JP4006064B2

JP4006064B2 - 円周走査型ホログラム観測方法及び装置

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Publication number: JP4006064B2
Application number: JP22660197A
Authority: JP
Inventors: 均北吉
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Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2007-11-14
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波ホログラムや音波ホログラムの観測方法及び装置に関し、特に、死角のない観測を可能とする観測方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電波や音波も波動であるから、光の場合と同様に、ホログラムを観測することができ、波源像の可視化やノイズ（不要電磁波放射、騒音など）源の特定などに利用されている。本発明者は、例えば、特開平８−２０１４５９号公報や特開平９−１３４１１３号公報において、電波ホログラムや音波ホログラムを観測し、波動場強度や波源像を求めるための方法や装置を開示している。図１は、特開平８−２０１４５９号公報に示されたホログラム観測方法の概要を示す図である。観測対象（波源）９１から離れた位置に矩形のホログラム観測面９２を設定するとともに、ホログラム観測面９２内を２次元的に移動する走査センサ９３を用い、ホログラム観測面９２の各点において、観測対象９１からの所定の観測周波数の電波や音波を検出する。また、走査センサ９３とは別に固定センサ９４を設け、この固定センサ９４でも観測対象からの上述の観測周波数の電波や音波を検出する。干渉器９５により、両方のセンサ９３,９４からの信号を干渉させ、干渉後の信号を検波器９６で検波する。そして、走査センサ９３のホログラム観測面９２内での座標に対応して、検波された信号（両方のセンサ９３,９４からの信号の相関を表す信号、すなわちホログラム観測面９２内での走査センサ９３の位置でのホログラム強度を表す信号）をメモリ９７に格納する。そして、ホログラム観測面９２の全観測点での観測が終了したら、メモリ９７からデータを読み出し、画像再生器９８によって、ホログラム像を再生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のホログラム観測方法の場合、ホログラム観測面内での平面走査によってホログラムを観測するため、ホログラム観測面の裏側から到来する電波や音波を観測することができない。また、ホログラム観測面に対して極端に斜めに入射する電波や音波についても観測が難しいので、現実的には視野角が１２０°程度となって残りの２４０°は死角となってしまい、これによって、観測に制限が生じるという問題点がある。例えば、電波暗室などの部屋の１つの隅に観測対象を配置し、観測対象に対向する隅にホログラム観測装置を配置するような場合には、このような比較的狭い視野角であっても必要な観測を行うことができる。しかしながら、屋外での観測を行う場合、観測対象の電波や音波の飛来方向は前方方向だけであるとすることはできず、このため、観測できない電波や音波成分が多く残ってしまい、観測できない空間が生じてしまう。
【０００４】
さらに従来のホログラム観測方法の場合、ホログラム観測面内の全観測点のデータを取得してからホログラム像再生を行うため、観測にリアルタイム性を欠いてしまうという問題点もある。
【０００５】
本発明の目的は、死角がなくて３６０°全部を視野角とすることができ、かつ、リアルタイムに電波や音波の伝搬を評価を行うことができるホログラム観測方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のホログラム観測方法は、観測対象からの放射波動を測定してホログラムを再生するホログラム観測方法において、第１のセンサを円周上を走査させながらこの第１のセンサによって放射波動を受信して第１の受信信号とし、円周の中心に対して変化しない位置にある第２のセンサによって放射波動を受信して第２の受信信号とし、第１の受信信号と第２の受信信号を干渉させて干渉信号を取得し、干渉信号を検波して円周上での各点の測定データを得る。
【０００７】
本発明の観測方法では、円周上の点を回転角φで表し、円周の半径をｒ、虚数単位をｊ、円周率をπ、円周の半周の範囲の中央の位置の回転角をφ'、放射波動の波長をλ、円周の中心軸に対する放射波動の入射角をθとし、所定の重み付け関数をＷ(φ)として、半周の範囲内にある各点での測定データＥ_z(ｒ,φ)に基づき、
【０００８】
【数３】

