JP3552202B2

JP3552202B2 - 方位測定装置

Info

Publication number: JP3552202B2
Application number: JP22141499A
Authority: JP
Inventors: 誠児島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP2001051037A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば到来する電波の到来方向を計測する方位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５を参照して従来の方位測定装置につき説明する。図５の方位測定装置は、指向性を持たせた複数本のアンテナ（アンテナ群１１）を所定の半径（計測電波の波長により決定される）の円周に沿って配置し、各アンテナからの信号をビーム処理部１２に入力する。ビーム処理部１２は、与えられた各アンテナからの信号をもとに、例えば隣接する二つのアンテナビームを互いに加算して得られる加算ビームと、両ビームのうち一方から他方を減算して得られる減算ビームとを出力する。
【０００３】
この加算ビームおよび減算ビームは、それぞれ受信機１３、１４に与えられて中間周波数に変換される。各受信機１３、１４の出力はそれぞれ検波器１５、１６に与えられ、包絡線検波が施されて、上記加算ビーム、減算ビームに対応するビデオ信号が抽出される。
【０００４】
ここで、ビーム処理部１２からは、ビーム方位が例えば真北を向いたときにパルス状の基準信号が、また例えば方位角１度ごとに一つのパルス（計測信号）が出力される。図６に、上記加算ビーム、減算ビーム、基準信号および計測信号の関係を示す。
【０００５】
表示器１７には、上記加算ビーム、減算ビーム、基準信号および計測信号が与えられ、加算ビームおよび減算ビームの形状が表示される。そして、基準信号を基準として、加算ビームのピーク位置、または減算ビームのヌル点における計測信号をカウントすることで、電波到来方向が決定される。
【０００６】
ところで、到来方向を精度良く求めるには、基準信号に対する計測信号のカウント位置を正確に決定しなければならない。ところが、加算ビームは、そのピークの形状が鈍いためにカウント位置を正確に決定しにくく、計測誤差を生じてしまう。一方、減算ビームを用いた場合、カウント位置がヌル点となるために計測を自動化しにくいという不具合がある。すなわち、所定の閾値電圧との大小関係をもとにカウント位置を決定することになるが、この閾値の値をゼロに近く設定しなければならないため、ノイズなどの影響を受けやすく、このことが装置の自動化を阻む要因となっていた。さらに、図６に示すようにヌル点は都合三つ有るために、真の到来方向を決定するにはオペレータによる判断が必要であるという事情も有った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように従来の方位測定装置は、自動計測を行うのに不向きであり、計測データの取得を人手を介して行う必要があった。したがって計測にかかる手間が大きく、オペレータが疲労したり、人的コストがかかるなどの不具合があるため、当業界には計測を自動化したいというニーズがある。
また人手を介して計測する際にも、加算ビームのピーク位置を決定しにくく、測定誤差を生じ易いという不具合があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、測定誤差の減少と、電波到来方向計測の自動化を図った方位測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、それぞれ到来電波を捕捉する複数のアンテナと、前記複数のアンテナからの受信信号をもとに、方位に対するピーク位置の異なる二つのビームパターンを得て、これらの二つのビームパターンを互いに加算した第１の信号と、前記二つのビームパターンを互いに減算した第２の信号を出力するビーム処理手段と、前記第１の信号に対して包絡線検波を施して第１のビデオ信号を生成する第１受信検波手段と、前記第２の信号に対して包絡線検波を施して第２のビデオ信号を生成する第２受信検波手段と、前記第１および第２のビデオ信号が入力される乗算処理手段と、この乗算処理手段の出力波形を前記ビーム処理手段から与えられる回転角度情報と共に視覚的に表示する表示手段とを具備し、前記乗算処理手段に、前記第２のビデオ信号を反転する極性反転器と、前記第２受信検波手段のピーク出力に相当する一定電圧を前記極性反転器の出力に加算する加算器と、この加算器の出力と前記第１のビデオ信号とを乗算する乗算器とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このように構成すると、乗算処理手段において、減算ビームに基づくビデオ信号が反転され、そのピーク分の電圧と加算される。その結果得られる波形と、減算ビームに基づくビデオ信号とが乗算され、この結果得られる波形が表示手段に表示される。
【００１１】
このとき、乗算処理手段からの出力には、上記アンテナに到来する電波の到来方位近傍の電圧が強調され、それ以外の振幅が抑圧された波形が得られる。これにより、乗算処理手段で得られた波形をモニタし、人手を介して方位計測を行う際にピーク位置を特定しやすくなり、ひいては方位計測に係わる測定誤差を生じ難くなるというメリットを得ることができる。
