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技術 位置標定システムの独立同期化方式、位置標定システムの到達時間測定方式、及び位置標定システムの位置標定誤差補正方式

出願人 富士通株式会社
発明者 荻野正夫川口利雄伊藤透俊
出願日 1994年10月19日 (24年8ヶ月経過) 出願番号 1994-253875
公開日 1996年5月17日 (23年2ヶ月経過) 公開番号 1996-122425
状態 特許登録済
技術分野 無線による位置決定
主要キーワード 到達時間データ 基準到達 立ち上り特性 独立同期方式 高安定発振器 補正基準値 各中継線 デッカ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年5月17日)のものです。
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図面 (12)

目的

本発明は位置標定システム独立同期化方式に関し、同期信号送出を排除しつつ、位置標定誤差を可及的に少なくすることを目的とする。

構成

移動局電波中央局及び複数の中継局で受信し、各中継局での到達時間を中央局へ送信して中央局での到達時間と各中継局での到達時間との到達時間差を算出し、双曲線航法により移動局の位置を標定する位置標定システムの独立同期化方式において、位置標定基準信号を中央局から予め設定された周期輻射し、中央局の受信系及び各中継局での到達時間から各中継局と中継局との間の到達時間差を中央局で算定し、該到達時間差が予め決められた時間内の到達時間差からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記該到達時間差を補正することを特徴とする。

概要

背景

従来の双曲線航法は、1つの中央局と、少なくとも2つの中継局とを設け、これらの局に対して位置する移動局から位置標定信号を中央局及び各中継局に対して発信する。そして、中央局と一方の中継局とで受信した位置標定信号の到達時間差から中央局と一方の中継局との間に双曲線を描く。同様にして、中央局と他方の中継局とで受信した位置標定信号の到達時間差から中央局と他方の中継局との間に双曲線を描く。これらの2つの双曲線の交点を求めることにより、移動局の位置を標定する。

その各局には基準発振器を設けられており、これらの基準発振器の同期化は、中央局から同期化信号を中継局及び移動局に送出してそれら局の基準発振器を中央局の基準発振器と同期を取るようにして行われる。

概要

本発明は位置標定システム独立同期化方式に関し、同期信号送出を排除しつつ、位置標定誤差を可及的に少なくすることを目的とする。

移動局の電波を中央局及び複数の中継局で受信し、各中継局での到達時間を中央局へ送信して中央局での到達時間と各中継局での到達時間との到達時間差を算出し、双曲線航法により移動局の位置を標定する位置標定システムの独立同期化方式において、位置標定基準信号を中央局から予め設定された周期輻射し、中央局の受信系及び各中継局での到達時間から各中継局と中継局との間の到達時間差を中央局で算定し、該到達時間差が予め決められた時間内の到達時間差からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記該到達時間差を補正することを特徴とする。

目的

本発明は、斯かる技術的課題に鑑みて創作されたもので、同期信号の送出を排除しつつ、位置標定誤差を可及的に少なくし得る位置標定システムの独立同期化方式、位置標定システムの到達時間測定方式、及び位置標定システムの位置標定誤差補正方式を提供することをその目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
5件
牽制数
4件

この技術が所属する分野

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請求項1

移動局から輻射された電波中央局及び複数の中継局で受信し、各中継局で測定した到達時間を前記中央局へ送信して前記中央局で受信した到達時間と各中継局から受信した到達時間との到達時間差を算出し、該到達時間差を用いて双曲線航法により移動局の位置を標定する位置標定システム同期化方式において、位置標定基準信号を中央局から予め設定された周期で輻射し、前記中央局の受信系及び各中継局で到達時間を測定し、各中継局で測定した到達時間を中央局へ送信して前記中央局の受信系で測定した到達時間と各中継局から受信した到達時間との到達時間差を前記中央局で算定し、該到達時間差が予め決められた時間内の到達時間差からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記該到達時間差を補正することを特徴とする位置標定システムの独立同期化方式。

請求項2

移動局から輻射された電波を中央局及び複数の中継局で受信し、各中継局で測定した到達時間を前記中央局へ送信して前記中央局で受信した到達時間と各中継局から受信した到達時間との到達時間差を算出し、該到達時間差を用いて双曲線航法により移動局の位置を標定する位置標定システムの到達時間測定方式において、位置標定基準信号を中央局から予め設定された周期で輻射し、前記中央局の受信系及び各中継局で到達時間を測定し、各中継局で測定した到達時間を中央局へ送信して前記中央局の受信系で測定した到達時間と各中継局から受信した到達時間との到達時間差を前記中央局で算定し、該到達時間差が予め決められた時間内の到達時間差からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記該到達時間差を補正した後、前記移動局から予め設定された数の位置標定信号を順次に輻射し、前記中央局及び各中継局では測定された各到達時間の平均値を算出して当該局の到達時間とすることを特徴とする位置標定システムの到達時間測定方式。

