JP2985856B2 - 空中線指向誤差検出方法及び装置 - Google Patents

空中線指向誤差検出方法及び装置

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JP2985856B2
JP2985856B2 JP9340890A JP34089097A JP2985856B2 JP 2985856 B2 JP2985856 B2 JP 2985856B2 JP 9340890 A JP9340890 A JP 9340890A JP 34089097 A JP34089097 A JP 34089097A JP 2985856 B2 JP2985856 B2 JP 2985856B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、空中線指向誤差検
出方式に関し、特に地球周回人工衛星などの飛翔体から
の到来ダウンリンク信号に対して地球局受信空中線を指
向させるために、空中線指向誤差を検出するものであ
り、ダウンリンク信号が狭帯域信号、帯域拡散信号の何
れでもダウンリンク変調形式を知ること無く指向誤差を
検出することができる方式に関する。
【0002】
【従来の技術】図2及び図3は、モノパルス空中線に対
する従来の空中線指向誤差検出方式を用いた空中線角度
追尾方式を示すものである。図2の方式は、ダウンリン
ク信号が残留搬送波を有するビーコン信号などのような
狭帯域信号の場合に使用される方式であり、図3の方式
は、ダウンリンク信号が搬送波が残留しない帯域拡散信
号の場合に用いられる方式である。
【0003】図2において、残留搬送波を有するビーコ
ン信号等の狭帯域信号がモノパルス空中線1で受信され
ると、モノパルス空中線1からは和系及び差系信号が出
力され、それぞれ低雑音増幅装置(LNA)2、3で増
幅された後、周波数変換装置(D/C)5、6によりI
F信号に変換され、IF増幅器8、9、狭帯域フィルタ
(BPF)20、21により、そのS/Nが改善され
る。S/Nが改善された和及び差系IF信号は相関器2
4において、差系IF信号と、和系IF信号を180度
移相した信号との間で相関がとられ、角度誤差信号が生
成される。
【0004】ダウンリンク信号にドップラ効果による周
波数変移が認められる場合には、和系IF信号を受信す
る追尾受信機22を有し、追尾ローカル周波数を周波数
変換装置5、6へフィードバックさせ、周波数変換後の
IF信号を狭帯域フィルタ20、21に通過させる構造
をとる。また、角度誤差信号は和系IF信号レベル対差
系IF信号レベルとして表現されるため、和系IF信号
レベルで差系IF信号レベルが正規化される必要がある
ため、追尾受信機による受信レベルを用いて、和系IF
信号レベルの正規化が行われる。
【0005】また、図3において、搬送波が残留しない
帯域拡散信号がモノパルス空中線1で受信されると、モ
ノパルス空中線1からは和系及び差系信号が出力され、
それぞれ低雑音増幅装置(LNA)2、3で増幅された
後、周波数変換装置(D/C)5、6によりIF信号に
変換され、IF増幅器8、9、広帯域フィルタ(BP
F)30、31により、そのS/Nが改善される。S/
Nが改善された和及び差系IF信号は相関器34におい
て、差系IF信号と、和系IF信号を180度移相し、
かつ所定時間遅延した信号との間で相関がとられ、角度
誤差信号が生成される。 図3の場合には、狭帯域IF
フィルタを用いることが困難となるため、広帯域フィル
タ30から出力される和系IF信号はデータ復調器32
で一旦復調され、この復調データにより再変調器36で
再変調されたIF信号を用いて、相互相関積がとられ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図2のような角度誤差
検出方式は、ダウンリンク信号が搬送波が残留する変調
波、及び狭帯域信号に対しては、最も効率の良い方式で
あるが、ダウンリンク信号が帯域拡散信号の場合には、
IF帯域フィルタを狭帯域化してS/Nを改善すること
はできず角度誤差検出は不可能になる。
