JP2024012916A - Radio wave transceiver, distributed phased array antenna system, distributed electromagnetic wave observation data collection system, and distributed synthetic aperture radar system - Google Patents

Radio wave transceiver, distributed phased array antenna system, distributed electromagnetic wave observation data collection system, and distributed synthetic aperture radar system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radio wave transceiver that can suppress deterioration in beam quality.
SOLUTION: A radio wave transceiver 2 transmits and receives codes to and from another radio wave transceiver 2 via a synchronization antenna 27, and acquires spatiotemporal difference information including both temporal difference information which is a temporal error from a radio wave transceiver 2 serving as a reference and spatial difference information which is a spatial error from the radio wave transceiver 2 serving as the reference using a spatiotemporal difference information acquisition unit 28. Based on the spatiotemporal difference information, a phase shift adjustment unit 24 acts on a phase shifter 221 of a transmitting/receiving module 22 to control an amount of phase shift of a high frequency signal emitted from a communication antenna 21 so as to correct a spatiotemporal error, and suppresses deterioration in beam quality caused by the spatiotemporal error.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、自機の時空間差分情報を取得できる電波送受信機と、複数の電波送受信機を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステムと、複数の電波送受信機を用いた分散型電磁波観測データ収集システムと、複数の電波送受信機を用いた分散型合成開口レーダシステムに関する。 The present invention provides a radio wave transmitter/receiver that can acquire spatiotemporal difference information of own aircraft, a distributed phased array antenna system using multiple radio wave transmitters/receivers, and a distributed electromagnetic wave observation data collection system using multiple radio wave transmitters/receivers. and a distributed synthetic aperture radar system using multiple radio wave transmitters and receivers.

複数の小型アンテナでアレイを構成したアレイアンテナにおいて、各アンテナ素子が位相器に接続され、アンテナ間の相対移相量を制御することでビーム形成を行うフェーズドアレイアンテナがある。フェーズドアレイアンテナのビーム制御は、従来の機械駆動式走査型のビーム制御に比較して高速性・制御性の向上、可動部の減少による故障率の低減などのメリットがある。フェーズドアレイアンテナの用途は多岐に渡り、データ転送の効率化のために特定の相手に対して適応的にメインローブを向けることや、情報収集レーダとして用いる例がある。 BACKGROUND ART Among array antennas in which an array is formed of a plurality of small antennas, there is a phased array antenna in which each antenna element is connected to a phase shifter and beam formation is performed by controlling the amount of relative phase shift between the antennas. Phased array antenna beam control has advantages over conventional mechanically driven scanning beam control, such as improved speed and controllability, and reduced failure rates due to fewer moving parts. Phased array antennas have a wide variety of uses, including adaptively directing the main lobe toward a specific target to improve the efficiency of data transfer, and use as information gathering radar.

また、人工衛星や航空機等の飛翔体に搭載したレーダが移動しながら地上に電波を発射し、その反射波を受信して合成することにより、比較的小さい開口のアンテナで、実効的に大開口のアンテナを合成できるようにした合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)がある。SARは全天候性で、かつ昼夜の区別なく高分解能で地形等の映像を得ることができるので、地球観測や惑星探査等に用いられている。そして、フェーズドアレイを用いたSAR(例えば、PALSAR:Phased Array Type L-band Synthetic Aperture Radar)などもある。 In addition, a radar mounted on a flying object such as an artificial satellite or aircraft emits radio waves to the ground while moving, and by receiving and synthesizing the reflected waves, an antenna with a relatively small aperture can effectively achieve a large aperture. There is a synthetic aperture radar (SAR) that can synthesize two antennas. SAR is all-weather and can obtain high-resolution images of topography, etc., regardless of day or night, so it is used for earth observation, planetary exploration, etc. There is also SAR (for example, PALSAR: Phased Array Type L-band Synthetic Aperture Radar) using a phased array.

上記のようなフェーズドアレイアンテナ及びそれを応用したSARにおいては、各アンテナ素子が発射した電波を合成して所望のビーム特性を得るために、アンテナ素子間の相対位相制御が重要となる。したがって、一般的には複数のアンテナ素子・位相器は各々結線されており、所望のビーム特性が得られるように各アンテナ素子から発射される電波の相対位相が集中管理的に制御される。 In the above-described phased array antenna and SAR using the same, relative phase control between antenna elements is important in order to combine radio waves emitted by each antenna element and obtain desired beam characteristics. Therefore, a plurality of antenna elements and phase shifters are generally connected to each other, and the relative phase of radio waves emitted from each antenna element is centrally controlled so as to obtain desired beam characteristics.

また、フェーズドアレイアンテナ及びそれを応用したSARにおいて、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子が各々基準信号発生器や増幅器を有し、独立して自身の位相制御を行う分散型アンテナ/分散型SAR技術がある。このような分散型アンテナ/分散型SARでは、各アンテナ素子の配置状態が安定的に保持されていれば、各アンテナ素子の配列に応じた位相調整を行うことで所望のビーム特性を実現できる。しかし、各アンテナ素子の配置状態が変化する場合には、各アンテナ素子間の電波の相対位相を考慮した上で自律制御する必要がある。 In addition, in phased array antennas and SAR that apply them, distributed antenna/distributed SAR technology in which each antenna element making up the array antenna has a reference signal generator and an amplifier, and independently controls its own phase. There is. In such a distributed antenna/distributed SAR, as long as the arrangement of each antenna element is maintained stably, desired beam characteristics can be achieved by adjusting the phase according to the arrangement of each antenna element. However, when the arrangement state of each antenna element changes, it is necessary to perform autonomous control in consideration of the relative phase of radio waves between each antenna element.

例えば、アンテナパネルが折り畳まれた状態で衛星軌道上に打ち上げられた人工衛星がアンテナパネルを展開すると、機械的な歪み、または熱による歪みを受けて、理想的なフェーズドアレイアンテナの放射面形状が得られず、理想的な特性を達成できない。このようなアンテナ形状の歪み等で誘発される位相誤差を光学技術により検出し、これらの誤差を補償するために必要な位相修正値を求め、リアルタイムの形状補償を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。この特許文献1に記載のフェーズドアレイアンテナでは、アンテナパネル毎にモジュール(アンテナ素子・増幅器・位相器・制御器で構成される単位ユニット)として分割されているため、個々のモジュール自体を小型化して重ねるように折り畳むことで、打ち上げ用ロケットの積載物フェアリング内への収納が容易になる。 For example, when an artificial satellite is launched into satellite orbit with its antenna panel folded and unfolds, the ideal radiation surface shape of a phased array antenna is distorted due to mechanical or thermal distortion. Therefore, ideal characteristics cannot be achieved. A technology has been proposed that uses optical technology to detect phase errors induced by distortions in the antenna shape, calculates the phase correction values necessary to compensate for these errors, and performs real-time shape compensation ( For example, see Patent Document 1). In the phased array antenna described in Patent Document 1, each antenna panel is divided into modules (units consisting of antenna elements, amplifiers, phase shifters, and controllers), so each module itself is miniaturized. By folding them one on top of the other, they can be easily stored inside the payload fairing of a launch vehicle.

また、複数の小型衛星にアンテナ素子がそれぞれ搭載され、複数の小型衛星が協調して、あるいは制御衛星の支援により、位置関係を維持することでフェーズドアレイアンテナを構成する分散型開口システムが提案されている(例えば、特許文献2を参照)。この特許文献2に記載の分散型開口システムでは、小型衛星間、および小型衛星と制御衛星との間の相対位置を一定に維持するために、電磁コイルを使って距離xおよび角度yを維持するように各衛星間の相対距離を変化させる技術が採用されている。 In addition, a distributed aperture system has been proposed in which antenna elements are mounted on multiple small satellites, and a phased array antenna is constructed by maintaining the positional relationship between the multiple small satellites in coordination or with the support of a control satellite. (For example, see Patent Document 2). In the distributed aperture system described in Patent Document 2, an electromagnetic coil is used to maintain a distance x and an angle y in order to maintain constant relative positions between small satellites and between a small satellite and a control satellite. A technology has been adopted to change the relative distance between each satellite.

特許第4951622号公報Patent No. 4951622 特許第6506365号公報Patent No. 6506365

しかしながら、特許文献1に記載されたフェーズドアレイアンテナは、独立した位相制御を行うアンテナモジュールが有線接続されて同一の移動体(衛星)に搭載されているため、モジュールの数が増えれば全体としては大型化してしまい、狭小スペースへの収納が困難になる。しかも、特許文献1に記載されたフェーズドアレイアンテナは、アンテナモジュールを任意に再配置することができないため、故障したアンテナモジュールを正常なアンテナモジュールに交換して運用するような柔軟性や、必要に応じてアンテナモジュールの構成数を増減させたりアンテナモジュールの配置構造を変更したりできる拡張性がない。 However, in the phased array antenna described in Patent Document 1, antenna modules that perform independent phase control are connected by wire and mounted on the same mobile object (satellite), so as the number of modules increases, the overall It becomes large and difficult to store in a narrow space. Moreover, in the phased array antenna described in Patent Document 1, the antenna modules cannot be rearranged arbitrarily, so there is no flexibility to replace a malfunctioning antenna module with a normal antenna module or to operate the antenna module as needed. There is no expandability that allows the number of antenna modules to be increased or decreased or the arrangement structure of antenna modules to be changed accordingly.

一方、特許文献2に記載された分散型開口システムは、複数の移動体(衛星)にそれぞれアンテナ素子が搭載されており、全体としてアレイアンテナを形成するので、故障した移動体を正常なアンテナ素子を持つ移動体に交換して運用するような柔軟性や、必要に応じて移動体の数を増減させたり移動体の配置構造を変更したりできるので、拡張性に優れる。しかし、特許文献2に記載された分散型開口システムでは、個々の移動体が相互の位置関係を維持してアレイを形成する必要があり、位置決めの精度は移動体の移動手段や外乱に依存するため、位置決めずれによる理想的配置からのずれが無視できない誤差となり得る。すなわち、アンテナ素子の理想的な配置状態を保持できなければ、アレイアンテナ全体として発射されるビームの品質が低下する。なお、この課題は移動体にアンテナ素子を搭載した場合に限らず、可搬式の固定型分散アンテナも同様で、各アンテナを設置するときの位置ずれに起因して、アレイアンテナ全体として発射されるビームの品質が低下する。また、特許文献2に記載の分散型開口システムでは、独立した小型衛星をアレイ化しているため、既知のフェーズドアレイアンテナの如く共通クロックによる高精度の時刻同期が行えないため、各小型衛星の時刻ずれに起因して、アレイアンテナ全体として発射されるビームの品質が低下する。また、複数のアンテナ素子が受信した受信信号に適宜な重み付けをして合成することで種々の指向性の受信ビームを形成できるビームフォーミングアンテナにおいても、受信信号に位相ずれがあると、形成するビームの品質が低下する。また、画像取得エリアの上空をアジマス方向へ移動しつつ、パルスの送受信を繰り返して複数のアンテナ素子で得た受信信号を、合成開口レーダ信号処理装置により加工して二次元画像を生成できる合成開口レーダにおいても、送信信号や受信信号に位相ずれがあると、二次元画像の品質が低下する。 On the other hand, in the distributed aperture system described in Patent Document 2, each of a plurality of moving objects (satellites) is equipped with an antenna element, forming an array antenna as a whole. It has excellent scalability, as it has the flexibility to operate by replacing it with a new mobile unit, as well as the ability to increase or decrease the number of mobile units and change the arrangement of mobile units as needed. However, in the distributed aperture system described in Patent Document 2, the individual movable bodies must maintain their mutual positional relationships to form an array, and the positioning accuracy depends on the means of movement of the movable bodies and disturbances. Therefore, deviation from the ideal arrangement due to positioning deviation may become a non-negligible error. That is, if the ideal arrangement of the antenna elements cannot be maintained, the quality of the beam emitted by the array antenna as a whole will deteriorate. Note that this problem is not limited to cases where antenna elements are mounted on a mobile object, but also applies to portable fixed distributed antennas.Due to positional deviation when installing each antenna, the antenna is emitted as a whole. Beam quality deteriorates. In addition, in the distributed aperture system described in Patent Document 2, since independent small satellites are arrayed, highly accurate time synchronization using a common clock cannot be performed as in known phased array antennas. Due to the misalignment, the quality of the beam emitted by the array antenna as a whole is degraded. In addition, even in beamforming antennas that can form receive beams with various directivity by appropriately weighting and combining received signals received by multiple antenna elements, if there is a phase shift in the received signals, the formed beam quality deteriorates. In addition, while moving in the azimuth direction above the image acquisition area, the synthetic aperture radar can generate a two-dimensional image by processing the received signals obtained by multiple antenna elements by repeatedly transmitting and receiving pulses using a synthetic aperture radar signal processing device. Also in radar, if there is a phase shift in the transmitted signal or received signal, the quality of the two-dimensional image will deteriorate.

そこで、本発明は、ビーム品質の低下を抑制する補正情報として利用可能な位相ずれ情報を取得できる電波送受信機と、複数の電波送受信機を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステムと、複数の電波送受信機を用いた分散型電磁波観測データ収集システムと、複数の電波送受信機を用いた分散型合成開口レーダシステムの提供を目的とする。 Therefore, the present invention provides a radio wave transmitter/receiver capable of acquiring phase shift information that can be used as correction information to suppress deterioration of beam quality, a distributed phased array antenna system using a plurality of radio wave transmitters/receivers, and a plurality of radio wave transmitters/receivers. The purpose of this research is to provide a distributed electromagnetic wave observation data collection system using radio waves and a distributed synthetic aperture radar system using multiple radio wave transmitters and receivers.

上記の課題を解決するために、第1の電波送受信機は、複数のアンテナ素子を配列して所望の指向性を得るフェーズドアレイアンテナシステムを構成する前記アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、時空間差分情報取得部と、移相調整部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、前記移相調整部は、前記時空間差分情報に基づいて、前記時間的誤差及び/または前記空間的誤差を補正するように、前記通信用アンテナから放射する電波の移相量を調整する、ことを特徴とする。 In order to solve the above problem, the first radio wave transmitter/receiver is a radio wave transmitter/receiver that can be used as an antenna element that configures a phased array antenna system in which a plurality of antenna elements are arranged to obtain desired directivity. The apparatus comprises N communication antennas (N is an arbitrary natural number), a spatio-temporal difference information acquisition section, a phase shift adjustment section, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal, and the spatio-temporal difference information acquisition section The unit mutually transmits and receives codes with the other radio wave transmitter/receiver by wireless communication using a synchronization antenna different from the communication antenna, and eliminates the time difference between the reference oscillators and the propagation caused by the code transmission and reception. Based on the delay time, time difference information, which is the time error between the radio wave transmitter/receiver serving as a reference and the own aircraft, and the appropriate position of the own aircraft with respect to the radio wave transmitter/receiver serving as the reference and the current position of the own aircraft. Measures spatial difference information that is a spatial error, acquires spatio-temporal difference information including the temporal difference information and the spatial difference information, and the phase shift adjustment section, based on the spatio-temporal difference information, The method is characterized in that the amount of phase shift of radio waves radiated from the communication antenna is adjusted so as to correct the temporal error and/or the spatial error.

さらに、本発明に係る分散型フェーズドアレイアンテナシステムは、第1の電波送受信機を複数用いて構成され、各電波送受信機の前記通信用アンテナから放射される電波の重ね合わせによって特定の指向性をもつ前記フェーズドアレイアンテナシステムを構成することを特徴とする。 Furthermore, the distributed phased array antenna system according to the present invention is configured using a plurality of first radio wave transmitters/receivers, and has a specific directivity by superimposing the radio waves radiated from the communication antenna of each radio wave transmitter/receiver. The phased array antenna system is characterized by configuring the phased array antenna system.

また、上記の課題を解決するために、第2の電波送受信機は、複数のアンテナ素子を配列して、各アンテナ素子が受信した受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け(振幅の増幅・減衰)処理をして合成することで種々の指向性の受信ビームを形成できるビームフォーミングアンテナにおける各アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、時空間差分情報取得部と、各通信用アンテナに対応するN個の信号受信部と、受信データ送信部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する現在の自機の相対位置である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、前記受信データ送信部は、前記信号受信部が受信した受信信号と、その受信タイミングにおける前記時空間差分情報と、自機と他の前記電波送受信機とを識別可能に設定された自機の固有情報と、を紐付けた受信データを機外へ送信する、ことを特徴とする。 In addition, in order to solve the above problem, the second radio wave transmitter/receiver arranges a plurality of antenna elements, performs appropriate phase shift processing and appropriate weighting (amplitude amplification) on the received signal received by each antenna element.・A radio wave transmitter/receiver that can be used as each antenna element in a beamforming antenna that can form reception beams with various directivity by performing attenuation processing and combining them, and is capable of transmitting N (N is any natural number) communications. an antenna for communication, a spatio-temporal difference information acquisition section, N signal receiving sections corresponding to each communication antenna, a received data transmitting section, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal. The information acquisition unit mutually transmits and receives codes with the other radio wave transmitter/receiver by wireless communication using a synchronization antenna different from the communication antenna, and calculates the time difference between the reference oscillators and the code transmission and reception. Based on the accompanying propagation delay time, temporal difference information that is the time error between the radio wave transmitter and receiver serving as a reference and the own aircraft, and spatial difference information that is the current relative position of the own aircraft with respect to the radio wave transmitter and receiver that serves as a reference. The received data transmitter measures the difference information and acquires the spatio-temporal difference information including the temporal difference information and the spatial difference information, and the received data transmitting unit is configured to measure the received signal received by the signal receiving unit and the received data at the reception timing. The present invention is characterized in that received data in which the spatio-temporal difference information is linked to the unique information of the own machine that is set to enable discrimination between the own machine and the other radio wave transceivers is transmitted to the outside of the machine.

