JP2015210093A - 方位測定装置、及び電波到来方位の算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一部の空中線やその後段の受信処理回路に異常が生じた場合、その空中線の覆域から到来する電波の到来方位を測定できなくなる。
【解決手段】本発明に係る電波到来方位の算出方法は、指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得する手段と、前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知する手段と、前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線を除いた前記少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と前記電波の到来方位との関係を示す第２の表を取得する手段と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度と前記第２の表とに基づいて前記電波の到来方位を算出する手段とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、受信強度判定回路、及び電波到来方位の算出方法に関し、特に指向性を有する複数の空中線からの電波の受信強度を基に、電波の到来方位を測定する方位測定装置に用いる受信強度判定回路及び電波到来方位の算出方法に関する。

空中線へのパルス変調波が到来する毎にマルチビーム空中線の各受信ビームによる受信レベルを計測し、受信レベル差から上記パルス変調波の到来方位を測定する電波探知装置が知られている。特許文献１では、指向方向の異なる複数の指向性空中線の出力を複数の信号検出回路で検出し、複数の信号検出回路の検出結果から所定の電波を受信したビームを判別し、電波到来方位を計測することが提案されている。

背景技術の方位測定装置の一例を図１に示す。図１の方位測定装置は、複数の空中線を６０°毎に円周上に配置したものである。図１の方位測定装置では、隣接する空中線１０１で受信した信号を、後段の受信処理回路１０２で処理した後、強度差-角度変換回路１０４へ入力する。受信強度判定回路１０３で各受信処理回路１０２からの出力に基づき、強度差-角度変換回路１０４の出力を選択回路１０５で選択する。そして、受信した信号間の受信強度差と両空中線間の配置の関係から、電波の到来する角度を算出後、方位算出回路１０６にて方位を算出していた。

特開平８−５４４５４号公報

しかしながら、背景技術の方位測定装置では、次のような課題がある。

方位測定装置において、電波の到来方位の測定は、隣接する空中線１０１間の信号受信強度差と空中線１０１の配置から行う。仮に、一部の空中線１０１や受信処理回路１０２に異常が生じ、受信強度が低下した場合、その空中線１０１の覆域から到来する電波の方位を測定できなくなる。

空中線１０１や受信処理回路１０２の部品は輸入品や特注品が多く、その修理や交換に時間を要するため、その間、到来方位の測定をできない状態が継続するという、課題があった。そのため、修理や交換までの間、何らかの手段で、方位測定を継続できる仕組みが必要とされていた。

本発明の目的は、一部の空中線やその後段の受信処理回路に異常が生じた場合、その空中線の覆域から到来する電波の到来方位を測定できなくなるという課題を解決できる、受信強度判定回路、及び電波到来方位の算出方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る電波到来方位の算出方法は、指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得する手段と、前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知する手段と、前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線を除いた前記少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と前記電波の到来方位との関係を示す第２の表を取得する手段と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度と前記第２の表とに基づいて前記電波の到来方位を算出する手段とを有する。

本発明の方位測定装置、及び電波到来方位の算出方法によれば、一部の受信系統に異常が生じた場合であっても、異常が生じた受信系統の空中線の覆域から到来する電波の方位を算出できる。

背景技術の方位測定装置の一例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による受信強度判定回路を適用した方位測定装置の一例を示すブロック図である。 複数の空中線の配置例を示す概念図である。 包絡線検波処理の概要を示す波形図である。 設定したランクRank_I、Rank_II、及びRank_IIIに対応する受信パターンの一例を示すテーブルである。 ΔIとθ_ΔIとの対応を示す変換テーブルである。 本発明の第１実施形態による受信強度判定回路の動作を説明するためのフローチャートである。 受信系統に異常が生じていないとき、及びチャネルCH1〜チャネルCH6に異常が発生したときのランクRank_I、Rank_II、及びRank_IIIと、測定方位との関係を示すテーブルである。

