JP3592155B2

JP3592155B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP3592155B2
Application number: JP26794199A
Authority: JP
Inventors: 康裕川西; 廣記新原
Original assignee: 日本電気エンジニアリング株式会社
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP2001091636A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測距装置に関し、特に人工衛星と管理局間の距離を測定する測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人工衛星（以下、衛星という）の管制を行う上で、衛星の地球との絶対位置を正確に知る必要がある。その必須事項として、管制局から見た方位角と仰角の角度検出と測距（衛星と管制局との距離を求めること）があげられる。本発明では、このうち測距についての提案を行う。
【０００３】
衛星と管制局との距離を測定する場合、管制局より衛星に対し、測距信号を送出し、衛星から中継されてきた測距信号を受信して、その送信から受信までの折り返し時間を測定することにより、管制局から衛星までの距離を求めることができる。
【０００４】
しかし、この測定には測距信号が管制局の送信機及び受信機を通過することにより発生する遅延時間が含まれるため、あらかじめ送信機と受信機の局内遅延時間を測定する必要があった。これまでは、局内遅延時間の測定には送信機の出力周波数と受信機の入力周波数が異なるため送信周波数を受信周波数に変換するための周波数変換装置、切替器及び接続ケーブルが必要であり、これらの持つ遅延時間を含んで局内折り返しの遅延時間を測定していた。そして、測距信号の衛星折り返し遅延時間から局内折り返し遅延時間の値を差引くことにより管制局から衛星までの距離算出に必要な時間を算出していた。
【０００５】
次に、従来の測距装置の一例について説明する。図６は従来の測距装置の一例の構成図である。図６を参照すると、従来の測距装置５０は、測距設備５１と、送信機５２と、切替器５３と、給電機５４と、初段受信機５５と、切替器５６と、受信機５７と、送受周波数変換装置５８と、指向性アンテナ５９とを含んで構成されていた。この測距装置５０が管制局を構成している。そして、測距装置５０から衛星６０に対し測距信号を送出することにより、測距装置５０は衛星６０と測距装置５０間の距離を測定する。
【０００６】
次に、測距装置５０の動作について説明する。測距設備５１から送出された測距信号Ｓ１は送信機５２にて周波数変換、変調及び電力増幅された後、切替器５３、給電器５４及び指向性アンテナ５９を経由し、衛星６０に送出される。衛星６０では受信した信号を復調して測距信号Ｓ１を取得し、さらにその測距信号Ｓ１で監理局からの搬送波（監理局搬送波）とは異なる搬送波周波数を有する搬送波（衛星搬送波）を変調して測距装置５０に送信する。測距装置５０の初段受信機５５は指向性アンテナ５９及び給電機５４を介してこの変調信号を受信する。初段受信機５５はこの変調信号を切替器５６を介して受信機５７へ送出する。受信機５７はこの変調信号を復調して測距信号Ｓ１を取得し測距設備５１へ送出する。
【０００７】
次に、切替器５３，５６は給電機５４側から送受周波数変換装置５８側に切替えられる。そして、送信機５２からの送信信号が切替器５３を介して送受周波数変換装置５８に入力される。送受周波数変換装置５８では送信信号の周波数が受信信号の周波数に変換される。そして、受信信号の周波数に変換された信号は切替器５６を介して受信機５７に入力される。受信機５７では入力信号が復調され測距信号Ｓ１が取得され、その測距信号Ｓ１は測距設備５１へ送出される。
【０００８】
測距設備５１は測距信号Ｓ１を出力した時刻Ｔ１と、切替器５３，５６で折返した（局内折返しの）測距信号Ｓ１を受信した時刻Ｔ２と、衛星６０経由（衛星折返し）の測距信号Ｓ１を受信した時刻Ｔ３とから、
（Ｔ３−Ｔ１）−（Ｔ２−Ｔ１）＝Ｔ３−Ｔ２
により衛星６０と測距装置５０間の距離測定に必要な遅延時間を算出する。
【０００９】
しかし、この従来の測距装置の一例の第１の問題点は、測距信号Ｓ１の衛星６０折り返し遅延時間から局内折り返し遅延時間の値を差引く必要があるが、局内折り返し遅延時間は正確には測定ができないことである。その理由は、局内折り返しの遅延時間には、送受信周波数変換装置５８、切替器５３，５６及び送受信周波数変換装置５８と切替器５３，５６間を接続する接続ケーブルの遅延時間が含まれ、これらの誤差は正確に測定することができないためである。
【００１０】
