JP2006242761A

JP2006242761A - 電波到来方位測定装置

Info

Publication number: JP2006242761A
Application number: JP2005059219A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tsuruyama; 正徳鶴山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】電波の偏波面の変化に対応でき、物理的、電気的損失を生じることなく、電波の到来方位を高精度に測定する。
【解決手段】信号検出アンテナ１が到来電波の偏波面を捉えた状態を、信号検出アンテナ１による受信信号の受信強度が最大となった値として検出し、その値に基づいて複数の方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの回転角度を信号検出アンテナ１の回転角度と同一にすることにより、これらの方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの向きを偏波面に合致させ、また、上記最良の受信強度で得られた方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの受信信号から各チャネル間の位相差を測定し、複数の偏波面角度に対応した方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの回転角度毎に予め得たアンテナパターンを用いて各位相差を補正して電波の到来方位を演算する。
【選択図】図１

Description

この発明は、直線偏波を偏波面に関係なく受信し、高精度に受信電波の到来方位を測定する電波到来方位測定装置に関するものである。

極超短波帯以下の周波数帯域の通信には、一般に直線偏波が用いられているが、これらの周波数帯域を使用する機器の一つに電波到来方位測定装置がある。この種の電波到来方位測定装置では、ダイポールアンテナに代表される直線偏波アンテナを複数個用い、これらアンテナで受信した信号から到来する電波の経路差による位相差を検出し、これらの位相差を用いて演算を行い電波の到来方位を求めている。しかしながら、直線偏波アンテナは一般に利得、位相特性に関し、アンテナパターンと呼ばれる指向特性を有し、特にその位相特性が到来方位測定における誤差発生要因となっている。そのため、予めアンテナパターンを実測等の手段により把握して記憶装置等に記憶しておき、方位演算の過程において、当該アンテナパターンの補正処理を行って到来方位測定の誤差を抑制する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

一方、電波は山岳、人工建造物等の外的要因による反射、屈折の影響を受けやすく、また、特に移動通信の場合、伝搬経路の変化やアンテナの動揺など、電波伝搬条件の影響により、電波の偏波面が変化する。直線偏波アンテナは単一の偏波面に対応する構造となっているので、到来電波の偏波面と間に不一致が生じる。その結果、受信信号の強度の低下が生じる。また、直線偏波アンテナのアンテナパターンは、偏波面毎に異なる様相を示す特徴を有することから、特許文献１のようなアンテナパターンの補正処理において誤った補正を行い、到来方位測定に誤差を生じていた。

