JP3017400B2 - Array antenna control method and control device - Google Patents

Array antenna control method and control device

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JP3017400B2
JP3017400B2 JP6203258A JP20325894A JP3017400B2 JP 3017400 B2 JP3017400 B2 JP 3017400B2 JP 6203258 A JP6203258 A JP 6203258A JP 20325894 A JP20325894 A JP 20325894A JP 3017400 B2 JP3017400 B2 JP 3017400B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アレーアンテナの制御
方法及び制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for controlling an array antenna.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、車両等に搭載し静止衛星の方向を
自動的に追尾する衛星通信用のフェーズドアレーアンテ
ナ(以下、第1の従来例という。)が郵政省通信総合研
究所によって試作されている。この第1の従来例のアン
テナは、19個のマイクロストリップアンテナ素子で構
成され、1素子を除く各素子毎に1個ずつ計18個のマ
イクロ波移相器を備え、機械駆動せずに電気的にビーム
の方向を走査する。ここで、アンテナの指向性を制御
し、到来ビームの方向を追尾するためのセンサーとし
て、地磁気の方向を検出し予め既知である車両から見た
静止衛星の方向を計算するための磁気センサー、並びに
車両の回転角速度を検出して精度よくビームの方向を一
定に保つための光ファイバジャイロを備えている。これ
ら2つのセンサーを組み合せることにより、到来ビーム
の有無に関わらず、ある一定の方向にアンテナ指向性を
向け、車両が移動しても常に同じ方向にその指向性を保
持するように構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a phased array antenna for satellite communication (hereinafter referred to as a first conventional example) mounted on a vehicle or the like and automatically tracking the direction of a geostationary satellite has been prototyped by the Communications Research Laboratory of the Ministry of Posts and Telecommunications. ing. The antenna of the first conventional example is composed of 19 microstrip antenna elements, each of which has a total of 18 microwave phase shifters, one for each element except one, and is electrically driven without mechanical driving. The direction of the beam is scanned. Here, as a sensor for controlling the directivity of the antenna and tracking the direction of the incoming beam, a magnetic sensor for detecting the direction of the geomagnetism and calculating the direction of the geostationary satellite seen from the vehicle that is known in advance, and An optical fiber gyro is provided for detecting the rotational angular velocity of the vehicle and accurately keeping the beam direction constant. By combining these two sensors, regardless of the presence or absence of an incoming beam, the antenna directivity is directed in a certain direction, and the directivity is always maintained in the same direction even when the vehicle moves. I have.

【0003】また、ディジタル位相変調を用いた衛星通
信用のディジタルビームフォーミングアンテナ用とし
て、到来ビーム捕捉追尾のための位相検出方法(以下、
第2の従来例という。)が本出願人によって提案されて
いる。この第2の従来例の方法は、アレーアンテナの各
アンテナ素子毎にコスタスループを用いた搬送波再生回
路を備え、全ての素子で同相となるように電圧制御発振
器(VCO)の位相を制御し、同相合成してアレー出力
を得る方法である。この方法はまた、各素子毎に搬送波
再生回路で位相不確定を生じそのまま合成すると大きな
電力損失が発生するため、各素子毎のベースバンド出力
から引き込み位相の検出を行い、これをもとに位相補正
量を計算し、上記同相合成に先立ち移相器により位相不
確定の補正を行っている。この第2の従来例の方法では
受信される信号が位相変調波であればアンテナの指向性
は自動的に到来ビームの方向へ向くことになり、到来ビ
ームの方向を知るための特別なセンサは必要としていな
い。
Further, a phase detection method for capturing and tracking an incoming beam (hereinafter, referred to as a digital beamforming antenna for satellite communication using digital phase modulation).
This is referred to as a second conventional example. ) Has been proposed by the present applicant. The method of the second conventional example includes a carrier recovery circuit using a Costas loop for each antenna element of an array antenna, and controls the phase of a voltage controlled oscillator (VCO) so that all elements have the same phase. This is a method of obtaining an array output by performing in-phase synthesis. This method also causes a phase uncertainty in the carrier recovery circuit for each element, and if combined as it is, causes a large power loss. Therefore, the phase of the pull-in is detected from the baseband output of each element, and the phase is determined based on this. The amount of correction is calculated, and the phase uncertainty is corrected by the phase shifter prior to the in-phase synthesis. In the method of the second conventional example, if the received signal is a phase-modulated wave, the directivity of the antenna automatically points in the direction of the incoming beam, and a special sensor for knowing the direction of the incoming beam is provided. I don't need it.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記第1の従来例のフ
ェーズドアレーアンテナの場合、衛星方向にアンテナの
指向性を向けるために絶対方位の検出ができる磁気セン
サを用いているが、車両などの場合車体が金属でできて
いるため多くの場合帯磁しており、これがアンテナの指
向方向の誤差の原因となる。これを回避するためには磁
気を帯びた構造物などのない広い場所で360度回転し
て得られる磁気データにより較正を行う必要がある。ま
たうまく較正できて衛星方向を捕捉し、追尾ができたと
しても、地磁気は周囲の建物や他の車両等により乱され
ることが多く、磁気センサのみで到来ビーム方向を追尾
することは困難である。このため、衛星方向の捕捉後は
主として光ファイバジャイロのデータをもとにして追尾
を行うが、光ファイバジャイロは磁気センサのように絶
対方位を検出するのではなく角速度のみを検出するた
め、方位角の誤差が蓄積される。これを防止するため、
ある周期で磁気センサの情報をもとに光ファイバジャイ
ロを較正する方法を採用しているが、制御アルゴリズム
は複雑となり精度のよい制御アルゴリズムはまだ開発さ
れていないのが現状である。
In the case of the first prior art phased array antenna, a magnetic sensor capable of detecting an absolute azimuth is used in order to direct the directivity of the antenna toward a satellite. In many cases, the vehicle body is made of metal and is magnetized in many cases, which causes an error in the directivity of the antenna. In order to avoid this, it is necessary to perform calibration using magnetic data obtained by rotating 360 degrees in a wide place where there is no magnetic structure. Even if the satellite can be calibrated successfully and the satellite direction can be acquired and tracked, geomagnetism is often disturbed by surrounding buildings and other vehicles, and it is difficult to track the incoming beam direction using only a magnetic sensor. is there. For this reason, after tracking in the satellite direction, tracking is mainly performed based on the data of the optical fiber gyro, but the optical fiber gyro does not detect the absolute azimuth like a magnetic sensor but detects only the angular velocity, so the azimuth Angle errors accumulate. To prevent this,
Although a method of calibrating the optical fiber gyro based on the information of the magnetic sensor at a certain period is adopted, the control algorithm is complicated and a precise control algorithm has not been developed yet.

【0005】上記第1の従来例のフェーズドアレーアン
テナはまた、到来ビームの有無にかかわらず信号源の方
向が既知であればその方向にビームを向けることができ
るが、信号源の方向が未知の場合又は低軌道周回衛星な
ど信号源自体が移動してしまう場合にはその動きが全て
予測可能な場合を除き、追尾不可能である。以上のよう
に方位センサを使う捕捉追尾方法は構成が複雑になると
ともに性能が限定されるという問題点があった。
The phased array antenna of the first prior art can direct a beam in the direction of a signal source if the direction of the signal source is known regardless of the presence or absence of an incoming beam, but the direction of the signal source is unknown. In the case or when the signal source itself moves such as a low orbit satellite, tracking is impossible unless all the movements are predictable. As described above, the acquisition and tracking method using the azimuth sensor has problems that the configuration is complicated and the performance is limited.

【0006】また、上記第2の従来例の位相検出方法の
場合、各アンテナ素子毎に搬送波再生を行うことにより
指向性を形成するため、上記第1の従来例のフェーズド
アレーアンテナに設けられる方位センサは必要とせず、
複雑な制御アルゴリズムも不要であるという特徴を有す
るが、搬送波再生回路に閉ループにより位相の同期追尾
を行うコスタスループ回路を用いているため、到来ビー
ムの初期捕捉は収束にある程度の時間がかかるという問
題点があった。特に、アンテナを車両等の移動体に搭載
して衛星通信を行う場合、木や建物等による信号の瞬断
が頻繁に発生するため、受信データの数シンボル程度で
高速に初期捕捉を行う必要がある。
In the case of the phase detection method of the second conventional example, since the directivity is formed by performing carrier recovery for each antenna element, the azimuth provided in the phased array antenna of the first conventional example is considered. No sensor needed,
It has the feature that complicated control algorithms are not required, but the problem is that the initial capture of the incoming beam takes a certain amount of time to converge because the carrier recovery circuit uses a Costas loop circuit that performs closed-loop phase tracking. There was a point. In particular, when satellite communication is performed by mounting an antenna on a mobile object such as a vehicle, instantaneous signal interruptions due to trees and buildings frequently occur, so it is necessary to perform initial acquisition at high speed with about several symbols of received data. is there.

【0007】上記第2の従来例の位相検出方法はまた、
アレーアンテナのアンテナ素子数が多い場合、1素子当
りの受信信号対雑音電力比は低くなるため、各素子毎に
位相のサイクルスリップが生じて搬送波再生は困難とな
りアレーアンテナの利得が生かされないという問題点が
あった。
The phase detection method of the second prior art example also
When the number of antenna elements in the array antenna is large, the received signal-to-noise power ratio per element is low, so that a phase cycle slip occurs for each element, carrier recovery becomes difficult, and the gain of the array antenna cannot be utilized. There was a point.

【0008】本発明の目的は以上の問題点を解決し、各
アンテナ素子毎の受信信号対雑音電力比が比較的低い状
態でも高速でかつ安定に、機械的な駆動を行わずに、ま
た方位センサ等のセンサを用いず到来ビームの捕捉追尾
を行うことのできるアレーアンテナの制御方法及び制御
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to perform high-speed and stable mechanical driving without a mechanical drive even in a state where the received signal-to-noise power ratio of each antenna element is relatively low. An object of the present invention is to provide a control method and a control device of an array antenna which can capture and track an incoming beam without using a sensor such as a sensor.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載のアレーアンテナの制御方法は、所定の配置形状で近
接して並置された複数のアンテナ素子からなるアレーア
ンテナを制御するためのアレーアンテナの制御方法にお
いて、 上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞ
れ受信された複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振
信号を用いて、上記局部発振信号と同相である同相成分
と、上記局部発振信号と直交する直交成分とからなる直
交信号にそれぞれ変換するステップと、上記複数のアン
テナ素子のうち互いに異なる対である各2つの第1と第
2のアンテナ素子における直交信号の同相成分同志の積
及び直交成分同志の積の和で計算される第1のデータ
と、上記第1のアンテナ素子の直交信号の同相成分と上
記第2のアンテナ素子の直交信号の直交成分の積及び上
記第1のアンテナ素子の直交信号の直交成分と上記第2
のアンテナ素子の直交信号の同相成分の積の差で計算さ
れる第2のデータとをそれぞれ所定の伝達関数を有する
雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ
波された第1のデータをそれぞれ互いに対角する2つの
要素に有し、かつ、上記ろ波された第2のデータと、当
該ろ波された第2のデータに(−1)を乗算して得られ
た第3のデータとを互いに対角する別の2つの要素に有
する2×2の変換行列を、上記第2のアンテナ素子の直
交信号に乗算することにより上記第2のアンテナ素子の
直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相化
するステップと、上記同相化するステップの処理を上記
複数のアンテナ素子における直交信号のうち互いに異な
る対について繰り返すことにより同相化された複数の直
交信号を出力するステップと、上記同相化された複数の
直交信号を同相合成して同相合成後の1つの直交信号を
出力するステップとを含むことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an array antenna control method for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape. In the antenna control method, a plurality of reception signals received by each antenna element of the array antenna are respectively used by using a common local oscillation signal, and an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal, and the local oscillation signal Converting the quadrature signal into quadrature signals composed of orthogonal quadrature components; and calculating a product of quadrature signals between quadrature signals in two first and second antenna elements of each of the plurality of different antenna elements, and First data calculated by the sum of the products of the components, the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element, and the second antenna element And the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element.
And the second data calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals of the antenna elements are passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function to be filtered. And the filtered second data and the filtered second data obtained by multiplying the filtered second data by (−1). 3 is multiplied by the orthogonal signal of the second antenna element by another 2 × 2 transformation matrix having two other elements that are diagonal to each other, thereby obtaining the orthogonal signal of the second antenna element. Outputting a plurality of in-phase quadrature signals by repeating the step of in-phase with the quadrature signal of one antenna element and the processing of the in-phase step for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements. And steps, characterized in that it comprises a step of outputting one quadrature signals after a plurality of orthogonal signals phase synthesis phase combining a that is in-phase reduction.

【0010】また、本発明に係る請求項2記載のアレー
アンテナの制御方法は、所定の配置形状で近接して並置
された複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制
御するためのアレーアンテナの制御方法において、 上
記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信され
た複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用い
て、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記局
部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号にそ
れぞれ変換するステップと、上記複数のアンテナ素子の
うち互いに異なる対である各2つの第1と第2のアンテ
ナ素子における直交信号の同相成分同志の積及び直交成
分同志の積の和で計算される第1のデータと、上記第1
のアンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアン
テナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアン
テナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素
子の直交信号の同相成分の積の差で計算される第2のデ
ータとをそれぞれ所定の伝達関数を有する雑音抑圧用フ
ィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波された第2
のデータを上記ろ波された第1のデータで除算し、上記
除算結果の逆正接値を計算することにより、上記第1の
アンテナ素子の直交信号と上記第2のアンテナ素子の直
交信号とを同相化するための補正位相量を計算し、上記
計算された補正位相量だけ上記第2のアンテナ素子の直
交信号を移相することにより上記第2のアンテナ素子の
直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相化
するステップと、上記同相化するステップの処理を上記
複数のアンテナ素子における直交信号のうち互いに異な
る対について繰り返すことにより同相化された複数の直
交信号を出力するステップと、上記同相化された複数の
直交信号を同相合成して同相合成後の1つの直交信号を
出力するステップとを含むことを特徴とする。さらに、
請求項3記載のアレーアンテナの制御方法は、請求項2
記載のアレーアンテナの制御方法において、上記同相化
するステップは、上記アレーアンテナの配置形状に基づ
いて、上記計算された補正位相量を上記配置形状の面に
回帰させるように上記計算された補正位相量を回帰補正
し、上記回帰補正された補正位相量だけ上記第2のアン
テナ素子の直交信号を移相することにより上記第2のア
ンテナ素子の直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交
信号に同相化することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an array antenna for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape. In the plurality of received signals received by the antenna elements of the array antenna, respectively, using a common local oscillation signal, an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal, and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. Converting the quadrature signal into quadrature signals each consisting of: a product of in-phase components of quadrature signals and a product of quadrature components of each of the two first and second antenna elements which are mutually different pairs of the plurality of antenna elements; The first data calculated by the sum of
And the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. Are passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function and are filtered, and then the filtered second data is calculated.
Is divided by the filtered first data, and by calculating the arc tangent of the result of the division, the orthogonal signal of the first antenna element and the orthogonal signal of the second antenna element are calculated. A quadrature signal of the second antenna element is calculated by calculating a correction phase amount for in-phase and shifting the quadrature signal of the second antenna element by the calculated correction phase amount. In-phase to the quadrature signal of the element, and outputting the plurality of quadrature signals in-phase by repeating the process of the in-phase step for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements, In-phase synthesizing the plurality of in-phase quadrature signals and outputting one quadrature signal after the in-phase synthesis. further,
The control method of the array antenna according to the third aspect is the second aspect.
In the array antenna control method described above, the in-phase step is performed based on an arrangement shape of the array antenna, wherein the calculated correction phase amount is returned to the plane of the arrangement shape. The quadrature signal of the second antenna element is changed to the quadrature signal of the first antenna element by regressively correcting the quadrature signal of the second antenna element by phase-shifting the quadrature signal of the second antenna element by the regression-corrected phase amount. It is characterized by being in phase.

【0011】また、本発明に係る請求項4記載のアレー
アンテナの制御方法は、所定の配置形状で近接して並置
された複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制
御するためのアレーアンテナの制御方法において、 上
記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信され
た複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用い
て、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記局
部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号にそ
れぞれ変換するステップと、上記複数のアンテナ素子の
うち1対の第1と第2のアンテナ素子における直交信号
の同相成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算さ
れる第1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信
号の同相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直
交成分の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直
交成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分
の積の差で計算される第2のデータとをそれぞれ所定の
伝達関数を有する雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波
させた後、上記ろ波された第1のデータをそれぞれ互い
に対角する2つの要素に有し、かつ、上記ろ波された第
2のデータと、当該ろ波された第2のデータに(−1)
を乗算して得られた第3のデータとを互いに対角する別
の2つの要素に有する2×2の変換行列を、上記第2の
アンテナ素子の直交信号に乗算することにより上記第2
のアンテナ素子の直交信号を上記第1のアンテナ素子の
直交信号に同相化するステップと、上記同相化するステ
ップの処理を、上記複数のアンテナ素子における直交信
号のうち互いに異なる対について実行した後、同相化さ
れた複数の直交信号のうちの互いに異なる各2つの直交
信号について上記同相化するステップの処理を実行して
上記同相合成後の直交信号が1つになるまで繰り返すこ
とにより、同相合成後の1つの直交信号を出力するステ
ップとを含むことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an array antenna for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape. In the plurality of received signals received by the antenna elements of the array antenna, respectively, using a common local oscillation signal, an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal, and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. And a sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the sum of the products of the quadrature components of the pair of first and second antenna elements of the plurality of antenna elements. The first data, the product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element, and The second data calculated by the difference between the product of the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the in-phase component of the quadrature signal of the second antenna element is converted into a noise suppression filter having a predetermined transfer function. After passing through and filtering, the filtered first data has two elements each diagonally to each other, and the filtered second data and the filtered second data (-1)
By multiplying the orthogonal signal of the second antenna element by a 2 × 2 transformation matrix having another two elements diagonal to each other with third data obtained by multiplying the second data by the second antenna element.
In-phase the quadrature signal of the antenna element to the quadrature signal of the first antenna element, and performing the step of in-phase for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements. The in-phase combining process is performed on each of two different quadrature signals among the plurality of in-phase quadrature signals, and the process is repeated until the number of quadrature signals after the in-phase combination becomes one. And outputting one orthogonal signal.

【0012】さらに、請求項5記載のアレーアンテナの
制御方法は、請求項1記載のアレーアンテナの制御方法
において、上記同相化するステップの処理を実行する直
前に、上記アレーアンテナの各アンテナ素子における複
数の直交信号と、希望波を所定の放射角度の範囲で受信
できるように予め決められた形成すべき所定の複数個の
ビームの各主ビームの方向と、上記受信信号の受信周波
数とに基づいて、上記複数個のビーム電界値を演算して
上記各ビーム電界値をそれぞれ有する複数の直交ビーム
信号を出力し、上記出力した複数の直交ビーム信号の中
で最大のビーム電界値を有する直交ビーム信号を含むよ
り大きなビーム電界値を有する所定数の直交ビーム信号
を選択し、上記最大のビーム電界値を有する直交ビーム
信号を基準となる上記第1のアンテナ素子の直交信号と
し、かつ上記最大のビーム電界値を有する直交ビーム信
号以外の選択された直交ビーム信号を上記第2のアンテ
ナ素子の直交信号として上記同相化するステップの処理
を実行することを特徴とする。
Further, in the array antenna control method according to a fifth aspect of the present invention, in the array antenna control method according to the first aspect, immediately before executing the in-phase step processing, each of the antenna elements of the array antenna may be used. A plurality of orthogonal signals, a direction of each main beam of a plurality of predetermined beams to be formed, which are predetermined so as to be able to receive a desired wave within a predetermined radiation angle range, and a reception frequency of the reception signal. Calculating the plurality of beam electric field values, outputting a plurality of orthogonal beam signals having the respective beam electric field values, and outputting the orthogonal beam signal having the largest beam electric field value among the plurality of outputted orthogonal beam signals. A predetermined number of orthogonal beam signals having a larger beam electric field value including a signal are selected, and the orthogonal beam signal having the maximum beam electric field value is used as a reference. The process of making the quadrature signal of the first antenna element and the selected quadrature beam signal other than the quadrature beam signal having the maximum beam electric field value as the quadrature signal of the second antenna element in-phase is performed. It is characterized by executing.

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】本発明に係る請求項6記載のアレーアンテ
ナの制御装置は、所定の配置形状で近接して並置された
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御する
ためのアレーアンテナの制御装置において、 上記アレ
ーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数
の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて、上
記局部発振信号と同相である同相成分と、上記局部発振
信号と直交する直交成分とからなる直交信号にそれぞれ
変換する変換手段と、所定の伝達関数を有する雑音抑圧
用フィルタを備え、上記複数のアンテナ素子のうち互い
に異なる対である各2つの第1と第2のアンテナ素子に
おける直交信号の同相成分同志の積及び直交成分同志の
積の和で計算される第1のデータと、上記第1のアンテ
ナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアンテナ素子
の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアンテナ素子
の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素子の直交
信号の同相成分の積の差で計算される第2のデータとを
それぞれ上記雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波させ
た後、上記ろ波された第1のデータをそれぞれ互いに対
角する2つの要素に有し、かつ、上記ろ波された第2の
データと、当該ろ波された第2のデータに(−1)を乗
算して得られた第3のデータとを互いに対角する別の2
つの要素に有する2×2の変換行列を、上記第2のアン
テナ素子の直交信号に乗算することにより上記第2のア
ンテナ素子の直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交
信号に同相化する同相化手段と、上記同相化手段の処理
を上記複数のアンテナ素子における直交信号のうち互い
に異なる対について繰り返すことにより同相化された複
数の直交信号を出力する制御手段と、上記制御手段によ
って同相化された複数の直交信号を同相合成して同相合
成後の1つの直交信号を出力する合成手段とを備えたこ
とを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an array antenna control device for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape. Using a common local oscillation signal for each of the plurality of reception signals received by each antenna element of the array antenna, an in-phase component that is in phase with the local oscillation signal and a quadrature component that is orthogonal to the local oscillation signal And a noise suppression filter having a predetermined transfer function. The orthogonal signals in each of the two first and second antenna elements, which are different pairs among the plurality of antenna elements, are provided. And the first data calculated by the sum of the product of the in-phase components and the product of the quadrature components, and the quadrature signal of the first antenna element. It is calculated by the difference between the product of the in-phase component and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the product of the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. After passing through the noise suppression filter and filtering the data, the filtered first data is included in two elements that are diagonal to each other, and the filtered first data is The second data obtained by multiplying the filtered second data by (−1) and another third data obtained by multiplying the filtered second data by (−1)
In-phase for making the quadrature signal of the second antenna element in-phase with the quadrature signal of the first antenna element by multiplying the quadrature signal of the second antenna element by a 2 × 2 transformation matrix of the two elements A plurality of quadrature signals that are in-phase by repeating the processing of the in-phase unit for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements. Synthesizing means for in-phase synthesizing the plurality of quadrature signals and outputting one quadrature signal after the in-phase synthesis.

【0018】また、本発明に係る請求項7記載のアレー
アンテナの制御装置は、所定の配置形状で近接して並置
された複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制
御するためのアレーアンテナの制御装置において、 上
記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信され
た複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用い
て、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記局
部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号にそ
れぞれ変換する変換手段と、所定の伝達関数を有する雑
音抑圧用フィルタを備え、上記複数のアンテナ素子のう
ち互いに異なる対である各2つの第1と第2のアンテナ
素子における直交信号の同相成分同志の積及び直交成分
同志の積の和で計算される第1のデータと、上記第1の
アンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアンテ
ナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアンテ
ナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素子
の直交信号の同相成分の積の差で計算される第2のデー
タとをそれぞれ上記雑音抑圧用フィルタに通過させてろ
波させた後、上記ろ波された第2のデータを上記ろ波さ
れた第1のデータで除算し、上記除算結果の逆正接値を
計算することにより、上記第1のアンテナ素子の直交信
号と上記第2のアンテナ素子の直交信号とを同相化する
ための補正位相量を計算し、上記計算された補正位相量
だけ上記第2のアンテナ素子の直交信号を移相すること
により上記第2のアンテナ素子の直交信号を上記第1の
アンテナ素子の直交信号に同相化する同相化手段と、上
記同相化手段の処理を上記複数のアンテナ素子における
直交信号のうち互いに異なる対について繰り返すことに
より同相化された複数の直交信号を出力する制御手段
と、上記制御手段によって同相化された複数の直交信号
を同相合成して同相合成後の1つの直交信号を出力する
合成手段とを備えたことを特徴とする。さらに、請求項
8記載のアレーアンテナの制御装置は、請求項7記載の
アレーアンテナの制御装置において、上記同相化手段
は、上記アレーアンテナの配置形状に基づいて、上記計
算された補正位相量を上記配置形状の面に回帰させるよ
うに上記計算された補正位相量を回帰補正し、上記回帰
補正された補正位相量だけ上記第2のアンテナ素子の直
交信号を移相することにより上記第2のアンテナ素子の
直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相化
することを特徴とする。
An array antenna control device for controlling an array antenna comprising a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape according to a seventh aspect of the present invention. In the plurality of received signals received by the antenna elements of the array antenna, respectively, using a common local oscillation signal, an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal, and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. And a noise suppression filter having a predetermined transfer function, wherein each of the first and second antenna elements is a different pair of the plurality of antenna elements. First data calculated by the sum of the product of the in-phase components and the product of the quadrature components of the quadrature signal; The difference between the product of the in-phase component of the signal and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the product of the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. After the calculated second data and the second data are passed through the noise suppression filter and filtered, the filtered second data is divided by the filtered first data, and the division result is obtained. By calculating an arctangent value of the above, a correction phase amount for making the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element in-phase is calculated, and the calculated correction phase amount is calculated. Phase shifting means for shifting the quadrature signal of the second antenna element into phase by shifting only the quadrature signal of the second antenna element to the quadrature signal of the first antenna element. The above multiple en Control means for outputting a plurality of quadrature signals in-phase by repeating for different pairs of quadrature signals in the element, and in-phase synthesis of the plurality of quadrature signals in-phase by the control means, after in-phase synthesis Combining means for outputting one orthogonal signal. Further, in the array antenna control device according to the eighth aspect, in the array antenna control device according to the seventh aspect, the in-phase means may calculate the corrected phase amount based on an arrangement shape of the array antenna. The calculated correction phase amount is regressively corrected so as to return to the surface of the arrangement shape, and the second signal is phase-shifted by the regression-corrected correction phase amount. The quadrature signal of the antenna element is in-phase with the quadrature signal of the first antenna element.