第２の問題点は、衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間を同時に測定することができないため、周囲温度の変化により発生する遅延時間の変動誤差が生じることである。その理由は、衛星折り返しと局内折り返しを同時に実施した場合、受信機に同一周波数の信号が入力されてしまうため、切替えが必要となるためである。
【００１１】
第３の問題点は、局内折り返し試験器が故障すると測距が行えないことである。その理由は、局内の遅延を測定することがでず、衛星折り返し遅延時間と局内遅延時間の差を求めることができないためである。
【００１２】
一方、第２の問題点を解決する手段が特開平７−４３４５６号公報（以下、文献という）に開示されている。次に、この文献開示の測距装置について説明する。図７は文献開示の測距装置の構成図である。なお、前述の図６と同様の構成部分については同一番号を付し、その説明を省略する。図７を参照すると、測距装置７０は、測距設備５１と、送信機５２と、給電機５４と、初段受信機５５と、受信機５７と、減衰器７１と、拡散変調器７２と、ＰＮコード発生器７３と、送受周波数変換装置５８と、指向性アンテナ５９とを含んで構成されている。この測距装置７０が管制局を構成している。そして、測距装置７０から衛星６０に対し測距信号を送出することにより、測距装置７０は衛星６０と測距装置７０間の距離を測定する。
【００１３】
ここで、図６記載の測距装置５０との相違点は切替器５３，５６を削除し、減衰器７１と、拡散変調器７２と、ＰＮコード発生器７３とを追加したことである。即ち、測距装置７０では局内折返しの測距信号Ｓ１を減衰器７１と、拡散変調器７２と、ＰＮコード発生器７３とを介して取得している。具体的には、送信機５２からの送信信号を減衰器７１を介して拡散変調器７２にて拡散変調する。そして、その拡散変調信号を送受周波数変換装置５８にて受信周波数に変換し受信機５７に入力する。受信機５７ではその拡散変調信号を逆拡散さらに復調して測距信号Ｓ１を取得し距離設備５１に送出する。このように測距装置７０では送信機５２からの送信信号を局内折り返し時に拡散変調したため切替器５３，５６による信号の切替えが不要となり、もって衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間とを同時に測定することが可能となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この文献開示の技術をもってしても前述の第１及び第３の問題点は解決しない。そこで本発明の目的は、送受信周波数変換装置を含む局内折り返し設備を不要とし、しかも衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間を同時に測定することが可能な測距装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、監理局から対象物に対し第１信号を送信する送信手段と、前記第１信号を受信した前記対象物から前記監理局に返送される第２信号を受信する第１及び第２受信手段と、前記送信手段が前記第１信号を送信した時刻と前記第２受信手段が前記第２信号を受信した時刻とに基づき前記監理局と前記対象物間の距離を測定する測定手段とを含む測距装置であって、その測距装置は前記送信手段から送信される前記第１信号のうち少なくとも前記第１受信手段を飽和させるに必要なレベルの信号を前記第１受信手段へ入力させる帰還手段を含み、前記測定手段は前記第１受信手段へ前記第１信号の一部が入力された時刻に基づき前記監理局内の折返し遅延時間を算出することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、第１信号の一部を受信手段へ入力させ、その入力された時刻に基づき監理局内の折返し遅延時間を算出するため、送受信周波数変換装置を含む局内折り返し設備を不要とし、しかも衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間を同時に測定することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の概要について説明する。図１に示すように、正確な局内折り返し遅延時間を求める方法として、誤差を生じる局内折り返し試験設備は使用しないこととする。目的は、送受信周波数変換装置、切替器及び接続ケーブルにて構成される局内折り返し設備にて発生する遅延誤差を排除し、局内折り返し遅延時間の測定精度を高めることである。給電機１には通常、送信機５２側の電力が受信機５７側に回り込まないようにフィルタを挿入するが、本発明では送信側の電力を受信側へ回し込み、拡張帯域特性を有する初段の受信機（低雑音増幅装置）２を用いてその漏洩してくる測距信号電力により受信機５７が飽和することを利用する。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る測距装置の最良の実施の形態の構成図である。なお、同図において従来例（図６）と同様の構成部分については同一番号を付し、その説明を省略する。図１を参照すると、測距装置１０は測距設備５１と、送信機５２と、給電機１と、初段受信機２と、受信機５７と、指向性アンテナ５９とを含んで構成されている。この測距装置１０が管制局を構成している。そして、測距装置１０から衛星６０に対し測距信号を送出することにより、測距装置１０は衛星６０と測距装置１０間の距離を測定する。
