JP2004198189A - 方位探知装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の受信空中線1,2を傾けて配置し、到来信号の振幅比を使用して粗方位算出回路11による粗方位探知を行う。一方、同じ一対の受信空中線1,2からの受信信号を使用して、電波の到来時間差を用いて精方位算出回路12にて精方位探知を行う。後者の精方位探知では複数の精方位が求まり、アンビギュイティの問題が発生するが、前者の粗方位探知では到来電波の振幅比から1候補の粗方位が求まり、この1候補の粗方位に最も近い精方位を後者の複数の精方位の中から抽出することにより、アンビギュイティの問題を解消する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の受信空中線における電波の到来時間差を用いて、電波の到来方位を探知する方位探知装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の方位探知装置においては、クロススペクトルを計算し、コヒーレンスの高い周波数帯における位相の傾きから到来時間差を求めるので、到来電波の振幅差などの影響を受けることなく精度良く電波の到来方位を求める技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−257902号公報(第11頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には次のような問題点がある。従来技術では、一対の受信空中線で受信した到来電波の到来時間差と、前記一対の受信空中線の中心間距離を用いて電波の到来方向を算出しているが、低い周波数の電波を受信するためには、受信空中線が大型になる。従って前記一対の受信空中線の間隔が大きくなり、受信時の中心間距離(これをdとする)が大きくなる。一方、同じ一対の受信空中線で高い周波数の電波を受信する場合、前記一対の受信空中線の中心間距離は周波数に関係なく固定であるので、d/λ≧0.5(λ:受信電波波長)となるケースが発生する。d/λ≧0.5となるケースでは、電波の到来方位によって到来電波の位相のずれθが±πの範囲を越え、θが、θ+2πn(n=1,2、・・)のいずれであるかが区別できない場合がある。すなわち、前記到来時間差が同一である方位が複数存在し得るため、正確な到来方向を検出できないという方位のアンビギュイティ(曖昧さ)が生じるという問題があった。さらに、このアンビギュイティの問題に対しては、受信系統数を増やす解決策が合わせて開示されているが、わざわざこの問題を解決するためだけに受信系統数を増やす必要があり、装置が高価になるという問題点があった。
【0005】
本発明は上述のような問題を解決するためになされたもので、アンビギュイティの問題を解決するためだけに受信空中線を増やすことなく、本来の方位探知のために使われる受信空中線のみを使用して、この方位アンビギュイティの問題を解決する方位探知装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る方位探知装置は、所定距離離間して傾けて設置され、到来電波を受信する一対の受信空中線と、前記一対の受信空中線で受信した信号をそれぞれ増幅及び周波数変換する一対の受信機と、前記増幅及び周波数変換されたアナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換する一対のA/D変換器と、前記デジタル信号のクロススペクトルを計算するクロススペクトル計算回路と、前記クロススペクトルが示すコヒーレンスレベル及び位相レベルから、周波数に対する位相の傾きを求め、前記一対の受信空中線で受信した前記到来電波の時間差を検出する時間差検出回路と、前記一対の受信機の出力から振幅比を算出する信号振幅比較回路と、前記振幅比に基づいて前記到来電波の到来粗方位を算出する粗方位算出回路と、前記到来電波の時間差と前記到来電波の到来粗方位と前記所定距離とに基づいて前記到来電波の到来精方位を算出する精方位算出回路とを備えたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。一対の受信空中線1,2は同じ特性を持つ一対のアンテナであり、それぞれが到来電波を受信してRF信号を出力する。図2は本発明の実施の形態1に係る受信空中線の配置を示す図であり、前記一対の受信空中線1,2は互いに中心より対称に外側に向けて角度をつけて取り付けられている。受信機3,4は受信したRF信号を増幅及び周波数変換してA/D変換器5,6に出力するとともに振幅比較回路10にも出力する。前記A/D変換器は所定のサンプリングタイミングで前記増幅及び周波数変換された信号をデジタルデータに変換し、クロススペクトル計算回路7に出力する。
【0008】
