JP4738384B2 - 位相補正装置、ｄｖｏｒ装置および位相補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線航法において用いられる位相補正装置、ＤＶＯＲ（Doppler VHF Omni-directional radio range）装置および位相補正方法に関する。

航空機に方位情報を提供する装置としてＤＶＯＲ装置が知られている。関連するＤＶＯＲ装置では、図３に示すように、中央に１個のキャリアアンテナＡを配置するとともに、このキャリアアンテナＡを中心とする直径約１３．５ｍ（半径Ｒ≒６．７ｍ）の円周上に４８個のサイドバンドアンテナＢ１〜Ｂ４８を配置している。

ここで、キャリアアンテナＡは、全方位に対して一定の基準位相信号として、１０８〜１１８ＭＨｚの搬送波を３０Ｈｚで振幅変調したＡＭ波を放射する。一方、円周上に配置されたサイドバンドアンテナＢ１〜Ｂ４８は、例えば１秒間に円周上を３０回転する速度で順次給電されるサイドバンドアンテナが切り換わり、搬送波に対して例えば９９６０Ｈｚ高い周波数をもった副搬送波を順次放射する。このとき、副搬送波を放射するサイドバンドアンテナと空間上の任意の地点との間の距離は周期的に変化するから、この任意の地点で受信した副搬送波は、ドップラ効果によって周波数が周期的に変化し、３０ＨｚのＦＭ波を構成する。また、このＦＭ波はＤＶＯＲ局を基準とした方位ごとに位相が変化するから、サイドバンドアンテナＢ１〜Ｂ４８はＦＭ波からなる可変位相信号を放射する。

基準位相信号と可変位相信号とは、磁北の０°に対して互いの位相が一致するように調整されているため、航空機はこれら２つの信号を受信して、３０Ｈｚの同一周波数で変調されたＡＭ波とＦＭ波との位相の差を検出することによって、現在の方位を知ることができる。

図７は関連するＤＶＯＲ装置のサイドバンド送信系を示す構成図である。図７において、サイドバンド送信部１０１は、半波ｓｉｎ信号を生成してディストリビュータ３に出力し、ディストリビュータ３を切換制御することにより、奇数番号のサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７に対して半波ｓｉｎ信号を順番に供給する。また、サイドバンド送信部１０２は、半波ｃｏｓ信号を生成してディストリビュータ３に出力し、ディストリビュータ３を切換制御することにより、偶数番号のサイドバンドアンテナＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ４８に対して半波ｃｏｓ信号を順番に供給する。サイドバンドアンテナＢ１〜Ｂ４８は、それぞれアンテナケーブルＣ１〜Ｃ４８を介してディストリビュータ３に接続されている。

図８はサイドバンドアンテナの切り換えのタイミングチャートである。図８（ａ）〜（ｅ）に示すように、１つのサイドバンドアンテナへの１回の信号供給時間は、サイドバンドアンテナが４８個の場合は１／７２０秒であり、１秒間に３０回の頻度で信号を供給する。

ここで、奇数番号の各サイドバンドアンテナから出力される電波の波形（図８（ａ），（ｃ），（ｅ））は、隣接する奇数番号のサイドバンドアンテナから出力される電波の波形と不連続にならないようにする必要がある。偶数番号の各サイドバンドアンテナから出力される電波の波形（図８（ｂ），（ｄ））についても同様に、隣接する偶数番号のサイドバンドアンテナから出力される電波の波形と不連続にならないようにする必要がある。波形が不連続の場合は、航空機において、キャリアアンテナＡからのＡＭ波とサイドバンドアンテナＢ１〜Ｂ４８からのＦＭ波との位相の差を正確に検出することができず、正確な方位情報を得ることができないからである。

そこで、関連するＤＶＯＲ装置においては、すべてのアンテナケーブルＣ１〜Ｃ４８のケーブル長を高精度で統一することによって、サイドバンドアンテナＢ１〜Ｂ４８から出力される電波の位相を揃えている。
特公平５−２２１８４号公報

