JP2005321270A - 電波方探装置とその方探処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＳ−ＳＳ方式による信号電波の方探を拡散コード内容に無関係に、装置規模を保持したまま方位測定を高精度に行えるようにする。
【解決手段】 方探アンテナ１１の複数のアンテナ素子受信信号をそれぞれ方探受信部１２で周波数変換及びＡ／Ｄ変換し、方探処理部１３にて単位周波数当たりのエネルギー密度の低いＤＳ−ＳＳ信号のエネルギー密度を上げるために、各アンテナ素子受信データをＮ乗処理した後に、受信信号の位相情報を元に電波到来方向の推定計算を行う。Ｎ乗処理の追加により、受信信号のキャリア成分を抽出することができ、これによって単位周波数当たりのエネルギー密度が高くなるため、十分な受信強度が得られたものとして扱える。但し、Ｎ乗処理により、位相情報もＮ倍になっているため、方探処理で得られる仰角、方位角はそれぞれＮ倍の値となる。よって方位推定値はＮで除算することで得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電波ホログラフィ、電波発射源位置推定、到来波の到来方向推定に用いられ、特に直接拡散−スペクトラム拡散（以下、ＤＳ−ＳＳ）方式によってスペクトラム拡散された信号電波の到来方向を推定する電波方探装置とその方探処理方法に関する。

従来から、電波到来方向を推定する電波方探装置は、様々な方法で実現されているが、一般的には、方探アンテナで受信された信号を方探受信部にて周波数変換した後にＡ／Ｄ変換し、方探推定部にて主に受信データの位相情報を基に電波到来方向を推定する（例えば特許文献１参照）。このような従来の電波方探装置に用いられる手法は信号の受信強度が充分であるという前提の技術である。近年、ＧＰＳ（衛星測位システム）や携帯電話システム等でＤＳ−ＳＳ方式が採用されているが、このＤＳ−ＳＳ方式でスペクトラム拡散された信号の場合、単位周波数当たりのエネルギー密度が非常に低く、上記のような従来の技術では電波到来方向を推定するのは非常に困難である。

電波方探装置において、ＤＳ−ＳＳ信号到来波の単位周波数当たりのエネルギー密度を上げる方法として、それぞれの通信サービス限定の専用受信機と同様に、受信部にスペクトラム逆拡散機能を持たせる方法が考えられる。しかしながら、この方法では、拡散コードを受信側で準備する必要があり、汎用性が乏しく、また未知の信号電波に対応できないといった問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、ＤＳ−ＳＳ方式による信号電波の方探を行うに際し、受信信号の単位周波数当たりのエネルギー密度を上げて方探処理を行うことができ、これによって拡散コード内容に無関係に汎用性を保ちつつ、装置規模を大きくすることなく高精度な方探が可能な電波方探装置とその方探処理方法を提供することを目的とする。
特開平１１−２９５４０７号公報

以上述べたように、従来の電波方探装置では、方探対象の電波がＤＳ−ＳＳ方式でスペクトラム拡散された信号の場合、単位周波数当たりのエネルギー密度が非常に低く、電波到来方向を推定するのは非常に困難であった。電波方探装置において、ＤＳ−ＳＳ信号到来波の単位周波数当たりのエネルギー密度を上げる方法として、それぞれの通信サービス限定の専用受信機と同様に、受信部にスペクトラム逆拡散機能を持たせる方法が考えられる。しかしながら、この方法では、拡散コードを受信側で準備する必要があり、汎用性が乏しく、また未知の信号電波に対応できないといった問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、ＤＳ−ＳＳ方式による信号電波の方探を行うに際し、受信信号の単位周波数当たりのエネルギー密度を上げて方探処理を行うことができ、これによって拡散コード内容に無関係に汎用性を保ちつつ、装置規模を大きくすることなく高精度な方探が可能な電波方探装置とその方探処理方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明は、ＤＳ−ＳＳ方式によってスペクトラム拡散された信号電波の到来方向を推定する電波方探装置において、複数のアンテナ素子をアレイ状に配列し、各アンテナ素子で前記信号電波を受信する方探アンテナと、この方探アンテナの各アンテナ素子の受信信号を周波数変換し、デジタル化して受信信号データを得る方探受信部と、前記複数のアンテナ素子それぞれの受信信号データをそれぞれＮ（Ｎは２または４）乗するＮ乗処理手段と、前記複数のアンテナ素子それぞれのＮ乗受信信号データから前記信号電波の到来方向の基準軸に対する角度を演算する方探処理手段と、前記方探処理手段で得られる角度を１／Ｎ倍して角度を補正し最終的な推定角度を得る角度処理手段とを具備して構成される。