次に粗方位算出について説明する。本発明において、前記一対の受信空中線1,2は図2で示したようにそれぞれ傾けて設置されていることから、前記受信機3,4で受信されるRF信号は、位相ずれがあるとともに前記信号の振幅がそれぞれ異なったものとなる。さらに、前記一対の受信空中線1,2の設置されている傾きが既知であれば、到来電波の到来方向に対応して前記信号の振幅比はあらかじめ計算もしくは実測することにより求めておくことができる。すなわち、前記振幅比の値から、到来電波の到来方向を推測することができることとなる。
【0009】
前記受信機3,4で増幅及び周波数変換された信号は、前記振幅比較回路10に入力され、それぞれの前記信号について振幅検波を行うことで振幅を求め、それぞれの振幅の比を算出し粗方位算出回路11に出力する。前記粗方位算出回路11では、振幅比と到来電波の到来方位の関係を記述したテーブルをあらかじめ準備しておき、入力された振幅比から到来電波の到来方位をテーブルより抽出し(以後、この方法による方位算出を粗測方位と呼ぶ)、精方位算出回路12に出力する。
【0010】
一方、前記クロススペクトル計算回路7では、まず入力された前記デジタルデータを高速フーリエ変換し、振幅と位相が計算される。高速フーリエ変換して得られた信号をそれぞれXA,XBとすると、XA,XBは掛け算回路に入力され、XAとXBの複素共役XB*を掛け算することによりクロススペクトルが算出され、その結果からコヒーレンス及び位相も算出される。算出されたコヒーレンス及び位相は時間差検出回路8に出力される。
【0011】
前記時間差検出回路8では、コヒーレンスの高い周波数帯での位相と位相の傾きを求める。位相ずれθが1波長以内であれば、前記位相の傾きから一義的に到来時間差を算出できるが、前述したようなアンビギュイティの問題で位相ずれがθ+2πn(n=1,2、・・)のいずれであるかがこの時点ではわからないこととなる。そこで、求められた1波長以内の位相ずれθ及び前記位相ずれθに2πnを加えたもの(以後、位相数列と呼ぶ)それぞれについて対応する周波数から到来時間差を算出し、位相数列各要素についての到来時間差が精方位算出回路12に出力される。
【0012】
前記精方位算出回路12では、入力された前記位相数列各要素についての到来時間差と前記一対の受信空中線1,2の中心間距離を用いて、前記位相数列各要素についての電波の到来方位を算出する。さらに、前記位相数列各要素についての電波の到来方位の中から、前記粗方位算出回路11より入力された粗測方位の結果に最も近い到来方位を抽出することにより、複数方位の候補の中から1方向の精方位を求めることができる。
【0013】
実施の形態1によれば、到来電波の到来時間差を用いて方位探知を行うために傾けて設置された一対の受信空中線だけを使用して、到来電波の受信信号の振幅比による粗方位探知により求まった粗方位を基にして、到来電波の到来時間差による精方位探知を行って算出される複数の精方位の候補の中から1方向の精方位を特定することにより、方位アンビギュイティの問題を解消する方位探知が可能となる。
【0014】
実施の形態2.
実施の形態1で前記振幅比較回路10は、前記受信機3,4の出力信号である増幅及び周波数変換されたアナログ信号に対して振幅検波を行うことにより、振幅比を求めていた。しかし、前記アナログ信号について振幅検波していたため、ノイズに埋もれたレベルの低い信号については検出できない、もしくは振幅検出の精度が悪くなるという問題があった。そこで本実施の形態2では、前記A/D変換器5,6を介した出力信号であるデジタルデータに変換された信号を使用して高速フーリエ変換を行った後、振幅比を求めることにより、ノイズに埋もれたレベルの低い信号についても精度よく方位探知ができる。
【0015】
図3は、本発明の実施の形態2に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。前記A/D変換器5,6を介した出力信号であるデジタルデータとなった受信信号が前記振幅比較回路10に入力され、前記振幅比較回路10では入力されたデジタルデータそれぞれについて高速フーリエ変換を行う。さらに高速フーリエ変換後の周波数波形に対して振幅の大きい周波数での振幅をそれぞれ求め、それぞれの振幅の比を算出し周波数情報とともに粗方位算出回路11に出力する。前記粗方位算出回路11は粗測方位を行い、到来粗方位及び前記周波数情報を精方位算出回路12に出力し、前記精方位算出回路12は実施の形態1と同様にして精方位探知を行う。
【0016】
実施の形態2によれば、粗方位算出のための振幅比を求める際に、デジタルデータに基づいて高速フーリエ変換を行うことにより、ノイズに埋もれたレベルの低い信号についても精度よく振幅の検出及び振幅比の算出が可能となり、実施の形態1よりも精度の高い方位探知が可能となる。
【0017】
実施の形態3.
