JP2001242232A - 電波源特定方法及び装置 - Google Patents

電波源特定方法及び装置

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JP2001242232A
JP2001242232A JP2000053219A JP2000053219A JP2001242232A JP 2001242232 A JP2001242232 A JP 2001242232A JP 2000053219 A JP2000053219 A JP 2000053219A JP 2000053219 A JP2000053219 A JP 2000053219A JP 2001242232 A JP2001242232 A JP 2001242232A
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Hitoshi Kitayoshi
均 北吉
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電波源特定方法及び装置に関し、短時間発射
される電波や不規則雑音の発生源の位置や発生原因を高
感度で測定しうる電波源特定方法及び装置を提供する。 【解決手段】 到来電波を複数の受信機により受信し、
受信された複数の信号に基づき到来電波の方向探査を行
い、複数の信号及び到来電波の方向探査結果に基づき到
来電波の指向性合成を行い、到来電波の指向性合成結果
に基づき時間波形及び/又は周波数スペクトルの分析を
行うことにより、到来電波の特定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電波源特定方法及
び装置に係り、特に、放電等の不規則な雑音電波の発生
源やパルスレーダのスプリアス雑音などの短時間しか継
続しない電波発生源の位置や原因を特定しうる電波源特
定方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電波監視では、様々な条件の電波発生源
の位置を特定しなければならない状況が日常的に発生す
る。例えば、放電雑音のように不規則な変化を伴う電波
源やパルスレーダのスプリアス電波、デジタル変調され
たTDMA(Time Division Multiple Access)通信電
波など、短時間しか継続しない電波発生源をも高い感度
で分離し、位置や電波源の性質を特定する必要がある。
【0003】従来より用いられている電波到来方向の探
査を行う電波源特定方法及び装置について図3及び図4
を用いて説明する。
【0004】図3に示す装置は、ゴニオメータ方式と呼
ばれる電波源特定装置である。ゴニオメータ方式では、
直行した8の字型の2つのアンテナ(ループアンテナ
x、y)で受信した信号vx、とvyとをベクトル合成す
ることでv(θ)を得る。このv(θ)は、1つの8の
字型の指向性アンテナをθ方向に回転したときに得られ
る受信信号と等価になるため、θに対する受信信号振幅
のヌル点を求めることによって到来電波の方向を知るこ
とができる。
【0005】図4に示す装置は、アドコック方式と呼ば
れる電波源特定装置である。アンテナ1とアンテナ2と
の間隔をLとしたときに線分Lに対してθで到来電波が
入射したとすると、2つのアンテナの受信信号間にL・
cosθに比例した時間差が生じる。アドコック方式で
は、この時間差を求めるためにそれぞれの受信信号に対
して可変遅延回路を通してv1及びv2を取得し、v1
2がゼロとなる遅延時間からθを求めている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3及
び図4に示す上記従来の電波源特定方法及び装置では、
電波の到来方向探査中に電波発射源の状態が安定してい
る必要があり、且つ、複数のアンテナで受信した信号を
利得合成していないために感度があまりよくなかった。
すなわち、電波を検出するには電波の発射時点で電波源
の方向へ指向性を向ける必要があるため、短時間発射さ
れる電波を検出することは困難であった。特に、ゴニオ
メータ方式では連続発射する電波でないと検出ができな
かった。
【0007】また、高感度で受信するには発射時点で電
波源の方向に指向性を向ける必要があり、或いは、発射
時点で受信機の周波数の調整が必要(広域で受信すると
感度が劣化する)であるが、短時間発射される電波や不
規則雑音をこのような状況で受信することは極めて難し
かった。
【0008】本発明の目的は、短時間発射される電波や
不規則雑音の発生源の位置や発生原因を高感度で測定し
うる電波源特定方法及び装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、到来電波を
受信する複数の受信機と、前記複数の受信機によりそれ
ぞれ受信された複数の信号に基づき、前記到来電波の方
向探査を行う方向探査手段と、前記複数の信号及び前記
方向探査手段による方向探査結果に基づき、前記到来電
波の指向性合成を行う指向性合成手段と、前記指向性合
成手段による指向性合成結果に基づき、時間波形及び/
又は周波数スペクトルの分析を行う分析手段とを有する
ことを特徴とする電波源特定装置によって達成される。
【0010】また、上記の電波源特定装置において、複