【0019】また、本発明に係る請求項9記載のアレー
アンテナの制御装置は、所定の配置形状で近接して並置
された複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制
御するためのアレーアンテナの制御装置において、 上
記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信され
た複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用い
て、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記局
部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号にそ
れぞれ変換する変換手段と、所定の伝達関数を有する雑
音抑圧用フィルタを備え、上記複数のアンテナ素子のう
ち1対の第1と第2のアンテナ素子における直交信号の
同相成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算され
る第1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信号
の同相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直交
成分の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直交
成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分の
積の差で計算される第2のデータとをそれぞれ上記雑音
抑圧用フィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波さ
れた第1のデータをそれぞれ互いに対角する2つの要素
に有し、かつ、上記ろ波された第2のデータと、当該ろ
波された第2のデータに(−1)を乗算して得られた第
3のデータとを互いに対角する別の2つの要素に有する
2×2の変換行列を、上記第2のアンテナ素子の直交信
号に乗算することにより上記第2のアンテナ素子の直交
信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相化する
同相化手段と、上記同相化手段の処理を、上記複数のア
ンテナ素子における直交信号のうち互いに異なる対につ
いて実行した後、同相化された複数の直交信号のうちの
互いに異なる各2つの直交信号について上記同相化する
ステップの処理を実行して上記同相合成後の直交信号が
1つになるまで繰り返すことにより、同相合成後の1つ
の直交信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴と
する。
An array antenna control apparatus according to a ninth aspect of the present invention is an array antenna control apparatus for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape. In the plurality of received signals received by the antenna elements of the array antenna, respectively, using a common local oscillation signal, an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal, and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. And a noise suppression filter having a predetermined transfer function. The in-phase component of the quadrature signal of the pair of first and second antenna elements of the plurality of antenna elements is provided. First data calculated by the sum of the product of the components and the product of the quadrature components; the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element; Second data calculated by the difference between the product of the quadrature components of the quadrature signals of the second antenna element and the product of the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the in-phase component of the quadrature signal of the second antenna element. Are respectively passed through the noise suppression filter to be filtered, and then the filtered first data is contained in two diagonal elements, respectively, and the filtered second data is And a 2 × 2 transformation matrix having, in another two elements that are diagonal to each other, third data obtained by multiplying the filtered second data by (−1), A multiplying operation by the quadrature signal of the second antenna element to make the quadrature signal of the second antenna element in-phase with the quadrature signal of the first antenna element; Of the orthogonal signals in the antenna elements , And the above-described step of performing the above-mentioned in-phase step is performed for each of two mutually different quadrature signals of the plurality of in-phase quadrature signals to reduce the number of quadrature signals after the above-mentioned in-phase synthesis to one. And control means for outputting one quadrature signal after the in-phase synthesis by repeating the above steps.

【0020】さらに、請求項10記載のアレーアンテナ
の制御装置は、請求項6記載のアレーアンテナの制御装
置において、上記変換手段と上記同相化手段との間に設
けられ、上記変換手段から出力された上記アレーアンテ
ナの各アンテナ素子における複数の直交信号と、希望波
を所定の放射角度の範囲で受信できるように予め決めら
れた形成すべき所定の複数個のビームの各主ビームの方
向と、上記受信信号の受信周波数とに基づいて、上記複
数個のビーム電界値を演算して上記各ビーム電界値をそ
れぞれ有する複数の直交ビーム信号を出力するマルチビ
ーム形成手段と、上記変換手段と上記同相化手段との間
に設けられ、上記マルチビーム形成手段から出力された
複数の直交ビーム信号の中で最大のビーム電界値を有す
る直交ビーム信号を含むより大きなビーム電界値を有す
る所定数の直交ビーム信号を選択し、上記最大のビーム
電界値を有する直交ビーム信号を基準となる上記第1の
アンテナ素子の直交信号とし、かつ上記最大のビーム電
界値を有する直交ビーム信号以外の選択された直交ビー
ム信号を上記第2のアンテナ素子の直交信号として上記
同相化手段に出力するビーム選択手段とをさらに備えた
ことを特徴とする。
The control device for an array antenna according to a tenth aspect of the present invention is the control device for an array antenna according to the sixth aspect, provided between the conversion means and the in-phase means, and output from the conversion means. A plurality of orthogonal signals in each antenna element of the array antenna, the direction of each main beam of a predetermined plurality of beams to be formed predetermined to be able to receive a desired wave within a predetermined radiation angle range, Multi-beam forming means for calculating the plurality of beam electric field values based on the reception frequency of the received signal and outputting a plurality of orthogonal beam signals having the respective beam electric field values, the conversion means and the in-phase Beam signal having the largest beam electric field value among a plurality of orthogonal beam signals output from the multi-beam forming means, provided between A predetermined number of orthogonal beam signals having a larger beam electric field value are selected, the orthogonal beam signal having the largest beam electric field value is used as a reference orthogonal signal of the first antenna element, and the maximum beam electric field value is selected. Beam selecting means for outputting a selected quadrature beam signal other than a quadrature beam signal having a value to the in-phase means as a quadrature signal of the second antenna element.

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【作用】請求項1記載のアレーアンテナの制御方法にお
いては、上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞ
れ受信された複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振
信号を用いて、上記局部発振信号と同相である同相成分
と、上記局部発振信号と直交する直交成分とからなる直
交信号にそれぞれ変換する。次いで、上記複数のアンテ
ナ素子のうち互いに異なる対である各2つの第1と第2
のアンテナ素子における直交信号の同相成分同志の積及
び直交成分同志の積の和で計算される第1のデータと、
上記第1のアンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第
2のアンテナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第
1のアンテナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のア
ンテナ素子の直交信号の同相成分の積の差で計算される
第2のデータとをそれぞれ所定の伝達関数を有する雑音
抑圧用フィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波さ
れた第1のデータをそれぞれ互いに対角する2つの要素
に有し、かつ、上記ろ波された第2のデータと、当該ろ
波された第2のデータに(−1)を乗算して得られた第
3のデータとを互いに対角する別の2つの要素に有する
2×2の変換行列を、上記第2のアンテナ素子の直交信
号に乗算することにより上記第2のアンテナ素子の直交
信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相化す
る。そして、上記同相化するステップの処理を上記複数
のアンテナ素子における直交信号のうち互いに異なる対
について繰り返すことにより同相化された複数の直交信
号を出力する。さらに、上記同相化された複数の直交信
号を同相合成して同相合成後の1つの直交信号を出力す
る。
In the method of controlling an array antenna according to the first aspect of the present invention, a plurality of received signals respectively received by the antenna elements of the array antenna are used in common with the local oscillation signal by using a common local oscillation signal. The signal is converted into a quadrature signal composed of a certain in-phase component and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. Then, each of the two first and second antenna elements of the plurality of antenna elements,
First data calculated by the sum of the product of the in-phase components and the product of the quadrature components of the quadrature signals in the antenna elements of
The product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element, the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element, and the quadrature signal of the second antenna element And the second data calculated by the difference between the products of the in-phase components are filtered through a noise suppression filter having a predetermined transfer function, and then the filtered first data is paired with each other. The filtered second data, which is included in the two contiguous elements, and the third data obtained by multiplying the filtered second data by (−1), The orthogonal signal of the second antenna element is multiplied by the 2 × 2 transformation matrix of the other two diagonal elements to obtain the orthogonal signal of the second antenna element. In-phase with the signal. Then, a plurality of quadrature signals in phase are output by repeating the processing of the in-phase step for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements. Further, the in-phase plurality of quadrature signals are in-phase synthesized to output one quadrature signal after the in-phase synthesis.

【0026】また、請求項2記載のアレーアンテナの制
御方法においては、上記アレーアンテナの各アンテナ素
子でそれぞれ受信された複数の受信信号をそれぞれ共通
の局部発振信号を用いて、上記局部発振信号と同相であ
る同相成分と、上記局部発振信号と直交する直交成分と
からなる直交信号にそれぞれ変換する。次いで、上記複
数のアンテナ素子のうち互いに異なる対である各2つの
第1と第2のアンテナ素子における直交信号の同相成分
同志の積及び直交成分同志の積の和で計算される第1の
データと、上記第1のアンテナ素子の直交信号の同相成
分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直交成分の積
及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直交成分と上
記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分の積の差で
計算される第2のデータとをそれぞれ所定の伝達関数を
有する雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波させた後、
上記ろ波された第2のデータを上記ろ波された第1のデ
ータで除算し、上記除算結果の逆正接値を計算すること
により、上記第1のアンテナ素子の直交信号と上記第2
のアンテナ素子の直交信号とを同相化するための補正位
相量を計算し、上記計算された補正位相量だけ上記第2
のアンテナ素子の直交信号を移相することにより上記第
2のアンテナ素子の直交信号を上記第1のアンテナ素子
の直交信号に同相化する。そして、上記同相化するステ
ップの処理を上記複数のアンテナ素子における直交信号
のうち互いに異なる対について繰り返すことにより同相
化された複数の直交信号を出力する。さらに、上記同相
化された複数の直交信号を同相合成して同相合成後の1
つの直交信号を出力する。さらに、請求項3記載のアレ
ーアンテナの制御方法においては、請求項2記載のアレ
ーアンテナの制御方法において、上記同相化するステッ
プで、上記アレーアンテナの配置形状に基づいて、上記
計算された補正位相量を上記配置形状の面に回帰させる
ように上記計算された補正位相量を回帰補正し、上記回
帰補正された補正位相量だけ上記第2のアンテナ素子の
直交信号を移相することにより上記第2のアンテナ素子
の直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相
化する。
In the method of controlling an array antenna according to a second aspect of the present invention, a plurality of reception signals received by each of the antenna elements of the array antenna are respectively used as a local oscillation signal and a common local oscillation signal. The signal is converted into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. Next, the first data calculated by the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the product of the quadrature components of each of the two first and second antenna elements that are different pairs from each other among the plurality of antenna elements. And the product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element, and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. After passing the second data calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signal and a noise suppression filter having a predetermined transfer function, and filtering,
Dividing the filtered second data by the filtered first data and calculating the arctangent of the result of the division, the orthogonal signal of the first antenna element and the second signal are calculated.
A correction phase amount for making the quadrature signal of the antenna element of the second phase in-phase is calculated, and the second correction amount is calculated by the calculated correction phase amount.
The quadrature signal of the second antenna element is in-phase with the quadrature signal of the first antenna element by shifting the phase of the quadrature signal of the first antenna element. Then, a plurality of quadrature signals in phase are output by repeating the processing of the in-phase step for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements. Further, the in-phase plurality of quadrature signals are in-phase synthesized, and the
Output two orthogonal signals. Further, in the array antenna control method according to the third aspect, in the array antenna control method according to the second aspect, in the step of performing the in-phase, the calculated correction phase is calculated based on an arrangement shape of the array antenna. The calculated correction phase amount is regressively corrected to return the amount to the surface of the arrangement shape, and the quadrature signal of the second antenna element is phase-shifted by the regression-corrected correction phase amount. The quadrature signal of the second antenna element is made in phase with the quadrature signal of the first antenna element.

【0027】また、請求項4記載のアレーアンテナの制
御方法においては、上記アレーアンテナの各アンテナ素
子でそれぞれ受信された複数の受信信号をそれぞれ共通
の局部発振信号を用いて、上記局部発振信号と同相であ
る同相成分と、上記局部発振信号と直交する直交成分と
からなる直交信号にそれぞれ変換する。次いで、上記複
数のアンテナ素子のうち1対の第1と第2のアンテナ素
子における直交信号の同相成分同志の積及び直交成分同
志の積の和で計算される第1のデータと、上記第1のア
ンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアンテナ
素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアンテナ
素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素子の
直交信号の同相成分の積の差で計算される第2のデータ
とをそれぞれ所定の伝達関数を有する雑音抑圧用フィル
タに通過させてろ波させた後、上記ろ波された第1のデ
ータをそれぞれ互いに対角する2つの要素に有し、か
つ、上記ろ波された第2のデータと、当該ろ波された第
2のデータに(−1)を乗算して得られた第3のデータ
とを互いに対角する別の2つの要素に有する2×2の変
換行列を、上記第2のアンテナ素子の直交信号に乗算す
ることにより上記第2のアンテナ素子の直交信号を上記
第1のアンテナ素子の直交信号に同相化する。さらに、
上記同相化するステップの処理を、上記複数のアンテナ
素子における直交信号のうち互いに異なる対について実
行した後、同相化された複数の直交信号のうちの互いに
異なる各2つの直交信号について上記同相化するステッ
プの処理を実行して上記同相合成後の直交信号が1つに
なるまで繰り返すことにより、同相合成後の1つの直交
信号を出力する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of controlling an array antenna, a plurality of received signals respectively received by the antenna elements of the array antenna are combined with the local oscillation signal by using a common local oscillation signal. The signal is converted into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. Next, first data calculated by the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the product of the quadrature components of the pair of first and second antenna elements of the plurality of antenna elements; And the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. Are passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function to be filtered, and then the filtered first data is diagonally opposite to each other. And the filtered second data and the third data obtained by multiplying the filtered second data by (−1) are diagonal to each other. 2x2 transformation row in another two elements And in phase of the quadrature signal of the second antenna to the first antenna element a quadrature signal of the element by multiplying the quadrature signal of the second antenna element. further,
After the process of the in-phase step is performed for different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements, the two in-phase signals of the plurality of in-phase quadrature signals are in-phase with each other. One quadrature signal after the in-phase synthesis is output by repeating the processing of the steps until the number of the quadrature signals after the in-phase synthesis becomes one.

【0028】さらに、請求項5記載のアレーアンテナの
制御方法においては、請求項1記載のアレーアンテナの
制御方法において、上記同相化するステップの処理を実
行する直前に、上記アレーアンテナの各アンテナ素子に
おける複数の直交信号と、希望波を所定の放射角度の範
囲で受信できるように予め決められた形成すべき所定の
複数個のビームの各主ビームの方向と、上記受信信号の
受信周波数とに基づいて、上記複数個のビーム電界値を
演算して上記各ビーム電界値をそれぞれ有する複数の直
交ビーム信号を出力し、上記出力した複数の直交ビーム
信号の中で最大のビーム電界値を有する直交ビーム信号
を含むより大きなビーム電界値を有する所定数の直交ビ
ーム信号を選択し、上記最大のビーム電界値を有する直
交ビーム信号を基準となる上記第1のアンテナ素子の直
交信号とし、かつ上記最大のビーム電界値を有する直交
ビーム信号以外の選択された直交ビーム信号を上記第2
のアンテナ素子の直交信号として上記同相化するステッ
プの処理を実行する。
Further, in the array antenna control method according to a fifth aspect of the present invention, in the array antenna control method according to the first aspect, each antenna element of the array antenna is provided immediately before performing the in-phase step. A plurality of orthogonal signals, a direction of each main beam of a plurality of predetermined beams to be formed predetermined to be able to receive a desired wave within a predetermined radiation angle range, and a reception frequency of the reception signal. Calculating a plurality of orthogonal beam signals based on the plurality of beam electric field values, and outputting a plurality of orthogonal beam signals having the respective beam electric field values. A predetermined number of orthogonal beam signals having a larger beam electric field value including the beam signal are selected, and the orthogonal beam signal having the maximum beam electric field value is selected based on the selected orthogonal beam signal. Said the first and the quadrature signal of the antenna element, and the maximum of the beam orthogonal beam signals other than the selected orthogonal beam signal the second having a field value
Is performed as the quadrature signal of the antenna element.

【0029】[0029]

【0030】[0030]

【0031】[0031]

【0032】[0032]

【0033】請求項6記載のアレーアンテナの制御装置
においては、上記変換手段は、上記アレーアンテナの各
アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受信信号をそ
れぞれ共通の局部発振信号を用いて、上記局部発振信号
と同相である同相成分と、上記局部発振信号と直交する
直交成分とからなる直交信号にそれぞれ変換する。次い
で、上記同相化手段は、上記複数のアンテナ素子のうち
互いに異なる対である各2つの第1と第2のアンテナ素
子における直交信号の同相成分同志の積及び直交成分同
志の積の和で計算される第1のデータと、上記第1のア
ンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアンテナ
素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアンテナ
素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素子の
直交信号の同相成分の積の差で計算される第2のデータ
とをそれぞれ上記雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波
させた後、上記ろ波された第1のデータをそれぞれ互い
に対角する2つの要素に有し、かつ、上記ろ波された第
2のデータと、当該ろ波された第2のデータに(−1)
を乗算して得られた第3のデータとを互いに対角する別
の2つの要素に有する2×2の変換行列を、上記第2の
アンテナ素子の直交信号に乗算することにより上記第2
のアンテナ素子の直交信号を上記第1のアンテナ素子の
直交信号に同相化する。そして、上記制御手段は、上記
同相化手段の処理を上記複数のアンテナ素子における直
交信号のうち互いに異なる対について繰り返すことによ
り同相化された複数の直交信号を出力する。さらに、上
記合成手段は、上記制御手段によって同相化された複数
の直交信号を同相合成して同相合成後の1つの直交信号
を出力する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the array antenna control device, the converting means converts the plurality of reception signals received by each antenna element of the array antenna into a local oscillation signal using a common local oscillation signal. The signal is converted into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase as the oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. Next, the in-phase means calculates the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the sum of the products of the quadrature components in each of the two first and second antenna elements that are mutually different pairs of the plurality of antenna elements. The first data to be obtained, the product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element, the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element, and After passing through the noise suppression filter and filtering the second data calculated based on the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals of the second antenna element, the filtered first data is Each of the two elements that are diagonal to each other, and the filtered second data and the filtered second data have (-1)
By multiplying the orthogonal signal of the second antenna element by a 2 × 2 transformation matrix having another two elements diagonal to each other with third data obtained by multiplying the second data by the second antenna element.
Are made in phase with the quadrature signal of the first antenna element. Then, the control means outputs a plurality of in-phase quadrature signals by repeating the processing of the in-phase means for the mutually different pairs of the quadrature signals of the plurality of antenna elements. Further, the synthesizing means in-phase synthesizes the plurality of quadrature signals in-phase by the control means, and outputs one quadrature signal after the in-phase synthesis.

【0034】また、請求項7記載のアレーアンテナの制
御装置においては、上記変換手段は、上記アレーアンテ
ナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受信信
号をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて、上記局部発
振信号と同相である同相成分と、上記局部発振信号と直
交する直交成分とからなる直交信号にそれぞれ変換す
る。次いで、上記同相化手段は、上記複数のアンテナ素
子のうち互いに異なる対である各2つの第1と第2のア
ンテナ素子における直交信号の同相成分同志の積及び直
交成分同志の積の和で計算される第1のデータと、上記
第1のアンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2の
アンテナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1の
アンテナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテ
ナ素子の直交信号の同相成分の積の差で計算される第2
のデータとをそれぞれ上記雑音抑圧用フィルタに通過さ
せてろ波させた後、上記ろ波された第2のデータを上記
ろ波された第1のデータで除算し、上記除算結果の逆正
接値を計算することにより、上記第1のアンテナ素子の
直交信号と上記第2のアンテナ素子の直交信号とを同相
化するための補正位相量を計算し、上記計算された補正
位相量だけ上記第2のアンテナ素子の直交信号を移相す
ることにより上記第2のアンテナ素子の直交信号を上記
第1のアンテナ素子の直交信号に同相化する。そして、
上記制御手段は、上記同相化手段の処理を上記複数のア
ンテナ素子における直交信号のうち互いに異なる対につ
いて繰り返すことにより同相化された複数の直交信号を
出力する。さらに、上記合成手段は、上記制御手段によ
って同相化された複数の直交信号を同相合成して同相合
成後の1つの直交信号を出力する。さらに、請求項8記
載のアレーアンテナの制御装置においては、請求項7記
載のアレーアンテナの制御装置において、上記同相化手
段は、上記アレーアンテナの配置形状に基づいて、上記
計算された補正位相量を上記配置形状の面に回帰させる
ように上記計算された補正位相量を回帰補正し、上記回
帰補正された補正位相量だけ上記第2のアンテナ素子の
直交信号を移相することにより上記第2のアンテナ素子
の直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相
化する。
Further, in the array antenna control device according to the present invention, the converting means converts a plurality of received signals respectively received by the antenna elements of the array antenna using a common local oscillation signal. The signal is converted into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. Next, the in-phase means calculates the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the sum of the products of the quadrature components of the two first and second antenna elements, which are mutually different pairs among the plurality of antenna elements. The first data to be obtained, the product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element, the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element, and The second calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signal of the second antenna element
Are passed through the noise suppression filter to be filtered, the filtered second data is divided by the filtered first data, and the inverse tangent value of the division result is calculated as follows. By calculating, a correction phase amount for making the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element in-phase is calculated, and the second correction amount is calculated by the calculated correction phase amount. By shifting the phase of the quadrature signal of the antenna element, the quadrature signal of the second antenna element is made in phase with the quadrature signal of the first antenna element. And
The control means outputs a plurality of in-phase quadrature signals by repeating the processing of the in-phase means for the mutually different pairs of the quadrature signals of the plurality of antenna elements. Further, the synthesizing means in-phase synthesizes the plurality of quadrature signals in-phase by the control means, and outputs one quadrature signal after the in-phase synthesis. Further, in the array antenna control device according to the eighth aspect, in the array antenna control device according to the seventh aspect, the in-phase means may include the calculated correction phase amount based on an arrangement shape of the array antenna. Is regressively corrected to return the calculated phase to the plane of the arrangement shape, and the quadrature signal of the second antenna element is phase-shifted by the corrected phase corrected. Are made in phase with the quadrature signal of the first antenna element.

【0035】また、請求項9記載のアレーアンテナの制
御装置においては、上記変換手段は、上記アレーアンテ
ナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受信信
号をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて、上記局部発
振信号と同相である同相成分と、上記局部発振信号と直
交する直交成分とからなる直交信号にそれぞれ変換す
る。次いで、上記同相化手段は、上記複数のアンテナ素
子のうち1対の第1と第2のアンテナ素子における直交
信号の同相成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計
算される第1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直
交信号の同相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号
の直交成分の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号
の直交成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相
成分の積の差で計算される第2のデータとをそれぞれ上
記雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波させた後、上記
ろ波された第1のデータをそれぞれ互いに対角する2つ
の要素に有し、かつ、上記ろ波された第2のデータと、
当該ろ波された第2のデータに(−1)を乗算して得ら
れた第3のデータとを互いに対角する別の2つの要素に
有する2×2の変換行列を、上記第2のアンテナ素子の
直交信号に乗算することにより上記第2のアンテナ素子
の直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相
化する。さらに、上記制御手段は、上記同相化手段の処
理を、上記複数のアンテナ素子における直交信号のうち
互いに異なる対について実行した後、同相化された複数
の直交信号のうちの互いに異なる各2つの直交信号につ
いて上記同相化するステップの処理を実行して上記同相
合成後の直交信号が1つになるまで繰り返すことによ
り、同相合成後の1つの直交信号を出力する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the array antenna control device, the converting means converts a plurality of received signals received by each antenna element of the array antenna using a common local oscillation signal, respectively. The signal is converted into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. Next, the in-phase means calculates a first signal calculated by the sum of the products of the in-phase components of the quadrature signals and the products of the quadrature components of the pair of first and second antenna elements of the plurality of antenna elements. Data, the product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element, the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element, and the second antenna element And the second data calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals are passed through the noise suppression filter and filtered, and then the filtered first data is diagonal to each other. The second data having two elements and being filtered,
The 2 × 2 transformation matrix having the other data obtained by multiplying the filtered second data by (−1) in another two elements that are diagonal to each other, The quadrature signal of the second antenna element is in-phase with the quadrature signal of the first antenna element by multiplying the quadrature signal of the antenna element. Further, the control unit executes the processing of the in-phase unit for the mutually different pairs of the quadrature signals of the plurality of antenna elements, and then executes two different quadrature signals of the plurality of in-phase quadrature signals. The signal is subjected to the in-phase processing and repeated until the number of quadrature signals after the in-phase synthesis becomes one, thereby outputting one quadrature signal after the in-phase synthesis.

【0036】さらに、請求項10記載のアレーアンテナ
の制御装置においては、請求項6記載のアレーアンテナ
の制御装置において、上記マルチビーム形成手段は、上
記変換手段から出力された上記アレーアンテナの各アン
テナ素子における複数の直交信号と、希望波を所定の放
射角度の範囲で受信できるように予め決められた形成す
べき所定の複数個のビームの各主ビームの方向と、上記
受信信号の受信周波数とに基づいて、上記複数個のビー
ム電界値を演算して上記各ビーム電界値をそれぞれ有す
る複数の直交ビーム信号を出力する。次いで、上記ビー
ム選択手段は、上記マルチビーム形成手段から出力され
た複数の直交ビーム信号の中で最大のビーム電界値を有
する直交ビーム信号を含むより大きなビーム電界値を有
する所定数の直交ビーム信号を選択し、上記最大のビー
ム電界値を有する直交ビーム信号を基準となる上記第1
のアンテナ素子の直交信号とし、かつ上記最大のビーム
電界値を有する直交ビーム信号以外の選択された直交ビ
ーム信号を上記第2のアンテナ素子の直交信号として上
記同相化手段に出力する。
Furthermore, in the array antenna control device according to the tenth aspect, in the array antenna control device according to the sixth aspect, the multi-beam forming means may include a plurality of antennas of the array antenna output from the conversion means. A plurality of orthogonal signals in the element, the direction of each main beam of a plurality of predetermined beams to be formed predetermined to be able to receive a desired wave within a predetermined radiation angle range, and the reception frequency of the reception signal and , And calculates a plurality of beam electric field values to output a plurality of orthogonal beam signals having the respective beam electric field values. Next, the beam selecting means includes a predetermined number of orthogonal beam signals having a larger beam electric field value including the orthogonal beam signal having the largest beam electric field value among the plurality of orthogonal beam signals output from the multi-beam forming means. Is selected, and the first beam reference signal based on the orthogonal beam signal having the maximum beam electric field value is selected.
And outputs a selected orthogonal beam signal other than the orthogonal beam signal having the maximum beam electric field value to the in-phase unit as the orthogonal signal of the second antenna element.

【0037】[0037]

【0038】[0038]

【0039】[0039]

【0040】[0040]

【0041】[0041]

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例に
ついて説明する。 <第1の実施例> 図1は本発明に係る第1の実施例である通信用アレーア
ンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の受信部のブロック図
である。本実施例の通信用アレーアンテナの自動ビーム
捕捉追尾装置は、所定の間隔で近接して任意の平面又は
曲面上に並置された複数N個のアンテナ素子A1,A
2,…,Ai,…,ANからなるアレーアンテナ1の指
向性を、ディジタル位相変調波又は無変調波などの無線
信号波の到来ビームの方向へ高速で向け、その追尾を行
う。ここで、特に、本実施例の捕捉追尾装置は、準同期
検波回路QD−1乃至QD−Nと、振幅位相差補正回路
PC−1乃至PC−Nとを備えたことを特徴としてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 is a block diagram of a receiving unit of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a first embodiment of the present invention. The automatic beam capture and tracking device of the communication array antenna according to the present embodiment includes a plurality of N antenna elements A1 and A arranged side by side on an arbitrary plane or curved surface at predetermined intervals.
The directivity of the array antenna 1 composed of 2,..., Ai,. Here, in particular, the acquisition and tracking apparatus of the present embodiment is characterized by including quasi-synchronous detection circuits QD-1 to QD-N and amplitude / phase difference correction circuits PC-1 to PC-N.

【0042】図1に示すように、アレーアンテナ1は、
N個のアンテナ素子A1乃至ANと、送受分離器である
サーキュレータCI−1乃至CI−Nとを備える。ま
た、受信モジュールRM−1乃至RM−Nはそれぞれ、
低雑音増幅器2と、第1局発振器11から出力される共
通の第1局部発振信号を用いて、受信された無線周波数
を有する無線信号を所定の中間周波数を有する中間周波
信号に周波数変換するダウンコンバータ(D/C)3と
を備える。
As shown in FIG. 1, the array antenna 1
It includes N antenna elements A1 to AN and circulators CI-1 to CI-N as transmission / reception separators. The receiving modules RM-1 to RM-N are respectively
Using the low-noise amplifier 2 and the common first local oscillation signal output from the first local oscillator 11, down-converts a received radio signal having a radio frequency into an intermediate frequency signal having a predetermined intermediate frequency. And a converter (D / C) 3.

