JP2011191119A - 位相差方探受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各受信系間の位相差補正を同調周波数及び受信周波数、又は、受信周波数を用いて行うことにより、方探精度を向上することができる位相差方探装置を得ること。
【解決手段】 到来電波を複数の受信系にて、それぞれ受信し、互いの位相差から到来電波の到来方位を検出する位相差方探受信装置において、位相差方探処理部から得られる到来電波の周波数を利用して複数の受信系ごとの位相差を、校正信号発生部が到来電波の周波数の校正信号を位相差方探処理部へ送り補正する、又は、到来電波の周波数に対応した位相差補正データから補正する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電波到来方位探知に関し、特に空中線を複数並べた位相差方探方式で方位検出する位相差方探受信装置に関するものである。

従来、電波の到来方位を精度良く探知検出する方法として、複数並んだ空中線及び受信機で受信した電波の位相差により、到来方位を検出する位相差方探方式がある（例えば、特許文献１の第１図参照）。また、各空中線入力端における到来電波の位相差により、到来方位を算出するため、空中線以降の各受信機間で（電気長差による）位相差があると、本来の空中線入力端での位相差に対して位相誤差となる。このため、実際の電波到来方位に対して方位誤差が加わり、結果として求める電波の到来方位精度（方探精度）が悪くなる。よって、位相差方探を行う際は、事前に各受信機間での位相差をなくすための校正信号による校正（補正）が行われている（例えば、特許文献１の第３図参照）。

特開２００１−２６４４０３号公報（第１図及び第３図）

しかし、電波の到来方位を求める位相差方探において、方位探知を行う前に、各受信機間での（電気長差による）位相差を校正信号により校正している。従来は、同調周波数に対してのみ位相差校正を実施しているが、ほとんどの場合、実際の受信周波数と同調周波数とは完全には一致しない（受信帯域幅内で周波数ずれがある）。各受信機間での位相差は周波数によって異なるため、この受信周波数と同調周波数との周波数差相当の位相誤差が発生し、これによる方位誤差が発生するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、各受信機（各受信系）の間の位相差校正（補正）を同調周波数及び受信周波数、又は、受信周波数を用いて行うことにより、方探精度を向上することができる位相差方探装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る位相差方探受信装置は、到来電波を複数の受信系にて、それぞれ受信し、互いの位相差から到来電波の到来方位を検出する位相差方探受信装置において、互いがそれぞれ所定の間隔をおいて配置され、到来電波を受信する複数の空中線部と、これらの複数の空中線部ごとに設けられ、到来電波の同調受信を行う複数の同調受信部と、これらの複数の同調受信部から送られた前記複数の空中線部ごとに得られた到来電波の受信信号の位相差から到来電波の到来方位を算出する位相差方探処理部と、前記複数の受信系ごとの電気長差による位相差を補正するための校正信号を発生させ、前記位相差方探処理部へ送る校正信号発生部と、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部との間にそれぞれ配置され、前記複数の同調受信部の接続先を前記複数の空中線部又は前記校正信号発生部に切り替える複数のスイッチ部と、これらの複数のスイッチ部の切り替えにより、前記校正信号発生部と前記複数の同調受信部とを接続し、前記校正信号発生部に所定の周波数の第１校正信号を前記位相差方探処理部に送らせて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第１位相差補正部と、この第１位相差補正部による補正後に、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続して前記位相差方探処理部から得られる到来電波の周波数と同じ周波数である第２校正信号を前記校正信号発生部に発生させ、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記校正信号発生部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続し、前記第２校正信号を前記位相差方探処理部に送らせて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第２位相差補正部とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明に係る位相差方探受信装置は、到来電波を複数の受信系にて、それぞれ受信し、互いの位相差から到来電波の到来方位を検出する位相差方探受信装置において、互いがそれぞれ所定の間隔をおいて配置され、到来電波を受信する複数の空中線部と、これらの複数の空中線部ごとに設けられ、到来電波の同調受信を行う複数の同調受信部と、これらの複数の同調受信部から送られた前記複数の空中線部ごとに得られた到来電波の受信信号の位相差から到来電波の到来方位を算出する位相差方探処理部と、前記複数の受信系ごとの電気長差による位相差を補正するための校正信号を発生させ、前記位相差方探処理部へ送る校正信号発生部と、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部との間にそれぞれ配置され、前記複数の同調受信部の接続先を前記複数の空中線部又は前記校正信号発生部に切り替える複数のスイッチ部と、これらの複数のスイッチ部の切り替えにより、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続して前記位相差方探処理部から得られる到来電波の周波数と同じ周波数である第２校正信号を前記校正信号発生部に発生させ、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記校正信号発生部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続し、前記第２校正信号を前記位相差方探処理部に送らせて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第２位相差補正部とを備えたことを特徴とするものである。

請求項３の発明に係る位相差方探受信装置は、前記第２の位相差補正部による補正後に、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続する請求項１又は２に記載のものである。

