JP2008128958A - 電波到来方位測定装置および該方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、同じ基線長Ｌでもより高精度に、また比較的短時間で電波の到来方位を測定し得る電波到来方位測定装置および該方法を提供する。
【解決手段】本発明の電波到来方位測定装置１は、複数のアンテナＡ１〜Ａ４と、各アンテナＡ１〜Ａ４に対応して設けられ、対応するアンテナＡにおける電波の到来時刻を二重積分回路で計測する複数の到来時刻計測部１１−１〜１１−４と、各到来時刻計測部１１−１〜１１−４の各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが一斉に変更されるように同期信号を各二重積分回路へ出力する同期制御部１２と、各到来時刻計測部１１−１〜１１−４で計測された各到来時刻に基づいて、電波の到来方位を求める到来方位演算部１３とを備え、各到来時刻計測部１１−１〜１１−４は、同期制御部１２から同期信号が入力された後、複数の時定数により順次に二重積分回路の積分を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナを用い、各アンテナにおける電波の到来時間差に基づいて電波の到来方位を測定する電波到来方位測定装置および該方法に関する。

従来、電波の到来方位θを測定する電波到来方位測定方法としては、位相を比較することによって電波の到来方位θを測定する位相比較型方位測定方法や、振幅を比較することによって電波の到来方位θを測定する振幅比較型方位測定方法等があるが、その一つとして、到来時間差型方位測定方法がある。

図７は、到来時間差型方位測定方法を説明するための図である。図７（Ａ）に示すように、所定の距離Ｌの間隔を空けて配置された２個の第１および第２アンテナＡ１、Ａ２に、或る方位θから到来した電波に対し、当該電波の発信源から第１アンテナＡ１までの伝搬経路長と、当該電波の発信源から第２アンテナＡ２までの伝搬経路長との間に、式１によって与えられる伝搬経路長差Ｄが生じる。なお、式中の“・”は、乗算の演算子である。
Ｄ＝Ｌ・ｃｏｓθ ・・・（式１）

この伝搬経路長差Ｄにより生じる第１アンテナＡ１と第２アンテナＡ２との電波の到来時間差τは、即ち、第１アンテナＡ１が電波を受信した第１受信時刻ｔｒ１と第２アンテナＡ２が電波を受信した第２受信時刻ｔｒ２との差τは、図７（Ｂ）に示すように、第１および第２アンテナＡ１、Ａ２の受信信号における立上り部分の時間差τとして与えられる。これは、電波の伝搬速度をＶｔとすると、式２によって表される。
τ＝Ｄ／Ｖｔ ・・・（式２）

したがって、式１および式２より、電波の到来方位θが式３によって与えられる。
θ＝ｃｏｓ^−１（（τ・Ｖｔ）／Ｌ） ・・・（式３）

ここで、θ≦±１８０゜であるので、式３から到来方位θとして解が２個与えられる。そのため、第１および第２アンテナＡ１、Ａ２の組の他に、もう一組の第３および第４アンテナＡ３、Ａ４を用意し、同様に、到来方位θを求めることによって、電波の到来方位θが一意に求められ、真の到来方位θが求められる。ただし、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、平面を形成するように配置される。例えば、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、第１アンテナＡ１と第２アンテナＡ２とを通る直線ｌ１２と、第３アンテナＡ３と第４アンテナＡ４とを通る直線ｌ３４とが独立となるように配置される。なお、電波の到来方位θを求めるに当たって、２個のアンテナ間を結ぶ線分を「基線」と呼称し、距離Ｌを「基線長」と呼称する。

このような到来時間差型方位測定方法は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示の到来時間差型方位測定方法では、複数のアンテナを用いて到来電波の方位を計測するに際し、４個のアンテナを、一定距離Ｒ１、Ｒ２を各一辺の長さとする正方形を含む長方形、または平行四辺形の頂点にそれぞれ配設して、各電波検出器を介して到来電波を受信信号として検出し、到来時間差計測および方位計算手段により、前記各受信信号のうち任意の３個のアンテナからの受信信号を選択すると共に、中間位置のアンテナを共用して、相隣る一方の２個のアンテナ間と相隣る他方の２個のアンテナ間における前記受信信号の到来時間差τ１、τ２をそれぞれ計測し、前記一方の２個のアンテナ（アンテナ間の距離をＲ１、アンテナ間を結ぶ線を基準線とする）における到来電波方位θ１２を、θ１２＝ｃｏｓ^−１（τ１・Ｃ／Ｒ１）、ただし、Ｃは電波の伝搬速度、θ１２≦±１８０゜、前記他方の２個のアンテナ（アンテナ間の距離をＲ２とする）における到来電波方位θ２３を、θ２３＝ｃｏｓ^−１（τ２・Ｃ／Ｒ２）、ただし、θ２３≦±１８０゜、でそれぞれ計算し、次いで、前記他方の２個のアンテナを結ぶ線が前記基準線の直角線に対する角度をθｄとするとき、該両方位θ１２およびθ２３−θｄのうち同一値の方位を到来電波方位として出力し、これを方位表示手段により表示させる。
特開平０６−３０８２１２号公報

ところで、上記位相比較型方位測定方法では、例えば、パルス幅が数ナノ秒のパルスを用いて通信を行うＵＷＢ（Ultra Wideband）のような、いわゆる搬送波を持たない通信方法における電波の到来方位θを測定することができない。

一方、到来時間差型方位測定方法では、高精度に到来方位θを測定しようとする場合、基線長Ｌを長くすることが考えられるが、この手法では、装置の大型化を招いてしまう。また、より短い時間で電波の到来方位θを測定したいという要望もある。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、同じ基線長Ｌでもより高精度に、また比較的短時間で電波の到来方位θを測定することができる電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法を提供することを目的とする。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明の一態様に係る電波到来方位測定装置は、平面を形成するように配置された複数のアンテナと、前記複数のアンテナに対応してそれぞれ設けられ、対応するアンテナが電波を受信した場合に該電波が該アンテナに到来した到来時刻を二重積分回路で計測する複数の到来時刻計測部と、前記複数の到来時刻計測部における各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更されるように、同期信号を該各二重積分回路へそれぞれ出力する同期制御部と、前記複数の到来時刻計測部でそれぞれ計測された各到来時刻に基づいて、前記電波が到来した方位を求める到来方位演算部とを備え、前記複数の到来時刻計測部のそれぞれは、前記同期制御部から前記同期信号が入力された後、時定数を切り換えることによって互いに異なる複数の時定数により順次に二重積分回路の積分を行うことを特徴とする。そして、本発明の他の一態様に係る電波到来方位測定方法は、平面を形成するように配置された複数のアンテナのそれぞれで電波を受信する受信工程と、前記複数のアンテナが電波を受信した場合に複数の二重積分回路で該電波が該アンテナに到来した各到来時刻をそれぞれ計測する計測工程と、前記計測工程において、前記各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更されるように、該各二重積分回路の同期を制御する同期制御工程と、前記計測工程でそれぞれ計測された各到来時刻に基づいて、前記電波が到来した方位を求める到来方位演算工程とを備え、前記計測工程は、前記各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更された後、時定数を切り換えることによって互いに異なる複数の時定数により順次に二重積分回路の積分を行うことを特徴とする。

