JP2007192573A - Target positioning device - Google Patents
Target positioning device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007192573A JP2007192573A JP2006008793A JP2006008793A JP2007192573A JP 2007192573 A JP2007192573 A JP 2007192573A JP 2006008793 A JP2006008793 A JP 2006008793A JP 2006008793 A JP2006008793 A JP 2006008793A JP 2007192573 A JP2007192573 A JP 2007192573A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- target
- signal
- sum
- station
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
【課題】狭帯な受信機帯域で低速信号処理且つ高分解能を有し、送信局と受信局間の時刻の同期が必要なく、小口径のアンテナを備える小型の受信局からなり、運用が柔軟で低コストの目標測位装置を提供する。
【解決手段】目標測位装置は、送信局は2周波CW電波を放射し、3つ以上の受信局は、2周波CW電波と同様なローカル信号で直接波、または目標反射波をミキシングして直接差信号または目標反射差信号を求め、直接差信号の出力が最大になる直接波周波数を算出するとともに目標反射差信号の出力が最大になる目標反射波周波数を算出し、算出された直接波周波数と目標反射波周波数とに基づいて送信局と受信局との距離和と相対速度和とを推定し、目標位置・速度推定器は、距離和と相対速度和とから目標の3次元位置座標と3次元相対速度成分とを推定する。
【選択図】図1[PROBLEMS] To provide a low-speed signal processing and high resolution in a narrow receiver band, which does not require time synchronization between a transmitting station and a receiving station, and is composed of a small receiving station having a small-diameter antenna, and is flexible in operation. And provide a low-cost target positioning device.
In a target positioning apparatus, a transmitting station radiates a two-frequency CW radio wave, and three or more receiving stations directly mix a direct wave or a target reflected wave with a local signal similar to the two-frequency CW radio wave. Find the difference signal or target reflection difference signal, calculate the direct wave frequency that maximizes the output of the direct difference signal, calculate the target reflected wave frequency that maximizes the output of the target reflection difference signal, and calculate the direct wave frequency And the target position / speed estimator calculates the target three-dimensional position coordinates from the distance sum and the relative speed sum. A three-dimensional relative velocity component is estimated.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、送信アンテナ7と受信アンテナ8とが異なる地点に設置され、目標20の物体の位置を測位する目標測位装置1に関する。
The present invention relates to a
バイスタティックレーダは、送信アンテナ7と受信アンテナ8とを異なる地点に設置し、目標20の物体の位置を測位する。そして、目標20の物体との距離を計測するために送信局2と受信局3間の時刻が同期されていなければならないので、ロラン(Long Range Navigation)電波を用いる、時刻同期用のパルスを送信する、送信パルス周期、時刻、位相を示す送信パルス情報を生成し送受信する方法が採用されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
また、送信局2と受信局3間の時刻同期を行わず、受信局3を複数を備え、直接波と目標反射波との相関処理により目標20反射パルスの時間差を求め、複数の時刻差から目標20の位置を特定する(例えば、特許文献3参照)。
In the bistatic radar, the transmitting
In addition, time synchronization between the
しかし、送信局と受信局間の時刻を同期するためには、同期パルサや送信パルス情報を必要としており、高い距離精度を得るためには、広帯域の受信系と高速の信号処理が必要である。また、受信系において角度を高精度に計測するために開口径の大きい大規模な高価なアンテナが必要となるという問題がある。
また、受信局にて直接波パルスと目標反射パルスの時刻差を高精度に求めるためには、広帯域受信機と高速の相関処理が必要であり装置規模が大きくなるという問題がある。また、ドップラ周波数を利用した高精度な相対速度の計測ができないという問題がある。
However, in order to synchronize the time between the transmitting station and the receiving station, a synchronization pulser and transmission pulse information are required, and in order to obtain high distance accuracy, a wideband receiving system and high-speed signal processing are required. . In addition, there is a problem that a large-scale expensive antenna with a large aperture diameter is required to measure the angle with high accuracy in the receiving system.
In addition, in order to obtain the time difference between the direct wave pulse and the target reflected pulse with high accuracy at the receiving station, there is a problem that high-speed correlation processing with a broadband receiver is necessary and the device scale becomes large. In addition, there is a problem that it is impossible to measure the relative speed with high accuracy using the Doppler frequency.
この発明の目的は、狭帯な受信機帯域で低速信号処理且つ高分解能を有し、送信局と受信局間の時刻の同期が必要なく、小口径のアンテナを備える小型の受信局からなり、運用が柔軟で低コストの目標測位装置を提供することである。 The object of the present invention is a small receiver station having a low-speed signal processing and high resolution in a narrow receiver band, no need for time synchronization between the transmitter station and the receiver station, and a small-diameter antenna, It is to provide a target positioning device that is flexible in operation and low in cost.
この発明に係わる目標測位装置は、電波を放射する送信局、直接にまたは目標物体で反射してから到達する電波を受信する3つ以上の受信局および受信する電波に基づいて目標の位置と速度とを推定する目標位置・速度推定器を備える目標測位装置において、上記送信局は、送信2周波CW信号を発生する送信2周波CW信号発生器と、電波を上記送信2周波CW信号により変調する送信信号変換器と、を備え、上記受信局は、上記2周波CWと同様な掃引傾斜および掃引時間のローカル信号を発生する受信2周波CW信号発生器と、上記送信局から直接受信される電波、または目標で反射してから受信される電波と上記受信2周波CW信号発生器9からのローカル信号とをミキシングして直接差信号または目標反射差信号を求める受信信号変換器と、上記直接差信号の出力が最大になる直接波周波数を算出する直接波周波数分析手段と、上記目標反射差信号の出力が最大になる目標反射波周波数を算出する目標反射波周波数分析手段と、上記直接波周波数と上記目標反射波周波数とに基づいて上記送信局と上記受信局との距離和と相対速度和とを推定する距離和速度和推定手段と、を備え、上記目標位置・速度推定器は、上記受信局から入力される上記距離和と上記相対速度和とから上記目標の3次元位置座標と3次元相対速度成分とを推定する。 The target positioning apparatus according to the present invention includes a transmitting station that radiates radio waves, three or more receiving stations that receive radio waves that arrive directly or after being reflected by a target object, and a target position and velocity based on the received radio waves. In the target positioning apparatus including the target position / speed estimator for estimating the transmission frequency, the transmitting station modulates the radio wave with the transmission two-frequency CW signal and the transmission two-frequency CW signal generator that generates the transmission two-frequency CW signal. A transmission signal converter, and the reception station receives a reception two-frequency CW signal generator that generates a local signal having a sweep slope and sweep time similar to those of the two-frequency CW, and a radio wave directly received from the transmission station. Or a reception signal for directly obtaining a difference signal or a target reflection difference signal by mixing a radio wave received after being reflected by a target and a local signal from the reception two-frequency CW signal generator 9 A converter, a direct wave frequency analyzing means for calculating a direct wave frequency at which the output of the direct difference signal is maximized, and a target reflected wave frequency analysis for calculating a target reflected wave frequency at which the output of the target reflected difference signal is maximized. Means for estimating a sum of distances and a relative speed sum between the transmitting station and the receiving station based on the direct wave frequency and the target reflected wave frequency, and the target position. The speed estimator estimates the target three-dimensional position coordinate and the three-dimensional relative speed component from the distance sum and the relative speed sum input from the receiving station.
