JP2007212228A - Electric wave emission source visualization device and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電波の到来方向を推定し、電波発射源を容易に特定するため、到来方向の方位角、仰角のように二次元的な到来方向を二次元画像として出力するための電波発射源可視化装置及びその方法に関する。 The present invention estimates a radio wave arrival direction and easily specifies a radio wave emission source, and therefore, a radio wave emission source for outputting a two-dimensional arrival direction as a two-dimensional image such as an azimuth angle and an elevation angle of the arrival direction. The present invention relates to a visualization apparatus and a method thereof.
従来、電波発射源を特定するためには、指向性アンテナや電界プローブなどと受信機を用い、受信レベルが最大となる部位を探索し、いわば手探りで電波発射源を特定していた。また、近年では、アレーアンテナ利用の到来方向推定装置等を用いて電波の到来方向を推定し、発射源の近くまで突き止めることも行われている。しかしながら、電波を発射している部位あるいは場所までは特定することは、未だ極めて困難な状況にある。 Conventionally, in order to specify a radio wave emission source, a directional antenna, an electric field probe, and the like and a receiver are used to search for a site where the reception level is maximum, so to speak, the radio wave emission source is specified by hand search. Also, in recent years, the arrival direction of radio waves is estimated using an arrival direction estimation device using an array antenna and the like, and has been located close to the emission source. However, it is still extremely difficult to identify the part or place emitting radio waves.
尚、特許文献1には、電波ホログラフィ法による波源像を可視化する方法及び装置が記載されている。
以上述べたように、従来の電波発射源可視化装置及びその方法では、電波を発射している部位あるいは場所までは特定することは、未だ極めて困難な状況にある。 As described above, in the conventional radio wave emission source visualization device and method, it is still extremely difficult to specify the portion or place where the radio wave is emitted.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、電波発射源を容易に特定できるよう、到来方向推定結果を高速かつ繰返し二次元画像化し、表示することのできる電波発射源可視化装置及びその方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a radio wave emission source visualization device capable of rapidly and repeatedly generating and displaying a direction of arrival estimation result so that the radio wave emission source can be easily identified. And providing a method thereof.
上記問題を解決するために、本発明に係る電波発射源可視化装置及びその方法は、互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて、前記リファレンスアンテナの受信出力と同時に導出させ、前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナとの同時出力から電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を二次元表示することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a radio wave emission source visualization apparatus and method according to the present invention include a reference antenna that receives incoming radio waves in the same frequency band and an array antenna formed by arranging a plurality of antenna elements on a plane. The reception output of each element of the array antenna is sequentially switched from the antenna device provided to be derived simultaneously with the reception output of the reference antenna, and the arrival direction of radio waves from the simultaneous output of each element output of the array antenna and the reference antenna Is estimated by a radio holography method, and the direction of arrival estimation result obtained by two-dimensional imaging is displayed two-dimensionally.
前記構成による電波発射源可視化装置及びその方法では、電波発信源からの電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、高速かつ繰返し二次元画像化し、表示するようにしたことで、電波発射源を容易に特定することができる。 In the radio wave emission source visualization device and method according to the above configuration, the direction of arrival of radio waves from the radio wave source is estimated by radio holography, and two-dimensional images are displayed at high speed repeatedly. Can be easily identified.
したがって、本発明によれば、電波発射源を容易に特定できるよう、到来方向推定結果を高速かつ繰返し二次元画像化し、表示することのできる電波発射源可視化装置及びその方法を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a radio wave emission source visualization apparatus and method that can rapidly and repeatedly form and display the direction of arrival estimation result so that the radio wave emission source can be easily identified. .
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る電波発射源可視化装置の構成を概略的に示すブロック図である。この装置は、アンテナ部10、アンテナ切替部20、タイミング制御部25、周波数変換部30、AD変換部40、到来方向推定処理部50、及び表示部60から構成されている。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a radio wave emission source visualization device according to an embodiment of the present invention. This apparatus includes an
アンテナ部10はリファレンスアンテナA0、アレーアンテナA1を備える。リファレンスアンテナA0、アレーアンテナA1は、同一周波数帯を測定可能な受信アンテナである。アレーアンテナA1は、N個のアンテナ素子A11〜A1Nを平面上に格子状に配置したもので、アンテナ素子の形状・種類、アンテナ素子の総数、アンテナ素子を配置するための間隔などは、測定対象、測定目的などにより任意である。アレー面の反対側から入射する電波の感度を抑えるため、アンテナ素子A11〜A1Nを配置する平面を反射板とすることも可能である。
The
尚、アンテナ素子A11〜A1Nのいずれか一つをリファレンスアンテナA0として利用することも可能である。この場合は、リファレンスアンテナA0を別に取り付ける機械的な構造が不要となるという利点がある。 Any one of the antenna elements A11 to A1N can be used as the reference antenna A0. In this case, there is an advantage that a mechanical structure for separately attaching the reference antenna A0 becomes unnecessary.
