JP2009287942A - Direction finder - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve time-difference direction finding by accurately determining a frequency gradient (group delay time) of a phase component of a cross spectrum by increasing an effective band width by autonomous frequency dispersion of received signals. <P>SOLUTION: A direction finder includes: first and second receiving antennas (1) arranged at a prescribed distance from each other for receiving incoming radio waves; a frequency dispersion part (3) for frequency dispersion of each frequency band of first and second received signals received by the first and second receiving antennas; a cross spectrum computing unit for computing the cross spectra of frequency-dispersed first and second received signals output from the frequency dispersion part; a time-difference detector (5) for detecting the time difference between incoming radio waves received by the first and second receiving antennas on the basis of a frequency gradient to the frequency of a phase in a frequency band having a high coherence level indicated by the cross spectra; and a direction computing unit (6) for computing the incoming direction of radio waves on the basis of the time difference and the prescribed distance. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は電波源の方位探知装置、とりわけ、電波の到来時間差を用いて方位を探知する装置に関する発明である。本発明による方位探知装置は、航空機や艦船等に搭載される電波探知装置等に組み込まれ、相手航空機や艦船等に搭載されるレーダ装置等の電波源の到来方位を高精度で探知するために用いられる。   The present invention relates to an azimuth detection device for a radio wave source, and more particularly to an apparatus for detecting an azimuth using a difference in arrival time of radio waves. An azimuth detection device according to the present invention is incorporated in a radio wave detection device or the like mounted on an aircraft, a ship or the like, and detects the arrival direction of a radio wave source such as a radar device mounted on an opponent aircraft or a ship or the like with high accuracy Used.

従来の一般的な電波の到来時間差を用いた方位探知装置のブロック図を図14に示す。この構成については、例えば特開平4−212081号公報(特許文献1)に開示されている。図において、1は電波受信用の受信アンテナ、2は受信信号を増幅する高周波増幅器、12は増幅された信号を検波する検波増幅器、15はパルス立ち上がり検出回路、17はタイムカウンタ、9はタイムカウンタ17で得られた時間差データと、1組の受信アンテナ1の間隔から到来方位を検出する方位算出回路である。   FIG. 14 shows a block diagram of a conventional azimuth detection apparatus using a difference in arrival time of general radio waves. About this structure, it is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 4-212081 (patent document 1), for example. In the figure, 1 is a receiving antenna for receiving radio waves, 2 is a high-frequency amplifier that amplifies a received signal, 12 is a detection amplifier that detects the amplified signal, 15 is a pulse rise detection circuit, 17 is a time counter, and 9 is a time counter. 17 is an azimuth calculation circuit that detects an arrival azimuth from the time difference data obtained in 17 and the interval between a pair of receiving antennas 1.

上記の方位探知装置の動作原理を図15に示す。2つの受信アンテナ1の間隔をdとする。到来方位θに応じて行路差が生じるため、2つの受信アンテナに到来する電波の到来時刻は異なる。このため、2つの受信アンテナ間に到来時間差τが生じる。到来方位θと、時間差τは式(1)のような関係になる。
sinθ=cτ/d・・・(1)
ここで、電波の速度をcとする。この式(1)の関係を用いて、時間差τを測定することにより、電波の到来方位を算出できる。
The operation principle of the above azimuth detection device is shown in FIG. Let d be the distance between the two receiving antennas 1. Since a path difference occurs according to the arrival direction θ, the arrival times of the radio waves arriving at the two receiving antennas are different. For this reason, arrival time difference (tau) arises between two receiving antennas. The arrival azimuth θ and the time difference τ have a relationship as shown in Expression (1).
sin θ = cτ / d (1)
Here, let c be the velocity of radio waves. The arrival direction of the radio wave can be calculated by measuring the time difference τ using the relationship of the formula (1).

上記の方位探知装置では、受信アンテナ1で受信した受信信号を高周波増幅器3及び検波増幅器12で処理した後、パルスの立ち上がり検出回路15により立ち上がりタイミングを検出し、この検出したタイミングと、受信アンテナ2で受信して同様に検出したタイミングから、タイムカウンタ17により立ち上がりの時間差を測定している。立ち上がりの時間差は到来時間差として方位算出回路9に出力され、式(1)に従い、到来方位θが算出される。   In the above azimuth detection apparatus, after the reception signal received by the reception antenna 1 is processed by the high frequency amplifier 3 and the detection amplifier 12, the rising timing is detected by the pulse rising detection circuit 15, and the detected timing and the receiving antenna 2 are detected. The time difference of the rise is measured by the time counter 17 from the timing detected in the same manner. The rise time difference is output to the azimuth calculation circuit 9 as the arrival time difference, and the arrival azimuth θ is calculated according to the equation (1).

この構成では、タイムカウンタ17のカウンタ間隔以上の精度で時間差測定を行うことは不可能であり、時間差測定の精度がある一定以上向上しないという問題が生じる。また、信号の立ち上がりがなまっていた場合や、受信アンテナ1の受信信号処理チャンネルと受信アンテナ2のチャンネルの間に、受信アンテナ1、2の利得や高周波増幅器12、13の利得に差があり、パルス立ち上がり検出回路15、16に入力される受信信号の振幅に差が生じている場合には、立ち上がりのタイミングを検出する振幅閾値を受信信号波形が越えるタイミングすなわち信号波形の時間軸上の位置がチャンネル間で異なることにより、時間差測定誤差が生じやすいという問題もある。   With this configuration, it is impossible to perform time difference measurement with an accuracy equal to or greater than the counter interval of the time counter 17, and there is a problem that the accuracy of time difference measurement does not improve beyond a certain level. Further, when the signal rises off, or between the reception signal processing channel of the reception antenna 1 and the channel of the reception antenna 2, there is a difference in the gain of the reception antennas 1 and 2 and the gain of the high-frequency amplifiers 12 and 13, When there is a difference in the amplitude of the received signal input to the pulse rising detection circuits 15 and 16, the timing at which the received signal waveform exceeds the amplitude threshold for detecting the rising timing, that is, the position of the signal waveform on the time axis is There is also a problem that time difference measurement errors are likely to occur due to differences between channels.

そこで、特開平9−257902号公報(特許文献2)では、クロススペクトルの位相を用いることで、上記問題を解決し、高精度の方位探知技術を得ようとしている。この技術では、到来電波を例えば、2チャンネル(ChA、ChB)で受信し、受信電波Aと、Aに対して到来遅れ時間を含む電波Bのクロススペクトルの位相成分の周波数勾配すなわち群遅延から、到来遅れ時間を計算し、電波の到来方位を求めている。以後、この方法による方位探知装置を従来の方位探知装置と呼ぶ。   Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 9-257902 (Patent Document 2) attempts to solve the above problem and obtain a highly accurate azimuth detection technique by using the phase of the cross spectrum. In this technology, for example, an incoming radio wave is received by two channels (ChA, ChB), and the received radio wave A and the frequency gradient of the cross spectrum phase component of the radio wave B including the arrival delay time with respect to A, that is, the group delay, The arrival delay time is calculated and the arrival direction of the radio wave is obtained. Hereinafter, an azimuth finding device according to this method is referred to as a conventional azimuth finding device.