請求項3

請求項2記載の位置標定システムの到達時間測定方式において、前記中央局及び各中継局における前記予め決められた数の位置標定信号の各到達時間の測定に際して、該予め決められた数の位置標定信号のうちの最初、又は最初から予め決められた少数の位置標定信号のみに自動利得制御掛ける第1の手段と、前記予め決められた数の位置標定信号のうちの残りの多数の位置標定信号に対して前記自動利得制御で得られた利得を与える第2の手段とを設け、前記第1の手段及び第2の手段からの予め決められた数の位置標定信号の各々について到達時間を測定することを特徴とする位置標定システムの到達時間測定方式。

請求項4

請求項1記載の位置標定システムの独立同期化方式において、高安定発振器から生成した分解能周波数の信号を分周して得た測定範囲周波数の信号でタイマリセットして前記分解能周波数の信号でカウンタアップ動作を開始させ、前記位置標定信号によって前記タイマを停止させ、前記タイマを停止させたときの該タイマのカウント値を到達時間とすることを特徴とする位置標定システムの独立同期化方式。

請求項5

請求項2,又は請求項3記載の位置標定システムの到達時間測定方式において、高安定発振器から生成した分解能周波数の信号を分周して得た測定範囲周波数の信号でタイマをリセットして前記分解能周波数の信号でカウンタアップ動作を開始させ、前記位置標定信号によって前記タイマを停止させ、前記タイマを停止させたときの該タイマのカウント値を到達時間とすることを特徴とする位置標定システムの到達時間測定方式。

請求項6

移動局から輻射された電波を中央局及び複数の中継局で受信し、各中継局で測定した到達時間を前記中央局へ送信して前記中央局で受信した到達時間と各中継局から受信した到達時間との到達時間差を算出し、該到達時間差を用いて双曲線航法により移動局の位置を標定する位置標定システムの位置標定誤差補正方式において、前記中央局から予め設定された数の位置標定信号を輻射し、前記中央局の受信系及び各中継局でそれぞれ第1の到達時間を測定し、前記移動局から予め設定された数の位置標定信号を輻射し、前記中央局の受信系及び各中継局でそれぞれ第2の到達時間を測定し、測定された各第1の到達時間及び各第2の到達時間を用いて予め決められた時間内の到達時間差の補正基準値を算定し、移動局から位置標定信号を輻射したときの到達時間差が前記補正基準値からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記到達時間差を補正することを特徴とする位置標定システムの位置標定誤差補正方式。

請求項7

請求項6記載の位置標定システムの位置標定誤差補正方式において、高安定発振器から生成した分解能周波数の信号を分周して得た測定範囲周波数の信号でタイマをリセットしてカウンタアップ動作を開始させ、前記位置標定信号によって前記タイマを停止させ、前記タイマを停止させたときの該タイマのカウント値を到達時間とすることを特徴とする位置標定システムの位置標定誤差補正方式。

技術分野

0001

本発明は、同期信号を用いることなしに中央局及び中継局位相ずれ補正を為し、到達時間の誤差なしに到達時間を測定し得る位置標定のための独立同期方式位置標定システムの到達時間測定方式、及び位置標定システムの位置標定誤差補正方式に関する。

0002

中央局及び中継局に対して移動局が位置する位置を標定する方式として、デッカオメガ等の双曲線航法が知られている。この双曲線航法には、以下に述べるような問題がある。

背景技術

0003

従来の双曲線航法は、1つの中央局と、少なくとも2つの中継局とを設け、これらの局に対して位置する移動局から位置標定信号を中央局及び各中継局に対して発信する。そして、中央局と一方の中継局とで受信した位置標定信号の到達時間差から中央局と一方の中継局との間に双曲線を描く。同様にして、中央局と他方の中継局とで受信した位置標定信号の到達時間差から中央局と他方の中継局との間に双曲線を描く。これらの2つの双曲線の交点を求めることにより、移動局の位置を標定する。

0004

その各局には基準発振器を設けられており、これらの基準発振器の同期化は、中央局から同期化信号を中継局及び移動局に送出してそれら局の基準発振器を中央局の基準発振器と同期を取るようにして行われる。

発明が解決しようとする課題

0005

従来の双曲線航法においては、中央局の基準発振器の発振信号に中継局及び移動局の基準発振器の発振信号を同期化するのに、前述のように同期信号を中央局から中継局及び移動局へ送出する必要がある。又、移動局は、可能な限り小型である必要があるが、基準発振器を必要とするため、その小型化が妨げられている。更に、前記双曲線航法で用いられている構成要素の中には、入力レベルの違いにより、波形が変わり、信号の立ち上りの検出において誤差が入る原因となっている。そのため、到達した信号の位相検出の正確さが劣り、移動局の位置標定精度が低くなる。又、中央局、中継局等のハードウェア経年変化電波伝播系の変化に対する対策も充分でなく、位置標定の誤差の原因となっている。