によって評価関数Ｖ(φ')を算出し、放射波動の方位φ'を推定するようにする。その際、評価関数Ｖ(φ')におけるピークを選択し、ｒ・ｓｉｎ θの最適値から入射角θを算出することができる。あるいは、入射角θが９０°となるように円周の回転軸方向を変化させながら評価関数Ｖ(φ')を算出するようにしてもよい。
【０００９】
さらに本発明のホログラム観測方法では、円周上で第１のセンサを連続して移動させることにより測定データの取得を継続して実行し、既に得られている測定データのうちの半周分の測定データに基づいて、評価関数Ｖ(φ')を継続して算出するようにすることが望ましい。その場合、評価関数Ｖ(φ')の算出のための半周の角度範囲に、現在の第１のセンサの回転角が含まれないようにするとよい。また、回転角φ'の方向の画像を撮影し、この画像を、算出された評価関数Ｖ(φ')を表現する表示とともに表示するようにしてもよい。
【００１０】
本発明のホログラム観測装置は、観測対象からの放射波動を測定してホログラムを再生するホログラム観測装置であって、放射波動を受信して第１の受信信号とする走査センサと、走査センサを円周上で走査させる駆動手段と、円周の中心に対して変化しない位置に配置し、放射波動を受信して第２の受信信号とする固定センサと、第１の受信信号と第２の受信信号を干渉させて干渉信号を出力する干渉器と、干渉信号を検波して円周上での各点の測定データを出力する検波器と、を有する。この観測装置においては、第２の受信信号から抽出されたＩＤ信号に基づいて測定のトリガタイミングが決定されるようにしてもよく、また、第２の受信信号から平均信号レベルを算出するレベル検出手段と、平均信号レベルに基づいて測定データのレベル校正を行うレベル校正器とを備えるようにしてもよい。
【００１１】
本発明の観測装置は、円周に対応し、走査センサの現在の回転角に応じたアドレスで測定データが書き込まれるリングデータバッファメモリと、円周上の点を回転角φで表し、円周の半径をｒ、虚数単位をｊ、円周率をπ、円周の半周の範囲の中央の位置の回転角をφ'、放射波動の波長をλ、円周のなす面に対する放射波動の入射角をθとし、所定の重み付け関数をＷ(φ)として、リングデータバッファメモリ内に格納された上述の半周の範囲内にある各点での測定データＥ_z(ｒ,φ)に基づき、
【００１２】
【数４】

によって評価関数Ｖ(φ')を算出する評価値算出部と、を備える。その場合、走査センサの現在の回転角に半周分の角度を加算して回転角φ'とするオフセット加算部を設けることが好ましい。また、走査センサに対して半周分の角度差を保ったまま駆動手段によって走査センサとともに回転駆動されるＴＶカメラと、ＴＶカメラでの撮影画像とともに測定データに基づく表示と評価関数に基づく表示を行う表示部と、を設けるようにするとよい。
【００１３】
以下、本発明におけるホログラム観測の原理について説明する。図２(a),(b)に示すように３次元ｘｙｚ直交座標を設定し、そのｘｙ平面内であって、原点Ｏからの距離がｒである点に観測点Ｐを配置する。観測点Ｐは原点Ｏの周りを回転できるものとし、ｘ軸方向から測った観測点Ｐの回転角をφとする。波源Ｓのｚ軸方向から測った天頂角（入射角）をθとする。ここで波源Ｓからの平面波が観測点Ｐに入射するものとする。
【００１４】
図２(a),(b)に示すように、磁界Ｈがｙ軸方向で、ｚ軸とθの角度をなす方向に進む平面波に、マックスウェル(Maxwell)方程式の円筒座標表現を適用し、その電界Ｅのｚ軸成分すなわちＥ_z成分を求めると、
【００１５】
【数５】

となる、ここでｊは虚数単位、Ｊ_nはベッセル(Bessel)関数、ｋ＝２π／λ、λは観測対象の波動の波長である。
【００１６】
(1)式は、ヤコビ(Jacobi)の展開公式を用いて、
【００１７】
【数６】