実施の形態1及び2では、一対の受信空中線はそれぞれ同じものを使用した場合について述べたが、前記一対の受信空中線の特性により同じ方位からの到来信号であっても、到来信号の偏波が異なった場合クロススペクトル算出回路7の出力位相が異なる、つまり最終的に検出される方位が異なることにより、方位精度が悪化するという問題があった。本実施の形態3では、前記一対の受信空中線としてスパイラル空中線を使用して前記問題の解決を図っている。第1方向旋回スパイラル空中線として右旋スパイラル空中線、第2方向旋回スパイラル空中線として左旋スパイラル空中線を使用し、到来信号の偏波を検出することにより、偏波によるクロススペクトル算出回路の出力位相を補正し、到来信号の偏波による方位誤差をなくすことで、より精度の高い方位探知を行うものである。
【0018】
図4は、本発明の実施の形態3に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。先の実施の形態2に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である図3と比較すると、一対の受信空中線1,2の代わりとして右旋スパイラル空中線13及び左旋スパイラル空中線14を使用するとともに、到来信号の偏波の検出を行う偏波検出回路15と、検出された偏波に応じて位相の補正を行う位相差補正回路16が新たに付加されている。
【0019】
図3と図4で符号が同一のものは実施の形態2と同様の働きをするものであり、追加になっている機能を次に説明する。偏波の検出は前記右旋スパイラル空中線13で受信された信号、及び前記左旋スパイラル空中線14で受信された信号のΣ信号(和信号)とΔ信号(差信号)の振幅の大小を比較することにより行われる。図5は到来電波が垂直偏波である場合の到来方位に対するΣ信号及びΔ信号の振幅の関係を示した図であり、図6は到来電波が水平偏波である場合の到来方位に対するΣ信号及びΔ信号の振幅の関係を示した図である。
【0020】
図5及び図6から、方位0°からの到来電波が垂直偏波である場合は、Σ信号の振幅が最大になりΔ信号の振幅が最小になる。反対に、方位0°からの到来電波が水平偏波である場合は、Σ信号の振幅が最小になりΔ信号の振幅が最大になる。しかし、到来電波が方位0°以外から到来する場合には、前記右旋スパイラル空中線13で受信された信号と前記左旋スパイラル空中線14で受信された信号とは到来時間差があり、到来信号の周波数に応じた位相ずれがあるため、Σ信号とΔ信号の振幅に関する図5及び図6の関係が成立しなくなる。
【0021】
逆に言うと、前記右旋スパイラル空中線13で受信された信号と前記左旋スパイラル空中線14で受信された信号の前記Σ信号と前記Δ信号を生成する前に、前記到来時間差をなくす、すなわち位相差をなくした状態にして前記Σ信号と前記Δ信号を生成すれば、図5及び図6の関係が成立することとなる。そこで、実施の形態2で示したように、前記粗方位算出回路11の出力である到来粗方位及び周波数情報を基にして、前記右旋スパイラル空中線13で受信された信号と前記左旋スパイラル空中線14で受信された信号との位相差を求め、前記位相差をなくした状態にして前記Σ信号と前記Δ信号を生成することにより偏波を検出でき、偏波の補正をかけることができる。
【0022】
上述の偏波検出に関して詳細を説明する。前記偏波検出回路15では、偏波を検出するために、前記粗方位算出回路11の出力である到来粗方位θ1及び周波数f1を取り込む。ここで、前記右旋スパイラル空中線13と前記左旋スパイラル空中線14との中心間距離をdとし、電波の伝搬速度をcとすると、前記右旋スパイラル空中線13で受信された信号と前記左旋スパイラル空中線14で受信された信号との位相差φ1は次式の関係がある。
【0023】
φ1=2π・d・sinθ1・f1/c (1)
【0024】
前記偏波検出回路15には、右旋スパイラル空中線13で受信されA/D変換された信号と、左旋スパイラル空中線14で受信されA/D変換された信号がつながれており、後者の信号を求まった前記位相差φ1分だけずらすことにより、両信号の位相差をなくした後に、前記Σ信号及び前記Δ信号を算出する。さらに前記Σ信号と前記Δ信号の振幅比を算出する。前記偏波検出回路15は、あらかじめ前記Σ信号及び前記Δ信号の振幅比と、到来電波の偏波情報との関係を記述したテーブルを持っており、算出された前記振幅比に対応する前記到来電波の前記偏波情報を前記テーブルから抽出して、位相差補正回路16に出力する。一方、クロススペクトル計算回路7は、算出されたコヒーレンス及び位相を前記位相差補正回路16に出力する。