0006

本発明は、斯かる技術的課題に鑑みて創作されたもので、同期信号の送出を排除しつつ、位置標定誤差を可及的に少なくし得る位置標定システムの独立同期化方式、位置標定システムの到達時間測定方式、及び位置標定システムの位置標定誤差補正方式を提供することをその目的とする。

課題を解決するための手段

0007

図1は、請求項1乃至請求項7記載の発明の原理を説明する図を示す。請求項1記載の発明は、図1に示すように、移動局2から輻射された電波を中央局4及び複数の中継局6で受信し、各中継局6で測定した到達時間を前記中央局へ送信して前記中央局4で受信した到達時間と各中継局6から受信した到達時間との到達時間差を算出し、該到達時間差を用いて双曲線航法により移動局2の位置を標定する位置標定システムの同期化方式において、位置標定基準信号を中央局4から予め設定された周期で輻射し、前記中央局4の受信系及び各中継局6で到達時間を測定し、各中継局6で測定した到達時間を中央局4へ送信して前記中央局4の受信系で測定した到達時間と各中継局6から受信した到達時間との到達時間差を前記中央局4で算定し、該到達時間差が予め決められた時間内の到達時間差からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記該到達時間差を補正することを特徴とする。

0008

請求項2記載の発明は、図1に示すように、移動局2から輻射された電波を中央局4及び複数の中継局6で受信し、各中継局6で測定した到達時間を前記中央局4へ送信して前記中央局4で受信した到達時間と各中継局6から受信した到達時間との到達時間差を算出し、該到達時間差を用いて双曲線航法により移動局6の位置を標定する位置標定システムの到達時間測定方式において、位置標定基準信号を中央局4から予め設定された周期で輻射し、前記中央局4の受信系及び各中継局6で到達時間を測定し、各中継局6で測定した到達時間を中央局4へ送信して前記中央局4の受信系で測定した到達時間と各中継局6から受信した到達時間との到達時間差を前記中央局6で算定し、該到達時間差が予め決められた時間内の到達時間差からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記該到達時間差を補正した後、前記移動局2から予め設定された数の位置標定信号を順次に輻射し、前記中央局4及び各中継局6では測定された各到達時間の平均値を算出して当該局の到達時間とすることを特徴とする。

0009

請求項3記載の発明は、図1に示すように、請求項2記載の位置標定システムの到達時間測定方式において、前記中央局4及び各中継局6における前記予め決められた数の位置標定信号の各到達時間の測定に際して、該予め決められた数の位置標定信号のうちの最初、又は最初から予め決められた少数の位置標定信号のみに自動利得制御掛ける第1の手段と、前記予め決められた数の位置標定信号のうちの残りの多数の位置標定信号に対して前記自動利得制御で得られた利得を与える第2の手段とを設け、前記第1の手段及び第2の手段からの予め決められた数の位置標定信号の各々について到達時間を測定することを特徴とする。

0010

請求項4記載の発明は、図1に示すように、請求項1記載の位置標定システムの独立同期化方式において、高安定発振器から生成した分解能周波数の信号を分周して得た測定範囲周波数の信号でタイマリセットして前記分解能周波数の信号でカウンタアップ動作を開始させ、前記位置標定信号によって前記タイマを停止させ、前記タイマを停止させたときの該タイマのカウント値を到達時間とすることを特徴とする。

0011

請求項5記載の発明は、図1に示すように、請求項2,又は請求項3記載の位置標定システムの到達時間測定方式において、高安定発振器から生成した分解能周波数の信号を分周して得た測定範囲周波数の信号でタイマをリセットして前記分解能周波数の信号でカウンタアップ動作を開始させ、前記位置標定信号によって前記タイマを停止させ、前記タイマを停止させたときの該タイマのカウント値を到達時間とすることを特徴とする。

0012

請求項6記載の発明は、図1に示すように、移動局2から輻射された電波を中央局4及び複数の中継局6で受信し、各中継局で測定した到達時間を前記中央局4へ送信して前記中央局4で受信した到達時間と各中継局6から受信した到達時間との到達時間差を算出し、該到達時間差を用いて双曲線航法により移動局2の位置を標定する位置標定システムの位置標定誤差補正方式において、前記中央局4から予め設定された数の位置標定信号を輻射し、前記中央局4の受信系及び各中継局6でそれぞれ第1の到達時間を測定し、前記移動局2から予め設定された数の位置標定信号を輻射し、前記中央局4の受信系及び各中継局6でそれぞれ第2の到達時間を測定し、測定された各第1の到達時間及び各第2の到達時間を用いて予め決められた時間内の到達時間差の補正基準値を算定し、移動局2から位置標定信号を輻射したときの到達時間差が前記補正基準値からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記到達時間差を補正することを特徴とする。

0013

請求項7記載の発明は、図1に示すように、請求項6記載の位置標定システムの位置標定誤差補正方式において、高安定発振器から生成した分解能周波数の信号を分周して得た測定範囲周波数の信号でタイマをリセットして前記分解能周波数の信号でカウンタアップ動作を開始させ、前記位置標定信号によって前記タイマを停止させ、前記タイマを停止させたときの該タイマのカウント値を到達時間とすることを特徴とする。