と展開できる。ここで、ｚ＝０とおいた円周上での電界Ｅ_zは、
【００１８】
【数７】

となる。また、ｘ軸方向に対する平面波の入射角をφ_iとすると、(3)式は、
【００１９】
【数８】

と変形することができる。
【００２０】
(4)式において、Ａ₀,θ,φ_iが未知で、ｚ＝０の平面（ｘｙ平面）上で原点Ｏからの距離がｒである円周上の電界Ｅ_z(ｒ,φ)のみが観測可能であるとする。ここで、評価関数Ｖ(φ')を以下のように定義する。
【００２１】
【数９】

ここで、Ｗ(φ)は、評価関数Ｖ(φ')の安定化（切り取り誤差の低減）を目的とする重み関数であり、例えば、
【００２２】
【数１０】

とすれば、
【００２３】
【数１１】

が成立し、すなわち、規格化重み関数とすることができる。
【００２４】
(5)式に(4)式を代入すると、
【００２５】
【数１２】

が得られる。この(8)式において、重み関数Ｗ(φ)を(6)式に示すような規格化重み関数とし、かつ、ｒ'＝ｒ・ｓｉｎ θとすると、φ'＝φ_iのときに、
Ｖ(φ_i)＝Ａ₀・ｓｉｎ θ
となる。また、(8)式から明らかなように、ｒ'＝ｒ・ｓｉｎ θでかつφ'＝φ_iの条件で、Ｖ(φ')が最大値をとり、
【００２６】
【数１３】

として、０＜ａ≦１の任意の実数ａをとってＶ(φ')を評価し、最大値を見つければ、θ,Ａ₀,φ_iは、それぞれ、
【００２７】
【数１４】

として全て求めることができる。なお、Ａ₀は、ｓｉｎ θによる評価振幅の補正項である。
【００２８】
なお、(8)式の指数関数項（ｅｘｐ項）すなわち被積分関数の振動項は、
【００２９】
【数１５】

であり、ｒ≫λでは、「ｒ'＝ｒ・ｓｉｎ θかつφ'＝φ_i」でない場合には、(8)式は、振動解の積分となるため、値がほぼ０となる。一方、「ｒ'＝ｒ・ｓｉｎ θかつφ'＝φ_i」の場合には、非振動解ｅ⁰＝１となって、ピークを与える。
【００３０】
ここで、(8)式の結果を計算機シミュレーションによって確かめた結果を説明する。
【００３１】
図３は、各波源のＡ₀・ｓｉｎ θ＝１として、φ_i＝４５°,１３５°,２２５°,３１５°のそれぞれに合計４個の波源Ｓを置いて観測される電界を用いて(8)式の評価を行った結果を、横軸を角度φ、縦軸をＤＯＡ(Direction of Arrival:到達方向)評価値として示すグラフである。グラフにおいて、実線は全ての波源のθを４５°とした場合の結果を示し、点線は各波源のθを９０°から３０°まで変化させた場合の結果を示している。(8)式の評価では、ｒ'＝ｒ・ｓｉｎ (４５°)としている。また、ｒ＝１００ｃｍ、λ＝１５ｃｍとした。
【００３２】
図３から明らかなように、本発明の方法によれば、複数の波源の方向を効率よく正確に分離できる。また、もし、ｚ軸に対する入射角θが未知であっても、(8)式のｒ'を変化させてピークレベルや角度φに対するスペクトル広がりをみることにより、θを推定することが可能である。このとき、θによらずピーク位置が変化しないことから、例えば、ｒ'＝ｒで(8)式の角度φに対する全てのスペクトルを一度求めておき、いくつかのピークに対してのみ、０＜ｒ'≦ｒの範囲で評価値の最大を求める方法が有効である。ここでスペクトルとは、回転角φに対する評価値の変化を示すグラフのことをいう。
【００３３】
さらにまた、電界Ｅの回転角φの成分、すなわち
【００３４】
【外１】