特開平4−212081号公報(図1)Japanese Patent Laid-Open No. 4-212081 (FIG. 1) 特開平9−257902号公報(図1)Japanese Patent Laid-Open No. 9-257902 (FIG. 1)

図16は、クロススペクトルの振幅、位相の説明図である。この図を用いて到来遅れ時間の計算について説明する。一般にクロススペクトルを計算しようとする受信信号は受信機ノイズを含んだ信号となっている。ノイズを含んだ信号において、従来の方位探知装置によりクロススペクトルS を計算すると、図16(a1)(a2)のようになる。図16(a1)(a2)を見ると明らかなように、位相成分φ を示す図3(a2)において、誤差が小さく実用上周波数勾配を求めることの出来る範囲(この周波数範囲をδfとする)は、クロススペクトルS の帯域部分とその周辺のみである。前記δfの範囲での位相成分φ の変動幅をδφ とすると、到来時間差は(1/2π)×(δφ /δf)で算出される。 FIG. 16 is an explanatory diagram of the amplitude and phase of the cross spectrum. The calculation of the arrival delay time will be described with reference to this figure. In general, a received signal for calculating a cross spectrum is a signal including receiver noise. When a cross spectrum S 0 D is calculated with a conventional azimuth detecting device in a signal including noise, the result is as shown in FIGS. 16 (a1) and 16 (a2). As apparent from FIGS. 16A1 and 16A2, in FIG. 3A2 showing the phase component φ 0 D , a range in which the error is small and a frequency gradient can be obtained practically (this frequency range is represented by δf). Is) only the band portion of the cross spectrum S 0 D and its periphery. When the fluctuation range of the phase component φ 0 D in the range of δf is δφ 0 D , the arrival time difference is calculated by (1 / 2π) × (δφ 0 D / δf).

実用上周波数勾配を求めることのできる範囲もまた、位相成分に微小な誤差を含んでいる。この位相成分の誤差をδφとする。この誤差δφを考慮した位相成分φ の変動幅は(δφ +δφ)となる。この場合の到来時間差は(1/2π)×((δφ +δφ)/δf)となる。従って、δφが一定とするとδfが小さいほど、到来時間差の誤差δφ/δfが大きくなる。このため、この実用上の周波数勾配を求める範囲が狭いと、この範囲から求められる周波数勾配は誤差(到来時間差の誤差)が大きくなり、結果、最終的に求めたい到来遅れ時間と電波の到来方位の誤差が大きくなる。特に、受信信号がレーダパルス信号で、そのパルス幅が長い場合は、信号帯域が狭帯域となり、クロススペクトルの帯域幅も狭くなるので、大きな誤差が生じやすい。よって、最終的に求めたい到来遅れ時間と電波の到来方位の誤差を小さくするためには、実用上の周波数勾配を求めることのできる範囲δfを大きくする必要がある。 The range in which the frequency gradient can be obtained in practice also includes a minute error in the phase component. The error of the phase component and .delta..phi n. The fluctuation range of the phase component φ 0 D considering this error δφ n is (δφ 0 D + δφ n ). The arrival time difference in this case is (1 / 2π) × ((δφ 0 D + δφ n ) / δf). Therefore, if δφ n is constant, the error δφ n / δf of the arrival time difference increases as δf decreases. For this reason, if the range for obtaining this practical frequency gradient is narrow, the frequency gradient obtained from this range has a large error (error of arrival time difference). As a result, the arrival delay time and the arrival direction of the radio wave to be finally obtained The error becomes larger. In particular, when the received signal is a radar pulse signal and the pulse width is long, the signal band is narrow and the cross spectrum bandwidth is also narrow, so that a large error is likely to occur. Therefore, in order to reduce the error between the arrival delay time to be finally obtained and the arrival direction of the radio wave, it is necessary to increase the range δf in which the practical frequency gradient can be obtained.

上記のとおり、クロススペクトルの帯域幅が広いほど、帯域部分が大きくなり、実用上周波数勾配を求めることのできる範囲は広くなる。従って、精度よく周波数勾配を求めるためには、クロススペクトルの帯域幅を大きくする必要がある。なお、クロススペクトルSの帯域幅は到来電波A、Bの帯域幅(到来電波Bは到来電波Aに対して、到来遅れ時間を含んでいるが、帯域幅は同じである。)と一致する。 As described above, the wider the cross spectrum bandwidth, the larger the band portion, and the wider the range in which the frequency gradient can be obtained in practice. Therefore, in order to obtain the frequency gradient with high accuracy, it is necessary to increase the bandwidth of the cross spectrum. Note that the bandwidth of the cross spectrum SD matches the bandwidth of the incoming radio waves A and B (the incoming radio wave B includes the arrival delay time with respect to the incoming radio wave A, but the bandwidth is the same). .

上記のように、従来の方位探知装置では、到来電波の帯域幅が小さいと、クロススペクトルの帯域幅が小さくなり、クロススペクトルの位相成分の周波数勾配の誤差が大きくなるため、そこから計算される到来遅れ時間の精度が悪化し、最終的に式(1)で求められる到来方位の精度も悪化するという問題を抱えている。そこで本発明では後述の方法により、帯域幅を増やすことで、図16(b1)(b2)のように実用上の周波数勾配を求めることのできる範囲を広げ、位相成分の周波数勾配から高精度に電波の到来方位を求めることができるようにする。   As described above, in the conventional azimuth detecting device, when the bandwidth of the incoming radio wave is small, the bandwidth of the cross spectrum becomes small, and the error of the frequency gradient of the phase component of the cross spectrum becomes large. There is a problem that the accuracy of the arrival delay time is deteriorated and the accuracy of the arrival direction finally obtained by the equation (1) is also deteriorated. Therefore, in the present invention, by increasing the bandwidth by the method described later, the range in which a practical frequency gradient can be obtained as shown in FIGS. 16 (b1) and (b2) is expanded, and the phase component frequency gradient is highly accurately determined. To be able to find the arrival direction of radio waves.

信号の帯域を増やす(周波数分散させる)方法として、マイクロスキャン受信機(特開2001−267971号公報)等で用いられる、いわゆるチャープ変調(周波数掃引)をかける方法や、矩形パスル信号を用いてチョッパで変調する(実開平6−49978号公報)方法が考えられるが、これらの方法は、受信信号とは独立で非同期の周期信号を変調信号として用いており、2つの受信アンテナを用いた時間差方探装置において効を奏するためには、変調に際して、2つのチャンネル間で、変調タイミングを到来時間差相当分だけずらせておく必要があった。このため、到来時間差を測定する場合にはこれらの方法が使えないという問題があった。また、変調タイミングを適宜ずらせつつ、捜索的に最良の変調タイミングを見出して信号の帯域を増やすという方法も、理論的には成り立つが、信号処理時間ないしは回路規模が極めて増大し、実装が困難になるという問題があった。   As a method of increasing the signal band (frequency dispersion), a method of applying so-called chirp modulation (frequency sweep) used in a microscan receiver (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-267971) or a chopper using a rectangular pulse signal Can be considered (Japanese Utility Model Laid-Open No. 6-49978). However, these methods use a periodic signal that is independent of the received signal and is asynchronous, and uses a time difference method using two receiving antennas. In order to be effective in the search device, it is necessary to shift the modulation timing by an amount corresponding to the arrival time difference between the two channels during modulation. For this reason, there is a problem that these methods cannot be used when measuring the arrival time difference. In addition, the method of finding the best modulation timing and increasing the signal bandwidth while shifting the modulation timing as appropriate is theoretically valid, but the signal processing time or circuit scale increases significantly, making implementation difficult. There was a problem of becoming.

