JP4907910B2

JP4907910B2 - 電波発射源検知装置

Info

Publication number: JP4907910B2
Application number: JP2005195038A
Authority: JP
Inventors: 幸弘上村; 修一川野; 裕和下牧; 康浩安藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2025-07-04
Also published as: JP2007010616A

Description

本発明は電波の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などの電波受信部、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、２次元インターフェロメトリ法によって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は、上記したように電波発射源の方向や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。

本発明は、上記した欠点を解決し、電波発射源の具体的な場所を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、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２次元インターフェロメトリ法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、前記電波発射源の方向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次元画像を前記電波発射源の方向を２次元インターフェロメトリ法で推定した評価関数に基づいて色づけすると共に、前記２次元画像および前記撮影部から得られた撮影画像を合成する画像合成処理部と、前記画像合成処理部で合成された合成画像を表示する表示部とを具備したことを特徴とする。

本発明は、電波発射源が発射する電波の到来方向を２次元画像に変換し、その２次元画像と電波の到来方向を撮影した撮影画像とを重ねて表示している。したがって、電波が発射されている場所と具体的な場所との対応が明確になり、電波発射源を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が受信した受信信号は、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。

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の受信信号およびアンテナ切替部３０から取り出されるアンテナ素子ｂ１〜ｂｎの受信信号を同時サンプリングで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。

到来方向推定処理部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による受信信号とアレーアンテナ１１〜１２による受信信号との同じ時間に受信されたどうしの位相差が検出され、電波発射源Ｔの方向を推定する推定処理が行われる。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。

画像合成処理部７０には、受信アンテナ部で受信された電波の到来方向、たとえば電波発射源Ｔの方向をカメラなどの撮影部９０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６０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が作成される。この合成画像は表示器８０に送られ、合成画像が表示される。

上記した構成によれば、電波の到来方向を２次元画像に変換し、その２次元画像と撮影部９０で得られた撮影画像とを重ね合わせて表示している。したがって、電波の到来方向たとえば電波発射源Ｔの位置が撮影画像上に表示され、電波発射源Ｔの具体的な場所が容易に特定される。

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では、リファレンスアンテナ１０ａのアンテナ素子ａ１とアレーアンテナ１０ｂのアンテナ素子ｂ１〜ｂｎ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用のアンテナ素子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を別に取り付けるための機械的な構造が不要になる。

また、アンテナ素子ｂ１〜ｂｎが受信した受信信号をアンテナ切替部３０で切り替える構成になっている。しかしアンテナ切替部３０を設けず、アンテナ素子ｂ１〜ｂｎをそれぞれ周波数変換部２０に接続する構成にすることもできる。

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、それぞれについての複素スペクトラムを得る。

その後、ＦＦＴの結果、得られた複素スペクトラムを用いて、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。この算出は図３に示す座標系で計算する。図３の座標系で、たとえば水平面に対して垂直なｙ−ｚ平面Ｐにアレーアンテナを設置する。方位角θはｘ軸方向を０°とし、仰角φはｘ−ｙ平面からの角度とし、上向きが正となっている。

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）のようにする。

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。

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）を２次元画像化し、カメラで撮影したカメラ画像上に重ねて表示する。

次に、ステップ１５において、計算範囲、たとえば電波発射源Ｔの方向を推定する範囲の全て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た場合、ステップ１６において、到来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た場合はステップ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次元画像と撮影部９０から得られた撮影画像とを重ね合わせ、合成画像を生成する。この合成画像は表示部８０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の方位および仰角を予め測定しておく。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とを合わせ、合成画像を作成する。この場合、２次元画像は、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、いろいろな方法が考えられるが、その一例を以下に示す。

たとえば合成画像を作成する際に、カメラ画像に対して、確からしさに対応する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その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場合は、３Ｇeおよび３Ｂeを０とし、赤色（３Ｒe）を強調する。推定の確からしさが中くらいの場合は、３Ｒeおよび３Ｂeを０とし、緑色（３Ｇe）を強調する。推定の確からしさが小さい場合は、３Ｒeおよび３Ｇeを０とし、青色（３Ｂe）を強調する。確からしさをさらに細分化する場合は、確からしさが大と中の中間領域あるいは中と小の中間領域では、それぞれＲeとＧeを混合した色、あるいはＧeとＢeを混合した色にする。

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、電波発射源の具体的な場所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同時に表示され、電波発射源の特定がより容易になる。

なお、合成画像を作成する場合、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、電波発射源Ｔの方向をカメラ画像上に合成して表示している。したがって、電波発射源の特定が容易で、違法電波の発射源などを容易に発見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

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２次元インターフェロメトリ法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、前記電波発射源の方向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次元画像を前記電波発射源の方向を２次元インターフェロメトリ法で推定した評価関数に基づいて色づけすると共に、前記２次元画像および前記撮影部から得られた撮影画像を合成する画像合成処理部と、前記画像合成処理部で合成された合成画像を表示する表示部とを具備したことを特徴とする電波発射源検知装置。