0014

請求項1記載の発明は、中央局2から予め決められた周期で位置標定基準信号を輻射して中央局4の受信系及び各中継局6で到達時間を測定する。各中継局6は、測定した到達時間を中央局4へ送信する。中央局4は、到達時間差を算定する。該到達時間差が予め決められた時間内の到達時間差からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記該到達時間差を補正する。

0015

このようにすることにより、同期信号を中央局4から各中継局6へ送信することなしに、各局の局部発振器間の位相のずれを除くことができる。請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、移動局2から予め決められた数の位置標定信号を輻射して中央局4及び各中継局6で各位置標定信号毎の到達時間を測定し、その各到達時間を平均した値を位置標定のための到達時間とする。これにより、位置標定の精度を高める。

0016

請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、位置標定信号に対して最初の、又は2,3の位置標定信号に対してのみ自動利得制御を掛け、残りの位置標定信号に対しては前記自動利得制御で得られた利得に固定して位置標定信号の立ち上りの鋭い信号とすることで、到達時間の測定に入る誤差を少なくして位置標定の精度を高める。

0017

請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、その到達時間の測定において測定範囲周波数の信号によりタイマをリセットさせて分解能周波数の信号でカウントアップ動作を開始させ、位置標定信号でタイマのカウント動作を停止することにより、到達時間を測定するようにしたものである。測定範囲を拡大しつつ、測定精度を高めることができる。

0018

請求項5記載の発明は、請求項2、又は請求項3記載の発明において、到達時間の測定を請求項4記載の発明のようにしたものである。請求項6記載の発明は、中央局4から予め決められた数の位置標定信号を輻射して中央局4及び各中継局6で第1の到達時間を測定する。続いて、移動局2から予め決められた数の位置標定信号を輻射して中央局4及び各中継局6で第2の到達時間を測定する。これら第1及び第2の到達時間を用いて到達時間差の補正基準値を算定する。移動局2から位置標定信号を輻射したときの到達時間差が予め決められた時間内の補正基準値からずれて来たとき、そのずれ分だけ前記到達時間差を補正する。これにより、ハードウェアの変動、及び電波伝播系の変動による到達時間差の補正をして位置標定誤差を除くことができる。

0019

請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、到達時間の測定を請求項4記載の発明のようにしたものである。

0020

図2は、請求項1乃至請求項7記載の発明を実施する中央局の構成図を示し、図3は、請求項1乃至請求項7記載の発明を実施する中継局の構成図を示す。図4は、請求項1乃至請求項7記載の発明を実施する移動局の構成図を示す。図5は、図2及び図3に示すAGC増幅器の詳細構成図を示す。

0021

図2において、中央局28は、送信系30及び受信系29から構成されている。送信系30は、制御部32、変調器FSK変調器)34、増幅器36、9逓倍器38、スイッチ40、電力増幅器42、帯域通過フィルタ44、送受切替器46、及びアンテナ48から構成されている。この送信系のうち、スイッチ40、電力増幅器42、帯域通過フィルタ44、及び送受切替器46が、請求項1乃至請求項7記載の発明に関連する。制御部32から変調器34へ供給される送信信号は、中継局を制御するための信号であり、位置標定を行わない場合には、FSK変調器34からは、或る周波数、例えば230/9MHz のキャリア信号が送出される。そのキャリア信号は、増幅器36で増幅された後に、9逓倍器38で230MHzの信号へ逓倍された後、スイッチ40、電力増幅器42、帯域通過フィルタ44、そして送受切替器46を経てアンテナ48から中継局へ送信される。

0022

図2の受信系は、アンテナ48、送受切替器46、高周波増幅器50、UHF帯の帯域通過フィルタ52、局部発振器(ルビジウム発振器等の高安定発振器)54、周波数変換器56、帯域通過フィルタ58、AGC機能を有する中間周波増幅器60、入力検出器62、タイマ64、ディジタルシグナルプロセッサ(DSP)66、周波数変換器68、帯域通過フィルタ70、中間周波増幅器72、及び復調器74から成る。これらの構成要素のうち、周波数変換器68、帯域通過フィルタ70、中間周波数増幅器72、及び復調器74は、前述の送信信号に対する中継局からの応答データを受信する系である。

0023

請求項1乃至請求項7記載の発明に関連する構成要素は、高周波増幅器50、帯域通過フィルタ52、局部発振器54、周波数変換器56、帯域通過フィルタ58、AGC機能を有する中間周波増幅器60、入力検出器62、タイマ64、及びディジタルシグナルプロセッサ(DSP)66、位置算出部76、及び位置算出部76である。これらの構成要素は、中央局の送信部から送信された位置標定基準信号の送信時刻から該位置標定基準信号が中央局の受信系で受信するまでの到達時間を測定すること、到達時間差を算定すること、及び位置標定を行うことにある。位置算出部76は、CPUを含んで構成され、到達時間差についての補正を含むデータ処理プログラムで行うように構成されている。