また、図16(b2)からも明らかなように、位相は2nπ(nは整数)毎に同一の値をとる性質がある(つまり、位相アンビギュイティが発生する)ため、これにより方位アンビギュイティが発生する問題がある。従来の方位探知装置では、この問題を解決するために、受信アンテナ数(受信チャンネル数)をm組m+1個(mは自然数)にしているが、この場合、受信アンテナ数が増えるため、回路規模が増大するという新たな問題が生じてしまう。   Further, as is clear from FIG. 16 (b2), the phase has the property of taking the same value every 2nπ (n is an integer) (that is, phase ambiguity is generated). Problem occurs. In the conventional azimuth detection device, in order to solve this problem, the number of reception antennas (the number of reception channels) is m sets m + 1 (m is a natural number). A new problem arises that increases.

そこで、本発明では、受信信号だけを用いた自律的な周波数分散により信号の帯域を増やすことにより、測定対象であり値が未知の到来時間差自身を使用することなく、また適正な回路規模により、精度良くクロススペクトルの位相成分の周波数勾配(群遅延時間)を求める。また、本発明では、周波数分散によりスペクトルが連続して広がることから、位相アンビギュイティは連続する2点間において存在するとしても最大で2πになることを利用したクロススペクトルの位相成分の位相接続により、位相アンビギュイティを解消し、位相の不連続点で生じるスパイク上のピークを除いて周波数勾配の平均値を求める。   Therefore, in the present invention, by increasing the signal band by autonomous frequency dispersion using only the received signal, without using the arrival time difference itself whose value is unknown and with an appropriate circuit scale, The frequency gradient (group delay time) of the phase component of the cross spectrum is obtained with high accuracy. Further, in the present invention, the spectrum continuously spreads due to frequency dispersion, so that phase ambiguity is 2π at the maximum even if it exists between two consecutive points. Thus, the phase ambiguity is eliminated, and the average value of the frequency gradient is obtained by excluding the peak on the spike generated at the phase discontinuity point.

請求項1に係る方位探知装置は、所定距離離間して配置され到来電波を受信する第1及び第2の受信アンテナと、この第1及び第2の受信アンテナで受信された第1及び第2の受信信号の周波数帯域を各々周波数分散する周波数分散部と、この周波数分散部から出力される周波数分散された第1及び第2の受信信号のクロススペクトルを演算するクロススペクトル演算器と、前記クロススペクトルが示すコヒーレンスのレベルが高い周波数帯における位相の周波数に対する周波数勾配から第1及び第2の受信アンテナで受信された到来電波の時間差を検出する時間差検出器と、前記時間差及び前記所定距離に基づいて電波の到来方位を演算する方位演算器とを備えたことを特徴とするものである。   The azimuth detecting device according to claim 1 is provided with first and second receiving antennas arranged at a predetermined distance apart to receive incoming radio waves, and first and second receiving antennas received by the first and second receiving antennas. A frequency dispersion unit for frequency-dispersing each frequency band of the received signal, a cross-spectrum computing unit for computing a cross spectrum of the first and second received signals dispersed from the frequency dispersion unit, and the cross A time difference detector for detecting a time difference between incoming radio waves received by the first and second receiving antennas from a frequency gradient with respect to a phase frequency in a frequency band having a high coherence level indicated by the spectrum, and based on the time difference and the predetermined distance And an azimuth calculator that calculates the arrival azimuth of the radio wave.

また、請求項2に係る方位探知装置は、アナログ信号である第1及び第2の受信信号をデジタル信号に変換するA/D変換器を備え、このデジタル信号を用いて周波数分散部以降の処理が行われることを特徴とするものである。   The azimuth detecting apparatus according to claim 2 includes an A / D converter that converts the first and second received signals, which are analog signals, into digital signals, and processes after the frequency dispersion unit using the digital signals. Is performed.

また、請求項3に係る方位探知装置は、前記周波数分散部が、クリッピング回路またはリミッティング回路等より構成されていることを特徴とするものである。   The azimuth detecting apparatus according to claim 3 is characterized in that the frequency dispersion unit is constituted by a clipping circuit or a limiting circuit.

また、請求項4に係る方位探知装置は、前記時間差検出器が、前記クロススペクトルの周波数−位相特性において、隣接周波数間で位相が2π変動し位相の不連続点となる位相アンビギュイティを解消するために、前記不連続点の位相に2πを加算または減算することにより位相接続を図った後に、位相の周波数に対する周波数勾配から第1及び第2の受信アンテナで受信された到来電波の時間差を検出するようにしたことを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the azimuth detection device, the time difference detector eliminates phase ambiguity in which the phase varies by 2π between adjacent frequencies and becomes a phase discontinuity point in the frequency-phase characteristics of the cross spectrum. In order to achieve this, after phase connection is achieved by adding or subtracting 2π to the phase of the discontinuous point, the time difference between the incoming radio waves received by the first and second receiving antennas from the frequency gradient with respect to the phase frequency is calculated. It is characterized in that it is detected.

また、請求項5に係る方位探知装置は、前記時間差検出器が、前記クロススペクトルの周波数−位相特性において、クロススペクトルの位相の周波数微分により周波数勾配を算出し、所定の閾値を越える周波数勾配を除いた残りの周波数勾配を平均して算出される平均周波数勾配から第1及び第2の受信アンテナで受信された到来電波の時間差を検出するようにしたことを特徴とするものである。   In the azimuth detection apparatus according to claim 5, the time difference detector calculates a frequency gradient by frequency differentiation of the phase of the cross spectrum in the frequency-phase characteristic of the cross spectrum, and a frequency gradient exceeding a predetermined threshold value is calculated. A time difference between incoming radio waves received by the first and second receiving antennas is detected from an average frequency gradient calculated by averaging the remaining frequency gradients.

請求項1〜3に係る本発明の方位探知装置では、取得した到来電波を周波数分散することで帯域を広げ、その後の到来電波のクロススペクトルの帯域を広げ、高精度にクロススペクトルの位相成分の周波数勾配を求めることで、従来手法では実現していなかった、高精度の到来時間差の算出及び、高精度の到来方位の算出を実現している。   In the azimuth detecting device according to the first to third aspects of the present invention, the obtained incoming radio wave is frequency-dispersed to widen the band, and then the cross spectrum band of the incoming radio wave is widened to accurately detect the phase component of the cross spectrum. By obtaining the frequency gradient, the calculation of the arrival time difference with high accuracy and the calculation of the arrival direction with high accuracy, which have not been realized with the conventional method, are realized.

また、請求項4、5に係る本発明の方位探知装置では、微分等を活用することで、従来手法では実現しなかった、位相の2nπ(nは整数)の位相アンビギュイティの問題を解決している。   Further, in the azimuth detecting device according to the present invention according to claims 4 and 5, by utilizing differentiation or the like, the problem of phase ambiguity of phase 2nπ (where n is an integer) that has not been realized by the conventional method is solved. is doing.