この発明に係わる目標測位装置の効果は、2周波CWを用い、受信局の時刻を送信局の時刻に同期する必要がなく、同期パルサや送信パルス情報を必要としないので、狭帯域の受信系と低速の信号処理であっても高精度の位置分解能を実現でき、小型で移動可能な受信局となり、運用の柔軟性を確保できる。また、2周波CWを用いているので、ドップラ現象を利用して高精度な相対速度の計測ができる。 The effect of the target positioning apparatus according to the present invention is that it uses a two-frequency CW, does not need to synchronize the time of the receiving station with the time of the transmitting station, and does not require a synchronization pulser or transmission pulse information. Even with low-speed signal processing, high-accuracy position resolution can be achieved, and the mobile station can be made small and mobile, ensuring operational flexibility. In addition, since the two-frequency CW is used, the relative speed can be measured with high accuracy using the Doppler phenomenon.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係わる目標測位装置の構成図である。図2は、送信局、受信局および目標のXY座標面上の位置を示す図である。図3は、送信局および受信局での2周波CW信号の周波数の変化の様子を示す図である。
この発明の実施の形態1に係わる目標測位装置1は、図1に示すように、1つの送信局2、3つの受信局3a、3b、3cおよび目標位置・速度推定器4を備える。各受信局3a〜3cにおいて求められる距離和および相対速度和は一般的な通信手段を用いて目標位置・速度推定器4に送られる。なお、実施の形態1に係わる目標測位装置1は、3つの受信局3を備えるが、4つ以上の受信局3を備えてもよい。
FIG. 1 is a configuration diagram of a target positioning apparatus according to
A
送信局2、受信局3a〜3cおよび目標20は、図2に示すように、配置されている。送信局2の座標をXYZ座標系の原点に置くと受信局3a〜3cの位置ベクトルはXnになる。nは受信局3a〜3cを識別する番号であり、3つの受信局3a〜3cが備えられているので、n=1、2、3である。この位置ベクトルXnは、既知である。目標20の位置ベクトルXは、この目標測位装置1により求める未知の値である。
また、図2におけるR0は、送信局2と目標20間の距離、Rnは、目標20と識別番号nの受信局3間の距離、R0nは、送信局2と識別番号nの受信局3間の距離である。
また、v0は、送信局2と目標20との相対速度、vnは、目標20と識別番号nの受信局3との相対速度、v0nは、送信局2と識別番号nの受信局3との相対速度である。
The transmitting
In FIG. 2, R 0 is the distance between the
V 0 is the relative speed between the
送信局2は、図1に示すように、送信2周波CW信号を発生する送信2周波CW信号発生器5、送信2周波CW信号発生器5から入力される送信2周波CW信号に従って電波を変調する送信信号変換器6、電波を空中に放射する送信アンテナ7を備える。
送信2周波CW信号発生器5は、送信信号変換器6において行われる周波数変調処理の周波数を指定する送信2周波CW信号を発生する。送信2周波CW信号は、図3に示すように、周波数切替周期TCC毎に周波数指定値が周波数f1と周波数f2に交互に切り替えられる。なお、この発明に係わる目標測位装置1では、送信時刻差に依存するドップラシフトの位相回転を小さくするために、周波数f1、f2を周波数切替周期TCC毎に時分割で高速に切替る。
送信信号変換器6は、送信2周期CW信号により指定される周波数の連続波に変調して送信アンテナ7に出力する。すなわち、周波数切替周期TCCでは、送信される電波の周波数は周波数f1または周波数f2である。そして、放射される電波Txiは、式(1)で表される。iは、周波数f1または周波数f2を識別する番号であり、1または2である。φiは、各周波数の電波の時刻t=0での任意の初期位相である。なお、説明を理解しやすくするためにエンベロープ1の一定振幅とした。
As shown in FIG. 1, the
The transmission two-frequency
The
各受信局3は、図1に示すように、空中を伝搬して到達する電波を受信する受信アンテナ8、受信2周波CW信号に基づいてローカル信号を発生する受信2周波CW信号発生器9、受信する電波にローカル信号をミキシングし、ローパスフィルターにより周波数の和信号を除去し、差信号を生成する受信信号変換器10、差信号を処理して距離和と相対速度和とを推定する2周波CW信号処理器11を備える。
As shown in FIG. 1, each
受信アンテナ8には、送信アンテナ7から空中に放射された電波が直接または目標20の物体で反射してから到達する。以下の説明において目標20の物体で反射してから到達する電波を目標反射波、直接に到達する電波を直接波と称す。
周波数f1の目標反射波Rx1,nは、式(2)で表される。また、周波数f2の目標反射波Rx2,nは、式(3)で表される。τ0は、時刻t=0での送信局2と目標20間の電波の伝搬時間であり、送信局2と目標20間の距離R0を用いると式(4)で表される。τnは、時刻t=0での目標20と識別番号nの受信局3間の電波の伝搬時間であり、目標20と識別番号nの受信局3間の距離Rnを用いると式(5)で表される。v0は、時刻t=0での送信局2と目標20との相対速度、vnは、時刻t=0での目標20と識別番号nの受信局3との相対速度である。cは光速である。
The radio wave radiated from the transmitting
The target reflected wave Rx 1, n having the frequency f 1 is expressed by Expression (2). Further, the target return Rx 2, n of the frequency f 2 is expressed by Equation (3). τ 0 is a radio wave propagation time between the
また、直接波Rx0i,nは、式(6)で表される。また、ζiは式(7)から求められる。なお、直接波を目標反射波と区別する方法は,時分割して目標20がない時に計測したり、アンテナビームスキャンによる利得差を計測したりするなどにより区別する。なお、同時に観測されたとした場合も、送信局2と受信局3間の相対速度がある程度既知(たとえばともに静止しているなど)とすることで、目標反射波と直接波を分離可能である。以下の説明では、別個に受信したものとして説明する。
Further, the direct wave Rx0 i, n is expressed by Expression (6). Also, ζ i is obtained from equation (7). Note that the direct wave is distinguished from the target reflected wave by time division and measuring when there is no
受信2周波CW信号発生器9は、受信した電波を受信信号変換器10においてミキシングするためのローカル信号を生成する受信2周波CW信号を生成し、その受信2周波CW信号を用いてローカル信号を生成して受信信号変換器10に出力する。受信2周波CW信号は、図3に示すように、送信2周波CW信号と同様に周波数切替周期TCC毎に周波数指定値が周波数f1と周波数f2と交互に切り替えられる。但し、送信局2と受信局3との間には時刻ずれがある。
受信2周波CW信号発生器9が生成するローカル信号Li,nは、式(8)で表される。なお、Φi,nは、各受信局3と送信局2との間での2周波CW信号の時刻誤差に起因する位相誤差δθi,nを用いて式(9)から求められる。
The reception two-frequency
The local signal L i, n generated by the reception two-frequency
受信信号変換器10は、目標反射波Rxi,nをローカル信号Li,nでミキシンングし、ローパスフィルターを通過して周波数の和信号が除去され、目標反射差信号Bi,nが得られる。目標反射差信号Bi,nは、式(10)で表される。なお、光速に比べて速度v0、vnは十分小さいと仮定している。
また、直接波Rx0i,nをローカル信号Li,nでミキシンングし、ローパスフィルターを通過して周波数の和信号が除去され、直接差信号B0i,nが得られる。直接差信号B0i,nは、式(11)で表される。
The
Further, the direct wave Rx0 i, n is mixed with the local signal L i, n , passes through the low-pass filter, the frequency sum signal is removed, and the direct difference signal B0 i, n is obtained. The direct difference signal B0 i, n is expressed by equation (11).
2周波CW信号処理器11は、図1に示すように、目標反射波周波数分析手段14、直接波周波数分析手段15および距離和速度和推定手段16を有する。
目標反射波周波数分析手段14は、図3に示す周波数切替周期TCCの2倍のサンプリング間隔TSで区間TCの間をM個サンプリングした目標反射差信号Bi,nのデータを用いて離散フーリエ変換して式(12)で表される出力Fi,nを求める。そして、出力Fi,nの振幅|Fi,n|をしきい値処理し、ピークが得られる周波数番号kを、それぞれpi,nとする。この周波数番号pi,nのときの周波数fi,n(ハット)は、式(13)で表される。ここで、送信周波数f(例えば、f1とf2の平均値)に対し、実用上その差(f2−f1)は極めて小さく、周波数番号p1,nと周波数番号p2,nとが等しく周波数番号pnとする。
As shown in FIG. 1, the two-frequency
The target reflected wave frequency analyzing means 14 uses the data of the target reflected difference signals B i, n obtained by sampling M intervals T C at a sampling interval T S twice the frequency switching period T CC shown in FIG. Discrete Fourier transform is performed to obtain an output F i, n represented by Expression (12). Then, the amplitude | F i, n | of the output F i, n is thresholded, and the frequency numbers k at which peaks are obtained are set to p i, n , respectively. The frequency f i, n (hat) for this frequency number p i, n is expressed by equation (13). Here, the difference (f 2 −f 1 ) is practically very small with respect to the transmission frequency f (for example, the average value of f 1 and f 2 ), and the frequency number p 1, n and the frequency number p 2, n are is equally frequency number p n.
