JPH11160422A - Radio altimeter - Google Patents
Radio altimeterInfo
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- JPH11160422A JPH11160422A JP9327543A JP32754397A JPH11160422A JP H11160422 A JPH11160422 A JP H11160422A JP 9327543 A JP9327543 A JP 9327543A JP 32754397 A JP32754397 A JP 32754397A JP H11160422 A JPH11160422 A JP H11160422A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機に搭載する
電波高度計に係り、特に簡易なハードウエアを用いて、
短い処理時間で、高精度の検出を行うことができる電波
高度計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radio altimeter mounted on an aircraft, and in particular, using simple hardware.
The present invention relates to a radio altimeter capable of performing highly accurate detection in a short processing time.
【0002】[0002]
【従来の技術】航空機で使用される高度計には現在、気
圧高度計と電波高度計がある。気圧高度計は、気圧の変
化を利用するもので、常に気圧の補正を必要としてい
る。電波高度計は、航空機から電波を下方の大地に向け
て発射し、この電波が大地で反射されて返ってきた信号
を処理することにより、航空機と大地間の絶対高度を測
定する装置である。2. Description of the Related Art Altimeters used on aircraft are currently classified into barometric altimeters and radio altimeters. The barometric altimeter utilizes a change in barometric pressure, and always requires correction of barometric pressure. BACKGROUND ART A radio altimeter is a device that measures an absolute altitude between an aircraft and the ground by emitting a radio wave from an aircraft toward the ground below and processing a signal returned by reflecting the radio waves on the ground.
【0003】そして、電波高度計は、絶対高度を指示す
るのが特徴であり、精度も高く、大型機やヘリコプタの
低高度及び着陸時における飛行に利用されている。The radio altimeter is characterized by indicating an absolute altitude, has a high accuracy, and is used for flight of a large aircraft or a helicopter at a low altitude or at the time of landing.
【0004】電波高度計の種類は、大別してFM型電波
高度計(低高度用)と、パルス型電波高度計(高々度で
も使用可)の2つがあるが、高々度は気圧高度計が主体
となっており、現在は低高度用のFM型電波高度計が広
く使用されている。There are two types of radio altimeters: FM radio altimeters (for low altitude) and pulse type radio altimeters (can be used at high altitude). At altitude, barometric altimeters are mainly used. The FM type radio altimeter for low altitude is widely used.
【0005】まず、FM型電波高度計の原理について説
明する。基本的には電波の伝搬速度が一定であるという
原理に基づいているが、低高度を測定する場合は、測定
高度(垂直距離)に対して電波の伝搬速度があまりにも
早いので、パルス型のように航空機と地表面との往復に
要した時間を計測して高度を算出する方法では、測定が
非常に困難であると共に精度も落ちるものである。First, the principle of the FM type radio altimeter will be described. Basically, it is based on the principle that the propagation speed of radio waves is constant, but when measuring at low altitudes, the propagation speed of radio waves is too fast for the measured altitude (vertical distance), so the pulse type In the method of calculating the altitude by measuring the time required for the round trip between the aircraft and the ground surface as described above, the measurement is extremely difficult and the accuracy is reduced.
【0006】そこで、周波数変調(FM)方式が用いら
れている。図7は、FM方式の電波高度計の構成ブロッ
ク図である。FM方式の電波高度計は、図7に示すよう
に、周波数変調器1と、マイクロ波発振器(搬送波発振
器)2とを備える送信部5と、マイクロ波受信部3と、
周波数検出部4とを備える受信部6とから主に構成され
ている。Therefore, a frequency modulation (FM) system is used. FIG. 7 is a configuration block diagram of the FM radio altimeter. As shown in FIG. 7, the FM radio altimeter includes a transmitting unit 5 including a frequency modulator 1, a microwave oscillator (carrier oscillator) 2, a microwave receiving unit 3,
And a receiving unit 6 including a frequency detecting unit 4.
【0007】送信部5のマイクロ波発振器2は、数GH
z程度の周波数の正弦波を発生し、これを周波数変調器
1により数十MHz程度の偏移で周波数変調を行う。こ
の場合、通常のFM変調における変調信号はなく、時間
とともに直線的に変化をさせるものである。被変調波が
送信空中線から発射されると同時に、マイクロ波発振器
2の出力の一部がマイクロ波受信部3に出力される。[0007] The microwave oscillator 2 of the transmitting section 5 has a frequency of several GH.
A sine wave having a frequency of about z is generated, and this is frequency-modulated by the frequency modulator 1 with a deviation of about several tens of MHz. In this case, there is no modulation signal in the normal FM modulation, and the signal changes linearly with time. At the same time as the modulated wave is emitted from the transmitting antenna, a part of the output of the microwave oscillator 2 is output to the microwave receiving unit 3.
【0008】送信空中線から発射された電波は地表面で
反射し、その反射波が受信空中線を経て受信部6で受信
されて、マイクロ波受信部3において送信波と受信波と
の周波数差を取るために結合される。電波が発射されて
から受信するまでに要した時間にどのくらい発射周波数
が変化したかを周波数検出部4で検出及び演算を行い、
その値から指示計に高度表示をするようになっている。
尚、周波数変調器1では1秒間に数10〜数100回程
度の周期で周波数が変化する電波を発射するものであ
る。The radio wave emitted from the transmitting antenna is reflected on the ground surface, the reflected wave is received by the receiving unit 6 via the receiving antenna, and the microwave receiving unit 3 calculates the frequency difference between the transmitted wave and the received wave. Combined for The frequency detector 4 detects and calculates how much the emission frequency has changed during the time required from the emission of the radio wave to the reception,
The altitude is displayed on the indicator based on the value.
The frequency modulator 1 emits a radio wave whose frequency changes at a frequency of about several tens to several hundreds per second.