請求項４の発明に係る位相差方探受信装置は、到来電波を複数の受信系にて、それぞれ受信し、互いの位相差から到来電波の到来方位を検出する位相差方探受信装置において、互いがそれぞれ所定の間隔をおいて配置され、到来電波を受信する複数の空中線部と、これらの複数の空中線部ごとに設けられ、到来電波の同調受信を行う複数の同調受信部と、これらの複数の同調受信部から送られた前記複数の空中線部ごとに得られた到来電波の受信信号の位相差から到来電波の到来方位を算出する位相差方探処理部と、前記複数の受信系ごとの電気長差による位相差を補正するための校正信号を発生させ、前記位相差方探処理部へ送る校正信号発生部と、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部との間にそれぞれ配置され、前記複数の同調受信部の接続先を前記複数の空中線部又は前記校正信号発生部に切り替える複数のスイッチ部と、これらの複数のスイッチ部の切り替えにより、前記校正信号発生部と前記複数の同調受信部とを接続し、前記校正信号発生部に所定の周波数の第１校正信号を前記位相差方探処理部に送らせて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第１位相差補正部と、前記複数の同調受信部と前記位相差方探処理部との間の受信系における温度を計測する温度センサ部と、前記複数の同調受信部と前記位相差方探処理部との間の受信系における温度と周波数の関係による前記複数の同調受信部と前記位相差方探処理部との間の受信系ごとの位相差補正データを保持する校正テーブル保存部と、前記第１位相差補正部による補正後に、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続して前記位相差方探処理部から得られる到来電波の周波数及び前記温度センサ部が計測した温度から、対応する位相差補正データを前記校正テーブル保存部から呼び出して、その位相差補正データに基づいて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第２位相差補正部とを備えたことを特徴とするものである。

以上のように、請求項１〜４に係る発明によれば、位相差方探処理部から得られる到来電波の周波数を利用して複数の受信系ごとの位相差を補正し、位相差方探の精度を向上させた位相差方探装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る位相差方探受信装置の構成図である。 一般的な位相差方探の原理を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る位相差方探受信装置における複数の受信系間の位相差と電波の到来方位誤差の関係について示した図である。 この発明の実施の形態１に係る位相差方探受信装置の複数の受信系間における位相差補正の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る位相差方探受信装置の複数の受信系間における位相差補正のフローチャートを示した図である。 この発明の実施の形態１に係る位相差方探受信装置の同調周波数と受信周波数との関係を示した図である。 この発明の実施の形態１に係る位相差方探受信装置の電波到来方位精度向上のイメージ図である。 この発明の実施の形態２に係る位相差方探受信装置の構成図である。 この発明の実施の形態２に係る位相差方探受信装置における複数の受信系間の位相差と電波の到来方位誤差の関係について示した図である。 この発明の実施の形態２に係る位相差方探受信装置の複数の受信系間における位相差補正のフローチャートを示した図である。 この発明の実施の形態２に係る位相差方探受信装置の同調周波数と受信周波数との関係を示した図である。 この発明の実施の形態２に係る位相差方探受信装置における位相差補正用の校正テーブルのイメージを示した図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１〜７を用いて説明する。図１（ａ）は位相差方探受信装置の位相差方探処理前までの一つの受信系の構成図、図１（ｂ）は四つの受信系を有する位相差方探受信装置の構成図である。図１〜７において、１（１ａ〜１ｄ）は互いがそれぞれ所定の間隔をおいて配置され、到来電波を受信する空中線部、２（２ａ〜２ｄ）は帯域通過型フィルタ部、３（３ａ〜３ｄ）は増幅部、４（４ａ〜４ｄ）は空中線部１ごとに設けられ、到来電波の同調受信を行う同調受信部、５（５ａ〜５ｄ）は帯域通過型フィルタ部、６（６ａ〜６ｄ）はＩＦ（中間周波数）増幅部、７（７ａ〜７ｄ）は低域通過型フィルタ部、８（８ａ〜８ｄ）はＡ／Ｄ変換部、帯域通過型フィルタ部２，増幅部３，同調受信部４，帯域通過型フィルタ部５，ＩＦ増幅部６，低域通過型フィルタ部７，Ａ／Ｄ変換部８から一つの受信系が構成される。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。また、符号○ａ、○ｂ、○ｃ、○ｄ（○には、１，２，３，４，５，６，７，８，１１の何れかが入る）は、同じ機能を有する構成を指している。

図１〜７において、９は複数の同調受信部４ａ〜４ｄから送られた複数の空中線部１ａ〜１ｄごとに得られた到来電波の受信信号の位相差から到来電波の到来方位を算出する位相差方探処理部、１０は複数の受信系ごとの電気長差による位相差を補正するための校正信号を発生させ、前記位相差方探処理部へ送る校正信号発生部、１１（１１ａ〜１１ｄ）は複数の空中線部１ａ〜１ｄと複数の同調受信部４ａ〜４ｄとの間にそれぞれ配置され、複数の同調受信部４ａ〜４ｄの接続先を複数の空中線部１ａ〜１ｄ又は校正信号発生部１０に切り替えるスイッチ部であり、複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄと複数の同調受信部４ａ〜４ｄとの間には、それぞれ、帯域通過型フィルタ部２ａ〜２ｄ及び増幅部３ａ〜３ｄが配置されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。また、符号○ａ、○ｂ、○ｃ、○ｄ（○には、１，２，３，４，５，６，７，８，１１の何れかが入る）は、同じ機能を有する構成を指している。

