JP2018044872A - Angle measuring device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angle measuring device capable of removing an initial phase from IQ data obtained from SDR units by using the two low-cost SDR units.SOLUTION: A DPDT switch is provided between an array antenna and two SDR units to which clock synchronization is applied. A radio wave incident angle calculation unit switches the state of the DPDT switch if it detects a frame header pattern included in a received radio wave. Then, it applies frame synchronization to first IQ data and second IQ data, subtracts the difference between phase angles right before and right after the state of the DPDT switch is switched from the phase angles, and thereby finds phase difference φ derived from an incident angle of the radio wave.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、位相モノパルス方式を用いる測角装置に関する。   The present invention relates to an angle measuring device using a phase monopulse system.

近年、USBドングルと呼ばれる形態の、パソコン等のUSBホストに接続して利用する小型のデジタルTVチューナが低価格で市場に流通している。その価格は3千円から、中には海外仕様ではあるものの、千円を切る価格のものも見受けられる。
これらデジタルTVチューナの中身は、チューナチップと呼ばれるRFフロントエンド部と、デジタルTV信号を復調するCOFDM(coded orthogonal frequency-division multiplexing)復調部と、USBインターフェースで構成される。
RFフロントエンド部は、RFアンプと位相同期回路(以下「PLL」と略す)と中間周波フィルタ(以下「IFフィルタ」と略す)を内包する。具体的には例えば、台湾Rafael Micro社のR820Tや英国領スコットランドElonics社のE4000等である。
COFDM復調部は、直交変調回路とA/D変換器とFFTで構成される。COFDM復調部とUSBインターフェースはワンチップ化されており、具体的には例えば、台湾Realtek社のRTL2832uである。
特にRTL2832uは、直交変調にて得られたI信号とQ信号をA/D変換器でA/D変換した出力データである、IデータとQデータよりなるIQデータを、直接USBインターフェースから取り出すことができる機能を有している。このためRTL2832uは、USBホストであるパソコン側のソフトウェアを工夫することで、デジタルTVチューナをFMラジオや航空無線受信機等に転用することが、容易に実現できる。つまり、これまでは高価だったソフトウェア無線装置(SDR:Software Defined Radio)を低価格で入手できる。
これ以降、このデジタルTVチューナを、便宜的にSDRユニットと呼ぶ。
In recent years, small digital TV tuners connected to a USB host such as a personal computer in a form called a USB dongle have been distributed on the market at a low price. The price starts at 3,000 yen, and some of them are overseas specifications, but some are priced below 1,000 yen.
The contents of these digital TV tuners include an RF front-end unit called a tuner chip, a coded orthogonal frequency-division multiplexing (COFDM) demodulating unit that demodulates a digital TV signal, and a USB interface.
The RF front end includes an RF amplifier, a phase locked loop (hereinafter abbreviated as “PLL”), and an intermediate frequency filter (hereinafter abbreviated as “IF filter”). Specific examples include R820T from Rafael Micro of Taiwan and E4000 from Elonics of British Scotland.
The COFDM demodulation unit includes an orthogonal modulation circuit, an A / D converter, and an FFT. The COFDM demodulator and the USB interface are made into one chip, specifically, for example, RTL2832u of Taiwan Realtek.
In particular, the RTL2832u directly extracts IQ data composed of I data and Q data, which is output data obtained by performing A / D conversion on the I signal and Q signal obtained by quadrature modulation with an A / D converter, from the USB interface. It has a function that can. For this reason, the RTL2832u can easily convert the digital TV tuner to an FM radio, an aerial radio receiver, or the like by devising software on the personal computer side which is a USB host. In other words, software defined radio (SDR), which was expensive before, can be obtained at a low price.
Hereinafter, this digital TV tuner is referred to as an SDR unit for convenience.

特許文献1には、位相モノパルスレーダ装置において、ターゲット方位の検知精度を向上させる技術内容が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-151561 discloses technical contents for improving the detection accuracy of a target orientation in a phase monopulse radar apparatus.

特開2013-217669号公報JP 2013-217669 A

発明者等は、この低価格なSDRユニットを用いて、位相モノパルス方式の測角装置を実現することを検討した。
図8は、発明者等が当初想定していた、従来技術に従う測角装置801の概略図である。
図9は、測角装置801の機能ブロック図である。
The inventors studied to realize a phase monopulse type angle measuring device using this low-cost SDR unit.
FIG. 8 is a schematic diagram of an angle measuring device 801 according to the prior art, which was originally assumed by the inventors.
FIG. 9 is a functional block diagram of the angle measuring device 801.

測角装置801は、アレイアンテナ102と、第一SDRユニット103と、第二SDRユニット104と、電波入射角算出部805よりなる。
位相モノパルス方式を用いる測角装置801は、レーダ波発信機106から送信される電波が、被測定物107によって反射された反射波を、アレイアンテナ102で受信する。レーダ波発信機106は、例として、サブキャリアの周波数を1MHzとしてASK変調(Amplitude-shift Keying:振幅偏移)されたレーダ波を送信する。レーダ波発信機106が送信する電波には、先頭にフレームヘッダパターンを有するフレーム単位で、所定のデータ列がASK変調されている。したがって、レーダ波発信機106が送信する電波は、所定の時間間隔でフレームヘッダパターンが繰り返して変調されている。
The angle measuring device 801 includes an array antenna 102, a first SDR unit 103, a second SDR unit 104, and a radio wave incident angle calculation unit 805.
In the angle measuring device 801 using the phase monopulse method, the array antenna 102 receives the reflected wave reflected by the DUT 107 from the radio wave transmitted from the radar wave transmitter 106. For example, the radar wave transmitter 106 transmits a radar wave that has been ASK modulated (Amplitude-shift Keying) with the subcarrier frequency set to 1 MHz. In the radio wave transmitted by the radar wave transmitter 106, a predetermined data string is ASK-modulated for each frame having a frame header pattern at the head. Therefore, the radio wave transmitted by the radar wave transmitter 106 is modulated by repeating the frame header pattern at predetermined time intervals.

アレイアンテナ102を構成する第一アンテナ102aと第二アンテナ102bは、所定の固定部材102cに固定されることによって、その相対的位置関係が固定されている。
第一アンテナ102aには第一SDRユニット103が、第二アンテナ102bには第二SDRユニット104が、それぞれ接続される。第一SDRユニット103と第二SDRユニット104は、基準クロックを同期させるために、同軸ケーブルL108が接続されている。
第一SDRユニット103と第二SDRユニット104が出力するIQデータは、パソコン等の演算処理装置よりなる、電波入射角算出部805に送られる。
The first antenna 102a and the second antenna 102b constituting the array antenna 102 are fixed to a predetermined fixing member 102c, so that their relative positional relationship is fixed.
A first SDR unit 103 is connected to the first antenna 102a, and a second SDR unit 104 is connected to the second antenna 102b. The first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 are connected to a coaxial cable L108 in order to synchronize the reference clock.
The IQ data output from the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 is sent to a radio wave incident angle calculation unit 805 that includes an arithmetic processing unit such as a personal computer.

