DE112019006521B4

DE112019006521B4 - Winkelmessvorrichtung, winkelmessverfahren und fahrzeugbordvorrichtung

Info

Publication number: DE112019006521B4
Application number: DE112019006521.1T
Authority: DE
Inventors: Yu Shimizu; Satoshi KAGEME; Kei Suwa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: JPWO2020157924A1; JP6873341B2; US20210325524A1; WO2020157924A1; US12032053B2; CN113412433A; DE112019006521T5

Abstract

Winkelmessvorrichtung, umfassend:eine Signalextraktionseinheit (31; 71) zum Extrahieren eines Signals, das eine erste Reflexionswelle (20-1) beinhaltet und keine zweite Reflexionswelle (20-2) beinhaltet, als ein erstes demoduliertes Signal und eines Signals, das die zweite Reflexionswelle beinhaltet und die erste Reflexionswelle nicht beinhaltet, als ein zweites demoduliertes Signal aus Empfangssignalen (22-1, ..., 22-N), die von einer oder mehreren Empfangsantennen (21-n) von einer Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden, wenn ein erster Strahl (16-1) von einer ersten Sendeantenne (15-1) abgestrahlt wird, ein zweiter Strahl (16-2), dessen Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung von einem Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung des ersten Strahls verschieden ist, von einer zweiten Sendeantenne (15-2; 61-2) abgestrahlt wird, und dann jede von der Mehrzahl von Empfangsantennen (21-1, ..., 21-N) das die erste Reflexionswelle, bei der es sich um den von einem Ziel reflektierten ersten Strahl handelt, und die zweite Reflexionswelle, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten zweiten Strahl handelt, beinhaltet;eine Elevationsberechnungseinheit (32; 72) zum Berechnen einer Elevation des Zieles durch Durchführen einer Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung eines Summensignals aus dem ersten demodulierten Signal und dem zweiten demodulierten Signal und eines Differenzsignals in Bezug auf das erste demodulierte Signal und das zweite demodulierte Signal;eine Azimutberechnungseinheit (5) zum Berechnen eines Azimuts des Zieles unter Verwendung von Empfangssignalen, die von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden;die erste Sendeantenne (15-1) zum Abstrahlen des ersten Strahls;die zweite Sendeantenne (15-2) zum Abstrahlen des zweiten Strahls, wobei eine Installationsposition der zweiten Sendeantenne in der Azimutrichtung von einer Installationsposition der ersten Sendeantenne in der Azimutrichtung verschieden ist; unddie Mehrzahl von Empfangsantennen (21-, ..., 21-N) zum Empfangen von sowohl der ersten Reflexionswelle als auch der zweiten Reflexionswelle und zum Ausgeben eines Empfangssignals, das die erste Reflexionswelle und die zweite Reflexionswelle beinhaltet, an die Signalextraktionseinheit, wobei die Mehrzahl von Empfangsantennen zwischen der ersten Sendeantenne und der zweiten Sendeantenne angeordnet sind.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Winkelmessvorrichtung, ein Winkelmessverfahren und eine Fahrzeug-Bordvorrichtung zum Berechnen sowohl einer Höhe bzw. Elevation eines Zieles als auch des Azimuts des Zieles.
ALLGEMEINER TECHNISCHER HINTERGRUND
Die nachstehend genannte Patentliteraturstelle 1 offenbart ein Radar zum Berechnen eines Höhenwinkels eines Zielobjekts.
Das in der Patentliteraturstelle 1 offenbarte Radar weist zwei Sendeantennen und eine Empfangsantenne auf.
Von den beiden Sendeantennen sendet eine Sendeantenne ein erstes Signal in einer ersten Richtung, und die andere Sendeantenne sendet ein zweites Signal in einer zweiten Richtung, die von der ersten Richtung verschieden ist. Die erste Richtung ist über einen Winkel θ in Bezug auf die Antennenachse des Radars verkippt, und die zweite Richtung ist über einen Winkel -θ in Bezug auf die Antennenachse des Radars verkippt.
Die Empfangsantenne empfängt sowohl das erste Signal, das von dem Zielobjekt reflektiert wird, als auch das zweite Signal, das von dem Zielobjekt reflektiert wird.
Das in der Patentliteraturstelle 1 offenbarte Radar berechnet den Höhenwinkel des Zielobjekts aus der Phasendifferenz zwischen dem ersten an der Empfangsantenne empfangenen Signal und dem zweiten an der Empfangsantenne empfangenen Signal.
LISTE ZITIERTER SCHRIFTEN
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP 2016-102801 A
US 2015/0061921 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Zielobjekts unter Verwendung eines Zweikanal-Monopulsradars. Das Radar kann zwei Sendeantennen und eine gemeinsame Empfangsantenne enthalten, die in einer koplanaren Anordnung angeordnet sind. Die Sendeantennen können auf der Brennebene des Radars entlang einer Brennebenenachse positioniert sein, die sich durch eine Zielachse des Radars erstreckt und senkrecht dazu ist. Die Sendeantennen können in einer ersten Dimension um einen Abstand voneinander beabstandet sein, der gleich etwa einer Hälfte einer Wellenlänge der Mittenbetriebsfrequenz des Radars ist. Eine der Sendeantennen kann in einem Winkel von θ1 relativ zu der Zielachse geschielt sein, und die andere Sendeantenne kann in einem Winkel von θ2 relativ zu der Zielachse in einer zweiten Dimension geschielt sein. Die Sendeantennen sind in der ersten Dimension nicht gegeneinander geschielt.
Monopulsverfahren. In: Wikipedia, die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 24 Juni 2014, 20:28 MESZ. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php? title=Monopulsverfahren&oldid=131586144 offenbart ein Winkelmessverfahren in der Radartechnik.
ABRISS DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Da das in der Patentliteraturstelle 1 offenbarte Radar nur eine einzige Empfangsantenne aufweist, ist es schwierig, die Antennenapertur in der Azimutrichtung zu erweitern. Daher hat das in der Patentliteraturstelle 1 offenbarte Radar ein Problem dahingehend, dass es schwierig ist, den Azimutwinkel eines Zielobjekts mit hoher Auflösung zu berechnen, obwohl der Höhenwinkel des Zielobjekts berechnet werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben genannte Problem zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Winkelmessvorrichtung, eines Winkelmessverfahrens und einer Fahrzeug-Bordvorrichtung, die in der Lage sind, den Azimut eines Zieles mit höherer Auflösung zu berechnen als in einem Fall, wo nur eine einzige Empfangsantenne verwendet wird, während die Elevation des Zieles berechnet wird.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Winkelmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Signalextraktionseinheit zum Extrahieren eines Signals, das eine erste Reflexionswelle aufweist und keine zweite Reflexionswelle aufweist, als ein erstes demoduliertes Signal und eines Signals, das die zweite Reflexionswelle aufweist und die erste Reflexionswelle nicht aufweist, als ein zweites demoduliertes Signal aus Empfangssignalen, die von einer oder mehreren Empfangsantennen von einer Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden, wenn ein erster Strahl von einer ersten Sendeantenne abgestrahlt wird, ein zweiter Strahl, dessen Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung von einem Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung des ersten Strahls verschieden ist, von einer zweiten Sendeantenne abgestrahlt wird, und dann jede von der Mehrzahl von Empfangsantennen ein Empfangssignal ausgibt, das die erste Reflexionswelle, bei der es sich um den von einem Ziel reflektierten ersten Strahl handelt, und die zweite Reflexionswelle, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten zweiten Strahl handelt, beinhaltet; eine Elevationsberechnungseinheit zum Berechnen einer Elevation des Zieles durch Durchführen einer Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung eines Summensignals aus dem ersten demodulierten Signal und dem zweiten demodulierten Signal und eines Differenzsignals in Bezug auf das erste demodulierte Signal und das zweite demodulierte Signal; eine Azimutberechnungseinheit zum Berechnen eines Azimuts des Zieles unter Verwendung von Empfangssignalen, die von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden; die erste Sendeantenne zum Abstrahlen des ersten Strahls; die zweite Sendeantenne zum Abstrahlen des zweiten Strahls, wobei eine Installationsposition der zweiten Sendeantenne in der Azimutrichtung von einer Installationsposition der ersten Sendeantenne in der Azimutrichtung verschieden ist; und die Mehrzahl von Empfangsantennen zum Empfangen von sowohl der ersten Reflexionswelle als auch der zweiten Reflexionswelle und zum Ausgeben eines Empfangssignals, das die erste Reflexionswelle und die zweite Reflexionswelle beinhaltet, an die Signalextraktionseinheit, wobei die Mehrzahl von Empfangsantennen zwischen der ersten Sendeantenne und der zweiten Sendeantenne angeordnet sind.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Winkelmessvorrichtung auf: eine Elevationsberechnungseinheit zum Berechnen der Elevation eines Zieles durch Durchführen einer Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung eines Summensignals aus einem ersten demodulierten Signal und einem zweiten demodulierten Signal und eines Differenzsignals in Bezug auf das erste demodulierte Signal und das zweite demodulierte Signal; und eine Azimutberechnungseinheit zum Berechnen des Azimuts des Zieles unter Verwendung von Empfangssignalen, die von einer Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden, wobei und die Mehrzahl von Empfangsantennen zum Empfangen von sowohl der ersten Reflexionswelle als auch der zweiten Reflexionswelle und zum Ausgeben eines Empfangssignals, das die erste Reflexionswelle und die zweite Reflexionswelle beinhaltet, an die Signalextraktionseinheit, wobei die Mehrzahl von Empfangsantennen zwischen der ersten Sendeantenne und der zweiten Sendeantenne angeordnet sind. Daher kann die Winkelmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den Azimut eines Zieles mit höherer Auflösung berechnen als in einem Fall, wo nur eine Empfangsantenne verwendet wird, während die Elevation des Zieles berechnet wird.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Winkelmessvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm, das die Hardware eines Signalprozessors 4 und einer Azimutberechnungseinheit 5 in der Winkelmessvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel einer ersten Sendeantenne 15-1, einer zweiten Sendeantenne 15-2 und von Empfangsantennen 21-1 bis 21-N darstellt.
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Höhenwinkel θ_B1 in der Abstrahlrichtung eines ersten Strahls 16-1 und einen Höhenwinkel θ_B2 in der Abstrahlrichtung eines zweiten Strahls 16-2 darstellt.
5 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Signalprozessor 4 in der Winkelmessvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm eines Computers in einem Fall, wo die Komponenten des Signalprozessors 4 und der Azimutberechnungseinheit 5 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden.
7 ist ein Ablaufschema, das ein Winkelmessverfahren darstellt, bei dem es sich um den Ablauf einer Verarbeitung handelt, die in dem Signalprozessor 4 und der Azimutberechnungseinheit 5 durchgeführt wird.
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für einen Höhenwinkel θ_B1 in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1 und einen Höhenwinkel θ_B2 in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2 darstellt.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine amplitudenvergleichende Monopuls-Winkelmessung durch eine Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 darstellt.
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Berechnungsprozess für eine Elevation θ_tgt unter Verwendung eines Diskriminanzmusters darstellt.
11 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Phasenzentrum und andere Informationen von sowohl der ersten Sendeantenne 15-1 als auch der zweiten Sendeantenne 15-2 und einer Empfangsantenne 21-n darstellt.
12 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Winkelmessvorrichtung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
13 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel einer ersten Sendeantenne 61-1, einer zweiten Sendeantenne 61-2 und von Empfangsantennen 21-1 bis 21-N darstellt.
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Höhenwinkel θ_B3 in der Abstrahlrichtung eines ersten Strahls 62-3 und einen Höhenwinkel θ_B4 in der Abstrahlrichtung eines zweiten Strahls 62-4 darstellt.
15 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für einen Höhenwinkel θ_B3 in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 62-3 und einen Höhenwinkel θ_B4 in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 62-4 darstellt.
16 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Signalprozessor 7 in der Winkelmessvorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
17 ist ein Ablaufschema, das ein Winkelmessverfahren darstellt, bei dem es sich um den Ablauf einer Verarbeitung handelt, die in dem Signalprozessor 7 und einer Azimutberechnungseinheit 5 durchgeführt wird.
18 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine phasenvergleichende Winkelmessung durch eine Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 darstellt.
19 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel einer ersten Sendeantenne 61-1, einer zweiten Sendeantenne 61-2 und von Empfangsantennen 21-1 bis 21-N darstellt.
20 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Fahrzeug-Bordvorrichtung darstellt, welche eine Winkelmessvorrichtung 1 gemäß einer von der ersten bis sechsten Ausführungsform aufweist.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Um die vorliegende Erfindung ausführlicher zu beschreiben, werden nachstehend Ausführungsformen für die Umsetzung der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Winkelmessvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm, das die Hardware eines Signalprozessors 4 und einer Azimutberechnungseinheit 5 in der Winkelmessvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
In 1 weist die Winkelmessvorrichtung 1 eine Strahlsendeeinheit 2, eine Strahlempfangseinheit 3, einen Signalprozessor 4 und eine Azimutberechnungseinheit 5 auf.
Die Strahlsendeeinheit 2 weist eine Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11, eine Codemodulationseinheit 12, eine Sendungsumschalteinheit 13, Sender 14-1 und 14-2, eine erste Sendeantenne 15-1 und eine zweite Sendeantenne 15-2 auf.
Die Strahlsendeeinheit 2 strahlt einen ersten Strahl 16-1 von der ersten Sendeantenne 15-1 und einen zweiten Strahl 16-2 von der zweiten Sendeantenne 15-2 ab.
Sowohl der erste Strahl 16-1 als auch der zweite Strahl 16-2 sind Hochfrequenz(HF)-Signale.
Die Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 erzeugt ein lokales Oszillationssignal und gibt das Signal an die Codemodulationseinheit 12 und jeden von den Empfängern 23-1 bis 23-N aus.
Die Codemodulationseinheit 12 weist beispielsweise einen internen Speicher auf, der einen ersten Code C₁ und einen zweiten Code C₂ speichert.
Die Codemodulationseinheit 12 ordnet den ersten Code C₁ dem von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignal zu und gibt das lokale Oszillationssignal, dem der erste Code C₁ zugeordnet wurde (im Folgenden als „erstes lokales Oszillationssignal“ bezeichnet), an die Sendungsumschalteinheit 13 aus.
Die Codemodulationseinheit 12 weist dem von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignal auch den zweiten Code C₂ zu, der von dem ersten Code C₁ verschieden ist, und gibt das lokale Oszillationssignal, dem der zweite Code C₂ zugeordnet wurde (im Folgenden als „zweites lokales Oszillationssignal“ bezeichnet), an die Sendungsumschalteinheit 13 aus.
Als der erste Code C₁ und der zweite Code C₂ können beispielsweise ein Barker-Code, eine M-Sequenz (Maximum length sequence bzw. Maximalfolge) verwendet werden.
Hierbei weist die Codemodulationseinheit 12 einen internen Speicher auf, der den ersten Code C₁ und den zweiten Code C₂ speichert. Jedoch ist dies nur ein Beispiel, und die Codemodulationseinheit 12 kann sowohl den ersten Code C₁ als auch den zweiten Code C₂ von außerhalb der Vorrichtung empfangen.
Die Sendungsumschalteinheit 13 gibt das von der Codemodulationseinheit 12 ausgegebene erste lokale Oszillationssignal an den Sender 14-1 aus und gibt das von der Codemodulationseinheit 12 ausgegebene zweite lokale Oszillationssignal an den Sender 14-2 aus.
Dann gibt die Sendungsumschalteinheit 13 erste Winkelinformationen, die sowohl den Höhenwinkel als auch den Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung eines ersten Strahls 16-1 angeben, an den Sender 14-1 aus. Die Sendungsumschalteinheit 13 gibt zweite Winkelinformationen, die sowohl den Höhenwinkel als auch den Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung eines zweiten Strahls 16-2 angeben, an den Sender 14-2 aus.
Der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1 und der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2 sind voneinander verschieden.
Der Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1 und der Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2 sind fast gleich.
Sowohl die ersten Winkelinformationen als auch die zweiten Winkelinformationen können in dem internen Speicher der Sendungsumschalteinheit 13 gespeichert werden oder können von außerhalb der Vorrichtung bereitgestellt werden.
Die Frequenz des ersten Strahls 16-1 und die Frequenz des zweiten Strahls 16-2 sind im Wesentlichen gleich.
Der Sender 14-1 erfasst das erste lokale Oszillationssignal aus der Sendungsumschalteinheit 13 und erfasst die ersten Winkelinformationen aus der Sendungsumschalteinheit 13.
Der Sender 14-1 strahlt den ersten Strahl 16-1 aus der ersten Sendeantenne 15-1 ab, indem er das erfasste erste lokale Oszillationssignal an die erste Sendeantenne 15-1 übermittelt.
Der Sender 14-1 steuert die erste Sendeantenne 15-1 so, dass der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, mit dem Höhenwinkel übereinstimmt, der von den ersten Winkelinformationen, die erfasst worden sind, angegeben wird.
Der Sender 14-1 steuert außerdem die erste Sendeantenne 15-1 so, dass der Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, mit dem Azimutwinkel übereinstimmt, der von den ersten Winkelinformationen, die erfasst worden sind, angegeben wird.
Der Sender 14-2 erfasst das zweite lokale Oszillationssignal aus der Sendungsumschalteinheit 13 und erfasst die zweiten Winkelinformationen aus der Sendungsumschalteinheit 13.
Der Sender 14-2 strahlt den zweiten Strahl 16-2 aus der zweiten Sendeantenne 15-2 ab, indem er das zweite lokale Oszillationssignal, das erfasst worden ist, an die zweite Sendeantenne 15-2 übermittelt.
Der Sender 14-2 steuert die zweite Sendeantenne 15-2 so, dass der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, mit dem Höhenwinkel übereinstimmt, der von den zweiten Winkelinformationen, die erfasst worden sind, angegeben wird.