さらに、本発明に係る分散型電磁波観測データ収集システムは、第2の電波送受信機を移動体に搭載してなる複数のスレーブモビリティと、少なくとも、複数の前記スレーブモビリティより送信された前記受信データを収集し、収集した前記受信データをまとめて所定のデータ収集所へ転送するデータ中継機を、移動体に搭載してなるマスターモビリティと、を含み、複数の前記スレーブモビリティと前記マスターモビリティを任意に設定した電磁波観測エリアに配置し、各スレーブモビリティからの前記受信データを収集した前記マスターモビリティのみが、収集した前記受信データを電磁波観測データとして前記データ収集所へ転送することを特徴とする。 Furthermore, the distributed electromagnetic wave observation data collection system according to the present invention includes a plurality of slave mobilities each having a second radio wave transmitter/receiver mounted on a mobile body, and at least the received data transmitted from the plurality of slave mobilities. a master mobility equipped with a data relay machine mounted on a mobile body, which collects the received data and transfers the collected received data collectively to a predetermined data collection site; Only the master mobility, which is placed in a set electromagnetic wave observation area and has collected the received data from each slave mobility, transfers the collected received data to the data collection center as electromagnetic wave observation data.

また、上記の課題を解決するために、第3の電波送受信機は、複数のアンテナ素子を配列し、画像取得エリアの上空をアジマス方向へ移動しつつパルスの送受信を繰り返して得た受信信号を、合成開口レーダ信号処理装置により加工して二次元画像を生成できる合成開口レーダにおける各アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、各通信用アンテナに対応するN個のパルス送受信部と、時空間差分情報取得部と、受信データ送信部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する現在の自機の相対位置である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、前記受信データ送信部は、前記パルス送受信部が受信した反射信号と、前記時空間差分情報取得部が取得した前記時空間差分情報と、自機と他の前記電波送受信機とを識別可能に設定された自機の固有情報と、を受信データとして前記合成開口レーダ信号処理装置へ送信する、ことを特徴とする。 In addition, in order to solve the above problem, the third radio wave transmitter/receiver has a plurality of antenna elements arranged, and receives a received signal obtained by repeatedly transmitting and receiving pulses while moving in the azimuth direction above the image acquisition area. , a radio wave transmitter/receiver that can be used as each antenna element in a synthetic aperture radar that can be processed by a synthetic aperture radar signal processing device to generate a two-dimensional image, comprising N communication antennas (N is any natural number); The space-time difference information acquisition unit includes N pulse transmission/reception units corresponding to each communication antenna, a spatio-temporal difference information acquisition unit, a received data transmission unit, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal. By wireless communication using a synchronization antenna different from the communication antenna, codes are exchanged with the other radio wave transmitter/receiver, and the time difference between the reference oscillators and the propagation delay time due to the code transmission and reception are determined. Based on this, time difference information, which is the time error between the radio wave transmitter/receiver serving as a reference and the own aircraft, and spatial difference information, which is the current relative position of the own aircraft with respect to the radio wave transmitter/receiver serving as the reference, are measured. and acquires spatio-temporal difference information including the temporal difference information and the spatial difference information, and the reception data transmitting section transmits the reflected signal received by the pulse transmitting/receiving section and the spatio-temporal difference information acquiring section acquiring and transmitting, as received data, the spatio-temporal difference information and unique information of the own aircraft set to enable discrimination between the own aircraft and other radio wave transmitters/receivers to the synthetic aperture radar signal processing device. shall be.

さらに、本発明に係る分散型合成開口レーダシステムは、第3の電波送受信機を移動体に搭載し、前記画像取得エリアに対するパルス信号の送信と反射信号の受信を行うマスター合成開口レーダ装置と、請求項5に記載の電波送受信機を移動体に搭載し、前記マスター合成開口レーダ装置と同じ画像取得エリアに対してパルス信号の送信と反射信号の受信を行うM台(Mは任意の自然数)のスレーブ合成開口レーダ装置と、前記マスター合成開口レーダ装置および前記スレーブ合成開口レーダ装置からの受信データを加工して二次元画像を生成する合成開口レーダ信号処理装置と、を含み、前記スレーブ合成開口レーダ装置は、前記マスター合成開口レーダ装置を基準となる前記電波送受信機として前記時空間差分情報を取得し、少なくとも前記時間的差分情報に基づいて前記時間的誤差を補正する位相調整を行うことで、前記マスター合成開口レーダ装置のパルス送信と同期したパルス信号の送信を行い、前記合成開口レーダ信号処理装置は、前記マスター合成開口レーダ装置および/または前記スレーブ合成開口レーダ装置からの前記受信データにおける反射信号に対して、少なくとも前記時空間差分情報における前記空間的差分情報に基づいて前記空間的誤差を補正する位相調整を行う、ことを特徴とする。 Further, the distributed synthetic aperture radar system according to the present invention includes a master synthetic aperture radar device that includes a third radio wave transmitter/receiver mounted on a moving body and transmits a pulse signal to the image acquisition area and receives a reflected signal; M units (M is an arbitrary natural number) in which the radio wave transmitter/receiver according to claim 5 is mounted on a moving object, and transmit a pulse signal and receive a reflected signal to the same image acquisition area as the master synthetic aperture radar device. a slave synthetic aperture radar device; a synthetic aperture radar signal processing device that processes received data from the master synthetic aperture radar device and the slave synthetic aperture radar device to generate a two-dimensional image; The radar device acquires the spatiotemporal difference information using the master synthetic aperture radar device as the radio wave transmitter/receiver as a reference, and performs phase adjustment to correct the temporal error based on at least the temporal difference information. , transmits a pulse signal synchronized with the pulse transmission of the master synthetic aperture radar device, and the synthetic aperture radar signal processing device transmits a pulse signal in synchronization with the pulse transmission of the master synthetic aperture radar device, and the synthetic aperture radar signal processing device transmits a pulse signal in synchronization with the pulse transmission of the master synthetic aperture radar device, and The method is characterized in that a phase adjustment is performed on the reflected signal to correct the spatial error based on at least the spatial difference information in the spatio-temporal difference information.

本発明に係る第1~第3の電波送受信機によれば、他の電波送受信機との間での時空間差分情報を取得できる。よって、第1の電波送受信機を複数用いる分散型フェーズドアレイアンテナシステムは、各電波送受信機が取得した時空間差分情報を補正情報として用いることで、ビーム品質の低下を抑制できる。また、第2の電波送受信機を複数用いる分散型電磁波観測データ収集システムは、各電波送受信機が取得した時空間差分情報を補正情報として用いることで、ビーム品質の低下を抑制できる。また、第3の電波送受信機を複数用いる分散型合成開口レーダシステムは、各電波送受信機が取得した時空間差分情報を補正情報として用いることで、二次元画像の品質低下を抑制できる。 According to the first to third radio wave transmitters/receivers according to the present invention, it is possible to acquire spatiotemporal difference information with respect to other radio wave transmitters/receivers. Therefore, a distributed phased array antenna system using a plurality of first radio wave transceivers can suppress deterioration of beam quality by using the spatio-temporal difference information acquired by each radio wave transceiver as correction information. Further, a distributed electromagnetic wave observation data collection system using a plurality of second radio wave transceivers can suppress a decrease in beam quality by using the spatio-temporal difference information acquired by each radio wave transceiver as correction information. Furthermore, the distributed synthetic aperture radar system using a plurality of third radio wave transceivers can suppress deterioration in the quality of two-dimensional images by using the spatio-temporal difference information acquired by each radio wave transceiver as correction information.

(A)は本実施形態に係る分散型フェーズドアレイアンテナシステムの概略構成図である。(B)は分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる第1構成例の電波送受信機の概略構成図である。(A) is a schematic configuration diagram of a distributed phased array antenna system according to the present embodiment. (B) is a schematic configuration diagram of a radio wave transmitter/receiver of a first configuration example used in a distributed phased array antenna system. (A)はリニアアレイアンテナとして機能するように電波送受信機を直線状に等間隔で配置した分散型フェーズドアレイアンテナシステムにおける放射特性の第1例を示すイメージ図である。(B)はリニアアレイアンテナとして機能するように電波送受信機を直線状に等間隔で配置した分散型フェーズドアレイアンテナシステムにおける放射特性の第2例を示すイメージ図である。(A) is an image diagram showing a first example of radiation characteristics in a distributed phased array antenna system in which radio wave transmitters and receivers are arranged at equal intervals in a straight line so as to function as a linear array antenna. (B) is an image diagram showing a second example of radiation characteristics in a distributed phased array antenna system in which radio wave transmitters and receivers are arranged at equal intervals in a straight line so as to function as a linear array antenna. (A)は分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる各電波送受信機の基準発振器に時間的誤差が無い場合の放射特性を示すイメージ図である。(B)は分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる各電波送受信機の基準発振器に時間的誤差が有る場合の放射特性を示すイメージ図である。(C)は分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる各電波送受信機の基準発振器に含まれる時間的誤差を時間的差分情報に基づいて補正した場合の放射特性を示すイメージ図である。(A) is an image diagram showing radiation characteristics when there is no time error in the reference oscillator of each radio wave transmitter/receiver used in the distributed phased array antenna system. (B) is an image diagram showing radiation characteristics when there is a time error in the reference oscillator of each radio wave transmitter/receiver used in the distributed phased array antenna system. (C) is an image diagram showing radiation characteristics when the time error included in the reference oscillator of each radio wave transmitter/receiver used in the distributed phased array antenna system is corrected based on time difference information. 分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる各電波送受信機が相互の位相差を検出して位相同期を図るために行う補正動作の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a correction operation performed by each radio wave transmitter/receiver used in the distributed phased array antenna system to detect mutual phase differences and achieve phase synchronization. 第2構成例の電波送受信機の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the radio wave transceiver of a 2nd example of a structure. 第3構成例の電波送受信機の第略構成図である。It is a 1st schematic block diagram of the radio wave transceiver of a 3rd example of a structure. (A)は複数台の車両にそれぞれ搭載した電波送受信機を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステムのイメージ図である。(B)は複数の無人航空機にそれぞれ搭載した電波送受信機を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステムのイメージ図である。(A) is an image diagram of a distributed phased array antenna system using radio wave transmitters and receivers mounted on multiple vehicles. (B) is an image diagram of a distributed phased array antenna system using radio wave transmitters and receivers mounted on a plurality of unmanned aircraft. 複数台のスレーブモビリティと1台のマスターモビリティとで構成した分散型電磁波観測データ収集システムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a distributed electromagnetic wave observation data collection system composed of a plurality of slave mobility devices and one master mobility device. (A)はスレーブモビリティに用いる電波送受信機の概略構成図である。(B)はマスターモビリティに用いる電波送受信機の概略構成図である。(A) is a schematic configuration diagram of a radio wave transmitter/receiver used for slave mobility. (B) is a schematic configuration diagram of a radio wave transmitter/receiver used for master mobility. 1台のマスター合成開口レーダ装置と複数台のスレーブ合成開口レーダ装置と1台の移動型制御装置とで構成した分散型合成開口レーダシステムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a distributed synthetic aperture radar system including one master synthetic aperture radar device, a plurality of slave synthetic aperture radar devices, and one mobile control device. 1台のマスター合成開口レーダ装置とM台のスレーブ合成開口レーダ装置から観測対象物へパルス信号を送信し、1台のマスター合成開口レーダ装置とM台のスレーブ合成開口レーダ装置で反射信号を受信する分散型合成開口レーダシステムの概略構成図である。One master synthetic aperture radar device and M slave synthetic aperture radar devices transmit pulse signals to the observation target, and one master synthetic aperture radar device and M slave synthetic aperture radar devices receive reflected signals. 1 is a schematic configuration diagram of a distributed synthetic aperture radar system. 1台のマスター合成開口レーダ装置から観測対象物へパルス信号を送信し、1台のマスター合成開口レーダ装置とM台のスレーブ合成開口レーダ装置で反射信号を受信する分散型合成開口レーダシステムの概略構成図である。Outline of a distributed synthetic aperture radar system in which a pulse signal is transmitted from one master synthetic aperture radar device to an observation target, and reflected signals are received by one master synthetic aperture radar device and M slave synthetic aperture radar devices. FIG.

以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。図1(A)に示すのは、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1で、通信方向に臨む略平坦な面に配置した4つの電波送受信機2(例えば、第1電波送受信機2A、第2電波送受信機2B、第3電波送受信機2C、第4電波送受信機2D)とシステム制御装置11とから成る。なお、適所に分散配置される第1~第4電波送受信機2A~2Dは、何れも共通の機能を備えるものとし(例えば、図1(B)を参照)、第1~第4電波送受信機2A~2Dを区別する必要が無い場合は、単に電波送受信機2とよぶ。また、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する電波送受信機2の利用数は、4機に限定されるものではなく、2機あるいは3機でも良いし、5機以上でも構わない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings. What is shown in FIG. 1(A) is a distributed phased array antenna system 1, in which four radio wave transceivers 2 (for example, a first radio wave transceiver 2A, a second radio wave transceiver 2A, a second radio wave transceiver 2A, a 2B, a third radio wave transmitter/receiver 2C, a fourth radio wave transmitter/receiver 2D), and a system control device 11. It should be noted that the first to fourth radio wave transmitters/receivers 2A to 2D distributed at appropriate locations all have a common function (for example, see FIG. 1(B)), and the first to fourth radio wave transmitters/receivers 2A to 2D are distributed at appropriate locations. If there is no need to distinguish between 2A and 2D, they are simply referred to as radio wave transmitter/receiver 2. Furthermore, the number of radio wave transceivers 2 that constitute the distributed phased array antenna system 1 is not limited to four, but may be two or three, or five or more.

電波送受信機2は、「複数のアンテナ素子を配列して所望の指向性を得るフェーズドアレイアンテシステム」を構成するアンテナ素子として利用可能である。すなわち、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1では、複数の電波送受信機2を配列し、システム制御装置11からの指示により、これら電波送受信機2の全部あるいは一部のアンテナを励振させ、励振振幅と励振位相を制御して得られた電波の重ね合わせによって、所望の指向性を得るのである。 The radio wave transmitter/receiver 2 can be used as an antenna element constituting a "phased array antenna system in which a plurality of antenna elements are arranged to obtain desired directivity." That is, in the distributed phased array antenna system 1, a plurality of radio wave transmitters/receivers 2 are arranged, all or some of the antennas of these radio wave transmitters/receivers 2 are excited by instructions from the system control device 11, and the excitation amplitude and excitation are adjusted. The desired directivity is obtained by superimposing the radio waves obtained by controlling the phase.

なお、アレイアンテナは、その配列方法によってリニアアレイ、プレーナアレイ、サーキュラーアレイ、コンフォーマルアレイなどに区分される。さらに、各放射素子の相対位相によってビーム方向や放射パターンの制御を行うアレイアンテナを、特にフェーズドアレイアンテナと称する。また、放射要素を電気的に接続せずに分離し、各放射要素が独立して自身を制御するアンテナを分散型アレイアンテナと呼ぶ。これらの既存技術をふまえて、独立した放射要素である電波送受信機2の相対位相によってビーム方向や放射パターンの制御を行うシステムである本発明を、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1とよぶ。 Note that array antennas are classified into linear arrays, planar arrays, circular arrays, conformal arrays, etc. depending on the arrangement method. Further, an array antenna in which the beam direction and radiation pattern are controlled by the relative phase of each radiating element is particularly referred to as a phased array antenna. Furthermore, an antenna in which the radiating elements are separated without being electrically connected and each radiating element controls itself independently is called a distributed array antenna. Based on these existing technologies, the present invention, which is a system that controls the beam direction and radiation pattern by the relative phase of the radio wave transmitter/receiver 2, which is an independent radiating element, is referred to as a distributed phased array antenna system 1.