上記到来電波の偏波面の不一致を解決する手段として、直交水平ダイポールアンテナと直行垂直ループアンテナで構成した水平面無指向性の円偏波アンテナが提案されてきた（例えば、特許文献２参照）。この円偏波アンテナを用いることにより、あらゆる偏波面角度の直線偏波を等しく受信し、電波の到来方位を測定できることが考えられる。また、アンテナパターンの異なりによる電波源の測角値の精度劣化を抑えるために、アンテナプラットフォームに配列された複数のアンテナの指向方向を一定に維持しつつ、その指向方向を軸として各アンテナを独立に回転させ、電波源の測角値の平均を求めるという方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平２００１−２８９９３１号公報特開平２００２−１５１９４８号公報特開平１１−２９５４０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の円偏波アンテナを用いて直線偏波の電波を受信した場合、物理的な受信強度は理論上半減する。また、この円偏波アンテナは２つの直交した直線偏波アンテナの出力の一方に９０度の位相を加算し２出力を合成する構成であることから、これらを実現するための電子素子による損失、具体的には、９０度の位相加算を生成する素子のインダクタ、キャパシタ素子等、並びに２出力を合成する際の抵抗素子等により電気的損失が発生し、受信信号の強度が、さらに低下する。したがって、電波到来方位測定装置に円偏波アンテナを使用する場合、受信できる範囲が狭小化するという問題がある。一方、特許文献３に記載されている、複数のアンテナのアンテナを個々に独立させて回転させて偏波面を合わせ方法は、衛星のように予め決まった軌道上を移動する目標の方位を探知する場合には、その軌道データに基づいて個々のアンテナの回転を制御できると考えられるが、位置が不定な目標に対して適用できるようには構成されていない。また、独立して回転させるための制御系が複雑となり、小型の電波到来方位測定装置には適さない。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、電波の偏波面の変化に対応でき、物理的、電気的損失を生じることなく、電波の到来方位を高精度に測定する電波到来方位測定装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電波到来方位測定装置は、直線偏波を受信するアンテナ素子とこの素子をその軸に対して垂直な方向に回転させる素子回転手段からなる１個の信号検知アンテナと、信号検知アンテナと同一平面または同一直線上に配列され、それぞれが直線偏波を受信するアンテナ素子とこれら各アンテナ素子をそれぞれの素子の軸に対して垂直な方向に回転させる素子回転手段からなる複数の方位測定アンテナと、複数の偏波面角度に対応した複数の方位測定アンテナの回転角度毎に得られたアンテナパターンを予め記憶するアンテナパターン記憶手段と、信号検知アンテナの受信信号から電波の受信強度を測定し、信号検知アンテナのアンテナ素子の回転に伴い受信強度が最大となった値を検出する受信強度測定手段と、受信強度測定手段で測定される受信強度に従って信号検知アンテナの回転角度と一致させるように複数の方位測定アンテナの素子回転手段の回転を制御すると共に、受信強度が最大となったときの回転角度を検出し、この回転角度の情報に基づいてアンテナパターン記憶手段から対応するアンテナパターンを抽出する素子回転制御手段と、複数の方位測定アンテナの受信信号のそれぞれを位相検波する複数の受信手段と、複数の受信手段の各検波出力から各チャネル間の位相差を測定し、素子回転手段がアンテナパターン記憶手段から抽出したアンテナパターンを用いて、検出された位相差に補正処理を行い、補正後の位相差から電波の到来方位を演算する方位測定手段を備えたものである。

この発明によれば、信号検出アンテナによる受信強度の最大値により、複数の方位測定アンテナを信号検出アンテナの回転角度と同一にして偏波面に合致させようにしたので、電波の各種伝搬条件により変化した偏波面に対しても受信強度の低下を抑止し、到来電波を最良の受信強度で受信でき、さらに、各偏波面の角度毎に予め入手しておいた方位測定アンテナのアンテナパターンを用いて、方位測定演算における補正処理を行うようにしたので、方位測定の誤差を抑制し、高精度の電波の到来方位を測定できる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電波到来方位測定装置の構成を示すブロック図である。
図において、この電波到来方位測定装置は、到来する直線偏波を受信するアンテナ機能として、１個の信号検出アンテナ１と、ｎ個の方位測定アンテナ６ａ〜６ｎで構成された方位測定アンテナ群を同一平面または同一直線状に配置している。信号検出アンテナ１は、直線偏波を受信するアンテナ素子２と、このアンテナ素子をその軸に対して垂直な方向に回転させる素子回転部３により構成されている。一方、方位測定アンテナ群の方位測定アンテナ６ａ〜６ｎのそれぞれは、信号検出アンテナ１と同一仕様であり、直線偏波を受信するアンテナ素子７ａ〜７ｎと、これら各アンテナ素子を、それぞれの素子の軸に対して垂直な方向に回転させる素子回転部８ａ〜８ｎで構成されている。

