, wherein the reception time difference is measured from the maximum value of the cross-correlation value.
を特徴とする請求項１に記載の移動体測位方法。When obtaining the maximum value of the cross-correlation value, the time axis and the received electric field strength received by the two receiving stations are obtained using a function obtained by interpolating one or both of the discretely recorded data. The moving body positioning method according to claim 1.
を特徴とする請求項１〜請求項２に記載の移動体測位方法。The mobile body positioning method according to claim 1, wherein the receiving station measures the three-dimensional position of the mobile body by installing at least four receiving stations.
を特徴とする請求項１〜請求項２に記載の移動体測位方法。The mobile body positioning method according to claim 1, wherein the receiving station measures the two-dimensional position of the mobile body by installing at least three receiving stations.
を特徴とする請求項１〜請求項４に記載の移動体測位方法。The mobile positioning method according to claim 1, wherein the synchronized time is a synchronization reference value using an international standard time.
を特徴とする請求項１〜請求項４に記載の移動体測位方法。The synchronized time is a combination of a synchronization reference value using an international standard time and a synchronization reference value obtained by calibrating the time reference at any time or a reference value based on one of the plurality of receiving stations. The mobile body positioning method according to claim 1, wherein the mobile body positioning method is used.
地上局は、互いに同期した時刻を有し、前記送信信号を受信するための複数の受信局を備え、
前記地上局において、前記各受信局でそれぞれ受信した前記移動体からの前記送信信号の受信時間をそれぞれ受信局毎に求め、
２受信局間毎の受信時間差から前記移動体の三次元位置を求め、
この三次元位置と前記移動体の着陸進入コースとの三次元位置の差の値を求め、
この三次元位置の差の値を誘導信号として、前記地上局から前記移動体へ送信する移動体誘導方法において、
前記移動体からの送信信号は、モードＳの質問信号を用い、
前記地上局において、２受信局間で受信した前記モードＳの質問信号波形の位相反転部分を検出し、
この位相反転部分から相互相関値の最大値を求め、
この相互相関値の最大値から前記受信時間差を測定すること
を特徴とする移動体誘導方法。The mobile body has a function of transmitting a signal,
The ground station has a time synchronized with each other, and includes a plurality of receiving stations for receiving the transmission signal,
In the ground station, for each receiving station, the reception time of the transmission signal from the mobile unit received at each receiving station, respectively.
Obtain the three-dimensional position of the mobile body from the difference in reception time between two receiving stations,
Find the value of the difference between the three-dimensional position of the three-dimensional position and the landing approach course of the moving body,
In the moving body guiding method for transmitting the difference value of the three-dimensional position as a guiding signal from the ground station to the moving body,
The transmission signal from the mobile body uses a mode S interrogation signal,
In the ground station, detecting a phase inversion portion of the interrogation signal waveform of the mode S received between two receiving stations,
Find the maximum cross-correlation value from this phase inversion,
The mobile object guiding method, wherein the reception time difference is measured from the maximum value of the cross-correlation value.
を特徴とする請求項７に記載の移動体誘導方法。When obtaining the maximum value of the cross-correlation value, the time axis and the received electric field strength received by the two receiving stations are obtained using a function obtained by interpolating one or both of the discretely recorded data. The moving body guidance method according to claim 7.
を特徴とする請求項７〜請求項８に記載の移動体誘導方法。The mobile guidance method according to any one of claims 7 to 8, wherein the guidance signal is transmitted by being included in a response signal responding to the question signal in the mode S.
を特徴とする請求項７〜請求項９に記載の移動体誘導方法。The mobile body guidance method according to claim 7, wherein the synchronized time uses a synchronization reference value using an international standard time.
を特徴とする請求項７〜請求項９に記載の移動体誘導方法。The synchronized time is a combination of a synchronization reference value using an international standard time and a synchronization reference value obtained by calibrating the time reference at any time or a reference value based on one of the plurality of receiving stations. The moving body guiding method according to claim 7, wherein the moving body guiding method is used.
地上局は、互いに同期した時刻を有し、前記送信信号を受信するための複数の受信局を備え、
前記地上局において、前記各受信局でそれぞれ受信した前記移動体からの前記送信信号の受信時間をそれぞれ受信局毎に求め、
２受信局間毎の受信時間差から前記移動体の地上面における二次元位置を求め、
この二次元位置の値を誘導信号として、前記地上局から前記移動体へ送信する移動体誘導方法において、
前記移動体からの送信信号は、モードＳの質問信号を用い、
前記地上局において、２受信局間で受信した前記モードＳの質問信号波形の位相反転部分を検出し、
この位相反転部分から相互相関値の最大値を求め、
この相互相関値の最大値から前記受信時間差を測定すること
を特徴とする移動体誘導方法。The mobile body has a function of transmitting a signal,
The ground station has a time synchronized with each other, and includes a plurality of receiving stations for receiving the transmission signal,
In the ground station, for each receiving station, the reception time of the transmission signal from the mobile unit received at each receiving station, respectively.
Obtain the two-dimensional position on the ground surface of the mobile body from the difference in reception time between two receiving stations,
In the mobile body guidance method of transmitting the value of this two-dimensional position as a guidance signal from the ground station to the mobile body,
The transmission signal from the mobile body uses a mode S interrogation signal,
In the ground station, detecting a phase inversion portion of the interrogation signal waveform of the mode S received between two receiving stations,
Find the maximum cross-correlation value from this phase inversion,
The mobile object guiding method, wherein the reception time difference is measured from the maximum value of the cross-correlation value.
を特徴とする請求項１２に記載の移動体誘導方法。When obtaining the maximum value of the cross-correlation value, the time axis and the received electric field strength received by the two receiving stations are obtained using a function obtained by interpolating one or both of the discretely recorded data. The moving body guiding method according to claim 12.
を特徴とする請求項１２〜請求項１３に記載の移動体誘導方法。The mobile guidance method according to claim 12, wherein the guidance signal is transmitted by being included in a response signal responding to the question signal in the mode S.
を特徴とする請求項１２〜請求項１４に記載の移動体誘導方法。The mobile body guiding method according to claim 12, wherein the synchronized time is a synchronization reference value using an international standard time.
を特徴とする請求項１２〜請求項１４に記載の移動体誘導方法。The synchronized time is a combination of a synchronization reference value using an international standard time and a synchronization reference value obtained by calibrating the time reference at any time or a reference value based on one of the plurality of receiving stations. The moving body guiding method according to claim 12, wherein the moving body guiding method is used.
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