JP2009300161A - Radio detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、艦船等の移動体に搭載され、RF信号電波の到来方位を探知する方位探知装置に関するものである。 The present invention relates to an azimuth detection device that is mounted on a mobile body such as a ship and detects the azimuth of an RF signal radio wave.
従来の電波探知装置については、例えば特許文献1、2に記載されている。特許文献1に示す従来例では、全方位の覆域を4分割したアンテナアレーから、まず1組を選択した後、順次1組ずつ切替え選択し、到来電波を捕らえて概略到来方向を推定する『粗方探』を行なっていた。
For example,
特許文献2に示す従来例では、全方位の覆域を探知するため複数のアンテナ素子を円周上に配列して円形アンテナを形成し、複数のアンテナ素子各々に対応して接続された受信機を備え、アンテナ素子で受信した電波を捕らえ、和パターンと差パターンの組をボアサイト方向を変化させて複数組形成することにより、到来電波入射角度の誤算出の確率を小さくする方探を行っていた。
In the conventional example shown in
従来の電波探知装置は、次のような課題があった。特許文献1に示す従来例では、1組づつ順番に切り替えて到来電波を受信するため、全方位(4組)を探知するには時間がかかってしまうという課題があった。更に、対抗する到来電波がそのパルス毎に受信レベルを大きく変えてきた場合等には、4回に分割受信している間に受信レベルが変化してしまうため、方探出来なくなる。すなわち、全方位を同時に探知しないと誤方探する可能性が高いという課題があった。
Conventional radio wave detectors have the following problems. In the conventional example shown in
また、特許文献2に示す従来例では、各アンテナ素子1個に対応して接続する受信機がアンテナ素子数だけ必要となり、受信機数及び受信機までのRFケーブル数が多くなり、規模が大きくなるという課題もあった。特に艦船に搭載される電波探知装置のアンテナは、マスト上部に設置される場合が多いため多数のケーブル敷設は困難であり、省スペースが必要不可欠である。
Further, in the conventional example shown in
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、全方位を同時に方探できると共に、省スペース、小型化され、BIT(Built In Test:自己診断)機能も付加した電波探知装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can detect all directions at the same time, is space-saving, downsized, and has a BIT (Built In Test) function. The purpose is to provide.
第1の発明による電波探知装置は、全周を複数の小覆域に分割した各小覆域毎にアンテナ素子をアレー状に配置してなる複数組のアレーアンテナと、少なくとも前記アレーアンテナの組数と同数以上で構成され前記アンテナ素子で受信された信号を切替え接続する複数のスイッチと、前記スイッチに対応して接続され前記アンテナ素子で受信された信号の振幅・周波数及び位相を測定する複数の受信機と、前記スイッチを切替え前記受信機に接続され各アレーアンテナの組毎に選択されたアンテナ素子により受信された信号の振幅から信号の到来する方向に最も面したアレーアンテナの組を特定する粗方探機能と前記特定に対応して前記スイッチを切替え特定された組のアレーアンテナのアンテナ素子で受信された信号の周波数及び位相差から到来方位を算出する精方探機能とを有する方探処理器とを備えたことを特徴とするものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a radio wave detection apparatus including a plurality of array antennas each having an antenna element arranged in an array for each small cover area obtained by dividing the entire circumference into a plurality of small cover areas, and at least a set of the array antennas. A plurality of switches configured to switch and connect signals received by the antenna elements, and a plurality of switches for measuring the amplitude, frequency, and phase of signals received by the antenna elements connected to the switches. The set of array antennas that face the signal arrival direction is determined from the amplitude of the signal received by the antenna element selected for each set of array antennas connected to the receiver by switching the switch. The rough search function and the switch corresponding to the identification, the frequency and phase difference of the signal received by the antenna elements of the specified array antenna It is characterized in that a person probe processor and a fine side probe function calculates the arrival direction.
また、第2の発明による電波探知装置は、前記アレーアンテナにアレー状に配置されるアンテナ素子の数が、前記アレーアンテナの組数よりも少ないことを特徴とするものである。 The radio wave detector according to the second invention is characterized in that the number of antenna elements arranged in an array on the array antenna is smaller than the number of sets of array antennas.