一般に、二重積分回路は、入力電圧Ｖｉｎを測定する回路に用いられ、例えば、コンデンサにより電圧を充電または放電することによって電圧を積分するタイプの積分回路を備え、予め設定された所定の一定充電時間Ｔａで入力電圧Ｖｉｎを積分回路で積分（充電）した後に、この入力電圧Ｖｉｎを基準電圧Ｖｒに切り換えて放電する時間Ｔ２をカウンタで計測し、この計測した時間Ｔ２と前記一定充電時間Ｔａとの比を基準電圧Ｖｒに乗じることによって入力電圧Ｖｉｎを測定する（Ｖｉｎ＝（Ｔ２／Ｔａ）・Ｖｒ）。このように一般の二重積分回路は、基準電圧Ｖｒおよび一定充電時間Ｔａを既知として時間Ｔ２を計測することによって、高精度に入力電圧Ｖｉｎを測定することができる。

一方、上記構成の電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法における各二重積分回路では、対応するアンテナが電波を受信すると、電圧の積分（充電）が開始され、同期制御部の同期によって一斉にこの積分する電圧が逆極性の電圧に変更され、逆極性の電圧の積分（放電）が開始される。したがって、これら各二重積分回路では、電波の受信時刻（到来時刻）に応じて電圧の積分時間（第１積分時間）が異なる結果、一斉に積分する電圧が逆極性の電圧に変更されてから放電が終了する積分時間（第２積分時間）が異なる。このため、この第２積分時間が電波の受信時刻に基づく時間となっており、一斉に積分する電圧を逆極性の電圧に変更した変更時刻を基準に、この第２積分時間から求まる第１積分時間だけ遡れば、電波の受信時刻が求められる。上記構成の電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法における各二重積分回路は、このように利用されており、充電の電圧および放電の電圧を既知として、第２積分時間を計測することによって、到来時刻を測定する。すなわち、仮に、一斉に積分する電圧が逆極性の電圧に変更されてから放電が終了するまでの間の時定数が一定であると仮定し、充電の電圧をＶ１、放電の電圧をＶ２、一斉に積分する電圧を逆極性の電圧に変更した変更時刻をＴｒ、第２積分時間をＴ２とすると、第１積分時間Ｔ１は、（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔ２で表され、到来時刻は、Ｔｒ−（（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔ２）で表される。第１積分時間Ｔ１は、第１電圧Ｖ１に対する第２電圧Ｖ２の比（＝Ｖ２／Ｖ１）で伸張され、第２積分時間Ｔ２として計測されるから、第１積分時間Ｔ１が高精度に計測される結果、到来時刻が高精度に計測される。そして、上記構成の電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法では、複数の到来時刻計測部のそれぞれは、同期制御部から同期信号が入力された後、時定数を切り換えることによって互いに異なる複数の時定数により順次に二重積分回路の積分（放電）を行う。このため、時定数が一定である場合に較べて、短時間で第２積分時間Ｔ２に相当する時間が計測される。

このような上記構成の電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法では、二重積分回路を用いて各アンテナに到来する電波の各到来時刻を上述のように計測し、この計測した各到来時刻に基づいて到来方位θを求めるので、同じ基線長Ｌでもより高精度に、そして、比較的短時間で電波の到来方位θを測定することができる。このように到来時間差型方位測定方法によって電波の到来方位θを求めるので、例えばＵＷＢのような搬送波を持たない電波でも到来方位θを求めることができ、また、同じ基線長Ｌなので、装置の大型化を招くこともない。

そして、上述の電波到来方位測定装置において、前記複数の到来時刻計測部のそれぞれは、対応するアンテナにおける前記電波の受信を検出する検出部と、前記検出部が前記電波の受信を検出すると、第１電圧で積分を開始し、前記同期制御部から前記同期信号が入力されると前記第１電圧と逆極性の第２電圧で積分を開始し、積分値が予め設定された所定の基準値となるまで、前記積分値が予め設定された所定の閾値となった場合に時定数を切り換えることによって互いに異なる複数の時定数により順次に積分を行い、前記同期制御部から前記同期信号が入力された時刻から前記時定数を切り換える時刻までの前記複数の時定数にそれぞれ対応する各時間を、前記到来時刻を表すデータとして、前記到来方位演算部に出力する二重積分回路とを備えて、電波到来方位測定装置が好適に実現される。

また、これら上述の電波到来方位測定装置において、前記複数の到来時刻計測部に対応する各二重積分回路は、それぞれ、予め設定された所定のクロック周期のクロックで動作すると共に、前記時定数の切換えが前記クロックに合わせて行われることを特徴とする。

第２電圧で積分を開始した後の時定数の切換えが、前記クロックのタイミングとずれている場合には、このずれ分だけ前記到来時刻に誤差が含まれる。このような構成の電波到来方位測定装置では、時定数の切換えが前記クロックに合わせて行われるので、前記誤差を軽減することができ、この結果、より高精度に電波の到来方位θを計測することができる。

さらに、これら上述の電波到来方位測定装置において、前記時定数の切換は、小さい値の時定数から順次に行われることを特徴とする。

このような構成の電波到来方位測定装置では、時定数の切換が小さい値の時定数から順次に行われる。このため、二重積分回路の積分値（電圧値）が大きい場合には、比較的小さい値の時定数によって積分（放電）され、二重積分回路の積分値が小さくなると、比較的大きい値の時定数によって積分されることによる。この結果、第２積分時間に相当する時間の測定精度を落とすことなく、比較的短時間で第２積分時間を計測することができる。

本発明の電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法は、同じ基線長Ｌでもより高精度に、そして、比較的短時間で電波の到来方位θを測定することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

図１は、実施形態におけ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２は、図１に示す電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。図３は、図２に示す到来時刻計測部における積分部の構成を示す回路図である。なお、図１では、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、平面視した場合における各アンテナＡ１〜Ａ４の配置関係を示している。

図１および図２において、電波到来方位測定装置１は、複数のアンテナＡと、複数のアンテナＡに対応してそれぞれ設けられ、対応するアンテナが電波を受信した場合に当該電波が当該アンテナに到来した到来時刻（受信時刻）ｔを二重積分回路で計測する複数の到来時刻計測部１１と、複数の到来時刻計測部１１における各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングがこれら各二重積分回路で一斉に変更されるように、その旨を表す切換信号（同期信号）を各二重積分回路へそれぞれ出力することによって、これら各二重積分回路の同期を制御する同期制御部１２と、複数の到来時刻計測部１１でそれぞれ計測された到来時刻ｔに基づいて電波の到来方位θを計算する到来方位演算部１３とを備えて構成される。

アンテナＡは、到来（受信）した電波の電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。複数のアンテナＡは、図１および図２に示す例では、２組のアンテナ対を構成する４個の第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４を備えて構成される。第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、平面を形成するように、言い換えれば、第１組を構成する一対の第１アンテナＡ１と第２アンテナＡ２とを通る直線ｌ１２と、第２組を構成する一対の第３アンテナＡ３と第４アンテナＡ４とを通る直線ｌ３４とが独立（線形独立、一次独立）となるように、それぞれ配置される。図１に示す例では、到来方位θが最も精度よく求まり、到来方位θを求める演算をより容易にする観点から、直線１１２と直線１３４とが互いに直交するように、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４がそれぞれ配置されている。

なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

到来時刻計測部１１は、当該到来時刻計測部１１に対応するアンテナＡが電波を受信した場合に当該電波が当該アンテナＡに到来した電波の到来時刻ｔを二重積分回路で計測する装置であって、この二重積分回路が例えばコンデンサにより電圧を充電または放電することによって電圧を積分するタイプの積分回路を備え、時定数を切り換えることによって互いに異なる複数の時定数により順次に二重積分回路の積分を行う装置である。到来時刻計測部１１は、例えば、図２に示すように、検出部１１１と、スイッチ制御部（以下、「ＳＷ制御部」と略記する。）１１２と、切換スイッチ部１１３と、積分部１１４と、比較部１１５と、パルス発生部１１６と、パルスカウンタ部１１７と、集計部１１８と、電圧測定部１１９とを備えて構成される。なお、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４の各構成は、同様であるので、図２には、第１到来時刻計測部１１−１の構成のみを示し、第２ないし第４到来時刻計測部１１−２〜１１−４の構成の記載を省略している。

検出部１１１は、当該到来時刻計測部１１に対応するアンテナＡが電波を受信したか否かを検出し、電波の受信を検出すると、電波の受信を検出した旨を表す受信トリガ信号をＳＷ制御部１１２へ出力する回路である。当該到来時刻計測部１１は、この受信トリガ信号の生成により、電波の到来時刻ｔを測定する動作を開始する。検出部１１１は、例えば、ダイオードと、前記ダイオードの出力を予め設定された所定の基準電圧（例えば、グランド電位Ｖｇ）と比較するコンパレータとを備えた検波部として構成される。アンテナＡの出力は、ダイオードによって包絡線検波され、ダイオードの出力が前記所定の基準電圧を越えると、そのタイミングで受信トリガ信号がコンパレータからＳＷ制御部１１２へ出力される。

切換スイッチ部１１３は、ＳＷ制御部１１２の制御に応じて積分部１１４に入力（印加）される電圧を切り換える２入力１出力の回路である。切換スイッチ部１１３は、例えば、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を備えて構成される。第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、例えばトランジスタ等の制御端子付きのスイッチ素子等を備えて構成される。第１スイッチＳＷ１には第１電圧Ｖ１が印加されており、第１スイッチＳＷ１がＳＷ制御部１１２の制御に応じてオン（閉）することによって、第１電圧Ｖ１が積分部１１４へ出力される。第２スイッチＳＷ２には第２電圧−Ｖ２が印加されており、第２スイッチＳＷ２がＳＷ制御部１１２の制御に応じてオン（閉）することによって、第２電圧−Ｖ２が積分部１１４へ出力される。なお、ＳＷ制御部１１２の制御に応じて第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２が共にオフ（開）すると、第１電圧Ｖ１も第２電圧−Ｖ２も積分部１１４へ出力されない。後述から分かるように、第１電圧Ｖ１は、積分部１１４を充電するために利用され、第２電圧−Ｖ２は、積分部１１４を放電するために利用される。このため、第１電圧Ｖ１と第２電圧−Ｖ２は、互いに逆極性とされている。なお、Ｖ１・Ｖ２＞０である。

ＳＷ制御部１１２は、後述するように、所定のタイミングで切換スイッチ部１１３における入出力の接続状態を制御すると共に、パルスカウンタ部１１７のカウント値Ｎを０にリセットするリセット信号を所定のタイミングでパルスカウンタ部１１７へ出力する回路である。

積分部１１４は、切換スイッチ部１１３から入力された電圧を積分し、通電時間（積分時間）に応じた積分値（電圧値）を比較部１１５へ出力する回路である。そして、積分部１１４は、パルスカウンタ部１１７から入力される、時定数の切換えを指示する旨を表す時定数切換制御信号に応じて時定数を切り換えることによって、互いに異なる複数の時定数により順次に前記電圧の積分を行う。この時定数の切換えは、本実施形態では、時定数切換制御信号が入力されるたびに、小さい値の時定数から順次に行われる。

積分部１１４は、例えばコンデンサにより電圧を充電または放電することによって電圧を積分するタイプであって、積分の時定数が切換可能な積分回路であり、例えば、図３（Ａ）に示すように、複数の抵抗素子１４１ａと、複数の抵抗素子１４１ａにそれぞれ対応して設けられる制御端子付きのスイッチ素子１４２ａと、コンデンサ１４３ａと、オペアンプ１４４ａと、制御端子付きのスイッチ素子１４５ａと、入力端子１４６ａと、出力端子１４７ａとを備えて構成されるＲＣ積分回路１１４ａである。複数の抵抗素子１４１ａは、図３（Ａ）に示す例では、３個の抵抗素子１４１ａ−１〜１４１ａ−３から構成され、これに対応して複数のスイッチ素子１４２ａは、３個のスイッチ素子１４２ａ−１〜１４２ａ−３から構成されている。３組の直列に接続されたスイッチ素子１４２ａ−１〜１４２ａ−３および抵抗素子１４１ａ−１〜１４１ａ−３は、互いに並列に接続され、その接続点の一方が入力端子１４６ａに接続され、その接続点の他方がオペアンプ１４４ａの反転入力（−）に接続される。オペアンプ１４４ａの反転入力（−）と出力との間には、コンデンサ１４３ａとスイッチ素子１４５ａとの並列回路が接続される。オペアンプの非反転入力（＋）は、グランド電位Ｖｇに接地され、その出力は、出力端子１４７ａに接続されている。スイッチ素子１４５ａは、コンデンサ１４３ａに充電されている電荷を放電するためのスイッチである。スイッチ素子１４２ａ、１４５ａは、例えばトランジスタ等である。ＲＣ積分回路１１４ａは、時定数切換制御信号によってスイッチ素子１４２ａ−１〜１４２ａ−３の何れか１個のスイッチ素子１４２ａがオン（閉）されると共に残余のスイッチ素子１４２ａがオフ（開）されることより、オンしたスイッチ素子１４２ａに直列に接続されている抵抗素子１４１ａの抵抗値Ｒとコンデンサ１４３ａの容量Ｃとで決まる時定数（１／（Ｒ・Ｃ））で入力端子１４６ａに入力される電圧を積分し、出力端子１４７ａから積分値を出力する。また、ＲＣ積分回路１１４ａでは、積分リセット信号によってスイッチ素子１４５ａがオンされ、コンデンサ１４３ａに充電されている電荷が放電されることによってＲＣ積分回路１１４ａの積分値がリセットされる。

図３（Ａ）に示す例では、複数の抵抗素子１４１ａを切り換えることによって時定数を切り換えるように積分部１１４が構成されたが、また例えば、図３（Ｂ）に示すように、複数のコンデンサ１４３ｂを備え、これらコンデンサ１４３ｂを切り換えることによって時定数を切り換えるように積分部１１４が構成されてもよい。

