JP4660300B2 - 電波発射源検知装置 - Google Patents

Description

本発明は電波発射源を特定する電波発射源検知装置に関する。

電波発射源検知装置は、違法電波の発射源などを監視する電波監視装置、あるいは、機器が発生する不要輻射を解析する不要輻射解析装置など、いろいろな分野に使用されている。

従来の電波発射源検知装置は、電波の発射源を検知する場合、たとえば指向性アンテナや電界プローブ等の電波受信部、および電波受信部で受信した受信信号を処理する受信機などを設け、受信レベルが最大となる方向を探索している。

また、特許文献１に示すように、アレーアンテナを用いて、２次元インターフェロメトリ法により電波の到来方向を推定している。
特開平９−２８２５０５号公報

従来の電波発射源特定装置では、電波発射源の方向および位置を検知している。しかし、電波発射源とその具体的な場所との対応が明確でないため、電波発射源の場所を特定することが困難になっている。

また、特許文献１は、水平方向の限られた範囲で電波の到来方向を推定する方法であるため、電波発射源の方向を推定できる範囲が狭いという問題がある。

本発明は、上記した欠点を解決し、電波発射源の場所を広い範囲で、かつ容易に特定できる電波発射源検知装置を提供することを目的とする。

本発明の電波発射源検知装置は、３６０°の方位方向において電波発射源が発射する電波を受信する受信アンテナ部と、この受信アンテナ部で受信した受信信号をデジタル化して受信データに変換するＡＤ変換部と、前記受信データをもとに、前記電波発射源の方向を３６０°の方位方向および仰角方向で推定する到来方向推定処理部と、この到来方向推定処理部の推定結果を２次元画像に変換する画像化処理部と、前記受信アンテナ部を囲む３６０°の範囲を撮影する撮影部と、前記画像化処理部で変換した前記２次元画像および前記撮影部で撮影した撮影画像を合成して表示する表示部とを具備し、前記２次元画像および前記撮影画像を合成する際に、前記撮影画像の色合いを数値化した赤、緑、青の３つの原色に対して、前記到来方向推定処理部の推定結果の確からしさに対応する赤、緑、青の３つの原色成分を同じ原色どうしで足し合わせることを特徴とする。

本発明は、３６０°の範囲の方位方向および仰角方向において電波発射源の方向を推定し、その推定結果を２次元画像に変換している。これと並行して、３６０°の範囲の方位方向を撮影部で撮影している。そして、推定結果を画像化した２次元画像と撮影部で撮影したカメラ画像を重ねて表示する構成になっている。したがって、電波発射源の具体的な場所を方位方向の広い範囲で容易に特定できる電波発射源検知装置が実現する。

本発明の実施形態について図１の回路構成図を参照して説明する。

電波発射源Ｔから発射された電波を受信する受信アンテナ部１０は、リファレンスアンテナ１０ａとアレーアンテナ１０ｂとで構成されている。リファレンスアンテナ１０ａおよびアレーアンテナ１０ｂは同一周波数帯の電波を受信できるように設定されている。リファレンスアンテナ１０ａおよびアレーアンテナ１０ｂは近傍に配置されている。リファレンスアンテナ１０ａはたとえば１つのアンテナ素子ａ１から構成され、アレーアンテナ１０ｂはたとえば複数のｎ個のアンテナ素子ｂ１〜ｂｎから構成されている。アンテナ素子ｂ１〜ｂｎは、たとえば１つの平面上に縦および横方向にある間隔で格子状に配置されている。リファレンスアンテナ１０ａやアレーアンテナ１０ｂを構成する各アンテナ素子は、たとえば水平面に上向きに配置し、３６０°の範囲の方位方向から到来する電波を受信できるようにしている。

なお、受信アンテナ部１０を構成するアンテナ素子の総数、あるいは、アンテナ素子の形状や種類、アンテナ素子を配置する間隔などは、測定対象あるいは測定目的などによって任意に設定できる。また、複数のアンテナ素子を配置する構造体の裏面に電波を反射する反射面を形成すれば、アレーアンテナ面の反対側から入射する電波の入感を抑えることができる。

図１は、リファレンスアンテナ１０ａのアンテナ素子とアレーアンテナ１０ｂのアンテナ素子を別に設けている。しかし、アレーアンテナ１０ｂの１つのアンテナ素子をリファレンスアンテナ１０ａとして用いることもできる。この場合、アレーアンテナ１０ｂのアンテナ素子が１つ少なくなるが、リファレンスアンテナ用のアンテナ素子を別に取り付けるための機械的な構造が不要になる。

リファレンスアンテナ１０ａは周波数変換部２０に接続され、アレーアンテナ１０ｂはアンテナ切替部３０に接続されている。アンテナ素子ｂ１〜ｂｎで受信された受信信号は、アンテナ切替部３０の切り替え動作によって、ある時間間隔で１つずつ順に取り出され周波数変換部２０に送られる。

