JP2007212229A - Electric wave emission source visualization device and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、到来する電波の発射源を容易に特定できるように、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 provides a radio wave emission source visualization device for outputting a two-dimensional arrival direction as a two-dimensional image such as an azimuth angle and an elevation angle of an arrival direction so that an emission source of an incoming radio wave can be easily identified, and the same Regarding the method.
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が、本発明で課題対象とする電波発射源を容易に特定するための方法及び装置については開示されていない。
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、電波発射源を視覚的に容易に特定できるよう、到来方向推定結果を二次元画像化し、よりわかりやすく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を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem. In order to easily identify the radio wave emission source visually, the radio wave emission which can be displayed in a more easily understandable manner by making the arrival direction estimation result into a two-dimensional image. It is an object to provide a source visualization apparatus and method.
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推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を表示部に出力する。この際、カメラを推定された電波到来方向に向けて、その撮像画像を二次元画像化された到来方向推定結果と重ね合わせて表示する。 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 And the direction-of-arrival estimation result converted into a two-dimensional image is output to the display unit. At this time, the captured image is superimposed on the arrival direction estimation result converted into a two-dimensional image and displayed with the camera facing the estimated radio wave arrival direction.
また、前記到来方向推定を行う処理アルゴリズムには、電波ホログラフィ法を採用する。 The processing algorithm for estimating the direction of arrival employs a radio holography method.
したがって、本発明によれば、電波発射源を視覚的に容易に特定できるよう、到来方向推定結果を二次元画像化し、よりわかりやすくなるようにカメラ画像を重ねて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, the radio wave emission source capable of displaying the direction-of-arrival estimation result in a two-dimensional image so that the radio wave emission source can be easily identified visually and displaying the camera image so as to be more easily understood. A visualization device and method thereof can be provided.
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、リファレンスアンテナ10、アレーアンテナ20、周波数変換部30、AD変換部40、到来方向推定処理部50、画像合成処理部60、表示部70、及びカメラ部80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 a reference antenna 10, an array antenna 20, a
リファレンスアンテナ10、アレーアンテナ20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20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 reference antenna 10 and the array antenna 20 are receiving antennas that can measure the same frequency band. The array antenna 20 includes N antenna elements A11 to A1N arranged in a lattice pattern on a plane. The shape and type of antenna elements, the total number of antenna elements, the interval for arranging the antenna elements, and the like are to be measured. It is optional depending on the measurement purpose. In order to suppress the sensitivity of radio waves incident from the opposite side of the array surface, the plane on which the antenna elements A11 to A1N are arranged can be used as a reflector.
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10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10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 10. In this case, there is an advantage that a mechanical structure for separately attaching the reference antenna 10 becomes unnecessary.
アンテナ切替部21は、アレーアンテナ20において、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)の受信信号をリファレンスアンテナ10の受信信号と同時に導出するものである。このように、リファレンスアンテナ10と選択されたアンテナ素子A11〜A1Nのうちの一つで同時に導出することにより、後段の到来方向推定処理でリファレンスアンテナ10と選択されているアンテナ素子A1iとの受信波間の位相差を検出することができる。 The antenna switching unit 21 switches the antenna elements to be sequentially received in the array antenna 20 at a predetermined order and interval, and receives the received signal of the selected antenna element A1i (i is any one of 1 to N) as the reference antenna 10. Are derived simultaneously with the received signal. As described above, by simultaneously deriving from the reference antenna 10 and one of the selected antenna elements A11 to A1N, the received wave between the reference antenna 10 and the selected antenna element A1i in the subsequent arrival direction estimation process Can be detected.