このような積分部１１４は、例えば、図３（Ｂ）に示すように、抵抗素子１４１ｂと、複数のコンデンサ１４３ｂと、複数のコンデンサ１４３ｂにそれぞれ対応して設けられる制御端子付きのスイッチ素子１４２ｂと、オペアンプ１４４ｂと、制御端子付きのスイッチ素子１４５ｂと、入力端子１４６ｂと、出力端子１４７ｂとを備えて構成されるＲＣ積分回路１１４ｂである。複数のコンデンサ１４３ｂは、図３（Ｂ）に示す例では、３個のコンデンサ１４３ｂ−１〜１４３ｂ−３から構成され、これに対応して複数のスイッチ素子１４２ｂは、３個のスイッチ素子１４２ｂ−１〜１４２ｂ−３から構成されている。３組の直列に接続されたスイッチ素子１４２ｂ−１〜１４２ｂ−３およびコンデンサ１４３ｂ−１〜１４３ｂ−３は、互いに並列に接続され、その接続点の一方がオペアンプ１４４ｂの反転入力（−）に接続され、その接続点の他方がオペアンプ１４４ｂの出力に接続される。さらに、両接続点の間には、スイッチ素子１４５ｂが接続されている。スイッチ素子１４５ｂは、コンデンサ１４３ｂ−１〜１４３ｂ−３に充電されている電荷を放電するためのスイッチである。スイッチ素子１４２ｂ、１４５ｂは、例えばトランジスタ等である。オペアンプ１４４ｂの反転入力（−）には、抵抗素子１４１ｂを介して入力端子１４６ｂが接続され、その非反転入力（＋）は、グランド電位Ｖｇに接地され、その出力は、出力端子１４７ｂに接続されている。ＲＣ積分回路１１４ｂは、時定数切換制御信号によってスイッチ素子１４２ｂ−１〜１４２ｂ−３の何れか１個のスイッチ素子１４２ｂがオン（閉）されると共に残余のスイッチ素子１４２ｂがオフ（開）されることより、オンしたスイッチ素子１４２ｂに直列に接続されているコンデンサ１４３ｂの容量Ｃと抵抗素子１４１ｂの抵抗値Ｒとで決まる時定数（１／（Ｒ・Ｃ））で入力端子１４６ｂに入力される電圧を積分し、出力端子１４７ｂから積分値を出力する。また、ＲＣ積分回路１１４ｂでは、積分リセット信号によってスイッチ素子１４５ｂがオンされ、コンデンサ１４３ｂ−１〜１４３ｂ−３に充電されている電荷が放電されることによってＲＣ積分回路１１４ｂの積分値がリセットされる。

なお、図３（Ａ）および（Ｂ）に示す例では、３個の時定数に切換可能であるが、時定数の個数は、例えば電波到来方位測定装置１の仕様等により適宜に設定される。

比較部１１５は、積分部１１４から入力された積分値と、予め設定された所定の基準電圧（例えばグランド電位Ｖｇ）とを比較し、積分部１１４から入力された積分値がこの所定の基準電圧と一致すると、その旨を示す判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する回路である。比較部１１５は、例えばコンパレータを備えて構成される。

パルス発生部１１６は、パルスカウンタ部１１７のクロックとして利用される、予め設定された所定の周期（クロック周期）Ｔｃでパルスを生成する回路である。このクロック周期Ｔｃは、測定精度等を考慮して適宜に設定され、例えば、（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔｃが到来時間差τに要求される測定精度の１／１０程度に設定される。パルス発生部１１６は、例えば、マルチバイブレータを備えて構成される。

パルスカウンタ部１１７は、後述するように、所定のクロック周期Ｔｃに対応する間隔ごとにパルス発生部１１６から入力されるパルスを計数する回路である。そして、パルスカウンタ部１１７は、第１電圧Ｖ１が積分部１１４へ入力されている場合には、即ち、最初のリセット信号（第１リセット信号）がＳＷ制御部１１２から入力された場合には、第１電圧Ｖ１で積分部１１４を充電する充電時間Ｔａを、第１リセット信号に応じてカウンタ値Ｎを０にリセットした後にパルスを計数することによって計時し、充電時間Ｔａになると（タイムアップすると）、到来時刻計測部１１における積分部１１４の充電（積分）を停止する充電停止信号（積分停止信号）を同期制御部１２へ出力すると共に、電圧測定部１１９へ積分部１１４の積分値（充電電圧）の測定を指示する旨を表す測定指示信号を電圧測定部１１９へ出力する回路である。さらに、パルスカウンタ部１１７は、第２電圧−Ｖ２が積分部１１４へ入力されている場合には、即ち、次のリセット信号（第２リセット信号）がＳＷ制御部１１２から入力された場合には、電圧測定部１１９から閾値判定信号が入力された場合に、第２リセット信号に応じてカウンタ値Ｎを０にリセットした後からこの閾値判定信号が入力されるまで計数したパルス数をカウンタ値Ｎ_ｉとして集計部１１８へ出力し、時定数切換制御信号を積分部１１４へ出力し、閾値切換制御信号を電圧測定部１１９へ出力する。閾値判定信号は、積分部１１４の積分値（充電電圧）が予め設定された閾値Ｖｔｈであることを表す信号である。閾値切換制御信号は、閾値Ｖｔｈの切換えを指示する旨を表す信号である。さらに、パルスカウンタ部１１７は、第２電圧−Ｖ２が積分部１１４へ入力されている場合には、比較部１１５から判定信号が入力された場合に、第２リセット信号に応じてカウンタ値Ｎを０にリセットした後からこの判定信号が入力されるまで計数したパルス数をカウンタ値Ｎ_ｉとして集計部１１８へ出力すると共に、終了信号をＳＷ制御部１１２および集計部１１８へ出力する回路である。パルスカウンタ部１１７は、例えば、複数のフリップフロップを備えて構成される。

集計部１１８は、パルスカウンタ部１１７から終了信号が入力された場合に、パルスカウンタ部１１７から入力されたカウント値Ｎｉを到来方位演算部１３へ出力する回路である。

電圧測定部１１９は、パルスカウンタ部１１７から測定指示信号が入力されると積分部１１４の積分値の監視を始め、積分部１１４の積分値（充電電圧）を測定し、この測定した積分値が予め設定されている閾値Ｖｔｈに達しているか否かを判定し、当該閾値Ｖｔｈに達している場合には、閾値判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する。閾値Ｖｔｈは、積分部１１４の時定数を切り換えるタイミングを表す電圧値であり、複数の時定数に対応して複数の閾値Ｖｔｈ_ｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）が予め設定されている。積分部１１４が上述の図３に示す例である場合では、閾値Ｖｔｈは、３個の時定数（１／（ＣＲ）_１、１／（ＣＲ）_２、１／（ＣＲ）_３）に対応して３個の閾値（Ｖｔｈ_１、Ｖｔｈ_２、Ｖｔｈ_３、なお、本実施形態ではＶｔｈ_３＝Ｖｇ）が用意される。そして、電圧測定部１１９は、パルスカウンタ部１１７から閾値切換制御信号が入力されると、最初の閾値Ｖｔｈ_１から順次に閾値Ｖｔｈを切り換える。

二重積分回路は、本実施形態では、ＳＷ制御部１１２、切換スイッチ部１１３、積分部１１４、比較部１１５、パルス発生部１１６、パルスカウンタ部１１７および電圧測定部１１９を備えて構成される。

同期制御部１２は、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４における各積分部１１４−１〜１１４−４に入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２へ一斉に切り換わるように、その旨を表す切換信号（同期信号）を各ＳＷ制御部１１２−１〜１１２−４へ出力することによって、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４における切換スイッチ部１１３の切換タイミングを制御する回路である。