電波入射角算出部805は、ソフトウェアによるデータ処理により、被測定物107によって反射された電波の方向を、アレイアンテナ102を構成する第一アンテナ102aと第二アンテナ102bから受信した信号の位相差で求める。
第一アンテナ102aと第二アンテナ102bとの間の位相差φは、電波の角度θ、アンテナ間隔d、電波の搬送波の波長λとして、次式で求められる。
φ=2πdsinθ/λ (1)
つまり、位相差φを受信データから求めることができれば、上記の式から電波の角度θ、すなわちアレイアンテナ102から見た被測定物107の方向を逆算することが可能である。
The radio wave incident angle calculation unit 805 obtains the direction of the radio wave reflected by the DUT 107 by the data processing by software based on the phase difference between the signals received from the first antenna 102a and the second antenna 102b constituting the array antenna 102. Ask.
The phase difference φ between the first antenna 102a and the second antenna 102b is obtained by the following equation as the radio wave angle θ, the antenna interval d, and the radio wave carrier wavelength λ.
φ = 2πdsin θ / λ (1)
That is, if the phase difference φ can be obtained from the received data, the angle θ of the radio wave, that is, the direction of the DUT 107 viewed from the array antenna 102 can be calculated backward from the above equation.

図10は、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104の内部構成を示すブロック図である。
先ず、第一SDRユニット103の内部構成を説明する。
RFアンプ1001は、第一アンテナ102aから受信した電波を増幅する。RFアンプ1001で増幅された高周波信号は、第一ミキサ1002と第二ミキサ1003に入力される。第一ミキサ1002には局部発振器であるPLL1004から出力される、電波の周波数より僅かに低い周波数の局発信号が入力される。第二ミキサ1003には局発信号を90°移相器1005で90°位相をずらされた信号が入力される。
FIG. 10 is a block diagram showing the internal configuration of the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104.
First, the internal configuration of the first SDR unit 103 will be described.
The RF amplifier 1001 amplifies the radio wave received from the first antenna 102a. The high frequency signal amplified by the RF amplifier 1001 is input to the first mixer 1002 and the second mixer 1003. The first mixer 1002 receives a local oscillation signal having a frequency slightly lower than the frequency of the radio wave output from the PLL 1004 which is a local oscillator. The second mixer 1003 is inputted with a signal whose local signal is shifted by 90 ° by a 90 ° phase shifter 1005.

第一ミキサ1002は、RFアンプ1001からの高周波信号とPLL1004からの局発信号を積算し、高周波信号の周波数と局発信号の周波数を加算した周波数及び減算した周波数の信号を第一ローパスフィルタ(以下「LPF」)1006に供給する。そして、第一LPF1006によって、第一アンテナ102aが受信した電波、すなわち高周波信号の周波数からPLL1004が発信する局発信号の周波数を減算したI信号が出力される。
同様に、第二ミキサ1003は、RFアンプ1001からの高周波信号と、90°移相器1005により局発信号を90°位相をずらした信号を積算し、高周波信号の周波数と局発信号を90°移相した信号の周波数を加算した周波数及び減算した周波数の信号を第二LPF1007に供給する。そして、第二LPF1007によって、第一アンテナ102aが受信した電波、すなわち高周波信号の周波数から局発信号を90°移相した信号の周波数を減算したQ信号が出力される。
すなわち、PLL1004、第一ミキサ1002、90°移相器1005、第二ミキサ1003、第一LPF1006及び第二LPF1007は、周知の直交検波回路(クワドラチャミキサ)を構成する。
The first mixer 1002 integrates the high-frequency signal from the RF amplifier 1001 and the local oscillation signal from the PLL 1004, and adds a frequency obtained by adding and subtracting the frequency of the high-frequency signal and the local oscillation frequency to the first low-pass filter ( (Hereinafter “LPF”) 1006. The first LPF 1006 outputs an I signal obtained by subtracting the frequency of the radio wave received by the first antenna 102a, that is, the frequency of the local signal transmitted by the PLL 1004 from the frequency of the high frequency signal.
Similarly, the second mixer 1003 integrates the high-frequency signal from the RF amplifier 1001 and the signal generated by shifting the phase of the local oscillation signal by 90 ° by the 90 ° phase shifter 1005 so that the frequency of the high-frequency signal and the local oscillation signal are 90. A signal obtained by adding and subtracting the frequency of the phase-shifted signal is supplied to the second LPF 1007. Then, the second LPF 1007 outputs a radio wave received by the first antenna 102a, that is, a Q signal obtained by subtracting the frequency of a signal obtained by shifting the local oscillation signal by 90 ° from the frequency of the high frequency signal.
That is, the PLL 1004, the first mixer 1002, the 90 ° phase shifter 1005, the second mixer 1003, the first LPF 1006, and the second LPF 1007 constitute a well-known quadrature detection circuit (quadrature mixer).

アナログのI信号は第一A/D変換器1008によってデジタルのIデータに変換される。同様に、アナログのQ信号は第二A/D変換器1009によってデジタルのQデータに変換される。IデータとQデータはシリアルインターフェース1010を通じて電波入射角算出部805へ送出される。シリアルインターフェース1010は、典型的にはUSBである。   The analog I signal is converted into digital I data by the first A / D converter 1008. Similarly, the analog Q signal is converted into digital Q data by the second A / D converter 1009. The I data and Q data are sent to the radio wave incident angle calculation unit 805 through the serial interface 1010. The serial interface 1010 is typically a USB.

PLL1004や第一A/D変換器1008、第二A/D変換器1009等には水晶発振子等で構成される基準クロック発振器1011に由来するクロックが入力される。
一方、第二SDRユニット104も第一SDRユニット103と同一の構成である。
同軸ケーブルL108は、第一SDRユニット103の基準クロック発振器1011と、第二SDRユニット104の基準クロック発振器1021に接続しており、これによって相互の基準クロックを強制的に同期させている。
The PLL 1004, the first A / D converter 1008, the second A / D converter 1009, and the like receive a clock derived from the reference clock oscillator 1011 configured with a crystal oscillator or the like.
On the other hand, the second SDR unit 104 has the same configuration as the first SDR unit 103.
The coaxial cable L108 is connected to the reference clock oscillator 1011 of the first SDR unit 103 and the reference clock oscillator 1021 of the second SDR unit 104, thereby forcibly synchronizing the reference clocks with each other.

