電波高度計
【課題】正確な残留高度を常に用いて高度の補正をする電波高度計の提供。
【解決手段】メモリ回路５２には、搭載される可能性のある全ての航空機に関し、計算により求めた残留高度ＨＯｆｆが航空機の機体情報１５０に対応して予め格納してある。選別回路５１は、電波高度計に電源が投入されたときに、機体情報１５０を読み取る。機体情報１５０は、航空機の機種、機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２等の当該航空機における残留高度ＨＯｆｆを規定する情報であり、コネクタ３００に接続された電子回路の回路構成でもって、表されている。メモリ回路５２から機体情報１５０に対応する残留高度ＨＯｆｆが読み出される。測定高度補正部６は、信号４０２で表される見掛けの高度Ｈｘから残留高度ＨＯｆｆを差し引くことにより、実際の測定高度Ｈｔを生成し、信号１０６で出力する。
【解決手段】メモリ回路５２には、搭載される可能性のある全ての航空機に関し、計算により求めた残留高度ＨＯｆｆが航空機の機体情報１５０に対応して予め格納してある。選別回路５１は、電波高度計に電源が投入されたときに、機体情報１５０を読み取る。機体情報１５０は、航空機の機種、機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２等の当該航空機における残留高度ＨＯｆｆを規定する情報であり、コネクタ３００に接続された電子回路の回路構成でもって、表されている。メモリ回路５２から機体情報１５０に対応する残留高度ＨＯｆｆが読み出される。測定高度補正部６は、信号４０２で表される見掛けの高度Ｈｘから残留高度ＨＯｆｆを差し引くことにより、実際の測定高度Ｈｔを生成し、信号１０６で出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波高度計に関し、特に航空機に搭載され、送受信電波の時間差を利用して飛行高度を測定するのに好適な電波高度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機搭載の電波高度計は、送信部、受信部および高度演算部を備え、送信部から出力した電波が航空機搭載の送信アンテナから放射され、地上で反射され、航空機搭載の受信アンテナで受信され、受信部に入力されるまでの経過時間を高度演算部で距離に変換し、その距離の２分の１を航空機の高度とする。送信部から送信アンテナまでの高周波電波伝送用のケーブル、受信アンテナから受信部までの高周波電波伝送用のケーブル、航空機が飛行場等の地上に駐機しているときに送信アンテナから地面へ、そして地面から受信アンテナに至る間の電波伝播経路があるので、これら２つのケーブル及び駐機中の両アンテナ間の電波伝播経路における電波伝播時間に対応する距離は、航空機の高度がゼロのときにも高度演算部において高度として演算される。そこで、航空機が駐機中に高度演算部で演算により求められる高度を残留高度と称し、航空機の飛行中に高度演算部において演算された見掛けの高度から残留高度を差し引く演算を行い、実際の航空機の高度（実高度）を算出している。即ち、残留高度は、実高度を求めるための補正値である。また、残留高度は、航空機の高度がゼロ（駐機中）のときには電波高度計の高度出力がゼロとなるように、電波高度計における電波の送信から反射電波の受信までの経過時間から求められる見掛けの高度データを補正するためのデータであるので、特許文献１（特開平１０−２６８０３９）では残留高度を零補正値と称している。
【０００３】
図４は、電波高度計による原理的な航空機高度測定方法を説明するための高度測定システムを示す概念図である。図４では、航空機は飛行場等の平坦地に静置（駐機と通称されるので、以下では通称に従い、駐機と称することとする。）されているものとする。また、図５は、図４の電波高度計による高度測定システムにおける各部信号の時間関係を示すタイミング図である。図において、１００は航空機に搭載された電波高度計、２は電波高度計１００の送信部、３は電波高度計１００の受信部、４は送信部２から出力された高周波の送信電波１０１が受信電波１０４として受信部３で受信されるまでの経過時間に基づき航空機の高度を演算する高度演算部、１０は航空機搭載の送信アンテナ、１１は航空機搭載の受信アンテナ、９は電波高度計１００の出力端１ａから出力された電波を送信アンテナ１０に導く電気長Ｌ1の機体内ケーブル、１２は受信アンテナ１１で受信された電波を電波高度計１００の入力端１ｂに導く電気長Ｌ２の機体内ケーブル、１３は送信アンテナ１０及び受信アンテナ１１が固定される機体フレーム、１４は送信アンテナ１０から放射された電波を反射する地表面、Ｄは送信アンテナ１０と受信アンテナ１１との間隔、ｈは送信アンテナ１０及び受信アンテナ１１の地上高である。また、１０２は送信アンテナ１０から放射される送信電波、１０３は地表面１４において反射された反射電波である。図４の高度測定システムは、送信アンテナ１０及び受信アンテナ１１が、地表面１４から同じ高さｈの位置において機体フレーム１３に固定されている例である（同様、後に説明する図１及び図６においても両アンテナの地上高はｈとする）。機体内ケーブル９，１２は誘電率εの同軸ケーブルでなる。
【０００４】
図４及び図５を参照し、図４の電波高度計により航空機の高度を求める方法を説明する。高度演算部４は、送信トリガパルス信号４０１を出力する[図５（ａ）]。送信部２は、送信トリガパルス信号４０１に同期し、高周波の送信電波１０１を生成する[図５（ｂ）]。機体内ケーブル９は、電波高度計１００の出力端１ａから受けた送信電波１０１を送信アンテナ１０へ伝送する。送信アンテナ１０は、送信電波１０１を入力し、送信電波１０２を地表面１４に向け放射する。送信電波１０２は、地表面１４で反射され、反射電波１０３として受信アンテナ１１で受信される。機体内ケーブル１２は、受信アンテナ１１で受信された反射電波１０３を受信電波１０４として電波高度計１００の入力端１ｂへ伝送する。受信部３は、入力端１ｂから受けた高周波の受信電波１０４[図５（ｃ）]を復調し、受信パルス信号３０１[図５（ｄ）]を生成する。図５（ｃ） の受信電波１０４は、図４の電波高度計を搭載した航空機が駐機しているときの受信電波のタイミングを示している。高度演算部４は、送信トリガパルス信号４０１の立上り時点ｔ０から受信パルス信号３０１の立上り時点ｔ１までの経過時間ＴＯｆｆを距離に変換し、その距離の２分の１を高度Ｈｘとして求め、この高度Ｈｘを測定高度データ４０２として出力する。いま、航空機は駐機しているので、航空機の高度はゼロであるはずであるが、図４の高度測定システムで高度演算部４から出力される高度データ４０２はＨｘであり、ゼロではない。航空機の実際の高度Ｈｔがゼロのとき（駐機状態）に、高度演算部４で演算される高度Ｈｘが前述の残留高度である。実際の高度がゼロのときの高度Ｈｘを以下では残留高度ＨＯｆｆと表記する。航空機が任意の高度にあるときに図４の高度測定システムで測定した高度Ｈｘ（高度演算部４の出力４０２で表される高度）は、残留高度ＨＯｆｆを含むので、見掛けの高度である。そこで、以下では高度Ｈｘを見掛けの高度と称することとする。航空機の実高度Ｈｔは見掛けの高度Ｈｘから残留高度ＨＯｆｆを差し引いたものである（Ｈｔ＝Ｈｘ−ＨＯｆｆ）。
【０００５】
なお、図４の電波高度計１００では、高度演算部４から送信トリガパルス信号４０１が出力され、送信部２が送信トリガパルス信号４０１に同期した送信電波１０１を生成し、送信電波１０１が出力端１ａに至るまでの時間（この時間をＴ０１とする）、および受信電波１０４が入力端１ｂに入力され、さらに受信部３に至り、受信部３が受信電波１０４を復調し、受信パルス信号３０１を生成し、受信パルス信号３０１が高度演算部４に入力されるまでの時間（この時間をＴ０２とする）が理論上は存在する。しかしながら、これら時間Ｔ０１及びＴ０２は上記経過時間ＴＯｆｆ（残留高度ＨＯｆｆに対応する時間）に比べ極めて微小であり、実高度計算においては無視し得る。後述の図６の電波高度計２００及び図１の電波高度計１においても同様である。
【０００６】
引き続き図５を参照して、航空機の実高度Ｈｔを求める方法を具体的に説明する。航空機の飛行時には、航空機の実高度Ｈｔはゼロより大きくなるので、飛行時の受信パルス信号３０１[図５（ｆ）]は、駐機時における受信パルス信号３０１[図５（ｄ）]より遅れて受信される。そこで、航空機の飛行時には、送信トリガパルス信号４０１の立上り時点ｔ０から受信パルス信号３０１の立上り時点ｔｘまでの経過時間Ｔｘは、駐機時のその経過時間ＴＯｆｆ（残留高度ＨＯｆｆに対応）より大きくなる。航空機の実高度Ｈｔは、経過時間の差Ｔｘ−ＴＯｆｆ＝Ｔｔの２分の１を距離に変換した値である。そこで、実高度Ｈｔを得るために、高度演算部４の出力の測定高度データ４０２で表される見掛けの高度Ｈｘから残留高度ＨＯｆｆを差し引き、実高度Ｈｔ＝Ｈｘ−ＨＯｆｆを生成するための補正手段が必要となる。
【０００７】