【0007】また、図3の角度誤差検出方式は、入力さ
れるダウンリンク信号の変調方式が既知であれば、再変
調回路を具備することにより、角度誤差を検出すること
が可能な方式を提供している。しかしながらこの方式
は、ダウンリンク信号の変調波が既知であることと、更
にそれに応じた再変調回路を具備する必要があり、任意
のダウンリンク信号に対する角度誤差検出方式を提供す
るものでない。
【0008】本発明は、ダウンリンク信号が狭帯域信
号、帯域拡散信号の何れの場合でも、またダウンリンク
変調形式を知らなくても指向誤差を検出することができ
る角度誤差検出方式を提供することを目的とするもので
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の空中線指向誤差
検出方式は、ダウンリンク信号に対する和系及び差系信
号を所要のIF信号に周波数変換し、共通の利得により
増幅した後、AD変換を行い、和系、差系のそれぞれに
対し高速フーリエ変換を行い、各周波数セルに対して、
差系レベルを和系レベルで除算することにより、和系レ
ベルで正規化された相関スペクトラムデータを得、周波
数軸に累積加算した後、時間軸方向に累積加算すること
により、帯域拡散信号に対する角度誤差を検出すること
により空中線指向誤差を検出することを特徴としてい
る。
【0010】また、狭帯域ダウンリンク信号受信時に
は、高速フーリエ変換後のデータに対して周波数軸での
累積加算はバイパスし、時間軸方向にのみ累積加算する
ことにより角度誤差を検出することを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】第1図は、本発明の空中線指向誤
差検出方式の実施の形態を示すブロック図である。図1
において、モノパルス空中線1は、到来電波を受信し、
受信電力の全てを和系として出力すると共に、到来電波
の入射角に応じて、角度誤差用受信電力を差系として出
力する機能を有する。通常、角度誤差受信電力がゼロと
なるとき、和系受信電力出力が最大となる特性を有し、
開口面の2軸方向に対してそれぞれの誤差出力が存在す
る。
【0012】LNA2、3は、低雑音増幅装置であり、
モノパルス空中線1より出力される和電力と差電力をそ
れぞれ低雑音にて増幅する。ローカル周波数発生器4は
受信周波数を中間周波数(IF)に変換するための基準
周波数源であり、この場合は和系、差系の周波数変換器
(D/C)5、6に共通に出力される。D/C5、6
は、受信周波数をローカル周波数により中間周波数(I
F)に変換する周波数変換器である。AGC制御電圧発
生器7は、中間周波増幅器8、9の利得を制御する電圧
発生源であり、通常追尾受信機より供給されるが、本実
施例では、固定値としている。中間周波増幅器8、9
は、IF信号を所定の利得により増幅する増幅器であ
る。
【0013】広帯域フィルタ10、11は、IF信号に
対して所定の帯域幅、通常入力信号の帯域幅に帯域制限
を行うためのフィルタである。狭帯域受信の場合は、狭
くする程効率が良いが、入力信号が広帯域な場合には、
帯域幅を狭くすることはできない。AD変換器12、1
3は、入力IF信号をディジタルデータに変換するため
の変換器である。
【0014】FFT14、15は高速フーリエ変換器又
は演算回路であり、時系列入力データの1ブロックを高
速に復素フーリエ変換し、パワースペクトラムを1ブロ
ック出力する。除算器16は、和及び差系のパワースペ
クトラムデータを周波数セル毎に除算を行い、和系を基
準とした差系のレベルを算出する。
【0015】信号検出判定器17は、和系パワースペク
トラムデータから、信号の存在をスレッショルド判定す
るものであり、入力パワースペクトラムが狭帯域な場合
には、周波数軸加算演算をバイパスするように制御す
る。周波数軸加算器18は、和系レベルで正規化された
パワースペクトラムデータに対し、帯域信号である場合
に、周波数軸に拡散されたスペクトラムを各周波数セル
毎に加算を行い、スペクトラムを収斂させる。
【0016】時間軸加算器19は、FFTのブロック毎
に入力される時系列パワースペクトラムデータを累積加