本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
初めに、本発明の第１実施形態による受信強度判定回路、及び電波到来方位の算出方法について、説明する。図２は、本発明の第１実施形態による受信強度判定回路を適用した方位測定装置の一例を示すブロック図である。図３は、複数の空中線の配置例を示す概念図である。図４は、包絡線検波処理の概要を示す波形図である。図５は、設定したランクRank_I、Rank_II、及びRank_IIIに対応する受信パターンの一例を示すテーブルである。図６は、ΔIとθ_ΔIとの対応を示す変換テーブルである。図７は、本発明の第１実施形態による受信強度判定回路の動作を説明するためのフローチャートである。図８は、受信系統に異常が生じていないとき、及びチャネルCH1〜チャネルCH6に異常が発生したときのランクRank_I、Rank_II、及びRank_IIIと、測定方位との関係を示すテーブルである。

本実施形態では、空中線はチャネルCH1からチャネルCH6までの６つのチャネルが存在するとする。

図２の空中線１−１〜１−６は、到来電波を受信する。各空中線は図３のように６０°毎に円周上に配置している。また、各空中線は指向性を有している。空中線の到来方位は図３中のθ₀であらわされる。また、２つのチャネルCHの受信強度を基に算出した角度をθ_ΔI、角度を方位に変換するための角をθ_offsetと定義する。即ち、到来方位θ₀=θ_ΔI+θ_offsetである。

図２の受信処理回路２−１〜２−６は、各空中線１−１〜１−６が受信した信号を増幅し、包絡線検波処理を行い、Ａ／Ｄ変換（アナログ／ディジタル変換）する。包絡線検波処理の概要を図４に示す。パルス信号を受信した場合、図４のように信号の包絡線を検出し受信強度Iを取得する。包絡線検波処理は公知の技術なので特に説明しない。受信処理回路２−１〜２−６において取得された受信強度をそれぞれI1、I2、…、I6とする。受信処理回路は、取得した受信強度を強度差-角度変換回路と受信強度判定回路に出力する。

図２の受信強度判定回路３は、取得した受信強度I1、I2、…、I6を強度の高い順に並び替える。最も受信強度の高い空中線をランクRank_I、次に受信強度の高い空中線をランクRank_II、その次に受信強度の高い空中線をランクRank_III、その次に受信強度の高い空中線をランクRank_IVとする。なお、ランクRank_IVは方位測定装置が故障した場合にのみ使用する。

本実施形態ではRank_I=CH1、Rank_II=CH6、Rank_III=CH3の受信パターンを取得したとする。取得したRank_I、II、IIIに対応する受信パターンを図５に示すTable_Aに基づいて決定する。Table_Aの中に取得したRank_I、II、IIIに対応する受信パターンが存在する場合、空中線は故障していないと判断する。その後、後述する出力結果選択回路５ａに対して後述する強度差-角度変換回路４−１〜４−６の出力値の中からRank_IとRank_IIに対応するチャネルCH間の強度差に基づいて算出した角度θ_ΔIを選択するよう指示する。

Table_Aの中に取得したRank_I、II、IIIに対応する受信パターンが存在しない場合、いずれかのチャネルCHが故障していると判定する。本実施形態のようにRank_I=CH1、Rank_II=CH6、Rank_III=CH3である場合、Table_Aのいずれの受信パターンにも合致しない。その際、Table_Aの受信パターンと受信信号のRank_I、II、IIIを比較することで故障した空中線を特定する。本実施形態ではチャネルCH2が故障したものと判定される。故障したチャネルCHのチャネル番号とTable_Aとに基づいてTable_Bを作成する。本実施形態の場合、チャネルCH2が故障したのでTable_AからチャネルCH2を削除し、チャネルCH2以降の番号を繰り上げる。

続いて、Table_AにおけるRank_I、IIのいずれかに故障したチャネルCHが含まれる受信パターンを特定する。その後、Table_Bにおいて、含まれていた受信パターンをGroup_iに、含まれていなかったパターンをGroup_iiに分類する。本実施形態では受信パターンA、B、C、DがGroup_iに、受信パターンE、F、G、H、I、J、K、LがGroup_iiに分類される。