到来方位演算部１３は、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４が電波を受信した受信時刻（到来時刻）ｔに基づいて到来時間差型方位測定法によって当該電波の到来方位θを計算する回路である。

次に、このような構成の電波到来方位測定装置１の動作について説明する。まず、到来時刻計測部によって電波の受信時刻ｔを測定する原理について説明し、次に、電波到来方位測定装置１の動作について説明する。

図４は、二重積分回路を備える到来時刻計測部によって電波の受信時刻を測定する原理を説明するための図である。

この電波の受信時刻ｔを測定する原理の説明において、図１および図２に示す到来時刻計測部１１における積分部１１４の時定数は、一定であるとする。

電波が到来し、各アンテナＡ１〜Ａ４が当該電波をそれぞれ受信すると、各到来時刻計測部１１−１〜１１−４では、その積分部１１４−１〜１１４−４で第１電圧Ｖ１の積分（充電）がそれぞれ開始され、各パルスカウンタ部１１７−１〜１１７−４で充電時間Ｔａの計時がそれぞれ開始される。第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４のうちの何れかのアンテナＡによって最初に電波が受信されてから充電時間Ｔａが経過すると、各到来時刻計測部１１−１〜１１−４では、各積分部１１４−１〜１１４−４に入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２へ一斉に切り換えられ、一斉に、その積分部１１４−１〜１１４−４で第２電圧−Ｖ２の積分（放電）がそれぞれ開始され、各パルスカウンタ部１１７−１〜１１７−４でカウンタ値Ｎが０にリセットされてパルスの計数がそれぞれ新たに開始される。そして、各到来時刻計測部１１−１〜１１−４では、その積分部１１４−１〜１１４−４の積分値が基準電圧になると、そのパルスカウンタ部１１７−１〜１１７−４でパルスの計数が終了され、パルスを計数したカウント値Ｎがパルスカウンタ部１１７−１〜１１７−４から集計部１１８−１〜１１８−４へそれぞれ出力される。

このように、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４の各積分部１１４−１〜１１４−４では、対応するアンテナＡが電波を受信した受信時刻ｔで第１電圧Ｖ１の積分が開始される一方で、入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２に一斉に切り換えられる。このため、発信源から発信された電波が各アンテナＡ１〜Ａ４で受信された時間差に応じて、各積分部１１４−１〜１１４−４は、第１電圧Ｖ１の第１積分時間Ｔ１（０＜Ｔ１≦Ｔａ）が異なる。従って、各積分部１１４−１〜１１４−４に蓄積される電荷量（積分値、電圧値）は、発信源から発信された電波が各アンテナＡ１〜Ａ４で受信された時間差に応じたものとなっている。

このため、第２電圧−Ｖ２で積分（放電）が開始されると、各積分部１１４−１〜１１４−４の各積分値は、発信源から発信された電波が各アンテナＡ１〜Ａ４で受信された時間差に応じた時刻で、予め設定された所定の基準電圧となる結果、各比較部１１５−１〜１１５−４は、発信源から発信された電波が各アンテナＡ１〜Ａ４で受信された時間差に応じた時刻で判定信号をパルスカウンタ部１１７へそれぞれ出力することになる。したがって、判定信号に応じて各パルスカウンタ部１１７−１〜１１７−４が集計部１１８へ出力するカウンタ値Ｎは、クロック周期Ｔｃが乗算されることによって、一斉に電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２に切り換えられた時刻ＴｒとアンテナＡが電波を受信した時刻との差を表している。

さらに、積分部１１４は、第１電圧Ｖ１で積分した後に、第２電圧−Ｖ２で積分しているので、アンテナＡが電波を受信した時刻から、一斉に電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２に切り換えられた時刻Ｔｒまでの第１積分時間Ｔ１は、第２電圧−Ｖ２に対する第１電圧Ｖ１の比に、この時刻Ｔｒから比較部１１５が判定信号を出力した時刻までの第２積分時間Ｔ２を乗じることによって表される（Ｔ１＝（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔ２）。到来時刻ｔは、この時刻Ｔｒから第１積分時間Ｔ１だけ遡ればよいので、到来時刻ｔは、Ｔｒ−（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔ２で表される。第１積分時間Ｔ１は、第１電圧Ｖ１に対する第２電圧Ｖ２の比（倍率、＝Ｖ２／Ｖ１）で伸張され、第２積分時間Ｔ２として計測されるから、第１積分時間Ｔ１が高精度に計測される。

図４に示す例では、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、発信源から発信された電波を第３アンテナＡ３、第２アンテナＡ２、第４アンテナＡ４、第１アンテナＡ１の順に時刻ｔ１、時刻ｔ３、時刻ｔ４、時刻ｔ５で順次に受信しているので、第３アンテナＡ３が最初に電波を受信してそのパルスカウンタ部１１７−３が計時を開始した時刻ｔ２から充電時間Ｔａが経過した時刻ｔ６では、各積分部１１４−１〜１１４−４の積分値は、第３アンテナＡ３に対応する第３到来時刻計測部１１−３における積分部１１４−３の積分値が最も大きく、第２アンテナＡ２に対応する第２到来時刻計測部１１−２における積分部１１４−２の積分値が第３アンテナＡ３と第２アンテナＡ２との間における電波の受信の時間差に対応した差だけ小さく、第４アンテナＡ４に対応する第４到来時刻計測部１１−４における積分部１１４−４の積分値が第２アンテナＡ２と第４アンテナＡ４との間における受信の時間差に対応した差だけ小さく、第１アンテナＡ１に対応する第１到来時刻計測部１１−１における積分部１１４−１の積分値が第４アンテナＡ４と第１アンテナＡ１との間における受信の時間差に対応した差だけ小さい。このため、第１アンテナＡ１に対応する第１到来時刻計測部１１−１では、最初に時刻ｔ７でパルスカウンタ部１１７−１から集計部１１８−１へその時刻ｔ７に対応するカウンタ値Ｎが出力されており、第４アンテナＡ４に対応する第４到来時刻計測部１１−４では、次に時刻ｔ８で判定信号をパルスカウンタ部１１７−４から集計部１１８−４へその時刻ｔ８に対応するカウンタ値Ｎが出力されており、第２アンテナＡ２に対応する第２到来時刻計測部１１−２では、次に時刻ｔ９でパルスカウンタ部１１７−２から集計部１１８−２へその時刻９に対応するカウンタ値Ｎが出力されており、そして、第３アンテナＡに対応する第３到来時刻計測部１１−３では、最後に時刻ｔ１０でパルスカウンタ部１１７−３から集計部１１８−３へその時刻ｔ１０に対応するカウンタ値Ｎが出力されている。

したがって、第１アンテナＡ１の受信時刻ｔ５は、ｔ５＝ｔ６−（Ｖ１／Ｖ２）・（ｔ７−ｔ６）と表され、第２アンテナＡ２の受信時刻ｔ３は、ｔ３＝ｔ６−（Ｖ１／Ｖ２）・（ｔ９−ｔ６）と表され、第３アンテナＡ３の受信時刻ｔ１は、ｔ１＝ｔ６−（Ｖ１／Ｖ２）・（ｔ１０−ｔ６）と表され、そして、第４アンテナＡ４の受信時刻ｔ４は、ｔ４＝ｔ６−（Ｖ１／Ｖ２）・（ｔ８−ｔ６）と表される。