算し、この積分効果により、パワースペクトラムのS/
Nを改善し、角度誤差検出信号として出力する機能を有
している。
【0017】次に、本発明の動作について、図1を参照
して説明する。モノパルス空中線1より入力される和系
及び差系ダウンリンク信号x(t)、y(t)は、低雑
音増幅器2、3で増幅された後、周波数変換装置5、6
に入力され、和差系共通のローカル周波数発振器4から
のローカル周波数により周波数変換されてIF信号とな
る。このIF信号は共通のAGC制御電圧発生器7から
のAGC制御電圧で制御されているIF増幅器8、9に
より共通の利得で増幅され、広帯域フィルタ10、13
を通過した後、AD変換器12、13によりディジタル
データに変換される。
【0018】ディジタル化された和系及び差系IF信号
は、FFT14、15でそれぞれ高速フーリエ変換さ
れ、周波数軸にパワースペクトラムが求められる。ここ
で、フーリエ変換された和系、及び差系パワースペクト
ラムデータを極座標表示で表すと以下のようになる。
【0019】 X(ω)=|X(ω)|∠θx(ω) =∫x(t)exp{−jωt}dt (和系) Y(ω)=|Y(ω)|∠θy(ω) =∫y(t)exp{−jωt}dt (差系) ここで、x(t)、y(t)はフーリエ変換前の和系及
び差系の実時間データ、ωはフーリエ変換後の角周波数
セル、|X(ω)|、|Y(ω)|は、角周波数ωに対
する和系及び差系振幅、θx(ω)、θy(ω)は、角
周波数ωに対する和系及び差系の位相を表している。
【0020】和系及び差系のパワースペクトラムデータ
X(ω)、Y(ω)は、除算器16で、周波数セルω毎
に、除算され、和系スペクトラムデータで差系スペクト
ラムデータが正規化される。
【0021】Y(ω)/X(ω)=|Y(ω)|/|X
(ω)|∠{θy(ω)−θx(ω)} ここで、誤差系信号Y(ω)は、和系信号X(ω)を用
いて、以下のような関係でモノパルス空中線より供給さ
れるものとする。
【0022】Y(ω)=ε(μ)|X(ω)|∠{θx
(ω)+φ(μ)} 但し、ε(μ)は空中線角度誤差μに対する和差間レベ
ル差特性、φ(μ)は、和差間位相オフセットである。
【0023】除算器16の出力は、 Y(ω)/X(ω)=ε(μ)∠φ(μ) となり、空中線角度誤差を、和差間パワースペクトラム
の除算値として求めることができる。
【0024】ダウンリンク信号が、ビーコン信号のよう
な狭帯域信号である場合には、各周波数ωに対してω=
ωoなる周波数セルにのみフーリエ変換後のスペクトラ
ムデータが得られ、帯域拡散信号に対しては、ダウンリ
ンク有効帯域の全てのωに対してスペクトラムデータが
得られる。
【0025】信号検出判定器17は、和系スペクトラム
データから、ダウンリンク信号の存在を検出し、帯域拡
散信号の場合には、周波数軸加算器18を駆動し、周波
数軸にスペクトラムデータを累積加算することにより、
周波数軸に拡散した空中線指向誤差を収斂させた後、時
間軸加算器19により、時間軸積分を行い、所要のS/
N改善を行った空中線角度誤差検出データを出力するよ
うに動作する。即ち 角度誤差検出データ:=ΣΣY(ω)/X(ω) また、ダウンリンク信号が狭帯域信号の場合には、周波
数軸加算器18をバイパスし、時間軸加算器19によ
り、時間軸積分のみを行い、所要のS/N改善を行った
空中線角度誤差検出データを出力するように動作する。
即ち 角度誤差検出データ:=ΣY(ωo)/X(ωo) モノパルス空中線装置及び局内装置の和系、差系間に機
器遅延時間差τが存在する場合は、誤差スペクトラムデ
ータに、角周波数ωを関数とした位相オフセットφ(μ
+ωτ)を生ずるが、これは、周波数軸加算時に、角度
補正することにより取り除くことが可能である。
【0026】
【発明の効果】本発明は、モノパルス空中線から出力さ
れた和系差系信号をそれぞれフーリエ変換し、スペクト
ラムデータ間の相互相関をとり、更にスペクトラムデー
タの周波数軸/時間軸に加算することにより、拡散され
たスペクトラムを収斂することによりS/Nが改善され
た角度誤差検出が可能となり、ダウンリンク信号が狭帯
域信号及び帯域拡散信号の何れでも空中線指向誤差を検