【0009】次に、電波高度計が送受信する電波の周波
数の時間的変化を図8を用いて説明する。図8は、電波
高度計が送受信する電波の周波数の時間的変化を表す説
明図である。尚、図8において実線は送信される電波の
時間に対する周波数変化であり、点線は受信する電波
(反射波)の時間に対する周波数変化を示す。Next, the change over time of the frequency of the radio wave transmitted and received by the radio altimeter will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a temporal change in the frequency of a radio wave transmitted and received by the radio altimeter. In FIG. 8, a solid line indicates a frequency change of a transmitted radio wave with respect to time, and a dotted line indicates a frequency change of a received radio wave (reflected wave) with respect to time.
【0010】ある時刻T1で発射した電波をT2で受信
して、電波が往復した時間T2−T1=ΔTとすると、
このΔTの間に変化した周波数ΔF(ΔF=F2−F
1)を計測する。受信部6で送信波と受信波のビート周
波数(周波数差ΔF)をとると、このビート周波数は、
時間に対して図9のような変化を示す。図9は、ビート
波の周波数の時間的変化を表す説明図である。Assuming that a radio wave emitted at a certain time T1 is received at T2 and a time that the radio wave reciprocates T2-T1 = ΔT,
The frequency ΔF changed during this ΔT (ΔF = F2−F
Measure 1). When the beat frequency (frequency difference ΔF) between the transmission wave and the reception wave is calculated by the receiving unit 6, the beat frequency is
FIG. 9 shows a change with respect to time. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a temporal change in the frequency of the beat wave.
【0011】図9で平坦な部分のビート周波数は高度に
比例しているので、この周波数を測定することにより、
高度を測ることができる。周波数検出部4で検出できる
ビート周波数fbは次式[数1]で表されるものとな
る。In FIG. 9, since the beat frequency of the flat portion is proportional to the altitude, by measuring this frequency,
Altitude can be measured. The beat frequency fb that can be detected by the frequency detection unit 4 is represented by the following equation [Equation 1].
【0012】[0012]
【数1】 (Equation 1)
【0013】ここで、hは高度、cは電波伝搬速度、t
mは送信FM変調周期、Δfは送信FM偏移幅を表して
いる。Here, h is altitude, c is radio wave propagation speed, t
m represents the transmission FM modulation period, and Δf represents the transmission FM deviation width.
【0014】このビート信号を簡単に計測する方法とし
てビート信号の零交差を計測する方法が一般的である
が、1ft(0.3m)〜数ft程度の高度の測定精度
を持たせるためにはΔfが100MHz程度である必要
がある。As a simple method of measuring the beat signal, a method of measuring a zero crossing of the beat signal is generally used. However, in order to provide a high measurement accuracy of about 1 ft (0.3 m) to several ft. Δf needs to be about 100 MHz.
【0015】Δfは使用周波数帯等、使用デバイス等の
制限などによりあまり大きくすることができないため、
ビート周波数をカウントする方法が考えられてきた。こ
の周波数を検出する方法として、送信波と受信波のビー
ト周波数をデジタル信号に変換して、FFT(高速フー
リエ変換)を行う方法がある。Since Δf cannot be made too large due to restrictions on the device used, such as the frequency band used, etc.,
Methods for counting the beat frequency have been considered. As a method of detecting this frequency, there is a method of converting beat frequencies of a transmission wave and a reception wave into digital signals and performing FFT (fast Fourier transform).
【0016】ここで、従来の電波高度計の周波数検出部
4について図10を用いて説明する。図10は、従来の
電波高度計の周波数検出部4の構成ブロック図である。
従来の電波高度計の周波数検出部4は、図10に示すよ
うに、周波数変換部8と、帯域制限部9と、A/D変換
部10と、FFT部11と、CPU12とから構成され
ている。Here, the frequency detector 4 of the conventional radio altimeter will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a configuration block diagram of the frequency detection unit 4 of the conventional radio altimeter.
As shown in FIG. 10, the frequency detecting unit 4 of the conventional radio altimeter includes a frequency converting unit 8, a band limiting unit 9, an A / D converting unit 10, an FFT unit 11, and a CPU 12. .
【0017】各部を具体的に説明する。周波数変換8
は、送信部5と受信部6からの各々の信号を入力し、ビ
ート周波数を検出する。このビート周波数は数100k
Hz程度である。高度検出の精度は約2ft程度、周波
数精度で約100Hz〜数100Hz程度が要求され
る。帯域制限部(低域通過フィルター:LPF)9は、
周波数変換8の出力について低域通過フィルターにてエ
リアシングが除去され、更にA/D変換部10が、アナ
ログ信号からデジタル信号に変換する。Each component will be specifically described. Frequency conversion 8
Receives the signals from the transmitting unit 5 and the receiving unit 6 and detects the beat frequency. This beat frequency is several hundred k
Hz. The accuracy of altitude detection is required to be approximately 2 ft, and the frequency accuracy is required to be approximately 100 Hz to several 100 Hz. The band limiting unit (low-pass filter: LPF) 9
Aliasing is removed from the output of the frequency converter 8 by a low-pass filter, and the A / D converter 10 converts the analog signal into a digital signal.
【0018】A/D変換10からの出力はFFT(高速
フーリエ変換)部11に入力される。FFT部11は、
高速フーリエ変換(FFT)を行い、汎用のマイクロコ
ンピュータ等で構成されるCPU12は、FFT部11
で周波数検出された信号及び制御信号の入出力の制御を
行うものである。ここで、FFTの動作は原理的にはD
FT(離散フーリエ変換)と同じである。The output from the A / D converter 10 is input to an FFT (Fast Fourier Transform) unit 11. The FFT unit 11
The CPU 12 that performs a fast Fourier transform (FFT) and includes a general-purpose microcomputer or the like
Controls the input and output of the signal and the control signal whose frequency has been detected. Here, the operation of the FFT is in principle D
It is the same as FT (Discrete Fourier Transform).