位相モノパルス方式を用いる測角装置801は、アレイアンテナ102を構成する第一アンテナ102aと第二アンテナ102bにそれぞれ接続される第一SDRユニット103と第二SDRユニット104が、相互に基準クロックが同期しており、且つ、動作の開始タイミングが完全に一致している必要がある。このために、発明者等は第一SDRユニット103の基準クロック発振器1011及び第二SDRユニット104の基準クロック発振器1021を同軸ケーブルL108で接続して、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104に対し、強制的な基準クロック同期を実現した。
しかしながら、市場に流通するSDRユニットは、低価格を実現するためにCOFDM復調部がUSBインターフェースと共に1個のICとしてパッケージ化されている。つまり、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104の基準クロックを同期させることができても、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104にそれぞれ装備されているICの、内部の機能の動作タイミングを完全に一致させることは事実上不可能である。このため、図8から図10に示した測角装置801の試作品で、パソコン上で電波入射角算出部805としての測角演算処理を実行すると、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104から得られる信号には、本来計測したい第一アンテナ102aと第二アンテナ102bとの間の位相差φに加え、第一SDRユニット103に由来する初期位相差φ1と、第二SDRユニット104に由来する初期位相差φ2が加算された信号が観測されてしまう。
In the angle measuring device 801 using the phase monopulse system, the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 connected to the first antenna 102a and the second antenna 102b constituting the array antenna 102 are synchronized with each other in the reference clock. And the start timing of the operation must be completely coincident. For this purpose, the inventors connect the reference clock oscillator 1011 of the first SDR unit 103 and the reference clock oscillator 1021 of the second SDR unit 104 with a coaxial cable L108, and connect the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 to each other. On the other hand, forced reference clock synchronization was realized.
However, in the SDR unit on the market, the COFDM demodulation unit is packaged as a single IC together with the USB interface in order to realize a low price. That is, even if the reference clocks of the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 can be synchronized, the operation of the internal functions of the ICs provided in the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104, respectively. It is virtually impossible to match the timing perfectly. Therefore, when the angle measurement processing as the radio wave incident angle calculation unit 805 is executed on the personal computer with the prototype of the angle measuring device 801 shown in FIGS. 8 to 10, the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104. In addition to the phase difference φ between the first antenna 102a and the second antenna 102b to be originally measured, the signal obtained from the initial phase difference φ1 derived from the first SDR unit 103 and the signal derived from the second SDR unit 104 A signal to which the initial phase difference φ2 is added is observed.

更に、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104からUSBインターフェースを通じて電波入射角算出部805としてのパソコンへ転送されるIQデータは、USBがシリアルインターフェース1010であるが故に、完全に同時に得られる訳ではない。つまり、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104からシリアルインターフェース1010を通じて電波入射角算出部805へ転送されるIQデータは、一方のIQデータが転送される時、他方のIQデータは待ち状態になる。すなわち、IQデータが転送される際に、大きな時間差が生じる。
以上のような要因により、従来技術をそのまま採用しただけでは、SDRユニットを用いた測角装置801を実現できない。
Furthermore, IQ data transferred from the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 to the personal computer as the radio wave incident angle calculation unit 805 through the USB interface can be obtained completely simultaneously because the USB is the serial interface 1010. is not. That is, the IQ data transferred from the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 to the radio wave incident angle calculation unit 805 through the serial interface 1010 is in a waiting state when one IQ data is transferred. Become. That is, a large time difference occurs when IQ data is transferred.
Due to the above factors, the angle measuring device 801 using the SDR unit cannot be realized simply by adopting the prior art as it is.

本発明はかかる課題を解決し、低価格なSDRユニットを2個用いて、相互のSDRユニットから得られるIQデータから初期位相を除去することができる、測角装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve such a problem and to provide an angle measuring device capable of removing an initial phase from IQ data obtained from each SDR unit by using two low-cost SDR units. .

上記課題を解決するために、本発明の測角装置は、第一のアンテナと、第一のアンテナから所定の距離だけ離れた位置に配置される第二のアンテナと、搬送波波長がλである電波を受信し、電波の信号を周波数変換しデジタル化した第一のIQデータを出力する第一のソフトウェア受信機と、第一のソフトウェア受信機と基準クロックが同期しており、搬送波波長がλである電波を受信し、電波の信号を周波数変換しデジタル化した第二のIQデータを出力する第二のソフトウェア受信機とを具備する。更に、第一のアンテナと、第二のアンテナと、第一のソフトウェア受信機と、第二のソフトウェア受信機との間に設けられ、第一の制御状態において、第一のアンテナと第二のアンテナとの何れか一方を第一のソフトウェア受信機に接続すると共に他方を第二のソフトウェア受信機に接続し、第二の制御状態において、第一の制御状態とは逆に、第一のアンテナと第二のアンテナとを、第一のソフトウェア受信機と第二のソフトウェア受信機に接続する、DPDTスイッチと、第一のIQデータを格納する第一のフレームバッファと、第二のIQデータを格納する第二のフレームバッファとを具備する。更に、第一のフレームバッファまたは第二のフレームバッファからフレームの開始位置を示すパターンを検出して、DPDTスイッチに制御状態を切り替える切り替え信号を出力するパターン検出部と、第一のフレームバッファに格納された第一のIQデータと、第二のフレームバッファに格納された第二のIQデータとの時間差を検出するフレーム同期検出部と、フレーム同期検出部から得た時間差に基づいて、第二のIQデータに対し、時間差を調整する遅延部と、第一のIQデータから抽出するサンプルの位相角を算出して第一位相角を出力する第一位相角算出部と、第二のIQデータから抽出するサンプルの位相角を算出して第二位相角を出力する第二位相角算出部とを具備する。
位相差算出部は、DPDTスイッチを切り替える前の段階における第一位相角と第二位相角を得て、第一位相角から第二位相角を減算した第一位相差値を得て、DPDTスイッチを切り替えた後の段階における第一位相角と第二位相角を得て、第一位相角から第二位相角を減算した第二位相差値を得た後、第一位相差値から第二位相差値を減算して、第一のアンテナと第二のアンテナに入来した電波の位相差を算出する。
を具備する。
In order to solve the above problems, the angle measuring device of the present invention includes a first antenna, a second antenna disposed at a predetermined distance from the first antenna, and a carrier wavelength of λ. The first software receiver that receives the radio wave, converts the frequency of the radio wave signal and outputs the digitized first IQ data, the first software receiver and the reference clock are synchronized, and the carrier wavelength is λ And a second software receiver that outputs a second IQ data obtained by frequency-converting and digitizing the radio signal. Further, provided between the first antenna, the second antenna, the first software receiver, and the second software receiver, and in the first control state, the first antenna and the second antenna One of the antennas is connected to the first software receiver and the other is connected to the second software receiver. In the second control state, the first antenna is opposite to the first control state. And a second antenna are connected to the first software receiver and the second software receiver, a DPDT switch, a first frame buffer for storing the first IQ data, and a second IQ data And a second frame buffer for storing. Furthermore, a pattern detection unit that detects a pattern indicating the start position of the frame from the first frame buffer or the second frame buffer and outputs a switching signal for switching the control state to the DPDT switch, and stores the pattern detection unit in the first frame buffer A frame synchronization detection unit for detecting a time difference between the first IQ data and the second IQ data stored in the second frame buffer, and based on the time difference obtained from the frame synchronization detection unit, A delay unit that adjusts a time difference with respect to IQ data, a first phase angle calculation unit that calculates a phase angle of a sample extracted from the first IQ data and outputs a first phase angle, and a second IQ data A second phase angle calculation unit that calculates a phase angle of the sample to be extracted and outputs a second phase angle.
The phase difference calculation unit obtains a first phase angle and a second phase angle in a stage before switching the DPDT switch, obtains a first phase difference value obtained by subtracting the second phase angle from the first phase angle, and the DPDT switch After obtaining the first phase angle and the second phase angle at the stage after switching, obtaining the second phase difference value obtained by subtracting the second phase angle from the first phase angle, By subtracting the phase difference value, the phase difference between the radio waves entering the first antenna and the second antenna is calculated.
It comprises.

本発明により、低価格なSDRユニットを2個用いて、相互のSDRユニットから得られるIQデータから初期位相を除去することができる、アレイアンテナ受信装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下に記す実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide an array antenna receiving apparatus that can remove an initial phase from IQ data obtained from a mutual SDR unit using two low-cost SDR units.
Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the description of the embodiments described below.

