JPH10160814A - 飛行経路測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】飛翔体から送信される電波信号を受信できる地
上固定受信局を１カ所のみに簡易的に設置するだけで飛
翔体の飛行経路を測定できる。 【解決手段】飛翔体２００は、送信信号の中に時間情報
を重畳させて送出し、地上固定受信局１００は、前記飛
翔体のアジマス及びエレベーション角度方向を測定し、
地上固定受信局１００が受信した受信信号から時間情報
を抽出し、抽出された時間情報に基づいて飛翔体２００
から地上固定受信局１００までの距離を求め、求められ
た距離と、飛翔体２００の予め求められた距離初期値と
に基づいて飛翔体２００から地上固定受信局１００まで
の距離を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は飛行経路測定装置に
関し、特に１箇所の地上固定受信局で飛翔体位置の測定
を行う飛行経路測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】飛翔体の３次元位置を測定し、その飛行
経路を測定する飛行経路測定装置が、例えば、実開昭６
４−１５１８５号に開示されている。この飛行経路測定
装置は、次のように構成される。すなわち、図６に示す
ように、飛翔体としてのヘリコプタ３０には、テレビカ
メラ３１，送信機３２，空中線３３が搭載されている。
地上２カ所に設置されている受信設備１０と２０にそれ
ぞれ設けられているパラボラ空中線１１と２１がヘリコ
プタ３０を指向した時の水平振れ角度と仰角とは、それ
ぞれ水平角度測定装置１２及び２２と、垂直角度測定装
置１３及び２３で測定される。

【０００３】受信設備１０で測定された水平振れ角度と
仰角は、データ送信装置１４を介して受信設備２０のデ
ータ受信装置２５に送出される。受信設備２０の距離検
出装置２４は、これら２カ所の受信設備１０及び２０で
測定された２つの水平振れ角度と２つの仰角及びこれら
の受信設備１０，２０間の直線距離とから、各受信設備
１０及び２０からヘリコプタ３０までの距離を計算す
る。距離検出装置２４で計算された距離は、表示装置２
６に表示されるとともに、データ送信装置２７を介して
受信設備１０のデータ受信装置１５に送信され、表示装
置１６に表示される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
飛行経路測定装置は、２カ所以上の地上固定受信局で飛
翔体からの送信電波を受信することにより、飛翔体の位
置及び飛行経路を測定しているため、飛翔体が送信する
電波信号を受信する地上固定受信局を２カ所以上に設置
しなければならない。したがって、予め恒久的な地上固
定受信局が設置されていない地域で飛翔体の飛行経路を
測定する場合、飛行経路測定のために２カ所に地上固定
受信局を設けなければならないだけでなく、飛翔体の発
射位童から離れた位置にも地上固定受信局を設けなけれ
ばならない。また、飛翔体の飛行経路を算出するには２
カ所の受信局間の距離を知る必要があると言う点で不便
である。更に、この距離は離れていないと飛翔体の飛行
経路測定の精度が悪くなると言う欠点もあった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、飛翔体から送信
される電波信号を受信できる地上固定受信局を１カ所の
みに簡易的に設置するだけで飛翔体の飛行経路を測定で
きる飛行経路測定装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述課題を解決するた
め、本発明による飛行経路測定装置は、飛翔体は、送信
信号の中に時間情報を重畳させて送出し、地上固定受信
局は、前記飛翔体のアジマス及びエレベーション角度方
向を測定し、地上固定受信局が受信した受信信号から前
記時間情報を抽出し、抽出された時間情報に基づいて前
記飛翔体から前記地上固定受信局までの距離を求め、求
められた距離と、前記飛翔体の予め求められた距離初期
値とに基づいて前記飛翔体から前記地上固定受信局まで
の距離を測定する。