図１〜７において、１２は位相差方探処理部９に設けられ、複数の受信系ごとの位相差を補正するための位相差補正部、１２ａは複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄの切り替えにより、校正信号発生部１０と複数の同調受信部４ａ〜４ｄとを接続し、校正信号発生部１０に所定の周波数の第１校正信号を位相差方探処理部９に送らせて、位相差方探処理部９に複数の受信系ごとの位相差を補正させる第１位相差補正部、１２ｂは第１位相差補正部１２ａによる補正後に、複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄの切り替えにより、複数の空中線部１ａ〜１ｄと複数の同調受信部４ａ〜４ｄとをそれぞれ接続して位相差方探処理部９から得られる到来電波の周波数（受信周波数）と同じ周波数である第２校正信号を校正信号発生部１０に発生させ、複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄの切り替えにより、校正信号発生部１０と複数の同調受信部４ａ〜４ｄとをそれぞれ接続し、第２校正信号を位相差方探処理部９に送らせて、位相差方探処理部９に複数の受信系ごとの位相差を補正させる第２位相差補正部であり、第１位相差補正部１２ａ及び第２位相差補正部１２ｂは位相差補正部１２により構成されている。第１位相差補正部１２ａ及び第２位相差補正部１２ｂを、位相差方探処理部９の外部に設けてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

実施の形態１に係る位相差方探受信装置は、図１（ａ）に示す一つの受信系及び空中線部１を複数並べた複数の受信系及び空中線部１ａ〜１ｄにて、到来電波をそれぞれ受信し、互いの位相差から到来電波の到来方位を検出するものである。実施の形態１では、受信系及び空中線（アンテナ）が四つのものを例示的に説明するが、実施の形態１に係る位相差方探受信装置は、これらに限定されるものではない。なお、本願では、受信系及び空中線部を受信機と称する場合がある。さらに、受信系を二つに絞って説明する場合は、系ａ，系ｂと称する場合や受信系四つを系ａ〜系ｄと称する場合もある。例えば、図１では、系ａが空中線部１ａ（又は、スイッチ部１１ａ）以降の受信系を指す。系ｂが空中線部１ｂ（又は、スイッチ部１１ｂ）以降の受信系を指す。もちろん系ｃ及び系ｄも同様である。

次に動作について説明する。図１（ｂ）に示す空中線部１ａで受信した到来電波は、スイッチ部１１ａを介して帯域通過型フィルタ部２ａで帯域外の不要波が除去され、増幅部３ａで増幅される。その後、同調受信部４ａで同調、周波数変換されてＩＦ信号となる。ＩＦ信号は帯域通過型フィルタ部５ａで帯域外の不要波が除去され、ＩＦ増幅部６ａで増幅されて低域通過型フィルタ部７ａで高域の不要波が除去される。その後、Ａ／Ｄ変換部８ａでアナログ信号からディジタル信号へ変換され、位相差方探処理部９に入力され、到来電波の位相、周波数を検出する。

空中線部１ｂ，１ｃ，１ｄ、帯域通過型フィルタ部２ｂ，２ｃ，２ｄ、増幅部３ｂ，３ｃ，３ｄ、同調受信部４ｂ，４ｃ，４ｄ、帯域通過型フィルタ部５ｂ，５ｃ，５ｄ、ＩＦ増幅部６ｂ，６ｃ，６ｄ、低域通過型フィルタ部７ｂ，７ｃ，７ｄ、Ａ／Ｄ変換部８ｂ，８ｃ，８ｄの動作については、前述の空中線部１ａ、帯域通過型フィルタ部２ａ、増幅部３ａ、同調受信部４ａ、帯域通過型フィルタ部５ａ、ＩＦ増幅部６ａ、低域通過型フィルタ部７ａ、Ａ／Ｄ変換部８ａの動作と同じであり、複数素子の空中線部１ａ〜１ｄで位相差方探するために、同じ機能の受信機を複数並べている（図１（ｂ）の例では、４素子による位相差方探）。Ａ／Ｄ変換部８ａ〜８ｄの出力信号により、位相差方探処理部９内で電波の周波数及び各信号間の位相差を検出し、電波の到来方位を算出する。

次に、一般的な位相差方探の原理を図２に示す。なお、到来電波の波源は、空中線部１（１ａ〜１ｄ）から十分遠方にあるとする。図２に示す通り、空中線部１間の間隔ｄ、到来電波の波長λ、各空中線で受信した電波の位相差φ（空中線入力端における電波の位相差）により、電波の到来方位θを算出することができる。ｄは等間隔である必要なない。つまり、空中線部１ａ〜１ｄの互いがそれぞれ所定の間隔をおいて配置されておればよい。

図３は、説明を簡略化するために、図１に示す位相差方探受信装置の構成を一部省略したものである。以下の説明では、二つの受信系（受信機）を用いて、位相差方探を説明するが、位相差方探は、三つ以上の受信系（受信機）を用いた場合でも同様であることはいうまでもない。

