JP2916391B2 - Array antenna control method and control device - Google Patents

Array antenna control method and control device

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JP2916391B2
JP2916391B2 JP7117167A JP11716795A JP2916391B2 JP 2916391 B2 JP2916391 B2 JP 2916391B2 JP 7117167 A JP7117167 A JP 7117167A JP 11716795 A JP11716795 A JP 11716795A JP 2916391 B2 JP2916391 B2 JP 2916391B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アレーアンテナの制御
方法および制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for controlling an array antenna.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、車両等に搭載し静止衛星の方向を
自動的に追尾する衛星通信用のフェーズドアレーアンテ
ナ(以下、第1の従来例という。)が郵政省通信総合研
究所によって試作されている。この第1の従来例のフェ
ーズドアレーアンテナは、19個のマイクロストリップ
アンテナ素子で構成され、1素子を除く各素子毎に計1
8個のマイクロ波移相器を備え、機械駆動せずに電気的
に送信ビームの方向を走査する。ここで、アンテナの指
向性を制御し、到来ビームの方向を追尾するためのセン
サーとして、地磁気の方向を検出し予め既知である車両
から見た静止衛星の方向を計算するための磁気センサ、
並びに車両の回転角速度を検出して精度よくビームの方
向を一定に保つための光ファイバジャイロを備えてい
る。これら2つのセンサを組み合わせることにより、到
来ビームの有無に関らず、ある一定の方向にアンテナの
送信指向性を向け、車両が移動しても常に同じ方向にそ
の指向性を保持するように構成されている。また、マイ
クロ波移相器に周波数特性をもたせることにより、送信
と受信の周波数は異なる場合でも両方で同じ方向に指向
性が形成されるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a phased array antenna for satellite communication (hereinafter referred to as a first conventional example) mounted on a vehicle or the like and automatically tracking the direction of a geostationary satellite has been prototyped by the Communications Research Laboratory of the Ministry of Posts and Telecommunications. ing. The phased array antenna of the first conventional example is composed of 19 microstrip antenna elements, and one element is provided for each element except one element.
Eight microwave phase shifters are provided to electrically scan the direction of the transmission beam without mechanical drive. Here, as a sensor for controlling the directivity of the antenna and tracking the direction of the incoming beam, a magnetic sensor for detecting the direction of geomagnetism and calculating the direction of the geostationary satellite seen from the vehicle that is known in advance,
Further, an optical fiber gyro is provided for detecting the rotational angular velocity of the vehicle and accurately keeping the beam direction constant. By combining these two sensors, regardless of the presence or absence of an incoming beam, the antenna directs the transmission directivity in a certain direction, and keeps the same directivity in the same direction even when the vehicle moves. Have been. In addition, by providing the microwave phase shifter with frequency characteristics, directivity is formed in the same direction in both transmission and reception even when the transmission and reception frequencies are different.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
1の従来例のフェーズドアレーアンテナは、到来信号の
有無に関らず信号源の方向が既知であればその方向に送
信ビームを向けることができるが、信号源の方向が未知
の場合または低軌道周回衛星など信号源自体が移動して
しまう場合にはその動きが全て予測可能な場合を除き、
追尾不可能である。また、信号源の方向が既知の場合で
も、磁気センサは、絶対方位を知ることができるが、周
囲の金属による磁界の影響を受けやすく、光ファイバジ
ャイロは、周囲の金属による磁界の影響は受けないが、
角速度を検出してこれを積算して絶対方位を求めるため
誤差の蓄積を受けやすい。これらの特徴を組み合わせ
て、互いに補完しながら正確な追尾を行う方法は、構成
が複雑になるとともに、上記のように性能が限定される
という問題点があった。
However, the phased array antenna of the first prior art can direct a transmission beam in the direction of a signal source if the direction of the signal source is known regardless of the presence or absence of an incoming signal. However, unless the direction of the signal source is unknown or the signal source itself moves such as a low orbit satellite, unless the movement is all predictable,
Tracking is impossible. In addition, even when the direction of the signal source is known, the magnetic sensor can know the absolute azimuth, but is easily affected by the magnetic field due to the surrounding metal, and the optical fiber gyro is affected by the magnetic field due to the surrounding metal. No,
Since the angular velocities are detected and integrated to determine the absolute azimuth, errors are easily accumulated. The method of performing accurate tracking while complementing each other by combining these features has a problem that the configuration is complicated and the performance is limited as described above.

【0004】上記の問題点を解決するために、到来信号
方向に送信ビームを形成する方法として、受信位相差を
そのまま用いて、あるいは送信と受信の周波数に応じて
これを変換して送信位相差とする方法(以下、第2の従
来例という。)が、本出願人によって、特願平6−20
3258号の特許出願において提案されている。この第
2の従来例では、到来波の方向を知るための特別なセン
サを用いることなく、受信波の到来方向に自動的に送信
ビームを形成することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, as a method of forming a transmission beam in the direction of an incoming signal, a reception phase difference is used as it is, or the transmission phase difference is converted according to transmission and reception frequencies. (Hereinafter referred to as a second conventional example) is disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 6-20 / 1990.
No. 3258 is proposed in the patent application. In the second conventional example, a transmission beam can be automatically formed in the arrival direction of a received wave without using a special sensor for knowing the direction of the arrival wave.

【0005】しかしながら、上記第2の従来例の送信ビ
ーム形成方法の場合、1波だけが受信されている場合に
は、信号源の方向が未知であっても、方位センサ等を用
いることなく、その受信波の方向に送信ビームが形成で
きるが、建物や地面等における反射により複数の多重波
が別々の方向から受信される場合には、それら多重波の
到来方向にも送信ビームを形成することとなる。この性
質は、送信と受信の周波数が等しい場合には、送信と受
信の可逆性により、到来多重波の複数のパスを通って送
信された送信波は、相手局で互いに同相で受信されるた
め、問題とならない。しかしながら、送信と受信の周波
数が異なる場合には、送信と受信の可逆性が成り立た
ず、到来多重波の複数のパスを通って相手局で受信され
た送信波は、相手局で必ずしも互いに同相で受信され
ず、通信品質を劣化させることとなる。また、アンテナ
面に対する受信信号の等位相面の傾斜角度が大きくなる
と、アンテナ素子間の受信位相差が−π以上+π以下の
範囲を越えることによる位相不確定性が生じるため、必
ずしも到来波の方向に正しく送信ビームが形成されない
という問題点があった。
[0005] However, in the case of the transmission beam forming method of the second conventional example, when only one wave is received, even if the direction of the signal source is unknown, without using an azimuth sensor or the like, A transmit beam can be formed in the direction of the received wave, but if multiple multiplex waves are received from different directions due to reflection on a building, the ground, etc., the transmit beam should also be formed in the direction of arrival of those multiplex waves. Becomes This property is because when the transmission and reception frequencies are equal, the transmission waves transmitted through multiple paths of the incoming multiplex wave are received in the same phase at the partner station due to the reversibility of transmission and reception. No problem. However, when the transmission and reception frequencies are different, the reversibility of transmission and reception does not hold, and the transmission waves received by the partner station through multiple paths of the incoming multiplex wave are not necessarily in phase with each other at the partner station. It is not received and communication quality is degraded. Also, if the inclination angle of the equal phase plane of the received signal with respect to the antenna surface becomes large, phase uncertainty occurs due to the fact that the reception phase difference between the antenna elements exceeds the range of −π or more and + π or less. However, there is a problem that a transmission beam is not formed correctly.

【0006】本発明の目的は以上の問題点を解決し、信
号源となる相手局の方位が未知である場合においても、
方位センサ等を用いることなしに、信号源から送信され
る到来波から得られる各アンテナ素子毎の受信信号に基
づいて到来波の方向に送信ビームを形成し、また、複数
の多重波が到来する環境、もしくは受信位相差に位相不
確定が生じる場合においても、最大受信波の方向のみに
単一の送信主ビームを形成することができるアレーアン
テナの制御方法及び制御装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above problems and to solve the problem even when the direction of a partner station serving as a signal source is unknown.
Without using an azimuth sensor or the like, a transmission beam is formed in the direction of the arriving wave based on the reception signal for each antenna element obtained from the arriving wave transmitted from the signal source, and a plurality of multiplex waves arrive. It is an object of the present invention to provide an array antenna control method and a control apparatus capable of forming a single transmission main beam only in the direction of the maximum received wave even when the phase is uncertain in the environment or the reception phase difference.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載のアレーアンテナの制御方法は、所定の配置形状で近
接して並置された複数のアンテナ素子からなるアレーア
ンテナを制御するためのアレーアンテナの制御方法にお
いて、上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ
受信された複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信
号を用いて、上記局部発振信号と同相である同相成分
と、上記局部発振信号と直交する直交成分とからなる直
交信号にそれぞれ変換し、上記複数のアンテナ素子のう
ち互いに異なる対である各2つの第1と第2のアンテナ
素子における直交信号の同相成分同志の積及び直交成分
同志の積の和で計算される第1のデータと、上記第1の
アンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアンテ
ナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアンテ
ナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素子
の直交信号の同相成分の積の差で計算される第2のデー
タとをそれぞれ、所定の伝達関数を有する雑音抑圧用フ
ィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波された第1
のデータで上記ろ波された第2のデータを除算し、上記
除算結果の逆正接値を計算することにより上記第1のア
ンテナ素子の受信信号と上記第2のアンテナ素子の受信
信号との間の受信位相差を演算し、上記演算された各2
つの第1と第2のアンテナ素子間の受信位相差が−πか
ら+πまでの範囲に限定されているために生ずる位相不
確定性のすべての候補に対応した受信位相差からなる行
列と、上記アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素
子の位置座標からなる行列とを用いて、最小2乗法を用
いてウイナー−ホプフ(Wiener−Hopf)方程
式を解くことにより、上記位相不確定のすべての候補に
対応した上記等位相の1次回帰平面を表す方程式を導い
て、上記位相不確定性のすべての候補に対応した等位相
の複数の1次回帰平面を演算し、上記受信位相差と上記
等位相の1次回帰平面との間の残差の2乗和と、上記等
位相の1次回帰平面の勾配係数とを用いて、上記位相不
確定性を除去し、最大受信波に対応した等位相の1次回
帰平面を1つだけ特定することにより当該受信位相差を
補正し、上記補正された受信位相差の符号を反転するこ
とにより送信位相差に変換し、上記変換された各2つの
第1と第2のアンテナ素子間の送信位相差でかつ等振幅
で送信信号を上記各アンテナ素子から送信することによ
り、最大受信波の方向のみに送信主ビームを形成するこ
とを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an array antenna control method for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape. In the antenna control method, a plurality of reception signals received by the respective antenna elements of the array antenna are respectively used by using a common local oscillation signal, and an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal, and the local oscillation signal The signal is converted into a quadrature signal composed of quadrature components orthogonal to each other, and a product of quadrature signals and quadrature components of quadrature signals in each of two first and second antenna elements which are mutually different pairs among the plurality of antenna elements. , The first data calculated by the sum of the products of: the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. A predetermined transfer function is used to calculate the product of the cross component and the second data calculated by the difference between the product of the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the product of the quadrature signal of the quadrature signal of the second antenna element. And then filtered through a noise suppression filter having
Divides the filtered second data by the following data and calculates the arc tangent of the result of the division to obtain the difference between the received signal of the first antenna element and the received signal of the second antenna element. Is calculated, and the above calculated 2 is calculated.
A matrix comprising reception phase differences corresponding to all candidates of phase uncertainty caused by the fact that the reception phase difference between the two first and second antenna elements is limited to the range from -π to + π; By solving the Wiener-Hopf equation using the matrix of the position coordinates of a plurality of antenna elements constituting the array antenna and using the least squares method, all the candidates for the phase uncertainty are supported. An equation representing the first-order regression plane having the same phase is derived, and a plurality of first-order regression planes having the same phase corresponding to all the candidates for the phase uncertainty are calculated. The phase uncertainty is removed using the sum of squares of the residual between the first-order regression plane and the gradient coefficient of the first-order regression plane having the same phase, and the equal phase corresponding to the maximum received wave is removed. Features only one linear regression plane By correcting the received phase difference, the sign of the corrected received phase difference is inverted into a transmission phase difference by inverting the sign of the corrected reception phase difference. By transmitting a transmission signal from each of the antenna elements with a transmission phase difference and an equal amplitude, a transmission main beam is formed only in the direction of the maximum reception wave.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】また、請求項2記載のアレーアンテナの制
御方法は、請求項1記載のアレーアンテナの制御方法に
おいて、上記位相不確定が除去された上記等位相の1次
回帰平面から演算される受信位相差に、受信周波数に対
する送信周波数の比を乗算したものを送信位相差とする
ことにより、送信位相差に変換することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an array antenna according to the first aspect of the present invention, wherein the phase uncertainty is eliminated from the first-order regression plane having the same phase. The phase difference is multiplied by the ratio of the transmission frequency to the reception frequency to obtain a transmission phase difference, which is converted into a transmission phase difference.

【0011】本発明に係る請求項3記載のアレーアンテ
ナの制御装置は、所定の配置形状で近接して並置された
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御する
ためのアレーアンテナの制御装置において、上記アレー
アンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の
受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて、上記
局部発振信号と同相である同相成分と、上記局部発振信
号と直交する直交成分とからなる直交信号にそれぞれ変
換する第1の変換手段と、上記複数のアンテナ素子のう
ち互いに異なる対である各2つの第1と第2のアンテナ
素子における直交信号の同相成分同志の積及び直交成分
同志の積の和で計算される第1のデータと、上記第1の
アンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアンテ
ナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアンテ
ナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素子
の直交信号の同相成分の積の差で計算される第2のデー
タとをそれぞれ、所定の伝達関数を有する雑音抑圧用フ
ィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波された第1
のデータで上記ろ波された第2のデータを除算し、上記
除算結果の逆正接値を計算することにより上記第1のア
ンテナ素子の受信信号と上記第2のアンテナ素子の受信
信号との間の受信位相差を演算する第1の演算手段と、
上記第1の演算手段によって演算された各2つの第1と
第2のアンテナ素子間の受信位相差が−πから+πまで
の範囲に限定されているために生ずる位相不確定性のす
べての候補に対応した受信位相差からなる行列と、上記
アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の位置座
標からなる行列とを用いて、最小2乗法を用いてウイナ
ー−ホプフ(Wiener−Hopf)方程式を解くこ
とにより、上記位相不確定のすべての候補に対応した上
記等位相の1次回帰平面を表す方程式を導いて、上記位
相不確定性のすべての候補に対応した等位相の複数の1
次回帰平面を演算する第2の演算手段と、上記受信位相
差と上記等位相の1次回帰平面との間の残差の2乗和
と、上記等位相の1次回帰平面の勾配係数とを用いて、
上記位相不確定性を除去し、最大受信波に対応した等位
相の1次回帰平面を1つだけ特定することにより当該受
信位相差を補正する補正手段と、上記補正手段によって
補正された受信位相差の符号を反転することにより送信
位相差に変換する第2の変換手段とを備え、上記第2の
変換手段によって変換された各2つの第1と第2のアン
テナ素子間の送信位相差でかつ等振幅で送信信号を上記
各アンテナ素子から送信することにより、最大受信波の
方向のみに送信主ビームを形成することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an array antenna control device for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape. Using a common local oscillation signal for each of the plurality of reception signals received by each antenna element of the array antenna, an in-phase component that is in phase with the local oscillation signal and a quadrature component that is orthogonal to the local oscillation signal First conversion means for converting the signals into quadrature signals respectively, and the product of the in-phase components of the quadrature signals and the quadrature components among the two first and second antenna elements which are mutually different pairs of the plurality of antenna elements. , The in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature signal of the second antenna element. A predetermined transfer function is used to calculate the product of the quadrature components and the second data calculated by the difference between the product of the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the product of the in-phase component of the quadrature signal of the second antenna element. And then filtered through a noise suppression filter having
Divides the filtered second data by the following data and calculates the arc tangent of the result of the division to obtain the difference between the received signal of the first antenna element and the received signal of the second antenna element. First calculating means for calculating the reception phase difference of
All candidates for phase uncertainty caused by the fact that the reception phase difference between each of the two first and second antenna elements calculated by the first calculation means is limited to the range from -π to + π. Solving a Wiener-Hopf equation using a least squares method, using a matrix consisting of a reception phase difference corresponding to the above and a matrix consisting of position coordinates of a plurality of antenna elements constituting the array antenna. Derives an equation representing the first-order regression plane of the same phase corresponding to all the candidates of the phase uncertainty, and obtains a plurality of 1s of the same phase corresponding to all the candidates of the phase uncertainty.
A second calculating means for calculating a next regression plane; a sum of squares of residuals between the reception phase difference and the first phase regression plane having the same phase; a gradient coefficient of the first phase regression plane having the same phase; Using,
Correcting means for removing the phase uncertainty and specifying only one first-order regression plane having the same phase corresponding to the maximum received wave to correct the received phase difference; and a receiving position corrected by the correcting means. Second conversion means for converting the sign of the phase difference into a transmission phase difference by inverting the sign of the phase difference, wherein the transmission phase difference between each of the two first and second antenna elements converted by the second conversion means is provided. In addition, a transmission main beam is formed only in the direction of the maximum reception wave by transmitting a transmission signal from each of the antenna elements with equal amplitude.

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】また、請求項4記載のアレーアンテナの制
御装置は、請求項3記載のアレーアンテナの制御装置に
おいて、上記第2の変換手段は、上記位相不確定が除去
された上記等位相の1次回帰平面から演算される受信位
相差に、受信周波数に対する送信周波数の比を乗算した
ものを送信位相差とすることにより、送信位相差に変換
することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the array antenna control device according to the third aspect, wherein the second conversion means includes the one-phase equal-phase signal having the phase uncertainty removed. The transmission phase difference is obtained by multiplying the reception phase difference calculated from the next regression plane by the ratio of the transmission frequency to the reception frequency to obtain a transmission phase difference.