Der Sender 14-2 steuert außerdem die zweite Sendeantenne 15-2 so, dass der Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, mit dem Azimutwinkel übereinstimmt, der von den zweiten Winkelinformationen, die erfasst worden sind, angegeben wird.
Wie in 3 dargestellt ist, weist die erste Sendeantenne 15-1 eine einzige Antennenapertur 15-1a auf und strahlt den ersten Strahl 16-1 von der einen Antennenapertur 15-1a aus in den Raum ab.
Wie in 3 dargestellt ist, weist die zweite Sendeantenne 15-2 eine einzige Antennenapertur 15-2a auf und strahlt den zweiten Strahl 16-2 von der einen Antennenapertur 15-2a aus in den Raum ab.
Die Installationsposition der ersten Sendeantenne 15-1 in der Azimutrichtung und die Installationsposition der zweiten Sendeantenne 15-2 in der Azimutrichtung sind verschieden, wie in 3 dargestellt ist.
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel für die erste Sendeantenne 15-1, die zweite Sendeantenne 15-2 und die Empfangsantennen 21-1 bis 21-N darstellt.
In dem Beispiel von 3 ist D das Anordnungsintervall zwischen der ersten Sendeantenne 15-1 und der zweiten Sendeantenne 15-2.
In dem Beispiel von 3 sind die Aperturlänge der ersten Sendeantenne 15-1 und die Aperturlänge der zweiten Sendeantenne 15-2 gleich. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Aperturlänge der ersten Sendeantenne 15-1 und die Aperturlänge der zweiten Sendeantenne 15-2 können verschieden sein.
Der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1 ist θ_B1, wie in 4 dargestellt ist, und der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2 ist θ_B2, wie in 4 dargestellt ist, und θ_B1≠ θ_B2.
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Höhenwinkel θ_B1 in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1 und einen Höhenwinkel θ_B2 in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2 darstellt.
In 3 und 4 stellt die X-Achse die Azimutrichtung dar. In 3 und 4 fällt die Azimutrichtung aus Gründen der Einfachheit mit der horizontalen Richtung zusammen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Azimutrichtung muss nicht mit der horizontalen Richtung zusammenfallen.
Die Achse Z stellt die Elevationsrichtung dar. In 3 und 4 fällt die Elevationsrichtung aus Gründen der Einfachheit mit der vertikalen Richtung zusammen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Elevationsrichtung muss nicht mit der vertikalen Richtung zusammenfallen.
Die Achse Y ist orthogonal zu der X-Achse und ist orthogonal zu der Z-Achse.
Die Strahlempfangseinheit 3 weist die Empfangsantennen 21-1 bis 21-N, die Empfänger 23-1 bis 23-N und Analog-zu-Digital-Wandler (im Folgenden als „A/D-Wandler“ bezeichnet) 24-1 bis 24-N auf.
Die Empfangsantennen 21-1 bis 21-N sind zwischen der ersten Sendeantenne 15-1 und der zweiten Sendeantenne 15-2 angeordnet. N ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2.
In dem Beispiel von 3 sind N Empfangsantennen 21-n (n = 1, ..., N) in einer Reihe in der horizontalen Richtung angeordnet.
Eine Empfangsantenne 21-n empfängt eine erste Reflexionswelle 20-1, bei der es sich um den von einem Ziel reflektierten ersten Strahl 16-1 handelt, und eine zweite Reflexionswelle 20-2, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten zweiten Strahl 16-2 handelt.
Die Empfangsantenne 21-n gibt ein Empfangssignal 22-n, das die erste Reflexionswelle 20-1 und die zweite Reflexionswelle 20-2 beinhaltet, an einen Empfänger 23-n aus.
In dem Beispiel von 3 sind die Aperturlängen der Empfangsantennen 21-1 bis 21-N einander gleich. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Aperturlängen der Empfangsantennen 21-1 bis 21-N können voneinander verschieden sein.
Für sowohl die erste Sendeantenne 15-1 als auch die zweite Sendeantenne 15-2 und die Empfangsantennen 21-1 bis 21-N können beispielsweise Patch-Antennen oder Hornantennen verwendet werden.
Der Empfänger 23-n senkt die Frequenz des von der Empfangsantenne 21-n ausgegebenen Empfangssignals 22-n unter Verwendung des von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignals beispielsweise von einer HF-Frequenz auf eine Zwischenfrequenz (ZF).
Der Empfänger 23-n gibt das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n an einen Analog-zu-Digital-Wandler (im Folgenden als „A/D-Wandler“ bezeichnet) 24-n aus.
Der A/D-Wandler 24-n wandelt das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n, das von dem Empfänger 23-n ausgegeben worden ist, von einem analogen Signal in eine digitales Signal 25-n um und gibt das digitale Signal 25-n an sowohl den Signalprozessor 4 als auch die Azimutberechnungseinheit 5 aus.
Wie in 5 dargestellt, weist der Signalprozessor 4 eine Signalextraktionseinheit 31 und eine Elevationsberechnungseinheit 32 auf.
5 ist ein Konfigurationsdiagramm, das den Signalprozessor 4 in der Winkelmessvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
In 5 wird die Signalextraktionseinheit 31 beispielsweise von einer in 2 dargestellten Signalextraktionsschaltung 41 implementiert.
Die Signalextraktionseinheit 31 weist beispielsweise einen internen Speicher auf, der den ersten Code C₁ und den zweiten Code C₂ speichert.
Die Signalextraktionseinheit 31 extrahiert ein erstes demoduliertes Signal S₁ unter Verwendung des ersten Codes C₁ aus jedem von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden.
Die Signalextraktionseinheit 31 extrahiert das zweite demodulierte Signal S₂ unter Verwendung des zweiten Codes C₂ aus jedem von dem einen oder den mehreren digitalen Signalen 25-n.
Die Signalextraktionseinheit 31 gibt ein oder mehrere erste demodulierte Signale S₁ und ein oder mehrere zweite demodulierte Signale S₂ an die Elevationsberechnungseinheit 32 aus.
Das erste demodulierte Signal S₁ beinhaltet die erste Reflexionswelle 20-1 und beinhaltet die zweite Reflexionswelle 20-2 nicht, und das zweite demodulierte Signal S₂ beinhaltet die zweite Reflexionswelle 20-2 und beinhaltet die erste Reflexionswelle 20-1 nicht.
Hierbei weist die Signalextraktionseinheit 31 einen internen Speicher auf, der den ersten Code C₁ und den zweiten Code C₂ speichert. Jedoch ist dies nur ein Beispiel, und die Signalextraktionseinheit 31 kann sowohl den ersten Code C₁ als auch den zweiten Code C₂ von außerhalb der Vorrichtung empfangen.
Die Elevationsberechnungseinheit 32 weist eine Fourier-Transformationseinheit 33, eine Integrationseinheit 34, eine Zielkandidatenerkennungseinheit 35 und eine Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 auf.
Die Elevationsberechnungseinheit 32 berechnet eine Elevation θ_tgt des Zieles durch Durchführen einer Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung eines Summensignals aus dem ersten demodulierten Signal S₁ und dem zweiten demodulierten Signal S₂ und eines Differenzsignals in Bezug auf das erste demodulierte Signal S₁ und das zweite demodulierte Signal S₂.
Die Elevationsberechnungseinheit 32 gibt eine Elevation θ_tgt des Zieles, die berechnet worden ist, an eine Anzeige 6 aus.
Die Fourier-Transformationseinheit 33 wird beispielsweise von einer in 2 dargestellten Fourier-Transformationsschaltung 42 implementiert.
Die Fourier-Transformationseinheit 33 führt eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) an jedem von den von der Signalextraktionseinheit 31 ausgegebenen ersten demodulierten Signalen S₁ aus und wandelt dadurch jedes von den ersten demodulierten Signalen S₁ in ein Signal FS₁ in der Frequenzdomäne um.
Die Fourier-Transformationseinheit 33 führt außerdem eine FFT an jedem von den von der Signalextraktionseinheit 31 ausgegebenen zweiten demodulierten Signalen S₂ aus und wandelt dadurch jedes von den zweiten demodulierten Signalen S₂ in ein Signal FS₂ in der Frequenzdomäne um.
Die Fourier-Transformationseinheit 33 gibt ein oder mehrere Signale FS₁ in der Frequenzdomäne und ein oder mehrere Signale FS₂ in der Frequenzdomäne an die Integrationseinheit 34 aus.
Hierbei führt die Fourier-Transformationseinheit 33 eine FFT an jedem von den ersten demodulierten Signalen S₁ und eine FFT an jedem von den zweiten demodulierten Signalen S₂ aus. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Fourier-Transformationseinheit 33 kann eine digitale Fourier-Transformation (DFT) an jedem von den ersten demodulierten Signalen S₁ und eine DFT an jedem von den zweiten demodulierten Signalen S₂ ausführen.
Die Integrationseinheit 34 wird beispielsweise von einer in 2 dargestellten Integrationsschaltung 43 implementiert.
Nachdem die Integrationseinheit 34 die Mehrzahl von Signalen FS₁ in der Frequenzdomäne von der Fourier-Transformationseinheit 33 empfangen hat, integriert sie die Mehrzahl von Signalen FS₁ in der Frequenzdomäne inkohärent.
Ebenso integriert die Integrationseinheit 34, nachdem sie die Mehrzahl von Signalen FS₂ in der Frequenzdomäne von der Fourier-Transformationseinheit 33 empfangen hat, die Mehrzahl von Signalen FS₂ in der Frequenzdomäne inkohärent.
Die Integrationseinheit 34 gibt ein erstes Integrationssignal IC₁ als das Ergebnis der inkohärenten Integration der Signale FS₁ in der Frequenzdomäne an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus und gibt ein zweites Integrationssignal IC₂ als das Ergebnis der inkohärenten Integration der Signale FS₂ in der Frequenzdomäne an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus.
Falls die Zahl der Signale FS₁ in der Frequenzdomäne, die von der Fourier-Transformationseinheit 33 ausgegeben werden, eins ist, gibt die Integrationseinheit 34 die Signale FS₁ in der Frequenzdomäne als das erste Integrationssignal IC₁ an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus.
Ebenso gibt die Integrationseinheit 34, falls die Zahl der Signale FS₂ in der Frequenzdomäne, die von der Fourier-Transformationseinheit 33 ausgegeben werden, eins ist, die Signale FS₂ in der Frequenzdomäne als das zweite Integrationssignal IC₂ an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus.
Die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 wird beispielsweise von einer in 2 dargestellten Zielkandidatenerkennungsschaltung 44 implementiert.
Die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 berechnet ein erstes Zielsignal M₁(θ_tgt), das die Amplitude des Zielkandidaten angibt, beispielsweise durch Durchführen einer Verarbeitung einer konstanten Falschalarmrate (CFAR) unter Verwendung des ersten Integrationssignals IC₁, das von der Integrationseinheit 34 ausgegeben wird.
Ebenso berechnet die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 ein zweites Zielsignal M₂(θ_tgt) das die Amplitude des Zielkandidaten angibt, beispielsweise durch Durchführen einer CFAR-Verarbeitung unter Verwendung des zweiten Integrationssignals IC₂, das von der Integrationseinheit 34 ausgegeben wird.
Die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 gibt sowohl das erste Zielsignal M₁(θ_tgt) als auch das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt) an die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 aus.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 wird beispielsweise von einer in 2 dargestellten Elevationsrechnungsverarbeitungsschaltung 45 implementiert.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 berechnet ein Summensignal Σ(θ_tgt) aus dem ersten Zielsignal M₁(θ_tgt) und dem zweiten Zielsignal M₂(θ_tgt), die von der Zielkandidatenerkennungseinheit 35 ausgegeben werden.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 berechnet außerdem ein Differenzsignal Δ(θ_tgt) in Bezug auf das erste Zielsignal M₁(θ_tgt) und das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt), die von der Zielkandidatenerkennungseinheit 35 ausgegeben werden.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 berechnet eine Elevation θ_tgt des Zieles durch Durchführen einer amplitudenvergleichenden Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung des Summensignals Σ(θ_tgt) und des Differenzsignals Δ(θ_tgt).
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 gibt eine Elevation θ_tgt des Zieles, die berechnet worden ist, an die Anzeige 6 aus.
Die Azimutberechnungseinheit 5 wird beispielsweise von einer in 2 dargestellten Azimutberechnungsschaltung 46 implementiert.
Die Azimutberechnungseinheit 5 berechnet einen Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer digitalen Strahlformungs(DBF)-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden.
Die Azimutberechnungseinheit 5 gibt den Azimut Φ_tgt des Zieles, der errechnet worden ist, an die Anzeige 6 aus.
Hierbei berechnet die Azimutberechnungseinheit 5 den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung. Jedoch ist dies nur ein Beispiel, und die Azimutberechnungseinheit 5 kann den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer Multi-Input-Multi-Output(MIMO)-Verarbeitung unter Verwendung der von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegebenen digitalen Signale 25-1 bis 25-N berechnen.
Die Anzeigeeinheit 6 zeigt beispielsweise die durch die Elevationsberechnungseinheit 32 errechnete Elevation θ_tgt des Zieles und den von der Azimutberechnungseinheit 5 errechneten Azimut dΦ_tgt des Zieles an.
In 1 und 5 wird angenommen, dass sowohl die Signalextraktionseinheit 31, die Fourier-Transformationseinheit 33, die Integrationseinheit 34, die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 und die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36, die Komponenten des Signalprozessors 4 sind, als auch die Azimutberechnungseinheit 5 von zweckgebundener Hardware implementiert werden, wie in 2 dargestellt ist. Das heißt, es wird angenommen, dass die Komponenten des Signalprozessors 4 und die Azimutberechnungseinheit 5 von der Signalextraktionsschaltung 41, der Fourier-Transformationsschaltung 42, der Integrationsschaltung 43, der Zielkandidatenerkennungsschaltung 44, der Elevationsrechnungsverarbeitungsschaltung 45 und der Azimutberechnungsschaltung 46 implementiert werden.
Hierbei entsprechen sowohl die Signalextraktionsschaltung 41, die Fourier-Transformationsschaltung 42, die Integrationsschaltung 43, die Zielkandidatenerkennungsschaltung 44, die Elevationsrechnungsverarbeitungsschaltung 45, als auch die Azimutberechnungsschaltung 46 Einzelschaltungen, zusammengesetzten Schaltungen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), im Feld programmierbaren Gatteranordnungen (FPGA) oder Kombinationen davon.
Die Komponenten des Signalprozessors 4 und der Azimutberechnungseinheit 5 sind nicht auf die Implementierung durch zweckgebundene Hardware beschränkt, und die Komponenten des Signalprozessors 4 und der Azimutberechnungseinheit 5 können durch Software, Firmware oder eine Kombination von Software und Firmware implementiert werden.
Die Software oder die Firmware ist in einem Speicher eines Computers als Programm gespeichert. Hierbei bezeichnet Computer eine Hardware zum Ausführen des Programms und entspricht beispielsweise einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einer zentralen Verarbeitungsvorrichtung, einer Verarbeitungsvorrichtung, einer arithmetischen Vorrichtung, einem Mikroprozessor, einem Mikrocomputer, einem Prozessor oder einem Digitalsignalprozessor (DSP).
6 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm eines Computers in einem Fall, wo die Komponenten des Signalprozessors 4 und die Azimutberechnungseinheit 5 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden.
In einem Fall, wo die Komponenten des Signalprozessors 4 und die Azimutberechnungseinheit 5 von Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden, sind Programme, die den Computer veranlassen, Verarbeitungsabläufe auszuführen, die in der Signalextraktionseinheit 31, der Fourier-Transformationseinheit 33, der Integrationseinheit 34, der Zielkandidatenerkennungseinheit 35, der Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 und der Azimutberechnungseinheit 5 durchgeführt werden, in einem Speicher 51 gespeichert. Dann führt ein Prozessor 52 die in dem Speicher 51 gespeicherten Programme aus.
7 ist ein Ablaufschema, das ein Winkelmessverfahren darstellt, bei dem es sich um den Ablauf einer Verarbeitung handelt, die in dem Signalprozessor 4 und der Azimutberechnungseinheit 5 durchgeführt wird.
Indessen ist in 2 ein Beispiel dargestellt, in dem jede von den Komponenten des Signalprozessors 4 und der Azimutberechnungseinheit 5 von zweckgebundener Hardware implementiert wird, und in 6 ist ein Beispiel dargestellt, in dem der Signalprozessor 4 und die Azimutberechnungseinheit 5 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und manche Komponenten in dem Signalprozessor 4 oder die Azimutberechnungseinheit 5 können durch zweckgebundene Hardware implementiert werden, und die anderen Komponenten können durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden.
Als nächstes wird die Wirkungsweise der in 1 dargestellten Winkelmessvorrichtung 1 beschrieben.
Die Strahlsendeeinheit 2 strahlt den ersten Strahl 16-1, der ein HF-Signal ist, von der ersten Sendeantenne 15-1 zu dem Ziel ab und strahlt den zweiten Strahl 16-2, der ein HF-Signal ist, von der zweiten Sendeantenne 15-2 zu dem Ziel ab.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise der Strahlsendeeinheit 2 konkret beschrieben.
Zuerst erzeugt die Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 beispielsweise ein lokales Hochfrequenz-Oszillationssignal und gibt das lokale Oszillationssignal, das erzeugt worden ist, an die Codemodulationseinheit 12 und die Empfänger 23-1 bis 23-N aus.
Nachdem die Codemodulationseinheit 12 ein lokales Oszillationssignal von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 empfangen hat, ordnet sie dem lokalen Oszillationssignal den ersten Code C₁ zu und gibt das erste lokale Oszillationssignal, bei dem es sich um das lokale Oszillationssignal handelt, dem der erste Code C₁ zugeordnet wurde, an die Sendungsumschalteinheit 13 aus.