また、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1がフェーズドアレイアンテナとして機能するためには、システム制御装置11から第1~第4電波送受信機2A~2Dへ指向特性制御の指示を行ったり、第1~第4電波送受信機2A~2Dからシステム制御装置11へ受信信号を送信したりする必要がある。このため、システム制御装置11と第1~第4電波送受信機2A~2Dには、双方向の信号伝送機能が必要であり、図1(A)では、システム制御装置11と第1~第4電波送受信機2A~2Dを有線接続する例を示したが、無線接続でも構わない。また、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する第1~第4電波送受信機2A~2Dの何れか1機にシステム制御装置11の機能を付加しておけば、システム制御装置11を別途用意する必要が無い。 In addition, in order for the distributed phased array antenna system 1 to function as a phased array antenna, the system control device 11 must instruct the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D to control directivity, and It is necessary to transmit received signals from the four radio wave transceivers 2A to 2D to the system control device 11. Therefore, the system control device 11 and the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D require a bidirectional signal transmission function. Although an example has been shown in which the radio wave transmitters and receivers 2A to 2D are connected by wire, wireless connections may also be used. Furthermore, if the function of the system control device 11 is added to any one of the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D constituting the distributed phased array antenna system 1, the system control device 11 can be prepared separately. There's no need.

各電波送受信機2は、それぞれ独立した筐体に収容され、個別に取り扱うことができるので、電波送受信機2としてのサイズや重量を十分に低減させておけば、可搬性の高いものとなる。しかも、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1として使用する電波送受信機2の数や配置等を任意に変更して放射特性を制御できるので、システムとしての自由度を高められる。しかしながら、放射要素を分散化したマイナス要因として、電波送受信機2を理想的な配置とする高精度の位置合わせが困難であり、誤差要因となる。加えて、各電波送受信機2は独立していることから、基準クロック等の生成は電波送受信機2毎に行う必要があり、既知のフェーズドアレイアンテナの如く共通クロックによる高精度の同期が行えないため、誤差要因となる。そこで、本実施形態の電波送受信機2には、時間的な誤差や空間的な誤差を補正できる機能を設け、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1として得られるビーム品質の低下を抑制できるようにした。 Each radio wave transmitter/receiver 2 is housed in an independent housing and can be handled individually, so if the size and weight of the radio wave transmitter/receiver 2 are sufficiently reduced, it becomes highly portable. Moreover, since the radiation characteristics can be controlled by arbitrarily changing the number, arrangement, etc. of the radio wave transmitters/receivers 2 used in the distributed phased array antenna system 1, the degree of freedom as a system can be increased. However, a negative factor of dispersing the radiation elements is that it is difficult to achieve highly accurate positioning of the radio wave transmitter/receiver 2 in an ideal arrangement, which may lead to errors. In addition, since each radio wave transmitter/receiver 2 is independent, it is necessary to generate a reference clock etc. for each radio wave transmitter/receiver 2, and high precision synchronization using a common clock cannot be performed as in known phased array antennas. Therefore, it becomes an error factor. Therefore, the radio wave transmitter/receiver 2 of this embodiment is provided with a function that can correct temporal errors and spatial errors, so that deterioration of the beam quality obtained by the distributed phased array antenna system 1 can be suppressed.

以下、図1(B)を参照して、第1構成例として示す電波送受信機2の誤差補正機能について詳述する。なお、電波送受信機2がシステム制御装置11と行う信号通信機能や処理動作については、既知のフェーズドアレイアンテナにて採用されている様々な技術を適用可能であるから、図1(B)では省略した。 Hereinafter, with reference to FIG. 1(B), the error correction function of the radio wave transmitter/receiver 2 shown as a first configuration example will be described in detail. Note that the signal communication function and processing operations performed by the radio wave transmitter/receiver 2 with the system control device 11 are omitted in FIG. 1(B) because various techniques employed in known phased array antennas can be applied. did.

電波送受信機2は、通信用アンテナ21、送受信モジュール22、放射制御部23、位相調整部24、送受信制御部25、基準発振器26、同期用アンテナ27、時空間差分情報取得部28、から構成される。なお、通信用アンテナ21には、ダイポールアンテナ、スロットアンテナ、マイクロストリップアンテナなどが望ましい。通信用アンテナ21、送受信モジュール22、放射制御部23、位相調整部24は、フェーズドアレイを構成する一放射素子として機能する。放射制御部23は、アンテナに給電する高周波の周波数、強度を制御し、位相調整部24は高周波の位相を制御する。送受信モジュール22は、送信パス・受信パスそれぞれの位相を任意に調整できる移相器221と増幅回路(例えば、送信用増幅器222と受信用低雑音増幅器223)を備え、放射制御部23および移相器221を介して給電される高周波を通信用アンテナ21に送信するか、あるいは通信用アンテナ21で受信した高周波を位相シフトした後に復調するかを切り替える。すなわち、電波送受信機2では、任意に位相を制御した電波を通信用アンテナ21から放射・受信できる。なお、以下の電波送受信機2に関する説明では電波を放射する動作例について述べるが、受信でも同様の効果が得られる。 The radio wave transmitter/receiver 2 includes a communication antenna 21, a transmitter/receiver module 22, a radiation controller 23, a phase adjuster 24, a transmitter/receiver controller 25, a reference oscillator 26, a synchronization antenna 27, and a spatiotemporal difference information acquisition unit 28. Ru. Note that the communication antenna 21 is preferably a dipole antenna, a slot antenna, a microstrip antenna, or the like. The communication antenna 21, the transmission/reception module 22, the radiation control section 23, and the phase adjustment section 24 function as one radiating element constituting a phased array. The radiation control section 23 controls the frequency and intensity of the high frequency wave that is fed to the antenna, and the phase adjustment section 24 controls the phase of the high frequency wave. The transmitting/receiving module 22 includes a phase shifter 221 and an amplifier circuit (for example, a transmitting amplifier 222 and a receiving low-noise amplifier 223) that can arbitrarily adjust the phase of each of the transmitting path and the receiving path. The controller 221 switches between transmitting the high-frequency waves fed through the communication antenna 221 to the communication antenna 21, or demodulating the high-frequency waves received by the communication antenna 21 after phase-shifting them. That is, the radio wave transmitter/receiver 2 can radiate and receive radio waves whose phase is arbitrarily controlled from the communication antenna 21. Note that in the following explanation regarding the radio wave transmitter/receiver 2, an example of the operation of emitting radio waves will be described, but the same effect can be obtained even when receiving radio waves.

図2(A)は、第1~第4電波送受信機2A~2Dを、それぞれ距離dを隔てて直線状に整列配置したリニアアレイ構成の分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を示す。また、第1~第4電波送受信機2A~2Dの時計は理想的な精度で同期している。よって、第1~第4電波受信機2A~2Dの各送信用アンテナ21より励振位相Φで同期した高周波が送信されると、第1~第4電波送受信機2A~2Dの配列方向に直交する向きが指向方向となる合成波の波面WFが生ずる。一方、図2(B)は、第1電波送受信機2Aの送信用アンテナ21より励振位相Φの高周波を、第2電波送受信機2Bの送信用アンテナ21より励振位相Φ+Δφの高周波を、第3電波送受信機2Cの送信用アンテナ21より励振位相Φ+2Δφの高周波を、第4電波送受信機2Dの送信用アンテナ21より励振位相Φ+3Δφの高周波を、それぞれ送信した場合を示す。このように、第1~第4電波送受信機2A~2Dの配列位置に応じて位相調整した高周波を送信すると、図2(A)の指向方向に対して角度θ傾いた指向方向となる合成波の波面WFが生ずる。 FIG. 2(A) shows a distributed phased array antenna system 1 having a linear array configuration in which first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D are arranged in a straight line at a distance d from each other. Furthermore, the clocks of the first to fourth radio wave transmitters/receivers 2A to 2D are synchronized with ideal precision. Therefore, when high frequencies synchronized with the excitation phase Φ are transmitted from each transmitting antenna 21 of the first to fourth radio wave receivers 2A to 2D, the waves are perpendicular to the arrangement direction of the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D. A wavefront WF of a composite wave whose direction is the directional direction is generated. On the other hand, in FIG. 2(B), a high frequency wave with an excitation phase Φ is transmitted from the transmitting antenna 21 of the first radio wave transceiver 2A, a high frequency wave with an excitation phase Φ+Δφ is transmitted from the transmitting antenna 21 of the second radio wave transceiver 2B, and a third radio wave is A case is shown in which a high frequency wave with an excitation phase of Φ+2Δφ is transmitted from the transmitting antenna 21 of the transmitter/receiver 2C, and a high frequency wave with an excitation phase of Φ+3Δφ is transmitted from the transmitting antenna 21 of the fourth radio wave transmitter/receiver 2D. In this way, when transmitting a high frequency wave whose phase is adjusted according to the array position of the first to fourth radio wave transmitters/receivers 2A to 2D, a composite wave whose directional direction is tilted at an angle θ with respect to the directional direction of FIG. 2(A) is generated. A wavefront WF is generated.

しかしながら、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1に用いる各電波送受信機2は、既知のアレイアンテナのように集中管理されておらず、他の電波送受信機2とは独立して動作するため、自機における励振振幅・位相などの高周波信号の状態を個別に把握・制御しなくてはならない。このとき課題となるのは、他の電波送受信機2との間で一定の規則のもと位相をそろえることである。そのためには、基準となる電波送受信機2と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる電波送受信機2に対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を把握し、所望の合成波を得るために必要な位相ずれ量を補正するように高周波の状態を制御することが肝要である。なお、時間的差分情報とは、基準となる電波送受信機2の基準発振器26と自機の基準発振器26との誤差でも良いし、基準となる電波送受信機2の基準発振器26が生成する基準周波数信号(例えば、基準クロック信号)をカウントしている時計と自機の時計との誤差であっても良い。また、空間的差分情報は、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1において自機に割り当てられた理想的配置となる位置(適正位置)と自機の現在位置との空間的誤差を、基準となる電波送受信機2(以下、基準機と呼ぶ)の位置を元に取得するものである。仮に、基準機の位置が適正位置から若干ずれていたとしても、他の電波送受信機2が基準機に対して適正位置に配置されていれば、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1としては、意図通りの指向性を実現できるからである。 However, each radio wave transmitter/receiver 2 used in the distributed phased array antenna system 1 is not centrally managed unlike known array antennas and operates independently from other radio wave transmitters/receivers 2. The state of high-frequency signals such as excitation amplitude and phase must be individually understood and controlled. The challenge at this time is to align the phases with other radio wave transmitters/receivers 2 according to a certain rule. To do this, we need time difference information, which is the time error between the reference radio wave transmitter/receiver 2 and the own aircraft, and spatial error between the appropriate position of the own aircraft with respect to the reference radio wave transmitter/receiver 2 and the own aircraft's current position. It is important to understand the spatial difference information and control the high frequency state so as to correct the amount of phase shift required to obtain the desired composite wave. Note that the time difference information may be an error between the reference oscillator 26 of the radio wave transmitter/receiver 2 serving as a reference and the reference oscillator 26 of the own device, or the reference frequency generated by the reference oscillator 26 of the radio wave transmitter/receiver 2 serving as the reference. It may be an error between the clock that is counting the signal (for example, the reference clock signal) and the clock of the own device. In addition, the spatial difference information indicates the spatial error between the ideal position assigned to the aircraft in the distributed phased array antenna system 1 (appropriate position) and the current position of the aircraft, which serves as a reference for radio wave transmission and reception. This is acquired based on the position of aircraft 2 (hereinafter referred to as the reference aircraft). Even if the position of the reference device is slightly deviated from the proper position, if the other radio wave transmitter/receiver 2 is placed at the correct position relative to the reference device, the distributed phased array antenna system 1 will work as intended. This is because it is possible to achieve the directivity of

そこで、電波送受信機2には、基準発振器26に加えて、同期用アンテナ27および時空間差分情報取得部28を設けた。時空間差分情報取得部28は、他の電波送受信機2との間での時間的差分情報、及び他の電波送受信機2との間での空間的差分情報、の両方を含む時空間差分情報を取得する。この時空間差分情報に基づいて、位相調整部24が送受信モジュール22の移相器221に働きかけ、通信用アンテナ21から発射される高周波信号の移相量を制御する。このように、上述した時間的差分情報および空間的差分情報を含む時空間差分情報を把握し、時間的誤差と空間的誤差を補正することにより、独立して動作する複数の電波送受信機2を用いていても、協調して所望の合成波を得ることができる。例えば、時空間差分情報取得部28は、同期用アンテナ27を介した無線通信で他の電波送受信機2とコードの送受信を行い、相互の基準発振器26の時刻ずれとコード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、時間的差分情報と前記空間的差分情報を計測する。なお、同期用アンテナ27を使わず、有線接続された他の電波送受信機2と通信を行って位相ずれを計測するようにしても良い。 Therefore, in addition to the reference oscillator 26, the radio wave transmitter/receiver 2 is provided with a synchronization antenna 27 and a spatio-temporal difference information acquisition section 28. The spatio-temporal difference information acquisition unit 28 provides spatio-temporal difference information including both temporal difference information with other radio wave transceivers 2 and spatial difference information with other radio wave transceivers 2. get. Based on this spatio-temporal difference information, the phase adjustment section 24 acts on the phase shifter 221 of the transmitting/receiving module 22 to control the amount of phase shift of the high frequency signal emitted from the communication antenna 21. In this way, by grasping the spatio-temporal difference information including the above-mentioned temporal difference information and spatial difference information and correcting the temporal error and spatial error, it is possible to control multiple radio wave transmitters and receivers 2 that operate independently. Even if the two components are used together, the desired composite wave can be obtained in cooperation. For example, the spatio-temporal difference information acquisition unit 28 transmits and receives codes to and from another radio wave transmitter/receiver 2 by wireless communication via the synchronization antenna 27, and calculates the time difference between the mutual reference oscillators 26 and the propagation delay time due to code transmission and reception. Based on this, the temporal difference information and the spatial difference information are measured. Note that the phase shift may be measured by communicating with another radio wave transmitter/receiver 2 connected by wire without using the synchronization antenna 27.

時空間差分情報取得部28が取得した時間的差分情報及び空間的差分情報を含む時空間差分情報は、送受信制御部25を介して位相調整部24に供給され、位相ずれを補正する制御に使用される。すなわち、放射制御部23は基準発振器26によるクロック源に基づいて高周波信号を励振し、位相調整部24は時空間差分情報に基づいて移相器221による位相量を制御して高周波信号の時空間的誤差を補正し、ビーム品質の低下を抑制した高周波信号を通信用アンテナ21より送信する。これにより、独立して動作する複数の電波送受信機2を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステム1として、所望の合成波を得ることが可能になる。このような位相補正動作について、図3を参照して説明する。なお、図3では、説明を簡単にするため、第1~第3電波送受信機2A~2Cを等間隔で一列に配置したリニアアレイ構造とした。 The spatio-temporal difference information including the temporal difference information and the spatial difference information acquired by the spatio-temporal difference information acquisition section 28 is supplied to the phase adjustment section 24 via the transmission/reception control section 25, and is used for control to correct phase shift. be done. That is, the radiation control unit 23 excites the high-frequency signal based on the clock source provided by the reference oscillator 26, and the phase adjustment unit 24 controls the phase amount by the phase shifter 221 based on the spatio-temporal difference information to adjust the spatio-temporal signal of the high-frequency signal. The communication antenna 21 transmits a high-frequency signal in which the optical error is corrected and deterioration in beam quality is suppressed. This makes it possible to obtain a desired composite wave as a distributed phased array antenna system 1 using a plurality of radio wave transmitters/receivers 2 that operate independently. Such a phase correction operation will be explained with reference to FIG. 3. In FIG. 3, in order to simplify the explanation, a linear array structure is used in which the first to third radio wave transceivers 2A to 2C are arranged in a line at equal intervals.

例えば、図3(A)に示すように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの各基準発振器26が高精度に同期しており、時刻TMに時間的誤差が無かった場合、送受信モジュール22に供給される高周波信号に時間的誤差は生じていない。先ず、第1電波送受信機2Aの送受信モジュール22にて位相調整する位相ずれ量Φa0を、システム制御装置11からの指示通り0(ゼロ)とすれば、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。同様に、第2電波送受信機2Bの送受信モジュール22にて位相調整する位相ずれ量Φb0を、システム制御装置11からの指示通りπ/6とすれば、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。同様に、第3電波送受信機2Cの送受信モジュール22にて位相調整する位相ずれ量Φc0を、システム制御装置11からの指示通りπ/3(=2π/6)とすれば、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。このように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの時刻TMに時間的誤差が無ければ、各通信用アンテナ21より発射される高周波信号の位相差に応じた指向方向に波面が揃い、好適な指向性を得られる。 For example, as shown in FIG. 3(A), if the reference oscillators 26 of the first to third radio wave transceivers 2A to 2C are synchronized with high precision and there is no time error in the time TM, the transmitting and receiving module There is no time error in the high frequency signal supplied to 22. First, if the phase shift amount Φa0 for phase adjustment in the transmitting/receiving module 22 of the first radio wave transmitting/receiving device 2A is set to 0 (zero) as instructed by the system control device 11, the high frequency signal emitted from the communication antenna 21 is The phase will be as instructed. Similarly, if the phase shift amount Φb0 for phase adjustment in the transmitting/receiving module 22 of the second radio wave transmitting/receiving device 2B is set to π/6 as instructed by the system control device 11, the high frequency signal emitted from the communication antenna 21 is The phase will be as instructed. Similarly, if the phase shift amount Φc0 for phase adjustment in the transmitting/receiving module 22 of the third radio wave transmitting/receiving device 2C is set to π/3 (=2π/6) as instructed by the system control device 11, the communication antenna 21 The emitted high-frequency signal has a phase as instructed. In this way, if there is no time error in the time TM of the first to third radio wave transceivers 2A to 2C, the wavefronts are aligned in the pointing direction according to the phase difference of the high frequency signals emitted from each communication antenna 21, A suitable directivity can be obtained.