【０００７】本発明の他の態様による飛行経路測定装置
は、飛翔体が離陸する以前の初期状態において飛翔体と
地上固定受信局までの距離初期値を測定しておき、地上
固定受信局では前記飛翔体から送信される送信信号の中
に重畳された時間情報と、この時間情報と同期する前記
地上固定受信局のもつ時間情報の差を離陸前の時間差初
期値とし、前記飛翔体が離陸した後、前記飛翔体からの
送信信号に重畳された時間情報と、前記地上固定受信局
のもつ時間情報の差、及び離陸前の時間差初期値との時
間変化を検出し、これら情報に基づいて前記飛翔体と地
上固定局間の距離変化を算出し、前記飛翔体が離陸する
以前の距離初期値を加算して現在の飛翔体と地上固定受
信局間の距離を算出する。

【０００８】ここで、前記地上固定受信局は、当該受信
局から見た離陸後の飛翔体のアジマス及びエレベーショ
ン角度方向を継続的に知る手段を有し、前記地上固定受
信局を中心とした球座標系により飛翔体の飛行経路を測
定する。また、前記地上固定受信局から見た前記飛翔体
のアジマス及びエレベーション角度を継続定期に知る手
段は、モノパルス方式の追尾装置、コニカルスキャン方
式の追尾装置またはフェーズドアレイレーダによる捜索
追尾方式のいずれかである。

【０００９】本発明の更に他の態様による飛行経路測定
装置は、飛翔体には、送信信号の中に時間情報を重畳す
る時間情報重畳手段と、前記重畳された送信信号を電波
信号として送出する第１の空中線手段とを備え、地上固
定受信局には、前記飛翔体の空中線手段から送信される
電波信号を受信する第２の空中線手段と、前記第２の空
中線手段をアジマス及びエレベーション方向に駆動する
とともに、その指向するアジマス及びエレベーションの
角度情報を出力する空中線駆動手段と、前記第２の空中
線手段が捕らえた前記飛翔体からの時間情報が重畳され
た信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した
受信信号を加減算してΣ信号とアジマス方向及びエレベ
ション方向のΔ信号を出力する前置比較手段と、前記前
置比較手段の出力から前記第２の空中線のΣビームの中
心に対する前記電波信号の到来方向の角度誤差を求めて
誤差角信号を出力する角度誤差演算手段と、前記飛翔体
の送信する時間情報を重畳した電波信号から飛翔体の距
離初期値との距離差を求めて前記飛翔体から前記地上固
定受信局までの距離を出力する距離演算器と、飛翔体が
離陸する以前の初期状態において前記飛翔体と前記地上
固定受信局間の距離初期値を測定する距離初期値測定手
段とを備えて構成される。

【００１０】ここで、前記第２の空中線手段は、モノパ
ルス空中線とすることができる。また、前記第２の空中
線手段は、コニカルスキャン空中線であり、前記角度誤
差演算手段は、前記飛翔体からの電波信号をコニカルス
キャン空中線のビーム回転機からの回転駆動信号と位相
検波することによりアジマス方向及びエレベーション方
向の誤差角信号を出力する。更に、前記空中線手段は、
電気的にビームの指向方向を制御できるフェーズドアレ
イ空中線であり、電気的に各空中線素子の位相を変化さ
せてビーム指向方向を制御するビーム制御器を有し、前
記フェーズドアレイ空中線は飛翔体の存在する角度を中
心とした任意のアジマス及びエレベーション範囲をビー
ム走査し、角度位置指令器が飛翔体からの電波信号の強
度のもっとも強い点に基づいて前記飛翔体のアジマス方
向及びエレベーション方向の角度信号を出力する。

【００１１】以上において、前記第２の空中線手段で受
信した電波信号が十分な受信強度を持っているか判定す
る受信信号強度判定手段を有し、十分な受信強度を持っ
ているときに前記飛行経路を測定する。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して詳細に税明する。図１は本発明による飛
行経路測定装置の一実施形態を示す構成図で、測角手段
を持つ空中線としてモノパルス空中線を用いた例であ
る。また、図２は本実施形態における飛翔体までの距離
を演算する原理図を示し、図３は飛翔体と地上固定受信
局の位置関係を示す図である。

