JP4232640B2 - Direction detector - Google Patents
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Description
本発明は、発信源から送られる電波を指向性アンテナで受信することにより、その到来方向・発信源までの距離を探知する方向探知機に関する。 The present invention relates to a direction detector that detects an arrival direction and a distance to a transmission source by receiving radio waves transmitted from the transmission source with a directional antenna.
レーダや移動体通信の基地局などにおいては、到来してくる電波の方向を精度良く推定することが求められている(特許文献1参照)。特許文献1の技術は、複数の指向性アンテナ(例えば8個を円周上に等間隔に配置する。)と、アンテナより少ない数の受信機(例えば4個)、アンテナと受信機の接続関係を切り替えるスイッチとを設け、最初は、アンテナを一つおきに各受信機に接続して、この状態で電波の到来方向を粗く推定し、次に、推定した到来方向に方向の近い4つのアンテナを各受信機に接続して電波の到来方向を細かく推定するものである。電波の到来方向の推定には、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)アルゴリズムや、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)アルゴリズムを使用することができる。
しかしながら、これらのアルゴリズムは位相差を用いた検出を行うものであり、そのため、方向を精度良く検出するには、指向性アンテナの数を増やし、同時に信号検出が可能な受信機を増やす必要がある。また、位相差を精度良く検出する必要があるため、各受信機を正確に同期して作動させる必要があり、装置構成が複雑なものとなるほか、多数の電波に対して個々の到来方向を判別する処理を行うには時間がかかる。 However, these algorithms perform detection using a phase difference. Therefore, in order to accurately detect the direction, it is necessary to increase the number of directional antennas and simultaneously increase the number of receivers that can detect signals. . In addition, since it is necessary to detect the phase difference with high accuracy, it is necessary to operate each receiver precisely in synchronization. It takes time to perform the determination process.
そこで本発明は簡易な構成で精度良く電波の到来方向・距離を判定することを可能とした方向探知機を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a direction detector that can accurately determine the arrival direction and distance of radio waves with a simple configuration.
上記課題を解決するため、本発明にかかる方向探知機は、指向性を有し、その向きを切り替え可能なアンテナと、このアンテナで受信した信号の受信レベルを検出する検出部と、アンテナの向きを切り替えて各向きの下で検出した受信レベルを基にして電波の発信源の方向・距離を推定する方向・距離推定部とを備える方向探知機において、アンテナの向きの切り替えは、特定の方向からの電波に対して、向きの異なる少なくとも2つの条件下で受信可能となるように設定された所定角度おきに方位角を異ならせることで行われ、方向・距離推定部は、受信レベルが最大となった方位角と、受信レベルがこれに次いで高い方位角において受信した信号の受信レベル差に基づいて推定方向補正量を求め、これと受信レベルが最大となった方位角とを基にして電波の発信源の方向を推定するとともに、該推定方向補正量を基にして受信レベル補正量を求め、該受信レベル補正量により補正した受信レベルに基づいて電波の発信源までの距離を推定することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a direction finder according to the present invention includes an antenna having directivity and a switchable direction , a detection unit that detects a reception level of a signal received by the antenna, and an antenna direction. In a direction finder that includes a direction / distance estimator that estimates the direction / distance of the radio wave source based on the received level detected under each direction , switching the antenna direction is performed in a specific direction. The direction / distance estimation unit has the maximum reception level at different predetermined angles that are set so that it can be received under at least two conditions with different directions. and azimuth angle a, obtains an estimated direction correction amount based on the reception level difference of the received signal in the second highest azimuth reception level in this azimuth reception level is maximized with this The based with estimating the direction of the radio wave source of, based on the estimated direction correction amount calculated reception level correction amount, to radio wave transmission sources based on the reception level corrected by the receiving level correction amount It is characterized by estimating the distance.
