JPS6240666B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は移動物体の現在位置および方位測定
装置に関し、特に、たとえば自動車や航空機や船
などがある特定の進路上を移動する場合、その移
動物体の移動に応じて自動的に現在位置およびそ
の進行方向方位を測定する測定装置に関する。

従来では、移動物体の移動に伴なう現在位置や
移動している進行方向を簡単に測定するものとし
ては、電波による方法として、LORAN，
Decca，OMEGAなどが実用に供されている。と
ころが、これらはいずれも装置が大形でありかつ
構成が複雑であつた。また、電波を送信する基準
局と移動物体との間に障害物があつた場合、移動
物体では基準局からの電波を受信できないため、
現在位置や進行方向を測定することができない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、比較的
簡単な構成でありかつ安価であつて、基準局と移
動物体との間に障害物があつても正確に移動物体
の現在位置および方位を測定し得る全く新規な移
動物体の現在位置および方位測定装置を提供する
ことである。

この発明は要約すれば、移動物体の進路近辺に
複数の基準局が設けられ、それぞれの基準局から
は順次異なる方位方向に信号を走査しかつそれぞ
れの基準局の位置を表わす信号を送信し、そして
特定の方位に関連する情報を含む方位関連信号を
送信する。相互に所定間隔を有して隔てられた３
つの位置でそれぞれ少なくとも走査信号を受信し
かつ少なくとも１つの位置で位置情報信号と方位
関連情報信号とを受信する。移動物体には少なく
とも１つの受信および情報処理手段が搭載され
る。情報処理手段は、３つの場所でそれぞれ方位
信号を受信してから走査信号を順次受信するまで
の時間に基づいて、予め定める方位を基準とした
３つの現在位置の角度を求め、求めた角度に基づ
いて予め定める位置と３つの場所とをそれぞれ通
る方程式を求め、求めた方程式と予め定める距離
と位置情報とに基づいて３つの場所の現在位置と
移動方向方位の少なくともいずれか一方を演算す
るようにしたものである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は以下に図面を参照して行なう詳細な説明から
一層明らかとなろう。

第１図ないし第３図はこの発明の一実施例の原
理を説明するための図である。この発明の一実施
例では、移動物体としての自動車２が移動する同
一平面上の進路に沿つて３つの基準局１ａ，１
ｂ，１ｃが予め定める位置Xa，Ya，Xb，Ybおよ
びXc，Ycに設けられる。これらの基準局１ａな
いし１ｃは後述の第４図および第５図で詳細に説
明するが、第２図に示す時分割タイミングでそれ
ぞれ特定方位たとえば北から順次異なる方位方向
に連続波を走査して、走査信号を送信する。この
走査信号は非常に鋭い指向性を有するアンテナを
順次回転させることによつて送信することができ
る。また、これらの基準局１ａないし１ｃから
は、それぞれの走査信号が特定方位たとえば北に
向けて送信されるタイミングで、その特定方位た
とえば北を表わす方位信号を送信するとともに、
それぞれの基準局１ａないし１ｃの位置Xa，
Ya，Xb，YbおよびXc，Ycを表わす位置情報信
号を無指向性で送信する。

一方、自動車２には、その先端のある位置２１
と、この２１からある距離ｄ１隔てて、この自動
車２の右側のある位置２２と、この右側のある位
置２２からある距離ｄ２隔てた左側のある位置２
３とに、それぞれ走査信号、方位関連情報信号お
よび位置情報信号を受信する受信機（図示せず、
後述の第６図で説明する）が搭載されている。な
お、位置２１と２３との間は距離ｄ３だけ隔てら
れている。そして、これらの位置２１，２２およ
び２３に設けられた各受信機（図示せず）は、自
動車２が各基準局１ａ，１ｂおよび１ｃのいずれ
かのサービスエリアに入つたとき、前述の３つの
信号を無指向性で受信可能なようにされている。
そして、たとえば基準局１ａのサービスエリアに
入つたにもかかわらず、第１図に示す障害物３ａ
によつて前記３つの信号の受信ができない場合に
は、他の基準局１ｂからの３つの信号を受信す
る。さらに、自動車２が移動して基準局１ｂから
の３つの信号が障害物３ｂによつてさえぎられた
とき、今度は基準局１ａからの前記３つの信号を
受信する。