前述の特許文献１には、図６に示される自動零高度補正機能付電波高度計が開示されている。図６は、上述の図４との対応間関係を分かり易くするために、特許文献１における図[１]とは表現を僅かに変更してあるが、実質的に特許文献１における図[１]と同じである。図６において、電波高度計２００は、送信部２、受信部３、高度演算部４、残留高度検出部５０および測定高度補正部６０により構成されている。送信部２、受信部３および高度演算部４は、図４の電波高度計１００におけるものと同じである。残留高度検出部５０は、脚スイッチ入力回路１５、駐機状態判定回路１６および零補正値メモリ回路１７でなる。この特許文献１の従来例においては、航空機が駐機状態であるか否かを示すスイッチオン信号１１０が端子１ｅから入力される。駐機時に機体の脚が接地すると、接地により脚に加わる圧力が脚スイッチで感知され、脚スイッチがオンになり、脚スイッチはスイッチオン信号１１０を出力する。脚スイッチ入力回路１５は、スイッチオン信号１１０の信号レベルを駐機状態判定回路１６の入力回路に適合する値に変換し、脚スイッチ信号１１５を生成する。駐機状態判定回路１６は、脚スイッチ信号１１５に基づき航空機の駐機状態を判定する。零補正値メモリ回路１７は、駐機状態判定回路１６の判定信号１１６を受け、判定信号１１６が駐機状態との判定を示すときは、高度演算部４の出力の測定高度データ４０２で表される見掛けの高度Ｈｘを残留高度ＨＯｆｆとして記憶し、残留高度ＨＯｆｆを表す残留高度信号１１７を出力する。残留高度と同じ意味の用語として、特許文献１では零補正値が用いられていることは前述のとおりである。測定高度補正部６０は、高度補正手段であり、高度演算部４の出力の測定高度データ４０２で表される見掛けの高度Ｈｘから、残留高度信号１１７で表される残留高度ＨＯｆｆを差し引き、実高度Ｈｔ＝Ｈｘ−ＨＯｆｆを生成し、実高度Ｈｔを測定高度信号１６０として端子１ｆから出力する。このように、特許文献１の自動零高度補正機能付電波高度計では、駐機中に電波高度計で実測した見掛けの高度Ｈｘが残留高度ＨＯｆｆとして利用される。
【特許文献１】特開平１０−２６８０３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の電波高度計においては、駐機中に電波高度計で実測した見掛けの高度Ｈｘを残留高度ＨＯｆｆとして利用している。然しながら、送信アンテナから放射される放射電波と、地表面で反射されて受信アンテナに捕捉される反射電波の電波伝播経路長は、各アンテナの放射特性および周囲環境に依存し、変動し易い。例えば、送信アンテナ又は受信アンテナの近傍に作業車などがあれば、放射電波又は受信電波の伝播経路が影響を受け、ひいては電波伝播経路長が影響を受ける。このように駐機中の電波伝播経路が送受信アンテナ近傍の環境により影響を受けると、測定した残留高度ＨＯｆｆの誤差が大きくなり、ひいては見掛けの高度Ｈｘから残留高度ＨＯｆｆを差し引く補正により得た高度Ｈｔ（＝Ｈｘ−ＨＯｆｆ）も、実高度とは異なり、誤差を含んだ高度となる。また、このような実測により残留高度ＨＯｆｆを取得する従来の電波高度計では、電波高度計に高度測定上の何らかの故障が生じている場合には、残留高度ＨＯｆｆが誤った値に測定されるので、飛行時もその誤った残留高度ＨＯｆｆで補正した高度を実高度として扱ってしまう。そこで、本発明の目的は、正確な残留高度を常に用いて高度の補正をする電波高度計の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１０】
（１）飛翔体が地上静置状態にあるときの送信アンテナから受信アンテナに至る電波の伝播経路長、高周波電波出力端から前記送信アンテナに至る間の送信電波伝送用の第１のケーブル及び前記受信アンテナから反射電波入力端の間の反射電波伝送用の第２のケーブルの長さ並びに前記第１及び第２のケーブルの誘電率に基づき予め計算した残留高度を記憶する記憶手段と、
前記高周波電波出力端からの送信電波の出力から前記反射電波入力端への反射電波の入力までの経過時間に対応する高度を、前記記憶手段に記憶した前記残留高度で補正する補正手段と
を有することを特徴とする電波高度計。
【００１１】
（２）電波の出力端および入力端を備え、飛翔体に搭載され、前記出力端から出力した電波を第１のケーブルで前記飛翔体搭載の送信アンテナに導き、前記送信アンテナから地上に向けて電波を放射し、地上で反射された電波を前記飛翔体搭載の受信アンテナで受信し、前記受信アンテナで受信した電波を第２のケーブルで前記入力端に導き、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間から該飛翔体の高度を測定する装置であって、前記飛翔体が地上静置状態にあるときの前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１に相当する距離を残留高度とし、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１に相当する距離から前記残留高度を差し引くことにより、前記飛翔体の実際の高度を測定する電波高度計において、
前記残留高度は、前記飛翔体が前記地上静置状態にあるときの前記送信アンテナから前記受信アンテナに至る電波の伝播経路長、前記第１及び第２のケーブルの長さ並びに前記第１及び第２のケーブルの誘電率に基づき予め計算により取得し、記憶手段に記憶した値であることを特徴とする電波高度計。
【００１２】
（３）電波高度計側コネクタが接続される飛翔体側コネクタ又はこのコネクタに接続された電子回路の回路構成が、前記残留高度を規定する情報に対応させてある飛翔体に搭載される前記（２）に記載の電波高度計であって、
前記記憶手段は複数の前記残留高度を記憶しており、
前記電波高度計側コネクタ経由で前記回路構成を読み取り、前記回路構成に応じた選別信号を生成し、この選別信号に対応した前記残留高度を前記記憶手段から読み出す選別回路を備える
ことを特徴とする電波高度計。
【００１３】
（４）前記残留高度は、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１の時間で表されていることを特徴とする前記（１）乃至（３）に記載の電波高度計。
【発明の効果】
【００１４】
送信アンテナから放射される放射電波と、地表面で反射されて受信アンテナに捕捉される反射電波の電波伝播経路長は、各アンテナの放射特性および周囲環境に依存し、変動し易いが、上記の構成によれば、その電波伝播経路長に依存することなく、電波高度計が搭載される各飛翔体それぞれについて、記憶手段に予め記憶された正確な残留高度を常に利用して、高度の補正ができるから、正確な実高度を測定できる。もし、本発明の電波高度計が故障していたとしても、その電波高度計を搭載している飛翔体が着地（飛翔体が航空機であれば、駐機）しているときに測定される飛翔体の高度はゼロとはならないから、その故障は発見され、誤った高度を実高度と認識する危険な飛翔を予め防ぐことができる。
【００１５】
また、電波高度計側コネクタが接続される飛翔体側コネクタの回路構成が、残留高度に対応させてある飛翔体に電波高度計が搭載されるときは、飛翔体の機種ごとの残留高度をそれぞれ記憶手段に記憶しておき、電波高度計側コネクタ経由で飛翔体側コネクタの回路構成を読み取り、その回路構成に応じた選別信号を生成し、この選別信号に対応した残留高度を記憶手段から読み出す選別回路を備える前記（３）の構成が採用できる。前記（３）の構成では、電波高度計側コネクタを飛翔体側コネクタに接続することにより、当該機種の残留高度が記憶手段から自動的に読み取られるので、正確な実高度が自動的に測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態の電波高度計を備える高度測定システムを示す概念図である。図１において、１は電波高度計、１ａは高周波電波１０１が出力される出力端、１ｂは受信電波１０４が入力される入力端、１ｃは電波高度計１が搭載される航空機側の電子回路に接続されるコネクタ、１ｄは測定高度信号１０６が出力される出力端子、２は送信部、３は受信部、４は高度演算部、５は残留高度検出部、６は測定高度補正部、１０は航空機の機体に固定された送信アンテナ、１１は航空機の機体に固定された受信アンテナ、９は電波高度計１出力の送信電波１０１を送信アンテナ１０に導く機体内ケーブル、１２は受信アンテナ１１で受信した反射電波１０３を電波高度計１に受信電波１０４として導く機体内ケーブル、１３は航空機の機体フレーム、５１は選別回路、５２はメモリ回路、３００は電波高度計１側のコネクタ１ｃに接続される航空機側のコネクタである。電波高度計１は、送信部２、受信部３、高度演算部４、残留高度検出部５および測定高度補正部６で構成される。残留高度検出部５は選別回路５１およびメモリ回路５２で構成される。
【００１７】