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電波高度計の周波数検出部では、FFTの構成で周
波数分解能をサンプリング周波数をfs、データ数(F
FTのポイント数)Nを用いて表すとfs/Nとなり、
帯域を広くするためにサンプリング周波数fsを高くす
ると解析能力が低下するため、FFTのデータポイント
数Nも比例して高くする必要があるが、従来例ではfs
は数100kHz〜1MHz程度で、Nは512〜10
24程度であって、FFTのデータポイントNを増加さ
せることはハードウエアを増加させることであり、ハー
ドウエアを軽減しようとすれば処理時間が増大するとい
う問題点があった。However, in the frequency detecting section of the conventional radio altimeter described above, the frequency resolution is determined by the FFT configuration, the sampling frequency is fs, the number of data (F).
Fs / N when expressed using the number of FT points) N,
If the sampling frequency fs is increased in order to widen the band, the analysis capability is reduced. Therefore, it is necessary to increase the number N of data points of the FFT in proportion.
Is about several hundred kHz to 1 MHz, and N is 512 to 10
It is about 24, and increasing the number of data points N of the FFT means increasing the hardware, and there is a problem that if the hardware is reduced, the processing time increases.
【0020】本発明は上記実情に鑑みて為されたもの
で、受信した電波と送信した電波との周波数差を検出す
る離散フーリエ変換処理において、FFTのサンプル周
波数と周波数分解能を向上させると共に、回路規模、処
理時間を比較的少なくすることができ、上記周波数差の
検出精度を向上させることができる電波高度計を提供す
ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a discrete Fourier transform process for detecting a frequency difference between a received radio wave and a transmitted radio wave, a FFT sample frequency and a frequency resolution are improved. An object of the present invention is to provide a radio altimeter capable of relatively reducing the scale and processing time and improving the accuracy of detecting the frequency difference.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するための請求項1記載の発明は、航空機から電波を
大地に向けて発射し、電波が大地で反射されて返ってき
た信号を処理することにより、航空機と大地間の高度を
測定する電波高度計において、送信周波数を時間ととも
に直線的に変化する周波数変調器と周波数変調器の出力
の一部を所定の周波数で送信するためのの搬送波発振器
と搬送波発振器の出力を所定の電力に増幅する電力増幅
器を設ける送信部と、送信部から発射され、反射された
電波を受信する受信部において受信した電波と送信した
電波との周波数差を検出する離散フーリエ変換処理で、
周波数検出能力を向上させる目的でサンプル速度を変化
させることにより帯域分割を行う帯域分割フィルタバン
クを設けることを特徴としており、簡易なハードウエア
を用いて、短い処理時間で、高精度の高度検出を行うこ
とができる。According to a first aspect of the present invention, there is provided a signal processing apparatus which emits a radio wave from an aircraft to the ground, reflects the radio wave from the ground, and returns the signal. In the radio altimeter that measures the altitude between the aircraft and the ground by processing, a frequency modulator that changes the transmission frequency linearly with time and a part of the output of the frequency modulator for transmitting at a predetermined frequency And a transmitting unit provided with a power amplifier for amplifying the output of the carrier oscillator to a predetermined power, and a frequency difference between the received radio wave and the transmitted radio wave at the receiving unit that receives the reflected radio wave emitted from the transmitting unit. Is a discrete Fourier transform process that detects
It is characterized by providing a band division filter bank that performs band division by changing the sample rate for the purpose of improving the frequency detection capability, and using simple hardware, short processing time, high precision altitude detection It can be carried out.
【0022】上記従来例の問題点を解決するための請求
項2記載の発明は、請求項1記載の電波高度計におい
て、送信部と受信部の周波数差を検出する周波数変換部
と、周波数変換部からの出力を帯域制限する帯域通過フ
ィルタもしくは低域通過フィルタと、前記フィルタから
の入力されるアナログ信号をデジタル信号へ変換を行う
A/D変換器と、A/D変換器からの信号の帯域分割を
行う帯域分割フィルタバンクとを具備し、帯域分割フィ
ルタバンクからの出力を高速フーリエ変換し、周波数差
を検出して、航空機の高度を測定することを特徴として
おり、簡易なハードウエアを用いて、短い処理時間で、
高精度の高度検出を行うことができる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a radio altimeter according to the first aspect, further comprising: a frequency converter for detecting a frequency difference between a transmitter and a receiver; Band-pass filter or low-pass filter for band-limiting the output from the A / D converter, an A / D converter for converting an analog signal input from the filter into a digital signal, and a band for a signal from the A / D converter And a band splitting filter bank for performing splitting.Fast Fourier transforming the output from the band splitting filter bank, detecting the frequency difference, and measuring the altitude of the aircraft, using simple hardware. With short processing time,
Highly accurate altitude detection can be performed.