の評価も同様に可能である。ｚ＝０の平面における半径ｒの円周上での
【００３５】
【外２】

成分は、
【００３６】
【数１６】

として、
【００３７】
【数１７】

とみなせば、(5)式と同じ扱いができる。ただしこの場合は、ｓｉｎ θによる評価振幅の補正は必要ない。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の実施の一形態の円周走査型ホログラム観測装置の構成を示す図であり、図５は走査アンテナの構成の一例を示す斜視図であり、図６はこの円周走査型ホログラム観測装置における信号処理装置部分の構成を示すブロック図である。ここでは、電波ホログラムを観測する場合について説明するが、音波ホログラムも下記と同様の構成によって測定することができる。電波ホログラムであるので、観測対象の波動を検出するためのセンサはアンテナである。
【００３９】
この円周走査型ホログラム観測装置も、図１に示した従来のホログラム観測装置と同様に、固定アンテナ１１と走査アンテナ１２を備えているが、この走査アンテナ１２は、観測ベンチ１３の上にあって半径ｒの円周上を回転することにより走査を行う点で、従来の観測装置における走査アンテナと異なっている。すなわち走査アンテナ１２は、円周走査を実行する。
【００４０】
観測ベンチ１３は、台１４と、台１４に取り付けられビーム（梁）部材１６を水平面内で回転させるためのモータ１５とを備え、走査アンテナ１２は、ビーム部材１６の一端に取り付けられている。ビーム部材１６の他端には、周囲の情景を撮影するためのＴＶ（テレビジョン）カメラ１７が取り付けられ、また、ビーム部材１６上には、走査アンテナ１２からの受信信号とＴＶカメラ１７からの高周波ビデオ信号を合成する方向性信号結合器１８が設けられている。ここで、観測対象の電波の周波数帯域と高周波ビデオ信号の周波数帯域とは異なっており、方向性信号結合器１８によって受信信号と高周波ビデオ信号を合成しても、後でこれら両信号を分けられるようになっている。
【００４１】
ビーム部材１６は、その上に取り付けられた走査アンテナ１２、ＴＶカメラ１７及び方向性信号結合器１８の重さがちょうど釣り合うような位置の近傍で、モータ１５の回転軸１９の一端により支持されている。走査アンテナ１２は、ビーム部材１６が回転軸１９によって支持されている点から距離ｒのところに位置しており、回転軸１９の回転によって、水平面内を半径ｒの円周上に沿って公転することになる。回転軸１９の内部は同軸線路となっており、回転軸１９の他端には同軸ロータリジョイント２０が設けられていて、方向性信号結合器１８からの信号が、回転軸１９内の同軸線路及び同軸ロータリジョイント２０を介して、同軸ケーブル２１により外部に引出されるようになっている。また、モータ１５は回転角センサを備えており、モータ１５からは回転軸１９の回転角φを表す信号も出力している。ここで回転軸１９の回転角φは、そのまま走査アンテナ１２の回転角（位置角）を表すものとする。
【００４２】
ここで走査アンテナ１２の構成について説明する。上述の原理説明から明らかなように、ここでは、電界Ｅのｚ軸成分Ｅ_zを観測したいので、走査アンテナ１２としては、例えば、垂直型の半波長ダイポールアンテナを使用する。本発明者が特開平９−１５３７２５号公報で開示した反射板付きのプローブアンテナを好ましく使用することができる。図５は、特開平９−１５３７２５号公報に示すプローブアンテナを使用した走査アンテナ１２を示す斜視図である。
【００４３】
観測対象の電波の波長をλとして、少なくとも１辺が２λ以上である矩形の金属製の反射板３１に対し、この反射板３１のほぼ中央部に、背面側から同軸ケーブル３２の一端が直立して挿入されている。反射板３１からの同軸ケーブルの突出長は約λ／４であり、反射板３１との貫通部で同軸ケーブル３２の外部導体は反射板３１と電気的接続している。そして、貫通部から先端側では、同軸ケーブル３２の外部導体は、その突出方向に延びる１対のスリット部３４によって２つに割れて外部導体片３２ａ,３２ｂとなっている。同軸ケーブル３２の先端には、反射板３１と平行な半波長ダイポールアンテナ３３が、中央給電になるように接続している。具体的には、ダイポールアンテナ３３の一方のエレメント３３ａの根元が一方の外部導体片３２ａの先端と接続し、他方のエレメント３３ｂの根元が他方の外部導体片３２ｂの先端と接続している。さらに、同軸ケーブル３２の中心導体３２ｃが、一方のエレメント３３ａの根元に接続している。この走査アンテナ１２では、一方の外部導体片３２ａが４分の１波長の分布定数型バランとして機能し、平衡−不平衡変換が行われる。また、反射板３１は、背面方向の指向利得を抑えるとともに、見かけ上、鏡像信号源を発生させてアンテナの正面方向への利得を向上させるためである。
【００４４】
同軸ロータリジョイント２０からの同軸ケーブル２１は、分配器２２に入力する。分配器２２は、方向性信号結合器１８で合成された走査アンテナ１２の受信信号と高周波ビデオ信号とを分離するものであり、この分配器２２には直流（ＤＣ）電源２９も接続している。直流電源２９は、ＴＶカメラ１７や走査アンテナ１２のプリアンプ部（不図示）に電源電圧を供給するためのものである。直流電源２９からの直流電流は、同軸ケーブル２１や同軸ロータリジョイント２０、回転軸１９内の同軸線路を介して方向性信号結合器１８に供給され、方向性信号結合器１８で分離されて走査アンテナ１２のプリアンプ部やＴＶカメラ１７に送られる。
【００４５】
分配器２２で分離された信号のうち高周波ビデオ信号成分は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２３を介して復調器２６に入力し、復調器２６からの復調出力は表示部２７に入力する。分配器２２で分離された信号のうち、走査アンテナ１２での受信信号成分は、バンドパスフィルタ２４に入力して所定の観測周波数帯域に周波数制限された後、受信信号Ｓ_m(ｆ)として信号処理装置２８に入力する。また、固定アンテナ１１で受信された信号は、不図示のプリアンプ部で増幅された後、バンドパスフィルタ２５に入力し、走査アンテナ１２側と同じ観測周波数帯域に周波数制限され、受信信号Ｓ_r(ｆ)として信号処理装置２８に入力する。信号処理装置２８には、回転軸１９の回転角φを表す信号も入力している。信号処理装置２８からは、後述するように、測定データ及び評価データが表示部２７に出力している。
【００４６】
図６は、信号処理装置２８の内部構成を示すブロック図である。信号処理装置２８には、固定アンテナ１１からの受信信号Ｓ_r(ｆ)と走査アンテナ１２からの受信信号Ｓ_m(ｆ)とを干渉させ、干渉信号
【００４７】
【数１８】