しかしながら、図3(B)に示すように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの時刻がマスタークロックに同期していなかった場合、送受信モジュール22に供給される高周波信号に時間的誤差が生じてしまう。先ず、第1電波送受信機2Aの時計はマスタークロックに同期(時刻TMに一致)しているので、送受信モジュール22内で位相調整(位相ずれ量Φa0=0)された高周波信号は、指示通りの位相となる。しかし、第2電波送受信機2Bの時計はマスタークロックよりもΔtb進んでいるので時刻TM+Δtbが高周波信号の発振基準となり、送受信モジュール22内で位相調整(位相ずれ量Φb0=π/6)された高周波信号は、本来の指示よりも位相がずれた状態となる。また、第3電波送受信機2Cの時計はマスタークロックよりもΔtc進んでいるので時刻TM+Δtcが高周波信号の発振基準となり、送受信モジュール22内で位相調整(位相ずれ量Φc0=π/3)された高周波信号は、本来の指示よりも位相がずれた位相となる。よって、図3(B)の各通信用アンテナ21より発射される高周波信号は、その位相差に応じた指向方向に波面が揃わず、好適な指向性を得られない。 However, as shown in FIG. 3(B), if the times of the first to third radio wave transceivers 2A to 2C are not synchronized with the master clock, a time error may occur in the high frequency signal supplied to the transceiver module 22. It will happen. First, since the clock of the first radio wave transmitter/receiver 2A is synchronized with the master clock (coinciding with the time TM), the high frequency signal whose phase has been adjusted (phase shift amount Φa0 = 0) within the transmitter/receiver module 22 is as instructed. It becomes the phase. However, since the clock of the second radio wave transmitter/receiver 2B is ahead of the master clock by Δtb, time TM + Δtb becomes the oscillation reference for the high frequency signal, and the high frequency signal whose phase is adjusted (phase shift amount Φb0 = π/6) within the transmitting/receiving module 22 The signal will be out of phase with respect to the original indication. Also, since the clock of the third radio wave transmitter/receiver 2C is ahead of the master clock by Δtc, the time TM+Δtc becomes the oscillation reference for the high frequency signal, and the high frequency signal is phase-adjusted (phase shift amount Φc0 = π/3) within the transmitter/receiver module 22. The signal will be out of phase with respect to the original indication. Therefore, the wavefronts of the high-frequency signals emitted from each communication antenna 21 in FIG. 3(B) are not aligned in the directivity direction according to the phase difference, and suitable directivity cannot be obtained.

一方、図3(C)に示すように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの時刻がマスタークロックに同期していない場合でも、位相調整部24によって時刻ずれを補正するように位相量の調整を行えば、高周波信号に生じた時間的誤差を解消できる。なお、以下では送信する高周波信号の周期をPとする。先ず、第1電波送受信機2Aの時計はマスタークロックに同期(時刻TMに一致)しているので、位相調整部24が送受信モジュール22に指示する補正位相調整量ΦaCはΦa0(=0)のままで、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。しかし、第2電波送受信機2Bの時計はマスタークロックよりもΔtb進んでいるので、Δtbによって生じる位相ずれ量(2πΔtb/P)を加味した補正位相調整量ΦbC=Φb0-2πΔtb/P(=π/6-2πΔtb/P)を位相調整部24が送受信モジュール22に指示することで、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。また、第3電波送受信機2Cの時計はマスタークロックよりもΔtc進んでいるので、Δtcによって生じる位相ずれ量(2πΔtc/P)を加味した補正位相調整量ΦcC=Φc0-2πΔtc/P(=π/3-2πΔtc/P)を位相調整部24が送受信モジュール22に指示することで、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。このように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの時刻TMに時間的誤差が有っても、時刻ずれを補正するように位相量の調整を行えば、各通信用アンテナ21より発射される高周波信号の位相差に応じた指向方向に波面が揃い、好適な指向性を得られる。 On the other hand, as shown in FIG. 3(C), even if the times of the first to third radio wave transmitters 2A to 2C are not synchronized with the master clock, the phase adjustment unit 24 adjusts the phase amount so that the time difference is corrected. By adjusting the above, it is possible to eliminate the temporal error that occurs in the high frequency signal. In addition, below, the period of the high frequency signal to be transmitted is assumed to be P. First, since the clock of the first radio wave transmitter/receiver 2A is synchronized with the master clock (coinciding with the time TM), the corrected phase adjustment amount ΦaC that the phase adjustment section 24 instructs the transmitting/receiving module 22 remains Φa0 (=0). The high frequency signal emitted from the communication antenna 21 has a phase as instructed. However, since the clock of the second radio wave transmitter/receiver 2B is ahead of the master clock by Δtb, the corrected phase adjustment amount ΦbC = Φb0 - 2πΔtb/P (=π/ 6−2πΔtb/P) by the phase adjustment unit 24 to the transmitting/receiving module 22, so that the high frequency signal emitted from the communication antenna 21 has the phase as instructed. Also, since the clock of the third radio wave transmitter/receiver 2C is ahead of the master clock by Δtc, the corrected phase adjustment amount ΦcC = Φc0 - 2πΔtc/P (=π/ 3-2πΔtc/P) by the phase adjustment unit 24 to the transmitting/receiving module 22, so that the high frequency signal emitted from the communication antenna 21 has the phase as instructed. In this way, even if there is a time error in the time TM of the first to third radio wave transceivers 2A to 2C, if the phase amount is adjusted to correct the time difference, each communication antenna 21 can emit light. The wavefront is aligned in the directivity direction according to the phase difference of the high-frequency signal, and suitable directivity can be obtained.

上述したように、独立して動作する電波送受信機2の間で、時空間差分情報を取得し、高周波信号の位相ずれ量を補正すれば、合成波を形成する各波源の意図しない位相ずれを低減させることができ、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1としてのビーム品質を向上させることができる。なお、図3は時間的誤差の補正手法についてのみ示したが、空間的誤差の補正手法も同様である。電波送受信機2の間で、時空間差分情報を取得し、高周波信号の位相ずれ量を補正すれば、合成波を形成する各波源の意図しない位相ずれを低減させることができる。無論、時間的誤差と空間的誤差の両方が生じている場合には、時間的誤差量と空間的誤差量の両方を加味して高周波信号の位相を補正すれば、合成波を形成する各波源の意図しない位相ずれを低減させることができる。 As mentioned above, if the spatio-temporal difference information is acquired between the independently operating radio wave transmitter/receiver 2 and the amount of phase shift of the high frequency signal is corrected, unintended phase shift of each wave source forming the composite wave can be avoided. The beam quality of the distributed phased array antenna system 1 can be improved. Note that although FIG. 3 shows only the method for correcting temporal errors, the method for correcting spatial errors is also similar. By acquiring spatio-temporal difference information between the radio wave transmitter and receiver 2 and correcting the amount of phase shift of the high frequency signal, it is possible to reduce unintended phase shifts of each wave source forming the composite wave. Of course, if both temporal and spatial errors occur, if the phase of the high-frequency signal is corrected by taking both the temporal and spatial errors into account, each wave source that forms the composite wave can be corrected. It is possible to reduce unintended phase shifts.

なお、時空間差分情報取得部28による時間的差分情報の取得手法および空間的差分情報の取得手法は、特に限定されるものではなく、公知既存の適宜な手法を用いて構わない。例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)を用いる場合、GNSS衛星をマスタークロックとして、各電波送受信機2がその時刻に同期する補正動作を行えばよい。GNSSで時刻同期を行う手法は、GNSSの信号が届く地上・上空では有効である。また、各電波送受信機2の間の伝搬遅延時間を用いるIEEE802.1AS-2011などの種々の時刻同期手法を用いてもよい。この場合は、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する複数の電波送受信機2の中の一つがマスタークロックとしての機能を担うか、あるいは基準となる電波送受信機2との相対的な時刻ずれを検出できるようにする。例えば、図4に示すように、第1電波送受信機2Aがマスタークロックを備えるものとし、第2電波送受信機2Bは第1電波送受信機2Aとの伝搬遅延時間に基づく誤差φABで自機内のクロックを補正する。同様に、第3電波送受信機2Cは第1電波送受信機2Aとの伝搬遅延時間に基づく誤差φACで自機内のクロックを補正する。なお、第3電波送受信機2Cは、クロック補正後の第2電波送受信機2Bとの伝搬遅延時間に基づく誤差φBCで自機内のクロックを補正しても良いし、誤差φACと誤差φBCとの平均値などで自機のクロックを補正しても良い。第4電波送受信機2Dは、クロック補正後の第2電波送受信機2Bとの伝搬遅延時間に基づく誤差φBD或いはクロック補正後の第3電波送受信機2Cとの伝搬遅延時間に基づく誤差φCDで自機内のクロックを補正しても良いし、誤差φBDと誤差φCDとの平均値などで自機のクロックを補正しても良い。この伝搬遅延時間(RTT)を用いる手法では高い同期精度を得られるため、ビーム品質を向上させる観点から望ましい。 Note that the method for acquiring temporal difference information and the method for acquiring spatial difference information by the spatiotemporal difference information acquisition unit 28 is not particularly limited, and any known and existing appropriate method may be used. For example, when using GNSS (Global Navigation Satellite System), each radio wave transmitter/receiver 2 may perform a correction operation to synchronize with the GNSS satellite as a master clock. The method of synchronizing time using GNSS is effective on the ground and in the air where GNSS signals can reach. Furthermore, various time synchronization methods such as IEEE802.1AS-2011 using propagation delay time between each radio wave transmitter/receiver 2 may be used. In this case, one of the plurality of radio wave transceivers 2 configuring the distributed phased array antenna system 1 may function as a master clock, or the relative time difference with the radio wave transceiver 2 serving as a reference clock may be adjusted. Make it discoverable. For example, as shown in FIG. 4, it is assumed that the first radio wave transceiver 2A is equipped with a master clock, and the second radio wave transceiver 2B uses its own internal clock with an error φAB based on the propagation delay time with the first radio wave transceiver 2A. Correct. Similarly, the third radio wave transceiver 2C corrects its internal clock using an error φAC based on the propagation delay time with the first radio wave transceiver 2A. The third radio wave transmitter/receiver 2C may correct its internal clock using the error φBC based on the propagation delay time with the second radio wave transmitter/receiver 2B after clock correction, or may correct its own clock using the average of the error φAC and the error φBC. It is also possible to correct the own device's clock using a value or the like. The fourth radio wave transceiver 2D has an error φBD based on the propagation delay time with the second radio wave transceiver 2B after clock correction or an error φCD based on the propagation delay time with the third radio wave transceiver 2C after clock correction. The clock of the device may be corrected, or the clock of the own device may be corrected using the average value of the error φBD and the error φCD. This method using propagation delay time (RTT) can obtain high synchronization accuracy and is therefore desirable from the viewpoint of improving beam quality.

また、時間的な位相ずれを補正するのではなく、検出した位相ずれを打ち消すように基準発振器26の位相ずれを解消する(すなわち同期させる)ように調整しても良い。例えば、図5に示す電波送受信機2′は、VCOやOCXOなどの周波数調整可能な基準発振器26′を備えると共に、時空間差分情報取得部28′は、空間的差分情報検出器281と時間的差分情報検出器282を備える。時間的差分情報検出器282は、マスタークロックあるいはその位相を示す情報を同期用アンテナ27から受信し、その受信情報に基づいて基準発振器26′の励振位相をマスタークロックに合わせる。より具体的には、マスタークロックから送信される特定の周波数の電波を同期用アンテナ27で受信し、その電波と基準発振器26′のクロックとの位相ずれを時間的差分情報検出器282によって検出する。時間的差分情報検出器282によって得られた時間的誤差を、基準発振器26′にフィードバックすることで、マスタークロックと同位相で基準発振器26′を励振させることができる。このように、基準発振器26′の発振クロックを位相レベルでマスタークロックと同期させれば、位相ずれを最小限に抑えることができ、ビーム品質を向上させることができる。また、マスタークロックはグローバルなものでなくてよく、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する複数の電波送受信機2の間のみで成立する局所的な同期でも構わない。この場合は、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する複数の電波送受信機2の中から、マスタークロックとなる電波送受信機2を任意に選定すれば良い。 Further, instead of correcting the temporal phase shift, adjustment may be made to cancel the phase shift of the reference oscillator 26 (ie, synchronize it) so as to cancel out the detected phase shift. For example, the radio wave transmitter/receiver 2' shown in FIG. A difference information detector 282 is provided. The temporal difference information detector 282 receives information indicating the master clock or its phase from the synchronization antenna 27, and adjusts the excitation phase of the reference oscillator 26' to the master clock based on the received information. More specifically, a radio wave of a specific frequency transmitted from the master clock is received by the synchronization antenna 27, and a phase difference between the radio wave and the clock of the reference oscillator 26' is detected by the temporal difference information detector 282. . By feeding back the temporal error obtained by the temporal difference information detector 282 to the reference oscillator 26', the reference oscillator 26' can be excited in the same phase as the master clock. In this way, by synchronizing the oscillation clock of the reference oscillator 26' with the master clock at the phase level, phase shift can be minimized and beam quality can be improved. Further, the master clock does not have to be global, and may be local synchronization that is established only between the plurality of radio wave transceivers 2 that constitute the distributed phased array antenna system 1. In this case, the radio wave transceiver 2 serving as the master clock may be arbitrarily selected from among the plurality of radio wave transceivers 2 configuring the distributed phased array antenna system 1.

一方。空間的差分情報、すなわち複数の電波送受信機2の間の位置関係は、GNSS、AoA(Angle of Arrival)、AoD(Angle of Departure)、RSSI(Received Signal Strength Indicator)を用いた距離推定など、無線を用いる測位技術を用いて検出できる。特に、地上や空中などのGNSS信号が届く場所に電波送受信機2を配置する場合、GNSSは有効な手段である。また、空間的差分情報の取得においても、緯度・経度・高度といったグローバルな位置ではなく、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する複数の電波送受信機2の間のみで相対的な位置関係が把握できるような局所的なものでも構わない。したがって、AoA、AoD、あるいはRSSIなどを用いて、複数の電波送受信機2の間で互いの位置を把握できるような測位技術であってもよい。さらに、電波の伝搬遅延時間を用いて互いの距離を測位することで位置関係を把握してもよい。このとき、複数の電波送受信機2の間での距離が分かればよい。 on the other hand. Spatial difference information, that is, the positional relationship between multiple radio wave transceivers 2, can be obtained using wireless methods such as distance estimation using GNSS, AoA (Angle of Arrival), AoD (Angle of Departure), and RSSI (Received Signal Strength Indicator). It can be detected using positioning technology. In particular, GNSS is an effective means when the radio wave transmitter/receiver 2 is placed in a place where GNSS signals can reach, such as on the ground or in the air. In addition, when acquiring spatial difference information, the relative positional relationship is grasped only between the multiple radio wave transmitters and receivers 2 that constitute the distributed phased array antenna system 1, rather than the global position such as latitude, longitude, and altitude. It doesn't matter if it's something local that can be done. Therefore, a positioning technique that allows a plurality of radio wave transceivers 2 to determine each other's positions using AoA, AoD, RSSI, or the like may be used. Furthermore, the positional relationship may be grasped by measuring the mutual distance using the propagation delay time of radio waves. At this time, it is only necessary to know the distance between the plurality of radio wave transmitters/receivers 2.

このようにして得られた空間的差分情報は、送受信制御部25が決定する移相量を決める材料となる。たとえば、理想的はアレイアンテナの配置から装置がずれている場合、その空間的誤差による位相ずれを求め、ビーム品質への影響が最小限になるように移相量を調整する。この移相量は、マクスウェル方程式、フレネル・キルヒホッフの回折理論、レイ・トレーシングなどの手法により計算し、全体として最適なビームになるような値を用いることが望ましい。より簡単には、理想的な位置からのずれを表す距離と電波の伝搬波長から位相ずれを計算し、この空間的誤差を補正するように高周波信号の位相を調整してもよい。 The spatial difference information obtained in this way becomes the material for determining the amount of phase shift determined by the transmission/reception control section 25. For example, ideally, if the device deviates from the arrangement of the array antenna, the phase shift due to the spatial error is determined and the amount of phase shift is adjusted so that the influence on beam quality is minimized. This amount of phase shift is calculated using methods such as Maxwell's equations, Fresnel-Kirchhoff diffraction theory, and ray tracing, and it is desirable to use a value that will result in an optimal beam as a whole. More simply, the phase shift may be calculated from the distance representing the shift from the ideal position and the propagation wavelength of the radio wave, and the phase of the high-frequency signal may be adjusted to correct this spatial error.