本発明によれば、ある方向から到来した電波は、これに感度を有する指向性パターンをもった2種以上の複数の向きの異なる条件下で受信される。ここで、各指向性条件下での受信レベルは、電波の到来方向と受信したアンテナの指向性パターンの関係と受信環境(発信源の出力、発信源からの距離、大気条件等)によって変わるが、受信環境はいずれの指向性条件下でも同一であるため、各指向性条件下での受信レベルの違いは、電波の到来方向と指向性パターンの関係の違いに依存することになる。そこで、受信レベルの違いと指向性パターンの違いを利用して電波の到来方向を判定する。 According to the present invention, radio waves arriving from a certain direction are received under two or more kinds of different directions having different directivity patterns having sensitivity. Here, the reception level under each directivity condition varies depending on the relationship between the direction of arrival of radio waves and the directivity pattern of the received antenna and the reception environment (output of the transmission source, distance from the transmission source, atmospheric conditions, etc.). Since the reception environment is the same under any directivity condition, the difference in reception level under each directivity condition depends on the difference in the relationship between the direction of arrival of radio waves and the directivity pattern. Therefore, the arrival direction of the radio wave is determined using the difference in reception level and the difference in directivity pattern.
本発明によれば、指向性パターンと電波到来方向の関係に基づいて受信レベルから電波到来方向を判定するため、複数の指向性条件下での電波受信を同一時点で行う必要はなく、時間的にずらして測定を行うことができる。そのため、受信機を複数設ける必要がなく、アンテナについても複数の指向性アンテナを切り替えて測定を行うほか、指向性可変の単一のアンテナを用いることもできる。そのため、構成を簡略化できる。そして、指向性パターンに基づいて方向判定を行うことで、少ないアンテナ素子数で精度良く方向判定を行うことができる。 According to the present invention, since the radio wave arrival direction is determined from the reception level based on the relationship between the directivity pattern and the radio wave arrival direction, it is not necessary to perform radio wave reception under a plurality of directivity conditions at the same time. The measurement can be performed by shifting to Therefore, it is not necessary to provide a plurality of receivers, and the antenna can be measured by switching a plurality of directional antennas, and a single antenna with variable directivity can be used. Therefore, the configuration can be simplified. Then, by performing direction determination based on the directivity pattern, it is possible to accurately perform direction determination with a small number of antenna elements.
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the drawings as much as possible, and duplicate descriptions are omitted.
図1は、本発明に係る方向探知機のブロック構成図である。この探知機1は、12本の指向性のアンテナ3a〜3lを有しており、スイッチ12により、いずれかのアンテナ3a〜3lが発信源からの電波を取り出す受信部5に接続される。受信部5は、受信信号のレベルを検出する受信レベル検出部6に接続されており、受信レベル検出部6の出力は方向・距離推定部7へと入力されている。方向・距離推定部7は、受信レベル差から推定方向を推定するのに必要なデータを格納している推定方向補正テーブル8と、本来の電波到来方向にアンテナを向けた場合の受信レベルを求めるのに必要なデータを格納している受信レベル補正テーブル9に接続され、データ読取が可能な構成とされている。推定方向補正テーブル8と、受信レベル補正テーブル9は、ROM、RAMまたは各種の記憶媒体に格納されている。方向・距離推定部7は、スイッチ12の作動を制御するアンテナ切り替え部10の作動を制御するとともに、検出結果を表示する表示部11へ出力を行う。
