JP2007017271A - Antenna inter-element phase correction mode electric wave emission source visualizer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、到来電波の到来方向推定技術、電波発射源の可視化技術およびアンテナ技術によって、電波を発射する物体の位置を高精度に特定できる装置に関する。 The present invention relates to an apparatus that can specify the position of an object that emits radio waves with high accuracy by using an arrival direction estimation technique of an incoming radio wave, a radio wave emission source visualization technique, and an antenna technique.
移動通信システムや無線LANシステムの普及により、電波干渉等で電波障害が発生する問題や、不法電波局を探知する必要が生じている。このような問題解決のために電波発射源を特定し可視化する装置が必要となる。 With the spread of mobile communication systems and wireless LAN systems, problems such as radio wave interference due to radio wave interference and the need to detect illegal radio stations have arisen. In order to solve such a problem, an apparatus for identifying and visualizing a radio wave emission source is required.
電波発射源可視化装置とは複数のアンテナ素子を平面上に配列したアレーアンテナで電波を受信し、その受信した電波を用いて電波を可視化する処理を行うことにより、電波到来方向を推定するシステムである。電波を可視化する方法として参考文献1に示すような電波ホログラフィ法等が知られている。処理においては各アンテナ素子で受信した信号および信号位相情報を使用する。その結果、電波到来方向の推定結果は画面上に推定値(仰角、方位角)として表示される。
A radio wave emission source visualization device is a system that estimates the direction of arrival of radio waves by receiving radio waves with an array antenna with a plurality of antenna elements arranged on a flat surface and visualizing the radio waves using the received radio waves. is there. As a method for visualizing radio waves, a radio holography method as shown in
アレーアンテナで受信した振幅及び位相情報に外乱が無い場合、正確に電波到来方向を推定することが可能となるが、複数のアンテナが近接している場合、アンテナ素子間で相互インピーダンスが発生し、アンテナの位相、振幅特性が変化する。これはアンテナ素子間結合と呼ばれている。 When there is no disturbance in the amplitude and phase information received by the array antenna, it is possible to accurately estimate the direction of arrival of radio waves, but when multiple antennas are close to each other, mutual impedance occurs between antenna elements, The phase and amplitude characteristics of the antenna change. This is called coupling between antenna elements.
アレーアンテナは、アンテナ素子が近接して複数個配列されたものであり、隣接したアンテナ素子間でアンテナ素子間結合を起こし、振幅、位相誤差を生じる。従来技術では、アレーアンテナのアンテナ素子間結合が無いものとして電波発射源の推定を行っており、振幅、位相誤差が電波到来方向の推定精度への誤差要因となっていた。特に中心方向(アレーアンテナ中心方向)にオフセット誤差が生じ、電波到来方向の推定精度への大きな誤差要因となっていた。
したがって本発明は上記に鑑みてなされたものでその目的とするところは、アレーアンテナの各アンテナ素子の振幅、位相情報を補正データテーブルとして保存しておく。電波到来方向を求める電波ホログラフィ処理を行う際に、この補正データテーブルから測定周波数での補正データを参照して電波到来方向の推定を行うことにより、電波ホログラフィを用いた電波到来方向の推定精度を向上させることが可能な電波発射源可視化装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to store amplitude and phase information of each antenna element of the array antenna as a correction data table. When performing radio holography processing to determine the radio wave arrival direction, the radio wave arrival direction is estimated using the radio holography by referring to the correction data at the measurement frequency from this correction data table and estimating the radio wave arrival direction. An object of the present invention is to provide a radio wave emission source visualization device that can be improved.