【0043】当該捕捉追尾装置の受信部はさらに、N個
のA/D変換器AD−1乃至AD−Nと、第2局部発振
器12から出力される共通の第2局部発振信号を用い
て、A/D変換後の中間周波信号を準同期検波して、互
いに直交する2つのベースバンド信号(以下、これら2
つのベースバンド信号を直交ベースバンド信号とい
う。)に変換するN個の準同期検波回路QD−1乃至Q
D−Nと、上記変換された直交ベースバンド信号を用い
て隣接アンテナ素子間の位相差推定値と各アンテナ素子
A1乃至ANにおける受信信号強度を計算し、各アンテ
ナ素子A1乃至AN毎に振幅位相補正処理を実行しすべ
てのベースバンド信号に重み付けを行って同相にするN
個の振幅位相差補正回路PC−1乃至PC−Nと、振幅
位相差補正回路PC−1乃至PC−Nからの出力信号を
同相合成する同相合成器4と、同相合成器4から出力さ
れるベースバンド信号から所定のベースバンド復調処理
により同期検波又は遅延検波を行い、所望のディジタル
データを抽出して受信データとして出力する復調器5と
を備える。
The receiving unit of the acquisition and tracking device further uses N A / D converters AD-1 to AD-N and a common second local oscillation signal output from the second local oscillator 12, The intermediate frequency signal after the A / D conversion is quasi-synchronously detected and two baseband signals orthogonal to each other (hereinafter, these 2
One baseband signal is called a quadrature baseband signal. N) quasi-synchronous detection circuits QD-1 through QD
The phase difference estimation value between the adjacent antenna elements and the received signal strength at each of the antenna elements A1 to AN are calculated using the DN and the converted orthogonal baseband signal, and the amplitude phase is calculated for each of the antenna elements A1 to AN. Execute the correction process and weight all baseband signals to make them in-phase N
The amplitude / phase difference correction circuits PC-1 to PC-N, the in-phase synthesizer 4 for synthesizing the output signals from the amplitude / phase difference correction circuits PC-1 to PC-N in-phase, and output from the in-phase synthesizer 4 A demodulator 5 that performs synchronous detection or delay detection from a baseband signal by predetermined baseband demodulation processing, extracts desired digital data, and outputs the digital data as received data.

【0044】当該受信部において、アレーアンテナ1内
の各アンテナ素子A1乃至ANから振幅位相差補正回路
PC−1乃至PC−Nまでは、各アンテナ素子の系統毎
に、縦続接続されている。当該受信部における各アンテ
ナ素子の系統毎の信号処理は同様に実行されるので、ア
ンテナ素子Aiで受信された無線信号波についての処理
について述べる。
In the receiving section, the antenna elements A1 to AN in the array antenna 1 to the amplitude / phase difference correction circuits PC-1 to PC-N are cascaded for each antenna element system. Since signal processing for each system of each antenna element in the receiving unit is executed in the same manner, processing for a radio signal wave received by the antenna element Ai will be described.

【0045】アンテナ素子Aiで受信された無線信号波
は、サーキュレータCI−iと、受信モジュールRM−
i内の低雑音増幅器2とを介してダウンコンバータ3に
入力される。受信モジュールRM−i内のダウンコンバ
ータ3は、第1局発振器11から出力される共通の第1
局部発振信号を用いて、入力された無線信号を所定の中
間周波数を有する中間周波信号に周波数変換して、A/
D変換器AD−iを介して準同期検波回路QD−iに出
力する。準同期検波回路QD−iは、第2局部発振器1
2から出力される共通の第2局部発振信号を用いて、入
力されたA/D変換後の中間周波信号を準同期検波して
2つの直交ベースバンド信号Ii,Qiに変換して振幅位
相差補正回路PC−i及び隣接する振幅位相差補正回路
PC−(i+1)に出力する。振幅位相差補正回路PC
−iは、入力された直交ベースバンド信号Ii,Qi及び
隣接するアンテナ素子A−(i−1)に関する直交ベー
スバンド信号Ii-1,Qi-1を用いて隣接アンテナ素子間
の位相差推定値δci-1,iと各アンテナ素子A1乃至A
Nにおける受信信号強度を計算し、上記計算された位相
差推定値に基づいてすべてのベースバンド信号が同相に
なるように位相差補正(移相)し、かつ上記計算した受
信信号強度に比例した増幅利得で重み付けを行うことに
よってアンテナ素子Aiに関する振幅位相補正処理を実
行する。当該処理後のベースバンド信号は同相合成器4
に入力される。なお、振幅位相差補正回路PC−iの回
路処理については詳細後述する。
The radio signal wave received by the antenna element Ai is transmitted to the circulator CI-i and the receiving module RM-
The signal is input to the down converter 3 via the low noise amplifier 2 in i. The down converter 3 in the receiving module RM-i is connected to the common first
Using the local oscillation signal, the input radio signal is frequency-converted into an intermediate frequency signal having a predetermined intermediate frequency.
Output to the quasi-synchronous detection circuit QD-i via the D converter AD-i. The quasi-synchronous detection circuit QD-i is connected to the second local oscillator 1
2, using a common second local oscillation signal output from the second, the input intermediate frequency signal after A / D conversion is quasi-synchronously detected and converted into two orthogonal baseband signals I i , Q i and amplitude Output to the phase difference correction circuit PC-i and the adjacent amplitude phase difference correction circuit PC- (i + 1). Amplitude / phase difference correction circuit PC
−i is a value between adjacent antenna elements using the input orthogonal baseband signals I i , Q i and the orthogonal base band signals I i−1 , Q i−1 regarding the adjacent antenna element A- (i−1). Estimated phase difference δc i−1, i and antenna elements A1 to A
N, calculate the received signal strength at N, correct the phase difference (phase shift) so that all baseband signals are in phase based on the calculated phase difference estimated value, and are proportional to the calculated received signal strength. By performing weighting with the amplification gain, the amplitude / phase correction processing for the antenna element Ai is executed. The baseband signal after the processing is applied to the in-phase combiner 4.
Is input to The circuit processing of the amplitude / phase difference correction circuit PC-i will be described later in detail.

【0046】同相合成器4は各振幅位相差補正回路PC
−1乃至PC−Nから入力された各ベースバンド信号を
各チャンネル毎に同相合成した後、復調器5に出力す
る。復調器5は、入力されたベースバンド信号から所定
のベースバンド復調処理により同期検波又は遅延検波を
行い、所望のディジタルデータを抽出して受信データと
して出力する。
The in-phase synthesizer 4 includes an amplitude / phase difference correction circuit PC
After in-phase combining the baseband signals input from −1 to PC-N for each channel, the signals are output to the demodulator 5. The demodulator 5 performs synchronous detection or delay detection by a predetermined baseband demodulation process from the input baseband signal, extracts desired digital data, and outputs it as received data.

【0047】図2は、当該捕捉追尾装置の送信部のブロ
ック図である。当該送信部は、図2に示すように、N個
の送信モジュールTM−1乃至TM−Nと、N個の直交
変調回路QM−1乃至QM−Nと、同相分配器9とを備
える。ここで、各直交変調回路QM1乃至QM−Nはそ
れぞれ、直交変調器6と、送信局部発振器10とを備
え、各送信モジュールTM−1乃至TM−Nはそれぞ
れ、入力された中間周波信号を所定の送信無線周波数を
有する送信信号に周波数変換するアップコンバータ(U
/C)7と、送信電力増幅器8とを備える。ここで、直
交変調回路QM−1乃至QM−N内の各送信局部発振器
10は例えば、同一のクロックで駆動されたDDS(Di
rect Digital Synthesizer)を用いた発振器であって、
最小2乗回帰補正部42から入力される位相補正量Δφ
c1乃至ΔφcNに基づいて各位相補正量に対応した位相を
有する送信局部発振信号を発生する。
FIG. 2 is a block diagram of a transmission section of the acquisition and tracking device. The transmission unit includes N transmission modules TM-1 to TM-N, N quadrature modulation circuits QM-1 to QM-N, and an in-phase distributor 9 as shown in FIG. Here, each of the quadrature modulation circuits QM1 to QM-N includes a quadrature modulator 6 and a transmission local oscillator 10, respectively. Up-converter (U) that converts the frequency of the
/ C) 7 and a transmission power amplifier 8. Here, each of the transmission local oscillators 10 in the quadrature modulation circuits QM-1 to QM-N is, for example, a DDS (Diode) driven by the same clock.
rect Digital Synthesizer)
Phase correction amount Δφ input from least square regression correction unit 42
A transmission local oscillation signal having a phase corresponding to each phase correction amount is generated based on c1 to ΔφcN .

【0048】送信データであるベースバンド信号は同相
分配器9に入力された後、同相分配されて各直交変調回
路QM−1乃至QM−Nの各直交変調器6に入力され
る。例えば直交変調回路QM−1内の直交変調器6は、
送信局部発振信号を同相分配器9から入力された送信ベ
ースバンド信号に従って、例えばQPSKなどの直交変
調した後、直交変調後の中間周波信号を、送信モジュー
ルTM−1内のアップコンバータ7と送信電力増幅器8
とを介して、送信無線信号として、アレーアンテナ1内
のサーキュレータCI−1に入力される。そして、当該
送信無線信号がアンテナ素子A1から送信放射される。
さらに、アンテナ素子A2乃至ANに接続される送信部
の各系統において同様の信号処理が実行される。
The baseband signal, which is the transmission data, is input to the in-phase distributor 9 and then distributed in-phase to each of the quadrature modulators 6 of the quadrature modulation circuits QM-1 to QM-N. For example, the quadrature modulator 6 in the quadrature modulation circuit QM-1
In accordance with the transmission baseband signal input from the in-phase distributor 9, the transmission local oscillation signal is quadrature-modulated, for example, by QPSK, and then the quadrature-modulated intermediate frequency signal is transmitted to the up-converter 7 in the transmission module TM-1 by the transmission power Amplifier 8
And is input to the circulator CI-1 in the array antenna 1 as a transmission radio signal. Then, the transmission radio signal is transmitted and radiated from the antenna element A1.
Further, similar signal processing is performed in each system of the transmission unit connected to the antenna elements A2 to AN.

【0049】図3に、図1における振幅位相差補正回路
PC−1乃至PC−Nのi番目のアンテナ素子Ai(i
=1,2,3,…,N)に対応した1系統分のブロック
図を示す。当該振幅位相差補正回路PC−iは、ディジ
タル位相変調波又は無変調波などからなる受信無線信号
の隣接アンテナ素子間の位相差δci-1,iを推定して決
定し、当該位相差を0とする、すなわち同相とするよう
に各アンテナ素子毎に位相補正するとともに、これらN
個のベースバンド信号を同相合成したときに受信信号対
雑音電力比の改善を図るために、受信無線信号の信号強
度に比例した利得で各系統毎に増幅を行う回路である。
振幅位相差補正回路PC−iは、図3に示すように、位
相差推定部40と、加算器41と、最小2乗回帰補正部
42と、遅延バッファ43と、位相差補正部44と、振
幅補正部45とを備える。なお、振幅位相差補正回路P
C−1においては、位相差推定部40と加算器41とを
設けず、Δφ1=0とおく。
FIG. 3 shows the i-th antenna element Ai (i
= 1, 2, 3,..., N). The amplitude phase difference correction circuit PC-i estimates and determines the phase difference δci -1, i between adjacent antenna elements of a received radio signal composed of a digital phase modulation wave or an unmodulated wave, and determines the phase difference. 0, that is, the phase is corrected for each antenna element so that they are in phase.
In order to improve the received signal-to-noise power ratio when the baseband signals are combined in phase, this circuit performs amplification for each system with a gain proportional to the signal strength of the received wireless signal.
As shown in FIG. 3, the amplitude / phase difference correction circuit PC-i includes a phase difference estimator 40, an adder 41, a least squares regression corrector 42, a delay buffer 43, a phase difference corrector 44, And an amplitude correction unit 45. Note that the amplitude / phase difference correction circuit P
In C-1, the phase difference estimating unit 40 and the adder 41 are not provided, and Δφ 1 = 0.

【0050】準同期検波回路QD−iから入力される受
信信号である直交ベースバンド信号Ii,Qi(以下、I
iをIチャンネルのベースバンド信号といい、QiをQチ
ャンネルのベースバンド信号という。)は位相差推定部
40と遅延バッファ43とに入力される。位相差推定部
40は、隣接する2つのアンテナ素子Ai,Ai−1に
関する準同期検波回路QD−i,QD−(i−1)から
それぞれ出力される直交ベースバンド信号(標本値)I
i,Qi及びIi-1,Qi-1に基づいて、各標本タイミング
における2つの隣接アンテナ素子Ai,Ai−1系統間
の位相差δci-1,iを推定して加算器41に出力する。
加算器41は、上記位相差推定部40から入力される推
定された位相差δci-1,iと、振幅位相差補正回路PC
−(i−1)内の加算器41から出力される累積補正位
相量Δφi-1とを加算して、加算結果の累積補正位相量
Δφiを最小2乗回帰補正部42に出力するとともに、
次の振幅位相差補正回路PC−(i+1)内の加算器4
1に出力する。
The quadrature baseband signals I i , Q i (hereinafter, I I ) , which are reception signals input from the quasi-synchronous detection circuit QD-i,
i is referred to as a baseband signal of I channel, the Q i of the baseband signal of the Q channel. ) Are input to the phase difference estimating unit 40 and the delay buffer 43. The phase difference estimating unit 40 outputs the quadrature baseband signals (sample values) I output from the quasi-synchronous detection circuits QD-i and QD- (i-1) for the two adjacent antenna elements Ai and Ai-1.
Based on i , Q i and I i−1 , Q i−1 , the phase difference δc i−1, i between the two adjacent antenna elements Ai, Ai−1 at each sample timing is estimated, and the adder 41 is estimated. Output to
The adder 41 includes an estimated phase difference δc i-1, i input from the phase difference estimating unit 40 and an amplitude / phase difference correction circuit PC
- (i-1) in the by adding the cumulative correction phase amount [Delta] [phi i-1 output from the adder 41 outputs the accumulated correction phase amount [Delta] [phi i of the addition result to the least-squares regression correcting unit 42 ,
Adder 4 in next amplitude / phase difference correction circuit PC- (i + 1)
Output to 1.

【0051】最小2乗回帰補正部42は、推定された位
相差δci-1,iを加算器41によって各アンテナ素子系
統毎に順次累積加算して得られた各アンテナ素子毎の累
積補正位相量Δφ1乃至ΔφNに基づいて、アレーアンテ
ナの空間的な性質を利用して雑音を抑圧するための各ア
ンテナ素子A1乃至ANに関する受信位相差の位相補正
量Δφc1乃至ΔφcNを、振幅位相差補正回路PC−1乃
至PC−N内の各位相差補正部44に出力するととも
に、直交変調回路QM−1乃至QM−N内の送信局部発
振器10に出力する。なお、最小2乗回帰補正部42
は、当該受信部において1つだけ設けられ、例えばDS
P(Digital Signal Processor)で構成される。
The least-squares regression correction unit 42 accumulates the estimated phase difference δc i-1, i for each antenna element system by the adder 41 sequentially for each antenna element system. Based on the amounts Δφ 1 to Δφ N , the phase correction amounts Δφ c1 to Δφ cN of the reception phase differences for each of the antenna elements A 1 to AN for suppressing noise using the spatial property of the array antenna are represented by The signal is output to each of the phase difference correction units 44 in the phase difference correction circuits PC-1 to PC-N, and is also output to the transmission local oscillator 10 in the quadrature modulation circuits QM-1 to QM-N. The least squares regression correction unit 42
Is provided only in the receiving unit, for example, DS
It is composed of P (Digital Signal Processor).

【0052】一方、遅延バッファ43は、直交ベースバ
ンド信号Ii,Qiを、位相差推定部40と加算器41と
最小2乗回帰補正部42とにおける演算時間に対応する
位相差推定の遅延時間分だけ遅延させて、位相差補正部
44に出力する。次いで、位相差補正部44は、最小2
乗回帰補正部42から出力される受信位相差の補正量Δ
φciに基づいて、遅延バッファ43から出力される直交
ベースバンド信号を、当該補正量Δφciに対応した移相
量だけ位相回転させることによって位相補正して振幅補
正部45に出力する。さらに、振幅補正部45は、位相
差補正部44から出力される直交ベースバンド信号を、
その直交ベースバンド信号の信号強度に比例した利得で
増幅して直交ベースバンド信号Ici,Qciとして同相
合成器4に出力する。
On the other hand, the delay buffer 43 converts the quadrature baseband signals I i , Q i into a phase difference estimating delay corresponding to the calculation time in the phase difference estimating unit 40, the adder 41, and the least square regression correcting unit 42. The signal is delayed by the time and output to the phase difference correction unit 44. Next, the phase difference correction unit 44
Correction amount Δ of reception phase difference output from power regression correction unit 42
Based on φ ci , the quadrature baseband signal output from the delay buffer 43 is phase-corrected by rotating the phase by a phase shift amount corresponding to the correction amount Δφ ci and output to the amplitude correction unit 45. Further, the amplitude correction unit 45 converts the orthogonal baseband signal output from the phase difference correction unit 44 into
Its quadrature baseband signal of the signal strength proportional to quadrature baseband signals are amplified by a gain Ic i, outputs as Qc i in phase combiner 4.

【0053】いま、隣接する2つのアンテナ素子Ai−
1,Aiの準同期検波後の直交ベースバンド信号のある
時点での標本値をそれぞれ、Ii-1,Qi-1,Ii,Qi
すると、位相差推定部40で計算される瞬時位相差δ
i-1,iは位相平面上の2つのベクトル(Ii-1
i-1),(Ii,Qi)のなす角度で表わされる。これ
らのIi-1,Qi-1,Ii,Qiは、ディジタル位相変調の
場合、次の数1乃至数4で表される。
Now, two adjacent antenna elements Ai-
Assuming that sample values at a certain point in time of the orthogonal baseband signal after quasi-synchronous detection of 1 and Ai are I i−1 , Q i−1 , I i and Q i , respectively, the phase difference estimating unit 40 calculates the values. Instantaneous phase difference δ
i-1, i are two vectors (I i-1 ,
Q i-1 ) and (I i , Q i ). These I i−1 , Q i−1 , I i , and Q i are represented by the following equations 1 to 4 in the case of digital phase modulation.

【0054】[0054]

【数1】Ii-1=ai-1cos(θ)## EQU1 ## I i-1 = a i-1 cos (θ)

【数2】Qi-1=ai-1sin(θ)## EQU2 ## Q i-1 = a i-1 sin (θ)

【数3】Ii=aicos(θ+δi-1,i## EQU3 ## I i = a i cos (θ + δ i-1, i )

【数4】Qi=aisin(θ+δi-1,i## EQU4 ## Q i = a i sin (θ + δ i-1, i )

【0055】ここで、ai-1,aiは各ベースバンド信号
の振幅であって、θは変調された位相データに従って変
動する各ベースバンド信号の任意の位相角度を意味す
る。従って、次の数5及び数6に示すベースバンド処理
を行えば、位相差δi-1,iの正弦と余弦に比例し、かつ
変調された位相データに全く依存しない値を得ることが
できる。
Here, a i-1 and a i are the amplitudes of the respective base band signals, and θ means an arbitrary phase angle of each base band signal which fluctuates according to the modulated phase data. Therefore, if the baseband processing shown in the following Expressions 5 and 6 is performed, it is possible to obtain a value proportional to the sine and cosine of the phase difference δ i-1, i and not depending at all on the modulated phase data. .

【0056】[0056]

【数5】 Ii-1・Ii+Qi-1・Qi=ai-1icosδi-1,i ## EQU5 ## I i-1 · I i + Q i-1 · Q i = a i-1 a i cosδ i-1, i

【数6】 Ii-1・Qi−Ii・Qi-1=ai-1isinδi-1,i I i−1 · Q i −I i · Q i−1 = a i−1 a i sin δ i−1, i

【0057】これより、隣接する2つのアンテナ素子A
i−1,Aiの瞬時位相差δi-1,iは次の数7で表され
て計算される。
From this, two adjacent antenna elements A
The instantaneous phase difference δ i−1, i of i−1, Ai is calculated by the following equation (7).

【0058】[0058]

【数7】 (Equation 7)

【0059】これは各信号の変調された位相データだけ
でなく振幅ai-1、aiにも依存していない。従って、変
調に関係なく位相差δi-1,iを計算することができる。
ここで、上記数1乃至数4から数7への変換は、互いに
直交するI軸,Q軸から、位相差δi-1,iを規定する互
いに直交する2つの軸への変換であって、軸中心を中心
としての座標の回転を意味する。上記数7において、右
辺の分数の分母のデータは数5の左辺であり、数5に示
すように位相差δi-1,iの余弦に比例している。一方、
数7において、右辺の分数の分子のデータは数6の左辺
であり、数6に示すように位相差δi-1,iの正弦に比例
している。
This does not depend not only on the modulated phase data of each signal but also on the amplitudes a i−1 and a i . Therefore, the phase difference δ i−1, i can be calculated regardless of the modulation.
Here, the conversion from Equations 1 to 4 to Equation 7 is a conversion from the mutually orthogonal I axis and Q axis to two mutually orthogonal axes defining the phase difference δ i−1, i. , Means the rotation of the coordinates about the axis center. In Equation 7, the data of the denominator of the fraction on the right side is the left side of Equation 5, and as shown in Equation 5, is proportional to the cosine of the phase difference δi -1, i . on the other hand,
In Expression 7, the data of the numerator of the fraction on the right side is the left side of Expression 6, and as shown in Expression 6, is proportional to the sine of the phase difference δi -1, i .

【0060】そして、受信無線信号に含まれる雑音(主
として受信機の熱雑音である。)を抑圧してより正確な
位相差を得るために、数5及び数6で求められた2つの
データをそれぞれ位相差推定部40に含まれる所定のデ
ィジタルフィルタに通過させてろ波する。ここで、割り
算やtan-1の演算の前にろ波するのは、演算による誤
差の増大を防ぐためである。ろ波後の位相差δci-1,i
は次の数8を用いて推定される。
Then, in order to suppress the noise (mainly the thermal noise of the receiver) included in the received radio signal and obtain a more accurate phase difference, the two data obtained by Expressions 5 and 6 are used. Each is passed through a predetermined digital filter included in the phase difference estimating unit 40 and filtered. Here, the reason why the filtering is performed before the division or the operation of tan -1 is to prevent an increase in error due to the operation. Phase difference δc i-1, i after filtering
Is estimated using the following equation (8).

【0061】[0061]

【数8】 (Equation 8)

【0062】ここで、F(・)は当該ディジタルフィル
タの伝達関数を表す。このディジタルフィルタとして
は、単純な巡回加算器から適応タップ係数付のトランス
バーサルフィルタまで種々のフィルタが適用できる。位
相差推定部40は、数8を用いて上記ろ波後の位相差δ
i-1,iを計算して加算器41に出力する。
Here, F (•) represents a transfer function of the digital filter. Various filters can be applied as the digital filter, from a simple cyclic adder to a transversal filter with adaptive tap coefficients. The phase difference estimating unit 40 calculates the phase difference δ after the above-described filtering using Expression 8.
Ci -1 and i are calculated and output to the adder 41.

【0063】図4に、位相差推定部40に含まれる固定
タップ係数付きFIR(Finite Impulse Response)フ
ィルタの構成例を示し、図4の例ではバッファの大きさ
Buff=7の場合である。図4に示すように、入力信
号xは、タップ係数乗算器60を介して加算器70に入
力されるとともに、縦続接続された6個の遅延回路51
乃至56の入力端に入力される。各遅延回路51乃至5
6から出力される信号はそれぞれ各タップ係数乗算器6
1乃至66を介して加算器70に入力される。ここで、
乗算器60乃至66はそれぞれ、乗算係数であるタップ
係数k0乃至k6を有し、入力された信号を当該タップ
係数で乗算して加算器70に出力する。加算器70は入
力されたすべての信号を加算して出力信号F(x)とし
て出力する。ここで、各タップ係数k0乃至k6をすべ
て1とすれば、このフィルタは単純な巡回加算器とな
る。このフィルタのバッファの大きさを、以下では単に
バッファサイズBuffと呼ぶことにする。
FIG. 4 shows an example of the configuration of an FIR (Finite Impulse Response) filter with fixed tap coefficients included in the phase difference estimating section 40. In the example of FIG. 4, the buffer size Buff = 7. As shown in FIG. 4, the input signal x is input to an adder 70 via a tap coefficient multiplier 60, and is connected to six cascade-connected delay circuits 51.
To 56 input terminals. Each delay circuit 51 to 5
6 output from each tap coefficient multiplier 6
The signal is input to the adder 70 via 1 to 66. here,
The multipliers 60 to 66 have tap coefficients k0 to k6, which are multiplication coefficients, respectively, multiply the input signal by the tap coefficients, and output the result to the adder 70. The adder 70 adds all the input signals and outputs the result as an output signal F (x). Here, if all the tap coefficients k0 to k6 are set to 1, this filter becomes a simple cyclic adder. Hereinafter, the size of the buffer of this filter is simply referred to as a buffer size Buff.

【0064】上記数8で計算された推定位相差δc
i-1,iに基づいて、各アンテナ素子の系統において補正
すべき位相量(以下、補正位相量という。)△φi(i
=1,2,…,i,…,N)は次の数9で表されて加算
器41によって計算される。
The estimated phase difference δc calculated by the above equation (8)
Based on i-1, i , the amount of phase to be corrected in the system of each antenna element (hereinafter referred to as corrected phase amount) △ φ i (i
= 1, 2,..., I,..., N) are expressed by the following equation 9 and calculated by the adder 41.

【0065】[0065]

【数9】 Δφ1=0 Δφ2=Δφ1+δc1,2 Δφ3=Δφ2+δc2,3 −−−−−−−−−− Δφi=Δφi-1+δci-1,i −−−−−−−−−− ΔφN=ΔφN-1+δcN-1,N Δφ 1 = 0 Δφ 2 = Δφ 1 + δc 1,2 Δφ 3 = Δφ 2 + δc 2,3 ------------------------- Δφ i = Δφ i-1 + δc i-1, i − −−−−−−−−− Δφ N = Δφ N-1 + δc N-1, N

【0066】上記数9においては、アンテナ素子A1を
位相基準(位相ゼロ)とし、全てのアンテナ素子A1乃
至ANの位相をアンテナ素子A1に等しくすることを仮
定している。この補正位相量計算の順番の方法として、
以下に示すようにいくつか選択することができる。
In equation (9), it is assumed that the antenna element A1 is used as a phase reference (zero phase), and that the phases of all the antenna elements A1 to AN are equal to the antenna element A1. As a method of calculating the correction phase amount,
Several choices can be made as shown below.

【0067】アンテナ素子A1乃至ANが1次元配列の
場合は、一例として図5(a)に示すようにどちらか一
方の端にあるアンテナ素子A1を位相基準とし、そこか
ら順番に計算して行く第1の方法と、図5(b)に示す
ように、ある1<i<Nなるアンテナ素子Aiを位相基
準としその両側へ並列計算して行く第2の方法がある。
後者の方は2つの枝に分岐して並列処理を行うため計算
速度が速いが、位相基準となる素子には出力が2つ必要
である。
When the antenna elements A1 to AN are in a one-dimensional array, for example, as shown in FIG. As shown in FIG. 5B, there are a first method and a second method in which an antenna element Ai satisfying 1 <i <N is used as a phase reference and parallel calculation is performed on both sides thereof.
The latter is faster in calculation speed because it branches into two branches and performs parallel processing, but an element serving as a phase reference requires two outputs.

【0068】また、アンテナ素子A1乃至ANが2次元
正方配列の場合は、一例として1素子の入出力ポート数
を合わせて3つまでと仮定すれば、図6に示すように、
対角線の一方の端にあるアンテナ素子A1を位相基準と
し、そこから枝状に分岐しながら位相差を加算していく
方法などが考えられる。この方法では各枝の累積加算回
数は全て3回となる。さらに他の任意のアンテナ配列の
場合もこれらの例に準じて並列計算し計算を速めること
ができる。
When the antenna elements A1 to AN are in a two-dimensional square array, assuming that the number of input / output ports of one element is up to three, as shown in FIG.
A method may be considered in which the antenna element A1 at one end of the diagonal line is used as a phase reference and the phase difference is added while branching from the antenna element A1. In this method, the cumulative number of additions for each branch is all three. Furthermore, in the case of another arbitrary antenna arrangement, parallel calculation can be performed according to these examples to speed up the calculation.