また、電波送受信機2に搭載する放射素子機能は一つに限定されるものではなく、N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナ21と、各送信用アンテナ21に対応した送受信モジュール22を設けても良い。図6に示す電波送受信機2″は2組(N=2)の放射素子機能を備えるもので、第1通信用アンテナ21Aと第2通信用アンテナ21B、第1,第2送信用アンテナ21A,21Bにそれぞれ対応した第1送受信モジュール22Aと第2送受信モジュール22Bを備える。また、第1通信用アンテナ21Aから放射する高周波信号と第2通信用アンテナ21Bから放射する高周波信号は、独立に制御するので、第1送受信モジュール22Aに対応する第1放射制御部23Aおよび第1位相調整部24Aを設けると共に、第2送受信モジュール22Bに対応する第2放射制御部23Bおよび第2位相調整部24Bを設ける。このように、複数の放射素子機能を設けた電波送受信機2″においては、放射素子機能の間隔を狭めて配置することができる。例えは、素子間隔をd、信号波長をλ、最大走査角をθとすると、d/λ=1/(1+sinθ)であるから、d≦λ/(1+sinθ)となるように素子間隔dを調整すれば、グレーティングローブの発生を抑制できる。 Furthermore, the radiation element function installed in the radio wave transmitter/receiver 2 is not limited to one, but includes N communication antennas 21 (N is an arbitrary natural number) and a transmitting/receiving module 22 corresponding to each transmitting antenna 21. may be provided. The radio wave transmitter/receiver 2'' shown in FIG. 6 is equipped with two sets (N=2) of radiating element functions, including a first communication antenna 21A, a second communication antenna 21B, first and second transmission antennas 21A, A first transmitting/receiving module 22A and a second transmitting/receiving module 22B respectively corresponding to the communication antenna 21B are provided.The high frequency signal radiated from the first communication antenna 21A and the high frequency signal radiated from the second communication antenna 21B are independently controlled. Therefore, a first radiation control section 23A and a first phase adjustment section 24A corresponding to the first transmission/reception module 22A are provided, and a second radiation control section 23B and a second phase adjustment section 24B corresponding to the second transmission/reception module 22B are provided. In this way, in the radio wave transmitter/receiver 2'' provided with a plurality of radiating element functions, the radiating element functions can be arranged with narrower intervals. For example, if the element spacing is d, the signal wavelength is λ, and the maximum scanning angle is θ, then d/λ=1/(1+sinθ), so adjust the element spacing d so that d≦λ/(1+sinθ). By doing so, the generation of grating lobes can be suppressed.

上記のように、時間的差分情報および空間的差分情報を取得して、時空間的誤差量を補正するように高周波信号の位相調整を行える電波送受信機2は、アレイアンテナの放射素子を独立して利用できるだけでなく、さらに移動手段に搭載することで、移動式の分散型フェーズドアレイアンテナシステムとなる。例えば、電波送受信機2を搭載する移動体として、地上を走行する車両3(図7(A)を参照)、海上を航行する船舶、空域を飛行する航空機やUAV(Unmanned Aerial Vehicle:無人航空機)4(図7(B)を参照)、軌道上の人工衛星などがある。なお、移動体と電波送受信機2を別体とせず、一体構造としても構わない。 As described above, the radio wave transmitter/receiver 2, which can acquire temporal difference information and spatial difference information and adjust the phase of a high-frequency signal to correct the amount of spatiotemporal error, independently controls the radiating elements of the array antenna. Not only can it be used as a mobile device, but it can also be mounted on a mobile vehicle to create a mobile distributed phased array antenna system. For example, the mobile body equipped with the radio wave transmitter/receiver 2 may be a vehicle 3 running on the ground (see FIG. 7(A)), a ship sailing on the sea, an aircraft or a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) flying in the airspace. 4 (see Figure 7(B)), artificial satellites in orbit, etc. Note that the mobile body and the radio wave transmitter/receiver 2 may not be separate bodies, but may have an integrated structure.

図7(A)に示す移動式の分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′は、第1~第8車両3A~3Hに、それぞれ第1~第8電波送受信機2A~2Hを搭載したもので、例えば、第1電波送受信機2Aにシステム制御装置11の機能を持たせている。この分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′では、前述した分散型フェーズドアレイアンテナシステム1のように各電波送受信機2が固定配置されていないので、第1~第8車両3A~3Hの移動に伴って、第1~第8電波送受信機2A~2Hの相対位置は時々刻々変化することとなる。しかしながら、各電波送受信機2には、時空間差分情報取得部28を設けてあるので、時間的差分情報及び空間的差分情報を取得して時空間的誤差量を補正した高周波信号を発射でき、第1~第8車両3A~3Hの移動に伴う時空間的誤差量の変化にも追随できる。よって、移動体である車両3を用いた移動式の分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′においても、特定の方向にメインローブを向けた合成波を形成できる。 The mobile distributed phased array antenna system 1' shown in FIG. 7A includes first to eighth radio wave transceivers 2A to 2H mounted on first to eighth vehicles 3A to 3H, respectively. , the first radio wave transmitter/receiver 2A has the function of the system control device 11. In this distributed phased array antenna system 1', unlike the aforementioned distributed phased array antenna system 1, each radio wave transmitter/receiver 2 is not fixedly arranged. , the relative positions of the first to eighth radio wave transmitters/receivers 2A to 2H change from moment to moment. However, since each radio wave transmitter/receiver 2 is provided with a spatio-temporal difference information acquisition unit 28, it is possible to acquire temporal difference information and spatial difference information and emit a high-frequency signal with the spatio-temporal error amount corrected. It is also possible to follow changes in the spatio-temporal error amount accompanying the movement of the first to eighth vehicles 3A to 3H. Therefore, even in the mobile distributed phased array antenna system 1' using the vehicle 3, which is a moving body, it is possible to form a composite wave with the main lobe directed in a specific direction.

なお、第1~第8車両3A~3Hが自動運転車などであれば、第1~第8電波送受信機2A~2Hがアレイアンテナとして理想的な配置となるように、第1~第8車両3A~3Hに隊列を組ませた状態で移動できるので、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′におけるビーム品質を保持したまま移動可能となる。また、第1~第8電波送受信機2A~2Hは、時空間差分情報取得部28によって取得した時空間差分情報から互いの位置を把握できるので、各電波送受信機2は自機がどの様に移動すればアレイアンテナとして理想的な配置となるかを判断できる。そこで、各電波送受信機2に移動補正指示手段を設け、移動補正指示手段から各移動体の移動制御装置(例えば、車両3の自動運転制御装置)へ移動補正情報を送信することで、各移動体の移動制御装置が移動補正情報に基づいて移動方向や移動速度を補正すれば、各移動体によって各電波送受信機2を最適な位置に移動させることができる。なお、各移動体の移動補正だけでは各電波送受信機2の最適な配置を実現できない場合であっても、各電波送受信機2はそのときに検出した時空間差分情報に基づく高周波信号の位相補正動作を行うので、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′として、ビーム品質の低下を最小限に抑制できる。無論、移動体の移動補正を適正に行えない場合(例えば、車両を人が運転する場合など)においても、各電波送受信機2による高周波信号の位相補正動作によって合成波の品質低下を抑制できる可能性がある。 Note that if the first to eighth vehicles 3A to 3H are self-driving cars, etc., the first to eighth vehicles 3A to 3H are arranged so that the first to eighth radio wave transmitters 2A to 2H are ideally arranged as array antennas. Since the antennas 3A to 3H can move in formation, they can move while maintaining the beam quality in the distributed phased array antenna system 1'. Furthermore, since the first to eighth radio wave transmitters/receivers 2A to 2H can grasp each other's positions from the spatio-temporal difference information acquired by the spatio-temporal difference information acquisition unit 28, each radio wave transmitter/receiver 2 can determine the position of its own device. If you move it, you can judge whether it will be the ideal arrangement as an array antenna. Therefore, by providing a movement correction instruction means in each radio wave transmitter/receiver 2 and transmitting movement correction information from the movement correction instruction means to the movement control device of each moving object (for example, the automatic driving control device of the vehicle 3), each movement If the body movement control device corrects the movement direction and movement speed based on the movement correction information, each mobile body can move each radio wave transmitter/receiver 2 to an optimal position. Note that even if the optimal placement of each radio wave transmitter/receiver 2 cannot be achieved only by correcting the movement of each moving object, each radio wave transmitter/receiver 2 can correct the phase of the high-frequency signal based on the spatio-temporal difference information detected at that time. Therefore, as a distributed phased array antenna system 1', deterioration in beam quality can be suppressed to a minimum. Of course, even in cases where the movement of a moving object cannot be corrected appropriately (for example, when a person is driving a vehicle), it is possible to suppress the quality degradation of the composite wave by correcting the phase of the high-frequency signal by each radio wave transmitter/receiver 2. There is sex.

図7(B)に示す移動式の分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″は、第1~第9UAV4A~4Iに、それぞれ第1~第9電波送受信機2A~2Iを搭載したもので、例えば、第1電波送受信機2Aにシステム制御装置11の機能を持たせている。この分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″では、飛行可能な移動体であるUAV4に各電波送受信機2を搭載したので、空間を三次元的に活用したアレイ配列を実現できる。例えば、大開口化の難しい三次元曲面を持つようなアレイアンテナの機能を分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″によって容易に実現できる。また、各電波送受信機2の送受信モジュール22のパワーアンプのゲインが可変でない場合、個体のばらつきを抑えるために、各電波送受信機2の三次元的な配列を微調整することで、ビーム品質の低下を抑制できる。 The mobile distributed phased array antenna system 1″ shown in FIG. 7(B) is such that the first to ninth UAVs 4A to 4I are equipped with the first to ninth radio wave transceivers 2A to 2I, respectively. 1 radio wave transmitter/receiver 2A has the function of the system control device 11. In this distributed phased array antenna system 1'', each radio wave transmitter/receiver 2 is mounted on a UAV 4, which is a flying mobile object, so that the space can be It is possible to realize a three-dimensional array arrangement. For example, the function of an array antenna with a three-dimensional curved surface, which is difficult to achieve with a large aperture, can be easily realized by the distributed phased array antenna system 1''. If it is not variable, by finely adjusting the three-dimensional arrangement of each radio wave transmitter/receiver 2 in order to suppress individual variations, deterioration in beam quality can be suppressed.

また、UAV4が自律飛行型であれば、各電波送受信機2に移動補正指示手段を設け、移動補正指示手段から各移動体の移動制御装置(例えば、UAV4の自立飛行転制御装置)へ移動補正情報を送信することで、各移動体の移動制御装置が移動補正情報に基づいて移動方向や移動速度を補正すれば、各移動体によって各電波送受信機2を最適な位置に移動させることができる。なお、各UAV4が無線で遠隔操作できる無人機の場合には、各電波送受信機2に移動体の移動制御を行う移動制御部を設けておき、各電波送受信機2の移動制御部が各UAV4を直接制御するようにしても構わない。この場合、移動制御部は、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″を構成する各電波送受信機2の相対的な移動制御に加えて、時空間差分情報取得部28が取得した前記時空間差分情報に基づく位相ずれを補正するような移動制御も行う。なお、各電波送受信機2の移動制御部による各UAV4に対する移動制御により、各電波送受信機2が理想の配置に移動するまでは、各電波送受信機2による高周波信号の位相補正により、ビーム品質の低下を抑制できる。 In addition, if the UAV 4 is an autonomous flight type, each radio wave transmitter/receiver 2 is provided with a movement correction instruction means, and the movement correction instruction means is sent to a movement control device of each moving object (for example, an autonomous flight rotation control device of the UAV 4) for movement correction. By transmitting the information, if the movement control device of each moving object corrects the moving direction and moving speed based on the movement correction information, each moving object can move each radio wave transmitter/receiver 2 to an optimal position. . Note that if each UAV 4 is an unmanned aircraft that can be remotely controlled wirelessly, each radio wave transmitter/receiver 2 is provided with a movement control unit that controls the movement of the mobile object, and the movement control unit of each radio wave transmitter/receiver 2 is controlled by each UAV 4. may be directly controlled. In this case, in addition to controlling the relative movement of each radio wave transmitter/receiver 2 constituting the distributed phased array antenna system 1″, the movement control unit controls the spatio-temporal difference information acquired by the spatio-temporal difference information acquisition unit 28. Movement control is also performed to correct the phase shift based on the radio wave transmitter/receiver 2.The movement control unit of each radio wave transmitter/receiver 2 controls the movement of each UAV 4, and until each radio wave transmitter/receiver 2 moves to the ideal position, each radio wave transmitter/receiver By correcting the phase of the high frequency signal by the device 2, deterioration in beam quality can be suppressed.

さらに、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″では、各UAV4が自由な隊列を組めることを利用し、各電波送受信機2が全体として不等間隔アレイを構成する配置に設定できる。不等間隔アレイの配置を採れば、通常のグレーティングローブ発生条件よりも広い素子間隔で配列できるので、素子数(利用する電波送受信機2の数)の削減が可能である。しかも、不等間隔アレイでは、素子の配列密度により等価的に振幅分布をつけられるので、各電波送受信機2の振幅分布が一定の場合でも低サイドローブを実現でき、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″として、より指向性を高められる。 Furthermore, in the distributed phased array antenna system 1'', by taking advantage of the fact that each UAV 4 can form a free formation, each radio wave transmitter/receiver 2 can be arranged to form an unevenly spaced array as a whole. If this arrangement is adopted, it is possible to arrange the elements with a wider spacing than under normal grating lobe generation conditions, so it is possible to reduce the number of elements (the number of radio wave transceivers 2 to be used). Since the amplitude distribution can be equivalently determined by the arrangement density, low side lobes can be achieved even when the amplitude distribution of each radio wave transmitter/receiver 2 is constant, and the directivity can be further improved as a distributed phased array antenna system 1''.

上述したように、車両3やUAV4といった移動体に電波送受信機2を搭載すると、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″全体としての移動手段を備えることになり、利便性の高いものとなる。しかも、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″の使用用途に応じて、移動体を移動させれば各電波送受信機2の配列を変更でき、自由度の高いものとなる。加えて、移動体に電波送受信機2を搭載して移動機能を付加すると、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″のスケール変化に柔軟に対応できるスケーラビリティを実現でき、分散システムとしての利点を最大限に活かせる。 As mentioned above, when the radio wave transmitter/receiver 2 is mounted on a mobile object such as a vehicle 3 or a UAV 4, the distributed phased array antenna system 1', 1'' as a whole becomes equipped with a means of transportation, which is highly convenient. Furthermore, depending on the intended use of the distributed phased array antenna system 1', 1'', the arrangement of each radio wave transmitter/receiver 2 can be changed by moving the mobile object, providing a high degree of freedom. In addition, if a mobile body is equipped with a radio wave transmitter/receiver 2 and a mobile function is added, scalability that can flexibly respond to scale changes of the distributed phased array antenna system 1', 1'' can be realized, and the advantages of a distributed system can be realized. Make the most of it.

例えば、各電波送受信機2に、自らに生じた故障などを診断できる自己診断部と、自機が搭載された移動体を任意に移動制御できる自律移動制御部と、を持たせておく。分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″を構成する電波送受信機2が、自己診断部により故障したと判断したとき、自律移動制御部によって自律的に移動してアレイ配置から外れる。この穴を埋めるように他の電波送受信機2が自律的に配列を調整すれば、一部の電波送受信機2に生じた故障による影響を最小限に抑え、引き続き分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″として動作できる。なお、予備機として待機している電波送受信機2が有る場合には、故障により脱落した電波送受信機2の代わりに予備機が自律的に適正位置へ移動することで、速やかに適正なアレイ配置を復元できるようにしても良い。また、電波送受信機2の自己診断部による診断が、本来の出力の電波を放射できないが、弱い電波の放射は可能であるような状況の場合、アレイ配置の最外部へ放射能力の弱った電波送受信機2を配置し直せば、故障の影響を低減させる。また、各電波送受信機2の放射特性のばらつきを考慮したうえで、最適な不等間隔アレイとなるように各電波送受信機2の配列を組むようにしても良い。また、各電波送受信機2の自律移動制御部が強化学習による自己学習機能を有するものとすれば、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″として所望の合成波を得ることができる最適解を自己学習して、各電波送受信機2の放射特性などを考慮し、各電波送受信機2の自律移動制御部が自律的に配列を組み替えるような自律制御が可能となる。このような自己学習機能を各電波送受信機2に持たせておけば、各電波送受信機2の経年劣化等で放射特性が変化した際などにも、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″としての合成波の劣化を最小限に抑えられる。 For example, each radio wave transmitter/receiver 2 is provided with a self-diagnosis section that can diagnose failures that have occurred in itself, and an autonomous movement control section that can arbitrarily control the movement of the mobile body on which it is mounted. When the radio wave transmitter/receiver 2 that constitutes the distributed phased array antenna system 1', 1'' is judged to have failed by the self-diagnosis section, it is autonomously moved by the autonomous movement control section and removed from the array arrangement. If the other radio wave transmitters/receivers 2 autonomously adjust their arrangement so as to fill in the gaps, the effects of failures that occur in some of the radio wave transmitters/receivers 2 will be minimized, and the distributed phased array antenna system 1', 1'' will continue to operate. can operate as In addition, if there is a radio wave transmitter/receiver 2 on standby as a standby unit, the standby unit will autonomously move to the appropriate position in place of the radio wave transmitter/receiver 2 that has fallen due to a failure, thereby quickly ensuring proper array arrangement. It may be possible to restore the . In addition, if the self-diagnosis section of the radio wave transmitter/receiver 2 diagnoses that it is unable to emit radio waves of the original output, but it is possible to emit weak radio waves, the radio waves with weak radiation ability will be sent to the outermost part of the array arrangement. By rearranging the transceiver 2, the effects of failure can be reduced. Furthermore, the radio wave transceivers 2 may be arranged to form an optimal unequal spacing array, taking into consideration variations in the radiation characteristics of the radio wave transceivers 2. Furthermore, if the autonomous movement control unit of each radio wave transmitter/receiver 2 has a self-learning function using reinforcement learning, an optimal solution that can obtain the desired composite wave as a distributed phased array antenna system 1', 1'' can be found. This self-learning function enables autonomous control in which the autonomous movement control section of each radio wave transmitter/receiver 2 autonomously rearranges the arrangement by taking into consideration the radiation characteristics of each radio wave transmitter/receiver 2. If each radio wave transmitter/receiver 2 has a can be minimized.

