JP2006300852A

JP2006300852A - 電波の簡易可視化装置

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Publication number: JP2006300852A
Application number: JP2005125934A
Authority: JP
Inventors: Masashi Ito; 将史伊藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-25
Also published as: JP4758674B2

Abstract

【課題】不法電波検出など、その発信場所に関する情報が全くない電波の検出を、直感的に効率よく把握できるようにする。
【手段】フェイズドアレイアンテナＰＡＡ及び撮像装置ＶＣＭを雲台ＴＰＨに搭載して同一方向の同一範囲を走査するように全体制御部ＣＮＴ及び走査タイミング制御部ＴＭＣにより制御し、こうして得た撮像イメージとフェイズドアレイアンテナＰＡＡが検出した電波発信源とを、その位置が上記イメージ上の該当位置に合致するようにビデオ合成部ＶＩＧで合成し、ビデオ表示部ＤＳＰへ合成表示する。これによって視界内のどの位置から電波が発信されているかを直感的かつ容易に把握できる。またこの表示は自動的に瞬時に行えるから、時間経過と共に電波発信位置をイメージ上に、その検出時間と合わせて表示すれば、移動体から発信されている電波を、その移動状態と共に容易かつ直感的に把握できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波の簡易可視化装置に関わり、特に不法電波などの発信源の方向や位置の検出に適した電波の簡易可視化装置に関する。

電波の発信源を簡便に知るには、例えばテレビジョンの受信アンテナのような指向性のアンテナを用いて手動ないし自動で空間を走査し、電界の強さを検出する。しかしこのような方法では、衛星放送や地上放送の受信のようにはじめからある程度電波の発信源方向が分っている時でも、時間と手間を要する面倒な作業を必要とする。電波発信源方向がまったく分かっていない違法電波の検出や、発信源が移動体であるような場合には、さらに膨大な手間と時間を必要とし、また発信源が移動している場合には方向の特定が非常に困難である。

電波発信源の探知をより効率的、かつ精度良く行うための「電波方位・位置探知装置」が特許文献１に開示されている。この公知例では、直線状、円形状などに複数のアンテナを配置して構成したアレイアンテナを設け、これによって電波の到来方向を検出し、撮像手段と画像処理手段とを設けて電波を発射しうるアンテナの存在やその形状を検出し、さらに電波の受信アンテナとその受信信号の復調手段を設けて、送信された情報を取得する構成を示している。この構成によると、同一時刻に、送信可能なアンテナが撮像方向に検出され、かつその方向から復調情報を発信している電波が検出されたとき、電波を検出したと判定できる。そしてこの判定処理は自動的に行えるので、効率が良く、かつ精度も良い。
特開２００３−３３７１６３

前述した特許文献１に記載の技術では、撮像手段の撮像方向についての詳細な記述はなく、道路上を走行する車両からの発射電波検出への適用例においては、撮像方向が道路に沿う方向に固定されている。このため、地平面上の広い角度範囲を探索対象とする場合は、アレイアンテナで検出した電波発信源方向との連動がとれておらず、手動での対応を必要とする。また、撮像手段により取得した画像データは、電波発信源となりうるアンテナ検出のために用いられるが、視野内のどの方向から電波が送られているかを視野内の景色と対応させて表示する機能はない。さらに、電波発信源が広範囲に移動している場合に、その移動経路を追尾して、直感的に把握できるようにすることも望まれている。

本発明の目的は、広い監視対象範囲のどの方向・位置から電波が送られているかを、監視対象範囲の撮像イメージ上で表示し、電波発信源の方向・位置を直感的に把握でき、また移動体の電波発信源からの電波も容易に把握できるようにした電波の簡易可視化装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、二次元的にアンテナ素子が配置され雲台上に搭載されたフェイズドアレイアンテナと、前記雲台上に搭載された撮像装置と、前記雲台の方向を制御し、前記撮像装置の画角を制御し、さらに当該画角内を前記フェイズドアレイアンテナが走査するように制御する制御手段と、前記フェイズドアレイアンテナにより検出された受信電波をその検出位置が前記撮像装置により得られたイメージ上の位置と合致するようにして前記イメージと合成表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする電波の簡易可視化装置を提供する。

