(57)【要約】【課題】複数の遠く離れた装置間での時刻の同期性をマイクロ秒以下の精度で確保することが困難であった。【解決手段】送信側装置１と遠く離れた複数の受信側装置２間で時刻同期を確保する。送信側装置１は源信号発生器１１、ＰＮコード発生器１２、位相変調器１３、送信機１４、送信アンテナ１５を備え、一方、受信側装置２は受信アンテナ１６、受信機１７、位相同調器１８、相関器１９を備える。送信側装置１で空間に放射するＰＮコードを夫々の受信側装置２で受信し、相関をとる。相関を検出した時刻と、送信側装置１と夫々の受信側装置２間の距離から求まる電波到着時間差に基づいて夫々の受信側装置２間の時刻同期を確保する。【選択図】        図１
2005033326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側装置と受信側装置とで構成される時刻同期装置において、
前記送信側装置は、
位相変調されて送信される正弦波を発生する源信号発生器と、
ＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏ  Ｎｏｉｓｅ）コードを発生するＰＮコード発生器と、
前記ＰＮコード発生器で発生したＰＮコードに基づき、前記源信号発生器で発生した正弦波の位相変調を行う位相変調器と、
前記位相変調器により位相変調された正弦波を周波数変換し増幅する送信機と、
前記送信機からの信号を空間放射する送信アンテナと
を備え、一方、前記受信側装置は、
前記送信機から送信された信号を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナにより受信された受信信号を増幅し周波数変換する受信機と、
前記受信機により周波数変換された受信信号を位相同調する位相同調器と、
前記位相同調器により位相同調された信号と前記受信側装置に設定されたＰＮコードとの相関を取る相関器とを備え、
前記相関器による相関ピーク出力に基づき所定の同期時刻を決定することを特徴とする時刻同期装置。
【請求項２】
送信側装置に、ＰＮコードの１単位毎に当該ＰＮコードの位相を、所定の配列規則に従って反転する位相反転器と、
受信側装置に、前記ＰＮコードの１単位毎の位相の配列を検出するための位相弁別器と
を備え、前記位相弁別器による検出結果に基づき所定の同期時刻を決定することを特徴とする請求項１記載の時刻同期装置。
【請求項３】
位相変調された正弦波を受信可能なアンテナと、
前記アンテナにより受信される位相変調された正弦波を所定の周波数で周波数変換する受信機と、
前記受信機が出力する周波数変換された信号と内蔵基準信号との間で位相同期をとる位相同調器と、
前記位相同調器が出力する位相同調された信号と予め決められているＰＮコードとの間で相関をとることによって相関ピークを出力する相関器とを備え、
位相変調された正弦波を発信する送信源からの距離および相手装置と前記送信源との間の距離に基づいて、相関ピークの出力時間を補正し、前記相手装置との同期時刻を決定する時刻同期装置。
【請求項４】
正弦波を発生する源信号発生器と、
ＰＮコードを発生するＰＮコード発生器と、
前記ＰＮコード発生器が発生するＰＮコードに基づいて前記正弦波の位相変調を行う位相変調器と、
前記位相変調器が出力する位相変調信号を周波数変換する送信機と、
前記送信機からの信号を空間放射する送信アンテナを備えてなる送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、離れて設置された複数のレーダ装置等の装置間で時刻の同期をとる時刻同期装置および送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、離れた位置で時刻同期を行う方法としてＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた方法がある。これは複数の衛星からの信号を利用して位置と時刻を算出するものであって、このようなＧＰＳを利用して時刻同期をとる装置として、例えば特許文献１に示されるものがある。この特許文献１に開示された装置は、レーダ装置等の装置から得られたデータに、ＧＰＳの時刻を使用してタイムスタンプをつける方法である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１０３３００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらＧＰＳを用いた方法では、例えばレーダ装置に適用されるマイクロ秒以下の精度で時刻同期をとることは困難であり、高速で移動する目標を複数のレーダで継続追尾するような場合、時刻整合が取れないという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、離れて配置された複数の装置間での時刻同期を、マイクロ秒以下の精度でとることが可能な時刻同期装置およびこの時刻同期装置を適用した送信装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る時刻同期装置において、送信側装置は、位相変調されて送信される正弦波を発生する源信号発生器と、ＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏ  Ｎｏｉｓｅ）コードを発生するＰＮコード発生器と、ＰＮコード発生器で発生したＰＮコードに基づき、源信号発生器で発生した正弦波の位相変調を行う位相変調器と、位相変調器により位相変調された正弦波を周波数変換し増幅する送信機と、送信機からの信号を空間放射する送信アンテナとを備え、一方、前記受信側装置は、送信機から送信された信号を受信する受信アンテナと、受信アンテナにより受信された受信信号を増幅し周波数変換する受信機と、受信機により周波数変換された受信信号を位相同調する位相同調器と、位相同調器により位相同調された信号と受信側装置に設定されたＰＮコードとの相関を取る相関器とを備え、相関器による相関ピーク出力に基づき所定の同期時刻を決定するものである。
【０００７】
この発明に係る時刻同期装置は、位相変調された正弦波を受信可能なアンテナと、アンテナにより受信される位相変調された正弦波を所定の周波数で周波数変換する受信機と、受信機が出力する周波数変換された信号と内蔵基準信号との間で位相同期をとる位相同調器と、位相同調器が出力する位相同調された信号と予め決められているＰＮコードとの間で相関をとることによって相関ピークを出力する相関器とを備え、位相変調された正弦波を発信する送信源からの距離および相手装置と送信源との間の距離に基づいて、相関ピークの出力時間を補正し、相手装置との同期時刻を決定するものである。
【０００８】
この発明に係る送信装置は、正弦波を発生する源信号発生器と、ＰＮコードを発生するＰＮコード発生器と、ＰＮコード発生器が発生するＰＮコードに基づいて正弦波の位相変調を行う位相変調器と、位相変調器が出力する位相変調信号を周波数変換する送信機と、送信機からの信号を空間放射する送信アンテナを備えるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の一形態について説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１について図１〜図４を参照して説明する。なお、図１はこの実施の形態１に係る時刻同期装置の構成を示すブロック図であり、図２はＰＮコードについて示す図である。また、図３はこの実施の形態１におけるＰＮコードと相関ピークについて示す図であり、図４は相関器の概念を示す図である。
【００１０】
この実施の形態１は送信側装置の時刻発生源からＰＮコードに基づいて位相変調された高周波信号を受信側装置で受信し、ＰＮコード相関により時刻合わせをすることで、マイクロ秒以下の時刻同期を可能とする時刻同期装置に関する。
【００１１】
この発明に係る時刻同期装置は図１に示すように、送信側装置１は源信号発生器１１、ＰＮコード発生器１２、位相変調器１３、送信機１４、送信アンテナ１５を備え、一方、受信側装置２は受信アンテナ１６、受信機１７、位相同調器１８、相関器１９を備えて構成される。
【００１２】
送信側装置１の源信号発生器１１は位相変調されて送信される安定度の極めて高い正弦波を出力し、ＰＮコード発生器１２はＭ系列等の、所定長の０、１からなり、１ビットの幅は１マイクロ秒以下のＰＮコードを出力し、位相変調器１３は源信号発生器１１から出力された正弦波をＰＮコード発生器１２で発生したＰＮコードに基づいて位相変調する。送信機１４は位相変調器１３で変調された信号を空間放射可能な周波数に変換し、送信アンテナ１５は送信機１４で空間放射可能な周波数に変換された信号を空間に放射する。
【００１３】
また、受信側装置２の受信アンテナ１６は送信アンテナ１５によって空間に放射された信号を受信し、受信機１７は受信アンテナ１６で受信した信号を、源信号発生器１１で発生する正弦波と同一の周波数に変換する。位相同調器１８は受信機１７の出力と、信号発生器１１で発生する正弦波と同一の周波数の信号を発生する内蔵信号源の信号とで位相オフセットずれを検出し、補正して位相同期をとり、その信号を出力する。相関器１９は位相同調器１８の出力と、予め受信側装置２に設定されたＰＮコードとを比較し、相関が取られた場合に相関ピークを出力する。なお、受信側装置２に設定されたＰＮコードは送信側装置１のＰＮコード発生器１２で発生するＰＮコードと同一のＰＮコードである。また、相関器１９から出力される相関ピークに基づいて、例えばレーダ装置２３において時刻同期がとられる。
【００１４】
次に時刻同期装置の動作について説明する。
まず、送信側装置１の源信号発生器１１で生成された正弦波はＰＮコード発生器１２で出力されたＰＮコードで位相変調器１３に基づいて位相変調される。図２は１単位の時間がτであるＰＮコードとこのＰＮコードに基づいて位相変調された正弦波による信号を示していて、例えば「０、１、１、０・・・０、０、１」が１単位のＰＮコードとし、「０」と「１」とでは、正弦波の位相は１８０度異なるように変調される。このように変調された信号は送信機１５で空間放射可能な周波数に変換し、送信アンテナ１５によって空間に放射される。