実施の形態1.
本発明の実施の形態1による方位探知装置のブロック図を図1に示す。本発明は2系統の受信系ChAとChBとを有する。1は電波受信用の2つのアンテナからなる受信アンテナ、2は各アンテナに対応した2台の増幅器からなる高周波増幅器、3は受信電波を周波数分散する周波数分散部、4は周波数分散後のデータをA/D変換しデジタルデータを生成するA/D変換部、5は得られたデジタルデータから到来時間差を算出する時間差検出器、6は到来時間差から到来方位を算出する方位検出器である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a block diagram of an azimuth detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The present invention has two receiving systems ChA and ChB. 1 is a receiving antenna comprising two antennas for receiving radio waves, 2 is a high-frequency amplifier comprising two amplifiers corresponding to each antenna, 3 is a frequency dispersion unit for frequency-dispersing received radio waves, and 4 is data after frequency dispersion. An A / D conversion unit that performs A / D conversion to generate digital data, 5 is a time difference detector that calculates the arrival time difference from the obtained digital data, and 6 is a direction detector that calculates the arrival direction from the arrival time difference.

ここで、時間差検出器5は、得られたデジタルデータをフーリエ変換(周波数変換)するFFT部、フーリエ変換後のデータからクロススペクトルを求めるクロススペクトル部、クロススペクトルの位相成分から周波数勾配を求める勾配算出部及び算出した周波数勾配から到来時間差を算出する遅れ時間算出部からなる。A/D変換部4より前段の受信アンテナ1、高周波増幅器2、周波数分散部3で取り扱うデータはアナログデータである。A/D変換器4で、アナログデータをデジタルデータに変換する。よって、時間差検出器5以降に扱われるデータはデジタルデータとなる。   Here, the time difference detector 5 includes an FFT unit that performs Fourier transform (frequency conversion) on the obtained digital data, a cross spectrum unit that obtains a cross spectrum from the data after Fourier transform, and a gradient that obtains a frequency gradient from the phase component of the cross spectrum. It comprises a calculation unit and a delay time calculation unit that calculates the arrival time difference from the calculated frequency gradient. The data handled by the receiving antenna 1, the high frequency amplifier 2, and the frequency dispersion unit 3 before the A / D conversion unit 4 is analog data. The A / D converter 4 converts analog data into digital data. Therefore, data handled after the time difference detector 5 is digital data.

なお、上記のブロック図の説明では、時間差検出器5以降をデジタル処理しているが、図2のように、周波数分散部3とA/D変換部4とを入れ替え、周波数分散部3以降をデジタル処理する方法でも本発明は実施可能である。図2において、A/D変管部4の位置の違い以外は、図1と構成は同じである。   In the description of the above block diagram, the time difference detector 5 and the subsequent digital processing are performed. However, as shown in FIG. 2, the frequency dispersion unit 3 and the A / D conversion unit 4 are replaced, and the frequency dispersion unit 3 and the subsequent steps are replaced. The present invention can be implemented by a digital processing method. In FIG. 2, the configuration is the same as FIG. 1 except for the difference in the position of the A / D transformation portion 4.

本実施の形態1による方位探知装置の処理の流れを図3に示す。受信アンテナ及び高周波増幅器により取得した到来電波A、Bそれぞれについて、周波数分散部で周波数分散を実施する(ステップ1、2)。周波数分散後の信号は分散前と比較して、様々な周波数成分をもつため、帯域も分散前と比較して広くなる。到来電波A、Bの分散後の信号をそれぞれ、Adis(t)、Bdis(t)とする。 FIG. 3 shows a processing flow of the direction finding apparatus according to the first embodiment. For each of the incoming radio waves A and B acquired by the receiving antenna and the high frequency amplifier, frequency dispersion is performed by the frequency dispersion unit (steps 1 and 2). Since the signal after frequency dispersion has various frequency components compared to before dispersion, the band is also wider than before dispersion. The signals after the dispersion of the incoming radio waves A and B are A dis (t) and B dis (t), respectively.

周波数分散は、例えばマイクロスキャン変調器等で用いられるチャープ変調をかける方法、矩形パルス信号を用いてチョッパ変調をかける方法のように、受信信号とは別個の独立・非同期の変調信号を用いて変調をかけるのではなく、受信信号のみを用いた自律的な周波数分散により、信号の帯域を拡張する。周波数分散の具体的な方法としては、例えばアナログ回路では、アナログ信号に対してリミッタ(振幅制限器)を用いたクリッピングや、論理ゲートを用いたハードリミッティング等が挙げられる。   Frequency dispersion is modulated using an independent / asynchronous modulation signal that is separate from the received signal, such as the chirp modulation method used in microscan modulators, etc., and the chopper modulation method using a rectangular pulse signal. The signal band is expanded by autonomous frequency dispersion using only the received signal. As a specific method of frequency dispersion, for example, in an analog circuit, clipping using a limiter (amplitude limiter) for an analog signal, hard limiting using a logic gate, and the like can be given.

周波数分散後の信号Adis(t)、Bdis(t)はA/D変換部にて、デジタルデータに変換される(ステップ3)。変換後のデータをそれぞれ、A dis(t)、B dis(t)とする。デジタル変換後の信号A dis(t)、B dis(t)をFFT等により、周波数変換する(ステップ4)。周波数変換後の信号をFA dis(f)、FB dis(f)とする(fは周波数)。 The signals A dis (t) and B dis (t) after frequency dispersion are converted into digital data by the A / D converter (step 3). The converted data are denoted as A D dis (t) and B D dis (t), respectively. The signals A D dis (t) and B D dis (t) after digital conversion are frequency-converted by FFT or the like (step 4). The signal after frequency conversion FA D dis (f), and FB D dis (f) (f is frequency).

周波数変換後の信号FA dis(f)、FB dis(f)について、クロススペクトルS(f)を計算する(ステップ5)。計算されたクロススペクトルは、周波数分散することで帯域を広げた信号に対して計算されたものであるので、周波数分散をせずに計算したクロススペクトル(このクロススペクトルをS (f)とする。)よりも帯域が広くなっている。このため、局所的な位相誤差変動の影響を受けることなく、高精度に位相成分の周波数勾配を求めることができ、高精度の到来方位が得られる。なお、周波数分散しても群遅延は変化しないため、クロススペクトルの周波数勾配については、周波数分散を行わない場合のクロススペクトルS (f)の周波数勾配も周波数分散を行った場合のクロススペクトルS(f)の周波数勾配も同じである。 Signal after frequency conversion FA D dis (f), the FB D dis (f), calculates the cross-spectrum S D (f) (Step 5). Since the calculated cross spectrum is calculated with respect to a signal whose bandwidth is expanded by frequency dispersion, the cross spectrum calculated without frequency dispersion (this cross spectrum is expressed as S 0 D (f) and The bandwidth is wider than For this reason, the frequency gradient of the phase component can be determined with high accuracy without being affected by local phase error fluctuations, and a highly accurate arrival direction can be obtained. In addition, since the group delay does not change even if the frequency dispersion is performed, the cross spectrum when the frequency gradient of the cross spectrum S 0 D (f) when the frequency dispersion is not performed is also used for the frequency gradient of the cross spectrum. The frequency gradient of S D (f) is the same.