を生成する干渉器４１と、干渉器４１からの出力信号を複素検波して検波信号Ｖ_o(φ)を出力する検波器４２と、固定アンテナ１１からの受信信号Ｓ_r(ｆ)を復調して平均信号レベルＶ_Rを求めるとともにこの受信信号中のＩＤ（識別）信号を検出して測定トリガとするレベル／ＩＤ検出器４３と、検波信号Ｖ_o(φ)を平均信号レベルＶ_Rで除算することによりレベル校正を行い測定データＥ(ｒ,φ)として出力するレベル校正器４４と、各回転角ごとの、すなわち各測定点ごとの測定データＥ(ｒ,φ)を格納するリングデータバッファメモリ４５とを備えている。ここでｔは時間変数であり、^*は複素共役を表わしている。リングデータバッファメモリ４５の各メモリアドレスは、円周走査による円周上の各観測点にそれぞれ対応しており、このため、観測点の回転角φをアドレスとして与えることで、リングデータバッファメモリ４５でのその回転角φに対応するデータにアクセスすることができる。測定トリガは、検波器４２での測定のトリガタイミングの制御などに使用される。なお、干渉器４１及び検波器４２としては、本発明者による特開平９−１３３７２１号に相関関数測定装置として開示された、乗算器及びベクトル検波器からなるものを好ましく使用することができる。
【００４８】
連続的に発射される電波のホログラム像を再生する場合には、ＩＤ信号などを検出して測定のトリガタイミングとする必要はないが、間欠的に発射される電波のホログラム像を再生する場合には、発射のタイミングに合わせて測定を行う必要があり、そのために受信信号から検出されるＩＤ信号が用いられる。ＩＤ信号としては、例えば、既知の無線送信局からの予め知られている符号を含むユニークワード部分を用いたり、周波数ホップＴＤＭＡ（時分割多元接続：Time Division Multi Access）の場合であればチャネル中心周波数の切り換え情報を用いたりすることができる。
【００４９】
リングデータバッファメモリ４５への書き込み位置は、回転軸１９の回転角φを表す信号によって決定する。この円周走査型ホログラム観測装置では、リングデータバッファメモリ４５から、上述の書き込み位置φとは円周上で正反対となる位置（再生位置φ'）を中心として、両側それぞれ９０°（＝π／２ｒａｄ）の範囲のデータを読み出し、上述の(5)式の処理を行って評価データＶ(φ')を得るようにしている。そのため、回転角φに対して±１８０°（＝±π ｒａｄ）のオフセットを加えて再生位置φ'を算出するオフセット加算部４６と、φ'±９０°の範囲のデータをリンクデータバッファメモリ４５から読み出して(5)式の処理を行って評価データＶ(φ')を算出する評価値算出部４７とが、信号処理装置２８内にさらに設けられている。
【００５０】
次に、この円周走査型ホログラム観測装置の動作を説明する。
【００５１】
モータ１５を駆動することによって、回転軸１９は所定の各速度で回転し、これに伴ってビーム部材１６も回転し、走査アンテナ１２は円周走査を実行する。このとき、ＴＶカメラ１７は、走査アンテナ１２とは１８０°反対の方向を向きながら、走査アンテナ１２とともに回転し、周囲の情景を撮像する。走査アンテナ１２の現在の回転角φは、常時、モータ１５から信号処理装置２８に伝達されている。
【００５２】
走査アンテナ１２で受信した信号は、分配器２２、バンドパスフィルタ２４を経て、所定の観測周波数帯域に周波数制限された受信信号Ｓ_m(ｆ)として干渉器４１に入力する。ここでｆは観測周波数を表している。固定アンテナ１１で受信した信号もバンドパスフィルタ２５を経て同様に周波数制限され、受信信号Ｓ_r(ｆ)として干渉器４１に入力する。干渉器４１から、これら２つの受信信号Ｓ_m(ｆ),Ｓ_r(ｆ)の干渉信号
【００５３】
【数１９】