【0025】
前記位相差補正回路16は、あらかじめ偏波情報に対して前記クロススペクトル計算回路7の出力である位相がどれだけ変動するかを記述したテーブルを持っており、前記偏波検出回路15より入力された前記偏波情報を元に、変動する位相差を前記テーブルより抽出する。さらに、抽出した前記位相差を前記クロススペクトル計算回路7からの入力である位相に加算し、偏波による位相差誤差の成分を打ち消した後のコヒーレンス及び位相を前記時間差検出回路8に出力する。前記時間差検出回路8では、実施の形態1,2と同様にして、位相数列各要素についての到来時間差が算出され、前記精方位算出回路12に出力される。
【0026】
前記精方位算出回路12では、入力された前記位相数列各要素についての到来時間差と、前記右旋スパイラル空中線13と前記左旋スパイラル空中線14との中心間距離を用いて、前記位相数列各要素についての電波の到来精方位を算出する。さらに、前記位相数列各要素についての電波の到来方位の中から、前記粗方位算出回路11より入力された粗測方位の結果に最も近い到来方位を抽出することにより、複数の精方位の候補の中から1方向の精方位を求めることができる。
【0027】
実施の形態3によれば、到来信号の偏波情報を到来粗方位から算出することにより、偏波によるクロススペクトル算出回路の出力位相を補正し、到来信号の偏波による方位誤差をなくすことができ、より精度の高い方位探知が可能となる。
【0028】
実施の形態4.
実施の形態3は、前記振幅比較回路10と前記粗方位算出回路11による振幅比較方式の粗測方位を行い、算出された粗方位を使用して偏波検出を行っていたが、本実施の形態4は、振幅比較方式の粗測方位を基に時間差方式による精方位算出を行い、算出された精方位を使用して偏波検出を行うものである。
【0029】
図7は、本発明の実施の形態4に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。さらに、図8は本発明の実施の形態4に係るスパイラル空中線の配置を示す図であり、右旋スパイラル空中線2個と、左旋スパイラル空中線1個を使用する場合について、以下に説明する。
【0030】
右旋スパイラル空中線13及び右旋スパイラル空中線17で受信された到来電波はそれぞれ受信機3,18及びA/D変換器5,19を介してデジタル信号に変換され、前記デジタル信号を使用して前記振幅比較回路10と前記粗方位算出回路11による振幅比較方式の粗測方位を行う。また、前記デジタル信号を使用して、前記クロススペクトル計算回路7はクロススペクトルを計算する。電波が到来した最初の方位探知においては、前記位相差補正回路16では何も行わずに、クロススペクトルの算出結果はそのまま前記時間差検出回路8に渡され、前記精方位算出回路12では、実施の形態1で詳述した方法により、前記粗方位算出回路11より入力された粗測方位の結果から精方位を求め、前記精方位の算出結果は前記偏波検出回路15に渡される。
【0031】
一方、前記右旋スパイラル空中線13及び左旋スパイラル空中線14で受信された到来電波はそれぞれ受信機3,4及びA/D変換器5,6を介してデジタル信号に変換され、前記偏波検出回路15に渡される。前記偏波検出回路15は、前記精方位の算出結果を基に、前記デジタル信号を使用して、実施の形態3で詳述した偏波検出方法により、到来電波の偏波情報を抽出し、前記位相差補正回路16に出力する。
【0032】
前記位相差補正回路16は、前記偏波検出回路15からの前記偏波情報、及び前記クロススペクトル計算回路7からのクロススペクトル算出結果を基にして、実施の形態3で詳述した位相差補正方法により、変動する位相差を抽出し、偏波による位相差誤差の成分を打ち消した後のコヒーレンス及び位相を前記時間差検出回路8に出力する。
【0033】