【0015】[0015]

【作用】請求項1記載のアレーアンテナの制御方法にお
いては、上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞ
れ受信された複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振
信号を用いて、上記局部発振信号と同相である同相成分
と、上記局部発振信号と直交する直交成分とからなる直
交信号にそれぞれ変換し、上記複数のアンテナ素子のう
ち互いに異なる対である各2つの第1と第2のアンテナ
素子における直交信号の同相成分同志の積及び直交成分
同志の積の和で計算される第1のデータと、上記第1の
アンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2のアンテ
ナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1のアンテ
ナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアンテナ素子
の直交信号の同相成分の積の差で計算される第2のデー
タとをそれぞれ、所定の伝達関数を有する雑音抑圧用フ
ィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波された第1
のデータで上記ろ波された第2のデータを除算し、上記
除算結果の逆正接値を計算することにより上記第1のア
ンテナ素子の受信信号と上記第2のアンテナ素子の受信
信号との間の受信位相差を演算し、上記演算された各2
つの第1と第2のアンテナ素子間の受信位相差が−πか
ら+πまでの範囲に限定されているために生ずる位相不
確定性のすべての候補に対応した受信位相差からなる行
列と、上記アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素
子の位置座標からなる行列とを用いて、最小2乗法を用
いてウイナー−ホプフ(Wiener−Hopf)方程
式を解くことにより、上記位相不確定のすべての候補に
対応した上記等位相の1次回帰平面を表す方程式を導い
て、上記位相不確定性のすべての候補に対応した等位相
の複数の1次回帰平面を演算し、上記受信位相差と上記
等位相の1次回帰平面との間の残差の2乗和と、上記等
位相の1次回帰平面の勾配係数とを用いて、上記位相不
確定性を除去し、最大受信波に対応した等位相の1次回
帰平面を1つだけ特定することにより当該受信位相差を
補正し、上記補正された受信位相差の符号を反転するこ
とにより送信位相差に変換し、上記変換された各2つの
第1と第2のアンテナ素子間の送信位相差でかつ等振幅
で送信信号を上記各アンテナ素子から送信することによ
り、最大受信波の方向のみに送信主ビームを形成する。
In the method of controlling an array antenna according to the first aspect of the present invention, a plurality of reception signals received by each antenna element of the array antenna are used in common with the local oscillation signal by using a common local oscillation signal. A quadrature signal composed of a certain in-phase component and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal, respectively, and a quadrature signal in each of two first and second antenna elements that are mutually different pairs among the plurality of antenna elements And the first data calculated by the sum of the product of the in-phase components and the product of the quadrature components, and the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element. Product and second data calculated by the difference between the product of the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the in-phase component of the quadrature signal of the second antenna element, After filtered is passed through a noise suppression filter having a constant of the transfer function, the is the filtered 1
Divides the filtered second data by the following data and calculates the arc tangent of the result of the division to obtain the difference between the received signal of the first antenna element and the received signal of the second antenna element. Is calculated, and the above calculated 2 is calculated.
A matrix comprising reception phase differences corresponding to all candidates of phase uncertainty caused by the fact that the reception phase difference between the two first and second antenna elements is limited to the range from -π to + π; By solving the Wiener-Hopf equation using the matrix of the position coordinates of a plurality of antenna elements constituting the array antenna and using the least squares method, all the candidates for the phase uncertainty are supported. An equation representing the first-order regression plane having the same phase is derived, and a plurality of first-order regression planes having the same phase corresponding to all the candidates for the phase uncertainty are calculated. The phase uncertainty is removed using the sum of squares of the residual between the first-order regression plane and the gradient coefficient of the first-order regression plane having the same phase, and the equal phase corresponding to the maximum received wave is removed. Features only one linear regression plane By correcting the received phase difference, the inverted received phase difference is converted into a transmission phase difference by inverting the sign of the corrected reception phase difference, and the converted first and second antenna elements are converted between the two first and second antenna elements. By transmitting a transmission signal from each of the antenna elements with a transmission phase difference and an equal amplitude, a transmission main beam is formed only in the direction of the maximum reception wave.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】またさらに、請求項2記載のアレーアンテ
ナの制御方法においては、請求項1記載のアレーアンテ
ナの制御方法において、上記位相不確定が除去された上
記等位相の1次回帰平面から演算される受信位相差に、
受信周波数に対する送信周波数の比を乗算したものを送
信位相差とすることにより、送信位相差に変換する。
Further, in the array antenna control method according to the second aspect, in the array antenna control method according to the first aspect, a calculation is performed from the first-order regression plane having the same phase from which the phase uncertainty has been removed. The received phase difference
By multiplying the transmission phase ratio by multiplying the ratio of the transmission frequency to the reception frequency, the signal is converted into a transmission phase difference.

【0019】本発明に係る請求項3記載のアレーアンテ
ナの制御装置においては、上記第1の変換手段は、上記
アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された
複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用い
て、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記局
部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号にそ
れぞれ変換する。次いで、上記第1の演算手段は、上記
複数のアンテナ素子のうち互いに異なる対である各2つ
の第1と第2のアンテナ素子における直交信号の同相成
分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算される第1
のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信号の同相
成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直交成分の
積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直交成分と
上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分の積の差
で計算される第2のデータとをそれぞれ、所定の伝達関
数を有する雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波させた
後、上記ろ波された第1のデータで上記ろ波された第2
のデータを除算し、上記除算結果の逆正接値を計算する
ことにより上記第1のアンテナ素子の受信信号と上記第
2のアンテナ素子の受信信号との間の受信位相差を演算
する。そして、上記第2の演算手段は、上記第1の演算
手段によって演算された各2つの第1と第2のアンテナ
素子間の受信位相差が−πから+πまでの範囲に限定さ
れているために生ずる位相不確定性のすべての候補に対
応した受信位相差からなる行列と、上記アレーアンテナ
を構成する複数のアンテナ素子の位置座標からなる行列
とを用いて、最小2乗法を用いてウイナー−ホプフ(W
iener−Hopf)方程式を解くことにより、上記
位相不確定のすべての候補に対応した上記等位相の1次
回帰平面を表す方程式を導いて、上記位相不確定性のす
べての候補に対応した等位相の複数の1次回帰平面を演
算する。さらに、上記補正手段は、上記受信位相差と上
記等位相の1次回帰平面との間の残差の2乗和と、上記
等位相の1次回帰平面の勾配係数とを用いて、上記位相
不確定性を除去し、最大受信波に対応した等位相の1次
回帰平面を1つだけ特定することにより当該受信位相差
を補正し、上記第2の変換手段は、上記補正手段によっ
て補正された受信位相差の符号を反転することにより送
信位相差に変換する。そして、上記第2の変換手段によ
って変換された各2つの第1と第2のアンテナ素子間の
送信位相差でかつ等振幅で送信信号を上記各アンテナ素
子から送信することにより、最大受信波の方向のみに送
信主ビームを形成する。
According to a third aspect of the present invention, in the array antenna control device, the first converting means converts a plurality of reception signals received by each antenna element of the array antenna into a common local oscillation signal. The signal is converted into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. Next, the first calculating means calculates the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the sum of the products of the quadrature components of each of the two first and second antenna elements, which are mutually different pairs, of the plurality of antenna elements. The first calculated by
And the product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element, the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element, and the second antenna The second data calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals of the elements are respectively passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function to be filtered, and then the filtered first The second filtered above with data
, And by calculating the arc tangent value of the division result, the reception phase difference between the reception signal of the first antenna element and the reception signal of the second antenna element is calculated. The second operation means is configured such that the reception phase difference between each of the two first and second antenna elements calculated by the first operation means is limited to a range from -π to + π. Using a matrix consisting of reception phase differences corresponding to all candidates of phase uncertainty occurring in the above and a matrix consisting of position coordinates of a plurality of antenna elements constituting the array antenna, using a method of least squares, Hopf (W
By solving the equation (ener-Hopf), an equation representing the first-order regression plane of the equiphase corresponding to all the candidates for the phase uncertainty is derived, and the equiphase corresponding to all the candidates for the phase uncertainty is obtained. Are calculated. Further, the correction means uses the sum of squares of the residual between the received phase difference and the first-order regression plane having the same phase and the gradient coefficient of the first-order regression plane having the same phase to obtain the phase. The uncertainty is removed, the reception phase difference is corrected by specifying only one primary regression plane having the same phase corresponding to the maximum reception wave, and the second conversion means is corrected by the correction means. The signal is converted into a transmission phase difference by inverting the sign of the received phase difference. Then, by transmitting a transmission signal from each of the antenna elements with a transmission phase difference and equal amplitude between each of the two first and second antenna elements converted by the second conversion means, the maximum reception wave The transmission main beam is formed only in the direction.

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】また、請求項4記載のアレーアンテナの制
御装置においては、請求項3記載のアレーアンテナの制
御装置において、上記第2の変換手段は、上記位相不確
定が除去された上記等位相の1次回帰平面から演算され
る受信位相差に、受信周波数に対する送信周波数の比を
乗算したものを送信位相差とすることにより、送信位相
差に変換する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the array antenna control device according to the third aspect, wherein the second converting means includes the second phase conversion means for eliminating the phase uncertainty. The transmission phase difference is converted into a transmission phase difference by multiplying the reception phase difference calculated from the first-order regression plane by the ratio of the transmission frequency to the reception frequency.

【0023】[0023]

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例に
ついて説明する。 <第1の実施例>図1は本発明に係る第1の実施例であ
る通信用アレーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の受
信部のブロック図である。本実施例の通信用アレーアン
テナの自動ビーム捕捉追尾装置は、例えば受信周波数の
1/2又は送信周波数の1/2、もしくは受信周波数と
送信周波数の平均値の1/2の長さである所定の間隔で
近接して任意の平面又は曲面上に並置された複数N個の
アンテナ素子A1,A2,…,Ai,…,ANからなる
アレーアンテナ1の指向性を、ディジタル位相変調波又
は無変調波などの無線信号波の到来ビームの方向へ高速
で向け、その追尾を行う。ここで、特に、本実施例の捕
捉追尾装置は、DBF部4と、送信ウエイト演算回路3
0とを備えたことを特徴としている。そして、信号源と
なる相手局の方位が未知である場合においても、方位セ
ンサ等を用いることなしに、信号源から送信される到来
波から得られる各アンテナ素子毎のベースバンド信号に
基づいて到来波の方向に送信ビームを形成し、また、複
数の多重波が到来する環境においても、あるいは受信位
相差に位相不確定が生じる場合においても、それら多重
波の影響及び位相不確定を除去し、最大受信波の方向の
みに単一の送信主ビームを形成する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. <First Embodiment> FIG. 1 is a block diagram of a receiving section of an automatic beam capture and tracking device for a communication array antenna according to a first embodiment of the present invention. The automatic beam capture and tracking device of the communication array antenna according to the present embodiment has a predetermined length of, for example, 受 信 of the reception frequency, の of the transmission frequency, or の of the average of the reception frequency and the transmission frequency. The directivity of the array antenna 1 including a plurality of N antenna elements A1, A2,..., Ai,. Aim at high speed in the direction of the incoming beam of a radio signal wave such as a wave, and track it. Here, in particular, the acquisition and tracking device of the present embodiment includes the DBF unit 4 and the transmission weight operation circuit 3
0 is provided. Then, even when the azimuth of the partner station serving as the signal source is unknown, the arriving signal based on the baseband signal for each antenna element obtained from the arriving wave transmitted from the signal source without using an azimuth sensor or the like. Forming a transmission beam in the direction of the wave, and also in an environment where multiple multiplexes arrive, or even when a phase uncertainty occurs in the reception phase difference, remove the effects and phase uncertainty of those multiplexes, A single transmit main beam is formed only in the direction of the maximum received wave.

【0024】図1に示すように、アレーアンテナ1は、
N個のアンテナ素子A1乃至ANと、送受分離器である
サーキュレータCI−1乃至CI−Nとを備える。ま
た、受信モジュールRM−1乃至RM−Nはそれぞれ、
低雑音増幅器2と、第1局発振器11から出力される共
通の第1局部発振信号を用いて、受信された無線周波数
を有する無線信号を所定の中間周波数を有する中間周波
信号に周波数変換するダウンコンバータ(D/C)3と
を備える。
As shown in FIG. 1, the array antenna 1
It includes N antenna elements A1 to AN and circulators CI-1 to CI-N as transmission / reception separators. The receiving modules RM-1 to RM-N are respectively
Using the low-noise amplifier 2 and the common first local oscillation signal output from the first local oscillator 11, down-converts a received radio signal having a radio frequency into an intermediate frequency signal having a predetermined intermediate frequency. And a converter (D / C) 3.

【0025】当該捕捉追尾装置の受信部はさらに、N個
のA/D変換器AD−1乃至AD−Nと、第2局部発振
器12から出力される共通の第2局部発振信号を用い
て、A/D変換後の中間周波信号を準同期検波して、互
いに直交する2つのベースバンド信号(以下、これら2
つのベースバンド信号を直交ベースバンド信号とい
う。)に変換するN個の準同期検波回路QD−1乃至Q
D−Nと、上記変換された直交ベースバンド信号に基づ
いて最大比合成するような各直交ベースバンド信号に対
する受信ウエイトW1 RX,W2 RX,…,WN RXを演算し
て、上記各直交ベースバンド信号に対して演算した受信
ウエイトW1 RX,W2 RX,…,WN RXを乗算した後同相合
成して復調器5に出力するDBF部4と、DBF部4に
よって演算された受信ウエイトW1 RX,W2 RX,…,WN
RXに基づいて、本発明に係る方法により送信ウエイトW
1 TX,W2 TX,…,WN TXを演算して送信局部発振器10
に出力する送信ウエイト演算回路30と、DBF部4か
ら出力されるベースバンド信号から所定のベースバンド
復調処理により同期検波又は遅延検波を行い、所望のデ
ィジタルデータを抽出して受信データとして出力する復
調器5とを備える。
The receiving unit of the acquisition and tracking device further uses N A / D converters AD-1 to AD-N and a common second local oscillation signal output from the second local oscillator 12 to The intermediate frequency signal after the A / D conversion is quasi-synchronously detected and two baseband signals orthogonal to each other (hereinafter, these 2
One baseband signal is called a quadrature baseband signal. N) quasi-synchronous detection circuits QD-1 through QD
D-N and said converted reception weight W 1 RX for each quadrature baseband signal as maximum ratio combining based on the quadrature baseband signal, W 2 RX, ..., and calculates the W N RX, each The reception weights W 1 RX , W 2 RX ,..., W N RX calculated on the quadrature baseband signal are multiplied, in-phase synthesized, and output to the demodulator 5. Receive weights W 1 RX , W 2 RX , ..., W N
Based on RX , the transmission weight W is calculated by the method according to the present invention.
1 TX , W 2 TX ,..., W N TX
And a demodulation for performing synchronous detection or delay detection by a predetermined baseband demodulation process from a baseband signal output from the DBF unit 4 and extracting desired digital data and outputting the digital data as reception data. And a vessel 5.

【0026】当該受信部において、アレーアンテナ1内
の各アンテナ素子A1乃至ANからDBF部4までは、
各アンテナ素子の系統毎に、縦続接続されている。当該
受信部における各アンテナ素子の系統毎の信号処理は同
様に実行されるので、アンテナ素子Ai(アンテナ素子
A1乃至ANのうちの1つを代表してAiと付す。)で
受信された無線信号波についての処理について述べる。
In the receiving section, each of the antenna elements A1 to AN in the array antenna 1 to the DBF section 4
The cascade connection is made for each antenna element system. Since the signal processing for each system of each antenna element in the receiving unit is similarly executed, the radio signal received by the antenna element Ai (Ai is represented as one of the antenna elements A1 to AN). The processing for waves will be described.

【0027】アンテナ素子Aiで受信された無線信号波
は、サーキュレータCI−iと、受信モジュールRM−
i内の低雑音増幅器2とを介してダウンコンバータ3に
入力される。受信モジュールRM−i内のダウンコンバ
ータ3は、第1局発振器11から出力される共通の第1
局部発振信号を用いて、入力された無線信号を所定の中
間周波数を有する中間周波信号に周波数変換して、A/
D変換器AD−iを介して準同期検波回路QD−iに出
力する。準同期検波回路QD−iは、第2局部発振器1
2から出力される共通の第2局部発振信号を用いて、入
力されたA/D変換後の中間周波信号を準同期検波して
2つの直交ベースバンド信号Ii,Qiに変換してDBF
部4に出力する。
The radio signal wave received by the antenna element Ai is transmitted to the circulator CI-i and the receiving module RM-
The signal is input to the down converter 3 via the low noise amplifier 2 in i. The down converter 3 in the receiving module RM-i is connected to the common first
Using the local oscillation signal, the input radio signal is frequency-converted into an intermediate frequency signal having a predetermined intermediate frequency.
Output to the quasi-synchronous detection circuit QD-i via the D converter AD-i. The quasi-synchronous detection circuit QD-i is connected to the second local oscillator 1
2 using the common second local oscillation signal output from the A / D converter, quasi-synchronous detection of the input A / D-converted intermediate frequency signal and conversion into two orthogonal baseband signals I i , Q i , and a DBF
Output to section 4.