また、第3の発明による電波探知装置は、4組のアレーアンテナは正方形状の各辺に形成され、各組のアレーアンテナは前記正方形状の頂点に配置される2つの共通のアンテナ素子と辺に配置される個別のアンテナ素子で構成されることを特徴とするものである。 In the radio wave detector according to the third aspect of the invention, four sets of array antennas are formed on each side of a square shape, and each set of array antennas has two common antenna elements and sides arranged at the apexes of the square shape. It is comprised by the separate antenna element arrange | positioned in this.
また、第4の発明による電波探知装置は、既知の発信位置にある電波発信源から発信された到来電波に対し各アレーアンテナの異なるアンテナ素子を使用した複数セットの粗方探を行い、この粗方探により特定された信号到来方向に最も面したアレーアンテナの組と前記電波発信源の既知の発信位置とを比較することにより、故障しているアンテナ素子を特定する機能を備えたことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a radio wave detection apparatus that performs a plurality of sets of coarse searches using different antenna elements of each array antenna for incoming radio waves transmitted from a radio wave transmission source at a known transmission position. It is provided with a function of identifying a failed antenna element by comparing a set of array antennas most facing in the signal arrival direction specified by the method and a known transmission position of the radio wave transmission source. It is what.
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものである。第1の発明によれば、全方位を同時に受信し電波の概略到来方向を推定する『粗方探』を行い、その方向に最も面したアレーアンテナのアンテナ素子を用いて、詳細に電波の到来方位を測定する『精方探』を行うことにより、従来より誤方探の確率が減少し、方探性能を向上できると共に、受信機及びRFケーブル数を削減することにより、小型化、低コスト化できる。 The present invention has been made to solve the above problems. According to the first aspect of the present invention, a “rough search” is performed to simultaneously receive all directions and estimate the approximate direction of arrival of radio waves, and the arrival of radio waves in detail using the antenna element of the array antenna that faces most in the direction. By performing "Finding" that measures the azimuth, the probability of false detection can be reduced compared to the conventional method, and the direction finding performance can be improved, and by reducing the number of receivers and RF cables, the size and cost can be reduced. Can be
第2の発明によれば、アンテナ素子数を減らすことにより、低コスト化、省スペース化できると共に、粗方探から精方探への切り替え素子数が減少するため、スイッチが簡素化される。 According to the second invention, by reducing the number of antenna elements, the cost can be reduced and the space can be saved, and the number of switching elements from the rough search to the fine search is reduced, so that the switch is simplified.
第3の発明によれば、アンテナ素子の配置を変更し、第2の発明より更に素子数を減らすことにより、低コスト化、省スペース化できると共に、粗方探から精方探への切り替え素子数が減少するため、スイッチが簡素化される。 According to the third invention, by changing the arrangement of the antenna elements and reducing the number of elements further than the second invention, the cost can be reduced and the space can be saved, and the switching element from the rough search to the fine search Since the number is reduced, the switch is simplified.
第4の発明によれば、粗方探をBIT機能として使用することにより、本装置を組み込んだままの状態で、故障したアンテナ素子を特定できる。 According to the fourth invention, by using the rough search as the BIT function, the failed antenna element can be specified while the present apparatus is still incorporated.
実施例1.