クロススペクトルの位相成分の周波数勾配は以下の方法により求める(ステップ6)。第1の方法は、周波数分散によりスペクトルが連続して広がることから位相アンビギュイティが最大で2πになることを利用したクロススペクトルの位相成分の位相接続により、位相アンビギュイティを解消してクロススペクトルの位相成分の周波数勾配(群遅延時間)を求める方法である。図4に示すように、具体的には、隣接する2点の位相成分φ(i)、φ(i+1)について、その位相差△φ(i)を計算し、その大きさの変化により、φ(i+1)に±πの補正を加えることで、位相アンビギュイティを解決する。 The frequency gradient of the phase component of the cross spectrum is obtained by the following method (step 6). The first method eliminates the phase ambiguity by cross-phase phase connection using the fact that the phase ambiguity is 2π at the maximum because the spectrum continuously spreads due to frequency dispersion. In this method, the frequency gradient (group delay time) of the phase component of the spectrum is obtained. As shown in FIG. 4, specifically, the phase difference Δφ D (i) is calculated for the phase components φ D (i) and φ D (i + 1) at two adjacent points, and the change in the magnitude thereof is calculated. Thus, the phase ambiguity is solved by adding ± π correction to φ D (i + 1).

第2の方法は、クロススペクトルの位相成分を周波数微分して位相成分の周波数勾配(群遅延時間)を求める方法である。微分により傾きを求めているため、位相のアンビギュイティの影響を受けることなく、位相の周波数勾配を求めることができる。ただし、単純に微分を実施した場合、位相の不連続点でスパイク状のピークが生じてしまったり、帯域以外の精度良く位相成分の周波数勾配を求めることのできない範囲を含むことになったりする。   The second method is a method of obtaining the frequency gradient (group delay time) of the phase component by differentiating the frequency of the phase component of the cross spectrum. Since the slope is obtained by differentiation, the phase frequency gradient can be obtained without being influenced by the phase ambiguity. However, when differentiation is simply performed, a spike-like peak occurs at a phase discontinuity point, or a range where the frequency gradient of the phase component other than the band cannot be obtained with high accuracy is included.

位相の不連続点でのピークについては第1の方法で除去可能である。また、他の不要範囲の除去方法としては、本発明では、ある閾値を設定し、その閾値以上、以下のデータを排除することで、スパイク状のピークを除いて周波数勾配の平均値を求めるようにする方法もある。なお、周波数勾配の算出は上記2つの方法を単独または組み合わせて実施する(第1の方法を実施した後、第2の方法を実施する)。時間差検出器にて、求めた位相成分の周波数勾配Gφより、到来時間差τを計算(ステップ7)した後、方位検出器にて、到来方位θを算出する(ステップ8)。以下、実施例により本発明の要部である周波数分散部の具体的な内容を説明する。 The peak at the phase discontinuity can be removed by the first method. As another method for removing the unnecessary range, in the present invention, a certain threshold value is set, and the data below the threshold value is excluded to obtain the average value of the frequency gradient excluding spike-like peaks. There is also a way to make it. The frequency gradient is calculated by performing the above two methods alone or in combination (after performing the first method, the second method is performed). The arrival time difference τ is calculated from the frequency gradient of the obtained phase component by the time difference detector (step 7), and then the arrival direction θ is calculated by the direction detector (step 8). Hereinafter, specific examples of the frequency dispersion unit, which is a main part of the present invention, will be described with reference to examples.

実施例1.
第1の実施例は、周波数分散部としてリミッタ(振幅制限器)を設け、リミッタにクリップ回路を採用し、クリッピングすることで周波数分散を実施する方法である。図5は、本実施例1における方位探知装置の構成ブロック図である。基本構成は図1と同様である。本装置は受信アンテナ、高周波増幅器、周波数分散部(クリップ回路)、A/D変換器および、時間差検出(FFT、クロススペクトル算出、勾配算出、遅れ時間算出)と方位検出を実行するための計算機からなる。
Example 1.
The first embodiment is a method of implementing frequency dispersion by providing a limiter (amplitude limiter) as a frequency dispersion unit, adopting a clip circuit for the limiter, and clipping. FIG. 5 is a configuration block diagram of the azimuth detecting device according to the first embodiment. The basic configuration is the same as in FIG. This device includes a receiving antenna, a high frequency amplifier, a frequency dispersion unit (clip circuit), an A / D converter, and a computer for performing time difference detection (FFT, cross spectrum calculation, gradient calculation, delay time calculation) and direction detection. Become.

受信アンテナは空間に放出された電波の電磁波を高周波電流に変換する機器で、この目的を果たすことができるものであれば、その形状・構成はどのようなものでも良い。ただし、電波の周波数、偏波により必要とされるアンテナ形状・大きさ等は異なる。高周波増幅器は、入力された信号を選択および増幅する低雑音増幅器で、この目的を果たすことができるのであれば、その形状、構成はどのようなものでよい。クリップ回路は図6のように、取得した高周波電流のうち、ある一定振幅以上を切り取る回路であり、例えばダイオード等により構成される。   The receiving antenna is a device that converts electromagnetic waves of radio waves emitted into the space into a high-frequency current, and may have any shape and configuration as long as it can fulfill this purpose. However, the required antenna shape and size differ depending on the frequency and polarization of radio waves. The high-frequency amplifier is a low-noise amplifier that selects and amplifies an input signal, and may have any shape and configuration as long as it can achieve this purpose. As shown in FIG. 6, the clip circuit is a circuit that cuts out a certain amplitude or more from the acquired high-frequency current, and is configured by a diode or the like, for example.

A/D変換装置は、クリップ回路で切り取った高周波電流(アナログ信号)を後段の計算機で解析ができるようにデジタル信号に変換するための装置で、この目的を果たすことができるのであれば、その構成はどのようなものでも良い。計算機は、変換されたデジタル信号を用いて、フーリエ変換(FFT)の計算、クロススペクトルの算出、周波数勾配の算出、到来時間差の算出および、到来方位の算出を実施し、最終的に目標電波源から到来する電波の到来方位を出力する。   An A / D converter is a device for converting a high-frequency current (analog signal) cut out by a clipping circuit into a digital signal so that it can be analyzed by a computer at a later stage. Any configuration is acceptable. The computer uses the converted digital signal to perform Fourier transform (FFT) calculation, cross spectrum calculation, frequency gradient calculation, arrival time difference calculation and arrival azimuth calculation, and finally the target radio wave source Output the direction of arrival of radio waves coming from.

次に動作について説明する。基本的な動作は図3での説明と同様である。受信アンテナにより、空間に放出された到来電波の電磁波を高周波電流に変換し、その高周波電流を受信機により受信する。時間に関する関数であることを明確にするため、受信後の到来電波A、Bをそれぞれ、A(t)、B(t)とする(tは時間)。A(t)、B(t)は式(2)、(3)のように表現できる。
A(t)=AM(t)・sin{2πft+φsys} ・・・(2)
B(t)=AM(t)・sin{2πf(t+τ)+φsys}・・・(3)
ただし、AM(t)は振幅、fはキャリア周波数、φsysはシステム固有の位相である。
Next, the operation will be described. The basic operation is the same as described with reference to FIG. The receiving antenna converts the electromagnetic wave of the incoming radio wave emitted into the space into a high frequency current, and the high frequency current is received by the receiver. In order to clarify that the function is related to time, the received radio waves A and B after reception are respectively A (t) and B (t) (t is time). A (t) and B (t) can be expressed as equations (2) and (3).
A (t) = AM (t) · sin {2πf c t + φ sys } (2)
B (t) = AM (t ) · sin {2πf c (t + τ) + φ sys} ··· (3)
However, AM (t) is an amplitude, f c is a carrier frequency, and φ sys is a phase unique to the system.