【0069】上記計算された補正位相量Δφiは各アン
テナ素子系統毎に位相推定部40内のディジタルフィル
タを用いて雑音成分の抑圧がなされているが、当該フィ
ルタの遮断特性をあまり急峻にしすぎると応答遅延が増
大するためフィルタによる雑音抑圧には限度がある。こ
のため、最小2乗回帰補正部42において、以下に示す
ように、最小2乗法を用いたアレー空間信号処理による
補正位相量の直線又は平曲面回帰補正を行うことによ
り、受信機側における雑音特性の改善を図る。
The calculated correction phase amount Δφ i suppresses noise components using a digital filter in the phase estimator 40 for each antenna element system, but the cutoff characteristics of the filter are made too steep. Therefore, the noise suppression by the filter is limited because the response delay increases. For this reason, the least squares regression correction unit 42 performs a linear or flat surface regression correction of the correction phase amount by the array spatial signal processing using the least squares method as described below, so that the noise characteristic on the receiver side is obtained. To improve

【0070】いま仮に簡単化のために4つのアンテナ素
子A1乃至A4が任意の間隔で直線上に配列されてお
り、ある方向から無線信号波の1本の到来ビームを受信
しているものとした場合の各アンテナ素子A1乃至A4
における受信位相を図7に示す。ただし、到来ビームに
もともと含まれる雑音はないものと仮定している。この
場合、もし受信機雑音がなければ各受信位相は正確に求
められるので、図7の71に示すように、位置xにおけ
るi番目のアンテナ素子の受信相対位相量△φi(x)
はアンテナの位置xに対して一次関数となる。しかしな
がら、実際は各アンテナ素子A1乃至ANの系統毎に独
立な受信機雑音(主として熱雑音である。)があるので
計算される位相量(推定値)Δφi(x)は図7の72
のようになる。ここで、図7の73に示すように各受信
相対位相量(推定値)Δφi(x)からの2乗誤差の和
を最小とするような回帰直線△φci(x)を求めて補正
すれば、受信機雑音を抑圧することができる。
For the sake of simplicity, it is now assumed that four antenna elements A1 to A4 are arranged on a straight line at arbitrary intervals, and that one incoming beam of a radio signal wave is received from a certain direction. Each antenna element A1 to A4 in case
FIG. 7 shows the reception phase at. However, it is assumed that there is no noise originally included in the incoming beam. In this case, if there is no receiver noise, each reception phase can be accurately obtained. Therefore, as shown at 71 in FIG. 7, the reception relative phase amount △ φ i (x) of the i-th antenna element at the position x.
Is a linear function with respect to the antenna position x. However, actually, since there is an independent receiver noise (mainly thermal noise) for each system of the antenna elements A1 to AN, the calculated phase amount (estimated value) Δφ i (x) is 72 in FIG.
become that way. Here, a regression line △ φ ci (x) that minimizes the sum of the square errors from the received relative phase amounts (estimated values) Δφ i (x) as shown at 73 in FIG. 7 is corrected. Then, the receiver noise can be suppressed.

【0071】上記位相量の回帰補正処理は、アンテナ配
列が2次元の場合も同様に扱うことができ、アンテナ配
列面が平面である場合だけでなく任意の曲面である場合
にも適用可能である。その場合、回帰曲面はアンテナ配
列面の形状から求められる。なお、当該回帰補正処理に
おいて、最小2乗法を用いているが、本発明はこれに限
らず、1つの直線又は曲面に回帰させて近似的な直線又
は曲面を求める数値計算法を用いてもよい。
The phase amount regression correction process can be similarly applied to the case where the antenna array is two-dimensional, and is applicable not only when the antenna array surface is a plane but also when the antenna array is an arbitrary curved surface. . In that case, the regression surface is obtained from the shape of the antenna array surface. In the regression correction processing, the least squares method is used. However, the present invention is not limited to this, and a numerical calculation method of regressing on one straight line or a curved surface to obtain an approximate straight line or a curved surface may be used. .

【0072】以下にアンテナ素子配列面が一次平面であ
る場合の計算例を示す。任意の自然数i番目(1≦i≦
N)のアンテナ素子の位置をx−y平面上の(x、y)
で表すものとし、次式で与えられる評価関数Jを最小と
するような補正位相量の回帰平面△φci(x,y)を次
の数10を用いて計算される。
A calculation example in the case where the antenna element arrangement surface is a primary plane will be described below. I-th arbitrary natural number (1 ≦ i ≦
N) is the position of the antenna element on the xy plane (x, y).
The regression plane △ φ ci (x, y) of the correction phase amount that minimizes the evaluation function J given by the following equation is calculated using the following equation (10).

【0073】[0073]

【数10】 (Equation 10)

【0074】ここで、△φi(x,y)は最小2乗回帰
する前の補正位相量の推定値(図7の72に対応す
る。)である。ここではアンテナ素子配列がxmax×y
maxの等間隔正方配列であると仮定し、自然数N(=x
max×ymax)個のアンテナ素子はx=1,2,…,x
max及びy=1,2,…,ymaxの各軸の交点に配置され
ているものとする。アンテナ面が平面のため、補正位相
量の最小2乗回帰平面である位相面も平面となり、補正
位相量の回帰平面△φci(x,y)は次の数11を用い
て表わすことができる。
Here, △ φ i (x, y) is the estimated value of the correction phase amount before the least squares regression (corresponding to 72 in FIG. 7). Here, the antenna element array is x max × y
max is assumed to be a square array at regular intervals, and natural numbers N (= x
max × y max ) antenna elements are x = 1, 2,..., x
It is assumed that they are arranged at the intersections of the axes of max and y = 1, 2,..., y max . Since the antenna surface is a plane, the phase plane that is the least square regression plane of the correction phase amount is also a plane, and the regression plane △ φ ci (x, y) of the correction phase amount can be expressed by the following equation 11. .

【0075】[0075]

【数11】 Δφci(x,y)=ax+by+c, x=1,2,…,xmax;y=1,2,…,ymax Equation 11] Δφ ci (x, y) = ax + by + c, x = 1,2, ..., x max; y = 1,2, ..., y max

【0076】ただし、a、b、cは平面の位置を決める
パラメータである。このとき、上記評価関数Jが最小と
なる条件となる正規化方程式は次の数12で表される。
Here, a, b and c are parameters for determining the position of the plane. At this time, the normalization equation that satisfies the condition that minimizes the evaluation function J is expressed by the following equation 12.

【0077】[0077]

【数12】 ∂J/∂a=0 ∂J/∂b=0 ∂J/∂c=012J / ∂a = 0 ∂J / ∂b = 0 ∂J / ∂c = 0

【0078】これを変形すると次の数13が導かれる。By transforming this, the following equation 13 is derived.

【0079】[0079]

【数13】 (Equation 13)

【0080】上記数13から次の数14が得られる。From the above equation (13), the following equation (14) is obtained.

【0081】[0081]

【数14】 [Equation 14]

【0082】ここで、行列Aと行列Φは次の数15で表
される。
Here, the matrix A and the matrix Φ are represented by the following equation (15).

【0083】[0083]

【数15】 (Equation 15)

【0084】ここで、Aはアンテナ素子A1乃至ANの
位置座標のみから決定される係数行列であるため、その
逆行列A-1は予め計算しておくことができ、リアルタイ
ムで計算する必要はない。例えば、xmax=ymax=4の
場合においては、逆行列A-1は次の数16で表される。
Here, since A is a coefficient matrix determined only from the position coordinates of the antenna elements A1 to AN, its inverse matrix A -1 can be calculated in advance and need not be calculated in real time. . For example, when x max = y max = 4, the inverse matrix A -1 is represented by the following equation 16.

【0085】[0085]

【数16】 (Equation 16)

【0086】従って、平面の位置を決定するパラメータ
a、b、cは次の数17となる。
Accordingly, the parameters a, b, and c for determining the position of the plane are given by the following equation (17).

【0087】[0087]

【数17】 [Equation 17]

【0088】従って、上記補正位相量の推定値Δφ
i(x,y)を用いて回帰平面△φci(x,y)が決定
され、各アンテナ素子A1乃至ANの系統毎に回帰補正
された補正位相量△φc1(=Δφc1(1,1))乃至△
φcN(=△φcN(xmax,ymax))を最小2乗回帰補正
部42によって計算することができる。以上は、アンテ
ナ面が一次平面であることを仮定した計算例であるが、
同様に、2次曲面などの場合にも適用が可能である。
Therefore, the estimated value Δφ of the correction phase amount
The regression plane △ φ ci (x, y) is determined using i (x, y), and the corrected phase amount △ φ c1 (= Δφ c1 (1, 1)) ~ △
φ cN (= △ φ cN (x max , y max )) can be calculated by the least squares regression correction unit 42. The above is a calculation example assuming that the antenna surface is a primary plane,
Similarly, the present invention can be applied to a case of a quadratic surface or the like.

【0089】以上の最小2乗法による処理は演算速度に
余裕がない場合は補正位相量△φci(x,y)=△φi
(x,y)としてスキップすることができる。このよう
にして求めた補正位相量△φci(=△φci(x,y))
を用いて、次の数18によりすべてのアンテナ素子の系
統において直交ベースバンド信号の位相補正を行う。な
お、以下、△φci=△φci(x,y)とおく。
In the processing by the above least square method, when there is no margin in the calculation speed, the correction phase amount △ φ ci (x, y) = △ φ i
It can be skipped as (x, y). The correction phase amount △ φ ci (= △ φ ci (x, y)) thus obtained.
Is used to correct the phase of the orthogonal baseband signal in all the antenna element systems according to the following equation (18). Hereinafter, △ φ ci = △ φ ci (x, y).

【0090】[0090]

【数18】 (Equation 18)

【0091】ただし、数18の左辺は位相補正後のi番
目のアンテナ素子の受信ベースバンド信号のベクトルを
表わす行列であり、数18の右辺の第1項はすべての受
信ベースバンド信号を同相化するために位相補正するた
めの位相回転変換行列、すなわち、同相化のための変換
行列であり、その右辺の第2項は位相補正前の受信ベー
スバンド信号のベクトルを表わす行列である。
Here, the left side of Equation 18 is a matrix representing the vector of the received baseband signal of the i-th antenna element after the phase correction, and the first term on the right side of Equation 18 is to make all the received baseband signals in-phase. The second term on the right side of the matrix is a matrix representing a vector of the received baseband signal before the phase correction.

【0092】次に、マルチパスフェージングや遮断など
により一部のアンテナ素子での受信電力が低くなること
がある場合、すべてのアンテナ素子の受信信号を等しい
重み付けで合成する等利得同相合成では品質の良い信号
も悪い信号も同じ重み付けで加算されるため、当該同相
合成後の信号対雑音電力比が劣化する。これを抑圧する
ために、振幅補正部45において、次の数19で示すよ
うに各アンテナ素子A1乃至ANの系統における受信ベ
ースバンド信号をその受信強度に比例する利得Gで増幅
し振幅補正を行う。これは品質の良い信号の寄与を増
し、品質の悪い信号の寄与を減ずることを意味する。
Next, when the received power at some antenna elements may be reduced due to multipath fading or blocking, etc., equal-gain in-phase combining in which the received signals of all antenna elements are combined with equal weights may result in poor quality. Since the good signal and the bad signal are added with the same weight, the signal-to-noise power ratio after the in-phase synthesis deteriorates. In order to suppress this, the amplitude correction unit 45 amplifies the reception baseband signal in the system of each of the antenna elements A1 to AN with a gain G proportional to the reception intensity as shown in the following Expression 19 to perform amplitude correction. . This means increasing the contribution of good quality signals and reducing the contribution of poor quality signals.

【0093】[0093]

【数19】 [Equation 19]

【0094】ここで、kは比例定数であり、Ave(
)は時間平均の値を示す。上記振幅補正後の信号をす
べてのアンテナ素子A1乃至ANの系統で同相合成すれ
ば、直交ベースバンド信号の相対同相合成出力は次の数
20で表される。
Here, k is a proportional constant, and Ave (
) Indicates a time average value. If the signals after the amplitude correction are in-phase synthesized by all the antenna elements A1 to AN, the relative in-phase synthesized output of the quadrature baseband signal is expressed by the following equation (20).

【0095】[0095]

【数20】 (Equation 20)

【0096】振幅補正部45における振幅補正処理は、
アンテナ素子A1乃至AN間で受信電力の差があまり問
題にならない場合はG=1とし、これをスキップするこ
とができる。また、この同相合成出力を同期検波又は遅
延検波を行う任意のベースバンド処理型復調器5に入力
すれば所望のディジタルデータを得ることができる。
The amplitude correction process in the amplitude correction unit 45 is as follows.
If the difference in the received power among the antenna elements A1 to AN does not matter much, G = 1 can be set and this can be skipped. If this in-phase combined output is input to an arbitrary baseband processing type demodulator 5 that performs synchronous detection or delay detection, desired digital data can be obtained.

【0097】一方、送信用アレーアンテナの指向性制御
のためのウェイトは振幅成分を含まず、位相成分のみで
よいため、最小2乗回帰補正部42において計算された
位相補正量△φciはそのまま送信用アレーアンテナの指
向性制御のためのウェイトとして用いることができ、自
動的に到来ビームの方向に送信ビームを向けることが可
能である。ただし、場合によっては、以下のように必要
に応じて簡単な換算を行う必要がある。
On the other hand, since the weight for controlling the directivity of the transmitting array antenna does not include the amplitude component but only the phase component, the phase correction amount △ φ ci calculated by the least-squares regression correction unit 42 remains unchanged. It can be used as a weight for directivity control of a transmission array antenna, and can automatically direct a transmission beam in the direction of an incoming beam. However, in some cases, it is necessary to perform a simple conversion as necessary, as described below.

【0098】例えば、送信と受信で電波の波長が異なる
場合でアレーアンテナ1を送信と受信で共用している場
合などにおいては、各送信用アンテナ素子系統における
移相量△φTi(x,y)は次の数21で表される。
For example, when the wavelength of the radio wave is different between transmission and reception and the array antenna 1 is shared for transmission and reception, etc., the phase shift amount Δφ Ti (x, y ) Is represented by the following equation 21.

【0099】[0099]

【数21】 (Equation 21)

【0100】ただし、λT、λRはそれぞれ送信と受信の
自由空間波長である。送信用と受信用のアンテナ素子が
別々で素子間隔が波長換算で等しい場合やアンテナ素子
が送信と受信で共用していても両者の周波数が等しい場
合にはこの換算は不要である。
Here, λ T and λ R are free space wavelengths for transmission and reception, respectively. This conversion is unnecessary when the transmitting and receiving antenna elements are separate and the element intervals are equal in terms of wavelength, or when the antenna elements are shared for transmission and receiving and the frequencies are the same.

【0101】以上のように構成された本実施例のアレー
アンテナの自動ビーム捕捉追尾装置を用いて到来ビーム
を受信したときの効果を確認するために行ったシミュレ
ーションの計算結果について説明する。ここで、シュミ
レーションのための条件を表1に示す。
A description will be given of a calculation result of a simulation performed to confirm an effect when an incoming beam is received by using the automatic beam capturing and tracking apparatus of the array antenna according to the present embodiment configured as described above. Table 1 shows conditions for the simulation.

【0102】[0102]

【表1】 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 変調方式 QPSK ―――――――――――――――――――――――――――――――――― ビットレート 16kbps ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 変調周波数 32kHz ―――――――――――――――――――――――――――――――――― サンプリングレート 128kHz ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 付加雑音 ガウス雑音 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― アレーアンテナ 点放射源,4素子直線配列 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― アンテナ素子間隔 1/2波長 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 送信低域フィルタ 10タップFIRフィルタ,遮断周波数=8kHz ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 送信帯域フィルタ 51タップFIRフィルタ,遮断周波数=16kHz ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 受信帯域フィルタ 51タップFIRフィルタ,遮断周波数=16kHz ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 受信低域フィルタ 10タップFIRフィルタ,遮断周波数=8kHz ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 備考 干渉波、周波数変動ともになし ――――――――――――――――――――――――――――――――――[Table 1] ―――――――――――――――――――――――――――――――― Modulation method QPSK ――――――――― ――――――――――――――――――――――――― Bit rate 16kbps ―――――――――――――――――――――― ―――――――――――― Modulation frequency 32kHz ―――――――――――――――――――――――――――――――― Sampling Rate 128kHz ―――――――――――――――――――――――――――――――― Additional noise Gaussian noise ―――――――――― ―――――――――――――――――――――――― Array antenna Point radiation source, 4-element linear array ―――――――――――――――― ―――――――――――――――――― Antenna element spacing 1/2 Long ―――――――――――――――――――――――――――――――― Transmission low-pass filter 10-tap FIR filter, cut-off frequency = 8kHz ―― ―――――――――――――――――――――――――――――― Transmission band filter 51 tap FIR filter, cut-off frequency = 16kHz ―――――― ―――――――――――――――――――――――――――― Reception bandpass filter 51-tap FIR filter, cut-off frequency = 16kHz ―――――――――― ―――――――――――――――――――――――― Receive low-pass filter 10 tap FIR filter, cut-off frequency = 8kHz ――――――――――――― ――――――――――――――――――――― Remarks No interference wave or frequency fluctuation ―――――――――――――― -------------------

【0103】補正位相量を推定する際のディジタルフィ
ルタは単純な巡回加算器(全タップ係数=1のFIRフ
ィルタ)とし、フィルタのタップ数に相当する加算バッ
ファサイズBuffを変更してその効果を調べた。ただ
し、各アンテナ素子で受信される電力は等しいものと
し、振幅補正は行っていない。また、最小2乗回帰は行
っていない。また、シミュレーションでは、位相差補正
を毎サンプル行わず、9サンプルに1回の演算頻度に落
としている。これにより、DSP(ディジタル信号処理
プロセッサ)の演算負荷が減るだけでなく、演算サンプ
ル間の雑音信号の相関が減少するため、ディジタルフィ
ルタによるより効果的な雑音抑圧が可能となる。
The digital filter for estimating the correction phase amount is a simple cyclic adder (FIR filter with all tap coefficients = 1), and the effect is examined by changing the addition buffer size Buff corresponding to the number of filter taps. Was. However, the power received by each antenna element is assumed to be equal, and no amplitude correction is performed. Also, least squares regression was not performed. Further, in the simulation, the phase difference correction is not performed for each sample, and the calculation frequency is reduced to once every nine samples. This not only reduces the computational load on a DSP (Digital Signal Processor), but also reduces the correlation of noise signals between computational samples, thus enabling more effective noise suppression by a digital filter.

【0104】図8に、位相差推定演算をサンプリング毎
(サンプリング周波数=128kHz)に行った場合の
信号ビーム到来方向のアンテナ相対利得の時間変化を、
Iチャネルの復調ベースバンド信号(復調データ)とと
もに示している。ここで、図8の(a)が1つのアンテ
ナ素子当りの受信C/N=4dBの場合であり、図8の
(b)がC/N=−2dBの場合である。ここで、C/
Nは、搬送波電力と雑音電力との比(以下、搬送波電力
対雑音電力比という。)を表す。図8に示すように、送
信信号の出力発生を通算サンプリング回数=0で開始
し、次いで、受信信号の入力と演算は通算サンプリング
回数=100で開始し、次いで、通算サンプリング回数
=700〜1000でシャドウイング(受信信号の遮
断)を受け、かつ到来信号ビーム方向が90度/秒で変
化することを想定した。ここで、演算開始からアンテナ
相対利得が−3dBを上回るまでの動作を「粗捕捉」と
呼び、アンテナ相対利得が−0.5dBを上回るまでの
動作を「精捕捉」と呼ぶことにすると、精捕捉に要する
通算サンプリング回数は図8の(a)の場合で約80で
あり、図8の(b)の場合で約300である。従って、
精捕捉に要する通算サンプリング回数は、搬送波電力対
雑音電力比C/Nに依存している。一方、粗捕捉に要す
る通算サンプリング回数は、搬送波電力対雑音電力比C
/Nに大きく依存することはなく、通算サンプリング回
数が30乃至50程度で到来信号ビームを捕捉してい
る。捕捉後は図8の(b)のように搬送波電力対雑音電
力比C/Nが低い場合はアンテナ相対利得の変動も増大
してくる。すなわち、図8の(a)と(b)の場合の両
者ともに、到来信号ビームを安定に追尾していることが
わかる。このように、受信搬送波電力対雑音電力比C/
Nが低い場合でも高速に捕捉し、安定に追尾することが
できるのは、各アンテナ素子A1乃至ANの系統の位相
制御をフィードフォワード方法で行っているためであ
る。
FIG. 8 shows a time change of the antenna relative gain in the arrival direction of the signal beam when the phase difference estimation calculation is performed for each sampling (sampling frequency = 128 kHz).
It is shown together with an I-channel demodulated baseband signal (demodulated data). Here, FIG. 8A shows the case where the reception C / N per antenna element is 4 dB, and FIG. 8B shows the case where C / N = -2 dB. Where C /
N represents a ratio between carrier power and noise power (hereinafter, referred to as carrier power to noise power ratio). As shown in FIG. 8, the output generation of the transmission signal starts at the total number of samplings = 0, and then the input and the operation of the reception signal starts at the total number of samplings = 100, and then, at the total number of samplings = 700 to 1000. It is assumed that shadowing (blocking of the received signal) is received and the direction of the incoming signal beam changes at 90 degrees / second. Here, the operation from the start of the calculation until the antenna relative gain exceeds -3 dB is called "coarse capture", and the operation until the antenna relative gain exceeds -0.5 dB is called "fine capture". The total number of samplings required for acquisition is about 80 in the case of FIG. 8A and about 300 in the case of FIG. 8B. Therefore,
The total number of samplings required for fine acquisition depends on the carrier power to noise power ratio C / N. On the other hand, the total number of samplings required for the coarse acquisition is the carrier power-to-noise power ratio C
/ N, and the total number of samplings is about 30 to 50, and the incoming signal beam is captured. After the acquisition, when the carrier power to noise power ratio C / N is low as shown in FIG. 8B, the fluctuation of the antenna relative gain also increases. That is, it can be seen that in both cases (a) and (b) of FIG. 8, the incoming signal beam is stably tracked. Thus, the received carrier power to noise power ratio C /
Even when N is low, it is possible to capture at high speed and to track stably because the phase control of the system of each of the antenna elements A1 to AN is performed by the feedforward method.

【0105】図9の(a)及び(b)に、図8と同一の
条件のもとでの信号ビーム捕捉時におけるアンテナパタ
ーンの時間変化を示す。図9において、点線は通算サン
プリング回数が8のときであり、次いで、1点鎖線は通
算サンプリング回数が26のときであり、さらに、実線
は通算サンプリング回数が35(図9の(a))又は1
25(図9の(b))のときである。図9から明らかな
ように、アンテナパターンがランダムな状態(通算サン
プリング回数=8のとき)から−45度の信号ビームを
捕捉した状態(通算サンプリング回数=35(図9の
(a))又は125(図9の(b)のとき)に、速やか
にアンテナパターンを収束させていることがわかる。
FIGS. 9A and 9B show the time change of the antenna pattern at the time of capturing the signal beam under the same conditions as in FIG. In FIG. 9, the dotted line indicates the case where the total number of samplings is 8, the dashed line indicates the case where the total number of samplings is 26, and the solid line indicates that the total number of samplings is 35 ((a) in FIG. 9) or 1
25 (FIG. 9B). As is clear from FIG. 9, a state in which the signal beam of −45 degrees is captured from a state where the antenna pattern is random (when the total number of samplings = 8) (a total number of samplings = 35 ((a) in FIG. 9)) or 125 It can be seen from FIG. 9B that the antenna pattern is quickly converged.

【0106】図10の(a)及び(b)に、同じく図8
と同一の条件のもとで、通常の陸上移動体などで想定さ
れる最大回転速度として毎秒90度を仮定し、この速さ
で到来信号ビーム方向が変化する場合のアンテナパター
ンの変化を示す。図10において、一点鎖線のアンテナ
パターンは点線のそれから1/3秒後のものであり、実
線のアンテナパターンは一点鎖線のそれから1/3秒後
のものである。図10から明らかなように、到来信号ビ
ーム方向が変化する場合であっても、アレーアンテナの
主ビームは、ほぼ正確に到来信号ビームを追尾している
ことがわかる。
FIGS. 10 (a) and 10 (b) also show FIG.
Under the same conditions as above, 90 ° per second is assumed as the maximum rotation speed assumed for a normal land moving body, and the change in the antenna pattern when the incoming signal beam direction changes at this speed is shown. In FIG. 10, the dashed-dotted antenna pattern is one-third second after the dotted line, and the solid-line antenna pattern is one-third second after the dashed-dotted line. As is clear from FIG. 10, even when the direction of the incoming signal beam changes, the main beam of the array antenna tracks the incoming signal beam almost accurately.

【0107】図11は、バッファサイズBuffをパラ
メータとしたときの搬送波電力対雑音電力比C/Nに対
する、到来信号ビームの粗捕捉及び精捕捉のときの追尾
特性を示したものである。ここで、演算周期Toprは
1に固定している。図11から明らかなように、粗捕捉
は搬送波電力対雑音電力比C/N及びバッファサイズB
uffにほとんど依存しておらず、常に安定な捕捉特性
が得られることがわかる。一方、精捕捉に関しては、搬
送波電力対雑音電力比C/Nの劣化とともに捕捉するま
での通算サンプリング回数が多くなり、すなわち、捕捉
するまでの時間が長くなって、捕捉が鈍くなっており、
搬送波電力対雑音電力比C/Nに大きく依存している。
この場合、バッファサイズBuffは小さいほうが捕捉
は速いが、詳細後述するように、追尾が不安定となるた
め、バッファサイズBuffの選択にあたっては実際の
無線通信回線条件を考慮した捕捉と追尾のトレードオフ
(同時に満足しえない幾つかの条件の取捨についての考
察)が必要になる。
FIG. 11 shows tracking characteristics at the time of coarse capture and fine capture of an incoming signal beam with respect to the carrier power to noise power ratio C / N when the buffer size Buff is used as a parameter. Here, the operation cycle Topr is fixed at 1. As is evident from FIG. 11, the coarse acquisition has a carrier power to noise power ratio C / N and a buffer size B
It can be seen that there is almost no dependence on uff and stable capture characteristics can always be obtained. On the other hand, with respect to the fine acquisition, the total number of samplings before the acquisition increases with the deterioration of the carrier power to noise power ratio C / N, that is, the time until the acquisition becomes longer, and the acquisition becomes dull.
It largely depends on the carrier power to noise power ratio C / N.
In this case, the smaller the buffer size Buff is, the quicker the acquisition is. However, as will be described later in detail, the tracking becomes unstable. (Consideration of some conditions that cannot be satisfied at the same time) is required.

【0108】図12は、バッファサイズBuffをパラ
メータにしたときの搬送波電力対雑音電力比C/Nに対
する追尾特性を示したもので、縦軸は通算サンプリング
回数=8000までにアレーアンテナの相対利得が−
0.5dBを下回るサンプリング回数であり、形成され
た主ビームが目標とする方向からはずれる回数を表して
いる。ここで、演算周期Toprは1に固定している。
図12から明らかなように、バッファサイズBuffを
増大させることにより比較的低い搬送波電力対雑音電力
比C/Nにおける追尾の安定性が著しく改善されること
がわかる。
FIG. 12 shows the tracking characteristics with respect to the carrier power-to-noise power ratio C / N when the buffer size Buff is used as a parameter. −
The number of samplings is less than 0.5 dB, and represents the number of times the formed main beam deviates from the target direction. Here, the operation cycle Topr is fixed at 1.
As is apparent from FIG. 12, the stability of tracking at a relatively low carrier-to-noise power ratio C / N is significantly improved by increasing the buffer size Buff.