【0028】DBF部4は、上記変換された直交ベース
バンド信号に基づいて最大比合成するような各直交ベー
スバンド信号に対する受信ウエイトW1 RX,W2 RX,…,
N R Xを演算して、上記各直交ベースバンド信号に対し
て演算した受信ウエイトW1 RX,W2 RX,…,WN RXを乗
算した後同相合成して復調器5に出力する。さらに、送
信ウエイト演算回路30は、DBF部4によって演算さ
れた受信ウエイトW1 RX,W2 RX,…,WN RXに基づい
て、本発明に係る方法により、直接波の方向に送信ビー
ムを形成し、また、複数の多重波が到来する環境におい
ても、あるいは受信位相差に位相不確定が生じる場合に
おいても、それら多重波の影響及び位相不確定を除去
し、最大受信波の方向のみに単一の送信主ビームを形成
するように、送信ウエイトW1 TX,W2 TX,…,WN TX
演算して送信局部発振器10に出力する。一方、復調器
5は、DBF部4から出力されるベースバンド信号から
所定のベースバンド復調処理により同期検波又は遅延検
波を行い、所望のディジタルデータを抽出して受信デー
タとして出力する。なお、DBF部4と送信ウエイト演
算回路30の回路処理については詳細後述する。
The DBF unit 4 receives reception weights W 1 RX , W 2 RX ,..., For each of the orthogonal baseband signals for performing maximum ratio combining based on the converted orthogonal baseband signals.
W N by calculating the R X, reception weight W 1 RX computed with respect to the respective quadrature baseband signal, W 2 RX, ..., W N RX of the by-phase synthesis was multiplied outputs to the demodulator 5. Further, based on the reception weights W 1 RX , W 2 RX ,..., W N RX calculated by the DBF unit 4, the transmission weight calculation circuit 30 converts the transmission beam in the direction of the direct wave by the method according to the present invention. Also, even in an environment where a plurality of multiplexed waves arrive, or even when a phase uncertainty occurs in the reception phase difference, the influence and phase uncertainty of those multiplexed waves are removed, and only in the direction of the maximum received wave. The transmission weights W 1 TX , W 2 TX ,..., W N TX are calculated and output to the transmission local oscillator 10 so as to form a single transmission main beam. On the other hand, the demodulator 5 performs synchronous detection or delay detection from the baseband signal output from the DBF unit 4 by a predetermined baseband demodulation process, extracts desired digital data, and outputs it as received data. The circuit processing of the DBF unit 4 and the transmission weight calculation circuit 30 will be described later in detail.

【0029】図2は、当該捕捉追尾装置の送信部のブロ
ック図である。当該送信部は、図2に示すように、N個
の送信モジュールTM−1乃至TM−Nと、N個の直交
変調回路QM−1乃至QM−Nと、同相分配器9とを備
える。ここで、各直交変調回路QM1乃至QM−Nはそ
れぞれ、直交変調器6と、送信局部発振器10とを備
え、各送信モジュールTM−1乃至TM−Nはそれぞ
れ、入力された中間周波信号を所定の送信無線周波数を
有する送信信号に周波数変換するアップコンバータ(U
/C)7と、送信電力増幅器8とを備える。ここで、直
交変調回路QM−1乃至QM−N内の各送信局部発振器
10はそれぞれ、例えば、同一のクロックで駆動された
DDS(Direct Digital Synthesizer)を用いた発振器
であって、送信ウエイト演算回路30から入力される送
信ウエイトW1 TX,W2 TX,…,WN TXに基づいて、それ
らに対応した各位相を有するN個の送信局部発振信号を
発生する。
FIG. 2 is a block diagram of a transmission unit of the acquisition and tracking device. The transmission unit includes N transmission modules TM-1 to TM-N, N quadrature modulation circuits QM-1 to QM-N, and an in-phase distributor 9 as shown in FIG. Here, each of the quadrature modulation circuits QM1 to QM-N includes a quadrature modulator 6 and a transmission local oscillator 10, and each of the transmission modules TM-1 to TM-N converts the input intermediate frequency signal into a predetermined signal. Up-converter (U) that converts the frequency of the
/ C) 7 and a transmission power amplifier 8. Here, each of the transmission local oscillators 10 in the quadrature modulation circuits QM-1 to QM-N is, for example, an oscillator using a DDS (Direct Digital Synthesizer) driven by the same clock, and a transmission weight operation circuit. Based on the transmission weights W 1 TX , W 2 TX ,..., W N TX input from N , N transmission local oscillation signals having respective phases corresponding to them are generated.

【0030】送信データである送信ベースバンド信号S
TXは同相分配器9に入力された後、同相分配されて各直
交変調回路QM−1乃至QM−Nの各直交変調器6に入
力される。例えば直交変調回路QM−1内の直交変調器
6は、送信局部発振器10で発生された送信局部発振信
号を同相分配器9から入力された送信ベースバンド信号
TXに従って、例えばQPSKなどの直交変調した後、
直交変調後の中間周波信号を、送信モジュールTM−1
内のアップコンバータ7と送信電力増幅器8とを介し
て、送信無線信号として、アレーアンテナ1内のサーキ
ュレータCI−1に入力される。ここで、直交変調器6
は入力される送信ベースバンド信号STXをシリアル/パ
ラレル変換して送信直交ベースバンド信号に変換した
後、当該送信直交ベースバンド信号に従って互いに90
°の位相差を有する上記送信局部発振信号を直交変調し
て合成することにより上記中間周波信号を得る。そし
て、上記送信無線信号がアンテナ素子A1から送信放射
される。さらに、アンテナ素子A2乃至ANに接続され
る送信部の各系統において同様の信号処理が実行され
る。従って、アンテナ素子A1乃至ANから送信ウエイ
トW1 TX,W2 TX,…,WN TXで重み付けされた送信信号
が放射される。なお、本実施例においては、各アンテナ
素子Aiから送信される送信信号は、詳細後述するよう
に、送信ウエイトW1 T X,W2 TX,…,WN TXで重み付け
されているが、この重み付けは位相を変化するだけで等
しい振幅で送信される。
The transmission baseband signal S which is transmission data
After the TX is input to the in-phase distributor 9, it is distributed in-phase and input to each of the quadrature modulators 6 of the quadrature modulation circuits QM-1 to QM-N. For example, the quadrature modulator 6 in the quadrature modulation circuit QM-1 converts the transmission local oscillation signal generated by the transmission local oscillator 10 into quadrature modulation such as QPSK according to the transmission baseband signal STX input from the in-phase distributor 9. After doing
The intermediate frequency signal after the quadrature modulation is transmitted to the transmission module TM-1.
The signal is input to the circulator CI-1 in the array antenna 1 as a transmission radio signal via the up-converter 7 and the transmission power amplifier 8 inside. Here, the quadrature modulator 6
Converts the input transmission baseband signal S TX into a transmission orthogonal baseband signal by performing serial / parallel conversion, and then transmits each other in accordance with the transmission orthogonal baseband signal.
The intermediate frequency signal is obtained by orthogonally modulating and combining the transmission local oscillation signals having a phase difference of °. Then, the transmission radio signal is transmitted and radiated from the antenna element A1. Further, similar signal processing is performed in each system of the transmission unit connected to the antenna elements A2 to AN. Therefore, the transmission signals weighted by the transmission weights W 1 TX , W 2 TX ,..., W N TX are radiated from the antenna elements A1 to AN. In this embodiment, the transmission signal transmitted from each antenna element Ai is weighted by transmission weights W 1 T X , W 2 TX ,..., W N TX as described in detail later. The weights are transmitted at equal amplitudes only by changing the phase.

【0031】本実施例においては、例えばN=16個の
アンテナ素子A1乃至A16が互いに所定の間隔で格子
形状で並置される。上記間隔は上述のように、送信周波
数の半波長、受信周波数の半波長又はそれらの平均値の
半波長である。また、アンテナ素子A1乃至ANは例え
ば、円形パッチマイクロストリップアンテナである。な
お、1次元リニアアレーアンテナの変形例では、4個の
アンテナ素子A1乃至A4が互いに上記間隔で離れて一
直線上に並置される。
In this embodiment, for example, N = 16 antenna elements A1 to A16 are juxtaposed at a predetermined interval in a lattice shape. As described above, the interval is a half wavelength of the transmission frequency, a half wavelength of the reception frequency, or a half wavelength of an average thereof. The antenna elements A1 to AN are, for example, circular patch microstrip antennas. In a modification of the one-dimensional linear array antenna, four antenna elements A1 to A4 are arranged in a straight line at a distance from each other.

【0032】図4は、DBF部4における信号処理を示
すブロック図である。本実施例のDBF部4における信
号処理においては、各アンテナ素子A1乃至AN毎にA
/D変換されて準同期検波されたI成分及びQ成分より
なる直交ベースバンド信号に対して行う。ここで、アレ
ーアンテナ1のアンテナ素子数をNとすると、位相基準
となるアンテナ素子Arと、上記アンテナ素子Arを含
む任意のアンテナ素子Ai(1≦r≦N,1≦i≦N)
におけるベースバンド信号Sr,Siは、複素数で表現す
るとそれぞれ次のようになる。ここで、ベースバンド信
号Srを基準ベースバンド信号といい、ベースバンド信
号Siを処理ベースバンド信号という。なお、位相基準
となるアンテナ素子(以下、これをアンテナ素子Arと
いう。)はN個のアンテナ素子のうちの予め決められた
1つである。処理ベースバンド信号Siを受信したアン
テナ素子を処理アンテナ素子Aiという。
FIG. 4 is a block diagram showing signal processing in the DBF unit 4. In the signal processing in the DBF unit 4 of the present embodiment, A is set for each of the antenna elements A1 to AN.
This is performed on a quadrature baseband signal composed of an I component and a Q component that has been / D converted and quasi-coherently detected. Here, assuming that the number of antenna elements of the array antenna 1 is N, an antenna element Ar serving as a phase reference and an arbitrary antenna element Ai including the antenna element Ar (1 ≦ r ≦ N, 1 ≦ i ≦ N)
The baseband signal S r, S i, respectively as follows when expressed by a complex number in. Here, referred to as the reference base band signal of the base band signal S r, the base band signal S i that the processing baseband signal. The antenna element serving as a phase reference (hereinafter referred to as antenna element Ar) is a predetermined one of the N antenna elements. The antenna element receiving the processed baseband signal S i of processing antenna element Ai.

【0033】[0033]

【数1】 Sr =Ir+jQr =arexp{j(φm+θr)}[Number 1] S r = I r + jQ r = a r exp {j (φ m + θ r)}

【数2】 Si =Ii+jQi =aiexp{j(φm+θi)} =aiexp{j(φm+θr+Δθr,i)}S i = I i + jQ i = a i exp {j (φ m + θ i )} = a i exp {j (φ m + θ r + Δθ r, i )}

【0034】ここで、arは基準ベースバンド信号の振
幅成分であり、aiは処理ベースバンド信号の振幅成分
であり、φmは変調位相である。また、θrは基準ベース
バンド信号Srと第2の局部信号発振器12によって発
生された局部発振信号との位相差であり、θiは処理ベ
ースバンド信号Siと第2の局部信号発振器12によっ
て発生された局部発振信号との位相差であり、Δθr,i
は基準ベースバンド信号Srと処理ベースバンド信号Si
との間の位相差である。このとき、処理アンテナ素子A
iにおける受信信号電力│Si2は次の数3で表され
る。
Here, a r is the amplitude component of the reference baseband signal, a i is the amplitude component of the processed baseband signal, and φ m is the modulation phase. Θ r is the phase difference between the reference baseband signal S r and the local oscillation signal generated by the second local signal oscillator 12, and θ i is the processed baseband signal S i and the second local signal oscillator 12 Δθ r, i is the phase difference from the local oscillation signal generated by
Is the reference baseband signal S r and the processed baseband signal S i
Is the phase difference between At this time, the processing antenna element A
The received signal power | S i | 2 at i is represented by the following equation (3).

【0035】[0035]

【数3】│Si2=Ii 2+Qi 2=ai 2 | S i | 2 = I i 2 + Q i 2 = a i 2

【0036】この実施例において、各処理アンテナ素子
Aiにおける受信信号電力を比較して最大となるアンテ
ナ素子を同相化のための位相基準とするのが同相化の精
度の点では望ましいが、実際は基準のアンテナ素子が通
信途中で切り換えわると位相飛びが生じるため、ここで
は、これは予め決められて固定とする。次いで、数1及
び数2におけるφm,θrを、次の数4で表される複素共
役積の演算式を用いて消去することができる。
In this embodiment, it is desirable that the antenna element having the maximum received signal power in each processing antenna element Ai be used as a phase reference for in-phase in terms of the in-phase accuracy, but in practice, the reference is used. If the antenna element is switched during communication, a phase jump will occur. In this case, this is predetermined and fixed. Next, φ m and θ r in Equations 1 and 2 can be eliminated by using a complex conjugate product arithmetic expression represented by the following Equation 4.

【0037】[0037]

【数4】Sr *・Si=ari・exp(jΔθr,i[Number 4] S r * · S i = a r a i · exp (jΔθ r, i)

【0038】ここで、*は複素共役を表す。図4におけ
る複素共役積演算部21は、上記数4の演算を実行す
る。上記数4における実数部と虚数部とはそれぞれ、次
の数5及び数6によって表される。
Here, * represents a complex conjugate. The complex conjugate product operation unit 21 in FIG. The real part and the imaginary part in Equation 4 are expressed by the following Equations 5 and 6, respectively.

【0039】[0039]

【数5】 Re[Sr *・Si] =ari・cosΔθr,i =Iri+Qri [Number 5] Re [S r * · S i ] = a r a i · cosΔθ r, i = I r I i + Q r Q i

【数6】 Im[Sr *・Si] =arisinΔθr,i =Iri−Iir [6] Im [S r * · S i ] = a r a i sinΔθ r, i = I r Q i -I i Q r

【0040】従って、数4における(Sr *・Si)の複素
共役である(Sr *・Si*にアンテナ素子Aiのベース
バンド信号Siを乗算することにより、処理ベースバン
ド信号Siは基準ベースバンド信号Srに同相化され、同
相化後の処理ベースバンド信号Si’は、次の数7で表
される。
[0040] Thus, a complex conjugate of the number 4 (S r * · S i ) (S r * · S i) * a by multiplying the baseband signal S i of the antenna element Ai, baseband signal processing S i is in-phase with the reference baseband signal S r, and the processed base band signal S i ′ after in-phase is expressed by the following equation (7).

【0041】[0041]

【数7】 Si’ =(1/│Sr│)・(Sr *・Si*・Si =(1/│Sr│)・(Sr・Si *)・Si =ai 2exp{j(φm+θr)} ここで、(7) S i ′ = (1 / │S r │) ・ (S r *・ S i ) *・ S i = (1 / │S r │) ・ (S r・ S i * ) ・ S i = A i 2 exp {j (φ m + θ r )} where

【数8】│Sr│=ar=√(Ir 2+Qr 2)[Equation 8] │S r │ = a r = √ (I r 2 + Q r 2)

【0042】ここで、│Sr│は基準アンテナ素子Ar
における基準ベースバンド信号Srの振幅であって、こ
の逆数を、数7に示すように、各アンテナ素子Aiで共
通に乗算することにより、各処理ベースバンド信号Si
のレベルをアレーアンテナ1が受ける全受信電力で規格
化している。上記数7をベクトルで表現すると、次の数
9のようになる。
Where | S r | is the reference antenna element Ar
A magnitude of the reference baseband signal S r in, the reciprocal, as shown in Equation 7, by multiplying the common to the antenna elements Ai, the baseband signal processing S i
Are normalized by the total received power received by the array antenna 1. When the above equation 7 is expressed by a vector, the following equation 9 is obtained.

【0043】[0043]

【数9】 (Equation 9)

【0044】このベクトル回転演算を全てのアンテナ素
子Aiで行うことにより、全ての処理ベースバンド信号
iは相対的に同相化される。本発明に係る本実施例の
方法はtan-1の演算を行わず、数5及び数6の結果を
直接に回転行列要素として用いるため、数9から分かる
ように、処理ベースバンド信号Siの振幅|ai|が係数
として自動的に掛かることとなる。従って、これを全ア
ンテナ素子Aiで合成することは、すなわち最大比合成
(MRC)を行っていることにほかならない。ただ、実
際の通信では、受信機雑音や変調成分、帯域制限などが
同相化の誤差や振幅変動の原因となり、これに応じて最
大比合成のウエイトも誤差が大きくなる。これらの影響
を抑圧するため、フィルタ関数F(・)を有するディジ
タルフィルタである低域通過フィルタ22,23を用い
て、上記数9を次のように置き換えることとする。
By performing this vector rotation operation on all the antenna elements Ai, all the processed baseband signals Si are relatively in-phase. Since the method of this embodiment according to the present invention does not perform the operation of tan -1 and directly uses the results of Equations 5 and 6 as rotation matrix elements, as can be seen from Equation 9, the processing baseband signal S i The amplitude | a i | is automatically multiplied as a coefficient. Therefore, combining this with all antenna elements Ai is nothing but performing maximum ratio combining (MRC). However, in actual communication, receiver noise, modulation components, band limitation, and the like cause errors in the in-phase and amplitude fluctuations, and accordingly, the weight of the maximum ratio combining also increases the error. In order to suppress these effects, the above equation 9 is replaced as follows by using low-pass filters 22 and 23 which are digital filters having a filter function F (•).

【0045】[0045]

【数10】 (Equation 10)

【0046】ここで、低域通過フィルタ22,23の遮
断周波数について説明する。図4における低域通過フィ
ルタ22,23はFIRフィルタ又はIIRフィルタな
どのディジタルフィルタで構成される。この遮断周波数
は、高いほど受信雑音の影響を受けやすく、アンテナ1
素子当りの受信電力が低い場合には、捕捉追尾の精度が
劣化しやすい。逆に、遮断周波数は低いほど受信雑音の
影響が除去されるので、アンテナ1素子当りの受信電力
が低い場合でも捕捉追尾が可能となる。ただし、帯域通
過フィルタは狭帯域になるほど時定数が長くなるので、
受信波の到来方向の急激な変化に対する追従性は鈍くな
る。通常の移動体通信などにおける受信波の直接到来方
向の変化は、ビーム形成を行う演算時間に比べて十分遅
いので、むしろ受信雑音が支配的となる。このため、低
域通過フィルタ22,23の遮断周波数は、受信信号電
力対受信雑音電力によって決定され、衛星通信のように
受信電力が小さい場合には、ハードウェアが許す範囲で
低く設定することが好ましい。当該低域通過フィルタ2
2,23の遮断周波数は、具体的には、サンプリング周
波数の100分の1から1000分の1程度に設定され
る。
Here, the cutoff frequency of the low-pass filters 22 and 23 will be described. The low-pass filters 22 and 23 in FIG. 4 are constituted by digital filters such as an FIR filter or an IIR filter. The higher the cutoff frequency, the more easily the reception noise is affected.
If the received power per element is low, the accuracy of acquisition and tracking tends to deteriorate. Conversely, the lower the cut-off frequency, the more the influence of the reception noise is removed, so that even if the reception power per antenna element is low, the acquisition and tracking can be performed. However, the time constant of the bandpass filter becomes longer as the band becomes narrower.
The ability to follow a sudden change in the direction of arrival of the received wave becomes dull. The change in the direction of direct arrival of the received wave in ordinary mobile communication or the like is sufficiently slow as compared with the calculation time for performing beamforming, so that the reception noise becomes dominant. For this reason, the cutoff frequency of the low-pass filters 22 and 23 is determined by the received signal power versus the received noise power, and when the received power is small as in satellite communication, the cutoff frequency may be set as low as the hardware allows. preferable. The low-pass filter 2
Specifically, the cutoff frequencies 2 and 23 are set to about 1/100 to 1/1000 of the sampling frequency.