次に、第３図に示す方位関連情報信号と走査信
号とを示す波形図に基づいて、この発明の一実施
例の原理について説明する。たとえば基準局１ｂ
が第２図に示す時分割タイミングｂで第３図に示
すタイミングで特定方位たとえば北を表わす方位
関連情報信号Ｎを送信すると、このタイミングで
その基準局１ｂのサービスエリア内の自動車２の
３つの位置２１，２２および２３に搭載された受
信機（図示せず）がその方位関連情報信号Ｎを受
信する。そして、基準局１ｂでは、この方位関連
情報信号Ｎを送信したタイミングで走査信号を鋭
い指向性を有して特定方位たとえば北に向けて送
信している。その後、この信号は方位北から順次
方位を変えて鋭い指向性を有して送信される。す
ると、この第１図でいえば、自動車２の位置２１
が走査信号を受信し、続いて位置２２で走査信号
を受信し、最後に位置２３で走査信号を受信する
ことになる。すなわち、位置２１では、特定方位
を表わす信号Ｎを受信してから時間ｔ１遅れて走
査信号Ｓを受信する。また、位置２２では、方位
信号Ｎを受信してから時間ｔ２遅れて走査信号
S′を受信し、さらに位置２３では時間ｔ３遅れて
走査信号S″を受信する。

一方、自動車２には、後に説明するが、たとえ
ばマイクロコンピユータが搭載されている。そし
て、先の時間ｔ１，ｔ２およびｔ３の情報は、マ
イクロコンピユータに与えられる。マイクロコン
ピユータではこれら時間のデータに基づいて、方
位北を基準とした各位置２１，２２，２３と基準
局１ｂとを結ぶ直線の傾きａ１，ａ２およびａ３
をROM（図示せず）から読出す。すなわち、こ
の時間ｔ１，ｔ２およびｔ３に基づいて、これら
の各位置が基準局１ｂの特定方位たとえば北に対
してなす角度θ１，θ２およびθ３を求める。な
お、この時間に対する角度は、たとえばROM
（図示せず）に予めテーブルとして格納してお
き、その時間によつてそのテーブルから対応の角
度を読出すようにすればよい。そして、この角度
θ１，θ２およびθ３に基づいて、さらに、各位
置２１，２２および２３とこの基準局１ｂとを結
ぶ直線の傾きａ１，ａ２およびａ３を求める。す
なわち、この傾きａ１，ａ２およびａ３は、それ
ぞれ次式(1)，(2)および(3)で求められる。

a1＝tanθ１ …(1) a2＝tanθ２ …(2) a3＝tanθ３ …(3) このようにして、各位置２１，２２，２３と基
準局１ｂとをそれぞれ結ぶ直線の傾きが求められ
る。なお、このような角度と傾きとの関係は、ま
た、予めテーブルとして作成しておいてROMに
格納しておいてもよい。

続いて、基準局１ｂの設けられている位置
Xb，Ybに基づいて、各位置２１，２２および２
３と基準局１ｂとをそれぞれ結ぶ直線を表わす式
を求める。すなわち、位置２１と基準局１ｂとを
結ぶ直線の式は次式(4)で表わすことができる。

Y1−Yb＝a1（X1−Xb） …(4) 自動車２の位置２１は、この(4)式で表わされる
直線上にあるものとすることができる。また、位
置２２と基準局１ｂとを結ぶ直線を表わす式は、
次式(5)となる。

