JP2004072489A - Side lobe suppression method for adaptive antenna - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダや移動体通信基地局などで不要波抑圧が要求される電波環境でのアンテナ制御技術として好適に用いることのできる、アダプティブアンテナのサイドローブ抑圧方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
様々な信号が混在する環境下で所望の信号のみを取り出す技術は、多くの分野で必要とされている。この対策として高利得アレイで受信する方法があるが、サイドローブに強い妨害波が到来した場合、高利得アレイであってもそれを抑圧する必要がある。
【0003】
サイドローブ抑圧法としては、Howellsらによって提案されたサイドローブキャンセラがあるが、強い妨害波で高利得アレイの出力を打ち消してしまう危険性がある。この問題に対して、フィードバック回路でのフィルタや増幅器にリミッタを付け加えることによって対処する方法が提案されているが、リミッタ値は入力された信号強度に依存している。したがって、サイドローブのみを効果的に抑圧することはできないでいた。
【0004】
他方、方向拘束付き出力電力最小化(DCMP)法なる方法が提案されている。この方法は、例えば出力信号の振幅や位相を制御することによって、所望信号の信号出力を一定に拘束しつつ、前記出力信号の出力電力を最小にして、所望の信号成分を取り出すようにしたものである。前記DCMP法によれば、適応的に指向性を変化させることによって不要波を抑圧することが可能であるが、所望方向周辺における出力値が電波環境が変化し、所望の信号成分の到来方向に多少の誤差があった場合においても大きく変化してしまうという問題があった。そのため、所望信号の到来方向に多少の誤差があった場合でさえ、特性劣化が生じてしまっていた。
【0005】
さらに、前記DCMP法を応用した技術として、所望波ブロックフィルタを用いる方法が提案されている。しかしながら、この方法においても、前記ブロックフィルタを所望の信号性質に応じて構成しなければならず、種々の妨害波などに対処することができないという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電波環境が変化して所望の信号成分の到来方向に誤差が生じた場合においても、主ローブの指向特性に影響を与えることなく、妨害波に起因したサイドローブを効果的に抑圧し、不要波を取り除いて所望の信号のみを取り出す新規な技術を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、主アレイの周囲に少なくとも一つの補助アレイを配置し、前記補助アレイからの出力信号の振幅及び位相を調節して、前記主アレイ及び前記補助アレイからの合成出力信号に含まれる所望の信号の強度が一定となるように拘束した状態において、前記合成出力信号の出力電力が最小となるようにするとともに、前記補助アレイからの出力信号の出力電力を前記主アレイのサイドローブレベル以下とすることにより、前記主アレイのサイドローブレベルを抑圧することを特徴とする、アダプティブアンテナのサイドローブ抑圧方法に関する。
【0008】
本発明のアダプティブアンテナのサイドローブ抑圧方法においては、上述したDCMP法に基づき、補助アレイからの出力信号の振幅及び位相を調節して、所望信号の信号強度が一定となる状態下において、前記主アレイ及び前記補助アレイからの合成出力信号の出力電力が最小となるような拘束条件を設けている。さらに、前記補助アレイからの出力信号の振幅及び位相を調節して、前記出力信号の出力電力が前記主アレイのサイドローブレベル以下とする追加の拘束条件を設けている。したがって、電波環境が変化した場合においても、所望の信号の出力値に影響を与えることなくサイドローブを効果的に抑圧して、不要信号を効率的に除去することができるようになる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明のサイドローブ抑圧方法における、アレイの配置の一例を示す図である。図1に示すように、本例においては、主アレイ11の周囲に4本の補助アレイ21−24を等間隔に配置しており、アダプティブアンテナを構成している。主アレイ11は、例えば大気レーダなどの高利得アレイから構成することができ、補助アレイ21−24は受信専用のアレイから構成することができる。
【0010】
本発明においては、DCMP法に基づき、補助アレイ21−24から出力信号の振幅及び位相を調節して、所望信号の信号強度を一定とした状態において、主アレイ11及び補助アレイ21−24からの合成出力信号の合成出力電力が最小となるようにする。同時に、補助アレイ21−24からの出力信号の振幅及び位相を制御して、前記出力信号の出力電力が主アレイ11のサイドローブレベル以下となるようにする。これによって、図1に示すアダプティブアンテナに対する電波環境が変化した場合においても、所望の信号の出力値に影響を与えることなくサイドローブを効果的に抑圧して、不要信号を効率的に除去することができるようになる。
【0011】
例えば、主アレイ11として、図2に示すようなアンテナパターンを有する大気レーダを用い、補助アレイ21−24として受信専用アレイを用い、主アレイ11と補助アレイ21−24との間の距離を所望信号の波長λの8倍である8λに設定する。そして、主アレイ11に対して所望信号の方向を0度、妨害波信号の方向を80度とし、さらに前記所望信号の電力及び前記妨害波の電力をそれぞれ20dB及び80dBに設定する。このような条件下で、上述した本発明の方法に従ってサイドローブの抑圧を実施したところ、主アレイ11からは図3に示すようなアンテナパターンを得ることができた。
【0012】
なお、主アレイ11のサイドローブレベルは0dBとし、補助アレイ21−24からの出力信号の出力電力を前記0dBに設定した。さらに、雑音レベルは0dBに設定した。
【0013】
一方、上述した条件下においてDCMP法のみを実施し、補助アレイ21−24の出力信号の出力電力に対する拘束条件を実施しなかった結果を図4に示す。
【0014】
図3及び図4から明らかなように、本発明の方法に従った場合においては、前述した妨害波が存在する場合においても、サイドローブを抑圧して所望の信号パターンが得られることが分かる。一方、前記DCMP法のみを用いた場合においては、妨害波を抑圧する副作用として所望の信号パターンが得られないことが分かる。
【0015】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【0016】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電波環境が変化して所望の信号成分の到来方向に誤差が生じた場合においても、主ローブに影響を与えることなく妨害波に起因したサイドローブを効果的に抑圧し、不要波を取り除いて所望の信号のみを取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のサイドローブ抑圧方法における、アレイの配置の一例を示す図である。
【図2】主アレイの一例として用いた大気レーダのアンテナパターンを示すグラフである。
【図3】本発明の方法に従って得たアンテナパターンを示すグラフである。
【図4】従来の方法に従って得たアンテナパターンを示すグラフである。
【符号の説明】
11 主アレイ