0024

光変復調部78は、中継局1001 及び中継局1002 から光ファイバケーブル1801 、1802 を経て受信される到達時間を受信して位置算出部76へ転送する。位置算出部76は、後述する到達時間差を算出する。

0025

図3に示す中継局100は、中央局28の受信系29と同様に構成されている。アンテナ148、送受切替器146、高周波増幅器150、帯域通過フィルタ152、局部発振器(ルビジウム発振器等の高安定発振器)154、周波数変換器156、帯域通過フィルタ158、AGC機能を有する中間周波増幅器160、入力検出器162、タイマ164、ディジタルシグナルプロセッサ(DSP)166、周波数変換器168、帯域通過フィルタ170、中間周波増幅器172、及び復調器174から成る。これらの構成要素のうち、周波数変換器168、帯域通過フィルタ170、中間周波数増幅器172、及び復調器174は、前述したように中継局から送信された送信信号の受信データを受信する系である。但し、受信データに対して応答データを中央局28へ送信する送信系は省略してある。

0026

又、請求項1乃至請求項7記載の発明に関連する構成要素は、高周波増幅器150、帯域通過フィルタ152、局部発振器154、周波数変換器156、帯域通過フィルタ158、AGC機能を有する中間周波増幅器160、入力検出器162、タイマ164、及びディジタルシグナルプロセッサ166、及び光変復調器178である。これらの構成要素は、中央局28の送信部から送信された位置標定基準信号若しくは位置標定信号、又は移動局200からの位置標定信号の送信時刻から該位置標定基準信号若しくは位置標定信号、又は位置標定信号が中継局の受信系で受信するまでの到達時間を測定することにある。

0027

図4において、移動局200は、送信系230及び受信系231から構成されている。送信系230は、制御部232、変調器(FSK変調器)234、増幅器236、9逓倍器238、スイッチ240、電力増幅器242、帯域通過フィルタ244、送受切替器246、及びアンテナ248から構成されている。この送信系のうち、スイッチ240、電力増幅器242、帯域通過フィルタ244、及び送受切替器246が、請求項1乃至請求項7記載の発明に関連する。制御部232から変調器234へ供給される送信データ信号通信用の信号であり、位置標定を行う場合には、FSK変調器234は、前記送出データ信号が供給されない状態において、或る周波数、例えば230/9MHz のキャリア信号を送出している。そのキャリア信号は、増幅器236で増幅された後に、9逓倍器238で230MHzの信号へ逓倍された後、スイッチ240、電力増幅器242、帯域通過フィルタ244、そして送受切替器246を経てアンテナ248から中央局28及び各中継局101 ,1002 へ送信される。

0028

図4の受信系は、アンテナ248、送受切替器246、高周波増幅器250、UHF帯の帯域通過フィルタ252、局部発振器(ルビジウム発振器等の高安定発振器)254、周波数変換器256、帯域通過フィルタ258、中間周波増幅器260、及び復調器261から成る。

0029

図5に示すように、図2のAGC機能を有する増幅器60は、帯域通過フィルタ58からの70MHzの信号を受ける増幅器300、AGC増幅器302、分配器304、増幅器306、検波器308、直流増幅器310、及びサンプルホールド回路312から成る。サンプルホールド回路312は、位置標定するときに、125マイクロ秒周期でオンオフされる230MHzの、位置標定システムで使用可能な周波数帯域によって予め設定される数、例えば20個のパルス列内の最初のパルスのみでAGCが掛かり、その後はAGCを固定するAGCタイミングパルスが供給される。AGCを掛けるのは、最初から2,3発のパルスに対してでもよい。

0030

図1乃至図3において、中央局28は、図1の中央局4に対応し、中継局1001 ,1002 は、図1の中継局6に対応する。移動局200は、図1の移動局2に対応する。

0031

このように構成される位置標定システムの動作を以下に説明する。先ず、位置標定に先立って、位置標定のための独立同期化方式による中央局及び中継局の同期化について説明する。

0032

中央局28は、その制御部32から4KHzの位置標定用基準信号を送出する。この位置標定用基準信号によって、送信系30の9逓倍器38から送出されている230MHzのキャリア信号を一定時間、例えば125マイクロ秒(4KHz)毎にオン/オフする。そのキャリア信号は、電力増幅器42で電力増幅されて帯域通過フィルタ44、送信側へ切り替えられている送受切替器46を経てアンテナ48へ供給されてアンテナ48から位置標定基準信号が輻射される(図6の(1)参照) 。 アンテナ48へ230MHzの位置標定基準信号を供給する送受切替器46において該信号は受信系31へ漏れ込む。その信号は、高周波増幅器50、帯域通過フィルタ52を経て周波数変換器56へ供給される。周波数変換器56へ供給された230MHzの信号は、局部発振器54からの発振信号によって70MHzの信号へ周波数変換され、帯域通過フィルタ58、中間周波増幅器60を経て入力検出器62へ入力される。