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、リファレンスアンテナ10及びアレーアンテナ20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。このサンプリングのタイミングとアンテナ切替部21の切替タイミングは連動しており、タイミング制御部41によって制御される。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の処理を受けて画像合成処理部60に送られる。
The
一方、カメラ部80は、カメラ撮像方向をアンテナ指向方向に合わせて撮影するもので、例えばアレーアンテナ20の素子配置面を持つ基台に固定され、アレーアンテナ20の指向方向がカメラのほぼ視野中心部にくるようにセッティングされる。カメラ部80の撮像画像は画像合成処理部60に送られる。画像合成処理部60は、到来方向推定結果を二次元画像化し、カメラ部80からの撮像画像と重ね合わせて表示部70に表示する。
On the other hand, the
上記構成において、測定は、リファレンスアンテナ10と選択されたアンテナ素子A11〜A1Nのうちの一つで同時に測定することにより、後段の到来方向推定処理でリファレンスアンテナ10と選択されているアンテナ素子A1iの受信波間の位相差を検出する。到来方向推定処理部では、電波ホログラフィ法による到来方向推定処理を行う。図2に電波ホログラフィ法による到来方向推定処理の処理フローを示す。 In the above configuration, the measurement is performed simultaneously with the reference antenna 10 and one of the selected antenna elements A11 to A1N, so that the reference antenna 10 and the antenna element A1i selected in the subsequent arrival direction estimation process are measured. The phase difference between received waves is detected. The arrival direction estimation processing unit performs arrival direction estimation processing by radio holography. FIG. 2 shows a processing flow of direction-of-arrival estimation processing by the radio holography method.
図2において、ステップS11では、リファレンスアンテナ10とアンテナ素子A1iで受信された信号は、周波数変換部30、AD変換部40を経てデジタルデータに変換される。アレーアンテナ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10のN個のデジタルデータとアレーアンテナ20のN個のデジタルデータが得られる。アレーアンテナ20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10のデジタルデータとアレーアンテナ20のデジタルデータが得られる。尚、1素子当たりのデジタルデータをMサンプルとする。
In FIG. 2, in step S <b> 11, signals received by the reference antenna 10 and the antenna element A <b> 1 i are converted into digital data through the
ステップS12では、ステップS11で得られたデジタルデータをFFT(高速フーリエ変換)する。FFTの結果を用いて、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計算する。 In step S12, the digital data obtained in step S11 is subjected to FFT (Fast Fourier Transform). Using the FFT result, a complex correlation value is calculated for the frequency range in which the direction of arrival is to be estimated.
ステップS13では、ステップS12で得られた複素相関値から相関マトリクスを得る。相関マトリクスは、アレーアンテナ20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 S13, a correlation matrix is obtained from the complex correlation value obtained in step S12. The 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 20.
ステップS14では、ステップS13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得る。拡張相関マトリクスは、例えば256×256の行列などのように拡張する。 In step S14, the correlation matrix obtained in step S13 is zero-padded to obtain an extended correlation matrix. The extended correlation matrix is extended to a matrix of 256 × 256, for example.
ステップS15では、ステップS14で得られた拡張相関マトリクスについて、二次元FFTを行う。二次元FFTを行うことにより、到来方向推定結果を得ることができる。到来方向推定結果としては、到来方向別の推定電波強度を得ることができる。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。二次元FFTは、例えばまず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。 In step S15, a two-dimensional FFT is performed on the extended correlation matrix obtained in step S14. An arrival direction estimation result can be obtained by performing two-dimensional FFT. As the arrival direction estimation result, it is possible to obtain an estimated radio wave intensity for each arrival direction. It is estimated that there is a radio wave emission source in the direction where the estimated radio wave intensity is strong. In the two-dimensional FFT, for example, a one-dimensional FFT is first performed for every row, and then a one-dimensional FFT is performed for every column.
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 is to intentionally increase the number of samples when performing the two-dimensional FFT and improve the arrival direction estimation resolution.
画像合成処理部60では、到来方向推定処理部50で得られた到来方向推定結果とカメラ部80で撮影された画像を重ね合わせて合成画像を作成する。予めカメラ画像のピクセルごとに対応する方位、仰角を測定しておき、到来方向推定結果の仰角、方位角を合わせて、合成画像を作成する。
The image
到来方向推定結果は、推定電波強度ごとに色づけすることにより画像化する。合成の方法は、様々な方法があるが、以下に一例を示す。 Arrival direction estimation results are imaged by coloring each estimated radio wave intensity. There are various synthesis methods, but an example is shown below.