受信強度測定部４は、信号検出アンテナ１からの受信信号に基づいて受信電波の強度を測定し、受信強度が最大となる値を検出する手段である。アンテナパターン記憶部１４は、複数の偏波面角度に対応した方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの回転角度毎に得られたアンテナパターンを予め記憶しておく手段である。素子回転制御部５は、素子回転部３，８ａ〜８ｎの回転を制御し、複数の方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの回転角度を受信強度測定部４で検出された信号検知アンテナ１の回転角度と一致させ、かつ受信強度が最大となったときの回転角度に対応したアンテナパターンをアンテナパターン記憶部１４から抽出する手段である。また、受信部９ａ〜９ｎは、方位測定アンテナ６ａ〜６ｎからの受信信号のそれぞれを位相検波する手段である。方位測定部１０は、受信部９ａ〜９ｎの検波出力に基づいて電波の到来方位を演算する手段で、位相差測定部１１、アンテナパターン補正部１２および方位演算部１３を備えている。位相差測定部１１は、受信部９ａ〜９ｎによる検波出力から各チャネル間の位相差を測定する手段である。アンテナパターン補正部１２は、アンテナパターン記憶部１４のアンテナパターンを用いて、検出された位相差にアンテナパターン補正処理を行う手段である。方位演算部１３は、補正後の位相差から到来方位を演算する手段である。なお、方位測定部１０の構成は、処理プログラムによりコンピュータで処理できる機能である。

次に、動作について説明する。
まず、信号検知アンテナ１により到来電波を受信し、その受信信号を受信強度測定部４で監視する。その間、素子回転制御部５は、素子回転部３を制御してアンテナ素子２を回転させる。この回転によりアンテナ素子２が到来する電波の偏波面と一致すると、受信強度が最大となる。受信強度測定部４では、この最も強くなる受信強度を受信強度測定部４で測定し、このときのアンテナ素子２の回転角度を検出する。また、この動作に伴って、受信強度測定部４は素子回転制御部５に対し、検出されるアンテナ素子２の回転角度の情報を適時出力しており、その回転角度に基づいて方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの素子回転部８ａ〜８ｎを制御し、アンテナ素子２と同じ角度となるよう各アンテナ素子７ａ〜７ｎを回転させている。したがって、各方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの各アンテナ素子７ａ〜７ｎの回転角度は、受信強度が最大となったときのアンテナ素子２の回転角度と一致することになる。このように、電波の偏波面を信号検知アンテナ１の受信強度で測定して、各方位測定アンテナ６ａ〜６ｎもその偏波面と合致するように回転制御するので、最良の受信強度で到来電波を受信できるようになる。

また、上記動作に伴い、素子回転制御部５は、受信強度測定部４でアンテナ素子２の受信強度が最大となったときの回転角度を検出し、その回転角度の情報、すなわち到来電波の偏波面角度の情報に基づいてアンテナパターン記憶部１４から対応するアンテナパターンを抽出する。一方、方位測定アンテナ６ａ〜６ｎで得られた受信信号は、受信部９ａ〜９ｎにより位相検波され、方位測定部１０に入力される。方位測定部１０では、位相差測定部１１により、複数の受信部９ａ〜９ｎで位相検波された信号の各チャネル間の位相差が測定され、アンテナパターン補正部１２に出力される。アンテナパターン補正部１２では、位相差測定部１１で測定した位相差に対して、アンテナパターン記憶部１４から抽出された偏波面角度に対応するアンテナパターンを用いてアンテナパターン補正処理を行い、方位演算部１３に出力する。方位演算部１３では、この補正された位相差に基づいて到来方位を演算し、電波の到来方位を得る。