FIG. 1 is a block diagram of a direction finder according to the present invention. This
図2、図3は、各アンテナ3a〜3lの指向性パターンの配置を示している。ここで、アンテナaの向き(最大感度を有する方向)を0度とし、この向きから時計回りにとった角度を方位角と称する。アンテナ3b〜3lは、方位角で30度おき、つまり、方位角(30×n)度(nは1〜11の整数)に向くように配置される。各アンテナ3a〜3lは、いずれもその向きから±30度の方向に感度を有する左右対称の指向性パターン4a〜4lを有している。つまり、指向性パターン4a〜4lは30度ずつずらされて配置されており、隣接するアンテナ3間では指向性パターン4が方位角で略半分重なり合うように配置されている。これにより、方位角θが、(n−1)×30度<θ<n×30度(nは1〜11の整数)の場合には、2つのアンテナ(例えば、0〜30°では、3aと3b)が感度を有することになり、θがn×30度(この場合のnは0〜11の整数)の場合には、1つのアンテナのみ(0°の場合は3aのみ)が感度を有することになる。 2 and 3 show the arrangement of the directivity patterns of the antennas 3a to 3l. Here, the direction of the antenna a (the direction having the maximum sensitivity) is set to 0 degree, and an angle taken clockwise from this direction is referred to as an azimuth angle. The antennas 3b to 3l are arranged at an azimuth angle of 30 degrees, that is, to face an azimuth angle (30 × n) degrees (n is an integer of 1 to 11). Each of the antennas 3a to 3l has symmetrical directivity patterns 4a to 4l having sensitivity in a direction of ± 30 degrees from the direction. That is, the directivity patterns 4a to 4l are arranged so as to be shifted by 30 degrees, and the directivity patterns 4 are arranged so as to overlap with each other by approximately half the azimuth angle between the adjacent antennas 3. Accordingly, when the azimuth angle θ is (n−1) × 30 degrees <θ <n × 30 degrees (n is an integer of 1 to 11), two antennas (for example, 3a at 0 to 30 degrees) And 3b) have sensitivity, and when θ is n × 30 degrees (in this case, n is an integer of 0 to 11), only one antenna (only 3a at 0 °) has sensitivity. Will have.
次に、この探知機1の動作、すなわち、探知機1を用いた電波到来方向・距離の推定方法について説明する。ここでは、図4に示されるように、発信機2からの電波を探知機1で受信してその到来方向を推定する場合を例に説明する。図5は方向推定動作のフローチャートである。この処理は、特に記載のない限り方向・距離推定部7によって実行される。
Next, the operation of the
最初に、アンテナ切り替え部10によりスイッチ12を順次切り替えていくことで、受信部5に接続される受信アンテナ3をアンテナ3aからアンテナ3lまで順次切り替え、各アンテナ3a〜3lによって受信した信号レベル(受信レベル、単位はdB)を受信レベル検出部6で取得する(ステップS1)。
First, by sequentially switching the
次に、受信レベルの大きい順に、アンテナ3の指向性中心角度をφ1、φ2、…とし、そのときの受信レベルをR1、R2、…とする(ステップS2)。 Next, in order of increasing reception level, the central directivity angles of the antenna 3 are set to φ1, φ2,..., And the reception levels at that time are set to R1, R2,.
設定後、受信レベルR1としきい値Rthとを比較する(ステップS3)。R1<Rthの場合には、方向・距離推定を正確に行うには受信レベルが不十分であるとして方向・距離推定は行わずに処理を終了する。R1≧Rthの場合には、さらに、R2とRthとを比較する(ステップS4)。 After the setting, the reception level R1 is compared with the threshold value Rth (step S3). In the case of R1 <Rth, it is determined that the reception level is insufficient for accurately performing the direction / distance estimation, and the process is terminated without performing the direction / distance estimation. If R1 ≧ Rth, R2 and Rth are further compared (step S4).