【0109】図13は、演算周期Toprをパラメータ
にしたときの搬送波電力対雑音電力比C/Nに対する粗
捕捉及び精捕捉のときの追尾特性を示したものである。
ここで、バッファサイズBuffは30に固定してい
る。図13から明らかなように、粗捕捉の追尾特性は演
算周期Toprにほとんど依存していないが、一方、精
捕捉の追尾に関しては、演算周期Toprが小さいほう
が捕捉は速いということがわかる。しかしながら、この
場合、詳細後述するように、追尾が不安定になるため、
演算周期Toprの選択にあたっては実際の無線通信回
線条件を考慮した捕捉と追尾のトレードオフが必要にな
る。
FIG. 13 shows the tracking characteristics at the time of coarse acquisition and fine acquisition with respect to the carrier power-to-noise power ratio C / N when the operation cycle Topr is used as a parameter.
Here, the buffer size Buff is fixed at 30. As is clear from FIG. 13, the tracking characteristics of the coarse capture hardly depend on the calculation cycle Topr, but on the other hand, regarding the tracking of the fine capture, the smaller the calculation cycle Topr is, the faster the capture is. However, in this case, as described later in detail, tracking becomes unstable,
In selecting the operation cycle Topr, a trade-off between acquisition and tracking in consideration of actual wireless communication line conditions is required.

【0110】図14は、演算周期Toprをパラメータ
にしたときの搬送波電力対雑音電力比C/Nに対する追
尾特性を示したものであり、縦軸は通算サンプリング回
数=8000までにアレーアンテナの相対利得が−0.
5dBを下回るサンプリング回数であり、形成された主
ビームが目標とする方向からはずれる回数を表してい
る。ここで、バッファサイズBuffは30に固定して
いる。図14から明らかなように、演算周期Toprを
増大させることにより、バッファサイズBuffを増し
た場合(図12参照。)と同様に、比較的低い搬送波電
力対雑音電力比C/Nにおける追尾の安定性が著しく改
善されることがわかる。ただし、演算周期Toprをあ
まり長くしすぎると到来信号ビーム方向の変化への応答
が遅くなるため追尾誤差が増える原因となる。
FIG. 14 shows the tracking characteristics with respect to the carrier power to noise power ratio C / N when the operation period Topr is used as a parameter. The vertical axis indicates the relative gain of the array antenna until the total number of samplings = 8000. Is -0.
The number of samplings is less than 5 dB, and represents the number of times the formed main beam deviates from the target direction. Here, the buffer size Buff is fixed at 30. As is clear from FIG. 14, similarly to the case where the buffer size Buff is increased by increasing the operation cycle Topr (see FIG. 12), the tracking stability at a relatively low carrier-to-noise power ratio C / N is maintained. It can be seen that the properties are significantly improved. However, if the operation cycle Topr is set too long, the response to the change in the direction of the incoming signal beam becomes slow, which causes an increase in tracking error.

【0111】以上のシミュレーション結果から、本実施
例の自動ビーム捕捉追尾装置においては、搬送波電力対
雑音電力比C/Nが比較的高い無線通信回線条件のもと
では、バッファサイズBuffと、演算周期Toprと
をともに比較的小さめに設定して捕捉を高速化する一
方、搬送波電力対雑音電力比C/Nが比較的低い無線通
信回線条件のもとでは、バッファサイズBuffと、演
算周期Toprとをともに比較的大きめに設定すること
により安定した追尾特性を得ることができることがわか
る。
From the above simulation results, in the automatic beam acquisition and tracking apparatus of the present embodiment, the buffer size Buff and the operation cycle under the radio communication line conditions where the carrier power to noise power ratio C / N is relatively high. While Topr is set relatively small to speed up the acquisition, the buffer size Buff and the operation cycle Topr are changed under the radio communication line conditions where the carrier power to noise power ratio C / N is relatively low. It can be seen that stable tracking characteristics can be obtained by setting both of them relatively large.

【0112】以上説明したように、本実施例に示した自
動ビーム追尾捕捉装置は以下の特有の効果を有する。 (1)各アンテナ素子A1乃至ANでの受信信号間の位
相差をフィードフォワードで補正することにより到来ビ
ームを捕捉し、第2の従来例のようにフィードバックル
ープを含まないため、比較的低い搬送波電力対雑音電力
比C/Nにおいてもディジタル位相変調波又は無変調波
などからなる無線信号の到来ビームを自動的かつ高速に
捕捉することができ、第2の従来例の方法に見られるよ
うな収束のための遅延時間が大幅に縮小されるととも
に、位相制御を行うためのトレーニング信号や参照信号
が必要ない。従って、システム構成が簡単になる。 (2)各アンテナ素子A1乃至ANでの受信信号間の位
相差をフィードフォワードで補正することにより到来ビ
ームを追尾し、第2の従来例のようにフィードバックル
ープを含まないため、比較的低い搬送波電力対雑音電力
比C/Nでしかも到来信号ビーム方向が高速に変化する
場合においても、ディジタル位相変調波又は無変調波な
どからなる無線信号の到来ビームを高精度かつ安定に追
尾することができる。従って、従来例の方法に見られる
ような位相スリップや周囲の電磁環境による外乱の影
響、追尾誤差の蓄積がほとんどない。 (3)各アンテナ素子系統における補正位相量からさら
に最小2乗回帰補正を行うことによりアレーアンテナの
空間的な情報を有効に利用することができるため、アン
テナ素子数が多い場合に問題となる1つのアンテナ素子
当たりの搬送波電力対雑音電力比C/Nの低下の影響を
抑えることができる。 (4)以上の捕捉追尾はすべて受信信号に対して、例え
ばディジタル信号処理などの信号処理によって行うた
め、第1の従来例のフェーズドアレーアンテナに見られ
るようなマイクロ波移相器や捕捉追尾のためのセンサ類
又は機械駆動のためのモーター等を一切必要としない。
As described above, the automatic beam tracking and capturing apparatus shown in this embodiment has the following specific effects. (1) The incoming beam is captured by correcting the phase difference between the received signals at each of the antenna elements A1 to AN by feedforward, and does not include a feedback loop unlike the second conventional example. Even at a power-to-noise power ratio C / N, an incoming beam of a radio signal composed of a digital phase-modulated wave or an unmodulated wave can be automatically and quickly captured, as shown in the second prior art method. The delay time for convergence is greatly reduced, and no training signal or reference signal for performing phase control is required. Therefore, the system configuration is simplified. (2) The incoming beam is tracked by correcting the phase difference between the received signals at each of the antenna elements A1 to AN by feedforward, and since a feedback loop is not included unlike the second conventional example, a relatively low carrier wave is used. Even when the power-to-noise power ratio is C / N and the direction of the incoming signal beam changes at high speed, the incoming beam of a radio signal composed of a digital phase modulated wave or an unmodulated wave can be tracked with high accuracy and stability. . Therefore, there is almost no influence of disturbance due to the phase slip and the surrounding electromagnetic environment and accumulation of tracking errors as seen in the conventional method. (3) Spatial information of the array antenna can be effectively used by further performing least-squares regression correction from the correction phase amount in each antenna element system, and this is a problem when the number of antenna elements is large. It is possible to suppress the influence of a decrease in the carrier power to noise power ratio C / N per antenna element. (4) Since the above acquisition and tracking are all performed on the received signal by, for example, signal processing such as digital signal processing, the microwave phase shifter or acquisition and tracking as seen in the phased array antenna of the first conventional example. No sensors or a motor for driving the machine are required.

【0113】第1の実施例において最小2乗法による回
帰補正を行わない場合について、以下に第1の実施例の
変形例として説明する。この場合は、数8において隣接
アンテナ素子間位相差を求める代わりに、ある所定の基
準アンテナ素子との間で数8の分子と分母を計算し、数
8の分子を数18におけるsinΔφciに代入するとと
もに、数8の分母を同じく数18におけるcosΔφci
に代入して処理すれば、受信側においては数8における
tan-1の計算をすることなく、数18の左辺が求まる
ことになり、演算量を減らすことができるとともに、位
相補正のみならず最大比合成のための振幅補正を自動的
に行うことができる。この場合において、直交ベースバ
ンド信号の位相補正を行う式は次の数22で表される。
The case where the regression correction by the least squares method is not performed in the first embodiment will be described below as a modification of the first embodiment. In this case, instead of calculating the phase difference between adjacent antenna elements in Equation 8, the numerator and denominator of Equation 8 are calculated with a predetermined reference antenna element, and the numerator of Equation 8 is substituted for sinΔφ ci in Equation 18. And the denominator of Eq. 8 is also cosΔφ ci
If the processing is performed by substituting into equation (8), the left side of equation (18) can be obtained without calculating tan -1 in equation (8) on the receiving side. Amplitude correction for ratio combining can be automatically performed. In this case, an equation for correcting the phase of the orthogonal baseband signal is expressed by the following equation (22).

【0114】[0114]

【数22】 (Equation 22)

【0115】ここで、数22の左辺は位相補正後のi番
目のアンテナ素子の受信ベースバンド信号のベクトルを
表わす行列であり、その右辺の第1項は位相補正のため
の位相回転変換行列、すなわち同相化のための変換行列
であり、その右辺の第2項は位相補正前の受信ベースバ
ンド信号のベクトルを表わす行列である。ただし、当該
変形例においては、隣接する2つのアンテナ素子におけ
る受信信号間で演算を行うのではなく、位相基準となる
アンテナ素子を例えばA1とし、このアンテナ素子A1
による受信信号と、その他のアンテナ素子A2乃至AN
による各受信信号との間で演算を行って、その間で同相
化の処理を実行する。この変形例では、基準のアンテナ
素子をA1としているが、本発明はこれに限らず、他の
1つのアンテナ素子であってもよい。この処理を実行す
る場合の利点は、数22の演算は位相を変換するだけで
なく、同時に振幅も最大比合成を実行するように振幅を
変換することができることである。すなわち、数5及び
数6から、数24の近似式を用いて次の数23のように
近似することができる。
Here, the left side of Equation 22 is a matrix representing the vector of the received baseband signal of the i-th antenna element after the phase correction, and the first term on the right side is a phase rotation conversion matrix for phase correction, That is, it is a transformation matrix for in-phase, and the second term on the right side is a matrix representing the vector of the received baseband signal before phase correction. However, in this modified example, an operation is not performed between reception signals of two adjacent antenna elements, but an antenna element serving as a phase reference is set to, for example, A1, and this antenna element A1
And the other antenna elements A2 to AN
Is performed with each of the received signals, and in-phase processing is performed between them. In this modification, the reference antenna element is A1, but the present invention is not limited to this, and another single antenna element may be used. The advantage of executing this processing is that the operation of Equation 22 can not only convert the phase, but also convert the amplitude so that the amplitude also performs maximum ratio combining. That is, the following Expression 23 can be approximated from Expressions 5 and 6 using the approximate expression of Expression 24.

【0116】[0116]

【数23】 (Equation 23)

【0117】数23から明らかなように、数23の右辺
の第3項及び第4項の2つの行列の積に対してろ波され
た振幅係数の積F(a1)・F(ai)がかかっている。
ここで、振幅係数a1、振幅係数ai及び位相差の余弦c
osδ1,iは短期的に見ると熱雑音によりある平均値を
中心にランダムに時間的に変動する互いに独立な変数で
あるとみなすことができる場合には、次の数24を得る
ことができる。
As is apparent from Equation 23, the product F (a 1 ) · F (a i ) of the filtered amplitude coefficient with respect to the product of the two matrices of the third and fourth terms on the right side of Equation 23 Is hanging.
Here, the amplitude coefficient a 1 , the amplitude coefficient a i and the cosine c of the phase difference
If osδ1 , i can be regarded as independent variables that fluctuate in time at random around an average value due to thermal noise in the short term , the following equation 24 can be obtained. .

【0118】[0118]

【数24】 F(a1icosδ1,i)≒F(a1)・F(ai)・F(cosδ1,i) F(a1isinδ1,i)≒F(a1)・F(ai)・F(sinδ1,i)F (a 1 ai cos δ 1, i ) ≒ F (a 1 ) · F (a i ) · F (cos δ 1, i ) F (a 1 ai sin δ 1, i ) ≒ F (a 1 ) · F (a i ) · F (sin δ 1, i )

【0119】数24が成立するのは以下の理由による。
いま、変数u及びvをそれぞれランダムに時間変動する
独立変数とし、それぞれの平均値をavr(u),av
r(v)とおくと、次の数25のように表わすことがで
きる。
Equation 24 is satisfied for the following reason.
Now, variables u and v are independent variables that fluctuate with time at random, and their average values are avr (u), av
If r (v) is set, it can be expressed as in the following Expression 25.

【0120】[0120]

【数25】 u=avr(u)+eu v=avr(v)+ev[Mathematical formula-see original document] u = avr (u) + eu v = avr (v) + ev

【0121】ここで、eu,evはそれぞれランダム成
分であり、平均値を0としてランダムに時間変動する成
分を表わす。上記ディジタルフィルタが例えば所定の低
域通過フィルタである場合には、F(・)は当該低域通
過フィルタの伝達関数であるから、数25より、次の数
26が成立する。
Here, eu and ev are each a random component, and represent a component that fluctuates at random with an average value of 0. When the digital filter is, for example, a predetermined low-pass filter, F (·) is a transfer function of the low-pass filter, and therefore the following equation 26 is established from equation 25.

【0122】[0122]

【数26】 F(u)≒avr(u) F(v)≒avr(v) F(eu)≒0 F(ev)≒0F (u) ≒ avr (u) F (v) ≒ avr (v) F (eu) ≒ 0 F (ev) ≒ 0

【0123】これらの変数u,vの間で、次の数27が
成立すれば、数24が成り立つことになる。
If the following equation 27 holds between these variables u and v, then equation 24 holds.

【0124】[0124]

【数27】F(u・v)≒F(u)・F(v)F (u · v) ≒ F (u) · F (v)

【0125】数25を数27の左辺に代入して、数27
を数26を用いて変形すると、次の数28を得ることが
できる。
By substituting equation (25) into the left side of equation (27), equation (27)
Is transformed using Equation 26, the following Equation 28 can be obtained.

【0126】[0126]

【数28】 F(u・v) =F((avr(u)+eu)・(avr(V)+ev)) =F(avr(u)・avr(v)+ev・avr(u)+eu・avr(v)+eu・ev) =F(avr(u)・avr(v))+F(ev・avr(u))+F(eu・avr(v))+F
(eu・ev) =avr(u)・avr(v)+avr(u)・F(ev)+avr(v)・F(eu)+F(eu・
ev) ≒F(u)・F(v)+F(eu・ev)
F (u · v) = F ((avr (u) + eu) · (avr (V) + ev)) = F (avr (u) · avr (v) + ev · avr (u) + eu · avr (v) + eu · ev) = F (avr (u) · avr (v)) + F (ev · avr (u)) + F (eu · avr (v)) + F
(eu ・ ev) = avr (u) ・ avr (v) + avr (u) ・ F (ev) + avr (v) ・ F (eu) + F (eu ・
ev) ≒ F (u) ・ F (v) + F (eu ・ ev)

【0127】ここで、ランダム成分euとevは互いに
独立で相関がないと仮定でき、それらの間の相互相関関
数R(τ)は常に0であるので、τ=0とおくことによ
り次の数29が成り立つ。
Here, it can be assumed that the random components eu and ev are independent of each other and have no correlation, and the cross-correlation function R (τ) between them is always 0. 29 holds.

【0128】[0128]

【数29】 (Equation 29)

【0129】これは(eu・ev)の時間平均がほぼ0
であることを示している。従って、F(eu・ev)≒
0となり、これと数28より数27が成立し、数24が
成立する。ただし、数24がより高い精度で成立するの
は、特に、包絡線が一定である定包絡線変調方式の場合
であり、包絡線が情報シンボルによって変動する場合は
近似の精度が劣化する。
This means that the time average of (eu · ev) is almost 0
Is shown. Therefore, F (eu · ev) ≒
It becomes 0, and from this and Expression 28, Expression 27 is established, and Expression 24 is established. However, Equation 24 is satisfied with higher accuracy particularly in the case of the constant envelope modulation method in which the envelope is constant, and when the envelope fluctuates depending on the information symbol, the approximation accuracy deteriorates.

【0130】一方、数22の演算を基準のアンテナ素子
A1の系統においても自分自身との間で行うこととする
と、受信信号対雑音電力比S/Nが十分高い場合には次
の数30が成り立つ。
On the other hand, if the calculation of Expression 22 is to be performed between itself and the system of the reference antenna element A1, if the received signal-to-noise power ratio S / N is sufficiently high, the following Expression 30 is obtained. Holds.

【0131】[0131]

【数30】 [Equation 30]

【0132】数23と数30より、各アンテナ素子にお
ける受信信号の振幅変換係数はそれぞれの受信信号の振
幅のフィルタ出力F(ai)(i=1,2,…,N)に
比例していることがわかる。数22と数30の演算結果
を数20に従って合成することは、結果的に最大比合成
を行っていることと同じであり、複数の受信信号を合成
した後の受信信号対雑音電力比を大幅に改善することが
できる。この場合、数19で示した演算は不要となり、
図3における位相差補正部44と振幅補正部45は一体
化することができる。ただし、振幅係数a1のランダム
成分をea1とおいて、フィルタ出力F(a1 2)の計算
を数28と同様に行うと、次の数31を得る。
From Equations 23 and 30, the amplitude conversion coefficient of the received signal at each antenna element is proportional to the filter output F (a i ) (i = 1, 2,..., N) of the amplitude of each received signal. You can see that there is. Combining the calculation results of Equations 22 and 30 in accordance with Equation 20 results in the same as performing maximum ratio combining, and greatly increases the received signal-to-noise power ratio after combining a plurality of received signals. Can be improved. In this case, the operation shown in Expression 19 is not required, and
The phase difference correction unit 44 and the amplitude correction unit 45 in FIG. 3 can be integrated. However, if the calculation of the filter output F (a 1 2 ) is performed in the same manner as in Expression 28, with the random component of the amplitude coefficient a 1 being ea 1, the following Expression 31 is obtained.

【0133】[0133]

【数31】F(a1 2)=F2(a1)+F(ea1 2Equation 31] F (a 1 2) = F 2 (a 1) + F (ea 1 2)

【0134】すなわち、数31から明らかなように、受
信信号電力対雑音電力比S/Nが低い場合には、数31
の右辺の第2項が無視できず、従って、数30の近似誤
差は増大するというという問題がある。なお、マルチパ
スが存在せず、また最小2乗法による回帰補正を行わな
い場合は、数8及び数18を用いる場合と数22及び数
30を用いる場合では結果は同じである。
That is, as is apparent from Equation 31, when the received signal power to noise power ratio S / N is low, Equation 31
There is a problem that the second term on the right side of can not be ignored, and therefore, the approximation error of Equation 30 increases. In addition, when there is no multipath and when the regression correction by the least squares method is not performed, the result is the same when using Equations 8 and 18 and when using Equations 22 and 30.

【0135】<第2の実施例> 図15は、本発明に係る第2の実施例である通信用アレ
ーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の受信部の一部を
示すブロック図である。この第2の実施例の装置におい
ては、隣り合う2つのアンテナ素子系統でペアを組み、
それらの間の直交ベースバンド信号で互いに同相となる
ように振幅位相差補正を行った後、それぞれ2つのアン
テナ素子系統間での同相合成(すなわち、最大比合成)
を行い、その出力の間で再びそれぞれペアを組んで振幅
位相差補正と同相合成(最大比合成)を行う。これを繰
り返すことにより、最終的に全てのアンテナ素子で受信
される信号を最大比同相合成したアレーアンテナの出力
が1つだけ得られ、その結果、アレーアンテナは、到来
信号ビームに対する捕捉追尾を行う。振幅位相差補正及
び同相合成に要する演算量は、実質的に第1の実施例の
それと同じである。ここで、最大比合成又は最大比同相
合成とは、得られる受信信号対雑音電力比が最大となる
ように同相合成することである。
<Second Embodiment> FIG. 15 is a block diagram showing a part of a receiving section of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a second embodiment of the present invention. In the device of the second embodiment, a pair is formed by two adjacent antenna element systems,
After correcting the amplitude and phase difference so that the quadrature baseband signals between them have the same phase, in-phase synthesis between the two antenna element systems (that is, maximum ratio synthesis) is performed.
And a pair is formed again between the outputs to perform amplitude phase difference correction and in-phase synthesis (maximum ratio synthesis). By repeating this, finally, only one output of the array antenna is obtained in which the signals received by all the antenna elements are combined at the maximum ratio in-phase, and as a result, the array antenna performs acquisition tracking of the incoming signal beam. . The amount of calculation required for the amplitude / phase difference correction and the in-phase synthesis is substantially the same as that of the first embodiment. Here, maximum ratio combining or maximum ratio in-phase combining refers to performing in-phase combining such that the obtained received signal-to-noise power ratio is maximized.

【0136】図15の構成は、当該装置が9個の準同期
検波回路QD−1乃至QD−9を備えるときの構成であ
って、これら準同期検波回路QD−1乃至QD−9より
後段でありかつ復調器5よりも前段の部分を示してい
る。
The configuration shown in FIG. 15 is a configuration in which the device includes nine quasi-synchronous detection circuits QD-1 to QD-9. The figure shows a portion which is provided before the demodulator 5.

【0137】図15に示すように、準同期検波回路QD
−1から出力されたアンテナ素子A1に関する直交ベー
スバンド信号I1,Q1は同相合成器81及び振幅位相差
補正回路PCA−1に入力され、準同期検波回路QD−
2から出力されたアンテナ素子A2に関する直交ベース
バンド信号I2,Q2は振幅位相差補正回路PCA−1に
入力される。同様にして、準同期検波回路QD−3から
出力されたアンテナ素子A3に関する直交ベースバンド
信号I3,Q3は同相合成器82及び振幅位相差補正回路
PCA−2に入力され、準同期検波回路QD−4から出
力されたアンテナ素子A4に関する直交ベースバンド信
号I4,Q4は振幅位相差補正回路PCA−2に入力され
る。また、準同期検波回路QD−5から出力されたアン
テナ素子A5に関する直交ベースバンド信号I5,Q5
同相合成器83及び振幅位相差補正回路PCA−3に入
力され、準同期検波回路QD−6から出力されたアンテ
ナ素子A6に関する直交ベースバンド信号I6,Q6は振
幅位相差補正回路PCA−3に入力される。さらに、準
同期検波回路QD−7から出力されたアンテナ素子A7
に関する直交ベースバンド信号I7,Q7は同相合成器8
4及び振幅位相差補正回路PCA−4に入力され、準同
期検波回路QD−8から出力されたアンテナ素子A8に
関する直交ベースバンド信号I8,Q8は振幅位相差補正
回路PCA−4に入力される。またさらに、準同期検波
回路QD−9から出力されたアンテナ素子A9に関する
直交ベースバンド信号I9,Q9は振幅位相差補正回路P
CA−5に入力される。
As shown in FIG. 15, the quasi-synchronous detection circuit QD
-1, the quadrature baseband signals I 1 and Q 1 relating to the antenna element A1 are input to the in-phase combiner 81 and the amplitude / phase difference correction circuit PCA-1, and the quasi-synchronous detection circuit QD-
The orthogonal baseband signals I 2 and Q 2 relating to the antenna element A2 output from the antenna element A2 are input to the amplitude / phase difference correction circuit PCA-1. Similarly, the quadrature baseband signals I 3 and Q 3 for the antenna element A3 output from the quasi-synchronous detection circuit QD-3 are input to the in-phase combiner 82 and the amplitude / phase difference correction circuit PCA-2, The quadrature baseband signals I 4 and Q 4 for the antenna element A4 output from the QD-4 are input to the amplitude / phase difference correction circuit PCA-2. Further, quadrature baseband signals I 5, Q 5 relates to an antenna element A5 output from the quasi-synchronous detection circuit QD-5 are input to the phase combiner 83 and the amplitude phase difference correction circuit PCA-3, sub-synchronous detection circuit QD- The quadrature baseband signals I 6 and Q 6 related to the antenna element A6 output from 6 are input to the amplitude / phase difference correction circuit PCA-3. Further, the antenna element A7 output from the quasi-synchronous detection circuit QD-7
The quadrature baseband signals I 7 and Q 7 for the in-phase combiner 8
4 and the quadrature baseband signals I 8 and Q 8 for the antenna element A8 output from the quasi-synchronous detection circuit QD-8 and input to the amplitude / phase difference correction circuit PCA-4. You. Further, the quadrature baseband signals I 9 and Q 9 for the antenna element A9 output from the quasi-synchronous detection circuit QD-9 are output from the amplitude / phase difference correction circuit P
Input to CA-5.

【0138】振幅位相差補正回路PCA−1は、準同期
検波回路QD−1から入力されたアンテナ素子A1に関
する直交ベースバンド信号I1,Q1及び隣接するアンテ
ナ素子A2に関する直交ベースバンド信号I2,Q2及び
雑音除去のための所定のフィルタを用いて隣接アンテナ
素子間の2つの受信信号の同相化のための変換行列要素
(数22の変換行列の要素)を計算し、計算された変換
行列要素を含む変換行列(数22)に基づいて、アンテ
ナ素子A1,A2のベースバンド信号が同相になるよう
に位相差補正(移相)し、かつ第1の実施例の振幅補正
部45と同様に、上記計算した受信信号強度に比例した
増幅利得で重み付けを行うことによって振幅位相補正処
理を実行し、当該処理後のベースバンド信号を同相合成
器81に出力する。同相合成器81は、アンテナ素子A
1に関する直交ベースバンド信号I1,Q1と、振幅位相
差補正回路PCA−1から出力される直交ベースバンド
信号とを各チャンネル毎に同相合成して同相合成器86
及び振幅位相差補正回路PCA−6に出力する。なお、
同相合成器81乃至88はすべて、入力される2対のベ
ースバンド信号を各チャンネル毎に同相合成する。
[0138] amplitude and phase difference correction circuit PCA-1 is a quasi synchronous detection circuit perpendicular to an antenna element A1 which is input from the QD-1 baseband signals I 1, Q 1 and perpendicular to an antenna element A2 adjacent baseband signal I 2 , Q 2, and a predetermined filter for noise removal, calculate a transformation matrix element (element of the transformation matrix of Expression 22) for in-phase of two received signals between adjacent antenna elements, and calculate the calculated transformation. Based on the transformation matrix (Equation 22) including the matrix elements, the phase difference correction (phase shift) is performed so that the baseband signals of the antenna elements A1 and A2 have the same phase. Similarly, by performing weighting with an amplification gain proportional to the calculated received signal strength, the amplitude / phase correction processing is performed, and the processed baseband signal is output to the in-phase combiner 81. You. The in-phase combiner 81 includes an antenna element A
And quadrature baseband signals I 1, Q 1 for one-phase combiner 86 and a quadrature baseband signal outputted from the amplitude phase difference correction circuit PCA-1 phase combining for each channel
And the amplitude and phase difference correction circuit PCA-6. In addition,
All the in-phase synthesizers 81 to 88 in-phase synthesize the two pairs of input baseband signals for each channel.