受信パターンがGroup_iiに含まれる場合、後述する出力結果選択回路５ａに対して強度差-角度変換回路４−１〜４−６の中からRank_IとRank_IIに対応するチャネルCH間の強度差に基づいて算出した角度θ_ΔIを選択するよう指示する。

受信パターンがGroup_iに含まれる場合、故障したチャネルCHの両隣に位置するチャネルCHを用いてθ_ΔIを算出する。本実施形態ではチャネルCH2が故障したので、チャネルCH1とチャネルCH3を用いてθ_ΔIを算出する必要がある。よって、後述する出力結果選択回路５ｂに対して後述する強度差-角度変換回路６−１が算出した角度θ_ΔIを選択するよう、受信強度判定回路３が指示する。

図２の強度差-角度変換回路４−１〜４−６は、図６に示すΔI-θ_ΔI変換表ａを用いて、隣接する２つのチャネルCH間の受信強度差ΔIからθ_ΔIを算出する。例えば、チャネルCH1とチャネルCH2の受信強度差ΔIはI2-I1と定義される。なお、実際の測定を行う前にΔI-θ_ΔI変換表ａを作成する。その際、あらかじめθ_ΔIの分かっている状況でビームを入射しθ_ΔIに対応するΔIを取得する。

図２の強度差-角度変換回路６−１〜６−６は、チャネルCH間の角度が１２０°であるような２つのチャネルCHを用いてθ_ΔIを算出する場合に使用する。この場合、図６に示すΔI-θ_ΔI変換表ｂを用いる。ΔI-θ_ΔI変換表ｂに関してもΔI-θ_ΔI変換表ａと同様の方法で測定前に取得しておく。選択したθ_ΔIを後述する方位算出回路７に出力する。

出力結果選択回路５ａは、受信強度判定回路３からの指示に従って、強度差-角度変換回路４−１〜４−６が出力するθ_ΔIの中から該当するθ_ΔIを選択する。出力結果選択回路５ａは、選択したθ_ΔIを後述する方位算出回路７に出力する。出力結果選択回路５ｂは、受信強度判定回路３からの指示に従って、強度差-角度変換回路６−１〜６−６が出力するθ_ΔIの中から該当するθ_ΔIを選択する。出力結果選択回路５ｂは、選択したθ_ΔIを後述する方位算出回路７に出力する。

図２の方位算出回路７は、出力結果選択回路５ａ又は出力結果選択回路５ｂから取得したθ_ΔIにθ_offsetを加えて、ビームの入射方位(θ₀)を算出する。方位算出回路７は、Table_Aに基づいて受信パターンに応じたθ_offsetを加える。図８は、受信系統に異常が生じていないとき、及びチャネルCH1〜チャネルCH6に異常が発生したときのランクRank_I、Rank_II、及びRank_IIIと、測定方位との関係を示すテーブルである。

図７を基に本実施形態における動作を説明する。空中線１−１〜１−６は到来する電波を受信し（ステップＳ１）、各空中線に接続された受信信号回路に対して受信信号を出力する。受信処理回路２−１〜２−６は受信した信号を増幅し、包絡線検波処理を行い、Ａ／Ｄ変換する（ステップＳ２）。受信処理回路２−１〜２−６は、包絡線検波時に受信信号強度Iを算出する。受信処理回路２−１〜２−６は、算出したIを受信強度判定回路３、強度差-角度変換回路４−１〜４−６、強度差-角度変換回路６−１〜６−６に出力する。強度差-角度変換回路４−１〜４−６及び強度差-角度変換回路６−１〜６−６は、受信したIを用いて二つのチャネルCH間の受信強度差を算出する（ステップＳ３）。受信強度判定回路３は各空中線からの受信信号強度I1からI6を取得する。取得した受信信号強度I1からI6を大きい順に並べ替えて、受信強度の高い順にランクRank_I、II、III、IVを特定する（ステップＳ４）。

