JPH02304384A - 方位測定システム - 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〕 本発明は移動物体の方位位置を測定するシステムに関し
、特に航空機の位置測定システムに応用可能な高精度方
位測定システムに関する。

〔従来の技術〕

従来、航空機で使用される方位測定システムとしては、
ＡＤＦ　（自動方向探知器）　、　　ＶＯＲ（ＶＩＩＦ
ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｒａｄｉｏ　ｒａｎ
ｇｅ）がある。

ＡＤＦは枠型またはアトコックアンテナなどを機械的に
回転して受信出力変化から電波の到来方向を求め、送信
アンテナからの位置を求めるシステムである。

ＶＯＲはＶＨＦ帯の指向性電波を毎秒３０回の速度で回
転し、この電波にのせて電波の回転に同期した３０Ｈｚ
基準位相の電波を送り、航空機上では指向性の回転によ
って生ずる電界強度変化の３　Ｑ　Ｈｚ可変位相と同じ
＜３０Ｈｚの基準位相電波の位相を比較して送信局の方
位を決定するシステムである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＡＤＦは地上設備５機上設備共に簡単であるが測定誤差
が大きい欠点がある。ＡＤＦの持つ測定誤差は、機器誤
差、近接物体散乱誤差、電波伝搬誤差に分類される。機
器誤差は、アンテナ系における誤差とかシステムに特有
の誤差である。近接物体散乱誤差は、受信アンテナ設置
場所近傍の物体によって到来電波が散乱を受けることに
よって生ずる誤差で、アンテナ付近の構造物体などあら
ゆるものが散乱の原因となり誤差を生ずる。電波伝搬誤
差は、使用波長によって異なるが、海岸線効果などがあ
る。ＡＤＦは、これらの誤差により測定精度が低下する
だけでなく、測定精度そのものがアンテナの指向性によ
っているため高精度の方位測定は望めない。

一方、ＶＯＲはその精度が送信アンテナの特性により決
定され、約±２．５°の測定精度が限界という欠点があ
った。

本発明の目的は、これら欠点を解消し、測定精度の良い
方位測定システムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の方位測定システムは、 予め取り付け位置が決められている複数の送信アンテナ
と、送信回路からの電波を予め決められた切り換え手順
で切り換えて送信アンテナに供給するアンテナ切り換え
回路と、それぞれの送信アンテナとアンテナ切り換え回
路間の電気距離が全て等しくなるように調整された給電
回路と、基準となるある特定の送信アンテナにアンテナ
切り換え回路が接続している時に、基準波であることを
示しかつアンテナの配置に関する情報を含む予め決めら
れた符号により変調をされた電波を発生し、それ以外の
時は連続波を発生する、周波数が安定した送信回路とで
構成される固定設備と、受信アンテナと、この受信アン
テナで受信した信号を増幅する、周波数の安定な受信回
路と、この受信回路の出力信号から前記基準波に基づく
基準信号とそれ以外の信号を分離する基準波分離回路と
、この基準波分離回路から出力された基準信号に位相を
合わせて発振するフェーズロック発振回路と、前記基準
波分離回路から出力された基準信号に含まれるアンテナ
の配置に関する情報を解読する符号復調回路と、前記基
準波分離回路から出力された基準信号以外の信号を前記
フェーズロック発振回路からの信号により位相検波する
位相検波回路と、この位相検波回路から出力された位相
信号を入力して前記符号復調回路から入力した送信アン
テナの位置情報を基に、受信アンテナの送信アンテナに
対する方位を計算する演算回路とで構成される機上設備
とを有するごとを特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例である方位測定システムを示
すものである。この方位、測定システムは、固定設備１
０と機上設備２０に分けることができる。

固定設備１０は、送信機３と、アンテナ切り換え回路２
、複数の送信アンテナ１、それに各送信アンテナ１とア
ンテナ切り換え回路２を電気的に等距離で結ぶ給電回路
１０１から構成される。

複数の送信アンテナ】は、予め高い設置精度で取り付け
位置が決められている。

アンテナ切り換え回路２は、送信機３からの電波を予め
決められた切り換え手順で切り換えて送信アンテナ１に
供給する。

給電回路１０１は、それぞれの送信アンテナ１とアンテ
ナ切り換え回路２間の電気的距離が全て等しくなるよう
に調整されている。

符号発生回路４は、基準となるある特定の送信アンテナ
にアンテナ切り換え回路２が接続している時に、基準波
であることを示しかつアンテナの配置に関する情報を含
む予め決められた変調信号を発生する。

送信機３は、符号発生回路４の出力信号により変調をさ
れた電波を発生ずる、周波数が安定した送信回路で構成
される。

以上のような固定設備１０において、最も基本的なアン
テナの配列方式は、各アンテナを等距離で直線上に配置
する方法である。この場合、アンテナは全て電気的に同
じ特性のものを用いる。そして、これらのアンテナの内
、どれか１つを基準信号送信用にする。