Die Codemodulationseinheit 12 weist außerdem dem von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignal den zweiten Code C₂ zu, der von dem ersten Code C₁ verschieden ist, und gibt das zweite lokale Oszillationssignal, bei dem es sich um das lokale Oszillationssignal handelt, dem der zweite Code C₂ zugewiesen wurde (im Folgenden als „zweites lokales Oszillationssignal“ bezeichnet), an die Sendungsumschalteinheit 13 aus.
Nachdem die Sendungsumschalteinheit 13 das erste lokale Oszillationssignal von der Codemodulationseinheit 12 empfangen hat, gibt sie das erste lokale Oszillationssignal an den Sender 14-1 aus.
Dann gibt die Sendungsumschalteinheit 13 die ersten Winkelinformationen, die sowohl den Höhenwinkel θ_B1 als auch den Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1 angeben, an den Sender 14-1 aus.
Nachdem die Sendungsumschalteinheit 13 das zweite lokale Oszillationssignal von der Codemodulationseinheit 12 empfangen hat, gibt sie das zweite lokale Oszillationssignal an den Sender 14-2 aus.
Dann gibt die Sendungsumschalteinheit 13 zweite Winkelinformationen, die sowohl den Höhenwinkel θ_B2 als auch den Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2 angeben, an den Sender 14-2 aus.
Der Sender 14-1 erfasst das erste lokale Oszillationssignal aus der Sendungsumschalteinheit 13 und erfasst die ersten Winkelinformationen aus der Sendungsumschalteinheit 13.
Der Sender 14-1 strahlt den ersten Strahl 16-1 aus der ersten Sendeantenne 15-1 ab, indem er das erfasste erste lokale Oszillationssignal an die erste Sendeantenne 15-1 übermittelt.
Der Sender 14-1 steuert die erste Sendeantenne 15-1 so, dass der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, mit dem von den ersten Winkelinformationen, die erfasst worden sind, angegebenen Höhenwinkel θ_B1 übereinstimmt.
Der Sender 14-1 steuert außerdem die erste Sendeantenne 15-1 so, dass der Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, mit dem Azimutwinkel übereinstimmt, der von den ersten Winkelinformationen, die erfasst worden sind, angegeben wird.
Der Sender 14-2 erfasst das zweite lokale Oszillationssignal aus der Sendungsumschalteinheit 13 und erfasst die zweiten Winkelinformationen aus der Sendungsumschalteinheit 13.
Der Sender 14-2 strahlt den zweiten Strahl 16-2 aus der zweiten Sendeantenne 15-2 ab, indem er das zweite lokale Oszillationssignal, das erfasst worden ist, an die zweite Sendeantenne 15-2 übermittelt.
Der Sender 14-2 steuert die zweite Sendeantenne 15-2 so, dass der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, mit dem von den zweiten Winkelinformationen, die erfasst worden sind, angegebenen Höhenwinkel θ_B2 übereinstimmt.
Der Sender 14-2 steuert außerdem die zweite Sendeantenne 15-2 so, dass der Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, mit dem Azimutwinkel übereinstimmt, der von den zweiten Winkelinformationen, die erfasst worden sind, angegeben wird.
Der Höhenwinkel θ_B1 in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1 und der Höhenwinkel θ_B2 in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2 sind voneinander verschieden, wie in 4 dargestellt ist.
Sowohl der Höhenwinkel θ_B1, der in 4 dargestellt ist, als auch der Höhenwinkel θ_B2, der in 4 dargestellt ist, sind in der negativen Elevationsrichtung verkippt. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und wie in 8 dargestellt ist, kann der Höhenwinkel θ_B1 in der negativen Elevationsrichtung verkippt sein, wenn der Höhenwinkel θ_B2 in der positiven Höhenrichtung verkippt ist.
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für einen Höhenwinkel θ_B1 in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1 und einen Höhenwinkel θ_B2 in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2 darstellt. In 8 ist dargestellt, dass die erste Sendeantenne 15-1 und die zweite Sendeantenne 15-2 in der gleichen Position installiert sind, um das Verstehen des Unterschieds zwischen dem Höhenwinkel θ_B1 und dem Höhenwinkel θ_B2 zu erleichtern.
Der Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des ersten Strahls 16-1 und der Azimutwinkel in der Abstrahlrichtung des zweiten Strahls 16-2 sind fast gleich.
Die erste Sendeantenne 15-1 strahlt den ersten Strahl 16-1 in den Raum ab.
Die zweite Sendeantenne 15-2 strahlt den zweiten Strahl 16-2 in den Raum ab.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, wird angenommen, dass der erste Strahl 16-1 und der zweite Strahl 16-2 gleichzeitig von der ersten Sendeantenne 15-1 bzw. der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt werden.
Der erste Strahl 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte erste Strahl 16-1 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als die erste Reflexionswelle 20-1 empfangen.
Der zweite Strahl 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte zweite Strahl 16-2 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als die zweite Reflexionswelle 20-2 empfangen.
Nachdem eine Empfangsantenne 21-n (n = 1, ..., N) sowohl die erste Reflexionswelle 20-1 als auch die zweite Reflexionswelle 20-2 empfangen hat, gibt sie ein Empfangssignal 22-n, das die erste Reflexionswelle 20-1 und die zweite Reflexionswelle 20-2 beinhaltet, an einen Empfänger 23-n aus.
Der Empfänger 23-n senkt die Frequenz des von der Empfangsantenne 21-n ausgegebenen Empfangssignals 22-n unter Verwendung des von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignals beispielsweise von HF auf ZF.
Der Empfänger 23-n gibt das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n an einen A/D-Wandler 24-n aus.
Nachdem der A/D-Wandler 24-n das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von dem Empfänger 23-n empfangen hat, wandelt er das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von einem analogen Signal in ein digitales Signal 25-n um und gibt das digitale Signal 25-n an sowohl den Signalprozessor 4 als auch die Azimutberechnungseinheit 5 aus.
Die Signalextraktionseinheit 31 extrahiert ein erstes demoduliertes Signal S₁ unter Verwendung des ersten Codes C₁ aus jedem von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden (Schritt ST1 in 7).
Die Signalextraktionseinheit 31 muss nur das erste demodulierte Signal S₁ aus jedem von dem einen oder den mehreren digitalen Signalen 25-n extrahieren. Daher kann die Signalextraktionseinheit 31 das erste demodulierte Signal S₁ aus irgendeinem digitalen Signal 25-n extrahieren oder kann das erste demodulierte Signal S₁ aus jedem von beliebigen zwei digitalen Signalen 25-n extrahieren. Alternativ dazu kann die Signalextraktionseinheit 31 das erste demodulierte Signal S₁ aus jedem von den N digitalen Signalen 25-1 bis 25-N extrahieren.
Die Signalextraktionseinheit 31 extrahiert das zweite demodulierte Signal S₂ unter Verwendung des zweiten Codes C₂ aus jedem von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden (Schritt ST1 in 7).
Die Signalextraktionseinheit 31 muss nur das zweite demodulierte Signal S₂ aus jedem von dem einen oder den mehreren digitalen Signalen 25-n extrahieren. Daher kann die Signalextraktionseinheit 31 das zweite demodulierte Signal S₂ aus irgendeinem digitalen Signal 25-n extrahieren oder kann das zweite demodulierte Signal S₂ aus jedem von beliebigen zwei digitalen Signalen 25-n extrahieren. Alternativ dazu kann die Signalextraktionseinheit 31 das zweite demodulierte Signal S₂ aus jedem von den N digitalen Signalen 25-1 bis 25-N extrahieren.
Man beachte, dass der Prozess des Extrahierens des ersten demodulierten Signals S₁ aus einem digitalen Signal 25-n unter Verwendung des ersten Codes C₁ an sich und der Prozess des Extrahierens des zweiten demodulierten Signals S₂ aus einem digitalen Signal 25-n unter Verwendung des zweiten Codes C₂ an sich eine bekannte Technologie sind, auf deren ausführliche Beschreibung verzichtet wird.
Die Signalextraktionseinheit 31 gibt ein oder mehrere erste demodulierte Signale S₁, die extrahiert worden sind, an die Fourier-Transformationseinheit 33 aus und gibt das eine oder die mehreren zweiten demodulierten Signale S₂, die extrahiert worden sind, an die Fourier-Transformationseinheit 33 aus.
Nachdem die Fourier-Transformationseinheit 33 das eine oder die mehreren ersten demodulierten Signale S₁ von der Signalextraktionseinheit 31 empfangen hat, führt sie eine FFT an jedem von den ersten demodulierten Signalen S₁ durch und wandelt dadurch jedes von den ersten demodulierten Signalen S₁ in ein Signal FS₁ in der Frequenzdomäne um (Schritt ST2 in 7).
Nachdem die Fourier-Transformationseinheit 33 ein oder mehrere zweite demodulierte Signale S₂ von der Signalextraktionseinheit 31 empfangen hat, führt sie eine FFT an jedem von den zweiten demodulierten Signalen S₂ durch und wandelt dadurch jedes von den zweiten demodulierten Signalen S₂ in ein Signal FS₂ in der Frequenzdomäne um (Schritt ST2 in 7).
Die Fourier-Transformationseinheit 33 gibt ein oder mehrere Signale FS₁ in der Frequenzdomäne und ein oder mehrere Signale FS₂ in der Frequenzdomäne an die Integrationseinheit 34 aus.
Nachdem die Integrationseinheit 34 die Mehrzahl von Signalen FS₁ in der Frequenzdomäne von der Fourier-Transformationseinheit 33 empfangen hat, integriert sie die Mehrzahl von Signalen FS₁ in der Frequenzdomäne inkohärent (Schritt ST3 in 7).
Nachdem die Integrationseinheit 34 die Mehrzahl von Signalen FS₂ in der Frequenzdomäne von der Fourier-Transformationseinheit 33 empfangen hat, integriert sie die Mehrzahl von Signalen FS₂ in der Frequenzdomäne inkohärent (Schritt ST3 in 7).
Die Integrationseinheit 34 gibt ein erstes Integrationssignal IC₁ als das Ergebnis der inkohärenten Integration der Signale FS₁ in der Frequenzdomäne an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus und gibt ein zweites Integrationssignal IC₂ als das Ergebnis der inkohärenten Integration der Signale FS₂ in der Frequenzdomäne an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus.
Falls die Zahl der Signale FS₁ in der Frequenzdomäne, die von der Fourier-Transformationseinheit 33 ausgegeben werden, eins ist, gibt die Integrationseinheit 34 die Signale FS₁ in der Frequenzdomäne als das erste Integrationssignal IC₁ an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus.
Ebenso gibt die Integrationseinheit 34, falls die Zahl der Signale FS₂ in der Frequenzdomäne, die von der Fourier-Transformationseinheit 33 ausgegeben werden, eins ist, die Signale FS₂ in der Frequenzdomäne als das zweite Integrationssignal IC₂ an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus.
Nachdem die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 das erste Integrationssignal IC₁ von der Integrationseinheit 34 empfangen hat, berechnet sie das erste Zielsignal M₁(θ_tgt), das die Amplitude des Zielkandidaten angibt, zum Beispiel durch Durchführen einer CFAR-Verarbeitung unter Verwendung des ersten Integrationssignals IC₁ (Schritt ST4 in 7).
Nachdem die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 das zweite Integrationssignal IC₂ von der Integrationseinheit 34 empfangen hat, berechnet sie das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt), das die Amplitude des Zielkandidaten angibt, zum Beispiel durch Durchführen einer CFAR-Verarbeitung unter Verwendung des zweiten Integrationssignals IC₂ (Schritt ST4 in 7). Da die CFAR-Verarbeitung an sich eine bekannte Technologie ist, wird auf ihre ausführliche Beschreibung verzichtet.
Die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 gibt sowohl das erste Zielsignal M₁(θ_tgt) als auch das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt) an die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 aus.
Nachdem die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 das erste Zielsignal M₁(θ_tgt) und das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt) von der Zielkandidatenerkennungseinheit 35 empfangen hat, berechnet sie das Summensignal Σ(θ_tgt) aus dem ersten Zielsignal M₁(θ_tgt) und dem zweiten Zielsignal M₂(θ_tgt), wie von der nachstehenden Gleichung 1 ausgedrückt (Schritt ST5 in 7). $Σ (θ_{tgt}) = M_{1} (θ_{tgt}) + M_{2} (θ_{tgt})$
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 berechnet außerdem das Differenzsignal Δ(θ_tgt) in Bezug auf das erste Zielsignal M₁(θ_tgt) und das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt), wie in der nachstehenden Gleichung 2 ausgedrückt (Schritt ST6 in 7). $Δ (θ_{tgt}) = M_{1} (θ_{tgt}) + M_{2} (θ_{tgt})$
Wie in 9 dargestellt, berechnet die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 eine Elevation θ_tgt des Zieles durch Durchführen einer amplitudenvergleichenden Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung des Summensignals Σ(θ_tgt) und des Differenzsignals Δ(θ_tgt) (Schritt ST7 in 7).
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine amplitudenvergleichende Monopuls-Winkelmessung durch die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 darstellt. In 9 ist θ_TX1 der Mittelpunktwinkel der Elevation des Hauptstrahls des ersten Strahls 16-1, und θ_TX2 ist der Mittelpunktwinkel des Hauptstrahls des zweiten Strahls 16-2.
Die amplitudenvergleichende Monopuls-Winkelmessung ist eine Methode zum Messen eines Winkels durch Abstrahlen von Strahlen aus zwei Antennen in unterschiedlichen Richtungen und Verwenden der Summe der Reflexionswellen der jeweiligen Strahlen, die von einem Ziel reflektiert werden, und der Differenz zwischen den Reflexionswellen der jeweiligen Strahlen.
Im Folgenden wird die amplitudenvergleichende Monopuls-Winkelmessung durch die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 konkret beschrieben.
Nach der Berechnung des Summensignals Σ(θ_tgt) und des Differenzsignals Δ(θ_tgt) berechnet die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 ein Verhältnis ε des Differenzsignals Δ(θ_tgt) in Bezug auf das Summensignal Σ(θ_tgt), wie in der nachstehenden Gleichung 3 ausgedrückt. $ε = \frac{Δ (θ_{tgt})}{Σ (θ_{tgt})}$
Ein interner Speicher der Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 speichert ein Diskriminanzmuster (siehe 10), das ein Verhältnis ε' angibt, das der Elevation θ' entspricht. In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, speichert der interne Speicher der Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 das Diskriminanzmuster. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und ein Speicher außerhalb der Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 kann das Diskriminanzmuster speichern.
Das Verhältnis ε' wird mit der nachstehenden Gleichung 4 ausgedrückt. $ε' = \frac{Δ (θ')}{Σ (θ')} = \frac{M_{1} (θ') - M_{2} (θ')}{M_{1} (θ') + M_{2} (θ')}$
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Berechnungsprozess für eine Elevation θ_tgt unter Verwendung eines Diskriminanzmusters darstellt.
Das Diskriminanzmuster ist eine gerade Linie oder eine Kurve, die ein Verhältnis ε' angibt, das der Elevation θ' entspricht. Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 kann durch Berechnen jeweiliger Verhältnisse ε', die der Mehrzahl von voneinander verschiedenen Elevationen θ' entsprechen, das Diskriminanzmuster aus den Verhältnissen ε' berechnen, die einer Mehrzahl von Elevationen θ' entsprechen. Da der Prozess des Berechnens des Diskriminanzmusters an sich eine bekannte Technologie ist, wird auf seine ausführliche Beschreibung verzichtet.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 führt durch Anwenden des Verhältnisses ε, das errechnet worden ist, auf ein Verhältnis ε', das von dem Diskriminanzmuster angegeben wird, eine Rückberechnung der Elevation θ_tgt durch, die dem Verhältnis ε entspricht, wie in 10 dargestellt. Da der Prozess des Rückberechnens der Elevation θ_tgt an sich eine bekannte Technologie ist, wird auf seine ausführliche Beschreibung verzichtet.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 gibt die rückberechnete Elevation θ_tgt des Zieles an die Anzeige 6 aus.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, berechnet die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 die Elevation θ_tgt des Zieles unter Verwendung des Diskriminanzmusters. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 kann auf eine Tabelle, welche die entsprechende Beziehung zwischen einer Mehrzahl von voneinander verschiedenen Elevationen θ' und einem Verhältnis ε' eines Differenzsignals Δ(θ') in Bezug auf ein Summensignal Σ(θ') angibt, Bezug nehmen und die Elevation θ_tgt erhalten, die dem errechneten Verhältnis ε entspricht, wie nachstehend beschrieben.
Nachdem die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 das Verhältnis ε des Differenzsignals Δ(θ_tgt) in Bezug auf das Summensignal Σ(θ_tgt) berechnet hat, sucht sie unter Verhältnissen ε', die in der Tabelle enthalten sind, nach dem Verhältnis ε', das mit dem Verhältnis ε, das errechnet worden ist, übereinstimmt.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 gibt eine Elevation θ', die dem durch die Suche erhaltenen Verhältnis ε' entspricht, als das Rechenergebnis der Elevation θ_tgt des Zieles an die Anzeige 6 aus.
In einem Fall, wo die Tabelle kein Verhältnis ε' enthält, das mit dem Verhältnis ε, das errechnet worden ist, übereinstimmt, sucht die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 unter den Verhältnissen ε', die kleiner sind als das Verhältnis ε, das errechnet worden ist, nach dem größten Verhältnis ε' (im Folgenden als „Verhältnis ε'₁‟bezeichnet) unter den in der Tabelle enthaltenen Verhältnissen ε'.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 sucht außerdem unter den Verhältnissen ε', die größer sind als das Verhältnis ε, das errechnet worden ist, nach dem kleinsten Verhältnis ε' (im Folgenden als „Verhältnis ε'₂“ bezeichnet) unter den in der Tabelle enthaltenen Verhältnissen ε'.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 36 berechnet eine Elevation θ_tgt, die dem Verhältnis ε, das errechnet worden ist, entspricht, durch Durchführen eines Interpolationsprozesses unter Verwendung der Elevation θ', die dem Verhältnis ε'₁, das gesucht worden ist, entspricht, und der Elevation θ', die dem Verhältnis ε'₂, das gesucht worden ist, entspricht. Da der Interpolationsprozess an sich eine bekannte Technologie ist, wird auf seine ausführliche Beschreibung verzichtet.