上記課題を解決するために、アンテナ素子間位相補正方式電波発射源可視化装置において、到来電波を受信するアレーアンテナと、
前記アンテナで受信した電波周波数をある決められた周波数に変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部で変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部によってA/D変換された信号から電波発射源の位置を算出する電波発射源可視化処理演算部と、
前記電波発射源可視処理演算部の出力を表示する表示装置と
前記電波発射源可視処理演算部内に、該アンテナ面に対し垂直方向から到来する電波の周波数を変えて、前記アレーアンテナの各アンテナ素子の振幅位相特性を事前に測定した補正データテーブルを備え、
電波到来の方向の推定を行う際に前記アレーアンテナで受信した電波のキャリア中心周波数の補正データを前記補正データテーブルから抽出し、該補正データを補正なしのデータに掛け合わせて電波到来方向の推定をすることを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, in the antenna element phase correction method radio wave emission source visualization device, an array antenna that receives incoming radio waves,
A frequency converter that converts the radio frequency received by the antenna into a predetermined frequency;
An A / D converter that converts the analog signal converted by the frequency converter into a digital signal;
A radio wave emission source visualization processing calculation unit that calculates the position of the radio wave emission source from the signal A / D converted by the A / D conversion unit;
A display device that displays the output of the radio wave emission source visible processing arithmetic unit, and the antenna element of the array antenna by changing the frequency of radio waves coming from a direction perpendicular to the antenna plane in the radio wave emission source visual processing arithmetic unit A correction data table that measures the amplitude and phase characteristics of
When the direction of radio wave arrival is estimated, the correction data of the carrier center frequency of the radio wave received by the array antenna is extracted from the correction data table, and the correction data is multiplied by the uncorrected data to estimate the radio wave arrival direction. It is characterized by doing.
また上記本発明のアンテナ素子間位相補正方式電波発射源可視化装置においては、上記電波発射源可視処理演算部内に電波到来方向の推定結果を補正する補正データテーブルを作成し、蓄積保存および読出しが可能であることを特徴とするものである。 In the above-mentioned radio wave emission source visualizing device between antenna elements of the present invention, a correction data table for correcting the estimation result of the arrival direction of radio waves can be created in the radio wave emission source visual processing calculation unit, and stored, stored and read out. It is characterized by being.
本発明によれば、アレーアンテナの各アンテナ素子の振幅、位相情報をあらかじめ周波数を変えて測定しておき、補正データテーブルとして保存しておく。電波ホログラフィ等での電波到来方向の推定処理を行う際に、該補正データテーブルから測定周波数での補正データを参照して補正を行うことにより、電波到来方向の推定精度を向上させることが可能である。 According to the present invention, the amplitude and phase information of each antenna element of the array antenna is measured in advance by changing the frequency and stored as a correction data table. When estimating the direction of arrival of radio waves in radio holography, etc., it is possible to improve the estimation accuracy of the direction of arrival of radio waves by making corrections by referring to the correction data at the measurement frequency from the correction data table. is there.
以下本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1は、本発明に関わる実施形態の電波発射源可視化装置の構成を示すブロック図で、11はアレーアンテナ、12は周波数変換部、13はA/D変換部、14は電波発射源可視化処理演算部、15は表示装置、16は補正データテーブルを示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a radio wave emission source visualization device according to an embodiment of the present invention, in which 11 is an array antenna, 12 is a frequency conversion unit, 13 is an A / D conversion unit, and 14 is radio wave emission source visualization processing. An arithmetic unit, 15 is a display device, and 16 is a correction data table.
到来電波を受信するアレーアンテナ11の出力は周波数変部12に接続され、周波数変換部12の出力はA/D変換部13に接続されている。A/D変換部13の出力は電波発射源可視化処理演算部14に接続される。電波発射源可視化処理演算部14には、あらかじめアレーアンテナ11の各アンテナ素子の位相振幅特性のデータが補正データテーブル16として保存蓄積されており、到来周波数における補正データを参照して電波到来方向の補正した後、表示装置15に表示する構成になっている。以下上記構成に基づいた動作を説明する。 The output of the array antenna 11 that receives the incoming radio wave is connected to the frequency conversion unit 12, and the output of the frequency conversion unit 12 is connected to the A / D conversion unit 13. The output of the A / D conversion unit 13 is connected to the radio wave emission source visualization processing calculation unit 14. In the radio wave emission source visualization processing calculation unit 14, phase amplitude characteristic data of each antenna element of the array antenna 11 is stored and stored in advance as a correction data table 16, and the radio wave arrival direction is referred to with reference to the correction data at the arrival frequency. After correction, the image is displayed on the display device 15. The operation based on the above configuration will be described below.
アレーアンテナ11は、例えばT型の半波長ダイポールアンテナが縦と横に同一平面上にN2個(N×N Nは正の整数)並んでおり、中心部に基準アンテナが設定されている。この基準アンテナと周囲のアンテナとの出力とを振幅および位相差を比較し、最も電波の強め合う方向を求めることで電波到来方向を算定できる。この方法を電波ホログラフィという。 Array antenna 11, for example, two N on the same plane T-type half-wave dipole antenna in the vertical and horizontal (N × NN is a positive integer) are arranged, the reference antenna is set at the center. The radio wave arrival direction can be calculated by comparing the amplitude and phase difference between the outputs of the reference antenna and the surrounding antennas and obtaining the direction in which the radio waves are strengthened most. This method is called radio holography.