このように電波の受信に応じて各到来時刻計測部１１における各二重積分回路が第１電圧Ｖ１を積分すると共に、この積分する電圧が各到来時刻計測部１１における各二重積分回路で一斉に第２電圧−Ｖ２に切り換えられることによって、各アンテナＡの受信時刻ｔが高精度に測定される。

次に、電波到来方位測定装置１の動作について説明する。本実施形態の電波到来方位測定装置１は、到来時刻計測部１１が第２電圧−Ｖ２で積分している間に積分部１１４の時定数が切り換えられるため、次のように動作することになり、これによって、上述のように、時定数が切り換わることなく一定値である場合に較べて、短時間に受信時刻ｔを測定することができる。

図５は、図２に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。図１ないし図５において、電波到来方位測定装置１では、例えば図略の電源スイッチが投入されると、電波の到来方位θを測定する動作が開始され、積分部１１４の積分値（充電電圧、充電電荷）が０にリセットされ、パルス発生部１１６が所定のクロック周期Ｔｃでパスルを生成し、この生成したパルスをクロックとしてパルスカウンタ部１１７へ出力する。

電波到来方位測定装置１に電波が到来すると、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４のうちの何れかのアンテナＡでまず電波が受信され、そして、電波の発信源に近いアンテナＡから順次に電波が受信される。

電波を受信したアンテナＡに対応する到来時刻計測部１１では、次のように動作する。当該アンテナＡは、この受信した電波をその電磁波エネルギーから電気エネルギーに変換し、検出部１１１へ出力する。アンテナＡからの出力に基づいて、検出部１１１は、電波の到来（受信）を検出し、受信トリガ信号をＳＷ制御部１１２へ出力する。受信トリガ信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、第１電圧Ｖ１が積分部１１４に入力されるように、第１スイッチＳＷ１をオンすると共に第２スイッチＳＷ２をオフする第１スイッチ制御信号（第１ＳＷ制御信号）を切換スイッチ部１１３へ出力すると共に、パルスカウンタ部１１７のカウント値Ｎを０にリセットする第１リセット信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する。第１スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１スイッチＳＷ１をオンすると共に第２スイッチＳＷ２をオフする。これによって第１電圧Ｖ１が積分部１１４に入力される。そして、第１リセット信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、カウント値Ｎを０にリセットし、パルス発生部１１６から入力されるパルスの計数を新たに開始して、第１電圧Ｖ１で積分部１１４が積分する充電時間Ｔａの計時を開始する。第１電圧Ｖ１が入力されると、積分部１１４は、積分（充電）を開始し、積分値を比較部１１５へ出力する。

例えば、図４に示す例では、電波到来方位測定装置１に到来した電波は、まず、時刻ｔ１において第３アンテナＡ３で受信され、第３アンテナＡ３に対応する第３到来時刻計測部１１−３では、上述のように動作する。そのパルスカウンタ部１１７−３では、電波を受信した時刻ｔ１後の最初のクロック（時刻ｔ２）でカウント値Ｎが０にリセットされ、パルスの計数が新たに開始されることによって、充電時間Ｔａの計時が開始される。次に、時刻ｔ３において前記電波が第２アンテナＡ２で受信され、第２アンテナＡ２に対応する第２到来時刻計測部１１−２では、上述のように動作する。そのパルスカウンタ部１１７−２では、電波を受信した時刻ｔ３後の最初のクロックでカウンタ値Ｎが０にリセットされ、パルスの計数が新たに開始されることによって、充電時間Ｔａの計時が開始される。次に、時刻ｔ４において前記電波が第４アンテナＡ４で受信され、第４アンテナＡ４に対応する第４到来時刻計測部１１−４では、上述のように動作する。そのパルスカウンタ部１１７−４では、電波を受信した時刻ｔ４後の最初のクロックでカウンタ値Ｎが０にリセットされ、パルスの計数が新たに開始されることによって、充電時間Ｔａの計時が開始される。そして、最後に、時刻ｔ５において前記電波が第１アンテナＡ１で受信され、第１アンテナＡ１に対応する第１到来時刻計測部１１−１では、上述のように動作する。そのパルスカウンタ部１１７−１では、電波を受信した時刻ｔ５後の最初のクロックでパルス数が０にリセットされ、パルスの計数が新たに開始されることによって、充電時間Ｔａの計時が開始される。

到来時刻計測部１１のパルスカウンタ部１１７は、充電時間Ｔａが経過すると、より具体的には、カウンタ値Ｎが充電時間Ｔａに対応するカウンタ値Ｎａ（Ｔａ＝Ｎａ・Ｔｃ）になると、到来時刻計測部１１における積分部１１４の充電（積分）を停止する充電停止信号（積分停止信号）を同期制御部１２へ出力すると共に、測定指示信号を電圧測定部１１９へ出力する。充電停止信号が入力されると、同期制御部１２は、切換スイッチ部１１３における第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続状態を切り換える切換信号（同期信号）を第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４の各ＳＷ制御部１１２−１〜１１２−４へそれぞれ出力する。切換信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、第２電圧−Ｖ２が積分部１１４に入力されるように、第１スイッチＳＷ１をオフすると共に第２スイッチＳＷ２をオンする第２スイッチ制御信号（第２ＳＷ制御信号）を切換スイッチ部１１３へ出力すると共に、パルスカウンタ部１１７を０にリセットする第２リセット信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する。第２スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１スイッチＳＷ１をオフすると共に第２スイッチＳＷ２をオンする。これによって第２電圧−Ｖ２が積分部１１４に入力（印加）される。そして、第２リセット信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、カウンタ値Ｎを０にリセットし、パルス発生部１１６から入力されるパルスの計数を新たに開始する。第２電圧−Ｖ２が入力されると、積分部１１４は、最初の時定数（例えば１／（ＲＣ）_１）で積分を開始し、積分値を比較部１１５へ出力する。より具体的には、第２電圧−Ｖ２は、第１電圧Ｖ１と逆符号であるため、積分部１１４は、放電し、積分値は、時間経過に従って低下していく。