第４図に各アンテナから送信される信号の様子を示す。

なお、送信アンテナ１は（Ｎ＋１）個の送信アンテナＡ
０〜Ａ、より成るものとし、送信アンテナＡ０が基準信
号送信用である。

基準信号は受信側で基準信号であることを識別されるよ
うな特別な信号ａ、およびアンテナの配列情報すを示す
符号で変調がされる。この基準信号が送信アンテナＡ０
からＴｏの間送信された後、送信アンテナＡ１からＴＩ
の間、送信アンテナＡ２からＴ２の間というように次々
に信号が送信される。送信機３およびアンテナ切り換え
回路２は、期間Ｔ　ｏ、　Ｔ　＋　、　Ｔ　ｚ、・・・
に同期して、基準信号の発生、アンテナの切り換えを行
う。ただし送信機３は期間Ｔ０の始めに基準信号である
ことおよびアンテナの配列情報を示す符号で変調を行う
ほかは、周波数の安定な無変調波を生成する。

機上設備２０は、受信アンテナ２１、受信部２２、基準
波分離回路２３、フェーズロック発振回路（ＰＬＯ）２
４、位相検波回路２５、符号復調回路２７、それに位相
演算回路２６から構成される。

受信部２２は、受信アンテナ２１で受信した信号を増幅
し、次の基準波分離回路２３に信号を供給する周波数の
安定な受信回路で構成される。

基準波分離回路２３は、受信部２２の出力信号１２１か
ら基準信号１２２とそれ以外の、信号１２３を分離する
。

フェーズロック発振回路２４は、基準波分離回路２３か
ら出力された基準信号１２２に位相を合わせて発振し、
発振信号１２４を位相検波回路２５に出力する。

位相検波回路２５は、基準波分離回路２３から出力され
た基準信号以外の信号１２３をフェーズロック発振回路
２４からの信号１２４により位相検波し、位相信号１２
５を位相演算回路２６に出力する。

符号復調回路２７は、基準波分離回路２３から出力され
た基準信号１２２に含まれるアンテナ配置情報を示す符
号信号を人力、解読し、アンテナ位置情報１２７を位相
演算回路２６に出力する。

位相演算回路２６は、位相検波回路２５から出力された
位相信号１２５を入力して、符号復調回路２７からの送
信アンテナの位置情報を基に、受信アンテナの送信アン
テナに対する方位を計算する。

以上のような機上段［２０において、固定設備１０から
送信された信号は受信アンテナ２１に受信され、受信部
２２で増幅と適当な中間周波数パ・の変換が行われ受信
部出力信号１２１となる。基準波分離回路２３は受信部
出力信号１２１を人力し、基準波を示す変調信号が入力
した時、その変調波を含むＴ。ｐＪ１間の信号からアン
テナ配置情報を示す符号信号を符号復調回路２７へ、無
変調基準波信号をフェーズロック発振回路２４へ出力す
る。それ以外の信号は位相検波回路２５へ出力する。

フェーズロック発振回路２４は基準波分離回路２３の出
力信号１２２が入力している時に、その信号に位相をロ
ックし、基準波分離回路２３の出力がなくなった時は、
その周波数で連続して発振する。位相検波回路２５はフ
ェーズロック発振回路２４の出力１２４を基準信号とし
て基準波分離回路２３の出力１２３を位相検波する。こ
の位相検波回路２５の出力は位相を示す複素信号として
、位相演算回路２５に入力され、符号復調回路２７の出
力１２７のアンテナ配置情報を用いて演算により送信ア
ンテナの方位が求められる。

第２図は、固定設置１０の送信アンテナに対して、機上
設備２０の受信アンテナが十分遠方にある場合を示して
いる。

一般に、信号の波長をλ、受信アンテナＡ０〜へ〇間の
最大距離をｉＮとすると送信アンテナと受信アンテナの
間の距離Ｒは Ｒ≧２ｆｆｉＮ”／λ　　　　　　　　　・・・（１）
で表される。

第２図に示すように、受信アンテナＡ０〜ＡＮがアンテ
ナ列とアンテナの法線がつくる面内にあり、その法線と
のなす角すなわち方位角がθのとき、各送信アンテナＡ
、−Ａ、からの信号の位相はアンテナＡ０から送信され
る信号に比べて、それぞれ第２図に示すようにφ、〜φ
８遅れる。この場合、 ス が成り立つ。ただし、（１）式においてｉ＝１〜Ｎであ
る。送信アンテナＡ０が基準信号を送信するアンテナと
すると、この位相遅れφ五は機上設備２０の位相検波回
路２５の出力として表される。