合成画像を作成する際には、カメラ画像に電波強度の色を一定の割合で足し合わせる。カメラ画像の色合いを赤、緑、青の3原色で数値化し、それぞれRc、Gc、Bcとし、到来方向推定結果の色をRe、Ge、Beとすると、合成後の色R、G、Bは、割合を7:3とした場合、以下のようになる。
R=(7Rc+3Re)/10
G=(7Gc+3Ge)/10
B=(7Bc+3Be)/10
尚、アンテナの位相中心から離れた場所にカメラ部80を設置する場合は、視差による補正を行うことにより、正確な合成画像を得ることができる。
When creating a composite image, the color of the radio field intensity is added to the camera image at a certain rate. If the hue of the camera image is quantified with the three primary colors of red, green, and blue, and Rc, Gc, and Bc, respectively, and the colors of the arrival direction estimation results are Re, Ge, and Be, the combined colors R, G, and B are When the ratio is 7: 3, the result is as follows.
R = (7Rc + 3Re) / 10
G = (7Gc + 3Ge) / 10
B = (7Bc + 3Be) / 10
When the
上記構成の電波発射源可視化装置によれば、到来する電波の到来方向別電波強度が画像化され、カメラ画像と合成して表示するようにしているので、電波の発射源を容易に特定することができるようになる。 According to the radio wave emission source visualizing device having the above configuration, the radio wave intensity for each direction of arrival of radio waves is imaged and combined with the camera image for display, so that the radio wave emission source can be easily identified. Will be able to.
本発明は、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、機器から発せられる不要輻射の解析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 and an analysis of unnecessary radiation emitted from a device.
特に、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。)。 In particular, in the direction-of-arrival estimation processing according to the present invention, since a two-dimensional FFT is used for two-dimensional visualization, processing can be performed at a higher speed than other generally known MUSIC methods and interferometry methods. (The MUSIC method and the interferometry method require scanning at fine angular intervals when detecting the direction of arrival, and thus require a large amount of calculation, and are not particularly suitable for two-dimensional visualization.)
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…リファレンスアンテナ、20…アレーアンテナ、A11〜A1N…アンテナ素子、21…アンテナ切替部、30…周波数変換部、40…AD変換部、50…到来方向推定処理部、60…画像合成処理部、70…表示部、80…カメラ部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Reference antenna, 20 ... Array antenna, A11-A1N ... Antenna element, 21 ... Antenna switching part, 30 ... Frequency conversion part, 40 ... AD conversion part, 50 ... Arrival direction estimation process part, 60 ... Image composition process part, 70: display unit, 80: camera unit.
Claims (4)
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、前記リファレンスアンテナの受信出力と同時に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との同時出力から電波の到来方向を推定し、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、
前記到来方向推定処理手段で得られた到来方向を撮像する撮像カメラと、
前記到来方向推定結果を前記撮像カメラの撮像画像と重ね合わせて表示する表示手段と
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 the reception output of each element of the array antenna from the antenna device and deriving simultaneously with the reception output of the reference antenna;
Estimating the direction of arrival of radio waves from the simultaneous output of each element output of the array antenna and the reference antenna, and arrival direction estimation processing means for outputting a direction of arrival estimation result obtained by two-dimensional imaging,
An imaging camera for imaging the direction of arrival obtained by the direction-of-arrival estimation processing means;
A radio wave emission source visualizing device comprising: display means for displaying the arrival direction estimation result superimposed on a captured image of the imaging camera.
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推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を出力する過程と、
前記到来方向推定処理で得られた到来方向を撮像する過程と、
前記到来方向推定結果を前記撮像画像と重ね合わせて表示する過程と
を具備することを特徴とする電波発射源可視化方法。 The reception output of each element of the array antenna is sequentially switched from 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, and the reference antenna The process of deriving simultaneously with the received output;
Estimating the direction of arrival of radio waves from the simultaneous output of each element output of the array antenna and the reference antenna, and outputting a direction of arrival estimation result obtained by two-dimensional imaging,
Imaging the direction of arrival obtained by the direction of arrival estimation process;
A radio wave emission source visualization method comprising: displaying the arrival direction estimation result superimposed on the captured image.
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