図１の実施形態の電波高度計１は、図６の従来の電波高度計２００における残留高度検出部５０、測定高度補正部６０、端子１ｅ及び端子１ｆに代えて、残留高度検出部５、測定高度補正部６、端子１ｃ及び端子１ｄをそれぞれ備え、また図６の電波高度計２００におけるスイッチオン信号１１０に代えて機体情報信号１５０を入力するとともに、測定高度信号１６０に代えて測定高度信号１０６を出力する点でその電波高度計２００と相違し、その他の構成は図６の電波高度計と同じである。本発明は、残留高度ＨＯｆｆ［図５（ｅ）に示す時間長ＴＯｆｆに対応する高度］を予め計算により取得し、記憶しておくことに大きな特徴を有し、高度演算部４で測定した見掛けの高度を残留高度で補正するという電波高度計の基本的な考え方は図６の従来のものと変わらない。
【００１８】
図２及び図３は、図１の実施形態における残留高度の計算方法を示すための残留高度算定図である。図２は、機体フレーム１３に取付けられた送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の地上高が異なり、それぞれhtとhrである場合を示し、図３は、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の地上高が相等しくhである場合を示す。図１、図２および図３においては、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の配置間隔はＤであり、機体内ケーブル９と１２の電気長はそれぞれＬ1とＬ2である。また送信アンテナ１０から送信される送信電波１０２と、地表面において反射されて受信アンテナ１２に受信される反射電波１０３の伝播経路長はそれぞれＬ3とＬ4である（図２および図３では、図１における符号の一部は省略されている。）。
【００１９】
始めに、図１、図２および図３を参照して、本発明における残留高度について説明する。図１および図２おいて、電波高度計１の出力端１ａから出力され、送信用の機体内ケーブル９を経由し、送信アンテナ１０から送信電波１０２として放射され、地表面１４において反射されて受信アンテナ１１に反射電波１０３として受信され、受信用の機体内ケーブル１２を経由して電波高度計１の入力端１ｂに入力される高度測定信号の伝播経路長に対応する残留高度ＨＯｆｆは、図２に示されるように次式によって与えられる。
【数１】
また図３の場合には、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の地上高は等しく、共にhであるから、残留高度ＨＯｆｆは、図３に示されるように次式によって与えられる。
【数２】
【００２０】
図２及び図３において、機体内ケーブル９の電気長Ｌ1及び機体内ケーブル１２の電気長Ｌ2は、ケーブルの長さ及び誘電率に基づき計算された設計値として明確に規定されている。送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の間隔Ｄおよび各アンテナの地上高ht，hrは、それぞれ設計値として明確に与えられている。従って残留高度ＨＯｆｆは、図２の場合には上記(１)式により、図３の場合には(２)式によって、機体ごとに予め規定されている。図６の従来の高度測定システムにおいては、実測によって残留高度ＨＯｆｆを取得したので、残留高度ＨＯｆｆに実測に伴う不定要素が排除できなかった。これに対し、図１の本発明の実施形態では、次に詳述するように、残留高度ＨＯｆｆとして設計値を用いて高度の補正を行う。
【００２１】
次に、図１を参照して、電波高度計１が搭載される航空機の残留高度を使用して高度の補正をする方式について説明する。航空機の機種ごとにアンテナ１０,１１の地上高ｈが定まる。航空機の機種が同じであっても電波高度計の取付位置が相違し、ひいては機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２が相違することもあり得るが、航空機の機種および機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２は、機体ごとに予め設計事項として知り得る。そこで、図１の電波高度計１が搭載される航空機では、航空機の機種、機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２等の当該航空機における残留高度ＨＯｆｆを規定する情報は、航空機側のコネクタ３００又はコネクタ３００に接続された電子回路の回路構成で表現できる。いまコネクタ３００がNo.1からNo.10までの１０個のピンを有してなり、No.1ピンは接地され（No.1ピンと接地との間の抵抗値がゼロ）、No.2ピンは＋５ボルトの電源に接続され、No.3のピンはオープン（開放、No.3のピンと接地との間の抵抗が無限大）であり、No.4のピンは1Kオームの抵抗で接地され、No.5のピンは＋１５ボルトの電源に接続され、No.6のピンは電圧値が0.5ボルトから5.0ボルトの間で変動する電源（信号源）に接続され、No.7のピンは接地され、No.8乃至No.10のピンは電圧値が0.5ボルトから5.0ボルトの間で変動する電源（信号源）に接続されていると仮定すると、前記の回路構成は、コネクタ３００におけるNo.1からNo.10までの１０個のピンの抵抗値及び電圧値で規定される。その回路構成で表現された情報は、機体情報１５０として、電波高度計１に電源が投入されたとき（電波高度計１の電源投入前に両コネクタが接続されている場合）或いは電波高度計１側のコネクタ１ｃを航空機側のコネクタ３００に接続したときに（電波高度計１の電源投入前には両コネクタが接続されていない場合）、選別回路５１で自動的に読み取れる。請求項３における「電波高度計側コネクタが接続される飛翔体側コネクタ又はこのコネクタに接続された電子回路の回路構成が、前記残留高度を規定する情報に対応させてある」との記載は、図１の実施の形態に関しては、「電波高度計側コネクタ１ｃが接続される航空機側コネクタ３００又はこのコネクタ３００に接続された電子回路の回路構成が、前記残留高度を規定する情報に対応させてある」と読み替えることができる。
【００２２】
引き続き、電波高度計１が搭載される航空機に対応して残留高度を規定するための図１の実施形態の動作について説明する。今、電波高度計１が航空機Ａに搭載されているものとする。電波高度計１の残留高度検出部５に含まれるメモリ回路５２には、前述の式（１）又は（２）より予め算出された各航空機に対応する残留高度が個別に格納されている。電波高度計１側のコネクタ１ｃを航空機側のコネクタ３００に接続したときに、選別回路５１は、コネクタ１ｃ及びコネクタ３００を介して、機体情報１５０を読み取る。機体情報１５０は、航空機の機種、機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２等の当該航空機における残留高度ＨＯｆｆを規定する情報であり、航空機側コネクタ３００又はこのコネクタ３００に接続された電子回路の回路構成でもって、表されている。
【００２３】
図１の実施形態の場合には、電波高度計１が搭載される航空機は航空機Ａであるから、機体情報１５０が現す情報は、航空機Ａである。機体情報１５０が現す情報が航空機Ａであることを読み取った選別回路５１は、選別信号１５１を出力する。選別信号１５１は、航空機Ａを表すコードである。
【００２４】
航空機Ａなる情報には、航空機の機種、機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２等の当該航空機における残留高度ＨＯｆｆを規定する情報が一義的に対応している。機体情報１５０が航空機Ａであれば、航空機の機体ごとに固有のアンテナ１０，１１の地上高および機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２が設計事項として予め判明する。メモリ回路５２には、航空機Ａのアンテナ１０，１１の地上高および機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２に基づき予め計算した残留高度ＨＯｆｆが航空機Ａなるデータと対応付けて記憶してある。メモリ回路５２には、航空機Ａに対応する残留高度ＨＯｆｆだけでなく、電波高度計１が搭載される可能性のある全ての航空機に対応する残留高度ＨＯｆｆが予め記憶してある。したがって、電波高度計１が搭載される可能性のある航空機が航空機Ａ、航空機Ｂ、航空機Ｃ・・・・・・であれば、機体情報１５０で表される航空機は航空機Ａ、航空機Ｂ、航空機Ｃ・・・・・・の内のいずれかであるので、メモリ回路５２は航空機Ａ、航空機Ｂ、航空機Ｃ・・・・・・に関する残留高度ＨＯｆｆＡ，ＨＯｆｆＢ，ＨＯｆｆＣ・・・・・・を記憶している。今、選別信号１５１は航空機Ａを表すので、選別信号１５１を受けたメモリ回路５２は、航空機Ａに対応する残留高度ＨＯｆｆＡを読み出し、残留高度信号１０５を出力する。残留高度信号１０５は残留高度ＨＯｆｆＡを表す。
【００２５】