数のセンサ局において探査された前記到来電波の方向探
査結果に基づき、前記到来電波を発射した発射源の位置
を特定する電波発射源位置特定手段を更に有するように
してもよい。
【0011】また、上記の電波源特定装置において、前
記分析手段による分析結果に対して信号検出のトリガ設
定を行い、前記到来電波の発射時刻を特定する時刻特定
手段を更に有するようにしてもよい。
【0012】また、上記の電波源特定装置において、前
記複数の受信機により受信された前記複数の信号を記録
する記録手段を更に有するようにしてもよい。
【0013】また、上記目的は、到来電波を複数の受信
機により受信し、前記複数の受信機によりそれぞれ受信
された複数の信号に基づき、前記到来電波の方向探査を
行い、前記複数の信号及び前記到来電波の方向探査結果
に基づき、前記到来電波の指向性合成を行い、前記到来
電波の指向性合成結果に基づき、時間波形及び/又は周
波数スペクトルの分析を行うことにより、前記到来電波
の特定を行うことを特徴とする電波源特定方法によって
も達成される。
【0014】また、上記の電波源特定方法において、複
数のセンサ局において探査された前記到来電波の方向探
査結果に基づき、前記到来電波を発射した発射源の位置
を特定するようにしてもよい。
【0015】また、上記の電波源特定方法において、前
記時間波形及び/又は前記周波数スペクトルの分析結果
に対して信号検出のトリガ設定を行い、前記到来電波の
発射時刻を特定するようにしてもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態による電波源
特定方法及び装置について図1及び図2を用いて説明す
る。
【0017】図1は本実施形態による電波源特定方法及
び装置を示す概略図、図2は本実施形態による電波源特
定方法及び装置における方探処理及び指向性合成処理の
方法を説明する図である。
【0018】はじめに、本実施形態による電波源特定装
置について図1を用いて説明する。
【0019】電波を受信する受信機10には、受信機1
0より出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換す
るADC(アナログ・デジタル変換器:Analog-Digital
Converter)12が接続されている。ADC12には、
ADC12から出力された信号を記録するメモリ14に
接続されている。また、本実施形態による電波源特定装
置では、複数の受信機101〜10nと、複数のADC1
1〜12nとを有し、ADC121〜12nから出力され
た信号をそれぞれ別々にメモリ14に蓄積するようにな
っている。また、これら受信機10及びADC12は、
ローカル及びサンプリングクロックにより同期するよう
になっている。
【0020】メモリ14には、メモリ14に蓄積された
情報に基づいて電波発生源の方向探査を行うための方探
処理部16が接続されている。また、方探処理部16に
よる方探結果に基づいてメモリ14に記録された信号の
指向性合成を行う指向性合成部18が接続されている。
【0021】指向性合成部18には、復調部20、分析
部22が接続されており、合成IF信号を復調して監聴
しうるとともに、時間波形や周波数スペクトルを表示す
るようになっている。
【0022】上記構成は一のセンサ局(センサ局A)に
設けられているとともに、他のセンサ局(センサ局B)
においても設けられており、これらシステムは互いに時
間同期されている。
【0023】また、各センサ局或いはセンタ局には、各
センサ局における方探処理部16の処理結果を統合して
電波発射源位置の特定を行う電波発射源位置特定部24
が設けられている。また、各センサ局における電波到来
時間の違いを考慮するため、各センサ局の分析部22に
よって得られた時間波形や周波数スペクトルを互いに比
較して、メモリ14の再生位置の制御を行う遅延設定部
26が設けられている。
【0024】次に、本実施形態による電波源特定装置の
動作及び電波源特定方法について図1を用いて説明す
る。
【0025】本実施形態による電波源特定方法は、2箇
所以上のセンサ局で、それぞれ2対上のアンテナ及び受
信機で受信した信号を記録し、それらのデータをもとに
短時間だけ電波を発射する電波源の位置を特定する。ま
た、記録データを用いて、方向探査、指向性合成、スペ
クトル解析を行うものである。以下、その詳細について
説明する。なお、本願明細書にいう電波源特定とは、ス
ペクトルや時間波形を特定する、電波発射位置を特定す
る、或いは、発射時刻を特定する、ことを意味するもの
とする。
【0026】まず、2つ以上の受信機101〜10nで電
波を受信し、受信機で周波数選択しIF(中間周波数:
Intermediate-Frequency)信号を出力する。なお、この
IF信号は、ローカルに90度位相差を与えて得られる
I/Q 2成分であってもよい。
【0027】次いで、このIF信号をADC121〜1
nによりアナログ・デジタル変換し、メモリ14に記
録する。
【0028】次いで、メモリ14に記録された信号を基
に、方探処理部16において電波源の方向探査を行う。
方探処理部16における処理方法としては、信号の位相
差や時間差の情報を用いることができ、例えば、MUS
IC、ESPRIT、スペクトル位相補間法などを用い
ることができる。