特定したランクRank_I、II、IIIが、図５のTable_Aに記載された受信パターンの中のいずれかと合致するか否か判定する（ステップＳ５）。合致する場合（ステップＳ５のＹＥＳ）はランクRank_I、IIに対応するチャネルCHからの信号に基づいて算出したθ_ΔIとθ_offsetを用いてθ₀を算出する（ステップＳ６）。

図５のTable_Aに記載された受信パターンの中のいずれとも合致しない場合（ステップＳ５のＮＯ）、何らかの不具合によって故障した空中線を特定する（ステップＳ７）。本実施形態ではチャネルCH2が故障したと仮定する。

故障したチャネル番号(CH番号)とTable_Aとを用いて、図５のTable_Bを作成する（ステップＳ８）。以降のステップでは受信信号パターンの決定にはTable_Bを基に決定する。作成したTable_BにおいてGroup_iとGroup_iiを定義する（ステップＳ９）。

さらに、Table_Bに基づいて受信パターンを特定する（ステップＳ１０）。具体的には、ランクRank_I、IIに故障したチャネルCHを含む受信パターンはGroup_iに分類し、ランクRank_I、IIに故障したチャネルCHを含まない場合はGroup_iiに分類する。ここでは本実施形態では受信パターンA、B、C、DがGroup_iに分類され、受信パターンE、F、G、H、I、J、K、LがGroup_iiに分類される。

次に、受信パターンがGroup_iに含まれるか否かを判定する（ステップＳ１１）。含まれる場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、強度差-角度変換回路６−１〜６−６の出力するθ_ΔIの中から、Table_BにおけるランクRank_I、IIのチャネルCHとΔI-θ_ΔI変換表ｂに基づいて算出したθ_ΔIを選択するよう、出力結果選択回路５ｂに指示する。

受信パターンがGroup_iに含まれていない場合（ステップＳ１１のＮＯ）は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、強度差-角度変換回路４−１〜４−６の出力するθ_ΔIの中から、故障チャネルCHの両隣のチャネルCHからの受信信号強度とΔI-θ_ΔI変換表ａとに基づいて算出したθ_ΔIを選択するよう、出力結果選択回路５ａに指示する。本実施形態の場合、チャネルCH1とチャネルCH3からの受信信号強度I1、I3を用いて算出したθ_ΔIを選択するよう指示する。出力結果選択回路５ａ及び出力結果選択回路５ｂは、受信強度判定回路３からの指示に対応するθ_ΔIを選択する。そして出力結果選択回路５ｂは、選択したθ_ΔIを方位算出回路７に出力する。方位算出回路７は取得したθ_ΔIとTable_Bに記載されたθ_offsetに基づいて到来方位θ₀を算出する。

本実施形態の受信強度判定回路、及び電波到来方位の算出方法によれば、一部の受信系統に異常が生じた場合、異常の受信系統の両隣の受信系統で受信した信号により方位を算出する。これにより、異常が生じた受信系統の空中線の覆域から到来する電波の方位を算出できる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得する手段と、
前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知する手段と、
前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線を除いた前記少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と前記電波の到来方位との関係を示す第２の表を取得する手段と、
測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度と前記第２の表とに基づいて前記電波の到来方位を算出する手段と、
を有することを特徴とする電波到来方位算出装置。
（付記２）
前記空中線の異常を検知する手段で用いられる受信信号強度は、受信信号強度の最も大きい空中線と２番目に大きい空中線と３番目に大きい空中線の受信信号強度である
ことを特徴とする付記１記載の電波到来方位算出装置。
（付記３）
指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得する手段と、
前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知する手段と、
前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線の両隣の空中線の受信信号強度を用いて前記電波の到来方位を算出する手段と、
を有することを特徴とする電波到来方位算出装置。
（付記４）
電波の到来方位と指向性を有する少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度との関係を示す第１の表を取得するステップと、
前記第１の表と、前記測定された少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知するステップと、
前記空中線の異常が検知された場合に、電波の到来方位と前記異常が検知された空中線を除いた前記少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度との関係を示す第２の表を取得するステップと、
測定された複数の空中線それぞれの受信信号強度と前記第２の表とに基づいて前記電波の到来方位を算出するステップと、
を有することを特徴とする電波到来方位算出方法。
（付記５）
指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得するステップと、
前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知するステップと、
前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線の両隣の空中線の受信信号強度を用いて前記電波の到来方位を算出するステップと、
を有することを特徴とする電波到来方位算出方法。
（付記６）
電波の到来方位と指向性を有する少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度との関係を示す第１の表を取得し、
前記第１の表と、前記測定された少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知し、
前記空中線の異常が検知された場合に、電波の到来方位と前記異常が検知された空中線を除いた前記少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度との関係を示す第２の表を取得し、
測定された複数の空中線それぞれの受信信号強度と前記第２の表とに基づいて前記電波の到来方位を算出するプログラム。
（付記７）
指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得し、
前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知し、
前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線の両隣の空中線の受信信号強度を用いて前記電波の到来方位を算出するプログラム。