測定高度補正部６は、測定高度データ４０２で表される見掛けの高度Ｈｘから残留高度信号１０５で表される残留高度ＨＯｆｆを差し引く演算により、航空機の実高度Ｈｔを生成し（Ｈｔ＝Ｈｘ−ＨＯｆｆ）、測定高度信号１０６を端子１ｄから出力する。測定高度信号１０６は実高度Ｈｔを表す。本実施の形態では、電波高度計１が搭載される航空機が航空機Ａである場合と同様に、電波高度計１が搭載される航空機が航空機Ｂ、航空機Ｃ・・・・・・の内のいずれかである場合においても全く同様に、残留高度ＨＯｆｆによる高度の補正が行われる。例えば、電波高度計１が搭載される航空機が航空機Ｂであれば、機体情報１５０が現す情報は航空機Ｂであるから、選別回路５１は機体情報１５０が現す情報が航空機Ｂであることを読み取り、選別回路５１は、航空機Ｂを表すコードを選別信号１５１して出力し、メモリ回路５２からは航空機Ｂに対応する残留高度ＨＯｆｆＢが読み出され、メモリ回路５２は残留高度ＨＯｆｆＢを表す残留高度信号１０５を出力する。従って、図１の実施形態によれば、電波高度計１が搭載される航空機の如何を問わず、測定高度補正部６に対しては、その航空機に対応する適正な高度補正値が常に自動的に供給され、測定高度補正部６から航空機の実高度Ｈｔが測定高度信号１０６として出力される。
【００２６】
上述のように、図１の実施形態によれば、設計値に基づく残留高度ＨＯｆｆが自動的に選択され、その適正な残留高度ＨＯｆｆより補正した高度が測定できる。そこで、航空機の駐機中に高度測定したとき、電波高度計１が故障でなければ、測定高度信号１０６で表される航空機の実高度Ｈｔは、ある誤差範囲でゼロ付近となる。もし、その実高度Ｈｔが誤差範囲のゼロ付近とならないならば、電波高度計１が故障であると診断できる。すなわち、電波高度計１は自己診断機能を備えるといえる。
【００２７】
また、図６の従来の電波高度計では、駐機中に測定した高度を残留高度ＨＯｆｆとしたから、残留高度ＨＯｆｆが周囲環境の影響を受ける虞があったが、図１の本発明の実施形態では、計算により得た機体ごとの残留高度ＨＯｆｆをメモリ回路５２に予め記憶しておくとともに、電波高度計が搭載された機体の情報１５０をコネクタ１ｃ経由で選別回路５１に読取り、選別回路５１で読取った機体に応じた残留高度ＨＯｆｆをメモリ回路５２から読み出す。そこで、図１の本発明の実施形態では、いかなる場合にも周囲環境の影響を受けることなく、正確な残留高度ＨＯｆｆに基づき見掛けの高度Ｈｘを補正するので、測定した実高度Ｈｔは常に正確である。例えば、本実施形態の電波高度計を用いれば、航空機の駐機中に作業車などが近傍に存在したとしても、その影響を受けることなく、正確に実高度Ｈｔを測定できる。
【００２８】
図６の従来の電波高度計２００では、スイッチオン信号１１０の入力ごとに、脚スイッチ信号１１５及び判定信号１１６を生成し、ゼロ補正値メモリ回路１７に記憶する残留高度を書き換えているので、何らかの不都合により誤ったタイミング（例えば航空機の飛行中）にスイッチオン信号１１０が入力されたりすると、測定高度補正部６０から出力される測定高度信号１６０で表される測定高度は全く誤ったデータとなる虞がある。これに対し、図１の本実施形態の電波高度計１では、電波高度計１に電源が投入されたときにだけに選別回路５１が機体情報１５０を読み取れるようにすることにより、何らかの誤操作又は誤作動に起因し、残留高度ＨＯｆｆが飛行中などに書き換えられる虞がない。また、図１の実施形態では、何らかの原因により、残留高度ＨＯｆｆが誤ったデータに切り替わったとき、或いは機体情報１５０で表される航空機の情報が誤っていたとすれば、駐機時の高度が誤差範囲のゼロ付近とならないであろうから、残留高度ＨＯｆｆのデータの誤りが発見できる。
【００２９】
以上には、発明の理解を容易にするために、実施形態を挙げ、具体的に説明したが、本発明が前記実施形態に限定されるものではないことは勿論である。例えば、図１の実施形態は航空機に搭載される電波高度計であったが、本発明は、飛行機やヘリコプタ等の航空機に搭載される電波高度計だけではなく、ミサイル、気球等の航空機以外の飛翔体に搭載される電波高度計にも適用できる。
【００３０】
また、上述の実施形態では、残留高度は距離の単位でメモリ回路５２に記憶したが、メモリ回路５２に記憶する残留高度を距離の単位で記憶することは必須ではない。電波の伝搬速度が一定であるので、電波の伝搬時間は電波の伝搬距離に対応している。そこで、例えば距離の単位の残留高度に相当する電波の伝搬時間をメモリ回路５２に記憶しておき、メモリ回路５２から読み出した伝搬時間に既知の電波伝搬速度を掛ける乗算回路をメモリ回路５２の出力端と測定高度補正部６の残留高度信号１０５の入力端との間に設けておき、その乗算回路の出力を前記残留高度信号１０５とすることにより、図１の実施形態と同様に本発明を実施できる。請求項４における電波の伝播時間は、図１の出力端１ａから入力端１ｂに至る電波の伝搬時間に相当している。また、請求項４における” 残留高度は、・・・・・電波の伝播時間で表されている”とは、残留高度の情報をその残留高度に相当する電波伝搬時間の２分の１という時間で表すことを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態の電波高度計を備える高度測定システムを示す概念図である。
【図２】送信アンテナの地上高と受信アンテナの地上高とが相違するときにおける残留高度の計算方法を示すための残留高度算定図である。
【図３】送信アンテナの地上高と受信アンテナの地上高とが等しいときにおける残留高度の計算方法を示すための残留高度算定図である。
【図４】電波高度計による原理的な航空機高度測定方法を説明するための高度測定システムを示す概念図である。
【図５】図４の電波高度計による高度測定システムにおける各部信号の時間関係を示すタイミング図である。
【図６】特許文献１の自動零高度補正機能付電波高度計の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３２】
１,１００,２００ 電波高度計
１ａ 送信電波１０１の出力端
１ｂ 受信電波１０４の入力端
１ｃ 機体側のコネクタ３００に接続され、コネクタ３００から機体情報１５０を受けるコネクタ
１ｄ 測定高度信号１０６の出力端
１ｅ スイッチオン信号１１０の入力端
１ｆ 測定高度信号１６０の出力端
２ 送信部
３ 受信部
４ 高度演算部
５,５０ 残留高度検出部
６,６０ 測定高度補正部
９,１２ 機体内ケーブル
１０ 送信アンテナ
１１ 受信アンテナ
１３ 機体フレーム
１４ 地表面
１７ 零補正値メモリ回路
５１ 選別回路
５２ メモリ回路
１０１,１０２ 送信電波
１０３ 反射電波
１０４ 受信電波
１０５ 残留高度信号
１０６ 測定高度信号
１１０ スイッチオン信号
１１５ 脚スイッチ信号
１１６ 判定信号
１１７ 残留高度信号
１５０ 機体情報信号
１５１ 選別信号
１６０ 測定高度信号
３０１ 受信パルス信号
４０１ 送信トリガパルス信号
４０２ 測定高度データ
３０１ 受信パルス信号
Ｌ１ 機体内ケーブル９の電気長
Ｌ２ 機体内ケーブル１２の電気長
Ｌ３ 送信アンテナ１０から放射され地表面１４へ至る電波の伝播経路長
Ｌ４ 地表面１４反射され受信アンテナ１１で受信される電波の伝播経路長
Ｄ 送信アンテナ１０と受信アンテナ１１との間隔
ｈ 送信アンテナ１０及び受信アンテナ１１の地上高
Ｈｘ みかけの高度
Ｈｔ 実高度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波高度計に関し、特に航空機に搭載され、送受信電波の時間差を利用して飛行高度を測定するのに好適な電波高度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機搭載の電波高度計は、送信部、受信部および高度演算部を備え、送信部から出力した電波が航空機搭載の送信アンテナから放射され、地上で反射され、航空機搭載の受信アンテナで受信され、受信部に入力されるまでの経過時間を高度演算部で距離に変換し、その距離の２分の１を航空機の高度とする。送信部から送信アンテナまでの高周波電波伝送用のケーブル、受信アンテナから受信部までの高周波電波伝送用のケーブル、航空機が飛行場等の地上に駐機しているときに送信アンテナから地面へ、そして地面から受信アンテナに至る間の電波伝播経路があるので、これら２つのケーブル及び駐機中の両アンテナ間の電波伝播経路における電波伝播時間に対応する距離は、航空機の高度がゼロのときにも高度演算部において高度として演算される。そこで、航空機が駐機中に高度演算部で演算により求められる高度を残留高度と称し、航空機の飛行中に高度演算部において演算された見掛けの高度から残留高度を差し引く演算を行い、実際の航空機の高度（実高度）を算出している。即ち、残留高度は、実高度を求めるための補正値である。また、残留高度は、航空機の高度がゼロ（駐機中）のときには電波高度計の高度出力がゼロとなるように、電波高度計における電波の送信から反射電波の受信までの経過時間から求められる見掛けの高度データを補正するためのデータであるので、特許文献１（特開平１０−２６８０３９）では残留高度を零補正値と称している。
【０００３】