【0047】なお、図4に示すDBF部4において、低
域通過フィルタ22,23による遅延を考慮して、乗算
器26,27に入力される各2つの信号の位相が同相と
なるようにタイミングを合わせるための遅延バッファ回
路24,25を挿入している。
In the DBF 4 shown in FIG. 4, taking into account the delay caused by the low-pass filters 22 and 23, the timing is adjusted so that the phases of the two signals input to the multipliers 26 and 27 are the same. The delay buffer circuits 24 and 25 for adjusting the delay time are inserted.

【0048】以上の説明したDBF部4における構成及
び動作について図4を参照して説明する。基準ベースバ
ンド信号Srは絶対値演算部20と複素共役積演算部2
1とに入力されるとともに、遅延バッファ回路24を介
して乗算器26に入力される。一方、処理ベースバンド
信号Siは複素共役積演算部21に入力されるととも
に、遅延バッファ回路25を介して乗算器27に入力さ
れる。絶対値演算部20は、基準ベースバンド信号Sr
に基づいてその絶対値|Sr|を演算してその絶対値|
r|を示す信号を低域通過フィルタ(LPF)22を
介して除算器28a,28bに出力する。一方、複素共
役積演算部21は、基準ベースバンド信号Srと処理ベ
ースバンド信号Siとに基づいて、(Sr・Si *)の演算
を行ってその演算結果を示す信号を低域通過フィルタ2
3を介して乗算器27及び除算器28bに出力する。乗
算器26は、入力される2つの信号を乗算してその乗算
結果を示す信号を処理後の基準ベースバンド信号Sr
として出力する。一方、乗算器27は、入力される2つ
の信号を乗算してその乗算結果を示す信号を除算器28
aに出力し、除算器28aは乗算器27から入力される
信号を、低域通過フィルタ22から入力される信号で除
算してその除算結果を示す信号を処理後の同相化された
処理ベースバンド信号Si’として同相合成器29に出
力する。除算器28bは低域通過フィルタ23から入力
される信号を、低域通過フィルタ22から入力される信
号で除算してその除算結果を示す信号を受信ウエイトW
i RXとして送信ウエイト演算回路30に出力する。そし
て、同相合成器29は、処理後の同相化されたすべての
N個の処理ベースバンド信号Si’(i=1,2,…,
N)をともに同相合成して復調器5に出力する。従っ
て、図4と上記の記述から分かるように、同相化の過程
で自動的に最大比合成のための重み付けがなされてお
り、DBF部4の構成は極めて簡単な構成となってい
る。
The configuration and operation of the above-described DBF unit 4 will be described with reference to FIG. The reference baseband signal S r is calculated by an absolute value calculating unit 20 and a complex conjugate product calculating unit 2.
1 and to a multiplier 26 via a delay buffer circuit 24. On the other hand, the processing baseband signal S i is input to the complex conjugate product operation unit 21 and also to the multiplier 27 via the delay buffer circuit 25. The absolute value calculator 20 calculates the reference baseband signal S r
The absolute value | S r | is calculated based on
A signal indicating S r | is output to dividers 28 a and 28 b via a low-pass filter (LPF) 22. On the other hand, the complex conjugate product calculating section 21, the reference baseband signal based on the S r processed baseband signal S i, (S r · S i *) low frequency signals indicative of the result of the operation performed operations Pass filter 2
3 to the multiplier 27 and the divider 28b. The multiplier 26 multiplies the two input signals and processes the signal indicating the result of the multiplication by processing the reference baseband signal S r ′.
Output as On the other hand, the multiplier 27 multiplies the two input signals by a signal that indicates a result of the multiplication.
a, and a divider 28a divides the signal input from the multiplier 27 by the signal input from the low-pass filter 22, and processes the signal indicating the result of the division to obtain an in-phase processed baseband. The signal is output to the in-phase synthesizer 29 as a signal S i ′. The divider 28b divides the signal input from the low-pass filter 23 by the signal input from the low-pass filter 22, and outputs a signal indicating the result of the division by the reception weight W
Output to the transmission weight calculation circuit 30 as i RX . Then, the in-phase combiner 29 outputs all N processed baseband signals S i ′ (i = 1, 2,...,
N) are combined in phase and output to the demodulator 5. Accordingly, as can be seen from FIG. 4 and the above description, weighting for maximum ratio combining is automatically performed in the process of in-phase, and the configuration of the DBF unit 4 is extremely simple.

【0049】一方、図1に示すように、ベースバンド信
号の検波には準同期検波を用いているため、DBF部4
の出力は受信用第2局部発振信号と同期していない。こ
のため、DBF部4の後段にベースバンド処理型の復調
器5を接続してキャリア位相を同期させる必要がある。
さらに、マルチパス波信号のシンボル遅延が無視できな
いほど大きい場合は、図示していないが、さらに適当な
適応等化器(EQL)を付加する必要がある。これらの
処理の結果、当該装置は、直接波及びマルチパス遅延波
(以下、マルチパス波という。)の方向に同時に複数の
主ビームを形成し、これらを搬送波電力対雑音電力比
(受信CNR)からみて最適に合成し、かつ追尾するこ
ととなる。ビーム形成にはフィードバックループを用い
ていないため、第2の従来例と同様に、低い受信CNR
においても高速で安定に動作することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the quasi-synchronous detection is used for the detection of the baseband signal.
Is not synchronized with the second local oscillation signal for reception. Therefore, it is necessary to connect the baseband processing type demodulator 5 to the subsequent stage of the DBF unit 4 to synchronize the carrier phase.
Further, when the symbol delay of the multipath wave signal is so large that it cannot be ignored, it is necessary to add a suitable adaptive equalizer (EQL), not shown. As a result of these processes, the apparatus simultaneously forms a plurality of main beams in the direction of a direct wave and a multipath delayed wave (hereinafter, referred to as a multipath wave), and combines them into a carrier power to noise power ratio (received CNR). From the viewpoint, the images are optimally synthesized and tracked. Since a feedback loop is not used for beamforming, a low reception CNR is obtained as in the second conventional example.
Can operate stably at high speed.

【0050】次いで、図6の送信ウエイト演算回路30
において実行されるレトロディレクティブな送信ビーム
の形成について説明する。まずはじめに、送信アレーア
ンテナのアンテナ素子の間隔と、受信アレーアンテナの
アンテナ素子間隔が波長換算で等しい場合を考える。こ
の場合、受信した到来波と同じ方向に送信ビームを形成
するには、通常、受信側で用いた受信ウエイトWi RX
複素共役(Wi RX*を送信ウエイトWi TXとして用いれ
ばよい。すなわち、受信ウエイトの位相の符号を反転し
て送信ウエイトの位相として用いて、次のように表され
る。
Next, the transmission weight calculation circuit 30 shown in FIG.
Will be described. First, consider a case where the spacing between the antenna elements of the transmitting array antenna and the spacing between the antenna elements of the receiving array antenna are equal in terms of wavelength. In this case, in order to form a transmission beam in the same direction as the received incoming wave is typically complex conjugate (W i RX) of the received weights W i RX used in recipient * a may be used as the transmission weight W i TX . That is, it is expressed as follows by inverting the sign of the phase of the reception weight and using it as the phase of the transmission weight.

【0051】[0051]

【数11】Si TX=Wi TX・STX=(Wi RX*・STX [Expression 11] S i TX = W i TX · S TX = (W i RX ) * · S TX

【数12】 Wi RX ={1/F(│Sr│)}・F(Sr・Si *[Number 12] W i RX = {1 / F (│S r │)} · F (S r · S i *)

【0052】ここで、STXは当該装置に入力される送信
ベースバンド信号であり、Si TXはアンテナ素子Aiに
供給する送信ベースバンド信号であり、Wi TXはアンテ
ナ素子Aiにおける送信ウエイトである。その結果、受
信ビームと同じ形の送信ビームが形成されることとなる
が、大きなマルチパスの遅延波が存在する場合は、直接
波の方向だけでなく、それら遅延波の方向にもビームが
形成されることとなる。同一の周波数を用いて交互に送
信を行うTDD(Time Division Duplexの略)などのよ
うに、送受で周波数が同じで両方のパスがほぼ等しいと
みなせる場合は、これだけで十分であり、簡単にダイバ
ーシチ送信系が構成できる。しかし、送受で周波数が異
なる場合にはパス間の位相差が等しくなくなるため、ダ
イバーシチ送信系が構成できず、遅延波の方向への送信
はできるだけ抑圧する必要がある。このため、ここで
は、複数のマルチパス波の中で直接波のレベルが最も高
いことを前提として、遅延波の影響を除去して直接波の
方向のみに単一の主ビームを形成する方法について以下
に説明する。
Here, S TX is a transmission baseband signal input to the device, S i TX is a transmission base band signal supplied to the antenna element Ai, and W i TX is a transmission weight in the antenna element Ai. is there. As a result, a transmission beam having the same shape as the reception beam is formed.However, when a large multipath delayed wave exists, the beam is formed not only in the direction of the direct wave but also in the direction of the delayed wave. Will be done. In the case where transmission and reception can be regarded as having the same frequency and both paths are almost equal, such as TDD (abbreviation of Time Division Duplex) that performs transmission alternately using the same frequency, this alone is sufficient, and diversity can be easily achieved. A transmission system can be configured. However, if the transmission and reception frequencies are different, the phase difference between the paths becomes unequal, so that a diversity transmission system cannot be constructed, and transmission in the direction of the delayed wave must be suppressed as much as possible. Therefore, here, assuming that the level of the direct wave is the highest among a plurality of multipath waves, a method of forming a single main beam only in the direction of the direct wave by removing the effect of the delayed wave is described. This will be described below.

【0053】上記数5及び数6より、基準アンテナ素子
Arと任意のアンテナ素子Aiとの間の受信位相差Δθ
r,iは次の数13で表される。
From the above equations (5) and (6), the reception phase difference Δθ between the reference antenna element Ar and an arbitrary antenna element Ai is obtained.
r and i are expressed by the following equation (13).

【0054】[0054]

【数13】 Δθr,i =tan-1{F(Ir・Qi−Ii・Qr)/F(Ir・Ii+Qr・Qi)}Equation 13] Δθ r, i = tan -1 { F (I r · Q i -I i · Q r) / F (I r · I i + Q r · Q i)}

【0055】ただし、ここで求まるΔθr,iは−πから
+πまでの範囲にあるため、アンテナ素子間隔が大きく
なるにつれて位相差が何回転にもなる(すなわち、2π
の整数倍になる。)ことによって位相の不確定性が生じ
る。この位相不確定性の除去方法については詳細後述す
るが、ここではこれがすでに除去されているものとす
る。遅延波が全くなく雑音もないものと仮定すると、位
相差Δθr,iはある1枚の1次位相平面上に乗るはずで
あるが、遅延波や雑音が存在する場合はその平面の周辺
に分散することとなる。これらをその位相平面上に回帰
させた値を励振位相とし、かつ等振幅で励振することに
より、最もレベルの高い直接波の到来方向のみに単一の
送信主ビームを形成することを考える。1次位相平面に
回帰させるための方法としては、以下のように、最小2
乗法を用いた回帰分析法(LSR)を用いることができ
る。まず、1次位相回帰平面を次のようにおく。
However, since Δθ r, i obtained here is in the range from −π to + π, the phase difference becomes many rotations as the antenna element interval increases (that is, 2π).
Becomes an integral multiple of. ) Causes phase uncertainty. The method of removing the phase uncertainty will be described later in detail, but here it is assumed that this has already been removed. Assuming that there is no delay wave and no noise, the phase difference Δθ r, i should be on a certain first-order phase plane, but if there is a delay wave or noise, it will be around the plane. It will be dispersed. It is considered that a single transmission main beam is formed only in the arrival direction of the direct wave having the highest level by setting the value obtained by regressing these on the phase plane as the excitation phase and exciting at the same amplitude. As a method for returning to the first-order phase plane, a minimum 2
Regression analysis (LSR) using the multiplication method can be used. First, the first-order phase regression plane is set as follows.

【0056】[0056]

【数14】Δθr,i LSR=ax+by+c## EQU14 ## Δθ r, i LSR = ax + by + c

【0057】ここで、アレーアンテナ1は、図5に示す
ように、xyz座標系のxy平面上に位置するものとし
ている。係数a,b,cは次のウイナー−ホプフ(Wi
ener−Hopf)方程式を解くことにより求められ
る。
Here, it is assumed that the array antenna 1 is located on the xy plane of the xyz coordinate system as shown in FIG. Coefficients a, b, and c are given by the following Wiener-Hopf (Wi)
ener-Hopf) equation.

【0058】[0058]

【数15】XT・X・A=XT・Θ ただし、X T · X · A = X T · Θ where,

【0059】[0059]

【数16】 (Equation 16)

【数17】 [Equation 17]

【数18】 (Equation 18)

【0060】ここで、アレーアンテナ1のアンテナ素子
Aiの座標を(xi,yi)(i=1,2,…,N)とし
ており、Xはアンテナ素子Aiの配置で決定される行列
であり、Aは上記1次位相回帰平面を示す係数a,b,
cからなる行列であり、Θは各アンテナ素子Aiにおけ
る位相差Δθr,iからなる行列である。上記数15にお
ける行列Aは数15を書き換えることにより次の数19
のように表される。
Here, the coordinates of the antenna element Ai of the array antenna 1 are (x i , y i ) (i = 1, 2,..., N), and X is a matrix determined by the arrangement of the antenna element Ai. A is a coefficient a, b, indicating the first-order phase regression plane.
is a matrix composed of c, and Θ is a matrix composed of the phase difference Δθ r, i in each antenna element Ai. The matrix A in the above equation 15 is obtained by rewriting the equation 15 to obtain the following equation 19
It is represented as

【0061】[0061]

【数19】A=(XT・X)-1・XT・ΘA = (X T · X) −1 · X T · Θ

【0062】上記数19の中で、(XT・X)-1Tはア
レーアンテナ1の素子配置で決まる3×Nの行列である
ため、予め計算しておくことができ、数13に従って求
められた位相行列ΘからN回ずつの積和演算で回帰平面
のパラメータAを求めることができる。一方、前述のよ
うに数13で求まる位相差Δθr,iは位相不確定性を有
しているが、この不確定性があると、最小2乗回帰処理
を行っても必ずしも正しい位相回帰平面が求められなく
なる。このため、次の3通りの位相不確定性及びその場
合の位相補正を実行する。
In the above Expression 19, (X T · X) -1 X T is a 3 × N matrix determined by the element arrangement of the array antenna 1 and can be calculated in advance. The parameter A of the regression plane can be obtained from the obtained phase matrix で by N times of product-sum operations. On the other hand, as described above, the phase difference Δθ r, i obtained from Expression 13 has a phase uncertainty. Is no longer required. Therefore, the following three types of phase uncertainty and phase correction in that case are executed.

【0063】[0063]

【数20】補正(I) Δθ'i-1,i=Δθi-1,i(補正しない)## EQU20 ## Correction (I) Δθ ′ i-1, i = Δθ i-1, i (no correction)

【数21】補正(II)もしΔθi-1,i<−kならば、 Δθ'i-1,i=Δθi-1,i+2π そうでなければ、 Δθ'i-1,i=Δθi-1,i(補正しない)Correction (II) If Δθ i-1, i <−k, Δθ ′ i−1, i = Δθ i−1, i + 2π Otherwise, Δθ ′ i−1, i = Δθ i-1, i (no correction)

【数22】補正(III)もしk≦Δθi-1,iならば、 Δθ'i-1,i=Δθi-1,i−2π そうでなければ、 Δθ'i-1,i=Δθi-1,i(補正しない)## EQU22 ## Correction (III) If k ≦ Δθ i−1, i Δθ ′ i−1, i = Δθ i−1, i −2π Otherwise, Δθ ′ i−1, i = Δθ i-1, i (no correction)

【0064】ここで、位相差Δθi-1,iはそれぞれ最も
近い隣接アンテナ素子間の位相差であって次の数23で
表される。
Here, the phase difference Δθ i−1, i is the phase difference between the nearest neighboring antenna elements, and is expressed by the following equation (23).

【0065】[0065]

【数23】Δθi-1,i=Δθr,i−Δθr,i-1 ## EQU23 ## Δθ i-1, i = Δθ r, i −Δθ r, i-1

【0066】また、kは0<k<πにありマルチパス波
による受信位相差の乱れの度合いを示す位相しきい値で
あって、想定されるマルチパス波の強さによって設定す
る。ここで、受信位相不確定性の検査における位相しき
い値kの設定について以下に説明する。
K is 0 <k <π and is a phase threshold value indicating the degree of disturbance of the reception phase difference due to the multipath wave, and is set according to the assumed strength of the multipath wave. Here, the setting of the phase threshold value k in the examination of the reception phase uncertainty will be described below.