本発明の実施形態に係る測角装置の全体構成を示す、概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the angle measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る測角装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the angle measuring device which concerns on embodiment of this invention. 電波入射角算出部のハードウェア構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware constitutions of a radio wave incident angle calculation part. 電波入射角算出部のソフトウェア機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the software function of a radio wave incident angle calculation part. 測角装置の実験設備を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the experimental installation of an angle measuring device. 実験設備の実験結果を示すグラフである。縦軸は物理位相差、横軸は推定位相差である。It is a graph which shows the experimental result of an experimental installation. The vertical axis represents the physical phase difference, and the horizontal axis represents the estimated phase difference. 実験設備で測定した、受信データの位相を示すグラフである。It is a graph which shows the phase of the received data measured with the experiment equipment. 発明者等が当初想定していた、従来技術に従う測角装置の概略図である。It is the schematic of the angle measuring device according to a prior art which the inventors assumed initially. 測角装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an angle measuring device. 測角装置を構成するSDRユニットの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the SDR unit which comprises an angle measuring device.

[測角装置の全体構成]
図1は、本発明の実施形態に係る測角装置の全体構成を示す、概略ブロック図である。
図2は、本発明の実施形態に係る測角装置の機能ブロック図である。
測角装置101は、アレイアンテナ102と、第一SDRユニット103(第一のソフトウェア受信機)と、第二SDRユニット104(第二のソフトウェア受信機)と、電波入射角算出部105と、DPDTスイッチ(Double Pole Double Throw:2極双投)109よりなる。
[Overall configuration of angle measuring device]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of the angle measuring device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram of the angle measuring device according to the embodiment of the present invention.
The angle measuring device 101 includes an array antenna 102, a first SDR unit 103 (first software receiver), a second SDR unit 104 (second software receiver), a radio wave incident angle calculation unit 105, a DPDT. It consists of a switch (Double Pole Double Throw) 109.

位相モノパルス方式を用いる測角装置101は、レーダ波発信機106から送信される電波が、被測定物107によって反射された反射波を、アレイアンテナ102で受信する。レーダ波発信機106は、例として、サブキャリアの周波数を1MHzとしてASK変調されたレーダ波を送信する。レーダ波発信機106が送信する電波には、先頭にフレームヘッダパターンを有するフレーム単位で、所定のデータ列がASK変調されている。したがって、レーダ波発信機106が送信する電波は、所定の時間間隔でフレームヘッダパターンが繰り返して変調されている。   In the angle measuring device 101 using the phase monopulse method, a radio wave transmitted from the radar wave transmitter 106 is received by the array antenna 102 as a reflected wave reflected by the DUT 107. As an example, the radar wave transmitter 106 transmits an ASK-modulated radar wave with a subcarrier frequency of 1 MHz. In the radio wave transmitted by the radar wave transmitter 106, a predetermined data string is ASK-modulated for each frame having a frame header pattern at the head. Therefore, the radio wave transmitted by the radar wave transmitter 106 is modulated by repeating the frame header pattern at predetermined time intervals.

アレイアンテナ102を構成する第一アンテナ102aと第二アンテナ102bは、所定の固定部材102cに固定されることによって、その相対的位置関係が固定されている。
第一アンテナ102aと第二アンテナ102bには、DPDTスイッチ109を介して、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104が接続される。第一SDRユニット103と第二SDRユニット104は、基準クロックを同期させるために、同軸ケーブルL108が接続されている。
The first antenna 102a and the second antenna 102b constituting the array antenna 102 are fixed to a predetermined fixing member 102c, so that their relative positional relationship is fixed.
A first SDR unit 103 and a second SDR unit 104 are connected to the first antenna 102 a and the second antenna 102 b via a DPDT switch 109. The first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 are connected to a coaxial cable L108 in order to synchronize the reference clock.

第一SDRユニット103及び第二SDRユニット104には、図10で説明したように、PLL1004(局部発振器)、第一ミキサ1002、90°移相器1005、第二ミキサ1003、第一LPF1006及び第二LPF1007を含む。そしてこれらは、周知の直交検波回路(クワドラチャミキサ)を構成する。そして、第一LPF1006が出力するI信号は第一A/D変換器1008によってIデータに変換され、第二LPF1007が出力するQ信号は第二A/D変換器1009によってQデータに変換される。   As described with reference to FIG. 10, the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 include a PLL 1004 (local oscillator), a first mixer 1002, a 90 ° phase shifter 1005, a second mixer 1003, a first LPF 1006, and a first LPF 1006. Two LPFs 1007 are included. These constitute a known quadrature detection circuit (quadrature mixer). The I signal output from the first LPF 1006 is converted into I data by the first A / D converter 1008, and the Q signal output from the second LPF 1007 is converted into Q data by the second A / D converter 1009. .

第一SDRユニット103が出力する第一のIQデータと、第二SDRユニット104が出力する第二のIQデータは、パソコン等の演算処理装置よりなる、電波入射角算出部105に送られる。
図1に示す測角装置101の、従来技術における図8で示した測角装置801との相違点は、アレイアンテナ102と、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104との間に、電波入射角算出部105によって制御されるDPDTスイッチ109が介在していることである。
The first IQ data output from the first SDR unit 103 and the second IQ data output from the second SDR unit 104 are sent to a radio wave incident angle calculation unit 105 made up of an arithmetic processing unit such as a personal computer.
The angle measuring device 101 shown in FIG. 1 is different from the angle measuring device 801 shown in FIG. 8 in the prior art in that there is a radio wave between the array antenna 102, the first SDR unit 103, and the second SDR unit 104. The DPDT switch 109 controlled by the incident angle calculation unit 105 is interposed.

図2に示すように、DPDTスイッチ109は2個の切替スイッチを構成し、第一アンテナ102aと第二アンテナ102bの、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104との接続を相互に切り替える。切り替えを制御する信号は、電波入射角算出部105から出力される。   As shown in FIG. 2, the DPDT switch 109 constitutes two change-over switches and switches the connection between the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 of the first antenna 102a and the second antenna 102b to each other. A signal for controlling the switching is output from the radio wave incident angle calculation unit 105.

[電波入射角算出部105]
図3は、電波入射角算出部105のハードウェア構成を示すブロック図である。
一般的なパソコン等で構成される電波入射角算出部105は、CPU301、ROM302、RAM303、ハードディスク装置やフラッシュメモリ等の不揮発性ストレージ304、液晶ディスプレイ等の表示部305、キーボードやマウス等の操作部306が、バス307に接続されている。
バス307には更に、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104が接続される、USBインターフェース等のシリアルポート308が接続されている。不揮発性ストレージ304には、パソコン等を電波入射角算出部105として稼働させるためのプログラムが格納されている。
[Radio wave incident angle calculation unit 105]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the radio wave incident angle calculation unit 105.
A radio wave incident angle calculation unit 105 configured by a general personal computer or the like includes a CPU 301, a ROM 302, a RAM 303, a nonvolatile storage 304 such as a hard disk device or a flash memory, a display unit 305 such as a liquid crystal display, and an operation unit such as a keyboard and a mouse. 306 is connected to the bus 307.
Further, a serial port 308 such as a USB interface to which the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 are connected is connected to the bus 307. The nonvolatile storage 304 stores a program for operating a personal computer or the like as the radio wave incident angle calculation unit 105.