直接波周波数分析手段15は、図3に示す周波数切替周期TCCの2倍のサンプリング間隔TSで区間TCの間をM個サンプリングした直接差信号B0i,nのデータを用いて離散フーリエ変換して式(14)で表される出力F0i,nを求める。そして、出力F0i,nの振幅|F0i,n|をしきい値処理し、ピークが得られる周波数番号kを、それぞれqi,nとする。この周波数番号qi,nのときの周波数f0i,n(ハット)は、式(15)で表される。なお、周波数番号q1,nと周波数番号q2,nは等しく、周波数番号qnとする。 Direct wave frequency analyzing means 15, a discrete Fourier using twice the sampling interval T S directly difference signal between the period T C and the M sampled at B0 i, n of the data of the frequency switching period T CC shown in FIG. 3 The output F0 i, n represented by the equation (14) is obtained by conversion. Then, the amplitude | F0 i, n | of the output F0 i, n is thresholded, and the frequency numbers k at which peaks are obtained are set to q i, n , respectively. The frequency f0 i, n (hat) at the time of this frequency number q i, n is expressed by equation (15). Note that the frequency number q 1, n and the frequency number q 2, n are equal and are set to the frequency number q n .
距離和速度和推定手段16は、送信局2と目標20および目標20と各受信局3間の距離の和ξn(ハット)を、式(16)から求める。なお、argとは位相を求める操作を表す。
式(16)において、周波数f1、f2は設定値であり、出力F2,n(pn)、F1,n(pn)、F02,n(qn)、F01,n(qn)は離散フーリア変換により求められている。そして、送信局2と各受信局3間の距離R0nは既知であるので、時間遅延τ0nは既知となり、式(16)から距離和ξn(ハット)が求められる。
The distance sum speed sum estimating means 16 obtains the sum ξ n (hat) of the distance between the transmitting
In the equation (16), the frequencies f 1 and f 2 are set values, and outputs F 2, n (p n ), F 1, n (p n ), F 0 2, n (q n ), F 0 1, n (Q n ) is obtained by discrete Fourier transform. Since the distance R 0n between the transmitting
また、距離和速度和推定手段16は、目標反射波周波数分析手段14で検出された周波数番号pnを用いて、各受信局3での送信局2と目標20および目標20と各受信局3間の相対速度和Vn(ハット)を式(17)から求める。
また、距離和速度和推定手段16は、直接波周波数分析手段15で検出された周波数番号qnを用いて、各受信局3での各受信局3と送信局2間の相対速度V0n(ハット)を式(18)から求める。
The distance sum
Further, the distance sum speed sum estimation means 16 uses the frequency number q n detected by the direct wave frequency analysis means 15, and the relative speed V 0n between each receiving
目標位置・速度推定器4は、以下の手順により目標20の3次元座標と3次元相対速度成分を推定する。
既知の送信局2の位置ベクトル、既知の各受信局3の位置ベクトルおよび推定対象の未知の目標20の位置ベクトルは、それぞれX0、Xn、Xであるので、式(16)の距離和ξnを用いることにより、式(19)の関係式が成り立つ。
そして、目標20の位置ベクトルXの推定値X(ハット)は、3つの受信局3での距離和ξn(ハット)を用いて、共役勾配法、準Newton法、Levenberg−Marquardt法などの一般的な非線形手法を用いて求められる。
また、目標20の相対速度ベクトルをVとすると、式(17)の線形方程式は式(20)に書き直せる。
そして、目標20の相対速度ベクトルVの推定値V(ハット)は、3つの受信局3での相対速度和Vn(ハット)と推定値X(ハット)を用いて、逆行列や一般逆行列を用いて求められる。
The target position / speed estimator 4 estimates the three-dimensional coordinates and the three-dimensional relative speed component of the
Since the position vector of the known transmitting
Then, the estimated value X (hat) of the position vector X of the
If the relative velocity vector of the
Then, the estimated value V (hat) of the relative velocity vector V of the
このような目標測位装置1は、電波として2周波CWを用い、3つ以上の受信局を備えており、受信局3の時刻を送信局2の時刻に同期する必要がなく、同期パルサや送信パルス情報を必要としないので、狭帯域の受信系と低速の信号処理系であっても高精度の位置分解能を実現でき、小型で移動可能な受信局3となり、運用の柔軟性を確保できる。また、2周波CWを用いているので、ドップラ現象を利用して高精度な相対速度の推定ができる。
Such a
なお、送信局2が送信機能とともに受信機能を有するときには、3つの受信局3の1つを送信局2に負わせることができるので、受信局3は2つでよい。
また、目標20の位置および相対速度の推定を水平面座標上の2次元推定を行うときには、受信局3を2つとしてもよい。
また、受信局3が2つのときに、式(16)で求めた2つの距離和ξnを用い、目標位置・速度推定器4では、回転楕円体の交点として目標20の位置を測位することも可能である。すなわち、目標20は送信局2と受信局3とを焦点とした距離和ξnの2つの回転楕円体の交点に存在するが、水平面座標を正とするなどの制約条件を付加することで、2つの回転楕円体の交点の中で目標20の位置として妥当な解を選択することにより目標20位置を推定できる。
Note that when the transmitting
Further, when the two-dimensional estimation on the horizontal plane coordinates is performed for estimating the position of the
When the number of receiving
また、2周波CWをパルス化した2周波パルス(2周波ICW(2周波 Interrupted CW)とも呼ばれる。)とし、距離ゲート化により、更なる狭帯域、直接波と目標反射波の分離、多目標の分離、近距離クラッタの回避などができる。 In addition, a 2-frequency pulse obtained by pulsing the 2-frequency CW (also referred to as 2-frequency ICW (also referred to as 2-frequency interrupted CW)), and by using distance gating, further narrow band, separation of direct wave and target reflected wave, multi-target Separation, avoidance of short distance clutter, etc.
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2に係わる目標測位装置の構成図である。図5は、送信局、受信局および目標のXY座標面上の位置を示す図である。
この発明の実施の形態2に係わる目標測位装置1Bは、実施の形態1に係わる目標測位装置1と送信局2と受信局3Bの局数が異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態2に係わる目標測位装置1Bは、図4に示すように、3つの送信局2a〜2cと1つの受信局3Bとを備える。なお、実施の形態2に係わる目標測位装置1Bは、3つの送信局2を備えるが、4つ以上を備えても同様な効果が得られる。
FIG. 4 is a configuration diagram of a target positioning apparatus according to
Since the target positioning device 1B according to the second embodiment of the present invention is different in the number of stations of the
As shown in FIG. 4, the target positioning apparatus 1B according to the second embodiment includes three transmitting stations 2a to 2c and one receiving station 3B. Although the target positioning device 1B according to the second embodiment includes the three
送信局2a〜2c、受信局3Bおよび目標20は、図5に示すように、配置されている。受信局3Bの座標をXYZ座標系の原点に置くと送信局2a〜2cの位置ベクトルはXnになる。nは送信局2a〜2cを識別する番号であり、3つの送信局2a〜2cが備えられているので、n=1、2、3である。この位置ベクトルXnは、既知である。目標20の位置ベクトルXは、この目標測位装置1Bにより求める未知の値である。
The transmitting stations 2a to 2c, the receiving station 3B, and the
各送信局2a〜2cからは、3つの目標反射波を分離するために、送信を時分割している。なお、送信局2a〜2c毎に異なる周波数の2周波CWの電波を放射し、受信局3Bの受信信号変換器10でそれぞれの2周波CWのローカル信号に対しミキシングしてもよい。
From each of the transmission stations 2a to 2c, the transmission is time-divided in order to separate the three target reflected waves. Note that two-frequency CW radio waves having different frequencies may be radiated for each of the transmission stations 2a to 2c, and the
各送信局2a〜2cと受信局3Bとの2周波CW信号の時刻誤差に起因する位相誤差δθi,nとすると、目標反射差信号Bi,nは、式(10)と同様に表される。
そして、目標反射波周波数分析手段14は、実施の形態1と同様にして、周波数切替周期TCCの2倍のサンプリング間隔TSで区間TCの間をM個サンプリングした目標反射差信号Bi,nのデータを用いて離散フーリエ変換して式(12)で表される出力Fi,nを求める。そして、出力Fi,nの振幅|Fi,n|をしきい値処理し、ピークが得られる周波数番号kを、それぞれpi,nとする。この周波数番号pi,nのときの周波数fi,n(ハット)は、式(13)で表される。
Assuming that the phase error δθ i, n caused by the time error of the two-frequency CW signal between each of the transmitting stations 2a to 2c and the receiving station 3B, the target reflection difference signal B i, n is expressed in the same manner as in equation (10). The
Then, the target reflected wave frequency analyzing means 14 is similar to the first embodiment, and the target reflected difference signal B i obtained by sampling M during the interval T C at the sampling interval T S that is twice the frequency switching period T CC. , N is used to perform a discrete Fourier transform to obtain an output F i, n represented by equation (12). Then, the amplitude | F i, n | of the output F i, n is thresholded, and the frequency numbers k at which peaks are obtained are set to p i, n , respectively. The frequency f i, n (hat) for this frequency number p i, n is expressed by equation (13).