Nachdem die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N empfangen hat, berechnet sie den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung unter Verwendung der N digitalen Signale 25-1 bis 25-N (Schritt ST8 in 7). Da die DBF-Verarbeitung an sich eine bekannte Technologie ist, wird auf ihre ausführliche Beschreibung verzichtet.
Die Azimutberechnungseinheit 5 gibt den Azimut Φ_tgt des Zieles, der errechnet worden ist, an die Anzeige 6 aus.
Hierbei berechnet die Azimutberechnungseinheit 5 den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung. Jedoch ist dies nur ein Beispiel, und die Azimutberechnungseinheit 5 kann den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N berechnen.
Es ist möglich, in einem Fall, wo die Azimutberechnungseinheit 5 eine DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung durchführt, das Auftreten von Gitterkeulen zu unterdrücken.
Es ist auch möglich, in einem Fall, wo die Azimutberechnungseinheit 5 eine DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung durchführt, die Antennenapertur in der Azimutrichtung zu erweitern, und es ist auch möglich, den Azimut Φ_tgt des Zieles mit einer höheren Auflösung zu berechnen als in einem Fall, wo der Azimut Φ_tgt des Zieles aus nur einem Empfangssignal berechnet wird.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, erfasst die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Azimutberechnungseinheit 5 kann das erste demodulierte Signal S₁ oder das zweite demodulierte Signal S₂, die von der Signalextraktionseinheit 31 extrahiert werden, erfassen. In einem Fall, wo die Azimutberechnungseinheit 5 das erste demodulierte Signal S₁ oder das zweite demodulierte Signal S₂ erfasst, extrahiert die Signalextraktionseinheit 31 das erste demodulierte Signal S₁ oder das zweite demodulierte Signal S₂ aus jedem von zwei oder mehr digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N. Um den Azimut Φ_tgt des Zieles mit einer hohen Auflösung zu berechnen, ist es anzustreben, dass die Signalextraktionseinheit 31 N erste demodulierte Signale S₁ oder N zweite demodulierte Signale S₂ aus sämtlichen digitalen Signalen 25-1 bis 25-N extrahiert.
Die Azimutberechnungseinheit 5 berechnet den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der zwei oder mehr ersten demodulierten Signale S₁ oder der zwei oder mehr zweiten demodulierten Signale S₂, die von der Signalextraktionseinheit 31 extrahiert werden.
Die Anzeigeeinheit 6 zeigt beispielsweise die von der Elevationsberechnungseinheit 32 ausgegebene Elevation θ_tgt des Zieles und den von der Azimutberechnungseinheit 5 ausgegebenen Azimut dΦ_tgt des Zieles an.
In der obigen ersten Ausführungsform weist die Winkelmessvorrichtung 1 auf: die Signalextraktionseinheit 31 zum Extrahieren eines Signals, das die erste Reflexionswelle 20-1 beinhaltet und die zweite Reflexionswelle 20-2 nicht beinhaltet, als das erste demodulierte Signal und eines Signals, das die zweite Reflexionswelle 20-2 beinhaltet und die erste Reflexionswelle 20-1 nicht beinhaltet, als das zweite demodulierte Signal, aus Empfangssignalen 22-n, die von einer oder mehreren Empfangsantennen 21-n von der Mehrzahl von Empfangsantennen 21-1 bis 21-N ausgeben werden; die Elevationsberechnungseinheit 32 zum Berechnen der Elevation des Zieles durch Durchführen einer Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung eines Summensignals aus dem ersten demodulierten Signal und dem zweiten demodulierten Signal und eines Differenzsignals in Bezug auf das erste demodulierte Signal und das zweite demodulierte Signal; und die Azimutberechnungseinheit 5 zum Berechnen des Azimuts des Zieles unter Verwendung von Empfangssignalen 22-1 bis 22-N, die von der Mehrzahl von Empfangsantennen 21-1 bis 21-N ausgegeben werden. Daher kann die Winkelmessvorrichtung 1 den Azimut eines Zieles mit höherer Auflösung berechnen als in einem Fall, wo nur eine einzige Empfangsantenne verwendet wird, während die Elevation des Zieles berechnet wird.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, sind die Installationsposition der ersten Sendeantenne 15-1 in der Elevationsrichtung und die Installationsposition der zweiten Sendeantenne 15-2 in der Elevationsrichtung gleich, wie in 4 und 8 dargestellt ist. Falls die Installationspositionen in der Elevationsrichtung gleich sind, wie in 11 dargestellt, sind die Z-Achsen-Position der ersten Sendeantenne 15-1 in einem Phasenzentrum O₁ und die Z-Achsen-Position der zweiten Sendeantenne 15-2 in einem Phasenzentrum O₂ jeweils gleich. Daher wird in der Elevationsrichtung keine Phasendifferenz zwischen dem Phasenzentrum O₁ und dem Phasenzentrum O₂ erzeugt.
11 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Phasenzentrum und andere Informationen von sowohl der ersten Sendeantenne 15-1 als auch der zweiten Sendeantenne 15-2 und einer Empfangsantenne 21-n darstellt.
Da die erste Sendeantenne 15-1 und die zweite Sendeantenne 15-2 jedoch an Positionen installiert sind, die über ein Intervall D voneinander getrennt sind, gibt es Fälle, wo zwischen dem Abstand von der ersten Sendeantenne 15-1 zu dem Ziel und dem Abstand von der zweiten Sendeantenne 15-2 zu dem Ziel eine Differenz besteht.
In einem Fall, wo zwischen dem Abstand von der ersten Sendeantenne 15-1 zu dem Ziel und dem Abstand von der zweiten Sendeantenne 15-2 zu dem Ziel eine Differenz besteht, gibt es Fälle, wo das Phasenzentrum O₁ des ersten demodulierten Signals S₁ und das Phasenzentrum O₂ des zweiten demodulierten Signals S₂ in der Azimutrichtung verschieden sind.
Wie in 11 dargestellt ist, sei angenommen, dass der Abstand zwischen dem Phasenzentrum O₁ der ersten Sendeantenne 15-1 und einem Ziel R₁ ist, dass der Abstand zwischen dem Phasenzentrum O₂ der zweiten Sendeantenne 15-2 und dem Ziel R₂ ist und dass der Abstand zwischen einem Phasenzentrum O der Empfangsantenne 21-n und dem Ziel R ist. Wenn die Abstandsdifferenz zwischen dem Abstand R₁ und dem Abstand R ΔR₁ ist und die Abstandsdifferenz zwischen dem Abstand R₂ und dem Abstand R ΔR₂ ist, ist die Verschiebung zwischen der Abstandsdifferenz ΔR₁ und der Abstandsdifferenz ΔR₂ die Phasendifferenz zwischen dem Phasenzentrum O₁ und dem Phasenzentrum O₂ in der Azimutrichtung.
Es sei angenommen, dass das Phasenzentrum O einer Empfangsantenne 21-n ein Phasenbezugspunkt ist. Zum Beispiel sei ein Fall angenommen, wo das Phasenzentrum O₁ der ersten Sendeantenne 15-1 in der Azimutrichtung von einem Phasenbezugspunkt über einen Abstand -D/2 getrennt ist und das Phasenzentrum O₂ der zweiten Sendeantenne 15-2 in der Azimutrichtung über einen Abstand +D/2 von dem Phasenbezugspunkt getrennt ist.
In diesem Fall wird ein Array-Response-Vektor v₁ der ersten Sendeantenne 15-1 durch die nachstehende Gleichung 5 ausgedrückt, und ein Array-Response-Vektor v₂ der zweiten Sendeantenne 15-2 wird durch die nachstehende Gleichung 6 ausgedrückt. $v_{1} = exp {j \frac{2 π}{λ} (- \frac{D}{2} sin θ_{tgt} sin ϕ_{t g t})}$
$v_{2} = exp {j \frac{2 π}{λ} (+ \frac{D}{2} sin θ_{tgt} sin ϕ_{t g t})}$
In den Gleichungen 5 und 6 bezeichnet λ die Wellenlänge bei der Mittenfrequenz von sowohl dem ersten Strahl 16-1 als auch dem zweiten Strahl 16-2.
Zum Beispiel werden durch Multiplizieren des ersten demodulierten Signals S₁ mit dem Array-Response-Vektor v₁ (S₁ × v₁) und Multiplizieren des zweiten demodulierten Signals S₂ mit dem Array-Response-Vektor v₂ (S₂ × v₂) die erste Sendeantenne 15-1 und die zweite Sendeantenne 15-2 einer Phasenkompensation unterzogen, so dass ihre X-Achsen-Positionen virtuell an derselben Position angeordnet werden.
Es gibt Fälle, wo die Genauigkeit der Berechnung der Elevation θ_tgt durch die Elevationsberechnungseinheit 32 verbessert wird, wenn die Signalextraktionseinheit 31 eine Phasenkompensation durchführt, so dass die X-Achsen-Positionen der ersten Sendeantenne 15-1 und der zweiten Sendeantenne 15-2 virtuell an derselben Position angeordnet werden.
In einem Fall, wo der Abstand R zwischen dem Phasenzentrum O der Empfangsantenne 21-n und dem Ziel ausreichend größer ist als das Intervall D zwischen der ersten Sendeantenne 15-1 und der zweiten Sendeantenne 15-2 (R >> D), kann jedoch eine Fernfeldapproximation angewendet werden, und somit können sowohl das erste demodulierte Signal S₁ als auch das zweite demodulierte Signal S₂ als ebene Welle angesehen werden. In diesem Fall ist der Einfluss auf die Winkelmessung auch dann gering, wenn die Signalextraktionseinheit 31 keine Phasenkompensation durchführt, so dass die X-Achsen-Positionen der ersten Sendeantenne 15-1 und der zweiten Sendeantenne 15-2 virtuell an derselben Position angeordnet werden.
Zweite Ausführungsform
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, strahlt die Strahlsendeeinheit 2 den ersten Strahl 16-1 und den zweiten Strahl 16-2 gleichzeitig ab.
In einer zweiten Ausführungsform wird eine Winkelmessvorrichtung 1 beschrieben, bei der die Strahlsendeeinheit 2 den ersten Strahl 16-1 und den zweiten Strahl 16-2 zeitlich versetzt abstrahlt.
In der Winkelmessvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform wird der Einfachheit halber angenommen, dass die Strahlsendeeinheit 2 den ersten Strahl 16-1 abstrahlt und dann den zweiten Strahl 16-2 abstrahlt.
Die Konfiguration der Winkelmessvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform ist in 1 dargestellt, wie bei der ersten Ausführungsform. Man beachte, dass in einem Fall, wo die Strahlsendeeinheit 2 den ersten Strahl 16-1 und den zweiten Strahl 16-2 zeitlich versetzt abstrahlt, sowohl das erste demodulierte Signal S₁ als auch das zweite demodulierte Signal S₂ extrahiert werden können, ohne den ersten Code C₁ oder den zweiten Code C₂ zu dem lokalen Oszillationssignal hinzuzufügen. Daher muss die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 nicht aufweisen; jedoch können der erste Code C₁ und der zweite Code C₂ jeweils zu dem lokalen Oszillationssignal hinzugefügt werden, und somit kann die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 aufweisen.
Zuerst strahlt die erste Sendeantenne 15-1 den ersten Strahl 16-1 in den Raum ab, wie in der ersten Ausführungsform.
Der erste Strahl 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte erste Strahl 16-1 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als die erste Reflexionswelle 20-1 empfangen.
Nachdem eine Empfangsantenne 21-n (n = 1, ..., N) die erste Reflexionswelle 20-1 empfangen hat, gibt sie ein Empfangssignal 22-n, das die erste Reflexionswelle 20-1 beinhaltet, an einen Empfänger 23-n aus.
Der Empfänger 23-n senkt die Frequenz des von der Empfangsantenne 21-n ausgegebenen Empfangssignals 22-n unter Verwendung des von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignals beispielsweise von HF auf ZF.
Der Empfänger 23-n gibt das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n an einen A/D-Wandler 24-n aus.
Nachdem der A/D-Wandler 24-n das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von dem Empfänger 23-n empfangen hat, wandelt er das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von einem analogen Signal in ein digitales Signal 25-n um und gibt das digitale Signal 25-n an sowohl den Signalprozessor 4 als auch die Azimutberechnungseinheit 5 aus.
Die Signalextraktionseinheit 31 gibt jedes von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden, als erstes demoduliertes Signal S₁ an die Elevationsberechnungseinheit 32 aus.
Nachdem die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N empfangen hat, berechnet sie den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N, wie in der ersten Ausführungsform.
Dann strahlt die zweite Sendeantenne 15-2 den zweiten Strahl 16-2 in den Raum ab, wie in der ersten Ausführungsform.
Der zweite Strahl 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte zweite Strahl 16-2 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als die zweite Reflexionswelle 20-2 empfangen.
Nachdem eine Empfangsantenne 21-n die zweite Reflexionswelle 20-2 empfangen hat, gibt sie ein Empfangssignal 22-n, das die zweite Reflexionswelle 20-2 aufweist, an einen Empfänger 23-n aus.
Der Empfänger 23-n senkt die Frequenz des von der Empfangsantenne 21-n ausgegebenen Empfangssignals 22-n unter Verwendung des von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignals beispielsweise von HF auf ZF.
Der Empfänger 23-n gibt das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n an einen A/D-Wandler 24-n aus.
Nachdem der A/D-Wandler 24-n das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von dem Empfänger 23-n empfangen hat, wandelt er das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von einem analogen Signal in ein digitales Signal 25-n um und gibt das digitale Signal 25-n an sowohl den Signalprozessor 4 als auch die Azimutberechnungseinheit 5 aus.
Die Signalextraktionseinheit 31 gibt jedes von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden, als zweites demoduliertes Signal S₂ an die Elevationsberechnungseinheit 32 aus.
Nachdem die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N empfangen hat, berechnet sie den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N, wie in der ersten Ausführungsform.
Der Inhalt der Verarbeitung durch die Elevationsberechnungseinheit 32 ist dem der ersten Ausführungsform gleich, und somit wird auf seine ausführliche Beschreibung verzichtet.
Auch in der Winkelmessvorrichtung 1, welche die Strahlsendeeinheit 2 zum zeitversetzten Abstrahlen des ersten Strahls 16-1 und des zweiten Strahls 16-2 aufweist, ist es möglich, den Azimut eines Zieles mit einer höheren Auflösung zu berechnen als in einem Fall, wo eine einzige Empfangsantenne verwendet wird, während die Elevation des Zieles berechnet wird, wie in der Winkelmessvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform.
In einem Fall, wo die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 nicht aufweist, ist die Verarbeitungslast im Vergleich mit der Winkelmessvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform verringert.
Dritte Ausführungsform
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, sind die Frequenz des ersten Strahls 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, und die Frequenz des zweiten Strahls 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, fast gleich.
In einer dritten Ausführungsform wird eine Winkelmessvorrichtung 1 beschrieben, bei der die Frequenz des ersten Strahls 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, und die Frequenz des zweiten Strahls 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, verschieden sind.
Es wird angenommen, dass die Frequenz des ersten Strahls 16-1 eine erste Frequenz ist und dass die Frequenz des zweiten Strahls 16-2 eine zweite Frequenz ist.
Die Konfiguration der Winkelmessvorrichtung 1 der dritten Ausführungsform ist in 1 dargestellt, wie bei der ersten Ausführungsform. Jedoch ist es in einem Fall, wo die Frequenz des ersten Strahls 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, und die Frequenz des zweiten Strahls 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, verschieden sind, möglich, sowohl das erste demodulierte Signal S₁ als auch das zweite demodulierte Signal S₂ zu extrahieren, ohne den ersten Code C₁ oder den zweiten Code C₂ zu dem lokalen Oszillationssignal hinzuzufügen. Daher muss die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 nicht aufweisen; jedoch können der erste Code C₁ und der zweite Code C₂ jeweils zu dem lokalen Oszillationssignal hinzugefügt werden, und somit kann die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 aufweisen.
Die Strahlempfangseinheit 3 wirkt auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform.
Die Signalextraktionseinheit 31 wandelt jedes digitale Signal 25-n in ein Signal in der Frequenzdomäne um, beispielsweise durch Durchführen einer FFT an jedem von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden.
Die Signalextraktionseinheit 31 extrahiert ein Signal mit der ersten Frequenz aus jedem von den Signalen in der Frequenzdomäne und extrahiert ein Signal mit der zweiten Frequenz aus jedem von den Signalen in der Frequenzdomäne.
Die Signalextraktionseinheit 31 wandelt jedes von den Signalen mit der ersten Frequenz beispielsweise dadurch in ein Signal in der Frequenzdomäne um, dass sie eine inverse FFT an jedem von den Signalen mit der ersten Frequenz, die extrahiert worden sind, durchführt, und gibt jedes von den Signalen in der Zeitdomäne als das erste demodulierte Signal S₁ an die Elevationsberechnungseinheit 32 aus.
Die Signalextraktionseinheit 31 wandelt außerdem jedes von den Signalen mit der zweiten Frequenz beispielsweise dadurch in ein Signal in der Frequenzdomäne um, dass sie eine inverse FFT an jedem von den Signalen mit der zweiten Frequenz, die extrahiert worden sind, durchführt, und gibt jedes von den Signalen in der Zeitdomäne als das zweite demodulierte Signal S₂ an die Elevationsberechnungseinheit 32 aus.