図1は、本発明の実施例1による電波探知装置を示す構成概略図であり、方探アンテナ1、アレーアンテナ2、スイッチ3、受信機4、方探処理機5、アンテナ素子6により概略構成されている。図2は、方探アンテナ1の構成概略図であり、方探アンテナ1は、全方位360度の覆域を例えば4分割した4組のアレーアンテナ2から構成されている。1組のアレーアンテナ2は例えば4個のアンテナ素子6から構成されている。
Example 1.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a radio wave detection apparatus according to a first embodiment of the present invention. The schematic configuration includes a
図5は、実施例1によるスイッチ系統図の例である。スイッチ3は、方探処理機5からの指示信号に従い、2種類の方探機能(電波の概略到来方向を推定する『粗方探』と、詳細に到来電波の到来方位を測定する『精方探』)によって上記アンテナ素子6を切替選択する。受信機4は、4個のアンテナ素子6により受信された電波を検波し、その検波信号をビデオ信号に変換して出力する。方探処理機5は、粗方探、精方探を実施し、受信機4から出力された各アンテナ素子6に係わる信号を分析して、対象が放射している電波の到来方位を算出する。
FIG. 5 is an example of a switch system diagram according to the first embodiment. In accordance with the instruction signal from the
図3は、本実施例で実施する2種類の方探方法概念図である。全覆域を探知するために、4組のアレーアンテナを用いて同時に到来電波の概略到来方向を推定する粗方探と、到来方向に最も面した1組のアレーアンテナを選択し詳細に到来電波の到来方位を測定する精方探を行う。この2種類の方探を切り替えて到来電波の方位を精度良く探知する装置である。 FIG. 3 is a conceptual diagram of two types of method searching methods implemented in this embodiment. In order to detect the entire coverage area, a coarse search that estimates the approximate direction of arrival of radio waves simultaneously using four sets of array antennas, and a set of array antennas that face the direction of arrival are selected in detail. Performs a precision search to measure the direction of arrival. It is a device that switches between these two types of direction finding and accurately detects the direction of incoming radio waves.
図4は、本実施例による電波探知装置の各スイッチ3−1〜3−4の選択論理表の一例である。まず、粗方探を実施する場合を図4−1に示す。4組のアレーアンテナ2をすべて同時に使用するので、各アレーアンテナ2の中央付近である3番目(又は2番目でも可)のアンテナ素子とスイッチ3を接続している。ここで、『方探A』とは、アレーアンテナ2−A組を用いて精方探するケースを意味する。粗方探では2−Aから2−Dまでどの組のアレーアンテナ2を精方探しても、常に同じアンテナ素子と接続している。例えば、スイッチ3−1は、常にアンテナ素子A−3と接続される。
FIG. 4 is an example of a selection logic table for each of the switches 3-1 to 3-4 of the radio wave detector according to the present embodiment. First, FIG. 4-1 shows a case where rough search is performed. Since all four sets of
次に精方探を実施する場合を図4−2に示す。粗方探で算出された電波到来方向に最も面したアレーアンテナ2の組を2−A〜2−Dの中から特定し、これに対応する方探を方探A〜方探Dから選択しスイッチ3−1〜3−4を切り替える。なお図中に斜体で示すものは、粗方探から精方探へ切り替えても、同じアンテナ素子を使用するケースである。例えば、スイッチ3−1は、粗方探ではA−3と接続されており、精方探に切り替えても同じA−3と接続される。この図から、例えばスイッチ3−1は、方探ケースにより、A−3,B−4,C−1,D−2のアンテナ素子4個のうちどれかと切り替え接続され、その他素子には切り替え接続されないことが解かる。これは、図5のスイッチ系統図にも、スイッチ3−1の接続先として表わされている。
Next, Fig. 4-2 shows a case where a refinement search is performed. The set of