【0023】上記従来例の問題点を解決するための請求
項3記載の発明は、請求項2記載の電波高度計におい
て、電波高度計のA/D変換器からの信号の帯域分割を
行う帯域分割フィルタバンクは、前記A/D変換器から
の入力信号を帯域分割を行う帯域分割フィルタを備え、
帯域分割フィルタバンクからの出力を高速フーリエ変換
もしくは離散フーリエ変換の処理を行い、周波数検出を
行うことを特徴としており、簡易なハードウエアを用い
て、短い処理時間で、高精度の高度検出を行うことがで
きる。According to a third aspect of the present invention, there is provided a radio altimeter according to the second aspect of the present invention, wherein the band splitting filter performs a band split of a signal from an A / D converter of the radio altimeter. The bank includes a band division filter that performs band division on an input signal from the A / D converter,
It is characterized by performing fast Fourier transform or discrete Fourier transform processing on the output from the band division filter bank and performing frequency detection. Using simple hardware, short processing time and high precision altitude detection are performed. be able to.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態にかかる電波
高度計(本高度計)は、マルチレート信号処理によるフ
ィルタバンクとDFTとを組み合わせたDFTフィルタ
バンクにより周波数検出を行う周波数検出部を従来の周
波数検出部に置き換えて採用するもので、従来のFFT
よりも周波数分解能を向上させ、回路規模を大幅に縮
小、処理時間を短縮することができるものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A radio altimeter according to an embodiment of the present invention (this altimeter) includes a conventional frequency detecting unit for detecting a frequency by a DFT filter bank combining a filter bank by multi-rate signal processing and a DFT. It is used instead of the frequency detection unit.
Thus, the frequency resolution can be improved, the circuit scale can be significantly reduced, and the processing time can be reduced.
【0025】本高度計の周波数検出部4は、図1に示す
ように、周波数変換部8と、帯域制限部9と、A/D変
換部10と、DFTフィルタバンク30と、CPU12
とから構成されている。また、DFTフィルタバンク3
0は、M分割フィルタバンク35と、DFT部36とか
ら構成されている。図1は、本高度計の周波数検出部4
の構成ブロック図である。As shown in FIG. 1, the frequency detecting section 4 of the altimeter comprises a frequency converting section 8, a band limiting section 9, an A / D converting section 10, a DFT filter bank 30, a CPU 12
It is composed of DFT filter bank 3
0 comprises an M-divided filter bank 35 and a DFT unit 36. FIG. 1 shows the frequency detector 4 of the altimeter.
It is a block diagram of a structure of.
【0026】M分割並列フィルタバンク35について図
2を用いて説明する。図2は、M分割フィルタバンク3
5の構成ブロック図である。M分割フィルタバンク35
は、図2に示すように帯域分割フィルタバンク19(ア
ナライザ)と、処理部15と、帯域合成フィルタバンク
20(シンセサイザ)と、加算器18とから構成されて
いる。The M-divided parallel filter bank 35 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an M-divided filter bank 3
FIG. 5 is a configuration block diagram of No. 5; M-divided filter bank 35
Is composed of a band division filter bank 19 (analyzer), a processing unit 15, a band synthesis filter bank 20 (synthesizer), and an adder 18, as shown in FIG.
【0027】また、帯域分割フィルタバンク19は、基
準低域フィルタをポリフェーズ分解した分割フィルタ1
3と、ダウンサンプラ(デシメート)14とから構成さ
れており、帯域合成フィルタバンク20は、アップサン
プラ(インターポレート)16と、合成フィルタ17と
から構成されている。加算器18は、合成フィルタ17
から出力される信号を順次加算して総和し、出力するも
のである。The band division filter bank 19 is a division filter 1 obtained by polyphase decomposition of the reference low-pass filter.
3 and a downsampler (decimate) 14. The band synthesis filter bank 20 includes an upsampler (interpolate) 16 and a synthesis filter 17. The adder 18 includes a synthesis filter 17
Are sequentially added, summed, and output.
【0028】また、図1に示したフィルタバンクの特性
は、図3に示すようなものである。図3は、M分割フィ
ルタバンクの特性を表す説明図である。フィルタバンク
は一般に、処理を施したあとに信号を再構築できるもの
であるが、この再構築の条件は厳しく、ハードウエア化
に問題があるので本発明のように解析のみに主眼がおか
れる場合は図2の左半分の帯域分割フィルタバンク14
のみを用いても構わない。The characteristics of the filter bank shown in FIG. 1 are as shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating characteristics of the M-divided filter bank. In general, a filter bank can reconstruct a signal after performing processing, but the conditions for this reconstruction are severe and there is a problem in hardware implementation. Is the band splitting filter bank 14 in the left half of FIG.
You may use only.
【0029】そして、DFTフィルタバンク30の効果
は、帯域分割数Mが大きくなるほど顕著になり、Mが2
のべき乗の場合はDFT部36に代えて、従来と同様の
FFT部11を用いることができる。The effect of the DFT filter bank 30 becomes more significant as the number of band divisions M increases, and M is 2
In the case of exponentiation, the FFT unit 11 similar to the conventional one can be used instead of the DFT unit 36.
【0030】DFTフィルタバンク30では入力信号に
有限な長さを持つ窓関数を乗じ、信号を切り出し、それ
をフーリエ変換する短時間フーリエ変換の処理を行う。
この窓関数の種類と長さが周波数分解能と時間分解能と
を決定するようになっている。The DFT filter bank 30 multiplies the input signal by a window function having a finite length, cuts out the signal, and performs a short-time Fourier transform process for performing a Fourier transform on the signal.
The type and length of the window function determine the frequency resolution and the time resolution.
【0031】本高度計に適用できるDFTフィルタバン
ク30について、図4を参照しつつ説明する。図4は、
本高度計に適用できるDFTフィルタバンク30の構成
例である。本高度計に適用できるDFTフィルタバンク
30は、図4に示すように、M個のフィルタ21と、I
DFT(FFT)22と、処理部23と、合成部24と
から構成されている。The DFT filter bank 30 applicable to the altimeter will be described with reference to FIG. FIG.
5 is a configuration example of a DFT filter bank 30 applicable to the present altimeter. As shown in FIG. 4, the DFT filter bank 30 applicable to this altimeter includes M filters 21 and I filters.
It comprises a DFT (FFT) 22, a processing unit 23, and a combining unit 24.