【0067】本実施例においては、数20乃至数22に
示す3通りの位相不確定性及び位相補正を行うが、そこ
で設定される正の位相しきい値であるk(>0)は、位
相補正の感度を決定するパラメータとなっている。すな
わち、kは小さいほど補正感度が高く、k=0で感度最
大となる。逆に、kは大きいほど補正感度は鈍くなり、
π以上ではほとんど位相補正されなくなる。従って、受
信波が直接到来波1波のみであり、多重到来波の受信強
度が直接到来波に比べて十分小さい場合には、k≒0が
望ましいが、多重到来波の受信強度が大きい場合で、し
かも直接波の到来方向がアンテナ正面に近い場合には、
図13に示すように、受信位相面が平坦でないことによ
り、補正の誤りが発生する場合がある。これは、補正の
感度が高すぎるためで、kをk>0のある値に設定する
ことによって、補正感度をわずかに鈍くすれば、正しい
補正位相が求まることになる。位相しきい値kは、およ
そπ/6付近に設定すれば、直接到来波とほぼ同レベル
の多重到来波が受信されたとしても、正しい位相補正が
可能となる。従って、本実施例において、位相しきい値
kは好ましくはπ/6に設定される。
In this embodiment, three types of phase uncertainties and phase corrections as shown in Expressions 20 to 22 are performed, and the positive phase threshold value k (> 0) set there is determined by the phase It is a parameter that determines the sensitivity of correction. That is, the smaller k is, the higher the correction sensitivity is, and the sensitivity becomes maximum when k = 0. Conversely, the correction sensitivity decreases as k increases,
Above π, the phase is hardly corrected. Therefore, if the received wave is only one direct arriving wave and the reception intensity of the multiple arriving wave is sufficiently smaller than the direct arrival wave, k ≒ 0 is desirable. And, when the arrival direction of the direct wave is near the front of the antenna,
As shown in FIG. 13, an erroneous correction may occur because the reception phase plane is not flat. This is because the sensitivity of the correction is too high. By setting k to a certain value of k> 0, if the correction sensitivity is slightly reduced, a correct correction phase can be obtained. If the phase threshold value k is set to about π / 6, correct phase correction can be performed even when a multiple arriving wave having substantially the same level as the direct arriving wave is received. Therefore, in this embodiment, the phase threshold value k is preferably set to π / 6.

【0068】ここで、アレーアンテナ1が図5に示すよ
うにxy座標系に配置されている場合、位相平面は次の
数24で表される。
Here, when the array antenna 1 is arranged in the xy coordinate system as shown in FIG. 5, the phase plane is expressed by the following equation (24).

【0069】[0069]

【数24】Δθr,i LSR=ax+by+c[Equation 24] Δθ r, i LSR = ax + by + c

【0070】ここで、x軸方向で3つの補正の方法
(I)乃至(III)が存在する一方、y軸方向で3つの
補正の方法(I)乃至(III)が存在する。従って、全
部で9通りの位相回帰平面が得られることになる。以
下、例えば補正(I−II)は、x軸方向で補正(I)を
行い(実際には補正しない)、y軸方向で補正(II)を
行った場合の位相回帰平面を示す。各軸3通りずつの位
相不確定に対応し、全部で、次の数25で表される、9
通りの位相回帰平面が得られることになる。
Here, while there are three correction methods (I) to (III) in the x-axis direction, there are three correction methods (I) to (III) in the y-axis direction. Therefore, a total of nine types of phase regression planes are obtained. Hereinafter, for example, the correction (I-II) indicates a phase regression plane when the correction (I) is performed in the x-axis direction (actually not corrected) and the correction (II) is performed in the y-axis direction. 9 corresponding to three types of phase uncertainty for each axis and represented by the following equation 25 in total
As a result, three phase regression planes are obtained.

【0071】[0071]

【数25】(a)補正(I−I)のとき、Δθr,i
LSR(I-I)=aIx+bIy+c (b)補正(I−II)のとき、Δθr,i LSR(I-II)=aI
x+bIIy+c (c)補正(I−III)のとき、Δθr,i LSR(I-III)=a
Ix+bIIIy+c (d)補正(II−I)のとき、Δθr,i LSR(II-I)=aII
x+bIy+c (e)補正(II−II)のとき、Δθr,i LSR(II-II)=a
IIx+bIIy+c (f)補正(II−III)のとき、Δθr,i LSR(II-III)
IIx+bIIIy+c (g)補正(III−I)のとき、Δθr,i LSR(III-I)=a
IIIx+bIy+c (h)補正(III−II)のとき、Δθr,i LSR(III-II)
IIIx+bIIy+c (i)補正(III−III)のとき、Δθr,i LSR(III-III)
=aIIIx+bIIIy+c
(A) At the time of correction (II), Δθ r, i
LSR (II) = a I x + b when I y + c (b) Correction of (I-II), Δθ r , i LSR (I-II) = a I
x + b II y + c (c) For correction (I-III), Δθ r, i LSR (I-III) = a
When I x + b III y + c (d) Correction (III), Δθ r, i LSR (III) = a II
x + b I y + c (e) For correction (II-II), Δθ r, i LSR (II-II) = a
II x + b II y + c (f) For correction (II-III), Δθ r, i LSR (II-III) =
a II x + b III y + c (g) At the time of correction (III-I), Δθ r, i LSR (III-I) = a
III x + b I y + c (h) For correction (III-II), Δθ r, i LSR (III-II) =
a III x + b II y + c (i) For correction (III-III), Δθ r, i LSR (III-III)
= A III x + b III y + c

【0072】ここで、各補正の場合の残差2乗和を次の
数26の通り定義する。
Here, the residual sum of squares for each correction is defined as in the following equation (26).

【0073】[0073]

【数26】(a)補正(I−I)のとき (b)補正(I−II)のとき (c)補正(I−III)のとき (d)補正(II−I)のとき (e)補正(II−II)のとき (f)補正(II−III)のとき (g)補正(III−I)のとき (h)補正(III−II)のとき (i)補正(III−III)のとき (A) Correction (II) (B) Correction (I-II) (C) Correction (I-III) (D) Correction (II-I) (E) For correction (II-II) (F) Correction (II-III) (G) For correction (III-I) (H) For correction (III-II) (I) For correction (III-III)

【0074】これより、位相不確定性は、残差2乗和S
S=Σ(Δθr,i−Δθr,i LSR2及び回帰平面の位相勾
配|a|,|b|を用いて、図8乃至図10の位相回帰
平面選択処理により除去され、1つの位相回帰平面が選
択される。
From this, the phase uncertainty is determined by the residual square sum S
Using S = Σ (Δθ r, i −Δθ r, i LSR ) 2 and the phase gradient | a |, | b | A phase regression plane is selected.

【0075】2次元配列の場合における位相回帰平面選
択処理について図8乃至図10を参照して説明する。図
8に示すように、ステップS11において、補正(I−
I),(I−II),(II−I),(II−II)における残
差2乗和SS(I-I),SS(I- II),SS(II-I),SS
(II-II)を比較し、ステップS12で残差2乗和SS
(I-I )が最小である場合、ステップS21で補正(I−
I)における位相回帰平面を選択して当該処理を終了す
る。また、ステップS13で残差2乗和SS(I-II)が最
小である場合、ステップS22で補正(I−II),(I
−III)における回帰平面の勾配|b|(I-II),|b|
(I-III)を比較する。そして、ステップS23で|b|
(I-II)<|b|(I-III)であるときは、ステップS24
で補正(I−II)における位相回帰平面を選択して当該
処理を終了する。一方、ステップS23で|b|(I-II)
≧|b|(I-III)であるときは、ステップS25で補正
(I−III)における位相回帰平面を選択して当該処理
を終了する。
A phase regression plane selection process in the case of a two-dimensional array will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8, in step S11, the correction (I-
I), (I-II), (II-I) and (II-II) residual sum of squares SS (II) , SS (I- II) , SS (II-I) , SS
(II-II) , and in step S12, the residual square sum SS
If (II ) is the minimum, the correction (I−
The phase regression plane in I) is selected, and the process ends. If the residual sum of squares SS (I-II) is the smallest in step S13, the corrections (I-II) and (I-II) are made in step S22.
−III) gradient | b | (I-II) , | b |
Compare (I-III) . Then, in step S23, | b |
If (I-II) <| b | (I-III) , step S24
To select the phase regression plane in the correction (I-II) and terminate the processing. On the other hand, in step S23, | b | (I-II)
If ≧ | b | (I-III) , the phase regression plane in the correction (I-III) is selected in step S25, and the process ends.

【0076】ステップS13においてNOのときに、図
9のステップS14で残差2乗和SS(II-I)が最小であ
る場合、ステップS26で補正(II−I),(III−I)
における回帰平面の勾配|a|(II-I),|a|(III-I)
を比較する。そして、ステップS27で|a|(II-I)
|a|(III-I)であるときは、ステップS28で補正(I
I−I)における位相回帰平面を選択して当該処理を終
了する。一方、ステップS27で|a|(II-I)≧|a|
(III-I)であるときは、ステップS29で補正(III−
I)における位相回帰平面を選択して当該処理を終了す
る。
If NO in step S13, and if the residual sum of squares SS (II-I) is the minimum in step S14 in FIG. 9, correction is made in steps S26 (II-I) and (III-I).
| A | (II-I) , | a | (III-I)
Compare. Then, in step S27, | a | (II-I) <
If | a | (III-I) , the correction (I
The phase regression plane in II) is selected, and the process ends. On the other hand, in step S27, | a | (II-I) ≧ | a |
If (III-I) , the correction is made in step S29 (III-I).
The phase regression plane in I) is selected, and the process ends.

【0077】ステップS14においてNOのときに、図
10のステップS30で補正(II−II),(III−II)
における回帰平面の勾配|a|(II-II),|a|
(III-II)を比較する。そして、ステップS31で|a|
(II-II)<|a|(III-II)であるときは、ステップS4
0で補正(II−II),(II−III)における回帰平面の
勾配|b|(II-II),|b|(II-III)を比較する。そし
て、ステップS41で|b|(II -II)<|b|(II-III)
であるときは、ステップS42で補正(II−II)におけ
る位相回帰平面を選択して当該処理を終了する。一方、
ステップS41で|b|(I I-II)≧|b|(II-III)であ
るときは、ステップS43で補正(II−III)における
位相回帰平面を選択して当該処理を終了する。
If NO in step S14, the corrections (II-II) and (III-II) are made in step S30 in FIG.
| A | (II-II) , | a |
Compare (III-II) . Then, in step S31, | a |
If (II-II) <| a | (III-II) , step S4
When 0, the gradients | b | (II-II) and | b | (II-III) of the regression plane in the corrections (II-II) and (II-III) are compared. Then, in step S41, | b | (II- II) <| b | (II-III)
If, the phase regression plane in the correction (II-II) is selected in step S42, and the process ends. on the other hand,
Step S41 In | b | (I III) ≧ | b | (II-III) is when a selects a phase regression plane in the correction in the step S43 (II-III) and finishes the process.

【0078】さらに、ステップS31で|a|(II-II)
≧|a|(III-II)であるときは、ステップS32で補正
(III−II),(III−III)における回帰平面の勾配|
b|(III-II),|b|(III-III)を比較する。そして、
ステップS33で|b|(III-II)<|b|(III-III)
あるときは、ステップS44で補正(III−II)におけ
る位相回帰平面を選択して当該処理を終了する。一方、
ステップS33で|b|(III-II)≧|b|(III-III)
あるときは、ステップS45で補正(III−III)におけ
る位相回帰平面を選択して当該処理を終了する。
Further, in step S31, | a | (II-II)
If | ≧ | a | (III-II) , the gradient of the regression plane in the corrections (III-II) and (III-III) in step S32 |
b | (III-II) and | b | (III-III) . And
If | b | (III-II) <| b | (III-III) in step S33, the phase regression plane in the correction (III-II) is selected in step S44, and the process ends. on the other hand,
If | b | (III-II) ≥ | b | (III-III) in step S33, the phase regression plane in the correction (III-III) is selected in step S45, and the process ends.

【0079】次に、簡単化のために1次元のリニアアレ
ーアンテナの場合(変形例)について位相不確定性の除
去方法について述べる。すなわち、N個のアンテナ素子
Aiが一直線上に並置されている場合、位相平面は、次
の数27で表される。
Next, for simplicity, a method of removing phase uncertainty in the case of a one-dimensional linear array antenna (modification) will be described. That is, when the N antenna elements Ai are juxtaposed on a straight line, the phase plane is expressed by the following Expression 27.

【0080】[0080]

【数27】Δθr,i LSR=ax+c(27) Δθ r, i LSR = ax + c

【0081】ここで、数20乃至数22の各場合毎に、
上記数27を適用して、次の3通りの位相回帰平面を求
めることができる。
Here, for each of the cases of Equations 20 to 22,
By applying the above Expression 27, the following three types of phase regression planes can be obtained.

【0082】[0082]

【数28】(a)補正(I)のとき Δθr,i LSR(I)=aIx+cI (b)補正(II)のとき Δθr,i LSR(II)=aIIx+cII (c)補正(III)のとき Δθr,i LSR(III)=aIIIx+cIII Equation 28] [Delta] [theta] r When (a) Correction (I), i LSR (I ) = a I x + c Δθ r When I (b) Correction (II), i LSR (II ) = a II x + c II (c ) Correction (III) Δθ r, i LSR (III) = a III x + c III

【0083】ここで、各補正の場合の残差2乗和を次の
数29の通り定義する。
Here, the residual sum of squares for each correction is defined by the following equation (29).

【0084】[0084]

【数29】(a)補正(I)のとき (b)補正(II)のとき (c)補正(III)のとき (A) Correction (I) (B) Correction (II) (C) Correction (III)

【0085】これより、位相不確定性は、残差の2乗和
SS=Σ(Δθr,i−Δθr,i LSR2及び回帰平面の位相
勾配|a|を用いて図7の位相回帰平面選択処理により
除去され、1つの位相回帰平面が選択される。
From the above, the phase uncertainty is calculated by using the sum of squares of the residual SS = Σ (Δθ r, i −Δθ r, i LSR ) 2 and the phase gradient | a | of the regression plane as shown in FIG. It is removed by the regression plane selection processing, and one phase regression plane is selected.

【0086】1次元配列の場合における位相回帰平面選
択処理について図7を参照して説明する。図7に示すよ
うに、ステップS1において、補正(I),(II)にお
ける残差2乗和SS(I),SS(II)を比較し、ステップ
S2でSS(I)<SS(II)であるとき、ステップS3で
補正(I)における位相回帰平面を選択して当該処理を
終了する。一方、ステップS2でSS(I)≧SS(II)
あるとき、補正(II),(III)における勾配|a|
(II),|a|(III)を比較し、ステップS5で|a|
(II)<|a|(III)であるときは、ステップS6で補正
(II)における位相回帰平面を選択して当該処理を終了
する。一方、ステップS5で|a|(II)≧|a|(III)
であるときは、ステップS7で補正(III)における位
相回帰平面を選択して当該処理を終了する。
The phase regression plane selection processing in the case of a one-dimensional array will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, in step S1, the residual sums of squares SS (I) and SS (II) in the corrections (I) and (II) are compared, and in step S2, SS (I) <SS (II). In step S3, the phase regression plane in the correction (I) is selected in step S3, and the process ends. On the other hand, when SS (I) ≧ SS (II) in step S2, the gradient | a | in corrections (II) and (III)
(II) and | a | (III) are compared, and | a |
If (II) <| a | (III) , the phase regression plane in the correction (II) is selected in step S6, and the process ends. On the other hand, in step S5, | a | (II) ≧ | a | (III)
If, the phase regression plane in the correction (III) is selected in step S7, and the process ends.

【0087】図11は、受信位相の最小2乗法による1
次平面への回帰処理を表わす説明図であり、図12は、
その場合における位相不確定性の検査と除去を示す説明
図である。図11に示すように、直接波のみ受信した場
合、各アンテナ素子Ai間の受信位相差Δθr,iは、ア
ンテナ素子Aiの位置に依存して一直線上に位置する
が、マルチパス波をさらに受信した場合、その直線から
ずれることになる。図12の場合においては、ステップ
S6に到達して、補正(II)における位相回帰平面を選
択する場合を示している。
FIG. 11 is a diagram showing a 1-phase signal obtained by the least square method of the reception phase.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing regression processing to the next plane, and FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing inspection and removal of phase uncertainty in that case. As shown in FIG. 11, when only the direct wave is received, the reception phase difference Δθ r, i between the antenna elements Ai is located on a straight line depending on the position of the antenna element Ai. If received, it will deviate from that straight line. FIG. 12 shows a case where the process reaches step S6 and selects the phase regression plane in the correction (II).

【0088】以上の位相回帰平面の選択処理において、
最も強い直接波の方向に対応した位相平面であると推定
検出でき、その他の位相平面では残差2乗和が大きくな
るとともに、位相勾配も急になる。このようにして決定
された受信位相差Δθr,i LSRから、送信ウエイトWi TX
は次の30で演算することができる。
In the above process of selecting a phase regression plane,
The phase plane corresponding to the direction of the strongest direct wave can be estimated and detected. In the other phase planes, the residual sum of squares increases and the phase gradient becomes steep. From the reception phase difference Δθ r, i LSR thus determined, the transmission weight W i TX
Can be calculated by the following 30.

【0089】[0089]

【数30】 Wi TX =exp(jθi TX) =exp(−jΔθr,i LSR## EQU30 ## W i TX = exp (jθ i TX ) = exp (−jΔθ r, i LSR )

【0090】ここで、送信ウエイトの振幅成分はすべて
のアンテナ素子Aiで共通に1とし、波源分布を一様と
している。さらに、送受共用のアレーアンテナ1を用い
ており、かつ送受の周波数が異なる場合には、励振位相
に周波数比を乗ずることにより、正しく直接到来波の方
向に送信主ビームを形成することができる。すなわち、
次の数31で表される。ここで、fTX,fRXはそれぞれ
送信周波数、受信周波数である。
Here, the amplitude component of the transmission weight is set to 1 commonly for all antenna elements Ai, and the wave source distribution is made uniform. Furthermore, when the transmitting and receiving array antenna 1 is used and the transmitting and receiving frequencies are different, the transmission main beam can be correctly formed directly in the direction of the incoming wave by multiplying the excitation phase by the frequency ratio. That is,
It is expressed by the following equation 31. Here, f TX and f RX are a transmission frequency and a reception frequency, respectively.