Y2−Yb＝a2（X2−Xb） …(5) そして、自動車２の位置２２は、この(5)式で表
わされる直線上にあるものとすることができる。
さらに、自動車２の位置２３と基準局１ｂとを結
ぶ直線を表わす式は次の(6)式となる。

Y3−Yb＝a3（X3−Xb） …(6) そして、自動車２の位置２３はこの(6)式で表わ
される直線上にあるものとすることができる。

また、自動車２上の各点位置２１，２２および
２３の相互間距離ｄ１，ｄ２およびｄ３は、それ
ぞれ次式(7)，(8)および(9)で表わすことができる。

d1＝√（1−2）²＋（1−2）² …(7) d2＝√（2−3）²＋（2−3）² …(8) d3＝√（1−3）²＋（1−3）² …(9) さらに、各位置２１，２２，２３をそれぞれ結
ぶ直線を表わす式は、それぞれ、次式(10)，(11)およ
び(12)で表わすことができる。

Y1−Y2＝b1（X1−X2） …(10) Y2−Y3＝b2（X2−X3） …(11) Y1−Y3＝b3（X1−X3） …(12) ここで、それぞれの直線の傾きを表わす定数ｂ
１，ｂ２およびｂ３は、それぞれ、次式（13），
（14）および（15）で表わすことができる。

b1＝Ｙ１−Ｙ２／Ｘ１−Ｘ２ …(13) b2＝Ｙ２−Ｙ３／Ｘ２−Ｘ３ …(14) b3＝Ｙ１−Ｙ３／Ｘ１−Ｘ３ …(15) 上に述べた各式において、Xb，Yb，ａ１，ａ
２，ａ３，ｄ１，ｄ２，ｄ３は、それぞれ既知数
であり、その他の未知数Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ
２，Ｘ３，Ｘ３は、それぞれ、第(1)式ないし第
（15）式で表わされる連立方程式を解くことによ
つて、求めることができる。このような連立方程
式の演算は、たとえばマイクロコンピユータを用
いる。そして、自動車２の各位置２１，２２およ
び２３の位置データＸ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２およ
びＸ３，Ｙ３を求めることによつて、自動車２の
現在位置および進行方向方位を簡単に求めること
ができる。すなわち、自動車２の現在位置はたと
えば位置２１のデータＸ１，Ｙ１であるとしても
よく、一方その進行方向方位を求めるには、距離
ｄ２を２等分し、その２等分した点と位置２１を
通る直線の式を求める。そして、その直線の述び
る方向を、この自動車２の進行方向方位とするこ
とができる。

第４図および第５図は第１図に示す基準局の概
略ブロツク図である。まず、第４図を参照して第
１図の基準局１ａには送信機１０ａが設けられ、
基準局１ｂには送信機１０ｂが設けられ、基準局
１ｃには送信機１０ｃが設けられる。そして、こ
れらの送信機１０ａないし１０ｃは、時分割回路
１１によつて第２図に示す時分割タイミングで前
述の３つの信号を送信する。

次に、第５図を参照して各送信機１０ａ，１０
ｂ，１０ｃのそれぞれの具体的なブロツク図につ
いて説明する。図において、パルス発生器１０１
は時分割回路１１からの時分割タイミングに基づ
いて、一定の時間期間内にたとえば超短波のパル
スを発生するものであり、そのパルスを変調器１
０２に与える。この変調器１０２は図示しないが
ｎビツトのシフトレジスタとゲート回路などによ
り構成される。入力部１０３はそれぞれの送信機
１０ａ，１０ｂ，１０ｃの設置点の固有の経度
XaとXbとXcおよび緯度YaとYbとYcなどの位置
情報および方位北を表わす方位信号としての具体
的な数値情報を与えるものであり、この出力によ
り前記ｎビツトシフトレジスタのデイジタル値を
設定する。パルス発生器１０１からのパルスは、
シフトレジスタの出力との論理積をとることによ
り、デイジタル化した数値情報による変調が行な
われ、コード化されたパルス列とされる。前記入
力部１０３は初めから組込まれて送信機１０を構
成してもよいが、多数の送信機を製作する際の経
済性から入力部１０３を個別的に作成し、可搬式
で後述の送信機に設置点固有の数値情報を与える
装置として臨時に取付けるのが望ましい。