前記時間差検出回路8では、実施の形態1,2と同様にして、位相数列各要素についての到来時間差が算出され、前記精方位算出回路12に出力される。さらに、前記精方位算出回路12では、入力された前記位相数列各要素についての到来時間差と、前記右旋スパイラル空中線13と前記右旋スパイラル空中線17との中心間距離を用いて、前記位相数列各要素についての電波の到来精方位を算出する。さらに、前記位相数列各要素についての電波の到来方位の中から、前記粗方位算出回路11より入力された粗測方位の結果に最も近い到来方位を抽出することにより、複数の精方位の候補の中から1方向の精方位を求めることができる。
【0034】
なお、偏波情報を抽出するために前記偏波検出回路15に渡された前記精方位は、偏波による誤差を含んでおり、1回目の偏波による位相差誤差を補正した後に前記精方位算出回路12で求まった精方位を用いて、もう一度前記精方位を前記偏波検出回路に戻し、再度偏波情報を抽出して2回目の偏波による位相差誤差を補正した後に前記精方位算出回路12であらためて精方位を求めることにより、偏波の影響をさらに抑えることが可能となる。さらに同様な処理を繰り返すことも可能である。
【0035】
実施の形態4によれば、偏波検出のために必要となる到来方位が、実施の形態3の振幅比較方式の粗方位から時間差方式の精方位となることにより、精度よく求まるため、偏波検出の精度が向上し、結果としてより精度の高い方位探知が可能となる。さらに、偏波による位相差誤差を補正した後に求まる精方位を再び偏波検出に使用することもでき、さらなる方位探知の高精度化が可能となる。
【0036】
実施の形態5.
実施の形態1〜4は、到来電波の到来方位角(AZ)を探知する場合について述べたが、到来電波が方位探知装置の水平面に対して仰角・俯角(EL)を持って到来した場合には、AZ測定用の測定系では本来測定するべきAZと異なる角度を測定してしまい、AZの測定結果に誤差が含まれることとなる。そこで本実施の形態5は、実施の形態1〜4で説明した精方位算出をAZ測定用の測定系とEL測定用の測定系として2系統使用し、AZの測定誤差を補正すると共にELについても方位探知を行うものである。
【0037】
図9は、本発明の実施の形態5に係る方位探知装置の構成を示したブロック図であり、実施の形態1の精方位算出が2系統ある場合に相当している。図9内で2系統目の各構成要素は符号20〜30で示されており、1系統目の各構成要素である符号1〜12と対応して、それぞれ同一名称のものは同一の働きをするものである。図10は本発明の実施の形態5に係る受信空中線の配置を示す図であり、AZ測定用として一対の受信空中線1,2が用いられ、EL測定用として一対の受信空中線20,21が用いられている。
【0038】
方位探知装置の水平面に対してELを持った到来電波が到来した場合、前記到来電波はAZ測定用である前記一対の受信空中線1,2及びEL測定用である前記一対の受信空中線20,21でそれぞれ受信され、その後、それぞれ実施の形態1と同様の動作を行い、精方位算出回路12はAZの精方位算出結果を、精方位算出回路30はELの精方位算出結果を出力する。しかし、本実施の形態5のように到来電波がELを持って到来した場合、精方位算出回路12の出力であるAZの方位算出結果には誤差が生じることとなる。
【0039】
図11は本実施の形態5におけるAZ測定とEL測定の説明図である。例えば図11(a)に示すようなAZ測定用、EL測定用のそれぞれ一対の受信空中線の配置にて、図11(b)に示すような到来電波に対して方位探知を行う場合、本来測定されるべきAZの方位はθAZとなるが、図11(c)に示すように、実際にAZ用の測定系で測定されるAZの方位はφAZとなり、測定結果に誤差が生じることとなる。一方ELに関しては、図11(d)に示すように、実際に測定される方位φELはAZの影響を受けず、実際に測定されるべき方位θELと等しくなるため、AZと同様の誤差は含まれないこととなる。
【0040】
そこで、方位測定誤差補正回路31はAZの方位の測定誤差を補正し、誤差補正後のAZ及びELの方位を出力する。本来測定されるべき到来電波のAZ及びELの方位をそれぞれθAZ及びθELとし、実際に測定されるAZ及びELの方位をそれぞれφAZ及びφELとする。まず、到来電波のELの方位については、上述のようにAZの影響を受けないため、実際に測定されるφELは誤差を含まない。よって(2)式に示すとおりとなる。
【0041】
θEL=φEL (2)
【0042】
一方、AZの方位については上述のように誤差を含むこととなる。電波の到来方向の単位ベクトルにおけるY座標の値は、θAZ及びθELで表すと(3)式に示すとおりとなる。