【0029】スペクトル位相補間法を例にして方探処理
方法の一例を説明する。
【0030】図2に示すように、振幅ai、位相θiでφ
i方向から入射した平面波を、l軸上において幅Dの観
測点で観測するものとする。ここで観測される電界は、
【0031】
【数1】
【0032】で与えられる。但し、
【0033】
【数2】
【0034】である。ここで、φi、ai、θiを知るに
は、
【0035】
【数3】
【0036】を求めればよい。但し、g(l)は観測窓
の重み関数である。Dが有限であるためにf(u)から
真のφi、ai、θiを知ることができないが、もしg
(l)の周波数スペクトルG(u)が一定の条件を満足
していれば、上式のf(u)からG(u)の影響を取り
除いたVp(u)を求めることにより、真のφi、ai
θiを求めることができる。これにより、平面波の方向
探査を行うことができる。
【0037】なお、スペクトル位相補間法については、
本願発明者による「電磁波放射と伝搬の可視化に関する
研究」(東北大学博士学位論文、pp.20-28, Feb. 199
7)に詳述されている。
【0038】次いで、指向性合成部18において、方探
処理部16による電波の方向探査処理結果に基づき、メ
モリ14に記録された信号の指向性利得合成を行い、合
成IF信号として出力する。指向性合成部18における
指向性利得合成には、例えば、アレー指向性合成技術な
どを用いた指向性合成方法を用いることができる。例え
ば、図2に示すように、間隔L、幅Dのリニアアレーに
おいて、電波がφi方向から入射した場合を考慮する
と、φi方向への指向性の合成は、
【0039】
【数4】
【0040】として、voutを指向性合成IF信号とす
ることができる。
【0041】次いで、指向性合成部18における指向性
利得合成で得られた合成IF信号の時間変化や周波数ス
ペクトル解析を行うとともに、復調し、監聴する。ま
た、分析部22による時間波形及びスペクトル解析結果
に対して信号検出のトリガ設定を行い、トリガ条件を満
足した時点で方向探査結果の表示を行う。
【0042】また、アナログ・デジタル変換データのメ
モリ14への記録はトリガ検出時点まで、又は、指定し
た一定時間内とすることで、短時間電波発射源の位置特
定や特徴の分析を高感度で実現することができる。
【0043】但し、これらの機能を満足するためには、
少なくとも2つ以上のセンサ局が必要であり、且つ、互
いに時間の同期をとる必要がある。また、電波の到達時
間差を考慮して、それぞれ遅延時間の設定が可能である
ようにする。
【0044】さらに、電波発射源の性質が不明な場合に
は、方向探査の条件を変更してメモリ14上の任意の範
囲に渡って手動で時間波形や周波数スペクトルのモニタ
を繰り返すこともできる。
【0045】ここで重要なことは、短時間発射の場合は
観測信号のS/N比を得る手段として指向性利得合成が
絶対条件であり、特に、高周波数域でアンテナが小型化
すると同時に感度が悪くなる従来型の観測電波の波長径
程度の円周上にアンテナを配置し並列受信する方式は、
高感度化の障害となる。したがって、本実施形態による
電波源特定方法を高周波帯で利用するためには、アンテ
ナの多素子化と大径化、受信機及びADC部分のハイブ
リッドIC化が必要である。
【0046】このように、本実施形態によれば、到来電
波を複数の受信機により受信し、複数の受信機によりそ
れぞれ受信された複数の信号に基づき、到来電波の方向
探査を行い、複数の信号及び到来電波の方向探査結果に
基づき、到来電波の指向性合成を行い、到来電波の指向
性合成結果に基づき、時間波形及び/又は周波数スペク
トルの分析を行うことにより、到来電波の特定を行うの
で、短時間発射される電波や不規則雑音の発生方向や発
生原因を高感度で測定することができる。
【0047】また、複数のセンサ局において探査された
到来電波の方向探査結果に基づき、到来電波を発射した
発射源の位置を特定するので、短時間発射される電波や
不規則雑音の発生源の位置や発生原因を高感度で測定す
ることができる。
【0048】また、時間波形及び/又は周波数スペクト
ルの分析結果に対して信号検出のトリガ設定を行うこと
により、到来電波の発射時刻を特定することができる。
【0049】本発明は上記実施形態に限らず種々の変形
が可能である。
【0050】例えば、方探及び時間・周波数スペクトル
のモニタはメモリ上の任意の範囲に渡って手動選択する
ようにしてもよい。
【0051】また、スペクトル解析には通常FFT(高
速フーリエ変換:Fast Fourier Transformation)を用
いるが、ウォルシュ変換やウェーブレッド変換を用いて
もよいし、声紋解析のように時間・振幅・周波数成分の
変化を一度に表現してもよい。
【0052】また、トリガ条件の設定には、複数条件の
AND及びORをとってもよい。
【0053】また、指向性合成及び方探処理には、円周
アレーや平面アレーを用いてもよい。
【0054】また、指向性合成及び方探処理を行う信号
はメモリ14に記録された信号をそのまま用いるのでは
なく、デジタルフィルタなどでさらに周波数成分のフィ
ルタリングを行ってもよい。
【0055】また、方探及び時間・周波数スペクトルの
モニタは、メモリ14に記録された結果のみでなく、リ
アルタイムに行うようにしてもよい。