また、本発明は、ＤＳ−ＳＳ方式によってスペクトラム拡散された信号電波の到来方向を推定する電波方探装置の方探処理方法において、複数のアンテナ素子をアレイ状に配列した方探アンテナにて、前記複数のアンテナ素子で前記信号電波を受信し、各アンテナ素子の受信信号を周波数変換し、デジタル化して得られた受信信号データについて、それぞれＮ（Ｎは２または４）乗し、前記複数のアンテナ素子それぞれのＮ乗受信信号データから前記信号電波の到来方向の基準軸に対する角度を演算し、前記角度を１／Ｎ倍して角度を補正し最終的な推定角度を得るようにしたことを特徴とする。

すなわち、上記構成による電波方探装置及びその方探処理方法では、方探処理において、単位周波数当たりのエネルギー密度の低いＤＳ−ＳＳ信号のエネルギー密度を上げるために、Ｎ乗処理を追加したことを特徴とする。このようにＮ乗処理を追加することで、受信信号のキャリア成分を抽出することができ、これによって単位周波数当たりのエネルギー密度が高くなるため、十分な受信強度が得られたものとして扱うことが可能となる。但し、Ｎ乗処理により、演算された位相情報もＮ倍になっており、演算された電波到来角度もＮ倍の値となっていることを考慮し、推定電波到来角度は角度演算結果をＮで除算することで求める。

本発明によれば、ＤＳ−ＳＳ方式による信号電波の方探を行うに際し、受信信号の単位周波数当たりのエネルギー密度を上げて方探処理を行うことができ、これによって拡散コード内容に無関係に汎用性を保ちつつ、装置規模を大きくすることなく高精度な方探が可能な電波方探装置とその方探処理方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係る一実施形態として、電波ホログラフィ法に基づく電波方探装置の構成を示すブロック図である。図１において、１１は方探アンテナであり、この方探アンテナ１１はＮ×Ｍ（ここでは説明を簡単にするため３×３とする）個のアンテナ素子によるアレイアンテナで構成される。各アンテナ素子で受信された信号は、いったん方探受信部１２に送られる。この方探受信部１２は、上記方探アンテナ１１からの各アンテナ素子出力を個別に周波数変換器１２１に入力し、局部発振器１２２で生成される局部発振信号と混合してＡ／Ｄ変換可能な周波数帯域に変換し、Ａ／Ｄ変換器１２３でデジタルデータに変換する。このようにして得られた受信信号データは方探処理部１３に送られる。

この方探処理部１３は、各アンテナ受信系統別に受信信号データをＮ（Ｎは２または４）乗処理回路１３１でＮ乗した後に方探処理回路１３２に送り、従来からのホログラフィ法に基づく方位探知処理を実行して電波到来方向の仰角、方位角を演算する。そして、上記方探処理回路１３２で得られた仰角及び方位角のデータを角度処理回路１３３に入力し、上記Ｎ乗処理に伴う角度補正として仰角／Ｎ、方位角／Ｎを計算し、最終的な推定仰角、推定方位角を求める。

上記構成において、以下に具体例をあげて説明する。

まず、電波ホログラフィ法に基づく電波方探装置は、方探アンテナ１１の各アンテナ素子でそれぞれ受信された信号を方探受信部１２で周波数変換及びＡ／Ｄ変換し、方探処理部１３にて主にそれらの信号の位相情報を元に電波到来方向の推定計算を行うことを特徴とする。本発明では、方探処理部１３において、単位周波数当たりのエネルギー密度の低いＤＳ−ＳＳ信号のエネルギー密度を上げるために、Ｎ乗処理を追加する。このようにＮ乗処理を追加することで、受信信号のキャリア成分を抽出することができ、これによって単位周波数当たりのエネルギー密度が高くなるため、十分な受信強度が得られたものとして扱うことが可能となる。

但し、Ｎ乗処理により、位相情報もＮ倍になっているため、従来の方探処理で得られる仰角、方位角はそれぞれＮ倍の値となって出力される。よって方位推定値はＮで除算することで得ることができる。

例としてＢＰＳＫ（２相位相変調）を利用したＤＳ−ＳＳ方式の信号電波を方探する場合について説明する。この場合、２乗処理することで変調データ及びＤＳ−ＳＳのための拡散符号が相殺され、２倍のキャリア周波数とＤＣ成分を抽出することができる。すなわち、受信信号の２乗処理は、以下のように表現することができる。

受信信号（２乗）
＝ＡＧ(ｔ) Ｄ(ｔ) cos(ωｔ＋θ)×ＡＧ(ｔ) Ｄ(ｔ) cos(ωｔ＋θ)
＝（Ａ² ／２）×Ｇ(t)² Ｄ(t)² ×｛cos（２ωｔ＋２θ）＋cos０｝
＝（Ａ² ／２）×｛cos（２ωｔ＋２θ）＋１｝
＝（Ａ² ／２）cos（２ωｔ＋２θ）＋（Ａ² ／２）
ここで、Ａは信号振幅、Ｇ(ｔ)は拡散符号、Ｄ(ｔ)は変調データ、ωは角周波数、ｔは時間、θは位相を表している。