【００１２】
また本発明では、それぞれ到来電波を捕捉する複数のアンテナと、前記複数のアンテナからの受信信号をもとに、方位に対するピーク位置の異なる二つのビームパターンを得て、これらの二つのビームパターンを互いに加算した第１の信号と、前記二つのビームパターンを互いに減算した第２の信号を出力するビーム処理手段と、前記第１の信号に対して包絡線検波を施して第１のビデオ信号を生成する第１受信検波手段と、前記第２の信号に対して包絡線検波を施して第２のビデオ信号を生成する第２受信検波手段と、前記第１および第２のビデオ信号が入力される乗算処理手段と、この乗算処理手段の出力と前記ビーム処理手段から与えられる計測信号パルスおよび基準方位パルスとが入力される電波到来方位検出手段とを具備し、前記乗算処理手段に、前記第２のビデオ信号を反転する極性反転器と、前記第２受信検波手段のピーク出力に相当する一定電圧を前記極性反転器の出力に加算する加算器と、この加算器の出力と前記第１のビデオ信号とを乗算する乗算器とを備え、
前記電波到来方位検出段に、
前記計測信号パルスを、前記基準方位パルスを基準としてカウントするカウンタ手段と、乗算処理手段の出力レベルと予め定められた閾値電圧との大小に応じてラッチ信号を出力する電圧比較手段と、前記カウンタ手段の出力を前記ラッチ信号に応じてラッチするラッチ手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
このように構成すると、乗算処理手段からの出力信号が、電圧比較手段により所定の閾値レベルと比較され、乗算処理手段の出力レベルがこの閾値レベルを超えた場合に、ラッチ信号が出力されてカウンタ手段におけるカウント値がラッチされる。これにより、乗算処理手段の出力レベルが閾値レベルを超えたところで、基準方位（例えば真北）からのビーム処理手段の回転角度が出力される。すなわち、電波到来方位検出段により電波の到来方向が、乗算処理手段からの出力波形に基づき自動計測されて出力される。これにより、オペレータが表示器上の波形を見ながら方位を決定するといった手間を省くことが可能となるばかりか、自動計測にかかる精度そのものを向上させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる方位測定装置の構成を示すブロック図である。なお、同図において図５と同一部分には同一の符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
【００１５】
図１において、検波器１５、１６から出力されるビデオ信号は、共に乗算処理器３１に与えられる。この乗算処理器３１の出力は、表示器１７および到来方位検出回路３２に入力される。また、表示器１７および到来方位検出回路３２には、ビーム処理部１２からの計測信号および基準信号が与えられている。到来方位検出回路３２では、電波の到来方位が決定され、その値は表示器３３、印字器３４、記録器３５に与えられる。表示器３３は、方位情報を例えばＣＲＴなどに表示する。印字器３４は、方位情報を記録用紙に印字する。記録器３５は、方位情報を例えばフロッピーディスク、ＩＣカード、または磁気テープなどの記録媒体に記録する。
【００１６】
図２に、乗算処理回路３１の構成を示す。すなわち、加算ビームに基づくビデオ信号（図中（ｂ））は、極性反転回路３１１に入力され、正負反転されたのち加算器３１２にて一定の電圧Ｖｏ１と加算される。Ｖｏ１の値は、受信機１４のＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）機能を参照して、信号（ｂ）のピークレベルに相当する値に設定される。加算器３１２の出力（図中（ｃ））は、乗算器３１３に与えられ、加算ビームに基づくビデオ信号（図中（ａ））と乗算されて出力される（図中（ｄ））。
【００１７】
図３に、到来方位検出回路３２の構成を示す。すなわち、ビーム処理部１２からの計測信号および基準信号はカウンタ回路３２２に入力され、基準信号を基準とする計測信号パルスのカウント値がラッチ回路３２３に与えられる。一方、乗算処理回路３１の出力（ｄ）が電圧比較器３２１に与えられ、閾値電圧Ｖｏ２と比較される。この電圧比較器３２１は、信号（ｄ）のレベルがＶｏ２よりも大きくなったときにラッチ信号を出力して、ラッチ回路３２３をラッチする。これにより、信号（ｄ）のピーク位置でのビーム処理部１２の角度が検出され、これが電波到来方向となる。
【００１８】
さて、上記構成によれば、角度検出に係わる精度が向上するという効果が有る。その理由を、図４を参照して説明する。図４は、図２における各信号（ａ）〜（ｄ）の波形を擬似的に示した図である。すなわち、検波後の加算ビーム（ａ）の波形は、区間［０〜π］においてはｓｉｎωｔと等価に表すことができる。また、検波後の減算ビーム（ｂ）の波形は、区間［−π／２〜π／２］においてはｓｉｎ（ωｔ＋π／２）、区間［π／２〜３π／２］においては−ｓｉｎ（ωｔ＋π／２）と等価に表すことができる。
【００１９】
各信号（ａ）〜（ｄ）の波形をそれぞれＡ〜Ｄとして表すと、加算器３１２の出力波形Ｃは（１−Ｂ）、乗算器３１３の出力波形Ｄは（Ａ×Ｃ）として表すことができる。それぞれ具体的な式として表すと、区間［０〜π／２］における波形Ｄは以下の式により導出される。
【００２０】
【数１】