図３の通り、実際に図２を用いて説明した信号間の位相差を検出するのは、位相差方探処理部９である。よって、位相差方探処理部９で検出される信号位相φ３ａ（φ３ｂ）は、空中線部１ａ（１ｂ）入力端での信号位相φ１ａ（φ１ｂ）に受信機の位相φ２ａ（φ２ｂ）が加わり、
φ３ａ＝φ１ａ＋φ２ａ
φ３ｂ＝φ１ｂ＋φ２ｂ
となる。ゆえに、位相差方探処理部９で検出される系ａと系ｂの信号間位相差Δφ３は、
Δφ３＝φ３ｂ−φ３ａ
＝（φ１ｂ−φ１ａ）＋（φ２ｂ−φ２ａ）
＝ Δφ１ ＋ Δφ２
となる。

ここで、図３に示すように、Δφ１＝φ１ｂ−φ１ａは到来電波の空中線部１入力端での位相差、Δφ２＝φ２ｂ−φ２ａは受信系（受信機）間での位相差をそれぞれ表す。もし、Δφ２＝０であれば位相差方探処理部９で検出される位相差Δφ３＝Δφ１となり、到来電波の空中線部１入力端での位相差と一致するが、Δφ２≠０であれば、空中線部１入力端での位相差と一致しないため、方位誤差が生じるおそれがある。よって、位相差方探に求められる精度によっては、受信機間の位相差Δφ２を０に近似させるための位相差補正処理が必要となる。

次に、受信機間の位相差補正の考え方について説明する。図３において、校正信号発生部１０で生成した第１校正信号を分配し、空中線部１ａ〜１ｄからの到来電波と校正信号発生部１０からの第１校正信号とを切り替えるためのスイッチ部１１ａ〜１１ｄを切り替えて同調受信部４ａ〜４ｄ（受信機）に入力する。このとき位相差方探処理部９で検出される信号間位相差が受信機間での位相差Δφ２であるため、実際の位相差方探時は、この位相差分Δφ２を補正（校正、オフセット）することで、受信機間の位相差Δφ２を見かけ上、０にすることができ、電波到来方位を算出できる。

ここでは、位相差補正処理から方位算出までの一連の動作について、図４の機能ブロック図及び図５のフローチャートを用いてさらに詳しく説明する。なお、図５のフローチャートのステップに対応する実施の形態１に係る位相差方探受信装置の動作を「Ｓ．○」として図４及び５に付している（○は、ステップ数で例えば、ステップ３であればＳ．３となる）。ここでは、位相差方探処理部９及び位相差補正部１２（第１位相差補正部１２ａ、第２位相差補正部１２ｂ）をステップ１、ステップ３、ステップ５、ステップ７などを用いて機能的に説明する。

・ステップ１：まず始めに位相差方探処理部９（第１位相差補正部１２ａ）から同調受信部４ａ〜４ｄ及び校正信号発生部１０に対して所定の第１校正信号の同調周波数を指定して、校正信号発生部１０へ指示を送る。
・ステップ２：次に、校正信号発生部１０が同調周波数と同じ周波数ｆ０の第１校正信号を発生し、スイッチ部１１ａ〜１１ｄから受信機へ入力する。
・ステップ３：この周波数ｆ０の第１校正信号により各受信機間の位相差を位相差方探処理部９で検出・補正する。ここでいう補正（校正、オフセット）とは、位相のずれを考慮して位相差方探を行うことである。
・ステップ４：次に、スイッチ部１１ａ〜１１を空中線部１の系に切り替えて到来電波を受信する。
・ステップ５：位相差方探処理部９で到来電波の受信周波数ｆＲを測定するとともに、信号間位相差Δφ３を検出し、方位を算出する。位相差方探処理部９（第２位相差補正部１２ｂ）から同調受信部４ａ〜４ｄ及び校正信号発生部１０に対して受信周波数ｆＲと同じ周波数の第２校正信号の同調周波数を指定して、校正信号発生部１０へ指示を送る。

ほとんどの場合、実際の受信周波数ｆＲと位相差補正に使用した同調周波数ｆ０は一致せず、図６に示す受信帯域幅の範囲内でΔｆの周波数ずれがある。ここで、図６における受信周波数範囲とは図１（図３）の空中線部１ａ〜１ｄで受信する電波の周波数範囲を、図６における受信帯域幅とは図１の同調受信部での同調、周波数変換後のＡ／Ｄ変換部８ａ〜９ｄ入力におけるＩＦ信号の周波数範囲をそれぞれ示す。

受信機の位相は周波数によって異なるため、受信機間の（電気長差による）位相差Δφ２も周波数によって異なる（周波数の関数Δφ２(ｆ)となる）。よって、同調周波数ｆ０の校正信号では受信機間の位相差Δφ２(ｆ)は０にはできず、図４（イ）のとおり、Δｆに相当する位相誤差Δφ２(ｆＲ)−Δφ２(ｆ０)＝Δφ２Ｒ０が生じる。したがい、位相差方探処理部９で検出される校正後の位相差は、到来電波の空中線での位相差Δφ１とは異なるため、このままでは到来方位に±Δθの誤差が生じる。図７に模式的にその誤差を記す。そこで、次に実際の受信周波数で校正を行う。図４及び図５に示すステップ５（Ｓ５．）の実行後に以下の処理を実行する。

