JP3501332B2 - 電波方向探知方法 - Google Patents
電波方向探知方法Info
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Description
用いた方位測定方法、特に遠距離からの到来電波の方位
測定における評価関数の演算に用いるステアリングベク
トルを求める方法に関する。 【0002】 【従来の技術】ミュージック法を用いた方向測定方法は
特願平4−205521号「方向探知機」、IEEE, Tran
s. ANTENA AND PROPAGATION, vol. AP-34, No.3, Marc
h, 1986, P.276 〜280 などで提案されている。この方
位測定方法は次式で示される評価関数PMU(φ,θ)に
おけるピークから電波の到来方向φm ,θm (φ:仰
角,θ:水平角)を求める。 PMU(φ,θ)≡a(φ,θ)* a(φ,θ)/(a(φ,θ)* EN EN * a(φ,θ)) ・・・ (1) ここでa(φ,θ)はステアリングベクトル又はアンテ
ナ電圧ベクトルと呼ばれ、用いられるアンテナ装置に固
有な値であって、周波数が決まると、φ,θの関数とし
て与えられる。EN は雑音固有ベクトルからなる行列と
呼ばれ、各アンテナ素子の受信信号から求まる値、つま
り実測値と対応した値である。 *は複素共役転置を表わ
している。このようにミュージック法を用いた方向測定
方法においては、測定値より求めた固有ベクトルEとス
テアリングベクトルa(φ,θ)の内積の逆数を、各
(φ,θ)について演算して、ピークが得られた各
(φ,θ)からそれぞれ電波が到来していると判定して
いる。 【0003】ところでステアリングベクトルa(φ,
θ)はアンテナ装置に固有の値であってアンテナ素子間
に相互干渉がなければ理論的に求まる、つまり計算によ
り求まる。しかし、実際には、特にVHF帯やUHF帯
の円形等間隔アレーアンテナでは色々な制約からアンテ
ナ半径を大きくすることができず、アンテナ素子間の相
互干渉が無視できず、この干渉をも含めてステアリング
ベクトルを正確に計算により求めることは困難であり、
実測により求めていた。 【0004】VHF帯、UHF帯においては、電離層反
射が生じないため仰角φの測定にあまり意味がなく、通
常水平方位角θを測定すればよい。従って、対象アンテ
ナ装置と送信機を適当に離して設け、対象アンテナ装置
を単位角度Δθずつ回転させて送信機よりの電波を受信
し、評価関数をPMU(θ)を計算し、既知方位θからス
テアリングベクトルを求め、これを各周波数ごとに求め
る。このようにして求めたステアリングベクトルa
(θ)を、実際の到来電波の方位測定に用いる。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】このように実測により
求めたステアリングベクトル(以下実測ステアリングベ
クトルと記す)を用いても、特に遠距離よりの到来電波
の方位測定に比較的大きな誤差が生じることが判明し
た。この原因を追求した結果、図2に示すように、電波
源11から距離r1離れた円形アレイアンテナ中心点P
1と、電波源11及び点P1を結線と垂直に、点P1か
らd1だけ離れた点P2のアンテナ素子とにおける電波
源11よりの受信電波の位相に差が生じる。つまり電波
源11と点P2間の距離r2とr1との差Δr=√(r
12 +d12 )−r1だけ点P2に到達する電波経路が
長くなり、それだけ位相が遅れたものとなる。 【0006】一方、電波源11が点P1,P2から十分
遠くに在る場合は点P1,P2での各受信電波の位相差
が著しく小さくなる。ちなみにr1=50m,d1 =
0.36m,波長λ=0.6mとするとλ/Δr≒46
3と大きな値となるが、r1=50m,d1=2.5
m,λ=0.6mとするとλ/Δr≒27となる。実測
ステアリングベクトルの測定は、多重反射波の影響、外
来電波の影響などがないようにする点から、アンテナ装
置と送信機間の距離は例えば50m程度が限度であり、
十分離すことはできない。つまり実測ステアリングベク
トルは電波の経路差が無視できない近距離における測定
であり、即ち、球面波での測定結果である。 【0007】一方、電波の経路差が無視できる遠方から
の到来電波方位の測定においては、到来電波は平面波と
なっている。このように球面波で求めた実測ステアリン
グベクトルを、平面波の到来電波の方位測定に用いる点
に問題があると考えるに到った。 【0008】 【課題を解決するための手段】この発明によれば使用ア
ンテナに対し、近距離での実測ステアリングベクトル、
つまりアンテナ素子間における経路差にもとずく位相差
(λを360°とした時のΔr/λ)が例えば5°以上
での実測ステアリングベクトルを求め、この実測ステア
リングベクトルからアンテナ相互干渉行列(較正行列)
を求め、このアンテナ相互干渉行列と、理論から求めた
平面波ステアリングベクトルとから、上記近距離よりも
遠距離からの到来電波、つまり経路差にもとづく位相差
が5°以下の到来電波の方位測定の評価関数の演算に用
いるステアリングベクトルを求める。 【0009】つまり、実測ステアリングベクトルa
R (θ)は理論上求めたステアリングベクトルa(θ)
とアンテナ相互干渉行列Mとの積で表わせることが知ら
れている。アンテナ素子間の相互干渉は到来波が平面波
でも球面波でも同様と考えられ、つまりアンテナ相互干
渉行列Mは到来波が球面波であるか、平面波であるかに
関係しないと考えられる。即ち近距離実測ステアリング
ベクトルaN (θ)は球面波の理論上のステアリングベ