雲台制御により探索方向を定め、撮像装置の画角とフェイズドアレイアンテナの走査範囲を制御して探索範囲を定め、この範囲内に電波発信源が検出されると、その位置を撮像装置が取得したイメージ上で表示することで、直感的に電波発信源の位置を容易に認識できる。さらにこの電波発信源位置検出は自動的に瞬時に行えるので、時間経過とともに電波発信源が移動していてもそれを上記イメージ上に重ねて表示することで、その移動経路が直感的に把握でき、各検出位置の時刻も重ねて表示することもできる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明になる電波の簡易可視化装置の全体構成例を示すブロック図である。本装置は、フェイズドアレイアンテナＰＡＡ、アンテナビーム制御部ＡＢＣ、レベル検出器ＬＤＴ、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＣ、イメージ生成部ＩＭＧ、走査タイミング制御部ＴＭＣ、全体制御部ＣＮＴ、ビデオ合成部ＶｌＧ、ビデオ表示部ＤＳＰ、撮像装置ＶＣＭ、撮像装置制御部ＶＣＣ、ビデオキャプチャ部ＣＡＰ、アラーム部ＡＬＭ、パンニング制御部ＰＮＣ、雲台ＴＰＨの各構成要素から成っていて、撮像装置ＶＣＭで撮像した画像をビデオ表示部ＤＳＰ上に表示し、その表示画面上にフェイズドアレイアンテナＰＡＡにより検出された電波発信源の位置を重ねて表示できるようにするものである。

図２は、全体制御部ＣＮＴ、及び走査タイミング制御部ＴＭＣの詳細構成を示すブロック図である。全体制御部ＣＮＴは、オペレータが操作入力等を行う操作パネルとその操作入力対応の処理を行って本装置の各部への制御信号Ｃを生成、出力するＭＰＵ、主記憶、Ｉ／Ｏ制御部、バスインターフェースなどと、カレンダ時計を備えている。制御信号ＣはデータＤ、アドレスＡ、ライト信号ＷＲ、リード信号ＲＤから成っていて、アドレス信号Ａにより指定したユニットに対し、ライト／リード信号に応じてデータＤを書き込みまたは読み出す。各ユニットへ書き込むデータは、当該ユニットの動作を制御する信号であり、読み出すデータは当該ユニットの動作状態を表す情報である。

操作タイミング制御部ＴＭＣは、ビデオ走査信号生成部ＶＳＳＧ、アンテナ走査信号生成部ＡＳＳＧ及びタイミング制御レジスタＴＭＣＲＥＧを備えている。ビデオ走査信号生成部ＶＳＳＧは、撮像装置ＶＣＭを走査するためのビデオ走査信号ＶＳを生成する。この走査信号ＶＳは、水平同期信号ＨＳＹＮＣ、垂直同期信号ＶＳＹＮＣ、水平クロックＨＣＫから成っている。アンテナ走査信号生成部ＡＳＳＧは、全体制御部ＣＮＴからタイミング制御レジスタＴＭＣＲＥＧに設定された走査タイミングを参照してアンテナ走査信号、すなわちアンテナ水平同期信号ＡＨＳ、アンテナ垂直同期信号ＡＶＳ、アンテナ走査クロックＡＳＣＫを生成するが、この走査タイミングは、システム構成を簡易化するために、ビデオ走査信号ＶＳと同期させるようにしている。

なお、アンテナビーム走査の分解能は撮像装置の分解能よりも低くても運用上は支障がない。なぜならば、表示の視認性を高＜する為にある程度の大きさをもって電波発信源を表示する必要があるからである。例えば撮像装置の水平／垂直方向の画素分解能が６４０／４８０であれば、アンテナビームの分解能は６４／４８程度でも運用上は支障が無い。