Hierbei gibt die Signalextraktionseinheit 31 ein Signal in der Zeitdomäne als das erste demodulierte Signal S₁ an die Elevationsberechnungseinheit 32 aus und gibt ein Signal in der Zeitdomäne als das zweite demodulierte Signal S₂ an die Elevationsberechnungseinheit 32 aus. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Fourier-Transformationseinheit 33 der Elevationsberechnungseinheit 32 ist nicht notwendig, wenn die Signalextraktionseinheit 31 jedes Signal mit der ersten Frequenz, das extrahiert worden ist, an die Elevationsberechnungseinheit 32 ausgibt und jedes Signal mit der zweiten Frequenz, das extrahiert worden ist, an die Elevationsberechnungseinheit 32 ausgibt.
Nachdem die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N empfangen hat, berechnet sie den Azimut Φ_tgt eines Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N, wie in der ersten Ausführungsform.
Die Azimutberechnungseinheit 5 kann das erste demodulierte Signal S₁ oder das zweite demodulierte Signal S₂ aus sämtlichen digitalen Signalen 25-1 bis 25-N extrahieren, beispielsweise auf ähnliche Weise wie die Signalextraktionseinheit 31, unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N vor der Durchführung der DBF-Verarbeitung oder dergleichen.
In einem Fall, wo N erste demodulierte Signale S₁ oder N zweite demodulierte Signale S₂ extrahiert werden, führt die Azimutberechnungseinheit 5 eine DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der N ersten demodulierten Signale S₁ oder der N zweiten demodulierten Signale S₂ durch.
Auch in der Winkelmessvorrichtung 1, in der die Frequenz des ersten Strahls 16-1, der von der ersten Sendeantenne 15-1 abgestrahlt wird, und die Frequenz des zweiten Strahls 16-2, der von der zweiten Sendeantenne 15-2 abgestrahlt wird, voneinander verschieden sind, ist es möglich, den Azimut eines Zieles mit einer höheren Auflösung zu berechnen als in einem Fall, wo eine einzige Empfangsantenne verwendet wird, während die Elevation des Zieles berechnet wird, wie in der Winkelmessvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform.
In einem Fall, wo die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 nicht aufweist, ist die Verarbeitungslast im Vergleich mit der Winkelmessvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform verringert.
Vierte Ausführungsform
Die in 1 dargestellte Winkelmessvorrichtung 1 weist die erste Sendeantenne 15-1 mit einer einzigen Antennenapertur 15-1a und die zweite Sendeantenne 15-2 mit einer einzigen Antennenapertur 15-2a auf.
In einer vierten Ausführungsform wird eine Winkelmessvorrichtung 1 beschrieben, die eine erste Sendeantenne 61-1 mit zwei Antennenaperturen in der Elevationsrichtung und eine zweite Sendeantenne 61-2 mit zwei Antennenaperturen in der Elevationsrichtung aufweist.
12 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Winkelmessvorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. In 12 stellt das gleiche Symbol wie in 1 ein gleiches oder ein entsprechendes Teil dar, und somit wird auf dessen Beschreibung verzichtet.
13 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel für die erste Sendeantenne 61-1, die zweite Sendeantenne 61-2 und die Empfangsantennen 21-1 bis 21-N darstellt.
14 und 15 sind erläuternde Diagramme, die ein Beispiel für einen Höhenwinkel θ_B3 in der Abstrahlrichtung eines ersten Strahls 62-3 und einen Höhenwinkel θ_B4 in der Abstrahlrichtung eines zweiten Strahls 62-4 darstellen.
In 15 ist dargestellt, dass die erste Sendeantenne 61-1 und die zweite Sendeantenne 61-2 in der gleichen Position installiert sind, um deutlicher zu machen, dass der Höhenwinkel θ_B3 und der Höhenwinkel θ_B4 gleiche Winkel sind.
Die erste Sendeantenne 61-1 weist zwei Antennenelemente 61-1-1 und 61-1-2 auf und weist zwei Antennenaperturen 61-1-1a und 61-1-2a in der Elevationsrichtung auf.
Von den zwei Antennenaperturen 61-1-1a und 61-1-2a ist die Antennenapertur 61-1-1a auf der Seite des oberen Endes eine erste Antennenapertur, und die Antennenapertur 61-1-2a auf der Seite des unteren Endes ist eine zweite Antennenapertur.
Die erste Sendeantenne 61-1 strahlt einen dritten Strahl 62-3 von der Antennenapertur 61-1-1a aus in den Raum ab.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 12 dargestellt ist, strahlt die erste Sendeantenne 61-1 den dritten Strahl 62-3 aus der Antennenapertur 61-1-1a in den Raum ab. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die erste Sendeantenne 61-1 kann einen fünften Strahl aus der Antennenapertur 61-1-2a in den Raum abstrahlen.
Die zweite Sendeantenne 61-2 weist zwei Antennenelemente 61-2-1 und 61-2-2 auf und weist zwei Antennenaperturen 61-2-1a und 61-2-2a in der Elevationsrichtung auf.
Von den zwei Antennenaperturen 61-2-1a und 61-2-2a ist die Antennenapertur 61-2-1a auf der Seite des oberen Endes eine dritte Antennenapertur, und die Antennenapertur 61-2-2a auf der Seite des unteren Endes ist eine vierte Antennenapertur.
Die zweite Sendeantenne 61-2 strahlt in einem Fall, wo der dritte Strahl 62-3 aus der Antennenapertur 61-1-1a abgestrahlt wird, den vierten Strahl 62-4 aus der Antennenapertur 61-2-2a in den Raum aus.
Die zweite Sendeantenne 61-2 strahlt in einem Fall, wo ein fünfter Strahl aus der Antennenapertur 61-1-2a abgestrahlt wird, einen sechsten Strahl aus der Antennenapertur 61-2-1a in den Raum aus.
In den Beispielen von 14 und 15 wird der dritte Strahl 62-3 aus der Antennenapertur 61-1-1a abgestrahlt, und der vierte Strahl 62-4 wird aus der Antennenapertur 61-2-2a abgestrahlt.
Die Installationsposition der ersten Sendeantenne 61-1 in der Elevationsrichtung und die Installationsposition der zweiten Sendeantenne 61-2 in der Elevationsrichtung sind gleich, wie in 13 und 14 dargestellt ist.
Die Installationsposition der ersten Sendeantenne 61-1 in der Azimutrichtung und die Installationsposition der zweiten Sendeantenne 61-2 in der Azimutrichtung sind verschieden, wie in 13 und 14 dargestellt ist.
In den Beispielen von 13 und 14 ist D das Anordnungsintervall zwischen der ersten Sendeantenne 61-1 und der zweiten Sendeantenne 61-2.
Der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des dritten Strahls 62-3 ist θ_B3, wie in 14 und 15 dargestellt ist, der Höhenwinkel des vierten Strahls 62-4 ist θ_B4, wie in 14 und 15 dargestellt ist, und es gilt θ_B3 = θ_B4.
Der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des fünften Strahls und der Höhenwinkel in der Abstrahlrichtung des sechsten Strahls sind der gleiche Winkel.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 12 dargestellt ist, werden der dritte Strahl 62-3 und der vierte Strahl 62-4 gleichzeitig von der ersten Sendeantenne 61-1 bzw. der zweiten Sendeantenne 61-2 abgestrahlt.
Der dritte Strahl 62-3, der von der dritten Sendeantenne 62-3 abgestrahlt wird, wird von einem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte dritte Strahl 62-3 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als dritte Reflexionswelle 70-3 empfangen.
Der vierte Strahl 62-4, der von der zweiten Sendeantenne 61-2 abgestrahlt wird, wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte vierte Strahl 62-4 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als vierte Reflexionswelle 70-4 empfangen.
Die erste Sendeantenne 61-1 kann anstelle des dritten Strahls 62-3 den fünften Strahl aus der Antennenapertur 61-1-2a abstrahlen, und die zweite Sendeantenne 61-2 kann anstelle des vierten Strahls 62-4 den sechsten Strahl aus der Antennenapertur 61-2-1a abstrahlen.
In einem Fall, wo der fünfte und der sechste Strahl gleichzeitig aus der ersten Sendeantenne 61-2 bzw. der zweiten Sendeantenne 61-1 abgestrahlt werden, wird der fünfte Strahl von einem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte fünfte Strahl wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als fünfte Reflexionswelle empfangen.
Der sechste Strahl wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte sechste Strahl wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als sechste Reflexionswelle empfangen.
Nachdem eine Empfangsantenne 21-n (n = 1, ..., N) sowohl die dritte Reflexionswelle 70-3 als auch die vierte Reflexionswelle 70-4 empfangen hat, gibt sie ein Empfangssignal 22-n, das die dritte Reflexionswelle 70-3 und die vierte Reflexionswelle 70-4 beinhaltet, an einen Empfänger 23-n aus.
Wie in 16 dargestellt, weist ein Signalprozessor 7 eine Signalextraktionseinheit 71 und eine Elevationsberechnungseinheit 72 auf.
16 ist ein Konfigurationsdiagramm, das den Signalprozessor 7 in der Winkelmessvorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. In 16 stellt das gleiche Symbol wie in 5 ein gleiches oder ein entsprechendes Teil dar, und somit wird auf dessen Beschreibung verzichtet.
Die Signalextraktionseinheit 71 wird beispielsweise von der in 2 dargestellten Signalextraktionseinheit 41 implementiert.
Die Signalextraktionseinheit 71 weist beispielsweise einen internen Speicher auf, der den ersten Code C₁ und den zweiten Code C₂ speichert.
Die Signalextraktionseinheit 71 extrahiert ein erstes demoduliertes Signal S₁ unter Verwendung des ersten Codes C₁ aus jedem von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden.
Die Signalextraktionseinheit 71 extrahiert außerdem das zweite demodulierte Signal S₂ unter Verwendung des zweiten Codes C₂ aus jedem von dem einen oder den mehreren digitalen Signalen 25-n.
Die Signalextraktionseinheit 71 kompensiert sowohl die Phase des ersten demodulierten Signals S₁ als auch die Phase des zweiten demodulierten Signals S₂ auf der Basis des Abstands zwischen einer Empfangsantenne 21-n und der ersten Sendeantenne 61-1 in der Azimutrichtung, des Abstands zwischen der Empfangsantenne 21-n und der zweiten Sendeantenne 61-2 in der Azimutrichtung und des Abstands zwischen dem Phasenzentrum des Antennenelements 61-1-1 und dem Phasenzentrum des Antennenelements 61-2-2 in der Elevationsrichtung.
Mit Empfangsantenne 21-n ist eine Empfangsantenne gemeint, die ein Empfangssignal 22-n ausgegeben hat, aus dem das erste demodulierte Signal S₁ und das zweite demodulierte Signal S₂ extrahiert worden sind.
Die Signalextraktionseinheit 71 gibt ein oder mehrere erste demodulierte Signale S₁, die einer Phasenkompensation unterzogen wurden, und ein oder mehrere zweite demodulierte Signale S₂, die einer Phasenkompensation unterzogen wurden, an die Elevationsberechnungseinheit 72 aus.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 12 dargestellt ist, beinhaltet das erste demodulierte Signal S₁ die dritte Reflexionswelle 70-3 und beinhaltet die vierte Reflexionswelle 70-4 nicht, und das zweite demodulierte Signal S₂ beinhaltet die vierte Reflexionswelle 70-4 und beinhaltet die dritte Reflexionswelle 70-3 nicht.
Hierbei weist die Signalextraktionseinheit 71 einen internen Speicher auf, der den ersten Code C₁ und den zweiten Code C₂ speichert. Jedoch ist dies nur ein Beispiel, und die Signalextraktionseinheit 71 kann sowohl den ersten Code C₁ als auch den zweiten Code C₂ von außerhalb der Vorrichtung empfangen.
Die Elevationsberechnungseinheit 72 weist eine Fourier-Transformationseinheit 33, eine Integrationseinheit 34, eine Zielkandidatenerkennungseinheit 35 und eine Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 auf.
Die Elevationsberechnungseinheit 72 berechnet eine Elevation θ_tgt des Zieles durch Durchführen einer Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung eines Summensignals aus dem ersten demodulierten Signal S₁ und dem zweiten demodulierten Signal S₂ und eines Differenzsignals in Bezug auf das erste demodulierte Signal S₁ und das zweite demodulierte Signal S₂.
Die Elevationsberechnungseinheit 72 gibt eine Elevation θ_tgt des Zieles, die berechnet worden ist, an eine Anzeige 6 aus.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 wird beispielsweise von der in 2 dargestellten Elevationsrechnungsverarbeitungsschaltung 45 implementiert.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 berechnet ein Summensignal Σ(θ_tgt) aus dem ersten Zielsignal M₁(θ_tgt) und dem zweiten Zielsignal M₂(θ_tgt), die von der Zielkandidatenerkennungseinheit 35 ausgegeben werden.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 berechnet ein Differenzsignal Δ(θ_tgt) in Bezug auf das erste Zielsignal M₁(θ_tgt) und das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt), die von der Zielkandidatenerkennungseinheit 35 ausgegeben werden.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 berechnet eine Elevation θ_tgt des Zieles durch Durchführen einer phasenvergleichenden Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung des Summensignals Σ(θ_tgt) und des Differenzsignals Δ(θ_tgt).
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 gibt eine Elevation θ_tgt des Zieles, die berechnet worden ist, an die Anzeige 6 aus.
In 12 und 16 wird angenommen, dass sowohl die Signalextraktionseinheit 71, die Fourier-Transformationseinheit 33, die Integrationseinheit 34, die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 und die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73, die Komponenten des Signalprozessors 7 sind, als auch die Azimutberechnungseinheit 5 von zweckgebundener Hardware implementiert werden, wie in 2 dargestellt ist. Das heißt, es wird angenommen, dass die Komponenten des Signalprozessors 7 und die Azimutberechnungseinheit 5 von der Signalextraktionsschaltung 41, der Fourier-Transformationsschaltung 42, der Integrationsschaltung 43, der Zielkandidatenerkennungsschaltung 44, der Elevationsrechnungsverarbeitungsschaltung 45 und der Azimutberechnungsschaltung 46 implementiert werden.
Hierbei entsprechen sowohl die Signalextraktionsschaltung 41, die Fourier-Transformationsschaltung 42, die Integrationsschaltung 43, die Zielkandidatenerkennungsschaltung 44, die Elevationsrechnungsverarbeitungsschaltung 45 als auch die Azimutberechnungsschaltung 46 Einzelschaltungen, zusammengesetzten Schaltungen, programmierten Prozessoren, parallelenprogrammierten Prozessoren, ASICs, FPGAs oder Kombinationen davon.
Die Komponenten des Signalprozessors 7 und die Azimutberechnungseinheit 5 sind nicht auf die Implementierung durch zweckgebundene Hardware beschränkt, und die Komponenten des Signalprozessors 7 und die Azimutberechnungseinheit 5 können durch Software, Firmware oder eine Kombination von Software und Firmware implementiert werden.
In einem Fall, wo die Komponenten des Signalprozessors 7 und die Azimutberechnungseinheit 5 von Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden, werden Programme, die den Computer veranlassen, Verarbeitungsabläufe auszuführen, die in der Signalextraktionseinheit 71, der Fourier-Transformationseinheit 33, der Integrationseinheit 34, der Zielkandidatenerkennungseinheit 35, der Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 und der Azimutberechnungseinheit 5 durchgeführt werden, in einem Speicher 51 gespeichert, der in 6 dargestellt ist. Dann führt der in 6 dargestellte Prozessor 52 die in dem Speicher 51 gespeicherten Programme aus.
17 ist ein Ablaufschema, das ein Winkelmessverfahren darstellt, bei dem es sich um den Ablauf einer Verarbeitung handelt, die in dem Signalprozessor 7 und der Azimutberechnungseinheit 5 durchgeführt wird.
Indessen ist in 2 ein Beispiel dargestellt, in dem sowohl die Komponenten des Signalprozessors 7 als auch die Azimutberechnungseinheit 5 von zweckgebundener Hardware implementiert werden, und in 6 ist ein Beispiel dargestellt, in dem der Signalprozessor 7 und die Azimutberechnungseinheit 5 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und manche Komponenten in dem Signalprozessor 7 oder die Azimutberechnungseinheit 5 können durch zweckgebundene Hardware implementiert werden, und die anderen Komponenten können durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden.
Als nächstes wird die Wirkungsweise der in 12 dargestellten Winkelmessvorrichtung 1 beschrieben.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 12 dargestellt ist, strahlt die erste Sendeantenne 61-1 den dritten Strahl 62-3 aus der Antennenapertur 61-1-1a in den Raum ab, und die zweite Sendeantenne 61-2 strahlt den vierten Strahl 62-4 aus der Antennenapertur 61-2-2a in den Raum ab.
Der dritte Strahl 62-3, der von der ersten Sendeantenne 61-1 abgestrahlt wird, wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte dritte Strahl 62-3 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als dritte Reflexionswelle 70-3 empfangen.
Der vierte Strahl 62-4, der von der zweiten Sendeantenne 61-2 abgestrahlt wird, wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte vierte Strahl 62-4 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als vierte Reflexionswelle 70-4 empfangen.
Nachdem eine Empfangsantenne 21-n (n = 1, ..., N) sowohl die dritte Reflexionswelle 70-3 als auch die vierte Reflexionswelle 70-4 empfangen hat, gibt sie ein Empfangssignal 22-n, das die dritte Reflexionswelle 70-3 und die vierte Reflexionswelle 70-4 beinhaltet, an einen Empfänger 23-n aus.
Der Empfänger 23-n senkt die Frequenz des von der Empfangsantenne 21-n ausgegebenen Empfangssignals 22-n unter Verwendung des von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignals beispielsweise von HF auf ZF.
Der Empfänger 23-n gibt das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n an einen A/D-Wandler 24-n aus.