この場合、アンテナ切替部３０を設けず、アレーアンテナ１０ｂを周波数変換部２０に接続する構成にすることもできる。

周波数変換部２０は、リファレンスアンテナ１０ａおよびアレーアンテナ１０ｂが受信した受信信号を中間周波数に周波数変換し、ＡＤ変換部４０に送る。

ＡＤ変換部４０は、リファレンスアンテナ１０ａが受信した受信信号、およびアンテナ切替部３０から順に取り出されたアンテナ素子ｂ１〜ｂｎの受信信号を、同時サンプリングによってＡＤ変換し、デジタル化した受信データに変換する。これらの受信データは到来方向推定処理部５０に送られる。

到来方向推定処理５０は、ＡＤ変換部４０から送られる受信データを処理する。この処理では、たとえばリファレンスアンテナ１０の受信信号とアレーアンテナ１１〜１２の受信信号との同じ時間に受信された信号どうしの位相差などを検出し、電波発射源Ｔの方位方向および仰角方向を推定する。この推定結果は画像化処理部６０で２次元画像に変換され、画像合成処理部７０に送られる。

また、画像合成処理部７０には、受信アンテナ部１０を囲む３６０°の範囲の方位方向を撮影できる撮影部９０、たとえば３６０°パノラマ撮影が可能なカメラなどで撮影した撮影画像が供給されている。そして、画像合成処理部７０において、画像化処理部６０から供給される２次元画像と撮影部９０から供給される撮影画像とを重ね合わせた合成画像を作成する。合成画像は表示器８０に送られ、表示器８０上に合成画像が表示される。

撮影部９０のカメラは、３６０°のパノラマ撮影ができるものに限らず、たとえば複数のカメラを組み合わせて３６０°の方位方向を撮影できる構成のものを用いることもできる。

上記した構成によれば、電波発射源Ｔの方向を３６０°の範囲の方位方向および仰角方向で推定し、その推定結果を２次元画像に変換している。また、受信アンテナ部１０を囲む３６０°の範囲の方位方向をカメラなどで撮影している。そして、推定結果を画像化した２次元画像と撮影部９０で撮影したカメラ画像とを重ねて表示器８０上に表示している。したがって、電波発射源Ｔの具体的な場所を方位方向の広い範囲で容易に特定できる。

次に、到来方向推定処理部５０における到来方向の推定処理について、２次元インターフェロメトリ法を用いた場合を例にとり、図２のフロー図を参照して説明する。

まず、ステップ１１において、リファレンスアンテナ１０ａおよびアレーアンテナ１０ｂで受信した受信信号を周波数変換し、デジタル化して、受信データに変換する。この場合、アレーアンテナ１０ｂのアンテナ素子数をＮ個とすると、Ｎ個のリファレンス受信データとＮ個のアレー受信データが得られる。そして、アレーアンテナ１０ｂの各アンテナ素子に付した番号をｉ＝１、・・・、Ｎとすると、素子番号ｉについて、リファレンスアンテナ１０ａの受信データとアレー受信データが得られる。

ここで、１つのアンテナ素子あたりのデジタルデータをＭサンプルとする。

次に、ステップ１２において、ステップ１１で得られたリファレンス受信データおよびアレー受信データを高速フーリエ変換（以下ＦＦＴという）し、それぞれについて複素スペクトラムを得る。

その後、ＦＦＴの結果を用いて、到来方向を推定したい周波数範囲について複素相関値を計算する。

次に、ステップ１３において、計算する方位の方向ベクトルを算出する。この算出の場合、図３に示す座標系で計算する。図３の座標系で、たとえば水平のｘ−ｙ平面Ｐにアレーアンテナが設置される。方位角θはｘ軸方向を０°としている。仰角φはｘ−ｙ平面からの角度とし、上向きが正になっている。

このとき、方位角θ方向および仰角φ方向の方向ベクトルは式（１）のようになる。

次に、ステップ１４において、２つのアンテナ素子を選択し、それぞれの複素相関値と到来方向を仮定した場合の位相差の計算値との差を評価関数Ｆとして算出する。素子番号ｎのアンテナ素子の座標を式（２）のように表す。

素子番号ｍ、ｎのアンテナ素子における到来波の位相差は式（３）のように期待される。

また、評価関数Ｆは式（４）のようになる。

＊印は複素共役を示す。

ｃiはリファレンスアンテナと素子番号ｉのアンテナ素子との複素相関値を示す。

このとき、評価関数Ｆ（θ、φ）が最小となるθ、φが到来方向の推定結果となる。このＦ（θ、φ）が２次元画像化され、カメラなどで撮影したカメラ画像上に重ねて表示される。