前記変調を受けコード化されたパルス列信号の
うち位置情報信号は位置情報送信部１０４を介し
てアンテナ１０５から無指向性で全方位方向に送
信される。また、方位信号は方位信号送信部１０
６を介してアンテナ１０７から無指向性で送信さ
れる。走査信号は走査信号送信部１０８を介して
回転アンテナ１１０に与えられるが、この回転ア
ンテナ１１０はアンテナ駆動部１０９によつて回
転駆動され、順次異なる方位方向に鋭い指向性を
有するビーム状の電波によつて走査信号を送信す
る。なお、このアンテナ駆動部１０９はモータに
よつてアンテナ１１０を回転させるようにしても
よく、あるいは磁界または電界によつて偏向制御
するようにしてもよい。

第６図は移動物体に搭載される受信機および情
報処理部の概略ブロツク図である。構成におい
て、アンテナ４１と走査信号受信部４２とは自動
車２の先端位置２１に設けられ、アンテナ４３と
走査信号受信部４４とは自動車２の右側の位置２
２に設けられ、アンテナ４５と走査信号受信部４
６とは自動車２の左側の位置２３に設けられる。
さらに、アンテナ４７と方位信号受信部４８およ
びアンテナ４９と位置情報受信部５０は自動車２
の先端位置２１に設けられる。そして、各基準局
１ａないし１ｃのいずれかから送信される走査信
号はアンテナ４１，４３および４５によつて受信
され、対応の走査信号受信部４２ないし４６に与
えられる。また、各基準局１ａないし１ｃのいず
れかから送信される方位信号はアンテナ４７を介
して方位信号受信部４８によつて受信され、位置
情報信号はアンテナ４９を介して位置情報受信部
５０によつて受信される。それぞれの受信出力は
復調器５１に与えられて復調される。この復調器
５１の出力に基づいて、経度信号検出器５２は位
置情報信号に含まれる経度Xbを検出し、緯度信
号検出器５３は緯度信号Ybを検出する。また、
方位信号検出器５４は方位北を表わす信号を検出
し、走査信号検出器５５は方位信号受信部４８が
方位北を表わす方位信号を受信してから走査信号
受信部４２，４４，４６がそれぞれ走査信号を受
信するまでの時間ｔ１，ｔ２およびｔ３を検出す
る。

前記経度信号検出器５２で検出された経度信号
Xb、緯度信号検出器５３によつて検出された緯
度信号Yb、方位信号検出器５４によつて検出さ
れた方位信号Ｎおよび走査信号検出器５５によつ
て検出された時間ｔ１ないしｔ３はそれぞれ情報
処理部５６に与えられる。情報処理部５６はたと
えばリードオンリメモリなどの記憶装置５６１を
含む。この記憶装置５６１は各基準局１ａないし
１ｃの設置されている位置Xa，Ya，Xb，Ybおよ
びXc，Ycと自動車２の３つの位置２１，２２お
よび２３をそれぞれ結ぶ直線式の傾きとしての定
数を記憶する。また、情報処理部５６には前記所
定距離ｄ１，ｄ２，ｄ３を表わす情報が与えられ
ている。そして、情報処理部５６は経度Xb、緯
度Yb、方位Ｎ、走査信号、所定距離ｄ１とｄ２
とｄ３および前述の演算式に基づいて自動車２の
現在位置および進行方向方位のいずれか一方を演
算して座標位置表示部５７に表示させる。なお、
情報処理部５６は、前述の各位置２１，２２，２
３と基準局１ｂとを結ぶ直線の傾きａ１，ａ２お
よびａ３を記憶するためのたとえばROMのよう
な記憶装置５６１を含む。この座標位置表示部５
７は現在位置および方位の少なくともいずれか一
方をデイジタル的な数値として表示したり、たと
えばCRTのような情報をアナログ表示するよう
な表示装置として構成される。