本発明の活用例として、電波の受信強度から到来方位を算出する方位測定装置に関する分野が考えられる。

１−１〜１−６ 空中線
２−１〜２−６ 受信処理回路
３ 受信強度判定回路
４−１〜４−６、６−１〜６−６ 強度差-角度変換回路
５ａ、５ｂ 出力結果選択回路
７ 方位算出回路

Claims (7)

1. 指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得する手段と、
   前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知する手段と、
   前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線を除いた前記少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と前記電波の到来方位との関係を示す第２の表を取得する手段と、
   測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度と前記第２の表とに基づいて前記電波の到来方位を算出する手段と、
   を有することを特徴とする電波到来方位算出装置。
2. 前記空中線の異常を検知する手段で用いられる受信信号強度は、受信信号強度の最も大きい空中線と２番目に大きい空中線と３番目に大きい空中線の受信信号強度である
   ことを特徴とする請求項１記載の電波到来方位算出装置。
3. 指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得する手段と、
   前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知する手段と、
   前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線の両隣の空中線の受信信号強度を用いて前記電波の到来方位を算出する手段と、
   を有することを特徴とする電波到来方位算出装置。
4. 電波の到来方位と指向性を有する少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度との関係を示す第１の表を取得するステップと、
   前記第１の表と、前記測定された少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知するステップと、
   前記空中線の異常が検知された場合に、電波の到来方位と前記異常が検知された空中線を除いた前記少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度との関係を示す第２の表を取得するステップと、
   測定された複数の空中線それぞれの受信信号強度と前記第２の表とに基づいて前記電波の到来方位を算出するステップと、
   を有することを特徴とする電波到来方位算出方法。
5. 指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得するステップと、
   前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知するステップと、
   前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線の両隣の空中線の受信信号強度を用いて前記電波の到来方位を算出するステップと、
   を有することを特徴とする電波到来方位算出方法。
6. 電波の到来方位と指向性を有する少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度との関係を示す第１の表を取得し、
   前記第１の表と、前記測定された少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知し、
   前記空中線の異常が検知された場合に、電波の到来方位と前記異常が検知された空中線を除いた前記少なくとも３つの空中線それぞれの受信信号強度との関係を示す第２の表を取得し、
   測定された複数の空中線それぞれの受信信号強度と前記第２の表とに基づいて前記電波の到来方位を算出するプログラム。
7. 指向性を有する少なくとも４つの空中線それぞれの受信信号強度と電波の到来方位との関係を示す第１の表を取得し、
   前記第１の表と、測定された前記受信信号強度の内の３つの受信信号強度とに基づいて前記空中線の異常を検知し、
   前記空中線の異常が検知された場合に、異常が検知された前記空中線の両隣の空中線の受信信号強度を用いて前記電波の到来方位を算出するプログラム。

Images