【0091】[0091]

【数31】 Wi TX =exp(jθi TX) =exp{−j(fTX/fRX)Δθr,i LSRW i TX = exp (jθ i TX ) = exp {−j (f TX / f RX ) Δθ r, i LSR

【0092】図6は、以上の処理を実行する送信ウエイ
ト演算回路30を示すブロック図である。図6におい
て、位相差演算部31−i(i=1,2,…,N)は、
DBF部4から入力される受信ウエイトWi RXに基づい
て、この受信ウエイトWi RXのtan-1演算を行うこと
により位相差Δθr,iを演算して、最小2乗処理部32
−j(j=1,2,…,9)に出力する。この最小2乗
処理部32−j(j=1,2,…,9)は、数25で表
される9通りの位相回帰平面に対応して9個の処理部が
設けられる。各最小2乗処理部32−jは、それぞれに
設定された位相平面の式の係数a,b,cを数15で表
されたウイナー−ホプフの方程式を解くことにより演算
し、演算された係数a,b,cを数25に代入すること
により、位相回帰平面上の受信位相差Δθr,i LSR(i=
1,2,…,N)を演算してセレクタ34に出力する。
一方、位相回帰平面選択部33は、各最小2乗処理部3
2−jによって演算された位相回帰平面に基づいて、図
8乃至図10に示す位相回帰平面選択処理を実行して選
択すべき位相回帰平面を決定し、選択すべきと決定した
位相回帰平面の情報をセレクタ34に出力する。セレク
タ34は、選択すべきと決定された位相回帰平面に対応
する最小2乗処理部32−kから入力されるN個の受信
位相差Δθr,i LSRのみを選択して送信ウエイト演算部3
5に出力する。これに応答して、送信ウエイト演算部3
5は、入力されたN個の受信位相差Δθr, i LSRに基づい
て、数31の演算を実行することにより、送信ウエイト
i TX(i=1,2,…,N)を演算して出力する。
FIG. 6 is a block diagram showing a transmission weight calculation circuit 30 for executing the above processing. In FIG. 6, the phase difference calculator 31-i (i = 1, 2,..., N)
Based on the reception weight W i RX input from DBF unit 4, and calculates the phase difference [Delta] [theta] r, the i by performing tan -1 calculation of the reception weight W i RX, least squares processor 32
−j (j = 1, 2,..., 9). The least square processing units 32-j (j = 1, 2,..., 9) are provided with nine processing units corresponding to the nine types of phase regression planes represented by Expression 25. Each least-squares processing unit 32-j calculates the coefficients a, b, and c of the equation of the phase plane set by solving the Wiener-Hopf equation represented by Expression 15, and calculates the calculated coefficients. By substituting a, b, and c into Equation 25, the received phase difference Δθ r, i LSR (i =
1, 2,..., N) and outputs the result to the selector 34.
On the other hand, the phase regression plane selection unit 33
Based on the phase regression plane calculated by 2-j, the phase regression plane selection processing shown in FIGS. 8 to 10 is executed to determine a phase regression plane to be selected, and the phase regression plane determined to be selected is selected. The information is output to the selector 34. The selector 34 selects only the N reception phase differences Δθ r, i LSR input from the least square processing unit 32-k corresponding to the phase regression plane determined to be selected, and selects the transmission weight calculation unit 3
5 is output. In response, the transmission weight calculator 3
5 calculates the transmission weight W i TX (i = 1, 2,..., N) by executing the operation of Expression 31 based on the N received phase differences Δθ r, i LSR input. Output.

【0093】さらに、以上のように構成された装置につ
いての、本発明者によるシミュレーション結果について
以下に説明する。本実施例の装置の評価を行うため、表
1にしめす条件のもとで数値シミュレーションを行っ
た。アレーアンテナ1として、変形例である、基本的な
4素子半波長間隔リニアアレーアンテナを用い、変調方
式は差動符号化同期検波QPSK(伝送速度:16kb
ps)を仮定した。また、受信信号同相化のための低域
通過フィルタ22,23として2次の狭帯域IIR(In
finite Impulse Responseの略)フィルタを用いた。
Further, the results of a simulation performed by the inventor on the apparatus configured as described above will be described below. In order to evaluate the apparatus of this embodiment, a numerical simulation was performed under the conditions shown in Table 1. As a modified example, a basic four-element half-wavelength-spaced linear array antenna is used as the array antenna 1, and the modulation method is differentially coded synchronous detection QPSK (transmission speed: 16 kb).
ps). Also, as the low-pass filters 22 and 23 for in-phase reception signals, a second-order narrow band IIR (In
finite Impulse Response) filter was used.

【0094】[0094]

【表1】 シミュレーションの諸元 ─────────────────────────────────── 変調方式 16kbps差動符号化同期検波QPSK 変調周波数 32kHz(中間周波数として用いる) サンプリング周波数 128kHz(16サンプル/シンボル) A/D分解能 8ビット 付加雑音 ガウス雑音 アンテナ 点放射源の4素子直線配列 アンテナ素子間隔 搬送波の半波長 ロールオフフィルタ 10タップFIRフィルタ、ロールオフ率50% カットオフ周波数8kHz 送信帯域通過フィルタ 帯域幅ビット長積BT=2 受信帯域通過フィルタ 帯域幅ビット長積BTm=1 キャリア再生法 フィードフォワード位相推定 クロック再生法 ディシジョンディレクテッド法 ───────────────────────────────────[Table 1] Specifications of the simulation ─────────────────────────────────── Modulation method 16 kbps differential coding Synchronous detection QPSK Modulation frequency 32 kHz (used as intermediate frequency) Sampling frequency 128 kHz (16 samples / symbol) A / D resolution 8 bits Additional noise Gaussian noise Antenna 4-element linear array of point radiation sources Antenna element spacing Carrier half-wavelength roll-off filter 10-tap FIR filter, roll-off rate 50%, cut-off frequency 8 kHz, transmission band-pass filter, bandwidth bit length product BT = 2, reception band-pass filter, bandwidth bit length product BTm = 1, carrier regeneration method feed-forward phase estimation clock regeneration method, decision directory Ted method ───────────────────── ──────────────

【0095】図14は、直接波が−45°の方向から到
来し、マルチパス波が直接波に比べて−3dBのレベル
でかつ位相差π/2(アレーアンテナ1の中心におい
て)で+15°の方向から到来した場合の最大比合成
(MRC)受信による指向性パターンを、各アンテナ素
子Aiで受信された受信信号を等しい利得で合成する等
利得合成(EGC)の場合及びマルチパス波が無い場合
とで比較したものである。なお、直接波の受信搬送波電
力対雑音電力比(以下、受信CNRという。)は4dB
としている。等利得合成ではマルチパス波による指向性
パターンへの影響はわずかであるが、最大比合成ではマ
ルチパス波の到来方向にもビームが形成され、結果的に
直接波とマルチパス波の両者を取り込み再合成する指向
性ダイバーシチが実現されていることがわかる。
FIG. 14 shows that a direct wave arrives from a direction of -45 °, and a multipath wave is at a level of -3 dB and a phase difference of π / 2 (at the center of the array antenna 1) at + 15 ° compared to the direct wave. , The directivity pattern by the maximum ratio combining (MRC) reception when arriving from the direction of Equal Gain Combining (EGC) in which the received signals received by each antenna element Ai are combined with equal gain, and there is no multipath wave. It is a comparison with the case. Note that the ratio of received carrier power to noise power of a direct wave (hereinafter referred to as received CNR) is 4 dB.
And In equal gain combining, the effect on the directivity pattern by the multipath wave is slight, but in the maximum ratio combining, a beam is also formed in the arrival direction of the multipath wave, and as a result, both the direct wave and the multipath wave are captured It can be seen that directional diversity for re-synthesis is realized.

【0096】図15及び図16は、直接波に対するマル
チパス波の位相が変化したときの指向性パターンであ
る。ここで、位相遅延値が0、π/2又は(3π)/
2、及びπのときを示している。位相遅延値=0はアン
テナの中心において2波の位相が同相であることを示
す。指向性パターンの特性を明確化するため、直接波の
受信CNRは30dBとしている。直接波とマルチパス
波の方向が比較的近い図15の場合(マルチパス波の到
来方向が−15°のとき)位相遅延値=0では2波を同
一のビームで捉えるのに対し、位相遅延値=π(逆相)
では1つ隣のビームで捉えるようにビーム形成がなされ
ていることがわかる。一方、2波の入射方向が離れてい
る図16の場合(マルチパスの到来方向が30°のと
き)も、同相入射と逆相入射では捉えるビームが1つず
れるが、やはりそれらを限定されたアンテナ自由度の範
囲内で有効に捉える方向でビーム形成がなされているこ
とがわかる。言い換えれば、直接波とマルチパス波の両
方にその電力に応じた指向性を向けて合成する指向性ダ
イバーシチが実現されている。
FIGS. 15 and 16 show directivity patterns when the phase of the multipath wave with respect to the direct wave changes. Here, the phase delay value is 0, π / 2 or (3π) /
2 and π. A phase delay value = 0 indicates that the phases of the two waves are the same at the center of the antenna. In order to clarify the characteristics of the directivity pattern, the reception CNR of the direct wave is set to 30 dB. In the case of FIG. 15 where the directions of the direct wave and the multipath wave are relatively close (when the arrival direction of the multipath wave is −15 °), when the phase delay value = 0, two waves are captured by the same beam, whereas the phase delay Value = π (negative phase)
It can be seen that the beam is formed so as to be captured by the next adjacent beam. On the other hand, in the case of FIG. 16 in which the incident directions of the two waves are apart (when the arrival direction of the multipath is 30 °), the beams to be captured are shifted by one in the in-phase incidence and the opposite-phase incidence, but they are also limited. It can be seen that the beam is formed in a direction that can be effectively captured within the range of the degree of freedom of the antenna. In other words, directional diversity has been realized that combines direct waves and multipath waves with directivity corresponding to their power.

【0097】図17は、図14の場合と同じ条件下にお
ける、最大比合成受信によるビット誤り率(BER)の
シミュレーション結果である。ただし、マルチパス波の
直接波に対するシンボル遅延は無視できるものとした。
マルチパス波が1波到来したときのビット誤り率(BE
R)は、直接波のみ到来した場合と比べて約1.5dB
改善され、最大比合成により理論的に期待される値(約
1.8dBの改善)に接近していることがわかる。
FIG. 17 is a simulation result of the bit error rate (BER) by the maximum ratio combining reception under the same conditions as in FIG. However, the symbol delay for the direct multipath wave was assumed to be negligible.
Bit error rate when one multipath wave arrives (BE
R) is about 1.5 dB compared to the case where only direct waves arrive
It can be seen that the value is improved and approaches the value theoretically expected by the maximum ratio combining (improvement of about 1.8 dB).

【0098】次に、送信ビーム形成のシミュレーション
結果について述べる。図18及び図19は、本実施例の
装置を用いて、直接波とマルチパス波の2波が到来して
いる場合に送信ビームを形成した例である。ここで、2
波の到来方向を変えた2通りの場合について示してお
り、図18は、直接波とマルチパス波の到来方向がそれ
ぞれ−45°及び+15°の場合を示し、図19は、直
接波とマルチパス波の到来方向がそれぞれ−15°及び
+30°の場合を示す。アレーアンテナ1は送受信で共
有しており、かつ送信周波数は受信のそれに比べて1.
066倍であるとした。いづれの場合も送信主ビームは
直接波の方向にのみ形成され、マルチパス波の影響は受
けておらず、マルチパス波の方向への放射は、大きくて
もサイドローブレベル程度に抑えられていることがわか
る。
Next, simulation results of transmission beam formation will be described. FIGS. 18 and 19 show an example in which a transmission beam is formed when two waves of a direct wave and a multipath wave arrive using the apparatus of the present embodiment. Where 2
FIG. 18 shows the case where the arrival directions of the direct wave and the multipath wave are −45 ° and + 15 °, respectively, and FIG. 19 shows the case where the arrival directions of the direct wave and the multipath wave are changed. The case where the arrival directions of the path waves are −15 ° and + 30 ° respectively is shown. The array antenna 1 is shared for transmission and reception, and the transmission frequency is 1.
066 times. In each case, the transmitting main beam is formed only in the direction of the direct wave, is not affected by the multipath wave, and the radiation in the direction of the multipath wave is suppressed to about the side lobe level at most. You can see that.

【0099】以上説明したように、本発明に係る本実施
例は、以下の特有の効果を有する。 (1)第1の従来例のように特別な方位センサや相手局
の位置情報を必要としないため、周囲の磁気外乱や方位
検出誤差の蓄積などの影響を受けず、また、相手局が移
動する場合においても自動的に相手局から送信される到
来波の方向に送信ビームを形成することができ、かつ小
型化、低価格化が可能となる。 (2)第2の従来例のように受信アンテナにおける受信
位相差をそのまま周波数変換して送信位相差とせずに、
最小2乗法に基づいて、位相不確定の除去を行うととも
に最大受信波以外の多重波の影響を除去しているため、
多重波環境においてどの方向から最大受信波が到来する
場合においても、確実に最大受信波の到来方向に送信ビ
ームを形成することができ、送信と受信で周波数が異な
る場合でも相手局が受ける干渉を減ずることができる。 (3)実施例の装置にみるように、送信ビームの形成に
おいて、アンテナの機械駆動部分が一切なく、またフィ
ードバックループを一切もたない構成とすることが可能
であるため、受信ベースバンド信号が得られれば、直ち
に送信ウエイトを決定することができ、高速にリアルタ
イムで送信ビームを形成することができる。 (4)また、実施例の装置にみるように、送信ウエイト
の決定は、ディジタル信号処理で行うことができるた
め、送信ビーム形成もディジタル処理で行うこととすれ
ば、変調も含むベースバンド処理をすべてディジタル信
号処理プロセッサに集約することができ、集積度の高い
デバイスを用いれば、システム全体を小型化、低価格化
することができる。
As described above, this embodiment according to the present invention has the following unique effects. (1) Unlike the first conventional example, a special direction sensor and position information of the partner station are not required, so that there is no influence from surrounding magnetic disturbance or accumulation of a bearing detection error, and the partner station moves. In this case, the transmission beam can be automatically formed in the direction of the incoming wave transmitted from the partner station, and the size and cost can be reduced. (2) Instead of converting the reception phase difference at the reception antenna to the transmission phase difference as it is as in the second conventional example,
Based on the least-squares method, the phase uncertainty is removed and the influence of multiple waves other than the maximum received wave is removed.
Regardless of the direction in which the maximum received wave arrives in a multiplexed wave environment, a transmission beam can be formed in the direction in which the maximum received wave arrives reliably. Can be reduced. (3) As seen from the apparatus of the embodiment, in forming a transmission beam, it is possible to adopt a configuration in which there is no mechanically driven portion of the antenna and no feedback loop, so that the reception baseband signal is If it is obtained, the transmission weight can be immediately determined, and a transmission beam can be formed at high speed in real time. (4) Further, as seen in the apparatus of the embodiment, since the transmission weight can be determined by digital signal processing, if transmission beam formation is also performed by digital processing, baseband processing including modulation is performed. All of them can be integrated into a digital signal processor, and if a device with a high degree of integration is used, the entire system can be reduced in size and cost.

【0100】<第2の実施例>図3は、第2の実施例の
通信用アレーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の送信
部を示すブロック図である。その他の部分については、
第1の実施例と同様に構成される。以下、図2の第1の
実施例との相違点について詳細に説明する。
<Second Embodiment> FIG. 3 is a block diagram showing a transmission section of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a second embodiment. For other parts,
The configuration is the same as that of the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment of FIG. 2 will be described in detail.

【0101】送信局部発振器10aは例えば、同一のク
ロックで駆動されたDDS(DirectDigital Synthesize
r)を用いた発振器であって、所定の周波数の送信局部
発振信号を発生する。一方、送信データである送信ベー
スバンド信号STXは同相分配器9に入力されてN個の送
信ベースバンド信号STXに同相分配された後それぞれ、
位相補正部13−1乃至13−Nに入力される。位相補
正部13−i(i=1,2,…,N)は、入力される送
信ベースバンド信号STXに対して送信ウエイトW1 TX
2 TX,…,WN TXを乗算して乗算結果の送信ベースバン
ド信号Si TX(i=1,2,…,N)を直交変調器6a
−iに出力する。直交変調器6a−iは入力される送信
ベースバンド信号をシリアル/パラレル変換して送信直
交ベースバンド信号に変換した後、当該送信直交ベース
バンド信号に従って互いに90°の位相差を有する上記
送信局部発振信号を直交変調して合成することにより上
記中間周波信号を得る。そして、直交変調後の中間周波
信号は、送信モジュールTM−i内のアップコンバータ
7と送信電力増幅器8とを介して、送信無線信号とし
て、アレーアンテナ1内のサーキュレータCI−iに入
力される。そして、上記送信無線信号がアンテナ素子A
iから送信放射される。従って、アンテナ素子A1乃至
ANから送信ウエイトW1 TX,W2 TX,…,WN TXで重み
付けされた送信信号が放射される。従って、第2の実施
例における送信部は第1の実施例のそれと同様に動作
し、同様の効果を有する。
The transmission local oscillator 10a is, for example, a DDS (Direct Digital Synthesize) driven by the same clock.
An oscillator using r), which generates a transmission local oscillation signal of a predetermined frequency. On the other hand, the transmission baseband signal S TX which is transmission data is input to the in-phase distributor 9 and distributed in-phase to N transmission baseband signals S TX , respectively.
The signals are input to the phase correction units 13-1 to 13-N. Phase correcting unit 13-i (i = 1,2, ..., N) is transmitted to the transmission baseband signal S TX input weight W 1 TX,
W 2 TX, ..., W N TX of the multiplication to the multiplication result transmission baseband signal S i TX (i = 1,2, ..., N) a quadrature modulator 6a
Output to -i. The quadrature modulators 6a-i perform serial / parallel conversion of the input transmission baseband signal to convert it to a transmission quadrature baseband signal, and then, according to the transmission quadrature baseband signal, have a transmission phase difference of 90 ° with respect to each other. The intermediate frequency signal is obtained by orthogonally modulating and combining the signals. Then, the intermediate frequency signal after the quadrature modulation is input to the circulator CI-i in the array antenna 1 as a transmission radio signal via the up-converter 7 and the transmission power amplifier 8 in the transmission module TM-i. Then, the transmission radio signal is transmitted to the antenna element A
Transmitted and radiated from i. Therefore, the transmission signals weighted by the transmission weights W 1 TX , W 2 TX ,..., W N TX are radiated from the antenna elements A1 to AN. Therefore, the transmitting section in the second embodiment operates in the same manner as that of the first embodiment and has the same effect.