【0139】振幅位相差補正回路PCA−2は、準同期
検波回路QD−3から入力されたアンテナ素子A3に関
する直交ベースバンド信号I3,Q3及び隣接するアンテ
ナ素子A4に関する直交ベースバンド信号I4,Q4を用
いて、振幅位相差補正回路PCA−1と同様に振幅位相
補正処理を実行し、当該処理後のベースバンド信号を同
相合成器82に出力する。同相合成器82は、アンテナ
素子A3に関する直交ベースバンド信号I3,Q3と、振
幅位相差補正回路PCA−2から出力される直交ベース
バンド信号とを同相合成して振幅位相差補正回路PCA
−6に出力する。
The amplitude and phase difference correction circuit PCA-2 includes orthogonal baseband signals I 3 and Q 3 for the antenna element A3 input from the quasi-synchronous detection circuit QD- 3 and an orthogonal baseband signal I 4 for the adjacent antenna element A4. , Q 4 , and performs an amplitude / phase correction process in the same manner as the amplitude / phase difference correction circuit PCA- 1, and outputs the processed baseband signal to the in-phase synthesizer 82. The in-phase combiner 82 performs in-phase synthesis on the quadrature baseband signals I 3 and Q 3 relating to the antenna element A3 and the quadrature baseband signal output from the amplitude / phase difference correction circuit PCA-2 to perform an amplitude / phase difference correction circuit PCA.
Output to -6.

【0140】振幅位相差補正回路PCA−3は、準同期
検波回路QD−5から入力されたアンテナ素子A5に関
する直交ベースバンド信号I5,Q5及び隣接するアンテ
ナ素子A6に関する直交ベースバンド信号I6,Q6を用
いて、振幅位相差補正回路PCA−1と同様に振幅位相
補正処理を実行し、当該処理後のベースバンド信号を同
相合成器83に出力する。同相合成器83は、アンテナ
素子A5に関する直交ベースバンド信号I5,Q5と、振
幅位相差補正回路PCA−3から出力される直交ベース
バンド信号とを同相合成して同相合成器87及び振幅位
相差補正回路PCA−7に出力する。
[0140] amplitude and phase difference correction circuit PCA-3 are quasi-synchronous detection circuit QD-5 perpendicular to an antenna element A5 inputted from the baseband signal I 5, Q 5 and quadrature baseband signals to an antenna element A6 adjacent I 6 , with Q 6, performs similarly amplitude phase correction processing and the amplitude phase difference correction circuit PCA-1, and outputs the baseband signal after the processing to the in-phase combiner 83. The in-phase combiner 83 performs in-phase synthesis on the quadrature baseband signals I 5 and Q 5 related to the antenna element A5 and the quadrature baseband signal output from the amplitude / phase difference correction circuit PCA-3 to form the in-phase combiner 87 and the amplitude position. Output to the phase difference correction circuit PCA-7.

【0141】振幅位相差補正回路PCA−4は、準同期
検波回路QD−7から入力されたアンテナ素子A7に関
する直交ベースバンド信号I7,Q7及び隣接するアンテ
ナ素子A8に関する直交ベースバンド信号I8,Q8を用
いて、振幅位相差補正回路PCA−1と同様に振幅位相
補正処理を実行し、当該処理後のベースバンド信号を同
相合成器84に出力する。同相合成器84は、アンテナ
素子A7に関する直交ベースバンド信号I7,Q7と、振
幅位相差補正回路PCA−4から出力される直交ベース
バンド信号とを同相合成して同相合成器85及び振幅位
相差補正回路PCA−5に出力する。
The amplitude / phase difference correction circuit PCA-4 includes the orthogonal baseband signals I 7 and Q 7 for the antenna element A 7 input from the quasi-synchronous detection circuit QD- 7 and the orthogonal base band signals I 8 for the adjacent antenna element A 8. , with Q 8, performs similarly amplitude phase correction processing and the amplitude phase difference correction circuit PCA-1, and outputs the baseband signal after the processing to the in-phase combiner 84. Phase combiner 84, a quadrature baseband signal I 7, Q 7 an antenna element A7, phase combiner 85 and amplitude position and the quadrature baseband signal output from the amplitude phase difference correction circuit PCA-4 phase combining Output to the phase difference correction circuit PCA-5.

【0142】振幅位相差補正回路PCA−5は、同相合
成器84から出力される直交ベースバンド信号と、準同
期検波回路QD−9から入力されたアンテナ素子A9に
関する直交ベースバンド信号I9,Q9とを用いて、振幅
位相差補正回路PCA−1と同様に振幅位相補正処理を
実行し、当該処理後のベースバンド信号を同相合成器8
5に出力する。同相合成器85は、同相合成器84から
出力される直交ベースバンド信号と、振幅位相差補正回
路PCA−5から出力される直交ベースバンド信号とを
同相合成して振幅位相差補正回路PCA−7に出力す
る。
The amplitude / phase difference correction circuit PCA-5 includes a quadrature baseband signal output from the in-phase combiner 84 and quadrature baseband signals I 9 and Q 9 for the antenna element A9 input from the quasi-synchronous detection circuit QD-9. 9 to perform an amplitude / phase correction process in the same manner as in the amplitude / phase difference correction circuit PCA-1.
5 is output. The in-phase synthesizer 85 performs in-phase synthesis on the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 84 and the quadrature baseband signal output from the amplitude / phase difference correction circuit PCA-5 to perform an amplitude / phase difference correction circuit PCA-7. Output to

【0143】振幅位相差補正回路PCA−6は、同相合
成器81から出力される直交ベースバンド信号と、同相
合成器82から出力される直交ベースバンド信号とを用
いて、振幅位相差補正回路PCA−1と同様に振幅位相
補正処理を実行し、当該処理後のベースバンド信号を同
相合成器86に出力する。同相合成器86は、同相合成
器81から出力される直交ベースバンド信号と、振幅位
相差補正回路PCA−6から出力される直交ベースバン
ド信号とを同相合成して同相合成器88及び振幅位相差
補正回路PCA−8に出力する。
The amplitude / phase difference correction circuit PCA-6 uses the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 81 and the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 82 to generate an amplitude / phase difference correction circuit PCA. As in the case of -1, the amplitude and phase correction processing is executed, and the processed baseband signal is output to the in-phase synthesizer 86. The in-phase synthesizer 86 performs in-phase synthesis on the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 81 and the quadrature baseband signal output from the amplitude / phase difference correction circuit PCA-6 to form the in-phase synthesizer 88 and the amplitude / phase difference. Output to the correction circuit PCA-8.

【0144】振幅位相差補正回路PCA−7は、同相合
成器83から出力される直交ベースバンド信号と、同相
合成器85から出力される直交ベースバンド信号とを用
いて、振幅位相差補正回路PCA−1と同様に振幅位相
補正処理を実行し、当該処理後のベースバンド信号を同
相合成器87に出力する。同相合成器87は、同相合成
器83から出力される直交ベースバンド信号と、振幅位
相差補正回路PCA−7から出力される直交ベースバン
ド信号とを同相合成して振幅位相差補正回路PCA−8
に出力する。
The amplitude / phase difference correction circuit PCA-7 uses the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 83 and the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 85 to generate an amplitude / phase difference correction circuit PCA. As in the case of -1, the amplitude and phase correction processing is executed, and the baseband signal after the processing is output to the in-phase combiner 87. The in-phase synthesizer 87 performs in-phase synthesis on the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 83 and the quadrature baseband signal output from the amplitude / phase difference correction circuit PCA-7 to perform an amplitude / phase difference correction circuit PCA-8.
Output to

【0145】振幅位相差補正回路PCA−8は、同相合
成器86から出力される直交ベースバンド信号と、同相
合成器87から出力される直交ベースバンド信号とを用
いて、振幅位相差補正回路PCA−1と同様に振幅位相
補正処理を実行し、当該処理後のベースバンド信号を同
相合成器88に出力する。同相合成器88は、同相合成
器86から出力される直交ベースバンド信号と、振幅位
相差補正回路PCA−8から出力される直交ベースバン
ド信号とを同相合成して復調器5に出力する。ここで、
上記同相合成器88から出力される直交ベースバンド信
号は、図1の第1の実施例における同相合成器4から出
力される直交ベースバンド信号に対応し、すべてのアン
テナ素子に関するすべての直交ベースバンド信号に基づ
いて振幅位相差補正処理が実行されて得られた直交ベー
スバンド信号である。
The amplitude / phase difference correction circuit PCA-8 uses the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 86 and the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 87 to generate an amplitude / phase difference correction circuit PCA. As in the case of −1, an amplitude / phase correction process is executed, and the processed baseband signal is output to the in-phase synthesizer 88. The in-phase synthesizer 88 performs in-phase synthesis on the quadrature baseband signal output from the in-phase synthesizer 86 and the quadrature baseband signal output from the amplitude / phase difference correction circuit PCA-8 and outputs the resultant to the demodulator 5. here,
The quadrature baseband signal output from the in-phase combiner 88 corresponds to the quadrature baseband signal output from the in-phase combiner 4 in the first embodiment of FIG. This is a quadrature baseband signal obtained by executing an amplitude / phase difference correction process based on a signal.

【0146】図16は、図15の振幅位相差補正回路P
CA−s(s=1,2,…,8)のブロック図である。
この第2の実施例の図16の振幅位相差補正回路PCA
−sは、第1の実施例の図3の振幅位相差補正回路PC
−iに比較して以下の点が異なる。 (1)位相差推定部40aは、2つのアンテナ素子i及
びjに関する直交ベースバンド信号Ii,Qi及びIj
jに基づいて2つのアンテナ素子i,jで受信された
受信信号を同相化するための雑音除去された変換行列要
素(数22の変換行列の要素)を計算し、計算した変換
行列要素を含む変換行列を位相差補正部44aに出力す
る。 (2)位相差補正部44aは、位相差補正部40aから
入力される変換行列に基づいて遅延バッファ43から入
力される直交ベースバンド信号を移相することによって
位相差を補正して振幅補正部45に出力する。 (3)加算器41及び最小2乗回帰補正部42を設けな
い。なお、遅延バッファ43と振幅補正部45とは第1
の実施例と同様に動作する。
FIG. 16 shows the amplitude / phase difference correction circuit P of FIG.
It is a block diagram of CA-s (s = 1, 2,..., 8).
The amplitude and phase difference correction circuit PCA of FIG. 16 of the second embodiment.
−s is the amplitude / phase difference correction circuit PC of FIG. 3 of the first embodiment.
The following points are different from -i. (1) The phase difference estimator 40a calculates the orthogonal baseband signals I i , Q i, and I j for the two antenna elements i and j ,
Based on Q j , a noise-free conversion matrix element (element of the conversion matrix of Equation 22) for in-phase of the received signals received by the two antenna elements i and j is calculated, and the calculated conversion matrix element is calculated. The conversion matrix including the conversion matrix is output to the phase difference correction unit 44a. (2) The phase difference correction unit 44a corrects the phase difference by shifting the phase of the quadrature baseband signal input from the delay buffer 43 based on the conversion matrix input from the phase difference correction unit 40a, and corrects the amplitude. 45. (3) The adder 41 and the least squares regression correction unit 42 are not provided. Note that the delay buffer 43 and the amplitude correction unit 45
The operation is the same as that of the embodiment.

【0147】従って、図15の振幅位相差補正回路PC
A−sは、準同期検波回路QD−iから入力されたアン
テナ素子Aiに関する直交ベースバンド信号Ii,Qi
び隣接するアンテナ素子Ajに関する直交ベースバンド
信号Ij,Qj及び雑音除去のための所定のフィルタを用
いて隣接アンテナ素子間の2つの受信信号の同相化のた
めの変換行列要素(数22の変換行列の要素)を計算
し、計算した変換行列要素を含む変換行列に基づいてア
ンテナ素子Ai,Ajの2つのベースバンド信号が同相
になるように位相差補正し、すなわち移相し、かつ第1
の実施例の振幅補正部45と同様に、上記計算した受信
信号強度に比例した増幅利得で重み付けを行うことによ
って振幅位相補正処理を実行し、当該処理後のベースバ
ンド信号Ici,Qciを同相合成器(81乃至88の1
つ)に出力する。
Therefore, the amplitude / phase difference correction circuit PC shown in FIG.
A-s because of the quasi-synchronized orthogonal to an antenna element Ai inputted from the detection circuit QD-i baseband signals I i, Q i and quadrature baseband signals I j on the neighboring antenna elements Aj, Q j and denoising Calculates a transformation matrix element (element of the transformation matrix of Expression 22) for in-phase of the two received signals between adjacent antenna elements using the predetermined filter of, and based on the transformation matrix including the computed transformation matrix element The phase difference is corrected so that the two baseband signals of the antenna elements Ai and Aj are in phase, that is, the phase is shifted and the first
Similarly to Example amplitude correction unit 45 performs an amplitude phase correction processing by performing weighted by amplification gain proportional to the received signal strength calculated above, the baseband signal Ic i after the treatment, the Qc i In-phase synthesizer (1 of 81 to 88)
Output).

【0148】以上の第2の実施例の振幅位相差補正回路
PCA−sにおいて、図15の振幅位相差補正回路PC
A−1乃至PCA−8において、同相化のための変換行
列を用いる変換演算を数22及び数30を用いて行うよ
うに構成した場合、図16の位相差補正部44aと振幅
補正部45とを一体化することができる。この一体化さ
れた構成では、同相化のための位相差補正と振幅補正を
同時に行うことができ、これによって、アレーアンテナ
1によって受信された複数の受信信号を最大比合成しか
つ振幅補正して、合成された1つの受信信号を出力する
ことができる。また、第2の実施例の変形例として、第
1の実施例の処理と同様に、以下のように構成してもよ
い。位相差推定部40aは、2つのアンテナ素子i及び
jに関する直交ベースバンド信号Ii,Qi及びIj,Qj
に基づいて2つのアンテナ素子i,jで受信された受信
信号の瞬時位相差δi,jを数7を用いて推定し、かつ雑
音除去して、雑音除去後の推定位相差δci,j(数8参
照)を位相差補正部44aに出力する。次いで、位相差
補正部44aは、位相差補正部40aから入力されるδ
i,jに基づいて遅延バッファ43から入力される直交
ベースバンド信号を当該推定位相差δci,jだけ移相す
ることによって位相差を補正して振幅補正部45に出力
する。
In the amplitude / phase difference correction circuit PCA-s of the second embodiment, the amplitude / phase difference correction circuit PC of FIG.
In A-1 to PCA-8, when the conversion operation using the conversion matrix for in-phase is configured to be performed using Equations 22 and 30, the phase difference correction unit 44a and the amplitude correction unit 45 in FIG. Can be integrated. In this integrated configuration, the phase difference correction and the amplitude correction for in-phase can be performed simultaneously, whereby the plurality of reception signals received by the array antenna 1 are combined at the maximum ratio and the amplitude is corrected. , And one combined received signal can be output. Further, as a modification of the second embodiment, similar to the processing of the first embodiment, the following configuration may be adopted. Phase difference estimation unit 40a includes quadrature baseband signals I i for the two antenna elements i and j, Q i and I j, Q j
, The instantaneous phase difference δ i, j of the received signals received by the two antenna elements i, j is estimated using Equation 7 and noise is removed, and the estimated phase difference δc i, j after noise removal is obtained. (See Equation 8) is output to the phase difference correction unit 44a. Next, the phase difference corrector 44a receives the δ input from the phase difference corrector 40a.
c i, and corrects the phase difference by the quadrature baseband signal input from the delay buffer 43 to only phase the estimated phase difference .delta.c i, j based on the j outputs to the amplitude correction unit 45.

【0149】第2の実施例の利点は、第1の実施例に比
較して以下の通りである。第1の実施例においては、全
ての隣接アンテナ素子系統間における位相差を積算する
ことにより、ある基準アンテナに対する各アンテナ素子
系統における位相を計算し、最後にまとめて最大比同相
合成するため、一部受信レベルの低いまたは不具合のあ
るアンテナ素子があった場合にそのアンテナ素子に係わ
る位相推定ができなくなるだけでなく、他のアンテナ素
子系統における位相推定にも影響を及ぼしてしまう場合
がある。これに対して、第2の実施例では、隣接アンテ
ナ素子間の位相差を積算することなく先にその2素子系
統間で最大比同相合成を行ってしまうため、仮に一部受
信レベルの低いまたは不具合のあるアンテナ素子があっ
たとしても、このことが他のアンテナ素子系統における
同相合成に影響を及ぼすことを防止することができる。
このため、第2の実施例は第1の実施例に比較してアン
テナ素子及びそれに接続される回路装置の故障等に強い
といえる。ただし、第1の実施例においては、位相差補
正が全てのアンテナ素子系統で並列処理できるのに対
し、第2の実施例では、ほぼlog2(アンテナ素子
数)程度の回数だけ直列処理する必要があり、結果とし
て演算時間が長くなる。
The advantages of the second embodiment are as follows as compared with the first embodiment. In the first embodiment, the phases in each antenna element system with respect to a certain reference antenna are calculated by integrating the phase differences between all adjacent antenna element systems, and finally the maximum ratio in-phase synthesis is performed. When there is an antenna element having a low reception level or a defective antenna, not only the phase estimation for the antenna element cannot be performed, but also the phase estimation in another antenna element system may be affected. On the other hand, in the second embodiment, the maximum ratio in-phase synthesis is performed first between the two antenna systems without integrating the phase difference between the adjacent antenna elements. Even if there is a defective antenna element, this can be prevented from affecting the in-phase synthesis in other antenna element systems.
For this reason, it can be said that the second embodiment is more resistant to a failure of the antenna element and the circuit device connected thereto than the first embodiment. However, in the first embodiment, the phase difference correction can be performed in parallel in all the antenna element systems, whereas in the second embodiment, the serial processing needs to be performed approximately log 2 (the number of antenna elements). As a result, the calculation time becomes longer.

【0150】<実施例3> 図17は本発明に係る第3の実施例の自動ビーム捕捉追
尾装置の受信部の一部を示すブロック図である。この第
3の実施例においては、各アンテナ素子の受信信号を2
次元の高速フーリエ変換(FFT)又は離散フーリエ変
換(DFT)によるマルチビーム形成回路90に入力
し、得られた複数M個のビーム信号BE−1乃至BE−
Mの中から、ビーム選択回路91により信号強度すなわ
ちビーム電界値の二乗和の最も大きいビーム信号から信
号強度が大きい順番に、所定の複数L個のビーム信号B
ES−1乃至BES−Lを選択した後、それら複数のビ
ーム信号BES−1乃至BES−Lの間で振幅位相差補
正回路PCA−1乃至PCA−(L−1)によって振幅
位相差補正処理を行い、そして同相合成器92によって
同相合成(最大比合成)を行う。その結果として、アレ
ーアンテナは到来ビームに対する捕捉追尾を行うことを
特徴としている。
<Embodiment 3> FIG. 17 is a block diagram showing a part of a receiving section of an automatic beam acquisition and tracking apparatus according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the received signal of each antenna element is set to 2
A plurality of M beam signals BE-1 to BE- input to a multi-beam forming circuit 90 based on a two-dimensional fast Fourier transform (FFT) or a discrete Fourier transform (DFT) are obtained.
From among M, a predetermined plurality of L beam signals B are arranged by the beam selection circuit 91 in order of the signal intensity, that is, the beam signal having the largest sum of squares of the beam electric field value, from the largest signal intensity.
After selecting ES-1 to BES-L, the amplitude / phase difference correction processing is performed between the plurality of beam signals BES-1 to BES-L by the amplitude / phase difference correction circuits PCA-1 to PCA- (L-1). Then, the in-phase synthesizer 92 performs in-phase synthesis (maximum ratio synthesis). As a result, the array antenna is characterized by capturing and tracking an incoming beam.

【0151】図17において、マルチビーム形成回路9
0は、各準同期検波回路QD−1乃至QD−Nからの受
信直交ベースバンド信号Ii,Qi(i=1,2,…,
N)と、希望波を所定の放射角度の範囲で受信できるよ
うに予め決められた形成すべき所定の複数M個のビーム
信号の各主ビームの方向を表わす方向ベクトルdmと、
受信信号の受信周波数frとに基づいて、複数M個のビ
ームからなるマルチビームの各ビーム電界値EIm及び
EQm(m=1,2,…,M)を演算して、ビーム電界
値EIm及びEQmを有するビーム信号をビーム選択回路
91に出力する。すなわち、希望波の到来方向に対応
し、形成すべきマルチビームの各ビームの複数M個の方
向が予め決められ、これらの方向は所定の原点から見た
ときの方向ベクトルd1,d2,…,dM(以下、代表し
て符号dmを付す。)で表される。ここで、Mは、アレ
ーアンテナ1を用いて希望波を受信することができるよ
うに設定される方向ベクトルdmの数であって、好まし
くは4以上であってかつアンテナ素子A1乃至ANの数
N以下の数である。また、アレーアンテナ1の各アンテ
ナ素子A1乃至Anの位置ベクトルr1,r2,…,rN
(以下、代表して符号rnを付す。)が上記所定の原点
から見たときの方向ベクトルとして予め決められる。そ
して、マルチビーム形成回路90は次の数32及び数3
3を用いて、それぞれ合成電界で表された上記各方向ベ
クトルdnに対応する複数2N個のビーム電界値EIn
びEQnを演算して、ビーム電界値EIn及びEQnを有
するビーム信号をビーム選択回路91に出力する。
In FIG. 17, the multi-beam forming circuit 9
0 is the received quadrature baseband signals I i , Q i (i = 1, 2,...) From the quasi-synchronous detection circuits QD-1 to QD-N.
N), and a direction vector d m representing the direction of each main beam of the predetermined plurality of M beam signals to be formed, which is predetermined so that the desired wave can be received within a predetermined radiation angle range,
Based on the reception frequency fr of the reception signal, each beam electric field value EI m and EQ m (m = 1, 2,..., M) of a multi-beam composed of a plurality of M beams is calculated, and the beam electric field value EI is calculated. A beam signal having m and EQ m is output to the beam selection circuit 91. That is, a plurality of M directions of each of the multi-beams to be formed are determined in advance corresponding to the arrival direction of the desired wave, and these directions are directional vectors d 1 , d 2 , and d 2 when viewed from a predetermined origin. ..., d M (hereinafter, representatively denoted by a reference sign d m in.) represented by. Here, M is the number of direction vectors d m is set so as to be able to receive the desired wave with an array antenna 1, the number of preferably a 4 or more and the antenna elements A1 to AN N or less. Also, position vectors r 1 , r 2 ,..., R N of each of the antenna elements A1 to An of the array antenna 1
(Hereinafter, representatively denoted by a reference sign r n in.) Is determined in advance as a direction vector as viewed from the predetermined origin. Then, the multi-beam forming circuit 90 calculates the following Expression 32 and Expression 3
3 with a plurality of 2N beam field strength EI n and EQ n corresponding to the represented above direction vector d n in each composite electric field by computing, beam signal having a beam field strength EI n and EQ n Is output to the beam selection circuit 91.

【0152】[0152]

【数32】 (Equation 32)

【数33】 ここで、[Equation 33] here,

【数34】amn=−(2π・fr/c)・(dm・rnEquation 34] a mn = - (2π · fr / c) · (d m · r n)

【0153】ここで、cは光速であり、(dm・rn)は
方向ベクトルdmと位置ベクトルrnとの内積である。従
って、位相amnはスカラー量である。
Here, c is the speed of light, and (d m · r n ) is the inner product of the direction vector d m and the position vector r n . Therefore, the phase a mn is a scalar quantity.

【0154】次いで、ビーム選択回路91は、マルチビ
ーム形成回路90から出力されるビーム信号BE−1乃
至BE−Mの各複数M個のビーム電界値EIm及びEQm
の二乗和EIm 2+EQm 2(m=1,2,…,M)を計算
して、当該ビーム電界値の二乗和の最も大きいビーム信
号から大きい順番に、より大きなビーム電界値の二乗和
を有する所定の複数L個のビーム信号BES−1乃至B
ES−Lを選択した後、それら複数のビーム信号BES
−1乃至BES−Lを同相合成器92及び(L−1)個
の振幅位相差補正回路PCA−1乃至PCA−(L−
1)に出力する。ここで、Lは上記複数M以下の自然数
であって予め決められる。なお、ビーム選択回路91
は、受信信号のレベルが極めて低くS/Nの劣悪な受信
信号を除去するために設けられる。また、上記の演算に
おいては、ビーム電界値の二乗和を計算しているが、本
発明はこれに限らず、ビーム電界値の絶対値に対応する
ビーム電界値の二乗和の平方根を計算するようにしても
よい。
Next, the beam selecting circuit 91 outputs a plurality of M beam electric field values EI m and EQ m of each of the beam signals BE-1 to BE-M output from the multi-beam forming circuit 90.
EI m 2 + EQ m 2 (m = 1, 2,..., M) and calculates the sum of the squares of the larger beam electric field values in descending order from the beam signal having the largest sum of the squares of the beam electric field values. Predetermined plurality of L beam signals BES-1 to BES-1
After selecting ES-L, the plurality of beam signals BES
-1 to BES-L are combined with the in-phase synthesizer 92 and the (L-1) amplitude / phase difference correction circuits PCA-1 to PCA- (L-
Output to 1). Here, L is a natural number equal to or less than the plurality M and is determined in advance. The beam selection circuit 91
Is provided to remove a received signal having a very low received signal level and a poor S / N. Further, in the above calculation, the sum of squares of the beam electric field value is calculated, but the present invention is not limited to this, and the square root of the sum of squares of the beam electric field value corresponding to the absolute value of the beam electric field value is calculated. It may be.

【0155】基準のビーム信号となる最大のビーム電界
値の二乗和を有するビーム信号BES−1の直交ベース
バンド信号は同相合成器92及び振幅位相差補正回路P
CA−1に入力され、2番目に大きなビーム電界値の二
乗和を有するビーム信号BES−2の直交ベースバンド
信号は振幅位相差補正回路PCA−1に入力され、3番
目に大きなビーム電界値の二乗和を有するビーム信号B
ES−3の直交ベースバンド信号は振幅位相差補正回路
PCA−2に入力され、以下同様にして、L番目に大き
なビーム電界値の二乗和を有するビーム信号BES−L
の直交ベースバンド信号は振幅位相差補正回路PCA−
(L−1)に入力される。ここで、振幅位相差補正回路
PCA−s(s=1,2,…,L−1)は第2の実施例
における図16の振幅位相差補正回路PCA−sと同様
に構成される。
The quadrature baseband signal of the beam signal BES-1 having the square sum of the maximum beam electric field value serving as a reference beam signal is supplied to the in-phase combiner 92 and the amplitude / phase difference correction circuit P.
The orthogonal baseband signal of the beam signal BES-2 having the second largest sum of the squares of the beam electric field value input to the CA-1 is input to the amplitude / phase difference correction circuit PCA-1, and the signal having the third largest beam electric field value is obtained. Beam signal B having a sum of squares
The quadrature baseband signal of ES-3 is input to the amplitude / phase difference correction circuit PCA-2, and similarly, the beam signal BES-L having the L-th largest sum of squares of the beam electric field value is input.
Of the quadrature baseband signal is an amplitude phase difference correction circuit PCA-
(L-1). Here, the amplitude / phase difference correction circuit PCA-s (s = 1, 2,..., L−1) is configured similarly to the amplitude / phase difference correction circuit PCA-s of FIG. 16 in the second embodiment.