図４は、電波高度計による原理的な航空機高度測定方法を説明するための高度測定システムを示す概念図である。図４では、航空機は飛行場等の平坦地に静置（駐機と通称されるので、以下では通称に従い、駐機と称することとする。）されているものとする。また、図５は、図４の電波高度計による高度測定システムにおける各部信号の時間関係を示すタイミング図である。図において、１００は航空機に搭載された電波高度計、２は電波高度計１００の送信部、３は電波高度計１００の受信部、４は送信部２から出力された高周波の送信電波１０１が受信電波１０４として受信部３で受信されるまでの経過時間に基づき航空機の高度を演算する高度演算部、１０は航空機搭載の送信アンテナ、１１は航空機搭載の受信アンテナ、９は電波高度計１００の出力端１ａから出力された電波を送信アンテナ１０に導く電気長Ｌ1の機体内ケーブル、１２は受信アンテナ１１で受信された電波を電波高度計１００の入力端１ｂに導く電気長Ｌ２の機体内ケーブル、１３は送信アンテナ１０及び受信アンテナ１１が固定される機体フレーム、１４は送信アンテナ１０から放射された電波を反射する地表面、Ｄは送信アンテナ１０と受信アンテナ１１との間隔、ｈは送信アンテナ１０及び受信アンテナ１１の地上高である。また、１０２は送信アンテナ１０から放射される送信電波、１０３は地表面１４において反射された反射電波である。図４の高度測定システムは、送信アンテナ１０及び受信アンテナ１１が、地表面１４から同じ高さｈの位置において機体フレーム１３に固定されている例である（同様、後に説明する図１及び図６においても両アンテナの地上高はｈとする）。機体内ケーブル９，１２は誘電率εの同軸ケーブルでなる。
【０００４】
図４及び図５を参照し、図４の電波高度計により航空機の高度を求める方法を説明する。高度演算部４は、送信トリガパルス信号４０１を出力する[図５（ａ）]。送信部２は、送信トリガパルス信号４０１に同期し、高周波の送信電波１０１を生成する[図５（ｂ）]。機体内ケーブル９は、電波高度計１００の出力端１ａから受けた送信電波１０１を送信アンテナ１０へ伝送する。送信アンテナ１０は、送信電波１０１を入力し、送信電波１０２を地表面１４に向け放射する。送信電波１０２は、地表面１４で反射され、反射電波１０３として受信アンテナ１１で受信される。機体内ケーブル１２は、受信アンテナ１１で受信された反射電波１０３を受信電波１０４として電波高度計１００の入力端１ｂへ伝送する。受信部３は、入力端１ｂから受けた高周波の受信電波１０４[図５（ｃ）]を復調し、受信パルス信号３０１[図５（ｄ）]を生成する。図５（ｃ） の受信電波１０４は、図４の電波高度計を搭載した航空機が駐機しているときの受信電波のタイミングを示している。高度演算部４は、送信トリガパルス信号４０１の立上り時点ｔ０から受信パルス信号３０１の立上り時点ｔ１までの経過時間ＴＯｆｆを距離に変換し、その距離の２分の１を高度Ｈｘとして求め、この高度Ｈｘを測定高度データ４０２として出力する。いま、航空機は駐機しているので、航空機の高度はゼロであるはずであるが、図４の高度測定システムで高度演算部４から出力される高度データ４０２はＨｘであり、ゼロではない。航空機の実際の高度Ｈｔがゼロのとき（駐機状態）に、高度演算部４で演算される高度Ｈｘが前述の残留高度である。実際の高度がゼロのときの高度Ｈｘを以下では残留高度ＨＯｆｆと表記する。航空機が任意の高度にあるときに図４の高度測定システムで測定した高度Ｈｘ（高度演算部４の出力４０２で表される高度）は、残留高度ＨＯｆｆを含むので、見掛けの高度である。そこで、以下では高度Ｈｘを見掛けの高度と称することとする。航空機の実高度Ｈｔは見掛けの高度Ｈｘから残留高度ＨＯｆｆを差し引いたものである（Ｈｔ＝Ｈｘ−ＨＯｆｆ）。
【０００５】
なお、図４の電波高度計１００では、高度演算部４から送信トリガパルス信号４０１が出力され、送信部２が送信トリガパルス信号４０１に同期した送信電波１０１を生成し、送信電波１０１が出力端１ａに至るまでの時間（この時間をＴ０１とする）、および受信電波１０４が入力端１ｂに入力され、さらに受信部３に至り、受信部３が受信電波１０４を復調し、受信パルス信号３０１を生成し、受信パルス信号３０１が高度演算部４に入力されるまでの時間（この時間をＴ０２とする）が理論上は存在する。しかしながら、これら時間Ｔ０１及びＴ０２は上記経過時間ＴＯｆｆ（残留高度ＨＯｆｆに対応する時間）に比べ極めて微小であり、実高度計算においては無視し得る。後述の図６の電波高度計２００及び図１の電波高度計１においても同様である。
【０００６】
引き続き図５を参照して、航空機の実高度Ｈｔを求める方法を具体的に説明する。航空機の飛行時には、航空機の実高度Ｈｔはゼロより大きくなるので、飛行時の受信パルス信号３０１[図５（ｆ）]は、駐機時における受信パルス信号３０１[図５（ｄ）]より遅れて受信される。そこで、航空機の飛行時には、送信トリガパルス信号４０１の立上り時点ｔ０から受信パルス信号３０１の立上り時点ｔｘまでの経過時間Ｔｘは、駐機時のその経過時間ＴＯｆｆ（残留高度ＨＯｆｆに対応）より大きくなる。航空機の実高度Ｈｔは、経過時間の差Ｔｘ−ＴＯｆｆ＝Ｔｔの２分の１を距離に変換した値である。そこで、実高度Ｈｔを得るために、高度演算部４の出力の測定高度データ４０２で表される見掛けの高度Ｈｘから残留高度ＨＯｆｆを差し引き、実高度Ｈｔ＝Ｈｘ−ＨＯｆｆを生成するための補正手段が必要となる。
【０００７】
前述の特許文献１には、図６に示される自動零高度補正機能付電波高度計が開示されている。図６は、上述の図４との対応間関係を分かり易くするために、特許文献１における図[１]とは表現を僅かに変更してあるが、実質的に特許文献１における図[１]と同じである。図６において、電波高度計２００は、送信部２、受信部３、高度演算部４、残留高度検出部５０および測定高度補正部６０により構成されている。送信部２、受信部３および高度演算部４は、図４の電波高度計１００におけるものと同じである。残留高度検出部５０は、脚スイッチ入力回路１５、駐機状態判定回路１６および零補正値メモリ回路１７でなる。この特許文献１の従来例においては、航空機が駐機状態であるか否かを示すスイッチオン信号１１０が端子１ｅから入力される。駐機時に機体の脚が接地すると、接地により脚に加わる圧力が脚スイッチで感知され、脚スイッチがオンになり、脚スイッチはスイッチオン信号１１０を出力する。脚スイッチ入力回路１５は、スイッチオン信号１１０の信号レベルを駐機状態判定回路１６の入力回路に適合する値に変換し、脚スイッチ信号１１５を生成する。駐機状態判定回路１６は、脚スイッチ信号１１５に基づき航空機の駐機状態を判定する。零補正値メモリ回路１７は、駐機状態判定回路１６の判定信号１１６を受け、判定信号１１６が駐機状態との判定を示すときは、高度演算部４の出力の測定高度データ４０２で表される見掛けの高度Ｈｘを残留高度ＨＯｆｆとして記憶し、残留高度ＨＯｆｆを表す残留高度信号１１７を出力する。残留高度と同じ意味の用語として、特許文献１では零補正値が用いられていることは前述のとおりである。測定高度補正部６０は、高度補正手段であり、高度演算部４の出力の測定高度データ４０２で表される見掛けの高度Ｈｘから、残留高度信号１１７で表される残留高度ＨＯｆｆを差し引き、実高度Ｈｔ＝Ｈｘ−ＨＯｆｆを生成し、実高度Ｈｔを測定高度信号１６０として端子１ｆから出力する。このように、特許文献１の自動零高度補正機能付電波高度計では、駐機中に電波高度計で実測した見掛けの高度Ｈｘが残留高度ＨＯｆｆとして利用される。
【特許文献１】特開平１０−２６８０３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の電波高度計においては、駐機中に電波高度計で実測した見掛けの高度Ｈｘを残留高度ＨＯｆｆとして利用している。然しながら、送信アンテナから放射される放射電波と、地表面で反射されて受信アンテナに捕捉される反射電波の電波伝播経路長は、各アンテナの放射特性および周囲環境に依存し、変動し易い。例えば、送信アンテナ又は受信アンテナの近傍に作業車などがあれば、放射電波又は受信電波の伝播経路が影響を受け、ひいては電波伝播経路長が影響を受ける。このように駐機中の電波伝播経路が送受信アンテナ近傍の環境により影響を受けると、測定した残留高度ＨＯｆｆの誤差が大きくなり、ひいては見掛けの高度Ｈｘから残留高度ＨＯｆｆを差し引く補正により得た高度Ｈｔ（＝Ｈｘ−ＨＯｆｆ）も、実高度とは異なり、誤差を含んだ高度となる。また、このような実測により残留高度ＨＯｆｆを取得する従来の電波高度計では、電波高度計に高度測定上の何らかの故障が生じている場合には、残留高度ＨＯｆｆが誤った値に測定されるので、飛行時もその誤った残留高度ＨＯｆｆで補正した高度を実高度として扱ってしまう。そこで、本発明の目的は、正確な残留高度を常に用いて高度の補正をする電波高度計の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１０】
（１）飛翔体が地上静置状態にあるときの送信アンテナから受信アンテナに至る電波の伝播経路長、高周波電波出力端から前記送信アンテナに至る間の送信電波伝送用の第１のケーブル及び前記受信アンテナから反射電波入力端の間の反射電波伝送用の第２のケーブルの長さ並びに前記第１及び第２のケーブルの誘電率に基づき予め計算した残留高度を記憶する記憶手段と、
前記高周波電波出力端からの送信電波の出力から前記反射電波入力端への反射電波の入力までの経過時間に対応する高度を、前記記憶手段に記憶した前記残留高度で補正する補正手段と