図4は、電波入射角算出部105のソフトウェア機能を示すブロック図である。
第一SDRユニット103が出力する第一のIQデータは、リングバッファを構成する第一フレームバッファ401に記憶される。
同様に、第二SDRユニット104が出力する第二のIQデータは、リングバッファを構成する第二フレームバッファ402に記憶される。
パターン検出部403は、レーダ波発信機106が送信する電波に含まれているフレームヘッダパターンを、第一フレームバッファ401と第二フレームバッファ402から検出する。パターン検出部403は、第一フレームバッファ401と第二フレームバッファ402の両方からフレームヘッダパターンを検出すると、DPDTスイッチ109に切り替え制御信号を出力する。
FIG. 4 is a block diagram illustrating software functions of the radio wave incident angle calculation unit 105.
The first IQ data output from the first SDR unit 103 is stored in the first frame buffer 401 constituting the ring buffer.
Similarly, the second IQ data output from the second SDR unit 104 is stored in the second frame buffer 402 constituting the ring buffer.
The pattern detection unit 403 detects the frame header pattern included in the radio wave transmitted by the radar wave transmitter 106 from the first frame buffer 401 and the second frame buffer 402. When the pattern detection unit 403 detects a frame header pattern from both the first frame buffer 401 and the second frame buffer 402, the pattern detection unit 403 outputs a switching control signal to the DPDT switch 109.

フレーム同期検出部404は、第一フレームバッファ401に記憶されている第一のIQデータと、第二フレームバッファ402に記憶されている第二のIQデータとの、時間軸上のずれを修正するための時間差情報を出力する。
第一SDRユニット103と第二SDRユニット104と電波入射角算出部105とは、シリアルインターフェースで接続されている。つまり、第一のIQデータと第二のIQデータは、電波入射角算出部105には同時に送信されない。必ずどちらか一方が先に電波入射角算出部105へ送信され、他方はその間待たされる。この待ち時間が、遅延となる。
The frame synchronization detection unit 404 corrects a deviation on the time axis between the first IQ data stored in the first frame buffer 401 and the second IQ data stored in the second frame buffer 402. Output time difference information.
The first SDR unit 103, the second SDR unit 104, and the radio wave incident angle calculation unit 105 are connected by a serial interface. That is, the first IQ data and the second IQ data are not transmitted to the radio wave incident angle calculation unit 105 at the same time. Either one is always transmitted to the radio wave incident angle calculation unit 105 first, and the other is kept waiting. This waiting time becomes a delay.

第一のIQデータと第二のIQデータには時間軸を揃える手がかりとなる絶対時間情報等が含まれていない。そこで、シリアルインターフェースにおけるデータ転送によって生じた遅延を解消するために、フレーム同期検出部404は、第一フレームバッファ401内の第一のIQデータと、第二フレームバッファ402内の第二のIQデータとの相関を計算する。相関の計算は例えば乗算である。第一フレームバッファ401と第二フレームバッファ402の、記憶されている相互のIQデータのサンプル同士を、時間軸上でずらしながら乗算を繰り返し、その値を見る。第一のIQデータと第二のIQデータの、相互の時間軸が一致すれば、乗算値が最大になるので、フレーム同期検出部404は、その際に得られた、ずらしたサンプル数、すなわち時間差の情報を、遅延部405に与える。
なお、パターン検出部403が第一フレームバッファ401及び第二フレームバッファ402にて検出したフレームヘッダパターンのアドレスを取得すると、第一フレームバッファ401と第二フレームバッファ402との大まかな時間差を得られるので、フレーム同期検出部404におけるフレーム同期検出の為の演算処理を減らすことができる。
The first IQ data and the second IQ data do not include absolute time information or the like as a clue to align the time axis. Therefore, in order to eliminate the delay caused by the data transfer in the serial interface, the frame synchronization detection unit 404 includes the first IQ data in the first frame buffer 401 and the second IQ data in the second frame buffer 402. Calculate the correlation with. The correlation calculation is, for example, multiplication. The multiplication is repeated while shifting the stored IQ data samples of the first frame buffer 401 and the second frame buffer 402 on the time axis, and the values are observed. If the time axes of the first IQ data and the second IQ data match each other, the multiplication value is maximized. Therefore, the frame synchronization detection unit 404 obtains the shifted sample number obtained at that time, that is, Information on the time difference is given to the delay unit 405.
When the pattern detection unit 403 acquires the address of the frame header pattern detected by the first frame buffer 401 and the second frame buffer 402, a rough time difference between the first frame buffer 401 and the second frame buffer 402 can be obtained. Therefore, it is possible to reduce the arithmetic processing for frame synchronization detection in the frame synchronization detection unit 404.

第一位相角算出部406は、第一フレームバッファ401に記憶されている第一のIQデータについて、サンプル毎に位相角を計算する。第一のIQデータにおける位相角φn1は、第一のIQデータのIデータをI、QデータをQとして、以下のように求められる。
φn1=tan−1(Q/I) (2)
同様に、第二位相角算出部407は、第二フレームバッファ402に記憶されている第二のIQデータについて、遅延部405を介してサンプル毎に位相角を計算する。第二のIQデータにおける位相角φn2は、第二のIQデータのIデータをI、QデータをQとして、以下のように求められる。
φn2=tan−1(Q/I) (3)
The first phase angle calculation unit 406 calculates the phase angle for each sample for the first IQ data stored in the first frame buffer 401. The phase angle φ n1 in the first IQ data is obtained as follows, with I data of the first IQ data being I 1 and Q data being Q 1 .
φ n1 = tan −1 (Q 1 / I 1 ) (2)
Similarly, the second phase angle calculator 407 calculates the phase angle for each sample via the delay unit 405 for the second IQ data stored in the second frame buffer 402. The phase angle φ n2 in the second IQ data is obtained as follows, where I data of the second IQ data is I 2 and Q data is Q 2 .
φ n2 = tan −1 (Q 2 / I 2 ) (3)