次に動作について説明する。本電波探知装置の目的は、対抗するレーダ施設などから電波が放射された時、早期にこれを探知することであり、その電波の到来方向を探知する手順の実施例を図6のフローチャートに示している。まず、全方位を4分割した4組の各アレーアンテナ2からアンテナ素子6を1素子づつ選択し、4素子同時に受信する。アンテナ素子6の選択はスイッチ3の各スイッチ3−1〜3−4にて図4−1スイッチ選択表に従って行う。アレーアンテナ2は4組(2−A組、2−B組、2−C組、2−D組)有り、各アレーアンテナ2のアンテナ素子6(2−A組にA−1、A−2、A−3、A−4/2−B組にB−1、B−2、B−3、B−4/2−C組にC−1、C−2、C−3、C−4/2−D組にD−1、D−2、D−3、D−4)のうち、例えば、中央付近のアンテナ素子6であるA−3、B−3、C−3、D−3の合計4個を選択して、全覆域から受信する。
Next, the operation will be described. The purpose of this radio wave detection apparatus is to detect a radio wave early when a radio wave is radiated from an opposing radar facility or the like. An example of a procedure for detecting the arrival direction of the radio wave is shown in the flowchart of FIG. ing. First, one antenna element 6 is selected from each of the four sets of
受信機4は、各アンテナ素子6により受信された電波を検波し、その検波信号をビデオ信号に変換して出力する。受信機4から出力される各アンテナ素子6に係わるビデオ信号の信号レベル(4個のアンテナ素子6により受信された電波の振幅)を方探処理機5にて分析して、対象が放射している電波の概略到来方向を算出し、この方向に最も面したアレーアンテナ2を特定する。これを『粗方探』と呼ぶ。例えば具体的には、4つのビデオ信号のレベルを比較し、最もレベルの高いビデオ信号に対応するアンテナ素子の指向方向を算出し、到来電波の概略到来方向とする。
The
次に、上記で算出した概略到来方向に最も面したアレーアンテナ2を方探処理機5が選択し、スイッチ3の接続を切り替え、そのアレーアンテナ2のアンテナ素子6(4個)により到来電波を捕らえ受信する。具体的には、例えば図4−2に示すように、アレーアンテナ2−B組(方探B)を選択した場合は、アンテナ素子6のB−1にスイッチ3−4が切り替わり、B−2にはスイッチ3−3、B−3にはスイッチ3−2、B−4にはスイッチ3−1が、各々対応して切り替わり、アレーアンテナ2―B組が選択される。
Next, the
複数のアンテナ素子6が同一の到来電波を受信すると、到来方向に応じて、複数のアンテナ素子間に位相差が生じるので、その位相差から到来方向を算出できる。図7には、位相差から到来方向を算出する原理を示す。距離dだけ離れたアンテナ素子2個に、角度θ方向から電波が到来する場合、到来電波の位相差を△Φとすると、次の式より、到来方向を計算できる。 When the plurality of antenna elements 6 receive the same incoming radio wave, a phase difference is generated between the plurality of antenna elements according to the direction of arrival, so that the direction of arrival can be calculated from the phase difference. FIG. 7 shows the principle of calculating the direction of arrival from the phase difference. When radio waves arrive at two antenna elements separated by a distance d from the direction of the angle θ, the arrival direction can be calculated from the following equation, where ΔΦ is the phase difference of the incoming radio waves.
ここで、λは、到来電波の波長である。受信機4は、複数のアンテナ素子6が対象の放射する電波を受信すると、その電波をフーリエ変換して周波数信号を出力する。方探処理機5は、受信機4より出力された周波数信号から各アンテナ素子6により受信された電波の位相差を算出し、周波数信号と位相差から対象が放射している電波の詳細な到来方位を算出する。これを『精方探』と呼ぶ。
Here, λ is the wavelength of the incoming radio wave. When the plurality of antenna elements 6 receive radio waves radiated from the target, the
実施例2.