クトルaS (θ)とアンテナ相互干渉行列Mとの積と等
しい。 【0010】 aN (θ)=MaS (θ) ・・・ (2) 同様に遠距離実測ステアリングベクトルaF (θ)と、
平面波の理論上のステアリングベクトルaP (θ)との
間に次の関係がある。 aF (θ)=MaP (θ) ・・・ (3) よって、Mを求めれば、式(3)によりaF (θ)を求
めることができる。アンテナ相互干渉行列Mを求める演
算は例えば論文「Sensor array calibration in the pr
esence of mutual coupling and unknown sensor gains
and phase」(ELECTRONICS LETTERS 3rd March 1994 v
ol.30, No.5, P.373) に記載されている。またN本の円
形アレーアンテナの場合、各アンテナ素子の座標を
Xm ,Ym (原点はアレーアンテナの中心P1)とする
と、平面波の理論上のステアリングベクトルaP (θ)
は次式で求まる。 【0011】aP (θ)=[exp(j2πd1(X1 sin
θ+Y1 cos θ)/λ),・・・・,exp(j2πd1
(XN sin θ+YN cos θ)/λ)]T 【0012】 【発明の実施の形態】この発明の計算機シミュレーショ
ンによる実験例を示す。アンテナとして、素子が7本の
等間隔、半径d1=2.5mの円形アレーを用い、使用
周波数λ=500MHz、到来電波数を1波、到来方位
を100度とした。近距離(50m)の実測ステアリン
グベクトルaN (θ)を用いた場合、遠距離(無限大)
の実測ステアリングベクトルを用いた場合、この発明を
適用して求めた変換ステアリングベクトルaF (θ)=
MaP (θ)を用いた場合の各評価関数PMUの演算結果
を図1にそれぞれ曲線21,22,23として示す。 【0013】この図1から明らかなように、従来技術で
ある曲線21ではピークが小さく、正しく方位を測定で
きない。一方、この発明を適用した曲線23は、遠距離
実測ステアリングベクトルを用いた曲線22と、特にピ
ーク部分でほぼ一致し、高い鋭いピークが生じており、
この発明により正確に方位を測定できることが理解され
る。この発明の方法は、低い周波数帯ではアームが長く
なり、アームの強度を充分にしなければならないなど、
構造設計が難しい。価格も高くなるなどの点からVHF
帯、UHF帯に適用して好ましいものである。 【0014】 【発明の効果】以上述べたように、比較的狭い場所でも
近距離実測ステアリングベクトルaN(θ)は正しく求
めることができるため、この発明によれば経路差Δrが
位相で表わして5度程度以上になるような条件で求めた
実測ステアリングベクトルを遠距離ステアリングベクト
ルaF (θ)に変換し、これを用いて評価関数の演算を
行うことにより、経路差Δrが5度以下の小さい値とな
る遠方からの到来電波の方位を正確に測定することがで
きる。
結果を示す図。 【図2】近距離到来電波の場合の経路差を示す図。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 複数のアンテナからの各受信信号を、そ
れぞれフーリエ変換し、これらフーリエ変換出力をミュ
ージック法で処理して上記アンテナに受信された電波の
到来方向を演算する電波方向探知方法において、 上記ミュージック法における評価関数の演算に用いるス
テアリングベクトルを、近距離で実測して求め、 その実測ステアリングベクトルからアンテナ相互干渉行
列を求め、 上記アンテナ相互干渉行列と、理論上の平面波ステアリ
ングベクトルとから、上記近距離よりも遠距離からの到
来電波の方位測定における上記評価関数の演算に用いる
ステアリングベクトルを求めることを特徴とする電波方
向探知方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP00889097A JP3501332B2 (ja) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | 電波方向探知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP00889097A JP3501332B2 (ja) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | 電波方向探知方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10206517A JPH10206517A (ja) | 1998-08-07 |
JP3501332B2 true JP3501332B2 (ja) | 2004-03-02 |
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JP2007256171A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nec Corp | ミリ波画像処理装置及びミリ波画像処理方法 |
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1997
- 1997-01-21 JP JP00889097A patent/JP3501332B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH10206517A (ja) | 1998-08-07 |
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