【００２１】
同様に、区間［π／２〜π］における波形Ｄは以下の式により導出される。
【００２２】
【数２】

【００２３】
すなわち、乗算処理回路３１の出力（ｄ）の波形は、式Ｄで表され、図４（ｄ）に示すように尖った形となる。つまり、乗算処理回路３１を設けることで、角度計測に係わる閾値電圧Ｖｏ２における波形幅を狭くすることができ、これにより誤差の少ない角度計測を行うことが可能となる。
【００２４】
このように本実施形態では、包絡線検波後の減算ビーム（ｂ）をそのピーク値から減算し、これにより得られる波形（ｃ）を包絡線検波後の加算ビーム（ａ）と乗算して波形（ｄ）を得るようにし、この波形（ｄ）を閾値電圧Ｖｏ２により識別して電波到来方位を決定するようにしている。
【００２５】
これにより、電波到来方位において鋭いピークを得ることができるので、波形を見ながら人手により角度計測を行うとしても、誤差の少ない角度計測を行うことが可能となる。しかもこの角度検出点は、ヌル点ではなく、正方向に鋭い波形となって現れるので、識別用の閾値電圧Ｖｏ２を大きく設定することができる。したがって角度計測を自動化することが可能となり、またその計測値を精度良く求めることが可能となる。
【００２６】
またこのことと関連して、本実施形態では到来方位検出回路３２を設け、基準信号でリセットされた計測信号のカウント値を、波形（ｄ）のピークレベルでラッチすることで、電波到来方位を自動計測するようにしている。これにより、人的コストの削減や、オペレータの手間を省くことが可能となる。実際の運用においては、自動計測された値は印字器３４または記録器３５に記録されたデータとして残り、その後のデータ処理に役立てることができる。
【００２７】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、測定誤差の減少と、電波到来方向計測の自動化を図った方位測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる方位測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１における乗算処理回路３１の構成を示すブロック図。
【図３】図１における到来方位検出回路３２の構成を示すブロック図。
【図４】図２における各信号（ａ）〜（ｄ）の波形を擬似的に示した図
【図５】従来の方位測定装置の構成を示す図。
【図６】加算ビーム、減算ビーム、基準信号および計測信号の関係を示す図。
【符号の説明】
１１…アンテナ群
１２…ビーム処理部
１３、１４…受信機
１５、１６…検波器
１７…表示器
３１…乗算処理器
３１１…極性反転器
３１２…加算器
３１３…乗算器
３２…到来方位検出回路
３２１…電圧比較器
３２２…カウンタ回路
３２３…ラッチ回路
３３…表示器
３４…印字器
３５…記録器