・ステップ６：校正信号発生部１０から受信周波数と同じ周波数ｆＲの第２校正信号を発生し、スイッチ部１１ａ〜１１ｄを切り替えて、受信機に入力する。
・ステップ７：この周波数ｆＲの第２校正信号により各受信機間の位相差Δφ２を検出・補正することで、図４（ウ）のとおり、Δｆによる位相誤差Δφ２Ｒ０はなくなり、図７の通り方位誤差±Δθがなくなるため、図４及び５に示すステップ７の後に、つまり、第２の位相差補正部１２ｂによる補正後に、複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄの切り替えにより、複数の空中線部１ａ〜１ｄと複数の同調受信部４ａ〜４ｄとをそれぞれ接続して到来電波を受信して位相差方探を実行することにより、±Δθ分の方位精度が向上する（方位ずれを低減できる）。

ステップ１〜３の処理を行うことにより、位相差方探の実行を、ある程度の位相差補正を施して開始することが可能となる。ステップ４以降の処理にてその精度を向上させる処理を加えることとなる。なお、位相差方探実行の開始が遅れても、最初から精度が高い位相差方探を実行したい場合は、ステップ１〜３の処理を省略して、複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄの切り替えにより、複数の空中線部１ａ〜１ｄと複数の同調受信部５ａ〜５ｄとをそれぞれ接続して、ステップ４以降の処理を実行すればよい。

つまり、第１位相差補正部１２ａでの処理を行わずに、位相差方探処理部１３から得られる到来電波の周波数と同じ周波数である第２校正信号を校正信号発生部１０に第２位相差補正部１２ｂが発生させ、複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄの切り替えにより、校正信号発生部１０と複数の同調受信部５ａ〜５ｄとをそれぞれ接続し、第２校正信号を位相差方探処理部１３に送り、位相差方探処理部１３に複数の受信系ごとの位相差を補正する。第２の位相差補正部１２ｂによる補正後に、複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄの切り替えにより、複数の空中線部１ａ〜１ｄと複数の同調受信部４ａ〜４ｄとをそれぞれ接続して到来電波を受信して位相差方探を実行する。

以上のように、実施の形態１に係る位相差方探受信装置は、空中線部１を複数並べて電波の到来方位を求める位相差方探受信装置において、求める方位の精度を向上するために、各系統の受信機間の位相差補正を、同調周波数及び受信周波数、又は、受信周波数で実施することを特徴としているので、各系統の受信機間における電気長の差から生じる方位ずれを低減することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図８〜１２を用いて説明する。図８（ａ）は位相差方探受信装置の位相差方探処理前までの一つの受信系の構成図、図８（ｂ）は四つの受信系を有する位相差方探受信装置の構成図である。図８〜１２において、１３は複数の同調受信部４ａ〜４ｄから送られた複数の空中線部１ａ〜１ｄごとに得られた到来電波の受信信号の位相差から到来電波の到来方位を算出する位相差方探処理部、１４は位相差方探処理部１３に設けられ、複数の受信系ごとの位相差を補正するための位相差補正部、１４ａは第１位相差補正部１２ａと同様の機能を有し、複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄの切り替えにより、校正信号発生部１０と複数の同調受信部４ａ〜４ｄとを接続し、校正信号発生部１０に所定の周波数の第１校正信号を位相差方探処理部１３に送らせて、位相差方探処理部１３に複数の受信系ごとの位相差を補正させる第１位相差補正部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

図８〜１２において、１５はサーミスタ，熱電対，測温抵抗体などの温度センサで構成され、帯域通過型フィルタ部５（５ａ〜５ｄ），ＩＦ（中間周波数）増幅部６（６ａ〜６ｄ），低域通過型フィルタ部７（７ａ〜７ｄ），Ａ／Ｄ変換部８（８ａ〜８ｄ）の少なくともいずれかの温度を計測する温度センサ部であり、複数の同調受信部４ａ〜４ｄと位相差方探処理部１３との間の受信系（つまり、図８（ａ）に点線で示したＩＦ回路部）における温度を計測するものである。なお、本願では、ＩＦ回路部に対して、スイッチ部１１（１１ａ〜１１ｄ）以降から帯域通過型フィルタ部５（５ａ〜５ｄ）までをＲＦ回路部と呼ぶ。なお、空中線部１（１ａ〜１ｄ）からスイッチ部１１（１１ａ〜１１ｄ）までもＲＦ信号が伝送されるのでＲＦ回路部と呼べるが、本願では、本願の位相差補正に関与する箇所をＲＦ回路部と称する。また、空中線部１（１ａ〜１ｄ）とスイッチ部１１（１１ａ〜１１ｄ）との距離を短くすれば、この部分で生じる位相差が無視できる程度にすることも可能であるし、無視できない程度の位相差が生じた場合は、その位相差を織り込んで位相差方探処理部１３の処理を行えばよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