【００１５】
受信側装置２では送信側装置１から空間に放射された信号を受信アンテナ１６で受信し、受信した信号は受信機１７で、送信側装置１の源信号発生器１１で発生する正弦波の周波数と同一の周波数に変調し、位相同調器１８でこの周波数変調された信号と、内蔵信号源の同一の周波数である信号との間で位相同期をとる。位相同期がとられた信号は相関器１９において予めセットされている送信側装置１のＰＮコードと同一のＰＮコードとを比較し、相関が取られた場合には、図３に示すように相関ピークを出力する。
【００１６】
相関をとるためには、例えば図４の概念図に示すような相関器１９がある。受信した信号はシフトレジスタ２０に入力され、受信の経過に従ってクロックにより順次転送される。また、送信側装置１のＰＮコードと同一のＰＮコードが記憶されたメモリ２１を備え、シフトレジスタ２０とメモリ２１は比較器２２に接続され、シフトレジスタ２０に入力された信号とメモリ２１に記憶されたＰＮコードとが比較されて、両方の各ビットが全て一致した場合に相関ピークが出力される。
【００１７】
上述した受信側装置２が複数あり、夫々送信側装置１のＰＮコードと同一のＰＮコードが予め設定されていて、送信側装置１の信号を受信していたとすると、夫々の受信側装置２において出力されたこの相関ピークの時刻の差は送信側装置１と受信側装置２との距離の差に関係する。例えば、受信側装置２が受信側装置Ａと受信側装置Ｂの２台であったとすると、受信側装置Ａが相関ピークを出力した時刻をｔ１、受信側装置Ｂが相関ピークを出力した時刻をｔ２、送信側装置１と受信側装置Ａとの距離をｄ１、送信側装置１と受信側装置Ｂとの距離をｄ２とすると、光速をＣとして、それらは次の式（１）の関係にある。
Δｔ＝ｔ２−ｔ１＝（ｄ２−ｄ１）／Ｃ                      （１）
【００１８】
即ち、ｄ２及びｄ１は測定可能であり、光速Ｃも既知であるので、Δｔは予め知ることが可能である。従って、受信側装置Ｂは受信側装置Ａより送信側装置１から遠くにあるとして、受信側装置Ａで相関ピークが出力された時刻にΔｔを加えた時刻において、受信側装置Ｂでは相関ピークを出力することになる。
【００１９】
従って、受信側装置Ａでは相関ピークが出力された時刻ｔ１にΔｔを加えた時刻を基準とし、一方、受信側装置Ｂでは相関ピークを出力した時刻ｔ２を基準とすることで、２つの受信側装置Ａ、Ｂの時刻同期をとることができる。但し、ＰＮコードの１単位の時間τはΔｔより長いという条件が必要である。また、受信側装置２は２台に限ることはなく、全ての受信側装置２の時刻同期をとることが可能である。
【００２０】
以上説明したようこの実施の形態１によれば、例えばＰＮコードの１ビットを１マイクロ秒以下にすることでマイクロ秒以下の制度で時刻同期をとることが可能となる。
【００２１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５はこの実施の形態２に係るレーダシステムを示す図であり、図６は図５に示すレーダシステムの時刻同期について示す図である。また、適宜、図１〜図４を参照する。この実施の形態２は実施の形態１で説明した時刻同期装置をレーダシステムに適用した例である。
【００２２】
レーダシステムは図５に示すように、送信側装置１、第１レーダサイト３、第２レーダサイト４を備えて構成される。なお、レーダサイトは２つに限ることはなく、また、夫々のレーダサイトには実施の形態１で説明した受信側装置２の機能を備えるものである。
【００２３】
送信側装置１は実施の形態１で説明したものと同様の構成と動作を備えるものであり、また、夫々のレーダサイトには通常のレーダ機能に加えて、実施の形態１で説明したものと同様の構成と動作を有する受信側装置２を備える。送信側装置１と受信側装置２の構成と動作については実施の形態１の説明を参照する。
【００２４】
夫々のレーダサイトには送信側装置１からの信号の到着時間差が式（１）に基づいて算出され、レーダサイトが複数ある場合は、レーダサイトの組み合わせの全てに関して、予め算出され記憶される。または、レーダサイトに、夫々のレーダサイトと送信側装置１からの距離を記憶させておき、該当するレーダサイトの組み合わせを入力することで、記憶されている距離に基づき到着時間差を算出するようにしてもよい。この場合、新しくレーダサイトを配置した場合の対応が容易である。
【００２５】
次に動作について説明する。図５に示すように送信側装置１のアンテナ１５から空間放射されたＰＮコードを位相変調した信号は、第１レーダサイト３の受信アンテナ１６ａ、第２レーダサイト４の受信アンテナ１６ｂで夫々受信され、相関ピークが検出される。送信側装置１から第２レーダサイト４の方が第１レーダサイト３よりも遠くにあるとすると、第１レーダサイト３では図６（ａ）に示すように時刻ｔ１で、一方、第２レーダサイト４では図６（ｂ）に示すように時刻ｔ２で相関ピークが検出される。時刻ｔ１と時刻ｔ２の差Δｔは式（１）により既知であるから、第１レーダサイト３ではｔ１＋Δｔの時刻（即ち、相関ピーク検出後、Δｔ遅延して）に電波を発射し、第２レーダサイト４では時刻ｔ２（即ち、相関ピーク検出時）に電波を発射することで、電波発射の時刻同期をとることができる。
