JPS61145473A - 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） 本発明は固定局において標的局までの距離測定を行う距
離測定装置に関し、特に距離測定を標的局により中継返
信される測距用トーン信号の送受位相差の計測とその際
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
を測距用トーン信号より大きな周期を有する複数個のア
ンビギーイティトーン信号の送受位相差を順次計測する
ことにより除去した固定局の距離測定装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、固定局における標的局までの距離測定は、標的局
によ多中継返信される測距用トーン信号の送受位相差を
計測し、その際生じるトーン周期の整数倍の位相の不確
定性（アンビギーイティ）を除去することによ）行って
いる。

この計測途中の伝送路で雑音が添加された受信測距トー
ンの位相計測を行う場合、必要な測距精度を得るため位
相周期ループを用いて受信測距ト−ンの信号対雑音比を
改善した後位相計測を行っている。この計測により得ら
れた送受測距トーンの位相差データは、測距トーンの周
期の整数倍の不確定性を有している。例えば、５００ｋ
Ｈ２測距ト−Ｌンを使用した場合往復伝播時間２μｓｅ
ｃに相当する約６００ｍの往復距離（３００ｍの片道距
離）がアンピギュイティなしで計測できる最大距離とな
る。

この不確定性の除去のため、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
周期を有する複数個のトーン信号（アンビギエイティト
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その不確定性必要な距離値
まで除去する方法が用いられる。例えば、５００ｋＨｚ
測距トーンに対し１００ｋＨｚ、　２０ｋＨｚ、　４ｋ
Ｈｚ、　８００Ｈ２，１６０Ｈｚ、４０Ｈ”ｓ　１０Ｈ
ｚのアンビギエイティートーン信号を順次送出し、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１８期で計測できる最大距離（約１５，０
００ｈの片道距離）までのアンビギエイティが除去可能
である。

ここで距離測定において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使用する理由は、一定の信号
対雑音比の条件のもとでは各トーン信号が同一の位相雑
音を有しておシ、従って時間ジッタの量としては周波数
の高い信号はど少ない値を有していることになシ、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。この場合、あるアンビギエイティトー
ンで計測可能な測距確度が、１段高い周波数のアンビギ
ーイティトーンの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、アンピギュイティの除去はでき
ない。

各アンビギュイティトーンの送受位相差の測定にあたシ
、従来は、各アンビギエイティトーン周波数が測距用ト
ーン信号の周波数を順次逓分することくより得られるこ
とを利用し、次のようなシーケンスで自動的に測定する
方法によっていた。

ｌ）測距用トーン信号は常時送出し、標的剤より中継返
信された受信測距トーン信号の位相を位相周期ループに
より連続的に追尾する。

２）測距用トーン信号に加えて、まず、最高の周波数を
有するアンビギエイティトーン信号を送出する。このア
ンビギエイティトーン信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、受信測距トーンを追尾して
いる位相周期ループの出力信号（ローカル測距トーン信
号と呼ぶ）を分周することにより標的局よ）中継返信さ
れた受信アンビギーイティトーン信号と同位相の信号（
ローカルアンビギュイティトーン信号と呼ぶ）を再生す
ることができる。実際には分局により分周比に相当する
個数だけの位相の不確定性を生ずるので、分周されて得
られた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、受信アンビギュイティ
トーン信号との相関値を計測し、最大の相関値が得られ
た点で受信アンビギエ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号が得られた（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エイテイトー
ン信号を送出する。測距用トーン信号は位相周期ループ
により常に追尾されているから、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エイティトーン信
号は、一旦その位相が確定された後は最高周波数のアン
ビギエ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ー
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
ルアンビギュイティトーン信号を分周して得られた信号
の位相を、最高周波数のローカルアンビギュイティトー
ン信号の１周期を単位として順次シフトしながら、受信
アンビギ島イティトーンとの相関値を計測することによ
り、最大の相関値が得られた点で受信アンビギエイティ
トーン（第２番目に高い周波数のもの）と同位相のロー
カルアンビギュイティトーン信号（第２番目に高い周波
数のもの）が得られたと判断する。