また、直接波周波数分析手段15は、実施の形態1と同様にして、周波数切替周期TCCの2倍のサンプリング間隔TSで区間TCの間をM個サンプリングした直接差信号B0i,nのデータを用いて離散フーリエ変換して式(14)で表される出力F0i,nを求める。そして、出力F0i,nの振幅|F0i,n|をしきい値処理し、ピークが得られる周波数番号kを、それぞれqi,nとする。この周波数番号qi,nのときの周波数f0i,n(ハット)は、式(15)で表される。 Similarly to the first embodiment, the direct wave frequency analyzing means 15 directly samples the difference signal B0 i, n obtained by sampling M intervals T C at a sampling interval T S that is twice the frequency switching period T CC. The output F0 i, n represented by the equation (14) is obtained by performing a discrete Fourier transform using the above data. Then, the amplitude | F0 i, n | of the output F0 i, n is thresholded, and the frequency numbers k at which peaks are obtained are set to q i, n , respectively. The frequency f0 i, n (hat) at the time of this frequency number q i, n is expressed by equation (15).
このようにして求められた周波数fi,n(ハット)、周波数f0i,n(ハット)を用いて、実施の形態1と同様に、目標20の位置ベクトルの推定値X(ハット)、相対速度ベクトルの推定値V(ハット)を推定することができる。
Using the frequency f i, n (hat) and the frequency f0 i, n (hat) obtained in this manner, the estimated value X (hat) of the position vector of the
このような目標測位装置1Bは、送信局2を3つ以上備えれば、実施の形態1と同様に、受信局3の時刻を送信局2の時刻に同期する必要がなく、同期パルサや送信パルス情報を必要としないので、狭帯域の受信系と低速の信号処理系であっても高精度の位置分解能を実現でき、小型で移動可能な受信局3となり、運用の柔軟性を確保できる。
なお、送信局数が2であっても、2つの距離和ξnから回転楕円体の交点を求めることで目標20位置座標を推定可能である。
If such a target positioning apparatus 1B includes three or
Even if the number of transmitting stations is 2, the
実施の形態3.
図6は、この発明の実施の形態3に係わる目標測位装置の構成図である。図7は、送信局、受信局および目標のXY座標面上の位置を示す図である。
この発明の実施の形態3に係わる目標測位装置1Cは、図6に示すように、実施の形態1に係わる目標測位装置1の3つの受信局3a〜3cの受信信号変換器10に共通の受信2周波CW信号発生器9からローカル信号が供給され、それに伴って2周波CW信号処理器11Cが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態3に係わる2周波CW信号処理器11Cは、実施の形態1に係わる2周波CW信号処理器11から直接波周波数分析手段15が削除されている。
FIG. 6 is a block diagram of a target positioning apparatus according to
As shown in FIG. 6, the target positioning device 1C according to the third embodiment of the present invention receives signals common to the
In the two-frequency
実施の形態3に係わる目標測位装置1Cでは、図7に示すように、目標反射波だけを受信する。
各受信局3Ca〜3Ccには、1つの受信2周波CW信号発生器9から受信2周波CW信号がケーブル長の違いによる遅延などを補正して位相が一定値となるよう調整されながらケーブル18で接続されている。
The target positioning apparatus 1C according to the third embodiment receives only the target reflected wave as shown in FIG.
Each of the receiving stations 3Ca to 3Cc has a
この実施の形態3に係わる受信2周波CW信号は、各受信局3Ca〜3Cc間で位相が揃っているので、送信局2と各受信局3Ca〜3Ccの位相誤差δθi,nは等しく、位相誤差δθiとなる。従って、各受信局3Ca〜3Ccでの受信信号変換器10でミキシングされた後の目標反射差信号Bi,nは、式(21)で表される。
Since the received two-frequency CW signal according to the third embodiment has the same phase between the receiving stations 3Ca to 3Cc, the phase error δθ i, n of the transmitting
目標反射波周波数分析手段14Cは、周波数切替周期TCCの2倍のサンプリング間隔TSで区間TCの間をM個サンプリングした目標反射差信号Bi,nのデータを用いて離散フーリエ変換して式(12)で表される出力Fi,nを求める。そして、出力Fi,nの振幅|Fi,n|をしきい値処理し、ピークが得られる周波数番号kを、それぞれpi,nとする。この周波数番号pi,nのときの周波数fi,n(ハット)は、式(13)で表される。ここで、送信周波数f(例えば、f1とf2の平均値)に対し、実用上その差(f2−f1)は極めて小さく、周波数番号p1,nと周波数番号p2,nとが等しく周波数番号pnとする。
距離和速度和推定手段16Cは、検出した周波数番号pnの位相αi,n(ハット)を、式(22)から求める。周波数f1の周波数番号pnの位相α1,n(ハット)と周波数f2の周波数番号pnの位相α2,n(ハット)との位相差は、式(23)の関係が成り立つ。
The target reflected wave frequency analyzing means 14C performs discrete Fourier transform using data of the target reflected difference signal B i, n obtained by sampling M intervals T C at a sampling interval T S that is twice the frequency switching period T CC. The output F i, n represented by the equation (12) is obtained. Then, the amplitude | F i, n | of the output F i, n is thresholded, and the frequency numbers k at which peaks are obtained are set to p i, n , respectively. The frequency f i, n (hat) for this frequency number p i, n is expressed by equation (13). Here, the difference (f 2 −f 1 ) is practically very small with respect to the transmission frequency f (for example, the average value of f 1 and f 2 ), and the frequency number p 1, n and the frequency number p 2, n are is equally frequency number p n.
Distance sum rate sum estimating means 16C is a phase alpha i, n of the detected frequency number p n (hat), determined from the equation (22). Phase difference between the phase alpha 2, n (hat) phase alpha 1, n (hat) and frequency number p n of the frequency f 2 of the frequency number p n of the frequency f 1, the relation of formula (23) holds.
そして、距離和速度和推定手段16Cは、計測された位相差を用いて式(24)から送信局2と目標20間と目標20と各受信局3Ca〜3Cc間の距離の和ξn(ハット)を求める。なお、式(24)は、式(16)と異なり、固定項{−(1/2π)×(ζ2−ζ1+δθ2−δθ1)/(f2−f1)}を含んでいる。
また、距離和速度和推定手段16Cは、式(25)から相対速度和Vn(ハット)を求める。
Then, the distance sum speed sum estimating means 16C uses the measured phase difference to calculate the sum of the distances ξ n (hat) between the transmitting
Further, the distance sum speed sum estimating means 16C obtains the relative speed sum V n (hat) from the equation (25).
目標位置・速度推定器4Cは、以下の手順により目標20の3次元座標と3次元相対速度成分を推定する。
既知の送信局2の位置ベクトル、既知の各受信局3の位置ベクトルおよび推定対象の未知の目標20の位置ベクトルを、それぞれX0、Xn、Xとすると、式(24)の距離和ξnを用いることにより、位相誤差を消去可能な式(26)〜式(28)が成り立つ。
そして、目標20の位置ベクトルXの推定値X(ハット)は、3つの受信局3Ca〜3Ccでの距離和ξn(ハット)を用いて、共役勾配法、準Newton法、Levenberg−Marquardt法などの一般的な非線形手法を用いて求められる。
The target position / speed estimator 4C estimates the three-dimensional coordinates and the three-dimensional relative speed component of the
If the position vector of the known transmitting
Then, the estimated value X (hat) of the position vector X of the
また、目標20の相対速度ベクトルをVとすると、式(25)の線形方程式は式(29)に書き直せる。
そして、目標20の相対速度ベクトルVの推定値V(ハット)は、3つの受信局3での相対速度和Vn(ハット)と推定値X(ハット)を用いて、逆行列や一般逆行列を用いて求められる。
Further, when the relative velocity vector of the
Then, the estimated value V (hat) of the relative velocity vector V of the
このような目標測位装置1Cは、各受信局3Ca〜3Ccへの受信2周波CW信号間に位相誤差の差異が発生しないので、直接波を計測する必要がなくなる。
なお、複数の受信2周波CW信号を備え、それらが時刻同期している構成でも同様である。
Such a target positioning apparatus 1C does not need to measure a direct wave because there is no phase error difference between the received two-frequency CW signals to the receiving stations 3Ca to 3Cc.