【0056】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、到来電波
を複数の受信機により受信し、複数の受信機によりそれ
ぞれ受信された複数の信号に基づき、到来電波の方向探
査を行い、複数の信号及び到来電波の方向探査結果に基
づき、到来電波の指向性合成を行い、到来電波の指向性
合成結果に基づき、時間波形及び/又は周波数スペクト
ルの分析を行うことにより、到来電波の特定を行うの
で、短時間発射される電波や不規則雑音の発生方向や発
生原因を高感度で測定することができる。
【0057】また、複数のセンサ局において探査された
到来電波の方向探査結果に基づき、到来電波を発射した
発射源の位置を特定するので、短時間発射される電波や
不規則雑音の発生源の位置や発生原因を高感度で測定す
ることができる。
【0058】また、時間波形及び/又は周波数スペクト
ルの分析結果に対して信号検出のトリガ設定を行うこと
により、到来電波の発射時刻を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による電波源特定方法及び
装置を示す概略図である。
【図2】本発明の一実施形態による電波源特定方法及び
装置における方探処理方法及び指向性合成処理方法を示
す図である。
【図3】従来の第1の電波源特定方法及び装置を示す概
略図である。
【図4】従来の第2の電波源特定方法及び装置を示す概
略図である。
【符号の説明】
10…受信機 12…ADC 14…メモリ 16…方探処理部 18…指向性合成部 20…復調部 22…分析部 24…電波発射源位置特定部 26…遅延設定部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 到来電波を受信する複数の受信機と、 前記複数の受信機によりそれぞれ受信された複数の信号
    に基づき、前記到来電波の方向探査を行う方向探査手段
    と、 前記複数の信号及び前記方向探査手段による方向探査結
    果に基づき、前記到来電波の指向性合成を行う指向性合
    成手段と、 前記指向性合成手段による指向性合成結果に基づき、時
    間波形及び/又は周波数スペクトルの分析を行う分析手
    段とを有することを特徴とする電波源特定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電波源特定装置におい
    て、 複数のセンサ局において探査された前記到来電波の方向
    探査結果に基づき、前記到来電波を発射した発射源の位
    置を特定する電波発射源位置特定手段を更に有すること
    を特徴とする電波源特定装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の電波源特定装置に
    おいて、 前記分析手段による分析結果に対して信号検出のトリガ
    設定を行い、前記到来電波の発射時刻を特定する時刻特
    定手段を更に有することを特徴とする電波源特定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
    電波源特定装置において、 前記複数の受信機により受信された前記複数の信号を記
    録する記録手段を更に有することを特徴とする電波源特
    定装置。
  5. 【請求項5】 到来電波を複数の受信機により受信し、 前記複数の受信機によりそれぞれ受信された複数の信号
    に基づき、前記到来電波の方向探査を行い、 前記複数の信号及び前記到来電波の方向探査結果に基づ
    き、前記到来電波の指向性合成を行い、 前記到来電波の指向性合成結果に基づき、時間波形及び
    /又は周波数スペクトルの分析を行うことにより、前記
    到来電波の特定を行うことを特徴とする電波源特定方
    法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の電波源特定方法におい
    て、 複数のセンサ局において探査された前記到来電波の方向
    探査結果に基づき、前記到来電波を発射した発射源の位
    置を特定することを特徴とする電波源特定装置。
  7. 【請求項7】 請求項5又は6記載の電波源特定方法に
    おいて、 前記時間波形及び/又は前記周波数スペクトルの分析結
    果に対して信号検出のトリガ設定を行い、前記到来電波
    の発射時刻を特定することを特徴とする電波源特定方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005207847A (ja) * 2004-01-22 2005-08-04 Ministry Of Public Management Home Affairs Posts & Telecommunications 電波ホログラフィ法とmusic法を用い電波源の特定に用いられる電波監視装置

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JP4544869B2 (ja) * 2004-01-22 2010-09-15 総務大臣 電波ホログラフィ法とmusic法を用い電波源の特定に用いられる電波監視装置

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