【0032】そして、DFTフィルタバンク30におけ
る処理の概略は、 である。The outline of the processing in the DFT filter bank 30 is as follows.
【0033】更に、DFTフィルタバンク30における
処理を以下に示す数式を用いて具体的に説明する。M個
のフィルタPk(z)21(k=0、1、2、…、M−
1)はオリジナルフィルタのインバルス応答h(n)を
M個ことに間引くものである。すなわち、そのフィルタ
21のインパルス応答は全体として、次式[数2]で表
されるものとなる。Further, the processing in the DFT filter bank 30 will be specifically described using the following mathematical expressions. M filters Pk (z) 21 (k = 0, 1, 2,..., M−
1) is to reduce the number of impulse responses h (n) of the original filter to M. That is, the impulse response of the filter 21 is totally represented by the following equation (Equation 2).
【0034】[0034]
【数2】 (Equation 2)
【0035】また、その伝達関数Pk (z)は、次式
[数3]のようになる。The transfer function P k (z) is expressed by the following equation (Equation 3).
【0036】[0036]
【数3】 (Equation 3)
【0037】ここで、kチャネルの信号Xk (m)が次
式[数4]で表されるものとなる。Here, the signal X k (m) of the k channel is represented by the following equation (Equation 4).
【0038】[0038]
【数4】 (Equation 4)
【0039】すると、kチャネルのフィルタの伝達関数
hk (i)は0チャネル(基準LPF)フィルタh0
(i)を周波数移動したものであるから、次式[数5]
で表されるものとなる。Then, the transfer function h k (i) of the k-channel filter is 0 channel (reference LPF) filter h 0.
Since (i) has been shifted in frequency, the following equation (Equation 5) is obtained.
It is represented by
【0040】[0040]
【数5】 (Equation 5)
【0041】ただし、WM -kiは、次式[数6]で表され
るものである。However, W M -ki is represented by the following equation (Equation 6).
【0042】[0042]
【数6】 (Equation 6)
【0043】[数5]の式で、i=rM+jとおいて、
rとjとについて和を取ると次式[数7]となる。In the equation of [Equation 5], assuming that i = rM + j,
When the sum of r and j is calculated, the following equation is obtained.
【0044】[0044]
【数7】 (Equation 7)
【0045】さらに次式[数8]のようにする。Further, the following equation is used.
【0046】[0046]
【数8】 (Equation 8)
【0047】すると、次式[数9]の関係があるので、
[数10]が得られる。Then, since there is a relationship represented by the following equation [Equation 9],
[Equation 10] is obtained.
【0048】[0048]
【数9】 (Equation 9)
【0049】[0049]
【数10】 (Equation 10)
【0050】ここで、*の記号は、畳み込みの演算をす
ることを表している。つまり、kチャネルの信号XK
(m)は、0チャネル(基準LPF)フィルタのH0
(z)より得られるポリフェーズフィルタ21のインバ
ルス応答pj(m)(j=0,1,…,M−1)とスイ
ッチによって振り分けられた信号Xj(m)との結果を
畳み込み、その畳み込みの結果をIDFT22で逆フー
リエ変換(あるいはFFT)することにより生成される
ものである。Here, the symbol * indicates that convolution operation is performed. That is, the k-channel signal XK
(M) is H0 of the 0 channel (reference LPF) filter.
(Z), the result of the impulse response pj (m) (j = 0, 1,..., M−1) of the polyphase filter 21 and the signal Xj (m) distributed by the switch are convolved. The result is generated by performing an inverse Fourier transform (or FFT) on the result by the IDFT 22.
【0051】この信号に雑音その他の不要信号の影響を
取り除く等の処置を処理部23で行い、合成部24で合
成することによって、容易に高精度(高分解能)のビー
ト波の周波数の検出が行われるものである。A processing such as removing the influence of noise and other unnecessary signals is performed on the signal by the processing unit 23 and the signal is synthesized by the synthesizing unit 24, so that the frequency of the beat wave with high precision (high resolution) can be easily detected. Is what is done.
【0052】本高度計のフィルタバンク35の一例を図
5を用いて説明する。図5は、フィルタバンク35の一
例を表す構成ブロック図である。図5に示すフィルタバ
ンク35は、2分割フィルタバンク(ポリフェーズ分
解)であり、複数の第1のシフトレジスタ25と、複数
の乗算器26と、2の累算器27と、累算器27に対応
して設けられる2の第2のシフトレジスタ28とから構
成されている。An example of the filter bank 35 of the altimeter will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a configuration block diagram illustrating an example of the filter bank 35. The filter bank 35 shown in FIG. 5 is a two-divided filter bank (polyphase decomposition), and includes a plurality of first shift registers 25, a plurality of multipliers 26, a two accumulator 27, and a two accumulator 27. , And two second shift registers 28 provided correspondingly.
【0053】尚、ここでは、2分割のフィルタバンクを
例に採っているので、累算器27及び第2のシフトレジ
スタ28は、2個になっているが、このようなポリフェ
ーズ分解では累算器27及び第2のシフトレジスタ28
の数は分割数Mに等しく、またポリフェーズ分解はM−
1ごとに間引くことにより実現でき、フィルタバンク
(FIRフィルタ)の総タップ数は基準LPFのタップ
数と同じである。Here, since a filter bank of two divisions is taken as an example, the number of accumulators 27 and the number of second shift registers 28 are two. Arithmetic unit 27 and second shift register 28
Is equal to the number of divisions M, and the polyphase decomposition is M-
It can be realized by thinning out every one, and the total number of taps of the filter bank (FIR filter) is the same as the number of taps of the reference LPF.