The same applies to a configuration in which a plurality of reception two-frequency CW signals are provided and they are time-synchronized.
実施の形態4.
図8は、この発明の実施の形態4に係わる目標測位装置の構成図である。図9は、送信局、受信局および目標のXY座標面上の位置を示す図である。
この発明の実施の形態4に係わる目標測位装置1Dは、実施の形態2に係わる目標測位装置1Bと送信2周波CW信号が同期されて供給され、それにともなって2周波CW信号処理器11Dが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態4に係わる目標測位装置1Dは、3つの送信局2Da〜2Dcと1つの受信局3Dとを備える。なお、実施の形態4に係わる目標測位装置1Dは、3つの送信局2Da〜2Dcを備えるが、4つ以上の送信局2を備えても同様な効果が得られる。
各送信局2Da〜2Dcには、1つの送信2周波CW信号発生器5から送信2周波CW信号がケーブル長の違いによる遅延などを補正して位相が一定値となるよう調整されながらケーブル18で接続されている。また、各送信局2Da〜2Dcからは、目標反射波を分離するために、送信を時分割している。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is a block diagram of a target positioning apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 9 is a diagram illustrating the positions of the transmitting station, the receiving station, and the target on the XY coordinate plane.
The target positioning device 1D according to the fourth embodiment of the present invention is supplied with the target positioning device 1B according to the second embodiment synchronized with the transmission two-frequency CW signal, and the two-frequency CW signal processor 11D is different accordingly. Since the rest is the same, the same reference numerals are given to the same parts and the description is omitted.
A target positioning apparatus 1D according to the fourth embodiment includes three transmitting stations 2Da to 2Dc and one receiving
Each of the transmission stations 2Da to 2Dc is connected with a
この実施の形態4に係わる送信2周波CW信号は、各送信局2Da〜2Dc間で位相が揃っているので、各送信局2Da〜2Dcと受信局3Dの位相誤差δθi,nは等しく、位相誤差δθiとなる。従って、受信局3Dの受信信号変換器10でミキシングされた後の目標反射差信号Bi,nは、式(21)で表される。
Since the transmission two-frequency CW signal according to the fourth embodiment has the same phase between the transmission stations 2Da to 2Dc, the phase errors δθ i, n of the transmission stations 2Da to 2Dc and the
目標反射波周波数分析手段14Dは、周波数切替周期TCCの2倍のサンプリング間隔TSで区間TCの間をM個サンプリングした目標反射差信号Bi,nのデータを用いて離散フーリエ変換して式(12)で表される出力Fi,nを求める。そして、出力Fi,nの振幅|Fi,n|をしきい値処理し、ピークが得られる周波数番号kを、それぞれpi,nとする。この周波数番号pi,nのときの周波数fi,n(ハット)は、式(13)で表される。ここで、送信周波数f(例えば、f1とf2の平均値)に対し、実用上その差(f2−f1)は極めて小さく、周波数番号p1,nと周波数番号p2,nとが等しく周波数番号pnとする。 The target reflected wave frequency analyzing means 14D performs discrete Fourier transform using data of the target reflected difference signal B i, n obtained by sampling M intervals T C at a sampling interval T S that is twice the frequency switching period T CC. The output F i, n represented by the equation (12) is obtained. Then, the amplitude | F i, n | of the output F i, n is thresholded, and the frequency numbers k at which peaks are obtained are set to p i, n , respectively. The frequency f i, n (hat) for this frequency number p i, n is expressed by equation (13). Here, the difference (f 2 −f 1 ) is practically very small with respect to the transmission frequency f (for example, the average value of f 1 and f 2 ), and the frequency number p 1, n and the frequency number p 2, n are is equally frequency number p n.
距離和速度和推定手段16Dは、検出した周波数番号pnの位相αi,n(ハット)を、式(22)から求める。周波数f1の周波数番号pnの位相α1,n(ハット)と周波数f2の周波数番号pnの位相α2,n(ハット)との位相差は、式(23)の関係が成り立つ。 Distance sum rate sum estimating means 16D is a phase alpha i, n of the detected frequency number p n (hat), determined from the equation (22). Phase difference between the phase alpha 2, n (hat) phase alpha 1, n (hat) and frequency number p n of the frequency f 2 of the frequency number p n of the frequency f 1, the relation of formula (23) holds.
そして、距離和速度和推定手段16Dは、計測された位相差を用いて式(24)から各送信局2と目標20間と目標20と受信局3間の距離の和ξn(ハット)を求める。
また、距離和速度和推定手段16Dは、式(25)から相対速度和Vn(ハット)を求める。
Then, the distance sum speed sum estimation means 16D calculates the sum ξ n (hat) of the distances between the transmitting
Further, the distance sum speed sum estimating means 16D obtains the relative speed sum V n (hat) from the equation (25).
目標位置・速度推定器4Dは、以下の手順により目標20の3次元座標と3次元相対速度成分を推定する。
既知の受信局3Dの位置ベクトル、既知の各送信局2Da〜2Dcの位置ベクトルおよび推定対象の未知の目標20の位置ベクトルを、それぞれX0、Xn、Xとすると、式(24)の距離和ξnを用いることにより、位相誤差を消去可能な式(26)〜式(28)が成り立つ。
そして、目標20の位置ベクトルXの推定値X(ハット)は、3つの送信局2Da〜2Dcからの距離和ξn(ハット)を用いて、共役勾配法、準Newton法、Levenberg−Marquardt法などの一般的な非線形手法を用いて求められる。
The target position / speed estimator 4D estimates the three-dimensional coordinates and the three-dimensional relative speed component of the
When the position vector of the known receiving
Then, the estimated value X (hat) of the position vector X of the
また、目標20の相対速度ベクトルをVとすると、式(25)の線形方程式は式(29)に書き直せる。
そして、目標20の相対速度ベクトルVの推定値V(ハット)は、3つの送信局2Da〜2Dcでの相対速度和Vn(ハット)と推定値X(ハット)を用いて、逆行列や一般逆行列を用いて求められる。
Further, when the relative velocity vector of the
Then, the estimated value V (hat) of the relative velocity vector V of the
このような目標測位装置1Dは、各送信局2Da〜2Dcへの送信2周波CW信号間に位相誤差の差異が発生しないので、直接波を計測する必要がなくなる。
なお、複数の送信2周波CW信号を備え、それらが時刻同期している構成でも同様である。
Such a target positioning apparatus 1D does not need to measure a direct wave because there is no phase error difference between the transmission two-frequency CW signals to the transmission stations 2Da to 2Dc.
The same applies to a configuration in which a plurality of transmission two-frequency CW signals are provided and they are time-synchronized.
実施の形態5.