しかし、ケーブル長を統一することで位相を調整する場合、ＤＶＯＲ装置一式あたり４８本のアンテナケーブルＣ１〜Ｃ４８について電気的な長さを高精度で統一する必要があり、アンテナケーブルの調整作業に長時間を要するとともに、熟練した技術が必要であった。また、ＤＶＯＲ装置の現地据付後に発生するアンテナケーブルＣ１〜Ｃ４８の経年変化による位相のずれに対応することができないという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、アンテナケーブルの電気的な長さを高精度で統一することが不要で、設置後のアンテナケーブルの経年変化による位相のずれに対応することができる位相補正装置、ＤＶＯＲ装置および位相補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の位相補正装置は、送信信号を発生する信号発生器から各送信アンテナへの各信号経路の電気的長さに基づいて算出された位相補正値を前記各送信アンテナに関連づけて記憶する位相補正値記憶手段と、前記位相補正値に基づいて前記送信アンテナに供給される前記送信信号の位相を補正する位相補正手段とを具備することを特徴とする。

本発明のＤＶＯＲ装置は、キャリア信号を放射するキャリアアンテナと、このキャリアアンテナを中心とした円周上に配置され、サイドバンド信号を順次放射する複数のサイドバンドアンテナとを備える装置であって、前記サイドバンド信号を生成する信号発生器と、前記信号発生器からそれぞれの前記サイドバンドアンテナへの信号経路の電気的な長さに基づいて算出された位相補正値をそれぞれの前記サイドバンドアンテナに関連づけて記憶する位相補正値記憶手段と、それぞれの前記サイドバンドアンテナに関連づけて記憶された前記位相補正値に基づいて、前記サイドバンド信号の位相を補正する位相補正手段と、前記位相補正手段で位相補正された前記サイドバンド信号が供給される前記サイドバンドアンテナを切り換える切換手段と、前記切換手段による切り換えのタイミングと同期して前記サイドバンド信号が供給される前記サイドバンドアンテナに対応した前記位相補正値を用いて前記サイドバンド信号の位相を補正するように前記位相補正手段を制御する位相補正制御手段とを具備することを特徴とする。

また、本発明の位相補正方法は、送信信号を生成する信号発生器から複数の送信アンテナへ順次供給される前記送信信号の位相補正方法であって、前記送信手段からそれぞれの前記送信アンテナへの信号経路の電気的な長さに基づいてそれぞれの前記送信アンテナに対応した位相補正値を算出することと、前記位相補正値に基づいてそれぞれの前記送信アンテナに供給される前記送信信号の位相を補正することとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、それぞれの送信アンテナへの信号経路の電気的な長さに基づいて算出された位相補正値を用いて、それぞれの送信アンテナに供給される送信信号の位相を補正するので、アンテナケーブルの電気的な長さを高精度で統一することが不要となり、また設置後のアンテナケーブルの経年変化による位相のずれに即応することができる。

以下、最良の形態について、図面を参照して説明する。なお、図１において、図７に示した従来の構成と同一構成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

第１実施形態
図１は第１実施形態に係るＤＶＯＲ装置を示す構成図である。本実施の形態のＤＶＯＲ装置においても、図３と同様に、キャリアアンテナＡと、４８個のサイドバンドアンテナＢ１〜Ｂ４８とが配置される。なお、図１はサイドバンド送信系の構成のみを示し、キャリア送信系については図示を省略する。

図１において、サイドバンド送信部１は信号発生器（ＳＧ）１２、電力増幅器（ＡＭＰ）１３、位相補正部４、位相補正制御部５、および位相補正テーブル６を具備する。より詳細には、信号発生器１２はサイドバンド信号として半波ｓｉｎ信号を生成し電力増幅器１３で増幅して位相補正部４に出力する。信号発生器１２は、切換制御信号ｓ１によりディストリビュータ３を切換制御することによって、奇数番号のサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７に対して半波ｓｉｎ信号を順番に供給する。信号発生器１２はさらに、ディストリビュータ３の切り換えのタイミングと同期して位相補正部４で位相補正が行われるように位相補正制御部５に同期信号ｓ２を出力する。