【0054】以下、各部を具体的に説明する。第1のシ
フトレジスタ25は、連続して複数の信号の入力を受け
て、それぞれ入力された信号を格納し、次の信号が入力
されると、格納している信号を次の段の第1のシフトレ
ジスタ25に出力するとともに、当該次の信号を格納す
るものである。乗算器26は、第1のシフトレジスタ2
5に入力される各々の信号と、それに対応するフィルタ
の伝達関数とを乗算するものである。Hereinafter, each part will be described in detail. The first shift register 25 receives a plurality of signals continuously and stores the input signals. When the next signal is input, the first shift register 25 converts the stored signal into the first signal of the next stage. , And stores the next signal. The multiplier 26 is connected to the first shift register 2
5 is multiplied by the transfer function of the filter corresponding to each of the signals input to 5.
【0055】累算器27aは、奇数番目に位置する乗算
器26からの信号の入力を受けて、これを累算し、第2
のシフトレジスタ28aに出力するものである。また、
累算器27bは、偶数番目に位置する乗算器26からの
信号の入力を受けて、これを累算し、第2のシフトレジ
スタ28bに出力するものである。The accumulator 27a receives an input of the signal from the odd-numbered multiplier 26, accumulates the signal, and outputs the second signal.
To the shift register 28a. Also,
The accumulator 27b receives the signal from the even-numbered multiplier 26, accumulates the signal, and outputs the accumulated signal to the second shift register 28b.
【0056】つまり、累算器27a及び累算器27b
は、乗算器26からの出力を一つおきに間引いて累算
し、各々先に入力した信号から順番に、対応する第2の
シフトレジスタ28a,28bに出力するようになって
いる。That is, the accumulator 27a and the accumulator 27b
, The outputs from the multipliers 26 are thinned out and accumulated every other output, and output to the corresponding second shift registers 28a and 28b in order from the signal input first.
【0057】そして、第2のシフトレジスタ28a,2
8bは、それぞれ累算器27aと累算器27bとから入
力される信号を順次DFT部36に出力するものであ
る。Then, the second shift registers 28a, 28a
8b sequentially outputs signals input from the accumulator 27a and the accumulator 27b to the DFT unit 36, respectively.
【0058】また、本高度計のフィルタバンク35は、
図6に示すようなものであっても構わない。図6は、本
高度計のフィルタバンク35のもう一つの例を表す構成
ブロック図である。本高度計のフィルタバンク35は、
図6に示すように、レジスタ回路61と、乗算回路62
と、累算回路63と、FIFO(First In First Out)
64と、制御部65と、FIFO64が累算回路63か
らデータを読み出す順序を記憶して格納しているRAM
66とから構成されているものであっても構わない。The altimeter filter bank 35
The one shown in FIG. 6 may be used. FIG. 6 is a configuration block diagram showing another example of the filter bank 35 of the altimeter. The filter bank 35 of this altimeter
As shown in FIG. 6, a register circuit 61 and a multiplication circuit 62
, Accumulation circuit 63, and FIFO (First In First Out)
64, a control unit 65, and a RAM storing and storing the order in which the FIFO 64 reads data from the accumulation circuit 63.
66 may be used.
【0059】以下、各部を具体的に説明するが、レジス
タ回路61は図5の第1のシフトレジスタ25に、乗算
回路62は乗算器26に、累算回路63は累算器27
に、FIFO64は第2のシフトレジスタ28にそれぞ
れ対応している。Hereinafter, each part will be described in detail. The register circuit 61 is provided in the first shift register 25 shown in FIG. 5, the multiplier circuit 62 is provided in the multiplier 26, and the accumulator circuit 63 is provided in the accumulator 27.
The FIFOs 64 respectively correspond to the second shift registers 28.
【0060】レジスタ回路61は、入力された信号を順
次格納するものである。乗算回路62は、図5の乗算器
26と同じ要領でレジスタ61に順次格納された信号と
対応するフィルタの伝達関数とを乗算して、順次累算回
路63に出力するものである。The register circuit 61 sequentially stores the input signals. The multiplying circuit 62 multiplies the signal sequentially stored in the register 61 by the transfer function of the corresponding filter in the same manner as the multiplier 26 of FIG.
【0061】累算回路63は、乗算回路62から入力さ
れる信号を累算してRAM66とFIFO64とにそれ
ぞれ出力するものである。FIFO64は、RAM66
に格納されているデータの読み出し順序に従って、累算
回路63から入力される信号を読み出してDFT部36
に出力するものである。制御部65は、各部を制御する
ものである。RAM66は累算回路63、FIFO64
のデータの読み出し等の順序を割付けるメモリである。The accumulation circuit 63 accumulates the signal input from the multiplication circuit 62 and outputs the accumulated signal to the RAM 66 and the FIFO 64, respectively. FIFO 64 is RAM 66
According to the reading order of the data stored in the DFT unit 36,
Is output to The control section 65 controls each section. RAM 66 is an accumulation circuit 63, FIFO 64
Is a memory for assigning the order of reading data.
【0062】このようなフィルタバンク35によれば、
シフトレジスタ及び乗算器の数がサンプル数によらず一
定となるので、回路規模を縮小できる効果がある。According to such a filter bank 35,
Since the number of shift registers and multipliers is constant irrespective of the number of samples, there is an effect that the circuit scale can be reduced.
【0063】本高度計によれば、周波数検出部にDFT
フィルタバンクを使用することで、512ポイントのF
FTで512分割のDFTフィルタバンクを用いること
により数MHzの帯域幅で100Hz〜数100Hz程
度の分解能(数ftの高度分解能)が得られ、ポリフェ
ーズ分解したFFTフィルタバンクを用いることにより
回路規模を縮小しつつ、短い処理時間で、高精度の高度
測定を行うことができる効果がある。According to this altimeter, the DFT is
By using a filter bank, 512 points of F
A resolution of about 100 Hz to several 100 Hz (high resolution of several ft) can be obtained with a bandwidth of several MHz by using a DFT filter bank of 512 divisions by FT, and a circuit scale can be reduced by using an FFT filter bank that is polyphase-decomposed. There is an effect that highly accurate altitude measurement can be performed in a short processing time while reducing the size.