電波ホログラフィ法による方探処理では、ＦＦＴにて上記のＤＣ成分を排除することができ、２倍のキャリア成分についてのみの方探処理を行うことが可能となる。しかし、上記２乗処理により位相情報も２倍になっているため、従来の方探処理で得られる仰角、方位角はそれぞれ２倍の値となって出力される。そこで、従来の方探処理で得られる仰角、方位角をそれぞれ２で除算することで、方位推定値を得ることができる。

尚、上記具体例では、被方探信号電波がＢＰＳＫを利用したＤＳ−ＳＳ方式の場合について説明したが、ＱＰＳＫ（４相位相変調）によるＤＳ−ＳＳ方式の場合には４乗処理（Ｎ＝４）とすることで、同様に実施可能である。そこで、上記電波方探装置の方探処理は、図２に示すようにすると種々の方式に対応可能である。

図２は上記構成による電波方探装置において、ＤＳ−ＳＳ方式による信号電波複数種に対応可能とする場合の処理の流れを示すフローチャートである。図２において、まず被方探信号（多値位相変調信号）の多値数に合わせてＮを決定する（ステップＳ１１）。次に、受信信号データをそれぞれＮ乗し（ステップＳ１２）、電波到来方向の基準軸に対する角度（仰角、方位角）を演算する（ステップＳ１３）。最後に、Ｎ乗処理によってＮ倍された角度を１／Ｎ倍して角度補正を行うことで、最終的な推定角度を求める（ステップＳ１４）。

また、本発明は電波ホログラフィ法に基づく電波方探装置に限定されるものではなく、例えばＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）アルゴリズムによる方探処理等でも実施可能である。さらに、信号はシングルキャリアのみならず、マルチキャリアすなわちＭＣ−ＣＤＭＡ通信方式にも実施可能である。

また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係る一実施形態として、電波ホログラフィ法に基づく電波方探装置の構成を示すブロック図。 図１の構成による電波方探装置において、ＤＳ−ＳＳ方式による信号電波複数種に対応可能とする場合の処理の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１１…方探アンテナ、１２…方探受信部、１２１…周波数変換器、１２２…局部発振器、１２３…Ａ／Ｄ変換器、１３…方探処理部、１３１…Ｎ乗処理回路、１３２…方探処理回路、１３３…角度処理回路。

Claims (6)

1. 直接拡散スペクトラム拡散方式によってスペクトラム拡散された信号電波の到来方向を推定する電波方探装置において、
   複数のアンテナ素子をアレイ状に配列し、各アンテナ素子で前記信号電波を受信する方探アンテナと、
   この方探アンテナの各アンテナ素子の受信信号を周波数変換し、デジタル化して受信信号データを得る方探受信部と、
   前記複数のアンテナ素子それぞれの受信信号データをそれぞれＮ（Ｎは２または４）乗するＮ乗処理手段と、
   前記複数のアンテナ素子それぞれのＮ乗受信信号データから前記信号電波の到来方向の基準軸に対する角度を演算する方探処理手段と、
   前記方探処理手段で得られる角度を１／Ｎ倍して角度を補正し最終的な推定角度を得る角度処理手段と、
   を具備することを特徴とする電波方探装置。
2. 前記Ｎの値は、前記直接拡散スペクトラム拡散を行うための位相変調の多値数に基づいて選定することを特徴とする請求項１記載の電波方探装置。
3. 前記方探処理手段は、電波ホログラフィ法またはＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）アルゴリズムに基づいて角度演算を行うことを特徴とする請求項１記載の電波方探装置。
4. 直接拡散スペクトラム拡散方式によってスペクトラム拡散された信号電波の到来方向を推定する電波方探装置の方探処理方法において、
   複数のアンテナ素子をアレイ状に配列した方探アンテナにて、前記複数のアンテナ素子で前記信号電波を受信し、各アンテナ素子の受信信号を周波数変換し、デジタル化して得られた受信信号データについて、それぞれＮ（Ｎは２または４）乗し、
   前記複数のアンテナ素子それぞれのＮ乗受信信号データから前記信号電波の到来方向の基準軸に対する角度を演算し、
   前記角度を１／Ｎ倍して角度を補正し最終的な推定角度を得るようにしたことを特徴とする電波方探装置の方探処理方法。
5. 前記Ｎの値は、前記直接拡散スペクトラム拡散を行うための位相変調の多値数に基づいて選定することを特徴とする請求項４記載の電波方探装置の方探処理方法。
6. 前記角度演算は、電波ホログラフィ法またはＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）アルゴリズムに基づいて行うことを特徴とする請求項４記載の電波方探装置の方探処理方法。

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