出することができるので、従来のように、ダウンリンク
信号が帯域拡散信号の場合に、変調方式に応じた角度誤
差検出回路を選別する必要がなくなり、かつ空中線指向
追尾が困難とされてきたスペクトラム拡散信号に対する
空中線追尾も可能とすることができる。
【0027】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】従来例を示すブロック図である。
【図3】従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 モノパルス空中線 2、3 低雑音増幅器 4 ローカル周波数発生器 5、6 周波数変換器 7 AGC制御電圧発生器 8、9 中間周波増幅器 10、11 広帯域フィルタ 12、13 AD変換器 14、15 高速フーリエ変換器 16 除算器 17 信号検出判定器 18 周波数軸加算器 19 時間軸加算器 20、21 狭帯域フィルタ 22 追尾受信機 23 180度移相 24 相関器 25 低域フィルタ 30、31 広帯域フィルタ 32 データ復調器 33 180度移相、ディレイ回路 34 相関器 35 低域フィルタ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モノパルス空中線から出力される和系信
    号及び差系信号を入力し、それぞれAD変換、フーリエ
    変換を行い、和差系間クロススペクトラムを算出し、該
    和差系間クロススペクトラムを、周波数軸方向及び時間
    軸方向に累積加算することにより空中線指向誤差を検出
    することを特徴とする空中線指向誤差検出方法。
  2. 【請求項2】 到来電波が狭帯域信号の場合は、前記周
    波数軸方向の累積加算をバイパスし、前記時間軸方向の
    累積加算のみを行うことを特徴とする請求項1記載の空
    中線指向誤差検出方法。
  3. 【請求項3】 到来電波が帯域拡散信号の場合は、前記
    周波数軸方向に累積加算を行って拡散された信号の圧縮
    を行った後、前記時間軸上に累積加算することを特徴と
    する請求項1記載の空中線指向誤差検出方法。
  4. 【請求項4】 モノパルス空中線を到来電波源に指向さ
    せるために供される空中線指向誤差検出装置において、 前記モノパルス空中線から出力される和系信号及び差系
    信号をそれぞれディジタルデータに変換するAD変換器
    と、前記ディジタルデータをそれぞれフーリエ変換して
    和系及び差系のスペクトラムデータを出力するフーリエ
    変換器と、前記和系及び差系のスペクトラムデータの相
    互相関をとり、和差系間クロススペクトラムを算出する
    相関器と、前記和差系間クロススペクトラムを周波数軸
    方向及び時間軸方向に累積加算する周波数軸加算器及び
    時間軸加算器を備えていることを特徴とする空中線指向
    誤差検出装置。
  5. 【請求項5】 前記フーリエ変換された和系のスペクト
    ラムデータに基づいて前記到来電波が狭帯域信号である
    か帯域拡散信号であるかを判定する判定手段を備え、前
    記判定手段は、前記到来電波が狭帯域信号であると判定
    したときには、前記和差系間クロススペクトラムを前記
    時間軸加算器にのみ入力して角度誤差信号を得るように
    制御し、前記到来電波が帯域拡散信号であると判定した
    ときには、前記和差系間クロススペクトラムを前記周波
    数軸加算器に入力して拡散された信号の圧縮を行った後
    前記時間軸加算器に入力して角度誤差信号を得るように
    制御することを特徴とする請求項4記載の空中線指向誤
    差検出装置。
  6. 【請求項6】 前記モノパルス空中線は、地球周回人工
    衛星等の飛翔体からのダウンリンク信号を受信する地球
    局における地球局用のモノパルス空中線であることを特
    徴とする請求項4記載の空中線指向誤差検出装置。
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