アンテナ切替部20は、アレーアンテナA1に対し、タイミング制御部25からの制御信号に基づいて順次受信するアンテナ素子を予め決められた順序、間隔で切り替え、選択されたアンテナ素子A1i(iは1〜Nのいずれか)の受信信号を導出するものである。このように、選択されたアレーアンテナA11〜A1Nのうちの一つの受信信号は、リファレンスアンテナA0の受信信号と共に周波数変換部30に送られ、後段の到来方向推定処理でリファレンスアンテナA0と選択されているアレーアンテナA1iの受信波間の位相差を検出することができる。
The
周波数変換部30は、到来した電波を増幅するとともに、後段のAD変換部40においてAD変換可能な中間周波数に変換する。AD変換部40は、上記タイミング制御部25からの制御信号に基づいて、リファレンスアンテナA0及びアレーアンテナA1で選択されたアンテナ素子A1iからの受信信号を同時にサンプリングしてAD変換し、デジタル化する。このAD変換部40でデジタル化されたデータは、到来方向推定処理部50の処理を受けて表示部60に供給され、到来方向推定結果が二次元画像化され、表示される。
The
図2は上記構成による装置の到来方向推定処理部50の処理フローを示している。
FIG. 2 shows a processing flow of the arrival direction
到来方向推定処理部50において、その処理には様々な方式があるが、ここでは電波ホログラフィ法による処理について説明する。この電波ホログラフィ法による到来方向推定処理では、アレーアンテナA1のアンテナ素子数をN個としたとき、リファレンスアンテナA0のN個のデジタルデータとアレーアンテナA1のN個のデジタルデータが得られる。アレーアンテナA1の素子番号をi=1,…,Nとした場合、素子番号iについてリファレンスアンテナA0のデジタルデータとアレーアンテナA1のデジタルデータが得られる。1素子あたりのデジタルデータをMサンプルとする。
In the arrival direction
図2において、ステップST11では、到来方向推定の開始指示により、アレーアンテナA1の各アンテナ素子A1iのデジタルデータをi=1からi=NまでMサンプルずつ、リファレンスアンテナA0のデジタルデータと共に取得する。 In FIG. 2, in step ST11, the digital data of each antenna element A1i of the array antenna A1 is acquired together with the digital data of the reference antenna A0 by M samples from i = 1 to i = N according to the start direction estimation instruction.
ステップST12では、ステップST11で取得されたデジタルデータをFFT(高速フーリエ変換)処理することで、到来方向を推定したい周波数範囲について複素相関値を算出する。 In step ST12, the digital data acquired in step ST11 is subjected to FFT (Fast Fourier Transform) processing to calculate a complex correlation value for a frequency range in which the direction of arrival is to be estimated.
ステップST13では、ステップST12で得られた複素相関値から相関マトリクスを作成する。この相関マトリクスは、アレーアンテナA1の物理的な配置と同じ配列に、複素相関値を配置し、数学上の行列とするものである。 In step ST13, a correlation matrix is created from the complex correlation values obtained in step ST12. This correlation matrix is a mathematical matrix in which complex correlation values are arranged in the same arrangement as the physical arrangement of the array antenna A1.
ステップST14では、ステップST13で得られた相関マトリクスの周囲をゼロ埋めして拡張相関マトリクスを作成する。この拡張相関マトリクスDは、例えば256×256の行列などのように拡張する。 In step ST14, the periphery of the correlation matrix obtained in step ST13 is zero-filled to create an extended correlation matrix. This extended correlation matrix D is extended to, for example, a 256 × 256 matrix.
ステップST15では、ステップST14で得られた拡張相関マトリクスについて、二次元FFTを行い、これによって到来方向推定結果を算出する。到来方向推定結果としては、到来方向別の推定電波強度が得られる。推定電波強度の強い方向に電波発射源があると推定される。 In step ST15, two-dimensional FFT is performed on the extended correlation matrix obtained in step ST14, thereby calculating the arrival direction estimation result. As the arrival direction estimation result, the estimated radio wave intensity for each arrival direction is obtained. It is estimated that there is a radio wave emission source in the direction where the estimated radio wave intensity is strong.