21−24 補助アレイ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sidelobe suppression method for an adaptive antenna, which can be suitably used as an antenna control technique in a radio wave environment where unnecessary wave suppression is required in a radar, a mobile communication base station, or the like.
[0002]
[Prior art]
Techniques for extracting only a desired signal in an environment where various signals are mixed are required in many fields. As a countermeasure, there is a method of receiving signals using a high gain array. However, when a strong interference wave arrives at the side lobe, it is necessary to suppress the interference even with a high gain array.
[0003]
As a side lobe suppression method, there is a side lobe canceller proposed by Howells et al., But there is a risk that the output of the high gain array is canceled by a strong interference wave. A method has been proposed to address this problem by adding a limiter to a filter or amplifier in a feedback circuit, but the limiter value depends on the input signal strength. Therefore, it has not been possible to effectively suppress only the side lobe.
[0004]
On the other hand, a method called a direction-constrained output power minimization (DCMP) method has been proposed. In this method, for example, by controlling the amplitude and phase of an output signal, the output power of the output signal is minimized while the signal output of the desired signal is kept constant, and a desired signal component is extracted. It is. According to the DCMP method, unnecessary waves can be suppressed by adaptively changing the directivity. However, the output value around the desired direction changes in the radio wave environment, and the output value changes in the arrival direction of the desired signal component. There is a problem that even if there is a slight error, it changes greatly. Therefore, even when there is some error in the arrival direction of the desired signal, the characteristics have been deteriorated.
[0005]
Further, as a technique to which the DCMP method is applied, a method using a desired wave block filter has been proposed. However, also in this method, there is a problem that the block filter has to be configured according to a desired signal property, and it is not possible to cope with various kinds of interference waves.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention effectively suppresses side lobes caused by interfering waves without affecting the directional characteristics of the main lobe even when an error occurs in the arrival direction of a desired signal component due to a change in the radio wave environment. It is another object of the present invention to provide a novel technique for removing unnecessary waves and extracting only a desired signal.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention disposes at least one auxiliary array around a main array and adjusts an amplitude and a phase of an output signal from the auxiliary array to adjust the amplitude and phase of the output signal from the main array and the auxiliary array. In a state where the strength of the desired signal included in the combined output signal is constrained to be constant, the output power of the combined output signal is minimized, and the output power of the output signal from the auxiliary array is The present invention relates to a side lobe suppression method for an adaptive antenna, wherein the side lobe level of the main array is suppressed by setting the side lobe level to be equal to or less than the side lobe level of the main array.