【0043】
y=cosθEL sinθAZ (3)
【0044】
また同じY座標の値を、φAZで表すと(4)式に示すとおりになる。
【0045】
y=sinφAZ (4)
【0046】
ここで(4)式を(3)式に代入すると(5)式の関係が成り立つ。
【0047】
sinφAZ=cosθEL・sinθAZ (5)
【0048】
さらに、(2)式及び(5)式より本来測定されるべき到来電波のAZの方位であるθAZは(6)式に示すとおりとなる。
【0049】
θAZ=sin−1(sinφAZ/cosθEL)
=sin−1(sinφAZ/cosφEL) (6)
【0050】
よって、測定されたAZの方位φAZ及びELの方位φELを(6)式に代入することにより、AZの方位の測定誤差を補正した本来測定されるべき方位θAZが求まることとなる。
【0051】
実施の形態5によれば、到来電波がELを持つ場合においても、精方位算出をAZ測定用の測定系とEL測定用の測定系として2系統使用することにより、AZの方位測定で生じる測定誤差を補正し、AZだけでなくELについても方位探知を行うことができる。
【0052】
実施の形態6.
実施の形態5では、AZ及びELの方位探知を行う際に、それぞれ一対、すなわち全部で4つの受信空中線及び受信系統を使用していたが、本実施の形態6では、受信空中線及び受信系統を1系統共有化することにより、全部で3つの受信空中線及び受信系統を使用してAZ及びELの方位探知を行うものである。
【0053】
図12は、本発明の実施の形態6に係る方位探知装置の構成を示したブロック図であり、図13は本発明の実施の形態6に係る受信空中線の配置を示す図である。AZ測定用の測定系とEL測定用の測定系において、受信空中線、受信機、A/D変換器の1系統を共有化しており、図12において、受信空中線2、受信機4,A/D変換器6が共有化されている系統である。動作に関しては実施の形態5と同様である。
【0054】
実施の形態6によれば、1系統の共有化を図ることにより、実施の形態5の方位探知装置を小型化できるとともに、実施の形態5と同様にAZの方位測定で生じる測定誤差を補正し、AZだけでなくELについても方位探知を行うことができる。
【0055】
実施の形態7.
実施の形態4では、スパイラル空中線を3個使用して、偏波検出を高精度に行う方法について述べたが、実施の形態4についてAZ及びELの方位探知を行う場合を示したものが本実施の形態7である。AZ測定用の測定系とEL測定用の測定系において、クロススペクトル計算回路で使用する、それぞれの一対のスパイラル空中線、一対の受信機、及び一対のA/D変換器のうちの1系統を共有化し、さらに偏波検出回路はどちらか一方の測定系に備えられ、前記偏波検出回路で検出される偏波を共有することにより、全体として4個のスパイラル空中線と受信系統を使用することにより、方位探知を行うものである。
【0056】
図14は、本発明の実施の形態7に係る方位探知装置の構成を示したブロック図であり、図15は本発明の実施の形態7に係るスパイラル空中線の配置を示す図である。AZ測定用の測定系及びEL測定用の測定系において、右旋スパイラル空中線17、受信機18、A/D変換器19の1系統が共有化されている。また、右旋スパイラル空中線13、受信機3、A/D変換器5の系統はAZ測定用の測定系にのみ使用され、右旋スパイラル空中線32、受信機22、A/D変換器24の系統はEL測定用の測定系にのみ使用されている。さらに、左旋スパイラル空中線14、受信機4,A/D変換器6の系統は偏波検出の測定系にのみ使用され、偏波検出回路15の出力となる偏波情報は、AZ測定用の測定系の位相差補正回路16及びEL測定用の測定系の位相差補正回路33で共有される。
【0057】
精方位算出に関しては実施の形態4で説明した内容と同一であり、AZ測定用の測定系及びEL測定用の測定系により求まったそれぞれの精方位から、方位測定誤差補正回路31によって方位測定誤差を補正する方法に関しては実施の形態5で説明した内容と同一である。
【0058】
実施の形態7によれば、系統の共有化により小型化することが可能になるとともに、精度よく偏波検出を行い高精度にAZ及びELの方位探知を行うことが可能となる。
【0059】
実施の形態8.