図8に、本発明の実施例2による電波探知装置のアンテナ概略図を示す。実施例1では、アレーアンテナ2が4組(2−A組、2−B組、2−C組、2−D組)、各アレーアンテナ2を構成するアンテナ素子6も4個であり同数であるが、アレーアンテナ2とアンテナ素子6の数は必ずしも同数でない場合でも、スイッチの組み方を変更することにより、粗方探及び精方探を切り替えて方探を行うことができる。
Example 2
FIG. 8 shows a schematic diagram of an antenna of a radio wave detector according to
実施例2は、図8に示すように、アレーアンテナ2が4組(2−A組、2−B組、2−C組、2−D組)、各アレーアンテナ2を構成するアンテナ素子が4個から3個(2−A組にA−1、A−2、A−3/2−B組にB−1、B−2、B−3/2−C組にC−1、C−2、C−3/2−D組にD−1、D−2、D−3)に減少した場合である。アンテナ素子は、実施例1と同様に、アレーアンテナ2に4分割され4角形状に配置されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, there are four sets of array antennas 2 (2-A set, 2-B set, 2-C set, 2-D set), and the antenna elements constituting each
図9は、実施例2のスイッチ3−1〜3−4の選択論理表の例である。図10には、スイッチ系統図の例を示す。まず、粗方探を実施する場合を図9−1により説明する。4組のアレーアンテナ2をすべて同時に使用するので、各アレーアンテナ2の中央である2番目のアンテナ素子とスイッチ3は接続している。ここで例えば、方探Aとは、アレーアンテナ2―A組を精方探するケースを意味する。粗方探では、2−Aから2−Dまでどの組のアレーアンテナ2を精方探するケースであっても、常に同じアンテナ素子と接続している。例えば、スイッチ3−1は、常にアンテナ素子A−2と接続される。
FIG. 9 is an example of a selection logic table of the switches 3-1 to 3-4 according to the second embodiment. FIG. 10 shows an example of a switch system diagram. First, a case where rough search is performed will be described with reference to FIG. Since all four sets of
次に精方探を実施する場合を図9−2に示す。粗方探で算出された電波到来方向に最も面したアレーアンテナ2を2−A〜2−D組の中から特定し、これに対応する方探を方探A〜方探Dから選択しスイッチ3−1〜3−4を切り替える。なお、図中に斜体で示すものは、粗方探から精方探へ切り替えても、同じアンテナ素子を使用するケースである。例えば、スイッチ3−1は、粗方探ではA−2と接続されており、精方探に切り替えても同じA−2と接続される。この図から、例えばスイッチ3−1は、方探ケースにより、A−2,C−1,D−3のアンテナ素子3個のうちどれかと切り替え接続され、その他素子には切り替え接続されないことが解かる。
Next, Fig. 9-2 shows a case where a refinement search is performed. The
次に動作について説明する。電波の到来方向を探知する手順の実施例を説明する。フローチャートは実施例1を示す図6と同様である。まず、粗方探については、実施例1と全く同様の手順で概略到来方向を算出し、1組のアレーアンテナ2を特定する。次に精方探を実施する。特定されたアレーアンテナ2を方探処理機5が選択し、スイッチ3の接続を切り替え、そのアレーアンテナ2のアンテナ素子6(3個)により到来電波を捕らえ受信する。具体的には、例えば図9−2に示すように、アレーアンテナ2―B組(方探B)を選択した場合は、アンテナ素子6のB−1にスイッチ3−4が切り替わり、B−2にはスイッチ3−2、B−3にはスイッチ3−3が、各々対応して切り替わり、アレーアンテナ2−B組が選択される。この組のアンテナ素子6が到来電波を受信する。
Next, the operation will be described. An embodiment of a procedure for detecting the arrival direction of radio waves will be described. The flowchart is the same as FIG. 6 showing the first embodiment. First, for the coarse search, the approximate arrival direction is calculated in the same procedure as in the first embodiment, and one set of
受信機4は、アンテナ素子6が対象の到来電波を受信すると、その電波をフーリエ変換して周波数信号を出力する。方探処理機5は、受信機4より出力された周波数信号から各アンテナ素子6により受信された電波の位相を求め、各電波の位相差を算出し、その位相差から対象が放射している電波の詳細な到来方位を測定する精方探を行なう。
When the antenna element 6 receives a target incoming radio wave, the
実施例3.