位相補正部４は、後述する位相補正制御部５からの出力に基づいて、信号発生器１２で生成されび電力増幅器１３で増幅された半波ｓｉｎ信号の位相を補正し、位相補正した半波ｓｉｎ信号をディストリビュータ３に出力する。ディストリビュータ３は、信号発生器１２からの切換制御信号ｓ１に基づいて、位相補正部４で位相補正された半波ｓｉｎ信号を供給するサイドバンドアンテナを切り換える。

位相補正制御部５は、信号発生器１２からの同期信号ｓ２が入力されると、位相補正テーブル６を参照し、位相補正テーブル６に記憶された位相補正値とともに位相補正制御信号を位相補正部４に出力する。

位相補正テーブル６は、それぞれの奇数番号のサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７から出力される電波の波形の連続性を確保するために必要な位相補正値を、それぞれの奇数番号のサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７ごとに記憶する。この位相補正値は、信号発生器１２からそれぞれの奇数番号のサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７への信号経路の電気的な長さを、ネットワークアナライザなどを用いて予め測定し、この測定された電気的な長さの差に基づいて算出される。また、位相補正値は、アンテナケーブルＣ１，Ｃ３，・・・，Ｃ４７の経年変化等に対応するため、信号経路の電気的な長さを定期的に測定して更新することができる。

奇数番号のサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７は、それぞれアンテナケーブルＣ１，Ｃ３，・・・，Ｃ４７を介してディストリビュータ３に接続され、信号発生器１２で生成され電力増幅器１３で増幅された半波ｓｉｎ信号を順次放射する。

サイドバンド送信部２は信号発生器（ＳＧ）１５、電力増幅器（ＡＭＰ）１６、位相補正部７、位相補正制御部８、および位相補正テーブル９を具備する。より詳細には、信号発生器１５は半波ｃｏｓ信号を生成し、電力増幅器１６がこれを増幅して位相補正部７に出力する。信号発生器１５は、ディストリビュータ３を切換制御することにより、偶数番号のサイドバンドアンテナＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ４８に対して半波ｃｏｓ信号を順番に供給する。また、信号発生器１５はさらに、ディストリビュータ３の切り換えのタイミングと同期して位相補正部７で位相補正が行われるように、位相補正制御部８に同期信号ｓ４を出力する。

位相補正部７は、信号発生器１５で生成され電力増幅器１６にて増幅された半波ｃｏｓ信号の位相を補正し、位相補正した半波ｃｏｓ信号をディストリビュータ３に出力する。ディストリビュータ３は、信号発生器１５からの切換制御信号ｓ３に基づいて、位相補正部７で位相補正された半波ｃｏｓ信号を出力するサイドバンドアンテナを切り換える。

位相補正制御部８は、信号発生器１５からの同期信号ｓ４が入力されると、位相補正テーブル９を参照し、位相補正テーブル９に記憶された位相補正値とともに位相補正制御信号を位相補正部７に出力する。

位相補正テーブル９は、それぞれの偶数番号のサイドバンドアンテナＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ４８から出力される電波の波形の連続性を確保するために必要な位相補正値を、それぞれの偶数番号のサイドバンドアンテナＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ４８ごとに記憶する。この位相補正値は、信号発生器１５からそれぞれの偶数番号のサイドバンドアンテナＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ４８への信号経路の電気的な長さを予め測定し、この測定された電気的な長さの差に基づいて算出される。また、位相補正値は、アンテナケーブルＣ２，Ｃ４，・・・，Ｃ４８の経年変化等に対応するため、信号経路の電気的な長さを定期的に測定して更新する。

偶数番号のサイドバンドアンテナＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ４８は、それぞれアンテナケーブルＣ２，Ｃ４，・・・，Ｃ４８を介してディストリビュータ３に接続され、信号発生器１５で生成され電力増幅器１６で増幅された半波ｃｏｓ信号を順次放射する。