位相差算出部408は、パターン検出部403が第一のIQデータまたは第二のIQデータからフレームヘッダパターンを検出して、DPDTスイッチ109を3回切り替えたことに呼応して、第一位相角算出部406と第二位相角算出部407から、位相角データを取得する。
具体的には、先ず、位相差算出部408は、パターン検出部403がDPDTスイッチ109を1回目に切り替えた時点から2回目に切り替えるまでの間に、第一位相角算出部406と第二位相角算出部407からそれぞれ、位相角データを取得する。
この、DPDTスイッチ109を1回目に切り替えた時点から2回目に切り替えるまでの間に、第一位相角算出部406から取得した第一の位相角データをφとし、第二位相角算出部407から取得した第二の位相角データをφとする。
第一の位相角データφ及び第二の位相角データφは、受信電波の位相角をφ、第一SDRユニット103由来の位相差をφo1、第二SDRユニット104由来の位相差をφo2、第一アンテナ102aと第二アンテナ102bとの位相差をφとして、以下のような関係を有する。
φ=φ+φo1 (4)
φ=φ+φo2+φ (5)
φ−φ=φo2+φ−φo1 (6)
In response to the pattern detector 403 detecting the frame header pattern from the first IQ data or the second IQ data and switching the DPDT switch 109 three times, the phase difference calculator 408 detects the first phase angle. Phase angle data is acquired from the calculation unit 406 and the second phase angle calculation unit 407.
Specifically, first, the phase difference calculation unit 408 and the first phase angle calculation unit 406 and the second phase angle between the time when the pattern detection unit 403 switches the DPDT switch 109 for the first time to the second time. Phase angle data is acquired from each of the angle calculation units 407.
The first phase angle data acquired from the first phase angle calculation unit 406 is set to φ 1 between the time when the DPDT switch 109 is switched for the first time and the second time, and the second phase angle calculation unit 407 is used. the second phase angle data obtained from the phi 2.
The first phase angle data φ 1 and the second phase angle data φ 2 are: the phase angle of the received radio wave is φ x , the phase difference derived from the first SDR unit 103 is φ o1 , and the phase difference derived from the second SDR unit 104 is Is φ o2 , and the phase difference between the first antenna 102 a and the second antenna 102 b is φ, and the following relationship is established.
φ 1 = φ x + φ o1 (4)
φ 2 = φ x + φ o2 + φ (5)
φ 2 −φ 1 = φ o2 + φ−φ o1 (6)

次に、位相差算出部408は、パターン検出部403がDPDTスイッチ109を2回目に切り替えた時点から3回目に切り替えるまでの間に、第一位相角算出部406と第二位相角算出部407からそれぞれ、位相角データを取得する。
この、DPDTスイッチ109を2回目に切り替えた時点から3回目に切り替えるまでの間に、第一位相角算出部406から取得した第三の位相角データをφとし、第二位相角算出部407から取得した第四の位相角データをφとする。
第三の位相角データφ及び第四の位相角データφは、受信電波の位相角をφ、第一SDRユニット103由来の位相差をφo1、第二SDRユニット104由来の位相差をφo2、第一アンテナ102aと第二アンテナ102bとの位相差をφとして、以下のような関係を有する。
φ=φ+φo1+φ (7)
φ=φ+φo2 (8)
φ−φ=φo2−φo1−φ (9)
なお、上記の式は、DPDTスイッチ109を切り替えた事によって、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104との位相差φが、第一SDRユニット103から得られた第三の位相角データφに含まれている。
Next, the phase difference calculation unit 408 includes a first phase angle calculation unit 406 and a second phase angle calculation unit 407 between the time when the pattern detection unit 403 switches the DPDT switch 109 for the second time to the third time. Respectively, phase angle data is acquired.
This, until switching to third from the time of switching the DPDT switch 109 a second time, a third phase angle data obtained from the first phase angle calculating section 406 and phi 3, the second phase angle calculating section 407 Let the fourth phase angle data acquired from ( 4) be φ4.
The third phase angle data φ 3 and the fourth phase angle data φ 4 include the phase angle of the received radio wave as φ y , the phase difference derived from the first SDR unit 103 as φ o1 , and the phase difference derived from the second SDR unit 104. Is φ o2 , and the phase difference between the first antenna 102 a and the second antenna 102 b is φ, and the following relationship is established.
φ 3 = φ y + φ o1 + φ (7)
φ 4 = φ y + φ o2 (8)
φ 4 −φ 3 = φ o2 −φ o1 −φ (9)
Note that the above equation shows that the phase difference φ between the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 becomes the third phase angle data φ obtained from the first SDR unit 103 by switching the DPDT switch 109. 3 included.

したがって、以下の式(10)で、第一アンテナ102aと第二アンテナ102bとの位相差φを容易に導くことができる。
(φ−φ)−(φ−φ
=(φo2+φ−φo1)−(φo2−φo1−φ)=2φ (10)
Therefore, the phase difference φ between the first antenna 102a and the second antenna 102b can be easily derived by the following equation (10).
2 −φ 1 ) − (φ 4 −φ 3 )
= (Φ o2 + φ−φ o1 ) − (φ o2 −φ o1 −φ) = 2φ (10)

すなわち、SDRユニットを2個使用した測角装置を実現するには、
(a)アレイアンテナとSDRユニットとの間にDPDTスイッチ109を設け、
電波入射角算出部105では、
(b)フレームヘッダパターンを検出したらDPDTスイッチ109を切り替える機能(パターン検出部403)と、
(c)第一フレームバッファ401に記憶されている第一のIQデータと、第二フレームバッファ402に記憶されている第二のIQデータにフレーム同期を施した上で(フレーム同期検出部404)、
(d)DPDTスイッチ109を切り替える直前と直後の位相角の差同士を減算すれば(位相差算出部408)、
電波の入射角度に由来する位相差φを得ることができる。
That is, in order to realize an angle measuring device using two SDR units,
(A) A DPDT switch 109 is provided between the array antenna and the SDR unit,
In the radio wave incident angle calculation unit 105,
(B) a function (pattern detection unit 403) for switching the DPDT switch 109 when a frame header pattern is detected;
(C) After performing frame synchronization on the first IQ data stored in the first frame buffer 401 and the second IQ data stored in the second frame buffer 402 (frame synchronization detection unit 404) ,
(D) By subtracting the difference between the phase angles immediately before and after the DPDT switch 109 is switched (phase difference calculation unit 408),
A phase difference φ derived from the incident angle of the radio wave can be obtained.

[シミュレーション実験結果]
図5は、本発明の実施形態に係る測角装置を検証するための、実験設備501のブロック図である。
実験設備501は、電波を発して反射波をアレイアンテナで受信する代わりに、発振器502から全ての構成要素を有線で接続している。発振器502が出力する高周波信号は、分周器503によって分周された後、移相器504に供給される。
アレイアンテナの位相差を模倣する移相器504は、0°、30°、60°、90°と、位相を半固定的に遅延させる。
分周器503の出力信号と、移相器504の出力信号は、DPDTスイッチ109を介して第一SDRユニット103と第二SDRユニット104に供給される。
ソフトウェア信号処理部505は、従来技術のシミュレーションの際にはDPDTスイッチ109を切り替えず、本発明の実施形態のシミュレーションの際にはDPDTスイッチ109を切り替えて、前述の位相差算出部408における演算処理を行う。
[Results of simulation experiment]
FIG. 5 is a block diagram of the experimental facility 501 for verifying the angle measuring device according to the embodiment of the present invention.
In the experimental facility 501, instead of emitting radio waves and receiving reflected waves with an array antenna, all components are connected from an oscillator 502 by wire. The high frequency signal output from the oscillator 502 is divided by the frequency divider 503 and then supplied to the phase shifter 504.
The phase shifter 504 that mimics the phase difference of the array antenna delays the phase semi-fixedly to 0 °, 30 °, 60 °, and 90 °.
The output signal of the frequency divider 503 and the output signal of the phase shifter 504 are supplied to the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 via the DPDT switch 109.
The software signal processing unit 505 does not switch the DPDT switch 109 in the simulation of the prior art, and switches the DPDT switch 109 in the simulation of the embodiment of the present invention, so that the arithmetic processing in the phase difference calculation unit 408 is performed. I do.

