目標測位装置
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１４０１２４号公報
【特許文献２】特開２００３−１５６５５７号公報
【特許文献３】特開平６−１４８３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【数１】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
【数２】
【００１５】
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。
【００１６】
【数３】
【００１７】
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。
【００１８】
【数４】
【００１９】
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。
【００２０】
【数５】
【００２１】
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。
【００２２】
【数６】
【００２３】
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。
【００２４】
【数７】
【００２５】
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。
【００２６】
【数８】
【００２７】
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。
【００２８】
【数９】
【００２９】
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。
【００３０】
【数１０】
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【数１１】
【００４６】
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。
【００４７】
【数１２】
【００４８】
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。
【００４９】
【数１３】
【００５０】
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。
【００５１】
【数１４】
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
【数１５】
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
【数１６】
【００６８】
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。
【００６９】
【数１７】
【００７０】
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。
【００７１】
【数１８】
【００７２】
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。
【００７３】
【数１９】
【００７４】
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。
【００７５】
【数２０】
【００７６】
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。
【００７７】
【数２１】
【００７８】
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。
【００７９】
【数２２】
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】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】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】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。
【図４】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】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６】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】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８】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】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１０】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】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。
【図１２】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】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。
【符号の説明】
【００９２】
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。
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１４０１２４号公報
【特許文献２】特開２００３−１５６５５７号公報
【特許文献３】特開平６−１４８３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【数１】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
【数２】
【００１５】
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。
【００１６】
【数３】
【００１７】
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。
【００１８】
【数４】
【００１９】
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。
【００２０】
【数５】
【００２１】
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。
【００２２】
【数６】
【００２３】
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。
【００２４】
【数７】
【００２５】
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。
【００２６】
【数８】
【００２７】
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。
【００２８】
【数９】
【００２９】
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。
【００３０】
【数１０】
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【数１１】
【００４６】
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。
【００４７】
【数１２】
【００４８】
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。
【００４９】
【数１３】
【００５０】
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。
【００５１】
【数１４】
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
【数１５】
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
【数１６】
【００６８】
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。
【００６９】
【数１７】
【００７０】
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。
【００７１】
【数１８】
【００７２】
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。
【００７３】
【数１９】
【００７４】
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。
【００７５】
【数２０】
【００７６】
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。
【００７７】
【数２１】
【００７８】
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。
【００７９】
【数２２】
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】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】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】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。
【図４】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】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６】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】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８】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】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１０】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】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。
【図１２】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】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。
【符号の説明】
【００９２】
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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする目標測位装置。
【請求項２】
上記受信局の上記受信２周波ＣＷ信号発生器は、他の上記受信局の上記受信２周波ＣＷ信号発生器と同期する受信２周波ＣＷ信号を発生し、
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。
【請求項３】
上記受信局の上記受信２周波ＣＷ信号発生器は、他の上記受信局の上記受信２周波ＣＷ信号発生器と同期する受信２周波ＣＷ信号を発生し、
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。
【請求項４】
電波を放射する３つ以上の送信局、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ことを特徴とする目標測位装置。
【請求項５】
上記送信局の上記送信２周波ＣＷ信号発生器は、他の上記送信局の上記送信２周波ＣＷ信号発生器と同期する送信２周波ＣＷ信号を発生し、
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。
【請求項６】
上記送信局の上記送信２周波ＣＷ信号発生器は、他の上記送信局の上記送信２周波ＣＷ信号発生器と同期する送信２周波ＣＷ信号を発生し、
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。
【請求項１】
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ことを特徴とする目標測位装置。
【請求項２】
上記受信局の上記受信２周波ＣＷ信号発生器は、他の上記受信局の上記受信２周波ＣＷ信号発生器と同期する受信２周波ＣＷ信号を発生し、
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。
【請求項３】
上記受信局の上記受信２周波ＣＷ信号発生器は、他の上記受信局の上記受信２周波ＣＷ信号発生器と同期する受信２周波ＣＷ信号を発生し、
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。
【請求項４】
電波を放射する３つ以上の送信局、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ことを特徴とする目標測位装置。
【請求項５】
上記送信局の上記送信２周波ＣＷ信号発生器は、他の上記送信局の上記送信２周波ＣＷ信号発生器と同期する送信２周波ＣＷ信号を発生し、
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。
【請求項６】
上記送信局の上記送信２周波ＣＷ信号発生器は、他の上記送信局の上記送信２周波ＣＷ信号発生器と同期する送信２周波ＣＷ信号を発生し、
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−１９２５７３（Ｐ２００７−１９２５７３Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８７９３（Ｐ２００６−８７９３）
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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