次に、図１に示すＤＶＯＲ装置の動作を説明する。なお、以下では、サイドバンド送信部１からの半波ｓｉｎ信号を奇数番号のサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７に供給する系統について説明するが、サイドバンド送信部２からの半波ｃｏｓ信号を偶数番号のサイドバンドアンテナＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ４８に供給する系統についても同様であるため説明は割愛する。

サイドバンド送信部１は、半波ｓｉｎ信号を供給するサイドバンドアンテナを１／７２０秒ごとに切り換えるようにディストリビュータ３を制御する。まず、信号発生器１２で生成した半波ｓｉｎ信号をサイドバンドアンテナＢ１に供給する場合について説明する。信号発生器１２は半波ｓｉｎ信号を生成し電力増幅器１３を介して位相補正部４に出力する。また、信号発生器１２は、ディストリビュータ３が半波ｓｉｎ信号をサイドバンドアンテナＢ１に供給するように、ディストリビュータ３に切換制御信号ｓ１を出力するとともに、位相補正制御部５に同期信号ｓ２を出力する。

信号発生器１２からの同期信号ｓ２が入力されると、位相補正制御部５は、位相補正テーブル６を参照して、サイドバンドアンテナＢ１に対応する位相補正値とともに位相補正制御信号を位相補正部４に出力する。そして、位相補正部４は、位相補正制御部５から供給されたサイドバンドアンテナＢ１に対応する位相補正値を用いて、信号発生器１２で発生し電力増幅器１３で増幅された半波ｓｉｎ信号の位相を補正し、位相補正後の半波ｓｉｎ信号をディストリビュータ３に出力する。

そして、ディストリビュータ３は、位相補正部４からの位相補正後の半波ｓｉｎ信号を、アンテナケーブルＣ１を介してサイドバンドアンテナＢ１に供給する。

その後、信号発生器１２は、半波ｓｉｎ信号を他のサイドバンドアンテナに供給するように、ディストリビュータ３に切換制御信号ｓ１を出力する。また、信号発生器１２は、選択されたサイドバンドアンテナの位相補正がディストリビュータ３の切り換えのタイミングと同期して行われるように、位相補正制御部５に同期信号ｓ２を出力する。このようにして、それぞれの奇数番号のサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７には、それぞれに対応した位相補正値を用いて位相補正された半波ｓｉｎ信号が順次供給される。

図２はディストリビュータ３による切り換えのタイミング（（ａ）〜（ｄ））と、位相補正部４の入力端（ａ０点）、ディストリビュータ３の入力端（ａ１点）および各サイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・の入力端（ｂ１点，ｂ３点，・・・）における半波ｓｉｎ信号の波形の関係（（ｅ）〜（ｈ））を示す図である。図２（ｅ），（ｆ）に示すように、位相補正部４による位相補正を行わない場合は、位相補正部入力端（ａ０点）の半波ｓｉｎ信号波形（ｅ）に対して、アンテナケーブルＣ１，Ｃ３，・・・の電気的長さのばらつき等により、サイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・の入力端（ｂ１点，ｂ３点，・・・）の半波ｓｉｎ信号の波形は図２（ｆ）に示すようになり、その結果サイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３・・・から出力される電波の波形が不連続になる。これに対して、位相補正部４による位相補正を行って位相の補償を行う場合には、ディストリビュータ入力端（ａ１点）における半波ｓｉｎ信号波形は図２（ｇ）に示すようになる。したがって、サイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・の入力端（ｂ１点、ｂ３点、・・・）の半波ｓｉｎ信号波形は図２（ｈ）に示すようになり、その結果としてサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・から出力される電波の波形の連続性が保たれる。すなわち、出力波形の位相とディストリビュータ３の切換のタイミングが同期するように位相補正されるので出力波形の連続性を保つことができる。