【0102】[0102]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
1記載のアレーアンテナの制御方法によれば、所定の配
置形状で近接して並置された複数のアンテナ素子からな
るアレーアンテナを制御するためのアレーアンテナの制
御方法において、上記アレーアンテナの各アンテナ素子
でそれぞれ受信された複数の受信信号をそれぞれ共通の
局部発振信号を用いて、上記局部発振信号と同相である
同相成分と、上記局部発振信号と直交する直交成分とか
らなる直交信号にそれぞれ変換し、上記複数のアンテナ
素子のうち互いに異なる対である各2つの第1と第2の
アンテナ素子における直交信号の同相成分同志の積及び
直交成分同志の積の和で計算される第1のデータと、上
記第1のアンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2
のアンテナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1
のアンテナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアン
テナ素子の直交信号の同相成分の積の差で計算される第
2のデータとをそれぞれ、所定の伝達関数を有する雑音
抑圧用フィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波さ
れた第1のデータで上記ろ波された第2のデータを除算
し、上記除算結果の逆正接値を計算することにより上記
第1のアンテナ素子の受信信号と上記第2のアンテナ素
子の受信信号との間の受信位相差を演算し、上記演算さ
れた各2つの第1と第2のアンテナ素子間の受信位相差
が−πから+πまでの範囲に限定されているために生ず
る位相不確定性のすべての候補に対応した受信位相差か
らなる行列と、上記アレーアンテナを構成する複数のア
ンテナ素子の位置座標からなる行列とを用いて、最小2
乗法を用いてウイナー−ホプフ(Wiener−Hop
f)方程式を解くことにより、上記位相不確定のすべて
の候補に対応した上記等位相の1次回帰平面を表す方程
式を導いて、上記位相不確定性のすべての候補に対応し
た等位相の複数の1次回帰平面を演算し、上記受信位相
差と上記等位相の1次回帰平面との間の残差の2乗和
と、上記等位相の1次回帰平面の勾配係数とを用いて、
上記位相不確定性を除去し、最大受信波に対応した等位
相の1次回帰平面を1つだけ特定することにより当該受
信位相差を補正し、上記補正された受信位相差の符号を
反転することにより送信位相差に変換し、上記変換され
た各2つの第1と第2のアンテナ素子間の送信位相差で
かつ等振幅で送信信号を上記各アンテナ素子から送信す
ることにより、最大受信波の方向のみに送信主ビームを
形成する。従って、本発明は以下の特有の効果を有す
る。 (1)第1の従来例のように特別な方位センサや相手局
の位置情報を必要としないため、周囲の磁気外乱や方位
検出誤差の蓄積などの影響を受けず、また、相手局が移
動する場合においても自動的に相手局から送信される到
来波の方向に送信ビームを形成することができ、かつ小
型化、低価格化が可能となる。 (2)第2の従来例のように受信アンテナにおける受信
位相差をそのまま周波数変換して送信位相差とせずに、
最小2乗法に基づいて、位相不確定の除去を行うととも
に最大受信波以外の多重波の影響を除去しているため、
多重波環境においてどの方向から最大受信波が到来する
場合においても、確実に最大受信波の到来方向に送信ビ
ームを形成することができ、送信と受信で周波数が異な
る場合でも相手局が受ける干渉を減ずることができる。 (3)送信ビームの形成において、アンテナの機械駆動
部分が一切なく、またフィードバックループを一切もた
ない構成とすることが可能であるため、受信ベースバン
ド信号が得られれば、直ちに送信ウエイトを決定するこ
とができ、高速にリアルタイムで送信ビームを形成する
ことができる。 (4)送信ウエイトの決定は、ディジタル信号処理で行
うため、送信ビーム形成もディジタルで行うこととすれ
ば、変調も含むベースバンド処理をすべてディジタル信
号処理プロセッサに集約することができ、集積度の高い
デバイスを用いれば、システム全体を小型化、低価格化
することができる。
As described above in detail, according to the method for controlling an array antenna according to the first aspect of the present invention, an array antenna composed of a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape is controlled. In a method of controlling an array antenna for performing, using a common local oscillation signal each of a plurality of reception signals received by each antenna element of the array antenna, an in-phase component that is in phase with the local oscillation signal, A quadrature signal composed of a local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to each other, is converted into a quadrature signal. And the first data calculated by the sum of the products of the quadrature components and the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the second data
Product of the orthogonal components of the orthogonal signals of the antenna elements
Pass the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the second data calculated by the difference between the product of the in-phase component of the quadrature signal of the second antenna element to a noise suppression filter having a predetermined transfer function. After filtering, the filtered second data is divided by the filtered second data, and the arc tangent of the result of the division is calculated, thereby receiving the first antenna element. A reception phase difference between the signal and the reception signal of the second antenna element is calculated, and the calculated reception phase difference between each of the two first and second antenna elements is in a range from −π to + π. Using a matrix consisting of the reception phase differences corresponding to all the candidates for the phase uncertainty that occurs due to being limited to the matrix and a matrix consisting of the position coordinates of a plurality of antenna elements constituting the array antenna, a minimum of 2
Wiener-Hop using multiplication
f) solving an equation to derive an equation representing a first-order regression plane of the equiphase corresponding to all the candidates of the phase uncertainty, and obtaining a plurality of equiphases corresponding to all the candidates of the phase uncertainty; Is calculated using the sum of squares of the residuals between the reception phase difference and the equiphase primary regression plane, and the gradient coefficient of the equiphase primary regression plane.
The phase uncertainty is removed, the reception phase difference is corrected by specifying only one primary regression plane having the same phase corresponding to the maximum reception wave, and the sign of the corrected reception phase difference is inverted. By transmitting the transmission signal from each of the antenna elements with the transmission phase difference between the two first and second antenna elements and with the same amplitude, the maximum reception wave is obtained. The transmission main beam is formed only in the direction. Therefore, the present invention has the following specific effects. (1) Unlike the first conventional example, a special direction sensor and position information of the partner station are not required, so that there is no influence from surrounding magnetic disturbance or accumulation of a bearing detection error, and the partner station moves. In this case, the transmission beam can be automatically formed in the direction of the incoming wave transmitted from the partner station, and the size and cost can be reduced. (2) Instead of converting the reception phase difference at the reception antenna to the transmission phase difference as it is as in the second conventional example,
Based on the least-squares method, the phase uncertainty is removed and the influence of multiple waves other than the maximum received wave is removed.
Regardless of the direction in which the maximum received wave arrives in a multiplexed wave environment, a transmission beam can be formed in the direction in which the maximum received wave arrives reliably. Can be reduced. (3) In forming a transmission beam, it is possible to adopt a configuration in which there is no mechanically driven part of the antenna and no feedback loop, so that if a reception baseband signal is obtained, the transmission weight is immediately determined. The transmission beam can be formed at high speed in real time. (4) Since the transmission weight is determined by digital signal processing, if transmission beam formation is also performed digitally, all baseband processing including modulation can be integrated in a digital signal processor, and the degree of integration can be reduced. The use of expensive devices can reduce the size and cost of the entire system.

【0103】[0103]

【0104】[0104]

【0105】また、請求項2記載のアレーアンテナの制
御方法によれば、請求項1記載のアレーアンテナの制御
方法において、上記位相不確定が除去された上記等位相
の1次回帰平面から演算される受信位相差に、受信周波
数に対する送信周波数の比を乗算したものを送信位相差
とすることにより、送信位相差に変換する。これによ
り、より簡単な方法で受信位相差を送信位相差に変換す
ることができる。
Further, according to the array antenna control method of the second aspect, in the array antenna control method of the first aspect, a calculation is performed from the first-order linear regression plane of the same phase from which the phase uncertainty has been removed. The transmission phase difference is converted to a transmission phase difference by multiplying the reception phase difference by the ratio of the transmission frequency to the reception frequency. Thereby, the reception phase difference can be converted into the transmission phase difference by a simpler method.

【0106】本発明に係る請求項3記載のアレーアンテ
ナの制御装置によれば、所定の配置形状で近接して並置
された複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制
御するためのアレーアンテナの制御装置において、上記
アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された
複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用い
て、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記局
部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号にそ
れぞれ変換する第1の変換手段と、上記複数のアンテナ
素子のうち互いに異なる対である各2つの第1と第2の
アンテナ素子における直交信号の同相成分同志の積及び
直交成分同志の積の和で計算される第1のデータと、上
記第1のアンテナ素子の直交信号の同相成分と上記第2
のアンテナ素子の直交信号の直交成分の積及び上記第1
のアンテナ素子の直交信号の直交成分と上記第2のアン
テナ素子の直交信号の同相成分の積の差で計算される第
2のデータとをそれぞれ、所定の伝達関数を有する雑音
抑圧用フィルタに通過させてろ波させた後、上記ろ波さ
れた第1のデータで上記ろ波された第2のデータを除算
し、上記除算結果の逆正接値を計算することにより上記
第1のアンテナ素子の受信信号と上記第2のアンテナ素
子の受信信号との間の受信位相差を演算する第1の演算
手段と、上記第1の演算手段によって演算された各2つ
の第1と第2のアンテナ素子間の受信位相差が−πから
+πまでの範囲に限定されているために生ずる位相不確
定性のすべての候補に対応した受信位相差からなる行列
と、上記アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子
の位置座標からなる行列とを用いて、最小2乗法を用い
てウイナー−ホプフ(Wiener−Hopf)方程式
を解くことにより、上記位相不確定のすべての候補に対
応した上記等位相の1次回帰平面を表す方程式を導い
て、上記位相不確定性のすべての候補に対応した等位相
の複数の1次回帰平面を演算する第2の演算手段と、上
記受信位相差と上記等位相の1次回帰平面との間の残差
の2乗和と、上記等位相の1次回帰平面の勾配係数とを
用いて、上記位相不確定性を除去し、最大受信波に対応
した等位相の1次回帰平面を1つだけ特定することによ
り当該受信位相差を補正する補正手段と、上記補正手段
によって補正された受信位相差の符号を反転することに
より送信位相差に変換する第2の変換手段とを備え、上
記第2の変換手段によって変換された各2つの第1と第
2のアンテナ素子間の送信位相差でかつ等振幅で送信信
号を上記各アンテナ素子から送信することにより、最大
受信波の方向のみに送信主ビームを形成する。従って、
本発明は以下の特有の効果を有する。 (1)第1の従来例のように特別な方位センサや相手局
の位置情報を必要としないため、周囲の磁気外乱や方位
検出誤差の蓄積などの影響を受けず、また、相手局が移
動する場合においても自動的に相手局から送信される到
来波の方向に送信ビームを形成することができ、かつ小
型化、低価格化が可能となる。 (2)第2の従来例のように受信アンテナにおける受信
位相差をそのまま周波数変換して送信位相差とせずに、
最小2乗法に基づいて、位相不確定の除去を行うととも
に最大受信波以外の多重波の影響を除去しているため、
多重波環境においてどの方向から最大受信波が到来する
場合においても、確実に最大受信波の到来方向に送信ビ
ームを形成することができ、送信と受信で周波数が異な
る場合でも相手局が受ける干渉を減ずることができる。 (3)送信ビームの形成において、アンテナの機械駆動
部分が一切なく、またフィードバックループを一切もた
ない構成とすることが可能であるため、受信ベースバン
ド信号が得られれば、直ちに送信ウエイトを決定するこ
とができ、高速にリアルタイムで送信ビームを形成する
ことができる。 (4)送信ウエイトの決定は、ディジタル信号処理で行
うため、送信ビーム形成もディジタルで行うこととすれ
ば、変調も含むベースバンド処理をすべてディジタル信
号処理プロセッサに集約することができ、集積度の高い
デバイスを用いれば、システム全体を小型化、低価格化
することができる。
According to the third aspect of the present invention, there is provided an array antenna control device for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape. A plurality of reception signals respectively received by the antenna elements of the array antenna, using a common local oscillation signal, an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal, and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal. And first and second conversion means for respectively converting the quadrature signals into quadrature signals, and the product and quadrature of the in-phase components of the quadrature signals in each of the two first and second antenna elements which are different pairs among the plurality of antenna elements. First data calculated by the sum of products of the components, the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element, and the second data
Product of the orthogonal components of the orthogonal signals of the antenna elements
Pass the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the second data calculated by the difference between the product of the in-phase component of the quadrature signal of the second antenna element to a noise suppression filter having a predetermined transfer function. After filtering, the filtered second data is divided by the filtered second data, and the arc tangent of the result of the division is calculated, thereby receiving the first antenna element. First calculating means for calculating a reception phase difference between a signal and a received signal of the second antenna element, and a first calculating means for calculating a reception phase difference between the two first and second antenna elements calculated by the first calculating means; And a matrix consisting of reception phase differences corresponding to all candidates for phase uncertainty that occurs because the reception phase difference is limited to the range from -π to + π, and a plurality of antenna elements constituting the array antenna. Consists of position coordinates By solving the Wiener-Hopf equation using the least squares method with the matrix, the equation representing the equiphase first-order regression plane corresponding to all the candidates for the phase uncertainty is derived. A second calculating means for calculating a plurality of equal-phase primary regression planes corresponding to all candidates for the phase uncertainty; The phase uncertainty is removed using the sum of squares of the residual and the gradient coefficient of the first-order regression plane of the same phase, and only one first-order regression plane of the same phase corresponding to the maximum received wave is obtained. A correcting means for correcting the received phase difference by specifying the signal; and a second converting means for converting the received phase difference corrected by the correcting means into a transmission phase difference by inverting the sign of the received phase difference. Each converted by the conversion means One first and by a transmission signal in and equal amplitude transmission phase difference between the second antenna element for transmitting from each antenna element to form a transmission main beam only in the direction of maximum received wave. Therefore,
The present invention has the following specific effects. (1) Unlike the first conventional example, a special direction sensor and position information of the partner station are not required, so that there is no influence from surrounding magnetic disturbance or accumulation of a bearing detection error, and the partner station moves. In this case, the transmission beam can be automatically formed in the direction of the incoming wave transmitted from the partner station, and the size and cost can be reduced. (2) Instead of converting the reception phase difference at the reception antenna to the transmission phase difference as it is as in the second conventional example,
Based on the least-squares method, the phase uncertainty is removed and the influence of multiple waves other than the maximum received wave is removed.
Regardless of the direction in which the maximum received wave arrives in a multiplexed wave environment, a transmission beam can be formed in the direction in which the maximum received wave arrives reliably. Can be reduced. (3) In forming a transmission beam, it is possible to adopt a configuration in which there is no mechanically driven part of the antenna and no feedback loop, so that if a reception baseband signal is obtained, the transmission weight is immediately determined. The transmission beam can be formed at high speed in real time. (4) Since the transmission weight is determined by digital signal processing, if transmission beam formation is also performed digitally, all baseband processing including modulation can be integrated in a digital signal processor, and the degree of integration can be reduced. The use of expensive devices can reduce the size and cost of the entire system.

【0107】[0107]

【0108】[0108]

【0109】また、請求項4記載のアレーアンテナの制
御装置によれば、請求項3記載のアレーアンテナの制御
装置において、上記第2の変換手段は、上記位相不確定
が除去された上記等位相の1次回帰平面から演算される
受信位相差に、受信周波数に対する送信周波数の比を乗
算したものを送信位相差とすることにより、送信位相差
に変換する。これにより、より簡単な方法で受信位相差
を送信位相差に変換することができる。
According to the array antenna control device of the fourth aspect, in the array antenna control device of the third aspect, the second conversion means may be configured so that the second phase conversion means eliminates the phase uncertainty. By multiplying the reception phase difference calculated from the first-order regression plane by the ratio of the transmission frequency to the reception frequency, the transmission phase difference is converted to the transmission phase difference. Thereby, the reception phase difference can be converted into the transmission phase difference by a simpler method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る第1の実施例である通信用アレ
ーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の受信部を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a receiving unit of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 第1の実施例の通信用アレーアンテナの自動
ビーム捕捉追尾装置の送信部を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a transmitting unit of the automatic beam acquisition and tracking device of the communication array antenna according to the first embodiment.

【図3】 第2の実施例の通信用アレーアンテナの自動
ビーム捕捉追尾装置の送信部を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a transmitting unit of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a second embodiment.

【図4】 図1のDBF部4を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a DBF unit 4 of FIG. 1;

【図5】 実施例におけるアンテナ素子の配置を示す平
面図である。
FIG. 5 is a plan view showing an arrangement of antenna elements in the example.

【図6】 図1の送信ウエイト演算回路30のブロック
図である。
FIG. 6 is a block diagram of a transmission weight calculation circuit 30 of FIG. 1;

【図7】 図6における位相回帰平面選択部33によっ
て実行される、アンテナ素子が1次元配列の場合(変形
例)における位相回帰平面選択処理を示すフローチャー
トである。
FIG. 7 is a flowchart showing a phase regression plane selection process executed by the phase regression plane selection unit 33 in FIG. 6 when the antenna elements are in a one-dimensional array (a modification).

【図8】 図6における位相回帰平面選択部33によっ
て実行される、アンテナ素子が2次元配列の場合(実施
例)における位相回帰平面選択処理の第1の部分を示す
フローチャートである。
8 is a flowchart showing a first part of a phase regression plane selection process performed by the phase regression plane selection unit 33 in FIG. 6 when the antenna elements are two-dimensionally arranged (embodiment).

【図9】 図6における位相回帰平面選択部33によっ
て実行される、アンテナ素子が2次元配列の場合(実施
例)における位相回帰平面選択処理の第2の部分を示す
フローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart illustrating a second part of the phase regression plane selection process performed by the phase regression plane selection unit 33 in FIG. 6 when the antenna elements are in a two-dimensional array (embodiment).

【図10】 図6における位相回帰平面選択部33によ
って実行される、アンテナ素子が2次元配列の場合(実
施例)における位相回帰平面選択処理の第3の部分を示
すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing a third part of the phase regression plane selection processing performed by the phase regression plane selection unit 33 in FIG. 6 when the antenna elements are two-dimensionally arranged (embodiment).