実施の形態1〜7では受信空中線の単一の受信覆域の範囲において方位探知を行っていたが、本実施の形態8は、受信空中線の複数の受信覆域の範囲において方位探知を行うものであり、セットとなる空中線の方向をそれぞれずらして複数配置している。各セットで算出された探知方位から到来電波の方位を求め、より広覆域、全周もしくは全球において方位探知を行うものである。
【0060】
図16は、本発明の実施の形態8に係る方位探知装置の構成を示したブロック図であり、図17は本発明の実施の形態8に係る受信空中線の配置を示す図である。実施の形態1で説明した方位探知装置を2セット用いており、それぞれを傾けて設置することにより広覆域の方位探知を行うものである。
【0061】
それぞれのセットにおける精方位算出は、実施の形態1と同様の方法で行われる。各セットの精方位算出回路12,30で算出された精方位は方位測定結果補正回路34に渡される。前記方位測定結果補正回路34は各セットの受信空中線の設置角度の違いを換算する役目を持っており、各セットから得られる方位算出結果をある基準方位からの方位に換算して、基準方位からの方位測定結果を出力することとなる。
【0062】
実施の形態8によれば、受信空中線の複数の受信覆域の範囲において方位探知を行うことにより、広覆域の方位探知を行うことが可能となる。
【0063】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、一対の受信空中線を傾けて設置することにより、方位アンビギュイティの問題を解消した方位探知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る受信空中線の配置を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態2に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。
【図4】本発明の実施の形態3に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。
【図5】到来電波が垂直偏波である場合の到来方位に対するΣ信号及びΔ信号の振幅の関係を示した図である。
【図6】到来電波が水平偏波である場合の到来方位に対するΣ信号及びΔ信号の振幅の関係を示した図である。
【図7】本発明の実施の形態4に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。
【図8】本発明の実施の形態4に係るスパイラル空中線の配置を示す図である。
【図9】本発明の実施の形態5に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。
【図10】本発明の実施の形態5に係る受信空中線の配置を示す図である。
【図11】本実施の形態5におけるAZ測定とEL測定の説明図である。
【図12】本発明の実施の形態6に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。
【図13】本発明の実施の形態6に係る受信空中線の配置を示す図である。
【図14】本発明の実施の形態7に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。
【図15】本発明の実施の形態7に係るスパイラル空中線の配置を示す図である。
【図16】本発明の実施の形態8に係る方位探知装置の構成を示したブロック図である。
【図17】本発明の実施の形態8に係る受信空中線の配置を示す図である。
【符号の説明】
1 受信空中線、2 受信空中線、3 受信機、4 受信機、5 A/D変換器、6 A/D変換器、7 クロススペクトル計算回路、8 時間差検出回路、10 振幅比較回路、11 粗方位算出回路、12 精方位算出回路、13 右旋スパイラル空中線、14 左旋スパイラル空中線、15 偏波検出回路、16位相差補正回路、17 右旋スパイラル空中線、18 受信機、19 A/D変換器、20 受信空中線、21 受信空中線、22 受信機、23 受信機、24 A/D変換器、25 A/D変換器、26 クロススペクトル計算回路、27 時間差検出回路、28 振幅比較回路、29 粗方位算出回路、30 精方位算出回路、31 方位測定誤差補正回路、32 右旋スパイラル空中線、33 位相差補正回路、34 方位測定結果補正回路。
Claims (8)
- 所定距離離間して傾けて設置され、到来電波を受信する一対の受信空中線と、
前記一対の受信空中線で受信した信号をそれぞれ増幅及び周波数変換する一対の受信機と、