図３は、図１のフェイズドアレイアンテナＰＡＡと、その制御部であるアンテナビーム制御部ＡＢＣの詳細を示したもので、フェイズドアレイアンテナＰＡＡは二次元的に配置されたｎ＋１個のアンテナユニットＡＵ０〜ＡＵｎから構成され、これらアンテナユニットＡＵｊ（ｊ＝０〜ｎ）の各々は、アンテナ素子ＡＡＥｊ、移相器ＡＰＳｊで構成される。各アンテナユニットの出力は合成され、受信信号Ｒとしてレベル検出器ＬＤＴに導かれる。各アンテナユニット内の移相器ＡＰＳｊはアンテナビーム制御部ＡＢＣにより生成される選択信号ＰＣＳｊ、書き込み信号ＰＷＲ、移相データＰＤＯ〜ＰＤ３により移相量を制御される。移相量の切替はビーム走査のタイミングにあわせて行われる。移相データのビット数を本例では４ビットとしているが、これは表示精度に応じたビット長を用いればよい。

アンテナビーム制御部ＡＢＣでは、走査角レジスタＡＳＡＲへ全体制御部ＣＮＴによって設定された水平及び垂直方向のビーム走査角を、走査角一移相量変換器ＰＳＣＮＶにより各アンテナユニットごとの移相データＰＤＯ〜ＰＤ３に変換し、フェイズドアレイアンテナＰＡＡの各移相器へ出力する。移相データの書き換えタイミングは、移相データ書込みタイミング生成部ＰＳＷＴＧによって決められるが、。このタイミングは、撮像装置のビデオ走査信号ＶＳと同期したアンテナ走査信号ＡＳに同期したものである。

図４は、図１のレベル検出器ＬＴＤ及びＡ／Ｄ変換部ＡＢＣの詳細を示したものである。レベル検出器ＬＤＴでは、フェイズドアレイアンテナＰＡＡの受信信号ＲをＲＦ増幅器ＬＮＡで増幅し、周波数変換器ＦＣＶによって周波数変換した後に、可変帯域フィルタＶＢＰＦで所定の帯域の信号を取り出し、検波器ＤＥＴで検波する。検波器ＤＥＴで検波されたレベル信号ＬＡはＡ／Ｄ変換部ＡＤＣに導かれる。可変帯域フィルタＶＢＰＦはフィルタ周波数切替回路ＦＦＣＨＧによりその通過帯域が変更される。通過周波数帯域の変更のタイミングはアンテナビーム走査に同期している必要があり、周波数切替回路ＦＦＣＨＧでは、アンテナ走査信号ＡＳ（ＡＨＳ、ＡＶＳ、ＡＳＣＫ）、及びフィルタ制御レジスタＶＢＰＦＣへ全体制御部ＣＮＴから設定された設定内容を参照して、可変帯域フィルタＶＢＰＦの帯域を制御する。

Ａ／Ｄ変換部ＡＤＣでは、レベル検出器ＬＤＴ出力ＬＡをＡ／Ｄ変換器ＡＮＴＡＤＣによりデジタル変換し、バスインターフェースＡＤＢＩＦを介してイメージ生成部ＩＭＧへレベルデータＬＤとして送出する。この送出制御は、イメージ生成部ＩＭＧからのリード制御信号ＲＣにより行われる。Ａ／Ｄ変換タイミングは、アンテナ走査信号ＡＳに同期して変換タイミング生成部ＡＤＴＧにより決定される。

図５は、図１の撮像装置ＶＣＭとその制御装置ＶＣＣの詳細を示すもので、撮像装置ＶＣＭは、ズームとオートフォーカスが可能なレンズＺＭＬＮＺをもつビデオカメラである。ズームはズームリング駆動モータＺＭＤＶＭで駆動され、このモータＺＭＤＶＭはズーム駆動回路ＺＭＤＲＶにより駆動される。

レンズＺＭＬＮＺへの入射光は撮像ユニットＶＵＮＩＴに導かれるが、途中ハーフミラーＨＦＭＲを経由する。ハーフミラーＨＦＭＲにより入射光の一部はＡＦセンサＡＦＳＮＳに導かれ、ＡＦ制御回路ＡＦＣＮＴはＡＦセンサＡＦＳＮＳの出力を参照してＡＦ駆動モータＡＦＤＶＭを駆動しオートフォーカス制御を行う。