Nachdem der A/D-Wandler 24-n das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von dem Empfänger 23-n empfangen hat, wandelt er das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von einem analogen Signal in ein digitales Signal 25-n um und gibt das digitale Signal 25-n an sowohl den Signalprozessor 7 als auch die Azimutberechnungseinheit 5 aus.
Die Signalextraktionseinheit 71 extrahiert das erste demodulierte Signal S₁ unter Verwendung des ersten Codes C₁ aus jedem von einem oder mehreren von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegebenen digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N (Schritt ST11 in 17).
Die Signalextraktionseinheit 71 muss nur das erste demodulierte Signal S₁ aus jedem von dem einen oder den mehreren digitalen Signalen 25-n extrahieren. Daher kann die Signalextraktionseinheit 71 das erste demodulierte Signal S₁ aus irgendeinem digitalen Signal 25-n extrahieren oder kann das erste demodulierte Signal S₁ aus jedem von beliebigen zwei digitalen Signalen 25-n extrahieren. Alternativ dazu kann die Signalextraktionseinheit 71 das erste demodulierte Signal S₁ aus jedem von den N digitalen Signalen 25-1 bis 25-N extrahieren.
Die Signalextraktionseinheit 71 extrahiert das zweite demodulierte Signal S₂ unter Verwendung des zweiten Codes C₂ aus jedem von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden (Schritt ST11 in 17).
Die Signalextraktionseinheit 71 muss nur das zweite demodulierte Signal S₂ aus jedem von dem einen oder den mehreren digitalen Signalen 25-n extrahieren. Daher kann die Signalextraktionseinheit 71 das zweite demodulierte Signal S₂ aus irgendeinem digitalen Signal 25-n extrahieren oder kann das zweite demodulierte Signal S₂ aus jedem von beliebigen zwei digitalen Signalen 25-n extrahieren. Alternativ dazu kann die Signalextraktionseinheit 71 das zweite demodulierte Signal S₂ aus jedem von den N digitalen Signalen 25-1 bis 25-N extrahieren.
Die Signalextraktionseinheit 71 kompensiert sowohl die Phase des ersten demodulierten Signals S₁ als auch die Phase des zweiten demodulierten Signals S₂ auf der Basis des Abstands zwischen einer Empfangsantenne 21-n und der ersten Sendeantenne 61-1, des Abstands zwischen der Empfangsantenne 21-n und der zweiten Sendeantenne 61-2 und des Abstands zwischen dem Phasenzentrum des Antennenelements 61-1-1 und dem Phasenzentrum des Antennenelements 61-2-2 in der Elevationsrichtung.
Mit Empfangsantenne 21-n ist eine Empfangsantenne gemeint, die ein Empfangssignal 22-n ausgegeben hat, aus dem das erste demodulierte Signal S₁ und das zweite demodulierte Signal S₂ extrahiert worden sind.
Im Folgenden wird ein Phasenkompensationsprozess durch die Signalextraktionseinheit 71 konkret beschrieben.
Die phasenvergleichende Monopuls-Winkelmessung durch die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73, die noch beschrieben wird, verwendet eine Differenz H zwischen Installationspositionen von zwei Antennen, die Strahlen abstrahlen, in der Elevationsrichtung und eine Phasendifferenz zwischen Empfangssignalen 22-n, die von einer Elevation θ_tgt eines Zieles erhalten wird.
Wie in 18 dargestellt ist, ist die Differenz H die Differenz zwischen der Position eines Phasenzentrums O_3-1 des Antennenelements 61-1-1 in der Elevationsrichtung und der Position eines Phasenzentrums O_4-2 des Antennenelements 61-2-2 in der Elevationsrichtung. Die Position an dem Phasenzentrum O_3-1 in der Elevationsrichtung ist die Position an der Antennenapertur 61-1-1a in der Elevationsrichtung. Die Position an dem Phasenzentrum O_4-2 in der Elevationsrichtung ist die Position an der Antennenapertur 61-2-2a in der Elevationsrichtung.
18 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine phasenvergleichende Winkelmessung durch die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 darstellt.
Die Empfangssignale 22-n weisen aufgrund der Differenz zwischen der Position des Phasenzentrums O_3-1 des Antennenelements 61-1-1 in der Azimutrichtung und der Position des Phasenzentrums O_4-2 des Antennenelements 61-2-2 in der Azimutrichtung eine Phasendifferenz auf. Die Position an dem Phasenzentrum O_3-1 in der Azimutrichtung ist die Position an der Antennenapertur 61-1-1a in der Azimutrichtung. Die Position an dem Phasenzentrum O_4-2 in der Azimutrichtung ist die Position an der Antennenapertur 61-2-2a in der Azimutrichtung.
Falls in einem Fall, wo die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 eine phasenvergleichende Monopuls-Winkelmessung durchführt, keine Phasendifferenz der Empfangssignale 22-n aufgrund der Differenz bezüglich der Position in der Azimutrichtung vorhanden ist, und falls die Differenz H bezüglich der Installationspositionen vorhanden ist, kann eine Elevation θ_tgt eines Zieles korrekt gemessen werden.
Jedoch gibt es in einem Fall, wo eine Phasendifferenz der Empfangssignale 22-n aufgrund der Differenz bezüglich der Position in der Azimutrichtung vorhanden ist, Fälle, wo die Elevation θ_tgt eines Zieles nicht exakt gemessen werden kann, auch wenn die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 eine phasenvergleichende Monopuls-Winkelmessung durchführt.
Es sei angenommen, dass das Phasenzentrum O einer Empfangsantenne 21-n ein Phasenbezugspunkt ist. Zum Beispiel ist das Phasenzentrum O_3-1 des Antennenelements 61-1-1 von dem Phasenbezugspunkt über einen Abstand -D/2 in der Azimutrichtung getrennt und ist von dem Phasenbezugspunkt über +H/2 in der Elevationsrichtung getrennt. Ferner wird ein Fall angenommen, wo das Phasenzentrum O_4-2 des Antennenelements 61-2-2 von dem Phasenbezugspunkt über einen Abstand + D/2 in der Azimutrichtung getrennt ist und von dem Phasenbezugspunkt über- H/2 in der Elevationsrichtung getrennt ist.
In diesem Fall wird ein Array-Response-Vektor v₃ des Antennenelements 61-1-1 durch die nachstehende Gleichung 7 ausgedrückt, und ein Array-Response-Vektor v₄ des Antennenelements 61-2-2 wird durch die nachstehende Gleichung 8 ausgedrückt. $v_{3} = exp {j \frac{2 π}{λ} (- \frac{D}{2} sin θ_{tgt} sin ϕ_{t g t} + \frac{H}{2} cos θ_{tgt})}$
$v_{4} = exp {j \frac{2 π}{λ} (+ \frac{D}{2} sin θ_{tgt} sin ϕ_{t g t} - \frac{H}{2} cos θ_{tgt})}$
Zum Beispiel wird durch Multiplizieren des ersten demodulierten Signals S₁ mit dem Array-Response-Vektor v₃ (S₁×v₃) und Multiplizieren des zweiten demodulierten Signals S₂ mit dem Array-Response-Vektor v₄ (S₂ × v₄) eine Phasenkompensation durchgeführt, so dass die Positionen der ersten Sendeantenne 61-1 und der zweiten Sendeantenne 61-2 auf der X-Achse virtuell an derselben Position angeordnet werden.
Es gibt Fälle, wo die Genauigkeit der Berechnung der Elevation θ_tgt durch die Elevationsberechnungseinheit 72 verbessert wird, wenn die Signalextraktionseinheit 71 eine Phasenkompensation durchführt, so dass die X-Achsen-Positionen der ersten Sendeantenne 61-1 und der zweiten Sendeantenne 61-2 virtuell an derselben Position angeordnet werden.
Die Signalextraktionseinheit 71 gibt ein oder mehrere erste demodulierte Signale S₁, die einer Phasenkompensation unterzogen worden sind, und ein oder mehrere zweite demodulierte Signale S₂, die einer Phasenkompensation unterzogen worden sind, an die Fourier-Transformationseinheit 33 aus.
In einem Fall, wo der Abstand R zwischen dem Phasenzentrum O der Empfangsantenne 21-n und dem Ziel ausreichend größer ist als das Intervall D zwischen der ersten Sendeantenne 61-1 und der zweiten Sendeantenne 61-2 (R >> D), kann jedoch eine Fernfeldapproximation angewendet werden, und somit können sowohl das erste demodulierte Signal S₁ als auch das zweite demodulierte Signal S₂ als ebene Welle angesehen werden. In diesem Fall ist der Einfluss auf die Winkelmessung auch dann gering, wenn die Signalextraktionseinheit 71 keine Phasenkompensation durchführt, so dass die X-Achsen-Positionen der ersten Sendeantenne 61-1 und der zweiten Sendeantenne 61-2 virtuell an derselben Position angeordnet werden.
Nachdem die Fourier-Transformationseinheit 33 ein oder mehrere erste demodulierte Signale S₁ von der Signalextraktionseinheit 71 empfangen hat, führt sie eine FFT an jedem von den ersten demodulierten Signalen S₁ durch und wandelt dadurch jedes von den ersten demodulierten Signalen S₁ in ein Signal FS₁ in der Frequenzdomäne um (Schritt ST12 in 17).
Nachdem die Fourier-Transformationseinheit 33 ein oder mehrere erste demodulierte Signale S₂ von der Signalextraktionseinheit 71 empfangen hat, führt sie eine FFT an jedem von den zweiten demodulierten Signalen S₂ durch und wandelt dadurch jedes von den zweiten demodulierten Signalen S₂ in ein Signal FS₂ in der Frequenzdomäne um (Schritt ST12 in 17).
Die Fourier-Transformationseinheit 33 gibt ein oder mehrere Signale FS₁ in der Frequenzdomäne und ein oder mehrere Signale FS₂ in der Frequenzdomäne an die Integrationseinheit 34 aus.
Nachdem die Integrationseinheit 34 die Mehrzahl von Signalen FS₁ in der Frequenzdomäne von der Fourier-Transformationseinheit 33 empfangen hat, integriert sie die Mehrzahl von Signalen FS₁ in der Frequenzdomäne inkohärent (Schritt ST13 in 17).
Nachdem die Integrationseinheit 34 die Mehrzahl von Signalen FS₂ in der Frequenzdomäne von der Fourier-Transformationseinheit 33 empfangen hat, integriert sie die Mehrzahl von Signalen FS₂ in der Frequenzdomäne inkohärent (Schritt ST13 in 17).
Die Integrationseinheit 34 gibt ein erstes Integrationssignal IC₁ als das Ergebnis der inkohärenten Integration der Signale FS₁ in der Frequenzdomäne an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus und gibt ein zweites Integrationssignal IC₂ als das Ergebnis der inkohärenten Integration der Signale FS₂ in der Frequenzdomäne an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus.
Falls die Zahl der Signale FS₁ in der Frequenzdomäne, die von der Fourier-Transformationseinheit 33 ausgegeben werden, eins ist, gibt die Integrationseinheit 34 die Signale FS₁ in der Frequenzdomäne als das erste Integrationssignal IC₁ an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus.
Ebenso gibt die Integrationseinheit 34, falls die Zahl der Signale FS₂ in der Frequenzdomäne, die von der Fourier-Transformationseinheit 33 ausgegeben werden, eins ist, die Signale FS₂ in der Frequenzdomäne als das zweite Integrationssignal IC₂ an die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 aus.
Nachdem die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 das erste Integrationssignal IC₁ von der Integrationseinheit 34 empfangen hat, berechnet sie das erste Zielsignal M₁(θ_tgt), das die Amplitude des Zielkandidaten angibt, zum Beispiel durch Durchführen einer CFAR-Verarbeitung unter Verwendung des ersten Integrationssignals IC₁ (Schritt ST14 in 17).
Nachdem die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 das zweite Integrationssignal IC₂ von der Integrationseinheit 34 empfangen hat, berechnet sie das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt), das die Amplitude des Zielkandidaten angibt, zum Beispiel durch Durchführen einer CFAR-Verarbeitung unter Verwendung des zweiten Integrationssignals IC₂ (Schritt ST14 in 17).
Die Zielkandidatenerkennungseinheit 35 gibt sowohl das erste Zielsignal M₁(θ_tgt) als auch das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt) an die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 aus.
Nachdem die Elevationsberechnungs-Verarbeitungseinheit 73 das erste Zielsignal M₁(θ_tgt) und das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt) von der Zielkandidatenerkennungseinheit 35 empfangen hat, berechnet sie das Summensignal Σ(θ_tgt) aus dem ersten Zielsignal M₁(θ_tgt) und dem zweiten Zielsignal M₂(θ_tgt), wie von der nachstehenden Gleichung 9 ausgedrückt (Schritt ST15 in 17). $\begin{array}{l} Σ (θ_{tgt}) = M_{1} (θ_{tgt}) + M_{2} (θ_{tgt}) \\ = M_{t g t} A (1 + exp (- j γ_{tgt})) \\ = 2 M_{t g t} exp (- j \frac{γ_{tgt}}{2}) cos (\frac{γ_{tgt}}{2}) \end{array}$
In der Gleichung 9 bezeichnet M_tgt die Amplitude des Zielsignals.
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 berechnet außerdem das Differenzsignal Δ(θ_tgt) in Bezug auf das erste Zielsignal M₁(θ_tgt) und das zweite Zielsignal M₂(θ_tgt), wie in der nachstehenden Gleichung 10 ausgedrückt (Schritt ST16 in 17). $\begin{array}{l} Δ (θ_{tgt}) = M_{1} (θ_{tgt}) + M_{2} (θ_{tgt}) \\ = M_{t g t} A (1 - exp (- j γ_{tgt})) \\ = 2 M_{t g t} exp (- j \frac{γ_{tgt}}{2}) sin (\frac{γ_{tgt}}{2}) \end{array}$
Das Summensignal Σ(θ_tgt) und das Differenzsignal Δ(θ_tgt) haben die gleiche Amplitude M_tgt und unterschiedliche Phasendifferenzen γ_tgt.
Ein Winkelfehler ρ der Elevation θ_tgt auf Basis einer Phasendifferenz γ_tgt eines Empfangssignals 22-n wird durch die nachstehende Gleichung 11 ausgedrückt. $ρ = - \frac{j Δ (θ_{t g t})}{Σ (θ_{t g t})} = \frac{2 M_{t g t} exp (- j \frac{γ_{tgt}}{2}) sin (\frac{γ_{tgt}}{2})}{2 M_{t g t} exp (- j \frac{γ_{tgt}}{2}) cos (\frac{γ_{tgt}}{2})} = tan (\frac{γ_{tgt}}{2})$
Da das Phasenzentrum O₁ des Antennenelements 61-1-1 und das Phasenzentrum O₂ des Antennenelements 61-2-2 über einen Abstand H in der Elevationsrichtung getrennt sind, wird die Phasendifferenz γ_tgt eines Empfangssignals 22-n von dem Abstand H und der Elevation θ_tgt eines Zieles ausgedrückt, wie in der folgenden Gleichung 12 ausgedrückt ist. $γ_{tgt} = \frac{2 π}{λ} H sin θ_{tgt}$
Aus den Gleichungen 11 und 12 wird die Elevation θ_tgt des Zieles als die nachstehende Gleichung 13 ausgedrückt. $θ_{tgt} = {sin}^{- 1} (- {tan}^{- 1} (- \frac{j Δ (θ_{t g t})}{Σ (θ_{t g t})}) \frac{λ}{π H})$
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 berechnet die Elevation θ_tgt des Zieles durch Einsetzen des Summensignals Σ(θ_tgt) und des Differenzsignals Δ(θ_tgt), die berechnet worden sind, in die Gleichung 13 als phasenvergleichende Monopuls-Winkelmessung (Schritt ST17 in 17).
Die Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit 73 gibt eine Elevation θ_tgt des Zieles, die berechnet worden ist, an die Anzeige 6 aus.
Nachdem die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N empfangen hat, berechnet sie einen Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N, wie in der ersten Ausführungsform (Schritt ST18 in 17).
Die Azimutberechnungseinheit 5 gibt den Azimut Φ_tgt des Zieles, der errechnet worden ist, an die Anzeige 6 aus.
Hierbei berechnet die Azimutberechnungseinheit 5 den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung. Jedoch ist dies nur ein Beispiel, und die Azimutberechnungseinheit 5 kann den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N berechnen.
Es ist möglich, in einem Fall, wo die Azimutberechnungseinheit 5 eine DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung durchführt, das Auftreten von Gitterkeulen zu unterdrücken.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 12 dargestellt ist, erfasst die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die Azimutberechnungseinheit 5 kann das erste demodulierte Signal S₁ oder das zweite demodulierte Signal S₂ erfassen, die von der Signalextraktionseinheit 71 einer Phasenkompensation unterzogen wurden. In einem Fall, wo die Azimutberechnungseinheit 5 das erste demodulierte Signal S₁ oder das zweite demodulierte Signal S₂ erfasst, extrahiert die Signalextraktionseinheit 71 das erste demodulierte Signal S₁ oder das zweite demodulierte Signal S₂ aus jedem von zwei oder mehr digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N und kompensiert die Phase des ersten demodulierten Signals S₁ oder die Phase des zweiten demodulierten Signals S₂. Um den Azimut Φ_tgt des Zieles mit einer hohen Auflösung zu berechnen, ist es anzustreben, dass die Signalextraktionseinheit 71 N erste demodulierte Signale S₁ oder N zweite demodulierte Signale S₂ aus sämtlichen digitalen Signalen 25-1 bis 25-N extrahiert und die Phasen der N ersten demodulierten Signale S₁ oder der N zweiten demodulierten Signale S₂ kompensiert.
Die Azimutberechnungseinheit 5 berechnet den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der N ersten demodulierten Signale S₁ oder der N zweiten demodulierten Signale S₂, die von der Signalextraktionseinheit 31 extrahiert werden.