４）３頭と同様の操作を順次低い周波数のアンビギーイ
ティトーン信号に対し実施することにょ）、最終的に最
も低い周波数の受信アンビギーイティトーン信号に同期
したローカルアンビギュイティトーン信号を得ることが
できる。この信号は位相周期ループによ多信号対雑音比
の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、ローカル測距トーン信号と同一の時
間ジッタ（位相ジッタとしては分局比だけ改善されてい
る）を有しておシ、従って対応する送信アンビギ為イテ
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、アンビギエイティが除
去された高確度の距離データ（送受測距トーンの位相差
、すなわち標的剤までの往復伝播時間データ）を得るこ
とができる。

（本発明の解決しようとする問題点） このような従来の方式の場合、各受信アンビギェイティ
トーンの位相計測（捕捉）は、１段階高い周波数のアン
ビギュイティトーン（又は測距用トーン信号）の周期単
位でローカルアンビギエ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カルアンビギ
エイティトーンの相関値が最大になる点を見出すことに
よって行われていたため、相関値を求めるための積分操
作を、各アンビギエイティトーンに対し、ローカルアン
ビギエイティトーンの初期位相と予め最大相関値の予測
値が判っているか否かにより定まる適当な回数（１回〜
分周比程度、平均で分局比の１／２程度）だけ繰返す必
要かあ）、このため受信アンビギ島イティトーン信号の
捕捉に時間を要するという問題点があった。

本発明の目的は、このような問題点を解決し、固定局に
おけるアンビギエイティトーン信号の位相計測を直接位
相検出方式により行りことにょシ受信アンビキエイティ
トーン信号の捕捉に要する時間を短くした距離計測装置
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の構成は、固定局における標的剤までの距離測定
を、その標的剤に向けて送出された送信測距トーン信号
と、前記標的剤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、その計測時に生ずるトーン周期
の整数倍の位相不確定性は、前記測距トーン信号より大
きな周期を有する複数個の大周期トーン信号を順次送出
し、これら送信および受信の各大周期トーン信号間の位
相差を各トーン信号について計測することにより除去す
る距離測定装置において、前記複数の大周期トーン信号
の位相計測を２組の相関器を用いた直接位相検出方式に
より行うことにより、距離測定に要する時間を短縮した
ことを特徴とする。

（実施例） 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例の固定局およ
び標的剤のブロック図である。図において、測距トーン
信号発生部１は、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、アンビギエイティトーン信
号発生回路２と加算回路４に送出する。このアンビキエ
イティトーン信号発生回路２は測距トーン信号を順次追
分し複数個のアンビギエイティトーン信号を順次発生す
る。

距離測定は、シーケンス制御回路３にょシ次のようにし
て行われる。

（イ）測距トーン信号発生部ｌの出力である測距トーン
信号のみが加算回路４を経て送イ１機５に供給され、送
信機５はこの入力信号で搬送波に変調をかけ送信端６よ
り標的局に向けて送出する。

第１図（ｂ）において、標的剤では受信端７より固定局
の送信端６から送出された信号が受信機８に入力される
。この受傷機８は受信信号を復調し、得られた測距トー
ン信号を送信機９に送出する。この送信機９は測距トー
ン信号で搬送波に変調をかけ送信端１０より固定局に向
けて送出する。

再び第１図（ａ）において、固定局では標的剤から中継
返信された送信端１ｏがらの信号が受信端１１より受信
機１２に入力される。この伯号を受信機１２品復調して
得られた測距トーン信号を位相周期ループ１３に送出す
る。この測距トーン信号は位相周期ループ１３によりて
連続的に追尾され、信号対雑音比が改善されてローカル
アンビギ晶イテイトー７発生回路１４に供給される。

（ロ）シーケンス制御回路３は、測距トーン信号が位相
周期ループ１３により捕捉されると、アンビギ島イティ
トーン信号発生部２より最高周波数のアンピギエイテイ
トーン信号を加算回路４に送出する。この結果、０）項
と同じ信号経路を経て固定局の受信機１２の受信復調出
力として測距トーン信号と最高周波数のアンビギエイテ
ィトーン信号との加算された信号が得られる。

受信機１２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、アンビギエイティトーン
信号すを直接位相検出回路１５に送出する。