【００１３】飛翔体２００は、通常の送信手段２０１を
有し、送信信号の上に時間情報重畳器２０２により時間
情報を重畳して空中線２０３から送信する。この時間情
報信号は、例えば、図２（Ａ）に示すような予め定めら
れた一定間隔のパルス信号Ｓ２である。

【００１４】一方、地上固定受信局１００は、空中線駆
動器１０２で駆動されたモノパルス空中線１０１を有
し、飛翔体２００から送信された時間情報が重畳された
送信信号を受信し、前置比較器５において飛翔体２００
からの受信信号を加減算してΣ信号と、アジマス方向Ａ
ｚとエレベーション方向ＥｌのΔ信号を得て出力する。
Σ信号を受信した受信機１０４は、飛翔体２００からの
送信信号を増幅し、角度誤差演算器１０７、受信強度判
定器１０８及び距離演算器１０９に出力する。

【００１５】受信強度判定器１０８は、飛翔体２００か
らの受信した受信信号の強度が予め定めた強度以上であ
るか否かを判定し、予め定めた強度以上であれば、角度
誤差演算器１０７及び距離演算器１０９の出力を有効と
する信号を出力する。

【００１６】前置比較器１０２から出力されたアジマス
方向とエレベーション方向のΔ信号は、各々の受信機１
０５、受信機１０６で受信増幅され、角度誤差演算器１
０７に送られる。角度誤差演算器１０７では、アジマス
及びエレベーション方向の△信号をΣ信号で正規化し、
モノパルス空中線１０１のΣビームに対するアジマス及
びエレべーション方向の誤差角を空中線駆動器１０２に
出力する。空中線駆動器１０２は、アジマス及びエレベ
ーション方向の誤差角よりモノパルス空中線１０１のΣ
ビームが飛翔体２００の空中線２０３に常時向くように
駆動し、同時にモノパルス空中線２００の指向するアジ
マス及びエレベーション方向の角度φ及びθを常時地上
固定受信局１００の外部に出力する。

【００１７】距離初期値測定器１１０は、レーザ測距装
置などと同様の測距機能を有し、地上固定受信局１００
から飛翔体２００までの距離初期値を測定し、距離演算
器１０９に出力する。距離演算器１０９は、飛翔体２０
０からの送信信号をΣ信号受信機１０４から受け、この
中から時間情報を復調する。

【００１８】距離演算器１０９は、離陸前の飛翔体２０
０の送信する時間情報に同期した図２（Ａ）に示すよう
な予め定められた一定間隔の参照パルス信号Ｓ１をも
ち、信号Ｓ１とＳ２間のパルスの時間差ｔを初期状態と
して記録する。飛翔体２００が離陸し、飛翔体２００と
地上固定受信局１００間の距離が増すと、図２（Ｂ）に
示すように、参照パルス信号Ｓ１と飛翔体送信パルスＳ
２間の時間差はＴに伸び、距離演算器１０９は、時間差
Ｔを用いて、（Ｔ−ｔ）×光速十（距離初期値）のよう
な演算を行い飛行中の飛翔体の距離Ｒを地上固定受信局
１００の外部に出力する。

【００１９】図３から明らかなように、地上固定受信局
１００から出力されるアジマス及びエレベーション方向
の角度φ及びθと、飛翔体２００と地上固定受信局１０
０間の距離Ｒから飛行中の飛翔体２００の位置が計測で
きる。

【００２０】次に本発明の第２及び第３の実施の形態に
ついて図４及び図５を参照して説明する。

【００２１】図４は測角可能な空中線として、図１に示
すモノパルス方式の代わりにコニカルスキャン方式を採
用した例である。地上固定受信局１００は、コニカルス
キャン空中線１２１を有し、飛翔体２００からの時間情
報が重畳された送信信号は、受信機１２４で増幅され、
角度誤差演算器１２５、受信強度判定器１２６及び距離
演算器１２７に出力される。角度誤差演算器１２５は、
受信機１２４からの信号をビデオ検波し、コニカルスキ
ャン空中線１２１のビームを回転させているビーム回転
機１２３からの回転駆動信号と位相検波を行い、アジマ
ス及びエレベーション方向の誤差角を空中線駆動器１２
２に出力する。他の動作は、距離初期値測定器１１０で
得られた距離初期値を参照した、図１に示す実施形態と
同様である。