ステップS4で、R2≧Rthと判定された場合、ステップS5へと移行して、R1とR2の受信レベル差Rsを求める。そして、受信レベル差Rsを基にして推定方向補正テーブル8中から推定方向補正量Δφeを求める(ステップS6)。図6は、この推定方向補正テーブル8中のデータの一例をグラフ化したものである。各アンテナ3a〜3lの指向性パターンが図3に示されるように配置されていることから、実際の電波到来方向φrとφ1とのなす角度であるΔφe(=φr−φ1)に応じて、理想的にはRsは、図6に示されるように変化する。つまり、Rsと、φ1、φ2の大小関係に応じてΔφeを求めることができる。ステップS4でR1≧Rthの場合には、推定方向補正量Δφeを0に設定する(ステップS7)。そして、ステップS8で方向推定値φeとしてφ1+Δφeを設定する。これにより、φrを高い精度で推定することができる。 If it is determined in step S4 that R2 ≧ Rth, the process proceeds to step S5, and a reception level difference Rs between R1 and R2 is obtained. Then, an estimated direction correction amount Δφe is obtained from the estimated direction correction table 8 based on the reception level difference Rs (step S6). FIG. 6 is a graph of an example of the data in the estimated direction correction table 8. Since the directivity patterns of the antennas 3a to 3l are arranged as shown in FIG. 3, it is ideal according to Δφe (= φr−φ1) that is an angle formed between the actual radio wave arrival directions φr and φ1. Specifically, Rs changes as shown in FIG. That is, Δφe can be obtained according to the magnitude relationship between Rs and φ1 and φ2. If R1 ≧ Rth in step S4, the estimated direction correction amount Δφe is set to 0 (step S7). In step S8, φ1 + Δφe is set as the direction estimated value φe. Thereby, φr can be estimated with high accuracy.
次に、アンテナ3の向きと電波の到来方向が一致していた場合の受信レベルの推定値Reを求める。まず、推定方向補正量Δφeを基にして受信レベル補正テーブル9から受信レベル補正量ΔReを求める(ステップS9)。図7は、この受信レベル補正テーブル9中のデータの一例をグラフ化したものである。各アンテナ3a〜3lの指向性パターンからReとR1の差であるΔReはΔφeに応じて図7に示されるように変化する。つまり、ΔφeからΔReを求めることができる。そして、求めたΔReとR1の和としてReを求める(ステップS10)。これにより、アンテナ3の向きと電波の到来方向とを一致させた場合の推定受信レベルReを精度良く求めることができる。 Next, an estimated value Re of the reception level when the direction of the antenna 3 matches the arrival direction of the radio wave is obtained. First, the reception level correction amount ΔRe is obtained from the reception level correction table 9 based on the estimated direction correction amount Δφe (step S9). FIG. 7 is a graph showing an example of data in the reception level correction table 9. From the directivity patterns of the antennas 3a to 3l, ΔRe, which is the difference between Re and R1, changes as shown in FIG. 7 according to Δφe. That is, ΔRe can be obtained from Δφe. Then, Re is obtained as the sum of the obtained ΔRe and R1 (step S10). Thereby, the estimated reception level Re when the direction of the antenna 3 and the arrival direction of the radio wave are matched can be obtained with high accuracy.
次に求めた推定受信レベルReから発信機2までの距離Ltを計算し(ステップS11)、求めた方向推定値φeと推定距離Ltを表示部11に出力し(ステップS12)、処理を終了する。
Next, a distance Lt from the obtained estimated reception level Re to the
例えば、図3に示されるように、φr=約12°の場合、0°方向に向いたアンテナ3aと、30°方向に向いたアンテナ3bとが感度を有し、それぞれの受信レベルはRa、Rbとなる。この結果、φ1=0°、φ2=30°となり、R1=Ra、R2=Rbに設定される。ここで、Ra、Rbの差は、指向性パターンの利得のレベル差分に相当し、その差が方位角のずれ量に相当するから、図6に基づき上述したように推定方向補正量Δφeとして12°と求めることができ、φe=12°と推定することができる。 For example, as shown in FIG. 3, when φr = about 12 °, the antenna 3a oriented in the 0 ° direction and the antenna 3b oriented in the 30 ° direction have sensitivity, and the respective reception levels are Ra, Rb. As a result, φ1 = 0 ° and φ2 = 30 °, and R1 = Ra and R2 = Rb are set. Here, the difference between Ra and Rb corresponds to the gain level difference of the directivity pattern, and the difference corresponds to the amount of azimuth shift, so that the estimated direction correction amount Δφe is 12 as described above with reference to FIG. And can be estimated as φe = 12 °.
