JPS6234088A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は固定局から標的局までの距離測定を行なう距離
測定装置に関し、特に標的局から中継返信される測距用
トーン信号の送受位相差の計測において生じる測距用ト
ーン信号の周期の整数倍の位相不確定性（アンビギュイ
ティ）を短時間に処理できる距離測定装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、固定局から標的局までの距離測定は、標的局から
中継返信される測距トーン信号の送受位相差を計測し、
その除虫じるトーン周期の整数倍の位相の不確定性（ア
ンビギュイティ）を除去することにより行っている。こ
の計測の途中の伝送路で雑音が添加された受信測距トー
ンの位相計測にあたっては、必要な測距精度を得るため
、位相同期ループを用いて、受信測距トーンの信号対雑
音比を改善した後に位相計測を実施している。

この計測により得られた位相差データは、測距トーンの
周期の整数倍の不確定性（アンビギュイティ）を有して
いる。例えば、５００ｋＨｚ測距トーンを使用した場合
、往復伝播時間２μｓｅｃに相当する約６００ｆｆ！の
往復距離（片道距離は３００ｆｆりがアｙビギーイティ
なしで計測できる最大距離となる。この不確定性を除去
するため、通常測距用トーンと共に、測距用トーンの整
数倍の周期を有し、かつ順次に整数倍の周期を有す→笈
弊個のトーン信号（アンビギュイティトーン信号）を周
波数の高い信号から順に送出し、その送受位相差を順次
測定しながらアンビギュイティを必要な距離値まで除去
する方法が用いられる。

例えは、５ＱＱｋＨｚ測距トーンに対し、１００ｋＨｚ
、２０ｋＨｚ、４ｋＨｚ、８００Ｈｚ、１６０Ｈｚ。

４０Ｈｚ、１０Ｈｚのアンビギュイティトーン信号を順
次送出し１次々とその送受位相差を測定していくことに
より、最終的には１０Ｈｚの１周期で計測できる最大距
離（約１５，０００Ｋｍの片道距離）までのアンビギュ
イティが除去可能である。

この距離測定にあたシ測距用トーン信号を最高周波数と
する一連のトーン信号を便用する理由は、一定の信号対
雑音比の条件のもとでは、各トーン信号は同一の位相雑
音を有しており、従って時間ジッタ量としては、周波数
の高い信号はど少ない値を有していることになり、この
値が各トーンにおいて計測可能な距離計測の確度を規定
するからである。あるアンビキュイティトーンの計測可
能な測距確度が、１段高い周波数のアンビギュイティト
ーンの１／２周期が往復伝播時間に相当する距離値以内
でなければ、アンビキーイティの除去ができない。

各アンビギュイティトーンの送受位相差の測定として、
従来は各アンビギュイティトーン周波数が測距トーン信
号の周波数を順次分周して得られることを利用して次の
ように行っていた。

１）測距用トーン信号は常時送出され、標的局が中継返
信された受信測距トーン信号の位相は位相同期ループに
より連続的に追尾される。

２）測距用トーン信号に加えて、最高の周波数を有する
アンビギュイティトーン信号が送出される。

このアンビギュイティトーン消号は、測距用トーン信号
を分周して得られたものであるから、受信測距トーン信
号を追尾している位相同期ループの出力信号（ローカル
測距トーン信号という）を分周することにより標的局か
ら中継返信された受信アンビギュイティトーン信号と同
位相の信号（ロカルアンビギュイティトーン信号という
）を再生することができる。実際には分局比に相当する
個数の位相の不確定性を生ずるもので、分周による信号
の位相をローカル測距トーン信号の１周期を単位として
順次シフトしながら、受信アンビギエイティトーン信号
との相関値を計測し、最・犬の相関値が得られた点で、
受信アンビギュイティトーンと同位相のローカルアンビ
ギュイティトーン信信が得られた（捕捉された）と判断
する。

３）最高周波数のアンビギュイティトーン信号の送出を
停止し、第２番目に高い周波数のアンビギ為イティトー
ン信号を送出する。測距用トーン信号は位相同期ループ
により常に追加されているから、この信号を分周して得
られる最高周波数のローカルアンビギュイティトーン信
号は、一連その位相妙嶽された後は、最高周波数のアン
ビギュイティトーン信号の送出が停止されても正しい位
相を保持している。第２番目に高い周波数のアンビギュ
イティトーンは最高周波数のアンビギュイティトーンを
分周して得られるものであるから、最高周波数のローカ
ルアンビギエイティトーン信号の１周期を単位として、
ｊ論次位相シフトしながら、受信アンビギュイティトー
ン信号との相関値を計測して、最大の相関値が得られた
点で、第２番目に高い周波数の受信アンビギュイティト
ーンと同位相の第２番目に高い周波数のローカルアンビ
ギュイティトーン信号が得られたと判断する。