Die Anzeigeeinheit 6 zeigt beispielsweise die von der Elevationsberechnungseinheit 72 ausgegebene Elevation θ_tgt des Zieles und den von der Azimutberechnungseinheit 5 ausgegebenen Azimut dΦ_tgt des Zieles an.
Angesichts der obigen Ausführungen ist es auch in der Winkelmessvorrichtung 1, welche die erste Sendeantenne 61-1 mit den zwei Antennenaperturen 61-1-1a und 61-1-2a in der Elevationsrichtung und die zweite Sendeantenne 61-2 mit den zwei Antennenaperturen 61-2-1a und 61-2-2a in der Elevationsrichtung aufweist, möglich, den Azimut eines Zieles mit einer höheren Auflösung zu berechnen als in einem Fall, wo eine einzige Empfangsantenne verwendet wird, während die Elevation des Zieles berechnet wird, wie in der Winkelmessvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform.
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 12 dargestellt ist, weist die erste Sendeantenne 61-1 zwei Antennenaperturen 61-1-1a und 61-1-2a auf, und die zweite Sendeantenne 61-2 weist zwei Antennenaperturen 61-2-1a und 61-2-2a auf. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, wie in 19 dargestellt ist, könnte die erste Sendeantenne 61-1 zwei Antennenaperturen 61-1-1a und 61-1-2a aufweisen, und die zweite Sendeantenne 61-2 könnte nur eine Antennenapertur 61-2-2a aufweisen.
19 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel für die erste Sendeantenne 61-1, die zweite Sendeantenne 61-2 und die Empfangsantennen 21-1 bis 21-N darstellt.
Die zweite Sendeantenne 61-2 weist ein einziges Antennenelement 61-2-2 und eine einzige Antennenapertur 61-2-2a auf.
In dem Beispiel von 19 strahlt die erste Sendeantenne 61-1 den dritten Strahl 62-3 aus der Antennenapertur 61-1-1a von den zwei Antennenaperturen 61-1-1a und 61-1-2a ab, und die zweite Sendeantenne 61-2 strahlt den vierten Strahl 62-4 aus der Antennenapertur 61-2-2a aus.
Die Antennenapertur 61-2-2a der zweiten Sendeantenne 61-2 ist von der Antennenapertur 61-1-1a über einen Abstand H in der Elevationsrichtung getrennt.
Die Länge der zweiten Sendeantenne 61-2 ist die Hälfte der Länge der ersten Sendeantenne 61-1.
Die Installationsposition der ersten Sendeantenne 61-1 in der Azimutrichtung und die Installationsposition der zweiten Sendeantenne 61-2 in der Azimutrichtung sind verschieden, wie in 19 dargestellt ist.
In dem Beispiel von 19 ist D das Anordnungsintervall zwischen der ersten Sendeantenne 61-1 und der zweiten Sendeantenne 61-2.
Der Höhenwinkel θ_B3 in der Abstrahlrichtung des dritten Strahls 62-3 und der Höhenwinkel θ_B4 in der Abstrahlrichtung des vierten Strahls 62-4 sind der gleiche Winkel. θ_B3 = θ_B4.
Auch in der Winkelmessvorrichtung 1, welche die zweite Sendeantenne 61-2 aufweist, die nur eine Antennenapertur 61-2-2a aufweist, ist es möglich, den Azimut eines Zieles mit einer höheren Auflösung zu berechnen als in einem Fall, wo eine einzige Empfangsantenne verwendet wird, während die Elevation des Zieles berechnet wird.
Fünfte Ausführungsform
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 12 dargestellt ist, strahlt die Strahlsendeeinheit 2 den dritten Strahl 62-3 und den vierten Strahl 62-4 gleichzeitig ab.
In einer fünften Ausführungsform wird eine Winkelmessvorrichtung 1 beschrieben, bei der die Strahlsendeeinheit 2 den dritten Strahl 62-3 und den vierten Strahl 62-4 zeitlich versetzt abstrahlt.
In der Winkelmessvorrichtung 1 der fünften Ausführungsform wird der Einfachheit halber angenommen, dass die Strahlsendeeinheit 2 den dritten Strahl 62-3 abstrahlt und dann den vierten Strahl 62-4 abstrahlt.
Die Konfiguration der Winkelmessvorrichtung 1 der fünften Ausführungsform ist in 12 dargestellt, wie bei der vierten Ausführungsform. Man beachte, dass in einem Fall, wo die Strahlsendeeinheit 2 den dritten Strahl 62-3 und den vierten Strahl 62-4 zeitlich versetzt abstrahlt, sowohl das erste demodulierte Signal S₁ als auch das zweite demodulierte Signal S₂ extrahiert werden können, ohne den ersten Code C₁ oder den zweiten Code C₂ zu dem lokalen Oszillationssignal hinzuzufügen. Daher muss die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 nicht aufweisen; jedoch können der erste Code C₁ und der zweite Code C₂ jeweils zu dem lokalen Oszillationssignal hinzugefügt werden, und somit kann die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 aufweisen.
Zuerst strahlt die erste Sendeantenne 61-1 den dritten Strahl 62-3 in den Raum ab, wie in der vierten Ausführungsform.
Der dritte Strahl 62-3, der von der ersten Sendeantenne 61-1 abgestrahlt wird, wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte dritte Strahl 62-3 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als dritte Reflexionswelle 70-3 empfangen.
Nachdem eine Empfangsantenne 21-n (n = 1, ..., N) die dritte Reflexionswelle 70-3 empfangen hat, gibt sie ein Empfangssignal 22-n, das die dritte Reflexionswelle 70-3 beinhaltet, an einen Empfänger 23-n aus.
Der Empfänger 23-n senkt die Frequenz des von der Empfangsantenne 21-n ausgegebenen Empfangssignals 22-n unter Verwendung des von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignals beispielsweise von HF auf ZF.
Der Empfänger 23-n gibt das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n an einen A/D-Wandler 24-n aus.
Nachdem der A/D-Wandler 24-n das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von dem Empfänger 23-n empfangen hat, wandelt er das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von einem analogen Signal in ein digitales Signal 25-n um und gibt das digitale Signal 25-n an sowohl den Signalprozessor 7 als auch die Azimutberechnungseinheit 5 aus.
Die Signalextraktionseinheit 71 gibt jedes von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden, als erstes demoduliertes Signal S₁ an die Elevationsberechnungseinheit 72 aus.
Nachdem die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N empfangen hat, berechnet sie den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N, wie in der ersten Ausführungsform.
Die zweite Sendeantenne 61-2 strahlt dann den vierten Strahl 62-4 in den Raum ab.
Der vierte Strahl 62-4, der von der zweiten Sendeantenne 61-2 abgestrahlt wird, wird von dem Ziel reflektiert, und der von dem Ziel reflektierte vierte Strahl 62-4 wird von jeder von den Empfangsantennen 21-1 bis 21-N als vierte Reflexionswelle 70-4 empfangen.
Nachdem eine Empfangsantenne 21-n die vierte Reflexionswelle 70-4 empfangen hat, gibt sie ein Empfangssignal 22-n, das die vierte Reflexionswelle 70-4 aufweist, an einen Empfänger 23-n aus.
Der Empfänger 23-n senkt die Frequenz des von der Empfangsantenne 21-n ausgegebenen Empfangssignals 22-n unter Verwendung des von der Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit 11 ausgegebenen lokalen Oszillationssignals beispielsweise von HF auf ZF.
Der Empfänger 23-n gibt das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n an einen A/D-Wandler 24-n aus.
Nachdem der A/D-Wandler 24-n das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von dem Empfänger 23-n empfangen hat, wandelt er das der Frequenzsenkung unterzogene Empfangssignal 22-n von einem analogen Signal in ein digitales Signal 25-n um und gibt das digitale Signal 25-n an sowohl den Signalprozessor 7 als auch die Azimutberechnungseinheit 5 aus.
Die Signalextraktionseinheit 71 gibt jedes von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden, als zweites demoduliertes Signal S₂ an die Elevationsberechnungseinheit 72 aus.
Nachdem die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N empfangen hat, berechnet sie den Azimut Φ_tgt des Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N, wie in der ersten Ausführungsform.
Der Inhalt der Verarbeitung durch die Elevationsberechnungseinheit 72 ist dem der vierten Ausführungsform gleich, und somit wird auf seine ausführliche Beschreibung verzichtet.
Auch in der Winkelmessvorrichtung 1, welche die Strahlsendeeinheit 2 zum zeitversetzten Abstrahlen des dritten Strahls 62-3 und des vierten Strahls 62-4 aufweist, ist es möglich, den Azimut eines Zieles mit einer höheren Auflösung zu berechnen als in einem Fall, wo eine einzige Empfangsantenne verwendet wird, während die Elevation des Zieles berechnet wird, wie in der Winkelmessvorrichtung 1 der vierten Ausführungsform.
In einem Fall, wo die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 nicht aufweist, ist die Verarbeitungslast im Vergleich mit der Winkelmessvorrichtung 1 der vierten Ausführungsform verringert.
Sechste Ausführungsform
In der Winkelmessvorrichtung 1, die in 12 dargestellt ist, sind die Frequenz des dritten Strahls 62-3, der von der ersten Sendeantenne 61-1 abgestrahlt wird, und die Frequenz des vierten Strahls 62-4, der von der zweiten Sendeantenne 61-2 abgestrahlt wird, fast gleich.
In einer sechsten Ausführungsform wird eine Winkelmessvorrichtung 1 beschrieben, bei der die Frequenz des dritten Strahls 62-3, der von der ersten Sendeantenne 61-1 abgestrahlt wird, und die Frequenz des vierten Strahls 62-4, der von der zweiten Sendeantenne 61-2 abgestrahlt wird, verschieden sind.
Es wird angenommen, dass die Frequenz des dritten Strahls 62-3 eine erste Frequenz ist und dass die Frequenz des vierten Strahls 62-4 eine zweite Frequenz ist.
Die Konfiguration der Winkelmessvorrichtung 1 der sechsten Ausführungsform ist in 12 dargestellt, wie bei der vierten Ausführungsform. Jedoch ist es in einem Fall, wo die Frequenz des dritten Strahls 62-3, der von der ersten Sendeantenne 61-1 abgestrahlt wird, und die Frequenz des vierten Strahls 62-4, der von der zweiten Sendeantenne 61-2 abgestrahlt wird, verschieden sind, möglich, sowohl das erste demodulierte Signal S₁ als auch das zweite demodulierte Signal S₂ zu extrahieren, ohne den ersten Code C₁ oder den zweiten Code C₂ zu dem lokalen Oszillationssignal hinzuzufügen. Daher muss die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 nicht aufweisen; jedoch können der erste Code C₁ und der zweite Code C₂ jeweils zu dem lokalen Oszillationssignal hinzugefügt werden, und somit kann die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 aufweisen.
Die Strahlempfangseinheit 3 wirkt auf ähnliche Weise wie in der vierten Ausführungsform.
Die Signalextraktionseinheit 71 wandelt jedes digitale Signal 25-n beispielsweise dadurch in ein Signal in der Frequenzdomäne um, dass sie eine FFT an jedem von einem oder mehreren digitalen Signalen 25-n von den digitalen Signalen 25-1 bis 25-N, die von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N ausgegeben werden, durchführt.
Die Signalextraktionseinheit 71 extrahiert ein Signal mit der ersten Frequenz aus jedem von den Signalen in der Frequenzdomäne und extrahiert ein Signal mit der zweiten Frequenz aus jedem von den Signalen in der Frequenzdomäne.
Die Signalextraktionseinheit 71 wandelt jedes von den Signalen mit der ersten Frequenz beispielsweise dadurch in ein Signal in der Frequenzdomäne um, dass sie eine inverse FFT an jedem von den Signalen mit der ersten Frequenz, die extrahiert worden sind, durchführt, und gibt jedes von den Signalen in der Zeitdomäne als das erste demodulierte Signal S₁ an die Elevationsberechnungseinheit 72 aus.
Die Signalextraktionseinheit 71 wandelt außerdem jedes von den Signalen mit der zweiten Frequenz beispielsweise dadurch in ein Signal in der Frequenzdomäne um, dass sie eine inverse FFT an jedem von den Signalen mit der zweiten Frequenz, die extrahiert worden sind, durchführt, und gibt jedes von den Signalen in der Zeitdomäne als das zweite demodulierte Signal S₂ an die Elevationsberechnungseinheit 72 aus.
Nachdem die Azimutberechnungseinheit 5 die digitalen Signale 25-1 bis 25-N von den A/D-Wandlern 24-1 bis 24-N empfangen hat, berechnet sie den Azimut Φ_tgt eines Zieles durch Durchführen einer DBF-Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N, wie in der vierten Ausführungsform.
Die Azimutberechnungseinheit 5 kann N erste demodulierte Signale S₁ oder N zweite demodulierte Signale S₂ aus sämtlichen digitalen Signalen 25-1 bis 25-N extrahieren, beispielsweise auf ähnliche Weise wie die Signalextraktionseinheit 71 unter Verwendung der digitalen Signale 25-1 bis 25-N vor der Durchführung der DBF-Verarbeitung oder dergleichen.
In einem Fall, wo N erste demodulierte Signale S₁ oder N zweite demodulierte Signale S₂ extrahiert werden, führt die Azimutberechnungseinheit 5 eine DBF-Verarbeitung oder MIMO-Verarbeitung unter Verwendung der N ersten demodulierten Signale S₁ oder der N zweiten demodulierten Signale S₂ durch.
Auch in der Winkelmessvorrichtung 1, in der die Frequenz des dritten Strahls 62-3, der von der ersten Sendeantenne 61-1 abgestrahlt wird, und die Frequenz des vierten Strahls 62-4, der von der zweiten Sendeantenne 61-2 abgestrahlt wird, voneinander verschieden sind, ist es möglich, den Azimut eines Zieles mit einer höheren Auflösung zu berechnen als in einem Fall, wo eine einzige Empfangsantenne verwendet wird, während die Elevation des Zieles berechnet wird, wie in der Winkelmessvorrichtung 1 der vierten Ausführungsform.
In einem Fall, wo die Winkelmessvorrichtung 1 die Codemodulationseinheit 12 nicht aufweist, ist die Verarbeitungslast im Vergleich mit der Winkelmessvorrichtung 1 der vierten Ausführungsform verringert.
Die Winkelmessvorrichtung 1 gemäß einer von der ersten bis sechsten Ausführungsform ist in einer Fahrzeug-Bordvorrichtung enthalten, die an einem Fahrzeug montiert ist, wie beispielsweise in 20 dargestellt.
20 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Fahrzeug-Bordvorrichtung darstellt, welche die Winkelmessvorrichtung 1 gemäß einer von der ersten bis sechsten Ausführungsform aufweist.
Die Fahrzeug-Bordvorrichtung, welche die Winkelmessvorrichtung 1 gemäß einer von den Ausführungsformen aufweist, zielt ein anderes Fahrzeug, einen Fußgänger, eine Leitplanke, einen Strommast oder dergleichen unter Verwendung der Winkelmessvorrichtung 1 an und berechnet sowohl die Elevation θ_tgt des Zieles als auch den Azimut Φ_tgt des Zieles.
Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung eine flexible Kombination der Ausführungsformen, eine Modifikation jeder Komponente der Ausführungsformen oder einen Verzicht auf Komponenten in den Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung umfassen kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung eignet sich für eine Winkelmessvorrichtung, ein Winkelmessverfahren und eine Fahrzeug-Bordvorrichtung zum Berechnen sowohl einer Elevation eines Zieles als auch des Azimuts des Zieles.
Bezugszeichenliste

1: Winkelmessvorrichtung,
2: Strahlsendeeinheit,
3: Strahlempfangseinheit,
4, 7: Signalprozessor,
5: Azimutberechnungseinheit,
6: Anzeige,
11: Lokaloszillationssignal-Erzeugungseinheit,
12: Codemodulationseinheit,
13: Sendeumschalteinheit,
14-1, 14-2: Sender,
15-1: erste Sendeantenne,
15-1a: Antennenapertur,
15-2: zweite Sendeantenne,
15-2a: Antennenapertur,
16-1: erster Strahl,
16-2: zweiter Strahl,
20-1: erste Reflexionswelle,
20-2: zweite Reflexionswele,
21-1 bis 21-N: Empfangsantenne,
22-1 bis 22-N: Empfangssignal,
23-1 bis 23-N: Empfänger,
24-1 bis 24-N: A/D-Wandler,
25-1 bis 25-N: digitales Signal,
31: Signalextraktionseinheit,
32: Elevationsberechnungseinheit,
33: Fourier-Transformationseinheit,
34: Integrationseinheit,
35: Zielkandida-tenerkennungseinheit,
36: Elevationsrechnungsverarbeitungseinheit,
41: Signalextraktionseinheit,
42: Fourier-Transformationsschaltung,
43: Integrationsschaltung,
44: Zielkandidatenerkennungsschaltung,
45: Elevationsrechnungs-verarbeitungsschaltung,
46: Azimutberechnungsschaltung,
51: Speicher,
52: Prozessor,
61-1: erste Sendeantenne,
61-1-1, 61-1-2: Antennenelement,
61-1-1a, 61-1-2a: Antennenapertur,
61-2: zweite Sendeantenne,
61-2-1, 61-2-2: Antennenelement,
61-2-1a, 61-2-2a: Antennenapertur,
62-3: dritter Strahl,
62-4: vierter Strahl,
70-3: dritte Reflexionswelle,
70-4: vierte Reflexionswelle,
71: Signalextraktionseinheit,
72: Elevationsberechnungseinheit,
73: Elevations-rechnungsverarbeitungseinheit.