【図11】 図6の送信ウエイト演算回路30における
受信位相の最小2乗法による1次平面への回帰処理を示
す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a regression process to a primary plane by the least squares method of a reception phase in the transmission weight calculation circuit 30 of FIG. 6;

【図12】 図6の送信ウエイト演算回路30における
位相不確定性の検査と除去を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing inspection and removal of phase uncertainty in the transmission weight operation circuit 30 of FIG. 6;

【図13】 図6の送信ウエイト演算回路30における
受信位相の不確定性の検査における位相しきい値kの設
定を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing setting of a phase threshold value k in a check of uncertainty of a reception phase in the transmission weight calculation circuit 30 of FIG. 6;

【図14】 図1及び図2の通信用アレーアンテナの自
動ビーム捕捉追尾装置のシミュレーション結果である、
最大比合成受信によるビーム形成を示す指向性パターン
を示すグラフである。
FIG. 14 is a simulation result of the automatic beam capture and tracking device of the communication array antenna of FIGS. 1 and 2;
9 is a graph showing a directivity pattern indicating beam forming by maximum ratio combining reception.

【図15】 図1及び図2の通信用アレーアンテナの自
動ビーム捕捉追尾装置のシミュレーション結果である、
マルチパス波の到来方向の角度が15°の場合における
指向性パターンを示すグラフである。
FIG. 15 is a simulation result of the automatic beam acquisition and tracking device of the communication array antenna of FIGS. 1 and 2;
It is a graph which shows the directivity pattern when the angle of the arrival direction of a multipath wave is 15 degrees.

【図16】 図1及び図2の通信用アレーアンテナの自
動ビーム捕捉追尾装置のシミュレーション結果である、
マルチパス波の到来方向の角度が30°の場合における
指向性パターンを示すグラフである。
FIG. 16 is a simulation result of the automatic beam acquisition and tracking device of the communication array antenna of FIGS. 1 and 2;
It is a graph which shows the directivity pattern when the angle of the arrival direction of a multipath wave is 30 degrees.

【図17】 図1及び図2の通信用アレーアンテナの自
動ビーム捕捉追尾装置のシミュレーション結果である、
最大比合成受信におけるビット誤り率特性を示すグラフ
である。
FIG. 17 is a simulation result of the automatic beam capture and tracking device of the communication array antenna of FIGS. 1 and 2;
5 is a graph showing bit error rate characteristics in maximum ratio combining reception.

【図18】 図1及び図2の通信用アレーアンテナの自
動ビーム捕捉追尾装置のシミュレーション結果である、
直接波とマルチパス波の到来方向の角度がそれぞれ−4
5°及び+15°の場合における送受信ビームの形成を
示す指向性パターンのグラフである。
FIG. 18 is a simulation result of the automatic beam acquisition and tracking device of the communication array antenna of FIGS. 1 and 2;
The angles of arrival of the direct wave and the multipath wave are each -4.
It is a graph of the directivity pattern which shows formation of a transmission / reception beam in the case of 5 degrees and +15 degrees.

【図19】 図1及び図2の通信用アレーアンテナの自
動ビーム捕捉追尾装置のシミュレーション結果である、
直接波とマルチパス波の到来方向の角度がそれぞれ−1
5°及び+30°の場合における送受信ビームの形成を
示す指向性パターンのグラフである。
FIG. 19 is a simulation result of the automatic beam acquisition and tracking device of the communication array antenna of FIGS. 1 and 2;
The angles of arrival of the direct wave and the multipath wave are each -1.
It is a graph of the directivity pattern which shows formation of a transmission / reception beam in the case of 5 degrees and +30 degrees.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…アレーアンテナ、 2…低雑音増幅器、 3…ダウンコンバータ、 4…DBF部、 5…復調器、 6,6a−1乃至6a−N…直交変調器、 7…アップコンータ、 8…送信電力増幅器、 9…同相分配器、 10,10a…送信局部発振器、 11…第1局部発振器、 12…第2局部発振器、 13−1乃至13−N…位相補正部、 20…絶対値演算部、 21…複素共役積演算部、 22,23…低域通過フィルタ、 24,25…遅延バッファ回路、 26,27…乗算器、 28a,28b…除算器、 29…同相合成器、 30…送信ウエイト演算回路、 31−1乃至31−N…位相差演算部、 32−1乃至32−9…最小2乗回帰処理部、 33…位相回帰平面選択部、 34…セレクタ、 35…送信ウエイト演算部、 A1乃至AN…アンテナ素子、 CI−1乃至CI−N…サーキュレータ、 RM−1乃至RM−N…受信モジュール、 AD−1乃至AD−N…A/D変換器、 QD−1乃至QD−N…準同期検波回路、 QM−1乃至QM−N…直交変調回路、 TM−1乃至TM−N…送信モジュール。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Array antenna, 2 ... Low noise amplifier, 3 ... Down converter, 4 ... DBF part, 5 ... Demodulator, 6, 6a-1 to 6a-N ... Quadrature modulator, 7 ... Up converter, 8 ... Transmission power amplifier, 9: In-phase distributor, 10, 10a: transmitting local oscillator, 11: first local oscillator, 12: second local oscillator, 13-1 to 13-N: phase correcting unit, 20: absolute value calculating unit, 21: complex Conjugate product operation unit, 22, 23 low-pass filter, 24, 25 delay buffer circuit, 26, 27 multiplier, 28a, 28b divider, 29 in-phase synthesizer, 30 transmission weight operation circuit, 31 -1 to 31-N: phase difference calculation unit, 32-1 to 32-9: least square regression processing unit, 33: phase regression plane selection unit, 34: selector, 35: transmission weight calculation unit, A1 to AN: Ante Elements, CI-1 to CI-N: circulator, RM-1 to RM-N: receiving module, AD-1 to AD-N: A / D converter, QD-1 to QD-N: quasi-synchronous detection circuit, QM-1 to QM-N: quadrature modulation circuits; TM-1 to TM-N: transmission modules.

フロントページの続き (72)発明者 唐沢 好男 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (56)参考文献 特開 平4−273601(JP,A) 特開 平3−85927(JP,A) 特開 平1−161180(JP,A) 特開 平3−220804(JP,A) 特開 昭61−237502(JP,A) 特開 平4−252525(JP,A) 特開 平6−90193(JP,A) 特開 平7−50627(JP,A) 電子情報通信学会技術研究報告(信学 技報Vol.93No.290),RCS93 −66,「高速ビーム捕捉・追尾のための 移動体衛星通信用フィードフォワード同 相合成ディジタルビームフォーミング方 式」,三浦龍他3名,pp31−37,1993 年10月22日発行 電子情報通信学会技術研究報告(信学 技報Vol.94No.311),RCS94 −85,「ASICを用いた移動体通信用 ディジタルビームフォーミングアンテ ナ」,田中豊久他4名,pp69−74, 1994年10月27日発行 電子情報通信学会技術研究報告(信学 技報Vol.94No.501),RCS94 −141,「ASICを用いたビームスペ ースCMAアダプティブアレーアンテ ナ」,田中豊久他3名,pp31−36, 1995年2月27日発行 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 21/30 H01Q 23/00 H01Q 25/00 - 25/04 JICSTファイル(JOIS) WPI/L(QUESTEL)Continuation of the front page (72) Inventor Yoshio Karasawa Kyoto, Soraku-gun, Seika-cho, 5F, Inani, 5F, Sanpira, ATR Optical Co., Ltd. Inside the Radio Communication Research Laboratory (56) References JP-A-4-273601 (JP) JP-A-3-85927 (JP, A) JP-A-1-161180 (JP, A) JP-A-3-220804 (JP, A) JP-A-61-237502 (JP, A) 4-252525 (JP, A) JP-A-6-90193 (JP, A) JP-A-7-50627 (JP, A) IEICE technical report (Technical Report of IEICE, Vol. 93 No. 290), RCS93 −66, “Feedforward In-phase Synthetic Digital Beamforming Method for Mobile Satellite Communications for High-Speed Beam Acquisition and Tracking”, Ryu Miura et al., Pp31-37, pp31-37, Oct. 22, 1993 IEICE Technical Research Report (IEICE Technical Report, Vol. 94, No. 311), RCS94-85, "Mobile Devices Using ASICs" “Digital Beamforming Antenna for Communication”, Toyohisa Tanaka et al., Pp. 69-74, published October 27, 1994 IEICE Technical Report (IEICE Technical Report Vol. 94 No. 501), RCS 94-141, “ “Beam Space CMA Adaptive Array Antenna Using ASIC”, Toyohisa Tanaka et al., Pp31-36, published February 27, 1995. (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01Q 3 / 00-3/46 H01Q 21/00-21/30 H01Q 23/00 H01Q 25/00-25/04 JICST file (JOIS) WPI / L (QUESTEL)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所定の配置形状で近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御方法において、 上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信さ
れた複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用
いて、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記
局部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号に
それぞれ変換し、 上記複数のアンテナ素子のうち互いに異なる対である各
2つの第1と第2のアンテナ素子における直交信号の同
相成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算される
第1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信号の
同相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直交成
分の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直交成
分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分の積
の差で計算される第2のデータとをそれぞれ、所定の伝
達関数を有する雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波さ
せた後、上記ろ波された第1のデータで上記ろ波された
第2のデータを除算し、上記除算結果の逆正接値を計算
することにより上記第1のアンテナ素子の受信信号と上
記第2のアンテナ素子の受信信号との間の受信位相差を
演算し、 上記演算された各2つの第1と第2のアンテナ素子間の
受信位相差が−πから+πまでの範囲に限定されている
ために生ずる位相不確定性のすべての候補に対応した受
信位相差からなる行列と、上記アレーアンテナを構成す
る複数のアンテナ素子の位置座標からなる行列とを用い
て、最小2乗法を用いてウイナー−ホプフ(Wiene
r−Hopf)方程式を解くことにより、上記位相不確
定のすべての候補に対応した上記等位相の1次回帰平面
を表す方程式を導いて、上記位相不確定性のすべての候
補に対応した等位相の複数の1次回帰平面を演算し、 上記受信位相差と上記等位相の1次回帰平面との間の残
差の2乗和と、上記等位相の1次回帰平面の勾配係数と
を用いて、上記位相不確定性を除去し、最大受信波に対
応した等位相の1次回帰平面を1つだけ特定することに
より当該受信位相差を補正し、 上記補正された受信位相差の符号を反転することにより
送信位相差に変換し、上記変換された各2つの第1と第
2のアンテナ素子間の送信位相差でかつ等振幅で送信信
号を上記各アンテナ素子から送信することにより、最大
受信波の方向のみに送信主ビームを形成することを特徴
とするアレーアンテナの制御方法。
An array antenna control method for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape, comprising: a plurality of antenna elements each of which is received by each antenna element of the array antenna. Each of the received signals is converted into an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature signal including an orthogonal component orthogonal to the local oscillation signal, using a common local oscillation signal. First data calculated by the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the product of the quadrature components of the two orthogonal signals in each of the two first and second antenna elements that are different from each other; And the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the first antenna element and the second component of the quadrature signal of the second antenna element. The second data calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals of the antenna elements are respectively passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function to be filtered. Divides the filtered second data by the following data and calculates the arc tangent of the result of the division to obtain the difference between the received signal of the first antenna element and the received signal of the second antenna element. Is calculated, and the phase uncertainty that occurs because the calculated reception phase difference between each of the two first and second antenna elements is limited to the range from -π to + π And a matrix consisting of position coordinates of a plurality of antenna elements constituting the array antenna, using a matrix consisting of reception phase differences corresponding to the candidates of
By solving the (r-Hopf) equation, an equation representing the first-order regression plane of the same phase corresponding to all the candidates of the phase uncertainty is derived. Are calculated using the sum of squares of the residuals between the reception phase difference and the equiphase primary regression plane, and the gradient coefficient of the equiphase primary regression plane. Then, the phase uncertainty is removed, the reception phase difference is corrected by specifying only one primary regression plane having the same phase corresponding to the maximum reception wave, and the sign of the corrected reception phase difference is changed. By inverting the signal, the signal is converted into a transmission phase difference, and the transmission signal is transmitted from each of the antenna elements at the same transmission phase difference and equal amplitude between the two first and second antenna elements. Form the transmit main beam only in the direction of the received wave Control method for an array antenna, characterized in that.
【請求項2】 上記位相不確定が除去された上記等位相
の1次回帰平面から演算される受信位相差に、受信周波
数に対する送信周波数の比を乗算したものを送信位相差
とすることにより、送信位相差に変換することを特徴と
する請求項1記載のアレーアンテナの制御方法。
2. A transmission phase difference obtained by multiplying a reception phase difference calculated from the first-order regression plane of the same phase from which the phase uncertainty is removed by a ratio of a transmission frequency to a reception frequency. 2. The method according to claim 1, wherein the conversion is performed to a transmission phase difference.
【請求項3】 所定の配置形状で近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御装置において、 上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信さ
れた複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用
いて、上記局部発振信号と同相である同相成分と、上記
局部発振信号と直交する直交成分とからなる直交信号に
それぞれ変換する第1の変換手段と、 上記複数のアンテナ素子のうち互いに異なる対である各
2つの第1と第2のアンテナ素子における直交信号の同
相成分同志の積及び直交成分同志の積の和で計算される
第1のデータと、上記第1のアンテナ素子の直交信号の
同相成分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の直交成
分の積及び上記第1のアンテナ素子の直交信号の直交成
分と上記第2のアンテナ素子の直交信号の同相成分の積
の差で計算される第2のデータとをそれぞれ、所定の伝
達関数を有する雑音抑圧用フィルタに通過させてろ波さ
せた後、上記ろ波された第1のデータで上記ろ波された
第2のデータを除算し、上記除算結果の逆正接値を計算
することにより上記第1のアンテナ素子の受信信号と上
記第2のアンテナ素子の受信信号との間の受信位相差を
演算する第1の演算手段と、 上記第1の演算手段によって演算された各2つの第1と
第2のアンテナ素子間の受信位相差が−πから+πまで
の範囲に限定されているために生ずる位相不確定性のす
べての候補に対応した受信位相差からなる行列と、上記
アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の位置座
標からなる行列とを用いて、最小2乗法を用いてウイナ
ー−ホプフ(Wiener−Hopf)方程式を解くこ
とにより、上記位相不確定のすべての候補に対応した上
記等位相の1次回帰平面を表す方程式を導いて、上記位
相不確定性のすべての候補に対応した等位相の複数の1
次回帰平面を演算する第2の演算手段と、 上記受信位相差と上記等位相の1次回帰平面との間の残
差の2乗和と、上記等位相の1次回帰平面の勾配係数と
を用いて、上記位相不確定性を除去し、最大受信波に対
応した等位相の1次回帰平面を1つだけ特定することに
より当該受信位相差を補正する補正手段と、 上記補正手段によって補正された受信位相差の符号を反
転することにより送信位相差に変換する第2の変換手段
とを備え、 上記第2の変換手段によって変換された各2つの第1と
第2のアンテナ素子間の送信位相差でかつ等振幅で送信
信号を上記各アンテナ素子から送信することにより、最
大受信波の方向のみに送信主ビームを形成することを特
徴とするアレーアンテナの制御装置。
3. An array antenna control device for controlling an array antenna composed of a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape, comprising: a plurality of antenna elements respectively received by each of the antenna elements of the array antenna. A first conversion unit that converts the received signal into a quadrature signal composed of an in-phase component having the same phase as the local oscillation signal and a quadrature component orthogonal to the local oscillation signal, using a common local oscillation signal, First data calculated by the sum of the product of the in-phase components of the quadrature signals and the product of the quadrature components of each of the two first and second antenna elements that are different pairs from each other among the plurality of antenna elements; The product of the in-phase component of the quadrature signal of the first antenna element and the quadrature component of the quadrature signal of the second antenna element and the quadrature signal of the first antenna element After passing the cross data and the second data calculated by the difference between the products of the in-phase components of the quadrature signals of the second antenna elements, the data are passed through a noise suppression filter having a predetermined transfer function and filtered. By dividing the filtered second data by the filtered first data and calculating the arctangent of the result of the division, the reception signal of the first antenna element and the second antenna A first calculating means for calculating a reception phase difference between the reception signal of the element and a reception phase difference between each of the two first and second antenna elements calculated by the first calculation means; A matrix consisting of the reception phase differences corresponding to all the candidates for the phase uncertainty generated due to being limited to the range from to + π, and a matrix consisting of the position coordinates of a plurality of antenna elements constituting the array antenna. Using the least squares method Is used to solve the Wiener-Hopf equation to derive an equation representing the equiphase first-order regression plane corresponding to all the candidates for the phase uncertainty. Multiple equiphase 1s corresponding to the candidate
Second calculating means for calculating a next regression plane; a sum of squares of residuals between the reception phase difference and the same-phase first-order regression plane; a gradient coefficient of the same-phase first-order regression plane; A correcting means for correcting the received phase difference by removing the phase uncertainty and specifying only one first-order regression plane having the same phase corresponding to the maximum received wave; and correcting by the correcting means. A second converting means for inverting the sign of the received reception phase difference to convert the reception phase difference into a transmission phase difference, wherein each of the two first and second antenna elements converted by the second conversion means is provided. A control device for an array antenna, wherein a transmission main beam is formed only in a direction of a maximum received wave by transmitting a transmission signal from each of the antenna elements with a transmission phase difference and an equal amplitude.
【請求項4】 上記第2の変換手段は、上記位相不確定
が除去された上記等位相の1次回帰平面から演算される
受信位相差に、受信周波数に対する送信周波数の比を乗
算したものを送信位相差とすることにより、送信位相差
に変換することを特徴とする請求項3記載のアレーアン
テナの制御装置。
4. The second conversion means multiplies a reception phase difference calculated from the equiphase primary regression plane from which the phase uncertainty has been removed by a ratio of a transmission frequency to a reception frequency. 4. The array antenna control device according to claim 3, wherein the transmission phase difference is converted into a transmission phase difference.
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