二次元FFTは、例えば、まず拡張相関マトリクスの全ての行ごとに一次元FFTを行い、その後、全ての列ごとに一次元FFTを行う。到来方向推定結果は、行列として得られ、各行列の要素は、それぞれ到来する角度に対応している。 In the two-dimensional FFT, for example, a one-dimensional FFT is first performed for every row of the extended correlation matrix, and then a one-dimensional FFT is performed for every column. The arrival direction estimation result is obtained as a matrix, and the elements of each matrix correspond to the angles of arrival.
上記のように相関マトリクスを拡張相関マトリクスとする理由は、二次元FFTを行う際にサンプル数を故意に増やし、到来方向推定分解能を向上させるためである。 The reason why the correlation matrix is the extended correlation matrix as described above is to intentionally increase the number of samples and improve the arrival direction estimation resolution when performing two-dimensional FFT.
到来方向推定処理部50で得られた到来方向推定結果を受けた表示部60では、方位角、仰角別に推定電波強度に色付けして二次元画像化し表示する。ステップST16で上記ステップST11〜ST15による測定の繰り返しが選択された場合には、ステップST15により各測定時の二次元画像が表示される。
Upon receiving the arrival direction estimation result obtained by the arrival direction
以上述べたように、本発明に係る到来方向推定処理では、二次元可視化に二次元FFTを用いているため、他の一般に知られているMUSIC法やインターフェロメトリ法に比べ、高速に処理を行うことができる(MUSIC法やインターフェロメトリ法は、到来方向を検出する際に、細かい角度間隔で走査する必要があるため、計算量が多く、特に二次元可視化には、不向きである。)。 As described above, in the direction-of-arrival estimation processing according to the present invention, since a two-dimensional FFT is used for two-dimensional visualization, processing is performed faster than other generally known MUSIC methods and interferometry methods. (The MUSIC method and the interferometry method require a scan at a fine angular interval when detecting the direction of arrival, and therefore require a large amount of calculation, and are not particularly suitable for two-dimensional visualization.) .
したがって、上記実施形態によれば、発射された電波について、到来方向別電波強度が二次元的画像化され、高速かつ繰返し表示されるので、電波発射源を容易に特定することができる。 Therefore, according to the above-described embodiment, the radio wave intensity for each direction of arrival is two-dimensionally imaged and displayed at high speed and repeatedly for the emitted radio wave, so that the radio wave emission source can be easily identified.
本発明は、不法携帯中継装置などの違法電波の発射源を発見することを目的とする電波監視分野や、携帯電話の使用を控えるべきところでの通話を発見するなど様々な分野で応用可能である。 The present invention can be applied in various fields such as a radio wave monitoring field for the purpose of finding a source of illegal radio waves such as an illegal mobile relay device, and a call where a mobile phone should be avoided. .
尚、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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
10…アンテナ部、A0…リファレンスアンテナ、A1…アレーアンテナ、A11〜A1N…アンテナ素子、20…アンテナ切替部、25…タイミング制御部、30…周波数変換部、40…AD変換部、50…到来方向推定処理部、60…表示部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記アンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて導出するアンテナ切替手段と、
前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナの出力から電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を出力する到来方向推定処理手段と、
前記到来方向推定結果を表示するための表示手段と
を具備することを特徴とする電波発射源可視化装置。 An antenna device including an array antenna formed by arranging a reference antenna that receives incoming radio waves in the same frequency band and a plurality of antenna elements on a plane;
Antenna switching means for sequentially switching and deriving the reception output of each element of the array antenna from the antenna device;
A direction-of-arrival estimation processing means for estimating a direction of arrival of a radio wave from the output of each element of the array antenna and the output of the reference antenna by a radio holography method, and outputting a direction-of-arrival estimation result obtained by two-dimensional imaging
A radio wave emission source visualizing device comprising: display means for displaying the arrival direction estimation result.
前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナの出力から電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、二次元画像化した結果を出力する過程と、
前記到来方向の推定結果を表示する過程と
を具備することを特徴とする電波発射源可視化方法。 A process of sequentially switching and deriving the reception output of each element of the array antenna from an antenna device including an array antenna in which a reference antenna that receives incoming radio waves in the same frequency band and a plurality of antenna elements are arranged on a plane;
A process of estimating the arrival direction of radio waves from the output of each element of the array antenna and the output of the reference antenna by a radio holography method, and outputting a result obtained by two-dimensional imaging,
A radio wave emission source visualization method comprising: displaying the estimation result of the direction of arrival.
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