Claims

Winkelmessvorrichtung, umfassend: eine Signalextraktionseinheit (31; 71) zum Extrahieren eines Signals, das eine erste Reflexionswelle (20-1) beinhaltet und keine zweite Reflexionswelle (20-2) beinhaltet, als ein erstes demoduliertes Signal und eines Signals, das die zweite Reflexionswelle beinhaltet und die erste Reflexionswelle nicht beinhaltet, als ein zweites demoduliertes Signal aus Empfangssignalen (22-1, ..., 22-N), die von einer oder mehreren Empfangsantennen (21-n) von einer Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden, wenn ein erster Strahl (16-1) von einer ersten Sendeantenne (15-1) abgestrahlt wird, ein zweiter Strahl (16-2), dessen Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung von einem Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung des ersten Strahls verschieden ist, von einer zweiten Sendeantenne (15-2; 61-2) abgestrahlt wird, und dann jede von der Mehrzahl von Empfangsantennen (21-1, ..., 21-N) das die erste Reflexionswelle, bei der es sich um den von einem Ziel reflektierten ersten Strahl handelt, und die zweite Reflexionswelle, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten zweiten Strahl handelt, beinhaltet; eine Elevationsberechnungseinheit (32; 72) zum Berechnen einer Elevation des Zieles durch Durchführen einer Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung eines Summensignals aus dem ersten demodulierten Signal und dem zweiten demodulierten Signal und eines Differenzsignals in Bezug auf das erste demodulierte Signal und das zweite demodulierte Signal; eine Azimutberechnungseinheit (5) zum Berechnen eines Azimuts des Zieles unter Verwendung von Empfangssignalen, die von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden; die erste Sendeantenne (15-1) zum Abstrahlen des ersten Strahls; die zweite Sendeantenne (15-2) zum Abstrahlen des zweiten Strahls, wobei eine Installationsposition der zweiten Sendeantenne in der Azimutrichtung von einer Installationsposition der ersten Sendeantenne in der Azimutrichtung verschieden ist; und die Mehrzahl von Empfangsantennen (21-, ..., 21-N) zum Empfangen von sowohl der ersten Reflexionswelle als auch der zweiten Reflexionswelle und zum Ausgeben eines Empfangssignals, das die erste Reflexionswelle und die zweite Reflexionswelle beinhaltet, an die Signalextraktionseinheit, wobei die Mehrzahl von Empfangsantennen zwischen der ersten Sendeantenne und der zweiten Sendeantenne angeordnet sind.
Winkelmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Sendeantenne den ersten Strahl abstrahlt, dem ein erster Code zugeordnet ist, die zweite Sendeantenne den zweiten Strahl abstrahlt, dem ein zweiter Code zugeordnet wurde, der von dem ersten Code verschieden ist, und die Signalextraktionseinheit unter Verwendung des ersten Codes das erste von der einen oder den mehreren Empfangsantennen ausgegebene demodulierte Signal aus dem Empfangssignal extrahiert und unter Verwendung des zweiten Codes das zweite von der einen oder den mehreren Empfangsantennen ausgegebene demodulierte Signal aus dem Empfangssignal extrahiert.
Winkelmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Strahl und der zweite Strahl auf zeitversetzte Weise abgestrahlt werden, und die Signalextraktionseinheit ein von der einen oder den mehreren Empfangsantennen ausgegebenes Empfangssignal als das erste demodulierte Signal an die Elevationsberechnungseinheit ausgibt, wenn die erste Sendeantenne den ersten Strahl ausgibt, und ein von der einen oder den mehreren Empfangsantennen ausgegebenes Empfangssignal als das zweite demodulierte Signal an die Elevationsberechnungseinheit ausgibt, wenn die zweite Sendeantenne den zweiten Strahl abstrahlt.
Winkelmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Frequenz des ersten Strahls, der von der ersten Sendeantenne abgestrahlt wird, eine erste Frequenz ist, eine Frequenz des zweiten Strahls, der von der zweiten Sendeantenne abgestrahlt wird, eine zweite Frequenz ist, die von der ersten Frequenz verschieden ist, und die Signalextraktionseinheit aus dem Empfangssignal, das von der einen oder den mehreren Empfangsantennen ausgegeben wird, ein Signal mit der ersten Frequenz als das erste demodulierte Signal extrahiert und ein Signal mit der zweiten Frequenz als das zweite demodulierte Signal extrahiert.
Winkelmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signalextraktionseinheit sowohl eine Phase des ersten demodulierten Signals als auch eine Phase des zweiten demodulierten Signals auf einer Basis eines Abstands zwischen einer Empfangsantenne, welche die Empfangssignale ausgegeben hat, aus denen das erste und das zweite demodulierte Signal extrahiert wurden, und der ersten Sendeantenne in der Azimutrichtung und eines Abstands zwischen der Empfangsantenne, welche die Empfangssignale ausgegeben hat, aus denen das erste und das zweite demodulierte Signal extrahiert wurden, und der zweiten Sendeantenne in der Azimutrichtung kompensiert und sowohl das erste demodulierte Signal, das einer Phasenkompensation unterzogen wurde, als auch das zweite demodulierte Signal, das einer Phasenkompensation unterzogen wurde, an die Elevationsberechnungseinheit ausgibt.
Winkelmessvorrichtung nach Anspruch 1,wobei: die erste Sendeantenne (61-1), zwei Antennenaperturen in der Elevationsrichtung aufweist; die zweite Sendeantenne (61-2), zwei Antennenaperturen in der Elevationsrichtung aufweist; von den zwei Antennenaperturen der ersten Sendeantenne eine Antennenapertur (61-1-1a) auf der Seite des oberen Endes eine erste Antennenapertur ist und eine Antennenapertur (61-1-2a) auf der Seite des unteren Endes eine zweite Antennenapertur ist, von den zwei Antennenaperturen der zweiten Sendeantenne eine Antennenapertur (61-2-1a) auf der Seite des oberen Endes eine dritte Antennenapertur ist und die Antennenapertur (61-2-2a) auf der Seite des unteren Endes eine vierte Antennenapertur ist, eine Position der ersten Antennenapertur in der Elevationsrichtung von einer Position der vierten Antennenapertur in der Elevationsrichtung verschieden ist, eine Position der zweiten Antennenapertur in der Elevationsrichtung von einer Position der dritten Antennenapertur in der Elevationsrichtung verschieden ist, anstelle des ersten Strahls, der von der ersten Sendeantenne abgestrahlt wird, und des zweiten Strahls, der von der zweiten Sendeantenne abgestrahlt wird, ein dritter Strahl (62-3) von der ersten Antennenapertur abgestrahlt wird und ein vierter Strahl (62-4) mit einem Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung, der einem Höhenwinkel des dritten Strahls gleich ist, aus der vierten Antennenapertur abgestrahlt wird, oder ein fünfter Strahl aus der zweiten Antennenapertur abgestrahlt wird und ein sechster Strahl, der einen Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung beinhaltet, der einem Höhenwinkel des fünften Strahls gleich ist, aus der dritten Antennenapertur abgestrahlt wird, und wenn ein Empfangssignal, das eine dritte Reflexionswelle (70-3), bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten dritten Strahl handelt, und eine vierte Reflexionswelle (70-4), bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten vierten Strahl handelt, beinhaltet, von jeder von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben wird, oder wenn ein Empfangssignal, das eine fünfte Reflexionswelle, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten fünften Strahl handelt, und eine sechste Reflexionswelle, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten sechsten Strahl handelt, von jeder von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben wird, die Signalextraktionseinheit (71) aus dem Empfangssignal, das von der einen oder den mehreren Empfangsantennen von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben wird, als das erste demodulierte Signal ein Signal, das die dritte Reflexionswelle beinhaltet und das die vierte Reflexionswelle nicht beinhaltet, extrahiert oder als das zweite demodulierte Signal ein Signal, das die vierte Reflexionswelle beinhaltet und die dritte Reflexionswelle nicht beinhaltet, extrahiert oder aus dem Empfangssignal, das von der einen oder den mehreren Empfangsantennen ausgegeben wird, ein Signal, das die fünfte Reflexionswelle beinhaltet und die sechste Reflexionswelle nicht beinhaltet, als das erste demodulierte Signal extrahiert oder ein Signal, das die sechste Reflexionswelle beinhaltet und die fünfte Reflexionswelle nicht beinhaltet, als das zweite demodulierte Signal extrahiert.
Winkelmessvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Signalextraktionseinheit (71) auf einer Basis eines Abstands zwischen einer Empfangsantenne, welche die Empfangssignale ausgegeben hat, aus denen das erste und das zweite demodulierte Signal extrahiert worden sind, und der ersten Sendeantenne in der Azimutrichtung, eines Abstands zwischen der Empfangsantenne, welche die Empfangssignale ausgegeben hat, aus denen das erste und das zweite demodulierte Signal extrahiert worden sind, und der zweiten Sendeantenne in der Azimutrichtung und eines Abstands zwischen der ersten Antennenapertur und der vierten Antennenapertur in der Elevationsrichtung oder eines Abstands zwischen der zweiten Antennenapertur und der dritten Antennenapertur in der Elevationsrichtung sowohl eine Phase des ersten demodulierten Signals als auch eine Phase des zweiten demodulierten Signals kompensiert und sowohl das erste demodulierte Signal, das einer Phasenkompensation unterzogen wurde, als auch das zweite demodulierte Signal, das einer Phasenkompensation unterzogen wurde, an die Elevationsberechnungseinheit ausgibt.
Winkelmessvorrichtung nach Anspruch 1,wobei: die erste Sendeantenne, zwei Antennenaperturen in der Elevationsrichtung aufweist; die Länge der zweiten Sendeantenne eine Hälfte einer Länge der ersten Sendeantenne ist; von den zwei Antennenaperturen der ersten Sendeantenne eine Antennenapertur auf der Seite des oberen Endes eine erste Antennenapertur ist und eine Antennenapertur auf der Seite des unteren Endes eine zweite Antennenapertur ist, eine Position der ersten Antennenapertur in der Elevationsrichtung oder eine Position der zweiten Antennenapertur in der Elevationsrichtung von einer Position der zweiten Sendeantenne in der Elevationsrichtung verschieden ist, anstelle des ersten Strahls, der von der ersten Sendeantenne abgestrahlt wird, und des zweiten Strahls, der von der zweiten Sendeantenne abgestrahlt wird, ein dritter Strahl aus der ersten Antennenapertur abgestrahlt wird und ein vierter Strahl mit einem Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung, der einem Höhenwinkel des dritten Strahls gleich ist, aus der zweiten Sendeantenne abgestrahlt wird, wenn die Position der ersten Antennenapertur in der Elevationsrichtung von der Position der zweiten Sendeantenne in der Elevationsrichtung verschieden ist, und ein fünfter Strahl aus der zweiten Antennenapertur abgestrahlt wird und ein sechster Strahl mit einem Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung, der einem Höhenwinkel des fünften Strahls gleich ist, aus der zweiten Sendeantenne abgestrahlt wird, wenn die Position der zweiten Antennenapertur in der Elevationsrichtung von der Position der zweiten Sendeantenne in der Elevationsrichtung verschieden ist, und wenn ein Empfangssignal, das eine dritte Reflexionswelle, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten dritten Strahl handelt, und eine vierte Reflexionswelle, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten vierten Strahl handelt, beinhaltet, von jeder von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben wird, oder wenn ein Empfangssignal, das eine fünfte Reflexionswelle, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten fünften Strahl handelt, und eine sechste Reflexionswelle, bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten sechsten Strahl handelt, von jeder von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben wird, die Signalextraktionseinheit aus dem Empfangssignal, das von der einen oder den mehreren Empfangsantennen von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben wird, ein Signal, das die dritte Reflexionswelle beinhaltet und die vierte Reflexionswelle nicht beinhaltet, als das erste demodulierte Signal extrahiert oder ein Signal, das die vierte Reflexionswelle beinhaltet und die dritte Reflexionswelle nicht beinhaltet, als das zweite demodulierte Signal extrahiert oder aus dem Empfangssignal, das von der einen oder den mehreren Empfangsantennen ausgegeben wird, ein Signal, das die fünfte Reflexionswelle beinhaltet und die sechste Reflexionswelle nicht beinhaltet, als das erste demodulierte Signal extrahiert oder ein Signal, das die sechste Reflexionswelle beinhaltet und die fünfte Reflexionswelle nicht beinhaltet, als das zweite demodulierte Signal extrahiert.
Winkelmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Azimutberechnungseinheit (5) den Azimut des Zieles durch Durchführen einer Digitalstrahlformungs(DBF)-Verarbeitung oder einer Multi-Input-Multi-Output(MIMO)-Verarbeitung unter Verwendung von Empfangssignalen, die von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden, berechnet.
Winkelmessverfahren, die folgenden Schritte umfassend: durch eine erste Sendeantenne (15-1): Abstrahlen eines ersten Strahls; durch eine zweite Sendeantenne (15-2): Abstrahlen eines zweiten Strahls, wobei eine Installationsposition der zweiten Sendeantenne in der Azimutrichtung von einer Installationsposition der ersten Sendeantenne in der Azimutrichtung verschieden ist; durch eine Mehrzahl von Empfangsantennen (21-, ..., 21-N): Empfangen von sowohl einer ersten Reflexionswelle als auch einer zweiten Reflexionswelle und zum Ausgeben eines Empfangssignals, das die erste Reflexionswelle und die zweite Reflexionswelle beinhaltet, an eine Signalextraktionseinheit, wobei die Mehrzahl von Empfangsantennen zwischen der ersten Sendeantenne und der zweiten Sendeantenne angeordnet sind; durch die Signalextraktionseinheit (31; 71): Extrahieren eines Signals, das die erste Reflexionswelle beinhaltet und nicht die zweite Reflexionswelle beinhaltet, als ein erstes demoduliertes Signal und eines Signals, das die zweite Reflexionswelle beinhaltet und die erste Reflexionswelle nicht beinhaltet, als ein zweites demoduliertes Signal aus Empfangssignalen, die von einer oder mehreren Empfangsantennen von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden, wenn der erster Strahl (16-1) von der ersten Sendeantenne (15-1) abgestrahlt wird, der zweiter Strahl (16-2), dessen Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung von einem Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung des ersten Strahls verschieden ist, von der zweiten Sendeantenne (15-2; 61-2) abgestrahlt wird und dann jede von der Mehrzahl von Empfangsantennen (21-1, ..., 21-N) ein Empfangssignal (22-1, ..., 22-N) ausgibt, das die erste Reflexionswelle (20-1), bei der es sich um den von einem Ziel reflektierten ersten Strahl handelt, und die zweite Reflexionswelle (20‐2) bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten zweiten Strahl handelt, beinhaltet; durch eine Elevationsberechnungseinheit (32; 72): Berechnen einer Elevation des Zieles durch Durchführen einer Monopuls‐Winkelmessung unter Verwendung eines Summensignals aus dem ersten demodulierten Signal und dem zweiten demodulierten Signal und eines Differenzsignals in Bezug auf das erste demodulierte Signal und das zweite demodulierte Signal; und durch eine Azimutberechnungseinheit (5): Berechnen eines Azimuts des Zieles unter Verwendung von Empfangssignalen, die von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden. vorrichtung, eine Winkelmessvorrichtung (1) zum Berechnen von sowohl einer Elevation eines Zieles als auch eines Azimuts des Zieles umfassend, wobei die Fahrzeug-Bordvorrichtung an einem Fahrzeug montiert ist, wobei die Winkelmessvorrichtung umfasst: eine Signalextraktionseinheit (31; 71) zum Extrahieren eines Signals, das eine erste Reflexionswelle beinhaltet und keine zweite Reflexionswelle beinhaltet, als ein erstes demoduliertes Signal und eines Signals, das die zweite Reflexionswelle beinhaltet und die erste Reflexionswelle nicht beinhaltet, als ein zweites demoduliertes Signal aus Empfangssignalen, die von einer oder mehreren Empfangsantennen von einer Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden, wenn ein erster Strahl (16-1) von einer ersten Sendeantenne (15-1) abgestrahlt wird, ein zweiter Strahl (16-2), dessen Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung von einem Höhenwinkel in einer Abstrahlrichtung des ersten Strahls verschieden ist, von einer zweiten Sendeantenne (15-2; 61-2) abgestrahlt wird, und dann jede von der Mehrzahl von Empfangsantennen (21-1, ..., 21-N) ein Empfangssignal (22-1, ..., 22-N) ausgibt, das die erste Reflexionswelle (20-1), bei der es sich um den von einem Ziel reflektierten ersten Strahl handelt, und die zweite Reflexionswelle (20-2), bei der es sich um den von dem Ziel reflektierten zweiten Strahl handelt, beinhaltet; eine Elevationsberechnungseinheit (32; 72) zum Berechnen einer Elevation des Zieles durch Durchführen einer Monopuls-Winkelmessung unter Verwendung eines Summensignals aus dem ersten demodulierten Signal und dem zweiten demodulierten Signal und eines Differenzsignals in Bezug auf das erste demodulierte Signal und das zweite demodulierte Signal; eine Azimutberechnungseinheit (5) zum Berechnen eines Azimuts des Zieles unter Verwendung von Empfangssignalen, die von der Mehrzahl von Empfangsantennen ausgegeben werden; die erste Sendeantenne (15-1) zum Abstrahlen des ersten Strahls; die zweite Sendeantenne (15-2) zum Abstrahlen des zweiten Strahls, wobei eine Installationsposition der zweiten Sendeantenne in der Azimutrichtung von einer Installationsposition der ersten Sendeantenne in der Azimutrichtung verschieden ist; und die Mehrzahl von Empfangsantennen (21-, ..., 21-N) zum Empfangen von sowohl der ersten Reflexionswelle als auch der zweiten Reflexionswelle und zum Ausgeben eines Empfangssignals, das die erste Reflexionswelle und die zweite Reflexionswelle beinhaltet, an die Signalextraktionseinheit, wobei die Mehrzahl von Empfangsantennen zwischen der ersten Sendeantenne und der zweiten Sendeantenne angeordnet sind.