図10は、この発明の実施の形態5に係わる目標測位装置の構成図である。図11は、目標である送信局および受信局のXY座標面上の位置を示す図である。
この発明の実施の形態5に係わる目標測位装置1Eは、1つの送信局2、3つの受信局3Ea、3Eb、3Ecおよび目標位置・速度推定器4Eを備え、送信局2の位置と相対速度とを推定する。各受信局3Ea〜3Ecにて求められる距離和および相対速度和は通信手段を用いて目標位置・速度推定器4Eに送られる。なお、実施の形態5に係わる目標測位装置1Eは、3つの受信局3Ea〜3Ecを備えるが、4つ以上の受信局を備えても同様な効果が得られる。
FIG. 10 is a block diagram of a target positioning apparatus according to
The target positioning apparatus 1E according to the fifth embodiment of the present invention includes one transmitting
また、実施の形態5に係わる目標測位装置1Eでは、3つの受信局3Ea〜3Ecの受信信号変換器10に共通の受信2周波CW信号発生器9から受信2周波CW信号が供給されている。各受信局3Ea〜3Ecには、1つの受信2周波CW信号発生器9から受信2周波CW信号がケーブル長の違いによる遅延などを補正して位相が一定値となるよう調整されながらケーブル18で接続されている。この実施の形態5に係わる受信2周波CW信号は、各受信局3Ea〜3Ec間で位相が揃っているので、送信局2と各受信局3Ea〜3Ecの位相誤差δθi,nは等しく、位相誤差δθiとなる。
In the target positioning apparatus 1E according to the fifth embodiment, the reception two-frequency CW signal is supplied from the common reception two-frequency
送信局2は、実施の形態1に係わる送信局2と同様であるので、説明は省略する。そして、放射される電波Txiは、式(30)で表される。iは、周波数f1または周波数f2を示し、1または2である。φiは、各周波数の電波の時刻t=0での任意の初期位相である。なお、説明を理解しやすくするためにエンベロープ1として一定振幅とした。
Since the transmitting
受信局3Ea〜3Ecは、それぞれ、空中を伝搬して到達する電波を受信する受信アンテナ8、受信する電波に受信2周波CW信号をミキシングし、ローパスフィルターにより周波数の和信号を除去し、差信号を生成する受信信号変換器10、差信号を処理して距離和と相対速度和とを推定する2周波CW信号処理器11Eを備える。また、受信局3Eaは、受信2周波CW信号を発生する受信2周波CW信号発生器9を備え、受信信号変換器10にはケーブル18が接続されている。
Each of the receiving stations 3Ea to 3Ec receives a radio wave that propagates through the air and receives a radio wave that arrives, mixes the received 2-frequency CW signal with the received radio wave, removes a sum signal of frequencies by a low-pass filter, and obtains a difference signal And a two-frequency
受信アンテナ8には、送信アンテナ7から空中に放射された電波が直接に到達する。以下の説明において、直接に到達する電波を直接波と称す。直接波Rx0i,nは、式(31)で表される。なお、τ0nは、送信局と受信局間を電波が伝搬する伝搬時間であり、送信局と受信局間の距離R0nと式(32)の関係式が成り立つ。
The radio wave radiated from the transmitting
受信2周波CW信号発生器9は、受信した直接波を受信信号変換器10においてミキシングするためのローカル信号を生成する受信2周波CW信号を生成し、その受信2周波CW信号を用いてローカル信号を生成して受信信号変換器10に出力する。受信2周波CW信号は、送信2周波CW信号と同様に周波数切替周期TCC毎に周波数指定値が周波数f1と周波数f2と交互に切り替えられる。但し、送信局2と受信局3との間には時刻ずれがある。
受信2周波CW信号発生器9Eが生成するローカル信号Li,nは、式(33)で表される。なお、Φi,nは、各受信局3と送信局2との間での2周波CW信号の時刻誤差に起因する位相誤差δθiを用いて式(34)から求められる。
The
The local signal L i, n generated by the reception 2-frequency CW signal generator 9E is expressed by Expression (33). Note that Φ i, n is obtained from Expression (34) using the phase error δθ i resulting from the time error of the two-frequency CW signal between each receiving
受信信号変換器10Eは、直接波Rx0i,nをローカル信号Li,nでミキシンングし、ローパスフィルターを通過して周波数の和信号が除去され、直接差信号B0i,nが得られる。直接差信号B0i,nは、式(35)で表される。 The reception signal converter 10E mixes the direct wave Rx0 i, n with the local signal L i, n , passes through the low-pass filter, removes the frequency sum signal , and obtains the direct difference signal B0 i, n . The direct difference signal B0 i, n is expressed by Expression (35).
2周波CW信号処理器11Eは、直接波周波数分析手段15および距離和速度和推定手段16を有する。
直接波周波数分析手段15Eは、周波数切替周期TCCの2倍のサンプリング間隔TSで区間TCの間をM個サンプリングした直接差信号B0i,nのデータを用いて離散フーリエ変換して式(36)で表される出力F0i,nを求める。そして、出力F0i,nの振幅|F0i,n|をしきい値処理し、ピークが得られる周波数番号kを、それぞれqi,nとする。この周波数番号qi,nのときの周波数f0i,n(ハット)は、式(37)で表される。なお、周波数番号q1,nと周波数番号q2,nは等しく、周波数番号qnとする。
The two-frequency
The direct wave frequency analyzing means 15E performs discrete Fourier transform using the data of the direct difference signal B0 i, n obtained by sampling M intervals T C at a sampling interval T S that is twice the frequency switching period T CC. The output F0 i, n represented by (36) is obtained. Then, the amplitude | F0 i, n | of the output F0 i, n is thresholded, and the frequency numbers k at which peaks are obtained are set to q i, n , respectively. The frequency f0 i, n (hat) for this frequency number q i, n is expressed by equation (37). Note that the frequency number q 1, n and the frequency number q 2, n are equal and are set to the frequency number q n .
距離和速度和推定手段16Eは、検出した周波数番号qnの位相αi,n(ハット)を、式(38)から求める。周波数f1の周波数番号qnの位相α1,n(ハット)と周波数f2の周波数番号qnの位相α2,n(ハット)との位相差は、式(39)の関係が成り立つ。
そして、距離和速度和推定手段16Eは、計測された位相差を用いて式(40)から送信局2と目標20間と目標20と各受信局3間の距離の和ξn(ハット)を求める。
また、距離和速度和推定手段16Eは、式(41)から相対速度和Vn(ハット)を求める。
The distance sum speed sum estimating means 16E obtains the phase α i, n (hat) of the detected frequency number q n from the equation (38). The phase difference between the phase α 1, n (hat) of the frequency number q n of the frequency f 1 and the phase α 2, n (hat) of the frequency number q n of the frequency f 2 has the relationship of Expression (39).
Then, the distance sum speed sum estimating means 16E calculates the sum ξ n (hat) of the distance between the transmitting
Further, the distance sum speed sum estimating means 16E obtains the relative speed sum Vn (hat) from the equation (41).
目標位置・速度推定器4Eは、以下の手順により送信局2の3次元座標と3次元相対速度成分を推定する。
推定対象の未知の送信局2Eの位置ベクトルおよび既知の各受信局3の位置ベクトルを、それぞれX、Xnとすると、式(40)の距離和ξnを用いることにより、時刻誤差δtが消去されて、式(42)〜式(44)の関係式が成り立つ。
そして、送信局2の位置ベクトルXの推定値X(ハット)は、3局の受信局3Ea〜3Ecでの距離和ξn(ハット)を用いて、共役勾配法、準Newton法、Levenberg−Marquardt法などの一般的な非線形手法を用いて求められる。
The target position /
Assuming that the position vector of the unknown transmitting station 2E to be estimated and the position vector of each known receiving
Then, the estimated value X (hat) of the position vector X of the transmitting
また、送信局2の相対速度ベクトルをVとすると、相対速度ベクトルVは、式(45)の関係式が成り立つ。
そして、送信局2の相対速度ベクトルVの推定値V(ハット)は、3つの受信局3Ea〜3Ecでの相対速度和Vn(ハット)と推定値X(ハット)を用いて、逆行列や一般逆行列を用いて求められる。
When the relative velocity vector of the transmitting
Then, the estimated value V (hat) of the relative velocity vector V of the transmitting
このような目標測位装置1Eは、推定する対象の目標が送信局2である運用形態においても、実施の形態1と同様に、受信局3Ea〜3Ecの時刻を送信局2の時刻に同期する必要がなく、同期パルサや送信パルス情報を必要としないので、狭帯域の受信系と低速の信号処理系であっても高精度の位置分解能を実現でき、小型で移動可能な受信局3Ea〜3Ecとなり、運用の柔軟性を確保できる。
Such a target positioning apparatus 1E needs to synchronize the time of the receiving stations 3Ea to 3Ec with the time of the transmitting
実施の形態6.