【００１９】
衛星６０からは衛星自身の状態を示すテレメトリ信号Ｓ２が測距信号Ｓ１に重畳されて測距装置１０に対し送信されている。図２はこの測距装置１０が使用する周波数帯域を示す周波数帯域図である。同図に示すように、管制局から衛星に対して送信される信号（コマンドと測距信号Ｓ１）の周波数帯域は衛星から管制局に対して送信される信号（テレメトリ信号Ｓ２と測距信号Ｓ１）の周波数帯域よりも高い周波数の帯域が割当てられている。
【００２０】
次に、給電機１について説明する。図３は給電機１内に設けられたフィルタの通過帯域特性図である。従来は送信帯域の周波数成分が受信部へ漏れ込みを起こさないように給電機１にフィルタを挿入し周波数特性を調整していたが、本発明では送信帯域の周波数成分を通過させることとする。図３を参照すると、従来、衛星６０からの受信信号であるテレメトリ信号Ｓ２と測距信号Ｓ１に対しては減衰量を小さくし、衛星６０に対する送信信号であるコマンドと測距信号Ｓ１に対しては減衰量を大きくするようフィルタを構成していた。これにより、受信機５７において衛星６０からの信号は受信するが送信機５２からの回り込み信号は受信しないようにしていた。これに対し、本発明では送信機５２からの回り込み信号を受信するようにコマンドと測距信号Ｓ１の送信に使用する周波数帯域の減衰量を従来よりも小さくしている。
【００２１】
次に、初段受信機２について説明する。初段受信機２は低雑音増幅装置にて構成されている。図４は初段受信機２に入力される信号の周波数特性図である。同図を参照すると、初段受信機２は衛星６０からの受信信号であるテレメトリ信号Ｓ２及び測距受信信号Ｓ１と、送信機５２からの回り込み信号（測距送信信号Ｓ１）の両者が受信可能となるよう受信周波数帯域が従来よりも拡張されている。又、同図を参照すると、測距送信信号Ｓ１のレベルの方がテレメトリ信号Ｓ２及び測距受信信号Ｓ１のレベルより高くなっているが、これは測距送信信号Ｓ１が少なくとも初段受信機２を飽和させるに必要なレベルを有していることを示している。
【００２２】
次に、測距装置１０の動作について説明する。本提案の構成では測距設備５１から送信機５２を経由し給電機１から衛星６０に測距信号Ｓ１が送信される。又、衛星６０からの測距信号Ｓ１は、給電機１から受信機５７を経由し測距設備５１にて受信される。この間に、実際の測距に不要な局内折り返し信号を取り込むための構成（送受信周波数変換器、入出力部切り替え器、接続ケーブル）は存在しない。又、給電機１から初段受信器（低雑音増幅装置）２までの路長が遅延過誤差となるが、本発明では初段受信機２が給電機１の出力部に導波管にて直結されているため、局内折り返し時間の誤差とはならない。
【００２３】
図５は測距装置１０の動作を示すタイミングチャートである。同図において、（Ａ）は測距装置５１から出力される測距信号Ｓ１の出力波形を示し、（Ｂ）は初段受信機２におけるテレメトリ信号Ｓ２の受信波形を示し、（Ｃ）は測距装置５１に入力される衛星折返しの測距信号Ｓ１の受信波形を示す。
【００２４】
図１及び図５を参照すると、測距設備５１より、測距信号Ｓ１が図５（Ａ）のタイミングで出力される。この時刻をＴ１とする。出力された信号Ｓ１は、送信機５２にて周波数変換、変調及び電力増幅され、給電機１及び指向性アンテナ５９を介して衛星６０に送出される。このとき測距信号Ｓ１の電力の一部は給電機１にて受信ポートに分岐され、給電機１に直結された初段受信機２（低雑音増幅装置）に入力される。
【００２５】
すると、初段受信機２である低雑音増幅装置は過入力を起こし飽和する。衛星６０からはテレメトリ信号Ｓ２が発信されているが、初段受信機２が飽和すると受信スペクトラムが圧縮され、テレメトリ信号Ｓ２のレベルが見掛上、下がったように見える。即ち、初段受信器２（低雑音増幅装置）が飽和することにより、初段受信器２の利得が下がり、受信機５７において衛星からのテレメトリ信号Ｓ２の受信レベルが低下する。図５（Ｂ）に示すようにその動作レベルが低下する時刻をＴ２とする。この（Ｔ２−Ｔ１）が局内折り返し遅延時間に相当する。
【００２６】
次に衛星６０から測距信号Ｓ１がテレメトリ信号Ｓ２に重畳され送信されてくる。初段受信機２にて電力増幅された信号は受信機５７にて周波数変換及び復調されたのち測距設備５１にて測距信号Ｓ１を取り出し測距設備５１で測定した衛星折り返しの時刻Ｔ３が求められる（図５（Ｃ）参照）。