４）Ｂ）項と同様の操作を順次高い周波数から低い周波
数のアンビギュイティトーン信号に同期したロー力ルア
ンビギュイティトーン債号を得ることができる。このロ
ーカルアンビギュイティ信号は、位相同期ループにより
信号対雑音比を改善されたローカル測距トーン信号を分
周して得られたものであるから、ローカル迎１距トーン
侶号と同一の時間ジッタ（位相ジッタとしては、分周比
分だけ改善されている）を有しておシ、従って対応する
送信アンビギエイティトーン信号との位相差を、例えば
高確度のタイムインターバルカウンタで計測すれば、ア
ンビギュイティが除去された高確度の距離データ（送受
測距トーンの位相差、すなわち固定局から標的向までの
往復伝播時間データ）を得ることが出来る。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来の距離測定装置では、各受信アンビギュ
イティトーンの位相計測捕捉が、１段高い周波数のアン
ビギュイティトーンの周期単位でローカルアンビギュイ
ティトーンの位相を順次シフトし、受信アンビギュイテ
ィトーンとロー力ルアンビギエイティトーンの相関値が
最大になる点を見い出すことによって行われ、その相関
値を求めるための積分操作を高い周波数のアンビギュイ
ティトーン信号から順次低い周波数のアンビギュイティ
トーン信号に対し各々複数回実施することにより、最終
的に予め定められた最低周波数の送受アンピギュイティ
トーンの位相計測までその積分操作を多数回繰シ返す必
要がある。このため受信アンビギュイティトーン信号の
捕捉に時間を要するという欠点があった。

予に、従来の測距装置においても、外部より距離の予報
値が供給される場合があったが、その使用目的は、距離
の実測値と予報値との差を求めてその実測値の妥当性を
検証する評価などの場合に限定されていた。

本発明の目的は、このような欠点を除き、アンビギュイ
ティトーン信号の捕捉を短時間で行い測距時間を短縮し
た距離測定装置を提供することにある０ （問題点を解決するための手段） 本発明の構成は、固定局から標的向までの距離測定を、
その標的向に向けて送出された送信測距トーン信号と、
前記標的向から中継返信され夷り受信測距トーンとの位
相差を計測して行い、その計測時に生ずる位相差データ
のアンビギ二イテイをトーン信号より大きな周期を有す
る複数個のアンビギュイティトーン信号を周期の小さい
信号ヨシ順次送出し送１Ｍおよび受信のアンとギュイテ
イトーン信号間の位相差を各周期毎のアンビギュイティ
トーン傷号について各々計測してアンビギエイティを除
去するようにした距離測定装置において、前記アンビギ
ュイティトーンの周波数の決定に外部より供給される距
離の予測値を用いて行い、この予測値自身の有する不確
定性が除去された時点で終了させることにより、距離計
測時間を短縮したことを特徴とする。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する、第１図
は本発明による固定局および対応する標的向（トランス
ポンダ）の一実施例のブロック図である。図において、
１は測距トーン発生部を示し、特定の周波数の正弦波ト
ーン信号を測距トーン信号として発生し、アンビギュイ
ティトーン信号発生回路２および加算回路３へ送出する
。このアンビギュイティトーン信号発生回路２は、測距
トーン信号を順次分周し、複数個のアンビギュイティト
ーン傷号を順次発生する。また、４，８は送信端、６．
１０は受信端、７．１１は受信機、１２は位相同期ルー
プ回路（ＰＬＬ）、１３はローカルアンビギュイティト
ーン発生回路、１４は位相計、１５はタイムインターバ
ルカウンタ、１６はＣＰＵ制御部、１７は予測値入力端
を示す。

この距離測定は、ＣＰＵ制御部１６により、次のように
して行われる。

（イ）測距トーン信号発生部ｌの出力の測距トーン信号
のみが加算回路３を経て送信機４に供給され、送信機４
はこの入力信号により搬送波に変調をかけ送信端５より
標的向へ向けて送出する。

標的向（トランスポンダ）では、受信端６により固定局
の送信端５から送出された信号が受信機７へ入力され、
受信機７てこの信号を受信復調され、得られた測距トー
ン信号を送信機８へ供給し、送信機８はこの信号で搬送
波に変調をかけ送信端９から固定局へ向けて送出する。

再び、固定局では、標的局から中継返信された送信端９
からの送信信号が受信端ｌＯから受信機１１へ入力され
る。受信機１１はこの信号を受信復調して得られた測距
トーン信号を位相同期ループ回路（ＰＬＬ）１２へ送出
し、この位相同期ループ１２によって、連続的に測距ト
ーン信号が追尾され、信号対雑音比が改善されてロー力
ルアンビギュイティトーン発生回路１４へ供給される。