以上のように、この実施の形態１によれば、信号検出アンテナ１が到来電波の偏波面を捉えた状態を、信号検出アンテナ１による受信信号の受信強度が最大となった値として検出し、その値に基づいて複数の方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの回転角度を信号検出アンテナ１の回転角度と同一にすることにより、これらの方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの向きを偏波面に合致させようにしたので、受信強度の低下を抑え最良の受信強度で到来電波を受信できる。また、上記最良の受信強度で得られた方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの受信信号から各チャネル間の位相差を測定し、複数の偏波面角度に対応した方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの回転角度毎に予め得たアンテナパターンを用いて各位相差を補正して電波の到来方位を演算するようにしたので、精度の高い到来方位を得ることができる。すなわち、直線偏波の電波において、種々電波伝搬条件により偏波面が変化しても、方位測定の誤差を抑制でき、高精度の電波の到来方位を測定できる効果が得られる。したがって、特に直線偏波が多用されている極超短波帯以下の周波数帯域で使用される電波到来方位測定装置において有効である。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による電波到来方位測定装置の構成を示すブロック図で、図において、図１に相当する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施の形態２では、実施の形態１で設けた信号検知アンテナ１の代わりに方位測定アンテナ群の中の一つの方位測定アンテナ（図２では方位測定アンテナ６ａ）を使用して電波の強度を測定するようにしている。したがって、方位測定アンテナ６ａは受信信号を受信部９ａ以外に、受信強度測定部４にも出力するようにしている。このように、方位測定アンテナ６ａ〜６ｎの中の一つで信号検知アンテナを兼ねるようにしたので、特に対象とする電波が連続的に発射されている場合において、電波到来方位測定装置の小型化に有用である。

実施の形態３．
上述の実施の形態１または実施の形態２において、方位測定アンテナ群を構成している方位測定アンテナ６ａ〜６ｎのアンテナパターンは必ずしも同一である必要は無い。方位測定アンテナ６ａ〜６ｎのアンテナパターンを個々に異なるものとした場合、アンテナパターン記憶部１４に、方位測定アンテナ６ａ〜６ｎそれぞれのアンテナパターンを予め生成し、回転角度毎に個々に記憶しておくことにより、各々のアンテナパターンを用いて位相差測定部１１で測定した位相差に対して補正処理を行うことにより、電波の到来方位の測定が可能となる。

この発明の実施の形態１による電波到来方位測定装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２による電波到来方位測定装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１信号検出アンテナ、２アンテナ素子、３素子回転部、４受信強度測定部、５素子回転制御部、６ａ〜６ｎ方位測定アンテナ、７ａ〜７ｎアンテナ素子、８ａ〜８ｎ素子回転部、９ａ〜９ｎ受信部、１０方位測定部、１１位相差測定部、１２アンテナパターン補正部、１３方位演算部、１４アンテナパターン記憶部。

Claims

直線偏波を受信するアンテナ素子とこの素子をその軸に対して垂直な方向に回転させる素子回転手段からなる１個の信号検知アンテナと、
前記信号検知アンテナと同一平面または同一直線上に配列され、それぞれが直線偏波を受信するアンテナ素子とこれら各アンテナ素子をそれぞれの素子の軸に対して垂直な方向に回転させる素子回転手段からなる複数の方位測定アンテナと、
複数の偏波面角度に対応した前記複数の方位測定アンテナの回転角度毎に得られたアンテナパターンを予め記憶するアンテナパターン記憶手段と、
前記信号検知アンテナの受信信号から電波の受信強度を測定し、前記信号検知アンテナのアンテナ素子の回転に伴い受信強度が最大となった値を検出する受信強度測定手段と、
前記受信強度測定手段で測定される受信強度に従って前記信号検知アンテナの回転角度と一致させるように前記複数の方位測定アンテナの素子回転手段の回転を制御すると共に、前記受信強度が最大となったときの回転角度を検出し、この回転角度の情報に基づいて前記アンテナパターン記憶手段から対応するアンテナパターンを抽出する素子回転制御手段と、
前記複数の方位測定アンテナの受信信号のそれぞれを位相検波する複数の受信手段と、
前記複数の受信手段の各検波出力から各チャネル間の位相差を測定し、前記素子回転手段が前記アンテナパターン記憶手段から抽出したアンテナパターンを用いて、前記検出された位相差に補正処理を行い、補正後の位相差から電波の到来方位を演算する方位測定手段を備えたことを特徴とする電波到来方位測定装置。
複数の方位測定アンテナのうちの一つを信号検知アンテナとして兼用するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電波到来方位測定装置。
アンテナパターン記憶手段に記憶された複数の方位測定アンテナのアンテナパターンは、前記方位測定アンテナごとに定められていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電波到来方位測定装置。