そして、測定指示信号が入力されると、電圧測定部１１９は、積分部１１４の積分値の監視を始め、積分部１１４の積分値を測定し、この測定した積分部１１４の積分値が最初の閾値Ｖｔｈ_１と一致しているか否かを判断する。この判断の結果、積分部１１４の積分値が最初の閾値Ｖｔｈ_１と一致している場合には、電圧測定部１１９は、閾値判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する。閾値判定信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、第２リセット信号に応じてカウンタ値Ｎを０にリセットした後からこの閾値判定信号が入力されるまで計数したパルス数をカウンタ値Ｎ_１として集計部１１８へ出力し、時定数切換制御信号を積分部１１４へ出力し、そして、閾値切換制御信号を電圧測定部１１９へ出力する。カウンタ値Ｎ_ｉは、時定数（１／（ＣＲ）_ｉ）で積分部１１４が閾値Ｖｔｈ_ｉまで積分した積分時間Ｔ２_ｉに対応する値である（Ｔ２_ｉ＝Ｎ_ｉ・Ｔｃ、ｉ＝１、２、３、・・・）。時定数切換制御信号が入力されると、積分部１１４は、最初の時定数から次の時定数（例えば１／（ＲＣ）_２）へ時定数を切り換える。閾値切換制御信号が入力されると、電圧測定部１１９は、最初の閾値Ｖｔｈ_１から次の閾値Ｖｔｈ_２へ閾値Ｖｔｈを切り換える。そして、電圧測定部１１９は、積分部１１４の監視により、測定した積分部１１４の積分値が次の閾値Ｖｔｈ_２と一致しているか否かを判断する。この判断の結果、積分部１１４の積分値が次の閾値Ｖｔｈ_２と一致している場合には、電圧測定部１１９は、閾値判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する。閾値判定信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、第２リセット信号に応じてカウンタ値Ｎを０にリセットした後からこの閾値判定信号が入力されるまで計数したパルス数をカウンタ値Ｎ_２として集計部１１８へ出力し、時定数切換制御信号を積分部１１４へ出力し、そして、閾値切換制御信号を電圧測定部１１９へ出力する。時定数切換制御信号が入力されると、積分部１１４は、現行の時定数から次の時定数（例えば１／（ＲＣ）_３）へ切り換える。閾値切換制御信号が入力されると、電圧測定部１１９は、現行の閾値Ｖｔｈ_２から次の閾値Ｖｔｈ_３へ閾値Ｖｔｈを切り換える。このような電圧測定部１１９による積分部１１４の監視、積分値と閾値Ｖｔｈ_ｉとの比較判断、および、判断結果に応じた閾値判定信号の出力、閾値判定信号に応じたパルスカウンタ部１１７によるカウンタ値Ｎ_ｉの出力、時定数切換制御信号の出力、および、閾値切換制御信号の出力、時定数切換制御信号に応じた積分部１１４の時定数の切換、そして、閾値切換信号に応じた電圧測定部１１９の閾値Ｖｔｈの切換は、比較部１１５から判定信号がパルスカウンタ部１１７に入力されるまで行われる。

この判定信号の出力にあたって、比較部１１５は、積分部１１４から入力される積分値と所定の基準電圧とを比較しており、第２電圧−Ｖ２が第１電圧Ｖ１と逆極性であるため、時間経過に従って積分値が低下していくので、やがて積分部１１４から入力された積分値と所定の基準電圧とが一致する。積分部１１４から入力された積分値と所定の基準電圧とが一致すると、比較部１１５は、前記判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する。

判定信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、パルスを計数したカウンタ値Ｎ_ｉを集計部１１８へ出力すると共に、パルスの計数が終了した旨を表す終了信号をＳＷ制御部１１２および集計部１１８へ出力する。

例えば、図３に示す例では、最初に充電時間Ｔａの計時を開始した第３到来時刻計測部１１−３におけるパルスカウンタ部１１７−３が計時開始から充電時間Ｔａ経過後の時刻ｔ６で充電停止信号を同期制御部１２へ出力する。充電停止信号が入力されると、同期制御部１２は、切換信号を第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４の各ＳＷ制御部１１２−１〜１１２−４へそれぞれ出力する。切換信号が入力されると、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４は、上述のようにそれぞれ動作する。このため、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４では、それぞれ、時刻ｔ６において、各積分部１１４−１〜１１４−４は、第１電圧Ｖ１の積分が終了され、第２電圧−Ｖ２で積分を開始し、各パルスカウンタ部１１７−１〜１１７−４は、充電時間Ｔａを計時している場合にはこの計時を終了し、パルスの計数を新たに開始する。

なお、同期制御部１２は、或る到来時刻計測部１１から充電停止信号を受信した後であって予め設定された所定の期間が経過する前では、他の到来時刻計測部１１から受信した充電停止信号を破棄する。即ち、前記所定の期間が経過するまでは２度目以降の充電停止信号を受信したとしても、同期制御部１２は、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４へ切換信号をそれぞれ出力しない。或る発信源から発信された電波を第１ないし第４アンテナＡが受信する時刻の時間差は、最大で、電波が基線長Ｌを伝搬するために必要な時間（基線長伝搬時間）であるから、前記所定の経過期間は、例えば、この基線長伝搬時間にマージンを考慮して決定される。

上述のように、積分部１１４から比較部１１５へ入力される積分値は、時間経過に従って低下していく。単位時間あたりの積分値の低下割合は、積分部１１４の時定数（１／（ＣＲ））である。ここで、時定数は、上述したように、時定数切換制御信号によって順次に切り換えられるため、図５に示すように、積分部１１４では、最初の時定数（１／（ＣＲ）_１）の場合では積分値が単位時間あたり（１／（ＣＲ）_１）の割合で低下し、積分値が閾値Ｖｔｈ_１になると時定数が次の時定数（１／（ＣＲ）_２）に切り換えられ、この時定数（１／（ＣＲ）_２）の場合では積分値が単位時間あたり（１／（ＣＲ）_２）の割合で低下し、そして、積分値が閾値Ｖｔｈ_２になると時定数が次の時定数（１／（ＣＲ）_３）に切り換えられ、この時定数（１／（ＣＲ）_３）の場合では積分値が単位時間あたり（１／（ＣＲ）_３）の割合で低下する。このように時定数（１／（ＣＲ）_ｉ）の切換によって、積分値は、順次に単位時間あたりの低下割合が変化しながら、本実施形態では順次に単位時間あたりの低下割合が小さくなりながら低下していく。このため、図５に示すように、積分部１１４の積分値は、時定数が一定の時定数（１／（ＣＲ）_ｃ）である場合に較べて、（１／（ＣＲ）_ｃ）≧（１／（ＣＲ）_ｉ）とすると、短時間で所定の基準電圧に達することになる。

この時定数が一定の時定数（１／（ＣＲ）_ｃ）である場合における、積分部１１４に入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２へ切り換わった時刻Ｔｒから積分部１１４の積分値が所定の基準電圧と一致する時刻までの第２積分時間Ｔ２は、次の式４によって与えられる。

ここで、ｎ_１＝Ｎ_１、ｎ_ｉ＋１＝Ｎ_ｉ＋１−Ｎ_ｉ、ｉ＝１、２、３、４、・・・である。

また、時定数は、小さい値から大きい値へ順次に切り換えられる。すなわち、（１／（ＣＲ）_ｉ）＜（１／（ＣＲ）_ｉ＋１）の関係にある。したがって、積分部１１４の積分値が大きい場合には小さい時定数により急速に放電されるので、短時間で次の時定数へ切り換わる。一方、積分部１１４の積分値が小さくなると、大きい時定数（１／（ＣＲ））により緩やかに放電されるので、比較的長い時間で次の時定数へ切り換わる結果、その間に計数されるパルス数が多く、その間の時間が高精度に測定される。このため、時定数が一定の時定数である場合に較べて短時間で所定の基準電圧に達する一方、積分部１１４の積分値が所定の基準電圧に近づくと、緩やかに放電されるので、積分部１１４に入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２へ切り換わった時刻Ｔｒから積分部１１４の積分値が所定の基準電圧と一致する時刻までの時間が高精度に測定可能となる。