【0156】第3の実施例において、振幅位相差補正回
路PCA−1は、基準の最大ビーム信号BES−1の直
交ベースバンド信号及び雑音除去のための所定のフィル
タを用いてこれら2つのビーム信号を同相化するための
変換行列要素を計算し、計算した変換行列要素を含む変
換行列に基づいてこれら2つのビーム信号のベースバン
ド信号が同相となるように位相差補正し、すなわち移相
し、かつ第1の実施例の振幅補正部45と同様に、上記
計算した受信信号強度に比例した増幅利得で重み付けを
行うことによって振幅位相補正処理を実行し、当該処理
後のベースバンド信号を同相合成器92に出力する。ま
た、振幅位相差補正回路PCA−2は、基準の最大ビー
ム信号BES−1の直交ベースバンド信号とビーム信号
BES−3の直交ベースバンド信号とを用いて、振幅位
相差補正回路PCA−1と同様に、振幅位相差補正処理
を実行して、当該処理後のベースバンド信号を同相合成
器92に出力する。以下、同様にして、振幅位相差補正
回路PCA−(L−1)は、基準の最大ビーム信号BE
S−1の直交ベースバンド信号とビーム信号BES−L
の直交ベースバンド信号とを用いて、振幅位相差補正回
路PCA−1と同様に、振幅位相差補正処理を実行し
て、当該処理後のベースバンド信号を同相合成器92に
出力する。同相合成器92は、入力される複数L個のベ
ースバンド信号を各チャンネル毎に同相合成して、復調
器5に出力する。
In the third embodiment, the amplitude / phase difference correction circuit PCA-1 uses the quadrature baseband signal of the reference maximum beam signal BES-1 and a predetermined filter for noise removal to generate these two beam signals. Is calculated, and based on the conversion matrix including the calculated conversion matrix element, the phase difference is corrected so that the baseband signals of these two beam signals are in phase, that is, the phase is shifted, Further, similarly to the amplitude correction unit 45 of the first embodiment, the amplitude and phase correction processing is executed by performing weighting with the amplification gain proportional to the calculated received signal strength, and the baseband signal after the processing is subjected to in-phase synthesis. Output to the output unit 92. Further, the amplitude / phase difference correction circuit PCA-2 uses the orthogonal baseband signal of the reference maximum beam signal BES-1 and the orthogonal baseband signal of the beam signal BES-3 to generate the amplitude / phase difference correction circuit PCA-1. Similarly, an amplitude / phase difference correction process is executed, and the processed baseband signal is output to the in-phase synthesizer 92. Hereinafter, similarly, the amplitude / phase difference correction circuit PCA- (L-1) outputs the reference maximum beam signal BE.
S-1 orthogonal baseband signal and beam signal BES-L
In the same manner as the amplitude / phase difference correction circuit PCA-1, the amplitude / phase difference correction processing is executed using the quadrature baseband signal, and the processed baseband signal is output to the in-phase synthesizer 92. The in-phase synthesizer 92 performs in-phase synthesis on the input plurality of L baseband signals for each channel, and outputs the resultant to the demodulator 5.

【0157】第3の実施例においては、最も信号強度の
大きいビーム信号の位相に他の全ての選択されたビーム
信号の位相を合わせる構成となっている。すなわち、最
も信号強度の大きいビーム信号を基準の受信信号として
用いて、これを基準として他の選択されたビーム信号の
位相を補正している。この第3の実施例では、振幅位相
差補正及び同相合成の演算はそれぞれ、「(選択したビ
ーム数L)−1」回ずつで済むが、マルチビーム形成回
路90及びビーム選択回路91を追加する必要がある。
In the third embodiment, the phase of the beam signal having the highest signal intensity is adjusted to the phase of all other selected beam signals. That is, the beam signal having the largest signal strength is used as a reference reception signal, and the phase of another selected beam signal is corrected based on the reference signal. In the third embodiment, the calculation of the amplitude / phase difference correction and the in-phase synthesis only needs to be performed “(the number of selected beams L) −1” times. However, the multi-beam forming circuit 90 and the beam selecting circuit 91 are added. There is a need.

【0158】以上の第3の実施例の振幅位相差補正回路
PCA−sにおいて、図17の振幅位相差補正回路PC
A−1乃至PCA−(L−1)において、同相化のため
の変換行列を用いる変換演算を数22及び数30を用い
て行うように構成した場合、図16の位相差補正部44
aと振幅補正部45とを一体化することができる。この
一体化された構成では、同相化のための位相差補正と振
幅補正を同時に行うことができ、これによって、アレー
アンテナ1によって受信された複数の受信信号を最大比
合成しかつ振幅補正して、合成された1つの受信信号を
出力することができる。また、第3の実施例の変形例と
して、第1の実施例の処理と同様に、以下のように構成
してもよい。位相差推定部40aは、2つのアンテナ素
子i及びjに関する直交ベースバンド信号Ii,Qi及び
j,Qjに基づいて2つのアンテナ素子i,jで受信さ
れた受信信号の瞬時位相差δi,jを数7を用いて推定
し、かつ雑音除去して、雑音除去後の推定位相差δc
i,j(数8参照)を位相差補正部44aに出力する。次
いで、位相差補正部44aは、位相差補正部40aから
入力されるδci,jに基づいて遅延バッファ43から入
力される直交ベースバンド信号を当該推定位相差δc
i,jだけ移相することによって位相差を補正して振幅補
正部45に出力する。
In the amplitude and phase difference correction circuit PCA-s of the third embodiment, the amplitude and phase difference correction circuit PC of FIG.
In A-1 to PCA- (L-1), when the conversion operation using the conversion matrix for in-phase is configured to be performed using Expressions 22 and 30, the phase difference correction unit 44 in FIG.
a and the amplitude correction unit 45 can be integrated. In this integrated configuration, the phase difference correction and the amplitude correction for in-phase can be performed simultaneously, whereby the plurality of reception signals received by the array antenna 1 are combined at the maximum ratio and the amplitude is corrected. , And one combined received signal can be output. Further, as a modified example of the third embodiment, the following configuration may be adopted similarly to the processing of the first embodiment. The phase difference estimator 40a calculates the instantaneous phase difference between the received signals received by the two antenna elements i and j based on the orthogonal baseband signals I i and Q i and I j and Q j for the two antenna elements i and j. δ i, j is estimated using Equation 7 and noise is removed, and the estimated phase difference δc after the noise is removed
i, j (see Expression 8) is output to the phase difference correction unit 44a. Next, the phase difference correction unit 44a converts the orthogonal baseband signal input from the delay buffer 43 based on the δci , j input from the phase difference correction unit 40a into the estimated phase difference δc
The phase difference is corrected by shifting the phase by i and j, and output to the amplitude correction unit 45.

【0159】第3の実施例の利点は、第1及び第2の実
施例に比較して以下の通りである。第1及び第2の実施
例ではアレーアンテナを構成するアンテナ素子の数が増
えるほど1素子当りの受信信号対雑音電力比が小さくな
り、位相差補正の精度が劣化するためアンテナ素子数に
は上限があるのに対し、第3の実施例ではマルチビーム
形成回路90及びビーム選択回路91により受信信号対
雑音電力比の高いビームを形成しておいてから振幅位相
差補正を行うため、各アンテナ素子毎の受信信号対雑音
電力比が低くても位相差補正の精度への影響はなく、原
理的にアンテナ素子数の上限がないことである。また、
強い干渉波等が別の方向から到来した場合、第1及び第
2の実施例ではそれらも全て合成しようとするため、合
成受信信号が歪みを受けたり指向性が乱されたりする
が、第3の実施例ではビーム選択によりこれらをある程
度空間的に分離するため、これら干渉波の影響を受けに
くい。ただし、第1及び第2の実施例では全てのアンテ
ナ素子から入力される受信信号を有効に使って、常に到
来ビームの方向が最大利得になるようにビーム形成を行
うため、到来信号ビーム方向が変化する場合でも最大利
得を保持したままで追尾動作を行うのに対し、第3の実
施例では選択するビーム数が少ないとビーム選択を行う
時点で電力の損失があり、到来信号ビームの方向が変化
するとその方向によって利得に起伏が生じるという問題
がある。
The advantages of the third embodiment are as follows as compared with the first and second embodiments. In the first and second embodiments, as the number of antenna elements constituting the array antenna increases, the received signal-to-noise power ratio per element decreases, and the accuracy of phase difference correction deteriorates. On the other hand, in the third embodiment, since the multi-beam forming circuit 90 and the beam selecting circuit 91 form a beam having a high received signal-to-noise power ratio and then perform amplitude / phase difference correction, Even if the received signal-to-noise power ratio for each is low, there is no effect on the accuracy of the phase difference correction, and in principle there is no upper limit on the number of antenna elements. Also,
When a strong interference wave or the like arrives from another direction, the first and second embodiments all attempt to combine them, so that the combined reception signal is distorted or the directivity is disturbed. In this embodiment, these beams are spatially separated to some extent by beam selection, so that they are hardly affected by these interference waves. However, in the first and second embodiments, since the received signals input from all the antenna elements are effectively used and beam forming is performed so that the direction of the arriving beam always has the maximum gain, the arriving signal beam direction is In the third embodiment, if the number of beams to be selected is small, there is a loss of power at the time of performing beam selection, and the direction of the arriving signal beam is reduced. If it changes, there is a problem that the undulation occurs in the gain depending on the direction.

【0160】[0160]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、所
定の配置形状で近接して並置された複数のアンテナ素子
からなるアレーアンテナを制御するためのアレーアンテ
ナの制御方法又は装置において、上記アレーアンテナの
各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受信信号を
それぞれ共通の局部発振信号を用いて、上記局部発振信
号と同相である同相成分と、上記局部発振信号と直交す
る直交成分とからなる直交信号にそれぞれ変換する。次
いで、上記複数のアンテナ素子のうち互いに異なる対で
ある各2つの第1と第2のアンテナ素子における直交信
号の同相成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算
される第1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交
信号の同相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の
直交成分の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の
直交成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成
分の積の差で計算される第2のデータとをそれぞれ所定
の伝達関数を有する雑音抑圧用フィルタに通過させてろ
波させた後、上記ろ波された第1のデータをそれぞれ互
いに対角する2つの要素に有し、かつ、上記ろ波された
第2のデータと、当該ろ波された第2のデータに(−
1)を乗算して得られた第3のデータとを互いに対角す
る別の2つの要素に有する2×2の変換行列を、上記第
2のアンテナ素子の直交信号に乗算することにより上記
第2のアンテナ素子の直交信号を上記第1のアンテナ素
子の直交信号に同相化する。そして、上記同相化する処
理を上記複数のアンテナ素子における直交信号のうち互
いに異なる対について繰り返すことにより同相化された
複数の直交信号を出力する。さらに、上記同相化された
複数の直交信号を同相合成して同相合成後の1つの直交
信号を出力する。もしくは、別の本発明によれば、所定
の配置形状で近接して並置された複数のアンテナ素子か
らなるアレーアンテナを制御するためのアレーアンテナ
の制御方法又は装置において、上記アレーアンテナの各
アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受信信号をそ
れぞれ共通の局部発振信号を用いて、上記局部発振信号
と同相である同相成分と、上記局部発振信号と直交する
直交成分とからなる直交信号にそれぞれ変換する。次い
で、上記複数のアンテナ素子のうち互いに異なる対であ
る各2つの第1と第2のアンテナ素子における直交信号
の同相成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算さ
れる第1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信
号の同相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直
交成分の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直
交成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分
の積の差で計算される第2のデータとをそれぞれ所定の
伝達関数を有する雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波
させた後、上記ろ波された第2のデータを上記ろ波され
た第1のデータで除算し、上記除算結果の逆正接値を計
算することにより、上記第1のアンテナ素子の直交信号
と上記第2のアンテナ素子の直交信号とを同相化するた
めの補正位相量を計算し、上記計算された補正位相量だ
け上記第2のアンテナ素子の直交信号を移相することに
より上記第2のアンテナ素子の直交信号を上記第1のア
ンテナ素子の直交信号に同相化する。そして、上記同相
化する処理を上記複数のアンテナ素子における直交信号
のうち互いに異なる対について繰り返すことにより同相
化された複数の直交信号を出力する。さらに、上記同相
化された複数の直交信号を同相合成して同相合成後の1
つの直交信号を出力する。
As described above in detail, according to the present invention, there is provided an array antenna control method or apparatus for controlling an array antenna composed of a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape. Using a common local oscillation signal for each of the plurality of reception signals received by each antenna element of the array antenna, an in-phase component that is in phase with the local oscillation signal and a quadrature component that is orthogonal to the local oscillation signal , Respectively. Next, first data calculated by the sum of the products of the in-phase components of the quadrature signals and the products of the quadrature components of the two first and second antenna elements that are different pairs from each other among the plurality of antenna elements. And the product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element, and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. The second data calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals is filtered through a noise suppression filter having a predetermined transfer function, and then the filtered first data is It is included in two elements that are diagonal to each other, and the filtered second data and the filtered second data have (−
By multiplying the orthogonal signal of the second antenna element by a 2 × 2 transformation matrix having another two elements diagonal to each other with the third data obtained by multiplying by 1), The quadrature signal of the second antenna element is made in phase with the quadrature signal of the first antenna element. The in-phase processing is repeated for mutually different pairs of the orthogonal signals in the plurality of antenna elements to output a plurality of in-phase quadrature signals. Further, the in-phase plurality of quadrature signals are in-phase synthesized to output one quadrature signal after the in-phase synthesis. According to another aspect of the present invention, there is provided an array antenna control method or apparatus for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape. Using a common local oscillation signal, each of the plurality of reception signals received in step (1) is converted into an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature signal including an orthogonal component orthogonal to the local oscillation signal. . Next, first data calculated by the sum of the products of the in-phase components of the quadrature signals and the products of the quadrature components of the two first and second antenna elements that are different pairs from each other among the plurality of antenna elements. And the product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element, and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. The second data calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals is passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function to be filtered, and then the filtered second data is subjected to the above-described processing. By dividing by the filtered first data and calculating the arctangent of the result of the division, the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element are made in phase. Correction phase Is calculated, and the quadrature signal of the second antenna element is shifted in phase by the calculated correction phase amount to make the quadrature signal of the second antenna element in-phase with the quadrature signal of the first antenna element. . The in-phase processing is repeated for different pairs of the orthogonal signals in the plurality of antenna elements to output a plurality of in-phase quadrature signals. Further, the in-phase plurality of quadrature signals are in-phase synthesized, and the
Output two orthogonal signals.

【0161】従って、本発明は、以下の特有の効果を有
する。 (1)第2の従来例のようにフィードバックループを含
まないため、1つのアンテナ素子当りの受信搬送波電力
対雑音電力比C/Nが比較的低い場合においても、特別
な方向センサや相手局の位置情報等を用いることなく無
線信号の到来信号ビームを自動的かつ高速に捕捉するこ
とができ、障害物等による信号ビームの瞬断が発生して
も失うデータを最小限に抑えることができる。また、パ
ケット通信などバーストモードの通信方式においてもプ
リアンブル長を短くすることができる。さらに、例えば
通信データで変調された受信信号を直接利用することが
できるため、位相制御を行うための特別なトレーニング
信号や参照信号を必要とせず、システム構成を簡単化す
ることができる。 (2)第2の従来例のようにフィードバックループを含
まないため、1つのアンテナ素子当りの搬送波電力対雑
音電力比C/Nが比較的低い場合でしかも到来信号ビー
ム方向が高速に変化する場合においても位相スリップを
発生することがなく、また第1の従来例のように方位セ
ンサを持たないため周囲の磁力線の乱れなどによる外乱
の影響や追尾誤差の蓄積などもなく、無線信号の到来信
号ビームを高精度かつ安定に追尾することができ、例え
ば移動中における通信品質を高めることができる。ま
た、自局が移動する場合のみでなく、相手局が移動する
場合でも相手局の位置に関する特別な情報なしに追尾す
ることができる。さらに、パケット通信などバーストモ
ードの通信方式の場合、トレーニング信号(プリアンブ
ル)を利用する追尾方式ではバースト途中での到来ビー
ム方向の変化には追従することができないが、本制御装
置では例えば通信データで変調された受信信号を直接利
用することができるため、バースト途中においてもリア
ルタイムで追従可能である。
Therefore, the present invention has the following specific effects. (1) Since a feedback loop is not included as in the second conventional example, even when the received carrier power-to-noise power ratio C / N per antenna element is relatively low, a special direction sensor or a counterpart station can be used. An incoming signal beam of a radio signal can be automatically and quickly captured without using position information and the like, and data lost even when an instantaneous interruption of the signal beam due to an obstacle or the like can be minimized. Further, the preamble length can be reduced in a burst mode communication system such as packet communication. Further, for example, since a received signal modulated with communication data can be directly used, a special training signal or reference signal for performing phase control is not required, and the system configuration can be simplified. (2) Since a feedback loop is not included as in the second conventional example, a case where the carrier power to noise power ratio C / N per antenna element is relatively low and the direction of an incoming signal beam changes at high speed. Does not generate a phase slip, and does not have a direction sensor as in the first conventional example. Therefore, there is no influence of disturbance due to disturbance of the lines of magnetic force in the surroundings, accumulation of tracking errors, and the like. Beams can be tracked with high accuracy and stability, and for example, communication quality during movement can be improved. In addition, not only when the own station moves, but also when the other station moves, tracking can be performed without special information on the position of the other station. Further, in the case of a burst mode communication method such as packet communication, a tracking method using a training signal (preamble) cannot follow a change in the direction of an incoming beam in the middle of a burst. Since the modulated received signal can be used directly, it is possible to follow the signal in real time even during a burst.

【0162】また、別の態様によれば、上記同相化する
際に、上記アレーアンテナの配置形状に基づいて、上記
計算された補正位相量を上記配置形状の面に回帰させる
ように上記計算された補正位相量を回帰補正し、上記回
帰補正された補正位相量だけ上記第2のアンテナ素子の
直交信号を移相することにより上記第2のアンテナ素子
の直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相
化する。従って、アレーアンテナの空間的な情報を有効
に利用することができるため、アンテナ素子数が多い場
合に問題となる1つのアンテナ素子当たりの搬送波電力
対雑音電力比C/Nの低下の影響を抑えることができ、
追尾特性及び通信品質の劣化を防ぐことができる。
According to another aspect, at the time of the in-phase, based on the arrangement shape of the array antenna, the calculated correction phase amount is returned so as to return to the plane of the arrangement shape. The orthogonal signal of the second antenna element is regressively corrected by the correction phase amount, and the orthogonal signal of the second antenna element is shifted by the phase amount of the regression-corrected correction phase. In-phase to quadrature signal. Therefore, since the spatial information of the array antenna can be effectively used, the effect of a decrease in the carrier-to-noise power ratio C / N per antenna element, which is a problem when the number of antenna elements is large, is suppressed. It is possible,
Deterioration of tracking characteristics and communication quality can be prevented.

【0163】さらに、別の本発明によれば、所定の配置
形状で近接して並置された複数のアンテナ素子からなる
アレーアンテナを制御するためのアレーアンテナの制御
方法又は装置において、上記アレーアンテナの各アンテ
ナ素子でそれぞれ受信された複数の受信信号をそれぞれ
共通の局部発振信号を用いて、上記局部発振信号と同相
である同相成分と、上記局部発振信号と直交する直交成
分とからなる直交信号にそれぞれ変換する。次いで、上
記複数のアンテナ素子のうち1対の第1と第2のアンテ
ナ素子における直交信号の同相成分同志の積及び直交成
分同志の積の和で計算される第1のデータと、上記第1
のアンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアン
テナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアン
テナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素
子の直交信号の同相成分の積の差で計算される第2のデ
ータとをそれぞれ所定の伝達関数を有する雑音抑圧用フ
ィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波された第1
のデータをそれぞれ互いに対角する2つの要素に有し、
かつ、上記ろ波された第2のデータと、当該ろ波された
第2のデータに(−1)を乗算して得られた第3のデー
タとを互いに対角する別の2つの要素に有する2×2の
変換行列を、上記第2のアンテナ素子の直交信号に乗算
することにより上記第2のアンテナ素子の直交信号を上
記第1のアンテナ素子の直交信号に同相化する。さら
に、上記同相化する処理を、上記複数のアンテナ素子に
おける直交信号のうち互いに異なる対について実行した
後、同相化された複数の直交信号のうちの互いに異なる
各2つの直交信号について上記同相化する処理を実行し
て上記同相合成後の直交信号が1つになるまで繰り返す
ことにより、同相合成後の1つの直交信号を出力する。
すなわち、隣接アンテナ素子間の位相差を積算すること
なく先にその2素子系統間で同相合成を行ってしまうた
め、仮に一部受信レベルの低いまたは不具合のあるアン
テナ素子があったとしても、このことが他のアンテナ素
子系統における同相合成に影響を及ぼすことを防止する
ことができる。このため、アンテナ素子及びそれに接続
される回路装置の故障等に強いといえる。
Further, according to another aspect of the present invention, there is provided an array antenna control method or apparatus for controlling an array antenna including a plurality of closely arranged antenna elements in a predetermined arrangement shape. Using a common local oscillation signal, each of the plurality of reception signals received by each antenna element is converted into an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature signal including an orthogonal component orthogonal to the local oscillation signal. Convert each one. Next, first data calculated by the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the product of the quadrature components of the pair of first and second antenna elements of the plurality of antenna elements;
And the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. And the second data calculated by the difference between the products are passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function, and are filtered.
Has two data, each of which is diagonal to each other,
Further, the filtered second data and the third data obtained by multiplying the filtered second data by (−1) are combined into another two diagonal elements. The quadrature signal of the second antenna element is in-phase with the quadrature signal of the first antenna element by multiplying the orthogonal signal of the second antenna element by the 2 × 2 transformation matrix. Further, after performing the in-phase processing on the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements, the in-phase processing is performed on each of two different quadrature signals among the plurality of in-phase quadrature signals. By executing the processing and repeating until the number of quadrature signals after the in-phase synthesis becomes one, one quadrature signal after the in-phase synthesis is output.
That is, in-phase synthesis is performed first between the two element systems without integrating the phase difference between adjacent antenna elements. Can be prevented from affecting the in-phase synthesis in other antenna element systems. Therefore, it can be said that the antenna element and the circuit device connected to the antenna element are resistant to a failure or the like.

【0164】また、別の態様によれば、上記同相化する
処理を実行する直前に、上記アレーアンテナの各アンテ
ナ素子における複数の直交信号と、希望波を所定の放射
角度の範囲で受信できるように予め決められた形成すべ
き所定の複数個のビームの各主ビームの方向と、上記受
信信号の受信周波数とに基づいて、上記複数個のビーム
電界値を演算して上記各ビーム電界値をそれぞれ有する
複数の直交ビーム信号を出力し、上記出力した複数の直
交ビーム信号の中で最大のビーム電界値を有する直交ビ
ーム信号を含むより大きなビーム電界値を有する所定数
の直交ビーム信号を選択し、上記最大のビーム電界値を
有する直交ビーム信号を基準となる上記第1のアンテナ
素子の直交信号とし、かつ上記最大のビーム電界値を有
する直交ビーム信号以外の選択された直交ビーム信号を
上記第2のアンテナ素子の直交信号として上記同相化す
る処理を実行する。すなわち、マルチビーム形成及びビ
ーム選択により受信信号対雑音電力比の高いビーム信号
を形成しておいてから位相差の補正を行うため、各アン
テナ素子毎の受信信号対雑音電力比が低くても位相差の
補正の精度への影響はなく、原理的にアンテナ素子数の
上限がないことである。また、強い干渉波等が別の方向
から到来した場合、ビーム選択によりこれらをある程度
空間的に分離するため、これら干渉波の影響を受けにく
いという利点がある。
According to another aspect, a plurality of orthogonal signals at each antenna element of the array antenna and a desired wave can be received within a predetermined radiation angle range immediately before executing the in-phase processing. Based on the direction of each main beam of the predetermined plurality of beams to be formed and the reception frequency of the reception signal, the plurality of beam electric field values are calculated to calculate each of the beam electric field values. Outputting a plurality of orthogonal beam signals respectively having a plurality of orthogonal beam signals, selecting a predetermined number of orthogonal beam signals having a larger beam electric field value including an orthogonal beam signal having a maximum beam electric field value among the plurality of outputted orthogonal beam signals; The orthogonal beam signal having the maximum beam electric field value as a reference orthogonal signal of the first antenna element, and the orthogonal beam signal having the maximum beam electric field value. Selected orthogonal beam signals other than performing the process of the phase as a quadrature signal of the second antenna element. That is, since a phase difference is corrected after a beam signal having a high received signal-to-noise power ratio is formed by multi-beam forming and beam selection, even if the received signal-to-noise power ratio of each antenna element is low, the position is low. There is no effect on the accuracy of phase difference correction, and there is in principle no upper limit on the number of antenna elements. In addition, when a strong interference wave or the like arrives from another direction, it is separated to some extent by beam selection, so that there is an advantage that it is hardly affected by these interference waves.

【0165】[0165]

【0166】[0166]

【0167】[0167]

【0168】さらには、本発明は以下の特有の効果を有
する。 (1)アンテナ素子の配列間隔が等間隔か非等間隔か、
又はアンテナ面が平面か曲面かに関わらず上記動作が可
能であるため、アンテナ素子の配置の自由度が大きく移
動体の形状に合わせたアレーアンテナの構成が可能であ
る。 (2)以上の捕捉追尾はすべて受信信号のディジタル信
号処理などの信号処理によって行うため、アンテナ素子
数分のマイクロ波移相器や捕捉追尾のためのセンサ類も
しくは機械駆動のためのモーター等が不要となり、当該
制御装置を小型化かつ低価格化することができる。
Further, the present invention has the following specific effects. (1) Whether the arrangement intervals of the antenna elements are equal or unequal,
Alternatively, since the above operation can be performed regardless of whether the antenna surface is flat or curved, the arrangement of the antenna element has a large degree of freedom, and an array antenna that matches the shape of the moving object can be configured. (2) Since all of the above acquisition and tracking are performed by signal processing such as digital signal processing of the received signal, microwave phase shifters for the number of antenna elements, sensors for acquisition and tracking, or motors for mechanical drive are used. This is unnecessary, and the control device can be reduced in size and cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る第1の実施例である通信用アレ
ーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の受信部を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a receiving unit of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の自動ビーム捕捉追尾装置の送信部のブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of a transmission unit of the automatic beam capturing and tracking apparatus of FIG.

【図3】 図1の振幅位相差補正回路のブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram of the amplitude / phase difference correction circuit of FIG. 1;

【図4】 図3の位相差推定部に含まれるトランスバー
サルフィルタのブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a transversal filter included in the phase difference estimator of FIG. 3;

【図5】 (a)はアレーアンテナの各アンテナ素子の
ための第1の方法における補正位相量の計算の順番を示
す各アンテナ素子の正面図であり、(b)はアレーアン
テナの各アンテナ素子のための第2の方法における補正
位相量の計算の順番を示す各アンテナ素子の正面図であ
る。
5A is a front view of each antenna element showing a calculation order of a correction phase amount in the first method for each antenna element of the array antenna, and FIG. 5B is a front view of each antenna element of the array antenna. FIG. 9 is a front view of each antenna element showing the order of calculation of the correction phase amount in the second method for calculating the amount of correction phase.

【図6】 アレーアンテナの各アンテナ素子のための第
3の方法における補正位相量の計算の順番を示す各アン
テナ素子の正面図である。
FIG. 6 is a front view of each antenna element showing the order of calculation of the correction phase amount in the third method for each antenna element of the array antenna.

【図7】 到来ビームと各アンテナ素子との関係を示す
概要図及び各アンテナ素子の位置と位相量との関係を示
すグラフである。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a relationship between an incoming beam and each antenna element and a graph showing a relationship between a position of each antenna element and a phase amount.

【図8】 図1の自動ビーム捕捉追尾装置において到来
信号ビーム方向を90度/秒のビーム回転速度で回転し
たときの信号到来方向のアンテナ相対利得の時間変化
を、Iチャンネルの復調ベースバンド信号とともに示す
グラフである。
FIG. 8 shows a time change of an antenna relative gain in a signal arrival direction when an incoming signal beam direction is rotated at a beam rotation speed of 90 degrees / second in the automatic beam acquisition and tracking apparatus of FIG. It is a graph shown with.

【図9】 図8と同一の条件のもとでのビーム捕捉時に
おけるアンテナパターンの時間変化を示すグラフであ
る。
9 is a graph showing a time change of an antenna pattern at the time of capturing a beam under the same conditions as in FIG.