なお、上述の説明では、方位信号Ｎを受信して
から走査信号Ｓを受信するまでの時間に基づい
て、直線式の傾きａを求めるようにしたが基準局
１ａないし１ｃからたとえばサイン波等の電波を
送信し、受信機でそのサイン波を受信し、その受
信したサイン波と前記方位信号との位相差に基づ
いて傾きａを求めるようにしてもよい。

また、上述の実施例では、各基準局１ａ，１
ｂ，１ｃから時分割的に信号を送信するようにし
たが、これに限ることなく各基準局１ａ，１ｂ，
１ｃから送信される信号の周波数を違えたり、位
相を異ならせたり、コードを異ならせたりして時
分割的に送信することなく同時的に信号を送信す
るようにしてもよい。

第７図はこの発明の他の実施例を説明するため
の図解図である。この第７図は基準局７ａ，７ｂ
および７ｃをそれぞれ上下位置を違えて海中に設
置したものである。そして、各基準局は第１図で
説明した３つの信号を超音波によつて送信する。
そして、移動物体としてのたとえば潜水海中移動
物体としての潜水艇や海中作業船７０は基準局７
ａないし７ｃのいずれかから送信される超音波を
受信する。このとき、たとえば基準局７ａから送
信された超音波がたとえば著しく海水の温度が異
なる部分（たとえば第７図で示す斜線部分）に到
来すると、屈折してしまつて走査信号を受信する
までの時間に誤差を生じる。そのため、移動物体
７０では基準局７ａからの超音波を受信すること
なく、他の基準局７ｂまたは７ｃから送信される
超音波を受信する。それによつて、移動物体７０
では海水の温度などによつて影響されることなく
現在位置情報や進行方向方位を測定することがで
きる。

第８図はこの発明のその他の実施例を示す図解
図である。この第８図は自動車の進路上における
ある固定位置に、それぞれの上下位置を違えて基
準局８ａ，８ｂを設けるようにしたものである。
そして、たとえば移動物体としてのトラツク８１
は基準局８ｂからの電波を受信するが、このトラ
ツク８１に後続する自動車８２は基準局８ｂから
の電波を受信することができない。ところが、基
準局８ａからの電波はトラツク８１によつてさえ
ぎられることなく自動車８２で受信することがで
きる。したがつて、自動車８２は前方に障害物が
ない場合には基準局８ｂの電波を受信し、障害物
がある場合には基準局８ａからの電波を受信す
る。この場合、基準局８ａと自動車８２に搭載さ
れている受信機との間の高さをhaとし、基準局
８ｂとトラツク８１に搭載されている受信機との
間の高さをhbとし、基準局８ａ，８ｂの固定位
置と自動車８２、トラツク８１との間のそれぞれ
の水平距離をla，lbとし、基準局８ａから自動車
８２までの直線距離をl1、基準局８ｂからトラツ
ク８１までの直線距離をl2とすると、 l1＝√²＋² l2＝√²＋² の演算式から各水平距離la，lbを求めることがで
きる。

なお、上述の実施例では、基準局から送信され
る走査信号などを電波または超音波を用いた場合
について説明したが、これに限ることなくレーザ
光線を用いるようにしてもよい。