を有することを特徴とする電波高度計。
【００１１】
（２）電波の出力端および入力端を備え、飛翔体に搭載され、前記出力端から出力した電波を第１のケーブルで前記飛翔体搭載の送信アンテナに導き、前記送信アンテナから地上に向けて電波を放射し、地上で反射された電波を前記飛翔体搭載の受信アンテナで受信し、前記受信アンテナで受信した電波を第２のケーブルで前記入力端に導き、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間から該飛翔体の高度を測定する装置であって、前記飛翔体が地上静置状態にあるときの前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１に相当する距離を残留高度とし、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１に相当する距離から前記残留高度を差し引くことにより、前記飛翔体の実際の高度を測定する電波高度計において、
前記残留高度は、前記飛翔体が前記地上静置状態にあるときの前記送信アンテナから前記受信アンテナに至る電波の伝播経路長、前記第１及び第２のケーブルの長さ並びに前記第１及び第２のケーブルの誘電率に基づき予め計算により取得し、記憶手段に記憶した値であることを特徴とする電波高度計。
【００１２】
（３）電波高度計側コネクタが接続される飛翔体側コネクタ又はこのコネクタに接続された電子回路の回路構成が、前記残留高度を規定する情報に対応させてある飛翔体に搭載される前記（２）に記載の電波高度計であって、
前記記憶手段は複数の前記残留高度を記憶しており、
前記電波高度計側コネクタ経由で前記回路構成を読み取り、前記回路構成に応じた選別信号を生成し、この選別信号に対応した前記残留高度を前記記憶手段から読み出す選別回路を備える
ことを特徴とする電波高度計。
【００１３】
（４）前記残留高度は、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１の時間で表されていることを特徴とする前記（１）乃至（３）に記載の電波高度計。
【発明の効果】
【００１４】
送信アンテナから放射される放射電波と、地表面で反射されて受信アンテナに捕捉される反射電波の電波伝播経路長は、各アンテナの放射特性および周囲環境に依存し、変動し易いが、上記の構成によれば、その電波伝播経路長に依存することなく、電波高度計が搭載される各飛翔体それぞれについて、記憶手段に予め記憶された正確な残留高度を常に利用して、高度の補正ができるから、正確な実高度を測定できる。もし、本発明の電波高度計が故障していたとしても、その電波高度計を搭載している飛翔体が着地（飛翔体が航空機であれば、駐機）しているときに測定される飛翔体の高度はゼロとはならないから、その故障は発見され、誤った高度を実高度と認識する危険な飛翔を予め防ぐことができる。
【００１５】
また、電波高度計側コネクタが接続される飛翔体側コネクタの回路構成が、残留高度に対応させてある飛翔体に電波高度計が搭載されるときは、飛翔体の機種ごとの残留高度をそれぞれ記憶手段に記憶しておき、電波高度計側コネクタ経由で飛翔体側コネクタの回路構成を読み取り、その回路構成に応じた選別信号を生成し、この選別信号に対応した残留高度を記憶手段から読み出す選別回路を備える前記（３）の構成が採用できる。前記（３）の構成では、電波高度計側コネクタを飛翔体側コネクタに接続することにより、当該機種の残留高度が記憶手段から自動的に読み取られるので、正確な実高度が自動的に測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態の電波高度計を備える高度測定システムを示す概念図である。図１において、１は電波高度計、１ａは高周波電波１０１が出力される出力端、１ｂは受信電波１０４が入力される入力端、１ｃは電波高度計１が搭載される航空機側の電子回路に接続されるコネクタ、１ｄは測定高度信号１０６が出力される出力端子、２は送信部、３は受信部、４は高度演算部、５は残留高度検出部、６は測定高度補正部、１０は航空機の機体に固定された送信アンテナ、１１は航空機の機体に固定された受信アンテナ、９は電波高度計１出力の送信電波１０１を送信アンテナ１０に導く機体内ケーブル、１２は受信アンテナ１１で受信した反射電波１０３を電波高度計１に受信電波１０４として導く機体内ケーブル、１３は航空機の機体フレーム、５１は選別回路、５２はメモリ回路、３００は電波高度計１側のコネクタ１ｃに接続される航空機側のコネクタである。電波高度計１は、送信部２、受信部３、高度演算部４、残留高度検出部５および測定高度補正部６で構成される。残留高度検出部５は選別回路５１およびメモリ回路５２で構成される。
【００１７】
図１の実施形態の電波高度計１は、図６の従来の電波高度計２００における残留高度検出部５０、測定高度補正部６０、端子１ｅ及び端子１ｆに代えて、残留高度検出部５、測定高度補正部６、端子１ｃ及び端子１ｄをそれぞれ備え、また図６の電波高度計２００におけるスイッチオン信号１１０に代えて機体情報信号１５０を入力するとともに、測定高度信号１６０に代えて測定高度信号１０６を出力する点でその電波高度計２００と相違し、その他の構成は図６の電波高度計と同じである。本発明は、残留高度ＨＯｆｆ［図５（ｅ）に示す時間長ＴＯｆｆに対応する高度］を予め計算により取得し、記憶しておくことに大きな特徴を有し、高度演算部４で測定した見掛けの高度を残留高度で補正するという電波高度計の基本的な考え方は図６の従来のものと変わらない。
【００１８】
図２及び図３は、図１の実施形態における残留高度の計算方法を示すための残留高度算定図である。図２は、機体フレーム１３に取付けられた送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の地上高が異なり、それぞれhtとhrである場合を示し、図３は、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の地上高が相等しくhである場合を示す。図１、図２および図３においては、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の配置間隔はＤであり、機体内ケーブル９と１２の電気長はそれぞれＬ1とＬ2である。また送信アンテナ１０から送信される送信電波１０２と、地表面において反射されて受信アンテナ１２に受信される反射電波１０３の伝播経路長はそれぞれＬ3とＬ4である（図２および図３では、図１における符号の一部は省略されている。）。
【００１９】
始めに、図１、図２および図３を参照して、本発明における残留高度について説明する。図１および図２おいて、電波高度計１の出力端１ａから出力され、送信用の機体内ケーブル９を経由し、送信アンテナ１０から送信電波１０２として放射され、地表面１４において反射されて受信アンテナ１１に反射電波１０３として受信され、受信用の機体内ケーブル１２を経由して電波高度計１の入力端１ｂに入力される高度測定信号の伝播経路長に対応する残留高度ＨＯｆｆは、図２に示されるように次式によって与えられる。
【数１】
また図３の場合には、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の地上高は等しく、共にhであるから、残留高度ＨＯｆｆは、図３に示されるように次式によって与えられる。
【数２】
【００２０】
図２及び図３において、機体内ケーブル９の電気長Ｌ1及び機体内ケーブル１２の電気長Ｌ2は、ケーブルの長さ及び誘電率に基づき計算された設計値として明確に規定されている。送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の間隔Ｄおよび各アンテナの地上高ht，hrは、それぞれ設計値として明確に与えられている。従って残留高度ＨＯｆｆは、図２の場合には上記(１)式により、図３の場合には(２)式によって、機体ごとに予め規定されている。図６の従来の高度測定システムにおいては、実測によって残留高度ＨＯｆｆを取得したので、残留高度ＨＯｆｆに実測に伴う不定要素が排除できなかった。これに対し、図１の本発明の実施形態では、次に詳述するように、残留高度ＨＯｆｆとして設計値を用いて高度の補正を行う。
【００２１】