（ロ）ＣＰＵ制御部１６は、測距トーン信号が位相同期
ループ回路１２により捕捉されると、アンビギュイティ
トーン信号発生部２から最高周波数のアンビギュイティ
トーン信号Ａを加算回路３へ送出する。この結果、（イ
）項と同じ信号経路を経て固定局の受信機１１の受信ゆ
副出力としてｆｇＩｊ距トーン信号と最高周波数のアン
ビギ瓢イティトーン信号とを加算した信号が得られる。

受信機１１はフィルタにより、測距トーン信号とアンビ
ギュイティトーン信号を分離し、受信アンビギュイティ
トーン信号Ｆを位相計１４へ出力する。

一方、測距トーン信号は連続して位相同期ループ回路１
２により位相追尾され、信号対雑音比が改善されてロー
カルアンビギュイティトーン発生回路１３へ供給され、
この信号が分周されて送信アンビギュイティトーンと同
じ周波数のローカルアンビキュイティトーン信号りを発
生して、位相計１４へ出力する。

位相計１４は、受信機１１より入力される受信アンビギ
ュイティトーン信号Ｆとローカルアンビギュイティトー
ン信号発生回路１３より入力されるロー力ルアンビギュ
イティトーン侶号りとの位相差θを測定する。このデジ
タル化された位相差θはＣＰ　Ｕ　？ＩｔｌＪ御部１６
代部１６れる。

アンビギュイティトーン信号発生回路２からの各アンビ
ギュイティトーン信号Ａ、Ｂの間の位相差はなく、これ
ら各アンビギュイティトーン借号Ａ、Ｂと測距トーン信
号との位相関係はコヒーレント（位相連続）となってい
る。

マタ、ロー力ルアンビギュイティトーン発生回路１３の
各ロ７カルアンビギュイティトーン信号Ｃ，Ｄの位相差
もなく、これら各ローカルアンビギュイティトーンイ百
号Ｃ，Ｄの位相制御はＣＰＵ制御ＷＩＳ　ｌ　６からの
位相制御信号Ｅにより行われる。

このＣ１−’Ｕ％ｉｌｌ　代部１６は、ロー力ルアンビ
ギュイティトーン信号りと受信されたアンビギュイティ
トーンイざ号ｂ゛の位相差θを入力し、ｃｏｓθの値を
計算し、その計算結果が「１」でなければ位相制御信号
Ｅをローカルアンビギュイティトーン信号発生回ｊＩ６
１３へ出力する。再度、この位相制御Ａｌぎ号Ｅにより
、位相制御されてｃｏｓθの値が計算され、その計算結
果が「ｌ」になるまでこの位相制御が繰シ返される。次
の周波数のアンビギュイティトーン伯゛号についても（
？ＰＵ制御部１６が同様の制御を繰シ返す。

本実施例では、このアンビギュイティトーｙｉ＝号の周
期を、予報値から予め特定しておき、その特定したアン
ビキュイティトーンの周波数までＣＰＵ制御部１６の動
作が予め繰返し行われる。従って、特定されたアンビギ
ュイティトーン信号の周波数と同一周波数のロー力ルア
ンピキーイティトーン信号の位相制御が終了した時点（
ｃｏｓθ＝ｌ）で受信アンビギュイティトーン信号Ｆと
、ロー力ルアンビギュイティトーン信号りとの相関値が
得られている。すなわち、このＣＰＵ制御部１６は、入
力された位相差θによ）、ローカルアンビギュイティト
ーン信号りの位相が制御され受信アンビギュイティトー
ン信号Ｆの位相と一致させている。

（／→　（口１項により最高周波数のアンビギュイティ
トーン信号について、ローカルアンビギュイティトーン
信号と受信アンビギュイティトーンの位相が一致したこ
とになるが、これ以後、同様の処理を次の式できまる周
期Ｔより大きな周期Ｔ、を有するアンビギュイティトー
゛ンまでシーケンシャルに実施する。

Ｔ１＝ΔＲｐ＋２δ　　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・　（１１ここで、ΔＲｐ：外部より入力
される距離予測値の不確定範囲の衆太値と最 小値の差。