0033

これと並行して、局部発振器54からその発振信号から生成した分解能周波数50MHzの信号がタイマ64へ供給されている(図7の(1) 参照)。前述したように、タイマ64は、分解能周波数50MHzの信号を100KHzへ、そして測定範囲周波数4KHzの信号へ分周する(図7の(2),(3) 参照)。この4KHzの信号周期でタイマ64はリセットを掛けられる(図7の(4) 参照)。このリセットを掛けられた時刻からタイマ64は、前記分解能周波数の信号に応答して再びカウント動作を開始する。そして、入力検出器62において、そこへ入力されて来る70MHzの信号のうちの予め決められた数、例えば2発のパルスを検出したときにタイマ64へカウント停止信号を送出する(図7の(5) 参照)。該予め決められた数のパルスは、信号の立ち上りの検定、そして信号の検出に用いられる。

0034

このように、タイマ64は、測定範囲周波数の信号に応答してリセットを掛けられ、分解能周波数の信号に応答してカウントアップ動作をするように構成されているから、測定範囲の拡大を可能にしつつ、しかも測定精度を高くすることができる。例えば、分解能周波数を50MHzとし、測定範囲周波数を4KHzとすると、測定精度の分解能は6メートル/20ナノ秒となり、測定範囲は75KHz/25マイクロ秒となる。

0035

このタイマ64のカウント停止時に、タイマ64に計時されているカウント値が、中央局28の送信系30のアンテナ48から輻射された電波(位置標定基準信号)の送信時刻から位置標定基準信号を受信するまでの到達時間tA を表す(図6の(2) 参照) 。このカウント値は、タイマ64からディジタルシグナルプロセッサ66へ供給されて到達時間データとされる。そして、その到達時間データはディジタルシグナルプロセッサ66から位置算出部76へ供給されて後述する中継局1001,1002 からの到達時間データと共に用いられて到達時間差(距離の差)の算定に用いられる。

0036

中央局と同様の時間測定が、各中継局1001 ,1002 で行われる。この時間測定の動作態様は、中央局28について説明したところを順次に追って行けば理解されると思われるので、その逐一の説明は省略する。各中継局1001 ,1002 で測定した到達時間をそれぞれtB ,tC とする。

0037

各中継局1001 ,1002 で測定された到達時間データは、ディジタルシグナルプロセッサ1661 ,1662 (但し、図3では中継局を代表して示しあるので、中継局の参照番号に添字を付してない。以下、各構成要素についても同様である。)から光変復調部1781 ,1782 、そして光ファイバケーブル1801 , 1802 を経て中央局28の光変復調部78へ伝送される。

0038

このようにして各中継局1001 ,1002 から伝送されて来た各到達時間データは、位置算出部76へ入力されて中央局28で測定された到達時間データとの差(到達時間差)が算定される。

0039

前述のように、中継局28で測定した到達時間がtA であり、中継局1001,1002 で測定した到達時間がそれぞれtB ,tC であるとすると、中央局28と中継局1001 との間の到達時間差tABは、

0040

0041

となり、中央局28と中継局1002 との間の到達時間差tACは、

0042

0043

となる。これらの到達時間差tAB,tACは、それぞれ比較的短い時間期間内では、tABが中継局1001 と中央局28の受信系との位置の差と、中央局28の受信系の局部発振器54の位相と中継局1001 の局部発振器1541 の位相との位相差とによって決まる値となり、又tACが中継局1002 と中央局28の受信系との位置の差と、中央局28の受信系の局部発振器54の位相と中継局1002 の局部発振器1542 の位相との位相差とによって決まる値となるから、前述の到達時間差tAB,tACは、それぞれ固定値となると考えられる。

0044

しかし、その固定値は、前述の比較的短い時間期間内であり、これを超えるに至ると、前述の到達時間差にずれが生ずる。このずれ分を位置算出部76での到達時間差の算定に際して補正する。ずれ分は、中央局28の局部発振器54の位相と中継局128の局部発振器154の位相のずれ(位相差)によって生ずるから、前記補正をすることにより、前記位相差によって位置標定に入る誤差を除くことができる。

0045

又、前述のような同期信号の送信なしに、各局の局部発振器の位相の同一位相への補正のほかに、各局のハードウェアの偏差、並びに伝播系の伝播遅延の変化が発生して移動局の位置標定に誤差が入る虞れがある。ハードウェアの偏差を生じさせる原因としては、UHF帯の帯域通過フィルタ52、70MHzの帯域通過フィルタ58、及び中間周波増幅器60であり、伝播系の伝播遅延に変化を生じさせる原因としては、主としてフェージングの発生である。