図８〜１２において、１６は複数の同調受信部４ａ〜４ｄと位相差方探処理部１３との間の受信系における温度と周波数の関係による複数の同調受信部４ａ〜４ｄと位相差方探処理部１３との間の受信系ごとの位相差補正データを保持する校正テーブル保存部、第１位相差補正部１４ａによる補正後に、複数のスイッチ部１１ａ〜１１ｄの切り替えにより、複数の空中線部１ａ〜１ｄと複数の同調受信部４ａ〜４ｄとをそれぞれ接続して位相差方探処理部１３から得られる到来電波の周波数及び温度センサ部１５が計測した温度から、対応する位相差補正データを前記校正テーブル保存部から呼び出して、その位相差補正データに基づいて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第２位相差補正部であり、第１位相差補正部１４ａ、第２位相差補正部１４ｂ、校正テーブル保存部１６は位相差補正部１４により構成されている。第１位相差補正部１４ａ及び第２位相差補正部１４ｂを、位相差方探処理部１３の外部に設けてもよい。同じく、校正テーブル保存部１６は、位相差補正部１４の外部のサーバや記憶装置により構成してもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

実施の形態２に係る位相差方探受信装置は、図８（ａ）に示す一つの受信系及び空中線部１を複数並べた複数の受信系及び空中線部１ａ〜１ｄにて、到来電波をそれぞれ受信し、互いの位相差から到来電波の到来方位を検出するものである。実施の形態２では、実施の形態１と同様に、受信系及び空中線（アンテナ）が四つのものを例示的に説明するが、実施の形態２に係る位相差方探受信装置は、これらに限定されるものではない。なお、本願では、受信系及び空中線部を受信機と称する場合がある。さらに、受信系を二つに絞って説明する場合は、系ａ，系ｂと称する場合もある。

実施の形態２に係る位相差方探受信装置は、第１位相差補正部１４ａ（実施の形態１では、第１位相差補正部１２ａに相当）までは、実施の形態１に係る位相差方探受信装置と同じ処理となるので、実施の形態２では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明を進める。実施の形態１の説明で使用した図３と同様、図９に示すように、Δφ１＝φ１ｂ−φ１ａは到来電波の空中線部１入力端での位相差、Δφ２＝φ２ｂ−φ２ａは受信系（受信機）間での位相差をそれぞれ表す。もし、Δφ２＝０であれば位相差方探処理部９で検出される位相差Δφ３＝Δφ１となり、到来電波の空中線部１入力端での位相差と一致するが、Δφ２≠０であれば、空中線部１入力端での位相差と一致しないため、方位誤差が生じるおそれがある。よって、位相差方探に求められる精度によっては、受信機間の位相差Δφ２を０に近似させるための位相差補正処理が必要となる。

次に、受信機間の位相差補正の考え方について説明する。図９において、校正信号発生部１０で生成した第１校正信号を分配し、空中線部１ａ〜１ｄからの到来電波と校正信号発生部１０からの第１校正信号とを切り替えるためのスイッチ部１１ａ〜１１ｄを切り替えて同調受信部４ａ〜４ｄ（受信機）に入力する。このとき位相差方探処理部９で検出される信号間位相差が受信機間での位相差Δφ２であるため、実際の位相差方探時は、この位相差分Δφ２を補正（校正、オフセット）することで、受信機間の位相差Δφ２を見かけ上、０にすることができ、電波到来方位を算出できる。

ここでは、位相差補正処理から方位算出までの一連の動作について、図９の機能ブロック図及び図１０のフローチャートを用いてさらに詳しく説明する。なお、図１０のフローチャートのステップに対応する実施の形態２に係る位相差方探受信装置の動作を「Ｓ．○」として図９及び１０に付している（○は、ステップ数で例えば、ステップ３であればＳ．３となる）。ここでは、位相差方探処理部１３、位相差補正部１４（第１位相差補正部１４ａ、第２位相差補正部１４ｂ）、温度センサ部１５、構成テーブル保存部１６をステップ１、ステップ３、ステップ５、ステップ６、ステップ７などを用いて機能的に説明する。

・ステップ１：まず始めに位相差方探処理部１３（第１位相差補正部１４ａ）から同調受信部４ａ〜４ｄ及び校正信号発生部１０に対して所定の第１校正信号の同調周波数を指定して、校正信号発生部１０へ指示を送る。
・ステップ２：次に、校正信号発生部１０が同調周波数と同じ周波数ｆ０の第１校正信号を発生し、スイッチ部１１ａ〜１１ｄから受信機へ入力する。
・ステップ３：この周波数ｆ０の第１校正信号により各受信機間の位相差を位相差方探処理部９で検出・補正する。ここでいう補正（校正、オフセット）とは、位相のずれを考慮して位相差方探を行うことである。
・ステップ４：次に、スイッチ部１１ａ〜１１を空中線部１の系に切り替えて到来電波を受信する。

同調周波数ｆ０の第１校正信号による受信機間の位相差補正までは実施の形態１と同じであるため、この時点では同様に受信機間の位相誤差Δφ２Ｒ０が残る。この位相誤差Δφ２Ｒ０の補正方法が実施の形態１とは異なる（つまり、ステップ５以降の処理が異なる）。位相誤差Δφ２Ｒ０は、同調周波数ｆ０と実際の受信周波数ｆＲとが異なることにより発生する位相誤差である（ｆＲ−ｆ０＝Δｆ）。よって、Δｆに対する位相特性を校正テーブルとして用意することができれば、位相誤差Δφ２Ｒ０を補正することができる。