一方、測距トーン信号は連続して位相周期ループ回路１
３により追尾されておシ、信号対雑音比が改善されてロ
ーカルアンビギエイテイトーン発生回路１４に入力され
ている。このローカルアンビキエイティトーン発生回路
１４はこの１ｄ号を逓分し、送信アンビギエイテイトー
ンと同じ周波数のローカルアンビギエイテイトーン信号
を発生して直接位相検出部１５に送出する。

直接位相検出部１５は、受信機１２よ少入力される受信
アンビギ為イティトーン信号とローカルアンビギ鳳イテ
イトーン信号発生回路１４よ少入力されるローカルアン
ビギエイテイトーンとの位相差０を、直接位相検出方式
により測定し、得られた位相差データをシーケンス制御
回路３に送出する。

シーケンス制御回路３は入力された位相差データにより
ローカルアンビギエイテイトーンの位相を制御し受信ア
ンビギエイティトーンの位相と一致させる。

ｅｌ　　（ロ）項により最高周波数のアンビギエイテイ
トーン信号についてローカルアンビギエイティトーンと
受信アンビギエイティトーンとの位相が一致したことに
なるが、同様の処理が周波数の高いアンビギ１イティト
ー７信号から順次、最低周波数のトーンまでシーケンス
制御回路３の制御によ）実施され、受信アンビギ為イテ
イトーン信号が捕捉される。

に）最低周波数のアンビギエイティトーンまで、ローカ
ルアンビギ為イティトーンと受信アンビギ為イティトー
ンの位相が合致した後は、アンビギュイティトーンの送
出は停止され測距トーンのみが連続して送出されるが、
受信測距トーン信号は一貫して位相同期ループ１３によ
プ追尾されているため、これを逓分して得られるローカ
ルアンビギエイティトーンの位相は、（ロ）。

ｅつ項によυ一旦受信アンビギエイテイトーンの位相と
一致させられた後は常に受信アンビギエイティトーンと
同位相になりておシ、シかも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１３の出力）と同
程度の時間ジッタしか有していないため、この状態でア
ンビギエイティトーン信号発生部２の出力である送信ア
ンビキ為イティ信号と一一カルアンビギエイティトーン
信号の位相差をタイムインターバルカ９ンタ１６で計測
することにより、標的局までの往復電波伝播時間データ
Ｒを高精度に得ることができる。

ことで直接位相検出方式としては、白色ガウス雑音に対
する位相の最尤検出方式（ＰｒｉｎｃｅｔｏｎＨａｌｌ
、社尭行による人、Ｊ、ＶＩＴＥＲＢＩ著の“ｐｒｉｎ
ｃｉｐｌｅｓｏｆ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｃｏｍｍｕｎｉ
ｃａｔｉｏｎ”　１２７〜１２　ｇ頁参照）が使用でき
る。この方式による直接位相検出部１５の一例のブロッ
ク図を第２図に示す。

図において、受信測距トーン信号（ａ）は、掛算回路１
７．１８に入力され、送信測距トーン信号（ｂ）及びこ
の送信測距トーン信号の位相を移相器１９によりタ０°
移相した信号（Ｃ）とそれぞれかけ合わせられる。さら
に、掛算器１７の出力は積分器２０により、掛算器１８
の出力は積分器２１によりそれぞれＴ秒間積分される。

いま、送信測距トーン信号（ロ）をＡｓ凰ｎｗｔ、　　
受信測距トーン信号をＢｓｉｎ（ｗｔ＋θ）とすると、
積分器２０の出力（ｄ）は、Ｔを測距トーン周期の整数
倍に選ぶと、 となシ、積分器２０の出力（ｅ）は、 となる。

これらの信号（ｄ）、　（ｅ）は、Ａ−Ｄ変換回路２２
゜２３によりそれぞれＡ−Ｄ変換されてティジタルｍ（
ｆ）、　（ｇ）の形で演算ｔ１２４に入力され、ノ・−
ドウエアによる演算回路あるいはマイクロプロセッサｃ
ｏｔ−”−（Ｉｅｌ）Ｉｄｌのとき）の演算が行なわれ
て、送受信測距トーンの位相差θが算出される。