図12は、この発明の実施の形態6に係わる目標測位装置の構成図である。図13は、目標である受信局および送信局のXY座標面上の位置を示す図である。
この発明の実施の形態6に係わる目標測位装置1Fは、3つの送信局2Fa〜2Fc、1つの受信局3Fおよび目標位置・速度推定器4Fを備え、受信局3Fの位置と相対速度とを推定する。受信局3Fにて求められる距離和および相対速度和は通信手段を用いて目標位置・速度推定器4Fに送られる。なお、実施の形態6に係わる目標測位装置1Fは、3つの送信局3Fa〜3Fcを備えるが、4つ以上の送信局を備えても同様な効果が得られる。
FIG. 12 is a block diagram of a target positioning apparatus according to
A target positioning apparatus 1F according to
また、実施の形態6に係わる目標測位装置1Fでは、3つの送信局2Fa〜2Fcの送信信号変換器6に共通の送信2周波CW信号発生器5から送信2周波CW信号が供給されている。各送信局2Fa〜2Fcには、1つの送信2周波CW信号発生器5から送信2周波CW信号がケーブル長の違いによる遅延などを補正して位相が一定値となるよう調整されながらケーブル18で接続されている。この実施の形態6に係わる送信2周波CW信号は、各送信局2Fa〜2Fc間で位相が揃っているので、送信局2Fa〜2Fcと受信局3Fの位相誤差δθi,nは等しく、位相誤差δθiとなる。
In the target positioning apparatus 1F according to the sixth embodiment, the transmission 2-frequency CW signal is supplied from the transmission 2-frequency
受信2周波CW信号発生器9は、受信した直接波を受信信号変換器10においてミキシングするためのローカル信号を生成する受信2周波CW信号を生成し、その受信2周波CW信号を用いてローカル信号を生成して受信信号変換器10に出力する。受信2周波CW信号は、送信2周波CW信号と同様に周波数切替周期TCC毎に周波数指定値が周波数f1と周波数f2と交互に切り替えられる。但し、送信局2と受信局3との間には時刻ずれがある。
受信2周波CW信号発生器9が生成するローカル信号Li,nは、式(33)で表される。なお、Φiは、各送信局2Fa〜2Fcと受信局3Fとの間での2周波CW信号の時刻誤差に起因する位相誤差δθiを用いて式(34)から求められる。
The
The local signal L i, n generated by the reception two-frequency
受信信号変換器10は、直接波Rx0i,nをローカル信号Li,nでミキシンングし、ローパスフィルターを通過して周波数の和信号が除去され、直接差信号B0i,nが得られる。直接差信号B0i,nは、式(35)で表される。
The
直接波周波数分析手段15Fは、周波数切替周期TCCの2倍のサンプリング間隔TSで区間TCの間をM個サンプリングした直接差信号B0i,nのデータを用いて離散フーリエ変換して式(36)で表される出力F0i,nを求める。そして、出力F0i,nの振幅|F0i,n|をしきい値処理し、ピークが得られる周波数番号kを、それぞれqi,nとする。この周波数番号qi,nのときの周波数f0i,n(ハット)は、式(37)で表される。なお、周波数番号q1,nと周波数番号q2,nは等しく、周波数番号qnとする。
Direct wave
距離和速度和推定手段16Fは、検出した周波数番号qnの位相αi,n(ハット)を、式(38)から求める。周波数f1の周波数番号qnの位相α1,n(ハット)と周波数f2の周波数番号qnの位相α2,n(ハット)との位相差は、式(39)の関係が成り立つ。
そして、距離和速度和推定手段16Fは、計測された位相差を用いて式(40)から各送信局2Fa〜2Fcと目標20間と目標20と受信局3間の距離の和ξn(ハット)を求める。
また、距離和速度和推定手段16Fは、式(41)から相対速度和Vn(ハット)を求める。
The distance sum speed sum estimating means 16F calculates the phase α i, n (hat) of the detected frequency number q n from the equation (38). The phase difference between the phase α 1, n (hat) of the frequency number q n of the frequency f 1 and the phase α 2, n (hat) of the frequency number q n of the frequency f 2 has the relationship of Expression (39).
Then, the distance sum speed sum estimating means 16F uses the measured phase difference to calculate the sum ξ n (hat) of the distances between the transmitting stations 2Fa to 2Fc, the
Further, the distance sum speed sum estimating means 16F obtains the relative speed sum Vn (hat) from the equation (41).
目標位置・速度推定器4Fは、以下の手順により受信局3Fの3次元座標と3次元相対速度成分を推定する。
推定対象の未知の受信局3Fの位置ベクトルおよび既知の各送信局2Fa〜2Fcの位置ベクトルを、それぞれX、Xnとすると、式(40)の距離和ξnを用いることにより、時刻誤差δtが消去されて、式(42)〜式(44)の関係式が成り立つ。
そして、受信局3Fの位置ベクトルXの推定値X(ハット)は、3つの送信局2Fa〜2Fcとの距離和ξn(ハット)を用いて、共役勾配法、準Newton法、Levenberg−Marquardt法などの一般的な非線形手法を用いて求められる。
The target position /
Unknown position vector and the known position vector of each transmitting station 2Fa~
Then, the estimated value X (hat) of the position vector X of the receiving
また、受信局3Fの相対速度ベクトルをVとすると、相対速度ベクトルVは、式(45)の関係式が成り立つ。
そして、受信局3Fの相対速度ベクトルVの推定値V(ハット)は、3つの送信局2Fa〜2Fcでの相対速度和Vn(ハット)と推定値X(ハット)を用いて、逆行列や一般逆行列を用いて求められる。
When the relative velocity vector of the receiving
Then, the estimated value V (hat) of the relative velocity vector V of the receiving
このような目標測位装置1Fは、位置および速度を推定する目標が受信局3Fであるような運用形態でも、送信局2Fa〜2Fcの時刻を受信局3Fの時刻に同期する必要がなく、同期パルサや送信パルス情報を必要としないので、狭帯域の受信系と低速の信号処理系であっても高精度の位置分解能を実現でき、小型で移動可能な受信局3Fとなり、運用の柔軟性を確保できる。
Such a target positioning device 1F does not need to synchronize the time of the transmitting stations 2Fa to 2Fc with the time of the receiving
なお,実施の形態1乃至6における距離和速度和推定手段を用い、かつ受信局で角度計測を行うことが可能とした場合の目標位置推定法と組み合わせることもできる。 It is also possible to use the target position estimation method in the case where the distance sum speed sum estimation means in the first to sixth embodiments is used and the angle measurement can be performed at the receiving station.
1 目標測位装置、2 送信局、3 受信局、4 目標位置・速度推定器、5 送信2周波CW信号発生器、6 送信信号変換器、7 送信アンテナ、8 受信アンテナ、9 受信2周波CW信号発生器、10 受信信号変換器、11 2周波CW信号処理器、14 目標反射波周波数分析手段、15 直接波周波数分析手段、16 距離和速度和推定手段、18 ケーブル、20 目標。 1 target positioning device, 2 transmitting station, 3 receiving station, 4 target position / speed estimator, 5 transmitting 2 frequency CW signal generator, 6 transmitting signal converter, 7 transmitting antenna, 8 receiving antenna, 9 receiving 2 frequency CW signal Generator, 10 Received signal converter, 11 2 frequency CW signal processor, 14 Target reflected wave frequency analyzing means, 15 Direct wave frequency analyzing means, 16 Distance sum speed sum estimating means, 18 Cable, 20 Target.
Claims (6)
上記送信局は、
送信2周波CW信号を発生する送信2周波CW信号発生器と、
電波を上記送信2周波CW信号により変調する送信信号変換器と、
を備え、
上記受信局は、
上記2周波CWと同様な掃引傾斜および掃引時間のローカル信号を発生する受信2周波CW信号発生器と、
上記送信局から直接受信される電波、または目標で反射してから受信される電波と上記受信2周波CW信号発生器9からのローカル信号とをミキシングして直接差信号または目標反射差信号を求める受信信号変換器と、
上記直接差信号の出力が最大になる直接波周波数を算出する直接波周波数分析手段と、
上記目標反射差信号の出力が最大になる目標反射波周波数を算出する目標反射波周波数分析手段と、
上記直接波周波数と上記目標反射波周波数とに基づいて上記送信局と上記受信局との距離和と相対速度和とを推定する距離和速度和推定手段と、
を備え、
上記目標位置・速度推定器は、上記受信局から入力される上記距離和と上記相対速度和とから上記目標の3次元位置座標と3次元相対速度成分とを推定することを特徴とする目標測位装置。 Transmitting station that emits radio waves, three or more receiving stations that receive radio waves that arrive directly or after being reflected by the target object, and target position / speed estimation that estimates the target position and speed based on the received radio waves In the target positioning device comprising a device,
The transmitter station
A transmission 2 frequency CW signal generator for generating a transmission 2 frequency CW signal;
A transmission signal converter that modulates radio waves with the transmission two-frequency CW signal;
With
The receiving station is
A receiving two-frequency CW signal generator for generating a local signal having the same sweep slope and sweep time as the two-frequency CW;
The direct difference signal or the target reflection difference signal is obtained by mixing the radio wave directly received from the transmitting station or the radio wave received after being reflected by the target and the local signal from the reception two-frequency CW signal generator 9. A received signal converter;
Direct wave frequency analyzing means for calculating a direct wave frequency at which the output of the direct difference signal is maximized;
A target reflected wave frequency analyzing means for calculating a target reflected wave frequency at which the output of the target reflected difference signal is maximized;
Distance sum speed sum estimating means for estimating a distance sum and a relative speed sum between the transmitting station and the receiving station based on the direct wave frequency and the target reflected wave frequency;
With
The target position / speed estimator estimates a target three-dimensional position coordinate and a three-dimensional relative speed component from the distance sum and the relative speed sum input from the receiving station. apparatus.