上述した分散型フェーズドアレイアンテナシステム1,1′,1″は、時空間差分情報を取得できる電波送受信機2,2′,2″等を用いて、送信ビームの品質低下を抑制するものであるが、時空間差分情報を取得できる電波送受信機は、受信した受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け(振幅方向の増幅・減衰)処理をして合成することで種々の指向性の受信ビームを形成できるビームフォーミングにも適用できる。図8に示すのは、ビームフォーミング技術を用いて到来する電磁波を観測するためのデータ収集を行う分散型電磁波観測データ収集システム5である。この分散型電磁波観測データ収集システム5は、単独で電波観測に利用できるのはもちろん、超長基線電波干渉法(VLBI)による観測用の分散された各アンテナ(例えば、電波望遠鏡)としても利用できる。 The above-described distributed phased array antenna system 1, 1', 1'' uses radio wave transceivers 2, 2', 2'', etc. that can acquire spatiotemporal difference information to suppress deterioration in the quality of the transmitted beam. However, radio wave transmitters and receivers that can acquire spatio-temporal difference information can receive signals with various directivity by performing appropriate phase shift processing and appropriate weighting (amplification/attenuation in the amplitude direction) on the received signals. It can also be applied to beamforming, which can form beams. What is shown in FIG. 8 is a distributed electromagnetic wave observation data collection system 5 that uses beamforming technology to collect data for observing incoming electromagnetic waves. This distributed electromagnetic wave observation data collection system 5 can be used not only for radio wave observation alone, but also as distributed antennas (for example, radio telescopes) for observation using very long baseline interferometry (VLBI). .

この分散型電磁波観測データ収集システム5は、例えば、任意に設定した電波観測エリアOAの上空に1台のマスターモビリティ51Mと第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8(特に区別する必要が無い場合、単にスレーブモビリティ51Sという)で構成される。第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8およびマスターモビリティ51Mは、電波観測エリアOAに到来する電波をそれぞれ受信し、第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8は受信データ(観測データ)をマスターモビリティ51Mへ送信する。そして、観測データを収集したマスターモビリティ51Mは、所定のデータ転送タイミング(例えば、一定時間毎、あるいは観測データの蓄積容量が所定値に達したタイミング)に低空へ移動し、比較的近距離から観測データ収集所としての観測データ収集局CPへ観測データを送信する。このように、マスターモビリティ51Mが一旦低空へ移動して観測データの送信を行う運用とすれば、上空から観測データ収集局CPへ直接送信する場合に比べ、送信電力を抑えて大容量通信を行うことができる。 This distributed electromagnetic wave observation data collection system 5 includes, for example, one master mobility unit 51M and the first to eighth slave mobility units 51S1 to 51S8 (if there is no particular need to distinguish between them, (simply referred to as slave mobility 51S). The first to eighth slave mobilities 51S1 to 51S8 and the master mobility 51M each receive radio waves arriving at the radio wave observation area OA, and the first to eighth slave mobilities 51S1 to 51S8 transmit received data (observation data) to the master mobility 51M. Send to. Then, the master mobility 51M that has collected the observation data moves to a low altitude at predetermined data transfer timings (for example, at regular intervals or when the observation data storage capacity reaches a predetermined value) and observes from a relatively short distance. Observation data is transmitted to the observation data collection station CP, which serves as a data collection station. In this way, if the master mobility 51M moves to a low altitude and transmits observation data, it can transmit large-capacity communication with lower transmission power than when transmitting directly from the sky to the observation data collection station CP. be able to.

観測データを受け取った観測データ収集局CPでは、マスターモビリティ51Mおよび第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8が収集した観測データの受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け処理をして合成することで、受信ビームを生成できる。このとき、各受信信号に対する移相シフト処理やウェイトの組合せを異ならせれば、異なるパターンの受信ビームを生成できる。すなわち、マスターモビリティ51Mおよび第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8が所定の配列で受信した電磁波の観測データから、様々なビームパターンの出力を得られるのである。 The observation data collection station CP that has received the observation data performs appropriate phase shift processing and appropriate weighting processing on the received signals of the observation data collected by the master mobility 51M and the first to eighth slave mobilities 51S1 to 51S8 and synthesizes them. By doing so, a receiving beam can be generated. At this time, by changing the phase shift processing and weight combinations for each received signal, different patterns of reception beams can be generated. That is, outputs of various beam patterns can be obtained from observation data of electromagnetic waves received in a predetermined arrangement by the master mobility 51M and the first to eighth slave mobilities 51S1 to 51S8.

なお、マスターモビリティ51Mが収集した観測データを観測データ収集所へ転送する手法は特に限定されるものではなく、例えば、観測データを受け取るデータ収集車CVを電磁波観測エリアOA内に待機させておき、マスターモビリティ51Mからデータ収集車CVへ直接送信する運用としても良い。あるいは、マスターモビリティ51Mにおける観測データの蓄積を記録メディアに行い、データ転送タイミングとなって地上まで降下してきたマスターモビリティ51Mから調査員等が観測データの蓄積された記録メディアを抜き取って、十分な空き容量のある記録メディアと交換し、速やかにマスターモビリティ51Mを上空の定位置へ戻すような運用でも良い。あるいは、マスターモビリティ51Mおよび第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8が電磁波観測エリアOAへ移動し、地上にて電磁波観測を行い、所定のデータ転送タイミングになると、マスターモビリティ51Mのみが観測データ収集局CP等へ移動して、蓄積した観測データを転送する運用としても良い。 Note that the method of transferring the observation data collected by the master mobility 51M to the observation data collection center is not particularly limited; for example, a data collection vehicle CV that receives observation data is kept on standby within the electromagnetic wave observation area OA, It is also possible to transmit the information directly from the master mobility 51M to the data collection vehicle CV. Alternatively, the observation data of the Master Mobility 51M may be accumulated on a recording medium, and at the data transfer timing, an investigator or the like may remove the recording medium on which the observation data has been accumulated from the Master Mobility 51M that has descended to the ground, and make sure there is sufficient free space. It may also be possible to replace the recording medium with one with a larger capacity and quickly return the master mobility 51M to its normal position in the sky. Alternatively, the master mobility 51M and the first to eighth slave mobilities 51S1 to 51S8 move to the electromagnetic wave observation area OA, perform electromagnetic wave observation on the ground, and at a predetermined data transfer timing, only the master mobility 51M moves to the observation data collection station. It is also possible to move to a CP or the like and transfer the accumulated observation data.

マスターモビリティ51Mは、電波送受信機52MをUAV4に搭載したものである。一方、第1スレーブモビリティ51S1は、電波送受信機52SをUAV4に搭載したものである。同様に、第2スレーブモビリティ51S2,第3スレーブモビリティ51S3,第4スレーブモビリティ51S4,第5スレーブモビリティ51S5,第6スレーブモビリティ51S6,第7スレーブモビリティ51S7,第8スレーブモビリティ51S8も、電波送受信機52SをUAV4に搭載したものである。以下、スレーブ用の電波送受信機52Sとマスター用の電波送受信機52Mについて、図9を参照して説明する。 The master mobility 51M is a UAV4 equipped with a radio wave transmitter/receiver 52M. On the other hand, the first slave mobility 51S1 has a radio wave transmitter/receiver 52S mounted on the UAV4. Similarly, the second slave mobility 51S2, third slave mobility 51S3, fourth slave mobility 51S4, fifth slave mobility 51S5, sixth slave mobility 51S6, seventh slave mobility 51S7, and eighth slave mobility 51S8 are also connected to the radio wave transceiver 52S. is mounted on a UAV4. The slave radio wave transmitter/receiver 52S and the master radio wave transmitter/receiver 52M will be described below with reference to FIG.

図9(A)は、スレーブモビリティ51S用の電波送受信機52Sの概略構成を示す。スレーブモビリティ51S用の電波送受信機52Sは、自らビームを発射する機能は必要ないので、図9(A)では、受信機能についてのみ示したが、前述した電波送受信機2,2′,2″と同様の位相補正可能な送信機能を備えていても良い。時空間差分情報を送信時の位相補正に用いる送信機能と、時空間差分情報を受信信号の位相補正に利用できるにする受信機能とを併せ持つ電波送受信機としておけば、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1,1′,1″としても、分散型電磁波観測データ収集システム5としても利用できるので、汎用性の高いものとなる。なお、図9(A),(B)において、図1(B)の電波送受信機2、図5の電波送受信機2′、図6の電波送受信機2″と同一機能については、同一符号を付して説明を省略する。 FIG. 9(A) shows a schematic configuration of a radio wave transmitter/receiver 52S for slave mobility 51S. Since the radio wave transmitter/receiver 52S for the slave mobility 51S does not need the function of emitting a beam by itself, only the receiving function is shown in FIG. It is also possible to have a transmission function that can perform similar phase correction.A transmission function that uses spatio-temporal difference information to correct the phase during transmission, and a reception function that allows the spatio-temporal difference information to be used to correct the phase of the received signal. If used as a radio wave transmitter/receiver, it can be used as a distributed phased array antenna system 1, 1', 1'' or as a distributed electromagnetic wave observation data collection system 5, making it highly versatile. In FIGS. 9(A) and 9(B), the same functions as the radio wave transmitter/receiver 2 in FIG. 1(B), the radio wave transmitter/receiver 2' in FIG. 5, and the radio wave transmitter/receiver 2'' in FIG. The explanation will be omitted.

電波送受信機52Sは、1個の通信用アンテナ21と、時空間差分情報取得部28と、通信用アンテナ21に対応する1個の信号受信部としての送受信モジュール22と、受信データ送信部524と、基準周波数信号を生成する基準発振器26と、を備える。送受信モジュール22で受信した信号は、ダウンコンバータ521にて扱いやすい中間周波数等に変換され、さらにA/D変換部522にてデジタル信号に変換され、送受信制御部523Sに入力される。なお、複数のアンテナから得た受信信号によるビームフォーミングの処理は、アナログ回路でも実現可能であるが、デジタル信号処理の方がフレキシビリティが高く現実的である。 The radio wave transceiver 52S includes one communication antenna 21, a spatio-temporal difference information acquisition section 28, a transmission/reception module 22 as a signal reception section corresponding to the communication antenna 21, and a received data transmission section 524. , a reference oscillator 26 that generates a reference frequency signal. The signal received by the transmitting/receiving module 22 is converted to an easy-to-handle intermediate frequency or the like by a down converter 521, further converted to a digital signal by an A/D converter 522, and inputted to a transmitting/receiving controller 523S. Although beamforming processing using received signals obtained from a plurality of antennas can be implemented using analog circuits, digital signal processing is more flexible and more practical.

一方、時空間差分情報取得部28は、通信用アンテナ21とは別の同期用アンテナ27を用いた無線通信によって、他の電波送受信機52Sまたは電波送受信機52Mと相互にコード送受信を行い、相互の基準発振器26の時刻ずれとコード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる電波送受信機52S,52Mと自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる電波送受信機52S,52Mに対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、時間的差分情報及び空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得する。この時空間差分情報は送受信制御部523Sに入力される。なお、マスターモビリティ51Mにおける電波送受信機52Mおよび全てのスレーブモビリティ51Sにおける電波送受信機52Sの中から基準機を選定し、選定された基準機の基準発振器26をマスタークロックとし、他の電波送受信機52M,52Sの基準発振器26を同期させれば、受信信号に時間的誤差は生じないので、空間的差分情報のみを時空間差分情報として取得しても良い。 On the other hand, the spatiotemporal difference information acquisition unit 28 transmits and receives codes to and from the other radio wave transceiver 52S or the radio wave transceiver 52M by wireless communication using a synchronization antenna 27 different from the communication antenna 21. Based on the time difference of the reference oscillator 26 and the propagation delay time associated with code transmission and reception, time difference information, which is the time error between the reference radio wave transceiver 52S, 52M and the own device, and the reference radio wave transceiver Spatial difference information, which is a spatial error between the proper position of the own aircraft with respect to 52S and 52M and the current position of the own aircraft, is measured, and spatio-temporal difference information including temporal difference information and spatial difference information is obtained. This spatio-temporal difference information is input to the transmission/reception control section 523S. Note that a reference device is selected from the radio wave transmitter/receiver 52M in the master mobility 51M and the radio wave transmitter/receiver 52S in all the slave mobilities 51S, and the reference oscillator 26 of the selected reference device is used as the master clock, and the other radio wave transmitters/receivers 52M , 52S, no time error will occur in the received signal, so only the spatial difference information may be acquired as the spatio-temporal difference information.

上記のようにして、受信信号と時空間差分情報を受けた送受信制御部523Sは、デジタル化された受信信号と、その受信タイミングにおける時空間差分情報とをセットにして、受信データ送信部524へ渡す。受信データ送信部524は、受信部としての送受信モジュール22にて受信した受信信号と、その受信タイミングにおける時空間差分情報と、自機と他の電波送受信機52S、52Mとを識別可能に設定された自機の固有情報(例えば、任意に設定されたID番号や、送受信モジュール22に固有のチップID等)と、を紐付けた受信データを、受信データ送信用アンテナ525を介してマスターモビリティ51Mの電波送受信機52Mへ送信する。 The transmission/reception control unit 523S, which has received the received signal and the spatio-temporal difference information as described above, sends the digitized received signal and the spatio-temporal difference information at the reception timing as a set to the received data transmitter 524. hand over. The received data transmitting unit 524 is set to be able to distinguish between the received signal received by the transmitting/receiving module 22 as a receiving unit, the spatio-temporal difference information at the reception timing, and the own device and other radio wave transmitting/receiving devices 52S and 52M. The received data linked with the unique information of the own device (for example, an arbitrarily set ID number, a chip ID unique to the transmitting/receiving module 22, etc.) is sent to the master mobility 51M via the received data transmission antenna 525. is transmitted to the radio wave transmitter/receiver 52M.

なお、複数の通信用アンテナ21と、それらに対応した受信部(送受信モジュール22、ダウンコンバータ521、A/D変換部522)を併せて設けた場合、受信データ送信部524は、電波送受信機52Sにおける各受信部を識別可能な情報も受信データに含ませておけば良い。また、送受信制御部523に移動体位置制御部523aを設けておき、時空間差分情報の空間的差分情報に基づいて自機の位置を補正するように移動体としてのUAV4を移動させ、自機を適正位置へ近づける制御を行っても良い。 Note that when a plurality of communication antennas 21 and corresponding receiving sections (transmission/reception module 22, down converter 521, A/D conversion section 522) are provided together, the received data transmission section 524 is the radio wave transceiver 52S. The received data may also include information that allows identification of each receiving section. In addition, a mobile object position control section 523a is provided in the transmission/reception control section 523, and the UAV 4 as a mobile object is moved so as to correct its own position based on the spatial difference information of the spatio-temporal difference information. Control may also be performed to bring the position closer to the appropriate position.

上述したスレーブモビリティ51Sの電波送受信機52Sより受信データが送信されるマスターモビリティ51Mの電波送受信機52Mの概略構成を図9(B)に示す。 FIG. 9B shows a schematic configuration of the radio wave transceiver 52M of the master mobility 51M to which received data is transmitted from the radio wave transceiver 52S of the slave mobility 51S described above.

観測データ受信アンテナ526および観測データ受信部を介して、各電波送受信機52Sから受信した受信データは、観測データとして観測データ蓄積部523bに蓄積されて行く。なお、マスターモビリティ51Mとしては、観測データを収集してデータ収集所へ転送する機能を備えていれば良いのであるが、マスターモビリティ51Mも電磁波観測を行えるように、電波送受信機52Sに受信部(送受信モジュール22、ダウンコンバータ521、A/D変換部522)を設けてある。そのため、電波送受信機52Mが受信した受信信号と時空間差分情報と電波送受信機52Mの固有情報も、観測データとして観測データ蓄積部523bに蓄積されて行く。 Reception data received from each radio wave transmitter/receiver 52S via the observation data reception antenna 526 and the observation data reception section is accumulated in the observation data storage section 523b as observation data. The master mobility 51M only needs to have the function of collecting observation data and transmitting it to the data collection site, but the radio wave transmitter/receiver 52S is equipped with a receiving section ( A transmitting/receiving module 22, a down converter 521, and an A/D converter 522) are provided. Therefore, the received signal received by the radio wave transceiver 52M, the spatio-temporal difference information, and the unique information of the radio wave transceiver 52M are also accumulated in the observation data storage unit 523b as observation data.