撮像ユニットＶＵＮＩＴは一般的に用いられているＣＣＤイメージセンサなどを用いて構成する。このようなユニットは広く市販されているので、ここでの詳細説明は省略する。この撮像ユニットＶＵＮＩＴで得られた画像信号ＧＡはＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥのアナログカラー信号としているが、これらは輝度と色差信号でも構わないし、輝度信号のみでも構わない。このアナログ画像信号ＧＡはビデオキャプチャ部ＣＡＰへ送られる。画角一ズーム量変換器ＺＭＣＮＶ及びズーム駆動制御ＺＭＤＣＮＴを介してズーム駆動回路ＺＭＤＲＶを制御することで、ズーム制御を行う。

撮像装置制御部ＶＣＣは、ズーム、露光やホワイトバランスなどの、撮像装置ＶＣＭの動作制御を行うもので、そのための制御情報は全体制御部ＣＮＴから制御信号Ｃによって画角制御／状態レジスタＰＡＣＳＲ及び撮像制御／状態レジスタＶＣＳＲに設定される。撮像装置制御ユニットＶＣＣＮＴはこれらのレジスタに設定された情報を参照し、撮像ユニットＶＹＵＮＩＴの露光、ホワイトバランスなどの制御を行う。

図６は、図１のビデオキャプチャ部ＣＡＰの詳細構成を示したものである。撮像装置ＶＣＭから送られてきたアナログ画像ＧＡは画像Ａ／Ｄ変換器ＶＡＤＣでデジタル化され、画像データバッファＶＢＵＦＦに格納される。画像Ａ／Ｄ変換制御回路ＶＡＤＣＣは、ビデオ走査信号ＶＳに同期したＡ／Ｄ変換クロックＶＡＤＣＫを生成し、画像Ａ／Ｄ変換器ＶＡＤＣ及びデータバッファＶＢＵＦＦの動作を制御する。画像データバッファＶＢＵＦＦに格納された画像データは、モノクロ変換器ＭＮＣＲＭが読み出して輝度データＷＢＳＩＧを生成し、画像データ転送インターフェースＶＴＩＦを経由してビデオ信号ＶＤＳとしてビデオ合成部ＶＩＧに送られる。なお、このビデオ信号ＶＤＳは、モノクロ変換を行わないカラー信号のままでもよく、あるいはモノクロ変換した後で特定の色の多階調信号にしても良い。ビデオ信号の転送制御は、合成部ＶＩＧからの信号ＶＤＣにより行われる。キャプチャ総合制御部ＣＡＰＣＮＴは、キャプチャ制御状態レジスタＣＡＰＣＳＲに全体制御部ＣＮＴより設定された情報に基づいて各部の動作／停止等を制御する。

図７は、図１のイメージ生成部ＩＭＲ、ビデオ合成部ＶＩＧの詳細を示したものである。Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣから出力されたレベルデータＬＤは、イメージ生成部ＩＭＧ内のデュアルポートＲＡＭＩＭＧＤＰＲＡＭに取り込まれる。デュアルポートＲＡＭを用いることによりビデオ合成部ＶＩＧがＡ／Ｄ変換のタイミングなどに左右されずに動作可能になる。デュアルポートＲＡＭｌＭＧＤＰＲＡＭへの書込み制御は、書込みアドレス／制御信号生成部ＤＰＷＲＣＮＴがイメージ生成情報レジスタＩＭＧＲＥＧに全体制御部ＣＮＴから設定された情報を参照して、リード制御信号ＲＣをＡ／Ｄ変換部ＡＤＣへ送ることにより行われる。またデュアルポートＲＡＭからの読み出し制御は、読み出しアドレス／制御信号生成部ＤＰＲＣＮＴによって行われる。