【００２６】
なお、上述した実施の形態１に係る時刻同期装置は実施の形態２で説明したようにレーダシステムに提供することに限ることはなく、遠く離れた２地点において時刻同時性が必要なセンサ等に用いても好適である。
【００２７】
以上説明したようにこの実施の形態２によれば、離れて配置された複数のレーダ装置で同一の高速移動目標を追尾する際に、時刻同期をとりながら継続追尾することが可能となる。
【００２８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３について図７及び図８を参照して説明する。なお、図７はこの実施の形態３に係る時刻同期装置の構成を示すブロック図であり、図８はこの実施の形態３におけるＰＮコードと相関ピークについて示す図である。また、適宜、図１〜図４を参照する。実施の形態３は、実施の形態１におけるＰＮコードの１単位の時間τは受信側装置２間の時間差Δｔより長い必要があるという制約に対応するものである。
【００２９】
実施の形態３に係る時刻同期装置は、図７に示すように送信側装置５として源信号発生器１１、ＰＮコード発生器１２、位相変調器１３、送信機１４、送信アンテナ１５、位相反転器２４を備え、また、受信側装置６として受信アンテナ１６、受信機１７、位相同調器１８、相関器１９、位相弁別器２５を備えて構成される。
【００３０】
この時刻同期装置は送信側装置５では位相反転器２４を備えたこと、また、受信側装置６では位相弁別器２５を備えたことにおいて実施の形態１と異なり、位相反転器２４と位相弁別器２５以外の構成要素は実施の形態１での説明を参照する。
【００３１】
位相反転器２４はＰＮコード発生器１２に働きかけて、ＰＮコードを反転させる制御を行う。通常のＰＮコードの次に反転させたＰＮコードを発生させ、送信することにより、時間τ以上（２τまで）での曖昧さを防止するものである。さらに、通常のＰＮコードと反転させたＰＮコードを幾つか組み合わせることでシンボル変調を行い、長時間の曖昧さを防止することができる。
【００３２】
位相弁別器２５はＰＮコード単位で決めた正負（例えば、通常のＰＮコードを正、反転させたＰＮコードを負とする）を判別し、シンボル変調を復調する。図８に示すように、相関ピークは通常のＰＮコードの場合は正の方向に出力し、反転させたＰＮコードの場合は負の方向に出力する。この相関ピークを０、１に対応させて、受信側装置６に予め設定したシンボル変調のデータと一致した時刻を基準として時刻同期をとる。このシンボル変調のデータのビット長を長くすることによって長時間の曖昧さを防止することが可能となる。
【００３３】
以上説明したようにこの実施の形態３によれば、時刻同期装置の送信側装置５に位相反転器２４を備え、受信側装置６に位相弁別器２５を備えてシンボル変調を行うので、ＰＮコードの１単位の時間制限をこえて、時刻同期の曖昧さを解消することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、遠く離れた２地点において精度の高い時刻同時性を確保することが可能となる時刻同期装置が得られる。また、例えばレーダシステムにこの時刻同期装置を用いることで、離れて配置された複数のレーダ装置で同一の高速移動目標を追尾する際に、時刻同期をとりながら継続追尾することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る時刻同期装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＰＮコードについて示す図である。
【図３】ＰＮコードと相関ピークについて示す図である。
【図４】相関器の概念を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る、本発明の時刻同期装置を用いたレーダシステムを示す図である。
【図６】図５に示すレーダシステムの時刻同期について示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る時刻同期装置の構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態３におけるＰＮコードと相関ピークについて示す図である。
【符号の説明】
１，５  送信側装置、２，６  受信側装置、３  第１レーダサイト、４  第２レーダサイト、１１  源信号発生器、１２  ＰＮコード発生器、１３  位相変調器、１４  送信機、１５  送信アンテナ、１６，１６ａ，１６ｂ  受信アンテナ、１７  受信機、１８  位相同調器、１９  相関器、２０  シフトレジスタ、２１  メモリ、２２  比較器、２３  レーダ装置、２４  位相反転器、２５  位相弁別器。
【図１】
2005033326.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005033326.tif 000009
【図８】
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