【００２２】図５は、測角可能な空中線としてモノパル
ス方式の代わりにフェースドアレイ方式を採用した他の
実施形態を示す構成図である。地上固定受信局１００内
に設けられた指向性の強いフェーズドアレイ１３１は、
図１と同様な飛翔体２００の存在する領域を高速でビー
ム走査する。飛翔体２００から時間情報が重畳された送
信信号は、フェーズドアレイ１３１で受波され受信機１
３３で増幅されて角度位置指令器１３４、受信強度判定
器１３５及び距離演算器１３６に出力される。角度位置
指令器１３４は、フェーズドアレイ空中線１３１が飛翔
体の存在する領域を高速でビーム走査した信号の中から
最も強い受信強度が得られた位置を保持し、この位置を
ビーム制御器１３２に出力する。ビーム制御器１３２
は、角度位置指令器１３４から指令を受けた位置を中心
にした新たな領域をビーム走査するとともに角度位置指
令器１３４から受信したアジマス及びエレペーション方
向の角度φ及びθを常時地上固定受信局１００の外部に
出力する。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の飛行経路
測定装置は、飛翔体から送信される電波信号を受信でき
る地上固定受信局を飛翔体の発射地点付近の１カ所のみ
に設置すれば、飛翔体の飛行経路を測定できる。

【図面の簡単な税明】

【図１】本発明による飛行経路測定装置の一実施の形態
を示す飛行経路測定装置で、空中線にモノパルス方式を
使用した場合の構成図である。

【図２】図１に示す実施形態の動作を説明するための原
理図である。

【図３】発明の飛行経路測定装置における飛翔体と地上
固定受信局の位置関係を示す図である。

【図４】本発明による飛行経路測定装置の他の実施形態
を示す飛行経路測定装置で、空中線にコニカルスキャン
方式を使用した場合の構成図である。

【図５】本発明による飛行経路測定装置の更に他の実施
形態を示す飛行経路測定装置で、空中線にフェーズドア
レイ方式を使用した場合の構成図である。

【図６】従来の飛行経路測定装置の構成図である。

【符号の説明】 １００ 地上固定装置 １０１ モノパルス空中親 １０３ 前置比較器 １０４〜１０６，１２４，１３３ 受信機 １０７，１２５ 角度誤差演算器 １０８，１２６，１３５ 受信強度判定器 １０９，１２７，１３６ 距離演算器 １０２，１２２ 空中線駆勤器 １１０，１２８，１３７ 距離初期値測定器 １２１ コニカルスキャン空中線 １２３ ビーム回転機 １３１ フェーズドアレイ空中親 １３４ 角度位置指令器 ２００ 飛翔体 ２０１ 送信装童 ２０２ 時間情報重畳器 ２０３ 空中線