ビデオ合成部ＶＩＧでは、全体制御部ＣＮＴから表示／合成レジスタＤＳＰＲＥＧに設定された情報を参照し、レイヤ合成器ＬＹＲＭＲＧがリード制御信号ＩＣ及びＶＤＣをイメージ生成部ＩＭＧ及びビデオキャプチャ部ＣＡＰへそれぞれ送ることにより、フェイズドアレイアンテナで受信された受信電力レベルを表すデータＩＤと、撮像装置により取得されたビデオ信号ＶＤＳとを取り込み、合成画像Ｇを生成する。この合成画像Ｇは表示信号生成器ＤＳＰＳＧを通してビデオ表示部ＤＳＰに与えられる。

図８は、図１のパンニング制御部ＰＮＣ及び雲台ＴＰＨの詳細を示したものである。撮像装置ＶＣＭとフェイズドアレイアンテナＰＡＡは雲台ＴＰＨの雲台可動部に取り付けられており、雲台ＴＰＨはＹ軸モータＹＤＲＶＭＴ及びＸ軸モータＸＤＲＶＭＴにより垂直及び水平方向に雲台可動部を回転する。パンニング制御部ＰＮＣ内の雲台回転量計算部ＴＰＨＣＡＬは、全体制御部ＣＮＴからパンニング制御／状態レジスタＰＡＮＲＥＧに設定された情報を参照して雲台回転量を算出し、これに応じてＹ軸モータ駆動回路ＹＴＰＤＲＶ及びＸ軸モータ駆動回路ＸＴＰＤＲＶが上記各モータを駆動制御する。

アラーム部ＡＬＭは、アラーム発生時に、全体制御部ＣＮＴから信号ＡＬを出力してサウンドジェネレータＳＧを制御し、アラーム音を発生させたり、ランプ駆動回路ＬＭＰＤＲＶを制御して警告ランプを点灯させる。

以上、図２〜図８を用いて、図１に示した本発明の可視化装置構成例各部の詳細を説明したが、次にこの装置の全体動作を述べる。本装置の使用時には、オペレータは全体制御部ＣＮＴに備えられた操作パネルを操作し、撮像装置ＶＣＭとフェイズドアレイアンテナＰＡＡの方向、撮像装置の画角などの制御を行う。例えば雲台制御によって、電波発信源をサーチしようとする視野方向に撮像装置及びフェイズドアレイアンテナの方向を定め、さらにサーチしたい範囲に合わせて撮像装置のズーム制御を行い、さらに露光やホワイトバランスを行ってサーチ範囲の撮像画像をビデオ表示部ＤＳＰに表示する。このとき、フェイズドアレイアンテナＰＡＡの走査範囲も上記撮像装置のサーチ範囲に合わせる。このアンテナ走査範囲の制御は、手動で行っても良いし、自動的に行えるようにしても良い。さらに検出対象電波の周波数帯域にあうように、可変帯域フィルタＶＢＦの周波数帯域を設定する。こうしてフェイズドアレイアンテナＰＡＡが何らかの電波を検出したときには、ビデオ合成部ＶＩＧでその検出位置を撮像装置の画像に重ねて合成画像を生成し、ビデオ表示部ＤＳＰへ表示する。フェイズドアレイアンテナと撮像装置の走査信号が同期しているので、ビデオ合成部ＶＩＧで電波検出位置をビデオ画像上の正しい位置に重ねることは容易である。また、周波数帯域のサーチを行うために、周波数を切り替えながらの走査または複数回の走査を行い、検出された電波発信源をその周波数帯域ごとに色分け表示すれば、広い周波数帯域にわたってのサーチ結果を直感的に把握しやすくなる。

図９は、撮像装置で取得した画像とフェイズドアレイアンテナで検出した電波発信源の表示例で、丸印で表示した位置に電波発信源source が検出されたことを示している。このように、本装置によると、視界内のどの場所から電波が送信されているかを容易かつ直感的に把握することができる。また、検出周波数を切り替えて操作を繰り返せば、複数の周波数帯の電波発信源を１つの画像に重ねて表示することもできる。さらに詳しい位置を把握するために同図の点線枠Ｗが画角となるように雲台及び撮像装置のズーム量などを制御し、同時にこの枠内をフェイズドアレイアンテナが操作するようにすると、図１０のような画面が得られ、どのビルのどの辺から電波が送出されているかをより詳しく把握できる。