以上のように、この発明によれば、複数の基準
局を設け、各基準局から走査信号と方位情報信号
と位置情報信号とを送信し、移動物体でそれぞれ
の信号を受信して演算することにより、障害物に
影響されることなくより正確に現在位置や進行方
向方位を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の原理を説明する
ための図解図である。第２図は複数の基準局の時
分割タイミングを説明するための波形図である。
第３図は方位信号および走査信号を説明するため
の波形図である。第４図は各基準局に設置される
送信機の概略ブロツク図である。第５図は各送信
機の具体的なブロツク図である。第６図は受信機
の概略ブロツク図である。第７図はこの発明の他
の実施例を示す図解図である。第８図はこの発明
のその他の実施例を示す図解図である。 図において、１ａないし１ｃは基準局、２は移
動物体、３ａないし３ｃは障害物、１０ａないし
１０ｃは送信機、１１は時分割回路、４０は受信
部、４１，４３，４５，４７，４９はアンテナ、
４２，４４，４６は走査信号受信部、４８は方位
信号受信部、５０は位置情報受信部、５１は復調
器、５２は経度信号検出器、５３は緯度信号検出
器、５４は方位信号検出器、５５は走査信号検出
器、５６は情報処理部、５７は座標位置表示部を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動物体の現在位置および進行方向方位を測
   定するための測定装置であつて、 それぞれが異なる固定位置に複数の送信手段が
   設けられていて、 前記複数の送信手段は、それぞれ 順次異なる方位方向に走査される走査信号を送
   信する第１の送信手段と、 前記固定位置を表わす位置情報信号を送信する
   第２の送信手段と、 特定の方位に関連する情報を含む方位関連情報
   信号を送信する第３の送信手段とを含み、さらに 相互に所定間隔を有して隔てられた前記移動物
   体の３つの位置でそれぞれ前記複数の送信手段の
   うちのいずれかの送信手段から送信される走査信
   号を受信し、少なくとも１つの位置で前記いずれ
   かの送信手段から送信される位置情報信号と方位
   関連情報信号とを受信する受信手段、および 前記移動物体に設けられる情報処理手段を含
   み、 前記情報処理手段は、方位関連情報信号を受信
   してから前記３つの位置でそれぞれ走査信号を順
   次受信するまでの時間に基づいて、予め定める方
   位を基準とした３つの現在位置の角度を求め、前
   記求めた角度に基づいて、予め定める位置と前記
   ３つの位置とをそれぞれ通る方程式を求め、求め
   た方程式と前記予め定める距離と位置情報とに基
   づいて、前記３つの位置の現在位置および該３つ
   の位置を結ぶ方位のいずれか一方を演算するよう
   にした、移動物体の現在位置および方位測定装
   置。 ２ 前記複数の送信手段は、それぞれ同一平面上
   の異なる位置に設けられる、特許請求の範囲第１
   項記載の移動物体の現在位置および方位測定装
   置。 ３ 前記複数の送信手段は、それぞれ予め定める
   固定位置の異なる上下位置に設けられる、特許請
   求の範囲第１項記載の移動物体の現在位置および
   方位測定装置。 ４ 前記複数の送信手段は、それぞれ時分割的に
   前記走査信号と前記位置情報信号と前記方位関連
   情報信号とを送信するようにした、特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の移動物
   体の現在位置および方位測定装置。 ５ 前記複数の送信手段のそれぞれは、各走査信
   号と各位置情報信号と各方位関連情報信号の送信
   周波数を異ならせて同時的に送信するようにし
   た、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載の移動物体の現在位置および方位測定装
   置。 ６ 前記複数の送信手段のそれぞれは、各走査信
   号と各位置情報信号と各方位関連情報信号の位相
   を異ならせて同時的に送信するようにした、特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   の移動物体の現在位置および方位測定装置。 ７ 前記第１の送信手段は、異なる方位方向に位
   相が異なる信号を送信し、 前記情報処理手段は、前記受信した方位信号と
   前記受信した走査信号との位相差に基づいて、前
   記走査信号を受信するまでの時間を定めるように
   した、特許請求の範囲第１項ないし第６項のいず
   れかに記載の移動物体の現在位置および方位測定
   装置。