このように本実施の形態によれば、信号発生器１２からそれぞれのサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７への信号経路の電気的な長さに基づいて算出された、それぞれのサイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７に対応した位相補正値を用いて、信号発生器１２で生成され電力増幅器１３で増幅された半波ｓｉｎ信号の位相を補正するので、アンテナケーブルＣ１，Ｃ３，・・・，Ｃ４７の長さを高精度で統一しなくても、サイドバンドアンテナＢ１，Ｂ３，・・・，Ｂ４７から出力される電波の波形の連続性を確保することができる。ディストリビュータ３内の各サイドバンドアンテナに対応した入力端ａ１と各端子ｐ１，ｐ３・・・ｐ４７間の電気的な長さが均一でない場合でも同様に電波の波形の連続性を確保することができる。

さらに、信号経路の電気的な長さを定期的に測定して位相補正テーブル６の位相補正値を更新することにより、ハードウェアの再調整を行うことなく、設置後のアンテナケーブルＣ１，Ｃ３，・・・，Ｃ４７の経年変化による位相のずれに容易に対応することができる。

第２実施形態
２つの信号発生器１２，１５は一体として構成してもよい。すなわち、第２実施形態によれば、図４において、信号発生器１２から電力増幅器１３を介して出力される半波ｓｉｎ信号を分岐点ｄ１で分配し、９０°位相シフトする移相器１８を介して半波ｃｏｓ信号として電力増幅器１６に入力される。本実施形態のＤＶＯＲ装置によれば１つの信号発生器１２を用いて２つのサイドバンド送信部２１，２２を構成することができる。

変更例
図１に示す第１実施形態のＤＶＯＲ装置においては電力増幅器（ＡＭＰ）１３を信号発生器１２の出力端に接続したが、図５に示すように電力増幅器（ＡＭＰ）１３を位相補正部４の出力端とディストリビュータ３の入力端の間に接続してサイドバンド送信部１’を構成してもよい。同様に、電力増幅器（ＡＭＰ）１６を位相補正部７の出力端とディストリビュータ３の入力端の間に接続してサイドバンド送信部を構成してもよい。

また、図５の変更例と同様にして、第２実施形態のＤＶＯＲ装置において、図６に示すように、電力増幅器（ＡＭＰ）１３（１６）を位相補正部４（７）の出力端とディストリビュータ３の入力端の間に接続してサイドバンド送信部２１’（２２’）を構成してもよい。

また、第１実施形態のＤＶＯＲ装置において、信号発生器１２（１５）、位相補正部４（７）、位相補正制御部５（８）、および位相補正テーブル６（８）は集積回路として形成された信号発生部３０として構成することも可能である。すなわち、位相補正部４，７および位相補正テーブル６，９は、信号発生部３０の内部機能として実現される。

同様にして、第２実施形態のＤＶＯＲ装置において、信号発生器１２、位相補正部４、位相補正制御部５、位相補正テーブル６、移相器１８、位相補正部７、位相補正制御部８、位相補正テーブル９からなる信号発生部を集積回路３１として形成することも可能である。

本発明は、レーダ装置において使用されるレーダ信号処理装置に適用可能である。

第１実施形態に係るＤＶＯＲ装置を示す構成図である。 図１に示すＤＶＯＲ装置のディストリビュータによる切り換えのタイミングと、ディストリビュータの入力端および各サイドバンドアンテナの入力端における半波ｓｉｎ信号の波形の関係を示す図である。 ＤＶＯＲ装置 におけるキャリアアンテナとサイドバンドアンテナの配置を示す上面図である。 第２実施形態に係るＤＶＯＲ装置を示す構成図である。 第１実施形態の変更実施例に係るＤＶＯＲ装置の信号発生部を示す構成図である。 第２実施形態の変更実施例にかかるＤＶＯＲ装置の信号発生部を示す構成図である。 関連するＤＶＯＲ装置のサイドバンド送信系を示す構成図である。 各サイドバンドアンテナの切り換えのタイミングチャートである。