次に、図１を参照して、電波高度計１が搭載される航空機の残留高度を使用して高度の補正をする方式について説明する。航空機の機種ごとにアンテナ１０,１１の地上高ｈが定まる。航空機の機種が同じであっても電波高度計の取付位置が相違し、ひいては機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２が相違することもあり得るが、航空機の機種および機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２は、機体ごとに予め設計事項として知り得る。そこで、図１の電波高度計１が搭載される航空機では、航空機の機種、機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２等の当該航空機における残留高度ＨＯｆｆを規定する情報は、航空機側のコネクタ３００又はコネクタ３００に接続された電子回路の回路構成で表現できる。いまコネクタ３００がNo.1からNo.10までの１０個のピンを有してなり、No.1ピンは接地され（No.1ピンと接地との間の抵抗値がゼロ）、No.2ピンは＋５ボルトの電源に接続され、No.3のピンはオープン（開放、No.3のピンと接地との間の抵抗が無限大）であり、No.4のピンは1Kオームの抵抗で接地され、No.5のピンは＋１５ボルトの電源に接続され、No.6のピンは電圧値が0.5ボルトから5.0ボルトの間で変動する電源（信号源）に接続され、No.7のピンは接地され、No.8乃至No.10のピンは電圧値が0.5ボルトから5.0ボルトの間で変動する電源（信号源）に接続されていると仮定すると、前記の回路構成は、コネクタ３００におけるNo.1からNo.10までの１０個のピンの抵抗値及び電圧値で規定される。その回路構成で表現された情報は、機体情報１５０として、電波高度計１に電源が投入されたとき（電波高度計１の電源投入前に両コネクタが接続されている場合）或いは電波高度計１側のコネクタ１ｃを航空機側のコネクタ３００に接続したときに（電波高度計１の電源投入前には両コネクタが接続されていない場合）、選別回路５１で自動的に読み取れる。請求項３における「電波高度計側コネクタが接続される飛翔体側コネクタ又はこのコネクタに接続された電子回路の回路構成が、前記残留高度を規定する情報に対応させてある」との記載は、図１の実施の形態に関しては、「電波高度計側コネクタ１ｃが接続される航空機側コネクタ３００又はこのコネクタ３００に接続された電子回路の回路構成が、前記残留高度を規定する情報に対応させてある」と読み替えることができる。
【００２２】
引き続き、電波高度計１が搭載される航空機に対応して残留高度を規定するための図１の実施形態の動作について説明する。今、電波高度計１が航空機Ａに搭載されているものとする。電波高度計１の残留高度検出部５に含まれるメモリ回路５２には、前述の式（１）又は（２）より予め算出された各航空機に対応する残留高度が個別に格納されている。電波高度計１側のコネクタ１ｃを航空機側のコネクタ３００に接続したときに、選別回路５１は、コネクタ１ｃ及びコネクタ３００を介して、機体情報１５０を読み取る。機体情報１５０は、航空機の機種、機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２等の当該航空機における残留高度ＨＯｆｆを規定する情報であり、航空機側コネクタ３００又はこのコネクタ３００に接続された電子回路の回路構成でもって、表されている。
【００２３】
図１の実施形態の場合には、電波高度計１が搭載される航空機は航空機Ａであるから、機体情報１５０が現す情報は、航空機Ａである。機体情報１５０が現す情報が航空機Ａであることを読み取った選別回路５１は、選別信号１５１を出力する。選別信号１５１は、航空機Ａを表すコードである。
【００２４】
航空機Ａなる情報には、航空機の機種、機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２等の当該航空機における残留高度ＨＯｆｆを規定する情報が一義的に対応している。機体情報１５０が航空機Ａであれば、航空機の機体ごとに固有のアンテナ１０，１１の地上高および機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２が設計事項として予め判明する。メモリ回路５２には、航空機Ａのアンテナ１０，１１の地上高および機体内ケーブルの電気長Ｌ１，Ｌ２に基づき予め計算した残留高度ＨＯｆｆが航空機Ａなるデータと対応付けて記憶してある。メモリ回路５２には、航空機Ａに対応する残留高度ＨＯｆｆだけでなく、電波高度計１が搭載される可能性のある全ての航空機に対応する残留高度ＨＯｆｆが予め記憶してある。したがって、電波高度計１が搭載される可能性のある航空機が航空機Ａ、航空機Ｂ、航空機Ｃ・・・・・・であれば、機体情報１５０で表される航空機は航空機Ａ、航空機Ｂ、航空機Ｃ・・・・・・の内のいずれかであるので、メモリ回路５２は航空機Ａ、航空機Ｂ、航空機Ｃ・・・・・・に関する残留高度ＨＯｆｆＡ，ＨＯｆｆＢ，ＨＯｆｆＣ・・・・・・を記憶している。今、選別信号１５１は航空機Ａを表すので、選別信号１５１を受けたメモリ回路５２は、航空機Ａに対応する残留高度ＨＯｆｆＡを読み出し、残留高度信号１０５を出力する。残留高度信号１０５は残留高度ＨＯｆｆＡを表す。
【００２５】
測定高度補正部６は、測定高度データ４０２で表される見掛けの高度Ｈｘから残留高度信号１０５で表される残留高度ＨＯｆｆを差し引く演算により、航空機の実高度Ｈｔを生成し（Ｈｔ＝Ｈｘ−ＨＯｆｆ）、測定高度信号１０６を端子１ｄから出力する。測定高度信号１０６は実高度Ｈｔを表す。本実施の形態では、電波高度計１が搭載される航空機が航空機Ａである場合と同様に、電波高度計１が搭載される航空機が航空機Ｂ、航空機Ｃ・・・・・・の内のいずれかである場合においても全く同様に、残留高度ＨＯｆｆによる高度の補正が行われる。例えば、電波高度計１が搭載される航空機が航空機Ｂであれば、機体情報１５０が現す情報は航空機Ｂであるから、選別回路５１は機体情報１５０が現す情報が航空機Ｂであることを読み取り、選別回路５１は、航空機Ｂを表すコードを選別信号１５１して出力し、メモリ回路５２からは航空機Ｂに対応する残留高度ＨＯｆｆＢが読み出され、メモリ回路５２は残留高度ＨＯｆｆＢを表す残留高度信号１０５を出力する。従って、図１の実施形態によれば、電波高度計１が搭載される航空機の如何を問わず、測定高度補正部６に対しては、その航空機に対応する適正な高度補正値が常に自動的に供給され、測定高度補正部６から航空機の実高度Ｈｔが測定高度信号１０６として出力される。
【００２６】
上述のように、図１の実施形態によれば、設計値に基づく残留高度ＨＯｆｆが自動的に選択され、その適正な残留高度ＨＯｆｆより補正した高度が測定できる。そこで、航空機の駐機中に高度測定したとき、電波高度計１が故障でなければ、測定高度信号１０６で表される航空機の実高度Ｈｔは、ある誤差範囲でゼロ付近となる。もし、その実高度Ｈｔが誤差範囲のゼロ付近とならないならば、電波高度計１が故障であると診断できる。すなわち、電波高度計１は自己診断機能を備えるといえる。
【００２７】
また、図６の従来の電波高度計では、駐機中に測定した高度を残留高度ＨＯｆｆとしたから、残留高度ＨＯｆｆが周囲環境の影響を受ける虞があったが、図１の本発明の実施形態では、計算により得た機体ごとの残留高度ＨＯｆｆをメモリ回路５２に予め記憶しておくとともに、電波高度計が搭載された機体の情報１５０をコネクタ１ｃ経由で選別回路５１に読取り、選別回路５１で読取った機体に応じた残留高度ＨＯｆｆをメモリ回路５２から読み出す。そこで、図１の本発明の実施形態では、いかなる場合にも周囲環境の影響を受けることなく、正確な残留高度ＨＯｆｆに基づき見掛けの高度Ｈｘを補正するので、測定した実高度Ｈｔは常に正確である。例えば、本実施形態の電波高度計を用いれば、航空機の駐機中に作業車などが近傍に存在したとしても、その影響を受けることなく、正確に実高度Ｈｔを測定できる。
【００２８】
図６の従来の電波高度計２００では、スイッチオン信号１１０の入力ごとに、脚スイッチ信号１１５及び判定信号１１６を生成し、ゼロ補正値メモリ回路１７に記憶する残留高度を書き換えているので、何らかの不都合により誤ったタイミング（例えば航空機の飛行中）にスイッチオン信号１１０が入力されたりすると、測定高度補正部６０から出力される測定高度信号１６０で表される測定高度は全く誤ったデータとなる虞がある。これに対し、図１の本実施形態の電波高度計１では、電波高度計１に電源が投入されたときにだけに選別回路５１が機体情報１５０を読み取れるようにすることにより、何らかの誤操作又は誤作動に起因し、残留高度ＨＯｆｆが飛行中などに書き換えられる虞がない。また、図１の実施形態では、何らかの原因により、残留高度ＨＯｆｆが誤ったデータに切り替わったとき、或いは機体情報１５０で表される航空機の情報が誤っていたとすれば、駐機時の高度が誤差範囲のゼロ付近とならないであろうから、残留高度ＨＯｆｆのデータの誤りが発見できる。
【００２９】
以上には、発明の理解を容易にするために、実施形態を挙げ、具体的に説明したが、本発明が前記実施形態に限定されるものではないことは勿論である。例えば、図１の実施形態は航空機に搭載される電波高度計であったが、本発明は、飛行機やヘリコプタ等の航空機に搭載される電波高度計だけではなく、ミサイル、気球等の航空機以外の飛翔体に搭載される電波高度計にも適用できる。
【００３０】