ほとんどの場合、実際の受信周波数ｆＲと位相差補正に使用した同調周波数ｆ０は一致しない。ここで、Δｆによる位相誤差Δφ２Ｒ０を補正するための校正テーブルについて詳しく述べる。同調周波数ｆ０と受信周波数ｆＲとの関係を図１１に示す。図１１の通り、Δｆに対する位相特性は受信帯域幅内での位相特性である。また、受信周波数範囲（ＲＦ回路部の周波数範囲）から比べると、受信帯域幅（ＩＦ回路部の周波数範囲）は非常に狭い。このため、受信帯域幅内における位相変化量はＲＦ回路部では非常に少なく、ＩＦ回路部が支配的となる。よって、校正テーブル＝受信帯域幅内でのΔｆに対する位相特性＝ＩＦ回路部の位相特性となる。

校正テーブル保存部１６が保持している校正テーブルの例又はイメージを図１２に示す。図１２の縦軸は温度ｔを示す。ここでは、例示的に、ｔがｔ１℃とｔ２℃との場合を示している。横軸は、温度ｔごとの受信帯域幅における系ａと系ｂとの位相差、系ａと系ｃとの位相差、系ａと系ｄとの位相差を示している。図１２の通り、各周波数Δｆに対する受信機（ＩＦ回路部）間の位相差を温度ごとに事前測定したものを校正テーブルとして校正テーブル保存部１６に保存させる。温度ｔごとに測定しているのは、校正テーブル作成時（事前測定）と位相差補正実施時（位相差方探実施時）でＩＦ回路部の温度が異なるためである（位相特性が温度によって変化するため）。位相差補正実施は図９及び１０の通りである。

校正テーブル保存部１６が保持する校正テーブルは、各周波数Δｆに対するＩＦ回路部間の位相差を温度ごとに事前測定したものであるが、ＩＦ回路部を構成する回路の全てを測定する必要はない。「発熱量が大きい」「熱による位相差の変動が大きい」などの理由から、特定の回路のみを事前測定して校正テーブルを作成してもよい。その場合、温度センサ部１５は、その校正テーブルのために事前測定した回路の温度を測定すればよい。

・ステップ５：位相差方探処理部９で到来電波の受信周波数ｆＲを測定するとともに、信号間位相差Δφ３を検出し、方位を算出する。位相差方探処理部１３（第２位相差補正部１４ｂ）が温度センサ１５へ温度を取得の指示を出す（温度センサ１５は、常時、ＩＦ回路部の温度を測定していてもよい）。
・ステップ６：温度センサ部１５がＩＦ回路部の温度を測定し、第２位相差補正部１４ｂが、その温度に対応した校正テーブルを校正テーブル部１６から参照する。
・ステップ７：校正テーブル部１６から得た位相差の値から、位相差方探処理部１３（第２位相差補正部１４ｂ）が各受信機間の位相差Δφ２を検出・補正することで、図９（ウ）のとおり、Δｆによる位相誤差Δφ２Ｒ０はなくなり、方位誤差±Δθがなくなるため、複数の空中線部１ａ〜１ｄと複数の同調受信部４ａ〜４ｄとをそれぞれ接続して到来電波を受信して位相差方探を実行することにより、±Δθ分の方位精度が向上する（方位ずれを低減できる）。

このように、図１２に示す校正テーブルとステップ２の同調周波数ｆ０の第１校正信号とを用いることで、図９（ウ）のとおり位相誤差がなくなり、方探精度が向上する。実施の形態１に係る位相差方探受信装置と比べて、実施の形態２に係る位相差方探受信装置は、校正信号発生部１０の処理が２回から１回に減るため、位相差補正処理時間を短縮できる。

以上のように、実施の形態２に係る位相差方探受信装置は、空中線部１を複数並べて電波の到来方位を求める位相差方探受信装置において、求める方位の精度を向上するために、各系統の受信機間の位相差補正を、同調周波数及びＩＦ回路部の温度に基く校正テーブルで実施することを特徴としているので、各系統の受信機間における電気長の差から生じる方位ずれを低減することができる。さらに、温度変化による位相誤差に起因する方位精度劣化する可能性が極めて低い。

実施の形態１及び２において、空中線部１（１ａ〜１ｄ）からスイッチ部１１（１１ａ〜１１ｄ）までの系ａ〜系ｄの相互間の位相差については言及していなかったが、空中線部１（１ａ〜１ｄ）からスイッチ部１１（１１ａ〜１１ｄ）に生じる位相差が無視できる程度であれば無視すればよく、位相差が無視できない程度であれば、実施の形態１及び２に係る位相差方探受信装置は、事前にその位相差を位相差方探処理部９（位相差方探処理部１３）が補正して、実施の形態１及び２に係る位相差補正や位相差方探を実行すればよい。