以上の説明では、受信測距トーン信号（ａ）に雑音がな
いものとしたが、実際には雑音の影響により演算の結果
得られるθの値に扛ランダム誤差を生じ、この値（ｒｍ
ｓ誤差）はＴの平方根に反比例して小さくなる。

アンビギエイティトーンの位相を計測し確定するために
は、このランダム位相誤差の値が１段階高い周波数のア
ンピキエイティトーンとの分局比で２π（ｒａｄ）を割
った値より小さくなる必要がおる。このため積分時間Ｔ
Ｏ値はある程度以上大きくする必要がある。

ところで、受信アンピギュイティトーンとローカルアン
ビギュイティトーンの相関値が最大になるローカルアン
ビギエイティトーンの位相を検出する従来の方式は、本
実施例の直接位相検出方式において２系統の掛算器（１
７，１８）と積分器（２０，２１）のうち１系統のみ（
掛算器１７と積分器２０）を使用し、ローカルトーンの
位相をシフトしながら積分を繰返し、積分結果が最大に
なる点を検出する方式と考えることができ、この場合も
雑音による誤シをさけて検出を行うためには個々の繰返
し積分操作に対し同程度の積分時間Ｔを必要とするとい
える。したがりて、従来の方式の場合、例えば１段階高
い周波数のトーンとの分局比がｍとすると、相関積分時
間だけで平均ｍＴ／２程度の時間を必要とするといえる
。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、各受
信アンビギエイティトーン信号の捕捉を直接位相検出回
路による１回の積分操作で行うことができるため、従来
性われている最大の相関値が得られるまで積分操作を繰
シ返す方式と比較して、受信アンビギエイティトーン信
号の捕捉時間を大幅に減少することができ、距離測定に
要する時間を相当短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例の固定局お
よび標的局のブロック図、第２図は第１図の直接位相検
出部のブロック図である。図において１・・・・・・測
距トーン信号発生部、２・・・・・・アンビギエイティ
トーン信号発生部、３・・・・・・シーケンス制御回路
、４・・・・・・加算回路、５，９・・・・・・送信機
、８゜１２・・・・・・受信機、１３・・・・・・位相
同期ループ、１４０一カルアンビギエイテイトーン発生
回路、１５・・・・・・直接位相検出部、１６・・・・
・・タイムインターバルカウンタ、１７．１８・・・・
・・掛算器、１９・・・・・・移相器、２０．２１・・
・・・・積分器、２２．２３・・・・・・Ａ−り変換回
路、２４・・・・・・演算部、である。 手続補正書（方式） ６０．５．２７ 昭和　　年　　月　　日 １、事件の表示　　　昭和５９年特　許願第２６７８１
７号２゜発明の名称　距離測定装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　出　願　人東京都港区芝五
丁目３３番１号 （４２３）　　　日本電気株式会社 代表者　関本忠弘 ４、代理人 ぜ・ダ シ ５、補正命令の日付　　　　昭和６０年４月３０日（発
送日）ａ　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 Ｌ　補正の内容 （１）　　８Ａ細−ｉＦ第１４負第８行目から第１０行
目の３行行分を次文のとｊＩＰシ桶正補正。 ｒｌｌｋｔに対する位相の最尤検出方式（プリンストン
ホール（Ｐｒ１ｎｃｅｔｏａ　Ｈａｌｌ　）社発行によ
るＣｏｈｅｒｅｎｔ　Ｃｏ面ｕｎｉｃａｔ　ｉｏｎ　）
　Ｊ　１２７〜１２９　Ｊ代理人　弁理士　　内　原　
　　晋： ＼、／゛′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定局における標的局までの距離測定を、その標的局に
   向けて送出された送信測距トーン信号と、前記標的局か
   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、その計測時に生ずるトーン周期の整数倍の位相不
   確定性は、前記測距トーン信号より大きな周期を有する
   複数個の大周期トーン信号を順次送出し、これら送信お
   よび受信の各大周期トーン信号間の位相差を各トーン信
   号について計測することにより除去する距離測定装置に
   おいて、前記複数の大周期トーン信号の位相計測を２組
   の相関器を用いた直接位相検出方式により行うことによ
   り、距離測定に要する時間を短縮したことを特徴とする
   距離測定装置。