受信後の到来電波A(t)、B(t)それぞれについて、クリップ回路を用いて、周波数分散の一手法であるクリッピングを実施する。クリップ回路前後の信号波形は図6の通りである。クリップ回路によりクリッピングすることで、元々正弦波だった受信後の到来電波A(t)、B(t)が矩形波に近づき、周波数が分散される。図6に対応した周波数分散の一例を図7に示す。図7から明らかなように、クリッピングの前には単一周波数だった波形が、クリッピングにより複数の周波数成分を持つ波形になっている(=周波数分散された波形になっている)。   For each of the incoming radio waves A (t) and B (t) after reception, clipping, which is a method of frequency dispersion, is performed using a clipping circuit. Signal waveforms before and after the clip circuit are as shown in FIG. By clipping by the clipping circuit, the incoming radio waves A (t) and B (t) after reception, which were originally sine waves, approach a rectangular wave, and the frequency is dispersed. An example of frequency dispersion corresponding to FIG. 6 is shown in FIG. As is clear from FIG. 7, a waveform having a single frequency before clipping becomes a waveform having a plurality of frequency components due to clipping (= a waveform in which frequency is dispersed).

クリッピング後の信号は分散前と比較して、様々な周波数をもつため、帯域も分散前と比較して広くなる。到来電波A、Bの分散後の信号をそれぞれ、Adis(t)、Bdis(t)とすると、式(4)、(5)のように表現される。

Figure 2009287942
(t)=AM(t)・sin{2π(f+f)t}・・・(6)
(t)=AM(t)・sin{2π(f+f)t
+2π(f+f)τ}・・・(7)
ただし、k=−L、・・・、−1、0、1、・・・、N、AM(t)は各分散周波数成分の振幅、fは分散周波数である。また、f=0である。 Since the signal after clipping has various frequencies compared to before the dispersion, the band is also wider than before the dispersion. Assuming that the signals after the dispersion of the incoming radio waves A and B are A dis (t) and B dis (t), they are expressed as equations (4) and (5).

Figure 2009287942
A k (t) = AM k (t) · sin {2π (f c + f k ) t} (6)
B k (t) = AM k (t) · sin {2π (f c + f k ) t
+ 2π (f c + f k ) τ} (7)
Here, k = −L,..., −1, 0, 1,..., N, AM k (t) is the amplitude of each dispersion frequency component, and f k is the dispersion frequency. Further, f 0 = 0.

クリッピング後の信号Adis(t)、Bdis(t)はA/D変換器にてデジタルデータに変換される。変換後のデータをそれぞれ、A dis(t)、B dis(t)とする。なお、本説明ではクリッピング後に信号をデジタルデータに変換したが、クリッピング前に信号をデジタルデータに変換し、変換後のデジタルデータをクリッピングしても良い。 The signals A dis (t) and B dis (t) after clipping are converted into digital data by an A / D converter. The converted data are denoted as A D dis (t) and B D dis (t), respectively. In this description, the signal is converted into digital data after clipping. However, the signal may be converted into digital data before clipping, and the converted digital data may be clipped.

デジタル変換後の信号A dis(t)、B dis(t)をFFT等により、周波数変換する。FFT等の周波数変換は計算機により実施する。周波数変換後の信号をFA dis(f)、FB dis(f)とする(fは周波数)。周波数変換後の信号FA dis(f)、FB dis(f)について、式(8)のようにクロススペクトルS(f)を計算する。
(f)=FA dis(f)・FB dis(f)・・・(8)
ただし、*は共役記号である。
The signals A D dis (t) and B D dis (t) after digital conversion are frequency-converted by FFT or the like. Frequency conversion such as FFT is performed by a computer. The signal after frequency conversion FA D dis (f), and FB D dis (f) (f is frequency). Signal after frequency conversion FA D dis (f), the FB D dis (f), calculates the cross-spectrum S D (f) as in equation (8).
S D (f) = FA D dis (f) · FB D dis (f) * (8)
Where * is a conjugate symbol.

式(8)により計算されたクロススペクトルは、クリッピングにより周波数分散することで帯域を広げた信号に対して計算されたものであるので、クリッピングせずに計算したクロススペクトル(このクロススペクトルをS (f)とする。)よりも帯域が広くなっている。このため、前述のとおり、局所的な位相誤差変動の影響を受けることなく、高精度に周波数勾配を求めることができ、高精度の到来方位が得られる。 Since the cross spectrum calculated by the equation (8) is calculated for a signal whose band is expanded by frequency dispersion by clipping, the cross spectrum calculated without clipping (this cross spectrum is expressed as S 0. The band is wider than D (f). For this reason, as described above, the frequency gradient can be obtained with high accuracy without being influenced by local phase error fluctuations, and a highly accurate arrival direction can be obtained.

求めたクロススペクトルS(f)より、位相成分φ(f)を抽出する。S(f)は複素数であり、その実数部分をReal(S(f))、虚数部分をImage(S
(f))とすると、S(f)の振幅成分Amp(f)と位相成分φ(f)は式(9
)、(10)のように表現される。




Figure 2009287942
なお、周波数分散しても群遅延は変化しないため、クロススペクトルの位相成分の周波数勾配はS (f)もS(f)も同じである。また、クロススペクトルの計算は計算機により実施する。 A phase component φ D (f) is extracted from the obtained cross spectrum S D (f). S D (f) is a complex number, and its real part is Real (S D (f)), and its imaginary part is Image (S D
(F)), the amplitude component Amp D (f) and the phase component φ D (f) of S D (f)
) And (10).




Figure 2009287942
Since the group delay does not change even if the frequency is dispersed, the frequency gradient of the phase component of the cross spectrum is the same for both S 0 D (f) and S D (f). The calculation of the cross spectrum is performed by a computer.

図8に示すように、上記式(10)により求めたクロススペクトルの位相成分φ(f)を用いて、位相成分φ(f)の周波数勾配Gφを求める。また、求めた位相成分の周波数勾配Gφについて、計算機内の遅れ時間及び方位算出部にて、到来時間差τおよび、到来方位θを算出する。位相成分の周波数勾配Gφと到来時間差τには式(11)の関係が成り立つ。
φ=2πτ・・・(11)
よって、式(11)より到来時間差を求めれば、式(1)により、到来方位を求めることが出来る。
As shown in FIG. 8, the frequency gradient G φ of the phase component φ D (f) is obtained using the phase component φ D (f) of the cross spectrum obtained by the above equation (10). Further, for the obtained frequency gradient of the phase component, the arrival time difference τ and the arrival direction θ are calculated by the delay time and direction calculation unit in the computer. The relationship of equation (11) is established between the frequency gradient G φ of the phase component and the arrival time difference τ.
G φ = 2πτ (11)
Therefore, if the arrival time difference is obtained from equation (11), the arrival direction can be obtained from equation (1).