図11は、本発明の実施例3のアンテナ概略図である。アンテナ素子AB,BC,CD,DAは、正方形状に配置された方探アンテナ1の4角部に正方形の中心から放射線方向に指向方向が向くように取り付けられている。角部の1素子が隣接する2組のアレーアンテナ2のアンテナ素子6を兼用することにより、アンテナ素子数を減らしている。実施例2に比較して、アンテナ素子6の合計数が12個から8個に減少しており、省スペース、低コスト化が可能となる。
Example 3 FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram of an antenna according to Example 3 of the present invention. The antenna elements AB, BC, CD, and DA are attached to the four corners of the
次に動作について説明する。信号処理フローチャートは、実施例1と同様である。図12は、実施例3による電波探知装置のスイッチ選択論理表の例、図13には、スイッチ系統図の例を示す。まず粗方探の際には、4角に配置されたアンテナ素子6AB,BC,CD,DAを用いて同時に全覆域について粗方探を行ない、精方探を行うアレーアンテナ2組を特定する。図12−1において、方探Aとはアレーアンテナ2−A組を精方探するケースを意味する。粗方探の際は、方探A〜方探Dまでの精方探ケースに関係無く、スイッチ3は常に同じアンテナ素子6に接続される。例えば、スイッチ3−1は常にアンテナ素子ABに接続される。
Next, the operation will be described. The signal processing flowchart is the same as that of the first embodiment. FIG. 12 shows an example of a switch selection logic table of the radio wave detector according to the third embodiment, and FIG. 13 shows an example of a switch system diagram. First, in rough search, the antenna elements 6AB, BC, CD, and DA arranged at the four corners are used to perform rough search for the entire covered area at the same time, and two sets of array antennas for performing the fine search are specified. . In FIG. 12A, the direction A means a case where the array antenna 2-A group is searched for. In the rough search, the
次に、図12−2精方探について説明する。粗方探の結果算出された電波到来方向に最も面しているアレーアンテナ2のアンテナ素子3個(2個は角部に配置され隣接したアレーアンテナ2と兼用)にスイッチ3を切り替える。例えば方探Cの場合はアレーアンテナ2−C組を用いて精方探するために、スイッチ3−1は素子Cに接続され、スイッチ3−2は素子BCに、スイッチ3−3は素子CDに各々切り替わり接続される。従って、例えばスイッチ3−1は、図12,図13の通り、アンテナ素子ABとCの2個に切り替わるのみとなる。従ってスイッチ3は2個の素子のみに切り替わるのため、簡素化される。受信機4は、切り替えられたアンテナ素子6が対象の放射する電波を受信すると、その電波をフーリエ変換して周波数信号を出力する。方探処理機5は、受信機4より出力された周波数信号から各アンテナ素子6により受信された電波の位相差を算出し、位相差から対象電波の詳細な到来方位を測定する精方探を行なう。
Next, FIG. The
実施例4.
図14は、実施例4の信号処理フローチャートである。実施例4では、位置があらかじめ明確な電波発信源から発信された到来電波に対して、異なるアンテナ素子を含む複数セットを順番に選択する。例えば実施例の場合、セット(1)はアンテナ素子A−1,B−1,C−1,D−1/セット(2)はA−2,B−2,C−2,D−2/セット(3)はA−3,B−3,C−3,D−3/セット(4)はA−4,B−4,C−4,D−4から構成される。各セットを順番にスイッチ3にて切り替え選択し、各々到来電波を受信する。
Example 4
FIG. 14 is a signal processing flowchart of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, a plurality of sets including different antenna elements are sequentially selected with respect to an incoming radio wave transmitted from a radio wave source having a clear position in advance. For example, in the embodiment, the set (1) is antenna elements A-1, B-1, C-1, D-1 / set (2) is A-2, B-2, C-2, D-2 /. The set (3) includes A-3, B-3, C-3, D-3 / set (4), and includes A-4, B-4, C-4, and D-4. Each set is selected in turn by the
受信機4は、各アンテナ素子6により受信された電波を検波し、その信号をビデオ信号に変換して出力する。受信機4から出力された各アンテナ素子6に対応するビデオ信号の指向方向を方探処理機5にて電波の到来方向として算出する。算出結果を既知の方向と比較し一致しない場合には、これに対応するアンテナ素子6を不良品として特定する。既知の方位と合致した場合は、次の粗方探セットについて粗方探を行なう。以上の粗方探を4セットすべてについて実施し、すべてのアンテナ素子6の検査を終える。
The
1 方探アンテナ、 2 アレーアンテナ、 3 スイッチ、 4 受信機、 5 方探処理機、 6 アンテナ素子、 7 アンテナパターン。 1-way probe antenna, 2 array antenna, 3 switch, 4 receiver, 5-way probe processor, 6 antenna element, 7 antenna pattern.
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