アレーアンテナ11で受信した電波は後段にて接続される電波発射源可視化処理演算部14での処理方式に合わせるために周波数変部12で、ある周波数(例えば21.4MHz)にダウンコンバートされる。周波数変換後の出力を用いてA/D変換部13ではアナログ信号をデジタルに変換する。電波発射源可視化処理演算部14には、あらかじめアレーアンテナ11の各アンテナ素子の位相振幅特性のデータが補正データテーブル16として保存蓄積されており、到来電波の周波数における補正データを読み出すことによってデータを補正処理し電波到来方向を表示装置15に表示する。 The radio wave received by the array antenna 11 is down-converted to a certain frequency (for example, 21.4 MHz) by the frequency changing unit 12 in order to match the processing method of the radio wave emission source visualization processing calculation unit 14 connected at a later stage. The A / D converter 13 converts the analog signal into digital using the output after frequency conversion. In the radio wave emission source visualization processing calculation unit 14, the phase amplitude characteristic data of each antenna element of the array antenna 11 is stored and stored in advance as a correction data table 16, and the data is read by reading the correction data at the frequency of the incoming radio wave. Correction processing is performed and the direction of arrival of radio waves is displayed on the display device 15.
本発明の補正データテーブル16について説明する。アンテナ平面の中心に垂直な方向から電波を周波数を変えながら放射させ、各アンテナ素子の振幅位相情報を事前に取得する。図2に示す補正データテーブル16は、縦に電波の周波数、横にアレーアンテナ11内のアンテナ素子番号を示している。そして測定された電波の補正すべき振幅位相特性データcal k(N)(kとNは正の整数)が記憶されている。 The correction data table 16 of the present invention will be described. Radio waves are radiated from a direction perpendicular to the center of the antenna plane while changing the frequency, and amplitude phase information of each antenna element is acquired in advance. The correction data table 16 shown in FIG. 2 indicates the frequency of radio waves vertically and the antenna element numbers in the array antenna 11 horizontally. Then, amplitude and phase characteristic data cal k (N) (k and N are positive integers) to be corrected of the measured radio wave are stored.
この補正データの作成アルゴリズムの例を示す。N個のアンテナ素子を配置したアレーアンテナを用いて中心周波数fkのA/D変換データを取得し、このA/D変換データ取得をM回繰り返す場合を考える。 An example of this correction data creation algorithm will be shown. Consider a case in which A / D conversion data having a center frequency fk is acquired using an array antenna having N antenna elements, and this A / D conversion data acquisition is repeated M times.
n番目のアンテナ素子のA/D変換のデータ(サンプル数は任意)をad(n)とする。ad(n)にフーリエ変換を行い、周波数成分に変換する。変換した結果をc(n)とする。
その後、電波到来方向を推定する際の周波数帯域(中心周波数fk、帯域幅:任意(fh−fl)、ナイキスト周波数以下)に合わせて帯域分c(n)を足し合わせる。足し合わせた結果をe(n)とする。
これを全てのアンテナ素子(ad_1〜ad_N)で行い、独立のデータ領域で保存する。次に、補正データの信頼性を高めるため、複数回データ取得(M回)を行い足し合わせる。その結果をE(n)とする。
そしてデータ取得回数分の平均を取り、その結果を補正データ(ca1(n))とする。
このca1(n)を様々な中心周波数で求め、補正データテーブルとして蓄積しておく。 This ca1 (n) is obtained at various center frequencies and stored as a correction data table.
第2図に、本発明の処理フローチャートによって詳細に動作シーケンスを説明する。 FIG. 2 explains the operation sequence in detail with reference to the processing flowchart of the present invention.
アレーアンテナ11によって測定したい電波を受信する。(S301)
周波数変部12で、ある周波数にダウンコンバートされる。(S302)
A/D変換部13ではアナログ信号をデジタルに変換する。(S303)
(S302)および(S303)は、後段にて接続される電波発射源可視化処理演算部14での処理方式に合わせるために行われる。
The radio wave to be measured is received by the array antenna 11. (S301)
The frequency changing unit 12 down-converts the signal to a certain frequency. (S302)
The A / D converter 13 converts an analog signal into digital. (S303)
(S302) and (S303) are performed to match the processing method in the radio wave emission source visualization processing calculation unit 14 connected in the subsequent stage.