Claims

それぞれ到来電波を捕捉する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナからの受信信号をもとに、方位に対するピーク位置の異なる二つのビームパターンを得て、これらの二つのビームパターンを互いに加算した第１の信号と、前記二つのビームパターンを互いに減算した第２の信号を出力するビーム処理手段と、
前記第１の信号に対して包絡線検波を施して第１のビデオ信号を生成する第１受信検波手段と、
前記第２の信号に対して包絡線検波を施して第２のビデオ信号を生成する第２受信検波手段と、
前記第１および第２のビデオ信号が入力される乗算処理手段と、
この乗算処理手段の出力波形を、前記ビーム処理手段から与えられる回転角度情報と共に視覚的に表示する表示手段とを具備し、
前記乗算処理手段は、
前記第２のビデオ信号を反転する極性反転器と、
前記第２受信検波手段のピーク出力に相当する一定電圧を、前記極性反転器の出力に加算する加算器と、
この加算器の出力と、前記第１のビデオ信号とを乗算する乗算器とを備えることを特徴とする方位測定装置。
それぞれ到来電波を捕捉する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナからの受信信号をもとに、方位に対するピーク位置の異なる二つのビームパターンを得て、これらの二つのビームパターンを互いに加算した第１の信号と、前記二つのビームパターンを互いに減算した第２の信号を出力するビーム処理手段と、
前記第１の信号に対して包絡線検波を施して第１のビデオ信号を生成する第１受信検波手段と、
前記第２の信号に対して包絡線検波を施して第２のビデオ信号を生成する第２受信検波手段と、
前記第１および第２のビデオ信号が入力される乗算処理手段と、
この乗算処理手段の出力と、前記ビーム処理手段から与えられる計測信号パルスおよび基準方位パルスとが入力される電波到来方位検出手段とを具備し、
前記乗算処理手段は、
前記第２のビデオ信号を反転する極性反転器と、
前記第２受信検波手段のピーク出力に相当する一定電圧を、前記極性反転器の出力に加算する加算器と、
この加算器の出力と、前記第１のビデオ信号とを乗算する乗算器とを備え、
前記電波到来方位検出手段は、
前記計測信号パルスを、前記基準方位パルスを基準としてカウントするカウンタ手段と、
乗算処理手段の出力レベルと、予め定められた閾値電圧との大小に応じてラッチ信号を出力する電圧比較手段と、
前記カウンタ手段の出力を、前記ラッチ信号に応じてラッチするラッチ手段とを備えることを特徴とする方位測定装置。
さらに、前記ラッチされた前記カウンタ手段のカウント出力を、表示器上に数値として表示する方位表示手段を具備することを特徴とする請求項２に記載の方位測定装置。
さらに、前記ラッチされた前記カウンタ手段のカウント出力を、記録用紙に印字する印字手段を具備することを特徴とする請求項２に記載の方位測定装置。
さらに、前記ラッチされた前記カウンタ手段のカウント出力を、記録媒体に記録する記録手段を具備することを特徴とする請求項２に記載の方位測定装置。