図6は、実験設備501における推定結果を示すグラフである。横軸は移相器504によって物理的に設定した位相差、縦軸はソフトウェア信号処理部505が推定した位相差である。
図6中、楕円G601で囲った範囲内のデータが、DPDTスイッチ109を用いた推定結果である。一方、楕円G601の範囲外のデータが、DPDTスイッチ109を用いない推定結果である。
DPDTスイッチ109を用いない推定結果は大きなばらつきを示すが、DPDTスイッチ109を用いた推定結果は、全て移相器504が設定した位相差と合致する。
FIG. 6 is a graph showing an estimation result in the experimental facility 501. The horizontal axis represents the phase difference physically set by the phase shifter 504, and the vertical axis represents the phase difference estimated by the software signal processing unit 505.
In FIG. 6, data within the range enclosed by the ellipse G601 is an estimation result using the DPDT switch 109. On the other hand, data outside the range of the ellipse G601 is an estimation result without using the DPDT switch 109.
Although the estimation result without using the DPDT switch 109 shows a large variation, all the estimation results using the DPDT switch 109 agree with the phase difference set by the phase shifter 504.

図7は、図5の実験設備501で測定された、第一SDRユニット103と第二SDRユニット104が出力するIQデータの位相角を示すグラフである。横軸はサンプル数、すなわち時間軸であり、縦軸は位相角(ラジアン)である。   FIG. 7 is a graph showing the phase angle of IQ data output from the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104, measured by the experimental facility 501 of FIG. The horizontal axis is the number of samples, that is, the time axis, and the vertical axis is the phase angle (radian).

時点t1にてDPDTスイッチ109を切り替える直前では、第一のIQデータ(φ)には、第一SDRユニット103由来の位相差φo1が、第二のIQデータ(φ)には、第二SDRユニット104由来の位相差φo2と、第一アンテナ102aと第二アンテナ102bとの位相差φが、それぞれ観測されている。 Immediately before switching the DPDT switch 109 at time t1, the first IQ data (φ 1 ) includes the phase difference φ o1 derived from the first SDR unit 103, and the second IQ data (φ 2 ) includes the second A phase difference φ o2 derived from the two SDR units 104 and a phase difference φ between the first antenna 102a and the second antenna 102b are observed.

時点t1にてDPDTスイッチ109を切り替えた直後では、第一のIQデータ(φ)には、第一SDRユニット103由来の位相差φo1と、第一アンテナ102aと第二アンテナ102bとの位相差φが、第二のIQデータ(φ)には、第二SDRユニット104由来の位相差φo2が、それぞれ観測されている。 Immediately after the DPDT switch 109 is switched at time t1, the first IQ data (φ 3 ) includes the phase difference φ o1 derived from the first SDR unit 103 and the positions of the first antenna 102a and the second antenna 102b. In the second IQ data (φ 4 ), the phase difference φ o2 derived from the second SDR unit 104 is observed for the phase difference φ.

すなわち、DPDTスイッチ109で、第一アンテナ102a及び第二アンテナ102bと、第一SDRユニット103及び第二SDRユニット104との接続関係を逆転させると、第一アンテナ102aと第二アンテナ102bとの位相差が、第一SDRユニット103から第二SDRユニット104へ、あるいはその逆へ、移動する。   That is, when the connection relationship between the first antenna 102a and the second antenna 102b and the first SDR unit 103 and the second SDR unit 104 is reversed by the DPDT switch 109, the positions of the first antenna 102a and the second antenna 102b are changed. The phase difference moves from the first SDR unit 103 to the second SDR unit 104 or vice versa.

本発明の実施形態においては、安価なSDRユニットを2個使用した測角装置を開示した。
アレイアンテナと、クロック同期を施した2個のSDRユニットとの間にDPDTスイッチ109を設け、DPDTスイッチ109に電子計算機よりなる電波入射角算出部105を接続する。電波入射角算出部105は、受信電波に含まれるフレームヘッダパターンを検出したらDPDTスイッチ109を切り替える。そして、第一フレームバッファ401に記憶されている第一のIQデータと、第二フレームバッファ402に記憶されている第二のIQデータにフレーム同期を施した上で、DPDTスイッチ109を切り替える直前と直後の位相角の差同士を減算することで、電波の入射角度に由来する位相差φを得る。
これまで高価な部品や複雑な設計を必要としていた測角装置を、安価なDPDTスイッチ109を追加し、ソフトウェアにてDPDTスイッチ109を制御しながら演算処理を行うことで、大幅な低価格化を実現できる。
In the embodiment of the present invention, an angle measuring device using two inexpensive SDR units has been disclosed.
A DPDT switch 109 is provided between the array antenna and two SDR units that are clock-synchronized, and a radio wave incident angle calculation unit 105 made of an electronic computer is connected to the DPDT switch 109. The radio wave incident angle calculation unit 105 switches the DPDT switch 109 when detecting the frame header pattern included in the received radio wave. The first IQ data stored in the first frame buffer 401 and the second IQ data stored in the second frame buffer 402 are subjected to frame synchronization and immediately before switching the DPDT switch 109. By subtracting the phase angle differences immediately after, the phase difference φ derived from the incident angle of the radio wave is obtained.
By using an angle measuring device that previously required expensive parts and complicated design, an inexpensive DPDT switch 109 is added, and calculation processing is performed while controlling the DPDT switch 109 with software, thereby significantly reducing the price. realizable.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例を含む。
例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、実施形態の構成の一部について、他の構成に追加・削除・置換をすることも可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, Other modifications are included unless it deviates from the summary of this invention described in the claim.
For example, the above-described embodiment is a detailed and specific description of the configuration of the apparatus and the system in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. In addition, a part of the configuration of the embodiment can be added to, deleted from, or replaced with another configuration.

また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の揮発性あるいは不揮発性のストレージ、または、ICカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Each of the above-described configurations, functions, processing units, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Further, each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software for interpreting and executing a program that realizes each function by the processor. Information such as programs, tables, and files that realize each function must be held in a volatile or non-volatile storage such as a memory, hard disk, or SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card or an optical disk. Can do.
In addition, the control lines and information lines are those that are considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.