本発明によれば、指向性パターンの数より細かい分解能で距離を推定することができるため、推定精度を容易に向上させることができる。また、各アンテナによる受信を同時に行う必要がないため、受信部5、受信レベル検出部6を共通に用いることができ、装置構成が単純ですむ。さらに、指向性パターンを考慮して、受信レベルを最大感度方向における受信レベルに補正して距離を求めるため、実際の電波到来方向とアンテナの向きのずれにより距離算出の誤差が発生するのを効果的に抑制することができ、正確な距離算出を行うことができる。
According to the present invention, since the distance can be estimated with a resolution smaller than the number of directivity patterns, the estimation accuracy can be easily improved. In addition, since it is not necessary to perform reception by each antenna at the same time, the
ここでは、指向性パターンが12ある場合を例に説明したが、パターンの数はこれに限られるものではない。ただし、隣接するパターン同士が少なくとも略半分重なり合うことが好ましい。さらに、3つ以上のパターンが重なり合うように指向性パターンを配置して3つ以上の受信レベルと指向性パターンの間系にもと歩つて電波の発信源の方向・距離を推定してもよい。 Here, the case where there are 12 directivity patterns has been described as an example, but the number of patterns is not limited to this. However, it is preferable that adjacent patterns overlap at least approximately half. Further, the directivity pattern may be arranged so that three or more patterns overlap, and the direction / distance of the radio wave transmission source may be estimated by walking along the system between the three or more reception levels and the directivity pattern. .
また、このように複数の指向性パターンを切り替えるには、指向性パターンの異なるアンテナをスイッチにより切り替えるほかに、指向性パターンを有するアンテナの実際の向きを変えることにより実現してもよい。また、フェーズドアレイアンテナのように指向性を電子的に切り替えられるアンテナを用いて複数の指向性パターンから用いる指向性パターンを選択してもよい。 In addition, switching a plurality of directivity patterns in this way may be realized by changing the actual orientation of an antenna having a directivity pattern, in addition to switching antennas having different directivity patterns by a switch. In addition, a directivity pattern to be used may be selected from a plurality of directivity patterns using an antenna whose electronic directivity can be switched, such as a phased array antenna.
1…探知機、2…発信機、3a〜3l…アンテナ、4…指向性パターン、5…受信部、6…受信レベル検出部、6…受信レベル検出部、7…方向・距離推定部、8…推定方向補正テーブル、9…受信レベル補正テーブル、10…アンテナ切り替え部、11…表示部、12…スイッチ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記アンテナの向きの切り替えは、特定の方向からの電波に対して、向きの異なる少なくとも2つの条件下で受信可能となるように設定された所定角度おきに方位角を異ならせることで行われ、前記方向・距離推定部は、受信レベルが最大となった方位角と、受信レベルがこれに次いで高い方位角において受信した信号の受信レベル差に基づいて推定方向補正量を求め、これと受信レベルが最大となった方位角とを基にして電波の発信源の方向を推定するとともに、該推定方向補正量を基にして受信レベル補正量を求め、該受信レベル補正量により補正した受信レベルに基づいて電波の発信源までの距離を推定することを特徴とする方向探知機。 Based on the antenna having directivity , the direction of which can be switched, the detection unit for detecting the reception level of the signal received by the antenna, and the reception level detected under each direction by switching the direction of the antenna In a direction detector equipped with a direction / distance estimation unit for estimating the direction / distance of a radio wave source,
The switching of the direction of the antenna is performed by changing the azimuth angle every predetermined angle set so as to be receivable under at least two conditions with different directions with respect to radio waves from a specific direction , The direction / distance estimator obtains an estimated direction correction amount based on the difference between the azimuth angle at which the reception level is maximum and the reception level difference between the signals received at the azimuth angle at which the reception level is the next highest. The direction of the radio wave source is estimated based on the maximum azimuth angle, the reception level correction amount is obtained based on the estimated direction correction amount, and the reception level corrected by the reception level correction amount is obtained. direction finder and estimates the distance to the source of radio waves based.
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