実施例2.
実施例1では周波数分散部としてクリップ回路を用い、クリッピングにより周波数分散を実現していた。本実施例では、周波数分散部としてクリップ回路の代わりにハードリミッタ回路部を設け、ハードリミットすることで、周波数分散を実現する。
Example 2
In the first embodiment, a clip circuit is used as the frequency dispersion unit, and frequency dispersion is realized by clipping. In the present embodiment, a hard limiter circuit unit is provided instead of the clip circuit as the frequency dispersion unit, and the frequency dispersion is realized by performing a hard limit.

ハードリミッタ回路部前後の信号波形は図9の通りである。ハードリミッタ回路部により、ハードリミットすることで、ある閾値以上の受信信号の振幅(閾値は装置に入るノイズ等を考慮して決定する。)は一定値たとえば1に、ある閾値未満の到来電波の成分は0に変換される。元々正弦波だった到来電波の成分が図9のように矩形波に近づくことで、周波数分散される。   The signal waveforms before and after the hard limiter circuit are as shown in FIG. The hard limiter unit hard limits the amplitude of the received signal above a certain threshold (the threshold is determined in consideration of noise entering the device, etc.) to a constant value, for example, 1, and the incoming radio wave below a certain threshold. The component is converted to zero. The incoming radio wave component, which was originally a sine wave, approaches the rectangular wave as shown in FIG.

到来電波のハードリミットの一例及び、ハードリミット前後の周波数成分の分布を図10に示す。図10からも明らかなように、ハードリミットの前には単一周波数だったものが、ハードリミットにより複数の周波数成分を持つようになっている(=周波数分散された形になっている)。   An example of the hard limit of the incoming radio wave and the distribution of frequency components before and after the hard limit are shown in FIG. As is apparent from FIG. 10, what was a single frequency before the hard limit has a plurality of frequency components due to the hard limit (= frequency-distributed form).

ハードリミッタ回路部の実装方法の例として、次の2つの方法が考えられる。第1の方法は図11のように、ハードリミッタ回路部をA/D変換装置の後、計算機内に設け、計算によりハードリミットを実現する方法である。第2の方法は図12のように、動作速度がマイクロ波帯クラスの論理ゲート(CMOSゲート等の1bitのA/D変換装置)をアナログデバイスとして用いることによりハードリミットを実現する方法で、この方法を用いるとハードリミッタ部とA/D変換部を1つの回路にまとめられるため、小型軽量化が図れる。また、一般的なA/D変換装置と比較して、1bitのA/D変換装置は多bitの変換装置に比べてより高速のものを利用できるため、容易にオーバーサンプリングが可能であり、多くのデータをデジタル変換することができるため、後段の処理をより高精度に実施することができる。   The following two methods can be considered as examples of the mounting method of the hard limiter circuit unit. As shown in FIG. 11, the first method is a method in which a hard limiter circuit unit is provided in the computer after the A / D converter and a hard limit is realized by calculation. As shown in FIG. 12, the second method is a method of realizing a hard limit by using a logic gate (1-bit A / D converter such as a CMOS gate) whose operation speed is a microwave band class as an analog device. When the method is used, the hard limiter unit and the A / D conversion unit can be combined into one circuit, and thus the size and weight can be reduced. In addition, compared with a general A / D converter, a 1-bit A / D converter can use a higher-speed one than a multi-bit converter, so that oversampling can be easily performed. Therefore, the subsequent processing can be performed with higher accuracy.

実施例3.
本実施例3では、実施例1および実施例2の位相成分の位相アンビギュイティを解消する位相接続の方法についてより詳細に述べる。隣接する2点の位相成分φ(i)、φ(i+1)について、その位相差△φ(i)を計算し、その大きさにより、式(12)のようにφ(i+1)に補正を加えることで、位相アンビギュイティを解決し、位相の周波数勾配を求める。一例を図4に示す。
△φ(i)=φ(i+1)−φ(i)
If △φ(i)> π Then φ(i+1)=φ(i+1)−2π
If △φ(i)<−π Then φ(i+1)=φ(i+1)+2π
Otherwise φ(i+1)=φ(i+1)・・・(12)
Example 3 FIG.
In the third embodiment, a phase connection method for eliminating the phase ambiguity of the phase components of the first and second embodiments will be described in more detail. Phase component of the two adjacent points phi D (i), for φ D (i + 1), calculates the phase difference △ φ D (i), by its size, expressions like (12) φ D (i + 1) Is corrected to solve the phase ambiguity and obtain the frequency gradient of the phase. An example is shown in FIG.
Δφ D (i) = φ D (i + 1) −φ D (i)
If Δφ D (i)> π Then φ D (i + 1) = φ D (i + 1) -2π
If Δφ D (i) <− π Then φ D (i + 1) = φ D (i + 1) + 2π
Otherwise φ D (i + 1) = φ D (i + 1) (12)

実施例4.
本実施例4では、実施例1および実施例2の位相成分の周波数勾配の算出方法についてより詳細に述べる。なお、本説明では実施例3の後、実施例4を実施する方法について述べるが、実施例4のみを単独で実施しても良い。実施例4の流れを図13に示す。
Example 4
In the fourth embodiment, the method for calculating the frequency gradient of the phase component of the first and second embodiments will be described in more detail. In addition, although this description describes the method of implementing Example 4 after Example 3, only Example 4 may be implemented independently. The flow of Example 4 is shown in FIG.

まず実施例3の方法により、位相接続を実施し、下記式(13)に示すように、隣接NP1個の点の平均を取り、平均化(平滑化)を実施する。平均化後の位相成分をφ newとする。

Figure 2009287942
平均化は微小なノイズを除去するために実施する。 First, phase connection is performed by the method of the third embodiment, and as shown in the following formula (13), an average of adjacent NP1 points is taken and averaged (smoothed) is performed. Phase component after averaging and phi D new new.
Figure 2009287942
Averaging is performed to remove minute noise.

つぎに下記式(14)に示すように、φ new(f)を周波数について微分し、位相の周波数勾配Gφを求める。

Figure 2009287942
微分により、図8のように周波数勾配は一定値になると考えられるため、容易に周波数勾配を求めることができる。しかしながら、単純に微分を実施した場合、位相の不連続点でスパイク状のピークが生じてしまったり、帯域以外の精度良く位相成分の周波数勾配を求めることのできない範囲を含むことになったりする。位相の不連続点でのピークについては、実施例3の方法により解決可能である。不要範囲の除去については以下の方法により解決する。 Next, as shown in the following formula (14), φ D new (f) is differentiated with respect to the frequency to obtain a phase frequency gradient G φ .
Figure 2009287942
Since the frequency gradient is considered to be a constant value as shown in FIG. 8 by differentiation, the frequency gradient can be easily obtained. However, when differentiation is simply performed, a spike-like peak occurs at a phase discontinuity point, or a range where the frequency gradient of the phase component other than the band cannot be obtained with high accuracy is included. The peak at the phase discontinuity can be solved by the method of the third embodiment. The removal of the unnecessary range is solved by the following method.