【図10】 図8と同一の条件のもとで、到来信号ビー
ム方向を90度/秒のビーム回転速度で回転したときの
アンテナパターンの変化を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a change in an antenna pattern when an incoming signal beam direction is rotated at a beam rotation speed of 90 degrees / second under the same conditions as in FIG.

【図11】 図1の自動ビーム捕捉追尾装置においてバ
ッファサイズBuffをパラメータとしたときの搬送波
電力対雑音電力比C/Nに対するビーム捕捉時間に対応
する捕捉までの通算サンプリング回数を示すグラフであ
る。
11 is a graph showing the total number of samplings until acquisition corresponding to the beam acquisition time with respect to the carrier power-to-noise power ratio C / N when the buffer size Buff is used as a parameter in the automatic beam acquisition and tracking apparatus of FIG. 1;

【図12】 図1の自動ビーム捕捉追尾装置においてバ
ッファサイズBuffをパラメータとしたときの搬送波
電力対雑音電力比C/Nに対する追尾特性を示すグラフ
である。
12 is a graph showing a tracking characteristic with respect to a carrier power-to-noise power ratio C / N when a buffer size Buff is used as a parameter in the automatic beam capture and tracking apparatus of FIG. 1;

【図13】 図1の自動ビーム捕捉追尾装置において演
算周期Toprをパラメータにしたときの搬送波電力対
雑音電力比C/Nに対する精捕捉と粗捕捉のときの追尾
特性を示すグラフである。
13 is a graph showing tracking characteristics at the time of fine capture and coarse capture with respect to the carrier power-to-noise power ratio C / N when the operation cycle Topr is used as a parameter in the automatic beam capture and tracking apparatus of FIG. 1;

【図14】 図1の自動ビーム捕捉追尾装置において演
算周期Toprをパラメータにしたときの搬送波電力対
雑音電力比C/Nに対する追尾特性を示すグラフであ
る。
14 is a graph showing a tracking characteristic with respect to a carrier power-to-noise power ratio C / N when the operation cycle Topr is used as a parameter in the automatic beam acquisition and tracking apparatus of FIG. 1;

【図15】 本発明に係る第2の実施例である通信用ア
レーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の受信部の一部
を示すブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram showing a part of a receiving unit of the automatic beam acquisition and tracking device of the communication array antenna according to the second embodiment of the present invention.

【図16】 図15の振幅位相差補正回路のブロック図
である。
16 is a block diagram of the amplitude / phase difference correction circuit of FIG.

【図17】 本発明に係る第3の実施例である通信用ア
レーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の受信部の一部
を示すブロック図である。
FIG. 17 is a block diagram showing a part of a receiving unit of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…アレーアンテナ、 2…低雑音増幅器、 3…ダウンコンバータ、 4…同相合成器、 5…復調器、 6…直交変調器、 7…アップコンータ、 8…送信電力増幅器、 9…同相分配器、 10…送信局部発振器、 11…第1局部発振器、 12…第2局部発振器、 40,40a…位相差推定部、 41…加算器、 42…最小2乗回帰補正部、 43…遅延バッファメモリ、 44,44a…位相差補正部、 45…振幅補正部、 51乃至56…遅延回路、 60乃至66…タップ係数乗算器、 70…加算器、 81乃至88…同相合成器、 90…マルチビーム形成回路、 91…ビーム選択回路、 92…同相合成器、 A1乃至AN…アンテナ素子、 CI−1乃至CI−N…サーキュレータ、 RM−1乃至RM−N…受信モジュール、 AD−1乃至AD−N…A/D変換器、 QD−1乃至QD−N…準同期検波回路、 PC−1乃至PC−N,PCA−1乃至PCA−8…振
幅位相差補正回路、 QM−1乃至QM−N…直交変調回路、 TM−1乃至TM−N…送信モジュール。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Array antenna, 2 ... Low noise amplifier, 3 ... Down converter, 4 ... In-phase synthesizer, 5 ... Demodulator, 6 ... Quadrature modulator, 7 ... Up-converter, 8 ... Transmission power amplifier, 9 ... In-phase distributor, 10 ... Transmitting local oscillator, 11 ... First local oscillator, 12 ... Second local oscillator, 40, 40a ... Phase difference estimator, 41 ... Adder, 42 ... Least square regression corrector, 43 ... Delay buffer memory, 44, 44a: phase difference corrector, 45: amplitude corrector, 51 to 56: delay circuit, 60 to 66: tap coefficient multiplier, 70: adder, 81 to 88: in-phase combiner, 90: multi-beam forming circuit, 91 ... Beam selection circuit, 92 ... In-phase combiner, A1 to AN ... antenna elements, CI-1 to CI-N ... circulators, RM-1 to RM-N ... receiving modules, AD-1 to AD DN: A / D converter, QD-1 to QD-N: Semi-synchronous detection circuit, PC-1 to PC-N, PCA-1 to PCA-8: Amplitude / phase difference correction circuit, QM-1 to QM -N: quadrature modulation circuit, TM-1 to TM-N: transmission module.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 豊久 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (72)発明者 唐沢 好男 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−137403(JP,A) 特開 平2−141033(JP,A) 特開 平5−63427(JP,A) 特開 平4−113747(JP,A) 特開 平3−85927(JP,A) 特開 平3−234128(JP,A) 特開 平6−90193(JP,A) 特開 平6−196921(JP,A) 1992電子情報通信学会春季大会講演論 文集[分冊2]、通信・エレクトロニク ス、講演番号B−52、「DBFとMMI Cを備えた移動体衛星通信用アクティブ コンフォーマルアレーの試作」、中條渉 他6名、p2−52、講演番号SB−1− 9、「移動体衛星通信用DBFアンテナ 信号処理部の試作」、大滝幸夫他3名、 pp2−603〜2−604、平成4年3月15 日発行 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 25/04 G01S 7/00 - 7/46 G01S 13/00 - 13/95 H04B 7/00 H04B 7/02 - 7/12 H04L 1/02 - 1/04 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor: Toyohisa Tanaka, 5: Sanraya, Daiya, Seika-cho, Soraku-cho, Kyoto Pref. No. 5, Hiratani, Seiya-cho, Gun-ri, Gunma, ATR Optical Co., Ltd. (56) References JP-A-61-137403 (JP, A) JP-A-2-141033 (JP, A) JP-A-5-63427 (JP, A) JP-A-4-113747 (JP, A) JP-A-3-85927 (JP, A) JP-A-3-234128 (JP, A) JP-A-6-90193 ( JP, A) JP-A-6-196921 (JP, A) 1992 IEICE Spring Conference Lecture Book [Part 2], Communication and Electronics, Lecture Number B-52, "DBF and MMIC Prototype of Active Conformal Array for Mobile Satellite Communication with GPS ", Wataru Nakajo et al., P2-52, Lecture Number SB-1-9," Prototype of DBF Antenna Signal Processor for Mobile Satellite Communication ", Otaki Yukio and 3 others, pp2-603 to 2-604, issued March 15, 1992 (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01Q 3/00-3/46 H01Q 21/00- 25/04 G01S 7/00-7/46 G01S 13/00-13/95 H04B 7/00 H04B 7/02-7/12 H04L 1/02-1/04 JICST file (JOIS)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所定の配置形状で近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御方法において、 上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信さ
れた複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用
いて、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記
局部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号に
それぞれ変換するステップと、 上記複数のアンテナ素子のうち互いに異なる対である各
2つの第1と第2のアンテナ素子における直交信号の同
相成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算される
第1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信号の
同相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直交成
分の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直交成
分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分の積
の差で計算される第2のデータとをそれぞれ所定の伝達
関数を有する雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波させ
た後、上記ろ波された第1のデータをそれぞれ互いに対
角する2つの要素に有し、かつ、上記ろ波された第2の
データと、当該ろ波された第2のデータに(−1)を乗
算して得られた第3のデータとを互いに対角する別の2
つの要素に有する2×2の変換行列を、上記第2のアン
テナ素子の直交信号に乗算することにより上記第2のア
ンテナ素子の直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交
信号に同相化するステップと、 上記同相化するステップの処理を上記複数のアンテナ素
子における直交信号のうち互いに異なる対について繰り
返すことにより同相化された複数の直交信号を出力する
ステップと、 上記同相化された複数の直交信号を同相合成して同相合
成後の1つの直交信号を出力するステップとを含むこと
を特徴とするアレーアンテナの制御方法。
An array antenna control method for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape, comprising: a plurality of antenna elements each of which is received by each antenna element of the array antenna. Using a common local oscillation signal to convert the received signal into a quadrature signal comprising an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal; First data calculated by the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the product of the quadrature components of the two orthogonal pairs of the first and second antenna elements that are different pairs of the elements; The product of the in-phase component of the quadrature signal of the antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element And second data calculated from the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals of the second antenna element are passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function to be filtered, and then filtered. And the filtered first data is multiplied by (−1) by the filtered second data and the filtered second data, respectively. Another 2 data which is diagonal to each other with the obtained third data
Multiplying a quadrature signal of the second antenna element by a 2 × 2 transformation matrix of two elements to make the quadrature signal of the second antenna element in-phase with a quadrature signal of the first antenna element And outputting the plurality of in-phase quadrature signals by repeating the processing of the in-phase step for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements; and the plurality of in-phase quadrature signals. And outputting one quadrature signal after the in-phase synthesis.
【請求項2】 所定の配置形状で近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御方法において、 上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信さ
れた複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用
いて、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記
局部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号に
それぞれ変換するステップと、 上記複数のアンテナ素子のうち互いに異なる対である各
2つの第1と第2のアンテナ素子における直交信号の同
相成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算される
第1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信号の
同相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直交成
分の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直交成
分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分の積
の差で計算される第2のデータとをそれぞれ所定の伝達
関数を有する雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波させ
た後、上記ろ波された第2のデータを上記ろ波された第
1のデータで除算し、上記除算結果の逆正接値を計算す
ることにより、上記第1のアンテナ素子の直交信号と上
記第2のアンテナ素子の直交信号とを同相化するための
補正位相量を計算し、上記計算された補正位相量だけ上
記第2のアンテナ素子の直交信号を移相することにより
上記第2のアンテナ素子の直交信号を上記第1のアンテ
ナ素子の直交信号に同相化するステップと、 上記同相化するステップの処理を上記複数のアンテナ素
子における直交信号のうち互いに異なる対について繰り
返すことにより同相化された複数の直交信号を出力する
ステップと、 上記同相化された複数の直交信号を同相合成して同相合
成後の1つの直交信号を出力するステップとを含むこと
を特徴とするアレーアンテナの制御方法。
2. A method for controlling an array antenna for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape, the method comprising: receiving a plurality of antenna elements received by each of the antenna elements of the array antenna; Using a common local oscillation signal to convert the received signal into a quadrature signal comprising an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal; First data calculated by the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the product of the quadrature components of the two orthogonal pairs of the first and second antenna elements that are different pairs of the elements; The product of the in-phase component of the quadrature signal of the antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element And second data calculated from the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals of the second antenna element are passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function to be filtered, and then filtered. Dividing the obtained second data by the filtered first data and calculating the arctangent of the result of the division, the orthogonal signal of the first antenna element and the orthogonal signal of the second antenna element are calculated. A quadrature signal of the second antenna element is calculated by calculating a correction phase amount for in-phase with the quadrature signal, and shifting the quadrature signal of the second antenna element by the calculated correction phase amount. The step of in-phase with the quadrature signal of the first antenna element and the processing of the step of in-phase are repeated for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements. Steps and the control method for an array antenna, characterized in that it comprises a step of outputting one quadrature signal after phase synthesis phase combining a plurality of quadrature signals in-phase reduction which outputs a quadrature signal of a few.
【請求項3】 上記同相化するステップは、上記アレー
アンテナの配置形状に基づいて、上記計算された補正位
相量を上記配置形状の面に回帰させるように上記計算さ
れた補正位相量を回帰補正し、上記回帰補正された補正
位相量だけ上記第2のアンテナ素子の直交信号を移相す
ることにより上記第2のアンテナ素子の直交信号を上記
第1のアンテナ素子の直交信号に同相化することを特徴
とする請求項2記載のアレーアンテナの制御方法。
3. The in-phase step includes regression-correcting the calculated correction phase amount based on the arrangement shape of the array antenna so as to return the calculated correction phase amount to a surface of the arrangement shape. And shifting the quadrature signal of the second antenna element to the quadrature signal of the first antenna element by shifting the phase of the quadrature signal of the second antenna element by the correction phase amount subjected to the regression correction. The method for controlling an array antenna according to claim 2, wherein:
【請求項4】 所定の配置形状で近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御方法において、 上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信さ
れた複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用
いて、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記
局部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号に
それぞれ変換するステップと、 上記複数のアンテナ素子のうち1対の第1と第2のアン
テナ素子における直交信号の同相成分同志の積及び直交
成分同志の積の和で計算される第1のデータと、上記第
1のアンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のア
ンテナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のア
ンテナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ
素子の直交信号の同相成分の積の差で計算される第2の
データとをそれぞれ所定の伝達関数を有する雑音抑圧用
フィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波された第
1のデータをそれぞれ互いに対角する2つの要素に有
し、かつ、上記ろ波された第2のデータと、当該ろ波さ
れた第2のデータに(−1)を乗算して得られた第3の
データとを互いに対角する別の2つの要素に有する2×
2の変換行列を、上記第2のアンテナ素子の直交信号に
乗算することにより上記第2のアンテナ素子の直交信号
を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相化するステ
ップと、 上記同相化するステップの処理を、上記複数のアンテナ
素子における直交信号のうち互いに異なる対について実
行した後、同相化された複数の直交信号のうちの互いに
異なる各2つの直交信号について上記同相化するステッ
プの処理を実行して上記同相合成後の直交信号が1つに
なるまで繰り返すことにより、同相合成後の1つの直交
信号を出力するステップとを含むことを特徴とするアレ
ーアンテナの制御方法。
4. A method of controlling an array antenna for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape, wherein the plurality of antenna elements received by each of the antenna elements of the array antenna are controlled. Using a common local oscillation signal to convert the received signal into a quadrature signal comprising an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal; First data calculated by the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the sum of the products of the quadrature components of the pair of first and second antenna elements, and the quadrature signal of the first antenna element; And the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the second antenna The second data calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals of the second signal and the second data are passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function to be filtered, and then the filtered first data is filtered. And the third data obtained by multiplying the filtered second data and the filtered second data by (−1). 2 × with data in another two elements diagonal to each other
Multiplying the quadrature signal of the second antenna element by the transform matrix of 2 to in-phase the quadrature signal of the second antenna element with the quadrature signal of the first antenna element; After performing the step processing for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements, the in-phase processing for the two mutually different quadrature signals among the plurality of in-phase quadrature signals is performed. Outputting the one quadrature signal after the in-phase synthesis by repeating the process until the number of quadrature signals after the in-phase synthesis becomes one, thereby outputting one quadrature signal after the in-phase synthesis.
【請求項5】 上記同相化するステップの処理を実行す
る直前に、上記アレーアンテナの各アンテナ素子におけ
る複数の直交信号と、希望波を所定の放射角度の範囲で
受信できるように予め決められた形成すべき所定の複数
個のビームの各主ビームの方向と、上記受信信号の受信
周波数とに基づいて、上記複数個のビーム電界値を演算
して上記各ビーム電界値をそれぞれ有する複数の直交ビ
ーム信号を出力し、上記出力した複数の直交ビーム信号
の中で最大のビーム電界値を有する直交ビーム信号を含
むより大きなビーム電界値を有する所定数の直交ビーム
信号を選択し、上記最大のビーム電界値を有する直交ビ
ーム信号を基準となる上記第1のアンテナ素子の直交信
号とし、かつ上記最大のビーム電界値を有する直交ビー
ム信号以外の選択された直交ビーム信号を上記第2のア
ンテナ素子の直交信号として上記同相化するステップの
処理を実行することを特徴とする請求項1記載のアレー
アンテナの制御方法。
5. Immediately before executing the in-phase processing, a predetermined number of orthogonal signals and a desired wave at each antenna element of the array antenna are received in a predetermined radiation angle range. The plurality of beam electric field values are calculated based on the direction of each main beam of the predetermined plurality of beams to be formed and the reception frequency of the received signal, and the plurality of orthogonal electric fields having the respective beam electric field values are calculated. Outputting a beam signal, selecting a predetermined number of orthogonal beam signals having a larger beam electric field value including the orthogonal beam signal having the largest beam electric field value among the plurality of outputted orthogonal beam signals, and A quadrature beam signal having an electric field value is set as a reference quadrature signal of the first antenna element, and a signal other than the quadrature beam signal having the maximum beam electric field value is selected. 2. The array antenna control method according to claim 1, further comprising the step of: performing the in-phase step of converting the obtained quadrature beam signal into a quadrature signal of the second antenna element.
【請求項6】 所定の配置形状で近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御装置において、上記アレーア
ンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受
信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて、上記局
部発振信号と同相である同相成分と、上記局部発振信号
と直交する直交成分とからなる直交信号にそれぞれ変換
する変換手段と、 所定の伝達関数を有する雑音抑圧用フィルタを備え、上
記複数のアンテナ素子のうち互いに異なる対である各2
つの第1と第2のアンテナ素子における直交信号の同相
成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算される第
1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信号の同
相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直交成分
の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直交成分
と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分の積の
差で計算される第2のデータとをそれぞれ上記雑音抑圧
用フィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波された
第1のデータをそれぞれ互いに対角する2つの要素に有
し、かつ、上記ろ波された第2のデータと、当該ろ波さ
れた第2のデータに(−1)を乗算して得られた第3の
データとを互いに対角する別の2つの要素に有する2×
2の変換行列を、上記第2のアンテナ素子の直交信号に
乗算することにより上記第2のアンテナ素子の直交信号
を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同相化する同相
化手段と、 上記同相化手段の処理を上記複数のアンテナ素子におけ
る直交信号のうち互いに異なる対について繰り返すこと
により同相化された複数の直交信号を出力する制御手段
と、 上記制御手段によって同相化された複数の直交信号を同
相合成して同相合成後の1つの直交信号を出力する合成
手段とを備えたことを特徴とするアレーアンテナの制御
装置。
6. An array antenna control device for controlling an array antenna composed of a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape, wherein the plurality of antenna elements received by each antenna element of the array antenna are provided. A conversion means for converting the received signal into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal, using a common local oscillation signal; A noise suppression filter having a function, each of which is a different pair of the plurality of antenna elements.
First data calculated by the sum of the products of the in-phase components of the quadrature signals and the products of the quadrature components in the first and second antenna elements; the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element; A second calculated by the product of the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the product of the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the in-phase component of the quadrature signal of the second antenna element. And the data is passed through the noise suppression filter and filtered, and then the filtered first data is included in two elements that are diagonal to each other, and the filtered second data is 2 × having the data and the third data obtained by multiplying the filtered second data by (−1) in another two elements diagonally to each other
2 for multiplying the quadrature signal of the second antenna element by a transformation matrix of 2 to in-phase the quadrature signal of the second antenna element with the quadrature signal of the first antenna element. Control means for outputting a plurality of quadrature signals in-phase by repeating the processing of the quadrature signal for the mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements, and a plurality of quadrature signals in-phase by the control means. A control unit for an array antenna, comprising: synthesizing means for performing in-phase synthesis and outputting one quadrature signal after in-phase synthesis.
【請求項7】 所定の配置形状で近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御装置において、上記アレーア
ンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受
信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて、上記局
部発振信号と同相である同相成分と、上記局部発振信号
と直交する直交成分とからなる直交信号にそれぞれ変換
する変換手段と、 所定の伝達関数を有する雑音抑圧用フィルタを備え、上
記複数のアンテナ素子のうち互いに異なる対である各2
つの第1と第2のアンテナ素子における直交信号の同相
成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算される第
1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信号の同
相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直交成分
の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直交成分
と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分の積の
差で計算される第2のデータとをそれぞれ上記雑音抑圧
用フィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波された
第2のデータを上記ろ波された第1のデータで除算し、
上記除算結果の逆正接値を計算することにより、上記第
1のアンテナ素子の直交信号と上記第2のアンテナ素子
の直交信号とを同相化するための補正位相量を計算し、
上記計算された補正位相量だけ上記第2のアンテナ素子
の直交信号を移相することにより上記第2のアンテナ素
子の直交信号を上記第1のアンテナ素子の直交信号に同
相化する同相化手段と、 上記同相化手段の処理を上記複数のアンテナ素子におけ
る直交信号のうち互いに異なる対について繰り返すこと
により同相化された複数の直交信号を出力する制御手段
と、 上記制御手段によって同相化された複数の直交信号を同
相合成して同相合成後の1つの直交信号を出力する合成
手段とを備えたことを特徴とするアレーアンテナの制御
装置。
7. An array antenna control device for controlling an array antenna composed of a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape, wherein the plurality of antenna elements are respectively received by the antenna elements of the array antenna. A conversion means for converting the received signal into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal, using a common local oscillation signal; A noise suppression filter having a function, each of which is a different pair of the plurality of antenna elements.
First data calculated by the sum of the products of the in-phase components of the quadrature signals and the products of the quadrature components in the first and second antenna elements; the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element; A second calculated by the product of the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the product of the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the in-phase component of the quadrature signal of the second antenna element. And the data is passed through the noise suppression filter and filtered, and then the filtered second data is divided by the filtered first data,
By calculating the arctangent value of the division result, a correction phase amount for making the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element in-phase is calculated,
In-phase means for shifting the quadrature signal of the second antenna element by the calculated correction phase amount to make the quadrature signal of the second antenna element in-phase with the quadrature signal of the first antenna element. A control unit that outputs a plurality of in-phase quadrature signals by repeating the processing of the in-phase unit with respect to mutually different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements; A controller for in-phase combining the quadrature signals and outputting one quadrature signal after the in-phase combination.
【請求項8】 上記同相化手段は、上記アレーアンテナ
の配置形状に基づいて、上記計算された補正位相量を上
記配置形状の面に回帰させるように上記計算された補正
位相量を回帰補正し、上記回帰補正された補正位相量だ
け上記第2のアンテナ素子の直交信号を移相することに
より上記第2のアンテナ素子の直交信号を上記第1のア
ンテナ素子の直交信号に同相化することを特徴とする請
求項7記載のアレーアンテナの制御装置。
8. The in-phase unit performs a regression correction on the calculated correction phase amount based on the arrangement shape of the array antenna so as to return the calculated correction phase amount to a surface of the arrangement shape. Shifting the quadrature signal of the second antenna element to the quadrature signal of the first antenna element by shifting the phase of the quadrature signal of the second antenna element by the amount of the phase corrected by the regression correction. The control device for an array antenna according to claim 7, wherein:
【請求項9】 所定の配置形状で近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御装置において、上記アレーア
ンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受
信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて、上記局
部発振信号と同相である同相成分と、上記局部発振信号
と直交する直交成分とからなる直交信号にそれぞれ変換
する変換手段と、 所定の伝達関数を有する雑音抑圧用フィルタを備え、上
記複数のアンテナ素子のうち1対の第1と第2のアンテ
ナ素子における直交信号の同相成分同志の積及び直交成
分同志の積の和で計算される第1のデータと、上記第1
のアンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアン
テナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアン
テナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素
子の直交信号の同相成分の積の差で計算される第2のデ
ータとをそれぞれ上記雑音抑圧用フィルタに通過させて
ろ波させた後、上記ろ波された第1のデータをそれぞれ
互いに対角する2つの要素に有し、かつ、上記ろ波され
た第2のデータと、当該ろ波された第2のデータに(−
1)を乗算して得られた第3のデータとを互いに対角す
る別の2つの要素に有する2×2の変換行列を、上記第
2のアンテナ素子の直交信号に乗算することにより上記
第2のアンテナ素子の直交信号を上記第1のアンテナ素
子の直交信号に同相化する同相化手段と、 上記同相化手段の処理を、上記複数のアンテナ素子にお
ける直交信号のうち互いに異なる対について実行した
後、同相化された複数の直交信号のうちの互いに異なる
各2つの直交信号について上記同相化するステップの処
理を実行して上記同相合成後の直交信号が1つになるま
で繰り返すことにより、同相合成後の1つの直交信号を
出力する制御手段とを備えたことを特徴とするアレーア
ンテナの制御装置。
9. An array antenna control device for controlling an array antenna composed of a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape, wherein the plurality of antenna elements are respectively received by the antenna elements of the array antenna. A conversion means for converting the received signal into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal, using a common local oscillation signal; A noise suppression filter having a function, wherein a sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the sum of the products of the quadrature components of the pair of first and second antenna elements of the plurality of antenna elements is provided. 1 and the first
And the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. And the second data calculated by the difference between the products is passed through the noise suppression filter and filtered, and then the filtered first data is stored in two diagonal elements. And the filtered second data and the filtered second data include (−
By multiplying the orthogonal signal of the second antenna element by a 2 × 2 transformation matrix having another two elements diagonal to each other with the third data obtained by multiplying by 1), The in-phase unit for in-phase of the quadrature signal of the second antenna element with the quadrature signal of the first antenna element, and the processing of the in-phase unit are executed for different pairs of the quadrature signals in the plurality of antenna elements. Thereafter, the in-phase step is performed for each of two different quadrature signals among the plurality of in-phase quadrature signals, and the process is repeated until the number of quadrature signals after the in-phase synthesis is reduced to one. A control device for outputting one orthogonal signal after the combination, the control device for an array antenna.
【請求項10】 上記アレーアンテナの制御装置は、 上記変換手段と上記同相化手段との間に設けられ、上記
変換手段から出力された上記アレーアンテナの各アンテ
ナ素子における複数の直交信号と、希望波を所定の放射
角度の範囲で受信できるように予め決められた形成すべ
き所定の複数個のビームの各主ビームの方向と、上記受
信信号の受信周波数とに基づいて、上記複数個のビーム
電界値を演算して上記各ビーム電界値をそれぞれ有する
複数の直交ビーム信号を出力するマルチビーム形成手段
と、 上記変換手段と上記同相化手段との間に設けられ、上記
マルチビーム形成手段から出力された複数の直交ビーム
信号の中で最大のビーム電界値を有する直交ビーム信号
を含むより大きなビーム電界値を有する所定数の直交ビ
ーム信号を選択し、上記最大のビーム電界値を有する直
交ビーム信号を基準となる上記第1のアンテナ素子の直
交信号とし、かつ上記最大のビーム電界値を有する直交
ビーム信号以外の選択された直交ビーム信号を上記第2
のアンテナ素子の直交信号として上記同相化手段に出力
するビーム選択手段とをさらに備えたことを特徴とする
請求項6記載のアレーアンテナの制御装置。
10. The control device for an array antenna is provided between the conversion means and the in-phase means, and outputs a plurality of orthogonal signals at each antenna element of the array antenna output from the conversion means. The plurality of beams are determined based on a direction of each main beam of a predetermined plurality of beams to be formed and a reception frequency of the reception signal, which are predetermined so that waves can be received within a predetermined radiation angle range. A multi-beam forming means for calculating an electric field value and outputting a plurality of orthogonal beam signals having the respective beam electric field values; provided between the converting means and the in-phase forming means; A predetermined number of orthogonal beam signals having a larger beam electric field value including the orthogonal beam signal having the maximum beam electric field value among the plurality of orthogonal beam signals The orthogonal beam signal having the maximum beam electric field value as a reference orthogonal signal of the first antenna element, and a selected orthogonal beam signal other than the orthogonal beam signal having the maximum beam electric field value 2
7. The control device for an array antenna according to claim 6, further comprising: a beam selecting unit that outputs a quadrature signal of the antenna element to the in-phase unit.
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