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】飛翔体は、送信信号の中に時間情報を重畳
   させて送出し、地上固定受信局は、前記飛翔体のアジマ
   ス及びエレベーション角度方向を測定し、地上固定受信
   局が受信した受信信号から前記時間情報を抽出し、抽出
   された時間情報に基づいて前記飛翔体から前記地上固定
   受信局までの距離を求め、求められた距離と、前記飛翔
   体の予め求められた距離初期値とに基づいて前記飛翔体
   から前記地上固定受信局までの距離を測定することを特
   徴とする飛行経路測定装置。
2. 【請求項２】飛翔体が離陸する以前の初期状態において
   飛翔体と地上固定受信局までの距離初期値を測定してお
   き、地上固定受信局では前記飛翔体から送信される送信
   信号の中に重畳された時間情報と、この時間情報と同期
   する前記地上固定受信局のもつ時間情報の差を離陸前の
   時間差初期値とし、前記飛翔体が離陸した後、前記飛翔
   体からの送信信号に重畳された時間情報と、前記地上固
   定受信局のもつ時間情報の差、及び離陸前の時間差初期
   値との時間変化を検出し、これら情報に基づいて前記飛
   翔体と地上固定局間の距離変化を算出し、前記飛翔体が
   離陸する以前の距離初期値を加算して現在の飛翔体と地
   上固定受信局間の距離を算出することを特徴とする飛行
   経路測定装置。
3. 【請求項３】前記地上固定受信局は、当該受信局から見
   た離陸後の飛翔体のアジマス及びエレベーション角度方
   向を継続的に知る手段を有し、前記地上固定受信局を中
   心とした球座標系により飛翔体の飛行経路を測定する請
   求項１または２に記載の飛行経路測定装置。
4. 【請求項４】前記地上固定受信局から見た前記飛翔体の
   アジマス及びエレベーション角度を継続定期に知る手段
   は、モノパルス方式の追尾装置、コニカルスキャン方式
   の追尾装置またはフェーズドアレイレーダによる捜索追
   尾方式のいずれかである請求項１乃至３に記載の飛行経
   路測定装置。
5. 【請求項５】飛翔体には、送信信号の中に時間情報を重
   畳する時間情報重畳手段と、前記重畳された送信信号を
   電波信号として送出する第１の空中線手段とを備え、 地上固定受信局には、前記飛翔体の空中線手段から送信
   される電波信号を受信する第２の空中線手段と、前記第
   ２の空中線手段をアジマス及びエレベーション方向に駆
   動するとともに、その指向するアジマス及びエレベーシ
   ョンの角度情報を出力する空中線駆動手段と、前記第２
   の空中線手段が捕らえた前記飛翔体からの時間情報が重
   畳された信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受
   信した受信信号を加減算してΣ信号とアジマス方向及び
   エレベション方向のΔ信号を出力する前置比較手段と、
   前記前置比較手段の出力から前記第２の空中線のΣビー
   ムの中心に対する前記電波信号の到来方向の角度誤差を
   求めて誤差角信号を出力する角度誤差演算手段と、前記
   飛翔体の送信する時間情報を重畳した電波信号から飛翔
   体の距離初期値との距離差を求めて前記飛翔体から前記
   地上固定受信局までの距離を出力する距離演算器と、飛
   翔体が離陸する以前の初期状態において前記飛翔体と前
   記地上固定受信局間の距離初期値を測定する距離初期値
   測定手段とを備えて成ることを特徴とする飛行経路測定
   装置。
6. 【請求項６】前記第２の空中線手段は、モノパルス空中
   線である請求項５に記載の飛行経路測定装置。
7. 【請求項７】前記第２の空中線手段は、コニカルスキャ
   ン空中線であり、前記角度誤差演算手段は、前記飛翔体
   からの電波信号をコニカルスキャン空中線のビーム回転
   機からの回転駆動信号と位相検波することによりアジマ
   ス方向及びエレベーション方向の誤差角信号を出力する
   請求項５に記載の飛行経路測定装置。
8. 【請求項８】前記空中線手段は、電気的にビームの指向
   方向を制御できるフェーズドアレイ空中線であり、電気
   的に各空中線素子の位相を変化させてビーム指向方向を
   制御するビーム制御器を有し、前記フェーズドアレイ空
   中線は飛翔体の存在する角度を中心とした任意のアジマ
   ス及びエレベーション範囲をビーム走査し、角度位置指
   令器が飛翔体からの電波信号の強度のもっとも強い点に
   基づいて前記飛翔体のアジマス方向及びエレベーション
   方向の角度信号を出力する請求項１に記載の飛行経路測
   定装置。
9. 【請求項９】前記第２の空中線手段で受信した電波信号
   が十分な受信強度を持っているか判定する受信信号強度
   判定手段を有し、十分な受信強度を持っているときに前
   記飛行経路を測定する請求項１に記載の飛行経路測定装
   置。