【００２７】
測距設備５１での衛星折り返しの遅延時間は（Ｔ３−Ｔ１）にて求められる。ここで、衛星折り返し（Ｔ３−Ｔ１）と局内折り返し（Ｔ２−Ｔ１）から求める衛星測距のための遅延時間は
（Ｔ３−Ｔ１）−（Ｔ２−Ｔ１）＝Ｔ３−Ｔ２
にて求められる。即ち、初段受信機２の動作レベルが低下した時刻Ｔ２から衛星折り返し信号を受信した時刻Ｔ３の差を求めれば管制局から衛星６０までの折り返し時間を求められ、これにより管制局から衛星６０までの正確な遅延時間を求めることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、監理局から対象物に対し第１信号を送信する送信手段と、前記第１信号を受信した前記対象物から前記監理局に返送される第２信号を受信する受信手段と、前記送信手段が前記第１信号を送信した時刻と前記受信手段が前記第２信号を受信した時刻とに基づき前記監理局と前記対象物間の距離を測定する測定手段とを含む測距装置であって、その測距装置は前記送信手段から送信される前記第１信号の一部を前記受信手段へ入力させる帰還手段を含み、前記測定手段は前記受信手段へ前記第１信号の一部が入力された時刻に基づき前記監理局内の折返し遅延時間を算出するため、送受信周波数変換装置を含む局内折り返し設備を不要とし、しかも衛星折り返し遅延時間と局内折り返し遅延時間を同時に測定することが可能となる。
【００２９】
具体的には、本発明の第１の効果は、正確な測距ができることである。第１の効果が得られる理由は、局内折り返し用設備を必要としないため、折り返し用送受信周波数変換器、切替器及び接続ケーブルによる誤差を生じることがないためである。本発明の第２の効果は、正確な測距ができることである。第２の効果が得られる理由は、局内折り返しと衛星折り返しを同時に行うことができるため、切替時間内に発生する測定誤差をなくすことができるためである。本発明の第３の効果は、折り返し用試験設備が存在しなくても測距ができることである。第３の効果が得られる理由は、測距のための専用の折り返し試験設備が不要であるため、折り返し試験設備が故障したことにより測距ができなくなるということがなくなるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測距装置の最良の実施の形態の構成図である。
【図２】測距装置１０が使用する周波数帯域を示す周波数帯域図である。
【図３】給電機１内に設けられたフィルタの通過帯域特性図である。
【図４】初段受信機２に入力される信号の周波数特性図である。
【図５】測距装置１０の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来の測距装置の一例の構成図である。
【図７】文献開示の測距装置の構成図である。
【符号の説明】
１給電機
２初段受信機
１０測距装置
５１測距設備
５２送信機
５７受信機
５９指向性アンテナ

Claims

監理局から対象物に対し第１信号を送信する送信手段と、前記第１信号を受信した前記対象物から前記監理局に返送される第２信号を受信する第１及び第２受信手段と、前記送信手段が前記第１信号を送信した時刻と前記第２受信手段が前記第２信号を受信した時刻とに基づき前記監理局と前記対象物間の距離を測定する測定手段とを含む測距装置であって、
前記送信手段から送信される前記第１信号のうち少なくとも前記第１受信手段を飽和させるに必要なレベルの信号を前記第１受信手段へ入力させる帰還手段を含み、前記測定手段は前記第１受信手段へ前記第１信号の一部が入力された時刻に基づき前記監理局内の折返し遅延時間を算出することを特徴とする測距装置。
前記測定手段は前記第１信号を送信した時刻と前記第２信号を受信した時刻とから前記対象物折返し遅延時間を算出し、この対象物折返し遅延時間と前記監理局内の折返し遅延時間とに基づき前記監理局内の折返し遅延時間を算出することを特徴とする請求項１記載の測距装置。
前記第１信号の周波数と前記第２信号の周波数とは異なり、前記第１受信手段は前記第１及び第２信号を受信し得る帯域を有することを特徴とする請求項１又は 2記載の測距装置。
前記帰還手段は前記第２信号を所定の減衰量をもって通過させる第１通過帯域と、前記第２信号の減衰量よりも大きな減衰量をもって前記第１信号を通過させる第２通過帯域と、前記第１信号の減衰量よりも大きな減衰量をもって前記第１及び第２信号を除く信号を通過させる第３通過帯域とを含むことを特徴とする請求項1 から 3いずれかに記載の測距装置。
前記対象物から前記監理局に対し常時テレメトリ信号が送信され、この送信信号に前記第２信号が重畳されており、前記第１受信手段へ前記第１信号の一部が入力されると前記テレメトリ信号の受信レベルが低下することを特徴とする請求項１から 4いずれかに記載の測距装置。
前記対象物は人工衛星であることを特徴とする請求項１から 5いずれかに記載の測距装置。