そして、送受信制御部523Mが所定のデータ転送タイミングになったと判断すると、移動体位置制御部523aから移動体としてのUAV4に指示することで低空へ移動し、観測データ送信部528および観測データ送信用アンテナ529を介して観測データをデータ収集所へ転送する。観測データの転送が終了すると、マスターモビリティ51Mは再び所定の観測位置へ復帰し、電波観測を再開する。 Then, when the transmission/reception control unit 523M determines that a predetermined data transfer timing has arrived, the mobile body position control unit 523a instructs the UAV 4 as a mobile body to move to a lower altitude, and connect the observation data transmission unit 528 and the observation data transmission Observation data is transferred to a data collection site via antenna 529. When the observation data transfer is completed, the master mobility 51M returns to the predetermined observation position and resumes radio wave observation.

このように、電波送受信機52MをUAV4に搭載したマスターモビリティ51Mと、電波送受信機52SをUAV4に搭載した第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8を用いる分散型電磁波観測データ収集システム5は、各電波送受信機52M,52Sが取得した時空間差分情報を補正情報として用いることで、ビーム品質の低下を抑制できる。すなわち、観測データを受け取った観測データ収集局CPが、マスターモビリティ51Mおよび第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8が収集した観測データの受信信号を、それぞれの時空間差分情報に基づいて位相補正することで、受信信号の精度を高め、精度の高い受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け処理をして合成することで、高品質の受信ビームを生成できる。なお、電波送受信機52S,52Mに設ける時空間差分情報取得部28は、基準となる電波送受信機52S,52Mに対する現在の自機の相対位置を空間的差分情報として取得するものでも良い。マスターモビリティ51Mより観測データを受け取った観測データ収集局CPは、電波受信時ごとの観測データにおいて、基準となる電波送受信機52S,52Sに対する他の電波送受信機52S,52Sの相対位置を把握できれば、電波送受信機52S,52Mの相対的な位置ずれを加味した適切な位相シフト処理と適切な重み付け処理を行えるからである。 In this way, the distributed electromagnetic wave observation data collection system 5 using the master mobility 51M with the radio wave transceiver 52M mounted on the UAV 4 and the first to eighth slave mobilities 51S1 to 51S8 with the radio wave transceiver 52S mounted on the UAV 4, each By using the spatio-temporal difference information acquired by the radio wave transceivers 52M and 52S as correction information, it is possible to suppress a decrease in beam quality. That is, the observation data collection station CP that has received the observation data corrects the phase of the received signals of the observation data collected by the master mobility 51M and the first to eighth slave mobilities 51S1 to 51S8 based on their respective spatiotemporal difference information. By doing so, it is possible to generate a high-quality reception beam by increasing the accuracy of the received signals and performing appropriate phase shift processing and appropriate weighting processing on the highly accurate reception signals and combining them. The spatio-temporal difference information acquisition unit 28 provided in the radio wave transceivers 52S, 52M may acquire the current relative position of the own device with respect to the reference radio wave transceivers 52S, 52M as spatial difference information. The observation data collection station CP, which has received the observation data from the master mobility 51M, can grasp the relative positions of the other radio wave transceivers 52S, 52S with respect to the reference radio wave transceivers 52S, 52S in the observation data each time radio waves are received. This is because it is possible to perform appropriate phase shift processing and appropriate weighting processing that take into account the relative positional deviation of the radio wave transceivers 52S and 52M.

また、時空間差分情報を取得できる電波送受信機2,2′,2″,52M,52Sを分散型フェーズドアレイアンテナシステム1,1′,1″や分散型電磁波観測データ収集システム5に用いる例を示したが、そのほか、パッシブレーダ、アクティブレーダとして用いることもできる。開口径が大きいレーダほど解像度が上がるが、大開口レーダを製造・運用することは容易ではない。しかしながら、上述した電波送受信機2,2′,2″,52M,52Sのように、分散型のレーダであれば、製造・運用が容易となる。一例として、画像取得エリアの上空をアジマス方向へ移動しつつパルスの送受信を繰り返して得た受信信号を加工して二次元画像を生成できる合成開口レーダ(SAR)に適用した分散型合成開口レーダシステム6を、図10に示す。 In addition, an example in which the radio wave transmitter/receiver 2, 2', 2'', 52M, 52S that can acquire spatiotemporal difference information is used in the distributed phased array antenna system 1, 1', 1'' and the distributed electromagnetic wave observation data collection system 5 is shown. Although shown above, it can also be used as a passive radar or an active radar. Radars with larger apertures have higher resolution, but it is not easy to manufacture and operate large aperture radars. However, if it is a distributed radar like the above-mentioned radio wave transmitter/receiver 2, 2', 2'', 52M, 52S, manufacturing and operation will be easier. FIG. 10 shows a distributed synthetic aperture radar system 6 applied to a synthetic aperture radar (SAR) that can generate a two-dimensional image by processing a received signal obtained by repeatedly transmitting and receiving pulses while moving.

分散型合成開口レーダシステム6は、例えば、マスター合成開口レーダ装置61M、第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1、第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2および位相制御装置64から構成する。マスター合成開口レーダ装置61Mは、電波送受信機62Mを移動体としてのUAV4に搭載して成る。第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1および第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2は、電波送受信機62Sを移動体としてのUAV4に搭載して成る。位相制御装置64は、合成開口レーダ信号処理装置63を移動体としてのUAV4に搭載して成る。 The distributed synthetic aperture radar system 6 includes, for example, a master synthetic aperture radar device 61M, a first slave synthetic aperture radar device 61S1, a second slave synthetic aperture radar device 61S2, and a phase control device 64. The master synthetic aperture radar device 61M includes a radio wave transmitter/receiver 62M mounted on a UAV4 as a mobile object. The first slave synthetic aperture radar device 61S1 and the second slave synthetic aperture radar device 61S2 include a radio wave transmitter/receiver 62S mounted on a UAV 4 as a mobile body. The phase control device 64 is formed by mounting the synthetic aperture radar signal processing device 63 on the UAV 4 as a moving object.

マスター合成開口レーダ装置61Mの飛行方向がアジマス方向であり、このアジマス方向に直交するグランドレンジ方向に画像取得エリアとしての観測エリアOAが形成されるように、マスター合成開口レーダ装置61Mは観測用のパルス信号の送信と反射信号の受信を繰り返し行う。第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1と第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2は、グランドレンジ方向と平行な配列方向にマスター合成開口レーダ装置61Mと列んで配列され、マスター合成開口レーダ装置61Mと同じ観測エリアOAに対してパルス信号の送信と反射信号の受信を繰り返し行う。すなわち、マスター合成開口レーダ装置61Mの放射ビームBMと第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1の放射ビームBS1と第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2の放射ビームMS2は、等しく観測エリアOAに放射され、アジマス方向へ観測エリアOAが徐々にずれてゆく(スリップマッピング)。また、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1と第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2との離隔間隔は、数十センチから数メートル程度であり、数百メートルの高度を飛行している場合、観測エリアOAからは、単一の放射源からパルス信号が送信された状態と看做し得る。なお、スレーブ合成開口レーダ装置61Sは、2台に限らず、1台でも良いし、3台以上でも良い。 The flight direction of the master synthetic aperture radar device 61M is the azimuth direction, and the master synthetic aperture radar device 61M is designed for observation so that the observation area OA as an image acquisition area is formed in the ground range direction perpendicular to the azimuth direction. Repeatedly transmits the pulse signal and receives the reflected signal. The first slave synthetic aperture radar device 61S1 and the second slave synthetic aperture radar device 61S2 are arranged in line with the master synthetic aperture radar device 61M in an arrangement direction parallel to the ground range direction, and are in the same observation area as the master synthetic aperture radar device 61M. The pulse signal is repeatedly transmitted to the OA and the reflected signal is received. That is, the radiation beam BM of the master synthetic aperture radar device 61M, the radiation beam BS1 of the first slave synthetic aperture radar device 61S1, and the radiation beam MS2 of the second slave synthetic aperture radar device 61S2 are equally radiated to the observation area OA, and are radiated in the azimuth direction. The observation area OA gradually shifts to (slip mapping). Further, the separation between the master synthetic aperture radar device 61M, the first slave synthetic aperture radar device 61S1, and the second slave synthetic aperture radar device 61S2 is about several tens of centimeters to several meters, and the flying altitude is several hundred meters. If so, it can be considered that a pulse signal is transmitted from a single radiation source from the observation area OA. Note that the number of slave synthetic aperture radar devices 61S is not limited to two, and may be one or three or more.

移動制御装置64は、マスター合成開口レーダ装置61Mおよび第1,第2スレーブ合成開口レーダ装置61S1,61S2に追随して飛行しており、マスター合成開口レーダ装置61Mおよび第1,第2スレーブ合成開口レーダ装置61S1,61S2から受信データを受け取る。マスター合成開口レーダ装置61Mと第1,第2スレーブ合成開口レーダ装置61S1,61S2からの受信データを受けた合成開口レーダ信号処理装置63は、受信データを加工して二次元画像を生成する。なお、合成開口レーダ信号処理装置63による加工処理として、例えば、周波数変調したチャープ信号を観測エリアOAに送信して得た反射信号と参照信号(チャープパルスの一部区間)との相関処理を実行することでグランドレンジ方向を解像し、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1,第2スレーブ合成開口レーダ装置61S1,61S2の飛行速度によるドップラー効果を加味して計算した参照波と受信信号の相関処理を実行することでアジマス方向を解像する。 The movement control device 64 is flying following the master synthetic aperture radar device 61M and the first and second slave synthetic aperture radar devices 61S1 and 61S2, and the movement control device 64 is flying following the master synthetic aperture radar device 61M and the first and second slave synthetic aperture radar devices 61S1 and 61S2. Receive data from radar devices 61S1 and 61S2. The synthetic aperture radar signal processing device 63 that receives the received data from the master synthetic aperture radar device 61M and the first and second slave synthetic aperture radar devices 61S1 and 61S2 processes the received data to generate a two-dimensional image. As processing processing by the synthetic aperture radar signal processing device 63, for example, correlation processing is performed between a reference signal (part of a chirp pulse) and a reflected signal obtained by transmitting a frequency-modulated chirp signal to the observation area OA. By doing so, the ground range direction is resolved, and the correlation between the reference wave and the received signal is calculated by taking into account the Doppler effect due to the flight speed of the master synthetic aperture radar device 61M and the first and second slave synthetic aperture radar devices 61S1 and 61S2. The azimuth direction is resolved by executing the process.

次に、分散型合成開口レーダシステム6を構成するマスター合成開口レーダ装置61M、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smおよび位相制御装置64の詳細機能を、図11に基づき説明する。 Next, detailed functions of the master synthetic aperture radar device 61M, the first to M-th slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm, and the phase control device 64 that constitute the distributed synthetic aperture radar system 6 will be explained based on FIG.

例えば、マスター合成開口レーダ装置61Mの電波送受信機62Mは、通信用アンテナ621を介してパルス信号の送受信を行うパルス送受信部622を備える。また、通信用アンテナ621とは別の同期用アンテナ6231を用いた無線通信によって、他の電波送受信機62Sと相互にコード送受信を行い、相互の基準発振器624の時刻ずれとコード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる電波送受信機62Sとの時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる電波送受信機62Sに対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、時間的差分情報及び空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得する時空間差分情報取得部6232を備える。 For example, the radio wave transmitter/receiver 62M of the master synthetic aperture radar device 61M includes a pulse transmitter/receiver 622 that transmits and receives pulse signals via a communication antenna 621. In addition, by wireless communication using a synchronization antenna 6231 that is different from the communication antenna 621, codes are exchanged with other radio wave transceivers 62S, and the time difference between the reference oscillators 624 and the propagation delay due to the code transmission and reception are performed. Based on the time difference information, which is the time error with the reference radio wave transmitter/receiver 62S, and the spatial error between the appropriate position of the own aircraft and the current position of the own aircraft with respect to the reference radio wave transmitter/receiver 62S. It includes a spatio-temporal difference information acquisition unit 6232 that measures certain spatial difference information and acquires spatio-temporal difference information including temporal difference information and spatial difference information.

しかしながら、本実施例の分散型合成開口レーダシステム6においては、マスター合成開口レーダ装置61Mにおける電波送受信機62Mの基準発振器624をマスタークロックに選定し、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smの電波送受信機62Sの基準発振器624を同期させるため、同期制御部6233は、基準発振器624をマスタークロックとして位相ずれ検出を行うように時空間差分情報取得部6232を制御する。したがって、電波送受信機62Mの時空間差分情報取得部6232は時間的差分情報を取得することは無く、空間的差分情報のみが時空間差分情報蓄積部625に記憶されて行くこととなる。また、マスター合成開口レーダ装置61Mの飛行位置を基準として、他の電波送受信機62Sの空間的差分情報を検出させる場合には、電波送受信機62Mの時空間差分情報取得部6232が空間的差分情報を検出することも無くなる。なお、時空間差分情報蓄積部625に時空間差分情報を記憶する際には、保存タイミングが明確になるようタイムスタンプを併せて記憶する。 However, in the distributed synthetic aperture radar system 6 of this embodiment, the reference oscillator 624 of the radio wave transmitter/receiver 62M in the master synthetic aperture radar device 61M is selected as the master clock, and the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to In order to synchronize the reference oscillator 624 of the 61Sm radio wave transmitter/receiver 62S, the synchronization control unit 6233 controls the spatio-temporal difference information acquisition unit 6232 to perform phase shift detection using the reference oscillator 624 as a master clock. Therefore, the spatiotemporal difference information acquisition unit 6232 of the radio wave transmitter/receiver 62M does not acquire temporal difference information, and only the spatial difference information is stored in the spatiotemporal difference information storage unit 625. Furthermore, when detecting spatial difference information of other radio wave transceivers 62S based on the flight position of the master synthetic aperture radar device 61M, the spatio-temporal difference information acquisition unit 6232 of the radio wave transceiver 62M uses the spatial difference information Detection also disappears. Note that when storing the spatio-temporal difference information in the spatio-temporal difference information storage unit 625, a time stamp is also stored so that the storage timing becomes clear.

パルス送受信部622は、チャープパルス生成部6221によって周波数変調したチャープ信号を生成し、アンテナ駆動部6222によって適正な放射位置に駆動された通信用アンテナ621からパルス信号を発射する。観測対象物で反射した反射信号は、反射信号受信部6223にて受信し、反射信号蓄積部626に記憶して行く。このとき、反射信号の保存タイミングが明確になるようタイムスタンプを合わせて記憶する。 The pulse transmitting/receiving section 622 generates a frequency-modulated chirp signal by the chirp pulse generating section 6221, and emits the pulse signal from the communication antenna 621 driven to an appropriate radiation position by the antenna driving section 6222. The reflected signal reflected by the observation object is received by the reflected signal receiving section 6223 and stored in the reflected signal accumulating section 626. At this time, time stamps are stored together to make the storage timing of the reflected signal clear.

そして、受信データ送信部6271は、パルス送受信部622が受信して反射信号蓄積部626に記憶された反射信号と、時空間差分情報蓄積部625に記憶された時空間差分情報と、電波送受信機62Mの固有情報と、を受信データとして、移動制御装置64の合成開口レーダ信号処理装置63へ送信する。なお、反射信号と時空間差分情報は、各々のタイムスタンプから、両者の対応関係を合成開口レーダ信号処理装置63にて判断できる。 The received data transmitting unit 6271 then transmits the reflected signal received by the pulse transmitting/receiving unit 622 and stored in the reflected signal storage unit 626, the spatiotemporal difference information stored in the spatiotemporal difference information storage unit 625, and the radio wave transmitter/receiver. 62M of unique information is transmitted as received data to the synthetic aperture radar signal processing device 63 of the mobile control device 64. Note that the synthetic aperture radar signal processing device 63 can determine the correspondence between the reflected signal and the spatio-temporal difference information based on their respective time stamps.

一方、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smの電波送受信機62Sも、上述したマスター合成開口レーダ装置61Mにおける電波送受信機62Mとほぼ同様の構成であるから、同一機能には同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ以下に説明する。 On the other hand, the radio wave transceivers 62S of the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm have almost the same configuration as the radio wave transceivers 62M in the master synthetic aperture radar device 61M described above, so the same functions are denoted by the same reference numerals. The explanation will be omitted and only the different points will be explained below.