まず、クロススペクトルの振幅成分が最大となる周波 数を含む帯域(山)において、振幅成分の、例えば最大値−3dBとなる周波数の幅(3dBダウン幅)を求め、この周波数の幅内に入っている位相成分の周波数勾配の平均値GφMAVを求める。次に位相成分の中から、位相成分の周波数勾配の値がGφMAV×kMAV以下かつ、−GφMAV×kMAV以上のデータを抽出し、そのデータの平均値を求める(kMAVは任意の値)。求めた平均値が位相成分の勾配Gφとなる。振幅成分が最大の点周辺の周波数勾配は、相対的に精度が良いと考えられるため、この方法により不要範囲を除去できる。 First, in the band (crest) including the frequency at which the amplitude component of the cross spectrum is maximum, the amplitude width of the amplitude component, for example, the maximum value of −3 dB (3 dB down width) is obtained, and the frequency component falls within this frequency width. An average value GφMAV of the frequency gradient of the phase component is obtained . Next, data whose phase component frequency gradient value is G φMAV × k MAV or less and −G φMAV × k MAV or more is extracted from the phase component, and the average value of the data is obtained (k MAV is an arbitrary value). The obtained average value is the gradient Gφ of the phase component. Since the frequency gradient around the point having the maximum amplitude component is considered to be relatively accurate, the unnecessary range can be removed by this method.

本発明の実施の形態1における方位探知装置の構成ブロック図である。1 is a configuration block diagram of an azimuth detection device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における他の方位探知装置の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of another azimuth detecting device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における方位探知装置の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of the direction finding apparatus in Embodiment 1 of this invention. 位相のアンビギュイティの解決方法についての説明図である。It is explanatory drawing about the solution method of phase ambiguity. 本発明の実施例1における構成ブロック図である。1 is a configuration block diagram in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1におけるクリップ回路の動作についての説明図である。It is explanatory drawing about operation | movement of the clip circuit in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1におけるクリッピングによる周波数の変化についての説明図である。It is explanatory drawing about the change of the frequency by clipping in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における微分を用いたクロススペクトルの位相成分の周波数勾配の求め方についての説明図である。It is explanatory drawing about the calculation method of the frequency gradient of the phase component of a cross spectrum using the differentiation in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2におけるハードリミットの動作についての説明図である。It is explanatory drawing about the operation | movement of the hard limit in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2におけるハードリミットによる周波数の変化についての説明図である。It is explanatory drawing about the change of the frequency by the hard limit in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2におけるハードリミッタ回路部を含む方位探知装置の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of an azimuth detection device including a hard limiter circuit unit in Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施例2におけるハードリミッタ回路部を含む他の方位探知装置の構成ブロックである。It is a block diagram of another azimuth detecting device including a hard limiter circuit unit in Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施例4における微分及びスパイク状のピーク除去により位相成分の周波数勾配を求める方法についての説明図である。It is explanatory drawing about the method of calculating | requiring the frequency gradient of a phase component by the differentiation and the spike-shaped peak removal in Example 4 of this invention. 従来の方位探知装置の構成ブロック図である。It is a block diagram of a conventional azimuth detecting device. 従来の方位探知装置の動作原理についての説明図である。It is explanatory drawing about the principle of operation of the conventional direction finding device. クロススペクトルの振幅成分と位相成分についての説明図である。It is explanatory drawing about the amplitude component and phase component of a cross spectrum.

符号の説明Explanation of symbols

1 受信アンテナ、 2 高周波増幅器、 3 周波数分散部、 4 A/D変換器、 5 時間差検出器、 6 方位検出器、 9 方位算出回路、 12 検波増幅器、 15 パルス立上り検出回路、17 タイムカウンタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reception antenna, 2 High frequency amplifier, 3 Frequency dispersion | distribution part, 4 A / D converter, 5 Time difference detector, 6 Direction detector, 9 Direction calculation circuit, 12 Detection amplifier, 15 Pulse rise detection circuit, 17 Time counter

Claims (5)

所定距離離間して配置され到来電波を受信する第1及び第2の受信アンテナと、この第1及び第2の受信アンテナで受信された第1及び第2の受信信号の周波数帯域を各々周波数分散する周波数分散部と、この周波数分散部から出力される周波数分散された第1及び第2の受信信号のクロススペクトルを演算するクロススペクトル演算器と、前記クロススペクトルが示すコヒーレンスのレベルが高い周波数帯における位相の周波数に対する周波数勾配から第1及び第2の受信アンテナで受信された到来電波の時間差を検出する時間差検出器と、前記時間差及び前記所定距離に基づいて電波の到来方位を演算する方位演算器とを備えたことを特徴とする方位探知装置。 The first and second receiving antennas that are arranged at a predetermined distance and receive incoming radio waves, and the frequency bands of the first and second received signals received by the first and second receiving antennas are respectively frequency-dispersed. A frequency disperser that performs a cross spectrum operation on the cross spectrum of the first and second frequency-dispersed received signals output from the frequency disperser, and a frequency band in which the level of coherence indicated by the cross spectrum is high. A time difference detector for detecting the time difference between the incoming radio waves received by the first and second receiving antennas from the frequency gradient with respect to the phase frequency in, and an azimuth calculation for calculating the arrival direction of the radio waves based on the time difference and the predetermined distance A direction finding device characterized by comprising a device. アナログ信号である第1及び第2の受信信号をデジタル信号に変換するA/D変換器を備え、このデジタル信号を用いて周波数分散部以降の処理が行われることを特徴とする請求項1に記載の方位探知装置。 2. An A / D converter for converting the first and second received signals, which are analog signals, into digital signals, and processing after the frequency dispersion unit is performed using the digital signals. The azimuth detecting device described. 前記周波数分散部は、クリッピング回路またはリミッティング回路より構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の方位探知装置。 The azimuth detection apparatus according to claim 1, wherein the frequency dispersion unit includes a clipping circuit or a limiting circuit. 前記時間差検出器は、前記クロススペクトルの周波数−位相特性において、隣接周波数間で位相が2π変動し位相の不連続点となる位相アンビギュイティを解消するために、前記不連続点の位相に2πを加算または減算することにより位相接続を図った後に、位相の周波数に対する周波数勾配から第1及び第2の受信アンテナで受信された到来電波の時間差を検出するようにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の方位探知装置。 In the frequency-phase characteristic of the cross spectrum, the time difference detector has 2π in the phase of the discontinuous point in order to eliminate the phase ambiguity that causes the phase to fluctuate by 2π between adjacent frequencies. A time difference between incoming radio waves received by the first and second receiving antennas is detected from a frequency gradient with respect to a phase frequency after phase connection is achieved by adding or subtracting. The orientation detection apparatus according to 1 or 2. 前記時間差検出器は、前記クロススペクトルの周波数−位相特性において、クロススペクトルの位相の周波数微分より周波数勾配を算出し、所定の閾値を越える周波数勾配を除いた残りの周波数勾配を平均して算出される平均周波数勾配から第1及び第2の受信アンテナで受信された到来電波の時間差を検出するようにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の方位探知装置。 The time difference detector calculates a frequency gradient from the frequency derivative of the phase of the cross spectrum in the frequency-phase characteristic of the cross spectrum, and calculates the average of the remaining frequency gradients excluding the frequency gradient exceeding a predetermined threshold. The azimuth detecting device according to claim 1 or 2, wherein a time difference between incoming radio waves received by the first and second receiving antennas is detected from an average frequency gradient.
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