[0008]
In the adaptive antenna side lobe suppression method of the present invention, the amplitude and phase of the output signal from the auxiliary array are adjusted based on the DCMP method described above, and the main signal is adjusted under the condition that the signal strength of the desired signal is constant. A constraint condition is provided such that the output power of the combined output signal from the array and the auxiliary array is minimized. Further, an additional constraint is provided to adjust the amplitude and phase of the output signal from the auxiliary array so that the output power of the output signal is less than or equal to the side lobe level of the main array. Therefore, even when the radio wave environment changes, side lobes can be effectively suppressed without affecting the output value of a desired signal, and unnecessary signals can be efficiently removed.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments of the invention.
FIG. 1 is a diagram showing an example of an array arrangement in the side lobe suppression method of the present invention. As shown in FIG. 1, in this example, four auxiliary arrays 21-24 are arranged at equal intervals around the main array 11 to constitute an adaptive antenna. The main array 11 can be comprised of a high gain array, such as an atmospheric radar, for example, and the auxiliary arrays 21-24 can be comprised of receive-only arrays.
[0010]
In the present invention, based on the DCMP method, the amplitude and phase of the output signal from the auxiliary array 21-24 are adjusted so that the signal intensity of the desired signal is kept constant, and the signals from the main array 11 and the auxiliary array 21-24 are kept constant. The combined output power of the combined output signal is minimized. At the same time, the amplitude and phase of the output signals from the auxiliary arrays 21-24 are controlled so that the output power of the output signals is less than the side lobe level of the main array 11. As a result, even when the radio wave environment for the adaptive antenna shown in FIG. 1 changes, the side lobe is effectively suppressed without affecting the output value of the desired signal, and the unnecessary signal is efficiently removed. Will be able to
[0011]
For example, an atmospheric radar having an antenna pattern as shown in FIG. 2 is used as the main array 11, a reception-only array is used as the auxiliary array 21-24, and the distance between the main array 11 and the auxiliary array 21-24 is desired. It is set to 8λ, which is eight times the wavelength λ of the signal. Then, the direction of the desired signal is set to 0 degree with respect to the main array 11, the direction of the interference signal is set to 80 degrees, and the power of the desired signal and the power of the interference wave are set to 20 dB and 80 dB, respectively. Under these conditions, side lobe suppression was performed according to the above-described method of the present invention. As a result, an antenna pattern as shown in FIG.
[0012]
Note that the side lobe level of the main array 11 was set to 0 dB, and the output power of the output signal from the auxiliary array 21-24 was set to 0 dB. Further, the noise level was set to 0 dB.
[0013]
On the other hand, FIG. 4 shows the result of executing only the DCMP method under the above-described conditions and not executing the constraint condition on the output power of the output signals of the auxiliary arrays 21-24.
[0014]
As is clear from FIGS. 3 and 4, in the case of following the method of the present invention, it is understood that a desired signal pattern can be obtained by suppressing the side lobe even when the above-mentioned interfering wave exists. On the other hand, when only the DCMP method is used, it can be seen that a desired signal pattern cannot be obtained as a side effect of suppressing an interference wave.
[0015]
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and any modification may be made without departing from the scope of the present invention. And changes are possible.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when an error occurs in the arrival direction of a desired signal component due to a change in a radio wave environment, a side lobe caused by an interfering wave can be generated without affecting a main lobe. It is possible to effectively suppress the signal, remove unnecessary waves, and extract only a desired signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an array arrangement in a side lobe suppression method of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an antenna pattern of an atmospheric radar used as an example of a main array.
FIG. 3 is a graph showing an antenna pattern obtained according to the method of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing an antenna pattern obtained according to a conventional method.
[Explanation of symbols]
11 Main array 21-24 Auxiliary array
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002230197A JP2004072489A (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Side lobe suppression method for adaptive antenna |
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ID=32016353
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007051984A (en) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Toshiba Corp | Interference wave suppressing device and interference wave suppression method |
CN101915906A (en) * | 2010-07-20 | 2010-12-15 | 中国人民解放军空军雷达学院 | Adaptive beam forming side lobe shaping method |
WO2014174858A1 (en) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | 株式会社日立産機システム | Array antenna and wireless communication device |
-
2002
- 2002-08-07 JP JP2002230197A patent/JP2004072489A/en active Pending
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