101…測角装置、102…アレイアンテナ、102a…第一アンテナ、102b…第二アンテナ、102c…固定部材、103…第一SDRユニット、104…第二SDRユニット、105…電波入射角算出部、106…レーダ波発信機、107…被測定物、109…DPDTスイッチ、301…CPU、302…ROM、303…RAM、304…不揮発性ストレージ、305…表示部、306…操作部、307…バス、308…シリアルポート、401…第一フレームバッファ、402…第二フレームバッファ、403…パターン検出部、404…フレーム同期検出部、405…遅延部、406…第一位相角算出部、407…第二位相角算出部、408…位相差算出部、501…実験設備、502…発振器、503…分周器、504…移相器、505…ソフトウェア信号処理部、801…測角装置、805…電波入射角算出部、1001…RFアンプ、1002…第一ミキサ、1003…第二ミキサ、1004…PLL、1005…移相器、1006…第一LPF、1007…第二LPF、1008…第一A/D変換器、1009…第二A/D変換器、1010…シリアルインターフェース、1011…基準クロック発振器、1021…基準クロック発振器、L108…同軸ケーブル   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Angle measuring device, 102 ... Array antenna, 102a ... 1st antenna, 102b ... 2nd antenna, 102c ... Fixed member, 103 ... 1st SDR unit, 104 ... 2nd SDR unit, 105 ... Radio wave incident angle calculation part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 106 ... Radar wave transmitter, 107 ... DUT, 109 ... DPDT switch, 301 ... CPU, 302 ... ROM, 303 ... RAM, 304 ... Nonvolatile storage, 305 ... Display part, 306 ... Operation part, 307 ... Bus, 308 ... Serial port 401 ... First frame buffer 402 ... Second frame buffer 403 ... Pattern detection unit 404 ... Frame synchronization detection unit 405 ... Delay unit 406 ... First phase angle calculation unit 407 ... Second Phase angle calculation unit, 408 ... phase difference calculation unit, 501 ... experimental equipment, 502 ... oscillator, 503 ... frequency divider, 504 ... Phaser 505 ... Software signal processing unit 801 ... Angle measuring device 805 ... Radio wave incident angle calculation unit 1001 ... RF amplifier 1002 ... First mixer 1003 ... Second mixer 1004 ... PLL 1005 ... Phase shifter 1006: First LPF, 1007: Second LPF, 1008: First A / D converter, 1009: Second A / D converter, 1010: Serial interface, 1011: Reference clock oscillator, 1021: Reference clock oscillator, L108 ... Coaxial cable

Claims (2)

第一のアンテナと、
前記第一のアンテナから所定の距離だけ離れた位置に配置される第二のアンテナと、
搬送波波長がλである電波を受信し、前記電波の信号を周波数変換しデジタル化した第一のIQデータを出力する第一のソフトウェア受信機と、
前記第一のソフトウェア受信機と基準クロックが同期しており、搬送波波長が前記λである電波を受信し、前記電波の信号を周波数変換しデジタル化した第二のIQデータを出力する第二のソフトウェア受信機と、
前記第一のアンテナと、前記第二のアンテナと、前記第一のソフトウェア受信機と、前記第二のソフトウェア受信機との間に設けられ、第一の制御状態において、前記第一のアンテナと前記第二のアンテナとの何れか一方を前記第一のソフトウェア受信機に接続すると共に他方を前記第二のソフトウェア受信機に接続し、第二の制御状態において、前記第一の制御状態とは逆に、前記第一のアンテナと前記第二のアンテナとを、前記第一のソフトウェア受信機と前記第二のソフトウェア受信機に接続する、DPDTスイッチと、
前記第一のIQデータを格納する第一のフレームバッファと、
前記第二のIQデータを格納する第二のフレームバッファと、
前記第一のフレームバッファまたは前記第二のフレームバッファからフレームの開始位置を示すパターンを検出して、前記DPDTスイッチに制御状態を切り替える切り替え信号を出力するパターン検出部と、
前記第一のフレームバッファに格納された前記第一のIQデータと、前記第二のフレームバッファに格納された前記第二のIQデータとの時間差を検出するフレーム同期検出部と、
前記フレーム同期検出部から得た前記時間差に基づいて、前記第二のIQデータに対し、時間差を調整する遅延部と、
前記第一のIQデータから抽出するサンプルの位相角を算出して第一位相角を出力する第一位相角算出部と、
前記第二のIQデータから抽出するサンプルの位相角を算出して第二位相角を出力する第二位相角算出部と、
前記DPDTスイッチを切り替える前の段階における第一位相角と第二位相角を得て、前記第一位相角から前記第二位相角を減算した第一位相差値を得て、前記DPDTスイッチを切り替えた後の段階における第一位相角と第二位相角を得て、前記第一位相角から前記第二位相角を減算した第二位相差値を得た後、前記第一位相差値から前記第二位相差値を減算して、前記第一のアンテナと前記第二のアンテナに入来した前記電波の位相差を算出する位相差算出部と
を具備する、測角装置。
The first antenna,
A second antenna disposed at a position away from the first antenna by a predetermined distance;
A first software receiver that receives a radio wave having a carrier wavelength of λ, outputs a first IQ data obtained by frequency-converting and digitizing the radio wave signal;
The first software receiver and the reference clock are synchronized, receive a radio wave having a carrier wavelength of λ, and output a second IQ data obtained by frequency-converting and digitizing the radio signal. A software receiver;
Provided between the first antenna, the second antenna, the first software receiver, and the second software receiver, and in the first control state, the first antenna One of the second antennas is connected to the first software receiver and the other is connected to the second software receiver. In the second control state, the first control state is Conversely, a DPDT switch that connects the first antenna and the second antenna to the first software receiver and the second software receiver;
A first frame buffer for storing the first IQ data;
A second frame buffer for storing the second IQ data;
A pattern detection unit for detecting a pattern indicating a start position of a frame from the first frame buffer or the second frame buffer and outputting a switching signal for switching a control state to the DPDT switch;
A frame synchronization detector for detecting a time difference between the first IQ data stored in the first frame buffer and the second IQ data stored in the second frame buffer;
A delay unit for adjusting the time difference with respect to the second IQ data based on the time difference obtained from the frame synchronization detection unit;
A first phase angle calculator that calculates a phase angle of a sample extracted from the first IQ data and outputs a first phase angle;
A second phase angle calculator that calculates a phase angle of a sample extracted from the second IQ data and outputs a second phase angle;
The first phase angle and the second phase angle in the stage before switching the DPDT switch are obtained, the first phase difference value obtained by subtracting the second phase angle from the first phase angle is obtained, and the DPDT switch is switched. After obtaining a first phase angle and a second phase angle in a later stage and obtaining a second phase difference value obtained by subtracting the second phase angle from the first phase angle, the first phase difference value An angle measuring device, comprising: a phase difference calculation unit that subtracts a second phase difference value to calculate a phase difference of the radio wave that has entered the first antenna and the second antenna.
前記第一のソフトウェア受信機と前記第二のソフトウェア受信機は同一の機能を有するものであり、
前記第一のソフトウェア受信機は、
前記基準クロックに由来する参照クロックを利用して局部発振信号を出力する局部発振器と、
前記局部発振信号に90°の位相差を与えて移相局部発振信号を出力する90°移相器と、
入力される電波の信号と前記局部発振信号を乗算してI信号を出力する第一ミキサと、
入力される電波の信号と前記移相局部発振信号を乗算してQ信号を出力する第二ミキサと、
前記I信号をA/D変換する第一A/D変換器と、
前記Q信号をA/D変換する第二A/D変換器と
を具備し、
前記第一のIQデータは、前記第一A/D変換器と前記第二A/D変換器の出力データである、
請求項1に記載の測角装置。
The first software receiver and the second software receiver have the same function,
The first software receiver is:
A local oscillator that outputs a local oscillation signal using a reference clock derived from the reference clock;
A 90 ° phase shifter that gives a phase difference of 90 ° to the local oscillation signal and outputs a phase shift local oscillation signal;
A first mixer that multiplies an input radio wave signal by the local oscillation signal and outputs an I signal;
A second mixer that multiplies the input radio wave signal and the phase-shifted local oscillation signal to output a Q signal;
A first A / D converter for A / D converting the I signal;
A second A / D converter for A / D converting the Q signal;
The first IQ data is output data of the first A / D converter and the second A / D converter.
The angle measuring device according to claim 1.
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