次に、ステップ１５において、全ての計算範囲、たとえば電波発射源Ｔの方向を推定する３６０°の範囲の方位方向について計算したかどうかを判定する。この判定で、全ての計算範囲の方向について計算したと判定されると、ステップ１６において、電波の到来方向、たとえば電波発射源Ｔの方向の推定結果を出力する。

ステップ１５において、全ての計算範囲について計算していないと判定されるとステップ１３に戻る。

上記の手順で得られた到来方向の推定結果は画像化処理部６０に送られ、２次元画像に変換される。２次元画像はたとえば円形で表示される。その後、画像合成処理部７０において、画像化処理部６０で作成された２次元画像とカメラで撮影された撮影画像を重ね合わせ、合成画像を生成する。この合成画像は表示部７０へと送られ、合成画像が表示される。

画像合成処理部７０で合成画像を作成する場合、たとえば、カメラ画像を形成する各ピクセルごとに、予めその方位および仰角を測定しておく。そして、到来方向の推定結果を画像化した２次元画像とカメラ画像の仰角および方位角を合わせ、合成画像を作成する。また、２次元画像は、たとえば推定結果の確からしさ、たとえば式（４）の評価関数Ｆの逆数で色づけする。

推定結果の確からしさを色づけする場合、いろいろな方法が用いられるが、その一例を以下に示す。

合成画像を作成する際、カメラ画像に電波強度の色を一定の割合で足し合わせる。たとえばカメラ画像の色合いを赤、緑、青の３原色で数値化し、それぞれをＲc、Ｇc、Ｂcとする。また、到来方向を推定した確からしさに対応する色をＲe、Ｇe、Ｂeとし、両者の割合を７：３にすると、合成後の色Ｒ、Ｇ、Ｂは、式（５）〜（７）のようになる。

Ｒ＝（７Ｒc＋３Ｒe）／１０…（５）
Ｇ＝（７Ｇc＋３Ｇe）／１０…（６）
Ｂ＝（７Ｂc＋３Ｂe）／１０…（７）
式（５）〜（７）において、たとえば推定の確からしさが大きい領域は、３Ｇeおよび３Ｂeは０として赤色を強調する。推定の確からしさが中くらいの領域は、３Ｒeおよび３Ｂeは０として緑色を強調する。推定の確からしさが小さい領域は、３Ｒeおよび３Ｇeは０として青色を強調する。

確からしさをさらに細分化する場合は、たとえば確からしさが大と中の間の領域あるいは中と小の間の領域では、ＲeとＧeを混合した色あるいはＧeとＢeを混合した色の２次元画像を出力する。

上記した構成によれば、電波発射源Ｔの方向がカメラ画像上に合成して表示される。そのため電波の発射源を容易に特定できる。また、推定結果の確からしさを色づけして表示した場合は、電波発射源Ｔの方向の確からしさが色で表示され、電波発射源の特定がより容易になる。

なお、カメラの設置場所がアンテナの位相中心から離れている場合は、正確な合成画像を得るために、たとえば視差による補正などを行うことが望ましい。

上記したように、本発明によれば、３６０°の範囲の方位方向を撮影したカメラ画像上に電波発射源の方向を合成して表示している。したがって、広い範囲の電波発射源を容易に特定できる電波発射源検知装置が得られる。

本発明の実施形態を説明する回路構成図である。 本発明の動作を説明するフロー図である。 本発明の動作を説明する座標図である。

符号の説明

１０…受信アンテナ部
１０ａ…リファレンスアンテナ
１０ｂ…アレーアンテナ
２０…周波数変換部
３０…アンテナ切替部
４０…ＡＤ変換部
５０…到来方向推定処理部
６０…画像化処理部
７０…画像合成処理部
８０…表示部
９０…撮影部
Ｔ…電波発射源

Claims (2)

1. ３６０°の方位方向において電波発射源が発射する電波を受信する受信アンテナ部と、この受信アンテナ部で受信した受信信号をデジタル化して受信データに変換するＡＤ変換部と、前記受信データをもとに、前記電波発射源の方向を３６０°の方位方向および仰角方向で推定する到来方向推定処理部と、この到来方向推定処理部の推定結果を２次元画像に変換する画像化処理部と、前記受信アンテナ部を囲む３６０°の範囲を撮影する撮影部と、前記画像化処理部で変換した前記２次元画像および前記撮影部で撮影した撮影画像を合成して表示する表示部とを具備し、前記２次元画像および前記撮影画像を合成する際に、前記撮影画像の色合いを数値化した赤、緑、青の３つの原色に対して、前記到来方向推定処理部の推定結果の確からしさに対応する赤、緑、青の３つの原色成分を同じ原色どうしで足し合わせることを特徴とする電波発射源検知装置。
2. 電波発射源の方向を推定する推定処理は２次元インターフェロメトリ法である請求項１記載の電波発射源検知装置。

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