送信アンテナが第２図のように配置された場合の位相演
算回路２６で行われる演算を、第５図を参照して説明す
る。

第５図（ａ）は、位相演算回路２６の一構成例である。

この位相演算回路は、距離検出回路５１と、位相補正関
数生成回路５２と、位相乗算器５３と、高速フーリエ変
換器（ＦＦＴ）５４とから構成されている。

このような構成の位相演算回路２６において、位相検波
回路２５の出力１２５は距離検出回路５１に入力され、
距離検出回路５１では送信アンテナと受信アンテナとの
間の距離Ｒが十分大きいか否かが判定される。受信アン
テナが十分遠方にある場合、すなわち（１）式の条件を
満足している時、各送信アンテナＡ０〜ＡＮからの信号
の位相は直線的に変化する。この時、距離検出回路５１
の出力信号１５１は無限大の距離を示し、位相補正関数
生成回路５２の生成する位相補正関数１５２は定数とな
る。したがって、位相乗算器５３の出力には、位相検波
回路２５の出力１２５がスルーで現れる。高速フーリエ
変換器（ＦＦＴ）５４は、この位相変化を周波数スペク
トルとして出力し、角度に換算して表示する。第５図（
ｂ）は、角度に換算された位相変化の周波数スペクトル
を示す。

送信アンテナと受信アンテナの距離が（１）式を満たさ
ない時、すなわち受信アンテナが送信アンテナの近くに
ある時は、第３図に示すように考える必要がある。この
時、位相検波回路２５の出力１２５の各送信アンテナか
らの信号の位相遅れφ１はほぼ２次関数的に変化をする
。そして距離が近いほど変化が激しい。距離検出回路５
１は入力信号のスペクトルの広がりを測ることで、距離
、を求めることができる。距離検出回路５１からの距離
信号１５１により、位相補正関数生成回路５２で２次関
数で表される位相補正関数１５２が生成され、位相乗算
器５３で位相補正される。その後は、遠方の場合と同様
に方位が求められる。

第２図に示す設置方式の場合、このシステムの方位分解
能θ６は（ｅ８／λ）に比例する。また各送信アンテナ
間の距離は最大測定角に反比例する。したがって、送信
アンテナ間の距離を一定とすると、送信アンテナの数に
比例して分解能を向上させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、送信アンテナの設置方式
により必要な方位分解能を自由に実現することができる
。従来のシステムでは送信アンテナまたは受信アンテナ
の物理的特性によって実現可能な分解能に限界が有った
が、本システムによれば送信アンテナの数を増やすこと
で分解能の向上が可能である。

また、異なるアンテナ配置を持つ複数の地上設備がある
時、それぞれの基準信号に含まれるアンテナ配置情報を
機上設備が自動的に解読し、正しい方位を求めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、 第２図は本発明の実施例において十分遠方に受信アンテ
ナがある時の説明図、 第３図は受信アンテナが近くにある時の説明図、第４図
は送信アンテナからの送信信号の時間的変化を示す図、 第５図は位相演算回路の演算内容を示す図である。 １・・・・・送信アンテナ ２・・・・・アンテナ切り換え回路 ３・・・・・送信機 ４・・・・・符号発生回路 １０・・・・・固定設備 ２０・・・・・機上設備 ２１・・・・・受信アンテナ ２２・・・・・受信部 ２３・・・・・基準波分離回路 ２４・・・・・フェーズロツタ発振回路２５・・・・・
位相検波回路 ２６・・・・・位相演算回路 ２７・・・・・符号復調回路 代理人　弁理士　　岩　佐　　義　幸 ト　　八　　＋ト　＋　５　　ｇ　　＝　掟　　（〜 第４図 ４■ １゜ ■ □

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め取り付け位置が決められている複数の送信ア
   ンテナと、送信回路からの電波を予め決められた切り換
   え手順で切り換えて送信アンテナに供給するアンテナ切
   り換え回路と、それぞれの送信アンテナとアンテナ切り
   換え回路間の電気距離が全て等しくなるように調整され
   た給電回路と、基準となるある特定の送信アンテナにア
   ンテナ切り換え回路が接続している時に、基準波である
   ことを示しかつアンテナの配置に関する情報を含む予め
   決められた符号により変調をされた電波を発生し、それ
   以外の時は連続波を発生する、周波数が安定した送信回
   路とで構成される固定設備と、受信アンテナと、この受
   信アンテナで受信した信号を増幅する、周波数の安定な
   受信回路と、この受信回路の出力信号から前記基準波に
   基づく基準信号とそれ以外の信号を分離する基準波分離
   回路と、この基準波分離回路から出力された基準信号に
   位相を合わせて発振するフェーズロック発振回路と、前
   記基準波分離回路から出力された基準信号に含まれるア
   ンテナの配置に関する情報を解読する符号復調回路と、
   前記基準波分離回路から出力された基準信号以外の信号
   を前記フェーズロック発振回路からの信号により位相検
   波する位相検波回路と、この位相検波回路から出力され
   た位相信号を入力して前記符号復調回路から入力した送
   信アンテナの位置情報を基に、受信アンテナの送信アン
   テナに対する方位を計算する演算回路とで構成される機
   上設備とを有することを特徴とする方位測定システム。