終了信号が入力されると、集計部１１８は、カウンタ値Ｎ_ｉを到来方位演算部１３へ出力する。終了信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、電圧が積分部１１４に入力されないように、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を共にオフする第３スイッチ制御信号（第３ＳＷ制御信号）を切換スイッチ部１１３へ出力する。第３スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を共にオフする。これによって積分部１１４への電圧の入力が停止される。そして、到来方位演算部１３は、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４から各カウンタ値Ｎ_ｉが入力されると、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４における時定数が一定の時定数（１／（ＣＲ）_ｃ）である場合の第２積分時間Ｔ２１〜Ｔ２４を式４によってそれぞれ計算する。到来方位演算部１３は、組となる一対のアンテナＡに対応する２個の第２積分時間Ｔ２１、Ｔ２２；Ｔ２３、Ｔ２４を用いて、組となる一対のアンテナＡ間における到来時間差τを計算し、この計算した到来時間差τから到来方位θを計算する。そして、到来方位演算部１３は、アンテナＡの各組から求めた到来方位θから真の到来方位θを求める。真の到来方位θが求められると、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の図略の表示装置に到来方位θが表示される。

このように本実施形態にかかる電波到来方位測定装置１では、二重積分回路の積分部１１４における時定数が小さい値から大きい値へ順次に切り換えられるので、時定数が一定の場合に較べて、短時間で高精度に到来時刻が測定され、この結果、短時間で高精度に到来方位θが測定される。

また、仮に、到来時間差τを直接的に計測する場合には、高速なサンプリング速度（短いサンプリング周期）で計測する計測器が必要となり、一般に、このような計測器は、高価である。本実施形態にかかる電波到来方位測定装置１では、このような計測器よりも安価な二重積分回路によって到来時間差τが測定可能であるので、電波到来方位測定装置１が比較的安価に製造可能となる。

図６は、他の形態の電波到来方位測定装置を説明するための図である。また、上述の実施形態では、到来時刻計測部１１のパルスカウンタ部１１７は、電圧測定部１１９から閾値判定信号がパルス間に入力されても、次のパルスまでカウントアップしない。このため、パルスカウンタ部１１７に、パルス発生部１１６からパルスが入力される直前に電圧測定部１１９から閾値判定信号が入力される場合には、切換信号によって第２リセット信号が入力された時刻から閾値判定信号が入力される時刻までの時間と、カウンタ値Ｎ_ｉにクロック周期Ｔｃを乗算することによって求めた時間とは、殆ど差がなく、カウンタ値Ｎ_ｉにクロック周期Ｔｃを乗算することによって求めた時間には、殆ど誤差がない。一方、このような場合を除き、図６に破線で示すように、切換信号によって第２リセット信号が入力された時刻から判定信号が入力される時刻までの時間と、カウンタ値Ｎ_ｉにクロック周期Ｔｃを乗算することによって求めた時間とは、ずれて差δが生じ、カウンタ値Ｎ_ｉにクロック周期Ｔｃを乗算することによって求めた時間には、クロック周期Ｔｃ未満の誤差δ（０＜δ＜Ｔｃ）が含まれる。

このため、上述の実施形態の電波到来方位測定装置１において、パルスカウンタ部１１７は、閾値判定信号が入力された後の直近のクロックに同期して時定数切換制御信号を積分部１１４へ出力すると共に、閾値切換制御信号を電圧測定部１１９へ出力するように構成されてもよい。

このようにパルスカウンタ部１１７が構成されることによって、図６に示すように、積分部１１４は、閾値判定信号を出力した後、直近のクロックまで現行の時定数で積分（放電）を継続するので、前記差δが軽減され、上述の実施形態に較べてより高精度に到来時刻が測定可能となり、より高精度に電波の到来方位θが測定可能となる。

なお、上述の第１ないし第３実施形態では、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４の４個のアンテナを用いたが、平面を形成するように配置された３個のアンテナによっても同様に到来方位θを測定することができ、また、平面を形成するように配置された５個以上のアンテナによっても同様に到来方位θを測定することができる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

実施形態におけ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１に示す電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。 図２に示す到来時刻計測部における積分部の構成を示す回路図である。 二重積分回路を備える到来時刻計測部によって電波の受信時刻を測定する原理を説明するための図である。 図２に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。 他の形態の電波到来方位測定装置を説明するための図である。 到来時間差型方位測定方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 電波到来方位測定装置
１１ 到来時刻計測部
１２ 同期制御部
１３ 到来方位演算部
１１１ 検出部
１１２ スイッチ制御部
１１３ 切換スイッチ部
１１４ 積分部
１１５ 比較部
１１６ パルス発生部
１１７ パルスカウンタ部
１１８ 集計部
１１９ 電圧測定部

Claims (5)

1. 平面を形成するように配置された複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナに対応してそれぞれ設けられ、対応するアンテナが電波を受信した場合に該電波が該アンテナに到来した到来時刻を二重積分回路で計測する複数の到来時刻計測部と、
   前記複数の到来時刻計測部における各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更されるように、同期信号を該各二重積分回路へそれぞれ出力する同期制御部と、
   前記複数の到来時刻計測部でそれぞれ計測された各到来時刻に基づいて、前記電波が到来した方位を求める到来方位演算部とを備え、
   前記複数の到来時刻計測部のそれぞれは、前記同期制御部から前記同期信号が入力された後、時定数を切り換えることによって互いに異なる複数の時定数により順次に二重積分回路の積分を行うこと
   を特徴とする電波到来方位測定装置。
2. 前記複数の到来時刻計測部のそれぞれは、
   対応するアンテナにおける前記電波の受信を検出する検出部と、
   前記検出部が前記電波の受信を検出すると、第１電圧で積分を開始し、前記同期制御部から前記同期信号が入力されると前記第１電圧と逆極性の第２電圧で積分を開始し、積分値が予め設定された所定の基準値となるまで、前記積分値が予め設定された所定の閾値となった場合に時定数を切り換えることによって互いに異なる複数の時定数により順次に積分を行い、前記同期制御部から前記同期信号が入力された時刻から前記時定数を切り換える時刻までの前記複数の時定数にそれぞれ対応する各時間を、前記到来時刻を表すデータとして、前記到来方位演算部に出力する二重積分回路とを備えること
   を特徴とする請求項１に記載の電波到来方位測定装置。
3. 前記複数の到来時刻計測部に対応する各二重積分回路は、それぞれ、予め設定された所定のクロック周期のクロックで動作すると共に、前記時定数の切換えが前記クロックに合わせて行われること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の電波到来方位測定装置。
4. 前記時定数の切換は、小さい値の時定数から順次に行われること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電波到来方位測定装置。
5. 平面を形成するように配置された複数のアンテナのそれぞれで電波を受信する受信工程と、
   前記複数のアンテナが電波を受信した場合に複数の二重積分回路で該電波が該アンテナに到来した各到来時刻をそれぞれ計測する計測工程と、
   前記計測工程において、前記各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更されるように、該各二重積分回路の同期を制御する同期制御工程と、
   前記計測工程でそれぞれ計測された各到来時刻に基づいて、前記電波が到来した方位を求める到来方位演算工程とを備え、
   前記計測工程は、前記各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更された後、時定数を切り換えることによって互いに異なる複数の時定数により順次に二重積分回路の積分を行うこと
   を特徴とする電波到来方位測定方法。

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