図９、１０に示したような電波発信源の検出法を用いると、不法電波の検出が容易であり、その位置を直感的に把握できる。また、別の利用法としては、無線基地局のような既知の電波発信源位置が分かっているとき、その位置からの電波をサーチし、それが所定レベルで検出できないときは、当該電波発信源の装置かあるいは周囲の状況に何らかの異常があると判断することができる。すなわち無線基地局などの運用状態監視に利用できる。

このようにして不法電波検出や無線基地局などの異常を検出したときは、操作パネルの操作または組み込み手段の自動的動作によって、全体制御部ＣＮＴからアラーム信号ＡＬを出力して警報を出力したり、図９，１０等の電波発信源sourceの表示を点滅させたりして異常を報知するようにすれば、より使い勝手の良い装置とすることができる。

図１１は、本発明の装置のさらに別の利用法を示す図である。同図は、２００４年８月１１日のデータで、図９の場合と同様にして時刻１０時００分１０秒に電波発信源Ｓ１が、時刻１０時００分２０秒に電波発信源Ｓ２が、さらに時刻１０時００分３０秒に電波発信源Ｓ３が検出されたことを示している。このような場合、各電波発信源の検出時刻を全体制御部ＣＮＴのカレンダ時計から取得し、画面上に表示することで、図示矢印のように電波発信源が移動しているものと判断でき、さらにその概略の移動速度も知ることができる。特に速い速度で移動している場合でも、本発明の装置は十分高速な自動検出が可能であるので、例えば走行中の自動車から不法電波が発射されているのをとらえることも容易である。

本発明の簡易可視化装置の全体構成例を示すブロック図である。図１の全体制御部ＣＮＴ及び走査タイミング制御部ＴＭＣの詳細を示す図である。図１のフェイズドアレイアンテナＰＡＡとアンテナビーム制御部ＡＢＣの詳細を示す図である。図１のレベル検出器ＬＤＴとＡ／Ｄ変換部ＡＤＣの詳細を示す図である。図１の撮像装置ＶＣＭと撮像装置制御部ＶＣＣの詳細を示す図である。図１のビデオキャプチャ部ＣＡＰの詳細を示す図である。図１のイメージ生成部ＩＭＧとビデオ合成部ＶＩＧの詳細を示す図である。図１のアラーム部ＡＬＭ、パンニング制御部ＰＮＣ及び雲台ＴＰＨの詳細を示す図である。撮像装置の撮像画像とフェイズドアレイアンテナがとらえた電波発信源を重ねて表示した画面の例である。図９の枠Ｗをズームアップして表示した画面である。電波発信源が移動しているときの表示画面例である。

符号の説明

ＰＡＡフェイズドアレイアンテナ
ＡＢＣアンテナビーム制御部
ＶＣＣ撮像装置制御部
ＶＣＭ撮像装置
ＬＤＴレベル検出器
ＡＤＣＡ／Ｄ変換部
ＴＭＣ走査タイミング制御部
ＣＮＴ全体制御部
ＣＡＰビデオキャプチャ部
ＩＭＧイメージ生成部
ＶＩＧビデオ合成部
ＤＳＰビデオ表示部
ＡＬＭアラーム部
ＰＮＣパンニング制御部
ＴＰＨ雲台
source、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３電波発信源表示マーク

Claims

二次元的にアンテナ素子が配置され雲台上に搭載されたフェイズドアレイアンテナと、前記雲台上に搭載された撮像装置と、前記雲台の方向を制御し、前記撮像装置の画角を制御し、さらに当該画角内を前記フェイズドアレイアンテナが走査するように制御する制御手段と、前記フェイズドアレイアンテナにより検出された受信電波をその検出位置が前記撮像装置により得られたイメージ上の位置と合致するようにして前記イメージと合成表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする電波の簡易可視化装置。