が出力し、この干渉信号は、検波器４２によって複素検波されて検波信号Ｖ_o(φ)となり、検波信号Ｖ_o(φ)は、レベル校正器４４において平均信号レベルＶ_Rによってレベルが校正され、現在の回転角φに対する測定データＥ(ｒ,φ)となる。この測定データＥ(ｒ,φ)は、リングデータバッファメモリ４５の現在の回転角φに対応したアドレスに書き込まれるとともに、表示部２７に出力される。同時に、現在の回転角φに±１８０°のオフセットを算出して得られる再生位置φ'に基づき、再生位置φ'±９０°の範囲のデータがリングデータバッファメモリ４５から読み出され、読み出されたデータに基づいて評価値算出部４７が上述の(5)式の処理を行って評価値を算出する。算出された評価値は、ＤＯＡの評価データＶ(φ')として、表示部２７に出力される。なお、(5)式の処理を行う際、(5)式の積分式中の
【００５４】
【数２０】

の部分については、予め計算しておいてメモリ等に格納しておき、実際に(5)式の処理を行う際にメモリから読み出すようにしてもよい。
【００５５】
表示部２７では、測定データＥ(ｒ,φ)、評価データＶ(φ')、ＴＶカメラ１７で撮像した画像、回転角φ及び回転角φと正反対の角φ'についての情報が適宜に組み合わせて表示される。特に、ＴＶカメラ１７の撮像方向と角φ'の方向は一致するから、評価データＶ(φ')に対応する方向とＴＶカメラ１７の撮像方向が一致し、画像上の対象物と評価データとのリアルタイムでの対応付けが極めて容易となって、騒音源や不要電磁放射源の特定に威力を発揮する。ＴＶカメラ１７の撮像画像とのリアルタイムでの対応付けを行わないような場合や、ＴＶカメラ１７が走査アンテナ１２の反射側にない場合には、評価データの算出のための角度範囲を回転角φの正反対の方向を中心とした±９０°の範囲とする必要はない。しかしながら、回転角φは、リングデータバッファメモリ４５においてデータ書き込みを現に行っている位置角であって時間的、精度的な不連続点となっているので、評価データを算出するための角度範囲にはこの回転角φが含まれないようにすることが望ましい。したがって、ＴＶカメラ１７の撮像画像とのリアルタイムでの対応付けを行わないような場合には、評価データ算出のための角度範囲の中心角度φ'は、
【００５６】
【数２１】