【0064】[0064]
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、航空機か
ら電波を大地に向けて発射し、電波が大地で反射されて
返ってきた信号を処理することにより、航空機と大地間
の高度を測定する電波高度計において、送信周波数を時
間とともに直線的に変化する周波数変調器と周波数変調
器の出力の一部を所定の周波数で送信するためのの搬送
波発振器と搬送波発振器の出力を所定の電力に増幅する
電力増幅器を設ける送信部と、送信部から発射され、反
射された電波を受信する受信部において受信した電波と
送信した電波との周波数差を検出する離散フーリエ変換
処理で、周波数検出能力を向上させる目的でサンプル速
度を変化させることにより帯域分割を行う帯域分割フィ
ルタバンクを設ける電波高度計としているので、簡易な
ハードウエアを用いて、短い処理時間で、高精度の高度
検出を行うことができる効果がある。According to the first aspect of the present invention, the radio wave is emitted from the aircraft toward the ground, and the signal reflected from the ground is processed to return the altitude between the aircraft and the ground. In a radio altimeter to be measured, a frequency modulator that changes the transmission frequency linearly with time, a carrier oscillator for transmitting a part of the output of the frequency modulator at a predetermined frequency, and an output of the carrier oscillator to a predetermined power. A transmitting section provided with a power amplifier to amplify, and a discrete Fourier transform process for detecting a frequency difference between a received radio wave and a transmitted radio wave at a receiving section that receives and reflects a radio wave emitted from the transmitting section and reflected, thereby achieving frequency detection capability. Since the radio altimeter is provided with a band division filter bank that performs band division by changing the sample rate for the purpose of improvement, simple hardware is used. Te, a short processing time, there is an effect that it is possible to perform a high detection precision.
【0065】請求項2記載の発明によれば、送信部と受
信部の周波数差を検出する周波数変換部と、周波数変換
部からの出力を帯域制限する帯域通過フィルタもしくは
低域通過フィルタと、前記フィルタからの入力されるア
ナログ信号をデジタル信号へ変換を行うA/D変換器
と、A/D変換器からの信号の帯域分割を行う帯域分割
フィルタバンクとを具備し、帯域分割フィルタバンクか
らの出力を高速フーリエ変換し、周波数差を検出して、
航空機の高度を測定する請求項1記載の電波高度計とし
ているので、簡易なハードウエアを用いて、短い処理時
間で、高精度の高度検出を行うことができる効果があ
る。According to the second aspect of the present invention, the frequency converter for detecting a frequency difference between the transmitter and the receiver, a band-pass filter or a low-pass filter for band-limiting an output from the frequency converter, An A / D converter for converting an analog signal input from the filter into a digital signal; and a band division filter bank for performing band division of a signal from the A / D converter. Fast Fourier transform the output, detect the frequency difference,
Since the radio altimeter according to the first aspect measures the altitude of an aircraft, there is an effect that highly accurate altitude detection can be performed in a short processing time using simple hardware.
【0066】請求項3記載の発明によれば、電波高度計
のA/D変換器からの信号の帯域分割を行う帯域分割フ
ィルタバンクは、前記A/D変換器からの入力信号を帯
域分割を行う帯域分割フィルタを備え、帯域分割フィル
タバンクからの出力を高速フーリエ変換もしくは離散フ
ーリエ変換の処理を行い、周波数検出を行う請求項2記
載の電波高度計としているので、簡易なハードウエアを
用いて、短い処理時間で、高精度の高度検出を行うこと
ができる効果がある。According to the third aspect of the present invention, the band division filter bank that performs band division of the signal from the A / D converter of the radio altimeter performs band division on the input signal from the A / D converter. It is equipped with a band division filter, performs fast Fourier transform or discrete Fourier transform processing on the output from the band division filter bank, and performs frequency detection.Since the radio altimeter according to claim 2 is used, a simple hardware can be used. There is an effect that highly accurate altitude detection can be performed in the processing time.
【図1】本発明の実施の形態に係る高度計の周波数検出
部4の構成ブロック図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of a frequency detector 4 of an altimeter according to an embodiment of the present invention.
【図2】M分割フィルタバンク35の構成ブロック図で
ある。FIG. 2 is a configuration block diagram of an M-divided filter bank 35.
【図3】M分割フィルタバンクの特性を表す説明図であ
る。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating characteristics of an M-divided filter bank.
【図4】本高度計に適用できるDFTフィルタバンク3
0の構成例である。FIG. 4 is a DFT filter bank 3 applicable to the altimeter.
0 is a configuration example.
【図5】フィルタバンク35の一例を表す構成ブロック
図である。FIG. 5 is a configuration block diagram illustrating an example of a filter bank 35.
【図6】本高度計のフィルタバンク35のもう一つの例
を表す構成ブロック図である。FIG. 6 is a configuration block diagram showing another example of the filter bank 35 of the altimeter.
【図7】FM方式の電波高度計の構成ブロック図であ
る。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an FM radio altimeter.
【図8】電波高度計が送受信する電波の周波数の時間的
変化を表す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a temporal change of a frequency of a radio wave transmitted and received by the radio altimeter.
【図9】ビート波の周波数の時間的変化を表す説明図で
ある。FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a temporal change in the frequency of a beat wave.
【図10】従来の電波高度計の周波数検出部4の構成ブ
ロック図である。FIG. 10 is a configuration block diagram of a frequency detection unit 4 of a conventional radio altimeter.