電波送受信機62Sの時空間差分情報取得部6232は、同期用アンテナ6231を用いた無線通信によって、電波送受信機62Mの基準発振器624をマスタークロックとして時間的差分情報を取得し、その時間的誤差を補正するように同期制御部6233が基準発振器624を制御する。これにより、電波送受信機62Sの基準発振器624は、電波送受信機62Mの基準発振器624と同期することとなる。したがって、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smの電波送受信機62Sのチャープパルス生成部6221によって生成されるチャープパルスの位相を高精度で揃えることができる。すなわち、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smから同時にパルス信号を観測エリアOAに向けて発射すると、見かけ上の単一アンテナから高出力のチャープパルスを発射したこととなり、観測対象物からの反射信号の受信レベルが高くなり、ノイズの影響を軽減できる。加えて、観測対象物からの反射信号をマスター合成開口レーダ装置61Mと第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smが同時に受信するので、見かけ上、大口径のアンテナで反射信号を受信したこととなる。 The spatiotemporal difference information acquisition unit 6232 of the radio wave transceiver 62S acquires temporal difference information using the reference oscillator 624 of the radio wave transceiver 62M as a master clock through wireless communication using the synchronization antenna 6231, and calculates the temporal error. The synchronization control unit 6233 controls the reference oscillator 624 to correct it. Thereby, the reference oscillator 624 of the radio wave transceiver 62S is synchronized with the reference oscillator 624 of the radio wave transceiver 62M. Therefore, the phases of the chirp pulses generated by the chirp pulse generation section 6221 of the radio wave transmitter/receiver 62S of the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm can be aligned with high precision. That is, when pulse signals are simultaneously emitted toward the observation area OA from the master synthetic aperture radar device 61M and the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm, a high-power chirped pulse is emitted from an apparent single antenna. As a result, the reception level of the reflected signal from the observation target increases, and the influence of noise can be reduced. In addition, since the master synthetic aperture radar device 61M and the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm simultaneously receive the reflected signal from the observation target, the reflected signal is apparently received by a large-diameter antenna. That will happen.

なお、分散型合成開口レーダシステム6におけるコントロール機能(飛行速度や通信用アンテナ621の方向制御など)は、マスター合成開口レーダ装置61Mに持たせても良いし、移動制御装置64に持たせても構わない。 Note that the control functions (flight speed, direction control of the communication antenna 621, etc.) in the distributed synthetic aperture radar system 6 may be provided in the master synthetic aperture radar device 61M, or may be provided in the movement control device 64. I do not care.

移動制御装置64の合成開口レーダ信号処理装置63は、データ受信用アンテナ631および無線通信部632を介して、マスター合成開口レーダ装置61Mおよび第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smからの受信データを取得する。マスター合成開口レーダ装置61Mからの受信データにおける反射信号に対して、時空間差分情報における空間的差分情報に基づく空間的誤差を補正する位相調整を位相調整部633で行う。これにより、時空間差分情報に基づいて空間的誤差を補正したマスター合成開口レーダ装置61Mの受信データが得られる。同様に、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smからの受信データにおける反射信号に対して、時空間差分情報における空間的差分情報に基づく空間的誤差を補正する位相調整を位相調整部633で行う。これにより、時空間差分情報に基づいて位相ずれを補正した第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smの受信データが得られる。 The synthetic aperture radar signal processing device 63 of the movement control device 64 receives signals from the master synthetic aperture radar device 61M and the first to M-th slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm via the data receiving antenna 631 and the wireless communication unit 632. Get received data. A phase adjustment section 633 performs phase adjustment for correcting a spatial error based on spatial difference information in the spatio-temporal difference information on the reflected signal in the received data from the master synthetic aperture radar device 61M. Thereby, received data of the master synthetic aperture radar device 61M with spatial errors corrected based on the spatio-temporal difference information is obtained. Similarly, the phase adjustment unit performs phase adjustment to correct the spatial error based on the spatial difference information in the spatiotemporal difference information with respect to the reflected signals in the received data from the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm. Do it at 633. As a result, received data of the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm with phase shifts corrected based on the spatio-temporal difference information is obtained.

上述したように、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smが同時に受信した反射信号は、同じ観測エリアOAのデータと看做せる。これら同時取得された反射信号に対して位相調整し、これらを合成した合成受信データとすれば、不規則なノイズの影響が軽減される。そこで、相関処理実行部634が、合成受信データに相関処理を実行して解像すれば、精度の高い二次元画像を得ることが可能となる。 As described above, the reflected signals received simultaneously by the master synthetic aperture radar device 61M and the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm can be regarded as data of the same observation area OA. By adjusting the phase of these simultaneously acquired reflected signals and combining them to form composite received data, the influence of irregular noise can be reduced. Therefore, if the correlation processing execution unit 634 performs correlation processing on the combined received data and resolves it, it becomes possible to obtain a highly accurate two-dimensional image.

なお、図12に示す分散型合成開口レーダシステム6′のように、チャープパルスの発射はマスター合成開口レーダ装置61Mのみが行い、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1′~61Sm′の電波送受信機62S′は、パルス受信のみ行う構成としても良い。この場合、電波送受信機62S′には基準発振器624をマスタークロックと同期させる機能が不要になると共に、パルス送受信部622のパルス送信機能を使用しなければ良い。あるいは、パルス送受信部622に代えてパルス受信部628を設け、通信用アンテナ621を駆動させるアンテナ駆動部6281と反射信号樹脂部6282のみを備える構成としても構わない。この分散型合成開口レーダシステム6′においても、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1′~61Sm′が同時に受信した反射信号を合成して相関処理を行えば、精度の高い二次元画像を得ることが可能となる。 Note that, as in the distributed synthetic aperture radar system 6' shown in FIG. 12, chirp pulses are emitted only by the master synthetic aperture radar device 61M, and the radio waves of the first to M-th slave synthetic aperture radar devices 61S1' to 61Sm' are The transceiver 62S' may be configured to only receive pulses. In this case, the function of synchronizing the reference oscillator 624 with the master clock is not required in the radio wave transmitter/receiver 62S', and the pulse transmitting function of the pulse transmitting/receiving section 622 may not be used. Alternatively, a pulse receiving section 628 may be provided in place of the pulse transmitting/receiving section 622, and a configuration may be adopted in which only the antenna driving section 6281 that drives the communication antenna 621 and the reflected signal resin section 6282 are provided. In this distributed synthetic aperture radar system 6' as well, if the reflected signals received simultaneously by the master synthetic aperture radar device 61M and the first to M-th slave synthetic aperture radar devices 61S1' to 61Sm' are combined and correlation processing is performed, It becomes possible to obtain highly accurate two-dimensional images.

以上、本発明に係る電波送受信機、分散型フェーズドアレイアンテナシステム、分散型電磁波観測データ収集システムおよび分散型合成開口レーダシステムの実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない範囲で、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。 The embodiments of the radio wave transmitter/receiver, the distributed phased array antenna system, the distributed electromagnetic wave observation data collection system, and the distributed synthetic aperture radar system according to the present invention have been described above based on the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments, and may be implemented by reusing known and existing equivalent technical means as long as the configuration described in the claims is not changed.

1 分散型フェーズドアレイアンテナシステム
2 電波送受信機
21 通信用アンテナ
24 位相調整部
26 基準発振器
28 時空間差分情報取得部
1 Distributed phased array antenna system 2 Radio wave transmitter/receiver 21 Communication antenna 24 Phase adjustment section 26 Reference oscillator 28 Spatiotemporal difference information acquisition section

Claims (6)

複数のアンテナ素子を配列して所望の指向性を得るフェーズドアレイアンテナシステムを構成する前記アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、
N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、時空間差分情報取得部と、移相調整部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、
前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、
前記移相調整部は、前記時空間差分情報に基づいて、前記時間的誤差及び/または前記空間的誤差を補正するように、前記通信用アンテナから放射する電波の移相量を調整する、
ことを特徴とする電波送受信機。
A radio wave transmitter/receiver that can be used as an antenna element that configures a phased array antenna system that obtains desired directivity by arranging a plurality of antenna elements,
comprising N communication antennas (N is any natural number), a spatiotemporal difference information acquisition section, a phase shift adjustment section, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal,
The spatiotemporal difference information acquisition unit transmits and receives codes to and from the other radio wave transmitter/receiver by wireless communication using a synchronization antenna different from the communication antenna, and calculates the time difference between the reference oscillators. Based on the propagation delay time associated with the code transmission and reception, time difference information, which is the time error between the reference radio wave transmitter and receiver and the own aircraft, and the appropriate position of the own aircraft with respect to the reference radio wave transmitter and receiver, are determined. measuring spatial difference information that is a spatial error with the current position of the aircraft, and acquiring spatiotemporal difference information including the temporal difference information and the spatial difference information;
The phase shift adjustment unit adjusts the amount of phase shift of radio waves radiated from the communication antenna based on the spatio-temporal difference information so as to correct the temporal error and/or the spatial error.
A radio wave transmitter/receiver characterized by:
請求項1に記載の前記電波送受信機を複数用いて構成され、各電波送受信機の前記通信用アンテナから放射される電波の重ね合わせによって特定の指向性をもつ前記フェーズドアレイアンテナシステムを構成することを特徴とする分散型フェーズドアレイアンテナシステム。 The phased array antenna system is configured by using a plurality of the radio wave transmitters and receivers according to claim 1, and has a specific directivity by superimposing radio waves radiated from the communication antenna of each radio wave transmitter and receiver. A distributed phased array antenna system featuring: 複数のアンテナ素子を配列して、各アンテナ素子が受信した受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け(振幅の増幅・減衰)処理をして合成することで種々の指向性の受信ビームを形成できるビームフォーミングアンテナにおける各アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、
N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、時空間差分情報取得部と、各通信用アンテナに対応するN個の信号受信部と、受信データ送信部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、
前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する現在の自機の相対位置である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、
前記受信データ送信部は、前記信号受信部が受信した受信信号と、その受信タイミングにおける前記時空間差分情報と、自機と他の前記電波送受信機とを識別可能に設定された自機の固有情報と、を紐付けた受信データを機外へ送信する、
ことを特徴とする電波送受信機。
By arranging multiple antenna elements and performing appropriate phase shift processing and appropriate weighting (amplitude amplification/attenuation) processing on the received signals received by each antenna element and combining them, receive beams with various directivity can be generated. A radio wave transmitter/receiver that can be used as each antenna element in a beamforming antenna that can be formed,
N communication antennas (N is any natural number), a spatio-temporal difference information acquisition unit, N signal reception units corresponding to each communication antenna, a received data transmission unit, and a reference frequency signal is generated. a reference oscillator;
The spatiotemporal difference information acquisition unit transmits and receives codes to and from the other radio wave transmitter/receiver by wireless communication using a synchronization antenna different from the communication antenna, and calculates the time difference between the reference oscillators. Based on the propagation delay time associated with the code transmission and reception, time difference information that is the time error between the reference radio wave transmitter and receiver and the own aircraft, and the current relative position of the own aircraft with respect to the reference radio wave transmitter and receiver. measuring spatial difference information, and acquiring spatio-temporal difference information including the temporal difference information and the spatial difference information,
The received data transmitting unit includes the received signal received by the signal receiving unit, the spatio-temporal difference information at the reception timing, and the unique information of the own device that is set to be able to distinguish between the own device and the other radio wave transmitter/receiver. Send the received data linked with the information to outside the aircraft,
A radio wave transmitter/receiver characterized by:
請求項3に記載の電波送受信機を移動体に搭載してなる複数のスレーブモビリティと、
少なくとも、複数の前記スレーブモビリティより送信された前記受信データを収集し、収集した前記受信データをまとめて所定のデータ収集所へ転送するデータ中継機を、移動体に搭載してなるマスターモビリティと、
を含み、
複数の前記スレーブモビリティと前記マスターモビリティを任意に設定した電磁波観測エリアに配置し、各スレーブモビリティからの前記受信データを収集した前記マスターモビリティのみが、収集した前記受信データを電磁波観測データとして前記データ収集所へ転送することを特徴とする分散型電磁波観測データ収集システム。
A plurality of slave mobility comprising the radio wave transmitter/receiver according to claim 3 mounted on a mobile body,
A master mobility comprising at least a data relay machine mounted on a mobile body that collects the received data transmitted from a plurality of the slave mobilities and collectively transfers the collected received data to a predetermined data collection site;
including;
A plurality of the slave mobilities and the master mobility are arranged in an arbitrarily set electromagnetic wave observation area, and only the master mobility that has collected the received data from each slave mobility collects the collected received data as electromagnetic wave observation data. A distributed electromagnetic wave observation data collection system that transmits data to a collection center.
複数のアンテナ素子を配列し、画像取得エリアの上空をアジマス方向へ移動しつつパルスの送受信を繰り返して得た受信信号を、合成開口レーダ信号処理装置により加工して二次元画像を生成できる合成開口レーダにおける各アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、
N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、各通信用アンテナに対応するN個のパルス送受信部と、時空間差分情報取得部と、受信データ送信部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、
前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、
前記受信データ送信部は、前記パルス送受信部が受信した反射信号と、前記時空間差分情報取得部が取得した前記時空間差分情報と、自機と他の前記電波送受信機とを識別可能に設定された自機の固有情報と、を受信データとして前記合成開口レーダ信号処理装置へ送信する、
ことを特徴とする電波送受信機。
A synthetic aperture system that can generate a two-dimensional image by processing the received signal obtained by arranging multiple antenna elements and repeatedly transmitting and receiving pulses while moving in the azimuth direction above the image acquisition area using a synthetic aperture radar signal processing device. A radio wave transmitter/receiver that can be used as each antenna element in radar,
N communication antennas (N is an arbitrary natural number), N pulse transmission/reception units corresponding to each communication antenna, a spatiotemporal difference information acquisition unit, a received data transmission unit, and generates a reference frequency signal. a reference oscillator;
The spatiotemporal difference information acquisition unit transmits and receives codes to and from the other radio wave transmitter/receiver by wireless communication using a synchronization antenna different from the communication antenna, and calculates the time difference between the reference oscillators. Based on the propagation delay time associated with the code transmission and reception, time difference information, which is the time error between the reference radio wave transmitter and receiver and the own aircraft, and the appropriate position of the own aircraft with respect to the reference radio wave transmitter and receiver, are determined. measuring spatial difference information that is a spatial error with the current position of the aircraft, and acquiring spatiotemporal difference information including the temporal difference information and the spatial difference information;
The received data transmitter is configured to be able to distinguish between the own device and the other radio wave transmitter/receiver by the reflected signal received by the pulse transmitter/receiver and the spatio-temporal difference information acquired by the spatio-temporal difference information acquirer. transmitting the unique information of the own aircraft as received data to the synthetic aperture radar signal processing device;
A radio wave transmitter/receiver characterized by:
請求項5に記載の電波送受信機を移動体に搭載し、前記画像取得エリアに対するパルス信号の送信と反射信号の受信を行うマスター合成開口レーダ装置と、
請求項5に記載の電波送受信機を移動体に搭載し、前記マスター合成開口レーダ装置と同じ画像取得エリアに対してパルス信号の送信と反射信号の受信を行うM台(Mは任意の自然数)のスレーブ合成開口レーダ装置と、
前記マスター合成開口レーダ装置および前記スレーブ合成開口レーダ装置からの受信データを加工して二次元画像を生成する合成開口レーダ信号処理装置と、
を含み、
前記スレーブ合成開口レーダ装置は、前記マスター合成開口レーダ装置を基準となる前記電波送受信機として前記時空間差分情報を取得し、少なくとも前記時間的差分情報に基づいて前記時間的誤差を補正する位相調整を行うことで、前記マスター合成開口レーダ装置のパルス送信と同期したパルス信号の送信を行い、
前記合成開口レーダ信号処理装置は、前記マスター合成開口レーダ装置および/または前記スレーブ合成開口レーダ装置からの前記受信データにおける反射信号に対して、少なくとも前記時空間差分情報における前記空間的差分情報に基づいて前記空間的誤差を補正する位相調整を行う、
ことを特徴とする分散型合成開口レーダシステム。
A master synthetic aperture radar device equipped with the radio wave transmitter/receiver according to claim 5 on a moving body, and configured to transmit a pulse signal to the image acquisition area and receive a reflected signal;
M units (M is an arbitrary natural number) in which the radio wave transmitter/receiver according to claim 5 is mounted on a moving object, and transmit a pulse signal and receive a reflected signal to the same image acquisition area as the master synthetic aperture radar device. a slave synthetic aperture radar device,
a synthetic aperture radar signal processing device that processes received data from the master synthetic aperture radar device and the slave synthetic aperture radar device to generate a two-dimensional image;
including;
The slave synthetic aperture radar device acquires the spatiotemporal difference information using the master synthetic aperture radar device as the radio wave transmitter/receiver as a reference, and performs phase adjustment to correct the temporal error based on at least the temporal difference information. By doing this, a pulse signal is transmitted in synchronization with the pulse transmission of the master synthetic aperture radar device,
The synthetic aperture radar signal processing device processes a reflected signal in the received data from the master synthetic aperture radar device and/or the slave synthetic aperture radar device based on at least the spatial difference information in the spatiotemporal difference information. performing phase adjustment to correct the spatial error;
A distributed synthetic aperture radar system characterized by:
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