δ：測距装置による計測誤差の最 大値。

なお、本実施例においては、予測された障的局までの距
離の予測値を用いてアンビギュイテイの除去を行ってい
る。すなわち、距離の予測値自身の有する不確実性と測
距装置の有する計測誤差とを考慮して、最大周期のアン
ビギュイテイトーンの周期を決定し、距離計測時には自
動的に、その最大同期のアンビギーイテイトーンまでの
位相計測を行うことにより、距離計測の時間を短縮して
いる０ ・　に）　これらの操作により測距トーン信号を分周し
て得られるロー力ルアンビギエイテイトーンの位相は、
周期Ｔｌのトーンまで、受信アンビギュイティトーンの
位相と一致させられた後には、常に周期Ｔ１までの受信
アンピギュイテイトーンと同一位相になっており、かつ
信号対雑音比の改善された受信測距トーン信号（位相同
期ループ回路１２の出力）と同程度の時間ジッタしか有
していないため、この状態で、周期Ｔ、の送１Ｍアンピ
ギュイティトーンｉＥｉ　号Ｂとローカルアンビギエイ
ティトーン佃号Ｃとの位相差データを時間間隔データＴ
αとしてタイムインターバルカウンタ１５で計測し、得
られた位相差（時間間隔）データＴαをＣＰＵ制御部１
６へ出力する。

ＣＰ　Ｕ　ｆｆｔ制御部１６は入力された位相差（時間
間隔）データＴαから固定局と標的局間の往復電波伝播
時間Ｔ凰を次のように算出し、標的局までの距離凡を求
めている。

今、真の往復伝播時間をＴＲｏ、予測値の不確定範囲の
最大値をＲ２未満、予測値の不確定範囲の最小値を凡ｌ
　より大きな値、測距装置による計測値をＴα（０≦Ｔ
α＜Ｔｔ）、計測誤差の最大値を±δ未満（δ〉０）と
すると、 Ｒ＋　　＜Ｔｗｏ＜Ｒ鵞　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・　（２１ＮＴ、＋Ｔα−δ
（Ｔ　　　（ＮＴｘ＋Ｔα＋δ　　・・・・・・　　（
３）の２式を満足するＮ１すなわち Ｒ，−δ（ＮＴ１＋Ｔα＜Ｒｚ＋δ　・・・・・・・・
・・・・・・・　（４）を満足するＮが存在する。とこ
ろで、（１）式のＴ１＞Ｒ，−Ｒ１＋２δ＝ΔＲｐ＋２
δなる関係が満足されている場合は、（４）式において （Ｎ＋１）Ｔｌ＋Ｔα＞Ｒ２＋δ　・・・・・・・・・
・・・　（５）（Ｎ−１）’ｌ”ｌ＋Ｔα＜Ｒｔ−δ　
　・・・・・・・・・　（６）の２式を満足するので、
（４）式を満たすＮを一意的に求めることができる。

そこで、このＮの値を用いて、ＮＴ＋＋Ｔαを求め、こ
の値が往″０１電波伝播時間Ｔ３となる。したかって、
標的局までの距離几は、次式により求められる。

乙 すなわち、アンビギュイティトーン信号の特定により最
終的にＮＴ、が求められ、またタイムインターバルカウ
ンター５の計測値からＴαが求められ、伝播時間ＴＩＮ
が求められるので、このＴ３から距離Ｒを計測すること
ができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、距離計測用のア
ンビギュイティトーンの位相開側を、外部より入力され
る距離の予測値の不確定に対応するアンビギュイティが
除去された時点で終了させることにより、従来性われて
いる計測方式と比較してアンビギュイティトーンの位相
計測に要する時間を大幅に減少することが可能である。

したがって、例えば地上局からの可視時間が制約されて
いる周回衛星の追跡に本装置を使用すれば、軌道決定の
ための測距以外の運用（コマンド運用等）に振向けるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図徊〒叫は本発明の一実施例の固定局及び標的局の
ブロック図である。 ｌ・・・・・・測距トーン発生部、２・・・・・・アン
ビギュイティトーン信号発生回路、３・・・・・・加算
回路、４゜８・・・・・・送信機、５，９・・・・・・
送信端、６，１０・・・・・・受信端、７，１１・・・
・・・受信機、１２・・・・・・位相同期ループ回路、
１３・・・・・・ローカルアンビギエイテイトーン発生
回路、１４・・・・・・位相計、１５・・・・・・タイ
ムインターバルカウンタ、１６・・・・・・ＣＰＵ制御
部。 江・、〜、。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定局から標的局までの距離測定を、この標的局に向け
   て送出された送信測距トーン信号と、その標的局から中
   継返信された受信測距トーンとの位相差を計測して行い
   、この計測時に生ずるトーン周期の整数倍の位相データ
   のアンビギュイティを、前記測距トーン信号より大きな
   周期を有する複数個のアンビギュイティトーン信号を周
   期の小さい信号より順次送出し、これら送信および受信
   のアンビギュイティトーン信号間の位相差を各周期毎の
   アンビギュイティトーン信号について計測して除去する
   距離測定装置において、前記アンビギュイティトーンの
   位相計測を外部より入力される距離の予測値を用いて行
   い、この予測値の不確定に対応するアンビギュイティが
   除去された時点で終了させることにより、距離計測時間
   を短縮したことを特徴とする距離測定装置。