上記距離和速度和推定手段は、上記目標反射波周波数での2周波の間の位相差に基づいて上記送信局と上記受信局との距離和と相対速度和とを推定することを特徴とする請求項1に記載する目標測位装置。 The reception 2-frequency CW signal generator of the receiving station generates a reception 2-frequency CW signal that is synchronized with the reception 2-frequency CW signal generators of the other reception stations,
The distance sum speed sum estimation means estimates a distance sum and a relative speed sum between the transmitting station and the receiving station based on a phase difference between two frequencies at the target reflected wave frequency. The target positioning device according to claim 1.
上記距離和速度和推定手段は、上記直接波周波数での2周波の間の位相差に基づいて上記送信局と上記受信局との距離和と相対速度和とを推定することを特徴とする請求項1に記載する目標測位装置。 The reception 2-frequency CW signal generator of the receiving station generates a reception 2-frequency CW signal that is synchronized with the reception 2-frequency CW signal generators of the other reception stations,
The distance sum speed sum estimating means estimates a distance sum and a relative speed sum between the transmitting station and the receiving station based on a phase difference between two frequencies at the direct wave frequency. Item 5. The target positioning device according to item 1.
上記送信局は、
送信2周波CW信号を発生する送信2周波CW信号発生器と、
電波を上記送信2周波CW信号により変調する送信信号変換器と、
を備え、
上記受信局は、
上記2周波CWと同様な掃引傾斜および掃引時間のローカル信号を発生する受信2周波CW信号発生器と、
上記送信局から直接受信される電波、または目標で反射してから受信される電波と上記受信2周波CW信号発生器9からのローカル信号とをミキシングして直接差信号または目標反射差信号を求める受信信号変換器と、
上記直接差信号の出力が最大になる直接波周波数を算出する直接波周波数分析手段と、
上記目標反射差信号の出力が最大になる目標反射波周波数を算出する目標反射波周波数分析手段と、
上記直接波周波数と上記目標反射波周波数とに基づいて上記送信局と上記受信局との距離和と相対速度和とを推定する距離和速度和推定手段と、
を備え、
上記目標位置・速度推定器は、上記受信局から入力される上記距離和と上記相対速度和とから上記目標の3次元位置座標と3次元相対速度成分とを推定することを特徴とする目標測位装置。 Three or more transmitting stations that radiate radio waves, a receiving station that receives radio waves that arrive directly or after being reflected by a target object, and a target position / speed estimate that estimates the target position and velocity based on the received radio waves In the target positioning device comprising a device,
The transmitter station
A transmission 2 frequency CW signal generator for generating a transmission 2 frequency CW signal;
A transmission signal converter that modulates radio waves with the transmission two-frequency CW signal;
With
The receiving station is
A receiving two-frequency CW signal generator for generating a local signal having the same sweep slope and sweep time as the two-frequency CW;
The direct difference signal or the target reflection difference signal is obtained by mixing the radio wave directly received from the transmitting station or the radio wave received after being reflected by the target and the local signal from the reception two-frequency CW signal generator 9. A received signal converter;
Direct wave frequency analyzing means for calculating a direct wave frequency at which the output of the direct difference signal is maximized;
A target reflected wave frequency analyzing means for calculating a target reflected wave frequency at which the output of the target reflected difference signal is maximized;
Distance sum speed sum estimating means for estimating a distance sum and a relative speed sum between the transmitting station and the receiving station based on the direct wave frequency and the target reflected wave frequency;
With
The target position / speed estimator estimates a target three-dimensional position coordinate and a three-dimensional relative speed component from the distance sum and the relative speed sum input from the receiving station. apparatus.
上記距離和速度和推定手段は、上記目標反射波周波数での2周波の間の位相差に基づいて上記送信局と上記受信局との距離和と相対速度和とを推定することを特徴とする請求項4に記載する目標測位装置。 The transmitting two-frequency CW signal generator of the transmitting station generates a transmitting two-frequency CW signal that is synchronized with the transmitting two-frequency CW signal generator of another transmitting station,
The distance sum speed sum estimation means estimates a distance sum and a relative speed sum between the transmitting station and the receiving station based on a phase difference between two frequencies at the target reflected wave frequency. The target positioning device according to claim 4.
上記距離和速度和推定手段は、上記直接波周波数での2周波の間の位相差に基づいて上記送信局と上記受信局との距離和と相対速度和とを推定することを特徴とする請求項4に記載する目標測位装置。 The transmitting two-frequency CW signal generator of the transmitting station generates a transmitting two-frequency CW signal that is synchronized with the transmitting two-frequency CW signal generator of another transmitting station,
The distance sum speed sum estimating means estimates a distance sum and a relative speed sum between the transmitting station and the receiving station based on a phase difference between two frequencies at the direct wave frequency. Item 5. The target positioning device according to item 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006008793A JP2007192573A (en) | 2006-01-17 | 2006-01-17 | Target positioning device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006008793A JP2007192573A (en) | 2006-01-17 | 2006-01-17 | Target positioning device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007192573A true JP2007192573A (en) | 2007-08-02 |
Family
ID=38448403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006008793A Pending JP2007192573A (en) | 2006-01-17 | 2006-01-17 | Target positioning device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2007192573A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013242237A (en) * | 2012-05-21 | 2013-12-05 | Keio Gijuku | Action detection system |
| CN104535990A (en) * | 2014-12-23 | 2015-04-22 | 西安电子工程研究所 | Bistatic radar receiving and sending beam three-dimensional synchronization method based on coordinate transformation |
| JP2015081851A (en) * | 2013-10-23 | 2015-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | Dual-frequency cw radar device |
| KR101766765B1 (en) | 2015-11-16 | 2017-08-10 | 경북대학교 산학협력단 | System for Linear Phase shift Type Reflectometer |
| WO2023160711A1 (en) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | 维沃移动通信有限公司 | Group positioning methods and apparatus, and communication device |
-
2006
- 2006-01-17 JP JP2006008793A patent/JP2007192573A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013242237A (en) * | 2012-05-21 | 2013-12-05 | Keio Gijuku | Action detection system |
| JP2015081851A (en) * | 2013-10-23 | 2015-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | Dual-frequency cw radar device |
| CN104535990A (en) * | 2014-12-23 | 2015-04-22 | 西安电子工程研究所 | Bistatic radar receiving and sending beam three-dimensional synchronization method based on coordinate transformation |
| KR101766765B1 (en) | 2015-11-16 | 2017-08-10 | 경북대학교 산학협력단 | System for Linear Phase shift Type Reflectometer |
| WO2023160711A1 (en) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | 维沃移动通信有限公司 | Group positioning methods and apparatus, and communication device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7357585B2 (en) | Radar system method, radar system and radar system device | |
| CN110622026B (en) | Method and apparatus for environmental detection | |
| JP2007192575A (en) | Target positioning device | |
| JP5197138B2 (en) | Multi static radar device | |
| US7948431B2 (en) | Radiobased locating system provided with a synthetic aperture | |
| EP3324205B1 (en) | Decentralised radar system | |
| CN112470023B (en) | Positioning method and positioning system for locating at least one object by using wave-based signals | |
| JP2006177907A (en) | Interferometric radar | |
| EP4258019B1 (en) | Phase noise reduction for symmetric bistatic radar | |
| EP2525238A1 (en) | Velocity/distance detection system, velocity/distance detection apparatus, and velocity/distance detection method | |
| JP5599371B2 (en) | Positioning device | |
| CN114814817B (en) | Moving object speed deblurring method and device, electronic equipment and storage medium | |
| JP2012242288A (en) | Radar device | |
| RU2687057C1 (en) | Method of determining coordinates of a moving object | |
| JP2007192573A (en) | Target positioning device | |
| CN108519593A (en) | An asynchronous positioning method based on single-station dual-frequency continuous wave radar | |
| JP2016138787A (en) | Passive radar device | |
| Albuquerque et al. | Robot self position based on asynchronous millimetre wave radar interference | |
| JP3484995B2 (en) | Instantaneous passive distance measuring device | |
| JP4893883B2 (en) | Radio altitude speed measuring apparatus and altitude speed measuring method using radio wave | |
| RU2367974C2 (en) | Method for detection of non-radial projection of moving target speed | |
| JP2013113723A (en) | Radar system | |
| JP2006329829A (en) | Radar equipment | |
| WO2020141415A1 (en) | Improved positioning system based on distributed transmission and reception of wi-fi signals | |
| RU2759199C1 (en) | Method for measuring object motion parametrs by an active locator |