また、上述の実施形態では、残留高度は距離の単位でメモリ回路５２に記憶したが、メモリ回路５２に記憶する残留高度を距離の単位で記憶することは必須ではない。電波の伝搬速度が一定であるので、電波の伝搬時間は電波の伝搬距離に対応している。そこで、例えば距離の単位の残留高度に相当する電波の伝搬時間をメモリ回路５２に記憶しておき、メモリ回路５２から読み出した伝搬時間に既知の電波伝搬速度を掛ける乗算回路をメモリ回路５２の出力端と測定高度補正部６の残留高度信号１０５の入力端との間に設けておき、その乗算回路の出力を前記残留高度信号１０５とすることにより、図１の実施形態と同様に本発明を実施できる。請求項４における電波の伝播時間は、図１の出力端１ａから入力端１ｂに至る電波の伝搬時間に相当している。また、請求項４における” 残留高度は、・・・・・電波の伝播時間で表されている”とは、残留高度の情報をその残留高度に相当する電波伝搬時間の２分の１という時間で表すことを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態の電波高度計を備える高度測定システムを示す概念図である。
【図２】送信アンテナの地上高と受信アンテナの地上高とが相違するときにおける残留高度の計算方法を示すための残留高度算定図である。
【図３】送信アンテナの地上高と受信アンテナの地上高とが等しいときにおける残留高度の計算方法を示すための残留高度算定図である。
【図４】電波高度計による原理的な航空機高度測定方法を説明するための高度測定システムを示す概念図である。
【図５】図４の電波高度計による高度測定システムにおける各部信号の時間関係を示すタイミング図である。
【図６】特許文献１の自動零高度補正機能付電波高度計の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３２】
１,１００,２００ 電波高度計
１ａ 送信電波１０１の出力端
１ｂ 受信電波１０４の入力端
１ｃ 機体側のコネクタ３００に接続され、コネクタ３００から機体情報１５０を受けるコネクタ
１ｄ 測定高度信号１０６の出力端
１ｅ スイッチオン信号１１０の入力端
１ｆ 測定高度信号１６０の出力端
２ 送信部
３ 受信部
４ 高度演算部
５,５０ 残留高度検出部
６,６０ 測定高度補正部
９,１２ 機体内ケーブル
１０ 送信アンテナ
１１ 受信アンテナ
１３ 機体フレーム
１４ 地表面
１７ 零補正値メモリ回路
５１ 選別回路
５２ メモリ回路
１０１,１０２ 送信電波
１０３ 反射電波
１０４ 受信電波
１０５ 残留高度信号
１０６ 測定高度信号
１１０ スイッチオン信号
１１５ 脚スイッチ信号
１１６ 判定信号
１１７ 残留高度信号
１５０ 機体情報信号
１５１ 選別信号
１６０ 測定高度信号
３０１ 受信パルス信号
４０１ 送信トリガパルス信号
４０２ 測定高度データ
３０１ 受信パルス信号
Ｌ１ 機体内ケーブル９の電気長
Ｌ２ 機体内ケーブル１２の電気長
Ｌ３ 送信アンテナ１０から放射され地表面１４へ至る電波の伝播経路長
Ｌ４ 地表面１４反射され受信アンテナ１１で受信される電波の伝播経路長
Ｄ 送信アンテナ１０と受信アンテナ１１との間隔
ｈ 送信アンテナ１０及び受信アンテナ１１の地上高
Ｈｘ みかけの高度
Ｈｔ 実高度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体が地上静置状態にあるときの送信アンテナから受信アンテナに至る電波の伝播経路長、高周波電波出力端から前記送信アンテナに至る間の送信電波伝送用の第１のケーブル及び前記受信アンテナから反射電波入力端の間の反射電波伝送用の第２のケーブルの長さ並びに前記第１及び第２のケーブルの誘電率に基づき予め計算した残留高度を記憶する記憶手段と、
前記高周波電波出力端からの送信電波の出力から前記反射電波入力端への反射電波の入力までの経過時間に対応する高度を、前記記憶手段に記憶した前記残留高度で補正する補正手段と
を有することを特徴とする電波高度計。
【請求項２】
電波の出力端および入力端を備え、飛翔体に搭載され、前記出力端から出力した電波を第１のケーブルで前記飛翔体搭載の送信アンテナに導き、前記送信アンテナから地上に向けて電波を放射し、地上で反射された電波を前記飛翔体搭載の受信アンテナで受信し、前記受信アンテナで受信した電波を第２のケーブルで前記入力端に導き、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間から該飛翔体の高度を測定する装置であって、前記飛翔体が地上静置状態にあるときの前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１に相当する距離を残留高度とし、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１に相当する距離から前記残留高度を差し引くことにより、前記飛翔体の実際の高度を測定する電波高度計において、
前記残留高度は、前記飛翔体が前記地上静置状態にあるときの前記送信アンテナから前記受信アンテナに至る電波の伝播経路長、前記第１及び第２のケーブルの長さ並びに前記第１及び第２のケーブルの誘電率に基づき予め計算により取得し、記憶手段に記憶した値であることを特徴とする電波高度計。
【請求項３】
電波高度計側コネクタが接続される飛翔体側コネクタ又はこのコネクタに接続された電子回路の回路構成が、前記残留高度を規定する情報に対応させてある飛翔体に搭載される請求項２に記載の電波高度計であって、
前記記憶手段は複数の前記残留高度を記憶しており、
前記電波高度計側コネクタ経由で前記回路構成を読み取り、前記回路構成に応じた選別信号を生成し、この選別信号に対応した前記残留高度を前記記憶手段から読み出す選別回路を備える
ことを特徴とする電波高度計。
【請求項４】
前記残留高度は、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間で表されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電波高度計。
【請求項１】
飛翔体が地上静置状態にあるときの送信アンテナから受信アンテナに至る電波の伝播経路長、高周波電波出力端から前記送信アンテナに至る間の送信電波伝送用の第１のケーブル及び前記受信アンテナから反射電波入力端の間の反射電波伝送用の第２のケーブルの長さ並びに前記第１及び第２のケーブルの誘電率に基づき予め計算した残留高度を記憶する記憶手段と、
前記高周波電波出力端からの送信電波の出力から前記反射電波入力端への反射電波の入力までの経過時間に対応する高度を、前記記憶手段に記憶した前記残留高度で補正する補正手段と
を有することを特徴とする電波高度計。
【請求項２】
電波の出力端および入力端を備え、飛翔体に搭載され、前記出力端から出力した電波を第１のケーブルで前記飛翔体搭載の送信アンテナに導き、前記送信アンテナから地上に向けて電波を放射し、地上で反射された電波を前記飛翔体搭載の受信アンテナで受信し、前記受信アンテナで受信した電波を第２のケーブルで前記入力端に導き、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間から該飛翔体の高度を測定する装置であって、前記飛翔体が地上静置状態にあるときの前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１に相当する距離を残留高度とし、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間の２分の１に相当する距離から前記残留高度を差し引くことにより、前記飛翔体の実際の高度を測定する電波高度計において、
前記残留高度は、前記飛翔体が前記地上静置状態にあるときの前記送信アンテナから前記受信アンテナに至る電波の伝播経路長、前記第１及び第２のケーブルの長さ並びに前記第１及び第２のケーブルの誘電率に基づき予め計算により取得し、記憶手段に記憶した値であることを特徴とする電波高度計。
【請求項３】
電波高度計側コネクタが接続される飛翔体側コネクタ又はこのコネクタに接続された電子回路の回路構成が、前記残留高度を規定する情報に対応させてある飛翔体に搭載される請求項２に記載の電波高度計であって、
前記記憶手段は複数の前記残留高度を記憶しており、
前記電波高度計側コネクタ経由で前記回路構成を読み取り、前記回路構成に応じた選別信号を生成し、この選別信号に対応した前記残留高度を前記記憶手段から読み出す選別回路を備える
ことを特徴とする電波高度計。
【請求項４】
前記残留高度は、前記出力端から前記入力端に至る電波の伝播時間で表されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電波高度計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１２２２８３（Ｐ２００８−１２２２８３Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０７９５０（Ｐ２００６−３０７９５０）
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
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