1…周波数変調器、 2…マイクロ波発振器、 3…マ
イクロ波受信部、 4…周波数検出部、 5…送信部、
6…受信部、 8…周波数変換部、 9…帯域制限
部、 10…A/D変換部、 11…FFT部、 12
…CPU、 13…分割フィルタ、 14…ダウンサン
プラ、 15…処理部、 16…アップサンプラ、 1
7…合成フィルタ、 18…加算器、 19…帯域分割
フィルタバンク、 20…帯域合成フィルタバンク、
21…フィルタ、 22…IDFT、 23…処理部、
24…合成部、 25…第1のシフトレジスタ、 2
6…乗算器、 27…累算器、 28…第2のシフトレ
ジスタ、 30…DFTフィルタバンク、 35…フィ
ルタバンク、 36…DFT部、 61…レジスタ回
路、 62…乗算回路、 63…累算回路、 64…F
IFO、 65…制御部、 66…RAMDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Frequency modulator, 2 ... Microwave oscillator, 3 ... Microwave reception part, 4 ... Frequency detection part, 5 ... Transmission part,
6 receiving section, 8 frequency converting section, 9 band limiting section, 10 A / D converting section, 11 FFT section, 12
... CPU, 13 ... Division filter, 14 ... Downsampler, 15 ... Processing unit, 16 ... Upsampler, 1
7: synthesis filter, 18: adder, 19: band division filter bank, 20: band synthesis filter bank,
21: filter, 22: IDFT, 23: processing unit,
24: synthesis unit, 25: first shift register, 2
6 Multiplier, 27 Accumulator, 28 Second shift register, 30 DFT filter bank, 35 Filter bank, 36 DFT unit, 61 Register circuit, 62 Multiplier circuit, 63 Accumulator circuit , 64 ... F
IFO, 65 ... Control unit, 66 ... RAM
Claims (3)
電波が大地で反射されて返ってきた信号を処理すること
により、航空機と大地間の高度を測定する電波高度計に
おいて、送信周波数を時間とともに直線的に変化する周
波数変調器と周波数変調器の出力の一部を所定の周波数
で送信するためのの搬送波発振器と搬送波発振器の出力
を所定の電力に増幅する電力増幅器を設ける送信部と、
送信部から発射され、反射された電波を受信する受信部
において受信した電波と送信した電波との周波数差を検
出する離散フーリエ変換処理で、周波数検出能力を向上
させる目的でサンプル速度を変化させることにより帯域
分割を行う帯域分割フィルタバンクを設けることを特徴
とする電波高度計。1. An aircraft launches radio waves toward the ground,
A radio altimeter that measures the altitude between an aircraft and the earth by processing the signal reflected from the earth and returning the signal, the frequency modulator that changes the transmission frequency linearly with time and the output of the frequency modulator A transmitting unit provided with a carrier oscillator for transmitting a part at a predetermined frequency and a power amplifier for amplifying an output of the carrier oscillator to a predetermined power,
Changing the sample rate for the purpose of improving frequency detection capability in a discrete Fourier transform process for detecting a frequency difference between a received radio wave and a transmitted radio wave in a receiving unit that receives a reflected radio wave emitted from a transmitting unit. A radio altimeter comprising a band division filter bank for performing band division by means of:
波数変換部と、周波数変換部からの出力を帯域制限する
帯域通過フィルタもしくは低域通過フィルタと、前記フ
ィルタからの入力されるアナログ信号をデジタル信号へ
変換を行うA/D変換器と、A/D変換器からの信号の
帯域分割を行う帯域分割フィルタバンクとを具備し、帯
域分割フィルタバンクからの出力を高速フーリエ変換
し、周波数差を検出して、航空機の高度を測定すること
を特徴とする請求項1記載の電波高度計。2. A frequency converter for detecting a frequency difference between a transmitter and a receiver, a band-pass filter or a low-pass filter for band-limiting an output from the frequency converter, and an analog signal input from the filter. A / D converter for converting the A / D converter into a digital signal, and a band division filter bank for performing band division of the signal from the A / D converter, fast Fourier transforming the output from the band division filter bank, 2. The radio altimeter according to claim 1, wherein the difference is detected to measure an altitude of the aircraft.
帯域分割を行う帯域分割フィルタバンクは、前記A/D
変換器からの入力信号を帯域分割を行う帯域分割フィル
タを備え、帯域分割フィルタバンクからの出力を高速フ
ーリエ変換もしくは離散フーリエ変換の処理を行い、周
波数検出を行うことを特徴とする請求項2記載の電波高
度計3. A band division filter bank for dividing a band from a signal from an A / D converter of a radio altimeter, comprising:
3. The apparatus according to claim 2, further comprising a band division filter that performs band division on an input signal from the converter, performing fast Fourier transform or discrete Fourier transform on an output from the band division filter bank, and performing frequency detection. Radio altimeter
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9327543A JPH11160422A (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Radio altimeter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9327543A JPH11160422A (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Radio altimeter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11160422A true JPH11160422A (en) | 1999-06-18 |
Family
ID=18200260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9327543A Pending JPH11160422A (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Radio altimeter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11160422A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007033155A (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Secom Co Ltd | Moving object detection device |
CN114396966A (en) * | 2022-02-12 | 2022-04-26 | 北京中科飞鸿科技股份有限公司 | Radio distance simulation method, distance simulator, and storage medium |
US11469832B2 (en) | 2018-03-19 | 2022-10-11 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Control station device and alarm issue method for control station device |
KR102577806B1 (en) * | 2023-03-02 | 2023-09-12 | 국방과학연구소 | Beam-steering radar altimeter and its beam-steering method using convex optimization |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP9327543A patent/JPH11160422A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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