符号の説明

１，２，１０１，１０２ サイドバンド送信部
３ ディストリビュータ
４，７ 位相補正部
５，８ 位相補正制御部
６，９ 位相補正テーブル
１２，１５ 信号発生器
１３，１６ 電力増幅器
１８ 移相器（９０°）
３０，３１ 信号発生部（集積回路）
Ａ キャリアアンテナ
Ｂ１〜Ｂ４８ サイドバンドアンテナ
Ｃ１〜Ｃ４８ アンテナケーブル

Claims (11)

1. 送信信号を発生する信号発生器から各送信アンテナへの各信号経路の電気的長さに基づいて算出された位相補正値を前記各送信アンテナに関連づけて記憶する位相補正値記憶手段と、
   前記位相補正値に基づいて前記各送信アンテナに順次供給される前記送信信号の位相を前記各送信信号の切り換えのタイミングに同期して補正する位相補正手段とを
   具備することを特徴とするＤＶＯＲ装置の位相補正装置。
2. キャリア信号を放射するキャリアアンテナと、このキャリアアンテナを中心とした円周上に配置され、サイドバンド信号を順次放射する複数のサイドバンドアンテナとを備えるＤＶＯＲ装置であって、
   前記サイドバンド信号を生成する信号発生器と、
   前記信号発生器からそれぞれの前記サイドバンドアンテナへの信号経路の電気的な長さに基づいて算出された位相補正値をそれぞれの前記サイドバンドアンテナに関連づけて記憶する位相補正値記憶手段と、
   それぞれの前記サイドバンドアンテナに関連づけて記憶された前記位相補正値に基づいて、前記サイドバンド信号の位相を補正する位相補正手段と、
   前記位相補正手段で位相補正された前記サイドバンド信号が供給される前記サイドバンドアンテナを切り換える切換手段と、
   前記切換手段による切り換えのタイミングと同期して前記サイドバンド信号の位相を補正するように前記位相補正手段を制御する位相補正制御手段と
   を具備することを特徴とするＤＶＯＲ装置。
3. 前記位相補正値は、前記信号発生器からそれぞれの前記サイドバンドアンテナへの信号経路の電気的な長さの変化に応じて更新可能であることを特徴とする請求項２記載のＤＶＯＲ装置。
4. 前記サイドバンド信号の位相を９０°シフトする移相器であって、位相シフトされた信号をサイドバンド信号として出力する移相器をさらに具備することを特徴とする請求項２記載のＤＶＯＲ装置。
5. 前記信号発生器で生成される前記サイドバンド信号を増幅し前記位相補正部に出力する増幅器をさらに具備することを特徴とする請求項２記載のＤＶＯＲ装置。
6. 前記位相補正されたサイドバンド信号を増幅し前記切換手段に出力する増幅器をさらに具備することを特徴とする請求項２記載のＤＶＯＲ装置。
7. 前記信号発生器、前記位相補正値記憶手段、前記位相補正制御手段および前記位相補正手段は集積回路として形成されることを特徴とする請求項６記載のＤＶＯＲ装置。
8. 前記信号発生器はさらに切換信号を出力し、前記切換手段は前記切換信号に相応して切り換えを行うことを特徴とする請求項２記載のＤＶＯＲ装置。
9. 前記信号発生器はさらに前記切換手段の切り換えと同期するための同期信号を前記位相補正制御手段に出力することを特徴とする請求項２記載のＤＶＯＲ装置。
10. 送信信号を生成する信号発生器から複数の送信アンテナへ順次供給される前記送信信号の位相補正方法であって、
    前記送信手段からそれぞれの前記送信アンテナへの信号経路の電気的な長さに基づいてそれぞれの前記送信アンテナに対応した位相補正値を算出することと、
    前記位相補正値に基づいてそれぞれの前記送信アンテナに供給される前記送信信号の位相を前記送信信号の切り換えのタイミングに同期して補正することと
    を含むことを特徴とするＤＶＯＲ装置の位相補正方法。
11. 前記算出されたそれぞれの位相補正値が各送信アンテナに関連づけられて記憶されることをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載のＤＶＯＲ装置の位相補正方法。

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