の範囲で選択することが可能である。
【００５７】
本実施の形態では、ホログラム観測を開始する前には、まず、リングデータバッファメモリ４５を全てゼロクリアし、また、測定やリングデータバッファメモリ４５への書き込み、再生、評価データの算出の各処理は、連続して、複数回転の円周走査にわたって行うものとする。その結果、時々刻々の測定データＥ(ｒ,φ)を表示することが可能になるとともに、３６０°全周にわたって評価データＶ(φ')を表示させることができ、また、走査アンテナ１２が回転し続けている限り、随時、評価データＶ(φ')が更新されることになる。
【００５８】
少なくとも必要な角度範囲、典型的には１周分の評価データＶ(φ')を取得したら、ピークを選択し、上述の(8)式のｒ'の最適値から、波源の天頂角θを算出する。ｒ'の最適化を行う代わりに、ｒ＝ｒ'として、ピーク方向φに向けてθの傾きが与えられるように台１４を操作し、波源の天頂角θを求めるようにしてもよい。
【００５９】
次に、表示部２７での表示例について、図７を用いて説明する。図７(a)は表示部２７での表示画面５１の一例を示している。この表示画面５１では、直接測定データＥ(ｒ,φ)及びＤＯＡ評価値Ｖ(φ)の２つのグラフと、カメラ像Ｃ、カメラ像Ｈの２つの画像が同時に表示されている。各グラフは、それぞれ１周分のデータを横軸を方位、縦軸を振幅として表したものであり、マーカが輝点として表示されている。直接測定データのグラフにおけるマーカＭは、現在の測定ポジションすなわち現在の方位角φを表し、ＤＯＡ評価値のグラフにおけるマーカＣは現在の再生ポジションすなわちマーカＭの反対側（角度φ'の方向）を示し、マーカＨは、ＤＯＡ評価値のグラフに対して利用者が指定したピーク位置を示すものである。カメラ像Ｃは、現在の再生方向のテレビジョン画像であって、ビーム部材１６の回転に伴ってＴＶカメラ１７が移動するにつれて変化する動画像である。カメラ像Ｈは、上述のように利用者がＤＯＡ評価値のグラフで指定したマーカＨのポジションを映すカメラ像であって、このカメラ像はＴＶカメラ１７の移動によらず制止した画像となっている。そして、マーカＨに対応する回転角Ｈ及び天頂角θに基づき、カメラ像Ｈでは波源位置にマーキング（図示、黒色表示）が施されて表示されている。
【００６０】
また、図７(b)に示すように、測定データやＤＯＡ評価値は、レーダチャート表示とすることもできる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、固定センサと円周走査を行う走査センサとを用い、走査センサを移動させながら両方のセンサで受信した信号の干渉を求めることにより、死角がなくて３６０°全部を視野角とすることができ、かつ、リアルタイムに電波や音波の伝搬の評価を行えるようになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のホログラム観測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 (a),(b)は、ｘｙｚ直交座標系、波源及び観測点の関係を示す図である。
【図３】回転角φと評価値との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の一形態の円周走査型ホログラム観測装置の構成を示す図である。
【図５】走査アンテナの構成の一例を示す図である。
【図６】図１の装置における信号処理装置部分の構成を示すブロック図である。
【図７】 (a),(b)は表示例を示す図である。
【符号の説明】
１１固定アンテナ
１２走査アンテナ
１３観測ベンチ
１４台
１５モータ
１６ビーム部材
１７ＴＶカメラ
１８方向性結合器
１９回転軸
２０同軸ロータリジョイント
２１同軸ケーブル
２２分配器
２３,２４,２５バンドパスフィルタ
２６復調器
２７表示部
２８信号処理装置
２９直流電源４１干渉器
４２検波器
４３レベル／ＩＤ検出器
４４レベル校正器
４５リングデータバッファメモリ
４６オフセット加算部
４７評価値算出部