１（１ａ〜１ｄ）・・空中線部、２（２ａ〜２ｄ）・・帯域通過型フィルタ部、３（３ａ〜３ｄ）・・増幅部、４（４ａ〜４ｄ）・・同調受信部、５（５ａ〜５ｄ）・・帯域通過型フィルタ部、６（６ａ〜６ｄ）・・ＩＦ（中間周波数）増幅部、７（７ａ〜７ｄ）・・低域通過型フィルタ部、８（８ａ〜８ｄ）・・Ａ／Ｄ変換部、９・・位相差方探処理部、１０・・校正信号発生部、１１（１１ａ〜１１ｄ）・・スイッチ部、１２・・位相差補正部、１２ａ・・第１位相差補正部、１２ｂ・・第２位相差補正部、１３・・位相差方探処理部、１４・・位相差補正部、１４ａ・・第１位相差補正部、１４ｂ・・第２位相差補正部、１５・・温度センサ部、１６・・校正テーブル保存部。

Claims (4)

1. 到来電波を複数の受信系にて、それぞれ受信し、互いの位相差から到来電波の到来方位を検出する位相差方探受信装置において、互いがそれぞれ所定の間隔をおいて配置され、到来電波を受信する複数の空中線部と、これらの複数の空中線部ごとに設けられ、到来電波の同調受信を行う複数の同調受信部と、これらの複数の同調受信部から送られた前記複数の空中線部ごとに得られた到来電波の受信信号の位相差から到来電波の到来方位を算出する位相差方探処理部と、前記複数の受信系ごとの電気長差による位相差を補正するための校正信号を発生させ、前記位相差方探処理部へ送る校正信号発生部と、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部との間にそれぞれ配置され、前記複数の同調受信部の接続先を前記複数の空中線部又は前記校正信号発生部に切り替える複数のスイッチ部と、これらの複数のスイッチ部の切り替えにより、前記校正信号発生部と前記複数の同調受信部とを接続し、前記校正信号発生部に所定の周波数の第１校正信号を前記位相差方探処理部に送らせて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第１位相差補正部と、この第１位相差補正部による補正後に、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続して前記位相差方探処理部から得られる到来電波の周波数と同じ周波数である第２校正信号を前記校正信号発生部に発生させ、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記校正信号発生部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続し、前記第２校正信号を前記位相差方探処理部に送らせて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第２位相差補正部とを備えた位相差方探受信装置。
2. 到来電波を複数の受信系にて、それぞれ受信し、互いの位相差から到来電波の到来方位を検出する位相差方探受信装置において、互いがそれぞれ所定の間隔をおいて配置され、到来電波を受信する複数の空中線部と、これらの複数の空中線部ごとに設けられ、到来電波の同調受信を行う複数の同調受信部と、これらの複数の同調受信部から送られた前記複数の空中線部ごとに得られた到来電波の受信信号の位相差から到来電波の到来方位を算出する位相差方探処理部と、前記複数の受信系ごとの電気長差による位相差を補正するための校正信号を発生させ、前記位相差方探処理部へ送る校正信号発生部と、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部との間にそれぞれ配置され、前記複数の同調受信部の接続先を前記複数の空中線部又は前記校正信号発生部に切り替える複数のスイッチ部と、これらの複数のスイッチ部の切り替えにより、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続して前記位相差方探処理部から得られる到来電波の周波数と同じ周波数である第２校正信号を前記校正信号発生部に発生させ、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記校正信号発生部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続し、前記第２校正信号を前記位相差方探処理部に送らせて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第２位相差補正部とを備えた位相差方探受信装置。
3. 前記第２の位相差補正部による補正後に、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続する請求項１又は２に記載の位相差方探受信装置。
4. 到来電波を複数の受信系にて、それぞれ受信し、互いの位相差から到来電波の到来方位を検出する位相差方探受信装置において、互いがそれぞれ所定の間隔をおいて配置され、到来電波を受信する複数の空中線部と、これらの複数の空中線部ごとに設けられ、到来電波の同調受信を行う複数の同調受信部と、これらの複数の同調受信部から送られた前記複数の空中線部ごとに得られた到来電波の受信信号の位相差から到来電波の到来方位を算出する位相差方探処理部と、前記複数の受信系ごとの電気長差による位相差を補正するための校正信号を発生させ、前記位相差方探処理部へ送る校正信号発生部と、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部との間にそれぞれ配置され、前記複数の同調受信部の接続先を前記複数の空中線部又は前記校正信号発生部に切り替える複数のスイッチ部と、これらの複数のスイッチ部の切り替えにより、前記校正信号発生部と前記複数の同調受信部とを接続し、前記校正信号発生部に所定の周波数の第１校正信号を前記位相差方探処理部に送らせて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第１位相差補正部と、前記複数の同調受信部と前記位相差方探処理部との間の受信系における温度を計測する温度センサ部と、前記複数の同調受信部と前記位相差方探処理部との間の受信系における温度と周波数の関係による前記複数の同調受信部と前記位相差方探処理部との間の受信系ごとの位相差補正データを保持する校正テーブル保存部と、前記第１位相差補正部による補正後に、前記複数のスイッチ部の切り替えにより、前記複数の空中線部と前記複数の同調受信部とをそれぞれ接続して前記位相差方探処理部から得られる到来電波の周波数及び前記温度センサ部が計測した温度から、対応する位相差補正データを前記校正テーブル保存部から呼び出して、その位相差補正データに基づいて、前記位相差方探処理部に前記複数の受信系ごとの位相差を補正させる第２位相差補正部とを備えた位相差方探受信装置。

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