0046

各局のハードウェアの偏差、並びに伝播系の伝播遅延の変化が発生したときの補正を図8及び図9を参照して以下に説明する。中央局28の送信系から中央局20の受信系、並びに中継局1001 ,1002 へ予め決められた数、例えば20発の位置標定信号を送出する。説明の都合上、1発の位置標定信号について中央局20の受信系、並びに中継局1001 ,1002 で前述のようにして到達時間を測定する。中継局1001 ,1002 で測定した到達時間は、光ファイバケーブル1801 、1802 を経て中央局28の位置算出部76へ転送される。

0047

測定した到達時間をそれぞれtA0、tB0、tC0とすると(図9の(3) 、(4) 、(5) 参照)、これらの測定時間tA0、tB0、tC0は、それぞれ

0048

0049

0050

0051

として表すことができる。式(3)のtARは、中央局28の受信系の伝播遅延時間であり、式(4)のtAFは中央局28の送信系の給電線の伝播遅延時間、DABは中央局28のアンテナ48と中継局1001 のアンテナ1481 との間の距離、tBFは中継局1001 の受信系の給電線の伝播遅延時間、tBRは中継局1001 の受信系の伝播遅延時間である。式(5)DACは中央局28のアンテナ48と中継局1002 のアンテナ1482 との間の距離、tCFは中継局1002 の受信系の給電線の伝播遅延時間、tCRは中継局1002 の受信系の伝播遅延時間である。なお、図8中のTx は送信系、Rxは受信系を示す。

0052

前述の式tAF、DAB、tBF、DAC、tCFは、既知であるから、tBR及びtCRは測定できたことになる。次に、移動局200から位置標定信号を電波として輻射する。その電波を中央局28、中継局1001 、及び中継局1002 の受信系で受信して到達時間を前述した態様で測定する。その測定値をtA1、tB1、tC1とすると(図9の(3) 、(4) 、(5) 参照)、これらの測定時間tA1、tB1、tC1は、それぞれ

0053

0054

0055

0056

として表すことができる。式(6)中のDMAは移動局200のアンテナ248と中央局28のアンテナ48との間の距離、式(7)中のDMBは移動局200のアンテナ248と中継局1001 のアンテナ1481 との間の距離、式(8)中のDMCは移動局200のアンテナ248と中継局1002 のアンテナ1482 との間の距離である。中継線局1001 、1002 で測定された到達時間は、前述と同様にして中央局28へ転送される。

0057

この到達時間の測定に続いて、中央局28における電波の到達時間と、中継局1001 における電波の到達時間との差tA1−tB1、並びに中央局28における電波の到達時間と、中継局1002 における電波の到達時間との差tA1−tC1を求める。それら到達時間差は、それぞれ次のようになる。

0058

0059

0060

到達時間差tAF−tBF及び到達時間差tAF−tCFは固定値であり、給電線長が同じであるとすると、0となる。又、式(9)中の第2項(tAR−tBR)、及び式(10)の第2項(tAR−tCR)の、tBR及びtCRは、前述したように、式(3)乃至式(5)から測定できた値であり、前記2つの到達時間差は、或る短い時間期間内は或る一定値と考えられるが、それよりも長い時間を到達時間差の測定時間期間とすると、(tAR−tBR)、及び(tAR−tCR)は、前述したようにハードウェアの温度変化で、その値に偏差が生じるようになる。その原因は、前述したように局部発振器54、154の温度変動、及びUHF帯の帯域通過フィルタ52、70MHzの帯域通過フィルタ58の温度変動等である。

0061

従って、前述の(tAR−tBR)、及び(tAR−tCR)は、前述のように或る短い時間期間内は或る一定値(補正基準値)と考えられるが、それよりも長い時間を経過するに至ると、前述の到達時間差にずれが生ずる。このずれ分を前記或る短い時間期間内に測定された到達時間差を基準として補正をすれば、ずれ分だけの誤差を除くことができるから、結果として位置標定誤差を少なくすることができる。

0062

又、気象条件(フェージング等)による伝播系の変動が生ずると、その変動は、式(4)中のDAB/3×108 、式(5)中のDAC/2×108 の変化となり、測定できたとされる値tBR、tCRの変動となって現れるから、その到達時間の変動分も前述した到達時間に含まれることになる。従って、位置算出部76での到達時間差の算定に際して前記補正基準値を到達時間差の補正に用いることができるから、結果として位置標定誤差を少なくすることができる。

0063

以上纏めると、前述した到達時間差は、

0064

0065

0066

となり、前述の補正基準値からのずれだけの補正を位置算出部76ですると、到達時間差は、距離だけに依存した時間となり、測定系に含まれる変動要素の変動による到達時間差に誤差がなくなり、位置標定の精度を良くすることができる。

0067

又、前述の時間測定において、移動局200から位置標定信号を1発送出するという前提で説明をして来たが、或る移動局200から輻射される位置標定信号として、予め決められた数、例えば20発の位置標定信号(UFH帯の搬送波)を予め決められた時間周期で輻射されるようにする(図10の(1) 、(2) 参照)。