前記増幅及び周波数変換されたアナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換する一対のA/D変換器と、
前記デジタル信号のクロススペクトルを計算するクロススペクトル計算回路と、
前記クロススペクトルが示すコヒーレンスレベル及び位相レベルから、周波数に対する位相の傾きを求め、前記一対の受信空中線で受信した前記到来電波の時間差を検出する時間差検出回路と、
前記一対の受信機の出力から振幅比を算出する信号振幅比較回路と、
前記振幅比に基づいて前記到来電波の到来粗方位を算出する粗方位算出回路と、
前記到来電波の時間差と前記到来電波の到来粗方位と前記所定距離とに基づいて前記到来電波の到来精方位を算出する精方位算出回路と
を備えたことを特徴とする方位探知装置。 - 請求項1に記載の方位探知装置において、
前記信号振幅比較回路は、前記一対のA/D変換器を介した出力である前記デジタル信号のそれぞれの振幅から振幅比を算出することを特徴とする方位探知装置。 - 請求項1または2に記載の方位探知装置において、
前記一対の受信空中線は、第1方向旋回スパイラル空中線及び第2方向旋回スパイラル空中線からなり、
前記一対のA/D変換器の出力である前記デジタル信号及び前記到来粗方位に基づいて前記到来電波の偏波を検出する偏波検出回路と、
前記偏波に基づき前記クロススペクトルの位相差誤差の補正を行い、補正したクロススペクトルを前記時間差検出回路に出力する位相差補正回路と
をさらに備えたことを特徴とする方位探知装置。 - 請求項3に記載の方位探知装置において、
前記一対の受信空中線は、一対の第1方向旋回スパイラル空中線からなり、
前記一対の第1方向旋回スパイラル空中線の一方と所定距離離間して配置され、到来電波を受信する第2方向旋回スパイラル空中線と、
前記第2方向旋回スパイラル空中線で受信した信号を増幅及び周波数変換する受信機と、
前記増幅及び周波数変換された信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と
をさらに備え、
前記偏波検出回路は、
前記一対の第1方向旋回スパイラル空中線の一方で受信された前記到来電波に基づく前記デジタル信号と、前記第2方向旋回スパイラル空中線で受信された前記到来電波に基づく前記デジタル信号と、前記精方位算出回路から出力される前記到来精方位とに基づいて、前記到来電波の偏波を検出する
ことを特徴とする方位探知装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方位探知装置において、
前記方位探知装置は、前記到来電波の水平面の方位を探知するための方位面の方位探知装置と、前記水平面に対して仰角・俯角方向の平面の方位を探知するための仰角・俯角面の方位探知装置の組み合わせからなり、
前記方位面の方位探知装置及び前記仰角・俯角面の方位探知装置で求まったそれぞれの前記到来精方位に基づいて、方位測定誤差を補正する方位測定誤差補正回路を備えたことを特徴とする方位探知装置。 - 請求項5に記載の方位探知装置において、
前記方位面の方位探知装置及び前記仰角・俯角面の方位探知装置は、それぞれの前記クロススペクトル計算回路で使用する、それぞれの一対の受信空中線、一対の受信機、及び一対のA/D変換器のうちの1系統を共有化した構成を備えたことを特徴とする方位探知装置。 - 請求項6に記載の方位探知装置において、
前記方位面の方位探知装置及び前記仰角・俯角面の方位探知装置は、それぞれの前記クロススペクトル計算回路で使用する、それぞれの一対の受信空中線、一対の受信機、及び一対のA/D変換器のうちの1系統を共有化し、
さらに、前記偏波検出回路は、前記方位面の方位探知装置または前記仰角・俯角面の方位探知装置のどちらか一方に備えられ、
前記方位面の方位探知装置及び前記仰角・俯角面の方位探知装置は、それぞれの前記位相差補正回路において、前記偏波検出回路で検出される偏波を共有する
ことを特徴とする方位探知装置。 - 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方位探査装置において、
前記方位探知装置は、異なる方位面に複数配置され、前記複数配置された方位探知装置により求まったそれぞれの前記到来精方位に基づいて、方位測定結果を補正する方位測定結果補正回路を備えたことを特徴とする方位探知装置。
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