A/D変換された信号をFFT(Fast Fourier Transform)することによって到来電波のキャリアの中心周波数を決定する。(S304)
そのキャリア中心周波数の補正データを補正データテーブルから参照する。(S305)
ここで取得したA/D変換データを上述した(式1)と(式2)を用いて同様にデータ加工したものをe'(n)とする。
The center frequency of the carrier of the incoming radio wave is determined by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the A / D converted signal. (S304)
The correction data of the carrier center frequency is referred from the correction data table. (S305)
The data obtained by processing the A / D conversion data obtained here in the same manner using (Expression 1) and (Expression 2) described above is defined as e ′ (n).
そして、e'(n)にテーブルから参照した補正データを掛け合わせる。その結果をcor(n)とする。
測定した全てのアンテナに(式5)の演算を行い、cor(n)を用いて電波ホログラフィによる電波到来方向の推定を行う。(S306)
上記のアルゴリズムを行うことによりオフセット誤差を低減することができる。(S307)
このように構成された本発明の実施形態にかかるアンテナ素子間位相補正方式電波発射源可視化装置によれば、電波ホログラフィ等での電波到来方向の推定処理を行う際に、アンテナ素子の振幅位相情報をあらかじめ周波数を変えて測定しておいた補正データテーブルを用いて演算処理を行うことにより、電波到来方向の推定精度を向上させることが可能である。
Calculation of (Equation 5) is performed on all measured antennas, and the arrival direction of the radio wave is estimated by radio holography using cor (n). (S306)
By performing the above algorithm, the offset error can be reduced. (S307)
According to the inter-antenna element phase correction method radio wave emission source visualization apparatus according to the embodiment of the present invention configured as described above, the amplitude phase information of the antenna element is obtained when performing the radio wave arrival direction estimation process by radio holography or the like. By performing arithmetic processing using a correction data table that has been measured by changing the frequency in advance, it is possible to improve the estimation accuracy of the direction of arrival of radio waves.
本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階でその要旨を逸脱しない範囲で具体化できる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied without departing from the spirit of the invention at the stage of implementation.
11…アレーアンテナ
12…周波数変換部
13…A/D変換部
14…電波発射源可視化処理演算部
15…表示装置
16…補正データテーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Array antenna 12 ... Frequency conversion part 13 ... A / D conversion part 14 ... Radio wave emission source visualization process calculating part 15 ...
Claims (2)
前記アンテナで受信した電波周波数をある決められた周波数に変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部で変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部によってA/D変換された信号から電波発射源の位置を算出する電波発射源可視化処理演算部と、
前記電波発射源可視処理演算部の出力を表示する表示装置と、
前記電波発射源可視処理演算部内に、該アンテナ面に対し垂直方向から到来する電波の周波数を変えて、前記アレーアンテナの各アンテナ素子の振幅位相特性を事前に測定した補正データテーブルを備え、
電波到来の方向の推定を行う際に前記アレーアンテナで受信した電波のキャリア中心周波数の補正データを前記補正データテーブルから抽出し、該補正データを補正なしのデータに掛け合わせて電波到来方向の推定をすることを特徴とするアンテナ素子間位相補正方式電波発射源可視化装置。 An array antenna for receiving incoming radio waves,
A frequency converter that converts the radio frequency received by the antenna into a predetermined frequency;
An A / D converter that converts the analog signal converted by the frequency converter into a digital signal;
A radio wave emission source visualization processing calculation unit that calculates the position of the radio wave emission source from the signal A / D converted by the A / D conversion unit;
A display device for displaying the output of the radio wave emission source visual processing calculation unit;
In the radio wave emission source visible processing calculation unit, by changing the frequency of radio waves arriving from the direction perpendicular to the antenna surface, comprising a correction data table that measures in advance the amplitude phase characteristics of each antenna element of the array antenna,
When the direction of radio wave arrival is estimated, the correction data of the carrier center frequency of the radio wave received by the array antenna is extracted from the correction data table, and the correction data is multiplied by the uncorrected data to estimate the radio wave arrival direction. An antenna element phase correction method radio wave emission source visualization device characterized by:
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