0068

そして、それら各位置標定信号を各局で受信する(図10の(3) 、(4) 、(5)参照) 。 その位置標定信号につき、前述した態様で到達時間を各局で測定する。その各到達時間の算術平均を取ってその平均値を到達時間として中央局で到達時間差の算定に用いる。これにより、位置標定の精度を向上させることができる。

0069

なお、位置標定信号の数を20発とする例を示したが、数の多いほど測定精度は向上するが、それに要する帯域に広い帯域が必要になるので、到達時間測定に鋭い立ち上りの信号の使用を可能にするハードウェア、移動局数、位置標定に許容される帯域等を考慮に入れて位置標定信号の数を決めればよい。

0070

この平均化処理において、前述の中間周波増幅器60を図5に示すようなAGC機能を有する中間周波増幅器60として構成する。この構成にして、20発の位置標定信号のうちの1発目つきのみAGC機能を生かし(図11の(3) 参照)、残りの19発の位置標定信号については1発目の位置標定信号で設定された利得において各位置標定信号を鋭い立ち上り特性で到達時間を測定する。このようにする理由は、前記構成にしない場合には、各位置標定信号毎にAGC機能が働く。そのために、図11の(2) に示すように各位置標定信号の立ち上りが緩慢になり、到達時間の測定精度が劣化して移動局の位置標定に誤差が入るが、図5に示すAGC機能を有する中間周波増幅器60とすることにより、前述した不具合は防止することができる。

0071

なお、前記実施例を個別的に説明したが、その各特徴部分を取捨選択した構成の実施例で装置を構成してもよい。

発明の効果

0072

以上説明したように本発明によれば、中央局から位置標定基準信号を輻射して各中継線局での到達時間を測定してこれら到達時間と中央局の受信系で測定した到達時間との到達時間差(基準到達時間差)が、固定値と考えられる予め決められた時間を超える時間になったとき、該予め決められた時間を超える時間になったときに測定された到達時間差の前記基準到達時間からの偏差分だけを補正するようにしたので、従来のように同期信号を中央局から各中継局へ送信することなく、中央局及び各中継線局の局部発振器の位相を合わせることができる。又、この位相を合わせた状態において、移動局から輻射された複数の位置標定信号を用いて到達時間を測定し、その平均を取ることにより、位置標定の精度を向上させることができる。

0073

そして、複数の位置標定信号の1発等の位置標定信号に対してのみ自動利得制御を掛け、その後の位置標定信号に対しては自動利得制御を掛けないようにしたので、立ち上りの鋭い位置標定信号を到達時間の測定に用いるから、更に位置標定の精度を上げることができる。そして、到達時間の測定には、分解能周波数を測定範囲周波数に対して予め決められた値だけ高い周波数として到達時間の測定をしているから、測定距離範囲を拡大しつつ、しかも測定精度を向上させることができる。

0074

又、ハードウェアの偏差及び伝播系の変化があったも、その補正をする手段を設けているので、位置標定誤差を少なくすることができる。

図面の簡単な説明

0075

図1請求項1乃至請求項7記載の発明の原理説明図である。
図2請求項1乃至請求項7記載の発明を実施する中央局の構成図である。
図3請求項1乃至請求項7記載の発明を実施する中継局の構成図である。
図4請求項1乃至請求項7記載の発明を実施する移動局の構成図である。
図5図2に示す中央局で用いられるAGC機能を有する中間周波増幅器の構成を示す図である。
図6中央局及び各中継局の同期化を説明するためのタイミングチャートである。
図7到達時間の測定を説明するためのタイミングチャートである。
図8位置標定誤差の補正のための説明図である。
図9位置標定誤差の補正のためのタイミングチャートである。
図10到達時間測定の説明に用いるタイミングチャートである。
図11自動利得制御の説明に用いるタイミングチャートである。

--

0076

2移動局
4中央局
6中継局
28 中央局
32 制御部
40 スイッチ
42電力増幅器
44帯域通過フィルタ
46送受切替器
48アンテナ
50高周波増幅器
52 帯域通過フィルタ
54局部発振器
56周波数変換器
58 帯域通過フィルタ
60 AGC機能を有する中間周波増幅器
62入力検出器
64タイマ
66ディジタルシグナルプロセッサ
76位置算出部
78 光変復調部
1001 中継局
1002 中継局
148 アンテナ
150 高周波増幅器
152 帯域通過フィルタ
154 局部発振器
156 周波数変換器
158 帯域通過フィルタ
160 AGC機能を有する中間周波増幅器
162 入力検出器
164 タイマ
166 ディジタルシグナルプロセッサ
178 光変復調部
200 移動局
232 制御部
240 スイッチ
242 電力増幅器
244 帯域通過フィルタ
246送受切換器
248 アンテナ
302 AGC機能を有する増幅器
304分配器
308検波器
310直流増幅器
312 サンプルホールド回路

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