Claims

観測対象からの放射波動を測定してホログラムを再生するホログラム観測方法において、
第１のセンサを円周上を走査させながらこの第１のセンサによって放射波動を受信して第１の受信信号とし、
前記円周の中心に対して変化しない位置にある第２のセンサによって放射波動を受信して第２の受信信号とし、
前記第１の受信信号と前記第２の受信信号を干渉させて干渉信号を取得し、
前記干渉信号を検波して前記円周上での各点の測定データを得て、
前記円周上の点を回転角φで表し、前記円周の半径をｒ、虚数単位をｊ、円周率をπ、前記円周の半周の範囲の中央の位置の回転角をφ ' 、放射波動の波長をλ、前記円周の中心軸（Ｚ軸）に対する前記放射波動の入射角をθとし、所定の重み付け関数をＷ ( φ ) として、前記半周の範囲内にある各点での前記測定データＥ _z ( ｒ , φ ) に基づき、

によって評価関数Ｖ ( φ ') を算出し、前記放射波動の方位φ ' を推定することを特徴とするホログラム観測方法。
前記評価関数Ｖ(φ')におけるピークを選択し、ｒ・ｓｉｎ θの最適値から前記入射角θを算出する請求項１に記載のホログラム観測方法。
前記入射角θが９０°となるように前記円周の回転軸方向を変化させながら前記評価関数Ｖ(φ')を算出する請求項１に記載のホログラム観測方法。
前記円周上で前記第１のセンサを連続して移動させることにより前記測定データの取得を継続して実行し、既に得られている前記測定データのうちの半周分の測定データに基づき、前記評価関数Ｖ(φ')を継続して算出する請求項１乃至３いずれか１項に記載のホログラム観測方法。
前記評価関数Ｖ(φ')の算出のための前記半周の角度範囲に、現在の前記第１のセンサの回転角が含まれない請求項４に記載のホログラム観測方法。
前記回転角φ'の方向の画像を撮影し、算出された前記評価関数Ｖ(φ')を表現する表示とともに前記画像を表示する、請求項４または５に記載のホログラム観測方法。
観測対象からの放射波動を測定してホログラムを再生するホログラム観測装置であって、
前記放射波動を受信して第１の受信信号とする走査センサと、
前記走査センサを円周上で走査させる駆動手段と、
前記円周の中心に対して変化しない位置に配置し、前記放射波動を受信して第２の受信信号とする固定センサと、
前記第１の受信信号と前記第２の受信信号を干渉させて干渉信号を出力する干渉器と、
前記干渉信号を検波して前記円周上での各点の測定データを出力する検波器と、
前記円周に対応し、前記走査センサの現在の回転角に応じたアドレスで前記測定データが書き込まれるリングデータバッファメモリと、
前記円周上の点を回転角φで表し、前記円周の半径をｒ、虚数単位をｊ、円周率をπ、前記円周の半周の範囲の中央の位置の回転角をφ ' 、放射波動の波長をλ、前記円周の中心軸に対する前記放射波動の入射角をθとし、所定の重み付け関数をＷ ( φ ) として、前記リングデータバッファメモリ内に格納された前記半周の範囲内にある各点での前記測定データＥ _z ( ｒ , φ ) に基づき、

によって評価関数Ｖ ( φ ') を算出する評価値算出部と、
を有するホログラム観測装置。
前記第２の受信信号から抽出されたＩＤ信号に基づいて測定のトリガタイミングが決定される請求項７に記載のホログラム観測装置。
前記第２の受信信号から平均信号レベルを算出するレベル検出手段と、前記平均信号レベルに基づいて前記測定データのレベル校正を行うレベル校正器とを備える請求項７または８に記載のホログラム観測装置。
前記走査センサの現在の回転角に半周分の角度を加算して前記回転角φ'とするオフセット加算部を有する請求項７乃至９のいずれか１項に記載のホログラム観測装置。
前記走査センサに対して半周分の角度差を保ったまま前記駆動手段によって前記走査センサとともに回転駆動されるＴＶカメラと、
前記ＴＶカメラでの撮影画像とともに前記測定データに基づく表示と前記評価関数に基づく表示を行う表示部と、を有する請求項１０に記載のホログラム観測装置。